JP2000275015A

JP2000275015A - 寸法測定装置

Info

Publication number: JP2000275015A
Application number: JP11084066A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takeuchi; 雄二竹内; Shinichi Takayama; 真一高山; Fumio Kashima; 史夫加島; Shinji Hamano; 信治濱野
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】発光状態の被測定物であっても増幅器が飽和
することなく正確な寸法測定が行えること。【解決手段】光源１のレーザビームは偏向手段２で偏
向され、被測定物Ｗに照射される。受光手段４は、レー
ザビームの光強度に対応したレベルの検出信号を出力
し、レーザビームが被測定物Ｗに照射されている期間は
低レベルを出力する。受光手段４の受光位置手前側に
は、光学フィルタ１９が配置され、レーザビームの発振
波長を中心とする所定範囲の波長を受光手段４に透過さ
せる。ボトム検出手段２１は、受光手段４から出力され
た検出信号のレベルのうち最も低いボトムレベルを検出
し、演算手段２２は、経時的に出力される検出信号のレ
ベル全体からボトムレベルを差し引き出力する。これに
より、被測定物Ｗの発光の影響を排除した検出信号が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームを用
いて光ファイバなどの被測定物の外径寸法を測定する寸
法測定装置に係り、特に、被測定物が発光した状態にあ
っても安定して測定できる寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の寸法測定装置を示す構成
図である。光源５０のレーザビームは、偏向器５１のミ
ラー５１ａで反射し、投光レンズ５２を通し平行ビーム
とされる。この平行ビームは、光ファイバ等の被測定物
Ｗを挟んで対向配置された受光レンズ５４でＰＤなどの
受光素子５５に集光され光電変換される。

【０００３】偏向器５１は、レーザビームの出射角度を
掃引し、平行ビームは被測定物Ｗを平行に走査する。こ
の走査により、受光素子５５では、被測定物Ｗで遮られ
たとき低レベルになる陰影のエッジが検出され、検出信
号として出力する。図示しない処理手段は、この検出信
号でレベル差が生じている位置を被測定物Ｗのエッジ位
置と判断し、両エッジ位置の間隔に基づき被測定物Ｗの
外径を寸法出力する構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記装置においては、
被測定物Ｗが発光している場合には、レーザービームの
光との明暗の差が得られなくなり、正確な測定が行えな
かった。例えば、被測定物Ｗとして製造中の光ファイバ
の母材を測定する場合がある。この光ファイバ母材は、
加熱（１０００℃以上）伸長させて所定径に成型する
が、この伸長直後の外径を測定する場合、光ファイバ母
材は加えられた熱により発光している状態にある。

【０００５】このように被測定物Ｗが発光していると、
受光素子（ＰＤ）５５は光の強度にほぼ比例した電流
（電圧）を出力するため、受光素子５５の出力を増幅す
る増幅器が飽和し明暗の差が得られなくなる問題があっ
た。このままでは、被測定物Ｗの外径は正確に測定でき
ない。

