JPH08292128A

JPH08292128A - 位置・傾き測定方法、傾き測定方法、及び、ｃｃｄ素子の位置・傾き調整方法

Info

Publication number: JPH08292128A
Application number: JP7098631A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Matsubara; 和徳松原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】ＣＣＤカメラ等の精密機器に搭載した部品の位
置・傾き測定方法、傾き測定方法、及び、ＣＣＤ素子の
位置・傾きを調整する方法を提供する。【構成】まず、光学ユニット１０は４本の光線１，２，
３，４をＣＣＤ素子１５ａに入射させる。続いて、ＣＣ
Ｄ素子１５ａはその４本の光線１，２，３，４の入射位
置を検出する。最後に、その検出結果を使用して演算を
行うことにより、φ，θ，Ｘ，ψ，Ｙ方向のズレ量を検
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密機器に取り付ける
部品の位置・傾きを測定する方法、傾きを測定する方
法、及び、ＣＣＤカメラに搭載するＣＣＤ素子の位置・
傾きを測定し、その位置・傾きを調整する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光学装置等の精密機器では、その組み立
ての際に、構成部品を高精度に位置合わせして取り付け
ている。以下に、ＣＣＤカメラを例にとって上記部品の
取り付けについて説明する。

【０００３】図７は、ＣＣＤカメラ５の主要部を示す説
明図である。図７（ａ）はその斜視図であり、図７
（ｂ）は図７（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。この図に
おいて、２０はカメラキャビネットであり、１７はカメ
ラキャビネット２０のカメラマウント部である。１５は
ＣＣＤパッケージであり、内部にＣＣＤ素子１５ａを搭
載している。１８はクッション材であり、ＣＣＤパッケ
ージ１５はこのクッション材１８を介してカメラキャビ
ネット２０に取り付けられている。

【０００４】ＣＣＤカメラ５では、カメラマウント部１
７に垂直に入射してくる光１７ｐ対して、垂直にＣＣＤ
素子１５ａが配置されることが重要である。そこで、従
来、ＣＣＤパッケージ１５に位置決め穴４５を設けると
ともに、カメラキャビネット２０に位置決めピン１６を
設けており、その位置決め穴４５に位置決めピン１６を
挿入している。そして、更に、ＣＣＤパッケージ１５の
貫通穴にビス１６を通してカメラキャビネット２０にネ
ジ固定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、部品の
取り付け面の面精度の悪さやネジ締めや接着の際の歪み
等により、部品がズレた位置に取り付けられたり、傾い
て取り付けられることがある。上記のＣＣＤカメラの例
では、ＣＣＤパッケージ１５を取り付けるカメラキャビ
ネット２０の面の成型精度や、ＣＣＤ素子１５ａのＣＣ
Ｄパッケージ１５に対するＣＣＤ素子１５ａの傾きによ
り、位置ズレや傾きのズレを生じる。ＣＣＤ素子１５ａ
のこうしたズレは、ＣＣＤカメラ５での撮影画像を歪ま
せる。特に、高倍率で測定した場合にはその歪みが顕著
となる。

【０００６】この問題を解決するためには上記の位置ズ
レや傾きズレを調整する必要があるが、従来、そのズレ
量を測定することができなかったため、ズレを正確に調
整することは困難であった。

【０００７】そこで、本発明は、位置ズレ量や傾きズレ
量を測定することのできる位置・傾き測定方法、傾き測
定方法、及び、ＣＣＤ素子の位置・傾き調整方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、４本以上の光
線を測定対象物に照射し、その４本以上の光線の測定対
象物上での入射位置を計測し、その計測結果に基づいて
測定対象物の位置・傾きのズレ量を算出するものであ
る。

