JPH11132736A - Confocal optical device and positioning method therefor - Google Patents

Confocal optical device and positioning method therefor

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JPH11132736A
JPH11132736A JP31281197A JP31281197A JPH11132736A JP H11132736 A JPH11132736 A JP H11132736A JP 31281197 A JP31281197 A JP 31281197A JP 31281197 A JP31281197 A JP 31281197A JP H11132736 A JPH11132736 A JP H11132736A
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JP
Japan
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light
detector array
array
average value
receiving pinhole
Prior art date
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Application number
JP31281197A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayoshi Endo
貴義 遠藤
Eri Suda
江利 須田
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11132736A publication Critical patent/JPH11132736A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a confocal optical device which is provided with a plurality of light sources and a detector array and can position a light receive pin hole array and the detector array with high precision repeatedly, and a positioning method therefor. SOLUTION: This is a method for aligning a detector array 11 with a plurality of light sources 4 of the confocal point optical device which is provided with a plurality of light sources 4 and the detector array 11 having a plurality of detection elements and measures the intensity of light reflected on a workpiece 14 to measure a shape of a surface thereof. A light collection position of the light projected from the plurality of light sources 4 is moved in the direction of Z-axis for predetermined object 14, a peak value of a signal level of at least two detection elements is detected, and an average value of the peak values is computed to a control a position of the detector array 11 to a high average value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の表面形状を
計測する共焦点光学装置及びその検出器アレイや受光ピ
ンホールアレイの位置合わせ方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a confocal optical device for measuring a surface shape of an object, and a method for aligning a detector array and a light receiving pinhole array thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、物体の表面形状の計測装置と
して、複数の光源と、これと対応して配列された複数の
検出素子を有する検出器アレイとを備えた共焦点光学装
置が広く使用されている。図11は、例えば特願平9−
194054号(未公開)に開示されている共焦点光学
装置の一例であり、以下同図に基づいて従来技術を説明
する。なお、同図においては複数の光路のうち一つを代
表させて図示している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a confocal optical device having a plurality of light sources and a detector array having a plurality of detection elements arranged corresponding to the light sources has been widely used as an apparatus for measuring the surface shape of an object. Have been. FIG. 11 shows, for example, Japanese Patent Application No.
This is an example of a confocal optical device disclosed in Japanese Patent No. 194054 (not disclosed), and a conventional technique will be described below with reference to the same drawing. In FIG. 1, one of the plurality of optical paths is shown as a representative.

【0003】同図において、光源1から出射した光はレ
ンズ2によって平行光に整形され、開口部を2次元に配
列した投光ピンホールアレイ3に照射される。投光ピン
ホールアレイ3を透過した光は複数の光源4となってビ
ームスプリッタ5を透過し、レンズ群6A,6Bによっ
て集光されて、投光光となってワーク8に投光される。
ワーク8上で反射した光は、レンズ群6B,6Aを往路
と逆向きに透過し、ビームスプリッタ5で図中左向きに
反射されて、前記複数の光源4と光学的に共役な位置に
置かれ、開口部を2次元に配列した受光ピンホールアレ
イ9に入射する。この受光ピンホールアレイ9を通過し
た光のみが、検出器アレイ11の検出素子に入射し、こ
の光強度が検出される。
In FIG. 1, light emitted from a light source 1 is shaped into parallel light by a lens 2 and applied to a light projecting pinhole array 3 in which openings are two-dimensionally arranged. The light transmitted through the light projecting pinhole array 3 becomes a plurality of light sources 4, passes through a beam splitter 5, is condensed by lens groups 6 </ b> A and 6 </ b> B, and is projected on a work 8 as projected light.
The light reflected on the work 8 passes through the lens groups 6B and 6A in the direction opposite to the outward path, is reflected by the beam splitter 5 leftward in the drawing, and is placed at a position optically conjugate with the plurality of light sources 4. Then, the light enters the light receiving pinhole array 9 in which the openings are two-dimensionally arranged. Only the light that has passed through the light receiving pinhole array 9 is incident on the detection element of the detector array 11, and the light intensity is detected.

【0004】ここで、集光されて投光された投光光がワ
ーク8の表面で焦点を結ぶ場合(以下これを、合焦とい
う)には、戻ってきた光の大半が受光ピンホールアレイ
9の開口部を通過するため、検出器アレイ11の検出素
子の信号レベルが極大値を示すのに対し、ワーク8表面
から光の集光位置がZ軸方向(図中上下方向)にずれた
場合(以下これを、非合焦という)には、戻ってきた光
の大半が受光ピンホールアレイ9の非開口部で蹴られて
前記検出素子に入力しないため前記信号レベルが低くな
る。このとき、ワーク8またはレンズ群6BをZ軸方向
に移動させることによって、前記集光位置とワーク8と
の位置関係を変化させ、検出素子の信号レベルが最大と
なるZ軸方向の位置を検出すれば、ワーク8の表面形状
を測定することができる。
[0004] Here, when the condensed and projected light is focused on the surface of the work 8 (hereinafter referred to as focusing), most of the returned light is a light receiving pinhole array. 9, the signal level of the detection element of the detector array 11 shows a maximum value, while the light condensing position is shifted from the surface of the work 8 in the Z-axis direction (vertical direction in the figure). In this case (hereinafter referred to as out-of-focus), most of the returned light is kicked by the non-opening portion of the light receiving pinhole array 9 and is not input to the detection element, so that the signal level becomes low. At this time, by moving the work 8 or the lens group 6B in the Z-axis direction, the positional relationship between the condensing position and the work 8 is changed, and the position in the Z-axis direction at which the signal level of the detection element becomes maximum is detected. Then, the surface shape of the work 8 can be measured.

【0005】このとき、受光ピンホールアレイ9に入射
する光の位置と受光ピンホールアレイ9の開口部の位置
とが精密に合っていないと、合焦した際に光が受光ピン
ホールアレイ9の開口部に入射しないという不具合が生
じ、検出素子の信号レベルが極大値とならないため、形
状を精密に測れずに計測の精度が劣化する。また、受光
ピンホールアレイ9から出射した光の位置と、検出器ア
レイ11の各検出素子の位置との関係についても同様で
ある。そのため、両者を精密に合わせる技術が必要とな
っている。
At this time, if the position of the light incident on the light-receiving pinhole array 9 and the position of the opening of the light-receiving pinhole array 9 are not precisely aligned, the light will be transmitted to the light-receiving pinhole array 9 when focused. A defect that the light does not enter the opening occurs, and the signal level of the detection element does not reach the maximum value. Therefore, the shape cannot be measured accurately, and the measurement accuracy deteriorates. The same applies to the relationship between the position of the light emitted from the light receiving pinhole array 9 and the position of each detection element of the detector array 11. Therefore, a technique for precisely matching the two is required.

【0006】この共焦点光学装置の他の例としては、図
12に示したように特開平4−265918号公報に開
示されたものがある。同公報においては、受光ピンホー
ルアレイ9と検出器アレイ11の組み合わせに代えて、
各検出素子の間隔を広げた検出器アレイ11を利用した
共焦点光学装置が開示されている。この装置において
も、検出器アレイ11に入射する光の位置と検出素子の
位置を精密に合わせないと、計測の精度が劣化し、形状
を精密に測定できないのは同様である。
Another example of this confocal optical device is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-265918, as shown in FIG. In this publication, instead of the combination of the light receiving pinhole array 9 and the detector array 11,
A confocal optical device using a detector array 11 in which the distance between each detection element is widened is disclosed. Also in this apparatus, unless the position of the light incident on the detector array 11 and the position of the detection element are precisely aligned, the measurement accuracy is deteriorated, and the shape cannot be measured accurately.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来、受光ピンホール
アレイ9に入射する光の位置と、受光ピンホールアレイ
9の開口部の位置、或いは検出器アレイ11に入射する
光の位置と検出素子の位置とを精密に合わせる技術とし
ては、例えば特開平6−9958号公報に開示されてい
るものがあり、前記ワーク8の代わりに投光光の集光位
置に平面鏡を設置し、その反射光が受光ピンホールを通
る光量が最大になるように、受光ピンホールと検出器の
位置合わせを行なっている。しかしながら、同公報に開
示されているのは単一の光源及び単一の検出素子を使用
している場合でかつ、単一の受光ピンホールの位置を合
わせる技術であり、この技術を上記のように複数の検出
素子を有する検出器アレイ11の位置合わせ技術に適用
するのは、非常に困難である。
Conventionally, the position of the light incident on the light receiving pinhole array 9, the position of the opening of the light receiving pinhole array 9, or the position of the light incident on the detector array 11 and the position of the detecting element are determined. As a technique for precisely adjusting the position, for example, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-9958. The position of the light-receiving pinhole and the detector are aligned so that the amount of light passing through the light-receiving pinhole is maximized. However, what is disclosed in this publication is a technique in which a single light source and a single detection element are used, and a technique for aligning the position of a single light-receiving pinhole. It is very difficult to apply the technique to the alignment technique of the detector array 11 having a plurality of detection elements.

【0008】なぜならば、検出器アレイ11の例として
前記特開平4−265918号公報に開示されているC
CDカメラのように、検出素子の配列は数百かける数百
またはそれより多数にのぼり、これらすべての検出素子
の信号レベルが最大になるように位置合わせを行なうの
は調整作業が非常に煩雑となり、作業時間が非常に長く
かかるという問題が生じるからである。
[0008] This is because, as an example of the detector array 11, C is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-265918.
Like a CD camera, the arrangement of the detection elements is hundreds of hundreds or more, and it is extremely complicated to adjust the position so that the signal levels of all the detection elements are maximized. This is because there is a problem that the work time is extremely long.

【0009】また、他の調整方法として、図13に示す
ようにワーク8の代わりに投光光の集光位置に平面鏡1
4を設置し、検出器アレイ11から出力される信号をモ
ニター13に表示し、このモニター13を観察して、光
量が各検出素子に対して均一で、かつ最大となるように
検出器アレイ11の位置合わせを行なうという技術があ
る。しかしながら、この方法では、平面鏡14を共焦点
光学装置の光軸15に対して正確に垂直に配置するのが
困難であり、前記平面鏡14の表面の一部が集光位置か
ら投光光の光軸方向であるZ軸方向にずれるということ
が起こりやすい。その結果として、検出器アレイ11や
受光ピンホールアレイ9が正確に位置決めされていたと
しても、前記モニター13に表示される光の分布がばら
つき、位置決めが正確でないと判断されるという問題が
生じる。
As another adjustment method, as shown in FIG.
4 is installed, a signal output from the detector array 11 is displayed on a monitor 13, and the monitor 13 is observed, and the detector array 11 is controlled so that the amount of light is uniform and maximum for each detection element. There is a technique of performing position alignment. However, in this method, it is difficult to dispose the plane mirror 14 exactly perpendicularly to the optical axis 15 of the confocal optical device, and a part of the surface of the plane mirror 14 shifts the light of the projected light from the condensing position. It is easy to cause a shift in the Z-axis direction, which is the axial direction. As a result, even if the detector array 11 and the light receiving pinhole array 9 are accurately positioned, the distribution of the light displayed on the monitor 13 varies, and there is a problem that the positioning is determined to be incorrect.

【0010】また、たとえ前記平面鏡14が正確に配置
されていたとしても、モニター13に表示される光量が
均一であるか否かの判断は調整作業を行なう作業者によ
ってまちまちであって、誰がやっても精度良く調整でき
るものではない。従って初心者には困難であり、自動化
も難しかった。
[0010] Even if the plane mirror 14 is correctly arranged, the judgment as to whether the amount of light displayed on the monitor 13 is uniform or not depends on the operator who performs the adjustment work. However, it cannot be adjusted with high accuracy. Therefore, it was difficult for beginners and automation was also difficult.

