自動調焦裝置的製作方法
2023-09-18 04:55:55 4
專利名稱：自動調焦裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動調焦裝置。
背景技術：
迄今為止，已知有設置在圖像測量儀或光學儀器中的自動調焦裝置。該自動調焦裝置使單個光束聚光到測量對象(工件)上，進行焦點檢測，並且調整聚焦位置。具體地，例如，在圖8A和8B所示的自動調焦裝置500中，從雷射二極體501發射出的雷射光束(發射光)經由半透半反鏡502、管透鏡(tube lens)511和物鏡513照射到工件W上。物體光作為在工件W的表面上發生反射並經由物鏡513和管透鏡511而返回的發射光，被分束器504分成兩束光，使這兩束光入射到受光單元505A和505B上。此時，在工件W的表面上形成有微小點S的圖像。在如上所述的自動調焦裝置中，例如，如圖9A和9B所示，如果工件W的表面存在高度差，則當在該高度差的邊界線(邊緣線E)處進行焦點檢測時，照射到邊緣線E上的單個光束被該邊緣線E所散射。因此，存在無法進行焦點檢測的問題。因此，例如，如圖IOA和IOB所示，提出了用於通過使用柱面透鏡(cylindricallens) 512在工件W的表面上形成線狀圖像L的技術(例如，參見作為專利文獻I的日本特開2006-276320)。在這種情況下，即使光束的一部分在邊緣線E上發生散射，也可以檢測到該光束的在線狀圖像L的其它部分上發生反射的其它部分，並且可以通過使用相對於工件W的表面的平均距離(以下稱為「平均化效果」)來進行焦點檢測。然而，在上述專利文獻I所述的發明中，例如，如圖IOC和圖IOD所示，在高度差的邊緣線E的方向和線狀圖像L的方向彼此一致的情況下，整個光束根據工件W的方位(高度差的方向)而發生散射。因此，在一些情況下，難以進行焦點檢測。
發明內容
本發明的目的在於提供如下一種自動調焦裝置即使在測量對象的表面上存在高度差的情況下，該自動調焦裝置也能夠對該表面進行適當測量。本發明的第一方面是一種自動調焦裝置，包括光源；光學單元，其配置在所述光源和測量對象之間，用於使得來自所述光源的發射光和來自所述測量對象的物體光能夠經過相同的光路；以及檢測單元，用於通過使用經過了所述光學單元的物體光來進行焦點檢測，其中，所述光學單元包括管透鏡，用於使所述發射光形成為平行光；線狀圖像形成單元，用於利用來自所述管透鏡的平行光在所述測量對象的表面上形成線狀圖像；以及轉動單元，用於使所述線狀圖像轉動。
通過以下的詳細說明以及附圖將更加全面地理解本發明；然而，這些說明以及附圖僅是為了說明的目的，而不限制本發明的範圍，其中
圖I中的(a)是示出根據第一實施例的自動調焦裝置的立面視圖；圖I中的(b)是(a)的工件W的平面視圖；圖2是示出根據第一實施例的自動調焦裝置100的框圖；圖3A、3B和3C是工件W的平面視圖，其示出線狀圖像LI和高度差的邊緣線E之間的關係；圖4是工件W的平面視圖，其示出由於線狀圖像LI與邊緣線E完全重疊因而難以進行測量的狀態；圖4B是工件W的平面視圖，其示出由於轉動後的線狀圖像L2和邊緣線E之間的完全重疊已消除因而可以進行測量的狀態；圖5A是工件W的平面視圖，其示出由預定波長的光所形成的線狀圖像L3以及測量對象的表面上的邊緣線E ；圖5B是工件W的平面視圖，其示出由波長與圖5A中的光的波長不同的光所形成的線狀圖像L4以及邊緣線E ;圖6A是示出根據第二實施例的自動調焦裝置200的立面視圖；圖6B是圖6A的工件W的平面視圖；圖7是示出根據第二實施例的自動調焦裝置200的框圖；圖8A是示出傳統的自動調焦裝置500的立面視圖；圖8B是圖8A的工件W的平面視圖；圖9A是示出傳統的自動調焦裝置500的照射至工件W的高度差上的單個光束被邊緣線E所散射的狀態的立面視圖；圖9B是圖9A的工件W的平面視圖；圖IOA是示出在可以對工件W的高度差進行測量的狀態下的傳統的自動調焦裝置500的立面視圖；圖IOB是圖IOA的工件W的平面視圖；圖IOC是示出在由於圖IOA的工件W轉動了 90°因而難以對高度差進行測量的狀態下的傳統的自動調焦裝置500的立面視圖；以及圖IOD是圖IOC的工件W的平面視圖。
