JPH01158302A - Optical measuring apparatus having autofocusing mechanism - Google Patents

Optical measuring apparatus having autofocusing mechanism

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JPH01158302A
JPH01158302A JP31798587A JP31798587A JPH01158302A JP H01158302 A JPH01158302 A JP H01158302A JP 31798587 A JP31798587 A JP 31798587A JP 31798587 A JP31798587 A JP 31798587A JP H01158302 A JPH01158302 A JP H01158302A
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focus
measured
image
pattern filter
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JP31798587A
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Sadamitsu Nishihara
西原 貞光
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain an optical measuring apparatus, which can be focused, without utilizing the edge part of an object to be measured itself, by superimposing the image of a knife edge as a pattern filter on a part of lighting light through a projection lighting system. CONSTITUTION:A pattern filter 26 has an edge part. A knife edge image 26A of the knife edge 26 is formed on an object surface to be measured 8 through a projecting lens 14. The knife edge 26 is arranged in this way. A sensor 42 is arranged in the vicinity of an image forming plane IP. When a reconstituted image of the knife 26B of the image 26A through the lens 14 crosses a part in front of the plane IP, a focal point signal (a), which is varied with the variation of occulting light, is outputted. A vibrator 28 vibrates the filter 26 and outputs synchronizing signals d1 and d2 in correspondence with the vibrations. A control circuit operates the vibrator 28 and operates a Z-axis driving device 16 at the same time so that the changing amount of a focal point signal (c) becomes the maximum value. It is judged that the object to be measured is focused at a position, where the changing amount of the signal (c) becomes the maximum value. Thus the focusing can be achieved without using the edge part of the object to be measured itself.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の利用分野1 本発明は、オートフォーカス機構付光学測定機に係り、
特に、投影機や測定顕微鏡等に用いるのに好適な、オー
トフォーカス機構を備えた光学測定機の改良に関するも
のである。 【従来の技術】 投影機や測定顕微11等の光学測定機においては、作業
者の負担を減らし、測定作業の迅速化を図るために、各
種のオートフォーカス機構が提案されている。 出願人も特開昭60−84522で、投影画作のエツジ
検出用の4分割された受光素子を含むエツジ検出装置の
出力信号のなまりから、逆に測定対象物が投影レンズ系
に対して合焦されているか否かを検出するようにしたオ
ートフォーカス機構を提案している。 このオートフォーカス機構は、具体的には、測定対象物
自体のエツジ部分の像と、エツジ検出装置のセンサ部と
を相対的に撮動させて、出力されるエツジ検出信号であ
るSカーブ曲線が、合焦時に最大振幅となり、非合焦時
に小さな振幅となることを利用したもので、前記Sカー
ブ曲線を観察しながら測定対象物を載せた載物台を上下
して、前記Sカーブ曲線の変化率が最も大きくなるとこ
ろで載物台を固定するようにしたものである。
[Industrial Application Field 1] The present invention relates to an optical measuring machine with an autofocus mechanism,
In particular, the present invention relates to improvements in optical measuring instruments equipped with an autofocus mechanism suitable for use in projectors, measuring microscopes, and the like. 2. Description of the Related Art Various autofocus mechanisms have been proposed for optical measuring instruments such as projectors and measuring microscopes 11 in order to reduce the burden on workers and speed up measurement work. The applicant also disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 60-84522 that the object to be measured is conversely focused on the projection lens system due to the rounding of the output signal of an edge detection device including a four-divided light receiving element for detecting edges in projection image production. We have proposed an autofocus mechanism that detects whether or not the Specifically, this autofocus mechanism relatively images the image of the edge portion of the object to be measured and the sensor section of the edge detection device, and generates an S-curve curve that is an output edge detection signal. , which takes advantage of the fact that the amplitude is maximum when in focus and is small when out of focus.The S-curve curve is measured by moving the stage on which the object to be measured is placed up and down while observing the S-curve curve. The stage is fixed at the point where the rate of change is greatest.

【発明が解決しようとする問題点】[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、特開昭60−84522で提案したオー
トフォーカスQ 4Mは、測定対象物自体のエツジ部分
の像を利用して合焦を行うIa横であるため、次のよう
な問題点を有していた。 ■測定対象物のエツジ部の像を、エツジ検出装置のセン
サの前面に移動させるまでの移動時間が必要である。 ■測定対象物を載置した載物台又はセンサのいずれかを
機械的に振動させる必要があり、合焦までに時間が多く
かかる。 ■センサを振動させる場合には、m構が複雑化し、一方
、載物台を振動させるとずれば、特に測定対象物が重い
場合等、載物台の駆動モータ等に過度の負担がかかる。
However, the autofocus Q 4M proposed in JP-A No. 60-84522 has the following problems because it uses the image of the edge of the object itself to focus. Ta. (2) It takes time to move the image of the edge of the object to be measured to the front of the sensor of the edge detection device. ■It is necessary to mechanically vibrate either the stage on which the object to be measured or the sensor is placed, and it takes a long time to focus. (2) When the sensor is vibrated, the structure becomes complicated, and on the other hand, when the stage is vibrated, an excessive load is placed on the drive motor of the stage, especially when the object to be measured is heavy.

