特許 7271066 光学式測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-28

(45)【発行日】2023-05-11

(54)【発明の名称】光学式測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/08 20060101AFI20230501BHJP

【ＦＩ】

G01B11/08 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019131654

(22)【出願日】2019-07-17

(65)【公開番号】P2021018061

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-06-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金原 圭吾

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２１０６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２９４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９０８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｍ（ｍは３以上の整数）個の反射面を備え、回転可能なポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーに光ビームを照射する発光装置と、
前記ポリゴンミラーによって反射された前記光ビームを測定領域に導く照射光学系と、
前記測定領域に照射された前記光ビームを受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、
前記測定領域とは異なる領域に照射された前記光ビームを受光して第２受光信号を出力する第２受光部と、
前記第１受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、前記第２受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、の間にクロックパルスを計数し、エッジカウント値として出力するカウント回路と、
前記エッジカウント値に基づいて測定対象物の寸法を示す寸法データを出力する演算処理部と、
前記寸法データの補正に際して参照される補正パラメータを記憶する記憶装置と
を備え、
前記演算処理部は、前記寸法データの取得に際し、前記ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間に、
前記ポリゴンミラーの回転に対応して周期的に変動するｍ×ｎ通りの前記エッジカウント値を取得し、
前記記憶装置からｍ通りの補正パラメータをｎ回ずつ取得する
光学式測定装置。

【請求項2】

前記演算処理部は、
前記ｍ通りの補正パラメータに基づいて、前記ｍ×ｎ通りのエッジカウント値から前記周期的な変動の影響を相殺する補正処理を行い、
前記補正処理によって補正された前記ｍ×ｎ通りのエッジカウント値に基づいてｍ×ｎ通りの前記寸法データを出力する
請求項１記載の光学式測定装置。

【請求項3】

前記演算処理部は、前記補正パラメータの取得に際し、
前記ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間にｍ×ｎ通りの前記エッジカウント値を取得し、
前記ｍ個の反射面それぞれに対応するｎ通りの前記エッジカウント値の平均値を、ｍ通りの第１平均値として取得し、
前記ｍ×ｎ通りの前記エッジカウント値の平均値を、第２平均値として取得し、
前記ｍ通りの第１平均値、及び、前記第２平均値を示す情報を、前記補正パラメータとして前記記憶装置に入力する
請求項１又は２記載の光学式測定装置。

【請求項4】

ｍ（ｍは３以上の整数）個の反射面を備え、回転可能なポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーに光ビームを照射する発光装置と、
前記ポリゴンミラーによって反射された前記光ビームを測定領域に導く照射光学系と、
前記測定領域に照射された前記光ビームを受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、
前記測定領域とは異なる領域に照射された前記光ビームを受光して第２受光信号を出力する第２受光部と、
前記第１受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、前記第２受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、の間にクロックパルスを計数し、エッジカウント値として出力するカウント回路と、
前記エッジカウント値に基づいて測定対象物の寸法を示す寸法データを出力する演算処理部と
を備え、
前記演算処理部は、前記寸法データの取得に際し、前記ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間に、
前記ポリゴンミラーの回転に対応して周期的に変動するｍ×ｎ通りの前記エッジカウント値を取得し、
前記エッジカウント値の周期的な変動の影響を相殺して、ｍ×ｎ通りの前記寸法データを出力する
光学式測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象物が配置される測定領域に光ビームを照射し、この光ビームを走査方向に走査して、この走査方向における測定対象物の寸法等を測定する光学式測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数個の反射面を備えるポリゴンミラーと、ポリゴンミラーに光ビームを照射する発光装置と、ポリゴンミラーによって反射された光ビームを測定領域に導く照射光学系と、測定領域に照射された光ビームを受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、測定領域とは異なる領域に照射された光ビームを受光して第２受光信号を出力する第２受光部と、第１受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、第２受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、の間にクロックパルスを計数し、エッジカウント値として出力するカウント回路と、エッジカウント値に基づいて測定対象物の寸法を示す寸法データを出力する演算処理部と、を備える光学式測定装置が知られている（特許文献１）。

