JP3153319B2 - 形状測定用光源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状測定用光源装置に
かかり、特に、スリット状の光ビームを被測定面に照射
し被測定面からの反射光を受光することにより被測定面
の形状を測定する形状測定装置の光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非接触にて被測定面の凸凹等
の形状を三角測量法を用いて測定する形状測定装置があ
る（特公昭５０−３６３７４号公報、特開昭５６−１３
８２０４号公報、特開昭５７−２２５０８号公報、特開
昭５８−５２５０８号公報等）。

【０００３】これらの形状測定装置は、スリット状のレ
ーザービーム（以下、スリット光線という）を被測定面
へ照射し、その照射した光の光軸と所定の角度をもって
設けられたセンサにおける被測定面の反射光の受光位置
によって表面形状等を測定する。詳細には、図１１に示
すように、形状測定装置１２は、半導体レーザー５０、
コリメートレンズ５２及び拡散レンズ５４を備えた光源
装置１０と、受光レンズ５６及び受光素子５８を備えた
受光装置と、受光素子５８に接続された演算回路６２と
から構成される。上記拡散レンズ５４にはロッドレンズ
やシリンドリカルレンズが用いられている。また、受光
素子５８には、ＣＣＤセンサやＰＳＤ素子が用いられて
いる。

【０００４】この形状測定装置１２によれば、半導体レ
ーザー５０の射出光がコリメートレンズ５２により被測
定面６０Ａに集束するようにされる。また、コリメート
レンズ５２から射出されたレーザービームは、拡散レン
ズ５４によってスリット光線として被測定面６０Ａへ照
射されるようになっている。そして、被測定面６０Ａに
おける輝線が受光レンズ５６により集光され、受光素子
５８へ照射される。従って、この受光素子５８上には、
被測定面６０Ａ上の輝線の光の像（以下、スリット像と
いう）が結像される。受光素子５８は結像されたスリッ
ト像の位置に応じた電気信号を演算回路６２に出力す
る。

【０００５】例えば、上記光源装置１０は、図１３に示
したように、鏡筒３０を備えており、コリメートレンズ
５２が鏡筒３０の内部に固定されている。鏡筒３０の図
１３右方向には拡散レンズ５４がレンズストッパー３４
によって固定されている。また、鏡筒３０の図１３左方
向にはレーザーホルダー３２に固定された半導体レーザ
ー５０が設けられている。このレーザーホルダー３２の
外周及び鏡筒３０の内周はネジ状とされており、図１３
矢印Ａ方向にレーザーホルダー３２を回転することによ
って、半導体レーザー５０とコリメートレンズ５２との
距離が小さくなるようになっている。このように、半導
体レーザー５０とコリメートレンズ５２との距離を変化
させることにより、所定の位置にある被測定面６０Ａに
スリット光線が集束するように調節する。

【０００６】従って、上記のような、光源装置１０を形
状測定装置１２の本体に取り付けて光源装置１０からの
光を被測定面へ照射することによって、表面形状等を測
定するための光源部分を形成することができる。

【０００７】また、上記受光装置の光軸は光源装置１０
の光軸と所定の角度θをもって取り付けられている。こ
のため、被測定面６０Ａが光源装置１０の光軸方向に段
差がある場合には、被測定面６０Ａ上の光点の位置は、
段差に応じて光源装置１０の光軸方向に変位することに
なり、受光素子５８上での光像は、図１２（１）に示し
たようになる。この受光素子５８として２次元ＣＣＤセ
ンサを用いると、例えば、受光素子５８の図１２紙面水
平方向で任意のライン５９Ａ、５９Ｂの出力信号は、図
１２（２）、（３）のようになる。２次元ＣＣＤセンサ
は、このような信号を演算回路６２に出力する。

【０００８】演算回路６２は、入力された信号に基づい
て、上記受光素子５８上の全てのラインとスリット像６
４との交点位置（光点位置）を求めることによって、受
光素子５８上におけるスリット像６４の位置を求める。
求めた位置の各々の偏差を求めて、被測定面６０Ａの段
差を求める。この段差を受光素子５８の全てに亘って求
めることによって測定対象物６０の形状を測定すること
ができる。

【０００９】上記光点位置は、以下の式（１）に示した
ように、受光素子５８の任意のラインから出力される信
号の加重平均によって求めることができる。すなわち、
任意のラインにおけるスリット像の位置範囲から位置を
特定する場合、受光素子における位置に照射された光量
で重みを付けて平均を求める（図１４（１）参照）。こ
れにより、受光素子５８上の光点が所定の大きさになっ
ても、光点の位置を求めることができる。

【００１０】 Ｚａ＝｛Σ（Ｉi ・Ｚi ）｝／ΣＩi −−−（１） 但し、ｉ＝０、１、・・・ Ｚａ：光点位置 Ｚi ：受光素子における位置 Ｉi ：位置Ｚi に照射された光量 また、予め設定されたしきい値Ｉｏ以上のレーザービー
ムが受光素子に照射された位置について単純な平均を行
うことによって求めることもできる。すなわち、図１４
（２）に示したように、出力信号のしきい値Ｉｏの交点
Ｑ１，Ｑ２を求め、交点Ｑ１，Ｑ２に対応する受光素子
上の位置Ｚｂ，Ｚｃを求める。求めた位置Ｚｂ，Ｚｃの
中心値Ｚｄを、受光素子５８上におけるスリット像６４
とラインとの交点の光点位置として求める。

