JPH0663728B2 - 変位検出装置 - Google Patents

変位検出装置

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JPH0663728B2
JPH0663728B2 JP17007386A JP17007386A JPH0663728B2 JP H0663728 B2 JPH0663728 B2 JP H0663728B2 JP 17007386 A JP17007386 A JP 17007386A JP 17007386 A JP17007386 A JP 17007386A JP H0663728 B2 JPH0663728 B2 JP H0663728B2
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JP
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displacement
laser beam
scanning
laser
movable object
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JP17007386A
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恒夫 高橋
昭博 坂田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、振動物体の変位を非接触で検出するもので、
特に、光学的記録再生装置の対物レンズ駆動部分の動特
性を測定する装置に関するものである。
従来の技術 振動物体の変位を非接触で測定する方法としては、光を
用いたもの、導体間のギャップを静電容量として検出す
るもの、うず電流で検出するもの等がある。一般的に光
学的記録再生装置の対物レンズ駆動部分の動特性の測定
にはホトニックセンサがよく利用されている。また、レ
ーザビームの一部を対物レンズの一部で遮り、透過光の
光量変化を検出する方法や、レーザ、ドップラー振動計
を用いた方法等もある。ホトニックセンサは投光及び受
光ファイバからなり、被測定振動物体に投光ファイバか
ら光を照射し、被測定振動物体との間隔の変化により、
受光ファイバから得られる光量が変化することを利用し
て駆動物体の変位を検出するものである。光学的記録再
生装置の対物レンズ駆動部分の動特性の測定は、第5図
に示すようにホトニックセンサ29のプローブ30を駆動部
分31に間隔をあけて設定し、駆動部分31の動きを検出す
る検出された信号はサーボアナライザ28により解析さ
れ、駆動部分31の動特性即ち、周波数振幅特性及び位相
特性が求められる。レーザビームの一部を振動物体で遮
り、透過光の光量変化で振動物体の変位を検出する方法
を第6図に示す。He−Neレーザ光源32から出射されたHe
−Neレーザビーム33の中心に光学的記録再生装置の対物
レンズ部分36がくるように設定し、2分割フォトディテ
クタ34に等しく通過光が入射するように2分割フォトデ
ィテクタ34の位置を調整する。サーボアナライザ39から
所望の周波数及び振幅の正弦波駆動信号を対物レンズ36
を駆動せしめる駆動コイル37に印加する。対物レンズ36
は印加された信号に応じて駆動するため、通過光の光量
が変化し、2分割ディテクタ34に入射する光量も変化す
る。差動増幅器35で各々の光量の差、即ち変位を検出す
る。第7図は変位に対する差動増幅器35の差動出力を示
したものである。第7図に示すように変位に対する差動
出力がリニアである領域、即ち、直線A−Bに一致して
いる部分ではSppの変位はTppの差動出力として得
られる。このようにして得られた変位信号と、駆動コイ
ル37に流れる電流をモニタする駆動電流検出抵抗38の両
端の電圧信号によりサーボアナライザ39で、被測定物の
振幅特性及び位相特性が求められる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記に示す測定方法には、次に示すよう
な問題点がある。
ホトニックセンサを用いる方法についてまず説明する。
第8図はホトニックセンサの投光・受光ファイバと反射
面(被測定面)との距離と出力信号との関係を示したも
のである。図からも明らかなように検出感度のリニアリ
ティーが悪いという問題点がある。図中に示すようにS
及びSの区間のみしかリニアリティーのよい変位検
出はできない。また、SとSは検出感度が異なって
いるといった問題点もある。さらに、反射面の形状や反
射率により検出感度がかわるといった問題点もある。こ
のようなことから、ホトニックセンサを用いる方法では
精度の高い測定はできない。一方、レーザビームを遮断
する方法では、検出可能範囲が狭く、また、検出感度の
リニアリティーが悪いといった問題がある。これは、光
源として用いているHe−Neレーザ光のパワー分布が一様
でないため、また、ビーム径が0.8mm程度しかないため
である。例えば、エキスパンディングプリズム等を用い
て検出方向にビームを拡大すれば、拡大率分だけ検出可
能範囲は広がる。しかしながら、レーザビームのパワー
分布を補正することはできないのでリニアリティーの改
善はのぞめない。
このように、従来の方法では、検出可能範囲が狭く、ま
た、リニアリティーが悪く、精度の高い測定はできない
といった問題点があった。
また、一般的に光学的記録再生装置の対物レンズ駆動部
