(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の一方より被測定物の壁面に所定の投影像を与える投影手段を設け、前記投影手段の反射像と直接像を観察する観察手段を前記投影手段と同一な光軸に被測定物を介して他方に設けると共に、前記投影手段が微少な大きさの透過光を投影するパターン発生手段で構成され、被測定物の複数壁面間の距離を測定する光学式測長装置において、測定対象とする最大アスペクト比の被測定物の測定時に互いの観察像が波形相互干渉を生じない間隔で、かつ測定対象とする最小壁面間距離の１／３以下の微少間隔で前記投影手段及び観察手段の光軸に対する位置直線性を有する範囲で定められた微少領域に前記光軸に対称な位置に２ケの投影像を投影するように対称パターン発生手段を前記投影手段に構成し、前記微少な領域に被測定物の壁面を移動設定して被測定物の複数壁面間の距離を測定し得るように構成したことを特徴とする光学式測長装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の光学式測長装置を用い、前記被測定物の測定壁面間の中心側の一方の観察像により前記壁面間距離を測定する片側像測定方法によることを特徴とする光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法。
【請求項３】
前記請求項１記載の光学式測長装置を用い、前記対称パターン発生手段による観察像の間隔に応じた補正値をあらかじめ定め、前記光軸に対して前記中心側の一方の観察像の反射像を光軸に対して直接像と反対の所定位置に設定するように被測定物壁面を移動して複数壁面の測定を行い、得られた測定値に前記補正値を加算する補正測定方法によることを特徴とする光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法若しくは請求項２記載の光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の壁面の距離を測定する出願人の開発した光学式測長装置（例えば特願平５−１１７４号，特願平５−１６９３５５号，特願平６−１８２５４９号，特願平７−６１１０４号）の改良に関するもので、特に微少な壁面間距離でアスペクト比の高い被測定物の上端側から下端側にいたるほぼ全長の壁面間距離を単純な構成で測定できる測長装置を提供するとともに、その特徴を生かし精度を向上する測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特願平５−１１７４号，特願平５−１６９３５５号は被測定物（以後ワークと言う）はアスペクト比（Ｌを全長，Ｄを内径としたときのＬ／Ｄ）が比較的少ないもの（Ｌ／Ｄ＜１０）の壁面間距離を正確に測定できる測長装置として知られている。
【０００３】
一方アスペクト比の高い物を測定できる装置として特願平６−１８２５４９号と特願平７−６１１０４号が開発されたが、ここではＬ／Ｄ＝３０のワークの上端から下端までの全長に渡り簡単な構成で１μ以下の精度で正確に測定できる装置について検討された。
【０００４】
まず本発明の基本となる出願人の開発した光学式測長装置（特願平６−１８２５４９号，特願平７−６１１０４号）について概要を説明する。
【０００５】
図１に示すように、ワーク８の一方に光源１とレチクル２・２'と投影レンズ６とで投影手段７が設けられている。
【０００６】
レチクル２は透明なガラスに不透明な部材で地部分３を設け、その中に点状の透明な孤立した１ケの中心パターン４を設けている。レチクル２'は前記の１ケの中心パターン４に加えて透明な点の配列による補助パターン０がを設けられていた。
【０００７】
これら１ケの中心パターン４を透過した光によりワーク８の壁面の測定点Ｐ１又は対向する壁面の測定点Ｐ２（図示省略）に１ケの投影像17が投影されていた。
【０００８】
観察手段11は観察レンズ９とＣＣＤカメラ10とその出力を画像処理回路12とモニタ13にて前記投影像17を観察するように構成されていた。
【０００９】
観察手段11の光学系は投影手段７の光軸（Ｚ１−Ｚ２）と同一の光軸で、かつワーク８を介して反対側に設けられていた。
【００１０】
前記投影像17はワーク壁面で反射した反射光と、反射しないで直進した直接光との２種類の光が観察手段11のＣＣＤカメラ10に与えられ画像処理回路12を介してモニタ13に表示され観察できる。
