JPH0716963Y2 - 光学式走査型測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、光学式走査型測定装置に係り、特に、透明体
を測定する際に用いるのに好適な、レーザビームを利用
して測定対象物の寸法等を測定する光学式走査型測定装
置の改良に関するものである。

【従来の技術】

従来、回転又は振動走査ビーム（レーザビーム）をコリ
メータレンズにより、このコリメータレンズと集光レン
ズ間を通る平行走査ビームに変換し、該コリメータレン
ズと集光レンズの間に配置した測定対象物によって前記
平行走査部分の一部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走査方向寸法を測定する光学
式走査型測定装置があった。 このような光学式走査型測定装置を用いて透明体を測定
する際には、第４図に示す如く、透明体22を通過した平
行走査ビーム20の強度が不定となり、第５図に示す如
く、透明体22の内部でもエッジが発生するため、単に各
エッジと、例えば基準信号であるリセット信号の時間を
計数したのでは、透明体22の外径を求めることができな
い。 そこで、第６図に示す如く、立上がりエッジと立下がり
エッジの合成エッジ信号が入力される毎に出力がシフト
されるシフトレジスタ56Aと、該シフトレジスタ56Aの最
初の出力Ａ、即ち走査信号の最初の立上がりエッジの立
上がりによってクロックの計数を開始し、リセット信号
の立上がりによって計数を停止することにより、最初の
立上がりエッジからリセット信号までの時間CNT1（第５
図参照）を計数する第１のカウンタ58Aと、シフトレジ
スタ56Aの２番目の出力Ｂ、即ち、走査信号の最初の立
下がりエッジの立上がりによってクロックの計数を開始
し、前記リセット信号の立上がりによって計数を停止す
ることにより、最初の立下がりエッジからリセット信号
までの時間CNT2（第５図参照）を計数する第２のカウン
タ58Bと、前記シフトレジスタ56Aの次の出力Ｃの立上が
りによってクロックの計数を開始し、走査信号の立上が
りエッジが検出される毎に０クリアされることによっ
て、最後の立上がりエッジからリセット信号までの時間
CNT3（第５図参照）を計数する第３のカウンタ58Cとを
備えていた。 即ち、この第６図の回路によれば、第７図に示す如く、
第３のカウンタ58Cによって、最後の立上がりエッジの
時刻CNT3を計数できるので、透明体22の外径を、第５図
に示した如く、例えば第２のカウンタ58Bの計数値CNT2
と第３のカウンタ58Cの計数値CNT3の差（CNT2-CNT3）か
ら求めることができる。

【考案が達成しようとする課題】

しかしながら、従来は、第１及び第２のカウンタ58A、5
8Bが、立上がりエッジ又は立下がりエッジの立上がりと
共に計数が開始されるのに対して、第３のカウンタ58C
は、第７図に示す如く、まず走査信号の立上がりエッジ
により得られるクリアパルスで計数値を０にクリアし、
このクリアパルスが消滅してから始めて計数を開始す
る。従って、このクリアパルスの幅の時間だけ、第３の
カウンタ58Cの作動が停止して、その計数開始が遅れ、
最後の立上がりエッジの立上がりの時刻を正確に測定す
ることができないという問題点を有していた。 特に、分解能を上げるため、又は測定時間を短縮するた
め、カウンタのクロックを使用素子の上限まで高めた場
合には、クリアパルスの幅もクロックパルスの幅に近く
なる。又、ゲート回路等の遅延のため、総合で１走査当
り１から２クロック分、計数値が低くなり、その分、透
明体22の寸法が大きくでるという問題点を有していた。
例えば、基本分解能が0.8μｍ、表示単位が0.1μｍの測
定部を有する光学式走査型測定装置の場合、例えば計数
値を平均化することによって精度を高めて、物理的に定
まる分解能0.1μｍ単位で得られたデータに、0.8〜1.6
μｍの測定誤差が含まれてしまう。 本考案は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、透明体測定時の誤差を排除でき、しかも、透明体
と不透明体で測定方法や校正方法を変える必要がない光
学式走査型測定装置を提供することを課題とする。

