(57)【要約】【課題】広がりのある隙間の特定の点からの光を、マスクを使わずに受光可能な隙間測定装置を提案すること。【解決手段】隙間測定装置１は、測定対象の隙間３を照射する光源５と、隙間３の透過光による隙間像３Ａを結像面７に結像させるレンズ光学系６と、レンズ光学系６の結像面７上に形成される隙間像３Ａを受光する受光素子９とを有している。結像面７上には、所定口径の光通過用の穴８ａを備えた穴付きマスク８が配置され、受光素子９は穴８ａを介して隙間像３Ａを受光する。広がりのある隙間の像を、レンズ光学系６で結像させ、当該レンズ光学系６の結像面７上において測定したい点に穴付きマスク８の穴８ａを置くことで、隙間３における測定対象の点の隙間寸法を測定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の隙間を照射する光源と、
前記隙間を照射することによって得られる隙間像を所定の位置に結像させるレンズ光学系と、
前記レンズ光学系の結像面上に形成される前記隙間像を受光する受光素子と、
を有していることを特徴とする隙間測定装置。
【請求項２】
前記結像面上に配置した所定口径の光通過用の穴を備えた穴付きマスクを有し、
前記穴は、前記隙間像の太さ方向において、当該隙間像の太さ以上の大きさの穴であり、
前記受光素子は、前記穴を介して、前記隙間像を受光する請求項１に記載の隙間測定装置。
【請求項３】
前記レンズ光学系は、前記隙間の透過光を平行光にする集光レンズと、当該集光レンズからの平行光を前記結像面に収束させる結像レンズとを備えている請求項２に記載の隙間測定装置。
【請求項４】
前記穴付きマスクは、前記結像面上において、前記隙間像における測定したい隙間位置に移動可能である請求項３に記載の隙間測定装置。
【請求項５】
前記レンズ光学系、前記穴付きマスクおよび前記受光素子は一体化されてユニットを形成しており、
前記ユニットは、前記レンズ光学系の光軸に直交する二次元方向、または、前記光軸に直交する方向および前記光軸に平行な方向の三次元方向に移動可能である請求項４に記載の隙間測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の被測定面と測定用マスターの間に形成される隙間を照射して得られる隙間像を受光素子によって受光し、その受光量に基づき隙間間隔を測定する隙見法と呼ばれる隙間測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の隙見法による隙間測定装置は、本発明者等によって特許文献１、２において提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５６６３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
隙見法において、所定方向に延びる隙間（広がりのある隙間）における特定の点で、隙間間隔を測定する必要が生ずる場合がある。この場合、隙間の近傍にピンホールや窓などを備えたマスクを配置して、目的の点以外の隙間部分からの光を遮る方法が用いられる。または、隙間に近接した特定の目的点に点光源を置いて、周辺の隙間部分からの光が生じないようにする方法が用いられる。
【０００５】
しかしながら、前者の隙間直後にマスクを置く方法ではマスクを通過する光に回折が生じる。この対策として、回折パターンを解析して隙間の大きさを知る方法が考えられるが、解析が困難であるという問題点がある。また、マスクを隙間に近接配置することが困難な状況も生じ得る。
【０００６】
後者の点光源を用いる方法では、測定したい箇所が小さい場合、狙った箇所に光源からの射出光を当てることが困難な場合がある。また、厚みのある測定物の場合には、光源を斜めから当てる等の工夫をする必要があり、空間的な制約が生じる。
【０００７】
本発明の課題は、広がりのある隙間の特定の点からの光を、マスクを使わずに受光可能な隙間測定装置を提案することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、二次元あるいは三次元的に隙間を測定可能な隙間測定装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の隙間測定装置は、
測定対象の隙間を照射する光源と、
前記隙間を照射することによって得られる隙間像を所定の位置に結像させるレンズ光学系と、
前記レンズ光学系の結像面上に形成される前記隙間像を受光する受光素子と、
を有していることを特徴としている。
【００１０】
ここで、前記結像面上に、所定口径の光通過用の穴を備えた穴付きマスクを配置し、前記穴を、前記隙間像の太さ方向において、当該隙間像の太さ以上の大きさの穴とし、前記受光素子は、前記穴を介して、前記隙間像を受光することが望ましい。
【００１１】
本発明では、広がりのある隙間の像を、レンズ光学系で結像させ、当該レンズ光学系の結像面上において特定の点に開口（受光素子の受光面あるいは穴付きマスクの穴）を置くことで、隙間における目的の点（測定対象の隙間の位置）からの光だけを、受光素子で受光することができる。これにより、隙間の直後にピンホール等を備えたマスクを配置する必要がない。
