DE102011088693A1

DE102011088693A1 - Optisches Abstandsmessgerät

Info

Publication number: DE102011088693A1
Application number: DE102011088693A
Authority: DE
Inventors: Jun Usami
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN102564316B; US8675209B2; JP5637836B2; US20120154807A1; CN102564316A; JP2012127887A

Abstract

Es wird ein optisches Abstandsmessgerät bereitgestellt, das im Stande ist, einen Abstand zu einem Objekt genau zu detektieren. Ein Lichtprojektionsteil bestrahlt ein Arbeitsstück selektiv mit erstem und zweitem Licht, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden. Von dem Arbeitsstück reflektiertes Licht trifft durch eine Lichtempfangslinse auf ein Lichtempfangselement auf. Ein Wellenformerzeugungsteil erzeugt erste und zweite Wellenformdaten, welche Lichtempfangsbetragsverteilungen des ersten und zweiten Lichts, das von dem Lichtempfangselement erhalten wird, zeigen. Ein Wellenformverarbeitungsteil berechnet ein Verhältnis zwischen jeweils entsprechenden Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten und wählt einen Peak aus sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten basierend auf den berechneten Verhältnissen aus, um eine Position des Peaks zu detektieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abstandsmessgerät zum Detektieren eines Abstands bzw. einer Versetzung eines Objekts, mittels eines Triangulationssystems.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einem optischen Abstandsmessgerät des Triangulationssystems wird eine Oberfläche eines Objekts (im Folgenden als „Arbeitsstück” bezeichnet) mit Licht bestrahlt, und das reflektierte Licht wird mittels eines Lichtempfangselements empfangen, das eindimensional oder zweidimensional angeordnete Pixel aufweist. Eine Höhe der Oberfläche des Arbeitsstücks kann basierend auf einer Peak-Position einer Lichtempfangsbetragsverteilung, die von dem Lichtempfangselement erhalten wird, gemessen werden. Es ist dadurch möglich, eine Versetzung bzw. eine Entfernung bzw. einen Abstand des Arbeitsstücks zu detektieren (beispielsweise japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2008-95117 ).
In einem optischen Abstandsmessgerät des optischen Schneidsystems wird das Arbeitsstück mit bandförmigen Licht, das einen linearen Querschnitt aufweist, bestrahlt, und das reflektierte Licht wird von einem zweidimensionalen Lichtempfangselement empfangen. Eine Lichtempfangsbetragsverteilung, die von dem Lichtempfangselement empfangen wird, wird von einem Verstärker verstärkt und anschließend in Daten digitaler Wellenform umgewandelt. Basierend auf einer Peak-Position dieser Wellenformdaten wird eine Querschnittsform des Arbeitsstücks detektiert.
Allerdings kann in dem obigen optischen Abstandsmessgerät Licht, mit dem das Arbeitsstück bestrahlt wurde, mehr als einmal auf der Oberfläche des Arbeitsstücks reflektiert werden. Das Licht, das mehr als einmal reflektiert wird, trifft auf das Lichtempfangselement auf, wodurch eine Erscheinung von mehreren Peaks in den Wellenformdaten bewirkt wird. Dadurch wird die Ermittlung einer genauen Querschnittsform des Arbeitsstücks verhindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Abstandsmessgerät bereitzustellen, das im Stande ist, einen Abstand bzw. Versetzung eines Objekts genau zu detektieren.

(1) Ein optisches Abstandsmessgerät der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Abstandsmessgerät, das eine Peak-Position des von einem Objekt reflektierten Lichts detektiert, um eine Versetzung bzw. einen Abstand des Objekts mittels eines Triangulationssystems zu detektieren, wobei das Messgerät enthält: einen Lichtprojektionsteil, der das Objekt mit Licht bestrahlt; einen Lichtempfangsteil, der erstes Licht, das eine erste lineare Polarisationskomponente enthält, und zweites Licht, das eine zweite lineare Polarisationskomponente enthält, die sich von der ersten linearen Polarisationskomponente unterscheidet, auf eine unterscheidbare Weise empfängt; einen Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsbereich, der eine Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts, das von dem Lichtempfangsteil als eine erste Lichtempfangsbetragsverteilung erhalten wird, und eine Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts, das von dem Lichtempfangsbetragsteil als eine zweite Lichtempfangsbetragsverteilung erhalten wird, ermittelt; einen Peak-Positions-Detektionsteil, der basierend auf den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen, die von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil ermittelt wurden, Unterscheidungsinformationen zur Unterscheidung zwischen einer Position eines falschen Peaks bedingt durch Licht, das von der Oberfläche des Objekts mehr als einmal reflektiert wurde, und einer Position eines wahren Peaks bedingt durch Licht, das von dieser einmal reflektiert wurde, berechnet, um die wahre Peak-Position basierend auf den berechneten Unterscheidungsinformationen zu spezifizieren, und einen Messungsverarbeitungsteil, der einen Abstand bzw. eine Versetzung des Objekts entsprechend der wahren Peak-Position, die von dem Peak-Positions-Detektionsteil spezifiziert wird, berechnet.

In diesem optischen Abstandsmessgerät wird das Objekt mittels des Lichtprojektionsteils mit Licht bestrahlt und das reflektierte Licht wird von dem Lichtempfangsteil als erstes Licht, das aus der ersten linearen Polarisationskomponente aufgebaut ist, und als zweites Licht, das aus der zweiten Linearen Polarisationskomponente aufgebaut ist, auf eine unterscheidbare Weise empfangen. Die Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts, das von dem Lichtempfangsteil erhalten wird, wird von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil als erste Lichtempfangsbetragsverteilung ermittelt und die Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts, das von dem Lichtempfangsteil erhalten wird, wird von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil als die zweite Lichtempfangsbetragsverteilung ermittelt.
Zur Zeit des Empfangens des reflektierten Lichts von dem Objekt gibt es einen Fall, in dem Licht, das von dem Objekt einmal reflektiert wird, von dem Lichtempfangsteil als erstes und zweites Licht empfangen wird, während Licht, das mehr als einmal von dem Objekt reflektiert wird, von dem Lichtempfangsteil als erstes und zweites Licht empfangen wird. In diesem Fall erscheinen ein wahrer Peak bedingt durch das des einmal reflektierte Licht und ein falscher Peak bedingt durch das mehrmals reflektierte Licht in den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen.
Eine Reflexion bzw. ein Reflexionsvermögen der ersten linearen Polarisationskomponente und eine Reflexion bzw. ein Reflexionsvermögen der zweiten linearen Polarisationskomponente unterscheiden sich. Wenn die ersten und zweiten linearen Polarisationskomponenten des Lichts, mit dem das Objekt bestrahlt wurde, die gleiche Intensität aufweisen, weisen die ersten und zweiten linearen Polarisationskomponenten des reflektierten Lichts unterschiedliche Intensitäten auf. Aus diesem Grund weisen das erste und zweite Licht, die empfangen werden, unterschiedliche Intensitäten auf.
Ferner sind die Intensitäten der ersten und zweiten linearen Polarisationskomponenten des mehr als einmal reflektierten Lichts Werte, die durch Multiplizieren der Intensitäten der ersten und zweiten linearen Polarisationskomponenten des Lichts, mit dem das Objekt bestrahlt wurde, mit den Reflexionsvermögen mehr als einmal erhalten werden. Dadurch unterscheidet sich das Verhältnis zwischen den Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des mehr als einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird, von dem Verhältnis zwischen den Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird.
Unterscheidungsinformationen zum Unterscheiden einer Position eines falschen Peaks bedingt durch das mehr als einmal reflektierte Licht und einer Position eines wahren Peaks bedingt durch das einmal reflektierte Licht werden von dem Peak-Positions-Detektionsteil basierend auf den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen berechnet. Die Position des wahren Peaks kann basierend auf den Berechnungsunterscheidungsinformationen spezifiziert werden. Eine Versetzung des Objekts, die der speziellen Position des wahren Peaks entspricht, wird von dem Messbearbeitungsteil berechnet. Dadurch kann eine fehlerhafte Berechnung eines Werts, welcher der Position des falschen Peaks entspricht, als eine Versetzung bzw. ein Abstand des Objekts vermieden werden, wodurch ein Wert erhalten wird, welcher der Position des wahren Peaks als genaue Versetzung bzw. als genauer Abstand des Objekts entspricht.

(2) Der Peak-Positions-Detektionsteil kann eine Peak-Position in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung, die von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil ermittelt wird, als erste Peak-Position detektieren und kann eine Peak-Position in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung als eine zweite Peak-Position detektieren, um als Unterscheidungsinformationen einen relativen Wert zwischen den Lichtempfangsbeträgen der jeweils entsprechenden ersten und zweiten Peak-Positionen zu berechnen.

Wie es oben beschrieben ist, unterscheidet sich das Verhältnis zwischen den Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des mehr als einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird, von dem Verhältnis zwischen den Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird. Aus diesem Grund unterscheidet sich das Verhältnis zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einem Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, bedingt durch das mehr als einmal reflektierte Licht, von dem Verhältnis zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einem Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, beding durch das einmal reflektierte Licht.
Es ist dadurch möglich, die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht basierend auf dem relativen Wert zwischen dem Lichtempfangsbetrag der Peak-Position in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung und dem Lichtempfangsbetrag der Peak-Position in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung zu spezifizieren. Folglich ist es möglich, eine genaue Versetzung bzw. einen genauen Abstand des Objekts zu erhalten.

(3) Der Peak-Positions-Detektionsteil kann als Unterscheidungsinformation eine relative Relation zwischen den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen berechnen, die von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittelungsteil ermittelt werden.

In diesem Fall kann basierend auf der relativen Relation zwischen den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht spezifiziert werden. Es ist dadurch möglich, eine genaue Versetzung bzw. einen genauen Abstand des Objekts zu erhalten.

(4) Der Lichtprojektionsteil kann so aufgebaut sein, dass das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht selektiv bestrahlt wird.

In diesem Fall wird das erste Licht von dem Lichtempfangsteil, durch Bestrahlung des Objekts mit dem ersten Licht von dem Lichtprojektionsteil, empfangen und das zweite Licht wird von dem Lichtempfangsteil, durch Bestrahlung des Objekts mit dem zweiten Licht von dem Lichtprojektionsteil, empfangen. In diesem Fall ist es möglich zu veranlassen, dass der Lichtempfangsteil das erste und zweite Licht mittels eines einfachen Aufbaus unter einer einfachen Steuerung selektiv empfängt.

(5) Das Lichtprojektionsteil kann enthalten: ein erstes und ein zweites Lichtprojektionselement, die Licht erzeugen; ein erstes optisches System, das als erstes Licht solches Licht zum Objekt führt, das von dem ersten Lichtprojektionselement erzeugt wird; und ein zweites optisches System, das als zweites Licht solches Licht zum Objekt führt, das von dem zweiten Lichtprojektionselement erzeugt wird.

In diesem Fall ist es durch Veranlassen, dass das erste und zweite Lichtprojektionselement selektiv Licht erzeugen, möglich, das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht von dem Lichtprojektionsteil mit einem einfachen Aufbau unter einer einfachen Steuerung selektiv zu bestrahlen.

(6) Der Lichtprojektionsteil kann enthalten: ein gemeinsames Lichtprojektionselement, das Licht erzeugt, und einen Polarisationskomponenten-Steuerungsteil, der eine Polarisationskomponente von Licht, das von dem gemeinsamen Lichtprojektionsteil erzeugt wird, steuert, um das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht zu bestrahlen.

In diesem Fall ist es möglich, das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht von dem Lichtprojektionsteil mit einem einfachen Aufbau unter einer einfachen Steuerung selektiv zu bestrahlen.

(7) Der Lichtprojektionsteil kann so aufgebaut sein, dass das Objekt mit gemeinsamen Licht, das die ersten und zweiten linearen Polarisationskomponenten enthält, zu bestrahlen, und der Lichtempfangsteil kann ferner enthalten: ein Lichtempfangselement; und einen Lichtempfangsselektionsteil, der als erstes und zweites Licht das gemeinsame Licht, das von dem Objekt reflektiert wird, selektiv zu dem Lichtempfangselement führt.

