JP3190783B2 - フォーカシングサーボ機構 - Google Patents
フォーカシングサーボ機構Info
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- JP3190783B2 JP3190783B2 JP8947994A JP8947994A JP3190783B2 JP 3190783 B2 JP3190783 B2 JP 3190783B2 JP 8947994 A JP8947994 A JP 8947994A JP 8947994 A JP8947994 A JP 8947994A JP 3190783 B2 JP3190783 B2 JP 3190783B2
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- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ナイフエッジ法から求
められたフォーカスエラー信号に基づいて測定面と対物
レンズの焦点位置とが一致するように対物レンズを測定
面に近接離隔させるフォーカシングサーボ機構に関する
もので、フロッピィーディスクドライバーのピックアッ
プの追従制御や表面粗さ計の測定ヘッド等の光学式変位
計に利用できる。
められたフォーカスエラー信号に基づいて測定面と対物
レンズの焦点位置とが一致するように対物レンズを測定
面に近接離隔させるフォーカシングサーボ機構に関する
もので、フロッピィーディスクドライバーのピックアッ
プの追従制御や表面粗さ計の測定ヘッド等の光学式変位
計に利用できる。
【０００２】
【背景技術】光学式変位計には、フォーカスエラー信号
に基づいて測定面に対して対物レンズを近接離隔させる
フォーカシングサーボ機構が用いられている。このフォ
ーカシングサーボ機構として、ナイフエッジ法から求め
られたフォーカスエラー信号に基づいて対物レンズを測
定面に対して近接離隔させるものが知られている。図６
（Ａ）には、ナイフエッジ法によるフォーカシングサー
ボ機構の概略構成が示されている。図６（Ａ）におい
て、測定面５０に対向して対物レンズ５１が近接離隔可
能に配置され、この対物レンズ５１の隣に結像レンズ５
２が配置されている。これらの対物レンズ５１及び結像
レンズ５２の光軸を挟んで第１の受光素子５３及び第２
の受光素子５４が互いに対向配置されている。これらの
第１の受光素子５３及び第２の受光素子５４は、結像レ
ンズ５２の焦点位置に置かれ、対物レンズ５１及び結像
レンズ５２から送られる光の量をそれぞれ検出するもの
である。第１の受光素子５３と結像レンズ５２との間に
はナイフエッジ５５が配置される。
に基づいて測定面に対して対物レンズを近接離隔させる
フォーカシングサーボ機構が用いられている。このフォ
ーカシングサーボ機構として、ナイフエッジ法から求め
られたフォーカスエラー信号に基づいて対物レンズを測
定面に対して近接離隔させるものが知られている。図６
（Ａ）には、ナイフエッジ法によるフォーカシングサー
ボ機構の概略構成が示されている。図６（Ａ）におい
て、測定面５０に対向して対物レンズ５１が近接離隔可
能に配置され、この対物レンズ５１の隣に結像レンズ５
２が配置されている。これらの対物レンズ５１及び結像
レンズ５２の光軸を挟んで第１の受光素子５３及び第２
の受光素子５４が互いに対向配置されている。これらの
第１の受光素子５３及び第２の受光素子５４は、結像レ
ンズ５２の焦点位置に置かれ、対物レンズ５１及び結像
レンズ５２から送られる光の量をそれぞれ検出するもの
である。第１の受光素子５３と結像レンズ５２との間に
はナイフエッジ５５が配置される。
【０００３】図６（Ａ）では、前記測定面５０と対物レ
ンズ５１の焦点位置とは一致する場合を示しており、こ
の場合には、第１の受光素子５３及び第２の受光素子５
４の受光量は０となる。これに対して、図６（Ｂ）から
図６（Ｄ）に示される通り、前記測定面５０と対物レン
ズ５１の焦点位置とが一致しない場合には、結像レンズ
５２から送られる光はナイフエッジ５５で遮られるの
で、第１の受光素子５３と第２の受光素子５４とでの受
光量は相違する。例えば、図６（Ｂ）に示される通り、
測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置より近い場合に
は、第２の受光素子５４が第１の受光素子５３より受光
量が多い。図６（Ｃ）に示される通り、測定面５０が対
物レンズ５１の焦点位置より遠い場合には、第１の受光
素子５３が第２の受光素子５４より受光量が多い。さら
に、図６（Ｄ）に示される通り、測定面５０が図６
（Ｃ）の位置よりさらに焦点位置から離れる場合には、
図６（Ｃ）の場合とは反対に第２の受光素子５４が第１
の受光素子５３より受光量が多い。
ンズ５１の焦点位置とは一致する場合を示しており、こ
の場合には、第１の受光素子５３及び第２の受光素子５
４の受光量は０となる。これに対して、図６（Ｂ）から
図６（Ｄ）に示される通り、前記測定面５０と対物レン
ズ５１の焦点位置とが一致しない場合には、結像レンズ
５２から送られる光はナイフエッジ５５で遮られるの
で、第１の受光素子５３と第２の受光素子５４とでの受
光量は相違する。例えば、図６（Ｂ）に示される通り、
測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置より近い場合に
は、第２の受光素子５４が第１の受光素子５３より受光
量が多い。図６（Ｃ）に示される通り、測定面５０が対
物レンズ５１の焦点位置より遠い場合には、第１の受光
素子５３が第２の受光素子５４より受光量が多い。さら
に、図６（Ｄ）に示される通り、測定面５０が図６
（Ｃ）の位置よりさらに焦点位置から離れる場合には、
図６（Ｃ）の場合とは反対に第２の受光素子５４が第１
の受光素子５３より受光量が多い。
【０００４】前記第１及び第２の受光素子５３，５４の
受光量（E2，E1）からフォーカスエラー信号Ｓが求めら
れる。即ち、このフォーカスエラー信号Ｓは、第１の受
光素子の受光量（E2）から第２の受光素子の受光量
（E1）を引いた値（E2−E1）をこれらの受光素子５３，
５４の受光量の和（E1＋E2）の値で割った値｛（E2−
E1）／（E1＋E2）｝であり、この値を対物レンズ５１の
焦点位置に対する測定面５０の距離との関係を図７のグ
ラフで示す。図７において、フォーカスエラー信号Ｓ
は、測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置と一致する
場合には０となり、測定面５０が対物レンズ５１の焦点
位置に対して近い場合には正の値をとる。これに対し
て、測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置から遠い場
合には、負の値をとるが、測定面５０が対物レンズ５１
の焦点位置からさらに遠くなる場合（図６（Ｄ）参照）
には、逆に、正の値をとり、正負が反転する。フォーカ
スエラー信号Ｓが０となる場所は焦点位置と測定面が焦
点位置から離れた位置Ｐとの２か所あり、フォーカスエ
ラー信号が正となる領域が焦点位置に近い領域L1と位置
Ｐに近い領域L2との２か所となる。この領域L1の最大値
は領域L2の最大値より大きい。
受光量（E2，E1）からフォーカスエラー信号Ｓが求めら
れる。即ち、このフォーカスエラー信号Ｓは、第１の受
光素子の受光量（E2）から第２の受光素子の受光量
（E1）を引いた値（E2−E1）をこれらの受光素子５３，
５４の受光量の和（E1＋E2）の値で割った値｛（E2−
E1）／（E1＋E2）｝であり、この値を対物レンズ５１の
焦点位置に対する測定面５０の距離との関係を図７のグ
ラフで示す。図７において、フォーカスエラー信号Ｓ
