(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供する。【解決手段】被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球２１を軸部材２２の先端に有してなる測定子２０と、先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材２５と、面部材の面の変位を測定する変位測定部と、を有し、変位測定部は、光ビームを面に照射する光源と、光源と面との間に設けられ光ビームを集光する対物レンズ３２と、光源によって照射され対物レンズを通過した光ビームが面で反射した反射光を受光する受光部と、受光部によって受光した光量を用いて、光ビームが面で反射した反射光のビーム径に基づき面の変位を算出する変位算出部と、を有する、ことを特徴とする。【選択図】図３
2019095406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、
前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、
前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、
前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を表示する表示部と、
を有する変位計であって、
前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて、前記光ビームが前記面で反射した反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、
ことを特徴とする変位計。
【請求項２】
前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の変位計。
【請求項３】
前記受光部の前面に配設され、前記光ビームが前記面で反射した反射光を通過させるピンホールをさらに有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の変位計。
【請求項４】
前記面は、前記対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置、または前記対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置で変位する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の変位計。
【請求項５】
前記ピンホールは、第一のピンホールであり、
前記受光部は、第一の受光部であり、
前記変位測定部は、第二のピンホールと、前記第二のピンホールを通過した光を受光する第二の受光部と、をさらに有し、
前記第二のピンホールは、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を所定面でさらに反射させた光を通過させ、
前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第一の受光部との間の位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第二の受光部から離れた位置に配設されており、または、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第一の受光部から離れた位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第二の受光部との間の位置に配設されており、
前記変位算出部は、前記第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の変位計。
【請求項６】
前記面は、平面であり、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しい、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の変位計。
【請求項７】
前記先端球は、梃子の力点に位置し、
前記面部材は、前記梃子の作用点に位置し、
前記梃子の力点から支点までの距離は、前記梃子の支点から作用点までの距離よりも長い、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の変位計。
【請求項８】
前記先端球は、原点位置に対する所定の方向であるプラス方向、および前記プラス方向と前記原点位置を挟んで逆の方向であるマイナス方向に揺動可能であり、
前記先端球に外力がかからない場合に該先端球を前記原点位置に保持する付勢を行う付勢部を有し、
前記変位算出部は、前記先端球の前記プラス方向の変位に連動した前記面の変位、および前記先端球の前記マイナス方向の変位を算出する、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の変位計。
【請求項９】
