JPH0713698B2 - 光学機器の対物レンズ倍率判別装置 - Google Patents

光学機器の対物レンズ倍率判別装置

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JPH0713698B2
JPH0713698B2 JP1172734A JP17273489A JPH0713698B2 JP H0713698 B2 JPH0713698 B2 JP H0713698B2 JP 1172734 A JP1172734 A JP 1172734A JP 17273489 A JP17273489 A JP 17273489A JP H0713698 B2 JPH0713698 B2 JP H0713698B2
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博雅 土井
裕士 柚中
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Mitutoyo Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、光学機器の対物レンズ倍率判別装置に係り、
特に、対物レンズを通過した光を利用し、合焦点近傍
で、Z軸方向の移動に対して出力がS字状に変化するS
字カーブを合焦信号とする能動型のオートフオーカス機
構を利用して、対物レンズ倍率を自動的に判別すること
が可能な光学機器の対物レンズ倍率判別装置に関するも
のである。
【従来の技術】
測定顕微鏡や投影機等の光学機器、特に光学測定機に組
合わせ可能なオートフオーカス機構の一つに、例えば第
5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、これは略直交する
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、フーコー法によるも
のがある。前記受光素子8は、フオ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、減算器9を経て、合焦信号として検出器(図示省
略)に入力されるようになつている。 ここで、前記減算器9の出力は、第1図に示す如く、対
物レンズ4の合焦点近傍で、Z軸方向の移動に対して出
力がS字状に変化するS字カーブとなるので、これを合
焦信号ΔSとすることによつて、焦点を合わせることが
できる。
【発明が達成しようとする課題】
一方、前記のようなオートフオーカス機構を含む光学機
器においては、対物レンズの倍率毎に、最適なオートフ
オーカス機構の駆動速度、駆動分解能、光量等が異なる
ので、対物レンズを切換えた場合には、その倍率に応じ
て、これらを切換える必要がある。しかしながら従来
は、対物レンズの倍率を自動的に判別することができ
ず、従つて、操作者が主動で前記設定を切換える必要が
あり、設定操作が面倒であるだけでなく、誤操作、即
ち、誤測定の可能性も高い等の問題点を有していた。 本発明は、前記従来問題点を解消するべくなされたもの
で、オートフオーカス機構を利用して、対物レンズの倍
率を自動的に判別することが可能な光学機器の対物レン
ズ倍率判別装置を提供することを課題とする。
【課題を達成するための手段】
本発明は、対物レンズを通過した光を利用し、合焦点近
傍で、Z軸方向の移動に対して出力がS字状に変化する
S字カーブを合焦信号とする能動型のオートフオーカス
機構を含む光学機器において、前記合焦点信号が立上が
つてから立下がる迄のZ軸方向移動量を検出する手段
と、該検出されたZ軸方向移動量から、対物レンズの倍
率を判別する手段とを備えることにより、前記課題を達
成したものである。 又、前記対物レンズ倍率の判別結果に応じて、オートフ
オーカス機構の駆動速度、駆動分解能、光量を制御する
ようにしたものである。
【作用及び効果】
対物レンズを通過した光を利用し、合焦点近傍で、Z軸
方向の移動に対して出力がS字状に変化するS字カーブ
を合焦信号とする能動型のオートフオーカス機構におい
て、第1図に示す、前記合焦信号(S字カーブ)が立上
がつてから立下がるまでのZ軸方向移動量ΔZは、対物
レンズの焦点深度に対応して変化し、高倍率であれば小
