JP2609848B2 - 寸法測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被測定物の像を投影光学系によりイメージ
センサ上に投影し、該イメージセンサの出力から被測定
物の寸法を測定する寸法測定装置に関する。

従来技術 特開昭54−128361号公報において、上記寸法測定装置
であって、固体イメージセンサに入射される光量変化を
モニタしてその光量変化に対応してスレッショルドレベ
ルを自動的に設定する回路を設け、該スレッショルドレ
ベル設定回路で設定された一定レベル以上の出力信号に
よって太さや幅を測定する装置が提案されている。

本発明が解決しようとする問題点 現在実用化されているイメージセンサにおいては、こ
れを構成する画素間である程度の感度の不均一性が残存
することは避けられず、従って上述の寸法測定装置によ
り特に微小寸法等を測定するとき上記感度の不均一性が
測定誤差を発生させる恐れがあった。

本発明は従来のイメージセンサの画素間における感度
の不均一性に鑑みなされたものであって、画素間に感度
の不均一性があっても高精度の寸法測定ができる寸法測
定装置を提供することを目的とする。

本発明の構成 本発明は、上記目的を達成するため、被測定物の像を
投影光学系によりイメージセンサ上に投影し、該イメー
ジセンサの出力から被測定物の寸法を測定する寸法測定
装置において、 均一な明るさの光を入射した状態における、上記イメ
ージセンサの各画素からの出力値のうち最大の値に基づ
いて求められる所定値と各画素における出力値との比か
ら各画素の画素補正係数を演算して記憶する補正係数演
算記憶部と、 被測定物の像を上記投影光学系により上記イメージセ
ンサ上に投影したときの上記各画素の出力値を上記画素
補正係数に基づき演算により補正して寸法を求める信号
処理部と を備えたことを特徴とする寸法測定装置である。

本発明の実施態様としては、上記補正係数演算記憶部
が、画素補正係数をデジタル値として演算記憶し、上記
信号処理部が、上記各画素の出力値を上記画素補正係数
に基づきデジタル演算により補正して寸法を求めるよう
に構成する。

本発明の他の実施態様としては、上記補正係数演算記
憶部は、均一な明るさを発する補正部材の像が、上記イ
メージセンサ上に形成されたときに画素補正係数を演算
して記憶するように構成される。

本発明の実施態様としては、上記補正部材が、反射又
は透過により光を発するように構成される。

本発明の他の実施態様としては、上記補正部材が、被
測定物の位置決め治具部材の一部として形成され、かつ
被測定物の複数の測定対象位置の配列方向線上に配置さ
れるように構成される。

さらに本発明の他の実施態様は、上記補正部材が、球
状反射面を有し、該球の曲率中心は上記投影光学系の光
軸上で被測定物の測定対象面と略同じ高さであるように
形成されるように構成される。

発明の効果 本発明は、以下の実施例の説明によりさらに明らかに
なるように、補正部材を使用して求めた画素補正係数に
より各画素の出力を補正することにより、各画素間の感
度の不均一性による寸法測定への影響を排除することが
でき、微小寸法についても高精度に寸法測定することが
できる効果を有する。

また、補正部材を被測定物の複数の測定対象位置の配
列方向線上に配置する実施態様においては、アライメン
ト、画素補正係数の検出及び測定を被測定物ステージの
一方向の移動のみによって効率よく行うことができる利
点を有する。

さらに、補正部材を球状反射面により構成する実施例
においては、該反射面が投影光学系に関するイメージセ
ンサとの共役位置から離れているため、該反射面に塵や
埃が付着してもその像がイメージセンサ上に結像せず、
画素補正係数の決定に与える影響が少ない利点を有す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例に係る寸法測定装置について説
明する。本測定装置は、第８図及び第16図に示すよう
に、複数のビデオヘッド用モールドM₁、M₂、M_Nを上面に
設けたかまぼこ部２を基台部４の上に有する磁気ヘッド
部材10における複数の該磁気ヘッドギャップ（通常透明
ガラスが充填されている）ｇの幅を自動的に測定し、ギ
ャップｇの幅が所定範囲内にある部材10と、ない部材10
とを分類するためのものである。

