(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用レーザ光をレーザ光の光軸位置を変化させる光学部品を介して透光性管状物体に照射する測定用レーザ光照射手段と、
前記透光性管状物体の外周面で反射する前記測定用レーザ光の反射光と前記透光性管状物体の内周面で反射する前記測定用レーザ光の反射光とを前記光学部品を介して第１受光センサで受光する測定用レーザ光受光手段と、
前記第１受光センサで受光した反射光の受光状態に対応する信号を生成して、前記生成した信号から前記測定用レーザ光が照射された位置における前記透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段と、
前記測定用レーザ光照射手段によって照射される測定用レーザ光の前記透光性管状物体に対する照射位置を、前記透光性管状物体の中心軸方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、
サーボ用レーザ光を前記光学部品を介して前記透光性管状物体に対して照射する手段であって、前記測定用レーザ光の前記透光性管状物体に対する照射位置又はその近傍位置に前記サーボ用レーザ光を対物レンズで集光して照射するサーボ用レーザ光照射手段と、
前記サーボ用レーザ光の反射光を前記対物レンズ及び前記光学部品を介して受光して、前記サーボ用レーザ光の前記透光性管状物体の中心軸からのずれ量を表す信号を出力する第１ずれ量検出光学手段と、
前記第１ずれ量検出光学手段からの信号に基づいて、前記測定用レーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸と交差するように、前記光学部品を駆動制御する第１サーボ手段とを設けたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記サーボ用レーザ光の前記透光性管状物体からの反射光を入射して、前記対物レンズによる前記サーボ用レーザ光の焦点位置と、前記サーボ用レーザ光が照射される前記透光性管状物体の表面位置とのずれ量を表す信号を出力する第２ずれ量検出光学手段と、
前記第２ずれ量検出光学手段からの信号に基づいて、前記対物レンズによる前記サーボ用レーザ光の焦点位置が前記サーボ用レーザ光が照射される前記透光性管状物体の表面位置に一致するように、前記対物レンズを前記サーボ用レーザ光の光軸方向に駆動制御する第２サーボ手段とを設けたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
入射したレーザ光を分割する分割用光学素子を設け、
１つのレーザ光源からのレーザ光を前記分割用光学素子で分割して、前記測定用レーザ光と前記サーボ用レーザ光を生成するようにしたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
入射したレーザ光を分割する分割用光学素子を設け、
１つのレーザ光源から出射されたレーザ光を前記測定用レーザ光と前記サーボ用レーザ光とに共通のレーザ光として、前記透光性管状物体の中心軸の垂直方向から前記対物レンズを介して前記透光性管状物体に照射し、
前記透光性管状物体によって反射された前記測定用レーザ光と前記サーボ用レーザ光とに共通のレーザ光を前記分割用光学素子で分割して、前記測定用レーザ光の反射光と前記サーボ用レーザ光の反射光を生成するようにしたことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光をガラス管などの透光性管状物体の表面に照射し、透光性管状物体の表面からの反射光を受光することで、透光性管状物体の厚さを測定する透光性管状物体の厚さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガラス製品のような透光性物体の厚さが規格通りに作製されているかを検査するために、透光性物体の厚さを測定することが行われている。このような測定は透光性物体の表面を傷つけないため、非接触で行われることが多く、このための測定装置としては、例えば下記特許文献１に記載されているように、透光性物体の表面に対して斜めにレーザ光を照射し、表面と裏面で反射した反射光を受光センサで受光し、受光位置の差から透光性物体の厚さを求める装置が多く使用されている。また、透光性物体の厚さを測定する装置としては、これに限らず、例えば下記特許文献２に記載されているように、スーパー・ルミネッセント・ダイオード光源（ＳＬＤ光源）からの広波長帯域のレーザ光を検査対象物の表面に照射し、検査対象物の表面からの反射光と、検査対象物への表面へのレーザ光の照射経路に設けた基準面からの反射光とを干渉させて回折格子に導き、回折格子で波長ごとに分光することで検査対象物の変位を求める装置を採用することもできる。すなわち、透光性物体に広波長帯域のレーザ光を照射し、透光性物体の表面と裏面での反射光を干渉させて回折格子に導き、回折格子で波長ごとに分光してＣＣＤ等で受光し、受光位置ごとの光強度を取得する。この受光位置ごとの光強度（すなわち、受光曲線）は、反射光の干渉による光強度が反射レーザ光の波長と透光性物体の表裏面間の距離との関係で定まるとともに、同一波長の反射レーザ光同士の干渉のみによってもたらされるので、透光性物体の表裏面間の距離（すなわち、厚さ）により異なる。よって、受光曲線を解析することで、透光性物体の厚さを求めるというものである。
【０００３】
透光性物体にはガラス管などのような管状物体があり、この場合も、下記特許文献１及び下記特許文献２に記載されている方法及び装置を適用して管状物体の厚さを測定することができる。例えば、下記特許文献３には、下記特許文献１に記載された方法及び装置により管状物体の厚さを測定する装置が記載されている。下記特許文献３では、レーザ光の入射角度を変化させて、管状物体の屈折率と厚さの２つを検出することが記載されているが、管状物体の屈折率が既知であれば、入射角度を固定して厚さを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２４２８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２１９７７号公報
【特許文献３】特開平０９−５０４８７５号公報
【発明の概要】
【０００５】
透光性管状物体の厚さを測定する場合、管状物体に照射されたレーザ光の反射光が光を解析処理する光学機器で受光される必要がある。そのためには、レーザ光と管状物体表面のなす角度が一定になるようにレーザ光を照射する必要がある。透光性物体が管状物体の場合、上記特許文献３に示されているように、レーザ光をその光軸が管状物体の中心軸と交差するように照射する必要がある。管状物体の中心軸が直線であり、管状物体の直径が大きければ、上記特許文献３に示されているように、管状物体を中心軸が設定された位置になるようにセット機構にセットし、レーザ光を設定された経路で管状物体と相対的に移動させればよいが、管状物体の中心軸に直線になっていない箇所があったり、管状物体の直径が小さい場合は、このようにしただけでは、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差するようにすることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題があった。
【０００６】
また、管状物体を回転させながらその全域の厚さ測定を行う場合であって、管状物体の直径が小さい場合には、管状物体の中心軸が常に設定位置にあるように管状物体を回転させることは困難であり、この場合もレーザ光を設定された経路で移動させただけでは、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差させることはできず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。また、管状物体を何らかの工程上の理由（管状物体が高温又は管状物体への異物付着を避ける等の理由）で、セット機構にセットすることができず、管状物体の一端を掴むのみの場合には、管状物体の中心軸を常に設定された位置にすることは難しく、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、常にレーザ光の光軸を管状物体の中心軸と交差させることができないことがあり、厚さを測定できない箇所が存在する場合があるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、透光性管状物体の中心軸方向に透光性管状物体と相対的にレーザ光を移動して透光性管状物体の全域の厚さを測定する際、透光性管状物体の中心軸が所定位置からずれている箇所がある場合でも、常に反射光を所定位置（解析処理をするための光学機器）に戻るようにすることができ、短時間で透光性管状物体の全域の厚さを測定することができる透光性管状物体の厚さ測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、測定用レーザ光をレーザ光の光軸位置を変化させる光学部品（３５，８１）を介して透光性管状物体（Ｇ）に照射する測定用レーザ光照射手段（３０〜３４，６０，６１，７０〜７５，７８〜８０，８３）と、透光性管状物体の外周面で反射する測定用レーザ光の反射光と透光性管状物体の内周面で反射する測定用レーザ光の反射光とを光学部品を介して第１受光センサで受光する測定用レーザ光受光手段（３９，７６，７７）と、第１受光センサで受光した反射光の受光状態に対応する信号を生成して、前記生成した信号から測定用レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段（１１７，２００，Ｓ１４２，Ｓ１４８，１４０）と、測定用レーザ光照射手段によって照射される測定用レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、透光性管状物体の中心軸方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段（１１，１１０）とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、サーボ用レーザ光を光学部品を介して透光性管状物体に対して照射する手段であって、測定用レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置又はその近傍位置にサーボ用レーザ光を対物レンズ（４４，８３）で集光して照射するサーボ用レーザ光照射手段（４０〜４３，６２，６３，７０〜７５，７８〜８０）と、サーボ用レーザ光の反射光を対物レンズ及び光学部品を介して受光して、サーボ用レーザ光の透光性管状物体の中心軸からのずれ量を表す信号を出力する第１ずれ量検出光学手段（４２，４７，４８，８０，８４，８５）と、第１ずれ量検出光学手段からの信号に基づいて、測定用レーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸と交差するように、光学部品を駆動制御する第１サーボ手段（３６，８２，１１９〜１２１）とを設けたことにある。
【０００９】
上記のように構成した本発明においては、測定用レーザ光及びサーボ用レーザ光を、光軸位置を変化させることができる光学部品（例えば、回転可能なミラー）を介して透光性管状物体の表面に照射し、第１サーボ手段が、第１ずれ量検出光学手段によって検出されたサーボ用レーザ光の透光性管状物体の中心軸からのずれ量を表す信号に基づいて、測定用レーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸と交差するように光学部品を駆動制御する。これにより、透光性管状物体の中心軸が設定された位置からずれている場合でも、測定用レーザ光の光軸を常に透光性管状物体の中心軸と交差させることができるので、短時間で透光性管状物体の全域の厚さを的確に測定することができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、サーボ用レーザ光の透光性管状物体からの反射光を入射して、対物レンズによるサーボ用レーザ光の焦点位置と、サーボ用レーザ光が照射される透光性管状物体の表面位置とのずれ量を表す信号を出力する第２ずれ量検出光学手段（４２，４７，４９〜５１，８０，８４，８６〜８８）と、第２ずれ量検出光学手段からの信号に基づいて、対物レンズによるサーボ用レーザ光の焦点位置がサーボ用レーザ光が照射される透光性管状物体の表面位置に一致するように、対物レンズをサーボ用レーザ光の光軸方向に駆動制御する第２サーボ手段（１２２〜１２４，４４ａ，８３ａ）とを設けたことにある。