【0011】本出願人が前記特願平9−194054号
(未公開)で開示した技術は、図11で示した共焦点光
学装置においてワーク8の代わりに凹面鏡を設置し、検
出器アレイ11から出力される信号を観察して、これが
綺麗な同心円となるように投光ピンホールアレイ3と受
光ピンホールアレイ9及び検出器アレイ11の位置合わ
せを行なうというものである。しかしながら、この方法
では同心円がどれほど均一かを判断する基準が作業者に
よってまちまちであり、また凹面鏡が光軸15に対して
傾いている場合には位置合わせが正確でも同心円が傾い
てしまうので、精度のばらつきが大きくなり、調整作業
に長時間を要するという問題点があった。
The technique disclosed by the present applicant in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 9-194054 is that a concave mirror is provided in place of the work 8 in the confocal optical device shown in FIG. The output signal is observed, and the light-emitting pinhole array 3, the light-receiving pinhole array 9, and the detector array 11 are aligned so that the output signal becomes a beautiful concentric circle. However, in this method, the standard for judging how uniform the concentric circle is varies depending on the operator, and when the concave mirror is inclined with respect to the optical axis 15, even if the alignment is accurate, the concentric circle is inclined. And the adjustment work takes a long time.

【0012】このように、複数の光源4から投光される
光と、受光ピンホールアレイ9及び検出器アレイ11の
位置合わせを、簡便にしかも精密に繰り返し精度良く行
なえる技術はこれまで開示されていない。
As described above, a technique has been disclosed which can easily and precisely repeat the light projected from the plurality of light sources 4 with the light receiving pinhole array 9 and the detector array 11 with high accuracy. Not.

【0013】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、複数の光源から照射された光と受光ピン
ホールアレイ及び複数の検出素子からなる検出器アレイ
とを、簡便にかつ精密に繰り返し精度良く位置合わせ可
能な共焦点光学装置及びその位置合わせ方法を提供する
ことを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is intended to simply and easily combine light emitted from a plurality of light sources with a light receiving pinhole array and a detector array including a plurality of detecting elements. It is an object of the present invention to provide a confocal optical device capable of accurately and repeatedly positioning with high accuracy, and a positioning method thereof.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成する為に、請求項1に記載の発明は、所定の物
体8,14に対して投光される複数の光源4と、前記所
定の物体8,14に対して、前記複数の光源4から投光
された投光光の集光位置を、前記投光光の光軸方向に移
動する集光位置移動手段23と、前記所定の物体8,1
4で反射した反射光の強度を検出する複数の検出素子を
有する検出器アレイ11とを備えた共焦点光学装置にお
いて、前記検出器アレイ11を前記複数の光源4と光学
的に共役な平面に対して少なくとも平行に移動、又は回
転のいずれか一方を行なわせる検出器アレイ移動手段2
1と、前記投光光の集光位置を移動させた際に、前記検
出器アレイ11上の少なくとも2個の前記検出素子から
出力される信号レベルの各検出素子ごとのピーク値を検
出するピーク値検出手段26と、前記ピーク値に基づい
て、前記検出器アレイ移動手段21に移動指令を出力し
て検出器アレイ11の位置を制御する検出器アレイ位置
制御手段22とを備えている。
Means for Solving the Problems, Functions and Effects In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a plurality of light sources 4 projected on predetermined objects 8 and 14; Focusing position moving means 23 for moving the focusing position of the projected light emitted from the plurality of light sources 4 to the predetermined objects 8 and 14 in the optical axis direction of the projected light; Predetermined object 8,1
And a detector array 11 having a plurality of detection elements for detecting the intensity of the light reflected by the light source 4. The detector array 11 is arranged on a plane optically conjugate with the plurality of light sources 4. Detector array moving means 2 for moving at least one of parallel and rotating
1 and a peak for detecting a peak value of each signal level of a signal level output from at least two of the detection elements on the detector array 11 when the condensing position of the projected light is moved. It comprises a value detecting means 26 and a detector array position control means 22 for controlling the position of the detector array 11 by outputting a movement command to the detector array moving means 21 based on the peak value.

【0015】本発明によれば、集光位置移動手段によっ
て、例えばワークや平面鏡のような所定の物体に対する
集光位置の高さを移動させ、その移動に伴って各検出素
子から出力される信号レベルのピーク値をピーク値検出
手段によって求め、このピーク値に基づいて検出器アレ
イの位置合わせを行なっている。例えば、検出器アレイ
四隅の検出素子のピーク値が各々最大になるように位置
合わせを行なったり、検出器アレイ上のすべての各検出
素子ピーク値の合計が最大になるように位置合わせを行
なったりしている。
According to the present invention, the height of the light-condensing position with respect to a predetermined object such as a work or a plane mirror is moved by the light-condensing position moving means, and the signal output from each detecting element in accordance with the movement. The peak value of the level is obtained by the peak value detecting means, and the position of the detector array is adjusted based on the peak value. For example, alignment is performed so that the peak values of the detection elements at the four corners of the detector array are maximized, or alignment is performed such that the sum of the peak values of all the detection elements on the detector array is maximized. doing.

【0016】このとき、前記ピーク値は、集光位置を所
定の物体に対して移動させた際に各検出素子に入射する
光の最大光量であり、すなわち光の集光位置が所定の物
体表面に合致する前記合焦時における、各検出素子の信
号レベルである。前記従来技術においては、平面鏡を正
確に集光位置に置くことが困難であり、設置条件によっ
て検出素子から出力される信号レベルがまちまちである
ために再現性の良好な位置合わせが困難であるが、本発
明によれば所定の物体が傾斜していても、これを集光位
置に対して移動させて合焦時の光のみを基準に位置合わ
せを行なうので、前記所定の物体の設置状態を問わず
に、精密にしかも繰り返し精度良く位置合わせを行なう
ことができる。
At this time, the peak value is the maximum light amount of light incident on each detection element when the light condensing position is moved with respect to a predetermined object, that is, the light condensing position is a predetermined object surface. Is the signal level of each detection element at the time of focusing, which corresponds to In the prior art, it is difficult to accurately place the plane mirror at the condensing position, and it is difficult to perform positioning with good reproducibility because the signal level output from the detection element varies depending on the installation conditions. According to the present invention, even if a predetermined object is tilted, the position of the predetermined object is set based on only the light at the time of focusing by moving the predetermined object with respect to the focusing position. Regardless, the positioning can be performed precisely and with high repeatability.

【0017】また、前記従来技術においては平面鏡を正
確に光の集光位置に置くことが困難であるので、検出器
アレイに入射する反射光の焦点がぼけて、その径が大き
くなることがあり、これを基準に位置合わせを行なって
いるために精度が充分でないのに対し、本発明では合焦
時に前記反射光の径が検出器面上で最も小さくなり、こ
の際の位置を基準に位置合わせを行なうので、位置合わ
せの正確さが向上する。
In the prior art, since it is difficult to accurately place the plane mirror at the light condensing position, the reflected light incident on the detector array may be out of focus and its diameter may be increased. However, the accuracy is not sufficient because the alignment is performed on the basis of this, whereas in the present invention, the diameter of the reflected light is the smallest on the detector surface at the time of focusing, and the position based on this position is used as a reference. Since the alignment is performed, the accuracy of the alignment is improved.

【0018】また、前記従来技術においては、各検出素
子によって入射する光の強度が異なるのを避けるために
反射率が均一な平面鏡を使わなければならなかったが、
本発明では各検出素子から出力される信号レベルのピー
ク値に基づいて位置合わせを行なうので、例えば前記ピ
ーク値の総和をとることによって反射率の影響をキャン
セルすることができ、平面鏡を使う必要がなくなり、所
定の物体を使って位置合わせを行なうことができる。
In the prior art, a flat mirror having a uniform reflectivity has to be used in order to avoid a difference in the intensity of incident light depending on each detecting element.
In the present invention, since the alignment is performed based on the peak value of the signal level output from each detection element, the influence of the reflectance can be canceled by, for example, taking the sum of the peak values, and it is necessary to use a plane mirror. And alignment can be performed using a predetermined object.

【0019】また、請求項2に記載の発明は、所定の物
体8,14に対して投光される複数の光源4と、前記所
定の物体8,14に対して、前記複数の光源4から投光
された投光光の集光位置を、前記投光光の光軸方向に移
動する集光位置移動手段23と、複数の開口部を備えた
受光ピンホールアレイ9と、前記所定の物体8,14で
反射した反射光のうち、前記受光ピンホールアレイ9の
開口部を通過した光の強度を検出する複数の検出素子を
有する検出器アレイ11とを備えた共焦点光学装置にお
いて、前記受光ピンホールアレイ9を前記複数の光源4
と光学的に共役な平面に対して少なくとも平行に移動、
又は回転のいずれか一方を行なわせる受光ピンホールア
レイ移動手段28と、前記投光光の集光位置を移動させ
た際に、前記検出器アレイ11上の少なくとも2個の前
記検出素子から出力される信号レベルの各検出素子ごと
のピーク値を検出するピーク値検出手段26と、前記ピ
ーク値に基づいて、前記受光ピンホールアレイ移動手段
28に移動指令を出力して受光ピンホールアレイ9の位
置を制御する受光ピンホールアレイ位置制御手段29と
を備えている。
Further, according to the present invention, a plurality of light sources 4 projecting light to predetermined objects 8 and 14 and a plurality of light sources 4 projecting light to the predetermined objects 8 and 14 are provided. A condensing position moving means 23 for moving a condensing position of the projected light in the optical axis direction of the light, a light receiving pinhole array 9 having a plurality of openings, A confocal optical device comprising: a detector array 11 having a plurality of detection elements for detecting the intensity of light that has passed through the opening of the light-receiving pinhole array 9 among the reflected lights reflected by the light-receiving elements 8 and 14. The light receiving pinhole array 9 is connected to the plurality of light sources 4.
Move at least parallel to a plane optically conjugate to
Or a light-receiving pinhole array moving means 28 for performing either one of rotation and rotation, and at least two of the detection elements on the detector array 11 output when the light condensing position of the projected light is moved. A peak value detecting means 26 for detecting a peak value of each signal level of each detecting element, and a movement command to the light receiving pinhole array moving means 28 based on the peak value to output the position of the light receiving pinhole array 9. And a light receiving pinhole array position control means 29 for controlling the position of the light receiving pinhole array.

【0020】本発明によれば、請求項1記載の発明と同
様に、検出素子から出力される信号レベルのピーク値に
基づいて受光ピンホールアレイの位置を合わせており、
同様の理由で受光ピンホールアレイの位置合わせを精密
に、しかも繰り返し精度良く行なうことができる。
According to the present invention, similarly to the first aspect, the position of the light receiving pinhole array is adjusted based on the peak value of the signal level output from the detecting element.
For the same reason, the positioning of the light receiving pinhole array can be performed precisely and with high repeatability.

【0021】また請求項3に記載の発明は、請求項1に
記載の共焦点光学装置において、検出器アレイ11上の
少なくとも2個の検出素子に対して求められた前記ピー
ク値の平均値を算出する平均値演算手段27を付設し、
前記検出器アレイ位置制御手段22は前記検出器アレイ
移動手段21に移動指令を出力して、前記平均値の大き
いほうへ検出器アレイ11の位置を制御している。
According to a third aspect of the present invention, in the confocal optical device according to the first aspect, an average value of the peak values obtained for at least two detection elements on the detector array 11 is calculated. An average value calculating means 27 for calculating is attached,
The detector array position control means 22 outputs a movement command to the detector array moving means 21 to control the position of the detector array 11 to the larger average value.

【0022】本発明によれば、前記請求項1記載の発明
における作用及び効果に加えて、検出器アレイ上の少な
くとも2箇所におけるピーク値の平均値を求め、検出器
アレイ位置制御手段からの指令で前記検出器アレイをこ
の平均値の高いほうへ移動して位置合わせを行なってい
る。
According to the present invention, in addition to the functions and effects of the first aspect of the present invention, an average value of peak values at at least two points on the detector array is obtained, and a command from the detector array position control means is issued. Then, the detector array is moved to the higher one of the average values to perform positioning.

【0023】すなわち、前述したように各検出素子の信
号レベルのピーク値が高いほど該当する検出素子の位置
合わせは良好である。ここで、多数ある検出素子の個々
の単なるピーク値に基づいて検出器アレイを調整しよう
とすると長時間を要するので、検出器アレイ上の複数の
箇所における前記ピーク値の平均値を位置合わせの指標
とすることで、前記各検出素子の信号レベルのピーク値
の高さを適切に評価でき、位置合わせを簡便にかつ正確
に行なうことができる。
That is, as described above, the higher the peak value of the signal level of each detecting element, the better the alignment of the corresponding detecting element. Here, since it takes a long time to adjust the detector array based on the mere peak values of the individual detection elements, the average value of the peak values at a plurality of locations on the detector array is used as an index for positioning. Accordingly, the height of the peak value of the signal level of each of the detection elements can be appropriately evaluated, and the alignment can be performed easily and accurately.

