JP2015190869A - 光学式測定装置の補正用治具及び補正方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切に測定結果の誤差を補正でき且つタクトタイムの短い補正データ取得を実現する光学式測定装置の補正用治具及び補正方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係る光学式測定装置の補正用治具は、測定対象物が配置される測定領域を光ビームで走査する光ビーム走査部と、前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部とを備える光学式測定装置の前記光ビームの各走査位置における補正データを取得するための補正用治具であって、所定ピッチで配列された目盛を有する透光性のスケールと、前記スケールを前記目盛の配列方向が前記光ビームの走査方向になるように前記測定領域に設置するための支持台とを備えたことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、光ビームの走査によって測定対象物を測定する光学式測定装置の補正用治具及び補正方法に関する。
この種の光学式測定装置は、光ビームの走査領域を隔てて配置された光ビーム走査部及び受光部を備える。そして、走査領域に測定対象物を配置して、光ビーム走査部から出力される光ビームによって走査領域を繰り返し走査し、走査領域を通過した透過光ビームを受光部で受光する。これによって遮光された時間をカウントして、測定対象物の直径等を測定する。
しかし、上記光学式測定装置の場合、光学系の誤差や走査駆動系の誤差により、光ビーム走査部の光ビームによる走査を正確に一定速度で行うことは困難であり、測定位置によって走査速度にバラツキが生じてしまう。そのため、より正確な測定結果を得るには、位置毎に決められた補正データによって測定結果を補正すことが望ましい。
特開２００８−２９２２１０号公報
本発明は、適切に測定結果の誤差を補正でき且つタクトタイムの短い補正データ取得を実現する光学式測定装置の補正用治具及び補正方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る光学式測定装置の補正用治具は、測定対象物が配置される測定領域を光ビームで走査する光ビーム走査部と、前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部とを備える光学式測定装置の前記光ビームの各走査位置における補正データを取得するための補正用治具であって、所定ピッチで配列された目盛を有する透光性のスケールと、前記スケールを前記目盛の配列方向が前記光ビームの走査方向になるように前記測定領域に設置するための支持台とを備えたことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る光学式測定装置の補正方法は、測定対象物が配置される測定領域を光ビームで走査する光ビーム走査部と、前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部とを備える光学式測定装置の補正方法であって、所定ピッチで配列された目盛を有する透光性のスケールを、前記目盛の配列方向が前記光ビームの走査方向になるように前記測定領域に配置し、前記光学式測定装置によって前記目盛のピッチを測定し、当該測定結果と前記目盛の所定ピッチとの差分に基づいて前記光学式測定装置の測定結果を補正する補正データを算出することを特徴とする。
本発明によれば、適切に測定結果の誤差を補正でき且つタクトタイムの短い補正データ取得を実現する光学式測定装置の補正用治具及び補正方法を提供することができる。
光学式測定装置の機能ブロック図である。 光学式測定装置の測定部の外観図である。 光学式測定装置の測定誤差の発生要因を説明する図である。 比較例に係る光学式測定装置の補正方法を説明する図である。 実施形態に係る光学式測定装置の補正用治具の外観図である。 実施形態に係る光学式測定装置の補正方法を説明する図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る光学式測定装置の補正用治具及び補正方法について説明する。