In diesem Fall ist es möglich, den Lichtempfangsteil zu veranlassen, das erste und zweite Licht selektiv zu empfangen, während ein Aufbau des Lichtprojektionsteils vereinfacht wird.

(8) Die Unterscheidungsinformation kann ein Verhältnis zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einen Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, enthalten. In diesem Fall ist es möglich, die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht basierend auf der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung genau zu spezifizieren.
(9) Die Unterscheidungsinformation kann eine Differenz zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einem Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, enthalten. In diesem Fall ist es möglich, die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht basierend auf der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung genau zu spezifizieren.
(10) Die Unterscheidungsinformation kann einen Wert enthalten, der durch Berechnung unter Verwendung der Werte der Peaks, die in der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheinen, und eines im Voraus eingestellten Koeffizienten erhalten wird. In diesem Fall ist es möglich, die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht basierend auf der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung genau zu spezifizieren.
(11) Eine Polarisationsrichtung des ersten Lichts und eine Polarisationsrichtung des zweiten Lichts können sich um 90 Grad voneinander unterscheiden.

In diesem Fall ist es möglich, die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen des ersten Lichts und dem Reflexionsvermögen des zweiten Lichts groß zu machen. Es ist dadurch möglich, die Differenz zwischen dem Verhältnis der Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des mehr als einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird, und dem Verhältnis zwischen den Intensitäten des ersten und zweiten Lichts in dem Fall des einmal reflektierten Lichts, das als erstes und zweites Licht empfangen wird, groß zu machen. Folglich ist es möglich, die wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht basierend auf der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung genau auszuwählen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine wahre Peak-Position bedingt durch das einmal reflektierte Licht genau auszuwählen. Das kann eine genaue Detektion einer Versetzung bzw. eines Abstands eines Objekts zur Folge haben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines optischen Abstandsmessgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine externe perspektivische Ansicht eines Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils und eines Arbeitsstücks;
3 ist eine Ansicht, die eine Relation zwischen einer Lichtbestrahlungsposition auf der Oberfläche des Arbeitsstücks und einer Lichteinfallposition auf einem Lichtempfangselement zeigt;
4 ist eine Ansicht, die eine Relation zwischen einer Lichtbestrahlungsposition auf der Oberfläche des Arbeitsstücks und einer Lichteinfallsposition auf dem Lichtempfangselement zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine Lichtempfangsbetragsverteilung auf einer Lichtempfangsoberfläche des Lichtempfangselements zeigt;
6 ist ein Diagramm, das Wellenformdaten zeigt, welche die Lichtempfangsbetragsverteilung der 5 zeigen;
7A und 7B sind Diagramme, welche Profildaten zeigen;
8A und 8B sind Diagramme zum Erläutern der Reflexion auf der Oberfläche des Arbeitsstücks;
9 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel der Lichtempfangsbetragsverteilung in dem Lichtempfangselement zeigt;
10 ist ein Diagramm, das Wellenformdaten zeigt, welche die Lichtempfangsbetragsverteilung der 9 zeigen;
11 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils zeigt;
12 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, welche den Aufbau des Lichtprojektionsteils zeigt;
13 ist eine Ansicht, welche Wege des Lichts zeigt, das von den Lichtprojektionselementen emittiert wird;
14A und 14B sind Diagramme, welche Wellenformdaten in dem Fall der Bestrahlung mit erstem und zweitem Licht zeigen;
15 ist ein Flussdiagramm einer Peak-Positions-Detektionsverarbeitung mittels eines Wellenformverarbeitungsteils;
16 ist eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Lichtprojektionsteils zeigt;
17 ist eine Ansicht, die noch ein weiteres Beispiel des Lichtprojektionsteils zeigte;
18 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Lichtprojektionsteil, dem Lichtempfangselement und einer Lichtempfangslinse zeigt;
19 ist ein Diagramm zum Erläutern von Breiten wahrer Peaks und falscher Peaks;
20 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels der Peak-Positions-Detektionsverarbeitung mittels des Wellenformverarbeitungsteils;
21 ist ein Flussdiagramm der Peak-Positions-Detektionsverarbeitung in dem Fall der Spezifikation des wahren Peaks basierend auf der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements;
22 ist eine Ansicht, welche Konfigurationen eines Lichtprojektionsteils und eines Lichtempfangsteils eines optischen Abstandsmessgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt; und
23 ist eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Lichtprojektionsteils und des Lichtempfangsteils zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird als optisches Abstandsmessgerät gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein optisches Abstandsmessgerät des optischen Schneidsystems (optical cutting system optical displacement meter) mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(1-1) Aufbau des optischen Abstandsmessgeräts
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines optischen Abstandsmessgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein optisches Abstandsmessgerät 100 mit einem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und einem Steuerteil 100b vorgesehen. Der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a enthält einen Lichtprojektionsteil 1 und einen Lichtempfangsteil 2. Der Steuerteil 100b enthält einen Lichtprojektionssteuerteil 3, einen Lichtempfangssteuerteil 4, einen Wellenformverarbeitungsteil 7, einen Profilerzeugungsteil 8, einen Messungsverarbeitungsteil 9 und einen Schnittstellenteil 10.
Der Lichtprojektionsteil 1 ist so aufgebaut, dass dieser ein Objekt (im Folgenden als Arbeitsstück bezeichnet) W mit zwei Arten von bandförmigem Licht bestrahlen kann, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden. Details des Lichtprojektionsteils 1 werden später beschrieben.
Der Lichtempfangsteil 2 enthält ein Lichtempfangselement 21 und eine Lichtempfangslinse 22. Reflektiertes Licht von dem Arbeitsstück W fällt auf das Lichtempfangselement 21 durch die Lichtempfangslinse 22. Das Lichtempfangselement 21 enthält beispielsweise einen CMOS-(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Sensor und weist eine Mehrzahl von zweidimensional angeordneten Pixeln auf. Eine Lichtempfangsverteilung des Lichtempfangselements 21 wird als ein analoges Lichtempfangssignal ausgegeben. Der Lichtprojektionssteuerteil 3 steuert den zeitlichen Ablauf der Lichtbestrahlung, die Lichtintensität und dergleichen, des Lichtprojektionsteils 1, und der Lichtempfangssteuerteil 4 steuert den zeitlichen Ablauf des Lichtempfangs und dergleichen des Lichtempfangselements 21.
Der Wellenformverarbeitungsteil 7 enthält einen Verstärker und einen Analog-/Digitalwandler. Ein Lichtempfangssignal, das von dem Lichtempfangselement 21 ausgegeben wird, wird von dem Verstärker verstärkt und anschließend von dem Analog-/Digitalwandler analog/digital umgewandelt. Die digitalen Wellenformdaten werden somit erhalten. Der Wellenformverarbeitungsteil 7 detektiert eine Peak-Position von den erhaltenen Wellenformdaten.
Der Profilerzeugungsteil 8 erzeugt Profildaten, welche eine Querschnittsgestalt des Arbeitstücks W repräsentieren, basierend auf der Peak-Position, die von dem Wellenformverarbeitungsteil 7 detektiert wird. Der Messungsverarbeitungsteil 9 führt eine Korrekturverarbeitung und eine Messungsverarbeitung bezüglich der Profildaten aus, die von dem Profilerzeugungsteil 8 erzeugt werden. Hierin ist die Messungsverarbeitung eine Verarbeitung zum Berechnen einer Größe (Versetzung bzw. Abstand) eines beliebigen Abschnitts der Oberfläche des Arbeitsstücks W basierend auf Profildaten.
Die Wellenformdaten, die von dem Wellenformverarbeitungsteil 7 erhalten werden, werden über den Schnittstellenteil 10 ausgegeben. Ferner kann der Benutzer verschiedene Einstellungen und Eingaben über den Schnittstellenteil 10 ausführen.
(1-2) Zusammenfassung des Betriebs
Es wird eine Zusammenfassung des Betriebs bzw. Arbeitsablaufs des optischen Abstandsmessgeräts 100 gegeben. 2 ist eine perspektivische Außenansicht des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a und des Arbeitsstücks W. Die 3 und 4 sind Ansichten, die jeweils die Relation zwischen einer Lichtbestrahlungsposition auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W und einer Lichteinfallsposition auf dem Lichtempfangselement 21 zeigen. In den 2 bis 4 sind zwei Richtungen, die senkrecht aufeinander stehen, innerhalb einer horizontalen Ebene als Richtung X und Richtung Y bezeichnet und mit Pfeilen X, Y gekennzeichnet, und eine vertikale Richtung ist als Richtung Z definiert und mit einem Pfeil Z bezeichnet. In den 3 und 4 sind zwei Richtungen, die auf einer Lichtempfangsoberfläche des Lichtempfangselements 21 senkrecht aufeinander stehen als Richtung A1 und Richtung A2 bezeichnet und mit Pfeilen A1, A2 gekennzeichnet. Hierin ist die Lichtempfangsoberfläche eine Oberfläche, die mittels einer Mehrzahl von Pixeln des Lichtempfangselements 21 ausgebildet ist.
In dem Beispiel der 2 ist eine Nut M1, die sich in der Richtung Y erstreckt und einen V-förmigen Querschnitt aufweist, auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W ausgebildet. Der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a bestrahlt die Oberfläche des Arbeitsstücks W mit bandförmigem Licht entlang der Richtung X. Im Folgenden wird ein linearer Bereich auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W, das mit dem bandförmigen Licht bestrahlt wird, als ein bestrahlter Bereich T1 bezeichnet.
Wie es in 3 gezeigt ist, fällt das Licht, das von dem bestrahlten Bereich T1 reflektiert wird, über die Lichtempfangslinse 22 auf das Lichtempfangselement 21 ein. In diesem Fall, wenn eine Lichtreflexionsposition in dem bestrahlten Bereich T1 in der Richtung Z variiert, variiert eine Einfallsposition des reflektierten Lichts auf dem Lichtempfangselement 21 in der Richtung A2. Ferner, wie es in 4 gezeigt ist, wenn eine Lichtreflexionsposition in dem bestrahlten Bereich T1 in der Richtung X variiert, variiert eine Einfallsposition des reflektierten Lichts auf dem Lichtempfangselement 21 in der Richtung A1.
Die Lichteinfallsposition in der Richtung A2 des Lichtempfangselements 21 repräsentiert die Position (Höhe) in der Richtung Z des bestrahlten Bereichs T1, und die Lichteinfallsposition in der Richtung A1 des Lichtempfangselements 21 repräsentiert die Position der Richtung X des bestrahlten Bereichs T1.
5 ist eine Ansicht, welche eine Lichtempfangsbetragsverteilung auf der Lichtempfangsoberfläche des Lichtempfangselements 21 zeigt. Eine Mehrzahl von Pixeln des Lichtempfangselements 21 sind so zweidimensional angeordnet, dass sich diese entlang der Richtung A1 und der Richtung A2 befinden. Das Licht, das in dem bestrahlten Bereich T1 der 2 reflektiert wird, fällt auf einen linearen Lichtempfangsbereich R1 der 5. Dadurch wird der Lichtempfangsbetrag des Lichtempfangsbereichs R1 vergrößert.
Die Lichtempfangsbetragsverteilung der 5 wird als ein analoges Lichtempfangssignal bezüglich jeder Reihe von Pixeln (im Folgenden als Pixelreihe bezeichnet) entlang der Richtung A2 ausgegebenen. Basierend auf dem ausgegebenen Lichtempfangssignal werden Wellenformdaten bezüglich jeder Pixelreihe durch den Wellenformverarbeitungsteil 7 erzeugt. 6 ist ein Diagramm, das Wellenformdaten einer Pixelreihe SS der 5 zeigt. In 6 zeigt eine horizontale Achse die Richtung A2 und eine vertikale Achse zeigt den Lichtempfangsbetrag.
Wie es in 6 gezeigt ist, erscheint ein Peak P1, der einem Lichtempfangsbereich R1 der 5 entspricht, in den Wellenformdaten. Eine Position (im Folgenden als Peak-Position bezeichnet) PP des Peaks P1 zeigt eine Höhe des entsprechenden Orts in dem bestrahlten Bereich T1. Eine Peak-Position PP wird von dem Wellenformverarbeitungsteil 7 in allen Wellenformdaten detektiert. Basierend auf den Peak-Positionen PP, die in allen Wellenformdaten detektiert wurden, werden Profildaten, welche eine Querschnittsform zeigen (Form bzw. Gestalt des bestrahlten Bereichs T1) des Arbeitsstücks W durch den Profilerzeugungsteil 8 erzeugt.
7A ist eine Ansicht, welche alle Peak-Positionen PP in der Lichtempfangsbetragsverteilung der 5 zeigt, und 7B ist ein Diagramm, das Profildaten zeigt, die basierend auf den Peak-Positionen PP der 7A erzeugt werden. Wie es den 7A und 7B gezeigt ist, werden alle detektierten Peak-Positionen PP als kontinuierliche Linie dargestellt, wodurch Profildaten erhalten werden, welche die Querschnittsform des Arbeitsstücks W zeigen.
