JPH0979817A

JPH0979817A - 光走査型変位測定装置

Info

Publication number: JPH0979817A
Application number: JP7237398A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Ito; 隆康伊藤; Atsuyuki Hirono; 淳之広野; Takeshi Hashimoto; 健橋本; Masayuki Okumura; 雅之奥村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】集積回路のリードの長さ程度の範囲内で光ビー
ムの走査位置を変え、かつ短時間での測定を可能にす
る。【解決手段】光ビームＢｍを対象物に照射する投光手段
２と、投光スポットの像の位置変化に基づいて対象物の
位置を検出する受光手段３とをハウジング４に設ける。
ハウジング４はリニアアクチュエータ２０により、セン
サ本体１１に対して往復走査される。ハウジング４内に
は投光手段２からの光ビームＢｍを、そのまま通過させ
る状態と、走査方向に直交する方向に偏移させる状態と
を選択する２枚の反射素子５１，５２よりなるビーム偏
移手段５を備える。ビーム偏移手段はハウジング４の走
査の際の往路と復路とで上記２状態が切り換えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に光ビーム
を照射しその反射光を受光することによって三角測量法
に基づいて基準平面に対する対象物の変位を測定する変
位測定装置であって、光ビームの対象物への照射位置を
往復走査するようにした光走査型変位測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、対象物に対して光ビームを照
射し、対象物に形成された投光スポットの像を受光光学
系を通して位置検出素子の受光面上に結像させることに
よって、受光光学系から見た投光スポットの視線方向に
相当する出力を位置検出素子の出力として求め、三角測
量法の原理に基づいて対象物までの距離あるいは基準平
面に対する対象物の変位を非接触で光学的に測定する変
位測定装置が提供されている。この種の変位測定装置で
は、対象物の各部位での測定を可能とするために、光ビ
ームを対象物の上で走査することが考えられている。

【０００３】ところで、本発明者らは、光ビームを走査
するに際して投光手段と受光手段とを備えたハウジング
を一直線上で往復走査するセンサヘッドを備えるものを
先に提案した（特願平６−２４１５９９号）。先に提案
した光走査型変位測定装置では、投光手段と受光手段と
の位置関係を保ったままで一直線上を往復走査するか
ら、走査ミラーなどを用いた光ビームの走査に比較して
補正演算が不要であるという利点を有しているものであ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１２に示
すように、面実装型の集積回路ＩＣのリードＬｄのピッ
チｐや浮き上がり量ｆ（図１３参照）を測定するに際し
ては、リードＬｄの並ぶ方向に光ビームＢｍを走査する
ようにセンサヘッド１を配置すればよいのであるが、集
積回路ＩＣのリードＬｄの検査項目として図１４に示す
ようにリードＬｄの曲がり角度θも重要である。このよ
うな曲がり角度θを求めるには、リードＬｄの長手方向
の２箇所ｊ，ｋでピッチｐを測定し、２箇所ｊ，ｋのピ
ッチｐの差を求める必要がある。

【０００５】そこで、リードＬｄの長手方向の２箇所
ｊ，ｋで光ビームＢｍを走査しようとすれば、センサヘ
ッド１と集積回路ＩＣとを相対的にリードＬｄの長手方
向に移動させることが考えられるが、集積回路ＩＣのリ
ードＬｄは比較的短いものであるから、センサヘッド１
ないし集積回路ＩＣを微小量だけ移動させるような装置
が別途に必要になり、コスト高になるという問題が生じ
る。しかも、センサヘッド１または集積回路ＩＣを移動
させて光ビームＢｍを走査するから、測定には通常の２
倍以上の時間を要することになる。

【０００６】これに対して、図１５に示すように、２個
のセンサヘッド１ａ，１ｂを並置することが考えられる
が、センサヘッド１ａ，１ｂの個数が増えるからコスト
高につながる。また、両センサヘッド１ａ，１ｂから照
射される光ビームＢｍの最小間隔はセンサヘッド１ａ，
１ｂの寸法により制限され、一般には集積回路ＩＣのリ
ードＬｄの長さ範囲内で２本の光ビームＢｍをリードＬ
ｄに照射できる程度には、光ビームＢｍの間隔を小さく
することはできないのが現状である。つまり、２個のセ
ンサヘッド１ａ，１ｂを並置する構成では集積回路ＩＣ
のリードＬｄの検査には対応できない。

