JPS63120201A - 光ファイバ移動量測定装置 - 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】 （発明の背量） 本発明は移動量測定装置に関し、特に、作用距離ならび
に測定範囲が大きく増加した新規かつ改良された光ファ
イバ移動量測定装置に関する。

（従来の技術） 移動量を測定するために光源および光検出器あるいはそ
の他の適当な受光器と組合せて二またの光ファイバ束を
利用した光ファイバ移動量測定装置が知られている。そ
のような−装置がキラシンジャ（に１ｓｓｉｎａｅｒ　
）への米国特許第３．３２７゜５８４号に記載されてお
り、一端で個別のアームに分割された光ファイバ束より
構成されている。

一方のアームは伝送ファイバを含み、他方のアームは受
光ファイバを含む。他方の、即ち共通端が伝送および受
光ファイバの共通束を構成する。反射対象物に光ファイ
バ束の共通端の面を近接させて位置させると、伝送ファ
イバからの光が前記対象物に衝突し、受光ファイバに反
射され、そこで光センサあるいはその他の受光装置まで
導かれる。

反射光酒は共通ファイバ束の端面と対象物の面との闇の
距離、ファイバの直径、ファイバの開口度、伝送および
受光ファイバの幾何学的分布、ファイバの全体数および
対象物の表面の反射度とに関係する。このように、ファ
イバ束の端面が対象物の面と直径接触する位置から始ま
ってファイバ束と対象物との間の空隙が増加するにつれ
て、対象物の移動に対して概ね直線的な関係で受光ファ
イバに衝突する光量が増加する。しかしながら、−旦フ
ァイバ束の端面と対象物とが１２７μｍ程度の距離だけ
離されると反射光量はピークに達し、次いで減少する。

また、前述の形式の装置に対する改良も従来技術におい
て知られている。キラシンジャ他（にｉｓｓｉｎｇｅｒ
　ｅｔ　ａｔ　）による米国特許第３，９４０．６０８
号に記載の装置は、ファイバの共通束の端面が投影レン
ズの一端に隣接し、該１ノンズの他端が、その移動量を
検出すべき対象物に隣接して位置するように一対の投影
レンズを装着した検出ヘッドを含む。前記レンズは、フ
ァイバの共通束の端面の像を対象物に焦点を合わせ、か
つこの像を前記端面に再度焦点合わせすることにより光
源に関連したファイバから伝送された光線がそれ自体に
戻されるよう、対象物からの所定の距離において作動す
る。像の焦点として知られるこの正確な距離において、
受光ファイバとは反対に光線は伝送ファイバに反射され
直されるのでセンサにより検出された光線の相対強度は
厳密に最小である。像の焦点から近づいたり、あるいは
離れたりする対象物の移動により端面に反射され直す像
をぼかすため、伝送された光線の多くが受光ファイバに
反射され、かつ受光手段に伝送されて対象物の移動量を
示す出力を提供する。

前記特許第３．９４０，６０８号により提供される利点
は、作用距離（検出ヘッドから測定すべき面までの距離
）が約１００の係数、即ち数百ミリメータ分の１から数
ミリメータまで増加することである。さらに前記特許第
３．９４０．６０８号はファイバの端とレンズとの間の
空隙を調整することにより、作用距離を効果的に変えう
ることを認識している。しかしながら、所定のレンズ構
成に対して作用距離を変えたとしても、前記特許に示さ
れた構造体の感度と動的範囲とは基本的には一定のまま
である。

さらに、前記特許第３．９４０，６０８号に示す装ｄは
、対象物の表面の反射特性に影響を与えつる汚染によっ
て、その作用を表面に対する移動グの測定に限定しうる
極めて感度の高い測定装置である。、例えば、前記特許
第３，９４０．６０８号による高感度の装置を用いてパ
ネルを測定している場合、相対的に小さいゴミ片であっ
ても、相対的に小さい焦点が対象物の表面に衝突するこ
とにより測定の読みを狂わせる可能性がある。

本発明は、対象物からの作用距離が大きく増加しても、
かつ著しく大きい動的範囲にわたって移動量の検出がで
きるという点において前記特許第３．９４０．６０８＠
による移動ｍ測定装置に対する改良である。

