(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置及びその補助装置を備え、
前記測定装置は、
測定対象物が配置される測定領域と、
前記測定領域を第１方向に延びる光ビームで走査する光ビーム走査部と、
前記測定領域を透過した光ビームを受光する受光部と
を備え、
前記測定対象物の測定の際、
前記測定装置は、前記測定領域を前記光ビームで走査し、
前記補助装置は、前記測定領域が前記光ビームによって走査されている間に、前記光ビームの照射口と前記測定対象物との間を風が通り抜ける様な風向きで、前記照射口と前記測定対象物との間の領域に一定の風向き及び風速を有する風を選択的に送り続ける
ことを特徴とする測定システム。
【請求項２】
前記補助装置は、前記測定領域に対して前記第１方向と交差する第２方向に並ぶ設置領域に設置され、前記設置領域から前記測定領域に対して前記一定の風を送る
ことを特徴とする請求項１記載の測定システム。
【請求項３】
前記一定の風向き及び風速を有する風は、層流の風である
ことを特徴とする請求項２記載の測定システム。
【請求項４】
前記補助装置は、前記測定装置に対して物理的に離間して設置される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の測定システム。
【請求項５】
前記補助装置は、前記測定装置に固定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の測定システム。
【請求項６】
測定対象物が配置される測定領域と、
前記測定領域を第１方向に延びる光ビームで走査する光ビーム走査部と、
前記測定領域の透過光ビームを受光する受光部と
を備える測定装置及びその補助装置を用いた測定方法であって、
前記測定対象物の測定の際、
前記測定装置は、前記測定領域を前記光ビームで走査し、
前記補助装置は、前記測定領域が前記光ビームによって走査されている間に、前記光ビームの照射口と前記測定対象物との間を風が通り抜ける様な風向きで、前記照射口と前記測定対象物との間の領域に一定の風向き及び風速を有する風を選択的に送り続ける
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置の補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定装置には例えば光学式測定装置がある。この種の測定装置は、測定領域を隔てて配置された光ビーム走査部及び受光部を備える。そして、この測定領域に測定対象物を配置して、光ビーム走査部から出力される光ビームによって測定領域を繰り返し走査し、測定領域を通過した透過光ビームを受光部で受光する。これによって遮光された時間をカウントして、測定対象物の直径等を測定する。したがって、この種の測定装置を用いて高精度な測定を行うためには、測定領域内の環境をできるだけ安定させる必要がある。
しかし、多くの場合、測定領域内の環境は気圧や温度の変化によって安定しておらず、このことが、測定のバラツキの要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、測定領域内の環境の安定化を実現する測定装置の補助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】
【０００５】
本発明の実施形態に係る測定装置の補助装置は、測定対象物が配置される測定領域を持つ測定装置の補助装置であって、前記補助装置は、前記測定装置による前記測定対象物の測定の際、前記測定領域に対して一定の風を送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、測定領域内の環境の安定化を実現する測定装置の補助装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る測定システムの概要を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る測定システムの機能ブロック図である。
【図３】比較例に係る測定システムにおける測定のバラツキの要因を説明する斜視図である。
【図４】実施形態に係る測定システムにおける測定領域内の環境の安定化を説明する斜視図である。
【図５】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図６】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図７】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図８】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図９】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図１０】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【図１１】実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る測定装置の補助装置について説明する。なお、測定装置として光学式測定装置を用いた例について説明するが、測定装置はこれに限らず、測定領域の測定対象物を測定する各種測定装置に適用することができる。
