JPH03209122A - 位置測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は被検物のオートフォーカスを行うために被検
物の位置を測定する位置測定装置に関する。

従来の技術とこの発明が解決しようとする課題 従来のオートフォーカス（自動合焦）機構はたとえば次
のような方式である。

［コントラスト検出方式］ 画像処理ユニットにより対象物の像のコントラストを検
出、すなわち像の鮮鋭度に関する量を検出する方式であ
る。画像処理ユニットのみで像の鮮鋭度に関する量を処
理してオートフォーカス用の情報を与えるが、１度の画
像入力のみではデフォーカスの距離と方ｌが判らない。

またオートフォーカスに時間メかかる。デフォーカスと
は、被検物の正確ｔ焦点からずれていることをいう。

［アクティブ方式］ たとえば位置検出ダイオードを用いたアごティプ測距方
式である（たとえば特開昭５１６４２０４号参照） このアクティブ方式のオートフォーカス番＝画像処理ユ
ニットとは別にオートフォーカ冫用の駆動装置や非点収
差等の修正装置を紹ｋまなくてはならない。

発明の目的 この発明はオートフォーカス精度が正確ｈつ安定し、最
短時間でオートフォーカスを１える位置測定装置を提供
することを目的としている。

発明の要旨 この発明は特許請求の範囲に記載の位置測定装置を要旨
としている。

課題を解決するための手段 第１図を参照する。

第１光学系１は一の方向から対象物Ｗを観察する合焦機
能を有する。

第２光学系２は他の方向から対象物Ｗを観察する合焦機
能を有する。

第１受光部３は第１光学系１から得られた対象物Ｗの像
を電気的に検出する。

第２受光部４は第２光学系２から得られた対象物Ｗの像
を電気的に検出する。

処理部５は第１受光部の出力と第２受光部の出力から対
象物の位置を求める。

第１合焦部１１は第２受光部２の出力から得た対象物位
置データで第１光学系１の合焦を行う。

第２合焦部１２は第１受光部１の出力から得た対象物位
置データで第２光学系２の合焦を行う。

作　　用 第１合焦部１１は、第２合焦部１２から得られた対象物
Ｗの位置データを基に第１光学系１の合焦を行う。第２
合焦部１２は、第１合焦部１１から得られた対象物Ｗの
位置データを基に第２光学系２の合焦を行う。

実　　施　　例 第１図と第２図Ａを参照する。

Ｗは観察する対象物である。

［第↓と第２光学系１、２］ 第工光学系１は対象物Ｗに向いており、光学軸は第１方
向Ｘに合せてある。第２光学系２は対象物Ｗに向いてお
り、光学軸は第２方向Ｙに合せてある。両者の光軸は直
交している。

第１受光部３は、第１光学系１の後方に設けられ、第１
光学系から得られた対象物Ｗの像を電気的に検出する。

一方、第２受光部４は第２光学系２の後方に設けられ、
第２光学系２から得られた対象物Ｗの像を電気的に検出
する。これら両受光部３、４はこの実施例ではＣＣＤカ
メラである。

［処理部５］ 処理部５は、第１光学部３と第２受光部４の出力から対
象物Ｗの位置を求める。処理部５はＣＣＤカメラ制御ユ
ニット（ＣＣＵ）６．７、画像処理ユニット８，９およ
び中央処理ユニット１０を有している。

第１受光部３は、カメラ制御ユニット６、画像処理ユニ
ット８を介して中央処理ユニット１０につながれている
。第２受光部４は、カメラ制御ユニット７、画像処理ユ
ニット９を介して中央処理ユニット１０につながれてい
る。

Ｌ第１と第２合焦部１１、１２コ 第１合焦部ｌ１はモータドライブ（ＭＤ）１３とモータ
１４を有している。モータドライブ１３は、２軸パルス
モータコントロールユニット（ＰＭＣ）１５を介して中
央処理ユニット１０に接続されている。第２合焦部１２
はモータドライブ（ＭＤ）１６とモータ１７を有してい
る。モータドライブ１６は２軸パルスモータコントロー
ルユニット１５を介して中央処理ユニット１０に接続さ
れている。

各モータ１４，１７はパルスモー夕であり、各々にボー
ルねじ１８．１９とナット２０．２１を有している。ボ
ールねじ１８はナット２０にかみ合い、ナット２ｏには
第１光学系１が固定されている。ボールねじ１９はナッ
ト２１にかみ合い、ナット２１には対象物Ｗの支持台２
２が固定されている。