【課題を達成するための手段】

本考案は、回転又は振動走査ビームを平行走査ビームと
するコリメータレンズと、測定対象を通過した前記平行
走査ビームの明暗を検出する計測用の受光素子と、該受
光素子出力を波形整形してエッジを検出するエッジ検出
回路とを有し、測定対象によって前記平行走査ビームの
一部が遮られて生じる暗部又は明部への切替りを検出し
て、測定対象の走査方向寸法を求めるようにした光学式
走査型測定装置において、受光信号の立上がりエッジを
検出する毎、又は立上がりエッジを検出する毎に出力が
反転するフリップフロップと、該フリップフロップの出
力が一方のレベルにある時に計数を行い、他方のレベル
になった時に計数値がクリアされる一方のカウンタ、及
び、前記フリップフロップの反転出力が一方のレベルに
ある時に計数を行い、他方のレベルになった時に計数値
がクリアされる他方のカウンタからなり、一方のカウン
タが計数中である時は、他方のカウンタの計数値がクリ
アされているようにされた１対のカウンタとを備え、該
１対のカウンタの計数値により、受光信号の最後の立上
がりエッジ又は最後の立下がりエツジの時刻を求めるこ
とにより、前記課題を達成したものである。 又、前記最後の立上がりエッジ又は最後の立下がりエッ
ジの時刻を、前記１対のカウンタの計数値の和から求め
るようにしたものである。

【作用及び効果】

本考案においては、走査信号の最後の立上がり時刻を計
数するためのカウンタを、従来のようにクリアパルスに
よって立上がりエッジ毎に０クリアするのではなく、受
光信号の立上がりエッジを検出する毎、又は立下がりエ
ッジを検出する毎に出力が反転するフリップフロップを
設け、該フリップフロップの出力が一方のレベルにある
時に計数を行い、他方のレベルになった時に計数値がク
リアされる一方のカウンタ、及び、前記フリップフロッ
プの反転出力が一方のレベルにある時に計数を行い、他
方のレベルになった時に計数値がクリアされる他方のカ
ウンタからなり、一方のカウンタが計数中である時は、
他方のカウンタの計数値がクリアされているようにされ
た１対のカウンタによって、計数するようにしている。
従って、該１対のカウンタは、共に他のカウンタと同様
に受光信号の立上がりエッジ又は立下がりエッジの立上
がりで計数を開始するので、透明体測定時であっても、
カウンタが計数を開始するタイミングが全カウンタ共、
走査信号の立上がりに統一される。従って、従来の透明
体測定時に存在した、クリアパルスによる物理的に定ま
る分解能以上の測定誤差が排除され、透明体であっても
不透明体と同様の高精度の測定を行うことができる。
又、透明体と不透明体で測定方法や校正方法を分ける必
要がなく、従来は透明体用と不透明体用でそれぞれ設け
ていた校正用の基準体も共用できるため、コストダウン
を図ることができる。 なお、前記１対のカウンタの計数値は、常にいずれか一
方が０クリアされているので、最後の立上がりエッジ又
は最後の立下がりエッジの時刻を、前記１対のカウンタ
の計数値の和から求めるようにした場合には、特に構成
が簡略である。

