JP2008196930A - Optical measuring device - Google Patents

Optical measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP2008196930A
JP2008196930A JP2007031580A JP2007031580A JP2008196930A JP 2008196930 A JP2008196930 A JP 2008196930A JP 2007031580 A JP2007031580 A JP 2007031580A JP 2007031580 A JP2007031580 A JP 2007031580A JP 2008196930 A JP2008196930 A JP 2008196930A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
measurement
optical
fiber bundle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007031580A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Ura
治男 浦
Tomonobu Taniguchi
朝信 谷口
Taishin Ono
泰臣 大野
Hiromichi Kono
弘道 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soatec Inc
Original Assignee
Soatec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soatec Inc filed Critical Soatec Inc
Priority to JP2007031580A priority Critical patent/JP2008196930A/en
Publication of JP2008196930A publication Critical patent/JP2008196930A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measuring device having a simple configuration, capable of miniaturizing a measuring part. <P>SOLUTION: An operation control part 120 controls the on/off state of an optical switch part 104 with a pattern scanning a measuring object 102. Measuring light from a light source 130 is irradiated to the measuring object 102 through the optical switch part 104, the first optical fiber bundle 108 and a concave lens 115, and the measuring light reflected by the measuring object 102 is detected by a photodetection part 105 through a light receiving lens 114 and the second optical fiber bundle 107, and detected by a photodetection part 106 through a light receiving lens 116 and the second optical fiber bundle 109, and the operation control part 120 calculates a three-dimensional shape or the like of the measuring object 102 based on the measuring light detected by photodetection parts 105, 106. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定用光を測定対象に照射すると共に前記測定対象で反射した前記測定用光を検出し、前記検出した測定用光に基づいて前記測定対象の形状等を測定する光学式測定装置に関する。   The present invention is an optical measuring device that irradiates a measurement object with the measurement light, detects the measurement light reflected by the measurement object, and measures the shape or the like of the measurement object based on the detected measurement light About.

従来から、半導体レーザ等の光源から発生した測定用光を測定対象に照射し、測定対象物で反射した前記測定用光を検出することによって、前記測定対象の3次元形状や、所定位置から前記測定対象までの距離等を測定するようにした光学式測定装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, the measurement light generated from a light source such as a semiconductor laser is irradiated onto the measurement object, and the measurement light reflected by the measurement object is detected, so that the three-dimensional shape of the measurement object or the predetermined position can be used. An optical measuring device that measures the distance to a measurement object has been developed (see, for example, Patent Document 1).

従来の光学式測定装置においては、光源からの測定用光を空間を介して測定対象に照射し、前記測定対象で反射した測定用光を空間を介して光検出素子によって検出するように構成しているため、前記光源及び光検出素子を含む測定部の形状が大きくなる。
したがって、深穴の内面形状等を測定しようとした場合、前記深穴内に前記測定部を挿入できず、測定できないという問題がある。
In the conventional optical measurement apparatus, the measurement light from the light source is irradiated to the measurement object through the space, and the measurement light reflected by the measurement object is detected by the light detection element through the space. Therefore, the shape of the measurement unit including the light source and the light detection element is increased.
Therefore, when measuring the inner surface shape of the deep hole, etc., there is a problem that the measurement part cannot be inserted into the deep hole and cannot be measured.

この問題を解決する方法として、測定用光を測定対象側に反射する反射ミラー等を設け、前記反射ミラーを前記深穴内に挿入して測定を行うように構成することが考えられるが、前記反射ミラーを駆動するモータや制御回路等が必要となるため構造が複雑になり、小型化が困難であるという問題がある。   As a method for solving this problem, it is conceivable to provide a reflection mirror or the like that reflects measurement light to the measurement target side, and to perform measurement by inserting the reflection mirror into the deep hole. Since a motor for driving the mirror, a control circuit, and the like are required, the structure is complicated and it is difficult to reduce the size.

特開2006−90879号公報JP 2006-90879 A

本発明は、簡単な構成で、測定部を小型化可能な光学式測定装置を提供することを課題としている。   An object of the present invention is to provide an optical measuring device that can be downsized with a simple configuration.

本発明によれば、第1光ファイバ束を介して測定対象に測定用光を照射する光出力手段と、相互の位置関係は既知であると共に前記光出力手段の位置とは無関係な位置に配設され、前記測定対象によって反射した前記測定用光を第2光ファイバ束を介して検出する複数の光検出手段と、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、前記測定対象の長さに関する特性を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。   According to the present invention, the light output means for irradiating the measurement light to the measurement object via the first optical fiber bundle and the mutual positional relationship are known and the light output means is arranged at a position unrelated to the position of the light output means. A plurality of light detection means that detect the measurement light reflected by the measurement object via a second optical fiber bundle, and the measurement object based on the measurement light detected by the plurality of light detection means There is provided an optical measuring device comprising a calculating means for calculating a characteristic relating to the length of the optical measuring device.

