JPH09210620A

JPH09210620A - 面位置検出装置

Info

Publication number: JPH09210620A
Application number: JP8019867A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Naganuma; 義広長沼; Hitoshi Usami; 仁宇佐美; Akira Takahashi; 顕高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】広い位置決め応答範囲を有し、裏面反射
のある透明体の被検物や、検出すべき面の幅が狭い被検
物でも精度良く検出できる面位置検出装置を提供するこ
と。【解決手段】光源の光を被検物表面に投射する投光部
と、前記投射された光の被検物表面による反射光を受光
して、前記被検物と焦点位置検出装置との距離変化に応
じてセンサ面上を変位する前記反射光の位置を検知し
て、前記位置に応じた信号を出力する受光部とを備える
面位置検出装置において、前記受光素子（２６）は、直
線状に配置された、少なくとも４つの領域（ＳＡ〜Ｓ
Ｄ）によって構成し、前記受光素子の最も外側を含まな
い、２つの隣接した領域（ＳＢ、ＳＣ）からの信号によ
って面位置が所定位置にあることを検出する検出信号Ｓ
を生成すると共に、前記２つの領域とその両側に連続す
る夫々１つ以上の領域からの信号によって、面位置のず
れ方向を表すずれ方向信号Ｚを生成する信号処理部を備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面位置検出装置に
関し、特に光学機器のオートフォーカスや被検物面高さ
測定に用いる非接触式面位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非接触式面位置検出装置として、三角測
量方式の装置が知られている。図７は従来装置の原理の
説明図であり、図８は図７の装置のセンサ及び信号波形
の説明図である。この装置９では、例えばレーザーダイ
オード等の光源１からの光を投影レンズ２によって被検
物表面３に光点４として投射し、被検物表面３で反射さ
れた光を集光レンズ５で集光して、２分割センサ６上に
光点像７を形成する。２分割センサ６は、図８に示すよ
うに狭いギャップをもって隣接する２つの領域、ＳＡ´
及びＳＢ´からなるフォトダイオード２分割センサであ
る。

【０００３】被検物表面３と装置９との距離Ｋが変化す
ると、センサ６上での光点７の位置が変化し、２分割セ
ンサ６の２つの領域ＳＡ´及びＳＢ´からの光電変換信
号（それぞれ、Ａ´及びＢ´）が変化する。信号Ａ´に
ついて説明すると、（イ）では光点７が領域ＳＡ´の外
にあるので出力０である。光点７が領域ＳＡ´に差し掛
かると徐々に出力を増し、光点７が領域ＳＡ´に含まれ
ると最大出力となる（ロ）。そして、光点７が領域ＳＡ
´から離脱する時に出力は徐々に減じ（ハ）、離脱後は
出力０となる。信号ＳＢ´はこの逆の経過をたどる。

【０００４】被検物表面３が装置９から所定の距離Ｋ０
の位置に来た時に、光点７が領域ＳＡ´及びＳＢ´の中
央にある（（ハ）の状態）ように装置９は調整される。
従って、被検物表面３が装置９から所定の距離Ｋ０の位
置に来た時に、両信号の差分（Ａ´−Ｂ´）は０とな
る。装置９は、距離Ｋを変化させる駆動装置８、及び距
離Ｋの変化量を検出する位置読み取り装置１０と、セン
サ６の信号を処理して、（Ａ´−Ｂ´）なる差信号と、
Ａ´−Ｂ´＝０且つＡ´＋Ｂ´＞Ｔ´（但し０＜Ｔ´＜
Ａ´＋Ｂ´の最大値）なる時に検出信号Ｓ´を出力する
信号処理装置５０とを備えている。そこで、距離Ｋを所
定の値Ｋ０の前後に変化させ、検出信号Ｓ´によって位
置読みとり装置１０の値をコンピュータで読み取り、面
の位置を求める。これは、例えば基準面に対する面の高
さ測定に利用され、必要に応じて被検物の交換や、測定
位置を変える為の被検物移動が行われる。

