JPH063116A

JPH063116A - 走査光学式寸法測定器

Info

Publication number: JPH063116A
Application number: JP24472992A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Nishikawa; 尚之西川; Kazuhisa Sadamatsu; 和久貞松
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】発光手段と発光手段からの光束を平行な走査
光束に変換する走査ミラー及びコリメータレンズと、走
査光束を受光する受光素子とを備えて、被測定物体によ
る走査光束の遮断時間から被測定物体の寸法を測定する
走査光学式寸法測定器において、寸法測定精度を容易に
且つ確実に向上させることができる。【構成】走査光束を受光する一対の補正用受光素子６
ａ，６ｂを所定間隔で配設する。もしくは走査光束を周
期的に受光する補正用受光素子６を配設する。そして補
正用受光素子の前段に、補正用受光素子に入射する光束
を絞る補正レンズ７とスリット板８とを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザーと走査ミラーと
コリメータレンズ並びに受光素子を用いた走査光学式寸
法測定器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被測定物体９の外径等の測定を行うため
のものとして、従来より図７に示す走査光学式寸法測定
器が提供されている。これは半導体レーザーからなる発
光手段１と、図中ポリゴンミラーで示した走査ミラー２
と、コリメータレンズ３、集光レンズ４、そして受光素
子５とからなるもので、発光手段１から前レンズ１１を
経て走査ミラー２に送られた光束は、走査ミラー２の回
転とコリメータレンズ３とによって、コリメータレンズ
３の光軸と平行な走査光束とされる。なお、走査ミラー
２における反射面が焦点となるように配設されるコリメ
ータレンズ３としては、一般にＦθレンズと呼ばれるも
の、つまり入射角度θに対して射出位置がθに比例する
ものが用いられ、走査ミラー２を駆動するモータの等速
回転に対して、光軸と直交する方向に等速で走査される
走査光束が得られるようになっている。

【０００３】そして、上記光束は、集光レンズ４を経て
受光素子５に入るわけであるが、コリメータレンズ３と
集光レンズ４との間に被測定物体９を配置すれば、被測
定物体９の寸法に応じた時間だけ受光素子５への走査光
束の入射が遮られることになるために、被測定物体９で
走査光束が遮られた時間と走査速度とから、被測定物体
９の寸法を測定することができる。被測定物体９の寸法
をＤ(mm)、走査光束の走査速度をＶ(mm/sec)、被測定物
体９で遮られた時間をＴ(sec) 、走査ミラー２の回転数
をｎ(rpm) 、コリメータレンズ３の焦点距離をＦ(mm)と
する時、Ｖ＝４πｎＦＤ＝Ｖ・Ｔ＝４πｎＦＴで寸法Ｄを算出できるわけである。

【０００４】ここにおいて、走査速度Ｖは、走査ミラー
２を駆動するモータの回転の等速性に大きく左右される
が、モータはある大きさの短周期の変動（１回転内の変
動）と長時間の変動とを有しているために、測定精度に
ばらつきがどうしても生じてしまうものであり、測定精
度を高めるには、走査ミラー２の回転速度の等速性を高
めるか、走査速度を常に測定して測定値Ｄの値を補正す
るかしなくてはならない。前者の場合、走査速度を常に
測定する必要がなくなるために、光学系が簡単になるも
のの、構成要素を高精度で製造する必要があり、精度向
上に対する製造コストのアップ分が大きく、更に精度を
向上させるには限界がある。後者の場合には、光束の走
査速度を測定するための光学系が増えるものの、比較的
安価に所要の精度を得ることができる。

