JPH04246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、載物台上の測定対象物に光を投射
し、該測定対象物からの透過光又は反射光によ
り、測定対象物の影像をスクリーン上に拡大投影
する投影検査機の改良に関する。

従来この種投影機は、載物台上の測定対象物を
平行な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投影像
を結像させ、この結像から測定対象物の寸法形状
等を測定するものであるが、スクリーンに投影さ
れた画像のエツジ（端部）は一般的にいわゆるに
じみがあり、従つて、載物台上の測定対象物を移
動させ、そのスクリーン上の画像とヘアラインと
の一致から測定値を正確に読み込むことは困難で
ある。

かかる問題点を解消するために、従来は、画像
のエツジを横切つて光電素子を相対移動させるこ
とにより、光電素子の受光面に投影された像の明
部と暗部との面積の割合の変化に基づき光電素子
から出力する電気信号の大きさの変化を、参照電
圧と比較して、投影画像の端部を検出するものが
ある。

しかしながら、この方法は、外乱光等の影響が
大きいと共に、光電素子から得られる信号又は参
照電圧の変動による測定精度の低下が大きいとい
う問題点がある。

更に、スクリーン上の投影画像の境界（エツ
ジ）に対して光電素子を相対移動させ、その時の
出力信号を２段微分して波形信号を得、これと参
照電圧との比較によつてエツジを検出するものが
あるが、光電素子と投影画像との相対移動速度の
大小によつて、検出されるエツジの位置が異なる
ことがあり、更に、前記と同様に参照電圧の変動
による測定精度の低下が大きいという問題点があ
る。

更に、光電素子を２個配置して、これを投影画
像のエツジに対して相対移動させ、これにより得
られた複数の出力信号から波形の信号を得、これ
と参照電圧との比較によつてエツジを検出するも
のがあるが、前記と同様に光電素子から得られた
出力信号と参照電圧との相対変化、レベル変動等
から測定が非常に不安定となり、更に、照射光線
の照度に対する適用範囲が狭く、又、測定態様が
限定され且つ、センサー部あるいは回路部分が複
雑になるという問題点がある。

特に、投影機においては、照射用の光源ランプ
の疲労、投影系のレンズ特性、外乱光によりスク
リーン上の投影画像の明るさが変化し、又、投影
倍率の切替により投影画像の明るさが変化した
り、更には測定者側の条件として、例えば測定者
の瞳の色（人種により異なる）により作業に好適
な明るさが異なるため、これを適宜に選択しなけ
ればならないが、前記のように照射光線の照度に
対する適用範囲が狭いと、結果として投影機の能
力を低下させてしまうことになる。

これに対して、本出願人は特願昭57−56372号
により、透過光又は反射光を検出して、直接的又
は間接的に測定対象物の寸法測定をするための光
学式測定機器におけるエツジ検出装置において、
前記測定対象物との相対移動時に生ずる明暗に基
づき、少なくとも２組の位相ずれ信号を発生する
よう移動面と略平行な面内に配設された４個の受
光素子からなるセンサーと、前記各組の位相ずれ
信号の差を演算する第１及び第２の演算手段と、
これら第１及び第２の演算手段の出力信号の差を
演算する第３の演算手段及び和を演算する第４の
演算手段と、この第４の演算手段の出力信号が所
定レベルにある間に生じる、前記第３の演算手段
の出力信号と基準レベルのクロス信号を出力する
検知手段を設けたことを特徴とする光学式測定機
器におけるエツジ検出装置を提案している。

この発明は、測定対象物を照射する光強度、測
定中の外乱光、光電素子の出力信号あるいは参照
電圧の変動等による影響を伴なうことなく、しか
も簡単な構成で、測定対象物のエツジを検出する
ことができるが、これは、投影画像のエツジ部に
一定割合以上の光量変化即ち光傾斜があることを
前提とするものであるため、投影画像がいわゆる
ピンボケの場合、該光傾斜が小さ過ぎて、前記受
光素子からなるセンサによつては正確なエツジの
検出が困難となる場合がある。

