JPH11108615A - 鏡面材料並びに透光性材料の表面位置検出方法及び装置 - Google Patents

鏡面材料並びに透光性材料の表面位置検出方法及び装置

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JPH11108615A
JPH11108615A JP26887097A JP26887097A JPH11108615A JP H11108615 A JPH11108615 A JP H11108615A JP 26887097 A JP26887097 A JP 26887097A JP 26887097 A JP26887097 A JP 26887097A JP H11108615 A JPH11108615 A JP H11108615A
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translucent
light
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mirror
fluorescence
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Takao Kurita
隆雄 栗田
Yoshihiko Sano
嘉彦 佐野
Osamu Yoshida
理 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】鏡面材料や透光性材料の変位又は表面形状を三
角法を利用して高速・高精度に測定する。 【解決手段】励起光源2から出射される励起光を集光レ
ンズ6を介して被測定対象たる透光性物体1に照射し、
透光性物体1の表面から発生した指向性の弱い蛍光を疑
似散乱光として結像レンズ8を介して受光素子4で検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鏡面材料並びに透
光性材料の表面位置検出方法及び装置に係り、特に、蛍
光性を有する鏡面材料及びガラス等の透光性材料の形状
・変位の計測に好適な三角法を利用した鏡面材料並びに
透光性材料の表面位置検出方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体の変位・形状の測定方法としては、
例えば、光学的三角法、正反射法、超音波法等が知られ
ており、特に、光学的三角法は、物体の表面が散乱特性
を有する非透光性材料に対して有効であり、レーザー変
位計の名称で汎用機として実用化されている。
【0003】図4は、従来の光学的三角法の原理を示す
概念図である。レーザ光源20から出射された波長λin
(例えば、630nm)の光は、レンズ22を介して被
測定対象物たる非透過材料24に照射される。このレー
ザ光は、非透過材料24の表面で散乱して、その一部が
レンズ26を介して受光素子28に受光される。かかる
散乱光(λ=λin)の受光位置とレーザ光源20及び受
光素子28間の距離とに基づいて、三角法を利用して非
透過材料24までの距離を計測する。そして、レーザ光
の照射位置を変更して、多数の測定点を計測することに
よって非透過材料24の変位を測定することが可能であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鏡面材
料及びガラス等の透光性材料については、材料表面に照
射された光の殆どが正反射又は透過してしまい、散乱光
が発生しないか、又は散乱してもその散乱光は極僅かで
あるために、上述のような光学的三角法によって表面形
状等を計測することは困難である。
【0005】また、正反射法や超音波法は、透光性材料
でも測定が可能であるが、正反射法は、被測定物の傾き
の影響を受けるため高精度な被測定物の角度制御が必要
であり、鏡面、透過材料の曲面物体の計測には適さない
という欠点がある。一方、超音波法は測定精度が0.1
mm程度であり、測定面積は数mmφの平均値を測定す
るため、高精度測定には適さないという欠点がある。
【0006】その他の測定方法として、反射面に焦点が
合うように焦点位置を制御し、この制御量によって被測
定物の位置を測定する方法(光学的焦点位置による測定
方法)も知られているが、かかる方法は、各測点で焦点
位置を探すため、高速測定が困難であるという欠点があ
る。本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、
鏡面材料やガラス等の透光性材料の変位又は表面形状を
高速・高精度に測定することができる鏡面材料並びに透
光性材料の表面位置検出方法及び装置を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被測定対象として蛍光性を有する鏡面材
料又は透光性材料を用い、前記鏡面材料又は透光性材料
に励起光を照射し、該励起光により発生した蛍光を受光
し、前記蛍光の受光位置と前記励起光の出射源の位置と
の関係から三角法を利用して前記被測定対象の表面位置
を検出する、ことを特徴としている。
【0008】即ち、本発明は、ガラス等の透光性材料に
紫外線等の蛍光励起光を照射すると、材料表面及び内部
から指向性の低い蛍光を発生するという特性に着眼して
なされたもので、被測定対象たる鏡面材料又は透光性材
料に蛍光励起光を照射し、材料の表面から発生した蛍光
を疑似的な散乱光として受光素子で捕らえている。これ
により、鏡面及び透光性材料についても三角法を利用し
た計測が可能となり、鏡面材料並びにガラス等の透光性
