JP7217009B2 - 内径測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状の測定対象物の内径寸法を測定する内径測定装置に関し、特に、レーザ距離計を用いて測定対象物の内径寸法を測定する内径測定装置に関する。

従来より、筒状の測定対象物の内径寸法を測定する光学式の内径測定装置として、測定対象物が有する内周面にレーザ光を照射し、そのレーザ光が照射された内周面から反射される反射レーザ光に基づいて、測定対象物の内径を測定する内径測定装置が知られている。

例えば特許文献１に開示されている筒状内径測定装置では、測定対象物の外に配置されるレーザ変位計から出力されるレーザ光を、測定対象物の内周面に挿入する反射面で反射させて内周面に照射し、予めレーザ光の焦点距離（ピント）が内周面に合うようにレーザ変位計および反射面の位置を調整して固定しておき、測定対象物を移動させて又は反射面を回転させて測定対象物の内径を測定している。

また従来より、精密なポイントの距離計測が可能なアクティブ式距離計測方法として、レーザ光を利用する光学原理による距離計測が知られている。レーザ光を用いて対象物体までの距離を測定するレーザ距離計ではレーザ光の発射時刻と、測定対象に当たり反射してきたレーザ光を受光素子にて検出した時刻との差に基づいて、測定対象物までの距離が算出される（例えば、特許文献２参照）。また、例えば、半導体レーザの駆動電流に三角波等の変調をかけ、対象物での反射光を半導体レーザ素子の中に埋め込まれたフォトダイオードを使用して受光し、フォトダイオード出力電流に現れた鋸歯状波の主波数から距離情報を得ている。

ある点から測定点までの絶対距離を高精度で測定する装置としてレーザ距離計が知られている。例えば、上記特許文献２には、基準光の干渉信号と測定光の干渉信号の時間差から距離を測定する距離計が記載されている。

しかしながら、従来の絶対距離計では、長い距離を高精度で測れる実用的な絶対距離計を実現することが難しく、高い分解能を得るためにはレーザ変位計のように原点復帰が必要なため絶対距離測定に適さない方法しか手段がなかった。

本件発明者等は、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を先に提案している（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３－０４２７２５号公報 特開２００１－３４３２３４号公報 特許第５２３１８８３号公報

特許文献１に開示されている筒状内径測定装置のように、測定対象物を移動させて又は反射面を回転させて測定対象物の内径を測定する場合には、回転の精度を向上させることができなければ、回転させるときに光源等との間に生じる位置ずれ（偏心）誤差が、受光器によって検出する合焦状態に影響を与え、内径の測定誤差となるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、回転させるときに光源等との間に生じる位置ずれ（偏心）誤差の影響を受けることなく、レーザ距離計を用いて、内径測定を、高精度で行うことができるようにすることにある。

本発明の他の目的は、レーザ距離計として光コム距離計を用いて、内径測定をより高精度に行うことができるようにすることにある。

さらに、本発明の他の目的は、本件発明者等が先に提案している技術、すなわち、所定光路長の基準光路を通過させる基準光と測定対象物の内径面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記所定光路長の基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記測定対象物の内径面までの距離を求める光コム距離計を用いて、内径測定を、より高精度で、しかも短時間に行うことができるようにすることにある。

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明は、筒状の測定対象物の内径寸法を測定する内径測定装置であって、レーザ距離計と、上記レーザ距離計から出射される測定光を該測定光の光軸の方向に反射する状態に設けられる基準反射面と、上記基準反射面を挟んで２ｎ（ｎは１以上の正の整数）回転対称位置に対称に設けられ、該基準反射面が配置される二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜したｎ対の傾斜反射面とを有し、測定対象物の測定空間内に配置される反射光学系と、上記レーザ距離計から出射される測定光で上記二次元平面を走査する走査手段とを備え、上記レーザ距離計により上記反射光学系を介して測定対象物の内径面を走査して内径測定を行うことを特徴とする。

本発明に係る内径測定装置において、上記反射光学系は、台形プリズムに上記基準反射面と１対の傾斜反射面を設けてなるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記反射光学系は、正４角錐台形プリズムに上記基準反射面と２対の傾斜反射面を設けてなるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸を該光軸と直交する二次元方向に移動させるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記走査手段は、ガルバノミラーやポリゴンミラー等の可動ミラーにより上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸を移動させて、上記反射光学系を介して測定対象物の内径面を走査するものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射された測定光をテレセントリック光学系を介して上記反射光学系に入射させるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、出射する測定光を二次元方向に移動させる上記走査手段を内蔵しているものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸に対して、測定対象物とともに該測定対象物の測定空間内に配置された上記反射光学系を二次元方向に移動させるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記走査手段は、上記レーザ距離計から測定光を出射するヘッド部に対して、測定対象物の測定空間内に配置された上記反射光学系を測定対象物とともに二次元方向に相対移動させるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、測定光を出射する第１のレーザ光源と、この第１のレーザ光源から出射された測定光を基準光として検出する基準光検出器と、上記第１のレーザ光源から出射されて測定対象物の内径面により反射された測定光を検出する測定光検出器とを備え、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの信号の時間差から、上記測定対象物の内径面までの距離を計算するものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記基準光検出器は、所定光路長の基準光路を通過させた測定光を上記基準光として検出するものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、上記第１のレーザ光源として光コム発生器を備える光コム距離計であるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、参照光を出射する第２のレーザ光源を備え、この第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定光との干渉光を上記基準光として上記基準光検出器により検出し、上記第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を上記測定光検出器により検出し、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記測定対象物の内径面までの距離を計算するものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、上記測定光を出射する第１の光コム発生器と、上記参照光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、上記測定光を出射する第１の光コム発生器と、上記参照光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であるものとすることができる。

また、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、所定光路長の基準光路を通過させる基準光と測定対象物の内径面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記基準光路の所定光路長と上記測定対象物の内径面までの距離の差を求めるものとすることができる。

さらに、本発明に係る内径測定装置において、上記レーザ距離計は、上記基準光を出射する第１の光コム発生器と、上記測定光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であるものとすることができる。