【0024】また、平均値という数値データを位置合わ
せの指標としているので、これが高い方向へ検出器アレ
イを移動させて位置合わせを行なうようにすれば、単純
な演算処理だけに基づいて位置合わせができるようにな
る。従って、この演算処理をコンピュータ装置等によっ
て実行させることにより、作業者の習熟度や個人差によ
らずに精度良く位置決め調整が可能となり、自動化も容
易である。
Further, since the numerical value data of the average value is used as an index for the alignment, if the alignment is performed by moving the detector array in a higher direction, the alignment can be performed based on only a simple arithmetic processing. become able to. Therefore, by executing this arithmetic processing by a computer device or the like, the positioning can be adjusted with high accuracy regardless of the skill level of the operator and individual differences, and automation is easy.

【0025】また請求項4に記載の発明は、請求項2記
載の共焦点光学装置において、検出器アレイ11上の少
なくとも2個の検出素子に対して求められた前記ピーク
値の平均値を算出する平均値演算手段27を付設し、前
記受光ピンホールアレイ位置制御手段29は前記受光ピ
ンホールアレイ移動手段28に移動指令を出力して、前
記平均値の大きいほうへ受光ピンホールアレイ9の位置
を制御している。
According to a fourth aspect of the present invention, in the confocal optical device according to the second aspect, an average value of the peak values obtained for at least two detection elements on the detector array 11 is calculated. The light receiving pinhole array position control means 29 outputs a movement command to the light receiving pinhole array moving means 28 so that the position of the light receiving pinhole array 9 is shifted to the larger one of the average values. Is controlling.

【0026】本発明によれば、前記請求項3記載の発明
と同様に、受光ピンホールアレイを前記平均値の高いほ
うへ移動して位置合わせを行なっているので、同様の理
由で受光ピンホールアレイの位置合わせを精密に、しか
も繰り返し精度良く行なうことができる。
According to the present invention, similarly to the third aspect of the present invention, the light receiving pinhole array is moved to the higher average value to perform the alignment. The alignment of the array can be performed precisely and with high repeatability.

【0027】また、請求項5に記載の発明は、請求項3
記載の共焦点光学装置において、前記少なくとも2個の
検出素子に対して求められた前記ピーク値が前記平均値
を中心とする所定範囲に入るような検出素子の個数を度
数として計数する度数演算手段31を付設し、前記検出
器アレイ位置制御手段22は前記検出器アレイ移動手段
21に移動指令を出力して、検出器アレイ11の位置を
移動した際の前記平均値の増加量が所定の値を越えなく
なるまで前記平均値の大きいほうへ検出器アレイ11の
位置を制御し、前記度数の多いほうへ検出器アレイ11
の位置を制御している。
The invention described in claim 5 is the same as the invention described in claim 3.
In the confocal optical device described in the above, frequency calculation means for counting the number of detection elements such that the peak value obtained for the at least two detection elements falls within a predetermined range centered on the average value as a frequency. The detector array position control means 22 outputs a movement command to the detector array moving means 21 so that the average value increase amount when the position of the detector array 11 is moved is a predetermined value. The position of the detector array 11 is controlled so that the average value becomes larger, and the detector array 11 becomes larger.
Is controlling the position.

【0028】すなわち、位置合わせの際に前記ピーク値
の平均値を指標とすることの効果は上述したように明ら
かであるが、平均値だけを指標とすると、ある程度の位
置合わせを行なった状態では、検出器アレイを移動して
も前記平均値にほとんど差がなくなり、それ以上の精度
での位置合わせが困難となる。
That is, the effect of using the average value of the peak values as an index at the time of positioning is clear as described above. Even if the detector array is moved, there is almost no difference in the average value, and it is difficult to perform positioning with higher accuracy.

【0029】しかしながら、同じ平均値であっても、光
源の強度分布が均一でなかったりワークが傾斜していた
りして、一部の検出素子に強い光が入射する場合に引き
ずられて平均値が上昇してしまう場合がある。この状態
よりも、多くの検出素子が満遍なく好適に位置合わせさ
れている状態を良好な位置合わせ状態と判断するため
に、各検出素子の信号レベルが均一であるように検出器
アレイを位置合わせする。
However, even if the average value is the same, the average value is dragged when strong light is incident on some of the detection elements because the intensity distribution of the light source is not uniform or the work is inclined. May rise. In order to judge a state in which many detection elements are uniformly and preferably aligned as a good alignment state, the detector array is aligned so that the signal level of each detection element is uniform. .

【0030】そこで本発明によれば、前記平均値の高い
ほうへ検出器アレイを移動し、移動しても平均値がそれ
ほど変化しなくなった状態で、度数演算手段によって前
記各検出素子のピーク値がこの平均値を中心とする所定
範囲に入っているような検出素子の個数である度数を数
え、検出器アレイ位置制御手段からの指令で、検出器ア
レイをこの度数の多いほうへと移動している。
Therefore, according to the present invention, the detector array is moved to the higher average value, and the average value does not change much even when the detector array is moved. Is counted as the number of detection elements that fall within a predetermined range centered on this average value, and the detector array is moved to the higher frequency by a command from the detector array position control means. ing.

【0031】これにより、ピーク値の平均値がほぼ同じ
であれば、なるべく多くの検出素子が平均値に近いほう
が好適に位置合わせされている検出素子が多いと判断で
き、位置合わせの正確さを向上させることができる。す
なわち、前記平均値に加えて度数を指標とすることで、
検出器アレイの位置合わせをさらに精密に行なうことが
できる。
Thus, if the average values of the peak values are almost the same, it can be determined that the number of the detection elements that are as close as possible to the average value is more appropriately aligned, and the accuracy of the alignment is reduced. Can be improved. That is, by using the frequency as an index in addition to the average value,
Alignment of the detector array can be performed more precisely.

【0032】また、請求項6に記載の発明は、請求項4
記載の共焦点光学装置において、前記少なくとも2個の
検出素子に対して求められた前記ピーク値が前記平均値
を中心とする所定範囲に入るような検出素子の個数を度
数として計数する度数演算手段31を付設し、前記受光
ピンホールアレイ位置制御手段29は前記受光ピンホー
ルアレイ移動手段28に移動指令を出力して、受光ピン
ホールアレイ9の位置を移動した際の前記平均値の変化
量が所定の値を越えなくなるまで、前記平均値の大きい
ほうへ受光ピンホールアレイ9の位置を制御し、前記度
数の多いほうへ受光ピンホールアレイ9の位置を制御し
ている。
The invention described in claim 6 is the same as the invention in claim 4.
In the confocal optical device described in the above, frequency calculation means for counting the number of detection elements such that the peak value obtained for the at least two detection elements falls within a predetermined range centered on the average value as a frequency. The light-receiving pinhole array position control means 29 outputs a movement command to the light-receiving pinhole array moving means 28 so that the amount of change in the average value when the position of the light-receiving pinhole array 9 is moved is determined. Until the average value does not exceed a predetermined value, the position of the light receiving pinhole array 9 is controlled to the larger average value, and the position of the light receiving pinhole array 9 is controlled to the larger frequency.

【0033】本発明によれば、前記請求項5記載の発明
と同様に、受光ピンホールアレイを前記平均値の高いほ
うへ移動し、移動しても平均値がそれほど変化しなくな
った状態で、前記受光ピンホールアレイを前記度数の多
いほうへと移動している。前記ピーク値の平均値と前記
度数を指標とすることの効果は上述したように明らかで
あって、受光ピンホールアレイの位置合わせをさらに精
密に、しかも繰り返し精度良く行なうことができる。
According to the present invention, in the same manner as in the fifth aspect of the present invention, the light receiving pinhole array is moved to the higher one of the average values, and the average value does not change so much even if it is moved. The light receiving pinhole array is moved to the higher frequency. The effect of using the average value of the peak values and the frequency as indices is clear as described above, and the positioning of the light-receiving pinhole array can be performed more precisely and more precisely.

【0034】また、請求項7に記載の発明は、複数の光
源4から所定の物体8,14に対して投光し、前記複数
の光源4と光学的に共役な位置に、複数の検出素子を有
する検出器アレイ11又は複数の開口部が配列された受
光ピンホールアレイ9を配置し、前記所定の物体8,1
4で反射した反射光の強度を、前記検出器アレイ11又
は前記受光ピンホールアレイ9の開口部を通過した光を
受光する検出器アレイ11で検出する共焦点光学装置
の、前記検出器アレイ11又は受光ピンホールアレイ9
の位置合わせ方法において、投光された投光光の集光位
置を所定の物体8,14に対して前記投光光の光軸方向
に移動し、前記移動に伴って検出器アレイ11上の少な
くとも2個の前記検出素子から出力される信号レベルの
各検出素子ごとのピーク値を検出し、前記ピーク値に基
づいて、前記検出器アレイ11又は受光ピンホールアレ
イ9の位置合わせを行なっている。
According to a seventh aspect of the present invention, a plurality of detection elements project light from a plurality of light sources 4 onto predetermined objects 8 and 14 and are provided at positions optically conjugate with the plurality of light sources 4. And a light receiving pinhole array 9 in which a plurality of openings are arranged.
A confocal optical device for detecting the intensity of the reflected light reflected by the detector array 11 by the detector array 11 or the detector array 11 that receives the light passing through the opening of the light receiving pinhole array 9; Or light receiving pinhole array 9
In the positioning method of (1), the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to predetermined objects 8 and 14, and the position on the detector array 11 is moved with the movement. A peak value of a signal level output from at least two of the detection elements is detected for each detection element, and the position of the detector array 11 or the light receiving pinhole array 9 is adjusted based on the peak value. .

【0035】本発明によれば、所定の物体に対する集光
位置を移動させ、その移動に伴って複数の検出素子から
出力される信号レベルのピーク値を求め、この値に基づ
いて検出器アレイ又は受光ピンホールアレイの位置を合
わせている。
According to the present invention, the light-condensing position on a predetermined object is moved, and the peak value of the signal level output from the plurality of detecting elements is determined in accordance with the movement, and the detector array or the detector array is determined based on this value. The position of the light receiving pinhole array is adjusted.

【0036】すなわち、前記ピーク値は、集光位置を所
定の物体に対して移動させた際に各検出素子に入射する
光の最大光量であり、光の集光位置が所定の物体の表面
に合致する前記合焦時における検出素子の信号レベルで
ある。前記従来技術においては、平面鏡を正確に集光位
置に置くことが困難であり、設置条件によって検出素子
から出力される信号レベルがまちまちであるために、再
現性の良好な位置合わせが困難であるが、本発明によれ
ば所定の物体がどのように配置されていても、所定の物
体を集光位置に対して移動させ、合焦時の光のみを基準
に位置合わせを行なうので、常に精度良く位置合わせを
行なうことができる。
That is, the peak value is the maximum light amount of light incident on each detection element when the light condensing position is moved with respect to a predetermined object, and the light condensing position is on the surface of the predetermined object. This is the signal level of the detection element at the time of the focusing that matches. In the prior art, it is difficult to accurately place the plane mirror at the condensing position, and the signal level output from the detection element varies depending on the installation conditions, so that it is difficult to perform positioning with good reproducibility. However, according to the present invention, no matter how the predetermined object is arranged, the predetermined object is moved with respect to the focusing position and the alignment is performed based on only the light at the time of focusing, so that the accuracy is always constant. Good alignment can be performed.

