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JP2857515B2 - Optical position measuring device - Google Patents
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JP2857515B2 - Optical position measuring device - Google Patents

Optical position measuring device

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JP2857515B2
JP2857515B2 JP27336191A JP27336191A JP2857515B2 JP 2857515 B2 JP2857515 B2 JP 2857515B2 JP 27336191 A JP27336191 A JP 27336191A JP 27336191 A JP27336191 A JP 27336191A JP 2857515 B2 JP2857515 B2 JP 2857515B2
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scanning
sub
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scanning beam
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正道 鈴木
守 桑島
義治 桑原
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MITSUTOYO KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、走査ビームの焦点位置
とワークとの位置関係を高精度に測定可能な走査型の光
学式位置測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning type optical position measuring apparatus capable of measuring a positional relationship between a focus position of a scanning beam and a workpiece with high accuracy.

【0002】[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からワークの寸法を測定する走査
型の光学式寸法測定装置がある。
2. Description of the Related Art A scanning type optical dimension measurement for irradiating a measurement object (work) by scanning a laser beam in parallel and measuring the dimension of the work from a light-dark pattern in a scanning direction detected at a rear side of the work. There is a device.

【0003】図4はこの種の光学式寸法測定装置の一例
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、3
2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。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of this type of optical dimension measuring device. In the figure, 10 is a laser light source,
A laser beam 12 output from the laser light source 10 is converted into a rotary scanning beam 16 by a polygon mirror 14,
Further, the beam is converted into a parallel scanning beam 20 having a constant beam diameter and a constant speed by the f-θ lens 18. This parallel scanning beam 20
Is irradiated so as to scan the measurement area including the work 22 with the rotation of the polygon mirror 14, and enters the measurement light receiving element 26 through the condenser lens 24. 28 is a mirror for reflecting the laser beam 12 and entering the polygon mirror 14; 30 is a motor for rotating the polygon mirror 14;
2 is located outside the effective scanning range of the rotating scanning beam 16,
The reset light receiving element detects the start or end of one scan.

【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5
2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。
The output of the measuring light receiving element 26 is amplified by an amplifier 48 and then input to an edge detection circuit 50. The edge detection circuit 50 shapes an output of the amplifier 48 to perform edge detection. On the other hand, the output of the reset light receiving element 32 is input to the reset circuit 52. This reset circuit 5
2 generates a reset signal based on the output timing of the reset light receiving element 32.

【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(RAM)を含む
記憶装置である。
The gate circuit 56 turns on and off at the timing of the edge signal output from the edge detection circuit 50 and the reset signal output from the reset circuit 52, and the counter 58 controls the clock input during the on period of the gate circuit 56. Count and measure the time between signals. This clock is generated by the clock generator 54, and is also used for synchronizing the rotation of the motor 30. Reference numeral 60 denotes a synchronization signal generator for this purpose, and reference numeral 62 denotes a motor drive circuit. The laser output adjustment circuit 64 keeps the output of the laser light source 10 constant. Reference numeral 40 denotes a CPU for performing various processes and controls; 42, a keyboard display circuit; 44, an input / output device; and 46, a storage device including a read-only memory (ROM) and a random access memory (RAM).

【0006】アンプ48の出力(スキャン信号)は図5
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る。従
って、この暗部の幅からワークの寸法が計測できる。こ
の原理を実現するため、エッジ検出回路50はこのスキ
ャン信号を所定のスレッショルドレベルで2値化し、エ
ッジ信号に変換する。このとき、暗部が実線のように幅
狭で深い(シャープな)場合と、破線のように幅広で浅
い場合とでは、同じスレッショルドレベルで2値化した
場合に異なるエッジ信号が得られる。
The output (scan signal) of the amplifier 48 is shown in FIG.
As shown in (1), the entire scanning range is a bright portion having a high level, and the work portion therein is a dark portion having a low level. Therefore, the size of the work can be measured from the width of the dark part. To realize this principle, the edge detection circuit 50 binarizes this scan signal at a predetermined threshold level and converts it into an edge signal. At this time, different edge signals are obtained when the dark portion is narrow and deep (sharp) as shown by a solid line, and when the dark portion is binarized at the same threshold level, as shown by a broken line.

