JPH01235806A - 光学式測定装置 - 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〕 この発明は、非接触で被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。

〔従来の技術〕

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ｕ３（１→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。３旧よ受光素子本体枠、■はＮ
型半導体、■はＰ型半導体、（至）はＮ型半導体■に取
付けた電極、（至）はＰ型半導体口に取付けた第一電極
、（至）はＰ型半導体■に取付けた第二電極、国は電源
、■は負荷抵抗１、田は負荷抵抗２である。（４０１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）、（４１１は入射光＋［の強度
分布である。

受光素子（８）の表面のＰ型半導体■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（４（１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（至）田に流れる電流
１１　ｊ　１２は近似的に（１）式及び（２）式のよう
に表わせる。

１＋−ｔ、＝に、ｆ−、Ｐ（ｘ）”　ｘｄｘ　＋＋＋（
１）ｉ、＋ｉ２＝に纒、　　Ｐ（ｘ）ｄｘ　　　　　　
　　　　　　　　　　（２１ここで、Ｋ、　、　Ｋ、　
；定数、ｊ；受光素子（８）の中心から端までの距離で
ある。

従って、（１＋１ｚ）と（ｘ＋＋ｔｔ）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形半導体口の抵抗値は大き
く、Ｎ形半導体口および抵抗啜［有］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、シかも
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（／−ｘ）　ｉ、　＝　Ｅ　　
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
３）ｒ（／−ｘ）ｉ、＝Ｅ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（４）（ｒは、Ｐ形半導体
の！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。

（ｘ、＋ｉ、）ｘ＝　／　（ｉｔ−ｔｔ）９）００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）０■の出力の差を計算する減算回路、
０２）はアンプ＋９１　（ＩＧの出力の和を計算する加
算回路、０３０→はそれぞれ減算回路α０及び加算回路
α乃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（１６１を基にサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路、（１９はサンプルホールド回路０急θ
→の出力の比を計算する除算器である。なお、（１）〜
（４）。

（７）〜ａ９で変位測定手段ｕＦＡを構成している。（
１７＋は一対の変位測定手段αｅ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
。

次普こ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）の面と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）からのセつの出
力型°流ｉ、、ｉ、は、受光両立の光点の位置に対応し
たものとなる。これを増幅器（９）　ＱＯ）で増幅した
後、減算器α０および加算器α乃によって、それぞれ（
１＋−１ｔ）、（１＋＋１１）　　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（１３Ｈに入
力する。サンプルホールド回路ｕ３（１→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α９によって、
（１ｍ−”ｔ　）／　（ｉ＋　＋１２）の計算が行われ
、受光素子（８）の受光面と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Ｑ６＋の出
力を第５図に示すようにそれぞれ／、　、　１２　　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ａηで行うことにより厚みＴを算出する
。

Ｋ−（／、＋／、）＝’ｌ’・・・・・・・・・・・・
・・・・・・＋６１なお、第２の発明においてはｌ、、
！、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。

（１１−７２）　−Ｔ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・＋７１〔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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

〔実施例〕

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）〜口ηは従来と同様である。０樽
は一対の駆動回路（２）及びサンプルホールド回路ｆｌ
ＨＪ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及び波形すをタイミング的に交
互（こ出力する。

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（１枠は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）は波形す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α３θ→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止のサンプルホ
ールド回路ｕ３（１→は時刻ｔ。

においてサンプルホールドを行い、他方の変位測定手段
Ｑ６）のサンプルホールド回路α３（１→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しか
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
の変位測定手段頭から光ビームが交互１こ照射され、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
定手段玉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印で変位を求めるので、他方の変位
測定手段（１６１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。

〔発明の効果〕

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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、
ａＳは変位測定手段、（１７］は信号処理手段及び０枠
はパルス発生回路である。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。