(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを対象物に当て、対象物での反射光を受光素子で受光して、変位計測を行う光学式変位計において、
対象物に当たったときの光像がライン形状となる第１のレーザビームを生成する第１の投光光学系と、対象物に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームを生成する第２の投光光学系とを含んでおり、第２の投光光学系は、第１のレーザビームを集光するための集光レンズを含み、第１の投光光学系が組み込まれた計器本体の外面に、第１の投光光学系の光軸上に前記集光レンズが位置するように装着されており、第１の投光光学系のみを機能させるか、第１の投光光学系および第２の投光光学系の両方を機能させて、第１、第２のレーザビームのいずれかを対象物に当てるようにした光学式変位計。
【請求項２】
第２の投光光学系には、レーザビームの通過を遮断する遮光板が設けられている請求項１に記載された光学式変位計。
【請求項３】
第２の投光光学系には、レーザビームの光パワーを減衰させるフィルタが設けられている請求項１に記載された光学式変位計。
【請求項４】
対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを生成する投光光学系と対象物での前記レーザビームの反射光を受光する受光素子とを内蔵する光学式変位計を対象として、その光学式変位計の投光窓上に外付けされるビーム変換アタッチメントであり、
前記投光窓より照射される前記レーザビームを集光レンズにより集光して対象物に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームに変換する投光光学系を有するとともに、前記集光レンズが光学式変位計に内蔵された投光光学系の光軸上に位置するように前記投光窓上に固定することが可能でありかつ投光窓上より取り外すことが可能に構成されて成るビーム変換アタッチメント。
【請求項５】
ビーム変換のための投光光学系は、レーザビームの通過を遮断する遮光板を含んでいる請求項４に記載されたビーム変換アタッチメント。
【請求項６】
ビーム変換のための投光光学系は、レーザビームの光パワーを減衰させるフィルタを含んでいる請求項４に記載されたビーム変換アタッチメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、物体の表面変位、突起物の高さ、溝や窪みの深さや段差、物体の厚みなどを計測するのに用いられる変位計に関し、特にこの発明は、レーザビームを対象物に当て、対象物での反射光を受光素子で受光して、変位計測を行う光学式変位計、および光学式変位計に用いられるビーム変換アタッチメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の変位計として、計器本体の内部に投光光学系と受光光学系とを一体に組み込んだものがある。投光光学系は、レーザ光源と投光レンズモジュールとを含んでおり、レーザ光源で発せられたレーザビームが投光レンズモジュールを通過し、投光窓より計器本体の外部へ照射される。一方、受光光学系は、受光レンズモジュールと２次元ＣＣＤなどの受光素子とを含んでおり、対象物での反射光が受光窓より計器本体の内部に取り込まれ、受光レンズを通過して受光素子で受光される。
【０００３】
従来の光学式変位計として、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを用いるタイプと、対象物に当たったときの光像がスポット形状となるレーザビームを用いるタイプとがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者のタイプの光学式変位計は、突起物の高さ、溝や窪みの深さや段差などを一括して計測できるとともに、物体表面の凹凸の影響を平均化できるという利点があるが、計測対象でない部分でレーザビームが乱反射し、計測に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
後者のタイプの光学式変位計は、前記の乱反射は起こりにくいが、突起物の高さ、溝や窪みの深さや段差などを一括して計測できず、物体表面の凹凸の影響を受け易いという問題がある。
【０００６】
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームとスポット形状となるレーザビームとを選択して用いることを可能となすことにより、最適なセンシングが実現できる光学式変位計を提供することを目的とする。
【０００７】
また、この発明が他に目的とするところは、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを用いて変位計測する光学式変位計を対象としたビーム変換アタッチメントを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による光学式変位計は、レーザビームを対象物に当て、対象物での反射光を受光素子で受光して、変位計測を行うものであり、対象物に当たったときの光像がライン形状となる第１のレーザビームを生成する第１の投光光学系と、対象物に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームを生成する第２の投光光学系とを含んでいる。第２の投光光学系は、第１のレーザビームを集光するための集光レンズを含み、第１の投光光学系が組み込まれた計器本体の外面に、第１の投光光学系の光軸上に前記集光レンズが位置するように装着されている。第１の投光光学系のみを機能させるか、第１の投光光学系および第２の投光光学系の両方を機能させて、第１、第２のレーザビームのいずれかを対象物に当てるようにしている。
