自动调焦装置的制作方法

专利名称：自动调焦装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动调焦装置。
背景技术：
迄今为止，已知有设置在图像测量仪或光学仪器中的自动调焦装置。该自动调焦装置使单个光束聚光到测量对象(工件)上，进行焦点检测，并且调整聚焦位置。具体地，例如，在图8A和8B所示的自动调焦装置500中，从激光二极管501发射出的激光光束(发射光)经由半透半反镜502、管透镜(tube lens)511和物镜513照射到工件W上。物体光作为在工件W的表面上发生反射并经由物镜513和管透镜511而返回的发射光，被分束器504分成两束光，使这两束光入射到受光单元505A和505B上。此时，在工件W的表面上形成有微小点S的图像。在如上所述的自动调焦装置中，例如，如图9A和9B所示，如果工件W的表面存在高度差，则当在该高度差的边界线(边缘线E)处进行焦点检测时，照射到边缘线E上的单个光束被该边缘线E所散射。因此，存在无法进行焦点检测的问题。因此，例如，如图IOA和IOB所示，提出了用于通过使用柱面透镜(cylindricallens) 512在工件W的表面上形成线状图像L的技术(例如，参见作为专利文献I的日本特开2006-276320)。在这种情况下，即使光束的一部分在边缘线E上发生散射，也可以检测到该光束的在线状图像L的其它部分上发生反射的其它部分，并且可以通过使用相对于工件W的表面的平均距离(以下称为“平均化效果”)来进行焦点检测。然而，在上述专利文献I所述的发明中，例如，如图IOC和图IOD所示，在高度差的边缘线E的方向和线状图像L的方向彼此一致的情况下，整个光束根据工件W的方位(高度差的方向)而发生散射。因此，在一些情况下，难以进行焦点检测。

发明内容
本发明的目的在于提供如下一种自动调焦装置即使在测量对象的表面上存在高度差的情况下，该自动调焦装置也能够对该表面进行适当测量。本发明的第一方面是一种自动调焦装置，包括光源；光学单元，其配置在所述光源和测量对象之间，用于使得来自所述光源的发射光和来自所述测量对象的物体光能够经过相同的光路；以及检测单元，用于通过使用经过了所述光学单元的物体光来进行焦点检测，其中，所述光学单元包括管透镜，用于使所述发射光形成为平行光；线状图像形成单元，用于利用来自所述管透镜的平行光在所述测量对象的表面上形成线状图像；以及转动单元，用于使所述线状图像转动。


通过以下的详细说明以及附图将更加全面地理解本发明；然而，这些说明以及附图仅是为了说明的目的，而不限制本发明的范围，其中
图I中的(a)是示出根据第一实施例的自动调焦装置的立面视图；图I中的(b)是(a)的工件W的平面视图；图2是示出根据第一实施例的自动调焦装置100的框图；图3A、3B和3C是工件W的平面视图，其示出线状图像LI和高度差的边缘线E之间的关系；图4是工件W的平面视图，其示出由于线状图像LI与边缘线E完全重叠因而难以进行测量的状态；图4B是工件W的平面视图，其示出由于转动后的线状图像L2和边缘线E之间的完全重叠已消除因而可以进行测量的状态；图5A是工件W的平面视图，其示出由预定波长的光所形成的线状图像L3以及测量对象的表面上的边缘线E ；图5B是工件W的平面视图，其示出由波长与图5A中的光的波长不同的光所形成的线状图像L4以及边缘线E ;图6A是示出根据第二实施例的自动调焦装置200的立面视图；图6B是图6A的工件W的平面视图；图7是示出根据第二实施例的自动调焦装置200的框图；图8A是示出传统的自动调焦装置500的立面视图；图8B是图8A的工件W的平面视图；图9A是示出传统的自动调焦装置500的照射至工件W的高度差上的单个光束被边缘线E所散射的状态的立面视图；图9B是图9A的工件W的平面视图；图IOA是示出在可以对工件W的高度差进行测量的状态下的传统的自动调焦装置500的立面视图；图IOB是图IOA的工件W的平面视图；图IOC是示出在由于图IOA的工件W转动了 90°因而难以对高度差进行测量的状态下的传统的自动调焦装置500的立面视图；以及图IOD是图IOC的工件W的平面视图。
