JP2584630B2 - 側面形状計測用光触針の構成 - Google Patents
側面形状計測用光触針の構成Info
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- JP2584630B2 JP2584630B2 JP62134197A JP13419787A JP2584630B2 JP 2584630 B2 JP2584630 B2 JP 2584630B2 JP 62134197 A JP62134197 A JP 62134197A JP 13419787 A JP13419787 A JP 13419787A JP 2584630 B2 JP2584630 B2 JP 2584630B2
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- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- light beam
- optical
- mirror
- imaging
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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、側面形状計測器用光
触針の構成に関する。
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、側面形状計測器用光
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
っぱ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光触針の開発が試みられてい
る。第４図にこの光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Ｉを形成する。
対象物Ｏが対象物Ｏ′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Ｉ′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（Ｉ′）の位置から
求めることができる。
っぱ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光触針の開発が試みられてい
る。第４図にこの光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Ｉを形成する。
対象物Ｏが対象物Ｏ′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Ｉ′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（Ｉ′）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光触針
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
来からの光触針では、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。
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
来からの光触針では、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、光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して結像位置を移動する鏡光学系
を結像光学系と像位置検出素子との間に、鏡面の向きを
光ビームの投射方向に対して直角で設置したことを特徴
とする、なお、本願明細書における、光ビームの投射方
向に対する鏡面の向きの前記角度は、結像光学系光軸を
含む光学平面図上においての角度である。
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して結像位置を移動する鏡光学系
を結像光学系と像位置検出素子との間に、鏡面の向きを
光ビームの投射方向に対して直角で設置したことを特徴
とする、なお、本願明細書における、光ビームの投射方
向に対する鏡面の向きの前記角度は、結像光学系光軸を
含む光学平面図上においての角度である。
（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。鏡光学系がそ
の鏡面の向きと光ビームの投射方向に対して直角で設置
されているので、像位置検出素子を、距離計測方向（光
ビーム投射方向）に直交する方向において、光ビームを
投射する手段が設けられる光触針先端からより遠い位置
に設置することが出来、これによって、光ビームの投射
部分から像位置検出素子に至る部分の間の筐体を、距離
計測方向（光ビームの投射方向）に幅が狭く、距離計測
方向に直交する方向に細長い筒体として構成できる。
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。鏡光学系がそ
の鏡面の向きと光ビームの投射方向に対して直角で設置
されているので、像位置検出素子を、距離計測方向（光
ビーム投射方向）に直交する方向において、光ビームを
投射する手段が設けられる光触針先端からより遠い位置
に設置することが出来、これによって、光ビームの投射
部分から像位置検出素子に至る部分の間の筐体を、距離
計測方向（光ビームの投射方向）に幅が狭く、距離計測
方向に直交する方向に細長い筒体として構成できる。
（発明の効果） 本発明によれば、本発明の各光学系を収納する筒体と
して、距離計測方向（光ビームの投射方向）に直交する
方向に細長く延びるものを使用できる。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。
して、距離計測方向（光ビームの投射方向）に直交する
方向に細長く延びるものを使用できる。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Ｓ、光ビーム投射レンズLS、光ビー
ム投射鏡MBより構成される。光ビーム投射手段BP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。図面から明らか
な様に、鏡M1およびM2の鏡面の向きは光ビームＢの投射
方向に対して直角である。もし、鏡M1を配置しない場合
には、輝点の像は、IV（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、光触針装置の距離検
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
（M1、M2）を配置することによって解決される。これに
より、光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光
触針を実現できる。
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Ｓ、光ビーム投射レンズLS、光ビー
ム投射鏡MBより構成される。光ビーム投射手段BP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。図面から明らか
な様に、鏡M1およびM2の鏡面の向きは光ビームＢの投射
方向に対して直角である。もし、鏡M1を配置しない場合
には、輝点の像は、IV（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、光触針装置の距離検
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
（M1、M2）を配置することによって解決される。これに
より、光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光
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M1の効果により、第
１図と同様に光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。
図面から明らかな様に、鏡M1の鏡円の向きは光ビームＢ
の投射方向に対して直角である。また、鏡M1の鏡面は、
撮像レンズＬの光軸と平行である。また、像位置検出素
子Ｐは、撮像レンズＬの光軸に対して、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ことにより、
第１図で述べた効果、すなわち光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）関係とすることができる。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図の配置とすることによ
