透光性管状物体の厚さ測定装置
【課題】 透光性管状物体の厚さを全域にわたって短時間で精度よく測定する。
【解決手段】 対物レンズ５７が、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光を集光させて、その反射光を回折格子３５及びラインセンサ３６で受光してガラス管Ｇの厚さを測定する。対物レンズ５７をＸ軸線方向の焦点距離Ｆｘと、Ｙ軸線周りに回転するガルバノミラー５２から対物レンズ５７までの光学的距離ａと、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるようにする。レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸に垂直になるようにＹ軸線周り角度のサーボ制御を行っても、Ｘ軸線方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置を変化させないように１点に固定することができて、ガラス管ＧのＺ軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定になることを抑制する。
【解決手段】 対物レンズ５７が、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光を集光させて、その反射光を回折格子３５及びラインセンサ３６で受光してガラス管Ｇの厚さを測定する。対物レンズ５７をＸ軸線方向の焦点距離Ｆｘと、Ｙ軸線周りに回転するガルバノミラー５２から対物レンズ５７までの光学的距離ａと、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるようにする。レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸に垂直になるようにＹ軸線周り角度のサーボ制御を行っても、Ｘ軸線方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置を変化させないように１点に固定することができて、ガラス管ＧのＺ軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定になることを抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光をガラス管などの透光性管状物体の表面に照射し、透光性管状物体の表面からの反射光を受光することで、透光性管状物体の厚さを測定する透光性管状物体の厚さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガラス製品のような透光性物体の厚さが規格通りに作製されているかを検査するために、透光性物体の厚さを測定することが行われている。このような測定は透光性物体の表面を傷つけないため、非接触で行われることが多く、この測定方法として、例えば下記特許文献１に記載されているように、透光性物体の表面に対して斜めにレーザ光を照射し、表面と裏面で反射した反射光を受光センサで受光し、受光位置の差から透光性物体の厚さを求める方法がある。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても適用することができ、例えば下記特許文献２には、特許文献１に記載された方法により管状物体の厚さを測定する装置が記載されている。しかしながら、この方法は設定された照射角度で透光性物体にレーザ光が照射されるように調整する必要があり、調整精度が悪いと測定精度が悪くなるという問題がある。
【０００３】
これに対し、透光性物体に対して垂直にレーザ光を照射して透光性物体の厚さを測定する方法であれば、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻り、受光器の所定の箇所で受光するように調整すればよいので、調整精度は良好となる。この方法としては、例えば特許文献３に記載されているように、スーパー・ルミネッセント・ダイオード光源（ＳＬＤ光源）のような広波長帯域のレーザ光が異なった箇所で反射した光を干渉させるとともに、回折格子等で波長ごとに分光することで変位を求める方法がある。すなわち、透光性物体に広波長帯域のレーザ光を照射し、透光性物体の表面と裏面での反射光を干渉させるとともに回折格子等で波長ごとに分光してＣＣＤ等の撮像素子で受光し、受光位置ごとの光強度を取得する。この受光位置ごとの光強度（すなわち、受光曲線）は、反射光の干渉の仕方が異なると異なるため、透光性物体の表面と裏面間の距離（すなわち厚さ）により異なる。よって、受光曲線を解析することで、透光性物体の厚さを求めるというものである。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても、レーザ光を透光性物体の中心軸と垂直に交差するように照射して、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻るようにすればよいので適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２４２８号公報
【特許文献２】特開平０９−５０４８７５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２１９７７号公報
【発明の概要】
【０００５】
透光性物体が管状物体の場合、レーザ光を透光性物体の全域にわたって中心軸と垂直に交差するように照射するには、管状物体の中心軸が設定された位置になるようにセット機構にセットし、レーザ光を設定された経路で管状物体と相対的に移動させればよい。しかしながら、管状物体の中心軸がランダムに直線からずれている場合には、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、反射光を受光器で受光できずに厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。
【０００６】
また、管状物体を回転させながらその全域の厚さ測定を行う場合であって、管状物体の直径が小さい場合には、管状物体の中心軸が常に設定位置にあるように管状物体を回転させることは困難であり、この場合もレーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることはできず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。また、管状物体を何らかの工程上の理由（管状物体が高温又は管状物体への異物付着を避ける等の理由）で、セット機構にセットすることができず、管状物体の一端を掴むのみの場合には、管状物体の中心軸を常に設定された位置にすることができず、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、透光性管状物体の中心軸にレーザ光が垂直に交差するようにレーザ光を透光性管状物体に照射するとともに、この中心軸方向に透光性管状物体と相対的にレーザ光を移動して透光性管状物体の全域の厚さを測定する際、透光性管状物体の中心軸が所定位置からずれている箇所がある場合でも、常に反射光を所定位置（解析処理をするための光学機器の受光器）に戻るようにすることができ、短時間で透光性管状物体の全域の厚さを測定することができる透光性管状物体の厚さ測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、中心軸を所定の第１軸線方向（Ｘ軸線方向）に延設させて透光性管状物体（Ｇ）を支持する透光性管状物体支持装置（１０，１５）と、第１軸線方向に垂直な第２軸線方向（Ｚ軸線方向）からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段（３０，３１，４０，５７）と、透光性管状物体の外周面で反射するレーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射するレーザ光の反射光とを受光する受光手段（３５，３６）と、受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段（１１７）と、レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、第１軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段（１１，１２，１３）とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を第１軸線方向及び第２軸線方向の両方向に互いに直交する第３軸線方向に変更する第３軸線方向位置変更手段（５４，５５，２５）と、透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する第３軸線周りの角度を変更する第３軸線周り角度変更手段（５２，５３）と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する第３軸線方向位置のずれ量を検出する第３軸線方向位置ずれ量検出手段（５１，６０，１１８）と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の第３軸線周りの垂線に対する第３軸線周り角度のずれ量を検出する第３軸線周り角度ずれ量検出手段（５１，６０，１２１）と、第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第３軸線方向位置サーボ制御手段（１１９，１２０）と、第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第３軸線周り角度サーボ制御手段（１２２，１２３）とを設け、レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、対物レンズの第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、第３軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離ａと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズと第３軸線周り角度変更手段を配置したことにある。
【０００９】
この場合、前記第３軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第１軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品（５４，５５）で構成するとよい。また、前記第３軸線方向位置変更手段を、レーザ光照射手段を第３軸線方向に移動して、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する第３軸線方向アクチュエータ（２５）で構成してもよい。また、前記第３軸線周り角度変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第３軸線周りに回転する回転光学部品（５２，５３）で構成するとよい。
【００１０】
上記のように構成した本発明においては、第３軸線方向位置サーボ制御手段が、第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する。また、第３軸線周り角度サーボ制御手段が、第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する。これにより、透光性管状物体の中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常に透光性管状物体の中心軸と垂直に交差させることができ、厚さ測定ができない箇所が生じないようにすることができる。さらに、対物レンズの第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、第３軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離ａと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズと第３軸線周り角度変更手段とが配置されている。これにより、第３軸線周り角度のサーボ制御を行っても、第１軸線方向におけるレーザ光の透光性管状物体への照射位置を変化させないように、対物レンズの光軸が透光性管状物体の表面と交差する１点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、透光性管状物体の第２軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前述のように、前記第３軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第１軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品で構成し、かつ対物レンズの第３軸線方向の焦点距離Ｆｙが、第１軸線周りに回転する回転光学部品から対物レンズまでの光学的距離ｃに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことにある。
【００１２】
これによれば、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品を、第１軸線周りに回転させて第３軸線方向位置のサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常に第２軸線方向に平行になるので、透光性管状物体の位置が第２軸線方向に多少変化しても、透光性管状物体の第３軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定した第３軸線方向位置のサーボ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【図２Ａ】図１の分光ユニットの構造を詳細に示す構成図である。
【図２Ｂ】Ｘ軸線方向から見た図１の光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＣ−Ｃ線に沿って見た光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図３】(ａ)は対物レンズ（トロイダルレンズ）のＸ軸方向の焦点距離を説明するための説明図であり、(ｂ)は対物レンズ（トロイダルレンズ）のＹ軸方向の焦点距離を説明するための説明図である。
【図４Ａ】ガラス管のＹ軸方向の変位と、光ヘッドの４分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態とを示す図である。
【図４Ｂ】ガラス管のＹ軸周りの傾きの変化と、光ヘッドの４分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態を示す図である。
【図５Ａ】図1のコントローラによって実行される厚さ測定プログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】前記厚さ測定プログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図６】本発明の変形例に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。この厚さ測定装置は、ガラス管などのような透光性管状物体の厚さを、レーザ光を透光性管状物体に照射して、透光性管状物体からの反射光を受光することにより測定するものである。透光性管状物体は、本実施形態では、細いガラス管Ｇである。厚さ測定装置は、ガラス管Ｇを保持して移動させるワーク駆動装置１０と、分光ユニット１００Ａと協働してガラス管Ｇの厚さを測定するための光ヘッド１００Ｂと、ワーク駆動装置１０及び光ヘッド１００Ｂを支持する支持装置２０を備えている。
【００１５】
支持装置２０は、水平部２０ａ及び垂直部２０ｂからなるＬ字型に一体形成されている。水平部２０ａの図示左端部側には、Ｘ軸方向フィードモータ１１が組み付けられている。Ｘ軸方向フィードモータ１１は、その出力回転軸をＸ軸方向（図面の上下方向）に延設されたスクリューロッド１２の下端に連結させて、回転によりスクリューロッド１２をＸ軸線周りに回転させる。なお、Ｙ軸方向は紙面の垂直方向とし、Ｚ軸方向は図面の左右方向とする。スクリューロッド１２の上端は、垂直部２０ｂの上端にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド１２には、移動体１３がナットを介して螺合されている。移動体１３は、スクリューロッド１２に対する回転が規制され、スクリューロッド１２の回転によりスクリューロッド１２の軸線方向に移動する。すなわち、移動体１３は、スクリューロッド１２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００１６】
Ｘ軸方向フィードモータ１１内には、エンコーダ１１ａが組み込まれている。このエンコーダ１１ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。なお、パルス列信号ΦA，ΦBは互いにπ／２だけ位相のずれた信号であり、この位相ずれによりＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向が判別される。エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０と移動位置検出回路１１１に入力される。移動位置検出回路１１１は、後述するコントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ１１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数から移動体１３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動体１３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では上側の移動限界位置）となる。
【００１７】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１１から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０を駆動して移動体１３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｘ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１１から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ１１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１１から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動させる。
【００１８】
また、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０には、移動体１３の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ２００により入力される。そして、コントローラ２００から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBのＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向を含む単位時間当たりのパルス数から移動体１３の移動方向を含む移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにＸ軸方向フィードモータ１１を駆動制御する。
【００１９】
移動体１３には、スピンドルモータ１４が組み付けられている。スピンドルモータ１４の出力回転軸の先端には、ガラス管Ｇの一端（上端）を固定するための固定具１５が組み付けられている。したがって、固定具１５にガラス管Ｇを固定した状態で、スピンドルモータ１４を回転させることにより、ガラス管Ｇは軸線周りに回転する。
【００２０】
スピンドルモータ１４内には、エンコーダ１４ａが組み込まれている。エンコーダ１４ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１の場合と同様に、スピンドルモータ１４の回転方向の情報を含むパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。また、エンコーダ１４ａは、基準回転位置ごとにインデックス信号Indexも出力する。エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、スピンドルモータ制御回路１１２に入力される。スピンドルモータ制御回路１１２は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBの単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ１４の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ２００によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ１４の回転を制御する。
