JPH0829131A - Optical measuring apparatus - Google Patents

Optical measuring apparatus

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JPH0829131A
JPH0829131A JP18894394A JP18894394A JPH0829131A JP H0829131 A JPH0829131 A JP H0829131A JP 18894394 A JP18894394 A JP 18894394A JP 18894394 A JP18894394 A JP 18894394A JP H0829131 A JPH0829131 A JP H0829131A
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JP
Japan
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measured
light beam
scanning
light
parallel scanning
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JP18894394A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Fukui
亨 福井
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S K S KK
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S K S KK
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Publication of JPH0829131A publication Critical patent/JPH0829131A/en
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Abstract

PURPOSE:To perform a highly accurate measurement for the part between the outer pattern of a substance to be measured and the step difference in the longitudinal direction by moving the substance to be measured in the direction perpenticualarly intersecting parallel scanning light rays, and measuring the distance between the step differences in the moving direction of the substance to be measured. CONSTITUTION:A polyhedron rotary mirror 3 is controlled to the specified number of rotation and rotated with a motor driving circuit 8. Light rays 2 projected based on a synchronous signal 10 have the constant scanning angles with the mirror 3 and are converted into parallel scanning light rays 6 having the effecting measuring range. After the scanning for the constant distance, the light rays 6 are condensed with a collimator lens 11 and converted into a received signal 13 with a light receiving circuit 12. A substance to be measured 9 is positioned in the effective range of the light rays 6 between the collimater lenses 5 and 11, and moved so as to cintersect the scanning direction at a right angle. The difference between bright and dark intensities of the lights, which are screened with the light rays 6, is operated with an outer-pattern measuring part 22. The distance between the step differences is operated from the moving speed of the substance to be measured 9 by recognizing the intermediate level of the intensity of the light at the step difference part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、平行走査光線を利用し
て被測定物の外形等を測定する光学式測定装置に関し、
特には、平行走査光線の走査方向に直交する方向の被測
定物の段差間の距離を精度良く測定することが可能な光
学式測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device for measuring the outer shape or the like of an object to be measured using parallel scanning light rays.
In particular, the present invention relates to an optical measuring device capable of accurately measuring a distance between steps of an object to be measured in a direction orthogonal to the scanning direction of parallel scanning light rays.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、被測定物の幅方向および長手方向
の外形等を測定するため、被測定物に平行走査光線を走
査し、平行走査光線が被測定物によって遮られて生じる
明部または暗部の時間の長さにより被測定物の外形の寸
法を測定する光学式測定装置が知られる。この光学式測
定装置に使用する投光装置の一例として、投光装置は、
光源と、光源からの光線を扇状の回転走査光線に変換す
る多面体回転ミラーと、回転走査光線を平行走査光線に
変換するコリメータレンズとから構成される。光源から
射出される光線は一定速度で高速回転する多面体回転ミ
ラーのすべての面に投射される。多面体回転ミラーに反
射された光線は回転走査光線に変換され、コリメータレ
ンズを介して平行走査光線を得る。この平行走査光線の
有効測定範囲は、コリメータレンズと多面体回転ミラー
の光学設計によって決定される。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to measure the outer shape in the width direction and the longitudinal direction of an object to be measured, the object to be measured is scanned with a parallel scanning light beam, and the parallel scanning light beam is blocked by the object to be measured. 2. Description of the Related Art There is known an optical measuring device that measures the outer dimension of an object to be measured according to the length of time in a dark area. As an example of a light projecting device used for this optical measuring device, the light projecting device is
It is composed of a light source, a polyhedral rotating mirror that converts a light beam from the light source into a fan-shaped rotation scanning light beam, and a collimator lens that converts the rotation scanning light beam into a parallel scanning light beam. The light beam emitted from the light source is projected on all surfaces of the polyhedral rotating mirror that rotates at a constant speed and at high speed. The light beam reflected by the polygon mirror rotating mirror is converted into a rotational scanning light beam, and a parallel scanning light beam is obtained through a collimator lens. The effective measurement range of the parallel scanning light beam is determined by the optical design of the collimator lens and the polyhedral rotating mirror.

【0003】上記した装置では、平行走査光線の有効測
定範囲内に被測定物を位置させることにより被測定物の
外形を測定することができる。即ち、図3に被測定物の
一例を示すように、被測定物が段差30、31を有する
シャフト等である場合、シャフトの直径dは、平行走査
光線6の有効測定範囲L内に入るため直径dの測定は可
能である。また、被測定物の長手方向の外形である段差
間の距離eを測定する場合、被測定物を回転させて長手
方向に位置させるが、平行走査光線6の有効測定範囲L
以上の段差間の距離であれば被測定物を測定することが
できない。更に、図4に別の被測定物の例を示すよう
に、シャフト等の段差32、33が一方向に細くなる形
状の場合、図3と同様にシャフトの直径dは測定可能で
あるが、段差間の距離fを測定するため平行走査光線6
を被測定物の長手方向に走査しても段差33を認識され
ず距離fを測定することができない。
In the above apparatus, the outer shape of the object to be measured can be measured by positioning the object to be measured within the effective measurement range of the parallel scanning light beam. That is, as shown in FIG. 3 as an example of the object to be measured, when the object to be measured is a shaft having steps 30, 31, the diameter d of the shaft is within the effective measurement range L of the parallel scanning light beam 6. The diameter d can be measured. When measuring the distance e between the steps, which is the outer shape in the longitudinal direction of the object to be measured, the object to be measured is rotated to be positioned in the longitudinal direction, but the effective measurement range L of the parallel scanning light beam 6 is L.
The object to be measured cannot be measured with the above distance between the steps. Further, as shown in another example of the object to be measured in FIG. 4, when the steps 32, 33 of the shaft or the like have a shape that becomes narrow in one direction, the diameter d of the shaft can be measured as in FIG. The parallel scanning light beam 6 for measuring the distance f between the steps
Even if is scanned in the longitudinal direction of the object to be measured, the step 33 is not recognized and the distance f cannot be measured.

