JPS63177006A - 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染物によって遮られ
て生じる暗部又は明部の時間の良さから測定対象物の寸
法を測定づる走査型光学式寸法測定装置の改良に関する
。

【従来の技術ル −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、測定対象物を走査づることにより、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良さから、測定対象物の寸
法や形状を測定する走査型光学式寸法測定装置が知られ
ている。 このような測定装置の一例を第３図に示ず。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＠する平
行走査ビーム発生装置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索子
３２を含む受光装置３０と、前記平行走査ビーム２４が
、１１１定対象物８によって巡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
副室対象ｖ／Ｊ８の直径等の走査方向（Ｙ方向）寸法を
求める電子回路４０とを含んで構成されている。 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索子３２に照射され、その
光１３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Ｖｒｅｒ
１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、前記ツを影信号すから
測定対象物８の測定対象セグメン１−が走査されている
時間ｔ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（ＣＰＵ）６
２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Ｊ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と同時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１５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ｖｒｅｒ２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１１が入力されると、
ＣＰＵ６２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ｉを出力Ｊ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Ｊ
如く、透明体である測定対象物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。 透明体はレーザビームを透過させるが、屈折等の影響で
完全には透過させないため、原信号ａはレーザビームが
透明体に入る時と出る時には参照電ｆｆ：Ｖｒｅｒｌよ
り小さくなるが、中門にＪ３いては透明体の直径や材質
によって様々に変化する。従って、矩形１５号しは、測
定対象物にＪ：つてはｂ−のようになり、測定セグメン
トの設定ができない。 このような場合に計数回路５４に補助的な回路を付加し
て測定ができる装置が、本出願人より’ｌ”ｉ　ＩＩＩ
昭６１−６６９０７で開示されているが、複雑でコスト
も高いという問題があった。 又、第３図に示した従来の装置では、誤差が測定位δＹ
について非線形である場合には、計数回路５４に得られ
る計数値だけでは測定位置Ｙの情報がｊｑられないため
、測定位ＵＹ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も有
していた。 【発明の目的】 本発明は、前記従来の問題点を解）肖するべくなされた
もので、単純な構成で透明体の測定が可能な走査型光学
式寸沫測定装冒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】

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り゛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が高レベルから
低レベルに変化する時刻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クロックパルスを計
数する第１の計数回路と、該第１の計数回路と同時して
り０ツクパルスを計数すると共に、前記計測用受光素子
の出力信号が低レベルから高レベルに変化する毎に、そ
の計数値がリセットされる第２の計数回路とを設け、該
第１及び第２の計数回路の計数値の差から真室対象物の
寸法を求めることにより、前記目的を達成したものであ
る。