具体实施例方式以下将参考附图来详细说明根据本发明的自动调焦装置。根据本发明的自动调焦装置安装在诸如显微镜或图像测量仪等的光学设备上。第一实施例将说明根据第一实施例的自动调焦装置100的结构。如图I中的(a)和(b)以及图2所示，根据第一实施例的自动调焦装置100包括发光单元I、半透半反镜2、光学单元10、分束器3、检测单元4A和4B、运算单元5、台架6、台架驱动机构单元7以及控制单元8。在第一实施例中，如图I中的(a)和(b)所示，将从发光单元I至半透半反镜2的方向定义为X方向(左右方向)，将从半透半反镜2至光学单元10的方向定义为Z方向(垂直方向)，并且将与X方向和Z方向相垂直的方向定义为Y方向(前后方向)。发光单元I包括诸如放电灯、发光二极管和激光器等的光源，并且生成和发射光束。从发光单元I所发射的光(发射光)照射到配置在发光单元I的X方向右侧的半透半反镜2上。半透半反镜2使从发光单元I所发射的光反射至配置在半透半反镜2的Z方向下侧的光学单元10。由半透半反镜2所反射的发射光从上方照射到光学单元10上。
此外，半透半反镜2使作为被工件W的表面所反射并从下方经过光学单元10的发射光的物体光透射通过。透射通过半透半反镜2的物体光射向分束器3。光学单元10配置在半透半反镜2和工件W之间，并且允许来自发光单元I的发射光和来自工件W的物体光通过相同的光路。具体地，光学单元10按从上方起的顺序依次包括管透镜11、柱面透镜12和物镜13。注意，管透镜11、柱面透镜12和物镜13的光轴相同。管透镜11使由半透半反镜2所反射的发射光形成为平行光，并将该平行光照射到位于下方的柱面透镜12上。作为光形状变形单元，柱面透镜12使来自管透镜11的这种圆形平行光变形为线形。当该平行光从上方射向该柱面透镜12时，该平行光被转变成线状光束，并且该线状光束照射到位于下方的物镜13上。注意，柱面透镜12被配置为能够拆卸。此外，在柱面透镜12的外周部上安装有第一齿轮121。第一齿轮121与第二齿轮122连动地转动，其中，第二齿轮122被配置为其轮齿可以与第一齿轮121的轮齿啮合。这样，柱面透镜12转动。当柱面透镜12随着第一齿轮121的转动而转动时，例如，如图I中的(b)所示，由物镜13所聚光的线状图像L I转动而变为线状图像L2。第二齿轮122的中央与转动轴123的一端耦接，并且第二齿轮122根据转动轴123的转动而转动并且使第一齿轮121转动。转动轴123的另一端与驱动马达124耦接，并且转动轴123利用从驱动马达124传递来的驱动力以恒定速度转动。驱动马达124响应于控制单元8所输出的控制信号来使转动轴123转动。第一齿轮121、第二齿轮122、转动轴123和驱动马达124用作使由物镜13所聚光的线状图像L转动预定角度的转动单元。物镜13被配置成面向工件W，并且在工件W的表面上形成由从柱面透镜12照射来的线状光束所构成的线状图像L。S卩，由半透半反镜2所反射的发射光透射通过光学单元10 (管透镜11、柱面透镜12和物镜13)并到达工件W，并且在工件W的表面上形成线状图像L。对转动单元(驱动马达124)进行控制以使柱面透镜12转动，由此可以使在工件W的表面上形成的线状图像L转动。因而，例如，如图3A至图3C所示，线状图像L转动，从而不与存在于工件W的表面上的边缘线E的方向重叠，由此无论边缘线E可能存在于哪个方位都可以进行焦点检测。然后，当被工件W的表面上所反射并且以相反方向经过与发射光的光路相同的光路的物体光从下方透射通过光学单元10时，该物体光经由柱面透镜12从线状光束再次转变成圆形平行光。然后，该物体光经过位于柱面透镜12上方的半透半反镜2并且射向分束器3。这里，由于柱面透镜12被配置为能够拆卸，因此可以通过柱面透镜12的安装和拆卸来使形成在工件W的表面上的图像在线状图像L和传统的点状图像之间切换。