-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Autofokussieren
einer Objektivlinse. Die vorliegende Erfindung ist bei optischen
Meßgeräten wie
etwa einem Bildmeßinstrument
oder einem Mikroskop einsetzbar, bei denen eine Messung der Größen und
Formen eines zu messenden Objekts unter Beobachtung eines Bilds
des Objekts mit Hilfe eines optischen Beobachtungssystems durchgeführt wird.
-
Bei
Autofokussiereinrichtungen, die an einem optischen Meßgerät wie etwa
einem Bildmeßinstrument
oder einem Mikroskop vorgesehen sind, ist eine unter Ausnutzung
des Bildkontrasts arbeitende Ausführungsform bekannt, bei der
die Fokussierung auf der Grundlage des Kontrast der Abbildung einer zu
messenden Objektoberfläche
durchgeführt
wird. Hierbei wird das Bild zunächst
durch eine CCD-Kamera aufgenommen. Weiterhin ist eine mit Laser-Fokussierung
arbeitende Ausführungsform
bekannt, bei der die Fokussierung auf der Grundlage des von einer
zu messenden Objektoberfläche
reflektierten Lichts unter Einsatz eines Lasers durchgeführt wird.
-
Allerdings
ergeben sich bei den vorstehend angegebenen, mit Hilfe des Kontrasts
oder eines Lasers arbeitenden Ausführungsformen die nachstehend
erläuterten
Schwierigkeiten.
-
Bei
der anhand des Kontrasts arbeitenden Ausführungsform ist es schwierig,
eine korrekte Fokussierung auf eine mit relativ geringem Kontrast
versehene Oberfläche
wie etwa auf eine spiegelnd bearbeitete Oberfläche oder auf eine Glasoberfläche durchzuführen. Bei
der mit Laser arbeitenden Fokussierungsmethode ist es zwar möglich, eine
Fokussierung auf geringen Kontrast aufweisenden Oberflächen gemäß den vorstehenden
Angaben durchzuführen,
wobei jedoch eine Fokussierung lediglich an demjenigen Punkt stattfindet,
der durch den Laser bestrahlt wird (die meisten dieser Punkte befinden sich
an zentralen Abschnitten). Darüber
hinaus ist das Gerät
selbst sehr teuer.
-
In
der
DE 195 37 376
A1 wird ein Autofokussierungsmikroskop beschrieben, das
ein Musterabbildungssystem umfasst, mittels dessen ein gitterförmiges Muster
auf die Probe projiziert werden kann. Das Bild des Musters wird
in eine Bildebene reflektiert und über einen Bilddetektor analysiert
und zur Scharfstellung des Bildes verwendet.
-
Ein
Autofokussierungssystem für
ein Mikroskop wird zudem in der
US 4 945 220 A unter Verwendung einer Platte
beschrieben, auf der über
fotolithografische Verfahren eine Struktur aufgebracht ist, mittels
dessen ein Muster auf die Probe projiziert werden kann. Das Muster
besteht aus einer Mehrzahl von Rechtecken, die jeweils aus parallel
angeordneten Streifen aufgebaut sind. Das projizierte Muster wird
auf ein Array einer CCD-Kamera reflektiert, so dass eine Autofokussierung
ermöglicht
wird.
-
In
der
DE 37 39 223 A1 wird
ein Verfahren zur Autofokussierung von Mikroskopen beschrieben, bei
denen in einer Objektebene ein Hell-Dunkel-Kontrast enthaltenes
gitterförmiges
Muster projiziert wird, das im Auflichtbetrieb bei geringen Objektkontrasten ein
sicheres Auffinden der optimalen Scharfeinstellung ermöglicht.
-
Die
US 5 404 163 A zeigt
ein Verfahren zur Autofokussierung von Mikroskopen, bei dem im Falle ungenügenden Kontrastes
ein Muster auf das zu untersuchende Objekt projiziert wird.
-
Eine
Vorrichtung zur Kontrastmaximierung ist in der
GB 2 198 607 A beschrieben,
bei der das Filament einer Lampe über ein Linsensystem in die
Bildebene projiziert wird, um auf diese Weise ein Muster bestehend
aus parallelen Wellen zu erzeugen, mittels dessen eine Kontrastmaximierung
vorgenommen werden kann.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Autofokussierverfahrens, bei
der die Schwierigkeiten, die bei dem herkömmlichen Fokussierungsverfahren
auftreten, überwunden sind,
so daß eine
Fokussierung auf zu messende Objekte aus allen möglichen Materialarten möglich ist und
eine Fokussierung auf beliebige gewünschte Punkte innerhalb eines
beobachteten Abbildes des zu messenden Objekts erreicht werden kann.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 genannten
Merkmalen gelöst.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2
angegeben.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine Musterprojektionseinrichtung vorgesehen, die ein bestimmtes
Muster auf die Oberfläche
eines zu messenden Objekts projiziert. Die Autofokussiereinrichtung
enthält
ferner eine Objektivlinse, die das Licht auf die Oberfläche des
zu messenden Objekts bzw. auf die zu messende Objektoberfläche fokussiert,
ein optisches Beobachtungssystem, das zur Betrachtung oder Beobachtung
eines Abbildes des zu messenden Objekts auf der Grundlage von durch die
Objektivlinse durchtretendem Licht ausgelegt ist, und eine Antriebseinrichtung,
durch die die Objektivlinse entlang der optischen Achse auf der
Grundlage des Kontrasts des mit Hilfe des optischen Beobachtungssystems
erhaltenen Objektbilds verlagerbar ist.