前記表示部は、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を、バーグラフで表示するバーグラフ表示部を有する、
ことを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の変位計。
【請求項１０】
操作者による入力を受け付ける入力部を有し、
前記表示部は、前記入力部によって操作者による入力を受け付けたときの前記先端球の位置を、前記バーグラフの中央位置に対応付けて表示する、
ことを特徴とする請求項９に記載の変位計。
【請求項１１】
被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、
前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、
前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、
前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部と、
を有する変位計であって、
前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて前記反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、
ことを特徴とする変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に当接した測定子の変位を検出する変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度な変位計として、被測定物に測定子を触れさせずに測定を行う非接触型のレーザ変位計が一般によく知られている（特許文献１参照）。このレーザ変位計においては、レーザ光が照射される被測定物の面の色や反射率等の影響を変位の測定結果が受けやすいという問題があった。最近では、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けない工夫が検討されているが、処理が複雑になり高コストが避けられない状況であった。
【０００３】
一方、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けない安価な変位計として、梃子式ダイヤルゲージが広く一般に用いられている（特許文献２参照）。この梃子式ダイヤルゲージでは、被測定物に測定子を接触させて測定を行う接触型であるため、変位の測定結果が被測定物の面の色や反射率等の影響を受けずに安定しており、歯車のような古典的な機械要素のみで構成されるため低コストで済むものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２１４５１号公報
【特許文献２】特開平１０−８９９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載のような従来の梃子式ダイヤルゲージでは、歯車のような古典的な機械要素のみの構成であるため、高精度化に限度があるし、変位の測定結果をデジタル出力できないため、昨今のＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）に組み込めず汎用性に欠けるという問題があった。
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を表示する表示部と、を有する変位計であって、前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて、前記光ビームが前記面で反射した反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
【０００８】
また本発明は、変位計であって、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、出力部によって先端球の変位量を出力することができ、外部装置において活用することができる場合がある。
【０００９】
また本発明は、変位計であって、前記受光部の前面に配設され、前記光ビームが前記面で反射した反射光を通過させるピンホールをさらに有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、ピンホールで反射光を絞り込むことで、焦点近傍の光のみを検出することが可能となり、受光した光に基づき被測定物の変位を高精度に測定可能な場合がある。
【００１０】
また本発明は、変位計であって、前記面は、前記対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置、または前記対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置で変位する、ことを特徴とする。
本発明によれば、面の変位の範囲が、対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置、または対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置のいずれかであることで、被測定物の変位にともなう反射光のビーム径の変化方向が一貫し、容易に受光した光に基づき被測定物の変位を測定可能な場合がある。
