JPH0282109A

JPH0282109A - 光学式センサおよびそれを用いた測定装置

Info

Publication number: JPH0282109A
Application number: JP23340588A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Imi; 伊美　哲志
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1988-09-20
Publication date: 1990-03-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光学式センサとそれを用いた測定装置に関す
る。

（従来の技術）従来の距離や変位量および表面状態をＭ１定する光学式
センサは、ホトニックセンサ（商品名）と呼ばれる光学
式センサがあった。この光学式センサは被測定対象物か
らの反射光光量を検出することにより、被測定対象物の
変位量や表面状態を測定するものである。これは第７図
および第８図に示したように投光ファイバ（３１）と受
光ファイバ（３２）とを一体化したプローブ（３３）で
あり、この光学式センサの原理は、第８図に示したよう
にプローブ（３３）を被測定対象物（３０）に対し垂直
に設置し、その状態よりプローブ（３３）が上下すると
きの受光光量の変化の特性を用いるものである。この受
光光量と被測定対象物（３０）とプローブ（３３）の距
離の関係のグラフを第９図に示す。

例えば、グラフ中にｄｌと示した被測定対象物（３０）
とプローブ（３３）が近接距離にある距離領域では、被
測定対象物（３０）とプローブ（３３）の距離と受光光
量は正比例しており、変位量測定装置や距離測定装置と
して使われる。また、被測定対象物（３０）とプローブ
（３３）とを受光光量が最大となる距離ｄ２に固定する
ことで、傷検出等の表面状態の測定を行っていた。さら
に、距離ｄ２より大きな距離にある距離領域ｄ３では、
今度は受光光量が距離の二乗に反比例するという特性を
生かし、比較的に大きな変位や距離を測定する装置に用
いられてきた。

このような光学式センサの特性を用いて、距離や変位量
および表面状態を測定する装置を構成していた。

（発明が解決しようとする課題）上述の光学式センサを用いた距離または変位量検出装置
の場合、受光ファイバつまり受光光学系の受光光量に応
じて、距離を計算するようになっている。しかし、これ
は被測定対象物が同一の反射率を示す場合にのみ、距離
として算出できるものである。つまり、異なる反射率を
有する複数の被測定対象物を連続して１１ｍ１定するよ
うな場合は従来の光学式センサでは受光光量を正しい距
離として算出することは不可能であった。

本発明は、上述のような不都合を解消し、特に領域ｄ１
における変位量または距離測定を行う際に異なる反射率
を有する複数の被測定対象物を連続して、ＤＩ定するこ
とができる光学式センサとこれを使用する測定装置を提
供する。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）少なくとも１つ以上の投光光学系と、少なくとも１つ以
上の第１の受光光学系と、上記投光光学系より投じられ
同一の被測定平面上で反射した光を上記第１の受光光学
系の受光可能な領域と空間的又は時間的に異なる受光可
能な領域を有する少なくとも１つ以上の第２の受光光学
系と、上記第１の受光光学系と上記第２の受光光学系の
各々に対応して受光光量を検出する第１及び第２の光量
検出器とを具備した光学式センサである。

また、この光学式センサを用いて、この光学式センサの
上記第１および第２の光量検出器の出力した受光光量の
比を求める受光光量比算出手段と、この受光光量比算出
手段により算出された受光光量の比を基に受光光量から
測定すべき値を算出する測定値算出手段とを具備した測
定装置を構成する。

（作用）上述のように光学式センサとこれを使用する測定装置を
構成することで、反射率が測定中に変わっても、受光可
能な領域（以下、受光領域と省略する）が空間的又は時
間的に異なる二つの受光光学系の受光光量の比は変わら
ないことを利用する。第１０図に従来の光学式センサに
２種類の反射率の異なる材質の受光光量と距離の関係の
グラフを示す。これに示すように反射率のことなる材質
では受光光量は異なるが、その受光光量と距離の関係の
特性自身は同じであることに着目したものである。つま
り、特性が同じであれば、受光領域の異なる２種類の受
光光学系による受光光量の比から距離を求めることがで
きるわけである。