は、2方向即ち、フォーカシング駆動方向とトラッキン
グ駆動方向に駆動するようになっているが、各々の動特
性評価には、1回毎に被測定駆動部の固定位置を変える
か、或いは照射ビーム位置を変える必要がある。従っ
て、一度に2方向の動特性が同時に測定できれば、測定
時間は半減し、生産工程での検査時間の削減に大きな効
果が期待できるが、従来の方法では、2方向の変位を同
時に計測することはできなかった。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の変位検出装置は
2本のレーザビームを直交するように走査して被測定物
の可動部に照射し、可動部で遮られなかった各々の透過
光を各々光検出器で受光するような構成で、受光した信
号から可動部分の2本のレーザビーム走査方向の変位量
を測定できるようにしたものである。
作 用 本発明は、上記に示した構成により、従来の変位検出装
置にくらべ、2方向の変位を同時に計測でき、かつ、検
出可能範囲の拡大及び精度の向上が図れることとなる。
実施例 以下本発明の一実施例の変位検出装置について図面を参
照しながら説明する。
第1図(a)(b)は、本発明の原理を示す図である。
第1図(a)においてA点にあるレーザ光源1から直交
して走査するビーム即ち、フォーカス方向変位検出用走
査ビーム(Fビーム)5及びトラッキング方向変位検出
用走査ビーム(Tビーム)6を発光させる。焦点距離f
のコリメートレンズ2の焦点位置をA点に合わせると、
レーザ光源1から走査されるビームは平行ビームとな
る。コリメートレンズ2に対してA点とは逆の方向の焦
点位置に被測定光ヘッド4を固定保持する。固定保持さ
れた光ヘッド4によりFビーム5及びTビーム6は一部
遮られるが、透過したビームは焦点距離f′のコンデン
サレンズ3で、f′よりΔf′だけずれた位置に固定さ
れた4分割ディテクタ7に集光される。第1図(b)に
示すように4分割ディテクタ7に対してFビーム5及び
Tビーム6を集光させ、かつ、被測定光ヘッド4の対物
レンズ駆動部分であるアクチュエータ部8及び対物レン
ズホルダ9を図に示すように固定し、対物レンズのフォ
ーカス駆動方向及びトラッキング駆動方向をFビーム5
及びTビーム6の走査方向に合致させる。第2図に示す
ように対物レンズをフォーカシング駆動方向(矢印方
向)に駆動すると4分割ディテクタ7のPD1(10)で受
光するFビーム5の受光時間が変化し、その時間的変化
から変位を求める。この方法によれば、2方向の変位の
同時測定が可能となり、さらに、機械的クロストーク7
も容易に測定できるという利点もある。機械的クロスト
ークとは、一方向に駆動させた場合の他方向への影響度
を示すものである。
レーザ光の走査方法にはポリゴンミラー(回転多面鏡)
やガルバノミラーによる方法があるが、いずれも応答性
の点から高い周波数の特性を測定することはできない。
高い周波数の特性を測定するための走査源としては、音
響光学光偏向器が考えられる。音響光学光偏向器(以下
AO偏向器と称す)は超音波による光の回折現象である音
響光学効果を利用したものであり、数百KHz程度の応答
性がある。第3図はAO偏向器を用いた本発明の一実施例
を示すものである。以下、第3図をもとに詳細な説明を
行なう。He−Neレーザ10から出射されたレーザビーム11
波長板12により偏波面を回転させ、2つの反射
ミラー13,14により光路を変更した後、第1の偏向ビー
ムスプリッタ15に入射させる。ここで、レーザビーム11
のP波成分を通過させ、S波成分を反射させて2つのビ
ームに分離する。P波成分のビームは第1のAO偏向器17
により被測定光ヘッド4に対してトラッキング方向に走
査する(Tビーム6)。一方、S波成分のビームは反射
ミラー16で光路を変え、第2のAO偏向器19により、被測
定光ヘッド4に対してフォーカシング方向に走査する
(Fビーム5)。AO偏向器17,19からの出射ビームのう
ち、一次回折光のみを必要とするので、アパーチャー1
8,20を配置する。第2のAO偏向器19の走査ビームは反射
ミラー21により光路を変え(Fビーム5)、第2の偏光
ビームスプリッタ22で、Tビーム6と合成する。第2の
偏向ビームスプリッタ22からの出射光はコリメートレン
ズ2により平行走査ビームにして被測定光ヘッド4に照
射する。コリメートレンズ2と各AO偏向器17,19の偏向
中心との間隔はコリメートレンズ2の焦点距離に合わせ
てある。被測定光ヘッドで遮断されなかったレーザビー
ムはコンデンサレンズ3で集光し、4分割ディテクタ7
で受光する。4分割ディテクタ7により得られた検出信
号23から変位信号を求める方法を第4図を用いて説明す
る。第4図(b)に示すような4分割ディテクタ、2本
のレーザビーム及びアクチュエータの位置関係におい
て、ディテクタ(PD1)10で受光する光量変化から変位
を検出する場合を考える。点から点まで、アクチュ
エータ8のフォーカシング駆動方向に走査されるFビー
ム5のうち、ディテクタ(PD1)10で受光されるのは、
一周期のうち、からまでの区間のみである。ディテ
クタ(PD1)10から得られる検出信号を2値化するとビ
ーム掃引信号24に対して25に示すパルス幅に変換された
信号が得られる。対物レンズがフォーカシング方向に駆
動されるとからまでの区間が変化し、ディテクタ
(PD1)10の受光時間も変化する。即ち、2値化された
検出信号において、パルス幅が変化したことになり、こ
のパルス幅変化が変位に相当する。言い換えれば、変位
