(57)【要約】【課題】テレセントリック光学系を用いる場合に投光手段の輝度を確保しつつ検出精度を上げることができるようにする。【解決手段】投光器２は、６個のＬＥＤからなる投光素子ユニット４と投光レンズからなり、平行光を測定領域に投光する。受光器６は、テレセントリック受光レンズ７と、スリット８と、一次元ＣＣＤ９とからなる。６個のＬＥＤは、正方形状で角部にボンディングパッドが設けられたものを用い、一次元ＣＣＤ９の長手方向に沿う方向に千鳥状に２列に配置されていて、一定幅の発光面を確保するように設定されている。むらのない光源としてしかもＣＣＤ９の一次元方向に幅があるので光学的な位置合わせがし易くなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が配置される測定領域に向けて平行光を投光する投光手段と、前記測定領域からの光を収束させるテレセントリック受光レンズと、このテレセントリック受光レンズにて収束された光のうち、前記投光手段から投光された平行光成分の焦点位置に配置されこの焦点位置に収束される光を通過させる光通過口を備える光絞り部材と、この光絞り部材の光通過口を通過した光を受光する一次元イメージセンサと、この一次元イメージセンサの受光結果にもとづいて前記被測定物の寸法を測定する測定手段とを備える寸法測定装置において、
前記投光手段は、複数の投光素子を前記一次元イメージセンサの長手方向と一致する方向に所定間隔で並べられ且つその並べ方が前記一次元イメージセンサの幅方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の寸法測定装置において、
前記複数の投光素子は、前記一次元イメージセンサの幅方向における検出範囲内で千鳥状に並べた配置状態とされていることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の寸法測定装置において、
前記各投光素子は、前記一次元イメージセンサの幅方向における外側の外縁部に電極が形成されていることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の寸法測定装置において、
前記各投光素子は、正方形に形成されると共に、前記一次元イメージセンサの配置方向に対して４５度傾けて配置されることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の寸法測定装置において、
前記各投光素子は、該投光素子の前記一次元イメージセンサの幅方向における外側の角部に電極が形成されていることを特徴とする寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定領域に向けて平行光を投光してテレセントリック受光レンズにて収束し、焦点位置に配置する光絞り部材を通過した光を一次元イメージセンサで受光して被測定物の寸法を測定するようにした寸法測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の寸法測定装置においては、投光部から照射される平行光以外の光が受光されると測定精度に悪影響を及ぼすのを避けるために、テレセントリック光学系を用いて、できるだけ平行光のみを受光するように構成している。
【０００３】
このようなテレセントリック光学系を用いる寸法測定装置では、受光器側に構成されるテレセントリック光学系により、斜め入射される光線を光絞り部材で除去して平行に入射する成分のみをＣＣＤなどの１次元イメージセンサに受光させて測定をするように構成している。
【０００４】
一般に、受光器側のレンズの開口数Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を小さくすることで、できるだけ平行成分に近い光のみを受光するようにして検出精度を高めることができるが、このことは、テレセントリック光学系を用いる上記の構成においては、投光部と受光部の中心が完全に一致しないと受光されなくなることから、投光器と受光器の位置あわせが困難になると共に、受光部に到達する光の量が低下することで明るさが不足してしまうという不都合がある。
【０００５】
そこで、従来では、投光部から出射する光の発光面積を拡散板を用いて広げることにより、受光部との間の位置あわせを容易にしたものや、多数の投光素子を格子状の配置して投光部を構成したものが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１５５０１３号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような拡散板を用いた構成として光を拡散させることはより一層の投光強度の低下につながるので、結果として受光量が低下してしまうことになる。