は、測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置と一致する
場合には０となり、測定面５０が対物レンズ５１の焦点
位置に対して近い場合には正の値をとる。これに対し
て、測定面５０が対物レンズ５１の焦点位置から遠い場
合には、負の値をとるが、測定面５０が対物レンズ５１
の焦点位置からさらに遠くなる場合（図６（Ｄ）参照）
には、逆に、正の値をとり、正負が反転する。フォーカ
スエラー信号Ｓが０となる場所は焦点位置と測定面が焦
点位置から離れた位置Ｐとの２か所あり、フォーカスエ
ラー信号が正となる領域が焦点位置に近い領域L1と位置
Ｐに近い領域L2との２か所となる。この領域L1の最大値
は領域L2の最大値より大きい。
【０００５】一般にフォーカシングサーボ機構は、測定
面５０が対物レンズ５１の焦点位置より近くフォーカス
エラー信号Ｓが正となる場合には前記フォーカスエラー
信号が０になるまで対物レンズ５１を測定面５０に対し
て離隔し、測定面５０が焦点位置より遠くフォーカスエ
ラー信号Ｓが負となる場合には前記フォーカスエラー信
号が０になるまで対物レンズ５１を測定面５０に対して
近接させる自動焦点機構を備えている。ナイフエッジ法
によりフォーカスエラー信号を求める場合にあっては、
フォーカスエラー信号Ｓが正となる場合が領域L1及び領
域L2の２か所となるので、フォーカスエラー信号Ｓの正
負から対物レンズ５１を近接離隔制御する場合には焦点
位置ではない位置に制御される問題がある。即ち、測定
面５０が対物レンズ５１から離れてフォーカスエラー信
号の領域L2にある場合には、フォーカシングサーボ機構
を作動すると、対物レンズ５１は測定面５０からさらに
離隔してしまい焦点位置に合わせることはできない。
面５０が対物レンズ５１の焦点位置より近くフォーカス
エラー信号Ｓが正となる場合には前記フォーカスエラー
信号が０になるまで対物レンズ５１を測定面５０に対し
て離隔し、測定面５０が焦点位置より遠くフォーカスエ
ラー信号Ｓが負となる場合には前記フォーカスエラー信
号が０になるまで対物レンズ５１を測定面５０に対して
近接させる自動焦点機構を備えている。ナイフエッジ法
によりフォーカスエラー信号を求める場合にあっては、
フォーカスエラー信号Ｓが正となる場合が領域L1及び領
域L2の２か所となるので、フォーカスエラー信号Ｓの正
負から対物レンズ５１を近接離隔制御する場合には焦点
位置ではない位置に制御される問題がある。即ち、測定
面５０が対物レンズ５１から離れてフォーカスエラー信
号の領域L2にある場合には、フォーカシングサーボ機構
を作動すると、対物レンズ５１は測定面５０からさらに
離隔してしまい焦点位置に合わせることはできない。
【０００６】この問題を解決するため、フォーカスエラ
ー信号が領域L1及び領域L2のいずれにあるのかを判別す
る必要がある。その判別手段は、従来では、前記フォー
カスエラー信号が正となる２か所の領域L1，L2の大小を
識別することにより行っていた。
ー信号が領域L1及び領域L2のいずれにあるのかを判別す
る必要がある。その判別手段は、従来では、前記フォー
カスエラー信号が正となる２か所の領域L1，L2の大小を
識別することにより行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】対物レンズ５１はフォ
ーカスエラー信号に基づいて測定面５０に対し近接離隔
されるが、信号に対する対物レンズ５１の追従性を良好
にするには第１及び第２の受光素子５３，５４を大きく
する必要がある。しかし、第１及び第２の受光素子５
３，５４を大きくすると、これに反比例して領域L1，L2
の識別性が低くなる。従って、従来例では、フォーカス
エラー信号が領域L1及び領域L2のいずれにあるのかを判
別することが容易ではなく、測定面５０が対物レンズ５
１の焦点位置より遠い場合には測定面５０に対物レンズ
５１の焦点位置を一致させることが必ずしも十分には行
えないという問題点がある。
ーカスエラー信号に基づいて測定面５０に対し近接離隔
されるが、信号に対する対物レンズ５１の追従性を良好
にするには第１及び第２の受光素子５３，５４を大きく
する必要がある。しかし、第１及び第２の受光素子５
３，５４を大きくすると、これに反比例して領域L1，L2
の識別性が低くなる。従って、従来例では、フォーカス
エラー信号が領域L1及び領域L2のいずれにあるのかを判
別することが容易ではなく、測定面５０が対物レンズ５
１の焦点位置より遠い場合には測定面５０に対物レンズ
５１の焦点位置を一致させることが必ずしも十分には行
えないという問題点がある。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、測定面が対物レンズの焦点位置よ
り遠い場合でも、測定面と対物レンズの焦点位置とを一
致させることができるフォーカシングサーボ機構を提供
することにある。また、本発明の異なる目的は、前記目
的に加え、自動焦点機構の作動後、対物レンズの焦点位
置に測定面を迅速に一致させることができるフォーカシ
ングサーボ機構を提供することにある。
もので、その目的は、測定面が対物レンズの焦点位置よ
り遠い場合でも、測定面と対物レンズの焦点位置とを一
致させることができるフォーカシングサーボ機構を提供
することにある。また、本発明の異なる目的は、前記目
的に加え、自動焦点機構の作動後、対物レンズの焦点位
置に測定面を迅速に一致させることができるフォーカシ
ングサーボ機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ナイフエッジ
法によって求められたフォーカスエラー信号に基づいて
測定面と対物レンズの焦点位置とを一致させるフォーカ
シングサーボ機構において、フォーカスエラー信号が０
より小さく最小値より大きい範囲にある第１の基準値以
下となるように対物レンズを測定面に対して近接離隔さ
せ、その後、第１の基準値を越えるように対物レンズを
測定面に近接させて前記目的を達成しようとするもので
ある。具体的には、本発明のフォーカシングサーボ機構
は、光ビームを測定面に向けて照射するとともに測定面
から反射した反射光を受ける対物レンズと、この対物レ
ンズの光軸を挟んで互いに対向配置され前記対物レンズ
から送られる光の量をそれぞれ検出する第１の受光素子
及び第２の受光素子と、この第１の受光素子と前記対物
レンズとの間に配置され先端が前記対物レンズの光軸と
一致するナイフエッジと、前記第１の受光素子の受光量
と前記第２の受光素子の受光量との差に基づいて求めら
れるフォーカスエラー信号が０となるように前記対物レ
ンズを前記測定面に対して近接離隔させる自動焦点機構
と、この自動焦点機構を作動した際に前記対物レンズの
焦点位置と前記測定面とが一致するように前記対物レン
ズが前記測定面に対して近接離隔できる領域に前記対物
レンズを案内するサーボイン機構と、このサーボイン機
構と前記自動焦点機構とを切り換えるスイッチとを備
え、前記フォーカスエラー信号は正の値をとる領域が２
か所であり、負の値をとる領域が１か所となるフォーカ
シングサーボ機構であって、前記サーボイン機構は、フ
ォーカスエラー信号が０より小さく最小値より大きい範
囲にある第１の基準値以下か否かを検知する第１のコン
パレータと、この第１のコンパレータから送られる信号
が第１の基準値以下となるように前記対物レンズを測定
面に対して近接離隔させ、その後、前記第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値を越えるように前
記対物レンズを前記測定面に近接させるサーチ制御部と
を含んで構成されたことを特徴とする。
法によって求められたフォーカスエラー信号に基づいて
測定面と対物レンズの焦点位置とを一致させるフォーカ
シングサーボ機構において、フォーカスエラー信号が０