さらに、本発明による移動ｍ測定装置の感度は調整可能
であって、汚染の可能性のある状況下での対象物の表面
の汚染による読みの狂いの可能性をか１服する。

（発明の要約） 本発明は、全体的にキラシンジャ他（にｉｓｓｉｎｇｅ
ｒｅｔａｌ）の米国特許第３，９４０，６０８号に示し
、かつ記載の形式の光ファイバ導管を含み、対象物の移
動量を検出する装置に関する。キラシンジャ他の特許の
検出ヘッドが本発明による改良検・出ヘッドに代替され
る。

前記特許第３．９４０．６０８号の検出ヘッドは、レン
ズに相対するファイバの位置に対しては相対的に非感性
であるが、（所定のレンズに対する）全てのプローブ位
置に対してＵＳ基本的同じサイズの集光されたスポット
を提供するレンズを構成する並置投影レンズを採用して
いる。本発明によれば、キラシンジャ他の特許の並置レ
ンズは、無限大でファイバ導管の端部の焦点を合わせる
ことのできる単焦点レンズにより代替され、ファイバの
レンズに対する位置を変えうるようにレンズに対してフ
ァイバを取り付ける手段が設けられている。また、前記
特許第３．９４０，６０８号に記載の並置レンズでなく
生焦点レンズを用いることにより、ファイバの端とレン
ズとの間の距離を調整することにより使用者が応答曲線
の全体形状を特定の用途に適合させることができるよう
にする。

本発明の前述の要約ならびにその他の目的や利点は添付
図面と関連した以下の詳細説明を参照すれば最もよく理
解される。

（実施例） 第１図は、本発明を使用する意図の測定装置を示す。該
装置はキラシンジャの特許第３．９４０゜６０８号に示
され、全体的にＹ形状の光ガラスファイバ導管１０を含
む。光ファイバ導管１０の一方のアーム１４の端部１２
は適当な光源１０に隣接位置され、他方のアーム１６の
端部１８は光源１０から伝送された光線を受取る光セン
サあるいはその他適当な受光器２２に隣接位置している
。

Ｓ管のアーム１４と１６とは検出ヘッド２４の端部に取
付けられた７字形の基部において光伝導性ファイバの共
通束２３を形成する。前記検出ヘッドの他方端即ち作用
端２６は、その移動ω即ち位置を検出すべき対象物３ｏ
の面に隣接位置される。

キラシンジャの特許第３，９４０．６０８号に記載の装
置による相対的な光強度応答曲線を第２図に示す。動的
な測定範囲を図に示している。前記曲線は像の焦点の各
側における最大を示し、この焦点がレンズの焦点距離に
相応することが判る。

前記曲線の前方傾斜における動的範囲は約０．５から１
センチ延びており、シャープに像の焦点が合わされるの
で、零点の周りの動的範囲は極めて小さい。本川１１１
１１で使用する「動的範囲」とは移動曲線における最大
点と最小点との間の測定に使用しうる最大使用可能距離
を称する。このように、レンズの位置を調整することに
より種々の距離を測定しうるが（キラシンジャの特許第
３．９４０゜６０８号の第７図を参照のこと）、動的範
囲は相対的に一定のままである。したがって、２．５ミ
リ程度の対象物の距離の変化に対してレンズ位置を変え
る必要がある。同様に曲線の鋭い傾斜が示すように、所
定レンズ構成に対して感度は相対的に一定のままであっ
て、これは前述のように測定装置の効用を制限しうる。

本発明はキラシンジャの特許第３，９４０．６０８号に
示す対となった顕微鏡レンズでなく単レンズを使用する
。このレンズは無限大で焦点が合うことが可能で、収差
が少なく、アパーチャが大きくあるべきである。水明ｉ
ｓで使用する「焦点合わせ」とは導管２３の前面におい
て焦点の合った像を位置させることを指す。例えば、も
し像の焦点が約１センチに来るとすれば（第２図参照）
、これは導管２３の前面のシャープに焦点の合った像が
検出ヘッドの前面からの前記距離に来ることを意味する
。

