(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、前記投影像の反射像を観察する観察手段を前記投影手段とほぼ同一な光軸に被測定物を介した他方に設けると共に、前記投影像が画像中心で微少な点状な透過光を投影するパターン発生手段で構成された被測定物の複数の測定壁面の距離を測定する光学式測長装置において、直接像と反射像が一致する位置の近傍における直接像のデータテーブルを設け、データテーブルより直接像データを選択出力するデータ選択手段を設け、被測定物壁面で得られる反射像の観察像データより、前記直接像データを削除するデータ削除手段とを画像処理回路に設けることを特徴とし、測定時観察画像に直接像が残像していても、直接像の影響なく反射像の位置によりアスペクト比の高い被測定物の複数の壁面間距離を精度良く測定する光学式測長装置。
【請求項２】
所望の径の穴或いはエッジを設けた薄い板を、前記穴或いはエッジよりも離れた位置で支持する支持部材で上下に支持せしめる如く構成した無反射ワークを設け、前記無反射ワークで光軸近傍の直接像のデータを測定し、反射像の無い直接像データを測定し、前記データテーブルとする如く構成したことを特徴とする請求項１記載の光学式測長装置。
【請求項３】
前記被測定物の内径に応じた複数の直接像のデータテーブルを設け、更に前記内径を指定する内径指定手段を設け、前記データ選択手段が前記内径手段の指令により前記内径に近いデータテーブルを複数のデータテーブルより選択し、直接像データを出力する如く構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の光学式測長装置。
【請求項４】
前記被測定物の測定高さに応じた複数のデータテーブルを設け、更に前記測定高さを指定する高さ指定手段を設け、前記データ選択手段が前記高さ指定手段の指令により前記高さに近いデータテーブルを複数データテーブルより選択して直接像データを出力する如く構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式測長装置。
【請求項５】
被測定物と光軸との相対移動距離を検出するＸエンコーダのデータと被測定物壁面による反射像と画像中心との画像距離のデータとを光軸近傍で収集するデータ収集手段を設けると共に前記収集手段で得られた複数データより光軸に反射像が一致した位置の前記移動距離を外挿する外挿手段を設けることにより被測定物の壁面間距離を精度良く測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式測長装置。
【請求項６】
被測定物の一方より投影された投影像を同じ光軸上で被測定物を介した他方より観察することで得られる反射リングを画像中心に対し均等な画像距離になるように被測定物と光軸との相対位置をＸ，Ｙ方向に移動することにより被測定物の穴の中心を光軸に一致した位置に設定する中心設定方法に特徴を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式測長装置。
【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器（例えば特願平６−１８２５４９号，特願平７−６１１０号）の改良に関するもので、特に微少な径でアスペクト比の大きな被測定物の壁面間距離の測定に優れた測定方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
先ず、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７−６１１０号）について説明する。
【０００３】
図１に示すように被測定物８（以後ワークと言う）の一方に光源１とレチクル２と投影レンズ６とで投影手段７を設けている。
【０００４】
レチクル２は透明ガラスに不透明な部材で地部分３を設け、その中に点状の孤立パターン４を設けるか、レチクル２’の如く断続した点の配列によるパターンで構成されている。
【０００５】
本発明ではレチクルの中心部分の狭い範囲のパターンを測定では用いているのでレチクル２’はレチクル２と同じと見なせ近似孤立パターンと言うが以後前者の孤立パターンで全て説明する。
【０００６】
これら中心のパターン４を透過した光によりワーク８の壁面の測定点Ｐ１または対向する壁面の測定点Ｐ２（図示省略）に投影像１７が投影される。
【０００７】
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している。
【０００８】
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、且つワーク８を介して反対側に設けられている。
【０００９】
前記投影像１７はワーク壁面Ｐ１で反射した鏡像（以後反射像と言う）と、反射しないで直進した直接像との２種類の像で構成され、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に映像出力として表示される。
【００１０】
その表示は画像背景は暗黒で直接像１４と反射像１６として観察できる。
【００１１】
観察光学系と投影光学系とは同じ光軸（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（Ｚ１−Ｚ２）よりＸ方向（測定内径方向）に離れている時は図示の如くＸ方向に直接像１４より離れた位置に観察できる。
【００１２】
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。
【００１３】
即ち、前記操作で壁面の一方の測定点Ｐ１を前記光軸の位置に設定することができる。
【００１４】
同様にしてワーク移動により他方の壁面の測定点Ｐ２を前記光軸に一致する位置に設定することができる。
【００１５】