【発明の目的】[Purpose of the invention]

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、測定対象物自体のエツジ部分を利用することなく
、合焦を行うことかできるオートフォーカス機構付光学
測定機を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an optical measuring instrument with an autofocus mechanism that can perform focusing without using the edge portion of the object to be measured. purpose.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明は、測定対象物を載置する載物台と、測定対象物
を照明するための照明系と、測定対象物の像を結像面上
に形成する結像光学系と、前記載物台と結像光学系を結
像光学系の光軸に沿って相対変位させる駆動装置とを含
んで構成される光学測定機において、エツジ部分を有し
、その像が前記結像光学系を通して測定対象面上に形成
されるように配設されたパターンフィルタと、前記結像
面近傍に配設され、該パターンフィルタのエツジ部分の
像の、前記結像光学系による再形成像が、その前面を横
切る時に、その明暗の変化に応じて変化する焦点信号を
出力するセンサと、前記パターンフィルタを振動させる
と共に、この振動に応じた同期信号を出力する加振器と
、該加振器を動作させつつ、前記焦点信号の信号変化量
が最大となるように前記駆動装置を動作させるυ制御回
路とを備え、前記焦点信号の信号変化mが最大となる位
置で測定対象物が合焦されていると判定することによっ
て、前記目的を達成したものである。
The present invention provides a stage for placing an object to be measured, an illumination system for illuminating the object to be measured, an imaging optical system for forming an image of the object to be measured on an imaging plane, and the above-mentioned object. An optical measuring machine that includes a stand and a drive device that relatively displaces an imaging optical system along the optical axis of the imaging optical system, which has an edge portion, and whose image is measured through the imaging optical system. A pattern filter disposed so as to be formed on the target surface, and a re-formed image of the edge portion of the pattern filter disposed near the imaging plane by the imaging optical system, is formed on the front surface of the pattern filter. a sensor that outputs a focus signal that changes according to changes in brightness when crossing the pattern filter, an exciter that vibrates the pattern filter and outputs a synchronization signal in response to the vibration, and an exciter that operates the exciter. and a υ control circuit for operating the driving device so that the amount of signal change in the focus signal is maximized while the measurement target is focused at a position where the signal change m in the focus signal is maximized. By determining that there is, the above objective has been achieved.

【作用】[Effect]

本発明においては、従来の測定対象物のエツジ部分を合
焦に用いる代わりに、振動するエツジパターン像を測定
対象面上に投影して合焦に用いるようにしている。即ち
、載物台上に載置した測定対象物の測定対象面に、振動
するエツジパターン像を結像させ、そのパターン像の更
なる像をセンサで受け、該センサ出力信号の信号変化措
が最大となる位置で測定対象物が合焦されていると判定
するようにしている。従って、測定対象物自体のエツジ
部の像をエツジセンサの前面に移動させる必要がない。 又、エツジセンサ又は載物台を■械的に振動させる必要
がない。従って、機構もip純であり、駆動モータ等に
過度の負担がかかることもない。
In the present invention, instead of using the conventional edge portion of the object to be measured for focusing, a vibrating edge pattern image is projected onto the surface of the object to be measured and used for focusing. That is, a vibrating edge pattern image is formed on the measurement target surface of the measurement target placed on the stage, further images of the pattern image are received by the sensor, and signal change measures of the sensor output signal are performed. It is determined that the object to be measured is in focus at the maximum position. Therefore, there is no need to move the image of the edge portion of the object to be measured to the front of the edge sensor. Furthermore, there is no need to mechanically vibrate the edge sensor or the stage. Therefore, the mechanism is also IP pure, and no excessive burden is placed on the drive motor or the like.