【０００５】このために、特公平３−７１０４４号公報
では、図８に示すように、平行な走査光束中に一対のピ
ン１２，１２を置いて、既知の値であるピン１２，１２
の間隔の測定値から補正値を割り出し、この補正値によ
って被測定物体９の測定値Ｄを補正したり、図９及び図
１０に示すように、走査光束の走査方向両端近傍位置に
一対の補正用受光素子６ａ，６ｂを配置して、両受光素
子６ａ，６ｂの出力信号の立ち上がりまたは立ち下がり
間の時間ｔ₀に基づく測定値と、両受光素子６ａ，６ｂ
の間隔の実測値とから補正値を求めて、被測定物体９の
測定値Ｄを補正することを行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報で示
されたものでは、走査光束の径が大きいところで補正値
を求めるようになっているために、エッジ検出精度が低
く、測定回数を多くして平均化による測定精度の向上を
図らざるを得ない。ちなみに走査光束を遮断する場所で
の光束径を２ω、その場所での走査光束の走査速度をＶ
とすると、受光素子において計測されるエッジ全体の立
ち上がり時間ｔは、おおよそｔ＝２ω／Ｖとなる。図６(a)(b)は夫々２ω₁／Ｖ₁、２ω₂／Ｖ₂
（ただし、ω₁＜ω₂、Ｖ₁＝Ｖ₂）である時の受光素
子出力を示しており、各エッジの立ち上がり時間間隔を
ｔ₁，ｔ₂とすると、おおよそ次のような関係となる。

【０００７】ｔ₁＝２ω₁／Ｖ₁ ｔ₂＝２ω₂／Ｖ₂ ｔ₁＜ｔ₂ ここで、受光素子の出力においてエッジとみなすための
閾値を夫々Ｉ₁，Ｉ₂、その誤差を△Ｉ₁，△Ｉ₂と
し、各受光素子の出力がＩ₁，Ｉ₂となった時の基準位
置からの計測時間をＴ₁，Ｔ₂、その誤差を△Ｔ₁，△
Ｔ₂とすると、受光素子の性能が同じであり且つ受光素
子に入射する光束の強度が同じ（Ｉ₁＝Ｉ ₂、△Ｉ₁＝
△Ｉ₂）の場合、 △Ｔ₁＝（２ω₁／Ｖ₁）・△Ｉ₁／Ｉ₁ △Ｔ₂＝（２ω₂／Ｖ₂）・△Ｉ₂／Ｉ₂ △Ｔ₁＜△Ｔ₂ となる。この誤差△Ｔ₁，△Ｔ₂は走査光束の走査速度
のばらつきに直接関係する量であり、仮に走査ミラー２
の回転精度が同じであっても、エッジを走査する光束径
が大きければ、走査速度のばらつきが大きくなる。

【０００８】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは寸法測定精度を容易に
且つ確実に向上させることができる走査光学式寸法測定
器を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、発光
手段と発光手段からの光束を平行な走査光束に変換する
走査ミラー及びコリメータレンズと、走査光束を受光す
る受光素子とを備えて、被測定物体による走査光束の遮
断時間から被測定物体の寸法を測定する走査光学式寸法
測定器において、走査光束を受光する一対の補正用受光
素子を所定間隔で配設するとともに、これら補正用受光
素子の前段に、補正用受光素子に入射する光束を絞る補
正レンズとスリット板とを配設していることを第１の特
徴とし、また走査光束を周期的に受光する単一の補正用
受光素子を配設するとともに、この補正用受光素子の前
段に、補正用受光素子に入射する光束を絞る補正レンズ
とスリット板とを配設しているに第２の特徴を有してい
る。

【００１０】

【作用】本発明によれば、一対の補正用受光素子あるい
は単一の補正用受光素子に周期的に入る走査光束の径が
補正レンズ及びスリット板で絞られているために、走査
速度のばらつきの補正値をより正確に求めることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述す
ると、図１及び図２に示すように、半導体レーザーから
なる発光手段１と、ポリゴンミラーで示した走査ミラー
２と、コリメータレンズ３、集光レンズ４、そして受光
素子５を備えるとともに、走査光束の走査方向両端近傍
位置に所定間隔で配した一対の補正用受光素子６ａ，６
ｂを備えている点で前記従来例と同じであるが、ここで
は補正用受光素子６ａ，６ｂと走査ミラー２との間に、
夫々補正レンズ７とスリット板８とを配置している。

【００１２】上記補正レンズ７は、図２に示す光路から
明らかなように、その焦点位置が走査ミラー２における
反射面となるように置かれており、このために補正レン
ズ７，７を通過して補正用受光素子６ａ，６ｂに向かう
走査光束は平行となる。なお、補正レンズ７の焦点位置
が上記位置でなくともよい。そして、スリット板８は補
正レンズ７を通過した光束の径が最も小さくなる位置に
置かれている。この位置は発光手段１のところに配され
た前レンズ１１と補正レンズ７の焦点距離及びこれら２
つのレンズ１１，７の間隔によって定まるが、これらの
値は光学系が収納されるケースの大きさ等の制約に応じ
て決定する。スリット板８におけるスリットの幅は、光
束が最も小さくなる位置での光束の走査幅よりも小さく
なるようにしておく。