【００１１】
また本発明は、変位計であって、前記ピンホールは、第一のピンホールであり、前記受光部は、第一の受光部であり、前記変位測定部は、第二のピンホールと、前記第二のピンホールを通過した光を受光する第二の受光部と、をさらに有し、前記第二のピンホールは、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を所定面でさらに反射させた光を通過させ、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第一の受光部との間の位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第二の受光部から離れた位置に配設されており、または、前記第一のピンホールは前記対物レンズの焦点よりも前記第一の受光部から離れた位置に配設され且つ前記第二のピンホールは前記対物レンズの焦点と前記第二の受光部との間の位置に配設されており、前記変位算出部は、前記第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出する、ことを特徴とする。
本発明によれば、第一の受光部によって受光した光量および前記第二の受光部によって受光した光量に基づき前記面の変位を算出することで、面の変位の範囲が、対物レンズと該対物レンズの焦点との間の位置であっても、また、対物レンズの焦点よりも該対物レンズから離れた位置であっても、受光した光に基づき被測定物の変位を測定可能な場合がある。
【００１２】
また本発明は、変位計であって、前記面は、平面であり、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しい、ことを特徴とする。
本発明によれば、面部材として、その面が、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しい、すなわち、反射率が均一である例えばミラー面である部材を用いることができ、簡単な構成で被測定物の変位を測定可能な場合がある。
また、本発明によれば、面の反射率が、所定位置と別の位置とでほぼ等しいことで、先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
【００１３】
また本発明は、変位計であって、前記先端球は、梃子の力点に位置し、前記面部材は、前記梃子の作用点に位置し、前記梃子の力点から支点までの距離は、前記梃子の支点から作用点までの距離よりも長い、ことを特徴とする。
本発明によれば、先端球の変位を、梃子によって、光ビームを用いた変位測定部で測定可能な範囲にすることができ、先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
【００１４】
また本発明は、変位計であって、前記先端球は、原点位置に対する所定の方向であるプラス方向、および前記プラス方向と前記原点位置を挟んで逆の方向であるマイナス方向に揺動可能であり、前記先端球に外力がかからない場合に該先端球を前記原点位置に保持する付勢を行う付勢部を有し、前記変位算出部は、前記先端球の前記プラス方向の変位に連動した前記面の変位、および前記先端球の前記マイナス方向の変位を算出する、ことを特徴とする。
本発明によれば、付勢部により先端球が原点位置に保持されるので、その都度の先端球の変位を正確に算出することができる場合がある。
【００１５】
また本発明は、変位計であって、前記表示部は、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を、バーグラフで表示するバーグラフ表示部を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、バーグラフ表示部により先端球の変位量がバーグラフで表示されるので、操作者が見やすく使い勝手のよい変位計を提供できる場合がある。
【００１６】
また本発明は、変位計であって、操作者による入力を受け付ける入力部を有し、前記表示部は、前記入力部によって操作者による入力を受け付けたときの前記先端球の位置を、前記バーグラフの中央位置に対応付けて表示する、ことを特徴とする。
本発明によれば、操作者による操作を入力部で受け付けたときに、現在の先端球の位置をバーグラフの中央位置に対応付けて表示することで、先端球の現在の位置からの変位を測定したいときなどに有効で、操作者が見やすく使い勝手のよい変位計を提供できる場合がある。
【００１７】
また本発明は、変位計であって、被測定物に当接しレバー式に揺動して変位可能な先端球を軸部材の先端に有してなる測定子と、前記先端球の変位に連動して変位する面を有する面部材と、前記面部材の前記面の変位を測定する変位測定部と、前記変位測定部によって測定した前記面の変位に応じた前記先端球の変位量を出力する出力部と、を有する変位計であって、前記変位測定部は、光ビームを前記面に照射する光源と、前記光源と前記面との間に設けられ前記光ビームを集光する対物レンズと、前記光源によって照射され前記対物レンズを通過した前記光ビームが前記面で反射した反射光を受光する受光部と、前記受光部によって受光した光量を用いて前記反射光のビーム径に基づき前記面の変位を算出する変位算出部と、を有する、ことを特徴とする。
