(57)【要約】【課題】設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる非接触プローブ、及び測定機の提供。【解決手段】測定機１は、ステップゲージを非接触で検出する非接触プローブ２を備える。非接触プローブ２は、光を出射する発光素子４と、発光素子４から出射される光を受光する受光素子５と、受光素子５に至る光路を覆う光学フィルタ６とを備える。光学フィルタ６は、発光素子４から出射される光を透過させる透過帯域と、受光素子５が感度を有する光を遮断する遮断帯域とを備えている。【選択図】図１
2011106896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射される光を受光する受光素子とを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて対象物を非接触で検出する非接触プローブであって、
前記受光素子に至る光路を覆う光学フィルタを備え、
前記光学フィルタは、前記発光素子から出射される光を透過させる透過帯域と、前記受光素子が感度を有する光を遮断する遮断帯域とを備えることを特徴とする非接触プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触プローブにおいて、
前記光学フィルタは、互いに平行な入射面、及び出射面を有し、前記入射面、及び前記出射面が前記受光素子の光軸に対して直交するように配設されていることを特徴とする非接触プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の非接触プローブにおいて、
前記光学フィルタは、互いに平行な入射面、及び出射面を有し、前記入射面、及び前記出射面が前記受光素子の光軸に対して傾斜するように配設され、
前記入射面、及び前記出射面の間隔ｔは、前記受光素子の光軸、及び前記入射面の法線のなす角をｉとし、前記光学フィルタの屈折率をｎとし、前記受光素子の光軸から前記受光素子にて光を受光することができる範囲までの距離をｄとした場合に、
ｔ＜ｄ・ｃｏｓ（ｒ）／ｓｉｎ（ｉ−ｒ）
ｒ＝ａｓｉｎ（ｓｉｎ（ｉ）／ｎ）
の関係を満たすように設計されることを特徴とする非接触プローブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の非接触プローブを備え、
前記非接触プローブにて検出される対象物を測定することを特徴とする測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触プローブ、及び非接触プローブを備える測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を出射する発光素子と、発光素子から出射される光を受光する受光素子とを備え、受光素子にて受光される光に基づいて対象物を非接触で検出する非接触プローブと、この非接触プローブを備える測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のステップゲージの測定装置（測定機）は、検出手段（非接触プローブ）を備え、検出手段は、発光部（発光素子）と、受光部（受光素子）とを備えている。発光部から出射される光は、被測定ステップゲージ（対象物）にて反射され、受光部にて受光される。そして、検出手段は、受光部にて受光される光に基づいて被測定ステップゲージの位置を検出している。
【０００３】
図５は、発光素子、及び受光素子の分光特性の一例を示す図である。なお、図５では、横軸を波長とし、縦軸を強度、及び感度としている。
このような非接触プローブでは、受光素子の分光感度特性Ｓ１（図５中実線）は、図５に示すように、発光素子から出射される光を受光することができるように、発光素子の分光強度特性Ｓ２（図５中破線）におけるスペクトル線幅に対して十分に広くなるように設計されている。
【０００４】
図６は、太陽光の分光特性を示す図である。なお、図６では、横軸を波長とし、縦軸を強度としている。
ここで、太陽光の分光強度特性Ｓ３は、図６に示すように、広い範囲に分布している。
したがって、特許文献１に記載のステップゲージの測定装置では、受光部は外部に露出しているので、太陽光などが受光部に入射して外乱となり、被測定ステップゲージの位置を誤検出してしまう場合があるという問題がある。
これに対して、発光素子から出射される光の強度を強くして外乱に対するＳＮ（Signal to Noise）比を向上させることで誤検出を防止することが考えられる。
