JPH0436609A

JPH0436609A - 変位検出装置

Info

Publication number: JPH0436609A
Application number: JP14401690A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Doi; 土井　博雅; Yuuji Yuzunaka; 柚中　裕士
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-06

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〕本発明は、対象物の位置や傾きなどの変位を非接触で検
出する変位検出装置に関する。詳しくは、対象物に光を
照射し、その光を受光素子からなるセンサで受光して電
気信号に変換し、この信号に基づき、対象物の変位、例
えば位置や傾きなどを検出する変位検出装置に関する。

〔背景技術〕

成る対象物の位置などを非接触で検出する装置としては
、カメラのオートフォーカス機構に用いられている三角
測距式の電子距離計や、マイケルソン干渉計などが知ら
れている。

前者の電子距離計は、一対の測距用対物レンズを基線長
さだけ離して配置するとともに、各レンズに対応して受
光素子を配置し、両受光素子の出力が一致するようにい
ずれか一方のレンズを移動させ、両出力が一致したとき
のレンズの位置から対象物の距離（位置）を検出するも
のである。

後者のマイケルソン干渉計は、レーザ源から出射された
レーザ光をビームスプリッタで２つの光路に分岐し、そ
れぞれの光を第１１第２の反射鏡で反射させて再び同じ
光路へ戻し、ビームスプリッタを介して光検出器に入射
させるようにしたものである。ここで、予め、両度射鏡
からの反射光が光検出器に入るとき、両便射光の波面が
完全に一致するように調整されている。従って、例えば
第２の反射鏡が対象物とともに移動すれば、その移動距
離に応じて干渉縞が生じるので、その縞の数から対象物
の位置を検出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前者の電子距離計では、一対の測距用対物レ
ンズを基線長さだけ離して配置しなければならないため
、装置が大型化するという欠点かある。

また、後者のマイケルソン干渉・計は、一方の反射鏡を
対象物に直接または間接的に取り付けなければならない
ので、対象物が制限される。例えば、ワークの曲面にお
ける各部位を検出するようなことは不可能である。

ここに、本発明の目的は、このような従来の問題を全て
解消し、小型で、しかも、対象物に制限されることなく
対象物の位置や傾きなどの変位を検出することが可能な
変位検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

そのため、本発明では、光源およびこの光源からの光を
対象物に照射するレンズを有する光学系と、外周が円形
の内側受光素子およびこの内側受光素子と同心状に配置
された輪帯状の外側受光素子を有し、かつ、これら内側
受光素子および外側受光素子のいずれか一方が円周方向
に少なくとも４個以上に等分割された分割受光素子によ
って構成されたセンサと、このセンサに前記対象物に照
射された光を結像させる結像レンズと、前記センサの内
側受光素子の出力と外側受光素子の出力との差に対応し
た信号を出力する変位検出回路と、前記センサの分割受
光素子のうち、センサの甲心を通りかつ互いに直交する
軸線をそれぞれ境として区画される一方側分割受光素子
の出力と他方側分割受光素子の出力との差に対応した信
号を出力する傾き検出回路と、を具備したことを特徴と
する。

また、光源およびこの光源からの光を対象物に照射する
レンズを有する光学系と、外周が円形の内側受光素子お
よびこの内側受光素子と同心状に配置された輪帯状の外
側受光素子を有し、かつ、これら内（ＩＩＩ’受光素子
および外側受光素子が円周方向に少なくとも２個以上に
等分割された内側分割受光素子および外側受光素子によ
って構成されたセンサと、このセンサに前記対象物に照
射された光を結像させる結像レンズと、前記センサの内
側受光素子の出力と外側受光素子の出力との差に対応し
た信号を出力する変位検出回路と、前記センサの内側分
割受光素子および外側受光素子のうち、同一側でかつセ
ンサの中心を通る互いに直交する軸線をそれぞれ境とし
て区画される一方側分割受光素子の出力と他方側分割受
光素子の出力との差に対応した信号を出力する傾き検出
回路と、を具備したことを特徴とする。

