JP3802374B2

JP3802374B2 - Focusing servo device

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Publication number: JP3802374B2
Application number: JP2001175751A
Authority: JP
Inventors: 正信片岡; 紀一郎根本
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2002367194A

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 claim 1 Or

Claim

2 In the focusing servo device described in 1), when the measurement surface changes, the PID control circuit unit that controls the objective lens to a position where the focus error signal becomes a zero cross, the focus recognition unit, and the PID control circuit unit are switched. And a switch.
[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, reference numeral 1 denotes an optical displacement meter. This optical displacement meter 1 is, for example, a follow-up control of a pickup of an optical disk driver or a measurement head of a surface roughness meter, and has a housing (not shown). A semiconductor laser 2 as a light source is disposed in the housing. A pinhole type optical system mechanism 4 having an objective lens 3 is provided in the housing.
[0015]
The optical system mechanism unit 4 is provided with a polarizing beam splitter 5 disposed in the housing. The polarization beam splitter 5 reflects a light beam, which is a laser beam emitted from the semiconductor laser 2, toward the objective lens 3.
[0016]
Further, the optical system mechanism unit 4 is provided with a collimator lens (not shown) disposed between the polarizing beam splitter 5 and the objective lens 3 and disposed in the housing. This collimator lens makes the light beam from the polarization beam splitter 5 into parallel rays. The polarization beam splitter 5 is provided with a quarter wavelength plate on the surface facing the collimator lens. This quarter-wave plate prevents the reflected light reflected from the measurement surface from returning to the semiconductor laser 2 and increases the efficiency compared with the case where a half mirror is used in combination with the polarization beam splitter 5. .
[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 polarizing beam splitter 5 from the objective lens 3 and disposed in the housing. The imaging lens 7 forms an image of the reflected light that has passed through the polarization beam splitter 5.
[0018]
The optical system mechanism unit 4 is configured to irradiate the measurement surface 8 with a light beam that is laser light emitted from the semiconductor laser 2 and receive the reflected light reflected from the measurement surface 8 with the objective lens 3. It is taken.
[0019]
In addition, the housing is provided with a drive mechanism unit 11 that moves the objective lens 3 of the optical system mechanism unit 4 close to and away from the measurement surface 8. The drive mechanism 11 has a holder (not shown) that is movably disposed in the housing. This holder holds the objective lens 3 so as to be movable along the optical axis of the objective lens 3, that is, the vertical direction. The drive mechanism unit 11 has an actuator 12 as a moving means for moving the holder.
[0020]
The actuator 12 is provided with a displacement detection mechanism section 14. The displacement detection mechanism unit 14 includes a linear encoder 15 such as a hologram scale. The linear encoder 15 includes a scale 16 that is moved as the holder is moved by driving the actuator 12, and a detector 17 that is fixed to the housing and reads the scale 16. And the linear encoder 15 detects the scale of the scale 16 with a pair of detector 17, for example, and outputs a two-phase square-wave signal with a detection.
[0021]
Further, a pair of a first light receiving element 21 and a second light receiving element 22 which are disposed to face each other with the optical axis of the objective lens 3 as a central axis are disposed in the housing. The first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 are configured by a photodiode or the like, and detect the amount of reflected light transmitted from the optical system mechanism unit 4. The first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 are disposed at the focal position of the imaging lens 7.
[0022]