【００１１】
これによれば、第２サーボ手段は、第２ずれ量検出光学手段によって検出された焦点位置のずれ量を表す信号に基づいて、対物レンズによるサーボ用レーザ光の焦点位置がサーボ用レーザ光が照射される透光性管状物体の表面に一致するように、対物レンズをサーボ用レーザ光の光軸方向に駆動制御する。したがって、透光性管状物体の中心軸の変動をさらに精度よく検出することができるので、測定用レーザ光の光軸をさらに高精度で管状物体の中心軸と交差させるように制御することができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、入射したレーザ光を分割する分割用光学素子（６２）を設け、１つのレーザ光源からのレーザ光を分割用光学素子で分割して、測定用レーザ光とサーボ用レーザ光を生成するようにしたことにある。
【００１３】
これによれば、レーザ光源、光学部品の数及びレーザ駆動回路の数を減らすことができるため、装置の製造コストを抑制することができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の特徴は、入射したレーザ光を分割する分割用光学素子（８０）を設け、１つのレーザ光源から出射されたレーザ光を測定用レーザ光とサーボ用レーザ光とに共通のレーザ光として、透光性管状物体の中心軸の垂直方向から対物レンズを介して透光性管状物体に照射し、透光性管状物体によって反射された測定用レーザ光とサーボ用レーザ光とに共通のレーザ光を分割用光学素子で分割して、測定用レーザ光の反射光とサーボ用レーザ光の反射光を生成するようにしたことにある。
【００１５】
これによっても、レーザ光源、光学部品の数及びレーザ駆動回路の数を減らし、装置の製造コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【図２Ａ】図１の光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線に沿って見た光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図３】ガラス管の変位とフォトディテクタに照射された反射光の位置変化との関係を説明するための説明図である。
【図４Ａ】図1のコントローラによって実行される厚さ測定プログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】前記厚さ測定プログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置における光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図５Ｂ】図５ＢのＢ−Ｂ線に沿って見た光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【図７Ａ】図６の分光ユニットの構造を詳細に示す構成図である。
【図７Ｂ】図６の測定ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図８Ａ】図６のコントローラによって実行される厚さ測定プログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図８Ｂ】前記厚さ測定プログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。この厚さ測定装置は、ガラス管などのような透光性管状物体の厚さを、レーザ光を透光性管状物体に照射して、透光性管状物体からの反射光を受光することにより測定するものである。透光性管状物体は、本実施形態では、細いガラス管Ｇである。厚さ測定装置は、ガラス管Ｇを保持して移動させるワーク駆動装置１０と、ガラス管Ｇの厚さを測定するために測定用レーザ光をガラス管Ｇに照射するとともにガラス管Ｇからの反射光を受光する光ヘッド１００と、ワーク駆動装置１０及び光ヘッド１００を支持する支持装置２０を備えている。
【００１８】
支持装置２０は、水平部２０ａ及び垂直部２０ｂからなるＬ字型に一体形成されている。水平部２０ａの図示左端部側には、Ｘ軸方向フィードモータ１１が組み付けられている。Ｘ軸方向フィードモータ１１は、その出力回転軸をＸ軸方向（図面の上下方向）に延設されたスクリューロッド１２の下端に連結させて、回転によりスクリューロッド１２をＸ軸線周りに回転させる。なお、Ｙ軸方向は紙面の垂直方向とし、Ｚ軸方向は図面の左右方向とする。スクリューロッド１２の上端は、垂直部２０ｂの上端にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド１２には、移動体１３がナットを介して螺合されている。移動体１３は、スクリューロッド１２に対する回転が規制され、スクリューロッド１２の回転によりスクリューロッド１２の軸線方向に移動する。すなわち、移動体１３は、スクリューロッド１２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００１９】
Ｘ軸方向フィードモータ１１内には、エンコーダ１１ａが組み込まれている。このエンコーダ１１ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。なお、パルス列信号ΦA，ΦBは互いにπ／２だけ位相のずれた信号であり、この位相ずれによりＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向が判別される。エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０と移動位置検出回路１１１に入力される。移動位置検出回路１１１は、後述するコントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ１１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数から移動体１３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動体１３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では上側の移動限界位置）となる。
【００２０】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１１から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０を駆動して移動体１３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｘ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１１から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ１１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１１から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動させる。
【００２１】
また、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０には、移動体１３の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ２００により入力される。そして、コントローラ２００から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBのＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向を含む単位時間当たりのパルス数から移動体１３の移動方向を含む移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにＸ軸方向フィードモータ１１を駆動制御する。
【００２２】
移動体１３には、スピンドルモータ１４が組み付けられている。スピンドルモータ１４の出力回転軸の先端には、ガラス管Ｇの一端（上端）を固定するための固定具１５が組み付けられている。したがって、固定具１５にガラス管Ｇを固定した状態で、スピンドルモータ１４を回転させることにより、ガラス管Ｇは軸線周りに回転する。
【００２３】
スピンドルモータ１４内には、エンコーダ１４ａが組み込まれている。エンコーダ１４ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１の場合と同様に、スピンドルモータ１４の回転方向の情報を含むパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。また、エンコーダ１４ａは、基準回転位置ごとにインデックス信号Indexも出力する。エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、スピンドルモータ制御回路１１２に入力される。スピンドルモータ制御回路１１２は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBの単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ１４の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ２００によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ１４の回転を制御する。
【００２４】
エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦB及びインデックス信号Indexは、回転角度検出回路１１３に入力される。回転角度検出回路１１３は、インデックス信号Indexの到来によりカウント値を「０」にリセットし、パルス列信号ΦA又はΦBの到来ごとにカウント値をアップさせて、カウント値をスピンドルモータ１４の回転角度を表す信号としてコントローラ２００に出力する。
【００２５】
支持装置２０の水平部２０ａの図示右端部には、Ｚ軸方向フィードモータ２１が組み付けられている。Ｚ軸方向フィードモータ２１は、その出力回転軸をＺ軸方向に延設されたスクリューロッド２２の右端に連結させて、回転によりスクリューロッド２２をＺ軸線周りに回転させる。スクリューロッド２２の左端は、水平部２０ａの上面にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド２２には、テーブル２３がナットを介して螺合されている。テーブル２３は、スクリューロッド２２に対する回転が規制され、スクリューロッド２２の回転によりスクリューロッド２２の軸線方向に移動する。すなわち、テーブル２３は、スクリューロッド２２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００２６】
