JPH05240618A

JPH05240618A - 測長装置

Info

Publication number: JPH05240618A
Application number: JP7611392A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoneda; 匡宏米田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】１つの光スキャナによって１軸ないし２軸方
向における被測定物の寸法を測定することができる光学
式の測長装置を提供する。【構成】計測用空間４を隔てて光出射部１と受光部２
を設ける。光出射部１内には、発光素子と光スキャナと
光学素子６を設ける。光スキャナは、弾性変形部と、振
動入力部と、光ビーム反射用のスキャン部とを有し、振
動子から振動入力部に振動を印加すると、スキャン部が
２方向に回動する。発光素子から出た光は光スキャナに
よって反射されると同時に上下方向及び左右方向にスキ
ャンされ、さらに、光学素子６によって平行な光線に変
換され、計測用空間４へ出射され、さらに受光部２内の
受光素子９に受光される。この時、計測用空間４内に被
測定物３があれば、被測定物３の影が受光素子９にでき
るので、この受光素子９の影の寸法を測定することによ
り被測定物３の上下方向及び左右方向の寸法を計測する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は測長装置に関する。具体
的にいうと、本発明は、被測定物の径や長さ、高さ等の
寸法を光学的に計測する測長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の測長装置を示す一部破断し
た斜視図である。これはポリゴンミラー５１を用いた測
長装置Ｄであって、半導体レーザ素子等の発光素子５２
から出射されたコリメート光はポリゴンミラー５１のミ
ラー面５３で反射される。ポリゴンミラー５１は直流サ
ーボモータ等のモータ５４によって回転させられてお
り、ポリゴンミラー５１で反射された光ビームαは、コ
リメートレンズ５５に向けて出射され、ポリゴンミラー
５１の回転によって一定角度内で上下に走査される。コ
リメートレンズ５５を通過した光ビームαは水平な光ビ
ームαに変換された後、光出射窓５６から計測用空間５
７へ向けて出射され、計測用空間５７では水平な光ビー
ムαが上下に走査される。このとき、計測用空間５７に
被測定物５８があると、被測定物５８の上下方向の寸法
に応じて光ビームαが遮断され、一部が欠けた状態で光
入射窓５９を通って光ビームαがＣＣＤ（電荷結合素
子）やＰＤ（フォトダイオード）アレイ等の受光素子６
０に入射する。したがって、受光素子６０により被測定
物５８で遮光された領域の長さを求めることによって、
被測定物５８の上下方向の長さ（径や高さ等）を計測す
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリゴ
ンミラーは、正多角形状の外周面にミラー面を形成した
ものであり、直流サーボモータ等のモータによって一定
角速度で回転させられている。このため、光ビーム走査
機構ではポリゴンミラーとモータが必要不可欠となり、
光ビーム走査機構の小型化を図るのが困難となり、測長
装置自体の小型化も困難であった。

【０００４】また、ポリゴンミラーによる走査幅や走査
速度などを精度よく得ようとすれば、ポリゴンミラーの
各ミラー面の寸法や各ミラー面間の角度などの精度を厳
しく要求され、加工コスト及び組立て調整コストが高価
になり、測長装置の低コスト化が困難であった。