【0037】また、請求項8に記載の発明は、複数の光
源4から所定の物体(8,14)に対して投光し、前記複数の
光源4と光学的に共役な位置に、複数の検出素子を有す
る検出器アレイ(11)又は複数の開口部が配列された受光
ピンホールアレイ(9)を配置し、前記所定の物体(8,14)
で反射した反射光の強度を、前記検出器アレイ(11)又は
前記受光ピンホールアレイ(9)の開口部を通過した光を
受光する検出器アレイ(11)で検出する共焦点光学装置
の、前記検出器アレイ(11)又は受光ピンホールアレイ
(9)の位置合わせ方法において、投光された投光光の集
光位置を所定の物体(8,14)に対して前記投光光の光軸方
向に移動し、前記移動に伴って検出器アレイ(11)上の少
なくとも2個の前記検出素子から出力される信号レベル
の各検出素子ごとのピーク値を検出し、前記ピーク値の
平均値を演算し、前記検出器アレイ(11)又は前記受光ピ
ンホールアレイ(9)をこの平均値が高い方向へ移動して
位置合わせを行なっている。
According to the present invention, a plurality of light sources 4 project light onto a predetermined object (8, 14), and a plurality of light sources 4 are positioned at optically conjugate positions with the plurality of light sources 4. Arrange a detector array (11) having a detection element or a light receiving pinhole array (9) in which a plurality of openings are arranged, and the predetermined object (8, 14)
A confocal optical device that detects the intensity of the reflected light reflected by the detector array (11) or the detector array (11) that receives light passing through the opening of the light-receiving pinhole array (9). The detector array (11) or a light receiving pinhole array
In the alignment method of (9), the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to a predetermined object (8, 14), and the light is detected along with the movement. Detecting the peak value of each signal level of the signal level output from at least two of the detector elements on the detector array (11), calculating the average value of the peak values, and detecting the detector array (11) or The light receiving pinhole array (9) is moved in the direction in which the average value is higher to perform positioning.

【0038】すなわち、前述したように各検出素子の信
号レベルのピーク値が高いほど該当する検出素子の位置
合わせは良好である。ここで、多数ある検出素子の個々
の単なるピーク値に基づいて検出器アレイを調整しよう
とすると長時間を要するので、検出器アレイ上の少なく
とも2個の検出素子におけるピーク値の平均値を位置合
わせの指標とすることで、前記各検出素子の信号レベル
のピーク値の高さを適切に評価でき、位置合わせを簡便
にかつ正確に行なうことができる。
That is, as described above, the higher the peak value of the signal level of each detection element, the better the alignment of the corresponding detection element. Here, since it takes a long time to adjust the detector array based on the mere peak values of the individual detection elements, the average value of the peak values of at least two detection elements on the detector array is aligned. By using this index, the height of the peak value of the signal level of each of the detection elements can be appropriately evaluated, and the alignment can be performed easily and accurately.

【0039】また、平均値という数値を位置合わせの指
標としているので、これが高い方向へ検出器アレイを移
動させるようにすれば、作業者の習熟度や個人差によら
ずに精度良く位置決め調整が可能となり、自動化も容易
である。
Further, since the numerical value called the average value is used as an index for positioning, if the detector array is moved in a higher direction, the positioning can be adjusted with high accuracy regardless of the skill level of the workers or individual differences. It is possible and automation is easy.

【0040】また、請求項9に記載の発明は、複数の光
源4から所定の物体8,14に対して投光し、前記複数
の光源4と光学的に共役な位置に、複数の検出素子を有
する検出器アレイ11又は複数の開口部が配列された受
光ピンホールアレイ9を配置し、前記所定の物体8,1
4で反射した反射光の強度を、前記検出器アレイ11又
は前記受光ピンホールアレイ9の開口部を通過した光を
受光する検出器アレイ11で検出する共焦点光学装置
の、前記検出器アレイ11又は受光ピンホールアレイ9
の位置合わせ方法において、投光された投光光の集光位
置を所定の物体8,14に対して前記投光光の光軸方向
に移動し、前記移動に伴って検出器アレイ11上の少な
くとも2個の前記検出素子から出力される信号レベルの
各検出素子ごとのピーク値を検出し、前記ピーク値の平
均値を演算し、前記ピーク値が、前記平均値を中心とす
る所定範囲に入るような検出素子の個数を度数として計
数し、検出器アレイ11の位置を移動した際の前記平均
値の変化量が所定の値を越えなくなるまで、前記平均値
の大きいほうへ前記検出器アレイ11又は前記受光ピン
ホールアレイ9の位置を制御し、前記度数の多いほうへ
前記検出器アレイ11又は前記受光ピンホールアレイ9
の位置を合わせるようにしている。
According to a ninth aspect of the present invention, a plurality of detection elements project light from a plurality of light sources 4 to predetermined objects 8 and 14 and are provided at positions optically conjugate with the plurality of light sources 4. And a light receiving pinhole array 9 in which a plurality of openings are arranged.
A confocal optical device for detecting the intensity of the reflected light reflected by the detector array 11 by the detector array 11 or the detector array 11 that receives the light passing through the opening of the light receiving pinhole array 9; Or light receiving pinhole array 9
In the positioning method of (1), the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to predetermined objects 8 and 14, and the position on the detector array 11 is moved with the movement. Detecting a peak value of each signal level of a signal level output from at least two of the detection elements, calculating an average value of the peak values, and setting the peak value within a predetermined range around the average value. The number of detection elements that enter is counted as a frequency, and the detector array is shifted to a larger average value until the amount of change in the average value when the position of the detector array 11 is moved does not exceed a predetermined value. 11 or the position of the light-receiving pinhole array 9 is controlled, and the detector array 11 or the light-receiving pinhole array 9
The position of is adjusted.

【0041】本発明によれば、検出器アレイ上の少なく
とも2個の検出素子における前記ピーク値の平均値が大
きいほうへ検出器アレイ又はピンホールアレイを移動
し、平均値が同程度になれば、少数の検出素子の信号レ
ベルが極端に高くて平均値を押し上げる場合よりも、な
るべく多くの検出素子が満遍なく好適な位置合わせ状態
にある場合のほうが、良好に位置合わせされていると判
断している。その手段として、前記ピーク値が平均値か
ら所定の範囲にある前記検出素子の個数である度数を算
出し、その度数が多いほど個々の検出素子から出力され
る信号レベルのばらつきが少ないと判断しており、その
方向へ検出器アレイ又は受光ピンホールアレイを動かし
ている。
According to the present invention, the detector array or the pinhole array is moved to the one where the average value of the peak values of at least two detection elements on the detector array is larger, and if the average values are almost the same. When it is determined that the alignment is as good as possible when as many detection elements as possible are in a suitable alignment state, as compared with the case where the signal level of a small number of detection elements is extremely high and the average value is increased. I have. As the means, a frequency, which is the number of the detection elements having the peak value within a predetermined range from the average value, is calculated, and it is determined that the larger the frequency is, the smaller the variation of the signal level output from each detection element is. And moving the detector array or the light receiving pinhole array in that direction.

【0042】これにより、前記ピーク値の平均値がほぼ
同じであれば、なるべく多くの検出素子が平均値に近い
ほうが好適に位置合わせされている検出素子が多いと判
断でき、位置合わせの正確さを向上させることがでい
る。すなわち、前記平均値に加えて度数を指標とするこ
とで、検出器アレイの位置合わせをさらに精密に行なう
ことができる。
Accordingly, if the average value of the peak values is substantially the same, it can be determined that the number of the detection elements which are as close as possible to the average value is as many as possible. Can be improved. That is, by using the frequency as an index in addition to the average value, the alignment of the detector array can be performed more precisely.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係わる実施形態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0044】図1〜図4に基づいて、第1の実施形態を
説明する。図1は、本実施形態に係わる共焦点光学装置
の検出器アレイの位置合わせを行なう際の構成を示して
いる。図において、共焦点光学系の部分は図12に示し
た構成と同様であり、図中同一の符号については、説明
を省略する。
The first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a configuration of the confocal optical device according to the present embodiment when positioning the detector array. In the figure, the confocal optical system is the same as the configuration shown in FIG. 12, and the description of the same reference numerals in the figure is omitted.

【0045】検出器アレイ11は、例えばパルスモータ
と直動ステージと回転ステージとを組み合わせた検出器
アレイ移動手段21によって、図中Z,Y,θ方向に移
動可能であり、そのZ,Y方向の位置及びθ方向の角度
は、検出器アレイ位置制御手段22からの出力によって
制御される。また、例えばパルスモータと直動ステージ
を備えてZ軸方向に移動自在な集光位置移動手段23上
には、位置合わせのための平面鏡14が配置される。前
記集光位置移動手段23は、集光位置制御手段24によ
って制御されており、投光光の集光位置と平面鏡14と
のZ軸方向の位置関係を制御することができる。
The detector array 11 can be moved in the Z, Y, and θ directions in the figure by, for example, a detector array moving means 21 that combines a pulse motor, a linear motion stage, and a rotary stage. And the angle in the θ direction are controlled by the output from the detector array position control means 22. For example, a plane mirror 14 for positioning is disposed on the focusing position moving means 23 which includes a pulse motor and a linear motion stage and is movable in the Z-axis direction. The light condensing position moving means 23 is controlled by the light condensing position control means 24, and can control the positional relationship between the light condensing position of the projected light and the plane mirror 14 in the Z-axis direction.

【0046】このとき、上記平面鏡14をZ軸方向に所
定距離ずつ移動させ、検出器アレイ11の検出素子の一
つに注目してその信号レベルVを取り込むと、図2に示
すように各移動位置での信号レベルViがプロットされ
る。ここで、移動回数iは上記Z軸方向への移動の回数
を現し、Z軸座標Ziは移動回数iだけ移動した際の平
面鏡14の位置を示している。ピーク値Vpは、前記移
動に際して最も高かった信号レベルの値であり、そのと
きの平面鏡14のZ軸座標であるピーク座標Zpが、平
面鏡14の高さを示している。検出器アレイ11にはピ
ーク値検出手段26が接続されており、このピーク値検
出手段26によって各検出素子ごとにピーク値Vpを検
出、記憶するとともに、平均値演算手段27によって上
記ピーク値の合計を検出素子の数で割ることで、平均値
を演算することができる。
At this time, when the plane mirror 14 is moved by a predetermined distance in the Z-axis direction and the signal level V is taken in while focusing on one of the detection elements of the detector array 11, each movement as shown in FIG. The signal level Vi at the position is plotted. Here, the number of movements i represents the number of movements in the Z-axis direction, and the Z-axis coordinate Zi indicates the position of the plane mirror 14 when the number of movements i has been reached. The peak value Vp is the value of the signal level that was the highest during the movement, and the peak coordinate Zp, which is the Z-axis coordinate of the plane mirror 14 at that time, indicates the height of the plane mirror 14. A peak value detecting means 26 is connected to the detector array 11. The peak value detecting means 26 detects and stores a peak value Vp for each detecting element, and an average value calculating means 27 calculates the sum of the peak values. Is divided by the number of detection elements, an average value can be calculated.

【0047】このとき、検出器アレイ位置制御手段2
2、集光位置制御手段24、ピーク値検出手段26、平
均値演算手段27は、それぞれ個別の電子回路で構成し
てもよいし、または個別のコンピュータ装置(例えばマ
イクロコンピュータ等)により構成してもよい。或い
は、一つのコンピュータ装置により、これらの機能を実
現するように構成することも可能である。
At this time, the detector array position control means 2
2. The focusing position control means 24, the peak value detection means 26, and the average value calculation means 27 may be constituted by individual electronic circuits, respectively, or by individual computer devices (for example, microcomputers). Is also good. Alternatively, the configuration may be such that these functions are realized by one computer device.

【0048】集光位置移動手段23による平面鏡14の
移動と、それに伴う各検出素子のピーク値検出の手順の
一例を、図3にフローチャートで示す。まず、集光位置
移動手段23により、平面鏡14を初期位置(例えば、
Z軸マイナス方向に最大の位置)に移動させ、移動回数
i、ピーク値Vp、ピーク座標Zpを初期化する(ステッ
プS1)。ここから平面鏡14をZ軸プラス方向へある
所定距離移動させ、各検出素子の信号レベルViとZ軸
座標Ziをピーク値検出手段26に備えたメモリに取り
込む(ステップS2)。このとき、集光位置移動手段2
3がパルスモータを有しているときは、所定パルスを送
って移動距離だけ移動させることができる。この信号レ
ベルViをピーク値Vpと比較し(ステップS3)、信号
レベルViがピーク値Vpよりも大きい場合にはピーク値
Vpを今回の信号レベルViに更新し、またピーク座標Z
pを今回のZ軸座標Ziに更新する(ステップS4)。前
記ステップS3で信号レベルViがピーク値Vp以下の場
合には、ステップS5へ処理を移行する。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the procedure of moving the plane mirror 14 by the light condensing position moving means 23 and detecting the peak value of each detecting element. First, the plane mirror 14 is moved to the initial position (for example, by the focusing position moving means 23).
(The maximum position in the minus direction of the Z axis), and the number of movements i, the peak value Vp, and the peak coordinates Zp are initialized (step S1). From here, the plane mirror 14 is moved in the Z-axis plus direction by a predetermined distance, and the signal level Vi of each detection element and the Z-axis coordinate Zi are fetched into a memory provided in the peak value detection means 26 (step S2). At this time, the focusing position moving means 2
When 3 has a pulse motor, it can be moved by a moving distance by sending a predetermined pulse. This signal level Vi is compared with the peak value Vp (step S3). If the signal level Vi is higher than the peak value Vp, the peak value Vp is updated to the current signal level Vi, and the peak coordinates Z
p is updated to the current Z-axis coordinate Zi (step S4). If the signal level Vi is equal to or less than the peak value Vp in step S3, the process proceeds to step S5.

