JPH0674968B2 - 光学式測定装置 - Google Patents
光学式測定装置Info
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- JPH0674968B2 JPH0674968B2 JP63062139A JP6213988A JPH0674968B2 JP H0674968 B2 JPH0674968 B2 JP H0674968B2 JP 63062139 A JP63062139 A JP 63062139A JP 6213988 A JP6213988 A JP 6213988A JP H0674968 B2 JPH0674968 B2 JP H0674968B2
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- Japan
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- light
- measured
- measuring means
- displacement
- displacement measuring
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、非接触で非測定物体の厚み又は段差を測定
する光学式測定装置に関するものである。
する光学式測定装置に関するものである。
第３図は、例えば特公昭56−10561号公報に示された変
位測定装置を適用して被測定物体の厚みを測定する場合
の光学式測定装置である。図において、（１）は半導体
レーザー（３）を駆動するタイミングおよび後述のサン
プルホールド回路（13）（14）のサンプリングタイムを
決定するパルス発生回路、（２）はパルス発生回路
（１）のパルスに基づいて半導体レーザー（３）を駆動
する駆動回路、（４）は半導体レーザー（３）の光を集
光し、被測定物体（５）の上に光スポット（６）を結像
させるための送光レンズ、（７）は被測定物体（５）上
の光スポット（６）を後述の受光素子（８）上に結像さ
せるための受光レンズ、（８）は受光レンズ（７）によ
って結像された光スポット（６）の像の位置を電気信号
に変換する受光素子である。第４図は第３図の受光素子
（８）の詳細図である。（31）は受光素子本体枠、（3
2）はＮ型半導体、（33）はＰ型半導体、（34）はＮ型
半導体（32）に取付けた電極、（35）はＰ型半導体（3
3）に取付けた第一電極、（36）はＰ型半導体（33）に
取付けた第二電極、（37）は電源、（38）負荷抵抗１、
（39）は負荷抵抗２である。（40）は受光レンズ７によ
って結像された光スポット（６）からの入射光（第３図
参照）、（41）は入射光（40）の強度分布である。
位測定装置を適用して被測定物体の厚みを測定する場合
の光学式測定装置である。図において、（１）は半導体
レーザー（３）を駆動するタイミングおよび後述のサン
プルホールド回路（13）（14）のサンプリングタイムを
決定するパルス発生回路、（２）はパルス発生回路
（１）のパルスに基づいて半導体レーザー（３）を駆動
する駆動回路、（４）は半導体レーザー（３）の光を集
光し、被測定物体（５）の上に光スポット（６）を結像
させるための送光レンズ、（７）は被測定物体（５）上
の光スポット（６）を後述の受光素子（８）上に結像さ
せるための受光レンズ、（８）は受光レンズ（７）によ
って結像された光スポット（６）の像の位置を電気信号
に変換する受光素子である。第４図は第３図の受光素子
（８）の詳細図である。（31）は受光素子本体枠、（3
2）はＮ型半導体、（33）はＰ型半導体、（34）はＮ型
半導体（32）に取付けた電極、（35）はＰ型半導体（3
3）に取付けた第一電極、（36）はＰ型半導体（33）に
取付けた第二電極、（37）は電源、（38）負荷抵抗１、
（39）は負荷抵抗２である。（40）は受光レンズ７によ
って結像された光スポット（６）からの入射光（第３図
参照）、（41）は入射光（40）の強度分布である。
受光素子（８）の表面のＰ型半導体（33）はその抵抗が
比較的大きく、かつ均一に作られている。入射光（40）
が受光素子（８）中心からの距離ｘに関して強度Ｐ
（ｘ）で分布するとき、小さな負荷抵抗（38）（39）に
流れる電流i1,i2は近似的に（１）式及び（２）式のよ
うに表わせる。
比較的大きく、かつ均一に作られている。入射光（40）
が受光素子（８）中心からの距離ｘに関して強度Ｐ
（ｘ）で分布するとき、小さな負荷抵抗（38）（39）に
流れる電流i1,i2は近似的に（１）式及び（２）式のよ
うに表わせる。
ここで、K1,K2;定数,l;受光素子（８）の中心から端ま
での距離である。
での距離である。
従って、（i1−i2）と（i1＋i2）の比を計算すれば、受
光素子（８）上に入射する光の中心位置を求めることが
できる。たとえば、Ｐ形半導体（33）の抵抗値は大き
く、Ｎ形半導体（32）および抵抗（38）（39）の抵抗値
がＰ形半導体の抵抗値と比較して無視できる程に小さ
く、しかも光点が点にみなせるとすると、（３）式及び
