JPH07332925A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源から出射されるビームの中心軸に角度ず
れが存在する場合でもシェーディング補正後の光量分布
においてＳ／Ｎ比のばらつきを少なくすることができ、
均一な精度で光量分布を測定することができる測定装置
を提供することである。 【構成】 レーザダイオード１を投光ヘッド１０に取り
付けるためのホルダ８に円形のねじ孔８８および長孔８
９を形成する。ねじ８１およびねじ８２をそれぞれねじ
孔８８および長孔８９に挿入してホルダ８を投光ヘッド
１０の所定の箇所に取り付ける。ホルダ８をねじ孔８８
内のねじ８１を中心として回動させることにより、レー
ザダイオード８の出射ビームの中心軸の方向を調整する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物に光を照射
し、その透過光または反射光の光量分布を測定する測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物体に光源からの光を照射
し、その透過光また反射光の光量分布を測定することに
より物体の寸法、物体間の間隔、物体の位置等を測定す
る測定装置が用いられている。

【０００３】図７に従来の測定装置の構成を示す。この
測定装置は、平行ビームを投光する投光ヘッド１０およ
びそのビームを受光する受光ヘッド２０からなる。投光
ヘッド１０は、例えばレーザダイオード（半導体レーザ
素子）１からなる光源およびコリメートレンズ２を含
む。コリメートレンズ２は、矩形の投光窓（スリット）
３０を有するレンズ枠３に装着されている。レーザダイ
オード１から出射された光は、レンズ枠３の投光窓３０
およびコリメートレンズ２を通過することにより平行光
線からなる平行ビームとなって測定対象物４および受光
ヘッド２０に照射される。

【０００４】受光ヘッド２０は、一次元イメージセンサ
５および増幅器６を含む。イメージセンサ５は、例えば
複数の受光部（画素）が直線状に配列されてなるＣＣＤ
（電荷結合素子）または複数のフォトダイオードからな
り、受光した光量を電気信号として出力する。ここで
は、イメージセンサ５がＮ個の画素を含むものとする。

【０００５】イメージセンサ５の各画素からの出力信号
は増幅器６を介して信号処理回路（図示せず）に順次与
えられる。信号処理回路は、イメージセンサ５からの出
力信号により得られる光量分布に基づいて測定対象物４
のエッジＥ１，Ｅ２の位置を検出し、それらのエッジＥ
１，Ｅ２を基準とした測定対象物４の寸法Ａ１を判別す
る。

【０００６】図８にイメージセンサ５により得られた光
量分布の一例を示す。図８に示すように、測定対象物４
が存在しない領域では、光量が所定のしきい値ＴＨより
も高い明レベルＷＬとなり、測定対象物３が存在する領
域では光量が所定のしきい値ＴＨよりも低い暗レベルＢ
Ｌとなる。

【０００７】図８の例では、イメージセンサ５の画素Ｘ
１と画素Ｘ２との間で光量が暗レベルＢＬとなっている
ので、画素Ｘ１が測定対象物４の一方のエッジＥ１に対
応し、画素Ｘ２が測定対象物４の他方のエッジＥ１に対
応することがわかる。すなわち、イメージセンサ５の画
素Ｘ１から画素Ｘ２までの距離が測定対象物４の寸法Ａ
１に相当することになる。

【０００８】上記のような測定装置においては、光源の
光量分布のばらつきやイメージセンサ５の画素の感度の
ばらつきによって光量分布にばらつきが生じる。測定精
度を向上させるためには、このような光量分布のばらつ
きを補正する必要がある。この補正をシェーディング補
正と呼ぶ。

【０００９】シェーディング補正では、光源を点灯した
状態および消灯した状態でイメージセンサ５の各画素ご
との光量を測定し、それらの光量に基づいて測定対象物
４が存在しない状態での光量分布が一定となるように補
正を行う。その結果、光源の光量分布のばらつきやイメ
ージセンサ５の各画素の感度のばらつきが補正される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の投光ヘッド１０
に光源として用いられるレーザダイオード１には、製造
上のばらつきにより、出射ビームの中心軸に角度ずれが
存在する。すなわち、図９に示すように、レーザダイオ
ード１から出射されるビームの中心軸Ｌが、レーザダイ
オード１のパッケージの中心軸Ｃに対して角度Δθずれ
ている場合がある。この角度ずれは３°〜４°以内とさ
れている。

【００１１】このような場合、図７の投光ヘッド１０に
レーザダイオード１を取り付ける際に、レーザダイオー
ド１の中心軸が光学系の光軸（例えば、コリメートレン
ズ２の中心軸）に一致するようにレーザダイオード１を
機構的に正確に位置決めしても、レーザダイオード１か
ら出射されるビームの中心軸が光学系の光軸からずれる
ことになる。その結果、次のような問題が生じる。

