(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象面（１０ａ）に照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部（Ｆ１）にて収束し受光素子（Ｐ１）の受光面（Ｐ１ａ）上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子が固定される取付板（２０）と、
一方の面が前記取付板の前記受光素子が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴（２１ａ）が穿設された不動の板体（２１）と、
該板体の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔（２３ａ，２３ｂ）、および前記受光素子の受光面に平行して配置される一対の結像位置調整長孔（２４ａ，２４ｂ）を有する調整板（２２）と、
前記焦点調整長孔の一方を介して前記板体に螺着される焦点調整ネジ（２５）と、
前記焦点調整長孔の他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ（２７）を介して前記板体に取り付けられる傾き調整部材（２６）と、
前記各結像位置調整長孔を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に螺着される各結像位置調整ネジ（２８）と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔に沿った前記受光素子の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔に沿った前記受光素子の結像位置の調整を行い、前記焦点調整ネジを中心とした傾き調整部材の偏心回動に伴う前記受光素子の傾き位置の調整を行うことを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
測定対象面（１０ａ）に照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部（Ｆ１）にて収束し受光素子（Ｐ１）の受光面（Ｐ１ａ）上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子が固定される取付板（２０）と、
一方の面が前記取付板の前記受光素子が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴（２１ａ）が穿設された不動の板体（２１）と、
該板体の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔（２３ａ，２３ｂ）、および前記受光素子の受光面に平行して配置される一対の結像位置調整長孔（２４ａ，２４ｂ）を有する調整板（２２）と、
前記各焦点調整長孔を介して前記板体に螺着される各焦点調整ネジ（２５）と、
前記結像位置調整長孔の他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ（２７）を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に取り付けられる傾き調整部材（２６）と、
前記結像位置調整長孔の一方を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に螺着される結像位置調整ネジ（２８）と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔に沿った前記受光素子の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔に沿った前記受光素子の結像位置の調整を行い、前記結像位置調整ネジを中心とした傾き調整部材の偏心回動に伴う前記受光素子の傾き位置の調整を行うことを特徴とする変位測定装置。
【請求項３】
測定対象面（１０ａ）に照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部（Ｆ１）にて収束し受光素子（Ｐ１）の受光面（Ｐ１ａ）上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子が固定される取付板（２０）と、
一方の面が前記取付板の前記受光素子が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴（２１ａ）が穿設された不動の板体（２１）と、
該板体の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔（２３ａ，２３ｂ）、および前記受光素子の受光面に平行して配置される一対の結像位置調整長孔（２４ａ，２４ｂ）を有する調整板（２２）と、
前記焦点調整長孔の一方を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に螺着される焦点調整ネジ（２５）と、
前記焦点調整長孔の他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ（２７）を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に取り付けられる傾き調整部材（２６）と、
前記各結像位置調整長孔を介して前記板体に螺着される各結像位置調整ネジ（２８）と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔に沿った前記受光素子の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔に沿った前記受光素子の結像位置の調整を行い、前記焦点調整ネジを中心とした傾き調整部材の偏心回動に伴う前記受光素子の傾き位置の調整を行うことを特徴とする変位測定装置。
【請求項４】
測定対象面（１０ａ）に照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部（Ｆ１）にて収束し受光素子（Ｐ１）の受光面（Ｐ１ａ）上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子が固定される取付板（２０）と、
一方の面が前記取付板の前記受光素子が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴（２１ａ）が穿設された不動の板体（２１）と、
該板体の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔（２３ａ，２３ｂ）、および前記受光素子の受光面に平行して配置される一対の結像位置調整長孔（２４ａ，２４ｂ）を有する調整板（２２）と、