先ず、光学式測定装置の補正用治具及び補正方法を説明する前提として、光学式測定装置の概要について説明する。
図１は、光学式測定装置の機能ブロック図の一例である。また、図２は、光学式測定装置の測定部の外観図の一例である。
光学式測定装置は、測定部１００と、測定部１００を制御して測定部１００で得た信号から測定対象物Ｗの各種寸法を算出する制御部２００を備える。
測定部１００は、測定対象物Ｗを走査する光ビームを出力する光ビーム走査部１１０、測定対象物Ｗを通して光ビーム走査部１１０が照射する光ビームから得られる透過光ビームを受光する受光部１２０、並びに、光ビーム走査部１１０及び受光部を所定間隔だけ空けて連結する連結部１３０を備える。この連結部１３０によって固定された光ビーム走査部１１０及び受光部１２０の間の領域は、測定対象物Ｗを配置し、測定対象物Ｗを走査する走査領域を含む測定領域１４０となる。
測定部１００の光ビーム走査部１１０は、レーザ光源１１１、ミラー１１２、ポリゴンミラー１１３、モータ１１４、モータ駆動回路１１５、モータ同期回路１１６、コリメートレンズ１１７、及びリセット用受光素子１１８を有する。また、測定部１００の受光部１２０は、集光レンズ１２１、測定用受光素子１２２、及びアンプ１２３を有する。
制御部２００は、ＣＰＵ２０１ 、エッジ検出回路２０２、ゲート回路２０３、カウンタ２０４、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ２０５、並びに、測定部１００のモータ同期回路１１６及びゲート回路２０３にクロックパルスＣＬＫを出力するクロック生成回路２０６を有する。ＣＰＵ２０１と、エッジ検出回路２０２、ゲート回路２０３、カウンタ２０４、メモリ２０５、及びクロック２０６とは、バス２０７を介して接続される。
上記構成の光学式測定装置の動作原理は以下のようになる。
測定部１００のレーザ光源１１１が、レーザビームＬ１を出力する。出力されたレーザビームＬ１は、ミラー１１２で反射された後、ポリゴンミラー１１３に入射する。ポリゴンミラー１１３は、モータ１１４によって回転駆動されており、これによって、レーザビームＬ１は回転走査ビームＬ２に変換される。ここでモータ１１４は、モータ駆動回路１１５において、同期信号に基づいて生成される駆動信号によって駆動されている。同期信号は、モータ同期回路１１６において、クロックパルスＣＬＫに基づいて生成される。続いて、回転走査ビームＬ２は、更にコリメートレンズ１１７でビーム径を絞った等速度の平行走査ビームＬ３（光ビーム）に変換される。この平行走査ビームＬ３は、ポリゴンミラー１１３の回転に伴って測定対象物Ｗが置かれた測定領域１４０を走査するように照射され、集光レンズ１２１を通して測定用受光素子１２２に入射する。測定用受光素子１２２の出力（走査信号）は、アンプ１２３で増幅された後、制御部２００のエッジ検出回路２０２に入力される。
制御部２００のエッジ検出回路２０２に入力された走査信号Ｓ１は、ここで例えば閾値５０％で整形されエッジ検出信号Ｓ２としてゲート回路２０３に入力される。ゲート回路２０３では、入力されたエッジ検出信号Ｓ２に基づいてクロックパルスＣＬＫをゲートしたゲート信号Ｓ３が生成されカウンタ２０４に出力される。カウンタ２０４では、入力されたゲート信号Ｓ３のパルス数がカウントされる。ＣＰＵ２０１では、このパルス数を用いた演算処理が実行され測定対象物Ｗの直径等となる測定値が算出される。測定領域１４０は平行走査ビームＬ３によって繰り返し走査されるため、ＣＰＵ２０１は複数の測定値を算出するが、これら測定値を平均することで最終的な測定結果を得る。
なお、リセット用受光素子１１８は、回転走査ビームＬ２の有効走査範囲外に配置され、一走査の開始又は終了を検出する。このリセット用受光素子１１８の出力となるリセット信号ＲＳＴは、制御部２００のゲート回路２０３に入力され、ゲート回路２０３のリセットのタイミングとして用いられる。
次に、光学式測定装置の測定誤差の発生要因について説明する。
