JP3473057B2 - 変位検出装置 - Google Patents
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
- G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
- G11B7/0908—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following for focusing only
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光学的非点収
差法を用いて対物レンズと被測定面との間の距離を検出
する検出装置に使用して好適な変位検出装置に関する。
差法を用いて対物レンズと被測定面との間の距離を検出
する検出装置に使用して好適な変位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から被測定物の変位あるいは形状を
測定するためにレーザ光と対物レンズ等とを有する変位
検出装置が用いられている。
測定するためにレーザ光と対物レンズ等とを有する変位
検出装置が用いられている。
【０００３】図５において、この発明の出願人と同一出
願人による変位検出装置に関する出願（特願平３−１４
１８３６号）の実施例の構成を示す。図５において、符
号１は検出光学系であり、被測定面６から反射した反射
光により対物レンズ５と被測定面６との間の距離の焦点
距離からのずれを検出するものである。符号１６はアク
チュエータであり、検出光学系１の４分割ダイオード７
からの出力に基づいて対物レンズ５と被測定面６との間
の距離が焦点距離となるように対物レンズ５を光軸２１
方向に移動するものである。符号２０はリニアスケール
であり、対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置さ
れると共に、アクチュエータ１６に一体的に取り付けら
れ、この対物レンズと一体的に移動されるものである。
願人による変位検出装置に関する出願（特願平３−１４
１８３６号）の実施例の構成を示す。図５において、符
号１は検出光学系であり、被測定面６から反射した反射
光により対物レンズ５と被測定面６との間の距離の焦点
距離からのずれを検出するものである。符号１６はアク
チュエータであり、検出光学系１の４分割ダイオード７
からの出力に基づいて対物レンズ５と被測定面６との間
の距離が焦点距離となるように対物レンズ５を光軸２１
方向に移動するものである。符号２０はリニアスケール
であり、対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置さ
れると共に、アクチュエータ１６に一体的に取り付けら
れ、この対物レンズと一体的に移動されるものである。
【０００４】このように構成された従来の変位検出装置
は、以下のような動作をする。検出光学系１を用いて被
測定面６から反射した反射光により対物レンズ５と被測
定面６との間の距離の焦点距離からのずれを検出し、ア
クチュエータ１６を用いて検出光学系１の４分割ダイオ
ード７の出力に基づいて対物レンズ５と被測定面６との
間の距離が焦点距離になるように対物レンズ５を光軸２
１方向に移動させると共に、そのアクチュエータ１６に
対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置したリニア
スケール２０を一体的に取り付けるようにしたので、被
測定面６の変位に対応してリニアスケール２０が移動す
る。これにより被測定面６の変位をリニアスケール２０
の変位として検出するものである。
は、以下のような動作をする。検出光学系１を用いて被
測定面６から反射した反射光により対物レンズ５と被測
定面６との間の距離の焦点距離からのずれを検出し、ア
クチュエータ１６を用いて検出光学系１の４分割ダイオ
ード７の出力に基づいて対物レンズ５と被測定面６との
間の距離が焦点距離になるように対物レンズ５を光軸２
１方向に移動させると共に、そのアクチュエータ１６に
対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置したリニア
スケール２０を一体的に取り付けるようにしたので、被
測定面６の変位に対応してリニアスケール２０が移動す
る。これにより被測定面６の変位をリニアスケール２０
の変位として検出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の変位検出装置では、４分割ダイオード７の焦点距離の
検出範囲は非常に狭いにもかかわらず、被測定面６の変
位を測定する際に、変位に対して常に対物レンズ５を被
測定面６に対向する方向に一定の速度で移動するように
していたので、４分割ダイオード７の焦点距離の検出範
囲まで移動するのに時間がかかったり、この検出範囲ま
での移動がスムーズにできなかったために、この検出範
囲を超えて移動してしまったりした。また、対物レンズ
５を移動させるために装置が大型化し、かつ、高価にな
るという不都合があった。
の変位検出装置では、４分割ダイオード７の焦点距離の
検出範囲は非常に狭いにもかかわらず、被測定面６の変
位を測定する際に、変位に対して常に対物レンズ５を被
測定面６に対向する方向に一定の速度で移動するように
していたので、４分割ダイオード７の焦点距離の検出範
囲まで移動するのに時間がかかったり、この検出範囲ま
での移動がスムーズにできなかったために、この検出範
囲を超えて移動してしまったりした。また、対物レンズ
５を移動させるために装置が大型化し、かつ、高価にな
るという不都合があった。
【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、検出範囲までの移動がスムーズにでき、安価で
小型な変位検出装置の提供を目的とする。
であり、検出範囲までの移動がスムーズにでき、安価で
小型な変位検出装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の変位検出装置
は、図１から図４に示す如く、被測定面６に対してレー
ザ光Ｌを集光する対物レンズ５と、被測定面６から反射
した反射光により対物レンズ５と被測定面６との間の距
離の焦点距離からのずれを示すフォーカスエラー信号Ｅ
を検出する検出光学系１と、その検出光学系１の出力で
あるフォーカスエラー信号Ｅに基づいて対物レンズ５と
被測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ１になるように対物
レンズ５を光軸２１方向に移動するアクチュエータ１６