前記各焦点調整長孔を介し前記遊挿穴に挿通されて前記取付板に螺着される各焦点調整ネジ（２５）と、
前記結像位置調整長孔の他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ（２７）を介して前記板体に取り付けられる傾き調整部材（２６）と、
前記結像位置調整長孔の一方を介して前記板体に螺着される結像位置調整ネジ（２８）と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔に沿った前記受光素子の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔に沿った前記受光素子の結像位置の調整を行い、前記結像位置調整ネジを中心とした傾き調整部材の偏心回動に伴う前記受光素子の傾き位置の調整を行うことを特徴とする変位測定装置。
【請求項５】
複数の結像レンズ部（Ｆ１，Ｆ２）が連設されてなる結像レンズアレイ（Ｆ）と、
前記各結像レンズ部に対応するように複数の受光素子（Ｐ１，Ｐ２）が設けられた受光素子群（Ｐ）と、
前記結像レンズアレイを光軸方向に移動させて、前記受光素子群の基準となる一つの受光素子（Ｐ２）にかかる焦点位置の調整を行う焦点位置調整部と、
前記基準の受光素子をその受光面（Ｐ２ａ）に沿って移動させて、該基準の受光素子にかかる結像位置の調整を行う結像位置調整部と、
を備え、前記位置決め機構により、前記基準の受光素子の他の受光素子（Ｐ１）にかかる変位検出感度を前記基準の受光素子の変位検出感度に合わせるように傾き調整部材（２６）を偏心回動させることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象面上に照射された光で形成される照射点を一定の間隔で走査させることにより、前記測定対象面の変位量を非接触で測定する変位測定装置に係り、特に、受光素子の位置決めを適宜行うことができる変位測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示すように、変位測定装置は、投光手段２と受光手段６で構成されており、三角測量の原理に基づき測定対象物１０の測定対象面１０ａの変位を測定する。測定対象面１０ａが鏡面のように反射率が高い場合は、照射点Ｓで反射される光の殆どが、照射点Ｓを対称にして入射角度と同じ角度で受光手段６に反射される。
【０００３】
変位測定装置の投光手段２は、レーザダイオード等の光源３と、振動ミラー型又はポリゴンミラー型等の偏向装置４と、ｆθレンズなどの収束レンズ５で概略構成されている。光源３は、偏向装置４に対しレーザ光を出射する。偏向装置４は、入射されたレーザ光を偏向させ、一定のストロークでレーザ光を走査する。この偏向装置４は、レーザ光を往復あるいは片道走査する。収束レンズ５は、偏向装置４により扇形に走査されるレーザ光が平行になるように収束させるものである。
【０００４】
受光手段６は、集光レンズアレイＣと結像レンズアレイＦと受光素子群Ｐで構成されている。集光レンズアレイＣは、互いに等しい焦点距離ｆ１（例えば２０ｍｍ）を有する複数の集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎが一列に並ぶように合成樹脂あるいはガラスで形成されている。
【０００５】
各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、投光手段２から測定対象物１０側に放射される投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）内に複数個並ぶように、少なくともその並列方向（走査方向）に沿ったレンズの幅ｄが投光ビームの走査幅寸法（例えば３０ｍｍ）より短い（例えば２．５ｍｍ）略矩形状の外形を有する。また、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、その光軸に直交する面が球面状に形成されたレンズとなっている。すなわち、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎは、光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各光軸はそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。
【０００６】
集光レンズアレイＣは、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃｎの光軸が測定対象物１０の表面１０ａ上に走査される照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）と交わるように配置されている。集光レンズアレイＣは照射点Ｓ（移動軌跡ＳＬ）から焦点距離ｆ１離れた位置に配置されている。
【０００７】
結像レンズアレイＦは、複数（本実施の形態では２個）の結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２を集光レンズアレイＣと同様、走査方向にアレイ状に連続させたレンズアレイである。各結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２は入射光をその光軸の周りに均等に絞り込むことができるレンズである。各結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２は、その各光軸がそれぞれ平行で且つその光軸に直交する線上に連続して一列に並ぶように側面同士を密着させた状態で一体化されている。各結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２は、所定数の集光レンズ部（図５では６個）Ｃ１〜Ｃ６に対応して対向配置される。結像レンズアレイＦは、集光レンズアレイＣからのビームを収束して、受光素子群Ｐへ出射する。
【０００８】
受光素子群Ｐは、結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２に対応した同数（本実施の形態では２個）の受光素子Ｐ１，Ｐ２で構成されている。各受光素子Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ各結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２に対応しており、それぞれ焦点距離ｆ２離れた位置に配置されている。
【０００９】