【００１１】なお、予め測定対象物６０の基準面に対応
する受光素子５８上の所定の位置を基準位置と定める
と、被測定面６０Ａの基準位置からの変位に応じて受光
素子５８上に像点の変位となって表れるので、受光素子
５８上の光像位置に応じて出力される信号に基づいて求
めたスリット像６４の位置と予め設定された基準の光点
位置との偏差を求めることによって、基準面からの被測
定面の変位を求めることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光源として
の半導体レーザー５０は、その射出方向及び発光部５０
Ａの位置に個体差があることは周知である。このため、
光源装置１０を形状測定装置１２に取り付けた後に、被
測定面６０Ａにスリット光線が集束するように調節して
いる。また、他の光源を用いることでも、同様に被測定
面６０Ａにスリット光線を集束させる必要がある。

【００１３】また、上記のような形状測定装置１２は、
被測定面上に照射されたスリット光線による輝線の３次
元的な位置によって形状測定装置１２と被測定面との距
離または被測定面の段差を測定している。従って、形状
測定装置１２と被測定面との距離または被測定面の段差
を正確に測定するためには、スリット光線の集束する位
置が３次元的な所定の位置に位置するように調整しなけ
ればならない。

【００１４】しかしながら、スリット光線の集束する３
次元的な位置は、専用の位置計測装置がないと正確に計
測することができない。これによって、形状測定装置１
２におけるスリット光線の集束する３次元的な位置を計
測するためには、光源装置１０を形状測定装置１２へ取
り付けた後に、スリット光線による輝線の３次元的な位
置を計測し調整することになる。従って、この調整毎に
位置計測装置を用いてスリット光線の集束する位置を計
測することになり、このような専用の位置計測装置が必
要になると共に調整作業が複雑になる。

【００１５】また、光源には寿命等によって交換するこ
とがあるが、上記のような形状測定装置１２は、光源装
置を交換する度かつ光源を形状測定装置１２へ取り付け
た後にスリット光線の３次元的な位置を調整する複雑な
調整作業を行わなければならない。

【００１６】本発明は、上記事実を考慮して、調整が簡
単であると共に高精度でかつ容易に取り付けることがで
きる形状測定用光源装置の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、略中心に貫通穴が設けら
れ、該貫通穴の中心軸に平行な第１の基準面、該貫通穴
の中心軸に平行であると共に前記第１の基準面に直交す
る第２の基準面、及び前記第１の基準面及び前記第２の
基準面の各々に直交する第３の基準面を有し、入射光を
集束させるレンズが前記貫通穴の中心軸と該レンズの光
軸とが一致または平行になるように配設されたボデー
と、光ビームを射出する光源が配設されかつ、該光源か
ら射出される光ビームが前記貫通穴を通過するように前
記ボデーに取り付けられたマウントと、前記光ビームの
射出方向が前記第１の基準面に平行でかつ前記第２の基
準面に平行になるように、かつ前記レンズと前記光源と
の間隔を、前記光ビームの射出方向を略維持しつつ変化
させることによって前記第３の基準面から所定位置に前
記光ビームが集束されるように前記マウントの位置を調
整可能なマウント調整手段と、入射される光ビームを一
方に発散させかつ該発散させた方向と交差する方向の光
ビームはそのまま通過させる発散手段が配設され、該発
散手段によって発散される光ビームによって形成される
光ビーム面が前記第３の基準面に直角になるように前記
ボデーに取り付けられたレンズマウントと、前記発散手
段に入射される光ビームの光軸付近を中心軸として該発
散手段を回転させることによって前記光ビーム面が前記
第１の基準面に平行または直交するように、かつ前記発
散手段と前記第３の基準面との距離を略維持しつつ前記
発散手段を移動させることによって前記レンズから射出
された光ビームの光軸と前記発散手段の光軸中心とが一
致するように前記レンズマウントの位置を調整可能なレ
ンズマウント調整手段と、を備えている。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の形状測定用光源装置において、基準の可視光を射出す
る参照光源が該可視光の射出位置及び射出方向を変更可
能に配設された基準光源部と、前記貫通穴に配設されか
つ前記基準光源部から射出された可視光を前記貫通穴の
中心軸へ案内すると共に前記光ビームを透過する反射手
段と、を前記ボデーに更に加えたことを特徴としてい
る。

【００１９】

【作用】請求項１に記載の形状測定用光源装置は、略中
心に貫通穴が設けられたボデーを備えている。このボデ
ーは貫通穴の中心軸に平行な第１の基準面、貫通穴の中
心軸に平行であると共に第１の基準面に直交する第２の
基準面、及び第１の基準面及び第２の基準面の各々に直
交する第３の基準面を有している。また、このボデーに
は、レンズが配置されており、このレンズは入射される
光ビームを集束させる。このレンズは貫通穴の中心軸と
レンズの光軸とが一致または平行になるように配設され
る。

【００２０】ボデーには、光ビームを射出する光源を有
したマウントが配設されており、マウントはこの光源か
ら射出される光ビームが貫通穴を通過するように配置さ
れる。このマウントは、マウント調整手段によって、位
置調整が可能である。マウント調整手段は、光ビームの
射出方向が第１の基準面に平行でかつ第２の基準面に平
行、かつ前記レンズと前記光源との間隔を、光ビームの
射出方向を略維持しつつ変化させることによって第３の
基準面から所定位置に光ビームが集束されるように調整
できる。

