JPS63298104A - 側面形状計測用光触針の構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、３次元形状計測機器等に用いる非接触の光学
的距離検出プローブに係わり、特に、物体側面や穴の側
面の形状を計測するのに好適な、側面形状計測器用先触
針の構成に関する。

（従来技術） ３次元形状計測機用の距離検出プローブとしては、もっ
ばら接触型のプローブが使用されている。

接触型のプローブでは変形あるいは破壊されてしまうよ
うな対象物の形状計測を可能にするためや計測速度の向
上のため、近年、対象物の表面に光ビームを投射して、
−輝点を生成し、それを光ビーム投射方向と異なった方
向から観測し、３角測量の原理に基づいて、光ビーム投
射方向への距離情報を確定する方式の先触針の開発が試
みられている。第４図にこの先触針基本構成を示す。光
ビーム源Ｓから発生された光ビームＢは対象物Ｏに照射
されて輝点Ｔが形成される。輝点Ｔからの光は撮像レン
ズＬを通過した後、像位置検出素子Ｐ上に輝点の像■を
形成する。対象物○が対象物０゜の位置に移動すると像
位置検出素子Ｐ上に形成される輝点像Ｉも輝点像１′の
位置に移動する。輝点像の位置は対象物までの距離に比
例するので、像位置検出素子Ｐ上の輝点像Ｉ　（１’）
の位置から求めることができる。

（発明が解決しようとする問題点） この従来から試みられている光学的距離検出先触針は、
外形が大きかったり、距離検出方向が、距離検出装置の
長手方向であったりして、凹んだ部分の側面や穴の内側
の形状等の計測には不向きであった。このため、従来か
らの先触針では、その適用範囲が割合に平坦な表面形状
の測定に限定されていた。

（問題を解決するための手段） 上記の問題点を解決し、先触針により凹んだ部分の側面
や穴の内側形状の計測を可能とするために本発明におい
ては、結像光学系の光軸に交差する方向に光ビームを投
射すること、結像光学系を通過した光を像位置検出素子
の上へ折り返し反射する鏡光学系を結像光学系と像位置
検出素子との間に設置したことを特徴とする。

（作用） 結像光学系の光軸に交差する方向に光ビームが投射され
、かつ結像光学系を通過した光が鏡光学系により折り返
されて像位置検出素子上に結像されるので、光ビーム発
生手段および結像光学系を同一筒体内に配置することが
でき、この筒体の軸と交差する方向の距離情報を得るこ
とができる。

（発明の効果） 本発明によれば、光ビーム発生手段、結像光学系および
像位置検出手段を同一筒体内に配置することができ、こ
の筒体の軸と交差する方向の距離検出が可能となる。従
って、凹んだ部分の側面や穴の内側の形状等の計測も容
易に可能となる。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。第１
図、に本発明に基づいた側面形状計測用光触針の一例を
示した。光ビーム源Ｓ１光ビーム投射レンズＬ８、光ビ
ーム投射鏡ＭＢより構成される光ビーム投射手段Ｂ、に
より光ビームＢが、撮像レンズＬの光軸に交差する方向
へ投射され、対象物表面に輝点Ｔ（Ｔ’）が生成される
。輝点Ｔ（Ｔ′）からの光は、撮像レンズＬを通過した
後、鏡Ｍ１およびＭ２により折り返し反射され、像位置
検出素子Ｐ上に輝点の像Ｉ（Ｉ’）を形成する。

もし、鏡Ｍ１を配置しない場合には、輝点の像は、１ｖ
（Ｉｖ’）に結像され、この位置に像位置検出素子を配
置したのでは、先触針装置の距離検出方向の幅が大きく
なり、穴の内側面形状計測には適さない。この障害は第
１図に示したように、撮像レンズＬと像位置検出素子Ｐ
との間に、撮像レンズを通過した光が、像位置検出素子
上に投影されるように鏡光学系（Ｍｌ、Ｍ２）を配置す
ることによって解決される。これにより、先触針装置の
距離検出方向の大きさを著しく小さくすることができ、
穴の内側面形状等の計測も可能な先触針を実現できる。