-
Unter
Verwendung des vorstehend erläuterten
Aufbaus läßt sich
ein bestimmtes, bzw. definiert ausgelegtes, Muster auf die Oberfläche des
zu messenden Objekts projizieren, wobei die Objektivlinse auf der
Grundlage des Kontrasts des Musters entlang der optischen Achse
derart verlagert werden kann, daß eine Fokussierung auf der
Oberfläche
des zu messenden Objekts selbst dann stattfindet, wenn die Oberfläche durch
ein ursprünglich
geringen Kontrast aufweisendes Material wie etwa durch eine spiegelnd bearbeitete
Oberfläche
oder durch eine Glasoberfläche
gebildet ist. Da das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte
Verfahren zu den mit Kontrastauswertung arbeitenden Verfahren zählt, sind
zugleich auch die Schwierigkeiten gelöst, die bei einer mit Lasereinsatz
arbeitenden Fokussiermethode auftreten.
-
Bei
dem vorstehend erläuterten
Aufbau weist die Musterprojektionseinrichtung in bevorzugter Ausgestaltung
eine Beleuchtungseinrichtung, eine Projektionslinse und eine Musterprojektionstafel
auf, die zwischen die Beleuchtungseinrichtung und die Projektionslinse
eingeführt
ist und mindestens ein bestimmtes bzw. definiertes Muster trägt.
-
Bei
der Messung eines aus Material mit geringem Kontrast bestehenden
Objekts wird die Messung in einem solchen Zustand ausgeführt, daß das auf
der Musterprojektionstafel befindliche Muster auf die Oberfläche des
zu messenden Objekts über
die Projektionslinse projiziert wird. Wenn demgegenüber ein
aus Material mit hohem Kontrast bestehendes Objekt gemessen wird,
wird die Musterprojektionstafel aus dem Lichtpfad entfernt, indem
die die Musterprojektionstafel enthaltende oder bildende Platte
zurückgezogen
wird. Das Gerät
kann dann in der gleichen Weise wie bei der herkömmlichen Kontrast-Methode eingesetzt
werden. Die Musterprojektionstafel kann auch durch eine Platte ersetzt
werden, die hinsichtlich der Form und der Qualität der Oberfläche des
zu messenden Objekts ein noch geeigneteres Muster trägt.
-
Bei
der Autofokussiereinrichtung ist in bevorzugter Ausgestaltung eine
Einstelleinrichtung vorgesehen, die zur Justierung des Abstands
und der Neigung der Musterprojektionstafel mit Bezug zu der Projektionslinse
der Musterprojektionseinrichtung ausgelegt ist, wobei diese Einstelleinrichtung
zusätzlich
zu der Beleuchtungseinrichtung, der Projektionslinse und der Musterprojektionstafel
bereitgestellt ist.
-
Der
Abstand und die Neigung der Musterprojektionstafel mit Bezug zu
der Musterprojektionslinse sind somit einstellbar, so daß das auf
der Musterprojektionstafel befindliche Muster scharf und genau auf die
Oberfläche
des zu messenden Objekts projiziert werden kann.
-
Der
Aufbau der Einstelleinrichtung kann jede beliebige Gestaltung aufweisen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Einstelleinrichtung jedoch
mit einer Schiebeplatte bzw. gleitverschieblich angeordneten Platte
versehen, die im rechten Winkel zu der optischen Achse des von der
Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts angeordnet ist und für eine Positionierung
in Richtungen verschieblich ist, die einander rechtwinklig kreuzen.
Weiterhin ist die Einstelleinrichtung bei dieser Ausgestaltung mit
einer drehbaren Platte, die an der gleitverschieblich angeordneten
Platte in einer um eine Achse, die parallel zu der optischen Achse
des von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten Lichts verläuft, drehbaren Weise
vorgesehen ist, mit einem Halter, der an der drehbaren Platte angeordnet
ist und zum Halten der Musterprojektionstafel ausgelegt ist, mit
einer Mehrzahl von Einstellschrauben, die in dem Halter mit in bestimmten
Winkeln angeordneten Abständen
vorgesehen sind und deren Köpfe
sich in Anlageberührung
an der drehbaren Platte befinden, und mit einer Mehrzahl von Zugschrauben
bzw. Stellschrauben versehen, die an der drehbaren Platte zwischen
den Einstellschrauben vorgesehen sind.
