JP3179824B2 - 自動焦点制御装置 - Google Patents
自動焦点制御装置Info
- Publication number
- JP3179824B2 JP3179824B2 JP31880591A JP31880591A JP3179824B2 JP 3179824 B2 JP3179824 B2 JP 3179824B2 JP 31880591 A JP31880591 A JP 31880591A JP 31880591 A JP31880591 A JP 31880591A JP 3179824 B2 JP3179824 B2 JP 3179824B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- objective lens
- focus
- error signal
- control circuit
- focus error
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Moving Of The Head For Recording And Reproducing By Optical Means (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を利用した光学
測定装置等においてレーザ光の焦点が常に対象物の面上
に合うように集光用対物レンズを追従させるように構成
された自動焦点制御装置に関するものである。
測定装置等においてレーザ光の焦点が常に対象物の面上
に合うように集光用対物レンズを追従させるように構成
された自動焦点制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学測定装置等においてレーザ光を反射
面に集光する対物レンズにフォーカスサーボをかける自
動焦点制御装置は、対物レンズのフォーカス位置に対す
る誤差量に基づいてフォーカス誤差信号を発生させ、こ
の誤差信号がゼロとなるようにフォーカスサーボをかけ
るもので、図７のような構成になっている。
面に集光する対物レンズにフォーカスサーボをかける自
動焦点制御装置は、対物レンズのフォーカス位置に対す
る誤差量に基づいてフォーカス誤差信号を発生させ、こ
の誤差信号がゼロとなるようにフォーカスサーボをかけ
るもので、図７のような構成になっている。
【０００３】対象物１の被測定面２上で反射したレーザ
光が焦点誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２
１へ導かれ、それによって各ＰＩＮフォトダイオード２
１に流れる電流をそれぞれ電流電圧変換回路７５によっ
て電圧に変換した後増幅器８１にて増幅し、それぞれ電
圧ｖ1 、ｖ2 を得る。その電圧ｖ1 、ｖ2 は対物レンズ
１７と対象物１との距離ｌの変化に従って、図８の
（ａ）、（ｂ）のように変化する。その差電圧ｖe は図
９のようになる。図９の曲線を以下Ｓ字曲線と呼ぶ。
光が焦点誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２
１へ導かれ、それによって各ＰＩＮフォトダイオード２
１に流れる電流をそれぞれ電流電圧変換回路７５によっ
て電圧に変換した後増幅器８１にて増幅し、それぞれ電
圧ｖ1 、ｖ2 を得る。その電圧ｖ1 、ｖ2 は対物レンズ
１７と対象物１との距離ｌの変化に従って、図８の
（ａ）、（ｂ）のように変化する。その差電圧ｖe は図
９のようになる。図９の曲線を以下Ｓ字曲線と呼ぶ。
【０００４】このＳ字曲線の真中のｖe ＝０の点がフォ
ーカス位置であり、この位置にくるようにフォーカスサ
ーボがかけられる。この時、図７の切換スイッチＳＷ２
は仮想線で示される位置にある。Ｓ字曲線は図９に示す
ように、対物レンズ１７の可動範囲に比べて非常に狭い
ため、フォーカスサーボをかける前にフォーカス位置を
捜す、即ちＳ字曲線を捜す必要がある。従って、最初は
切換スイッチＳＷ２を実線で示す位置にしておき、ボリ
ューム７７によって対物レンズ１７をＳ字曲線の近傍に
設定し、スイッチＳＷ１によって発振器７６を接続して
対物レンズ１７をＺ軸方向に移動させ、フォーカス引き
込み範囲に入ると切換スイッチＳＷ２を仮想線の位置に
切り換えてフォーカスサーボをかけている。フォーカス
サーボがかかった状態で、光学系全体をＹ軸方向に移動
させると、レーザ光の焦点が常に対象物１の面２上に合
うように対物レンズ１７がＺ軸方向に追従する。
ーカス位置であり、この位置にくるようにフォーカスサ
ーボがかけられる。この時、図７の切換スイッチＳＷ２
は仮想線で示される位置にある。Ｓ字曲線は図９に示す
ように、対物レンズ１７の可動範囲に比べて非常に狭い
ため、フォーカスサーボをかける前にフォーカス位置を
捜す、即ちＳ字曲線を捜す必要がある。従って、最初は
切換スイッチＳＷ２を実線で示す位置にしておき、ボリ
ューム７７によって対物レンズ１７をＳ字曲線の近傍に
設定し、スイッチＳＷ１によって発振器７６を接続して
対物レンズ１７をＺ軸方向に移動させ、フォーカス引き
込み範囲に入ると切換スイッチＳＷ２を仮想線の位置に
切り換えてフォーカスサーボをかけている。フォーカス
サーボがかかった状態で、光学系全体をＹ軸方向に移動
させると、レーザ光の焦点が常に対象物１の面２上に合
うように対物レンズ１７がＺ軸方向に追従する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、対象物の形状等によりフォーカス位置
の対物レンズの高さが異なった場合に、切換スイッチＳ
Ｗ２により位置制御系からフォーカスサーボ系に切り換
える時に位置制御回路７８の出力とフォーカス誤差信号
発生回路２２の出力との差が発生するが、その差が大き
くなると、切換スイッチＳＷ２を切り換えた時にフォー
カスサーボ系が追従できず、フォーカスサーボがかから