具體實施例方式以下將參考附圖來詳細說明根據本發明的自動調焦裝置。根據本發明的自動調焦裝置安裝在諸如顯微鏡或圖像測量儀等的光學設備上。第一實施例將說明根據第一實施例的自動調焦裝置100的結構。如圖I中的(a)和(b)以及圖2所示，根據第一實施例的自動調焦裝置100包括發光單元I、半透半反鏡2、光學單元10、分束器3、檢測單元4A和4B、運算單元5、臺架6、臺架驅動機構單元7以及控制單元8。在第一實施例中，如圖I中的(a)和(b)所示，將從發光單元I至半透半反鏡2的方向定義為X方向(左右方向)，將從半透半反鏡2至光學單元10的方向定義為Z方向(垂直方向)，並且將與X方向和Z方向相垂直的方向定義為Y方向(前後方向)。發光單元I包括諸如放電燈、發光二極體和雷射器等的光源，並且生成和發射光束。從發光單元I所發射的光(發射光)照射到配置在發光單元I的X方向右側的半透半反鏡2上。半透半反鏡2使從發光單元I所發射的光反射至配置在半透半反鏡2的Z方向下側的光學單元10。由半透半反鏡2所反射的發射光從上方照射到光學單元10上。
此外，半透半反鏡2使作為被工件W的表面所反射並從下方經過光學單元10的發射光的物體光透射通過。透射通過半透半反鏡2的物體光射向分束器3。光學單元10配置在半透半反鏡2和工件W之間，並且允許來自發光單元I的發射光和來自工件W的物體光通過相同的光路。具體地，光學單元10按從上方起的順序依次包括管透鏡11、柱面透鏡12和物鏡13。注意，管透鏡11、柱面透鏡12和物鏡13的光軸相同。管透鏡11使由半透半反鏡2所反射的發射光形成為平行光，並將該平行光照射到位於下方的柱面透鏡12上。作為光形狀變形單元，柱面透鏡12使來自管透鏡11的這種圓形平行光變形為線形。當該平行光從上方射向該柱面透鏡12時，該平行光被轉變成線狀光束，並且該線狀光束照射到位於下方的物鏡13上。注意，柱面透鏡12被配置為能夠拆卸。此外，在柱面透鏡12的外周部上安裝有第一齒輪121。第一齒輪121與第二齒輪122連動地轉動，其中，第二齒輪122被配置為其輪齒可以與第一齒輪121的輪齒嚙合。這樣，柱面透鏡12轉動。當柱面透鏡12隨著第一齒輪121的轉動而轉動時，例如，如圖I中的(b)所示，由物鏡13所聚光的線狀圖像L I轉動而變為線狀圖像L2。第二齒輪122的中央與轉動軸123的一端耦接，並且第二齒輪122根據轉動軸123的轉動而轉動並且使第一齒輪121轉動。轉動軸123的另一端與驅動馬達124耦接，並且轉動軸123利用從驅動馬達124傳遞來的驅動力以恆定速度轉動。驅動馬達124響應於控制單元8所輸出的控制信號來使轉動軸123轉動。第一齒輪121、第二齒輪122、轉動軸123和驅動馬達124用作使由物鏡13所聚光的線狀圖像L轉動預定角度的轉動單元。物鏡13被配置成面向工件W，並且在工件W的表面上形成由從柱面透鏡12照射來的線狀光束所構成的線狀圖像L。S卩，由半透半反鏡2所反射的發射光透射通過光學單元10 (管透鏡11、柱面透鏡12和物鏡13)併到達工件W，並且在工件W的表面上形成線狀圖像L。對轉動單元(驅動馬達124)進行控制以使柱面透鏡12轉動，由此可以使在工件W的表面上形成的線狀圖像L轉動。因而，例如，如圖3A至圖3C所示，線狀圖像L轉動，從而不與存在於工件W的表面上的邊緣線E的方向重疊，由此無論邊緣線E可能存在於哪個方位都可以進行焦點檢測。然後，當被工件W的表面上所反射並且以相反方向經過與發射光的光路相同的光路的物體光從下方透射通過光學單元10時，該物體光經由柱面透鏡12從線狀光束再次轉變成圓形平行光。然後，該物體光經過位於柱面透鏡12上方的半透半反鏡2並且射向分束器3。這裡，由於柱面透鏡12被配置為能夠拆卸，因此可以通過柱面透鏡12的安裝和拆卸來使形成在工件W的表面上的圖像在線狀圖像L和傳統的點狀圖像之間切換。