-
Die
Musterprojektionstafel ist durch eine Flüssigkristalltafel bzw. Flüssigkristallplatte
gebildet, deren Anzeigemuster durch entsprechende Zuführung von
elektrischem Strom steuerbar ist. Hierbei wird als Beispiel ein
Muster bei Zuführung
von elektrischem Strom angezeigt, während bei Fehlen von elektrischem
Strom das Muster ausgelöscht
ist.
-
Das
auf der Musterprojektionstafel dargestellte Muster läßt sich
somit in einfacher Weise auslöschen,
wenn das Meßgerät bzw. die
Fokussiereinrichtung bei der Messung eines Objekts aus einem hohen
Kontrast aufweisenden Material in herkömmlicher Weise eingesetzt wird.
-
Hinsichtlich
der auf der Flüssigkristalltafel angezeigten
Muster wird ein dreieckförmiges
Muster verwendet, bei dem ein Satz aus zwei Dreiecken, die jeweils
unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit
aufweisen, abwechselnd in den nach links und rechts weisenden Richtungen
aneinander gereiht sind, wobei die Scheitelpunkte der beiden Dreiecke
gleichfalls abwechselnd nach oben und nach unten zeigen. Dieser
Satz aus dreieckförmigen
Mustern ist weiterhin in der Vertikalrichtung ausgebreitet bzw.
wiederholt vorgesehen, derart, daß alle Scheitelpunkte aller
benachbarten Dreiecke jeweils in die entgegengesetzte Richtung weisen.
Ein weiteres Muster besteht aus einem Muster aus Quadraten, die
derart angeordnet sind, dass die Quadrate alternierend mit unterschiedlicher
Lichtdurchlässigkeit
schachbrettmusterartig angeordnet sind, wobei das Schachbrettmuster
derart gedreht ist, dass das Muster aus Quadraten rautenförmig auf
die Oberfläche
des zu messenden Objekts projiziert wird, besteht.
-
Diese
erfindungsgemäßen Muster
sind zur Erzielung einer korrekten Fokussierung besonders zweckmäßig, da
jedes beliebige zu messende Objekt, das eine gerichtete Kante aufweist,
leicht sichtbar ist, weil sich, anders ausgedrückt, eine solche Kante nicht
hinter dem Muster verstecken kann bzw. durch das Muster deutlich
wiedergegeben wird.
-
Als
optisches Beobachtungssystem wird eine CCD-Kamera verwendet.
-
Die
Antriebseinrichtung kann mit einem Magneten, der an einer Seite,
das heißt
entweder an einem Gehäuse
und einem die Objektivlinse in beweglicher Weise in Richtung der
optischen Achse haltenden Halter angeordnet ist, und mit einer Spule
versehen sein, die an der anderen Komponente, das heißt an dem
Linsenhalter oder an dem Gehäuse,
angeordnet ist.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
beschrieben.
-
1 zeigt
eine seitliche Aufrißansicht
eines Bildmeßgeräts,
-
2 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang der Linie 2-2 in 1 gesehen
ist,
-
3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht,
in der eine Positioniereinrichtung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
dargestellt ist,
-
4 zeigt
eine Schnittansicht, die entlang der Linie 4-4 in 3 gesehen
ist,
-
5(A) und (B) zeigen eine Draufsicht auf eine bei
der vorliegenden Erfindung eingesetzte Flüssigkristalltafel und eine
schematische Ansicht der Oberfläche
eines zu messenden Objekts, auf der das durch die erfindungsgemäße Flüssigkristalltafel gebildete
Muster projiziert ist,
-
6 zeigt
eine Draufsicht auf eine bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte
Einstelleinrichtung,
-
7 zeigt
eine Schnittansicht der in 6 dargestellten
Einstelleinrichtung,
-
8 zeigt
ein Blockschaltbild eines bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten
Steuersystems,
-
9 zeigt
eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristalltafel,
-
10(A) und 10(B) zeigen
Draufsichten auf eine erfindungsgemäße Flüssigkristalltafel, die ein
Gittermuster trägt,
und auf ein projiziertes Muster, und
-
11 zeigt
eine seitliche Aufrißansicht
einer mit Abbildung arbeitenden Meßeinrichung.