モータｌ４を駆動すると、第１光学系１は光軸方向（Ｘ
方向）に沿って移動可能である。

モータ１７を駆動すると、第２光学系２に対して相対的
にワークＷを光軸方向（Ｙ方向）に沿って移動可能であ
る。実施例ではＸ方向は上下方向、Ｙ方向は水平方向で
ある。

［動　作コ 対象物Ｗがビデオヘッドである場合について説明する。

ビデオヘッドは第２図Ｂに示す構造のものである。６２
はギャップ、５０はヘッド端面、５１はヘッド上面であ
る。ビデオヘッドはデフォーカス量が限られている（極
小さい）ので用いる。

■フォーカス時の座標値の登録 第１光学系１を介して第１受光部３にビデオヘッドを写
し、フォーカスを合せる。第３図（Ａ）は第２図Ｂにお
いて矢印Ｘ方向にみたヘッドの像である。第３図（Ｂ）
は第２図Ｂにおいて矢印Ｙ方向にみたヘッドの像である
。第１光学系１がフォーカス時には、第３図（Ａ）に示
すように第１受光部３１にはヘッド端面５０が画像とし
て出る。黒い部分はヘッド上面５１である。第２光学系
２を介して第１受光部４にビデオヘッドを写し、フォー
カスを合せる。第２光学系２がフォーカス時には、第３
図（Ｂ）に示すように第２受光部４にはヘッドのギャッ
プトラック幅６ｏが画像として出る。

この第１光学系１と第２光学系２でフォーカスを合せた
ときに、各モータ１４，２２の位置、すなわち図示しな
い各モータのセンサからのステップ数と、第１受光部３
の画面におけるヘッド端面５０の座標値、並びに第２受
光部４の画面におけるギャップのトラック幅６０の上端
６５の座標値を、中央処理ユニット１０に登録する。

設定 各モータ１４．２２の基準位置は、対象物Ｗの寸法のバ
ラッキの範囲の中央にくるように設定しておく。各モー
タ１４，２２が基準となる位置では第１受光部３でのビ
デオヘッドの画面は、第４図（Ａ）の状態、すなわちデ
フォーカス状態である。一方第２受光部４でのビデオヘ
ッドの画面も、第４図（Ｂ）のような状態、すなわちデ
フォーカス状態である。

■２値化レベルの設定 ここでは、第１受光部３及び第２受光部４の出力からビ
デオヘッドの位置を検出できるように、２値化レベル線
を設定する。

第５図（Ａ）は第３図（Ａ）と同じ画面である。第５図
（Ｂ）は第３図（Ｂ）と同じ画面である。第５図（Ａ）
のビデオヘッドの画面に輝度レベル計測位置Ｌ１を設定
し、第５図（Ｂ）のビデオヘッドの画面に輝度レベル計
測位置Ｌ２を設定する。

第５図（Ｃ）はフォーカス時における第５図（Ａ）に対
応する輝度レベルを示している，第５図（Ｄ）はフォー
カス時における第５図（Ｂ）に対応する輝度レベルを示
している。

第５図（Ｅ）は、デフォーカス時における第４図（Ａ）
に対応する輝度レベルの曲線を示している。第５図（Ｆ
）は、デフォーカス時における第４図（Ｂ）に対応する
輝度レベルの曲線を示している。

第５図（Ｇ）は、第５図（Ｅ）のデフォーカス時の輝度
レベルの曲線を２値化した図である。第５図（Ｈ）は、
第５図（Ｆ）のデフォーカス時の輝度曲線を２値化した
図である。

ここで２値化レベル線Ｌ３Ｌ４は、フォーカス時はもち
ろんデフォーカス時にも正しくビデオヘッドの位置を検
出できるように経験的に設定されるものである。従って
、デフォーカスの状態でも略正しいエッジ位置を求める
ことにより、他方の光学系のデフォーカス量を知り、適
切な合焦制御を行える。

■フォーカス動作 第６図を参照する。

デフォーカス状態のままで測定を行い、第１光学系１の
第１受光部３の画面によりヘッド端面５０（第４図（Ａ
））の座標値Ｂ１を求める。同様にデフォーカス状態で
第２光学系２の第２受光部４の画面によりヘッドのギャ
ップのトラック幅上端６５（第４図（Ｂ））の座標値Ｂ
２を求める。