Ｚ軸方向フィードモータ２１内には、エンコーダ２１ａが組み込まれている。このエンコーダ２１ａも、Ｘ軸方向フィードモータ１１と同様なパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、移動位置検出回路１１５に入力される。移動位置検出回路１１５は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ２１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＺ軸方向フィードモータ２１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数からテーブル２３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、テーブル２３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では左側の移動限界位置）となる。
【００２７】
Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１５から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｚ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１５から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ２１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１５から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。
【００２８】
テーブル２３上には、光ヘッド１００が固定されている。図１は、平面内に全ての部品を網羅した光ヘッド１００の概念図である。図２Ａ及び図２Ｂは、この光ヘッド１００を詳細に示しており、図２Ａは光ヘッド１００をガラス管Ｇの中心軸方向（Ｘ軸方向）から見た図であり、図２Ｂは光ヘッド１００を図２Ａの矢印Ｂ−Ｂ線に沿って見た図である。なお、図２Ａ及び図２Ｂにおいては、見た方向に重なっている部品に関しては適宜省略されている。具体的には、図２Ａでは、後述する測定用レーザ光源３０、ラインセンサ３９及び測定用レーザ光の光路上にある部品が省略されている。図２Ｂでは、サーボ用レーザ光の反射光の光路上にある部品が省略されている。
【００２９】
光ヘッド１００は、測定用レーザ光源３０を有する。測定用レーザ光源３０から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、その大部分がビームスプリッタ３２を通過して、リレーレンズ３３，３４を介してガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５で反射されてガラス管Ｇに照射される。リレーレンズ３３，３４は、測定用レーザ光の断面径を小さくするために利用される。ガルバノミラー３５は、ミラーの平面がＸ軸方向に平行であって、モータ３６の駆動軸に組付けられた回転軸を有する。これにより、ガルバノミラー３５は、モータ３６によって正転・逆転駆動されて、入射した測定用レーザ光を反射してその光軸方向を変更する。ガラス管Ｇに照射される測定用レーザ光の光軸は、Ｘ−Ｚ平面に平行で、ガラス管Ｇの軸線（すなわちＸ軸）に対して予め決められた角度だけ傾いている。
【００３０】
一方、ビームスプリッタ３２で反射された一部の測定用レーザ光は、集光レンズ３７によりフォトディテクタ３８の受光面に集光される。フォトディテクタ３８は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。フォトディテクタ３８からの受光信号は測定用レーザ駆動回路１１６に供給される。測定用レーザ駆動回路１１６は、コントローラ２００によって作動制御され、測定用レーザ光源３０を駆動制御する。この場合、測定用レーザ駆動回路１１６は、フォトディテクタ３８からの受光信号を用いて測定用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、測定用レーザ光源３０は常に適正な強度の測定用レーザ光を出射する。
【００３１】
ガラス管Ｇに照射された測定用レーザ光は、まずガラス管Ｇの外周面で反射されてガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５にて反射されてラインセンサ３９によって受光される。また、ガラス管Ｇに照射された測定用レーザ光は、ガラス管Ｇの表面で屈折してガラス管Ｇの肉厚部分に侵入し、ガラス管Ｇの内周面で反射してガラス管Ｇの外周面に導かれる。ガラス管Ｇの外周面に導かれた測定用レーザ光は、ガラス管Ｇの外周面でふたたび屈折して外部に導かれ、ガルバノミラー３５で反射されてラインセンサ３９に到達する。ラインセンサ３９は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の画素が直線に配列された受光素子であり、前記ガラス管Ｇの外周面で反射した測定用レーザ光と、ガラス管Ｇの内周面で反射した測定用レーザ光の受光位置はガラス管Ｇの厚さに応じて異なる。
【００３２】
ラインセンサ３９には、センサ信号取出回路１１７が接続されている。センサ信号取出回路１１７は、コントローラ２００により制御されて、予め決められた周期でラインセンサ３９の各画素の信号を導出し、画素ごとに、信号強度に相当するディジタルデータと画素位置のディジタルデータとを対にしてコントローラ２００に出力する。
【００３３】
また、光ヘッド１００は、サーボ用レーザ光源４０を有する。サーボ用レーザ光源４０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ４１で平行光に変換され、その大部分が偏光ビームスプリッタ４２を通過してガルバノミラー３５に入射する。ガルバノミラー３５で反射されたサーボ用レーザ光は、１／４波長板４３及び対物レンズ４４を介してガラス管Ｇの外周面に照射される。この場合、ガラス管Ｇの外周面に照射される測定用レーザ光の光軸はＺ軸であり、測定用レーザ光はガラス管Ｇの外周面上で集光されて小さな光スポットを形成するように設定されている。
【００３４】
一方、偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光源４０からの一部のサーボ用レーザ光は、集光レンズ４５によりフォトディテクタ４６の受光面に集光される。フォトディテクタ４６は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。フォトディテクタ４６からの受光信号はサーボ用レーザ駆動回路１１８に供給される。サーボ用レーザ駆動回路１１８は、コントローラ２００によって作動制御され、サーボ用レーザ光源４０を駆動制御する。この場合、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、フォトディテクタ４６からの受光信号を用いてサーボ用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、サーボ用レーザ光源４０は常に適正な強度のサーボ用レーザ光を出射する。
【００３５】
サーボ用レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、対物レンズ４４によって平行光に変換され、１／４波長板４３を介してガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５で反射されて偏光ビームスプリッタ４２に導かれて、偏光ビームスプリッタ４２で反射される。偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、ビームスプリッタ４７を透過し、残りの半分はビームスプリッタ４７で反射する。ビームスプリッタ４７を透過したサーボ用レーザ光の反射光は、２分割のフォトディテクタ４８で受光される。フォトディテクタ４８は、図３に示すように、受光領域が図示左右（Ｙ軸方向）に２分割された２つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂに入射したサーボ用レーザ光の強度に比例した検出信号を受光信号（ａ，ｂ）として出力する。また、フォトディテクタ４８は、Ｚ軸方向から見てガラス管Ｇの中心軸がスピンドルモータ１４の回転軸と一致しているときに、図３（ｂ）に示すように、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光が受光領域の分割線ＤＩＶにより２分割される位置に配置される。
【００３６】
フォトディテクタ４８から出力される受光信号（ａ，ｂ）は、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９は、受光信号（ａ，ｂ）を増幅した後、これらの信号を使って光強度の差（ａ−ｂ）を演算し、その演算結果をＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）としてＹ軸方向サーボ回路１２０に出力する。ガラス管Ｇの位置がＹ軸方向に変動すると、図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、その変動位置に応じてガラス管Ｇに照射されるサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の位置が変化し、これに伴って、フォトディテクタ４８に受光される反射光ＲＬの位置が変化する。このため、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）の大きさは、ガラス管Ｇの中心軸とスピンドルモータ１４の回転軸とのＹ軸方向におけるずれ量を表すものとなる。
【００３７】
Ｙ軸方向サーボ回路１２０及びＹ軸方向ドライブ回路１２１の動作に関しては、Ｙ軸方向サーボ回路１２０が、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいて、Ｙ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）が「０」になるようにＹ軸方向サーボ信号を発生し、Ｙ軸方向ドライブ回路１２１がＹ軸方向サーボ信号に基いてモータ３６に駆動信号を出力して、ガルバノミラー３５をＸ軸周りに回転させる。したがって、フォトディテクタ４８に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるようにガルバノミラー３５のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなる。このため、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び測定用レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。
【００３８】
ビームスプリッタ４７で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、集光レンズ４９にて２分割のフォトディテクタ５０に集光される。集光レンズ４９とフォトディテクタ５０との間にはナイフ５１が設けられている。これら集光レンズ４９、フォトディテクタ５０及びナイフ５１は、光ディスク装置でよく用いられるナイフエッジ法によるフォーカスサーボに利用されるものである。２分割のフォトディテクタ５０は、領域ごとの入射したサーボ用レーザ光の強度を表す信号をそれぞれＺ軸方向エラー信号生成回路１２２に出力する。
【００３９】
Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２は、入力した２信号の差をＺ軸方向エラー信号として、Ｚ軸方向サーボ回路１２３に出力する。なお、Ｚ軸方向エラー信号は、いわゆるフォーカスエラー信号である。Ｚ軸方向サーボ回路１２３はＺ軸方向エラー信号に基づいてＺ軸方向サーボ信号を生成してＺ軸方向ドライブ回路１２４に出力し、Ｚ軸方向ドライブ回路１２４はこのＺ軸方向サーボ信号に基づいてフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動制御する。フォーカスアクチュエータ４４ａは、対物レンズ４４を光軸方向に変位させて、対物レンズ４４の焦点を光軸方向に変位させる。この場合、ガラス管Ｇの直径はある程度大きいので、この方法で対物レンズ４４の焦点をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。ナイフエッジ法を用いるのは、２分割のフォトディテクタ５０が出力する２つの信号の差がガラス管ＧのＺ軸方向の変位のみにより起こるようにするためである。