各受光素子Ｐ１，Ｐ２は、図５に示すように、照射点Ｓから反射される光が結像される受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａを有する。なお、受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａでの結像点Ｋの走査方向（すなわち照射点Ｓの走査方向）の幅を走査幅Ｗと称する。また結像点Ｋの走査方向（走査幅Ｗ）と直交する方向を縦方向と称する。各受光素子Ｐ１，Ｐ２の縦方向の両端縁には、それぞれ電極が設けられている。これらの電極からは、それぞれ結像点Ｋの位置に応じた電流が出力される。
【００１０】
以下、上記変位測定装置の作用について図５乃至図１０を用いて説明する。
図５に示すように光源３から照射された照射光は、偏向装置４により屈曲され、所定のストロークで走査される。走査された照射光は収束レンズ５に入射され、平行に移動するビームとなり、測定対象面１０ａ上に照射点を形成する。照射光は照射点Ｓごとに反射又は散乱し、その反射，散乱光（測定光）は受光手段６側へ出射される。
【００１１】
図６（ａ）に示すように、照射点Ｓが走査されて、集光レンズアレイＣの一端にある集光レンズ部Ｃ１に対向する位置に移動する。この照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行なビームとなって収束する。収束された測定光は、結像レンズ部Ｆ１の光軸に対し角度のある状態で結像レンズ部Ｆ１に入射される。
【００１２】
結像レンズ部Ｆ１は、集光レンズ部Ｃ１に入射された測定光の向きを変え、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の一端側の位置に測定光を結像させる。ここで、図７（ａ）に示すように、側方からみても、照射点Ｓからの測定光は、集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行に収束され、結像レンズ部Ｆ１によって受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に結像されている。
【００１３】
このため、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａには、照射点Ｓの高さに正確に対応した位置に点状の像Ｋａ（結像点）が形成され、その位置に対応した電気信号（電流）が電極から出力される。なお、照射点Ｓから他の集光レンズ部Ｃ２等に入射する測定光も収束されて結像レンズ部Ｆ１に入射される。しかし、これらの光は受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上には結像されない。
【００１４】
また、照射点Ｓの走査によって、図６（ｂ）に示すように、照射点Ｓが集光レンズアレイＣの集光レンズ部Ｃ１の光軸と交わる位置に移動する。この照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ１によってほぼ平行なビームに収束される。収束された測定光は、結像レンズ部Ｆ１の光軸と平行な状態で入射される。このため、照射点Ｓの像Ｋａは、受光面Ｐ１ａの走査幅方向のほぼ中心位置に形成される。
【００１５】
更に、照射点Ｓの走査によって図６（ｃ）に示すように、照射点Ｓは、集光レンズアレイＣの集光レンズ部Ｃ１に対向する範囲内で、その光軸に対し隣の集光レンズ部Ｃ２寄りに移動する。すると、この照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ１によって収束され、結像レンズ部Ｆ１の光軸に対し図６（ａ）の場合と逆の角度をもって結像レンズ部Ｆ１に入射される。このため、結像レンズ部Ｆ１は、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の他端側の位置で点状の像Ｋａを形成する。
【００１６】
このように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ１に対向する範囲内で移動すると、受光面Ｐ１ａ上の像Ｋａの位置は、受光面Ｐ１ａの走査方向幅の一端側から他端側に移動することになる。
【００１７】
また、照射点Ｓの走査にともなって、例えば図７（ｂ）に示すように照射点ＳがＳ’のように高さ方向にδだけ移動すると、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上の像がＫ’のようにずれて，その位置に対応する電気信号が出力される。そして、この電気信号から照射点Ｓ’の基準面からの高さが検出され、照射点Ｓの高さとの差δも判る。
【００１８】
そして、図６（ｄ）に示すように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ１とＣ２の境界部に対向する位置にくると、その照射点Ｓからの測定光は、二つの集光レンズ部Ｃ１，Ｃ２によってそれぞれほぼ平行なビームに収束されて結像レンズ部Ｆ１に入射する。このため、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の両端に像Ｋａ，Ｋｂが形成される。ここで、この２つの結像点Ｋａ，Ｋｂの受光面Ｐ１ａ上、縦方向に沿った位置はともに等しいので、受光素子Ｐ１からは像が１つの場合と同様にその縦方向の位置に対応した信号が出力される。
【００１９】
照射点Ｓが更に走査されると、図６（ｅ）に示すように、照射点Ｓが集光レンズ部Ｃ２に対向する範囲内まで移動する。すると、照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ２によって収束され、その光軸に対し角度のある状態で結像レンズ部Ｆ１に入射される。そして、結像レンズＦ１は、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の一端側の位置で点状の像Ｋｂをつくる。
【００２０】
以下同様に、照射点Ｓが集光レンズアレイＣの走査方向に走査される間に、結像点Ｋは、各集光レンズ部Ｃ１〜Ｃ６ごとに受光面Ｐ１ａの走査方向幅の一端から他端まで移動する。これと同時に、測定対象物１０の表面１０ａの変位に応じて結像点Ｋが縦方向に移動する。
【００２１】
次に、結像点Ｋが受光素子Ｐ１の隣の受光素子Ｐ２に移動するときの作用について、図８乃至図１０を用いて説明する。なお、図中網で囲われている部分は、連続する集光レンズ部Ｃ６と集光レンズ部Ｃ７の境界近傍の領域を示す。
【００２２】
図８に示すように、照射点Ｓからの測定光は、主に集光レンズ部Ｃ６に入射される。集光レンズ部Ｃ６に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ１に入射され、図６（ｃ）と同様に受光面Ｐ１ａに結像される。また集光レンズ部Ｃ７に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ２に入射され、図６（ｃ）と同様に受光素子Ｐ２ａに結像されない。
