JP3802374B2 - Focusing servo device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォーカスエラー信号に基づいて対物レンズを移動手段にて焦点位置に移動させるフォーカシングサーボ装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、光学式変位計として、レーザ光の照射により得られた反射光から焦点を検出するフォーカシングサーボ装置を備えた構成が知られている。このフォーカシングサーボ装置としては、例えば特開平7−103710号公報、特開平7−294800号公報および特開平9−68407号公報などに記載の構成が知られている。
【0003】
これら特開平7−103710号公報、特開平7−294800号公報および特開平9−68407号公報などに記載のフォーカシングサーボ装置は、測定面に対して対物レンズを近接離隔させ、この近接離隔により反射光が電気信号に変換されて生成されたS字曲線信号いわゆるフォーカスエラー信号の合焦点位置であるゼロクロスポイントを検出する。そして、検出したゼロクロスポイントの位置に、CPU(Central Processing Unit)の信号出力によりアクチュエータを駆動させて対物レンズを追従させ、フォーカシングが達成すなわち焦点が合う構成が採られている。
【0004】
ところで、上記従来のフォーカシングサーボ装置において、ゼロクロスポイントを検出してから対物レンズをゼロクロスポイントの位置である焦点の位置まで移動させる時間は、反射光から生成されたフォーカスエラー信号の波形がフォーカシング領域の条件を満たし、CPUの制御にて対物レンズを移動させる制御プロセスの制御系の指令伝達の応答特性に依存する。そして、制御プロセスでは、アクチュエータやアクチュエータの駆動にて対物レンズを移動させる移動機構などの機械部品が介在する。このことにより、制御系の指令伝達に際して、指令信号に対しての対物レンズの移動の遅れや行き過ぎなどが生じないように、従来では対物レンズの現在位置を確認しつつフィードバック制御している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフォーカシングサーボ装置では、対物レンズの現在位置を確認しつつフィードバック制御しているため、制御系の指令伝達の遅れすなわち指令伝達に要する時間などによりフォーカシングが終了するまでに時間を要する。したがって、作業効率の向上が望めない問題がある。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みて、フォーカシングの終了までの時間が短縮するフォーカシングサーボ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】
請求項1に記載の発明は、光ビームを測定面に向けて照射するとともに前記測定面から反射する反射光を受ける対物レンズをこの対物レンズの光軸に沿って移動させる移動手段と、この移動手段にて移動される対物レンズの位置を検出する位置検出手段と、前記対物レンズの光軸を対称軸として互いに対向配置され前記対物レンズからの前記反射光の量をそれぞれ検出する複数の受光素子と、これら複数の受光素子にてそれぞれ検出する前記反射光の量に基づいて焦点位置からの前記対物レンズの位置のずれを示すフォーカスエラー信号を出力する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段からのフォーカスエラー信号および前記位置検出手段にて検出する前記対物レンズの位置から焦点位置を認識するとともに、前記移動手段を制御して前記対物レンズを焦点位置に移動させる焦点認識手段と、を具備し、前記焦点認識手段は、前記移動手段にて前記対物レンズを前記測定面に最も近接する位置と前記測定面に最も離間する位置との間で移動させつつ、前記位置検出手段にて前記移動される対物レンズの位置を検出するとともに、前記位置ズレ検出手段でフォーカスエラー信号を検出し、これら検出した前記対物レンズの位置と前記フォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続し、前記検出したフォーカスエラー信号のゼロクロスを認識し、このフォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識し、前記移動手段を制御して前記対物レンズを前記認識した焦点位置に移動させるもので、前記対物レンズの位置に次々に関連付けるフォーカスエラー信号の電圧値があらかじめ設定した所定の閾値の負の値と正の値との双方の規定レベルを認識した場合に、前記対物レンズの位置と前記フォーカスエラー信号との次々に関連付ける処理を停止し、フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識し、前記移動手段を制御して前記対物レンズを前記焦点位置に移動させる処理を実施することを特徴としたフォーカシングサーボ装置である。
【0008】
この発明では、焦点認識手段により、測定面を反射して対物レンズにて受けて複数の受光素子で検出した反射光の量に基づいて焦点位置からの対物レンズの位置のずれを示すフォーカスエラー信号と、位置検出手段にて検出する対物レンズの位置とにて焦点位置を認識し、移動手段を制御して対物レンズを焦点位置に移動させる。すなわち、移動手段にて対物レンズを測定面に最も近接する位置と測定面に最も離間する位置との間で移動させつつ、位置検出手段にて移動される対物レンズの位置を検出するとともに、位置ズレ検出手段でフォーカスエラー信号を検出し、これら検出した対物レンズの位置とフォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続する。そして、対物レンズの位置と次々に関連付けるフォーカスエラー信号の電圧値があらかじめ設定した所定の閾値の負の値と正の値との双方の規定レベルを認識した場合に、対物レンズが既に焦点位置であるゼロクロスの位置を通過したこととなるので、対物レンズの位置とフォーカスエラー信号との次々に関連付ける処理を停止し、フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた対物レンズの位置を焦点位置として認識し、移動手段を制御して対物レンズを認識した焦点位置に移動させる。このことにより、フォーカスエラー信号を検出して焦点位置を認識する動作の際に、移動する対物レンズの位置を次々に認識して対物レンズの位置とフォーカスエラー信号とを次々に関連付け、フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた対物レンズの位置を焦点位置として認識した後は、対物レンズをその焦点位置まで移動させればよく、従来のように、対物レンズを焦点位置に移動する際に対物レンズの位置を確認しつつ移動させるフィードバック制御する必要がなく、焦点位置を認識した後には高速で移動させることが可能となり、対物レンズが短時間で焦点位置まで移動され、作業効率が向上する。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のフォーカシングサーボ装置において、焦点認識手段は、対物レンズを測定面に最も近接する位置に移動させて位置検出手段で検出する前記対物レンズの位置を前記測定面に最も近接する位置として認識するとともに、前記測定面に最も離隔する位置に移動させて前記位置検出手段で検出する前記対物レンズの位置を前記測定面に最も離間する位置として認識し、前記対物レンズの移動可能範囲が所定の移動範囲か否かのストロークチェックを実施し、前記ストロークチェックで所定の移動範囲であると認識すると、前記対物レンズを前記測定面に最も離間する位置から前記測定面に最も近接する位置へ移動させつつ、前記位置検出手段にて検出する前記対物レンズの位置と前記位置ズレ検出手段で検出するフォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続し、前記フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識するものである。
【0010】