(1-3) Falscher Peak
Wie es oben beschrieben ist, fällt das Licht, das in dem bestrahlten Bereich T1 reflektiert wird, auf das Lichtempfangselement 21, wodurch der Peak, der die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 repräsentiert, in den Wellenformdaten erscheint. Allerdings kann Licht, das in einem Abschnitt reflektiert wird, der sich von dem bestrahlten Bereich T1 unterscheidet, auf das Lichtempfangselement 21 auftreffen. In diesem Fall erscheint ein Peak (im Folgenden als falscher Peak bezeichnet), der sich von dem Peak (im Folgenden als wahrer Peak bezeichnet), der die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 zeigt, unterscheidet, in den Wellenformdaten. Wenn der falsche Peak in den Wellenformdaten fälschlicherweise als Peak ausgewählt wurde, der die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 zeigt, werden ungenaue Profildaten erzeugt.
Die 8A und 8B sind Diagramme zur Erläuterung einer Reflexion auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W. Die 9 ist ein Diagramm, die ein weiteres Beispiel der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 zeigt. 10 ist ein Diagramm, das Wellenformdaten der Pixelreihe SS der 9 zeigt.
Wie es in der 8A gezeigt ist, wird Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, in dem bestrahlten Bereich T1 regulär reflektiert oder diffus reflektiert. Hierin bezieht sich die reguläre Reflexion auf die Reflexion, bei der ein Einfallswinkel und ein reflektierter Winkel gleich sind, und die diffuse Reflexion bezieht sich auf eine Reflexion, bei der sich ein Einfallswinkel und ein reflektierter Winkel unterscheiden. Normalerweise trifft Licht, das in dem bestrahlten Bereich T1 regulär reflektiert wird, nicht auf das Lichtempfangselement 21 auf, während ein Teil des Lichts L1, das in dem bestrahlten Bereich T1 diffus reflektiert wird, auf das Lichtempfangselement 21 auftrifft.
Auf der anderen Seite, wie es in 8B gezeigt ist, kann ein anderer Teil des Lichts L2, der in dem bestrahlten Bereich T1 diffus reflektiert wird, in einem Bereich (im Folgenden als falscher bestrahlter Bereich) T2 der Oberfläche des Arbeitsstücks W, der sich von dem bestrahlten Bereich T1 unterscheidet, regulär reflektiert werden und anschließend auf das Lichtempfangselement 21 einfallen.
Wenn das Licht regulär reflektiert wird, ändert sich die Intensität des Lichts vor und nach der Reflexion nicht wesentlich. Aus diesem Grund tritt keine erheblich Differenz zwischen der Intensität des Lichts L1, das von dem bestrahlten Bereich T1 auf das Lichtempfangselement 21 trifft, und der Intensität des Lichts L2 auf, das von dem bestrahlten Bereich T2 auf das Lichtempfangselement 21 trifft. Es sei bemerkt, dass die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel ist und solche mehreren bzw. multiplen Reflexionen (mehr als eine Reflexion) unter verschiedenen Umständen auftreten können. Beispielsweise, in einem Fall, in dem das Arbeitsstück W und der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a so angeordnet sind, dass das regulär reflektierte Licht von dem Lichtempfangselement 21 als reflektiertes Licht von dem Arbeitsstück W empfangen wird, kann diffus reflektiertes Licht, das sich von dem regulär reflektierten Licht unterscheidet, in einem anderen Bereich reflektiert werden und von dem Lichtempfangselement 21 empfangen werden.
Dadurch ist der Lichtempfangsbetrag eines weiteren Bereichs (im Folgenden als falscher Lichtempfangsbereich bezeichnet) R2 groß, im Gegensatz zu dem des Lichtempfangsbereichs R1 auf der Lichtempfangsoberfläche des Lichtempfangselements 21, wie es in 9 gezeigt ist. In diesem Fall, wie es in 10 gezeigt ist, erscheint ein falscher Peak P2, der dem falschen Lichtempfangsbereich R2 entspricht, verschieden zu einem wahren Peak P1, der dem Lichtempfangsbereich R1 in den Wellenformdaten entspricht. Als ein Resultat kann der falsche Peak P2 fälschlicherweise als ein Peak ausgewählt werden, der die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 darstellt.
Es sei bemerkt, dass das Licht, das in dem bestrahlten Bereich T2 diffus reflektiert wird, eine erheblich geringere Intensität aufweist als das regulär reflektierte Licht. Aus diesem Grund erscheint der falsche Peak P2 kaum, wie es in 10 dargestellt ist, selbst wenn das Licht, das in dem falschen bestrahlten Bereich T2 diffus reflektiert wird, auf das Lichtempfangselement 21 auftrifft.
(1-4) Details des Lichtprojektionsteils und des Lichtempfangsteils
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Verwendung von zwei Arten von Licht, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden, eine fehlerhafte Detektion des falschen Peaks P2 vermeiden. Im Folgenden werden Details dazu beschrieben.
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a zeigt. 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche den Aufbau des Lichtprojektionsteils 1 zeigt. Wie es in 11 gezeigt ist, sind der Lichtprojektionsteil 1 und der Lichtempfangsteil 2 in dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a vorgesehen. Wie es in den 11 und 12 gezeigt ist, enthält der Lichtprojektionsteil 1 Lichtprojektionselemente 11a, 11b, Kollimatorlinsen 12a, 12b, ein λ/2-Plättchen 13, einen PBS (Polarisationsstrahlteiler) 14 und optische Erweiterungssysteme (Strahlerweiterer) 15, 16. Der Lichtempfangsteil 2 enthält das Lichtempfangselement 21 und die Lichtempfangslinse 22.
Jedes der Lichtprojektionselemente 11a, 11b enthält beispielsweise eine Laserdiode. Licht, das von jedem der Lichtprojektionselemente 11a, 11b ausgesandt wird, ist linear polarisiertes Licht und eine Schwingungsrichtung eines elektrischen Felds (im Folgenden als Polarisationsrichtung bezeichnet) ist konstant. Ferner kann eine LED (light-emitting diode) oder dergleichen für jede der Lichtprojektionselemente 11a, 11b verwendet werden. In diesem Fall wird eine Polarisationsplatte bzw. ein Polarisationsplättchen oder dergleichen vor jedem der Lichtprojektionselemente 11a, 11b (in einer Lichtemissionsrichtung) angeordnet, und emittiertes Licht von jedem der Lichtprojektionselemente 11a, 11b wird in linear polarisiertes Licht umgewandelt.
Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11a ausgesandt wird, wird bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a durch die Kollimatorlinse 12a, den Polarisationsstrahlteiler 14 und das optische Erweiterungssystem 15, 16 nach außen geführt. Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11b emittiert wird, wird bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a, durch die Kollimatorlinse 12b, das λ/2-Plättchen 13, den Polarisationsstrahlteiler 14 und das optische Erweiterungssystem 15, 16 nach außen geführt.
13 ist eine Ansicht, welche Wege des Lichts zeigt, das von dem Lichtprojektionselementen 11a, 11b ausgesandt wird. Wie es in 13 gezeigt ist, wird Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11a ausgesandt wird, mittels der Kollimatorlinse 12a in paralleles Licht umgewandelt und fällt vertikal auf eine Oberfläche des PBS 14. Das Licht, das auf den PBS 14 auftrifft, ist bezüglich einer Reflexionsoberfläche 14a des PBS 14 s-polarisiertes Licht. Folglich wird das Licht auf der reflektierten Oberfläche 14a des PBS 14 rechtwinklig reflektiert. Das reflektierte Licht wird in bandförmiges Licht umgewandelt, mittels des optischen Erweitungssystems 15, 16 und wird bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a nach außen geführt.
Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11b abgestrahlt wird, wird mittels der Kollimatorlinse 12b in paralleles Licht umgewandelt und trifft über das λ/2-Plättchen 13 vertikal auf eine andere Oberfläche des PBS 14 auf. In diesem Fall wird die Polarisationsrichtung des Lichts durch das λ/2-Plättchen 13 um 90° geändert. Folglich wird das Licht, das auf den PBS 14 auftrifft, p-polarisiertes Licht bezüglich der Reflexionsoberfläche 14a des PBS 14 und wird durch die Reflexionsoberfläche 14a des PBS 14 übertragen. Das übertragene Licht wird durch das optische Erweiterungssystem 15, 16 in bandförmiges Licht umgewandelt und wird bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a nach außen geführt.
Wie es oben beschrieben ist, wird das Licht von dem Lichtprojektionselement 11a und das Licht von dem Lichtprojektionselement 11b entsprechend in einer bandförmigen Gestalt als linear polarisiertes Licht, dessen Polarisationsrichtungen sich voneinander um 90° unterscheiden, von dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a in einer gemeinsamen Richtung emittiert. Folglich wird durch selektives Abstrahlten von Licht von dem Lichtprojektionselement 11a und dem Lichtprojektionselement 11b dem Arbeitsstück W ermöglicht, mit zwei Arten von Licht (im Folgenden als erstes und zweites Licht bezeichnet), deren Polarisationsrichtungen sich um 90° voneinander unterscheiden, selektiv bestrahlt zu werden.
In dem vorliegenden Beispiel wird das Arbeitsstück W mit Licht bestrahlt, das von dem Lichtprojektionselement 11a als erstes Licht emittiert wird und wird mit Licht bestrahlt, das von dem Lichtprojektionselement 11b als zweites Licht emittiert wird.
Ein Umschalten zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht wird durch den Lichtprojektionssteuerteil 3 der 1 durchgeführt.
(1-5) Relation zwischen Polarisationsrichtung und Reflexionsvermögen
Als ein Beispiel wird zur Beschreibung der Relation zwischen der Polarisationsrichtung und dem Reflexionsvermögen das Arbeitsstück W genommen, das die Nut M1 aufweist, die sich in der Richtung Y erstreckt, wie es in den 8A und 8B gezeigt ist. Wie es in 8A gezeigt ist, wenn angenommen wird, dass Licht, das in der Richtung X polarisiert ist, p-polarisiertes Licht ist, und Licht, das in der Richtung Y polarisiert ist, s-polarisiertes Licht ist, unterscheidet sich das Reflexionsvermögen des Lichts in der Richtung X auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W in Abhängigkeit davon, ob das Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wurde, p-polarisiertes Licht oder s-polarisiertes Licht ist. In dem Arbeitsstück W, das in den 8A und 8B dargestellt ist, wird Licht, das in einer Richtung, welche die Komponente der X-Richtung enthält, reflektiert wird, ferner in einem weiteren Bereich reflektiert, wodurch eine Mehrfachreflexion erzeugt wird. Zu der Zeit, wenn die Richtung X als eine Mehrfachreflexionsrichtung definiert wird, ist das Reflexionsvermögen in der Mehrfachreflexionsrichtung des p-polarisierten Lichts, das in der Richtung X polarisiert ist, kleiner als das Reflexionsvermögen in der Mehrfachreflexionsrichtung des s-polarisierten Lichts, das in der Richtung Y polarisiert ist. Im Besonderen ist die Differenz bezüglich des Reflexionsvermögens in dem Fall der regulären Reflexion erheblich größer als die Differenz des Reflexionsvermögens in dem Fall der diffusen Reflexion.
Ferner ist eine Intensität des mehrfach reflektierten Lichts ein Wert, der durch Multiplizieren der Intensität des Bestrahlungslichts mit dem Reflexionsvermögen mehr als einmal erhalten wird, Aus diesem Grund ist ein Verhältnis der Intensität des mehrfach reflektierten p-polarisierten Lichts bezüglich der Intensität des s-polarisierten Lichts, das genauso oft reflektiert wurde, kleiner als ein Verhältnis der Intensität des einmal reflektierten p-polarisierten Lichts bezüglich der Intensität des einmal reflektierten s-polarisierten Lichts.
Auf der anderen Seite, wenn beispielsweise das Arbeitsstück W, das in den 8A und 8B dargestellt ist, um eine Z-Achse um 90° gedreht wird, wird die Richtung Y die Mehrfachreflexionsrichtung. In diesem Fall ist das Reflexionsvermögen in der Mehrfachreflexionsrichtung des s-polarisierten Lichts, das in der Richtung Y polarisiert ist, kleiner als das Reflexionsvermögen in der Mehrfachreflexionsrichtung des p-polarisierten Lichts, das in der Richtung X polarisiert ist.
D. h., wie für das Reflexionsvermögen in der Mehrfachreflexionsrichtung, ist das Reflexionsvermögen des Lichts, das in der gleichen Richtung wie die Mehrfachreflexionsrichtung polarisiert ist, kleiner als das Reflexionsvermögen des Lichts, das in einer zur Mehrfachreflexionsrichtung senkrechten Richtung polarisiert ist, innerhalb einer horizontalen Ebene. Da die Mehrfachreflexionsrichtung sich aufgrund einer relativen Anordnung zwischen dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und dem Arbeitsstück W ändert, ändert sich auch die Betragsrelation zwischen dem Reflexionsvermögen des p-polarisierten Lichts und des s-polarisierten Lichts, deren Polarisationskomponenten sich um 90° voneinander unterscheiden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind das Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und das Arbeitsstück W so angeordnet, dass das erste Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, p-polarisiertes Licht (Licht, das in der Richtung X linear polarisiert ist) bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W wird, und das zweite Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, wird das s-polarisierte Licht (Licht, das in der Richtung Y linear polarisiert ist) bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W. In diesem Zustand wird das Arbeitsstück W mit dem ersten Licht und dem zweiten Licht sequentiell von dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a bestrahlt. In diesem Fall werden entsprechend Wellenformdaten, die auf der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 zur Zeit der Bestrahlung mit dem ersten Licht beruhen, und Wellenformdaten, die auf der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 zur Zeit der Bestrahlung mit dem zweiten Licht beruhen, von dem Wellenformverarbeitungsteil 7 erzeugt.