また、受光素子の指向性を強くして外乱に対するＳＮ比を向上させることで誤検出を防止することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−４８０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発光素子から出射される光の強度や、受光素子の指向性を強くするには、非接触プローブ、及び測定機の構造や電気系統などの設計変更を要する場合があるという問題がある。また、発光素子から出射される光の強度を強くすると、発光素子の寿命が短くなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる非接触プローブ、及び測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の非接触プローブは、光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射される光を受光する受光素子とを備え、前記受光素子にて受光される光に基づいて対象物を非接触で検出する非接触プローブであって、前記受光素子に至る光路を覆う光学フィルタを備え、前記光学フィルタは、前記発光素子から出射される光を透過させる透過帯域と、前記受光素子が感度を有する光を遮断する遮断帯域とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、非接触プローブは、受光素子に至る光路を覆う光学フィルタを備えるので、受光素子は、光学フィルタを透過した光のみを受光することができる。そして、光学フィルタは、発光素子から出射される光を透過させる透過帯域と、受光素子が感度を有する光を遮断する遮断帯域とを備えるので、太陽光などが受光素子に入射するのを抑制することができる。したがって、非接触プローブは、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００１０】
本発明では、前記光学フィルタは、互いに平行な入射面、及び出射面を有し、前記入射面、及び前記出射面が前記受光素子の光軸に対して直交するように配設されていることが好ましい。
【００１１】
ここで、発光素子から出射される光は、光学フィルタの入射面、及び出射面を介して受光素子に入射する。
本発明によれば、発光素子から出射される光を受光素子の光軸に沿って受光素子に入射させるように設計された非接触プローブに対して光学フィルタを配設する場合に、光学フィルタの入射面、及び出射面は、受光素子の光軸に対して直交するので、光学フィルタに入射する光は、光学フィルタの屈折率にかかわらず直進することになる。したがって、発光素子から出射される光を受光素子の光軸に沿って受光素子に入射させることができるので、非接触プローブは、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００１２】
本発明では、前記光学フィルタは、互いに平行な入射面、及び出射面を有し、前記入射面、及び前記出射面が前記受光素子の光軸に対して傾斜するように配設され、前記入射面、及び前記出射面の間隔ｔは、前記受光素子の光軸、及び前記入射面の法線のなす角をｉとし、前記光学フィルタの屈折率をｎとし、前記受光素子の光軸から前記受光素子にて光を受光することができる範囲までの距離をｄとした場合に、以下の２式の関係を満たすように設計されることが好ましい。
【００１３】
ｔ＜ｄ・ｃｏｓ（ｒ）／ｓｉｎ（ｉ−ｒ）
ｒ＝ａｓｉｎ（ｓｉｎ（ｉ）／ｎ）
【００１４】
本発明によれば、発光素子から出射される光を受光素子の光軸に沿って受光素子に入射させるように設計された非接触プローブに対して光学フィルタを配設する場合に、光学フィルタの入射面、及び出射面は、受光素子の光軸に対して傾斜するので、光学フィルタに入射する光は、受光素子の光軸、及び入射面の法線のなす角、すなわち発光素子から出射される光の入射面に対する入射角と、光学フィルタの屈折率とに応じて屈折することになる。
また、本発明によれば、光学フィルタの入射面、及び出射面の間隔ｔは、前述した２式の関係を満たすように設計される。したがって、発光素子から出射される光を受光素子にて光を受光することができる範囲内に入射させることができるので、非接触プローブは、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００１５】
本発明の測定機は、前述した非接触プローブを備え、前記非接触プローブにて検出される対象物を測定することを特徴とする。
このような構成によれば、測定機は、前述した非接触プローブを備えるので、前述した非接触プローブと同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る測定機の非接触プローブを示す断面模式図。
【図２】前記実施形態における発光素子、受光素子、及び光学フィルタの分光特性を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る測定機の非接触プローブを示す断面模式図。
【図４】前記実施形態における受光素子の近傍を拡大した図。
【図５】発光素子、及び受光素子の分光特性の一例を示す図。
【図６】太陽光の分光特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る測定機１の非接触プローブ２を示す断面模式図である。