【0004】非接触でこれらの被測定物の段差を測定す
るためには、別の測定装置、例えばCCDカメラ等を使
用して画像処理を行い、被測定物の段差を検出する。そ
して光学式測定装置とCCDカメラとを組み合わせるこ
とにより被測定物の外形および段差間の距離を測定する
ことが可能となる。
In order to measure the steps of these objects to be measured in a non-contact manner, image processing is performed using another measuring device such as a CCD camera to detect the steps of the objects to be measured. By combining the optical measuring device and the CCD camera, it becomes possible to measure the outer shape of the object to be measured and the distance between the steps.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

【0005】上述したように複雑な形状で軸方向に長い
被測定物を測定するためには、それぞれ別の測定装置を
用いて組み合わせて測定するか、或いはこれらを組み合
わせたシステムを構築しなければならない。このため、
装置またはシステムが複雑となり高価なものとなってし
まう。また、シャフトの段差を光学式測定装置により測
定するためには平行走査光線の有効測定範囲を広げなく
てはならず、コリメータレンズおよび多面体回転ミラー
等の大型化に伴い装置本体が大型化してしまう。
As described above, in order to measure an object to be measured that has a complicated shape and is long in the axial direction, it is necessary to use different measuring devices in combination or to construct a system combining these. I won't. For this reason,
The equipment or system becomes complicated and expensive. Further, in order to measure the step of the shaft by the optical measuring device, the effective measurement range of the parallel scanning light beam must be widened, and the device main body becomes large as the collimator lens and the polyhedral rotating mirror become large. .

【0006】更に、光学式測定装置内に配置される多面
体回転ミラー3のミラー面は図5に示すように製造上の
ばらつき等が原因で面倒れθを有している。このため、
多面体回転ミラー3に投射される光線2は、回転走査光
線4として2θの角度で反射される。各ミラー面の面倒
れはそれぞれ固有のものであるため、回転走査光線4が
コリメータレンズ等によって平行走査光線6に変換され
る際には一定の位置から照射されず、平行走査光線の走
査方向に対して直交する方向に誤差を生じることとな
る。
Further, as shown in FIG. 5, the mirror surface of the polyhedral rotating mirror 3 arranged in the optical measuring device has a surface tilt θ due to manufacturing variations and the like. For this reason,
The light beam 2 projected on the polygon mirror rotating mirror 3 is reflected as a rotational scanning light beam 4 at an angle of 2θ. Since the surface tilt of each mirror surface is unique, when the rotary scanning light beam 4 is converted into the parallel scanning light beam 6 by the collimator lens or the like, the parallel scanning light beam 4 is not irradiated from a certain position, and the parallel scanning light beam is scanned in the scanning direction. On the other hand, an error occurs in the direction orthogonal to the above.

【0007】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
ものであり、唯一の光学式測定装置を用いて平行走査光
線の有効測定範囲内に位置する被測定物の外形、および
平行走査光線の走査方向に対して直交する方向の被測定
物の段差間の距離を高精度に測定可能とし、コンパクト
で低価格な光学式測定装置を提供することを課題とす
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the outer shape of the object to be measured located within the effective measurement range of the parallel scanning light beam and the parallel scanning light beam of the parallel scanning light beam are measured by using only one optical measuring device. An object of the present invention is to provide a compact and low-priced optical measuring device that enables highly accurate measurement of a distance between steps of a measured object in a direction orthogonal to the scanning direction.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さの受光信号を受光装置により検出
し、前記被測定物の前記平行走査光線の走査方向に対す
る寸法を測定する光学式測定装置において、前記平行走
査光線に対して直交する方向に前記被測定物を移動させ
る移動手段と、前記被測定物の前記移動方向の段差間の
距離を測定する測定手段とを設け、前記測定手段は、平
行走査光線が前記段差を通過する時に、平行走査光線の
光強度が中間レベルに停滞する受信信号を認識し、前記
被測定物の移動距離を測定して前記段差間の距離を測定
することを特徴とする。詳細には、前記段差を検出する
手段に、上限出力信号を検出するピークホールド回路
と、下限出力信号を検出するボトムホールド回路、前記
受光信号がウィンド内にあるかを比較するウィンドコン
パレータと、ウィンド内に前記中間レベルの受光信号が
所定の時間停滞した時に出力信号を出力するフィルター
回路とを有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention converts a light beam emitted from a light source into parallel parallel scanning light beams in a certain scanning range by an optical scanning device, and converts the parallel scanning light beam. The object to be measured is located within the effective measurement range, and the light receiving device detects a light receiving signal of a length of time of a bright portion or a dark portion in which the object to be measured has a parallel scanning light beam, and the parallel scanning light beam of the object to be measured is detected. In the optical measuring device for measuring the dimension in the scanning direction, the moving means for moving the object to be measured in the direction orthogonal to the parallel scanning light beam and the distance between the steps in the moving direction of the object to be measured are The measuring means is provided, and the measuring means recognizes a received signal in which the light intensity of the parallel scanning light beam stays at an intermediate level when the parallel scanning light beam passes through the step, and measures the moving distance of the measured object. Constant to and measuring the distance between the step. More specifically, the step detecting means includes a peak hold circuit for detecting an upper limit output signal, a bottom hold circuit for detecting a lower limit output signal, a window comparator for comparing whether the received light signal is within a window, and a window. And a filter circuit that outputs an output signal when the light receiving signal of the intermediate level is stagnant for a predetermined time.

