JPS61120912A - 距離測定装置 - Google Patents
距離測定装置Info
- Publication number
- JPS61120912A JPS61120912A JP24249084A JP24249084A JPS61120912A JP S61120912 A JPS61120912 A JP S61120912A JP 24249084 A JP24249084 A JP 24249084A JP 24249084 A JP24249084 A JP 24249084A JP S61120912 A JPS61120912 A JP S61120912A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- focal length
- reflected
- lens
- measuring device
- distance measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、光学的手段により距離を測定する装置に関し
、特に、高精度で、かつ距離測定範囲の広い距離測定装
置に関する。
、特に、高精度で、かつ距離測定範囲の広い距離測定装
置に関する。
［従来技術の説明］
従来、光学的手段により距離を測定する方法として、い
わゆる臨界角法が知られている。しかし、この方法にお
いては、測定用光束として光源からの発散光または平行
光をレンズにより結像面近傍の一点に集束させて得られ
るスポット光を用いていたため、高精度の測定を行なう
ためには上記レンズの全面について各種収差を補正する
必要があり、レンズの製造が困難であるか、または充分
な測定精度が得られないという不都合があった。
わゆる臨界角法が知られている。しかし、この方法にお
いては、測定用光束として光源からの発散光または平行
光をレンズにより結像面近傍の一点に集束させて得られ
るスポット光を用いていたため、高精度の測定を行なう
ためには上記レンズの全面について各種収差を補正する
必要があり、レンズの製造が困難であるか、または充分
な測定精度が得られないという不都合があった。
また、従来の距離測定装置は、固定焦点レンズにより構
成されていたので、測定のダイナミックレンジが狭かっ
たり、測定範囲内への予備位置合せの機械的精度が厳し
い等の欠点があった。
成されていたので、測定のダイナミックレンジが狭かっ
たり、測定範囲内への予備位置合せの機械的精度が厳し
い等の欠点があった。
［発明の目的］
本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、距離測
定装置において、精度と製造の容易さとの両立を可能に
することを第１の目的とし、さらに、高精度でかつ測定
範囲が広い距離測定装置を提供することを第２の目的と
する。
定装置において、精度と製造の容易さとの両立を可能に
することを第１の目的とし、さらに、高精度でかつ測定
範囲が広い距離測定装置を提供することを第２の目的と
する。
Ｃ実施例の説明］
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る距離測定装置の構成
を示す。同図において、１はレーザー光源、２はコリメ
ータレンズ、３は円錐凸面を有する第１の円錐形ミラー
、４は円錐凹面を有する第２の円錐形ミラー、５は焦点
距離可変レンズ、６は偏光ビームスプリッタ、７は１／
４波長板、８は集光レンズ、９は被測定物、１０は合焦
状態検知手段、１１は処理装置である。レーザ光源１よ
り出たレーザ光はコリメータレンズ２を通り、円錐形ミ
ラー３の頂点に入射して図面に垂直でかつ図上水平な線
を図面との交差線とする面上を３６０°方向に進み、環
状の円錐ミラー４の内側の面で下向きに反射されて、中
心部分が暗い、いわゆるドーナツ状の円形平行光束とな
る。この円形平行光束は、焦点距離可変レンズ５、偏向
ビームスプリッタ６．１／４波長板７、集光レンズ８を
通り、被測定物９の上に投射される。この投射されたレ
ーザ光は、さらに、被測定物９の面上で反射され、再び
集光レンズ８．１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ
６に入射する。ここで、１／４波長板７は、先ず、レー
ザ光源１から発せられ、偏向ビームスプリッタ６を透過
した直線偏光光を円偏光に変換し、さらに、被測定物９
で反射されて戻って来た円偏光を偏光方向が上記直線偏
光と直交する直線偏光に変換する。これにより、被測定
物９からの反射光は、偏向ビームスプリッタ６で反射さ
れて合焦検知手段１０に投射される。
を示す。同図において、１はレーザー光源、２はコリメ
ータレンズ、３は円錐凸面を有する第１の円錐形ミラー
、４は円錐凹面を有する第２の円錐形ミラー、５は焦点
距離可変レンズ、６は偏光ビームスプリッタ、７は１／
４波長板、８は集光レンズ、９は被測定物、１０は合焦
状態検知手段、１１は処理装置である。レーザ光源１よ
り出たレーザ光はコリメータレンズ２を通り、円錐形ミ