-
1 zeigt
eine seitliche Aufrißansicht
eines Bildmeßgeräts bzw.
eines mit Abbildung oder Bildgabe arbeitenden Meßgeräts, das mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In 2 ist
eine Schnittansicht dargestellt, die entlang der in 1 gezeigten
Linie 2-2 geschnitten ist. Das mit Abbildung arbeitende Meßgerät weist
einen Tisch 10, der in Richtung der Achsen X und Y (nach
links und rechts weisende Richtung gemäß 1 sowie
eine rechtwinklig zu der Zeichnungsoberfläche der 1 verlaufende
Richtung) beweglich angeordnet ist und zur Auflage eines zu messenden Objekts
dient, und eine optische Systemeinheit 11 auf, die dem
Tisch 10 gegenüberliegend
angeordnet ist und sich nach oben und unten in Richtung der Achse
Z (vertikale Richtung in 1) entlang einer in den Zeichnungen
nicht gezeigten Säule
bewegen kann.
-
Die
optische Systemeinheit 11 umfaßt ein Gehäuse bzw. einen Kasten 12.
In einem Zylinder bzw. zylindrisches Element 12A an der
Bodenfläche des
Gehäuses 12 ist
eine Objektlinse bzw. Objektivlinse 14 vorgesehen, die
durch einen Objektivlinsenhalter 13 gehalten ist, der in
Richtung der optischen Achse L verlagerbar ist. Ein Betätigungselement 15 ist
zwischen dem zylindrischen Element 12A und dem Objektivlinsenhalter 13 vorgesehen
und dient als Antriebseinrichtung für die Bewegung des Objektivlinsenhalters 13 entlang
der optischen Achse L. Das Betätigungselement 15 ist
durch einen Magnet 16, der an dem zylindrischen Element 12A fest
angebracht ist, und eine Spule 17 gebildet, die an dem
Objektivlinsenhalter 13 fest montiert ist. Eine CCD-Kamera 24 und
eine Beleuchtungseinrichtung 25 sind an der Oberseite des
Gehäuses 12 angebracht.
Die CCD-Kamera ist an der optischen Achse der Objektivlinse 14 angeordnet
und bildet ein optisches Beobachtungssystem, das das Bild des zu
messenden Objekts, das durch das von der Objektivlinse 14 ausgehende
Licht gebildet wird, beobachten bzw. aufnehmen kann.
-
In
dem Gehäuse 12 sind
ein Spiegel 26, der von der Beleuchtungseinrichtung 25 ausgesandtes Licht
in Richtung zu der optischen Achse L in einem rechten Winkel reflektiert,
ein Strahlteiler 27, der das von dem Spiegel 26 reflektierte
Licht auf die optische Achse L reflektiert bzw. umlenkt, Tubuslinsen 28A, 28B und 28C,
die unterschiedliche Vergrößerungen aufweisen
(zum Beispiel 1×,
2× und
6×), eine
Wähleinrichtung 29,
die selektiv eine der Tubuslinsen 28A bis 28C austauschen
bzw. in die optische Achse L einbringen kann, und eine Musterprojektionseinrichtung 20 vorgesehen,
die ein bestimmtes Muster auf die Oberfläche des zu messenden Objekts
projiziert. Die Wähleinrichtung 29 umfaßt einen
Revolver bzw., Revolverkopf 32, der um eine Achse 31 herum
drehbar angeordnet ist, die parallel zu der optischen Achse L verläuft, sich
jedoch von dieser unterscheidet, wobei der Revolverkopf 32 die
Tubuslinsen 28A bis 28C mit gleichen Winkelabständen (jeweilige
Winkelintervalle von 120 Grad) entlang des Umfangs eines Kreises
trägt,
dessen Radius dem Abstand zwischen der Achse 31 und der
optischen Achse L entspricht. Weiterhin enthält die Wähleinrichtung 29 eine Positioniereinrichtung 33,
durch die der Revolverkopf 32 in einem jeweiligen Winkel,
bei dem eine jeweilige Tubuslinse 28A bis 28C mit
der optischen Achse L übereinstimmt,
positioniert wird, und einen Revolverkopf-Antriebsmotor 44, der mit der
Achse 31 des Revolverkopfes 32 über eine
Kupplung 43 verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen 35 ist
ein Sensor bezeichnet, der die Drehwinkel bzw. die Drehwinkellage des
Revolverkopfes 32 erfaßt.
-
Die
Positioniereinrichtung 33 weist drei hohle Abschnitte 51A, 51B und 51C,
die entlang des Umfangs des Revolverkopfes 32 an dessen
Oberfläche als
Kerben mit Winkelabständen
von 120 Grad eingebracht sind, und ein Lager bzw. ein Eingriffselement 52 auf,
das stets derart vorgespannt ist, daß es sich in Berührung mit
der Oberfläche
am Außenumfang des
Revolverkopfes 32 befindet, so daß das Lager bzw. Eingriffselement 52 mit
den hohlen Abschnitten 51A bis 51C in Eingriff
treten kann. Das Eingriffselement 52 wird durch einen L-förmigen Halter 53 abgestützt, der
an der Oberseite des Gehäuses 12 befestigt
ist, wobei die Abstützung
des Eingriffselements 52 an dem Halter 53 mittels
einer seitlich offenen bzw. mindestens einseitig seitlich nicht
eingespannten Flachfeder erfolgt, wie es in den 3 und 4 gezeigt
ist.