（４）式が成立する。すなわち、 ｒ（ｌ−ｘ）i1＝Ｅ ……………………（３） ｒ（ｌ−ｘ）i2＝Ｅ ……………………（４） （ｒは、Ｐ形半導体のｌ方向の単位距離当りの抵抗値、
ｘは光点の中心からの距離） この（３）式及び（４）式から（５）式が得られる。
光素子（８）上に入射する光の中心位置を求めることが
できる。たとえば、Ｐ形半導体（33）の抵抗値は大き
く、Ｎ形半導体（32）および抵抗（38）（39）の抵抗値
がＰ形半導体の抵抗値と比較して無視できる程に小さ
く、しかも光点が点にみなせるとすると、（３）式及び
（４）式が成立する。すなわち、 ｒ（ｌ−ｘ）i1＝Ｅ ……………………（３） ｒ（ｌ−ｘ）i2＝Ｅ ……………………（４） （ｒは、Ｐ形半導体のｌ方向の単位距離当りの抵抗値、
ｘは光点の中心からの距離） この（３）式及び（４）式から（５）式が得られる。
（９）（10）は受光素子（８）からの電気信号を増幅す
るアンプ、（11）はアンプ（９）（10）の出力の差を計
算する減算回路、（12）はアンプ（９）（10）の出力の
和を計算する加算回路、（13）（14）はそれぞれ減算回
路（11）及び加算回路（12）の出力をパルス発生回路
（１）からのサンプリングタイム信号（16）を基にサン
プルホールドするサンプルホールド回路、（15）はサン
プルホールド回路（13）（14）の出力の比を計算する除
算器である。なお、（１）〜（４），（７）〜（15）で
変位測定手段（16）を構成している。（17）は一対の変
位測定手段（16）からの出力を加算して被測定物体
（５）の厚みを算出する信号処理手段である。
るアンプ、（11）はアンプ（９）（10）の出力の差を計
算する減算回路、（12）はアンプ（９）（10）の出力の
和を計算する加算回路、（13）（14）はそれぞれ減算回
路（11）及び加算回路（12）の出力をパルス発生回路
（１）からのサンプリングタイム信号（16）を基にサン
プルホールドするサンプルホールド回路、（15）はサン
プルホールド回路（13）（14）の出力の比を計算する除
算器である。なお、（１）〜（４），（７）〜（15）で
変位測定手段（16）を構成している。（17）は一対の変
位測定手段（16）からの出力を加算して被測定物体
（５）の厚みを算出する信号処理手段である。
次に動作について説明する。第３図において、半導体レ
ーザ（３）は駆動回路（２）によってパルス駆動され、
時間的に点灯・消灯を繰り返すような光を発生する。半
導体レーザ（３）から出射された光はレンズ（４）で集
束されて被測定物体（５）の面上に面に対して垂直に投
射される。理想的な鏡面以外の一般の物体表面では散乱
を起こし、種々の角度から明るい光のスポット、すなわ
ち光点が観測できる。照射ビームと所定の角度をなす光
軸上に、いま１つのレンズ（７）を置いて前記光点の像
を受光素子（８）の受光面上に形成させれば、受光素子
（８）からの２つの出力電流i1,i2は、受光面上の光点
の位置に対応したものとなる。これを増幅器（９）（1
0）で増幅した後、減算器（11）および加算器（12）に
よって、それぞれ（i1−i2）、（i1＋i2）に比例した信
号を取り出し、各々別々のサンプルホールド回路（13）
（14）に入力する。サンプルホールド回路（13）（14）
は、パルス発生回路（１）の駆動パルスに同期して入力
信号をサンプリングする働きをし、パルス波形の受光信
号は直流信号に変換されて出力される。そして除算器
（15）によって、（i1−i2）／（i1＋i2）の計算が行わ
れ、受光素子（８）の受光面上に形成されたスポット光
の位置に比例した信号が得られ、これより被測定物体の
変位を知ることができる。
ーザ（３）は駆動回路（２）によってパルス駆動され、
時間的に点灯・消灯を繰り返すような光を発生する。半
導体レーザ（３）から出射された光はレンズ（４）で集
束されて被測定物体（５）の面上に面に対して垂直に投
射される。理想的な鏡面以外の一般の物体表面では散乱
を起こし、種々の角度から明るい光のスポット、すなわ
ち光点が観測できる。照射ビームと所定の角度をなす光
軸上に、いま１つのレンズ（７）を置いて前記光点の像
を受光素子（８）の受光面上に形成させれば、受光素子
（８）からの２つの出力電流i1,i2は、受光面上の光点
の位置に対応したものとなる。これを増幅器（９）（1
0）で増幅した後、減算器（11）および加算器（12）に
よって、それぞれ（i1−i2）、（i1＋i2）に比例した信
号を取り出し、各々別々のサンプルホールド回路（13）
（14）に入力する。サンプルホールド回路（13）（14）
は、パルス発生回路（１）の駆動パルスに同期して入力
信号をサンプリングする働きをし、パルス波形の受光信
号は直流信号に変換されて出力される。そして除算器
（15）によって、（i1−i2）／（i1＋i2）の計算が行わ
れ、受光素子（８）の受光面上に形成されたスポット光
の位置に比例した信号が得られ、これより被測定物体の
変位を知ることができる。
このようにして得られた一対の変位測定手段（16）の出
力を第５図に示すようにそれぞれi1,i2とし、初期設定
の基準値をＫとしたとき、（６）式の計算を信号処理手
段（17）で行うことにより厚みＴを算出する。
力を第５図に示すようにそれぞれi1,i2とし、初期設定
