JPH03135717A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、線径が数十ミクロンの線などの微小対象物の
高さバラツキなどを測定する距離測定装置に関するもの
である。

従来の技術 距離測定装置には、三角測距の原理を応用した測距セン
サーや、超音波の伝搬時間を測定して距離を測定する方
法が実用化されている。特に、サブミクロンの精度が要
求される場合には、三角測距センサーが有効である。以
下図面を参照しながら、上記の距離測定装置について説
明する。

第３図は、三角測距の原理を応用したり距離センサーの
ブロック図である。図において、３１は対象物、３２は
ＬＥＤまたはレーザ光源、３３は集光レンズ、３４は結
像レンズ、３５はＰＳＤ（ポジションセンスディテクタ
ー）、３６はＰＳＤの受光部、３７は電圧形である。

以上のように構成された距離センサーについて以下その
動作を説明する。３２の光源から発光された光は３３の
集光レンズにより数十ミクロンのビーム径に集光される
。上記のビームは３１の対象物の表面に当たり反射され
る。上記反射光の一部は３４の結像レンズを経て３５の
ＰＳＤに入力される。３５のＰＳＤは３６の受光部に入
力された光の位置に比例した電圧を発生するように作ら
れているので、３Ｉの対象物が実線の位置にある時、ビ
ームがＡの位置に入力されているとすると、３１の対象
物が破線の位置に（るとビームはＢの位置に入力される
。ビームの位置がΔからＢに変化することにより、３５
のＰＳＤが発生する電圧が変化するので、電圧の変化量
を検出することにより３１の対象物の位置の変化量を算
出することができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、レーザのビーム径
が通常数十ミクロンまでしか絞ることができないため、
例えば、径が十数ミクロンしかないような線の高さバラ
ツキをサブミクロン精度で測定するような場合には、レ
ーザのビーム径の方が大きいため、線の上面との距離を
正しく測定することができないという問題点を有してい
た。

本発明は、上記問題点に鑑み、大きさが数ミクロン程度
の対象物の距離をサブミクロンの精度で測定する距離測
定装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の距離測定装置は
、対物レンズを光軸方向に移動可能とした顕微鏡光学系
と、顕微鏡の映像を捕らえる撮像装置と、撮像装置の映
像信号を処理する画像処理装置と、画像処理装置の処理
結果にしたがい上記の対物レンズを駆動する対物レンズ
アクチュエータ部と、上記の対物レンズの位置を検出す
る対物レンズ位置検出装置と、対象物を照明する明視野
照明装置とからなり、上記の画像処理装置は、撮像装置
の映像信号を２階調以上のデジタル映像信号に変換する
Ａ／Ｄ変換部と、デジタル映像信号を蓄えるフレームメ
モリー部と、フレームメモノーのデータを処理する中央
演算部と、上記対物レンズアクチュエータおよび対物レ
ンズ位置検出装置を制御するＩ／Ｏ部からなる。

作　　　用 本発明は上記した構成によって、照明装置により照明さ
れた対象物を、顕微鏡により拡大し、顕微鏡に取り付け
られた撮像装置によって捕らえられた顕微鏡画像が、撮
像装置の映像信号を処理する画像処理装置に入力され、
Ａ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換された後、フレー
ムメモリーに蓄えられる。この画像をもとに、対象物に
焦点の合っている度合を中央演算部で計算し、その結果
をもとに、中央演算部からＩ／Ｏ部を通して対物レンズ
アクチュエータ制御部に対して、より焦点が合う方向に
対物レンズを移動させるように指令が出される。対物レ
ンズが移動した後、再び撮像装置の映像を処理すること
により、対象物の焦点の合っている度合を確認する。こ
れらの処理を繰り返すことにより、合焦点位置を検出す
る。

このようにして、対象物に焦点があった状態で、対物レ
ンズ位置検出装置により対物レンズの位置を読み取り、
基準位置と比較することによって対物レンズの相対位置
（または、基準位置から対象物までの距ｌ１ｌ）を決定
する。

上記の処理において、焦点の合っている度合を計算する
場所は顕微鏡視野内の任意の箇所に設定できるので、例
えば、数ミクロンの対象物のみに注目して計算すること
もできる。従って、非常に小さな物に対しても焦点を合
わせることができ、距離測定も可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例の距離測定装置について、図面
を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第一の実施例における距離測定装置の
ブロック図を示すものであり、第１図において、１０は
対象物である線径が十数ミクロンの線状電極、１１は照
明装置、１２はハーフミラ−１３は対物レンズ、１４は
対物レンズ支持部、１５は対物レンズ移動ガイド、１６
は電歪素子、１７は電流電源、１８はテレビカメラ、１
９は画像処理装置、２０は８ビットＡ／Ｄ変換部、２１
は８ビツトフレームメモリー　２２はメモリー付きＣＰ
Ｕ、２３はＩ／Ｏ部、２４は静電容量型ギャップセンサ
ー、２５は静電容量型ギャップセンサーのコントローラ
である。

以上のように構成された距離測定装置について、以下第
１図を用いてその動作を説明する。

第１図において、１０の対象物は、１１の照明装置及び
１２のハーフミラ−により明視野照明される。その映像
は、１３の対物レンズにより数十倍に拡大され、１８の
テレビカメラに写される。

１８のテレビカメラの映像信号は１９の画像処理装置に
入力される。１９の画像処理装置では、入力された映像
信号が２０の８ビットＡ／Ｄ変換部でデジタル画像デー
タに変換され、２１のフレームメモリーに蓄えられる。