〔作　用〕

光源からの光をレンズを介して対象物に照射すると、そ
の光は結像レンズを介してセンサで受光される。

ここで、例えば、光学系のレンズのフォーカス位置に対
象物が位置した状態において、センサの内側受光素子の
出力と外側受光素子の出力との差に対応した信号が基準
値になるように、予め、内側受光素子と外側受光素子と
の面積を設定、あるいは、一方側の出力に係数を乗じて
両出力を電気的に調整しておく。

この状態において、対象物がフォーカス位置より遠方に
あれば外側受光素子の受光量が増加し、逆に、対象物が
フォーカス位置より手前にあれば外側受光素子の受光量
が減少するので、両出力の差は基準値に対して変動する
から、その変動量から対象物の位置を検出することがで
きる。

また、対象物が光学系に対して傾いていると、互いに直
交する軸線をそれぞれ境として区画される一方側分割受
光素子の出力と他方側分割受光素子の出力とに差が生じ
るので、その差に対応する信号から対象物の傾きを検出
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の変位検出装置を顕微鏡に適用した実施例
について図面を参照しながら説明する。

夏土皇籏ｌ第１実施例を第１図〜第６図に示す。第６図は本実施例
の顕微鏡の概略構成を示している。同顕微鏡は、ハロゲ
ンランプからなる第１の光源１からの光を、コンデンサ
レンズ２、ハーフミラ−３および対物レンズ４を介して
載物台５上に載置された測定対象物６に照射し、その反
射光をハーフミラ−７および接眼レンズ８を介して観察
する構造である。ここに、光源１、レンズ２，４．８お
よびハーフミラ−３，７により、本実施例の光学系９が
構成されている。

前記対物レンズ４の光軸上には、ハーフミラ−１１が配
置されている。ハーフミラ−１１を通る光軸に対して直
交する位置には、コリメートレンズ１２を介してレーザ
ダイオードからなる第２の光源１３が配置されている。

また、前記対物レンズ４の光軸上には、センサ１４およ
びこのセンサ１４に前記反射光を結像させる結像レンズ
１５が配置されている。なお、センサ１４と結像レンズ
１５との間には、マスク１６が配置されている。

前記センサ１４は、第１図に示す如く、前記対物レンズ
４の光軸を中心として同心状に配置された内側受光素子
２１および外側受光素子２２とを備える。内側受光素子
２１は、外周が円形の心円形状に形成されている。外側
受光素子２２は、輪帯状に形成され、かつ、互いに直行
するＸおよびＹ軸線を分割線として、円周方向に４個に
等分割された分割受光素子２２、〜２２４によって構成
されている。これらの内側受光素子２１からの出力信号
および外側受光素子２２を構成する分割受光素子２２．
〜２２４からの出力信号は、アンプ２３．２４＋〜２４
４を介して増幅された後、信号処理回路２５へ与えられ
ている。

信号処理回路２５は、前記センサ１４の内側受光素子２
１の出力信号と外側受光素子２２の出力信号との差に対
応した信号を出力する変位検出回路３１と、前記Ｘおよ
びＹ軸線をそれぞれ境として区画される一方側分割受光
素子の出方と他方側分割受光素子の出力との差に対応す
る信号つまり測定対象物６の傾きに対応した信号を出力
する傾き検出回路４１と、前記外側受光素子２２を構成
する分割受光素子２２１〜２２４のうち直径方向に対向
する２つの分割受光素子の出力の差が所定値を越えたと
きに領域信号を出力する領域信号発生回路５１と、この
領域信号発生回路５１から領域信号が出力されているこ
とを条件として前記変位検出回路３１からの出力信号が
基準値に達したときにエツジ信号を出力するエツジ信号
発生回路としてのアンドゲート６１とから構成されてい
る。

