JPS6166907A - 光学測定装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光学測定装置、特に被測定物に平行走査測定光
を照射してその両端面における受光角の明暗変化によっ
て被測定物の両端面を検出し、この両端面間の走査時間
にて被測定物の」法を測定する光学測定装４の改Ｑに関
するものである。

［従来の技術］ 平行光線例えばレーザビーム等を用いて所望の被測定物
を走査し、被測定物の形状による光透過及び光遮断を検
知しながら両端面間の前記平行光線の走査り間を例えば
クロックパルスの目数等によって測定する光学測定装置
が周知であり、例えばレーリ゛マイクロメータどして実
用化されている。

この種の光学測定装置によれば、被測定物に何らの測定
圧を！ノえることが４ｒく、変形その他の影響のない状
態で精密な測定を行うことが可能となり、特に軟弱なあ
るいは高温の被測定物に対しては極めて有効な測定装置
を提供可能である１、またこの秤の装置では被測定物の
形状にかかわらず所望の部位が測定可能となり、複雑な
形状の相別測定等に極めて有用である。

従来ニオイテ、特開昭５８　２０５８０３　ニＬ；Ｌこ
の種の光学測定装置が示されており、測定部間を所望の
セグメントに分割して各レグメン１〜毎に精密な測定を
迅速に行うことが可能である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしイ【がら、従来装置においては、被測定物の端面
形状あるいは表面状態にＪ：って平行走査測定光に予期
できない回折、散乱が生じ、あるいは透明な被測定物に
対してはその走査；♀中において各種の不測の透光ある
いｔｉｔ散乱が／ｌじ、これによって大きな測定ば；差
が発！［シてしまうという欠Ｊ：、（があった。

特に、通富の光学測定装置においては、平（ｊ測定光の
走査中にこれと同期するクロックパルスを目数し、両端
面間のクロックパルス数にて測定（−１を求める＋７４
成からなり、このために、従来において、前述した例え
ば表面に付着した異物によって屈折光を受光した場合あ
るいｔｉｔ透明被測定物にお（ノる途中の透過光を受光
した場合、測定光が一方の端面を検出した後に開始され
たクロックパルスのｆｉ数は正しい他方の端面検知より
茗しく以前に検出される前記屈折光によって終了してし
Ｊ、い、著しく大きな測定エラーが生じる欠点があった
。

このような測定エラーは被測定物の表面状態あるいは透
明イｒ被測定物にお【プる規則性のない光透過によって
はと／ｖど予測不可能なエラーを牛じさ口る欠点があっ
た。

本発明は上記従来の課題に鑑＋７Ｊ、　＜ｔされＩこム
ので−〇　　　− あり、イの目的は、被測定物の透明部端面にて発佳し易
い屈折光その他によって生じる測定誤差を確実に防＋ｔ
−して光透過物質からなる被測定物あるい（、Ｌ油付４
等による劣悪な表面状態においても正確４ｒ測定をする
ことのできる改良された光学測定装置を１１１共するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成づるために、本発明は、平行走査測定光
が被測定物を通過覆るときにその両端位置すなわち開始
端と終了端との間に存在する（１等から疑似検出信８が
発生するとぎ、前記正しい検出信号ど疑似検出信号のい
ずれに対してム所定の対応した関係で反転信号を出力す
る反転回路を設け、一方、測定光が被測定物を通過する
ときのクロックパルスを測定するために一対のカウンタ
をＡΩけ、このカウンタを前記反転信号によって交Ｈに
駆動し、また前記各カウンタに対応してレジスタを設け
、カウンタの８１数内容は前記反転タイミングごとにレ
ジスタにラッチ出力し、これによつて、測定光が被測定
物を通過するどきのり［１ツクパルスは必ずいずれかの
カウンタにてｔ１数され、また測定光が被測定物の終了
端を通過した後においてはもはや反転信号が出力しない
のでての後の君１数値はレジスタにラッチ入力されるこ
と１．ｚ　＜、１回の走査終了時には両レジスタの含ａ
１値が被測定物の両端長に対応していることを利用した
ものであり、これによって、カウンタに目数される不要
な目数値は反転タイミングによるラッチ信号を供給しな
いことによって捨去り、必要なａ１数値のみを残し、こ
れを合削することによって所望の測定値が１１られるこ
とを特徴とする 特に、本発明にＪ：れば、クロックパルスは相補的にい
ずれかのカウンタにてカウントされており、この結束、
一方のカウンタから対応づ−るレジスタへのラッチは他
方のカウンタでの計数期間中にｆｉわれ、これによって
、カウンタからレジスタへのラッチ時への時間的な遅れ
を何ら問題とづることがなく、このＪ：うな相補Ｑリカ
ウンタ及びレジスタ構成により、本発明によれば、測定
途中にお１）る疑似（ａ弓発牛時にし大きな誤差を発生
づることなく極めて正確な測定作用を行うことが可Ｏ１
ζどなる。