【０００５】又、求めた面の位置（検出信号Ｓ´によっ
て読み取った位置読みとり装置１０の値）に基づいて決
めた所定の位置（例えば、図７のＫが所定の値となる位
置）を目標位置として駆動装置８を駆動する制御装置を
設けて、装置９が取り付けられた装置を所定の位置に位
置決めすることもできる。これを光学装置の自動焦点合
わせに用いる場合、光学装置の焦点深度程度の精度で位
置決めすれば良い。この方法は、後述の差信号によって
駆動装置８を駆動する位置決めに較べ、位置決め動作中
の外乱光の影響を受け難い。

【０００６】しかしながら、このような従来装置では、
被検物が、例えば板ガラスのような透明体の場合、被検
物表面からの反射光による光点と共に、透明体の裏面か
らの反射光による光点が２分割センサ６上に形成され、
検出信号はその影響を受けて検出位置がずれる。（２つ
の光点の光量比で重み付けられた重心位置が検出され
る。）更に、検出すべき面の幅が狭い被検物では、光点
４の検出すべき面からはみ出した部分の光が、検出面以
外の面で反射されて２分割センサ６上に集光され、その
影響によって検出位置がずれるという欠点があった。

【０００７】このような欠点を改善するために、特開平
３−２９１５１２号公報に開示された装置がある。図１
０に示したこの装置は、レーザーダイオード１２からの
レーザー光を測定対象に照射し、照射方向とは異なる方
向で測定対象からの反射光を受けて測定対象上の照射点
の像を受光素子１７上に作り、受光素子１７上の照射点
の像の動きより測定対象の位置を検出する変位計であっ
て、受光素子１７の受光面における受光を部分的に制限
する手段１８、１９を備えて、受光面に入射する光のう
ち、裏面反射による光を遮断するものであるが、この装
置では、面位置の検出可能範囲が極端に狭くなり、前記
応答範囲を拡大したいという希望と相容れない。

【０００８】又、別の用法として差信号（Ａ´−Ｂ´）
に比例した駆動速度で駆動装置８を駆動し、装置９を面
から所定の距離（Ｋ＝Ｋ０）の位置に位置決めすること
ができる。この場合、位置決めに用いる前記差信号を出
来るだけ広い範囲で得る（応答範囲を拡大する）ため
に、２分割センサ６は光点の大きさに較べ、大きいサイ
ズのものが使用される。この方法は、例えば光学機器の
自動焦点合わせ等、装置９を備えた装置を面から所定の
位置に位置決めする目的に利用される。この方法は、前
述の検出した面位置に基づいて決めた所定の位置に装置
９を位置決めする方法に対して、信号処理装置５０が簡
単に構成できる、コンピュータを必要としない等の利点
がある。

【０００９】勿論、上記何れの場合も、駆動装置８を被
検物を保持する装置側に設けて、被検物表面３の位置を
変えても良い。しかし、この場合に於いては、光点７が
領域ＳＡ´（ＳＢ´）に含まれている間は信号Ａ´（Ｂ
´）は一定値なので、差信号（Ａ´−Ｂ´）は所定位置
の近傍以外では正又は負の一定値（図７参照）となる。
この為、ずれ方向は判るがずれの大きさは判らない。そ
こで、所定位置での減速停止を考慮して最大駆動速度を
決めていた。その結果、面の位置が所定位置から大きく
ずれていても駆動速度を上げることができず、位置決め
に時間がかかるという欠点もあった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広い
位置決め応答範囲を有し、透明体や幅の狭い被検物でも
精度良く検出できる面位置検出装置を提供すること、位
置決め時間の短い面位置検出装置を提供すること、及び
前記各装置を最良の状態に容易に調整する方法を提案す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、光源の光を被検物表面に投射する投光部（１、２）
と、前記投射された光の被検物表面による反射光を受光
して、前記被検物と面位置検出装置との距離変化に応じ
て受光素子（２６）上を変位する前記反射光の位置を検
知して、前記位置に応じた信号を出力する受光部（５、
２６）とを備える面位置検出装置において、前記受光素
子（２６）を、直線状に配置された、少なくとも４つの
領域（ＳＡ〜ＳＤ）で構成し、前記受光素子（２６）の
最も外側を含まない、２つの隣接した領域（ＳＢ、Ｓ
Ｃ）からの信号によって面位置が所定位置にあることを
検出する検出信号（Ｓ）を生成すると共に、前記２つの
隣接する領域（ＳＢ、ＳＣ）、及びその外側に連続す
る、夫々１つ以上の領域（ＳＢ、ＳＣ）からの信号によ
って、面位置のずれ方向を表す、ずれ方向信号（Ｚ）を
生成する信号処理部（１００）を設けた。