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測定物の面の色や反射率等の影響を受けず、高精度かつ低コストで、変位の測定結果をデジタル出力することが可能な変位計を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係る変位計を示す斜視図である。
【図２】図１に示したケース１１の上面部１２に設けられたボタン１３および表示部１４を拡大して示す図である。
【図３】図１に示した変位計１０の測位に係る構成の概略を示す図である。
【図４】図３に示した軸部材２２と軸部材２４の関係を示す図であって、図３とは別の例を示す図であり、（ａ）は、先端球２１が原点位置にある場合を示す図であり、図４（ｂ）は、先端球２１が原点位置から下にδだけ変位した場合を示す図である。
【図５】面部材２５の位置と受光素子３４で受光する光量との関係を説明する図であって、（ａ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点から最も遠い場合を示す図であり、（ｂ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点から、（ａ）よりは近く、（ｃ）よりは遠い場合を示す図であり、（ｃ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点に最も近い場合を示す図である。
【図６】実施例１における電装に係る構成を示すブロック図である。
【図７】図７に示した電装に係る構成における変位測定に係る信号の流れを示す図である。
【図８】実施例２における変位計の測位に係る構成の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る変位計について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る変位計を示す斜視図である。変位計１０は、図３を参照して後述する光学系５０を含む構成を収容するケース１１と、軸部材２２の一端である先端に先端球２１を有してなる測定子２０と、を有して構成され、先端球２１の変位を光学系５０によって測定しデジタル出力を可能にしている。先端球２１は、例えばルビー球で構成されてもよいし、鉄球で構成されてもよい。先端球２１は、被測定物に機械的に接触し、被測定物の凹凸等によって先端球２１は変位する。変位計１０は先端球２１の変位を測定することで被測定物の凹凸等を検出することができる。
【００２２】
ケース１１は中空の筐体であり、その前側に、ケース１１内の中空に通じる開口である開口部１６を有する。測定子２０はケース１１の開口部１６から外部に延びている。測定子２０の軸部材２２は、その他端（先端球２１と逆の端）に軸支部２３を有している。軸支部２３には回転軸１５が貫通しており、軸部材２２は回転軸１５を回転軸として回動可能に設けられている。開口部１６は、軸部材２２の回動方向において、軸部材２２の回動可能範囲よりも大きく開口している。
【００２３】
測定子２０は、不図示の弾性部材（例えば、線ばね）によって付勢されており、この付勢力によって、外力がかからない場合には測定子２０の先端球２１は原点位置に位置する。先端球２１は、この原点位置から時計回りおよび反時計回りの両方向に回動可能である。ここでは、原点位置から時計回りの方向を、原点位置に対する所定の方向であるプラス方向とし、原点位置から反時計回りの方向を、プラス方向と原点位置を挟んで逆の方向であるマイナス方向とし、先端球２１はプラス方向およびマイナス方向の両方向に揺動可能である。
【００２４】
ケース１１の上面部１２にはボタン１３および表示部１４が設けられている。図２は、図１に示したケース１１の上面部１２に設けられたボタン１３および表示部１４を拡大して示す図である。
【００２５】
ボタン１３は、操作者が操作するスイッチであり、電源スイッチとして用いられるとともにゼロセットボタンとして用いられる。ボタン１３は、例えば、長押し操作（一定時間以上押し続ける操作）があった場合には、変位計１０の電源のオン／オフの指示入力用ボタンとして用いられ、通常操作（一定時間未満の押し操作）があった場合には、ゼロセットの指示入力用ボタンとして用いられる。ここで、ゼロセットとは、詳しくは後述するが、表示部１４における表示位置をゼロ位置（後述のバーグラフ表示の中央位置）にセットする動作である。
【００２６】
表示部１４は、ランプ１４ａ〜１４ｍの１３個のランプを有してなり、これらのランプ１４ａ〜１４ｍによってバーグラフ表示を行う。ランプ１４ａ〜１４ｍのそれぞれは、例えばＬＥＤによって構成される。変位計１０による先端球２１の変位の測定結果は、１３個のランプ１４ａ〜１４ｍのうちのいずれか一つが点灯することで表示される。ランプ１４ａは青色で点灯するランプであり、ランプ１４ｂ、１４ｃ、１４ｈおよび１４ｉは緑色で点灯するランプであり、ランプ１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｊ、１４ｋおよび１４ｌは黄色で点灯するランプであり、ランプ１４ｇおよび１４ｍは赤色で点灯するランプである。