【００２３】
そして、照射点Ｓが走査されて、図９に示すように測定光が集光レンズ部Ｃ６と集光レンズ部Ｃ７の境界近傍（網で囲われている部分）に入射された場合、測定光はその集光レンズ部Ｃ６，Ｃ７の境界近傍から平行光となって結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２の境界近傍に入射される。このとき、結像レンズ部Ｆ１に入射された測定光は、図６（ｄ）の場合と同様、受光面Ｐ１ａの走査幅方向の終端縁に結像される。一方、結像レンズ部Ｆ２に入射された測定光は、図６（ｄ）の場合と同様、受光面Ｐ２ａの走査幅方向の始端縁に結像される。
【００２４】
そして、更に照射点Ｓが走査されると、図１０に示すように測定光は主に集光レンズ部Ｃ７に入射される。集光レンズ部Ｃ７に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ２に入射され、図６（ｅ）と同様に受光面Ｐ２ａに結像される。また集光レンズ部Ｃ６に入射された測定光は、平行光となって結像レンズ部Ｆ１に入射され、図６（ｅ）と同様に受光面Ｐ２ａに結像されない。
【００２５】
このように、本実施の形態における変位測定装置は、結像レンズ径Ｄを拡大した単体の結像レンズを用いた場合と比較して、結像レンズアレイＦの開口及び焦点距離ｆ２を小さくできる。これにより、集光レンズアレイＣの開口を大きく、焦点距離ｆ１を小さくできる。したがって、複数の結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２で集光レンズアレイＣからの測定光を結像させるように構成することで、受光面Ｐａの受光幅ｗが小さく応答速度の速い受光素子群Ｐを用いることができる。ゆえに、走査速度を上げて受光素子群Ｐの信号出力に対する処理速度を上げることができ、測定時間を短縮することが可能となる。
【００２６】
ところで、受光素子Ｐ１，Ｐ２は、結像レンズアレイＦにて収束されるビームが受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａ上にて結像されるが、その位置決めを行う必要がある。具体的には、図１１に示すように、結像レンズアレイＦからの距離（矢印イ），ビームの結像位置（矢印ロ），ビームに対する傾き（矢印ハ）のそれぞれ位置合わせを行う。
【００２７】
結像レンズアレイＦからの距離の位置決めは、各受光素子Ｐ１，Ｐ２の受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａを、結像レンズアレイＦにて収束されるビームの焦点に位置合わせするために行う。
【００２８】
ビームの結像位置は、各受光素子Ｐ１，Ｐ２の両端に設けられた各電極から出力される電流を基に演算された変位測定値が等しくなる所望位置にビームが結像されるよう位置合わせするために行う。
【００２９】
ビームに対する傾きは、図１１で示すビームの光軸に対して各受光素子Ｐ１，Ｐ２の受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａの傾きを位置決めする。この位置決めは、図５に示すように、照射点Ｓの走査幅を広くするために受光手段６を二個併設させた場合に、それぞれの受光素子Ｐ１，Ｐ２の変位検出感度（測定対象面１０ａのＺ方向の変位に伴う各受光素子Ｐ１，Ｐ２の両端に設けられた各電極から出力される電流の変化量）が合うように位置合わせするために行う。この場合、通常一方の受光素子Ｐ１（Ｐ２）の変位検出感度に他方の受光素子Ｐ２（Ｐ１）の変位検出感度を合わせる位置決めを行う。
【００３０】
従来、上記位置決めを行う位置決め機構として図１２（ａ）（ｂ）に示すものがある。図１２（ａ）は従来の位置決め機構を示す図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）における側面図である。なお、図１２（ａ）では、位置決め機構を図１２と同方向から見ている。
【００３１】
図１２（ａ）（ｂ）に示すように、受光素子Ｐ１は、取付板７０に固定されている。取付板７０は、不動の板体７１（例えば、変位測定装置の外筐をなすケースなど）の一方の面に接触している。また、板体７１の他方の面には、調整板７２が接触している。
【００３２】
調整板７２には、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに照射される光軸方向（図１１中矢印イ）に平行する二つの長孔７３ａ，７３ｂが設けられている。長孔７３ａ，７３ｂには、それぞれネジ７４ａ，７４ｂが挿通されている。ネジ７４ａ，７４ｂは、板体７１に螺着されている。
【００３３】
また、調整板７２には、受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ（図１１中矢印ロ）に平行する二つの長孔７３ｃ，７３ｄが設けられている。長孔７３ｃ，７３ｄには、それぞれネジ７４ｃ，７４ｄが挿通されている。ネジ７４ｃ，７４ｄは、板体７１に設けられた穴部７１ａを通過して取付板７０に螺着されている。
【００３４】
この位置決め機構によれば、まず、ネジ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄを緩めた状態で、調整板７２および取付板７０を長孔７３ａ，７３ｂに沿って矢印イ方向に移動させる。これにより、取付板７０に固定された受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａと、結像レンズアレイＦとの距離が可変する。そして、受光面Ｐ１ａが、結像レンズアレイＦにて収束されるビームの焦点に合う位置でネジ７４ａ，７４ｂを締めて位置決めする。
【００３５】
次いで、取付板７０を長孔７３ｃ，７３ｄに沿って矢印ロ方向に移動させる。これにより、取付板７０に固定された受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに当たるビームの焦点位置が可変する。そして、受光面Ｐ１ａの所望位置にビームの焦点が当たる位置でネジ７４ｃ，７４ｄを締めて位置決めする。
【００３６】
