JPH0426685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学測定機に係り、特に、投影機や
測定顕微鏡に用いるのに好適な、拡大光学系とオ
ートフオーカス系を備え、測定対象物のエツジで
規定される形状を座標値として自動的に取込むこ
とにより測定する機能を有する光学測定機に関す
る。

〔従来の技術〕

投影機や測定顕微鏡の如く、載物台上に測定対
象物を載置し、拡大光学系で投影し、スクリーン
もしくは接眼レンズに形成されたヘアラインに測
定点の像が合致するように載物台を移動させて、
その移動量を特定することにより、測定対象物の
形状を測定する光学測定機が普及している。

このような光学測定機においては、測定点がヘ
アラインに合致したことを判定するのは肉眼であ
るため、個人誤差、測定能率等の点で問題があ
り、これを解消するため、測定点を自動的に検出
して電気的に座標の取込みを行うエツジ検出装置
が開発されている。

第５図は、出願人が特開昭61−128105で開示し
たエツジ検出装置を含む投影機を示したものであ
る。

この投影機においては、光源１からの光をコン
デンサレンズ２を介して載物台３の下方から、該
載物台３上の測定対象物４に照射する。その透過
光は、投影レンズ５を介してスクリーン６上に投
影され、該スクリーン６上に測定対象物４の画像
が結像される。この投影画像により、間接的に測
定対像物４の寸法測定等を行うのであるが、その
エツジを検出するためのエツジ１２が、スクリー
ン６と接するように設けられた透明板２２に固定
されている。このエツジ１２は、その受光面を投
影像の明暗のエツジが通過すると受光量が変化す
ることを利用して、エツジ信号を発生するように
構成されているため、図示しない測長エンコーダ
が組込まれた載物台３を移動させつつ、前記セン
サ１２から得られるエツジ信号で測長エンコーダ
の信号から得られた座標値を取込むことによつ
て、エツジで規定された測定対象物４の形状が、
能率的に個人誤差なく測定できる。

従つて、このような従来の光学測定機において
は、透過照明による像端面の位置検出等、測定す
べき形状が測定対象物４の輪郭そのもので、その
像がコントラストの高い鮮明な明暗のエツジから
形成されている場合等には良好なエツジ信号が得
られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、測定すべき形状が、第６図に示
す如く、測定対象物４の凹部８の直径Ｄであるよ
うな場合には、例えば透過照明系の代わりに落射
照明系を切換えて使用しても、その凹部８のエツ
ジ８Ａの像は明暗の差が少ないため、良好なエツ
ジ信号が得られず測定が困難となるという問題点
を有していた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくな
されたもので、測定すべき形状が、その像の明暗
の差が少ないエツジ部から形成されている場合に
も良好なエツジ信号を得ることができ、そのエツ
ジ信号を用いることにより測定対象物の制限を受
けることなく形状測定が可能であり、しかも、測
定対象物に集光するプローブ光の焦点がずれたと
しても、迅速且つ確実に焦点を合わせることがで
き、従つて測定点と拡大光学系との距離を常に一
定とすることができる光学測定機を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光学測定機において、落射照明系及
び拡大光学系と、前記落射照明系の照明光に重畳
して測定対象物の測定点に集光するようプローブ
光を照射する発光素子、該測定対象物から反射さ
れるプローブ光を２分し、且つ該２分されたプロ
ーブ光のそれぞれの焦点面から光軸上で互いに逆
方向に偏位させたピンホールを含む光学手段、該
光学手段からプローブ光を入射するようそれぞれ
のピンホールの背面に置かれた２つの受光素子を
含む焦点検出系と、該焦点検出系の２つの受光素
子からの出力を差動増幅して焦点信号を形成する
焦点信号回路、該焦点信号回路から出力された焦
点信号を遅延させて帰還信号を生成するＺ軸設定
回路、該Ｚ軸設定回路から出力される帰還信号に
よりＺ軸を駆動させるＺ軸駆動回路からなるオー
トフオーカス系と、前記焦点信号回路から出力さ
れた焦点信号の絶対値を求める絶対値変換器と参
照値の比較器から構成され、該焦点信号の絶対値
が所定の値を越えた時にエツジ信号を出力するエ
ツジ判定回路とを備え、測定対象物と前記拡大光
学系とを光軸に垂直な面内で相対移動させつつ、
前記エツジ信号の出力時に相対移動量を特定する
ことにより、測定対象物のエツジで形成される形
状の測定を行うようにして、前記目的を達成した
ものである。

