JP2002195809A - Optical dimension measuring method and device - Google Patents

Optical dimension measuring method and device

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JP2002195809A
JP2002195809A JP2000393223A JP2000393223A JP2002195809A JP 2002195809 A JP2002195809 A JP 2002195809A JP 2000393223 A JP2000393223 A JP 2000393223A JP 2000393223 A JP2000393223 A JP 2000393223A JP 2002195809 A JP2002195809 A JP 2002195809A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the sudden change of a measurement value by a temperature change. SOLUTION: In the measurement of the dimension or displacement of a measuring object by use of a laser beam 10 oscillated by a semiconductor laser 20 of single mode with concentrated oscillation spectrum, the working current of the semiconductor laser 20 is subjected to high frequency modulation and made into a multi mode to minimize the influence by mode hop.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式寸法測定方
法及び装置に係り、特に、レーザ走査型外形測定器や光
学式変位計に用いるのに好適な、発振スペクトルが集中
したシングルモードの半導体レーザにより発振されるレ
ーザ光を用いて、測定対象物の寸法や変位を測定する光
学式寸法測定方法及び装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical dimension measuring method and apparatus, and more particularly to a single mode semiconductor having a concentrated oscillation spectrum, which is suitable for use in a laser scanning type external measuring instrument and an optical displacement meter. The present invention relates to an improvement in an optical dimension measuring method and apparatus for measuring dimensions and displacement of a measurement object using laser light oscillated by a laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光を用いて測定対象物の寸法や変
位を測定する装置に、特開2000−88528に記載
されているように、レーザ光の平行走査範囲内に配置し
た測定対象物によって生じる影の長さを測定することに
より測定対象物の外形を測定するレーザ走査型外形測定
器や、特公平4−49048に記載されているように、
測定対象面に投影したレーザ光の反射光の位置の、測定
対象面の変位による変化を、PSD等の位置検出素子を
用いて測定する、三角測量方式の光学式変位計や、特開
平7−43148に記載されているように、オートフォ
ーカス機構を利用して、合焦位置の変化から測定対象面
の変位を測定する、合焦方式の光学式変位計がある。
2. Description of the Related Art As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-88528, an apparatus for measuring the size and displacement of an object to be measured by using a laser beam uses an object arranged within a parallel scanning range of the laser beam. As described in Japanese Patent Publication No. 4-49048, a laser-scanning outer shape measuring device that measures the outer shape of a measurement object by measuring the length of a shadow that occurs.
An optical displacement meter of a triangulation method for measuring a change in the position of the reflected light of the laser beam projected on the measurement target surface due to the displacement of the measurement target surface using a position detecting element such as a PSD, As described in US Pat. No. 43148, there is a focusing optical displacement meter that measures the displacement of a measurement target surface from a change in focusing position using an autofocus mechanism.

【0003】このようなレーザ光を利用した寸法測定装
置において、従来は、発振スペクトルが拡散しているマ
ルチモードの半導体レーザが用いられていたが、近年、
製品の集約化により、使用可能な半導体レーザの種類が
減っており、図1に示す如く、発振スペクトルが集中し
たシングルモードの半導体レーザが主流になり、マルチ
モードの半導体レーザは入手が困難になっている。
In a dimension measuring apparatus using such a laser beam, a multi-mode semiconductor laser whose oscillation spectrum is diffused has been used in the past.
With the consolidation of products, the types of semiconductor lasers that can be used are decreasing. As shown in FIG. 1, single-mode semiconductor lasers having a concentrated oscillation spectrum have become mainstream, and it has become difficult to obtain multi-mode semiconductor lasers. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シング
ルモードの半導体レーザにおける発振波長とケース温度
特性の関係の例は図2に示す如くであり、周囲温度の変
化によって発振モードが変化し、発振波長が変化する、
いわゆるモードホップ現象が生じるため、特に精密な測
定が要求される寸法測定装置においては、大きな問題と
なっていた。
However, an example of the relationship between the oscillation wavelength and the case temperature characteristic in a single mode semiconductor laser is as shown in FIG. 2, and the oscillation mode changes due to a change in ambient temperature, and the oscillation wavelength changes. Change,
Since a so-called mode hop phenomenon occurs, this has been a serious problem particularly in a dimension measuring device that requires precise measurement.