本発明では、レーザ距離計から出射される測定光を該測定光の光軸の方向に反射する状態に設けられる基準反射面と、上記基準反射面を挟んで２ｎ（ｎは１以上の正の整数）回転対称位置に対称に設けられ、該基準反射面が配置される二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜したｎ対の傾斜反射面とを有し、測定対象物の測定空間内に配置される反射光学系を備えているので、走査手段により上記レーザ距離計から出射される測定光で上記二次元平面を直線状に走査して、上記レーザ距離計により上記反射光学系を介して測定対象物の内径面を軸方向に走査して内径測定を行うことができる。

本発明では、従来のように測定対象物を相対的に回転させて内径測定を行うのではなく、回転にともなう位置ずれ（偏心）誤差が発生せず、高精度に内径測定を行うことができる。

本発明では、レーザ光源から出射された測定光を検出する基準光検出器により検出するとともに、上記第１のレーザ光源から出射されて測定対象物の内径面により反射された測定光を検出する測定光検出器により検出して得られる２つの信号の時間差から、上記測定対象物の内径面までの距離を計算することにより、内径測定を高精度に行うことができる。

本発明では、所定光路長の基準光路を通過させた上記測定光を上記基準光検出器により検出することにより、内径測定をさらに高精度に行うことができる。

本発明では、上記レーザ距離計として上記第１のレーザ光源として光コム発生器を備えることにより、内径測定をさらに高精度に行うことができる。

本発明では、上記レーザ距離計において、第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定光との干渉光を上記基準光検出器により検出するとともに、上記第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を上記測定光検出器により検出して得られる２つの干渉信号の時間差から、上記測定対象物の内径面までの距離を計算することにより、内径測定をさらに高精度に行うことができる。

本発明では、上記レーザ距離計が上記基準光を出射する第１の光コム発生器と、上記測定光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であることにより、内径測定をより高精度で、しかも短時間に行うことができる。

本発明を適用した内径測定装置の構成を示す要部縦断面図である。 上記内径測定装置におけるレーザ距離計の構成例を示す模式図である。 上記内径測定装置における反射光学系の構成を示す外観斜視図である。 上記内径測定装置における上記反射光学系を測定空間内に配置した測定対象物の横断平面図である。 上記内径測定装置における上記反射光学系を測定空間内に配置した測定対象物の縦断正面図である。 上記内径測定装置における内径測定処理の手順を示すフローチャートである。 上記内径測定装置における反射光学系の他の構成例を示す測定対象物の横断平面図である。 上記内径測定装置におけるレーザ距離計の他の構成例を示す模式図である。 上記内径測定装置におけるレーザ距離計のさらに他の構成例を示す模式図である。 上記内径測定装置にレーザ距離計として備えられた光コム距離計の構成例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すような構成の内径測定装置１００に適用される。 この内径測定装置１００は、筒状の測定対象物１の内径を測定する内径測定装置であって、レーザ距離計１０と、上記レーザ距離計１０から出射された測定光Ｌｓが入射される走査手段２０と、上記測定光Ｌｓが上記走査手段２０を介して入射される反射光学系３０を備え、上記反射光学系３０が、上記測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置される。

レーザ距離計１０は、例えば図２の模式図に示すように、測定対象物１の測定面（内径面）１Ｂに照射する測定光Ｌｓを出射する第１のレーザ光源１１と、この第１のレーザ光源１１からビームスプリッタ１２を介して入射される測定光Ｌｓを基準光Ｌ_ＲＥＦとして検出する基準光検出器１３と、上記ビームスプリッタ１２を介して測定対象物１に照射された測定光Ｌｓが該測定対象物１の測定面（内径面）１Ｂにより反射された測定光Ｌｓ’を検出する測定光検出器１４とを備える。測定光Ｌｓが通過した光路の光路長は、光路を通過するのに要した時間Ｔに真空中の光速Ｃをかけて光路の屈折率ｎｇで割ることにより求めることができ、このレーザ距離計１０では、上記基準光検出器１３と測定光検出器１４により得られる２つの信号の時間差ΔＴから、上記測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算することができる。

走査手段２０は、上記レーザ距離計１０から出射される測定光Ｌｓの光軸を該光軸と直交する二次元（ＸＹ）方向に移動させ、上記反射光学系３０を介して測定対象物１の内径面１Ｂを測定面として走査する。

この内径測定装置１００において、上記走査手段２０は、Ｘ方向走査とＹ方向走査を行う一組のガルバノミラー（あるいはポリゴンミラーと）２１により、上記レーザ距離計１０から入射される測定光Ｌｓを反射して、テレセントリックｆ-θレンズ（あるいはテレセントリックｆ-θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系）２２を介して出射することにより、上記測定光Ｌｓを上記二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から上記反射光学系３０に入射させて、上記測定光Ｌｓで上記二次元（ＸＹ）平面をＸ軸方向とＹ軸方向に走査する二次元光学スキャナである。

反射光学系３０は、走査手段２０を介して入射される測定光Ｌｓを該測定光Ｌｓの光軸方向に反射する状態、すなわち、測定光Ｌｓの光軸方向をＺ軸方向とする二次元（ＸＹ）平面に配置される方形状の基準反射面３１と、上記基準反射面３１を挟んで２回転対称位置に対称に設けられ、上記二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜した１対の傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐとを有している。

この内径測定装置１００における反射光学系３０は、その外観斜視図を図３に示すように、直角二等辺プリズム３０Ｃから高さｈの直角二等辺プリズム３０Ｂを除去した外観形状の台形プリズム３０Ａの上部平面に上記基準反射面３１が形成され、１対の傾斜面に傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐが形成されている。

この内径測定装置１００において、上記走査手段２０は、上記測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置される上記反射光学系３０に対して、上記測定光Ｌｓを上記二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から上記反射光学系３０に入射させて、図４に示すように、上記測定光ＬｓをＸ軸方向とＹ軸方向に走査する。

ここで、図４には、上記走査手段２０による測定光Ｌｓの上記二次元（ＸＹ）平面上でのＸ軸方向の走査範囲Ａ_ＸとＹ軸方向の走査範囲Ａ_Ｙを示してある。

上記二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から上記反射光学系３０に入射された測定光Ｌｓは、該二次元（ＸＹ）平面に配置された基準反射面３１の走査範囲Ａ_Ｘ０×Ａ_Ｙ０では、図５に示すように、基準反射面３１により反射されて、そのままＺ軸方向に戻される。

