JPH0717047Y2 - 光学測定器のオートフオーカス装置 - Google Patents
光学測定器のオートフオーカス装置Info
- Publication number
- JPH0717047Y2 JPH0717047Y2 JP5538389U JP5538389U JPH0717047Y2 JP H0717047 Y2 JPH0717047 Y2 JP H0717047Y2 JP 5538389 U JP5538389 U JP 5538389U JP 5538389 U JP5538389 U JP 5538389U JP H0717047 Y2 JPH0717047 Y2 JP H0717047Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pin side
- light
- objective lens
- optical
- measured
- Prior art date
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Description
【産業上の利用分野】 この考案は顕微鏡等の光学測定器のオートフオーカス装
置に関する。
置に関する。
従来、第５図に示されるように、レーザダイオード等の
光源１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を介して被測定物５での被測定表面5Aに、これと
略直交する方向に投射し、該被測定表面5Aより散乱反射
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、フーコープリズム６を介して受光素子８
に入射させるようにしたオートフオーカス装置がある。 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とから構成され、
これら内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、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Ａ及びＢ
は、前記被測定表面5Aの、光源１からの径に変化が生じ
るとこれに対応して増減し、両者の出力の差に基づい
て、被測定表面5Aの光源１からの距離、即ち表面の変位
を測定することができる。 換言すれば、フーコープリズム６により集光された反射
光の合焦位置に内側素子8A及び外側素子8Bの境界線があ
るとき、これらの素子の出力の差ΔＳ＝Ａ−Ｂがゼロと
なり、合焦点を検出することができる。
光源１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を介して被測定物５での被測定表面5Aに、これと
略直交する方向に投射し、該被測定表面5Aより散乱反射
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、フーコープリズム６を介して受光素子８
に入射させるようにしたオートフオーカス装置がある。 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とから構成され、
これら内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、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Ａ及びＢ
は、前記被測定表面5Aの、光源１からの径に変化が生じ
るとこれに対応して増減し、両者の出力の差に基づい
て、被測定表面5Aの光源１からの距離、即ち表面の変位
を測定することができる。 換言すれば、フーコープリズム６により集光された反射
光の合焦位置に内側素子8A及び外側素子8Bの境界線があ
るとき、これらの素子の出力の差ΔＳ＝Ａ−Ｂがゼロと
なり、合焦点を検出することができる。
ところで、前記のようなオートフオーカス装置におい
て、対物レンズ４に収差があると結像点がずれてしま
う。 特に、通常の可視光による測定と、レーザ光による測定
の両方を行うようなとき、対物レンズが、レーザ光に対
する収差補正がなされていない場合は、正確な合焦動作
を行うことができなかつた。 このため従来は、レーザ光用に新しく対物レンズを設計
し直すか、投光系に収差補正を行える光学系を組込まれ
なければならないという問題点があつた。 この考案は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
つて、新たな対物レンズを設計し直したり、投光系に別
個の光学系を組込んだりすることなく、対物レンズの収
差に対応して正確にオートフオーカスを行うことができ
るようにした光学測定器のオートフオーカス装置を提供
することを目的とする。
て、対物レンズ４に収差があると結像点がずれてしま
う。 特に、通常の可視光による測定と、レーザ光による測定
