JPS63172907A - 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、平行走査ビームが測定対象物によって遮られ
て生じる暗部又は明部の時間の長さから測定対象物の寸
法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］ レーザビームを、ポリゴンミラー、音叉偏向器等で放射
状走査光ビームに変えてから、レンズ系により平行走査
光ビームに変換し、測定対象物を走査することにより、
この測定対象物によって前記平行走査光ビームが遮られ
て生じる暗部又は明部の時間の長さから、測定対象物の
寸法や形状を測定する走査型光学弐寸沫測定装置が知ら
れている。 このような測定装置の一例を第３図に示す。この測定装
置は、ビーム発生器１２、固定ミラー１４、ポリゴンミ
ラー１８、コリメータレンズ２２等からなり、ビーム発
生器１２から発生されるレーザビーム１６をポリゴンミ
ラー１８で扇状の走査ビーム２０に変えてから、更にコ
リメータレンズ２２で平行走査ビーム２４に変換する平
行走査ビーム発生器Ｎ　１０と、前記走査ビーム２０又
は２４の測定対象物８に対する走査範囲外で走査ビーム
（例えば２０）を検出するタイミング用受光素子２６と
、測定対象物８を通過した後、集光レンズ３１で集光さ
れる平行走査ビーム２４の明暗を検出する計測用受光素
子３２を含む受光装置３０と、前記平行走査ビーム２４
が測定対象物８によって遮られて生じる暗部又は明部の
時間を中に計数されるクロックパルスＣＰの値から測定
対象物８の直径等の走査方向（Ｙ方向）寸法を求める電
子回路４０とを含んで枢成されている。 前記平行走査ビーム２４は、受光装置３０の集光レンズ
３１を介して前記計測用受光素子３２に照射され、その
光信号は、電子回路４０のプリアンプ４２で増幅されて
原信号ａとなり、ダイオード、コンデンサ、可変抵抗器
からなる参照電圧設定回路４４の参照電圧ｖｒｅｒ１を
基準として、比較器４６で矩形信号すに変換された後、
測定個所を選択するためのセグメント選択回路４８に入
力される。 このセグメント選択回路４８は、前記矩形信号すから測
定対象物８の測定対象セグメントが走査されている時ｌ
ｉｔの間だけアンドゲート５０を開いて、クロックパル
ス発振器５２から出力されているクロックパルスＣＰの
うち、測定対象セグメントに対応する計数パルスｅを計
数回路５４に供給する。該計数回路５４の計数値は、メ
インバス５６を介して表示器５８に出力され、ここで表
示される。 前記測定対象セグメントの選択は、例えばキーボード６
０からの入力によってマイクロプロセッサ（ＣＰｊＪ）
６２に指示され、該ＣＰＵ６２が、メインバス５６を通
じてセグメント選択回路４８を設定することによって行
われる。 前記クロックパルス発振器５２出力のクロックパルスＣ
Ｐは、又、分周器６４で分周され、パワーアンプ６６を
経てパルスモータ６８に供給され、パルスモータ６８が
クロックパルスＣＰと同期して駆動されている。 一方、前記タイミング用受光素子２６出力の光信号は、
プリアンプ７０で増幅された後、可変抵抗器７２で設定
される参照電圧Ｖｒｅｆ２を基準として比較器７４で波
形整形され、エンドパルスｈとなってメインバス５６に
接続される。このエンドパルスｈが入力されると、ＣＰ
Ｕ６２は次の測定に備えて計数回路５４をリセットする
ための信号１を出力する。 【発明が解決しようとする問題点】 第３図に示した従来の測定装置で、第４図（Ａ＞に示す
如く、測定対象物８の直径を測定する場合の、各部信号
波形の例を第４図（Ｂ）に示す。測定対象物８が第４図
（Ａ）に実線で示す位置にある場合、第４図（Ｂ）に実
線で示す如く、矩形信号すの中で測定セグメントに対応