〔作用〕

本発明においては、落射照明系の照明光に重畳
して測定対象物の測定点に集光するようプローブ
光を照射する発光素子、該測定対象物から反射さ
れるプローブ光を２分し、且つ該２分されたプロ
ーブ光のそれぞれの焦点面から光軸上で互いに逆
方向に偏位させたピンホールを含む光学手段、該
光学手段からプローブ光を入射するようそれぞれ
のピンホールの背面に置かれた２つの受光素子を
含む焦点検出系と、該焦点検出系の２つの受光素
子からの出力を差動増幅して焦点信号を形成する
焦点信号回路、該焦点信号回路から出力された焦
点信号を遅延させて帰還信号を生成するＺ軸設定
回路、該Ｚ軸設定回路から出力される帰還信号に
よりＺ軸を駆動させるＺ軸駆動回路からなるオー
トフオーカス系と、前記焦点信号回路から出力さ
れた焦点信号の絶対値を求める絶対値変換器と参
照値の比較器から構成され、該焦点信号の絶対値
が所定の値を越えた時にエツジ信号を出力するよ
うにしている。従つて、測定すべき形状が、その
像の明暗の差が少ないエツジ部から形成されてい
る場合にも、良好なエツジ信号が得られ、そのエ
ツジ信号を用いることにより測定対象物によらず
形状測定が可能となる。更に、測定対象物に集光
するプローブ光の焦点がずれたとしても、迅速且
つ確実に焦点を合わせることができ、従つて測定
点と拡大光学系との距離を常に一定とすることが
できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、実施例を投影機に適用した実施例の
全体構成を示したものである。

図において、載物台３上の測定対象物４は、落
射照明系３０の照明光３０Ａで照明され、その拡
大像が、拡大光学系の一例である投影レンズ５に
よつて、その結像画に位置するスクリーン６に投
影される。

前記載物台３は、Ｘ軸モータ３２Ｘ及びＹ軸モ
ータ３２Ｙによつて、投影レンズ５の光軸と垂直
な面内で移動可能であり、Ｘ軸検出器３４Ｘ、Ｙ
軸検出器３４Ｙからの電気信号をＸ軸カウンタ３
６Ｘ、Ｙ軸カウンタ３６Ｙでそれぞれ計数するこ
とにより、載物台３の投影レンズ５に対する座標
値が得られるようにされている。なお、載物台３
は、キーボード３８からの指令等によつて、
CPU４０でＸ−Ｙ軸設定回路４２、Ｘ−Ｙ軸駆
動回路４４を制御することによつて移動される。

前記落射照明系３０の照明系３０Ａに重畳し
て、オートフオーカス系４６の焦点検出系４８か
らプローブ光５０が照射され、ハーフミラー５
２，５４を介して測定対象物４上に集光されてい
る。

この測定対象物４から反射するプローブ光５０
を用いることによつて、焦点検出系４８、焦点信
号回路５６、Ｚ軸設定回路５８、Ｚ軸駆動回路６
０及びＺ軸モータ６２を含むオートフオーカス系
４６が形成されている。即ち、プローブ光５０が
測定対象物４上で集光する状態にあるように、Ｚ
軸モータ６２が作動してボールねじ機構等により
載物台３をＺ方向に上下することによつて、投影
レンズ５と測定点ｑとは常に一定の距離が保たれ
るようになつている。

又、前記焦点信号回路５６からは、焦点のずれ
は略比例する焦点信号Ｉが出力され、この焦点信
号ＩはＺ軸駆動回路６０にフイードバツクされる
と共に、エツジ判定回路６４に入力され、ある一
定のレベルを超えるとエツジ信号Ｋが出力される
ように構成されている。