また、上記二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から上記反射光学系３０に入射された測定光Ｌｓは、上記二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜した１対の傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐの走査範囲Ａ_ＸＭ×Ａ_ＹＭ、Ａ_ＸＰ×Ａ_ＹＰでは、図５に示すように、傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐにより反射されてＸ軸方向から上記測定対象物１の内径面１Ｂに照射され、さらに、上記測定対象物１の内径面１Ｂにより反射されてＸ軸方向に戻され、再度、上記傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐにより反射されてＺ軸方向に戻される。

上記走査手段２０により測定光Ｌｓを走査することにより、上記測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置された上記反射光学系３０の１対の傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐを介して上記測定光ＬｓがＸ軸方向から上記測定対象物１の内径面１Ｂに照射される範囲Ａ_ＹＭ×Ａ_ＺＭ、Ａ_ＹＰ×Ａ_ＺＰが、この内径測定装置１００による測定対象物１の内径測定の測定範囲となっている。
そして、この内径測定装置１００における内径測定処理の手順を図６のフローチャートに示すように、内径測定を開始すると、先ず、最初の処理ステップＳＴ１では、走査手段２０による測定光Ｌｓの走査を開始して、測定光ＬｓをＸ軸方向に走査する毎にＹ軸方向に１ライン分ずらしながら繰り返し走査することにより、二次元（ＸＹ）平面上の走査範囲ＡＸ×ＡＹで該二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から反射光学系３０に測定光Ｌｓを入射させる。

次の処理ステップＳＴ２では、レーザ距離計１０により、二次元（ＸＹ）平面上の走査範囲Ａ_Ｘ×Ａ_Ｙにおける反射光学系３０に対する走査範囲、すなわち、基準反射面３１の走査範囲Ａ_Ｘ０×Ａ_Ｙ０と傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐの走査範囲Ａ_ＸＭ×Ａ_ＹＭ、Ａ_ＸＰ×Ａ_ＹＰにおける距離分布データを取得する。

すなわち、この処理ステップＳＴ２では、レーザ距離計１０により、測定光Ｌｓを走査手段２０を介して反射光学系３０の基準反射面３１に照射し、上記測定光Ｌｓが基準反射面３１により反射されて走査手段２０を介して戻ってくるまでの光路長として、走査範囲Ａ_Ｘ０×Ａ_Ｙ０における基準反射面３１までの距離Ｄ_{０（ＸＹ）}を測定して、距離Ｄ_{０（ＸＹ）}の分布データを取得し、また、測定光Ｌｓを走査手段２０と反射光学系３０の傾斜反射面３２Ｍを介して測定対象物１の内径面１Ｂに照射し、上記測定光Ｌｓが内径面１Ｂにより反射されて傾斜反射面３２Ｍ、走査手段２０を介して戻ってくるまでの光路長として、測定範囲Ａ_ＺＭ×Ａ_ＹＭ（走査範囲Ａ_ＸＭ×Ａ_ＹＭ）における内径面１Ｂまでの距離Ｄ_{Ｍ（ＸＹ）}を測定し、距離Ｄ_Ｍの分布データを取得し、さらに、測定光Ｌｓを走査手段２０と反射光学系３０の傾斜反射面３２Ｐを介して測定対象物１の内径面１Ｂに測定光Ｌｓを照射し、上記測定光Ｌｓが内径面１Ｂにより反射されて傾斜反射面３２Ｐ、走査手段２０を介して戻ってくるまでの光路長として、測定範囲Ａ_ＺＰ×Ａ_ＹＰ（走査範囲Ａ_ＸＰ×Ａ_ＹＰ）における内径面１Ｂまでの距離Ｄ_{Ｐ（ＸＹ）}を測定し、距離Ｄ_Ｐの分布データを取得する。

次の処理ステップＳＴ３では、レーザ距離計１０において、上記処理ステップＳＴ２において取得した距離Ｄ_０の分布データ、すなわち、走査範囲Ａ_Ｘ０×Ａ_Ｙ０における基準反射面３１までの距離Ｄ_{０（ＸＹ）}に基づいて、基準反射面３１までの距離Ｄ_０を決定する。

次の処理ステップＳＴ４では、レーザ距離計１０において、上記処理ステップＳＴ２において取得した距離Ｄ_Ｍ、Ｄ_Ｐの分布データ、すなわち、測定範囲Ａ_ＺＭ×Ａ_ＹＭ、Ａ_ＺＰ×Ａ_ＹＰにおける内径面３１までの距離Ｄ_{Ｍ（ＸＹ）}、Ｄ_{Ｐ（ＸＹ）}における最大値を示すＸ軸方向における二つの距離Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}、Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}を決定する。

そして、最後の処理ステップＳＴ５では、上記処理ステップＳＴ４で決定したＸ軸方向における二つの距離Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}、Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}するからＸ軸方向の直径Ｄ_Ｘを算出する。

ここで、この内径測定装置１００において、上述のように直角二等辺プリズム３０Ｃから高さｈの直角二等辺プリズム３０Ｂを除去した外観形状の台形プリズム３０Ａの上部平面に形成された基準反射面３１と、１対の傾斜面に形成された傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐからなる反射光学系３０を介して測定光Ｌｓが照射される反射光学系３０の基準反射面３１までの距離は、照射される測定光Ｌｓの光軸が二次元（ＸＹ）平面と直交し、台形プリズム３０Ａの２回転対称軸と平行になっている設置状態であれば、レーザ距離計１０により反射光学系３０の基準反射面３１の走査範囲Ａ_Ｘ０×Ａ_Ｙ０で得られる該基準反射面３１までの距離Ｄ_{０（ＸＹ）}は、どこでも等しい距離Ｄ_０となる。

