JPH03115910A - 走査型光学式寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、走査型光学式寸法測定装置に係り、特に、レ
ーザ光源からの光線を平行走査ビームにして測定対象物
に照射して測定対象物の寸法等を測定する走査型光学式
寸法測定装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来、回転又は振動走査レーザビームをコリメ−タレン
ズにより、このコリメータレンズと集光レンズ間を通る
平行走査ビームに変換し、前記コリメータレンズと集光
レンズの間に配置した測定対象物によって前記平行走査
ビームの一部が遮られて生じる暗部又は明部の時間の長
さから測定対象物の走査方向寸法を測定する走査型光学
式寸法測定装置が知られている（例えば、出願人による
特開昭６３−１７２９０７）。

この走査型光学式寸法測定装置においては、通常、受光
素子で検出される走査ビームの光電変換信号波形を波形
整形して寸法等を求めるため、レーザ光源のパワーは高
度に一定であることが要求される。

一方、半導体レーザ（ＬＤ）をレーザ光源として用いる
場合は、半導体レーザのパワーが温度等で変動しやすい
ため、通常、パワーを一定にするための自動パワー制御
回路、いわゆるＡＰＣ回路が用いられている。このＡＰ
Ｃ回路は、通常、半導体レーザの出力光の一部をモニタ
ー用受光素子で光電変換して誤差検出回路にて設定パワ
ーに対応する設定電圧と比較し、誤差検出回路からの出
力信号がゼロになるように半導体レーザーに流す駆動電
流を自動制御するものである。

ところで、測定対象物に平行走査ビームが反射されレー
ザ光源に戻る、戻り光の存在はレーザ光源のパワーを不
安定にし、このような走査型光学式寸法測定装置におい
て、測定精度を下げる原因となるものである。このこと
は、レーザ光源が半導体レーザであってもＨｅ−Ｎｅレ
ーザであっても同様に問題となるものである。このよう
な問題に対して、本出願人は平行走査ビームの出射窓に
傾斜を与えることにより、戻り光の削減を計ることを提
案している（例えば、特公昭６３−６０３２１）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、戻り光の影響を完全に除去することは容
易ではない。特に、レーザ光源にＡＰＣ回路を用いた場
合にあっては、戻り光によりレーザ光源のパワーが不安
定に変動するとその変動を自動制御しようとしてＡＰＣ
回路が動作するが、ＡＰＣ回路の応答速度を適度に設定
してあり有限であるため、戻り光の影響が後の時間にま
で引伸されることになる。そのため、受光素子によって
検出される走査ビームの検出波形を歪め、測定精度に直
接的に影響することになるという問題点があった。第４
図に、戻り光の発生（ａ）の様子と、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）のパワーのモニター電流の変動（ｂ）の様子を示す
。本発明は、係る状況に鑑みなされたものであり、ＡＰ
Ｃ回路の動作に伴って、戻り光の存在しなくなった後に
まで戻り光の影響が引伸されることを防止し、測定精度
の高い走査型光学式寸法測定装置を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、戻り光が存在する走査時間の間は、ＡＰＣ回
路の自動制御を中止させるようにしたものである。その
ために、レーザ光源から出射される光線を平行走査ビー
ムにする平行走査ビーム発生装置と、測定対象物を通過
した平行走査ビームの明暗を検出する受光素子と、前記
受光素子の出力を波形整形するエツジ検出回路とを有し
、測定対象物によって前記平行走査ビームの一部が遮ら
れて生じる暗部又は明部の走査時間を検出して、測定対
象物の走査方向寸法を測定する走査型光学式寸法測定装
置において、前記レーザ光源のパワーを設定パワー値に
なるように自動制御するＡＰＣ回路と、測定対象物に反
射されて前記レーザ光源に戻る前記平行走査ビームの戻
り光が存在する走査時間の間は、前記ＡＰＣ回路の自動
制御を中止させるための制御信号を出力する制御信号回
路と、を備えることにより一上記課題を解決したもので
ある。