さく、低倍率であれば大きくなる。従つて、このZ軸方
向移動量ΔZを検出すれば、その大きさから、対物レン
ズの倍率を自動的に判別することができる。 よつて、判別された対物レンズ倍率に応じて、例えば、
高倍率時には、オートフオーカス機構の駆動速度を遅く
して正確な合焦が行われるようにし、一方、低倍率時に
は駆動速度を速くして迅速な合焦が行われるようにする
ことができる。又、高倍率時には駆動分解能を高くし
て、正確な合焦が行えるようにし、一方、低倍率時には
駆動分解能を大きくして、迅速な合焦が行えるようにす
ることができる。更に、例えばNDフイルタや光源電圧を
切換えることによつて、高倍率時には光量を大きくし
て、必要な光量を確保し、一方、低倍率時には光量を小
さくして、受光素子の出力が飽和するのを防止したり、
光源の消費電力を低減したりすることができる。 従つて、従来のように操作する人間が一々対物レンズの
切換え時にこれらを設定変更する必要がなくなり、例え
ばオートフオーカス機構の駆動速度、駆動分解能、光量
等を常に最適状態に自動制御して、誤操作を防ぐことが
可能となる。
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、フーコー法のオートフオーカス機構を含む
測定顕微鏡に本発明を適用したもので、第2図に示す如
く、前記従来例と同様の、レーザダイオード1、ビーム
スプリツタ3、対物レンズ4、フーコープリズム6、内
側素子8A及び外側素子8Bからなる受光素子8、及び減算
器9と、前記内側素子8A及び外側素子8Bの出力を加算す
る加算器20と、前記減算器9出力のセンサ信号を該加算
器20の出力で割算することによつて、光量変化の影響に
かかわらず、ほぼ一定振幅の合焦信号ΔSを得るための
割算器22と、該割算器22出力の合焦信号ΔSを、例えば
マイナス方向の閾値Vref-と比較する比較器24と、該比
較器24の出力に応じて、前記合焦信号ΔSのマイナス方
向の振幅が閾値Vref-より大きくなつてから再び閾値Vre
f-に戻るまでのZ軸方向移動量ΔZを検出して、対物レ
ンズ4の倍率を判別する対物レンズ判別器26と、該対物
レンズ判別器26の出力に応じて、最適なオートフオーカ
ス機構の駆動速度、駆動分解能、光量等を制御する制御
回路28とから構成されている。 以下、実施例の作用を説明する。 従来例と同様にして減算器9から出力されたセンサ信号
は、割算器22において、加算器20の出力によつて割算さ
れて合焦信号ΔSとなる。ここで、割算器22を設けてい
るのは、何らかの理由によつて光量が変化すると、前記
S字カーブ自体が大きく又は小さくなり、これによつ
て、比較器24出力のZ軸方向移動量ΔZが変化してしま
い、対物レンズ4の倍率を誤検出する可能性があるから
である。この割算器22を用いて光量変化を補正し、S字
カーブの振幅をほぼ一定とすることによつて、光量変化
の影響を減らして、Z軸方向移動量ΔZを安定して検出
することができる。 前記割算器22出力の合焦信号ΔSは、前記比較器24で閾
値Vref-と比較される。例えば、第3図(A)に示す如
く、合焦信号ΔSが負の時、合焦点から遠く、正の時、
合焦点より近過ぎるとすると、オートフオーカス機構の
サーチ動作を行つて、合焦点から遅い側から合焦点に近
付いた場合、第3図(B)に示す如く、比較器24は、閾
値Vref-を2回(P1、P2)検出する。 従つて、対物レンズ判別器26は、この点P1からP2までの
Z軸方向移動量ΔZから、対物レンズ4の倍率を判別す
る。例えば、オートフオーカス機構がパルスモータによ
つて駆動されており、Z軸方向移動量ΔZをパルス数で
検出する場合には、第4図に示す如く、前記比較器24出
力が正である間に何パルス出力されたか計数し(ステツ
プ100)、計数値を予め設定されている対物レンズの倍
率、例えば100倍、50倍、20倍、10倍、5倍毎に設定さ
れている判定値とそれぞれ比較し(ステツプ110)、比
較結果によつて判別された対物レンズ倍率に応じて、前
記制御回路28に、判別倍率を出力する(ステツプ12
0)。なお、Z軸方向移動量ΔZを検出する方法はこれ
に限定されず、例えば、Z軸方向の移動量を検出する側
長手段が設けられている場合には、その測定値を用いた
り、あるいは、Z軸方向の移動が一定速度で行われてい