【実施例】【Example】

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本発明の第1実施例は、第1図に示ず如く、測定対象物
を載置する載物台10と、測定対象物を照明するための
落射照明系12と、前記載物台10と投影レンズ14を
含む結像光学系を、該投影レンズ14の光軸Xに沿って
相対移動させるZ軸駆動装置16とを含んで構成される
落射照明方式の反射型投影検査機に本発明を適用したも
のである。 前記載物台10は、2軸駆動装置16のZ軸駆動回路1
6Aの出力によって回転駆動されるZ軸モータ16Bに
よって、上下方向(Z方向)に変位づるようにされてい
る。 前記載物台10は、又、X軸駆動回路(図示省略)の出
力によって回転駆動されるX軸モータ18及びY軸駆動
回路(図示省略)の出力によって回転駆動されるY軸モ
ータ20により、それぞれZ方向と垂直なX方向及びY
方向に移動可能とされており、X軸方向及びY軸方向の
位置が、それぞれX軸検出器19及びY軸検出器21に
よって検出されている。 前記載物台10上に載置された測定対象物の測定対象面
8には、例えばランプ及び集光レンズを含む前記落射照
明系12から、ハーフミラ−24を介して照明光が照射
されている。 この落射照明系12による照明光の一部に、本発明に係
るパターンフィルタとしてのナイフェツジ26の像26
Aが重畳される。即ち、オートフォーカスに利用するた
めの、明暗のコントラストを持ったパターン光を照射す
るためのナイフェツジ26が設けられており、加振器2
8によって撮動させられている。 この加振器28は、例えば圧電素子や音叉撮動器で構成
されており、ナイフェツジ26の振動の上死点B及び下
死点Aで、加振器28に内蔵された光スィッチ等から同
期信号d1(下死点Aに対応)、d2(上死点Bに対応
)が生成される(第2図参照)。 前記ナイフェツジ26は、例えばレーザダイオード(L
D>30で照明されており、補助レンズ32、ミラー3
4及び前記落射照明系14の光路中に挿入されたハーフ
ミラ−35によって、前記落射照明系12の光学系に重
畳されている。従って、該ナイフェツジ26の@26A
も、前記ハーフミラ−24によって反射され、投影レン
ズ14により、測定対象物上の測定対象面8に結像され
る。但し、このナイフェツジの像26Aは、測定対象面
8が合焦面FPにあるときは合焦されているが、測定対
象面8が上下に変位すると焦点ずれ像となる。 測定対象面8における測定対象物の像及びナイフェツジ
の像26Aは、前記結像レンズ14及びハーフミラ−2
4を介してスクリーン36上の結像面IPに投影される
。従って、測定対象面8が合焦面FPから上下に変位す
ると、該スクリーン36上の結像面IPに形成されるナ
イフェツジの再形成11126Bも焦点ずれのした像と
なる。 前記スクリーン36上の、前記ナイフェツジの再形成像
26Bが形成される位置、例えば中央位置には、例えば
透明固定板40によって、センサ42が固定されている
。 このセンサ42は、第2図に詳細に示す如く、例えば向
応円上に2分割された受光索子42A。 42Bと、その出力を処理するプリアンプ44A144
Bと、該プリアンプ44A、44B出力の検出信号a、
bを入力し、差動増幅値としての焦点信号Cを得る差動
増幅器46とを含んで構成されている。 前記センサ42の検出信号a及び差動増幅器46出力の
焦点信号Cから、測定対象物の凹凸に対応した反射像の
明暗のコントラストによってエツジ信号(パルス)mを
発生するためのエツジ信号発生回路48は、例えば出願
人が特開昭61−128105で開示した如く、載物台
10のX−Y方向の移動によって、一定の領域内で焦点
信号Cが零を横切るときにエツジ信号mを生成する機能
を有する。なお、具体的な構成は特開昭61−1281
05に開示されているので、詳細な説明は省略する。 制御回路50は、前記センサ42出力の焦点信号Cから
焦点を検出するための、本発明に係る焦点検出回路52
と、前記Z軸駆動回路16AにZ軸の速度設定を与える
ための2軸速度設定回路54と、中央処理ユニット(C
PU)56と、システムバス58とを含んでもが成され
ている。 前記焦点検出回路52は、第2図に詳細に示した如く、
ダイオード、コンデンサ、スイッチ及び高入力抵抗の演
算増幅器を含んで構成されるピークホールド回路52A
と、該ピークホールド回路52A出力のピークホールド
信号gをデジタル信号に変換するためのアナログ−デジ
タル(A/D)変換器52Bと、該A/D変換器52B
出力を順次ラッチする2つのラッチ回路52G、52D
と、前記ラッチ回路52G、52D出力の隣り合うピー
ク値H,Iを比較する比較回路52Eと、該比較回路5
2Eの出力信号jの立ち下がりで合焦信号にであるパル
スを発生するパルス発生回路52Fと、前記加振器28
から同期信号d、、d2を入力するためのオアゲート5
2Gと、該オアゲート52Gの出力である同期信号eを
遅延させて同期信号fとする遅延回路52Hとを含んで
構成され県喝。 この′焦点検出回路52において、ピークホールド信号
QのA/D変換値は、オアゲート52Gから入力される
同期信号eのタイミングでラッチされてピーク値Hとな
り、該ピーク値Hは前記同期(i @eによって更新さ
れて行く。一方、同時にラッチ回路52Dでラッチされ
るピーク値Iは、前記ピーク値Hに対して同期信号eの
1周期分だけ冠れた埴となり、比較回路52Eでは、前
記ピークホールド信号0の同期信号eの隣り合うパルス
でラッチされ°光信号H,Iの大小が比較され、Hく■
のとき、その出力信号jがrIJ、H≧1のとき、その
出力信号jが「0」とされる。又、この信号jの立ち下
がりで、パルス発生回路52Fから、合焦信号であるk
がパルスとして出力される。 前記載物台10の近傍には、第1図に示す如く、近接ス
イッチ60が配設されており、この近接スイッチ60か
らは、載物台10が下降して゛下死点へに到達したとき
にオンとなる信号nが出力され、システムバス58を介
してCPLJ56に入力される。 OiJ記加振器28とCPU56とは、CPU56がら
出力される、加振を行わせるための加振信号aと、前記
加振器28から出力される、ナイフェツジ26が下死点
へにあることを知らせる同期信号d1によって接続され
ている。 前記CPU56からZ軸速度設定回路54へは、Z軸駆
動回路16Aを介してZ軸方向に載物台10を高速又は
低速で送り、あるいは載物台10を停止させるための速
度信号0が出力されている。 第1図において、62はキーボード、64は表示器、6