ないという問題がある。即ち、対物レンズ１７の可動範
囲の中で限られた範囲でしかフォーカス引き込みができ
ないため、対象物１の形状に応じて対象物１を保持する
保持台の高さを調整しないといけないという問題があ
る。また、位置制御回路７８の出力がほぼゼロであるよ
うな対物レンズ１７の高さでフォーカスをかける場合で
も、フォーカスサーボ系のゲインが高いとＳ字曲線を検
出し、切換スイッチＳＷ２を切り換えるタイミングがわ
ずかにずれただけでフォーカス誤差信号発生回路２２の
出力が大きく変わってしまい、位置制御回路７８の出力
との差が大きくなり、やはりフォーカスサーボがかから
ないという問題もある。
ような構成では、対象物の形状等によりフォーカス位置
の対物レンズの高さが異なった場合に、切換スイッチＳ
Ｗ２により位置制御系からフォーカスサーボ系に切り換
える時に位置制御回路７８の出力とフォーカス誤差信号
発生回路２２の出力との差が発生するが、その差が大き
くなると、切換スイッチＳＷ２を切り換えた時にフォー
カスサーボ系が追従できず、フォーカスサーボがかから
ないという問題がある。即ち、対物レンズ１７の可動範
囲の中で限られた範囲でしかフォーカス引き込みができ
ないため、対象物１の形状に応じて対象物１を保持する
保持台の高さを調整しないといけないという問題があ
る。また、位置制御回路７８の出力がほぼゼロであるよ
うな対物レンズ１７の高さでフォーカスをかける場合で
も、フォーカスサーボ系のゲインが高いとＳ字曲線を検
出し、切換スイッチＳＷ２を切り換えるタイミングがわ
ずかにずれただけでフォーカス誤差信号発生回路２２の
出力が大きく変わってしまい、位置制御回路７８の出力
との差が大きくなり、やはりフォーカスサーボがかから
ないという問題もある。
【０００６】本発明は上記従来の問題点に鑑み、対物レ
ンズの位置に影響されず、またフォーカスサーボ系への
切換えタイミンクが多少ずれても確実にフォーカス引き
込みを行える自動焦点制御装置を提供することを目的と
する。
ンズの位置に影響されず、またフォーカスサーボ系への
切換えタイミンクが多少ずれても確実にフォーカス引き
込みを行える自動焦点制御装置を提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の自動焦点制御装
置は、レーザ光の焦点が常に対象物の面上に合うように
集光用対物レンズを追従させるように構成された自動焦
点制御装置において、対物レンズを駆動する駆動回路
と、レーザ光の反射光が導かれる光検出器に流れる電流
からフォーカス誤差信号を発生するフォーカス誤差信号
発生回路と、対物レンズの位置を検出する位置検出器及
び位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生する
位置指令信号に基づいて対物レンズの位置を制御する位
置制御回路と、前記駆動回路に位置制御回路とフォーカ
ス誤差信号発生回路とを切り換え接続する切換スイッチ
と、前記対物レンズの位置に対する前記位置制御回路の
出力電圧を測定する測定手段と、前記電圧を記憶する記
憶手段と、切換スイッチが位置制御回路に接続される状
態で前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線に入ると、前記
対物レンズの位置に対して前記記憶手段に記憶された電
圧を前記位置制御回路の出力に加算する一方前記位置制
御回路の出力電圧を対物レンズの位置によらずゼロ近傍
にし、かつ前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線の中点に
なったところで前記切換スイッチを位置制御回路からフ
ォーカス誤差信号発生回路に切換えて接続させる位置補
償手段と、位置制御回路からフォーカス誤差信号発生回
路へ切り換える時にフォーカス誤差信号発生回路のゲイ
ンを切り換える手段とを備えたことを特徴とする。
置は、レーザ光の焦点が常に対象物の面上に合うように
集光用対物レンズを追従させるように構成された自動焦
点制御装置において、対物レンズを駆動する駆動回路
と、レーザ光の反射光が導かれる光検出器に流れる電流
からフォーカス誤差信号を発生するフォーカス誤差信号
発生回路と、対物レンズの位置を検出する位置検出器及
び位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生する
位置指令信号に基づいて対物レンズの位置を制御する位
置制御回路と、前記駆動回路に位置制御回路とフォーカ
ス誤差信号発生回路とを切り換え接続する切換スイッチ
と、前記対物レンズの位置に対する前記位置制御回路の
出力電圧を測定する測定手段と、前記電圧を記憶する記
憶手段と、切換スイッチが位置制御回路に接続される状
態で前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線に入ると、前記
対物レンズの位置に対して前記記憶手段に記憶された電
圧を前記位置制御回路の出力に加算する一方前記位置制
御回路の出力電圧を対物レンズの位置によらずゼロ近傍
にし、かつ前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線の中点に
なったところで前記切換スイッチを位置制御回路からフ
ォーカス誤差信号発生回路に切換えて接続させる位置補
償手段と、位置制御回路からフォーカス誤差信号発生回
路へ切り換える時にフォーカス誤差信号発生回路のゲイ
ンを切り換える手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は上記した構成によって、位置制御系か
らフォーカスサーボ系に切り換える切換スイッチに対す
る位置制御回路の出力が対物レンズの高さによらずほぼ
ゼロになるように位置補償を加え、さらにフォーカス引
き込み時にフォーカス誤差信号発生回路の出力がゼロに
近い値となるようにフォーカス引き込み時のフォーカス