【０００７】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、コストを大幅に増加させることなく
集積回路のリードの長さ程度の範囲内で光ビームの走査
位置を変えることができるようにし、かつ走査時の往路
と復路とで異なる箇所を測定することにより短時間での
測定を可能とした光走査型変位測定装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、光
ビームを対象物に照射する投光手段と、上記光ビームに
よる対象物からの反射光を受光するとともに上記光ビー
ムによって対象物の上に形成される投光スポットを定位
置から見るときの視線方向に相当する出力が得られる受
光手段と、受光手段の出力に基づいて三角測量法を適用
することによりあらかじめ設定された基準平面に対する
光ビームの照射方向での対象物の変位を求める距離演算
手段と、投光手段および受光手段の位置関係を定位置に
保った状態で投光手段および受光手段を対象物に対して
往復走査することにより対象物の上で上記投光スポット
を往復走査する走査手段とを備え、投光手段と対象物と
の間には走査時の往路と復路とで光ビームの照射方向を
変えずに走査手段による走査方向に交差する方向に光ビ
ームを所定量偏移させるビーム偏移手段が配設されてい
る。

【０００９】この構成では、ビーム偏移手段を設けてい
ることによって、光ビームの走査時における往路と復路
とで、光ビームの対象物への照射位置を偏移させること
ができるから、大幅にコストを増加させることなく面実
装型の集積回路のリードの長さ程度の範囲内での微小な
位置偏移が可能であり、しかも往路と復路とで光ビーム
の照射位置を変えることによって、短時間で２箇所の測
定が可能になるのである。

【００１０】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、ビーム偏移手段は、光ビームの通過経路に挿入さ
れる位置と通過経路から外れる位置との間で移動自在で
あって光ビームの通過経路に挿入されたときに光ビーム
を他の方向に反射する平面状の反射面を備えた第１の反
射素子と、定位置に固定されていて光ビームの通過経路
に挿入されたときの第１の反射素子の反射面に平行かつ
対向する平面状の反射面を備えた第２の反射素子と、光
ビームの走査時の往路と復路とで第１の反射素子を上記
２位置に選択的に位置させる切換手段とで構成されてい
る。

【００１１】請求項３の発明では、請求項１の発明にお
いて、ビーム偏移手段は、投光手段からの光ビームの通
過経路に挿入される透明体であって入射面と出射面とが
互いに平行な屈折素子と、走査時の往路と復路とで光ビ
ームに対する屈折素子の入射面の角度を変更させる切換
手段とで構成されている。請求項２、請求項３の発明は
ビーム偏移手段の望ましい実施態様であり、簡単な光学
素子を配置するだけで、光ビームの微小偏移が可能にな
るのである。とくに、反射素子を用いる構成では光ビー
ムを比較的大きく偏移させることが可能であり、屈折素
子を用いるものでは光ビームを微小に偏移させることが
可能である。

【００１２】請求項４の発明では、請求項１ないし請求
項３の発明において、投光手段と受光手段とを保持した
ハウジングと、ハウジングを往復移動させる走査手段を
備えたセンサ本体とを備え、ビーム偏移手段はセンサ本
体に設けられている。この構成では、往復走査されるハ
ウジングに対して固定側となるセンサ本体にビーム偏移
手段を設けることによって、ハウジングの重量を軽減す
ることができ、結果的にハウジングの加速性能（応答
性）に影響を与えることなく、光ビームを偏移させるこ
とが可能になる。

【００１３】請求項５の発明では、請求項２または請求
項３の発明において、切換手段は、第１の反射素子と屈
折素子とのいずれかに結合される回動軸に結合されたば
ね受け板と、定位置に固定されたばね座とばね受け板と
の間に保持されるコイルスプリングよりなる反転ばね
と、ばね座に対向するとともに回動軸を中心とするばね
受け板の回転角度を規制する位置規制面を形成した部材
とからなり、反転ばねはばね受け板が位置規制面と平行
になる中立位置でもっとも圧縮されるようにしてある。