【００２１】またボデーには、レンズマウントが配設さ
れている。レンズマウントには発散手段が配設されてお
り、発散手段は入射される光ビームを一方に発散させか
つこの発散させた方向と交差する方向にはそのまま光ビ
ームを通過させる。このレンズマウントは、発散手段に
よって発散される光ビームによって形成される光ビーム
面が第３の基準面に直交するようにボデーに取り付けら
れ、レンズマウントは、レンズマウント調整手段によっ
て調整することがきる。このレンズマウント調整手段
は、発散手段に入射される光ビームの光軸付近を中心軸
として発散手段が回転させることによって光ビーム面が
第１の基準面に平行または直交するように、レンズマウ
ントの位置を調整できる。また、レンズマウント調整手
段は発散手段と第３の基準面との距離を略維持しつつ発
散手段を移動させる調整もできる。これによって、レン
ズから射出された光ビームの光軸と発散手段の光軸中心
とが一致するようにレンズマウントの位置を調整でき
る。従って、光源から射出された光ビームはレンズに照
射され、このレンズに入射された光ビームは集束されて
発散手段へ照射され、発散手段によって、一方へ発散さ
れる。この発散された光ビームの中心軸は、第１の基準
面に平行であると共に第２の基準面にも平行に調整され
る。従って、形状測定用光源装置を形状測定装置に取り
付けるときは、第１の基準面及び第２の基準面を形状測
定用光源装置の所定位置へ固定するのみで容易に光軸を
所定の位置に配設することができる。また、発散手段と
第３の基準面との距離が略維持されるため、第３の基準
面を形状測定用光源装置の所定位置へ固定するのみでス
リット光線の集束される位置を容易に所定の位置になる
ように、光源装置を配設することができる。

【００２２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載した形状測定用光源装置のボデーに、基準の可視
光を射出する参照光源が該可視光の射出位置及び射出方
向を変更可能に配設された基準光源部と、貫通穴に配設
されかつ基準光源部から射出された可視光を貫通穴の中
心軸へ案内すると共に光ビームを透過する反射手段と、
を更に加えている。これによって、スリット光線が目視
によって見えにくい光を用いても、参照用の光を被測定
面側に照射することができ、容易に調整するための位置
を調整することができる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の第１実施例
を詳細に説明する。なお、第１実施例では、光源装置１
０に配設する半導体レーザー５０として、検出時の外来
可視光の影響を少なくするため、近赤外線に発光波長域
を有する半導体レーザー１４を用い、かつ拡散レンズ５
４としては円柱状のロッドレンズ１６を用い、この半導
体レーザー１４及びロッドレンズ１６により、レーザー
ビームをスリット状に拡散して被測定面へ照射するよう
にするものである。また、第１実施例に利用した形状測
定装置１２は、図１１に示した従来例と略同様のため、
同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【００２４】図１に示したように、光源装置１０は、略
立方体状のボデー２０、このボデー２０に取り付けられ
たレーザーマウント２２及びレンズボックス２４から構
成されている。

【００２５】図２乃至図４に示したように、ボデー２０
の外面には、各々直交する基準面Ｐ１、Ｐ２が形成さ
れ、各基準面Ｐ１、Ｐ２は高い平面度で研磨されてい
る。また、基準面Ｐ１、Ｐ２に直交する外面も高い平面
度で研磨された基準面Ｐ３とされる。

【００２６】ボデー２０の略中心には、貫通穴１１０が
設けられており、その貫通穴１１０の中腹部に球面レン
ズで構成されたコリメートレンズ５２が取り付けられた
コリメートレンズホルダ１２０が接着剤等の固定部材に
よって固着されている。この貫通穴１１０の内面とコリ
メートレンズホルダ１２０の外面とは互いに高精度で嵌
合するように形成されかつ、貫通穴１１０の中心軸が基
準面Ｐ１及び基準面Ｐ２に平行になるように形成されて
いる。従って、コリメートレンズホルダ１２０に取り付
けられたコリメートレンズ５２の光軸Ｌは基準面Ｐ１及
び基準面Ｐ２と平行になる。

【００２７】ボデー２０の一方の面（図４の紙面左側）
には、所定径の止め穴１１８が形成されており、この止
め穴１１８にはレーザーマウント２２が配置される。レ
ーザーマウント２２は、押板１１２、レーザー保持板１
１４、レーザー止め板１１６から構成され、押板１１２
は、レーザー止め板１１６を介してレーザー保持板１１
４に固定ネジ１３６によって固定されている。

【００２８】押板１１２は、高さが低い円筒状とされ、
この押板１１２には、円筒の中心軸を中心とした所定の
半径Ｒの円周上に貫通穴１３４が合計６ヶ所形成される
と共に一方の面（図４の紙面右側）には、半導体レーザ
ー１４のベース部１４Ａの外径より大きな径の止め穴１
２８が設けられている。この止め穴１２８の内部には波
バネ１３２及び当て板１３０が収納され、当て板１３０
に半導体レーザー１４が配置される。

【００２９】レーザー保持板１１４は、高さが低い円筒
状とされ、その中空部１２２の端部（図４の紙面左側）
は、半導体レーザー１４のベース部１４Ａの外径と嵌合
保持できるように中空部１２２の円周に沿って切りかか
れている。また、レーザー保持板１１４には、上記半径
Ｒと同径の円周上にコリメートレンズホルダ１２０度間
隔で３ヶ所にネジ穴１２４が設けられかつ、この半径Ｒ
の円周上で各ネジ穴１２４の間には貫通穴１２６が設け
られている。

