JPH0528913U - 光学式寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査型の光学式寸法測定装置において、スキ
ャン信号の立上りまたは立下り部分に重畳されるノイズ
の影響を除去し、細いワークの寸法でも高精度に測定可
能とする。 【構成】 所定の測定領域を平行ビームで繰り返し走査
すると共に、この測定領域を通過したビームを受光素子
で受光し、この受光素子で得られた走査方向の明暗パタ
ーンから前記測定領域に含まれるワークの寸法を測定す
る走査型の光学式寸法測定装置において、前記測定領域
端部のビーム径に相当する部分の前記明暗パターンを除
外する手段と、前記測定領域端部を除く部分の前記明暗
パターンから前記ワークの寸法を測定する手段とを備え
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、スキャン信号の立上りまたは立下り部分に重畳されるノイズの影響 を除去し、細いワークの寸法でも高精度に測定可能とする走査型の光学式寸法測 定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

レーザビームを平行に走査して測定対象物（ワーク）に照射し、このワークの 後側で検出した走査方向の明暗パターン（スキャン信号）からワークの寸法を測 定する走査型の光学式測定装置がある。この種の測定装置では、ワークをビーム 焦点にセットした場合に最も測定精度が高くなる。レーザ走査式の測定装置では 、例えば直径３ｍｍのレーザビームを焦点距離４５ｍｍのレンズで２５μｍに絞 って使用するため、ワークが少しでもビーム焦点からずれると、あたかも太い径 のビームで走査されたようなスキャン信号となる。さらにＦ−θレンズ付近では 、ビーム径が３ｍｍと焦点位置との比較では１２０倍（３０００／２５）も緩や かになり、ノイズの影響を受けやすくなる。（スキャン信号の立上り、立下りは ビーム径３ｍｍとなる。）

【０００３】 図５はこの種の光学式測定装置の一例を示す構成図である。図中、１０はレー ザ光源であり、このレーザ光源１０から出力されたレーザビーム１２はポリゴン ミラー１４で回転走査ビーム１６に変換され、更にｆ−θレンズ１８でビーム径 を絞った等速度の平行走査ビーム２０に変換される。この平行走査ビーム２０は ポリゴンミラー１４の回転に伴いワーク２２を含む測定領域を走査するように照 射され、集光レンズ２４を通して測定用受光素子２６に入射する。２８はレーザ ビーム１２を反射させてポリゴンミラー１４に入射するミラー、３０はポリゴン ミラー１４を回転させるモータ、３２は回転走査ビーム１６の有効走査範囲外に 配置され、１走査の開始又は終了を検出するリセット用受光素子である。

【０００４】 測定用受光素子２６の出力はアンプ４８で増幅された後、エッジ検出回路５０ に入力する。このエッジ検出回路５０は、アンプ４８の出力を波形成形してエッ ジ検出を行う。一方、リセット用受光素子３２の出力はリセット回路５２に入力 する。このリセット回路５２はリセット用受光素子３２の出力タイミングを基に リセット信号を発生する。

【０００５】 ゲート回路５６はエッジ検出回路５０から出力されるエッジ信号やリセット回 路５２から出力されるリセット信号のタイミングでオン、オフし、カウンタ５８ はゲート回路５６のオン期間に入力されるクロックを計数して信号間の時間を計 測する。このクロックはクロック発生器５４で発生され、モータ３０の回転同期 にも使用される。６０はこのための同期信号発生器であり、また６２はモータ駆 動回路である。レーザ出力調整回路６４はレーザ光源１０の出力を一定に保つ。 ４０は各種の処理及び制御を行うＣＰＵ、４２はキーボード表示回路、４４は入 出力装置、４６はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（Ｒ ＡＭ）を含む記憶装置である。

【０００６】 アンプ４８の出力（スキャン信号）をエッジ検出回路５０において適切なスレ ッショルドレベルで２値化すると、図８に示すように、走査範囲の全体がレベル の高い明部となり、その中のワーク部分がレベルの低い暗部となった明暗パター ンが得られる。この暗部の幅ＴＡはワーク２２の寸法に対応する。