6はプリンタである。 以下、第3図及び第4図を参照して、第1実施−の作用
を説明する。 第3図は、前記ナイフェツジ26が第2図の下死点Aか
ら上死点Bまで振れ、更に下死点Aまで戻ったときのセ
ンナ42の検出信号a、b、焦点信号C及びエツジ信号
mの関係の例を示したものである。 焦点信号ct、ta−bで表現されるため、第3因に示
したようなSカーブ曲線となり、測定対象面8が合焦面
FPにあるときはC3となってその信9変化fuAP(
振幅)が最大となるが、一方、載物台10が合焦面から
上下して測定対象面8が合焦面から外れるに従って、c
2、clとその信号変化PAPが減少する。従って、焦
点信号Cが03のような状態となったところを合焦位置
と判定することができる。 第4図は、合焦を行うときの各部信号波形の例を示した
ものである。 まず、載物台10を近接スイッチ60から信号nが発生
される下死点位置まで下降する。次いで、速度信号0を
正値として、載物台10を高速で上昇させる。すると、
解除信@t (同期信号eの遅延信号)のタイミング(
第4図のF等)で、ピークホールド信号9が解除される
。焦点信号CがビークCatを越すと、ピーク値H<1
からH≧Iとなり(第4図El)、1回目の合焦信号k
が出力される。このときは、高速送りのため多少合焦位
置から上に行き過ぎているので、速度信号0を変化させ
て載物台10を低速で下降させる。そして、焦点信号C
がビークC32を越して、再び合焦信号kが得られたと
ころで(第4図E2)、合焦と判定して速度信号0を零
とし、加振信号ぶも零とり′る。 一方、エツジ検出は、載物台10のX−Y方向への移動
によって、測定対象物の反射像の明暗のコントラストの
検出によって行うが、具体的な作用は特開昭61−12
8105に開示されているので、詳細な説明は省略する
。 本実施例においては、前記制御回路50が、前記焦点信
号Cのピークホールド(ilgを、前記同期信号fのタ
イミングで逐次保持するピークホールド回路52Aと、
該保持された隣接する焦点信号0のピーク値H,Iの大
小を比較する比較回路52Eとを含み、該比較回路52
Eの出力が反転するタイミングで合焦信号kを励起する
焦点検出回路52を備えたものとしているので、比較的
l¥?Iqiな回路構成で、合焦位置を確実に検出する
ことができる。なお、焦点検出回路の構成はこれに限定
されず、前記焦点信号Cの信号変化ff1APが最大と
なったことを検出できるものであれば、他の構成であっ
てもよい。 又、本実施例においては、パターンフィルタとしてナイ
フェツジ26を用いているので、パターンフィルタのh
9?1成が極めて簡略である。 なお、パターンフィルタの構成はこれに限定されず、第
5図に示す第2実施例の如(、ガラスディスク70に中
心をずらした円を蒸着して、そのエツジパターン72を
エツジ部としたものを用いてもよい。 この第2実施例においては、前記ガラスディスク70を
、加振器としてのパルスモータ74で回転すると、エツ
ジ部がレーザダイオードLDの照射領域30Aで振動す
る如くなるので、本発明の振動するエツジパターンとし
て用いることが可能となる。 第5図にJ3いて、76は、CPU56がらシステムバ
ス58を介して入力される加振信号ぶに応じて前記パル
スモータ74を回転するための駆動回路、78A178
Bは、前記ガラスディスク70の周縁部に形成された同
期用マーク8oを照射するための発光ダイオード(LE
D)、82A。 82Bは前記ガラスディスク70を通った前記LED7
8A、78Bの光をそれぞれ受光して同期信号d1、d
2を生成するための受光素子、84A、84Bはプリア
ンプ、86A、86Bは反転器である。 この第2実施例においては、ガラスディスク70を回転
させるだけで振動するパターンが発生できるので、回転
バランスが良く、光学系等に往復振動による悪影響を及
ぼす恐れがない。 又、前記第1実施例においては、前記パターンフィルタ
としてのナイフェツジ26が、測定対象物を照明するた
めの落射照明系12によって照明されているので、照明
系の構成が簡略である。 なお、パターンフィルタを照明する構成はこれに限定さ
れず、前記落射照明系12とは別異に設けた照明系によ
って照明することも可能である。 この場合には、センサの受光感度に合わせた波長が選択
できるので、検出精度を高めることが可能となる。 なお、測定対象物を照明するための照明系の構成は前記
実施例の落射照明系12に限定されず、透過型の投影検
査機等にも本発明を適用づることができる。透過型の場
合は、測定対象物を除いて測定対象面にパターンフィル
タの像が結像するように、下部からパターンフィルタを
投影すればよい。 又、前記第1実施例においては、前記センサ42が、同
君円上に分割された2個の受光素子42A、42Bと、
該2個の受光素子42A、42Bの出力の差を演算する
差動増幅器46とを含んで構成され、該差動増幅器46
の出力を前記焦点信号Cとしているので、センサの構成
が簡略であり、しかも、エツジセンサも兼用できるので
、全体構成が簡略である。なお、センサの種類は、これ
に限定されず、例えば出願人が特開昭60−84522
で開示した、4分割された受光素子を含むエツジセンサ
を用いたり、エツジ検出にオートフォーカス用とは別個
のセンサを設けることも可能である。又、センサのみを
投影機の内部に設けてもよい。 エツジ検出に別異のセンサを用いる場合には、本発明に
係るオートフォーカス用のセンサとして、第6図に示す
第3実施例の如く、2個の受光索子90A190Bを隣
接して設け、該2個の受光素子90A、90Bの出力の
差を演算する、前記第1実施例と同様の差動増幅器46
を設け、該差動増幅器46の出力を焦点信号Cとするこ
とができる。図において、44A、44Bは、前記第1
実施例と同様のプリアンプである。 この第3実施例における焦点信号波形は、第7図に示す
如くとなるので、焦点信号の振幅APが最大となること
から、航記第1実施例と同様にして合焦位置(C3)を
検出することが可能である。 この第3実施例においては、センサの構成が簡略であり
、オートフォーカス機構を安価に構成できる。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The first embodiment of the present invention, as shown in FIG. The present invention is applied to an epi-illumination reflective projection inspection machine that includes a Z-axis drive device 16 that relatively moves an imaging optical system including a projection lens 14 along the optical axis X of the projection lens 14. It was applied. The document table 10 is connected to the Z-axis drive circuit 1 of the two-axis drive device 16.