【００３０】従って、押板１１２をレーザー保持板１１
４へ固定ネジ１３６によって固定することにより、ベー
ス部１４Ａの上部はレーザー保持板１１４に嵌合しかつ
ベース部１４Ａの下部は押板１１２へ嵌合される。ま
た、押板１１２の内部には波バネ１３２及び当て板１３
０が収納されることによって、半導体レーザー１４がレ
ーザー保持板１１４側へ付勢されることになる。

【００３１】また、レーザー止め板１１６は、薄板状の
円板でその中心付近に半導体レーザー１４のベース部１
４Ａが嵌合するように穴が形成され、かつ半導体レーザ
ー１４のベース部１４Ａに形成された切欠（図示省略）
に嵌合するように凸部（図示省略）が設けられている。
また、レーザー止め板１１６は、押板１１２に形成され
た貫通穴１３４と同位置でかつ同径の貫通孔が形成され
る。これによって、押板１１２及びレーザー保持板１１
４の内部に配置される半導体レーザー１４の回転が阻止
される。

【００３２】上記レーザーマウント２２は、ボデー２０
へ調整ネジ１３８によって３ヶ所で固定される。すなわ
ち、ボデー２０には、上記半径Ｒと同径の円周上にコリ
メートレンズホルダ１２０度間隔で３ヶ所にネジ穴１４
２が設けられており、ネジ穴１４２に配置される各々の
調整ネジ１３８のボデー２０とレーザーマウント２２と
の間にはバネ１４０が配設される。このバネ１４０によ
って、ボデー２０とレーザーマウント２２とは、互いに
離間する方向に付勢され、がたつくことなく所定の間隔
を有することになる。従って、調整ネジ１３８の締め付
け量に応じてボデー２０とレーザーマウント２２との間
隔を変更することによって、半導体レーザー１４とコリ
メートレンズ５２との間隔を変更することができる。

【００３３】ボデー２０の貫通穴１１０の他方（図４の
紙面右側）には、所定径の止め穴１５０が形成されてお
り、この止め穴１５０側の基準面Ｐ３上にレンズボック
ス２４が配置される。レンズボックス２４は、レンズマ
ウンタ１５２、ロッドレンズホルダ１５４から構成さ
れ、レンズマウンタ１５２は、ボデー２０に固定ネジ１
６２によって固定される。

【００３４】レンズマウンタ１５２は、直方体状のブロ
ックとされ、このレンズマウンタ１５２の対角方向（図
３参照）の端部付近の２ヶ所に、固定ネジ１６２のねじ
部分の外径より大きな径の貫通穴１５６が形成されると
共に一方の面（図４の紙面左側）には、矩形状の角穴１
５８が設けられている。この角穴１５８の内部にはロッ
ドレンズホルダ１５４が収納され、角穴１５８はロッド
レンズ１６の円筒中心軸と直交する方向にロッドレンズ
ホルダ１５４が移動可能なように形成されると共にこの
移動のための調整ネジ１６０が対向して配置される。な
お、このレンズマウンタ１５２及びロッドレンズホルダ
１５４の接触面は摺動可能なように研磨されている。こ
の対向した調整ネジ１６０のねじ込み量に応じてロッド
レンズホルダ１５４が、調整ネジ１６０のねじ込み方向
（図４紙面に水平方向）に移動される。

【００３５】ボデー２０の止め穴１５０には、内側（図
４の紙面左側）から順に波バネ１６６、カラー１６４が
配設される。このカラー１６４は、高さが低い円筒状と
され、レンズマウンタ１５２がボデー２０の基準面Ｐ３
に接触するときに波バネ１６６のバネ力がカラー１６４
を介してロッドレンズホルダ１５４をレンズマウンタ１
５２方向へ付勢することになる。これによって、調整ネ
ジ１６０によってロッドレンズホルダ１５４の位置を移
動するときでも、光軸Ｌ方向へロッドレンズ１６が変化
することはない。

【００３６】従って、上記レンズボックス２４に対向す
る調整ネジ１６０のねじ込み量に応じてロッドレンズ１
６の円筒中心位置を、光軸Ｌと交差する方向に調整でき
る。また、レンズボックス２４をボデー２０へ固定ネジ
１６２によって固定するときに、レンズマウンタ１５２
の貫通穴１５６と固定ネジ１６２との隙間の量の範囲で
光軸Ｌの周りを回転する方向にレンズボックス２４を回
転させることによって、ロッドレンズ１６の円筒中心軸
を回転させることができる。

【００３７】以下、第１実施例の作用を、光源装置１０
の光軸調整と共に説明する。先ず、半導体レーザー１４
から射出されるレーザービームの射出方向、及び結像位
置の調整について説明する。

【００３８】レーザーマウント２２は、調整ネジ１３８
によって、ボデー２０へ３ヶ所で固定されている。この
レーザーマウント２２とボデー２０とは、バネ１４０に
よって離間する方向に付勢されており、ボデー２０とレ
ーザーマウント２２との間隔は、レーザーマウント２２
が当接した調整ネジ１３８の頭部とボデー２０との間隔
で決定される。これによって、コリメートレンズ５２と
半導体レーザー１４との間隔が決定される。また、レー
ザーマウント２２は、各調整ネジ１３８の締め付け量に
応じてボデー２０に対する調整ネジ１３８の頭部の位置
が変化することによって、レーザーマウント２２のボデ
ー２０に対する向きを変化できる。これによって、レー
ザーマウント２２に配設された半導体レーザー１４のレ
ーザービームの射出方向が変更できる。従って、３つの
調整ネジ１３８の締め付け量を変更することによって、
ボデー２０に対する半導体レーザー１４のレーザービー
ムの射出方向、及び発光位置を調整する。