【００１１】
その画面の背景は暗黒で前記の光の観察像は直接像14と反射像16として明るく観察できる。
【００１２】
投影光学系と観察光学系とは同一光軸（Ｚ１−Ｚ２）上に構成されているので、直接像14はモニタ13の画面中心21に見られ、反射像16はワーク壁面の測定点Ｐ１が前記光軸より測定方向Ｘ方向より離れている時は図示のようにＸ方向に画面中央21よりも離れた位置に観察できる。
【００１３】
従って、画面中央21に反射像16が見られるようにワーク８を移動するとワーク８の壁面が光軸（Ｚ１−Ｚ２）に一致したことになる。
【００１４】
即ち、前記操作でワーク８の一方の壁面の測定点Ｐ１を光軸の位置（Ｘ＝０）に設定したことになり、次にワーク移動により他方の壁面の測定点Ｐ２も同様な操作で前記光軸位置に設定することができる。
【００１５】
従って、ワーク８の移動距離を検出するリニアスケール等によりＸエンコーダ18をワーク移動台に設けることにより、前記の移動距離によりワーク８の複数壁面間の距離（内径）を読み取ることができる。
【００１６】
また、ワーク８を設定する載物台（図示省略）と前記投影手段７と、観察像11との相対位置変化に関連するようにリニアスケールのＺエンコーダ25が設けられていて、ワーク８の下端より上端までの全長（ＺＷ）の測定高さ（ＺＰ）を知ることができるように構成されている。
【００１７】
このようにして成るので、地部分３よりの不要光のマスキングの妨害を受けることなく測定で重要な反射像が明確に得られるので、内径の小さなアスペクト比の高いワークでも、特願平６−１８２５４９号や演算構成が多少複雑になるが特願平７−６１１０４号の如く測定可能になった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
観察像はワーク壁面が光軸より離れている時は図１のように直接像14と反射像16が独立して見られる。しかし壁面が光軸に近接すると前記の直接像と反射像が重なり合成像となって複雑な挙動を示すようになる。この様子を詳細に分析した結果以下のような問題点が生じた。
【００１９】
まず判り易い例としてＬ／Ｄが１０以下の時でしかも測定高さＺＰがワーク８の全長の中央（ＺＰ＝ＺＷ＊５０％）の高さの時の合成像を図２に示し説明する。
【００２０】
図２の上段は光軸（Ｚ１−Ｚ２）とワーク壁面20との位置関係を示し下段はその時のＸ掃引方向の合成像波形を示す。測定はこの波形の最大ピーク位置が画像中心21に一致するように壁面20を移動させて測定することになる。
【００２１】
（ハ）は壁面20と画像中心の間に隙間がある場合で、隙間が十分あるので直接像14は中心パターン４のＸ方向の全ての幅で結像して出力される。従って直接像14の前記ピーク位置は画像中心（Ｘ＝０）になっている。反射像16は前記隙間に応じた間隔で左に偏り、これら直接像14と反射像16は重なり合い合成像（14＋16）として観察される。
【００２２】
（イ）は壁面20が画像中心を通り越した位置にある時を示す。直進する光路による直接像14は壁面により完全に遮れられて画像出力としては観察できない。
【００２３】
一方反射像16は通り越した距離に応じた画像位置に反射像16単体として見られる。
【００２４】
（ロ）は壁面20が画像中心21に一致した位置に設定された時の波形を示す。
【００２５】
この場合にはパターン４より直進してきた光は壁面20で半分の幅が遮断されて直接像14は半分の幅で図の右側に結像する。反射像14はほぼピーク位置が画面中央になるように結像され、前記直接像16と反射像14による合成像として観察される。
【００２６】
この合成像（14＋16）は直接像14の含有率が十分低いので半幅の直接像14の影響をほとんど受けることなくピーク位置はほぼ画面中央になりピーク位置による判別で正しく測定ができた。
【００２７】
しかるにＬ／Ｄ＝３０などアスペクト比が高いワークを測定するには図３（光路説明図）（ｂ）に示すようにワーク８の中央の測定点（以後ＭＩＤと言う）を測定するときは穴への光路の入射角と出力角が小さくなりアスペクト比の低い物に比べ観察像の出力が減少する傾向がある。
【００２８】
従って、投影手段７の光源１を高輝度の物にするとともにパターン照明の光学系をケラー照明等で構成する工夫が必要となる。この場合は観察像（合成像）のピークに偏りは少なく前記Ｌ／Ｄの低い物とほぼ同じように精度良く測定が可能である。
【００２９】