【００１４】この構成では、反転ばねのばね力を用いて
第１の反射素子ないし屈折素子の位置を保持するから、
外部振動などによって光ビームの位置がずれることがな
く、安定した測定が可能になる。請求項６の発明では、
請求項５の発明において、投光手段と受光手段とを保持
したハウジングと、ハウジングを往復移動させる走査手
段を備えたセンサ本体とを備え、ハウジングとセンサ本
体との一方に設けた切換手段のばね受け板と位置規制面
との間にハウジングの走査範囲の端末位置において挿入
可能となる切換バーが他方に固定され、切換バーはばね
受け板と位置規制面との間に挿入されたときにばね受け
板が中立位置を越える位置に配置されている。

【００１５】したがって、ハウジングを往復走査する際
に、ハウジングが走査範囲の端末に達するたびにばね受
け板が反転することになり、光ビームの位置を偏移させ
ることができる。しかも、光ビームを偏移させるに際し
て別途に駆動力を用いることなくハウジングを走査させ
るだけでよいから、構成が簡単になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）本実施形態で用いるセンサヘッド１を図
１に示す。光走査型変位測定装置は、このセンサヘッド
１とセンサヘッド１の出力に基づいて対象物の変位を求
める距離演算手段（図示しない）とにより構成される。

【００１７】センサヘッド１は、下面の一部が開放され
た直方体状のセンサ本体１１を備え、センサ本体１１内
には、水平方向に往復移動する可動コイル２１を備えた
走査手段としてのリニアアクチュエータ２０が配置され
る。すなわち、リニアアクチュエータ２０は、日字状の
ヨーク２２と、ヨーク２２の中央片が挿通された空芯の
可動コイル２１とを備え、ヨーク２２により形成される
磁路内に永久磁石（図示せず）を挿入した構成を有す
る。この永久磁石により、ヨーク２２の中央片内に一方
向の磁束が形成され、可動コイル２１に電流を流す向き
に応じて可動コイル２１が往復移動するようになってい
る。また、移動時の加速度は可動コイル２１に流す電流
の大きさにより規定される。

【００１８】リニアアクチュエータ２０の可動コイル２
１には、投光手段２と受光手段３とを備えたハウジング
４（図はハウジングを透視して示してある）が結合さ
れ、このハウジング４は可動コイル２１の往復移動に伴
って往復移動する。また、ハウジング４はヨーク２２の
下方に平行に配置されたレール２３によって案内されて
おり、ハウジング４の走行時にがたつきが生じないよう
にしてある。

【００１９】投光手段２は、半導体レーザ（もしくは発
光ダイオード）よりなる投光素子３１と、投光素子３１
から出力された光から平行光線束の光ビームＢｍを形成
する投光レンズ３２とからなり、光ビームＢｍを下向き
に出力する。また、受光手段３は、ＰＳＤ（もしくはホ
トダイオードを受光面の長手方向に沿って２個並設した
もの）よりなる位置センサ３３と、対象物の上に光ビー
ムＢｍによって形成される投光スポットを位置センサ３
３の受光面に結像させる受光レンズ３４とからなる。こ
こに、光ビームＢｍの照射方向と受光レンズ３４の光軸
とは一平面内に含まれるように配置され、かつこの平面
内に位置センサ３３の受光面の長手方向が含まれるよう
に位置センサ３３が配置される。したがって、光ビーム
Ｂｍの照射方向において対象物が移動すれば、位置セン
サ３３の受光面の上で投光スポットの像の位置が移動す
るから、位置センサ３３の出力に基づいて投光スポット
の像の位置を検出すれば、三角測量法の原理に基づい
て、光ビームＢｍの照射方向における対象物まで距離を
求めることができるのである。

【００２０】すなわち、投光手段２からの光ビームＢｍ
の照射方向において対象物Ｘの位置がＡ，Ｂ，Ｃと移動
すれば、位置センサ３３の受光面上では投光スポットの
像の位置はａ，ｂ，ｃと移動する。したがって、位置セ
ンサ３３の出力に基づいて投光スポットの像の位置を検
出すれば、受光レンズ３４の中心と光ビームＢｍとの間
の距離を基線長とする三角測量法を適用することによっ
て距離演算手段において対象物Ｘまでの距離を求めるこ
とができるのである。この種の光学的測距方法に関して
は、本発明者らの先の出願にかかわらず周知の技術であ
る。

