(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、細長い穴の深さや内径等の被測定物の形状を測定できるようにすること。【解決手段】  測定用光を出力する発光素子１０４及び被測定物１０３で反射してきた測定用光を検出するための光検出素子１０５を有する測定装置本体部１０１と、１対の光反射部材１０７、１０８を有する導光部１０２とを備えており、被測定物１０３の底面１１０、１１１で反射した発光素子１０４からの測定用光は、導光部１０２の光反射部材１０７、１０８によって交互に反射されながら進行し、光検出素子１０５によって検出される。算出手段は、光検出素子１０５で検出した測定用光に基づいて穴の深さ等の被測定物１０３の形状を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用光を出力する光源と被測定物で反射してきた前記測定用光を検出する光検出部とを有し、前記光検出部で検出した前記測定用光に基づいて前記被測定物の形状を測定する光学式測定装置において、
前記被測定物で反射した前記測定用光を前記光検出部側に導く導光部を備え、
前記導光部は、前記被測定物で反射した前記測定用光を前記光検出部側に導く１対の光反射部材を有することを特徴とする光学式測定装置。
【請求項２】
前記１対の光反射部材は、互いに反射面が対向して平行に配設されて成ることを特徴とする請求項１記載の光学式測定装置。
【請求項３】
前記１対の光反射部材は、前記被測定物で反射した測定用光が導光部に入射しやすくなると共に前記光検出部側に測定用光が通過しやすくなるように前記各反射面の位置が相互にずれた状態に配設されて成ることを特徴とする請求項２記載の光学式測定装置。
【請求項４】
前記光源からの測定用光の進行方向を変えて前記被測定物側に進行させると共に、前記被測定物で反射してきた前記測定用光の進行方向を変えて前記導光部側に進行させる光進行方向変更部材を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の光学式測定装置。
【請求項５】
前記光進行方向変更部材は反射ミラー又は反射プリズムによって構成されて成ることを特徴とする請求項４記載の光学式測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定用光を出力する光源と被測定物で反射してきた前記測定用光を検出する光検出部とを有し、前記光検出部で検出した前記測定用光に基づいて前記被測定物の形状を測定する光学式測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光源等の光源から発生したレーザ光線等の測定用光を被測定物に照射し、被測定物で反射した前記測定用光を検出することによって、前記被測定物の形状や所定位置からの前記被測定物の距離等を測定するようにした光学式測定装置が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、非特許文献１に記載された光学式測定装置の測定原理を示す原理図であり、三角測距方式の測定原理を示している。
図４において、４０１は所定位置から被測定物ｍまでの距離や被測定物ｍの形状等を測定するための測定用光を出力する光源としての発光素子（例えば、半導体レーザや赤外線発光ダイオード）、４０２は投光レンズ、４０３は受光レンズ、４０４は光検出部としてのＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、４０５は投光レンズ４０２の光学軸（レンズの中心を通りレンズ面に直角な軸）、４０６は受光レンズ４０３の光学軸、ｍは被測定物である。尚、光検出部としては、ＰＳＤ４０４の代わりにＣＣＤ（Charge Coupled Device）等も使用可能であるが、以下の説明ではＰＳＤ４０４を用いた例で説明する。
【０００４】
発光素子４０１から出力された測定用光は、投光レンズ４０２によって所定の指向性が付与され、被測定物ｍに照射される。被測定物ｍに到達した測定用光は、被測定物ｍによって乱反射され、該反射光の一部が受光レンズ４０３によってＰＳＤ４０４上にスポット（点）として集光される。
これにより、被測定物ｍで反射された測定用光はＰＳＤ４０４によって検出される。このとき、ＰＳＤ４０４上の受光スポットは、受光レンズ４０３と被測定物ｍとの距離に応じて、その位置が変化する。したがって、ＰＳＤ４０４上の受光スポット位置を電気的に検出することにより、予め定めた所定位置から被測定物ｍまでの距離を測定することが可能になる。
【０００５】
これを図４を用いて説明すると、投光レンズ４０２と受光レンズ４０３の中心間距離（基線長）をＡ、受光レンズ４０３の焦点距離をｆとし、投光レンズ４０２から出力される測定用光の広がりやレンズ４０２、４０３の厚み・収差は無視し、受光レンズ４０３から距離ｆの位置にＰＳＤ４０４の受光面があるものとする。この場合、所定位置である投光レンズ４０２から被測定物ｍまでの距離ｄは、中心間距離Ａ、焦点距離ｆ及び受光スポットの位置Ｘを用いて、幾何学的に次式で求められる。