する時間だけ計数パルスｅが生成され、計数回路５４に
計数値Ｅが得られ、それに一定の係数Ｋを乗じた筺ＫＥ
が表示器５８に表示される。 ここで第４図（Ａ）に破線で示す如く、測定対象物が８
′の位置に偏位すると、第４図（Ｂ）の測定セグメント
に対応する部分も移動して、計数回路５４の計数値はＥ
′となる。本来、理想的にはＥ−Ｅ−であるはずである
が、光学系の収差やポリゴンミラー１８の位置ずれ等に
よって実際にはｌ：＆Ｅ　′となり、誤差Ｍは測定位置
Ｙの値の関。 数となる。但し、誤差が測定位１ｆｆｌＹについて線形
であれば、測定寸法が同一である限りＥ−Ｅ−が成立し
、計数値に乗する係数Ｋを修正するだけで誤差は消去で
きる。 ところが、第４図（Ｃ）（一定の直径ｄの丸棒を測定す
る場合）に示す如く、誤差が測定位置Ｙについて非線形
である場合には、計数値Ｅだけでは測定位置Ｙの情報が
得られないため、測定位置Ｙに対応した誤差の補正を行
うことができず、正確な測定値を得ることができないと
いう問題点を有していた。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、測定誤差が測定位置について非線形である場合に
も補正の可能な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。

【問題点を解決するための手段１ 本発明は、平行走査ビーム発生装置と、走査ビームの測
定対象物走査範囲外で該走査ビームを検出するタイミン
グ用受光素子と、測定対象物を通過した平行走査ビーム
の明暗を検出する計測用受光素子を含む受光装置と、前
記平行走査ビームが測定対象物によって遮られて生じる
暗部又は明部の時間中に計数されるクロックパルスの値
から測定対象物の寸法を求める電子回路とを含んで（１
が成される走査型光学式寸法測定装置において、前記電
子回路に、前記計測用受光素子の出力信号の相異なる高
低の変化時刻の少なくとも２つと前記タイミング用受光
素子の出力信号が励起される時刻との間にそれぞれ並行
してクロックパルスを計数する複数の計数回路を設け、
該複数の計数回路の計数値を個別に補正した値の着から
測定対象物の寸法を求めることにより、前記目的を）ヱ
成したものである。 又、本発明の実ｍ態様は、前記電子回路に、前記計測用
受光素子の出力信号の高低の変化数を計数する前置計数
器と、該前置計数器が異なる計数値に達する時に入力が
励起されると共に、該入力の１つを任意に選択して出力
する選択ゲートとを設け、該選択ゲートの出力信号の変
化時刻からｉＴＪ記複数の計数回路のいずれかの計数を
開始又は停止するようにしたものである。 【作用】 本発明は、前記のような走査型光学式寸法測定装置にお
いて、計測用受光素子の出力信号の相異なる１低の変化
時刻の少なくとも２つとタイミング用受光素子の出力信
号が励起される時刻との間にそれぞれ並行してクロック
パルスを計数する複数の計数回路を設け、該複数の計数
回路の計数値を個別に補正した値の差から測定対象物の
寸法を求めるようにしている。従って、一種の絶対値測
定となるので、測定誤差が測定位置について非線形であ
る場合にも誤差補正が可能となり、高苗度の測定を行う
ことができる。 又、前記計測用受光素子の出力信号の高低の変化数を計
数する前置計数器と、該前置計数器が異なる計数値に達
する時に入力が励起されると共に、該入力の１つを任意
に選択して出力する選択ゲートとを設け、該選択ゲート
の出力信号の変化時刻から前記？！数の計数回路のいず
れかの計数を開始又は停止するようにした場合には、計
数回路の数に制限されずに測定位置の数を増加すること
ができる。

【実施例】