【００２１】また、本実施形態では、リニアアクチュエ
ータ２０を用いてハウジング４を往復移動させるから、
ハウジング４の位置を検出することが必要である。そこ
で、ハウジング４の側面に反射板４１を固定し、別に設
けた測距装置４０により反射板４１までの距離を求める
ことによって、ハウジング４の水平方向の位置を検出す
るようになっている。すなわち、測距装置４０は、投光
素子４２と、投光素子４２からの光により光ビームを形
成する投光レンズ４３と、受光面上での光スポットの位
置に応じた出力が得られる位置センサ４４と、反射板４
１の上に光ビームによって形成される投光スポットの像
を位置センサ４４の受光面に結像させる受光レンズ４５
とを備える。また、センサ本体１１には、光ビームを反
射板４１に向かって反射させるとともに投光スポットを
一旦反射させて位置センサ４４に入射させる反射鏡４６
が配置されている。ここにおいて、測距装置４０から出
力される光ビームの照射方向と受光レンズ４５の光軸と
は一平面内に含まれ、この平面内に位置センサ４４の受
光面の長手方向が含まれるようにしてある。

【００２２】したがって、ハウジング４が移動すれば、
測距装置４０からの光ビームの照射方向（反射鏡４６で
一旦反射された後の光ビームの方向）における反射板４
１の位置が変化し、位置センサ４４の受光面上での投光
スポットの像の位置が変化するから、位置センサ４４の
出力に基づいて三角測量法の原理を用いることによっ
て、ハウジング４の水平方向の位置を求めることができ
るのである。つまり、測距装置４０と反射板４１と反射
鏡４６とによりハウジング４の走査位置を検出する走査
位置検出手段が構成される。

【００２３】ところで、ハウジング４内には本発明の要
旨とするところのビーム偏移手段５が配置される。ビー
ム偏移手段５は、図３に示すように、一対の反射素子
（ここでは板状の反射鏡を用いている）５１，５２より
なり、一方の反射素子５１は図３（ａ）のように投光レ
ンズ３２から出射された光ビームＢｍの通過経路から外
れた位置と、図３（ｂ）のように光ビームＢｍの通過経
路に挿入される位置との間で移動自在になっている。ま
た、他方の反射素子５２は定位置に固定され、図３
（ｂ）のように反射素子５１が光ビームＢｍの通過経路
に挿入されたときに、反射素子５１で一旦反射された光
ビームＢｍを投光レンズ３２から出射された光ビームＢ
ｍと平行な方向に再反射するように配置される。この動
作を可能にするために、両反射素子５１は反射面を向か
い合わせにして配置され、反射素子５１は、反射面の中
心に立てた法線が固定側の反射素子５２の反射面の中心
に立てた法線と平行になる位置と、法線同士が交差する
位置との間で移動できるように、回動軸５３を中心とし
て切換手段（後述する）によって回動されるのである。
図３に示す例では回動軸５３は反射素子５１の下端部に
設けてあるが、上述の動作が可能であれば他の位置でも
よい。

【００２４】上述したビーム偏移手段５を設けたことに
よって、反射素子５１が光ビームＢｍの通過経路に挿入
されていない状態では、従来と同様の測定が可能にな
り、反射素子５１が光ビームＢｍの通過経路に挿入され
ると光ビームＢｍは元の位置から偏移することになる。
つまり、反射素子５１の移動に伴って図４に実線で示す
位置と破線で示す位置とに光ビームＢｍが偏移するので
ある。ここに、光ビームＢｍの偏移の方向はハウジング
４の走査方向（矢印で示す）に直交する方向に設定して
ある。したがって、反射素子５１，５２の間隔を適宜に
設定すれば、光ビームＢｍを集積回路のリードの長さ程
度の小寸法だけ偏移させることが可能になるのである。
また、ハウジング４から同距離に位置する対象物であっ
ても、光ビームＢｍの位置が偏移することによって位置
センサ３３の上での投光スポットの像の位置が偏移する
から、反射素子５１の位置に応じた出力値はあらかじめ
調整しておくことが必要である。