一方（ａ図）上端側の測定点（以後ＴＯＰと言う）と（ｃ図）下端側の測定点（以後ＢＥＤと言う）では穴への入射角または、出力角が更に減少するので観察像の出力は更に減少する。この減少は投影手段７の輝度を上げることによりＭＩＤと同じにすることはできる。
【００３０】
更に観察像の中に含まれる直接像14の含有率が増加する傾向がある。
【００３１】
また、反射像16も直接像14と同じように幅が片側に減少する傾向があり従って含有率の増加した半幅の直接像14と偏りを生じた反射像16により合成像のピーク位置が大きく偏る。
【００３２】
その結果、内径等の複数壁面測定（Ｐ１，Ｐ２）時には図４のような波形のピークの偏りが生じ（図ではＰ１の時の偏りを示す。Ｐ２は逆でいずれも隙間の開く方向に測定を誘導してしまう）、その結果ＴＯＰとＢＥＤで測定誤差は１μ以上を図示のように誘発する基本的な問題があった。
【００３３】
このような合成像の偏りによる測定誤差は、あらかじめ各種ワークを測定してそのデータをもとにアスペクト比や測定高さ（ＺＰ）等の補正値を定め補正演算することは可能であるが、補正値が複雑多岐になるので装置の構成規模が大きくなり更に操作が複雑になり高価になる欠点があった。
【００３４】
次に測定精度が高く操作の比較的簡単な廉価な装置として知られている従来の装置（特願平５−１１７４号，特願平５−１６９３５５号）について再度検討が行われた。
【００３５】
前記従来の装置では図５（ａ）に示すような地部分３が透明で、中心パターン４'が不透明部材で構成されたレチクル２"を用いていた。
【００３６】
この装置はアスペクト比が低い（Ｌ／Ｄ＜１０）ワーク測定の場合は中心パターン４'の観察像を画面中央に設定する簡単な操作で精度良く壁面間の測定ができた。
【００３７】
この前記装置を見方を変えて観察すると中心パターン４'の観察像は（ｂ）に示すようにその近傍のＸ方向に掃引した観察像出力は水平補助パターン０'と中心パターン４'の間の透明部分により図示のように画面中心21を挟んで対称な位置にある２ケの波形により構成されている。即ち、この２ケの明るい対称波形の中間の影の部分を画面中心に一致させて測定していることになる。
【００３８】
しかし前記従来の装置でアスペクト比が高いワークを測定すると地部分３よりの不要光によるマスキングにより中心パターン４の影の部分が明るくなり消失し測定を不可能としていた。
【００３９】
従って、アスペクト比の高い被測定物も測定できるように前述の発明の如くマスキングをなくすように地部分３を不透明としてレチクルの中心に対称な位置に２ケの透明な対称パターン４Ａ，４Ｂを図６のように構成したレチクル２Ａを設けて、前記投影手段７を構成し、対称パターン４Ａ，４Ｂの中間の観察像の暗い部分（影）を従来のように画像中心に合わせるようにワーク８を移動して測定すると、ワークのＴＯＰとＢＥＤの測定値はＭＩＤの値よりも１μ以上壁面間距離が小さく測定される欠点を前述の装置と同様に持っていることが判った。
【００４０】
この欠点を前記同様に多くのデータをもとに補正演算することで測定精度を上げることができるが装置規模の増大は避けられない。
【００４１】
従って、このような欠点を基本的に排除した装置と測定方法を見出し、簡単な操作で構成規模の大きくない装置の開発が求められた。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００４３】
アスペクト比の高いワークの全長に渡る測定で測定の誤差発生要因を詳細検討した結果、ワークのＴＯＰとＢＥＤではＭＩＤに比較して観察像に含まれる直接像の含有率が増加すると共に、直接像と反射像の波形のピーク位置が測定方向に偏ることが原因であることが判った。
【００４４】
また、投影像の光軸に対する位置によりその直接像と反射像の偏りが互いに逆の方向に偏る傾向を見出した。
【００４５】
このことより以下の構成と測定手法が発明された。即ち本発明は、被測定物の一方より被測定物の壁面に所定の投影像を与える投影手段を設け、前記投影手段の反射像と直接像を観察する観察手段を前記投影手段と同一な光軸に被測定物を介して他方に設けると共に、前記投影手段が微少な大きさの透過光を投影するパターン発生手段で構成され、被測定物の複数壁面間の距離を測定する光学式測長装置において、測定対象とする最大アスペクト比の被測定物の測定時に互いの観察像が波形相互干渉を生じない間隔で、かつ測定対象とする最小壁面間距離の１／３以下の微少間隔で前記投影手段及び観察手段の光軸に対する位置直線性を有する範囲で定められた微少領域に前記光軸に対称な位置に２ケの投影像を投影するように対称パターン発生手段を前記投影手段に構成し、前記微少な領域に被測定物の壁面を移動設定して被測定物の複数壁面間の距離を測定し得るように構成し、特にアスペクト比の高い被測定物の上端から下端までのほぼ全長に渡り壁面間距離を精度良く測定できるように構成したことを特徴とする光学式測長装置に係るものである。
