JPH0290010A - 高さ計測装置 - 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】 〔概要〕 ポリゴンミラーでレーザビームを走査し、被計測物の高
さを計測する高さ計ｖＡ装置に関し、面倒れ角の誤差を
持つポリゴンミラーを使用したときの高さの計測誤差を
除去することを目的とし、 ポリゴンミラーでレーザビームを走査して被計測物に照
射し、該被計測物の高さに応じた検出信号を光検出器よ
り出力する計測光学系と、眼光検出器の検出信号を演算
して該被計測物の高さデータを求める高さ演算回路と、
該ポリゴンミラーの回転同期及び該ポリゴンミラーの複
数の反射面の走査同期を検出する同期検出回路と、該ポ
リゴンミラーの複数の反射画人々の面倒れ角の誤差に応
じた各反射面の高さの計測誤差を補正する複数の補正デ
ータを予め記憶した補正メモリと、該回転同期及び走査
同期の検出信号を用いて該複数の補正データから現在走
査を行なっているポリゴンミラーの反射面に対応する補
正データを選択し、該高さ演算回路よりの高さデータを
選択した補正データで補正して出力する高さ誤差補正回
路とを有し構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は＾さ計測装置に関し、ポリゴンミラーでレーザ
ビームを走査し、被計測物の高さを計測する高さ計測装
置に関する。

〔従来の技術〕

本出願人は先に特願昭６３−１４４８４６号（昭和６３
年６月１４日出願）によりポリゴンミラーでレーザビー
ムを走査し、被計測物の高さを計測する第５図に示す如
き装置を提案した。

第５図において、半導体レーデからのレーザビームをコ
リメートレンズにより平行光Ｌ３に変換してポリゴンミ
ラー（回転多面鏡）１０に入射する。ポリゴンミラー１
０による反射光Ｌ４は放物面鏡１１により所定方向に反
射される。放物面鏡１１は周知の如くその焦点距離に像
を結像する機能も有し被計測物１２は放物面鏡１１の焦
点距離に置かれる。被ｉ１！１１物１２は水平平面内に
置かれているために、これに上方から垂直に走査ビーム
Ｌ　ｓを入射し得るように放物面鏡１１と被計測物１２
との間に第１のミラーＭ１が設けられている。

被計測物１２の近傍に配置されるミラー１３は被計測物
に対して略垂直に近い＃ｌＪ斜角度βを形成する。また
ミラー１３は被計測物への照射ビームＬ５の近傍（間隔
ｄ）に配置される。これにより、ミラー１３により往路
（照射ビームＬｓ）と略平行でかつ往路に近接した一種
の再帰反射系が形成される。被計測物１２により反射さ
れた光はこのミラー１３により反射され、往路に近接し
てそれと略平行な複路、即ち、第１ミラーＭ＋＋放物面
１１１、及びポリゴンミラー１０を経て収束レンズ１４
により光検出器１５に収束せしめられる。

光検出器１５は収束レンズ１４の焦点距離に置かれる。

その結果、被計測物１２からの反射光（信号光）は光検
出器１５にビームスポットとして再結像される。

ここで、被計測物１２の低い部分をＡ、ａい部分を８で
示す。ミラー１３は被計測物１２に対して所定の傾斜角
βをなすから被計測物１２の高さに応じて光検出器１５
上での結像ビームスポットの位置が変化する。即ち、点
Ａからの結像ビームスポットはＡ′に、また点Ｂからの
結像ビームスポットはＢ′に夫々結像する。従って、光
検出器１５のビームスポットの位置を計測することによ
り被計測物１２の高さ分布を検出することが出来る。

光検出器１５としては例えば、それ自体公知の光点位置
検出素子Ｐ　Ｓ　Ｄ　（Ｐ　ｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓ
ｉｔｔｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ　）を用い、その出力信号
から光点の位置と強度が検出される。

光検出Ｂ１５の２つの端子の出力電流を夫々Ｉａ、Ｉｂ
とすると、光の位！（被計測物１２の高さ情報に対応す
る）と強度（補訂１１！ＩＩ物の＃！淡情報に対応する
）は次式によって表わされる。

高さ−Ｉａ−Ｉｂ／ｌａ＋Ｉｂ　　　　　　”−（１）
光強度−１８＋ｌｂ　　　　　　　　　　　・・・■な
お、放物面鏡１１の代わりにｆ・θレンズを用いても良
い。

（発明が解決しようとする課題〕 第６図に示す如くポリゴンミラー１０に面倒れ角の誤差
Δθがあると被計測物１２上のビームの照射位置のずれ
Δｄが生じる。なお、この図では放物面鏡１１の代わり
にｆ・θレンズ１６を用いており、照射位置のずれΔｄ
はｆ・θレンズの焦点距離をｆとするとΔｄ−２Δθｆ
と表わされる。