【0007】一般にワークがビームの焦点位置にあると
実線のようにシャープな暗部が得られる。これに対し、
ワークが焦点位置からずれると破線のようなシャープで
ない暗部となる。この様なケースではスキャン信号両端
部の傾き(ガウス分布をしている)が変化すると測定精
度が低下する。この度合いは、図6のようにビームウエ
ストを極端に細く絞ったレーザビームの場合には顕著で
ある。例えば、直径3mmのレーザビームを焦点距離4
5mmのf−θレンズで直径25μmに絞った場合、ワ
ークが焦点から僅かでも離れると、ワークに照射される
ビーム径が極端に太くなる。このため、ワークがビーム
ウエストより細く、例えば直径10μm程度の細線であ
る場合には、破線のケースでは極端に測定精度が低下す
る。
Generally, when the workpiece is at the focal position of the beam, a sharp dark portion as shown by a solid line is obtained. In contrast,
If the work deviates from the focal position, an unsharp dark portion such as a broken line is formed. In such a case, if the inclination (having a Gaussian distribution) at both ends of the scan signal changes, the measurement accuracy decreases. This degree is remarkable in the case of a laser beam whose beam waist is extremely narrowed as shown in FIG. For example, a laser beam having a diameter of
In the case where the diameter is reduced to 25 μm with a 5 mm f-θ lens, even if the work is slightly away from the focal point, the diameter of the beam irradiated on the work becomes extremely large. For this reason, when the work is thinner than the beam waist, for example, a thin line having a diameter of about 10 μm, the measurement accuracy is extremely reduced in the case of the broken line.

【0008】上述したようなケースでは、ビーム焦点と
ワークとの位置関係が判明すれば、ワーク位置を焦点位
置に一致させるサーボ系の構成も可能である。このため
には、ビーム進行方向のワーク位置を正確に測定する必
要がある。実公昭58−26325号公報には、図8の
ように2つの受光素子S1,S2の接合部をビーム中心
に一致させるように配置して受光する位置検出法が示さ
れている。この位置検出法によると、図7のようにワー
ク22がビーム焦点94の前にあるか後にあるかで、2
つの受光素子S1,S2の受光出力を位相比較した場合
に、その位相比較出力の極性が反転し、且つワーク22
とビーム焦点94との位置ずれ量が位相比較出力の位相
差として現れる。従って、この極性と位相差からビーム
焦点に対するワークのビーム進行方向位置を演算するこ
とができる。
In the case described above, if the positional relationship between the beam focal point and the work is known, a servo system that matches the work position with the focus position can be used. For this purpose, it is necessary to accurately measure the work position in the beam traveling direction. Japanese Utility Model Publication No. 58-26325 discloses a position detecting method of receiving light by arranging a joint of two light receiving elements S1 and S2 so as to coincide with a beam center as shown in FIG. According to this position detection method, whether the work 22 is located before or after the beam focal point 94 as shown in FIG.
When the phases of the light receiving outputs of the two light receiving elements S1 and S2 are compared, the polarity of the phase comparing output is inverted and the work 22
And the beam focal point 94 appear as a phase difference of the phase comparison output. Therefore, the position of the workpiece in the beam traveling direction with respect to the beam focal point can be calculated from the polarity and the phase difference.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同公報
による位置検出法は、図8に示すように2つの受光素子
S1,S2を近接させ、理想的には密着させてレンズ光
軸を両受光素子の接触部に位置させるようにしている。
ところが、実際に2つの受光素子S1,S2を近接させ
ても、完全に密着させることは困難であり、両者の間に
数10μmのギャップ96が生じる。このギャップ96
はビーム中央の受光強度の最も高い部分98に一致する
ため、この部分を受光できない欠点を内包する。本発明
は、このような点を改善し、ビーム焦点とワークとのビ
ーム進行方向位置関係を高精度に測定可能とすることを
目的としている。
However, according to the position detecting method disclosed in the publication, as shown in FIG. 8, two light receiving elements S1 and S2 are brought close to each other and ideally brought into close contact with each other so that the optical axis of the lens is set to both light receiving elements. In the contact area.
However, even when the two light receiving elements S1 and S2 are actually brought close to each other, it is difficult to make them completely adhere to each other, and a gap 96 of several tens of μm is generated between them. This gap 96
Since this corresponds to the portion 98 having the highest received light intensity at the center of the beam, this portion includes a defect that this portion cannot be received. An object of the present invention is to improve such a point and to measure the positional relationship between the beam focal point and the workpiece in the beam traveling direction with high accuracy.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、所定の測定領域を主走査ビームで走査する
と共に、この測定領域を通過した前記主走査ビームを主
走査用受光素子で受光する主走査手段と、前記測定領域
を前記主走査ビームに対し所定の角度(θ)傾斜した副
走査ビームで走査すると共に、この測定領域を通過した
前記副走査ビームを副走査用受光素子で受光する副走査
手段と、前記主走査用受光素子で得られた主走査方向の
明暗パターンから前記測定領域に含まれるワークの主走
査ビーム中心からの位置(a)を検出する手段と、前記
副走査用受光素子で得られた副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副走査ビーム中心
からの位置(b)を検出する手段と、前記主走査ビーム
の焦点位置に対する前記ワークの前記主走査ビーム進行
方向の位置(e)を前記位置(a)および(b)並びに
角度(θ)から算出する演算手段とを備えてなることを
特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a predetermined measurement area is scanned by a main scanning beam, and the main scanning beam passing through the measurement area is received by a main scanning light receiving element. Main scanning means for scanning the measurement area with a sub-scanning beam inclined at a predetermined angle (θ) with respect to the main scanning beam, and receiving the sub-scanning beam passing through the measurement area with a sub-scanning light receiving element. Sub-scanning means for detecting a position (a) of a work included in the measurement area from the center of the main scanning beam from a light-dark pattern in the main scanning direction obtained by the main scanning light-receiving element; Means for detecting the position (b) of the work included in the measurement area from the center of the sub-scanning beam from the light-dark pattern in the sub-scanning direction obtained by the light receiving element for the main scanning beam; It is characterized by comprising an arithmetic unit for calculating from the main scanning direction of beam advance position (e) the position of the workpiece (a) and (b) and the angle (theta).