本発明によれば、広徒囲の市販レンズのいずれも使用可
能である。好適実施例においては、明るさが０．２５、
焦点距離１６ミリの顕微鏡レンズを用いた。キツシンジ
Ａアの特許のレンズに対する差異は、本発明によれば、
レンズに対するファイバの位置の変動により焦点距離と
、像の焦点にＪ３ける光線の焦点スポットの大きさとを
大きく変動させ、一方それに対比しうる、キラシンジャ
の特許による並置レンズに対するファイバの位置の変動
は焦点距離および像の焦点における光線の焦点スポット
の大きさをほとんど変動さぜないか、あるいは全く変動
させないことである。

第３図は本発明による検出ヘッドの構造を概略図示する
。光ファイバ導管２３（第１図）は前面３２で終る。３
４で概略図示するレンズは、ねじ付きの孔３８を含む従
来のハウジング３６内に保持される。例えば、レンズ３
４はキラシンジャの特許に示す投影レンズの中の１つで
よい。ファイバ２３は、孔３８にねじ込み、ロック装置
４２により止めうる、対応したねじを切ったスリーブ４
０内に保持される。この構造により、レンズ３４に対す
るファイバ′Ｓ管２３の終り面３２の位置を微細に調整
できる。典型的には、６．３５ミリの範囲にわたるファ
イバ２３の運動によって像の焦点をＯから無限大まで変
えることができる。

また、第３図はレンズに対する光ファイバの位置を調整
する効果を示す。ＡからＤまで個別の４位置が示されて
おり、Ａはレンズに対するファイバの最も離れた位置を
、Ｄは最も近い位置である。

レンズに対するファイバの距離がＡからＤの間の位置で
調整されるにつれて、図の右側に示す如く像の焦点距離
の位置が変わり、焦点を合わされたｆ！！（あるいは光
のスポット）も対応して変化する。

焦点スボツ１−の大きさの変化は位置ＡとＤとの間での
感度の著しい変化を示す。前述のように、感度を変えう
ることは工業用としての光ファイバ測定装置の重要な配
慮でありうる。

本発明はまた、キラシンジャの特許による装置において
可能なものよりはるかに長い距離の測定が可能で、かつ
動的範囲、即ち、レンズに対するファイバの単一位置に
おいて当該装置を使用しうる範囲を増加させることがで
きる。この点は第４図に反映されており、第４図は本発
明によって得られる対象物の距離に対する光強度の３種
類の実際の曲線を示している。キラシンジャの特許の第
７図に示す対応する曲線と比較して、Ｏの間の距離はミ
リでなくセンナで測定される。さらに、本発明によれば
、焦点距離が変わるにつれて、動的範囲が増加し、（零
のシャープさににり反映される）感度が低下する。応答
曲線を適合させる前記の能力により、曲線の傾斜を測定
すべき部材の公差、存在する環境条件および利用しうる
光線とにしたがって調整しつるという点において本発明
の効用性を著しく向上させる。

本発明の別の重要な利点は、無限大で焦点を合わしうる
ことにある。下記するように、この能力は当該装置の動
的範囲を大きく拡大するのみならず、さらに、像の焦点
の各側において応答曲線の最大が来る、いずれかの装置
に固有の冗長性を排除する。例えば、第２図に示すよう
に、もし７゜６２と１２．７ミリの間の距離が測定され
ているとすれば、対象物に対する検出ヘッドの４種類の
位置に対応する４回、５０％の反射光強度が検出される
。その４秤類の位置の中いずれの位置を実際に位置づけ
たかを検出するような場合にはマルヂセンザ、あるいは
複合信号処理装置が必要とされる。しかしながら、も（
）本発明によりレンズが無限大で焦点が合わされるとす
れば、第５図に示す応答曲線が得られ、この曲線には何
ら最小がなく、その結果応答に何ら冗長性がない。本発
明によるレンズを第５図に示すように無限大で焦点を合
わせると、動的範囲は約１３センチまで拡大される。