測定機１は、図１に示すように、対象物としてのステップゲージ（図示略）を非接触で検出する非接触プローブ２を備え、非接触プローブ２にて検出されるステップゲージの端面の位置を測定するものである。なお、測定機１は、非接触プローブ２の構成を除いて特許文献１に記載のステップゲージの測定装置と同様の構成を有している。
【００１８】
非接触プローブ２は、プローブ本体３と、プローブ本体３の一端（図１中下方側）に取り付けられる発光素子４と、プローブ本体３の他端（図１中上方側）に取り付けられる受光素子５、及び光学フィルタ６とを備える。
プローブ本体３は、直方体における長手方向の両端を同側に折り曲げた形状に形成され、両端における内側面３１，３２には、発光素子４、及び受光素子５を配設するための穴３１Ａ，３２Ａが外側面に向かって形成されている。
【００１９】
発光素子４は、光を射出するものであり、光軸（図１中一点鎖線）が内側面３１に対して直交するように配設されている。
受光素子５は、発光素子４から出射される光を受光するものであり、光軸（図１中一点鎖線）が内側面３２に対して直交するように配設されている。
また、発光素子４、及び受光素子５は、光軸が互いに交差するように配設されている。
なお、図１は、発光素子４、及び受光素子５の光軸を含む平面で非接触プローブ２を切断した断面模式図である。
【００２０】
光学フィルタ６は、矩形板状に形成され、穴３２Ａを閉塞するようにプローブ本体３の内側面３２に取り付けられている。
発光素子４から出射される光は、発光素子４、及び受光素子５の光軸の交点にステップゲージの端面がある場合に、ステップゲージの端面にて反射され、光学フィルタ６を介して受光素子５に入射する。そして、非接触プローブ２は、受光素子５にて受光される光に基づいてステップゲージの端面を非接触で検出する。
すなわち、光学フィルタ６は、受光素子５に至る光路を覆うようにプローブ本体３の内側面３２に取り付けられている。また、光学フィルタ６は、互いに平行な入射面６Ａ、及び出射面６Ｂを有し、入射面６Ａ、及び出射面６Ｂが受光素子５の光軸に対して直交するように配設されている。
【００２１】
図２は、発光素子４、受光素子５、及び光学フィルタ６の分光特性を示す図である。なお、図２では、横軸を波長とし、縦軸を強度、及び感度としている。
受光素子５の分光感度特性Ｓ１（図２中実線）は、図２に示すように、発光素子４から出射される光を受光することができるように、発光素子４の分光強度特性Ｓ２（図２中破線）におけるスペクトル線幅に対して十分に広くなるように設計されている。
また、光学フィルタ６の分光特性Ｓ４（図２中一点鎖線）は、発光素子４から出射される光を透過させる透過帯域Ａ１と、受光素子５が感度を有する光を遮断する遮断帯域Ａ２とを備えている。
【００２２】
なお、本実施形態では、光学フィルタ６は、母材となるガラスの基板上に酸化ケイ素、及び酸化チタンを積層したコーティングをすることで構成されている。ここで、コーティングは、基板の両面、または片面にすることができ、コーティングの材料には、前述した酸化ケイ素、及び酸化チタンの他、酸化アルミニウム、酸化タンタル、及び酸化ニオブなどの他の誘電体材料を採用することができる。また、母材には、前述したガラスの他、石英や、蛍石などの結晶材料、プラスチック、及び透明セラミクスなどを採用することができる。
【００２３】
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）測定機１は、非接触プローブ２を備え、非接触プローブ２は、受光素子５に至る光路を覆う光学フィルタ６を備えるので、受光素子５は、光学フィルタ６を透過した光のみを受光することができる。そして、光学フィルタ６は、発光素子４から出射される光を透過させる透過帯域Ａ１と、受光素子５が感度を有する光を遮断する遮断帯域Ａ２とを備えるので、太陽光などが受光素子５に入射するのを抑制することができる。したがって、非接触プローブ２は、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００２４】
（２）光学フィルタ６の入射面６Ａ、及び出射面６Ｂは、受光素子５の光軸に対して直交するので、光学フィルタ６に入射する光は、光学フィルタ６の屈折率にかかわらず直進することになる。したがって、発光素子４から出射される光を受光素子５の光軸に沿って受光素子５に入射させることができるので、非接触プローブ２は、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００２５】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る測定機１Ａの非接触プローブ２Ａを示す断面模式図である。