前記変位検出回路３１は、前記各アンプ２４゜〜２４．
を通じて入力される分割受光素子２２゜〜２２．からの
出力信号の和を演算する和演算器３２と、この和演算器
３２の出力信号に係数αを乗算する乗算器３３と、この
乗算器３３の出力信号と前記アンプ２３を通じて入力さ
れる内側受光素子２１からの出力信号との差を演算する
差演算器３４と、この差演算器３４の出力信号とＯの基
準レベルの信号とを比較し、出力信号が基準レベル信号
より小さいとき子信号を、出力信号が基準レベル信号よ
り大きいとき一信号を、両者が一致したとき一致信号を
それぞれ出力するコンパレータ３５とから構成されてい
る。

コンパレータ３゛５の出力は、焦点位置調整装置３６へ
入力されている。焦点位置調整装置３６は、前記載物台
５を対物レンズ４の光軸線方向へ移動させるモータＭ　
ｚと、このモータＭ　ｚの駆動を制御するモータ駆動制
御回路３７とから構成されている。モータ駆動制御回路
３７は、前記コンパレータ３５からの信号に応じた方向
ヘモータＭｚを駆動させるとともに、一致信号か与えら
れたときその駆動を停止させる。つまり、変位検出回路
３１からの出力に基づき前記測定対象物６と光学系９と
を光学系９の焦点深度方向へ相対移動させるとともに、
変位検出回路３１からの出力が基準値に達したときに前
記相対移動を停止させる前記傾き検出回路４１は、アン
プ２４＋、２４２を通じて入力される分割受光素子２２
＋、２２２からの出力信号の和を演算する和演算器４２
と、アンプ２４ａ、２４４を通じて入力される分割受光
素子２２ａ、２２４からの出力信号の和を演算する和演
算器４３と、アンプ２４．．２４．を通じて入力される
分割受光素子２２１，２２４からの出力信号の和を演算
する和演算器４４と、アンプ２４□、２４．を通じて入
力される分割受光素子２２□、２２３からの出力信号の
和を演算する和演算器４５と、前記和演算器４２．４３
の出力信号の差つまり測定対象物６のＸ軸方向の傾きを
演算する差演算器４６と、前記和演算器４４，４５の出
力信号の差つまり測定対象物６のＹ軸方向の傾きを演算
する差演算器４７とから構成されている。

ここで、各差演算器４６．４７からの出力信号は、前記
載物台５を対物レンズ４の光軸線に対してＸおよびＹ軸
方向へ傾斜させるモータＭｘ、Ｍｙの駆動を制御するモ
ータ駆動制御回路４８へ入力されている。モータ駆動制
御回路４８は、前記差演算器４６．４７からの出力に基
づきモータＭｘ、Ｍｙをその方向へ駆動させる。

前記領域信号発生回路５Ｉは、アンプ２４１゜２４ｓを
通じて入力される分割受光素子２２１゜２２３からの出
力信号の差を演算する差演算器５２と、アンプ２４！、
２４４を通じて入力される分割受光素子２２．．２２４
からの出力信号の差を演算する差演算器５３と、各差演
算器５２，５３からの出力信号を基準レベルの信号Ｖｒ
ｅｆ（＋）。

Ｖｒｅｆ（−）と比較し出力信号か基準レベルの信号範
囲内にないときに領域信号を出力するウィンドコンパレ
ータ５４，５５と、いずれかのウィンドコンパレータ５
４．５５から領域信号が出力された際その信号を前記ア
ントゲート６１へ出力するオアーゲート５６とから構成
されている。

前記エツジ信号発生回路を構成するアンドケート６１は
、前記オアーゲート５６を通じて前記いずれかのウィン
ドコンパレータ５４，５５から領域信号が出力されてい
る間において、前記コンパレータ３５から一致信号が出
力されたときのみ、エツジ信号を出力する。

ここで、アンドゲート６１から出力されるエツジ信号は
、載物台５の移動に連動する変位検出装置７１に入力さ
れている。変位検出装置７１は、載物台５の移動量に応
じてパルス信号を発生するエンコーダ７２と、このエン
コーダ７２かう出力されるパルス信号を計数するカウン
タ７３と、このカウンタ７３の値を前記エツジ信号が与
えられたときにラッチするラッチ回路７４とから構成さ
れている。