［実施例１ 第１図には本発明に係る光学測定装Ｃの好適な実施例が
示されている。

被測定物１０は図示していないワークテーブルに載置さ
れており、測定光の照射範囲に訪かれるが、本発明にお
いては、この被測定物１０を移動体とηることも可能で
あり、この場合には、所望の移動タイミングにて被測定
物１０が測定光の照（ト）範囲に位置されるよう照（ト
）光との関係が制御される。実施例に示した被測定物１
０は透明な円ねとして示されている。

前記被測定物１０に平行走査測定光１００を照射するた
めに光走査部１２が設けられており、該光走査部１２は
レーザ発振器１４、固定ミラー１Ｇ及び回転ミラー１８
を含み、レーＩＪ′発振器１４から出力されたレーザビ
ーム１０２は固定ミラー１６及び回転ミラー１８にてコ
リメータレンズ２Ｏに導かれ、］コリメータ０から平行
走査測定光１００として被測定物１０に向って照射され
る。

前記回転ミラー１８の回転は同期モータ２１にて制御さ
れており、この回転ミラー１８の回転速度は後述する測
定用のクロックパルスと同期１ｉｆｔ　ＩＩＩされてお
り、実施例において、クロックパルス発生器２２の出力
であるクロックパルスは分周回路２４を介して同期を一
夕２１に出力される。従って、平行測定光１００の走査
タイミングはり０ツクパルスと四１！ＩＩされ、良りエ
な測定粘匪を麗持づることが可能となる。

前述した光走査部１２の出力である平行走査測定光１０
０は、実施例において定められた中−の走査範囲を有す
るが、本発明において、平行走査測定光を所定のスリッ
トを通して複数のセグメン１〜に分割し、各レグメント
ｆｏに測定を行うことも可能でる。

前述した平行走査測定光１００は被測定物１０を照射し
た後に光検出部２６にてその明暗変化が電気的な（ｎ　
Ｑどして検出され、実ｆｉｔＩ例におｉＪる光検出部２
６は集光レンズ２８、前記集光レンズ２８の焦点位置に
置かれた受光素子３０を含み、平１ｊ走査測定光１００
が被測定物１０によって遮光されない状態では受光素子
３０は明信号を出力しまた被測定物１０にて遮光され１
〔状態では受光素″Ｆ３０は暗信号を出力する。

従って、前述した平行走査測定光１００が正しく被測定
物１０の両端面を検出すれば、光検出部２６からは被測
定物１０の両端位置に対応した２個のパルス信号が出力
され、これを測定光１００の平行走査と同期したり［１
ツクパルスにてその信号出力間の走査時間をクロックパ
ルス削数により測定すれば端面間距ｌ１１１を正しく測
定づることができる。

前記クロックパルスを測定Ｊ−るためにカウンタが設置
）られ、前述した回転ミラー１８の駆動制御を行うクロ
ックパルスと同期してクロックパルス発生器２２の出力
が計数されるが、本発明においては、−・対の相補的に
４数作用を行うカウンタ３２．３４が設けられているこ
とを特徴とし、実施例においては、これらカウンタ３２
．３４はともにブリレフ１〜カウンタから形成されてい
る。