【０００５】さらに、ポリゴンミラーは走査方向が１軸
方向に限られ、１台のポリゴンミラーでは直交２軸方向
（言い換えると、２次元）の測長は不可能であった。

【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、小型かつ安
価で、しかも、１つの光スキャナによって１軸ないし２
軸方向における被測定物の寸法を測定することができる
測長装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の測長装置は、被
測定物の方向に向けて出射させた光を走査し、被測定物
によって遮られることなく通過した光を受光素子で検出
することにより被測定物の径や幅、高さ等の寸法を測定
する測長装置であって、少なくとも１つの弾性変形モー
ドを有する弾性変形部と、弾性変形部の一端に設けられ
た振動入力部と、弾性変形部の他端に設けられた光ビー
ム反射用のスキャン部とを有し、振動入力部に印加され
た振動を弾性変形部で所定の弾性変形モードに変換して
スキャン部を少なくとも１方向に回動させるようにした
光スキャナと、前記光スキャナの振動入力部に振動を付
与する振動子と、前記光スキャナに向けて光を出射する
発光素子と、前記光スキャナの走査線上に配置された受
光素子とから構成されていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明にあっては、光スキャナは弾性変形部、
振動入力部及びスキャン部からなっていて、例えば板状
の部材として一体に形成することができ、また、振動子
としては例えば圧電素子等の小型振動子を用いることが
できる。従って、ポリゴンミラーやサーボモータ等を用
いた光ビーム走査機構に比べて、光ビーム走査機構を超
小型化することができ、しかも、安価にすることができ
る。この結果、測長装置も容易に小型化することができ
る。さらに、測長装置を低コスト化することができる。

【０００９】また、２つ以上の弾性変形モードを有する
光スキャナを用いれば、光スキャナのスキャン部を２方
向に振動させることができるので、１つの光スキャナに
よって光ビームを２方向に走査させることができ、被測
定物の１軸方向の寸法（例えば、高さ、幅、直径など）
に限らず、２軸方向の寸法（例えば、高さ及び幅、長さ
及び直径など）を同時に測定することができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例による測長装置Ａを
示す一部破断した斜視図である。この測長装置Ａにあっ
ては、光出射部１と受光部２の間に、被測定物３を通過
もしくは位置させるための計測用空間４が設けられてい
る。光出射部１内には、出射角度を連続的に変化させる
ことにより光ビームαを上下方向及び左右方向に走査さ
せながら出射する光ビーム走査器５と、光ビーム走査器
５から出射された光ビームαを水平な光ビームαに変換
するためのコリメートレンズ等の光学素子６が納められ
ている。したがって、光学素子６を通過した光ビームα
は水平な光ビームαに変換され、平行な光線として上下
方向又は左右方向に走査される。また、光出射部１の計
測用空間４に臨む側の面には、水平な光ビームαを上下
方向及び左右方向に走査しながら計測用空間４へ出射さ
せるための十文字状の光出射窓７が開口されている。受
光部２には、光出射部１の光出射窓７に対向させて同じ
く十文字状をした光入射窓８が開口されており、受光部
２内には光入射窓８に臨ませてＣＣＤ（電荷結合素子）
や２次元ＰＤ（発光ダイオード）アレイ等の２軸方向の
検出が可能な２次元型の受光素子９が配置されている。

【００１１】図２に示すものは上記光ビーム走査器５の
一部破断した斜視図である。光ビーム走査器５は、光ビ
ームαを出射する投光器１０と、投光器１０から出射さ
れた光ビームαを２方向へ走査させるための光スキャナ
１１と、光スキャナ１１を駆動するための圧電振動子や
磁歪振動子等の振動子１２とからなっており、ケース１
３には光スキャナ１１によって走査された光ビームαを
出射させるための光走査窓１４が開口されている。投光
器１０は、半導体レーザ素子や発光ダイオード等の発光
素子１５と、発光素子１５から出射された光を集光ある
いはコリメートする光学素子１６（例えば、レンズやレ
ンズ系）と、発光素子１５を発光させるための発光素子
駆動回路（図示せず）から構成されており、投光器１０
からは平行光あるいは平行光に近い集束光が出射され
る。