【００２５】ところで、反射素子５１を上述のように移
動させるタイミングは目的に応じて適宜設定されるが、
本実施形態では、表面実装型の集積回路やコネクタのリ
ードの２箇所を測定してリードの傾き角度を測定すると
いう目的を達成するに際して最短時間で測定を完了する
ために、ハウジング４を走査する際の往路と復路とで反
射素子５１の位置を変えるようにしてある。

【００２６】反射素子５１の位置を変える切換手段は、
ソレノイドやモータを用いて実現してもよいが、本実施
形態においては、図５に示す構成を採用している。すな
わち、反射素子５１に結合されハウジング４に支承され
る回動軸５３の一端部にばね受け板５４を結合し、ハウ
ジング４の定位置に設けたばね座５５とばね受け板５４
との間にコイルスプリングよりなる反転ばね５６を保持
している。ここに、回動軸５３はばね受け板５４の側面
の中心に固定される。反転ばね５６は、図６（ａ）のよ
うに、ばね受け板５４が水平になる中立位置でもっとも
圧縮され、図６（ｂ）（ｃ）のようにばね受け板５４が
中立位置から傾くと伸長してばね受け板５４をさらに傾
けるように機能する。また、ばね受け板５４の下方には
ばね受け板５４が所定角度傾いたときに、ばね受け板５
４が当接することによって、ばね受け板５４がそれ以上
傾かないように位置規制するための位置規制面５７がハ
ウジング４に形成されている。したがって、反射素子５
１の反射面とばね受け板５４との角度を適宜に設定する
ことにより、ばね受け板５４がどちらに傾くかに応じ
て、反射素子５１を上述した２位置にそれぞれ保持させ
ることができる。ばね受け板５４は、ハウジング４の走
査時の往路と復路とで傾ける向きを切り換える必要があ
るから、図７に示すように、センサ本体１１にはばね受
け板５４と位置規制面５７との間に挿入可能な切換バー
５８を取り付けてある。切換バー５８の先端部の上面は
先端に向かって下り傾斜した傾斜面５８ａになってい
る。また、回動軸５３に対して偏った位置でばね受け板
５４に当接する。ここにおいて、回動軸５３はハウジン
グ４の走査方向に一致させてある。

【００２７】しかして、ハウジング４を図７（ａ）に矢
印で示す向きに走査すると、ばね受け板５４が切換バー
５８に近付き、図７（ｂ）のように傾斜面５８ａに沿っ
てばね受け板５４が切換バー５８の上に乗り上げること
になる。切換バー５８の上面の位置は、ばね受け板５４
が中立位置を越えて回転するように設定してあり、ばね
受け板５４が切換バー５８に乗り上げることによって、
反転ばね５５が中立位置を越えて反転動作することにな
る。つまり、ばね受け板５４は、一方の位置から他方の
位置へ回動することになる。このように、上述した切換
手段を設けることによって、ハウジング４を走査するだ
けで反射素子５１を回動させることができ、しかも往路
と復路とで反射素子５１の位置を変えることができる。
ただし、図７ではばね受け板５４をハウジング４の片面
にのみ設けているが、ハウジング４の走査時の往路と復
路とで反射素子５１の位置を反復して変えるためには、
ハウジング４の両面に切換手段を設けておくことが必要
である。また、反射素子５１の位置が反転ばね５５のば
ね力で保たれるから、ハウジング４の走査などによって
生じる振動に対して反射素子５１の位置の変化を防止す
ることができる。

