JP2935548B2 - 自動焦点制御装置 - Google Patents
自動焦点制御装置Info
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- JP2935548B2 JP2935548B2 JP20747590A JP20747590A JP2935548B2 JP 2935548 B2 JP2935548 B2 JP 2935548B2 JP 20747590 A JP20747590 A JP 20747590A JP 20747590 A JP20747590 A JP 20747590A JP 2935548 B2 JP2935548 B2 JP 2935548B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はレーザを用いた光ディスク装置や光学測定装
置などにおいてレーザ光の焦光位置が対象物の面上に合
うように対物レンズを追従させる自動焦点制御装置に関
するものである。
置などにおいてレーザ光の焦光位置が対象物の面上に合
うように対物レンズを追従させる自動焦点制御装置に関
するものである。
従来の技術 光ディスク装置や光学測定装置における従来の自動焦
点制御装置として、対物レンズによって集光されたレー
ザ光の焦光位置を対象物の面に合致させるため、前記対
物レンズのフォーカス位置に対する誤差量に基いてフォ
ーカス誤差信号を発生させ、この誤差信号がゼロとなる
ようにフォーカスサーボをかけるものが知られている。
点制御装置として、対物レンズによって集光されたレー
ザ光の焦光位置を対象物の面に合致させるため、前記対
物レンズのフォーカス位置に対する誤差量に基いてフォ
ーカス誤差信号を発生させ、この誤差信号がゼロとなる
ようにフォーカスサーボをかけるものが知られている。
フォーカス誤差信号は、第８図に示すように、対象物
ａの面ｂで反射したレーザ光を焦点誤差検出用の２つの
PINフォトダイオードｃに導き、その光量に応じて流れ
る電流を電流電圧変換回路ｄによって夫々電圧に変換し
た後、フォーカス誤差信号発生部ｅにより差動増幅して
得られるが、このフォーカス誤差信号は対物レンズｆと
対象物ａとの間の距離の変化に応じて、第６図に示すよ
うに、Ｓ字曲線状に変化する。このＳ字曲線の真中のVe
＝０の点がフォーカス位置であり、フォーカス誤差信号
がピークとなる二位置の間がフォーカス引込み範囲であ
る。従って対物レンズｆの位置がフォーカス引込み範囲
にあるとき、フォーカス誤差信号がゼロとなるようすな
わち対物レンズがフォーカス位置にくるようフォーカス
サーボがかけられる。
ａの面ｂで反射したレーザ光を焦点誤差検出用の２つの
PINフォトダイオードｃに導き、その光量に応じて流れ
る電流を電流電圧変換回路ｄによって夫々電圧に変換し
た後、フォーカス誤差信号発生部ｅにより差動増幅して
得られるが、このフォーカス誤差信号は対物レンズｆと
対象物ａとの間の距離の変化に応じて、第６図に示すよ
うに、Ｓ字曲線状に変化する。このＳ字曲線の真中のVe
＝０の点がフォーカス位置であり、フォーカス誤差信号
がピークとなる二位置の間がフォーカス引込み範囲であ
る。従って対物レンズｆの位置がフォーカス引込み範囲
にあるとき、フォーカス誤差信号がゼロとなるようすな
わち対物レンズがフォーカス位置にくるようフォーカス
サーボがかけられる。
フォーカス引込み範囲（約10μｍ）は対物レンズｆの
可動範囲（約20mm）に比べて非常に狭いため、フォーカ
スサーボをかける前にフォーカス引込み範囲を捜す必要
がある。従って従来の自動焦点制御装置では、最初にス
イッチSW2、SW3を実線で示す位置にセットしてボリュー
ムｇにより手動操作で対物レンズｆのＺ方向の位置をフ
ォーカス引込み範囲の近傍位置に設定した後、スイッチ
SW1により発振器ｈを接続しその波形信号の振幅に応じ
て対物レンズｆを一定の範囲で上下動させ、フォーカス
誤差信号を検出することによりフォーカス引込み範囲に
入ったことが確認されたらスイッチSW2を仮想線の位置
に切替えてフォーカスサーボをかけるように構成されて
おり、フォーカスサーボがかかった状態で光学系全体を
Ｘ−Ｙ方向に移動させると、レーザ光の焦光位置が対象
物ａの面ｂ上に合うように対物レンズｆがＺ軸方向に追
従する。
可動範囲（約20mm）に比べて非常に狭いため、フォーカ
スサーボをかける前にフォーカス引込み範囲を捜す必要
がある。従って従来の自動焦点制御装置では、最初にス
イッチSW2、SW3を実線で示す位置にセットしてボリュー
ムｇにより手動操作で対物レンズｆのＺ方向の位置をフ
ォーカス引込み範囲の近傍位置に設定した後、スイッチ
SW1により発振器ｈを接続しその波形信号の振幅に応じ
て対物レンズｆを一定の範囲で上下動させ、フォーカス
誤差信号を検出することによりフォーカス引込み範囲に
入ったことが確認されたらスイッチSW2を仮想線の位置
に切替えてフォーカスサーボをかけるように構成されて