本発明においては、被測定物１０が劣悪な端面状態を有
して該部分で光が屈折あるいは故乱しもしくは透明な材
質からなる被測定物１０のために測定光１００が被測定
物１０の内部を貫通して光検出部２６にＪ：って多数の
擬似検出信号を生じる場合にあってもこれらを取捨選択
して正確な測定を可能とするものであり、このために、
所定の光走査領域間において最初に検出された光検出信
号を被測定物１ｏの一方の端面（開始端）の検出信号と
して用い、またその優の検出信号を擬似信号も含めてす
べてラッチ制御して用い最後に検出された光検出信号を
使方の端面の正しい検出信号として用いることを特徴と
する。づなわら、本発明によれば、前記正しい検出信号
と疑似検出（ｉｉ号のそれぞれに対応して１■兆した一
対のカウンタ３２゜３／Ｉを相補的に交りに４数動作さ
ｌこれらそれぞれの目数値を対応して設けられたレジス
タにラッチ入力し、最後のラップ作用である被測定物１
０の終了端以降のカウンタ３１数釦はレジスタへ供給づ
ることなく、これによって測定光１００が被測定物１０
を通過する間のクロックパルスのみをいずれかのレジス
タにて記憶し、これら両レジスタ信号の内容を加ｔ３す
ることによって所望の測定飴が得られる。

前記走査領域の両端を検出するために、本発明において
は、平行走査測定光の走査節回内に少なくとも一対の走
査開始センサ３６及び走査完了センサ３８が設けられ、
これらのセン９は光電ゆ検素子からなり、平行走査測定
光１００が両ゼンリ３６．３８を通過した時に電気的な
信号を検出して所望の走査領域の両端を定める。

実施例において、両廿ンサ３６，３８は一対だけ設けら
れているが、これを所望のセグメントに対応して複数対
設けることにより、平行走査測定光１００の走査範囲を
複数のレグメント化された走査領域に分割することも可
能である。

本発明において、前記カウンタ３２．３４は被測定物１
０の両端検出期間中にクロックパルス発生回路２２から
供給されるクロックパルスを４数することに３１：って
所望の測定作用を↑）うことができ、実施例においては
、ガラスパイプ等の被測定物１０の外径をｉ［確に測定
し得る。しかしイｒがら、前述したように、被測定物１
００表面が不整であったりあるいは不透明部を含む場合
、その両端のみでなくその他の部分を測定光が走査して
いるときには光検出部２６は検出信号を出力してしまい
、これらの擬似検出信号と任しい終了信号との区別がつ
かないとの問題があり、このために、本発明においては
、前述した正しい検出信号と疑似検出信号のいずれに対
しても一〇正しい検出信号としての処理を行い、りなわ
ら、これらの検出信号に対応してカウンタ３２．３４は
互いにそのＨＩ数数円用反転し、これによって、一方が
剤数作用を行っているときに検出信号を受けるとＨ１１
数用を使方側に交替さｕｌこれを繰返すことによって測
定光１００が被測定物１０を通過していると思われる期
間いずれかのカウンタにてクロックパルスの品１数を行
い、このに１数植をそれぞれ対応するレジスタにラッチ
するどきに測定光１００が被測定物１０を通過している
か否かによる判断を行う。すなわち、いずれか一方のカ
ウンタ３２あるいは３４は無駄な計数作用を行う場合が
あるが、これを対応するレジスタにラッチ１−るが否か
によって正しいＪ１１信号と無駄なＪ１１信号との選択
を行うことができる。

通常の場合、カウンタからレジスタへのラッチには回路
上必要な時間を要し、すなわち本発明のごとき高精度の
測定装置では、クロックパルス周波数は５０〜１００Ｍ
ｌ−１２に達し、このＪ：うな高周波数のクロックパル
スはカウンタ３２．３４においてその最上位ピッ１〜ま
で計数するために所定の所要時間を必要とし、このため
に、対応して設けられた一対のレジスタ４０．４２での
ラッチ動作をするときに無視できないミスカウントを起
こす場合がある。通常の場合、このミスカウントは、レ
ジスタ４０．４２がカウンタ３２，３４のｉｌ数値を正
しくラッチする間にカウンタ３２，３４は次のクロック
パルスを受付りてしまい、ラッチ動作中にカウンタ３２
．３／ｌの３１数舶が順次更新してしまうことから生じ
、従って、前述したごどきカウンタ３２．３４の内容を
レジスタ４０．４２が適宜ラッチする構成では目数値の
■しい読取りができないという問題がある。