【0009】また、前記光走査装置は光源からの光線を
回転走査光線に変換する多面体回転ミラーを有してお
り、特定する前記多面体回転ミラーの少なくとも1面の
ミラー面を選択し、該ミラー面からの光線を前記段差を
検出するための平行走査光線として使用することを特徴
とし、前記段差を検出するために使用するミラー面の選
択手段としてN進カウンタとゲート回路とを有すること
を特徴とし、前記移動手段に前記光走査装置および受光
装置を移動させて被測定物の寸法および段差間の距離を
測定することを特徴とする。
Further, the optical scanning device has a polyhedral rotating mirror for converting a light beam from a light source into a rotational scanning light beam, and selects at least one mirror surface of the polyhedral rotating mirror to be specified, and the mirror surface is selected. Is used as a parallel scanning light beam for detecting the step, and an N-ary counter and a gate circuit are provided as selecting means of a mirror surface used for detecting the step. The optical scanning device and the light receiving device are moved to the moving means to measure the size of the object to be measured and the distance between steps.

【0010】[0010]

【作用】このような構成において、同期信号によって制
御された光源から射出される光線は、所定の回転速度で
回転する多面体回転ミラーの少なくとも1面に反射され
回転走査光線に変換される。次いで回転走査光線はコリ
メータレンズにより有効測定範囲の平行走査光線に変換
され、受光装置に向かって走査される。平行走査光線の
有効測定範囲内に被測定物を位置させて、被測定物によ
って遮られた明部または暗部に対応する受光信号を検出
して被測定物の外形の寸法を測定する。
In this structure, the light beam emitted from the light source controlled by the synchronizing signal is reflected by at least one surface of the polyhedral rotating mirror rotating at a predetermined rotation speed and converted into a rotational scanning light beam. Then, the rotary scanning light beam is converted into a parallel scanning light beam in the effective measurement range by the collimator lens and scanned toward the light receiving device. The object to be measured is positioned within the effective measurement range of the parallel scanning light beam, and the light receiving signal corresponding to the bright portion or the dark portion blocked by the object to be measured is detected to measure the outer dimension of the object to be measured.

【0011】一方、被測定物の段差間の距離を測定する
ため、平行走査光線の走査方向に対して直交する方向に
被測定物を所定の速度で移動させる。被測定物を移動し
ながら平行走査光線は走査され、平行走査光線のビーム
径が被測定物によって遮られる光強度と時間との関係を
検出する。被測定物の段差の位置に到達した時に平行走
査光線のビーム径が段差によって被測定物の移動方向に
対してほぼ半分遮られる。このため光強度が中間レベル
を維持する。この中間レベルの信号を検出することによ
り被測定物の段差を認識して、段差間の距離を測定す
る。
On the other hand, in order to measure the distance between the steps of the object to be measured, the object to be measured is moved at a predetermined speed in a direction orthogonal to the scanning direction of the parallel scanning light beam. The parallel scanning light beam is scanned while moving the object to be measured, and the beam diameter of the parallel scanning light beam detects the relationship between the light intensity blocked by the object to be measured and time. When reaching the position of the step of the object to be measured, the beam diameter of the parallel scanning light beam is blocked by the step almost half with respect to the moving direction of the object to be measured. Therefore, the light intensity maintains the intermediate level. By detecting this intermediate level signal, the step difference of the object to be measured is recognized and the distance between the step differences is measured.

【0012】[0012]

【実施例】以下本発明の好適な実施例を図面を参照して
説明する。本発明による光学式測定装置は、図2の斜視
図に示すように光走査装置36と、受光装置37と、平
行走査光線6の走査方向に対して直交する方向(矢印X
方向)に所定の速度で被測定物を移動させる移動手段と
から構成される。光走査装置36および受光装置37
は、その内部に平行走査光線6を制御する制御回路が組
み込まれ、或いは外部の制御回路に接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in the perspective view of FIG. 2, the optical measuring device according to the present invention includes an optical scanning device 36, a light receiving device 37, and a direction (arrow X) orthogonal to the scanning direction of the parallel scanning light beam 6.
Direction) and moving means for moving the object to be measured at a predetermined speed. Optical scanning device 36 and light receiving device 37
Has a control circuit for controlling the parallel scanning light beam 6 incorporated therein or is connected to an external control circuit.