【００４６】
また、前記請求項１記載の光学式測長装置を用い、前記被測定物の測定壁面間の中心側の一方の観察像により前記壁面間距離を測定する片側像測定方法によることを特徴とする光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法に係るものである。
【００４７】
また、前記請求項１記載の光学式測長装置を用い、前記対称パターン発生手段による観察像の間隔に応じた補正値をあらかじめ定め、前記光軸に対して前記中心側の一方の観察像の反射像を光軸に対して直接像と反対の所定位置に設定するように被測定物壁面を移動して複数壁面の測定を行い、得られた測定値に前記補正値を加算する補正測定方法によることに特徴を有し、特に被測定物の下端近傍の壁面間距離を正確に測定することができるように構成したことを特徴とする光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法若しくは請求項２記載の光学式測長装置を用いた壁面間距離の測定法に係るものである。
【００４８】
このことにより直接像と反射像の偏りが互いに相殺して、観察像がＴＯＰよりＢＥＤまでのほぼ全長に渡り偏り変化のない観察像が得られ、その結果その特徴を生かし前記片側像測定法，補正測定法によりアスペクト比の高いワークでもほぼ全長に渡り精度良く精密に測定できる光学式測長装置を提供している。
【００４９】
【実施例】
本発明の実施例について図７，図８に基づいて説明する。
【００５０】
本発明は従来のレチクル２"，２Ａ、図５，図６に変わって図８の如くレチクル２Ｂの中心に対して対称な位置で測定方向（Ｘ方向）に所定のピッチＳＬ（後述する）で透明な対称パターン４Ａ，４Ｂを設けたレチクル２Ｂを図７のように投影手段７に設ける。
【００５１】
次に前記投影手段７により投影された投影像17Ａ，17Ｂは光軸Ｚ１−Ｚ２に対して対称な位置で所定の間隔Ｓ（後述する）で測定方向Ｘに投影されるように構成する。
【００５２】
この投影像17Ａ，17Ｂは直進して観察手段11のＣＣＤ10の面に結像され、モニタ13に対称パターンの観察画像14Ａ，14Ｂは所定の像ピッチＳＭ（後述する）で観察される。
【００５３】
観察手段11ではこれら前記の観察像の外側を挟み込む位置に２本の標線20イ，20ニと内側で挟み込む位置に２本の標線20ロ，20ハを設けるように構成する。
【００５４】
このようにして構成された装置で測定した場合の前述の所定ピッチＳＬ，所定の間隔Ｓ，所定の像ピッチＳＭについて以下説明する。
【００５５】
図７のようにワーク中心が光軸にほぼ一致するようにセットして観察像を見たとき、ワークのアスペクト比が小さな１０以下の時と大きな３０の時の様子を図９に示す。アスペクト比が小さな（１０以下）の場合は、甲のように対称パターン４Ａ，４Ｂは観察像14Ａ，14Ｂとして装置の総合倍率に応じた拡大率で拡大されたサイズとして観察される。
【００５６】
しかるにアスペクト比が大きな（１０以上例えば３０）の場合はワーク壁面による回折が前記総合倍率に加わりアスペクト比の小さな物よりも乙に示すようにアスペクト比に応じて倍加された大きなサイズとして観察されるようになる。
【００５７】
更にこの回折は観察像を拡散させてサイズを大きくするので観察像14Ａ，14Ｂの内側の間隔をアスペクト比に応じて図示のように内側に寄るように狭くすることになる。
【００５８】
従って、前記投影手段７に用いる対称パターン４Ａ，４Ｂのピッチが狭い時でもアスペクト比が小さい時には図６のように観察像14Ａ，14Ｂは互いに干渉されることが無くそれぞれのピーク位置は測定方向（Ｘ方向）に偏ることはない。しかしアスペクト比が高くなると前記観察像の内側の間隔が狭くなり観察像14Ａ，14Ｂが互いに重なり合い干渉しあって互いのピークの位置の測定方向の偏りを誘発する。
【００５９】