It is arranged to be displaced in the vertical direction (Z direction) by a Z-axis motor 16B which is rotationally driven by the output of the motor 6A. The document table 10 is also driven by an X-axis motor 18 that is rotationally driven by the output of an X-axis drive circuit (not shown) and a Y-axis motor 20 that is rotationally driven by the output of a Y-axis drive circuit (not shown). X direction and Y direction perpendicular to Z direction, respectively
The position in the X-axis direction and the Y-axis direction are detected by an X-axis detector 19 and a Y-axis detector 21, respectively. The measurement target surface 8 of the measurement target placed on the object table 10 is irradiated with illumination light via a half mirror 24 from the epi-illumination system 12 including, for example, a lamp and a condenser lens. . A part of the illumination light from this epi-illumination system 12 includes an image 26 of a knife 26 as a pattern filter according to the present invention.
A is superimposed. That is, a knife 26 is provided for irradiating pattern light with a contrast of light and dark for use in autofocus, and the exciter 2
The image was taken by 8. This exciter 28 is composed of, for example, a piezoelectric element or a tuning fork camera, and is synchronized by an optical switch or the like built in the exciter 28 at the top dead center B and bottom dead center A of the vibration of the knife 26. Signals d1 (corresponding to bottom dead center A) and d2 (corresponding to top dead center B) are generated (see FIG. 2). The knife 26 is, for example, a laser diode (L
Illuminated with D>30, auxiliary lens 32, mirror 3
4 and a half mirror 35 inserted into the optical path of the epi-illumination system 14, the light beam is superimposed on the optical system of the epi-illumination system 12. Therefore, @26A of the naifetsuji 26
is also reflected by the half mirror 24, and is imaged by the projection lens 14 onto the measurement target surface 8 on the measurement target. However, this knife image 26A is in focus when the surface to be measured 8 is on the focal plane FP, but becomes an out-of-focus image when the surface to be measured 8 is vertically displaced. The image of the object to be measured and the knife image 26A on the object surface 8 are formed by the imaging lens 14 and the half mirror 2.
4 onto the image plane IP on the screen 36. Therefore, when the measurement target surface 8 is displaced vertically from the focal plane FP, the re-formation 11126B of the knife image formed on the imaging plane IP on the screen 36 also becomes a defocused image. A sensor 42 is fixed on the screen 36 by, for example, a transparent fixing plate 40 at a position where the re-formed image 26B of the knife is formed, for example, at the center position. As shown in detail in FIG. 2, this sensor 42 includes, for example, a light-receiving cable 42A divided into two parts on a response circle. 42B and a preamplifier 44A144 that processes its output.
B, the detection signal a of the preamplifier 44A, 44B output,
b, and a differential amplifier 46 which obtains a focus signal C as a differential amplification value. An edge signal generation circuit 48 for generating an edge signal (pulse) m from the detection signal a of the sensor 42 and the focus signal C output from the differential amplifier 46 based on the brightness and darkness contrast of the reflected image corresponding to the unevenness of the object to be measured. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-128105 by the applicant, an edge signal m is generated when the focus signal C crosses zero within a certain area by moving the stage 10 in the X-Y direction. Has a function. The specific configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-1281.
05, detailed explanation will be omitted. The control circuit 50 includes a focus detection circuit 52 according to the present invention for detecting the focus from the focus signal C output from the sensor 42.
, a two-axis speed setting circuit 54 for giving the Z-axis speed setting to the Z-axis drive circuit 16A, and a central processing unit (C
PU) 56 and a system bus 58. The focus detection circuit 52, as shown in detail in FIG.
Peak hold circuit 52A consisting of a diode, a capacitor, a switch, and a high input resistance operational amplifier
, an analog-to-digital (A/D) converter 52B for converting the peak hold signal g output from the peak hold circuit 52A into a digital signal, and the A/D converter 52B.
Two latch circuits 52G and 52D that sequentially latch outputs
, a comparison circuit 52E that compares adjacent peak values H and I of the outputs of the latch circuits 52G and 52D, and the comparison circuit 5.
a pulse generating circuit 52F that generates a pulse as a focusing signal at the falling edge of the output signal j of 2E, and the vibrator 28.