以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。 本実施例は、第１図に示す如く、基本的には、従来例と
同様の平行走査ビーム発生装置１ｏと、タイミング用受
光素子２６と、計測用受光素子３２を含む受光装置３０
と、電子回路４０とを含むが、電子回路４０以外は従来
例と同じであるので説明は省略する。 本実施例における電子回路４ｏにおいて、計測用受光素
子３２の出力信号は、従来例と同様のプリアンプ４２で
原信＠ａとなり、比較器４６で参照電圧Ｖｒｅｆｌを基
準に波形整形されて矩形信号すが生成される。 該矩形信号すが入力される一方のパルス化回路８０Ａで
は、矩形信号すの立上がり及び立下がり（計測用受光索
子３２の出力信号の高低の変化時刻）においてパルスＣ
が出力される。又、前記矩形信号すが入力される他方の
パルス化回路８０Ｂでは、矩形信号すの立上がり（計測
用受光素子３２の出力信号が低レベルから高レベルに変
化する時刻）亀に、アンドゲート８２を介してリセット
パルスｄが出力される。 前記パルス化回路８０Ａ出力のパルスＣは、前行計数器
８４で計数される。即ち、この前置計数器８４は、計測
用受光素子３２の出力信号の高低の変化数を計数してい
る。 前記前Ｕ計数器８４の出力は、デコーダ８６で特定の端
子０〜７の出力に変換される。このデコーダ８６の出力
端子０〜７は、２つのＤフリップ。 フロップ８８Ａ、８８Ｂと３個の選択ゲート９０Ａ〜９
０Ｃに接続され、該選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃの出力は
、それぞれＤフリップ７０ツブ８８０〜８８Ｅに接続さ
れている。 前記選択ゲート９０Ａ〜９０Ｇは、それぞれ正論理と負
論理のストローブ入力付きのスリーステートバッファか
ら構成されており、ＣＰＵ６２からの選択信号に１、ｋ
２、ｋ３が高レベルの時は、デコーダ８６の端子２．３
．４の出力が選択され、選択信号に１、ｋ２、ｋ３が低
レベルの時は、デコーダ８６の端子５．６．７の出力が
選択される。 前記Ｄフリップフロップ８８Ａ〜８８Ｅの出力は、個々
にアンドゲート９２Ａ〜９２Ｅの一方に入力され、該ア
ンドゲート９２Ａ〜９２Ｅの他方の入力には、クロック
パルスＣＰが入力されており、該アンドゲート９２Ａ〜
９２Ｅの出力、即ち計数パルス０１〜ｅ５は、それぞれ
計数回路９４Ａ〜９４Ｅで積算計数される。前記計数回
路９４Ａ〜９４Ｇ及び９４Ｅは、コントロールバス９６
から入力されるリセット信号ｉで出力のリセットがなさ
れ、出力が零となる。なお、計数回路９４Ｄのリセット
端子Ｒだけは、オアゲート９８が接続され、前記アンド
ゲート８２から入力されるリセットパルスｄによっても
出力がリセットされるようになっている。 各計数回路９４Ａ〜９４Ｅの計数値は、メインバス５６
を介してＣＰｕ６２に取込まれている。 又、タイミング用受光素子２６の出力信号を波形整形し
て得られるエンドパルスｈは、ＣＰＵ６２のコントロー
ルバス９６に入力されるので、タイミング用受光素子２
６に走査ビーム２０が照射され、出力信号が励起される
と、その情報がＣＰＵ６２に伝達される。 該ＣＰＵ６２からは、コントロールバス９６を通して、
前記計数回路９４Ａ〜９４Ｅをリセットする信号ｉ、前
記Ｄりリップ７０ツブ８８Ａ〜８８Ｅの出力をリセット
して計数パルス０１〜ｅ５を抑制する信＠ｊ　、　ｒｐ
ｊ、２ｍ択信号ｋｌ、ｋ２、ｋ３、前記リセットパルス
ｄを抑制できるアンドゲート８２の一方に入力される信
号ぶ及び前記前置計数器８４の出力をリセットする信号
ｍが任意に出力できる。 以下、実施例の作用を説明する。 画定対象物８Ａ、８Ｂの直径ｄ１、ｄ２を、第２図（Ａ
）に示すような配置で測定する時の各部信号波形の例を