次いで、ネジ７４ａを緩めてネジ７４ｂを外すとともに、ネジ７４ｃ，７４ｄを緩めて、ネジ７４ａを中心に調整板７２および取付板７０を矢印ハ方向に回動させる。これにより、取付板７０に固定された受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａによるビームの光軸に対する傾きが可変する。そして、回動させた受光素子Ｐ１の変位検出感度が、他の変位測定装置の受光素子Ｐ２の変位検出感度に合った位置でネジ７４ａを締めて位置決めする。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の変位測定装置では、ビームに対する傾き（矢印ハ方向）を位置決めする際、回動中心となるネジ７４ａが長孔７３ａに挿通されているために、ネジ７４ａを中心とした回動を行うことが難しい。これにより、前段で位置決めした焦点位置（矢印イ方向）の調整が変わってしまうこととなる。さらに、ネジ７４ｃ，７４ｄを緩める必要があるため、前段で位置決めした結像位置の（矢印ロ方向）の調整も変わってしまうこととなる。
【００３８】
そこで、再び、焦点位置の調整を行うこととなるが、ネジ７４ｂを外しているので、長孔７３ａ，７３ｂに沿った受光素子Ｐ１の移動を行うことができず、正確な焦点位置の調整が困難となる。さらに、焦点位置の調整を行う際、ネジ７４ｂが外れているので、ネジ７４ａを中心に回動して傾きの調整が変わってしまうこととなる。
【００３９】
すなわち、従来の変位測定装置では、受光素子Ｐ１の傾きの調整を行うことにより、先の二つの調整が変わり、これを再び調整しようとすると傾きの調整が変わってしまうので、受光素子Ｐ１の正確な位置決めを行うことが困難であった。ゆえに、各調整を組み合わせて行う慣習に委ねているのが現状である。
【００４０】
そこで本発明は、上記課題を解消するために、受光素子の位置決め調整を容易、且つ、正確に行うことができる変位測定装置を提供することを目的としている。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による請求項１記載の変位測定装置は、
測定対象面１０ａに照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部Ｆ１にて収束し受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面１０ａの変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子Ｐ１が固定される取付板２０と、
一方の面が前記取付板２０の前記受光素子Ｐ１が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴２１ａが穿設された不動の板体２１と、
該板体２１の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔２３ａ，２３ｂ、および前記受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに平行して配置される一対の結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを有する調整板２２と、
前記焦点調整長孔２３ａ，２３ｂの一方を介して前記板体２１に螺着される焦点調整ネジ２５と、
前記焦点調整長孔２３ａ，２３ｂの他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ２７を介して前記板体２１に取り付けられる傾き調整部材２６と、
前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に螺着される各結像位置調整ネジ２８と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の結像位置の調整を行い、前記焦点調整ネジ２５を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う前記受光素子Ｐ１の傾き位置の調整を行うことを特徴とする。
【００４２】
請求項２記載の変位測定装置は、
測定対象面１０ａに照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部Ｆ１にて収束し受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面１０ａの変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子Ｐ１が固定される取付板２０と、
一方の面が前記取付板２０の前記受光素子Ｐ１が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴２１ａが穿設された不動の板体２１と、
該板体２１の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔２３ａ，２３ｂ、および前記受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに平行して配置される一対の結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを有する調整板２２と、
前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂを介して前記板体２１に螺着される各焦点調整ネジ２５と、
前記結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ２７を介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に取り付けられる傾き調整部材２６と、
前記結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの一方を介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に螺着される結像位置調整ネジ２８と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の結像位置の調整を行い、前記結像位置調整ネジ２８を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う前記受光素子Ｐ１の傾き位置の調整を行うことを特徴とする。
【００４３】
請求項３記載の変位測定装置は、
測定対象面１０ａに照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部Ｆ１にて収束し受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面１０ａの変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子Ｐ１が固定される取付板２０と、
一方の面が前記取付板２０の前記受光素子Ｐ１が固定される面と反対の面と接して配され、遊挿穴２１ａが穿設された不動の板体２１と、