【０００６】これを解決すべく、受光素子５５に入射す
る光の強度を減衰させる手法があり、例えば受光素子５
５の受光面側にＮＤフィルタを配置させることが考えら
れる。しかしながら、このＮＤフィルタは、受光素子５
５に入射される光強度を全波長に渡り減衰させる。これ
により、受光素子５５ではレーザビームと被測定物Ｗと
の良好な明暗差を得ることができないため、被測定物Ｗ
の外径の測定を高精度化させることはできない。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、発光状態の被測定物であっても増幅器
が飽和することなく正確な寸法測定が行える寸法測定装
置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の寸法測定装置は、請求項１記載のように、
光源（１）のレーザビームを偏向させて被測定物（Ｗ）
に照射する偏向手段（２）と、前記レーザビームの光強
度に対応したレベルの検出信号を出力し被測定物（Ｗ）
の陰影を検出する受光手段（４）と、前記受光手段で検
出された陰影の両エッジ位置の時期間隔に基づき被測定
物の寸法を測定する処理手段（７）を備えてなる寸法測
定装置において、前記光源の発振波長を検出するモニタ
（５）と、前記モニタから得られる波長に基づき前記光
源の発振波長を安定化する発振波長制御手段（６）と、
前記受光手段の受光位置手前側に配置され、レーザビー
ムの発振波長を中心とする所定範囲の波長透過特性を有
する光学フィルタ（１９）と、前記受光手段から出力さ
れた検出信号のレベルのうち最も低いボトムレベルを検
出するボトム検出手段（２１）と、経時的に出力される
前記検出信号のレベル全体から前記ボトム検出手段で検
出したボトムレベルを差し引き出力する演算手段（２
２）と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、光学フィルタ１９は、
レーザビームの出力波長を中心として所定波長範囲の光
を受光手段４に透過させる。受光手段４で検出された光
強度は、レーザビーム及び被測定物の発光を含んでお
り、レーザビームが被測定物に照射されている期間の陰
影を検出した低レベル時においても所定の浮き分が存在
する。ボトム検出手段２１は、この浮き分のレベル（ボ
トムレベル）を検出して演算手段２２に出力する。演算
手段２２は、検出信号からボトムレベルを差し引くこと
により、被測定物の発光の影響を除去した検出信号を出
力する。これにより、被測定物が発光していてもエッジ
位置を正確に判断して寸法を精度良く測定できるように
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の寸法測定装置の
第１実施形態を示す構成図である。光源１は、半導体レ
ーザ（ＬＤ）で構成され発振により出射された所定波長
（例えば６７０ｎｍの可視光）のレーザビームを偏向手
段２に向けて出射する。光源１の光は、ハーフミラー等
の分岐手段３を介して一部がモニタ５に入射し発振波長
が検出され発振波長制御手段６に出力される。発振波長
制御手段６は、検出された値に基づき光源１の発振波長
を安定化させ、発振波長が狭い帯域となるよう制御す
る。

【００１１】偏向手段２は、ミラー１０の角度を変更さ
せてレーザビームを偏向（走査）させる。例えば所定周
波数で振動する音叉先端にレーザビーム反射用のミラー
１０を設けて構成される。偏向手段２で偏向されたレー
ザビームは、一対の投光レンズ１３，受光レンズ１４に
導かれる。投光レンズ１３は、ミラー１０部分から焦点
距離に対応した位置に配置され、平行な走査ビームに変
換する。

【００１２】投光レンズ１３と受光レンズ１４の間は、
装置筐体の外部に表出しており、この部分に被測定物Ｗ
が配置される。被測定物Ｗは、この平行ビームの一部を
遮るよう配置され、例えば２ｍｍの光ファイバの外径寸
法が測定できる。この被測定物Ｗは、平行ビームの走査
幅に対応して所定の測定可能領域内に配置する。受光レ
ンズ１４は、平行ビームを再度集光して受光手段４の受
光素子１６上に集光する。

【００１３】これら受光レンズ１４と、受光素子１６と
の間には、光学フィルタ１９が設けられる。この光学フ
ィルタ１９は、前記光源１が出射するレーザビームの発
振波長を中心として前後所定範囲の波長のみを透過させ
るバンドパスフィルタの機能を有している。

【００１４】図２は、光学フィルタ１９の波長透過特性
を示すグラフであるが、この波長透過範囲は、光源に用
いた半導体レーザ１の発振波長の変動分に対応して設定
されており、例えば発振波長±１０％（６７０ｎｍ±６
７ｎｍ）の波長透過範囲を有している。

【００１５】受光手段４の受光素子１６としてはＰＤが
用いられ、検出したレーザビームを光電変換し光強度に
ほぼ比例した出力レベルの検出信号を処理手段７に出力
する。即ち、受光素子１６は、発光していない状態の被
測定物Ｗにおいては、レーザビームを直接受光する期間
中の検出信号は高レベルを出力し、レーザビームが被測
定物Ｗで遮られている期間中は低レベルを出力する。以
下、レベルは電圧値として説明する。