Es gibt einen Unterschied der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 zwischen dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht und dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht. Folglich werden unterschiedliche Wellenformdaten bezüglich des Falls der Bestrahlung mit dem ersten Licht und des Falls der Bestrahlung mit dem zweiten Licht erhalten. Im Folgenden werden die Wellenformdaten in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht als erste Wellenformdaten bezeichnet und die Wellenformdaten in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht werden als zweite Wellenformdaten bezeichnet.
14A ist ein Diagramm, das erste Wellenformdaten zeigt, und 14B ist ein Diagramm, das zweite Wellenformdaten zeigt. Die Wellenformdaten der 14A und 14B sind Wellenformdaten der Pixelreihe SS der 5 und 9.
In den ersten Wellenformdaten der 14A erscheinen ein wahrer Peak Pp1 entsprechend dem wahren Peak P1 der 10 und ein falscher Peak Pp2 entsprechend dem falschen Peak P2 der 10. In den zweiten Wellenformdaten der 14B erscheinen ein wahrer Peak Ps1 entsprechend dem wahren Peak P1 der 10 und ein falscher Peak Ps2 entsprechend dem falschen Peak P2 der 10. Eine Peak-Position PP1 des wahren Peaks Pp1 der 14A und eine Peak-Position PP1 des wahren Peaks Ps1 der 14B sind nahezu gleich und eine Peak-Position PP2 des falschen Peaks Pp2 der 14A und eine Peak-Position PP2 des falschen Peaks Ps2 der 14B sind ungefähr gleich. D. h., es werden als Resultat der Bestrahlung der Positionen an nahezu gleichen Höhen, wobei das Licht unterschiedliche Polarisationskomponenten aufweist, entsprechend eine Position des wahren Peaks und eine Position des falschen Peaks erhalten. Obwohl in den 14A und 14B ein falscher Peak PP2 auftritt, erscheint mehr als ein falscher Peak PP2, wenn eine Mehrfachreflexion mehr als einmal erzeugt wird. Im Folgenden wird die Position des wahren Peaks als eine wahre Peak-Position bezeichnet und die Position des falschen Peaks wird als eine falsche Peak-Position bezeichnet.
Wie es in der 8A gezeigt ist, trifft das Licht L1, das in dem bestrahlten Bereich T1 diffus reflektiert wird, direkt auf das Lichtempfangselement 21 auf, und somit erscheinen die wahren Peaks Pp1, Ps1. Wie es in 8B gezeigt ist, wird das Licht L2, das in dem bestrahlten Bereich T1 diffus reflektiert wird, in dem bestrahlten Bereich T2 regulär reflektiert und trifft auf das Lichtempfangselement 21 auf, und somit erscheinen die falschen Peaks Pp2 und Ps2.
Wie es oben beschrieben ist, ist in dem Beispiel der 8A und 8B das Reflexionsvermögen des ersten Lichts als p-polarisiertes Licht kleiner als das Reflexionsvermögen des zweiten Lichts als s-polarisiertes Licht. Folglich werden die Intensitäten des Lichts L1, L2, die auf das Lichtempfangselement 21 auftreffen, in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht kleiner als die Intensitäten des Lichts L1, L2, die auf das Lichtempfangselement 21 in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht auftreffen. Folglich ist ein Wert Ppa des wahren Peaks Pp1 der 14A kleiner als ein Wert Psa des wahren Peaks Ps1 der 14B. Ferner ist ein Wert Ppb des falschen Peaks Pp2 der 14A kleiner als ein Wert Psb des falschen Peaks Ps2 der 14B.
Ferner ist ein Verhältnis der Intensität des mehrfach reflektierten ersten Lichts (p-polarisiertes Licht (Licht mit einem geringen Reflexionsvermögen)) zur Intensität des zweiten Lichts (s-polarisiertes Licht (Licht mit einem hohen Reflexionsvermögen)), das gleich oft reflektiert wurde, kleiner als ein Verhältnis der Intensität des einmal reflektierten ersten Lichts zur Intensität des einmal reflektierten zweiten Lichts. Der Grund liegt darin, dass sich in dem Fall eines geringen Reflexionsvermögens bei jeder Wiederholung der Reflexion der Lichtbetrag mit einer höheren Rate verringert, verglichen mit dem Fall eines hohen Reflexionsvermögens. Folglich verringert sich das Verhältnis der Intensität des ersten Lichts zur Intensität des zweiten Lichts, wenn die Mehrfachreflexion wiederholt wird.
Ferner, wie es oben beschrieben ist, ist die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen des regulär reflektierten p-polarisierten Lichts und s-polarisierten Lichts erheblich größer als die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen des diffus reflektierten p-polarisierten Lichts und s-polarisierten Lichts. Aus diesem Grund ist die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen in dem Fall einer regulären Reflexion des ersten Lichts und dem Reflexionsvermögen in dem Fall von regulärer Reflexion des zweiten Lichts größer als die Differenz zwischen dem Reflexionsvermögen in dem Fall von diffuser Reflexion des ersten Lichts und dem Reflexionsvermögen in dem Fall von diffuser Reflexion des zweiten Lichts. Folglich unterscheidet sich ein Verhältnis zwischen der Intensität des Lichts L2, das in dem falschen bestrahlten Bereich T2 (8A und 8B) regulär reflektiert wird, in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht, und der Intensität des Lichts L2, das in dem falschen bestrahlten Bereich T2 (8A und 8B) regulär reflektiert wird, in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht, erheblich von einem Verhältnis zwischen der Intensität des Lichts L1, das in dem bestrahlten Bereich T1 in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht lediglich diffus reflektiert wird, und der Intensität des Lichts L1, das in dem bestrahlten Bereich T1 in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht lediglich diffus reflektiert wird.
Dadurch ist ein Verhältnis (Ppb/Psb) des Werts Ppb des falschen Peaks Pb2 der 14A zum Wert Psb des falschen Peaks Ps2 der 14B kleiner als ein Verhältnis (Ppa/Psa) des Werts Ppa des wahren Peaks Pp1 der 14A zum Wert Psa des wahren Peaks Ps1 der 14B.
Wie es oben beschrieben ist, ist das Verhältnis des Werts des falschen Peaks in den ersten Wellenformdaten zum Wert des falschen Peaks in den zweiten Wellenformdaten kleiner als das Verhältnis des Werts des wahren Peaks in den ersten Wellenformdaten zum Wert des wahren Peaks in den zweiten Wellenformdaten.
Es sei bemerkt, dass, obwohl das Verhältnis des Lichtempfangsbetrags des ersten Lichts zum Lichtempfangsbetrag des zweiten Lichts in dem vorliegenden Beispiel berechnet wurde, ein Verhältnis des Lichtempfangsbetrags des zweiten Lichts zum Lichtempfangsbetrag des ersten Lichts selbstverständlich berechnet werden kann. In diesem Fall erhöht sich das Verhältnis des Lichtempfangsbetrags des zweiten Lichts zum Lichtempfangsbetrag des ersten Lichts mit Wiederholung der Mehrfachreflexion.
Ferner wird in der Positionsbeziehung zwischen dem Arbeitsstück W und dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a, wie es in den 8A und 8B gezeigt ist, das erste Licht (p-polarisiertes Licht) Licht mit einem geringen Reflexionsvermögen und des zweiten Lichts (s-polarisiertes Licht) wird Licht mit einem hohen Reflexionsvermögen, aber beispielsweise, wenn das Arbeitsstück W um die Achse Z um 90 Grad bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a gedreht wird, wird die Relation zwischen den Reflexionsvermögen des ersten und zweiten Lichts umgekehrt. In diesem Fall erhöht sich das Verhältnis des Lichtempfangsbetrags des ersten Lichts bezüglich des Lichtempfangsbetrags des zweiten Lichts mit Wiederholung der Mehrfachreflexion.
Das heißt, basierend auf der relativen Anordnung zwischen dem Arbeitsstück W und dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und der Betragsrelation des relativen Werts zwischen der Intensität des ersten Lichts und der Intensität des zweiten Lichts ist es möglich, zwischen der wahren Peak-Position bedingt durch Licht, das lediglich einmal auf der Oberfläche des Arbeitsstücks W als ein zu vermessendes Objekt reflektiert wird, und der falschen Peak-Position bedingt durch Licht, das mehrfach reflektiert wurde, zu unterscheiden.
Es sollte bemerkt werden, dass der zu berechnende relative Wert nicht auf das Verhältnis begrenzt ist, sondern dieser kann eine Differenz oder irgendein anderer Wert sein, solange es sich um einen relativen Wert zwischen dem Lichtempfangsbetrag des ersten Lichts und dem Lichtempfangsbetrag des zweiten Lichts handelt. Ferner ist es beliebig, mit welchem Licht, dem ersten Licht oder dem zweiten Licht, das Arbeitsstück W als erstes bestrahlt wird, um einen Lichtempfangsbetrag zu ermitteln.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verhältnis des Werts des Peaks entsprechend den ersten Wellenformdaten zum Wert jedes Peaks in den zweiten Wellenformdaten mittels des Wellenformverarbeitungsteils 7 berechnet, und basierend auf dem berechneten Verhältnis wird eine Peak-Position von den ersten und zweiten Wellenformdaten detektiert.
(1-6) Peak-Positions-Detektionsverarbeitung
15 ist ein Flussdiagramm einer Peak-Positions-Detektionsverarbeitung mittels des Wellenformverarbeitungsteils 7. Mit Beendigung der Bildaufnahme mit dem ersten Licht erzeugt der Wellenformverarbeitungsteil 7 eine Mehrzahl von Sätzen von ersten Wellenformdaten, die aus der Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts aufgebaut sind (Schritt S1). Wie es oben beschrieben ist, werden die ersten Wellenformdaten bezüglich jeder Pixelreihe entlang der Richtung A2 der 7A erzeugt. Aus diesem Grund werden eine Mehrzahl von Sätzen bzw. Teilen von ersten Wellenformdaten entsprechend der Mehrzahl von Pixeireihen, die in der Richtung A1 der 7A angeordnet sind, sequentiell erzeugt.
Es sei bemerkt, dass die Mehrzahl von Teilen bzw. Sätzen von ersten und zweiten Wellenformdaten erzeugt werden, da ein Profil (Querschnitt) des Arbeitsstücks W unter Verwendung des zweidimensionalen Lichtempfangselements 21 in dem vorliegenden Beispiel ermittelt wird, wohingegen ein erster Satz von Wellenformdaten und ein zweiter Satz von Wellenformdaten in einem optischen Abstandsmessgerät erzeugt werden, das eine Höhe eines Punkts an dem Arbeitsstück W unter Verwendung eines eindimensionalen Lichtempfangselements misst.
Wenn alle erste Wellenformdaten erzeugt sind, ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 Werte aller Peaks in allen erzeugten ersten Wellenformdaten (Schritt S2). In dem Beispiel der 14A ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 den Wert Ppa des wahren Werts Pp1 und den Wert Ppb des falschen Peaks Pp2.
Als nächstes erzeugt mit Abschluss der Bildaufnahme mit dem zweiten Licht der Wellenformverarbeitungsteil 7 eine Mehrzahl von Sätzen zweiter Wellenformdaten, die aus der Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts aufgebaut sind (Schritt S3). In diesem Fall, wie in dem Schritt S1, werden eine Mehrzahl von Sätzen von zweiten Wellenformdaten, die der Mehrzahl von Pixelreihen entsprechen, die in der Richtung A1 der 7A angeordnet sind, sequentiell erzeugt.
Wenn alle zweiten Wellenformdaten erzeugt sind, ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 Werte aller Peaks in allen erzeugten Wellenformdaten (Schritt S4). In dem Beispiel der 14B ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 den Wert Psa des wahren Peaks Ps1 und den Wert Psb des falschen Peaks Ps2.
Wenn die Werte der Peaks in allen ersten und zweiten Wellenformdaten ermittelt sind, berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 das Verhältnis zwischen den Werten der jeweils entsprechenden Peaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Wellenformdaten jeder Pixelreihe (Schritt S5). In dem Beispiel der 14A und 14B berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 das Verhältnis (Ppa/Psa) des Werts Ppa des wahren Peaks Pp1 zum Wert Psa des wahren Peaks Ps1 und das Verhältnis (Ppb/Psb) des Werts Ppb des falschen Peaks Pp2 zum Wert Psb des falschen Peaks Ps2.
Als nächstes wählt basierend auf den berechneten Verhältnissen der Wellenformverarbeitungsteil 7 den wahren Peak sowohl aus den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten jeder Pixelreihe aus und detektiert eine Position des wahren Peaks (Schritt S6). In diesem Fall wählt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peaks, deren berechnetes Verhältnis maximal ist, als wahre Peaks aus und detektiert eine Position des wahren Peaks. In dem Beispiel der 14A und 14B detektiert der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peak-Position Pp1 jedes wahren Peaks Pp1, Ps1. Damit schließt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peak-Positions-Detektionsverarbeitung ab.