【００１２】この光スキャナ１１は、半導体や金属等に
よってプレート状に一体成形されており、軸状をした弾
性変形部１７と、駆動源となる振動子１２から振動を印
加される振動入力部１８と、弾性変形部１７の弾性振動
によって回動するスキャン部１９とからなっている。こ
こで、弾性変形部１７は、図３に示すように、軸心Ｐの
回りにねじれ変形するねじれ変形モードと、軸心Ｐに沿
って（すなわち、軸心Ｐと直交するＱ軸と平行な軸方向
の回りに）曲げ変形する曲げ変形モードが可能になって
おり、ねじれ変形モードの弾性振動についてはｆ_Tの共
振周波数を有し、曲げ変形モードの弾性振動については
ｆ_Bの共振周波数を有している。スキャン部１９は、弾
性変形部１７の軸心Ｐに関してアンバランスな形状に形
成されており、重心を弾性変形部１７の軸心Ｐから離れ
た部分へ偏らせるためのウエイト部２０が形成されてい
る。したがって、スキャン部１９の重心は、弾性変形部
１７の軸心Ｐから外れた位置にあり、さらに、弾性変形
部１７の上端よりも上方に位置している。また、スキャ
ン部１９には、光ビームαを反射させるためのミラー面
２１が形成されている。このミラー面２１は、スキャン
部１９の全体に形成してもよく、軸心Ｐの近傍に部分的
に設けてもよい。振動入力部１８は、振動子１２に接着
もしくは接合されて固定されており、スキャン部１９は
弾性変形部１７によってフリーに支持されている。

【００１３】振動入力部１８へ高周波振動を伝える振動
子１２は、スキャナ駆動回路（図示せず）によって制御
されており、スキャナ駆動回路から振動子１２にねじれ
変形モードの共振周波数ｆ_Tと等しい周波数の駆動信号
（交流電圧）を印加すると、振動子１２がｆ_Tの周波数
で振動し、振動入力部１８に振動を伝える。振動入力部
１８にねじれ変形モードの周波数ｆ_Tが加えられると、
弾性変形部１７が共振によりねじれ変形し、スキャン部
１９がＰ軸の回りに周期１／ｆ_T、回動角θ_Tで回動す
る。なお、このスキャン部１９の回動角θ_Tは、スキャ
ナ駆動回路の印加電圧の大きさによって調整することが
できる。従って、ミラー面２１に光ビームαを照射する
と、光ビームαは、スキャン部１９の回動角θ_Tの２倍
のスキャン角２θ_Tで例えば左右にスキャンされる。

【００１４】同様に、スキャナ駆動回路から振動子１２
に曲げ変形モードの共振周波数ｆ_Bと等しい周波数の駆
動信号を印加すると、振動子１２がｆ_Bの周波数で振動
し、振動入力部１８に振動を伝える。振動入力部１８に
曲げ変形モードの周波数ｆ_Bが加えられると、弾性変形
部１７が共振により曲げ変形し、スキャン部１９がＱ方
向の回りに周期１／ｆ_B、回動角θ_Bで回動する。なお、
このスキャン部１９の回動角θ_Bも、スキャナ駆動回路
の印加電圧の大きさによって調整することができる。従
って、ミラー面２１に光ビームαを照射していると、光
ビームαは、スキャン部１９の回動角θ_Bの２倍のスキ
ャン角２θ_Bで例えば上下にスキャンされる。

【００１５】しかして、投光器１０から光スキャナ１１
のミラー面２１へ光ビームαが出射されると、光ビーム
αは光スキャナ１１のミラー面２１で反射されて光走査
窓１４から外部へ出射され、上下又は左右に振るように
して走査される。光ビーム走査器５から出射された光ビ
ームαは光学素子６によって水平な光ビームαに変換さ
れ、受光部２の光出射窓７から計測用空間４へ出射され
た光ビームαは水平な状態で上下方向又は左右方向に走
査される。例えば、光スキャナ１１をねじれ変形モード
で振動させると、光ビームαは上下に走査され、曲げ変
形モードで振動させると、光ビームαは左右に走査され
る。

【００１６】いま、光ビームαを上下方向にのみ走査さ
せていると、計測用空間４にある被測定物３の上下寸法
に応じて光ビームαが遮断され、受光素子９に被測定物
３の影が生じ、被測定物３外を通った光ビームαのみが
光入射窓８から受光素子９に達する。したがって、受光
素子９により被測定物３で遮光された領域の上下方向の
長さを求めることにより被測定物３の上下方向の寸法
（径や高さ等）を計測することができる。

【００１７】また、光ビームαを左右方向にのみ走査さ
せていると、計測用空間４にある被測定物３の左右寸法
に応じて光ビームαが遮断され、被測定物３外を通った
光ビームαのみが受光素子９に達する。したがって、受
光素子９により被測定物３で遮光された領域（影）の左
右方向の長さを求めることにより被測定物３の左右方向
の寸法（幅や長さ等）を計測することができる。