【0013】図1は上記した光学式測定装置のブロック
図を示す。光走査装置36は、後述する光線発信制御回
路38から出力される信号に基づいてレーザー光線2を
射出するレーザー光源1と、モーター駆動回路8により
所定の回転速度で回転する多面体回転ミラー3と、同期
用受光素子7と、多面体回転ミラー3によって反射して
走査された扇状の回転走査光線4を平行走査光線6に変
換するコリメータレンズ5とから構成される。
FIG. 1 shows a block diagram of the above-mentioned optical measuring device. The optical scanning device 36 synchronizes with the laser light source 1 that emits a laser beam 2 based on a signal output from a light emission control circuit 38 described later, the polyhedral rotating mirror 3 that rotates at a predetermined rotation speed by a motor drive circuit 8, and the synchronization. And a collimator lens 5 for converting the fan-shaped rotating scanning light beam 4 reflected and scanned by the polyhedral rotating mirror 3 into a parallel scanning light beam 6.

【0014】本発明による光学式測定装置の受光装置3
7は、平行走査光線6を集光するコリメータレンズ11
と、コレーメータレンズ11により集光された光線を光
の明暗に応じた受光信号13に変換する受光回路12と
から構成される。
Light receiving device 3 of the optical measuring device according to the present invention
Reference numeral 7 denotes a collimator lens 11 that collects the parallel scanning light beam 6.
And a light receiving circuit 12 for converting the light beam condensed by the collimator lens 11 into a light receiving signal 13 according to the brightness of the light.

【0015】本発明による光学式測定装置の制御回路
は、平行走査光線6の走査方向に関する被測定物9の外
形を測定する外形測定部22と、平行走査光線6に対し
て直交する方向(被測定物9の移動方向)の被測定物9
の段差30(31)を測定する段差間距離測定回路39
から構成される。段差間距離測定回路39は、上限出力
信号を検出するピークホールド回路15と下限出力信号
を検出するボトムホールド回路16とを有する。これら
回路によって受光装置37から送信される受光信号13
と比較するための基準レベルを設定している。また、段
差間距離測定回路39は、基準レベルのセンター値に対
してウインドを有し、受光信号13がウィンド内にある
かを比較するウィンドコンパレータ回路17と、ウィン
ド内に受光信号13が停滞する時間の設定値によって出
力信号を出力するフィルター回路18とを有する。更
に、制御回路は、多面体回転ミラーの特定する面からの
平行走査光線を選択するためのゲート回路21およびカ
ウンタ14とを有する。
The control circuit of the optical measuring apparatus according to the present invention comprises an outer shape measuring section 22 for measuring the outer shape of the object 9 to be measured in the scanning direction of the parallel scanning light beam 6 and a direction (object to be measured) orthogonal to the parallel scanning light beam 6. Measured object 9 (moving direction of measured object 9)
Step distance measuring circuit 39 for measuring the step 30 (31) of the
Consists of The step distance measuring circuit 39 includes a peak hold circuit 15 that detects an upper limit output signal and a bottom hold circuit 16 that detects a lower limit output signal. Light reception signal 13 transmitted from light receiving device 37 by these circuits
It sets a reference level for comparison with. Further, the step distance measuring circuit 39 has a window with respect to the center value of the reference level, and the window comparator circuit 17 for comparing whether the received light signal 13 is in the window, and the received light signal 13 is stagnant in the window. The filter circuit 18 outputs an output signal according to a set value of time. Further, the control circuit has a gate circuit 21 and a counter 14 for selecting a parallel scanning light beam from a specific surface of the polyhedral rotating mirror.

【0016】このような構成において、被測定物9への
平行走査光線6の走査方向における外形、および平行走
査光線6に対して直交する方向の段差間距離eの測定原
理を説明する。図3に基づいて被測定物9の外形を測定
する場合を説明する。光走査装置36から走査される平
行走査光線6の有効測定範囲L内に被測定物9を位置さ
せることにより被測定物9によって遮られた影dが形成
される。同期信号10を基準として外形測定部22で受
光信号13の暗部の時間の長さまたは明部の時間の長さ
を求めることにより被測定物9の外形の寸法を測定する
ことができる。
With such a configuration, the principle of measuring the outer shape of the parallel scanning light beam 6 on the object to be measured 9 in the scanning direction and the step difference e in the direction orthogonal to the parallel scanning light beam 6 will be described. A case of measuring the outer shape of the DUT 9 will be described with reference to FIG. By positioning the DUT 9 within the effective measurement range L of the parallel scanning light beam 6 scanned by the optical scanning device 36, a shadow d blocked by the DUT 9 is formed. The outer shape of the DUT 9 can be measured by obtaining the time length of the dark portion or the light portion of the received light signal 13 by the outer shape measuring unit 22 with the synchronization signal 10 as a reference.