光出力手段は第1光ファイバ束を介して測定対象に測定用光を照射する。相互の位置関係は既知であると共に前記光出力手段の位置とは無関係な位置に配設された複数の光検出手段は、前記測定対象によって反射した前記測定用光を第2光ファイバ束を介して検出する。算出手段は、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、前記測定対象の長さに関する特性を算出する。   The light output means irradiates the measuring object with measurement light via the first optical fiber bundle. A plurality of light detection means arranged at positions that are known to each other and are irrelevant to the position of the light output means, pass the measurement light reflected by the measurement object through the second optical fiber bundle. To detect. The calculation means calculates a characteristic related to the length of the measurement object based on the measurement light detected by the plurality of light detection means.

また、前記第1光ファイバ束、第2光ファイバ束は、各々、前記光出力手段側、前記光検出手段側が、前記測定対象側と同じ太さ、又は前記測定対象側よりも太く構成されて成るように構成してもよい。
また、前記第1光ファイバ束、第2光ファイバ束は、複数のテーパ状光ファイバを束ねて成るように構成してもよい。
The first optical fiber bundle and the second optical fiber bundle are configured such that the light output means side and the light detection means side are the same thickness as the measurement object side or thicker than the measurement object side, respectively. You may comprise so that it may become.
The first optical fiber bundle and the second optical fiber bundle may be configured by bundling a plurality of tapered optical fibers.

また、前記光出力手段は、前記測定用光を前記第1光ファイバ束側に出力する光源と、前記第1光ファイバ束を構成する各光ファイバに対して、前記光源からの測定用光を選択的に透過又は遮蔽するためにオン又はオフされる光スイッチ手段と、前記光スイッチ手段をオン又はオフに制御する制御手段とを備えて成るように構成してもよい。
また、前記光検出手段は、前記第2光ファイバ束を構成する各光ファイバに対応する光検出素子を備えて成るように構成してもよい。
The light output means outputs the measurement light from the light source to the light source that outputs the measurement light to the first optical fiber bundle side and each optical fiber that constitutes the first optical fiber bundle. You may comprise so that the optical switch means turned on or off in order to selectively permeate | transmit or shield, and the control means which controls the said optical switch means on or off may be comprised.
Further, the light detection means may be configured to include a light detection element corresponding to each optical fiber constituting the second optical fiber bundle.

また、前記複数の光検出手段を1つの検出手段によって兼用して成るように構成してもよい。
また、前記各光検出手段は、CMOS光センサアレー、CCD又はPSDによって構成されて成るように構成してもよい。
Further, the plurality of light detection means may be combined with one detection means.
Each of the light detection means may be constituted by a CMOS photosensor array, a CCD, or a PSD.

本発明に係る光学式測定装置によれば、簡単な構成で、測定部を小型化することが可能になる。また、光出力手段と光検出手段間の位置関係を無関係に設定して測定を行うことが可能になるため、測定の自由度が大きくなり、簡単な構成で多様な測定に対応することが可能になる。   According to the optical measurement device of the present invention, it is possible to reduce the size of the measurement unit with a simple configuration. In addition, measurement can be performed by setting the positional relationship between the light output means and the light detection means independently, so the degree of freedom of measurement is increased and it is possible to handle various measurements with a simple configuration. become.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一部分には同一符号を付している。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の基本構成を示す斜視図である。
図1において、透光性の第1支持部材103の中央部には略正方形状に形成された光スイッチ部104が一体的に設けられており、又、光スイッチ部104を挟んで第1支持部材103の両側には第1光検出部105、第2光検出部106が一体的に設けられている。
Hereinafter, an optical measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure used by the following description, the same code | symbol is attached | subjected to the same part.
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an optical measuring device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an optical switch portion 104 formed in a substantially square shape is integrally provided at the center of the translucent first support member 103, and the first support is sandwiched between the optical switch portions 104. A first light detection unit 105 and a second light detection unit 106 are integrally provided on both sides of the member 103.

光スイッチ部104は、複数の光スイッチ素子をマトリクス状に(本実施の形態では、行及び列方向に各々256個(計256×256個))配設した構成となっている。前記各光スイッチ素子は、演算制御部120の制御により、入射光を透過する状態と遮蔽する状態のいずれかの状態になるように構成されている。   The optical switch unit 104 has a configuration in which a plurality of optical switch elements are arranged in a matrix (in the present embodiment, 256 each in the row and column directions (256 × 256 in total)). Each of the optical switch elements is configured to be in one of a state of transmitting incident light and a state of blocking light under the control of the arithmetic control unit 120.

第1、第2光検出部105、106は、各々、光スイッチ部104の光スイッチ素子と同数の光検出素子をマトリクス状に(本実施の形態では行及び列方向に各々256個(256×256個))配設した構成となっている。第1、第2光検出部105、106として、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の光センサアレー(CMOS光センサアレー)、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)又はPSD(Position Sensitive Detector)等の各種の光検出素子が使用可能である。   Each of the first and second light detection units 105 and 106 has the same number of light detection elements as the optical switch elements of the optical switch unit 104 in a matrix (in this embodiment, 256 each in the row and column directions (256 × 256)). As the first and second photodetection units 105 and 106, for example, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type photosensor array (CMOS photosensor array), a CCD (Charge Coupled Device), or a PSD (Position Sensitive Detector). Etc.) can be used.