【0003】

例えば、この様な光学式測定装置によって測定対象物の外径を測定する場合、測定領域に測定対象物を配置し、ポリゴンミラーに光ビームを照射し、ポリゴンミラーを回転させて光ビームを走査する。光ビームが測定対象物に到達すると、光ビームが測定対象物によって遮光され、第１受光部で光ビームが受光されなくなる。これに伴い、上記第１受光信号が立ち下がり、第１のエッジカウント値に対応するクロックパルスの計数が開始される。また、光ビームが測定対象物を通過すると、光ビームが測定領域を通過し、第１受光部で光ビームが受光されるようになる。これに伴い、上記第１受光信号が立ち上がり、第２のエッジカウント値に対応するクロックパルスの計数が開始される。また、光ビームが第２受光部に到達すると、上記第２受光信号が立ち上がり、上記第１及び第２のエッジカウント値が取得される。例えば、これら第１及び第２のエッジカウント値の差分と、光ビームが１クロックあたりに走査される距離と、を乗算して、その結果を測定対象物の寸法を示す寸法データとして出力する。

【0004】

この様な光学式測定装置では、製造誤差、レンズの球面収差等の影響により、上記エッジカウント値に誤差が生じる場合がある。そこで、従来の光学式測定装置では、補正テーブルを用いて上記エッジカウント値を補正し、補正後のエッジカウント値に基づいて寸法データを算出する（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－１３８１１５号公報

【文献】特開２０１５－１９０８６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この様な光学式測定装置では、ポリゴンミラーを回転させて光ビームを複数の反射面によって順次走査すると、走査の度に第１受光信号の波形が異なってしまい、上記エッジカウント値及び寸法データがばらついてしまう場合があった。発明者らの鋭意検討の結果、この様なエッジカウント値のばらつきはポリゴンミラーの組付誤差・製造誤差等に起因するものであり、エッジカウント値はポリゴンミラーの回転に応じて周期的に変動する場合があることがわかった。

【0007】

この様なエッジカウント値のばらつきは、例えば、ポリゴンミラーを１回回転させて全ての反射面に対応するエッジカウント値又は寸法データを取得し、これらの平均値を算出することにより、抑制することが出来る。しかしながら、この様な光学式測定装置では、高速且つ高精度な測定が要求される場合もあり、ポリゴンミラーを１回回転させることなく正確なエッジカウント値を取得出来ることが望ましい。

【0008】

本発明は、この様な点に鑑みなされたもので、高速且つ高精度な測定が可能な光学式測定装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

かかる課題を解決すべく、本発明の一の実施形態に係る光学式測定装置は、ｍ（ｍは３以上の整数）個の反射面を備え回転可能なポリゴンミラーと、ポリゴンミラーに光ビームを照射する発光装置と、ポリゴンミラーによって反射された光ビームを測定領域に導く照射光学系と、測定領域に照射された光ビームを受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、測定領域とは異なる領域に照射された光ビームを受光して第２受光信号を出力する第２受光部と、第１受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、第２受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、の間にクロックパルスを計数し、エッジカウント値として出力するカウント回路と、エッジカウント値に基づいて測定対象物の寸法を示す寸法データを出力する演算処理部と、寸法データの補正に際して参照される補正パラメータを記憶する記憶装置と、を備える。また、演算処理部は、寸法データの取得に際し、ポリゴンミラーが１回回転する間に、記憶装置からｍ通りの補正パラメータを順次取得する。

【0010】

ここで、ｍ個の反射面を備えるポリゴンミラーが１回回転する間に出力されるｍ通りのエッジカウント値には、それぞれ、上記周期的な変動の影響がｍ通りの態様で含まれている。この様なエッジカウント値の変動は、ｍ個の反射面に対応するｍ通りの補正パラメータを使用することにより、好適に抑制可能である。そこで、本発明の一の実施形態においては、寸法データの取得に際し、ポリゴンミラーが１回回転する間にｍ通りの補正パラメータを順次取得する。これにより、ｍ通りのエッジカウント値それぞれに含まれる上記周期的な変動の影響を相殺することが出来る。これにより、ポリゴンミラーを１回回転させることなく正確なエッジカウント値を取得することが出来る。従って、高速且つ高精度な測定が可能な光学式測定装置を提供することが出来る。