次に、本実施例の作用を説明する。

まず、センサ１４の内側受光素子２１から得られる信号
をＡ、外側受光素子２２を構成する各分割受光素子２２
、〜２２．から得られる信号をＢ、〜Ｂ４とすると、変
位検出回路３１の差演算器３４の出力信号Ｓは、５＝Ａ−α（Ｂ＋　＋Ｂ２　＋Ｂ３　＋Ｂ４　）となる
。ここで、第２図（Ａ）に示す如く、対物レンズ４の焦
点位置に測定対象物６が位置したとき、つまりフォーカ
スが合ったとき、出力信号Ｓが基準値、ここでは０にな
るように、内側受光素子２１と外側受光素子２２を構成
する各分割受光素子２２、〜２２．との面積、あるいは
、乗算器３３の係数αを選択しておく。

また、ここで、外側受光素子２２を構成する分割受光素
子２２□〜２２．からの信号Ｂ１〜Ｂ４が互いに等しく
なるように、センサ１４の配置位置を調整し、センサ１
４の中心を光軸に一致させる。

（オートフォーカス動作）いま、第２図（Ｂ）に示す如く、対物レンズ４の焦点位
置に対して測定対象物６が遠方にあれば、外側受光素子
２２の受光量が増加するので、差演算器３４からは出力
信号ＳくＯかコンパレータ３５に与えられる。すると、
コンパレータ３５からは子信号がモータ駆動制御回路３
７へ与えられるので、そのモータ駆動制御回路３７を介
して載物台５が焦点位置に接近する方向ヘモータＭ　ｚ
が駆動される。これにより、対物レンズ４の焦点位置に
測定対象物６が達すると、つまりフォーカスが合うと、
出力信号Ｓが０になるので、モータＭｚの駆動が停止さ
れる。つまり、フォーカスが自動的に調整される。

逆に、第２図（Ｃ）に示す如く、対物レンズ４の焦点位
置に対して測定対象物６が手前にあれば、外側受光素子
２２の受光量が減少するので、差演算器３４からは出力
信号Ｓ〉０がコンパレータ３５に与えられる。すると、
コンパレータ３５からは一信号がモータ駆動制御回路３
７へ与えられるので、そのモータ駆動制御回路３７を介
して載物台５が焦点位置に接近する方向ヘモータＭｚか
駆動される。これにより、対物レンズ４の焦点位置に測
定対象物６が達すると、つまりフォーカスか合うと、出
力信号Ｓが０になるので、モータＭ　ｚの駆動が停止さ
れる。つまり、フォーカスが自動的に調整される。

（エツジ検出動作）いま、載物台５のＸ、　Ｙ軸方向への移動に伴って測定
対象物６のエツジ（例えば、暗部のエツジ）が、第３図
に示す如く、上方（第１図でＹ軸方向）へ移動する場合
を考えてみる。この場合、内側受光素子２１から得られ
る信号Ａは、第４図（Ａ）に示すように変化する。また
、外側受光素子２２を構成する各分割受光素子２２．〜
２２４から得られる信号Ｂ　ｌ−８４は、第４図（Ｂ）
に示すように変化する。

すると、これらの分割受光素子２２□〜２２４から得ら
れた信号Ｂ１〜Ｂ４は、変位検出回路３１の和演算器３
２で加算され、続いて、乗算器３３で係数αが乗算され
た後、差演算器３４の一方の入力端子へ入力される。つ
まり、差演算器３４の一方の入力端子には、第４図（Ｃ
）に示す信号が入力される。その結果、差演算器３４は
、第４図（Ａ）に示す信号Ａと第４図（Ｃ）に示す信号
との差を演算し、その差を出力信号Ｓとして出力する。

