JPS59226803A - 光点の位置座標決定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は光点の位置座標を決定する装置に関するもの
で、この装置は光点を位置感知可能の検出器上に投像す
るためのレンズを少くとも一つ備えている。 〔従来の技術〕 光点の位置座標を決定する装置は特に三次元対象の調査
と検査の自動化が進む（二っれて重要性を増して来た。 この方面の特殊な用途としては導体板の完成度の自動的
検査、集積回路のはんだ伺又は結合の検査ｒｄよびセン
サ４二よる操作ロボットが挙げられる。 特開昭５７−２０７８５２号公報により位置感知検出器
として位置感知半嘩体検出器を使用する装置が公知であ
る。この装置を使用すれば三角側１１によって三次元対
象物の表面の位置座標を決定することができる。この場
合対象物をレーザー光線によって点走査し、対象物表面
に作られた光点を側方（二股けし；＋ｔ、ｉ″こ対物１
ノンズを通して位置感知検出器に投１ソする。レーザー
光線の位置ウー分っているから位置感知検出器上の光点
の高さから対象表面のこの点の３個の直角座標を決定す
ることができる。しかしここで使用されている位置感知
検出器のダイナミック・レンジが散乱光強度の極端な変
動を処理するのに充分でないため、公知装置にはレーザ
ー光出力を対象物の表面の局部的散乱能力に適合させる
調整装置が付加されている。しかし公知の装置に使用さ
れている位置感知検出器の一つの欠点はその限界周波数
が低いことである。 この限界周波数はほぼ５０ｋＩ（ｚ　　がら１ｏ　０ｋ
Ｉ（ｚの間にあり、これに対応する対象物表面の高さ座
標の走査周波数は約１０　ｋ）ｒｚ　　となる。このよ
うに低い限界同波数の結果としてし・−ツ′−光出カの
調整も比較的ゆるやかに行なわれる。 〔発明の目的〕 この発明の目的は、この種の光点位置座標決定装置の上
限界周波数を高くすることである。 〔発明の要旨〕 この目的は、位置感知検出器を経過フィルタとその後に
置かれた光検出器によって構成し、経過フィルタは少く
ともレンズの画像面の近傍に配置し、経過フィルタの透
過率を決定すべき位置座標の方向において可変とするこ
とによって達成される。 〔発明の作用効果〕 この発明の装置Ｃ二は１位置を感知する半導体検出器の
代りに経過フィルタが後に続く位置非感知光検出器と共
に使用される。この経過フィルタと光検出器の組合せは
、経過フィルタの透過率が位置座標方向に変化すること
により位置感知検出器として作用する。散乱光の強度を
一定とすることができる場合には、経過フィルタによる
位置Ｃ二関係する光の減衰が分っていることから、光検
出器によって作られた信号の大きさから対象物体表面の
光点の位置座標を決定することができる。この発明（−
よる装置の長所は、経過フィルタと光検出器から成る位
置感知検出器の下限界周波数が数Ｍ　Ｔ（ｚ　の領域に
ありかつこの限界周波数が数μＷという低い入力で達成
されることである。低入力において北限界固波敏を高く
できることは三角側ｌ法を工業的に応用する際特（二重
要である。この場合安全性とコントの点で出力が′＠）
Ｖのレーザーは使用不可能で、数１０ｍＷ程１すの出力
に限定することが必要となる。 対象物の大部分は互

【二著しく異った表面特性を示すか
ら、位置感知検出器が受取る散乱光の強度は一般に変化
する。従ってこの発明の有利な実施態様においてはレン
ズと光検出器の間の光路に半透明鏡が置かノｔ、この半
透明鏡で反射した光を第二の光検出器で受収るようにな
っている。この場合受収った散乱光の強Ｌ■の変動は反
銹明鍾で反射した光の強度を利用して打消す、！とがで
さ具そのためには経過フィルタを通過した光の強度と半
透明鏡で反射した）′６の強度の比が除算器によって求
められるようにするのが有利である。除弾器の出力信Ｘ
月・よ所望の位置Ｆに漂を決定するだめの強度に無関係
な電気信号となる。 この発明において使用される経過フィルタ６は灰色くさ
びとして稈１成することがで、きる。この種の灰色くさ
びは洞光や色等のノい、〒′訃を変えることなく、光を