【0017】次に被測定物9への平行走査光線6に対し
て直交する方向の段差間距離の測定について説明する。
図6に被測定物9の段差部分の拡大図を示す。図におい
て手前側から奥側に平行走査光線6が上部から一定時間
毎の走査ビームの直径として走査される様子を示す。被
測定物9は移動手段としての不図示のステージ上を一定
速度で矢印X方向に移動している。平行走査光線6a、
6cはそれぞれ被測定物9の段差部分に位置しておら
ず、平行走査光線6bは段差部分に位置している状態を
示す。図7(a)、(b)、(c)は、図6に示した平
行走査光線6a、6b、6cの各平行走査光線の位置に
おける受光レベルと時間との関係を示し、縦軸に受光レ
ベル、横軸に時間の関係を示す。例えば、被測定物9に
走査ビームが遮られていない位置では受光レベルが10
0%を示し、走査ビームが被測定物に遮られている位置
では受光レベルが0%を示す。図7(a)、(c)に示
すように被測定物9の外形に応じた明部および暗部の受
光信号13A、13Cが得られる。ここで、図6の被測
定物9の直径dに相当する暗部の時間は図7(a)のd
で示され、被測定物の直径gに相当する暗部の時間は図
7(c)のgで示される。また、図7(b)に示すよう
に段差部分に位置する平行走査光線6bの走査ビームは
段差のため完全に遮光されず、段差部分にかかっている
時間だけ受光信号レベルがY地点のように停滞する。従
って、受光信号13が図7(b)のグラフになったこと
を検出することにより被測定物9の段差部分を認識する
ことができる。
Next, the measurement of the step distance in the direction orthogonal to the parallel scanning light beam 6 on the object to be measured 9 will be described.
FIG. 6 shows an enlarged view of the step portion of the DUT 9. In the figure, a state in which the parallel scanning light beam 6 is scanned from the top to the back as the diameter of the scanning beam at regular time intervals from the top is shown. The DUT 9 is moving in the arrow X direction at a constant speed on a stage (not shown) as a moving unit. Parallel scanning light beam 6a,
6c is not located on the stepped portion of the DUT 9, and the parallel scanning light beam 6b is located on the stepped portion. 7 (a), (b), and (c) show the relationship between the light reception level and time at each position of the parallel scanning light beams 6a, 6b, and 6c shown in FIG. Level and time are plotted on the horizontal axis. For example, the light receiving level is 10 at a position where the scanning beam is not blocked by the DUT 9.
0% is shown, and the light reception level is 0% at the position where the scanning beam is blocked by the object to be measured. As shown in FIGS. 7A and 7C, the light reception signals 13A and 13C of the bright portion and the dark portion according to the outer shape of the DUT 9 are obtained. Here, the time of the dark portion corresponding to the diameter d of the DUT 9 in FIG. 6 is d in FIG.
The time in the dark portion corresponding to the diameter g of the object to be measured is indicated by g in FIG. 7 (c). Further, as shown in FIG. 7B, the scanning beam of the parallel scanning light beam 6b located at the step portion is not completely shielded due to the step, and the light reception signal level is as shown at the point Y during the time spent on the step portion. Stagnate. Therefore, it is possible to recognize the step portion of the DUT 9 by detecting that the received light signal 13 becomes the graph of FIG. 7B.

【0018】上記した被測定物9の段差部分を認識する
好適な制御方法を示す。ピークホールド回路15とボト
ムホールド回路16により、受光信号13との比較を行
うために基準レベルを設定する。この基準レベルのセン
ター値がウィンドコンパレータ回路17のウィンドの範
囲内にあるかを比較する。比較された受光信号13はフ
ィルター回路18を通過し、設定された時間以上にウィ
ンド内に受光信号13が存在した場合のみ出力信号とし
て出力され、段差を認識する。
A preferred control method for recognizing the step portion of the object 9 to be measured will be described. The peak hold circuit 15 and the bottom hold circuit 16 set a reference level for comparison with the received light signal 13. It is compared whether the center value of the reference level is within the window range of the window comparator circuit 17. The compared light receiving signal 13 passes through the filter circuit 18, and is output as an output signal only when the light receiving signal 13 is present in the window for a set time or longer, and the step is recognized.

【0019】尚、ウィンドの幅は、要求される測定精度
から決定することができる。例えば、平行走査光線のビ
ーム径が0.5mm、段差間距離の精度が10μmとす
ると、ウィンドの幅は約2%程度に設定する必要があ
る。即ち、中間レベルの許容範囲を49%〜51%にな
るように設定し、この間に受光レベルが停滞した時を出
力信号として出力することにより、10μmの精度を保
証することができる。
The width of the window can be determined from the required measurement accuracy. For example, when the beam diameter of the parallel scanning light beam is 0.5 mm and the accuracy of the step difference is 10 μm, the width of the window needs to be set to about 2%. That is, by setting the allowable range of the intermediate level to be 49% to 51% and outputting the time when the light receiving level is stagnant during this period as an output signal, the accuracy of 10 μm can be guaranteed.

【0020】また、フィルター回路18によって設定さ
れる停滞時間は、検出する最小段差から決定することが
できる。例えば、被測定物の最小段差が1mm、平行走
査光線の走査速度が100mm/secとすると、中間
レベルの停滞時間は10msec未満に設定する。中間
レベルの停滞時間を10msec以上に設定すると1m
mの段差を認識することができなくなる。尚、段差は、
正確には、平行走査光線6の走査速度と被測定物の移動
速度との合力に基づき測定されるが、被測定物9の移動
速度は平行走査光線6の走査速度に対して十分に遅い速
度であるために、実用的には被測定物9の移動速度を無
視して測定することができる。
The stagnation time set by the filter circuit 18 can be determined from the minimum level difference detected. For example, if the minimum step of the object to be measured is 1 mm and the scanning speed of the parallel scanning light beam is 100 mm / sec, the stagnation time at the intermediate level is set to less than 10 msec. If the stagnation time of the intermediate level is set to 10 msec or more, 1 m
It becomes impossible to recognize the step of m. The step is
To be precise, it is measured based on the resultant force between the scanning speed of the parallel scanning light beam 6 and the moving speed of the measured object, but the moving speed of the measured object 9 is sufficiently slower than the scanning speed of the parallel scanning light beam 6. Therefore, the moving speed of the DUT 9 can be practically ignored and the measurement can be performed.