第1支持部材103中央部の光スイッチ部104に対応する位置に第1光ファイバ束108の第1端部が一体的に接続され、第1支持部材103両端側の第1、第2光検出部105、106に対応する位置には各々第2光ファイバ束107、109の第1端部が一体的に接続されている。   The first end of the first optical fiber bundle 108 is integrally connected to a position corresponding to the optical switch 104 at the center of the first support member 103, and the first and second light detections at both ends of the first support member 103 are performed. The first end portions of the second optical fiber bundles 107 and 109 are integrally connected to positions corresponding to the portions 105 and 106, respectively.

光スイッチ部104を構成する各光スイッチ素子は、第1光ファイバ束108を構成する各光ファイバの端部と対面するように配設されている。また、第1、第2光検出部105、106を構成する各光検出素子は、各々、第2光ファイバ束107、109を構成する各光ファイバの端部と対面するように配設されている。
第1光ファイバ束108は、光スイッチ104側が測定対象102側よりも太く構成されている。第2光ファイバ束107、109は、各々、第1、第2光検出部105、106側が測定対象102側よりも太く構成されている。
Each optical switch element constituting the optical switch unit 104 is disposed so as to face the end part of each optical fiber constituting the first optical fiber bundle 108. In addition, the respective light detection elements constituting the first and second light detection units 105 and 106 are disposed so as to face the end portions of the respective optical fibers constituting the second optical fiber bundles 107 and 109, respectively. Yes.
The first optical fiber bundle 108 is configured such that the optical switch 104 side is thicker than the measurement object 102 side. The second optical fiber bundles 107 and 109 are configured such that the first and second light detection units 105 and 106 side is thicker than the measurement object 102 side.

図2は、光ファイバ束107〜109の構成を示す図である。図2(a)は光ファイバ束を構成する1本の光ファイバを示す図である。光ファイバ201は、その中心に光を導光する導光部202を有すると共に、前記導光部202の側面から光が漏れないよう遮光するために側面全体を均一の厚みで被覆する被覆部203を備えている。
導光部202はテーパ状に形成されており、その第1端部204の面積は第2端部205の面積よりも大きく(太く)形成されている。その結果、光ファイバ201自体がテーパ状に形成されている。第1端部204側から入射した測定用光は第2端部205側から出射し、第2端部205側から入射した測定用光は第1端部204側から出射する。
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the optical fiber bundles 107 to 109. FIG. 2A is a view showing one optical fiber constituting the optical fiber bundle. The optical fiber 201 has a light guide portion 202 that guides light at the center thereof, and a covering portion 203 that covers the entire side surface with a uniform thickness so as to shield light from leaking from the side surface of the light guide portion 202. It has.
The light guide unit 202 is formed in a tapered shape, and the area of the first end 204 is larger (thicker) than the area of the second end 205. As a result, the optical fiber 201 itself is formed in a tapered shape. The measurement light incident from the first end portion 204 side is emitted from the second end portion 205 side, and the measurement light incident from the second end portion 205 side is emitted from the first end portion 204 side.

図2(b)は、複数の光ファイバ201を束ねて構成した光ファイバ束212の説明図であり、複数の光ファイバ201を、断面が略正方形状になるように(例えば、行及び列方向に各々256本(256×256本))束ねた光ファイバ束212の例を示している。
各光ファイバ201はテーパ状のため、これを束ねた光ファイバ束212もテーパ状に構成される。即ち、光ファイバ201の第1端部204側を束ねた第1束端部213の面積は、光ファイバ201の第2端部205側を束ねた第2束端部214の面積よりも大きく(太く)なるように構成されている。
FIG. 2B is an explanatory diagram of an optical fiber bundle 212 configured by bundling a plurality of optical fibers 201, and the plurality of optical fibers 201 are arranged so that the cross section is substantially square (for example, in row and column directions). 5 shows an example of the optical fiber bundle 212 bundled by 256 (256 × 256).
Since each optical fiber 201 is tapered, an optical fiber bundle 212 in which the optical fibers 201 are bundled is also tapered. That is, the area of the first bundle end 213 bundled on the first end 204 side of the optical fiber 201 is larger than the area of the second bundle end 214 bundled on the second end 205 side of the optical fiber 201 ( It is configured to be thick).

前記のように構成された光ファイバ束を使用して第1光ファイバ束108、第2光ファイバ束107、109を形成することにより、第1光ファイバ束108は光スイッチ104側が測定対象102側よりも太く構成され、又、第2光ファイバ束107、109は、各々、第1、第2光検出部105、106側が測定対象102側よりも太く構成されている。   By forming the first optical fiber bundle 108 and the second optical fiber bundles 107 and 109 using the optical fiber bundle configured as described above, the first optical fiber bundle 108 is arranged on the optical switch 104 side on the measurement object 102 side. Further, the second optical fiber bundles 107 and 109 are configured so that the first and second light detection units 105 and 106 are thicker than the measurement target 102 side, respectively.