【００１２】
本発明において、前記レンズ光学系は、前記隙間の透過光を平行光にする集光レンズと、当該集光レンズからの平行光を前記結像面に収束させる結像レンズとを備えた構成とすることができる。
【００１３】
この構成によれば、レンズ光学系の回折限界まで、隙間の目的の点を絞ることができる。よって、受光素子は、隙間寸法の小さな変化を光量変化として精度良く捉えることができる。
【００１４】
また、このレンズ光学系の採用によって、レンズ光学系、穴付きマスクおよび受光素子を一体化してユニットとし、当該ユニットを、レンズ光学系の光軸に直交する二次元方向、または、光軸に直交する方向および光軸に平行な方向の三次元方向に移動させることが可能になる。この結果、ハスバ歯車などの複雑な形状の測定に、本発明の隙間測定装置を用いることができる。
【００１５】
さらに、このレンズ光学系を採用することによって、必ずしも隙間が集光レンズ（対物レンズ）の焦点位置にある必要が無い。隙間が焦点位置の近傍であれば、広がりの小さな隙間全体からの光線を効率良く集光して結像させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の隙間測定装置の基本構成を示す説明図である。
【図２】移動可能なユニットを備えた隙間測定装置の構成を示す説明図である。
【図３】隙間測定装置のレンズ光学系の構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した隙間測定装置の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は本発明を適用した隙間測定装置の基本構成を示す説明図である。隙間測定装置１は、測定対象物の被測定面（物体面）２において、測定対象物との間に所定の隙間３を形成する測定用マスター４を有している。測定用マスター４は測定対象物の形状に応じて予め製作される。隙間３の間隔を測定することで、被測定面２における測定対象物の輪郭形状誤差等を算出可能である。
【００１９】
隙間測定装置１は、隙間３を一方の側から照射する光源５と、隙間３の他方の側に配置したレンズ光学系６とを有している。レンズ光学系６は、光源５によって隙間３を照射することによって形成される隙間像３Ａを光軸６ａ上の所定の位置にある結像面７上に結像させるレンズ光学系である。
【００２０】
また、隙間測定装置１は、結像面７上に配置された穴付きマスク８と、当該穴付きマスク８の穴８ａを通過する光を受光する受光素子９とを有している。穴８ａは例えば円形穴であり、結像面７上における隙間像３Ａの太さ以上の大きさの穴である。受光素子９の受光面９ａは、穴８ａの背面に配置されている。光ファイバ等の導光部材を用いて、穴８ａの透過光を離れた位置にある受光素子９の受光面９ａに導くことも可能である。
【００２１】
図２は、隙間測定装置１の受光側の部位をユニット化して、その光軸６ａに直交する方向に移動可能にした構成を示す説明図である。この図に示すように、測定用マスター４を除き、レンズ光学系６、穴付きマスク８および受光素子９は、一体化されたユニット１０となっている。ユニット１０は、レンズ光学系６の光軸６ａに直交する方向に移動可能な状態で不図示の装置架台に搭載されており、不図示の一軸駆動機構によって光軸６ａに直交する直交面上において移動可能となっている。
【００２２】
例えば、図２に示すように、被測定面２と測定用マスター４による隙間３に対応する隙間像３Ａが、結像面７上に形成される。穴付きマスク８の穴８ａの位置が測定点となる。ユニット１０を、矢印Ａで示すように、隙間像３Ａに沿って移動させると、穴８ａも隙間像３Ａに沿って移動し、測定したい点の受光量を受光素子９によって受光できる。これにより、測定したい点の隙間寸法を測定できる。
【００２３】
図３はレンズ光学系６の一例を示す説明図である。レンズ光学系６は、隙間３の透過光を平行光にする集光レンズ１１と、当該集光レンズ１１からの平行光を結像面７上に収束させる結像レンズ１２とを備えている。この構成によれば、広がりの小さな隙間全体からの光線を効率良く集光して結像させることができる。また、ユニット１０を光軸６ａに沿った方向に移動させることで、光軸６ａの方向において異なる位置Ａ、Ｂ、Ｃにある被測定面２上での隙間の測定が可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  隙間測定装置
２  被測定面（物体面）
３  隙間
３Ａ  隙間像
４  測定用マスター
５  光源
６  レンズ光学系
６ａ  光軸
７  結像面
８  穴付きマスク
８ａ  穴
９  受光素子
９ａ  受光面
１０  ユニット
１１  集光レンズ
１２  結像レンズ
【図２】
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【図３】
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【図１】
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