この発明では、焦点認識手段により、対物レンズを測定面に最も近接する位置と最も離隔する位置とに移動して位置検出手段で対物レンズの位置を検出し、対物レンズの移動可能範囲が所定の移動範囲か否かのストロークチェックを実施し、このストロークチェックで所定の移動範囲であると認識すると、対物レンズの位置を検出しつつ位置ずれ検出手段にてフォーカスエラー信号を検出して対物レンズの位置とフォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続して焦点位置を認識する。このことにより、容易に正確な焦点位置が認識される。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のフォーカシングサーボ装置において、測定面が変動した場合に前記対物レンズをフォーカスエラー信号のゼロクロスとなる位置に制御をするPID制御回路部と、前記焦点認識手段、および前記PID制御回路部を切り換えるスイッチと、を具備するものである。
【0012】
この発明では、焦点認識手段によりPID制御および位相補償制御にて焦点位置を認識してこの焦点位置に対物レンズを移動させる処理をした後に、PID制御回路部により測定面が変動した場合に対物レンズをフォーカスエラー信号のゼロクロスとなる位置に位置させる制御に、スイッチにて切り替える。このため、焦点位置に対物レンズを移動して焦点合わせが終了した後はフォーカスエラー信号が大きく変化しないので、PID制御により対物レンズが焦点位置となるように追従処理される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフォーカシングサーボ装置の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0014】
図1において、1は光学式変位計で、この光学式変位計1は、例えば光ディスクドライバのピックアップの追従制御や表面粗さ計の測定ヘッドなどで、図示しない筐体を有している。そして、この筐体内には、光源としての半導体レーザ2が配設されている。また、筐体内には、対物レンズ3を有したピンホール式の光学系機構部4が設けられている。
【0015】
そして、光学系機構部4には、筐体に配設された偏光ビームスプリッタ5が設けられている。この偏光ビームスプリッタ5は、半導体レーザ2から発光されたレーザ光である光ビームを対物レンズ3に向けて反射させる。
【0016】
さらに、光学系機構部4には、偏光ビームスプリッタ5と対物レンズ3との間に位置して、筐体に配設された図示しないコリメータレンズが設けられている。このコリメータレンズは、偏光ビームスプリッタ5からの光ビームを平行光線にする。また、偏光ビームスプリッタ5には、コリメータレンズと対向する面に1/4波長板が設けられている。この1/4波長板は、測定面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、偏光ビームスプリッタ5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。
【0017】
また、光学系機構部4には、偏光ビームスプリッタ5の対物レンズ3と反対側に位置して筐体に配設された集光レンズである結像レンズ7が設けられている。この結像レンズ7は、偏光ビームスプリッタ5を通過した反射光を結像する。
【0018】
そして、この光学系機構部4は、半導体レーザ2から発光されたレーザ光である光ビームを測定面8に向けて照射するとともに測定面8から反射した反射光を対物レンズ3にて受ける構成が採られている。
【0019】
また、筐体には、光学系機構部4の対物レンズ3を測定面8に対して近接および離隔させる駆動機構部11が配設されている。この駆動機構部11は、筐体に移動可能に配設された図示しないホルダを有している。このホルダは、対物レンズ3の光軸すなわち上下方向に沿って対物レンズ3を移動可能に保持する。また、駆動機構部11は、ホルダを移動させる移動手段としてのアクチュエータ(actuator:作動装置)12を有している。
【0020】
また、アクチュエータ12には、変位検出機構部14が設けられている。この変位検出機構部14は、例えばホログラムスケールなどのリニアエンコーダ(linear encorder:光学式位置検出装置)15を有している。このリニアエンコーダ15は、アクチュエータ12の駆動によりホルダの移動に伴って移動されるスケール16と、筐体に固定されスケール16を読み取る検出器17とを備えている。そして、リニアエンコーダ15は、例えば一対の検出器17にてスケール16の目盛を検出し、検出に伴って二相方形波信号を出力する。
【0021】
さらに、筐体には、対物レンズ3の光軸を中心軸として互いに対向配置された一対の第1の受光素子21および第2の受光素子22が配設されている。これら第1の受光素子21および第2の受光素子22はフォトダイオードなどにて構成され、光学系機構部4から送られる反射光の光の量を検出する。そして、第1の受光素子21および第2の受光素子22は、結像レンズ7の焦点位置に配置される。
【0022】
そして、駆動機構部11と第1の受光素子21および第2の受光素子22とは、第1の受光素子21および第2の受光素子22にて受光した光の量を認識して駆動機構部11の駆動を制御する制御手段25に接続されている。
【0023】
この制御手段25は、S字曲線信号であるフォーカスエラー信号Sを求める位置ずれ検出手段としての信号発生手段27を有している。この信号発生手段27は、第1の受光素子21および第2の受光素子22のそれぞれに接続されたオペアンプなどの差演算手段28および和演算手段29を備えている。そして、差演算手段28は、第1の受光素子21および第2の受光素子22の出力電流を電圧に変換し、この変換された電圧値の差を演算する。また、和演算手段29は、第1の受光素子21および第2の受光素子22の出力電流を電圧に変換し、この変換された電圧値の和を演算する。
【0024】
また、信号発生手段27には、差演算手段28および和演算手段29に接続された除算手段30が設けられている。この除算手段30は、差演算手段28の出力電圧を和演算手段29の出力電圧で割ってフォーカスエラー信号Sを出力する。
【0025】
このフォーカスエラー信号Sは、測定面8が対物レンズ3の焦点位置と一致する場合には0となり、測定面8が対物レンズ3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8が対物レンズ3の焦点位置から遠い場合には、負の値をとる。このように、フォーカスエラー信号Sは略S字曲線状となる
【0026】
さらに、制御手段25には、焦点認識手段35と、PID制御回路部36と、これら焦点認識手段35およびPID制御回路部36を切り換えるスイッチ37と、アクチュエータ12の駆動を制御する移動制御手段としてのアクチュエータドライバ38とが設けられている。
【0027】
そして、焦点認識手段35は、信号発生手段27の除算手段30に接続され、CPU(Central Processing Unit)41を有している。そして、このCPU41には、データバス42が接続されている。さらに、データバス42には、A/D(アナログ/デジタル)変換手段43、カウンタIC(Integrated Circuit)44およびD/A(デジタル/アナログ)変換手段45が接続されている。
【0028】
また、A/D変換手段43は信号発生手段27の除算手段30に接続され、フォーカスエラー信号Sをデジタル信号に変換する。さらに、D/A変換手段45は、アクチュエータ12の駆動を制御するアクチュエータドライバ38に接続されている。また、カウンタIC44は、変位検出機構部14のリニアエンコーダ15の検出器17に接続されている。そして、カウンタIC44は、検出器17から出力される二相方形波信号を認識して計数する。このカウンタIC44とリニアエンコーダ15とにて位置検出手段46が構成される。
【0029】
そして、制御手段25の焦点認識手段35は、図2および図3に示すように、カウンタIC44にて変位検出機構部14からの二相方形波信号に基づいて対物レンズ3の位置を認識する。また、焦点認識手段35は、信号発生手段27からのフォーカスエラー信号Sの大きさ、フォーカスエラー信号Sと認識した対物レンズ3との位置関係、および、フォーカスエラー信号Sの0となるゼロクロスポイント位置を認識する。