【0011】[0011]

【作用】主走査ビームでワークを走査すると主走査方向
のワーク位置を検出できる。このとき主走査ビームに対
して傾斜した副走査ビームで同じワークを走査すると、
副走査方向のワーク位置が検出できる。副走査方向は主
走査方向に対して角度θ傾斜しているので、主走査方向
のワーク位置と副走査方向のワーク位置、並びに副走査
ビームの傾斜角から幾何学的に主走査ビームの焦点位置
に対する主走査ビーム進行方向のワーク位置を算出する
ことができる。このとき、副走査ビームの走査速度は主
走査ビームの走査速度の1/cosθになるので、この
走査速度補正をして正確なワーク位置測定を行う。但
し、cos2 θ≒1なので、演算式におけるcos2 θ
は省略できる。
When the work is scanned by the main scanning beam, the work position in the main scanning direction can be detected. At this time, if the same work is scanned with the sub-scanning beam inclined with respect to the main scanning beam,
The work position in the sub-scanning direction can be detected. Since the sub-scanning direction is inclined at an angle θ with respect to the main scanning direction, the focal position of the main scanning beam is geometrically determined from the work position in the main scanning direction, the work position in the sub-scanning direction, and the inclination angle of the sub-scanning beam. Can be calculated in the main scanning beam advancing direction. At this time, since the scanning speed of the sub-scanning beam is 1 / cos θ of the scanning speed of the main scanning beam, the scanning speed is corrected and accurate work position measurement is performed. However, since cos 2 θ ≒ 1, cos 2 θ in the arithmetic expression
Can be omitted.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は本発明の一実施例を示す構成図で、図4の
寸法測定装置に付加する位置測定装置を示している。図
中、Pは図4の平行走査ビーム20から主走査ビームB
1と副走査ビームB2とを同時に生成するプリズム、L
1,L2はビームB1,B2をそれぞれ集光するレン
ズ、S1,S2はレンズL1,L2で集光された各ビー
ムを中央部で受光する受光素子である。これら受光素子
の出力は時間軸上で合成されて処理回路(図示せず)に
入力する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and shows a position measuring device added to the dimension measuring device of FIG. In the figure, P is the main scanning beam B from the parallel scanning beam 20 in FIG.
1 and a prism which simultaneously generates the sub-scanning beam B2, L
Reference numerals 1 and L2 denote lenses for condensing the beams B1 and B2, respectively, and reference numerals S1 and S2 denote light receiving elements for receiving the beams condensed by the lenses L1 and L2 at the center. The outputs of these light receiving elements are combined on a time axis and input to a processing circuit (not shown).