また、拡散板を用いないで多数の投光素子を格子状に配置することで実質的な発光面積を広げるものでは、投光素子を配置したところの投光輝度が強く、配置されていない部分では投光輝度が弱いため、輝度の分布が一定でなく、全体としてむらが生じることになるので、投光器と受光器との光軸がずれた場合には、一次元イメージセンサの受光量が一定とならず寸法測定の精度に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、テレセントリック光学系と一次元イメージセンサを用いる構成の寸法測定装置において、投光輝度のむらを生じることなく且つ投光輝度の低下を招くことなく発光面積を広げることができ、受光レンズの開口数Ｎ．Ａ．を低くして検出精度を上げることができるようにした寸法測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、被測定物が配置される測定領域に向けて平行光を投光する投光手段と、前記測定領域からの光を収束させるテレセントリック受光レンズと、このテレセントリック受光レンズにて収束された光のうち、前記投光手段から投光された平行光成分の焦点位置に配置されこの焦点位置に収束される光を通過させる光通過口を備える光絞り部材と、この光絞り部材の光通過口を通過した光を受光する一次元イメージセンサと、この一次元イメージセンサの受光結果にもとづいて前記被測定物の寸法を測定する測定手段とを備える寸法測定装置において、前記投光手段を、複数の投光素子を前記一次元イメージセンサの長手方向と一致する方向に所定間隔で並べ且つその並べ方が前記一次元イメージセンサの幅方向に千鳥状に配置したところに特徴を有する。
【００１０】
上記構成によれば、投光手段を複数の投光素子を千鳥状に並べる配置状態としているので、投光素子が一次元的に並ぶ構成に比べて一次元イメージセンサの長手方向に対して光の強度分布を平均化することができるようになり、一次元イメージセンサ側に投光する際に、投光手段と受光手段との間の光軸がずれた場合でも、その長手方向の光量がむらになるのを防止することができ、しかも、光量が低下することもなくなる。
【００１１】
したがって、拡散手段を用いずに投光手段の発光面を広げることができるので、光量の低下がなく一次元イメージセンサでの受光量が安定する。このとき、一次元イメージセンサの測定方向において投光手段から照射される光の強度も均一となる。よって、投受光間の配置に傾きが生じても受光量を安定化させることができ、これによって受光レンズのＮ．Ａ．を低くしてより一層平行成分のみを受光させることで、寸法測定の精度をあげることができる。
【００１２】
請求項２の発明では、上記請求項１の発明において、複数の投光素子を、一次元イメージセンサの幅方向における検出範囲内で千鳥状に並べた配置状態としたところに特徴を有する。これにより、投光素子が千鳥状に配置されることで一次元イメージセンサの幅方向で光の照射点にずれが生じるが、素子の配置間隔が一次元イメージセンサと光学系を介した対向幅以内にあるので、受光レンズのＮ．Ａ．を低くしてより一層平行成分のみを受光させるようにしても、投光素子から照射された光は確実に一次元イメージセンサで受光され、検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００１３】
請求項３の発明では、上記各発明において、各投光素子を、一次元イメージセンサの幅方向における外側の外縁部に電極が位置すように形成しているところに特徴を有する。この構成によれば、各投光素子は電極が素子の外縁部に形成されているので、ワイヤーが投光された光を遮ることがなく、検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００１４】
請求項４の発明では、上記各発明において、各投光素子を、正方形に形成したものとし、一次元イメージセンサの配置方向に対して４５度傾けて配置したところに特徴を有する。これにより、一次元イメージセンサの横方向における光の強度のむらを少なくすることが可能となる。
【００１５】
請求項５の発明にでは、上記請求項４の発明において、各投光素子を、該投光素子の前記一次元イメージセンサの幅方向における外側の角部に電極が位置するように形成されてたものとしたところに特徴を有する。電極を発光面の一部に設ける投光素子においても、一次元イメージセンサの横方向における光の強度のむらを少なくすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。
図１は寸法測定装置１の光学的構成を示している。投光手段としての投光器２は投光素子である６個のＬＥＤ３を後述するように配列して構成された投光素子ユニット４と投光レンズ５とから構成されている。
【００１７】
受光手段としての受光器６は、テレセントリック受光レンズ７と光絞り部材であるスリット８および一次元イメージセンサである一次元ＣＣＤ９などから構成されている。テレセントリック受光レンズ７は周知の構成のものを採用しており、スリット８を通過する平行光の成分のみを一次元ＣＣＤ９側に照射させる。