【0030】
さらに、焦点認識手段35は、対物レンズ3を認識した位置から、ゼロクロスポイント位置である焦点の位置まで、図4および図5に示す位相補償制御により逐次対物レンズ3とゼロクロスポイントまでの距離とを認識しつつ対物レンズ3を移動させる制御をする。
【0031】
すなわち、CPU41は、ソフトウェアによる制御偏差に比例した信号を発生する一対のP1動作部50およびP2動作部51の動作をする。また、CPU41は、ソフトウェアによる制御偏差の積分値に比例した信号を発生するI動作部52と、微分値に比例した信号を発生するD動作部53との動作をする。そして、P1動作部50、I動作部52およびD動作部53は、平行して処理される。また、P1動作部50、I動作部52およびD動作部53の3つの動作を組み合わせる加算手段54の動作をする。そして、この加算手段54で組み合わせた後にP2動作部51の動作をする。また、P2動作部51の動作の後、再びP1動作部50、I動作部52およびD動作部53の動作、すなわち制御偏差に比例して発生した信号をフィードバック信号として発生させる。このフィードバック信号は、以下に示す式1により発生させる。
【0032】
【式1】
【0033】
また、CPU41は、図5に示す位相補償制御を以下に示す式に基づいて制御する。
【0034】
W=今回のX値−前回のY値
Wi=Wの積分
今回のY=Wi×係数4(1/T1)
WK=W×係数5(T2/T1)
V=WK+Y×係数6(1/S→(ΣW)T)
【0035】
このようにして、焦点認識手段35のCPU41では、PID制御するとともに位相補償制御し、対物レンズ3を焦点位置であるゼロクロスポイント位置まで移動させるようにアクチュエータドライバを制御し、アクチュエータ12を駆動させ、フォーカシングすなわち焦点合わせする。
【0036】
また、信号発生手段27の除算手段30には、PID制御回路部36が接続されている。このPID制御回路部36は、例えば移動させるワークの表面である測定面8がワークの移動により変動することにより焦点が合わなくなった場合に、PID制御により対物レンズ3を焦点位置であるゼロクロスポイント位置まで移動させるようにアクチュエータドライバを制御し、アクチュエータ12を駆動させる。すなわち、制御手段25は、焦点認識手段35にてフォーカシングが終了した後にスイッチ37を焦点認識手段35側からPID制御回路部36側に切り換え、ワークの移動によるワーク表面である測定面8にPID制御回路部36にて焦点合わせすることにより、ワークの表面の粗さが測定される。このフォーカシングが終了した後はフォーカスエラー信号が大きく変化しないので、PID制御回路部36によるPID制御にて焦点位置となるように追従処理する。
【0037】
そして、これら半導体レーザ2、光学系機構部4、第1の受光素子21、第2の受光素子22、駆動機構部11および制御手段25にてフォーカシングサーボ装置55が構成される。
【0038】
次に、上記一実施の形態のフォーカシングサーボ装置55の動作を図面に基づいて説明する。
【0039】
まず、制御手段25のスイッチ37を焦点認識手段35側に閉成する状態にする。そして、図6に示すソフトウェアサーボサーチである焦点位置であるフォーカスエラー信号Sのゼロクロスポイント位置を認識する動作をする。
【0040】
すなわち、焦点認識手段35での処理状態が従前に処理をしていない制御番号0か否かを判断する(ステップ1)。そして、焦点認識手段35での処理状態がまだ処理していない制御番号0であると判断した場合には、対物レンズ3の移動範囲であるストロークチェックをするために、対物レンズ3を下方、すなわち測定面8に近づける方向に移動させる制御であるフェーズ0の制御をする(ステップ2)。
【0041】
そして、ステップ2でフェーズ0の制御をした後は、ステップ1に戻る。
【0042】
一方、ステップ1で、焦点認識手段35で制御番号0ではないと判断した場合には、焦点認識手段35での処理状態が従前にフェーズ0の処理をした旨の制御番号1か否かを判断する(ステップ3)。そして、焦点認識手段35での処理状態が制御番号1であると判断した場合には、対物レンズ3の移動範囲であるストロークチェックをするために、対物レンズ3を上方、すなわち測定面8から離隔する方向に移動させる制御であるフェーズ1の制御をする(ステップ4)。
【0043】
そして、ステップ4でフェーズ1の制御をした後は、ステップ1に戻る。
【0044】
また、ステップ3で制御番号1ではないと判断した場合には、焦点認識手段35での処理状態が従前にフェーズ1の処理をした旨の制御番号2か否かを判断する(ステップ5)。そして、焦点認識手段35での処理状態が制御番号2であると判断した場合には、フォーカスエラー信号Sと対物レンズ3の位置とを関連付けて認識するために対物レンズ3を移動させる制御であるフェーズ2の制御をし(ステップ6)、ステップ1に戻る。
【0045】
さらに、ステップ5で制御番号2ではないと判断した場合には、焦点認識手段35での処理状態が従前にフェーズ2の処理をした旨の制御番号3か否かを判断する(ステップ7)。そして、焦点認識手段35での処理状態が制御番号3であると判断した場合には、フォーカスエラー信号Sのゼロクロスポイントとなる焦点位置に対物レンズ3を移動させる制御であるフェーズ3の制御をする(ステップ8)。
【0046】
そして、ステップ8でフェーズ3の制御をした後は、フォーカシング制御であるソフトウェアサーボサーチ制御を終了する。
【0047】
また、ステップ7で制御番号3ではないと判断した場合には、例えばノイズの影響などと判断し、例えば再びステップ1に戻ってフォーカシング制御であるソフトウェアサーボサーチ制御を繰り返す。なお、ある程度ソフトウェアサーボサーチ制御が繰り返された場合には、構成部材の損傷などと判断し、繰り返し制御を停止して、エラーメッセージなどを表示や発音して異常を報知する。
【0048】
そして、制御手段25の焦点認識手段35におけるソフトウェアサーボサーチ制御に際して、まず、フェーズ0をする。このフェーズ0は、図7に示すように、対物レンズ3を下方に移動させる制御をする(ステップ11)。この対物レンズ3の下方へ移動させる制御は、アクチュエータ12を制御するための焦点認識手段35の図2ないし図5に示すPID演算および位相進み補正をしてアクチュエータ12を駆動制御し、対物レンズ3を下方へ移動させる。
【0049】
この対物レンズ3の下方への移動の間、カウンタIC44にて下方へ移動する対物レンズ3の位置を認識し、下端を確認する。そして、ステップ11で対物レンズ3を下端まで移動させてカウンタIC44にて下端位置を認識した後、既にフェーズ0を終了した旨の制御番号1を設定し(ステップ12)、フェーズ0の制御を終了する。
【0050】
また、フェーズ1の制御では、既にフェーズ0で対物レンズ3が下端に位置する状態に移動制御しているので、図8に示すように、対物レンズ3を上向きに移動させる制御をする(ステップ13)。この対物レンズ3の上方へ移動させる制御は、フェーズ0と同様に、アクチュエータ12を制御するための焦点認識手段35の図2ないし図5に示すPID演算および位相進み補正をしてアクチュエータ12を駆動制御し、対物レンズ3を上方へ移動させる。
【0051】
この対物レンズ3の上方への移動の際にも、フェーズ0の制御の場合と同様に、上方へ移動する対物レンズ3の位置を認識し、上端を確認する。そして、ステップ13で対物レンズ3を上端まで移動させてカウンタIC44にて上端位置を認識した際には、既にフェーズ1を終了した旨の制御番号2を設定し(ステップ14)、フェーズ1の制御を終了する。
【0052】
このようにして、フェーズ0およびフェーズ1により、対物レンズ3が一旦下端まで移動された後に上端まで移動され、この移動に伴ってカウンタIC44にて位置を認識するので、対物レンズ3が移動される範囲の下端および上端が認識される。この上端位置と下端位置との認識により、対物レンズ3の移動範囲が所定の範囲、例えば設計の1mmの移動範囲であったかいなかのストロークチェックがされる。なお、このフェーズ0およびフェーズ1により、所定のストロークチェックができなかった場合には、フェーズ0およびフェーズ1を所定回繰り返し、所定の移動範囲を認識できない場合には、例えばアクチュエータ12などの構成部材が損傷していると判断し、エラーメッセージなどを表示や発音して異常を報知する。