【００２１】
エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦB及びインデックス信号Indexは、回転角度検出回路１１３に入力される。回転角度検出回路１１３は、インデックス信号Indexの到来によりカウント値を「０」にリセットし、パルス列信号ΦA又はΦBの到来ごとにカウント値をアップさせて、カウント値をスピンドルモータ１４の回転角度を表す信号としてコントローラ２００に出力する。
【００２２】
支持装置２０の水平部２０ａの図示右端部には、Ｚ軸方向フィードモータ２１が組み付けられている。Ｚ軸方向フィードモータ２１は、その出力回転軸をＺ軸方向に延設されたスクリューロッド２２の右端に連結させて、回転によりスクリューロッド２２をＺ軸線周りに回転させる。スクリューロッド２２の左端は、水平部２０ａの上面にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド２２には、テーブル２３がナットを介して螺合されている。テーブル２３は、スクリューロッド２２に対する回転が規制され、スクリューロッド２２の回転によりスクリューロッド２２の軸線方向に移動する。すなわち、テーブル２３は、スクリューロッド２２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００２３】
Ｚ軸方向フィードモータ２１内には、エンコーダ２１ａが組み込まれている。このエンコーダ２１ａも、Ｘ軸方向フィードモータ１１と同様なパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、移動位置検出回路１１５に入力される。移動位置検出回路１１５は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ２１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＺ軸方向フィードモータ２１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数からテーブル２３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、テーブル２３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では右側の移動限界位置）となる。
【００２４】
Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１５から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｚ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１５から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ２１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１５から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。
【００２５】
分光ユニット１００Ａは、図２Ａに詳細に示すように、広波長帯域のレーザ光を出射するスーパー・ルミネセント・ダイオード光源３０（以下、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）光源３０という）を有する。ＳＬＤ光源３０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、リレーレンズ３２，３３で断面径が小さくされて、偏光ビームスプリッタ３４に導かれる。偏光ビームスプリッタ３４は、リレーレンズ３２，３３からの入射光をそのまま透過し、光ファイバー４０を介して光ヘッド１００Ｂに導く。ＳＬＤ光源３０には、レーザ駆動回路１１６が接続されている。レーザ駆動回路１１６は、コントローラ２００に指示されて、ＳＬＤ光源３０を駆動制御する。なお、ＳＬＤ光源３０の光量は実際にはフィードバック制御されるが、このフィードバック制御は図示省略されている。
【００２６】
また、光ヘッド１００Ｂから光ファイバー４０を介して偏光ビームスプリッタ３４に導かれたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３４で反射されて、反射型の回折格子３５に導かれて一連のスペクトルに分散されてラインセンサ３６に導かれる。ラインセンサ３６は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等で形成されている。なお、前記反射型の回折格子３５に代えて透光型の回折格子を用い、偏光ビームスプリッタ３４からの反射光を透光型の回折格子を介してラインセンサ３６に導くようにしてもよい。
【００２７】
ラインセンサ３６には、データ処理装置１１７が接続されている。データ処理装置１１７は、コントローラ２００の指示により、設定された頻度でラインセンサ３６の各画素が出力する信号を信号の大きさを表すディジタル形式の大きさデータにＡ／Ｄ変換して、Ａ／Ｄ変換した大きさデータを画素位置に対応させて記憶する。そして、データ処理装置１１７は、この記憶した大きさデータ（すなわち、受光曲線）を処理することでガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータをコントローラ２００に出力することを繰り返す。
【００２８】
このガラス管Ｇの厚さの計算について簡単に説明しておく。後述する対物レンズ５７によってガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、ガラス管Ｇの表面と裏面との両面で反射して、前記両面での反射光は互いに干渉する。この場合、ＳＬＤ光源３０から出射されてガラス管Ｇに導かれたレーザ光は広波長帯域のレーザ光（すなわち波長の異なる成分を含むレーザ光）であり、前記干渉は同じ波長のレーザ光同士でのみ行われて、この干渉による波長ごとのレーザ光の強度はガラス管Ｇの厚さに依存する。なお、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）は小さく、具体的にはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．２以下（例えば、０．０５）であり、焦点深度はガラス管Ｇの厚さ以上である。よって、ガラス管Ｇの表面と裏面とでのレーザ光の反射光は、元の光路を戻って干渉する。
【００２９】
一方、回折格子３５は、入射するレーザ光の波長によって回折の仕方を異ならせるので、ラインセンサ３６の受光位置とレーザ光の波長とは対応関係にある。すなわち、回折格子３５は、前記ガラス管Ｇの厚さに依存する干渉によって強度の大きさが異なるレーザ光の反射角を異ならせることになるので、ラインセンサ３６の位置と受光強度との関係を表す受光曲線は、ガラス管Ｇの厚さに関係する。その結果、ガラス管Ｇの厚さが異なれば、干渉の結果としての波長ごとの光強度が異なるため、ラインセンサ３６による受光曲線も異なり、受光曲線を解析することでガラス管Ｇの厚さを計算することができる。したがって、データ処理装置１１７からコントローラ２００には、ガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータが供給される。なお、受光曲線からガラス管Ｇの厚さを計算できない場合には、データ処理装置１１７からコントローラ２００に「測定不可」を表すデータが供給される。
【００３０】
光ヘッド１００Ｂは、テーブル２３に固定されており、図１では平面内に全ての部品を網羅した概念図により示されている。図２Ｂ及び図２Ｃは、この光ヘッド１００Ｂを詳細に示しており、図２Ｂは光ヘッド１００Ｂをガラス管Ｇの中心軸方向（Ｘ軸方向）から見た図であり、図２Ｃは図２Ｂの光ヘッド１００Ｂを図２ＢのＣ−Ｃ線に沿って（Ｚ軸方向から）見た図である。なお、図２Ｂにおいては、分かり易くするために、見た方向に重なっている部品に関しては適宜省略されている。具体的には、図２Ｂでは、ビームスプリッタ５１及びビームスプリッタ５１で反射したレーザ光の光路上にある部品が省略されている。
【００３１】
光ヘッド１００Ｂは、光ファイバー４０によって伝播されたレーザ光を入射するビームスプリッタ５１を有する。ビームスプリッタ５１は、入射したレーザ光を透過してガルバノミラー５２に導く。ガルバノミラー５２は、モータ５３によってＹ軸線に平行な直線周りに回転駆動される。この場合のＹ軸は後述するガルバノミラー５４による反射後の座標軸で見た場合であり、以降、ガルバノミラー５２の回転駆動を説明する場合のＹ軸も同様である。ガルバノミラー５２で反射されたレーザ光はガルバノミラー５４に導かれる。ガルバノミラー５４は、モータ５５によってＸ軸線に平行な直線周りに回転駆動される。ガルバノミラー５４に導かれたレーザ光はガルバノミラー５４で反射され、１／４波長板５６及び対物レンズ５７を介してガラス管Ｇの表面に照射される。なお、対物レンズ５７に入射するレーザ光はリレーレンズ３２，３３で断面径が小さくされて光ファイバー４０を介して導かれたものであるので、その光束径は小さい。
【００３２】
対物レンズ５７は、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで焦点距離が異なるトロイダルレンズで構成されている。なお、この場合のＹ軸方向の焦点距離とは、光軸上（Ｚ軸方向）における対物レンズ５７の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がＹ軸方向において集光する位置までの距離である。また、Ｘ軸方向の焦点距離とは、光軸上における対物レンズ５７の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がＸ軸方向において集光する位置までの距離である。図３(ａ)に示すように、Ｙ軸方向の焦点距離Ｆｙは、Ｘ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しく、すなわちＦｙ＝ｃに設定されている。なお、光学的距離とは、レーザ光の進行する合計距離である。これにより、対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転しても、Ｙ−Ｚ平面で見ると、Ｚ軸方向に平行なレーザ光となる。また、図３(ｂ)に示すように、Ｘ軸方向の焦点距離Ｆｘは、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離をａとし、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離をｂとすると、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係を満たすように設定されている。この関係は、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる関係である。これにより、対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５２がＹ軸周りに回転しても、Ｘ−Ｚ平面で見ると、対物レンズ５７の光軸がガラス管Ｇの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。また、前述のように、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）はＸ軸方向及びＹ軸方向ともに０．２以下（例えば、０．０５）の小さな値に設定され、対物レンズ５７の焦点深度が長くかつ焦点距離も長い。なお、図３においては、１/４波長板５６は省略されている。
【００３３】
レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の光路と略等しい光路で対物レンズ５７及び１／４波長板５６を介してガルバノミラー５４に入射し、ガルバノミラー５４で反射されてガルバノミラー５２に導かれる。ガルバノミラー５２に導かれたレーザ光はガルバノミラー５２で反射されて、ビームスプリッタ５１に導かれる。ガルバノミラー５２で反射されてビームスプリッタ５１に入射したレーザ光の一部はビームスプリッタ５１を透過して、光ファイバー４０内に導かれ、光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに導かれて厚さ測定に用いられる。また、ガルバノミラー５２で反射されてビームスプリッタ５１に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５１で反射されてサーボ制御に用いられる。
【００３４】
ビームスプリッタ５１で反射されたレーザ光は、リレーレンズ５８，５９によって断面径が大きくされて適当な直径に設定され、４分割フォトディテクタ６０で受光される。４分割フォトディテクタ６０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、受光領域がＸ−Ｙ平面において上下左右に４分割された４つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射したレーザ光の強度に比例した検出信号を受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄとしてそれぞれ出力する。
【００３５】
図４Ａは、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位と、光ヘッド１００Ｂの４分割フォトディテクタ６０における反射光の受光状態とを示した図である。なお、ガラス管ＧはＸ軸方向から見た図であり、４分割フォトディテクタ６０はＺ軸方向から見た図である。ガラス管ＧがＹ軸方向の中立位置にあれば、図４Ａ(ｂ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの表面のＹ軸方向中心位置に照射され、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは４分割フォトディテクタ６０の４分割領域の少なくとも図示左右方向中心に位置する。そして、少なくとも受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)と受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)とは等しくなる。一方、ガラス管Ｇが前記中立位置からＹ軸方向にずれると、図３Ａ４(ａ)（ｃ）に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの表面のＹ軸方向中心位置からＹ軸方向にずれた位置に称される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ａ(ａ)（ｃ）に示すように、中心位置から図示左右方向にずれて、受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)が受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)より大きくなるか、受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)が受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)より大きくなる。
【００３６】
図４Ｂは、ガラス管ＧのＹ軸周りの傾きの変化と、光ヘッド１００Ｂの４分割フォトディテクタ６０における反射光の受光状態を示した図である。なお、ガラス管ＧはＹ軸方向から見た図であり、４分割フォトディテクタ６０はＺ軸方向から見た図である。ガラス管ＧがＹ軸周りに中立位置にあれば、すなわちガラス管ＧがＸ軸方向に平行であれば、図４Ｂ(ｂ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの延設方向に垂直に入射するとともに垂直に反射される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ｂ(ｂ)に示すように、４分割フォトディテクタ６０の４分割領域の少なくとも図示上下方向中心に位置し、少なくとも受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)と受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)とは等しくなる。一方、ガラス管Ｇが前記中立位置からＹ軸方向周りに傾くと、図４Ｂ(ａ)(ｃ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの延設方向に対して傾いて入射し、かつ反対方向に傾いて反射される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ｂ(ａ)（ｃ）に示すように、中心位置から図示上下方向にずれて、受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)が受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)より大きくなるか、受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)が受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)より大きくなる。
【００３７】
４分割フォトディテクタ６０から出力される受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄは、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８及びＹ軸周り角度エラー信号生成回路１２１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを増幅した後、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を演算によって生成する。このＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、ガラス管Ｇの測定箇所におけるＹ軸方向の中立位置からのずれ量を表している（図４Ａ(ａ)〜(ｃ)参照）。このＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、Ｙ軸方向サーボ回路１１９に供給される。Ｙ軸方向サーボ回路１１９は、前記Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）が「０」になるようにＹ軸方向サーボ信号を生成して、Ｙ軸方向ドライブ回路１２０に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１２０は、このＹ軸方向サーボ信号に基づいてモータ５５をサーボ制御して、ガルバノミラー５４をＸ軸周りに回転させる。したがって、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）が「０」になるように、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Ｇに対する照射位置がＹ軸方向にサーボ制御される。なお、このＹ軸方向のサーボ制御は、モータ５５によりガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転駆動されるので、Ｘ軸周り角度のサーボ制御と見ることもできる。
【００３８】
