JPS62277508A - 三次元測定器 - 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】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野」 本発明は、所定のビームを被検査物に照射して、この被
検査物表面の凹凸を測定する三次元測定器に関するもの
である。

「従来の技術」 従来、所定の被検査物の表面の凹凸を測定する手段とし
ては、接触型のものと非接触型のものとがあった。

接触型の測定手段は、所定のプローブの先端を被検査物
の表面に当接させた姿勢で移動させ、その上下動を計測
するものもであるが、被検査物表面の凹凸が微細なもの
である場合は、この上下振幅を確実且つ正確に追跡する
ことはできず、開学精度の点で不満の残るものであった
。

これに対して、非接触型の測定器は、光の反射を利用す
る。

即ち、レーザーダイオード等の所定のビームを斜めから
被検査物に照射し、この被検査物の表面を反射した上記
ビームを例えば多数の元画素により構成されるリニアセ
ンサーで受ける構成であり。

被検査物表面の凹凸によってビームの反射角度が異なり
、光路長が異なるので、リニアセンサーへの照射位置が
ずれることになり、このずれから演算して被検査物表面
の凹凸状況を読み取るのである。

例えば、第４図にあって、測定器１内のレーザーダイオ
ード等の発光素子２から発せられたビームＢは、被検査
物Ａの表面を反射してリニアセンサー等の受光素子３の
所定光画素部分に照射し、ビームＢが反射した被検査物
Ａの所定表面部分ａの高さレベルを数値ａとして記録す
る。

そして、第５図の如く測定器１と被検査物Ａとを相対移
動させ、例えば先の被検査物Ａの表面部分ａの高さレベ
ルよりも低い位置すにビームＢを照射すると、ビームＢ
の反射角度、及び光路長が変るのでリニアセンサーの所
定光画素部分への照射位置もずれ、そこでの高さレベル
を数値すとして記録することになり、数値ａと数値すと
から演算して凹凸数値が測定できることになるのである
。

この測定は、上記したように測定器１と被検査物Ａの表
面との間の方向であるＺ方向は勿論のこと、被検査物Ａ
表面の平面方向であるＸ、Ｙ方向にも測定器１と被検査
物Ａとを相対移動させることもできるので、三次元方向
の測定が可能であり、極めて有効なものとなっている。

「発明が解決しようとする問題点」 処で、上記したように被検査物表面の凹凸を非接触によ
って測定する場合というのは、例えば±１〜２ミリメー
トルから数ミクロンに至る微細な数値であり、従ってこ
の際に利用するビームの精度には極めて高いものが要求
され、それ故にその波長が、例えば７８０ナノメートル
とか８３０ナノメートルといったビームを使用して、指
向性が良好で、ビーム直径ができる限り小さくすること
が要求される。

しかしながら１周知のように、このような波長のビーム
は非可視光であるから、上記した手段による測定の際に
ビームの被検査物表面に於ける照射位置を視認すること
ができず、従ってこの測定手段では、測定箇所が視覚を
通じて直ちに把握できない問題点があった。

また、成る一定の照射位置を基準にして、この位置より
も離れた箇所との高低差を測定することも不可能である
。つまり、そもそもこの基準となる箇所と比較せんとす
る箇所とに、正確に測定ビームが照射しているか否か、
視認できないからである。

このような場合の高低差を測定する手段としては、測定
器１と被検査物Ａとを相対移動させて基準位置から連続
的に逐次測定しなければならず、手間がかかるばかりで
なく１位置の特定が不正確にならざるを得なかったので
ある。

本発明は、従来の欠点、不都合を解消し、要望に応える
べ〈発明された三次元測定器であって。

測定箇所が直ちに把握でき、成る基準位置と所定箇所と
の高低差を、視認しながら測定することができるように
することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 以下本発明の構成を、本発明の実施例を示す図面に従っ
て説明する。

本発明の三次元測定器１は、所定のビームを被検査物Ａ
に照射して、この被検査物Ａの表面の凹凸を測定するも
のであって、発光素子２と受光素子３と第一の可視光発
光素子４と第二の可視光発光素子５とを内蔵する。

発光素子２は、被検査物Ａの表面に対して斜めから非可
視光である測定光Ｂ１を発光するものであり、この被検
査物Ａの表面から反射した測定光Ｂ１を、受光素子３が
受光する。

また、第一の可視光発光素子４は、被検査物Ａの表面に
可視光であるガイド光Ｂ２を照射発光するものであって
、このガイド光Ｂ２の光軸は、前記した発光素子２から
の測定光Ｂ０の光軸と同一光軸である。

