JP2502741Y2 - 光学測定機のオ―トフオ―カス装置 - Google Patents
光学測定機のオ―トフオ―カス装置Info
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- JP2502741Y2 JP2502741Y2 JP6469089U JP6469089U JP2502741Y2 JP 2502741 Y2 JP2502741 Y2 JP 2502741Y2 JP 6469089 U JP6469089 U JP 6469089U JP 6469089 U JP6469089 U JP 6469089U JP 2502741 Y2 JP2502741 Y2 JP 2502741Y2
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- Microscoopes, Condenser (AREA)
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Description
本考案は、光学測定機のオートフオーカス装置に係
り、特に、測定顕微鏡や投影機等に用いるのに好適な、
測定対象物の表面形状の影響を受けにくいオートフオー
カス装置に関するものである。
り、特に、測定顕微鏡や投影機等に用いるのに好適な、
測定対象物の表面形状の影響を受けにくいオートフオー
カス装置に関するものである。
測定顕微鏡や投影機等の光学測定機においては、載物
台上の測定対象物を平行光線により照射して、その透過
光又は反射光に基づきスクリーン上に該測定対象物の像
を形成し、該像により測定対象物の寸法形状等を測定す
るようにされている。 スクリーンに投影された測定対象物の像の寸法形状等
を測定するには、該像のエツジの位置を正確に検出する
必要があるが、そのためのエツジ検出装置として、出願
人は既に、特開昭61−128105で、同心円上に２分割され
た受光素子を用いたエツジ検出装置を提案している。 このエツジ検出装置は、具体的には、２分割された受
光素子の出力の差動信号が、零を横切るときにエツジ信
号を生成するようにされている。 一方、エツジ検出に際しては、測定対象面が合焦位置
にあり、像が焦点ずれしていないことが前提となる。
台上の測定対象物を平行光線により照射して、その透過
光又は反射光に基づきスクリーン上に該測定対象物の像
を形成し、該像により測定対象物の寸法形状等を測定す
るようにされている。 スクリーンに投影された測定対象物の像の寸法形状等
を測定するには、該像のエツジの位置を正確に検出する
必要があるが、そのためのエツジ検出装置として、出願
人は既に、特開昭61−128105で、同心円上に２分割され
た受光素子を用いたエツジ検出装置を提案している。 このエツジ検出装置は、具体的には、２分割された受
光素子の出力の差動信号が、零を横切るときにエツジ信
号を生成するようにされている。 一方、エツジ検出に際しては、測定対象面が合焦位置
にあり、像が焦点ずれしていないことが前提となる。
しかしながら、特開昭61−128105で提案したエツジ検
出装置には、オートフオーカス機能がなく、作業者が目
視によつて焦点合わせを行わなければならなかつた。従
つて、作業者の負担が大きく、測定作業に時間がかかる
等の問題点を有していた。 このような問題点を解決するべく、独立したオートフ
オーカス装置を付加することが考えられる。光学測定機
に組み合せ可能なオートフオーカス装置としては、例え
ば第８図に示す如く、レーザダイオード１等の光源から
光ビーム２をビームスプリツタ３及び対物レンズ４を介
して、測定対象物５の被測定表面5Aに、これと略直交す
る方向に投射し、該被測定表面5Aで散乱反射された反射
光を、再度対物レンズ４、ビームスプリツタ３を経て、
該ビームスプリツタ３の反射面3Aにより直角に反射さ
せ、断面三角形のフーコープリズム６を介して、分割型
の受光素子８に入射させるようにしたものがある。該受
光素子８は、ホトダイオード等からなる内側素子8A及び
その外側に隣接する外側素子8Bによつて構成され、これ
ら内側素子8A及び外側素子8Bの出力が、比較器９を経
て、検出器（図示省略）に入力されるようになつてい
る。 ここで、前記内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、前
記被測定表面5Aの凹凸により、対物レンズ４からの距離
に変化が生じると、これに対応して増減するので、両者
の出力の差に基づいて、被測定表面5Aの対物レンズ４か
らの距離、即ち表面形状を測定することができる。 従つて、このような表面形状測定装置を測定顕微鏡等
のオートフオーカス装置として用いることが考えられる
が、このような、レーザダイオード１からの光ビーム２
等を測定対象物５にあて、その反射光により焦点情報を