と、対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置される
と共に、アクチュエータ１６に一体的に取り付けられた
リニアスケール２０とを備え、このリニアスケール２０
が対物レンズ５と一体的に移動されるようにした変位検
出装置において、被測定面６と対物レンズ５との位置関
係が遠すぎたり、近すぎたりするとき、位置が変化して
も、フォーカスエラー信号Ｅが変化しない領域の範囲を
フォーカスサーボ制御に使用できない範囲と判定し、フ
ォーカスエラー信号Ｅが変化する領域の範囲をフォーカ
スサーボ制御に使用できる範囲と判定する領域判定手段
２９と、フォーカスサーボ制御に使用できない範囲で
は、アクチュエータ１６に一体的に取り付けられたリニ
アスケール２０から検出される検出信号に基づいて対物
レンズ５の移動を制御するスケールサーボ手段２８と、
フォーカスサーボ制御に使用できる範囲では、フォーカ
スエラー信号Ｅに基づいて対物レンズ５の移動を制御す
るフォーカスサーボ手段１５と、を備え、フォーカスエ
ラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領域まで対物
レンズ５を移動させるようにリニアスケール２０からの
位置情報に基づいてサーボ制御２８するものである。
は、図１から図４に示す如く、被測定面６に対してレー
ザ光Ｌを集光する対物レンズ５と、被測定面６から反射
した反射光により対物レンズ５と被測定面６との間の距
離の焦点距離からのずれを示すフォーカスエラー信号Ｅ
を検出する検出光学系１と、その検出光学系１の出力で
あるフォーカスエラー信号Ｅに基づいて対物レンズ５と
被測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ１になるように対物
レンズ５を光軸２１方向に移動するアクチュエータ１６
と、対物レンズ５の光軸２１と同軸２２上に配置される
と共に、アクチュエータ１６に一体的に取り付けられた
リニアスケール２０とを備え、このリニアスケール２０
が対物レンズ５と一体的に移動されるようにした変位検
出装置において、被測定面６と対物レンズ５との位置関
係が遠すぎたり、近すぎたりするとき、位置が変化して
も、フォーカスエラー信号Ｅが変化しない領域の範囲を
フォーカスサーボ制御に使用できない範囲と判定し、フ
ォーカスエラー信号Ｅが変化する領域の範囲をフォーカ
スサーボ制御に使用できる範囲と判定する領域判定手段
２９と、フォーカスサーボ制御に使用できない範囲で
は、アクチュエータ１６に一体的に取り付けられたリニ
アスケール２０から検出される検出信号に基づいて対物
レンズ５の移動を制御するスケールサーボ手段２８と、
フォーカスサーボ制御に使用できる範囲では、フォーカ
スエラー信号Ｅに基づいて対物レンズ５の移動を制御す
るフォーカスサーボ手段１５と、を備え、フォーカスエ
ラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領域まで対物
レンズ５を移動させるようにリニアスケール２０からの
位置情報に基づいてサーボ制御２８するものである。
【０００８】また、本発明の変位検出装置は、図１から
図４に示す如く、対物レンズ５と被測定面６との距離ｄ
が焦点距離ｆ1 となるフォーカスエラー信号Ｅを検出す
るために対物レンズ５を移動させるときに、対物レンズ
５の移動量を予め外部から設定できるようにしたもので
ある。
図４に示す如く、対物レンズ５と被測定面６との距離ｄ
が焦点距離ｆ1 となるフォーカスエラー信号Ｅを検出す
るために対物レンズ５を移動させるときに、対物レンズ
５の移動量を予め外部から設定できるようにしたもので
ある。
【０００９】また、本発明の変位検出装置は、図１から
図４に示す如く、対物レンズ５と被測定面６との距離ｄ
が焦点距離ｆ1 となるフォーカスエラー信号Ｅを検出し
たときに、リニアスケール２０によるサーボ制御２８か
らフォーカスエラー信号Ｅによるサーボ制御１５へ切り
換える２９、３０ようにしたものである。
図４に示す如く、対物レンズ５と被測定面６との距離ｄ
が焦点距離ｆ1 となるフォーカスエラー信号Ｅを検出し
たときに、リニアスケール２０によるサーボ制御２８か
らフォーカスエラー信号Ｅによるサーボ制御１５へ切り
換える２９、３０ようにしたものである。
【００１０】また、本発明の変位検出装置は、図１から
図４に示す如く、フォーカスエラー信号Ｅによるサーボ
制御１５が不可能になったときに、リニアスケール２０
によるサーボ制御２８に切り換えて、対物レンズ５を被
測定面６から遠ざける方向に移動させるようにしたもの
である。
図４に示す如く、フォーカスエラー信号Ｅによるサーボ
制御１５が不可能になったときに、リニアスケール２０
によるサーボ制御２８に切り換えて、対物レンズ５を被
測定面６から遠ざける方向に移動させるようにしたもの
である。
【００１１】
【作用】本発明によれば、フォーカスエラー信号Ｅがサ
ーボ信号として使用可能な領域まで対物レンズ５を移動
させるようにリニアスケール２０または検出ヘッド２５
を移動させ、この位置情報に基づいてサーボ制御２８す
るので、フォーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使
用可能な領域までは高速で対物レンズを移動させ、フォ
ーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領域
内では低速で移動させたり、停止させたりして、対物レ
ンズ５をスムーズに移動させることができる。
ーボ信号として使用可能な領域まで対物レンズ５を移動
させるようにリニアスケール２０または検出ヘッド２５
を移動させ、この位置情報に基づいてサーボ制御２８す
るので、フォーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使
用可能な領域までは高速で対物レンズを移動させ、フォ
ーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領域
内では低速で移動させたり、停止させたりして、対物レ
ンズ５をスムーズに移動させることができる。
【００１２】また、本発明によれば、対物レンズ５と被
測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ1となるフォーカスエ
ラー信号Ｅを検出するために対物レンズ５を移動させる
ときに、対物レンズ５の移動量を予め外部から設定でき
るようにしたので、対物レンズ５と被測定面６との距離
を移動量として設定することにより、対物レンズ５が被
測定面６に誤って衝突することを回避することができ
る。
測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ1となるフォーカスエ