サーボ系のゲインを低くすることにより、フォーカスが
合う対物レンズの位置によらず、又フォーカス引き込み
のタイミングが多少ずれても確実にフォーカス引き込み
が可能となり、対象物の保持台の位置を調整したり、フ
ォーカス引き込みのタイミングを調整したりする必要が
なくなり、極めて短時間で確実にフォーカスサーボがか
けられる。
らフォーカスサーボ系に切り換える切換スイッチに対す
る位置制御回路の出力が対物レンズの高さによらずほぼ
ゼロになるように位置補償を加え、さらにフォーカス引
き込み時にフォーカス誤差信号発生回路の出力がゼロに
近い値となるようにフォーカス引き込み時のフォーカス
サーボ系のゲインを低くすることにより、フォーカスが
合う対物レンズの位置によらず、又フォーカス引き込み
のタイミングが多少ずれても確実にフォーカス引き込み
が可能となり、対象物の保持台の位置を調整したり、フ
ォーカス引き込みのタイミングを調整したりする必要が
なくなり、極めて短時間で確実にフォーカスサーボがか
けられる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例の光学測定装置につ
いて図１〜図６を参照しながら説明する。
いて図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１０】本装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標位置を光ヘテロ
ダイン法に基づいて測定するものであり、半導体レーザ
光（λ＝７８０ｎｍ）Ｇを対象物１の被測定面２に集光
し、その反射光に基づいてフォーカスサーボをかけると
ともに、測定用Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光（λ＝６３
３ｎｍ）Ｆを被測定面２に垂直に集光し、その反射光に
基づいて傾き補正サーボをかけながら被測定面２の形状
測定を行うものである。
ダイン法に基づいて測定するものであり、半導体レーザ
光（λ＝７８０ｎｍ）Ｇを対象物１の被測定面２に集光
し、その反射光に基づいてフォーカスサーボをかけると
ともに、測定用Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光（λ＝６３
３ｎｍ）Ｆを被測定面２に垂直に集光し、その反射光に
基づいて傾き補正サーボをかけながら被測定面２の形状
測定を行うものである。
【００１１】図２に示す同装置の全体構成において、３
は本体ベースとしての下部石定盤、４はこの下部定盤３
との間にＸテーブル５及びＹテーブル６を介してＸ−Ｙ
方向に移動可能な上部石定盤、７は上部石定盤４の前面
に設けられたＺ方向に移動可能に支持されたＺ移動部、
８は対象物１を保持するＬ字状の保持台、９はこの保持
台８をＹ方向の軸心Ｐまわりに回転させるエアスピンド
ルである。６５はエアスピンドル９の取付台であり、Ｚ
方向の軸６８の軸心Ｑまわりに旋回可能な旋回台６７上
に昇降可能に支持されている。６６はその昇降ガイド、
６９は昇降ねじ軸で、駆動モータ７０にてウォームホイ
ール７１とウォーム７２にて回転駆動され、取付台６５
を昇降する。
は本体ベースとしての下部石定盤、４はこの下部定盤３
との間にＸテーブル５及びＹテーブル６を介してＸ−Ｙ
方向に移動可能な上部石定盤、７は上部石定盤４の前面
に設けられたＺ方向に移動可能に支持されたＺ移動部、
８は対象物１を保持するＬ字状の保持台、９はこの保持
台８をＹ方向の軸心Ｐまわりに回転させるエアスピンド
ルである。６５はエアスピンドル９の取付台であり、Ｚ
方向の軸６８の軸心Ｑまわりに旋回可能な旋回台６７上
に昇降可能に支持されている。６６はその昇降ガイド、
６９は昇降ねじ軸で、駆動モータ７０にてウォームホイ
ール７１とウォーム７２にて回転駆動され、取付台６５
を昇降する。
【００１２】Ｚ移動部７は、図１に示すように、リニア
モータ１０を介してバネ１１により上部定盤４に吊持さ
れている。Ｚ移動部７の内部には、図３に示すように、
半導体レーザ光Ｇを放射する半導体レーザ１２が設置さ
れている。半導体レーザ１２から放射された半導体レー
ザ光Ｇは、レンズ１３、偏光プリズム１４、λ／４波長
板１５を通過してダイクロイックミラー１６で下向きに
全反射され、対物レンズ１７の開口一杯に入射して対象
物１の被測定面２に集光する。半導体レーザ光Ｇの集光
位置は、ゼーマンレーザ光ＦのＺ座標測定に用いられる
測定光ＦZ1の照射位置と略一致する。被測定面２が傾い
ていれば、半導体レーザ光Ｇの反射光の一部は対物レン
ズ１７の開口外に向けて反射させられる。対物レンズ１
７に戻った反射光はダイクロイックミラー１６及び偏光
プリズム１４で全反射され、レンズ１８で集光されてハ
ーフミラー１９で２分割される。分割された各反射光
は、焦点前及び焦点後に設置された各々のピンホール２
０を通過し、各々のＰＩＮフォトダイオード２１に照射
される。
モータ１０を介してバネ１１により上部定盤４に吊持さ
れている。Ｚ移動部７の内部には、図３に示すように、
半導体レーザ光Ｇを放射する半導体レーザ１２が設置さ
れている。半導体レーザ１２から放射された半導体レー
ザ光Ｇは、レンズ１３、偏光プリズム１４、λ／４波長
板１５を通過してダイクロイックミラー１６で下向きに
全反射され、対物レンズ１７の開口一杯に入射して対象
物１の被測定面２に集光する。半導体レーザ光Ｇの集光
位置は、ゼーマンレーザ光ＦのＺ座標測定に用いられる
測定光ＦZ1の照射位置と略一致する。被測定面２が傾い
ていれば、半導体レーザ光Ｇの反射光の一部は対物レン
ズ１７の開口外に向けて反射させられる。対物レンズ１
７に戻った反射光はダイクロイックミラー１６及び偏光
プリズム１４で全反射され、レンズ１８で集光されてハ
ーフミラー１９で２分割される。分割された各反射光
は、焦点前及び焦点後に設置された各々のピンホール２
０を通過し、各々のＰＩＮフォトダイオード２１に照射
される。