【0005】例えばレーザ走査型外形測定器において
は、図3に示す如く、図示しない半導体レーザから照射
されたレーザ光10を、回転しているポリゴンミラー1
2により反射し、f−θレンズ14により平行走査光1
6とした後、測定対象物8に投影しているが、モードホ
ップにより発振波長が変化すると、レーザ光の波長変化
のため、f−θレンズ14の収差により、一定の速度で
走査する平行走査光16Aが、16B又は16Cのよう
に変化して、測定対象物8の影の時間Tに誤差を生じ、
16Bのように平行走査光が外側に広がった場合には、
測定対象物8の外形が小さくなる方向に、逆に16Cの
ように平行走査光が狭まった場合には、測定対象物8の
外形が大きくなる方向に誤差を生じる。特に、特定の温
度下で、微妙な温度変化によりモードホップが現われた
場合は、急激な測定値変化となって現われ、使用者に外
形測定器が故障したような印象を与える。
For example, in a laser scanning type external shape measuring instrument, as shown in FIG. 3, a laser beam 10 emitted from a semiconductor laser (not shown) is applied to a rotating polygon mirror 1.
2 and the parallel scanning light 1 by the f-θ lens 14.
After that, when the oscillation wavelength changes due to mode hopping, parallel scanning for scanning at a constant speed due to aberration of the f-θ lens 14 due to a change in the wavelength of the laser beam. The light 16A changes like 16B or 16C, causing an error in the shadow time T of the measurement object 8,
When the parallel scanning light spreads outward as in 16B,
When the parallel scanning light is narrowed in the direction in which the outer shape of the measuring object 8 is reduced, as opposed to 16C, an error occurs in the direction in which the outer shape of the measuring object 8 is increased. In particular, when a mode hop appears due to a subtle temperature change at a specific temperature, the mode hop appears as a sudden change in the measured value, giving the user the impression that the external shape measuring device has failed.

【0006】以前の外形測定器は、繰り返し精度が比較
的悪かったため、モードホップの現象は問題とならなか
ったが、高精度化を進めた結果、モードホップ現象が顕
著に現われ、大きな問題点となっている。
In the former external shape measuring instrument, the repeatability was relatively poor, so the mode hop phenomenon was not a problem. However, as a result of the advancement of the accuracy, the mode hop phenomenon became conspicuous, and the major problem was that Has become.

【0007】又、前記三角測量方式の光学式変位計で
は、モードホップにより発振波長が変化すると、レンズ
の屈折角が波長で変化するため、反射光がPSDに当る
位置が変化し、更に、合焦方式の光学式変位計では、直
接焦点距離を使っているため、モードホップにより発振
波長が変化すると、レンズの屈折角が波長で変化するた
め、焦点位置が変化すると、直接検出誤差となって現わ
れる。又、可視光レーザでマルチモードがないため、可
視光レーザが使えず、不可視レーザを採用しているた
め、測定点が見えず、別途測定点確認用ランプを必要と
する等の問題点を有する。
Further, in the optical displacement meter of the triangulation method, when the oscillation wavelength changes due to mode hop, the refraction angle of the lens changes with the wavelength, so that the position where the reflected light hits the PSD changes. Since the focus type optical displacement meter uses the direct focal length, if the oscillation wavelength changes due to mode hopping, the refraction angle of the lens changes with the wavelength. Appear. In addition, since there is no multimode in the visible light laser, the visible light laser cannot be used, and since the invisible laser is employed, the measuring point cannot be seen, and there is a problem that a lamp for confirming the measuring point is separately required. .

【0008】なお、図2に示したような温度特性が、例
えば線形で、且つ一定していれば、温度を検出して補正
を行うことも考えられるが、温度特性が線型でなく階段
状で、しかも、製品毎に階段特性が変化するため、温度
を検出して補正を行うことは現実的に不可能である。
If the temperature characteristic shown in FIG. 2 is, for example, linear and constant, it may be possible to detect and correct the temperature. However, the temperature characteristic is not linear but has a step-like shape. Moreover, since the staircase characteristic changes for each product, it is practically impossible to detect and correct the temperature.