より小さく最小値より大きい範囲にある第１の基準値以
下となるように対物レンズを測定面に対して近接離隔さ
せ、その後、第１の基準値を越えるように対物レンズを
測定面に近接させて前記目的を達成しようとするもので
ある。具体的には、本発明のフォーカシングサーボ機構
は、光ビームを測定面に向けて照射するとともに測定面
から反射した反射光を受ける対物レンズと、この対物レ
ンズの光軸を挟んで互いに対向配置され前記対物レンズ
から送られる光の量をそれぞれ検出する第１の受光素子
及び第２の受光素子と、この第１の受光素子と前記対物
レンズとの間に配置され先端が前記対物レンズの光軸と
一致するナイフエッジと、前記第１の受光素子の受光量
と前記第２の受光素子の受光量との差に基づいて求めら
れるフォーカスエラー信号が０となるように前記対物レ
ンズを前記測定面に対して近接離隔させる自動焦点機構
と、この自動焦点機構を作動した際に前記対物レンズの
焦点位置と前記測定面とが一致するように前記対物レン
ズが前記測定面に対して近接離隔できる領域に前記対物
レンズを案内するサーボイン機構と、このサーボイン機
構と前記自動焦点機構とを切り換えるスイッチとを備
え、前記フォーカスエラー信号は正の値をとる領域が２
か所であり、負の値をとる領域が１か所となるフォーカ
シングサーボ機構であって、前記サーボイン機構は、フ
ォーカスエラー信号が０より小さく最小値より大きい範
囲にある第１の基準値以下か否かを検知する第１のコン
パレータと、この第１のコンパレータから送られる信号
が第１の基準値以下となるように前記対物レンズを測定
面に対して近接離隔させ、その後、前記第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値を越えるように前
記対物レンズを前記測定面に近接させるサーチ制御部と
を含んで構成されたことを特徴とする。
【００１０】ここで、前記サーボイン機構は、前記第１
のコンパレータと、フォーカスエラー信号が０より大き
く最大値より小さい範囲にある第２の基準値以下か否か
を検知する第２のコンパレータとを備え、前記サーチ制
御部は、前記第１のコンパレータから送られる信号が第
１の基準値以下となるように前記対物レンズを前記測定
面に対して近接離隔させた後、前記第２のコンパレータ
から送られる信号が第２の基準値以上となるように前記
対物レンズを前記測定面に近接させ、さらに、前記第２
のコンパレータから送られる信号が第２の基準値未満か
つ前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の基
準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に離隔
させる構成としてもよい。
のコンパレータと、フォーカスエラー信号が０より大き
く最大値より小さい範囲にある第２の基準値以下か否か
を検知する第２のコンパレータとを備え、前記サーチ制
御部は、前記第１のコンパレータから送られる信号が第
１の基準値以下となるように前記対物レンズを前記測定
面に対して近接離隔させた後、前記第２のコンパレータ
から送られる信号が第２の基準値以上となるように前記
対物レンズを前記測定面に近接させ、さらに、前記第２
のコンパレータから送られる信号が第２の基準値未満か
つ前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の基
準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に離隔
させる構成としてもよい。
【００１１】
【作用】測定面から反射された反射光は対物レンズを通
り第１及び第２の受光素子で受光される。これらの第１
の受光素子及び第２の受光素子での受光量は、ナイフエ
ッジの影響により測定面と対物レンズとの距離により相
違する。第１の受光素子の受光量と第２の受光素子の受
光量との差に基づいて求められたフォーカスエラー信号
から対物レンズを所定範囲にサーボインし、さらに、焦
点位置と測定面とが一致するように自動制御する。その
ため、まず、スイッチを操作してサーボイン機構が作動
する状態にしておく。この状態で、第１のコンパレータ
でフォーカスエラー信号を０より小さく最小値より大き
い範囲にある第１の基準値以下か否かを検知し、この第
１のコンパレータから送られる信号が第１の基準値以下
となるようにサーチ制御部は前記対物レンズを測定面に
対して近接離隔させる。その後、サーチ制御部は前記第
１のコンパレータから送られる信号が第１の基準値を越
えるように前記対物レンズを前記測定面に近接させる。
り第１及び第２の受光素子で受光される。これらの第１
の受光素子及び第２の受光素子での受光量は、ナイフエ
ッジの影響により測定面と対物レンズとの距離により相
違する。第１の受光素子の受光量と第２の受光素子の受
光量との差に基づいて求められたフォーカスエラー信号
から対物レンズを所定範囲にサーボインし、さらに、焦
点位置と測定面とが一致するように自動制御する。その
ため、まず、スイッチを操作してサーボイン機構が作動
する状態にしておく。この状態で、第１のコンパレータ
でフォーカスエラー信号を０より小さく最小値より大き
い範囲にある第１の基準値以下か否かを検知し、この第
１のコンパレータから送られる信号が第１の基準値以下
となるようにサーチ制御部は前記対物レンズを測定面に
対して近接離隔させる。その後、サーチ制御部は前記第
１のコンパレータから送られる信号が第１の基準値を越
えるように前記対物レンズを前記測定面に近接させる。
【００１２】ここで、サーボイン機構が前記第１のコン
パレータ以外に第２のコンパレータも含んで構成される
場合には、前記サーチ制御部は、前記第１のコンパレー
タから送られる信号が第１の基準値以下となるように前
記対物レンズを前記測定面に対して近接離隔させた後、
前記第２のコンパレータから送られる信号が第２の基準
値以上となるように前記対物レンズを前記測定面に近接
させ、さらに、前記第２のコンパレータから送られる信
号が第２の基準値未満かつ前記第１のコンパレータから
送られる信号が第１の基準値を越えるように前記対物レ
ンズを前記測定面に離隔させる。その後、スイッチによ
りサーボイン機構から自動焦点機構に切り換える。この
状態では、自動焦点機構により、前記対物レンズが前記
測定面に対して近接離隔制御され前記対物レンズの焦点
位置と前記測定面とが一致する。
パレータ以外に第２のコンパレータも含んで構成される
場合には、前記サーチ制御部は、前記第１のコンパレー
タから送られる信号が第１の基準値以下となるように前
記対物レンズを前記測定面に対して近接離隔させた後、
前記第２のコンパレータから送られる信号が第２の基準
値以上となるように前記対物レンズを前記測定面に近接
させ、さらに、前記第２のコンパレータから送られる信
号が第２の基準値未満かつ前記第１のコンパレータから
送られる信号が第１の基準値を越えるように前記対物レ
ンズを前記測定面に離隔させる。その後、スイッチによ
りサーボイン機構から自動焦点機構に切り換える。この
状態では、自動焦点機構により、前記対物レンズが前記
測定面に対して近接離隔制御され前記対物レンズの焦点
位置と前記測定面とが一致する。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明に係るフォーカシングサーボ
機構の好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るフォー
カシングサーボ機構を用いた光学式変位計の断面図であ
る。図１において、光学式変位計は、ケーシング１と、
このケーシング１内に設けられた光源としての半導体レ
ーザ２と、この半導体レーザ２から発光された光ビーム
を測定面３に向けて照射するとともに測定面３から反射