【０００９】また、その入射位置の計測を測定対象物の
測定対象面に平行に密着するように配置されたエリアセ
ンサーで行うものである。

【００１０】また、４本以上の光線を測定対象物に照射
し、前記４本以上の光線の前記測定対象物上での入射位
置を、前記測定対象物の測定対象面を撮影するように配
置されたエリアセンサーで計測し、該計測結果に基づい
て前記測定対象物の傾きのズレ量を算出するものであ
る。

【００１１】また、ＣＣＤカメラに搭載するＣＣＤ素子
の位置・傾きを調整する方法であって、ＣＣＤカメラ
に、４本以上の光線を出射する光学ユニットを密着さ
せ、その光学ユニットから４本以上の光線をＣＣＤ素子
に照射し、ＣＣＤ素子により４本以上の光線の入射位置
を計測し、その計測結果に基づいてＣＣＤ素子の位置・
傾きのズレ量を算出し、その算出したズレ量だけ、ＣＣ
Ｄ素子を移動させるものである。

【００１２】

【作用】請求項１乃至請求項２に記載の位置・傾き測定
方法では、測定対象物上での４本以上の光線の入射位置
を検出し、その検出結果を用いて測定対象物の位置・傾
きのズレ量を算出する。従って、その算出結果に基づい
て測定対象物を移動させることにより、位置・傾きズレ
の調整が可能となる。また、ズレ量の大小により、測定
対象物が不良品であるか否かを判別することが可能とな
る。

【００１３】請求項３に記載の傾き測定方法では、測定
対象物表面を撮影するエリアセンサーにより、４本以上
の光線の入射位置を検出し、その検出結果を用いて測定
対象物の傾きのズレ量を算出する。従って、その算出結
果に基づいて測定対象物を移動させることにより、傾き
ズレの調整が可能となる。また、ズレ量の大小により、
測定対象物が不良品であるか否かを判別することが可能
となる。

【００１４】請求項５に記載のＣＣＤ素子の調整方法に
よれば、ＣＣＤ素子の配置を精密に行うことができるた
め、高倍率での撮影の際にも歪みのない画像を得ること
ができる。

【００１５】

【実施例】

（第１の実施例）本例では、ＣＣＤカメラに搭載するＣ
ＣＤ素子の位置・傾きを測定する方法と、その位置
・傾きのズレを調整する方法について説明する。

【００１６】位置・傾きの測定方法図７はＣＣＤカメラ５の主要部を示す斜視図である。こ
の構成については従来例で説明したため、ここでは説明
を省略する。

【００１７】図２は測定に用いる光学ユニット１０の構
成を示す斜視図である。光学ユニット１０はレーザー素
子１１，ビームスプリッタ１２，反射ミラー１３を具備
している。レーザ素子１１から出射した光はビームスプ
リッタ１２に入射し、その偏光分離面１２ａ，１２ｂで
４本の光束に分けられる。反射ミラー１３は互いに９０
°に配置された４枚のミラーからなっており、上記の４
本の光束を反射して４本の平行光（光線）１，２，３，
４に変換する。

【００１８】図１は、本例の位置・傾き測定方法の原理
を示す説明図である。この図では、簡単のため、ＣＣＤ
カメラ５のＣＣＤ素子１５ａ以外の部分を省略してい
る。

【００１９】以下、図１，２，７に基づいて測定方法を
説明する。

【００２０】最初に、検査対象となるＣＣＤカメラ５の
測定に先立って、基準データを取るために、理想的なＣ
ＣＤカメラ５’（以降、理想的なＣＣＤカメラ５’の構
成部品にはすべてダッシュ”’”を付して記す）の測定
を行う。

【００２１】それには、まず、光学ユニット１０をカメ
ラキャビネット２０’に密着させる。図３（ａ）は、光
学ユニット１０をカメラキャビネット２０’のカメラマ
ウント部１７’に取り付けた状態を示す斜視図であり，
図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。図１（ｇ）は
このときの光学ユニット１０とＣＣＤ素子１５’ａの位
置関係を示す斜視図である。