【００１３】対物レンズ１７の集光位置が被測定面２に
あれば、図４に示すように各ＰＩＮフォトダイオード２
１で検出される光量は等しくなる。被測定面２と対物レ
ンズ１７との距離（Ｚ方向）が変化すると、２つのピン
ホール前後の集光位置が光軸方向にずれるため、各ＰＩ
Ｎフォトダイオード２１上への照射光量に差ができる。
これらＰＩＮフォトダイオード２１の出力の差から図１
に示すフォーカス誤差信号発生回路２２でフォーカス誤
差信号が発生する。図５に示すように、被測定面２上の
照射位置が傾いていても２つのＰＩＮフォトダイオード
２１への光量は低下するが、２つのＰＩＮフォトダイオ
ード２１への光量差は発生しないため、フォーカス誤差
は発生しない。
あれば、図４に示すように各ＰＩＮフォトダイオード２
１で検出される光量は等しくなる。被測定面２と対物レ
ンズ１７との距離（Ｚ方向）が変化すると、２つのピン
ホール前後の集光位置が光軸方向にずれるため、各ＰＩ
Ｎフォトダイオード２１上への照射光量に差ができる。
これらＰＩＮフォトダイオード２１の出力の差から図１
に示すフォーカス誤差信号発生回路２２でフォーカス誤
差信号が発生する。図５に示すように、被測定面２上の
照射位置が傾いていても２つのＰＩＮフォトダイオード
２１への光量は低下するが、２つのＰＩＮフォトダイオ
ード２１への光量差は発生しないため、フォーカス誤差
は発生しない。
【００１４】図１において、切換スイッチＳＷ２が仮想
線で示す位置にあるとき、駆動回路２３はフォーカス誤
差信号がゼロとなるようにリニアモータ１０を制御し、
Ｚ移動部７をＺ方向に移動させる。このようにして、半
導体レーザ光Ｇと次に述べるゼーマンレーザ光Ｆの測定
光ＦZ1の集光位置が常に被測定面２にあるようにフォー
カスサーボがかけられる。
線で示す位置にあるとき、駆動回路２３はフォーカス誤
差信号がゼロとなるようにリニアモータ１０を制御し、
Ｚ移動部７をＺ方向に移動させる。このようにして、半
導体レーザ光Ｇと次に述べるゼーマンレーザ光Ｆの測定
光ＦZ1の集光位置が常に被測定面２にあるようにフォー
カスサーボがかけられる。
【００１５】図２において、２つの周波数ｆ1 、ｆ2 で
発振するＨｅ−Ｎｅゼーマン周波数安定化レーザ２４か
ら放射されたレーザ光Ｆの一部は、第１のハーフミラー
２５を通過した後、第２のハーフミラー２６で分離され
て測定位置のＸ−Ｙ座標測定に用いられる。一方、第１
のハーフミラー２５で反射されたレーザ光はＦZ は測定
位置のＺ座標測定に用いられる。このレーザ光ＦZ は偏
光プリズム２７で、測定光ＦZ1と参照光ＦZ2に分離され
る。測定光ＦZ1の周波数ｆ1 と参照光ＦZ2の周波数ｆ2
との差は数百ＫＨz で、互いに垂直な直線偏光となって
いる。尚、Ｘ−Ｙ座標測定に使用されるレーザ光Ｆx 、
Ｆy も、各光路途中で各々のコーナキューブ４５にてよ
って測定光Ｆx1、Ｆy1と参照光Ｆx2、Ｆy2とに分離され
る。
発振するＨｅ−Ｎｅゼーマン周波数安定化レーザ２４か
ら放射されたレーザ光Ｆの一部は、第１のハーフミラー
２５を通過した後、第２のハーフミラー２６で分離され
て測定位置のＸ−Ｙ座標測定に用いられる。一方、第１
のハーフミラー２５で反射されたレーザ光はＦZ は測定
位置のＺ座標測定に用いられる。このレーザ光ＦZ は偏
光プリズム２７で、測定光ＦZ1と参照光ＦZ2に分離され
る。測定光ＦZ1の周波数ｆ1 と参照光ＦZ2の周波数ｆ2
との差は数百ＫＨz で、互いに垂直な直線偏光となって
いる。尚、Ｘ−Ｙ座標測定に使用されるレーザ光Ｆx 、
Ｆy も、各光路途中で各々のコーナキューブ４５にてよ
って測定光Ｆx1、Ｆy1と参照光Ｆx2、Ｆy2とに分離され
る。
【００１６】Ｚ座標測定に用いられる測定光ＦZ1は、図
６に示すように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過す
る特殊偏光プリズム２８と、ファラデー素子２９と、λ
／２波長板３０とを通過し、Ｓ偏波となって偏光プリズ
ム３１で全反射される。そしてλ／４波長板３２、集光
レンズ３３を通過し、ミラー３４上に集光して反射され
た測定光Ｆz1はλ／４波長板３２によってＰ偏波とな
り、偏光プリズム３１を全透過して対物レンズ１７に入
射し、被測定面２に垂直に集光される。被測定面２から
の反射光は入射光と同一光路を戻るが、Ｓ偏波となって
特殊偏光プリズム２８で一部反射された後、偏光プリズ
ム２７で全反射され、Ｚ軸光検出器３５に達する。被測
定面２の形状測定時は、被測定面２上の測定点のＺ座標
の変動速度に応じて反射光の周波数がドプラーシフト
し、ｆ1 ＋Δとなる。なお、反射光の光路が被測定面２
の傾きに応じてずれようとする際は、特殊偏光プリズム
２８で一部反射された反射光を４分割光検出器３６が検
知し、集光レンズ移動手段３７により集光レンズ３３を
Ｘ−Ｙ方向へ移動させて入射光の対物レンズ１７の入射
位置を変化させることにより、常に反射光が同一光路を
戻るように傾き補正サーボがかけられる。
６に示すように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過す
る特殊偏光プリズム２８と、ファラデー素子２９と、λ
／２波長板３０とを通過し、Ｓ偏波となって偏光プリズ
ム３１で全反射される。そしてλ／４波長板３２、集光
レンズ３３を通過し、ミラー３４上に集光して反射され
た測定光Ｆz1はλ／４波長板３２によってＰ偏波とな
り、偏光プリズム３１を全透過して対物レンズ１７に入
射し、被測定面２に垂直に集光される。被測定面２から
の反射光は入射光と同一光路を戻るが、Ｓ偏波となって
特殊偏光プリズム２８で一部反射された後、偏光プリズ
ム２７で全反射され、Ｚ軸光検出器３５に達する。被測
定面２の形状測定時は、被測定面２上の測定点のＺ座標
の変動速度に応じて反射光の周波数がドプラーシフト
し、ｆ1 ＋Δとなる。なお、反射光の光路が被測定面２