該板体２１の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔２３ａ，２３ｂ、および前記受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに平行して配置される一対の結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを有する調整板２２と、
前記焦点調整長孔２３ａ，２３ｂの一方を介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に螺着される焦点調整ネジ２５と、
前記焦点調整長孔２３ａ，２３ｂの他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ２７を介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に取り付けられる傾き調整部材２６と、
前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを介して前記板体２１に螺着される各結像位置調整ネジ２８と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の結像位置の調整を行い、前記焦点調整ネジ２５を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う前記受光素子Ｐ１の傾き位置の調整を行うことを特徴とする。
【００４４】
請求項４記載の変位測定装置は、
測定対象面１０ａに照射光を照射し、その反射光を結像レンズ部Ｆ１にて収束し受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ上に形成された結像点の検出位置に基づいて前記測定対象面１０ａの変位量を非接触で測定する変位測定装置において、
前記受光素子Ｐ１が固定される取付板２０と、
一方の面が前記取付板２０の前記受光素子が固定された面と反対の面と接して配され、遊挿穴２１ａが穿設された不動の板体２１と、
該板体２１の他方の面に接し、光軸に平行する一対の焦点調整長孔２３ａ，２３ｂ、および前記受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａに平行して配置される一対の結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを有する調整板２２と、
前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂを介し前記遊挿穴２１ａに挿通されて前記取付板２０に螺着される各焦点調整ネジ２５と、
前記結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの他方に挿通される円柱形状をなし、偏心位置に螺着される傾き調整ネジ２７を介して前記板体２１に取り付けられる傾き調整部材２６と、
前記結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの一方を介して前記板体２１に螺着される結像位置調整ネジ２８と、
からなる位置決め機構を備え、前記各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の焦点位置の調整を行い、前記各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った前記受光素子Ｐ１の結像位置の調整を行い、前記結像位置調整ネジ２８を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う前記受光素子Ｐ１の傾き位置の調整を行うことを特徴とする。
【００４５】
請求項５記載の変位測定装置は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の変位測定装置において、
複数の結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２が連設されてなる結像レンズアレイＦと、
前記各結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２に対応するように複数の受光素子Ｐ１，Ｐ２が設けられた受光素子群Ｐと、
前記結像レンズアレイＦを光軸方向に移動させて、前記受光素子群Ｐの基準となる一つの受光素子Ｐ２にかかる焦点位置の調整を行う焦点位置調整部と、
前記基準の受光素子Ｐ２をその受光面Ｐ２ａに沿って移動させて、該基準の受光素子Ｐ２にかかる結像位置の調整を行う結像位置調整部と、
を備え、前記位置決め機構により、前記基準の受光素子Ｐ２の他の受光素子Ｐ１にかかる変位検出感度を前記基準の受光素子Ｐ２の変位検出感度に合わせるように傾き調整部材２６を偏心回動させることを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態において、変位測定装置の構成および作用は、上述した従来の技術にて参照した図５乃至図１１と同様である。したがって、本実施の形態では、従来の技術と同一個所には、同一番号を付して説明を省略する。
【００４７】
以下、上述した変位測定装置における各受光素子Ｐ１，Ｐ２の位置決め機構について説明する。図１（ａ）は本発明の変位測定装置にかかる位置決め機構を示す図、図１（ｂ）は図１（ａ）における側面図である。なお、図１（ａ）では、位置決め機構を図１における走査幅Ｗ方向にて受光素子Ｐ１側から見ている。
【００４８】
本位置決め機構は、各受光素子Ｐ１，Ｐ２にかかる図１中の（イ），（ロ），（ハ）の３種の位置決めを行う。
【００４９】
（イ）の位置決めは、受光素子Ｐ１，Ｐ２の受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａを、結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２にて収束されるビームの光軸に沿って移動させて、焦点距離ｆ２を調整する焦点合わせのための位置決めである。
【００５０】
（ロ）の位置決めは、受光素子Ｐ１，Ｐ２の受光面Ｐ１ａ，Ｐ２ａを、走査幅Ｗと直交する縦方向に移動させて、受光素子Ｐ１，Ｐ２の両端に設けられた各電極から出力される電流を基に演算された変位測定値が等しくなる位置にビームを結像させるための位置合わせである。
【００５１】
（ハ）の位置決めは、一方の受光素子Ｐ１（Ｐ２）を回動させることによって、他方の受光素子Ｐ２（Ｐ１）に対して変位検出感度（測定対象面１０ａの図１中上下方向に変位に伴う受光素子Ｐ１（Ｐ２）の両端に設けられた各電極から出力される電流の変化量）を合わせるための位置決めである。
【００５２】