【００２２】次に、光学ユニット１０のレーザー素子１
１を動作させ、４本の平行光１，２，３，４をＣＣＤカ
メラ５’に出射させる。図１（ａ）の（イ）は、このと
きの光学ユニット１０とＣＣＤ素子１５’ａの配置を示
す上面図であり、（ロ）はＣＣＤ素子１５’ａの撮像画
面１５’ｓを示す正面図である。（ロ）の正面図中の楕
円状のスポットは上記４本の平行光の入射位置を示して
いる。

【００２３】次に、ＣＣＤ素子１５’ａで各スポットの
中心座標｛（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ
３）（Ｘ４，Ｙ４）｝を検出し、基準データとする。

【００２４】続いて、測定対象物であるＣＣＤカメラ５
の測定を行う。

【００２５】まず、図３のように光学ユニット１０をＣ
ＣＤカメラ５のカメラマウント部１７に密着させる。通
常ＣＣＤカメラのカメラマウント部は面精度が高いの
で、光学ユニット１０のＣＣＤカメラ５への密着は高精
度に行うことができる。従って、ＣＣＤカメラ５と光学
ユニット１０との位置関係は、先に測定したＣＣＤカメ
ラ５’と光学ユニット１０との位置関係とほぼ同一とな
る。

【００２６】次に、光学ユニット１０のレーザー素子１
１を動作させ、４本の平行光１，２，３，４をＣＣＤカ
メラ５に出射させる。その４本の平行光１，２，３，４
はＣＣＤカメラ５の撮像画面１５ｓに入射する。図１
（ｂ）〜（ｆ）はそれぞれ図１（ｇ）におけるφ，θ，
Ｘ，ψ，Ｙ方向に、ＣＣＤ素子１５ａがズレている状態
を示す図であり、それぞれ（イ）は光学ユニット１０と
ＣＣＤ素子１５ａの配置を示す上面図であり、（ロ）は
ＣＣＤ素子１５ａの撮像画面１５ｓを示す正面図であ
る。

【００２７】次に、ＣＣＤ素子１５ａで上記の４本の平
行光の入射位置の中心座標｛（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ
２）（ｘ３，ｙ３）（ｘ４，ｙ４）｝を検出する。

【００２８】続いて、その座標を用いて演算を行うこと
により、ＣＣＤ素子１５ａの位置ズレ量及び傾きズレ量
を算出する。以下にその演算式を記す。

【００２９】

【数１】

【００３０】以上によりＣＣＤカメラ５に搭載するＣＣ
Ｄ素子１５ａの位置・傾きのズレが検出でき、ＣＣＤカ
メラの組み立て工程において、ＣＣＤ素子の位置・傾き
の確認を行うことができる。また、不良品の抽出を容易
に行うことができる。

【００３１】本例では、基準データを取るために理想的
なＣＣＤカメラ５’の測定を行っているが、理想的なも
のの代わりに位置・傾きの判明しているものを使用して
もよい。但し、この場合には上記演算式に補正を加えな
ければならない。また、基準データが分かっている場合
には、位置・傾きの測定に先立って基準データを取る必
要はない。

【００３２】尚、本例では、ＣＣＤカメラ５におけるＣ
ＣＤ素子１５ａの位置・傾きの測定方法について説明し
たが、本例の位置・傾きの測定方法を応用することによ
り、ＣＣＤ素子以外の測定対象ワークの位置・傾きの測
定も可能となる。例えば、測定対象ワークの測定対象面
に平行に密着させてＣＣＤ素子等のエリアセンサーを配
置し、そのエリアセンサーの位置・傾きのズレ量を上記
の方法で測定することにより、測定対象ワークの位置・
傾きのズレの測定が可能となる。