ラー３の頂点に入射して図面に垂直でかつ図上水平な線
を図面との交差線とする面上を３６０°方向に進み、環
状の円錐ミラー４の内側の面で下向きに反射されて、中
心部分が暗い、いわゆるドーナツ状の円形平行光束とな
る。この円形平行光束は、焦点距離可変レンズ５、偏向
ビームスプリッタ６．１／４波長板７、集光レンズ８を
通り、被測定物９の上に投射される。この投射されたレ
ーザ光は、さらに、被測定物９の面上で反射され、再び
集光レンズ８．１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ
６に入射する。ここで、１／４波長板７は、先ず、レー
ザ光源１から発せられ、偏向ビームスプリッタ６を透過
した直線偏光光を円偏光に変換し、さらに、被測定物９
で反射されて戻って来た円偏光を偏光方向が上記直線偏
光と直交する直線偏光に変換する。これにより、被測定
物９からの反射光は、偏向ビームスプリッタ６で反射さ
れて合焦検知手段１０に投射される。
第２図は、合焦状態検知手段の受光面を表わした図で、
同心円帯Ｄ１およびＤｌの光検知素子よりなっている。
同心円帯Ｄ１およびＤｌの光検知素子よりなっている。
ＤｌおよびＤｌの直径は、被測定物体９の被測定面が集
光点（結像）位置にあるときに、被測定物面で反射され
た円形ビームがＤｌとＤｌの境界付近に投射され、Ｄｌ
と０２の出力差が零になるように設定されている。被測
定面が集光点位置からずれるとそれに伴い、ＤｌとＤｌ
の出力差が発生する。たとえば、被測定面が、遠ざかる
方向（図の下側）にずれると、光検知素子上での円形光
束の直径が小さくなって、（Ｄｌの出力） ＞ ＜ＤＩ
（ｉｐ比出力となり、逆に近づく方向にずれると円形
光束の直径は大きくなり、（０２の出力）＜ （０１の
出力）となる。
光点（結像）位置にあるときに、被測定物面で反射され
た円形ビームがＤｌとＤｌの境界付近に投射され、Ｄｌ
と０２の出力差が零になるように設定されている。被測
定面が集光点位置からずれるとそれに伴い、ＤｌとＤｌ
の出力差が発生する。たとえば、被測定面が、遠ざかる
方向（図の下側）にずれると、光検知素子上での円形光
束の直径が小さくなって、（Ｄｌの出力） ＞ ＜ＤＩ
（ｉｐ比出力となり、逆に近づく方向にずれると円形
光束の直径は大きくなり、（０２の出力）＜ （０１の
出力）となる。
これら同心円状の受光部Ｄ１およびＤｌの出力は、第１
図の処理装置１１に送られ、処理装置１１においては、
Ｄｌの出力とＤｌの出力との差が被測定物９の合焦状態
を示す合焦信号として求められる。
図の処理装置１１に送られ、処理装置１１においては、
Ｄｌの出力とＤｌの出力との差が被測定物９の合焦状態
を示す合焦信号として求められる。
第３図は、第１図の被測定物９の位置と処理装置１１に
おいて得られる合焦信号との関係を示す図であり、図中
に記した測定範囲内において、位置と信号とは、良好な
線形関係となっており、この合焦信号より被測定物９の
位置を求めることができる。
おいて得られる合焦信号との関係を示す図であり、図中
に記した測定範囲内において、位置と信号とは、良好な
線形関係となっており、この合焦信号より被測定物９の
位置を求めることができる。
さらに本実施例によれば、焦点距離可変レンズ５の焦点
距離を変化させることにより、高い測定感度を維持した
まま、測定範囲を広げることが可能である。第４図は、
レンズ５の焦点距離を所定のピッチで変化させた場合の
被測定物位置と合焦信号との関係を示した図である。あ
る焦点距離に設定すれば、測定範囲１における被測定物
位置に対応する合焦信号が得られ、さらに、異なった焦
点距離を設定すれば、測定範囲２あるいは３において、
同様に位置に対応する合焦信号を得ることができる。こ
のように焦点距離を変化させることにより得られる複数
の測定範囲を適当につなぎ合せることにより、固定焦点
の時よりも広い測定範囲を得ることが可能となる。
距離を変化させることにより、高い測定感度を維持した
まま、測定範囲を広げることが可能である。第４図は、
レンズ５の焦点距離を所定のピッチで変化させた場合の
被測定物位置と合焦信号との関係を示した図である。あ
る焦点距離に設定すれば、測定範囲１における被測定物
位置に対応する合焦信号が得られ、さらに、異なった焦
点距離を設定すれば、測定範囲２あるいは３において、
同様に位置に対応する合焦信号を得ることができる。こ
のように焦点距離を変化させることにより得られる複数
の測定範囲を適当につなぎ合せることにより、固定焦点
の時よりも広い測定範囲を得ることが可能となる。
第５図は、本発明の他の実施例に係る距離測定装置の構
成を示す。光源１、コリメータレンズ２、円錐形ミラー
３および４、焦点距離可変レンズ５は第１図の実施例と
共通なので省略しである。被測定物が最良合焦位置９ａ
から下方へ移動する場合、最良合焦位置９ａから一定の
範囲においてはこの最良合焦位置９ａからのずれ量に従
い、合焦信号の大きさは変化する。しかし、被測定物が
位置９ｂまでずれてずれ量がある値になると、反射ビー