ここで、投影画像のピント合わせは、従来の投
影検査機におけると同様に、作業者が載物台を上
下させて、スクリーン上の映像を目視しつつ調整
するものであり、従つて、作業者によつてピント
合わせにばらつきが生じたり、その作業に長い時
間を要することがあるという問題点があつた。

この発明は上記問題点に鑑みてなされたもので
あつて、投影検査機におけるスクリーン上の映像
のピント合わせを半自動又は自動的に行うことが
できるようにした投影検査機を提供することを目
的とする。

この発明は、載物台上の測定対象物に光を投射
し、該測定対象物からの透過光又は反射光によ
り、測定対象物の投影画像をスクリーン上に拡大
投影する投影検査機において、前記スクリーン上
の投影画像との相対移動時に生ずる明暗に基づ
き、２組の位相ずれ信号を発生するよう移動面と
略平行な面内に配設された４個の受光素子からな
るセンサーと、前記センサーが前記スクリーン上
の投影画像のエツジをＸ方向又はＹ方向に横切る
とき、先行して前記エツジを横切る受光素子と２
番目及び３番目に横切る受光素子の一方との出力
信号の差を演算する第１の演算手段と、前記２番
目及び３番目に横切る受光素子の他方と４番目に
横切る受光素子との出力信号の差を演算する第１
及び第２の演算手段と、これら第２の演算手段の
出力信号から前記投影画像における明暗の変化率
を演算する第３の演算手段と、この第３の演算手
段の出力信号と基準信号とを比較すると共に、比
較結果を、前記載物台を移動しピント合せを行う
ための駆動信号として出力する比較器と、を含む
ピント検出装置を設けることにより上記目的を達
成するものである。

又この発明は、載物台上の測定対象物に光を投
射し、該測定対象物からの透過光又は反射光によ
り、測定対象物の投影画像をスクリーン上に拡大
投影する投影検査機において、前記スクリーン上
の投影画像との相対移動時に生ずる明暗に基づ
き、２組の位相ずれ信号を発生するよう移動面と
略平行な面内に配設された４個の受光素子からな
るセンサーと、前記センサーが前記スクリーン上
の投影画像のエツジをＸ方向又はＹ方向に横切る
とき、先行して前記エツジを横切る受光素子と２
番目及び３番目に横切る受光素子の一方との出力
信号の差を演算する第１の演算手段と、前記２番
目及び３番目に横切る受光素子の他方と４番目に
横切る受光素子との出力信号の差を演算する第１
及び第２の演算手段と、これら第２の演算手段の
出力信号から前記投影画像における明暗の変化率
を演算する第３の演算手段と、この第３の演算手
段の出力信号と基準信号とを比較して、結果を出
力する比較器と、を含むピント検出装置と；この
ピント検出装置の出力信号に応じて、前記載物台
を移動し、前記投影画像のピント合わせを行う駆
動装置と；を設けることにより上記目的を達成す
るものである。

又、前記駆動装置を、前記ピント検出装置にお
ける前記比較器の出力信号が直接入力され、且
つ、この出力信号に基づき前記載物台の移動量を
制御する移動装置を含んで構成することにより上
記目的を達成するものである。

又、前記第３の演算手段を、演算結果の最大値
をホールドするホールド手段を備えて構成するこ
とにより上記目的を達成するものである。

この発明において、スクリーン上の映像のピン
ト合わせは、ピント検出装置の出力信号を参照し
つつ半自動的に又はその出力信号に応じて駆動装
置により載物台を移動して自動的に行うものであ
る。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

この実施例は、第１図乃至第４図に示されるよ
うに、光源ランプ１からの光をコンデンサレンズ
２を介して載物台３の下方から、あるいは他の光
路を介して載物台３の上方から、該載物台３上の
測定対象物４を照射して、その透過光又は反射光
に基づき、投影レンズ５を介してスクリーン６上
に、測定対象物４の投影画像４Ａを結像させ、こ
の投影画像により、間接的に測定対象物４の寸法
測定等をするための投影機Ｐにおいて、前記測定
対象物４との相対移動時に生ずる明暗に基づき、
２組の位相ずれ信号を発生するよう移動面と略平
行な面内に配設された４個の受光素子７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄからなるセンサー７と、前記各組
の位相ずれの信号の差を演算する第１及び第２の
演算手段８及び９と、これら第１及び第２の演算
手段８及び９の出力信号の差を演算して、前記投
影画像４Ａにおける明暗の変化率を検出する第３
の演算手段１０と、この第３の演算手段１０の出
力信号と基準信号とを比較する比較器１２と、を
含むピント検出装置１１と；このピント検出装置
１１の出力信号に応じて、前記載物台３を移動
し、前記投影画像４Ａのピント合わせを行う駆動
装置１３と；を設けたものである。