【0013】副走査ビームB2は主走査ビームB1に対
し角度θ傾斜し、副走査ビーム中心C2(図3参照)が
主走査ビームB1の焦点位置を通るように設定してあ
る。従って、ワーク22を概ねビーム焦点付近に配置し
て走査すると、主走査ビームB1によって図2のS1出
力のようなスキャン信号が得られるとき、副走査ビーム
B2によって同図のS2出力のような別のスキャン信号
が得られる。即ち、ワーク22が図1のB,C,Aの各
点にあるとき、副走査によるS2出力にはそれぞれに応
じた暗部が生じる。本例ではC点を主走査ビームの焦点
位置と仮定している。したがって、B点は焦点位置より
前方であり、S2出力ではC点に先行して暗部が生じ
る。これに対し、A点は焦点位置より後方であり、S2
出力ではC点より遅れて暗部が生じる。このC点からの
進み又は遅れ時間bが図3の副走査ビーム中心C2から
の副走査方向のワーク中心位置に相当する。
The sub-scanning beam B2 is set at an angle θ with respect to the main scanning beam B1, so that the sub-scanning beam center C2 (see FIG. 3) passes through the focal position of the main scanning beam B1. Accordingly, when the workpiece 22 is arranged and scanned near the beam focal point, when a scan signal like the output S1 in FIG. 2 is obtained by the main scanning beam B1, another scan like the output S2 in FIG. Is obtained. That is, when the workpiece 22 is located at each of the points B, C, and A in FIG. 1, dark areas corresponding to the S2 output by the sub-scanning are generated. In this example, it is assumed that point C is the focal position of the main scanning beam. Therefore, point B is ahead of the focal position, and a dark portion occurs before point C in the S2 output. On the other hand, point A is behind the focal position, and S2
In the output, a dark part occurs after the point C. The advance or delay time b from the point C corresponds to the work center position in the sub scanning direction from the sub scanning beam center C2 in FIG.

【0014】図1のワーク22の各点B,C,Aはワー
ク22が水平方向(主走査ビームB1の進行方向)に移
動した場合を想定している。従って、主走査ビームB1
によるS1出力にはワーク22の水平方向位置B,C,
Aによらず同じ位置に暗部が生じる。この暗部のスキャ
ン信号波形中心からの進み又は遅れ時間aは、図3に示
す主走査ビーム中心C1からの主走査方向のワーク中心
位置に相当する。本発明で測定しようとする主走査ビー
ムの焦点に対するワーク22の水平方向の位置eは、こ
の時間a,bと角度θから下記の数1で算出できる。
The points B, C, and A of the work 22 in FIG. 1 assume that the work 22 moves in the horizontal direction (the traveling direction of the main scanning beam B1). Therefore, the main scanning beam B1
Output to the horizontal position B, C,
A dark portion is generated at the same position regardless of A. The advance or delay time a of the dark portion from the center of the scan signal waveform corresponds to the work center position in the main scanning direction from the main scanning beam center C1 shown in FIG. The horizontal position e of the workpiece 22 with respect to the focal point of the main scanning beam to be measured in the present invention can be calculated from the times a and b and the angle θ by the following equation (1).

【0015】[0015]

【数1】e=(a−b/cos2θ)/tanθE = (ab / cos 2 θ) / tan θ

【0016】図9は上記の数1を導くための説明図であ
る。主走査方向のワーク位置aはワーク22の中心から
副走査ビーム中心C2までの距離cと、副走査ビーム中
心C2から主走査ビーム中心C1までの距離dに分離す
ることができる。ワーク中心から副走査ビーム中心C2
までの副走査方向距離bは、上記の距離cにcosθを
乗じた関係にある。ここで、副走査速度による補正を加
えると、距離cは下記の数2のように表される。
FIG. 9 is an explanatory diagram for deriving the above equation (1). The work position a in the main scanning direction can be divided into a distance c from the center of the work 22 to the sub-scanning beam center C2 and a distance d from the sub-scanning beam center C2 to the main scanning beam center C1. Sub-scanning beam center C2 from work center
The distance b in the sub-scanning direction is obtained by multiplying the distance c by cos θ. Here, when the correction based on the sub-scanning speed is added, the distance c is expressed as the following Expression 2.

【0017】[0017]

【数2】c=b/cos2θ## EQU2 ## c = b / cos 2 θ

【0018】水平方向のワーク位置eはe=d/tan
θ=(a−c)/tanθなる関係式に数2を代入する
ことで求めることができる。数1はこの様にして得られ
た本発明のワーク位置演算式である。尚、cos2 θ≒
1なので、上記数1は下記数3のように簡略化できる。
The work position e in the horizontal direction is e = d / tan
It can be obtained by substituting Equation 2 into the relational expression of θ = (ac) / tan θ. Equation 1 is the work position calculation expression of the present invention obtained in this way. Note that cos 2 θ ≒
Since it is 1, Equation 1 can be simplified as Equation 3 below.