第２図（Ｂ）に示す。 エンドパルスｈは、平行走査ビーム２４の１回の走査に
ついて１パルス出力される。従って、エンドパルスｈ入
力後に、ＣＰＵ６２は、信号ｊでＤフリップフロツブ８
８Ａ〜８８Ｅをリセットし、信号ｉで計数回路９４Ａ〜
９４Ｅをリセットしてから、信号−で前置計数器８４を
リセットする。 又、選択信号に１〜に３は最初高レベルとするが、信号
βは低レベルとする。 測定が面始され、デコーダ８６の端子０が励起されると
、計数回路９４Ａがモニタ用の計数パルスｅ１の計数を
開始する。次いで平行走査ビーム２４の入射開始時刻（
即ち調定範囲の始まり）に対応する矩形信号すの立上・
がりｂｌでは計数パルスｅ２　（測定には不使用）が生
成され、１法ｄ１の始まりに対応する矩形信号すの立下
がりｂ２では計数パルスｅ３が生成され、以下、矩形信
号すの変化点で計数パルスｅ４　（寸法ｄ１の終りに対
応）、計数パルスｅ５　（寸法ｄ２の始まりに対応）が
生成される。 この後、エンドパルスｈが入力すると、ＣＰＵ６２はリ
セット信号ｊを高レベルに維持して計数パルス０１〜ｅ
５の発生を抑制するので、各計数回路９４Ａ〜９４Ｅの
計数ＩＥ１〜Ｅ５は保持されたままとなる。従って、Ｃ
ＰｔＪ６２は、計数回路９４Ｇの計数値Ｅ３、計数回路
９４Ｄの計数値Ｅ４、計数回路９４Ｅの計数値Ｅ５を順
次取込む。 ここで第２図（Ａ＞に示した測定対象物の場合、測定セ
グメントは２個所あるが、選択信号に１〜に３を高レベ
ルとして得られた計数値Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５だけでは、右
側の測定セグメントに関する情報（寸法ｄ２の終りの位
置）が足りないので、次の測定では、選択信号に１を低
レベルとし、デコーダ８６の端子５を選択して、選択ゲ
ート９０Ａを切換える。するとこの測定における計数パ
ルスｅ３は、第２図（Ｂ）に示すｅ３−のタイミング（
寸法、ｄ２の終り）で生成され、必要な計数値Ｅ３′が
得られる。 ここで、計数値Ｅ３〜Ｅ５及びＥ３′は、測定位１ｉ１
ｆｆＹとタイミング用受光素子２６との距離に対応する
値でいわば絶対値であり、予め校正された誤差曲線に基
づいてＣＰＵ６２で補正することができる。前記誤差曲
線は、例えばレーザ干渉計と連動したナイフェツジを移
動させながら、平行走査ビーム２４で走査して、移ｆＪ
Ｊ　ｆｆｌの測定値をレーザ干渉計の読みと比較する等
の方法で予め作成することができる。 今、一定の係数にの乗算と誤差補正の演算をまとめて関
数「で表現すると、測定対象物８Ａ、８Ｂの寸法°ｄ１
、ｄ２は次の式で表現できる。 ｄｌ−ｆ（Ｅ３）−ｆ（Ｅ４）　　・・・（１〉ｄ２＝
　　ｆ（Ｅ５）−ｆ（Ｅ３Ｍ　　・・・　（２）従って
、誤差が測定位ｍＹについて非線形であっても、正確な
補正が可能となる。 本実施例においては、電子回路４ｏに、計測用受光素子
３２の出力信号の高低の変化数を計ｖｌする前置計数器
８４と、該前置針ｒＸｌ器８４が異なる計数値に達する
時に入力が励起されると共に、該入力の１つを任意に選
択して出力する選択ゲート９０Ａ〜９０Ｇとを設け、該
選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃの出力信号の変化時刻から３
つの計数回路９４Ｃ〜９４Ｅの計数を開始するようにし
ているので、選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃを切換えること
によって、測定セグメントの情報を得るための計数回路
の数（実施例では９４Ｃ〜９４Ｅの３個）に制限されず
に、測定位置を増加することができる。なお、前置計数