例如，在拆卸了柱面透镜12的情况下，物镜13利用从管透镜11照射来的平行光在工件W的表面上形成点状图像。注意，可以手动进行柱面透镜12的安装/拆卸操作。可选地，在无法对线状图像L进行焦点检测的情况下(例如，在由于形成在工件W的表面上的线状图像L与边缘线E完全重叠并且未被适当反射、因而无法获得预定光量的情况下)，可以从光路自动拆卸柱面透 镜12，由此可以将图像切换为点状图像。相反，在利用点状图像无法进行焦点检测的情况下(在无法获得预定光量的情况下)，可以自动将柱面透镜12配置到光路上，由此可以将图像切换为线状图像L。分束器3配置在半透半反镜2的Z方向上侧。分束器3将来自工件W的表面并从下方透射通过光学单元10和半透半反镜2的物体光一分为二，然后使这两束光入射到检测单元4A和4B上。检测单元4A和4B包括受光单元41A和41B、以及分别设置在受光单元41A和41B中的针孔42A和42B。检测单元4A和4B分别接收由分束器3所分成的两束光的其中一个，检测所接收到的光的量，并将检测到的光量输出至控制单元8。运算单元5利用放大器(未示出)放大分别来自检测单元4A和4B的输出信号，并且利用运算电路(未示出)获取这些放大信号之间的差，由此获得焦点误差信号。台架6配置在物镜13的Z方向下方。台架6的上表面上安装有工件W。台架驱动机构单元7使台架6能够在水平方向(X方向和Y方向)以及垂直方向(Z方向)三个方向上移动。台架驱动机构单元7支撑台架6，以使得台架6能够在X方向、Y方向和Z方向上移动。具体地，台架驱动机构单元7响应于从控制单元8输出的、基于运算单元5所接收到的焦点误差信号的控制信号来使台架6在X方向、Y方向和Z方向上移动，并且将台架6在X方向、Y方向和Z方向上的位置信息(位置坐标)输出至控制单元8。因而，台架6和物镜13之间的相对距离通过台架驱动机构单元7而改变，并且被调整为相对于工件W的表面的聚焦长度(检测焦点)。控制单元8包括中央处理单元(CPU) 81、随机存取存储器(RAM) 82和存储单元83等，并且连接至发光单元I、检测单元4A和4B、运算单元5、台架驱动机构单元7以及驱动马达124等。CPU 81读出存储在存储单元83中的各种处理程序等，然后在RAM 82中展开这些程序等，并且与所展开的程序等协作地执行各种处理，由此控制整个自动调焦装置100。RAM 82在RAM 82内的程序存储区域中展开CPU 81所执行的处理程序等，并还将输入数据以及在执行这些处理程序等时所生成的处理结果等存储在RAM 82内的数据存储区域中。例如，存储单元83包括非易失性半导体存储器，并且存储CPU 81能够执行的系统程序、相关系统程序能够执行的各种处理程序、执行这些各种处理程序时所使用的数据以及通过CPU81执行运算处理所获得的各种处理结果的数据等。注意，这些程序以计算机能够读取的程序代码形式存储在存储单元83中。此外，控制单元8判断检测单元4A和4B所检 测到的光量是否超过预定的阈值光量。这里，建议可以将预定的阈值光量设置为通常受光量。然后，当控制单元8判断为这些光量没有超过预定的阈值光量时，控制单元8判断为没有接收到通常受光量，并且判断为发生了错误。即，控制单元8用作如下的错误判断单元，其中该错误判断单元用于判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量，并且当控制单元8判断为相关光量没有超过预定的阈值光量时，判断为发生了错误。作为控制单元8判断为发生了错误的情况，例如，存在如图4A所示的这种情况形成在工件W的表面上的线状图像L与边缘线E完全重叠，并且形成线状图像L的光未被适当反射。在这种情况下，控制单元8对转动单元(驱动马达124)进行控制以使柱面透镜12转动，并且如图4B所示使线状图像L转动，从而消除线状图像L和边缘线E之间的这种完全重叠。即，在控制单元8检测到错误的情况下，自动调焦装置100使线状图像L转动，由此可以自动消除该错误。