Wie es oben beschrieben ist, gibt es einen Fall, in dem die Peaks, deren berechnetes Verhältnis maximal ist, nicht mit den wahren Peaks übereinstimmen, sondern die Peaks, deren berechnetes Verhältnis minimal ist, mit den wahren Peaks übereinstimmen können, in Abhängigkeit der relativen Anordnung zwischen dem Arbeitsstück W und dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a. Folglich ist der Aufbau vorzugsweise so, dass eine geeignete Auswahl ob die Position der Peaks, deren berechnetes Verhältnis maximal ist, als wahre Peak-Position erkannt wird oder die Position der Peaks, deren berechnete Verhältnisse minimal sind, als wahre Peak-Position erkannt wird, möglich ist. Das kann durch den Benutzer ausgewählt werden oder kann automatisch ausgewählt werden, basierend auf einem Resultat einer automatischen Detektion einer Mehrfachreflexionsrichtung von einem ermittelten Bild (beispielsweise Wellenformdaten) oder dergleichen.
Ferner wird in dem Beispiel der 15 nach der Detektion der Positionen aller Peaks in sowohl den ersten als auch zweiten Daten ein Verhältnis zwischen Werten von Peaks an beinahe den gleichen Positionen in den ersten und zweiten Wellenformdaten als relativer Wert berechnet, und die wahre Peak-Position wird basierend auf dem relativen Wert spezifiziert, wobei dies darauf nicht beschränkt ist.
Beispielsweise können relative Werte (beispielsweise Verhältnisse) zwischen Lichtempfangsbeträgen aller Pixel, die in den ersten Wellenformdaten gezeigt sind, und Lichtempfangsbeträgen aller Pixel, die in den zweiten Wellenformdaten gezeigt sind, entsprechend berechnet werden, und neue Wellenformdaten, welche die berechneten relativen Werte der Lichtempfangsbeträge aller Pixel zeigen, können erzeugt werden, um die wahre Peak-Position basierend auf einer Position und einem Wert eines Peaks, der in den erzeugten neuen Wellenformdaten erscheint, zu spezifizieren. In diesem Fall sind anstelle der Schritte S2, S4, S5 der 15 ein Schritt zur Erzeugung neuer Wellenformdaten und ein Schritt der Ermittlung einer Position und eines Werts eines Peaks, der in den erzeugten neuen Wellenformdaten erscheint, erforderlich. In diesem Fall wird auch ein vergleichbarer Effekt wie in dem Beispiel der 15 erhalten,
(1-7) Effekt
In dem optischen Abstandsmessgerät 100 gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Arbeitsstück W selektiv mit erstem und zweitem Licht, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden, von einem Bestrahlungsteil 1 bestrahlt, und die ersten und zweiten Wellenformdaten, welche die Lichtempfangsbetragsverteilungen des ersten und zweiten Lichts zeigen, das an dem Arbeitsstück W reflektiert wird, werden entsprechend erzeugt. Verhältnisse zwischen jeweils entsprechenden Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten werden berechnet, und basierend auf den berechneten Verhältnissen wird ein Peak aus sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten ausgewählt.
Es ist dadurch möglich, den wahren Peak bedingt durch das erste und zweite Licht, das an dem Arbeitsstück W einmal reflektiert wurde, aus der Mehrzahl von Peaks in sowohl den ersten als auch zweiten Wellenformdaten genau auszuwählen. Es ist somit möglich, die wahre Peak-Position, welche die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 des Arbeitsstücks W zeigt, genau zu detektieren. Als Folge kann die Querschnittsgestalt des Arbeitsstücks W genau detektiert werden.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Lichtprojektionsteil 1 so aufgebaut, dass das Licht von den Lichtprojektionselementen 11a, 11b selektiv emittiert wird, und das Arbeitsstück W wird dadurch mit dem ersten und zweiten Licht selektiv bestrahlt. Folglich ist es möglich, die ersten und zweiten Wellenformdaten mit einem einfachen Aufbau unter einer einfachen Steuerung zu ermitteln.
Ferner sind in der vorliegenden Ausführungsform der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und das Arbeitsstück W so angeordnet, dass das erste Licht p-polarisiertes Licht bezüglich des bestrahlten Bereichs T1 des Arbeitsstücks W wird und das zweite Licht s-polarisiertes Licht bezüglich des bestrahlten Bereichs T2 des Arbeitsstück W wird. Das ermöglicht eine einfache und genaue Auswahl des wahren Peaks in sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten basierend auf dem Verhältnis zwischen jeweils entsprechenden Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten.
(1-8) Andere Beispiele des Lichtprojektionsteils
(1-8-1)
16 ist eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Lichtprojektionsteils 1 zeigt. Der Lichtprojektionsteil 1 der 16 unterscheidet sich von dem Lichtprojektionsteil 1 der 12 in folgender Hinsicht. In dem Lichtprojektionsteil 1 der 16 ist ein Wellenplättchenantriebsteil 17 anstelle des Lichtprojektionselements 11a, der Kollimatorlinse 12a und dem PBS 14 angeordnet. Als Wellenplättchenantriebsteil 17 wird beispielsweise ein Drehsolenoid oder ein Motor verwendet.
Der Wellenplättchenantriebsteil 17 bewegt das λ/2-Plättchen 13 zwischen einer Position in einem optischen Weg, durch den Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11b emittiert wird, tritt und einer Position, die sich außerhalb des optischen Wegs befindet. In dem Fall der Anordnung des λ/2-Plättchens 13 innerhalb des optischen Wegs wird, vergleichbar mit dem Beispiel der 13, die Polarisationsrichtung des Lichts, das von dem Lichtprojektionselement 11b emittiert wird, durch das λ/2-Plättchen 13 geändert. Dadurch wird das Arbeitsstück W mit dem Licht als zweites Licht bestrahlt. Auf der anderen Seite, in dem Fall der Anordnung des λ/2-Plättchens 13 außerhalb des optischen Wegs, verbleibt die Polarisationsrichtung des Lichts, das von dem Lichtprojektionselement 11b emittiert wird, unverändert. Dadurch wird das Arbeitsstück W mit diesem Licht als das erste Licht bestrahlt. Folglich kann das Arbeitsstück W mit dem ersten und zweiten Licht, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden, selektiv bestrahlt werden.
In dem vorliegenden Beispiel kann mit der Bereitstellung lediglich eines Lichtprojektionselements 11b in dem Lichtprojektionsteil 1 der Aufbau des optischen Systems vereinfacht werden, verglichen mit dem Fall der Bereitstellung mehrerer Lichtprojektionselemente 11a, 11b.
(1-8-2)
17 ist eine Ansicht, welche noch ein weiteres Beispiel des Lichtprojektsteils 1 zeigt. Das Beispiel der 17 unterscheidet sich von dem Beispiel der 12 in folgender Hinsicht. In dem Lichtprojektionsteil 1 der 17 ist ein Polarisationsrichtungssteuerteil 18 anstelle des Lichtprojektionselements 11a, der Kollimatorlinse 12a, des λ/2-Plättchens 13 und des PBS 14 vorgesehen. Als Polarisationsrichtungssteuerteil 18 wird beispielsweise ein Flüssigkristallschalter, ein EOM (Elektro Optic Modulator) oder ein Farady-Rotator angewendet.
Der Polarisationsrichtungssteuerteil 18 steuert die Polarisationsrichtung des Lichts, das von dem Lichtprojektionselement 11b emittiert wird, sodass eine Bestrahlung mit dem ersten oder zweiten Licht von dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a ausgeführt wird. Folglich ist es möglich, das Arbeitsstück W mit dem ersten und zweiten Licht, deren Polarisationsrichtungen sich voneinander unterscheiden, selektiv zu bestrahlen.
In dem vorliegenden Beispiel ist lediglich ein Lichtprojektionselement 11b in dem Projektionsteil 1 vorgesehen, und im Unterschied zum Beispiel der 12 besteht keine Notwendigkeit, einen Raum zur Bewegung des λ/2-Plättchens 13 bereitzustellen. Dadurch verringert sich ein Raum, der von dem Lichtprojektionsteil 1 in Anspruch genommen wird, weiter. Das kann zu einer weiteren Verringerung der Größe des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a führen.
(1-9) Andere Beispiele der Detektion
(1-9-1)
Wie es oben beschrieben ist, da das Reflexionsvermögen des ersten Lichts kleiner als das Reflexionsvermögen des zweiten Lichts ist, ist das Verhältnis der Intensität des mehrfach reflektierten ersten Lichts zur Intensität des zweiten Lichts, das genauso oft reflektiert wurde, kleiner als das Verhältnis der Intensität des einmal reflektierten ersten Lichts zur Intensität des einmal reflektierten zweiten Lichts. Aus diesem Grund, wenn die Intensitäten des bestrahlenden ersten und zweiten Lichts gleich sind, ist ein Absolutwert der Differenz zwischen Werten der jeweils entsprechenden wahren Peaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Wellenformdaten kleiner als ein Absolutwert der Differenz zwischen Werten der jeweils entsprechenden falschen Peaks.
Im Schritt S5 kann in der Peak-Positions-Detektionsverarbeitung der 15 der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Differenz zwischen den Werten der jeweils entsprechenden Peaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Welleformdaten anstelle der Berechnung des Verhältnisses zwischen den Werten der jeweils entsprechenden Peaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Wellenformdaten berechnen. In diesem Fall wählt im Schritt S5 der Wellenformverarbeitungsteil 7 Peaks, deren berechneter Absolutwert der Differenz minimal ist, als wahre Peaks aus und detektiert eine Position der wahren Peaks.
In dem Beispiel der 14A und 14B berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Wert (Psa-Ppa), der durch Subtrahieren des Werts Ppa des wahren Peaks Pp1 von dem Wert Psa des wahren Peaks Ps1 erhalten wird, und einen Wert (Psb-Ppb), der durch Subtrahieren des Werts Ppb des falschen Peaks Pp2 von dem Wert Psb des falschen Peaks Ps2 erhalten wird. In diesem Fall ist der Absolutwert (Psa-Ppa) kleiner als der Absolutwert von (Psb-Ppb). Dadurch wählt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die wahren Peaks Pp1, Ps1 aus, um die Peak-Position Pp1 zu detektieren.
(1-9-2)
Im Schritt S7 kann in der Peak-Positions-Detektionsverarbeitung der 15, wenn die Differenz zwischen den Werten der jeweils entsprechenden Peaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Wellenformdaten so wie oben beschrieben berechnet wird, jeder der Peaks mit einem im Voraus festgelegten Koeffizienten multipliziert werden, um eine Differenz zwischen den multiplizierten Werten zu berechnen.
In diesem Fall wird der Koeffizient gemäß dem Wert des Peaks so im Voraus festgelegt, dass ein Wert des Koeffizienten sich mit Erhöhung des Werts des Peaks verringert. Beispielsweise wird der Koeffizient in dem Fall auf 10 festgelegt, in dem der Wert des Peaks nicht kleiner als 0 LSB (Least Significant Bit) ist und nicht größer als 100 LSB ist, und der Koeffizient wird in dem Fall auf 9 festgelegt, in dem der Wert des Peaks nicht kleiner als 101 LSB und nicht größer als 200 LSB ist.
Gleichermaßen verringert sich in dem Fall, in dem der Wert des Peaks nicht kleiner als 201 LSB ist, der Koeffizient mit Erhöhung des Werts des Peaks um 100 LSB um 1. In dem Fall, in dem der Wert des Peaks nicht kleiner als 901 LSB ist und nicht größer als 100 LSB ist, wird der Koeffizient auf 1 festgelegt.
In dem Beispiel der 14A entscheidet der Wellenformverarbeitungsteil 7, dass mit einem Koeffizienten kpa gemäß dem Wert Ppa des wahren Peaks Pp1 multipliziert wird, und dass mit einem Koeffizienten ksa gemäß dem Wert Psa des wahren Peaks Ps1 multipliziert wird. Ferner entscheidet der Wellenformverarbeitungsteil 7, dass mit einem Koeffizienten kbp gemäß dem Wert Ppb des falschen Peaks Pp2 multipliziert wird, und dass mit einem Koeffizient ksb gemäß dem Wert Psb des falschen Peaks Ps2 multipliziert wird.
Danach berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 eine Differenz (ksa·Psa – kpa·Ppa) zwischen einem Wert, der durch Multiplizieren des Werts Psa des wahren Peaks Ps1 mit dem Koeffizient ksa erhalten wird, und einem Wert, der durch Multiplizieren des Werts Ppa des wahren Peaks Pp1 mit dem Koeffizienten kpa erhalten wird. Ferner berechnet der Welleformverarbeitungsteil 7 eine Differenz (ksb·Psb – kbp·Ppb) zwischen einem Wert, der durch Multiplizieren des Werts Psb des falschen Peaks Ps2 mit dem Koeffizienten ksb erhalten wird, und einem Wert, der durch Multiplizieren des Werts Ppb des falschen Peaks Pp2 mit dem Koeffizienten kpb erhalten wird.
In diesem Fall ist ein Absolutwert (ksa·Psa – kpa·Ppa) kleiner als ein Absolutwert von (ksb·Psb – kpb·Ppb). Dadurch wählt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die wahren Peaks Pp1, Ps1 aus, um die Peak-Position Pp1 zu detektieren.
Wie es oben beschrieben ist, wird der Wert jedes Peaks mit dem im Voraus gemäß dem Wert des Peaks festgelegten Koeffizienten multipliziert, wodurch die Werte der Mehrzahl von Peaks in den ersten und zweiten Welleformdaten abgeglichen bzw. ausgeglichen werden. Dadurch kann selbst in dem Fall, in dem große Schwankungen bzw. Variationen unter den Werten der Mehrzahl von Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten vorhanden sind, der wahre Peak genau ausgewählt werden.
(1-9-3)