前記パターンのピッチを更に狭くすると観察像の分離は不可能になり一体化してしまう。従って、高いアスペクト比のワーク測定ではこの対称パターン４Ａ，４Ｂのピッチは図８のように広いことが必要条件になる。
【００６０】
例えば、実施例のアスペクト比30のワークまで測定できる装置で説明すると、図８の対称パターン４Ａ，４Ｂのサイズを４８μとした時には所定のパターンピッチＳＬは１００ミクロ以上なれば干渉を防げることになる。投影手段７の縮小倍率は１／５としているので投影像17Ａ，17Ｂの所定の間隔Ｓは２０μ以上でできるだけ広いことが望まれる。（光軸よりの距離では±１０μ以上）（観察手段11の拡大倍率は６６０倍としているので所定の像間隔ＳＭは１３.２ｍｍ以上となる。）
【００６１】
次に前記所定の間隔Ｓを広げた場合の問題を図７で説明する。
【００６２】
間隔Ｓは広いことが好ましいことを述べたが、この間隔が広がれば広がるほど投影レンズ６の光路が斜めになりレンズの収差補正の範囲を越えてピントが甘くなると同時に像位置の直線性が劣化してくる。同様に観察レンズ９においても同様なことがいえる。
【００６３】
本発明の装置はワーク８を移動して壁面で反射した観察像の位置とワーク８の移動量の間では直線性が要求されるのでこの間隔Ｓはレンズの前記直線性が保証できる範囲でできるだけ狭いことが望まれる。
【００６４】
例えば実施例の装置では光軸よりの距離で２０μ以下の位置に投影された像なればその位置の直線性は０.１μ以下の精度が得られる。従って前記間隔Ｓは４０μ以下（光軸よりの距離では±２０μ以下）が必要条件になる。
【００６５】
更にこの所定間隔Ｓがワーク８の壁面間距離の１／２以上に広がった場合はワークを移動して壁面間距離を測定する時に測定点以外（Ｘ方向）の壁面反射光により重要な画面中心21近傍の対称パターンの観察像14Ａ，14Ｂをマスキングしてアスペクト比の高いワークの測定を困難にするので、できるだけ所定の間隔は狭いことが望まれる。
【００６６】
更にφ０.１のようなリング状の小径のワークになると図１０に示すように観察像が変形してくる。
【００６７】
（イ）は前記間隔Ｓが内径の７０％の時でワーク外側の反射像16Ａが拡散して不明確になるとともに三日月状に楕円化して目視判断ではその位置を決めることは困難になる。中心側の反射像16Ｂは小型化し過ぎて同様に見づらい。
【００６８】
（ロ）は５０％の間隔で反射像16ＡはＸ方向に非対称な楕円でまだ位置の判断に問題がある。反射像16Ｂはまだ小型で見づらい。
【００６９】
（ハ）は３３％の時で反射像16Ａの楕円も実用範囲になってきている。反射像16Ｂの小型化も少なくなり、目視判断で位置を確認できるようになってくる。
【００７０】
よって観察像の楕円化の問題より前記間隔Ｓは壁面距離の１／３以下が必要条件となる。
【００７１】
例えば前記装置の測定対象とするワークの最小壁面間距離は０.１ｍｍとしているので前記間隔Ｓは３３μ以下（光軸に対して±１６.５μ以下）が必要条件となる。
【００７２】
従って、実施例の以上条件により所定間隔の許される微少領域は、
２０μ  ＜    間隔Ｓ    ＜  ３３μ
±１０μ  ＜光軸よりの距離＜±１６.５μ
となる。
【００７３】
従って、前記実施例の装置では所定の間隔Ｓは上記微少領域より２９.２μ（光軸に対して±１４.６μ）とし、対称パターンのピッチＳＬは１４６μとして構成してある。
【００７４】
尚前記間隔Ｓは前記実施例の値に限定されるものでなく、前記装置を構成する要素（前記レチクルの対称パターンのサイズや前記レンズの特性や対象とする前記最小壁面間距離）により選定される光軸近傍の微少領域に投影像が投影されるように、前記間隔Ｓは任意に選ばれることは言うまでもない。
【００７５】
次に、前記発明の装置を用いる測定方法について説明する。
【００７６】
測定は前記装置の光路説明図（図１１）に示すように観察像の位置を参照してワーク壁面を光軸に位置を一致させるように設定して測定する。観察像は図１２（甲）に示す。
【００７７】
一方の観察像22は対象パターン４Ａよりの投影像1７Ａによる直接像14Ａと前記パターン４Ｂよりの投影像17Ｂが壁面で反射した反射像16Ｂとによる合成像として観察される。
【００７８】
前記パターン４Ａの直接像14Ａはワークで完全に遮られて観察像には現れない。他方の観察像は前記パターン４Ａよりの投影像17Ａがワーク壁面で反射して反射像16Ａのみが観察像として観察される。次にワークの全体の形は実際は背景が暗黒の為に見ることはできないが観察手段11のレンズ９により逆転した位置に観察されることになる。リング状のワークの例を図１２（甲）で示してその内径は点線で示している。