また、更に、前記ＡＰＣ回路は、前記レーザ光源のパワ
ーと設定パワー値との誤差を検出する誤差検出回路と、
前記誤差検出回路からの誤差信号をホールドするホール
ド回路と５前記類差信号に基ずいて駆動電流を前記レー
ザ光源に流すドライバーと、前記制御信号により前記自
動制御を中止又は再開させるスイッチとを含むことを特
徴とするものである。

［作用］ 平行走査ビームが測定対象物に走査照射され、測定対象
物の比較的に平坦な部分に照射される走査時間の間戻り
光がレーザ光源に戻るが、戻り光の存在する時間範囲は
、測定対象物の比較的に平坦な部分を照射する走査時間
として前もって予測がつくので、制御信号回路により、
ＡＰＣ回路の自動制御を中止させるための制御信号を出
力させ、戻り光の存在する走査時間はＡＰＣ回路の自動
制御を中止させるものである。

［実施例］ 本発明に係る実施例を挙げ、添付図面を参照して詳細に
説明する。しかし、これによって、本発明がこの実施例
に限定されるものではない。

本実施例の光学系は、第２図に示す如く、レーザ光源１
０と、該レーザ光源１０で発生されたレーザビーム１２
を回転走査ビーム１６に変換するポリゴンミラー１４と
、該レーザビームを該ポリゴンミラー１４に導くための
ミラー２８と、前記ポリゴンミラー１４を回転するため
のモータ３０と、該回転走査ビーム１６を平行走査ビー
ム２０に変換するためのコリメータレンズ（ｆθレンズ
）１８と、測定対象物２２を通過した平行走査ビーム２
０を集光するための集光レンズ２４と、該集光レンズ２
４によって集光された光りの明暗を検出する受光素子２
６と、前記回転走査ビーム１６又は平行走査ビーム２０
の有効走査範囲外に配置され、■走査の開始又は終了を
検出するためのリセット用受光素子と、から主に構成さ
れている又、本実施例の電気回路は、同じ（第２図に詳
細に示した如く、各種演算処理を行なう中央処理ユニッ
ト（ＣＰＵ）４０と、該ＣＰＵ４０に必要な指令を与え
、又は該ＣＰＵ４０による演算結果等を表示するための
キーボード及び表示回路４２と、入出力装置４４と、リ
ードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモ
リ（ＲＡ、　Ｍ　）等の記憶装置４６と、前記受光素子
２６の出力を波形整形して、エツジ検出を行なうための
エツジ検出回路５０と、前記リセット用受光素子３２の
出力信号を波形整形してリセット信号とするリセット回
路５２と、クロック信号を発生するクロック５４と、前
記エツジ検出回路５０で検出された所定エツジとリセッ
ト信号間のクロック信号を通過させるゲート回路５６と
、該ゲート回路５６を通過したクロック信号を計数して
、所定エツジとリセット信号間の時間の長さを計数する
ためのカウンタ５８と、前記クロック５４出力のクロッ
ク信号と同期してモータ３０を駆動するための同期信号
を発生するモータ同期信号発生器６０と、該モータ同期
信号発生器６０の出力に応じて前記モタ３０を駆動する
ためのモータ駆動回路６２と、前記レーザ光源１０から
発生されるレーザビーム１２のパワーが一定となるよう
に、自動制御するＡＰＣ回路７０と、前記ＡＰＣ回路の
自動制御を中止させるための制御信号を出力する制御信
号回路８２とを備えている。

本実施例に係る前記ＡＰＣ回路７０と、制御信号回路８
２とを、第１図に詳細に示す。

前記ＡＰＣ回路は、前記レーザ光源のパワーと設定パワ
ー値との誤差を検出する誤差検出回路７２と、前記誤差
検出回路からの誤差信号をホールドするホールド回路７
６と、前記誤差信号に基ずいて駆動電流を前記レーザ光
源に流すドライバー７８と、市記制御信号により前記自
動制御を中止又は再開させる切替えのスイッチ７４とを
備えている。誤差検出回路７２は、レーザ光源１０から
出射するレーザビーム１２の一部を受光するモニター用
受光素子８０と、該モニター用受光素子８０で検出され
るモニター電流を電流−電圧変換する抵抗Ｒ３と、レー
ザ光源の設定パワー値に対応する電圧値を設定する抵抗
Ｒ２と、前記抵抗ＲＩとＲ２とを通じて検出される電圧
値の差を増幅する増幅器Ａ　ｍ　ｐ　１とを備えている
。前記ホールド回路７６は、前記増幅器Ａｍｐｌの出力
信号である誤差信号をホールドするためのコンデンサＣ
３及び抵抗Ｒ４と、高インビダンスにするための増幅器
Ａｍｐ２とを備えている。前記ドライバー７８は、誤差
信号の伝達の時定数を決める抵抗Ｒ。