また、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを増幅した後、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を演算によって生成する。このＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）は、ガラス管ＧのＹ軸線周りにおける中立位置からのずれ量（ずれ角度）を表している（図４Ｂ(ａ)〜(ｃ)参照）。このＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）は、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２に供給される。Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２は、前記Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）が「０」になるようにＹ軸周り角度サーボ信号を生成して、Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３に出力する。Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３は、このＹ軸周り角度サーボ信号に基づいてモータ５３をサーボ制御して、ガルバノミラー５２をＹ軸周りに回転させる。したがって、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）が「０」になるように、ガルバノミラー５２がＹ軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Ｇに対する照射方向がＹ軸周りにサーボ制御される。このようなＹ軸方向サーボ制御及びＹ軸周り角度サーボ制御により、レーザ光がガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるようになる。
【００３９】
ここで、前述したように、対物レンズ５７をトロイダルレンズで構成したことによるサーボ制御の特殊性について説明しておく。対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙは、前述のように、Ｘ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しく、すなわちＦｙ＝ｃに設定されており対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転しても、Ｙ−Ｚ平面で見ると、Ｚ軸方向に平行なレーザ光となる（図３(ａ)参照）。したがって、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化しても、レーザ光の光軸位置をＹ軸方向に変化させてレーザ光の光軸位置を基準に見たときのガラス管ＧのＹ軸方向位置に対するレーザ光の反射角度の関係は変化しないため、ガラス管ＧのＹ軸方向位置と後述する４分割フォトディテクタ６０での受光位置の関係はほとんど変わらない。これにより、Ｙ軸方向エラー信号が「０」になるようにレーザ光の光軸位置をＹ軸方向に変化させる量は、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化してもほとんど変わらず、安定したＹ軸方向サーボ制御（Ｘ軸周り角度サーボ制御）を行うことができる。
【００４０】
また、前述したように、Ｘ軸方向の焦点距離Ｆｘは、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離をａとし、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離をｂとすると、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係を満たすように設定されているため、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる（図３(ｂ)参照）。したがって、Ｘ−Ｚ平面で見ると、対物レンズ５７の光軸がガラス管Ｇの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。したがって、後述するＹ軸周り角度サーボ制御のためにガルバノミラー５２をＹ軸周りに回転させても、レーザ光はガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるとともに、Ｘ軸方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置は変化しないので、高精度で設定した位置の厚さを測定することができるとともに、ガラス管ＧのＺ軸周りの傾きの度合によらず、ガラス管Ｇの表面を平面とみなしてＹ軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができるので、安定したサーボ制御を行うことができる。
【００４１】
この場合、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）は小さく、前述のように、具体的にはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．２以下に設定するとよい。これにより、焦点深度が長くなるとともに、レーザ光の焦点距離も長くなり、レーザ光の光束径の変化を小さくして、光束径が変化しないと見做すことができるようになる。このようにすることで、前述のように、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化しても安定したＹ軸方向サーボ制御（Ｘ軸周り角度サーボ制御）を行うことができ、かつＹ軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができる。この開口数（ＮＡ）が０．２以下であれば、ほぼ満足する結果を実験により得ているが、好ましくは０．０５程度とするとよい。なお、図３においては、１/４波長板５６は省略されている。
【００４２】
また、この透光性管状物体の厚さ測定装置は、コントローラ２００、入力装置２０２及び表示装置２０４も備えている。コントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ及びハードディスクなどの大容量の不揮発性メモリを有するコンピュータ装置によって構成され、図４Ａ及び図４Ｂに示す厚さ測定プログラムの実行により、各種回路を制御してガラス管Ｇの厚さを測定する。入力装置２０２は、キーボードからなり、作業者が種々の情報を入力するとともに、コントローラ２００の作動に対して指示をする。表示装置２０４は、コントローラ２００によって制御された各種情報を表示する。
【００４３】
次に、上記のように構成した厚さ測定装置の動作を説明する。まず、作業者は、ガラス管Ｇの上端部を固定具１５に固定し、入力装置２０２を操作してガラス管Ｇの長さを入力する。そして、作業者は、入力装置２０２を操作することにより、コントローラ２００に図５Ａ及び図５Ｂの厚さ測定プログラムを実行させる。
【００４４】
コントローラ２００は、この厚さ測定プログラムの実行を図５ＡのステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて変数ｎを「０」に設定する。この変数ｎは、データ処理装置１１７からの厚さデータ、回転角度検出回路１１３からの回転角度データ、及び移動位置検出回路１１１からのＸ軸方向位置データの取込みタイミングを規定するものである。
【００４５】
前記ステップＳ１０２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１０４にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０に対してガラス管Ｇを測定開始位置まで移動するように指示する。具体的には、レーザ光のＸ軸方向中心位置がガラス管Ｇの測定開始点に照射されるようなＸ軸方向位置を測定開始位置としてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。測定開始位置は、以下のＡ，Ｂ，ＣからＡ−Ｂ＋Ｃの計算を行うことで求められる。なお、Ａ，Ｃは予めコントローラ２００に記憶されている。
Ａ：移動体１３のＸ軸方向位置が原点位置にある状態（すなわち移動体１３の上側移動限界位置にある状態）で、固定具１５にガラス管Ｇを固定したときに固定具１５内でガラス管Ｇの上側の先端位置からレーザ光のＸ軸方向中心位置までのＸ軸方向距離
Ｂ：入力装置２０２を用いて入力されたガラス管Ｇの長さ（Ｂ＜Ａ）
Ｃ：ガラス管Ｇにおける下側の先端位置から測定開始点までの距離
【００４６】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させることにより、スクリューロッド１２を軸線周りに回転させて移動体１３をＸ軸方向に移動させ、ガラス管ＧをＸ軸線方向に測定開始位置に向かって移動させる。このガラス管ＧのＸ軸方向への移動中、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、移動位置検出回路１１１から移動体１３（すなわちガラス管Ｇ）のＸ軸方向位置を表すＸ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＸ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定開始位置を示すと、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させて、移動体１３及びガラス管ＧのＸ軸方向への移動を停止させる。
【００４７】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０４の処理後、ステップＳ１０６にて、移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを入力して、入力したＸ軸方向位置データが測定開始位置以上になったかを判定する。Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１０６にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行する。そして、Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１０６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１０８に進む。
【００４８】
ステップＳ１０８においては、コントローラ２００は、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４に対して光ヘッド１００Ｂを測定用設定位置まで移動するように指示する。具体的には、ガラス管Ｇの外周面上にレーザ光が集光されるようなＺ軸方向位置を測定用設定位置としてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１を回転させることにより、スクリューロッド２２を軸線周りに回転させてテーブル２３をＺ軸方向に移動させ、テーブル２３及び光ヘッド１００ＢをＺ軸方向に測定用設定位置に向かって移動させる。このテーブル２３及び光ヘッド１００ＢのＺ軸方向への移動中、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、移動位置検出回路１１５からテーブル２３（すなわち光ヘッド１００Ｂ）のＺ軸方向位置を表すＺ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＺ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定用設定位置を示すと、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１の回転を停止させて、テーブル２３及び光ヘッド１００ＢのＺ軸方向への移動を停止させる。
【００４９】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０８の処理後、ステップＳ１１０にて、移動位置検出回路１１５からＺ軸方向位置データを入力して、入力したＺ軸方向位置データが測定用設定位置以上になったかを判定する。Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行する。そして、Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２においては、コントローラ２００は、レーザ駆動回路１１６を作動させて、ＳＬＤ光源３０を駆動することにより測定用及びサーボ用を兼用した広波長帯域のレーザ光を出射させる。この場合、レーザ光の強度に関するフィードバック制御が省略されている。
【００５０】
ＳＬＤ光源３０から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、リレーレンズ３２，３３によって断面径が小さくされて、光ファイバー４０を伝播して、分光ユニット１００Ａから光ヘッド１００Ｂに導かれる。光ヘッド１００Ｂにおいては、光ファイバー４０によって伝播されたレーザ光は、ビームスプリッタ５１を介してガルバノミラー５２に入射する。ガルバノミラー５２は、この入射レーザ光を反射してガルバノミラー５４に入射させる。ガルバノミラー５４は、入射されたレーザ光を反射して１／４波長板５６を介して対物レンズ５７に入射させる。対物レンズ５７は、入射したレーザ光を集光して、ガラス管Ｇの表面にレーザ光を照射する。ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、まずガラス管Ｇの外周面で反射され、対物レンズ５７に入射する。また、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、ガラス管Ｇの肉厚部分に侵入し、ガラス管Ｇの内周面で反射してガラス管Ｇの肉厚部を介して対物レンズ５７に入射する。したがって、ガラス管Ｇの外周面で反射したレーザ光と、ガラス管Ｇの内周面で反射したレーザ光は干渉し合って、対物レンズ５７に入射する。したがって、ガラス管Ｇの厚さにより、波長に応じて強度が異なる干渉レーザ光が対物レンズ５７に入射することになる。
【００５１】
対物レンズ５７に入射したレーザ光は、進行方向が変えられ、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の光路と略等しい光路で、１／４波長板５６を介してガルバノミラー５４に導かれて、ガルバノミラー５４で反射してガルバノミラー５２に入射する。ガルバノミラー５２は、入射したレーザ光を反射してビームスプリッタ５１に導く。ビームスプリッタ５１は、光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに測定用レーザ光として導く。分光ユニット１００Ａにおいては、光ファイバー４０によって伝播された測定用レーザ光を、偏光ビームスプリッタ３４で反射させて、回折格子３５に入射させる。回折格子３５は、入射した測定用レーザ光を、波長に応じて反射角を異ならせてラインセンサ３６に入射させる。
【００５２】
一方、ビームスプリッタ５１は、ガルバノミラー５２から入射したレーザ光の一部を反射して、リレーレンズ５８，５９によって断面径を大きくした後、４分割フォトディテクタ６０にサーボ用レーザ光として導く。４分割フォトディテクタ６０で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄはＹ軸方向エラー信号生成回路１１８及びＹ軸周り角度エラー信号生成回路１２１に供給される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を生成する。Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を生成する。
【００５３】
前記ステップＳ１１２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１４にてＹ軸方向サーボ回路１１９に作動開始を指示する。これに応答して、Ｙ軸方向サーボ回路１１９は、作動を開始して、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）に基づいてＹ軸方向サーボ信号を作成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１２０を介してモータ５５を駆動制御して、ガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、４分割フォトディテクタ６０に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも左右方向の中央に維持されるようにガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管ＧがＹ軸方向に変位しても、その変位に応じてガルバノミラー５４がＸ軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。
【００５４】
次に、コントローラ２００は、ステップＳ１１６にて、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２に作動開始を指示する。これに応答して、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２は、作動を開始して、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１から入力したＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）に基づいてＹ軸周り角度サーボ信号を作成し、Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３を介してモータ５３を駆動制御して、ガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、４分割フォトディテクタ６０に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも上下方向の中央に維持されるようにガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管ＧがＹ軸周りに傾いても、その傾き角度に応じてガルバノミラー５２がＹ軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と垂直に交差するように維持される。
【００５５】
前記ステップＳ１１６の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１８にて、データ処理装置１１７に対して作動開始を指示する。これに応答して、データ処理装置１１７は、設定された頻度でラインセンサ３６の各画素が出力する信号の大きさを表す信号を入力して、この入力した信号に基いてガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータを予め決められた周期でコントローラ２００に出力し始める。
【００５６】
次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２０にて、スピンドルモータ制御回路１１２にガラス管Ｇの軸線周りの回転開始を指示するとともに、回転速度も指示する。スピンドルモータ制御回路１１２は、エンコーダ１４ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したスピンドルモータ１４の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された回転速度で回転するように、スピンドルモータ１４を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された回転速度で軸線周りに回転し始める。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２２にて、回転角度検出回路１１３に作動開始を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３は、スピンドルモータ１４の回転角度（ガラス管Ｇの軸線周りの回転角度）を表す回転角度データをコントローラ２００に出力し始める。
【００５７】
前記ステップＳ１２２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０にガラス管ＧのＸ軸方向への移動開始を指示するとともに、移動速度も指示する。Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、エンコーダ１１ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したＸ軸方向フィードモータ１１の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された移動速度でＸ軸方向（図示下方向）に移動するように、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された移動速度でＸ軸方向に移動し始める。
【００５８】