【0009】又、DVDやMDにおいても、本願と同様
の高周波重畳が行われているが、DVDやMDでは、デ
ィスクの反りや変形に追従するようサーボをかけてお
り、本願とは目的が異なる。
[0009] Although high-frequency superposition similar to that of the present invention is performed in DVDs and MDs, servos are applied to DVDs and MDs so as to follow the warpage and deformation of the disc, and the purpose is different from that of the present invention. .

【0010】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、周囲温度が変化しても、測定値が急
激に変化しないようにすることを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to prevent a measured value from suddenly changing even when an ambient temperature changes.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、発振スペクト
ルが集中したシングルモードの半導体レーザにより発振
されるレーザ光を用いて、測定対象物の寸法や変位を測
定する光学式寸法測定方法において、半導体レーザの動
作電流に高周波変調をかけ、半導体レーザをマルチモー
ド化して、モードホップによる影響を小さくするように
して、前記課題を解決したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an optical size measuring method for measuring the size and displacement of an object to be measured using a laser beam oscillated by a single mode semiconductor laser having a concentrated oscillation spectrum. An object of the present invention is to solve the above-described problem by performing high-frequency modulation on an operating current of a semiconductor laser to make the semiconductor laser multimode so as to reduce the influence of mode hop.

【0012】本発明は、又、発振スペクトルが集中した
シングルモードの半導体レーザにより発振されるレーザ
光を用いて、測定対象物の寸法や変位を測定する光学式
寸法測定装置において、半導体レーザの動作電流に高周
波変調をかけるための高周波重畳回路を設け、半導体レ
ーザをマルチモード化して、モードホップによる影響を
小さくすることにより、同じく前記課題を解決したもの
である。
The present invention also provides an optical size measuring apparatus for measuring the size and displacement of an object to be measured by using a laser beam oscillated by a single mode semiconductor laser whose oscillation spectrum is concentrated. Another object of the present invention is to solve the above-mentioned problem by providing a high-frequency superimposing circuit for applying high-frequency modulation to a current, making the semiconductor laser multimode, and reducing the influence of mode hop.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】本発明においては、図4に示す如く、例え
ばフォトダイオード(PD)22を含む自動出力調整回
路(APC)24により出力が一定に保たれている半導
体レーザ(LD)20に、更に、レーザの動作電流を、
数100MHz、例えば400〜500MHzの高周波
で変調する高周波重畳回路26を設けたものである。
In the present invention, as shown in FIG. 4, for example, a semiconductor laser (LD) 20 whose output is kept constant by an automatic output adjustment circuit (APC) 24 including a photodiode (PD) 22, The operating current of the laser
A high-frequency superimposing circuit 26 for modulating at a high frequency of several hundred MHz, for example, 400 to 500 MHz is provided.

【0015】前記半導体レーザ20の駆動用順電流と光
出力の関係の例を図5に示す。
FIG. 5 shows an example of the relationship between the driving forward current of the semiconductor laser 20 and the light output.

【0016】高周波を重畳しないときには、図1に示し
たようなシングルモードの発振スペクトラムであったも
のが、高周波を重畳することによって、図6に示すよう
なマルチモードと同様の発振スペクトラムとなる。従っ
て、シングルモードの半導体レーザを用いて、マルチモ
ードの発振スペクトラムを得ることができる。
When the high frequency is not superimposed, the oscillation spectrum of the single mode as shown in FIG. 1 is changed to the oscillation spectrum of the multi mode as shown in FIG. 6 by superimposing the high frequency. Therefore, a multi-mode oscillation spectrum can be obtained using a single-mode semiconductor laser.

【0017】以下、レーザ走査型外形測定器に適用した
本発明の第1実施形態を詳細に説明する。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention applied to a laser scanning type outer shape measuring device will be described in detail.

【0018】本実施形態は、図7に示す如く構成され
る。図において、発光部30は、測定対象物8が配置さ
れた測定範囲に対し、走査ビーム16を照射する。受光
部50は、走査ビーム16の一部、即ち測定対象物8に
よって遮られなかったビームを受光し、これに対応した
受光信号を送出する。そして、受光信号に基づき、演算
部60により測定対象物8の寸法の測定が行われる。
This embodiment is configured as shown in FIG. In the figure, a light emitting unit 30 irradiates a scanning beam 16 to a measurement range in which a measurement target 8 is arranged. The light receiving unit 50 receives a part of the scanning beam 16, that is, a beam that is not blocked by the measurement object 8, and transmits a light receiving signal corresponding to the part. Then, the dimensions of the measurement object 8 are measured by the calculation unit 60 based on the received light signal.