また、測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面であり、その中心軸が台形プリズム３０Ａの２回転対称軸と一致している理想的な設置状態になっているとすれば、この内径測定装置１００において、図４に示すように、走査手段２０により反射光学系３０の傾斜反射面３２Ｍの走査範囲ＡＸＭ×ＡＹＭで測定光Ｌｓを走査することにより、内径面１Ｂの測定範囲Ａ_ＹＭ×Ａ_ＺＭで得られる内径面１Ｂまでの距離Ｄ_{Ｍ１（Ｙ）}、Ｄ_{Ｍ２（Ｙ）}、Ｄ_{Ｍ３（Ｙ）}は、Ｘ軸方向の走査範囲Ａ_ＸＭすなわちＺ軸方向の測定範囲Ａ_ＺＭ内ではどこでも等しく、Ｙ軸方向の走査範囲Ａ_ＹＭ内でＸ軸方向に一致した半径上を通過するＸ軸方向の走査により得られる距離が最大値Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}となり、同様に、走査手段２０により反射光学系３０の傾斜反射面３２Ｐの走査範囲Ａ_ＸＰ×Ａ_ＹＰで測定光Ｌｓを走査することにより、内径面１Ｂの測定範囲Ａ_ＹＰ×Ａ_ＺＰで得られる内径面１Ｂまでの距離Ｄ_{Ｐ１（Ｙ）}、Ｄ_{Ｐ２（Ｙ）}、Ｄ_{Ｐ３（Ｙ）}は、Ｘ軸方向の走査範囲Ａ_ＸＰすなわちＺ軸方向の測定範囲Ａ_ＺＰ内ではどこでも等しく、Ｙ軸方向の走査範囲Ａ_ＹＭ内でＸ軸方向に一致した半径上を通過するＸ軸方向の走査により得られる距離が最大値Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}となる。

そこで、上記処理ステップＳＴ４では、上述のように直角二等辺プリズム３０Ｃから高さｈの直角二等辺プリズム３０Ｂを除去した外観形状の台形プリズム３０Ａの上部平面に形成された基準反射面３１と、１対の傾斜面に形成された傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐからなる反射光学系３０を介して測定光Ｌｓを照射することにより、上記内径面１Ｂの測定範囲Ａ_ＹＭ×Ａ_ＺＭで得られる最大値Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}から上記基準反射面３１までの距離Ｄ０を引いて上記高さｈを加えることにより、
Ｒ_Ｍ＝Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}－Ｄ_０＋ｈ
にてＸ軸方向での半径Ｒ_Ｍを算出することができ、また、上記内径面１Ｂの測定範囲Ａ_ＹＰ×Ａ_ＺＰで得られる最大値Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}から上記基準反射面３１までの距離Ｄ_０を引いて上記高さｈを加えることにより、
Ｒ_Ｐ＝Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}－Ｄ_０＋ｈ
Ｘ軸方向での半径ＲＰを算出することができる。

上記高さｈの値は、予めキャリブレーションや三次元計測等、別の手段で求めておくことができる。

なお、測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面であり、その中心軸が２回転対称体である台形プリズム３０Ａの回転対称軸と一致している理想的な設置状態では、上記処理ステップＳＴ４で決定したＸ軸方向における二つの半径Ｄ_Ｍ、Ｄ_Ｐは、
Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}＝Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}
となるが、測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面の中心軸から台形プリズム３０Ａの回転対称軸がＹ軸方向へずれている場合には、Ｘ軸方向の走査により得られる距離が最大値Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}となるＸ軸方向の走査位置を上記処理ステップＳＴ４において探索することで、Ｘ軸方向に一致した半径上で最大値Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}を検出することができ、また、測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面の中心軸から台形プリズム３０Ａの２回転対称軸がＸ軸方向へずれている場合には、そのずれ量Δｄ分だけ二つの半径ＤＭ、ＤＰは相補的に変化するので、測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面の中心軸から台形プリズム３０Ａの回転対称軸がずれていても、台形プリズム３０Ａの２回転対称軸と測定対象物１の内径面１Ｂが真の円筒面の中心軸とが平行になっていれば、上記処理ステップＳＴ５において算出される測定対象物１の内径面１ＢのＸ軸方向の直径ＤＸ、
Ｄ_Ｘ＝Ｒ_Ｍ ＋Ｒ_Ｐ
＝（Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}－Ｄ_０＋ｈ）＋（Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}－Ｄ_０＋ｈ）
＝Ｄ_{Ｍ（ＭＡＸ）}＋Ｄ_{Ｐ（ＭＡＸ）}－２Ｄ_０＋２ｈ
に影響を及ぼすことはない。

上記内径測定装置１００では、２回転対称体である上記台形プリズム３０Ａの上部平面に形成された基準反射面３１と、１対の傾斜面に形成された傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐからなる反射光学系３０を介して、レーザ距離計１０により、測定対象物１の内径面１ＢのＸ軸方向の直径Ｄ_Ｘを計測するようにしたが、上記反射光学系３０を回転対称軸廻りに９０度回転させた配置とすることにより、従来のように測定対象物を相対的に回転させて内径測定を行うのではなく、回転にともなう位置ずれ（偏心）誤差が発生せず、測定対象物１の内径面１ＢのＹ軸方向の直径Ｄ_Ｙを高精度に且つ短時間で計測することができる。

ここで、上記反射光学系３０は、基準反射面３１を挟んで２ｎ（１は２以上の正の整数）回転対称位置に対称に設けられ、該基準反射面３１が配置される二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜したｎ対の傾斜反射面３２Ｍ、３２Ｐを有するものであればよく、ｎ＝１とした２回転対称体である台形プリズム３０Ａに代えて、例えば、ｎ＝２として図７に示すように、４回転対称体である正４角錐台形プリズム３０Ｄに基準反射面３１と２対の傾斜反射面３２Ｍ_Ｘ、３２Ｐ_Ｘ、３２Ｍ_Ｙ、３２Ｐ_Ｙを設けてなるものとして、レーザ距離計１０により、測定対象物１の内径面１ＢのＸ軸方向の直径Ｄ_ＸとＹ軸方向の直径ＤＹを高精度に且つ短時間で計測することができる。

すなわち、上記内径測定装置１００では、レーザ距離計１０から出射される測定光Ｌｓを該測定光Ｌｓの光軸の方向に反射する状態に設けられる基準反射面３１と、上記基準反射面３１を挟んで２ｎ（ｎは２以上の正の整数）回転対称位置に対称に設けられ、該基準反射面３１が配置される二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜したｎ対の傾斜反射面３２Ｍ_Ｘ、３２Ｐ_Ｘ、３２Ｍ_Ｙ、３２Ｐ_Ｙとを有する反射光学系３０を測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置し、走査手段２０によりレーザ距離計１０から出射される測定光Ｌｓで上記二次元平面を走査し、レーザ距離計１０により反射光学系３０を介して測定対象物１の内径面１Ｂを走査して、高精度に且つ短時間で内径測定を行うことができる。