注意，没有特别限制在判断为发生了错误时线状图像L转动的角度。例如，建议使线状图像L转动作为45°的倍数的角度(45°、90°和135° )。此夕卜，由于本发明的实现不依赖于从发光单兀I所发射的光(电磁波)的波长，因此可以根据需要改变发光单元I的光源，并且可以改变从发光单元I所发射的光的波长。然后，从发光单元I所发射的光的波长改变，由此如图5A和图5B所示，在工件W的表面上出现的线状图像L 3和L4的颜色改变。即，线状图像L的颜色可以响应于工件W的特性(颜色和反射率)而改变。接着，将说明自动调焦装置100的功能。在自动调焦装置100中，来自发光单元I的发射光被半透半反镜2反射至光学单元10，从上方透射通过光学单元10，并且照射到工件W上。然后，在工件W的表面上所反射的物体光从下方透射通过光学单元10和半透半反镜2，被分束器3 —分为二并且入射到检测单元4A和4B上。光学单元10包括位于管透镜11和物镜13之间的柱面透镜12，并且在工件W的表面上形成线状图像L。然后，在工件W的表面上所反射的物体光从下方再次透射通过光学单元10中的柱面透镜12，因而恢复为圆形。S卩，从发光单元I所发射的圆形发射光经由柱面透镜12成为线形，并且在工件W的表面上发生反射，而线状物体光经由柱面透镜12恢复为圆形，并且到达检测单元4A和4B。这里，形成在工件W的表面上的线状图像L能够根据柱面透镜12的转动而转动。因此，无论边缘线E可能存在于哪个方位，都可以通过线状图像L的转动来避免线状图像L和高度差的边缘线E之间的完全重叠，从而可以进行焦点检测。此外，控制单元8判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量。当控制单元8判断为这些光量没有超过预定的阈值光量时，控制单元8判断为发生了错误。然后，当判断为发生了错误时，控制单元8对转动单元(驱动马达124)进行控制以使柱面透镜12转动，由此使线状图像L转动，从而自动消除该错误。
此外，由于柱面透镜12被配置为能够拆卸，因此可以通过柱面透镜12的安装和拆卸使图像在线状图像L和点状图像之间切换。如上所述，根据第一实施例的自动调焦装置100包括发光单元I ;光学单元10，其配置在发光单元I和工件W之间，并且使来自发光单元I的发射光和来自工件W的物体光透射通过，以使得该发射光和该物体光可以经过相同的光路；以及检测单元4A和4B，用于利用经过了光学单元10的物体光来进行焦点检测。光学单元10包括管透镜11，用于将来自发光单元I的发射光转变成平行光；柱面透镜12，用于使来自管透镜11的平行光变形为线形；物镜13，用于利用来自柱面透镜12的线状光在工件W的表面上形成线状图像L ;以及转动单元(第一齿轮121、第二齿轮122、转动轴123和驱动马达124)，用于使线状图像L转动预定角度。
因此，在工件W的表面上形成线状图像L，并且即使在工件W的表面上存在高度差的情况下，也可以通过平均化效果来进行焦点检测。此外，无论高度差可能存在于哪个方位，线状图像L都可根据柱面透镜12的转动而转动，从而可进行焦点检测。此外，在根据第一实施例的自动调焦装置100中，柱面透镜12被配置为能够拆卸。因此，可以通过柱面透镜12的安装和拆卸而使在工件W的表面上出现的图像在线状图像L和传统的点状图像之间切换。例如，可以进行这种切换以使得可以在狭窄范围内形成点状图像，并且可以提高该装置的多功能性。此外，根据第一实施例的自动调焦装置100还包括错误判断单元(控制单元8)，用于判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量，并且当控制单元8判断为相关光量没有超过预定的阈值光量时，判断为发生了错误。在控制单元8检测到错误的情况下，转动单元(第一齿轮121、第二齿轮122、转动轴123和驱动马达124)使线状图像L转动。