【００２８】（実施形態２）実施形態１では、ビーム偏
移手段５として２個の反射素子５１，５２を用いていた
が、本実施形態ではビーム偏移手段５として、図８、図
９に示すように、屈折素子６１を用いた点が相違する。
この屈折素子６１は、入射面と出射面とが平行な透明体
であって、周囲空間の媒質の屈折率をｎ₁、屈折素子６
１の材料の屈折率をｎ₂、厚みをｄ、入射角をθ₁、屈
折角をθ₂とするとき、入射点ａ、出射点ｂ、入射する
光ビームＢｍに対して出射点ｂから下ろした垂線の足を
ｃとするときに、次の関係を満たす。ｎ₁ sinθ₁＝ｎ₂ sinθ₂ ｂｃ＝ａｂ sin（θ₁−θ₂）ａｂ＝ｄ／ cosθ₂ ただし、下線を付した記号は２点間の距離を表す。これ
らの関係式から、θ₂とａｂとを消去し、θ₁を変数と
してｂｃを求めることができる。つまり、光ビームＢｍ
の屈折素子６１による偏移量ｂｃは屈折素子６１への入
射角θ₁の関数であって、入射角θ₁は、水平方向に対
する屈折素子６１の傾き角度に一致するから、結局、光
ビームＢｍの偏移量は屈折素子６１の傾き角度に依存す
ることになる。いま、図１０（ａ）のように、傾き角度
θ₁が０°であれば、屈折角θ₂も０°であるから、ｂ
ｃ＝０であり、光ビームＢｍは偏移せずに屈折素子６１
を通過する。一方、図１０（ｂ）のように屈折素子６１
を４５°傾けたときには、上式によって偏移量ｂｃ≒
０．６６ｍｍになる（ただし、屈折素子６１の厚みを２
ｍｍ、屈折素子６１の材料はガラスないし合成樹脂であ
って屈折率ｎ₂は１．５前後であるからここでは１．５
し、屈折率ｎ₁は１とする）。このように、屈折素子６
１を比較的大きく回転させても光ビームＢｍの偏移量は
小さいから、光ビームＢｍを微小に偏移させる必要があ
るときには、この構成を採用するのが望ましい。他の構
成および動作については実施形態１と同様であって、屈
折素子６１を回転させる切換手段も実施形態１と同様の
構成を採用することができる。すなわち、ハウジング４
の走査の往路と復路とにおいて、屈折素子６１の位置を
変更し、光ビームＢｍを偏移させることができるのであ
る。

【００２９】（実施形態３）実施形態１および実施形態
２では、センサ本体１１に対して走査されるハウジング
４にビーム偏移手段５を設けていたが、本実施形態では
図１１に示すように、センサ本体１１にビーム偏移手段
５を設けてある。本実施形態で用いているビーム偏移手
段５は、実施形態２と同様に屈折素子６２であって、受
光手段３の視野に入らない位置に配置してある。ただ
し、この屈折素子６２はハウジング４の走査範囲の全長
よりも長寸に形成されている。また、屈折素子６２はハ
ウジング４の走査方向の回転軸５３を備え、ハウジング
４の走査に同期して往路と復路とで角度が変更されるよ
うになっている。屈折素子６２の角度の変更は、図示し
ないソレノイドないしモータにより行なうか、もしく
は、実施形態１と同様の構成の切換手段を設けるととも
に、ハウジング４に切換バー５８を設けることによって
実現される。他の構成は実施形態１、実施形態２と同様
である。

【００３０】本実施形態ではビーム偏移手段５をハウジ
ング４とは別に設けていることによって、ハウジング４
の重量が軽減され、ハウジング４の走査時における応答
性が高くなる。本実施形態では屈折素子６２を用いてい
るが、実施形態１と同様に反射素子を用いてビーム偏移
手段５を構成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明は、光ビームを対象物に
照射する投光手段と、上記光ビームによる対象物からの
反射光を受光するとともに上記光ビームによって対象物
の上に形成される投光スポットを定位置から見るときの
視線方向に相当する出力が得られる受光手段と、受光手
段の出力に基づいて三角測量法を適用することによりあ
らかじめ設定された基準平面に対する光ビームの照射方
向での対象物の変位を求める距離演算手段と、投光手段
および受光手段の位置関係を定位置に保った状態で投光
手段および受光手段を対象物に対して往復走査すること
により対象物の上で上記投光スポットを往復走査する走
査手段とを備え、投光手段と対象物との間には走査時の
往路と復路とで光ビームの照射方向を変えずに走査手段
による走査方向に交差する方向に光ビームを所定量偏移
させるビーム偏移手段が配設されているものであり、ビ
ーム偏移手段を設けていることによって、光ビームの走
査時における往路と復路とで、光ビームの対象物への照
射位置を偏移させることができるから、大幅にコストを
増加させることなく面実装型の集積回路のリードの長さ
程度の範囲内での微小な位置偏移が可能であり、しかも
往路と復路とで光ビームの照射位置を変えることによっ
て、短時間で２箇所の測定が可能になるという利点を有
する。