前記センサー７は、第１図に示されるように、
投影機Ｐのスクリーン６の上面にこれと平行にか
つ摺動可能に載置された透明板１４と一体的に設
けられている。

又、前記センサー７における４個の受光素子７
Ａ乃至７Ｄは前記投影機Ｐにおけるスクリーン６
上の、相互に直交する２本の直線即ちＸ軸及びＹ
軸上に、その交点の両側に各々２個配置されてい
る。

前記センサー７の受光素子７Ａ乃至７Ｄの前記
Ｘ軸及びＹ軸上の配列は、受光素子７Ａ及び７Ｄ
がＸ軸上に、又受光素子７Ｂ，７ＣがＹ軸上にそ
れぞれ配置され、前記受光素子７Ａ，７Ｂの出力
信号は、前記第１の演算手段に、又受光素子７
Ｃ、７Ｄの出力信号は前記第２の演算手段９に、
それぞれ入力するように接続されている。

又前記透明板１４は、センサー７と共に、前記
Ｘ軸又はＹ軸に沿つて移動できるようにされてい
る。

図の符号１５はピント検出装置１１における基
準信号発生器を示し、前記比較器１２はこの基準
信号発生器１５からの入力信号と前記第３の演算
手段１０からの入力信号の差を演算して前記駆動
装置１３に出力するようにされている。

ここで、前記基準信号発生器１５は、その出力
信号の値が可変とされている。

前記駆動装置１３は、前記ピント検出装置１１
における前記比較器１２の出力信号が直接入力さ
れ、且つ、この出力信号に基づき前記載物台３の
移動量を制御する制御装置１６を含んでいる。

前記駆動装置１３は、前記制御装置１６と、こ
の制御装置１６によつて回転方向及び回転数が制
御されるモータ１７と、このモータ１７の出力軸
に取付けられた駆動歯車１８と、この駆動歯車１
８と噛合つて設けられた被動歯車１９と、この被
動歯車１９と同軸的に且つ該被動歯車１９の中心
に形成されたねじ孔１９Ａに貫通螺合するスクリ
ユー２０とを有してなり、モータ１７の回転方向
及び回転数を制御することによつて、ねじ孔１９
Ａに螺合するスクリユー２０をその軸線方向に変
位させ、前記載物台３を上下動させ投影レンズ５
に対する測定対象物４の位置を変えてスクリーン
６上の投影画像４Ａのピント合わせをするもので
ある。

前記制御装置１６は、比較器２１と、ドライバ
２２及び前記モータ１７の回転位置を検出するロ
ータリーエンコーダ２３とから構成されている。

前記比較器２１は、前記ピント検出装置１１の
比較器１２からの出力信号及びロータリーエンコ
ーダ２３の出力信号が入力され、これら２つの入
力信号の差を演算してドライバ２２に出力するよ
うにされている。

このドライバ２２は、比較器２１からの出力信
号に基づいて、その出力信号に対応する回転数及
び方向にモータ１７を駆動させるものである。

次に上記実施例の作用を説明する。

スクリーン６上に結像された測定対象物４の投
影画像４Ａに対して、センサー７を、前記スクリ
ーン６上のＸ軸及びＹ軸に沿つて相対的に移動さ
せ、投影画像４Ａのエツジがセンサー７を横切る
ようにする。