器８４や選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃを設けることなく、
計測用受光素子３２の出力信号の相異なる高低の変化時
刻とタイミング用受光素手２６の出力信号が励起される
時刻との間にそれぞれ並行してクロックパルスを計数す
る計数回路を、必要な測定数に応じた数だけ設けること
も可能である。 又、前記実施例においては、エンドパルスｈで計数回路
の計数を停止していたが、逆にエンドパルスｈから計数
を開始して、矩形信号すの変化点で個々に計数を停止さ
せるように構成することも可能である。 前記実施例においては、本発明が、ポリゴンミラーを用
いて平行走査ビームを発生する走査型光学式寸法測定装
置に適用されていたが、本発明の適用範囲はこれに限定
されず、例えば音叉偏向器を用いて平行走査ビームを発
生する走査型光学式寸法測定装置にも同様に適用できる
ことは明らかである。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、測定誤差が測定位
置について非線形である場合にも補正が可能となる。従
って、高精度の測定が可能となるという優れた効果を有
する。

【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
施例の構成を示すブロック線図、第２図は、前記実施例
の作用を説明するための線図、第３図は、従来の走査型
光学式寸法測定装置の一例の構成を示すブロック線図、
第４図は、該従来例の問題点を説明するための線図であ
る。 ８．８Ａ、８Ｂ・・・測定対象物、 １０・・・平行走査ビーム発生装置、 ２４・・・平行走査ビーム、 ２６・・・タイミング用受光素子、 ｈ・・・エンドパルス、 ３０・・・受光装置、 ３２・・・計測用受光素子、 ４０・・・電子回路、 ５２・・・クロックパルス発振器、 ＣＰ・・・クロックパルス、 ６２・・・マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、８４・・・
前置計数器、 ９０Ａ〜９０Ｃ・・・選択ゲート、 ９２Ａ〜９２Ｅ・・・アンドゲート、 ８１〜ｅ５・・・計数パルス、 ９４Ａ〜９４Ｅ・・・計数回路、 Ｅ３〜Ｅ５、Ｅ３−・・・計数値。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行走査ビーム発生装置と、走査ビームの測定対
   象物走査範囲外で該走査ビームを検出するタイミング用
   受光素子と、測定対象物を通過した平行走査ビームの明
   暗を検出する計測用受光素子を含む受光装置と、前記平
   行走査ビームが測定対象物によつて遮られて生じる暗部
   又は明部の時間中に計数されるクロックパルスの値から
   測定対象物の寸法を求める電子回路とを含んで構成され
   る走査型光学式寸法測定装置において、 前記電子回路に、前記計測用受光素子の出力信号の相異
   なる高低の変化時刻の少なくとも２つと前記タイミング
   用受光素子の出力信号が励起される時刻との間にそれぞ
   れ並行してクロックパルスを計数する複数の計数回路を
   設け、 該複数の計数回路の計数値を個別に補正した値の差から
   測定対象物の寸法を求めることを特徴とする走査型光学
   式寸法測定装置。
2. （２）前記電子回路に、前記計測用受光素子の出力信号
   の高低の変化数を計数する前置計数器と、該前置計数器
   が異なる計数値に達する時に入力が励起されると共に、
   該入力の１つを任意に選択して出力する選択ゲートとを
   設け、該選択ゲートの出力信号の変化時刻から前記複数
   の計数回路のいずれかの計数を開始又は停止するように
   した特許請求の範囲第１項記載の走査型光学式寸法測定
   装置。