【実施例】

以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例の測定部は、第２図に示す如く、レーザ光源10
と、該レーザ光源10で発生されたレーザビーム12を回転
走査ビーム16に変換するポリゴンミラー14と、該回転走
査ビーム16を平行走査ビーム20に変換するためのコリメ
ータレンズ（ｆθレンズ）18と、測定対象物22を通過し
た平行走査ビーム20を集光するための集光レンズ24と、
該集光レンズ24によって集光された光の明暗を検出する
計測用の受光素子26と、該受光素子26の出力を増幅する
アンプ48と、から主に構成されている。 図において、28は、レーザ光源10から照射されたレーザ
ビーム12をポリゴンミラー14の反射面に当てるため、必
要に応じて配置されるミラー、30は、前記ポリゴンミラ
ー14を回転するためのモータ、32は、前記回転走査ビー
ム16又は平行走査ビーム20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ためのリセット用
受光素子である。 又、本実施例の表示部は、同じく第２図に詳細に示した
如く、各種演算処理を行う中央処理ユニット（CPU）40
と、該CPU40に必要な指令を与え、又は該CPU40による演
算結果等を表示するためのキーボード及び表示回路42
と、入出力装置44と、リードオンリーメモリ（ROM）、
ランダムアクセスメモリ（RAM）等の記憶装置46と、ア
ンプ48の出力を波形整形してエッジ検出を行うためエッ
ジ検出回路50と、前記リセット用受光素子32の出力のエ
ッジを検出してリセット信号とするリセット回路52と、
クロック信号を発生するクロック54と、前記エッジ検出
回路50で検出された所定エッジとリセット信号問のクロ
ック信号を通過させるための、本考案に係るゲート回路
56と、該ゲート回路56を通過したクロック信号を計数し
て、所定エッジ間とリセット信号間の時間の長さを検出
するための、本考案に係るカウンタ58と、前記クロック
54出力のクロック信号と同期してモータ30を駆動するた
めの同期信号を発生するモータ同期信号発生器60とから
主に構成されている。 図において、62は、該モータ同期信号発生器60の出力に
応じて前記モータ30を駆動するためのモータ駆動回路、
64は、前記リセット回路52から入力される波形整形後の
リセット用受光素子32の出力に応じて前記レーザ光源10
から発生されるレーザビーム12の出力が一定となるよう
に、これを自動調整するレーザ出力調整回路である。 前記ゲート回路56及びカウンタ58には、第１図に詳細に
示す如く、前記エッジ検出回路50から合成エッジ信号が
入力される毎に出力をシフトし、前記リセット回路52か
ら入力されるリセット信号によってリセットされるシフ
トレジスタ56Aと、受光信号の例えば立上がりエッジを
検出する毎に出力が反転するフリップフロップ56Bと、
前記シフトレジスタ56Aの第１出力Ａに応じて、走査信
号の最初の立上がりエッジの立上がりからリセット信号
の立上がりまでの時間CNT1を計数する第１のカウンタ58
Aと、前記シフトレジスタ56Aの第２出力Ｂに応じて、走
査信号の最初の立下がりエッジの立下がりからリセット
信号の立上がりまでの時間CNT2を計数する第２のカウン
タ58Bと、前記フリップフロップ56Bの出力ＱがＨレベル
にある時に計数を行い、Ｌレベルになった時に計数値が
クリアされる一方のカウンタ58P、及び、前記フリップ
フロップの反転出力がＨレベルにある時に計数を行
い、Ｌレベルになった時に計数値がクリアされる他方の
カウンタ58Qからなり、一方のカウンタが計数中である
時は、他方のカウンタの計数値がクリアされているよう
にされた１対のカウンタ58P、58Qとが備えられている。 以下、第３図を参照して、実施例の作用を説明する。 前記第１カウンタ58A及び第２カウンタ58Bは、従来と同
様にそれぞれ走査信号の最初の立上がりからリセット信
号までの時間CNT1と、走査信号の最初の立下がりからリ
セット信号までの時間CNT2を計数している。一方、前記
カウンタ58P及び58Qは、前記フリップフロップ56Bの
Ｑ、の状態に応じて、交互に計数を行っている。即
ち、カウンタ58Pは、フリップフロップ56Bの出力ＱがＨ
レベルのとき計数し、Ｌレベルのときは計数値が０クリ
アされる。又、カウンタ58Qは、フリップフロップ56Bの
反転出力がＨレベルのとき計数し、Ｌレベルのときは
計数値が０クリアされる。従って、カウンタ58P、58Qが