因此，例如，在线状图像L与边缘线E完全重叠并且未被适当反射的情况下，线状图像L转动，并且线状图像L和边缘线E之间的完全重叠消除，从而可以自动消除该错误。此外，根据第一实施例的自动调焦装置100能够通过改变来自发光单元I的发射光的波长来改变线状图像L的颜色。因此，可以针对工件W的特性(颜色和反射率)来改变线状图像L的颜色，并且可以提高多功能性。第二实施例将说明根据第二实施例的自动调焦装置200的结构。注意，对与第一实施例的构成相同的构成指派相同的附图标记。如图6A、图6B和图7所示，根据第二实施例的自动调焦装置200包括发光单元I、半透半反镜2、光学单元20、分束器3、检测单元4A和4B、运算单元5、台架6、台架驱动单元7和控制单元8等。在第二实施例中，如图6A所示，将从发光单元I至半透半反镜2的方向定义为Z方向(垂直方向)，将从半透半反镜2至光学单元20的方向定义为X方向(左右方向)，并且将与X方向和Z方向相垂直的方向定义为Y方向(前后方向)。例如，发光单元I包括诸如放电灯、发光二极管和激光器等的光源，并且生成和发射光束。从发光单元I所发射的光(发射光)照射到配置在发光单元I的Z方向下侧的半透半反镜2上。半透半反镜2使来自光反射单元I的发射光反射至配置在发光单元I的X方向左侧的光学单元20。由半透半反镜2所反射的发射光从右侧照射到光学单元20上。此外，半透半反镜2使作为被工件W的表面所反射的发射光的物体光透射通过，其中，该物体光以与发射光的照射方向相反的方向经过光学单元20。透射通过了半透半反镜2的物体光射向分束器3。光学单元20配置在半透半反镜2和工件W之间，并且允许来自发光单元I的发射光和来自工件W的物体光经过相同的光路。具体地，光学单元20包括管透镜21和线状图像形成单元22。管透镜21使从半透半反镜2所入射的发射光形成为平行光，并使该平行光照射到配置在管透镜21的X方向左侧的线状图像形成单元22上。作为光形状变形单元，线状图像形成单元22使来自管透镜21的这种圆形平行光变形为线形。具体地，线状图像形成单元22包括驱动镜221 ;驱动单元222，用于对驱动镜221进行驱动；以及物镜223。对驱动镜221进行配置，以使得其反射面可以相对于来自管透镜21的平行光倾斜。例如，驱动镜221包括使用微机电系统(MEMS)技术的电磁驱动型MEMS镜。驱动镜221使其反射面绕与沿Z方向的光轴(图6A中的Zl)方向相垂直的任意转动轴往复转动，其中，光轴Zl使驱动镜221和工件W的表面相互连线。驱动镜221的反射面使来自管透镜21的平行光反射至物镜223。具体地，在来自管透镜21的圆形平行光从相对于驱动镜221的反射面倾斜的方向照射到驱动镜221上、并且驱动镜221的反射面在反射该圆形平行光时往复转动的情况下，该圆形平行光转变成线状光束，并且该线状光束照射到位于下方的物镜223上。S卩，当驱动镜221的反射面转动时，平行光的反射角度改变。因此，当该反射面往复转动时，由物镜223所聚光的点状图像响应于相关反射角度而在工件W的表面上线形连续移动。这样，如图6B所示，形成了线状图像L。注意，在图6B中，线状图像L是在X方向(左右方向)上形成的；然而，如图3A 3C所示，根据第二实施例的自动调焦装置200可以使线状图像L转动预定角度。具体地，对驱动单元222进行控制，由此使得驱动镜221的反射面的这种往复转动轴方向绕使驱动镜221和工件W相互连线的光轴Zl转动预定角度。这样，形成在工件W的表面上的线状图像L可以转动预定角度。响应于控制单元8所输出的控制信号，驱动单元222使驱动镜221的反射面绕与使驱动镜221和工件W的表面相互连线的光轴Zl的方向相垂直的任意轴往复转动。此外，驱动单元222还用作如下的转动单元,其中，该转动单元使该反射面的往复转动轴方向绕使驱动镜221和工件W相互连线的光轴Zl转动，由此使线状图像L转动。