そして、第二の可視光発光素子５は、同様に被検査物Ａ
の表面に可視光である基準光Ｂ、を照射発光するもので
あるが、この基準光Ｂ、は、所定位置で前記したガイド
光Ｂ２に交叉するようになっている。

発光素子２の測定光Ｂ１の発光角度は、被検査物Ａの表
面を反射した際に受光素子３に照射できる角度であり、
この受光が確実となるように受光素子３の受光面の角度
、測定器１と被検査物Ａとの間隔等が設定される。

但し、ここでの測定器１は被検査物Ａの表面の凹凸を測
定するものであるから、測定器１と被検査物Ａとの間隔
が常に一定になることはなく、従って測定範囲は受光素
子３の受光面の大きさにより設定される。

第二の可視光発光素子５に於ける基準光Ｂ、が第一の可
視光発光素子４のガイド光Ｂ２に交叉する位置は、基準
光Ｂ、とガイド光Ｂ２の予め設定された照射角度によっ
て決定されるものであり、勿論被検査物Ａの表面位置と
は限らず、上記角度の調節によって、成る程度の幅をも
って変動し得る。

また、ガイド光Ｂ２と基準光Ｂ、とは、夫々第一の可視
光発光素子４と第二の可視光発光素子５とから発光され
るが、同じ可視光であるから、一つの可視光発光素子を
もって分割発光させる形態を採っても良い。

尚、被検査物Ａの表面には、発光素子２の測定光Ｂ工が
確実に反射できるように、所定の蛍光膜等が塗布され、
コーティングされている。

「作用」 上述した構成にあって、発光素子２から発光された測定
光Ｂ工は、被検査物Ａの表面に反射して受光素子３の特
定の元画素によって受光され、甜定光Ｂ工が照射した被
検査物Ａの表面位ｇｌａの高さレベルを数値ａとして記
録される（第１図参照）。

そして測定器１と被検査物Ａとを相対移動させて１例え
ば先の第１図の測定箇所ａよりも低い位置すに測定光Ｂ
１を照射すると、この測定光Ｂ工の反射角度、及び光路
長が変るので受光素子３への照射位置がずれて、他の特
定の元画素によって受光されることになり、そこでの高
さレベルは数値すとして記録される（第２図参照）。

従って、この数値ａと数値すとから演算して、測定箇所
ａと測定箇所すとの凹凸数値が測定できることになる。

処で、この操作に際し、被検査物Ａの表面には、測定光
Ｂ１の光軸と同一光軸で第一の可視光発光素子４による
ガイド光Ｂ２が照射されているので、測定光Ｂ工が被検
査物Ａの表面を照射するその位置には、常にガイド光Ｂ
２が照射されることになり、この可視光であるガイド光
８２によって、測定箇所が直ちに視認判断できることに
なる。測定光Ｂ１とガイド光８２とは同一光軸であるか
ら、当然ながら被検査物Ａの表面の凹凸に関わりなく、
共に同一位置を照射する。

また、被検査物Ａの表面を照射する第二の可視光発光素
子５の基準光Ｂ、は、所定位置でガイド光Ｂ２に交叉す
るものであるが、予め設定されたこの交叉位置が被検査
物へ表面の照射位置と一致している場合、その位置を基
準測定位置Ｏと設定することができ、被検査物Ａ表面の
他の位置で同様にガイド光Ｂ２と基準光Ｂ、との交叉が
視認できれば。

その位置は先の基準測定位置Ｏと同一高さであることが
直ちに視認判断できることになる。

そして、被検査物Ａ表面の他の位置でガイド光８２と基
準光Ｂ、とが交叉していなくても、夫々の照射位置を視
認することにより、先の基準測定位置Ｏに対する高低を
視認判断できる。つまり、図示実施例では１図面左方向
からガイド光Ｂ２、またほぼ垂直方向から基準光Ｂ３が
夫々発光されているが、被検査物Ａ表面に照射されたガ
イド光Ｂ２が左、基準光Ｂ、が右に夫々位置していれば
、ガイド光Ｂ２と同一光軸で照射している測定光Ｂ工の
照射位置は先の基準測定位置Ｏよりも高い位置であるこ
とが明らかであり、逆に被検査物Ａ表面に照射されたガ
イド光Ｂ２が右Ｐ点、基準光Ｂ、が左Ｑ点に夫々位置し
ていれば、測定光Ｂ１の照射位置は先の基準測定位置Ｏ
よりも低い位置を示すことになるのであるから（第２図
参照）、この状態が直ちに視認することができることに
なる。