なお、レーザ距離計１０は、上述の図２の模式図に示した構成に場合、基準光検出器１３と測定光検出器１４により得られる２つの信号の時間差から、測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算するようにしたが、例えば、図８の模式図に示すレーザ距離計１０Ａように、第１のレーザ光源１１から測定光Ｌｓをパルス出射するようにして、第１のレーザ光源１１第１のレーザ光源１１から測定光Ｌｓをパルス出射した時刻から測定対象物１の内径面１Ｂにより反射された測定光Ｌｓ’がビームスプリッタ１２Ａを介して測定光検出器１４で検出されるまでの時間Ｔを計測することにより、計測された時間Ｔに真空中の光速Ｃをかけて測定光Ｌｓが通過した光路の屈折率ｎｇで割ることにより得られる測定光Ｌｓが通過した光路の光路長から、測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算することもできる。上記光路は空間伝搬路に限定されることなく光ファイバなどであってもよい。

また、レーザ距離計１０は、例えば、図９の模式図に示すレーザ距離計１０Ｂように、上述の図２の模式図に示した構成に参照光Ｌｒを出射する第２のレーザ光源１１Ｂを設け、基準光検出器１３により基準光Ｌ_ＲＥＦと参照光Ｌｒとの干渉光検出し、測定光検出器に１４より測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒとの干渉光検出し、２つの干渉信号の時間差から、上記測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算することもできる。

このレーザ距離計１０Ｂは、第１のレーザ光源１１Ａから出射された測定光Ｌｓが第１のビームスプリッタ１Ａを介して基準面１５に照射されるとともに、第１のレーザ光源１１Ａから出射された測定光Ｌｓが第１のビームスプリッタ１２Ａと第２のビームスプリッタ１２Ｂを介して測定対象物１の内径面１Ｂに照射される。上記基準面１５に照射された測定光Ｌｓは、該基準面１５により反射されて第１のビームスプリッタ１２Ａと第３のビームスプリッタ１２Ｃを介して基準光検出器１３に入射される。また、測定対象物１の内径面１Ｂに照射された測定光Ｌｓは、該内径面１Ｂにより反射されて第１のビームスプリッタ１２Ａと第４のビームスプリッタ１２Ｄを介して測定光検出器１４に入射される。

第２のレーザ光源１１Ｂから出射された参照光Ｌｒは、第５のビームスプリッタ１２Ｅを介して上記第３のビームスプリッタ１２Ｃに入射されて、該第３のビームスプリッタ１２Ｃにおいて上記基準面１５により反射された測定光Ｌｓ’と混合されるとともに、第５のビームスプリッタ１２Ｅと反射鏡１２Ｆを介して上記第４のビームスプリッタ１２Ｄに入射されて、該第４のビームスプリッタ１２Ｄにおいて上記測定対象物１の内径面１Ｂ反射された測定光Ｌｓ’と混合されようになっている。

そして、このレーザ距離計１０Ｂにおいて、上記基準光検出器１３は、上記第３のビームスプリッタ１２Ｃにおいて混合された上記基準面１５により反射された測定光Ｌｓ’と上記参照光Ｌｒとの干渉信号Ｓ_Ｍ１を検出する。また、上記測定検出器１４は、上記第４のビームスプリッタ１２Ｄにおいて混合された上記測定対象物１の内径面１Ｂにより反射された測定光Ｌｓ’と上記参照光Ｌｒとの干渉信号Ｓ_Ｍ２を検出する。

上記第１のレーザ光源１１Ａから測定光Ｌｓが出射されたタイミングｔ_Ａと上記第２のレーザ光源１１Ｂから参照光Ｌｒが出射されたタイミングｔ_Ｂが一致していれば、上記基準光検出器１３は、次のΔＴ_Ｍ１にて示される時間差を有す測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒとの干渉信号Ｓ_Ｍ１を検出することになる。
ΔＴ_Ｍ１＝Ｔ_１＋Ｔ_Ｒ＋Ｔ_４－Ｔ_２

ここで、Ｔ_１は測定光Ｌｓが通過する上記第１のレーザ光源１１Ａから第１のビームスプリッタ１２Ａまでの光路長に対応する時間であり、Ｔ_Ｒは測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから基準面１５までの間を往復する光路長に対応する時間であり、Ｔ_４は測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから基準光検出器１３までの光路長に対応する時間であり、Ｔ_２は参照光Ｌｒが通過する上記第２のレーザ光源１１Ｂから第３のビームスプリッタ１２Ｃまでの光路長に対応する時間である。

また、上記測定光検出器１４は、次のΔＴ_Ｍ２にて示される時間差を有す測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒとの干渉信号Ｓ_Ｍ２を検出することになる。
ΔＴ_Ｍ２＝Ｔ_１＋Ｔ_３＋Ｔ_Ｔ＋Ｔ_７－Ｔ_８
＝Ｔ_１＋Ｔ_３＋Ｔ_Ｔ＋（Ｔ_４＋Ｔ_５）－（Ｔ_２＋Ｔ_３＋Ｔ_５）
＝Ｔ_１＋Ｔ_Ｔ＋Ｔ_４－Ｔ_２

ここで、Ｔ_１は測定光Ｌｓが通過する上記第１のレーザ光源１１Ａから第１のビームスプリッタ１２Ａまでの光路長に対応する時間であり、Ｔ_３は測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから第２のビームスプリッタ１２Ｂまでの光路長に対応する時間であり、Ｔ_Ｔは測定光Ｌｓが通過する上記第２のビームスプリッタ１２Ｂから上記測定対象物１の内径面１Ｂまで間を往復する光路長に対応する時間であり、Ｔ_７は測定光Ｌｓが通過する上記第２のビームスプリッタ１２Ｂから第４のビームスプリッタ１２Ｄまでの光路長に対応する時間であり、Ｔ_８は参照光Ｌｒが通過する上記第２のレーザ光源１１Ｂから第４のビームスプリッタ１２Ｄまでの光路長に対応する時間である。

上記Ｔ_７は、上記測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから基準光検出器１３までの光路長に対応する上記時間Ｔ_４と参照光Ｌｒが通過する上記第５のビームスプリッタ１２Ｅから反射鏡１２Ｆまでの光路長に対応する時間Ｔ_５との和に等しく、
Ｔ_７＝Ｔ_４＋Ｔ_５
である。