【０００９】
この発明による光学式変位計において、対象物に当たったときの光像がライン形状となる第１のレーザビームを用いる場合には、集光レンズを第１の投光光学系の光軸上から退去させることで、第１の投光光学系のみを機能させる。対象物に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームを用いる場合には、集光レンズを第１の投光光学系の光軸上に位置させることで、第１、第２の投光光学系を機能させる。
【００１０】
この発明によれば、対象物に当たったときの光像がライン形状となる第１のレーザビームとスポット形状となる第２のレーザビームのいずれかを選択して用いることができるので、アプリケーションに応じた最適なセンシングが実現できることになる。
【００１３】
レーザ安全規格のクラスが異なる商品についてのユーザの要望に迅速に対応するために、第２の投光光学系に、安全性を確保するために、レーザビームの通過を遮断する遮光板を設けてもよく、また、所望のクラスに設定するためにレーザビームの光パワーを減衰させるフィルタを設けてもよい。
【００１６】
上記した第２の投光光学系は、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを用いて変位計測を行う光学式変位計に外付けされるビーム変換アタッチメントとして、光学式変位計とは独立して市場へ供給し得る。
すなわち、他の発明であるビーム変換アタッチメントは、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを生成する投光光学系と対象物での前記レーザビームの反射光を受光する受光素子とを内蔵する光学式変位計を対象として、その光学式変位計の投光窓上に外付けされるものであり、前記投光窓より照射される前記レーザビームを集光レンズにより集光して対象物に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームに変換する投光光学系を有するとともに、前記集光レンズが光学式変位計に内蔵された投光光学系の光軸上に位置するように前記投光窓上に固定することが可能でありかつ投光窓上より取り外すことが可能に構成されて成る。
【００１７】
このビーム変換アタッチメントの投光光学系には、レーザビームの通過を遮断する遮光板を含ませることもでき、また、レーザビームの光パワーを減衰させるフィルタを含ませることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例である光学式変位計の内部構成を示す。
図示例の光学式変位計は、計器本体１の内部に第１の投光光学系２と受光光学系４とが一体に組み込まれて成る。第１の投光光学系２は、可視光半導体レーザより成るレーザ光源２０とスリット板および投光レンズより成る投光レンズモジュール２１とを含んでおり、レーザ光源２０で発せられたレーザビームが投光レンズモジュール２１を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射される。
【００１９】
受光光学系４には、複数枚の受光レンズより成る受光レンズモジュール４０と２次元ＣＣＤより成る受光素子４１とを含んでおり、対象物１０での反射光が受光窓４２より計器本体１の内部に取り込まれ、受光レンズモジュール４０を通過して受光素子４１で受光される。
【００２０】
以下、第１の投光光学系２１によって生成されるレーザビームを「第１のレーザビームＬＢ１」という。この第１のレーザビームＬＢ１は、図１に示されるように、そのまま対象物１０へ照射されるか、または、図２〜図４に示す第２の投光光学系３を通過させた上で対象物１０へ照射される。以下、第２の投光光学系３によって生成されたレーザビームを「第２のレーザビームＬＢ２」という。
【００２１】
第１のレーザビームＬＢ１は、図５（１）（２）に示すように、先方向へ次第に拡がる帯状のレーザビームであり、計測距離領域Ｓの中心位置ｃにおいてビーム厚ｄが最も薄くなる。第１のレーザビームＬＢ１が計測対象領域Ｓに位置させた対象物１０に当たったとき、対象物１０の表面にはライン形状の光像１１が生成される。
なお、図５（１）は第１のレーザビームＬＢ１を平面的に見た図であり、図５（２）は第１のレーザビームＬＢ１を側面から見た図である。
【００２２】
第２のレーザビームＬＢ２は、図６（１）（２）に示すように、細軸状をなすレーザビームであり、計測距離領域Ｓの中心位置ｃにおいて直径ｒが最も小さくなる。第２のレーザビームＬＢ２が計測対象領域Ｓに位置させた対象物１０に当たったとき、対象物１０の表面にはスポット形状の光像１１が生成される。
なお、図６（１）は第２のレーザビームＬＢ２を平面的に見た図であり、図６（２）は第２のレーザビームＬＢ２を側面から見た図である。また、同図において、３は計器本体１に外付けされた第２の投光光学系である。
【００２３】
図２〜図４は、計器本体１の外面に装着される第２の投光光学系３の構成例を示す。