【0049】この後、移動回数iをインクリメントし
(ステップS5)、次に移動回数iとあらかじめ定めた
設定値nとを比較し(ステップS6)、移動回数iが設
定値nと等しくなければ全てのステップがまだ終了して
いないと判断して、ステップS2に戻る。ステップS6
で移動回数iが設定値nと等しくなった場合には、全て
のステップを終了する(ステップS7)。以上の手順に
よって、ピーク値Vpが検出される。
Thereafter, the number of times of movement i is incremented (step S5), and then the number of times of movement i is compared with a predetermined set value n (step S6). It is determined that the step has not been completed yet, and the process returns to step S2. Step S6
When the number of times of movement i becomes equal to the set value n, all the steps are ended (step S7). Through the above procedure, the peak value Vp is detected.

【0050】この際、ピーク値検出の正確を期すため
に、ピーク値検出の際に単純に上記フローによって求め
たピーク値Vpを最終のピーク値として使用するのでは
なく、ピーク近傍の3点の座標(Zp-1,Vp-1),(Z
p,Vp),(Zp+1,Vp+1)から2次曲線近似を行なっ
てさらに精密なピーク値を求めてもよいし、出願人が特
願平9−82791号(未公開)で開示したように相関
系数を算出してピーク値を求めてもよい。
At this time, in order to ensure the accuracy of the peak value detection, the peak value Vp obtained by the above flow is not simply used as the final peak value at the time of peak value detection. Coordinates (Zp-1, Vp-1), (Z
(p, Vp), (Zp + 1, Vp + 1), a more accurate peak value may be obtained by performing a quadratic curve approximation, or disclosed by the applicant in Japanese Patent Application No. 9-82791 (not disclosed). As described above, the peak value may be obtained by calculating the correlation coefficient.

【0051】この各検出素子ごとのピーク値Vpを、平
均値演算手段27によりすべて加算してピーク値の総和
ΣVpを求め、これを検出素子の個数で割ると、平均値
Vavが得られる。
The peak value Vp for each of the detection elements is all added by the average value calculation means 27 to obtain the sum ピ ー ク Vp of the peak values, and this is divided by the number of the detection elements to obtain the average value Vav.

【0052】次に、平均値Vavを指標として検出器アレ
イの位置合わせを行なう方法について、図4に示すフロ
ーチャート例に基づいて説明する。まず、Z軸方向の移
動について説明すると、検出器アレイ移動手段21によ
って、検出器アレイ11を初期位置(例えばZ軸マイナ
ス方向に最大位置)に移動させ、平均値Vavの最大値V
Mを初期化(零クリア)する(ステップS11)。この
状態で、前記図3に示したピーク値検出の手順に従って
求めた各検出素子ごとのピーク値Vpに基づいて平均値
Vavを求め(ステップS12)、次に上記平均値Vavと
最大値VMを比較し(ステップS13)、新たに求めた
平均値Vavの方が大きいときは、最大値VMを平均値Va
vに更新し(ステップS14)、この後検出器アレイ1
1をZ軸プラス方向に所定距離移動し(ステップS1
5)。ステップS12に戻って新たな状態における平均
値Vavを求めることを繰り返す。
Next, a method of aligning the detector array using the average value Vav as an index will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, the movement in the Z-axis direction will be described. The detector array 11 is moved to the initial position (for example, the maximum position in the minus direction of the Z-axis) by the detector array moving means 21, and the maximum value Vav of the average value Vav is obtained.
M is initialized (cleared to zero) (step S11). In this state, an average value Vav is determined based on the peak value Vp for each detection element determined according to the procedure of peak value detection shown in FIG. 3 (step S12), and then the average value Vav and the maximum value VM are calculated. After the comparison (step S13), when the newly obtained average value Vav is larger, the maximum value VM is changed to the average value Va.
v (step S14), and thereafter the detector array 1
1 in the Z-axis plus direction by a predetermined distance (step S1).
5). Returning to step S12, the process of obtaining the average value Vav in the new state is repeated.

【0053】上記ステップS13において平均値Vavが
最大値VMよりも小さければ、検出器アレイ11をZ軸
マイナス方向に移動し(ステップS16)、この位置で
検出器アレイ11のZ軸方向の位置合わせを終了する
(ステップS17)。
If the average value Vav is smaller than the maximum value VM in step S13, the detector array 11 is moved in the negative direction of the Z axis (step S16), and the detector array 11 is aligned in the Z axis direction at this position. Is ended (step S17).

【0054】或いは、ステップS13で平均値Vavの大
きさ判断を行なわず、検出器アレイ11を検出器アレイ
移動手段21のフルストロークにわたってZ軸プラス方
向に移動させ、平均値Vavが最大となる検出器アレイ1
1の場所を記憶しておき、そこに検出器アレイ11を移
動させてもよい。
Alternatively, the detector array 11 is moved in the plus direction of the Z-axis over the full stroke of the detector array moving means 21 without determining the magnitude of the average value Vav in step S13, and detection is performed so that the average value Vav becomes maximum. Vessel array 1
1 may be stored, and the detector array 11 may be moved there.

【0055】またこのとき、平均値Vavを演算する代わ
りに上記総和ΣVpの大きい方向へ検出器アレイを移動
させてもよい。
At this time, instead of calculating the average value Vav, the detector array may be moved in a direction in which the sum ΣVp is larger.

【0056】或いは、全ての検出素子における信号レベ
ルViの平均を求めるのではなく、例えば図5に示すよ
うに検出器アレイ11上に少なくとも2つ以上のエリア
17A〜17Dからなるエリア17を設定し、このエリ
ア17内に存在する検出素子の信号レベルの平均値Vav
を求めてもよい。なお、各エリア17A〜17Dは、少
なくとも1個の検出素子を有していればよい。
Alternatively, instead of calculating the average of the signal levels Vi of all the detection elements, an area 17 including at least two areas 17A to 17D is set on the detector array 11 as shown in FIG. 5, for example. , The average value Vav of the signal levels of the detection elements existing in this area 17.
May be required. Each of the areas 17A to 17D may have at least one detection element.

【0057】検出器アレイ11のZ軸方向の位置合わせ
が終了すると、次にY軸方向の移動を図4に示した手順
と同様に行ない、検出器アレイ11のY軸方向の位置合
わせが終了すると、次にθ方向の移動を図4に示した手
順と同様に行なう。これによって、検出器アレイ11
を、Z,Y,θ方向のすべてにわたって位置合わせした
ことになるが、このときさらに正確を期する為には、上
記Z,Y,θ方向の位置合わせを、所定回数繰り返せば
よい。
When the positioning of the detector array 11 in the Z-axis direction is completed, the movement in the Y-axis direction is performed in the same manner as the procedure shown in FIG. 4, and the positioning of the detector array 11 in the Y-axis direction is completed. Then, movement in the θ direction is performed in the same manner as the procedure shown in FIG. This allows the detector array 11
Has been aligned in all of the Z, Y, and θ directions. In order to further improve the accuracy at this time, the alignment in the Z, Y, and θ directions may be repeated a predetermined number of times.

【0058】或いは、Z,Y,θ各軸方向すべてのデー
タに基づいて、平均値Vavが最大となる検出器アレイ1
1の位置を求め、その場所へ検出器アレイ11を移動さ
せるようにしてもよい。
Alternatively, the detector array 1 in which the average value Vav becomes the maximum based on the data in all the Z, Y, and θ axis directions.
1 may be determined, and the detector array 11 may be moved to that position.

【0059】本実施形態によれば、投光光の集光位置を
移動させ、個々の検出素子における信号レベルのピーク
値に基づいて検出器アレイ11の位置合わせを行なって
いるので、平面鏡14の配置が多少ずれても、合焦時の
信号レベルを得ることができ、位置合わせを簡便にかつ
正確に行なうことができる。
According to the present embodiment, the condensing position of the projected light is moved and the position of the detector array 11 is adjusted based on the peak value of the signal level in each detecting element. Even if the arrangement is slightly shifted, the signal level at the time of focusing can be obtained, and the alignment can be performed easily and accurately.

【0060】さらに、前記ピーク値の平均値を演算し、
これが最大となるように検出器アレイ11の位置合わせ
を行なっているので、平面鏡14の傾きや個々の検出素
子の特性によって信号レベルにばらつきがあっても、全
体として最適な位置合わせを行なうことができる。
Further, an average value of the peak values is calculated,
Since the alignment of the detector array 11 is performed so as to maximize this, even if the signal level varies due to the inclination of the plane mirror 14 or the characteristics of the individual detection elements, the optimum alignment as a whole can be performed. it can.

【0061】また、平均値という数値データを位置合わ
せの指標としているので、これが高い方向へ検出器アレ
イ11を移動させて位置合わせを行なうようにすれば、
単純な演算処理だけに基づいて位置合わせができるよう
になる。従って、この演算処理をコンピュータ装置等に
よって実行させることにより、作業者の習熟度や個人差
によらずに精度良く位置決め調整が可能となり、自動化
も容易である。
Further, since the numerical data of the average value is used as an index for the positioning, if the detector array 11 is moved in a higher direction to perform the positioning,
Positioning can be performed based only on simple arithmetic processing. Therefore, by executing this arithmetic processing by a computer device or the like, the positioning can be adjusted with high accuracy regardless of the skill level of the operator and individual differences, and automation is easy.

【0062】ここで、本実施形態においては平面鏡14
を設置したが、ワーク8を設置して位置合わせを行なっ
てもよい。なぜならば、集光位置移動手段23によって
ワーク8に対して集光位置を上下させて合焦時のピーク
値を検出するので、ワーク8の表面に凹凸があっても合
焦時の反射光の強度だけを検出でき、その値に基づいて
位置合わせを行なっているからである。
Here, in this embodiment, the plane mirror 14 is used.
However, the work 8 may be installed to perform positioning. This is because the focusing position is moved up and down with respect to the work 8 by the focusing position moving means 23 and the peak value at the time of focusing is detected. This is because only the intensity can be detected and the alignment is performed based on the value.

【0063】これによれば、わざわざ位置合わせ時に平
面鏡を改めて設置する必要がないので、位置合わせの手
間が省け、また通常の計測に使わない平面鏡を常時用意
しておく必要がない。また、平面鏡14を使用して位置
合わせを行なうと、反射光が通常の計測時よりも強くな
って検出素子のダイナミックレンジをオーバーする可能
性があったが、ワーク8などを利用すればその可能性も
ない。もちろん、ワーク8や平面鏡14以外の物体であ
っても、投光光に対してこれらと同程度の反射率を持つ
ものであればよい。
According to this, since there is no need to re-install the plane mirror at the time of positioning, it is possible to save the labor of positioning and to always prepare a plane mirror which is not used for normal measurement. In addition, when the alignment is performed by using the plane mirror 14, the reflected light may become stronger than in the normal measurement and may exceed the dynamic range of the detection element. There is no sex. Of course, any object other than the work 8 and the plane mirror 14 may have an equivalent reflectance to the projected light.

【0064】次に、図6に基づいて、第2の実施形態を
説明する。図6は、本実施形態に係わる共焦点光学装置
であって、共焦点光学系の部分は、前記図11に示した
ものと同一である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a confocal optical device according to the present embodiment, and the confocal optical system is the same as that shown in FIG.