した反射光を受ける対物レンズ４を有する光学系５と、
前記対物レンズ４の光軸を挟んで互いに対向配置された
第１の受光素子６及び第２の受光素子７と、この第１の
受光素子６と前記光学系５との間に配置されたナイフエ
ッジ８と、前記対物レンズ４を前記測定面３に対して近
接離隔させる駆動機構９と、この駆動機構９の駆動を制
御する制御手段１０と、前記対物レンズ４の移動量を検
出する変位検出機構１１とを備えて構成され、前記半導
体レーザ２、光学系５、第１及び第２の受光素子６，
７、ナイフエッジ８、駆動機構９及び制御手段１０から
本実施例のフォーカシングサーボ機構１２が構成されて
いる。
機構の好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら
詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るフォー
カシングサーボ機構を用いた光学式変位計の断面図であ
る。図１において、光学式変位計は、ケーシング１と、
このケーシング１内に設けられた光源としての半導体レ
ーザ２と、この半導体レーザ２から発光された光ビーム
を測定面３に向けて照射するとともに測定面３から反射
した反射光を受ける対物レンズ４を有する光学系５と、
前記対物レンズ４の光軸を挟んで互いに対向配置された
第１の受光素子６及び第２の受光素子７と、この第１の
受光素子６と前記光学系５との間に配置されたナイフエ
ッジ８と、前記対物レンズ４を前記測定面３に対して近
接離隔させる駆動機構９と、この駆動機構９の駆動を制
御する制御手段１０と、前記対物レンズ４の移動量を検
出する変位検出機構１１とを備えて構成され、前記半導
体レーザ２、光学系５、第１及び第２の受光素子６，
７、ナイフエッジ８、駆動機構９及び制御手段１０から
本実施例のフォーカシングサーボ機構１２が構成されて
いる。
【００１４】前記光学系５は、前記対物レンズ４と、前
記半導体レーザ２から発光された光ビームを前記対物レ
ンズ４に向けて反射する偏光ビームスプリッタ１３と、
この偏光ビームスプリッタ１３と前記対物レンズ４との
間に配置され偏光ビームスプリッタ１３からの光ビーム
を平行光線にするコリメータレンズ１４と、前記偏光ビ
ームスプリッタ１３のコリメータレンズ１４と対向する
面に設けられた１／４波長板１５と、前記偏光ビームス
プリッタ１３を通過した反射光を結像するための結像レ
ンズ１６とを備えて構成されている。前記１／４波長板
１５は測定面３から反射された反射光が半導体レーザ２
に戻らないようにするとともに前記偏光ビームスプリッ
タ１３との組み合わせによってハーフミラーを用いた場
合よりも効率を高めるものである。前記第１及び第２の
受光素子６，７は、光学系５から送られる光の量を検出
するために、それぞれホトダイオード等から構成されて
いる。また、第１及び第２の受光素子６，７は結像レン
ズ１６の焦点位置に配置されている。前記ナイフエッジ
８は、基端部が前記ケーシング１に固定されている。前
記駆動機構９は、前記対物レンズ４をその光軸に沿って
進退可能に保持するレンズホルダ１７と、このレンズホ
ルダ１７に固定されたコイル１８と、前記ケーシング１
に固定されたマグネット１９とを備えて構成され、コイ
ル１８に通電することにより対物レンズ４を光軸に沿っ
て進退させる構造である。前記変位検出機構１１は、前
記レンズホルダ１７に一端が固定されたスケール２０
と、図示しない取付部材を介してケーシング１に取り付
けられた検出器２１とを備え、対物レンズ４の位置を検
出するリニアエンコーダから構成されている。
記半導体レーザ２から発光された光ビームを前記対物レ
ンズ４に向けて反射する偏光ビームスプリッタ１３と、
この偏光ビームスプリッタ１３と前記対物レンズ４との
間に配置され偏光ビームスプリッタ１３からの光ビーム
を平行光線にするコリメータレンズ１４と、前記偏光ビ
ームスプリッタ１３のコリメータレンズ１４と対向する
面に設けられた１／４波長板１５と、前記偏光ビームス
プリッタ１３を通過した反射光を結像するための結像レ
ンズ１６とを備えて構成されている。前記１／４波長板
１５は測定面３から反射された反射光が半導体レーザ２
に戻らないようにするとともに前記偏光ビームスプリッ
タ１３との組み合わせによってハーフミラーを用いた場
合よりも効率を高めるものである。前記第１及び第２の
受光素子６，７は、光学系５から送られる光の量を検出
するために、それぞれホトダイオード等から構成されて
いる。また、第１及び第２の受光素子６，７は結像レン
ズ１６の焦点位置に配置されている。前記ナイフエッジ
８は、基端部が前記ケーシング１に固定されている。前
記駆動機構９は、前記対物レンズ４をその光軸に沿って
進退可能に保持するレンズホルダ１７と、このレンズホ
ルダ１７に固定されたコイル１８と、前記ケーシング１
に固定されたマグネット１９とを備えて構成され、コイ
ル１８に通電することにより対物レンズ４を光軸に沿っ
て進退させる構造である。前記変位検出機構１１は、前
記レンズホルダ１７に一端が固定されたスケール２０
と、図示しない取付部材を介してケーシング１に取り付
けられた検出器２１とを備え、対物レンズ４の位置を検
出するリニアエンコーダから構成されている。
【００１５】前記制御手段１０の構成が図２に示されて
いる。図２おいて、前記制御手段１０は、前記第１の受
光素子６の受光量と前記第２の受光素子７の受光量との
差に基づいてフォーカスエラー信号を求める信号発生手
段２２と、この信号発生手段２２で求められたフォーカ
スエラー信号が０となるように前記対物レンズ４を前記
測定面３に対して近接離隔させる自動焦点機構２３と、
この自動焦点機構２３を作動した際に前記対物レンズ４
の焦点位置と前記測定面３とが一致するように前記対物
レンズ４が前記測定面３に対して近接離隔できる領域に
前記対物レンズ４を案内するサーボイン機構２４と、こ
のサーボイン機構２４と前記自動焦点機構２３とを切り
換えるスイッチ２５とを備えた構成である。前記信号発
生手段２２の構成が図３に示されている。図３におい
て、前記信号発生手段２２は、前記第１及び第２の受光
素子６，７の出力電流を電圧に変換するための電流−電
圧変換器２６，２７と、これらの電流−電圧変換器２
６，２７の出力の差を演算する差演算器２８と、これら
の電流−電圧変換器２６，２７の出力の和を演算する和
演算器２９と、前記差演算器２８の出力電圧を増幅する
可変増幅器３０と、前記和演算器２９の出力電圧を増幅
する可変増幅器３１と、前記差演算器２８の出力を和演
算器２９の出力で割ってフォーカスエラー信号Ｓを出力
する除算器３２とから構成されている。
いる。図２おいて、前記制御手段１０は、前記第１の受
光素子６の受光量と前記第２の受光素子７の受光量との
差に基づいてフォーカスエラー信号を求める信号発生手
段２２と、この信号発生手段２２で求められたフォーカ
スエラー信号が０となるように前記対物レンズ４を前記
測定面３に対して近接離隔させる自動焦点機構２３と、
この自動焦点機構２３を作動した際に前記対物レンズ４
の焦点位置と前記測定面３とが一致するように前記対物
レンズ４が前記測定面３に対して近接離隔できる領域に
前記対物レンズ４を案内するサーボイン機構２４と、こ
のサーボイン機構２４と前記自動焦点機構２３とを切り
換えるスイッチ２５とを備えた構成である。前記信号発
生手段２２の構成が図３に示されている。図３におい
て、前記信号発生手段２２は、前記第１及び第２の受光
素子６，７の出力電流を電圧に変換するための電流−電
圧変換器２６，２７と、これらの電流−電圧変換器２
６，２７の出力の差を演算する差演算器２８と、これら
の電流−電圧変換器２６，２７の出力の和を演算する和
演算器２９と、前記差演算器２８の出力電圧を増幅する
可変増幅器３０と、前記和演算器２９の出力電圧を増幅
する可変増幅器３１と、前記差演算器２８の出力を和演