【００４０】
また、この透光性管状物体の厚さ測定装置は、コントローラ２００、入力装置２０２及び表示装置２０４も備えている。コントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ及びハードディスクなどの大容量の不揮発性メモリを有するコンピュータ装置によって構成され、図４Ａ及び図４Ｂに示す厚さ測定プログラムの実行により、各種回路を制御してガラス管Ｇの厚さを測定する。入力装置２０２は、キーボードからなり、作業者が種々の情報を入力するとともに、コントローラ２００の作動に対して指示する。表示装置２０４は、コントローラ２００によって制御された各種情報を表示する。
【００４１】
次に、上記のように構成した厚さ測定装置の動作を説明する。まず、作業者は、ガラス管Ｇの上端部を固定具１５に固定し、入力装置２０２を操作してガラス管Ｇの長さを入力する。そして、作業者、入力装置２０２を操作することにより、コントローラ２００に図４Ａ及び図４Ｂの厚さ測定プログラムを実行させる。
【００４２】
コントローラ２００は、この厚さ測定プログラムの実行を図４ＡのステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて変数ｎを「０」に設定する。この変数ｎは、ラインセンサ３９からのセンサ信号、回転角度検出回路１１３からの回転角度データ及び移動位置検出回路１１１からのＸ軸方向位置データの取込みタイミングを規定するものである。
【００４３】
前記ステップＳ１０２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１０４にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０に対してガラス管Ｇを測定開始位置まで移動するように指示する。具体的には、測定用レーザ光がガラス管Ｇの測定開始点に照射されるようなＸ軸方向位置を測定開始位置としてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。測定開始位置は、以下のＡ，Ｂ，ＣからＡ−Ｂ＋Ｃの計算を行うことで求められる。なお、Ａ，Ｃは予めコントローラ２００に記憶されている。
Ａ：移動体１３のＸ軸方向位置が原点位置にある状態（すなわち移動体１３の上側移動限界位置にある状態）で、固定具１５にガラス管Ｇを固定したときに固定具１５内でガラス管Ｇの上側の先端位置からサーボ用レーザ光の光軸までのＸ軸方向距離
Ｂ：入力装置２０２を用いて入力されたガラス管Ｇの長さ（Ｂ＜Ａ）
Ｃ：ガラス管Ｇにおける下側の先端位置から測定開始点までの距離
【００４４】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させることにより、スクリューロッド１２を軸線周りに回転させて移動体１３をＸ軸方向に移動させ、ガラス管ＧをＸ軸線方向に測定開始位置に向かって移動させる。このガラス管ＧのＸ軸方向への移動中、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、移動位置検出回路１１１から移動体１３（すなわちガラス管Ｇ）のＸ軸方向位置を表すＸ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＸ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定開始位置を示すと、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させて、移動体１３及びガラス管ＧのＸ軸方向への移動を停止させる。
【００４５】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０４の処理後、ステップＳ１０６にて、移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを入力して、入力したＸ軸方向位置データが測定開始位置以上になったかを判定する。Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１０６にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行する。そして、Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１０６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１０８に進む。
【００４６】
ステップＳ１０８においては、コントローラ２００は、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４に対して光ヘッド１００を測定用設定位置まで移動するように指示する。具体的には、サーボ用レーザ光がガラス管Ｇの外周面上に集光されてスポットが形成されるようなＺ軸方向位置を測定用設定位置としてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１を回転させることにより、スクリューロッド２２を軸線周りに回転させてテーブル２３をＺ軸方向に移動させ、テーブル２３及び光ヘッド１００をＺ軸方向に測定用設定位置に向かって移動させる。このテーブル２３及び光ヘッド１００のＺ軸方向への移動中、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、移動位置検出回路１１５からテーブル２３（すなわち光ヘッド１００）のＺ軸方向位置を表すＺ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＺ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定用設定位置を示すと、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１の回転を停止させて、テーブル２３及び光ヘッド１００のＺ軸線方向への移動を停止させる。
【００４７】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０８の処理後、ステップＳ１１０にて、移動位置検出回路１１５からＺ軸方向位置データを入力して、入力したＺ軸方向位置データが測定用設定位置以上になったかを判定する。Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行する。そして、Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１２に進む。
【００４８】
ステップＳ１１２においては、コントローラ２００は、測定用レーザ駆動回路１１６を作動開始させる。これにより、測定用レーザ駆動回路１１６は、測定用レーザ光源３０を駆動して測定用レーザ光を出射させる。この場合、測定用レーザ駆動回路１１６は、フォトディテクタ３８からの受光信号を用いて測定用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、測定用レーザ光源３０は常に適正な強度の測定用レーザ光を出射する。
【００４９】
測定用レーザ光源３０から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、その大部分がビームスプリッタ３２を通過してリレーレンズ３３，３４を介してガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５にて反射されてガラス管Ｇに照射される。ガラス管Ｇに照射された測定用レーザ光は、まずガラス管Ｇの外周面で反射され、ガルバノミラー３５にて反射されてラインセンサ３９によって受光される。また、ガラス管Ｇに照射された測定用レーザ光は、ガラス管Ｇの表面で屈折してガラス管Ｇの肉厚部分に侵入し、ガラス管Ｇの内周面で反射してガラス管Ｇの外周面に導かれる。ガラス管Ｇの外周面に導かれた測定用レーザ光は、ガラス管Ｇの外周面でふたたび屈折して外部に導かれてガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５にて反射されてラインセンサ３９に到達する。
【００５０】
前記ステップＳ１１２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１４にて、サーボ用レーザ駆動回路１１８を作動開始させる。これにより、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、サーボ用レーザ光源４０を駆動してサーボ用レーザ光を出射させる。この場合、サーボ用レーザ駆動回路１１８は、フォトディテクタ４６からの受光信号を用いてサーボ用レーザ光の強度をフィードバック制御するので、サーボ用レーザ光源４０は常に適正な強度の測定用レーザ光を出射する。
【００５１】
サーボ用レーザ光源４０から出射されたサーボ用レーザ光は、コリメートレンズ４１で平行光に変換され、その大部分が偏光ビームスプリッタ４２を通過してガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５にて反射されて１／４波長板４３及び対物レンズ４４を介してガラス管Ｇの外周面に照射される。サーボ用レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、対物レンズ４４によって平行光に変換され、１／４波長板４３を介してガルバノミラー３５に入射し、ガルバノミラー３５にて反射されて偏光ビームスプリッタ４２に導かれ、偏光ビームスプリッタ４２で反射される。偏光ビームスプリッタ４２で反射されたサーボ用レーザ光の半分は、ビームスプリッタ４７を通過して２分割のフォトディテクタ４８で受光される。残りの半分はビームスプリッタ４７で反射して、集光レンズ４９によって集光され、ナイフ５１を介してフォトディテクタ５０に導かれる。フォトディテクタ４８で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号はＹ軸方向エラー信号生成回路１１９に供給され、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９はこの受光信号に基づいてＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）を生成する。一方、フォトディテクタ５０で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号はＺ軸方向エラー信号生成回路１２２に供給され、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２はこの受光信号に基づいてＺ軸方向エラー信号（すなわち、フォーカスエラー信号）を生成する。
【００５２】
前記ステップＳ１１４の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１６にてＹ軸方向サーボ回路１２０に作動開始を指示する。これに応答して、Ｙ軸方向サーボ回路１２０は、作動を開始して、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ−ｂ）に基づいてＹ軸方向サーボ信号を作成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１２１を介してモータ３６を駆動制御して、ガルバノミラー３５のＸ軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、フォトディテクタ４８に受光されたサーボ用Ｚ軸方向レーザ光の反射光が、受光面の中央に維持されるようにガルバノミラー３５のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管ＧがＹ軸方向に変位しても、その変位に応じてガルバノミラー３５がＸ軸方向に平行な直線周りに回転制御され、サーボ用Ｚ軸方向レーザ光及び測定用レーザ光の光軸が常にガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。