上記（イ），（ロ），（ハ）の位置決めを行うために、位置決め機構は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、取付板２０と、板体２１と、調整板２２とを有している。取付板２０には、板状に形成され、受光素子Ｐ１が固定されている。この取付板２０の面は、不動の板体２１の一方の面（内面）に接触している。板体２１は、例えば変位測定装置の外筐なすケースなどからなり、遊挿穴２１ａが穿設されている。また、調整板２２は、板状に形成され、板体２１の他方の面（外面）に接触している。
【００５３】
調整板２２には、一対の焦点調整長孔２３ａ，２３ｂと、一対の結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂが穿設されている。各焦点調整長孔２３ａ，２３ｂは、光軸に平行するように設けられている。また、各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂは、取付板２０に固定された受光素子Ｐ１の受光面Ｐ１ａ（図１の（ロ）方向）に平行するように設けられている。
【００５４】
一方の焦点調整長孔２３ａには、焦点調整ネジ２５が挿通されている。焦点調整ネジ２５は、一方の焦点調整長孔２３ａを介して板体２１に螺着される。
【００５５】
他方の焦点調整長孔２３ｂは、一方の焦点調整長孔２３ａよりも幅広の長孔をなしている。この他方の焦点調整長孔２３ｂには、傾き調整部材２６が挿通されている。傾き調整部材２６は、焦点調整長孔２３ｂに挿通される円柱形状をなしている。円柱形状とされた傾き調整部材２６の偏心位置には、傾き調整ネジ２７が螺着されている。傾き調整部材２６は、傾き調整ネジ２７を介して板体２１に取り付けられて偏心回動可能とされる。なお、傾き調整部材２６は、調整板２２の焦点調整長孔２３ｂから延出する前記円柱形状と同心の円柱形状をなす摘み部２６ａを有している。
【００５６】
各結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂには、それぞれ結像位置調整ネジ２８が挿通されている。各結像位置調整ネジ２８は、それぞれ結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂを介し遊挿穴２１ａに挿通されて取付板２０に螺着される。
【００５７】
なお、結像レンズアレイＦは、光軸に沿う方向に移動可能とされている。この結像レンズアレイＦの移動は、受光素子群の基準となる一つの受光素子（本実施の形態では受光素子Ｐ２）にかかる焦点位置の調整を行う焦点位置調整部をなす。
【００５８】
また、基準となる受光素子Ｐ２は、別の取付板（不図示）に取り付けられている。この別の取付板は、例えば変位測定装置の外筐なすケースなどからなる不動とされた別の板体（不図示）に対し、一対の長孔と、この長孔に挿通されるネジによって受光素子Ｐ２の受光面Ｐ２ａと縦方向（図１の（ロ）方向）に平行に移動可能とされている。この基準の受光素子Ｐ２における受光面Ｐ２ａに平行する移動は、基準の受光素子Ｐ２にかかる結像位置の調整を行う結像位置調整部をなす。
【００５９】
上記構成では、焦点位置調整部により、結像レンズアレイＦを光軸方向に移動させ、受光素子Ｐ２にかかる焦点位置を調整する。さらに、結像位置調整部により、受光素子Ｐ２を受光面Ｐ２ａと平行させて受光素子Ｐ２にかかる結像位置を調整する。
【００６０】
続いて、上述した位置決め機構により受光素子Ｐ１の位置決めを行う。
まず、焦点調整ネジ２５および結像位置調整ネジ２８を緩め、調整板２２に対して取付板２０を、焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿って移動させる。これにより受光素子Ｐ１が光軸方向に移動して、受光素子Ｐ１にかかる焦点位置が調整される。この調整後、焦点調整ネジ２５を締め付ける。
【００６１】
次いで、取付板２０を、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿って移動させる。これにより、受光素子Ｐ１が縦方向に移動して、受光素子Ｐ１にかかる結像位置が調整される。この調整後、結像位置調整ネジ２８を締め付ける。
【００６２】
次いで、焦点調整ネジ２５，傾き調整ネジ２７および結像位置調整ネジ２８を緩め、傾き調整部材２６を傾き調整ネジ２７を中心として偏心回動させる。すなわち、取付板２０を、焦点調整ネジ２５を中心として走査方向を基準に回動させる。これにより、受光素子Ｐ１が走査方向を基準に回動して、受光素子Ｐ２の変位検出感度に対して受光素子Ｐ１の変位検出感度が合うように調整される。この調整後、焦点調整ネジ２５，傾き調整ネジ２７および結像位置調整ネジ２８を締め付ける。なお、傾きの調整の際、傾き調整部材２６の摘み２６ａを手指で回すことにより調整板２２に手を振れることなく略一定の軌跡で調整板２２および取付板２０を回動させることが可能である。
【００６３】
ここで、受光素子Ｐ１を回動させて変位検出感度を合わせる調整により、受光素子Ｐ１にかかる焦点位置および結像位置に微小にズレが生じる。そこで、上記焦点位置の調整および結像位置の調整を再び行う。この場合、傾き調整部材２６は回動させないので、変位検出感度にズレが生じることがなく、全ての位置決めが完了することとなる。
【００６４】
したがって、上述した変位測定装置では、他方の焦点調整長孔２３ｂに挿通されて焦点の調整時に受光素子Ｐ１を焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿って移動できるようにするとともに、傾き調整ネジ２７によって偏心回動するように設けられた傾き調整部材２６を備えている。これにより、変位検出感度の調整による位置決めが、他の焦点位置および結像位置の調整によってズレることがないので、３種の調整の内の１つの位置決めを決定させる。すなわち、受光素子Ｐ１の位置決め調整を容易、且つ、正確に行うことが可能となる。
【００６５】
ところで、上述した実施の形態では、傾き調整部材２６を他方の焦点調整長孔２３ｂに設けた構成であるが、これに限らない。図２（ａ）（ｂ）に示すように、焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに焦点調整ネジ２５をそれぞれ挿通して板体２１に螺着させ、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの一方に結像位置調整ネジ２８を挿通し遊挿穴２１ａを通して取付板２０に螺着させ、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの他方に傾き調整部材２６を挿通し遊挿穴２１ａを通して傾き調整ネジ２７を取付板２０に螺着させてもよい。
【００６６】