応答曲線を適合させる上で、感度と動的範囲との間に二
（４１背反性があり、動的範囲が大きくなればなる程感
度は低下する。しかしながら多くの状況下においてこれ
らの問題の中の一方あるいは他方の重要性が大きかった
り小さかったりする。本発明を利用する際、測定は（例
えば当該部材が規定公差内に入るか否か検出するために
は）零の位置あるいはく例えばアナＩコグ形式の測定に
対しては）応答曲線の形状によって左右されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が関係する形式の光ファイバ移り量測
定装置の概略図、 第２図ＩＪ２、従来技術による応答曲線のグラフ、第３
図は、本発明による検出ヘッドの概ｖＩＩ図、第４図は
、第３図に示す検出ヘッドにより提供される３種類の応
答曲線を示すグラフ、および第５図はレンズを無限大で
焦点を合わせて、本発明により提供された応答曲線のグ
ラフである。 図において、 １０：光ファイバ導管　　１２：端面 １４：アーム　　　　　　１６：アーム１８：端面　　
　　　　　２２：受光器２３：ファイバ束　　　　２４
：検出ヘッド２６：作用端　　　　　　３４：レンズ３
６：ハウジング　　　　３８：孔 ４０ニスリーブ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源と、該光源から伝送された光線を受取る受光
   器と、一方のアームの端部が前記光源に隣接位置され、
   他方のアームの端部が前記受光器に隣接位置されたＹ字
   形の光ファイバ導管を含み、前記導管のアームが前記Ｙ
   字形の基部で光伝導性ファイバの共通の束を形成し、前
   記ファイバのあるものは前記光源からの光線を対象物の
   表面まで導く伝送ファイバであり、前記ファイバのある
   ものは前記対象物の表面から反射された光線を前記受光
   器まで導く受光ファイバであつて、そのため前記導管は
   前記光源からの光線を導くよう、かつ前記共通のファイ
   バ束の端面に衝突する反射光を前記受光器まで導くよう
   通常作用する、対象物の移動量即ち位置を検出する光学
   装置と共に使用するものであつて、その移動量即ち位置
   を測定すべき面に隣接して一端が位置するようにさせた
   検出ヘッドを含み、該検出ヘッドが前記端面の像を無限
   大で焦点を合せることができるレンズ手段と、および前
   記端面に対する前記レンズ手段の位置を調整する手段と
   を含むことを改良点とする移動量測定装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記端面に対する前記レンズ手段の位置が、前記端面の像
   が無限大に位置するようにしたものである移動量測定装
   置。
3. （３）光源と該光源から伝送された光線を受取る受光器
   と、一方のアームの端部が前記光源に隣接位置し、他方
   のアームの端部が前記受光器に隣接位置したＹ字形のフ
   ァイバ導管とを含み、該導管のアームが前記Ｙ字形の基
   部において光伝導性ファイバの共通束を形成し、前記フ
   ァイバのあるものは前記光源からの光線を対象物の表面
   まで導く伝送ファイバであり、前記ファイバのあるもの
   は前記対象物の表面から反射した光線を前記受光器まで
   導く受光ファイバであつて、前記導管は前記光源からの
   光線を導き、かつ前記共通の束の端面に衝突する反射光
   を導くよう通常作用する、対象物の移動量即ち位置を検
   出する光学装置と共に使用するものであつて、 移動量即ち位置を測定すべき面に隣接して一端を位置さ
   せるようにした検出ヘッドを含み、該検出ヘッドがレン
   ズ手段と、当該装置の作用距離と動的範囲とを増加させ
   、同時に感度を低下させる手段とを含むことを改良点と
   する移動量の測定装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項に記載の装置において、前
   記作用距離が少なくとも５．０８センチだけ可変である
   ことを特徴とする移動量の測定装置。
5. （５）特許請求の範囲第４項に記載の装置において、最
   後に述べた前記手段が前記端面に対して前記レンズ手段
   の位置を調整する手段からなることを特徴とする移動量
   測定装置。
6. （６）特許請求の範囲第５項に記載の装置において、前
   記レンズ手段が前記端面の像を無限大で焦点を合わせる
   ことができることを特徴とする移動量測定装置。
7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、前
   記端面とレンズ手段との間の距離は、動的範囲が少なく
   とも約１２．７センチであるようなものであることを特
   徴とする移動量測定装置。