【００７９】
また、詳細を特願平７−６１１０４号に記載したように前記レチクル２Ｂには前記対称パターン以外に補助パターン０が構成されているので、観察像にはワークの中心に向かって交差するように補助パターン観察像が図１２のように見られ観察像のワーク中心方向が明確に判別できる。測定は壁面間距離の測定なので、観察像は甲，乙に示すように対称な観察像となるが、ここでは説明の重複を避けるために以後一方の壁面の測定について甲を参照して以下説明する。
【００８０】
壁面が光軸に一致した位置に設定されると観察像は画像中心21にほぼ対称な位置に観察される。即ちワークの外側方向観察像は反射像16Ａが見られ、ワークの中心側の観察像22は反射像16Ｂと直接像14Ａとの合成像として観察される。
【００８１】
アスペクト比が１０以下など少ない時は、反射像16Ａ，16Ｂの出力レベルは高く前記観察像22に含まれる直接像14Ａのレベルは低く観察像のピークにはほとんど影響を与えない。
【００８２】
しかるにアスペクト比が３０など高くなるとＴＯＰ，ＢＥＤでは図１３のように反射像が画像中心21の方向に偏る。一方直接像は前記と逆方向に偏ると同時に波形レベルも反射像に近い高い値になる。ＭＩＤの場合は直接像や反射像の偏りはなく、更に波形レベルを見ると反射像は増加し、直接像は減少してくる。
【００８３】
前記反射像と直接像のワーク全長における偏り変化とレベル変化が前述の装置の説明で述べた所定の微少領域に投影像がある時には互いの傾きを相殺し、合成像となった時には図示の如く全長に渡り合成像の偏りが補正される傾向が見られた。
【００８４】
従って、前記合成像のピーク偏りを無くすように前述の微少領域の必要条件を満たす範囲内で投影像の所定間隔を選択し、前述のレチクル２Ｂの対称パターンピッチＳＬを構成する。
【００８５】
このようにしてなるので観察像としてはワーク外側の反射像16Ａの全長でピーク偏り変化のある観察像と、ワーク中心側の偏り変化のない合成像の観察像22が構成される。
【００８６】
従って従来のような測定方法（対称パターンの中間の位置（影）を画像中心21に合わせて測定する方法）では全長で測定誤差を発生させることになるので前述の観察像の傾向より以下の片側測定方法を新たに発明し実施した。
【００８７】
前記片側測定方法は前述の補助パターン０によりワークの中心方向の偏りのない観察像が容易に判るので図１２（甲，乙）に示すように常に前記中心側の観察像22を画像中心21と離れた所定位置に設定された標線（後述する）に挟まれるように設定する単純な操作でワークを正しく光軸に設定する測定方法である。
【００８８】
前記の測定方法による測定では前述の偏り変化のない観察像によるためほぼワーク全長に渡って精度良く測定が可能になる。更にワーク中心側の観察像は外側の観察像のように三日月型に拡散し楕円化する傾向がなく常に明るい小型の像が得られるので特にφ０.１のような楕円化の起き易い小型ワークでも前記片側像測定方法では目視判断で正確な測定が可能となった。
【００８９】
次にＴＯＰとＢＥＤのワーク端面に近い位置での測定（バラツキ）繰り返し精度の向上について説明する。
【００９０】
対称パターンによる本発明の装置は図１１（光路図）を見ても判るように、前記パターンの４Ａの投影像17Ａは投影位置23よりＴＯＰ側の微少な距離の壁面で反射され反射像16Ａとして観察される。一方前記パターン４Ｂの投影像17Ｂは投影位置23よりＢＥＤ側の微少な距離の壁面で反射され反射像16Ｂとして観察される。（ワークの別の壁面を測定するときは前記Ａ，Ｂが逆になる。）
【００９１】
従って、ＴＯＰの端面に近い位置を測定すると（図１３の最上部の白帯付黒丸）、反射像16Ａの波形レベルは下がって見にくくなるが、中心側の反射像16Ｂはレベルの減少が少ない。従って、反射像16Ｂのある観察像22を用いる前記片側測定では特に問題が発生しない。
【００９２】
しかし、ＢＥＤ側のワーク端面近くを測定した時は（図１３の最下部の白帯付黒丸）反射像16Ｂのレベルが減少して不明確になり合成像としての観察像22でのワーク位置合わせのバラツキが測定者によっては１μ近く発生し検討された。
【００９３】