次に、コントローラ２００は、図５ＢのステップＳ１３０にて、タイマによる時間計測を開始させる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１３２にて計測時間が所定の短時間Ｔに変数ｎを乗算した乗算結果ｎＴ以上であるかを判定する。いま、変数ｎは「０」であるので、コントローラ２００は、ステップＳ１３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１３４にてデータ処理装置１１７からガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータを取込み、この取込んだ厚さデータをメモリに記憶する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１３６にて回転角度検出回路１１３から回転角度データを取込み、ステップＳ１３８にて移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを取込む。そして、これらの取込んだ回転角度データ及びＸ方向位置データを、前記厚さデータと対応付けてメモリに記憶しておく。
【００５９】
前記ステップＳ１３８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１４０にて、前記取込んだＸ軸方向位置データによって表されたＸ軸方向位置が測定終了位置以上を示しているか、すなわちガラス管Ｇの長さから設定される測定終了位置以上にガラス管Ｇが既に移動されたかを判定する。また、コントローラ２００は、ステップＳ１４２において、データ処理装置１１７から「測定不可」を表す信号を入力したかを判定する。Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示しておらず、かつデータ処理装置１１７からも「測定不可」を表す信号を入力していなければ、コントローラ２００は、ステップＳ１４０，Ｓ１４２にて共に「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１４４にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１３２に戻る。そして、計測開始されてからの時間がｎＴ以上になるごとに、コントローラ２００は、前述したステップＳ１３４〜Ｓ１４４の処理を繰り返し行う。これにより、メモリには、回転角度データによって表されたガラス管Ｇの軸線周りの角度及びＸ方向位置データによって表されたガラス管Ｇの軸線方向位置ごとに、ガラス管Ｇの厚さを表すデータが記憶されていく。
【００６０】
また、前記ステップＳ１３２〜Ｓ１４４からなる循環処理中、Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示し、又はデータ処理装置１１７から「測定不可」を表す信号を入力した場合には、コントローラ２００は、ステップＳ１４０又はステップＳ１４２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１４６以降へ進む。
【００６１】
コントローラ２００は、ステップＳ１４６にてスピンドルモータ制御回路１１２にスピンドルモータ１４の作動停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路１１２はスピンドルモータ１４の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線周りの回転が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１４８にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０にＸ軸方向フィードモータ１１の作動停止を指示する。これにより、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０はＸ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線方向（Ｘ軸方向）の移動が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１５０にてＹ軸方向サーボ回路１１９に作動停止を指示し、ステップＳ１５２にてＹ軸周り角度サーボ回路１２２に作動停止を指示する。これらの処理により、ガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角のサーボ制御（Ｙ軸方向サーボ制御）及びガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な軸線周りの回転角のサーボ制御（Ｙ軸周り角度サーボ制御）も停止する。
【００６２】
前記ステップＳ１５２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１５４にてレーザ駆動回路１１６にＳＬＤ光源３０の駆動停止を指示する。これにより、ＳＬＤ光源３０によるレーザ光のガラス管Ｇに対する照射が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１５６にて回転角度検出回路１１３の作動停止を指示し、ステップＳ１５８にてデータ処理装置１１７の作動停止を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３が作動停止して角度データがコントローラ２００に入力されなくなるとともに、データ処理装置１１７も作動停止して厚さデータがコントローラ２００に入力されなくなる。
【００６３】
前記ステップＳ１５８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１６０にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に移動体１３のＸ軸方向駆動限界位置への移動を指示し、ステップＳ１６２にてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４にテーブル２３のＺ軸方向駆動限界値への移動を指示する。これらの移動指示により、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は移動体１３をＸ軸方向駆動限界位置まで移動させ、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４がテーブル２３をＺ軸方向駆動限界値まで移動させる。これにより、ガラス管Ｇの厚さ測定開始前と同じ状態になるので、作業者は固定具１５からガラス管Ｇを取外し、次に測定したいガラス管Ｇをセットして前述した厚さ測定をふたたび行うことができる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１６４にて前述したガラス管Ｇの厚さの測定結果を表示装置２０４に表示して、ステップＳ１６６にて厚さ測定プログラムの実行を終了する。
【００６４】
上記説明からも理解できるように、上記実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置によれば、分光ユニット１００ＡのＳＬＤ光源３０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換されて、光ファイバー４０を介して光ヘッド１００Ｂに導かれる。そして、光ヘッド１００Ｂにおいて、前記導かれたレーザ光が対物レンズ（トロイダルレンズ）５７でガラス管Ｇの表面に集光され、ガラス管Ｇからの反射光が光ヘッド１００Ｂ及び光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに戻される。分光ユニット１００Ａにおいては、回折格子３５を介してラインセンサ３６に導かれ、ラインセンサ３６に接続されたデータ処理装置１１７により、ガラス管Ｇの厚さが測定される。
【００６５】
この場合、４分割フォトディテクタ６０は、ビームスプリッタ５１を介してガラス管Ｇからの反射光の一部を分割して入射する。そして、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、４分割フォトディテクタ６０によって検出された受光量を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の、ガラス管Ｇの中心軸に対するＹ軸線方向のずれ量を、Ｙ軸方向エラー信号として検出する。また、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、４分割フォトディテクタ６０によって検出された受光量を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の、ガラス管Ｇの中心軸とＹ軸線方向とに直交する垂線に対するＹ軸線周りの回転角のずれ量を、Ｙ軸周り角度エラー信号として検出する。Ｙ軸方向サーボ回路１１９及びＹ軸方向ドライブ回路１２０は、前記検出されたＹ軸方向エラー信号を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光がガラス管Ｇの中心軸に照射されるようにガルバノミラー５４を回転駆動するモータ５５をサーボ制御する。また、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２及びＹ軸周り角度ドライブ回路１２３は、前記検出されたＹ軸周り角度エラー信号を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光がガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるようにガルバノミラー５２を回転駆動するモータ５３をサーボ制御する。これにより、ガラス管Ｇの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と垂直に交差させることができる。その結果、上記実施形態によれば、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを的確に測定することができる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、対物レンズ５７のＸ軸線方向の焦点距離Ｆｘと、Ｙ軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー５２から対物レンズ５７までの光学的距離ａと、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズ５６とガルバノミラー５２とが配置されている。すなわち、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる。これにより、Ｙ軸線周り角度のサーボ制御を行っても、Ｘ軸線方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置を変化させないように１点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、ガラス管ＧのＺ軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。
【００６７】
また、上記実施形態においては、対物レンズ５７のＹ軸線方向の焦点距離Ｆｙが、Ｘ軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー５４から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しくなるように、対物レンズ５７及びガルバノミラー５４を配置した。これにより、Ｘ軸線周りのサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常にＺ軸線方向に平行になるので、ガラス管Ｇが回転しながらＸ軸方向に移動することで、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸線方向に多少変化しても、ガラス管ＧのＹ軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したＸ軸線周りのサーボ制御を行うことができる。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００６９】
上記実施形態においては、トロイダルレンズで構成した対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙをガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しくして、ガルバノミラー５４が回転しても、対物レンズ５７に入射するレーザ光はＹ−Ｚ平面で見てＺ軸方向に平行なレーザとなるようにした。しかし、対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙと前記光学的距離ｃとが近似していれば、必ずしも前記焦点距離Ｆｙと光学的距離ｃとが一致していなくてもよい、すなわちガルバノミラー５４が回転したときガラス管Ｇの表面に入射するレーザ光がＺ軸方向に常に平行でなくてＺ軸方向から僅かにずれてもよい。この場合は、前述のようにガラス管Ｇの表面の位置がＺ軸方向に多少変化しても、変化の度合いが小さければ、Ｙ軸方向のサーボ制御にはほとんど影響しない。
【００７０】
上記実施形態では、２つのガルバノミラー５２，５４を駆動することでＹ軸方向サーボとＹ軸周り角度サーボ制御を行った。しかし、これに代えて、ガルバノミラー５４の駆動によるＹ軸方向サーボ制御を、光ヘッド１００ＢをＹ軸方向に変位させるアクチュエータを用いたサーボ制御に変更してもよい。この場合、図６に示すように、光ヘッド１００Ｂをテーブル２３にＹ軸方向に変位可能に組み付け、テーブル２３にリニアアクチュエータ２５（例えば、圧電アクチュエータで構成したリニアアクチュエータ）を設けて、リニアアクチュエータ２５により光ヘッド１００ＢをＹ軸方向に変位させるようにすればよい。なお、この場合、リニアアクチュエータ２５をＹ軸方向ドライブ回路１２０により制御するようにし、ガルバノミラー５４及びモータ５５を省略する。この場合には、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の光軸は常にＺ軸方向に平行となるので、前述のように、ガラス管Ｇが回転しながらＸ軸方向に移動することで、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸線方向に多少変化しても、ガラス管ＧのＹ軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したＸ軸線周りのサーボ制御を行うことができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、レーザ光の光軸位置又は光軸方向の変化をガルバノミラー５２，５４を駆動することにより行ったが、レーザ光の光軸位置又は光軸方向を変化できれば、どのようなミラーを用いてもよい。例えば、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラー（ＭＥＭＳミラー）でもよいし、アクチュエータによって反射面の角度を変化させることができる立上げミラーでもよいし、ポリゴンミラーでもよい。また、ミラーでなくても、ＡＯＤ（音響光学偏向器）又はＥＯＤ（電気光学偏光器）によってレーザ光の光軸位置を変化させてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態においては、広波長帯域のレーザ光をガラス管Ｇに照射し、ガラス管Ｇからの反射光を回折格子で分光したときの受光曲線からガラス管Ｇの厚さを求める方法を採用した。しかし、レーザ光をガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射したときに生じる反射光を用いてガラス管Ｇの厚さを計算することができれば、他のどのような方法を採用することともできる。例えば、レーザ光の波長を高速で変化させながらガラス管Ｇに照射し、レーザ光の波長に対するガラス管Ｇからの反射光の光強度を検出し、この波長と光強度の関係からガラス管Ｇの厚さを計算する方法を採用してもよい。
【００７３】
また、低コヒーレント性で光路長が同一になったときにのみ干渉するレーザ光をビームスプリッタで分割し、一方をガラス管Ｇに照射して反射させ、他方を参照ミラーで反射させ、参照ミラーを駆動して双方が干渉して強度が大きくなる参照ミラーの２つの位置を検出することで、ガラス管Ｇの厚さを検出する方法を採用してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、ガラス管Ｇを回転させながらＸ軸方向へ移動させ、ガラス管Ｇの全域の厚さを測定したが、中心軸方向の１ラインの測定のみでよければ、回転を伴わないで、ガラス管Ｇの厚さを測定するよういしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、ガラス管ＧをＸ軸方向へ移動させたが、ガラス管Ｇを固定して光ヘッド１００ＢをＸ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、Ｚ軸方向の移動機構を設けたが、Ｚ軸方向の移動機構をなくし、Ｘ軸方向の駆動限界位置をさらに上側にしてガラス管Ｇをセットできるようにしてもよい。
【００７７】
さらに、上記実施形態及び変形例では、レーザ光の照射及び入射のために、分光ユニット１００Ａと光ヘッド１００Ｂの分割した測定ヘッドを用いるようにした。これによれば、テーブル２３に配置させる光ヘッド１００Ｂを小型化することができるが、この小型化の問題がなければ、分光ユニット１００Ａと光ヘッド１００Ｂと一体的に構成して、テーブル２３上に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…ワーク駆動装置、１１…Ｘ軸方向フィードモータ、１２，２２…スクリューロッド、１３…移動体、１４…スピンドルモータ、２０…支持装置、２１…Ｚ軸方向フィードモータ、２３…テーブル、２５…リニアアクチュエータ、３０…ＳＬＤ光源、３４…偏光ビームスプリッタ、３５…回折格子、３６…ラインセンサ、４０…光ファイバー、５４，５６…ガルバノミラー、５７…対物レンズ、６０…４分割フォトディテクタ、１００Ａ…分光ユニット、１００Ｂ…光ヘッド、１１２…スピンドルモータ制御回路、１１４…Ｚ軸方向フィードモータ制御回路、１１６…レーザ駆動回路、１１７…データ処理装置、１１８…Ｙ軸方向エラー信号生成回路、１１９…Ｙ軸方向サーボ回路、１２１…Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路、１２２…Ｙ軸周り角度サーボ回路、２００…コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光をガラス管などの透光性管状物体の表面に照射し、透光性管状物体の表面からの反射光を受光することで、透光性管状物体の厚さを測定する透光性管状物体の厚さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガラス製品のような透光性物体の厚さが規格通りに作製されているかを検査するために、透光性物体の厚さを測定することが行われている。このような測定は透光性物体の表面を傷つけないため、非接触で行われることが多く、この測定方法として、例えば下記特許文献１に記載されているように、透光性物体の表面に対して斜めにレーザ光を照射し、表面と裏面で反射した反射光を受光センサで受光し、受光位置の差から透光性物体の厚さを求める方法がある。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても適用することができ、例えば下記特許文献２には、特許文献１に記載された方法により管状物体の厚さを測定する装置が記載されている。しかしながら、この方法は設定された照射角度で透光性物体にレーザ光が照射されるように調整する必要があり、調整精度が悪いと測定精度が悪くなるという問題がある。
【０００３】
これに対し、透光性物体に対して垂直にレーザ光を照射して透光性物体の厚さを測定する方法であれば、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻り、受光器の所定の箇所で受光するように調整すればよいので、調整精度は良好となる。この方法としては、例えば特許文献３に記載されているように、スーパー・ルミネッセント・ダイオード光源（ＳＬＤ光源）のような広波長帯域のレーザ光が異なった箇所で反射した光を干渉させるとともに、回折格子等で波長ごとに分光することで変位を求める方法がある。すなわち、透光性物体に広波長帯域のレーザ光を照射し、透光性物体の表面と裏面での反射光を干渉させるとともに回折格子等で波長ごとに分光してＣＣＤ等の撮像素子で受光し、受光位置ごとの光強度を取得する。この受光位置ごとの光強度（すなわち、受光曲線）は、反射光の干渉の仕方が異なると異なるため、透光性物体の表面と裏面間の距離（すなわち厚さ）により異なる。よって、受光曲線を解析することで、透光性物体の厚さを求めるというものである。この方法は、透光性物体がガラス管などのような管状物体であっても、レーザ光を透光性物体の中心軸と垂直に交差するように照射して、反射光が照射したレーザ光と同じ光路で戻るようにすればよいので適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２２４２８号公報