例えば、投影画像４Ａが、第２図ａに示される
ように、Ｘ軸に沿つて、受光素子７Ａ側からセン
サー７に接近し且つこれを通過した場合は、受光
素子７Ａ乃至７Ｄにより得られる出力信号は、第
２図ｃに符号Ａ乃至Ｄによつて示されるように、
時間軸に沿つてＡからＤに等しい位相ずれ信号と
なる（ＢとＣは位相ずれはない）。これらの出力
信号は、第２図ｄに示されるように、第１の演算
手段８及び第２の演算手段９によりＡ−Ｂ及びＣ
−Ｄに演算され、それぞれ出力される。

これらＡ−Ｂ及びＣ−Ｄの出力信号は、それぞ
れ第３の演算手段によつて差が演算され、その演
算結果の出力信号は第２図ｅに示されるようにな
る。

第３の演算手段１０によつて出力される信号は
比較器１２に入力され、この比較器１２は基準信
号発生器１５からの基準信号Vrefとを比較して、
該Vrefから前記第３の演算手段１０から入力さ
れた信号との差をとり、これを駆動装置１３にお
ける制御装置１６の比較器２１に出力する。

この比較器２１は、ロータリーエンコーダ２３
からフイードバツクされるモータ１７の回転位置
信号（最初は零）との差を演算してドライバ２２
に出力する。

このドライバ２２は、比較器２１からの出力信
号に応じて、モータ１７を所定の回転方向に所定
の回転数だけ駆動する。

従つて、このモータ１７によつて駆動歯車１
８、被動歯車１９、ねじ孔１９Ａを介してスクリ
ユー２０が所定量上下され、このスクリユー２０
と一体の載物台３は所定量上下されて、比較器２
１の出力信号に対応した量だけ変位し、これによ
つてスクリーン６上の投影画像４Ａのピント合わ
せがなされる。

この時、モータ１７の回転方向及び回転数即ち
回転位置はロータリーエンコーダ２３によつて比
較器２１にフイードバツクされるので比較器２１
からの出力が零になるまでモータ１７が駆動され
て載物台３を所定量移動する。

ここで、前記４つの受光素子７Ａ乃至７Ｄによ
つて得られる２組の移送ずれ信号は、第２図に示
されるように、投影画像４Ａのピントがあつてい
る場合は、同第２図ｂに示されるようにスクリー
ン６上の明るさの分布は投影画像４Ａのエツジ部
分で急な立上がり又は立下がりでもつて変化す
る。

従つて、このエツジ部分を横切つた受光素子７
Ａ乃至７Ｄの出力信号Ａ乃至Ｄの立下がりの傾き
は同第２図ｃに示されるように、大きなものとな
る。

一方、第３図にａに示されるように、スクリー
ン６上の投影画像４Ａがいわゆるピンボケ状態の
場合は、そのエツジ部分が不明瞭であるために、
スクリーン６上の明るさの分布が、該投影面像４
Ａのエツジ部分での立上がり又は立下がりが同第
３図ｂに示されるように一定の傾きを有すること
になる。

従つて、該スクリーン６上の投影画像４Ａを、
受光素子７Ａ乃至７Ｄが横切つた場合、これら受
光素子７Ａ乃至７Ｄの出力信号Ａ乃至Ｄの立下が
りの傾きは、同第３図ｃに示されるように小さい
ものとなる。

従つて、これらの信号の差即ちＡ−Ｂ及びＣ−
Ｄは、ピントがあつている場合は第２図ｄに示さ
れるようになり、又、ピントがあつていない場合
は第３図ｄに示されるようになる。

又これら２組の出力信号の差の更に差の信号波
形は、ピントがあつている場合は第２図ｅ、あつ
ていない場合は第３図ｅの如くそれぞれ示され
る。

これらの図から判るように、ピントがあつてい
る場合は第３の演算手段１０による出力信号の信
号波形の傾きは大きく、又、ピントがあつていな
い場合はその傾きは小さくなり、その最大値及び
最小値の差もピントがあつていない場合はより小
さくなる。

従つて、比較器１２は、第３の演算手段１０の
出力信号と予め設定される基準信号発生器１５か
らの基準信号Vrefとを比較してその差、即ち、
ピントずれ量の信号を制御装置１６の比較器２１
に出力することになる。