従ってワーク８の移動位置を検出するリニヤスケール等によるＸエンコーダ１８をワーク移動台等に設けることにより前記移動距離によりワーク８の複数壁面間の距離を読みとることができる。（ワーク８が固定している場合は前記光学系を移動させ光学系の移動台にＸエンコーダ１８を設け内径を読み取るようにしても良い。）
更に、前述の装置にはワーク８を設定する載物台（図では省略）と投影，観察手段７，１１の相対位置変化に関連するようにリニヤスケールやダイアルゲージ等のＺエンコーダ２５が設けられており、ワーク８の一方の端面より測定点までの測定高さＺ３（図３）を知ることができるように構成されている。
【００１６】
このようにして成るので、孤立パターンによる為にマスキングが無いのでワーク内径が小さく、アスペクト比が大きなワークでも特願平６−１８２５４号及び特願平７−６１１０４号の如く測定可能になった。
【００１７】
Ａ）直接像の残存
図２に内径の大きなワークの観察像を示しこの課題を説明する。
【００１８】
図２上段の（イ）はモニタ１３の観察像で、実際は暗黒背景に隠れ見えないが説明の為に図では前記壁面２０を点線の円弧で示している。図２下段の（ロ）はＸ方向に長くＹ方向に狭い検出窓１５（画面中央に対称に配置されている）にて得られる掃引波形の出力レベルを示し、矢印は掃引に対応する壁面２０の位置を示す。
【００１９】
壁面２０の位置は画面中心２１と反射像１６の距離の１／２倍の位置に見られる。
【００２０】
一方スリット光による投影像はマスキングの影響が少ない為に観察画像に図の如く直接像１４が残存している。
【００２１】
その為にワークの壁面２０が画面中心２１（Ｘ，Ｙ交点）に近くなると反射像１６は図２（Ｂ），（Ｃ）の如く直接像１４に重なって見え、反射像１６の中心が正しく中央に設定されたかどうか不明確になり設定しても数μの誤差がでる。
【００２２】
また、これら画像が（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を検出窓１５で観察像を取り込み反射像１６の中心と画面中心２１との間隔を画像処理で検出することは直接像１４があるために困難となり自動測定の阻害要因となっていた。
【００２３】
従って、この直接像の影響を少なくする手法が課題となった。
【００２４】
Ｂ）異なる高さによる誤差
図３（Ａ）は直接像１４がモニタ１３にて観察される光路を示すもので、投影光はレンズ６の結像点１９を介して観察系のＣＣＤ１０の中央に像を結び画面中心２１に直接像１４が表示される。
【００２５】
図３（Ｂ）はワーク８壁面が光軸Ｚ１−Ｚ２に一致した時の光路を示し、モニタ１３上に直接像１４と反射像１６が画面中心２１に表示される。投影光は結像点１９に結ばれるのでワーク８の入り口より測定高さＺ３の壁面の位置が測定点（Ｐ１）となる。また反射光は画面中心２１で直接像１４と重なり反射像１６として観察できる。
【００２６】
図３（Ｃ）はワーク８が光軸Ｚ１−Ｚ２よりワーク間隔Ｇだけ離れた時の光路を示す。
【００２７】
投影光は結像点１９よりも異なる高さＺ４だけ離れた位置に測定巾Ｚ５をもって広がりその反射光は鏡像位置２３として画面中心２１の直接像１４より画像距離Ｄだけ離れた位置に観察できる。
【００２８】
即ち、壁面が次第に光軸より離れると異なる高さＺ４が次第に増加し、更に測定巾Ｚ５も次第に増えてくる。
【００２９】
ワーク８の測定高さＺ３の位置の内径を測定する時に、壁面が光軸より離れれば離れるほど異なる高さＺ４の内径を測ることになり、また測定巾Ｚ５も広がり精度を上げることが困難になる。実験ではＧは２０μ以上離れた場合は内径測定精度を５μ以下に押さえることは困難であった。（検出窓１５は不要信号のノイズを減らす為にＹ方向の巾は例えば走査線１〜８本等できるだけ狭く設け、Ｘ方向の巾は前述の理由により例えば±２０μ等狭く設けた方が良い。）
多様な壁面粗度を有するワークを測定する測長器に於いてはインコヒレント光が用いられるので（コヒレント光で見られる）位相分離や偏向分離などによる直接像の分離の手法の採用が出来ない。
【００３０】
従って、精度の良い測定をするために、ワーク間隔Ｇ＝０，Ｚ４＝０に準じた新しい測定手法が求められていた。
【００３１】
本発明は人間の視覚が有する定量化の欠点を補い、繰り返し精度良く測定を行う為に、画像認識の可能な手法が検討された中で前記の課題を解決した精度の良い光学式測長装置を提供することを目的としている。
【００３２】
【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。
【００３３】
ワーク８の一方よりワーク壁面２０に所定の投影像１７を与える投影手段７を設け、前記投影像１７の反射像１６を観察する観察手段１１を前記投影手段７とほぼ同一な光軸Ｚ１，Ｚ２にワーク８を介した他方に設けると共に、前記投影像１７が画像中心２１で微少な点状な透過光を投影するパターン発生手段５で構成されたワーク８の複数壁面間Ｐ１，Ｐ２の距離を測定する光学式測長装置において、直接像１４と反射像１６が一致する位置の近傍における直接像１４のデータテーブル３４を設け、データテーブル３４より直接像データ３０を選択出力するデータ選択手段２９を設け、ワーク壁面２０で得られる反射像１６の観察像データ３２より、前記直接像データ３０を削除するデータ削除手段３３とを画像処理回路１２に設けるように構成することで、測定時観察画像に直接像１４が残像していても、直接像１４の影響なく反射像１６の位置によりアスペクト比の高いワーク８の複数の壁面間距離ＷＲを精度良く測定する光学式測長装置に係るものである。
【００３４】
また、所望の径の穴或いはエッジを設けた薄い板を、前記穴或いはエッジよりも離れた位置で支持する支持部材で上下に支持せしめる如く構成した無反射ワーク４５を設け、前記無反射ワーク４５で光軸近傍の直接像１４のデータを測定し、反射像１６の無い直接像データ３０を測定し、前記データテーブル３４とする如く構成したことを特徴とする請求項１記載の光学式測長装置に係るものである。
