JPS62174607A - 計測機光学系 - 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】 本発明は平行光束を被測定物（丸棒、線、バイブ等）に
投写し、被測定物の外径などを光束の遮断巾を用いろこ
とにより非接触で計測する機器の光学系に関する。

従来の非接触外径測定器の光学系は第１図に示す様に、
光源４（点光源又は線光源）からの発散光を球面のコリ
メーターレンズ２により平行光に変換し、この平行光束
中に光電変換素子として一次元ラインセンサー３（例え
ばＣＣＤセンサー）を゛　使用する構成となっていた。

この光学系のコリメーターレンズと一次元ラインセンサ
ー間に被測定物４（例えばパイプ、丸棒、ワイヤー等）
を入れた場合ラインセンサー上への光束がその外径に応
して遮断され、ラインセンサーからの出力によりその遮
断中を読み取ることにより被測定物の外径を光束の遮断
中として計測することができる。

上記の原理に基づく計測機において、従来光源としてラ
インフィラメントを用いた光学系があったが信碩性に問
題があった。又、点光源としてレーザーの使用が検討さ
れたが可干渉性が良すぎるためスペックルノイズが生じ
、均一な照度が得られなかった。更に半導体の光源とし
てＬＥＤの使用も検討されたが、受光素子から充分な電
気出力が得られなかった。

一方受光素子としては電荷結合素子（ＣＣＤ）を使用し
た一次元のラインセンサーか用いられている。−次元の
ラインセンサーとしては各種のものかあるか例えは一画
素か１４μｍ×１４μｍで、この画素を２０４８ケ並べ
たＣＣＤラインセンサーかあり、その受光部は全体とし
て１４μｒΩ×２８．７ｍｍの面積である。

従来は点光源を球面レンズにより平行光束に変換してい
るため、この光束中の上記１４μｒｌｌＸ２Ｂ、７ｍｍ
の部分の光束しか利用できず光出力の大きい光源を必要
とする欠点がありＬＥＤの光源では充分な電気出力が得
られなかった。

本発明は発光素子よりの光エネルギーを有効に利用し得
る光学系を提供することにある。更にこえノイズに対し
て影響を受けに＜＜シた光学系を提供することにある。

本発明では平行光束中に一次元の光集束効果をもつ凸シ
リンドリカルレンズを挿入することにより受光素子面上
の照度を増加させた計測機光学系である。

次に本発明の実施例について図面を参照し・て説明する
。第２図は本発明の第１の実施例を示したもので第２図
（イ）は斜視図である。第２図（イ）に於いて、光軸方
向をＺ、ラインセンサーの並ひ方向をＹ、これに直交す
る方向をＸ方向とする。

第２図（ロ）はＸＺ平面の断面図であり、第２図（ハ）
はＹＺ面の断面図である。第２図において１１はＬＥＤ
等の光源、１２は点光源からの発散光を平行光に変換す
る球面レンズ、１３は一次元の光集束効果をもつシリン
ドリカルレンズ、１４は不要なスペクトルの光を除去す
るためのフィルター、１５は一次元のラインセンサーで
ある。又２０はワイヤー、丸棒等の被測定物である。

シリンド刃カルレンズはセンサーの並び方向に刻して直
交方向に集束効果をもつ様に配置する。即ち第２図（ロ
）に示すｘ、Ｚ断面では光集束効果をもつか、第２図（
ハ）で示す様にＹ、Ｚ断面では光集束効果はない。

本発明の光学系を用いる計測機は光束の遮断中ａを計測
するので第２図（ハ）に示すＹ、Ｚ断面では厳密な平行
光であることが要求され本実施例はこの要求を満たして
いる。

一方、これと直交する第２図（ロ）に示すＺ、Ｘ断面て
は平行光である必要はない。

点光源からのエネルギーの利用を考えた場合１本発明の
光学系は第２図（ロ）に示す様に点光源からの発散光束
のうちθの角度の光束か球面レンズ１２、シリンドリカ
ルレンズ１３．によりラインセンサー１５上へ全て集束
する。

一方、従来のシリンドリカルレンズを用いない光学系に
於いては第２図（ロ）に於いて、点線で示す様に球面レ
ンズで平行光にするのみであるのでラインセンサーの一
画素の画素中の光束しか利用していない。この光束に対
応する発散角αの光エネルギーしか利用していない。す
なわち本発明においては従来例に比較して大略８７２倍
の照度がラインセンサーで得られ低出力のＬＥＤ光源を
利用することができる。

