JPS62262811A - 光学機械の合焦位置検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は光学機械の合焦位置の検出装置に関するもので
ある。

（発明の背景） 従来、光学機械、例えば光学測定機と１〜での投影機の
合焦動作は測定のたびに作業者が行っていた。

一方、位置検出装置として特公昭５９−７６２が知られ
ている。

ここに示されている位置検出装置は被検物に光ビームを
照射し、その反射光の位置変化から被検物の位置を測定
するものである。そしてこの装置を投影機に利用するこ
とによって投影機載物台上の被検物の高さを知ることが
でとる。すなわち、これを投影機に取付け、被検物を合
焦位置に合わせたところで上下方向の変位をゼロとし、
以後上記の位置検出装置から出力される被検物の」−ド
ズレ出力で投影機の載物台の上下動装置をモータで駆動
すれば、被検物が常に合焦位置を保つことはり能である
。しか１７ながら、一般に投影機等の光学測定機は複数
の対物レンズ（投影機の場合は投影レンズと呼ばれる）
を装着している。そしてそれぞれのレンズの合焦位置は
皆異っている１、（必ずしも同焦点が保たれない）。従
って、今述べた構成では、対物レンズを切換えたときに
は、焦点のズした位置に被検物が駆動されるという不都
合の起こることがあった。

このことは位置検出装置の出力に応じて手動にて上下動
装置を駆動する場合も同様である。

（発明の目的） 本発明はこれらの不都合を解決し、対物レンズを切換え
ても常に正しい合焦位置を知ることのできる合焦位置検
出装置を得ることを目的とする。

（発明の概要） 本発明は、複数の対物レンズ（ｌｂ、ｌｃ、１ｄ）を切
換え自在に有する光学機械の合焦位置検出装置において
、前記対物レンズ（ｌｂ、ｌｃ。

１、　ｄ　）と一体の部材に設けられ、被検物との相対
位置に対応した信号を出力する位置検出装置　（１００
，２００，９，ｌｌａ　、ｌｌｂ　、１２，１３．１４
）と、前記対物レンズ（ｌｂ、ｌｅ、ｌｄ）各々に対応
した記憶部を有し、該記憶部に前記各対物レンズ（ｌｂ
、ｌｃ。

ｌｄ）の合焦位置に対応した前記位置検出装置（１００
、２００、９、ｌｌａ　、ｌｌｂ　、１２，１３．１４
）の出力信号を記憶する記憶手段（２０ｂ　）と、観察
光路中に配設した対物レンズ（ｌｃ）に対応した前記記
憶部の記憶内容を読み出し、前記位置検出装［（１００
゜２００　、９　、ｌｌａ　、’ｌｌｂ　、１２，１３
．１４）の出力信号と前記記憶内容とを比較し、比較結
果に対応した信号を出力する比較手段（１５，１６，１
７，１９，２０ａ　）と、を有することを特徴とする光
学機械の合焦位置検出装置である。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の電気ブロック図であり、第
２図は第１図と共に用いられる位置検出装置を説明する
ための図である。第２図において、位置検出装置は対物
レンズｌｂ、ｌｃ、ｌｄと一体の投光部ｌＯＯと受光部
２００を有する。投光部１００は、光学測定機１の載物
台ｌｃ上に置かれた被検物２の上に斜め方向から光線５
を投射する。この投光部１００は、光源３、投射光線を
結像するための光学系４を内蔵している。光源３として
はハロゲンランプ、発光ダイオード、レーザなどが用い
られる。投射された光線５によって被検物２上に光点６
が形成される。光点６からの拡散光８は位置検出装置の
受光部２００に内蔵された受光レンズ系７によってＰＳ
Ｄ（半導体光像位置検出器）９上に結像される。その像
が１０である。

載物台１ｍの上下によって被検物２が上下することによ
って光点６は移動し、それに対応してＰＳＤＱ上の光点
１０も移動する。被検物２が上に移動したとき、被検物
２上の光点は６′になり、対応するＰＳＤＱ上の光点は
１０′に示す位置に移る。被検物２が下方に移動した場
合、光点は被検物２上とＰＳＤＱ上とでそれぞれ６”と
１０″　の位置になり、被検物２の上下動位置が検知で
きる。

さて、ｔａ２図において、ＰＳＤ９からの２本の信号（
電流信号）は電流電圧変換器１１ａ、ｌｌｂで電圧に変
換され、減算器１２、加算器１３によって和と差が演算
される。割算器１４は減算器１２の差信号を分子に、加
算器１３の和信号を分母として割算する。割算器１４に
よって得られた信号はＰＳＤＱ上に入射した光点位置に
対応する信号である。そして、電流電圧変換器１１ａ、
ｌｌｂ、減算器１２．加算器１３、割算器１４を用いた
処理回路は公知の信号処理手段であり、位置検出装置の
一部を構成する。

載物台ｌａ上の被検物２の上下位置と割算器１４の出力
信号との関係は例えば第３図Ｃ＆）の直線（１）になる
。第３図において、Ｘ座標は被検物の上下位置でありＸ
座標は割算器１４の出力信号、すなわち位置信号である
。