【００３５】
また、前記ワーク８の内径に応じた複数の直接像１４のデータテーブル３４を設け、更に前記内径を指定する内径指定手段３５を設け、前記データ選択手段が前記内径手段３５の指令により前記内径に近いデータテーブル３４を複数のデータテーブル３４より選択し、直接像データ３０を出力する如く構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の光学式測長装置に係るものである。
【００３６】
また、前記ワーク８の測定高さに応じた複数のデータテーブル３４を設け、更に前記測定高さを指定する高さ指定手段３７を設け、前記データ選択手段２９が前記高さ指定手段３７の指令により直接像データ３０を出力する如く構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学式測長装置に係るものである。
【００３７】
また、ワーク８と光軸との相対移動距離を検出するＸエンコーダ１８のデータと被測定物壁面２０による反射像１６と画像中心との画像距離Ｄのデータとを光軸近傍で収集するデータ収集手段４９を設けると共に前記データ収集手段４９で得られた複数データより光軸に反射像１６が一致した位置の前記移動距離を外挿する外挿手段５０を設けることによりワーク８の壁面間距離ＷＲを精度良く測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学式測長装置に係るものである。また、ワーク８の一方より投影された投影像１７を同じ光軸上でワーク８を介した他方より観察することで得られる反射リング１６’を画像中心に対し均等な画像距離Ｄになるようにワーク８と光軸との相対位置をＸ，Ｙ方向に移動するワーク８の穴の中心を光軸に一致した位置に設定する中心設定方法に特徴を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学式測長装置に係るものである。
【００３８】
【実施例】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００３９】
検出窓１５より得られる反射像１６，直接像１４の単独の波形は図２（Ａ）及び図４に示す如く像中心に対して左右均等な波形であり、像の諧調Ｌ（以後レベルと言う）とその巾σ（以後分散と言う）で規定できる。
【００４０】
よって、あらかじめ直接像１４を測定して前記レベルＬと分散σを求めデータとして持つことにより測定時そのデータを参照することにより像の波形がガウス関数などで近似できることより直接像１４の再現が出来ると共に、また更に前記像の中心位置２７も容易に求めることができる。
【００４１】
この前記データテーブル２６は簡易的には図２（Ａ）に示す如く反射像１６と重複しない状態での直接像１４を測り求めても良い。
【００４２】
しかし、図２（ロＡ），（ロＢ）よりも分かるように画像中心２１（Ｇ＝０）になるとレベル等が下がる傾向があり精度を求める本発明の装置の直接像とするには工夫がいる。よって正しい画像中心２１位置における正しい直接像を求める新しい手法について開発された。
【００４３】
先ず請求項２に関する第一実施例について説明する。
【００４４】
所望の穴を設けた薄い板を上下に設け、前記穴の内径より十分大きな内径の円筒に前記薄い板を支持せしめた無反射ワーク４５を設け（図５（Ａ）参照）、前記ワーク４５の穴のエッジと光軸との間隔Ｇを落射照明（図示省略）とＸエンコーダ２５で測定してＧ＝０から穴の中央まで前記ワーク４５を移動させて前記投影手段による直接像１４を観察し各間隔Ｇに応じたレベルＬと分散σを求める（図５（Ｃ）参照）。
【００４５】
無反射ワーク４５は例えば薄板の厚さは０．５ｍｍとし、所望の穴をφ０．１とした時は円筒の内径はφ１０以上として作る。（内壁は黒色処理する。）
薄板が１ｍｍ以上の時は穴エッジをナイフエッジとなるように皿穴加工しても良い。
【００４６】
このように構成された前記ワークではエッジ部分が薄い為に反射像が発生せず直接像１４のみが得られる。
【００４７】
更に前記穴が微小な時は穴で直接像の光路を遮るので前述の無反射ワーク４５で求める必要があるが、前記穴が十分大きな時は前記光路は穴による遮りが少ないので図５（Ｂ）のようなコ字型無反射ワーク４５’を簡易的に使うことも出来る。
【００４８】
このようにして所望の穴のエッジと光軸が一致した位置から中央に向けての間隔Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍ，・・Ｇｎ毎のレベルＬ０，Ｌ１，・・Ｌｍ，・・Ｌｎと分散σ０，σ１，・・σｍ，・・σｎの各データを正確に求めることが出来る。（図５（Ｃ），（Ｄ）参照）
これらデータの内穴のエッジと光軸が一致した位置とその近傍（例えば１５μ以下）Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍまでの前記レベルＬ０，Ｌ１，・・・Ｌｍと分散σ０，σ１，・・σｍを以後近傍の間隔ＧＭにおける、近傍のレベルＬＭ分散σＭと言うことにする。
【００４９】
よって本発明は無反射ワーク４５で求めた近傍の間隔ＧＭとレベルＬＭと分散σＭをデータテーブル３４に設けることに特徴がある。
【００５０】
このようにして成るので測定時に直接像データ３０を容易に発生することができる。
【００５１】
尚、図５のように近傍に於けるデータテーブルはレベルＬ，分散σの変化巾が少ないので多くのデータを持つ必要はない。又、簡易型の装置ではＧ＝０の１ケのデータテーブルで近傍のデータテーブルとしても良い。
【００５２】
前述ではワーク間隔Ｇが＋の領域で説明したが前記間隔Ｇが−になる位置（測定壁面が光軸を超えた位置）での近傍の直接像のデータテーブルを準備しても良い。
【００５３】