【0053】
また、フェーズ2の制御では、既にフェーズ0およびフェーズ1で対物レンズ3が移動される範囲の下端および上端位置を認識してストロークチェックが終了している。この状態で、図9に示すように、再び対物レンズ3を下方に向けて移動させる制御をする(ステップ15)。この下方への移動、例えば200μm/秒で移動させる際に、カウンタIC44にて対物レンズ3の位置を認識しつつ、信号発生手段27から出力されるフォーカスエラー信号Sを読み取り、対物レンズ3の位置とフォーカスエラー信号Sとを関連付けする。なお、この対物レンズ3の移動の際にも、上述したように、PID制御および位相補償制御にてアクチュエータ12を駆動させて対物レンズ3を移動させる。
【0054】
そして、読み取ったフォーカスエラー信号Sが規定レベルか否かを判断する(ステップ16)。すなわち、光学式変位計1の特性毎に、第1の受光素子21および第2の受光素子22にて受光した光により信号発生手段27から出力されるフォーカスエラー信号Sの電圧値は所定の値、例えば上限が+1.0V、下限が−1.0Vの所定のS字曲線となる。そして、対物レンズを上端から下方に向けて移動させるため、認識するフォーカスエラー信号Sの電圧値は、上述したように負の値からゼロクロス、そして正の値となる。このことにより、ゼロクロスを認識するために、ノイズではなく規定レベル、すなわちまず所定の閾値である所定の大きさの負の値の電圧が認識されるか否かを判断する。なお、閾値となる規定レベルは、あらかじめ焦点認識手段35に記憶されている。
【0055】
このステップ16で対物レンズ3の下方への移動により、規定レベルを認識した場合には、フォーカスエラー信号Sが認識されていると判断し、フォーカスエラー信号Sの読み取りのための対物レンズ3の移動を継続させる。すなわち、フォーカスエラー信号SとカウンタIC44による対物レンズ3の位置との関連付けをする制御を継続する。なお、ステップ16で対物レンズ3の下方への移動の際に、規定レベルを認識できず、対物レンズ3が下端まで移動されてしまった場合には、例えばノイズの影響などと判断し、ステップ4のフェーズ1の制御をする。すなわち、フェーズ1で一旦対物レンズ3を上端まで移動させ、再びフェーズ2で規定レベルの認識をする。
【0056】
また、ステップ16で規定レベルを認識した場合には、ノイズではなくMINレベル、すなわち所定の閾値である所定の大きさの正の値の電圧が認識されるか否かを判断する(ステップ17)。すなわち、既にステップ16でフォーカスエラー信号Sの負の値の電圧を認識しているので、正の値の電圧を認識することにより、その間に焦点位置に対応するゼロクロスが位置することとなる。このため、ステップ16で規定レベルを認識した後に、フォーカスエラー信号Sを読み取り対物レンズ3の位置との関連付けをしつつ、ステップ17でMINレベルの認識をする。
【0057】
そして、ステップ17でフォーカスエラー信号SのMINレベルを認識した場合には、フォーカスエラー信号Sを読み取り対物レンズ3の位置との関連付けをしているので、フォーカスエラー信号SのゼロクロスもカウンタIC44による対物レンズの位置で関連付けられている。このことにより、対物レンズ3を下方に移動させる制御を停止させ、既にフェーズ2を終了した旨の制御番号3を設定し(ステップ18)、フェーズ2の制御を終了する。すなわち、焦点位置を認識するためのフォーカスエラー信号Sと対物レンズ3の位置との関連付けのための制御を終了する。
【0058】
なお、このステップ17でフォーカスエラー信号SのMINレベルを認識できず、対物レンズ3が下端まで到達した場合には、例えばノイズの影響などと判断し、ステップ4のフェーズ1の制御をする。すなわち、フェーズ1で一旦対物レンズ3を上端まで移動させ、再びフェーズ2でフォーカスエラー信号SとカウンタIC44による対物レンズ3の位置との関連付けをする制御をする。また、このフェーズ2がある程度繰り返された場合には、アクチュエータ12や第1の受光素子21および第2の受光素子22などの構成部材が損傷していると判断し、エラーメッセージなどを表示や発音して異常を報知する。なお、ステップ4のフェーズ1の制御に戻る場合に限られない。例えば、既にステップ16で認識している規定レベルの位置まで対物レンズ3を移動させ、フォーカスエラー信号Sと対物レンズ3の位置との関連付けをしつつ再びMINレベルを認識する制御を繰り返すようにするなどしてもよい。
【0059】
また、フェーズ3の制御では、既にフェーズ2でフォーカスエラー信号Sのゼロクロスが対物レンズ3の位置と関連付けられて焦点位置が認識されているので、既に通過した焦点位置へ移動、すなわち上方に向けて移動させる制御をする(ステップ21)。この上方への移動の場合にも、上述したように、PID制御および位相補償制御しつつアクチュエータドライバ38を制御してアクチュエータ12を駆動させ、対物レンズ3を上方へ移動させる。
【0060】
そして、このPID制御および位相補償制御しつつアクチュエータドライバ38を制御してアクチュエータ12を駆動させ、対物レンズ3を上方へ移動させつつ、フォーカスエラー信号Sのゼロクロスを認識させる。ここで、ゼロクロスを認識せずに上端まで対物レンズ3が移動してしまった場合には、例えばエラーメッセージを表示あるいは発音させて報知し、フォーカシング制御を終了する。
【0061】
また、ステップ21による対物レンズ3の上方への移動の制御の際、フォーカスエラー信号Sのゼロクロスを認識した場合には(ステップ22)、対物レンズ3が焦点位置に移動されたと判断して対物レンズ3の移動を停止させ、フェーズ3の制御を終了してフォーカシング制御を終了する。
【0062】
このように、従来の焦点位置を認識しつつフィードバック制御にて焦点位置に対物レンズ3を移動させた構成では、フォーカスエラー信号Sを読み取ってゼロクロスとなるように徐々に対物レンズ3を移動させる必要があり、対物レンズ3を焦点位置まで移動させる時間が長くなる。一方、上記一実施の形態では、対物レンズ3の位置とフォーカスエラー信号Sとを関連付けして焦点位置を認識した後に対物レンズ3を移動させるので、従来に比して容易に対物レンズ3を焦点位置まで正確に移動させることができ、時間を短縮でき、作業効率を向上できる。
【0063】
そして、対物レンズ3を焦点位置まで移動させた後、すなわちフォーカシングが終了した後は、スイッチ37をPID制御回路部36に切り換え、PID制御しつつ移動するワークの表面との焦点合わせをし、ピックアップの追従制御をする。また、カウンタIC44にて焦点位置を認識して、ワークの表面の粗さなどを測定する。
【0064】
上述したように、上記一実施の形態では、以下に示す効果を示す。
【0065】
(1)焦点認識手段35により、一対の第1の受光素子21および第2の受光素子22が測定面8を反射して対物レンズ3にて受けた反射光の量に基づいて焦点位置からの対物レンズ3の位置のずれを示すフォーカスエラー信号Sと、位置検出手段46にて検出する対物レンズ3の位置とにて焦点位置を認識し、この認識した焦点位置に対物レンズ3を移動させる。このため、フォーカスエラー信号Sを検出して焦点位置を認識する動作の際に対物レンズ3の位置を認識し、焦点位置を認識した後は、対物レンズ3をその焦点位置まで移動させればよく、従来のように、フォーカスエラー信号Sを読み取りつつ対物レンズ3を徐々に移動させてフォーカスエラー信号Sのゼロクロスとなる位置を認識することにより焦点位置と判断して対物レンズ3をその位置で停止させる場合に比し、対物レンズ3を短時間で焦点位置まで容易に移動でき、作業効率を向上できる。さらに、PID制御回路部36にて焦点位置の追従の際に利用する位置検出手段46のカウンタIC44を利用するのみで、別途特別な構成を設ける必要がなく、対物レンズ3を短時間で焦点位置に移動できる。
【0066】
(2)焦点認識手段35により、対物レンズ3を測定面に最も近接する位置と最も離隔する位置とに移動して対物レンズ3の移動可能範囲を把握し、対物レンズ3の移動可能範囲内で対物レンズ3の位置を検出しつつ信号発生手段27にてフォーカスエラー信号Sを検出して焦点位置を認識する。このため、正確な焦点位置の認識が容易にできる。
【0067】