【００１８】
図２は投光素子ユニット４の構成を示すものである。矩形状のベース１０の上面にマウント部１０ａが設けられており、６個のＬＥＤ３は、正方形状の発光面で４５度だけ傾斜した状態で、図示のように縦に３個ずつが２列に配置されている。マウント部１０ａは各ＬＥＤ３がマウントされる部位に導体パターンが形成され、内部で後述するような回路構成が形成されるように配線パターンが形成されている。また、ベース１０の一方の対角位置には取り付け用のねじ孔１０ｂが形成されている。
【００１９】
図３（ａ）は６個のＬＥＤ３の配置状態を詳細に示すものである。各ＬＥＤ３は、矩形状を成す面発光形の素子として形成されており、一隅部にボンディングパッド３ａがパターニングされている。したがって、ＬＥＤ３は、ボンディングパッド３ａを除いた部分が発光面として機能するように構成されている。
【００２０】
図示のように、６個のＬＥＤ３は縦方向に千鳥状に配置されていて、そのピッチは配置方向で三分の一ずつオーバーラップするように設定されている。この配置状態は、発光面部分だけを横方向にずらして合わせると、図３（ｂ）に領域Ｓで示すように、横方向に切断したときの発光する領域の幅寸法ｄが一定となるように設定されている。
【００２１】
また、各ＬＥＤ３のボンディングパッド３ａは、外縁側の端部に位置するようにマウントされていて、ボンディングワイヤーを接続したときに発光面を遮ることがないように設定されている。これにより、縦方向に対して均一な光量で発光させることができるようになる。
【００２２】
ベース１０の裏面側には、図２（ｂ）に示すように、アノードＡおよびカソードＫの各端子が設けられている。上記した６個のＬＥＤ３は、図４に示すように、電気的には左右に並んだ２個ずつが直列接続され、３回路分が並列に接続された状態でアノードＡ、カソードＫに接続されている。
【００２３】
上記構成を採用したことにより、６個のＬＥＤ３から出射される光は直接投光レンズ５に到達しここで略平行な光に変換されて測定領域Ｄ（図１参照）に照射されるようになる。測定領域Ｄに照射された平行光は、拡散板を用いていないので輝度の低下は生じていない。そして、６個のＬＥＤ３により発光面を広げていると共に、千鳥状に配置することで配列方向での投光量を均一となるように構成したので、投受光間の位置ずれ（角度ずれ）が生じても、テレセントリック受光レンズ７に入射した平行光がスリット８に到達してこれを通過することができる範囲が広くなるとともに、安定した受光量を確保することができるようになり、一次元ＣＣＤ９に安定した受光動作を行わせることができるようになる。
【００２４】
この結果、輝度の低下をなくして一次元ＣＣＤ９に確実に受光させることができるようになるので、テレセントリック受光レンズ７の開口数Ｎ．Ａ．を小さく設定することができ、これによって検出精度の高い測定を行うことができるようになる。
【００２５】
なお、上記の構成では、投光素子ユニット４として、６個のＬＥＤ３を千鳥状に配置しているので、一次元ＣＣＤ９の幅方向つまり横方向において光の照射点が異なることになるが、この異なりは検出範囲内のずれの範囲に設定することができるので、照射点のズレによる検出精度の低下の影響が生じることがない。
【００２６】
また、上記の構成では、ボンディングパッド３ａが図３に示したように角位置に設けられたＬＥＤ３を用いているので、単に６個のＬＥＤ３を千鳥状に配置することだけでは横方向に光分布を一定にすることができないが、本実施形態のようにＬＥＤ３を４５度傾けて配置することで、一定となるようにすることができ、しかも横方向のＬＥＤ３の密度を高めることができる。これにより、光分布をできるだけ中心にあつめることが可能となり、より一層検出精度を上げることができる。その際にも縦方向の光強度は均一でなければならないので、ＬＥＤが正方形であると、光強度を均一に保つＬＥＤの配置が容易となる。
【００２７】
先にも述べたように、ＬＥＤの角部に電極が配置されているので、この電極による光の照射が生じない分、光の強度分布が均一とならないが、４５度傾けたＬＥＤを電極に対してずらして千鳥状に配置することで、光強度を均一にすることができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図５（ａ）は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、ＬＥＤ１１の配置形態である。すなわち、このＬＥＤ１１は、正方形状をなすものであるが、前述と異なりボンディングパッド１１ａが角部ではなく一辺部全体に渡って形成されたものである。
【００２９】
