(57)【要約】【課題】測定時間の短縮化を図りつつ、測定精度を向上させることができる寸法測定装置を提供する。【解決手段】光源１１とＣＣＤ２４の受光部２４Ａとの間に被測定物Ｗを配し、ＣＣＤ２４の受光部２４Ａには画素Ｐ１〜Ｐ２０、Ｐ１５０１〜Ｐ４５００に光が入射しないようにするとともに、画素Ｐ２１〜Ｐ１５００には光が入射するように開口部２５Ａを形成したマスク部材２５を取りつける。そして、ＣＰＵからは、画素Ｐ１〜Ｐ１５００のパルス信号出力に要する時間に相当する周期で駆動信号ＰｉをＣＣＤ駆動回路３１に出力する。このようにすると、サンプリング周期が短くされて、測定時間が短縮化される。さらに、画素Ｐ１〜Ｐ２０、Ｐ１５０１〜Ｐ４５００に光が入射しないから、画素Ｐ２１〜Ｐ１５００から出力されるパルス信号にノイズが侵入するおそれがないから、測定精度を維持することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を投光する投光手段と、
受光部が複数の受光素子によって構成され、その受光部と前記投光手段との間に被測定物が配されることで前記受光部の一部に前記被測定物の暗影が投影されるようにした１次元イメージセンサと、
この１次元イメージセンサに所定周期で駆動パルスを順次送ることにより前記受光部を構成すべく列をなす所定の受光素子列のうちの端部に位置するものから順に各受光素子の明暗に応じたパルス列からなる受光信号を出力させるイメージセンサ駆動手段と、
前記受光信号に基づき前記被測定物の寸法を測定する測定手段とを備えた寸法測定装置において、
前記１次元イメージセンサの光入射側には、前記受光部のうち他端部に接するように配され、かつ、前記他端部から所定領域への光の入射を禁止するマスク手段を設け、
前記イメージセンサ駆動手段は、前記所定領域以外の領域に対応する受光素子群からの受光信号の読取に要する時間に相当する周期で駆動パルスを出力することを特徴とする寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法測定装置に係り、特に、測定時間の短縮化を図りつつ、測定精度の低下を防止したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の寸法測定装置として、例えば特開２００２−１１６０１３公報に開示されているものが挙げられる。これは、光源と１次元イメージセンサたるＣＣＤとの間に平行光光路を形成する光学系を配し、その平行光光路に、例えば棒材（被測定物）を配する構成とされている。まず、光源から発せられた光は、光学系を介してＣＣＤの受光面に投射され、受光面を構成する各画素には受光量に応じた電荷が蓄積される。そして、ＣＣＤ駆動回路からの駆動パルスにより、ＣＣＤは各画素において蓄積されている電荷に応じたパルス信号を順次信号処理回路へ出力する。この後、信号処理回路は、パルス信号群（受光信号）から所定の演算により被測定物の外形寸法を測定するのである。
【０００３】
ところで、上記の寸法測定装置はライン上を流れる被測定物の外形寸法を測定する際に用いることがあり、この場合には、上流側の被測定物が光路を遮る前に現在測定している被測定物の寸法測定を完了しなければならない。これに対して、各画素からの信号出力の間隔を短くすることで、測定時間を短縮することが考えられるが、そうすると、各画素の電荷の蓄積時間が短くされて、電荷蓄積が未完のまま信号出力されることとなる。この結果、出力されるパルス信号の精度が低下して、正確な寸法測定が妨げられるという欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１６０１３公報（第５−７頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、特開２００１−１３３２１７公報に開示されている信号出力の方法を適用することが考えられている。これは、ＣＣＤの各画素を複数の領域（例えば、第１〜第４の４つの領域）に等分し、このうち、端の領域（例えば第１の領域）に光源からの光が投射されるようにしておく。そして、ＣＣＤ駆動回路からは、各領域内に存在する全画素のパルス信号の出力に要する時間に相当する周期（サンプリング周期）でＣＣＤに対して各画素からパルス信号を出力させるための駆動パルスを出力し、第１の領域内の画素から出力されたパルス信号を基に被測定物の外形寸法を測定する構成とする。
このようにすると、第１の領域内の画素からパルス信号の出力が完了して、第２の領域内の画素からパルス信号の出力がはじまると、それと同時にＣＣＤ駆動回路から駆動パルスがＣＣＤに対して出力されることにより、第１の領域内の画素及び第２の領域内の画素から受光信号が同時に出力され、信号処理回路には、両者の合成信号が出力される。以降、第１の領域内の画素からの受光信号の出力が完了する毎に駆動パルスが出力されるから、第１〜第４の領域の画素から同時に受光信号が出力される。