得るアクテイブ型のオートフオーカス装置は、反射光を
用いるため、測定対象物５の表面形状の影響を大きく受
けてしまうという問題点を有していた。即ち、第９図に
示す如く、光ビーム２が測定対象物５のエツジ5E等にあ
たると、左右の信号がアンバランスになつて、反射光が
乱れてしまい、受光素子８に戻つてこなくなるため、焦
点情報が全く役に立たなくなり、焦点調節が不可能にな
つてしまう。 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、測定対象物の表面形状の影響を受けにくい光学
測定機のオートフオーカス装置を提供することを課題と
する。
出装置には、オートフオーカス機能がなく、作業者が目
視によつて焦点合わせを行わなければならなかつた。従
つて、作業者の負担が大きく、測定作業に時間がかかる
等の問題点を有していた。 このような問題点を解決するべく、独立したオートフ
オーカス装置を付加することが考えられる。光学測定機
に組み合せ可能なオートフオーカス装置としては、例え
ば第８図に示す如く、レーザダイオード１等の光源から
光ビーム２をビームスプリツタ３及び対物レンズ４を介
して、測定対象物５の被測定表面5Aに、これと略直交す
る方向に投射し、該被測定表面5Aで散乱反射された反射
光を、再度対物レンズ４、ビームスプリツタ３を経て、
該ビームスプリツタ３の反射面3Aにより直角に反射さ
せ、断面三角形のフーコープリズム６を介して、分割型
の受光素子８に入射させるようにしたものがある。該受
光素子８は、ホトダイオード等からなる内側素子8A及び
その外側に隣接する外側素子8Bによつて構成され、これ
ら内側素子8A及び外側素子8Bの出力が、比較器９を経
て、検出器（図示省略）に入力されるようになつてい
る。 ここで、前記内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、前
記被測定表面5Aの凹凸により、対物レンズ４からの距離
に変化が生じると、これに対応して増減するので、両者
の出力の差に基づいて、被測定表面5Aの対物レンズ４か
らの距離、即ち表面形状を測定することができる。 従つて、このような表面形状測定装置を測定顕微鏡等
のオートフオーカス装置として用いることが考えられる
が、このような、レーザダイオード１からの光ビーム２
等を測定対象物５にあて、その反射光により焦点情報を
得るアクテイブ型のオートフオーカス装置は、反射光を
用いるため、測定対象物５の表面形状の影響を大きく受
けてしまうという問題点を有していた。即ち、第９図に
示す如く、光ビーム２が測定対象物５のエツジ5E等にあ
たると、左右の信号がアンバランスになつて、反射光が
乱れてしまい、受光素子８に戻つてこなくなるため、焦
点情報が全く役に立たなくなり、焦点調節が不可能にな
つてしまう。 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、測定対象物の表面形状の影響を受けにくい光学
測定機のオートフオーカス装置を提供することを課題と
する。
本考案は、光学測定機のオートフオーカス装置におい
て、光ビームを射出する光源と、測定対象物の被測定表
面に対向して配置され、該被測定表面と略直交する前記
光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと、該対物
レンズを通つた前記光ビームが、前記被測定表面で反射
されて形成された反射光を、再び前記対物レンズを通し
た後、集光する、断面三角形のフーコープリズムと、該
フーコープリズムによつて前記反射光が集光される光ス
ポツトの合焦位置近傍に配置された、少なくとも１つの
受光素子と、被測定表面上で前記光ビームが微少振動す
るように、該光ビームの往路と復路が重なつている個所
で、該光ビームを振動させる手段と、該光ビームの振動
と同期して、前記受光素子による受光量の平均値を求め
る手段とを備え、該受光量平均値から、被測定表面の平
均高さの合焦位置からのずれを検知することにより、前
記課題を達成したものである。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記受光量を
積分する手段と、前記光ビームを振動させるための周期
信号が中立領域にあるときにのみ、前記積分手段を動作
させるためのウインドコンパレータとを備えたものであ
る。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記光ビーム
を振動させるための周期信号を微分する手段と、前記受
光量に該微分手段出力を乗算する手段と、該乗算手段出
力を一周期分積分する手段とを備えたものである。
て、光ビームを射出する光源と、測定対象物の被測定表
面に対向して配置され、該被測定表面と略直交する前記
