JP2543485Y2 - 光学式寸法測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、スキャン信号の立上り
または立下り部分に重畳されるノイズの影響を除去し、
細いワークの寸法でも高精度に測定可能とする走査型の
光学式寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームを平行に走査して測定対象
物（ワーク）に照射し、このワークの後側で検出した走
査方向の明暗パターン（スキャン信号）からワークの寸
法を測定する走査型の光学式測定装置がある。この種の
測定装置では、ワークをビーム焦点にセットした場合に
最も測定精度が高くなる。レーザ走査式の測定装置で
は、例えば直径３ｍｍのレーザビームを焦点距離４５ｍ
ｍのレンズで２５μｍに絞って使用するため、ワークが
少しでもビーム焦点からずれると、あたかも太い径のビ
ームで走査されたようなスキャン信号となる。さらにＦ
−θレンズ付近では、ビーム径が３ｍｍと焦点位置との
比較では１２０倍（３０００／２５）も緩やかになり、
ノイズの影響を受けやすくなる。（スキャン信号の立上
り、立下りはビーム径３ｍｍとなる。）

【０００３】図５はこの種の光学式測定装置の一例を示
す構成図である。図中、１０はレーザ光源であり、この
レーザ光源１０から出力されたレーザビーム１２はポリ
ゴンミラー１４で回転走査ビーム１６に変換され、更に
ｆ−θレンズ１８でビーム径を絞った等速度の平行走査
ビーム２０に変換される。この平行走査ビーム２０はポ
リゴンミラー１４の回転に伴いワーク２２を含む測定領
域を走査するように照射され、集光レンズ２４を通して
測定用受光素子２６に入射する。２８はレーザビーム１
２を反射させてポリゴンミラー１４に入射するミラー、
３０はポリゴンミラー１４を回転させるモータ、３２は
回転走査ビーム１６の有効走査範囲外に配置され、１走
査の開始又は終了を検出するリセット用受光素子であ
る。

【０００４】測定用受光素子２６の出力はアンプ４８で
増幅された後、エッジ検出回路５０に入力する。このエ
ッジ検出回路５０は、アンプ４８の出力を波形成形して
エッジ検出を行う。一方、リセット用受光素子３２の出
力はリセット回路５２に入力する。このリセット回路５
２はリセット用受光素子３２の出力タイミングを基にリ
セット信号を発生する。

【０００５】ゲート回路５６はエッジ検出回路５０から
出力されるエッジ信号やリセット回路５２から出力され
るリセット信号のタイミングでオン、オフし、カウンタ
５８はゲート回路５６のオン期間に入力されるクロック
を計数して信号間の時間を計測する。このクロックはク
ロック発生器５４で発生され、モータ３０の回転同期に
も使用される。６０はこのための同期信号発生器であ
り、また６２はモータ駆動回路である。レーザ出力調整
回路６４はレーザ光源１０の出力を一定に保つ。４０は
各種の処理及び制御を行うＣＰＵ、４２はキーボード表
示回路、４４は入出力装置、４６はリードオンリメモリ
（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含む
記憶装置である。

【０００６】アンプ４８の出力（スキャン信号）をエッ
ジ検出回路５０において適切なスレッショルドレベルで
２値化すると、図８に示すように、走査範囲の全体がレ
ベルの高い明部となり、その中のワーク部分がレベルの
低い暗部となった明暗パターンが得られる。この暗部の
幅ＴＡはワーク２２の寸法に対応する。

【０００７】ところで、図６に示すようにビーム径を極
端に絞った場合、ワークが焦点位置にあって最もビーム
径が細いＡと、ワークが焦点位置から離れて径が太くな
ったＢでスキャン信号波形に違いが生ずる。即ち、図７
はワーク位置が図６のＡとＢの場合のスキャン信号に対
比して示している。これに対してスキャン信号の開始
Ｃ，終了Ｄの立上り，立下り時間は元のビーム径相当の
緩やかな変化となり、Ａ，Ｂに比較して非常にノイズの
影響を受け易く、この部分に乗ったノイズの影響を除去
すれば安定した測定となる事がわかる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】一般に、図５の測定領
域には１つのワーク２２だけがセットされる。従って、
スキャン信号に現れる暗部はワークに対応した唯一のも
のになるはずである。しかしながら、このスキャン信号
にノイズが乗ると、複数の暗部があるかのような波形に
なる。このノイズがスキャン信号の中央部に乗っても波
形成形する際のスレッショルドレベルにより除去される
ためさほど問題にならないが、図８に示すようにスキャ
ン信号の立上り又は立下り部分に乗ると２値化されてし
まうことがある。仮に図８のような波形成形出力になる
と、ノイズに起因した最初のノイズをワーク部分とみな
す誤動作が生ずる。