-
Die
Musterprojektionseinrichtung 20 ist durch die Beleuchtungseinrichtung 25,
eine Projektionslinse 21, die zwischen dem Spiegel 26 und
dem Strahlteiler 27 vorgesehen ist, eine Musterprojektionstafel
oder Platte 22, die zwischen die Beleuchtungseinrichtung 25 und
den Spiegel 26 an einer mit einer Objektoberfläche der
Beleuchtungseinrichtung 25 konjugierten Position eingefügt ist und
mit einem bestimmten Muster versehen ist, und die Einstelleinrichtung 23 zur
Einstellung des Abstands und der Neigung der Musterprojektionstafel 22 gegenüber der
Projektionslinse 21 gebildet. Die Musterprojektionstafel 22 ist
durch eine Flüssigkristalltafel
bzw. einen Flüssigkristallschirm 22A gebildet,
der ein Muster aus Dreiecken gemäß der Darstellung
in 5(A) anzeigt, wobei die Anzeige
durch Zuführung
von elektrischem Strom bewirkt wird. Das dreieckförmige Muster
ist ein Muster, bei dem jeweils zwei Dreiecke mit unterschiedlichen
Lichtabsorptionsraten, das heißt
genauer gesagt zwei regelmäßige bzw.
gleichseitige Dreiecke, von denen eines lichtdurchlässig ist und
das andere undurchlässig
ist, abwechselnd entlang der Richtung der Achse X (in den nach links
und rechts weisenden Richtungen) mit jeweils umgekehrter Richtung
des Scheitelpunkts der Dreiecke angeordnet sind, wobei die Dreiecke
auch entlang der Richtung der Achse Y (das heißt in vertikaler Richtung)
in der gleichen Weise angeordnet sind (siehe 5(A)).
-
Die
Einstelleinrichtung 23 ist durch eine Schiebeplatte bzw.
verschiebliche Platte 60, die entlang der Achse X und der
Achse Y gleitverschieblich zur Positionierung in dem Gehäuse 12 angeordnet
ist und mittels Stellschrauben bzw. Justierschrauben 60A festgelegt
ist, eine drehbare Platte 61, die in drehbarer Weise um
die Achse Z herum drehbar an der verschieblichen Platte 60 vorgesehen
ist und durch eine Justierschraube 61A in jeder gewünschten
Winkelposition festlegbar ist, einen Halter 62, der an
der drehbaren Platte 61 vorgesehen ist und die Flüssigkristalltafel 22A hält, drei
Stell- bzw. Justierschrauben 63, die an dem Halter 62 in
Winkelabständen
von 120 Grad angebracht sind, wobei die Köpfe der Justierschrauben in
Berührung
mit der drehbaren Platte 61 stehen, und drei Aushebeschrauben
bzw. Ziehschrauben 64 gebildet, die an der drehbaren Platte 61 zwischen
den drei Justierschrauben angebracht sind, bzw. in die drehbare
Platte 61 eingeschraubt sind. Es ist daher möglich, die
Position der Flüssigkristalltafel 22 entlang
der Achsenrichtungen X und Y durch Einstellen der Position der verschieblichen
Platte 60 zu justieren, die Winkel (Winkel bezüglich der
Achse Z) der Flüssigkristalltafel 22A durch
Drehung der drehbaren Platte 61 einzustellen, und den Abstand
und die Neigung der Flüssigkristalltafel 22A bezüglich der
Projektionslinse 21 durch Einstellen der Justierschrauben 63 und
der Aushebe- bzw. Anhebeschrauben 64 zu justieren.
-
8 zeigt
ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für das mit Abbildung arbeitende
Meßgerät gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel. Die
Steuereinrichtung ist mit einer Zentraleinheit CPU 71 versehen.
Mit der Zentraleinheit 71 sind jeweils eine Kathodenstrahiröhrenanzeige 73 über eine
Anzeigesteuereinheit 72, die Beleuchtungseinrichtung 25 über eine
Beleuchtungssteuereinheit 74, die CCD-Kamera 24 über eine zur Einzelbildgewinnung
dienende Einrichtung (frame grabber) 75, die Flüssigkristalltafel 22A über eine
die Stromzuführung steuernde
Steuereinheit 76, das Betätigungselement 15 über eine
Betätigungselementsteuereinheit 77, und
der Revolverkopfantriebsmotor 44 über eine Revolverkopf-Antriebssteuereinheit 78 verbunden.