第１図において、６６はメインバス、６８は表
示器、７０はプリンタである。

第２図は、前記実施例の焦点検出系４８、焦点
信号回路５６及びエツジ判定回路６４の具体的な
構成を示したものである。

前記焦点検出系４８において、レーザダイオー
ド４８Ａから照射されたプローブ光５０は、集光
レンズ４８Ｂで発散角が抑制され、ハーフミラー
５２，５４で一部反射された後、投影レンズ５に
より測定対象物４上の測定点ｑに集光される。測
定点ｑから反射されたプローブ光５０は、逆の経
路で焦点検出系４８に戻り、プローブ光５０を２
分する手段である回折格子４８Ｃによつて±１次
方向に一部が分離される。分離された一方の光軸
（図の左側）上では、焦点面の手前にピンホール
４８Ｄがあり、背面に受光素子４８Ｅがある。一
方、他方の光軸（図の右側）上では、焦点面の後
部にピンホール４８Ｆが設けられ、その背面に受
光素子４８Ｇがある。これら受光素子の前面には
レーザダイオードの波長に合わせて千渉フイルタ
等を設けてもよい。両受光素子４８Ｅ，４８Ｇの
出力は、それぞれプリアンプ４８Ｈ，４８Ｉで増
幅された後、焦点信号回路５６を構成する差動増
幅器５６Ａで差動増幅されて焦点信号Ｉが形成さ
れる。

前記エツジ判定回路６４は、焦点信号Ｉの絶対
値を求める絶対値変換器６４Ａと、参照値Vrの
の比較器６４Ｂとから構成されており、焦点信号
Ｉの絶対値が所定値Vrを超えた時にエツジ信号
Ｋを発生してメインバス６６に出力する。

前記Ｚ軸設定回路５８は、本実施例では遅延回
路的な作用を有するローバスのフイルタ回路５８
Ａから構成されており、該フイルタ回路５８Ａで
焦点信号Ｉを若千遅延させて帰還信号Ｊを生成し
Ｚ軸駆動回路６０に出力する。

以下、実施例の作用を説明する。

今、第３図Ａに示した状態から、載物台３をＸ
方向に移動させて、測定対象物４の凹部８の長さ
Ｌを測定する場合の、焦点信号Ｉ、帰還信号Ｊ及
びエツジ信号Ｋの変化状態は、第４図に示す如く
となる。

即ち、第３図Ａの状態から、測定点ｑが測定対
象物４の凹部８の入側エツジに対応するａ点を横
切ると、第２図において測定点ｑの位置が下がる
ため、焦点検出系４８において、プローブ光５０
は光軸上で焦点面より手面に集光するようにな
る。従つて、受光素子４８Ｅの出力の方が受光素
子４８Ｇの出力よりも大きくなり、第４図Ａに示
す如く、焦点信号Ｉは直ちに増大する。しかしな
がら、Ｚ軸設定回路５８に含まれるフイルタ回路
５８Ａは、急激な立上がり信号には応答しないロ
ーパスフイルタであるため、第４図Ｂに示す如
く、帰還信号Ｊは直ぐには追髄できず、Ｚ軸駆動
回路６０若千遅れて動作する。このため、第４図
Ａに示す如く、ａ点では、焦点信号Ｉの絶対値
が、エツジ判定回路６４の参照レベルVrよりも
大きくなつて、エツジ信号Ｋが立上がる（第４図
Ｃのｆ）。

この後、Ｚ軸駆動回路６０が作動するため、載
物台３は上昇して、第３図Ｂに示す如く、プロー
ブ光５が測定対象物４上で集光する位置で停止す
る。従つて、測定対象物４の凹部８の平面上のｂ
点では、第４図Ａに示す如く、焦点信号Ｉはほぼ
零となつている。

更に、載物台３がＸ方向に移動して測定対象物
４の凹部の出側エツジに対応するｃ点に到達する
と、焦点検出系４８における戻つてきたプローブ
光５０の集光位置は焦点面より後方になるため、
第４図Ａに示す如く、焦点信号Ｉは急減する。次
いで、ａ点と同様にまずエツジ信号Ｋが出力（第
４図Ｃのｇ）された後で、Ｚ軸駆動回路６０が作
動して、載物台３は焦点信号Ｉがほぼ零になるま
で下降する。