【0011】

上記演算処理部は、例えば、寸法データの取得に際し、ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間に、ポリゴンミラーの回転に対応して周期的に変動するｍ×ｎ通りのエッジカウント値を取得し、記憶装置からｍ通りの補正パラメータをｎ回ずつ取得することが出来る。

【0012】

上記演算処理部は、例えば、ｍ通りの補正パラメータに基づいて、ｍ×ｎ通りのエッジカウント値から周期的な変動の影響を相殺する補正処理を行い、補正処理によって補正されたｍ×ｎ通りのエッジカウント値に基づいてｍ×ｎ通りの寸法データを出力することが出来る。

【0013】

上記演算処理部は、上記補正パラメータの取得に際し、ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間にｍ×ｎ通りのエッジカウント値を取得し、ｍ個の反射面それぞれに対応するｎ通りのエッジカウント値の平均値を、ｍ通りの第１平均値として取得し、ｍ×ｎ通りのエッジカウント値の平均値を、第２平均値として取得し、ｍ通りの第１平均値、及び、第２平均値を示す情報を、補正パラメータとして記憶装置に入力することが出来る。

【0014】

本発明の一の実施形態に係る光学式測定装置は、ｍ（ｍは３以上の整数）個の反射面を備え、回転可能なポリゴンミラーと、ポリゴンミラーに光ビームを照射する発光装置と、ポリゴンミラーによって反射された光ビームを測定領域に導く照射光学系と、測定領域に照射された光ビームを受光して第１受光信号を出力する第１受光部と、測定領域とは異なる領域に照射された光ビームを受光して第２受光信号を出力する第２受光部と、第１受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、第２受光信号の立ち上がり又は立ち下りのタイミングと、の間にクロックパルスを計数し、エッジカウント値として出力するカウント回路と、エッジカウント値に基づいて測定対象物の寸法を示す寸法データを出力する演算処理部と、を備える。また、演算処理部は、寸法データの取得に際し、ポリゴンミラーがｎ（ｎは２以上の整数）回回転する間に、ポリゴンミラーの回転に対応して周期的に変動するｍ×ｎ通りのエッジカウント値を取得し、エッジカウント値の周期的な変動の影響を相殺して、ｍ×ｎ通りの寸法データを出力する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高速且つ高精度な測定が可能な光学式測定装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光学式測定装置の構成を示す斜視図である。

【図2】同光学式測定装置の構成を示す模式的なブロック図である。

【図3】同光学式測定装置によって測定対象物Ｗの外径Ｄ１を測定する際に取得される受光信号Ｓ１、エッジ信号Ｓ２、リセット信号ＲＳＴ及びエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図4】ポリゴンミラーを複数回回転させた場合に取得されるエッジ信号Ｓ２、リセット信号ＲＳＴ及びエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）の様子を示す模式的なグラフである。

【図5】ポリゴンミラーの回転に応じて周期的に変動するエッジカウント値ＥＣＶを示す模式的なグラフである。

【図6】ポリゴンミラーの組付誤差・製造誤差等について説明するための模式的な図である。

【図7】補正パラメータの取得方法を例示する模式的なフローチャートである。

【図8】補正パラメータの取得方法を例示する模式的なグラフである。

【図9】補正テーブルを例示する模式的な図である。

【図10】エッジカウント値ＥＣＶの補正方法を例示する模式的なグラフである。

【図11】エッジカウント値ＥＣＶの補正方法を例示する模式的なグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１の実施形態］
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態に係る光学式測定装置について説明する。

【0018】

［概略構成］
図１に示す様に、本実施形態に係る光学式測定装置は、測定部１００と、測定部１００を制御する制御部２００と、を備える。測定部１００は、測定対象物Ｗが配置される測定領域１０１と、測定領域１０１に光ビーム（レーザ光Ｌ）を照射してこの光ビームを走査方向（－Ｚ方向）に走査する光ビーム走査部１１０と、測定領域１０１を通過した光ビームを受光する受光部１２０と、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０を連結する連結部１３０と、を備える。