前述では反射像と直接像が一致する位置を画像中心（光軸）として説明したが、前記一致する位置を画像中心より外れた所定位置に設定した時にも本発明の如く無反射ワークにより所定位置近傍の直接像データを測定して直接像データテーブルとしても良い。
【００５４】
請求項１に関する第二実施例について図６を参照して説明する。
【００５５】
画像回路１２に前記間隔ＧＭと前記レベルＬＭと前記分散σＭとを設けた直接像データテーブル３４と、Ｘエンコーダ１８に関連して間隔Ｇに応じたデータテーブルを選択した直接像データ３０を出力するデータ選択手段２９と更に入力信号の検出窓１５よりの画像信号をＡ／Ｄ変換等データ化した画像データ３２に変換するデータ変換手段２８と、前記画像データ３２と前記直接像を削除した削除出力４３を発生するデータ削除手段３３を設け、前記削除出力４３より後述する外挿手段によりワーク壁面間距離Ｗを測定するように構成している。
【００５６】
このようにして成るので、測定時図７（イＣ）の如く画面中心２１に反射像１６を設定し、Ｘ出力Ｗを０にリセットすることにより選択手段２９はデータテーブル３４より間隔ＧＭを参照してレベルＬＭ，分散σＭの中から近い間隔のデータ（Ｇ０→Ｌ０，σ０）を選択し直接像データ３０を削除手段３３に与える。
【００５７】
ワーク８をＣ→Ｂ→Ａと移動すると、選択手段２９はＸエンコーダの変化に応じた間隔のデータを次々と選択し、その移動位置に於いて最も適切な直接像データ３０を前記削除手段３３に与える。
【００５８】
従って、画像３２は前記削除手段３３で常に反射像１６のみの削除出力４３を得ることができる。
【００５９】
前述の画像中心２１に反射像１６を設定する前記リセット時の光軸とワーク壁面との間隔は直接像が残存するので数μの誤差が発生する為に実際のワークの間隔Ｇと前述の選択されたデータテーブル上の間隔Ｇ０と一致せず直接像データ３０は厳密に言うと誤差を生じるが、しかし対象とする間隔は画像中心２１近傍の少ない間隔巾であるので、レベルＬＭ分散σＭの変化巾は少ないので（例えば１５μ巾）直接像削除の動作としては実用上この誤差は無視し得る。
【００６０】
但し、前記のＸ出力Ｗをそのまま測定値としては使用出来ないので、前記削除出力４３を用い実施例６で後述するように反射像の位置を正しく求め外挿する高い精度の測定が行われている。
【００６１】
前述のリセットが行われた後は直接像の削除された削除出力４３が得られるので前記出力をアナログ信号に変換して（図示省略）以後モニタ１３に反射像１６のみの画像を表示するようにしても良い。
【００６２】
請求項３に関する第三実施例について説明する。
【００６３】
図５の無反射ワーク４５の直接像１４の光路を見ても解るように、ワークの穴の内径が例えばφ３以上等の大きな場合は、投入光及び出力光は全て直接像１４として結像されるので、内径によるレベルＬ，分散の変化σは少ない傾向がある。
【００６４】
しかし、穴が例えばφ０．１など微小な内径では径が変わると光路の遮り方が変化するのでレベルＬ及び分散σの値が変化してくる。
【００６５】
微小穴の時は大きな穴よりもレベルが下がるので光源１の輝度でレベルＬを上げるようにしても分散σが同一にはならない場合がある。従って、内径の異なる複数の前述の無反射ワークにより前記間隔ＧＭとレベルＬＭと分散σＭを測定してデータテーブル３４に複数のデータテーブルを図８の如く設ける。
【００６６】
例えばφ３以上，φ１，φ０．５，φ０．３，φ０．２，φ０．１に対応する間隔ＧＭとレベルＬＭと分散σＭとを直接像データテーブル３４に図８に如く設ける。次に図６（Ａ）の如く測定する時にワーク８の概略内径を測定操作者が任意に指定できる内径指定手段３５と、前記指定手段出力により前記データテーブル３４より最も近い内径に応じたデータテーブルを選択し出力する手段をデータ選択手段２９に設ける。
【００６７】
このようにして成るので例えばφ０．４６のワークを測定する時は内径指定手段３５にてφ０．４６を指定すると、データ選択手段２９により前記データテーブル３４の中より近い値のφ０．５に応じた間隔ＧＭ，レベルＬＭ０．５と分散σＭ０．５のデータテーブルを選択して直接像データ３０をデータ削除手段３３に与える。
【００６８】
従って、前記削除手段２９では常に適切な直接像を削除した削除出力４３を出力し、後述の外挿で任意の内径のワークの壁面間距離を高い精度で測定を行うことが出来る。
【００６９】
上記では内径指定手段３５は操作者により内径を指定する例を説明したが、内径指定手段３５にＸ出力Ｗを関連させて内径指定手段３５の内径指定操作を自動化しても良い。例えば一方の測定点Ｐ１より他方のＰ２に移動して前記Ｘ出力Ｗが０．６ｍｍの時はデータテーブルよりφ０．５の前記テーブルを選択するようにしても良い。
【００７０】
請求項４に関する第四実施例について説明する。
【００７１】
穴の内径が微小な時に測定高さＺ３が大きくなると投影光の遮られ方が増加して直接像１４のレベルＬと分散σが変化する。
【００７２】
従って、図５の無反射ワーク４５で測定高さＺ３を変化させて直接像を測定し間隔ＧとレベルＬと分散σを求めて図１０の如く直接像データテーブル３４に各測定高さＺ３に応じた間隔ＧＭ，レベルＬＭ，分散σＭを設ける。（前記高さＺ３により減少するレベルＬを前記レベルＬのデータを参照して自動的に光源１の輝度を増加させて常に一定になるようにしても図９の如く分散σが狭くなる場合がある。）
よって、図６（Ａ）の如く測定する時の測定高さＺ３を操作者が任意に指定出来る高さ指定手段３７を設けると共に前記指定手段３７の出力で前記データテーブル３４より最も近い高さに応じたデータテーブルを選択出力する手段を前記データ選択手段２９に設ける。
【００７３】
このようにして成るので、例えば測定高さＺ３＝２．１ｍｍを測定する時は高さ指定手段３７でＺ３＝２．１を指定すると、データ選択手段２９により前記データテーブル３４の中より最も近い値のＺ３＝２に応じたデータテーブルが選択され適切な直接像データ３０がデータ削除手段３３に与えられ、反射像のみの削除出力４３が得られ、よって後述する外挿により任意の高さの精度の高い測定をすることが出来る。