つまり、第４図（Ｄ）に示す信号を出力する。

また、分割受光素子２２□、２２３から得られた信号Ｂ
ｌ、Ｂ３は差演算器５２に、分割受光素子２２ｔ　、　
　２２４から得られた信号Ｂ２．Ｂ４は差演算器５３に
それぞれ入力される。その結果、差演算器５２からは信
号Ｂ＋、Ｂｓの差が出力信号Ｇ１としてウィンドコンパ
レータ５４に与えられる。また、差演算器５３からは信
号Ｂ２．Ｂ４の差が出力信号Ｇ２としてウィンドコンパ
レータ５５に与えられる。

ここでは、測定対象物、６のエツジが例えば第１図中Ｙ
軸方向へ移動しているので、差演算器５２゜５３からの
出力信号Ｇｌ、Ｇ２は、第４図（Ｅ）（Ｆ）に示すよう
に変化する。すると、各ウィンドコンパレータ５４，５
５は、差演算器５２，５３から与えられる出力信号Ｇ１
．Ｇ２と基準信号Ｖ　ｒｅｆ（＋）、　Ｖ　ｒｅｆ（−
）とを比較し、出力信号Ｇ　＋　＋Ｇ２が基準信号Ｖ　
ｒｅｆ（＋）、　Ｖ　ｒｅｆ（−）を越えている間だけ
Ｈレベルの出力信号Ｒ１，Ｒ２を出力する。

これらの信号Ｒ１，Ｒ２は、オアーゲート５６を通じて
アンドゲート６１の一方の入力端子に与えられる。従っ
て、アントゲート６１の一方の入力端子には、第４図（
Ｇ）に示す領域信号Ｒが入力される。

一方、前記差演算器３４から出力された出力信号Ｓは、
コンパレータ３５へ入力される。コンパレータ３５は、
差演算器３４からの出力信号Ｓが０の基準レベル信号に
対してクロスするときに、第４図（Ｈ’）に示すパルス
信号Ｐをアンドゲート６１の他方の入力端子に与える。

アンドゲート６１は、両入力端子に与えられる信号がと
もにＨレベルのときに、第４図（Ｉ）に示すような、例
えばｌＯμｓｅｃのエツジ信号Ｅを出力する。これによ
り、カウンタ７３の計数値かラッチ回路７４にラッチさ
れる。つまり、測定対象物６のエツジか検出されたとき
のカウンタ７３の値がラッチされる。

（傾き補正動作）例えば、第５図に示す如く、測定対象物６に傾きがあっ
た場合、分割受光素子２２１〜２２４における受光量が
互いに異なるので、これらの受光量の差から測定対象物
６の傾きを求めることができる。従って、その傾きを補
正すれば、測定対象物６の傾きを補正することができる
。

そこで、傾き検出回路４１では、和演算器４２において
分割受光素子２２．．２２□から得られた信号Ｂｌ、Ｂ
２の和を、和演算器４３において分割受光素子２２３，
２２４から得られた信号Ｂ３、Ｂ４の和を、和演算器４
４において分割受光素子２２１，２２４から得られた信
号Ｂｌ、Ｂ４の和を、和演算器４５において分割受光素
子２２１！、２２３から得られた信号Ｂ２．Ｂ３の和を
、それぞれ演算する。

差演算器４６は、和演算器４２．４３の出力信号の差を
求め、その差ΔＸをモータ駆動制御回路４８へ与える。

また、差演算器４７は、和演算器４４．４５の出力信号
の差を求め、その差Δｙをモータ駆動制御回路４８へ与
える。これにより、モータ駆動制御回路４８は、その差
ΔＸ、Δｙに基ついて各モータＭｘ、Ｍｙを駆動させ、
その差ΔＸ、Δｙがなくなった時点でモータＭｘ、Ｍｙ
の駆動を停止させる。

従って、本実施例によれば、光源１，１３からの光を対
物レンズ４を介して測定対象物６に照射するとともに、
その反射光をセンサ１４を構成する内側受光素子２１と
外側受光素子２２とで受光し、これら内側受光素子２１
の出力と外側受光素子２２の出力との差に対応した信号
を変位検出回路３１から出力するようにしたので、その
出力信号から測定対象物６の位置を検出することができ
る。よって、従来の電子距離計のように一対の測距用対
物レンズを配置しなくてもよく、また、マイケルソン干
渉計のように一方の反射鏡を対象物に間接または間接的
に取り付けなくてもよいので、小型で、しかも、対象物
に制限されることなく対象物の変位を検出することがで
きる。