２２のＣＰＵは２１に蓄えられたデジタル画像データを
画像処理することにより、対象物の焦点の合っている度
合を判断し、焦点があっていない場合は、より焦点が合
うように１３の対物レンズを移動させる。そのために、
２２のＣＰＵは２３のＩ／Ｏ部を通じて１７の直流電源
に対して指令を出す。１７の直流電源はその指令に従っ
て１６の電歪素子に加える電圧を変化させる。１６の電
歪素子は１７の直流電源から加えられる電圧が変化する
ことによりその電圧変化に相当した分だけ収縮する。１
６の電歪素子の収縮により、１５の対物レンズ移動ガイ
ドに取り付けられた１４の対物レンズ支持部及び１３の
対物レンズが移動することにより、１３の対物レンズと
１０の対象物との距離が変化する。これにより１０の対
象物の焦点の合い具合が変化する。

この一連の処理を繰り返すことにより、１３の対物レン
ズが合焦点位置にきたことを２２のＣＰＵが判断すると
、２２のＣＰＵは２３のＩ／Ｏ部を通じて、２５の静電
容量型ギャップセンサーのコントローラと２４の静電容
量型ギャップセンサーから対物レンズの位置を読み取る
。上記の処理により、１０の対象物に焦点があっている
ときの１３の対物レンズの位置を測定することにより、
基準位置（２４の静電容量型ギャップセンサーの原点位
置）から１０の対象物までの距離を測定することができ
る。

第２図は、本発明の第一の実施例の応用例を示す概略図
である。第２図において、３０は第１図に示した本発明
の第一の実施例の距離測定装置、３１は移動テーブル、
３２は基準ボード、３３は規制棒、３４は線状電極であ
る。

３０の距離測定装置には５０倍の対物レンズが使用され
ている。３４の線状電極は線幅が１０数ミクロンである
。３２の基準ボード上に３３の規制棒が固定されており
、その上に３５の線状電極が張られている。３４の規制
棒により３４の線状電極の高さが揃えられているが、３
４の線状電極のたわみ等により高さがバラついてしまう
。そこで、３０の距離測定装置により３４の線状電極の
高さバラつきを測定する。３１の移動テーブルを移動し
ながら、３０の距離測定装置で３４の線状電極の距離を
測定し、すべての線状電極の距離を測定した後、距離の
バラつきを高さバラつきとする。

この方法によれば、それぞれの線状電極の距離向に移動
可能とした顕微鏡として５０倍の対物レンズと無限遠補
正金属顕微鏡を用い、顕微鏡の映像を捕らえる撮像装置
にテレビカメラを用い、テレビカメラのアナログ映像信
号を処理する画像処理装置と、上記の対物レンズを光軸
方向に駆動する対物レンズアクチュエータ部として、電
歪素子を用いたアクチュエータを用い、上記の対物レン
ズの移動量を検出する対物レンズ位置検出装置として静
電容量型ギャップセンサーを用い、対象物を照明する照
明装置として明視野照明を用い、上記の画像処理装置に
は、Ａ／Ｄ変換部に８ビツトＡ／Ｄ変換器を用い、デジ
タル映像信号を蓄えるとフレームメモリー部と、フレー
ムメモリーのデータを処理する中央演算部と、上記の対
物レンズアクチュエータを制御および対物レンズ位置検
出装置を制御するＩ／Ｏ部により構成する。このような
構成により、 ＣＤ　　対物レンズを光軸方向に駆動する対物レンズア
クチュエータ部として、電歪素子を用いたアクチュエー
タを用いることにより、装置を小型化することができる
。

（２）対物レンズに焦点深度の浅い５０倍の対物レンズ
を用い、画像処理装置内部で画像データを８ビツトのデ
ジタルデータとして画像処理することにより、対象物の
距離を精度１ミクロン以下で測定することができる。

（３）対象物を照明する照明装置として明視野照明を用
いることにより、断面が円形の線材との距離を測定する
ことができる。

といった特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における距離測定装置のブロッ
ク図、第２図は同実施例の応用例を示す概略図、第３図
は従来の距離測定装置のブロック図である。 １０・・・・・・対象物である線径が十数ミクロンの線
状電極、１１・・・・・・照明装置、１２・・・・・・
ノ１−フミラー　１３・・・・・・対物レンズ、１４・
・・・・・対物レンズ支持部、１５・・・・・・対物レ
ンズ移動ガイド、１６・・・・・・電歪素子、１７・・
・・・・直流電源、１８・・・・・・テレビカメラ、１
９・・・・・・画像処理装置、２０・・・・・・８ビッ
トＡ／Ｄ変換部、２１・・・・・・８ビツトフレームメ
モリー、２２・・・・・・メモリー付きＣＰＵ、２３・
・・・・・Ｉ／Ｏ部、２４・・・・・・静電容量型ギャ
ップセンサー２５・・・・・・静電容量型ギャップセン
サーのコントローラ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズを光軸方向に移動可能とした顕微鏡光
   学系と、顕微鏡の映像を捕らえる撮像装置と、撮像装置
   の映像信号を処理する画像処理装置と、上記の対物レン
   ズを光軸方向に駆動する対物レンズアクチュエータ部と
   、上記の対物レンズの位置を検出する対物レンズ位置検
   出装置と、対象物を照明する照明装置とからなり、前記
   画像処理装置は、撮像装置の映像信号を２階調以上のデ
   ジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル映
   像信号を蓄えるフレームメモリー部と、フレームメモリ
   ーのデータを処理する中央演算部と、上記対物レンズア
   クチュエータおよび対物レンズ位置検出装置を制御する
   Ｉ／Ｏ部からなる距離測定装置。
2. （２）対物レンズは顕微鏡に固定して、顕微鏡全体を光
   軸方向に移動する構成とした請求項１記載の距離測定装
   置。
3. （３）顕微鏡の映像を捕らえる撮像装置に１次元のイメ
   ージセンサーを用いた請求項１記載の距離測定装置。