【特許文献２】特開平０９−５０４８７５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２１９７７号公報
【発明の概要】
【０００５】
透光性物体が管状物体の場合、レーザ光を透光性物体の全域にわたって中心軸と垂直に交差するように照射するには、管状物体の中心軸が設定された位置になるようにセット機構にセットし、レーザ光を設定された経路で管状物体と相対的に移動させればよい。しかしながら、管状物体の中心軸がランダムに直線からずれている場合には、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、反射光を受光器で受光できずに厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。
【０００６】
また、管状物体を回転させながらその全域の厚さ測定を行う場合であって、管状物体の直径が小さい場合には、管状物体の中心軸が常に設定位置にあるように管状物体を回転させることは困難であり、この場合もレーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることはできず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。また、管状物体を何らかの工程上の理由（管状物体が高温又は管状物体への異物付着を避ける等の理由）で、セット機構にセットすることができず、管状物体の一端を掴むのみの場合には、管状物体の中心軸を常に設定された位置にすることができず、レーザ光を設定された経路で移動させただけでは、レーザ光の光軸を常に管状物体の中心軸と垂直に交差するようにすることができず、厚さを測定できない箇所が存在するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、透光性管状物体の中心軸にレーザ光が垂直に交差するようにレーザ光を透光性管状物体に照射するとともに、この中心軸方向に透光性管状物体と相対的にレーザ光を移動して透光性管状物体の全域の厚さを測定する際、透光性管状物体の中心軸が所定位置からずれている箇所がある場合でも、常に反射光を所定位置（解析処理をするための光学機器の受光器）に戻るようにすることができ、短時間で透光性管状物体の全域の厚さを測定することができる透光性管状物体の厚さ測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、中心軸を所定の第１軸線方向（Ｘ軸線方向）に延設させて透光性管状物体（Ｇ）を支持する透光性管状物体支持装置（１０，１５）と、第１軸線方向に垂直な第２軸線方向（Ｚ軸線方向）からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段（３０，３１，４０，５７）と、透光性管状物体の外周面で反射するレーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射するレーザ光の反射光とを受光する受光手段（３５，３６）と、受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段（１１７）と、レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、第１軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段（１１，１２，１３）とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を第１軸線方向及び第２軸線方向の両方向に互いに直交する第３軸線方向に変更する第３軸線方向位置変更手段（５４，５５，２５）と、透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する第３軸線周りの角度を変更する第３軸線周り角度変更手段（５２，５３）と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する第３軸線方向位置のずれ量を検出する第３軸線方向位置ずれ量検出手段（５１，６０，１１８）と、透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の第３軸線周りの垂線に対する第３軸線周り角度のずれ量を検出する第３軸線周り角度ずれ量検出手段（５１，６０，１２１）と、第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第３軸線方向位置サーボ制御手段（１１９，１２０）と、第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第３軸線周り角度サーボ制御手段（１２２，１２３）とを設け、レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、対物レンズの第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、第３軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離ａと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズと第３軸線周り角度変更手段を配置したことにある。
【０００９】
この場合、前記第３軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第１軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品（５４，５５）で構成するとよい。また、前記第３軸線方向位置変更手段を、レーザ光照射手段を第３軸線方向に移動して、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する第３軸線方向アクチュエータ（２５）で構成してもよい。また、前記第３軸線周り角度変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第３軸線周りに回転する回転光学部品（５２，５３）で構成するとよい。
【００１０】
上記のように構成した本発明においては、第３軸線方向位置サーボ制御手段が、第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸位置に一致するように第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する。また、第３軸線周り角度サーボ制御手段が、第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が透光性管状物体の中心軸に垂直になるように第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する。これにより、透光性管状物体の中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常に透光性管状物体の中心軸と垂直に交差させることができ、厚さ測定ができない箇所が生じないようにすることができる。さらに、対物レンズの第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、第３軸線周り角度変更手段から対物レンズまでの光学的距離ａと、対物レンズから透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズと第３軸線周り角度変更手段とが配置されている。これにより、第３軸線周り角度のサーボ制御を行っても、第１軸線方向におけるレーザ光の透光性管状物体への照射位置を変化させないように、対物レンズの光軸が透光性管状物体の表面と交差する１点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、透光性管状物体の第２軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前述のように、前記第３軸線方向位置変更手段を、透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、第１軸線周りに回転してレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品で構成し、かつ対物レンズの第３軸線方向の焦点距離Ｆｙが、第１軸線周りに回転する回転光学部品から対物レンズまでの光学的距離ｃに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことにある。
【００１２】
これによれば、レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を第３軸線方向に変更する回転光学部品を、第１軸線周りに回転させて第３軸線方向位置のサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常に第２軸線方向に平行になるので、透光性管状物体の位置が第２軸線方向に多少変化しても、透光性管状物体の第３軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定した第３軸線方向位置のサーボ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【図２Ａ】図１の分光ユニットの構造を詳細に示す構成図である。
【図２Ｂ】Ｘ軸線方向から見た図１の光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＣ−Ｃ線に沿って見た光ヘッドの構造を詳細に示す構成図である。
【図３】(ａ)は対物レンズ（トロイダルレンズ）のＸ軸方向の焦点距離を説明するための説明図であり、(ｂ)は対物レンズ（トロイダルレンズ）のＹ軸方向の焦点距離を説明するための説明図である。
【図４Ａ】ガラス管のＹ軸方向の変位と、光ヘッドの４分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態とを示す図である。
【図４Ｂ】ガラス管のＹ軸周りの傾きの変化と、光ヘッドの４分割フォトディテクタにおける反射光の受光状態を示す図である。
【図５Ａ】図1のコントローラによって実行される厚さ測定プログラムの前半部分を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】前記厚さ測定プログラムの後半部分を示すフローチャートである。
【図６】本発明の変形例に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置の全体構成図である。この厚さ測定装置は、ガラス管などのような透光性管状物体の厚さを、レーザ光を透光性管状物体に照射して、透光性管状物体からの反射光を受光することにより測定するものである。透光性管状物体は、本実施形態では、細いガラス管Ｇである。厚さ測定装置は、ガラス管Ｇを保持して移動させるワーク駆動装置１０と、分光ユニット１００Ａと協働してガラス管Ｇの厚さを測定するための光ヘッド１００Ｂと、ワーク駆動装置１０及び光ヘッド１００Ｂを支持する支持装置２０を備えている。
【００１５】
支持装置２０は、水平部２０ａ及び垂直部２０ｂからなるＬ字型に一体形成されている。水平部２０ａの図示左端部側には、Ｘ軸方向フィードモータ１１が組み付けられている。Ｘ軸方向フィードモータ１１は、その出力回転軸をＸ軸方向（図面の上下方向）に延設されたスクリューロッド１２の下端に連結させて、回転によりスクリューロッド１２をＸ軸線周りに回転させる。なお、Ｙ軸方向は紙面の垂直方向とし、Ｚ軸方向は図面の左右方向とする。スクリューロッド１２の上端は、垂直部２０ｂの上端にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド１２には、移動体１３がナットを介して螺合されている。移動体１３は、スクリューロッド１２に対する回転が規制され、スクリューロッド１２の回転によりスクリューロッド１２の軸線方向に移動する。すなわち、移動体１３は、スクリューロッド１２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００１６】
Ｘ軸方向フィードモータ１１内には、エンコーダ１１ａが組み込まれている。このエンコーダ１１ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、その出力がハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。なお、パルス列信号ΦA，ΦBは互いにπ／２だけ位相のずれた信号であり、この位相ずれによりＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向が判別される。エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０と移動位置検出回路１１１に入力される。移動位置検出回路１１１は、後述するコントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ１１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数から移動体１３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、移動体１３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では上側の移動限界位置）となる。
【００１７】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１１から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０を駆動して移動体１３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｘ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１１から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ１１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１１から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＸ軸方向フィードモータ１１を駆動して移動体１３を移動させる。
【００１８】
また、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０には、移動体１３の移動速度の設定値（設定速度）がコントローラ２００により入力される。そして、コントローラ２００から移動開始の指示を入力すると、エンコーダ１１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBのＸ軸方向フィードモータ１１の回転方向を含む単位時間当たりのパルス数から移動体１３の移動方向を含む移動速度を計算し、計算した移動速度が設定速度になるようにＸ軸方向フィードモータ１１を駆動制御する。
【００１９】
移動体１３には、スピンドルモータ１４が組み付けられている。スピンドルモータ１４の出力回転軸の先端には、ガラス管Ｇの一端（上端）を固定するための固定具１５が組み付けられている。したがって、固定具１５にガラス管Ｇを固定した状態で、スピンドルモータ１４を回転させることにより、ガラス管Ｇは軸線周りに回転する。
【００２０】
スピンドルモータ１４内には、エンコーダ１４ａが組み込まれている。エンコーダ１４ａは、Ｘ軸方向フィードモータ１１の場合と同様に、スピンドルモータ１４の回転方向の情報を含むパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。また、エンコーダ１４ａは、基準回転位置ごとにインデックス信号Indexも出力する。エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、スピンドルモータ制御回路１１２に入力される。スピンドルモータ制御回路１１２は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBの単位時間当たりのパルス数からスピンドルモータ１４の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ２００によって設定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ１４の回転を制御する。
【００２１】
エンコーダ１４ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦB及びインデックス信号Indexは、回転角度検出回路１１３に入力される。回転角度検出回路１１３は、インデックス信号Indexの到来によりカウント値を「０」にリセットし、パルス列信号ΦA又はΦBの到来ごとにカウント値をアップさせて、カウント値をスピンドルモータ１４の回転角度を表す信号としてコントローラ２００に出力する。
【００２２】
支持装置２０の水平部２０ａの図示右端部には、Ｚ軸方向フィードモータ２１が組み付けられている。Ｚ軸方向フィードモータ２１は、その出力回転軸をＺ軸方向に延設されたスクリューロッド２２の右端に連結させて、回転によりスクリューロッド２２をＺ軸線周りに回転させる。スクリューロッド２２の左端は、水平部２０ａの上面にて突出させた突出部に回転可能に支持されている。スクリューロッド２２には、テーブル２３がナットを介して螺合されている。テーブル２３は、スクリューロッド２２に対する回転が規制され、スクリューロッド２２の回転によりスクリューロッド２２の軸線方向に移動する。すなわち、テーブル２３は、スクリューロッド２２との組み合わせによりねじ送り機構を構成している。
【００２３】
Ｚ軸方向フィードモータ２１内には、エンコーダ２１ａが組み込まれている。このエンコーダ２１ａも、Ｘ軸方向フィードモータ１１と同様なパルス列信号ΦA，ΦBを出力する。エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBは、移動位置検出回路１１５に入力される。移動位置検出回路１１５は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、作動開始後、エンコーダ２１ａから出力されるパルス列信号ΦA，ΦBが入力されなくなると移動限界位置を意味する信号をＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力し、カウント値を「０」として、以後、エンコーダ２１ａが出力するパルス列信号ΦA，ΦBのパルス数をＺ軸方向フィードモータ２１の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンする。そして積算したカウント数からテーブル２３の移動位置を計算してコントローラ２００及びＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。このカウント値が「０」となる移動限界位置が、テーブル２３の移動位置を制御する原点位置（本実施形態では右側の移動限界位置）となる。
【００２４】
Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、コントローラ２００からの指示により作動開始し、コントローラ２００から移動位置の設定値を入力すると、移動位置検出回路１１５から所定時間間隔で出力される移動位置を入力し、入力した移動位置がコントローラ２００から入力した設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。なお、作動開始直後において移動位置の設定値が入力されると、Ｚ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動限界位置方向に移動させ、移動位置検出回路１１５から移動限界位置を表す信号を入力するとＸ軸方向フィードモータ２１への駆動信号の出力を停止する。その後、移動位置検出回路１１５から出力される移動位置がコントローラ２００から入力した移動位置の設定値になるまでＺ軸方向フィードモータ２１を駆動してテーブル２３を移動させる。
【００２５】