Weiterhin sind mit der Zentraleinheit 71 jeweils ein X-Achsen-Codierer 79X zur
Erfassung der Position des Tisches 10 entlang der Achse
X, ein Y-Achsen-Codierer 79Y für die Erfassung
der Position des Tisches 10 entlang der Achse Y, ein Z-Achsen-Codierer 79Z für die Erfassung
der Position der optischen Systemeinheit 11 (der Objektivlinse 14)
entlang der Achse Z, und eine Befehlseingabeeinheit 80 verbunden.
-
Wenn
bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau eine Messung begonnen wird,
wird eine der Tubuslinsen 28A bis 28C in die optische
Achse L eingebracht. Der Motor 44 wird hierzu in einem
entsprechenden Winkel gedreht, wobei die Kupplung 43 geschlossen
ist, und dann angehalten. Eine der Tubuslinsen 28A bis 28C hat
hierbei aufgrund der Drehung des Motors 44 eine Lage nahe
bei der optischen Achse L erreicht, wobei das Eingriffselement 52 beginnt, in
einen entsprechenden hohlen Abschnitt 51A bis 51C hineinzuwandern.
Wenn die Kupplung 43 zu diesem Zeitpunkt freigegeben wird,
ist der Motor 44 von dem Revolverkopf 32 entkoppelt,
so daß der
durch den Motor 44 ausgeübte Drehwiderstand beendet
ist. Der Revolverkopf 32 wird dann automatisch so weit gedreht,
bis seine Winkelposition mit einer Position übereinstimmt, bei der das Eingriffselement 52 vollständig in
den entsprechenden hohlen Abschnitt 51A bis 51C hineingetreten
ist, wodurch der Revolverkopf 32 positioniert ist.
-
Wenn
von der Beleuchtungseinrichtung 25 dann Licht ausgesandt
wird, wird dieses Licht durch den Spiegel 26 reflektiert,
erneut durch den Strahlteiler 27 umgelenkt und bestrahlt
unter Durchlaufen der Objektivlinse 14 ein Objekt auf dem
Tisch 20. Das von dem Objekt reflektierte Licht läuft durch
die Objektivlinse 14 hindurch, und wird dann entsprechend der
Vergrößerung der
ausgewählten
Tubuslinse 28 und des Strahlteilers 27 vergrößert oder
verkleinert, so daß ein
Bild auf der CCD-Kamera ausgebildet wird.
-
Hierbei
erfaßt
die Zentraleinheit 71 den Kontrastwert jedes Bildelements,
das durch die CCD-Kamera aufgenommen ist, und führt der Flüssigkristalltafel 22A elektrischen
Strom über
die Stromzuführungs-Steuereinheit
in einem Fall zu, bei dem der Kontrastwert unterhalb eines vorbestimmten
Werts liegt. Es wird dann ein aus Dreiecken bestehendes Muster,
wie es in 5(A) gezeigt ist, auf der mit Strom
gespeisten Flüssigkristalltafel 22A angezeigt, das
dann über
die Projektionslinse 21 auf die Oberfläche des zu messenden Objekts
fokussiert wird. Die Zentraleinheit 71 treibt dann das
Betätigungselement 15 in
Abhängigkeit
von dem Kontrastwert jedes durch die CCD-Kamera 24 aufgenommenen
Bildelements über
die Betätigungselement-Steuereinheit 77 an und
verlagert die Objektivlinse 14 entlang der optischen Achse
L derart, daß eine
korrekte Fokussierung erzielt wird, bzw., anders ausgedrückt, die
Objektivlinse 14 durch die Zentraleinheit 71 in
eine Position gebracht wird, bei der sich der maximale Kontrastwert
für die
Bildelemente ergibt. In diesem Fall wird auch ein Ende bzw. ein
Rand des zu messenden Objekts sichtbar gemacht, so daß eine korrekte
Fokussierung erhalten wird.
-
Die
Größen und
die Formen des Objekts werden anhand des Bilds des zu messenden
Objekts ermittelt, das durch die CCD-Kamera 24 bei dem
vorstehend beschriebenen Zustand, das heißt bei scharfer Fokussierung,
erhalten wird.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann
somit ein Muster auf die Oberfläche
des Objekts projiziert werden, da die Musterprojektionseinrichtung 20 zum
Projizieren des Musters auf die Oberfläche des zumessenden Objekts
vorgesehen ist. Weiterhin kann die Objektivlinse 14 in
Richtung der optischen Achse L in Abhängigkeit von dem Kontrast des Musters
verlagert werden, so daß das
Licht auf der Oberfläche
des Objekts gesammelt wird. Es ist daher möglich, auf ein ursprünglich geringen
Kontrast aufweisendes Material, wie etwa auf eine spiegelnde Oberfläche oder
eine Glasoberfläche,
zu fokussieren. Da das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte
Verfahren zu der Kontrast-Methode rechnet, treten hierbei die Schwierigkeiten
bei der Laser-Fokussierungsmethode nicht auf.