【０００９】
先ず、実施形態に係る測定装置の補助装置を用いた測定システムの全体構成について説明する。
図１は実施形態に係る測定システムの概要を示す斜視図であり、図２は同測定システムの機能ブロック図である。
測定システムは、測定装置と測定装置による測定中に用いられる補助装置で構成される。このうち測定装置は、測定部１００と、測定部１００を制御して測定部１００で得た信号から測定対象物Ｗの各種寸法を算出する制御部２００（図１に図示せず）を備える。
【００１０】
測定部１００は、測定対象物Ｗを走査する光ビームＬを出力する光ビーム走査部１１０、測定対象物Ｗを通して光ビームＬから得られる透過光ビームを受光する受光部１２０、並びに、光ビーム走査部１１０及び受光部を所定間隔だけ空けて連結する連結部１３０を備える。この連結部１３０によって固定された光ビーム走査部１１０及び受光部１２０の間の領域は、測定対象物Ｗを配置し、測定対象物Ｗを走査する測定領域１４０となる。図１の場合、光ビーム走査部１１０、測定領域１４０、及び受光部１２０はＸ方向に並んで配置されており、光ビームＬはＸ方向に進むことになる。
【００１１】
なお、以下の説明では、便宜上、図１のＸ方向のうち紙面左側、つまり光ビームＬが進む方向を「前側」、図１のＸ方向のうち紙面右側を「後側」、図１のＹ方向のうち紙面上側を「右側」、図１のＹ方向のうち紙面下側を「左側」、図１のＺ方向のうち紙面上側を「上側」、図１のＺ方向のうち紙面下側を「下側」と称することもある。但し、実施形態は、これら方向に限定されるものではない点に留意されたい。
【００１２】
測定部１００の光ビーム走査部１１０は、レーザ光源１１１、ミラー１１２、ポリゴンミラー１１３、モータ１１４、モータ駆動回路１１５、モータ同期回路１１６、ｆ−θレンズ１１７、及びリセット用受光素子１１８を有する。また、測定部１００の受光部１２０は、集光レンズ１２１、測定用受光素子１２２、及びアンプ１２３を有する。
【００１３】
制御部２００は、ＣＰＵ２０１、エッジ検出回路２０２、ゲート回路２０３、カウンタ２０４、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ２０５、並びに、測定部１００のモータ同期回路１１６及びゲート回路２０３にクロックパルスＣＬＫを出力するクロック生成回路２０６を有する。ＣＰＵ２０１と、エッジ検出回路２０２、ゲート回路２０３、カウンタ２０４、メモリ２０５、及びクロック生成回路２０６とは、バス２０７を介して接続される。
【００１４】
補助装置は、測定装置による測定対象物Ｗの測定中に、測定領域１４０に対して一定の風ＷＮを送る風洞装置３００となる。ここで一定の風ＷＮとは、任意の位置における風向き・風速がある程度一定であることを意味し、厳密に一定である必要はない。また、位置毎に風向き・風速が一定であることを要するが、位置に応じて風向き・風速が異なっても良い。例えば、光ビーム走査部１１０近傍の位置の風ＷＮがＹ方向に流れる一方、測定対象物Ｗ近傍の位置の風ＷＮがＺ方向に流れていたとしても、それぞれの位置においてその流れがある程度一定であれば良い。風洞装置３００は、上記条件の風ＷＮを送れる装置であれば良く、例えば、ファン３１１、ファンを回転させるモータ３１２、及びモータを駆動するモータ駆動回路３１３を備えていれば良い。また、より安定した風ＷＮを送るために、送風口に対してメッシュ状のフィルタ３２１を装着させても良い。
【００１５】
次に、実施形態に係る測定装置の動作原理について説明する。
測定部１００のレーザ光源１１１が、レーザビームＬ１を出力する。出力されたレーザビームＬ１は、ミラー１１２で反射された後、ポリゴンミラー１１３に入射する。ポリゴンミラー１１３は、モータ１１４によって回転駆動されており、これによって、レーザビームＬ１は回転走査ビームＬ２に変換される。ここでモータ１１４は、モータ駆動回路１１５において、同期信号に基づいて生成される駆動信号によって駆動されている。同期信号は、モータ同期回路１１６において、クロックパルスＣＬＫに基づいて生成される。続いて、回転走査ビームＬ２は、更にｆ−θレンズ１１７でビーム径を絞った等速度の平行走査ビームＬ３（光ビーム）に変換される。この平行走査ビームＬ３は、ポリゴンミラー１１３の回転に伴って測定対象物Ｗが置かれた測定領域１４０を走査するように照射され、集光レンズ１２１を通して測定用受光素子１２２に入射する。測定用受光素子１２２の出力（走査信号）は、アンプ１２３で増幅された後、制御部２００のエッジ検出回路２０２に入力される。
【００１６】