また、上記Ｔ_８は、上記参照光Ｌｒが通過する上記第２のレーザ光源１１Ｂから第３のビームスプリッタ１２Ｃまでの光路長に対応する時間Ｔ_２と、上記測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから第２のレーザ光源１１Ｂまでの光路長に対応する時間Ｔ_３と、上記参照光Ｌｒが通過する上記第５のビームスプリッタ１２Ｅから反射鏡１２Ｆまでの光路長に対応する時間Ｔ_５との和に等しく、
Ｔ_８＝Ｔ_２＋Ｔ_３＋Ｔ_５
である。

従って、上記時間差ΔＴ_Ｍ２は、
ΔＴ_Ｍ２＝Ｔ_１＋Ｔ_３＋Ｔ_Ｔ＋Ｔ_７－Ｔ_８
＝Ｔ_１＋Ｔ_３＋Ｔ_Ｔ＋（Ｔ_４＋Ｔ_５）－（Ｔ_２＋Ｔ_３＋Ｔ_５）
＝Ｔ_１＋Ｔ_Ｔ＋Ｔ_４－Ｔ_２
である。

そして、上記時間差ΔＴ_Ｍ２と時間差ΔＴ_Ｍ１の差（ΔＴ_Ｍ２－ΔＴ_Ｍ１）は、
ΔＴ_Ｍ２－ΔＴ_Ｍ１＝Ｔ_Ｔ－Ｔ_Ｒ
であるから、上記基準光検出器１３と測定光検出器に１４より得られる２つの干渉信号の時間差から、上記測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算することができる。

なお、このレーザ距離計１０Ｂでは、測定光Ｌｓが通過する上記第２のビームスプリッタ１２Ｂから上記測定対象物１の内径面１Ｂまで間を往復する光路長に対応する時間Ｔ_Ｔと測定光Ｌｓが通過する上記第１のビームスプリッタ１２Ａから基準面１５までの間を往復する光路長に対応する時間Ｔ_Ｒとの差分として、上記測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離を計算するが、基準面１５がなくても時間Ｔ_Ｒは測定光Ｌｓを所定光路長の光路を通過させることで与えることができる。

また、上記内径測定装置１００では、レーザ距離計１０から出射された測定光Ｌｓを二次元方向に移動させる走査手段２０として、Ｘ方向走査とＹ方向走査を行う一組のガルバノミラー（あるいはポリゴンミラー）２１とテレセントリックｆ-θレンズ（あるいはテレセントリックｆ-θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系）２２からなる二次元光学スキャナを用いたが、走査手段２０は、レーザ距離計１０から出射される測定光Ｌｓの光軸を機械的に移動させるものであってもよく、レーザ距離計１０から出射される測定光Ｌｓの光軸を固定しておき、測定対象物１とともに該測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置された上記反射光学系３０を二次元方向に移動させるものであってもよい。すなわち、例えば、上記レーザ距離計１０から測定光Ｌｓを出射するヘッド部に対して、測定対象物１の測定空間１Ａ内に配置された上記反射光学系３０を測定対象物１とともに二次元方向に相対移動させる図示しない駆動手段を備えるＸＹステージ上に測定対象物１と反射光学系３０を設置するようにしてもよい。

また、上記内径測定装置１００におけるレーザ距離計１０、１０Ａ、１０Ｂとして、光コムを上記測定光Ｌｓや参照光Ｌｒとして出射する光コム発生器を備える光コム距離計を採用することにより、さらに、高精度に内径測定を行うことができる。

また、上記内径測定装置１００におけるレーザ距離計１０として、本件発明者等が先に提案している特許文献３に記載された二次元光学スキャナと光コム距離計で構成される光学的三次元形状測定機を採用することにより、走査手段２０を光コム距離計１１０に内蔵させた構成とすることもできる。

光コム距離計１１０には、光コムを測定光Ｌｓとして測定対象物１に照射して、その戻り光Ｌｓ’と参照光との干渉光を検出することにより、測定対象物１までの距離を測定するものであって、例えば、本件発明者等が先提案している特許文献３に記載されたものを採用することができる。

ここで、上記光コム距離計１１０は、例えば、図１０に示すように、基準面１０４に照射される基準光Ｓ１と測定面１０５に照射される測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を基準光検出器１０３により検出するとともに、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を測定光検出器１０６により検出して、上記信号処理部１０７により、上記基準光検出器１０３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と上記測定光検出器１０６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面１０４にまでの距離Ｌ１と上記測定面１０５までの距離Ｌ２の差を求めるものとすることができる。

図１０に示す光コム距離計１１０は、基準光Ｓ１を出射する第１の光源１０１と、測定光Ｓ２を出射する第２の光源１０２と、上記基準光Ｓ１と上記測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を検出する基準光検出器１０３と、上記基準光Ｓ１が照射される基準面１０４と、上記測定光Ｓ２が照射される測定面１０５と、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を検出する測定光検出器１０６と、上記基準光検出器１０３により上記干渉光Ｓ３を検出して得られる干渉信号と上記測定光検出器１０６により上記干渉光Ｓ４を検出して得られる干渉信号が供給される信号処理部１０７を備える。

上記第１及び第２の光源１０１，１０２は、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を出射するための光変調器を備える２台の光源、光周波数コムモード間隔が異なる２台の光周波数コム発生器、或いは、光パルス繰り返し周波数が異なる２台のパルス光源からなる。

上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、半透鏡又は偏光ビームスプリッタからなる光混合素子１１１により混合されて重ね合わされ、半透鏡からなる光分離素子１１２により、上記基準光検出器１０３に向かう光と測定対象に向かう光に分離される。

ここでは、上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、互いに偏光面が直交してものとし、半透鏡からなる光混合素子１１１により混合され、その混合光が光分離素子１１２により反射されて偏光子１１３を介して上記基準光検出器１０３に入射されるとともに、上記光分離素子１１２を通過した混合光が偏光ビームスプリッタ１１４により偏光に応じて基準光Ｓ１と測定光Ｓ２に分離されて、上記基準光Ｓ１が基準面１０４に入射され、また、上記測定光Ｓ２が測定面１０５に入射されるようになっている。

なお、ここでは、上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、互いに偏光面が直交したものとしたが、上記光混合素子１１１として偏光ビームスプリッタを用いて、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の互いに偏光面が直交する成分を混合するようにしてもよい。