【００３２】請求項２の発明は、ビーム偏移手段が、光
ビームの通過経路に挿入される位置と通過経路から外れ
る位置との間で移動自在であって光ビームの通過経路に
挿入されたときに光ビームを他の方向に反射する平面状
の反射面を備えた第１の反射素子と、定位置に固定され
ていて光ビームの通過経路に挿入されたときの第１の反
射素子の反射面に対向しかつ平行になる平面状の反射面
を備えた第２の反射素子と、光ビームの走査時の往路と
復路とで第１の反射素子を上記２位置に選択的に位置さ
せる切換手段とで構成されているものであり、簡単な光
学素子を配置するだけで、光ビームの微小偏移が可能に
なるとともに、光ビームを比較的大きく偏移させること
が可能であるという利点がある。

【００３３】請求項３の発明は、ビーム偏移手段が、投
光手段からの光ビームの通過経路に挿入される透明体で
あって入射面と出射面とが互いに平行な屈折素子と、走
査時の往路と復路とで光ビームに対する屈折素子の入射
面の角度を変更させる切換手段とで構成されているもの
であり、簡単な光学素子を配置するだけで、光ビームの
微小偏移が可能になるとともに、光ビームを微小に偏移
させることが可能であるという利点を有する。

【００３４】請求項４の発明は、投光手段と受光手段と
を保持したハウジングと、ハウジングを往復移動させる
走査手段を備えたセンサ本体とを備え、ビーム偏移手段
をセンサ本体に設けたものであって、往復走査されるハ
ウジングに対して固定側となるセンサ本体にビーム偏移
手段を設けることによって、ハウジングの重量を軽減す
ることができ、結果的にハウジングの応答性に影響を与
えることなく、光ビームの偏移が可能になるという利点
がある。

【００３５】請求項５の発明は、切換手段が、第１の反
射素子と屈折素子とのいずれかに結合される回動軸に結
合されたばね受け板と、定位置に固定されたばね座とば
ね受け板との間に保持されるコイルスプリングよりなる
反転ばねと、ばね座に対向するとともに回動軸を中心と
するばね受け板の回転角度を規制する位置規制面を形成
した部材とからなり、反転ばねはばね受け板が位置規制
面と平行になる中立位置でもっとも圧縮されるものであ
り、反転ばねのばね力を用いて第１の反射素子ないし屈
折素子の位置を保持するから、外部振動などによって光
ビームの位置がずれることがなく、安定した測定が可能
になるという利点がある。

【００３６】請求項６の発明は、投光手段と受光手段と
を保持したハウジングと、ハウジングを往復移動させる
走査手段を備えたセンサ本体とを備え、ハウジングとセ
ンサ本体との一方に設けた切換手段のばね受け板と位置
規制面との間にハウジングの走査範囲の端末位置におい
て挿入可能となる切換バーが他方に固定され、切換バー
はハウジングの走査毎にばね受け板が中立位置を越える
位置に配置されているものであるから、ハウジングを往
復走査する際に、ハウジングが走査範囲の端末に達する
たびにばね受け板が反転することになり、光ビームの位
置を偏移させることができる。しかも、光ビームを偏移
させるに際して別途に駆動力を用いることなくハウジン
グを走査させるだけでよいから、構成が簡単になるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略構成図である。