対物レンズｌｅの合焦位置を第３図（ａ）の人魚とする
と合焦位置信号はＹｏとなる。被検物がＸｌにある場合
出力信号はＹ、になる。このＹ、と合焦位置の信号もと
の差が焦点ズレ曾となる。

割算器１４の出力信号は差動増幅器１５の一方の入力端
子に入力されると共に、２つの入力端子を有するスイッ
チ１８の一方の入力端子に入力される。

また、スイッチ１８の他方の入力端子には差動増幅器１
５の出力信号が増幅器１６を介して人力される。

スイッチ１８の２つの入力端子の選択は、後述のマイク
ロコンピュータ加からの制御信号によって行なわれる。

スイッチ】８で選択された信号は、Ａ／Ｄ変換器１９に
よってデジタル化され、マイクロコンピュータ加に取り
込まれる。

マイクロコンピュータ加は制御手段２０ａと記憶手段２
１１１１ｂとを有し、指令装置ｎからの指令によって各
種の演算制御を行なう。なお、記憶手段２０ｂは対物レ
ンズＩｂ、ｌｃ、ｌｄ各々に対応した記憶部を有してい
る。指令装置ｎは対物レンズの倍率指令キーと、記憶指
令キーと、測定開始キーを有している。

マイクロコンピュータ加は、指令装置路の測定開始キー
がオンされていないときは（第４図のステップ４０）、
スイッチＩ８にて割算器１４とＡ／Ｄ変換器１９が接続
されるようにスイッチ１８を切替え（ステップ４１）、
倍率指令キーで対物レンズｌｂ。

ｌｃ、ｌｄのいずれかが指令されると（ステップ４２）
、指令倍率の読込を行ない（ステップ４３）、記憶手段
２０ｂの記憶部のうち、指令倍率に対応しく７） た記憶部が記憶可能状態になる。ついで記憶指令キーが
オンされると（ステップ４４）、指定倍率に対応した記
憶部にＡ／Ｄ変換器１９の出力信号を記憶する（ステッ
プ４５）。このようにして、各倍率の対物レンズ毎に合
焦位置に対応したＡ／Ｄ変換器１９の出力信号を記憶す
る。

そして、指令装置２３の測定開始キーがオンされると（
ステップ４０）、マイクロコンピュータ加ハスインチ１
８にて増幅器１６とＡ／Ｄ変換器１９が接続されるよう
にスイッチ１８を切換え（ステップ４６）、観察光路中
の対物レンズの倍率を読込む（ステップ４７）。対物レ
ンズの倍率の読込は後述のように、手動、自動のいずれ
であっても良い。次いで、読込まれた倍率の対物レンズ
に対応した記憶部から記憶内容を読出しくステップ４８
）、この値をＤ／Ａ変換器１７に出力する。そし、てＡ
／Ｄ変換器１９の出力信号が零になる甘で、Ｄ／Ａ変換
器２１を介して上下駆動装置のモータ２２を回転１ｈ制
御する（ステップ４９　、５０　）。ステップ４９でＡ
／Ｄ変換器１９の出力信号が零になったと判断すると、
モータ２２を停止させる（ステップ５１）。

このようにして、観察光路中の対物レンズに対する自動
合焦が完了する。

なお、差動増幅器１５の出力信号は第３図（、）の直線
（２）のように変化し、また、増幅器１６の出力信号は
第３図（ｂ）のように変化する如く増幅器１６の増幅率
を定めである。すなわち、増幅器１６は、被検物の上下
位置が合焦位置の近傍にある場合にのみ被検物上下位置
と位置信号とが比例し、被検物の上下位置が所定の範囲
を外れると一定の値（増幅器１６としてはサチレーショ
ンを起こした状態）になるように増幅率が定められてい
る。

また、測定開始に先立って、記憶手段２０ｂには各対物
レンズｌｂ、ｌｃ、ｌｄに対応させて、各対物レンズｌ
ｂ、ｌｃ、ｌｄの合焦位置に相当する位置信号が記憶さ
れている必要があるが、上述の実施例では、ターレット
（レボルバ−）に取付けた複数本のレンズのうち任意の
倍率の対物レンズを観察光路中に設定し、駆動装置によ
って載物台１ｍを上下させ（これには、例えば指令装置
ｎに載物台１ａの上下駆動指令キーを設け、これらのキ
ーのオンによりマイクロコンピュータ加がＤ／Ａ変換器
２１を介してモータｎを駆動制御するようにしても良い
し、また、クラッチを設けてモータｎによる電動駆動と
手動ハンドルによる手動駆動を切換えられるようにし、
クラッチの切替えにより手動ハンドルにて載物台１ａを
一ヒ下駆動するようになしてもよい）、被検物を合焦状
態に設定する。そこで、倍率指令キーにより観察光路中
の対物レンズの倍率を指令ｊ〜、その後、記憶指令キー
をオンして観察光路中の対物レンズにおいて合焦状態と
なる位置信号を所定の記憶部に記憶させる構成としてい
る。この構成によれば、ユーザーが位置信号を設定でき
るので、経時変化の問題がないばかりでなく、対物レン
ズをマウントの異なった位置に取付けたり、ターレット
に取付けた以外の対物レンズを新たに取付けた場合にも
対Ｗでさ、さらに、ユーザーの好みによって合焦位置を
自由に設定できる等、汎用性に富んだものとなるが、操
作が煩わしく誤操作のおそれもあるため、あらかじめ工
場出荷時に、合焦位置となる位置信号を所定の記憶部に
記憶させておいても構わない。