の両方を行うようなとき、対物レンズが、レーザ光に対
する収差補正がなされていない場合は、正確な合焦動作
を行うことができなかつた。 このため従来は、レーザ光用に新しく対物レンズを設計
し直すか、投光系に収差補正を行える光学系を組込まれ
なければならないという問題点があつた。 この考案は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
つて、新たな対物レンズを設計し直したり、投光系に別
個の光学系を組込んだりすることなく、対物レンズの収
差に対応して正確にオートフオーカスを行うことができ
るようにした光学測定器のオートフオーカス装置を提供
することを目的とする。
この考案は、被測定物の被測定表面からの光が対物レン
ズを通つた後に集光される光の合焦点位置近傍であつ
て、該光の光軸に直交する面内に配置され、前ピン側及
び後ピン側端部に出力信号取出電極とされた光位置検出
器と、前記前ピン側及び後ピン側の少なくとも一方の電
極から取出される信号のゲインを対物レンズの種類に応
じて切替えるゲイン切替手段と、前記ゲイン切替手段に
よつて増減幅された出力を含む前記前ピン側電極及び後
ピン側電極からの出力の差及び和を演算する差演算器及
び和演算器と、これら差演算器と和演算器の出力の比を
演算する割算器と、を備えて光学測定器のオートフオー
カス装置を構成し上記目的を達成するものである。
ズを通つた後に集光される光の合焦点位置近傍であつ
て、該光の光軸に直交する面内に配置され、前ピン側及
び後ピン側端部に出力信号取出電極とされた光位置検出
器と、前記前ピン側及び後ピン側の少なくとも一方の電
極から取出される信号のゲインを対物レンズの種類に応
じて切替えるゲイン切替手段と、前記ゲイン切替手段に
よつて増減幅された出力を含む前記前ピン側電極及び後
ピン側電極からの出力の差及び和を演算する差演算器及
び和演算器と、これら差演算器と和演算器の出力の比を
演算する割算器と、を備えて光学測定器のオートフオー
カス装置を構成し上記目的を達成するものである。
この考案において、被測定表面から対物レンズを通つて
集光された光スポツトは、前ピン側端部及び後ピン側端
部に電極を備えた光位置検出器上に結像され、対物レン
ズの収差による結像点のずれは、光位置検出器における
前ピン側及び後ピン側の少なくとも一方の電極からの出
力信号のゲインを対物レンズの収差に応じて切替えてい
るので、該収差に応じて結像点のずれを補正して、正確
に合焦位置を検出することができる。
集光された光スポツトは、前ピン側端部及び後ピン側端
部に電極を備えた光位置検出器上に結像され、対物レン
ズの収差による結像点のずれは、光位置検出器における
前ピン側及び後ピン側の少なくとも一方の電極からの出
力信号のゲインを対物レンズの収差に応じて切替えてい
るので、該収差に応じて結像点のずれを補正して、正確
に合焦位置を検出することができる。
【実施例】 以下本考案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３図に示されるように、光
ビーム10を出射するレーザダイオード等の光源12と、被
測定物14の被測定表面14Aに対向して配置され、該被測
定表面14Aと略直交する前記光ビームの光路上に光軸11
を備えた対物レンズ16と、この対物レンズ16に対して前
記被測定物14の反対側に配置され、前記光ビーム10が前
記光路を通つて前記被測定表面14Aに直進し、且つ、該
被測定表面14Aで反射されて形成され、前記対物レンズ1
6を通つた反射光を集光させるフーコープリズム18と、
前記反射光が集光される光スポツトの位置近傍であつ
て、前記光軸11と直交する面内に配置され、前ピン側端
部電極20A及び後ピン側端部電極20Bを備えた光位置検出
器（以下PSDという）20と、前記後ピン側端部電極20Bか
ら得られる信号のゲインを対物レンズの種類に応じて切
替えるゲイン切替手段22と、前記前ピン側端部電極20A
の出力とゲイン切替手段22によつて増減幅された後ピン
側端部電極20Bの出力の差及び和を演算する差演算器24
と和演算器26と、これら差演算器24と和演算器26の出力
の比を演算する和演算器28と、を含んで光学器のオート
フオーカス装置を構成したものである。 前記光源12は、前記光軸11に対してその射出光ビーム10
の光軸が直交するように光軸11の側方に配置されてい
る。 光源12から射出された光ビーム10と前記光軸11との交点
であつて、前記対物レンズ16とフーコープリズム18との
間の位置には、ハーフミラー30が光軸11及び光源12から
の光ビーム10の射出光軸の各々に対して45°の角度をな
すように配置されている。 又、光軸11上には、前記ハーフミラー30とフーコープリ
ズム18との間の位置に集束レンズ32が配置されている。 更に、前記ハーフミラー30と光源12との間では、光源12
からの光ビーム10の射出光軸上にコリメータレンズ34が