【００３９】例えば、平面度の高い定盤等の上面にボデ
ー２０の基準面Ｐ１を当接し、所定の距離を隔てた位置
で、半導体レーザー１４から射出されたレーザービーム
の定盤等の上面からの高さを計測する。次に３つの調整
ネジ１３８の締め付け量を変更することによって、レー
ザービームの高さが基準面Ｐ１と光軸Ｌとの距離になる
まで調整する。基準面Ｐ２に対しても同様に調整を行
い、この基準面Ｐ１、Ｐ２の各々に対して調整が終了す
ると、半導体レーザー１４から射出されたレーザービー
ムは基準面Ｐ１、Ｐ２に平行な光線になる。

【００４０】ここで、形状測定装置１２に光源装置１０
を取り付けた場合に、より正確な計測値を得るため、被
測定面に照射されるレーザービームの結像位置、すなわ
ち、スリット光線の厚み（幅）を調整する必要がある。
この場合、上記基準面Ｐ１、Ｐ２に対する調整時に、レ
ーザービームのビーム径を計測しながら調整を行うこと
によって、半導体レーザー１４から射出されたレーザー
ビームをコリメートまたは結像位置を調整することがで
きる。すなわち、コリメートレンズ５２から射出される
レーザービームの射出方向（角度）はコリメートレンズ
５２と半導体レーザー１４との間隔によって決定され、
コリメートされたレーザービームは、距離を隔てた位置
でビーム径を計測してもビーム径が変化することはな
い。一方、コリメートレンズ５２から射出されたレーザ
ービームが集束するときは、所定の位置で結像する。従
って、３つの調整ネジ１３８の締め付け量を変更しコリ
メートレンズ５２と半導体レーザー１４との間隔を変更
することによって所定位置でビーム径が最小になるよう
に調整する。

【００４１】なお、上記結像位置を調整するときには、
基準面Ｐ３と結像位置との距離を計測することによっ
て、光源装置１０の結像位置を測定することができる。

【００４２】このように、上記３つの調整ネジ１３８の
締め付け量を変更することによって、基準面Ｐ１、Ｐ２
に平行な光線にすることができ、かつコリメートレンズ
５２と半導体レーザー１４との間隔を変更することによ
ってレーザービームを所定位置に結像させることができ
る。

【００４３】次に、スリット光線の長さ方向の調整につ
いて説明する。レンズボックス２４は、固定ネジ１６２
によって、ボデー２０へ２ヶ所で固定されている。この
レンズボックス２４のレンズマウンタ１５２に設けられ
た貫通穴１５６と固定ネジ１６２の外周とは、隙間を有
しており、レンズマウンタ１５２の貫通穴１５６と固定
ネジ１６２との隙間の量の範囲で光軸Ｌの周りを回転す
る方向にレンズボックス２４を僅かに回転させることが
できる。これによって、レンズマウンタ１５２に配設さ
れた１６の円筒中心軸を回転させることができ、ロッド
レンズ１６から射出されるスリット光線の方向を変更
（回転）させることができる。すなわち、カラー１６４
をガイドとして回転できる程度に軽く締め付けた状態
で、レーザー光の広がり方向（スリット方向）をレンズ
ボックス２４の回転により調整する。

【００４４】この場合、上記半導体レーザー１４から射
出されるレーザービームの射出方向等の調整と同様にし
て、基準面Ｐ２（Ｐ１）を定盤等の上面に当接し、所定
の距離を隔てた位置で、スリット光線の傾きを計測し、
定盤等の上面と平行（垂直）になるようにする。これに
よって、スリット光線の長さ方向の向きを調整すること
ができる。この調整の後、固定ネジ１６２を固定状態ま
で締め付ける。従って、スリット光線の長さ方向は基準
面Ｐ２に対して平行かつ基準面Ｐ１に対して垂直にな
る。

【００４５】次に、スリット光線の強度分布の調整につ
いて説明する。コリメートレンズ５２から射出されるレ
ーザービームの光軸Ｌ上にロッドレンズ１６の円筒軸の
中心がないときは、ロッドレンズ１６から射出されるレ
ーザービームの強度分布が光軸Ｌを中心として対象にな
らずに偏ってしまう。形状測定装置１２に光源装置１０
を取り付けた場合に、より正確な計測値を得るために
は、被測定面に照射されるレーザービームの強度分布は
均一であることが好ましい。そこで、均一な強度分布を
得るため、ロッドレンズ１６の円筒軸の中心と光軸Ｌと
を一致させる。すなわち、対向する調整ネジ１６０のね
じ込み量を変更することによってロッドレンズ１６をロ
ッドレンズ１６の円筒軸と交差する方向へ微動し、ロッ
ドレンズ１６の円筒軸の中心と光軸Ｌとを一致させる。
これによって、ロッドレンズ１６から射出されるレーザ
ービーム（スリット光線）は、ロッドレンズ１６の円筒
軸を中心とした対称な光強度分布となる。

【００４６】これらの調整によって、光源装置１０は、
ボデー２０上の基準面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対してレーザ
ービームの射出方向、結像位置及びスリット光線の方向
が定められると共に、スリット光線は高密度で均一な強
度分布となる。