そこで、本発明においては、前述したカウンタを相補的
にｉｌ数する一対のカウンタ３２，３４とし、光検出部
２６からの検出信号が出力されている間、反転回路、実
施例においてはフリップ７０ツブ（以下ＦＦという）４
４からの反転信号によって相補的に各カウンタ３２．３
４の計数作用を反転切替えし、この反転タイミングにて
各カウンタ３２．３４のＪ１数値をレジスタ７ＩＯ，４
２へラッチ出力することとし、これによって、ラッチ時
間は他方のカウンタが品１数している期間と対応するの
で、これによって十分なラッチ時間を確保することが可
能となる。

前記カウンタ３２，３４の４数作用は光検出部２６の出
力ににって制御されており、検出素子３０からの検出信
号は増幅器４６を介してエッジバルス発生器４８に供給
され、その微分作用にＪ：って光の川明変化のエツジが
検出される。エツジパルス介牛器４８の出力はＦＦ５０
をセットするために用いられ、このＦＦ５０は平行走査
測定光１００の各走査毎に被測定物１０の開始端を検出
ザるたびにセットされ、その出力によって各カウンタ３
２．３／Ｉに対応して設けられたアンドグー１〜５２．
５４に信号を供給Ｍる。

また、ＦＦ５０はｔ）ｆｆ述した走査完了センサ３８の
出力信号によってリセットされ、実施例においては、セ
ンサ３８の出力はプリアンプ５６及び波形整形回路５８
を介してＦＦ５０のリセット端子に接続されている。

前述した反転回路４４は増幅器４６の出力及びＴツジバ
ルス発生器４８の１ツジパルスを遅延回路５６にて僅か
に遅延した信号の両者によって制御されており、相？Ｉ
ｎ的な反転信号を前記アントゲ一方５２．５４に供給す
る。各アンドゲート５２゜５４には更に前述したクロッ
クパルス発生回路２２からのクロックパルスが供給され
ており、また各出力は前述した一対のカウンタ３２．３
４に供給されているので、このことから、一対のカウン
タ３２，３／ｌは反転回路／Ｉ／Ｉの出力にＪ：ってｎ
いに交互に相補的な関係でクロックパルスを剤数するこ
とが理解される。

また、反転回路４４の出力である反転信号は、更に前述
したレジスタ４０．４２のラップ信号としてム用いられ
、このために、反転回路４４の出力はそれぞれ遅延回路
５８．立ち下がりエツジパルス検出器６０そして立ち下
がりエツジパルス検出器６２を介して前記各レジスタ／
１０．４２のラッチ入力に供給されており、このラッチ
タイミングでそれぞれ対応するカウンタ３２，３／Ｉの
ｔ］数値がレジスタ／ｌｏ、４２へ記憶される。従って
、このラッチ作用は測定光１００が被測定物１０を通過
している間に対応してのみ各レジスタ４０゜４２へ供給
され、測定光１００が被測定物１０から１ｌｌｌｌ脱し
た後においては発生することがなく、これによって、各
カウンタ３２，３４が無駄に轟１数作用を行っていたと
しても、このような余分なπ１数出力をレジスタ４０．
４２が受付けることがない。

図示した実施例においては、被測定物１０の測定は測定
光の複数回の走査によって行われており、この走査回数
を計数するためにプログラマブルカウンタ６４が設けら
れており、前述した走査開始センサ３６の出力がプリア
ンプ６６及び波形整形回路６８を介して供給されており
１、測定光１００の走査回数がカウントされる。また、
この走査開始信号は同時に前記カウンタ３２，３４のロ
ード入力に供給されており、各走査の開始時にレジスタ
４０．４２の内容がそれぞれ対応するカウンタ３２．３
４に読み込まれる。