さらに、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と、上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’は、上記偏光ビームスプリッタ１１４により混合され、その混合光が上記光分離素子１１２により反射されて偏光子１１５を介して上記測定光検出器１０６に入射されるようになっている。

そして、上記基準光検出器１０３は、上記偏光子１１３を介して入射される上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との混合光を受光することより、上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の干渉光Ｓ３を検出するようになっている。

また、上記測定光検出器１０６は、上記偏光子１１５を介して入射される上記基準光Ｓ１’と上記測定光Ｓ２’の混合光を受光することにより、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’の干渉光Ｓ４を検出するようになっている。

この光コム距離計１１０では、図１０中に太線で示す上記光混合素子１１１から偏光ビームスプリッタ１１４までの光路では、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２が干渉しないように偏光を直交させてあり、上記偏光ビームスプリッタ１１４により上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を偏光に応じて分離して上記基準面１０４と上記測定面１０５に入射させる。そして、上記基準面１０４と上記測定面１０５で反射された上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’を上記偏光ビームスプリッタ１１４により混合し、その混合光を上記光分離素子１１２により反射して上記測定光検出器１０６に入射させ、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’の干渉光Ｓ４を上記測定光検出器１０６により検出する。

ここで、上記光混合素子１１１から偏光ビームスプリッタ１１４までの光路中に設けられた光分離素子１１２を介して基準光検出器１０３に導かれる混合光に含まれる基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は偏光が直交しているため、そのまま上記基準光検出器１０３に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子１１３を挿入し、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の偏光に対して斜めになるように上記偏光子１１３の向きを調整しておくことにより、上記偏光子１１３の透過成分として上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の成分が混合された干渉光Ｓ３が基準光検出器１０３に入射されるようにして、上記基準光検出器１０３により干渉信号を得るようにしている。同様に、上記光分離素子１１２を介して測定光検出器１０６に導かれる混合光に含まれる基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’は偏光が直交しているため、そのまま上記測定検出器１０６に入射しても干渉信号が得られないので、偏光子１１５を挿入し、上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’の偏光に対して斜めになるように上記偏光子１１５の向きを調整しておくことにより、上記偏光子１１５の透過成分として上記基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’の成分が混合された干渉光Ｓ４が測定光検出器１０６に入射されるようにして、上記測定検出器１０６により干渉信号を得るようにしている。なお、偏光子に替えて半波長板と偏光ビームスプリッタを用いてもよい。

上記基準光検出器１０３によって得られる干渉信号は、キャリア周波数が上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２のキャリア光周波数の差であり、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の光パルス繰り返し周波数の差の周波数で同じ干渉波形が繰り返される。

この光コム距離計１１０において、上記基準光検出器１０３の役割は、遅延時間計測の基準を生成することである。上記第１及び第２の光源１０１，１０２から出射された基準光Ｓ１と測定光Ｓ２は、繰り返し周波数が等しくないので、光源が動作を開始した時にタイミングがずれていても、少しずつタイミングがずれていき、必ずどこかで基準光Ｓ１の光パルスと測定光Ｓ２の光パルスが重なる瞬間が現れる。また、その重なる瞬間は基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の繰り返し周波数の差の繰り返し周波数で周期的に現れる。この光パルスと光パルスの重なる瞬間が、遅延時間計測の基準となる。

また、測定光検出器１０６によって得られる干渉信号は、上記基準光検出器１０３によって得られる干渉信号と同じくキャリア周波数が基準光Ｓ１’と測定光Ｓ２’のキャリア光周波数の差であり、上記基準光Ｓ１と測定光Ｓ２の光パルス繰り返し周波数の差と同じ繰り返し周波数を持つ。しかし、上記測定光検出器１０６に入力される光パルスは、基準面１０４までの距離Ｌ１と測定面１０５までの距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の分だけ、光パルスのタイミングが遅れるため、光パルスと光パルスの重なる瞬間が上記基準光検出器１０３によって得られる干渉信号と比較して遅れる。この遅れ時間が上記距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）の２倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間であり、真空中の光速Ｃをかけて屈折率ｎｇで割ることにより距離が得られる。

このように、周期の異なる２台のパルス光源の干渉によって距離計測を行う場合、時間基準を与える干渉信号の基準光検出器３が不可欠であり、基準光検出器１０３と測定光検出器１０６により得られる各干渉信号の時間差を比較することによって初めて距離測定が可能となる。

そこで、光コム距離計１１０において、上記信号処理部１０７は、上記基準光検出器１０３により上記干渉光Ｓ３を検出して得られる干渉信号と上記測定光検出器１０６により上記干渉光Ｓ４を検出して得られる干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面１０４までの距離Ｌ１と上記測定面５までの距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を求める処理を行う。

すなわち、この光コム距離計１１０では、第１及び第２の光源１０１，１０２から出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Ｓ１と測定光Ｓ２を基準面１０４と測定面１０５に照射し、上記基準面１０４と測定面１０５に照射する基準光Ｓ１と測定光Ｓ２との干渉光Ｓ３を基準光検出器１０３により検出するとともに、上記基準面１０４により反射された基準光Ｓ１’と上記測定面１０５により反射された測定光Ｓ２’との干渉光Ｓ４を測定光検出器１０６により検出し、上記信号処理部１０７により、上記基準光検出器１０３により干渉光Ｓ３を検出した干渉信号と上記測定光検出器１０６により干渉光Ｓ４を検出した干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面１０４までの距離Ｌ１と上記測定面１０５までの距離Ｌ２の距離差の絶対値（Ｌ２－Ｌ１）を求めることにより、距離を高い精度でしかも短時間に測定することができる。

そして、上記光コム距離計１１０は、上記測定光Ｓ２を上記測定光Ｌｓとして、上記走査手段２０を介して上記二次元（ＸＹ）平面と垂直なＺ軸方向から上記反射光学系３０に入射させることにより、上記反射光学系３０の基準反射面３１を上記測定面１０５として、上記基準反射面３１までの距離Ｄ０を測定し、また、上記測定対象物１の内径面１Ｂを上記測定面１０５として、Ｘ軸方向に一致した半径上を通過するＸ軸方向の走査により得られる距離が最大値となる測定対象物１の内径面１Ｂまでの距離ＤＭ（ＭＡＸ）、ＤＰ（ＭＡＸ）を測定し、上記測定対象物１の内径面１ＢのＸ軸方向の直径ＤＸ、の測定結果として、
ＤＸ＝ＲＭ ＋ＲＰ
＝（ＤＭ（ＭＡＸ）－Ｄ０＋ｈ）＋（ＤＰ（ＭＡＸ）－Ｄ０＋ｈ）
＝ＤＭ（ＭＡＸ）＋ＤＰ（ＭＡＸ）－２Ｄ０＋２ｈ
を高い精度でしかも短い測定時間で得ることができる。