及びＣ２と、レーザ光源の駆動電流を流すトラン　０ シスターＴｒとを備えている。又、前記スイッチ７４は
制御信号回路８２からの制御信号電圧が低電位のときは
、スイッチ７４の接点がオーブンになるアナログスイッ
チである。

前記制御信号回路８２は、モノマルチバイブレータ１８
４及びモノマルチバイブレータ２８６とを有する。

次に本実施例の作用について説明する。

第３図に各信号波形を示す。リセット信号８８は、回転
するポリゴンミラーの一面毎に一個作成される（ａ）。

あるリセット信号８８から次のリセット信号８８の間に
、平行走査ビーム２０が走査されている。

スキャン信号（ｂ）は、測定対象物２２により平行走査
ビーム２０が一部遮られてできる明暗の光強度に対応し
た信号波形である。図中、■及び■の範囲が測定対象物
２２に遮られずに明の部分を、ＩＩの範囲が測定対象物
２２に遮られて暗の部分を示す。例えば測定対象物２２
が丸棒の場合、第４図にも示したように、第３図におけ
るＨの範囲中の中心近傍で戻り光がレーザ光源１０に戻
り易い。

モノマルチバイブレーク１８４の信号波形（Ｃ）はリセ
ット信号８８の立ち上がりに同期してできるｔ、の時間
幅に渡り高電位のパルス列である。モノマルチバイブレ
ーク２８６の信号波形（ｄ）は、モノマルチバイブレー
ク１８４の信号波形（ｃ）の立ち下がりに同期してｔ２
の時間幅に渡り低電位のパルス列である。モノマルチバ
イブレーク２８６の出力信号は、スイッチ７４に入力さ
れる。モノマルチバイブレーク２８６の信号波形（ｄ）
が低電位である時間幅ｔ２は、ＡＰＣ回路７０の自動制
御を中止したい走査時間に対応させてあり、その間スイ
ッチ７４の接点はオーブン状態になり、ドライバー７８
は、スイッチ７４の接点がオーブン状態になる直前にホ
ールドされた誤差信号に基ずいてレーザ光源に駆動電流
を供給する。なお、モノマルチバイブレータ１８４の信
号波形（ｃ）を経ずに、リセット信号８８から直接、モ
ノマルチバイブレーク２８６１ の信号波形（ｄ）をさく甘いすることも可能であるが、
レーザ光源の点灯直後でリセット信号８８の発生が未だ
確実でない過渡状態における安全対策上、上述のように
２個のモノマルチバイブレータを用いている。

第５図に、ＡＰＣ回路７０の自動制御を第４図における
時間幅ｔ２の間、中止した場合（実線で示す）と、従来
のように中止しない場合（点線で示す）における、半導
体レーザ（ＬＤ）のモニター電流（ａ）と、スキャン信
号（ｂ）を模式的に比較して示す。自動制御を時間幅ｔ
２の間、中止した場合（実線）は、第５図（ａ）（実線
）に見られるように、半導体レーザ（ＬＤ）のモニター
電流が戻り光により影響されている走査時間は測定対象
物の比較的に平坦な部分を照射する走査時間のみであり
、それに対応するスキャン信号においては明から暗、又
は暗から明に変わる信号波形部分は戻り光の影響を受け
ない。それに対して、従来のように中止しない場合（点
線）は、第５図（ａ）（点線）に見られるように、ＡＰ
Ｃ回路７３ ２ Ｏの応答時間の有限性により、半導体レーザ（ＬＤ）の
モニター電流は実際に戻り光の存在する時間より後にま
で戻り光の影響が引伸され、その結果、それに対応する
スキャン信号においては明から暗、又は暗から明に変わ
る信号波形部分に戻り光の影響を受ける。