【００１２】請求項２に記載の発明では、光源の光を被
検物表面に投射する投光部（１、２）と、前記投射され
た光の被検物表面による反射光を受光して、前記被検物
と面位置検出装置との距離変化に応じて受光素子（２
６）上を変位する前記反射光の位置を検知して、前記位
置に応じた信号を出力する受光部（５、２６）とを備え
る面位置検出装置において、前記受光素子（２６）を、
直線状に配置された、少なくとも４つの領域（ＳＡ〜Ｓ
Ｄ）で構成し、前記受光素子（２６）の最も外側を含ま
ない、２つの隣接した領域（ＳＢ、ＳＣ）からの信号、
及びその外側に連続する、夫々１つ以上の領域（ＳＡ、
ＳＤ）からの信号によって、面位置のずれ方向を表す、
ずれ方向信号（Ｚ）を生成する信号処理部（１００）を
備え、前記信号処理部（１００）に各領域（ＳＡ〜Ｓ
Ｄ）からの信号を増幅して前記信号処理部（１００）の
後段に出力する増幅器（３２ａ〜３２ｄ）を設けると共
に、該各増幅器（３２ａ〜３２ｄ）の増幅率を前記２つ
の隣接する領域から離れる程大きな増幅率となるように
調整し、前記ずれ方向信号（Ｚ）が、面位置の基準位置
に対するずれの大きさに応じて変化するようにした。

【００１３】請求項３に記載した如く、請求項１〜請求
項２の何れに於いても、前記受光素子（２６）は、前記
受光素子上の光点の大きさにほぼ等しい前記２つの隣接
する領域と、領域の配列方向により長い領域とを含むこ
とが好ましい。請求項４に記載の発明では、隣接する２
つの光電変換領域（ＳＢ、ＳＣ）からなる受光素子を有
し、前記受光素子からの信号を処理して、前記受光素子
上に形成された光点が所定の位置にあることを検出する
光点位置検出装置において、前記受光素子の前記領域の
両外側に隣接して、夫々１つ以上の光電変換領域（Ｓ
Ａ、ＳＤ）を設けて、以下の工程を含んで調整する。

【００１４】前記受光素子又は前記光点を前記領域の
配列方向に移動して、前記受光素子の最も外側の領域を
含まない、２つの隣接する領域からの信号の差を“０”
にする工程。前記受光素子又は前記光点を前記配列方向の直角方向
に移動して、前記２つの隣接する領域からの信号の和を
“最大”にする工程。

【００１５】前記受光素子を光軸方向に移動して、又
は前記光点の大きさを調節して前記２つの隣接する領域
の両外側に隣接する２つの領域を含む、前記２つの隣接
する領域以外からの信号の和を“最小”にする工程。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１〜図４は本発明の１実施形態
の説明図であり、図２は全体構成の説明図、図１は信号
処理の概要を示すブロック図、図３は信号波形図、図４
は裏面反射の有る場合の波形図である。図２に於いて、
図５の従来装置と同一の部材には同一符号を付した。光
源１から放射された光が投光光学系２によって集光さ
れ、被検物表面３上に斜めに投射され光点４を形成す
る。被検物表面３で反射した光は受光光学系５で集光さ
れる。センサ２６は図１に示したように、直線状に配置
された４つの領域ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤからり、領域
ＳＢと領域ＳＣとを合わせた大きさとほぼ同じ大きさの
光点像７を形成する。被検物表面３と面位置検出装置２
９との距離Ｋの変化につれて、光点７の位置がセンサ２
６の各領域の配列方向に変化する。