【００７４】
上記では高さ指定手段３７は操作者により高さを指定する例を説明したが、Ｚエンコーダ２５を高さ指定手段３７に関連せしめ測定時に前記エンコーダ２５の出力で高さ指定手段３７の高さ指定操作を自動化しても良い。
【００７５】
例えば測定時の高さが前記エンコーダにより２．１ｍｍであった時は前記データテーブルよりＺ３＝２のデータテーブルを自動選択するように構成する。
【００７６】
請求項３，４に関する第五実施例について説明する。
【００７７】
データテーブル３４に第三実施例で内径，第四実施例で測定の高さ毎のデータを設けることを説明した。これらを同時に持つ複合例を第五実施例として図６，図１１を参照して説明する。
【００７８】
前述のデータテーブル３４には図１１（Ｂ）のように上位に前述の高さＺ３を設け、次に内径φと間隔ＧとレベルＬと分散σのデータが順に配列されるように設けている。（図１１（Ｂ）の最後のデータＱは予備データで例えば本発明の測定装置の限界を越えた範囲の測定高さＺ３やφなどが指定された時に警告を出力する為のデータなどに利用しても良い。）
第五実施例の装置は図６（Ａ）のように前述の如く高さＺ３と内径φと間隔ＧＭとレベルＬＭと分散σＭのデータを設けたデータテーブル３４とデータ変換手段２８とデータ削除手段３３とデータ選択手段２９と内径指定手段３５と高さ指定手段３７とを画像処理回路１２に設け、Ｘエンコーダ１８とＺエンコーダ２５を前記選択手段２９に関連させる如く構成している。
【００７９】
このようにして成るので、内径０．１２５φのワークの高さ２．８ｍｍの壁面間距離を測るときには高さ指定手段３７でＺ３＝２．８，内径指定手段３５でφ＝０．１２５を指定することにより、前記データテーブル３４より図１１（Ｂ）の（オ）のデータテーブルが選択される。（Ｚ３＝３，φ＝０．１，ＧＭ３  ０．１，ＬＭ３  ０．１，σＭ３  ０．１のデータが含まれるデータテーブルが選ばれる。）
従って、前記選択手段２９により測定指定条件に近い直接像データ３０が前記削除手段３３に与えられ、直接像の無い反射像のみの削除出力４３を得ることが出来るので、任意の高さの位置で任意の内径のワークを後述する外挿により精度良く壁面間距離を測定することが出来る。
【００８０】
請求項５に関する第６実施例について図１２，１３を参照して説明する。
【００８１】
図１３（Ｂ）を参照し基本原理を始めに説明する。
【００８２】
イ）  仮に直接像１４の影響が無く画像中心２１に反射像１６を一致するように設定できる時は測定点Ｐ１を光軸Ｚ１−Ｚ２に正しく一致できる。従って、測定開始時にその位置を基準（Ｘ出力Ｗ＝０にしてリセットする）とし、ワーク８を移動し同様に測定点Ｐ２を光軸に合わせるようにして測定を再開することでワーク８
の移動距離Ｗよりそのままワーク壁面間距離ＷＲを求めることが出来る。
【００８３】
前述の測定点Ｐ１とＰ２の画像距離ＤとＸ出力Ｗを図１３（Ａ），（Ｂ）で示し、図の△はＴ（Ｄ０，Ｗ０），Ｔ’（Ｄ０’，Ｗ０’）となる。測定開始時にリセットしているのでＷ０＝０で、正しく反射像１６は設定できるのでＤ０＝０，Ｄ０’＝０となる。
【００８４】
従って、Ｗ０とＷ０’距離（ＷＡ＝Ｗ０’）が壁面２０間の距離ＷＲを正しく示す
ことになる。
【００８５】
ロ）  然るに本発明のように、スリット光による装置では直接像１４の影響がある場合は、反射像１６を画像中心２１に一致させることが困難であり、更に直接像による反射像位置の画像認識が困難となるので画像距離Ｄは画像中心２１より十分離
れた位置で測定するしかない。
【００８６】
従って、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すようにＰ１側は○Ｍ１，Ｍ２，・・・Ｍｎのように、Ｐ２側はＭ１’，Ｍ２’，・・・Ｍｎ’の離れた位置の複数前記間隔Ｄと前記Ｘ出力Ｗを求めて、前記複数の距離（Ｄ）と複数の前記出力（Ｗ）を用いて直線近似等を用いて演算により画像中心２１に一致した（前記距離Ｄ＝０）位置の前記Ｘ出力ＷＢを求めると、図１３（Ｄ），（Ｂ）の□で示すＵ，Ｕ’が
得られる。
【００８７】
以後前述の測定出来る複数データより測定外のデータ値を導く演算を外挿と
言う。
【００８８】
従って、前記外挿によるＵ，Ｕ’距離（ＷＢ）はワーク壁面間距離ＷＲに相当することになるが、前記ＷＢは前記ＷＡに比較して実験では５μ以上の誤差を
発生している。
【００８９】
この原因はレンズの光軸Ｚ１−Ｚ２より遠く離れた位置では光学系の歪があり画像距離変化が非直線的に変化する為に誤ったデータを外挿することになる
為に誤差が発生している。
【００９０】
ハ）  本発明では、第一〜四実施例で示す如く、直接像を削除出来るので画像中心  ２１の近傍でも反射像の画像距離が容易に画像認識できるので、図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の如く黒丸で示すＮ１，Ｎ２，・・・Ｎｍ，Ｎ１’，Ｎ２，・・・Ｎｍ’が測定出来、これらのデータを外挿することで△で示すＴ，Ｔ’が得られ正
確な移動距離ＷＲを知ることが出来る。
【００９１】
前述のＷＡは光学系の歪の無い光軸近傍の複数のデータの外挿であるためにＷＡ＝ＷＲとなり、精度の良い測定が可能となる。実験では、０．５μ以下の
精度が得られた。
【００９２】
前述の外挿を具体的に行う本発明の装置の実施例について図１２を参照して説明する。
【００９３】
前述の図６の装置に以下が追加構成されている。
【００９４】