図示例の第２の投光光学系３は、板状をなすホルダ３１に、第１のレーザビームＬＢ１を集光するシリンドリカルレンズより成る集光レンズ３０と、第１のレーザビームＬＢ１の通過を遮断する遮光板５とを組み込んで構成される。
前記ホルダ３１は、計器本体１の外面の投光窓２２の位置に取外しが可能なように４本のねじ３２ａ〜３２ｄにより止め固定される。前記投光窓２２は円形であり、ホルダ３１を計器本体１に装着したとき、投光窓２２の中心を通る第１の投光光学系２の光軸上に前記集光レンズ３０が位置する。
【００２４】
第２のレーザビームＬＢ２を用いて変位計測を行う場合は、計器本体１の外面に、投光窓２２上に被せるようにして第２の投光光学系３を装着する。第１のレーザビームＬＢ１を用いて変位計測を行う場合は、４本全てのねじ３２ａ〜３２ｄを外してホルダ３１を計器本体１より取り外すか、または１箇所のねじ３２ｄを残して他の３本のねじ３２ａ〜３２ｃを外し、図３において一点鎖線で示すように、ホルダ３１を９０度回動して退去させ、投光窓２２上を開放する。
【００２５】
前記ホルダ３１の板面には、スライド板５０を上下にスライド自由に支持する矩形状の支持孔３３と、前記集光レンズ３０をはめ込むようにして固定される取付穴３４とが形成されている。前記取付穴３４には第１のレーザビームＬＢ１を通過させる円形の透光孔３５が設けられている。
【００２６】
前記スライド板５０には取付穴５２が形成され、この取付穴５２に前記遮光板５をはめ込んでその上を押え板５４で固定する。このスライド板５０には、前記遮光板５に代えて、レーザビームの光パワーを減衰させるためのフィルタを取り付けることもでき、そのために、前記スライド板５０および押え板５４にはそれぞれ円形の透光孔５１，５３が設けてある。
【００２７】
前記スライド板５０は、計器本体１とホルダ３１との間に配置される。スライド板５０の上端部には、つまみ部５５が屈曲形成されており、このつまみ部５５がホルダ３１の支持孔３３によってスライド自由に支持される。つまみ部５５が支持孔３３の下端位置にあるときは遮光板５が光路を塞ぎ、つまみ部５５が支持孔３３の上端位置にあるときは遮光板５は光路を開放する。
なお、上記した第２の投光光学系３は、対象物に当たったときの光像がライン形状となるレーザビームを用いて変位計測を行う光学式変位計に外付けされるビーム変換アタッチメントとして、独立して市場へ供給し得る。
【００２８】
上記の実施例は、第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は、第１の投光光学系２のみを機能させ、第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は、第１の投光光学系２の光軸上に第２の投光光学系３の集光レンズ３０を位置させて第１の投光光学系２および第２の投光光学系３の両方を機能させるものであるが、これに限らず、第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は第１の投光光学系２のみを機能させ、第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は第２の投光光学系３のみを機能させるように構成することも可能である。
【００２９】
図７は、第１、第２の各投光光学系２，３の他の構成例を示すもので、第１のレーザビームＬＢ１はハーフミラー６を通過させ、第２のレーザビームＬＢ２はハーフミラー６で反射させるように、ハーフミラー６に対して第１の投光光学系２と第２の投光光学系３とを互いに直交する角度位置に配置している。なお、図中、１は計器本体であり、第１、第２の投光光学系２，３は計器本体１の内部に組み込んである。
【００３０】
第１の投光光学系２は第１のレーザ光源２０と第１の投光レンズモジュール２１とを含んでおり、また、第２投光光学系３は第２のレーザ光源３７と第２の投光レンズモジュール３８とを含んでいる。第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は、第１のレーザ光源２０を駆動して第１の投光光学系２のみを機能させる。これにより第１のレーザビームＬＢ１がハーフミラー６を通過して対象物に照射される。
これに対し、第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は、第２のレーザ光源３７を駆動させて第２の投光光学系３のみを機能させる。これにより第２のレーザビームＬＢ２がハーフミラー６で反射して対象物に照射される。
【００３１】
第１のレーザ光源２０と第２のレーザ光源３７とを選択的に駆動させるために計器本体１の外面に切替スイッチ６０を設けるとともに、計器本体１の内部には、切替スイッチ６０からの切替信号を受けて第１、第２のレーザ光源２０，３７の一方へ駆動信号を出力する選択回路６０が組み込んである。
【００３２】
図８は、第１、第２の各投光光学系２，３の他の構成例を示すもので、図７の実施例と同様、第１のレーザビームＬＢ１はハーフミラー６を通過させ、第２のレーザビームＬＢ２はハーフミラー６で反射させるように、ハーフミラー６に対して第１のレーザ光源２０と第２のレーザ光源３７とを互いに直交する角度位置に配置している。
【００３３】