そこで光軸に対して対称な位置に投影された反射像16Ａのレベルが十分あることより、このワーク中心側の反射像16Ｂを反射像16Ａのあった画像中心21に対して対称な反対位置に図１４のように設定することで観察像（反射像16Ｂ）のレベルを上げ明確化を図った。即ち甲図に示す如く反射像16Ａはワーク外側に移動し、反射像16Ｂが前記反射像16Ａのあった位置に設定され、直接像14は元の位置に残るようにして測定する。更に他の壁面の測定も乙図の如くして測定する。
【００９４】
この測定方法により測定者による測定バラツキは１μ以下に抑えることが可能になった。
【００９５】
しかし、前記測定方法ではワークが図示の如くズレるので測定寸法は小さく測定されてしまう。このズレは対称パターンで定まる投影像の所定の間隔で定まるので予め算出可能である。
【００９６】
従って、前記算出した値を測定した寸法に補正値として加算することにより正確に壁面間距離を求めることができる。
【００９７】
例えば、前述の実施例の装置ではアスペクト比の小さい時は前記所定間隔Ｓは２９.２μとなるのでワーク壁面の移動不足分は（対称位置への１４.６μワークが夫々移動したことになり）２９.２μとなり、補正値は２９.２μとなる。
【００９８】
一方この方法でアスペクト比の高いワークを測定した時は、反射像16Ｂ単体の観察像での測定になる為にアスペクト比の高いワーク測定時に見られる直接像と反射像の相殺効果が期待出来ないので、反射像16Ｂの前記設定位置におけるワーク移動量換算の前記移動不足分は実験的にあらかじめ求め補正値とするようにする。
【００９９】
Ｌ／Ｄ＝３０の場合補正値は実施例では２５μでありこれを加算するようにする。
【０１００】
よって、これら補正値を前述の装置のＸエンコーダ18にプリセットする簡単な操作で測定時に補正演算が容易に行える。
【０１０１】
また、ワーク中心側の反射像は用いる理由として中心側の反射像は三日月型の楕円拡散がなく小型の明確な像が得られるので測定誤りが少ないメリットがある。
【０１０２】
このようにワーク中心側の一方の反射像を直接像とは光軸に対して反対の所定の位置に設定し補正演算する補正測定方法は、特にＢＥＤの端面近くの壁面間距離を測定する時に測定者によるバラツキを防ぎ繰り返し精度良く測定することができる。
【０１０３】
最後に測定時の観察像の設定位置を定めるための標線について説明する。
【０１０４】
図９（甲）に示す如くアスペクト比が１０以下の小さいワークの中央を光軸に一致させ設定して得られる観察像は前述投影像17Ａ，17Ｂの所定間隔に応じた位置に観察されることになるので、モニタ13上の観察像ピッチＳＭや観察像サイズ（Ｘ方向の寸法）は容易に算出できる。
【０１０５】
例えば前述の装置では２９.２＊６６０＝１９.３ｍｍとなり、観察像のサイズは（０.０４８／５）＊６６０＝６.４ｍｍとなる。
【０１０６】
これらの値からモニタ上に観察像を挟み込む標線20イ，20ロ，20ハ，20ニのピッチを求め各標線を観察手段11に設ければ良い。
【０１０７】
例えば外側の標線20イと20ニのピッチは２５.７ｍｍ，内側の20ロ，20ハのピッチは１２.９ｍｍとなる。
【０１０８】
次にアスペクト比が高い場合は（例えば３０）図９（乙）に示すように回折で観察像のサイズが変化する。従って、あらかじめアスペクト比に応じてその観察像を観察して前記観察像のサイズを実験的に求めておけば良い。
【０１０９】
即ち、この例では内側の標線のピッチはアスペクト比３０では１０以下の物に比べ５７％狭くするように構成している。
【０１１０】
従って、前述の装置は少なくとも内側の標線20ロ，20ハをアスペクト比に応じて可変設定可能とした可変標線発生手段24を観察手段11に設けている。
【０１１１】
測定者は被測定ワークのアスペクト比に応じてこの可変標線発生手段24を制御して設定し、常に前記外側の標線と前記内側の標線との間に観察像を挟み込むようにしてワークを移動設定すれば前述の通り正しく測定ができるようになる。
【０１１２】
標線として外側の標線20イ，20ニがあるがこの標線も任意に可変設定可能として、前記外側と前記内側の標線との間に観察像が左右対称な隙間があくように設定することで前記内外の標線の中間の位置に観察像を設定して測定するように誘導しても良い。この場合は前記隙間の分だけ内側の標線のピッチは狭くするようにする。
【０１１３】
即ち、前記対称パターンの観察像を左右で挟み込む位置に複数の標線を設けると共に、前記標線を被測定物のアスペクト比に応じて可変設定可能とした標線設定手段を前記観察手段に構成している。
【０１１４】