【００２７】
また、ランプ１４ａはバーグラフの中央位置に配置され、先端球２１のプラス方向への変位に対応して、ランプ１４ａから離れる方向に順にランプ１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇが配置され、先端球２１のマイナス方向への変位に対応して、ランプ１４ｂ側とは逆でランプ１４ａから離れる方向に順にランプ１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌ、１４ｍが配置されている。
【００２８】
操作者がボタン１３の長押し操作をすると、変位計１０の電源がオンされ、バーグラフの中央位置のランプ１４ａが点灯する。先端球２１がプラス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ１４ａから、順にランプ１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇへと変化する。先端球２１がマイナス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ１４ａから、順にランプ１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌ、１４ｍへと変化する。
【００２９】
先端球２１が原点位置からプラス方向またはマイナス方向に変位し、現在の先端球２１の位置に対応したランプが点灯した状態（ここでは、ランプ１４ｃが点灯しているとする）で、操作者がボタン１３の通常操作を行うと、今まで点灯していたランプ１４ｃが消灯し、バーグラフの中央位置のランプ１４ａが点灯し、現在の先端球２１の位置がバーグラフの中央位置に対応付けられる。この動作をゼロセットという、この後は、先端球２１が現在の位置からプラス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ１４ａから、順にランプ１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇへと変化し、先端球２１が現在の位置からマイナス方向に変位していくと、変位量に応じて点灯するランプがランプ１４ａから、順にランプ１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌ、１４ｍへと変化する。
【００３０】
図３は、図１に示した変位計１０の測位に係る構成の概略を示す図である。変位計１０の測定子２０は、軸部材２２の先端に先端球２１を有してなる。軸部材２２の後端には軸支部２３が設けられている。また、軸部材２４の先端には軸支部２３が設けられ、軸部材２４の後端には面部材２５が設けられている。
【００３１】
先端球２１と軸部材２２と軸支部２３と軸部材２４とは一体化しており、軸支部２３が、図１に示した回転軸１５を軸支することで、一体化した先端球２１、軸部材２２、軸支部２３および軸部材２４は、回転軸１５を中心にして揺動可能である。先端球２１と軸部材２２と軸支部２３と軸部材２４とは、それぞれが別々の部品であってこれを固定したものであってもよいし、一体成型した一つの部品であってもよい。本実施例では、先端球２１は梃子の力点に位置し、軸支部２３が梃子の支点に位置し、面部材２５は梃子の作用点に位置する。
【００３２】
光学系５０で検出可能な変位は高々数百μｍ未満のため、本実施例では、梃子式のアーム（軸部材２２、軸支部２３および軸部材２４）を用いて、先端球２１の変位を機械的に縮小する。具体的には、先端球２１の変位（実際の測定範囲、数ｍｍ程度）が、光学系５０で検出可能な面部材２５の変位（数百μｍ未満）に縮小できるような位置関係、例えば、先端球２１から軸支部２３までの距離を１０としたとき、軸支部２３から面部材２５までの距離を１とし、梃子の力点から支点までの距離を、梃子の支点から作用点までの距離よりも長くしている。
【００３３】
なお、図３では、軸部材２２と軸部材２４とが直線上に配置された場合の梃子について図示したが、本発明はこれに限られるものではない。軸部材２２と軸部材２４とが直線上に配置されない場合の梃子について、以下に、図４を参照して説明する。
【００３４】
図４は、図３に示した軸部材２２と軸部材２４の関係を示す図であって、図３とは別の例を示す図である。図４（ａ）は、先端球２１が原点位置にある場合を示す図であり、図４（ｂ）は、先端球２１が原点位置から下にδだけ変位した場合を示す図である。ここで、先端球２１から軸支部２３までの距離（軸部材２２の長さ）をＬとし、軸支部２３から面部材２５までの距離（軸部材２４の長さ）をｒとする。また、先端球２１が原点位置にある場合の軸部材２２と、先端球２１が原点位置から下にδだけ変位した場合の軸部材２２と、が成す角度をθとし、先端球２１が原点位置から下にδだけ変位した場合の面部材２５の変位をρとする。
【００３５】
このとき、先端球２１の変位δは数１であらわすことができる。
【数１】
2019095406.tif 000003