ムは光路中のある点で集光し、その点を過ぎると発散光
となり、光検知素子１０上でのビーム直径が最良合焦状
態と同じ大きさになる場合がある。この様子を合焦信号
について示したのが、第６図であり、点線が上述の状態
を表わしている。第６図の横軸は、原点が第５図の合焦
位１１９ａを示し、左向きが被測定物の下方へのずれ量
を示している。第６図に示すように、被測定物位置が合
焦位置から大幅にずれているにもかかわらす合焦点近傍
であるかのような信号（点線）が発生している。これを
除去するために本実施例においては、光軸近傍の光を遮
蔽するマスク１２を設けた。
成を示す。光源１、コリメータレンズ２、円錐形ミラー
３および４、焦点距離可変レンズ５は第１図の実施例と
共通なので省略しである。被測定物が最良合焦位置９ａ
から下方へ移動する場合、最良合焦位置９ａから一定の
範囲においてはこの最良合焦位置９ａからのずれ量に従
い、合焦信号の大きさは変化する。しかし、被測定物が
位置９ｂまでずれてずれ量がある値になると、反射ビー
ムは光路中のある点で集光し、その点を過ぎると発散光
となり、光検知素子１０上でのビーム直径が最良合焦状
態と同じ大きさになる場合がある。この様子を合焦信号
について示したのが、第６図であり、点線が上述の状態
を表わしている。第６図の横軸は、原点が第５図の合焦
位１１９ａを示し、左向きが被測定物の下方へのずれ量
を示している。第６図に示すように、被測定物位置が合
焦位置から大幅にずれているにもかかわらす合焦点近傍
であるかのような信号（点線）が発生している。これを
除去するために本実施例においては、光軸近傍の光を遮
蔽するマスク１２を設けた。
このように、上述の集光点に適当な大きざのマスク１２
を置くと、被測定物９ｂにおける反射光の大部分はカッ
トされ第６図の点線で示した信号波形は発生しなくなる
。
を置くと、被測定物９ｂにおける反射光の大部分はカッ
トされ第６図の点線で示した信号波形は発生しなくなる
。
［実施例の変形例］
なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく適宜
変形して実施することができる。例えば、被測定物体９
からの反射光がレーザ光源１に帰還されることによりレ
ーザ出力に及ぼす影響、および光検知素子１０への入射
光量が１／４以下になることによるＳ／Ｎ比劣低劣化影
響等を無視し得るならば、偏光ビームスプリッタを振幅
分割ミラーに変更してもよい。この場合゛１／４波長板
は不要である。
変形して実施することができる。例えば、被測定物体９
からの反射光がレーザ光源１に帰還されることによりレ
ーザ出力に及ぼす影響、および光検知素子１０への入射
光量が１／４以下になることによるＳ／Ｎ比劣低劣化影
響等を無視し得るならば、偏光ビームスプリッタを振幅
分割ミラーに変更してもよい。この場合゛１／４波長板
は不要である。
また、集光レンズと焦点距離可変レンズとを入れ換えた
り、または、レンズ系を焦点距離可変レンズのみで構成
することも可能である。
り、または、レンズ系を焦点距離可変レンズのみで構成
することも可能である。
さらに、合焦状態検知手段の円形光検知素子を１次元ま
たは２次元の撮像素子で置き変えることも可能である。
たは２次元の撮像素子で置き変えることも可能である。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、測定用の環状光束
は、レンズの円周部分の極く狭い範囲を通るのみであり
、各種収差はこの光束通過部分についてのみ補正すれば
足りるため、高精度のレンズの製造が極めて容易である
。したがって、高精度の距離測定装置を容易に製造する
ことができる。
は、レンズの円周部分の極く狭い範囲を通るのみであり
、各種収差はこの光束通過部分についてのみ補正すれば
足りるため、高精度のレンズの製造が極めて容易である
。したがって、高精度の距離測定装置を容易に製造する
ことができる。
また、電気的に焦点距離が可変のレンズを用いて距離測
定用光束の合焦位置すなわち距離測定範囲の中心を可変
にすることにより、高精度を保持したまま距離測定範囲
が広がり、機械的な予備位置合せ精度を緩くすることが
できる。
定用光束の合焦位置すなわち距離測定範囲の中心を可変
にすることにより、高精度を保持したまま距離測定範囲
が広がり、機械的な予備位置合せ精度を緩くすることが
できる。
第１図は、本発明の一実施例に係る距離測定装置の構成
図、 第２図は、第１図における合焦状態検知手段の光検知素
子の構造を示す図、 第３および４図は、第１図の装置における被測定物位置
と合焦信号との関係を示すグラフ、第５図は、本発明の
他の実施例に係る距離測定装置の構成図、 第６図は、第５図において遮蔽マスク１２が無い場合の
被測定物位置と合焦信号との関係を示すグラフである。 １：レーザー光源、２：コリメータレンズ、３．４二円
錐形ミラー、５：焦点距離可変レンズ、６：偏光ビーム
スプリッタ、７：１／４波長板、８：集光レンズ、９：
被測定物、１０：合焦状態検知手段、１１：処理装置、
１２：遮蔽マスク。