OR gate 5 for inputting synchronization signals d, d2 from
2G, and a delay circuit 52H that delays the synchronization signal e, which is the output of the OR gate 52G, to produce the synchronization signal f. In this 'focus detection circuit 52, the A/D conversion value of the peak hold signal Q is latched at the timing of the synchronization signal e inputted from the OR gate 52G, and becomes a peak value H. On the other hand, the peak value I latched by the latch circuit 52D at the same time becomes a value that exceeds the peak value H by one cycle of the synchronizing signal e, and the comparison circuit 52E updates the peak value H by one period of the synchronizing signal e. The optical signals H and I are latched by adjacent pulses of the synchronization signal e of the hold signal 0, and the magnitudes of the optical signals H and I are compared.
When the output signal j is rIJ and H≧1, the output signal j is set to “0”. Also, at the falling edge of this signal j, a focusing signal k is sent from the pulse generation circuit 52F.
is output as a pulse. As shown in FIG. 1, a proximity switch 60 is disposed near the document table 10, and the proximity switch 60 detects when the document table 10 has descended and reached the bottom dead center. A signal n that turns on is output and input to the CPLJ 56 via the system bus 58. The vibration exciter 28 and the CPU 56 are connected to an excitation signal a output from the CPU 56 for causing vibration, and that the knife 26 is at the bottom dead center, output from the vibration exciter 28. They are connected by a synchronization signal d1 that notifies them of the A speed signal 0 is output from the CPU 56 to the Z-axis speed setting circuit 54 to send the stage 10 in the Z-axis direction at high or low speed or to stop the stage 10 via the Z-axis drive circuit 16A. has been done. In FIG. 1, 62 is a keyboard, 64 is a display device, 6
6 is a printer. Hereinafter, the operation of the first embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 shows the detection signals a and b of the sensor 42, the focus signal C, and the edge signal when the knife 26 swings from the bottom dead center A to the top dead center B in FIG. 2 and returns to the bottom dead center A. This shows an example of the relationship between m. Since it is expressed by the focus signals ct and ta-b, it becomes an S-curve curve as shown in the third factor, and when the measurement target surface 8 is in the focus plane FP, it becomes C3 and its signal 9 changes fuAP (
However, as the stage 10 moves up and down from the in-focus plane and the measurement target surface 8 deviates from the in-focus plane, c
2. cl and its signal change PAP decrease. Therefore, the point where the focus signal C reaches a state like 03 can be determined to be the in-focus position. FIG. 4 shows examples of signal waveforms of various parts when focusing. First, the stage 10 is lowered to the bottom dead center position where the signal n is generated from the proximity switch 60. Next, the speed signal 0 is set as a positive value, and the stage 10 is raised at high speed. Then,
Timing of release signal @t (delayed signal of synchronization signal e) (
F etc. in FIG. 4), the peak hold signal 9 is released. When the focus signal C exceeds the peak Cat, the peak value H<1
Therefore, H≧I (Fig. 4 El), and the first focusing signal k
is output. At this time, since the object is moved a little too far above the in-focus position due to high-speed feeding, the speed signal 0 is changed to lower the stage 10 at a low speed. And focus signal C
When it passes the beak C32 and the focus signal k is obtained again (E2 in FIG. 4), it is determined that the focus is in focus, the speed signal 0 is set to zero, and the excitation signal is also set to zero. On the other hand, edge detection is performed by moving the stage 10 in the X-Y direction and detecting the contrast of brightness and darkness of the reflected image of the object to be measured.
8105, detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, the control circuit 50 includes a peak hold circuit 52A that sequentially holds the peak hold (ilg) of the focus signal C at the timing of the synchronization signal f;
a comparison circuit 52E that compares the magnitudes of the peak values H and I of the held adjacent focus signals 0, and the comparison circuit 52
Since it is equipped with a focus detection circuit 52 that excites the focus signal k at the timing when the output of E is inverted, it is relatively l\\? With the Iqi circuit configuration, the in-focus position can be detected reliably. Note that the configuration of the focus detection circuit is not limited to this, and may be any other configuration as long as it can detect that the signal change ff1AP of the focus signal C has reached a maximum. In addition, in this embodiment, since the knife 26 is used as the pattern filter, the h of the pattern filter is
9?1 formation is extremely simple. Note that the structure of the pattern filter is not limited to this, but may be similar to the second embodiment shown in FIG. In this second embodiment, when the glass disk 70 is rotated by a pulse motor 74 serving as an exciter, the edge portion vibrates in the irradiation area 30A of the laser diode LD. It can be used as the vibrating edge pattern of the invention. In FIG. Drive circuit, 78A178
B is a light emitting diode (LE) for illuminating the synchronization mark 8o formed on the peripheral edge of the glass disk 70.
D), 82A. 82B is the LED 7 that has passed through the glass disk 70;
The synchronization signals d1 and d are received by receiving the lights of 8A and 78B, respectively.