The drive mechanism unit 11 and the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 recognize the amount of light received by the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 and drive mechanism unit. 11 is connected to the control means 25 for controlling the driving of the motor 11.
[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 light receiving element 21 and the second light receiving element 22, respectively. Then, the difference calculation means 28 converts the output currents of the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 into a voltage, and calculates the difference between the converted voltage values. The sum calculating means 29 converts the output currents of the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 into a voltage, and calculates the sum of the converted voltage values.
[0024]
The signal generating means 27 is provided with a dividing means 30 connected to a difference calculating means 28 and a sum calculating means 29. The dividing means 30 divides the output voltage of the difference calculating means 28 by the output voltage of the sum calculating means 29 and outputs a focus error signal S.
[0025]
The focus error signal S is 0 when the measurement surface 8 coincides with the focal position of the objective lens 3, and takes a positive value when the measurement surface 8 is close to the focal position of the objective lens 3. On the other hand, when the measurement surface 8 is far from the focal position of the objective lens 3, it takes a negative value. Thus, the focus error signal S has a substantially S-curve shape.
[0026]
Further, the control means 25 includes a focus recognition means 35, a PID control circuit section 36, a switch 37 for switching between the focus recognition means 35 and the PID control circuit section 36, and a movement control means for controlling the driving of the actuator 12. An actuator driver 38 is provided.
[0027]
The focus recognizing means 35 is connected to the dividing means 30 of the signal generating means 27 and has a CPU (Central Processing Unit) 41. A data bus 42 is connected to the CPU 41. Further, an A / D (analog / digital) conversion means 43, a counter IC (Integrated Circuit) 44 and a D / A (digital / analog) conversion means 45 are connected to the data bus 42.
[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 actuator driver 38 that controls the driving of the actuator 12. The counter IC 44 is connected to the detector 17 of the linear encoder 15 of the displacement detection mechanism unit 14. The counter IC 44 recognizes and counts the two-phase square wave signal output from the detector 17. The counter IC 44 and the linear encoder 15 constitute a position detection means 46.
[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 detection mechanism section 14 by the counter IC 44 as shown in FIGS. The focus recognizing unit 35 also includes the magnitude of the focus error signal S from the signal generating unit 27, the positional relationship between the focus error signal S and the recognized objective lens 3, and the zero cross point position at which the focus error signal S becomes zero. Recognize
[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 CPU 41 operates the pair of P1 operation unit 50 and P2 operation unit 51 that generate a signal proportional to the control deviation by the software. The CPU 41 operates as an I operation unit 52 that generates a signal proportional to the integral value of the control deviation by the software and a D operation unit 53 that generates a signal proportional to the differential value. The P1 operation unit 50, the I operation unit 52, and the D operation unit 53 are processed in parallel. Further, the adding means 54 that combines the three operations of the P1 operation unit 50, the I operation unit 52, and the D operation unit 53 is operated. After the combination by the adding means 54, the P2 operation unit 51 is operated. Further, after the operation of the P2 operation unit 51, the operation of the P1 operation unit 50, the I operation unit 52 and the D operation unit 53, that is, a signal generated in proportion to the control deviation is generated as a feedback signal. This feedback signal is generated by Equation 1 shown below.
[0032]
[Formula 1]