の傾きに応じてずれようとする際は、特殊偏光プリズム
２８で一部反射された反射光を４分割光検出器３６が検
知し、集光レンズ移動手段３７により集光レンズ３３を
Ｘ−Ｙ方向へ移動させて入射光の対物レンズ１７の入射
位置を変化させることにより、常に反射光が同一光路を
戻るように傾き補正サーボがかけられる。
【００１７】一方、参照光ＦZ2は偏光プリズム２７で全
反射された後、レンズ３８によってＺ軸ミラー３９上に
集光され、反射されてＺ軸光検出器３５に達する。反射
光の周波数は、Ｘ、Ｙテーブル５、６の移動真直度など
の誤差により、ｆ2 ＋δとなる。従ってＺ軸光検出器３
５では、（ｆ1＋Δ）−（ｆ2 ＋δ）がビート信号とし
て検出され、Ｚ座標検出装置４０において被測定面２の
測定位置のＺ座標が正確に得られる。
反射された後、レンズ３８によってＺ軸ミラー３９上に
集光され、反射されてＺ軸光検出器３５に達する。反射
光の周波数は、Ｘ、Ｙテーブル５、６の移動真直度など
の誤差により、ｆ2 ＋δとなる。従ってＺ軸光検出器３
５では、（ｆ1＋Δ）−（ｆ2 ＋δ）がビート信号とし
て検出され、Ｚ座標検出装置４０において被測定面２の
測定位置のＺ座標が正確に得られる。
【００１８】尚、被測定面２の測定位置のＸ、Ｙ座標
は、Ｚ移動部７に設置したＸ、Ｙ軸ミラー４１、４２に
集光されたＦx1、Ｆy1の反射光と、下部石定盤１側に設
置したＸ、Ｙ軸ミラー４３、４４に集光された参照光Ｆ
x2、Ｆy2の反射光との周波数の差によって、Ｘ、Ｙ軸光
検出器４６、４７で検出される。
は、Ｚ移動部７に設置したＸ、Ｙ軸ミラー４１、４２に
集光されたＦx1、Ｆy1の反射光と、下部石定盤１側に設
置したＸ、Ｙ軸ミラー４３、４４に集光された参照光Ｆ
x2、Ｆy2の反射光との周波数の差によって、Ｘ、Ｙ軸光
検出器４６、４７で検出される。
【００１９】次に、図１を用いてフォーカスサーボ系の
詳細な説明を行う。
詳細な説明を行う。
【００２０】図１において、７３はＺ移動部７のＺ方向
における平衡位置からの変位量を検出する位置検出器、
７４は位置検出器７３からの出力によって位置信号を発
生する位置信号発生回路、７７はＺ移動部７をＺ方向に
移動させるためのボリューム、７８はボリューム７７の
操作設定電圧に基づきＺ方向の位置を制御する位置制御
回路である。フォーカス誤差検出用の２つのＰＩＮフォ
トダイオード２１に流れる電流はそれぞれ電流電圧変換
回路７５によって電圧に変換され、増幅器８１によって
増幅された後フォーカス誤差信号発生回路２２へ導かれ
る。
における平衡位置からの変位量を検出する位置検出器、
７４は位置検出器７３からの出力によって位置信号を発
生する位置信号発生回路、７７はＺ移動部７をＺ方向に
移動させるためのボリューム、７８はボリューム７７の
操作設定電圧に基づきＺ方向の位置を制御する位置制御
回路である。フォーカス誤差検出用の２つのＰＩＮフォ
トダイオード２１に流れる電流はそれぞれ電流電圧変換
回路７５によって電圧に変換され、増幅器８１によって
増幅された後フォーカス誤差信号発生回路２２へ導かれ
る。
【００２１】図９に示すように、フォーカス引き込み範
囲は対物レンズ１７の可動範囲に比べて非常に狭いた
め、フォーカスサーボをかける前にフォーカス引き込み
範囲を捜す必要がある。従って最初は、切換スイッチＳ
Ｗ２を実線で示す位置にしておき、ボリューム７７によ
って対物レンズ１７を大略Ｓ字曲線の近傍位置に設定し
ておく。その状態で、ＣＰＵ８２より自動的にＤ／Ａコ
ンバータ８６を通してランプ状に信号を加えることによ
り一定速度で対物レンズ１７を下降させる。そして、フ
ォーカス誤差信号がＳ字曲線の中点（＝ゼロ）になった
ところでスイッチＳＷ２を仮想線の位置に切り換えてフ
ォーカスサーボをかける。ここで、もし切換スイッチＳ
Ｗ２を切り換える直前の位置制御回路７８の出力電圧と
フォーカス誤差信号発生回路２２の出力電圧との差が大
きいと、フォーカスサーボ系が追従できずフォーカスサ
ーボがかからないため、下記に説明するように切換スイ
ッチＳＷ２を切り換える直前の位置制御回路７８の出力
電圧とフォーカス誤差信号発生回路２２の出力電圧が共
にゼロに近い値となりその差ができる限り小さくなるよ
うにしている。
囲は対物レンズ１７の可動範囲に比べて非常に狭いた
め、フォーカスサーボをかける前にフォーカス引き込み
範囲を捜す必要がある。従って最初は、切換スイッチＳ
Ｗ２を実線で示す位置にしておき、ボリューム７７によ
って対物レンズ１７を大略Ｓ字曲線の近傍位置に設定し
ておく。その状態で、ＣＰＵ８２より自動的にＤ／Ａコ
ンバータ８６を通してランプ状に信号を加えることによ
り一定速度で対物レンズ１７を下降させる。そして、フ
ォーカス誤差信号がＳ字曲線の中点（＝ゼロ）になった
ところでスイッチＳＷ２を仮想線の位置に切り換えてフ
ォーカスサーボをかける。ここで、もし切換スイッチＳ
Ｗ２を切り換える直前の位置制御回路７８の出力電圧と
フォーカス誤差信号発生回路２２の出力電圧との差が大
きいと、フォーカスサーボ系が追従できずフォーカスサ
ーボがかからないため、下記に説明するように切換スイ
ッチＳＷ２を切り換える直前の位置制御回路７８の出力
電圧とフォーカス誤差信号発生回路２２の出力電圧が共
にゼロに近い値となりその差ができる限り小さくなるよ
うにしている。
【００２２】まず、位置制御回路７８の出力電圧をほぼ
ゼロにするための方法について説明する。図７の従来例
では位置制御回路７８の出力電圧は、バネ１１の釣り合
いの位置でほぼゼロとなり、バネ１１の釣り合い点から
のずれが大きくなるほど大きくなる。本実施例では、操
作盤にスイッチを設け、そのスイッチが入ると、ＣＰＵ
８２よりＤ／Ａコンバータ８６を通して信号を出力し、
Ａ／Ｄコンバータ８４を通して対物レンズ１７の位置を
観察しながら可動範囲を最も上の位置から最も下の位置
までフォーカス引き込みを行うときと同じ速度で下降さ
せる。当然ながら、対象物があればぶつかるのでない状