【００１６】処理手段７は、初段増幅器２０と、ボトム
検出手段２１と、演算手段２２、外径演算手段２３を備
える。初段増幅器２０は、受光素子１６から出力される
検出信号を所定の増幅率で増幅した電圧値を演算手段２
２に出力する。ボトム検出手段２１は、受光素子１６か
ら出力される検出信号のうち低レベル入力時の電圧値
（ボトムレベル）を検出して演算手段２２に出力する。
例えば、オペアンプとダイオード、コンデンサを用いた
汎用のピークホールド回路の構成により、最も低い電圧
値を検出できる。

【００１７】演算手段２２は、初段増幅器２０の出力か
ら、ボトム検出手段２１で検出された低レベル時の電圧
値を減算して外径演算手段２３に出力する。演算手段２
２が出力する検出信号は、レーザビームが被測定物Ｗの
両端のエッジ位置間を走査している期間中は電圧値が低
レベルとなる。上記初段増幅器２０、及び演算手段２２
についても、オペアンプ等を用いて簡単に構成すること
ができる。

【００１８】外径演算手段２３は、これらのエッジ検出
タイミングを、クロックカウンタを用いて数値データに
変換してＣＰＵに取り込み、被測定物Ｗのエッジ位置を
算出する。そして、得られた被測定物Ｗの両エッジ位置
の間隔に基づき被測定物Ｗの外径値（寸法）を求めらて
外部出力する。

【００１９】次に、上記構成の測定時における検出信号
の状態を説明する。図３は、非発光の被測定物Ｗの検出
信号を示すタイミングチャートである。発光しない被測
定物Ｗの測定時、受光素子１６から出力される電圧値は
レーザビームの走査の往復時にそれぞれ、高レベル（レ
ーザビーム受光時：５Ｖ）から低レベル（被測定物Ｗに
よりレーザービームが遮られた被受光時：０Ｖ）に変化
する。この電圧値のレベル変化時期ｔ１，ｔ２が被測定
物Ｗの両エッジに相当し、外径演算手段２３は、この両
エッジが検出された時期ｔ１，ｔ２間の間隔Ｔに基づき
外径を演算する。

【００２０】図４は、発光する被測定物Ｗの検出信号を
示すタイミングチャートである。仮に、前記光学フィル
タ１９を用いず、直接、受光レンズ１４からの光を受光
素子１６で受光した際は、図中点線で示す信号波形とな
る。即ち、この状態では、被測定物Ｗの発光により、受
光素子１６から出力された検出信号（電圧値１５Ｖ）に
より初段増幅器２０が飽和しており、高レベル及び低レ
ベル間の明暗差が得られず、エッジ位置を検出できな
い。

【００２１】ここで、上記光学フィルタ１９を受光素子
１６の受光面前方に配置したときの信号波形は、図中一
点鎖線で示されている。光学フィルタ１９は、上記のよ
うに、レーザビームの発振波長を中心として前後所定範
囲の波長のみを透過させる。これにより、透過波長範囲
外の波長成分の光が減衰して受光素子１６に入射され
る。即ち、被測定物Ｗの発光波長成分を大幅に減衰させ
ることができる。

【００２２】この光学フィルタ１９を介挿させることに
より、受光素子１６で検出される高レベルの電圧値は７
Ｖ、低レベルの電圧値は２Ｖとなっており、所定の明暗
差（５Ｖ）が得られている。同時に初段増幅器２０での
飽和を防止できる。

【００２３】低レベルで検出された電圧値は、光学フィ
ルタ１９を透過した光であり、被測定物Ｗが非発光の被
測定物Ｗにおいては検出されない（０Ｖ）である。ボト
ム検出手段２１は、この低レベル時の電圧値（２Ｖ）を
ボトムレベルとして検出し、検出時の電圧値をホールド
して演算手段２２に出力する。そして、演算手段２２
は、検出信号からボトム検出手段２１で検出された電圧
値を減算する。

【００２４】これにより、演算手段２２からは図中実線
で示す検出信号が出力されることになる。この検出信号
は、全体の電圧値が２Ｖ下方にシフトされることよっ
て、電圧値は高レベル時に５Ｖ、低レベル時に０Ｖとな
る所定の明暗差を有し、かつ、浮き分（２Ｖ）が除去さ
れており、外径演算手段２３の入力として適正な電圧値
が供給できるようになる。