【０００７】 ところで、図６に示すようにビーム径を極端に絞った場合、ワークが焦点位置 にあって最もビーム径が細いＡと、ワークが焦点位置から離れて径が太くなった Ｂでスキャン信号波形に違いが生ずる。即ち、図７はワーク位置が図６のＡとＢ の場合のスキャン信号に対比して示している。これに対してスキャン信号の開始 Ｃ，終了Ｄの立上り，立下り時間は元のビーム径相当の緩やかな変化となり、Ａ ，Ｂに比較して非常にノイズの影響を受け易く、この部分に乗ったノイズの影響 を除去すれば安定した測定となる事がわかる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、図５の測定領域には１つのワーク２２だけがセットされる。従って、 スキャン信号に現れる暗部はワークに対応した唯一のものになるはずである。し かしながら、このスキャン信号にノイズが乗ると、複数の暗部があるかのような 波形になる。このノイズがスキャン信号の中央部に乗っても波形成形する際のス レッショルドレベルにより除去されるためさほど問題にならないが、図８に示す ようにスキャン信号の立上り又は立下り部分に乗ると２値化されてしまうことが ある。仮に図８のような波形成形出力になると、ノイズに起因した最初のノイズ をワーク部分とみなす誤動作が生ずる。

【０００９】 従来はこの点を改善するために、各エッジにおいて所定時間幅ＴＥのエッジ検 出信号を発生し、この時間幅内のエッジは無視するようにしている。この様にす れば、図８のようにスキャン信号の立上り部分に乗ったノイズの影響を除去して 中央部のワーク相当部分だけを測定することはできる。 しかしながら、エッジ検出信号の時間幅ＴＥがワーク径に相当する時間幅ＴＡ を越えると、ワーク部分もノイズとして除去してしまう欠点がある。この様な問 題は、ワークが直径１０μｍ程度の細線であるような場合に発生する。 本考案は、このような点を改善し、スキャン信号の立上りまたは立下り部分に 重畳されるノイズの影響を除去し、ワークの寸法を高精度に測定可能とすること を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本考案では、所定の測定領域を平行ビームで繰り返し 走査すると共に、この測定領域を通過したビームを受光素子で受光し、この受光 素子で得られた走査方向の明暗パターンから前記測定領域に含まれるワークの寸 法を測定する走査型の光学式寸法測定装置において、前記測定領域端部のビーム 径に相当する部分の前記明暗パターンを除外する手段と、前記測定領域端部を除 く部分の前記明暗パターンから前記ワークの寸法を測定する手段とを備えてなる ことを特徴としている。

【００１１】

【作用】

１回の走査で得られるスキャン信号の中で、最もノイズの影響を受け易い、ビ ーム径に相当する立上り部分と立下り部分は、走査領域の機械的寸法及びＦ−θ レンズの入力のビーム径から予め判明している。例えば、図１のようにスキャン 信号を図５のエッジ検出回路５０のスレッショルドレベルで２値化する場合を例 にすると、基準位置（例えば、図５の受光素子３２の位置）からａ〜ｂの範囲が 立上りであり、また基準位置からｃ〜ｄの範囲が立下りである。従って、基本的 にはこの部分のスキャン信号を除外する信号処理を行えば、基準位置からｂ〜ｃ の範囲に含まれる暗部だけを計測することができる。この信号処理法は従来のよ うなマスクを使用しないため、細径のワークでも高精度に寸法測定することがで きる。

【００１２】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案の実施例を説明する。 図３は本考案の一実施例を示すフローチャートである。このフローで示す本考 案の信号処理では図２のようなＲＡＭ領域を使用する。即ち、１スキャン内のエ ッジ数をカウントするエッジ数カウンタと、１スキャン内の各エッジから基準位 置までの時間を計数する第１〜第ｎカウンタとである。この他に、エッジ数カウ ンタの内容をコピーし、カウンタＥＣＮＴも使用する。以下、図３のフローに従 い本考案の信号処理を説明する。

【００１３】 図３のフローはノイズにより形成されたエッジを排除するためのもので、スタ ート時にエッジ数カウンタの内容をＥＣＮＴにコピーしたら、最初のステップＳ １でＥＣＮＴ＝０か否かを判定する。ここでＮ（ノー）と判定されたら、次のス テップＳ２でＥＣＮＴ＝２か否かを判定する。このステップＳ２でもＮと判定さ れたら、ステップＳ３に移り、またＹ（イエス）と判定されたら終了する。 以上のステップＳ１，Ｓ２では次のような振るい分けをしている。即ち、エッ ジ数カウンタの内容は０を含む偶数が正常である。しかし、ＥＣＮＴ＝０はビー ムが出ていないに等しいので、これを除外する（ステップＳ１０のセグメントエ ラー処理を行い、終了する）。またＥＣＮＴ＝２は正常ではあるがワークを走査 していない（暗部がない）ので、この場合は直ちに終了する。 これに対し、ステップＳ２でＮと判定されたときは、エッジ数が４以上の偶数 であるため（奇数は異常）、ステップＳ３以下の処理に移行する。