【００４７】この調整された光源装置１０を形状測定装
置１２へ基準面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を基準として取り付け
ることによって、形状測定装置１２は計測するための良
好なスリット光線を形成することができる。従って、形
状測定装置１２では、半導体レーザー１４からレーザー
ビームが射出されると、コリメートレンズ５２及びロッ
ドレンズ１６を介して被測定面６０Ａに照射される。ロ
ッドレンズ１６から射出されるレーザービームは、スリ
ット状に発散されて被測定面６０Ａ上に照射される。被
測定面６０Ａに照射されたレーザービーム（スリット光
線）の反射光は、受光レンズ５６により集光されて、受
光素子５８上に照射される。受光素子５８は照射された
レーザービームの位置及び光強度に応じた信号を演算回
路６２へ出力する。演算回路６２は、入力された信号の
基づいて加重平均を行うことによってスリット像６４の
位置に対応する値（重心値）、または、単純平均を行う
ことによってスリット像６４の位置に対応する値（平均
値）を求め、受光素子５８上におけるスリット像の位置
を求める。求めたスリット像の位置の偏差を求めること
によって、被測定面の段差を求めることができる。

【００４８】以上説明したように、第１実施例では、基
準面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設けることによって、スリット
光線の線幅やスリット光線の結像位置の調整を、実際に
形状測定装置１２に設置した後に行うことなく、予めス
リット光線の調整を行うことができると共に、調整され
た光源装置１０を形状測定装置１２に取り付けるのみで
良好なスリット光線を形成することができる。

【００４９】次に、第２実施例を説明する。第２実施例
は、可視光を射出する半導体レーザー１８のレーザービ
ームを参照光として用い、この参照光を計測するための
レーザービームに重畳することによって、明室において
も目視で容易に測定部位が確認できるようにしたもので
ある。なお、第２実施例は第１実施例と略同様の構成の
ため、同一部分は同一符号を付し、詳細な説明は省略
し、異なる部分のみを説明する。

【００５０】図５に示したように、光源装置１０は、略
立方体状のボデー４０、このボデー４０に取り付けられ
たレーザーマウント２２、このレーザーマウント２２と
同一構成にされた参照光源マウント４２、ミラーマウン
ト４４及びレンズボックス４６から構成されている。

【００５１】図６乃至図８に示したように、ボデー４０
の外面には、上記第１実施例と同様に、各々直交する基
準面Ｐ１、Ｐ２が形成され、各基準面Ｐ１、Ｐ２は高い
平面度で研磨されている。また、基準面Ｐ１、Ｐ２に直
交する外面も高い平面度で研磨された基準面Ｐ３とされ
る。

【００５２】ボデー４０には、基準面Ｐ１、Ｐ２と平行
な方向に貫通穴２１０が設けられ、この貫通穴２１０と
交差しかつ基準面Ｐ２と垂直な方向に貫通穴２０８が設
けられている。この貫通穴２１０に沿ったボデー４０の
一方の面（図８の紙面左側）には、所定径の止め穴１１
８が形成されており、この止め穴１１８にはレーザーマ
ウント２２が配置される。レーザーマウント２２の構成
は、上記第１実施例と同様のため、説明を省略する。貫
通穴２１０に沿った止め穴１１８方向の端部には、球面
レンズで構成されたコリメートレンズ５２が取り付けら
れたコリメートレンズホルダ１２０が接着剤等の固定部
材によって固着されている。この貫通穴２１０の内面と
コリメートレンズホルダ１２０の外面とは互いに高精度
で嵌合するように形成されかつ、貫通穴２１０の中心軸
が基準面Ｐ１及び基準面Ｐ２に平行になるように形成さ
れている。従って、コリメートレンズホルダ１２０に取
り付けられたコリメートレンズ５２の光軸Ｌ２は基準面
Ｐ１及び基準面Ｐ２と平行になる。

【００５３】また、貫通穴２０８に沿ったボデー４０の
一方の面（図８の紙面上側）には、所定径の止め穴２１
８が形成されており、この止め穴２１８には参照光源マ
ウント４２が配置される。参照光源マウント４２は、レ
ーザーマウント２２と同一の構成にされている。すなわ
ち、参照光源マウント４２は、レーザーマウント２２の
押板１１２、レーザー保持板１１４、レーザー止め板１
１６と同一形状をした押板２１２、参照レーザー保持板
２１４、参照レーザー止め板２１６から構成され、押板
２１２は、参照レーザー止め板２１６を介して参照レー
ザー保持板２１４に固定ネジ２３６によって固定されて
いる。

【００５４】押板２１２の内部には波バネ２３２及び当
て板２３０が収納され、当て板２３０に可視光を射出す
る半導体レーザー１８が配置される。従って、第１実施
例と同様に、押板２１２を参照レーザー保持板２１４へ
固定ネジ２３６によって固定することにより、半導体レ
ーザー１８が固定され、参照レーザー止め板２１６によ
って半導体レーザー１８の回転が阻止されるようになっ
ている。また、押板２１２の内部には波バネ２３２及び
当て板２３０が収納されることによって、半導体レーザ
ー１８が参照レーザー保持板２１４側へ付勢される。

【００５５】上記参照光源マウント４２は、ボデー４０
へ調整ネジ２３８によって３ヶ所で固定されるが、調整
ネジ２３８に通された２４０によって、ボデー４０と参
照光源マウント４２とは、互いに離間する方向に付勢さ
れ、がたつくことなく所定の間隔を有することになる。
従って、調整ネジ２３８の締め付け量に応じてボデー４
０と参照光源マウント４２との間隔を変更することによ
って、半導体レーザー１８とコリメートレンズ５２との
間隔を変更することができる。