【0019】前記発光部30は、半導体レーザ20を含
み、この半導体レーザ20からは、レーザ光10が出力
される。なお、半導体レーザ20には、従来と同様のA
PC24及び本発明に係る高周波重畳電源回路26が接
続されている。
The light emitting section 30 includes a semiconductor laser 20, and a laser beam 10 is output from the semiconductor laser 20. The semiconductor laser 20 has the same A
The PC 24 and the high-frequency power supply circuit 26 according to the present invention are connected.

【0020】レーザ光10は、ミラー32により偏光さ
れ、ポリゴンミラー12に導かれる。ポリゴンミラー1
2は、これと同軸に配置されたモータ34により回転す
る。クロック回路62からはクロックパルスが出力さ
れ、これに同期した駆動信号がモータ同期回路36から
出力される。モータ同期回路36の出力に基づき、モー
タ駆動回路38は、モータ34に対し電力を供給し、こ
れを駆動する。従って、ポリゴンミラー12は、クロッ
クパルスに対して所定の関係をもった速度で回転する。
The laser beam 10 is polarized by a mirror 32 and guided to a polygon mirror 12. Polygon mirror 1
2 is rotated by a motor 34 arranged coaxially therewith. A clock pulse is output from the clock circuit 62, and a drive signal synchronized with the clock pulse is output from the motor synchronization circuit 36. Based on the output of the motor synchronization circuit 36, the motor drive circuit 38 supplies electric power to the motor 34 and drives it. Therefore, the polygon mirror 12 rotates at a speed having a predetermined relationship with the clock pulse.

【0021】回転するポリゴンミラー12によってレー
ザ光10が反射され、更にf−θレンズ14を通過する
ことによって、平行な走査ビーム16が形成される。
The laser beam 10 is reflected by the rotating polygon mirror 12 and further passes through the f-θ lens 14, whereby a parallel scanning beam 16 is formed.

【0022】発光部30には、更に、前記f−θレンズ
14の外側に受光素子40が配置されている。受光素子
40は、レーザ光がf−θレンズ14を通過する範囲の
1回の走査が終了した後、レーザ光を受光する位置に配
置されており、受光するとパルス状の信号を出力する。
従って、受光素子40の受光信号は、レーザ光の1回の
走査が終わる毎に1回出力される。
In the light emitting section 30, a light receiving element 40 is arranged outside the f-θ lens 14. The light receiving element 40 is arranged at a position for receiving the laser light after one scan of the range in which the laser light passes through the f-θ lens 14, and outputs a pulse signal when receiving the light.
Therefore, the light receiving signal of the light receiving element 40 is output once each time one scan of the laser beam is completed.

【0023】前記受光部50において、平行な走査ビー
ム16は、レンズ52により、受光素子54上に集光さ
れる。受光素子54は、走査ビーム16を受光している
ときはハイとなり、受光していないときはローとなる信
号を送出し、この信号はアンプ56によって増幅され、
演算部60に送出される。測定対象物8により走査ビー
ム16が遮られ、受光素子54に到達しなければ、受光
素子54はロー信号を出力する。従って、走査ビーム1
6が測定範囲内を走査しているときであっても、ロー信
号となっている期間を測定すれば、測定対象物8の走査
面内での走査方向の寸法を測定することができる。この
寸法測定を演算部60が行う。
In the light receiving section 50, the parallel scanning beam 16 is focused on a light receiving element 54 by a lens 52. The light receiving element 54 sends a signal that goes high when the scanning beam 16 is received and goes low when the scanning beam 16 is not received, and this signal is amplified by the amplifier 56,
The data is sent to the calculation unit 60. If the scanning beam 16 is blocked by the measuring object 8 and does not reach the light receiving element 54, the light receiving element 54 outputs a low signal. Therefore, scanning beam 1
Even when 6 scans within the measurement range, by measuring the period during which the signal is a low signal, it is possible to measure the dimension of the measuring object 8 in the scanning direction in the scanning plane. The dimension measurement is performed by the calculation unit 60.