尚、測定用光を導光すれば足りるような場合には、第1光ファイバ束108は光スイッチ104側が測定対象102側と同じ太さ、又、第2光ファイバ束107、109は、各々、第1、第2光検出部105、106側が測定対象102側と同じ太さに構成してもよい。   In the case where it is sufficient to guide the measurement light, the first optical fiber bundle 108 has the same thickness on the optical switch 104 side as the measurement target 102 side, and the second optical fiber bundles 107 and 109 each have The first and second light detection units 105 and 106 may be configured to have the same thickness as the measurement target 102 side.

レーザ光を出力する光源130を、光軸200と直交する面210に図形211を描くように走査すると、光源130からのレーザ光は、光ファイバ束212の第2束端部214側から入射し、光ファイバ束212を構成する各光ファイバ201を通って、第1束端部213側から出射する。   When the light source 130 that outputs laser light is scanned so as to draw a figure 211 on a surface 210 orthogonal to the optical axis 200, the laser light from the light source 130 enters from the second bundle end 214 side of the optical fiber bundle 212. The light is emitted from the first bundle end 213 side through the optical fibers 201 constituting the optical fiber bundle 212.

光ファイバ束212を構成する各光ファイバに対応する光検出素子(例えば、行及び列方向に各々256個(256×256個))を有する光検出部215を、光軸200と直交する面内であって光ファイバ束212の第1束端部側に配設しておくことにより、図形211に対応するレーザ光は、光検出部215によって図形211を拡大した図形216として検出されることになる。   In-plane orthogonal to the optical axis 200 is provided with the photodetecting portions 215 having photodetecting elements (for example, 256 (256 × 256) in the row and column directions) corresponding to the respective optical fibers constituting the optical fiber bundle 212. By arranging the optical fiber bundle 212 on the first bundle end side, the laser beam corresponding to the figure 211 is detected as a figure 216 obtained by enlarging the figure 211 by the light detection unit 215. Become.

したがって、小さな測定対象の形状測定や狭い溝内の形状等の場合でも、測定対象側に配設する光ファイバ束212の第2束端部214側を小さな形状に構成することにより、第1束端部204側では拡大された形状等の検出データを得ることが可能になり、サイズの大きい(換言すれば、光検出素子の密度が低い)光検出部215を用いて、狭くて深い穴や溝の内面形状等を容易に測定することが可能になる。   Therefore, even in the case of measuring the shape of a small measurement object or the shape in a narrow groove, the first bundle is formed by configuring the second bundle end 214 side of the optical fiber bundle 212 arranged on the measurement object side in a small shape. Detection data such as an enlarged shape can be obtained on the end 204 side, and a narrow and deep hole or the like can be obtained using the photodetection unit 215 having a large size (in other words, the density of photodetection elements is low). It becomes possible to easily measure the inner surface shape and the like of the groove.

再び図1において、光ファイバ束108の第2端部は透光性の支持部材113に一体的に形成されている。光ファイバ束107、109の各第2端部は透光性の支持部材111、112に一体的に形成されている。
支持部材113に対向する位置に凹レンズ115が配設されている。また、支持部材111、112に対向する位置に受光レンズである凸レンズ114、116が配設されている。
In FIG. 1 again, the second end of the optical fiber bundle 108 is formed integrally with a translucent support member 113. The second ends of the optical fiber bundles 107 and 109 are formed integrally with the translucent support members 111 and 112, respectively.
A concave lens 115 is disposed at a position facing the support member 113. Further, convex lenses 114 and 116 as light receiving lenses are disposed at positions facing the support members 111 and 112.

支持部材111〜113、凹レンズ115、凸レンズ114、116は、透光性の支持部材110に一体的に形成されている。これにより、支持部材103と支持部材110は光ファイバ束107〜109を介して一体的に形成されている。
光源130から出力された測定用光は光スイッチ部104に入射する。光スイッチ部104は演算制御部120によって、所定のスイッチ素子が測定用光を透過するように制御される。光スイッチ部104を通った測定用光は、光ファイバ束108、支持部材113及び凹レンズ115を介して測定対象102に出力される。
The support members 111 to 113, the concave lens 115, and the convex lenses 114 and 116 are formed integrally with the translucent support member 110. Thereby, the support member 103 and the support member 110 are integrally formed via the optical fiber bundles 107 to 109.
The measurement light output from the light source 130 enters the optical switch unit 104. The optical switch unit 104 is controlled by the arithmetic control unit 120 so that a predetermined switch element transmits the measurement light. The measurement light that has passed through the optical switch unit 104 is output to the measurement object 102 via the optical fiber bundle 108, the support member 113, and the concave lens 115.

例えば、演算制御部120によって、光スイッチ部104が水平方向直線状の光を透過するように、上方から下方に向かって順次制御された場合、測定対象102は水平方向直線状の測定用光117、118、119の順で走査されることになる。
第1、第2光検出部105、106は、各々、測定対象102で反射した測定用光を、対応する受光レンズ114、115及び光ファイバ束107、109を介して検出する。
For example, when the arithmetic control unit 120 sequentially controls the optical switch unit 104 from the upper side to the lower side so as to transmit the horizontal linear light, the measurement target 102 has the horizontal linear measurement light 117. , 118, 119 are scanned in this order.
The first and second light detection units 105 and 106 detect the measurement light reflected by the measurement object 102 via the corresponding light receiving lenses 114 and 115 and the optical fiber bundles 107 and 109, respectively.