ラー信号Ｅを検出するために対物レンズ５を移動させる
ときに、対物レンズ５の移動量を予め外部から設定でき
るようにしたので、対物レンズ５と被測定面６との距離
を移動量として設定することにより、対物レンズ５が被
測定面６に誤って衝突することを回避することができ
る。
【００１３】また、本発明によれば、対物レンズ５と被
測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ1となるフォーカスエ
ラー信号Ｅを検出したときに、リニアスケール２０によ
るサーボ制御２８からフォーカスエラー信号Ｅによるサ
ーボ制御１５へ切り換える２９、３０ようにしたので、
切り換え時に確実にフォーカスサーボに移行することが
でき、また、リニアスケール２０によるサーボ制御２８
に用いるアクチュエータ１６とフォーカスエラー信号Ｅ
によるサーボ制御１５に用いるアクチュエータ１６とを
共通にすることができ、安価で小型にすることができ
る。
測定面６との距離ｄが焦点距離ｆ1となるフォーカスエ
ラー信号Ｅを検出したときに、リニアスケール２０によ
るサーボ制御２８からフォーカスエラー信号Ｅによるサ
ーボ制御１５へ切り換える２９、３０ようにしたので、
切り換え時に確実にフォーカスサーボに移行することが
でき、また、リニアスケール２０によるサーボ制御２８
に用いるアクチュエータ１６とフォーカスエラー信号Ｅ
によるサーボ制御１５に用いるアクチュエータ１６とを
共通にすることができ、安価で小型にすることができ
る。
【００１４】また、本発明によれば、フォーカスエラー
信号Ｅによるサーボ制御１５が不可能になったとき２９
に、リニアスケール２０によるサーボ制御２８に切り換
えて、対物レンズ５を被測定面６から遠ざける方向に移
動させるようにしたので、対物レンズ５が被測定面６に
誤って衝突することを回避することができる。
信号Ｅによるサーボ制御１５が不可能になったとき２９
に、リニアスケール２０によるサーボ制御２８に切り換
えて、対物レンズ５を被測定面６から遠ざける方向に移
動させるようにしたので、対物レンズ５が被測定面６に
誤って衝突することを回避することができる。
【００１５】
【実施例】以下本発明に係る変位検出装置の一実施例
を、図１から図４に従い詳細に説明する。ここで、従来
の変位検出装置に対応する部分には同一の符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。
を、図１から図４に従い詳細に説明する。ここで、従来
の変位検出装置に対応する部分には同一の符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。
【００１６】図１において、符号１はフォーカスエラー
信号Ｅを出力する検出光学系である。この検出光学系１
は、光源としてのレーザダイオード２を含むものであ
る。このレーザダイオード２から下方に出射されるレー
ザ光Ｌは、その往路において、まずビームスプリッタ３
で左方に反射される。次にこのレーザ光Ｌはミラー４に
よって下方に反射されて、焦点距離ｆ1 を有する対物レ
ンズ５に入射する。対物レンズ５に入射されたレーザ光
Ｌは、対物レンズ５により被測定面６に集光される。
信号Ｅを出力する検出光学系である。この検出光学系１
は、光源としてのレーザダイオード２を含むものであ
る。このレーザダイオード２から下方に出射されるレー
ザ光Ｌは、その往路において、まずビームスプリッタ３
で左方に反射される。次にこのレーザ光Ｌはミラー４に
よって下方に反射されて、焦点距離ｆ1 を有する対物レ
ンズ５に入射する。対物レンズ５に入射されたレーザ光
Ｌは、対物レンズ５により被測定面６に集光される。
【００１７】被測定面６で反射されたレーザ光Ｌは、そ
の復路において、まず対物レンズ５に入射された後にミ
ラー４で右方に反射された後にビームスプリッタ３に入
射する。ここまでは往路と同じ経路をたどる。ビームス
プリッタ３に入射したレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ
３を透過してさらに右方に進み、光検知器である４分割
ダイオード７上に集光される。
の復路において、まず対物レンズ５に入射された後にミ
ラー４で右方に反射された後にビームスプリッタ３に入
射する。ここまでは往路と同じ経路をたどる。ビームス
プリッタ３に入射したレーザ光Ｌは、ビームスプリッタ
３を透過してさらに右方に進み、光検知器である４分割
ダイオード７上に集光される。
【００１８】ここで、４分割ダイオード７は図２に示す
ように受光素子を４分割して構成されている。この４分
割ダイオード７は被測定面６が対物レンズ５の焦点距離
ｆ1にあるときには、図２Ａに示すように集光されたレ
ーザ光Ｌが円形のスポット１１になる。また、対物レン
ズ５が被測定面６に対して焦点距離ｆ1 より遠ざかる
と、図２Ｂに示すように横に広がった楕円のスポット１
２になる。さらに、対物レンズ５が被測定面６に対して
焦点距離ｆ1 より近づくと、図２Ｃに示すように縦に広
がった楕円のスポット１３になる。
ように受光素子を４分割して構成されている。この４分
割ダイオード７は被測定面６が対物レンズ５の焦点距離
ｆ1にあるときには、図２Ａに示すように集光されたレ
ーザ光Ｌが円形のスポット１１になる。また、対物レン
ズ５が被測定面６に対して焦点距離ｆ1 より遠ざかる
と、図２Ｂに示すように横に広がった楕円のスポット１
２になる。さらに、対物レンズ５が被測定面６に対して
焦点距離ｆ1 より近づくと、図２Ｃに示すように縦に広
がった楕円のスポット１３になる。
【００１９】従って、４分割ダイオード７の分割された
各受光素子の出力信号をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとするとき、下
記の数１で示す出力信号（以下「フォーカスエラー信
号」という。）Ｅを生成することにより、そのフォーカ
スエラー信号Ｅの特性は、図３に示すようになる。
各受光素子の出力信号をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとするとき、下
記の数１で示す出力信号（以下「フォーカスエラー信
号」という。）Ｅを生成することにより、そのフォーカ
スエラー信号Ｅの特性は、図３に示すようになる。
【００２０】
【数１】Ｅ＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）
【００２１】図３の特性において、横軸は対物レンズ５
と被測定面６との間の距離ｄ［ｍｍ］を示し、縦軸はフ
ォーカスエラー信号Ｅの電圧レベルＶ［Ｖ］を示すもの
である。原点Ｏは合焦点位置を示し、この位置で焦点距