【0024】演算部60において、前記アンプ56の信
号は、まずエッジ検出回路64に入力する。エッジ検出
回路64は、ローからハイに変化する立上がりと、ハイ
からローに変化する立下がりの双方のエッジを検出す
る。エッジ検出回路64は、前記立上がり、立下がりの
いずれかのエッジが検出されたとき、エッジ検出信号を
ゲート回路66に送出する。ゲート回路66には、前記
クロック回路62からのパルス信号も入力されており、
エッジ検出信号の入力に従い、クロックパルスのカウン
タ68への送出の開始、停止の制御を行う。測定対象物
8の寸法を測定したいのであれば、立下がりエッジを検
出したときから次の立上がりエッジを検出したときま
で、クロックパルスを計数すればよい。
In the arithmetic section 60, the signal of the amplifier 56 is first input to an edge detection circuit 64. The edge detection circuit 64 detects both a rising edge that changes from low to high and a falling edge that changes from high to low. The edge detection circuit 64 sends an edge detection signal to the gate circuit 66 when either the rising edge or the falling edge is detected. The pulse signal from the clock circuit 62 is also input to the gate circuit 66,
In accordance with the input of the edge detection signal, start and stop of transmission of the clock pulse to the counter 68 are controlled. If it is desired to measure the dimension of the measurement object 8, the clock pulse may be counted from when the falling edge is detected until when the next rising edge is detected.

【0025】発光部30に設けられた受光素子40によ
りレーザ光10が検出されると、受光信号がリセット回
路70に送出される。リセット回路70は、方形パルス
波のリセット信号をゲート回路66に送出し、ゲート回
路66は、これを受けて全てのカウンタの動作を停止さ
せる。又、リセット信号は、バスを介してCPU(中央
処理装置)72にも送出され、CPU72は、カウンタ
68の計数値を読み取り、測定対象物8の寸法の算出を
行う。走行ビーム16の走査は、クロックパルスに同期
して走査されているので、カウンタ68で計数されたク
ロックパルスの数は、計数が開始された位置から停止さ
れた位置まで長さ(寸法)に対応している。又、計数が
開始されてから停止されるまでの時間にも対応してい
る。
When the laser beam 10 is detected by the light receiving element 40 provided in the light emitting section 30, a light receiving signal is sent to the reset circuit 70. The reset circuit 70 sends a square pulse wave reset signal to the gate circuit 66, and the gate circuit 66 receives the signal and stops the operation of all counters. The reset signal is also sent to a CPU (Central Processing Unit) 72 via a bus, and the CPU 72 reads the count value of the counter 68 and calculates the dimensions of the measuring object 8. Since the scanning of the traveling beam 16 is performed in synchronization with the clock pulse, the number of clock pulses counted by the counter 68 corresponds to the length (dimension) from the position where the counting was started to the position where the counting was stopped. are doing. It also corresponds to the time from when counting is started to when it is stopped.

【0026】算出された値は、入出力回路74を介して
表示装置や印刷装置などの外部出力装置に送出される。
又、CPU72には、寸法算出のためのプログラムなど
が記憶されたROMやRAM等の記憶装置76と、寸法
の算出に必要な定数などを入力するためのキーボード7
8が、バスを介して接続されている。
The calculated value is sent to an external output device such as a display device or a printing device via the input / output circuit 74.
The CPU 72 includes a storage device 76 such as a ROM or a RAM in which a program for dimension calculation is stored, and a keyboard 7 for inputting constants and the like required for dimension calculation.
8 are connected via a bus.

【0027】受光素子52による測定波形の例を図8に
示す。
FIG. 8 shows an example of a waveform measured by the light receiving element 52.

【0028】高周波を重畳する前は、図9に示すような
直径測定値温度特性を有していた外径測定器が、高周波
を重畳してマルチモード化することによって、図10に
示すような直径測定値温度特性となり、大きく改善する
ことができた。
Before superimposing the high frequency, the outer diameter measuring device having the temperature characteristic of the measured diameter value as shown in FIG. The temperature characteristics of the measured diameter values were obtained, which could be greatly improved.