【図２】三角測量法の原理を説明する図である。

【図３】実施形態１で用いるビーム偏移手段の動作説明
図である。

【図４】実施形態１における光ビームの偏移の状態を示
す斜視図である。

【図５】実施形態１で用いる切換手段の概略構成図であ
る。

【図６】実施形態１で用いる切換手段の動作説明図であ
る。

【図７】実施形態１で用いる切換手段の動作説明図であ
る。

【図８】実施形態２を示す概略構成図である。

【図９】実施形態２で用いる屈折素子の原理説明図であ
る。

【図１０】実施形態２で用いるビーム偏移手段の動作説
明図である。

【図１１】実施形態３を示す概略構成図である。

【図１２】従来例による測定状態を示す斜視図である。

【図１３】集積回路の検査項目を説明する図である。

【図１４】集積回路の検査項目を説明する図である。

【図１５】従来例を示す側面図である。

【符号の説明】

１センサヘッド２投光手段３受光手段４ハウジング５ビーム偏移手段１１センサ本体２０リニアアクチュエータ５１反射素子５２反射素子５３回動軸５４ばね受け板５５ばね座５６反転ばね５７位置規制面５８切換バー６１屈折素子６２屈折素子Ｂｍ光ビームＸ対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥村雅之大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを対象物に照射する投光手段
と、上記光ビームによる対象物からの反射光を受光する
とともに上記光ビームによって対象物の上に形成される
投光スポットを定位置から見るときの視線方向に相当す
る出力が得られる受光手段と、受光手段の出力に基づい
て三角測量法を適用することによりあらかじめ設定され
た基準平面に対する光ビームの照射方向での対象物の変
位を求める距離演算手段と、投光手段および受光手段の
位置関係を定位置に保った状態で投光手段および受光手
段を対象物に対して往復走査することにより対象物の上
で上記投光スポットを往復走査する走査手段とを備え、
投光手段と対象物との間には走査時の往路と復路とで光
ビームの照射方向を変えずに走査手段による走査方向に
交差する方向に光ビームを所定量偏移させるビーム偏移
手段が配設されて成ることを特徴とする光走査型変位測
定装置。
【請求項２】ビーム偏移手段は、光ビームの通過経路
に挿入される位置と通過経路から外れる位置との間で移
動自在であって光ビームの通過経路に挿入されたときに
光ビームを他の方向に反射する平面状の反射面を備えた
第１の反射素子と、定位置に固定されていて光ビームの
通過経路に挿入されたときの第１の反射素子の反射面に
平行かつ対向する平面状の反射面を備えた第２の反射素
子と、光ビームの走査時の往路と復路とで第１の反射素
子を上記２位置に選択的に位置させる切換手段とから成
ることを特徴とする請求項１記載の光走査型変位測定装
置。
【請求項３】ビーム偏移手段は、投光手段からの光ビ
ームの通過経路に挿入される透明体であって入射面と出
射面とが互いに平行な屈折素子と、走査時の往路と復路
とで光ビームに対する屈折素子の入射面の角度を変更さ
せる切換手段とから成ることを特徴とする請求項１記載
の光走査型変位測定装置。
【請求項４】投光手段と受光手段とを保持したハウジ
ングと、ハウジングを往復移動させる走査手段を備えた
センサ本体とを備え、ビーム偏移手段はセンサ本体に設
けられて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３
記載の光走査型変位測定装置。
【請求項５】切換手段は、第１の反射素子と屈折素子
とのいずれかに結合される回動軸に結合されたばね受け
板と、定位置に固定されたばね座とばね受け板との間に
保持されるコイルスプリングよりなる反転ばねと、ばね
座に対向するとともに回動軸を中心とするばね受け板の
回転角度を規制する位置規制面を形成した部材とからな
り、反転ばねはばね受け板が位置規制面と平行になる中
立位置でもっとも圧縮されることを特徴とする請求項２
または請求項３記載の光走査型変位測定装置。
【請求項６】投光手段と受光手段とを保持したハウジ
ングと、ハウジングを往復移動させる走査手段を備えた
センサ本体とを備え、ハウジングとセンサ本体との一方
に設けた切換手段のばね受け板と位置規制面との間にハ
ウジングの走査範囲の端末位置において挿入可能となる
切換バーが他方に固定され、切換バーはばね受け板と位
置規制面との間に挿入されたときにばね受け板が中立位
置を越える位置に配置されていることを特徴とする請求
項５記載の光走査型変位測定装置。