図、 第２図は、第１図における合焦状態検知手段の光検知素
子の構造を示す図、 第３および４図は、第１図の装置における被測定物位置
と合焦信号との関係を示すグラフ、第５図は、本発明の
他の実施例に係る距離測定装置の構成図、 第６図は、第５図において遮蔽マスク１２が無い場合の
被測定物位置と合焦信号との関係を示すグラフである。 １：レーザー光源、２：コリメータレンズ、３．４二円
錐形ミラー、５：焦点距離可変レンズ、６：偏光ビーム
スプリッタ、７：１／４波長板、８：集光レンズ、９：
被測定物、１０：合焦状態検知手段、１１：処理装置、
１２：遮蔽マスク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光学系を通して得られる像の合焦の程度を表わす合
焦信号により被測定面までの距離を測定する距離測定装
置であって、円錐形ミラーまたは円錐形プリズム等によ
り光束を円環状に集中させた円形ビームを被測定面に投
射し、合焦状態における円形ビーム像の位置を境界とし
て同心円形に分割した光検知器により被測定面からの反
射光を検知して得られる合焦信号により距離を測定する
ことを特徴とする距離測定装置。 ２、前記光学系が、機械的手段によらず電気的手段によ
り焦点距離を変化させるところの焦点距離可変レンズを
少なくとも１つ有する特許請求の範囲第１項記載の距離
測定装置。 ３、前記焦点距離可変レンズの焦点距離を変化させるこ
とにより複数の結像位置を有し、各結像位置を各距離測
定範囲の中心として距離測定範囲が切換わる特許請求の
範囲第２項記載の距離測定装置。 ４、前記光学系光路中に、光軸近傍の光を遮蔽するマス
クを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１、２ま
たは３項記載の距離測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24249084A JPS61120912A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 距離測定装置 |
| FR8515821A FR2572515B1 (fr) | 1984-10-25 | 1985-10-24 | Dispositif de detection de position |
| DE3538062A DE3538062C2 (de) | 1984-10-25 | 1985-10-25 | Positionserfassungsgerät |
| GB08526374A GB2167262B (en) | 1984-10-25 | 1985-10-25 | A position detecting device |
| US07/218,447 US4830498A (en) | 1984-10-25 | 1988-07-12 | Position detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24249084A JPS61120912A (ja) | 1984-11-19 | 1984-11-19 | 距離測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61120912A true JPS61120912A (ja) | 1986-06-09 |
Family
ID=17089857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24249084A Pending JPS61120912A (ja) | 1984-10-25 | 1984-11-19 | 距離測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61120912A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63153419A (ja) * | 1986-12-18 | 1988-06-25 | Mitsutoyo Corp | 非接触変位計 |
| KR100657562B1 (ko) | 2005-12-26 | 2006-12-14 | 한국과학기술원 | 원뿔홈을 갖는 원통프리즘을 이용한 거리측정장치 |
-
1984
- 1984-11-19 JP JP24249084A patent/JPS61120912A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63153419A (ja) * | 1986-12-18 | 1988-06-25 | Mitsutoyo Corp | 非接触変位計 |
| KR100657562B1 (ko) | 2005-12-26 | 2006-12-14 | 한국과학기술원 | 원뿔홈을 갖는 원통프리즘을 이용한 거리측정장치 |
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