【００１３】この場合の受光素子５及び補正用受光素子
６ａ，６ｂの出力を図３に示す。走査ミラー２のジッタ
ーなどによって走査光束の走査速度にばらつきがあれ
ば、受光素子６ａ，６ｂの出力の各立ち上がり間の時間
間隔ｔ₀がばらつくことになるが、走査ミラー２に全く
ジッターがない時の理想的な走査速度Ｖ及び時間間隔ｔ
₀を夫々Ｖｓ，ｔｓとすると、補正値Ｖ’はＶ’＝Ｖｓ・ｔｓ／ｔ₀ で求められ、この補正値Ｖ’と被測定物体９で走査光束
が遮られた時間の実測値Ｔとから、前述のように、被測
定物体９の寸法を求めることができる。そして、このも
のにおける補正値Ｖ’は、補正用受光素子６ａ，６ｂに
入る走査光束の径が絞られているために、前記従来例よ
りも正確な補正値となっていることから、測定値の精度
も高くなっているものである。

【００１４】図４に他の実施例を示す。ここでは補正用
受光素子６を一つだけ設けている。またこの補正用受光
素子６の前段に、上記実施例と同じくビームウエストの
位置や走査角度を変換することになる補正レンズ７を配
置するとともに、補正レンズ７を通過した後の走査ビー
ムのビームウエストの位置に走査光束の一部を遮断する
スリット板８を配設している。補正用受光素子６は一つ
であるが、図５に示すように、走査ミラー２による走査
で周期的に光束が入射するために、補正用受光素子６の
受光出力の立ち上がりの時間間隔ｔ₀と、走査ミラー２
に全くジッターがない時の理想的な走査速度Ｖｓ及び時
間間隔ｔｓとから、前記実施例の場合と同様に補正値
Ｖ’を求めて、被測定物体９で走査光束が遮られた時間
の実測値Ｔとから被測定物体９の寸法を精度よく求める
ことができる。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明においては、補正用
受光素子に入る走査光束の径を補正レンズ及びスリット
板で絞っているために、走査速度のばらつきの補正値を
より正確に求めることができるものであり、これに伴っ
て被測定物体の測定値をより正確に求めることができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の説明図である。

【図２】同上の拡大説明図である。

【図３】同上の受光素子及び補正用受光素子の出力を示
すタイムチャートである。

【図４】他の実施例の説明図である。

【図５】同上の受光素子及び補正用受光素子の出力を示
すタイムチャートである。

【図６】(a) は走査光束の径が小さい場合の受光素子出
力のタイムチャート、(b) は走査光束の径が大きい場合
の受光素子出力のタイムチャートである。

【図７】従来例の説明図である。

【図８】他の従来例の説明図である。

【図９】更に他の従来例の説明図である。

【図１０】同上の受光素子と補正用受光素子の出力を示
すタイムチャートである。

【符号の説明】

１発光手段２走査ミラー３コリメータレンズ５受光素子６ａ補正用受光素子６ｂ補正用受光素子７補正レンズ８スリット板９被測定物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光手段と発光手段からの光束を平行な
走査光束に変換する走査ミラー及びコリメータレンズ
と、走査光束を受光する受光素子とを備えて、被測定物
体による走査光束の遮断時間から被測定物体の寸法を測
定する走査光学式寸法測定器において、走査光束を受光
する一対の補正用受光素子を所定間隔で配設するととも
に、これら補正用受光素子の前段に、補正用受光素子に
入射する光束を絞る補正レンズとスリット板とを配設し
ていることを特徴とする走査光学式寸法測定器。
【請求項２】発光手段と発光手段からの光束を平行な
走査光束に変換する走査ミラー及びコリメータレンズ
と、走査光束を受光する受光素子とを備えて、被測定物
体による走査光束の遮断時間から被測定物体の寸法を測
定する走査光学式寸法測定器において、走査光束を周期
的に受光する単一の補正用受光素子を配設するととも
に、この補正用受光素子の前段に、補正用受光素子に入
射する光束を絞る補正レンズとスリット板とを配設して
いることを特徴とする走査光学式寸法測定器。