この光コム距離計１１０においても、基準面１０４を備える代わりに所定光路長の基準光路を備えるようにしてもよい。また、基準光Ｓ１と測定光Ｓ２が通過する光路は、空間伝搬路に限定されることなく光ファイバなどであってもよい。

１ 測定対象物、１Ａ 測定空間、１Ｂ 内径面、１０、１０Ａ、１０Ｂ レーザ距離計、１１，１１Ａ，１１Ｂ 光源、１２，１２Ａ～１２Ｅ ビームスプリッタ、１３ 基準光検出器、１４ 測定光検出器、１５ 基準面、２０ 走査手段、２１ ガルバノミラー（あるいはポリゴンミラー）、２２ テレセントリックｆ-θレンズ（あるいはテレセントリックｆ-θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系）、３０ 反射光学系、３０Ａ 台形プリズム、３０Ｂ、３０Ｃ 直角二等辺プリズム、３０Ｄ 正４角錐台形プリズム、３１ 基準反射面、３２Ｍ、３２Ｐ、３２ＭＸ、３２ＰＸ、３２ＭＹ、３２ＰＹ 傾斜反射面、１００ 内径測定装置、１０１，１０２ 光源、１０３ 基準光検出器、１０４ 基準面、１０５ 測定面、１０６ 測定光検出器、１０７ 信号処理部、１１０ 光コム距離計、１１１ 光混合素子、１１２ 光分離素子、１１３，１１５ 偏光子、１１４ 偏光ビームスプリッタ１１４、Ｓ１，Ｌｓ 測定光、Ｌｒ 参照光、ｈ 高さ、ＡＸ Ｘ軸方向の走査範囲、ＡＹ Ｙ軸方向の走査範囲、ＡＸ０×ＡＹ０ 基準反射面の走査範囲、ＡＸＭ×ＡＹＭ、ＡＸＰ×ＡＹＰ 傾斜反射面の走査範囲

Claims (16)

1. 筒状の測定対象物の内径寸法を測定する内径測定装置であって、
   レーザ距離計と、
   上記レーザ距離計から出射される測定光を該測定光の光軸の方向に反射する状態に設けられる基準反射面と、上記基準反射面を挟んで２ｎ（ｎは１以上の正の整数）回転対称位置に対称に設けられ、該基準反射面が配置される二次元平面に対して互いに４５度逆方向に傾斜したｎ対の傾斜反射面とを有し、測定対象物の測定空間内に配置される反射光学系と 、
   上記レーザ距離計から出射される測定光で上記二次元平面を走査する走査手段とを備え、
   上記レーザ距離計により上記反射光学系を介して測定対象物の内径面を走査して内径測定を行う内径測定装置。
2. 上記反射光学系は、台形プリズムに上記基準反射面と１対の傾斜反射面を設けてなることを特徴とする請求項１記載の内径測定装置。
3. 上記反射光学系は、正４角錐台形プリズムに上記基準反射面と２対の傾斜反射面を設けてなることを特徴とする請求項１記載の内径測定装置。
4. 上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸を二次元方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の内径測定装置。
5. 上記走査手段は、可動ミラーにより上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸を移動させて、上記反射光学系を介して測定対象物の内径面を走査することを特徴とする請求項４記載の内径測定装置。
6. 上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射された測定光をテレセントリック光学系を介して上記反射光学系に入射させることを特徴とする請求項５記載の内径測定装置。
7. 上記レーザ距離計は、出射する測定光を二次元方向に移動させる上記走査手段を内蔵していることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか１項記載の内径測定装置。
8. 上記走査手段は、上記レーザ距離計から出射される測定光の光軸に対して、測定対象物とともに該測定対象物の測定空間内に配置された上記反射光学系を二次元方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の内径測定装置。
9. 上記走査手段は、上記レーザ距離計から測定光を出射するヘッド部に対して、測定対象物の測定空間内に配置された上記反射光学系を測定対象物とともに二次元方向に相対移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の内径測定装置 。
10. 上記レーザ距離計は、測定光を出射する第１のレーザ光源と、この第１のレーザ光源から出射された測定光を基準光として検出する基準光検出器と、上記第１のレーザ光源から出射されて測定対象物の内径面により反射された測定光を検出する測定光検出器とを備え、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの信号の時間差から、上記内径面までの距離を計算することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項記載の内径測定装置。
11. 上記基準光検出器は、所定光路長の基準光路を通過させた測定光を上記基準光として検出することを特徴とする請求項１０記載の内径測定装置。
12. 上記レーザ距離計は、上記第１のレーザ光源として光コム発生器を備える光コム距離計であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１の何れか１項記載の内径測定装置。
13. 上記レーザ距離計は、参照光を出射する第２のレーザ光源を備え、
    この第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定光との干渉光を上記基準光として上記基準光検出器により検出し、
    上記第２のレーザ光源から出射された参照光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を上記測定光検出器により検出し、
    上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記内径面までの距離を計算することを特徴とする請求項１０又は請求項１１の何れか１項記載の内径測定装置。
14. 上記レーザ距離計は、上記測定光を出射する第１の光コム発生器と、上記参照光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であることを特徴とする請求項１３記載の内径測定装置。
15. 上記レーザ距離計は、所定光路長の基準光路を通過させる基準光と上記測定対象物の内径面に照射される測定光との干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物の内径面により反射された測定光との干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる２つの干渉信号の時間差から、上記基準光路の所定光路長と上記測定対象物の内径面までの距離の差を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項記載の内径測定装置。
16. 上記レーザ距離計は、上記基準光を出射する第１の光コム発生器と、上記測定光を出射する第２の光コム発生器を備える光コム距離計であることを特徴とする請求項１５項記載の内径測定装置。

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