る場合には、点P1からP2までの移動時間に応じて、Z軸
方向移動量ΔZを検出することができる。 前記対物レンズ判別器26で判別された対物レンズの倍率
は、制御回路28に出力され、ここで、オートフオーカス
装置の駆動速度が、例えば高倍率であれば遅くされ、一
方、低倍率であれば速くされる。又、駆動分解能が、高
倍率であれば高くされ、一方、低倍率であれば低くされ
る。又、対物レンズ4に応じて必要な光量が異なるの
で、例えばNDフイルタを切換えたり、光源電圧を変える
ことによつて、高倍率であれば光量が大きく、一方、低
倍率であれば光量が小さくなるように制御される。 なお、前記実施例においては、Z軸方向移動量ΔZを、
合焦信号ΔSが閾値Vref-を2回通過する間の移動量と
していたが、立上がりと立下がりで閾値を変えたり、あ
るいは、立下がり時の閾値を合焦点信号で置換えること
も可能である。 又、前記実施例においては、本発明が、フーコー法によ
るオートフオーカス機構を含む測定顕微鏡に適用されて
いたが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、合焦点
の前後でレンズの収差が変化することを利用した非点収
差法によるオートフオーカス機構、光束の中心の偏心を
差動ダイオードを用いて検出する偏心光束法によるオー
トフオーカス機構、集光レンズと2つのフオトダイオー
ドの間にナイフエツジを配置して、該ナイフエツジに遮
られる量が合焦点の前後で異なることを利用したナイフ
エツジ法によるオートフオーカス機構、ビームスプリツ
タと分割された受光素子の間にプリズムを配置し、該プ
リズムによつて反射される光が合焦点の前後で変化する
ことを利用した臨界角法によるオートフオーカス機構、
ビームスプリツタと同心円上に分割された受光素子の間
に集光レンズを配置し、該受光素子の内側素子と外側素
子に入射する光の量が合焦点の前後で変化することを利
用した光束法によるオートフオーカス機構等、合焦信号
としてS字カーブを用いた他のオートフオーカス機構を
含むものに同様に適用できる。又、適用対象も測定顕微
鏡に限定されず、投影機等、他の光学機器にも同様に適
用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の原理を説明するための、合焦信号の
一例を示す線図、 第2図は、本発明の実施例の構成を示す、一部ブロツク
線図を含む光路図、 第3図は、前記実施例の合焦信号と比較器出力の関係の
例を示す線図、 第4図は、前記実施例の対物レンズ判別器の作用を説明
するための流れ図、 第5図は、従来のフーコー法によるオートフオーカス機
構の一例を示す光路図である。 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、9…減算器、20…加算器、22…割算器、
ΔS…合焦信号、24…比較器、ΔZ…Z方向移動量、26
…対物レンズ判別器、28…制御回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対物レンズを通過した光を利用し、合焦点
    近傍で、Z軸方向の移動に対して出力がS字状に変化す
    るS字カーブを合焦信号とする能動型のオートフオーカ
    ス機構を含む光学機器において、 前記合焦点信号が立上がつてから立下がる迄のZ軸方向
    移動量を検出する手段と、 該検出されたZ軸方向移動量から、対物レンズの倍率を
    判別する手段と、 を備えたことを特徴とする光学機器の対物レンズ倍率判
    別装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記対物レンズ倍率の
    判別結果に応じて、オートフオーカス機構の駆動速度、
    駆動分解能、光量を制御することを特徴とする光学機器
    の対物レンズ倍率判別装置。
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JP2001350101A (ja) * 2000-06-08 2001-12-21 Nikon Corp レンズ倍率検出装置及び焦点検出装置

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