【0019】

尚、図１の例では、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０がＸ方向に離間しており、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０の間の空間が測定領域１０１となっている。また、測定領域１０１にはＹ方向に延伸する円柱状の測定対象物Ｗが配置されている。また、光ビーム走査部１１０は、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられた窓部１１０ｂを介して－Ｘ方向に進行するレーザ光Ｌを出射し、－Ｚ方向に走査している。

【0020】

図２は、測定部１００の光ビーム走査部１１０及び受光部１２０、並びに、制御部２００の構成を例示している。

【0021】

光ビーム走査部１１０は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源１１１と、出射されたレーザ光Ｌを反射するミラー１１２と、ミラー１１２で反射されたレーザ光Ｌを更に反射するポリゴンミラー１１３と、ポリゴンミラー１１３で反射されたレーザ光Ｌを測定領域１０１に導くｆθレンズ１１４（照射光学系）と、レーザ光Ｌの走査終了時にリセット信号ＲＳＴ（第２受光信号）を出力するフォトダイオード等の受光素子１１５と、を備える。また、光ビーム走査部１１０は、ポリゴンミラー１１３を回転させるモータ１１６と、モータ１１６を駆動するモータ駆動回路１１７と、クロック信号ＣＬＫに応じてモータ駆動回路１１７に同期信号を入力するモータ同期回路１１８と、を備える。

【0022】

受光部１２０は、測定領域１０１を通過したレーザ光Ｌを集光する集光レンズ１２１と、集光されたレーザ光Ｌを受光するフォトダイオード等の受光素子１２２と、受光素子１２２の出力信号を増幅して受光信号Ｓ１（第１受光信号）として出力するアンプ１２３と、を備える。

【0023】

制御部２００は、受光信号Ｓ１を２値化してエッジ信号Ｓ２を出力するエッジ検出回路２０１と、エッジ信号Ｓ２の立ち上がり及び立ち下がりに応じてエッジ選択信号Ｓ３を立ち上げるセグメント選択回路２０２と、エッジ選択信号Ｓ３及びクロック信号ＣＬＫのＡＮＤ信号を一又は複数のゲート信号Ｓ４として出力するゲート回路２０３と、一又は複数のゲート信号Ｓ４に含まれるクロックパルスの数を数えるカウント回路２０４と、補正テーブルが記録されるメモリ２０５と、を備える。また、制御部２００は、バス２０６を介してこれらの構成に接続されたＣＰＵ２０７と、これらの構成にクロック信号ＣＬＫを出力するクロック信号出力回路２０８と、を備える。

【0024】

［概略動作］
図３は、本実施形態に係る光学式測定装置の動作を模式的に示している。図３の例では、上記光学式測定装置によって４つのエッジＥ１～Ｅ４を検出する例について説明する。

【0025】

レーザ光Ｌの走査は、ポリゴンミラー１１３（図２）を回転させることによって行う。例えばポリゴンミラー１１３が正１６角柱状の形状を有し、１６個の反射面を備えている場合、ポリゴンミラー１１３を１回回転させるごとに、レーザ光Ｌは１６回ずつ走査される。

【0026】

タイミングｔ１では、レーザ光ＬがエッジＥ１に到達する。エッジＥ１は、例えば、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられる窓部１１０ｂの上端である（図１参照）。タイミングｔ１では、レーザ光Ｌが測定領域１０１を通過して受光部１２０に受光される。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも大きい値となり、エッジ信号Ｓ２が立ち上がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ１に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ１に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１）」等と呼ぶ。

【0027】

タイミングｔ２では、レーザ光ＬがエッジＥ２に到達する。エッジＥ２は、例えば、測定対象物Ｗの上端である。タイミングｔ２では、レーザ光Ｌが測定対象物Ｗによって遮光され、測定領域１０１を通過しなくなる。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも小さい値となり、エッジ信号Ｓ２が立ち下がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ２に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ２に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２）」等と呼ぶ。

【0028】

タイミングｔ３では、レーザ光ＬがエッジＥ３に到達する。エッジＥ３は、例えば、測定対象物Ｗの下端である。タイミングｔ３では、レーザ光Ｌが測定領域１０１を通過して受光部１２０に受光される。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも大きい値となり、エッジ信号Ｓ２が立ち上がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ３に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ３に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ３）」等と呼ぶ。