同時に計数することはない。これらのカウンタ58P、58Q
には、フリップフロップ56Bの出力Ｑ、の他に、シフ
トレジスタ56Aの出力Ｂも入力されており、そのアンド
処理によって、第１カウンタ58A、第２カウンタ58Bと同
様に、走査信号のエッジの立上がりから計数する正しい
データが得られる。 なお、カウンタ58P、又は58Qで計数された値CNT3を読出
すときには、測定対象物の状態によって、カウンタ58
P、58Qのいずれにデータが存在するかは不定である。従
って、フリップフロップ56Bの出力Ｑ又はの状態で判
断し、対応する一方のカウンタの計数値を読出すか、あ
るいは、他方のカウンタの計数値は常に０であるため、
カウンタ58Pと58Qの計数値を加算してもよい。この場合
には、構成が簡略である。 一般に、光学式走査型測定装置は、複数の測定対象物を
同時に測定する機能を有しており、カウンタの数も（測
定対象数×２＋１）だけ備えている。従って、このよう
な光学式走査型測定装置の場合には、カウンタの使い方
を変えるだけでよく、フリップフロップを１個追加する
だけで、測定誤差を排除できる。 また、本実施例においては、シフトレジスタ56Aの出力
Ｂを１対のカウンタ58P、58Qに入力して、第２のカウン
タ58Bが動き出すまでは、カウンタ58P、58Qの計数が開
始されないようにしているので、消費電力が節減され
る。 なお、前記実施例においては、本考案が、ポリゴンミラ
ー14を用いて回転走査ビーム16を発生するものに適用さ
れていたが、本考案の適用対象はこれに限定されず、例
えば音叉を用いて振動走査ビームを発生するものにも同
様に適用できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る光学式走査型測定装置の実施例
で用いられているゲート回路及びカウンタの要部を示す
ブロック線図、 第２図は、実施例の全体構成を示す、一部ブロック線図
を含む光路図、 第３図は、前記実施例の各部信号波形を示す線図、 第４図は、光学式走査型測定装置において透明体を測定
している状況及びそのときの走査波形の例を示す線図、 第５図は、光学式走査型測定装置における透明体の測定
原理を説明するための線図、第６図は、透明体測定に用
いられている従来のゲート回路及びカウンタの構成の例
を示すブロック線図、 第７図は、第６図に示した従来例の各部信号波形の例を
示す線図である。 10……レーザ光源、12……レーザビーム、14……ポリゴ
ンミラー、16……回転走査ビーム、18……コリメータレ
ンズ、20……平行走査ビーム、22……透明体（測定対象
物）、26、32……受光素子、50……エッジ検出回路、52
……リセット回路、56……ゲート回路、56A……シフト
レジスタ、56B……フリップフロップ（FF）、58、58A、
58B、58P、58Q……カウンタ。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】回転又は振動走査ビームを平行走査ビーム
   とするコリメータレンズと、測定対象を通過した前記平
   行走査ビームの明暗を検出する計測用の受光素子と、該
   受光素子出力を波形整形してエッジを検出するエッジ検
   出回路とを有し、測定対象によって前記平行走査ビーム
   の一部が遮られて生じる暗部又は明部への切替りを検出
   して、測定対象の走査方向寸法を求めるようにした光学
   式走査型測定装置において、 受光信号の立上がりエッジを検出する毎、又は立下がり
   エッジを検出する毎に出力が反転するフリップフロップ
   と、 該フリップフロップの出力が一方のレベルにある時に計
   数を行い、他方のレベルになった時に計数値がクリアさ
   れる一方のカウンタ、及び、前記フリップフロップの反
   転出力が一方のレベルにある時に計数を行い、他方のレ
   ベルになった時に計数値がクリアされる他方のカウンタ
   からなり、一方のカウンタが計数中である時は、他方の
   カウンタの計数値がクリアされているようにされた１対
   のカウンタとを備え、 該１対のカウンタの計数値により、受光信号の最後の立
   上がりエッジ又は最後の立下がりエツジの時刻を求める
   ことを特徴とする光学式走査型測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記最後の立上がりエ
   ッジ又は最後の立下がりエッジの時刻を、前記１対のカ
   ウンタの計数値の和から求めることを特徴とする光学式
   走査型測定装置。