算器２９の出力で割ってフォーカスエラー信号Ｓを出力
する除算器３２とから構成されている。
【００１６】図２において、前記自動焦点機構２３は、
前記信号発生手段２２からのフォーカスエラー信号Ｓを
受けて前記対物レンズ４の焦点位置からの前記測定面３
のずれを検出する加算器３３と、この加算器３３から出
力された焦点ずれ信号を増幅する増幅回路３４と、この
増幅回路３４の出力に対して検出信号と制御信号との間
の位相のずれを補償する位相補償回路３５と、この位相
補償回路３５の出力により前記駆動機構９のコイル１８
に駆動信号を与える駆動アンプ３６とを備えており、対
物レンズ４の焦点位置と測定面３とが一致してフォーカ
スエラー信号Ｓが０となるように対物レンズ４の位置を
フィードバック制御する構成である。前記サーボイン機
構２４は、フォーカスエラー信号Ｓが０より小さく最小
値より大きい範囲にある第１の基準値以下か否かを検知
する第１のコンパレータ３７と、フォーカスエラー信号
Ｓが０より大きく最大値より小さい範囲にある第２の基
準値以下か否かを検知する第２のコンパレータ３８と、
これらのコンパレータ３７，３８からの信号に基づいて
対物レンズ４をサーボインさせる信号を送るサーチ制御
部３９とから構成されている。
前記信号発生手段２２からのフォーカスエラー信号Ｓを
受けて前記対物レンズ４の焦点位置からの前記測定面３
のずれを検出する加算器３３と、この加算器３３から出
力された焦点ずれ信号を増幅する増幅回路３４と、この
増幅回路３４の出力に対して検出信号と制御信号との間
の位相のずれを補償する位相補償回路３５と、この位相
補償回路３５の出力により前記駆動機構９のコイル１８
に駆動信号を与える駆動アンプ３６とを備えており、対
物レンズ４の焦点位置と測定面３とが一致してフォーカ
スエラー信号Ｓが０となるように対物レンズ４の位置を
フィードバック制御する構成である。前記サーボイン機
構２４は、フォーカスエラー信号Ｓが０より小さく最小
値より大きい範囲にある第１の基準値以下か否かを検知
する第１のコンパレータ３７と、フォーカスエラー信号
Ｓが０より大きく最大値より小さい範囲にある第２の基
準値以下か否かを検知する第２のコンパレータ３８と、
これらのコンパレータ３７，３８からの信号に基づいて
対物レンズ４をサーボインさせる信号を送るサーチ制御
部３９とから構成されている。
【００１７】これらの第１及び第２のコンパレータ３
７，３８の具体的な構成を図４に基づいて説明する。図
４（Ａ）は前記信号発生手段２２で発生したフォーカス
エラー信号Ｓと対物レンズ４の焦点位置に対する測定面
３の距離との関係を示すグラフであり、図７のグラフと
同じである。フォーカスエラー信号Ｓは、測定面３が対
物レンズ４の焦点位置と一致する場合には０となり、測
定面３が対物レンズ４の焦点位置に対して近い場合には
正の値をとる。これに対して、測定面３が対物レンズ４
の焦点位置から遠い場合には、負の値をとるが、対物レ
ンズ４の焦点位置から測定面３がさらに遠くなる場合に
は、正負が反転し、正の値をとる。従って、フォーカス
エラー信号Ｓは正の値をとる領域がL1及びL2の２か所で
あり、負の値をとる領域がL3の１か所となる。領域L1は
領域L2に比べて最大値が大きい。前記第１の基準値D1は
領域L3の最小値と０との間の値とされ、第１のコンパレ
ータ３７は、図４（Ｃ）に示される通り、第１の基準値
D1を越える場合にはH1の信号C1を出力し、第１の基準値
D1以下の場合には０の信号C1を出力する。前記第２の基
準値D2は、領域L2に最大値と０との間の値とされ、第２
のコンパレータ３８は、図４（Ｂ）に示される通り、第
２の基準値D2以上の場合には０の信号C2を出力し、第２
の基準値D2未満の場合にはH2の信号C2を出力する。
７，３８の具体的な構成を図４に基づいて説明する。図
４（Ａ）は前記信号発生手段２２で発生したフォーカス
エラー信号Ｓと対物レンズ４の焦点位置に対する測定面
３の距離との関係を示すグラフであり、図７のグラフと
同じである。フォーカスエラー信号Ｓは、測定面３が対
物レンズ４の焦点位置と一致する場合には０となり、測
定面３が対物レンズ４の焦点位置に対して近い場合には
正の値をとる。これに対して、測定面３が対物レンズ４
の焦点位置から遠い場合には、負の値をとるが、対物レ
ンズ４の焦点位置から測定面３がさらに遠くなる場合に
は、正負が反転し、正の値をとる。従って、フォーカス
エラー信号Ｓは正の値をとる領域がL1及びL2の２か所で
あり、負の値をとる領域がL3の１か所となる。領域L1は
領域L2に比べて最大値が大きい。前記第１の基準値D1は
領域L3の最小値と０との間の値とされ、第１のコンパレ
ータ３７は、図４（Ｃ）に示される通り、第１の基準値
D1を越える場合にはH1の信号C1を出力し、第１の基準値
D1以下の場合には０の信号C1を出力する。前記第２の基
準値D2は、領域L2に最大値と０との間の値とされ、第２
のコンパレータ３８は、図４（Ｂ）に示される通り、第
２の基準値D2以上の場合には０の信号C2を出力し、第２
の基準値D2未満の場合にはH2の信号C2を出力する。
【００１８】前記サーチ制御部３９は、前記第１のコン
パレータ３７から送られる信号が第１の基準値D1以下
（出力信号C1＝０）となるように前記対物レンズ４を全
範囲移動させ、その後、前記第１のコンパレータ３７か
ら送られる信号が第１の基準値D1を越える（出力信号C1
＝H1）ように前記対物レンズ４を前記測定面３に近接さ
せ、前記第２のコンパレータ３８から送られる信号が第
２の基準値D2以上（出力信号C2＝０）になるまで前記対
物レンズ４を前記測定面３に近接させ続け、さらに、前
記第２のコンパレータ３８から送られる信号が第２の基
準値D2未満（出力信号C2＝H2）かつ前記第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値以上（出力信号C1
＝H1となる）ように前記対物レンズ４を前記測定面３に
離隔させる構成である。前記スイッチ２５は、端子２５
Ａ〜２５Ｃを備えており、端子２５Ａ，２５Ｃを接続す
るとサーボイン機構２４が作動し、端子２５Ｂ，２５Ｃ
を接続すると自動焦点機構２３が作動する構成である。
パレータ３７から送られる信号が第１の基準値D1以下
（出力信号C1＝０）となるように前記対物レンズ４を全
範囲移動させ、その後、前記第１のコンパレータ３７か
ら送られる信号が第１の基準値D1を越える（出力信号C1
＝H1）ように前記対物レンズ４を前記測定面３に近接さ
せ、前記第２のコンパレータ３８から送られる信号が第
２の基準値D2以上（出力信号C2＝０）になるまで前記対
物レンズ４を前記測定面３に近接させ続け、さらに、前
記第２のコンパレータ３８から送られる信号が第２の基
準値D2未満（出力信号C2＝H2）かつ前記第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値以上（出力信号C1
＝H1となる）ように前記対物レンズ４を前記測定面３に
離隔させる構成である。前記スイッチ２５は、端子２５
Ａ〜２５Ｃを備えており、端子２５Ａ，２５Ｃを接続す
るとサーボイン機構２４が作動し、端子２５Ｂ，２５Ｃ
を接続すると自動焦点機構２３が作動する構成である。
【００１９】次に、本実施例のフォーカシングサーボ機
構１２を作動する方法を図５のフローチャートに基づい
て説明する。まず、スイッチ２５の端子２５Ａ，２５Ｃ
を接続してサーボイン機構２４が作動する状態にしてお
く（STEP１）。この状態において、サーチ制御部３９に
より駆動機構９を作動して前記対物レンズ４の全範囲移
動を開始する（STEP２）。この動作を前記第１のコンパ
レータ３７の出力信号C1が０となるまで続ける。なお、
全範囲に渡って対物レンズ４を移動させた結果、第１の
コンパレータ３７の出力信号C1が０とならない場合は、