離ｆ1 と対物レンズ５と被測定面６との距離ｄとが等し
くなる。
と被測定面６との間の距離ｄ［ｍｍ］を示し、縦軸はフ
ォーカスエラー信号Ｅの電圧レベルＶ［Ｖ］を示すもの
である。原点Ｏは合焦点位置を示し、この位置で焦点距
離ｆ1 と対物レンズ５と被測定面６との距離ｄとが等し
くなる。
【００２２】また、下記の数２で示す出力信号（以下、
「ＲＦ信号」という。）Ｆを生成することにより、その
ＲＦ信号Ｆの特性は図４に示すようになる。
「ＲＦ信号」という。）Ｆを生成することにより、その
ＲＦ信号Ｆの特性は図４に示すようになる。
【００２３】
【数２】Ｆ＝（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｄ）
【００２４】ただし、被測定面６と対物レンズ５との位
置関係が遠すぎたり、近すぎたりすると、図３および図
４の左右両端部にそれぞれ斜線で示すように、位置が変
化しても、フォーカスエラー信号ＥおよびＲＦ信号Ｆの
電圧レベルが変化しない領域がある。この範囲はサーボ
制御に使用できない範囲である。
置関係が遠すぎたり、近すぎたりすると、図３および図
４の左右両端部にそれぞれ斜線で示すように、位置が変
化しても、フォーカスエラー信号ＥおよびＲＦ信号Ｆの
電圧レベルが変化しない領域がある。この範囲はサーボ
制御に使用できない範囲である。
【００２５】再び図１に戻って説明すると、対物レンズ
５が被測定面６に対して図３および図４の左右両端部に
それぞれ斜線で示すように、位置が変化しても、フォー
カスエラー信号ＥおよびＲＦ信号Ｆが変化しない領域に
いるとき、検出光学系１の出力であるフォーカスエラー
信号ＥおよびＲＦ信号Ｆに基づいて、領域判定回路２９
が切り換えスイッチ３０をスケールサーボ制御回路２８
側に接続するようにしている。
５が被測定面６に対して図３および図４の左右両端部に
それぞれ斜線で示すように、位置が変化しても、フォー
カスエラー信号ＥおよびＲＦ信号Ｆが変化しない領域に
いるとき、検出光学系１の出力であるフォーカスエラー
信号ＥおよびＲＦ信号Ｆに基づいて、領域判定回路２９
が切り換えスイッチ３０をスケールサーボ制御回路２８
側に接続するようにしている。
【００２６】領域判定回路２９は、比較器を有し、ＲＦ
信号Ｆがあるレベル以下のときに切り換えスイッチ３０
をスケールサーボ制御回路２８側に接続するようにす
る。スケールサーボ制御回路２８は、演算回路とサーボ
アンプとを有している。
信号Ｆがあるレベル以下のときに切り換えスイッチ３０
をスケールサーボ制御回路２８側に接続するようにす
る。スケールサーボ制御回路２８は、演算回路とサーボ
アンプとを有している。
【００２７】また、アクチュエータ１６は、可動コイル
１７と永久磁石１８と棒状の連結部材２７とを有してい
る。この可動コイル１７の一端部は連結部材２７の一端
部に固定され、この連結部材２７の他端部には対物レン
ズ５が固定されている。
１７と永久磁石１８と棒状の連結部材２７とを有してい
る。この可動コイル１７の一端部は連結部材２７の一端
部に固定され、この連結部材２７の他端部には対物レン
ズ５が固定されている。
【００２８】また、連結部材２７の所定位置に目盛１９
がつけられたリニアスケール２０が固定されている。こ
こで、リニアスケール２０の目盛１９は対物レンズ５の
光軸２１の延長線２２上に合わせて付けられている。上
例では、リニアスケール２０が連結部材２７に固定され
た例を示したが、検出ヘッド２５を連結部材２７に固定
し、リニアスケール２０を図示しないシャーシに固定し
てもよい。
がつけられたリニアスケール２０が固定されている。こ
こで、リニアスケール２０の目盛１９は対物レンズ５の
光軸２１の延長線２２上に合わせて付けられている。上
例では、リニアスケール２０が連結部材２７に固定され
た例を示したが、検出ヘッド２５を連結部材２７に固定
し、リニアスケール２０を図示しないシャーシに固定し
てもよい。
【００２９】言い替えれば、リニアスケール２０が対物
レンズ５の光軸２１に対して同軸（インライン）上に配
置されていることになる。なお、リニアスケール２０と
しては、例えば、光の干渉縞を目盛１９として記録した
光学的スケールを用いても良い。また、光学的スケール
に代替えして、磁気式スケールあるいは容量式スケール
を用いても良い。
レンズ５の光軸２１に対して同軸（インライン）上に配
置されていることになる。なお、リニアスケール２０と
しては、例えば、光の干渉縞を目盛１９として記録した
光学的スケールを用いても良い。また、光学的スケール
に代替えして、磁気式スケールあるいは容量式スケール
を用いても良い。
【００３０】リニアスケール２０の目盛１９は図示しな
いシャーシ等に固定された検出ヘッド２５により検出す
ることができる。上例では検出ヘッド２５が図示しない
シャーシに固定される例を示したが、リニアスケール２
０をシャーシに固定し、検出ヘッド２５を連結部材２７
に固定してもよい。よって、リニアスケール２０が変位
すると検出ヘッド２５の出力信号に基づき信号処理回路
２６により変位量を検出することができる。検出された
変位量は信号処理回路２６を通じてスケールサーボ制御
回路２８あるいは図示しない表示器あるいはデータロガ
ーに供給される。
いシャーシ等に固定された検出ヘッド２５により検出す
ることができる。上例では検出ヘッド２５が図示しない
シャーシに固定される例を示したが、リニアスケール２
０をシャーシに固定し、検出ヘッド２５を連結部材２７
に固定してもよい。よって、リニアスケール２０が変位
すると検出ヘッド２５の出力信号に基づき信号処理回路
２６により変位量を検出することができる。検出された
変位量は信号処理回路２６を通じてスケールサーボ制御
回路２８あるいは図示しない表示器あるいはデータロガ
ーに供給される。
【００３１】このように構成された変位検出装置は以下
のような動作をする。まず初期設定として、焦点距離ｆ
1 から離れた上方より対物レンズ５を被測定面に近づけ
るようにする。次に対物レンズ５が被測定面６に対して
位置が変化してもフォーカスエラー信号ＥおよびＲＦ信
号Ｆのレベルが変化しない位置にいて、対物レンズ５を
被測定面６方向に移動させるときに、スケールサーボ制
御回路２８は信号処理回路２６により得られた変位量を
基に、対物レンズ５がスムーズに移動するように演算処
理する。この演算処理結果を駆動信号Ｓ2 としてアクチ
ュエータ１６を構成する可動コイル１７に供給する。
のような動作をする。まず初期設定として、焦点距離ｆ
1 から離れた上方より対物レンズ５を被測定面に近づけ
るようにする。次に対物レンズ５が被測定面６に対して
位置が変化してもフォーカスエラー信号ＥおよびＲＦ信
号Ｆのレベルが変化しない位置にいて、対物レンズ５を