[0033]
Further, the CPU 41 controls the phase compensation control shown in FIG. 5 based on the following equation.
[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 CPU 41 of the focus recognition means 35 performs PID control and phase compensation control, controls the actuator driver so as to move the objective lens 3 to the zero cross point position which is the focus position, drives the actuator 12, Focusing or focusing.
[0036]
A PID control circuit unit 36 is connected to the dividing unit 30 of the signal generating unit 27. The PID control circuit unit 36, for example, when the measurement surface 8 which is the surface of the workpiece to be moved becomes out of focus due to fluctuation due to the movement of the workpiece, the zero cross point position which is the focal position of the objective lens 3 by PID control. The actuator driver is controlled so as to move the actuator 12 and the actuator 12 is driven. That is, the control unit 25 switches the switch 37 from the focus recognition unit 35 side to the PID control circuit unit 36 side after the focusing is completed by the focus recognition unit 35, and performs PID control on the measurement surface 8 which is the workpiece surface by the movement of the workpiece. By focusing with the circuit unit 36, the roughness of the surface of the workpiece is measured. Since the focus error signal does not change greatly after the focusing is completed, the follow-up process is performed so that the focus position is obtained by the PID control by the PID control circuit 36.
[0037]
The semiconductor servo 2, the optical system mechanism 4, the first light receiving element 21, the second light receiving element 22, the drive mechanism 11, and the control means 25 constitute a focusing servo device 55.
[0038]
Next, the operation of the focusing servo device 55 according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
[0039]
First, the switch 37 of the control means 25 is closed to the focus recognition means 35 side. Then, the operation of recognizing the zero cross point position of the focus error signal S which is the focus position which is the software servo search shown in FIG. 6 is performed.
[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 focus recognition unit 35 is the control number 0 that has not been processed yet, the objective lens 3 is moved downward, that is, in order to check the stroke that is the movement range of the objective lens 3. Phase 0 control, which is control to move the measurement surface 8 in a direction approaching the measurement surface 8, is performed (step 2).
[0041]
Then, after controlling phase 0 in step 2, the process returns to step 1.
[0042]
On the other hand, if it is determined in step 1 that the focus recognition means 35 is not at control number 0, it is determined whether or not the processing state at the focus recognition means 35 is control number 1 indicating that phase 0 processing has been performed previously. (Step 3). When it is determined that the processing state in the focus recognition unit 35 is control number 1, the objective lens 3 is moved upward, that is, away from the measurement surface 8 in order to check the stroke that is the movement range of the objective lens 3. The control of phase 1 which is the control to move in the direction to be performed is performed (step 4).
[0043]
Then, after controlling the phase 1 in step 4, the process returns to step 1.
[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 focus recognizing means 35 is the control number 2 indicating that the phase 1 processing has been performed previously (step 5). Then, when it is determined that the processing state in the focus recognizing means 35 is the control number 2, the objective lens 3 is moved to recognize the focus error signal S and the position of the objective lens 3 in association with each other. Phase 2 is controlled (step 6), and the process returns to step 1.
[0045]
Further, when it is determined that the control number is not 2 in step 5, it is determined whether or not the processing state in the focus recognizing means 35 is the control number 3 indicating that the phase 2 processing has been performed previously (step 7). Then, when it is determined that the processing state in the focus recognition unit 35 is the control number 3, the control of the phase 3 that is the control for moving the objective lens 3 to the focus position that becomes the zero cross point of the focus error signal S is performed. (Step 8).
[0046]
After the phase 3 control in step 8, the software servo search control that is the focusing control is terminated.
[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 focus recognition unit 35 of the control unit 25, first, phase 0 is performed. In phase 0, as shown in FIG. 7, the objective lens 3 is controlled to move downward (step 11). The control of moving the objective lens 3 downward is performed by controlling the actuator 12 by performing PID calculation and phase advance correction shown in FIGS. 2 to 5 of the focus recognition means 35 for controlling the actuator 12, and controlling the objective lens 3. Is moved downward.
[0049]
During the downward movement of the objective lens 3, the counter IC 44 recognizes the position of the objective lens 3 that moves downward and confirms the lower end. Then, after the objective lens 3 is moved to the lower end in step 11 and the lower end position is recognized by the counter IC 44, the control number 1 indicating that the phase 0 has already been finished is set (step 12), and the control of the phase 0 is finished. To do.
[0050]
In phase 1 control, since the objective lens 3 is already controlled to move to the lower end in phase 0, the objective lens 3 is controlled to move upward as shown in FIG. 8 (step 13). ). In the control of moving the objective lens 3 upward, like the phase 0, the actuator 12 is driven by performing the PID calculation and the phase advance correction shown in FIGS. 2 to 5 of the focus recognition means 35 for controlling the actuator 12. And the objective lens 3 is moved upward.
[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 counter IC 44, the control number 2 indicating that the phase 1 has already been completed is set (step 14), and the control of the phase 1 is performed. Exit.
[0052]