【００１７】センサ２６からの信号は信号処理部１００
に入力される。信号処理部１００は、被検物表面３と装
置９との距離Ｋが所定値Ｋ０になった時に検出信号Ｓ
を、それ以外の時は、被検物表面３が所定距離Ｋ０に対
して大きい側（Ｋ＞Ｋ０）にある場合と、小さい側（Ｋ
＜Ｋ０）にある場合とを識別するずれ方向信号Ｚとを出
力する。

【００１８】次に、信号処理部１００の詳細を図１によ
って説明する。センサ２６はＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの
４つの領域で構成される。各領域からの信号ａ、ｂ、
ｃ、ｄは、それぞれ電流−電圧変換アンプ３２ａ、３２
ｂ、３２ｃ、３２ｄで増幅され、それぞれ信号Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとなる。ここで、各アンプ３２ａ〜３２ｄの変換
定数（ゲイン定数）は等しく設定されている。加算器３
３に信号Ａ及びＢが入力され、和信号（Ａ＋Ｂ）が出力
される。減算器３４に信号Ｂ及びＣが入力され、差信号
（Ｂ−Ｃ）が出力される。加算器３５に信号Ｂ及びＣが
入力され、和信号（Ｂ＋Ｃ）が出力される。加算器３６
に信号Ｃ及びＤが入力され、和信号（Ｃ＋Ｄ）が出力さ
れる。減算器３７に加算器３３及び３６の出力が入力さ
れ、差信号（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））が出力される。
この差信号（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））が前述のずれ方
向信号Ｚである。

【００１９】３８は０Ｖを出力する基準電圧発生器、３
９は和信号（Ｂ＋Ｃ）の最大値より低い所定の電圧ＴＶ
を出力する基準電圧発生器である。４０は電圧比較器
で、減算器３４の出力（Ｂ−Ｃ）（以下、差信号と言
う）及び基準電圧発生器３８の出力（０Ｖ）を入力と
し、両者が等しい、即ちＢ−Ｃ＝０の時に信号を出力す
る。４１は電圧比較器で、加算器３５の出力（Ｂ＋Ｃ）
（以下、和信号と言う）及び基準電圧発生器３９の出力
（ＴＶ）を入力とし、Ｂ＋Ｃ＞Ｔの時に信号を出力す
る。トリガー信号発生器４３は２つの電圧比較器４０、
４１の出力を入力とし、両信号のアンド信号を出力す
る。つまり、Ｂ−Ｃ＝０、且つＢ＋Ｃ＞Ｔの時にトリガ
ー信号が出力される。このトリガー信号が前述の検出信
号Ｓである。検出信号Ｓは、被検物表面３と装置２９と
の距離Ｋの変化量を検出する位置読み取り装置４０のカ
ウンタ４４に入力され、検出信号Ｓが入力された瞬間の
カウンタ４４の値が図示しないコンピュータに読み取ら
れる。。これを高さの異なる複数の面について行えば、
夫々の面に対するカウンタ４４の値から各面の間隔が知
れる。

【００２０】ここで、距離Ｋの変化に伴うセンサ２６上
の光点７の位置変化による、信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及び差
信号、並びに和信号の波形を図３に示す。光点７が図３
の上方から領域ＳＡに差し掛かると信号Ａは徐々に増大
し、光点７が領域ＳＡに含まれている間（イ）、最大出
力となる。光点７が領域ＳＡから離脱するにつれて信号
Ａは徐々に減じ（ロ）、離脱すると出力は０となる
（ハ）〜（ホ）。一方、光点７は領域ＳＡからの離脱に
つれて領域ＳＢに進入し、信号Ｂが徐々に増大する
（ロ）。つまり、ＳＡ〜ＳＤの隣接する領域の、一方か
らの信号の減少と他方からの信号の増大が同時に進行す
る。被検物表面３が装置２９から所定の距離Ｋ０の位置
に来た時に、光点７が領域ＳＢ及びＳＣの中央にある
（（ハ）の状態）ように装置２９は調整される。従っ
て、被検物表面３が装置２９から所定の距離Ｋ０の位置
に来た時に、Ｂ＝Ｃとなる。