図３は、光学式測定装置の測定誤差の発生要因を説明する図である。図３は、測定領域において平行走査ビームＬ３の走査方向に等しい間隔Ｄを空けて配置された間隔Ｄと同じ長さの外径を持つピンゲージを測定する場合を示している。
図３の場合、理想的には、光学式測定装置は、全てのピンゲージに対して同じ寸法の測定結果を得るはずである。これは、一定パルス間隔毎の平行走査ビームＬ３の走査移動量が同じであることを前提としている。しかし、実際には、ミラー１１２、ポリゴンミラー１１３、或いはコリメートレンズ１１７の光学的要因、モータ１１４の非等速回転などによって、平行走査ビームＬ３による走査速度が非等速になる。そのため、図３に示すように、ピンゲージが配置された位置によって一定パルス間隔毎の平行走査ビームＬ３の走査移動量が異なってしまい、測定誤差が生じてしまう。そのため、より正確な測定するには、走査位置に応じて測定結果を補正することが望ましい。
そこで、次に、実施形態に係る光学式測定装置の補正方法を説明する前提となる、比較例に係る補正方法について説明する。
図４は、比較例に係る光学式測定装置の補正方法を説明する図である。図４は、測定結果を補正する補正データを取得する際の光学式測定装置と補正用治具３００を示している。図４中Ａが補正用治具３００の側面から見た図であり、図４中Ｂが補正用治具３００の正面から見た図である。
補正用治具３００は、ピンゲージ３０１、ピンゲージ３０１を固定するピンゲージ固定部３０２、回転することでピンゲージ固定部３０２を上下に移動させるシャフト３０３、シャフト３０３を回転させるシャフト駆動部３０４、ピンゲージ固定部３０２に固定されたピンゲージ３０１の位置（高さ）を指示する精密なスケール３０５、スケール３０５の上方を移動可能に固定するスケール固定部３０６、並びに、シャフト駆動部３０４、スケール固定部３０６を支持する支持台３０７を備える。
比較例に係る補正方法では、この補正用治具３００を用いて以下のように補正データを算出する。つまり、一本のピンゲージ３０１を測定領域内において十分に分割したピッチで間欠動作にて移動させる（図４の矢印ａ１）。ピンゲージ３０１が停止した時、ピンゲージ３０１の位置をスケール３０５で読み取ると同時に、この時のピンゲージ３０１の位置を光学式測定装置でも測定する。そして、スケール３０５で読み取った位置を真値として、光学式測定装置で測定した位置との差分を取り、同位置における補正データを算出する。光学式測定装置は、この補正データを用いて、実際の測定対象物から得た測定結果を補正し、最終的な測定結果を算出する。
しかし、上記比較例に係る補正方法によれば、以下のような問題が生じる。つまり、この補正方法の場合、補正データの取得の為に、ピンゲージ３０１を所定のピッチで移動させる。その際、図４Ａに示すように、ピッチング動作によってピンゲージ３０１の傾き（コサイン誤差）等が生じてしまう。そのため、スケール３０５で読み取った位置が実際のピンゲージ３０１の位置と異なってしまい、この違いが測定誤差の要因となってしまう。また、補正データを取得するピッチはより細かくすることが望ましいが、この場合、ピンゲージ３０１の移動と測定の回数が増えるため、補正データの取得の為のタクトタイムが長くなってしまう。
そこで、次に、上記比較例に係る補正方法の問題を解決する実施形態に係る補正方法について説明する。
始めに、実施形態に係る補正方法に用いる補正用治具４００の概要を説明する。
図５は、実施形態に係る光学式測定装置の補正用治具の外観図である。
補正用治具４００は、所定ピッチで配列された目盛４０１ａを有する透光性のスケール４０１、スケール４０１を固定するスケール固定部４０２、並びに、スケール固定部４０２を支持する支持台４０３を備える。スケール４０１は、例えば、ガラス板を材料として、その表面に対して目盛４０１ａがクロム蒸着によって刻まれて形成されている。スケール４０１をこのように形成することで、目盛４０１ａを非常に精密な一定ピッチで刻むことができ、スケール４０１を光学式測定装置の補正基準として用いることができる。
続いて、この補正用治具４００を用いた実施形態に係る補正方法について説明する。