【0065】受光ピンホールアレイ9は、例えばパルス
モータと直動ステージと回転ステージとを組み合わせた
受光ピンホールアレイ移動手段28によって図中Z,
Y,θ方向に移動可能であり、そのZ,Y方向の位置及
びθ方向の角度は、受光ピンホールアレイ位置制御手段
29からの出力によって制御される。なおここでは、集
光位置にワーク8を設置し、このワーク8の反射光によ
って位置合わせを行なうようにしている。
The light-receiving pinhole array 9 is moved by the light-receiving pinhole array moving means 28 which is a combination of a pulse motor, a direct-acting stage and a rotary stage, for example, as shown in FIG.
It is movable in the Y and θ directions, and its position in the Z and Y directions and the angle in the θ direction are controlled by the output from the light receiving pinhole array position control means 29. In this case, the work 8 is set at the light condensing position, and the alignment is performed by the reflected light of the work 8.

【0066】以下、本実施形態における位置合わせの手
順を説明する。まず、受光ピンホールアレイ9を設置し
ない状態において、前記図3、図4に示した手順によっ
て検出器アレイ11の位置合わせを行なう。このように
検出器アレイ11の位置合わせを行なった後、受光ピン
ホールアレイ9を所定位置に設置し、検出器アレイ11
の場合と同様に受光ピンホールアレイ9の位置合わせを
行なえばよい。
Hereinafter, the procedure of the alignment in this embodiment will be described. First, in a state where the light receiving pinhole array 9 is not installed, the positioning of the detector array 11 is performed by the procedure shown in FIGS. After the positioning of the detector array 11 is performed in this manner, the light receiving pinhole array 9 is set at a predetermined position, and
The position of the light receiving pinhole array 9 may be adjusted as in the case of (1).

【0067】これにより、前記実施形態と同様の作用及
び効果が得られ、検出器アレイ11だけでなく、受光ピ
ンホールアレイ9をも、精密に繰り返し精度よく位置合
わせすることができる。
As a result, the same functions and effects as those of the above embodiment can be obtained, and not only the detector array 11 but also the light receiving pinhole array 9 can be precisely and repeatedly aligned.

【0068】次に図7〜図10に基づいて、第3の実施
形態を説明する。図7は、ホログラムを使った共焦点光
学装置におけるホログラムの露光状態を示す説明図であ
って、光源41はレーザなどのコヒーレントな光を発す
る光源であり、ここから出射した光はビームスプリッタ
42により分割され、直進した光はミラー43Dで図中
左斜め上方に反射され、レンズ群44A,44Bによっ
て拡大されて、参照光46となってホログラム47に照
射される。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory view showing an exposure state of a hologram in a confocal optical device using a hologram. A light source 41 is a light source that emits coherent light such as a laser, and light emitted from the light source 41 is emitted by a beam splitter 42. The light that has been split and travels straight is reflected obliquely upward and leftward in the figure by a mirror 43D, is enlarged by lens groups 44A and 44B, and is applied to a hologram 47 as reference light 46.

【0069】また、ビームスプリッタ42で図中右方に
反射した光は、ミラー43A,43B,43Cで反射さ
れ、レンズ群48A,48Bによって拡大され、ピンホ
ールアレイ49に照射される。ここでピンホールアレイ
49は、前記実施形態における投光ピンホールアレイ3
と同様の作用をなし、これを通過した光は、複数の光源
4となってレンズ群50Aに入射し、ここで平行に整形
され、物体光51となって前記ホログラム47に入射す
る。前記参照光46と、物体光51によって、ホログラ
ム47が露光される。
The light reflected rightward in the figure by the beam splitter 42 is reflected by mirrors 43A, 43B, 43C, expanded by lens groups 48A, 48B, and radiated to a pinhole array 49. Here, the pinhole array 49 is the light projection pinhole array 3 in the above embodiment.
The light having passed through the hologram 47 becomes the plurality of light sources 4 and enters the lens group 50A, where it is shaped in parallel, and becomes the object light 51 and enters the hologram 47. The hologram 47 is exposed by the reference light 46 and the object light 51.

【0070】図8に、上記ホログラム47を用いた共焦
点光学装置の、ワーク8を計測する際の構成を示す。露
光時と同一の参照光46をホログラム47に照射する
と、光の回折によって物体光51がホログラム47から
図中下向きに再生される。これが、レンズ群50Bで集
光されてワーク8に投光される。ワーク8で反射した反
射光は、レンズ群50B、ホログラム47、レンズ群5
0Aを往路と逆向きに透過し、ピンホールアレイ49に
集光される。
FIG. 8 shows a configuration of the confocal optical device using the hologram 47 when measuring the work 8. When the hologram 47 is illuminated with the same reference beam 46 as during the exposure, the object beam 51 is reproduced from the hologram 47 downward in the figure by diffraction of light. This is condensed by the lens group 50B and is projected on the work 8. The light reflected by the work 8 is divided into the lens group 50B, the hologram 47, and the lens group 5
0A is transmitted in the direction opposite to the outward path, and is focused on the pinhole array 49.

【0071】ここでピンホールアレイ49は、前記実施
形態における受光ピンホールアレイ9と同様の作用をな
し、ワーク8上に集光して投光された投光光が合焦状態
にあるときは大半の光を通過させ、非合焦状態では通過
する光を減少させる。ピンホールアレイ49を通過した
光はリレーレンズ群52A,52Bによって検出器アレ
イ53に集光されて入射し、その強度を検出される。
Here, the pinhole array 49 performs the same operation as the light receiving pinhole array 9 in the above embodiment, and when the light projected and focused on the work 8 is in a focused state. Allows most of the light to pass through and reduces the light passing through when out of focus. The light passing through the pinhole array 49 is condensed and incident on the detector array 53 by the relay lens groups 52A and 52B, and the intensity thereof is detected.

【0072】このとき、レンズ群50Bを、図中Z軸方
向に移動することによって、ワーク8に投光される光の
集光位置を変えることができる。レンズ群50Bは集光
位置移動手段23に取りつけられており、集光位置制御
手段24からの指令に従って集光位置移動手段23が駆
動され、上記集光位置が制御される。このように、ワー
ク8に投光される光の集光位置を変化させ、その反射光
がピンホール49を通過する光の強度を検出することに
よって、ワーク8の表面形状を測定できる。
At this time, by moving the lens group 50B in the Z-axis direction in the figure, the light condensing position of the light projected on the work 8 can be changed. The lens group 50B is attached to the focusing position moving means 23, and the focusing position moving means 23 is driven in accordance with a command from the focusing position control means 24 to control the focusing position. As described above, the surface shape of the work 8 can be measured by changing the condensing position of the light projected on the work 8 and detecting the intensity of the light whose reflected light passes through the pinhole 49.

【0073】検出器アレイ53の位置合わせは、前述の
ようにワーク8或いは平面鏡14を設置して行なう。検
出器アレイ53は、検出器アレイ移動手段21によって
図中X,Y,φ方向に移動及び回転可能である。
The positioning of the detector array 53 is performed by installing the work 8 or the plane mirror 14 as described above. The detector array 53 can be moved and rotated in the X, Y, and φ directions in the figure by the detector array moving means 21.

【0074】検出器アレイ53には、前記実施形態と同
様にピーク値検出手段26が接続されており、このピー
ク値検出手段26によって図3に示したような手順に従
って各検出素子ごとにピーク値Vpを検出し、記憶する
とともに、平均値演算手段27によってこの検出された
ピーク値Vpの合計を検出素子の数で割ることで、平均
値Vavを算出することができる。
A peak value detecting means 26 is connected to the detector array 53 in the same manner as in the above-described embodiment, and the peak value detecting means 26 applies a peak value to each detecting element according to the procedure shown in FIG. The average value Vav can be calculated by detecting and storing Vp, and dividing the sum of the detected peak values Vp by the number of detection elements by the average value calculating means 27.

【0075】また、ピーク値検出手段26で検出された
ピーク値Vp及び平均値演算手段27で算出された平均
値Vavは度数演算手段31に入力され、この度数演算手
段31は各検出素子ごとのピーク値Vpが上記平均値Va
vを中心としてあらかじめ設定された所定範囲に入って
いる検出素子の個数を数える。
The peak value Vp detected by the peak value detecting means 26 and the average value Vav calculated by the average value calculating means 27 are input to a frequency calculating means 31, and this frequency calculating means 31 The peak value Vp is equal to the average value Va.
Count the number of detection elements that fall within a predetermined range set in advance around v.

【0076】図9は、上記個数を数える手順の一例を示
すフローチャート例である。ここで、平均値を求めた検
出素子の個数をmとし、各検出素子に1からmまで番号
jをつける。また、平均値Vavを中心とした所定範囲を
規定する範囲幅をΔVavとする。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure for counting the number. Here, the number of detection elements for which the average value is obtained is m, and each detection element is numbered j from 1 to m. A range width defining a predetermined range centered on the average value Vav is defined as ΔVav.

【0077】まず、カウンタkを0に、検出素子の番号
jを0に初期化し(ステップS31)、各検出素子のピ
ーク値Vpjが、(Vav−ΔVav)から(Vav+ΔVav)
の間に入っているか否か判断し(ステップS32)、こ
の間に入っている場合には、カウンタkを1だけインク
リメントする(ステップS33)。また、ステップS3
2でピーク値Vpjが(Vav−ΔVav)から(Vav+ΔV
av)の間に入っていない場合は、ステップS34へ処理
を移行する。
First, the counter k is initialized to 0 and the detection element number j is initialized to 0 (step S31), and the peak value Vpj of each detection element is changed from (Vav-ΔVav) to (Vav + ΔVav).
Is determined (step S32), and if so, the counter k is incremented by 1 (step S33). Step S3
2, the peak value Vpj changes from (Vav−ΔVav) to (Vav + ΔV).
If not, the process proceeds to step S34.

【0078】次に番号jを1だけインクリメントし、番
号jが検出素子の個数mを越えたか否かを判断し(ステ
ップS35)、越えるまでステップS32から以上の処
理を繰り返し、越えた場合は終了する(ステップS3
6)。本処理により、カウンタkがピーク値Vpが上記
所定範囲にある検出素子の個数を表すこととなり、以後
これを度数と称する。
Next, the number j is incremented by one, and it is determined whether or not the number j exceeds the number m of the detecting elements (step S35). The above processing is repeated from step S32 until the number j exceeds the number m. Yes (Step S3
6). By this processing, the counter k indicates the number of detection elements whose peak value Vp is within the above-mentioned predetermined range, and this is hereinafter referred to as a frequency.

【0079】図10に本実施形態における検出器アレイ
53の位置合わせの手順を示しており、同図に基づいて
説明する。まず、X軸方向の移動について説明すると、
検出器アレイ移動手段21によって、検出器アレイ53
を初期位置(例えばX軸マイナス方向に最大位置)に移
動させ、度数演算手段31は平均値Vpの最大値VM及び
上記度数の最大値である最大度数KMを初期化する(ス
テップS21)。この状態で、ピーク値検出手段26は
上記図3及び図4に示したピーク値検出及び平均値検出
の手順に従って平均値Vavを求め、またこの検出結果に
基づいて図9に示した度数計数の手順に従って度数kを
求める(ステップS22)。このとき上記Vavの値を、
例えば最小の桁で四捨五入して数値を丸める(ステップ
S23)。
FIG. 10 shows a procedure for positioning the detector array 53 in the present embodiment, which will be described with reference to FIG. First, the movement in the X-axis direction will be described.
The detector array 53 is moved by the detector array moving means 21.
Is moved to the initial position (for example, the maximum position in the minus direction of the X-axis), and the frequency calculating means 31 initializes the maximum value VM of the average value Vp and the maximum frequency KM which is the maximum value of the frequency (step S21). In this state, the peak value detecting means 26 calculates the average value Vav in accordance with the procedure of peak value detection and average value detection shown in FIGS. 3 and 4, and based on the detection result, the frequency count shown in FIG. The frequency k is obtained according to the procedure (step S22). At this time, the value of Vav is
For example, the numerical value is rounded off by rounding to the smallest digit (step S23).