【0029】又、マルチモード化によりスペクトルが拡
散し、ピークに集中しなくなるため、干渉が小さくな
り、図8の下段に示した、スレッショルドの狂いによる
測定対象物8の位置が中心から上下にずれたときのアッ
プダウン誤差も小さくなる。
Further, since the spectrum is diffused by the multi-mode operation and the spectrum is not concentrated on the peak, the interference becomes small, and the position of the measuring object 8 due to the deviation of the threshold shown in the lower part of FIG. The up-down error at the time of occurrence also becomes small.

【0030】前記高周波重畳回路26により重畳する高
周波の振幅及び周波数は、図10に示すようなデータが
得られるように調整する。
The amplitude and frequency of the high frequency superimposed by the high frequency superimposing circuit 26 are adjusted so as to obtain data as shown in FIG.

【0031】次に、三角測量方式の光学式変位計に適用
した本発明の第2実施形態を図11に示す。本実施形態
は、半導体レーザ20と、PSD80と、該PSD80
上の受光波形の重心を算出する重心算出回路84、該重
心の位置から測定対象面9の変位を算出する変位算出回
路86を含む検出回路82とを備えた光学式変位計にお
いて、前記半導体レーザ20に、APC24に加えて高
周波重畳回路26を設けたものである。
Next, a second embodiment of the present invention applied to a triangulation optical displacement meter is shown in FIG. In this embodiment, the semiconductor laser 20, the PSD 80, and the PSD 80
An optical displacement meter comprising: a center-of-gravity calculating circuit 84 for calculating the center of gravity of the above received light-receiving waveform; 20 is provided with a high-frequency superimposing circuit 26 in addition to the APC 24.

【0032】次に、合焦方式の光学式変位計に適用した
本発明の第3実施形態を図12に示す。
Next, a third embodiment of the present invention applied to a focusing type optical displacement meter is shown in FIG.

【0033】本実施形態は、変位計本体90と、この変
位計本体90に対して対物レンズ92を図で上下方向へ
移動自在に保持する対物レンズホルダ94と、この対物
レンズホルダ94を上下方向へ駆動させるボイスコイル
96と、前記対物レンズホルダ92の上下方向位置を検
出するリニアエンコーダ98と含んで構成されている。
In this embodiment, a displacement meter main body 90, an objective lens holder 94 for holding the objective lens 92 movably in the vertical direction with respect to the displacement meter main body 90, and the objective lens holder 94 And a linear encoder 98 for detecting the vertical position of the objective lens holder 92.

【0034】前記ボイスコイル96は、前記変位計本体
90に固定されたマグネット96Aと、前記対物レンズ
ホルダ94に固定されたコイル96Bとから構成されて
いる。
The voice coil 96 is composed of a magnet 96A fixed to the displacement meter main body 90 and a coil 96B fixed to the objective lens holder 94.

【0035】前記リニアエンコーダ98は、前記対物レ
ンズホルダ94に一端が固定されたスケール98Aと、
前記変位計本体90にスケール98Aに対向して固定さ
れた検出器98Bとから構成されている。
The linear encoder 98 includes a scale 98A having one end fixed to the objective lens holder 94,
It comprises a detector 98B fixed to the displacement meter main body 90 so as to face the scale 98A.

【0036】前記変位計本体90には、半導体レーザ2
0と、この半導体レーザ20から放射された光を測定対
象面9に向けて反射するビームスプリッタ100と、こ
のビームスプリッタ100により進行方向を変えられた
光を平行ビームとして前記対物レンズ92へ向けるコリ
メータレンズ102と、測定対象面9からの反射光を結
像する結像レンズ104と、この結像レンズ104を通
過した光を分割するビームスプリッタ106と、このビ
ームスプリッタ106により分割された各分割反射光の
合焦位置よりも前及び後にそれぞれ配置されたピンホー
ル板108A、108Bと、各ピンホール板108A、
108Bを通過した分割反射光の光量をそれぞれ検出す
る光検出器110A、110Bとが設けられている。
The semiconductor laser 2 is mounted on the displacement meter body 90.
0, a beam splitter 100 that reflects the light emitted from the semiconductor laser 20 toward the measurement target surface 9, and a collimator that directs the light whose traveling direction has been changed by the beam splitter 100 to the objective lens 92 as a parallel beam. A lens 102, an imaging lens 104 that forms an image of the reflected light from the measurement target surface 9, a beam splitter 106 that splits the light passing through the imaging lens 104, and each of the split reflections split by the beam splitter 106. Pinhole plates 108A and 108B arranged before and after the light focus position, and each pinhole plate 108A,
Photodetectors 110A and 110B are provided for detecting the amounts of the divided reflected lights that have passed through 108B.