連続的に減衰させる目的で使用されている。 この発明の別の１１コ施：態：（゛叶Ｃは経過フィルタ
が同時に半透明鏡を構成している。このような構造の簡
略化は、経過フィルタをガラス、！１（板とその上に次
第に増大する厚さをもって設けられた厚さと共に吸収能
を増す半透明材料の層から構成することによって達成さ
れる。 更に別の実施態様では経過フィルタの後に置かれる光検
出器がフォトマルチプライアとなっている。この場合光
陰極と電子増倍構造の組合せにより超高感度が達成され
る。これに対応して半透明鏡に対して設けられる第二光
検出器もフォトマルチプライアとして構成すると効果的
である。 半透明鏡の透過対反射比は一般に偏光の影響を受ける。 この影響が一次元位置座標の捕捉に許し得ない大きな不
確定性をもたらす場合ζ時よ、偏光フィルタを半透明鏡
の前に置くことによりこの影響を阻止することができる
。 光検出器で作られた信号は一般に求める位置座標の線形
関数と見ることはできない。従ってこの発明のｍ一つの
実施態様では、光検出器で形成された信号をその較正と
線形化を行なう電子回路ユニットに導くようになってい
る。この較正というのは位置座標の絶対値の決定に必要
な零点と傾斜角の決定を指している。この電子回路ユニ
ットは除算器の後に接続することも可能であり、この場
合強度に関係しない徐算器出力信号が較正され線形化さ
れる。 この発明の更に別の実施態様では、第一の光検出器で作
られた信号と第２の光検出器で作られた信号が加算器に
導かれ、加算器の出力端は光点を作る光源の出力を調整
するｍ整装置に接続されている。両方の光検出器の信号
の和は第１近似においてレンズを通過する光束の強度に
比例するから、加算器の出力信号を通して光検出器の過
負荷が避けられ除算器のダイナミックレンジからはみ出
すことがないように光源の出力を２ｍすることができる
。 〔実施例〕 図面（＝示した実施例についてこの発明を更に詳細に説
明する。 第１図はこの発明の原理を著しく簡略化して示すもので
、対象物の表面を点状素区画に分割して点走査するため
送信側に光源Ｌｑが設けられ、それに続いて変調器Ｍと
光ビーム偏向用のスキャンナＳＣが配置されている。対
象物表面に作られた光点の位置座標Ｘを求めるため受信
側（ニレンズＬが設けられ、その後に経過フィルタ■と
光検出器Ｐ１が置かれている。光源Ｌｑから送り出され
た光ビームはスキャンナＳ。（二よって対象物の表面を
移動する。図に示されているものでは表面に作られた光
点の高さが垂直方向のＸ座標に対応するものとして捕え
られる。光ビームが対象物の表面の点１を照射すると、
その光点はレンズＬによってその像面（＝置かれた径路
フィルタＶ上に投像される。この散乱光は経過フィルタ
の点１′を通過し、経過フィルタを通して位置に関係す
る係数をもって減衰して光検出器Ｐ１に達し、そこで形
成された信号は前置増幅器Ｖｅｌで増幅されて点１′の
位置に関係する電気信号■１（１’）となる。同様にし
て後の時刻で光ビームが対象物表面の点２を照射すると
、散乱光が経過フィルタの点２１を通過し、Ｐｌに達し
、前置増幅器ｖｅ】　で増幅されて点２１の位置に関係
する電気信号■１（２勺となる。光軸に対して垂直に置
かれた経過フィルタＶは位置座標Ｘの方向又は画像面上
のそれに対応する方向Ｘ′ζ′″一対して、その透過率
が方向ｘ’ｌ二おいて連続的（二液化するように配向さ
れている。散乱光の強度が一定であるとすると経過フィ
ルタによる位置（二関係する光減衰度が分っているから
、信号■１の大きさから電子回路ユニッ）Ｅにどいて較
正と線形化を通して対象物表面を動く光点の位置座標Ｘ
を決定することができる。 ＠１図に示した基本的の原理に関連して、光源Ｌｑとし
ては通常レーザーがイ吏用されることを明らか（ニして
おく。変調器Ｍ、の作用については第５図を説明する際
（−詳細に述べる。レンズＬはレンズ系を構成する集光
レンズ、例えば対物レンズである。経過フィルタＶとし
ては例えば＠３図Ｃ二示した後で詳細に説明する灰色く
さびが使用される。 光検出器Ｐ１としては例えばシリコン・フォトダイオー