【００２１】差信号は、光点７が領域ＳＡにある時は出
力０である。光点７が領域ＳＢに差し掛かると出力が徐
々に正側に増大し、光点７が領域ＳＣに差し掛かると減
少に転ずる（ロ）。そして、光点７が領域ＳＢと領域Ｓ
Ｃの中央に来た時に、出力は０をよぎる（ハ）。その
後、出力は負側に増大して、光点７が領域ＳＢから離脱
すると出力は減少に転ずる（ニ）。そして、光点７が領
域ＳＤに来ると出力は０となる（ホ）。

【００２２】一方、和信号は、光点７が領域ＳＡにある
時は出力０である。光点７が領域ＳＢに差し掛かると出
力が徐々に正側に増大し、光点７が領域ＳＢと領域ＳＣ
の中央に来た時に、出力は最大となる。その後、出力は
減少に転じ、光点７が領域ＳＤに来ると出力は０とな
る。和信号の波形図中に基準電圧発生器３９の出力Ｔを
記した。出力Ｔのレベルは、基準電圧発生器３９を調整
して変えることができ、和信号に含まれるノイズレベル
よりも高く、和信号の最大値よりも低いレベルに設定さ
れる。光点７が領域ＳＢと領域ＳＣの中央に来た時にＢ
−Ｃ＝０となり、トリガー信号発生器４３から検出信号
Ｓが出力される（差信号及び和信号の波形図参照）。こ
の時、装置９は被検物表面３から所定の距離の位置にあ
る。

【００２３】次に、裏面反射のある被検物の場合を説明
する。図４は、かかる場合の信号Ｂ、Ｃ、及び差信号並
びに和信号である。７は被検物表面３での反射光による
センサ２６上の光点であり、１１は被検物の裏面からの
反射光によってセンサ２６上に形成された光点である。
光点７の大きさを領域ＳＢとＳＣとを合わせた大きさと
ほぼ等しくしたから、裏面反射による光点１１も領域Ｓ
ＢとＳＣとを合わせた大きさとほぼ等しい。従って、光
点７が領域ＳＢとＳＣの中央にある時には裏面反射によ
る光点１１はセンサ２６の他の領域にある。裏面反射に
よる光点１１が領域ＳＢとＳＣの中央にある時には光点
７はセンサ２６の他の領域にある。

【００２４】信号Ｂ及びＣは図３の波形に裏面反射光に
よる光点１１による波形が重畳したものとなる（図４参
照）。光点１１は光点７とずれているので、裏面反射に
よる波形のピークは図３の波形のピークと位置がずれ
る。又、裏面反射光は一般に表面反射光よりも弱いの
で、それに起因する波形のピークは表面反射による波形
のピークよりも小さい。駆動装置８を駆動して、一旦、
被検物表面３と装置９との距離を所定の距離以上とした
後に両者の距離を近づけて行き、差信号が最初に正から
負に転ずる（０を過ぎる）時（図４のイ）が被検物表面
３が所定位置に来た時であり、２番目に正から負に転ず
る（０を過ぎる）時（図４のロ）が被検物裏面が所定位
置に来た時である。

【００２５】そこで、透明な被検物の表面の位置を検出
するには、トリガー信号発生器４３が出力する最初の検
出信号Ｓによって位置読み取り装置４０のカウンタ４４
の値がコンピュータ（不図示）に読み取られ、その後駆
動装置８は減速・停止する。最初の検出信号Ｓの出力
後、停止するまでの被検物表面３と装置９との距離の変
化量が透明な被検物の厚さより大きいと、被検物裏面が
検出され第２の検出信号がトリガー信号発生器４３から
出力される。この第２の検出信号によって前記コンピュ
ータに読み込まれたカウンタ４４の値は無効な値として
棄却する。かくして、透明な被検物の表面の位置を、裏
面反射の影響を受けることなく高精度に求めることがで
きる。