また、本発明においては、被測定物１０の長さに対応す
るクロックパルスはレジスタ４０．／Ｉ２に振分けられ
て記憶されているので、各光走査完了後にこれらの測定
値を加算する必要があり、このために加算器７０が設け
られ、各走査完了後に両レジスタ４０．４２の内容が加
算される。

前記カウンタ３２，３４及びレジスタ４０．４２のその
伯の作用を制御ＩＩ？ｌるためＣＰＵ７２が設【ノられ
ており、該ＣＰＵ７２によって設定された所定の走査回
数測定光１００の走査が完了すると、ＣＰＵ７２は加算
器７０の内容を取り込み、詳細には図示していないが周
知の油筒回路によって最柊ラッチ値の平均化演算その他
の測定演算を行い、これを表示装置に供給する。そして
、この演算作用が完了した接クリアパルス発生器７４が
クリア信号を出力して前記カウンタ３２．３４の内容を
クリアする。

本実施例は以上の構成からなり、以下に第２図の全体的
なタイミングチャートを参照しながらその作用を詳細に
説明する。

第２図に示されるように、被測定物１０はそれ自体ガラ
ス等の透明円筒形状からなるが、その表面の一部に油あ
るいはごみ等の異物１０ａが１１着している状態を想定
しており、このために、測定光１００は被測定物１０を
走査づ゛る間にその両端面以外からいくつかの擬似検出
信号を発イ［することとなる。

図示したタイミングチャートは複数回の走査における途
中の状態が示されており、走査開始セン号３６のスター
ト信号３００がカウンタ３２，３４の１−ド入力に供給
されることによって各対応づるレジスタ４０．４２のラ
ッチ値ずなわら前回までに累積されたラッチＷ１がカウ
ンタ３２．３４０−ドされる。また、このスター］・信
号３００はプログラマブルカウンタ６４にて走査回数と
してカウントされる。

測定光１００が走査されることによって、これが被測定
物１０の開始端にさしかかるど、光検出部２６からの検
出信号により、増幅器４６の出力信ｚ　２００　ｌｅｔ
被測定物１０の遮光作用によって暗信号を検出するｒＨ
Ｊレベルに変化し、以後被測定物１０による遮光及び透
光によっていくつかの擬似信号を含む光検出信号として
出力される。実施例における検出信８２００は被測定物
１０の両端に対応するましい検出４ｇ号と、前述した異
物１０８に対応する擬似信＝２ｏｏａとして示されてい
る。

前記検出信号２００はＴツジパルス発生器４８によって
微分され。川明変化の部位エツジパルス２０２を出力し
、第２図のタイミングチャートから明らかなどどく。初
期の立ら土がりエツジパルス１゛なわち被測定物１０の
開始端に対応するパルスによってＦ「５０をレッ１へし
、両アントゲ−１・５２．５４へ信号２０４を供給し、
各アントゲ−１〜５２．５４の開き１４機状態を作る。

本発明において特徴的なことは、前記増幅器４６の出力
である検出信号２００と前記エツジパルス２０２を僅か
に遅延した信号にＪ：って反転回路４４を反転制御して
いることであり、その出力である相補的な反転化￥′３
２０６ａ　、　２０６ｂが各カウンタ３２．３／Ｉの相
補的な語数制御を行い、また各１ノジスタ＝１０．４２
のラッチ作用を制御している。

第２図から明らかなように、相補的に反転信号２０６８
．２０６１は一方が１−ルベルのときに他方が１−レベ
ルどなり、これによって、アンドグー１〜５２．５４か
らの信号を受けるカウンタ３２゜３４【ま互いに一方側
がクロックパルスを語数しているときは他方側が片計数
作用を休」ｌし、これににつて、カウンタ３２，３４の
相補的な重数作用が達成される。