測定用光を出力する光源130は、受光レンズ114及び支持部材111(換言すれば光ファイバ束107の第2端部)や、受光レンズ116及び支持部材112(換言すれば光ファイバ束109の第2端部)とは、相互の位置関係が無関係に配設される。受光レンズ114、支持部材111(換言すれば光ファイバ束107の第2端部)、受光レンズ116及び支持部材112(換言すれば光ファイバ束109の第2端部)は、相互の位置関係が予め既知の所定の位置に配設されている。   The light source 130 that outputs the measurement light includes the light receiving lens 114 and the support member 111 (in other words, the second end portion of the optical fiber bundle 107), and the light receiving lens 116 and the support member 112 (in other words, the first end of the optical fiber bundle 109). The two end portions are disposed irrespective of the mutual positional relationship. The light receiving lens 114, the support member 111 (in other words, the second end portion of the optical fiber bundle 107), the light receiving lens 116 and the support member 112 (in other words, the second end portion of the optical fiber bundle 109) have a mutual positional relationship. It is disposed in advance at a predetermined position.

ここで、光源130、光スイッチ部104及び演算制御部120は光出力手段を構成し、第1、第2光検出部は光検出手段を構成している。光スイッチ部104は光スイッチ手段を構成している。また、演算制御部120は制御手段及び算出手段を構成している。また、受光レンズ114、116、支持部材111、112は測定部を構成している。
尚、前述したように、前記複数の光検出手段相互の位置関係は既知の所定位置に配設されると共に、前記光出力手段は前記各光検出手段の位置とは無関係な任意の位置に配設される。
Here, the light source 130, the optical switch unit 104, and the calculation control unit 120 constitute a light output unit, and the first and second light detection units constitute a light detection unit. The optical switch unit 104 constitutes optical switch means. The arithmetic control unit 120 constitutes a control unit and a calculation unit. The light receiving lenses 114 and 116 and the support members 111 and 112 constitute a measuring unit.
As described above, the positional relationship between the plurality of light detection means is arranged at a known predetermined position, and the light output means is arranged at an arbitrary position unrelated to the position of each light detection means. Established.

図3は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の測定動作を説明するための図である。
図3において、光源130から測定用光を測定対象102に照射すると、測定対象102表面の照射位置(測定対象位置)では散乱光が発生して、その一部が受光レンズ114、116側に反射する。測定対象102で反射した前記測定用光は、各々、受光レンズ114、116を介して、受光レンズ114、116に対応して配設された透光性の支持部材111、112(換言すれば光ファイバ束107、109の第2端部)、光ファイバ束107、109を介して光検出部105、106によって検出される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the measurement operation of the optical measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.
In FIG. 3, when the measurement light is irradiated from the light source 130 to the measurement object 102, scattered light is generated at the irradiation position (measurement target position) on the surface of the measurement object 102, and a part thereof is reflected toward the light receiving lenses 114 and 116. To do. The measurement light reflected by the measurement object 102 is transmitted through the light receiving lenses 114 and 116, respectively, and the translucent support members 111 and 112 (in other words, the light is disposed corresponding to the light receiving lenses 114 and 116). Detected by the light detection units 105 and 106 via the second ends of the fiber bundles 107 and 109 and the optical fiber bundles 107 and 109.

以下、説明を簡略化するために、2次元平面(Y軸座標=一定)の測定例で説明するが、3次元についても同様にして測定値が得られる。尚、図3において、光ファイバ束107、109はテーパ状であるため、第1端部側の像は第2端部側の像よりも大きくなる。nは、第2端部側の像と第1端部側の像を比較した場合の倍率である。
先ず、光検出部105、106の検出値から、受光レンズ116、114に対応するX座標位置を基準とする検出点までの距離XLpi、XRpi(図3ではi=1)を得る。
Hereinafter, in order to simplify the description, a measurement example of a two-dimensional plane (Y-axis coordinates = constant) will be described, but measurement values can be obtained in the same manner for three dimensions. In FIG. 3, since the optical fiber bundles 107 and 109 are tapered, the image on the first end side is larger than the image on the second end side. n is the magnification when the image on the second end side is compared with the image on the first end side.
First, distances XLpi and XRpi (i = 1 in FIG. 3) from the detection values of the light detection units 105 and 106 to the detection point based on the X coordinate position corresponding to the light receiving lenses 116 and 114 are obtained.

一方、予め設定する既知の値として、支持部材111(換言すれば光ファイバ束107の第2端部)と受光レンズ114間の距離をDz、支持部材112(換言すれば光ファイバ束109の第2端部)と受光レンズ116間の距離をDz、受光レンズ114と受光レンズ116間の距離をDxとする。   On the other hand, as a known value set in advance, the distance between the support member 111 (in other words, the second end of the optical fiber bundle 107) and the light receiving lens 114 is Dz, and the support member 112 (in other words, the first end of the optical fiber bundle 109). The distance between the two ends) and the light receiving lens 116 is Dz, and the distance between the light receiving lens 114 and the light receiving lens 116 is Dx.