分光ユニット１００Ａは、図２Ａに詳細に示すように、広波長帯域のレーザ光を出射するスーパー・ルミネセント・ダイオード光源３０（以下、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）光源３０という）を有する。ＳＬＤ光源３０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、リレーレンズ３２，３３で断面径が小さくされて、偏光ビームスプリッタ３４に導かれる。偏光ビームスプリッタ３４は、リレーレンズ３２，３３からの入射光をそのまま透過し、光ファイバー４０を介して光ヘッド１００Ｂに導く。ＳＬＤ光源３０には、レーザ駆動回路１１６が接続されている。レーザ駆動回路１１６は、コントローラ２００に指示されて、ＳＬＤ光源３０を駆動制御する。なお、ＳＬＤ光源３０の光量は実際にはフィードバック制御されるが、このフィードバック制御は図示省略されている。
【００２６】
また、光ヘッド１００Ｂから光ファイバー４０を介して偏光ビームスプリッタ３４に導かれたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ３４で反射されて、反射型の回折格子３５に導かれて一連のスペクトルに分散されてラインセンサ３６に導かれる。ラインセンサ３６は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等で形成されている。なお、前記反射型の回折格子３５に代えて透光型の回折格子を用い、偏光ビームスプリッタ３４からの反射光を透光型の回折格子を介してラインセンサ３６に導くようにしてもよい。
【００２７】
ラインセンサ３６には、データ処理装置１１７が接続されている。データ処理装置１１７は、コントローラ２００の指示により、設定された頻度でラインセンサ３６の各画素が出力する信号を信号の大きさを表すディジタル形式の大きさデータにＡ／Ｄ変換して、Ａ／Ｄ変換した大きさデータを画素位置に対応させて記憶する。そして、データ処理装置１１７は、この記憶した大きさデータ（すなわち、受光曲線）を処理することでガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータをコントローラ２００に出力することを繰り返す。
【００２８】
このガラス管Ｇの厚さの計算について簡単に説明しておく。後述する対物レンズ５７によってガラス管Ｇに照射されたレーザ光は、ガラス管Ｇの表面と裏面との両面で反射して、前記両面での反射光は互いに干渉する。この場合、ＳＬＤ光源３０から出射されてガラス管Ｇに導かれたレーザ光は広波長帯域のレーザ光（すなわち波長の異なる成分を含むレーザ光）であり、前記干渉は同じ波長のレーザ光同士でのみ行われて、この干渉による波長ごとのレーザ光の強度はガラス管Ｇの厚さに依存する。なお、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）は小さく、具体的にはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．２以下（例えば、０．０５）であり、焦点深度はガラス管Ｇの厚さ以上である。よって、ガラス管Ｇの表面と裏面とでのレーザ光の反射光は、元の光路を戻って干渉する。
【００２９】
一方、回折格子３５は、入射するレーザ光の波長によって回折の仕方を異ならせるので、ラインセンサ３６の受光位置とレーザ光の波長とは対応関係にある。すなわち、回折格子３５は、前記ガラス管Ｇの厚さに依存する干渉によって強度の大きさが異なるレーザ光の反射角を異ならせることになるので、ラインセンサ３６の位置と受光強度との関係を表す受光曲線は、ガラス管Ｇの厚さに関係する。その結果、ガラス管Ｇの厚さが異なれば、干渉の結果としての波長ごとの光強度が異なるため、ラインセンサ３６による受光曲線も異なり、受光曲線を解析することでガラス管Ｇの厚さを計算することができる。したがって、データ処理装置１１７からコントローラ２００には、ガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータが供給される。なお、受光曲線からガラス管Ｇの厚さを計算できない場合には、データ処理装置１１７からコントローラ２００に「測定不可」を表すデータが供給される。
【００３０】
光ヘッド１００Ｂは、テーブル２３に固定されており、図１では平面内に全ての部品を網羅した概念図により示されている。図２Ｂ及び図２Ｃは、この光ヘッド１００Ｂを詳細に示しており、図２Ｂは光ヘッド１００Ｂをガラス管Ｇの中心軸方向（Ｘ軸方向）から見た図であり、図２Ｃは図２Ｂの光ヘッド１００Ｂを図２ＢのＣ−Ｃ線に沿って（Ｚ軸方向から）見た図である。なお、図２Ｂにおいては、分かり易くするために、見た方向に重なっている部品に関しては適宜省略されている。具体的には、図２Ｂでは、ビームスプリッタ５１及びビームスプリッタ５１で反射したレーザ光の光路上にある部品が省略されている。
【００３１】
光ヘッド１００Ｂは、光ファイバー４０によって伝播されたレーザ光を入射するビームスプリッタ５１を有する。ビームスプリッタ５１は、入射したレーザ光を透過してガルバノミラー５２に導く。ガルバノミラー５２は、モータ５３によってＹ軸線に平行な直線周りに回転駆動される。この場合のＹ軸は後述するガルバノミラー５４による反射後の座標軸で見た場合であり、以降、ガルバノミラー５２の回転駆動を説明する場合のＹ軸も同様である。ガルバノミラー５２で反射されたレーザ光はガルバノミラー５４に導かれる。ガルバノミラー５４は、モータ５５によってＸ軸線に平行な直線周りに回転駆動される。ガルバノミラー５４に導かれたレーザ光はガルバノミラー５４で反射され、１／４波長板５６及び対物レンズ５７を介してガラス管Ｇの表面に照射される。なお、対物レンズ５７に入射するレーザ光はリレーレンズ３２，３３で断面径が小さくされて光ファイバー４０を介して導かれたものであるので、その光束径は小さい。
【００３２】
対物レンズ５７は、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで焦点距離が異なるトロイダルレンズで構成されている。なお、この場合のＹ軸方向の焦点距離とは、光軸上（Ｚ軸方向）における対物レンズ５７の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がＹ軸方向において集光する位置までの距離である。また、Ｘ軸方向の焦点距離とは、光軸上における対物レンズ５７の中心位置から、光軸に平行に入射したレーザ光がＸ軸方向において集光する位置までの距離である。図３(ａ)に示すように、Ｙ軸方向の焦点距離Ｆｙは、Ｘ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しく、すなわちＦｙ＝ｃに設定されている。なお、光学的距離とは、レーザ光の進行する合計距離である。これにより、対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転しても、Ｙ−Ｚ平面で見ると、Ｚ軸方向に平行なレーザ光となる。また、図３(ｂ)に示すように、Ｘ軸方向の焦点距離Ｆｘは、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離をａとし、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離をｂとすると、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係を満たすように設定されている。この関係は、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる関係である。これにより、対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５２がＹ軸周りに回転しても、Ｘ−Ｚ平面で見ると、対物レンズ５７の光軸がガラス管Ｇの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。また、前述のように、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）はＸ軸方向及びＹ軸方向ともに０．２以下（例えば、０．０５）の小さな値に設定され、対物レンズ５７の焦点深度が長くかつ焦点距離も長い。なお、図３においては、１/４波長板５６は省略されている。
【００３３】
レーザ光のガラス管Ｇからの反射光は、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の光路と略等しい光路で対物レンズ５７及び１／４波長板５６を介してガルバノミラー５４に入射し、ガルバノミラー５４で反射されてガルバノミラー５２に導かれる。ガルバノミラー５２に導かれたレーザ光はガルバノミラー５２で反射されて、ビームスプリッタ５１に導かれる。ガルバノミラー５２で反射されてビームスプリッタ５１に入射したレーザ光の一部はビームスプリッタ５１を透過して、光ファイバー４０内に導かれ、光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに導かれて厚さ測定に用いられる。また、ガルバノミラー５２で反射されてビームスプリッタ５１に入射したレーザ光の一部は、ビームスプリッタ５１で反射されてサーボ制御に用いられる。
【００３４】
ビームスプリッタ５１で反射されたレーザ光は、リレーレンズ５８，５９によって断面径が大きくされて適当な直径に設定され、４分割フォトディテクタ６０で受光される。４分割フォトディテクタ６０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、受光領域がＸ−Ｙ平面において上下左右に４分割された４つの受光素子を備え、その受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射したレーザ光の強度に比例した検出信号を受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄとしてそれぞれ出力する。
【００３５】
図４Ａは、ガラス管ＧのＹ軸方向の変位と、光ヘッド１００Ｂの４分割フォトディテクタ６０における反射光の受光状態とを示した図である。なお、ガラス管ＧはＸ軸方向から見た図であり、４分割フォトディテクタ６０はＺ軸方向から見た図である。ガラス管ＧがＹ軸方向の中立位置にあれば、図４Ａ(ｂ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの表面のＹ軸方向中心位置に照射され、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは４分割フォトディテクタ６０の４分割領域の少なくとも図示左右方向中心に位置する。そして、少なくとも受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)と受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)とは等しくなる。一方、ガラス管Ｇが前記中立位置からＹ軸方向にずれると、図３Ａ４(ａ)（ｃ）に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの表面のＹ軸方向中心位置からＹ軸方向にずれた位置に称される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ａ(ａ)（ｃ）に示すように、中心位置から図示左右方向にずれて、受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)が受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)より大きくなるか、受光信号ｃ，ｄの和(ｃ＋ｄ)が受光信号ａ，ｂの和(ａ＋ｂ)より大きくなる。
【００３６】
図４Ｂは、ガラス管ＧのＹ軸周りの傾きの変化と、光ヘッド１００Ｂの４分割フォトディテクタ６０における反射光の受光状態を示した図である。なお、ガラス管ＧはＹ軸方向から見た図であり、４分割フォトディテクタ６０はＺ軸方向から見た図である。ガラス管ＧがＹ軸周りに中立位置にあれば、すなわちガラス管ＧがＸ軸方向に平行であれば、図４Ｂ(ｂ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの延設方向に垂直に入射するとともに垂直に反射される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ｂ(ｂ)に示すように、４分割フォトディテクタ６０の４分割領域の少なくとも図示上下方向中心に位置し、少なくとも受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)と受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)とは等しくなる。一方、ガラス管Ｇが前記中立位置からＹ軸方向周りに傾くと、図４Ｂ(ａ)(ｃ)に示すように、レーザ光はガラス管Ｇの延設方向に対して傾いて入射し、かつ反対方向に傾いて反射される。そして、４分割フォトディテクタ６０上に形成される光スポットは、図４Ｂ(ａ)（ｃ）に示すように、中心位置から図示上下方向にずれて、受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)が受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)より大きくなるか、受光信号ａ，ｄの和(ａ＋ｄ)が受光信号ｂ，ｃの和(ｂ＋ｃ)より大きくなる。
【００３７】
４分割フォトディテクタ６０から出力される受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄは、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８及びＹ軸周り角度エラー信号生成回路１２１に入力される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを増幅した後、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を演算によって生成する。このＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、ガラス管Ｇの測定箇所におけるＹ軸方向の中立位置からのずれ量を表している（図４Ａ(ａ)〜(ｃ)参照）。このＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）は、Ｙ軸方向サーボ回路１１９に供給される。Ｙ軸方向サーボ回路１１９は、前記Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）が「０」になるようにＹ軸方向サーボ信号を生成して、Ｙ軸方向ドライブ回路１２０に出力する。Ｙ軸方向ドライブ回路１２０は、このＹ軸方向サーボ信号に基づいてモータ５５をサーボ制御して、ガルバノミラー５４をＸ軸周りに回転させる。したがって、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）が「０」になるように、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Ｇに対する照射位置がＹ軸方向にサーボ制御される。なお、このＹ軸方向のサーボ制御は、モータ５５によりガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転駆動されるので、Ｘ軸周り角度のサーボ制御と見ることもできる。
【００３８】
また、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを増幅した後、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を演算によって生成する。このＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）は、ガラス管ＧのＹ軸線周りにおける中立位置からのずれ量（ずれ角度）を表している（図４Ｂ(ａ)〜(ｃ)参照）。このＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）は、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２に供給される。Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２は、前記Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）が「０」になるようにＹ軸周り角度サーボ信号を生成して、Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３に出力する。Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３は、このＹ軸周り角度サーボ信号に基づいてモータ５３をサーボ制御して、ガルバノミラー５２をＹ軸周りに回転させる。したがって、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）が「０」になるように、ガルバノミラー５２がＹ軸周りに回転制御される。これにより、レーザ光のガラス管Ｇに対する照射方向がＹ軸周りにサーボ制御される。このようなＹ軸方向サーボ制御及びＹ軸周り角度サーボ制御により、レーザ光がガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるようになる。
【００３９】
ここで、前述したように、対物レンズ５７をトロイダルレンズで構成したことによるサーボ制御の特殊性について説明しておく。対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙは、前述のように、Ｘ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しく、すなわちＦｙ＝ｃに設定されており対物レンズ５７に入射したレーザ光は、ガルバノミラー５４がＸ軸周りに回転しても、Ｙ−Ｚ平面で見ると、Ｚ軸方向に平行なレーザ光となる（図３(ａ)参照）。したがって、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化しても、レーザ光の光軸位置をＹ軸方向に変化させてレーザ光の光軸位置を基準に見たときのガラス管ＧのＹ軸方向位置に対するレーザ光の反射角度の関係は変化しないため、ガラス管ＧのＹ軸方向位置と後述する４分割フォトディテクタ６０での受光位置の関係はほとんど変わらない。これにより、Ｙ軸方向エラー信号が「０」になるようにレーザ光の光軸位置をＹ軸方向に変化させる量は、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化してもほとんど変わらず、安定したＹ軸方向サーボ制御（Ｘ軸周り角度サーボ制御）を行うことができる。
【００４０】
また、前述したように、Ｘ軸方向の焦点距離Ｆｘは、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離をａとし、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離をｂとすると、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係を満たすように設定されているため、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる（図３(ｂ)参照）。したがって、Ｘ−Ｚ平面で見ると、対物レンズ５７の光軸がガラス管Ｇの表面と交差する一点に向かうレーザ光となる。したがって、後述するＹ軸周り角度サーボ制御のためにガルバノミラー５２をＹ軸周りに回転させても、レーザ光はガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるとともに、Ｘ軸方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置は変化しないので、高精度で設定した位置の厚さを測定することができるとともに、ガラス管ＧのＺ軸周りの傾きの度合によらず、ガラス管Ｇの表面を平面とみなしてＹ軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができるので、安定したサーボ制御を行うことができる。
【００４１】
この場合、対物レンズ５７の開口数（ＮＡ）は小さく、前述のように、具体的にはＸ軸方向及びＹ軸方向とも０．２以下に設定するとよい。これにより、焦点深度が長くなるとともに、レーザ光の焦点距離も長くなり、レーザ光の光束径の変化を小さくして、光束径が変化しないと見做すことができるようになる。このようにすることで、前述のように、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸方向に多少変化しても安定したＹ軸方向サーボ制御（Ｘ軸周り角度サーボ制御）を行うことができ、かつＹ軸周り角度サーボ制御を精度よく行うことができる。この開口数（ＮＡ）が０．２以下であれば、ほぼ満足する結果を実験により得ているが、好ましくは０．０５程度とするとよい。なお、図３においては、１/４波長板５６は省略されている。