【００３３】位置・傾きの調整方法ＣＣＤ素子の位置・傾きの調整は上記の位置・傾きの測
定結果を利用して行う。但し、図７のように、ネジ１６
により、ＣＣＤパッケージ１５を固定した状態では調整
できない。そこで、ここでは圧電素子でＣＣＤパッケー
ジ１５を固定した状態で上記の測定を行い、その結果に
基づいてＣＣＤパッケージ１５を移動させ、内部のＣＣ
Ｄ素子１５ａの位置・傾きのズレを調整する方法につい
て説明する。

【００３４】図４は、その調整方法を説明する斜視図で
ある。図中２１〜３２は圧電素子である。それらは、先
端に球面状の物体を接合しており、ＣＣＤパッケージ１
５と点接触するようになっている、また、ＣＣＤパッケ
ージ１５をカメラキャビネット２０に適当に固定してい
る。

【００３５】調整に先立って、まず、ＣＣＤパッケージ
１５内部のＣＣＤ素子１５ａの位置・傾きのズレ量を、
上記した測定方法により測定する。

【００３６】続いて、圧電素子２１〜３２を動作させ
て、上記測定で求めた位置・傾きのズレ量分だけＣＣＤ
パッケージ１５を動かす。

【００３７】最後に、その状態で、ＣＣＤパッケージ１
５を接着剤等によりカメラキャビネット２０に固定して
調整を終了する。

【００３８】以上のようにＣＣＤ素子１５ａの位置・傾
きの調整を行うことにより、ＣＣＤ素子１５ａの歪みが
無くなり、カメラ５での撮影画像は高倍率で撮影した場
合においても歪みのないものになる。

【００３９】この例では、ズレの調整後に接着剤等によ
りＣＣＤパッケージ１５をカメラキャビネット２０に固
定したが、必ずしも接着剤等による固定を行う必要はな
い。例えば、ＣＣＤカメラ５に上記の圧電素子２１〜３
２を具備しておき、ＣＣＤカメラ５を使用する度に圧電
素子２１〜３２を動作させてＣＣＤ素子１５ａを調整す
るようにしてもよい。この場合には、記憶手段等に位置
・傾きのズレ量を記憶させておく必要がある。

【００４０】また、本例では圧電素子２１〜３２で位置
・傾きのズレの調整を行ったが、どのような方法で調整
してもよいことはいうまでもない。

【００４１】また、本例では４本の光線をＣＣＤ素子１
５ａに入射させるために光学ユニット１０を使用してい
るが、４本以上の光線をＣＣＤ素子１５ａに入射させる
ことのできるものであればどのようなものを使用しても
よい。

【００４２】（第２の実施例）本例では基板上に取り付
けられたワークの傾き測定方法について説明する。

【００４３】図５はその測定系を示す斜視図である。４
０は測定対象ワークであり、基板４１上に取り付けられ
ている。１０は図２に示した光学ユニットであり、５０
はエリアセンサーである。

【００４４】光学ユニット１０は、測定対象ワーク４０
が傾きのない理想的なワーク４０’である場合に、その
ワーク４０’の鉛直方向に対してθの角度から４本の光
線１，２，３，４を照射できるように配置されている。
エリアセンサー５０は、上記ワーク４０’の鉛直方向に
対してθの角度から測定対象ワーク４０の測定対象面４
０ｓの撮影を行うように配置されている。

【００４５】測定は第１の実施例とほぼ同様に行うた
め、要部のみ説明する。

【００４６】まず、測定対象ワーク４０の測定に先立っ
て、上記の理想的なワーク４０’（基板４１’に取り付
けられている）の測定を行う。つまり、エリアセンサー
５０により、ワーク４０’上での光入射位置の中心座標
を検出する。検出座標を｛（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ
２）（Ｘ３，Ｙ３）（Ｘ４，Ｙ４）｝とする。図６
（ａ）の（イ），（イ’）は図５のＡ方向，Ｂ方向から
測定系を見た図であり、（ロ）はエリアセンサー５０の
撮影画像を示す図である。但し、この図では基板４１’
を省略している。