の基準値をＫとしたとき、（６）式の計算を信号処理手
段（17）で行うことにより厚みＴを算出する。
Ｋ−（i1＋i2）/T ……………………（６） なお、第２の発明においてはi1,i2の関係を第６図に示
すようにしたとき、段差Ｔは（７）式で算出する。
すようにしたとき、段差Ｔは（７）式で算出する。
（i1−i2）＝Ｔ ……………………（７） 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の光学式測定装置は上記のように構成されているの
で、被測定物体が半透明で透過性のものがある場合、一
方の変位測定手段からの照射光が第１の発明では被測定
物体を透過し、第２の発明では被測定物体で反射した光
が他方の変位測定手段の受光素子に受光されるため、厚
み又は段差の測定値に誤差が混入するという課題があっ
た。
で、被測定物体が半透明で透過性のものがある場合、一
方の変位測定手段からの照射光が第１の発明では被測定
物体を透過し、第２の発明では被測定物体で反射した光
が他方の変位測定手段の受光素子に受光されるため、厚
み又は段差の測定値に誤差が混入するという課題があっ
た。
この発明においては、一対の変位測定手段から被測定物
体へ照射される光ビームを交互に行い、光ビームを照射
している一方の変位測定手段が照射している時間内に受
光した信号を使って変位を求めるので、他方の変位測定
手段の照射光の影響を除去できる。
体へ照射される光ビームを交互に行い、光ビームを照射
している一方の変位測定手段が照射している時間内に受
光した信号を使って変位を求めるので、他方の変位測定
手段の照射光の影響を除去できる。
以下、第１の発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（２）〜（17）は従来と同様である。
（18）は一対の駆動回路（２）及びサンプルホールド回
路（13）（14）に供給するパルスを発生するパルス発生
回路で、第２図に示すように波形ａ及び波形ｂをタイミ
ング的に交互に出力する。
１図において、（２）〜（17）は従来と同様である。
（18）は一対の駆動回路（２）及びサンプルホールド回
路（13）（14）に供給するパルスを発生するパルス発生
回路で、第２図に示すように波形ａ及び波形ｂをタイミ
ング的に交互に出力する。
次に動作について説明する。第１図において、パルス発
生回路（18）は２つの駆動回路（２）にそれぞれ交互に
ON期間のあるパルスを供給する。駆動回路（２）はそれ
を受けてそれぞれ駆動している光源の出射光が、一方の
駆動回路（２）は第２図における波形ａ、他方の駆動回
路（２）は波形ｂとなるように光源を駆動する。
生回路（18）は２つの駆動回路（２）にそれぞれ交互に
ON期間のあるパルスを供給する。駆動回路（２）はそれ
を受けてそれぞれ駆動している光源の出射光が、一方の
駆動回路（２）は第２図における波形ａ、他方の駆動回
路（２）は波形ｂとなるように光源を駆動する。
また、サンプルホールド回路（13）（14）は、いずれも
それぞれの側の光源駆動パルスを受けてサンプリングを
行い、それぞれの側の照射光による受光信号を直流成分
に変換する。すなわち、一方の変位測定手段（16）のサ
ンプルホールド回路（13）（14）は時刻t1においてサン
プルホールドを行い、他方の変位測定手段（16）のサン
プルホールド回路（13）（14）は時刻t2においてサンプ
ルホールドを行う。このようにして得られた直流信号に
は、自身の側の照射光による受光成分じか含まれていな
いため、被測定物体が透光性のものであっても、相手の
照射光の影響を受けない。
それぞれの側の光源駆動パルスを受けてサンプリングを
行い、それぞれの側の照射光による受光信号を直流成分
に変換する。すなわち、一方の変位測定手段（16）のサ
ンプルホールド回路（13）（14）は時刻t1においてサン
プルホールドを行い、他方の変位測定手段（16）のサン
プルホールド回路（13）（14）は時刻t2においてサンプ
ルホールドを行う。このようにして得られた直流信号に
は、自身の側の照射光による受光成分じか含まれていな
いため、被測定物体が透光性のものであっても、相手の
照射光の影響を受けない。
また、第２の発明においても第２図に示すように、一対
の変位測定手段（16）から光ビームが交互に照射され、
第１の発明と同様に光ビームを照射している一方の変位
測定手段（16）が照射している時間内に受光した信号を
使って一方の変位測定手段（16）で変位を求めるので、
他方の変位測定手段（16）から照射される光ビームの反
射光の影響を受けることがない。
の変位測定手段（16）から光ビームが交互に照射され、
第１の発明と同様に光ビームを照射している一方の変位
測定手段（16）が照射している時間内に受光した信号を
使って一方の変位測定手段（16）で変位を求めるので、
他方の変位測定手段（16）から照射される光ビームの反
射光の影響を受けることがない。
以上のように第１の発明によれば、透過性の被測定物体
の両側から光ビームを照射してもお互いに他の変位測定
手段から照射された光ビームの影響を受けないので、厚
みの測定精度を向上できる。