おり、フォーカスサーボがかかった状態で光学系全体を
Ｘ−Ｙ方向に移動させると、レーザ光の焦光位置が対象
物ａの面ｂ上に合うように対物レンズｆがＺ軸方向に追
従する。
もしフォーカスサーボがかかった状態で対象物ａの面
ｂにフォーカス引込み範囲を越えるような段差があった
場合は対物レンズｆがフォーカス引込み範囲から外れて
しまうが、この場合はサンプル・ホールド回路ｉをサン
プル状態からホールド状態に切替え、更にスイッチSW3
を仮想線の位置に切替えた後、スイッチSW2を実線の位
置に切替えることより、先ず対物レンズｆのＺ方向の位
置をフォーカス引込み範囲から外れる前のフォーカス位
置に保持し、続いてスイッチSW1により発振器ｈを接続
し対物レンズｆを一定の範囲で上下動させて再びフォー
カス引込み範囲を捜し、フォーカス位置に復帰させるよ
うに構成されている。
ｂにフォーカス引込み範囲を越えるような段差があった
場合は対物レンズｆがフォーカス引込み範囲から外れて
しまうが、この場合はサンプル・ホールド回路ｉをサン
プル状態からホールド状態に切替え、更にスイッチSW3
を仮想線の位置に切替えた後、スイッチSW2を実線の位
置に切替えることより、先ず対物レンズｆのＺ方向の位
置をフォーカス引込み範囲から外れる前のフォーカス位
置に保持し、続いてスイッチSW1により発振器ｈを接続
し対物レンズｆを一定の範囲で上下動させて再びフォー
カス引込み範囲を捜し、フォーカス位置に復帰させるよ
うに構成されている。
発明が解決しようとする課題 しかし上記従来例では、対物レンズが一定の振幅に応
じて上下動するため、フォーカス引込み範囲を捜す作業
の自動化を図るために例えばボリュームによって対物レ
ンズのＺ方向の位置を対物レンズの可動範囲の最上位置
に設定した状態で発振器を接続すると、PINフォトダイ
オードの故障や断線などの異常があってフォーカス引込
み範囲が見つからない場合、下動時の対物レンズが対象
物に衝突するおそれがある。
じて上下動するため、フォーカス引込み範囲を捜す作業
の自動化を図るために例えばボリュームによって対物レ
ンズのＺ方向の位置を対物レンズの可動範囲の最上位置
に設定した状態で発振器を接続すると、PINフォトダイ
オードの故障や断線などの異常があってフォーカス引込
み範囲が見つからない場合、下動時の対物レンズが対象
物に衝突するおそれがある。
又フォーカスサーボがかかっても、対象物の面にフォ
ーカス引込み範囲を越えるような段差があって対物サン
ズが対象物に接近し過ぎた場合、一定の振幅に応じて対
物レンズを上下動させると、フォーカス引込み範囲が見
つかるまでの間にやはり対物レンズが対象物に衝突する
危険性がある。
ーカス引込み範囲を越えるような段差があって対物サン
ズが対象物に接近し過ぎた場合、一定の振幅に応じて対
物レンズを上下動させると、フォーカス引込み範囲が見
つかるまでの間にやはり対物レンズが対象物に衝突する
危険性がある。
本発明は上記問題点に鑑み、フォーカス引込み範囲が
見つからない場合や、対象物の面にフォーカス引込み範
囲を越える段差がある場合でも、対物レンズが対象物に
衝突するのを回避することができ、フォーカス引込み範
囲を捜す作業の自動化を図ることができる自動焦点制御
装置を提供することを目的とする。
見つからない場合や、対象物の面にフォーカス引込み範
囲を越える段差がある場合でも、対物レンズが対象物に
衝突するのを回避することができ、フォーカス引込み範
囲を捜す作業の自動化を図ることができる自動焦点制御
装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、対物レンズによっ
て対象物の面に集光されたレーザ光の反射光を検出する
光検出手段と、この光検出手段からの出力に応じてフォ
ーカス誤差信号を発生するフォーカス誤差信号発生手段
と、波形信号を発振しその振幅により対物レンズの可動
範囲を設定する発振手段とを備え、前記対物レンズをフ
ォーカス位置に引込んでレーザ光の焦光位置が対象物の
面上に位置するように構成された自動焦点制御装置にお
いて、対象物の高さを検出する高さ検出手段を設け、こ
の高さ検出手段の出力に応じて前記波形信号の振幅を制
御するように構成したことを特徴とする。
て対象物の面に集光されたレーザ光の反射光を検出する
光検出手段と、この光検出手段からの出力に応じてフォ
ーカス誤差信号を発生するフォーカス誤差信号発生手段
と、波形信号を発振しその振幅により対物レンズの可動
範囲を設定する発振手段とを備え、前記対物レンズをフ
ォーカス位置に引込んでレーザ光の焦光位置が対象物の
面上に位置するように構成された自動焦点制御装置にお
いて、対象物の高さを検出する高さ検出手段を設け、こ
の高さ検出手段の出力に応じて前記波形信号の振幅を制
御するように構成したことを特徴とする。
作用 上記構成によれば、対物レンズの可動範囲を設定する
発振手段の波形信号の振幅を、対象物の高さに応じて制