例如，在拆卸了柱面透鏡12的情況下，物鏡13利用從管透鏡11照射來的平行光在工件W的表面上形成點狀圖像。注意，可以手動進行柱面透鏡12的安裝/拆卸操作。可選地，在無法對線狀圖像L進行焦點檢測的情況下(例如，在由於形成在工件W的表面上的線狀圖像L與邊緣線E完全重疊並且未被適當反射、因而無法獲得預定光量的情況下)，可以從光路自動拆卸柱面透 鏡12，由此可以將圖像切換為點狀圖像。相反，在利用點狀圖像無法進行焦點檢測的情況下(在無法獲得預定光量的情況下)，可以自動將柱面透鏡12配置到光路上，由此可以將圖像切換為線狀圖像L。分束器3配置在半透半反鏡2的Z方向上側。分束器3將來自工件W的表面並從下方透射通過光學單元10和半透半反鏡2的物體光一分為二，然後使這兩束光入射到檢測單元4A和4B上。檢測單元4A和4B包括受光單元41A和41B、以及分別設置在受光單元41A和41B中的針孔42A和42B。檢測單元4A和4B分別接收由分束器3所分成的兩束光的其中一個，檢測所接收到的光的量，並將檢測到的光量輸出至控制單元8。運算單元5利用放大器(未示出)放大分別來自檢測單元4A和4B的輸出信號，並且利用運算電路(未示出)獲取這些放大信號之間的差，由此獲得焦點誤差信號。臺架6配置在物鏡13的Z方向下方。臺架6的上表面上安裝有工件W。臺架驅動機構單元7使臺架6能夠在水平方向(X方向和Y方向)以及垂直方向(Z方向)三個方向上移動。臺架驅動機構單元7支撐臺架6，以使得臺架6能夠在X方向、Y方向和Z方向上移動。具體地，臺架驅動機構單元7響應於從控制單元8輸出的、基於運算單元5所接收到的焦點誤差信號的控制信號來使臺架6在X方向、Y方向和Z方向上移動，並且將臺架6在X方向、Y方向和Z方向上的位置信息(位置坐標)輸出至控制單元8。因而，臺架6和物鏡13之間的相對距離通過臺架驅動機構單元7而改變，並且被調整為相對於工件W的表面的聚焦長度(檢測焦點)。控制單元8包括中央處理單元(CPU) 81、隨機存取存儲器(RAM) 82和存儲單元83等，並且連接至發光單元I、檢測單元4A和4B、運算單元5、臺架驅動機構單元7以及驅動馬達124等。CPU 81讀出存儲在存儲單元83中的各種處理程序等，然後在RAM 82中展開這些程序等，並且與所展開的程序等協作地執行各種處理，由此控制整個自動調焦裝置100。RAM 82在RAM 82內的程序存儲區域中展開CPU 81所執行的處理程序等，並還將輸入數據以及在執行這些處理程序等時所生成的處理結果等存儲在RAM 82內的數據存儲區域中。例如，存儲單元83包括非易失性半導體存儲器，並且存儲CPU 81能夠執行的系統程序、相關系統程序能夠執行的各種處理程序、執行這些各種處理程序時所使用的數據以及通過CPU81執行運算處理所獲得的各種處理結果的數據等。注意，這些程序以計算機能夠讀取的程序代碼形式存儲在存儲單元83中。此外，控制單元8判斷檢測單元4A和4B所檢 測到的光量是否超過預定的閾值光量。這裡，建議可以將預定的閾值光量設置為通常受光量。然後，當控制單元8判斷為這些光量沒有超過預定的閾值光量時，控制單元8判斷為沒有接收到通常受光量，並且判斷為發生了錯誤。即，控制單元8用作如下的錯誤判斷單元，其中該錯誤判斷單元用於判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量，並且當控制單元8判斷為相關光量沒有超過預定的閾值光量時，判斷為發生了錯誤。作為控制單元8判斷為發生了錯誤的情況，例如，存在如圖4A所示的這種情況形成在工件W的表面上的線狀圖像L與邊緣線E完全重疊，並且形成線狀圖像L的光未被適當反射。在這種情況下，控制單元8對轉動單元(驅動馬達124)進行控制以使柱面透鏡12轉動，並且如圖4B所示使線狀圖像L轉動，從而消除線狀圖像L和邊緣線E之間的這種完全重疊。