(3)焦点認識手段35により、PID制御および位相補償制御にて認識した焦点位置に対物レンズ3を移動させる。このため、従来から利用される確立した制御方法を用いて、対物レンズ3の移動の遅れや行き過ぎなどを生じないように正確に焦点位置に移動させることができ、制御構成も簡略化できる。
【0068】
(4)フェーズ2におけるフォーカスエラー信号Sと対物レンズ3との関連付けの際に、測定面8から最も離隔する上端から近接する方向である下方に向けて移動させ、フォーカスエラー信号Sを読み取ってカウンタIC44にて対物レンズ3の位置と関連付けしつつ、まずフォーカスエラー信号Sの規定レベルである所定の負の値の電圧を認識してから所定の正の値の電圧を認識する。このことにより、フォーカスエラー信号Sのゼロクロスが対物レンズ3の位置と関連付けられ、焦点位置を容易に認識できる。
【0069】
(5)規定レベルを認識した後にMINレベルを認識した場合には、既に焦点位置が認識されているので、さらにフォーカスエラー信号Sと対物レンズ3の位置とを関連付けする必要がないので、対物レンズ3の移動を停止し、次の制御であるフェーズ3に移行して対物レンズ3を焦点位置まで移動させる制御をする。このため、フォーカスエラー信号Sの最小値を認識するということは、既に焦点位置であるゼロクロスの位置を通過したこととなるので、対物レンズ3を下端の位置まで移動させる必要がなく、より短時間で対物レンズ3を焦点位置まで移動させることができる。
【0070】
(6)対物レンズ3を一旦下方に移動させてから上方に移動させて移動可能範囲を認識してから下方に移動させて焦点位置の認識をするので、焦点位置を認識するために一旦対物レンズ3を移動させる必要がなく、移動可能範囲の認識の制御の後に直ちにフォーカスエラー信号Sと対物レンズ3の位置との関連付けにより焦点位置を認識するための制御に移行でき、焦点位置まで対物レンズ3を移動させることが容易に効率よく円滑にでき、より短時間で対物レンズ3を焦点位置まで移動させることができる。
【0071】
なお、本発明は上記一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できるものであれば、次に示すような変形形態も適用されるものである。
【0072】
すなわち、ピンホール式により第1の受光素子21および第2の受光素子22にて受光して信号発生手段27にてフォーカスエラー信号Sを認識して説明したが、例えばナイフエッジ法など、いずれの方法によりフォーカスエラー信号Sを認識してもできる。すなわち、ナイフエッジ法では、フォーカスエラー信号Sは、測定面8が対物レンズ3の焦点位置と一致する場合には0となり、測定面8が対物レンズ3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8が対物レンズ3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3の焦点位置から測定面8がさらに遠くなる場合には、正負が反転し、正の値をとる。そしてさらに遠くなると、正の値が0に近づく小さな値となる。したがって、フォーカスエラー信号Sは正の値をとる領域が2か所で、負の値をとる領域が1か所となる。また、焦点位置が最短となる場合で、再び正の値が0に近づく小さな値となる。なお、焦点位置に対して近い場合の正の値をとる領域は焦点位置から遠くなる場合の正の値をとる領域に比べて最大値が大きい。このように、フォーカスエラー信号Sの特性に対応して対物レンズ3の位置と関連付けし、ゼロクロスの位置である焦点位置を認識してもできる。
【0073】
そして、ピンホール式やナイフエッジ法により読み取るフォーカスエラー信号Sは、上記実施の形態に限らず、正負が逆の場合などでも同様に適用できる。
【0074】
また、位置ずれ検出手段としては、差演算手段28、和演算手段29および除算手段30を用いて算出する構成について説明したが、フォーカスエラー信号Sをいずれの構成で求めてもできる。
【0075】
さらに、一対の第1の受光素子21および第2の受光素子22からの出力によりフォーカスエラー信号Sを求めたが、一対に限らず、3つ以上でもできる。
【0076】
そして、移動手段としては、アクチュエータ12に限らず、対物レンズ3を光軸に沿って移動可能ないずれの構成でもできる。
【0077】
また、移動する対物レンズ3の位置を検出する方法として、リニアエンコーダ15からの二相方形波信号をカウンタIC44で計数して対物レンズ3の位置を検出して説明したが、他のいずれの方法でもできる。
【0078】
さらに、焦点認識手段35にて認識した焦点位置に対物レンズ3を移動させる方法としては、PID制御および位相補償制御に限られるのものではなく、例えば対物レンズ3の位置を認識せずにフィードバック制御しないで直接的に認識した焦点位置に移動させるなどいずれの方法で移動させてもできる。
【0079】
また、スイッチ37としては、トランジスタなどの電気部品による電子的な切換の他、機械的に切り換える構成でもできる。
【0080】
そして、光ディスクドライバのピックアップの追従制御や表面粗さ計の測定ヘッドなどに限らず、いずれの光学式変位計に利用できる。
【0081】
また、焦点位置を認識するために、規定レベルおよびMINレベルを認識し、認識できない場合には適宜制御を繰り返して説明したが、この構成に限らず、例えば認識できない場合には制御を中断してエラーメッセージを報知するなどしてもよい。また、焦点位置の認識の際、測定面8から最も離隔する位置から近接する方向に移動させて、規定レベルおよびMINレベルを順次認識する制御について説明したが、この制御に限らず、いずれの方法、例えば最も近接する位置から離隔する方向に移動させてMINレベルおよび規定レベルを順次認識する逆の制御などでも対応できる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、焦点認識手段により、複数の受光素子で検出した反射光の量に基づくフォーカスエラー信号と、位置検出手段で検出した対物レンズの位置とにて焦点位置を認識して、対物レンズを焦点位置に移動させる制御をするため、従来のように、対物レンズを焦点位置に移動する際にフォーカスエラー信号を認識しつつ対物レンズを移動させるフィードバック制御する必要がなく、まず焦点位置を認識してから対物レンズを焦点位置まで移動させるので、対物レンズを短時間で焦点位置まで移動でき、作業効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態に係るフォーカシングサーボ装置を用いた光学式変位計を示すブロック図である。
【図2】 同上焦点認識手段のハードウェアを示すブロック図である。
【図3】 同上焦点認識手段の制御工程のソフトフェアによる処理を示すブロック図である。
【図4】 同上焦点認識手段のPID制御のソフトウェアによる処理を示すブロック図である。
【図5】 同上焦点認識手段のPID制御による位相補償制御のためのソフトウェアによる処理を示すブロック図である。
【図6】 同上フォーカシングサーボ装置の動作を示すフローチャートである。
【図7】 同上フォーカシングサーボ装置の動作における移動下限を認識する動作を示すフローチャートである。
【図8】 同上フォーカシングサーボ装置の動作における移動上限を認識する動作を示すフローチャートである。
【図9】 同上フォーカシングサーボ装置の動作におけるフォーカスエラー信号を認識する動作を示すフローチャートである。
【図10】 同上フォーカシングサーボ装置の動作における対物レンズを焦点位置に移動させる動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
3 対物レンズ
8 測定面
9 駆動機構部
12 移動手段としてのアクチュエータ
27 位置ずれ検出手段としての信号発生手段
21 第1の受光素子
22 第2の受光素子
25 焦点認識手段
39 移動制御手段
46 位置検出手段
55 フォーカシングサーボ装置
S フォーカスエラー信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focusing servo device that moves an objective lens to a focal position by a moving means based on a focus error signal.