の両側から光ビームを照射してもお互いに他の変位測定
手段から照射された光ビームの影響を受けないので、厚
みの測定精度を向上できる。
また、第２の発明によれば、２台の変位測定手段を隣接
して配置してもお互いに他の変位測定手段から照射され
た光ビームの影響を受けないので、段差の測定精度を向
上できる。
して配置してもお互いに他の変位測定手段から照射され
た光ビームの影響を受けないので、段差の測定精度を向
上できる。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図のパルス発生回路の出力を示す説明図、第３図は従
来の光学式測定装置を示す構成図、第４図は第３図に示
す受光素子の構成図、第５図は第３図の構成で被測定物
体の厚みを測定する場合の説明図、第６図は第３図とほ
ぼ同じ構成で被測定物体の段差を測定する場合の説明図
である。図において、（５）は被測定物体、（８）は受
光素子、（16）は変位測定手段、（17）は信号処理手段
及び（18）はパルス発生回路である。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
１図のパルス発生回路の出力を示す説明図、第３図は従
来の光学式測定装置を示す構成図、第４図は第３図に示
す受光素子の構成図、第５図は第３図の構成で被測定物
体の厚みを測定する場合の説明図、第６図は第３図とほ
ぼ同じ構成で被測定物体の段差を測定する場合の説明図
である。図において、（５）は被測定物体、（８）は受
光素子、（16）は変位測定手段、（17）は信号処理手段
及び（18）はパルス発生回路である。 なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】被測定物体に光ビームを照射し、その散乱
光を上記光ビームの光軸と所定の角度をなす光軸上に配
置された光位置検出素子の受光面に結像させ、上記光位
置検出素子の出力を演算処理して上記被測定物体の変位
を検出する一対の変位測定手段を上記被測定物体を介し
て対向するように配置し、パルス発生回路によって上記
各変位測定手段の上記光ビームを上記光位置検出素子に
交互に照射し、上記変位測定手段の出力を信号処理手段
で加算して上記被測定物体の厚みを測定する光学式測定
装置。 - 【請求項２】被測定物体に光ビームを照射し、その散乱
光を上記光ビームの光軸と所定の角度をなす光軸上に配
置された光位置検出素子の受光面に結像させ、上記光位
置検出素子の出力を演算処理して上記被測定物体の変位
を検出する一対の変位測定手段を上記被測定物体の同一
面側になるように配置し、パルス発生回路によって上記
各変位測定手段の上記光ビームを上記光位置検出素子に
交互に照射して上記被測定物体の段差を測定する光学式
測定装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63062139A JPH0674968B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 光学式測定装置 |
| KR1019880009053A KR920003615B1 (ko) | 1988-03-15 | 1988-07-20 | 광학식 측정장치 |
| CA000582559A CA1295829C (en) | 1988-03-15 | 1988-11-08 | Optical measuring device |
| US07/273,916 US4924105A (en) | 1988-03-15 | 1988-11-21 | Optical measuring device with alternately-activated detection |
| DE8888311091T DE3871371D1 (de) | 1988-03-15 | 1988-11-23 | Optische messeinrichtung. |
| EP88311091A EP0332781B1 (en) | 1988-03-15 | 1988-11-23 | Optical measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63062139A JPH0674968B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 光学式測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01235806A JPH01235806A (ja) | 1989-09-20 |
| JPH0674968B2 true JPH0674968B2 (ja) | 1994-09-21 |
Family
ID=13191459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63062139A Expired - Lifetime JPH0674968B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 光学式測定装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4924105A (ja) |