被測定面６方向に移動させるときに、スケールサーボ制
御回路２８は信号処理回路２６により得られた変位量を
基に、対物レンズ５がスムーズに移動するように演算処
理する。この演算処理結果を駆動信号Ｓ2 としてアクチ
ュエータ１６を構成する可動コイル１７に供給する。
【００３２】このようにスケールサーボ制御回路２８に
よりフィードバック制御することにより、対物レンズ５
を等速で移動させたり、停止させたりすることが可能に
なる。つまり、図３および図４において斜線で示した領
域では高速に対物レンズを移動させて、斜線以外のサー
ボ制御可能な領域では低速に移動させて、焦点距離ｆ 1
の位置で停止させることができる。また、対物レンズ５
の移動量をスケールサーボ制御回路２８に図示しないコ
ンピュータなどから予め設定することが可能である。こ
の場合には、予め対物レンズ５と被測定面６との距離を
設定することにより、対物レンズ５と被測定面６との衝
突を防止することができる。
よりフィードバック制御することにより、対物レンズ５
を等速で移動させたり、停止させたりすることが可能に
なる。つまり、図３および図４において斜線で示した領
域では高速に対物レンズを移動させて、斜線以外のサー
ボ制御可能な領域では低速に移動させて、焦点距離ｆ 1
の位置で停止させることができる。また、対物レンズ５
の移動量をスケールサーボ制御回路２８に図示しないコ
ンピュータなどから予め設定することが可能である。こ
の場合には、予め対物レンズ５と被測定面６との距離を
設定することにより、対物レンズ５と被測定面６との衝
突を防止することができる。
【００３３】このように対物レンズ５を被測定面６方向
に移動させていくと、図３に示すようなフォーカスエラ
ー信号Ｅが領域判定回路２９に入力されているので、領
域判定回路２９の内部の比較器によって焦点距離ｆ1 と
なる合焦点位置Ｏが検出される。この合焦点位置Ｏにお
いて領域判定回路２９が切り換えスイッチ３０をフォー
カスサーボ制御回路１５側に接続する。
に移動させていくと、図３に示すようなフォーカスエラ
ー信号Ｅが領域判定回路２９に入力されているので、領
域判定回路２９の内部の比較器によって焦点距離ｆ1 と
なる合焦点位置Ｏが検出される。この合焦点位置Ｏにお
いて領域判定回路２９が切り換えスイッチ３０をフォー
カスサーボ制御回路１５側に接続する。
【００３４】このとき、図３に示すような特性を有する
フォーカスエラー信号Ｅが供給されているフォーカスサ
ーボ制御回路１５は、比較器とサーボアンプを有し、フ
ォーカスエラー信号Ｅがゼロ値になるような駆動信号Ｓ
1 をアクチュエータ１６を構成する可動コイル１７に供
給する。
フォーカスエラー信号Ｅが供給されているフォーカスサ
ーボ制御回路１５は、比較器とサーボアンプを有し、フ
ォーカスエラー信号Ｅがゼロ値になるような駆動信号Ｓ
1 をアクチュエータ１６を構成する可動コイル１７に供
給する。
【００３５】これにより、可動コイル１７と連結部材２
７を通じて一体的に取り付けられている対物レンズ５と
被測定面６との間の距離ｄは、常に、対物レンズ５の焦
点距離ｆ1 に等しい値となるようにフィードバック制御
される。つまり被測定面６の微細な変位に対しても追従
することができる。
７を通じて一体的に取り付けられている対物レンズ５と
被測定面６との間の距離ｄは、常に、対物レンズ５の焦
点距離ｆ1 に等しい値となるようにフィードバック制御
される。つまり被測定面６の微細な変位に対しても追従
することができる。
【００３６】従って、被測定面６が変位したときには、
焦点距離ｆ1 を保持するように対物レンズ５を移動させ
る。この対物レンズ５の移動によりリニアスケール２０
の目盛１９を検出ヘッド２５が読み取ることにより被測
定面６の変位を検出することができる。検出ヘッド２５
の出力信号に基づき、信号処理回路２６により被測定面
６の変位量を計算することができる。
焦点距離ｆ1 を保持するように対物レンズ５を移動させ
る。この対物レンズ５の移動によりリニアスケール２０
の目盛１９を検出ヘッド２５が読み取ることにより被測
定面６の変位を検出することができる。検出ヘッド２５
の出力信号に基づき、信号処理回路２６により被測定面
６の変位量を計算することができる。
【００３７】計算された変位量は、図示しない表示器上
に表示し、あるいはデータロガーに記録することができ
るので、容易に自動計測が可能になる。なお、信号処理
回路２６で内挿処理を行うことにより、変位量を高分解
能で測定することができる。
に表示し、あるいはデータロガーに記録することができ
るので、容易に自動計測が可能になる。なお、信号処理
回路２６で内挿処理を行うことにより、変位量を高分解
能で測定することができる。
【００３８】このようにして得られた変位量は、対物レ
ンズ５と一体的に移動するようにされたリニアスケール
２０が対物レンズ５の光軸２１と同軸上、いわゆるイン
ライン上に配置されていることから、光軸２１の方向の
傾き等によるアッベ誤差が発生しない。このため、リニ
アスケール２０の変位量と対物レンズ５の変位量とが１
対１に対応するので、極めて高精度に変位量を検出する
ことができる。
ンズ５と一体的に移動するようにされたリニアスケール
２０が対物レンズ５の光軸２１と同軸上、いわゆるイン
ライン上に配置されていることから、光軸２１の方向の
傾き等によるアッベ誤差が発生しない。このため、リニ
アスケール２０の変位量と対物レンズ５の変位量とが１
対１に対応するので、極めて高精度に変位量を検出する
ことができる。
【００３９】また、リニアスケール２０の検出範囲（目
盛１９のフルスケール）内であれば、検出精度を損なう
こと無く広い検出範囲が得られる。
盛１９のフルスケール）内であれば、検出精度を損なう
こと無く広い検出範囲が得られる。
【００４０】さらに、フィードバック制御としているの
で、被測定面６の反射率によってフォーカスエラー信号
Ｅの感度が変わっても、測定誤差を生じない上、サーボ
系やアクチュエータ１６の素子のばらつきやドリフトを
原因として誤差が生じることがない。このため、調整、
校正の手間が省略できて、長期にわたって安定した検出
を行うことができる。
で、被測定面６の反射率によってフォーカスエラー信号
Ｅの感度が変わっても、測定誤差を生じない上、サーボ
系やアクチュエータ１６の素子のばらつきやドリフトを
原因として誤差が生じることがない。このため、調整、
校正の手間が省略できて、長期にわたって安定した検出
を行うことができる。
【００４１】上例において、アクチュエータ１６として
はボイスコイルモータを使用しているので、被測定面６
の変位に対する直線性がよい。ボイスコイルモータは可
動コイル１７に供給される電流に対して直線的に変位す