【0029】

タイミングｔ４では、レーザ光ＬがエッジＥ４に到達する。エッジＥ４は、例えば、光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａに設けられる窓部１１０ｂの下端である（図１参照）。タイミングｔ４では、レーザ光Ｌが光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａによって遮光され、測定領域１０１を通過しなくなる。また、受光信号Ｓ１がしきい値Ｖｔｈよりも小さい値となり、エッジ信号Ｓ２が立ち下がる。また、カウント回路２０４は、エッジＥ４に対応するクロックパルスの計数を開始する。以下、エッジＥ４に対応するクロックパルスの数を、「エッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ４）」等と呼ぶ。

【0030】

その後のタイミングｔ５において、レーザ光Ｌは光ビーム走査部１１０の筐体１１０ａ内部に配置された受光素子１１５（図２）によって受光され、リセット信号ＲＳＴが立ち上がる。カウント回路２０４は、リセット信号ＲＳＴを受信して、エッジＥ１～Ｅ４に対応する４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）をＣＰＵ２０７に出力する。また、カウント回路２０４は、保持していたエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）をリセットする。ＣＰＵ２０７は、例えば、メモリ２０５に記録された補正テーブルを参照し、エッジカウント値ＥＣＶを補正して、補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´を取得する。その後、例えば補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ２）から補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ３）を減算して差分値を取得する。また、この差分値と、レーザ光Ｌが１クロックあたりに－Ｚ方向に走査される距離と、を乗算し、その結果を測定対象物Ｗの外径を示す寸法データとして出力する。

【0031】

尚、図３には４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）を取得する例を示したが、何通りのエッジカウント値を取得するかは、測定の目的等によって適宜調整可能である。例えば、図３に例示した様な測定対象物Ｗの外径を測定する場合、又は、メモリ２０５に記録される補正テーブルを取得する場合であれば、図３に例示する様に、４通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４）を取得することが出来る。また、測定の態様に応じて、６通り以上のエッジカウント値ＥＣＶを取得することも出来る。ただし、測定の原理上、取得するエッジカウント値ＥＣＶの数は、受光信号Ｓ１の立ち上がり及び立ち下がりに対応する偶数通りの値となる。

【0032】

［エッジカウント値ＥＣＶのばらつき］
図４（ａ）に示す様に、ポリゴンミラー１１３を回転させると、レーザ光Ｌがポリゴンミラー１１３の反射面Ｆ１によって走査され、エッジ信号Ｓ２及びリセット信号ＲＳＴが取得される。更にポリゴンミラー１１３を回転させると、レーザ光Ｌがポリゴンミラー１１３の反射面Ｆ２に照射され、反射面Ｆ２によって走査され、エッジ信号Ｓ２及びリセット信号ＲＳＴが取得される。更にポリゴンミラー１１３を回転させると、レーザ光Ｌがポリゴンミラー１１３の反射面Ｆ３に照射され、反射面Ｆ３によって走査され、エッジ信号Ｓ２及びリセット信号ＲＳＴが取得される。

【0033】

ここで、図４（ｂ）に示す様に、反射面Ｆ１によってレーザ光Ｌを走査する場合と、反射面Ｆ２によってレーザ光Ｌを走査する場合とでは、エッジ信号Ｓ２及びリセット信号ＲＳＴの波形（立ち上がり及び立ち下りのタイミング）が異なってしまう場合がある。この様な場合、反射面Ｆ１に対応する４つのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１）と、反射面Ｆ２に対応する４つのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ２）とが、それぞれ異なる値となってしまう。

【0034】

ここで、例えば、１６個の反射面Ｆ１～Ｆ１６を有するポリゴンミラー１１３をｎ（ｎは２以上の整数）回回転させて、エッジＥ２に対応する１６×ｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１～Ｆ１６，１～ｎ）を取得した場合、例えば図５に示す様に、エッジカウント値ＥＣＶが、ポリゴンミラー１１３の回転に対応して周期的に変動する場合がある。例えば、ポリゴンミラー１１３を１回回転させた場合に取得される１６通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１～Ｆ１６，１）の間でのばらつきが比較的大きくなり、反射面Ｆ１に対応するｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１，１～ｎ）の間でのばらつきが比較的小さくなる場合がある。