御するように構成したことにより、前記可動範囲の下限
を対物レンズが対象物に衝突しない位置に設定すること
ができるので、対物レンズを対象物に衝突しない範囲で
上下動させることができる。
発振手段の波形信号の振幅を、対象物の高さに応じて制
御するように構成したことにより、前記可動範囲の下限
を対物レンズが対象物に衝突しない位置に設定すること
ができるので、対物レンズを対象物に衝突しない範囲で
上下動させることができる。
従って、フォーカス引込み範囲が見つからない場合
や、フォーカス引込み範囲が見つかってフォーカスサー
ボがかかった状態でもフォーカス位置が前記フォーカス
引込み範囲から外れた場合でも、対物レンズが対象物に
衝突するという事態を回避することができる。
や、フォーカス引込み範囲が見つかってフォーカスサー
ボがかかった状態でもフォーカス位置が前記フォーカス
引込み範囲から外れた場合でも、対物レンズが対象物に
衝突するという事態を回避することができる。
実施例 第１図ないし第７図は、本発明を光学測定装置に適用
した実施例を示している。
した実施例を示している。
本装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標位置を光ヘテロダイン法に
基いて測定するものであり、半導体レーザ光（λ＝780n
m）Ｇを対象物１の被測定面（面）２に集光し、その反
射光に基いてフォーカスサーボをかけると共に、測定用
He−Neゼーマンレーザ光（λ＝633nm）Ｆを被測定面２
に垂直に照射し、その反射光に基いて傾き補正サーボを
かけながら被測定面２の形状測定を行うものである。
基いて測定するものであり、半導体レーザ光（λ＝780n
m）Ｇを対象物１の被測定面（面）２に集光し、その反
射光に基いてフォーカスサーボをかけると共に、測定用
He−Neゼーマンレーザ光（λ＝633nm）Ｆを被測定面２
に垂直に照射し、その反射光に基いて傾き補正サーボを
かけながら被測定面２の形状測定を行うものである。
第２図に示す同装置の全体構成において、３は本体ベ
ースとしての下部石定盤、４はこの下部石定盤３との間
に配されたＸテーブル５及びＹテーブル６を介してＸ−
Ｙ方向に移動可能な上部石定盤、７はこの上部石定盤４
の前面に設けられＺ方向に移動可能に指示されたＺ移動
部、８は対象物１を保持するＬ字状の保持台、９はこの
保持台８をＹ方向の軸Ｐまわりに回転させるエアースピ
ンドル、10はこのエアースピンドル９を昇降可能に支持
し且つＺ方向の軸Ｑまわりに旋回可能な旋回台である。
ースとしての下部石定盤、４はこの下部石定盤３との間
に配されたＸテーブル５及びＹテーブル６を介してＸ−
Ｙ方向に移動可能な上部石定盤、７はこの上部石定盤４
の前面に設けられＺ方向に移動可能に指示されたＺ移動
部、８は対象物１を保持するＬ字状の保持台、９はこの
保持台８をＹ方向の軸Ｐまわりに回転させるエアースピ
ンドル、10はこのエアースピンドル９を昇降可能に支持
し且つＺ方向の軸Ｑまわりに旋回可能な旋回台である。
Ｚ移動部７は、第１図に示すように、リニアモータ10
を介してバネ11により上部石定盤４に吊持されている。
Ｚ移動部７の内部には、第３図に示すように、フォーカ
スサーボをかけるためのレーザ光Ｇを放射する半導体レ
ーザ12が設置されている。半導体レーザ12から放射され
たレーザ光Ｇは、レンズ13、偏光プリズム14、λ/4波長
板15を通過してダイクロイックミラー16で下向きに全反
射され、対物レンズ17の開口いっぱいに入射して対象物
１の被測定面２に集光する。レーザ光Ｇの集光位置は、
ゼーマンレーザ光ＦのＺ座標測定に用いられる測定光Fz
1の照射位置と略一致する。被測定面２が傾いていれ
ば、レーザ光Ｇの反射光の一部は前記対物レンズ17の開
口外に向けて反射させられるが、残部は対物レンズ17の
開口内に向けて反射させられる。対物レンズ17に戻った
反射光はダイクロイックミラー16及び偏光プリズム14で
夫々全反射された後、レンズ18で集光されその光路途中
でハーフミラー19により二分割される。分割された各反
射光は、前記レンズ18の焦点前側位置及び焦点後側位置
に設置された夫々のピンホール20を通過し、夫々のPIN
フォトダイオード（光検出手段）21に照射される。
を介してバネ11により上部石定盤４に吊持されている。
Ｚ移動部７の内部には、第３図に示すように、フォーカ
スサーボをかけるためのレーザ光Ｇを放射する半導体レ
ーザ12が設置されている。半導体レーザ12から放射され
たレーザ光Ｇは、レンズ13、偏光プリズム14、λ/4波長
板15を通過してダイクロイックミラー16で下向きに全反
射され、対物レンズ17の開口いっぱいに入射して対象物
１の被測定面２に集光する。レーザ光Ｇの集光位置は、
ゼーマンレーザ光ＦのＺ座標測定に用いられる測定光Fz
1の照射位置と略一致する。被測定面２が傾いていれ
ば、レーザ光Ｇの反射光の一部は前記対物レンズ17の開
口外に向けて反射させられるが、残部は対物レンズ17の