る特性を有するモータだからである。上例ではアクチュ
エータ１６にボイスコイルモータを用いる例を示した
が、同様の特性を有するＤＣサーボモータ等も使用でき
る。
はボイスコイルモータを使用しているので、被測定面６
の変位に対する直線性がよい。ボイスコイルモータは可
動コイル１７に供給される電流に対して直線的に変位す
る特性を有するモータだからである。上例ではアクチュ
エータ１６にボイスコイルモータを用いる例を示した
が、同様の特性を有するＤＣサーボモータ等も使用でき
る。
【００４２】さらに、何らかの原因、例えば、対物レン
ズ６が焦点距離ｆ1 を超えて被測定面６に近づいて図３
および図４で斜線で示す領域に入ったときなどで、フォ
ーカスサーボが外れると、ＲＦ信号Ｆがあるレベル以下
になる。これにより、領域判定回路２９は切り換えスイ
ッチ３０をスケールサーボ制御回路２８側に接続し、信
号Ｇでスケールサーボ制御回路２８に知らせる。これに
より、スケールサーボ制御回路２８は対物レンズ５を被
測定面６から遠ざける方向に移動させるスケールサーボ
を行うことにより、対物レンズ５と被測定面６とが誤っ
て衝突することを回避することができる。
ズ６が焦点距離ｆ1 を超えて被測定面６に近づいて図３
および図４で斜線で示す領域に入ったときなどで、フォ
ーカスサーボが外れると、ＲＦ信号Ｆがあるレベル以下
になる。これにより、領域判定回路２９は切り換えスイ
ッチ３０をスケールサーボ制御回路２８側に接続し、信
号Ｇでスケールサーボ制御回路２８に知らせる。これに
より、スケールサーボ制御回路２８は対物レンズ５を被
測定面６から遠ざける方向に移動させるスケールサーボ
を行うことにより、対物レンズ５と被測定面６とが誤っ
て衝突することを回避することができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、フォーカスエラー信号
がサーボ信号として使用可能な領域まで対物レンズを移
動させるようにリニアスケールまたは検出ヘッドを移動
させ、この位置情報に基づいてサーボ制御するので、フ
ォーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領
域までは高速で対物レンズを移動させ、フォーカスエラ
ー信号がサーボ信号として使用可能な領域内では低速で
移動させたり、停止させたりして、対物レンズをスムー
ズに移動させることができる。
がサーボ信号として使用可能な領域まで対物レンズを移
動させるようにリニアスケールまたは検出ヘッドを移動
させ、この位置情報に基づいてサーボ制御するので、フ
ォーカスエラー信号Ｅがサーボ信号として使用可能な領
域までは高速で対物レンズを移動させ、フォーカスエラ
ー信号がサーボ信号として使用可能な領域内では低速で
移動させたり、停止させたりして、対物レンズをスムー
ズに移動させることができる。
【００４４】また、本発明によれば、対物レンズと被測
定面との距離が焦点距離となるフォーカスエラー信号を
検出するために対物レンズを移動させるときに、対物レ
ンズの移動量を予め外部から設定できるようにしたの
で、対物レンズと被測定面との距離を移動量として設定
することにより、対物レンズが被測定面に誤って衝突す
ることを回避することができる。
定面との距離が焦点距離となるフォーカスエラー信号を
検出するために対物レンズを移動させるときに、対物レ
ンズの移動量を予め外部から設定できるようにしたの
で、対物レンズと被測定面との距離を移動量として設定
することにより、対物レンズが被測定面に誤って衝突す
ることを回避することができる。
【００４５】また、本発明によれば、対物レンズと被測
定面との距離が焦点距離となるフォーカスエラー信号を
検出したときに、リニアスケールによるサーボ制御から
フォーカスエラー信号によるサーボ制御へ切り換えるよ
うにしたので、切り換え時に確実にフォーカスサーボに
移行することができ、また、リニアスケールによるサー
ボ制御に用いるアクチュエータとフォーカスエラー信号
によるサーボ制御に用いるアクチュエータとを共通にす
ることができ、安価で小型にすることができる。
定面との距離が焦点距離となるフォーカスエラー信号を
検出したときに、リニアスケールによるサーボ制御から
フォーカスエラー信号によるサーボ制御へ切り換えるよ
うにしたので、切り換え時に確実にフォーカスサーボに
移行することができ、また、リニアスケールによるサー
ボ制御に用いるアクチュエータとフォーカスエラー信号
によるサーボ制御に用いるアクチュエータとを共通にす
ることができ、安価で小型にすることができる。
【００４６】また、本発明によれば、フォーカスエラー
信号によるサーボ制御が不可能になったときに、リニア
スケールによるサーボ制御に切り換えて、対物レンズを
被測定面から遠ざける方向に移動させるようにしたの
で、対物レンズが被測定面に誤って衝突することを回避
することができる。
信号によるサーボ制御が不可能になったときに、リニア
スケールによるサーボ制御に切り換えて、対物レンズを
被測定面から遠ざける方向に移動させるようにしたの
で、対物レンズが被測定面に誤って衝突することを回避
することができる。
【図１】この発明の変位検出装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】この発明の変位検出装置の一実施例の４分割ダ
イオードの動作を説明する図である。
イオードの動作を説明する図である。
【図３】この発明の変位検出装置の一実施例のフォーカ
スエラー信号の特性を示す図である。
スエラー信号の特性を示す図である。
【図４】この発明の変位検出装置の一実施例のＲＦ信号
の特性を示す図である。
の特性を示す図である。
【図５】従来の変位検出装置の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
１ 検出光学系
２ レーザダイオード
３ ビームスプリッタ
４ ミラー
５ 対物レンズ
６ 被測定面
７ ４分割ダイオード
１１ 光スポット
１２ 光スポット
１３ 光スポット
１５ フォーカスサーボ制御回路
１６ アクチュエータ
１７ 可動コイル
１８ 永久磁石
１９ 目盛
２０ リニアスケール
２１ 光軸
２２ 延長線
２５ 検出ヘッド
２６ 信号処理回路
２７ 連結部材
２８ スケールサーボ制御回路
２９ 領域判定回路
３０ 切り換えスイッチ
Ｅ フォーカスエラー信号
Ｆ ＲＦ信号
Ｌ レーザ光
Ｇ 信号
Ｓ1 駆動信号
Ｓ2 駆動信号
ｆ1 焦点距離
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
G02B 7/11
Claims (4)
- 【請求項１】被測定面に対してレーザ光を集光する対物
レンズと、 被測定面から反射した反射光により上記対物レンズと上