材料の変位又は表面形状を高速・高精度に測定すること
ができる。尚、蛍光は材料の表面のみならず材料内部か
らも発生するが、多くのガラス材は励起光たる紫外域の
透過率が低く、励起光が材料内部に深く入らないので、
本測定方法の阻害にはならない。また、適切なしきい値
を設定するなど、受光信号をソフト的に処理して測定精
度を向上させることが可能である。
【0009】また、励起光源及び受光手段から成る測定
ヘッドと透光性物体とを移動手段によって相対的に移動
させ、測定点を変更しながら複数の測定点の表面位置デ
ータを取得することによって被測定対象の形状を測定す
ることができる。更に、被測定対象の特定の測定点につ
いてその表面位置の変化を検出することによって、前記
励起光源及び前記受光手段から成る測定ヘッドに対する
前記被測定対象の相対的な変位量を測定することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る鏡面材料並びに透光性材料の表面位置検出方法及び装
置の好ましい実施の形態について詳説する。図1は、本
発明に係る鏡面材料並びに透光性材料の表面位置検出方
法の原理を示す概念図である。図中符号1は被測定対象
たる透光性物体、符号2は励起光源、符号4は受光素子
である。励起光源2から出射される波長λの励起光を集
光レンズ6を介して透光性物体1に照射すると、該励起
光によって透光性物体1の表面から特定の波長λ′
(λ′≠λ)の蛍光が発生する。この蛍光は指向性が弱
く、その一部は結像レンズ8を介して受光素子4で検出
される。こうして、受光素子4が検出した蛍光の受光位
置に基づいて三角法を利用して蛍光発生位置、即ち、透
光性物体1の表面位置を求めることができる。
【0011】図2には、本発明に係る鏡面材料並びに透
光性材料の表面位置検出装置を形状測定装置に適用した
例が示されている。この測定装置は、主として励起光源
2、ライトガイド10、測定ヘッド12、信号処理装置
14から構成され、測定ヘッド12はピンホール16、
紫外線波長選択透過フイルタ18及び集光レンズ6から
成る投光部と、結像レンズ8及び受光素子4から成る受
光部とで構成される。図中符号1は被測定対象物たる透
光性物体であり、例えば、ブラウン管用パネルガラス素
地である。
【0012】励起光源2は、透光性物体1の蛍光を励起
する波長を有する光源が用いられ、被測定対象が上記ブ
ラウン管用パネルガラス素地の場合、最適な励起光源は
350nm付近の紫外線であり、励起される蛍光は41
0nm付近である。従って、図2に示した測定装置で
は、光源として高圧水銀ランプ(水銀キセノンランプ)
が用いられる。尚、光源としては、これ以外にArレー
ザー、He−Cdレーザー等を用いてもよく、測定精度
を高めるためにはレーザーを用いる方が適している。本
例では、コスト的に安価であることを考慮して水銀ラン
プが採用されている。
【0013】受光素子4には、PSD、CCD型等の受
光位置の検出が可能な光電変換素子が用いられ、例え
ば、エリアCCDカメラが採用される。尚、一般に、ガ
ラス材料の蛍光は可視波長域のため、測定ヘッド12の
受光部には従来の光学的三角法を利用した測定機等で使
用される受光素子と同等のものを利用することができ
る。
【0014】また、受光素子4は透光性物体1からの蛍
光を受光し、かつ励起光源2からの余分な光を受光しな
いように、測定ヘッド12の投光部に紫外線波長選択透
過フイルタ18が設けられているが、測定ヘッド12の
受光部側に蛍光波長選択透過フイルタを配置してもよ
い。励起光源2から発せられた励起光(波長λ)は、ラ
イトガイド10によって測定ヘッド12の投光部に導か
れ、ピンホール16、紫外線波長選択透過フイルタ18
及び集光レンズ6を介して透光性物体1にスポット状に
集光され照射される。
【0015】この励起光照射によって透光性物体1の表
面及び内部から指向性の低い蛍光(波長λ′≠λ)が発
生し、この蛍光は結像レンズ8を介して受光素子4に結
像される。受光素子4の受光面に結像された蛍光は、受
光素子で電荷蓄積され、光の強さに応じた量の信号電荷
に変換される。この受光信号は信号処理装置14に導か
れ、所定の信号処理を経て受光位置が検出される。
【0016】測定ヘッド12の投光部と受光素子4との
間の距離は予め定められているので、受光位置の検出に
基づいて三角法を利用して透光性物体1の表面位置の座
標(測定ヘッド12から透光性物体1表面までの距離
d)を計測することが可能となる。また、測定ヘッド1
2は図示しない移動手段によって透光性物体1に対して
移動自在に支持されており、測定点(励起光を照射する
位置)を変更することができる。尚、測定ヘッド12を
固定し、透光性物体1側を移動させることによって測定
点を変更するようにしてもよい。
【0017】次に、上記の如く構成された測定装置の作
用について説明する。測定ヘッド12の投光部から被測
定対象たる透光性物体1に向けて励起光を出射すると、
励起光が照射された透光性物体1の表面及び内部から指
向性の低い蛍光が発生する。そして、この蛍光を疑似散
乱光として受光素子4で捕らえる。図3は、受光素子4
が検出したスポット状の蛍光検出画像の輝度断面図の一
例である。尚、同図の横軸は受光位置を示し、縦軸は受
光強度を示している。図3に示す山状の受光信号曲線の
うち、右側の裾野部分がガラス内部からの蛍光を示して
いる。従って、透光性物体1の表面位置に相当するスポ
ット位置を求める際には、かかる材料内部からの蛍光の
影響を排除すべく、図3に示すように所定のしきい値レ