【0080】次に上記丸めた平均値Vavと最大値VMを
比較し(ステップS24)、新たに求めた平均値Vavが
最大値VM以上のときは最大値VMを平均値Vavに更新し
(ステップS25)、検出器アレイ53をX軸プラス方
向に所定距離移動し(ステップS26)、ステップS2
2に戻って新たな状態における平均値Vav及び最大値V
Mを求めることを繰り返す。
Next, the rounded average value Vav is compared with the maximum value VM (step S24). If the newly obtained average value Vav is equal to or greater than the maximum value VM, the maximum value VM is updated to the average value Vav (step S24). S25) The detector array 53 is moved a predetermined distance in the X-axis plus direction (Step S26), and Step S2 is performed.
Returning to 2, the average value Vav and the maximum value V in the new state
Repeat asking for M.

【0081】上記ステップS24において、平均値Vav
が最大値VMよりも小さければ、検出器アレイ53をX
軸マイナス方向に移動し(ステップS27)、この位置
で検出器アレイ53のX軸方向の位置合わせを終了する
(ステップS28)。
In step S24, the average value Vav
Is smaller than the maximum value VM, the detector array 53 is set to X
It moves in the axis minus direction (step S27), and the alignment of the detector array 53 in the X-axis direction ends at this position (step S28).

【0082】上記ステップS24において、平均値Vav
と最大値VMが等しければ、前記ステップS22で求め
た度数kを最大度数KMと比較し(ステップS29)、
度数kが最大度数KM以上の場合は最大度数KMを度数k
に更新し(ステップS30)、ステップS26に戻って
新たな状態における平均値Vavを求める。度数kが最大
度数KM以上の場合は、ステップS28に移行して終了
する。
In step S24, the average value Vav
Is equal to the maximum value VM, the frequency k obtained in step S22 is compared with the maximum frequency KM (step S29).
If the frequency k is greater than the maximum frequency KM, the maximum frequency KM is
(Step S30), and returns to step S26 to determine the average value Vav in the new state. If the frequency k is equal to or greater than the maximum frequency KM, the process shifts to step S28 and ends.

【0083】検出器アレイ53のX軸方向の位置合わせ
が終了すると、次にY軸方向の移動を図10に示した手
順と同様に行ない、検出器アレイ53のY軸方向の位置
合わせが終了すると、次にφ方向の回転を図10に示し
た手順と同様に行なう。これによって、検出器アレイ5
3を、X,Y,φ方向のすべてにわたって位置合わせし
たことになるが、このときさらに正確を期する為には、
上記X,Y,φ方向の位置合わせを、所定回数繰り返せ
ばよい。
When the positioning of the detector array 53 in the X-axis direction is completed, the movement in the Y-axis direction is performed in the same manner as the procedure shown in FIG. 10, and the positioning of the detector array 53 in the Y-axis direction is completed. Then, rotation in the φ direction is performed in the same manner as the procedure shown in FIG. This allows the detector array 5
3 has been aligned in all of the X, Y, and φ directions. In order to further improve the accuracy at this time,
The alignment in the X, Y, and φ directions may be repeated a predetermined number of times.

【0084】このように、前記検出器アレイ11を移動
させても、前記平均値の変化量が所定値を越えなくなっ
た、すなわち前記平均値がほとんど変わらなくなるよう
な場合について、各検出素子の信号レベルが平均値にな
るべく近くなるように位置合わせをすることで、平均値
だけを指標として位置合わせするよりもさらに精密な位
置合わせを行なうことができる。
As described above, when the amount of change in the average value does not exceed a predetermined value even when the detector array 11 is moved, that is, when the average value hardly changes, the signal of each detection element is changed. By performing positioning so that the level is as close to the average value as possible, it is possible to perform more precise positioning than using only the average value as an index.

【0085】また、上記実施形態では、前記検出器アレ
イ11を移動させても前記平均値がほとんど変わらなく
なったのを判断するのにステップS23のように最小桁
を四捨五入したが、検出器アレイ11をX,Y,φの各
方向に検出器アレイ移動手段21のフルストロークにわ
たって移動させ、そのすべての場所における前記平均値
Vav、前記最大値Vp、前記度数k及び最大度数KMを求
めて記憶しておき、平均値Vavが最大値Vpと、最大値
Vpよりもあらかじめ定めた所定の値ΔVpだけ低くなっ
た値(Vp−ΔVp)との間の範囲に入る場合において、
度数kが最大度数KMとなる場所へ検出器アレイ11を
移動するようにしてもよい。
In the above embodiment, the minimum digit is rounded off as in step S23 to determine that the average value hardly changes even when the detector array 11 is moved. Are moved in the X, Y, and φ directions over the full stroke of the detector array moving means 21, and the average value Vav, the maximum value Vp, the frequency k, and the maximum frequency KM at all the locations are obtained and stored. If the average value Vav falls within a range between the maximum value Vp and a value (Vp-ΔVp) lower than the maximum value Vp by a predetermined value ΔVp,
The detector array 11 may be moved to a place where the frequency k becomes the maximum frequency KM.

【0086】以上説明したように、本発明によれば、合
焦時の検出素子の信号レベルを指標として、検出器アレ
イ11の位置合わせを行なうので、平面鏡14の表面が
歪んでいたり、光軸に対して垂直に置かれていなくても
位置合わせが可能であるし、必ずしも平面鏡14を使わ
なければならないことはなく、実際に計測するワーク8
を設置した状態でも、位置合わせが可能である。
As described above, according to the present invention, the position of the detector array 11 is adjusted using the signal level of the detecting element at the time of focusing as an index, so that the surface of the plane mirror 14 is distorted or the optical axis Can be aligned even if it is not placed perpendicularly to the work, and the plane mirror 14 does not necessarily have to be used, and the work 8 actually measured
Positioning can be performed even when the device is installed.

【0087】また、本発明によれば、各検出素子から出
力される信号レベルの平均値、又は各検出素子から出力
される信号レベルのばらつきを表した度数を位置合わせ
の指標としているので、作業者の熟練度や個人差によら
ず精度良く位置合わせでき、熟練が不要であり、自動化
への対応が可能である。例えば、共焦点光学装置を1日
の最初に立ち上げる際に位置合わせを行なうようにして
おけば、装置の計測精度を増すことができる。
Further, according to the present invention, the average value of the signal levels output from the respective detection elements or the frequency representing the variation of the signal levels output from the respective detection elements is used as the index of the alignment, so that the work is carried out. Positioning can be performed with high accuracy regardless of the skill level or individual difference of the person, no skill is required, and it is possible to respond to automation. For example, if the confocal optical device is aligned at the start of the first day of the day, the measurement accuracy of the device can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係わる共焦点光学装
置の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a confocal optical device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】集光位置の移動量と検出素子の出力との関係を
示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a movement amount of a light-converging position and an output of a detection element.

【図3】ピーク値検出の手順を示すフローチャートの例
を説明する図。
FIG. 3 is a view for explaining an example of a flowchart showing a procedure of peak value detection.

【図4】ピーク値の平均値に基づいて検出器アレイの位
置合わせを行なう手順を示すフローチャートの例を説明
する図。
FIG. 4 is a view for explaining an example of a flowchart showing a procedure for performing alignment of a detector array based on an average value of peak values.

【図5】検出器アレイ上に設定されたエリアの説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of an area set on a detector array.

【図6】第2の実施形態に係わる共焦点光学装置の構成
図。
FIG. 6 is a configuration diagram of a confocal optical device according to a second embodiment.

【図7】ホログラムを使った共焦点光学装置のホログラ
ムの露光方法を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a hologram exposure method of a confocal optical device using a hologram.

【図8】第3の実施形態に係わるホログラムを使った共
焦点光学装置の構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram of a confocal optical device using a hologram according to a third embodiment.

【図9】度数を求める手順を示すフローチャートの例を
説明する図。
FIG. 9 is a view for explaining an example of a flowchart showing a procedure for obtaining a frequency.

【図10】第3の実施形態に係わる検出器アレイの位置
合わせの手順を示すフローチャートの例を説明する図。
FIG. 10 is a view for explaining an example of a flowchart showing a procedure for positioning a detector array according to the third embodiment.

【図11】複数の光源と検出器アレイを備えた従来の共
焦点光学装置の構成図。
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional confocal optical device including a plurality of light sources and a detector array.

【図12】複数の光源と検出器アレイを備えた従来の共
焦点光学装置の構成図。
FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional confocal optical device including a plurality of light sources and a detector array.