態で行う。この間、対物レンズ１７の位置とともに位置
制御回路７８の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ８５を介し
て観察し、その関係をＲＡＭ８３に記憶する。本実施例
では１mm毎に行っている。この操作は、例えば１日１回
測定を開始する前とか、装置の電源を入れた時とかに行
えばよく、測定する毎に行う必要はない。この操作が終
わると、測定時にボリューム７７を対物レンズ１７がフ
ォーカス位置近傍に位置するように設定する。すると、
ボリューム７７による指令値と位置信号発生回路７４か
らの出力との差に応じてＤ／Ａコンバータ８６からのラ
ンプ状の信号により位置制御回路７８から駆動回路２３
に駆動信号が出力され、対物レンズ１７が等速で設定位
置に向けて移動する。その間、ＣＰＵ８２はＳ字曲線を
捜しており、Ｓ字曲線に入ると、ＣＰＵ８２にて位置制
御回路７８の出力電圧が対物レンズ１７の位置に関係な
く常にゼロとなるような制御に切換えられ、それに代わ
ってＣＰＵ８２が現在の対物レンズ１７の位置に応じて
ＲＡＭ８３から記憶データを読み出し、Ｄ／Ａコンバー
タ８７を通して加算器８０へ与える。これによって切換
スイッチＳＷ２が実線の位置にある時、位置制御回路７
８の出力電圧は対物レンズ１７の位置によらず常にゼロ
に近い値になり、駆動回路２３には対物レンズ１７の位
置に応じた出力電圧がＣＰＵ８２からＤ／Ａコンバータ
８７、加算器８０を介して入力される。その後切換スイ
ッチＳＷ２が仮想線位置に切り換えられてフォーカス引
き込みが行われる。
ゼロにするための方法について説明する。図７の従来例
では位置制御回路７８の出力電圧は、バネ１１の釣り合
いの位置でほぼゼロとなり、バネ１１の釣り合い点から
のずれが大きくなるほど大きくなる。本実施例では、操
作盤にスイッチを設け、そのスイッチが入ると、ＣＰＵ
８２よりＤ／Ａコンバータ８６を通して信号を出力し、
Ａ／Ｄコンバータ８４を通して対物レンズ１７の位置を
観察しながら可動範囲を最も上の位置から最も下の位置
までフォーカス引き込みを行うときと同じ速度で下降さ
せる。当然ながら、対象物があればぶつかるのでない状
態で行う。この間、対物レンズ１７の位置とともに位置
制御回路７８の出力電圧をＡ／Ｄコンバータ８５を介し
て観察し、その関係をＲＡＭ８３に記憶する。本実施例
では１mm毎に行っている。この操作は、例えば１日１回
測定を開始する前とか、装置の電源を入れた時とかに行
えばよく、測定する毎に行う必要はない。この操作が終
わると、測定時にボリューム７７を対物レンズ１７がフ
ォーカス位置近傍に位置するように設定する。すると、
ボリューム７７による指令値と位置信号発生回路７４か
らの出力との差に応じてＤ／Ａコンバータ８６からのラ
ンプ状の信号により位置制御回路７８から駆動回路２３
に駆動信号が出力され、対物レンズ１７が等速で設定位
置に向けて移動する。その間、ＣＰＵ８２はＳ字曲線を
捜しており、Ｓ字曲線に入ると、ＣＰＵ８２にて位置制
御回路７８の出力電圧が対物レンズ１７の位置に関係な
く常にゼロとなるような制御に切換えられ、それに代わ
ってＣＰＵ８２が現在の対物レンズ１７の位置に応じて
ＲＡＭ８３から記憶データを読み出し、Ｄ／Ａコンバー
タ８７を通して加算器８０へ与える。これによって切換
スイッチＳＷ２が実線の位置にある時、位置制御回路７
８の出力電圧は対物レンズ１７の位置によらず常にゼロ
に近い値になり、駆動回路２３には対物レンズ１７の位
置に応じた出力電圧がＣＰＵ８２からＤ／Ａコンバータ
８７、加算器８０を介して入力される。その後切換スイ
ッチＳＷ２が仮想線位置に切り換えられてフォーカス引
き込みが行われる。
【００２３】次に、フォーカス誤差信号発生回路２２の
出力電圧をほぼゼロにする方法について説明する。図７
の従来例では、フォーカスサーボ系のゲイン（フォーカ
ス誤差発生回路２２とその前段の増幅器８１を合わせた
もの）は、フォーカス引き込み前とフォーカスサーボ時
とで全く同じであり、高い値に設定されている。従っ
て、フォーカス引き込みのタイミングがＳ字曲線の中点
からわずかでもずれると、フォーカス誤差信号発生回路
２２の出力電圧が大きくなる。本実施例では、フォーカ
ス誤差信号発生回路２２の中にゲイン切換スイッチＳＷ
３を設け、フォーカス引き込み前はゲイン切換スイッチ
ＳＷ３を閉じてゲインがフォーカスサーボ時の約１／１
００になるようにしている。それによって、フォーカス
引き込みのタイミングが少しずれても、フォーカス誤差
信号発生回路２２の出力電圧はゼロに近い値である。か
くして、切換スイッチＳＷ２を上記のように仮想線の位
置に切り替えてフォーカス引き込みを行うときには、フ
ォーカス誤差信号発生回路２２の出力はゼロに近い値で
あり、円滑にフォーカスサーボ系に切換えられ、その後
数十ｍｓ後にゲイン切換スイッチＳＷ３を開いて高ゲイ
ンにし、高精度なフォーカス制御を行えるようにする。
出力電圧をほぼゼロにする方法について説明する。図７
の従来例では、フォーカスサーボ系のゲイン（フォーカ
ス誤差発生回路２２とその前段の増幅器８１を合わせた
もの）は、フォーカス引き込み前とフォーカスサーボ時
とで全く同じであり、高い値に設定されている。従っ
て、フォーカス引き込みのタイミングがＳ字曲線の中点
からわずかでもずれると、フォーカス誤差信号発生回路
２２の出力電圧が大きくなる。本実施例では、フォーカ
ス誤差信号発生回路２２の中にゲイン切換スイッチＳＷ
３を設け、フォーカス引き込み前はゲイン切換スイッチ
ＳＷ３を閉じてゲインがフォーカスサーボ時の約１／１
００になるようにしている。それによって、フォーカス
引き込みのタイミングが少しずれても、フォーカス誤差
信号発生回路２２の出力電圧はゼロに近い値である。か
くして、切換スイッチＳＷ２を上記のように仮想線の位
置に切り替えてフォーカス引き込みを行うときには、フ
ォーカス誤差信号発生回路２２の出力はゼロに近い値で