（実施例）以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

まず、本発明の基本原理を説明する。第１図に示したよ
うに、１本の投光光学系（６１）と２本の受光光学系（
６２）　、　（６３）を−組として、この２本の受光光
学系（６２）　、　（６３）の第１の受光光学系（６２
）の受光領域と、第２の受光光学系（６３）の受光領域
とが同一平面上で第２の光学系（６２）が小さくなるも
のを使用している。この第１の受光光学系（６２）と第
２の受光光学系（６３）の受光光量を第２図（ａ）のグ
ラフに被測定対象物の反射率が高い場合をＡ、Ｂと、被
測定対象物の反射率が低い場合をＡｏ、Ｂ’と示す。こ
の第１の受光光学系の受光光ｆｆ１Ａと第２の受光光学
系の受光光量Ｂとの比Ｂ／Ａ　（Ｂ’／Ａ’）を求める
（第２図（ｂ））。この二つの受光光学系の受光光量の
比Ｂ／ＡまたはＢ　’／Ａ　’より、予め記憶させてい
た受光光量の比Ｂ／Ａ　（Ｂ’／Ａ’）と距離または変
位量の関係から距離または変位量を求める。

ただし、本発明の測定装置の測定可能領域は、この受光
光量の比Ｂ／Ａが顕著に現れる被測定対象物（ＢＯ）と
第２の受光光学系（６３）が近接距離にある距離領域ｄ
１が有効となるものである。

次に本発明の第１の実施例を第３図および第４図を用い
て示す。

第３図は本発明の測定装置を変位量測定装置に用いた構
成を示す構成図である。光学式センサ（１）は３種類の
光ファイバ（２）　、　（３）　、　（４）が空間的に
ランダムに配置され構成されている。この光ファイバ（
２）の他端は光源（５）に接続され、プローブ（１）の
先端より投光可能である。光ファイバ（３）は第１の受
光光学系であり、その多端は光電変換素子（６）に接続
されている。さらに、光ファイバ（４）は第２の受光光
学系であり、その多端は光ファイバ（３）と同様に光電
変換素子（７）に接続されているものである。

このような光学式センサ（１）の下方には、光学式セン
サ（１）の光軸と垂直に被測定対象物（ａ）を一定位置
に固定載置し、かつ左右に駆動する載置台（８）が設け
られている。

さらに、光電変換素子（６）　、　（７）はその出力信
号を１Ｎ１１１定部（９）に送信可能に接続される。測
定部（９）は光電変換素子（８）　、　（７）の出力信
号を受信可能なように接続されてる受光光量比算出回路
（９ａ）と、この受光光量比算出回路（９ａ）の出力を
受信可能なように接続されている変位量測定回路（９ｂ
）から構成されている。また、変位量算出回路（９ｂ）
は図示しない表示装置にその出力結果を送信できるよう
になっている。

この光学式センサ（１）の基本構造を第４図に示す。光
ファイバ（２）は光源（５）からの光を受け、被測定対
象物（ａ）上に反射した光を光ファイバ（３）　、　（
４）が受光する。この光ファイバ（４）は光ファイバ（
３）の直径より細いものを使用し、被測定対象物（ａ）
の反射光を受光する受光領域が光ファイバ（３）の受光
領域より小さくなるようになっている。

以下に上述の第１の実施例の作用を説明する。

被測定対象物（ａ）が用意されると、光源（５）を照明
させ、同時に第１の反射率を有する被測定対象物（ａ）
を移動させていく。このときの被測定対象物（ａ）から
の反射光量を光ファイバ（３）および（４）が受光し、
光電変換素子（８）　、　（７）　、により光電変換を
行う。この光電変換素子（８）　、　（７）の出力信号
を受信した測定部（９）は、この送信されてきた出力信
号を受光光量比算出回路（９ａ）が受光光量の比を算出
する。続いて、この受光光量の比を受信した変位量測定
回路（９ｂ）は、予め記憶した受光光量の比と変位量の
関係から変位量を算出し、図示しない表示装置に出力す
る。