また、１つのセンサ１４を利用して、フォーカスを自動
的に調整することができるとともに、測定対象物６のエ
ツジも検出することかできるので、従来の光学機器のよ
うにオートフォーカス機構とエツジ検出機構とを別々に
構成する場合に比へ、構造を簡素化できるとともに、部
品点数を削減することができる。このことは、コストダ
ンウかはかれるとともに、装置の小型化をはかることか
できる。また、組み立て調整か容易で、かつ、装置とし
ての信頼性を向上させることができる。

特に、オートフォーカス機構を、センサ１４と、変位検
出回路３１と、焦点位置調整装置３６とから構成したの
で、従来の投影機などのように投影レンズを挟んだ両側
に一対の測距用対物レンズを配置しなくてもよいので、
視野が制限されることがない上、測定対象物の脱着操作
にも支障が生じることもない。

また、外側受光素子２２を４個に等分割した分割受光素
子２２１〜２２４によって構成したので、これら分割受
光素子２２、〜２２４の出力信号の差から測定対象物６
の傾きを検出することができ、かつ、モータＭｘ、Ｍｙ
によってその傾きを補正することができる。

しかも、分割受光素子２２１〜２２４の出力信号が互い
に等しくなるように、センサ１４を配置すれば、センサ
１４の中心を光軸に一致させることができる。よって、
センサ１４の取り付は調整も簡単にできる。

なお、上記実施例では、測定対象物６の工・ソジが第１
図でＹ軸方向へ移動する場合について説明したが、測定
対象物６が第１図で−Ｘ軸方向へ移動する場合、あるい
は、斜めに移動する場合であっても、前記と同様にして
測定対象物６のエツジを検出することができる。

寒１大息■ 第２実施例を第７図に示す。なお、同図の説明に当たっ
て、第１実施例と同一構成要件については、同一符号を
付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

本実施例では、第１実施例におけるセンサ１４、変位検
出回路３１、傾き検出回路４１および領域信号発生回路
５１を、センサ１４Ａ、変位検出回路１３１、傾き検出
回路１４１および領域信号発生回路１５１に変更した点
を除き、第１実施例と同一である。

前記センサ１４Ａは、第１実施例と同様に、前記対物レ
ンズ４の光軸を中心として同心状に配置された内側受光
素子２１および外側受光素子２２とを備える。内側受光
素子２１は、外周が円形で、かつ、Ｙ軸線を分割線とし
て、２個に等分割された半円状の内側分割受光素子２１
１，２１２によって構成されている。外側受光素子２２
は、輪帯状に形成され、かつ、Ｘ軸線を分割線として、
円周方向に２個に等分割された外側分割受光素子２２１
．２２２によって構成されている。

前記変位検出回路１３１は、アンプ２３１，２３２を通
じて入力される分割受光素子２１□、２１２からの出力
信号の和を演算する和演算器１３２と、アンプ２４１．
２４□を通じて入力される分割受光素子２２□、２２□
からの出力信号の和を演算する和演算器１３３と、この
和演算器１３３の出力信号に係数αを乗算する乗算器１
３４と、この乗算器１３４の出力信号と前記和演算器１
３２の出力信号との差を演算する差演算器１３５と、こ
の差演算器１３５の出力信号と０の基準レベル信号とを
比較し、出力信号が基準レベル信号より小さいとき子信
号を、出力信号が基準レベル信号より大きいとき一信号
を、両者が一致したとき一致信号をそれぞれ出力するコ
ンパレータ１３６とから構成されている。

前記傾き検出回路１４１は、アンプ２３１，２３２を通
じて入力される分割受光素子２１□、２１□からの出力
信号の差を演算する差演算器１４２と、アンプ２４＋、
２４ｇを通じて入力される分割受光素子２２１，２２２
からの出力信号の差を演算する差演算器１４３とから構
成されている。