此外，驱动单元222可以在使驱动镜221的反射面往复转动的状态(驱动状态)和使驱动镜221的反射面的往复转动保持停止的状态(静止状态)之间切换。在使驱动镜221的反射面的这种往复转动保持停止的状态下，形成点状图像S。可以通过使驱动单元222在驱动状态和静止状态之间切换来使形成在工件W的表面上的图像在线状图像L和点状图像S之间切换。物镜223被配置成面向工件W。在驱动镜221的反射面往复转动的情况(驱动状态)下，物镜223利用从驱动镜221的反射面照射来的平行光在工件W的表面上形成线状图像L。另外，在驱动镜221的反射面停止不动的情况(静止状态)下，物镜223利用从驱动镜221照射来的平行光在工件W的表面上形成点状图像S。因而，在驱动状态下，由半透半反镜2所反射的光经过光学单元20 (管透镜21、线状图像形成单元22)，并且到达工件W，从而在工件W的表面上形成线状图像L。
驱动镜221的反射面的往复转动轴方向绕光轴Zl转动，由此可以使形成在工件W的表面上的线状图像L转动。因而，例如，如图3A 3C所示，线状图像L转动，从而不与存在于工件W的表面上的边缘线E完全重叠，由此无论边缘线E可能存在于哪个方位，都可以进行焦点检测。然后，作为被工件W的表面所反射的发射光的物体光在沿与发射光的照射方向相反的方向经过光学单元20时，沿该相反方向经过与发射光的光路相同的光路，并且由线状图像形成单元22转变成圆形平行光。然后，该物体光透射通过半透半反镜2，并且射向分束器3。分束器3配置在半透半反镜2的X方向右侧，使来自工件W的表面并经过光学单元20和半透半反镜2的物体光一分为二，然后使这两束光入射到检测单元4A和4B上。检测单元4A和4B包括受光单元41A和41B、以及分别设置在受光单元41A和41B中的针孔42A和42B。检测单元4A和4B分别接收由分束器3所分成的两束光的其中一个，检测所接收到的光的光量，并将所检测到的光量输出至控制单元8。运算单元5利用放大器(未示出)放大分别来自检测单元4A和4B的输出信号，并且利用运算电路(未示出)获取这些放大信号之间的差，由此获得焦点误差信号。在物镜223的Z方向下方，台架6的上表面上安装有工件W。台架驱动机构单元7使该台架6能够在水平方向(X方向和Y方向)以及垂直方向(Z方向)三个方向上移动。台架驱动机构单元7支撑台架6，以使得台架6能够在X方向、Y方向和Z方向上移动。具体地，台架驱动机构单元7响应于从控制单元8输出的、基于运算单元5所接收到的焦点误差信号的控制信号来使台架6在X方向、Y方向和Z方向上移动，并且将台架6在X方向、Y方向和Z方向上的位置信息(位置坐标)输出至控制单元8。因而，台架6和物镜223之间的相对距离通过台架驱动机构单元7而改变，并且被调整为相对于工件W的表面的聚焦长度(检测焦点)。控制单元8包括中央处理单元(CPU) 81、随机存取存储器(RAM) 82和存储单元83等，并且连接至发光单元I、检测单元4A和4B、运算单元5、台架驱动机构单元7和驱动单元
999坐m 、j. οCPU 81读出存储在存储单元83中的各种处理程序等，然后在RAM 82中展开这些程序等，并且与所展开的程序等协作地执行各种处理，由此控制整个自动调焦装置200。RAM 82在RAM 82内的程序存储区域中展开CPU 81所执行的处理程序等，并且将输入数据和在执行这些处理程序等时所生成的处理结果等存储在RAM 82内的数据存储区域中。
例如，存储单元83包括非易失性半导体存储器，并且存储CPU 81能够执行的系统程序、相关系统程序能够执行的各种处理程序、在执行这些各种处理程序时所使用的数据以及通过CPU 81执行运算处理所获得的各种处理结果的数据等。注意，这些程序以计算机能够读取的程序代码的形式存储在存储单元83中。此外，以与第一实施例相同的方式，控制单元8用作如下的错误判断单元，其中，该错误判断单元判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量，并且当控制单元8判断为这些光量没有超过预定的阈值光量时，判断为发生了错误。当判断为发生了错误时，控制单元8使驱动镜221的反射面的往复转动轴方向绕光轴Zl转动，由此使形成在工件W的表面上的线状图像L转动，并且自动消除线状图像L和边缘线E之间的完全重叠。