配置されている。 このコリメータレンズ34は、光源12から射出された光ビ
ーム10を、光軸11と直交する平行光線としてハーフミラ
ー30に入射させるものである。 又、対物レンズ16はハーフミラー30で直角に、光軸11に
沿つて反射された平行光線である光ビーム10を被測定表
面14Aに集光させ、且つ、被測定表面14Aからの反射光線
を平行光線としてハーフミラー30を経て集束レンズ32に
到達させるものである。 この集束レンズ32は、光軸11に沿つた平行光線である反
射光を集束させ、フーコープリズム18を経て、前記PSD2
0上に合焦させるものである。 このPSD20は光源12からの光が、標準光のとき前ピン側
端部電極20Aと後ピン側点部電極20Bの中心線上に反射光
が合焦する位置に配置されている。 第２図の符号29A、29Bは前ピン側端部電極20Aの出力側
及び後ピン側端部電極20Bの出力側に配置された電流・
電圧変換器を示す。 又、符号40は、割算器28からの出力ΔＳ＝０のとき、合
焦したことを検出するための合焦信号出力器を示す。 第２図に示されるように、ゲイン切替手段22は、電流電
圧変換器29Bと前記差演算器24、和演算器26との間に配
置されたアンプ36の出力側とアース38との間に直列に配
置された５個の帰還抵抗22A〜22Eと、これらの帰還抵抗
と前記アンプ36の入力側との間に並列に配置された４個
の切替スイツチ23A〜23Dと、から構成されている。 前記切替スイツチ23A〜23Dは、対物レンズ情報に基づい
て、使用される対物レンズの収差に応じて選択的に切替
えられるものであり、帰還抵抗の数によつて後ピン側端
部電極20Bからの出力ゲインを増減するものである。 即ち、収差によつて、例えば合焦点がPSD20の中心線よ
りも後ピン側にずれるとしたら、後ピン側端部電極20B
の出力のゲインを前ピン側端部電極20A側出力に対して
小さくし、収差によるずれを補正するものである。 次に上記実施例の作用を説明する。 光源12の光が標準光であつて、これに対して対物レンズ
16に収差がない場合は、被測定表面14Aの前ピン側及び
後ピン側では、第３図（Ａ）に示されるように光スポツ
トの位置及び大きさが変化する。 このとき、PSD20の電極20B及び20Aからの出力I1及びI2
は次のようになる。 I1＝I0（Ｌ−ｘ）/2L×α …（１） I2＝I0（Ｌ＋ｘ）/2L …（２） 従つて、合焦信号ΔＳは、 ΔＳ＝（I1−I2）／（I1＋I2） …（３） となる。ここで、I0はPSD20の全出力、ＬはPSD20の全長
の1/2、ｘは収差による光スポツト中心のずれ量、αはP
SD20の電極20Aと20Bのゲイン比である。 上記のような条件で、PSD20の中心で受光パターンが第
３図（Ｂ）のように反転するようにすると、 ΔＳ＝−x/L（α＝１） …（４） となり、ΔＳはＳ字カーブ状になる。 この状態で、収差の異なる対物レンズを考えると、第４
図（Ａ）に示されるように、光スポツトの中心がｘだけ
ずれるので、ΔＳは第４図（Ｂ）に示されるようにな
り、受光パターンが反転するポイント即ち合焦点を検出
することができない。 この実施例においては、ゲイン切替手段22により、対物
レンズ16の収差に応じて、抵抗22A〜22Eの和を適宜選択
し、前記ゲイン比αを変えることによつて、ずれ量ｘ分
だけPSD20の中心方向に補正する。 このため、割算器28からの出力ΔＳは前記第３図（Ａ）
に示されるようになり、受光パターンが反転する点即ち
合焦点を検出することができる。 なお上記実施例は、ゲイン切替手段22は電極20B側につ
いてのみ設けられているが、これは、電極20A側のみに
設けてもよく、又両方に設けるようにしてもよい。 又、フーコープリズム18を用いる場合、結像位置は左右
２個所となるが、PSD20は両方あるいは片方のみの合焦
点に設けるようにする。 更に、前記実施例はフーコープリズム18を用いたいわゆ
るフーコー法によるものであるが、本考案はこれに限定
されるものでなく、ナイフエツジ法、臨界角法の場合に
も当然適用されるものである。 即ち、従来２分割の素子を用いてオートフオーカスを行
うようにした光学測定器について全て適用されるもので
ある。
ビーム10を出射するレーザダイオード等の光源12と、被
測定物14の被測定表面14Aに対向して配置され、該被測
定表面14Aと略直交する前記光ビームの光路上に光軸11
を備えた対物レンズ16と、この対物レンズ16に対して前
記被測定物14の反対側に配置され、前記光ビーム10が前
記光路を通つて前記被測定表面14Aに直進し、且つ、該
被測定表面14Aで反射されて形成され、前記対物レンズ1
6を通つた反射光を集光させるフーコープリズム18と、
前記反射光が集光される光スポツトの位置近傍であつ
て、前記光軸11と直交する面内に配置され、前ピン側端
部電極20A及び後ピン側端部電極20Bを備えた光位置検出
器（以下PSDという）20と、前記後ピン側端部電極20Bか
ら得られる信号のゲインを対物レンズの種類に応じて切