図６は、実施形態に係る光学式測定装置の補正方法を説明する図である。
実施形態に係る補正方法では、光学式測定装置の測定領域１４０に対して、スケール４０１の目盛４０１ａの配列方向が平行走査ビームＬ３の走査方向になるように補正用治具４００を配置し、目盛４０１ａのピッチを測定する。そして、目盛４０１ａの所定ピッチを真値として、光学式測定装置で測定したピッチとの差分を取り、同位置における補正データを算出する。光学式測定装置は、実際の測定対象物の配置位置に応じた補正データを用いて測定結果を補正し、最終的な測定結果を得る。なお、補正データは、テーブル形式にて光学式測定装置の制御部２００のメモリ２０５に記憶しておくこともできる。
実施形態に係る光学式測定装置の補正方法によれば、精密なガラス板のスケール４０１を光学式測定装置の補正基準として用いて、直接精密なピッチで並ぶ目盛４０１ａを検出することで、比較例のようなピンゲージ３０１の移動量を基準とする補正方法で生じる誤差を低減させることができる。また、実施形態の場合、補正基準となるスケール４０１を移動させる必要がないため、比較例のようなピンゲージ３０１の移動量を基準とする補正方法に比べて、タクトタイムを大幅に低減させることができる。
つまり、本実施形態によれば、より適切に測定結果の誤差を補正でき且つタクトタイムの短い補正データ取得を実現する光学式測定装置の補正用治具及び補正方法を提供することができる。
１００・・・測定部、１１０・・・光ビーム走査部、１１１・・・レーザ光源、１１２・・・ミラー、１１３・・・ポリゴンミラー、１１４・・・モータ、１１５・・・モータ駆動回路、１１６・・・モータ同期回路、１１７・・・コリメートレンズ、１１８・・・リセット用受光素子、１２０・・・受光部、１２１・・・集光レンズ、１２２・・・測定用受光素子、１２３・・・アンプ、１３０・・・連結部、１４０・・・測定領域、２００・・・制御部、２０１・・・ＣＰＵ、２０２・・・エッジ検出回路、２０３・・・ゲート回路、２０４・・・カウンタ、２０５・・・メモリ、２０６・・・クロック生成回路、３００・・・補正用治具、３０１・・・ピンゲージ、３０２・・・ピンゲージ固定部、３０３・・・シャフト、３０４・・・シャフト駆動部、３０５・・・スケール、３０６・・・スケール固定部、３０７・・・支持台、４００・・・補正用治具、４０１・・・スケール、４０２・・・スケール固定部、４０３・・・支持台。

Claims (4)

  1. 測定対象物が配置される測定領域を光ビームで走査する光ビーム走査部と、前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部とを備える光学式測定装置の前記光ビームの各走査位置における補正データを取得するための補正用治具であって、
    所定ピッチで配列された目盛を有する透光性のスケールと、
    前記スケールを前記目盛の配列方向が前記光ビームの走査方向になるように前記測定領域に設置するための支持台と
    を備えた
    ことを特徴とする光学式測定装置の補正用治具。
  2. 測定対象物が配置される測定領域を光ビームで走査する光ビーム走査部と、前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部とを備える光学式測定装置の補正方法であって、
    所定ピッチで配列された目盛を有する透光性のスケールを、前記目盛の配列方向が前記光ビームの走査方向になるように前記測定領域に配置し、前記光学式測定装置によって前記目盛のピッチを測定し、当該測定結果と前記目盛の所定ピッチとの差分に基づいて前記光学式測定装置の測定結果を補正する補正データを算出する
    ことを特徴とする光学式測定装置の補正方法。
  3. 前記補正データは、前記光ビームの走査位置毎に算出される
    ことを特徴とする請求項２記載の光学式測定装置の補正方法。
  4. 前記補正データは、前記光学式測定装置にテーブルで記憶される
    ことを特徴とする請求項２又は３記載の光学式測定装置の補正方法。
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