Wenn die Anzahl von Peaks, die in sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten erscheinen, sich vergrößert, wird die Verarbeitung zur Berechnung des Verhältnisses oder der Differenz zwischen den Werten der jeweils entsprechenden Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten kompliziert. Peaks, die wahre Peaks sein können, können basierend auf Breiten der entsprechenden Peaks spezifiziert werden, die in den ersten und zweiten Welleformdaten erscheinen, und das Verhältnis oder die Differenz bezüglich lediglich der spezifizierten Peaks kann berechnet werden. 18 ist eine Ansicht, welche die Positionsrelation zwischen dem Lichtprojektionsteil 1, dem Lichtempfangselement 120 und der Lichtempfangslinse 22 zeigt. 19 ist ein Diagramm zum Erläutern von Breiten der wahren Peaks und der falschen Peaks.
Wie es in 18 gezeigt ist, werden das Lichtempfangselement 120, die Lichtempfangslinse 22 und der Lichtprojektionsteil 1 separat angeordnet, sodass eine Lichtempfangsoberfläche 21a des Lichtempfangselements 21, eine Hauptoberfläche 22a der Lichtempfangslinse 22 und eine flache Oberfläche PH, entlang der Licht, das von dem Lichtprojektionsteil 1 emittiert wird, tritt, sich auf einer gemeinsamen geraden Linie PD schneiden. In diesem Fall ist gemäß dem Scheimpflug-Prinzip ein Bereich, der auf der Lichtempfangsoberfläche 21a des Lichtempfangselements 21 in den Fokus gerät, ein Bereich PR auf der flachen Oberfläche PH.
Der bestrahlte Bereich T1 (2) auf dem Arbeitsstück W ist innerhalb des Bereichs PR lokalisiert und gerät auf der Lichtempfangsoberfläche 21a des Lichtempfangselements 21 in den Fokus. Auf der anderen Seite ist der falsche bestrahlte Bereich T2 nicht in dem Bereich PR lokalisiert und gerät nicht auf der Lichtempfangsoberfläche 21a des Lichtempfangselements 21 in den Fokus. Dadurch weist der falsche Peak eine stumpfere Form als der wahre Peak auf, und weist eine größere Breite als der wahre Peak auf.
In dem Beispiel der 19 sind der wahre Peak P1 und die falschen Peaks P2, P3 an Positionen PP1, PP2, PP3 der Wellenformdaten vorhanden. In diesem Fall weisen die falschen Peaks P2, P3 stumpfere Formen als der wahre Peak P1 auf, und die Breiten W2, W3 der falschen Peaks P2, P3 sind größer als die Breite W1 des wahren Peaks P1.
Die Breite jedes Peaks wird wie folgt berechnet. Beispielsweise werden Werte, die durch jeweils Multiplizieren eines Werts Pa des wahren Peaks P1 und Werte Pb, Pc der falschen Peaks Ps2, P3 mit einem konstanten Koeffizienten (beispielsweise 0,7) erhalten werden, als Schwellwerte THa, THb, THc festgelegt. Als Breite W1 des wahren Peaks P1 wird ein Abstand zwischen einer Position PP1a, an der der Lichtempfangsbetrag der Schwellwert THa auf einer Seite der Peak-Position PP1 ist und die am nächsten an der Peak-Position PP1 liegt, und einer Position PP1b, bei der der Lichtempfangsbetrag der Schwellwert THa auf der Seite der Peak-Position PP1 ist und die am nächsten an der Peak-Position PP1 liegt, berechnet. Gleichermaßen wird als Breite W2 des falschen Peaks P2 ein Abstand zwischen einer Position PP2a, an der der Lichtempfangsbetrag der Schwellwerte THb auf einer Seite der Peak-Position PP2 ist und die der Peak-Position PP2 am nächsten liegt, und einer Position PP2b, bei der der Lichtempfangsbetrag der Schwellwert THb auf der anderen Seite der Peak-Position PP2 ist und die der Peak-Position PP2 am nächsten liegt, berechnet. Ferner wird als Breite W3 des falschen Peaks P3 ein Abstand zwischen einer Position PP3a, bei der der Lichtempfangsbetrag der Schwellwert THc auf einer Seite der Peak-Position PP3 ist und die am nächsten an der Peak-Position PP3 liegt, und einer Position PP3b, an der der Lichtempfangsbetrag des Schwellwert THc auf der anderen Seite der Peak-Position PP3 ist und die der Peak-Position PP3 am nächsten liegt, berechnet.
20 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels der Peak-Positions-Detektionsverarbeitung durch den Welleformverarbeitungsteil 7. Das Beispiel der 20 unterscheidet sich von dem Beispiel der 15 in folgender Hinsicht.
In dem Beispiel der 20, wenn die Werte aller Peaks in den ersten Welleformdaten ermittelt werden (Schritt S2 der 20), berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 Breiten aller Peaks, wie es oben beschrieben ist, basierend auf den ermittelten Werten aller Peaks (Schritt S3a). Als nächstes spezifiziert der Wellenformverarbeitungsteil 7 die minimale Breite unter all den berechneten Breiten der Peaks (Schritt S4a).
Hierin, wie es oben beschrieben ist, werden die ersten Wellenformdaten bezüglich jeder Pixelreihe entlang der Richtung A2 der 7A erzeugt. Aus diesem Grund werden eine Mehrzahl von Sätzen erster Welleformdaten entsprechend der Mehrzahl von Pixelreihen, die in der Richtung A1 der 7A angeordnet sind, sequentiell erzeugt.
Als nächstes spezifiziert der Welleformverarbeitungsteil 7 als ersten Detektionszielpeak einen Peak, der eine Breite aufweist, deren Differenz von der minimalen Breite nicht größer als der im Voraus festgelegte Schwellwert bezüglich der ersten Welleformdaten ist (Schritt S5a). Der erste Detektionszielpeak, der im Schritt S5a spezifiziert ist, kann der wahre Peak sein und ist ein Detektionsziel für die Peak-Position. Wenn der erste Detektionszielpeak in allen ersten Wellenformdaten spezifiziert ist, erzeugt der Wellenformverarbeitungsteil 7 eine Mehrzahl von Sätzen von zweiten Wellenformdaten (Schritt S5a).
Wenn alle der zweiten Wellenformdaten erzeugt sind, ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 bezüglich jeder der erzeugten zweiten Wellenformdaten einen Wert des zweiten Detektionszielpeaks, der mit dem entsprechenden ersten Detektionszielpeak in den ersten Wellenformdaten eine gemeinsame Peak-Position aufweist (Schritt S7a).
Wenn die Werte der zweiten Detektionszielpeaks in allen zweiten Wellenformdaten ermittelt sind, berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 ein Verhältnis zwischen Werten der jeweils entsprechenden ersten und zweiten Detektionszielpeaks in den ersten Wellenformdaten und den zweiten Wellenformdaten jeder Pixelreihe (Schritt S8a).
Als nächstes wählt basierend auf den berechneten Verhältnissen der Wellenformverarbeitungsteil 7 den wahren Peak aus sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten jeder Pixelreihe aus und detektiert eine Position des wahren Peaks (Schritt S9a). In diesem Fall wählt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peaks, deren berechnetes Verhältnis maximal ist, als wahre Peaks aus, und detektiert eine Position der wahren Peaks. Damit schließt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peak-Positions-Detektionsverarbeitung ab.
In dem vorliegenden Beispiel wird der erste Detektionszielpeak, welcher der wahre Peak sein kann, basierend auf der Breite jedes Peaks in den ersten Wellenformdaten im Voraus spezifiziert, und lediglich das Verhältnis zwischen dem Wert des spezifizierten ersten Detektionszielpeaks und des Werts des zweiten Detektionszielpeaks, der diesem entspricht, wird berechnet. Dadurch wird die Notwendigkeit zum Berechnen von Verhältnissen bezüglich aller Peaks eliminiert, wodurch eine effiziente Detektion der wahren Peak-Position ermöglicht wird.
Es sei bemerkt, dass in dem Schritt S9a der 20 die Differenz zwischen den Werten der ersten und zweiten Detektionszielpeaks anstelle der Berechnung des Verhältnisses zwischen den Werten der ersten und zweiten Detektionszielpeaks berechnet werden kann. Ferner können die Werte der ersten und zweiten Detektionszielpeaks mit einem im Voraus festgelegten Koeffizienten multipliziert werden, und eine Differenz zwischen Werten der multiplizierten ersten und zweiten Detektionszielpeaks kann berechnet werden.
(1-9-4)
In dem obigen Beispiel wird der wahre Peak basierend auf den Wellenformdaten spezifiziert, aber eine Beschränkung darauf besteht nicht, und der wahre Peak kann basierend auf der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 spezifiziert werden.
21 ist ein Flussdiagramm einer Peak-Positions-Detektionsverarbeitung in dem Fall der Spezifizierung des wahren Peaks basierend auf der Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21. Das Beispiel der 21 unterscheidet sich von dem Beispiel der 15 in folgender Hinsicht.
In dem vorliegenden Beispiel wird die Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 in dem Fall des Arbeitsstücks W, das mit dem ersten Licht bestrahlt wird, als erste Bilddaten zum Lichtempfangselement 21 übergeben, und die Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 in dem Fall des Arbeitsstücks W, das mit dem zweiten Licht bestrahlt wird, wird dem Lichtempfangselement 21 als zweite Bilddaten übergeben.
Wie es in 21 gezeigt ist, bestimmt der Wellenformverarbeitungsteil 7 ob oder ob nicht die ersten Bilddaten erhalten wurden (Schritt S21). Wenn die ersten Bilddaten nicht erhalten wurden, verbleibt der Wellenformverarbeitungsteil 7 in Bereitschaft, bis die ersten Bilddaten erhalten werden. Wenn die erste Bilddaten erhalten wurden, ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Lichtempfangsbetrag jedes Pixels des Lichtempfangselements 21 in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht basieren auf den ersten Bilddaten (Schritt S22).
Als nächstes bestimmt der Wellenformverarbeitungsteil 7 ob oder ob nicht die zweiten Bilddaten erhalten wurden (Schritt S23). Wenn die zweite Lichtempfangsbetragsverteilung nicht erhalten wurde, verbleibt der Wellenformverarbeitungsteil 7 in Bereitschaft, bis die zweiten Bilddaten erhalten werden. Wenn die zweiten Bilddaten erhalten wurden, ermittelt der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Lichtempfangsbetrag jedes Pixels des Lichtempfangselements 21 in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht basierend auf den zweiten Bilddaten (Schritt S24).
Als nächstes berechnet der Wellenformverarbeitungsteil 7 ein Verhältnis des Lichtempfangsbetrags in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht zum Lichtempfangsbetrag in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht, bezüglich jedes Pixels des Lichtempfangselements 21 (Schritt S25). Anschließend spezifiziert der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Pixel, der dem Peak entspricht, bezüglich jeder Pixelreihe, basierend auf sowohl den ersten als auch den zweiten Bilddaten (Schritt S26).
Als nächstes wählt basierend auf den Verhältnissen, die im Schritt S25 berechnet werden, und dem Pixel, der im Schritt S26 spezifiziert wird, der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Pixel aus, der dem wahren Peak entspricht, bezüglich jeder Pixelreihe, und detektiert eine Position des wahren Peaks (Schritt S27). In diesem Fall vergleicht der Wellenformverarbeitungsteil 7 das Verhältnis des Lichtempfangsbetrags in dem Fall der Bestrahlung mit dem ersten Licht zum Lichtempfangsbetrag in dem Fall der Bestrahlung mit dem zweiten Licht, bezüglich des Pixels, der dem Peak entspricht, für jeder Pixelreihe. Als ein Resultat des Vergleichs wählt der Wellenformverarbeitungsteil 7 einen Pixel, bei dem das Verhältnis zwischen den Lichtempfangsbeträgen auf jeder Pixelreihe maximal ist, als einen Pixel aus, der dem wahren Peak entspricht, und detektiert die Position des Pixels als wahre Peak-Position. Damit schließt der Wellenformverarbeitungsteil 7 die Peak-Positions-Detektionsverarbeitung ab.
In dem vorliegenden Beispiel wird die wahre Peak-Position basierend auf den ersten und zweiten Bilddaten detektiert, welche die Lichtempfangsbetragsverteilung des Lichtempfangselements 21 zeigen. Mit anderen Worten werden neue Bilddaten, die aus einem Relativwert zwischen jeweils entsprechenden Pixelwerten (Lichtempfangsbeträgen) der ersten und zweiten Bilddaten aufgebaut sind, erzeugt, und die Peak-Position wird in den Wellenformdaten entsprechend jeder Pixelreihe der erzeugten neuen Bilddaten detektiert. Aus den detektierten Peak-Positionen wird die wahre Peak-Position ausgewählt und detektiert. Wie es oben beschrieben ist, wird jeder von dem Relativwert zwischen den ersten und zweiten Bilddaten, dem Relativwert zwischen den Wellenformdaten, die von den ersten und zweiten Bilddaten erhalten werden, und dem Relativwert zwischen den Peak-Positionen, die von den ersten und zweiten Bilddaten detektiert werden, berechnet, und basierend auf diesem Relativwert ist es möglich, zwischen der falschen Peak-Position bedingt durch mehrfach reflektiertes Licht und der wahren Peak-Position bedingt durch einmal reflektiertes Licht klar zu unterscheiden.
(1-9-5)