ベル(Is )を設定しておき、該しきい値レベル(Is
)と受光信号曲線との左側の交点Aをスポット位置と
して検出する。
【0018】このように、計測誤差の原因となる材料表
面以外の材料内部からの蛍光(不要蛍光)は、受光信号
をソフト的に処理することによってその影響を除去する
ことができる。これにより、測定精度は向上し、一つの
測定点についての測定時間も短縮される。一つの測定点
の計測が完了した後、移動手段によって測定ヘッド12
を移動させて測定点を変更し、複数の測定点について上
述と同様の計測を繰り返し行う。そして、複数の測定点
について取得した表面位置データに基づいて透光性物体
1の形状を把握することができる。
【0019】上記実施の形態では、本発明を形状測定装
置に適用した場合を例に説明したが、本発明は、変位計
測にも適用することができる。例えば、図2に示した測
定装置と同様の装置を用い、測定ヘッド12を所定の場
所に固定するとともに、透光性物体1を図2中上下方向
に移動させて透光性物体1の表面位置の変化を検出する
ことによって、測定ヘッド12から前記透光性物体1ま
での距離dの変化(変位)を測定することができる。
尚、測定ヘッド12を図2中上下方向に移動自在に支持
し、透光性物体1と測定ヘッド12との相対的な距離d
の変化(変位)を検出する態様も可能であり、透光性物
体1に対する測長センサとして使用することもできる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る鏡面材
料並びに透光性材料の表面位置検出方法及び装置によれ
ば、被測定対象に励起光を照射し、物体表面から発生し
た蛍光を疑似散乱光として受光素子で捕らえるようにし
たので、鏡面材料や透光性材料についても三角法を利用
した計測が可能となり、鉄、ステンレスなどの鏡面材料
及びガラス等の透光性材料の変位又は表面形状を高速・
高精度に測定することができる。
【0021】この場合、蛍光は被測定対象の表面のみな
らず、材料内部からも発生するが、受光素子の受光信号
をソフト処理することにより表面からの蛍光のみを抽出
することができ、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鏡面材料並びに透光性材料の表面
位置検出方法の原理を示す概念図
【図2】本発明を透光性材料の形状測定装置に適用した
例を示す構成図
【図3】図2に示した受光素子が検出したスポット状の
蛍光検出画像の輝度断面図
【図4】従来の光学的三角法の原理を示す概念図
【符号の説明】
1…透光性物体(被測定対象) 2…励起光源 4…受光素子 6…集光レンズ 8…結像レンズ 10…ライトガイド 12…測定ヘッド 14…信号処理装置 18…紫外線波長選択透過フイルタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被測定対象として蛍光性を有する鏡面材
    料又は透光性材料を用い、 前記鏡面材料又は透光性材料に励起光を照射し、 該励起光により発生した蛍光を受光し、 前記蛍光の受光位置と前記励起光の出射源の位置との関
    係から三角法を利用して前記被測定対象の表面位置を検
    出する、ことを特徴とする鏡面材料並びに透光性材料の
    表面位置検出方法。
  2. 【請求項2】 被測定対象としての鏡面材料又は透光性
    材料に蛍光を発生させる為の励起光を照射する励起光源
    と、 前記励起光により発生した蛍光を受光する受光手段と、 前記蛍光手段による蛍光の受光位置と前記励起光源の位
    置との関係から三角法を利用して前記被測定対象の表面
    位置を求める受光信号処理手段と、 から成ることを特徴とする鏡面材料並びに透光性材料の
    表面位置検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の鏡面材料並びに透光性
    材料の表面位置検出方法を繰り返し、被測定対象の複数
    の測定点の表面位置を検出して被測定対象の形状を測定
    する鏡面材料並びに透光性材料の形状測定方法。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の鏡面材料並びに透光性
    材料の表面位置検出方法を繰り返し、被測定対象の特定
    の測定点の表面位置の変化を検出して被測定対象の変位
    を測定する鏡面材料並びに透光性材料の変位測定方法。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の鏡面材料並びに透光性
    材料の表面位置検出装置を用いた形状測定装置であっ
    て、 前記励起光源及び前記受光手段から成る測定ヘッドと、
    前記透光性物体とを相対的に移動させる移動手段と、 前記移動手段によって測定点を変更して得られた複数の
    測定点の表面位置データに基づいて被測定対象の形状を
    測定する形状測定手段と、 を備えたことを特徴とする鏡面材料並びに透光性材料の
    形状測定装置。
  6. 【請求項6】 請求項2に記載の鏡面材料並びに透光性
    材料の表面位置検出装置を用いて被測定対象の特定の測
    定点について表面位置の変化を検出し、前記励起光源及
    び前記受光手段から成る測定ヘッドに対する前記被測定
    対象の相対的な変位量を測定するように構成されること
    を特徴とする鏡面材料並びに透光性材料の変位測定装
    置。
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