即，在控制單元8檢測到錯誤的情況下，自動調焦裝置100使線狀圖像L轉動，由此可以自動消除該錯誤。注意，沒有特別限制在判斷為發生了錯誤時線狀圖像L轉動的角度。例如，建議使線狀圖像L轉動作為45°的倍數的角度(45°、90°和135° )。此夕卜，由於本發明的實現不依賴於從發光單兀I所發射的光(電磁波)的波長，因此可以根據需要改變發光單元I的光源，並且可以改變從發光單元I所發射的光的波長。然後，從發光單元I所發射的光的波長改變，由此如圖5A和圖5B所示，在工件W的表面上出現的線狀圖像L 3和L4的顏色改變。即，線狀圖像L的顏色可以響應於工件W的特性(顏色和反射率)而改變。接著，將說明自動調焦裝置100的功能。在自動調焦裝置100中，來自發光單元I的發射光被半透半反鏡2反射至光學單元10，從上方透射通過光學單元10，並且照射到工件W上。然後，在工件W的表面上所反射的物體光從下方透射通過光學單元10和半透半反鏡2，被分束器3 —分為二並且入射到檢測單元4A和4B上。光學單元10包括位於管透鏡11和物鏡13之間的柱面透鏡12，並且在工件W的表面上形成線狀圖像L。然後，在工件W的表面上所反射的物體光從下方再次透射通過光學單元10中的柱面透鏡12，因而恢復為圓形。S卩，從發光單元I所發射的圓形發射光經由柱面透鏡12成為線形，並且在工件W的表面上發生反射，而線狀物體光經由柱面透鏡12恢復為圓形，並且到達檢測單元4A和4B。這裡，形成在工件W的表面上的線狀圖像L能夠根據柱面透鏡12的轉動而轉動。因此，無論邊緣線E可能存在於哪個方位，都可以通過線狀圖像L的轉動來避免線狀圖像L和高度差的邊緣線E之間的完全重疊，從而可以進行焦點檢測。此外，控制單元8判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量。當控制單元8判斷為這些光量沒有超過預定的閾值光量時，控制單元8判斷為發生了錯誤。然後，當判斷為發生了錯誤時，控制單元8對轉動單元(驅動馬達124)進行控制以使柱面透鏡12轉動，由此使線狀圖像L轉動，從而自動消除該錯誤。
此外，由於柱面透鏡12被配置為能夠拆卸，因此可以通過柱面透鏡12的安裝和拆卸使圖像在線狀圖像L和點狀圖像之間切換。如上所述，根據第一實施例的自動調焦裝置100包括發光單元I ;光學單元10，其配置在發光單元I和工件W之間，並且使來自發光單元I的發射光和來自工件W的物體光透射通過，以使得該發射光和該物體光可以經過相同的光路；以及檢測單元4A和4B，用於利用經過了光學單元10的物體光來進行焦點檢測。光學單元10包括管透鏡11，用於將來自發光單元I的發射光轉變成平行光；柱面透鏡12，用於使來自管透鏡11的平行光變形為線形；物鏡13，用於利用來自柱面透鏡12的線狀光在工件W的表面上形成線狀圖像L ;以及轉動單元(第一齒輪121、第二齒輪122、轉動軸123和驅動馬達124)，用於使線狀圖像L轉動預定角度。
因此，在工件W的表面上形成線狀圖像L，並且即使在工件W的表面上存在高度差的情況下，也可以通過平均化效果來進行焦點檢測。此外，無論高度差可能存在於哪個方位，線狀圖像L都可根據柱面透鏡12的轉動而轉動，從而可進行焦點檢測。此外，在根據第一實施例的自動調焦裝置100中，柱面透鏡12被配置為能夠拆卸。因此，可以通過柱面透鏡12的安裝和拆卸而使在工件W的表面上出現的圖像在線狀圖像L和傳統的點狀圖像之間切換。例如，可以進行這種切換以使得可以在狹窄範圍內形成點狀圖像，並且可以提高該裝置的多功能性。此外，根據第一實施例的自動調焦裝置100還包括錯誤判斷單元(控制單元8)，用於判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量，並且當控制單元8判斷為相關光量沒有超過預定的閾值光量時，判斷為發生了錯誤。在控制單元8檢測到錯誤的情況下，轉動單元(第一齒輪121、第二齒輪122、轉動軸123和驅動馬達124)使線狀圖像L轉動。