In dem Beispiel, das in den 8A und 8B gezeigt ist, sind der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und das Arbeitsstück W so angeordnet, dass das erste Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, p-polarisiertes Licht bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W wird, und das zweite Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, s-polarisiertes Licht bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W wird, aber in einem Fall, in dem der Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a und das Arbeitsstück W so angeordnet sind, dass das erste Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, s-polarisiertes Licht bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W wird, und das zweite Licht, mit dem das Arbeitsstück W bestrahlt wird, p-polarisiertes Licht bezüglich der Oberfläche des Arbeitsstücks W wird, wird die Betragsrelation des Reflexionsvermögens des Lichts in der Richtung der Mehrfachreflexion umgekehrt, und folglich sollte eine Peak-Position, bei welcher der Relativwert (Verhältnis des Werts des Peaks in den ersten Wellenformaten zum Wert des Peaks in den zweiten Wellenformdaten) minimal ist, als wahre Peak-Position spezifiziert werden. Alternativ können die Polarisationskomponenten des ersten und zweiten Bestrahlungslichts umgekehrt werden, sodass die Peak-Position, an der der Relativwert maximal ist, als wahre Peak-Position erkannt wird.
Beispielsweise wird in dem Schritt S7 der 15 der Wert des Peaks in den zweiten Wellenformdaten zum Wert des Peaks in den ersten Wellenformdaten anstelle der Berechnung des Werts des Peaks in den ersten Wellenformdaten zum Wert des Peaks in den zweiten Wellenformdaten berechnet. Ferner werden im Schritt S8 Peaks, deren berechnetes Verhältnis minimal ist, als wahre Peaks anstelle der Auswahl der Peaks, deren berechnetes Verhältnis maximal ist, als wahre Peaks ausgewählt.
Zum Zweck des Entfernens bzw. Verringerns von mehrfach reflektiertem Licht sind Beschränkungen bezüglich der relativen Anordnung zwischen dem Arbeitsstück W und dem Lichtprojektions-/Lichtempfangsteil 100a für den Benutzer nicht erwünscht. Es ist somit bevorzugt, dass ob Position der Peaks, deren Relativwert maximal ist, als wahre Peak-Position erkannt wird oder die Position der Peaks, deren Relativwert minimal ist, als wahre Peak-Position spezifiziert wird, geeignet auswählbar vorgesehen ist, gemäß der Anordnung des Arbeitsstücks W und des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a. Alternativ kann dem Benutzer erlaubt werden, eine Polarisationskomponente des ersten Lichts und eine Polarisationskomponente des zweiten Lichts entsprechend auszuwählen.
Ferner ist es im Hinblick auf das Entfernen von mehrfach reflektiertem Licht äußerst wünschenswert, dass die Polarisationskomponenten des ersten Lichts und des zweiten Lichts sich innerhalb der horizontalen Ebene um 90 Grad in der Polarisationsrichtung unterscheiden. Allerdings versteht es sich, dass das obige nicht einschränkend ist, solange die Reflexionsvermögen in der Richtung der Mehrfachreflexion sich um ein solches Ausmaß unterscheiden, dass das mehrfach reflektierte Licht entfernt bzw. ausgesondert werden kann.
(2) Zweite Ausführungsform
(2-1)
Wie für das optische Abstandsmessgerät 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Punkt bezüglich des optischen Abstandsmessgeräts 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 22 ist eine Ansicht, welche Konfigurationen eines Lichtprojektionsteils und eines Lichtempfangsteils des optischen Abstandsmessgeräts 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Wie es in 22 gezeigt ist, enthält der Lichtprojektionsteil 1 ein Lichtprojektionsgerät 100, eine Kollimatorlinse 12 und die optischen Erweiterungssysteme 15, 16. Das Lichtprojektionselement 11 emittiert nicht polarisiertes Licht, das verschiedene Polarisationsrichtungen aufweist. Licht, das von dem Lichtprojektionselement 11 emittiert wird, wird mittels der Kollimatorlinse 12 als paralleles Licht geformt und durch die optischen Erweiterungssysteme 15, 16 in bandförmiges Licht umgewandelt, um bezüglich des Lichtprojektions-/Lichtempfangsteils 100a nach außen geführt zu werden.
Das Lichtempfangsteil 2 enthält das Lichtempfangselement 21, die Lichtempfangslinse 22, die Polarisationsplättchen 23a, 23b und einen Polarisationsplättchenumschaltteil 24. Das Polarisationsplättchen 23a ermöglichen beispielsweise den Durchgang von lediglich erstem Licht als p-polarisiertes Licht bezüglich des bestrahlten Bereichs T1 des Arbeitsstücks W. Das Polarisationsplättchen 23b ermöglicht beispielsweise den Durchgang von lediglich zweitem Lichts als s-polarisiertes Licht bezüglich des bestrahlten Bereichs T1 des Arbeitsstücks W. Der Polarisationsplättchenumschaltteil 24 ordnet selektiv die Polarisationsplättchen 23a und 23b in einem optischen Weg an, durch den das reflektierte Licht von dem Arbeitsstück W tritt. Als Polarisationsplättchenumschaltteil 24 wird beispielsweise ein Drehsolenoid oder ein Motor verwendet.
Durch Anordnung des Polarisationsplättchens 23a innerhalb des optischen Wegs, mittels des Polarisationsplättchenumschaltteils 24, wird lediglich das erste Licht von dem reflektierten Licht von dem Arbeitsstück W durch das Polarisationsplättchen 23a übertragen. Das übertragene erste Licht trifft durch die Lichtempfangslinse 22 auf das Lichtempfangselement 21 auf. In diesem Fall wird eine Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts durch das Lichtempfangselement 21 erhalten, und erste Wellenformdaten werden basierend auf der erhaltenen Lichtempfangsbetragsverteilung erzeugt.
Durch Anordnung des Polarisationsplättchens 23b innerhalb des optischen Wegs, mittels des Polarisationsplättchenumschaltteils 24, wird lediglich das zweite Licht von dem vom Arbeitsstück W reflektierten Licht durch das Polarisationsplättchen 23b übertragen. Das übertragene zweite Licht trifft durch die Lichtempfangslinse 22 auf das Lichtempfangselement 21 auf. In diesem Fall wird eine Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts mittels des Lichtempfangselements 21 erhalten, und zweite Wellenformdaten werden basierend auf der erhaltenen Lichtempfangsbetragsverteilung erzeugt. Unter Verwendung der erzeugten ersten und zweiten Wellenformdaten wird eine Peak-Positions-Detektionsverarbeitung mittels des Wellenformverarbeitungsteils 7 wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt.
(2-2) Wirkung
In dem optischen Abstandsmessgerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Arbeitsstück W mit herkömmlichen Licht von dem Bestrahlungsteil 1 bestrahlt, und das reflektierte Licht von dem Arbeitsstück W wird selektiv als erstes und zweites Licht zum Lichtempfangselement 21 geführt. Auch in diesem Fall kann, wie in der ersten Ausführungsform, der wahre Peak in sowohl den ersten als auch den zweiten Wellenformdaten basierend auf dem Relativwert zwischen jeweils entsprechenden Peaks in den ersten und zweiten Wellenformdaten genau ausgewählt werden. Es ist somit möglich, die wahre Peak-Position, welche die Höhe des bestrahlten Bereichs T1 des Arbeitsstücks W zeigt, genau zu detektieren. Als Folge kann die Querschnittsform des Arbeitsstücks W genau detektiert werden.
(2-3) Andere Beispiele des Lichtprojektionsteils und des Lichtempfangsteils
23 ist eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Lichtprojektionsteils 1 und des Lichtempfangsteils 2 zeigt. Der Lichtprojektionsteil 1 und der Lichtempfangsteil 2 der 23 unterscheiden sich von dem Lichtprojektionsteil 1 und dem Lichtempfangsteil 2 der 22 in folgender Hinsicht.
In dem Beispiel der 23 wird linear polarisiertes Licht, das eine konstante Polarisationsrichtung aufweist, von dem Lichtprojektionselement 11 emittiert. Die Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts wird so festgelegt, dass sich diese von dem ersten und zweiten Licht unterscheidet, und die Richtung wird beispielsweise auf 45 Grad bezüglich der Einfallsoberfläche des Arbeitsstücks W festgelegt.
Der Lichtempfangsteil 2 enthält einen Polarisationskomponententrennungsteil 25 anstelle der Polarisationsplättchen 23a, 23b und des Polarisationsplättchenumschaltteils 24. Der Polarisationskomponententrennungsteil 25 kann die p-polarisierte Komponente und die s-polarisierte Komponente von dem reflektierten Licht von dem Arbeitsstück W selektiv trennen. Als Polarisationskomponententrennungsteil 25 wird beispielsweise ein Flüssigkristallschalter, ein EOM oder ein Farady-Rotator verwendet. Licht mit der p-polarierten Komponente, das von dem Polarisationskomponententrennungsteil 25 getrennt wird, wird als erstes Licht von dem Lichtempfangselement 21 empfangen, und Licht mit der s-polarisierten Komponente wird als zweites Licht von dem Lichtempfangselement 21 empfangen. Dadurch werden die Lichtempfangsbetragsverteilungen des ersten und zweiten Lichts erhalten.
(3) Andere Ausführungsformen
(3-1)
In der ersten und zweiten Ausführungsform ist der Winkel zwischen der Polarisationsrichtung des ersten Lichts und der Polarisationsrichtung des zweiten Lichts auf 90 Grad eingestellt, aber diese Beschränkung ist nicht erforderlich. Die Polarisationsrichtung des ersten Lichts und die Polarisationsrichtung des zweiten Lichts können von 90 Grad abweichen, solange die wahre Peak-Position ausgewählt werden kann, basierend auf dem Relativwert zwischen jeweils entsprechenden Peaks in der Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts und der Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts. Ferner kann eine Polarisationskomponente, die sich von der p-polarisierten Komponente und der s-polarisierten Komponente unterscheidet, in dem ersten und zweiten Licht enthalten sein.
(3-2)
In der ersten und zweiten Ausführungsform wird das Verhältnis, die Differenz oder der Wert, der unter Verwendung des im Voraus festgelegten Koeffizienten berechnet wird, als Relativwert zwischen dem Wert des Peaks in der Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts und dem Wert des Peaks in der Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts angewendet, aber diese Beschränkung ist nicht erforderlich. Ein Wert, der durch verschiedene Berechnungen unter Verwendung des Werts des Peaks in der Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts und des Werts des Peaks in der Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts erhalten wird, kann als Relativwert angewendet werden, solange die wahre Peak-Position genau ausgewählt werden kann.
(3-3)
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen sind nicht auf das optische Abstandsmessgerät 100 beschränkt, das die Querschnittsform des Arbeitsstücks W mittels des optischen Schneidsystems detektiert. Beispielsweise können vergleichbare Anordnungen aus der ersten und zweiten Ausführungsform in einem optischen Abstandsmessgerät des optischen Scannens, das ein Objekt mit punktförmigem Licht scannt und einen Abstand bzw. eine Versetzung des Objekts basierend auf einer Lichtempfangsbetragsverteilung des reflektierten Lichts zweidimensional detektiert, oder ein optisches Abstandsmessgerät angewendet werden, das ein Objekt mit linearem Licht bestrahlt und eine Versetzung bzw. einen Abstand des Arbeitsstücks W basierend auf dem reflektierten Licht eindimensional detektiert. Auch in diesem Fall ist es möglich, eine Position eines Peaks bedingt durch an dem Objekt einmal reflektiertes Licht zu detektieren. Folglich ist es möglich, einen Abstand bzw. eine Versetzung des Objekts genau zu detektieren.
(4) Entsprechungen zwischen Bestandteilen der Ansprüche und entsprechenden Teilen der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Beispiele von Entsprechungen zwischen Bestandteilen der Ansprüche und entsprechenden Teilen der Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das folgende Beispiel beschränkt.
In den obigen Ausführungsformen ist der Lichtprojektionsteil 1 ein Beispiel des Lichtprojektionsteils, das Lichtempfangsteil 2 ist ein Beispiel des Lichtempfangsteils, die ersten Wellenformdaten oder die ersten Bilddaten sind ein Beispiel der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung, die zweiten Wellenformdaten oder die zweiten Bilddaten sind ein Beispiel der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung und der Wellenformverarbeitungsteil 7 ist ein Beispiel des Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteils und des Peak-Positions-Detektionsteils. Ferner ist das Lichtprojektionselement 11a ein Beispiel des erstes Lichtprojektionselements, das Lichtprojektionselement 11b ist ein Beispiel des zweiten Lichtprojektionselements, der PBS 14 ist ein Beispiel des ersten optischen Systems, das λ/2-Plättchen 13 oder der PBS 14 sind ein Beispiel des zweiten optischen Systems und das λ/2-Plättchen 13, der Wellenplättchenantriebsteil 17 oder der Polarisationsrichtungssteuerteil 18 ist ein Beispiel des Polarisationskomponentensteuerteils. Ferner ist das Lichtempfangselement 21 ein Beispiel des Lichtempfangselements und die Polarisationsplättchen 23a, 23b, der Polarisationsplättchenumschaltteil 24 oder der Polarisationskomponententrennungsteil 25 ist ein Beispiel des Lichtempfangsauswahlteils.
Als entsprechende Bestandteile der Ansprüche können im Unterschied zu den Bestandteilen, die in den obigen Ausführungsformen beschrieben sind, auch eine Vielzahl von anderen Bestandteilen verwendet werden, welche den Aufbau oder die Funktion, die in den Ansprüchen beschrieben sind, aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann für die Detektion eines Abstands bzw. einer Versetzung eines Objekts mittels eines Triangulationssystems effizient angewendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-95117 [0002]