制御部２００のエッジ検出回路２０２に入力された走査信号Ｓ１は、ここで例えば閾値５０％で整形されエッジ検出信号Ｓ２としてゲート回路２０３に入力される。ゲート回路２０３では、入力されたエッジ検出信号Ｓ２に基づいてクロックパルスＣＬＫをゲートしたゲート信号Ｓ３が生成されカウンタ２０４に出力される。カウンタ２０４では、入力されたゲート信号Ｓ３のパルス数がカウントされる。ＣＰＵ２０１では、このパルス数を用いた演算処理が実行され測定対象物Ｗの直径等となる測定値が算出される。測定領域１４０は平行走査ビームＬ３によって繰り返し走査されるため、ＣＰＵ２０１は複数の測定値を算出するが、これら測定値を平均することで最終的な測定結果を得る。
【００１７】
なお、リセット用受光素子１１８は、回転走査ビームＬ２の有効走査範囲外に配置され、一走査の開始又は終了を検出する。このリセット用受光素子１１８の出力となるリセット信号ＲＳＴは、制御部２００のゲート回路２０３に入力され、ゲート回路２０３のリセットのタイミングとして用いられる。
【００１８】
次に、実施形態に係る測定システムの効果を説明する前提として、比較例に係る測定システムの問題点について説明しておく。比較例に係る測定システムは、実施形態に係る測定システムから、風洞装置３００を除いて構成されている。
【００１９】
図３は、比較例に係る測定システムにおける測定のバラツキの要因を説明する斜視図である。
上記構成の測定装置は、測定対象物Ｗが光ビームＬ（並行レーザビームＬ３）を遮った時間から測定対象物Ｗの外径を算出し測定する。この種の測定装置は、光ビームＬが通過する空気中の気圧や温度に変動が生じると、光ビームＬの波長や屈折率などが変化し、その輸送経路にバラツキが発生する。そのため、高精度の測定を行うには、光ビームＬが通過する空間、つまり測定領域１４０内の気圧や温度を安定させることが重要となる。
【００２０】
この点、比較例に係る測定システムの場合、図３に示すように、測定領域１４０内には、気圧や温度の因子である分子の速度分布やベクトルが均一ではなく、緩やかな乱流が発生する。この場合、測定領域１４０内は、分子の動きが無秩序な状態となっており、その気圧分布や温度分布は時間的・空間的に常に変化する。その結果、そこを通過する光ビームＬの輸送経路も、時間的・空間的に常に変化してしまう。このことは、測定対象物Ｗを走査する光レーザＬの走査位置が時間的・空間的に安定しないことを意味しており、測定のバラツキ、即ち、測定装置における繰り返し精度の悪化を招いてしまう。
【００２１】
これに対し、実施形態に係る測定システムでは、補助装置である風洞装置３００を用いることで上記問題を改善する。
図４は、実施形態に係る測定システムにおける測定領域内の環境の安定化を説明する斜視図である。
実施形態に係る測定システムでは、風洞装置３００から測定領域１４０に対して例えば層流の風ＷＮを送っており、これによって、測定領域１４０内の気圧分布や温度分布を一定にできる。その結果、光ビームＬの向きや波長を安定させることができ、延いては光ビームＬの走査位置を安定させることができる。即ち、比較例と比べ、測定装置の繰り返し精度を向上させることができる。
【００２２】
次に、補助装置３００の設置場所（設置領域）についていくつかの例を挙げて説明する。
図５〜１１は、実施形態に係る測定システムにおける補助装置の設置例を示す平面図である。
図５は、風洞装置３００Ａが測定領域１４０の上側（Ｚ方向）であって測定部１００から物理的に離間した場所に設置された例である。この風洞装置３００Ａは、測定領域１４０のＸ方向全体に対し、上側から下側に向けて一定の風ＷＮを送る。図６は、風洞装置３００Ｂが測定領域１４０の下側（Ｚ方向）を設置場所であって測定部１００の連結部１３０に固定されて設置された例である。この風洞装置３００Ｂは、測定領域１４０のＸ方向全体に対し、下側から上側に向けて一定の風ＷＮを送る。
【００２３】
ここで、風洞装置３００は、図５のように、測定装置とは物理的に離間させて設置させても良いし、図６のように、測定装置に固定させて設置させても良い。前者の場合、測定装置に対する風洞装置３００Ａで生じる送風に伴う振動の影響を無くすことができる。但し、前者の場合、下向きの風ＷＮが連結部１３０に衝突して乱流を発生させる恐れがある。この場合、風速を速くすれば、連結部１３０に衝突した風ＷＮがＹ方向に避けてくれるため、測定領域１４０内における乱流の発生が抑制される。一方、後者の場合、風ＷＮが下側から上側に向かうため、前者のような風ＷＮの衝突の問題は生じない。但し、風洞装置３００Ｂが測定装置に固定されるため、測定装置は風洞装置３００Ｂで生じる振動の影響を受けてしまう。そのため、例えば、測定装置が大型である場合等、風洞装置３００Ｂの振動の影響が無視できる場合を除き、何らかの防振対策が施されることが望ましい。また、後者の場合、風洞装置３００Ｂを連結部１３０に固定する関係上、光ビーム走査部１１０及び受光部１２０等を嵩上げさせる等、測定部１００自体の構造を工夫する必要がある（図６中の白抜き矢印ａ１参照）。
【００２４】