ただし、θが十分小さければ、数２であらわされる。
【数２】
2019095406.tif 000004
【００３６】
また、このとき、面部材２５の変位ρは数３であらわすことができる。
【数３】
2019095406.tif 000005
ただし、θが十分小さければ、数４であらわされる。
【数４】
2019095406.tif 000006
【００３７】
図４に示した軸部材２２と軸部材２４の構造によれば、数４を参照してわかるように、梃子比は、Ｌ：ｒとなる。
【００３８】
図３の説明に戻り、軸部材２４の後端には面部材２５が固定されている。面部材２５の一方の面（図３では上に向いている面であり、光学系５０に対向する面）が向く側には光学系５０が設けられている。先端球２１が変位すると、その変位に連動して面部材２５の面のうち光学系５０に対向する面も変位する。以下、光学系５０による面部材２５の変位の検出について詳しく説明する。
【００３９】
光学系５０は、光路順に、レーザ光を出射する発光素子３０と、発光素子３０から出射された出射光を反射し、面部材２５で反射された戻り光を通過させるビームスプリッタ３１と、ビームスプリッタ３１で反射したレーザ光を面部材２５の面のうち光学系５０に対向する面に集光させる対物レンズ３２と、面部材２５で反射されビームスプリッタ３１を通過した戻り光を絞るピンホール３３と、ピンホール３３を通過した戻り光を受光する受光素子３４と、を有している。
【００４０】
面部材２５の面のうち光学系５０に対向する面は、平面であり、該面の所定位置での反射率と該面の別の位置での反射率とがほぼ等しく、例えばミラー面であり、反射率が高い面であることが望ましい。光学系５０は、受光素子３４で受光した、面部材２５の面のうち光学系５０に対向する面からの戻り光に基づいて、面部材２５の変位を測定する。
【００４１】
光学系５０は共焦点光学系を応用している。共焦点光学系は、対物レンズ３２を通過したレーザ光が面部材２５の面で焦点を結ぶとき、面部材２５の面で反射し対物レンズ３２を通過した戻り光がピンホール３３の近傍で焦点を結ぶ光学系である。この共焦点光学系によれば、面部材２５が変位すると受光素子３４に達する戻り光のビーム径も変化する。本実施例では、この戻り光のビーム径に基づき面部材２５の変位を測定する。具体的には、ピンホール３３を設け、ピンホール３３に達する戻り光のビーム径の大きさごとにピンホール３３で遮断されずに通過する光量が定まることから、面部材２５が変位すると受光素子３４で受光する光量が変化することを用いて、面部材２５の変位を測定する。
【００４２】
例えば、面部材２５が対物レンズ３２の焦点に位置するときに受光素子３４で受光する光量が最も多く、面部材２５が対物レンズ３２の焦点から離れるにつれ、徐々に受光素子３４で受光する光量が減少する。この面部材２５が対物レンズ３２の焦点から離れる方向は、面部材２５が対物レンズ３２に近づく方向であってもよいし、面部材２５が対物レンズ３２から離れる方向であってもよい。ただし、面部材２５が、対物レンズ３２に近づく方向に変位した場合と、対物レンズ３２から離れる方向に変位した場合と、で対物レンズ３２の焦点からの変位量が同じであれば、受光素子３４で受光する光量は同じであり、対物レンズ３２に近づいているのか、対物レンズ３２から遠ざかっているのかが不明である。そこで本実施例では、規制部４０を設け、面部材２５の変位可能範囲をあらかじめ定めている。
【００４３】
図３に示した規制部４０は、ケース１１に固定された突起部であり、機械的なストッパである。対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２から離れた位置の面部材２５が、対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２に近づこうとしたとき、規制部４０が面部材２５に当接することで、面部材２５の変位可能範囲を規制する。なお、対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２に近い位置の面部材２５が、対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２から遠ざかろうとしたとき、規制部４０が面部材２５に当接することで、面部材２５の変位可能範囲を規制する構成としてもよい。この場合、面部材２５が対物レンズ３２を傷つけないように、面部材２５が対物レンズ３２に当接するのを防ぐ別の規制部（不図示）を設けるのがよい。
【００４４】
図５は、面部材２５の位置と受光素子３４で受光する光量との関係を説明する図である。図５（ａ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点から最も遠い場合を示す図であり、図５（ｂ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点から、図５（ａ）よりは近く、図５（ｃ）よりは遠い場合を示す図であり、図５（ｃ）は面部材２５の位置が対物レンズ３２の焦点に最も近い場合を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）において、最上段には、受光素子３４で受光する光量に相当する受光素子３４の出力電圧を示す。