光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと、該対物
レンズを通つた前記光ビームが、前記被測定表面で反射
されて形成された反射光を、再び前記対物レンズを通し
た後、集光する、断面三角形のフーコープリズムと、該
フーコープリズムによつて前記反射光が集光される光ス
ポツトの合焦位置近傍に配置された、少なくとも１つの
受光素子と、被測定表面上で前記光ビームが微少振動す
るように、該光ビームの往路と復路が重なつている個所
で、該光ビームを振動させる手段と、該光ビームの振動
と同期して、前記受光素子による受光量の平均値を求め
る手段とを備え、該受光量平均値から、被測定表面の平
均高さの合焦位置からのずれを検知することにより、前
記課題を達成したものである。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記受光量を
積分する手段と、前記光ビームを振動させるための周期
信号が中立領域にあるときにのみ、前記積分手段を動作
させるためのウインドコンパレータとを備えたものであ
る。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記光ビーム
を振動させるための周期信号を微分する手段と、前記受
光量に該微分手段出力を乗算する手段と、該乗算手段出
力を一周期分積分する手段とを備えたものである。
本考案においては、前記のようなフーコープリズムを
用いた装置において、被測定表面上で光ビームが微少振
動するように、光ビームの往路と復路が重なつている個
所で、該光ビームを振動させ、該光ビームの振動と同期
して、受光素子による受光量の平均値を求め、該受光量
平均値により、被測定表面の平均高さの合焦位置からの
ずれを検知するようにしている。従つて、光ビームを測
定対象物の被測定表面の多数の点に照射したのと同じ効
果を得て、平均化された焦点情報を得ることができ、目
視と同様に、被測定表面の平均高さ位置に合焦すること
ができる。従つて、再現性が向上し、測定対象物の表面
形状の影響を受けにくいオートフオーカス装置を実現す
ることができる。 この際、光ビームを、その往路と復路が重なつている
個所で振動させているので、光ビームを振動させること
によつてゆがんでも、元に戻るため、高精度の検出が可
能である。 又、受光量平均値を求める手段に、前記受光量を積分
する手段と、前記光ビームを振動させるための周期信号
が中立領域にあるときにのみ、前記積分手段を動作させ
るためのウインドコンパレータとを備えた場合には、音
叉等を用いて光ビームを単振動させる場合であつても、
その両端位置における低速走査の悪影響を受けることな
く、適切なセンサ信号を得ることができる。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記光ビーム
を振動させるための周期信号を微分する手段と、前記受
光量に該微分手段出力を乗算する手段と、該乗算手段出
力を一周期分積分する手段とを備えた場合には、光ビー
ムの走査速度が速ければ（中立領域）大きなゲイン、遅
ければ（両端領域）小さなゲインとなり、音叉等を用い
て光ビームを単振動させる場合であつても、その両端領
域における重みが過大となることがなく、全領域の受光
信号を有効に利用しつつ、適切なセンサ信号を得ること
ができる。従つて、光量損失を生じることがなく、光ビ
ームの振動の有効振幅がウインドコンパレータによつて
制限されることもない。
用いた装置において、被測定表面上で光ビームが微少振
動するように、光ビームの往路と復路が重なつている個
所で、該光ビームを振動させ、該光ビームの振動と同期
して、受光素子による受光量の平均値を求め、該受光量
平均値により、被測定表面の平均高さの合焦位置からの
ずれを検知するようにしている。従つて、光ビームを測
定対象物の被測定表面の多数の点に照射したのと同じ効
果を得て、平均化された焦点情報を得ることができ、目
視と同様に、被測定表面の平均高さ位置に合焦すること
ができる。従つて、再現性が向上し、測定対象物の表面
形状の影響を受けにくいオートフオーカス装置を実現す
ることができる。 この際、光ビームを、その往路と復路が重なつている
個所で振動させているので、光ビームを振動させること
によつてゆがんでも、元に戻るため、高精度の検出が可
能である。 又、受光量平均値を求める手段に、前記受光量を積分
する手段と、前記光ビームを振動させるための周期信号
が中立領域にあるときにのみ、前記積分手段を動作させ
るためのウインドコンパレータとを備えた場合には、音
叉等を用いて光ビームを単振動させる場合であつても、
その両端位置における低速走査の悪影響を受けることな
く、適切なセンサ信号を得ることができる。 又、前記受光量平均値を求める手段に、前記光ビーム
を振動させるための周期信号を微分する手段と、前記受