光ｌ原として例えば赤外光ＬＥＤを用いた場合、その発
光スペクトル分布はかなり狭域てあり、一般の白熱光源
の様にスペクトルは広がらない。このため計測には不必
要なスペクトル（例えは可視光域の光）を除くための光
学フィルター１４を光学系中に挿入する。挿入位置は通
常ラインセンサーの前である。

シリンドリカルレンズの集魚がラインセンサー上に結ぶ
様に集魚距離、挿入位置を設定すれば光の利用効率は最
大となる。しかし、光集束効果をもつシリンドリカルレ
ンズ′を用い、シリンドリカル面での光束中が受光面で
の光束中より大きい様に設定すれは本発明の目的を達す
ることができろ。

第２の実施例はシリンドリカルレンズはラインセンサー
の直前に置かれた場合で被測定物は球面レンズとシリン
ドリカルレンズの間に入れろ。この場合ｘ、Ｚ断面に於
いて光束中は常に一定であり被測定物の挿入位置がＺ軸
方向にずれても測定物への光束中が一定になる特長があ
る。

このシリンドリカルレンズを光学フィルタ一部材て作製
し、光集束効果不要光除去効果を同時に持たせても良い
。

上記の説明ではシリンドリカルレンズを用いたが円柱レ
ンズを使用しても良い。又、−次元の光集束効果をもつ
光学素子は平行光束中に入れることが望ましいが巾測定
方向に対して平行光束が保証されるのであれば光学系中
どの位置に設定しても良い。

第３の実施例について説明する。第４図（イ）は実施例
の斜視図であり３１は光量調節板である。

本発明の光学系が使用される計測機においては、ライン
センサーの各素子からの出力を一定にする必要がある。

通常　球面レンズにおける光源の放射強度分布は口径蝕
（ビネッティング）、ＣＯ５４乗則その他種々の理由に
よりラインセンサーからの電気出力は被測定物がない場
合でも一様でなくセンサー周辺部の出力が低下する。こ
のため被測定物の挿入位置によって測定誤差が生ずる。

本発明ではラインセンサーからの出力を一定とするため
第４図（ロ）に示す様な光量調節板を光学系中に挿入す
る。光量調節板３１は図に示す様な開口をもち、センサ
ー周辺に入射する光量を相対的に増加させる効果がある
。

上記の説明では　ラインセンサーからの出力をセンサー
の位置によらず一定にする目的で光量調節板を使用した
が計測機の計測条件によっては検出感度を上げろ為に光
量調節板の形状を目的に応じた形状とする。尚、上記光
量調節板はシリンドリカルレンズと共に用いることが望
ましい。

本発明光学系では以上説明した様に、光エネルギーの利
用効率が向上しラインセンサー上での照度か上がり、ラ
インセンサー上での照度を均一ニニす

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学式外径計測機の光学系構成を示す斜
視図、第２図は本発明の第１の実施例を示し、第３図は
本発明の第２の実施例を示し、第４図は本発明の　第３
の実施例を示す。 １１・・・・・・・・−光源、１２−一球面レンズ１３
・・・・−シリンドリカルレンズ １４・−一・フィルター、　　１５−・−・ラインセン
サー２０−　・被測定物、　３１−−一光量調節板第　
２　図　（ハ） 第３図 第４図（イ） 第　４　歯　（ロ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光源からの発散光を平行光束に変換する球面レンズ
   系と、この平行光束を受光するラインセンサーを有し、
   この光束の遮断巾を計測する装置の光学系において、該
   光学系の光路 中にラインセンサーの受光素子の並び方向に対して直角
   方向に一次元の集束効果をもつ光学素子を挿入したこと
   を特徴とする計測機光学系 ２　特許請求の範囲１において 一次元の集束効果をもつ光学素子がシリンドリカルレン
   ズであることを特徴とする計測機光学系 ３　特許請求の範囲１において 一次元の集束効果をもつ光学素子が平行光束中に挿入さ
   れていることを特徴とする計測器光学系 ４　特許請求の範囲１において 一次元の集束効果をもつ光学素子が赤外線を透過し、可
   視光を遮断する光学特性をもつ部材により成ることを特
   徴とする計測機光学系５　特許請求の範囲１において 光量調節部材を光学系に挿入したことを特徴とする計測
   機光学系