この変位量測定装置を用いれば、途中で被ｎＪ定物（ａ
）表面の反射率が変っている場合に対して、反射率の変
化により受光光量が変化しても、光ファイバ（３）と光
ファイバ（４）との受光光量の比は変わらないので、安
定した変位量の測定が行えるものである。

次に本発明の第２の光学式センサの実施例を第５図を用
いて示す。

本実施例は第１の実施例の光学式センサ（１）を構成し
た光ファイバ（３）と光ファイバ（４）の直径を変える
ことによって空間的に受光領域を異ならせたことに対し
て、光ファイバ（２）の投光光学系との間隔を光ファイ
バ（３）と光ファイバ（４）とを異ならせることで被測
定対象物（ａ）からの反射光の受光領域を時間的に変え
るようにしたものである。すなわち、構造的には同一の
直径の光ファイバ（３）と光ファイバ（４）とを用い、
この光ファイバ（４）の周囲に光吸収性を有する樹脂（
４ａ〉をコーティングして、直径を増している。この光
ファイバ（４）を用い、第１の実施例と同様に光学式セ
ンサ（１）を構成した。

上述の第２の実施例の作用は受光領域を空間的に変えた
のではなく、投光面に対して重なる受光面の重複部の割
合を時間的に変えたものである。

その他の作用は第１の実施例と同様であるので、ここで
は省略する。

次に本発明の第３の光学式センサ実施例を第６図を用い
て説明する。

第３の実施例は上述の実施例の光学式センサ（１）の構
造に代えて、光ファイバ（３）と光ファイバ（４）との
被測定対象物（ａ）からの距離を異ならせて構成しであ
る。この構成による作用は、光ファイバ（３）と光ファ
イバ（４）との被測定対象物（ａ）からの距離の差から
受光領域を異ならせである。その他の作用については第
１の実施例と同じなので省略する。

なお、本発明は上述のような変位ｆｆｉ測定のみではな
く距離測定等の１１１定装置に用いてもよい。また、投
光及び受光光学系は光ファイバに限定されるものではな
く、受光領域を制御可能な可能な光学系ならよいもので
ある。また、光学式センサの構成手段は特許請求の範囲
を逸脱しないかぎりで多種変形してもよいものである。

［発明の効果］上述のように本発明の測定装置を用いることで、測定中
に被測定対象物の反射率が変わっても、測定値に影響の
でない安定した測定を行える測定装置を可能にするもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための光学式センサの
構成図、第２図は同じく説明のためのグラフ、第３図は
同じく測定装置の基本的構成を示した構成図、第４図乃
至第６図はそれぞれ第１図乃至第３図の実施例の光学式
センサの構成を示す構成図、第７図及び第８図は従来の
測定装置に用いた光学式センサの構成図、第９図は同じ
く基本原理の説明のためのグラフ、第１０図は本発明の
管眼点となる従来の光学式センサの特性を示したグラフ
である。１・・・光学式センサ、　　　　２・・・光ファイバ、
３・・・ファイバ、　　　　４・・・光ファイバ、５・
・・光源、　　　　　６・・・光電変換素子、７・・・
光電変換素子、　８・・・載置台、９・・・測定部、　
９ａ・・・受光光量比算出回路、９ａ・・・変位量ｔＰ
ｊ定回路、ａ・・・被測定対象物。６２　園　（Ｏ）：ｔ１足町粍吐口第　２　図　（ｂ）投　　テ九　　尤図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１つ以上の投光光学系と、少なくとも
１つ以上の第１の受光光学系と、上記投光光学系より投
じられ同一の被測定平面上で反射した光を上記第１の受
光光学系の受光可能な領域と異なる受光可能な領域を有
する少なくとも１つ以上の第２の受光光学系と、上記第
１の受光光学系と上記第２の受光光学系の各々に対応し
て受光光量を検出する第１及び第２の光量検出器とを具
備したことを特徴とする光学式センサ。
（２）特許請求の範囲請求項１の光学式センサと、この
光学式センサの上記第１および第２の光量検出器の出力
した受光光量の比を求める受光光量比算出手段と、この
受光光量比算出手段により算出された受光光量の比を基
に受光光量から測定すべき値を算出する測定値算出手段
とを具備したことを特徴とする測定装置。