[0002]
[Background]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical displacement meter, a configuration including a focusing servo device that detects a focus from reflected light obtained by laser light irradiation is known. As this focusing servo device, for example, configurations described in JP-A-7-103710, JP-A-7-294800, JP-A-9-68407, and the like are known.
[0003]
These focusing servo devices described in JP-A-7-103710, JP-A-7-294800, JP-A-9-68407, and the like allow an objective lens to be closely spaced from the measurement surface, and reflected by this close distance. A zero cross point that is a focal point position of a so-called focus error signal, which is a S-curve signal generated by converting light into an electrical signal, is detected. Then, the actuator is driven by the signal output of a CPU (Central Processing Unit) to cause the objective lens to follow the position of the detected zero cross point, thereby achieving focusing, that is, focusing.
[0004]
By the way, in the above conventional focusing servo device, the time for moving the objective lens to the focus position which is the position of the zero cross point after detecting the zero cross point is the waveform of the focus error signal generated from the reflected light in the focusing area. It depends on the response characteristics of the command transmission of the control system of the control process that satisfies the conditions and moves the objective lens under the control of the CPU. In the control process, there are mechanical parts such as an actuator and a moving mechanism that moves the objective lens by driving the actuator. As a result, feedback control is conventionally performed while confirming the current position of the objective lens so as not to cause delay or excessive movement of the objective lens relative to the command signal when the command is transmitted from the control system.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional focusing servo apparatus performs feedback control while confirming the current position of the objective lens, it takes time to complete focusing due to a delay in command transmission of the control system, that is, time required for command transmission. Therefore, there is a problem that improvement in work efficiency cannot be expected.
[0006]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a focusing servo device that shortens the time until the end of focusing.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a moving means for moving an objective lens that irradiates a light beam toward a measurement surface and receives reflected light reflected from the measurement surface along the optical axis of the objective lens, and the movement A position detecting means for detecting the position of the objective lens moved by the means, and a plurality of light receiving elements for detecting the amount of the reflected light from the objective lens arranged opposite to each other with the optical axis of the objective lens as an axis of symmetry And a positional deviation detecting means for outputting a focus error signal indicating a positional deviation of the objective lens from the focal position based on the amount of the reflected light detected by each of the plurality of light receiving elements, and the positional deviation detecting means The focus position is recognized from the focus error signal from and the position of the objective lens detected by the position detecting means, and the moving means is controlled. A focus recognizing unit that moves the objective lens to a focal position, and the focus recognizing unit moves the objective lens closest to the measurement surface and a position that is most separated from the measurement surface by the moving unit. , While detecting the position of the moved objective lens by the position detection means, and detecting a focus error signal by the position deviation detection means, Detected these The position of the objective lens and the focus error signal One after another Association Continue processing , Recognizing the zero cross of the detected focus error signal, recognizing the position of the objective lens associated with the zero cross of the focus error signal as the focal position, and controlling the moving means to move the objective lens to the Recognized Move to focus position In the above Objective lens position One after another When the voltage value of the associated focus error signal recognizes the prescribed levels of both a negative value and a positive value of a predetermined threshold set in advance, the position of the objective lens and the focus error signal One after another Association Processing Is stopped, the position of the objective lens associated with the zero cross of the focus error signal is recognized as the focal position, and the moving means is controlled to move the objective lens to the focal position. This is a focusing servo device.
[0008]
In the present invention, the focus error signal indicating the deviation of the position of the objective lens from the focal position based on the amount of reflected light reflected by the objective lens and reflected by the objective lens by the focus recognition means. The focal position is recognized based on the position of the objective lens detected by the position detecting means, and the moving means is controlled to move the objective lens to the focal position. That is, while the moving means moves the objective lens between the position closest to the measurement surface and the position farthest from the measurement surface, the position detection means detects the position of the objective lens moved, and the position A focus error signal is detected by the deviation detection means, Detected these The position of the objective lens and the focus error signal One after another Associate Continue processing . Then, when the voltage value of the focus error signal associated with the position of the objective lens successively recognizes both the predetermined level of the negative value and the positive value of the predetermined threshold value, the objective lens is already at the focal position. Since it has passed a certain zero cross position, the position of the objective lens and the focus error signal One after another Association Processing Is stopped, the position of the objective lens associated with the zero cross of the focus error signal is recognized as the focal position, and the moving means is controlled to move the objective lens to the recognized focal position. This allows the position of the moving objective lens to be detected during the operation of detecting the focus error signal and recognizing the focal position. One after another Recognize the position of the objective lens and the focus error signal One after another After recognizing the position of the objective lens associated with the zero cross of the correlation and focus error signal as the focal position, the objective lens may be moved to the focal position, and the objective lens is moved to the focal position as in the past. There is no need for feedback control to move while confirming the position of the objective lens, and it is possible to move at high speed after recognizing the focal position, the objective lens is moved to the focal position in a short time, and work efficiency is improved. improves.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the focusing servo device according to the first aspect, the focus recognition unit moves the objective lens to a position closest to the measurement surface and detects the position of the objective lens detected by the position detection unit. Is recognized as the position closest to the measurement surface, and the position of the objective lens detected by the position detecting means is recognized as the position closest to the measurement surface by moving it to the position farthest from the measurement surface. When a stroke check is performed to determine whether or not the movable range of the objective lens is a predetermined movement range, and when the stroke check recognizes that the movable range is the predetermined movement range, the objective lens is moved away from the position that is farthest from the measurement surface. While moving to the position closest to the measurement surface, the position detection means detects the position of the objective lens and the position deviation detection means. And a focus error signal to be output One after another Association Continue processing The position of the objective lens associated with the zero cross of the focus error signal is recognized as the focal position.
[0010]
In the present invention, the position of the objective lens is detected by the position detection means by moving the objective lens between the position closest to the measurement surface and the position farthest away by the focus recognition means, and the movable range of the objective lens is a predetermined range. A stroke check is performed to determine whether or not the movement range, and if it is recognized that the movement range is within a predetermined range, the position error detection unit detects the focus error signal while detecting the position of the objective lens, Position and focus error signal One after another Association Continue processing To recognize the focal position. Thereby, an accurate focal position is easily recognized.