をPWM信号として得られるわけである。このPWM信号を一
般的なアナログ信号に置換するには、いろいろな方法が
考えられるが、ここではサンプル・ホールドによる方法
を説明する。検出信号25の立上り信号でサンプリング信
号26を生成し、ビーム掃引信号24を27に示すようにサン
プルホールドする。このサンプルホールド信号27を低域
フィルタに通せば、アナログに変換された変位信号が得
られる。以上のように従来方法とは異なり本発明では、
変位をPWM信号として得ることになる。
ここでは、4分割ディテクタを用いて説明したが、本例
にとらわれることはない。例えば、最低2個の光検出器
があれば2方向の変位検出は可能である。また、4分割
ディテクタに集光させるためにコンデンサレンズを用い
たが走査幅よりも大きく、かつ応答性の良い光検出器が
あれば、コンデンサレンズは不用である。さらに、走査
幅によってはコリメートレンズも不用である。被測定物
として光ヘッドを説明に用いたが、これにとらわれるこ
とはない。本例では走査源としてAO偏向器を用いたが、
高い周波数特性が必要でない場合には、ポリゴンミラー
やガルバノミラーでもさしつかえない。
尚、一本の走査ビームで、複数個所の変位検出も可能で
あり、走査方向に複数個の光検出器を備えれば良い。従
来の方法にくらべ、本方法は変位検出信号をPWM信号で
得ており、光ビームの分布が一様でなくとも比較的精度
高く検出できるという利点がある。さらに、走査幅を所
望の幅に設定することにより、幅広い検出可能範囲が得
られ、従来の問題点も解決できた。
発明の効果 以上のように本発明は、2つのレーザビームを直交する
方向に走査し、そのビームを2方向に振動する可動物体
の可動部分に照射し、透過した光を2つ以上の光検出器
で検出することにより、可動部分の2方向の変位を同時
に測定できるものである。従来、一方向の変位のみしか
測定できなかったものが、本発明による方法により、同
時に2方向の変位測定が可能となり、計測時間が半減で
きた。さらに、従来方法にくらべ、検出可能範囲の拡
大、及び、精度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の変位検出装置の動作原理を示
すための斜視図及び平面図、第2図は同原理を補足説明
するための平面図、第3図は本実施例による装置の構成
を示す構成図、第4図は本発明による変位検出の信号処
理方法を示すための波形図及び平面図、第5図は従来の
ホトニックセンサを用いた方法を示す構成図、第6図は
従来のレーザビームの遮断による方法を示す構成図、第
7図は第6図における変位に対する出力特性図、第8図
はホトニックセンサの変位に対する出力特性図である。 1……レーザ光源、2……コリメートレンズ、 3……コンデンサレンズ、4……被測定光ヘッド、 7……4分割ディテクタ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1のレーザビームを所望の周期で所望幅
    間を走査し、前記走査方向と直交する方向に第2のレー
    ザビームを所望の周期で所望幅間を走査し、かつ所望の
    周波数で少なくとも一方向に振動する可動物体の可動部
    分に第1と第2の直交走査するレーザビームを照射し、
    可動物体及び可動部分により前記2つのビームの一走査
    周期において遮断されず通過した時間、若しくは遮断さ
    れた時間を少なくとも2つの光検出器により検出するこ
    とを特徴とする変位検出装置。
  2. 【請求項2】第1及び第2のレーザビームを直交する方
    向に走査し、かつ、前記第1及び第2のレーザビームは
    可動部分に対して常に平行光として照射するよう構成し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の変
    位検出装置。
  3. 【請求項3】可動物体と光検出器との間に所望の焦点距
    離を有する集光レンズを挿入したことを特徴とする特許
    請求の範囲第(1)項記載の変位検出装置。
  4. 【請求項4】可動物体の可動部分は光学的記録再生装置
    の対物レンズ駆動装置の対物レンズ部分であり、かつ前
    記対物レンズのフォーカシング駆動方向及びトラッキン
    グ駆動方向を第1と第2のレーザビームの走査方向に合
    致させたことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
    載の変位検出装置。
  5. 【請求項5】レーザビームの走査源として音響光学偏向
    素子を用いることを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載の変位検出装置。
  6. 【請求項6】主レーザビームを第1のビームスプリッタ
    を用いて第1のレーザビームと第2のレーザビームに分
    割し、各々のビームを第1と第2の音響光学偏向素子に
    より偏向走査し、さらに第2のビームスプリッタによ
    り、前記第1及び第2のレーザビームを合成し、可動物
    体に照射することを特徴とする特許請求の範囲第(1)
    項記載の変位検出装置。
JP17007386A 1986-07-18 1986-07-18 変位検出装置 Expired - Lifetime JPH0663728B2 (ja)

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