更に第７図に示す如く、照射位置のずれΔｄにより被計
測物１２の高さの計測誤差Δｈを生じる。

計測誤差Δｈは検知角をψとすると、Δｈ−Δｄ／ｌａ
ｎψと表わされる。ここで−膜内な値としてへ〇−±１
０秒、ｆ＝３００履、ψ−２０°とするとΔｈ−±８０
μ讃となる。

上記の計測誤差Δｈをなくすにはポリゴンミラー１０の
各面の面倒れ角の誤差へ〇をなくせば良いのであるが、
ポリゴンミラーの全ての面の而倒れ角の誤差をなくすこ
とは実際上非常に困難であり、かつポリゴンミラー１０
が非常に高価になるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、而倒れ角の誤
差を持つポリゴンミラーを使用したときの高さの計測誤
差を除去する高さ、￥′ｌ測装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明Ｉｆｆの原理ブロック図を示す。

同図中、計測光学系１は、内蔵するポリゴンミラーでレ
ーザビームを走査して被計測物に照射し、被計測物の高
さに応じた検出信号を光検出器より出力する。

高さ演算回路２は、計測光学系１内の光検出器の出力す
る検出信号を演算して被計測物の高さデータを求める。

同期検出回路３は、計測光学系１内のポリゴンミラーの
回転同期及びポリゴンミラーの複数の反射面の走査同期
を検出する。

補正メモリ４はポリゴンミラーの複数の反射画人々の面
倒れ角の誤差に応じた各反射面の高さの計測誤差を補正
する複数の補正データを予め記憶している。

高さ誤差補正回路５は、回転同期及び走査同期の検出信
号を用いて複数の補正データから現在走査を行なってい
るポリゴンミラーの反射面に対応する補正データを選択
し、高さ演算回路２よりの＾さデータを選択した補正デ
ータで補正して出力する。

高さ誤差補正回路５の出力する補正済高さデータは画像
メモリ６に記憶され、この画像メモリ６とシステムバス
７で接続されたｃｐｕｓによって画像処理される。

〔作用〕

本発明装置においては計測光学系１のポリゴンミラーの
各反射面の面倒れ角の誤差はそのままにしておき、この
而倒れ角の誤差により生ずる各反射面毎の高さの計測誤
差の補正データを用意しておき、演算演算回路２の出力
する＾さデータをそのときの反射面に対応する補正デー
タにより補正する。

このため補正演＾さデータには高さの計測誤差が含まれ
ず、正確なものとなり、ポリゴンミラーは従来通りのも
のを使用でき、そのコスト上界を防止できる。

（実施例〕 本発明装置では計測光学系１として第５図（示す従来と
同一の光学系が使用される。この計測光学系１にはｍ２
図に示す如き同期検出ｎ路３が設けられている。

第２図において、副側光学系１のポリゴンミラー１０は
Ｎ角柱状（図ではＮ−６）で、回転軸２０を軸として等
速回転する。ポリゴンミラー１０の上面には光反射マー
ク２１が１箇所設けられており、この光反射マーク２１
に対応する位置に反射型ホトインタラプタ２２が固定さ
れている。

反射型ホトインタラプタ２２はポリゴンミラー１０が回
転すると光反射マーク２１を検出して第３図（Ａ）に示
す回転同期信号を生成し端子２３より出力する。

回転するポリゴンミラー１０の反射面１０＋〜１ＯＮに
は平行光し３が照射され、反射光し−４は角度θ１から
θ２までの範囲で走査される。上記の角度θ１方向には
ホトセンサ２４が固定されており、ホトセンサ２４は反
射面１０１〜１ＯＮ夫々による走査開始時の角度θ１方
向の反射光を検出して第３図（［３）に示す走査同期信
号を生成し端子２５より出力する。

高さ演算回″ｓ２は従来と同一の回路であり、Ｊ１測光
学系１の光検出器１５が出力する２つの出力′Ｉ／１流
１ａ、Ｉｂから前述の（１）、０式の演口を行ない、演
ｑ結果のディジタル化された高さデータを高さ誤差補正
回路５に供給し、光強度データを画像メモリ６に供給す
る。