光量に該微分手段出力を乗算する手段と、該乗算手段出
力を一周期分積分する手段とを備えた場合には、光ビー
ムの走査速度が速ければ（中立領域）大きなゲイン、遅
ければ（両端領域）小さなゲインとなり、音叉等を用い
て光ビームを単振動させる場合であつても、その両端領
域における重みが過大となることがなく、全領域の受光
信号を有効に利用しつつ、適切なセンサ信号を得ること
ができる。従つて、光量損失を生じることがなく、光ビ
ームの振動の有効振幅がウインドコンパレータによつて
制限されることもない。
以下図面を参照して、本考案の実施例を詳細に説明す
る。 本考案の第１実施例は、第１図に示す如く、測定顕微
鏡のオートフオーカス装置に本考案を適用したもので、
光ビーム２を射出する光源としてのレーザダイオード１
と、測定対象物５の被測定表面5Aに対向して配置され、
該被測定表面5Aと略直交する前記光ビーム２の光路上に
光軸を備えた対物レンズ４と、該対物レンズ４を通つた
前記光ビーム２が、前記被測定表面5Aで反射されて形成
された反射光を、再び前記対物レンズ４を通した後、集
光する、断面三角形のフーコープリズム６と、該フーコ
ープリズム６によつて前記反射光が集光される光スポツ
トの合焦位置近傍に位置された２組の分割型受光素子を
構成するホトダイオード24A〜24Dと、被測定表面5A上で
前記光ビーム２が微少振動するように、該光ビーム２の
往路と復路が重なつている個所で、該光ビーム２を振動
させるための音叉20及び反射鏡22と、該光ビーム２の振
動と同期して、前記ホトダイオード24A〜24Dによる受光
量の平均値を求め、該受光量平均値から、被測定表面の
平均高さの合焦位置からのずれを検知するための信号処
理回路50とを備えたものである。 図において、30は、ハーフミラー32、34及び前記対物
レンズ４を介して被測定表面5Aを照明するためのハロゲ
ン電球、36は、レーザダイオード１から射出され、コリ
メータレンズ38で平行光とされた光ビーム２を前記反射
鏡22の方向に反射するためのハーフミラー、40は、前記
反射鏡22で反射された光ビームを集束して前記ハーフミ
ラー32上に照射するための集束レンズ、42は、フーコー
プリズム６の入側に配設された集束レンズ、44は観察者
が目を当てる接眼部、46は対物レンズ４を切換えて倍率
を変更するためのレボルバである。 一方、前記ホトダイオード24A〜24Dの出力を処理する
信号処理回路50は、第２図に詳細に示す如く、前記音叉
20を振動させるための加振器52に発振信号を与える発振
器54と、外側にあるホトダイオード24Aの出力P1と24Dの
出力P4を加算する加算器56と、内側にあるホトダイオー
ド24Bの出力P2と24Cの出力P3を加算する加算器58と、該
加算器56と58の出力の差（P1＋P4）−（P2＋P3）を求め
る減算器60と、前記加算器56と58の出力の和（P1＋P4）
＋（P2＋P3）を求める加算器62と、前記発振器54から出
力される発振信号に同期して、該減算器60及び加算器62
の出力をオンオフするためのアナログスイツチ64、66
と、該アナログスイツチ64、66を介して入力される前記
減算器60出力を加算器62出力で除算するための除算器68
と、該除算器68の出力を積分することによつて平均化す
るための積分器70と、前記発振器54から出力される発振
信号が、第３図に示す如く、所定の中立領域（Vref＋＜
Ｖ＜Vref−）にあるときにのみ、前記積分器70を動作さ
せるためのウインドコンパレータ72及びアナログスイツ
チ74と、該ウインドコンパレータ72出力を反転するイン
バータ76と、該インバータ76によつて反転された前記ウ
インドコンパレータ72の出力により、前記積分器70の出
力をオンオフするためのアナログスイツチ78と、該アナ
ログスイツチ78を通して得られる前記積分器70出力をサ
ンプリングしてホールドするためのサンプリングホール
ド（S/H）回路80と、該サンプリングホールド回路80出
力のセンサ信号からそのゼロクロス位置、即ち合焦位置
を検出するためのゼロクロス検出器82とを含んで構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 まず音叉20が停止しているときは、従来と同様に、レ
ーザダイオード１から射出された光ビーム２が、第１図
に実線で示す如く、測定対象物５の被測定表面5Aに照射
される。その反射光は、再び音叉20の反射鏡22を経由し
て、フーコープリズム６の頂点に載り、ホトダイオード
24A〜24Dに受光される。 予め、第４図に示す如く、合焦位置で各ホトダイオー
ド24A〜24Dの受光信号P1、P2、P3、P4が、 P1＝P2 P3＝P4 となるように調整しておくと、被測定表面5Aが合焦位置
より遠い前ピンの場合には、第５図に示す如く、 P1＞P2 P3＜P4 となる。 逆に、被測定表面5Aが合焦位置より近い後ピンの場合