前記領域信号発生回路１５１は、前記傾き検出回路１４
１と、この傾き検出回路１４１の差演算器１４２，１４
３からの出力信号を基準レベルの信号Ｖ　ｒｅｆ（＋）
、　Ｖ　ｒｅｆ（−）と比較し出力信号か基準レベルの
信号範囲内にないときに領域言号を出力するウィンドコ
ンパレータ１５２．１５３と、いずれかのウィンドコン
パレータ１５２，１５３から領域信号が出力された際そ
の信号を前記アントゲ−１−６１へ出力するオアーゲー
ト１５４とから構成されている。

従って、この場合には、センサ１４Ａの内側分割受光素
子２１１，２１２から得られる信号をＡ１１Ａ２、外側
分割受光素子２２□、２２２から得られる信号をＢｌ、
Ｂ２とすると、変位検出回路１３１の差演算器１３５の
出力信号Ｓは、Ｓ＝　（Ａ１＋Ａ２　）−α（Ｂｌ　十
Ｂ２　）となる。ここで、第２図（Ａ）に示す如く、対
物レンズ４の焦点位置に測定対象物６が位置したとき、
つまりフォーカスが合ったとき、出力信号Ｓが基準値、
ここでは０になるように、内側分割受光素子２１□、２
１２と外側分割受光素子２２１、２２２との面積、ある
いは、乗算器１３４の係数αを選択しておく。

（オートフォーカス動作）この実施例の場合でも、対物レンズ４の焦点位置に対し
て測定対象物６か遠方にあれば、外側受光素子２２の受
光量が増加するので、差演算器１３５からは出力信号Ｓ
〈０が、逆に、対物レンズ４の焦点位置に対して測定対
象物６が手前にあれば、外側受光素子２２の受光量が減
少するので、差演算器１３５からは出力信号Ｓ〉０が、
それぞれコンパレータ１３６に与えられる。従って、第
１実施例と同様にして、モータ駆動制御回路３７を介し
て載物台５が焦点位置に達したときにモータＭｚの駆動
が停止される。つまり、フォーカスが自動的に調整され
る。

（傾き補正動作・エツジ検出動作）内側分割受光素子２１＋、２１□からの出力信号Ａｔ、
Ａ２の差ΔＸが差演算器１４２によって、外側分割受光
素子２２．．２２□からの出力信号Ｂｌ、Ｂ２の差Δｙ
が差演算器１４３によって、それぞれ演算されるから、
これらの差ΔＸ、Δｙを基に測定対象物６の傾きを補正
することができる。

同時に、これらの差ΔＸ、Δｙがウィンドコンパレータ
１５２，１５３に入力されているから、第１実施例と同
様にして、測定対象物６のエツジを検出することかでき
る。

従って、第２実施例でも、第１実施例で述べた効果を奏
することができほかに、信号処理回路２５を簡略化でき
る利点がある。

なお、上記第１および第２実施例では、センサ１４．１
４Ａを構成する外側受光素子２２のみを輪帯状としたか
、内側受光素子２１および外側受光素子２２を共に輪帯
状としてもよい。

また、上記第１実施例では、外側受光素子２２を４個に
等分割したが、内側分割受光素子２１を４個に等分割し
てもよい。その際、分割数についても、４個以上であれ
ばよい。更に、上記第２実施例では、内側受光素子２１
および外側受光素子２２を共に２個に等分割したが、分
割数は２個以上であればよい。

また、上記各実施例において、変位検出回路３１．１．
３１の差演算器３４，１３５からの出力信号をデジタル
信号に変換し、これをデジタル表示させることもできる
。このようにすれば、光学系９の焦点位置を基準として
、現在の測定部位までを距離を表示させることができる
。つまり、Ｚ軸方向の変位を検出することかできる。更
に、傾き検出回路４１，１４１の差演算器４６．４７．
１４２．１４３からの出力をデジタル信号に変換し、こ
れをデジタル表示させれば、測定対象物６のＸおよびＹ
軸方向の傾きも表示させることができる。