ドが使用されるが、フォトマルチプライアの方が感度が
旨い点で有利である。 対象物の連動を追跡する場合には第１図に示した受信側
は除かれ、その代りに比較的大きな立体角内に放出する
点）を源、例えば発光ダイオードを対象物に固定する。 対象物を孔を明けて後から照射しレンズＬζ二光が当る
ように−ｒることも考えられる。 第２図は第１図に示した原理にｈ（き光点の位置座標を
決定する装置の第１の実施例を示す。第１図と異りここ
ではレンズＬと経過フィルタＶｌの間の光路に半透明鏡
Ｓが挿入される。この半透明鏡Ｓは）を軸に対して例え
ば４５°の角Ｌ］とで傾斜している。半透明シｐＳで反
射した散乱光は第２の光検出器Ｐ２に入り、その出力信
号は前置増幅器Ｖｅ２で増幅されて反射散乱光強度に比
例する電気信号■２となる。この信号■２は対象物で反
射した光の強度の変；すｊを補償するのく：使用される
。そのためには除算器Ｉ〕において信号■１を信号工２
で除し、除算器の出力ＩＩ／ｉ２を較正と線形化のため
に電子回路ユニツ）Ｅｌ二導く。二二ッ）Ｅの強度に無
関係な出力は対虫物表面を動く光点の位置座標Ｘに対応
する。 第２図の実施例（二おいて光検出器Ｐ２としては例えば
シリコン・フォトダイオードが使用されるが、フォトマ
ルチプライアの方が感度がＩＨＥい点で有利である。経
；局フィルタＶ／としては例えば第３図に示す灰色くさ
びが使用される。この灰色くさびはくさび形（二研磨し
た灰色ガラスに１と同じくさび形の無色ガラスに２を組
合せて平行平面板としたものである。この灰色くさびを
通り抜ける）１６の減衰度は、くさび形の灰色ガラス部
分の厚さに関係し、灰色くさびの場所に関係して変化す
ることは容易に理解される。 第４図に経過フィルタの第二の実施例を示す。 この例では無色ガラスの基板Ｇの上に光吸収材料の層Ｓ
ｃｈが次第に増大する厚さをもって設けらするものであ
ると、経過フィルタを同時に半透明鏡、として使用する
ことができる。この条件は１例えば極めて薄くしかもく
さびの形をもってガラス基板上に設けられたクロムの層
Ｓｃｈによって満たされる。 第５図に光点の座標を決定する装置の第二の実施例を示
す。第２図の実施例と異りここでは光軸に対して傾斜し
て設けられた経過フィルタ■〃が使用される。この経過
フィルタは第４図に示す構造であって同時に半透明鏡Ｓ
ｌとして作用する。半透明鏡Ｓ／の透過対反射比が）ｆ
の偏光の影響を受けないようにするため、半透明鏡Ｓｌ
又は経過フィルタ■“の前に偏光フィルタＰＦが光路に
挿入されている。これ以外の第２図との差異は加算器Ｓ
ｕによって信号１１と工２の和が作られ、加算器の出力
が調整装置Ｒに導かれることである。両信号の和Ｉ　１
　＋工２は第１近似においてレンズＬを通過する光束の
強度に比例するから、調整装置Ｒの出力特開昭５９−２
２６８０３　（５） 信号Ａｓを光のＬｑの出力調整のため第１図に示した変
調器Ｍに導くことができる。この光出力調整は、フォト
マルチプライアのｊＤ負負荷避は除算器りのダイナミッ
ク・レンジの範囲内にとどめるためのものである。 対象物の運動を追跡する場合光源が運動する対象物に固
定され自体が光点を構成するときは、調整装置Ｒを通し
て直接光源の給電電圧を変えてその出力をシ周整するこ
とができる。 この発明の装置により位置座標の極めて迅速な決定が可
能となるが、更に三次元７寸象物の全表面の迅速な決定
を可能にするためには単一の送信側をそのまま保持して
対象物表面の走査に第２図又は第５図に示した装置を２
個又は３個使用する必要がある。ただし特開昭５７−２
０７８５２号公報特（二その第６図には一次元の位置感
知検出器を１個だけ使用して三次元対象物の全表面を決
定することができる装置が示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による装置の基本原理の概略を示し、
第２図と第５図はこの発明の互（二異る実施例の構成図
であり、グ３３図は第２図の実施例（＝使用されている
経過フィルタの一例、第４図は同時に半透明鏡、とじて