従つて、この実施例においては、スクリーン６
上の被測定物４の投影画像４Ａのピント合わせを
全自動的に行うことができる。

なお上記実施例は、第１の演算手段８の演算結
果の出力信号Ａ−Ｂと第２の演算手段９の演算結
果の出力信号Ｃ−Ｄの差を第３の演算手段１０に
よつて求めるようにしたものであるが、本発明は
これに限定されるものでなく、第３の演算手段１
０は、第１の演算手段８及び第２の演算手段９か
らの出力信号に基づいて、センサ７が投影画像４
Ａのエツジ部分を横切つた時におけるその受光し
た光の明暗の変化率即ち光傾斜を検出できるもの
であればよく、従つて、該第３の演算手段１０は
第１の演算手段８の出力信号Ａ−Ｂと、第２の演
算手段９の出力信号Ｃ−Ｄの和あるいは、第２の
演算手段９の出力信号から第１の演算手段８の出
力信号を引き算して差を求めるようにしてもよ
い。

又上記実施例は、ピント検出装置１１における
比較器１２の出力信号を直接駆動装置１３におけ
る制御装置１６の比較器２１に出力するようにし
たものであるが、ピント合わせを半自動的に行う
場合は、比較器１２の出力信号を、例えば、第４
図に示されるようにメータによつて表示するよう
にして、このメータ２４の表示値に基づいて、作
業者が手動装置２５を介して前記制御装置１６を
駆動して、載物台を変位させ、投影画像４Ａのピ
ント合わせを行うようにしてもよい。

又、上記実施例において、ピント検出装置１１
における比較器１２は、第３の演算手段１０の出
力信号をそのまま基準信号発生器１５からの基準
信号Vrefと比較するものであるが、これは、例
えば、第３の演算手段１０と比較器１２との間に
ピークホールド手段２６を設け、このピークホー
ルド手段２６によつて、第３の演算手段１０から
の出力信号の最大値のみが比較器１２に入力され
るようにしてもよい。

この場合は、前記制御装置１６における比較器
２１からの出力信号が零になつた時、ピークホー
ルド手段２６のホールドが解除される信号を出力
する解除信号発生器２７を設ける。

又上記実施例において比較器１２は基準信号発
生器１５からの基準信号Vrefと第３の演算手段
１０からの出力信号とを比較するものであるが、
この比較器１２は、ウインドコンパレータとし
て、第３の演算手段１０からの出力信号が一定幅
の値の範囲にあるか否かを判断するようにしても
よい。

これは、スクリーン６上における投影画像４Ａ
のピントが完全となつた場合でも、該投影画像４
Ａのエツジ部分における光傾斜が無限大となるこ
とはないからである。

ここで、前記ピント検出装置１１及び駆動装置
１３からなる制御系において、比較器１２からの
出力に基づいて載物台３を上下動させ、更にこの
時の投影画像４Ａをセンサ７によつてピント検出
をするというサイクルを繰返した場合であつて
も、第３の演算手段１０からの出力信号即ち光傾
斜の値は、理想的光傾斜の値よりも大きくなるこ
とはないので、この制御系においてハンチングが
生じることはない。

但し、基準信号発生器２０における基準信号
Vrefの設定ミスがあつた場合は、この制御系に
よつて、載物台３が更にピントがぼける方向に駆
動される場合があり得るので、基準信号発生器２
０はその出力する基準信号Vrefを所定範囲内に
制限しておくのがよい。

なお上記実施例は、４個の受光素子７Ａ乃至７
Ｄからの出力信号に基づいてスクリーン６上にお
ける投影画像４Ａのピント合わせをするようにし
たものであるが、このようなピント合わせの装置
は、前述の、例えば特願昭57−563725発明におけ
るエツジ検出装置におけるセンサと兼用するよう
にしてもよい。

なお上記実施例においては、センサー７におけ
る受光素子７Ａないし７Ｄの配列は、スクリーン
６のＸ軸およびＹ軸に沿つて、これらＸ軸Ｙ軸の
交点を挾んでそれぞの軸に一対づつ計４個配置し
たものであるが、これは正確にＸ軸およびＹ軸上
に配置しなくても、その交点を中心として軸線周
りにずらして配置してもよい。また、測定中に交
点を中心として回転方向にずれても問題はない。