開口内に向けて反射させられる。対物レンズ17に戻った
反射光はダイクロイックミラー16及び偏光プリズム14で
夫々全反射された後、レンズ18で集光されその光路途中
でハーフミラー19により二分割される。分割された各反
射光は、前記レンズ18の焦点前側位置及び焦点後側位置
に設置された夫々のピンホール20を通過し、夫々のPIN
フォトダイオード（光検出手段）21に照射される。
これらピンホール20の大きさ及び位置は、対物レンズ
17の焦点が被測定面２にあるとき、第４図及び第５図に
示すように、各PINフォトダイオード21で検出される光
量が互いに等しくなるように設定されている。従って被
測定面２と対物レンズ17との間の距離（Ｚ方向）が変化
すると、ピンホール20前後の集光位置が光軸方向にずれ
て各PINフォトダイオード21に対する照射光量に差がで
きる。例えば被測定面２と対物レンズ17との間の距離が
対物レンズ17の焦点距離よりも短くなった場合、各集光
位置はレンズ18の焦点よりも夫々のPINフォトダイオー
ド21に接近する。これにより、焦点前側位置にピンホー
ル20が設置されたPINフォトダイオード21では前記ピン
ホール20によって遮られる反射光の量が増加して光量が
減少し、焦点後側位置にピンホール20が設置されたPIN
フォトダイオード21では前記ピンホール20によって反射
光が遮られず光量が変化しないか、又は遮られる反射光
の量が減少して光量が増加する。前記距離が長くなった
場合はこの逆となる。この結果、被測定面２と対物レン
ズ17との間の距離に応じて両PINフォトダイオード21、2
1間に出力差が生じる。
17の焦点が被測定面２にあるとき、第４図及び第５図に
示すように、各PINフォトダイオード21で検出される光
量が互いに等しくなるように設定されている。従って被
測定面２と対物レンズ17との間の距離（Ｚ方向）が変化
すると、ピンホール20前後の集光位置が光軸方向にずれ
て各PINフォトダイオード21に対する照射光量に差がで
きる。例えば被測定面２と対物レンズ17との間の距離が
対物レンズ17の焦点距離よりも短くなった場合、各集光
位置はレンズ18の焦点よりも夫々のPINフォトダイオー
ド21に接近する。これにより、焦点前側位置にピンホー
ル20が設置されたPINフォトダイオード21では前記ピン
ホール20によって遮られる反射光の量が増加して光量が
減少し、焦点後側位置にピンホール20が設置されたPIN
フォトダイオード21では前記ピンホール20によって反射
光が遮られず光量が変化しないか、又は遮られる反射光
の量が減少して光量が増加する。前記距離が長くなった
場合はこの逆となる。この結果、被測定面２と対物レン
ズ17との間の距離に応じて両PINフォトダイオード21、2
1間に出力差が生じる。
これらPINフォトダイオード21の出力の差に応じて、
フォーカス誤差信号発生部（フォーカス誤差信号発生手
段）22でフォーカス誤差信号が発生する。尚、PINフォ
トダイオード21に流れる電流は夫々電流電圧変換回路75
によって電圧に変換された後、フォーカス誤差信号発生
部22に導かれる。第５図に示すように、被測定面２上の
被集光面が傾いている場合は２つのPINフォトダイオー
ド21への光量は夫々低下するが、両PINフォトダイオー
ド21、21間での光量差は発生せずフォーカス誤差は発生
しない。
フォーカス誤差信号発生部（フォーカス誤差信号発生手
段）22でフォーカス誤差信号が発生する。尚、PINフォ
トダイオード21に流れる電流は夫々電流電圧変換回路75
によって電圧に変換された後、フォーカス誤差信号発生
部22に導かれる。第５図に示すように、被測定面２上の
被集光面が傾いている場合は２つのPINフォトダイオー
ド21への光量は夫々低下するが、両PINフォトダイオー
ド21、21間での光量差は発生せずフォーカス誤差は発生
しない。
第１図においてスイッチSW2が仮想線で示す位置にあ
るとき、駆動回路23は前記フォーカス誤差信号がゼロと
なるようにリニアモータ10を制御し、Ｚ移動部７をＺ方
向に移動させる。このようにして、対物レンズ17の焦点
が常に被測定面２にあるようにフォーカスサーボがかけ
られる。
るとき、駆動回路23は前記フォーカス誤差信号がゼロと
なるようにリニアモータ10を制御し、Ｚ移動部７をＺ方
向に移動させる。このようにして、対物レンズ17の焦点
が常に被測定面２にあるようにフォーカスサーボがかけ
られる。
次に、第１図を用いて、フォーカスサーボ系の詳細な
説明を行う。
説明を行う。
同図において、73はＺ移動部７のＺ方向における平衡
位置からの変位量を検出する位置検出器、74は位置検出
器73からの出力に応じて位置信号を発生する位置信号発
生回路、76は0.3Hzの周波数を発振する発振器（発振手
段）、78は基準電圧発生部82から出力される基準電圧に
基きバネ11の復元力の影響をなくすように前記位置信号
を増幅して駆動回路23に信号を送る差動増幅器、79はゲ