作用する経過フィルりの一例を示す。 第２図において、１と２二元点、Ｓ二半透明鏡、Ｖｌ：
経過フィルタ、ＰｌとＰ　２　：　）ｅ検出器、Ｄ：除
算器、Ｅ：較正ならびに線形化用電子回路ユニット。 Ｆ（Ｇｌ ＦＩＧ２ ＦｉＧ３　　　　　ＦＩＧ４ ＩＧ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）（ａ〕　　位置を感知する検出器が経過フィルタ（
   ｖ；ｖ’；ｖ”）とその後に設けられた光検出器（Ｐｌ
   ）から構成されること、 （ｂ）　　経過フィルタが投像レンズ（Ｌ）の画像面に
   少くとも近接して設けられること、（ｃｌ　　経過フィ
   ルタの透過率が決定すべき位置床＜Ｍ　（ｘ　）の方向
   （Ｘ′）において可変であること− を特徴とする光点（１，２）を位置感知検出器にに投像
   するレンズ（Ｌ）を少くとも一つ備える光点の位置座標
   決定装置。 ２）レンズ（Ｌ）と光検出器（Ｐｌ）の間の光路内（二
   半透明鏡（ＳＯ８’）が設けられていること、これらの
   半透明鏡で反射した光が第二の光検出器（Ｐ２）ｌ二よ
   って捕捉されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３）経過フィルタ（Ｖ／；Ｖ”　）を通り抜けた光の強
   度と半透明鏡（ＳＯ８’）で反射した光の強度との比が
   除算器（Ｄ）によって求められることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の装置。 ４）経過フィルタ（■；ｖ″）が灰色くさびとして作ら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
   項又は第３項記載の装置。 ５）経過フィルタ（Ｖ′）が同時に半透明鏡（Ｓ′）を
   構成することを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第
   ３項記載の装置。 ６）経過フィルタ（■“）がガラス基板（Ｇ）と次第に
   増大する厚さをもって基板上に設けられた層（Ｓｃｈ　
   　）とから構成され、この層は部分反射性であり厚さと
   共に吸収能が増大する材料から成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の装置。 ７）経過フィルタ（ｖ　；　ｖ’；　ｖ’　＞の後に置
   かれた光検出器（Ｐｌ）がフォトマルチプライアとして
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第６項の一つに記載の装置。 ８）半透明鏡（Ｓ；８勺に所属する第二の光検出器（Ｐ
   ２）がフォトマルチプライアとして構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第７項の−っに
   記載の装置。 ９）半透明鏡（Ｓ　；Ｓ“）の前に偏光フィルタ（ＰＦ
   ）が置かれていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項乃至第８項の一つに記載の装置。 １０）光検出器（Ｐｌ）によって作られた信号（ＩＩ）
   が較正と線形化のために電子回路ユニッ）（Ｅ）に送ら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項
   の一つ（二記載の装置。 １１）電子回路ユニッ）（Ｅ）が除算器ＣＤ）の後に置
   かれていることを特徴とする特許請求の範囲第３項又は
   第１０項記載の装置。 １２）光検出器（Ｐｌ）と第二の光検出器（Ｐ２）によ
   って作られた信号（Ｈ，Ｈ２）が加算器（Ｓｕ）に送ら
   れること、加算器（Ｓｕ）の出力端が光点（１，２）を
   作る光源（Ｌｑ）の出力の調整のために調整装置（Ｒ）
   に結ばれていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   乃至第１１項の一つに記載の装置。