注意，没有特别限制在判断为发生了错误时线状图像L转动的角度。例如，建议线状图像L绕光轴Zl转动45°。此外，以与第一实施例相同的方式，在根据第二实施例的自动调焦装置200中，也根据需要改变发光单元I的光源，并且改变从发光单元I所发出的光的波长，由此可以改变线状图像L的颜色。接着，将说明自动调焦装置200的功能。在自动调焦装置200中，从发光单元I所发射的光由半透半反镜2反射到光学单元20上，经过光学单元20，并且照射到工件W上。在工件W的表面上所反射的物体光以与发射光的方向相反的方向透射通过光学单元20和半透半反镜2，由分束器3 —分为二并且入射到检测单元4A和4B上。光学单元20包括位于管透镜21和物镜223之间的线状图像形成单元22，并且在驱动镜221的反射面往复转动的情况(驱动状态)下，在工件W的表面上形成线状图像L。在工件W的表面上所反射的物体光再次经过光学单元20中的线状图像形成单元22，恢复为圆形，并且到达检测单元4A和4B。驱动镜221的反射面的往复转动轴方向可绕光轴Zl转动，由此可以使形成在工件W的表面上的线状图像L绕光轴Zl转动。因此，线状图像L转动，由此可以避免线状图像L和高度差的边缘线E之间的完全重叠，从而无论边缘线E可能存在于哪个方位，都可以进行焦点检测。此外，控制单元8判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量。当控制单元8判断为这些光量没有超过预定的阈值光量时，控制单元8判断为发生了错误。当判断为发生了错误时，控制单元8使驱动镜221绕光轴Zl转动，由此使线状图像L转动，并且自动消除该错误。此外，可以使驱动镜221在驱动状态和静止状态之间切换，并且可以使驱动镜221停止不动，由此可以将线状图像L切换为点状图像。如上所述，根据第二实施例的自动调焦装置200包括发光单元I ;光学单元20，其配置在发光单元I和工件W之间，并且使来自发光单元I的发射光和来自工件W的物体光经过，以使得该发射光和该物体光可以经过相同的光路；以及检测单元4A和4B，用于利用经过了光学单元20的物体光来进行焦点检测。光学单元20包括管透镜21，用于将来自发光单元I的发射光转变成平行光；线状图像形成单元22 (驱动镜221、驱动单元222和物镜223)，用于在工件W的表面上形成线状图像L ;以及转动单元(驱动单元222)，用于使线状图像L转动预定角度。 因此，在工件W的表面上形成线状图像L，并且即使在工件W的表面上存在高度差的情况下，也可以通过平均化效果来进行焦点检测。此外，驱动镜221绕光轴Zl转动，由此可以使线状图像L转动。因此，无论高度差可能存在于哪个方位，都可以进行焦点检测。此外，根据第二实施例的自动调焦装置200的驱动单元222能够使驱动镜221在驱动状态和静止状态之间切换，并且在驱动状态和静止状态之间对驱动镜211进行切换，由此可以使图像在线状图像L和点状图像S之间切换。因此，例如，可以进行这种切换，以使得可以在狭窄范围内形成点状图像S，并且可以提高该装置的多功能性。此外，根据第二实施例的自动调焦装置200还包括错误判断单元(控制单元8)，用于判断检测单元4A和4B所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量，并且在控制单元8判断为相关光量没有超过预定的阈值光量时，判断为发生了错误。在控制单元8检测到该错误的情况下，驱动单元222 (转动单元)使线状图像L转动。因此，例如，在线状图像L与边缘线E完全重叠并且未被适当反射的情况下，线状图像L转动，可以消除线状图像L和边缘线E之间的重叠，并且可以自动消除该错误。此外，根据第二实施例的自动调焦装置200能够通过改变来自发光单元I的发射光的波长来改变线状图像L的颜色。