記被測定面との間の距離の焦点距離からのずれを示すフ
ォーカスエラー信号を検出する検出光学系と、 その検出光学系の出力である上記フォーカスエラー信号
に基づいて上記対物レンズと上記被測定面との距離が焦
点距離になるように上記対物レンズを光軸方向に移動す
るアクチュエータと、 上記対物レンズの光軸と同軸上に配置されると共に、上
記アクチュエータに一体的に取り付けられたリニアスケ
ールとを備え、 このリニアスケールが上記対物レンズと一体的に移動さ
れるようにした変位検出装置において、上記被測定面と上記対物レンズとの位置関係が遠すぎた
り、近すぎたりするとき、位置が変化しても、上記フォ
ーカスエラー信号が変化しない領域の範囲をフォーカス
サーボ制御に使用できない範囲と判定し、上記フォーカ
スエラー信号が変化する領域の範囲をフォーカスサーボ
制御に使用できる範囲と判定する領域判定手段と、 上記フォーカスサーボ制御に使用できない範囲では、上
記アクチュエータに一体的に取り付けられた上記リニア
スケールから検出される検出信号に基づいて上記対物レ
ンズの移動を制御するスケールサーボ手段と、 上記フォーカスサーボ制御に使用できる範囲では、上記
フォーカスエラー信号に基づいて上記対物レンズの移動
を制御するフォーカスサーボ手段と、 を備え、 上記フォーカスエラー信号がサーボ信号として
使用可能な領域まで上記対物レンズを移動させるように
上記リニアスケールからの位置情報に基づいてサーボ制
御することを特徴とする変位検出装置。 - 【請求項２】上記対物レンズと上記被測定面との距離が
焦点距離となる上記フォーカスエラー信号を検出するた
めに上記対物レンズを移動させるときに、上記対物レン
ズの移動量を予め外部から設定できるようにしたことを
特徴とする請求項１記載の変位検出装置。 - 【請求項３】上記対物レンズと上記被測定面との距離が
焦点距離となる上記フォーカスエラー信号を検出したと
きに、上記リニアスケールによるサーボ制御から上記フ
ォーカスエラー信号によるサーボ制御へ切り換えるよう
にしたことを特徴とする請求項１または２記載の変位検
出装置。 - 【請求項４】上記フォーカスエラー信号によるサーボ制
御が不可能になったときに、上記リニアスケールによる
サーボ制御に切り換えて、上記対物レンズを上記被測定
面から遠ざける方向に移動させるようにしたことを特徴
とする請求項１または２または３記載の変位検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24946793A JP3473057B2 (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 変位検出装置 |
| US08/318,548 US5475209A (en) | 1993-10-05 | 1994-10-05 | Displacement measurement apparatus having first and second servo control circuits and a zone decision circuit |
| EP94115661A EP0646769B1 (en) | 1993-10-05 | 1994-10-05 | Displacement measurement apparatus |
| DE69412199T DE69412199T2 (de) | 1993-10-05 | 1994-10-05 | Weggeber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24946793A JP3473057B2 (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 変位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103710A JPH07103710A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3473057B2 true JP3473057B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=17193396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24946793A Expired - Fee Related JP3473057B2 (ja) | 1993-10-05 | 1993-10-05 | 変位検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5475209A (ja) |
| EP (1) | EP0646769B1 (ja) |
| JP (1) | JP3473057B2 (ja) |
| DE (1) | DE69412199T2 (ja) |
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| JP3465413B2 (ja) * | 1995-06-16 | 2003-11-10 | ソニー株式会社 | 光ディスク駆動装置およびフォーカス制御方法 |
| JPH10123356A (ja) * | 1996-08-30 | 1998-05-15 | Ngk Insulators Ltd | 光伝送部材の位置測定方法および光デバイスの製造方法 |
| DE19822256C2 (de) * | 1998-05-18 | 2002-07-11 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Anordnung zur direkten Steuerung der Bewegung eines Zoomsystems in einem Stereomikroskop |
| US6356308B1 (en) | 1998-06-11 | 2002-03-12 | Polycom, Inc. | Device for rotatably positioning a camera or similar article about two orthogonal axes |
| EP1059735A1 (en) * | 1999-06-07 | 2000-12-13 | Semiconductor Ideas to The Market (ItoM) BV | Communication device |
| US7187630B2 (en) | 2001-06-11 | 2007-03-06 | Mitutoyo Corporation | Focusing servo device and focusing servo method |