このようにすれば、各画素の電荷蓄積時間を確保しながら、第１の領域内の画素からの受光信号の出力間隔、即ち、サンプリング周期を短くすることができるから、測定時間を短縮しつつ、測定精度を維持することが可能であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、第２〜第４の領域の画素には、光が入射し得る状態にあるから、仮に外乱光が入射したとすると、第１の領域内の画素から出力された受光信号にそれらの信号が重畳して、正確な寸法測定が行なえなくなるというおそれがある。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、測定時間の短縮化を図りつつ、測定精度の低下を防止することができる寸法測定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、平行光を投光する投光手段と、受光部が複数の受光素子によって構成され、その受光部と前記投光手段との間に被測定物が配されることで前記受光部の一部に前記被測定物の暗影が投影されるようにした１次元イメージセンサと、この１次元イメージセンサに所定周期で駆動パルスを順次送ることにより前記受光部を構成すべく列をなす所定の受光素子列のうちの端部に位置するものから順に各受光素子の明暗に応じたパルス列からなる受光信号を出力させるイメージセンサ駆動手段と、前記受光信号に基づき前記被測定物の寸法を測定する測定手段とを備えた寸法測定装置において、前記１次元イメージセンサの光入射側には、前記受光部のうち他端部に接するように配され、かつ、前記他端部から所定領域への光の入射を禁止するマスク手段を設け、前記イメージセンサ駆動手段は、前記所定領域以外の領域に対応する受光素子群からの受光信号の読取に要する時間に相当する周期で駆動パルスを出力するところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
イメージセンサ駆動手段から駆動パルスを出力すると、受光部を構成すべく列をなす所定の受光素子列のうちの端部に位置するものから順に各受光素子の明暗に応じたパルス列からなる受光信号を出力する。このイメージセンサ駆動手段からの駆動パルスは所定領域以外の領域に対応する受光素子群からの受光信号の読取に要する時間に相当する周期で出力されるから、受光素子列の全体の読取に要する時間よりも短い間隔で各受光素子の受光信号を取り出すことができ、受光素子の電荷蓄積時間を確保しつつ、測定時間を短縮することが可能となる。
【００１０】
また、１次元イメージセンサの光入射側には、受光部のうち他端部に接するように配され、かつ、他端部から所定領域への光の入射を禁止するマスク手段を設けた構成としている。この構成としたことにより、受光部のうち他端部から所定領域にある受光素子の受光信号と、それ以外の領域にある受光素子からの受光信号とが同時に出力されても、実質的に他端部から所定領域以外の領域にある受光素子の受光信号のみが出力されることになるから、ノイズ侵入のおそれがなく測定精度の低下を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る寸法測定装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の寸法測定装置は、図１に示すように間隔を空けて設置される投光装置１（請求項に記載の「投光手段」に相当）及び受光装置２と、両装置１，２を制御する制御装置３とからなり、両装置間１，２に被測定物Ｗが置かれる。
【００１２】
投光装置１は、例えばレーザダイオードからなる光源１１とコリメータレンズ１２が備えられ、光源１１から発せられた光がコリメータレンズ１２により平行光とされて受光装置２に向かう。
【００１３】
受光装置２は、収束レンズ２１、ピンホール２２、コリメータレンズ２３及び１次元ＣＣＤ（請求項に記載の「イメージセンサ」に相当する。以下、ＣＣＤという）を備えており、収束レンズ２１とコリメータレンズ２３とは、収束レンズ２１の焦点距離よりも長い距離を隔てて配されているとともに、ピンホール２２が収束レンズ２１の焦点位置に配されている。投光装置１からの光は収束レンズ２１、ピンホール２２及びコリメータレンズ２３を通ってコリメータレンズ１２からの平行光よりも光芒の狭い平行光とされて、ＣＣＤ２４の受光部２４Ａを構成する画素Ｐ１〜Ｐ４５００（これについては、後述する。）のうち画素Ｐ２１〜Ｐ１５００に投射されるとともに、被測定物Ｗにより暗影が形成される。
【００１４】
ＣＣＤ２４の受光部２４Ａは、図２に示すように１列に配された４５００個の画素Ｐ１〜Ｐ４５００（請求項に記載の「受光素子」に相当）から構成されており、このうち画素Ｐ１〜Ｐ２０は温度による感度を補正するオプティカルブラックとされている。各画素Ｐ１〜Ｐ４５００はフォトダイオードとコンデンサとの並列回路２４１から構成され、フォトダイオードのアノードが接地されているとともに、カソードがそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷ４５００を介して出力線Ｌ１に共通接続されている。また、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４５００はシフトレジスタ２４２の出力線Ｓ１〜Ｓ４５００にそれぞれ接続され、信号出力に基づいてオン・オフ動作するようになっている。シフトレジスタ２４２は後述するＣＣＤ駆動回路３１からスタートパルス信号Ｓｔ（請求項に記載の「駆動パルス」に相当）及びクロックパルス信号Ｃｋを入力するようになっており、スタートパルス信号Ｓｔを入力した後、クロックパルス信号Ｃｋを入力する毎に出力線Ｓ１〜Ｓ４５００から順次信号を出力する。