【００５６】貫通穴２０８と貫通穴２１０とが交差する
位置には、基準面Ｐ２、Ｐ３と平行な方向に貫通穴２７
０が設けられ、この貫通穴２７０の周囲、基準面Ｐ２と
４５度傾斜された方向でかつ貫通穴２７０を中心として
対向した２ヶ所の位置にネジ穴２７６（図９参照）が設
けられている。この貫通穴２７０には、ミラーマウント
４４が挿入される。ミラーマウント４４は円筒状とさ
れ、胴体２７４及び胴体２７４の一方の端部（図９右
側）が胴体２７４の外径より大きな径のツバ部２７２を
有している。このツバ部２７２には、ネジ穴２７６に対
応した２ヶ所にネジ２８０のネジ径より大きな貫通穴２
７８が設けられている。また、貫通穴２７０の内面と胴
体２７４の外面とは互いに高精度で嵌合するように形成
されている。従って、ネジ２８０によってミラーマウン
ト４４をボデー４０に固定するとき、ミラーマウント４
４の貫通穴２７８とネジ２８０との隙間だけ、ミラーマ
ウント４４を回転させることができる。

【００５７】ミラーマウント４４の胴体２７４の先端付
近（図９左側）でかつ、ミラーマウント４４をボデー４
０へ配置したときの光軸Ｌ２付近は、コリメートレンズ
５２から射出されたレーザービームが通過するに充分な
大きさの長孔２８２が設けられている。また、この長孔
２８２を中心として、ミラーマウント４４のツバ部２７
２と対向する端部は、矩形状のダイクロイックミラー４
８を取り付けるための段差（図示省略）が設けられ、ダ
イクロイックミラー４８を接着剤等によってミラーマウ
ント４４に接着する。ミラーマウント４４をネジ２８０
によりボデー４０へ取り付けることによって、ダイクロ
イックミラー４８は光軸Ｌ２と略４５度の角度を有した
位置に配置される。なお、このダイクロイックミラー４
８は、可視光域の波長を反射すると共に近赤外または赤
外域の波長を透過するものである。

【００５８】ボデー４０の貫通穴２１０に沿ったボデー
４０の他方の面（図８の紙面右側）には、所定径の止め
穴１５０が形成されており、この止め穴１５０側の基準
面Ｐ３上にレンズボックス４６が配置される。レンズボ
ックス４６は、レンズマウンタ２５２、ロッドレンズホ
ルダ１５４から構成され、レンズマウンタ２５２は、ボ
デー４０に固定ネジ２６２によって固定される（図１０
参照）。

【００５９】レンズマウンタ２５２は、直方体状のブロ
ックとされ、このレンズマウンタ２５２の対角方向の端
部付近の２ヶ所は、基準面Ｐ３方向へ段差を有しかつ固
定ネジ２６２のねじ部分の外径より大きな径の貫通穴２
５６が形成される（図１０参照）。また一方の面（図８
の紙面左側）には、矩形状の角穴２５８が設けられてい
る。この角穴２５８の内部にロッドレンズホルダ１５４
が収納され、角穴２５８はロッドレンズ１６の円筒中心
軸と直交する方向にロッドレンズホルダ１５４が移動可
能なように形成される。なお、このレンズマウンタ２５
２及びロッドレンズホルダ１５４の接触面は摺動可能な
ように研磨されている。

【００６０】ボデー４０の止め穴１５０には、第１実施
例と同様に、内側（図８の紙面左側）から順に波バネ１
６６、カラー１６４が配設され、レンズマウンタ２５２
がボデー４０の基準面Ｐ３に接触するときに波バネ１６
６のバネ力がカラー１６４を介してロッドレンズホルダ
１５４をレンズマウンタ２５２方向へ付勢するようにな
っている。なお、レンズマウンタ２５２のロッドレンズ
ホルダ１５４上部（図８上方）には、固定ネジ２６０に
よってロッドレンズホルダ１５４を固定するためのねじ
穴が設けられている。また、第１実施例のように、ロッ
ドレンズホルダ１５４の位置を調整するようにしてもよ
い。

【００６１】レンズマウンタ２５２の基準面Ｐ３と対向
する方向（図８右方向）の面には、光軸Ｌ２を中心とし
て対向する位置に長尺状のスリット板２９０の一端が固
定ネジ２９２によって固定される（図７参照）。このス
リット板２９０は、ロッドレンズ１６の円筒中心軸と略
平行になるように、長手方向がロッドレンズ１６から射
出されるスリット光線の長さ方向と平行に配設され、各
々のスリット板２９０の隙間を変更することができる。
これによってスリット板２９０はロッドレンズ１６から
射出されるスリット状のレーザービームの余分な光を遮
断する。

【００６２】以下、第２実施例の作用を説明する。な
お、半導体レーザー１８から射出されるレーザービーム
の射出方向、及び結像位置等の調整については、上記第
１実施例と同様のため、省略する。

【００６３】半導体レーザー１４からレーザービームが
射出されると、コリメートレンズ５２及びロッドレンズ
１６を介して被測定面６０Ａに照射される。第２実施例
では、この半導体レーザー１４側に配設されたコリメー
トレンズ５２とロッドレンズ１６との間にはダイクロイ
ックミラー４８が配設され、半導体レーザー１８から射
出されるレーザービームを半導体レーザー１４から射出
されたレーザービームに重畳する。これによって、光源
装置１０から射出されるレーザービームは、半導体レー
ザー１４から射出される近赤外波長のレーザービーム
と、半導体レーザー１８から射出される可視波長のレー
ザービームと、が重畳された１つのレーザービームとな
ると共に、集束位置（結像位置）が一致している。従っ
て、光源装置１０から射出されるレーザービームは可視
光域の波長を含んでいるため、明室においても、形状測
定装置１２の測定部位を目視によって確認することがで
きる。以上説明したように、第２実施例では、測定部位
が目視でき、スリット光線を被測定面６０Ａの適正な位
置に照射することができるので、測定部位がずれること
により測定値がずれるようなことはなく、測定対象物の
形状や距離等を最適に測定することができる。