測定点Ｐ１側で測定開始を操作指定する開始指定手段５４と，測定点Ｐ２側で測定再開を操作指定する再開指定手段５５と，任意測定点で測定データを記憶指定させる任意指定手段５６と，Ｘ出力Ｗを絶対値に変換する仮想カウンタ５７とを設け、削除出力４３より画像距離Ｄを検出し、前記の複数手段（５４，５５，５６）に応じて画像距離Ｄと仮想カウンタの値ＫとＸ出力Ｗと各データをメモリ５１に収集するデータ収集手段４９を画像処理回路１２に設けると共に、前記収集手段で得られたデータ（Ｗ，Ｋ，Ｄ）より外挿により反射像１６が光軸に一致した位置（画像距離Ｄ＝０）の複数壁面間距離ＷＡを求め出力する外挿手段５０を画像処理回路１２に設け、前記壁面間距離ＷＡを表示する測定表示手段５２を観察手段１１に設けている。
【００９５】
更に前記仮想カウンタ５７は前記削除手段２９の選択に関連せしめている。
【００９６】
開始指定手段５４はＸエンコーダ１８と仮想カウンタ５７をリセットせしめると共に、任意指定手段５６に前記記憶を作動するように関連させている。
【００９７】
再開指定手段５５は仮想カウンタ５７のみをリセットせしめると共に、任意指定手段５６に前記記憶を指定するように関連させている。
【００９８】
任意指定手段５６は、開始，再開指定手段５４，５５による前記指定動作と単独に操作指定動作が可能になるように構成している。
【００９９】
このようにして成るので、本装置は以下のような動作をする。
【０１００】
○測定点Ｐ１の測定
始めに反射像１６を画面中心２１に合わせることにより測定点Ｐ１を光軸Ｚ１−Ｚ２との間隔を数μの設定誤差で設定できる。
【０１０１】
そこで開始指定手段５４を操作指令することでＸエンコーダ１８と仮想カウンタ５７を０にクリアする。（Ｗ１＝０，Ｋ１＝０）
前記カウンタによりデータ選択手段２９はデータテーブル３４からＧ＝０のテーブルを選択し、直接像データ３０をデータ削除手段３３に与え、削除出力４３をデータ収集手段４９に与える。
【０１０２】
前記収集手段４９は削除出力４３より画像距離Ｄ（Ｄ１）を算出すると共に、任意指定手段５６の指令で前記画像距離Ｄ（Ｄ１）と仮想カウンタ５７の値Ｋ（Ｋ１）とＸ出力Ｗ（Ｗ１）とをメモリ５１にデータ収集する。
【０１０３】
次にワーク８をわずか移動させて任意指定手段５６を操作指令することで前記同様に画像距離Ｄ（Ｄ２）と前記カウンタ値Ｋ（Ｋ２）とＸ出力値Ｗ（Ｗ２）を収集する。
【０１０４】
更に同様に移動させた後に任意手段５６で画像距離Ｄ（Ｄｍ），前記カウンタ値Ｋ（Ｋｍ），Ｘ出力Ｗ（Ｗｍ）をメモリ５１に収集する。
【０１０５】
このようにすることで図１３（Ｂ）に示すように複数データ（Ｋ１，Ｋ２，Ｋｍ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄｍ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗｍ）が得られるので、これら複数データを外挿手段５０で外挿することで画像中心２１の位置（Ｄ＝０）△Ｔの仮想カウンタ値（Ｋ０）の値が得られる。
【０１０６】
△Ｔの仮想カウンタ値（Ｋ０）と測定開始時の仮想カウンタ値（Ｋ１）との差Ｗｅは反射像を画像中心に合わせた時の設定誤差に相当するので以後設定誤差Ｗｅと言う。前記設定誤差Ｗｅは前述の動作に引き続いて直ちにメモリ５１に収集される。
【０１０７】
○測定点Ｐ２の測定
次にワーク８を移動して反射像１６を画面中心２１に合わせることにより測定点Ｐ２を光軸Ｚ１−Ｚ２との間隔を数μの設定誤差で設定できる。
【０１０８】
そこで、再開指定手段５５にて操作指令することで仮想カウンタ５７のみを０にクリアする（Ｋ１’＝０）。
【０１０９】
前記カウンタによりデータ選択手段２９はデータテーブル３４からＧ＝０のテーブルを選択し、前述同様に削除出力４３を外挿手段５０に与える。
【０１１０】
収集手段４９は削除出力４３より画像距離Ｄ（Ｄ１’）を算出すると共に、任意指定手段５６の指令で前記画像距離Ｄ（Ｄ１）と仮想カウンタ値Ｋ（Ｋ１）とＸ出力Ｗの値（Ｗ１’）とをメモリ５１に収集する。
【０１１１】
次にワークをわずか移動させて任意指定手段５６を操作指令することで前記同様に画像距離Ｄ（Ｄ２’）と前記カウンタ値Ｗ（Ｗ２’）とＸ出力値Ｗ（Ｗ２’）をメモリ５１に収集する。
【０１１２】
更に同様に移動せしめ任意指定手段５６で前記同様に画像距離Ｄ（Ｄｍ’），カウンタ値Ｋ（Ｋｍ’），Ｘ出力Ｗ（Ｗｍ’）をメモリ５１に収集する。
【０１１３】
このようにすることで図１３（Ｂ）に示すような各データが得られるので、外挿手段５０で前述同様に複数データ（Ｄ１’，Ｄ２’，Ｄｍ’，Ｋ１’，Ｋ２’，Ｋ２’，Ｋｍ’）を外挿することで画像中心２１の位置（Ｄ＝０）△Ｔ’の仮想カウンタ値（Ｋ０’）が得られ、これらから設定誤差Ｗｅ’が求められる。
【０１１４】
この設定誤差Ｗｅ’も同様にメモリ５１に直ちに収集される。
【０１１５】
従って、開始，再開指定手段５４，５５の指令間にワークが移動した移動距離ＷＣはＷ１＝０であることよりＷＣ＝Ｗ１’となる。
【０１１６】
外挿手段５０で続いて設定誤差Ｗｅ，Ｗｅ’とＷＣ（Ｗ１’）より
ＷＡ＝ＷＴ’＋（Ｗｅ＋Ｗｅ’）の如く補正演算が行われる。
【０１１７】
光軸に測定点Ｐ１，Ｐ２が一致した点（△ＴとＴ）の距離ＷＡは壁面間距離ＷＲに相当するので、この補正された壁面間の移動距離を外挿手段５０は出力し測定表示手段５２にて前記距離をワーク壁面間距離ＷＲの測定値として表示するようにしている。
【０１１８】
○追記説明
外挿手段５０は前述では任意指定手段５６で複数のデータを取り込んだ後に外挿，補正演算して出力し測定表示５２に表示するように説明したが、開始，再開指令手段５４，５５が指令された時にその時のデータ（Ｗ１，Ｗ１’，Ｋ１，Ｋ１’，Ｄ１，Ｄ１’）より△Ｔ，Ｔ’のデータ（Ｄ０，Ｄ０’，Ｋ０，Ｋ０’）を直ちに外挿して設定誤差（Ｗｅ，Ｗｅ’）を求め補正演算を行い測定表示手段５２にて表示するように構成し、前記操作に続いて任意指令手段で複数データ（Ｄ２，Ｄｍ，Ｄ２’，Ｄｍ’，Ｋ２，Ｋｍ，Ｋ２’，Ｋｍ’，Ｗ２，Ｗｍ，Ｗ２’，Ｗｍ’）を取り込んだ時は直ちに前述の取り込んだデータを加えて外挿，補正演算を行い前記の表示出力を訂正するように構成しても良い。