インコントロール回路、80は対象物１の被測定面２の高
さを測定する高さ測定器、81はその高さに応じて前記周
波数の振幅を制御するための高さ信号を出力する高さ信
号発生回路、83はサンプル・ホールド回路である。
位置からの変位量を検出する位置検出器、74は位置検出
器73からの出力に応じて位置信号を発生する位置信号発
生回路、76は0.3Hzの周波数を発振する発振器（発振手
段）、78は基準電圧発生部82から出力される基準電圧に
基きバネ11の復元力の影響をなくすように前記位置信号
を増幅して駆動回路23に信号を送る差動増幅器、79はゲ
インコントロール回路、80は対象物１の被測定面２の高
さを測定する高さ測定器、81はその高さに応じて前記周
波数の振幅を制御するための高さ信号を出力する高さ信
号発生回路、83はサンプル・ホールド回路である。
フォーカス引込み範囲は、第６図に示すように、対物
レンズ17の可動範囲（約20mm）に比べて非常に狭い（約
10μｍ）ため、フォーカスサーボをかける前にフォーカ
ス引込み範囲を捜す必要がある。そこで対象物１をセッ
トする前に、スイッチSW2及びスイッチSW3を実線で示す
位置にセットすると共にスイッチSW1を開いておき、基
準電圧発生部82によってＺ移動部７を可動範囲の最上位
置に設定する。対象物１がセットされると、先ず高さ測
定器80で得られる信号が高さ信号発生回路81によって対
象物１の最も高い点の位置信号に変換され、この位置信
号に応じて発振器76の振幅が対物レンズ17が対象物１に
衝突するより若干小さい値に設定された後、スイッチSW
1が閉じられる。これにより、Ｚ移動部７は可動範囲の
最上位置から対象物１の最も高い点の直上位置に向って
下降を開始する。下降途中でフォーカス誤差信号が検出
されるとすなわちフォーカス引込み範囲に入るとスイッ
チSW2が仮想線の位置に切替わり、フォーカスサーボが
かかる。もし下降途中でPINフォトダイオード21の故障
や断線などの異常によりフォーカス誤差信号が検出され
ない場合は、対物レンズ17が対象物１の最も高い点の少
し上となる位置でＺ移動部７は停止し、再びスイッチSW
1が開いてＺ移動部７を可動範囲の最上位置に退避させ
る。このようにして、フォーカス引込み範囲が見つから
ない場合でも、フォーカス引込み範囲を捜す作業を対物
レンズ17を対象物１に衝突させることなく自動化するこ
とができる。
レンズ17の可動範囲（約20mm）に比べて非常に狭い（約
10μｍ）ため、フォーカスサーボをかける前にフォーカ
ス引込み範囲を捜す必要がある。そこで対象物１をセッ
トする前に、スイッチSW2及びスイッチSW3を実線で示す
位置にセットすると共にスイッチSW1を開いておき、基
準電圧発生部82によってＺ移動部７を可動範囲の最上位
置に設定する。対象物１がセットされると、先ず高さ測
定器80で得られる信号が高さ信号発生回路81によって対
象物１の最も高い点の位置信号に変換され、この位置信
号に応じて発振器76の振幅が対物レンズ17が対象物１に
衝突するより若干小さい値に設定された後、スイッチSW
1が閉じられる。これにより、Ｚ移動部７は可動範囲の
最上位置から対象物１の最も高い点の直上位置に向って
下降を開始する。下降途中でフォーカス誤差信号が検出
されるとすなわちフォーカス引込み範囲に入るとスイッ
チSW2が仮想線の位置に切替わり、フォーカスサーボが
かかる。もし下降途中でPINフォトダイオード21の故障
や断線などの異常によりフォーカス誤差信号が検出され
ない場合は、対物レンズ17が対象物１の最も高い点の少
し上となる位置でＺ移動部７は停止し、再びスイッチSW
1が開いてＺ移動部７を可動範囲の最上位置に退避させ
る。このようにして、フォーカス引込み範囲が見つから
ない場合でも、フォーカス引込み範囲を捜す作業を対物
レンズ17を対象物１に衝突させることなく自動化するこ
とができる。
フォーカスサーボがかかった状態で、光学系全体をＸ
−Ｙ方向に移動させると、レーザ光Ｇの焦光位置が常に
対象物１の被測定面２上に合うようにＺ移動部７がＺ軸
方向に追従する。しかし対象物１の被測定面２にフォー
カス引込み範囲を越える段差があった場合、対物レンズ
17の位置はフォーカス引込み範囲から外れフォーカス誤
差信号が検出されなくなる。この場合は、サンプル・ホ
ールド回路83がサンプル状態からホールド状態に切替わ
り、更にスイッチSW3が仮想線の位置に切替わった後、
スイッチSW2が実線の位置に切替わる。これにより、対
物レンズ17をフォーカス引込み範囲から外れる前のフォ
ーカス位置に保持することができる。ここで前回のフォ
ーカス位置が被測定面２に接近し過ぎている場合は、発
振器76の振幅が前回よりも若干小さい値に再設定され
る。次いでスイッチSW1が閉じてＺ移動部７を下動させ
る。その途中でフォーカス誤差信号が検出され新たなフ
ォーカス引込み範囲に入ると、スイッチSW2が仮想線の
位置に切替わり、再びフォーカスサーボがかかる。もし