第４図は補正メモリ４及び高さ誤差補正回路５のブロッ
ク図を示す。同図中、補正メモリ４にはポリゴンミラー
１０の各反射面１０１〜１ＯＮ夫々を使用したときの＾
さの計測誤差の補正データがＮ個の反射画人々について
予め記憶されている。

上記の補正データは例えば高さ零の平面を被計測物１２
として計測を行ない、各反射面の走査による高さデータ
の符号を反転させて得る。

＾さ誤差補正回路５の端子３０．３１夫々には同期検出
回路３で得られた回転同期信号、走査同期信号夫々が入
来し、カウンタ３２に供給される。

カウンタ３２は回転同期信号のパルスによりクリアされ
た後、走査同期信号のパルスをカウントして、ポリゴン
ミラー１０のどの反射面による走査であるかを示すカウ
ント値（１〜Ｎ）をデータセレクタ３３に供給する。

データセレクタ３３は補正メモリ４より反射面１０＋〜
１ＯＮ夫々に対応したＭ正データ１〜Ｎを供給されてお
り、上記カウンタ３２のカウント１ａ（１〜Ｎ）に指示
される単一の補正データを選択し、取り出した補正デー
タを加算回路３４に供給する。加算回路３４には端子３
５より高さデータが供給されており、加算回路３４はこ
の高さデータに補正データを加算して補正流高さデータ
を得、この補正流高さデータを端子３６よりＩｉｉ像メ
モリ６に供給する。

画像メモリ６は補正流＾さデータ、光強度データを別々
に順次記憶する。また、被計測物１２をレーザビームの
走査方向と直交する方向に移動させることにより被計測
物１２の面の補正流高さデータ及び光強度データが画像
メモリ６に記憶される。

画像メモリ６に記憶されたデータはＣＰ　ｔＪ　８で処
理され、そのｙ８理結果はデイスプレィ（図示せず）に
表示され、又はプリンタ（図示せず）によりプリントア
ウトされる。

このように、ポリゴンミラー１０の各反射面１０＋〜Ｉ
ＯＮの面倒れ角の誤差はそのままにしておき、この而倒
れ角の誤差により生ずる各反射面毎のａさの計測誤差の
補正データを補止メモリ４に用意しておき、ＰＩ４Ｉ！
演算回路２の出力する高さデータをそのときの反射面に
対応する補正データにより補正する。

このため補正流ｎさデータには高さの計測誤差が含まれ
ず、正確なものとなり、ポリゴンミラーは従来通りのも
のを使用でき、コスト上界がない。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の高さ計Ｒ装置によれば、面倒れ角
の誤差を持つポリゴンミラーを使用したときの＾さの計
測Ｗ４差を除去して面積度の計測を行なうことができ、
コストアップのおそれがなく、実用上きわめて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明Ｖｔ置の原理ブロック図、第２図は同期
検出回路の一実施例の構成図、第３図は回転同期信号と
走査同期信号との波形図、 第４図は補正メモリと高さ誤差補正回路のブロック図、 第５図は計測光学系の構成図、 第６図及び第７図１．！高さの計測誤差を説明するため
の図である。 図において、 １はｇｌｖ４光学系、 ２は高さ演搾回路、 ４は補正メモリ、 ５は高さ誤差補正回路、 ６は画像メモリ、 ８１よ　ＣＰ　Ｕ　、 １０はポリゴンミラー １２は被計測物、 ５は光検出器 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ポリゴンミラー（１０）でレーザビームを走査して被計
   測物に照射し、該被計測物の高さに応じた検出信号を光
   検出器（１５）より出力する計測光学系（１）と、 該光検出器（１５）の検出信号を演算して該被計測物の
   高さデータを求める高さ演算回路（２）と、 該ポリゴンミラー（１０）の回転同期及び該ポリゴンミ
   ラー（１０）の複数の反射面の走査同期を検出する同期
   検出回路（３）と、 該ポリゴンミラー（１０）の複数の反射面夫々の面倒れ
   角の誤差に応じた各反射面の高さの計測誤差を補正する
   複数の補正データを予め記憶した補正メモリ（４）と、 該回転同期及び走査同期の検出信号を用いて該複数の補
   正データから現在走査を行なつているポリゴンミラー（
   １０）の反射面に対応する補正データを選択し、該高さ
   演算回路（２）よりの高さデータを選択した補正データ
   で補正して出力する高さ誤差補正回路（５）とを有する
   ことを特徴とする高さ計測装置。