-
Da
die Musterprojektionseinrichtung 20 durch die Beleuchtungseinrichtung 25,
die Projektionslinse 21, die Musterprojektionstafel 22,
die ein projiziertes bzw. gezielt erzeugtes Muster aufweist und
zwischen die Beleuchtungseinrichtung 25 und die Projektionslinse 21 eingefügt ist,
und die Einstelleinrichtung 23 zur Einstellung des Abstands
und der Neigung der Musterprojektionstafel 22 bezüglich der Projektionslinse 21 gebildet
ist, kann das auf der Musterprojektionstafel 22 vorhandene
Muster scharf und exakt auf die Oberfläche des messenden Objekts fokussiert
werden.
-
Da
die Musterprojektionstafel durch die Flüssigkristalltafel 22A gebildet
ist, durch die ein Muster mit Hilfe der Durchleitung von elektrischem
Strom angezeigt wird, kann die Einrichtung auch als Gerät für die herkömmliche
Kontrastmethode eingesetzt werden, indem lediglich das Muster auf
der Flüssigkristalltafel
beseitigt bzw. abgeschaltet wird, so daß das Gerät zum Messen eines Objekts
eingesetzt werden kann, das aus einem hohen Kontrast zeigenden Material
besteht. Folglich läßt sich
ein Ersatz für,
bzw. eine Arbeitsweise wie bei einem herkömmlichen Kontrast-Verfahren
in einfacher Weise erzielen.
-
Da
auf der Flüssigkristalltafel 22A bei
der Zuführung
von elektrischem Strom ein Muster von Dreiecken angezeigt wird,
ist es möglich,
eine korrekte Fokussierung selbst dann zu erhalten, wenn das Ende
bzw. der Rand des zu messenden Objekts eine bestimmte Richtung bzw.
Ausrichtung aufweisen sollte, da der Rand sichtbar gemacht wird.
Wenn hierbei, wie in 10(A) gezeigt
ist, eine Flüssigkristalltafel 22F eingesetzt
wird, auf der ein schlitzförmiges
Muster angezeigt wird, können
die Schlitze mit dem Rand des zu messenden Objekts in dem Fall,
daß sie
die gleiche Richtung aufweisen, wie es in 10(B) gezeigt
ist, überlappt
sein, so daß der
benötigte
Rand für
die Fokussierung verborgen bleibt.
-
Da
das Gerät
durch den Revolverkopf 32 mit den drei Tubuslinsen 28A bis 28C mit
unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren,
die entlang des Umfangs in drehbarer Weise zwischen der Objektivlinse 14 und
der CCD-Kamera 24 angeordnet sind, und durch die Wähleinrichtung 29 für die Auswahl
einer der Tubuslinsen 28A bis 28C für deren
Einbringung in die optische Achse L gebildet ist, ist das Gerät im Vergleich
mit einem Gerät
mit Objektivlinsen-Revolverkopf kostengünstig, da keine Notwendigkeit
hinsichtlich einer Mehrzahl von Objektivlinsen besteht und eine
außerhalb
angebrachte Beleuchtung wie etwa eine ringförmige Beleuchtung eingesetzt
werden kann.
-
Die
Wähleinrichtung 29 enthält den Revolverkopf 32,
der um die Achse 31 herum drehbar angeordnet ist, die parallel
zu der optischen Achse L der Objektivlinse 14 verläuft, jedoch
in einer unterschiedlichen Lage liegt. Der Revolverkopf 32 umfaßt die Tubuslinsen 28A bis 28C,
die an dem Umfang eines Kreises angeordnet sind, dessen Radius gleich
dem Abstand zwischen der Achse 31 und der optischen Achse
L der Objektivlinse ist. Ferner enthält die Wähleinrichtung 29 die
Positioniereinrichtung 33 für die Positionierung des Revolverkopfes 32 in
jeweiligen Winkelpositionen, bei denen eine jeweilige Tubuslinse 28A bis 28C mit
der optischen Achse L der Objektivlinse 14 übereinstimmt.
Der Revolverkopf 32 kann durch die Positioniereinrichtung 33 in
jeweiligen Winkelpositionen, bei denen jeweils eine Tubuslinse 28A bis 28C mit
der optischen Achse L der Objektivlinse 14 übereinstimmt,
durch Drehen des Revolverkopfes 32 eingebracht werden,
so daß es
einfach ist, eine jeweilige Tubuslinse 28A bis 28C mit
der optischen Achse L der Objektivlinse 14 auszurichten.