再設定された最下位置まで下がってもフォーカス誤差信
号が検出されない場合はＺ移動部７が上動し、それでも
検出されない場合は可動範囲の最上位置で停止する。こ
のようにして、対象物１の被測定面２にフォーカス引込
み範囲を越えるような段差があって対物レンズ17が前記
フォーカス引込み範囲から外れた場合でも、フォーカス
引込み範囲を捜す作業を対物レンズ17を対象物１に衝突
させることなく自動化することができる。
−Ｙ方向に移動させると、レーザ光Ｇの焦光位置が常に
対象物１の被測定面２上に合うようにＺ移動部７がＺ軸
方向に追従する。しかし対象物１の被測定面２にフォー
カス引込み範囲を越える段差があった場合、対物レンズ
17の位置はフォーカス引込み範囲から外れフォーカス誤
差信号が検出されなくなる。この場合は、サンプル・ホ
ールド回路83がサンプル状態からホールド状態に切替わ
り、更にスイッチSW3が仮想線の位置に切替わった後、
スイッチSW2が実線の位置に切替わる。これにより、対
物レンズ17をフォーカス引込み範囲から外れる前のフォ
ーカス位置に保持することができる。ここで前回のフォ
ーカス位置が被測定面２に接近し過ぎている場合は、発
振器76の振幅が前回よりも若干小さい値に再設定され
る。次いでスイッチSW1が閉じてＺ移動部７を下動させ
る。その途中でフォーカス誤差信号が検出され新たなフ
ォーカス引込み範囲に入ると、スイッチSW2が仮想線の
位置に切替わり、再びフォーカスサーボがかかる。もし
再設定された最下位置まで下がってもフォーカス誤差信
号が検出されない場合はＺ移動部７が上動し、それでも
検出されない場合は可動範囲の最上位置で停止する。こ
のようにして、対象物１の被測定面２にフォーカス引込
み範囲を越えるような段差があって対物レンズ17が前記
フォーカス引込み範囲から外れた場合でも、フォーカス
引込み範囲を捜す作業を対物レンズ17を対象物１に衝突
させることなく自動化することができる。
次に、傾きサーボ系について説明する。２つの周波数
f1、f2で発振するHe−Neゼーマン周波数安定化レーザ24
から放射されたレーザ光Ｆは、第１のハーフミラー25を
透過して測定位置のＸ−Ｙ座標測定に用いられるレーザ
光Fxyと、第１のハーフミラー25で反射されて測定位置
のＺ座標測定に用いられるレーザ光Fzとに分離される。
更に前記レーザ光Fxyは、第２のハーフミラー26で反射
され測定位置のＸ座標測定に用いられるレーザ光Fxと、
第２のハーフミラー26を透過して測定位置のＹ座標測定
に用いられるレーザ光Fyとに分離される。その後、前記
レーザ光Fzは偏光プリズム27で、測定光Fz1と参照光Fz2
とに分離される。測定光Fz1の周波数f1と参照光Fz2の周
波数f2との差は数百KHzで互いに垂直な直線偏光となっ
ている。尚、前記レーザ光Fx、Fyも、各光路途中で夫々
のコーナキューブ44によって測定光Fx1、Fy1と参照光Fx
2、Fy2とに分離される。
f1、f2で発振するHe−Neゼーマン周波数安定化レーザ24
から放射されたレーザ光Ｆは、第１のハーフミラー25を
透過して測定位置のＸ−Ｙ座標測定に用いられるレーザ
光Fxyと、第１のハーフミラー25で反射されて測定位置
のＺ座標測定に用いられるレーザ光Fzとに分離される。
更に前記レーザ光Fxyは、第２のハーフミラー26で反射
され測定位置のＸ座標測定に用いられるレーザ光Fxと、
第２のハーフミラー26を透過して測定位置のＹ座標測定
に用いられるレーザ光Fyとに分離される。その後、前記
レーザ光Fzは偏光プリズム27で、測定光Fz1と参照光Fz2
とに分離される。測定光Fz1の周波数f1と参照光Fz2の周
波数f2との差は数百KHzで互いに垂直な直線偏光となっ
ている。尚、前記レーザ光Fx、Fyも、各光路途中で夫々
のコーナキューブ44によって測定光Fx1、Fy1と参照光Fx
2、Fy2とに分離される。
Ｚ座標測定に用いられる測定光Fz1は、第７図に示す
ように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過する特殊偏
光プリズム28と、ファラデー素子29と、λ/2板30とを通
過し、Ｓ偏波となって偏光プリズム31で全反射される。
そしてλ/4板32、集光レンズ33を通過し、ミラー34上に
集光して反射された測定光Fz1は前記λ/4板32によって
Ｐ偏波となり、前記偏光プリズム31を全透過して対物レ
ンズ17に入射し、被測定面２に垂直に集光される。被測
定面２からの反射光は上記入射光と同一光路を戻るが、
Ｓ偏波となって特殊偏光プリズム28で一部反射された
後、偏光プリズム27で全反射され、Ｚ軸光検出器35に達
する。被測定面２の形状測定時は、被測定面２上の測定
点のＺ座標の変動速度に応じて前記反射光の周波数がド
プラーシフトし、f1＋Δとなる。尚、反射光の光路が被
測定面２の傾きに応じてズレようとする際は、特殊偏光
プリズム28で一部反射された反射光を４分割光検出器36
