JP2903283B2 - 細線径測定装置 - Google Patents

細線径測定装置

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JP2903283B2
JP2903283B2 JP7690993A JP7690993A JP2903283B2 JP 2903283 B2 JP2903283 B2 JP 2903283B2 JP 7690993 A JP7690993 A JP 7690993A JP 7690993 A JP7690993 A JP 7690993A JP 2903283 B2 JP2903283 B2 JP 2903283B2
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幸彦 佐藤
宏治 大池
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Totoku Electric Co Ltd
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Totoku Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、細線径測定装置に関
し、さらに詳しくは、フラウンフォーファ回折像を利用
して被測定細線の線径を測定する細線径測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図3により、フラウンフォーファ回折像
を利用して被測定細線の線径を測定する原理を説明す
る。レーザ光源2とラインセンサ3とを十分遠い距離に
設け、レーザビームBの途中に被測定細線Wを介在させ
ると、ラインセンサ3にフラウンフォーファ回折像Fが
投影される。図中、xは、レーザビームBとラインセン
サ3の交差点Cからの距離を表し、I(x)は距離xの位
置での光強度を表している。レーザビームBの波長をλ
とし,被測定細線Wからラインセンサ3までの距離をL
とし,フラウンフォーファ回折像Fの光強度I(x)の極
小位置の間隔をdとするとき、被測定細線Wの線径φ
は、 φ=λ・L/d …(1) で与えられる。従って、フラウンフォーファ回折像Fの
光強度I(x)の極小位置の間隔dを知ることで、被測定
細線Wの線径φを算出できる。
【0003】一方、光強度I(x)の極小位置の間隔dの
代りに、光強度I(x)の極大位置の間隔を利用する細線
径測定装置が、実開昭59−56508号公報で提案さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】フラウンフォーファ回
折像Fの光強度I(x)の極小位置の近傍では値が微小と
なるのでノイズなどの影響を受けやすく、また、値の変
化が緩やかになるので、極小位置を高精度に検出できな
い。このため、従来の細線径測定装置のうち、光強度I
(x)の極小位置の間隔dを検出するものでは、細線径を
高精度に測定できない問題点があった。一方、従来の細
線径測定装置のうち、光強度I(x)の極小位置の間隔d
の代りに光強度I(x)の極大位置の間隔を利用するもの
では、光強度I(x)の非対称性に起因する不一致がある
ため、やはり細線径を高精度に測定できない問題点があ
った。そこで、この発明の目的は、細線径を高精度に測
定できる細線径測定装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の細線径測定装
置は、レーザビームによる被測定細線のフラウンフォー
ファ回折像を受光器で受光し、フラウンフォーファ回折
像のパターンから被測定細線の線径を求める細線径測定
装置において、レーザビームと受光器の交差点からの距
離xに対してk・x2 (kは比例定数)なる値を受光器
で検出された光強度I(x)に乗算する乗算器と、前記乗
算器の出力信号を距離xで微分する微分器と、前記微分
器の出力信号の零点を検出する零点検出器と、前記零点
間の間隔に基づいて被測定細線の線径を算出する演算手
段とを具備したことを構成上の特徴とするものである。
【0006】
【作用】光強度I(x)の最大値(x=0での光強度)を
Ioとするとき、光強度I(x)は、一般に、 I(x)=Io・{sin(a・x)/(a・x)}2 …(2) a=π・φ/(λ・L) φ:被測定細線Wの線径 λ:レーザビームBの波長 L:被測定細線Wから受光器までの距離 で与えられる。
【0007】乗算器は、k・x2 を光強度I(x)に乗算
するから、その出力信号Mは、 M=k・x2・I(x) =k・x2・Io・{sin(a・x)/(a・x)}2 =k・Io・{sin(a・x)/a}2 …(3) となる。
【0008】微分器は、乗算器の出力信号Mをxで微分
するから、その出力信号Dは、 D=(M)’ =k・Io・{2・sin(a・x)/a}・{cos(a・x)/a}・a =(k・Io/a)・sin(2・a・x) …(4) となる。
【0009】零点検出器は、微分器の出力信号Dの零点
を検出するが、その零点間の間隔Δxは、 Δx=π/(2・a) =π/{2・π・φ/(λ・L)} =λ・L/(2・φ) …(5) である。この(5)式を変形すれば、 φ=λ・L/(2・Δx) …(6) となり、細線径φを算出できる。しかも、零点検出を高
精度に行う技術は確立されており、Δxを高精度に検出
できるので、細線径φを高精度に測定できることとな
る。
【0010】
【実施例】以下、図に示す実施例によりこの発明をさら
に詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。図1は、この発明の細線径測定装置
の一実施例を示す全体構成図である。この細線径測定装
置1は、レーザ光源2と,ラインセンサ3と,駆動回路
4と、包絡線波形出力回路5と,2乗スイープ発生回路
6と,乗算回路7と,微分回路8と,零点検出回路9
と,第2の微分回路10と,ゲート回路11と,演算器
12と,表示器13とを具備して構成されている。
【0011】レーザ光源2は、レーザビームBを出射す
る。ラインセンサ3は、レーザビームBとの交差点Cか
ら片側に偏心して設けられており、レーザビームBによ
る被測定細線Wのフラウンフォーファ回折像を受光す
る。そして、駆動回路4から入力されるクロックに同期
して、レーザビームBとの交差点Cからの距離xが大き
くなる順に検出信号S(x)を出力する。この検出信号S
(x)を、図2の(a)に例示する。縦軸は、信号の大き
さである。信号の大きさは、受光量に対応している。横
軸は、信号の出力時刻、すなわち、距離xである。駆動
回路4は、クロック等をラインセンサ3および2乗スイ
ープ発生回路6へ出力し、ラインセンサ3および2乗ス
イープ発生回路6を駆動する。また、カウントパルスP
を演算器12へ出力する。
【0012】包絡線波形出力回路5は、ラインセンサ3
から入力された検出信号S(x)の包絡線波形信号を出力
する。すなわち、光強度I(x)を出力する。光強度I
(x)を、図2の(b)に例示する。2乗スイープ発生回
路6は、駆動回路4から入力されるクロックに同期し
て、クロック数の2乗に比例した大きさのスイーパ信号
を出力する。クロック数は距離xに対応しているので、
スイーパ信号を、k・x2 (kは比例定数)と表わす。
k・x2 のスイーパ信号を、図2の(c)に例示する。
乗算回路7は、前記スイーパ信号k・x2 と光強度I
(x)を乗算し、前記(3)式の信号Mを出力する。信号M
を、図2の(d)に例示する。微分回路8は、前記信号
Mを微分し、前記(4)式の信号Dを出力する。信号D
を、図2の(e)に例示する。零点検出回路9は、前記
信号Dの零点を検出し、検出時に零点検出パルスZoを
出力する。零点検出パルスZoを、図2の(f)に例示
する。
【0013】第2の微分回路10は、前記信号Dを微分
し、信号D’を出力する。図2の(a)(e)(f)か
ら判るように、零点検出パルスZoのうちでフラウンフ
ォーファ回折像Fの光強度I(x)の極小位置に対応する
ものは信号D’の符号が正になり、極小位置に対応しな
いものは信号D’の符号が負になる。ゲート回路11
は、信号D’の符号が正のときの零点検出パルスZoの
みを通過させる。すなわち、零点検出パルスZoのうち
でフラウンフォーファ回折像Fの光強度I(x)の極小位
置に対応するもののみを通過させる。ゲート回路11の
ゲート出力パルスZdを、図2の(g)に例示する。
【0014】演算器12は、図2の(h)に示すよう
に、ゲート出力パルスZdの間隔すなわちフラウンフォ
ーファ回折像Fの光強度I(x)の極小位置の間隔dを、
駆動回路4から入力されたカウントパルスPによりカウ
ントする。そして、前記(1)式より細線径φを算出し、
表示器13へ出力する。なお、3つ以上の間隔dを平均
したものを前記(1)式に代入して細線径φを算出するの
がよい。かくして、表示器13に、被測定細線Wの細線
径φが表示される。
【0015】なお、上記実施例では、ランセンサ3をレ
ーザビームBとラインセンサ3の交差点Cよりも片側に
偏心して設けたが、交差点Cの両側にラインセンサを設
けてもよい。また、第2の微分回路10とゲート回路1
1を省略し、零点検出パルスZoの間隔Δxを前記(6)
式に代入して細線径φを算出してもよい。この場合に
は、上記実施例より構成が簡単になる。精度は上記実施
例の方がより優れている。
【0016】
【発明の効果】この発明の細線径測定装置によれば、零
点検出に基づいて細線径φを求めるため、細線径φを高
精度に測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の細線径測定装置の一実施例を示す全
体構成図である。
【図2】図1の細線径測定装置の各部の波形図である。
【図3】フラウンフォーファ回折像を利用して被測定細
線の線径を非接触で測定する原理の説明図である。
【符号の説明】
1 細線径測定装置 2 レーザ光源 3 ラインセンサ 4 駆動回路 5 包絡線波形出力回路 6 2乗スイープ発生回路 7 乗算回路 8 微分回路 9 零点検出回路 10 第2の微分回路 11 ゲート回路 12 演算器 13 表示器 W 被測定細線 φ 線径 B レーザビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビームによる被測定細線のフラウ
    ンフォーファ回折像を受光器で受光し、フラウンフォー
    ファ回折像のパターンから被測定細線の線径を求める細
    線径測定装置において、 レーザビームと受光器の交差点からの距離xに対してk
    ・x2 (kは比例定数)なる値を受光器で検出された光
    強度I(x)に乗算する乗算器と、前記乗算器の出力信号
    を距離xで微分する微分器と、前記微分器の出力信号の
    零点を検出する零点検出器と、前記零点間の間隔Δxに
    基づいて被測定細線の線径を算出する演算手段とを具備
    したことを特徴とする細線径測定装置。
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