あり、円滑にフォーカスサーボ系に切換えられ、その後
数十ｍｓ後にゲイン切換スイッチＳＷ３を開いて高ゲイ
ンにし、高精度なフォーカス制御を行えるようにする。
【００２４】以上のようにすることにより、フォーカス
引き込み時には位置制御回路７８の出力電圧とフォーカ
ス誤差信号発生回路２２の出力電圧が共にゼロに近い値
でその差が小さいため、位置制御からフォーカスサーボ
への切換えがスムーズに行われ、確実にフォーカス位置
へ引き込まれる。
引き込み時には位置制御回路７８の出力電圧とフォーカ
ス誤差信号発生回路２２の出力電圧が共にゼロに近い値
でその差が小さいため、位置制御からフォーカスサーボ
への切換えがスムーズに行われ、確実にフォーカス位置
へ引き込まれる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように位置制御
系とフォーカスサーボ系との切換スイッチに対する位置
制御回路の出力を対物レンズの位置によらずほぼゼロに
するための位置補償手段と、フォーカス引き込み時のフ
ォーカスサーボ系のゲインを低くする手段とを設けたこ
とにより、フォーカス引き込み時に位置制御系とフォカ
ス制御系の出力を共にゼロ近くにすることができ、フォ
ーカス位置となる対物レンズの位置が対象物の形状によ
って変わっても、位置制御回路の出力をほぼゼロにする
ために対象物の保持台の位置を調整したりすることな
く、またフォーカス引き込みのタイミング調整したりす
ることなしにフォーカス引き込みが可能となるという効
果を発揮する。
系とフォーカスサーボ系との切換スイッチに対する位置
制御回路の出力を対物レンズの位置によらずほぼゼロに
するための位置補償手段と、フォーカス引き込み時のフ
ォーカスサーボ系のゲインを低くする手段とを設けたこ
とにより、フォーカス引き込み時に位置制御系とフォカ
ス制御系の出力を共にゼロ近くにすることができ、フォ
ーカス位置となる対物レンズの位置が対象物の形状によ
って変わっても、位置制御回路の出力をほぼゼロにする
ために対象物の保持台の位置を調整したりすることな
く、またフォーカス引き込みのタイミング調整したりす
ることなしにフォーカス引き込みが可能となるという効
果を発揮する。
【図１】本発明の一実施例の光学測定装置におけるフォ
ーカスサーボ系のブロック図である。
ーカスサーボ系のブロック図である。
【図２】同装置の全体構成を示す概略斜視図である。
【図３】同装置におけるフォーカスサーボ系の光路図で
ある。
ある。
【図４】同装置における対物レンズがフォーカス位置に
ある時の光路図である。
ある時の光路図である。
【図５】同装置における対象物の面が傾いた時の光路図
である。
である。
【図６】同装置における傾きサーボ系の光路図である。
【図７】従来のフォーカスサーボ系のブロック図であ
る。
る。
【図８】２つのＰＩＮフォトダイオードで検出される信
号の対物レンズと対象物の間の距離による変化を示すグ
ラフである。
号の対物レンズと対象物の間の距離による変化を示すグ
ラフである。
【図９】図８の２つの信号を差動増幅して得られるフォ
ーカス誤差信号のグラフである。
ーカス誤差信号のグラフである。
１ 対象物 ２ 被測定面 １７ 対物レンズ ２１ ＰＩＮフォトダイオード ２２ フォーカス誤差信号発生回路 ７３ 位置検出器 ７４ 位置信号発生装回路 ７７ ボリューム ７８ 位置制御回路 ８０ 加算器 ８２ ＣＰＵ ８３ ＲＡＭ ＳＷ２ 切換スイッチ ＳＷ３ ゲイン切換スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 7/28 - 7/40 G11B 7/08 - 7/085 G11B 7/09 - 7/10
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光の焦点が常に対象物の面上に合
うように集光用対物レンズを追従させるように構成され
た自動焦点制御装置において、対物レンズを駆動する駆
動回路と、レーザ光の反射光が導かれる光検出器に流れ
る電流からフォーカス誤差信号を発生するフォーカス誤
差信号発生回路と、対物レンズの位置を検出する位置検
出器及び位置信号発生回路と、位置指令手段によって発
生する位置指令信号に基づいて対物レンズの位置を制御
する位置制御回路と、前記駆動回路に位置制御回路とフ
ォーカス誤差信号発生回路とを切り換え接続する切換ス
イッチと、前記対物レンズの位置に対する前記位置制御
回路の出力電圧を測定する測定手段と、前記電圧を記憶
する記憶手段と、切換スイッチが位置制御回路に接続さ
れる状態で前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線に入る
と、前記対物レンズの位置に対して前記記憶手段に記憶
された電圧を前記位置制御回路の出力に加算する一方前
記位置制御回路の出力電圧を対物レンズの位置によらず
ゼロ近傍にし、かつ前記フォーカス誤差信号がＳ字曲線
の中点になったところで前記切換スイッチを位置制御回
路からフォーカス誤差信号発生回路に切換えて接続させ
る位置補償手段と、位置制御回路からフォーカス誤差信
号発生回路へ切り換える時にフォーカス誤差信号発生回
路のゲインを切り換える手段とを備えたことを特徴とす