Claims

Optisches Abstandsmessgerät, das eine Peak-Position eines von einem Objekt reflektierten Lichts detektiert, um einen Abstand des Objekts mittels eines Triangulationssystems zu detektieren, wobei das Messgerät aufweist: einen Lichtprojektionsteil, der das Objekt mit Licht bestahlt; einen Lichtempfangsteil, der erstes Licht, welches eine erste lineare Polarisationskomponente enthält, und zweites Licht, das eine zweite lineare Polarisationskomponente enthält, die sich von der ersten lineare Polarisationskomponente unterscheidet, auf eine unterscheidbare Weise empfängt; einen Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil, welcher eine Lichtempfangsbetragsverteilung des ersten Lichts, das von dem Lichtempfangsteil erhalten wird, als erste Lichtempfangsbetragsverteilung ermittelt, und eine Lichtempfangsbetragsverteilung des zweiten Lichts, das von dem Lichtempfangsteil erhalten wird, als eine zweite Lichtempfangsbetragsverteilung ermittelt; einen Peak-Positions-Detektionsteil, der basierend auf den ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilungen, die von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil ermittelt werden, eine Unterscheidungsinformation zur Unterscheidung zwischen einer Position eines falschen Peaks, bedingt durch Licht, das auf der Oberfläche des Objekts mehr als einmal reflektiert wird, und einer Position eines wahren Peaks, bedingt durch Licht, das auf dieser einmal reflektiert wird, berechnet, um die wahre Peak-Position basierend auf der berechneten Unterscheidungsinformation zu spezifizieren; und einen Messungsverarbeitungsteil, der einen Abstand des Objekts entsprechend der wahren Peak-Position, welche von dem Peak-Positions-Detektionsteil spezifiziert wird, berechnet.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Peak-Positions-Detektionsteil eine Peak-Position in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung, welche von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil ermittelt wird, als erste Peak-Position detektiert, und eine Peak-Position in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung als eine zweite Peak-Position detektiert, um als Unterscheidungsinformation einen Relativwert zwischen Lichtempfangsbeträgen der jeweils entsprechenden ersten und zweiten Peak-Positionen zu berechnen.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Peak-Positions-Detektionsteil als Unterscheidungsinformation eine relative Relation zwischen der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung, die von dem Lichtempfangsbetragsverteilungs-Ermittlungsteil ermittelt werden, berechnet.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Lichtprojektionsteil aufgebaut ist, um das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht selektiv zu bestrahlen.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 4, bei dem der Lichtprojektionsteil enthält: ein erstes und zweites Lichtprojektionselement, die Licht erzeugen; ein erstes optisches System, das als erstes Licht solches Licht, das von dem ersten Lichtprojektionselement erzeugt wird, zum Objekt führt; und ein zweites optisches System, das als zweites Licht solches Licht, das von dem zweiten Lichtprojektionselement erzeugt wird, zum Objekt führt.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 4, bei dem der Lichtprojektionsteil enthält: ein gemeinsames Lichtprojektionselement, das Licht erzeugt; und einen Polarisationskomponentensteuerungsteil, der eine Polarisationskomponente von Licht, das von dem gemeinsamen Lichtprojektionsteil erzeugt wird, steuert, um das Objekt mit dem ersten und zweiten Licht zu bestrahlen.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem der Lichtprojektionsteil so aufgebaut ist, dass das Objekt mit gemeinsamen Licht, das die erste und zweite lineare Polarisationskomponente enthält, bestrahlt wird, und der Lichtempfangsteil ferner enthält: ein Lichtempfangselement; und einen Lichtempfangsauswahlteil, der als erstes und zweites Licht das gemeinsame Licht, das von dem Objekt reflektiert wird, selektiv dem Lichtempfangselement zuführt.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Unterscheidungsinformation ein Verhältnis zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einem Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, enthält.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Unterscheidungsinformation eine Differenz zwischen einem Wert des Peaks, der in der ersten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, und einem Wert des Peaks, der in der zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheint, enthält.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem die Unterscheidungsinformation einen Wert enthält, der durch Berechnen unter Verwendung der Werte der Peaks, die in der ersten und zweiten Lichtempfangsbetragsverteilung erscheinen, und eines im Voraus festgelegten Koeffizienten erhalten wird.
Optisches Abstandsmessgerät nach Anspruch 1, bei dem sich eine Polarisationsrichtung des ersten Lichts und eine Polarisationsrichtung des zweiten Lichts um 90 Grad voneinander unterscheiden.