【００２６】前記コンピュータによるデータ処理方法を
変更して、最初の検出信号によって読み込んだカウンタ
４４の値を棄却し、第２の検出信号によって読み込んだ
カウンタ４４の値を有効とすれば、透明な被検物の裏面
に位置を求められる。尚、高精度の測定値を得る為に、
前記の被検物表面３と装置９と近づける時の速度は一定
速度（速度変動がない）であること、及び両者を一旦離
した時の所定の距離は、前記一定速度を得る為に必要な
最小限の距離（停止状態からの加速領域を含む）である
ことが好ましい。

【００２７】又、基準電圧発生器３９を調整してその出
力Ｔを和信号の裏面反射による山よりも高く、表面反射
による山よりも低いＴ１とすれば、裏面反射に対応する
検出信号Ｓは出力されず、表面反射による検出信号Ｓの
みが検出される。これは、前述した検出すべき面の幅が
狭く、光点４の検出すべき面からはみ出した部分の光
が、検出面以外の面で反射されてセンサ２６上に集光さ
れて外乱信号となる場合のように、外乱信号が真の信号
の前側に来るか後側に来るか不明である場合に、特に有
効である。

【００２８】次に、ずれ方向信号Ｚを用いた位置決めに
ついて説明する。図２において、光源１、投光光学系
２、受光光学系５及びセンサ２６を備える面位置検出装
置２９は、装置２９と被検物表面３との距離Ｋを変化さ
せる駆動装置８、及び距離Ｋの変化量を検出する位置読
み取り装置１０を備えている。前記ずれ方向信号Ｚを駆
動装置８の駆動回路４２に入力して駆動装置８を駆動
し、装置２９を被検物表面３から所定の距離（Ｋ＝Ｋ
０）の位置に位置決めすることができる。

【００２９】図３を参照して、減算器３７の出力（（Ａ
＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））、即ちずれ方向信号Ｚの波形は、
光点７が領域ＳＡにある時には正の出力であり（イ）、
光点７が領域ＳＢに差し掛かっても出力は変化しない
（ロ）。そして、光点７が領域ＳＣに差し掛かると出力
は減少し、光点７が領域ＳＢと領域ＳＣの中央に来た時
に出力は０を過ぎる（ハ）。その後、出力は、光点７が
領域ＳＢから離脱するまで負側に増大し（ニ）、その後
は負の一定値となる（ホ）。

【００３０】従って、このずれ方向信号Ｚによって、被
検物表面３が所定の位置（Ｋ＝Ｋ０）に対して、遠い側
（Ｋ＞Ｋ０）にあるか、近い側（Ｋ＜Ｋ０）にあるかを
識別できる。そして、この信号を距離Ｋを変化させる駆
動装置８の駆動回路４２に入力してずれ方向信号Ｚの大
きさに比例した速度で駆動装置８を駆動して、被検物表
面３を所定に位置（Ｋ＝Ｋ０）に位置決めすることがで
きる。検出信号Ｓの生成に用いる領域ＳＢ及びＳＣの外
側の領域ＳＡ及びＳＤからの信号をも使用しているの
で、従来装置より広い範囲でずれ方向信号が得られ、応
答範囲が広くなっている。

【００３１】センサ２６を図５に示すように領域ＳＢ及
びＳＣの外側に夫々複数の領域を有するものとし、例え
ば領域ＳＢの外側に連続する領域からの信号の和信号を
図２のアンプ３２ａに、領域ＳＣの外側に連続する領域
からの信号の和信号を図２のアンプ３２ｄに入力するよ
うにすると、更に広い応答範囲が得られる。信号処理の
方法は、これ以外の種々の方法とすることができる。こ
の装置は、面の位置決め以外の目的、例えば各領域から
の信号を夫々別の表示装置に接続して、面の位置のずれ
量の目安表示に用いることもできる。領域ＳＢ及びＳＣ
の外側の領域が、連続する領域であることは、不感帯を
生じない為に必要である。更に、センサ２６の領域ＳＡ
及びＳＤを、被検物表面３と装置９との距離Ｋの変化に
伴う光点７の移動方向に長い形状とすれば、センサを構
成する領域数が少なくても広い応答範囲が得られ、且つ
処理する信号の数が少なくて済むので信号処理回路が簡
単にできる。