この構成であっても、焦点調整ネジ２５の締緩により焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った焦点位置の調整を行い、結像位置調整ネジ２８の締緩により結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った結像位置の調整を行い、焦点調整ネジ２５，結像位置調整ネジ２８および傾き調整ネジ２７の締緩により結像位置調整ネジ２８を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う傾き位置の調整を行うことにより、上述した効果を得ることが可能である。
【００６７】
また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、焦点調整長孔２３ａ，２３ｂの一方に焦点調整ネジ２５をそれぞれ挿通し遊挿穴２１ａを通して取付板２０に螺着させ、焦点調整長孔２３ａ、２３ｂの他方に傾き調整部材２６を挿通し遊挿穴２１ａを通して傾き調整ネジ２７を取付板２０に螺着させ、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに結像位置調整ネジ２８をそれぞれ挿通して板体２１に螺着させてもよい。
【００６８】
この構成であっても、焦点調整ネジ２５の締緩により焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った焦点位置の調整を行い、結像位置調整ネジ２８の締緩により結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った結像位置の調整を行い、焦点調整ネジ２５，結像位置調整ネジ２８および傾き調整ネジ２７の締緩により結像位置調整ネジ２８を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う傾き位置の調整を行うことにより、上述した効果を得ることが可能である。
【００６９】
また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに焦点調整ネジ２５をそれぞれ挿通し遊挿穴２１ａを通して取付板２０に螺着させ、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの一方に結像位置調整ネジ２８を挿通して板体２１に螺着させ、結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂの他方に傾き調整部材２６を挿通して調整ネジ２７を板体２１に螺着させてもよい。
【００７０】
この構成であっても、焦点調整ネジ２５の締緩により焦点調整長孔２３ａ，２３ｂに沿った焦点位置の調整を行い、結像位置調整ネジ２８の締緩により結像位置調整長孔２４ａ，２４ｂに沿った結像位置の調整を行い、焦点調整ネジ２５，結像位置調整ネジ２８および傾き調整ネジ２７の締緩により焦点調整ネジ２５を中心とした傾き調整部材２６の偏心回動に伴う傾き位置の調整を行うことにより、上述した効果を得ることが可能である。
【００７１】
なお、上述した実施の形態では、結像レンズアレイＦが２個の結像レンズ部Ｆ１，Ｆ２を有し、受光素子群Ｐが、受光素子Ｐ１，Ｐ２を有した構成であり、基準となる受光素子Ｐ２に対して他の受光素子Ｐ１を位置決めする構成としたが、結像レンズアレイＦが複数の結像レンズ部を有し、受光素子群も対応して複数有した構成であってもよい。この場合、基準となる受光素子（Ｐ２）は、上記と同様の構成で位置決めされ、その他の各受光素子（Ｐ１）に上記位置決め機構を設ければよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による変位測定装置は、調整板に設けられた一対の焦点調整長孔および一対の結像位置調整長孔の１つに傾き調整ネジによって偏心回動する傾き調整部材を設けている。そして、受光素子の焦点位置あるいは結像位置の調整時には、傾き調整部材が焦点調整長孔あるいは結像位置調整長孔に沿った移動に関与する。また、受光素子の傾き位置（変位検出感度）の調整時には、傾き調整部材が偏心回動することで受光素子の傾き位置が調整される。これにより、調整された受光素子の傾き位置が、他の焦点位置および結像位置の調整によってズレることがないので、３種の調整の内の１つの位置決めを決定させることとなる。したがって、受光素子の各位置決め調整を容易、且つ、正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の変位測定装置にかかる位置決め機構を示す図。
（ｂ）図１（ａ）における側面図。
【図２】（ａ）他の位置決め機構を示す図。
（ｂ）図２（ａ）における側面図。
【図３】（ａ）他の位置決め機構を示す図。
（ｂ）図３（ａ）における側面図。
【図４】（ａ）他の位置決め機構を示す図。
（ｂ）図４（ａ）における側面図。
【図５】変位測定装置を示す斜視図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）受光手段における照射点の走査に対応した結像点を示した上面図。
【図７】（ａ）（ｂ）受光手段における照射点に対応した結像点を示した側面図。
【図８】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図。
【図９】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図。
【図１０】連続する結像レンズ部の境界近傍における作用を示す図。
【図１１】図５における側面図。
【図１２】（ａ）従来の位置決め機構を示す図。
（ｂ）は図１２（ａ）における側面図。
【符号の説明】
１０ａ…測定対象面、２０…取付板、２１…板体、２１ａ…遊挿穴、２２…調整板、２３ａ，２３ｂ…焦点調整長孔、２４ａ，２４ｂ…結像位置調整長孔、２５…焦点調整ネジ、２６…傾き調整部材、２７…傾き調整ネジ、２８…結像位置調整ネジ、Ｆ…結像レンズアレイ、Ｆ１，Ｆ２…結像レンズ部、Ｐ…受光素子群、Ｐ１，Ｐ２…受光素子、Ｐ１ａ，Ｐ２ａ…受光面。
【図１】
0003568940.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003568940.tif 000004
【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】
0003568940.tif 000009
【図９】
0003568940.tif 000010
【図１０】
0003568940.tif 000011
【図１１】
0003568940.tif 000012
【図１２】
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