【0035】

この様なエッジカウント値ＥＣＶの周期的な変動は、例えば、図６（ａ）に示す様に、ポリゴンミラー１１３の中心位置１１３ａがモータ１１６の回転軸１１６ａからずれてしまったり、図６（ｂ）に示す様に、ポリゴンミラー１１３が取り付け面１０２に対して斜めに取り付けられてしまったり、図６（ｃ）に示す様に、ポリゴンミラー１１３の各反射面Ｆ１～Ｆ１６の鏡面加工に際してムラが生じてしまったりすることが原因であると考えられる。

【0036】

この様なエッジカウント値ＥＣＶの周期的な変動は、例えば、ポリゴンミラー１１３を１回回転させて１６通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１～Ｆ１６，１）を取得し、これらの平均値を算出することにより、抑制することが出来る。しかしながら、図１～図３を参照して説明した様な光学式測定装置では、高速且つ高精度な測定が要求される場合もあり、ポリゴンミラー１１３を１回回転させることなく正確なエッジカウント値ＥＣＶを取得出来ることが望ましい。

【0037】

ここで、１６個の反射面を備えるポリゴンミラーが１回回転する間に出力される１６通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１～Ｆ１６，１）には、それぞれ、上記周期的な変動の影響が１６通りの態様で含まれている。この様なエッジカウント値ＥＣＶの変動は、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する１６通りの補正パラメータを使用することにより、好適に抑制可能である。そこで、本実施形態においては、ポリゴンミラー１１３の１６個の反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する１６通りの補正パラメータを使用して、上述の様なエッジカウント値ＥＣＶのばらつきを抑制する。尚、１６通りの補正パラメータは、補正テーブルとしてメモリ２０５に記録される。

【0038】

［補正パラメータの取得］
次に、図７～図９等を参照して、本実施形態に係る光学式測定装置の、補正パラメータの取得方法について説明する。

【0039】

補正パラメータの取得に際しては、例えば、図８（ａ）に例示する様に、ポリゴンミラー１１３をｎ（ｎは２以上の整数）回回転させて、エッジＥ１～Ｅ４、反射面Ｆ１～Ｆ１６、及び、回転数１～ｎに対応する４×１６×ｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６，１～ｎ）を取得する（ステップＳ１０１）。

【0040】

次に、例えば、図８（ｂ）に例示する様に、エッジＥ２、反射面Ｆ１、及び、回転数１～ｎに対応するｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１，１～ｎ）の平均値を算出し、エッジＥ２及び反射面Ｆ１に対応する平均値ＥＣＶａ（Ｅ２，Ｆ１）として取得する。また、エッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する他のエッジカウント値ＥＣＶにも同様の処理を行い、エッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する４×１６通りの平均値ＥＣＶａ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）を取得する（ステップＳ１０２）。

【0041】

次に、例えば、図８（ｃ）に例示する様に、エッジＥ２、反射面Ｆ１～Ｆ１６、及び、回転数１～ｎに対応する１６×ｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１～Ｆ１６，１～ｎ）の平均値を算出し、エッジＥ２に対応する平均値ＥＣＶｂ（Ｅ２）として取得する。また、エッジＥ１，Ｅ３，Ｅ４に対応する他のエッジカウント値ＥＣＶにも同様の処理を行い、エッジＥ１～Ｅ４に対応する４通りの平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）を取得する（ステップＳ１０３）。

【0042】

次に、例えば、図８（ｄ）に例示する様に、平均値ＥＣＶｂ（Ｅ２）から平均値ＥＣＶａ（Ｅ２，Ｆ１）を減算し、エッジＥ２及び反射面Ｆ１に対応する補正値Ｃ（Ｅ２，Ｆ１）として取得する。また、エッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する他の平均値ＥＣＶｂ及び平均値ＥＣＶａにも同様の処理を行い、エッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する４×１６通りの補正値Ｃ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）を取得する（ステップＳ１０４）。

【0043】

次に、補正テーブルを生成し、この補正テーブルをメモリ２０５に記録する（ステップＳ１０５）。補正テーブルは、例えば、図９に示す様に、エッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する４×１６通りの補正値Ｃ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）を補正パラメータとして含む。また、補正テーブルは、例えば、４通りの平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）を補正パラメータとして含む。