測定対象102上の点P1のX及びZ座標P1(XL1,ZL1)は、次の2式によって求められる。
XL1=Dx・Xλ1
ZL1=Dx・Dz・Xμ1
但し、Xλ1、Xμ1は次式による。
Xλ1=XLp1/(XLp1−XRp1)
Xμ1=1/(XLp1−XRp1)
The X and Z coordinates P1 (XL1, ZL1) of the point P1 on the measurement object 102 are obtained by the following two equations.
XL1 = Dx · Xλ1
ZL1 = Dx · Dz · Xμ1
However, Xλ1 and Xμ1 are based on the following equations.
Xλ1 = XLp1 / (XLp1-XRp1)
Xμ1 = 1 / (XLp1-XRp1)

したがって、光検出部105、106によってnXLp1、nXRp1を測定し、これらの測定値nXLp1、nXRp1及び既知の値Dz、Dxを用いると共に前記各式を用いて、演算制御部120によって算出処理を行うことにより、受光レンズ114、116間の中心を原点Oとして、測定対象102上の測定対象位置の座標(XL1,ZL1)を算出することができる。   Therefore, nXLp1 and nXLRp1 are measured by the light detection units 105 and 106, and these measurement values nXLp1 and nXRp1 and known values Dz and Dx are used, and calculation processing is performed by the arithmetic control unit 120 using the above equations. Thus, the coordinates (XL1, ZL1) of the measurement target position on the measurement target 102 can be calculated with the center between the light receiving lenses 114 and 116 as the origin O.

また、幾何学的な算出処理を行うことにより、所定位置(例えば、原点O)から測定対象102までの距離も算出できる。また、光源130から出力する測定用光を用いて測定対象物102を走査しながら測定を行うことによって、測定対象102の複数の点を測定して、測定対象102の3次元形状を算出することが可能になる。   Further, by performing a geometric calculation process, the distance from a predetermined position (for example, the origin O) to the measurement object 102 can also be calculated. In addition, by measuring while using the measurement light output from the light source 130 to scan the measurement object 102, a plurality of points on the measurement object 102 are measured, and the three-dimensional shape of the measurement object 102 is calculated. Is possible.

このように、本実施の形態に係る光学式測定装置は、反射ミラー等を用いずにテーパ状の光ファイバ束を使用しているため、簡単な構成で、測定対象102側の測定部を小型化することが可能になり、深溝の内面形状等を容易に測定することが可能になる。
また、光出力手段と光検出手段間の位置関係を無関係に設定して測定を行うことが可能になるため、測定の自由度が大きくなり、測定部の小型化が可能、複雑な形状の測定対象物の形状等の測定が可能等、測定対象102の長さに関する特性(例えば、測定対象102の3次元形状、所定位置から測定対象102までの距離、所定位置を基準とする測定対象102上の所定点の座標、所定形状と測定対象102間の形状誤差)を測定することが可能になる。
As described above, since the optical measurement apparatus according to the present embodiment uses a tapered optical fiber bundle without using a reflection mirror or the like, the measurement unit on the measurement object 102 side can be reduced in size with a simple configuration. It becomes possible to easily measure the inner surface shape and the like of the deep groove.
In addition, since it is possible to perform measurement by setting the positional relationship between the light output means and the light detection means independently, the degree of freedom of measurement is increased, the size of the measurement unit can be reduced, and complex shapes can be measured. Characteristics relating to the length of the measurement object 102, such as measurement of the shape of the object (for example, the three-dimensional shape of the measurement object 102, the distance from the predetermined position to the measurement object 102, the measurement object 102 on the basis of the predetermined position It is possible to measure the coordinates of the predetermined point, the shape error between the predetermined shape and the measurement object 102).

図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光学式測定装置の基本構成を示す斜視図である。
前記第1の実施の形態においては、複数の光検出部105、106を使用したが、本第2の実施の形態では、支持部材401に取り付けられた1つの光検出部402を用いて測定用光を検出するように構成している。光検出部402は、光検出部105、106と同様に複数(例えば、256×256個)の光検出素子をマトリクス状に配設した構成のものである。
FIG. 4 is a perspective view showing a basic configuration of an optical measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, a plurality of light detection units 105 and 106 are used. However, in the second embodiment, a single light detection unit 402 attached to the support member 401 is used for measurement. It is configured to detect light. Similar to the light detection units 105 and 106, the light detection unit 402 has a configuration in which a plurality of (for example, 256 × 256) light detection elements are arranged in a matrix.

以下、主として、本第2の実施の形態が前記第1の実施の形態と相違する部分について説明する。
図4において、光源130からの測定用光は、演算制御部120の制御の下に光スイッチ部104によって選択されパターンの測定用光が光ファイバ束108、支持部材113、凹レンズ115を介して測定対象102に照射される。
In the following, a description will be mainly given of portions where the second embodiment is different from the first embodiment.
In FIG. 4, the measurement light from the light source 130 is selected by the optical switch unit 104 under the control of the arithmetic control unit 120, and the pattern measurement light is measured via the optical fiber bundle 108, the support member 113, and the concave lens 115. The object 102 is irradiated.