因此，例如，在線狀圖像L與邊緣線E完全重疊並且未被適當反射的情況下，線狀圖像L轉動，並且線狀圖像L和邊緣線E之間的完全重疊消除，從而可以自動消除該錯誤。此外，根據第一實施例的自動調焦裝置100能夠通過改變來自發光單元I的發射光的波長來改變線狀圖像L的顏色。因此，可以針對工件W的特性(顏色和反射率)來改變線狀圖像L的顏色，並且可以提高多功能性。第二實施例將說明根據第二實施例的自動調焦裝置200的結構。注意，對與第一實施例的構成相同的構成指派相同的附圖標記。如圖6A、圖6B和圖7所示，根據第二實施例的自動調焦裝置200包括發光單元I、半透半反鏡2、光學單元20、分束器3、檢測單元4A和4B、運算單元5、臺架6、臺架驅動單元7和控制單元8等。在第二實施例中，如圖6A所示，將從發光單元I至半透半反鏡2的方向定義為Z方向(垂直方向)，將從半透半反鏡2至光學單元20的方向定義為X方向(左右方向)，並且將與X方向和Z方向相垂直的方向定義為Y方向(前後方向)。例如，發光單元I包括諸如放電燈、發光二極體和雷射器等的光源，並且生成和發射光束。從發光單元I所發射的光(發射光)照射到配置在發光單元I的Z方向下側的半透半反鏡2上。半透半反鏡2使來自光反射單元I的發射光反射至配置在發光單元I的X方向左側的光學單元20。由半透半反鏡2所反射的發射光從右側照射到光學單元20上。此外，半透半反鏡2使作為被工件W的表面所反射的發射光的物體光透射通過，其中，該物體光以與發射光的照射方向相反的方向經過光學單元20。透射通過了半透半反鏡2的物體光射向分束器3。光學單元20配置在半透半反鏡2和工件W之間，並且允許來自發光單元I的發射光和來自工件W的物體光經過相同的光路。具體地，光學單元20包括管透鏡21和線狀圖像形成單元22。管透鏡21使從半透半反鏡2所入射的發射光形成為平行光，並使該平行光照射到配置在管透鏡21的X方向左側的線狀圖像形成單元22上。作為光形狀變形單元，線狀圖像形成單元22使來自管透鏡21的這種圓形平行光變形為線形。具體地，線狀圖像形成單元22包括驅動鏡221 ;驅動單元222，用於對驅動鏡221進行驅動；以及物鏡223。對驅動鏡221進行配置，以使得其反射面可以相對於來自管透鏡21的平行光傾斜。例如，驅動鏡221包括使用微機電系統(MEMS)技術的電磁驅動型MEMS鏡。驅動鏡221使其反射面繞與沿Z方向的光軸(圖6A中的Zl)方向相垂直的任意轉動軸往復轉動，其中，光軸Zl使驅動鏡221和工件W的表面相互連線。驅動鏡221的反射面使來自管透鏡21的平行光反射至物鏡223。具體地，在來自管透鏡21的圓形平行光從相對於驅動鏡221的反射面傾斜的方向照射到驅動鏡221上、並且驅動鏡221的反射面在反射該圓形平行光時往復轉動的情況下，該圓形平行光轉變成線狀光束，並且該線狀光束照射到位於下方的物鏡223上。S卩，當驅動鏡221的反射面轉動時，平行光的反射角度改變。因此，當該反射面往復轉動時，由物鏡223所聚光的點狀圖像響應於相關反射角度而在工件W的表面上線形連續移動。這樣，如圖6B所示，形成了線狀圖像L。注意，在圖6B中，線狀圖像L是在X方向(左右方向)上形成的；然而，如圖3A 3C所示，根據第二實施例的自動調焦裝置200可以使線狀圖像L轉動預定角度。具體地，對驅動單元222進行控制，由此使得驅動鏡221的反射面的這種往復轉動軸方向繞使驅動鏡221和工件W相互連線的光軸Zl轉動預定角度。這樣，形成在工件W的表面上的線狀圖像L可以轉動預定角度。響應於控制單元8所輸出的控制信號，驅動單元222使驅動鏡221的反射面繞與使驅動鏡221和工件W的表面相互連線的光軸Zl的方向相垂直的任意軸往復轉動。此外，驅動單元222還用作如下的轉動單元,其中，該轉動單元使該反射面的往復轉動軸方向繞使驅動鏡221和工件W相互連線的光軸Zl轉動，由此使線狀圖像L轉動。