には、第６図に示す如く、 P1＜P2 P3＞P4 となる。従つて、各ホトダイオード24A〜24Dの受光信号
P1〜P4を、前出第２図に示したような信号処理回路50で
処理することによつて、被測定表面5Aの合焦位置からの
ずれを知ることができる。 一方、前記加振器52を作動させて前記音叉20を振動さ
せると、光ビーム２は、第１図に破線で示したような状
態で被測定表面5Aに照射される。即ち、被測定表面5A上
を、第１図の左右方向へ移動する。この反射光は音叉20
に設けられた反射鏡22へ戻り、ホトダイオード24A〜24D
で受光される。この際、音叉を第１図に示した如く、フ
ーコープリズム６の厚さ（光軸）方向に光ビーム２を振
動させるように配置すれば、被測定表面5A上の光スポツ
トの位置が移動しても、ホトダイオード24A〜24D上の受
光位置は不動となる。従つて、受光された信号に対し
て、第３図に示した如く、音叉20の振動の１周期の中央
付近のみの信号を積分し、各スポツトの重みを均等とす
ることによつて、被測定表面5Aの多数の点に光スポツト
をあてたのと同じ効果を得ることができ、目視と同様に
被測定表面5Aの平均高さ位置に合焦することができる。 本実施例においては、第３図に示した如く、音叉20の
１周期の中央付近のみの信号を積分しているので、音叉
20等により反射鏡22、即ち光ビーム２を単振動させる場
合であつても、その両端位置における低速走査の悪影響
を受けることなく、適切なセンサ信号を得ることができ
る。なお、反射鏡22を振動させる手段は音叉に限定され
ず、例えばピエゾ素子等の他の手段を用いることができ
る。又、光ビーム２だけでなく、光学系全体を振動させ
てもよい。 次に、本考案の第２実施例を詳細に説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様のオートフ
オーカス装置において、前記信号処理回路50のウインド
コンパレータ72、アナログスイツチ74、78及びインバー
タ76の代りに、第７図に示す如く、前記発振器54から出
力される発振信号（例えば正弦波）を微分する微分回路
90と、前記除算器68の出力に該微分回路90の出力（例え
ば余弦波）を乗算して重み付けする乗算器92と、該乗算
器92の出力を一周期分積分する積分器94とを備えたもの
である。 本実施例においては、音叉20を加振している発振信号
を微分し、除算器68の出力に乗算しているので、音叉20
による光ビームの走査速度が速ければ（中立領域）大き
なゲイン、遅ければ（両端領域）小さなゲインとなる。
従つて、この乗算結果を一周期分積分してセンサ信号と
することで、音叉20等により反射鏡22、即ち光ビーム２
を単振動させる場合であつても、その両端領域における
重みが過大となることがなく、適切なセンサ信号を得る
ことができる。しかも、両端領域の受光信号が、第１実
施例のようにウインドコンパレータによつてカツトされ
ることがなく、全領域の信号が有効に利用され、光量損
失を生じることもない。又、振動の有効振幅がウインド
コンパレータによつて制限されることもない。これに対
して、例えば音叉振幅の70％のウインドコンパレータを
用いた場合には、光ビーム２の有効振幅（有効走査長）
も70％に制限され、しかも、両端領域の30％分の受光信
号は、全く利用されないので、光量損失を生じる。この
ように、第２実施例によれば、第１実施例より有効に光
量を利用でき、光ビームの振動の有効振幅も大きくな
る。
る。 本考案の第１実施例は、第１図に示す如く、測定顕微
鏡のオートフオーカス装置に本考案を適用したもので、
光ビーム２を射出する光源としてのレーザダイオード１
と、測定対象物５の被測定表面5Aに対向して配置され、
該被測定表面5Aと略直交する前記光ビーム２の光路上に
光軸を備えた対物レンズ４と、該対物レンズ４を通つた
前記光ビーム２が、前記被測定表面5Aで反射されて形成
された反射光を、再び前記対物レンズ４を通した後、集
光する、断面三角形のフーコープリズム６と、該フーコ
ープリズム６によつて前記反射光が集光される光スポツ
トの合焦位置近傍に位置された２組の分割型受光素子を
構成するホトダイオード24A〜24Dと、被測定表面5A上で
前記光ビーム２が微少振動するように、該光ビーム２の
往路と復路が重なつている個所で、該光ビーム２を振動
させるための音叉20及び反射鏡22と、該光ビーム２の振
動と同期して、前記ホトダイオード24A〜24Dによる受光
量の平均値を求め、該受光量平均値から、被測定表面の
平均高さの合焦位置からのずれを検知するための信号処
理回路50とを備えたものである。 図において、30は、ハーフミラー32、34及び前記対物
レンズ４を介して被測定表面5Aを照明するためのハロゲ
ン電球、36は、レーザダイオード１から射出され、コリ