| US6751033B2 (en) * | 2001-10-12 | 2004-06-15 | Intralase Corp. | Closed-loop focal positioning system and method |
| US7027233B2 (en) * | 2001-10-12 | 2006-04-11 | Intralase Corp. | Closed-loop focal positioning system and method |
| US20040169434A1 (en) * | 2003-01-02 | 2004-09-02 | Washington Richard G. | Slip ring apparatus |
| US7071591B2 (en) * | 2003-01-02 | 2006-07-04 | Covi Technologies | Electromagnetic circuit and servo mechanism for articulated cameras |
| JP4181027B2 (ja) * | 2003-12-19 | 2008-11-12 | パイオニア株式会社 | ホログラム記録再生装置 |
| WO2006006488A1 (ja) * | 2004-07-08 | 2006-01-19 | Pioneer Corporation | ホログラム記録再生装置及び、ホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータプログラム |
| JP4664354B2 (ja) * | 2005-03-03 | 2011-04-06 | パイオニア株式会社 | マーカ選択方法、マーカ選択装置、マーカ、ホログラム記録装置及び方法、ホログラム再生装置及び方法、並びにコンピュータプログラム |
| US20070106285A1 (en) | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Ferenc Raksi | Laser scanner |
| US20090310466A1 (en) * | 2005-12-15 | 2009-12-17 | Pioneer Corporation | Objective lens driving device and driving method for the same |
| US20070219541A1 (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-20 | Intralase Corp. | System and method for ophthalmic laser surgery on a cornea |
| JP2009258022A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Sony Corp | 変位検出装置 |
| DE202008006065U1 (de) | 2008-05-02 | 2008-07-24 | Carl Zeiss Microlmaging Gmbh | Anordnung zur Steuerung der Bewegung optischer Baugruppen in einem Mikroskop |
| JP2009300236A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Sony Corp | 変位検出装置 |
| US10094927B2 (en) * | 2014-09-29 | 2018-10-09 | Basf Se | Detector for optically determining a position of at least one object |
| JP6363477B2 (ja) * | 2014-11-20 | 2018-07-25 | オリンパス株式会社 | ３次元形状測定装置 |
| CN109195735A (zh) * | 2016-04-21 | 2019-01-11 | 分子前景公司 | 光学漂移校正系统以及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB8625054D0 (en) * | 1986-10-20 | 1986-11-26 | Renishaw Plc | Optical measuring probe |
| US5396477A (en) * | 1988-09-21 | 1995-03-07 | Hitachi, Ltd. | Light spot positioning method and optical disc memory apparatus employing the same |
| JP2706294B2 (ja) * | 1989-01-25 | 1998-01-28 | キヤノン株式会社 | 光学的情報記録再生装置 |
| JP3256984B2 (ja) * | 1991-06-13 | 2002-02-18 | ソニー・プレシジョン・テクノロジー株式会社 | 変位検出装置 |
| DE4219311C2 (de) * | 1991-06-13 | 1996-03-07 | Sony Magnescale Inc | Verschiebungsdetektor |
-
1993
- 1993-10-05 JP JP24946793A patent/JP3473057B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-10-05 US US08/318,548 patent/US5475209A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-05 EP EP94115661A patent/EP0646769B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-05 DE DE69412199T patent/DE69412199T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| DE69412199D1 (de) | 1998-09-10 |
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| EP0646769A1 (en) | 1995-04-05 |
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