Thus, in phase 0 and phase 1, the objective lens 3 is once moved to the lower end and then moved to the upper end, and the position is recognized by the counter IC 44 along with this movement, so the objective lens 3 is moved. The lower and upper ends of the range are recognized. By recognizing the upper end position and the lower end position, a stroke check is performed as to whether the moving range of the objective lens 3 is a predetermined range, for example, a designed moving range of 1 mm. If a predetermined stroke check cannot be performed in phase 0 and phase 1, phase 0 and phase 1 are repeated a predetermined number of times. If a predetermined movement range cannot be recognized, a component such as actuator 12 is used. Is judged to be damaged, and an error message is displayed or pronounced to notify the abnormality.
[0053]
Further, in the control of phase 2, the stroke check is completed after recognizing the lower end and upper end positions of the range in which the objective lens 3 is moved in phase 0 and phase 1. In this state, as shown in FIG. 9, control is performed to move the objective lens 3 downward again (step 15). When the counter IC 44 recognizes the position of the objective lens 3 when moving downward, for example, at 200 μm / second, the focus error signal S output from the signal generating means 27 is read to determine the position of the objective lens 3. And the focus error signal S are associated with each other. Even when the objective lens 3 is moved, as described above, the actuator 12 is driven by PID control and phase compensation control to move the objective lens 3.
[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 optical displacement meter 1, the voltage value of the focus error signal S output from the signal generating means 27 by the light received by the first light receiving element 21 and the second light receiving element 22 is a predetermined value. For example, a predetermined S-curve having an upper limit of +1.0 V and a lower limit of −1.0 V is obtained. Since the objective lens is moved downward from the upper end, the voltage value of the focus error signal S to be recognized changes from a negative value to a zero cross and a positive value as described above. Thus, in order to recognize the zero cross, it is determined whether or not a predetermined level, that is, a negative voltage having a predetermined magnitude as a predetermined threshold, is recognized instead of noise. Note that the prescribed level serving as the threshold is stored in advance in the focus recognition means 35.
[0055]
If the specified level is recognized by the downward movement of the objective lens 3 in step 16, it is determined that the focus error signal S is recognized, and the objective lens 3 is moved for reading the focus error signal S. To continue. That is, the control for associating the focus error signal S with the position of the objective lens 3 by the counter IC 44 is continued. If the specified level cannot be recognized during the downward movement of the objective lens 3 in step 16 and the objective lens 3 has been moved to the lower end, it is determined, for example, that there is an influence of noise, etc. Phase 1 control is performed. That is, the objective lens 3 is once moved to the upper end in the phase 1, and the specified level is recognized again in the phase 2.
[0056]
When the specified level is recognized in step 16, it is determined whether or not a MIN level, that is, a positive voltage having a predetermined magnitude as a predetermined threshold is recognized instead of noise (step 17). . That is, since the negative voltage value of the focus error signal S has already been recognized in step 16, the zero cross corresponding to the focal position is positioned by recognizing the positive voltage value. For this reason, after recognizing the prescribed level in step 16, the focus error signal S is read and correlated with the position of the objective lens 3, and the MIN level is recognized in step 17.
[0057]
When the MIN level of the focus error signal S is recognized in step 17, the focus error signal S is read and associated with the position of the objective lens 3. Associated with the lens position. This stops the control of moving the objective lens 3 downward, sets the control number 3 indicating that the phase 2 has already been completed (step 18), and ends the control of the phase 2. That is, the control for associating the focus error signal S for recognizing the focal position with the position of the objective lens 3 is terminated.
[0058]
If the MIN level of the focus error signal S cannot be recognized in step 17 and the objective lens 3 reaches the lower end, it is determined that the influence of noise or the like is present, for example, and phase 1 control in step 4 is performed. That is, in phase 1, the objective lens 3 is once moved to the upper end, and in phase 2 again, the control for associating the focus error signal S with the position of the objective lens 3 by the counter IC 44 is performed. If Phase 2 is repeated to some extent, it is determined that the structural members such as the actuator 12, the first light receiving element 21, and the second light receiving element 22 are damaged, and an error message or the like is displayed or pronounced. Then, the abnormality is notified. Note that the present invention is not limited to the case where the control returns to the control of phase 1 in step 4. For example, the objective lens 3 is moved to the position of the specified level already recognized in step 16, and the control for recognizing the MIN level is repeated while associating the focus error signal S with the position of the objective lens 3. Etc.
[0059]
In the control of phase 3, since the focus position is already recognized in phase 2 because the zero cross of the focus error signal S is associated with the position of the objective lens 3, it moves to the focus position that has already passed, that is, upwards. Control to move is performed (step 21). Also in the case of this upward movement, as described above, the actuator driver 38 is controlled to drive the actuator 12 while performing PID control and phase compensation control, and the objective lens 3 is moved upward.
[0060]