【００２５】また、光源１の発振波長は、温度等の環境
変化や、発熱等により発振波長が変動する。この変動は
モニタ５で検出され発振波長制御手段６により狭い帯域
となりＳ／Ｎ比が向上できるよう制御される。そして、
光源１の発振波長が変動したとしても、光学フィルタ１
９が有する上記所定の透過波長範囲特性により、このレ
ーザビームを透過可能である。これにより、上記同様に
所定の明暗差を有する検出信号を外径演算手段２３に対
し供給できる。対応して外径演算手段２３は、エッジ位
置を正確に検出でき、外径寸法の測定精度を維持して出
力できる。

【００２６】また、ボトム検出手段２１は、検出信号の
低レベル時の電圧値を刻時検出する構成であるため、経
時的な発光強度の変動にも対応でき、常時、演算手段２
２からは低レベル時に０Ｖの検出信号を出力できるよう
になる。即ち、発光状態の被測定物Ｗの光強度が時間的
に変化してもこれに対応できる。

【００２７】上記実施形態では、被測定物として製造時
の加熱により発光する光ファイバを例に説明したが、こ
れに限らず発光する被測定物全般に対して、この被測定
物の発光の影響を排除して正確に寸法測定できるもので
ある。

【００２８】

【発明の効果】本発明の寸法測定装置によれば、光学フ
ィルタでレーザビームの波長のみ透過させた後、ボトム
レベル検出手段で検出信号のボトムレベルを検出し、演
算手段により検出信号からこのボトムレベルを差し引き
出力する構成であるため、被測定物が発光していても、
この被測定物に光の影響を排除して正確な寸法を測定で
きるようになる。また、検出信号のボトムレベルを刻時
検出するため、被測定物の発光強度が変動してもこれに
対応でき安定して寸法出力できる。さらに、光学フィル
タは、レーザビームの出力波長を中心として所定範囲の
透過特性を有しているため、レーザビームの出力波長が
変動しても寸法出力の精度を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の寸法測定装置の実施の形態を示す構成
図。

【図２】光学フィルタの波長透過特性を示す図。

【図３】非発光状態の被測定物測定時の検出信号を示す
タイミングチャート。

【図４】発光状態の被測定物測定時の検出信号を示すタ
イミングチャート。

【図５】従来の寸法測定装置の構成図。

【符号の説明】

１…光源、２…偏向手段、４…受光手段、５…モニタ、
６…発振波長制御手段、７…処理手段、１０…ミラー、
１３…投光レンズ、１５…受光レンズ、１６…受光素
子、１９…光学フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加島史夫東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内 (72)発明者濱野信治東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA22 AA26 BB12 BB15 CC23 DD04 DD12 FF02 GG06 GG25 HH04 HH15 JJ01 JJ18 LL04 LL22 LL46 LL62 MM16 NN06 QQ02 QQ25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源（１）のレーザビームを偏向させて
被測定物（Ｗ）に照射する偏向手段（２）と、前記レー
ザビームの光強度に対応したレベルの検出信号を出力し
被測定物（Ｗ）の陰影を検出する受光手段（４）と、前
記受光手段で検出された陰影の両エッジ位置の時期間隔
に基づき被測定物の寸法を測定する処理手段（７）を備
えてなる寸法測定装置において、前記光源の発振波長を検出するモニタ（５）と、前記モニタから得られる波長に基づき前記光源の発振波
長を安定化する発振波長制御手段（６）と、前記受光手段の受光位置手前側に配置され、レーザビー
ムの発振波長を中心とする所定範囲の波長透過特性を有
する光学フィルタ（１９）と、前記受光手段から出力された検出信号のレベルのうち最
も低いボトムレベルを検出するボトム検出手段（２１）
と、経時的に出力される前記検出信号のレベル全体から前記
ボトム検出手段で検出したボトムレベルを差し引き出力
する演算手段（２２）と、を備えたことを特徴とする寸
法測定装置。