本測定装置は、第１図に示すように、概ね、搬送保管
系100と、測定系200と、制御演算系400とからなる。搬
送保管系100は、基台102に、搬送ロボット104と、第１
ないし第３パレット収容部106、108、110とを設けてな
る。搬送ロボット104は、回動ポール112に固着された第
１アーム114、第１アーム114の先端に揺動可能に取付け
られた第２アーム116、及び第２アーム116の先端に取付
けられ、磁気ヘッド部材10を吸着するバキュウムチャッ
ク118を有する。第１パレット収容部106は測定前の部材
10を入れたパレット120を収容するためのものであり、
第２及び第３パレット収容部108、110は、それぞれ測定
によりギャップｇが所定範囲内にあった部材10及び所定
範囲内になかった部材10を入れたパレット120を収容す
るためのものである。各パレット収容部106、108、110
はエレベータ式に構成され、パレット120を多段式に収
容する。搬送ロボット104は、第１パレット収容部106か
ら送り出されたパレット120内の部材10を順次、測定系2
00へ送り、また測定後の部材10を測定系200から第２パ
レット収容部108又は第３パレット収容部110に収容され
るべきパレット120へ分類搬送する。

測定系200は、基台202は、各種測定部を有する測定要
部204と、測定操作を行うための操作部206と、部材10の
被測定部を拡大表示するためのモニタテレビ208とから
なる。

制御演算系400は、各種制御装置を収容した制御部402
と、制御部402を操作するためのマイコン404と、測定値
等をプリントアウトするためのプリンタ406と、制御部4
02の制御信号や測定値信号を記憶するためのフロッピー
ディスク装置408とを有する。

本測定装置の構成を、第２図のブロック図に基づいて
さらに詳しく説明する。搬送保管系100は、搬送ロボッ
ト104と各パレット収容部106、108、110とがシーケンサ
ー130を介して接続されて構成され、全体としてマイコ
ン404によって制御される。

測定系200は、アライメント光学系210及び測定光学系
230からなる光学系250と、照明光源を作動させるための
照明駆動系300と、被測定部を拡大観察するための観察
系290と、光学系250を被測定部に自動的に合焦させるた
めのオートフォーカス駆動系280と、光学系250の出力信
号を処理するための信号処理系260と、部材10を載置す
るステージ及び該ステージを駆動制御するためのステー
ジ駆動系320とを有する。

アライメント光学系210は、部材10を測定に適した所
定の位置に置くためのものであって、第３図に示すよう
に、対物レンズ212、対物レンズ212の光軸214上の部材1
0と反対側に以下の順序で配置された、ハーフミラー21
6、赤外光反射可視光透過のビームスプリッタ218、及び
対物レンズ212に関し部材10と共役な位置に配置された
リニアの第１イメージセンサ220を有する。ハーフミラ
ー216による反射光軸221上には、ハロゲンランプ222、
リレーレンズ223、及び赤外光吸収フィルター224が設け
られ、リレーレンズ223はハロゲンランプ222の像を対物
レンズ212の後側（部材10と反射側）の焦点位置に結像
させ、従って、部材10は平行光束によって照明される。

一方、ビームスプリッタ218の反射光軸225上には、ビ
ームスプリッタ218から順に、ハーフミラープリズム22
6、正の円柱レンズ227及び４分割受光素子228が設けら
れている。また、ハーフミラープリズム226の入射光軸2
29上には、赤外LED211、リレーレンズ213、及びピンホ
ール部材215が設けられている。そして、赤外LED211に
おいて発生させられた赤外はリレーレンズ213によって
ピンホール部材215上に結像させられ、ピンホール部材2
15を通過した光束はハーフミラープリズム226の２つの
反射面217、219及びビームスプリッタ218で反射され、
対物レンズ212を透過後部材10によって反射され、再び
対物レンズ212を透過し、ビームスプリッタ218で反射さ
れ、反射面219及び円柱レンズ227を透過して４分割受光
素子228に達する。ここで、円柱レンズ227は、その円柱
軸が第３図の紙面に対し直角となるように配置され、ま
た、対物レンズ212を２度透過しかつ円柱レンズ227を透
過した赤外光束が、その第３図の紙面と平行な面内の光
束と、紙面と直角をなす面内の光束とに分けられ、両光
束によるピンホール部材215のピンホールの２つの像
を、４分割受光素子228をはさみ、かつこれから等しい
距離だけ離れて形成するときに部材10が対物レンズ212
に関し第１イメージセンサ202と共役となるように設計
される。従って、部材10の上面が所定位置にあると、４
分割受光素子228を各分割受光素子はそれぞれ等しい出
力をなし、一方該上面が所定位置にないと、不均一な各
分割受光素子の出力からそのずれ方向及びずれ量を検出
することができる。第１イメージセンサ220はその画素
が紙面と直交する方向に配列され、対物レンズ212によ
って部材10の像が20倍で第１イメージセンサ220上に投
影される。