【００１８】また、一定の周期（光スキャナ１１の駆動
周期よりも長い周期）で光ビームαの走査方向を上下ま
たは左右に交互に切替えるようにし、これと同期させて
受光素子９により被測定物３の影の上下方向の寸法また
は左右方向の寸法を計測するようにすれば、被測定物３
の上下方向の寸法と左右方向の寸法とを同時に計測する
ことができる。したがって、この実施例によれば、被測
定物３の上下方向の寸法と左右方向の寸法とを、選択的
に計測することができ、あるいは、同時計測することが
できる。

【００１９】図４に示すものは本発明の別な実施例によ
る測長装置Ｂであって、被測定物３の上下方向のみの計
測を行なうようにしたものである。上下方向のみの計測
を行なえればよいので、光出射部１の光出射窓７及び受
光部２の光入射窓８は上下方向に長いスリット状の開口
となっている。また、受光素子９も上下方向の受光位置
のみを検出できればよいので、２次元型の素子を用いる
ことは差し支えないが、１軸方向の受光位置のみを検出
可能な１次元型の受光素子９を用いることによりコスト
を安価にできると共に検出回路等も簡単にすることがで
きる。

【００２０】また、光ビーム走査器５内の光スキャナ１
１も前記のような２方向に走査可能な光スキャナ１１を
用いて１方向にのみ走査させてもよいが、１つの弾性変
形モードのみを有し、１軸方向にのみ走査可能な光スキ
ャナ１１を用いてもよい。１軸方向にのみ走査可能な光
スキャナ１１を用いれば、光スキャナ１１を安価にでき
ると共にスキャナ駆動回路も簡略にできる。

【００２１】なお、上記実施例においては、発光素子１
５、光学素子１６および光スキャナ１１を１つのケース
１３内に納めているが、測長装置を実現するに当たって
は、特に１つのケース１３内に納める必要はなく、光出
射部１内に別々に設けてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、光スキャナ及び振動子
からなる光ビーム走査機構を超小型化し、さらに、安価
にすることができる。したがって、測長装置も容易に小
型化することができると共に測長装置のコストも安価に
できる。

【００２３】しかも、２つ以上の弾性変形モードを有す
る光スキャナを用いれば、光スキャナのスキャン部を２
方向に振動させることができるので、１つの光スキャナ
によって光ビームを２方向に走査させることができ、被
測定物の１軸方向の寸法（例えば、高さ、幅、直径な
ど）に限らず、２軸方向の寸法（例えば、高さ及び幅、
長さ及び直径など）を同時に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例による測長装置を示す
一部破断した斜視図である。

【図２】同上の投光部を示す一部破断した斜視図であ
る。

【図３】同上の光スキャナを示す斜視図である。

【図４】本発明の別な実施例による測長装置を示す一部
破断した斜視図である。

【図５】従来例による測長装置を示す一部破断した斜視
図である。

【符号の説明】

１光出射部２受光部４計測用空間９受光素子１１光スキャナ１２振動子１５発光素子１７弾性変形部１８振動入力部１９スキャン部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物の方向に向けて出射させた光を
走査し、被測定物によって遮られることなく通過した光
を受光素子で検出することにより被測定物の径や幅、高
さ等の寸法を測定する測長装置であって、少なくとも１つの弾性変形モードを有する弾性変形部
と、弾性変形部の一端に設けられた振動入力部と、弾性
変形部の他端に設けられた光ビーム反射用のスキャン部
とを有し、振動入力部に印加された振動を弾性変形部で
所定の弾性変形モードに変換してスキャン部を少なくと
も１方向に回動させるようにした光スキャナと、前記光スキャナの振動入力部に振動を付与する振動子
と、前記光スキャナに向けて光を出射する発光素子と、前記光スキャナの走査線上に配置された受光素子とから
構成されていることを特徴とする測長装置。