替えるゲイン切替手段22と、前記前ピン側端部電極20A
の出力とゲイン切替手段22によつて増減幅された後ピン
側端部電極20Bの出力の差及び和を演算する差演算器24
と和演算器26と、これら差演算器24と和演算器26の出力
の比を演算する和演算器28と、を含んで光学器のオート
フオーカス装置を構成したものである。 前記光源12は、前記光軸11に対してその射出光ビーム10
の光軸が直交するように光軸11の側方に配置されてい
る。 光源12から射出された光ビーム10と前記光軸11との交点
であつて、前記対物レンズ16とフーコープリズム18との
間の位置には、ハーフミラー30が光軸11及び光源12から
の光ビーム10の射出光軸の各々に対して45°の角度をな
すように配置されている。 又、光軸11上には、前記ハーフミラー30とフーコープリ
ズム18との間の位置に集束レンズ32が配置されている。 更に、前記ハーフミラー30と光源12との間では、光源12
からの光ビーム10の射出光軸上にコリメータレンズ34が
配置されている。 このコリメータレンズ34は、光源12から射出された光ビ
ーム10を、光軸11と直交する平行光線としてハーフミラ
ー30に入射させるものである。 又、対物レンズ16はハーフミラー30で直角に、光軸11に
沿つて反射された平行光線である光ビーム10を被測定表
面14Aに集光させ、且つ、被測定表面14Aからの反射光線
を平行光線としてハーフミラー30を経て集束レンズ32に
到達させるものである。 この集束レンズ32は、光軸11に沿つた平行光線である反
射光を集束させ、フーコープリズム18を経て、前記PSD2
0上に合焦させるものである。 このPSD20は光源12からの光が、標準光のとき前ピン側
端部電極20Aと後ピン側点部電極20Bの中心線上に反射光
が合焦する位置に配置されている。 第２図の符号29A、29Bは前ピン側端部電極20Aの出力側
及び後ピン側端部電極20Bの出力側に配置された電流・
電圧変換器を示す。 又、符号40は、割算器28からの出力ΔＳ＝０のとき、合
焦したことを検出するための合焦信号出力器を示す。 第２図に示されるように、ゲイン切替手段22は、電流電
圧変換器29Bと前記差演算器24、和演算器26との間に配
置されたアンプ36の出力側とアース38との間に直列に配
置された５個の帰還抵抗22A〜22Eと、これらの帰還抵抗
と前記アンプ36の入力側との間に並列に配置された４個
の切替スイツチ23A〜23Dと、から構成されている。 前記切替スイツチ23A〜23Dは、対物レンズ情報に基づい
て、使用される対物レンズの収差に応じて選択的に切替
えられるものであり、帰還抵抗の数によつて後ピン側端
部電極20Bからの出力ゲインを増減するものである。 即ち、収差によつて、例えば合焦点がPSD20の中心線よ
りも後ピン側にずれるとしたら、後ピン側端部電極20B
の出力のゲインを前ピン側端部電極20A側出力に対して
小さくし、収差によるずれを補正するものである。 次に上記実施例の作用を説明する。 光源12の光が標準光であつて、これに対して対物レンズ
16に収差がない場合は、被測定表面14Aの前ピン側及び
後ピン側では、第３図（Ａ）に示されるように光スポツ
トの位置及び大きさが変化する。 このとき、PSD20の電極20B及び20Aからの出力I1及びI2
は次のようになる。 I1＝I0（Ｌ−ｘ）/2L×α …（１） I2＝I0（Ｌ＋ｘ）/2L …（２） 従つて、合焦信号ΔＳは、 ΔＳ＝（I1−I2）／（I1＋I2） …（３） となる。ここで、I0はPSD20の全出力、ＬはPSD20の全長
の1/2、ｘは収差による光スポツト中心のずれ量、αはP
SD20の電極20Aと20Bのゲイン比である。 上記のような条件で、PSD20の中心で受光パターンが第
３図（Ｂ）のように反転するようにすると、 ΔＳ＝−x/L（α＝１） …（４） となり、ΔＳはＳ字カーブ状になる。 この状態で、収差の異なる対物レンズを考えると、第４
図（Ａ）に示されるように、光スポツトの中心がｘだけ
ずれるので、ΔＳは第４図（Ｂ）に示されるようにな
り、受光パターンが反転するポイント即ち合焦点を検出
することができない。 この実施例においては、ゲイン切替手段22により、対物
レンズ16の収差に応じて、抵抗22A〜22Eの和を適宜選択
し、前記ゲイン比αを変えることによつて、ずれ量ｘ分
だけPSD20の中心方向に補正する。 このため、割算器28からの出力ΔＳは前記第３図（Ａ）
に示されるようになり、受光パターンが反転する点即ち
合焦点を検出することができる。 なお上記実施例は、ゲイン切替手段22は電極20B側につ
いてのみ設けられているが、これは、電極20A側のみに
設けてもよく、又両方に設けるようにしてもよい。 又、フーコープリズム18を用いる場合、結像位置は左右
２個所となるが、PSD20は両方あるいは片方のみの合焦
点に設けるようにする。 更に、前記実施例はフーコープリズム18を用いたいわゆ