また、上記各実施例では、測定対象物６からの反射光を
利用したが、透過光を利用するようにしてもよい。更に
、上記各実施例は、顕微鏡に適用した例であるか、本発
明は、これに限られるものでなく、対象物の変位を非接
触で検出する装置−般に利用することかできる。

例えば、これを三次元測定機などのプローブとして用い
、変位検出回路３１，１３１からの出力信号か常に基準
値になるように、測定対象物と光学系９とを相対移動さ
せれば、プローブをワークの測定曲面などに対して一定
の距離を隔てて非接触で移動させることができる、いわ
ゆる倣い測定が可能である。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、光源からの光をレンズを
介して対象物に照射するとともに、その光をセンサを構
成する内側受光素子と外側受光素子とで受光し、これら
内側受光素子の出力と外側受光素子の出力との差に対応
した信号を出力するように七だので、その出力信号から
対象物の位置を検出することができる。よって、従来の
電子距離計のように一対の測距用対物レンズを配置しな
まくもよく、また、マイケルソン干渉計のように一方の
反射鏡を対象物に間接または間接的に取り付けなくても
よいので、小型で、しかも、対象物に制限されることな
く対象物の変位を検出することができる。また、内側受
光素子および外側受光素子のうち、互いに直交する軸線
をそれぞれ境として区画される一方側分割受光素子の出
力と他方側分割受光素子の出力との差に対応する信号を
出力するようにしたので、その出力信号から対象物の傾
きを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は主に電気的構成を示す回路図、第２図はオートフォ
ーカス動作を説明するための図、第３図はエツジ検出動
作を説明するための図、第４図はそのときの信号の流れ
を示すタイミングチャート、第５図は測定対象物が傾い
たときの状態を示す図、第６図は顕微鏡の概略構成を示
す図である。第７図は本発明の第２実施例を示す回路図
である。６・・・測定対象物、９・・・光学系、１４．１４Ａ・
・・センサ、１５・・・結像レンズ、２Ｉ・−・内側受
光素子、２　ｉ＋　、　　２　Ｉｔ・・・内側分割受光
素子、２２・・・外側受光素子、２２．．２２□、２２
３，２２４・・・外側分割受光素子、３１，１３１・・
・変位検出回路、４１．１４１・・・傾き検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源およびこの光源からの光を対象物に照射する
レンズを有する光学系と、外周が円形の内側受光素子およびこの内側受光素子と同
心状に配置された輪帯状の外側受光素子を有し、かつ、
これら内側受光素子および外側受光素子のいずれか一方
が円周方向に少なくとも４個以上に等分割された分割受
光素子によって構成されたセンサと、このセンサに前記対象物に照射された光を結像させる結
像レンズと、前記センサの内側受光素子の出力と外側受光素子の出力
との差に対応した信号を出力する変位検出回路と、前記センサの分割受光素子のうち、センサの中心を通り
かつ互いに直交する軸線をそれぞれ境として区画される
一方側分割受光素子の出力と他方側分割受光素子の出力
との差に対応した信号を出力する傾き検出回路と、を具備したことを特徴とする変位検出装置。
（２）光源およびこの光源からの光を対象物に照射する
レンズを有する光学系と、外周が円形の内側受光素子およびこの内側受光素子と同
心状に配置された輪帯状の外側受光素子を有し、かつ、
これら内側受光素子および外側受光素子が円周方向に少
なくとも２個以上に等分割された内側分割受光素子およ
び外側受光素子によって構成されたセンサと、このセンサに前記対象物に照射された光を結像させる結
像レンズと、前記センサの内側受光素子の出力と外側受光素子の出力
との差に対応した信号を出力する変位検出回路と、前記センサの内側分割受光素子および外側受光素子のう
ち、同一側でかつセンサの中心を通る互いに直交する軸
線をそれぞれ境として区画される一方側分割受光素子の
出力と他方側分割受光素子の出力との差に対応した信号
を出力する傾き検出回路と、を具備したことを特徴とする変位検出装置。