が検知し、集光レンズ移動手段37により集光レンズ33を
Ｘ−Ｙ方向に移動させて入射光の対物レンズ17への入射
位置を変化させることにより、常に反射光が同一光路を
戻るように傾き補正サーボがかけられる。
ように、Ｐ偏波を全透過しＳ偏波を部分透過する特殊偏
光プリズム28と、ファラデー素子29と、λ/2板30とを通
過し、Ｓ偏波となって偏光プリズム31で全反射される。
そしてλ/4板32、集光レンズ33を通過し、ミラー34上に
集光して反射された測定光Fz1は前記λ/4板32によって
Ｐ偏波となり、前記偏光プリズム31を全透過して対物レ
ンズ17に入射し、被測定面２に垂直に集光される。被測
定面２からの反射光は上記入射光と同一光路を戻るが、
Ｓ偏波となって特殊偏光プリズム28で一部反射された
後、偏光プリズム27で全反射され、Ｚ軸光検出器35に達
する。被測定面２の形状測定時は、被測定面２上の測定
点のＺ座標の変動速度に応じて前記反射光の周波数がド
プラーシフトし、f1＋Δとなる。尚、反射光の光路が被
測定面２の傾きに応じてズレようとする際は、特殊偏光
プリズム28で一部反射された反射光を４分割光検出器36
が検知し、集光レンズ移動手段37により集光レンズ33を
Ｘ−Ｙ方向に移動させて入射光の対物レンズ17への入射
位置を変化させることにより、常に反射光が同一光路を
戻るように傾き補正サーボがかけられる。
一方、参照光Fz2は前記偏光プリズム27で全反射され
た後、レンズ38によってＺ軸ミラー39上に集光され、反
射されて前記Ｚ軸光検出器35に達する。反射光の周波数
は、Ｘ、Ｙテーブル５、６の移動真直度などの誤差によ
り、f2＋δとなる。従ってＺ軸光検出器35では、（f1＋
Δ）−（f2＋δ）がビート信号として検出され、Ｚ座標
検出装置37において被測定面２の測定位置のＺ座標が正
確に得られる。
た後、レンズ38によってＺ軸ミラー39上に集光され、反
射されて前記Ｚ軸光検出器35に達する。反射光の周波数
は、Ｘ、Ｙテーブル５、６の移動真直度などの誤差によ
り、f2＋δとなる。従ってＺ軸光検出器35では、（f1＋
Δ）−（f2＋δ）がビート信号として検出され、Ｚ座標
検出装置37において被測定面２の測定位置のＺ座標が正
確に得られる。
被測定面２の測定位置のＸ、Ｙ座標は、Ｚ移動部７の
外壁面に設置したＸ、Ｙ軸ミラー38、39に集光された測
定光Fx1、Fy1の反射光と、下部石定盤１側に設置した
Ｘ、Ｙ軸ミラー40、41に集光された参照光Fx2、Fy2の反
射光との周波数の差によって、Ｘ、Ｙ軸光検出器42、43
で検出される。
外壁面に設置したＸ、Ｙ軸ミラー38、39に集光された測
定光Fx1、Fy1の反射光と、下部石定盤１側に設置した
Ｘ、Ｙ軸ミラー40、41に集光された参照光Fx2、Fy2の反
射光との周波数の差によって、Ｘ、Ｙ軸光検出器42、43
で検出される。
発明の効果 本発明は上記構成、作用を有するので、対物レンズを
対象物に衝突しない範囲で上下動させることができ、フ
ォーカス引込み範囲が見つからない場合やフォーカス引
込み範囲が見つかってフォーカスサーボがかかった状態
でもフォーカス位置が前記フォーカス引込み範囲から外
れた場合でも対物レンズが対象物に衝突するという事態
を回避することができる。この結果、フォーカス引込み
範囲を捜す作業の自動化を図ることができる。
対象物に衝突しない範囲で上下動させることができ、フ
ォーカス引込み範囲が見つからない場合やフォーカス引
込み範囲が見つかってフォーカスサーボがかかった状態
でもフォーカス位置が前記フォーカス引込み範囲から外
れた場合でも対物レンズが対象物に衝突するという事態
を回避することができる。この結果、フォーカス引込み
範囲を捜す作業の自動化を図ることができる。
第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は本実施
例における光学測定装置の斜視図、第３図は同装置にお
けるフォーカスサーボ系の光路図、第４図は対物レンズ
がフォーカス位置にあるときの光路図、第５図は対象物
の面が傾いたときの光路図、第６図はフォーカス誤差信
号のグラフ、第７図は同装置における傾きサーボ系の光
路図、第８図は従来例のブロック図である。 17……対物レンズ 21……光検出手段 22……フォーカス誤差信号発生手段 76……発振手段 80、81……高さ検出手段
例における光学測定装置の斜視図、第３図は同装置にお
けるフォーカスサーボ系の光路図、第４図は対物レンズ
がフォーカス位置にあるときの光路図、第５図は対象物
の面が傾いたときの光路図、第６図はフォーカス誤差信
号のグラフ、第７図は同装置における傾きサーボ系の光
路図、第８図は従来例のブロック図である。 17……対物レンズ 21……光検出手段 22……フォーカス誤差信号発生手段 76……発振手段 80、81……高さ検出手段
Claims (1)
- 【請求項１】対物レンズによって対象物の面に集光され