ｄ＝Ａ・ｆ／Ｘ
中心間距離Ａ及び受光レンズ４０３の焦点距離ｆは既知の値であるため、ＰＳＤ４０４における受光スポットの位置Ｘを検出することにより、所定位置から被測定物ｍまでの距離、被測定物ｍの形状、被測定物ｍの移動量等を光学的に測定することができる。以上のようにして、簡単な構成で高精度に、被測定物ｍの形状等を測定することが可能である。
【０００６】
ところで、被測定物には深い穴（貫通穴や有底穴）を有するものが多々存在する。図５は、前記従来の三角測距方式の光学式測定装置を用いて、穴５０５を有する被測定物５０２の形状（例えば、穴の深さ、穴の内径）を測定する場合の説明図である。
図５において、光学式測定装置は測定装置本体部５０１内に発光素子５０３及び光検出素子５０４を有している。被測定物５０２には、底面５０６及び側壁面５０７を有する円柱状の穴５０５が設けられている。
【０００７】
光学式測定装置を用いて穴５０５の深さを測定する場合、発光素子５０３から測定用光を穴５０５の底面５０６に向かって照射し、底面５０６で反射してきた測定用光を光検出素子５０４で検出し、該測定用光に基づいて穴５０５の深さを算出する。これによって、穴５０５の深さを測定することができる。
しかしながら、穴５０５が細長く深い形状の穴の場合、穴５０５の内径が小さく且つ底面５０６の位置が深くなるため、底面５０６で反射した測定用光は側壁面５０７で遮られて穴５０５から外へ出ることができない。したがって、光検出素子５０４は、穴５０５の底面５０６で反射した測定用光を検出することができないため、穴５０５の深さを測定することができないという問題がある。
【０００８】
また、穴５０５の側壁面５０７の形状や径を測定する場合に、前記同様に測定できないという問題がある。
【非特許文献１】情報調査会より出版された「センサ技術」（１９９２年１０月号（Vol.12.No.11））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、簡単な構成で、細長い穴の深さや内径等の被測定物の形状を測定できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、測定用光を出力する光源と被測定物で反射してきた前記測定用光を検出する光検出部とを有し、前記光検出部で検出した前記測定用光に基づいて前記被測定物の形状を測定する光学式測定装置において、前記被測定物で反射した前記測定用光を前記光検出部側に導く導光部を備え、前記導光部は、前記被測定物で反射した前記測定用光を前記光検出部側に導く１対の光反射部材を有することを特徴とする光学式測定装置が提供される。導光部が有する１対の光反射部材は、被測定物で反射した測定用光を光検出部側に導く。光検出素子は、前記導光部材を介して、被測定物で反射してきた測定用光を検出する。
【００１１】
ここで、前記１対の光反射部材は、互いに反射面が対向して平行に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記１対の光反射部材は、互いに反射面が対向して平行に配設されると共に、前記被測定物で反射した測定用光が導光部に入射しやすくなると共に前記光検出部側に測定用光が通過しやすくなるように前記各反射面の位置が相互にずれた状態に配設されて成るように構成してもよい。
また、前記光源からの測定用光の進行方向を変えて前記被測定物側に進行させると共に、前記被測定物で反射してきた前記測定用光の進行方向を変えて前記導光部側に進行させる光進行方向変更部材を備えて成るように構成してもよい。
また、前記光進行方向変更部材は反射ミラー又は反射プリズムによって構成されて成るように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光学式測定装置によれば、簡単な構成で、細長い穴の深さや内径等、被測定物の形状を測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置について説明する。尚、以下の各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は本発明の実施の第１の形態に係る三角測距方式の光学式測定装置の外観斜視図である。
図１において、光学式測定装置は、測定装置本体部１０１、測定装置本体部１０１に一体的に取り付けられた導光部１０２を有している。測定装置本体部１０１と導光部１０２との取り付け部分は、測定用光が外部に漏れたり外部光が測定の妨げとならないように、光を遮蔽するための光遮蔽部材１００で被われている。
【００１４】