【0021】多面体回転ミラー3の面倒れの影響を除去
する好適な制御方法を説明する。光源1から射出される
光線2は多面体回転ミラー3に反射されて扇状の回転走
査光線4に変換される。その一部が同期用受光素子7に
送られ、光線発信制御回路38によって制御され、光源
1から射出される光線2のタイミングを取る。こうして
多面体回転ミラー3の走査角度を制御して平行走査光線
6を所定の有効測定範囲に制御する。上記した状態で
は、光源1からの光線2は多面体回転ミラー3の各ミラ
ー面に対して投射されることとなり、各々のミラー面に
固有する面倒れの影響が生じてしまう。そこで同期信号
10をN進カウンタ14で多面体回転ミラー3のミラー
面の数に相当するN個の同期信号10をカウントし、N
個毎にゲート回路を解放する。実施例においては、6面
の回転ミラーを使用しているのでN進カウンタで6個毎
にカウントしてゲート回路21を解放している。このよ
うに多面体回転ミラー3の1面のみを使用することにな
るため面倒れの影響を除去することができる。また、N
進カウンタのカウント数を制御することにより、使用す
るミラー面の数を設定することができ、所望の使用環境
を設定することができる。
A suitable control method for eliminating the influence of the surface tilt of the polyhedral rotating mirror 3 will be described. A light beam 2 emitted from a light source 1 is reflected by a polyhedral rotating mirror 3 and converted into a fan-shaped rotating scanning light beam 4. A part thereof is sent to the light receiving element 7 for synchronization, controlled by the light beam emission control circuit 38, and the timing of the light beam 2 emitted from the light source 1 is adjusted. Thus, the scanning angle of the polyhedral rotating mirror 3 is controlled to control the parallel scanning light beam 6 within a predetermined effective measurement range. In the above-mentioned state, the light beam 2 from the light source 1 is projected onto each mirror surface of the polyhedral rotating mirror 3, and the influence of surface tilt inherent in each mirror surface occurs. Therefore, the synchronization signal 10 is counted by the N-adic counter 14 to count N synchronization signals 10 corresponding to the number of mirror surfaces of the polyhedral rotating mirror 3,
The gate circuit is released individually. In the embodiment, since the six-sided rotating mirror is used, the N-ary counter counts every six and the gate circuit 21 is released. As described above, since only one surface of the polyhedral rotating mirror 3 is used, it is possible to eliminate the influence of surface tilt. Also, N
By controlling the count number of the advance counter, the number of mirror surfaces to be used can be set and a desired use environment can be set.

【0022】次に、測定動作を図1に基づいて説明す
る。多面体回転ミラー3はモータ駆動回路8により所定
の回転数に制御されて回転している。この多面体回転ミ
ラー3に光源1からの光線2が、上記した制御方法によ
って設定された同期信号10に基づいて投射される。こ
うして投射された光線2は多面体回転ミラー3によって
一定走査角度を有する回転走査光線4に変換され、コリ
メータレンズ5を介して所望の有効測定範囲を有する平
行走査光線6に変換される。平行走査光線6は、一定の
距離を走査後、コリメータレンズ11により集光され、
受光回路12により受信信号13として変換される。
Next, the measuring operation will be described with reference to FIG. The polyhedral rotating mirror 3 is controlled by a motor drive circuit 8 to rotate at a predetermined number of rotations. The light beam 2 from the light source 1 is projected on the polygon mirror rotating mirror 3 based on the synchronization signal 10 set by the control method described above. The light beam 2 thus projected is converted into a rotary scanning light beam 4 having a constant scanning angle by the polyhedral rotating mirror 3, and is converted into a parallel scanning light beam 6 having a desired effective measurement range through the collimator lens 5. The parallel scanning light beam 6 is condensed by the collimator lens 11 after scanning a certain distance.
The light receiving circuit 12 converts the received signal 13 into a received signal 13.

【0023】一方、被測定物は、コリメータレンズ5、
11間の平行走査光線6の有効測定範囲内に位置され、
平行走査光線6の走査方向に対して直交する方向に一定
の速度で移動する。上記した測定原理に基づき被測定物
9の外形測定は、平行走査光線6によって遮られる明部
または暗部の光強度の差を外形測定部22により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。また、被測定物9
の段差間距離の測定は、段差部分における光強度の中間
レベルを認識してフィルタ回路18により検出し、被測
定物9の移動速度とから不図示の演算回路により演算さ
れ、不図示の表示装置に表示される。
On the other hand, the object to be measured is the collimator lens 5,
Located within the effective measuring range of the parallel scanning light beam 6 between 11
The parallel scanning light beam 6 moves at a constant speed in a direction orthogonal to the scanning direction. On the basis of the above-described measurement principle, in the contour measurement of the DUT 9, the contour measurement unit 22 calculates the difference in the light intensity of the bright portion or the dark portion interrupted by the parallel scanning light beam 6, and the result is displayed on a display device (not shown). In addition, the DUT 9
The step-to-step distance is measured by recognizing the intermediate level of the light intensity in the step portion, detected by the filter circuit 18, and calculated from the moving speed of the DUT 9 by an arithmetic circuit (not shown). Is displayed in.