Then, the actuator driver 38 is driven by controlling the actuator driver 38 while performing the PID control and phase compensation control, and the zero cross of the focus error signal S is recognized while moving the objective lens 3 upward. Here, when the objective lens 3 has moved to the upper end without recognizing the zero cross, for example, an error message is displayed or pronounced and the focusing control is terminated.
[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 switch 37 is switched to the PID control circuit unit 36 to perform focusing with the surface of the moving workpiece while performing PID control. Follow-up control. Further, the counter IC 44 recognizes the focal position and measures the surface roughness of the workpiece.
[0064]
As described above, the above-described embodiment has the following effects.
[0065]
(1) The pair of first light receiving element 21 and second light receiving element 22 reflects from the measurement surface 8 and is received from the focal position by the focus recognition unit 35 based on the amount of reflected light. The focus position is recognized by the focus error signal S indicating the displacement of the position of the objective lens 3 and the position of the objective lens 3 detected by the position detection means 46, and the objective lens 3 is moved to the recognized focus position. For this reason, after the focus error signal S is detected and the focal position is recognized, the position of the objective lens 3 is recognized, and after the focal position is recognized, the objective lens 3 may be moved to the focal position. As in the prior art, the objective lens 3 is gradually moved while reading the focus error signal S to recognize the position where the focus error signal S is zero-crossed, thereby determining the focal position and stopping the objective lens 3 at that position. Compared with the case of making it, the objective lens 3 can be easily moved to the focal position in a short time, and work efficiency can be improved. Furthermore, only the counter IC 44 of the position detection means 46 used for tracking the focal position is used in the PID control circuit unit 36, and there is no need to provide a special configuration separately. Can move to.
[0066]
(2) The focus recognizing means 35 moves the objective lens 3 to the position closest to the measurement surface and the position farthest away from the measurement surface to grasp the movable range of the objective lens 3, and within the movable range of the objective lens 3. While detecting the position of the objective lens 3, the signal generating means 27 detects the focus error signal S to recognize the focal position. For this reason, it is possible to easily recognize an accurate focal position.
[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 phase 2, the focus error signal S is moved downward from the uppermost distance away from the measurement surface 8 and the counter is read. While associating with the position of the objective lens 3 by the IC 44, first, a predetermined negative value voltage which is a specified level of the focus error signal S is recognized, and then a predetermined positive value voltage is recognized. Thus, the zero cross of the focus error signal S is associated with the position of the objective lens 3, and the focal position can be easily recognized.
[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 light receiving element 21 and the second light receiving element 22 are received by the pinhole method and the focus error signal S is recognized by the signal generating unit 27. The focus error signal S can be recognized by the method. That is, in the knife edge method, the focus error signal S is 0 when the measurement surface 8 coincides with the focal position of the objective lens 3 and is positive when the measurement surface 8 is close to the focal position of the objective lens 3. Takes the value of On the other hand, when the measurement surface 8 is far from the focal position of the objective lens 3, a negative value is obtained. However, when the measurement surface 8 is further away from the focal position of the objective lens 3, the positive / negative is reversed. Takes a positive value. At further distance, the positive value becomes a small value approaching zero. Therefore, the focus error signal S has two areas where the positive value is taken and one area where the negative value is taken. Further, when the focal position is the shortest, the positive value becomes a small value that approaches 0 again. It should be noted that the region that takes a positive value when close to the focal position has a larger maximum value than the region that takes a positive value when far from the focal position. In this way, it is possible to recognize the focal position which is the position of the zero cross by associating with the position of the objective lens 3 corresponding to the characteristic of the focus error signal S.
[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 difference calculation unit 28, the sum calculation unit 29, and the division unit 30 has been described, but the focus error signal S can be obtained by any configuration.
[0075]
Further, although the focus error signal S is obtained from the outputs from the pair of first light receiving elements 21 and the second light receiving elements 22, the focus error signal S is not limited to a pair and may be three or more.
[0076]
The moving means is not limited to the actuator 12 and may be any configuration that can move the objective lens 3 along the optical axis.
[0077]
Further, as a method of detecting the position of the moving objective lens 3, the two-phase square wave signal from the linear encoder 15 is counted by the counter IC 44 to detect the position of the objective lens 3, but any other method has been described. But you can.
[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 switch 37 may be configured to be mechanically switched in addition to electronic switching by an electrical component such as a transistor.
[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 measurement surface 8 has been described. For example, it is possible to cope with reverse control in which the MIN level and the specified level are sequentially recognized by moving in a direction away from the closest position.
[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

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.

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.

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.