【0037】検出回路120は、前記各光検出器110
A、110Bの出力電流を電圧に変換する電流−電圧
(I−V)変換器122A、122Bと、各I−V変換
器122A、122Bの出力電圧を増幅する増幅器12
4A、124Bと、両増幅器124A、124Bの出力
の差を演算する差演算器126と、両増幅器124A、
124Bの出力の和を演算する和演算器128と、前記
差演算器126の出力を和演算器128の出力で割って
S字状カーブのフォーカスエラー信号Sとする徐算器1
30とから構成されている。
The detection circuit 120 is provided for each of the photodetectors 110
A, 110B, current-voltage (IV) converters 122A, 122B for converting output currents into voltages, and an amplifier 12 for amplifying the output voltages of the IV converters 122A, 122B.
4A, 124B, a difference calculator 126 for calculating the difference between the outputs of the amplifiers 124A, 124B, and the amplifiers 124A, 124A,
A sum calculator 128 for calculating the sum of the outputs of B 124B;
30.

【0038】いま、各分割反射光の合焦位置から各ピン
ホール板108A、108Bまでの距離が互いに等しく
なるように設定すると、各光検出器110A、110B
の出力は図13のようになる。そのとき、検出回路12
0から得られるフォーカスエラー信号Sは、図14によ
うに、S字状カーブとなり、測定対象面10の変位に応
じた信号となる。従って、フォーカスエラー信号Sを基
に、対物レンズ92が常に測定対象面9に焦点を結ぶよ
うに、ボイスコイル96を制御すれば、そのときのリニ
アエンコーダ98の出力を測定値として出力することが
できる。
If the distances from the in-focus position of each divided reflected light to each of the pinhole plates 108A and 108B are set to be equal to each other, each of the photodetectors 110A and 110B
Is as shown in FIG. At that time, the detection circuit 12
The focus error signal S obtained from 0 becomes an S-shaped curve as shown in FIG. 14 and becomes a signal corresponding to the displacement of the measurement target surface 10. Therefore, if the voice coil 96 is controlled so that the objective lens 92 always focuses on the measurement target surface 9 based on the focus error signal S, the output of the linear encoder 98 at that time can be output as a measurement value. it can.

【0039】本実施形態においても、半導体レーザ20
に、APC24に加えて高周波重畳回路26を接続した
点が従来例と異なる。
In this embodiment, the semiconductor laser 20
In addition, a point that a high-frequency superimposing circuit 26 is connected in addition to the APC 24 is different from the conventional example.

【0040】なお、前記実施形態においては、本発明
が、レーザ走査型外形測定器や光学式変位計に適用され
ていたが、本発明の適用対象は、これに限定されない。
In the above embodiment, the present invention is applied to a laser scanning type external measuring device and an optical displacement meter, but the present invention is not limited to this.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明によれば、シングルモードの半導
体レーザを用いても、マルチモード化することができ、
温度変化による測定値の急激な変化を抑制することがで
きる。
According to the present invention, even when a single mode semiconductor laser is used, multimode operation can be achieved.
A sudden change in the measured value due to a temperature change can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の問題点を説明するための、半導体レー
ザのシングルモードの発振スペクトラムの例を示す線図
FIG. 1 is a diagram showing an example of a single mode oscillation spectrum of a semiconductor laser for explaining a problem of the present invention.

【図2】同じくモードホップの例を示す線図FIG. 2 is a diagram showing an example of a mode hop.

【図3】同じくレーザ走査型外形測定器における測定状
態の例を示す断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a measurement state in the laser scanning type external shape measuring instrument.