【０００９】従来はこの点を改善するために、各エッジ
において所定時間幅ＴＥのエッジ検出信号を発生し、こ
の時間幅内のエッジは無視するようにしている。この様
にすれば、図８のようにスキャン信号の立上り部分に乗
ったノイズの影響を除去して中央部のワーク相当部分だ
けを測定することはできる。しかしながら、エッジ検出
信号の時間幅ＴＥがワーク径に相当する時間幅ＴＡを越
えると、ワーク部分もノイズとして除去してしまう欠点
がある。この様な問題は、ワークが直径１０μｍ程度の
細線であるような場合に発生する。本考案は、このよう
な点を改善し、スキャン信号の立上りまたは立下り部分
に重畳されるノイズの影響を除去し、ワークの寸法を高
精度に測定可能とすることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本考案では、所定の測定領域を平行ビームで繰り返し走
査すると共に、この測定領域を通過したビームを受光素
子で受光し、この受光素子で得られた走査方向の明暗パ
ターンから前記測定領域に含まれるワークの寸法を測定
する走査型の光学式寸法測定装置において、前記測定領
域端部のビーム径に相当する部分の前記明暗パターンを
除外する手段と、前記測定領域端部を除く部分の前記明
暗パターンから前記ワークの寸法を測定する手段とを備
えてなることを特徴としている。

【００１１】

【作用】１回の走査で得られるスキャン信号の中で、最
もノイズの影響を受け易い、ビーム径に相当する立上り
部分と立下り部分は、走査領域の機械的寸法及びＦ−θ
レンズの入力のビーム径から予め判明している。例え
ば、図１のようにスキャン信号を図５のエッジ検出回路
５０のスレッショルドレベルで２値化する場合を例にす
ると、基準位置（例えば、図５の受光素子３２の位置）
からａ〜ｂの範囲が立上りであり、また基準位置からｃ
〜ｄの範囲が立下りである。従って、基本的にはこの部
分のスキャン信号を除外する信号処理を行えば、基準位
置からｂ〜ｃの範囲に含まれる暗部だけを計測すること
ができる。この信号処理法は従来のようなマスクを使用
しないため、細径のワークでも高精度に寸法測定するこ
とができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本考案の実施例を説明
する。図３は本考案の一実施例を示すフローチャートで
ある。このフローで示す本考案の信号処理では図２のよ
うなＲＡＭ領域を使用する。即ち、１スキャン内のエッ
ジ数をカウントするエッジ数カウンタと、１スキャン内
の各エッジから基準位置までの時間を計数する第１〜第
ｎカウンタとである。この他に、エッジ数カウンタの内
容をコピーし、カウンタＥＣＮＴも使用する。以下、図
３のフローに従い本考案の信号処理を説明する。

【００１３】図３のフローはノイズにより形成されたエ
ッジを排除するためのもので、スタート時にエッジ数カ
ウンタの内容をＥＣＮＴにコピーしたら、最初のステッ
プＳ１でＥＣＮＴ＝０か否かを判定する。ここでＮ（ノ
ー）と判定されたら、次のステップＳ２でＥＣＮＴ＝２
か否かを判定する。このステップＳ２でもＮと判定され
たら、ステップＳ３に移り、またＹ（イエス）と判定さ
れたら終了する。以上のステップＳ１，Ｓ２では次のよ
うな振るい分けをしている。即ち、エッジ数カウンタの
内容は０を含む偶数が正常である。しかし、ＥＣＮＴ＝
０はビームが出ていないに等しいので、これを除外する
（ステップＳ１０のセグメントエラー処理を行い、終了
する）。またＥＣＮＴ＝２は正常ではあるがワークを走
査していない（暗部がない）ので、この場合は直ちに終
了する。これに対し、ステップＳ２でＮと判定されたと
きは、エッジ数が４以上の偶数であるため（奇数は異
常）、ステップＳ３以下の処理に移行する。