【0024】尚、実施例では、受光回路12の基準電位
のドリフト、いわゆるオフセットドリフトをキャンセル
するため、ボトムホールド回路16を使用している。し
かしながら、オフセットドリフトが十分に小さいことが
確認されればボトムホールド回路16を省略することも
可能であり、ピークホールド回路15の出力と基準電位
との間で、比較のための基準レベルを設定することが可
能となる。
In the embodiment, the bottom hold circuit 16 is used to cancel the drift of the reference potential of the light receiving circuit 12, so-called offset drift. However, if it is confirmed that the offset drift is sufficiently small, the bottom hold circuit 16 can be omitted, and a reference level for comparison is set between the output of the peak hold circuit 15 and the reference potential. It becomes possible.

【0025】また、ウィンドコンパレータ回路17をオ
ープンコレクタ出力タイプのコンパレータで構成してい
るが公知のタイプのコパレータで構成することも可能で
ある。更に、中間レベルの停滞時間を検出するフィルタ
ー回路18は、アナログフィルターとしているがカウン
タと基準クロックを用いてデジタルフィルターとしても
良い。
Although the window comparator circuit 17 is composed of an open collector output type comparator, it may be composed of a known type of comparator. Further, although the filter circuit 18 for detecting the stagnation time at the intermediate level is an analog filter, it may be a digital filter using a counter and a reference clock.

【0026】また更に、ゲート回路21の前段にフィル
ター回路18を設けているが、ゲート回路21の後段に
設けても同様の効果が得られる。
Furthermore, although the filter circuit 18 is provided in the preceding stage of the gate circuit 21, the same effect can be obtained by providing it in the latter stage of the gate circuit 21.

【0027】本発明に使用される光源1から射出される
光線2は、可視光領域のレーザー光線が好適に使用さ
れ、例えば、半導体レーザー等が挙げられる。また、L
ED光源等を使用することも可能であり、更に可視光領
域外の光線にも適用される。その他、本発明は上記した
測定方法に、更に被測定物であるシャフトを軸方向に回
転させながら平行走査光線6を走査し、光強度を算出す
ることにより、シャフト軸の偏心をも測定可能となる。
The light beam 2 emitted from the light source 1 used in the present invention is preferably a laser beam in the visible light region, and examples thereof include a semiconductor laser. Also, L
It is also possible to use an ED light source or the like, and it is also applied to light rays outside the visible light region. In addition, the present invention can also measure the eccentricity of the shaft axis by scanning the parallel scanning light beam 6 while rotating the shaft, which is the object to be measured, in the above-described measuring method and rotating the shaft in the axial direction to calculate the light intensity. Become.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明は、唯一の平行走査光線を有する
光学式測定装置によって、被測定物の外形の測定および
段差の検出による段差間距離の測定が非接触で可能とな
り、別の測定装置を付加する必要がなくなるため装置が
小型化、低価格化することができる。また、多面体ミラ
ーの少なくとも1面を使用することにより所定の位置か
ら平行走査光線を走査することが可能となり、光学式測
定装置の測定精度が向上する。
According to the present invention, the optical measuring device having only one parallel scanning light ray enables non-contact measurement of the contour of the object to be measured and the step-to-step distance measurement by detecting the step difference. Since it is not necessary to add a device, the device can be downsized and the cost can be reduced. Further, by using at least one surface of the polyhedral mirror, it becomes possible to scan the parallel scanning light beam from a predetermined position, and the measurement accuracy of the optical measuring device is improved.

【0029】更に、ウィンドの幅およびフィルター回路
を所望の精度で測定することができるように設定するこ
とができ、例えば被測定物の表面粗さや段差の精度等、
被測定物の測定環境に対して自由に測定精度を選択する
ことができる。
Further, the width of the window and the filter circuit can be set so as to be measured with desired accuracy. For example, the surface roughness of the object to be measured, the accuracy of the step, etc.
The measurement accuracy can be freely selected for the measurement environment of the object to be measured.

【0034】[0034]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による光学式測定装置の実施例を示す
ブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical measuring device according to the present invention.

【図2】 本発明による光学式測定装置の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of an optical measuring device according to the present invention.

【図3】 被測定物の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of an object to be measured.

【図4】 被測定物の別の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing another example of the object to be measured.

【図5】 多面体回転ミラーの面倒れの状態を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a state in which a polyhedral rotating mirror is tilted.

【図6】 被測定物に平行走査光線が走査される状態を
示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a state in which the object to be measured is scanned with parallel scanning light rays.