【０１１９】
このようにすることでワーク壁面の曲がりなどが無い時は前記開始，再開指令の１回だけの簡易操作で壁面距離を知ることができる。
【０１２０】
更に壁面の曲がりを考慮したり、精度良く求める時は前記の簡易操作に加え任意指定手段で複数のデータより壁面間距離を測定できる。
【０１２１】
このようにして測定できるので、図３（Ｂ）に示す如く測定巾Ｚ５＝０の正しい測定高さＺ３に於ける壁面間距離を外挿により求めることが出来、その高さも任意の高さを指定することが出来る。
【０１２２】
例えば前述の直接像削除をしなかった時の□Ｕ，Ｕ’の外挿による測定と本発明の方法による△Ｔ，Ｔ’の高さＺ３の測定結果を以下の表１に示すが、
【０１２３】
【表１】
0003571418.tif 000002
【０１２４】
同じ内径φ０．１２５のワークでも従来方法の□Ｕ，Ｕ’の結果では高さによるバラツキが３８．８μｍのもあるが、△Ｔ，Ｔ’の本発明では０．２μｍの範囲のバラツキで測定できる。（このワークの加工精度がほぼ推定される位の測定精度が得られた。）
尚、Ｚ３＝１ｍｍはアスペクト比８であり、Ｚ３＝４はアスペクト比３２に相当する。ワークは光ファイバーＳＣコネクタ用のフェルールでφ０．１２５の内径で１０ｍｍの深さの（アスペクト比８０近く）ある筒状の資料であり、測定例はその一方の端面よりの高さＺ３を示した。
【０１２５】
このようなアスペクト比の高い深い穴の壁面間の距離もスリット光（孤立パターン，近似孤立パターン）による投光手段と，直接像削除と光軸近傍の反射像の外挿による観察手段により、任意の高さを精度良く測定ができている。
【０１２６】
請求項６記載の第七実施例について図１４，図１５を参照して説明する。
【０１２７】
第六実施例で任意の内径のワークを測定できる装置の例を示したが、ワークが微小内径で内径の概要が分かっている（例えばφ０．１２５フェルール）場合は始めにワークの中心を本装置の光軸中心に設定して、Ｘエンコーダ１８のＸ出力Ｗを０にリセットした後にワーク壁面の測定点Ｐ１，Ｐ２の方向にワークをＸ出力Ｗの一方向（−０．０６２５）から＋方向（＋０．０６２５）に移動して測定する例を説明する。
【０１２８】
装置は図１２とほぼ同様（同じ部分の説明は省略する）で図１５の如く構成する。
【０１２９】
Ｘ出力ＷをＷ＝０にリセットするリセット手段４０と内径指令手段３５とＸ出力Ｗに関連し、指定された内径の半径の値からＸ出力Ｗとの差の値を出力する差出力手段４１とを画像処理回路１２に設け、差出力手段４１は仮想カウンタ５７を指令するように構成している。
【０１３０】
このようにしてなるので、始めワーク８の内径を例えばφ０．１２５と内径指令手段３５に与える。その後に後述する設定方法でワーク８の中心を光軸Ｚ１−Ｚ２に一致せしめ、リセット手段４０にてＸ出力Ｗ＝０にリセットする。
【０１３１】
次にワーク８をＸ出力Ｗが半径の−０．０６２５の位置になるように一方向に移動させる。差出力手段４１はＸ出力Ｗ＝−０．０６２５と内径指定手段３５で得られる半径の値−０．０６２５との差の出力（差＝０）で仮想カウンタ５７を０に指定し、選択手段２９等を動作させ複数データ（Ｋ１，Ｗ１，Ｄ１）を収集する。
【０１３２】
次にワークを中心方向に０．００２僅か移動させると前記同様にＷ＝０．０６０５差０．００２の出力を仮想カウンタに与え、任意指定手段５６により複数データ（Ｋ２，Ｗ２，Ｄ２）が収集される。このような操作を内径近傍で反復することで外挿手段５０とデータ収集手段４９により複数データ（Ｋｍ，Ｗｍ，Ｄｍ）の収集ができるので、第六実施例の如く片側の（−０．０６２５）設定誤差Ｗｅが解る。
【０１３３】
次にワークを他の方向＋０．０６２５の方向に移動させる。差出力手段４１はＷ＝＋０．０６２５と内径指定による半径＋０．０２５より差出力（差＝０）を出力して仮想カウンタ５７を０に指定し、前記同様に複数データ（Ｋ１’，Ｗ１’，Ｄ１’）を収集する。
【０１３４】
次にワークを中心方向に移動して前述同様に複数データを収集して外挿手段５０とデータ収集手段で残る片側の（＋０．０６２５）設定誤差Ｗｅ’が求められる。
【０１３５】
よって前記操作によりワークの移動距離ＷＣ＝０．１２５と設定誤差Ｗｅ，Ｗｅ’が求められるので図１４（Ｂ）に示す△Ｔ，Ｔ’の壁面距離が例えば０．１２５３等正確に測定できる。
【０１３６】
前述の説明では内径の壁面位置（±０．０６２５）にしてからの測定例を示したが、図１３（Ｅ）の如くワークを中心に設定した後にやや大きめの−位置（−０．０７）から＋位置（＋０．０７）までワークを自動的に位置方向に移動して測定しても良い。
【０１３７】
例えば−０．０６２５になった時には差＝０が発生され、０．０１５（−０．０４７５）以上移動した時にはデータ収集を中止し、＋０．０６２５に０．０１５近づく（＋０．０４７５）と差出力を差＝０．０４７５を発生し、＋０．０６２５に至った時には差出力を差＝０にするようにし、＋０．０６２５を超えたら測定を中止するように構成することで一方方向移動で自動測定の時間短縮が可能にすることもできる。
【０１３８】
前述の任意指定手段でのデータ取り込み（Ｄ，Ｋ，Ｗ）は手動で操作する例で説明したが、画像間隔Ｄ或いはＸ出力或いはＷ或いは仮想カウンタＫの値が所定の間隔（例えば２，４，８μｍなど等ピッチ）になった時、またはＸ方向の移動を一定速度で自動送りの場合は所定時間間隔で自動任意指定を行っても良い。
【０１３９】
また、開始，再開指定時の反射像の画像中心への設定時または前述のワーク中心の設定時に設定誤差Ｗｅが＋方向或いは−方向の誤差となることがあるが、画像距離Ｄで±が分かるので前記補正演算でその±を考慮に入れて演算することで正しい△Ｔ，Ｔ’の壁面間距離ＷＡ（ＷＲ）を求めることができる。
【０１４０】
次に請求項６に関する実施例７について図１４を参照して説明する。前述の装置で述べたワーク８の中心設定方法は測定誤差を少なくする為には数μの精度で設定する必要がある。