【図4】本発明に係る寸法測定装置の半導体レーザの電
源回路の構成例を示すブロック線図
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a power supply circuit of a semiconductor laser of the dimension measuring device according to the present invention.

【図5】同じく半導体レーザの駆動用順電流と光出力の
関係の例を示す線図
FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between a driving forward current of a semiconductor laser and an optical output.

【図6】同じく半導体レーザの発振スペクトラムの例を
示す線図
FIG. 6 is a diagram showing an example of an oscillation spectrum of the semiconductor laser.

【図7】レーザ走査型外形測定器に適用した本発明の第
1実施形態を示すブロック図
FIG. 7 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention applied to a laser scanning type external shape measuring instrument;

【図8】第1実施形態における受光素子の出力波形の例
を示す線図
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an output waveform of a light receiving element according to the first embodiment.

【図9】同じく高周波を重畳する前の温度特性の例を示
す線図
FIG. 9 is a diagram showing an example of a temperature characteristic before a high frequency is superimposed.

【図10】同じく高周波を重畳しマルチモード化した後
の温度特性の例を示す線図
FIG. 10 is a diagram showing an example of a temperature characteristic after a high frequency is superimposed and a multi-mode operation is performed.

【図11】三角測量方式の光学式変位計に適用した本発
明の第2実施形態を示す正面図
FIG. 11 is a front view showing a second embodiment of the present invention applied to a triangulation optical displacement meter.

【図12】合焦方式の光学式変位計に適用した本発明の
第3実施形態の構成を示す断面図
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a third embodiment of the present invention applied to a focusing type optical displacement meter.

【図13】第3実施形態の光検出器の出力波形の例を示
す線図
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an output waveform of a photodetector according to a third embodiment.

【図14】同じくフォーカスエラー信号の例を示す線図FIG. 14 is a diagram showing an example of a focus error signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…測定対象物 9…測定対象面 10…レーザ光 12…ポリゴンミラー 14…f−θレンズ 16、16A、16B、16C…平行走査光 20…半導体レーザ(LD) 22…フォトダイオード(PD) 24…自動出力調整回路(APC) 26…高周波重畳回路 8 Measurement Object 9 Measurement Surface 10 Laser Light 12 Polygon Mirror 14 f-θ Lens 16, 16A, 16B, 16C Parallel Scanning Light 20 Semiconductor Laser (LD) 22 Photodiode (PD) 24 ... Automatic output adjustment circuit (APC) 26 ... High frequency superimposition circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA09 AA26 FF02 FF09 FF10 FF67 GG06 GG23 HH13 HH15 JJ01 JJ16 LL04 LL10 LL12 LL15 LL30 LL46 LL62 MM16 NN02 NN08 NN16 QQ28 QQ51  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発振スペクトルが集中したシングルモード
の半導体レーザにより発振されるレーザ光を用いて、測
定対象物の寸法や変位を測定する光学式寸法測定方法に
おいて、 半導体レーザの動作電流に高周波変調をかけ、 半導体レーザをマルチモード化して、モードホップによ
る影響を小さくしたことを特徴とする光学式寸法測定方
法。
An optical size measuring method for measuring the size and displacement of an object to be measured by using a laser beam oscillated by a single mode semiconductor laser whose oscillation spectrum is concentrated, wherein an operating current of the semiconductor laser is modulated to a high frequency. An optical dimension measuring method characterized in that a semiconductor laser is made multi-mode to reduce the influence of mode hopping.
【請求項2】発振スペクトルが集中したシングルモード
の半導体レーザにより発振されるレーザ光を用いて、測
定対象物の寸法や変位を測定する光学式寸法測定装置に
おいて、 半導体レーザの動作電流に高周波変調をかけるための高
周波重畳回路を設け、 半導体レーザをマルチモード化して、モードホップによ
る影響を小さくしたことを特徴とする光学式寸法測定装
置。
2. An optical size measuring apparatus for measuring the size and displacement of an object to be measured using a laser beam oscillated by a single mode semiconductor laser having a concentrated oscillation spectrum. An optical dimension measuring device characterized by providing a high-frequency superimposing circuit for applying a laser beam, making the semiconductor laser multimode, and reducing the influence of mode hopping.
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