従つて、第４図Ｃに示す如く、ａ点及びｃ点に
おいてエツジ信号Ｋの立上がりｆ，ｇでCPU４
０に指令を行い、Ｘ軸カウンタ３６Ｘの値を読込
むことによつて、測定対象物４の凹部８の長さＬ
が測定できる。この測定値は、例えば第１図の表
示器６８やプリンタ７０で出力される。

なお、前記実施例は落射照明系のみを含むもの
を例示していたが、本発明の適用範囲はこれに限
定されず、本発明によるオートフオーカス系を用
いたエツジ検出と、従来の像の明暗の変化を利用
してエツジ信号を発生するセンサとを組合わせる
ことによつて、様々な測定対象物について自動的
に座標値を読込むことが可能となる。

又、前記実施例は、投影機的な構成であつた
が、例えば顕微鏡等にも適用できるものである。
この場合は、拡大光学系としては対物レンズが用
いられ、その中間像をオートフオーカス式の撮像
管等で中継することによりテレビモニタに映し出
して、その映像を見ながらキーボードから測定手
順等の指令を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、測定すべ
き形状が、その像の明暗の差が少ないエツジ部か
ら形成されている場合にも、良好なエツジ信号が
得られる。従つて、そのエツジ信号を用いること
によつて、測定対象物の制限を受けることなく、
形状測定が可能となる。更に、測定対象物に集光
するプローブ光の焦点がずれたとしても、迅速且
つ確実に焦点を合わせることができ、従つて測定
点と拡大光学系との距離を常に一定とすることが
できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が採用された投影機の実施例
の全体構成を示すブロツク線図、第２図は、前記
実施例のオートフオーカス系の構成を詳細に示す
ブロツク線図、第３図Ａ，Ｂは、前記実施例の作
用を説明するための要部断面図、第４図は、前記
実施例における各部信号波形の例を示す線図、第
５図は、従来のエツジ検出装置が採用された投影
機の一例の構成を示す光学系統図、第６図は、従
来例でエツジ検出が困難な測定対象物の形状の例
を示す斜視図である。 ３…載物台、４…測定対象物、５…投影レンズ
（拡大光学系）、６…スクリーン、３０…落射照明
系、ｑ…測定点、３４Ｘ…Ｘ軸検出器、３４Ｙ…
Ｙ軸検出器、３６Ｘ…Ｘ軸カウンタ、３６Ｙ…Ｙ
軸カウンタ、４６…オートフオーカス系、４８…
焦点検出系、４８Ａ…レーザダイオード、４８Ｃ
…回折格子、４８Ｄ，４８Ｆ…ピンホール、４８
Ｅ，４８Ｇ…受光素子、５０…プローブ光、５６
…焦点信号回路、Ｉ…焦点信号、５６Ａ…差動増
幅器、５８…Ｚ軸設定回路、６０…Ｚ軸駆動回
路、６２…Ｚ軸モータ、６４…エツジ判定回路、
Ｋ…エツジ信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 落射照明系及び拡大光学系と、 前記落射照明系の照明光に重畳して測定対象物
   の測定点に集光するようプローブ光を照射する発
   光素子、該測定対象物から反射されるプローブ光
   を２分し、且つ該２分されたプローブ光のそれぞ
   れの焦点面から光軸上で互いに逆方向に偏位させ
   たピンホールを含む光学手段、該光学手段からプ
   ローブ光を入射するようそれぞれのピンホールの
   背面に置かれた２つの受光素子を含む焦点検出系
   と、 該焦点検出系の２つの受光素子からの出力を差
   動増幅して焦点信号を形成する焦点信号回路、該
   焦点信号回路から出力された焦点信号を遅延させ
   て帰還信号を生成するＺ軸設定回路、該Ｚ軸設定
   回路から出力される帰還信号によりＺ軸を駆動さ
   せるＺ軸駆動回路からなるオートフオーカス系
   と、 前記焦点信号回路から出力された焦点信号の絶
   対値を求める絶対値変換器と参照値の比較器から
   構成され、該焦点信号の絶対値が所定の値を越え
   た時にエツジ信号を出力するエツジ判定回路とを
   備え、 測定対象物と前記拡大光学系とを光軸に垂直な
   面内で相対移動させつつ、前記エツジ信号の出力
   時に相対移動量を特定することにより、測定対象
   物のエツジで形成される形状の測定を行うことを
   特徴とする光学測定機。