測定光学系230は、測定光軸231上に、部材10の側から
対物レンズ232、ハーフミラー233、ビームスプリータ23
4、第１レチクル235、第１リレーレンズ236、負の円柱
レンズ237、正の円柱レンズ238、及びリニアの第２イメ
ージセンサ239を配置してなる。第１レチクル235は、対
物レンズ232に関して所定位置に置かれた部材10と共役
となるように配置され、第４図に示すように、測定しよ
うとする磁気ヘッドギャップｇの幅に対物レンズ232に
よる投影倍率約100倍を乗じた幅Ｇのレチクル線240が磁
気ヘッドギャップ像と平行となるように設けられてい
る。第１リレーレンズ236は第１レチクル235を10倍で第
２イメージセンサ239上に投影する。負・正の円柱レン
ズ237、238はその円柱軸線が紙面と直角となるように配
向され、負の円柱レンズ237は紙面と平行な面内で射出
光束が平行光束となるように配置され、従って、紙面と
平行な面内において正の円柱レンズ238を光軸231上で移
動させることによりピント合せが可能である。負・正の
円柱レンズ237、238によって紙面と平行な面内の投影倍
率は1/2となる。第２イメージセンサ239は紙面と直角の
方向に並んだ複数の画素を有する。以上の構成により、
第２イメージセンサ239上には、紙面と直角をなす面内
で1000倍、紙面と平行な面内で500倍の部材10の像が投
影される。

ハーフミラー233の反射光軸241上には、ハロゲンラン
プ242、第１リレーレンズ243、円形絞り244及び第２リ
レーレンズ245が順次配置されている。円形絞り244は第
１リレーレンズ243に関しハロゲンランプ242と共役であ
り、第２リレーレンズ245は円形絞り244の像を対物レン
ズ232のハーフミラー233側の焦点に形成する。従って、
部材10は、平行光線によって照明される。

ビームスプリッタ234の反射光軸246上には、ビームス
プリッタ234の側から順次、第２レチクル247、リレーレ
ンズ248、ミラー249、及びテレビカメラ251が配置され
る。ビームスプリッタ234は入射光束の80％を第２イメ
ージセンサ239側へ透過させ、20％をテレビカメラ251側
へ反射させる。第２レチクル247は、第５図に示すよう
に、その中心に小円形レチクル線252を有し、レチクル
線252の中心が光軸246と一致するように、かつ対物レン
ズ232に関し部材10と共役であるように位置決めされ
る。テレビカメラ251の受光面はリレーレンズ248に関し
て第２レチクル247と共役であり、モニタテレビ208に
は、第６図に示すように、部材10の磁気ヘッドギャップ
の像ｇ−１と小円形レチクル線252の像252−１が重ねら
れて表示される。

信号処理系260は４分割受光素子228に接続された入力
端子を有し、後述のコントロール回路287に出力端子を
接続し、I/Oインタフェイス410からのスタート信号St₁
によって作動する差動検出回路262、第１イメージセン
サ220に入力端子を接続し、出力端子を増幅回路263及び
サンプルホールド回路264を介してマルチプレクサ265に
接続し、さらに入力端子を後述のI/Oインタフェイスユ
ニット410に接続した駆動回路DC₁、及び第２イメージセ
ンサ239に入力端子を接続し、出力端子を増幅回路266及
びサンプルホールド回路267を介してマルチプレクサ265
に接続し、さらに入力端子をI/Oインタフェイスユニッ
ト410に接続した駆動回路DC₃を有する。これら駆動回路
DC₁及びDC₃はI/Oインタフェイスユニット410からのスタ
ート信号St₂及びSt₃によって読出しを開始する。