メータレンズ38で平行光とされた光ビーム２を前記反射
鏡22の方向に反射するためのハーフミラー、40は、前記
反射鏡22で反射された光ビームを集束して前記ハーフミ
ラー32上に照射するための集束レンズ、42は、フーコー
プリズム６の入側に配設された集束レンズ、44は観察者
が目を当てる接眼部、46は対物レンズ４を切換えて倍率
を変更するためのレボルバである。 一方、前記ホトダイオード24A〜24Dの出力を処理する
信号処理回路50は、第２図に詳細に示す如く、前記音叉
20を振動させるための加振器52に発振信号を与える発振
器54と、外側にあるホトダイオード24Aの出力P1と24Dの
出力P4を加算する加算器56と、内側にあるホトダイオー
ド24Bの出力P2と24Cの出力P3を加算する加算器58と、該
加算器56と58の出力の差（P1＋P4）−（P2＋P3）を求め
る減算器60と、前記加算器56と58の出力の和（P1＋P4）
＋（P2＋P3）を求める加算器62と、前記発振器54から出
力される発振信号に同期して、該減算器60及び加算器62
の出力をオンオフするためのアナログスイツチ64、66
と、該アナログスイツチ64、66を介して入力される前記
減算器60出力を加算器62出力で除算するための除算器68
と、該除算器68の出力を積分することによつて平均化す
るための積分器70と、前記発振器54から出力される発振
信号が、第３図に示す如く、所定の中立領域（Vref＋＜
Ｖ＜Vref−）にあるときにのみ、前記積分器70を動作さ
せるためのウインドコンパレータ72及びアナログスイツ
チ74と、該ウインドコンパレータ72出力を反転するイン
バータ76と、該インバータ76によつて反転された前記ウ
インドコンパレータ72の出力により、前記積分器70の出
力をオンオフするためのアナログスイツチ78と、該アナ
ログスイツチ78を通して得られる前記積分器70出力をサ
ンプリングしてホールドするためのサンプリングホール
ド（S/H）回路80と、該サンプリングホールド回路80出
力のセンサ信号からそのゼロクロス位置、即ち合焦位置
を検出するためのゼロクロス検出器82とを含んで構成さ
れている。 以下、第１実施例の作用を説明する。 まず音叉20が停止しているときは、従来と同様に、レ
ーザダイオード１から射出された光ビーム２が、第１図
に実線で示す如く、測定対象物５の被測定表面5Aに照射
される。その反射光は、再び音叉20の反射鏡22を経由し
て、フーコープリズム６の頂点に載り、ホトダイオード
24A〜24Dに受光される。 予め、第４図に示す如く、合焦位置で各ホトダイオー
ド24A〜24Dの受光信号P1、P2、P3、P4が、 P1＝P2 P3＝P4 となるように調整しておくと、被測定表面5Aが合焦位置
より遠い前ピンの場合には、第５図に示す如く、 P1＞P2 P3＜P4 となる。 逆に、被測定表面5Aが合焦位置より近い後ピンの場合
には、第６図に示す如く、 P1＜P2 P3＞P4 となる。従つて、各ホトダイオード24A〜24Dの受光信号
P1〜P4を、前出第２図に示したような信号処理回路50で
処理することによつて、被測定表面5Aの合焦位置からの
ずれを知ることができる。 一方、前記加振器52を作動させて前記音叉20を振動さ
せると、光ビーム２は、第１図に破線で示したような状
態で被測定表面5Aに照射される。即ち、被測定表面5A上
を、第１図の左右方向へ移動する。この反射光は音叉20
に設けられた反射鏡22へ戻り、ホトダイオード24A〜24D
で受光される。この際、音叉を第１図に示した如く、フ
ーコープリズム６の厚さ（光軸）方向に光ビーム２を振
動させるように配置すれば、被測定表面5A上の光スポツ
トの位置が移動しても、ホトダイオード24A〜24D上の受
光位置は不動となる。従つて、受光された信号に対し
て、第３図に示した如く、音叉20の振動の１周期の中央
付近のみの信号を積分し、各スポツトの重みを均等とす
ることによつて、被測定表面5Aの多数の点に光スポツト
をあてたのと同じ効果を得ることができ、目視と同様に
被測定表面5Aの平均高さ位置に合焦することができる。 本実施例においては、第３図に示した如く、音叉20の
１周期の中央付近のみの信号を積分しているので、音叉
20等により反射鏡22、即ち光ビーム２を単振動させる場
合であつても、その両端位置における低速走査の悪影響
を受けることなく、適切なセンサ信号を得ることができ
る。なお、反射鏡22を振動させる手段は音叉に限定され
ず、例えばピエゾ素子等の他の手段を用いることができ
る。又、光ビーム２だけでなく、光学系全体を振動させ
てもよい。 次に、本考案の第２実施例を詳細に説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例と同様のオートフ
オーカス装置において、前記信号処理回路50のウインド