る自動焦点制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31880591A JP3179824B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 自動焦点制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31880591A JP3179824B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 自動焦点制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157958A JPH05157958A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3179824B2 true JP3179824B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=18103140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31880591A Expired - Lifetime JP3179824B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 自動焦点制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3179824B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004157268A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 自動焦点制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7187630B2 (en) | 2001-06-11 | 2007-03-06 | Mitutoyo Corporation | Focusing servo device and focusing servo method |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP31880591A patent/JP3179824B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004157268A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 自動焦点制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05157958A (ja) | 1993-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5532990A (en) | Optical information processing method and apparatus including measuring and correcting the offset of a tracking error signal from an output of a photodetector using a vibrating objective lens | |
| JPH08212579A (ja) | 光ヘッド、光照射方法、記録媒体駆動装置 | |
| JPS61188745A (ja) | フオ−カスサ−ボ制御方式 | |
| US5315374A (en) | Three-dimensional measuring apparatus | |
| JP3179824B2 (ja) | 自動焦点制御装置 | |
| JP2797521B2 (ja) | 自動焦点制御装置 | |
| US6266301B1 (en) | Optical storage device and optical head having TES compensation shift signal compensation | |
| JP2935548B2 (ja) | 自動焦点制御装置 | |
| JP2857754B2 (ja) | ２重反射を用いたオートフォーカシング装置 | |
| JP3182809B2 (ja) | 自動焦点制御装置 | |
| JPH0793764A (ja) | 対物レンズ位置制御方法及び装置 | |
| JPH03105202A (ja) | 自動焦点制御装置 | |
| JPS61182640A (ja) | 光学式ピツクアツプ | |
| JPH0638294B2 (ja) | 光デイスクのトラツキング制御装置 | |
| JPH0614409B2 (ja) | 光学的情報記録再生装置 | |
| JP3259325B2 (ja) | 光ディスクのフォーカス引き込み制御方法およびその装置 | |
| JPH0528525A (ja) | 光デイスク装置のトラツク位置ずれ信号生成装置およびトラツキング制御装置 | |
| JPH0570210B2 (ja) | ||
| JP2006250592A (ja) | 形状測定用プローブとその制御方法 | |
| JP3278994B2 (ja) | 焦点位置制御装置 | |
| JPH1021561A (ja) | 光ディスク装置 | |
| JPH05159315A (ja) | フォーカス制御装置 | |
| JPS62157331A (ja) | 光デイスク装置 | |
| JPH05242505A (ja) | 光ディスク装置のフォーカス／トラックサーボ制御装置 | |
| JPH0150974B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080413 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090413 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 9 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100413 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110413 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120413 |