【００４２】
また、この透光性管状物体の厚さ測定装置は、コントローラ２００、入力装置２０２及び表示装置２０４も備えている。コントローラ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ及びハードディスクなどの大容量の不揮発性メモリを有するコンピュータ装置によって構成され、図４Ａ及び図４Ｂに示す厚さ測定プログラムの実行により、各種回路を制御してガラス管Ｇの厚さを測定する。入力装置２０２は、キーボードからなり、作業者が種々の情報を入力するとともに、コントローラ２００の作動に対して指示をする。表示装置２０４は、コントローラ２００によって制御された各種情報を表示する。
【００４３】
次に、上記のように構成した厚さ測定装置の動作を説明する。まず、作業者は、ガラス管Ｇの上端部を固定具１５に固定し、入力装置２０２を操作してガラス管Ｇの長さを入力する。そして、作業者は、入力装置２０２を操作することにより、コントローラ２００に図５Ａ及び図５Ｂの厚さ測定プログラムを実行させる。
【００４４】
コントローラ２００は、この厚さ測定プログラムの実行を図５ＡのステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて変数ｎを「０」に設定する。この変数ｎは、データ処理装置１１７からの厚さデータ、回転角度検出回路１１３からの回転角度データ、及び移動位置検出回路１１１からのＸ軸方向位置データの取込みタイミングを規定するものである。
【００４５】
前記ステップＳ１０２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１０４にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０に対してガラス管Ｇを測定開始位置まで移動するように指示する。具体的には、レーザ光のＸ軸方向中心位置がガラス管Ｇの測定開始点に照射されるようなＸ軸方向位置を測定開始位置としてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に出力する。測定開始位置は、以下のＡ，Ｂ，ＣからＡ−Ｂ＋Ｃの計算を行うことで求められる。なお、Ａ，Ｃは予めコントローラ２００に記憶されている。
Ａ：移動体１３のＸ軸方向位置が原点位置にある状態（すなわち移動体１３の上側移動限界位置にある状態）で、固定具１５にガラス管Ｇを固定したときに固定具１５内でガラス管Ｇの上側の先端位置からレーザ光のＸ軸方向中心位置までのＸ軸方向距離
Ｂ：入力装置２０２を用いて入力されたガラス管Ｇの長さ（Ｂ＜Ａ）
Ｃ：ガラス管Ｇにおける下側の先端位置から測定開始点までの距離
【００４６】
Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させることにより、スクリューロッド１２を軸線周りに回転させて移動体１３をＸ軸方向に移動させ、ガラス管ＧをＸ軸線方向に測定開始位置に向かって移動させる。このガラス管ＧのＸ軸方向への移動中、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、移動位置検出回路１１１から移動体１３（すなわちガラス管Ｇ）のＸ軸方向位置を表すＸ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＸ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定開始位置を示すと、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、Ｘ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させて、移動体１３及びガラス管ＧのＸ軸方向への移動を停止させる。
【００４７】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０４の処理後、ステップＳ１０６にて、移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを入力して、入力したＸ軸方向位置データが測定開始位置以上になったかを判定する。Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１０６にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１０６の処理を繰り返し実行する。そして、Ｘ軸方向位置データが測定開始位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１０６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１０８に進む。
【００４８】
ステップＳ１０８においては、コントローラ２００は、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４に対して光ヘッド１００Ｂを測定用設定位置まで移動するように指示する。具体的には、ガラス管Ｇの外周面上にレーザ光が集光されるようなＺ軸方向位置を測定用設定位置としてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４に出力する。Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１を回転させることにより、スクリューロッド２２を軸線周りに回転させてテーブル２３をＺ軸方向に移動させ、テーブル２３及び光ヘッド１００ＢをＺ軸方向に測定用設定位置に向かって移動させる。このテーブル２３及び光ヘッド１００ＢのＺ軸方向への移動中、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、移動位置検出回路１１５からテーブル２３（すなわち光ヘッド１００Ｂ）のＺ軸方向位置を表すＺ軸方向位置データを入力している。そして、入力したＺ軸方向位置データがコントローラ２００から入力された測定用設定位置を示すと、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４は、Ｚ軸方向フィードモータ２１の回転を停止させて、テーブル２３及び光ヘッド１００ＢのＺ軸方向への移動を停止させる。
【００４９】
一方、コントローラ２００も、前記ステップＳ１０８の処理後、ステップＳ１１０にて、移動位置検出回路１１５からＺ軸方向位置データを入力して、入力したＺ軸方向位置データが測定用設定位置以上になったかを判定する。Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上にならなければ、コントローラ２００はステップＳ１１０にて「Ｎｏ」と判定し続けて、ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行する。そして、Ｚ軸方向位置データが測定用設定位置以上になった時点で、コントローラ２００は、ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２においては、コントローラ２００は、レーザ駆動回路１１６を作動させて、ＳＬＤ光源３０を駆動することにより測定用及びサーボ用を兼用した広波長帯域のレーザ光を出射させる。この場合、レーザ光の強度に関するフィードバック制御が省略されている。
【００５０】
ＳＬＤ光源３０から出射された測定用レーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換され、リレーレンズ３２，３３によって断面径が小さくされて、光ファイバー４０を伝播して、分光ユニット１００Ａから光ヘッド１００Ｂに導かれる。光ヘッド１００Ｂにおいては、光ファイバー４０によって伝播されたレーザ光は、ビームスプリッタ５１を介してガルバノミラー５２に入射する。ガルバノミラー５２は、この入射レーザ光を反射してガルバノミラー５４に入射させる。ガルバノミラー５４は、入射されたレーザ光を反射して１／４波長板５６を介して対物レンズ５７に入射させる。対物レンズ５７は、入射したレーザ光を集光して、ガラス管Ｇの表面にレーザ光を照射する。ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、まずガラス管Ｇの外周面で反射され、対物レンズ５７に入射する。また、ガラス管Ｇに照射されたレーザ光の一部は、ガラス管Ｇの肉厚部分に侵入し、ガラス管Ｇの内周面で反射してガラス管Ｇの肉厚部を介して対物レンズ５７に入射する。したがって、ガラス管Ｇの外周面で反射したレーザ光と、ガラス管Ｇの内周面で反射したレーザ光は干渉し合って、対物レンズ５７に入射する。したがって、ガラス管Ｇの厚さにより、波長に応じて強度が異なる干渉レーザ光が対物レンズ５７に入射することになる。
【００５１】
対物レンズ５７に入射したレーザ光は、進行方向が変えられ、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の光路と略等しい光路で、１／４波長板５６を介してガルバノミラー５４に導かれて、ガルバノミラー５４で反射してガルバノミラー５２に入射する。ガルバノミラー５２は、入射したレーザ光を反射してビームスプリッタ５１に導く。ビームスプリッタ５１は、光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに測定用レーザ光として導く。分光ユニット１００Ａにおいては、光ファイバー４０によって伝播された測定用レーザ光を、偏光ビームスプリッタ３４で反射させて、回折格子３５に入射させる。回折格子３５は、入射した測定用レーザ光を、波長に応じて反射角を異ならせてラインセンサ３６に入射させる。
【００５２】
一方、ビームスプリッタ５１は、ガルバノミラー５２から入射したレーザ光の一部を反射して、リレーレンズ５８，５９によって断面径を大きくした後、４分割フォトディテクタ６０にサーボ用レーザ光として導く。４分割フォトディテクタ６０で受光されたサーボ用レーザ光の受光量を表す受光信号ａ，ｂ，ｃ，ｄはＹ軸方向エラー信号生成回路１１８及びＹ軸周り角度エラー信号生成回路１２１に供給される。Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、Ｙ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を生成する。Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、Ｙ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を生成する。
【００５３】
前記ステップＳ１１２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１４にてＹ軸方向サーボ回路１１９に作動開始を指示する。これに応答して、Ｙ軸方向サーボ回路１１９は、作動を開始して、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８から入力したＹ軸方向エラー信号（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）に基づいてＹ軸方向サーボ信号を作成し、Ｙ軸方向ドライブ回路１２０を介してモータ５５を駆動制御して、ガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、４分割フォトディテクタ６０に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも左右方向の中央に維持されるようにガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管ＧがＹ軸方向に変位しても、その変位に応じてガルバノミラー５４がＸ軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と交差するように維持される。
【００５４】
次に、コントローラ２００は、ステップＳ１１６にて、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２に作動開始を指示する。これに応答して、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２は、作動を開始して、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１から入力したＹ軸周り角度エラー信号（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）に基づいてＹ軸周り角度サーボ信号を作成し、Ｙ軸周り角度ドライブ回路１２３を介してモータ５３を駆動制御して、ガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な直線周りの回転をサーボ制御する。したがって、４分割フォトディテクタ６０に受光されたサーボ用レーザ光の反射光が、受光面の少なくとも上下方向の中央に維持されるようにガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な直線周りの回転角がサーボ制御されることとなり、ガラス管ＧがＹ軸周りに傾いても、その傾き角度に応じてガルバノミラー５２がＹ軸方向に平行な直線周りに回転制御され、レーザ光の光軸がガラス管Ｇの中心軸と垂直に交差するように維持される。
【００５５】
前記ステップＳ１１６の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１１８にて、データ処理装置１１７に対して作動開始を指示する。これに応答して、データ処理装置１１７は、設定された頻度でラインセンサ３６の各画素が出力する信号の大きさを表す信号を入力して、この入力した信号に基いてガラス管Ｇの厚さを計算し、計算した厚さを表す厚さデータを予め決められた周期でコントローラ２００に出力し始める。
【００５６】
次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２０にて、スピンドルモータ制御回路１１２にガラス管Ｇの軸線周りの回転開始を指示するとともに、回転速度も指示する。スピンドルモータ制御回路１１２は、エンコーダ１４ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したスピンドルモータ１４の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された回転速度で回転するように、スピンドルモータ１４を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された回転速度で軸線周りに回転し始める。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１２２にて、回転角度検出回路１１３に作動開始を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３は、スピンドルモータ１４の回転角度（ガラス管Ｇの軸線周りの回転角度）を表す回転角度データをコントローラ２００に出力し始める。
【００５７】
前記ステップＳ１２２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１２４にて、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０にガラス管ＧのＸ軸方向への移動開始を指示するとともに、移動速度も指示する。Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は、エンコーダ１１ａからのパルス列信号ΦA，ΦBに基づいて計算したＸ軸方向フィードモータ１１の回転速度を用いて、ガラス管Ｇが前記指示された移動速度でＸ軸方向（図示下方向）に移動するように、Ｘ軸方向フィードモータ１１を回転させ始める。これにより、ガラス管Ｇは、前記指示された移動速度でＸ軸方向に移動し始める。
【００５８】
次に、コントローラ２００は、図５ＢのステップＳ１３０にて、タイマによる時間計測を開始させる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１３２にて計測時間が所定の短時間Ｔに変数ｎを乗算した乗算結果ｎＴ以上であるかを判定する。いま、変数ｎは「０」であるので、コントローラ２００は、ステップＳ１３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１３４にてデータ処理装置１１７からガラス管Ｇの厚さを表す厚さデータを取込み、この取込んだ厚さデータをメモリに記憶する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１３６にて回転角度検出回路１１３から回転角度データを取込み、ステップＳ１３８にて移動位置検出回路１１１からＸ軸方向位置データを取込む。そして、これらの取込んだ回転角度データ及びＸ方向位置データを、前記厚さデータと対応付けてメモリに記憶しておく。
【００５９】
前記ステップＳ１３８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１４０にて、前記取込んだＸ軸方向位置データによって表されたＸ軸方向位置が測定終了位置以上を示しているか、すなわちガラス管Ｇの長さから設定される測定終了位置以上にガラス管Ｇが既に移動されたかを判定する。また、コントローラ２００は、ステップＳ１４２において、データ処理装置１１７から「測定不可」を表す信号を入力したかを判定する。Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示しておらず、かつデータ処理装置１１７からも「測定不可」を表す信号を入力していなければ、コントローラ２００は、ステップＳ１４０，Ｓ１４２にて共に「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１４４にて変数ｎに「１」を加算して、ステップＳ１３２に戻る。そして、計測開始されてからの時間がｎＴ以上になるごとに、コントローラ２００は、前述したステップＳ１３４〜Ｓ１４４の処理を繰り返し行う。これにより、メモリには、回転角度データによって表されたガラス管Ｇの軸線周りの角度及びＸ方向位置データによって表されたガラス管Ｇの軸線方向位置ごとに、ガラス管Ｇの厚さを表すデータが記憶されていく。
【００６０】
また、前記ステップＳ１３２〜Ｓ１４４からなる循環処理中、Ｘ軸方向位置が測定終了位置以上を示し、又はデータ処理装置１１７から「測定不可」を表す信号を入力した場合には、コントローラ２００は、ステップＳ１４０又はステップＳ１４２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１４６以降へ進む。
【００６１】
コントローラ２００は、ステップＳ１４６にてスピンドルモータ制御回路１１２にスピンドルモータ１４の作動停止を指示する。これにより、スピンドルモータ制御回路１１２はスピンドルモータ１４の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線周りの回転が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１４８にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０にＸ軸方向フィードモータ１１の作動停止を指示する。これにより、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０はＸ軸方向フィードモータ１１の回転を停止させ、ガラス管Ｇの軸線方向（Ｘ軸方向）の移動が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１５０にてＹ軸方向サーボ回路１１９に作動停止を指示し、ステップＳ１５２にてＹ軸周り角度サーボ回路１２２に作動停止を指示する。これらの処理により、ガルバノミラー５４のＸ軸方向に平行な直線周りの回転角のサーボ制御（Ｙ軸方向サーボ制御）及びガルバノミラー５２のＹ軸方向に平行な軸線周りの回転角のサーボ制御（Ｙ軸周り角度サーボ制御）も停止する。
【００６２】
前記ステップＳ１５２の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１５４にてレーザ駆動回路１１６にＳＬＤ光源３０の駆動停止を指示する。これにより、ＳＬＤ光源３０によるレーザ光のガラス管Ｇに対する照射が停止する。次に、コントローラ２００は、ステップＳ１５６にて回転角度検出回路１１３の作動停止を指示し、ステップＳ１５８にてデータ処理装置１１７の作動停止を指示する。これにより、回転角度検出回路１１３が作動停止して角度データがコントローラ２００に入力されなくなるとともに、データ処理装置１１７も作動停止して厚さデータがコントローラ２００に入力されなくなる。
【００６３】