【0019】[0019]

【数3】e=(a−b)/tanθ## EQU3 ## e = (ab) / tan θ

【0020】本発明による上述した主、副両走査ビーム
によるワーク位置検出法は、図8に示すようなビーム中
心の欠落が生じないため、充分な受光量を持ってスキャ
ン信号を得ることができる。このため高精度にワーク位
置を測定することができる。このワーク位置検出法は単
独で用いることもできるが、図4のような寸法測定装置
と組み合わせた場合、ワーク22を支持する可動ワーク
台(図示せず)を移動させるサーボ系を構成し、このサ
ーボ系を本発明装置により得られたワーク位置を誤差信
号として動作させるようにすれば、ワーク22をビーム
焦点に一致させることができるため、ワーク22の寸法
測定精度を著しく向上させることができる。
In the above-described method of detecting a workpiece position by using both the main and sub scanning beams according to the present invention, since the beam center is not lost as shown in FIG. 8, a scan signal can be obtained with a sufficient amount of received light. . Therefore, the work position can be measured with high accuracy. This work position detection method can be used alone, but when combined with a dimension measuring device as shown in FIG. 4, a servo system for moving a movable work table (not shown) that supports the work 22 is configured. If the servo system is operated with the work position obtained by the apparatus of the present invention as an error signal, the work 22 can be made to coincide with the beam focus, so that the dimension measurement accuracy of the work 22 can be significantly improved.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、走査
型の光学式位置測定装置において、測定対象とするワー
クと走査ビーム焦点との位置関係を高精度に測定するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the positional relationship between the work to be measured and the focal point of the scanning beam can be measured with high accuracy in the scanning type optical position measuring device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】 図1のスキャン信号波形図である。FIG. 2 is a scan signal waveform diagram of FIG.

【図3】 本発明の位置測定原理図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of position measurement according to the present invention.

【図4】 走査型光学式寸法測定装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a scanning optical dimension measuring device.

【図5】 ワーク走査信号の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of a work scanning signal.

【図6】 走査ビームの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a scanning beam.

【図7】 従来のワーク位置検出法の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional work position detection method.

【図8】 従来のワーク位置検出用受光素子の配置図で
ある。
FIG. 8 is a layout view of a conventional work position detecting light receiving element.

【図9】 図3の要部拡大説明図である。FIG. 9 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P…プリズム、L1,L2…集光レンズ、S1,S2…
受光素子、20…平行走査ビーム、22…ワーク。
P: prism, L1, L2: condenser lens, S1, S2 ...
Light receiving element, 20: parallel scanning beam, 22: work.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−112706(JP,A) 特開 平3−71003(JP,A) 特開 昭49−97645(JP,A) 実開 平3−52608(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30Continuation of the front page (56) References JP-A-2-112706 (JP, A) JP-A-3-71003 (JP, A) JP-A-49-97645 (JP, A) JP-A-3-52608 (JP) , U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の測定領域を主走査ビームで走査す
ると共に、この測定領域を通過した前記主走査ビームを
主走査用受光素子で受光する主走査手段と、 前記測定領域を前記主走査ビームに対し所定の角度
(θ)傾斜した副走査ビームで走査すると共に、この測
定領域を通過した前記副走査ビームを副走査用受光素子
で受光する副走査手段と、 前記主走査用受光素子で得られた主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主走査ビーム
中心からの位置(a)を検出する手段と、 前記副走査用受光素子で得られた副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副走査ビーム
中心からの位置(b)を検出する手段と、 前記主走査ビームの焦点位置に対する前記ワークの前記
主走査ビーム進行方向の位置(e)を前記位置(a)お
よび(b)並びに角度(θ)から算出する演算手段とを
備えてなることを特徴とする光学式位置測定装置。
A main scanning means for scanning a predetermined measurement area with a main scanning beam and receiving the main scanning beam having passed through the measurement area with a main scanning light receiving element; Scanning means for scanning with a sub-scanning beam tilted at a predetermined angle (θ), and receiving the sub-scanning beam passing through the measurement area by a sub-scanning light receiving element; Means for detecting the position (a) of the work included in the measurement area from the center of the main scanning beam from the obtained light / dark pattern in the main scanning direction, and detecting the position (a) of the work in the sub-scanning direction obtained by the sub-scanning light receiving element. Means for detecting a position (b) of the work included in the measurement region from the center of the sub-scanning beam; and a position (e) of the work in the main scanning beam traveling direction with respect to the focal position of the main scanning beam. ) From the positions (a) and (b) and the angle (θ).
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