測定装置本体部１０１には、測定用の光（測定用光）を出力する光源としての発光素子（例えば、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ））１０４、測定用光を検出するための光検出部としての光検出素子（例えば、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device））１０５を有している。尚、図示していないが、測定装置本体部１０１内には、光検出素子１０５で検出した測定用光に基づいて被測定物１０３の穴１０９の深さ等の形状を算出するための算出手段が設けられている。
【００１５】
図２は、図１に示した光学式測定装置に使用する導光部１０２の詳細を示す図で、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は平面図である。
図２において、導光部１０２は、所定長に形成されると共に断面コ字形の導光部本体１０６、断面コ字形の対抗する内面側に各々、取り付けられた１対の光反射部材（第１の光反射部材１０７、第２の光反射部材１０８）を有している。１対の光反射部材１０７、１０８は反射ミラーで形成されており又、対向するように配設されている。１対の光反射部材１０７、１０８は、相互に平行に配設されている。１対の光反射部材１０７、１０８は、略同一長さに形成されている。また、１対の光反射部材１０７、１０８は、略同一幅に形成されている。
【００１６】
光反射部材１０７は、光反射部材１０８よりも、光検出素子１０５寄りの側に配設されている。光反射部材１０８は、光反射部材１０７よりも、発光素子１０４寄りの側に配設されている。１対の光反射部材１０７、１０８は、被測定物１０３で反射した測定用光が導光部１０２に入射しやすくなると共に光検出素子１０５側に測定用光が通過しやすくなるように、前記各光反射部材１０７、１０８の反射面の位置が相互に、導光部１０２から測定装置本体部１０１に至る方向にそって、ずれた状態に配設されている。
即ち、一方の光反射部材１０８は発光素子１０４及び光検出素子１０５に近い位置に配設され又、他方の光反射部材１０７は発光素子１０４及び光検出素子１０５に対して光反射部材１０８よりも遠い位置に配設されている。これにより、導光部１０２は正面から見て、略平行四辺形の形状に構成されている。
【００１７】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の動作を詳細に説明する。
図１に示すように、被測定物１０３の穴１０９の深さ等の形状を測定する場合の例で説明する。この場合、穴１０９の底面は図１の符号１１０の位置にあるものとする。  被測定物１０３の穴１０９の深さを測定する場合、光学式測定装置の発光素子１０４から被測定物１０３の穴１０９の底面１１０に向けて測定用光を出力する。前記測定用光は一点鎖線で示すように進んだ後、破線で示すように底面１１０で反射する。
【００１８】
底面１１０で反射した測定用光は、導光部１０２が存在しなければ、図５で説明したのと同様に光検出素子５０４方向進んで側壁面１１３で妨げられるため、測定用光を光検出素子で検出することはできない。
しかしながら、本実施の形態では、底面１１０で反射した測定用光は、導光部１０２に入射して、その光反射部材１０７及び光反射部材１０８で交互に反射し、光検出素子１０５側に出力される。前記測定用光は光検出素子１０５によって検出される。この場合、底面１１０で反射した測定用光が、導光部１０２を介して光検出素子１０５に到達し、光検出素子１０５によって検出される位置は、側壁面１１３が存在しないと仮定した場合に光検出素子５０４で検出される位置と同一になるため、幾何学的に、光検出素子１０５によって正確に検出が行われることになる。
【００１９】
光検出素子１０５によって検出した被測定物１０３からの測定用光に基づいて、図示しない算出手段が被測定物１０３の形状、この場合は、穴１０９の深さを算出する。これにより、前記算出手段によって正確な形状等を算出することが可能になる。
穴１０９の底面が符号１１１で示すように深くなった場合でも、前記同様にして、発光素１０４子から出力した測定用光は、被測定物１０３の底面１１１で反射された後、導光部１０２を介して光検出素子１０５で検出され、前記算出手段によって穴１０９の深さ等の形状が算出される。
【００２０】
以上述べたように本第１の実施の形態に係る光学式測定装置によれば、測定用光を出力する光源としての発光素子１０４と被測定物１０３で反射してきた前記測定用光を検出する光検出部としての光検出素子１０５とを有し、光検出素子１０５で検出した前記測定用光に基づいて被測定物１０３の穴の深さ等の形状を測定する光学式測定装置において、被測定物１０３で反射した前記測定用光を光検出素子１０５側に導く導光部１０２を備え、導光部１０２は、被測定物１０３で反射した前記測定用光を光検出素子１０５側に導く１対の光反射部材１０７、１０８を有するように構成されている。
【００２１】
前記１対の光反射部材１０７、１０８は、互いに反射面が対向して平行に配設されている。また、前記１対の光反射部材１０７、１０８は、被測定物１０３で反射した測定用光が導光部１０２に入射しやすくなると共に光検出素子１０５側に測定用光が通過しやすくなるように前記各反射面の位置が相互にずれた状態に配設されている。