【００３２】図６は、図２のアンプ３２ａ〜３２ｄによ
る変換定数（ゲイン定数）ｎａ、ｎｂ、ｎｃ、ｎｄを、
ｎａ＝ｎｄ、ｎｂ＝ｎｃ、ｎａ＞ｎｂとした場合の信号
ａ〜ｄ、信号Ａ〜Ｄ及びずれ方向信号Ｚを模式的に示し
たものである。信号Ａ、Ｄは信号Ｂ、Ｃよりも大きく、
その結果、ずれ方向信号Ｚ＝（（ｎａ×ａ＋ｎｂ×ｂ）
−（ｎｃ×ｃ＋ｎｄ×ｄ））は、面の所定位置からのず
れが大きいほど大きい信号となる。その結果、駆動装置
８は、被測定物表面の所定位置からのずれが大きいほど
より高速で駆動される。検出信号Ｓの生成に用いる領域
ＳＢ及びＳＣの外側に、夫々複数の領域を設けた場合に
は、夫々の領域に接続されるアンプを設け、領域ＳＢ及
びＳＣからの距離が大きい領域ほどアンプの変換定数を
大きく設定すると、装置２９と被測定物表面３との距離
が所定の距離から離れる程、装置２９は高速で駆動され
ることとなる。その結果、装置２９の位置決め時間が短
縮される。

【００３３】次に、この装置の調整方法を図９によって
説明する。各領域ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの出力Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄは図示しない計測器に入力し、（Ｂ−Ｃ）、
（Ｂ＋Ｃ）及び（Ａ＋Ｄ）を観測する。そして、光点７
が受光素子６の領域ＳＢ、ＳＣの中央部に来るように予
備調整した後、以下の工程によって調整する。前記受光素子６を領域ＳＡ〜ＳＤの配列方向（ｘ方
向）に移動して、（Ｂ−Ｃ）を“０”にする。この調整
によって、光点７は領域ＳＡ〜ＳＤの配列方向（ｘ方
向）において、領域ＳＢとＳＣの中央に位置する（図９
（ａ））。

【００３４】前記受光素子６を領域ＳＡ〜ＳＤの配列
方向の直角方向（ｙ方向）に移動して、（Ｂ＋Ｃ）を
“最大”にする。この調整によって、光点７は領域ＳＡ
〜ＳＤの配列方向の直角方向（ｙ方向）において、領域
ＳＢとＳＣの幅の中央に位置する（図９（ｂ））。前記受光素子を光軸方向（ｚ方向）に移動して、（Ａ
＋Ｄ）を“最小”にする。ここで言う“最小”にすると
は、“０”ではないが極力小さくすること、又は（Ａ＋
Ｄ）が小さくなる方向に調整して行き、（Ａ＋Ｄ）が
“０”になる時の位置にすることである。この調整によ
って、光点７は領域ＳＢ及びＳＣを合わせた大きさとほ
ぼ同じ大きさになる（図９（ｃ））。

【００３５】上記調整方法は図２の装置に限定されるも
のではなく、隣接する２つの光電変換領域の両外側に夫
々１つ以上の光電変換領域を設けた受光素子を用いて、
例えばレーザースポット位置検出装置のような、光点の
位置を検出する装置全般に適用できる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、位置決め応
答範囲が広くとれると共に、裏面反射のある透明体の被
検物や検出すべき面の幅が狭い被検物でも、裏面反射や
検出すべき面以外からの反射光の影響を受けず、正確に
面位置を検出できる。請求項２に記載の発明では、更
に、面のずれの大きさに応じた速度で装置が駆動される
ので、位置決め時間が短縮される。

【００３７】請求項３に記載の発明では、更に、裏面反
射光の影響をより受け難くなると共に、構成する領域数
が少ないセンサで広い応答範囲を得られる。その結果、
センサの制作が容易で、信号処理回路も簡単に、安価に
できる。請求項４に記載の本発明の方法によれば、光点
の位置が最も感度良く検出できる状態に、容易に装置を
調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の装置の信号処理のブロック図。