此外，驅動單元222可以在使驅動鏡221的反射面往復轉動的狀態(驅動狀態)和使驅動鏡221的反射面的往復轉動保持停止的狀態(靜止狀態)之間切換。在使驅動鏡221的反射面的這種往復轉動保持停止的狀態下，形成點狀圖像S。可以通過使驅動單元222在驅動狀態和靜止狀態之間切換來使形成在工件W的表面上的圖像在線狀圖像L和點狀圖像S之間切換。物鏡223被配置成面向工件W。在驅動鏡221的反射面往復轉動的情況(驅動狀態)下，物鏡223利用從驅動鏡221的反射面照射來的平行光在工件W的表面上形成線狀圖像L。另外，在驅動鏡221的反射面停止不動的情況(靜止狀態)下，物鏡223利用從驅動鏡221照射來的平行光在工件W的表面上形成點狀圖像S。因而，在驅動狀態下，由半透半反鏡2所反射的光經過光學單元20 (管透鏡21、線狀圖像形成單元22)，並且到達工件W，從而在工件W的表面上形成線狀圖像L。
驅動鏡221的反射面的往復轉動軸方向繞光軸Zl轉動，由此可以使形成在工件W的表面上的線狀圖像L轉動。因而，例如，如圖3A 3C所示，線狀圖像L轉動，從而不與存在於工件W的表面上的邊緣線E完全重疊，由此無論邊緣線E可能存在於哪個方位，都可以進行焦點檢測。然後，作為被工件W的表面所反射的發射光的物體光在沿與發射光的照射方向相反的方向經過光學單元20時，沿該相反方向經過與發射光的光路相同的光路，並且由線狀圖像形成單元22轉變成圓形平行光。然後，該物體光透射通過半透半反鏡2，並且射向分束器3。分束器3配置在半透半反鏡2的X方向右側，使來自工件W的表面並經過光學單元20和半透半反鏡2的物體光一分為二，然後使這兩束光入射到檢測單元4A和4B上。檢測單元4A和4B包括受光單元41A和41B、以及分別設置在受光單元41A和41B中的針孔42A和42B。檢測單元4A和4B分別接收由分束器3所分成的兩束光的其中一個，檢測所接收到的光的光量，並將所檢測到的光量輸出至控制單元8。運算單元5利用放大器(未示出)放大分別來自檢測單元4A和4B的輸出信號，並且利用運算電路(未示出)獲取這些放大信號之間的差，由此獲得焦點誤差信號。在物鏡223的Z方向下方，臺架6的上表面上安裝有工件W。臺架驅動機構單元7使該臺架6能夠在水平方向(X方向和Y方向)以及垂直方向(Z方向)三個方向上移動。臺架驅動機構單元7支撐臺架6，以使得臺架6能夠在X方向、Y方向和Z方向上移動。具體地，臺架驅動機構單元7響應於從控制單元8輸出的、基於運算單元5所接收到的焦點誤差信號的控制信號來使臺架6在X方向、Y方向和Z方向上移動，並且將臺架6在X方向、Y方向和Z方向上的位置信息(位置坐標)輸出至控制單元8。因而，臺架6和物鏡223之間的相對距離通過臺架驅動機構單元7而改變，並且被調整為相對於工件W的表面的聚焦長度(檢測焦點)。控制單元8包括中央處理單元(CPU) 81、隨機存取存儲器(RAM) 82和存儲單元83等，並且連接至發光單元I、檢測單元4A和4B、運算單元5、臺架驅動機構單元7和驅動單元
999坐m 、j. οCPU 81讀出存儲在存儲單元83中的各種處理程序等，然後在RAM 82中展開這些程序等，並且與所展開的程序等協作地執行各種處理，由此控制整個自動調焦裝置200。RAM 82在RAM 82內的程序存儲區域中展開CPU 81所執行的處理程序等，並且將輸入數據和在執行這些處理程序等時所生成的處理結果等存儲在RAM 82內的數據存儲區域中。
例如，存儲單元83包括非易失性半導體存儲器，並且存儲CPU 81能夠執行的系統程序、相關系統程序能夠執行的各種處理程序、在執行這些各種處理程序時所使用的數據以及通過CPU 81執行運算處理所獲得的各種處理結果的數據等。注意，這些程序以計算機能夠讀取的程序代碼的形式存儲在存儲單元83中。此外，以與第一實施例相同的方式，控制單元8用作如下的錯誤判斷單元，其中，該錯誤判斷單元判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量，並且當控制單元8判斷為這些光量沒有超過預定的閾值光量時，判斷為發生了錯誤。當判斷為發生了錯誤時，控制單元8使驅動鏡221的反射面的往復轉動軸方向繞光軸Zl轉動，由此使形成在工件W的表面上的線狀圖像L轉動，並且自動消除線狀圖像L和邊緣線E之間的完全重疊。