2, 84A and 84B are preamplifiers, and 86A and 86B are inverters. In this second embodiment, a vibrating pattern can be generated simply by rotating the glass disk 70, so the rotational balance is good and there is no possibility that the optical system or the like will be adversely affected by reciprocating vibration. Furthermore, in the first embodiment, the knife 26 as the pattern filter is illuminated by the epi-illumination system 12 for illuminating the object to be measured, so the configuration of the illumination system is simple. Note that the configuration for illuminating the pattern filter is not limited to this, and it is also possible to illuminate with an illumination system provided separately from the epi-illumination system 12. In this case, it is possible to select a wavelength that matches the light-receiving sensitivity of the sensor, making it possible to improve detection accuracy. The configuration of the illumination system for illuminating the object to be measured is not limited to the epi-illumination system 12 of the embodiment described above, and the present invention can also be applied to a transmission type projection inspection machine or the like. In the case of a transmission type, the pattern filter may be projected from below so that the image of the pattern filter is formed on the surface to be measured excluding the object to be measured. Further, in the first embodiment, the sensor 42 includes two light receiving elements 42A and 42B divided on the same circle,
The differential amplifier 46 calculates the difference between the outputs of the two light receiving elements 42A and 42B.
Since the output of the focus signal C is used as the focus signal C, the sensor configuration is simple, and since it can also be used as an edge sensor, the overall configuration is simple. Note that the type of sensor is not limited to this, and for example, the applicant has disclosed
It is also possible to use an edge sensor that includes a four-divided light receiving element as disclosed in 2003, or to provide a separate sensor for edge detection from that for autofocus. Alternatively, only the sensor may be provided inside the projector. When using different sensors for edge detection, two light-receiving probes 90A190B are provided adjacently as the autofocus sensor according to the present invention, as in the third embodiment shown in FIG. A differential amplifier 46 similar to the first embodiment that calculates the difference between the outputs of the two light receiving elements 90A and 90B.
The output of the differential amplifier 46 can be used as the focus signal C. In the figure, 44A and 44B represent the first
This is a preamplifier similar to that of the embodiment. The focus signal waveform in this third embodiment is as shown in FIG. 7, and since the amplitude AP of the focus signal is maximum, the focus position (C3) is determined in the same manner as in the first embodiment. It is possible to detect. In this third embodiment, the configuration of the sensor is simple, and the autofocus mechanism can be configured at low cost.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明した通り、本発明によれば、測定対象物自体の
エツジ部分を用いることなく、合焦を行うことができる
。従って、測定対象物のエツジ部の像をセンサ前面に移
動させる必要がなく、合焦までの時間を短縮することが
できる。又、機械的にセンサ又は載物台を振動させる必
要がなく、合焦が迅速に行えるだけでなく、機構が単純
化でき、更に、載物台の駆動モータ等に過度の負担がか
かることがないという優れた効果を有する。
As explained above, according to the present invention, focusing can be performed without using the edge portion of the object to be measured itself. Therefore, there is no need to move the image of the edge portion of the object to be measured to the front of the sensor, and the time required for focusing can be shortened. In addition, there is no need to mechanically vibrate the sensor or the stage, which not only allows quick focusing, but also simplifies the mechanism and prevents excessive burden on the drive motor of the stage. It has the excellent effect of not having

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係るオートフォーカス!II構付光
学測定機の第1実施例の全体構成を示す、−部所面図を
含むブロック線図、第2図は、第1実施例のセンサと制
御回路を詳細に示す、一部ブロック線図を含む、第1図
の■−■線に沿う断面図、第3図は、第1実施例の焦点
信号の例を示す線図、第4図は、同じく各部信号波形の
例を示す線図、第5図は、本発明の第2実施例で用いら
れている加振器とパターンフィルタの構成を示ず、一部
ブロック線図を含む斜視図、第6図は、本発明の第3実
施例で用いられているセンサの構成を示す、一部ブロッ
ク線図を含む平面図、第7図は、第3実施例の焦点信号
の例を示す線図である。 8・・・測定対象面、 FP・・・合焦面、 10・・・載物台、 12・・・落射照明系、 14・・・投影レンズ、 16・・・2軸駆動装置、 26・・・ナイフェツジ(パターンフィルタ)、26A
・・・ナイフェツジの像、 26B・・・ナイフェツジの再形成像、28・・・加振
器、 30・・・レーザダイオード(LD)、36・・・スク
リーン、 IP・・・結像面、 42・・・センサ、 42A、42B・・・受光素子、 46・・・差動増幅器、 C・・・焦点信号、 50・・・あり御回路、 52・・・焦点検出回路、 52A・・・ピークホールド回路、 52G、52D・・・ラッチ回路、 52E・・・比較回路、 52F・・・パルス発生回路、 56・・・中央処理ユニット(CPU)、ぶ・・・加振
信号、 9・・・ピークホールド信号、 k・・・合焦信号、 H,I・・・ピーク値、 70・・・ガラスディスク、 72・・・エツジパターン、 74・・・パルスモータ、 90A、90B・・・受光素子。
FIG. 1 shows autofocus according to the present invention! FIG. 2 is a partial block diagram showing the sensor and control circuit of the first embodiment in detail. 3 is a diagram showing an example of the focus signal of the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing an example of the signal waveform of each part. The diagram, FIG. 5, does not show the structure of the vibrator and pattern filter used in the second embodiment of the present invention, and the perspective view, including a partial block diagram, and FIG. FIG. 7 is a plan view including a partial block diagram showing the configuration of the sensor used in the third embodiment, and is a diagram showing an example of the focus signal of the third embodiment. 8... Measurement target surface, FP... Focusing plane, 10... Stage, 12... Epi-illumination system, 14... Projection lens, 16... Two-axis drive device, 26. ...Naifetsuji (pattern filter), 26A
... Naifetsu image, 26B... Naifetsuji re-formed image, 28... Exciter, 30... Laser diode (LD), 36... Screen, IP... Image forming surface, 42 ...sensor, 42A, 42B...light receiving element, 46...differential amplifier, C...focus signal, 50...presence control circuit, 52...focus detection circuit, 52A...peak Hold circuit, 52G, 52D...Latch circuit, 52E...Comparison circuit, 52F...Pulse generation circuit, 56...Central processing unit (CPU), B...Excitation signal, 9... Peak hold signal, k... Focus signal, H, I... Peak value, 70... Glass disk, 72... Edge pattern, 74... Pulse motor, 90A, 90B... Light receiving element .