マルチプレクサ265の出力端子は、I/Oインタフェイス
ユニット410によって制御されるスイッチS₁によって２
値化回路268又はA/D変換回路269に切換え接続される。A
/D変換回路269には駆動回路DC₃の出力も入力しており、
A/D変換された出力は積算回路270に入力される。２値化
回路268の出力はカウンタ271に入力され、また積算回路
270の出力はメモリ272に入力される。

オートフォーカス駆動系280は、光学系250をＺ方向
（光軸214、231の方向）に移動させて部材10に合焦させ
るためのものであって、I/Oインタフェイス410から出力
される制御信号がコントロール回路282に入力され、マ
イクロステップドライバー283を介してモーター284が駆
動される。モーター284の回転軸には蝶合装置285が取付
けられて粗合焦系が構成され、該回転軸の回動により光
学系250が粗合焦される。

オートフォーカス駆動系280はまた、コントロール回
路287、及びピエゾ素子からなるオートフォーカス駆動
系288からなる微合焦系を有し、コントロール回路287に
は差検出回路262及びI/Oインタフェイスユニット410の
出力が入力し、これにより光学系250の微合焦が行われ
る。

観察系290と、テレビカメラ251に接続されたカメラコ
ントロールユニット（以下、CCUという）292及びCCU292
接続されたモニタテレビ208からなり、部材10の被測定
部をモニタテレビ208により拡大表示する。

照明駆動系300は、I/Oインタフェイスユニット410の
出力が入力するコントロール回路302及びコントロール
回路302の出力が入力するドライバー304からなり、I/O
インタフェイスユニット410の制御によりドライバー304
に接続された赤外LED211、ハロゲンランプ222、242を所
定条件で点灯させる。

測定のために部材10を載置するステージ310は、第７
図及び第８図に示すように載置ディスク312上にＸ軸方
向に延びたＹ軸突当て313、同じくＹ軸方向に延びたＸ
軸突当て314、及びＹ軸突当て313及びＸ軸突当て314の
隅部付近を向いた、エアシリンダ315を有する押当て装
置316を有する。Ｙ軸突当て313、Ｘ軸突当て314及び載
置ディスク312にはそれぞれ吸着アパーチャー317、31
8、319が設けられている。Ｘ軸突当て314の高さは部材1
0の高さに一致し、上面は鏡面仕上げされている。そし
て、ステージ駆動系320は、第２図に示すように、ディ
スク312をＸ軸方向に移動させるための、Ｘ軸方向ドラ
イバー322及びＸ軸方向コントロール回路323を介してI/
Oインタフェイスユニット410に接続されたＸ軸方向モー
ター324と、ディスク312をＹ軸方向に移動させるため
の、Ｙ軸方向ドライバー325及びＹ軸方向コントロール
回路326を介してI/Oインタフェイスユニット410に接続
されたＹ軸方向モーター327と、ディスク312を回動させ
るための、回動ドライバー328及び回動コントロール回
路329を介してI/Oインタフェイスユニット410に接続さ
れたディスク回動モーター330とを有する。Ｘ軸方向モ
ーター324は蝶合装置331の回動軸を回動させることによ
りディスク312をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸方向モータ
ー327は蝶合装置332の回動軸を回動させてディスク312
をＹ軸方向に移動させ、ディスク回動モーター330は歯
車装置又はベルト装置（図示せず）介してディスク312
を回動させる。

一方、エアシリンダ315はI/Oインタフェイスユニット
410によって制御されるポンプP₁によって加圧制御さ
れ、るたアパーチャー317、318、319の吸引はI/Oインタ
フェイスユニット410によって制御されるポンプP₂によ
って吸引され、各アパーチャー317、318、319の吸引はI
/Oインタフェイス410によって制御されるバルブV₃、
V₄、V₅によって制御される。

制御演算系400は、上述したように、各種指令を入力
する操作部206と接続され、各種制御を行うマイコン404
と、マイコン404の入出力を各駆動部及び検出部に適し
た信号に変えるためのI/Oインタフェイスユニット410
と、マイコン404の入出力を行うためのプリンタ406、及
びフロッピーディスク装置408とからなる。