これにより、画素Ｐ１〜Ｐ４５００に蓄積された電荷量に応じたパルス信号が、画素Ｐ１から順次出力される（請求項に記載の「受光信号」の構成に相当する）。
【００１５】
また、ＣＣＤ２４の受光部２４の光源１１側には画素Ｐ１〜Ｐ２０、Ｐ１５０１〜Ｐ４５００には光が投射されないようにするとともに、画素Ｐ２１〜Ｐ１５００には光が入射し得るように開口部２５Ａを形成したマスク部材２５（請求項に記載の「マスク手段」に相当）が取りつけられている介して光が入射するようにされている。
【００１６】
制御装置３はＣＣＤ駆動回路３１及びＣＰＵ３２とから構成されている。ＣＰＵ３２は光源１１に常時駆動信号Ｐｏを出力するとともに、ＣＣＤ駆動回路３１にはＰ１５００画素分のパルス信号出力に要する時間に相当する周期（請求項に記載の「所定領域以外の領域に対応する受光素子群からの受光信号の読取に要する時間に相当する周期」に相当する。）、具体的には、３００（μｓ）の周期で駆動信号Ｐｉを出力する（図３参照）。また、ＣＣＤ２４から出力されたパルス信号を順次入力可能とされている。尚，スタートパルス信号Ｓｔの出力周期をサンプリング周期という。
ＣＣＤ駆動回路３１はＣＰＵ３２からの制御信号Ｐｉを受けると、スタートパルス信号Ｓｔを出力するとともに、パルス間隔２００（ｎｓ）のクロックパルス信号Ｃｋを出力する。
【００１７】
本実施形態の寸法測定装置の構成は以上であり、続いてその動作について図３のタイムチャートを参照して説明する。
ＣＰＵ３２から光源１１に駆動信号Ｐｏが出力され、ＣＣＤ駆動回路３１に駆動信号Ｐｉが出力される。光源１１から出射された光は、コリメータレンズ１２、収束レンズ２１、ピンホール２２及びコリメータレンズ２３を介してＣＣＤ２４の受光部２４Ａに投射され、各画素Ｐ１〜Ｐ４５００に受光量に応じた電荷が蓄積される。ＣＣＤ駆動回路３１からスタートパルス信号Ｓｔが出力されると、ＣＣＤ２４はクロックパルス信号Ｃｋの入力毎に画素Ｐ１から順次パルス信号Ｄｏを出力線Ｌ１に出力する。
【００１８】
ここで、画素Ｐ１〜Ｐ１５００のパルス信号Ｄｏの出力が完了すると、ＣＣＤ駆動回路３１からスタートパルス信号ＳｔがＣＣＤ２４に出力され、画素Ｐ１から順次パルス信号Ｄｏが出力されることで、画素Ｐ１〜Ｐ１５００、画素Ｐ１５０１〜Ｐ３０００、画素Ｐ３００１〜Ｐ４５００からパルス信号Ｄｏが同時に出力され、ＣＰＵ３２は１５００画素分のパルス信号Ｄｏから被測定物Ｗの外形寸法を測定する。
【００１９】
ところで、従来の寸法測定装置のサンプリング周期は全画素Ｐ１〜Ｐ４５００のパルス信号Ｄｏの出力時間に相当する周期とされているから、クロックパルス信号Ｃｋのパルス間隔２００（ｎｓ）に４５００（総画素数）を乗した時間９００（μｓ）がサンプリング周期となっており、これに対して、本実施形態の寸法測定装置では、３分の１の時間の３００（μｓ）で被測定物Ｗの外形寸法の測定が行なわれる。
尚、本実施形態では、各画素Ｐ１〜Ｐ４５００から出力されるパルス信号の間隔、即ち、クロックパルス信号Ｃｋのパルス間隔は従来と変わりないから、各画素の電荷蓄積時間は担保されている。
【００２０】
本実施形態の寸法測定装置によればＣＣＤ２４の全４５００画素のパルス信号出力時間よりも短い１５００画素のパルス信号出力時間に相当するサンプリング周期でスタートパルス信号Ｓｔを出力しているから、被測定物Ｗの測定時間を短縮化することができる。また、寸法測定に関与しない画素Ｐ１〜Ｐ１５００には、マスク部材２５により光が入射しないようになっているから、画素Ｐ１〜Ｐ１５００からの信号と、画素Ｐ１５０１〜Ｐ４５００からの信号とが同時に出力されても、実質的に画素Ｐ１〜Ｐ１５００からのパルス信号Ｄｏのみが出力されることになる。この結果、ノイズ侵入のおそれが無くなるから測定精度の低下を防止することができる。
【００２１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）本実施形態では、寸法測定のために画素Ｐ１〜Ｐ１５００用いて、サンプリング周期を１５００画素分のパルス信号Ｄｏの出力に要する時間に相当する周期としたが、これに限らず使用する画素に応じてサンプリング周期を変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る寸法測定装置の構成を示した図
【図２】ＣＣＤの構成を示す回路図
【図３】本実施形態の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…光源
１２…コリメータレンズ
２１…収束レンズ
２２…コリメータレンズ
２４…ＣＣＤ（イメージセンサ）
２４Ａ…受光部
２５…マスク部材（マスク手段）
２５Ａ…開口部
３１…ＣＣＤ駆動回路（イメージセンサ駆動回路）
３２…ＣＰＵ（測定手段）
Ｓｔ…スタートパルス信号（駆動パルス）
【図１】
2004125530.tif 000003
【図２】
2004125530.tif 000004
【図３】
2004125530.tif 000005