【図２】本発明の１実施形態の原理説明図。

【図３】図１の装置の信号波形説明図。

【図４】裏面反射のある場合の信号波形説明図。

【図５】本発明の変形例に用いるセンサの説明図。

【図６】アンプの変換定数に重み付けをした場合の信号
波形説明図。

【図７】従来装置の原理説明図。

【図８】図７の装置のセンサの説明図。

【図９】本発明の装置の調整方法の説明図。

【図１０】別の従来装置の一部破断斜視図。

【符号の説明】

１…………光源３…………被検物表面４…………被検物上に投射された光点７…………光点像８…………駆動装置１０………位置読み取り装置１１………裏面反射による光点像２６………センサ（受光素子）２９………面位置検出装置３２ａ〜３２ｄ……アンプ（増幅器）１００……信号処理装置ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ……センサ２６を構成する領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源の光を被検物表面に投射する投光部
と、前記投射された光の被検物表面による反射光を受光
して、被検物と面位置検出装置との距離変化に応じて受
光部の受光素子の面上を変位する前記反射光の位置を検
知して、前記位置に応じた信号を出力する受光部とを備
える面位置検出装置において、前記受光素子を、直線状に配置された、少なくとも４つ
の領域で構成し、前記受光素子の最も外側の領域を含ま
ない、２つの隣接した領域からの信号によって面位置が
所定位置にあることを検出する検出信号を生成すると共
に、前記２つの隣接する領域からの信号、及びその外側
に連続する、夫々１つ以上の領域からの信号とによっ
て、面位置の基準位置に対するずれ方向を表す、ずれ方
向信号を生成する信号処理部を備えたことを特徴とする
面位置検出装置。
【請求項２】光源の光を被検物表面に投射する投光部
と、前記投射された光の被検物表面による反射光を受光
して、被検物と面位置検出装置との距離変化に応じて受
光部の受光素子の面上を変位する前記反射光の位置を検
知して、前記位置に応じた信号を出力する受光部とを備
える面位置検出装置において、前記受光素子を、直線状に配置された、少なくとも４つ
の領域で構成し、前記受光素子の最も外側の領域を含ま
ない、２つの隣接した領域からの信号、及びその外側に
連続する、夫々１つ以上の領域からの信号とによって、
面位置の基準位置に対するずれ方向を表す、ずれ方向信
号を生成する信号処理部を備え、前記信号処理部に前記
各領域からの信号を増幅して前記信号処理部の後段に出
力する増幅器を設けると共に、該各増幅器の増幅率を前
記２つの隣接する領域から離れる程大きな増幅率となる
ように調整し、前記ずれ方向信号が面位置の基準位置に
対するずれの大きさに応じて変化するようになしたこと
を特徴とする面位置検出装置。
【請求項３】請求項１〜請求項２のいずれかに記載の
装置において、前記受光素子は、前記受光素子上の光点の大きさにほぼ
等しい、前記２つの隣接する領域と、領域の配列方向を
長手とする領域とを含むことを特徴とする面位置検出装
置。
【請求項４】隣接する２つの光電変換領域からなる受
光素子を有し、前記受光素子からの信号を処理して、前
記受光素子上に形成された光点が所定の位置にあること
を検出する光点位置検出装置において、前記受光素子の
前記領域の両外側に隣接して、夫々１つ以上の光電変換
領域を設けて、以下の工程を含んで調整することを特徴
とする光点位置検出装置の調整方法。前記受光素子又は前記光点を前記領域の配列方向に移
動して、前記受光素子の最も外側の領域を含まない、２
つの隣接する領域からの信号の差を“０”にする工程。前記受光素子又は前記光点を前記配列方向の直角方向
に移動して、前記２つの隣接する領域からの信号の和を
“最大”にする工程。前記受光素子を光軸方向に移動して、又は前記光点の
大きさを調節して前記２つの隣接する領域の両外側に隣
接する２つの領域を含む、前記２つの隣接する領域以外
からの信号の和を“最小”にする工程。