このようにして本発明の装置はなるので、アスペクト比の１０以下のワークから３０など高いワークまでの壁面間距離をワークのほぼ全長に渡って目視判断で簡単に測定ができ、しかも壁面間０.１ｍｍから大きな距離の物まで精度良く測定が可能となった。
【０１１５】
例えば本発明の実施例の前記装置では前記測定方法と前記標線によりアスペクト比３０のφ０.１２５フエルールの内径測定ではほぼ全長に渡り１μ以下（±０.３μ）の精度で測定ができた。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成したから、アスペクト比の高い被測定物の上端から下端までのほぼ全長に渡り壁面間距離を精度良く測定でき、以下のような効果がある。
【０１１７】
１）微少な大きさの透過光投影像の投影により不要光によるマスキングがないためにアス  ペクト比の高い微少内径のワークの壁面間距離を測定できる。
【０１１８】
２）対称パターン投影によるために観察像の幅が半減することがないので、観察像の偏り  が少なく測定精度を上げられる。
【０１１９】
３）対称パターン投影像の投影位置を光軸近傍の所定の微少領域に投影するので以下の理  由で観察像による正確な測定ができる。
Ａ観察像の相互干渉がなく波形の偏りを誘発しない。
Ｂ観察像の位置直線性が良い。
Ｃワーク壁面の不要光による観察像のマスキングがない。
Ｄ観察像の楕円化等の形状の歪みが少なく拡散による不明確さを防げる。
【０１２０】
４）ワーク中心側の観察像は形状歪みが少なく波形レベルも高く目視判断に適す。
【０１２１】
５）ワーク中心側の観察像はＴＯＰからＢＥＤまでのほぼワーク全長に渡り直接像と反射  像の偏りの相殺効果があるので偏りがない合成像が得られる。
【０１２２】
６）前記の装置の特徴があるので片側測定方法でワーク全長に渡り正確に測定できる。
【０１２３】
７）特にＢＥＤ測定のバラツキを中心側の反射像を光軸に対して直接像と反対側に設定し  測定値を補正する補正測定方法により、簡単な操作で測定者によるバラツキを少なくし  、繰り返し精度の向上ができる。
【０１２４】
８）基本的に観察像の偏りをなくしたために、簡単な操作でしかも目視判断による測定が  可能となった。従って、装置が簡単になり廉価な実用機を提供できる。
【０１２５】
９）実施例の装置ではアスペクト比３０でもほぼ全長を１μ以下の精度で測定している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光学式測長装置の基本構成を示す概略構成説明図である。
【図２】  図１の測長装置における光軸近傍位置による直接像と反射像のＸ方向の出力を示す説明図である。
【図３】  図１の測長装置における直接像並びに反射像の光路説明図である。
【図４】  図１の測長装置における観察像のピーク偏りを示す説明図である。
【図５】  図１の測長装置における地部分が透明で、中心パターンが不透明なレチクルの説明図である。
【図６】  図１の測長装置における地部分を不透明とし、中心に透明な２個の対称パターンを設けたレチクルの説明図である。
【図７】  本実施例の概略構成説明図である。
【図８】  本実施例のレチクルの説明図である。
【図９】  本実施例のアスペクト比が小さな場合と大きな場合とでの観察像の変化を示す説明図である。
【図１０】  本実施例のワークをリング状の小径ワークとした場合の観察像の変化を示す説明図である。
【図１１】  本実施例の直接像並びに反射像の光路説明図である。
【図１２】  本実施例の片側測定方法の観察像の説明図である。
【図１３】  本実施例の観察像のピーク偏りを示す説明図である。
【図１４】  本実施例の補正測定方法の観察像の説明図である。
【符号の説明】
Ｐ１，Ｐ２  複数壁面
ＺＩ−Ｚ２  光軸
７  投影手段
８  被測定物（ワーク）
11  観察手段
14  直接像
16  反射像
17  投影像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003662339.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003662339.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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