第２図には、本発明に基づいて構成された側面形状計測
用光触針の実施例の一つであり、像位置検出素子Ｐと撮
像レンズＬとの間に配置された鏡Ｍ、の効果により、第
１図と同様に先触針の距離検出方向への大きさを小さく
構成できる。それに加え、光ビームＢの投射方向が、撮
像レンズＬの光軸ＡＬと直交する方向に選択されている
。また、像位置検出素子Ｐは、鏡Ｍ１に対して撮像レン
ズＬの光軸の鏡像として形成される撮像レンズＬの仮想
的な光軸に対して、垂直となるように配置されている。

このような配置とするとにより、第１図で述べた効果、
すなわち先触針の距離検出方向への大きさを小さく構成
できることに加え、物体表面までの距離と、像位置検出
素子上での輝点像の検出位置との関係を線形的（正比例
）関係とするこ〆ができる。通常の配置では、像位置検
出素子上での輝点像の検出位置との関係は、直線的（正
比例関係）とはならず、単位距離変化に対する像位置検
出素子上での輝点像の位置変化は、一定とはならず距離
により変化し、正比例関係とはならない。距離により、
検出分解能が変化するため、しばしば不都合を生ずる。

第２図の配置とずることにより、この不都合を排除でき
る。

第３図は、第１図、第２図の構成に加え、撮像レンズＬ
と対象物との間にも鏡光学系Ｍｏを配置した本発明に基
づく側面形状計測用光触針の構成例である。鏡Ｍ。は、
撮像レンズが、鏡Ｍ。に対称な位置に存在するのと等価
な効果を生ずるように作用する。従って、この鏡Ｍｏを
配置した構成を採用することにより、先触針の距離検出
方向の大きさをより一層小さくでき、より小径の穴の側
面などの計測に適した先触針を実現できる。更に、光ビ
ーム投影手段を構成するのに、グラスファイバー等によ
る光ガイドを用いることにより、光ビーム投射手段もよ
り小型化できる構成になっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づいて構成された側面形状計測用
光触針の構成の一実施例を示す光学平面図、 第２図は、本発明に基づき構成された側面形状計測用光
触針であり、光ビーム投射方向を結像光学系の光軸に垂
直に、また、結像光学系中の鏡を結像光学系のと光軸と
平行にした実施例を示す光学平面図、 第３図は、結像光学系と対象物との間にも鏡光学系を配
置した実施例を示す光学平面図、および第４図は、従来
から最も多く試みられている先触針の基本構成を示す光
学平面図。 （符号の説明） Ｓ・・・・・・光ビーム発射装置、 Ｂｐ・・・・・・光ビーム投射手段、Ｂ・・・・・・光
ビーム、Ｌ・・・・・・撮像レンズ、Ｐ・・・・・・像
位置検出手段、０．０′・・・・・・対象物表面、Ｔ、
Ｔ’・・・・・・輝点、■、■′・・・・・・像位置検
出手段上の輝点像、Ｍｏ、　Ｍｌ、Ｍ２・・・・・・鏡
、Ｆ・・・・・・光ビームガイド、ＭＢ・・・・・・光
ビーム投射鏡、 ＡＬ・・・・・・撮像レンズ光軸。 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）結像光学系、この結像光学系光軸に交差する方向
   へ光ビームを投射する手段、前記結像光学系の像側に設
   けられた像位置検出素子、および前記結像光学系と前記
   像位置検出素子との間に設置され、前記結像光学系を通
   過した光を前記像位置検出素子の上へ折り返し反射する
   鏡光学系からなる側面形状計測用光触針の構成。
2. （２）前記光ビーム投射方向が、前記結像光学系光軸に
   垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の側面形状計測用光触針の構成。
3. （３）前記鏡光学系の鏡面が、前記結像光学系光軸と平
   行であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の側面形状計測用光触針の構成。