【００５３】
前記ステップＳ１１６の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１８にてＺ軸方向サーボ回路１２３に作動開始を指示する。これに応答して、Ｚ軸方向サーボ回路１２３は、作動を開始して、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２から入力したＺ軸方向エラー信号に基づいてＺ軸方向サーボ信号を発生し、Ｚ軸方向ドライブ回路１２４を介してフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動して、対物レンズ４４をＺ軸方向にサーボ制御（すなわちフォーカスサーボ制御）する。これにより、サーボ用レーザ光の焦点位置をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。
【００５４】
前記ステップＳ１１８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１２０にて、センサ信号取出回路１１７に対して作動開始を指示する。これに応答して、センサ信号取出回路１１７は作動を開始し、予め決められた周期でラインセンサ３９の各画素の信号を導出し、画素ごとに、信号強度に相当するディジタルデータと画素位置のディジタルデータとを対にしてコントローラ２００に出力し始める。コントローラ２００は、ステップＳ１２２にて前記ラインセンサ３９から出力される信号強度と画素位置を表すディジタルデータを入力する。この場合、ラインセンサ３９に入力される反射光は、図２Ｂに示すように、ガラス管Ｇの外周面の反射光とガラス管Ｇの内周面の反射光であり、信号強度は２つのピーク値を有する。そして、ステップＳ１２２においては、この２つのピーク値のうちの一方のピーク値が位置するラインセンサ３９上の位置（ピーク位置）を計算する。本実施形態においては、ガラス管Ｇの外周面で反射した測定用レーザ光に関するピーク値、すなわち図２Ｂにてラインセンサ３９の上側のピーク値が位置するラインセンサ３９上の位置（ピーク位置）を計算する。
【００５５】
前記ステップＳ１２２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて、前記計算したピーク位置からラインセンサ３９上の予め決められた設定位置を減算して、減算結果の絶対値が所定の小さな許容値以下であるかを判定する。この場合、予め決められた設定位置とは、ラインセンサ３９の長尺方向の中心位置から、図２Ｂにて若干上方の位置である。そして、この位置は、フォーカスサーボ制御による対物レンズ４４の変位が原点位置を中心に行われる位置である。前記絶対値が許容値以下であれば、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて「Ｙｅｓ」と判定して、図４ＢのステップＳ１３２に進む。一方、前記絶対値が許容値よりも大きければ、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２６に進む。
【００５６】
ステップＳ１２６においては、コントローラ２００は、前記減算結果（ピーク位置−設定位置）からＺ軸方向への移動距離を検出し、現在のＺ軸方向位置に移動距離を加算してテーブル２３のＺ軸方向移動位置を計算する。なお、この移動距離の計算においては、減算結果（ピーク位置−設定位置）に対するテーブル２３のＺ軸方向への移動距離を示す変換関数又は変換テーブルを予め用意しておき、この変換関数又は変換テーブルを用いる。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２８にてテーブル２３の移動位置をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１の作動を制御するとともに、移動位置検出回路１１５からテーブル２３のＺ軸方向位置を入力して、テーブル２３を前記入力された移動位置まで移動する。前記ステップＳ１２８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１３０にて、移動位置検出回路１１５からテーブル２３の移動位置を入力して、前記入力した移動位置が前記Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４に指示した移動位置に達したか否かを判定する。テーブル２３の移動位置が前記指示した移動位置に達するまで、コントローラ２００はステップＳ１３０にて「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１３０の処理を続ける。一方、テーブル２３の移動位置が前記指示した移動位置に達すると、コントローラ２００はステップＳ１３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、前述したステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理を実行する。これらのステップＳ１２２〜Ｓ１３０の処理により、ガラス管Ｇの外周面にて反射した測定用レーザ光の光軸位置がラインセンサ３９の長尺方向中央位置から若干だけ上に位置するようになる。そして、この状態では、ガラス管Ｇの外周面で反射した測定用レーザ光の光軸と、ガラス管Ｇの内周で反射した測定用レーザ光の光軸の中央がラインセンサ３９の長尺方向中央にほぼ位置する。なお、ステップＳ１２２からステップＳ１３０までの処理を行うのは、厚さ測定を行うガラス管Ｇの直径がガラス管Ｇによって多少変化するため、光ヘッド１００からガラス管Ｇの表面までの距離を一定にして、サーボ用レーザ光が集光する位置に測定用レーザ光が照射されるようにするためである。
【００５７】
ステップＳ１３２においては、コントローラ２００は、スピンドルモータ制御回路１１２にガラス管Ｇの軸線周りの回転開始を指示するとともに、回転速度も指示する。スピンドルモータ制御回路１１２は、エンコーダ１４ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したスピンドルモータ１４の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された回転速度で回転するように、スピンドルモータ１４を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された回転速度で軸線周りに回転し始める。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１３４にて、回転角度検出回路１１３に作動開始を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３は、スピンドルモータ１４の回転角度（ガラス管Ｇの軸線周りの回転角度）を表す回転角度データをコントローラ２００に出力し始める。
【００５８】
前記ステップＳ１３４の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１３６にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０にガラス管ＧのＸ軸方向への移動開始を指示するとともに、移動速度も指示する。Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、エンコーダ１１ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したＸ軸方向フィードモータ１１の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された移動速度でＸ軸方向（図示下方向）に移動するように、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された移動速度でＸ軸方向に移動し始める。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１３８にて、タイマによる時間計測を開始させる。
【００５９】
前記ステップＳ１３８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１４０にて計測時間が所定の短時間Ｔに変数ｎを乗算した乗算結果ｎＴ以上であるかを判定する。いま、変数ｎは「０」であるので、コントローラ２００は、ステップＳ１４０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１４２にてセンサ信号取出回路１１７から最新のセンサ信号を取込み、ステップＳ１４４にて回転角度検出回路１１３から回転角度データを取込み、ステップＳ１４６にて移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを取込む。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１４８にて、ガラス管Ｇの厚さを計算する。
【００６０】
このガラス管Ｇの計算においては、ラインセンサ３９によって受光されたガラス管Ｇの外周面及び内周面での２つの反射測定用レーザ光の各ピーク値の位置（ピーク位置）を検出する。この場合、ピーク値は、ガラス管Ｇの外周面及び内周面でそれぞれ反射した測定用レーザ光の光軸にそれぞれ対応する。次に、前記検出した２つのピーク位置を用いて、２つのピーク位置間の距離を求める。そして、ピーク位置間の距離から、予め用意された変換関数又は変換テーブルを用いて、測定用レーザ光が照射されている位置のガラス管Ｇの厚さを計算する。この変換関数又は変換テーブルは、ガラス管Ｇの屈折率及び測定用レーザ光のガラス管Ｇの軸線に対する角度が定まれば一義的に決まるものであり、ガラス管の屈折率が分かっていない場合には、ガラス管Ｇの屈折率を測定して入力することで定める。なお、測定用レーザ光のガラス管Ｇの軸線に対する角度は本実施形態による装置によって定まるものである。そして、このステップＳ１４８においては、計算されたガラス管Ｇの厚さを、前入力した回転角度データ及びＸ方向位置データと対応付けてメモリに記憶しておく。
【００６１】
前記ステップＳ１４８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１５０にて、前記取込んだＸ軸方向位置データによって表されたＸ軸方向位置が測定終了位置以上を示しているか、すなわちガラス管Ｇの長さから設定される測定終了位置以上にガラス管Ｇが既に移動されたかを判定する。また、コントローラ２００は、ステップＳ１５２において、前記取込んだセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが無いか、すなわち測定用レーザ光の照射位置がガラス管Ｇの端部を通り過ぎてしまったか、又はサーボ制御が行われていないかを判定する。Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示しておらず、かつセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが有れば、コントローラ２００は、ステップＳ１５０，Ｓ１５２にて共に「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１５４にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１４０に戻る。そして、計測開始されてからの時間がｎＴ以上になるごとに、コントローラ２００は、前述したステップＳ１４２〜Ｓ１４８の処理を繰り返し行う。これにより、メモリには、回転角度データによって表されたガラス管Ｇの軸線周りの角度及びＸ方向位置データによって表されたガラス管Ｇの軸線方向位置ごとに、ガラス管Ｇの厚さを表すデータが記憶されていく。