即ち１本発明の三次元測定器によれば、測定器１と被検
査物Ａの表面との間の方向であるＺ方向、被検査物Ａ表
面の平面方向であるＸ、Ｙ方向の三次元方向での凹凸測
定が可能であり、この測定は、非可視光である測定光Ｂ
１を発光する発光素子２と、被検査物Ａの表面から反射
したこの測定光ＢＬを受光する受光素子３とによって正
確に達成され、また被検査物Ａの表面に対する測定光Ｂ
工の照射位置は、可視光であるガイド光Ｂ２によって正
確に指示されているので、視認可能であって測定し易く
、更には、可視光であるガイド光Ｂ２と基準光Ｂ、とが
被検査物Ａの表面に照射する位置を夫々確認することに
より、この場合の測定光Ｂ１の照射位置を。

予め設定されたガイド光Ｂ２と基準光Ｂ、との交叉位置
である基準側定位［０に対応して、それよりも高い位置
であるか或いは低い位置であるかを視認できるのである
。

ｒ実施例」 発光素子２は、前記した従来例と同様にレーザーダイオ
ード等が使用され、また受光素子３も同様に多数の元画
素により構成されるリニアセンサーが使用され、指向性
が高く、ビーム直径ができる限り小さい非可視光によっ
て、精度の高い測定が行なわれる。

また、第一の可視光発光素子４と第二の可視光発光素子
５とは、可視光として、例えば発光ダイオードが使用さ
れる。

そして先にも触れたように、この第一の可視光発光素子
４と第二の可視光発光素子５とを一つの光源で兼用させ
ても良い。

この場合は、第１図に示すように一つの光源からのビー
ムをハーフミラ−６を介して二つに分割し、一方を基準
光Ｂ、とすると共に、他方を更にハーフミラ−７を介し
て測定光Ｂ工と同軸光軸に屈曲してガイド光Ｂ２とする
ものである。

また、第一の可視光発光素子４と第二の可視光発光素子
５とを個々の光源により独立させた場合（第３図参照）
、光源の夫々に発光色の異なる素材を使用すれば、被検
査物Ａ表面への照射位置が更に明確となろう。勿論、一
つの光源で兼用させた場合であっても、基準光８．とガ
イド光Ｂ２とに色彩の異なるフィルターを通せば、同様
の効果が得られる。

尚、被検査物Ａ表面からの測定光Ｂ□からの反射光は、
集光レンズ８を介して受光素子３の所定位置に照射され
る。

［効果」 以上説明したように、本発明の三次元測定器によれば、
測定器と被検査物の表面との間の方向であるＺ方向、被
検査物表面の平面方向であるＸ。

Ｙ方向の三次元方向での正確な凹凸測定が可能であり、
また被検査物の表面に対する測定光の照射位置は、可視
光であるガイド光によって正確に指示されて視認可能で
あって測定し易く、更に、可視光であるガイド光と基準
光との被検査物の表面に於ける照射位置から、測定光の
照射位置を、予め設定された基準測定位置に対応して視
認できるので、測定効率は顕著な効果をもたらし、しか
もその構成が簡単である等、多くの優れた作用効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示す光路図である。 第２図は、第１図に於ける使用状態を示す光路図である
。 第３図は１本発明の他の実施例を示す光路図である。 第４図は、従来の構成を示す光路図である。 第５図は、第４図に於ける使用状態を示す光路図である
。 符号の説明 １：測定器、２；発光素子、３；受光素子、４；第一の
可視光発光素子、５；第二の可視光発光素子、Ａ；被検
査物、Ｂ工；測定光、Ｂ２；ガイド光。 ｅ、　を基準光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定のビームを被検査物に照射して、該被検査物表面の
   凹凸を測定する三次元測定器であって、前記被検査物の
   表面に対して斜めから非可視光である測定光を発光する
   発光素子と、前記被検査物の表面から反射した前記測定
   光を受光する受光素子と、前記測定光の光軸と同一光軸
   の状態で、前記被検査物の表面に可視光であるガイド光
   を照射発光する第一の可視光発光素子と、所定位置で前
   記ガイド光に交叉する可視光である基準光を、前記被検
   査物の表面に照射発光する第二の可視光発光素子とを内
   蔵して成る三次元測定器。