測定対象となるワークがないということであり、作業は
ここで終了する。第１のコンパレータ３７の出力信号C1
が０となったら駆動機構９を停止し（STEP３）、その
後、サーチ制御部３９から駆動機構９に信号を与え、前
記対物レンズ４を測定面３に対して近接させる（STEP
４）。この動作を前記第２のコンパレータ３８の出力信
号C2が０となるまで続ける。なお、対物レンズ４を最も
測定面３に近接させた結果、第２のコンパレータ３８の
出力信号C2が０とならない場合は、測定対象となるワー
クが対物レンズ４により近い位置にあるということであ
り、作業はここで終了する。第２のコンパレータ３８の
出力信号C2が０となったら駆動機構９を停止し（STEP
５）、その後、サーチ制御部３９から駆動機構９に信号
を与え、前記対物レンズ４を測定面３に対して離隔させ
る（STEP６）。この動作を前記第２のコンパレータ３８
の出力信号C2がH2となり、かつ、前記第１のコンパレー
タ３７の出力信号C1がH1となるまで続ける。C2＝H2及び
C1＝H1となったら、駆動機構９を停止する（STEP７）。
この状態では、測定面３と対物レンズ４の焦点位置とが
近い。その後、スイッチ２５の端子２５Ｂ，２５Ｃを接
続してサーボイン機構２４から自動焦点機構２３に切り
換え、自動焦点機構２３が作動できる状態にしておく
（STEP８）。自動焦点機構２３により、測定面３と対物
レンズ４の焦点位置とが一致するように対物レンズ４の
位置が制御される。
構１２を作動する方法を図５のフローチャートに基づい
て説明する。まず、スイッチ２５の端子２５Ａ，２５Ｃ
を接続してサーボイン機構２４が作動する状態にしてお
く（STEP１）。この状態において、サーチ制御部３９に
より駆動機構９を作動して前記対物レンズ４の全範囲移
動を開始する（STEP２）。この動作を前記第１のコンパ
レータ３７の出力信号C1が０となるまで続ける。なお、
全範囲に渡って対物レンズ４を移動させた結果、第１の
コンパレータ３７の出力信号C1が０とならない場合は、
測定対象となるワークがないということであり、作業は
ここで終了する。第１のコンパレータ３７の出力信号C1
が０となったら駆動機構９を停止し（STEP３）、その
後、サーチ制御部３９から駆動機構９に信号を与え、前
記対物レンズ４を測定面３に対して近接させる（STEP
４）。この動作を前記第２のコンパレータ３８の出力信
号C2が０となるまで続ける。なお、対物レンズ４を最も
測定面３に近接させた結果、第２のコンパレータ３８の
出力信号C2が０とならない場合は、測定対象となるワー
クが対物レンズ４により近い位置にあるということであ
り、作業はここで終了する。第２のコンパレータ３８の
出力信号C2が０となったら駆動機構９を停止し（STEP
５）、その後、サーチ制御部３９から駆動機構９に信号
を与え、前記対物レンズ４を測定面３に対して離隔させ
る（STEP６）。この動作を前記第２のコンパレータ３８
の出力信号C2がH2となり、かつ、前記第１のコンパレー
タ３７の出力信号C1がH1となるまで続ける。C2＝H2及び
C1＝H1となったら、駆動機構９を停止する（STEP７）。
この状態では、測定面３と対物レンズ４の焦点位置とが
近い。その後、スイッチ２５の端子２５Ｂ，２５Ｃを接
続してサーボイン機構２４から自動焦点機構２３に切り
換え、自動焦点機構２３が作動できる状態にしておく
（STEP８）。自動焦点機構２３により、測定面３と対物
レンズ４の焦点位置とが一致するように対物レンズ４の
位置が制御される。
【００２０】従って、本実施例によれば、ナイフエッジ
法から求められたフォーカスエラー信号Ｓに基づいて対
物レンズ４を測定面３に対して近接離隔させるフォーカ
シングサーボ機構１２を、第１の受光素子６の受光量と
前記第２の受光素子７の受光量との差に基づいて求めら
れるフォーカスエラー信号Ｓが０となるように前記対物
レンズ４を前記測定面３に対して近接離隔させる自動焦
点機構２３と、この自動焦点機構２３を作動した際に前
記対物レンズ４の焦点位置と前記測定面３とが一致する
ように前記対物レンズ４が前記測定面３に対して近接離
隔できる領域L2，L3に前記対物レンズ４を案内するサー
ボイン機構２４と、このサーボイン機構２４と前記自動
焦点機構２３とを切り換えるスイッチ２５とを備え、前
記サーボイン機構２４を、フォーカスエラー信号Ｓが０
より小さく最小値より大きい範囲にある第１の基準値D1
以下か否かを検知する第１のコンパレータ３７と、この
第１のコンパレータ３７から送られる信号が第１の基準
値D1以下となるように前記対物レンズ４を測定面３に対
して近接離隔させ、その後、前記第１のコンパレータ３
７から送られる信号が第１の基準値D1を越えるように前
記対物レンズ４を前記測定面３に近接させるサーチ制御
部３９とを含んで構成したから、測定面３が対物レンズ
４の焦点位置より遠い場合でも、測定面３と対物レンズ
４の焦点位置とを確実に一致させることができる。
法から求められたフォーカスエラー信号Ｓに基づいて対
物レンズ４を測定面３に対して近接離隔させるフォーカ
シングサーボ機構１２を、第１の受光素子６の受光量と
前記第２の受光素子７の受光量との差に基づいて求めら
れるフォーカスエラー信号Ｓが０となるように前記対物
レンズ４を前記測定面３に対して近接離隔させる自動焦
点機構２３と、この自動焦点機構２３を作動した際に前
記対物レンズ４の焦点位置と前記測定面３とが一致する
ように前記対物レンズ４が前記測定面３に対して近接離
隔できる領域L2，L3に前記対物レンズ４を案内するサー
ボイン機構２４と、このサーボイン機構２４と前記自動
焦点機構２３とを切り換えるスイッチ２５とを備え、前
記サーボイン機構２４を、フォーカスエラー信号Ｓが０
より小さく最小値より大きい範囲にある第１の基準値D1
以下か否かを検知する第１のコンパレータ３７と、この
第１のコンパレータ３７から送られる信号が第１の基準
値D1以下となるように前記対物レンズ４を測定面３に対
して近接離隔させ、その後、前記第１のコンパレータ３
７から送られる信号が第１の基準値D1を越えるように前
記対物レンズ４を前記測定面３に近接させるサーチ制御
部３９とを含んで構成したから、測定面３が対物レンズ
４の焦点位置より遠い場合でも、測定面３と対物レンズ
４の焦点位置とを確実に一致させることができる。
【００２１】さらに、本実施例では、前記サーボイン機
構２４を、前記第１のコンパレータ３７と、フォーカス
エラー信号が０より大きく最大値より小さい範囲にある
第２の基準値D2以下か否かを検知する第２のコンパレー
タ３８とを備え、前記サーチ制御部３９を、前記第１の
コンパレータ３７から送られる信号が第１の基準値D1以
下となるように前記対物レンズ４を前記測定面３に対し
て近接離隔させた後、前記第２のコンパレータ３８から
送られる信号が第２の基準値D2以上となるように前記対
物レンズ４を前記測定面３に近接させ、さらに、前記第
２のコンパレータ３８から送られる信号が第２の基準値
D2未満かつ前記第１のコンパレータ３７から送られる信
号が第１の基準値D1を越えるように前記対物レンズ４を
前記測定面３に離隔させる構成にしたから、サーボイン
機構２４によって予め対物レンズ４の焦点位置を測定面
３に近い位置に案内できることになり、自動焦点機構２
３を作動した際、対物レンズ４の焦点位置と測定面３と
を迅速に一致させることができる。
構２４を、前記第１のコンパレータ３７と、フォーカス
エラー信号が０より大きく最大値より小さい範囲にある
第２の基準値D2以下か否かを検知する第２のコンパレー
タ３８とを備え、前記サーチ制御部３９を、前記第１の
コンパレータ３７から送られる信号が第１の基準値D1以
下となるように前記対物レンズ４を前記測定面３に対し
て近接離隔させた後、前記第２のコンパレータ３８から