【００１２】図１０の（ａ）はレーザダイオード１から
出射されるビームの中心軸がコリメートレンズ２の中心
軸に一致している場合にイメージセンサ５により得られ
る光量分布を示し、図１０の（ｂ）は図１０の（ａ）の
光量分布をシェーディング補正することにより得られる
光量分布を示す。また、図１１の（ａ）はレーザダイオ
ード１から出射されるビームの中心軸がコリメートレン
ズ２の中心軸からずれている場合にイメージセンサ５に
より得られる光量分布を示し、図１１の（ｂ）は図１１
の（ａ）の光量分布をシェーディング補正することによ
り得られる光量分布を示す。

【００１３】図１０および図１１に示すように、レーザ
ダイオード１から出射されるビームの中心軸がコリメー
トレンズ２の中心軸からずれている場合でも、レーザダ
イオード１から出射されるビームの中心軸がコリメート
レンズ２の中心軸に一致している場合と同様に、シェー
ディング補正を行うことにより光量分布を一定にするこ
とができる。

【００１４】しかしながら、図１１の（ｂ）に示す光量
分布の領域Ａにおいては、他の部分に比べて補正量が大
きくなっているので、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。このよう
に、シェーディング補正により得られた光量分布は、見
かけ上は一定となっているが、部分的にＳ／Ｎ比がばら
つくことになり、Ｓ／Ｎ比の悪い部分で測定誤差が大き
くなる。

【００１５】それゆえに、本発明の目的は、光源から出
射されるビームの中心軸に角度ずれが存在する場合で
も、シェーディング補正後の光量分布においてＳ／Ｎ比
のばらつきを少なくすることができ、均一な精度の光量
分布を得ることができる測定装置を提供することであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明 第１の発明に係る測定装置は、光源からの光を光学系に
より平行ビームとして投光する投光手段とその投光手段
から投光された平行ビームを受光して光量分布を測定す
る受光手段とからなる測定装置において、投光手段に光
源の光出射方向を調整する調整手段を設けたものであ
る。

【００１７】（２）第２の発明 第２の発明に係る測定装置は、第１の発明に係る測定装
置の構成において、光源がレーザ光を出射するレーザ素
子からなり、調整手段がレーザ素子を支持する支持部材
と、支持部材を回動可能に投光手段に固定する固定手段
とからなることを特徴とする。

【００１８】（３）第３の発明 第３の発明に係る測定装置は、第２の発明に係る測定装
置の構成において、固定手段が、支持部材の所定の箇所
に設けられた回動中心と、支持部材の他の箇所に設けら
れて回動中心の周方向に延びる長孔と、長孔を通して投
光手段に固定される締め付け具とからなることを特徴と
する。

【００１９】

【作用】第１〜第３の発明に係る測定装置においては、
光源から出射されるビームの中心軸が光学系の光軸に一
致するように調整手段により光源の光出射方向を調整す
ることができる。それにより、受光手段により得られる
光量分布が一様となる。したがって、シェーディング補
正後の光量分布においてＳ／Ｎ比のばらつきが少なくな
り、測定誤差が小さくなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例による測定装
置の投光ヘッドの概略図である。この実施例の測定装置
における受光ヘッドの構成は、図７に示した受光ヘッド
２０の構成と同様である。

【００２１】図１の投光ヘッド１０Ａにおいては、レー
ザダイオード１が装着されたホルダ８が２つのねじ８
１，８２によりケース７内の所定箇所に固定されてい
る。ねじ８２は長孔８９内に挿入されているので、ホル
ダ８が、ねじ８１を中心軸として回動可能となってい
る。

【００２２】また、レーザダイオード１の光出射方向に
平面鏡９が設けられ、さらにケース７の前部の開口部７
０の近くにコリメートレンズ２が配設されている。コリ
メートレンズ２は、投光窓３０を有するレンズ枠３に取
り付けられている。

【００２３】ホルダ８内のレーザダイオード１から出射
されたビームは、平面鏡９により反射され、レンズ枠３
の投光窓３０およびコリメートレンズ２を通して平行ビ
ームとして受光ヘッド２０（図７参照）に投光される。

【００２４】図２の（ａ）にホルダ８の平面図を示し、
（ｂ）にホルダ８の正面図を示し、（ｃ）にホルダ８の
側面図を示す。ホルダ８は、垂直部材８３および水平部
材８４，８５からなり、図２の（ｃ）に示すように、垂
直部材８３の下端に水平部材８４および水平部材８５が
一体的に取り付けられている。図２の（ｂ）に示すよう
に、垂直部材８３の中央部にレーザダイオード１を収納
するための孔部８６が形成されており、孔部８６の周辺
に４つのねじ孔８７が形成されている。

【００２５】また、図２の（ａ）に示すように、水平部
材８４には円形のねじ孔８８が形成され、水平部材８５
には長孔８９が形成されている。ホルダ８にレーザダイ
オード１を取り付ける際には、図３に示すように、ホル
ダ８の孔部８６にセラミックリング９１およびレーザダ
イオード１を順に挿入した後、レーザダイオード基板９
２を被せ、レーザダイオード基板９２の４隅に設けられ
たねじ孔９３を通してねじ１００を垂直部材８３のねじ
孔８７に取り付ける。