-
Da
der Motor 44 mit der Achse 31 des Revolverkopfes 32 über die
Kupplung 43 gekoppelt ist, kann der Revolverkopf 32 automatisch
in die jeweils angegebene Winkelposition gedreht werden. Wenn der
Revolverkopf 32 in der vorgegebenen Winkelposition ankommt,
wird der Motor 44 durch Lösen der Kupplung 43 von
dem Revolverkopf 32 abgekoppelt, so daß der von dem Motor 44 ausgeübte Drehwiderstand
nicht länger
wirksam ist und die Position des Revolverkopfes 32 somit
exakt in die jeweils, gewünschte
Winkelposition durch die Positioniereinrichtung 33 gebracht
werden kann.
-
Die
Positioniereinrichtung 33 enthält die hohlen Abschnitte 51A bis 51C,
die kerbförmig
an der Oberfläche
um den Umfangsbereich des Revolverkopfes 32 herum eingebracht
sind, das Lager bzw. Eingriffselement 52 und die flache
Feder 54, die das Eingriffselement 52 stets in
Richtung auf eine Berührung
mit der Oberfläche
des Außenumfangs
des Revolverkopfes 32 vorspannt. Wenn der Revolverkopf 32 die
gewünschte
Winkelposition erreicht, das heißt wenn das Eingriffselement
gerade damit beginnt, in einen der hohlen Abschnitte 51A bis 51C einzupassen
bzw. einzugreifen, wird der Motor 44 von dem Revolverkopf 32 durch
Freigeben der Kupplung 43 entkoppelt, wonach der Revolverkopf 32 sich
unabhängig
vom Motor zu drehen beginnt. Folglich kann der Revolverkopf 32 exakt
mit Hilfe eines einfachen Aufbaus positioniert werden.
-
Bei
dem vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiel
ist die Musteranzeigetafel 22 durch die Flüssigkristallplatte 22A gebildet,
auf der das durch die Dreiecke gebildete Muster bei Zuführung von elektrischem
Strom ausgebildet wird. Jedoch liegen auch Flüssigkristalltafeln mit anderen
Mustern im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die nicht auf Dreiecks-Muster
beschränkt
ist.
-
Wie
zum Beispiel in 9 gezeigt ist, kann auch eine
Flüssigkristalltafel 226 vorgesehen
sein, die bei Zuführung
von elektrischem Strom ein aus Quadraten bestehendes Muster ausbildet
und anzeigt. Das in der Flüssigkristalltafel 22B gebildete Muster
ist eine Abfolge eines Quadrat-Paares, das aus zwei verkippten Quadraten
mit unterschiedlicher Durchlässigkeit
bzw. Transparenz besteht. Genauer gesagt ist jeweils eines der Quadrate
transparent und das andere nicht transparent, wobei diese Quadrate abwechselnd
in schräger
Ausrichtung entlang der schräg
verlaufenden Randlinien, die einander rechtwinklig schneiden, angeordnet
sind.
-
Wie
in 11 gezeigt ist, ist es auch möglich, Muster dadurch zu projizieren,
daß entweder
die Beleuchtungseinrichtung 25 oder eine Beleuchtungseinrichtung 25A ausgewählt wird,
wobei die Beleuchtungseinrichtung 25A, die sich von der
Beleuchtungseinrichtung 25 der Musterprojektionseinrichtung 20 unterscheidet,
an einer der Projektionslinse 21 gegenüberliegenden Seite derart angeordnet
ist, daß sich
der Spiegel 26 zwischen diesen Komponenten befindet. Der
Spiegel 26 ist hierbei in schwenkbarer Weise angeordnet,
wie es aus 11 ersichtlich ist.
-
Die
Einstelleinrichtung 23 ist ebenfalls nicht auf den vorstehend
beschriebenen Aufbau beschränkt.
So kann zum Beispiel die Anzahl von Justierschrauben 63 oder
von Zugschrauben bzw. Verstellschrauben 64 beliebig sein.
Auch das Betätigungselement 15 kann
anders ausgebildet sein und zum Beispiel umgekehrt wie die vorstehend
beschriebene Gestaltung ausgeführt
sein, das heißt
es kann die Spule 17 an dem zylindrischen Abschnitt 12A angeordnet
sein, während
der Magnet 16 an dem Objektivlinsenhalter 13 vorgesehen
ist.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Autofokussierverfahren
ist es möglich,
auf zu messende Objekte zu fokussieren, die aus allen Materialarten
hergestellt sein können,
ohne daß sich
irgendeine Einschränkung
hinsichtlich der Qualität
des Materials oder hinsichtlich der Position in dem von dem Objekt
erhaltenen Beobachtungsbild ergibt.