【００６４】なお、上記実施例では、ロッドレンズの回
転はレンズボックスを回転させることによって行い、ロ
ッドレンズの中心軸と入射光軸との光軸合わせはコリメ
ートレンズホルダを移動させることによって行ったが、
本発明はこれに限定されるものではなく、各々の調整を
別個の調整機構を設けて行ってもよく、レンズボックス
にロッドレンズを取り付けた状態でレンズボックスを移
動することによって調整を行ってもよい。

【００６５】なお、上記実施例ではロッドレンズを利用
してスリット状の光を得る例について説明したが、スリ
ット状の光を得る他の素子としてシリンドリカルレンズ
やシリンドリカルミラー等を用いることもでき、回転多
面鏡等のレーザービームをスキャンすることによりスリ
ット状の光を得ることもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、各々が直交する基準面によって、容易に被
測定面に照射するレーザービームを調整することができ
る、という優れた効果を有する。

【００６７】請求項２に記載の発明によれば、可視光の
光ビームによって、測定部位を容易に目視で確認するこ
とができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる形状測定用光源装
置を上部後方から見た斜視図である。

【図２】第１実施例の形状測定用光源装置の左側面図及
び一部断面を含む正面図である。

【図３】第１実施例の形状測定用光源装置の右側面図で
ある。

【図４】図２のＩ−Ｉ断面図である。

【図５】第２実施例の形状測定用光源装置を上部後方か
ら見た斜視図である。

【図６】第２実施例の形状測定用光源装置の左側面図及
び正面図である。

【図７】第２実施例の形状測定用光源装置の右側面図で
ある。

【図８】図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図９】図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図１０】図７のＩＶ−ＩＶ断面図である。

【図１１】本発明の実施例にかかる形状測定用光源装置
が適応可能な形状測定装置の概略構成を示す斜視図であ
る。

【図１２】（１）は、形状測定装置の受光素子（受光
面）上におけるレーザービームの照射状態を示す線図で
ある。（２）、（３）は受光素子の出力信号の例を示す
線図である。

【図１３】従来の形状測定装置の光源装置の構成を示す
断面図である。

【図１４】（１）、（２）は、受光素子の任意のライン
における位置と照射される光量との関係を示す線図であ
る。

【符号の説明】

Ｐ１ 第１の基準面 Ｐ２ 第２の基準面 Ｐ３ 第３の基準面 １０ 光源装置（形状測定装置用光源装置） １２ 形状測定装置 １４ 半導体レーザー（光源） １６ ロッドレンズ（発散手段） １８ 半導体レーザー（参照光源） ２０ ボデー（ボデー） ２２ レーザーマウント（マウント） ２４ レンズボックス（レンズマウント） ４２ 参照光源マウント（基準光源部） ４８ ダイクロイックミラー（反射手段） ５２ コリメートレンズ（レンズ）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 5/00 G01C 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略中心に貫通穴が設けられ、該貫通穴の
   中心軸に平行な第１の基準面、該貫通穴の中心軸に平行
   であると共に前記第１の基準面に直交する第２の基準
   面、及び前記第１の基準面及び前記第２の基準面の各々
   に直交する第３の基準面を有し、入射光を集束させるレ
   ンズが前記貫通穴の中心軸と該レンズの光軸とが一致ま
   たは平行になるように配設されたボデーと、 光ビームを射出する光源が配設されかつ、該光源から射
   出される光ビームが前記貫通穴を通過するように前記ボ
   デーに取り付けられたマウントと、 前記光ビームの射出方向が前記第１の基準面に平行でか
   つ前記第２の基準面に平行になるように、かつ前記レン
   ズと前記光源との間隔を、前記光ビームの射出方向を略
   維持しつつ変化させることによって前記第３の基準面か
   ら所定位置に前記光ビームが集束されるように前記マウ
   ントの位置を調整可能なマウント調整手段と、 入射される光ビームを一方に発散させかつ該発散させた
   方向と交差する方向の光ビームはそのまま通過させる発
   散手段が配設され、該発散手段によって発散される光ビ
   ームによって形成される光ビーム面が前記第３の基準面
   に直角になるように前記ボデーに取り付けられたレンズ
   マウントと、 前記発散手段に入射される光ビームの光軸付近を中心軸
   として該発散手段を回転させることによって前記光ビー
   ム面が前記第１の基準面に平行または直交するように、
   かつ前記発散手段と前記第３の基準面との距離を略維持
   しつつ前記発散手段を移動させることによって前記レン
   ズから射出された光ビームの光軸と前記発散手段の光軸
   中心とが一致するように前記レンズマウントの位置を調
   整可能なレンズマウント調整手段と、 を備えた形状測定用光源装置。
2. 【請求項２】 基準の可視光を射出する参照光源が該可
   視光の射出位置及び射出方向を変更可能に配設された基
   準光源部と、 前記貫通穴に配設されかつ前記基準光源部から射出され
   た可視光を前記貫通穴の中心軸へ案内すると共に前記光
   ビームを透過する反射手段と、 を前記ボデーに更に備えたことを特徴とする請求項１に
   記載の形状測定用光源装置。