| EP (1) | EP0332781B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0674968B2 (ja) |
| KR (1) | KR920003615B1 (ja) |
| CA (1) | CA1295829C (ja) |
| DE (1) | DE3871371D1 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03118405A (ja) * | 1989-09-30 | 1991-05-21 | Anritsu Corp | レーザ厚み計 |
| DE9017645U1 (de) * | 1990-03-17 | 1991-07-04 | Koenig & Bauer AG, 8700 Würzburg | Laser-Mehrfachbogenkontrolle |
| US5351126A (en) * | 1991-10-31 | 1994-09-27 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Optical measurement system for determination of an object's profile or thickness |
| SE470560B (sv) * | 1993-01-11 | 1994-08-22 | Limab Laser Instrumentmek | Förfarande och anordning vid mätning av avstånd varvid ett område på ett mätföremål belyses med ljus från en laserljuskälla |
| DE19931710C2 (de) * | 1999-07-08 | 2001-07-26 | Bayer Bitterfeld Gmbh | Überwachungseinrichtung für die Siegelstegbreite |
| JP3565178B2 (ja) * | 2001-03-23 | 2004-09-15 | オムロン株式会社 | 変位センサ |
| US6650422B2 (en) * | 2001-03-26 | 2003-11-18 | Advanced Micro Devices, Inc. | Scatterometry techniques to ascertain asymmetry profile of features and generate a feedback or feedforward process control data associated therewith |
| US6731380B2 (en) | 2001-06-18 | 2004-05-04 | Applied Optics Center Of Delaware, Inc. | Method and apparatus for simultaneous measurement of the refractive index and thickness of thin films |
| JP2006308378A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | 厚み測定方法及びその装置 |
| KR100815151B1 (ko) | 2005-12-09 | 2008-03-19 | 한국전자통신연구원 | 역산란파 측정방법과 이를 이용한 전파식별 트랜스폰더 및 판독기의 불량품 확인장치 |
| JP2009079933A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Fujinon Corp | 大型サンプル測定用干渉計装置 |
| WO2010119562A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Koyama Naoyuki | レーザ測距方法及びレーザ測距装置 |
| WO2010119561A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Koyama Naoyuki | レーザ測距方法及びレーザ測距装置 |
| JP2011059000A (ja) * | 2009-09-11 | 2011-03-24 | Toshiba Corp | 放射線厚さ計 |
| WO2017068813A1 (ja) | 2015-10-23 | 2017-04-27 | 株式会社カツラ・オプト・システムズ | 光学素子特性測定装置 |
Citations (4)
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Family Cites Families (6)
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