さらに、投影レンズを切換える毎に指令装置器に観察光
路中の対物レンズの倍率を指令する代わりに、観察光路
中の対物レンズを磁石と磁気センサの組合せ等々によっ
て自動釣に検出しく既に顕微鏡等において各種のものが
提案されている。例えば実開昭５６−９３７１３号公報
）、マイクロコンピュータ加がこの信号によって対応す
る記憶部の内容を読み出すようにすれば、自動化され、
操作性の良い構造となる。

さらに、以上の説明では、指令装置器が倍率指令キーを
有する場合を例に上げたが、対物レンズを識別できれば
良いのであって、同じ倍率でも合焦位置が異なるレンズ
を同じターレットに取付ける場合もあるので、倍率指令
キーは対物レンズの識別キーとして構成することが一般
的である。

さらにまた、以上の説明では本発明を自動合焦に用いた
例を上げたが、マイクロコンピュータ加がＡ／Ｄ変換器
１９の出力信号によって合焦位置、前ビン位置、後ビン
位置を表示する表示器を駆動するようになし、載物台１
ａの上下駆動は表示器の表示を見ながら手動にて行なう
ようにしても良い。

以上のように本発明の実施例によれば、被検物の表面で
合焦動作を行うことができる利点があるのみならず、次
のような利点がある。

（１）　　合焦点近傍でのみ分解能を高める増幅手段１
６を持っているために、合焦範囲に比べて分解能が高い
。逆に位置信号を処理するＡ／Ｄ変換器の分解能が低い
もの（ビット数が少ないもの）で充分である。

（２）合焦位置を記憶可能なため、使用する対物レンズ
（投影レンズ）の合焦位置が異なる場合でも、それぞれ
の合焦位置をあらかじめ記憶することによって、正確な
合焦動作が可能である。

（３）万能投影機、顕微鏡のみならず、載物台上下動に
よる焦点合わせを必要とする装置（例えば画像解析装置
・露光装置）にも適用できる。

なお、第３図（ｂ）のような特性が不用の場合には、Ｄ
／Ａ変換器１７、差動増幅器１５、増幅器１６を省き、
マイクロコンピュータΔ）で割算器１４の出力する位置
信号と記憶手段２０ｂの記憶値とを比較するようになし
ても良い。

サラニ、マイクロコンピュータ加は、載物台１ａが合焦
位置から岨れているときは、内部の比較手段にて割算器
１４の出力する位置信号と記憶手段加すの記憶値とを比
較し、合焦位置に近づいてくるとスイッチ１８を切替え
て、主として差動増幅器１５、増幅器１６からなる外部
の比較手段にて割算器１４の出力信号と記憶手段２０ｂ
の記憶値とを比較せしめるように構成しても良い。

サラに１だ、マイクロコンピュータ加の機能はハード的
に達成できることは勿論である。

また、載物台１ａと対物レンズ１ｃの移動は相対的なも
のだから、対物レンズが光軸方向へ動くように構成して
も全く同じである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、対物レンズ毎に合焦
位置を記憶しているので、対物レンズを（］３） 切換えても常に正しい合焦位置を知ることのできる合焦
位置検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電気ブロック図、第２図は
第１図と共に用いられる位置検出装置を説明するだめの
図、第３図（ａ）、（ｂ）はｖＪ１図の各部で得られる
被検物上下位置（３）と位置信号（７）との関係を示す
図、第４図は第１図で用いられるマイクロコンピュータ
のフローチャートを示す図、である。 （主要部分の符号の説明） １４・・・割算器、１５・・・差動増幅器、１６・・・
増幅器、１９・・・Ａ／Ｄ変換器、２０＆・・・制御手
段、２０ｂ・・・記憶手段、１００・・・投光部、２０
０・・・受光部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の対物レンズを切換え自在に有する光学機械の合焦
   位置検出装置において、 前記対物レンズと一体の部材に設けられ、被検物との相
   対位置に対応した信号を出力する位置検出装置と、 前記対物レンズ各々に対応した記憶部を有し、該記憶部
   には前記各対物レンズの合焦位置に対応した前記位置検
   出装置の出力信号を記憶する記憶手段と、 観察光路中に配設した対物レンズに対応した前記記憶部
   の記憶内容を読み出し、前記位置検出装置の出力信号と
   前記記憶内容とを比較し、比較結果に対応した信号を出
   力する比較手段と、 を有することを特徴とする光学機械の合焦位置検出装置
   。