たレーザ光の反射光を検出する光検出手段と、この光検
出手段からの出力に応じてフォーカス誤差信号を発生す
るフォーカス誤差信号発生手段と、波形信号を発振しそ
の振幅により対物レンズの可動範囲を設定する発振手段
とを備え、前記対物レンズをフォーカス位置に引込んで
レーザ光の焦光位置が対象物の面上に位置するように構
成された自動焦点制御装置において、対象物の高さを検
出する高さ検出手段を設け、この高さ検出手段の出力に
応じて前記波形信号の振幅を制御するように構成したこ
とを特徴とする自動焦点制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20747590A JP2935548B2 (ja) | 1990-08-04 | 1990-08-04 | 自動焦点制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20747590A JP2935548B2 (ja) | 1990-08-04 | 1990-08-04 | 自動焦点制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492216A JPH0492216A (ja) | 1992-03-25 |
| JP2935548B2 true JP2935548B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=16540370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20747590A Expired - Fee Related JP2935548B2 (ja) | 1990-08-04 | 1990-08-04 | 自動焦点制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935548B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2749715B2 (ja) * | 1990-11-09 | 1998-05-13 | シャープ株式会社 | 光ディスク装置のフォーカスサーチ回路 |
| KR100532763B1 (ko) | 2001-04-20 | 2005-12-01 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 광디스크 장치 |
| JP2002361852A (ja) * | 2001-06-07 | 2002-12-18 | Dainippon Printing Co Ltd | パターン形成装置 |
| JP4085031B2 (ja) * | 2003-07-17 | 2008-04-30 | 株式会社リコー | 形状測定装置及びその制御方法 |
| US8867022B2 (en) * | 2007-08-24 | 2014-10-21 | Nikon Corporation | Movable body drive method and movable body drive system, pattern formation method and apparatus, and device manufacturing method |
| US8023106B2 (en) * | 2007-08-24 | 2011-09-20 | Nikon Corporation | Movable body drive method and movable body drive system, pattern formation method and apparatus, exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
| US20090051895A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-02-26 | Nikon Corporation | Movable body drive method and movable body drive system, pattern formation method and apparatus, device manufacturing method, and processing system |
-
1990
- 1990-08-04 JP JP20747590A patent/JP2935548B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0492216A (ja) | 1992-03-25 |
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|---|---|---|---|
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