したがって、細長い穴の深さ等、被測定物の形状を測定することが可能になる。また、導光部１０２を設けた構造であるため、構成が簡単である。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る三角測距方式の光学式測定装置の外観斜視図であり、図１及び図２と同一部分には同一符号を付している。
本第２の実施の形態に係る光学式測定装置は、前記第１の実施の形態の構成に加えて、光源としての発光素子１０４からの測定用光の進行方向を変えて被測定物１０３側に進行させると共に、被測定物１０３で反射してきた前記測定用光の進行方向を変えて導光部１０２側に進行させる光進行方向変更部材としての反射ミラー３０１を備えており、この点で前記第１の実施の形態と相違している。反射ミラー３０１は、光反射面３０２を有すると共に、導光部１０２の先端部側に一体的に取り付けられている。尚、反射ミラー３０１の代わりに反射プリズムを使用してもよい。
【００２３】
j
以下、本第２の実施の形態に関して、前記第１の実施の形態と同一部分についての説明は省略し、相違する部分について説明する。
図３において、被測定物１０３の穴１０９の形状である内径を測定する場合の例で説明する。穴１０９の内径を測定する例であるため、穴１０９は、有底穴と貫通穴のいずれの穴でもよい。
この場合、光学式測定装置の発光素子１０４から被測定物１０３の穴１０９の底面１１１に向けて測定用光を出力する。前記測定用光は一点鎖線で示すように進んだ後、導光部１０２の先端部分に取り付けられた反射ミラー３０１の光反射面３０２で反射して、進行方向が直角に変更され、穴１０９の側壁面１１３に対して直角に進行する。
【００２４】
前記測定用光は、破線で示すように側壁面１１３で反射した後、再び反射ミラー３０１で反射して導光部１０２入射し、その光反射部材１０７及び光反射部材１０８で交互に反射し、光検出素子１０５側に出力される。前記測定用光は光検出素子１０５によって検出される。
光検出素子１０５によって検出した被測定物１０３からの測定用光に基づいて、図示しない算出手段が、被測定物の形状である穴１０９の内径を算出する。これにより、前記算出手段によって正確な形状を算出することが可能になる。
【００２５】
以上述べたように、本第２の実施の形態に係る光学式測定装置は、前記第１の実施の形態の構成に加えて、光源としての発光素子１０４からの測定用光の進行方向を変えて被測定物１０３側に反射すると共に、被測定物１０３で反射してきた前記測定用光の進行方向を変えて導光部１０２側に反射する光進行方向変更部材（例えば、反射ミラー３０１、あるいは、光反射プリズム）を備えている。
【００２６】
したがって、本第２の実施の形態に係る光学式測定装置によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏するばかりでなく、細長い穴の深さや内径等、被測定物の各種の形状を測定することが可能になる。また、発光素子１０４や光検出素子１０５を有する測定装置本体部１０１とは反対側の導光部１０２の一方の先端部側に反射ミラー３０１を設けた構造であるため、構成が簡単である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
自動車用トランスミッションをはじめとして油路を有する各種油圧回路等、種々の形状の穴を有する被測定物の形状測定を行う光学式測定装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置の外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学式測定装置に使用する導光部１０２の詳細構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光学式測定装置の外観斜視図である。
【図４】従来の光学式測定装置の測定原理を示す原理図である。
【図５】従来の光学式測定装置の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００・・・光遮蔽部材
１０１・・・測定装置本体部
１０２・・・導光部
１０３・・・被測定物
１０４・・・発光素子
１０５・・・光検出素子
１０６・・・導光部本体
１０７・・・第１の光反射部材
１０８・・・第２の光反射部材
１０９・・・穴
１１０、１１１・・・底面
１１３・・・側壁面
３０１・・・光進行方向変更部材としての反射ミラー
３０２・・・光反射面
【図１】
2006145255.tif 000003
【図２】
2006145255.tif 000004
【図３】
2006145255.tif 000005
【図４】
2006145255.tif 000006
【図５】
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