【図7】 平行走査光線の受光レベルと時間との関係を
示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a light reception level of a parallel scanning light beam and time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 光線 3 多面体回転ミラー 4 回転走査光線 5、11 コリメータレンズ 6 平行走査光線 7 同期用受光素子 8 モータ駆動回路 9 被測定物 10 同期信号 12 受光回路 13 受光信号 14 カウンタ 15 ピークホールド回路 16 ボトムホールド回路 17 ウィンドコンパレータ回路 18 フィルター回路 21 ゲート回路 22 外形測定部 30〜33 段差 36 光走査装置 37 受光装置 38 光線発信制御回路 39段差間距離測定回路 1 Light Source 2 Rays 3 Polyhedral Rotating Mirror 4 Rotating Scanning Rays 5 and 11 Collimator Lens 6 Parallel Scanning Rays 7 Synchronous Light-Receiving Element 8 Motor Drive Circuit 9 DUT 10 Synchronous Signal 12 Light-Receiving Signal 13 Counter 15 Peak-Holding Circuit 16 Bottom hold circuit 17 Window comparator circuit 18 Filter circuit 21 Gate circuit 22 Outer shape measuring section 30 to 33 Step 36 Optical scanning device 37 Light receiving device 38 Ray emission control circuit 39 Distance measuring circuit between steps

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源から射出される光線を光走査装置に
よって一定の走査範囲の平行する平行走査光線に変換
し、前記平行走査光線の有効測定範囲内に被測定物を位
置させ、被測定物により平行走査光線が遮られる明部ま
たは暗部の時間の長さの受光信号を受光装置により検出
し、前記被測定物の前記平行走査光線の走査方向に対す
る寸法を測定する光学式測定装置において、前記平行走
査光線に対して直交する方向に前記被測定物を移動させ
る移動手段と、前記被測定物の前記移動方向の段差間の
距離を測定する測定手段とを設け、前記測定手段は、平
行走査光線が前記段差を通過する時に、平行走査光線の
光強度が中間レベルに停滞する受信信号を認識し、前記
被測定物の移動距離を測定して前記段差間の距離を測定
することを特徴とする光学式測定装置。
1. A light scanning device converts a light beam emitted from a light source into parallel parallel scanning light beams having a constant scanning range, and positions the measured object within an effective measurement range of the parallel scanning light beam to measure the measured object. In the optical measuring device for detecting the light receiving signal of the time length of the bright portion or the dark portion in which the parallel scanning light beam is blocked by the light receiving device, and measuring the dimension of the measured object in the scanning direction of the parallel scanning light beam, A moving means for moving the object to be measured in a direction orthogonal to the parallel scanning light beam and a measuring means for measuring a distance between steps in the moving direction of the object to be measured are provided. When the light beam passes through the step, the received signal in which the light intensity of the parallel scanning light beam stagnates at an intermediate level is recognized, and the moving distance of the measured object is measured to measure the distance between the steps. Do Optical measuring device.
【請求項2】 前記段差を検出する手段に、上限出力信
号を検出するピークホールド回路と、下限出力信号を検
出するボトムホールド回路、前記受光信号がウィンド内
にあるかを比較するウィンドコンパレータと、ウィンド
内に前記中間レベルの受光信号が所定の時間停滞した時
に出力信号を出力するフィルター回路とを有することを
特徴とする請求項1記載の光学式測定装置。
2. A means for detecting the step, a peak hold circuit for detecting an upper limit output signal, a bottom hold circuit for detecting a lower limit output signal, and a window comparator for comparing whether the received light signal is within a window, The optical measuring device according to claim 1, further comprising: a filter circuit that outputs an output signal when the received light signal at the intermediate level is stagnant for a predetermined time in the window.
【請求項3】 前記光走査装置は光源からの光線を回転
走査光線に変換する多面体回転ミラーを有しており、特
定する前記多面体回転ミラーの少なくとも1面のミラー
面を選択し、該ミラー面からの光線を前記段差を検出す
るための平行走査光線として使用することを特徴とする
請求項1または2記載の光学式測定装置。
3. The optical scanning device has a polyhedral rotating mirror that converts a light beam from a light source into a rotational scanning light beam, and selects at least one mirror surface of the specified polyhedral rotating mirror, and the mirror surface is selected. The optical measuring device according to claim 1 or 2, wherein the light beam from is used as a parallel scanning light beam for detecting the step.
【請求項4】 前記段差を検出するために使用するミラ
ー面の選択手段としてN進カウンタとゲート回路とを有
することを特徴とする請求項1乃至3いずれか記載の光
学式測定装置。
4. The optical measuring device according to claim 1, further comprising an N-ary counter and a gate circuit as a mirror surface selecting unit used for detecting the step.
【請求項5】 前記移動手段に前記光走査装置および受
光装置を移動させて被測定物の寸法および段差間の距離
を測定することを特徴とする請求項1乃至4いずれか記
載の光学式測定装置。
5. The optical measurement according to claim 1, wherein the moving means moves the optical scanning device and the light receiving device to measure the size of the object to be measured and the distance between steps. apparatus.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009139126A (en) * 2007-12-04 2009-06-25 Japan Atomic Energy Agency Precise dimension measuring device
JP2020169934A (en) * 2019-04-05 2020-10-15 株式会社ミツトヨ Optical measuring device and optical measuring method
JP2022543763A (en) * 2020-08-27 2022-10-14 江蘇科技大学 In-situ non-contact detection method for shaft work

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