【００２６】このようにしてホルダ８内にレーザダイオ
ード１を取り付けた後、水平部材８４のねじ孔８８およ
び水平部材８５の長孔８９（図２の（ａ）参照）にそれ
ぞれねじ８１，８２を挿入し、図１に示すようにケース
７内の所定箇所に取り付ける。

【００２７】次に、図４〜図６を参照しながらレーザダ
イオード１から出射されるビームの中心軸を調整する方
法を説明する。図４はレーザダイオード１の出射ビーム
の中心軸Ｌがコリメートレンズ２の中心軸に一致してい
る状態を示す。この場合には、受光ヘッド２０により得
られる光量分布はイメージセンサ５（図７参照）の受光
領域の中心部に関して対象となり、全体的にほぼ一様と
なる。

【００２８】図５はレーザダイオード１の出射ビームの
中心軸Ｌに角度ずれが存在する状態を示す。この場合に
は、受光ヘッド２０により得られる光量分布に偏りが生
じる。

【００２９】このような場合、図６に示すように、ねじ
８１を中心としてホルダ８を矢印Ａの方向に回動させ、
レーザダイオード１の出射ビームの中心軸Ｌがコリメー
トレンズ２の中心軸に一致するように調整を行う。それ
により、受光ヘッド２０により得られる光量分布がイメ
ージセンサ５の受光領域の中心部に関して対象となり、
全体的にほぼ一様となる。その結果、シェーディング補
正後の光量分布においてＳ／Ｎ比のばらつきが少なくな
り、測定誤差が小さくなる。

【００３０】なお、上記実施例では、ホルダ８によりレ
ーザダイオード１の出射ビームの中心軸Ｌを垂直方向
（イメージセンサ５の画素の配列方向）に調整可能とし
ているが、同様の調整機構により、レーザダイオード１
の出射ビームの中心軸Ｌを水平方向（イメージセンサ５
の画素の配列方向）に調整可能としてもよく、また、水
平方向および垂直方向の両方あるいは必要な方向のみに
調整可能としてもよい。

【００３１】なお、レーザダイオード１内のレーザダイ
オードチップの位置を中心としてレーザダイオード１を
回動可能とすることが理想的であるが、上記実施例のよ
うにレーザダイオード１内のレーザダイオードチップの
位置から多少ずれた位置を中心としてレーザダイオード
１を回動させても、実用上は、レーザダイオード１の出
射ビームの中心軸をほぼ完全に補正することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように第１〜第３の発明によれ
ば、光源から出射されるビームの中心軸が光学系の光軸
に一致するように光源の光出射方向を調整することがで
きるので、受光手段により得られる光量分布がほぼ一様
となり、シェーディング補正後の光量分布においてＳ／
Ｎ比のばらつきが少なくなる。したがって、測定誤差の
ばらつきが少なくなり、精度良く光量分布を測定するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による測定装置における投光
ヘッドの構成を示す図である。

【図２】図１の投光ヘッドに用いられるホルダの平面
図、正面図および側面図である。

【図３】ホルダにレーザダイオードを取り付ける方法を
示す斜視図である。

【図４】レーザダイオードの出射ビームの中心軸に角度
ずれが存在しない状態を示す図である。

【図５】レーザダイオードの出射ビームの中心軸に角度
ずれが存在する状態を示す図である。

【図６】ホルダの回動によりレーザダイオードの出射ビ
ームの中心軸をコリメートレンズの中心軸に一致させた
状態を示す図である。

【図７】従来の測定装置の構成を示す図である。

【図８】測定装置により得られる光量分布の一例を示す
図である。

【図９】レーザダイオードの出射ビームの角度ずれを説
明するための図である。

【図１０】レーザダイオードの出射ビームの中心軸に角
度ずれが存在しない場合の光量分布およびシェーディン
グ補正後の光量分布を示す図である。

【図１１】レーザダイオードの出射ビームの中心軸に角
度ずれが存在する場合の光量分布およびシェーディング
補正後の光量分布を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ２ コリメートレンズ ４ 測定対象物 ５ イメージセンサ ８ ホルダ １０Ａ 投光ヘッド ２０ 受光ヘッド ８１，８２ ねじ ８３ 垂直部材 ８４，８５ 水平部材 ８６ 孔部 ８８ ねじ孔 ８９ 長孔 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を光学系により平行ビーム
   として投光する投光手段と前記平行ビームを受光して光
   量分布を測定する受光手段とからなる測定装置におい
   て、前記投光手段に前記光源の光出射方向を調整する調
   整手段を設けたことを特徴とする測定装置。
2. 【請求項２】 前記光源はレーザ光を出射するレーザ素
   子からなり、前記調整手段は、前記レーザ素子を支持す
   る支持部材と、前記支持部材を回動可能に前記投光手段
   に固定する固定手段とからなることを特徴とする請求項
   １記載の測定装置。
3. 【請求項３】 前記固定手段は、前記支持部材の所定の
   箇所に設けられた回動中心と、前記支持部材の他の箇所
   に設けられて前記回動中心の周方向に延びる長孔と、前
   記長孔を通して前記投光手段に固定される締め付け具と
   からなることを特徴とする請求項２記載の測定装置。