前記第１実施形態では、光学フィルタ６は、入射面６Ａ、及び出射面６Ｂが受光素子５の光軸に対して直交するように配設されていた。これに対して、本実施形態では、光学フィルタ６は、図３に示すように、入射面６Ａ、及び出射面６Ｂが受光素子５の光軸に対して傾斜するように配設されている点で異なる。
【００２６】
測定機１Ａは、非接触プローブ２Ａを備え、非接触プローブ２Ａは、プローブ本体７と、プローブ本体７の一端（図３中下方側）に取り付けられる発光素子４と、プローブ本体７の他端（図３中上方側）に取り付けられる受光素子５、及び光学フィルタ６とを備える。
プローブ本体７は、直方体状に形成され、内側面７１には、発光素子４、及び受光素子５を配設するための穴７１Ａ，７１Ｂが内側面７１に対して傾斜して外側面に向かって形成されている。
【００２７】
発光素子４、及び受光素子５は、光軸（図３中一点鎖線）が内側面７１に対して傾斜するとともに、互いに交差するように配設されている。
なお、図３は、発光素子４、及び受光素子５の光軸を含む平面で非接触プローブ２Ａを切断した断面模式図である。
【００２８】
光学フィルタ６は、矩形板状に形成され、穴７１Ｂを閉塞するようにプローブ本体７の内側面７１に取り付けられている。
すなわち、光学フィルタ６は、受光素子５に至る光路を覆うようにプローブ本体７の内側面７１に取り付けられている。また、光学フィルタ６は、互いに平行な入射面６Ａ、及び出射面６Ｂを有し、入射面６Ａ、及び出射面６Ｂが受光素子５の光軸に対して傾斜するように配設されている。
【００２９】
図４は、受光素子５の近傍を拡大した図である。
光学フィルタ６の入射面６Ａ、及び出射面６Ｂの間隔ｔは、受光素子５の光軸、及び入射面６Ａの法線のなす角、すなわち入射面６Ａに対する光の入射角をｉとし、光学フィルタ６の屈折率をｎとし、受光素子５の光軸から受光素子５にて光を受光することができる範囲までの距離をｄとした場合に、スネルの法則に基づいて、以下の２式の関係を満たすように設計される。なお、本実施形態では、受光素子５にて光を受光することができる範囲を円筒状の受光素子５の半径としている。また、以下の２式におけるｒは、入射面６Ａに対する光の屈折角である。
【００３０】
ｔ＜ｄ・ｃｏｓ（ｒ）／ｓｉｎ（ｉ−ｒ）
ｒ＝ａｓｉｎ（ｓｉｎ（ｉ）／ｎ）
【００３１】
ここで、本実施形態では、光学フィルタ６の屈折率ｎは、ガラスの基板、及びコーティングの屈折率からなる光学フィルタ６の全体の屈折率とする。なお、例えば、母材となるガラスの基板上にプラスチックフィルムを貼り付けることで構成されている光学フィルタを採用する場合には、プラスチックフィルムの厚さはガラスの基板の厚さと比べて非常に薄いので、プラスチックフィルムの屈折率を無視することができ、光学フィルタの屈折率をガラスの基板の屈折率とすることができる。
【００３２】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態における（１）と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（３）光学フィルタ６の入射面６Ａ、及び出射面６Ｂの間隔ｔは、前述した２式の関係を満たすように設計される。したがって、発光素子４から出射される光を受光素子５にて光を受光することができる範囲内に入射させることができるので、非接触プローブ２Ａは、設計変更を要することなく太陽光などの外乱の影響を抑制することができる。
【００３３】
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、非接触プローブ２，２Ａは、一組の発光素子４、及び受光素子５を備えていたが、複数の組の発光素子、及び受光素子を備えていてもよい。
前記各実施形態では、光学フィルタ６の入射面６Ａ、及び出射面６Ｂは、互いに平行とされていたが、光学フィルタの入射面、及び出射面は互いに平行とされていなくてもよい。
前記各実施形態では、非接触プローブ２，２Ａは、検出されるステップゲージの端面の位置を測定する測定機１，１Ａに採用されていたが、どのような測定機に採用されていてもよく、工作機械などの産業機械に採用されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、非接触プローブ、及び非接触プローブを備える測定機に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１，１Ａ…測定機
２，２Ａ…非接触プローブ
４…発光素子
５…受光素子
６…光学フィルタ
６Ａ…入射面
６Ｂ…出射面
Ａ１…透過帯域
Ａ２…遮断帯域
【図１】
2011106896.tif 000003
【図２】
2011106896.tif 000004
【図３】
2011106896.tif 000005
【図４】
2011106896.tif 000006
【図５】
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【図６】
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