送られる信号が第２の基準値D2以上となるように前記対
物レンズ４を前記測定面３に近接させ、さらに、前記第
２のコンパレータ３８から送られる信号が第２の基準値
D2未満かつ前記第１のコンパレータ３７から送られる信
号が第１の基準値D1を越えるように前記対物レンズ４を
前記測定面３に離隔させる構成にしたから、サーボイン
機構２４によって予め対物レンズ４の焦点位置を測定面
３に近い位置に案内できることになり、自動焦点機構２
３を作動した際、対物レンズ４の焦点位置と測定面３と
を迅速に一致させることができる。
【００２２】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。例え
ば、前記実施例では、前記サーボイン機構２４を、第１
のコンパレータ３７以外に第２のコンパレータ３８を備
え、前記サーチ制御部３９を、前記第１のコンパレータ
３７から送られる信号が第１の基準値D1以下となるよう
に前記対物レンズ４を前記測定面３に対して近接離隔さ
せた後、前記第２のコンパレータ３８から送られる信号
が第２の基準値D2以上となるように前記対物レンズ４を
前記測定面３に近接させ、さらに、前記第２のコンパレ
ータ３８から送られる信号が第２の基準値D2未満かつ前
記第１のコンパレータ３７から送られる信号が第１の基
準値D1を越えるように前記対物レンズ４を前記測定面３
に離隔させる構成にしたが、本発明では、前記サーボイ
ン機構２４から第２のコンパレータ３８を排し、前記第
１の基準値D1とサーチ制御部３９とから対物レンズ４の
位置を制御するものでもよい。
て説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。例え
ば、前記実施例では、前記サーボイン機構２４を、第１
のコンパレータ３７以外に第２のコンパレータ３８を備
え、前記サーチ制御部３９を、前記第１のコンパレータ
３７から送られる信号が第１の基準値D1以下となるよう
に前記対物レンズ４を前記測定面３に対して近接離隔さ
せた後、前記第２のコンパレータ３８から送られる信号
が第２の基準値D2以上となるように前記対物レンズ４を
前記測定面３に近接させ、さらに、前記第２のコンパレ
ータ３８から送られる信号が第２の基準値D2未満かつ前
記第１のコンパレータ３７から送られる信号が第１の基
準値D1を越えるように前記対物レンズ４を前記測定面３
に離隔させる構成にしたが、本発明では、前記サーボイ
ン機構２４から第２のコンパレータ３８を排し、前記第
１の基準値D1とサーチ制御部３９とから対物レンズ４の
位置を制御するものでもよい。
【００２３】また、前記実施例では、結像レンズ１６の
焦点位置に第１及び第２の受光素子６，７を配置した
が、本発明では、結像レンズ１６の焦点位置に前記ナイ
フエッジ８の先端が位置するようにした構成でもよい。
さらに、前記実施例では、対物レンズ４のみを光軸に沿
って進退させる構造としたが、本発明では、対物レンズ
４を含む光学系５全体を光軸に沿って進退させる構造と
してもよい。また、対物レンズ４を進退させる駆動機構
９を、レンズホルダ１７に固定されたコイル１８と、前
記ケーシング１に固定されたマグネット１９とを備えて
構成したが、レンズホルダ１７に設けられたラック、こ
のラックに噛合するピニオン及びこのピニオンを回転駆
動するモータから駆動機構９を構成してもよい。
焦点位置に第１及び第２の受光素子６，７を配置した
が、本発明では、結像レンズ１６の焦点位置に前記ナイ
フエッジ８の先端が位置するようにした構成でもよい。
さらに、前記実施例では、対物レンズ４のみを光軸に沿
って進退させる構造としたが、本発明では、対物レンズ
４を含む光学系５全体を光軸に沿って進退させる構造と
してもよい。また、対物レンズ４を進退させる駆動機構
９を、レンズホルダ１７に固定されたコイル１８と、前
記ケーシング１に固定されたマグネット１９とを備えて
構成したが、レンズホルダ１７に設けられたラック、こ
のラックに噛合するピニオン及びこのピニオンを回転駆
動するモータから駆動機構９を構成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ナイフエッジ法から求められたフォーカスエラー信号に
基づいて測定面と対物レンズの焦点位置とが一致するよ
うに対物レンズを測定面に対して近接離隔させるフォー
カシングサーボ機構を、第１の受光素子の受光量と前記
第２の受光素子の受光量との差に基づいて求められるフ
ォーカスエラー信号が０となるように前記対物レンズを
前記測定面に対して近接離隔させる自動焦点機構と、こ
の自動焦点機構を作動した際に前記対物レンズの焦点位
置と前記測定面とが一致するように前記対物レンズが前
記測定面に対して近接離隔できる領域に前記対物レンズ
を案内するサーボイン機構と、このサーボイン機構と前
記自動焦点機構とを切り換えるスイッチとを備え、前記
サーボイン機構を、フォーカスエラー信号が０より小さ
く最小値より大きい範囲にある第１の基準値以下か否か
を検知する第１のコンパレータと、この第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値以下となるように
前記対物レンズを測定面に対して近接離隔させ、その
後、前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の
基準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に近
接させるサーチ制御部とを含んで構成したから、測定面
が対物レンズの焦点位置より遠い場合でも、測定面と対
物レンズの焦点位置とを確実に一致させることができ
る。また、本発明では、前記サーボイン機構を、前記第
１のコンパレータと、フォーカスエラー信号が０より大
きく最大値より小さい範囲にある第２の基準値以下か否
かを検知する第２のコンパレータとを備え、前記サーチ
制御部を、前記第１のコンパレータから送られる信号が
第１の基準値以下となるように前記対物レンズを前記測
定面に対して近接離隔させた後、前記第２のコンパレー
タから送られる信号が第２の基準値以上となるように前
記対物レンズを前記測定面に近接させ、さらに、前記第
２のコンパレータから送られる信号が第２の基準値未満
かつ前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の
基準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に離
隔させる構成にすれば、サーボイン機構によって予め対
物レンズの焦点位置を測定面に近い位置に案内できるこ
とになり、自動焦点機構を作動した際、対物レンズの焦
点位置と測定面とを迅速に一致させることができる。
ナイフエッジ法から求められたフォーカスエラー信号に
基づいて測定面と対物レンズの焦点位置とが一致するよ
うに対物レンズを測定面に対して近接離隔させるフォー
カシングサーボ機構を、第１の受光素子の受光量と前記
第２の受光素子の受光量との差に基づいて求められるフ
ォーカスエラー信号が０となるように前記対物レンズを
前記測定面に対して近接離隔させる自動焦点機構と、こ
の自動焦点機構を作動した際に前記対物レンズの焦点位
置と前記測定面とが一致するように前記対物レンズが前
記測定面に対して近接離隔できる領域に前記対物レンズ
を案内するサーボイン機構と、このサーボイン機構と前
記自動焦点機構とを切り換えるスイッチとを備え、前記
サーボイン機構を、フォーカスエラー信号が０より小さ
く最小値より大きい範囲にある第１の基準値以下か否か
を検知する第１のコンパレータと、この第１のコンパレ
ータから送られる信号が第１の基準値以下となるように
前記対物レンズを測定面に対して近接離隔させ、その
後、前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の