図７は、風洞装置３００Ｃが測定領域１４０の上側（Ｚ方向）の場所に設置された例である。この風洞装置３００Ｃは、測定領域１４０のうちＸ方向において照射口１１０ａ及び測定対象物Ｗ間の範囲に対し、上側から下側に向けて一定の風ＷＮを送る。
【００２５】
同じ乱流であっても測定領域１４０の中でも照射口１１０ａのより近くにある方が光ビームＬの安定性に影響を与えると考えられる。換言すれば、図５及び６のように、測定領域１４０のＸ方向全体に対して風ＷＮを送らなくても、測定領域１４０のうち照射口１１０ａの近傍にさえ風ＷＮを送れば、光ビームＬの向きや波長などをある程度安定させることができる。更に、図５及び６のように、測定領域１４０のＸ方向全体に対して風ＷＮを送ると、測定対象物Ｗにも風ＷＮが衝突することになり、これに伴い測定領域１４０内に乱流が発生したり、測定対象物Ｗ自体が振動したりする場合も考えられる。その点、図７及び８のように、測定対象物Ｗを避けて風ＷＮを送れば、上記問題を回避することができる。
【００２６】
図８は、風洞装置３００Ｄが測定装置１４０の右側（Ｘ方向）の場所に設置された例である。図５〜７のように、風洞装置３００を測定装置１４０の上下側に設置するには、測定装置に対する加工や、風洞装置３００用の支持台の準備などが必要となってくる。その点、図８の例の場合、測定装置と同じ台に置くことができるため、図５〜７の例に比べ、風洞装置３００Ｄの設置が容易である。
【００２７】
図９も、図８の例と同様、風洞装置３００Ｅが測定装置１４０の右側の場所に設置された例である。但し、図８の例とは異なり、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に設置されている。図５〜８の例は、いずれも風洞装置３００が光ビームＬの進むＹ方向に対して垂直に風ＷＮを送風できる場所に設置されていた。しかし、前述の通り、風ＷＮは、位置毎に風向き・風速がある程度一定であれば良い。つまり、図５〜８のように、必ずしもＹ方向に対して垂直に風ＷＮを送る必要はなく、図９の例のように、測定領域１４０に対して風ＷＮを任意の角度で送っても良い。
【００２８】
図１０は、２つの風洞装置３００Ｆ及び３００Ｇが右側後方及び左側後方に設置された例である。図５〜９は、いずれも１つの風洞装置３００が設置された例であった。しかし、前述の通り、風ＷＮは任意の位置における風向き・風速がある程度一定であれば良いため、図１０の例のように、２つの補助装置３００Ｆ及び３００Ｇから異なる風ＷＮ１及びＷＮ２を送っても良い。
【００２９】
図１１は、風洞装置３００Ｈが測定領域１４０の後側（Ｙ方向）の場所に設置された例である。図５〜１０の例は、いずれも測定領域１４０に対して光ビームＬの進む方向と交差する方向から風ＷＮを送っていたが、この風洞装置３００Ｈは、光ビームＬの進む方向（Ｙ方向）と並行に後方から前方に向けて一定の風ＷＮを送る。図１１の例の場合、風洞装置３００Ｈの設置において照射口１１０ａを塞がない工夫が必要となるが、光ビームＬの周囲に一定の風ＷＬを並行に送っているため、測定のバラツキに直接繋がる光ビームＬの周辺の環境を効率的に改善することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態によれば、測定領域に対して一定の風を送風することで、測定領域内の環境の安定化を実現する測定装置の補助装置及びそれを用いた測定システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００・・・測定部、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・・・モータ、１１５・・・モータ駆動回路、１１６・・・モータ同期回路、１１７・・・ｆ−θレンズ１１７、１１８・・・リセット用受光素子１１８、１２０・・・受光部、１２１・・・集光レンズ、１２２・・・測定用受光素子、１２３・・・アンプ、１３０・・・連結部、１４０・・・測定領域、２００・・・制御部、２０１・・・ＣＰＵ、２０２・・・エッジ検出回路、２０３・・・ゲート回路、２０４・・・カウンタ、２０５・・・メモリ、２０６・・・クロック生成回路、２０７・・・バス、３００・・・風洞装置（補助装置）、３１１・・・ファン、３１２・・・モータ、３１３・・・モータ駆動回路、３２１・・・フィルタ。
【図１】
0006696743.tif 000002
【図２】
0006696743.tif 000003
【図３】
0006696743.tif 000004
【図４】
0006696743.tif 000005
【図５】
0006696743.tif 000006
【図６】
0006696743.tif 000007
【図７】
0006696743.tif 000008
【図８】
0006696743.tif 000009
【図９】
0006696743.tif 000010
【図１０】
0006696743.tif 000011
【図１１】
0006696743.tif 000012