るフーコー法によるものであるが、本考案はこれに限定
されるものでなく、ナイフエツジ法、臨界角法の場合に
も当然適用されるものである。 即ち、従来２分割の素子を用いてオートフオーカスを行
うようにした光学測定器について全て適用されるもので
ある。
本考案は上記のように構成したので、新たな対物レンズ
を設計したり、収差を補正するための別途の光学系を用
いたりすることなく、ゲインを変更することのみによつ
て、収差の異なる各種対物レンズに対応して該収差を補
正し、確実に合焦点を検出することができるという優れ
た効果を有する。
を設計したり、収差を補正するための別途の光学系を用
いたりすることなく、ゲインを変更することのみによつ
て、収差の異なる各種対物レンズに対応して該収差を補
正し、確実に合焦点を検出することができるという優れ
た効果を有する。
第１図は本考案に係る光学測定器のオートフオーカス装
置の実施例を示す断面図、第２図は同実施例のゲイン切
替手段及び検出器部分を示す回路図、第３図（Ａ）、第
４図（Ａ）は同実施例における受光スポツトと光位置検
出器の関係を示す平面図、第３図（Ｂ）、第４図（Ｂ）
は同実施例における合焦信号の状態を示す線図、第５図
は従来のオートフオーカス装置を示す断面図である。 10…光ビーム、12…光源、14…被測定物、14A…被測定
表面、16…対物レンズ、18…フーコープリズム、20……
PSD、20A…前ピン側端部電極、20B…後ピン側端部電
極、22…ゲイン切替手段、24…差演算器、26…和演算
器、28…割算器、40…合焦信号出力器。
置の実施例を示す断面図、第２図は同実施例のゲイン切
替手段及び検出器部分を示す回路図、第３図（Ａ）、第
４図（Ａ）は同実施例における受光スポツトと光位置検
出器の関係を示す平面図、第３図（Ｂ）、第４図（Ｂ）
は同実施例における合焦信号の状態を示す線図、第５図
は従来のオートフオーカス装置を示す断面図である。 10…光ビーム、12…光源、14…被測定物、14A…被測定
表面、16…対物レンズ、18…フーコープリズム、20……
PSD、20A…前ピン側端部電極、20B…後ピン側端部電
極、22…ゲイン切替手段、24…差演算器、26…和演算
器、28…割算器、40…合焦信号出力器。
Claims (1)
- 【請求項１】被測定物の被測定表面からの光が対物レン
ズを通つた後に集光される光の合焦点位置近傍であつ
て、該光の光軸に直交する面内に配置され、前ピン側及
び後ピン側端部に出力信号取出電極とされた光位置検出
器と、前記前ピン側及び後ピン側の少なくとも一方の電
極から取出される信号のゲインを対物レンズの種類に応
じて切替えるゲイン切替手段と、前記ゲイン切替手段に
よつて増減幅された出力を含む前記前ピン側電極及び後
ピン側電極からの出力の差及び和を演算する差演算器及
び和演算器と、これら差演算器と和演算器の出力の比を
演算する割算器と、を有してなる光学測定器のオートフ
オーカス装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5538389U JPH0717047Y2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光学測定器のオートフオーカス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5538389U JPH0717047Y2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光学測定器のオートフオーカス装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02146614U JPH02146614U (ja) | 1990-12-12 |
| JPH0717047Y2 true JPH0717047Y2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=31578283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5538389U Expired - Lifetime JPH0717047Y2 (ja) | 1989-05-15 | 1989-05-15 | 光学測定器のオートフオーカス装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0717047Y2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-15 JP JP5538389U patent/JPH0717047Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02146614U (ja) | 1990-12-12 |
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