更に前記実施例は、投影画像４Ａに対してセン
サー７を移動させるものであるが、これは、例え
ば載物台３を移動させることにより投影画像４Ａ
をセンサー７に対して移動するようにしてもよ
い。

本発明は上記のように構成したので投影機にお
けるスクリーン上の投影画像のピント合わせを半
自動的又は自動的に正確に且つ迅速に行うことが
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る投影機の実施例を示す一
部断面図を含むブロツク図、第２図及び第３図は
同実施例におけるピント合焦及びピント非合焦状
態での信号処理の過程を示す線図、第４図は本発
明の他の実施例の要部を示すブロツク図である。 １……光源ランプ、３……載物台、４……測定
対象物、４Ａ……投影画像、５……投影レンズ、
６……スクリーン、７……センサー、７Ａ〜７Ｄ
……受光素子、８……第１の演算手段、９……第
２の演算手段、１０……第３の演算手段、１１…
…ピント検出装置、１２……比較器、１３……駆
動装置、１５……基準信号発生器、１６……制御
装置、１７……モータ、２１……比較器、２２…
…ドライバ、２４……メータ、２６……ピークホ
ールド手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 載物台上の測定対象物に光を投射し、該測定
   対象物からの投下光又は反射光により、測定対象
   物の投影画像をスクリーン上に拡大投影する投影
   検査機において、前記スクリーン上の投影画像と
   の相対移動時に生ずる明暗に基づき、２組の位相
   ずれ信号を発生するよう移動面と略平行な面内に
   配設された４個の受光素子からなるセンサーと、
   前記センサーが前記スクリーン上の投影画像のエ
   ツジをＸ方向又はＹ方向に横切るとき、先行して
   前記エツジを横切る受光素子と２番目及び３番目
   に横切る受光素子の一方との出力信号の差を演算
   する第１の演算手段と、前記２番目及び３番目に
   横切る受光素子の他方と４番目に横切る受光素子
   との出力信号の差を演算する第２の演算手段と、
   これら第１及び第２の演算手段の出力信号から前
   記投影画像における明暗の変化率を演算する第３
   の演算手段と、この第３の演算手段の出力信号と
   基準信号とを比較すると共に、比較結果を、前記
   載物台を移動しピント合せを行うための駆動信号
   として出力する比較器と、を含むピント検出装置
   を設けたことを特徴とする投影検査機。 ２ 載物台上の測定対象物に光を投射し、該測定
   対象物からの透過光又は反射光により、測定対象
   物の投影画像をスクリーン上に拡大投影する投影
   検査機において、前記スクリーン上の投影画像と
   の相対移動時に生ずる明暗に基づき、２組の位相
   ずれ信号を発生するよう移動面と略平行な面内に
   配設された４個の受光素子からなるセンサーと、
   前記センサーが前記スクリーン上の投影画像のエ
   ツジをＸ方向又はＹ方向に横切るとき、先行して
   前記エツジを横切る受光素子と２番目及び３番目
   に横切る受光素子の一方との出力信号の差を演算
   する第１の演算手段と、前記２番目及び３番目に
   横切る受光素子の他方と４番目に横切る受光素子
   との出力信号の差を演算する第２の演算手段と、
   これら第１及び第２の演算手段の出力信号から前
   記投影画像における明暗の変化率を演算する第３
   の演算手段と、この第３の演算手段の出力信号と
   基準信号とを比較して、結果を出力する比較器
   と、を含むピント検出装置と；このピント検出装
   置の出力信号に応じて、前記載物台を移動し、前
   記投影画像のピント合わせを行う駆動装置と；を
   設けたことを特徴とする投影検査機。 ３ 前記駆動装置は、前記ピント検出装置におけ
   る前記比較器の出力信号が直接入力され、且つ、
   この出力信号に基づき前記載物台の移動量を制御
   する制御装置を含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の投影検査機。 ４ 前記第３の演算手段は、演算結果の最大値を
   ホールドするホールド手段を備えてなることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
   投影検査機。