以上、本発明にかかる実施例を説明したが、前記実施例
においては、ポリゴンミラー１４を用いて回転走査ビー
ム１６が発生されていたが、本発明の適用対象はこれに
限定されず、音叉等を用いた振動走査ビームを発生させ
るものにも、同様に適用出来る。また、制御信号発生回
路は、リセット信号８８を入力信号とするモノマルチバ
イブレータで構成されていたが、これに限定されず、戻
り光の影響のある時間、ＡＰＣ回路によるパワー自動制
御を中止させるトリガー信号であれば他のものでもよい
。更に、スイッチ７４としてアナログスイッチを用いた
が、リレー等の他の手段によってもよい。なお、本実施
例においては戻り光によってレーザ光源１０のパワーが
単調に増大する　４ として図示等をして便宜上説明してきたが、戻り光によ
るレーザ光源１０のパワーの変動はこのように単調では
ないのが通常である。しかし、そのような場合にあって
も本発明が適用されることは何ら変わるものではない。

［効果］ 本発明によれば、測定対象物に反射されてレーザ光源に
戻る平行走査ビームの戻り光が存在する走査時間の間は
、ＡＰＣ回路の自動制御を中止させる構成としたことに
より、戻り光によりレーザ光源のパワーが不安定に変動
するとその変動を自動制御しようとしてＡＰＣ回路が動
作しても、戻り光の影響が後の時間にまで引伸されるこ
とにならず、その結果、測定精度に直接的に関係する走
査ビームの検出波形を戻り光の影響で歪めることを防ぐ
ことができ、測定精度の高い走査型光学式寸法測定装置
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る走査型光学式寸法測定装置の実
施例で用いられるＡＰＣ回路７０及び制御　５ 御信号回路８２を示すブロック線図、 第２図は、実施例の全体構成を示す、一部ブロック線図
を含む光路図、 第３図は、制御信号とスキャン信号等の時間関係を示す
図、 第４図は、測定対象物に反射されて戻り光の発生及び戻
り光によるＬＤパワーのモニター電流の変動を示す図、 第５図は、戻り光のある時間、ＡＰＣ回路７０の自動制
御を中止する場合としない場合の、ＬＤパワーモニター
電流及びスキャン（４号の各波形を示す図である。 ８　・・・ ２６・・・ ５０　・・・ ７０　・・・ ７２　・・・ ７４　・・・ ７６　・・・ 平行走査ビーム発生装置、 受光素子、 エツジ検出回路、 ＡＰＣ回路、 誤差検出回路、 スイッチ、 ホールド回路、 １　日 ７８　・・・ ドライバー ８２　・・・ 制御信号回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光源から出射される光線を平行走査ビーム
   にする平行走査ビーム発生装置と、測定対象物を通過し
   た平行走査ビームの明暗を検出する受光素子と、前記受
   光素子の出力を波形整形するエッジ検出回路とを有し、
   測定対象物によって前記平行走査ビームの一部が遮られ
   て生じる暗部又は明部の走査時間を検出して、測定対象
   物の走査方向寸法を測定する走査型光学式寸法測定装置
   において、 前記レーザ光源のパワーを設定パワー値になるように自
   動制御するＡＰＣ回路と、 測定対象物に反射されて前記レーザ光源に戻る前記平行
   走査ビームの戻り光が存在する走査時間の間は、前記Ａ
   ＰＣ回路の自動制御を中止させるための制御信号を出力
   する制御信号回路と、を備えたことを特徴とする走査型
   光学式寸法測定装置。
2. （２）前記ＡＰＣ回路は、前記レーザ光源のパワーと設
   定パワー値との誤差を検出する誤差検出回路と、 前記誤差検出回路からの誤差信号をホールドするホール
   ド回路と、 前記誤差信号に基ずいて駆動電流を前記レーザ光源に流
   すドライバーと、 前記制御信号により前記自動制御を中止又は再開させる
   スイッチと、 を含むことを特徴とする請求項（１）に記載された走査
   型光学式寸法測定装置。