【０１４１】
前述の微小内径測定の前記装置の為にこの中心設定方法が新たに開発された。その設定方法はワークの一方より投影された投影像を同じ光軸上でワークを介した他方より観察する本装置でワーク壁面で反射して得られる反射リング１６’を画像中心２１に対して均等な画像距離になるようにワークを移動設定することでワークの中心を前記光軸とＸ，Ｙ方向に対し一致設定することができる。
【０１４２】
この設定精度誤差は数μの範囲で設定できるので、前述の設定誤差演算（Ｗｅ，Ｗｅ’）で十分訂正可能である。
【０１４３】
この反射リング１６’は図１４に示す如く中心に合わせた時は鏡像位置がワーク半径の２倍の距離になり、円形の反射像リング１６’として見られる。
【０１４４】
従って多少の誤差を許容できる時は、前記反射リング１６’の径を画像処理で検出することで検出値の１／２の距離をワーク内径としても良い。しかし前記反射リング１６’は中心を離れた位置に見えるので、前述の如く光学歪により画像距離が非直線的に変化する為の絶対精度誤差を発生する。
【０１４５】
しかし、本発明の如く前記反射リング１６’と画像中心２１との距離の左右上下方向の相対位置を検出する場合においては、前記歪は画像中心に対して点対称な歪となる傾向があるので大きな誤りは無くワーク８を中心に数μの誤差で設定でき、前記装置での中心設定として好適な方法である。
【０１４６】
【発明の効果】
１）  スリット光（孤立パターン，近似孤立パターン）の反射像を画像中心に設定して測定する為に不要光によるマスキングが少なく、光学系の歪無く正確に画像距離を求められるので、微小径の深い穴などアスペクト比の大きな壁面間の距離を精度良く測定できる。
【０１４７】
２）  観察画像に残存する直接像を削除できるので、反射像の画像距離を正確に求めることが出来、精度の高い測定ができる。（請求項１）
３）  無反射ワークによる測定により正確に削除すべき直接像が得られるので、直接像削除が容易に出来る。（請求項２，１）
４）  データテーブル参照により内径の異なるワークでも直接像を容易に削除できる。（請求項３，２，１）
５）  データテーブル参照により高さの異なる位置の直接像を容易に削除できる。
（請求項４，３，２，１）
６）  直接像の影響が無いので、外挿手段により正確に画像中心に反射像が一致した距離が分かるので、指定した高さでの測定点での壁面間距離を正確に求めることが出来る。（請求項５，４，３，２，１）
７）  前記測定点（測定巾Ｚ５＝０）での測定が可能な為に指定高さでの壁面の欠陥を容易に見いだすことが出来る。
【０１４８】
８）  測定精度０．５μ以下の精度が得られる。
【０１４９】
９）  微小内径のワークの時、反射リングを用いることによりワーク中心と光軸中心を数μの精度で設定できるので、Ｘ出力Ｗの基準を容易に設定でき自動測定も可能となる。（請求項６，５，４，３，２，１）
以上のような効果があるので、０．１ｍｍから３０ｍｍなど微小径から大きな径までの深い穴などの壁面間距離を任意の高さで精度良く測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本構成図である。
【図２】従来方式による観察像を示す説明図である。
【図３】直接像・反射像の光路を示す説明図である。
【図４】直接像単独の波形を示す説明図である。
【図５】本実施例の無反射ワークを用いてデータテーブルを構成することを示す説明図である。
【図６】本実施例の要部の概略構成説明図である。
【図７】本実施例の観察像を示す説明図である。
【図８】本実施例のワーク内径に応じた複数のデータを有するデータテーブルを示す説明図である。
【図９】本実施例の測定高さによる観察像を示す説明図である。
【図１０】本実施例の測定高さに応じた複数のデータを有するデータテーブルを示す説明図である。
【図１１】図８と図１０とを組み合わせた複数のデータを有するデータテーブルを示す説明図である。
【図１２】本実施例の外挿測定を行う場合の要部の概略構成図である。
【図１３】本実施例の外挿測定を行う場合の基本原理を説明する説明図である。
【図１４】本実施例の反射リングの説明図である。
【図１５】本実施例の外挿測定を行う場合のワークが微小内径で内径の概要が解っている場合の要部の概略構成説明図である。
【符号の説明】
Ｄ  画像距離
Ｐ１，Ｐ２  壁面測定点
Ｚ１，Ｚ２  光軸
ＷＲ  壁面間距離
５  パターン発生手段
７  投影手段
８  ワーク
１１  観察手段
１２  画像処理回路
１４  直接像
１６  反射像
１６’  反射リング
１７  投影像
１８  Ｘエンコーダ
２０  壁面
２１  画像中心
２９  データ選択手段
３０  直接像データ
３２  観察像データ
３３  データ削除手段
３４  データテーブル
３５  内径指定手段
３７  高さ指定手段
４５  無反射ワーク
４９  データ収集手段
５０  外挿手段
【図１】
0003571418.tif 000003
【図２】
0003571418.tif 000004
【図３】
0003571418.tif 000005
【図４】
0003571418.tif 000006
【図５】
0003571418.tif 000007
【図６】
0003571418.tif 000008
【図７】
0003571418.tif 000009
【図８】
0003571418.tif 000010
【図９】
0003571418.tif 000011
【図１０】
0003571418.tif 000012
【図１１】
0003571418.tif 000013
【図１２】
0003571418.tif 000014
【図１３】
0003571418.tif 000015
【図１４】
0003571418.tif 000016
【図１５】
0003571418.tif 000017