【0044】

［エッジカウント値ＥＣＶの補正］
次に、図１０及び図１１を参照して、本実施形態に係る光学式測定装置の、エッジカウント値ＥＣＶの補正方法の一例について説明する。図１０及び図１１の例では、光学式測定装置によってエッジＥ１とエッジＥ２との距離を算出して測定対象物Ｗの外径を測定する例について説明する。

【0045】

エッジカウント値ＥＣＶの補正に際しては、例えば、補正の対象となるエッジカウント値ＥＣＶに対応する反射面を特定する。反射面は、例えば、ＣＰＵ２０７中のレジスタの一部をカウンタとして用いて特定することも出来るし、ＣＰＵ２０７の外部にカウント回路等を設けて特定することも出来る。図には、特定された反射面が反射面Ｆ１である例を示す。

【0046】

次に、例えば図１０に示す様に、メモリ２０５から反射面Ｆ１に対応する補正パラメータを取得して、エッジＥ１～Ｅ４に対応する座標点ｐ１～ｐ４を少なくとも２つ取得する。座標点ｐ１～ｐ４のｘ軸の値は、それぞれ、エッジＥ１～Ｅ４に対応する平均値ＥＣＶａ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１）である。座標点ｐ１～ｐ４のｙ軸の値は、それぞれ、エッジＥ１～Ｅ４に対応する平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）である。尚、平均値ＥＣＶａ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１）は、例えば、平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）から補正値Ｃ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１）を減算することによって取得することが出来る。

【0047】

次に、例えば線形補完等の補完処理を行い、座標点ｐ１と座標点ｐ２とを通る線分ｌ１、座標点ｐ２と座標点ｐ３とを通る線分ｌ２、及び、座標点ｐ３と座標点ｐ４とを通る線分ｌ３の、少なくとも一つを取得する。尚、図には線形補完による補完処理の例を示したが、二次補完又は三次補完等、その他の補完処理を行うことも出来る。

【0048】

次に、例えば図１１に示す様に、補正前のエッジカウント値ＥＣＶをｘ座標とする上記線分ｌ１，ｌ２又はｌ３上の点を求め、この点のｙ座標を補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´とする。例えば図１１には、補正前のエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１）と、この補正前のエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ２，Ｆ１）をｘ座標とする線分ｌ２上の点ｐ２´と、補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ２）と、を例示している。また、図１１には、補正前のエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ３，Ｆ１）と、この補正前のエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ３，Ｆ１）をｘ座標とする線分ｌ３上の点ｐ３´と、補正後のエッジカウント値ＥＣＶ´（Ｅ３）と、を例示している。

【0049】

［効果］
図５等を参照して説明した様に、ポリゴンミラーを使用する光学式測定装置では、エッジカウント値ＥＣＶが、ポリゴンミラーの回転に対応して周期的に変動する場合がある。

【0050】

そこで、本実施形態においては、ポリゴンミラー１１３が一回回転する間にメモリ２０５から１６通りの補正パラメータを順次取得し、この１６通りの補正パラメータを使用して上述の様なエッジカウント値ＥＣＶの周期的な変動の影響を相殺する。これにより、図５等を参照して説明した様なエッジカウント値ＥＣＶのばらつきを大幅に抑制することが出来る。これにより、ポリゴンミラーを一回回転させることなく正確なエッジカウント値を取得することが出来る。従って、高速且つ高精度な測定を行うことが出来る。

【0051】

また、本実施形態に係る光学式測定装置では、ポリゴンミラー１１３の組付誤差・製造誤差等に起因する誤差の影響を抑制可能である。従って、測定精度を落とすことなくより安価にポリゴンミラー１１３の組付及び製造を行うことが可能となり、光学式測定装置の製造コストを削減することが出来る。

【0052】

また、ポリゴンミラー１１３を使用する光学式測定装置では、ポリゴンミラー１１３を回転させるモータ１１６の回転軸が曲がってしまう等、経年劣化が生じる場合がある。この様な場合でも、本実施形態に係る光学式測定装置では、補正パラメータを更新することにより、この様な経年劣化の影響を抑制することが出来る。これにより、光学式測定装置の長寿命化を実現することが出来る。