注意，沒有特別限制在判斷為發生了錯誤時線狀圖像L轉動的角度。例如，建議線狀圖像L繞光軸Zl轉動45°。此外，以與第一實施例相同的方式，在根據第二實施例的自動調焦裝置200中，也根據需要改變發光單元I的光源，並且改變從發光單元I所發出的光的波長，由此可以改變線狀圖像L的顏色。接著，將說明自動調焦裝置200的功能。在自動調焦裝置200中，從發光單元I所發射的光由半透半反鏡2反射到光學單元20上，經過光學單元20，並且照射到工件W上。在工件W的表面上所反射的物體光以與發射光的方向相反的方向透射通過光學單元20和半透半反鏡2，由分束器3 —分為二並且入射到檢測單元4A和4B上。光學單元20包括位於管透鏡21和物鏡223之間的線狀圖像形成單元22，並且在驅動鏡221的反射面往復轉動的情況(驅動狀態)下，在工件W的表面上形成線狀圖像L。在工件W的表面上所反射的物體光再次經過光學單元20中的線狀圖像形成單元22，恢復為圓形，並且到達檢測單元4A和4B。驅動鏡221的反射面的往復轉動軸方向可繞光軸Zl轉動，由此可以使形成在工件W的表面上的線狀圖像L繞光軸Zl轉動。因此，線狀圖像L轉動，由此可以避免線狀圖像L和高度差的邊緣線E之間的完全重疊，從而無論邊緣線E可能存在於哪個方位，都可以進行焦點檢測。此外，控制單元8判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量。當控制單元8判斷為這些光量沒有超過預定的閾值光量時，控制單元8判斷為發生了錯誤。當判斷為發生了錯誤時，控制單元8使驅動鏡221繞光軸Zl轉動，由此使線狀圖像L轉動，並且自動消除該錯誤。此外，可以使驅動鏡221在驅動狀態和靜止狀態之間切換，並且可以使驅動鏡221停止不動，由此可以將線狀圖像L切換為點狀圖像。如上所述，根據第二實施例的自動調焦裝置200包括發光單元I ;光學單元20，其配置在發光單元I和工件W之間，並且使來自發光單元I的發射光和來自工件W的物體光經過，以使得該發射光和該物體光可以經過相同的光路；以及檢測單元4A和4B，用於利用經過了光學單元20的物體光來進行焦點檢測。光學單元20包括管透鏡21，用於將來自發光單元I的發射光轉變成平行光；線狀圖像形成單元22 (驅動鏡221、驅動單元222和物鏡223)，用於在工件W的表面上形成線狀圖像L ;以及轉動單元(驅動單元222)，用於使線狀圖像L轉動預定角度。 因此，在工件W的表面上形成線狀圖像L，並且即使在工件W的表面上存在高度差的情況下，也可以通過平均化效果來進行焦點檢測。此外，驅動鏡221繞光軸Zl轉動，由此可以使線狀圖像L轉動。因此，無論高度差可能存在於哪個方位，都可以進行焦點檢測。此外，根據第二實施例的自動調焦裝置200的驅動單元222能夠使驅動鏡221在驅動狀態和靜止狀態之間切換，並且在驅動狀態和靜止狀態之間對驅動鏡211進行切換，由此可以使圖像在線狀圖像L和點狀圖像S之間切換。因此，例如，可以進行這種切換，以使得可以在狹窄範圍內形成點狀圖像S，並且可以提高該裝置的多功能性。此外，根據第二實施例的自動調焦裝置200還包括錯誤判斷單元(控制單元8)，用於判斷檢測單元4A和4B所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量，並且在控制單元8判斷為相關光量沒有超過預定的閾值光量時，判斷為發生了錯誤。在控制單元8檢測到該錯誤的情況下，驅動單元222 (轉動單元)使線狀圖像L轉動。因此，例如，在線狀圖像L與邊緣線E完全重疊並且未被適當反射的情況下，線狀圖像L轉動，可以消除線狀圖像L和邊緣線E之間的重疊，並且可以自動消除該錯誤。此外，根據第二實施例的自動調焦裝置200能夠通過改變來自發光單元I的發射光的波長來改變線狀圖像L的顏色。