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)測定対象物を載置する載物台と、測定対象物を照
明するための照明系と、測定対象物の像を結像面上に形
成する結像光学系と、前記載物台と結像光学系を結像光
学系の光軸に沿つて相対変位させる駆動装置とを含んで
構成される光学測定機において、 エッジ部分を有し、その像が前記結像光学系を通して測
定対象面上に形成されるように配設されたパターンフィ
ルタと、 前記結像面近傍に配設され、該パターンフィルタのエッ
ジ部分の像の、前記結像光学系による再形成像が、その
前面を横切る時に、その明暗の変化に応じて変化する焦
点信号を出力するセンサと、前記パターンフィルタを振
動させると共に、この振動に応じた同期信号を出力する
加振器と、該加振器を動作させつつ、前記焦点信号の信
号変化量が最大となるように前記駆動装置を動作させる
制御回路とを備え、 前記焦点信号の信号変化量が最大となる位置で測定対象
物が合焦されていると判定することを特徴とするオート
フォーカス機構付光学測定機。
(1) A stage for placing the object to be measured, an illumination system for illuminating the object to be measured, an imaging optical system for forming an image of the object to be measured on an imaging plane, and the stage for the object to be measured. and a drive device that relatively displaces the imaging optical system along the optical axis of the imaging optical system, the optical measuring device having an edge portion, the image of which passes through the imaging optical system to the measurement target. a pattern filter disposed so as to be formed on a surface; and a pattern filter disposed near the imaging plane, in which an image of an edge portion of the pattern filter is re-formed by the imaging optical system, and the front surface thereof is A sensor that outputs a focus signal that changes depending on the change in brightness when crossing the pattern filter, an exciter that vibrates the pattern filter and outputs a synchronization signal in response to this vibration, and an exciter that operates the exciter. and a control circuit that operates the drive device so that the amount of signal change in the focus signal is maximum, and the measurement target is focused at a position where the amount of signal change in the focus signal is maximum. An optical measuring device with an autofocus mechanism that performs judgment.
(2)前記制御回路が、前記焦点信号のピーク値を、前
記同期信号のタイミングで逐次保持するピークホールド
回路と、該保持された隣接する焦点信号のピーク値の大
小を比較する比較回路とを含み、該比較回路の出力が反
転するタイミングで合焦信号を励起する焦点検出回路を
備えている特許請求の範囲第1項記載のオートフォーカ
ス機構付光学測定機。
(2) The control circuit includes a peak hold circuit that sequentially holds the peak value of the focus signal at the timing of the synchronization signal, and a comparison circuit that compares the peak values of the held adjacent focus signals. 2. The optical measuring instrument with an autofocus mechanism according to claim 1, further comprising a focus detection circuit that excites a focus signal at the timing when the output of the comparison circuit is inverted.
(3)前記パターンフィルタが、前記照明系によつて照
明されている特許請求の範囲第1項又は第2項記載のオ
ートフォーカス機構付光学測定機。
(3) The optical measuring instrument with an autofocus mechanism according to claim 1 or 2, wherein the pattern filter is illuminated by the illumination system.
(4)前記パターンフィルタが、前記照明系とは別異に
設けられた照明系によつて照明されている特許請求の範
囲第1項又は第2項記載のオートフォーカス機構付光学
測定機。
(4) The optical measuring instrument with an autofocus mechanism according to claim 1 or 2, wherein the pattern filter is illuminated by an illumination system provided separately from the illumination system.
(5)前記センサが、同芯円状に分割された2個の受光
素子と、該2個の受光素子の出力の差を演算する差動増
幅器とを含んで構成され、該差動増幅器の出力が前記焦
点信号とされている特許請求の範囲第1項乃至第4項の
いずれか一項記載のオートフォーカス機構付光学測定機
(5) The sensor includes two light-receiving elements divided concentrically and a differential amplifier that calculates the difference between the outputs of the two light-receiving elements, and the sensor includes: An optical measuring instrument with an autofocus mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the output is the focus signal.
(6)前記センサが、隣接して配置された2個の受光素
子と、該2個の受光素子の出力の差を演算する差動増幅
器とを含んで構成され、該差動増幅器の出力が前記焦点
信号とされている特許請求の範囲第1項乃至第4項のい
ずれか一項記載のオートフォーカス機構付光学測定機。
(6) The sensor includes two light-receiving elements arranged adjacent to each other and a differential amplifier that calculates the difference between the outputs of the two light-receiving elements, and the output of the differential amplifier is An optical measuring instrument with an autofocus mechanism according to any one of claims 1 to 4, wherein the focus signal is the focus signal.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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