[0011]
Claim 3 The invention described in
[0012]
In the present invention, when the focus position is recognized by PID control and phase compensation control by the focus recognizing means and the objective lens is moved to this focus position, the objective lens is changed when the measurement surface is changed by the PID control circuit unit. Is switched by a switch to control that is positioned at a position where the focus error signal becomes zero cross. For this reason, since the focus error signal does not change greatly after the objective lens is moved to the focal position and the focusing is completed, the follow-up process is performed so that the objective lens becomes the focal position by PID control.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a focusing servo apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0014]
In FIG. 1,
[0015]
The optical system mechanism unit 4 is provided with a
[0016]
Further, the optical system mechanism unit 4 is provided with a collimator lens (not shown) disposed between the
[0017]
In addition, the optical system mechanism unit 4 is provided with an imaging lens 7 which is a condensing lens located on the opposite side of the
[0018]
The optical system mechanism unit 4 is configured to irradiate the
[0019]
In addition, the housing is provided with a
[0020]
The
[0021]
Further, a pair of a first
[0022]
The
[0023]
This control means 25 has a signal generation means 27 as a position deviation detection means for obtaining a focus error signal S which is an S-curve signal. The signal generating means 27 includes a difference calculating means 28 such as an operational amplifier and a sum calculating means 29 connected to the first
[0024]
The signal generating means 27 is provided with a dividing means 30 connected to a difference calculating means 28 and a
[0025]
The focus error signal S is 0 when the
[0026]
Further, the control means 25 includes a focus recognition means 35, a PID
[0027]
The
[0028]
The A / D conversion means 43 is connected to the division means 30 of the signal generation means 27 and converts the focus error signal S into a digital signal. Further, the D / A conversion means 45 is connected to an
[0029]
Then, the focus recognition means 35 of the control means 25 recognizes the position of the objective lens 3 based on the two-phase square wave signal from the displacement
[0030]
Further, the focus recognizing means 35 sequentially calculates the distance between the objective lens 3 and the zero cross point from the position where the objective lens 3 is recognized to the focus position which is the zero cross point position by the phase compensation control shown in FIGS. Control is performed to move the objective lens 3 while recognizing.
[0031]
That is, the
[0032]
[Formula 1]
[0033]
Further, the
[0034]
W = current X value-previous Y value
Integration of Wi = W
This time Y = Wi x coefficient 4 (1 / T1)
WK = W x coefficient 5 (T2 / T1)
V = WK + Y × coefficient 6 (1 / S → (ΣW) T)
[0035]
In this way, the
[0036]
A PID
[0037]
The
[0038]
Next, the operation of the focusing
[0039]
First, the
[0040]
That is, it is determined whether or not the processing state in the focus recognition means 35 is the control number 0 that has not been processed before (step 1). When it is determined that the processing state in the
[0041]
Then, after controlling phase 0 in
[0042]
On the other hand, if it is determined in
[0043]
Then, after controlling the
[0044]
If it is determined that the control number is not 1 in step 3, it is determined whether or not the processing state in the
[0045]
Further, when it is determined that the control number is not 2 in
[0046]
After the phase 3 control in
[0047]
If it is determined in step 7 that the control number is not 3, for example, it is determined that the influence of noise or the like, for example, the process returns to step 1 again, and software servo search control as focusing control is repeated. If software servo search control is repeated to some extent, it is determined that the component member is damaged, etc., the control is stopped repeatedly, and an error message is displayed or pronounced to notify the abnormality.
[0048]
In the software servo search control in the
[0049]
During the downward movement of the objective lens 3, the
[0050]
In
[0051]
When the objective lens 3 is moved upward, the position of the objective lens 3 moving upward is recognized and the upper end is confirmed, as in the case of the phase 0 control. Then, when the objective lens 3 is moved to the upper end in step 13 and the upper end position is recognized by the
[0052]
Thus, in phase 0 and
[0053]
Further, in the control of
[0054]
Then, it is determined whether or not the read focus error signal S is at a specified level (step 16). That is, for each characteristic of the
[0055]
If the specified level is recognized by the downward movement of the objective lens 3 in
[0056]
When the specified level is recognized in
[0057]
When the MIN level of the focus error signal S is recognized in
[0058]
If the MIN level of the focus error signal S cannot be recognized in
[0059]
In the control of phase 3, since the focus position is already recognized in
[0060]
Then, the
[0061]
If the zero crossing of the focus error signal S is recognized during the control of the upward movement of the objective lens 3 in step 21 (step 22), it is determined that the objective lens 3 has been moved to the focal position and the objective lens. 3 is stopped, phase 3 control is terminated, and focusing control is terminated.
[0062]
As described above, in the configuration in which the objective lens 3 is moved to the focal position by feedback control while recognizing the conventional focal position, it is necessary to read the focus error signal S and gradually move the objective lens 3 so that a zero cross is obtained. The time for moving the objective lens 3 to the focal position becomes longer. On the other hand, in the above-described embodiment, the objective lens 3 is moved after recognizing the focal position by associating the position of the objective lens 3 with the focus error signal S. It can be accurately moved to the position, time can be shortened, and work efficiency can be improved.
[0063]
After the objective lens 3 is moved to the focal position, that is, after the focusing is completed, the
[0064]
As described above, the above-described embodiment has the following effects.
[0065]
(1) The pair of first
[0066]
(2) The
[0067]
(3) The objective lens 3 is moved to the focal position recognized by the PID control and the phase compensation control by the focus recognition means 35. For this reason, it is possible to accurately move the objective lens 3 to the focal position using a well-established control method that has been used in the past so as not to cause a delay or excessive movement of the objective lens 3, and the control configuration can be simplified.
[0068]
(4) When the focus error signal S and the objective lens 3 are associated with each other in the
[0069]
(5) When the MIN level is recognized after recognizing the specified level, since the focal position has already been recognized, there is no need to further associate the focus error signal S with the position of the objective lens 3, so the objective lens 3 is stopped, and the control is shifted to the next control phase 3 to move the objective lens 3 to the focal position. For this reason, recognizing the minimum value of the focus error signal S means that the position of the zero cross, which is the focal position, has already passed, so that it is not necessary to move the objective lens 3 to the lower end position, and the time is shortened. Thus, the objective lens 3 can be moved to the focal position.
[0070]
(6) Since the objective lens 3 is moved downward and then moved upward to recognize the movable range and then moved downward to recognize the focal position, the objective lens is temporarily recognized in order to recognize the focal position. 3 can be shifted to control for recognizing the focal position by associating the focus error signal S with the position of the objective lens 3 immediately after the control of recognizing the movable range. Can be moved easily and efficiently, and the objective lens 3 can be moved to the focal position in a shorter time.
[0071]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications may be applied as long as the object of the present invention can be achieved.
[0072]
That is, the first
[0073]
The focus error signal S read by the pinhole method or the knife edge method is not limited to the above-described embodiment, and can be similarly applied even when the sign is reversed.
[0074]
In addition, as the misregistration detection unit, the configuration of calculating using the
[0075]
Further, although the focus error signal S is obtained from the outputs from the pair of first
[0076]
The moving means is not limited to the
[0077]
Further, as a method of detecting the position of the moving objective lens 3, the two-phase square wave signal from the
[0078]
Further, the method of moving the objective lens 3 to the focal position recognized by the focal point recognition means 35 is not limited to PID control and phase compensation control. For example, feedback control is performed without recognizing the position of the objective lens 3. Instead, it can be moved by any method such as moving to a directly recognized focal position.
[0079]
Further, the
[0080]
The optical disc driver can be used for any optical displacement meter, not limited to the follow-up control of the pickup of the optical disk driver and the measuring head of the surface roughness meter.