り、この不都合を排除できる。
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M1の効果により、第
１図と同様に光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。
図面から明らかな様に、鏡M1の鏡円の向きは光ビームＢ
の投射方向に対して直角である。また、鏡M1の鏡面は、
撮像レンズＬの光軸と平行である。また、像位置検出素
子Ｐは、撮像レンズＬの光軸に対して、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ことにより、
第１図で述べた効果、すなわち光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）関係とすることができる。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図の配置とすることによ
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M0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。図面から明
らかな様に、本例において、光ビームＢの投射方向は、
撮像レンズＬの光軸に直交する方向にあり、鏡M0、M1及
びM2の鏡面は、何れも、撮像レンズＬの光軸と平行であ
り、且つ前記光ビームの投射方向に対して直角である。
鏡M0は、撮像レンズが、鏡M0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
M0を配置した構成を採用することにより、光触針の距離
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光触針を実現できる。更に、
光ビーム投射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。
Ｌと対象物との間にも鏡光学系M0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。図面から明
らかな様に、本例において、光ビームＢの投射方向は、
撮像レンズＬの光軸に直交する方向にあり、鏡M0、M1及
びM2の鏡面は、何れも、撮像レンズＬの光軸と平行であ
り、且つ前記光ビームの投射方向に対して直角である。
鏡M0は、撮像レンズが、鏡M0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
M0を配置した構成を採用することにより、光触針の距離
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光触針を実現できる。更に、
光ビーム投射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。
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光触針の基
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、 Ｏ、Ｏ′……対象物表面、Ｔ、Ｔ′……輝点、 Ｉ、Ｉ′……像位置検出手段上の輝点像、 M0、M1、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。
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光触針の基
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、 Ｏ、Ｏ′……対象物表面、Ｔ、Ｔ′……輝点、 Ｉ、Ｉ′……像位置検出手段上の輝点像、 M0、M1、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−153206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−218008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−244802（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−66111（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−170707（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−137308（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項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、鏡面の向きを前記光ビ
ームの投射方向に対して直角で設置され、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
射して結像位置を移動する鏡光学系からなる側面形状計
測用光触針の構成。 - 【請求項２】前記光ビーム投射方向が、前記結像光学系
光軸に直交する方向に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。 - 【請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62134197A JP2584630B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 側面形状計測用光触針の構成 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62134197A JP2584630B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 側面形状計測用光触針の構成 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63298104A JPS63298104A (ja) | 1988-12-05 |
| JP2584630B2 true JP2584630B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=15122699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62134197A Expired - Lifetime JP2584630B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 側面形状計測用光触針の構成 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584630B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5309542B2 (ja) * | 2007-12-05 | 2013-10-09 | 株式会社ニコン | 測定装置およびその方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56168104A (en) * | 1980-05-28 | 1981-12-24 | Rikagaku Kenkyusho | Detector for mark position |
| JPS60218008A (ja) * | 1984-04-13 | 1985-10-31 | Toshiba Corp | 三次元形状計測装置 |
| JPS6130705A (ja) * | 1984-07-24 | 1986-02-13 | Rikagaku Kenkyusho | 光触針装置 |
| JPS61275616A (ja) * | 1985-05-31 | 1986-12-05 | Eisuke Obata | トンネル断面測定装置 |
| JPS6266110A (ja) * | 1985-09-19 | 1987-03-25 | Rikagaku Kenkyusho | 光学的距離検知装置 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62134197A patent/JP2584630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63298104A (ja) | 1988-12-05 |
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