この場合には、図示のように、ＬＥＤ１１は、傾斜させずに千鳥状に配置する。また、千鳥状に隣接するＬＥＤ１１の間は、縦方向の配置間隔が無く、上側のＬＥＤ１１の下辺と下側のＬＥＤ１１の上辺とが一致するように配置される。これにより、各ＬＥＤ１１の発光する面部の領域は縦方向に連続的に一定の幅となるように設定することができる。したがって、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図５（ｂ）は本発明の第３の実施形態を示すもので、第２の実施形態と異なるところは、ＬＥＤ１１に代えて長方形状のＬＥＤ１２を用いたところである。これらのＬＥＤ１１も、一辺部にボンディングパッド１２ａが形成されたものである。そして、これによっても第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
（第４の実施形態）
図５（ｃ）は本発明の第４の実施形態を示すもので、第２の実施形態と異なるところは、ＬＥＤ１１に代えて正三角形状をなすＬＥＤ１３を用いたところである。各ＬＥＤ１３には一辺部にボンディングパッド１３ａが形成されている。この実施形態においては、１２個のＬＥＤ１３を縦方向に３個ずつ４列になるように千鳥状に並べている。
【００３２】
なお、ＬＥＤ１３の形状が正三角形状となることから、第２の実施形態や第３の実施形態におけるように２列にすることができず、左右に２列ずつ相補的な配置をすることで、横方向の発光面の寸法が一定となるように設定されている。    このような第４の実施形態によっても第２の実施形態と同様の作用効果を得ることが出来る。
【００３３】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形また拡張できる。
上記した第１の実施形態における構成においては、正方形状のＬＥＤ３の角部にボンディングパッド３ａが配置されたものを用いているが、ボンディングパッド３ａ部分からは光が出射されないので、投光素子ユニット４としての発光効率を高めるためにはＬＥＤ３はボンディングパッド３ａができるだけ小さいものを選ぶ方がよい。すなわち、ボンディングパッド３ａの大きさは一辺の四分の一あるいはそれ以下の寸法のものを選ぶこともできる。
【００３４】
ＬＥＤ３の個数は６個に限らず、例えば８個あるいは１０個などの個数を選ぶこともできるし、場合によっては４個とすることもできる。この必要個数は、受光器６との間の相対的な条件や検出精度などの条件などから決まるものである。
【００３５】
一次元イメージセンサは、一次元ＣＣＤ９に限らず、ＣＭＯＳセンサを用いることもできるし、他のイメージセンサを用いることもできる。
また、必ずしもＬＥＤを４５度傾ける必要もない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、拡散手段を用いずに投光手段の発光面を広げることができるので、光量の低下がなく一次元イメージセンサでの受光量が安定するようになる。このとき、一次元イメージセンサの測定方向において投光手段から照射される光の強度も均一となる。これにより、投受光間の配置に傾きが生じても受光量が安定し、これによって受光レンズのＮ．Ａ．を低くしながら、より一層平行成分のみを受光させることで、寸法測定の精度を向上させることができる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、投光素子が千鳥状に配置されることで一次元イメージセンサの幅方向で光の照射点にずれが生じるが、素子の配置間隔が一次元イメージセンサの幅以内にあるので、受光レンズのＮ．Ａ．を低くして、より一層平行成分のみを受光させるようにしても、投光素子から照射された光は確実に一次元イメージセンサで受光され、検出精度に影響を及ぼすことがない。
【００３８】
請求項３の発明によれば、各投光素子は電極が素子の外縁部に形成されているので、ボンディングワイヤーが投光光を遮ることがなく、検出精度に影響を及ぼすことがなくなる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、一次元イメージセンサの横方向における光の強度のむらを少なくすることが可能となる。
【００４０】
請求項５の発明によれば、電極を発光面の一部に設ける投光素子においても、一次元イメージセンサの横方向における光の強度のむらを少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す全体の光学的な構成図
【図２】投光素子ユニットの上面図と下面図
【図３】ＬＥＤの配置状態を示す図
【図４】投光素子ユニットの電気回路図
【図５】本発明の第２ないし第４の実施形態を示す図３（ａ）相当図
【符号の説明】
１は寸法測定装置、２は投光器、３はＬＥＤ（投光素子）、３ａはボンディングパッド、４は投光素子ユニット、５は投光レンズ、６は受光器、７はテレセントリック受光レンズ、８はスリット（光絞り部材）、９は一次元ＣＣＤ（一次元イメージセンサ）、１０はベース、１１，１２，１３はＬＥＤ（投光素子）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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