【００６２】
そして、Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示し、又はセンサ信号中に設定値以上の強度を示す受光データが無くなると、コントローラ２００は、ステップＳ１５０又はＳ１５２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１５６以降に進む。コントローラ２００は、ステップＳ１５６にてスピンドルモータ制御回路１１２にスピンドルモータ１４の作動停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路１１２はスピンドルモータ１４の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線周りの回転が停止する。つぎに、コントローラ２００は、ステップＳ１５８にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０にＸ軸方向フィードモータ１１の作動停止を指示する。これにより、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０はＸ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線方向（Ｘ軸方向）の移動が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１６０にてＹ軸方向サーボ回路１２０に作動停止を指示し、ステップＳ１６２にてＺ軸方向サーボ回路１２３に作動停止を指示する。これらの処理により、ガルバノミラー３５のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角のサーボ制御（サーボ用Ｚ軸方向レーザ光のＹ軸方向のサーボ制御）及び対物レンズ４４のＺ軸方向へのサーボ制御（フォーカスサーボ制御）も停止する。
【００６３】
前記ステップＳ１６２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１６４にて測定用レーザ駆動回路１１６に測定用レーザ光源３０の駆動停止を指示し、ステップＳ１６６にてサーボ用レーザ駆動回路１１８にサーボ用レーザ光源４０の駆動停止を指示する。これにより、測定用レーザ光源３０による測定用レーザ光のガラス管Ｇに対する照射も、サーボ用レーザ光源４０によるサーボ用レーザ光のガラス管Ｇに対する照射も停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１６８にて回転角度検出回路１１３の作動停止を指示し、ステップＳ１７０にてセンサ信号取出回路１１７の作動停止を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３が作動停止して角度データがコントローラ２００に入力されなくなるとともに、センサ信号取出回路１１７も作動停止してセンサ信号がコントローラ２００に入力されなくなる。
【００６４】
前記ステップＳ１７０の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１７２にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に移動体１３のＸ軸方向駆動限界位置への移動を指示し、ステップＳ１７４にてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４にテーブル２３のＺ軸方向駆動限界値への移動を指示する。これらの移動指示により、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は移動体１３をＸ軸方向駆動限界位置まで移動させ、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４がテーブル２３をＺ軸方向駆動限界値まで移動させる。これにより、ガラス管Ｇの厚さ測定開始前と同じ状態になるので、作業者は固定具１５からガラス管Ｇを取外し、次に測定したガラス管Ｇをセットして前述した厚さ測定をふたたび行うことができる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１７６にて前述したガラス管Ｇの厚さの測定結果を表示装置２０４に表示して、ステップＳ１７８にて厚さ測定プログラムの実行を終了する。
【００６５】
上記説明からも理解できるように、上記第１実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置によれば、測定用レーザ光及びサーボ用レーザ光が、光軸位置を変化させることができるガルバノミラー３５を介してガラス管Ｇの表面に照射される。ガラス管Ｇの表面にて反射された測定用レーザ光は、ふたたびガルバノミラー３５を介してラインセンサ３９に導かれる。すなわち、ラインセンサ３９は、ガラス管Ｇの外周面で反射する測定用レーザ光の反射光とガラス管Ｇの内周面で反射する測定用レーザ光の反射光の両反射光を受光して、受光信号を出力する。コントローラ２００は、このラインセンサ３９による受光信号に基いて、測定用レーザ光の照射位置のガラス管Ｇの厚さを検出する。一方、ガラス管Ｇの表面にて反射されたサーボ用レーザ光はフォトディテクタ４８に導かれて、フォトディテクタ４８は、サーボ用レーザ光のガラス管Ｇの中心軸からのＹ軸方向のずれ量を検出して、検出したずれ量を表す信号を出力する。そして、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９、Ｙ軸方向サーボ回路１２０及びＹ軸方向ドライブ回路１２１が、モータ３６を駆動制御することにより、サーボ用レーザ光及び測定用レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と交差するように、ガルバノミラー３５のＸ軸線に平行な直線周りの回転角をサーボ制御する。これにより、ガラス管Ｇの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、サーボ用レーザ光及び測定用レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と交差させることができるので、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを的確に測定することができる。
【００６６】
また、上記第１実施形態においては、サーボ用レーザ光を集光レンズ４９及びナイフ５１を介してフォトディテクタ５０で受光し、この受光に基づいて、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２、Ｚ軸方向サーボ回路１２３及びＺ軸方向ドライブ回路１２４がフォーカスアクチュエータ４４ａを駆動することにより、対物レンズ４４をＺ軸方向にサーボ制御（すなわちフォーカス制御）する。これにより、サーボ用レーザ光の焦点位置をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することができる。
【００６７】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、測定用レーザ光を出射する測定用レーザ光源３０と、サーボ用レーザ光を出射するサーボ用レーザ光源４０とを別々に設けるようにした。しかし、第２実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、測定用レーザ光とサーボ用レーザ光とを１つのレーザ光として共通に出射するレーザ光源６０を備えている。なお、図６Ａ及び図６Ｂは、図２Ａ及び図２Ｂの表示態様に合わせて、光ヘッド１００を詳細に示している。
【００６８】
レーザ光源６０から出射されたレーザ光は、上記第1実施形態のコリメートレンズ３１，４１に代わる共通のコリメートレンズ６１を介して、ビームスプリッタ６２に入射する。ビームスプリッタ６２は、レーザ光源６０から出射されたレーザ光を適切な強度割合になるように分割して、測定用レーザ光とサーボ用レーザ光を生成する。測定用レーザ光は、上記第1実施形態の場合と同様なビームスプリッタ３２に入射する。サーボ用レーザ光は、新たに設けたミラー６３で反射し、上記第1実施形態の場合と同様な偏光ビームスプリッタ４２に入射する。他の構成は、上記第１実施形態と同様であり、上記第1実施形態と同様な符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
上記のように構成した第２実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置においては、レーザ光源６０から出射されたレーザ光がコリメートレンズ６１を介してビームスプリッタ６２に入射され、ビームスプリッタ６２が測定用レーザ光とサーボ用レーザ光を生成する。そして、測定用レーザ光はビームスプリッタ３２に入射され、サーボ用レーザ光はミラー６３を介して偏光ビームスプリッタ４２に入射される。それ以外の動作は、上記第1実施形態の場合と全く同一である。したがって、この第２実施形態によっても、上記第１実施形態の場合と同様に、ガラス管Ｇの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、サーボ用レーザ光及び測定用レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と交差させることができるので、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを的確に測定することができる。また、サーボ用レーザ光の焦点位置をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することもできる。さらに、この第２実施形態では、上記第１実施形態に比べて、単にミラー６３とビームスプリッタ６２を追加するだけで、測定用レーザ光とサーボ用レーザ光とに対して共通のレーザ光源６０及びコリメートレンズ６１を用いているので、レーザ光源、光学部品の数及びレーザ駆動回路の数を減らすことができるため、装置の製造コストを安価に抑えることができる。
【００７０】
ｃ．第３実施形態
上記第１及び第２実施形態においては、測定用レーザ光とサーボ用レーザ光とをガラス管Ｇにそれぞれ別々に照射した。しかし、第３実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置は、図６に示すように、１つのレーザ光をガラス管Ｇに照射し、反射光を詳しくは後述するビームスプリッタ８０で適切な強度割合になるように分割し、一方を厚さ測定に用い、他方をサーボ制御に用いるようにしている。また、この第３実施形態においては、ガラス管Ｇの中心軸に対して垂直方向からレーザ光を照射し、反射光を用いてガラス管Ｇの厚さ測定を行うことになるが、これには、背景技術の項で説明したように、スーパー・ルミネセント・ダイオード光源（以下、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源という）のように広波長帯域のレーザ光を照射し、反射光を回折格子で分光したときの受光曲線からガラス管Ｇの厚さを導出する周知の技術を用いる。
【００７１】
さらに、この第３実施形態においては、上記第１及び第２実施形態で用いた光ヘッド１００が大きくなることを回避するために、上記光ヘッド１００の機能を、分光ユニット１００Ａ及び測定ヘッド１００Ｂの２つに分散させている。そして、分光ユニット１００Ａ及び測定ヘッド１００Ｂを光ファイバー７０で光学的に連結している。測定ヘッド１００Ｂは、上記第１実施形態の場合と同様に、テーブル２３に固定されている。
【００７２】