因此，可以響應於工件W的特性(顏色和反射率)來改變線狀圖像L的顏色，並且可以提聞多功能性。以上基於與本發明有關的實施例具體說明了本發明。然而，本發明不限於上述實施例，並且可以在不背離本發明的精神的範圍內進行改變。例如，在根據上述實施例的各個自動調焦裝置中，例示了使用針孔(pinhole)法的結構；然而，可以使用除針孔法以外的諸如刀口(knife edge)法、傅柯(Foucault)法和像散(astigmatic)法等的檢測原理。此外,在上述實施例中，驅動單元222還用作如下的轉動單元,其中，該轉動單元通過使驅動鏡221的反射面的往復轉動軸方向繞光軸Zl轉動來使線狀圖像L轉動；然而，本發明不限於此。例如，可以與驅動單元222分開設置如下的機構，其中，該機構使驅動鏡221的反射面的往復轉動軸方向繞光軸Zl轉動。儘管已示出和說明了各種典型實施例，但本發明不限於所示出的這些實施例。因此，本發明的範圍僅由所附權利要求書來限定。
權利要求
1.一種自動調焦裝置，包括 光源； 光學單元，其配置在所述光源和測量對象之間，用於使得來自所述光源的發射光和來自所述測量對象的物體光能夠經過相同的光路；以及 檢測單元，用於通過使用經過了所述光學單元的物體光來進行焦點檢測， 其中，所述光學單元包括 管透鏡，用於使所述發射光形成為平行光； 線狀圖像形成單元，用於利用來自所述管透鏡的平行光在所述測量對象的表面上形成線狀圖像；以及 轉動單元，用於使所述線狀圖像轉動。
2.根據權利要求I所述的自動調焦裝置，其特徵在於， 所述線狀圖像形成單元包括柱面透鏡，以及 所述轉動單元通過使所述柱面透鏡轉動來使所述線狀圖像轉動。
3.根據權利要求2所述的自動調焦裝置，其特徵在於，所述柱面透鏡被配置為能夠拆卸。
4.根據權利要求I所述的自動調焦裝置，其特徵在於， 所述線狀圖像形成單元包括 驅動鏡，用於反射來自所述管透鏡的平行光； 物鏡，用於利用被所述驅動鏡的反射面所反射的平行光在所述測量對象的表面上形成點狀圖像；以及 驅動單元，用於使所述驅動鏡的反射面繞與如下的光軸方向相垂直的轉動軸轉動，其中，所述光軸方向使所述驅動鏡和所述測量對象的表面相互連線， 其中，所述驅動單元通過使所述驅動鏡轉動來使所述點狀圖像線形移動，從而形成所述線狀圖像，以及 所述轉動單元通過使所述轉動軸繞所述光軸方向轉動來使所述線狀圖像轉動，其中，所述光軸方向使所述驅動鏡和所述測量對象的表面相互連線。
5.根據權利要求4所述的自動調焦裝置，其特徵在於，所述驅動單元通過使所述驅動鏡的狀態在轉動狀態和靜止狀態之間切換，來使形成在所述測量對象的表面上的圖像的形狀在線狀和點狀之間切換。
6.根據權利要求I所述的自動調焦裝置，其特徵在於，還包括 錯誤判斷單元，用於判斷所述檢測單元所檢測到的物體光的光量是否超過預定的閾值光量，並且在所檢測到的物體光的光量沒有超過所述預定的閾值光量時，判斷為發生了錯誤， 其中，當所述錯誤判斷單元判斷為發生了錯誤時，所述轉動單元使所述線狀圖像轉動。
7.根據權利要求I所述的自動調焦裝置，其特徵在於，所述線狀圖像的顏色根據來自所述光源的發射光的波長的改變而改變。
全文摘要
提供了一種自動調焦裝置，包括光源；光學單元，其配置在所述光源和測量對象之間，用於使得來自所述光源的發射光和來自所述測量對象的物體光能夠經過相同的光路；以及檢測單元，用於通過使用經過了所述光學單元的物體光來進行焦點檢測，其中，所述光學單元包括管透鏡，用於使所述發射光形成為平行光；線狀圖像形成單元，用於利用來自所述管透鏡的平行光在所述測量對象的表面上形成線狀圖像；以及轉動單元，用於使所述線狀圖像轉動。
文檔編號G03B13/36GK102621658SQ20121002162
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月31日 優先權日2011年1月31日
發明者下川清治, 岡部憲嗣, 北川一樹 申請人:株式會社三豐