【作用】

本発明は、１１ｉＪ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カイ３号が高レベルか
ら低レベルに変化する時刻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クロックパルスを計数
づる第１の計数回路と、該第１の計数回路と同時してク
ロックパルスを計数すると共に、前記計測用受光素子の
出力信号が低レベルから高レベルに変化する毎に、その
計数値がリセットされる第２の計数回路とを設け、該第
１及び第２の計数回路の計数値の差から測定対象物のす
払を求めるようにしている。従って、単純な構成で、測
定対象物が透明体であっても正確な寸法測定が朗能とな
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１０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３
０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ザる。゛ 本実施例における電子回路４０において、計測用受光素
子３２の出力ｆａ　Ｎは、従来例と同様のプリアンプ４
２で原信号ａとなり、比較器４６で参照電圧Ｖｒｅｒｌ
を基準に波形整形されて矩形信号すが生成される。 該矩形化＠ｂ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１よ、矩形信号すの立上がり（計
測用受光索子３２の出力信号が低レベルから高レベルに
変化する時刻）毎に、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、前四計数器
８４で計数される。即ち、この前置計数″３８４は、計
測用受光索子３２の出力信号の高低の変化数を計数して
いる。 前記前置計数器８４の出力は、デコーダ８６で特定の端
子Ｏ〜７の出力に変ＶＡされる。このデコーダ８６の出
力端子０〜７は、２つのＤフ、リップフロツブ８８Ａ１
８８Ｂと３個の選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃに接続され、
該選択ゲート９０Ａ〜９０Ｃの出力は、それぞれＤフリ
ップフロップ８８０〜８８Ｅに接続されている。 １１を記選択ゲート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、ＣＰＬＪ６２からの選択信号に
１、ｋ２、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、ｋ
３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〜９２’Ｅの一方に入力され、践
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ｅ１〜ｅ５は、それぞ
れ計数回路９４Ａ〜９４Ｅで積算計数される。１）ａ記
計数回路９４Ａ〜９４Ｃ及び９４Ｅは、コントロールバ
ス９６から入力されるリセット侶＠１で出力のリセット
がなされ、出力が零となる。なお、８１故回路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２ｏが照射され、出力信号が励起される
と、その情報がＣＰＵ６２内伝達される。 ｇ　ＣＰ　Ｕ　６２からは、コントロールバス９６を通
して、前記計数回路９４Ａ〜９４Ｅをリセットする信り
１、前記Ｄフリップフロップ８８Ａ〜８８日の出力をリ
セットして計数パルスｅ１〜ｅ５を抑制Ｊる信号ｊ、前
記選択信号に１、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１
及び前記前置計数盟８７１の出力をリセットするｆ５号
…が任意に出力できる。 以下、実施例の作用を説明する。 透明体である測定対象物８の直径りを、実施例により前
出第４図（Ａ）に示したような配置で測定する時の各部
信号波形の例を第２図に示す。 エンドバルスハは、平行走査ビーム２４の１回の走査毎
に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、４；Ａ　号ＪでＤフリップフロップ
８８Ａ〜８８Ｅをリセットし、信号ｉで計数回路９４Ａ
〜９４Ｅをリセットしてがら、信号■で前惹計数器８４
をリセットする。又、選択信９に１〜に３は高レベルに
設定し、信号１もへレベルとして、リセットパルスｄが
出力可能とされている。 測定が開始され、デローダ８６の端子Ｏが励起されると
、モニタ用の計数パルスｅ１が直後に生成され、計数回
路９４Ａがこの計数パルス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（即ち測定範囲の
始まり）に対応Ｊ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、寸法りの始
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ｂ３で計
数パルスｅ４が生成され、対応する計数回路９４Ｂ〜９
４Ｄの計数が始まる。 その後、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８１〜ｅ
５の発生を抑制するので、各計数回路９４Ａ〜９４Ｅの
計数が同時に停止され、その計数値Ｅ１〜Ｅ５は保持さ
れたままとなる。従って、ＣＰＵ６２は、計数回路９４
Ｇの計数値Ｅ３及び計数回路９４Ｄの計数値Ｅ４を順次
取込む。 ここで矩形信号の立上り（第２図のｂ３等）毎にリセッ
トパルスｄが出力され、計数回路９４Ｄがその都度リセ
ットされるので、計数値Ｅ４は、Ｑ後のりヒツトパルス
ｄ−とエンドバルスハの間に計数されるクロックパルス
ＣＰの数となる。 ここで、測定セグメントは、原信号ａの最初の立下りと
最後の立上りの聞であり、計数値Ｅ３とＥ４との差に対
応している。従って、一定の係故にとして、透明体であ
る測定対象物８の直径りは次式で表現できるので、ＣＰ
Ｕ６２内でこの演し）を実行Ｊればよい。 Ｄ＝Ｋ　（Ｅ３−Ｅ４）　　　　・・・・・・（１）、
更に、計数値Ｅ３、Ｅ４は、測定位置Ｙ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
るので、予め校正された誤差曲線に基づいてＣＰＵ６２
で個別に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、移動量の測定値を
レーザ干渉計の読みと比較Ｖ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ｔで表現すると、測定対象物８の寸法りは次式で表現
できる。 Ｄ−ｒ（Ｅ３）−ｆ（Ｅ４）　　・−・−（２）従って
、透明体の測定が簡単な構成でできるだけでなく、誤差
が測定位ＩＨＹについて非線形である場合の誤差補正も
可能となり、測定位置によらず高精度な測定ができる。 本実施例においては、高機能とするため、電子回路４０
に、計数回路が５個設けられていたが、単に透明体測定
のためだけであれば、計数回路は２個でよく、電子回路
は、ｒＭ里な構成となる。 又、前記実施例においては、矩形信号すの変化点から個
々に計数を開始し、エンドパルスｈで同時に計数を停止
していたが、逆にエンドパルスｈから同時に計数を開始
して、矩形信号すの変化点で個々に計数を停止又はホー
ルド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
ａ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
生ず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１ 以上説明した通り、本発明によれば、簡単な構成で、測
定対象物が透明体であっても、正確な寸法測定ができる
。更に、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り、測定位置によらず、ＮＮ度の測
定が可能となる等の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
繕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ね図、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ね図であ
る。 ８・・・測定対象物、 １０・・・平行走査ビーム発生装ａ１ ２４・・・平行走査ビーム、 ２６・・・タイミング用受光素子、 １＋・・・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（ＣＰＬＪ）、ｄ・・・
リセットパルス、 ｅ１〜ｅ５・・・計数パルス、 ９４Ａ〜９４Ｅ・・・計数回路、 Ｅ３、Ｅ４・・・計数値。

Claims (1)

【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が高レ
   ベルから低レベルに変化する時刻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クロックパ
   ルスを計数する第１の計数回路と、 該第１の計数回路と同時してクロックパルスを計数する
   と共に、前記計測用受光素子の出力信号が低レベルから
   高レベルに変化する毎に、その計数値がリセットされる
   第２の計数回路とを設け、該第１及び第２の計数回路の
   計数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。