測定対象102で反射した測定用光は、一方の経路では、受光レンズ114、支持部材111及び光ファイバ束107を介して光検出部402に入力され、他方の経路では、受光レンズ116、支持部材112及び光ファイバ束109を介して光検出部402に入力される。
光検出部402が前記2つの経路を介して検出した測定用光に基づいて、演算制御部120は、前記第1の実施の形態で説明したようにして、測定対象102の形状等、測定対象102の長さに関する特性を算出する。
The measurement light reflected by the measurement object 102 is input to the light detection unit 402 via the light receiving lens 114, the support member 111, and the optical fiber bundle 107 in one path, and in the other path, the light reception lens 116 and the support member. 112 and the optical fiber bundle 109 are input to the light detection unit 402.
Based on the measurement light detected by the light detection unit 402 via the two paths, the arithmetic control unit 120 determines the measurement object 102 such as the shape of the measurement object 102 as described in the first embodiment. The characteristic regarding the length of 102 is calculated.

尚、本第2の実施の形態では、前記2つの経路を介して光検出部402に入射する測定用光が、光検出部402の同一光検出素子に入射する場合には測定することができなくなるため、同一光検出素子に入射しないような測定用光のパターンによって測定対象102を走査する、あるいは、前記複数の経路を介して測定用光が光検出部402に入射するタイミングをずらす等すればよい。   In the second embodiment, measurement light that enters the light detection unit 402 via the two paths can be measured when it enters the same light detection element of the light detection unit 402. Therefore, the measurement object 102 is scanned with a pattern of measurement light that does not enter the same light detection element, or the timing at which the measurement light enters the light detection unit 402 through the plurality of paths is shifted. That's fine.

以上述べたように、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置によれば、演算制御部120は測定対象102を走査するパターンで光スイッチ部104のオン、オフを制御し、光源130からの測定用光は光スイッチ部104、第1光ファイバ束108及び凹レンズ115を介して測定対象102に照射され、測定対象102で反射した測定用光は受光レンズ114及び第2光ファイバ束107を介して光検出部105によって検出されると共に、受光レンズ116及び第2光ファイバ束109を介して光検出部106によって検出され、演算制御部120は光検出部105、106によって検出した測定用光に基づいて測定対象102の3次元形状等の長さに関する特性をを算出するようにしている。   As described above, according to the optical measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the arithmetic control unit 120 controls the on / off of the optical switch unit 104 in a pattern for scanning the measurement object 102, and The measurement light is irradiated onto the measurement object 102 via the optical switch unit 104, the first optical fiber bundle 108, and the concave lens 115, and the measurement light reflected by the measurement object 102 passes through the light receiving lens 114 and the second optical fiber bundle 107. Is detected by the light detection unit 105 and detected by the light detection unit 106 via the light receiving lens 116 and the second optical fiber bundle 109, and the calculation control unit 120 detects the measurement light detected by the light detection units 105 and 106. Based on the above, a characteristic regarding the length of the three-dimensional shape or the like of the measurement object 102 is calculated.

したがって、簡単な構成で、測定対象102側に配置される測定部を小型化することが可能になる。また、前記第2の実施の形態によれば、光検出部は1個ですむため、構成が更に簡単になり廉価に構成することが可能になる。   Therefore, it is possible to reduce the size of the measurement unit arranged on the measurement object 102 side with a simple configuration. Further, according to the second embodiment, since only one light detection unit is required, the configuration is further simplified and can be configured at low cost.

自動車用トランスミッション等をはじめとして、深溝内面や深穴内面の3次元形状等、光測定部の小型化が必要な光学式測定装置に適用可能である。   The present invention can be applied to an optical measurement apparatus that requires downsizing of an optical measurement unit, such as an automobile transmission, and the like, such as a deep groove inner surface and a three-dimensional shape of an inner surface of a deep hole.

本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の基本構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the basic composition of the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置に使用する光ファイバ束の構成図である。It is a block diagram of the optical fiber bundle used for the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光学式測定装置の測定動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement operation | movement of the optical measuring device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光学式測定装置の基本構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the basic composition of the optical measuring device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101・・・光学式測定装置
102・・・測定対象
103・・・第1支持部材
104・・・光スイッチ部
105・・・第1光検出部
106・・・第2光検出部
108・・・第1光ファイバ束
107、109・・・第2光ファイバ束
111〜113・・・支持部材
115・・・凹レンズ
114、116・・・受光レンズ
117〜119・・・測定用光
120・・・演算制御部
130・・・光源
200・・・光軸
201・・・光ファイバ
202・・・導光部
203・・・被覆部
204・・・第1端部
205・・・第2端部
210・・・面210
211、216・・・図形
212・・・光ファイバ束
213・・・第1束端部
214・・・第2束端部
215・・・光検出部
401・・・支持部材
402・・・光検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Optical measuring apparatus 102 ... Measurement object 103 ... 1st support member 104 ... Optical switch part 105 ... 1st light detection part 106 ... 2nd light detection part 108 ... First optical fiber bundle 107, 109 ... second optical fiber bundle 111-113 ... support member 115 ... concave lens 114, 116 ... light receiving lens 117-119 ... measuring light 120 ... Arithmetic control unit 130: light source 200 ... optical axis 201 ... optical fiber 202 ... light guide unit 203 ... covering unit 204 ... first end 205 ... second end 210 ... surface 210
211, 216, figure 212, optical fiber bundle 213, first bundle end 214, second bundle end 215, light detection section 401, support member 402, light Detection unit