分光ユニット１００Ａは、図７Ａに詳細に示すように、広波長帯域のレーザ光を出射するＳＬＤ光源７１を有する。ＳＬＤ光源７１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ７２で平行光に変換され、リレーレンズ７３，７４で断面径が小さくされて、ビームスプリッタ７５に導かれる。ビームスプリッタ７５は、リレーレンズ７３，７４からの入射光をそのまま透過し、光ファイバー７０を介して測定ヘッド１００Ｂに導く。逆に、測定ヘッド１００Ｂから光ファイバー７０を介してビームスプリッタ７５に導かれたレーザ光は、ビームスプリッタ７５で反射されて、反射型の回折格子７６に導かれて一連のスペクトルに分散されてラインセンサ７７に導かれる。ラインセンサ７７は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等で形成されている。なお、前記反射型の回折格子７６に代えて透光型の回折格子を用い、ビームスプリッタ７５からの反射光を透光型の回折格子を介してラインセンサ７７に導くようにしてもよい。
【００７３】
測定ヘッド１００Ｂは、光ファイバー７０によって伝播されたレーザ光の断面径を大きくするためのリレーレンズ７８，７９を有する。リレーレンズ７８，７９によって断面径の大きくされたレーザ光は、ビームスプリッタ８０を通過してガルバノミラー８１に入射する。ガルバノミラー８１で反射されたレーザ光は、対物レンズ８３を介してガラス管Ｇの外周面に照射される。ガルバノミラー８１は、上記第１実施形態と同様に、モータ８２によってＸ軸線に平行な直線周りに回転駆動される。対物レンズ８３は、上記第１実施形態のアクチュエータ４４ａと同様なアクチュエータ８３ａによってＺ軸方向に駆動される。なお、この場合も、ガラス管Ｇの外周面に照射されるレーザ光の光軸はＺ軸方向であり、同レーザ光はガラス管Ｇの外周面上で集光されて小さな光スポットを形成するように設定されている。
【００７４】
レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、対物レンズ８３によって平行光に変換されてガルバノミラー８１に入射し、ガルバノミラー８１で反射されてビームスプリッタ８０に導かれる。ガルバノミラー８１で反射されてビームスプリッタ８０に入射したレーザ光の一部はビームスプリッタ８０を透過して、リレーレンズ７９，７８によって断面径が小さくされて光ファイバー７０内に導かれ、光ファイバー７０を介して分光ユニット１００Ａに導かれて厚さ測定に用いられる。また、ガルバノミラー８１で反射されてビームスプリッタ８０に入射したレーザ光の一部はビームスプリッタ８０で反射されて、ビームスプリッタ８４に導かれてサーボ制御に用いられる。
【００７５】
ビームスプリッタ８０で反射されたレーザ光（サーボ用レーザ光に相当する）は、その一部がビームスプリッタ８４を透過し、その一部がビームスプリッタ８４で反射する。ビームスプリッタ８４を透過したサーボ用レーザ光は、２分割のフォトディテクタ８５で受光される。このフォトディテクタ８５は上記第１実施形態のフォトディテクタ４８と同じであり、フォトディテクタ８５の出力はＹ軸方向エラー信号生成回路１１９に供給されて、上記第１実施形態の場合と同様にＹ軸方向エラー信号の生成に利用される。ビームスプリッタ８４で反射されたサーボ用レーザ光は、集光レンズ８６によって２分割のフォトディテクタ８７に集光される。集光レンズ８６とフォトディテクタ８７との間にはナイフ８８が設けられている。これら集光レンズ８６、フォトディテクタ８７及びナイフ８８は、上記第１実施形態の集光レンズ４９、フォトディテクタ５０及びナイフ５１と同様に、ナイフエッジ法によるフォーカスサーボに利用されるものであり、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２に出力されてＺ軸方向エラー信号の生成に用いられる。
【００７６】
また、この第３実施形態は、上記第１実施形態の測定用レーザ駆動回路１１６及びサーボ用レーザ駆動回路１１８に代わるレーザ駆動回路１３１を備えている点、上記第1実施形態には存在しない直流成分検出回路１３２及びスレッドサーボ回路１３３を備えている点、並びに上記第１実施形態のセンサ信号取出回路１１７に代わるデータ処理装置１４０を備えている点で、上記第1実施形態と異なる。他の構成に関しては、上記実施形態と同じであるので、同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７７】
レーザ駆動回路１３１は、コントローラ２００に指示されて、ＳＬＤ光源７１を駆動制御する。なお、この第３実施形態においては、ＳＬＤ光源７１の光量のフィードバック制御は省略されている。直流成分検出回路１３２は、Ｚ軸方向サーボ信号に含まれる直流成分を検出してスレッドサーボ回路１３３に出力する。スレッドサーボ回路１３３は、コントローラ２００によって指示されて、直流成分検出回路１３２からの直流成分が「０」になるように制御するサーボ制御信号を生成して、生成したサーボ制御信号をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に供給する。Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、コントローラ２００によるＺ軸方向フィードモータ２１の制御に加えて、このサーボ制御信号に応じてＺ軸方向フィードモータ２１をフィードバック制御する。これにより、ガラス管Ｇの径によらず、測定ヘッド１００Ｂからガラス管Ｇまでの距離は、常に、対物レンズ８３が中立位置を中心にＺ軸方向に変動する距離となる。
【００７８】
データ処理装置１４０は、コントローラ２００の指示により、設定された頻度でラインセンサ７７の各画素が出力する信号の大きさを表すディジタル形式の大きさデータをＡ／Ｄ変換して、Ａ／Ｄ変換した大きさデータを画素位置に対応させて記憶する。そして、データ処理装置１４０は、この記憶した大きさデータ（すなわち、受光曲線）を処理することでガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータをコントローラ２００に出力することを繰り返す。
【００７９】
このガラス管Ｇの厚さの計算について簡単に説明しておく。対物レンズ８３によってガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、ガラス管Ｇの表面と裏面との両面で反射して、前記両面での反射光は互いに干渉する。この場合、ＳＬＤ光源７１から出射されてガラス管Ｇに導かれたレーザ光は広波長帯域のレーザ光（すなわち波長の異なる成分を含むレーザ光）であり、前記干渉は同じ波長のレーザ光同士でのみ行われて、この干渉による波長ごとのレーザ光の強度はガラス管Ｇの厚さに依存する。なお、この第３実施形態においては、対物レンズ８３の開口数（ＮＡ）は小さく、焦点深度はガラス管Ｇの厚さ以上である。よって、ガラス管Ｇの表面と裏面とでのレーザ光の反射光は、元の光路を戻って干渉する。
【００８０】
一方、回折格子７６は、入射するレーザ光（測定用レーザ光に相当する）の波長によって回折の仕方を異ならせるので、ラインセンサ７７の受光位置とレーザ光の波長とは対応関係にある。すなわち、回折格子７６は、前記ガラス管Ｇの厚さに依存する干渉によって強度の大きさが異なるレーザ光の反射角を異ならせることになるので、ラインセンサ７７の位置と受光強度との関係を表す受光曲線は、ガラス管Ｇの厚さに関係する。その結果、ガラス管Ｇの厚さが異なれば、干渉の結果としての波長ごとの光強度が異なるため、ラインセンサ７７による受光曲線も異なり、受光曲線を解析することでガラス管Ｇの厚さを計算することができる。したがって、データ処理装置１４０からコントローラ２００には、ガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータが供給される。なお、受光曲線からガラス管Ｇの厚さを計算できない場合には、データ処理装置１４０からコントローラ２００に「測定不可」を表すデータが供給される。
【００８１】
上記のように構成した第３実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の動作について説明すると、この第３実施形態においては、上記第１実施形態の図４Ａ及び図４Ｂの厚さ測定プログラムに代えて、図８Ａ及び図８Ｂの厚さ測定プログラムがコントローラ２００によって実行される。この厚さ測定プログラムの実行は、図８ＡのステップＳ２００にて開始され、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１０２〜Ｓ１１０の処理と同様なステップＳ２０２〜Ｓ２１０により、変数ｎを「０」に初期設定するとともに、ガラス管ＧをＸ軸方向の測定開始位置まで移動し、上記第１実施形態の光ヘッド１００に代わる測定ヘッド１００ＢをＺ軸方向の測定用設定位置まで移動する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ２１２にて、レーザ駆動回路１３１を作動させて、ＳＬＤ光源７１を駆動することにより測定用及びサーボ用を兼用した広波長帯域のレーザ光を出射させる。この場合、レーザ光の強度に関するフィードバック制御が省略されている。
【００８２】
ＳＬＤ光源７１から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ７２で平行光に変換され、リレーレンズ７３，７４によって断面径が小さくされて、光ファイバー７０を伝播して、分光ユニット１００Ａから測定ヘッド１００Ｂに導かれる。測定ヘッド１００Ｂにおいては、光ファイバー７０によって伝播されたレーザ光は、リレーレンズ７８，７９によって断面径が大きくされ、ビームスプリッタ８０を介してガルバノミラー８１に入射する。ガルバノミラー８１はこの入射レーザ光を反射して対物レンズ８３に入射させ、対物レンズ８３は入射したレーザ光を集光してガラス管Ｇに照射する。ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、まずガラス管Ｇの外周面で反射され、対物レンズ８３に入射する。また、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、ガラス管Ｇの肉厚部分に侵入し、ガラス管Ｇの内周面で反射してガラス管Ｇの肉厚部を介して対物レンズ８３に入射する。したがって、ガラス管Ｇの外周面で反射したレーザ光と、ガラス管Ｇの内周面で反射したレーザ光は干渉し合って、対物レンズ８３に入射する。したがって、ガラス管Ｇの厚さにより、波長に応じて強度が異なる干渉レーザ光が対物レンズ８３に入射することになる。
【００８３】
対物レンズ８３に入射したレーザ光は、対物レンズ８３によって平行光に変換されて、ガルバノミラー８１に導かれて、ガルバノミラー８１で反射してビームスプリッタ８０に入射する。ビームスプリッタ８０は、入射したレーザ光の一部を透過してリレーレンズ７９，７８により断面径を小さくして、光ファイバー７０を介して分光ユニット１００Ａに測定用レーザ光として導く。分光ユニット１００Ａにおいては、光ファイバー７０によって伝播された測定用レーザ光を、ビームスプリッタ７５で反射させて、回折格子７６に入射させる。回折格子７６は、入射した測定用レーザ光を、波長に応じて反射角を異ならせてラインセンサ７７に入射させる。
【００８４】
一方、ビームスプリッタ８０は、ガルバノミラー８１から入射したレーザ光の一部を反射して、サーボ用レーザ光としてビームスプリッタ８４に入射させる。ビームスプリッタ８４は、入射したサーボ用レーザ光の一部を反射して、集光レンズ８６、ナイフ５１及びフォトディテクタ８７に導く。フォトディテクタ８７で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号は、上記第１実施形態の場合と同様に、Ｚ軸方向エラー信号生成回路１２２に供給されてＺ軸方向エラー信号の生成に用いられる。また、ビームスプリッタ８４は、入射したサーボ用レーザ光の一部を透過して、フォトディテクタ８５に導く。フォトディテクタ８５で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号は、上記第１実施形態の場合と同様に、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１９に供給されてＹ軸方向エラー信号の生成に用いられる。