因此，可以响应于工件W的特性(颜色和反射率)来改变线状图像L的颜色，并且可以提闻多功能性。以上基于与本发明有关的实施例具体说明了本发明。然而，本发明不限于上述实施例，并且可以在不背离本发明的精神的范围内进行改变。例如，在根据上述实施例的各个自动调焦装置中，例示了使用针孔(pinhole)法的结构；然而，可以使用除针孔法以外的诸如刀口(knife edge)法、傅柯(Foucault)法和像散(astigmatic)法等的检测原理。此外,在上述实施例中，驱动单元222还用作如下的转动单元,其中，该转动单元通过使驱动镜221的反射面的往复转动轴方向绕光轴Zl转动来使线状图像L转动；然而，本发明不限于此。例如，可以与驱动单元222分开设置如下的机构，其中，该机构使驱动镜221的反射面的往复转动轴方向绕光轴Zl转动。尽管已示出和说明了各种典型实施例，但本发明不限于所示出的这些实施例。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书来限定。
权利要求
1.一种自动调焦装置，包括 光源； 光学单元，其配置在所述光源和测量对象之间，用于使得来自所述光源的发射光和来自所述测量对象的物体光能够经过相同的光路；以及 检测单元，用于通过使用经过了所述光学单元的物体光来进行焦点检测， 其中，所述光学单元包括 管透镜，用于使所述发射光形成为平行光； 线状图像形成单元，用于利用来自所述管透镜的平行光在所述测量对象的表面上形成线状图像；以及 转动单元，用于使所述线状图像转动。
2.根据权利要求I所述的自动调焦装置，其特征在于， 所述线状图像形成单元包括柱面透镜，以及 所述转动单元通过使所述柱面透镜转动来使所述线状图像转动。
3.根据权利要求2所述的自动调焦装置，其特征在于，所述柱面透镜被配置为能够拆卸。
4.根据权利要求I所述的自动调焦装置，其特征在于， 所述线状图像形成单元包括 驱动镜，用于反射来自所述管透镜的平行光； 物镜，用于利用被所述驱动镜的反射面所反射的平行光在所述测量对象的表面上形成点状图像；以及 驱动单元，用于使所述驱动镜的反射面绕与如下的光轴方向相垂直的转动轴转动，其中，所述光轴方向使所述驱动镜和所述测量对象的表面相互连线， 其中，所述驱动单元通过使所述驱动镜转动来使所述点状图像线形移动，从而形成所述线状图像，以及 所述转动单元通过使所述转动轴绕所述光轴方向转动来使所述线状图像转动，其中，所述光轴方向使所述驱动镜和所述测量对象的表面相互连线。
5.根据权利要求4所述的自动调焦装置，其特征在于，所述驱动单元通过使所述驱动镜的状态在转动状态和静止状态之间切换，来使形成在所述测量对象的表面上的图像的形状在线状和点状之间切换。
6.根据权利要求I所述的自动调焦装置，其特征在于，还包括 错误判断单元，用于判断所述检测单元所检测到的物体光的光量是否超过预定的阈值光量，并且在所检测到的物体光的光量没有超过所述预定的阈值光量时，判断为发生了错误， 其中，当所述错误判断单元判断为发生了错误时，所述转动单元使所述线状图像转动。
7.根据权利要求I所述的自动调焦装置，其特征在于，所述线状图像的颜色根据来自所述光源的发射光的波长的改变而改变。
全文摘要
提供了一种自动调焦装置，包括光源；光学单元，其配置在所述光源和测量对象之间，用于使得来自所述光源的发射光和来自所述测量对象的物体光能够经过相同的光路；以及检测单元，用于通过使用经过了所述光学单元的物体光来进行焦点检测，其中，所述光学单元包括管透镜，用于使所述发射光形成为平行光；线状图像形成单元，用于利用来自所述管透镜的平行光在所述测量对象的表面上形成线状图像；以及转动单元，用于使所述线状图像转动。
文档编号G03B13/36GK102621658SQ20121002162
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者下川清治, 冈部宪嗣, 北川一树 申请人:株式会社三丰