続いて、上記構成の寸法測定装置の作動を、第９図に
示すフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ−
１において、搬送ロボット104を作動させて測定すべき
部材10をステージ310上に載置して固定する。ただし、
測定開始当初においては、この部材10は、ギャップｇの
値W_Pが知られている基準部材10_Sである。次にステップ
Ｓ−２において、アライメント光学系210により測定光
学系の最初の合焦であるプリオートフォーカスを行い、
ステップＳ−３において、部材10の磁気ヘッドギャップ
ｇを正しい測定方向に位置決めするためのアライメント
調整を行い、ステップＳ−４において測定光学系230の
測定光軸がＸ軸突当て314の鏡面仕上げの上面と一致す
るようにステージ312を移動させる。

ステップＳ−５において、第２イメージセンサ239の
各画素の感度の不均一性を補正するための補正係数を求
める。ステップＳ−６において、測定すべき磁気ヘッド
ギャップｇの像ｇ−１が第２イメージセンサ239上に結
像するようにステージ310をｘ軸方向に移動させる。ス
テップＳ−７において、第２イメージセンサの出力が読
出され、磁気ヘッドギャップ像ｇ−１による出力ピーク
が最も鋭くなるように光学系250がＺ方向に移動させら
れてファインフォーカスがなされる。

ステップＳ−８において、基準部材10_Sのギャップｇ
を測定するか又は未知寸法の測定を行うかが判別され
る。測定開始当初においては、ステップＳ−８において
基準部材10_Sのギャップｇの測定が選択され、ステップ
Ｓ−９に進んで基準部材10_Sのギャップｇと第１レチク
ル235に設けられたレチクル線240の幅Ｇが測定され、さ
らに被測定部材10の測定の補正係数が演算される。その
後、後述のステップＳ−120へ進む。

ステップＳ−８において、未知寸法の測定であると判
別されると、ステップＳ−10へ進み、被測定部材10の磁
気ヘッドギャップｇの幅が測定される。続いて、ステッ
プＳ−110に進んで所望の全箇所の測定が終了したか否
かが判別される。ステップＳ−110において全箇所の測
定が終了したと判別されると、ステップＳ−120へ進
み、搬送ロボット104のバキュームチャック118、第１ア
ーム114及び第２アーム116を作動させて測定の終了した
部材10をステージ310から退去させ、該測定値に基づい
て第２パレット収容部108又は第３パレット収容部110の
いずれかのパレット120に分類搬入する。

続いて、ステップＳ−130において所望の全ての部材1
0の測定が終了したか否かが判別され、終了していると
判別されると全測定が終了し、終了していないと判別さ
れるとステップＳ−１に戻る。また、ステップＳ−110
において全箇所の測定が終了していないと判別される
と、ステージ310をＸ軸方向へ移動させて次のギャップ
ｇを測定位置に配置するステップＳ−140を経てステッ
プＳ−７へ進む。

続いて、上述の各ステップのうちのいくつかについて
更に詳しく説明する。部材10のセッティングを行うステ
ップＳ−１は、第10図に示すように、まずステップＳ−
11において、搬送ロボット104を作動させて、第１パレ
ット収容部106にあるパレット120の中から測定すべき部
材10をステージ310上へ搬送する。次に、ステップＳ−1
2において、エアシリンダ315の圧搾空気を送って押当て
装置316を前進させる。これにより、第８図に示すよう
に、部材10がＹ軸突当て313及びＸ軸突当て314のつくる
隅部に押圧される。

次に、ステップＳ−13において、載置ディスク312に
設けられた吸着アパーチャー319を介して10がＺ軸方向
に吸着される。ステップＳ−14において、エアシリンダ
315から空気から抜かれ、押当て装置316が上記押圧装置
から退去する。続いて、ステップＳ−15において、再び
エアシリンダ315に圧搾空気を送って押当て装置316を前
進させ、部材10を上記隅部に押圧する。

さらに、ステップＳ−16において、部材10を、Ｘ軸突
当て314及びＹ軸突当て313に設けられた吸着アパーチャ
ー317、318を介してＸ軸方向及びＹ軸方向に吸着する。
最後にステップＳ−17においてエアシリンダ315から空
気が抜かれ、押当て装置316が退去する。