【００４５】
図５（ａ）では、ピンホール３３に達した戻り光のビーム径が最も大きく、このためピンホール３３で遮断される光量が最も多く、受光素子３４で受光する光量が最も少ない。図５（ｂ）では、ピンホール３３に達した戻り光のビーム径が図５（ａ）よりは小さく図５（ｃ）よりは大きい、このため受光素子３４で受光する光量は図５（ａ）よりは多く、図５（ｃ）よりは少ない。図５（ｃ）では、ピンホール３３に達した戻り光のビーム径が最も小さく、このため戻り光の大半がピンホール３３を通過し、受光素子３４で受光する光量が最も多い。このように受光素子３４で受光する光量と面部材２５の位置との間には一定の関係があることから、変位計１０によれば、受光素子３４で受光する光量に基づいて面部材２５の変位を測定することができる。
【００４６】
以上、説明した本実施例によれば、光学系５０が、常に面部材２５の変位を測定し、常に安定した測定結果が得られ、被測定物の凹凸等は、先端球２１で機械的に接触して測定するため、被測定物の色や反射率の影響を受けることがない。
【００４７】
また、本実施例によれば、先端球２１の変位（実際の測定範囲）は、軸支部２３の位置による梃子比（例えば１０：１）で面部材２５の変位が小変位に変換されるため、検出範囲の狭い光学系５０を用いた場合にも、その測定可能な変位量に収めることができる。
【００４８】
図６は、実施例１における電装に係る構成を示すブロック図である。変位計１０は、その電装に係る構成として、変位計１０を動作させるソフトウェアプログラムを実行するマイコン（ＭＣＵ）６０と、各構成を駆動する電源であるバッテリー６１と、変位計１０の動作に必要なソフトウェアプログラムや各種データを記憶する不揮発性メモリであるＲＯＭ６２と、変位計１０の動作に必要な各種データを記憶するメモリであるＲＡＭ６３と、マイコン６０からのデジタルデータをアナログ変換してＬＤ６７に出力するＤ／Ａ変換器６４と、ＰＤ６８からのアナログデータをデジタル変換してマイコン６０に出力するＡ／Ｄ変換器６５と、外部との入出力に係るインターフェースであるデジタルインターフェース６６と、発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）６７と、受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）６８と、ＬＥＤ（発光ダイオード）６９と、スイッチ（ＳＷ）７０と、を有して構成される。
【００４９】
ＬＤ６７は図３に示した発光素子３０であり、ＰＤ６８は受光素子３４である。マイコン６０は、小型で低価格、低消費電力なマイコンであり、発光素子３０であるＬＤ６７を駆動したり（発光素子駆動処理）、受光素子３４であるＰＤ６８による受光信号を検出したり（受光信号検出処理）、検出した受光信号を変位に換算する処理（変位換算処理）を実行してその結果を出力したりする。図３に示した光学系５０、並びにマイコン６０による発光素子駆動処理および受光信号検出処理が、面部材２５の面の変位を測定する変位測定部に相当する。また、マイコン６０による変位換算処理が、面部材２５の面の変位を算出する変位算出部に相当する。
【００５０】
ＳＷ７０は図２に示したボタン１３である。ＬＥＤ６９は図２に示した表示部１４である。デジタルインターフェース６６は、ＳＷ７０の操作状況をマイコン６０に伝えるためのインターフェースとなり、マイコン６０からの表示指示（点灯指示）をＬＥＤ６９に伝えるためのインターフェースとなる。
【００５１】
また、デジタルインターフェース６６は、不図示の外部装置とのインターフェースともなりうる。この外部装置としては、ＳＷ７０と同様の変位計１０に対する操作入力を行う入力装置であってもよい。また、この外部装置としては、ＬＥＤ６９と同様の変位計１０による測定結果（例えば、先端球２１の変位や、変位計１０のエラーなどの状態）を表示する表示装置であってもよいし、変位計１０による測定結果を記憶する記憶装置であってもよい。この場合、デジタルインターフェース６６は、変位計１０による測定結果を出力する出力部に相当する。外部装置としてはパソコンなどを用いることができる。デジタルインターフェース６６は、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）などの有線のインターフェースを含むものであってもよいし、Ｗｉ−ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）といった無線のインターフェースを含むものであってもよい。
【００５２】
バッテリー６１は外部から充電可能な蓄電池である。バッテリー６１の充電は、無線式であってもよいし、有線式であってもよい。例えばデジタルインターフェース６６がＵＳＢを含む場合、このＵＳＢを用いてバッテリー６１の充電を行うものであってもよい。
【００５３】
図７は、図６に示した電装に係る構成における変位測定に係る信号の流れを示す図である。ＰＤ６８、すなわち受光素子３４では受光量を電圧値に変換する。Ａ／Ｄ変換器６５では、ＰＤ６８からのアナログの電圧値をデジタル変換する。マイコン６０は、Ａ／Ｄ変換器６５から入力された電圧値に基づき上述の変位換算処理を実行して先端球２１の変位を求め、その求めた結果を、デジタルインターフェース６６を介して、表示部１４に表示、または外部装置に出力する。