【0053】

［変形例］
以上、第１の実施形態に係る光学式測定装置について説明した。しかしながら、第１の実施形態は例示に過ぎず、具体的な構成等は適宜調整可能である。

【0054】

例えば、第１の実施形態においては、ポリゴンミラー１１３が１６個の反射面Ｆ１～Ｆ１６を備える例について説明したが、ポリゴンミラー１１３の反射面の数は、適宜調整可能である。

【0055】

また、例えば、図７～図９を参照して説明した様に、第１の実施形態においては、４つのエッジＥ１～Ｅ４を用いて補正パラメータを取得する例について説明した。しかしながら、いくつのエッジを用いて補正パラメータを取得するかは、適宜調整可能である。例えば、２つのエッジのみを用いて補正パラメータを取得することも出来るし、６つ以上のエッジを用いて補正パラメータを取得することも出来る。

【0056】

また、例えば、図７～図９を参照して説明した様に、第１の実施形態においては、ポリゴンミラー１１３を複数回回転させて複数通りのエッジカウント値ＥＣＶを取得し、この複数通りのエッジカウント値を用いて補正パラメータを取得する例について説明した。しかしながら、補正パラメータ取得の具体的な処理は、適宜調整可能である。例えば、ポリゴンミラー１１３を一回だけ回転させてエッジカウント値ＥＣＶを取得し、このエッジカウント値ＥＣＶを用いて補正パラメータを取得することも出来る。また、例えば、ポリゴンミラー１１３を一回回転させる度に複数のエッジカウント値ＥＣＶを取得し、この複数のエッジカウント値を用いて移動平均によって補正パラメータを取得することも出来る。この場合には、例えば、ポリゴンミラー１１３を一回回転させるごとにエッジＥ１～Ｅ４、及び、反射面Ｆ１～Ｆ１６に対応する４×１６通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）を取得し、この４×１６通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）によって４×１６×ｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６，１～ｎ）の一部を更新して、この更新された４×１６×ｎ通りのエッジカウント値ＥＣＶを用いて上記平均値ＥＣＶａ、ＥＣＶｂを取得することも出来る。

【0057】

また、例えば、図７～図９を参照して説明した様に、第１の実施形態においては、補正テーブルに４×１６通りの補正値Ｃ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）及び４通りの平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）が含まれていた。しかしながら、補正テーブルに含まれる補正パラメータは、平均値ＥＣＶａ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）及び平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）を示す情報であれば良く、具体的な補正パラメータ等は適宜調整することが出来る。例えば、平均値ＥＣＶａ（Ｅ１～Ｅ４，Ｆ１～Ｆ１６）及び平均値ＥＣＶｂ（Ｅ１～Ｅ４）を直接補正パラメータとすることも出来る。また、例えば、図１０及び図１１を参照して説明した線分ｌ１，ｌ２，ｌ３の切片、傾き等を補正パラメータとすることも出来る。

【0058】

また、図１０及び図１１を参照して説明した処理は模式的なものであり、エッジカウント値ＥＣＶの具体的な補正方法は適宜調整することが出来る。また、図１０及び図１１を参照して説明した様な補正処理を行う前又は後に、別の補正処理を更に行うことも出来る。

【符号の説明】

【0059】

１００…測定部、１０１…測定領域、１１０…光ビーム走査部、１１１…レーザ光源、１１２…ミラー、１１３…ポリゴンミラー、１１４…ｆθレンズ、１１５…受光素子、１１６…モータ、１１７…モータ駆動回路、１１８…モータ同期回路、１２０…受光部、１２１…集光レンズ、１２２…受光素子、１２３…アンプ、１３０…連結部、２００…制御部、２０１…エッジ検出回路、２０２…ゲート回路、２０３…カウント回路、２０４…メモリ、２０５…バス、２０６…ＣＰＵ、２０７…クロック信号出力回路、２１１…比較回路、２１２…しきい値調整回路、ＣＬＫ…クロック信号、Ｓ１…受光信号、ＥＣＶ…エッジカウント値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】