【００８５】
前記ステップＳ２１２の処理後、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１１６、Ｓ１１８の処理と同様なステップＳ２１４，Ｓ２１６の処理により、Ｙ軸方向サーボ回路１２０及びＺ軸方向サーボ回路１２３の作動を開始させる。これにより、上記第１実施形態の場合と同様に、Ｘ軸方向に平行な直線周りのガルバノミラー８１の回転がサーボ制御され、測定用でありサーボ用であるレーザ光の光軸が常にガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。また、対物レンズ８３もＺ軸方向にサーボ制御（すなわちフォーカスサーボ制御）され、レーザ光の焦点位置がガラス管Ｇの表面に一致するように維持される。
【００８６】
前記ステップＳ２１６の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ２１８にて、スレッドサーボ回路１１３に作動開始を指示する。スレッドサーボ回路１１３は、この作動開始に応答して作動を開始し、直流成分検出回路１３２によって検出された、Ｚ軸方向サーボ回路１２３から供給されるＺ軸方向サーボ信号に含まれる直流成分を「０」に制御するサーボ制御信号を生成して、生成したサーボ制御信号をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に供給する。そして、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、このサーボ制御信号に応じてＺ軸方向フィードモータ２１の回転を制御して、テーブル２３すなわち測定ヘッド１００ＢのＺ軸方向にサーボ制御する。これにより、ガラス管Ｇの径によらず、測定ヘッド１００Ｂからガラス管Ｇまでの距離は、常に、対物レンズ８３が中立位置を中心にＺ軸方向に変動する距離となる。
【００８７】
前記ステップＳ２１８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ２２０にて、データ処理装置１４０に対して作動開始を指示する。これに応答して、データ処理装置１４０は、設定された頻度でラインセンサ７７の各画素が出力する信号の大きさを表す信号を入力して、この入力した信号に基いてガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータを予め決められた周期でコントローラ２００に出力し始める。
【００８８】
次に、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１３２〜Ｓ１３６と同様なステップＳ２２２〜Ｓ２２６の処理により、ガラス管Ｇを所定の回転速度で軸線周りに回転させ始め、回転角度検出回路１１３にガラス管Ｇの軸線周りの回転角度を表す回転角度データをコントローラ２００に出力させ始め、かつガラス管ＧをＸ軸方向に所定の移動速度で移動させ始める。
【００８９】
前記ステップＳ２２２〜Ｓ２２６の処理後、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１３８，Ｓ１４０，Ｓ１４４，Ｓ１４６，Ｓ１５４の処理と同様なステップＳ２２８〜Ｓ２３４，Ｓ２４２の処理により、所定の時間間隔ごとに、回転角度検出回路１１３から回転角度データを取込むとともに、移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを取込む。そして、この第３実施形態においては、コントローラ２００は、ステップＳ２３６にて、前記所定の時間間隔ごとに、データ処理装置１４０からガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータを取込み、この取込んだ厚さデータを、前記取込んだ回転角度データ及びＸ方向位置データと対応付けてメモリに記憶しておく。
【００９０】
また、前記ステップＳ２３０〜Ｓ２３６，Ｓ２４２を含む循環処理中、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１５０と同じステップＳ２３８の判定処理により、測定用レーザ光の照射位置がガラス管Ｇの端部を通り過ぎた場合には、ステップＳ２４４に進む。また、データ処理装置１４０から「測定不可」を表す信号を入力した場合も、ステップＳ２４０の判定処理により、ステップＳ２４４に進む。
【００９１】
ステップＳ２４０以降においては、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１５６〜Ｓ１６２と同じステップＳ２４４〜Ｓ２５０の処理により、ガラス管Ｇの軸線周りの回転、ガラス管Ｇの軸線方向（Ｘ軸方向）の移動、ガルバノミラー８１によるレーザ光のＹ軸方向へのサーボ制御及び対物レンズ８３のＺ軸方向へのサーボ制御（フォーカスサーボ制御）を停止させる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ２５２にて、レーザ駆動回路１３１にＳＬＤ光源７１の駆動停止を指示して、ＳＬＤ光源７１によるレーザ光の出射を停止させる。また、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１６８と同じステップＳ２５４の処理により、回転角度検出回路１１３の作動停止を停止させ、ステップＳ２５６の処理によりデータ処理装置１４０の作動も停止させる。
【００９２】
前記ステップＳ２５６の処理後、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１７２，Ｓ１７４と同様なステップＳ２５８，Ｓ２６０の処理により、移動体１３をＸ軸方向駆動限界位置まで移動させるとともに、テーブル２３をＺ軸方向駆動限界値まで移動させる。そして、コントローラ２００は、上記第１実施形態のステップＳ１７６と同様なステップＳ２６２の処理により、前述したガラス管Ｇの厚さの測定結果を表示装置２０４に表示して、ステップＳ２６４にて厚さ測定プログラムの実行を終了する。
【００９３】
上記のように動作する第３実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置においては、上記第１実施形態と同様なＹ軸方向サーボ制御及びＺ軸方向サーボ制御が行われる。したがって、この第３実施形態においても、上記第１実施形態の場合と同様に、ガラス管Ｇの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、測定用レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と交差させることができるので、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを的確に測定することができる。また、サーボ用レーザ光（この形態では測定用レーザ光と同じ）の焦点位置をガラス管Ｇの表面に一致させることができ、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位を精度よく検出することもできる。さらに、この第３実施形態においては、１つのレーザ光をガラス管Ｇに照射し、その反射光をビームスプリッタ８０で適切な強度割合になるように分割し、一方を厚さ測定に用い、他方をサーボ制御に用いるようにしている。これにより、レーザ光源、光学部品の数及びレーザ駆動回路の数を減らすことができるため、装置の製造コストを安価に抑えることができる。
【００９４】
なお、上記第３実施形態においては、広波長帯域のレーザ光をガラス管Ｇに照射し、ガラス管Ｇからの反射光を回折格子で分光したときの受光曲線からガラス管Ｇの厚さを求める方法を採用した。しかし、レーザ光をガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射したときに生じる反射光を用いてガラス管Ｇの厚さを計算することができれば、他のどのような方法を採用することともできる。例えば、レーザ光の波長を高速で変化させながらガラス管Ｇに照射し、レーザ光の波長に対するガラス管Ｇからの反射光の光強度を検出し、この波長と光強度の関係からガラス管Ｇの厚さを計算する方法を採用してもよい。
【００９５】
また、低コヒーレント性で光路長が同一になったときにのみ干渉するレーザ光をビームスプリッタで分割し、一方をガラス管Ｇに照射して反射させ、他方を参照ミラーで反射させ、参照ミラーを駆動して双方が干渉して強度が大きくなる参照ミラーの２つの位置を検出することで、ガラス管Ｇの厚さを検出する方法を採用してもよい。
【００９６】
ｄ．その他の変形例
以上、本発明の第１乃至第３実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００９７】
上記第１乃至第３実施形態では、ガルバノミラー３５，８１を駆動することによってＹ軸方向サーボを行ったが、レーザ光の光軸の位置を変化させることができれば、どのようなミラーを用いてもよい。例えば、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラー（ＭＥＭＳミラー）でもよいし、アクチュエータによって反射面の角度を変化させることができる立上げミラーでもよいし、ポリゴンミラーでよい。また、ミラーでなくても、ＡＯＤ（音響光学偏向器）又はＥＯＤ（電気光学偏光器）によってレーザ光の光軸位置を変化させてもよい。
【００９８】
また、上記第１乃至第３実施形態では、サーボ用のレーザ光を集光する対物レンズ４４，８３をＺ軸方向に駆動させるＺ軸方向サーボにナイフエッジ法を用いた。しかし、Ｚ軸方向サーボが可能であれば、他のどのようなサーボを行ってもよい。例えば、非点収差法によるＺ軸方向サーボを行ってもよいし、スポット・サイズ・ディテクション法（ＳＳＤ法）によるＺ軸サーボを行ってもよい。また、測定精度を高くする必要がなければ、Ｚ軸方向サーボを行わなくてもよい。
【００９９】
また、上記第１及び第２実施形態では、ガラス管Ｇにおける測定用レーザ光の照射位置とサーボ用レーザ光の照射位置とを合わせたが、ガラス管Ｇの中心軸の変動が小さければ、照射位置を近傍にするだけでもよい。
【０１００】
また、上記第１乃至第３実施形態では、ガラス管Ｇを回転させながらＸ軸方向へ移動させ、ガラス管Ｇの全域の厚さを測定したが、中心軸方向の１ラインの測定のみでよければ、回転を伴わないで、ガラス管Ｇの厚さを測定するよういしてもよい。
【０１０１】
また、上記第１乃至第３実施形態では、ガラス管ＧをＸ軸方向へ移動させたが、ガラス管Ｇを固定して光ヘッド１００又は測定ヘッド１００ＢをＸ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【０１０２】
さらに、上記第１乃至第３実施形態では、Ｚ軸方向の移動機構を設けたが、Ｚ軸方向の移動機構をなくし、Ｘ軸方向の駆動限界位置をさらに上側にしてガラス管Ｇをセットできるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…ワーク駆動装置、１１…Ｘ軸方向フィードモータ、１３…移動体、１４…スピンドルモータ、２０…支持装置、２１…Ｚ軸方向フィードモータ、２３…テーブル、３０…測定用レーザ光源、３５，８１…ガルバノミラー、３９，７７…ラインセンサ、４０…サーボ用レーザ光源、６０…レーザ光源、７０…光ファイバー、７６…回折格子、１００…光ヘッド、１００Ａ…分光ユニット、１００Ｂ…測定ヘッド、１４０…データ処理装置、２００…コントローラ
【図１】
0005533583.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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