【００１４】 ステップＳ３では第２カウンタに第２エッジから基準位置までの時間をロード する。次に、ステップＳ４で第２カウンタの値が図１のｂ以上であるか否かを判 定する。ここでＹと判定されたらステップＳ９へ進み、またＮと判定されたらス テップＳ５へ進む。ステップＳ５では第２カウンタの値が図１のｃ以下であるか 否かを判定する。ここでＹと判定されたらステップＳ９へ進むが、Ｎと判定され たらステップＳ６へ進む。このようにしてステップＳ６へ進める場合は、スキャ ン信号の立上り部分にノイズがないときである。これに対し、この部分にノイズ が乗ると第２カウンタの値はｂ以上となるため、ステップＳ９へ分岐する。 ステップＳ９では今のカウンタを除去し、またエッジ数カウンタをデクリメン トする。更に（除去されたカウンタ＋１）以降を除去されたカウンタ以降に移動 する処理を行ってからステップＳ６へ進む。 ステップＳ６では次のカウンタをロードすると共に、ＥＣＮＴをデクリメント する。次のステップＳ７ではＥＣＮＴ＝１か否かを判定する。ここでＮと判定さ れたらステップＳ４へ戻るが、Ｙと判定されたらステップＳ８へ進む。ステップ Ｓ８ではエッジ数カウンタの値を調べ、これが偶数の時は正常に終了するが、奇 数の時は異常なのでステップＳ１０へ進み、セグメントエラー処理を行ってから 終了する。

【００１５】 図４は本発明の動作説明図である。同図（ａ）は正常時つまりスキャン信号に ノイズがなく、しかもワークに相当する暗部のみが現れている。この場合はエッ ジ数は４であるので、各エッジから始動するカウンタ数は第１から第４までの４ 個に限られる。これに対し、同図（ｂ）のようにスキャン信号にノイズが乗ると 、エッジ数は偶数個ずつ増加する。図示の例では、１つのノイズが乗っているた めエッジ数は６になり、カウンタは全部で第１から第６まで６個が各エッジで始 動する。 エッジ数はエッジ数カウンタによってカウントされているので、エッジ数が６ の時は第２及び第３カウンタを除去し、その代わりに第４カウンタから第６カウ ンタまでを繰り上げて使用する。図３のステップＳ９はこの処理を順に行うもの である。このようにすればノイズを除去しながら、ワーク部分の幅を正確に測定 することができる。この方法はワーク部分の幅が狭い場合にも有効であるため、 微小径の細線寸法測定等に効果的である。

【００１６】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば、走査型の光学式寸法測定装置において、ス キャン信号の立上りまたは立下り部分に重畳されるノイズの影響を除去し、細い ワークの寸法でも高精度に測定可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の原理説明図である。

【図２】 図３のＲＡＭ構成を示す説明図である。

【図３】 本考案の一実施例を示すフローチャートであ
る。

【図４】 図３の動作説明図である。

【図５】 走査型光学式寸法測定装置の構成図である。

【図６】 走査ビームの説明図である。

【図７】 スキャン信号の説明図である。

【図８】 従来のノイズ除去法の説明図である。

【符号の説明】

１０…レーザ光源、１４…ポリゴンミラー、１８…ｆ−
θミラー、２２…ワーク、２４…集光レンズ、２６…受
光素子、４０…ＣＰＵ、４６…記憶装置、５０…エッジ
検出回路、５８…カウンタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の測定領域を平行ビームで繰り返し
   走査すると共に、この測定領域を通過したビームを受光
   素子で受光し、この受光素子で得られた走査方向の明暗
   パターンから前記測定領域に含まれるワークの寸法を測
   定する走査型の光学式寸法測定装置において、 前記測定領域端部のビーム径に相当する部分の前記明暗
   パターンを除外する手段と、 前記測定領域端部を除く部分の前記明暗パターンから前
   記ワークの寸法を測定する手段とを備えてなることを特
   徴とする走査型の光学式寸法測定装置。