【図13】従来の共焦点光学装置の位置合わせの説明
図。
FIG. 13 is an explanatory diagram of alignment of a conventional confocal optical device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…レンズ、3…投光ピンホールアレイ、4
…複数の光源、6A,6B…レンズ群、8…ワーク、9
…受光ピンホールアレイ、10…所定の物体、11…検
出器アレイ、14…平面鏡、17…検出器アレイ上のエ
リア、21…検出器アレイ移動手段、22…検出器アレ
イ位置制御手段、23…集光位置移動手段、24…集光
位置制御手段、26…ピーク値検出手段、27…平均値
演算手段、28…受光ピンホールアレイ移動手段、29
…受光ピンホールアレイ位置制御手段、31…度数演算
手段、41…光源、44A,44B…レンズ群、47…
ホログラム、48A,48B…レンズ群、49…ピンホ
ールアレイ、50A,50B…レンズ群、52A,52
B…レンズ群、53…検出器アレイ。
REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 lens 3 light emitting pinhole array 4
... multiple light sources, 6A, 6B ... lens group, 8 ... work, 9
... Light receiving pinhole array, 10 ... predetermined object, 11 ... detector array, 14 ... plane mirror, 17 ... area on detector array, 21 ... detector array moving means, 22 ... detector array position control means, 23 ... Focusing position moving means, 24 Focusing position control means, 26 Peak value detecting means, 27 Average value calculating means, 28 Light receiving pinhole array moving means, 29
... Light receiving pinhole array position control means, 31... Power calculating means, 41... Light source, 44 A, 44 B.
Hologram, 48A, 48B: lens group, 49: pinhole array, 50A, 50B: lens group, 52A, 52
B: lens group, 53: detector array.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の物体(8,14)に対して投光される複
数の光源(4)と、 前記所定の物体(8,14)に対して、前記複数の光源(4)か
ら投光された投光光の集光位置を、前記投光光の光軸方
向に移動する集光位置移動手段(23)と、 前記所定の物体(8,14)で反射した反射光の強度を検出す
る複数の検出素子を有する検出器アレイ(11)とを備えた
共焦点光学装置において、 前記検出器アレイ(11)を前記複数の光源(4)と光学的に
共役な平面に対して少なくとも平行に移動、又は回転の
いずれか一方を行なわせる検出器アレイ移動手段(21)
と、 前記投光光の集光位置を移動させた際に、前記検出器ア
レイ(11)上の少なくとも2個の前記検出素子から出力さ
れる信号レベルの各検出素子ごとのピーク値を検出する
ピーク値検出手段(26)と、 前記ピーク値に基づいて、前記検出器アレイ移動手段(2
1)に移動指令を出力して検出器アレイ(11)の位置を制御
する検出器アレイ位置制御手段(22)とを備えたことを特
徴とする共焦点光学装置。
A plurality of light sources (4) projected on a predetermined object (8, 14); and a plurality of light sources (4) projected on the predetermined object (8, 14). A light-converging position of the emitted light, a light-condensing position moving means (23) for moving the light in the optical axis direction of the light, and an intensity of light reflected by the predetermined object (8, 14). In a confocal optical device comprising a detector array (11) having a plurality of detection elements for detecting, the detector array (11) at least with respect to a plane optically conjugate with the plurality of light sources (4). Detector array moving means (21) for performing either parallel movement or rotation
And detecting a peak value of a signal level output from at least two of the detection elements on the detector array (11) for each of the detection elements when the condensing position of the projected light is moved. A peak value detecting means (26), based on the peak value, the detector array moving means (2
A confocal optical device comprising: a detector array position control means (22) for controlling a position of the detector array (11) by outputting a movement command to (1).
【請求項2】 所定の物体(8,14)に対して投光される複
数の光源(4)と、 前記所定の物体(8,14)に対して、前記複数の光源(4)か
ら投光された投光光の集光位置を、前記投光光の光軸方
向に移動する集光位置移動手段(23)と、 複数の開口部を備えた受光ピンホールアレイ(9)と、 前記所定の物体(8,14)で反射した反射光のうち、前記受
光ピンホールアレイ(9)の開口部を通過した光の強度を
検出する複数の検出素子を有する検出器アレイ(11)とを
備えた共焦点光学装置において、 前記受光ピンホールアレイ(9)を前記複数の光源(4)と光
学的に共役な平面に対して少なくとも平行に移動、又は
回転のいずれか一方を行なわせる受光ピンホールアレイ
移動手段(28)と、 前記投光光の集光位置を移動させた際に、前記検出器ア
レイ(11)上の少なくとも2個の前記検出素子から出力さ
れる信号レベルの各検出素子ごとのピーク値を検出する
ピーク値検出手段(26)と、 前記ピーク値に基づいて、前記受光ピンホールアレイ移
動手段(28)に移動指令を出力して受光ピンホールアレイ
(9)の位置を制御する受光ピンホールアレイ位置制御手
段(29)とを備えたことを特徴とする共焦点光学装置。
2. A plurality of light sources (4) projected on a predetermined object (8, 14); and a plurality of light sources (4) projected on the predetermined object (8, 14). A condensing position moving means (23) for moving a condensing position of the emitted light in the optical axis direction of the light, a light receiving pinhole array (9) having a plurality of openings, A detector array (11) having a plurality of detection elements for detecting the intensity of light that has passed through the opening of the light-receiving pinhole array (9) out of the reflected light reflected by the predetermined object (8, 14). A confocal optical device comprising: a light-receiving pin for moving or rotating the light-receiving pinhole array (9) at least in parallel with a plane optically conjugate with the plurality of light sources (4); A hole array moving means (28), and at least two of the detecting elements on the detector array (11) when the condensing position of the projected light is moved. A peak value detecting means (26) for detecting a peak value of each signal level of the signal level outputted from the detecting element, and a movement command to the light receiving pinhole array moving means (28) based on the peak value. Light receiving pinhole array
A confocal optical device comprising: a light receiving pinhole array position control means (29) for controlling the position of (9).
【請求項3】 請求項1に記載の共焦点光学装置におい
て、 検出器アレイ(11)上の少なくとも2個の検出素子に対し
て求められた前記ピーク値の平均値を算出する平均値演
算手段(27)を付設し、 前記検出器アレイ位置制御手段(22)は前記検出器アレイ
移動手段(21)に移動指令を出力して、前記平均値の大き
いほうへ検出器アレイ(11)の位置を制御することを特徴
とする共焦点光学装置。
3. The confocal optical device according to claim 1, wherein an average value calculating means for calculating an average value of the peak values obtained for at least two detection elements on the detector array (11). (27) attached, the detector array position control means (22) outputs a movement command to the detector array moving means (21), the position of the detector array (11) to the larger average value Confocal optical device characterized by controlling the following.
【請求項4】 請求項2記載の共焦点光学装置におい
て、 検出器アレイ(11)上の少なくとも2個の検出素子に対し
て求められた前記ピーク値の平均値を算出する平均値演
算手段(27)を付設し、 前記受光ピンホールアレイ位置制御手段(29)は前記受光
ピンホールアレイ移動手段(28)に移動指令を出力して、
前記平均値の大きいほうへ受光ピンホールアレイ(9)の
位置を制御することを特徴とする共焦点光学装置。
4. The confocal optical device according to claim 2, wherein an average value calculating means for calculating an average value of the peak values obtained for at least two detection elements on the detector array (11). 27), the light receiving pinhole array position control means (29) outputs a movement command to the light receiving pinhole array moving means (28),
A confocal optical device, wherein the position of the light receiving pinhole array (9) is controlled to the one with the larger average value.
【請求項5】 請求項3記載の共焦点光学装置におい
て、 前記少なくとも2個の検出素子に対して求められた前記
ピーク値が前記平均値を中心とする所定範囲に入るよう
な検出素子の個数を度数として計数する度数演算手段(3
1)を付設し、 前記検出器アレイ位置制御手段(22)は前記検出器アレイ
移動手段(21)に移動指令を出力して、検出器アレイ(11)
の位置を移動した際の前記平均値の増加量が所定の値を
越えなくなるまで前記平均値の大きいほうへ検出器アレ
イ(11)の位置を制御し、前記度数の多いほうへ検出器ア
レイ(11)の位置を制御することを特徴とする共焦点光学
装置。
5. The confocal optical device according to claim 3, wherein the number of detection elements is such that the peak value obtained for the at least two detection elements falls within a predetermined range centered on the average value. Frequency calculation means (3
1), the detector array position control means (22) outputs a movement command to the detector array moving means (21), the detector array (11)
The position of the detector array (11) is controlled to the larger average value until the amount of increase of the average value when moving the position does not exceed a predetermined value, and the detector array ( A confocal optical device characterized by controlling the position of 11).
【請求項6】 請求項4記載の共焦点光学装置におい
て、 前記少なくとも2個の検出素子に対して求められた前記
ピーク値が前記平均値を中心とする所定範囲に入るよう
な検出素子の個数を度数として計数する度数演算手段(3
1)を付設し、 前記受光ピンホールアレイ位置制御手段(29)は前記受光
ピンホールアレイ移動手段(28)に移動指令を出力して、
受光ピンホールアレイ(9)の位置を移動した際の前記平
均値の変化量が所定の値を越えなくなるまで、前記平均
値の大きいほうへ受光ピンホールアレイ(9)の位置を制
御し、前記度数の多いほうへ受光ピンホールアレイ(9)
の位置を制御することを特徴とする共焦点光学装置。
6. The confocal optical device according to claim 4, wherein the number of detection elements such that the peak value obtained for the at least two detection elements falls within a predetermined range centered on the average value. Frequency calculation means (3
1), the light receiving pinhole array position control means (29) outputs a movement command to the light receiving pinhole array moving means (28),
Until the amount of change in the average value when moving the position of the light-receiving pinhole array (9) does not exceed a predetermined value, controlling the position of the light-receiving pinhole array (9) to the larger average value, Light receiving pinhole array (9)
A confocal optical device for controlling the position of the lens.
【請求項7】 複数の光源(4)から所定の物体(8,14)に
対して投光し、 前記複数の光源(4)と光学的に共役な位置に、複数の検
出素子を有する検出器アレイ(11)又は複数の開口部が配
列された受光ピンホールアレイ(9)を配置し、 前記所定の物体(8,14)で反射した反射光の強度を、前記
検出器アレイ(11)又は前記受光ピンホールアレイ(9)の
開口部を通過した光を受光する検出器アレイ(11)で検出
する共焦点光学装置の、前記検出器アレイ(11)又は受光
ピンホールアレイ(9)の位置合わせ方法において、 投光された投光光の集光位置を所定の物体(8,14)に対し
て前記投光光の光軸方向に移動し、 前記移動に伴って検出器アレイ(11)上の少なくとも2個
の前記検出素子から出力される信号レベルの各検出素子
ごとのピーク値を検出し、 前記ピーク値に基づいて、前記検出器アレイ(11)又は受
光ピンホールアレイ(9)の位置合わせを行なうようにし
たことを特徴とする、共焦点光学装置の位置合わせ方
法。
7. A detection device that emits light from a plurality of light sources (4) to a predetermined object (8, 14) and has a plurality of detection elements at positions optically conjugate with the plurality of light sources (4). A detector array (11) or a light receiving pinhole array (9) in which a plurality of openings are arranged, and the intensity of light reflected by the predetermined object (8, 14) is determined by the detector array (11). Or of a confocal optical device for detecting with a detector array (11) that receives light passing through the opening of the light receiving pinhole array (9), the detector array (11) or the light receiving pinhole array (9) In the positioning method, the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to a predetermined object (8, 14), and the detector array (11 A) detecting the peak value of each signal level of the signal levels output from at least two of the detection elements, based on the peak value, Out unit array (11) or is characterized in that to carry out the positioning of the light receiving pinhole array (9), a method of aligning the confocal optical system.
【請求項8】 複数の光源(4)から所定の物体(8,14)に
対して投光し、 前記複数の光源(4)と光学的に共役な位置に、複数の検
出素子を有する検出器アレイ(11)又は複数の開口部が配
列された受光ピンホールアレイ(9)を配置し、 前記所定の物体(8,14)で反射した反射光の強度を、前記
検出器アレイ(11)又は前記受光ピンホールアレイ(9)の
開口部を通過した光を受光する検出器アレイ(11)で検出
する共焦点光学装置の、前記検出器アレイ(11)又は受光
ピンホールアレイ(9)の位置合わせ方法において、 投光された投光光の集光位置を所定の物体(8,14)に対し
て前記投光光の光軸方向に移動し、 前記移動に伴って検出器アレイ(11)上の少なくとも2個
の前記検出素子から出力される信号レベルの各検出素子
ごとのピーク値を検出し、 前記ピーク値の平均値を演算し、 前記検出器アレイ(11)又は前記受光ピンホールアレイ
(9)をこの平均値が高い方向へ移動して位置合わせを行
なうようにしたことを特徴とする共焦点光学装置の位置
合わせ方法。
8. A detection device that emits light from a plurality of light sources (4) to a predetermined object (8, 14), and has a plurality of detection elements at positions optically conjugate with the plurality of light sources (4). A detector array (11) or a light receiving pinhole array (9) in which a plurality of openings are arranged, and the intensity of light reflected by the predetermined object (8, 14) is determined by the detector array (11). Or of a confocal optical device for detecting with a detector array (11) that receives light passing through the opening of the light receiving pinhole array (9), the detector array (11) or the light receiving pinhole array (9) In the positioning method, the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to a predetermined object (8, 14), and the detector array (11 ) Detecting the peak value of the signal level output from at least two of the detection elements for each detection element, and calculating the average value of the peak values Said detector array (11) or said light receiving pinhole array
(9) A method of positioning a confocal optical device, wherein the positioning is performed by moving the average value in a higher direction.
【請求項9】 複数の光源(4)から所定の物体(8,14)に
対して投光し、 前記複数の光源(4)と光学的に共役な位置に、複数の検
出素子を有する検出器アレイ(11)又は複数の開口部が配
列された受光ピンホールアレイ(9)を配置し、 前記所定の物体(8,14)で反射した反射光の強度を、前記
検出器アレイ(11)又は前記受光ピンホールアレイ(9)の
開口部を通過した光を受光する検出器アレイ(11)で検出
する共焦点光学装置の、前記検出器アレイ(11)又は受光
ピンホールアレイ(9)の位置合わせ方法において、 投光された投光光の集光位置を所定の物体(8,14)に対し
て前記投光光の光軸方向に移動し、 前記移動に伴って検出器アレイ(11)上の少なくとも2個
の前記検出素子から出力される信号レベルの各検出素子
ごとのピーク値を検出し、 前記ピーク値の平均値を演算し、 前記ピーク値が、前記平均値を中心とする所定範囲に入
るような検出素子の個数を度数として計数し、 検出器アレイ(11)の位置を移動した際の前記平均値の変
化量が所定の値を越えなくなるまで、前記平均値の大き
いほうへ前記検出器アレイ(11)又は前記受光ピンホール
アレイ(9)の位置を制御し、 前記度数の多いほうへ前記検出器アレイ(11)又は前記受
光ピンホールアレイ(9)の位置を合わせるようにしたこ
とを特徴とする共焦点光学装置の位置合わせ方法。
9. A detection device that emits light from a plurality of light sources (4) to a predetermined object (8, 14) and has a plurality of detection elements at positions optically conjugate with the plurality of light sources (4). A detector array (11) or a light receiving pinhole array (9) in which a plurality of openings are arranged, and the intensity of light reflected by the predetermined object (8, 14) is determined by the detector array (11). Or of a confocal optical device for detecting with a detector array (11) that receives light passing through the opening of the light receiving pinhole array (9), the detector array (11) or the light receiving pinhole array (9) In the positioning method, the condensing position of the projected light is moved in the optical axis direction of the light with respect to a predetermined object (8, 14), and the detector array (11 ) Detecting the peak value of the signal level output from at least two of the detection elements for each detection element, and calculating the average value of the peak values The number of detection elements whose peak value falls within a predetermined range centered on the average value is counted as a frequency, and the amount of change in the average value when the position of the detector array (11) is moved is a predetermined value. Until the value does not exceed, control the position of the detector array (11) or the light receiving pinhole array (9) to the larger of the average value, the detector array (11) or the A method for positioning a confocal optical device, wherein a position of a light receiving pinhole array (9) is adjusted.
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