【００５４】
なお、本実施例では、変位計１０が、変位計１０による測定結果である先端球２１の変位を出力する出力部（デジタルインターフェース６６）、および変位計１０による測定結果である先端球２１の変位を表示する表示部（表示部１４、ＬＥＤ６９）の両方を備える構成を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、変位計１０が、出力部および表示部のうち出力部のみを備えるものであってもよいし、出力部および表示部のうち表示部のみを備えるものであってもよい。
【実施例２】
【００５５】
図８は、実施例２における変位計の測位に係る構成の概略を示す図である。本実施例は、半導体レーザ１３１と、ビームスプリッタ１３３と、対物レンズ１３５とを備える。半導体レーザ１３１は光源として機能する。半導体レーザ１３１で発生された光ビームは、ビームスプリッタ１３３、対物レンズ１３５を介して面部材２５の面Ｍに照射される。
【００５６】
面部材２５の面Ｍで反射された反射光は、対物レンズ１３５に入射した後、ビームスプリッタ１３３に再び導かれる。なお、本実施例は、面部材２５の面Ｍで反射され、さらにビームスプリッタ１３３で反射された反射光を２つの分割光に分けるビームスプリッタ１３７をさらに備えている。
【００５７】
このビームスプリッタ１３７を介して出射される一方の分割光の結像点Ｐの前には、ピンホール１３９を有する板１４１が配置されている。また、ビームスプリッタ１３７を介して出射される他方の分割光の結像点Ｑの後ろには、ピンホール１４３を有する板１４５が配置されている。
【００５８】
板１４１のピンホール１３９を通った分割光は、フォトダイオード１４７で受光されて光電変換され、電流電圧変換器１５１にて電圧に変換される。また、板１４５のピンホール１４３を通った分割光は、フォトダイオード１４９で受光されて光電変換され、電流電圧変換器１５３にて電圧に変換される。
【００５９】
これら電圧電流変換器１５１、１５３にて電圧に変換された信号は、オペアンプなどの差演算器１５５および和演算器１５７にそれぞれ入力される。差演算器１５５は、フォトダイオード１４７、１４９の出力の差（Ａ−Ｂ）を演算する。和演算器１５７は、フォトダイオード１４７、１４９の出力の和（Ａ＋Ｂ）を演算する。
【００６０】
さらに、これら差演算器１５５および和演算器１５７には、除算器１５９が接続されている。この除算器１５９は、差演算器１５５の出力電圧を和演算器１５７の出力電圧で割って（（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ））、フォーカスエラー信号ＦＥを出力する。フォーカスエラー信号ＦＥは、図８に示すように面部材２５の面Ｍが対物レンズ１３５の焦点位置Ｆと一致する場合は０となる。また、面部材２５の面Ｍが対物レンズ１３５の焦点位置Ｆに対して近い場合には正の値をとり、面部材２５の面Ｍが対物レンズ１３５の焦点位置Ｆから遠い場合には負の値をとる。
【００６１】
図３に示した実施例１では、面部材２５が対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２に近い場合と、面部材２５が対物レンズ３２の焦点よりも対物レンズ３２から遠い場合と、で場合分けして、面部材２５の変位を測定した。これに対して、本実施例では、面部材２５が対物レンズ１３５の焦点位置Ｆよりも対物レンズ１３５に近い場合であっても、面部材２５が対物レンズ１３５の焦点位置Ｆよりも対物レンズ１３５から遠い場合であっても、場合分けせずに面部材２５の変位を測定することができる。このため、本実施例によれば、面部材２５の変位の測定可能範囲が、実施例１と比べて広い。
【００６２】
図８では、ビームスプリッタ１３７を介して出射される一方の分割光の結像点Ｐの前に、ピンホール１３９を有する板１４１が配置され、ビームスプリッタ１３７を介して出射される他方の分割光の結像点Ｑの後ろに、ピンホール１４３を有する板１４５が配置されているが、本発明は、ビームスプリッタ１３７を介して出射される一方の分割光の結像点Ｐの後ろに、ピンホール１３９を有する板１４１が配置され、ビームスプリッタ１３７を介して出射される他方の分割光の結像点Ｑの前に、ピンホール１４３を有する板１４５が配置される構成であってもよい。
【００６３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…変位計、１１…ケース、１２…上面部、１３…ボタン、１４…表示部、１５…回転軸、１６…開口部、２０…測定子、２１…先端球、２２…軸部材、２３…軸支部、２４…軸部材、２５…面部材、３０…発光素子、３１…ビームスプリッタ、３２…対物レンズ、３３…ピンホール、３４…受光素子、４０…規制部、５０…光学系。
【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】
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