しかしながら、このにうなカウンタ３２，３／１による
相補的なＪ１数のみでは、測定光１００が被測定物１０
の終了端を通過した後においてもいずれか一方のカウン
タがＭ数円用を継続づることとなり、正しい測定が不可
能となってしまい、本発明においてはこのような事態を
避けるために各カウンタ３２．３／ｌの出力を対応する
レジスタ４０゜４２ヘラツチするタイミングを前記反転
信号２０６ａ、２０６ｂから取出し、このラップパルス
２０８ａ　、２０８ｂよってカウンタ３２，３４の８１
数値をレジスタ４０．４２へ送込み、前記測定光１００
が被測定物１０の終了端を通過した後における何らラッ
チすることなく捨去ることを特徴とする。

もちろん、本発明においては、相補的に一方のカウンタ
が計数作用を行うため、前記各ラッチ作用は十分な時間
が与えられ、これによって、クロックパルスが著しく高
周波例えば５０〜１００Ｍ　ｌ−Ｉ　Ｚである場合にお
いてもカウンタの安定したぁ数値をレジスタにラッチす
ることができる。

従って、第２図において、カウンタ３２，３／１の８１
数パルスは２１０ａ、２１０ｂとして示され、これらは
、測定光１００が被測定物１０を通過した後においても
り［１ツクパルスをＨ１数しているが、被測定物１０通
過後に１１３ける訓数値は何らレジスタ４０．４２ヘラ
ツヂされることナク、レジスタの記憶内容は測定光１０
０が被測定物１０を通過している間のクロックパルス４
数値のみとなることが理解される。

各走査完了直前に前述した走査完了センサ３８からのエ
ンド化Ｍ３０２により前記ＦＦ５０はリセットされ、次
の走査に備える。

そして、この各走査完了時にそれぞれのレジスタ４０．
４２に記憶された測定値は加算器７０によって加算され
、相補的な測定値が合算されて１回の測定値が（ｑられ
る。

以上のようにして、複数回走査が完了すると、ＣＰＵ７
２は加粋器７０にラッチされている累積測定値を取込み
、これに平均化その他所定の演粋を施して正確な測定値
として表示Ｊることどなる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にＪ、れば、被測定物を測
定光が走査づる間のクロックパルスを一対のカウンタで
相補的に露１数し４Ｋがら、このＲ１数内容を順次レジ
スタにラッチする方式を採用し、誤差のない測定を可能
とする利点を右する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学測定装置の好適な実施例を示
す概略構成図、 第２図は第１図の実施例におｌプる測定作用を説明する
ための全体的なタイミングチャート図である。 １０　・・・　被測定物 １２　・・・　光走査部 ２２　・・・　クロックパルス発生回路２６　・・・　
光検出部 ３２．３４　　・・・　カウンタ ３６　・・・　走査開始センＩＪ ３８　・・・　走査完了セン号 ／１０．４２　　・・・　レジスタ ／１４　　・・・　切替回路 １００　・・・　平行走査測定光 ２００　　・・・　検出信号 ２０６ａ　、２０６ｂ　　・・・　クロックパルス　　
　２０８ａ　、２０８ｂ　　・・・　ラッチパルス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物に対して平行走査測定光を照射する光走
   査部と、被測定物を通過した測定光の明暗変化を検出し
   て光検出信号を出力する光検出部と、光走査期間中所定
   のクロックパルスを計数するカウンタとを含み、平行走
   査測定光が被測定物を通過する間のカウンタ計数値によ
   って被測定物の長さを求める光学測定装置において、測
   定光が被測定物の開始端から終了端まで通過する間に検
   出する開始端及び終了端検出信号と疑似検出信号によっ
   てそれぞれ反転信号を出力する反転回路と、前記反転信
   号によって交互にクロックパルスを計数する一対のカウ
   ンタと測定光が被測定物の両端を通過する間に前記各カ
   ウンタの内容を反転タイミングごとにラッチする一対の
   レジスタと、測定光の走査終了ごとに各レジスタの内容
   を加算する加算回路と、を含み、正しい検出信号及び疑
   似検出信号に応じてクロックパルスをいずれか一方のカ
   ウンタにて交互に計数し、両者の加算によって被測定物
   の長さを測定することを特徴とする光学測定装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、測定
   光の平行走査は複数回繰返して行われ、所定回数の走査
   完了後にその平均値を出力することを特徴とする光学測
   定装置。