Claims (7)

第1光ファイバ束を介して測定対象に測定用光を照射する光出力手段と、相互の位置関係は既知であると共に前記光出力手段の位置とは無関係な位置に配設され、前記測定対象によって反射した前記測定用光を第2光ファイバ束を介して検出する複数の光検出手段と、前記複数の光検出手段が検出した測定用光に基づいて、前記測定対象の長さに関する特性を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置。   The light output means for irradiating the measuring object with the measurement light via the first optical fiber bundle, the mutual positional relationship is known and disposed at a position unrelated to the position of the light output means, and the measurement object A plurality of light detection means for detecting the measurement light reflected by the second optical fiber bundle, and a characteristic relating to the length of the measurement object based on the measurement light detected by the plurality of light detection means. An optical measuring device comprising a calculating means for calculating. 前記第1光ファイバ束、第2光ファイバ束は、各々、前記光出力手段側、前記光検出手段側が、前記測定対象側と同じ太さ、又は前記測定対象側よりも太く構成されて成ることを特徴とする請求項1記載の光学式測定装置。   The first optical fiber bundle and the second optical fiber bundle are configured such that the light output means side and the light detection means side have the same thickness as the measurement object side or thicker than the measurement object side, respectively. The optical measuring device according to claim 1. 前記第1光ファイバ束、第2光ファイバ束は、複数のテーパ状光ファイバを束ねて成ることを特徴とする請求項1又は2記載の光学式測定装置。   3. The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the first optical fiber bundle and the second optical fiber bundle are formed by bundling a plurality of tapered optical fibers. 前記光出力手段は、前記測定用光を前記第1光ファイバ束側に出力する光源と、前記第1光ファイバ束を構成する各光ファイバに対して、前記光源からの測定用光を選択的に透過又は遮蔽するためにオン又はオフされる光スイッチ手段と、前記光スイッチ手段をオン又はオフに制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一に記載の光学式測定装置。   The light output means selectively outputs the measurement light from the light source to the light source that outputs the measurement light to the first optical fiber bundle side and each optical fiber that constitutes the first optical fiber bundle. 4. An optical switch means that is turned on or off to transmit or shield the light, and a control means that controls the optical switch means to be turned on or off. The optical measuring device described. 前記光検出手段は、前記第2光ファイバ束を構成する各光ファイバに対応する光検出素子を備えて成ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一に記載の光学式測定装置。   5. The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the light detection unit includes a light detection element corresponding to each optical fiber constituting the second optical fiber bundle. 6. 前記複数の光検出手段を1つの検出手段によって兼用して成ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一に記載の光学式測定装置。   6. The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein the plurality of light detection means are combined with one detection means. 前記各光検出手段は、CMOS光センサアレー、CCD又はPSDによって構成されて成ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の光学式測定装置。   7. The optical measurement apparatus according to claim 1, wherein each of the light detection means is configured by a CMOS photosensor array, a CCD, or a PSD.
JP2007031580A 2007-02-13 2007-02-13 Optical measuring device Pending JP2008196930A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007031580A JP2008196930A (en) 2007-02-13 2007-02-13 Optical measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007031580A JP2008196930A (en) 2007-02-13 2007-02-13 Optical measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008196930A true JP2008196930A (en) 2008-08-28

Family

ID=39756023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007031580A Pending JP2008196930A (en) 2007-02-13 2007-02-13 Optical measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008196930A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI665427B (en) Inclination measuring device and control system
KR101911006B1 (en) Image sensor positioning apparatus and method
TWI420081B (en) Distance measuring system and distance measuring method
JP2007042093A (en) Method and system for detecting selection by touch
CN102749039A (en) Shape measurement device
JP2002139304A (en) Distance measuring device and distance measuring method
JP5074319B2 (en) Image measuring apparatus and computer program
EP3187822B1 (en) Surface shape measuring device
EP1102087B1 (en) Baseline length variable surface geometry measuring apparatus and range finder
KR102125483B1 (en) Confocal measuring apparatus
JP6398608B2 (en) Optical waveguide inspection method and inspection apparatus
JP2007225384A (en) Reflection characteristic measuring device
KR100855849B1 (en) Position variation measuring apparatus and figure inspecting apparatus using the same
JP2008196930A (en) Optical measuring device
JPH10239029A (en) Three-dimensional shape measuring device
JP4537686B2 (en) Laser processing equipment
JP7462747B2 (en) Multilayer Optical Devices and Systems
JP2022087326A (en) Encoder
JP6097123B2 (en) 3D measurement system
JP2005326324A (en) Apparatus surface roughness measuring device and method
JP2009271012A (en) Position adjusting method for distance sensor of thickness measuring instrument
EP3637044B1 (en) Multi-image projector and electronic device having the multi-image projector
JPH04110707A (en) Device for measuring three-dimensional shape
KR100933704B1 (en) Measurement accuracy verification jig of 3D shape measurement system
JP2009042128A (en) Height measuring device