プリオートフォーカスを行うステップＳ−２は第11図
に示すように、最初にステップＳ−20においてスイッチ
S₁を２値化回路268に接続する。次に、ステップＳ−21
において、モーター324を駆動させてステージ312をＸ軸
方向すなわち部材10の長手方向に、部材10の像10−１が
第１イメージセンサ271に形成されるように方向が低速
度で移動させる。この時、ステップＳ−22において第１
イメージセンサ220の出力を読出し、ステップＳ−23に
おいて上記出力を２値化回路268により２値化し、更に
ステップＳ−24において２値化された第１イメージセン
サ220の出力をカウンタ271により計数する。

続いて、ステップＳ−25において、カウンタ271の計
数値が所定数、例えば第１イメージセンサ220の画素数
の50％になったか否かが判別される。もし、上記計数値
が所定数に達していなければ、ステップＳ−21に戻り、
ステージ312が継続してＸ軸方向の移動を続ける。一
方、上記カウンタ271の計数値が所定数を越えたと判別
されると、ステップＳ−25′に進み、第16図にで示す
ように、部材10の像10−１の端部すなわちエッジが第１
イメージセンサ220上に来たと判断して、その時のＸ軸
方向の座標を読取る。

ステップＳ−26において、ステージ312をＸ軸方向に
さらに移動させて、第16図にで示すように、像10−１
の第１ギャップ像g₁−１の中間部が第１イメージセンサ
220上に形成されるようにする。次に、ステップＳ−27
において、４分割受光素子228の出力を検出し、ステッ
プＳ−29において４分割受光素子228の出力が０か否か
を判別する。４分割受光素子228の出力が０でない場合
には、ステップＳ−28へ進み、オートフォーカス駆動部
288のピエゾ素子を駆動させることにより微合焦を行
い、さらにステップＳ−27へ進む。ステップＳ−29にお
いて、４分割受光素子228の出力が０であると判別され
ると、プリオートフォーカスが終了したものと判断さ
れ、ステップＳ−２が終了する。

部材10を正しい測定方向に位置決めするためのアライ
メント調整であるステップＳ−３は、第12図に示すよう
に、最初にステップＳ−31において、部材10の第１モー
ルド像M₁−１の中間部が第１イメージセンサ220上に形
成されるように、ステージ312をＸ軸方向に移動させる
（第16図）。次に、ステップＳ−32において、第１イ
メージセンサ220により第１モールド像M₁−１の上端及
び下端に対応する画素、すなわち第１モールド像M₁−１
の上端及び下端の第１イメージセンサ271上の座標を検
出する。

ステップＳ−33において、第16図ので示すように、
ステージ312をＸ軸方向に移動させて一番最後のモール
ドすなわち第Ｎモールドの像M_N−１の中間部が第１イメ
ージセンサ220上に形成されるようにする。続いて、ス
テップＳ−34において、ステップ32と同様に、第１イメ
ージセンサ220により第Ｎモールド像M_N−１の上端及び
下端に対応する画素、すてわち第Ｎモールド像Ｍ−１の
上端及び下端の第１イメージセンサ220上の座標を検出
する。

ステップＳ−35において、第１モールド像M₁−１及び
第Ｎモールド像M_N−１の上端及び下端の座標値から各モ
ールド像Ｍ−１の中間座標を求め、該中間座標が等しく
なるようにステージ312の回転により部材10を点０を中
心に回転させる。次に、ステップＳ−36において、ステ
ージ312をＹ軸方向に移動させて、第１イメージセンサ2
20の中心とモールド像Ｍ−１の中心が一致するようにし
て、ステップＳ−３が終了する。

第２イメージセンサ239の各画素の不均一性を補正計
数を求めるステップＳ−５は、第13図に示すように、最
初にステップＳ−51においてスイッチS₁をA/D変換回路2
69へ接続する。ステップＳ−52において、Ｘ軸突当て31
4の鏡面仕上げ面の反射による第２イメージセンサ239の
各画素P₁、・・・、P_Nの出力を検出し、次のステップＳ
−53においてこの出力をA/D変換回路269によりA/D変換
する。続いて、ステップＳ−54において、各画素毎にA/
D変換された出力を積算し、次のステップＳ−55におい
て各画素において出力が３回積算されたか否かが判別さ
れる。３回積算を行うのは、出力の精度を高めるためで
あり、３回の積算が行われていない場合には、ステップ
Ｓ−52へ戻る。