[0081]
In addition, in order to recognize the focal position, the specified level and the MIN level are recognized, and the control is repeated as appropriate when it cannot be recognized. However, the present invention is not limited to this configuration. An error message may be notified. Further, the control for recognizing the specified level and the MIN level in order to recognize the focal position by moving in the direction approaching from the position farthest away from the
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, the focus position is recognized by the focus recognizing unit based on the amount of reflected light detected by the plurality of light receiving elements and the position of the objective lens detected by the position detecting unit. In order to control the lens to move to the focal position, there is no need to perform feedback control to move the objective lens while recognizing the focus error signal when the objective lens is moved to the focal position, as in the prior art. Since the objective lens is moved to the focal position after the recognition, the objective lens can be moved to the focal position in a short time, and work efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an optical displacement meter using a focusing servo device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing hardware of the focus recognition unit.
FIG. 3 is a block diagram showing processing by software of the control process of the focus recognition unit.
FIG. 4 is a block diagram showing processing by PID control software of the focus recognition unit.
FIG. 5 is a block diagram showing processing by software for phase compensation control by PID control of the focus recognizing means.
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the focusing servo device.
FIG. 7 is a flowchart showing an operation of recognizing a lower limit of movement in the operation of the focusing servo device.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation of recognizing an upper limit of movement in the operation of the focusing servo device.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of recognizing a focus error signal in the operation of the focusing servo device.
FIG. 10 is a flowchart showing an operation of moving the objective lens to a focal position in the operation of the focusing servo device.
[Explanation of symbols]
3 Objective lens
8 Measurement surface
9 Drive mechanism
12 Actuator as moving means
27 Signal generation means as misregistration detection means
21 First light receiving element
22 Second light receiving element
25 Focus recognition means
39 Movement control means
46 Position detection means
55 Focusing Servo Device
S Focus error signal
Claims (3)
この移動手段にて移動される対物レンズの位置を検出する位置検出手段と、
前記対物レンズの光軸を対称軸として互いに対向配置され前記対物レンズからの前記反射光の量をそれぞれ検出する複数の受光素子と、
これら複数の受光素子にてそれぞれ検出する前記反射光の量に基づいて焦点位置からの前記対物レンズの位置のずれを示すフォーカスエラー信号を出力する位置ずれ検出手段と、
この位置ずれ検出手段からのフォーカスエラー信号および前記位置検出手段にて検出する前記対物レンズの位置から焦点位置を認識するとともに、前記移動手段を制御して前記対物レンズを焦点位置に移動させる焦点認識手段と、を具備し、
前記焦点認識手段は、前記移動手段にて前記対物レンズを前記測定面に最も近接する位置と前記測定面に最も離間する位置との間で移動させつつ、前記位置検出手段にて前記移動される対物レンズの位置を検出するとともに、前記位置ズレ検出手段でフォーカスエラー信号を検出し、これら検出した前記対物レンズの位置と前記フォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続し、前記検出したフォーカスエラー信号のゼロクロスを認識し、このフォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識し、前記移動手段を制御して前記対物レンズを前記認識した焦点位置に移動させるもので、前記対物レンズの位置に次々に関連付けるフォーカスエラー信号の電圧値があらかじめ設定した所定の閾値の負の値と正の値との双方の規定レベルを認識した場合に、前記対物レンズの位置と前記フォーカスエラー信号との次々に関連付ける処理を停止し、フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識し、前記移動手段を制御して前記対物レンズを前記焦点位置に移動させる処理を実施する
ことを特徴としたフォーカシングサーボ装置。A moving means for irradiating the light beam toward the measurement surface and moving the objective lens receiving the reflected light reflected from the measurement surface along the optical axis of the objective lens;
Position detecting means for detecting the position of the objective lens moved by the moving means;
A plurality of light receiving elements that are arranged opposite to each other with the optical axis of the objective lens as a symmetry axis and detect the amount of the reflected light from the objective lens, and
A positional deviation detecting means for outputting a focus error signal indicating a deviation of the position of the objective lens from a focal position based on the amount of the reflected light detected by each of the plurality of light receiving elements;
Focus recognition that recognizes the focal position from the focus error signal from the positional deviation detection means and the position of the objective lens detected by the position detection means, and moves the objective lens to the focal position by controlling the moving means. Means,
The focus recognizing means is moved by the position detecting means while the moving means moves the objective lens between a position closest to the measurement surface and a position farthest from the measurement surface. It detects the position of the objective lens to detect a focus error signal by the position deviation detecting means, and continues processing to associate one after the position and the focus error signal of the detected said objective lens, and the detected focus Recognizing the zero cross of the error signal, recognizing the position of the objective lens associated with the zero cross of the focus error signal as the focal position, and controlling the moving means to move the objective lens to the recognized focal position. but, the voltage value of the focus error signal to associate one after another to the position of the objective lens is set in advance When recognizing both the specified level of negative and positive values of the constant threshold, the process to associate one after another between the position and the focus error signal of the objective lens is stopped, the zero-crossing of the focus error signal A focusing servo device characterized by recognizing the position of the associated objective lens as the focal position and controlling the moving means to move the objective lens to the focal position.
焦点認識手段は、対物レンズを測定面に最も近接する位置に移動させて位置検出手段で検出する前記対物レンズの位置を前記測定面に最も近接する位置として認識するとともに、前記測定面に最も離隔する位置に移動させて前記位置検出手段で検出する前記対物レンズの位置を前記測定面に最も離間する位置として認識し、前記対物レンズの移動可能範囲が所定の移動範囲か否かのストロークチェックを実施し、
前記ストロークチェックで所定の移動範囲であると認識すると、前記対物レンズを前記測定面に最も離間する位置から前記測定面に最も近接する位置へ移動させつつ、前記位置検出手段にて検出する前記対物レンズの位置と前記位置ズレ検出手段で検出するフォーカスエラー信号とを次々に関連付ける処理を継続し、前記フォーカスエラー信号のゼロクロスに関連付けられた前記対物レンズの位置を前記焦点位置として認識する
ことを特徴としたフォーカシングサーボ装置。The focusing servo device according to claim 1,
The focus recognizing means recognizes the position of the objective lens detected by the position detecting means by moving the objective lens to the position closest to the measurement surface as the position closest to the measurement surface, and is most distant from the measurement surface. The position of the objective lens detected by the position detection means is recognized as the position farthest from the measurement surface, and a stroke check is performed to determine whether or not the movable range of the objective lens is a predetermined movement range. Carried out,
When the stroke check recognizes that it is within a predetermined movement range, the objective lens detected by the position detection means while moving the objective lens from the position farthest from the measurement surface to the position closest to the measurement surface. processing continues to associate one after another and a focus error signal detected by the position and the positional deviation detecting means of the lens, that recognizes the position of the objective lens associated with the zero-crossing of the focus error signal as the focal position Specialized focusing servo device.
測定面が変動した場合に前記対物レンズをフォーカスエラー信号のゼロクロスとなる位置に制御をするPID制御回路部と、
前記焦点認識手段、および前記PID制御回路部を切り換えるスイッチと、を具備した
ことを特徴としたフォーカシングサーボ装置。In the focusing servo device according to claim 1 or 2 ,
A PID control circuit unit for controlling the objective lens to a position where the focus error signal becomes a zero cross when the measurement surface fluctuates;
A focusing servo device comprising: the focus recognition means; and a switch for switching the PID control circuit unit.
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