基準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に近
接させるサーチ制御部とを含んで構成したから、測定面
が対物レンズの焦点位置より遠い場合でも、測定面と対
物レンズの焦点位置とを確実に一致させることができ
る。また、本発明では、前記サーボイン機構を、前記第
１のコンパレータと、フォーカスエラー信号が０より大
きく最大値より小さい範囲にある第２の基準値以下か否
かを検知する第２のコンパレータとを備え、前記サーチ
制御部を、前記第１のコンパレータから送られる信号が
第１の基準値以下となるように前記対物レンズを前記測
定面に対して近接離隔させた後、前記第２のコンパレー
タから送られる信号が第２の基準値以上となるように前
記対物レンズを前記測定面に近接させ、さらに、前記第
２のコンパレータから送られる信号が第２の基準値未満
かつ前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の
基準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に離
隔させる構成にすれば、サーボイン機構によって予め対
物レンズの焦点位置を測定面に近い位置に案内できるこ
とになり、自動焦点機構を作動した際、対物レンズの焦
点位置と測定面とを迅速に一致させることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るフォーカシングサーボ
機構を用いた光学式変位計の断面図である。
機構を用いた光学式変位計の断面図である。
【図２】前記フォーカシングサーボ機構の制御手段の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図３】前記フォーカシングサーボ機構の信号発生手段
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）はフォーカスエラー信号と対物レンズ及
び測定面の相対変位との関係を示すグラフである。
（Ｂ）（Ｃ）はこのグラフに対応した第１及び第２のコ
ンパレータの出力信号を示すグラフである。
び測定面の相対変位との関係を示すグラフである。
（Ｂ）（Ｃ）はこのグラフに対応した第１及び第２のコ
ンパレータの出力信号を示すグラフである。
【図５】前記実施例を作動させるためのフローチャート
である。
である。
【図６】ナイフエッジ法によるフォーカシングサーボ機
構の概略構成図である。
構の概略構成図である。
【図７】フォーカスエラー信号と対物レンズ及び測定面
の相対変位との関係を示すグラフである。
の相対変位との関係を示すグラフである。
３ 測定面 ４ 対物レンズ ６ 第１の受光素子 ７ 第２の受光素子 ８ ナイフエッジ ９ 駆動機構 １０ 制御手段 １２ フォーカシングサーボ機構 ２２ 信号発生手段 ２３ 自動焦点機構 ２４ サーボイン機構 ２５ スイッチ ３７ 第１のコンパレータ ３８ 第２のコンパレータ ３９ サーチ制御部 Ｓ フォーカスエラー信号 D1 第１の基準値 D2 第２の基準値
Claims (2)
- 【請求項１】 光ビームを測定面に向けて照射するとと
もに測定面から反射した反射光を受ける対物レンズと、
この対物レンズの光軸を挟んで互いに対向配置され前記
対物レンズから送られる光の量をそれぞれ検出する第１
の受光素子及び第２の受光素子と、この第１の受光素子
と前記対物レンズとの間に配置され先端が前記対物レン
ズの光軸と一致するナイフエッジと、前記第１の受光素
子の受光量と前記第２の受光素子の受光量との差に基づ
いて求められるフォーカスエラー信号が０となるように
前記対物レンズを前記測定面に対して近接離隔させる自
動焦点機構と、この自動焦点機構を作動した際に前記対
物レンズの焦点位置と前記測定面とが一致するように前
記対物レンズが前記測定面に対して近接離隔できる領域
に前記対物レンズを案内するサーボイン機構と、このサ
ーボイン機構と前記自動焦点機構とを切り換えるスイッ
チとを備え、前記フォーカスエラー信号は正の値をとる
領域が２か所であり、負の値をとる領域が１か所となる
フォーカシングサーボ機構であって、 前記サーボイン機構は、フォーカスエラー信号が０より
小さく最小値より大きい範囲にある第１の基準値以下か
否かを検知する第１のコンパレータと、この第１のコン
パレータから送られる信号が第１の基準値以下となるよ
うに前記対物レンズを測定面に対して近接離隔させ、そ
の後、前記第１のコンパレータから送られる信号が第１
の基準値を越えるように前記対物レンズを前記測定面に
近接させるサーチ制御部とを含んで構成されたことを特
徴とするフォーカシングサーボ機構。 - 【請求項２】 請求項１記載のフォーカシングサーボ機
構において、前記サーボイン機構は、前記第１のコンパ
レータと、フォーカスエラー信号が０より大きく最大値
より小さい範囲にある第２の基準値以下か否かを検知す
る第２のコンパレータとを備え、前記サーチ制御部は、
前記第１のコンパレータから送られる信号が第１の基準
値以下となるように前記対物レンズを前記測定面に対し
て近接離隔させた後、前記第２のコンパレータから送ら
れる信号が第２の基準値以上となるように前記対物レン
ズを前記測定面に近接させ、さらに、前記第２のコンパ
レータから送られる信号が第２の基準値未満かつ前記第
１のコンパレータから送られる信号が第１の基準値を越
えるように前記対物レンズを前記測定面に離隔させるこ
とを特徴とするフォーカシングサーボ機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8947994A JP3190783B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | フォーカシングサーボ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8947994A JP3190783B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | フォーカシングサーボ機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07294800A JPH07294800A (ja) | 1995-11-10 |
| JP3190783B2 true JP3190783B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=13971880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8947994A Expired - Fee Related JP3190783B2 (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | フォーカシングサーボ機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3190783B2 (ja) |
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 |
-
1994
- 1994-04-27 JP JP8947994A patent/JP3190783B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07294800A (ja) | 1995-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010508 |
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