【００１４】ステップＳ３では第２カウンタに第２エッ
ジから基準位置までの時間をロードする。次に、ステッ
プＳ４で第２カウンタの値が図１のｂ以上であるか否か
を判定する。ここでＹと判定されたらステップＳ９へ進
み、またＮと判定されたらステップＳ５へ進む。ステッ
プＳ５では第２カウンタの値が図１のｃ以下であるか否
かを判定する。ここでＹと判定されたらステップＳ９へ
進むが、Ｎと判定されたらステップＳ６へ進む。このよ
うにしてステップＳ６へ進める場合は、スキャン信号の
立上り部分にノイズがないときである。これに対し、こ
の部分にノイズが乗ると第２カウンタの値はｂ以上とな
るため、ステップＳ９へ分岐する。ステップＳ９では今
のカウンタを除去し、またエッジ数カウンタをデクリメ
ントする。更に（除去されたカウンタ＋１）以降を除去
されたカウンタ以降に移動する処理を行ってからステッ
プＳ６へ進む。ステップＳ６では次のカウンタをロード
すると共に、ＥＣＮＴをデクリメントする。次のステッ
プＳ７ではＥＣＮＴ＝１か否かを判定する。ここでＮと
判定されたらステップＳ４へ戻るが、Ｙと判定されたら
ステップＳ８へ進む。ステップＳ８ではエッジ数カウン
タの値を調べ、これが偶数の時は正常に終了するが、奇
数の時は異常なのでステップＳ１０へ進み、セグメント
エラー処理を行ってから終了する。

【００１５】図４は本発明の動作説明図である。同図
（ａ）は正常時つまりスキャン信号にノイズがなく、し
かもワークに相当する暗部のみが現れている。この場合
はエッジ数は４であるので、各エッジから始動するカウ
ンタ数は第１から第４までの４個に限られる。これに対
し、同図（ｂ）のようにスキャン信号にノイズが乗る
と、エッジ数は偶数個ずつ増加する。図示の例では、１
つのノイズが乗っているためエッジ数は６になり、カウ
ンタは全部で第１から第６まで６個が各エッジで始動す
る。エッジ数はエッジ数カウンタによってカウントされ
ているので、エッジ数が６の時は第２及び第３カウンタ
を除去し、その代わりに第４カウンタから第６カウンタ
までを繰り上げて使用する。図３のステップＳ９はこの
処理を順に行うものである。このようにすればノイズを
除去しながら、ワーク部分の幅を正確に測定することが
できる。この方法はワーク部分の幅が狭い場合にも有効
であるため、微小径の細線寸法測定等に効果的である。

【００１６】

【考案の効果】以上述べたように本考案によれば、走査
型の光学式寸法測定装置において、スキャン信号の立上
りまたは立下り部分に重畳されるノイズの影響を除去
し、細いワークの寸法でも高精度に測定可能にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の原理説明図である。

【図２】 図３のＲＡＭ構成を示す説明図である。

【図３】 本考案の一実施例を示すフローチャートであ
る。

【図４】 図３の動作説明図である。

【図５】 走査型光学式寸法測定装置の構成図である。

【図６】 走査ビームの説明図である。

【図７】 スキャン信号の説明図である。

【図８】 従来のノイズ除去法の説明図である。

【符号の説明】

１０…レーザ光源、１４…ポリゴンミラー、１８…ｆ−
θミラー、２２…ワーク、２４…集光レンズ、２６…受
光素子、４０…ＣＰＵ、４６…記憶装置、５０…エッジ
検出回路、５８…カウンタ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の測定領域を平行ビームで繰り返し
   走査すると共に、この測定領域を通過したビームを受光
   素子で受光し、この受光素子で得られた走査方向の明暗
   パターンから前記測定領域に含まれるワークの寸法を測
   定する走査型の光学式寸法測定装置において、 前記測定領域端部のビーム径に相当する部分の前記明暗
   パターンを除外する手段と、 前記測定領域端部を除く部分の前記明暗パターンから前
   記ワークの寸法を測定する手段とを備えてなることを特
   徴とする走査型の光学式寸法測定装置。