第２イメージセンサ239の各画素の出力が３回積算さ
れると、ステップＳ−56において各画像について積算値
の平均化演算がなされ、かつそれらの平均出力値P_anの
うちの最大値P_amaxが検出される。続いて、ステップＳ
−57において、各画素について平均出力値P_anと上記最
大値P_amaxとから、 により各画素の補正係数X_nを求め、ステップＳ−58にお
いて、該補正係数X_nをマイコン404において記憶する。

ステップＳ−９における基準寸法の測定は、第14図に
示すように、最初のステップＳ−91において、基準部材
10_Sの磁気ヘッドギャップｇの基準値W_SSを入力する。

続いてステップＳ−92において第２イメージセンサ23
9の各画素の出力を読み出し、ステップＳ−58において
記憶されている各画素の補正係数X_nを第２イメージセン
サ239の各画素の出力に乗じて補正を施した後、第17図
に示すように、補正後の第２イメージセンサ239の各画
素における最大出力すなわちピークレベルPLが検出さ
れ、さらにステップＳ−93において、ギャップ像ｇ−１
と第１レチクル235のレチクル線の像240−１における最
小出力すなわちボトムレベルBL₁、BL₂が検出される。ス
テップＳ−94において、測定スライスレベルSL₁、及び
レチクルスライスレベルSL₂が として決定される。

ステップＳ−95において、上記スライスレベルSL₁、S
L₂によるギャップ像ｇ−１及びレチクル像240−１のそ
れぞれの検出データ（ビット数）W_S、d_Sが検出され、マ
イコン404に記憶される。次にステップＳ−96におい
て、検出データW_S、d_Sにより目盛定め、すなわちある部
材10の測定における検出データ（ビット数）Ｗ、ｄが求
められたとき、正しい測定値W_Tを により求めるために補正係数｛（W_SS×d_O）/W_S｝を演算
して、マイコン404によりこれを記憶する。

未知の磁気ヘッドギャップｇの寸法の測定を行うステ
ップＳ−10は、第15図に示すように、ステップ101にお
いて、ステップ92と同様に、第２イメージセンサ239の
各画素出力にステップＳ−58において記憶された各画素
の補正係数X_nにより補正を施こした後、補正後の第２イ
メージセンサ239の各画素における最大出力すなわちピ
ークレベルPL_nが測定される。次に、ステップＳ−103に
おいて、第17図に示すように、ピークレベルPL_nが所定
範囲内にあるか、すなわちa_Z＜PL＜a₁にあるか否かが判
定され、所定範囲内にないときには第２イメージセンサ
239の受光量が不適量すなわち過不足であったと判断
し、マイコン404はそのずれ量に基づいてI/Oインタフェ
イスユニット410を介して駆動回路DC₁、及びDC₃に信号
を送り、第２イメージセンサ239の受光時間すなわち蓄
積時間を増減調節してステップＳ−101へ戻る。

ステップＳ−103においてピークレベルPL_nが所定範囲
内にあると判断されると、ステップＳ−104において、
ステップＳ−93と同様に、ギャップ像ｇ−１とレチクル
線像240−１におけるボトムレベルBL_n1、BL_n2が検出さ
れる。ステップＳ−105において、ステップ94と同様
に、測定スライスレベルSL_n1及びレチクルスライスレベ
ルSL_n2が として決定される。

次に、ステップ106において、上記スライスレベルSL
_n1、SL_n2によりギャップ像g_n−１及びレチクル像240−
１のそれぞれの検出データW_ns、d_noが検出され、マイコ
ン404に記憶される。続いて、ステップＳ−107におい
て、ステップＳ−96においてマイコン404に記憶した｛W
_SS×d_o）/W_S｝を読出し を演算して、ギャップ値W_nTを求める。