この実施例では、第２のレーザビームＬＢ２は、第２のレーザ光源３７より発せられたレーザビームをスリット板３９のスリット孔３９ａを通過させた後、その通過光を第１の投光光学系２の投光レンズモジュール２１を通過させることにより生成している。従って、前記投光レンズモジュール２１は、第１の投光光学系２を構成するとともに、第２の投光光学系３をも構成する。
第１のレーザ光源２０と第２のレーザ光源３７とを選択的に駆動させるための構成として切替スイッチ６０および選択回路６０を設けることは図７の実施例と同様である。
【００３４】
図１〜図４に示す実施例の光学式変位計において、対象物１０に当たったときの光像がライン形状となる第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は、計器本体１の外面に第２の投光光学系３を装着しないか、または装着された第２の投光光学系３を退去させて投光窓２２を開放した後、第１の投光光学系２のレーザ光源２０を駆動する。レーザ光源２０で発せられたレーザビームは投光レンズモジュール２１を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射されて対象物１０に当たる。この対象物１０の表面での反射光は受光窓４２より計器本体１の内部に取り込まれ、受光レンズモジュール４０を通過して受光素子４１で受光される。
【００３５】
つぎに、対象物１０に当たったときの光像がスポット形状となる第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は、計器本体１の外面の投光窓２２の位置に第２の投光光学系３を装着した後、第１の投光光学系２のレーザ光源２０を駆動する。レーザ光源２０で発せられたレーザビームは投光レンズモジュール２１を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ出て第２の投光光学系３の集光レンズ３０を通過した後、対象物１０に当たる。この対象物１０の表面での反射光は受光窓４２より計器本体１の内部に取り込まれ、受光レンズモジュール４０を通過して受光素子４１で受光される。
【００３６】
図７に示す実施例の光学式変位計では、第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は、切替スイッチ６１を操作して第１のレーザ光源２０を駆動して第１の投光光学系２のみを機能させる。第１のレーザ光源２０で発せられたレーザビームは投光レンズモジュール２１およびハーフミラー６を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射されて対象物１０に当たる。
【００３７】
第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は、切替スイッチ６１を操作して第２のレーザ光源３７を駆動して第２の投光光学系３のみを機能させる。第２のレーザ光源３７で発せられたレーザビームは投光レンズモジュール３８を通過してハーフミラー６で反射し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射されて対象物１０に当たる。
【００３８】
図８に示す実施例の光学式変位計では、第１のレーザビームＬＢ１を用いる場合は、切替スイッチ６１を操作して第１の投光光学系２の第１のレーザ光源２０を駆動する。第１のレーザ光源２０で発せられたレーザビームはハーフミラー６および投光レンズモジュール２１を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射されて対象物１０に当たる。
【００３９】
第２のレーザビームＬＢ２を用いる場合は、切替スイッチ６１を操作して第２の投光光学系２の第２のレーザ光源３７を駆動する。第２のレーザ光源３７で発せられたレーザビームはハーフミラー６で反射して投光レンズモジュール２１を通過し、投光窓２２より計器本体１の外部へ照射されて対象物１０に当たる。
【００４０】
【発明の効果】
この発明によれば、対象物に当たったときのレーザビームの光像がライン形状となるレーザビームとスポット形状となるレーザビームとを選択して用いることが可能であるから、アプリケーションに応じた最適なセンシングが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である光学式変位計の内部構造を示す計器本体の一部を破断した斜視図である。
【図２】図１の計器本体の外面に装着される第２の投光光学系を分解して示す斜視図である。
【図３】図１の計器本体の外面に第２の投光光学系が装着された状態を示す正面図である。
【図４】図１の計器本体の外面に装着された第２の投光光学系を断面で示した側面図である。
【図５】第１のレーザビームの形態と第１のレーザビームによる光像の形状とを示す説明図である。
【図６】第２のレーザビームの形態と第２のレーザビームによる光像の形状とを示す説明図である。
【図７】第１、第２の投光光学系の他の構成例を示す説明図である。
【図８】第１、第２の投光光学系の他の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  計器本体
２  第１の投光光学系
３  第２の投光光学系
５  遮光板
３０  集光レンズ
６  ハーフミラー
【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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