【００４７】次に、測定対象ワーク４０の測定を行う。
つまり、エリアセンサー５０により測定対象面４０ｓ上
での光入射位置の中心座標を検出する。この検出座標を
｛（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）（ｘ３，ｙ３）（ｘ
４，ｙ４）｝とおく。この測定の際、エリアセンサー５
０と基板４１の位置関係を、先の測定の際のエリアセン
サー５０と基板４１’の位置関係と同一にしておく。

【００４８】図６（ｂ），（ｃ）は、測定対象ワーク４
１が図５におけるφ方向に傾いている様子を示してお
り、それぞれ（イ）は測定系を示す上面図であり、
（ロ）はエリアセンサー５０の撮影画像を示す正面図で
ある。また、図６（ｄ），（ｅ）は測定対象ワーク４１
が図５におけるψ方向に傾いている様子を示しており、
それぞれ、（イ）は測定系を示す上面図であり、（ロ）
はエリアセンサー５０の撮影画像を示す正面図である。

【００４９】最後に、上記の検出結果に基づいて、下記
の演算をおこなうことにより、図５におけるφ方向，ψ
方向の傾き量を算出することができる。

【００５０】

【数２】

【００５１】以上のようにワークの傾き量を算出するこ
とにより、その傾きの正確な調整や不良品抽出の簡素化
を実現できる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、請求項１、請求項２に記
載の位置・傾き測定方法、及び、請求項３に記載の傾き
測定方法によれば、精密機器の部品等の位置や傾きのズ
レ量を検出することができるため、そのズレの正確な調
整や、製造ラインにおけるズレの確認及び不良品の抽出
を実現することができる。

【００５３】また、ＣＣＤカメラに搭載するＣＣＤ素子
の位置・傾きが調整可能となるため、高倍率で撮影した
場合でも、歪みのない画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の位置・傾き測定方法を説明する
図である。

【図２】光学ユニットの構成を示す斜視図である。

【図３】第１の実施例の測定系を示す斜視図である。

【図４】位置・傾きの調整方法の位置例を説明する斜視
図である。

【図５】第２の実施例の測定系を示す斜視図である。

【図６】第２の実施例の位置・傾き測定方法を説明する
図である。

【図７】ＣＣＤカメラの主要部の構成を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３，４光線１０光学ユニット１５ＣＣＤパッケージ１５ａＣＣＤ素子１５ｓ撮像画面４０測定対象ワーク５０エリアセンサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４本以上の光線を測定対象物に照射し、前
記４本以上の光線の前記測定対象物上での入射位置を計
測し、該計測結果に基づいて前記測定対象物の位置・傾
きのズレ量を算出することを特徴とする位置・傾き測定
方法。
【請求項２】前記入射位置の計測を、前記測定対象物の
測定対象面に平行に密着するように配置したエリアセン
サーで行うことを特徴とする請求項１に記載の位置・傾
き測定方法。
【請求項３】４本以上の光線を測定対象物に照射し、前
記４本以上の光線の前記測定対象物上での入射位置を、
前記測定対象物の測定対象面を撮影するように配置され
たエリアセンサーで計測し、該計測結果に基づいて前記
測定対象物の傾きのズレ量を算出することを特徴とする
傾き測定方法。
【請求項４】ＣＣＤカメラに搭載するＣＣＤ素子の位置
・傾きのズレを調整する方法であって、前記ＣＣＤカメラに、４本以上の光線を出射する光学ユ
ニットを密着させ、該光学ユニットから前記４本以上の光線を前記ＣＣＤ素
子に照射し、前記ＣＣＤ素子により前記４本以上の光線の入射位置を
計測し、該計測結果に基づいて前記ＣＣＤ素子の位置・傾きのズ
レ量を算出し、該算出したズレ量だけ、前記ＣＣＤ素子を移動させるこ
とを特徴とするＣＣＤ素子の位置・傾き調整方法。