前記ステップＳ１５８の処理後、コントローラ２００は、ステップＳ１６０にてＸ軸方向フィードモータ制御回路１１０に移動体１３のＸ軸方向駆動限界位置への移動を指示し、ステップＳ１６２にてＺ軸方向フィードモータ制御回路１１４にテーブル２３のＺ軸方向駆動限界値への移動を指示する。これらの移動指示により、Ｘ軸方向フィードモータ制御回路１１０は移動体１３をＸ軸方向駆動限界位置まで移動させ、Ｚ軸方向フィードモータ制御回路１１４がテーブル２３をＺ軸方向駆動限界値まで移動させる。これにより、ガラス管Ｇの厚さ測定開始前と同じ状態になるので、作業者は固定具１５からガラス管Ｇを取外し、次に測定したいガラス管Ｇをセットして前述した厚さ測定をふたたび行うことができる。そして、コントローラ２００は、ステップＳ１６４にて前述したガラス管Ｇの厚さの測定結果を表示装置２０４に表示して、ステップＳ１６６にて厚さ測定プログラムの実行を終了する。
【００６４】
上記説明からも理解できるように、上記実施形態に係る透光性管状物体の厚さ測定装置によれば、分光ユニット１００ＡのＳＬＤ光源３０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ３１で平行光に変換されて、光ファイバー４０を介して光ヘッド１００Ｂに導かれる。そして、光ヘッド１００Ｂにおいて、前記導かれたレーザ光が対物レンズ（トロイダルレンズ）５７でガラス管Ｇの表面に集光され、ガラス管Ｇからの反射光が光ヘッド１００Ｂ及び光ファイバー４０を介して分光ユニット１００Ａに戻される。分光ユニット１００Ａにおいては、回折格子３５を介してラインセンサ３６に導かれ、ラインセンサ３６に接続されたデータ処理装置１１７により、ガラス管Ｇの厚さが測定される。
【００６５】
この場合、４分割フォトディテクタ６０は、ビームスプリッタ５１を介してガラス管Ｇからの反射光の一部を分割して入射する。そして、Ｙ軸方向エラー信号生成回路１１８は、４分割フォトディテクタ６０によって検出された受光量を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の、ガラス管Ｇの中心軸に対するＹ軸線方向のずれ量を、Ｙ軸方向エラー信号として検出する。また、Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路１２１は、４分割フォトディテクタ６０によって検出された受光量を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の、ガラス管Ｇの中心軸とＹ軸線方向とに直交する垂線に対するＹ軸線周りの回転角のずれ量を、Ｙ軸周り角度エラー信号として検出する。Ｙ軸方向サーボ回路１１９及びＹ軸方向ドライブ回路１２０は、前記検出されたＹ軸方向エラー信号を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光がガラス管Ｇの中心軸に照射されるようにガルバノミラー５４を回転駆動するモータ５５をサーボ制御する。また、Ｙ軸周り角度サーボ回路１２２及びＹ軸周り角度ドライブ回路１２３は、前記検出されたＹ軸周り角度エラー信号を用いて、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光がガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射されるようにガルバノミラー５２を回転駆動するモータ５３をサーボ制御する。これにより、ガラス管Ｇの中心軸が設定された位置からずれている場合でも、レーザ光の光軸を常にガラス管Ｇの中心軸と垂直に交差させることができる。その結果、上記実施形態によれば、短時間でガラス管Ｇの全域の厚さを的確に測定することができる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、対物レンズ５７のＸ軸線方向の焦点距離Ｆｘと、Ｙ軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー５２から対物レンズ５７までの光学的距離ａと、対物レンズ５７からガラス管Ｇの表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、対物レンズ５６とガルバノミラー５２とが配置されている。すなわち、Ｙ軸周りの角度を変化させるガルバノミラー５２の反射点を物点としたとき、ガラス管Ｇの表面が像点となる。これにより、Ｙ軸線周り角度のサーボ制御を行っても、Ｘ軸線方向におけるレーザ光のガラス管Ｇへの照射位置を変化させないように１点に固定することができるので、精度よく設定された位置の測定結果を得ることができる。また、ガラス管ＧのＺ軸線周りの傾きの度合によりサーボが不安定となることがない。
【００６７】
また、上記実施形態においては、対物レンズ５７のＹ軸線方向の焦点距離Ｆｙが、Ｘ軸線周りに回転する回転光学部品であるガルバノミラー５４から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しくなるように、対物レンズ５７及びガルバノミラー５４を配置した。これにより、Ｘ軸線周りのサーボ制御を行っても、レーザ光の光軸は常にＺ軸線方向に平行になるので、ガラス管Ｇが回転しながらＸ軸方向に移動することで、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸線方向に多少変化しても、ガラス管ＧのＹ軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したＸ軸線周りのサーボ制御を行うことができる。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００６９】
上記実施形態においては、トロイダルレンズで構成した対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙをガルバノミラー５４の反射点から対物レンズ５７までの光学的距離ｃに等しくして、ガルバノミラー５４が回転しても、対物レンズ５７に入射するレーザ光はＹ−Ｚ平面で見てＺ軸方向に平行なレーザとなるようにした。しかし、対物レンズ５７のＹ軸方向の焦点距離Ｆｙと前記光学的距離ｃとが近似していれば、必ずしも前記焦点距離Ｆｙと光学的距離ｃとが一致していなくてもよい、すなわちガルバノミラー５４が回転したときガラス管Ｇの表面に入射するレーザ光がＺ軸方向に常に平行でなくてＺ軸方向から僅かにずれてもよい。この場合は、前述のようにガラス管Ｇの表面の位置がＺ軸方向に多少変化しても、変化の度合いが小さければ、Ｙ軸方向のサーボ制御にはほとんど影響しない。
【００７０】
上記実施形態では、２つのガルバノミラー５２，５４を駆動することでＹ軸方向サーボとＹ軸周り角度サーボ制御を行った。しかし、これに代えて、ガルバノミラー５４の駆動によるＹ軸方向サーボ制御を、光ヘッド１００ＢをＹ軸方向に変位させるアクチュエータを用いたサーボ制御に変更してもよい。この場合、図６に示すように、光ヘッド１００Ｂをテーブル２３にＹ軸方向に変位可能に組み付け、テーブル２３にリニアアクチュエータ２５（例えば、圧電アクチュエータで構成したリニアアクチュエータ）を設けて、リニアアクチュエータ２５により光ヘッド１００ＢをＹ軸方向に変位させるようにすればよい。なお、この場合、リニアアクチュエータ２５をＹ軸方向ドライブ回路１２０により制御するようにし、ガルバノミラー５４及びモータ５５を省略する。この場合には、ガラス管Ｇに照射されるレーザ光の光軸は常にＺ軸方向に平行となるので、前述のように、ガラス管Ｇが回転しながらＸ軸方向に移動することで、ガラス管Ｇの表面位置がＺ軸線方向に多少変化しても、ガラス管ＧのＹ軸線方向位置に対する反射光の受光位置の関係はほとんど変化なく、安定したＸ軸線周りのサーボ制御を行うことができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、レーザ光の光軸位置又は光軸方向の変化をガルバノミラー５２，５４を駆動することにより行ったが、レーザ光の光軸位置又は光軸方向を変化できれば、どのようなミラーを用いてもよい。例えば、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラー（ＭＥＭＳミラー）でもよいし、アクチュエータによって反射面の角度を変化させることができる立上げミラーでもよいし、ポリゴンミラーでもよい。また、ミラーでなくても、ＡＯＤ（音響光学偏向器）又はＥＯＤ（電気光学偏光器）によってレーザ光の光軸位置を変化させてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態においては、広波長帯域のレーザ光をガラス管Ｇに照射し、ガラス管Ｇからの反射光を回折格子で分光したときの受光曲線からガラス管Ｇの厚さを求める方法を採用した。しかし、レーザ光をガラス管Ｇの中心軸に垂直に照射したときに生じる反射光を用いてガラス管Ｇの厚さを計算することができれば、他のどのような方法を採用することともできる。例えば、レーザ光の波長を高速で変化させながらガラス管Ｇに照射し、レーザ光の波長に対するガラス管Ｇからの反射光の光強度を検出し、この波長と光強度の関係からガラス管Ｇの厚さを計算する方法を採用してもよい。
【００７３】
また、低コヒーレント性で光路長が同一になったときにのみ干渉するレーザ光をビームスプリッタで分割し、一方をガラス管Ｇに照射して反射させ、他方を参照ミラーで反射させ、参照ミラーを駆動して双方が干渉して強度が大きくなる参照ミラーの２つの位置を検出することで、ガラス管Ｇの厚さを検出する方法を採用してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では、ガラス管Ｇを回転させながらＸ軸方向へ移動させ、ガラス管Ｇの全域の厚さを測定したが、中心軸方向の１ラインの測定のみでよければ、回転を伴わないで、ガラス管Ｇの厚さを測定するよういしてもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、ガラス管ＧをＸ軸方向へ移動させたが、ガラス管Ｇを固定して光ヘッド１００ＢをＸ軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、Ｚ軸方向の移動機構を設けたが、Ｚ軸方向の移動機構をなくし、Ｘ軸方向の駆動限界位置をさらに上側にしてガラス管Ｇをセットできるようにしてもよい。
【００７７】
さらに、上記実施形態及び変形例では、レーザ光の照射及び入射のために、分光ユニット１００Ａと光ヘッド１００Ｂの分割した測定ヘッドを用いるようにした。これによれば、テーブル２３に配置させる光ヘッド１００Ｂを小型化することができるが、この小型化の問題がなければ、分光ユニット１００Ａと光ヘッド１００Ｂと一体的に構成して、テーブル２３上に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…ワーク駆動装置、１１…Ｘ軸方向フィードモータ、１２，２２…スクリューロッド、１３…移動体、１４…スピンドルモータ、２０…支持装置、２１…Ｚ軸方向フィードモータ、２３…テーブル、２５…リニアアクチュエータ、３０…ＳＬＤ光源、３４…偏光ビームスプリッタ、３５…回折格子、３６…ラインセンサ、４０…光ファイバー、５４，５６…ガルバノミラー、５７…対物レンズ、６０…４分割フォトディテクタ、１００Ａ…分光ユニット、１００Ｂ…光ヘッド、１１２…スピンドルモータ制御回路、１１４…Ｚ軸方向フィードモータ制御回路、１１６…レーザ駆動回路、１１７…データ処理装置、１１８…Ｙ軸方向エラー信号生成回路、１１９…Ｙ軸方向サーボ回路、１２１…Ｙ軸周り角度エラー信号生成回路、１２２…Ｙ軸周り角度サーボ回路、２００…コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を所定の第１軸線方向に延設させて透光性管状物体を支持する透光性管状物体支持装置と、
前記第１軸線方向に垂直な第２軸線方向からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段と、
透光性管状物体の外周面で反射する前記レーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射する前記レーザ光の反射光とを受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、前記レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段と、
前記レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、前記第１軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を前記第１軸線方向及び前記第２軸線方向の両方向に互いに直交する第３軸線方向に変更する第３軸線方向位置変更手段と、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する前記第３軸線周りの角度を変更する第３軸線周り角度変更手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する前記第３軸線方向位置のずれ量を検出する第３軸線方向位置ずれ量検出手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の前記第３軸線周りの垂線に対する前記第３軸線周り角度のずれ量を検出する第３軸線周り角度ずれ量検出手段と、
前記第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された前記第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸位置に一致するように前記第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第３軸線方向位置サーボ制御手段と、
前記第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された前記第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように前記第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第３軸線周り角度サーボ制御手段とを設け、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、前記対物レンズの前記第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、前記第３軸線周り角度変更手段から前記対物レンズまでの光学的距離ａと、前記対物レンズから前記透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、前記対物レンズと前記第３軸線周り角度変更手段を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線方向位置変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第１軸線周りに回転して前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第３軸線方向に変更する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記対物レンズの前記第３軸線方向の焦点距離Ｆｙが、前記第１軸線周りに回転する回転光学部品から前記対物レンズまでの光学的距離ｃに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線方向位置変更手段を、前記レーザ光照射手段を前記第３軸線方向に移動して、前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第３軸線方向に変更する第３軸線方向アクチュエータで構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線周り角度変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第３軸線周りに回転する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項１】
中心軸を所定の第１軸線方向に延設させて透光性管状物体を支持する透光性管状物体支持装置と、
前記第１軸線方向に垂直な第２軸線方向からレーザ光を透光性管状物体に照射するレーザ光照射手段と、
透光性管状物体の外周面で反射する前記レーザ光の反射光と、透光性管状物体の内周面で反射する前記レーザ光の反射光とを受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光の受光状態に対応する信号から、前記レーザ光が照射された位置における透光性管状物体の厚さを検出する厚さ検出手段と、
前記レーザ光照射手段によって照射されるレーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を、前記第１軸線方向に移動させるレーザ光照射位置移動手段とを備えた透光性管状物体の厚さ測定装置において、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の位置を前記第１軸線方向及び前記第２軸線方向の両方向に互いに直交する第３軸線方向に変更する第３軸線方向位置変更手段と、
透光性管状物体に照射されるレーザ光の透光性管状物体の中心軸に対する前記第３軸線周りの角度を変更する第３軸線周り角度変更手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸に対する前記第３軸線方向位置のずれ量を検出する第３軸線方向位置ずれ量検出手段と、
透光性管状物体からの反射光の一部を分割して入射して、透光性管状物体に対するレーザ光の照射方向の、透光性管状物体の中心軸の前記第３軸線周りの垂線に対する前記第３軸線周り角度のずれ量を検出する第３軸線周り角度ずれ量検出手段と、
前記第３軸線方向位置ずれ量検出手段によって検出された前記第３軸線方向位置のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸位置に一致するように前記第３軸線方向位置変更手段をサーボ制御する第３軸線方向位置サーボ制御手段と、
前記第３軸線周り角度ずれ量検出手段によって検出された前記第３軸線周り角度のずれ量を用いて、透光性管状物体に照射されるレーザ光の光軸が前記透光性管状物体の中心軸に垂直になるように前記第３軸線周り角度変更手段をサーボ制御する第３軸線周り角度サーボ制御手段とを設け、
前記レーザ光照射手段は、レーザ光を集光する対物レンズを含み、前記対物レンズの前記第１軸線方向の焦点距離Ｆｘと、前記第３軸線周り角度変更手段から前記対物レンズまでの光学的距離ａと、前記対物レンズから前記透光性管状物体の表面までの光学的距離ｂとの関係が、(１／ａ)＋(１／ｂ)＝１／Ｆｘの関係になるように、前記対物レンズと前記第３軸線周り角度変更手段を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線方向位置変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第１軸線周りに回転して前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第３軸線方向に変更する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記対物レンズの前記第３軸線方向の焦点距離Ｆｙが、前記第１軸線周りに回転する回転光学部品から前記対物レンズまでの光学的距離ｃに等しくなるように、前記回転光学部品を配置したことを特徴とする透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線方向位置変更手段を、前記レーザ光照射手段を前記第３軸線方向に移動して、前記レーザ光の透光性管状物体に対する照射位置を前記第３軸線方向に変更する第３軸線方向アクチュエータで構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載した透光性管状物体の厚さ測定装置において、
前記第３軸線周り角度変更手段を、前記透光性管状物体に対するレーザ光の照射経路に介装されて、前記第３軸線周りに回転する回転光学部品で構成した透光性管状物体の厚さ測定装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２０３４３（Ｐ２０１２−２２０３４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６４９３（Ｐ２０１１−８６４９３）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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