第１光学系１でのフォーカス時にすでに第１受光部３の
画面により登録したヘッド端面５０の座標値Ａ１から、
デフォーカス状態での第１光学系１でのヘッド端面５０
の座標値Ｂ１との差を求め、しかもこの差（Ａｌ−Ｂ１
）に第１光学系１の第１受光部３の１画素の大きさをか
ける。これによりデフォーカス量Ｄ１＝　（Ａｌ−Ｂｌ
）ＸＣＩが算出される。

このデフォーカス量Ｄ１は、第２光学系２のモータ移動
量に対応し、このデフォーカス量Ｄ１に対応してモータ
１７を駆動する。

第２光学系２でのフォーカス時にすでに第２受光部４の
画面により登録したヘッドのギャップトラック幅６０の
上端６５の座標値Ａ２からデフォーカス状態での第２光
学系２でのヘッドのギャップトラック幅６０の上端６５
の座標値Ｂ２との差を求める。そしてこの差（Ａ２−Ｂ
２）に第２光学系２の第２受光部４の１画素の大きさを
かける。これによりデフォーカス量Ｄ２−（Ａ２−Ｂ２
）ＸＣ２が算出される。

このデフォーカス量Ｄ２は第１光学系１のモータ移動量
に対応し、このデフォーカス量Ｄ２に対応してモータ１
４を駆動する。

以上のようにして第１光学系１１と第２光学系２のフォ
ーカス動作を終了する。

ところで第１と第２光学系は９０°の角度で配置するの
に限らない。

従来のコントラスト方式では、デフォー“カスの量と方
向は、１度画像を取り込むだけでは分からないが第１と
第２の光学系から得られるデータにより、互いの光学系
のデフォーカスの量と方向が検出できる。よってオート
フォーカスの所要時間を短縮できる。

第１と第２の光学系が双方とも測定の必要がなく、一方
をオートフォーカスのためのみに用いるのであれば、Ｃ
ＣＤカメラ、画像処理ユニットは、ラインセンサでも代
用可である。

発明の効果 この発明によれば、簡単な構成で他方の光学系のデフォ
ーカス量と方向を一度の画像入力により対象物の位置デ
ータを用いて検出でき、短時間でオートフォーカスでき
る。また第１と第２光学系を用いて合焦の精度を向上で
きる。また、特別なオートフォーカス用の装置を別途組
込まなくてもデフォーカス量と方向を一度の画像入力で
検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の位置測定装置の実施例を示す図、第
２図Ａは第１と第２光学系と対象物を示す図、第２図Ｂ
はビデオヘッドの例を示す斜視図、第３図は第１と第２
光学系におけるフォーカス時のビデオヘットの画像例を
示す図、第４図は第１と第２光学系におけるデフォーカ
ス時のビデオヘッドの画像を示す図、第５図（Ａ）は第
１光学系のフォーカス時のビデオヘッドの画像、第５図
（Ｂ）は第２光学系のフォーカス時のビデオヘッドの画
像、第５図（Ｃ）は第５図（Ａ）に対応する輝度レベル
を示す図、第５図（Ｄ）は第５図（Ｂ）に対応する輝度
レベルを示す図、第５図（Ｅ）は第４図（Ａ）のデフォ
ーカス時における輝度レベルの曲線を示す図、第５図（
Ｆ）は第４図（Ｂ）のデフォーカス時における輝度レベ
ルの曲線を示す図、第５図（Ｇ）は第５図（Ｅ）の輝度
レベルの曲線を２値化した図、第５図（Ｈ）は第５図（
Ｆ）の輝度レベルの曲線を２値化した図、第６図はフォ
ーカス動作説明図である。 １・・・・・・・・・第１光学系 ２・・・・・・・・・第２光学系 ３・・・・・・・・・第ｌ受光部 ４・・・・・・・・・第２受光部 ５・・・・・・・・・処理部 １１・・・・・・第１合焦部 １２・・・・・・第２合焦部 （Ａ） ５０ ／ （Ｂ） ６５ Ｆｉｇ．４ （Ａ） ５０ Ｆｉｇ。４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一の方向から対象物を観察する合焦機能を有する
   第１光学系と、 他の方向から対象物を観察する合焦機能を有する第２光
   学系と、 第１光学系から得られた対象物の像を電気的に検出する
   第１受光部と、 第２光学系から得られた対象物の像を電気的に検出する
   第２受光部と、 第１受光部の出力と第２受光部の出力から対象物の位置
   を求める処理部と、 を有し、 第２受光部の出力から得た対象物位置データで第１光学
   系の合焦を行う第１合焦部と、第１受光部の出力から得
   た対象物位置データで第２光学系の合焦を行う第２合焦
   部と、を有することを特徴とする位置測定装置。