コンパレータ72、アナログスイツチ74、78及びインバー
タ76の代りに、第７図に示す如く、前記発振器54から出
力される発振信号（例えば正弦波）を微分する微分回路
90と、前記除算器68の出力に該微分回路90の出力（例え
ば余弦波）を乗算して重み付けする乗算器92と、該乗算
器92の出力を一周期分積分する積分器94とを備えたもの
である。 本実施例においては、音叉20を加振している発振信号
を微分し、除算器68の出力に乗算しているので、音叉20
による光ビームの走査速度が速ければ（中立領域）大き
なゲイン、遅ければ（両端領域）小さなゲインとなる。
従つて、この乗算結果を一周期分積分してセンサ信号と
することで、音叉20等により反射鏡22、即ち光ビーム２
を単振動させる場合であつても、その両端領域における
重みが過大となることがなく、適切なセンサ信号を得る
ことができる。しかも、両端領域の受光信号が、第１実
施例のようにウインドコンパレータによつてカツトされ
ることがなく、全領域の信号が有効に利用され、光量損
失を生じることもない。又、振動の有効振幅がウインド
コンパレータによつて制限されることもない。これに対
して、例えば音叉振幅の70％のウインドコンパレータを
用いた場合には、光ビーム２の有効振幅（有効走査長）
も70％に制限され、しかも、両端領域の30％分の受光信
号は、全く利用されないので、光量損失を生じる。この
ように、第２実施例によれば、第１実施例より有効に光
量を利用でき、光ビームの振動の有効振幅も大きくな
る。
以上説明した通り、本考案によれば、照射する光ビー
ムを振動させることによつて、あたかも光ポツトを沢山
照射したのと同様の効果を得ることができる。従つて、
エツジ等の測定対象物の表面形状の影響を受けにくくな
り、安定したフオーカシングが可能となる。又、平均化
された受光量に基づいて合焦位置からのずれを検出する
ので、再現性が向上し、均一な粗さの面であれば、たと
え検出値が真の値からずれていても、その差をオフセツ
ト設定することによつて、真の位置を検出することが可
能となる等の優れた効果を有する。
ムを振動させることによつて、あたかも光ポツトを沢山
照射したのと同様の効果を得ることができる。従つて、
エツジ等の測定対象物の表面形状の影響を受けにくくな
り、安定したフオーカシングが可能となる。又、平均化
された受光量に基づいて合焦位置からのずれを検出する
ので、再現性が向上し、均一な粗さの面であれば、たと
え検出値が真の値からずれていても、その差をオフセツ
ト設定することによつて、真の位置を検出することが可
能となる等の優れた効果を有する。
第１図は、本考案が適用された測定顕微鏡のオートフオ
ーカス装置の第１実施例を示す斜視図、 第２図は、第１実施例の信号処理回路を示すブロツク線
図、 第３図は、第１実施例における音叉の振動状況を示す線
図、 第４図乃至第６図は、フーコープリズムを用いた合焦位
置検出の原理を説明するための線図、 第７図は、本考案の第２実施例における信号処理回路を
示すブロツク線図、 第８図は、従来のフーコープリズムを用いた表面形状測
定の原理を示す光路図、 第９図は、該従来例において、測定対象物のエツジに光
スポツトがあたつた状況を示す断面図である。 １……レーザダイオード（光源）、２……光ビーム、４
……対物レンズ、５……測定対象物、5A……被測定表
面、６……フーコープリズム、20……音叉、22……反射
鏡、24A〜24D……受光素子、32、34、36……ハーフミラ
ー、50……信号処理回路、52……加振器、54……発振
器、70、94……積分器、72……ウインドコンパレータ、
90……微分回路、92……乗算器。
ーカス装置の第１実施例を示す斜視図、 第２図は、第１実施例の信号処理回路を示すブロツク線
図、 第３図は、第１実施例における音叉の振動状況を示す線
図、 第４図乃至第６図は、フーコープリズムを用いた合焦位
置検出の原理を説明するための線図、 第７図は、本考案の第２実施例における信号処理回路を
示すブロツク線図、 第８図は、従来のフーコープリズムを用いた表面形状測
定の原理を示す光路図、 第９図は、該従来例において、測定対象物のエツジに光
スポツトがあたつた状況を示す断面図である。 １……レーザダイオード（光源）、２……光ビーム、４
……対物レンズ、５……測定対象物、5A……被測定表
面、６……フーコープリズム、20……音叉、22……反射
鏡、24A〜24D……受光素子、32、34、36……ハーフミラ
ー、50……信号処理回路、52……加振器、54……発振
器、70、94……積分器、72……ウインドコンパレータ、