上記演算のうち の演算は、未知寸法の測定の際の検出データW_nsに含ま
れている温度変化等を原因とする誤差を補正するために
施こされるものである。

また残りのW_SS/W_Ｓの係数は検出データ（ビット数）
を実際の寸法に変換するものである。

本発明の他の実施例は、第18図に示すように上記実施
例のＸ軸突当て314を変更したものであるが、上記実施
例と実質的に同一の構成については同一の符号を付して
その説明を省略する。第18図において、Ｘ軸突当て500
は、上面に鏡面仕上げされた球凹面502が形成されてい
る。球凹面502の中心Ｏは磁気ヘッド部材10のかまぼこ
部２の頂上部と同一の高さとなるように決められる。本
構成において、球凹面502の中心Ｏを通って球凹面に行
く光束は再び中心Ｏを通って対物レンズ212、232の方向
に進むから、Ｘ軸突当て500は反射面があたかも中心Ｏ
を含む水平面内にあるように作用する。この場合、球凹
面の多少のキズやごみがあっても、この球凹面の反射面
は第２イメージセンサ239上では結像しないため、この
キズやごみ等がイメージセンサ239に与える影響は極め
て少ないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の微小寸法測定装置の斜視図、
第２図は本発明の実施例のブロック図、第３図は第２図
の光学系の光学図、第４図は第１レチクルの平面図、第
５図は第２レチクルの平面図、第６図はモニタテレビの
表示の説明図、第７図はステージの斜視図、第８図とス
テージの作動説明図、第９図は本実施の作動を示すフロ
ーチャート図、第10図はセッティングステップのフロー
チャート図、第11図はプリオートフォーカスステップの
フローチャート図、第12図はアライメントステップのフ
ローチャート図、第13図は補正値検出スナップのフロー
チャート図、第14図は基準寸法測定ステップのフローチ
ャート図、第15図は未知寸法の測定ステップのフローチ
ャート図、第16図はアライメント調整の説明図、第17図
はイメージセンサの出力を解析するための説明図、第18
図は本発明の他の実施例のステージの斜視図、第19図は
18図に示したＸ軸突当ての説明図である。 10……磁気ヘッド部材、ｇ……磁気ヘッドギャップ、10
4……搬送ロボット、210……アライメント光学系、212
……対物レンズ、218……ビームスプリッタ、220……ダ
イ1CCD、227……円柱レンズ、228……４分割受光素子、
230……測定光学系、232……対物レンズ、239……第2CC
D、235……第１レチクル、237……負の円柱レンズ、238
……正の円柱レンズ、239……第２レチクル、500……Ｘ
軸突当て、502……球凹面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大河原 実 東京都板橋区蓮沼町75番１号 東京光学 機械株式会社内 (72)発明者 佐藤 卓司 東京都板橋区蓮沼町75番１号 東京光学 機械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−128361（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−43664（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の像を投影光学系によりイメージ
   センサ上に投影し、該イメージセンサの出力から被測定
   物の寸法を測定する寸法測定装置において、 均一な明るさの光を入射した状態における、上記イメー
   ジセンサの各画素からの出力値のうち最大の値に基づい
   て求められる所定値と各画素における出力値との比から
   各画素の画素補正係数を演算して記憶する補正係数演算
   記憶部と、 被測定物の像を上記投影光学系により上記イメージセン
   サ上に投影したときの上記各画素の出力値を上記画素補
   正係数に基づき演算により補正して寸法を求める信号処
   理部と を備えたことを特徴とする寸法測定装置。
2. 【請求項２】上記補正係数演算記憶部は、画素補正係数
   をデジタル値として演算記憶し、上記信号処理部は、上
   記各画素の出力値を上記画素補正係数に基づきデジタル
   演算により補正して寸法を求めるように構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲（１）項に記載の寸法測定装
   置。
3. 【請求項３】上記補正係数演算記憶部は、均一な明るさ
   を発する補正部材の像が、上記イメージセンサ上に形成
   されたときに画素補正係数を演算して記憶するように構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
   載の寸法測定装置。
4. 【請求項４】上記補正部材は、反射により光を発するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載の寸法
   測定装置。
5. 【請求項５】上記補正部材は、透過により光を発するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項に記載の寸法
   測定装置。
6. 【請求項６】上記補正部材は、被測定物の位置決め治具
   部材の一部として形成され、かつ被測定物の複数の測定
   対象位置の配列方向線上に配置されたことを特徴とする
   特許請求の範囲第（３）項に記載の寸法測定装置。
7. 【請求項７】上記補正部材は、球状反射面を有し、該球
   の曲率中心は上記投影光学系の光軸上で被測定物の測定
   対象面と略同じ高さであるように形成されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第（３）項に記載の寸法測定装
   置。