90……微分回路、92……乗算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−121022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−283427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−220990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221716（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−244009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−57973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−201516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−69617（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】光ビームを射出する光源と、 測定対象物の被測定表面に対向して配置され、該被測定
表面と略直交する前記光ビームの光路上に光軸を備えた
対物レンズと、 該対物レンズを通つた前記光ビームが、前記被測定表面
で反射されて形成された反射光を、再び前記対物レンズ
を通した後、集光する、断面三角形のフーコープリズム
と、 該フーコープリズムによつて前記反射光が集光される光
スポツトの合焦位置近傍に配置された、少なくとも１つ
の受光素子と、 被測定表面上で前記光ビームが微少振動するように、該
光ビームの往路と復路が重なつている個所で、該光ビー
ムを振動させる手段と、 該光ビームの振動と同期して、前記受光素子による受光
量の平均値を求める手段とを備え、 該受光量平均値から、被測定表面の平均高さの合焦位置
からのずれを検知することを特徴とする光学測定機のオ
ートフオーカス装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記受光量平均値を求
める手段に、前記受光量を積分する手段と、前記光ビー
ムを振動させるための周期信号が中立領域にあるときに
のみ、前記積分手段を動作させるためのウインドコンパ
レータとが備えられていることを特徴とする光学測定機
のオートフオーカス装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記受光量平均値を求
める手段に、前記光ビームを振動させるための周期信号
を微分する手段と、前記受光量に該微分手段出力を乗算
する手段と、該乗算手段出力を一周期分積分する手段と
が備えられていることを特徴とする光学測定機のオート
フオーカス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6469089U JP2502741Y2 (ja) | 1988-12-05 | 1989-06-02 | 光学測定機のオ―トフオ―カス装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-158192 | 1988-12-05 | ||
| JP15819288 | 1988-12-05 | ||
| JP6469089U JP2502741Y2 (ja) | 1988-12-05 | 1989-06-02 | 光学測定機のオ―トフオ―カス装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02138710U JPH02138710U (ja) | 1990-11-20 |
| JP2502741Y2 true JP2502741Y2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=31718305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6469089U Expired - Fee Related JP2502741Y2 (ja) | 1988-12-05 | 1989-06-02 | 光学測定機のオ―トフオ―カス装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2502741Y2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-02 JP JP6469089U patent/JP2502741Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02138710U (ja) | 1990-11-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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