JP3182809B2 - 自動焦点制御装置 - Google Patents
自動焦点制御装置Info
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- JP3182809B2 JP3182809B2 JP24555791A JP24555791A JP3182809B2 JP 3182809 B2 JP3182809 B2 JP 3182809B2 JP 24555791 A JP24555791 A JP 24555791A JP 24555791 A JP24555791 A JP 24555791A JP 3182809 B2 JP3182809 B2 JP 3182809B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザを利用する光学測
定装置等においてレーザの焦点が常に対象物の面上に合
うように集光用対物レンズを追従させるように構成され
た自動焦点制御装置に関するものである。
定装置等においてレーザの焦点が常に対象物の面上に合
うように集光用対物レンズを追従させるように構成され
た自動焦点制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学測定装置等においてレーザ光を反射
面に集光する対物レンズにフォーカスサーボをかける自
動焦点制御装置は、対物レンズのフォーカス位置に対す
る誤差量に基づ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
るもので、図７のような構成になっている。
面に集光する対物レンズにフォーカスサーボをかける自
動焦点制御装置は、対物レンズのフォーカス位置に対す
る誤差量に基づ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
るもので、図７のような構成になっている。
【０００３】対象物１の面２で反射したレーザ光が焦点
誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２１へ導か
れ、それによって各ＰＩＮフォトダイオード２１に流れ
る電流をそれぞれ電流電圧変換回路７５によって電圧に
変換した後増幅し、それぞれ電圧Ｖ1，Ｖ2を得る。その
電圧Ｖ1，Ｖ2は対物レンズ１７と対象物１との距離の変
化に従って図８（ａ），（ｂ）のように変化する。その
差電圧Ｖｅは図９のようになる。図９の曲線を以下Ｓ字
曲線と呼ぶ。
誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２１へ導か
れ、それによって各ＰＩＮフォトダイオード２１に流れ
る電流をそれぞれ電流電圧変換回路７５によって電圧に
変換した後増幅し、それぞれ電圧Ｖ1，Ｖ2を得る。その
電圧Ｖ1，Ｖ2は対物レンズ１７と対象物１との距離の変
化に従って図８（ａ），（ｂ）のように変化する。その
差電圧Ｖｅは図９のようになる。図９の曲線を以下Ｓ字
曲線と呼ぶ。
【０００４】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、この位置にくるようにフォーカスサ
ーボがかけられる。このときＳＷ２（図７）は仮想線で
示される位置にある。Ｓ字曲線は図９に示すように対物
レンズ１７の可動範囲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位置を捜す、すなわち
Ｓ字曲線を捜す必要がある。従って最初は、ＳＷ２を実
線で示す位置にしておき、ボリューム７７によって対物
レンズをＳ字曲線の近傍に設定し、ＳＷ１により発振器
７６を接続して対物レンズ１７をＺ軸方向に移動させ、
フォーカス引き込み範囲に入るとＳＷ２を仮想線の位置
に切り替えてフォーカスサーボをかける。フォーカスサ
ーボがかかった状態で、光学系全体をＹ軸方向に移動さ
せると、レーザの焦点が常に対象物１の面２上に合うよ
うに対物レンズ１７がＺ軸方向に追従する。
ーカス位置であり、この位置にくるようにフォーカスサ
ーボがかけられる。このときＳＷ２（図７）は仮想線で
示される位置にある。Ｓ字曲線は図９に示すように対物
レンズ１７の可動範囲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位置を捜す、すなわち
Ｓ字曲線を捜す必要がある。従って最初は、ＳＷ２を実
線で示す位置にしておき、ボリューム７７によって対物
レンズをＳ字曲線の近傍に設定し、ＳＷ１により発振器
７６を接続して対物レンズ１７をＺ軸方向に移動させ、
フォーカス引き込み範囲に入るとＳＷ２を仮想線の位置
に切り替えてフォーカスサーボをかける。フォーカスサ
ーボがかかった状態で、光学系全体をＹ軸方向に移動さ
せると、レーザの焦点が常に対象物１の面２上に合うよ
うに対物レンズ１７がＺ軸方向に追従する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような焦点制御
装置では、対象物の形状等によりフォーカスが合う対物
レンズの高さが異なった場合に、ＳＷ２により位置制御
系からフォーカスサーボ系に切り替えるときの位置制御
回路の出力とフォーカス誤差信号発生回路の出力との差
が発生するが、その差が大きくなるとＳＷ２を切り替え
たときにフォーカスサーボ系が追従できずフォーカスサ
ーボがかからないという問題がある。すなわち、対物レ
ンズの可動範囲の中で限られた範囲でしかフォーカス引
き込みができないため、対象物の形状に応じて対象物を
保持する保持台の高さを調整しないといけないという問
題がある。
装置では、対象物の形状等によりフォーカスが合う対物
レンズの高さが異なった場合に、ＳＷ２により位置制御
系からフォーカスサーボ系に切り替えるときの位置制御
回路の出力とフォーカス誤差信号発生回路の出力との差
が発生するが、その差が大きくなるとＳＷ２を切り替え
たときにフォーカスサーボ系が追従できずフォーカスサ
ーボがかからないという問題がある。すなわち、対物レ
ンズの可動範囲の中で限られた範囲でしかフォーカス引
き込みができないため、対象物の形状に応じて対象物を
保持する保持台の高さを調整しないといけないという問
題がある。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑み、位置制御回路
の出力が対物レンズの高さによらずほぼゼロになるよう
に高さ補償を加えることにより、フォーカス位置の対物
レンズの高さによらずフォーカス引き込みを可能にする
機能を持った自動焦点制御装置を提供するものである。
の出力が対物レンズの高さによらずほぼゼロになるよう
に高さ補償を加えることにより、フォーカス位置の対物
レンズの高さによらずフォーカス引き込みを可能にする
機能を持った自動焦点制御装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はレーザの焦点が常に対象物の面上に合うよ
うに集光用対物レンズを追従させるように構成された自
動焦点制御装置において、前記レーザの反射光が導かれ
る光検出器に流れる電流からフォーカス誤差信号を発生
する回路と、対物レンズの高さを検出する位置検出器お
よび位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生す
る位置指令信号に基づいて対物レンズの高さを制御する
位置制御回路と、対物レンズを上下させてフォーカス位
置を見つけるフォーカスサーチ回路と、対物レンズ駆動
回路に前記位置制御回路と前記フォーカス誤差信号発生
回路とを切り替え接続するスイッチと、前記位置制御回
路と前記対物レンズ駆動回路の間に接続された高さ補償
回路とを備え、前記フォーカスサーチ回路は前記位置制
御回路に接続され、前記スイッチを前記位置制御回路に
接続した状態で、前記位置制御回路の出力電圧は前記高
さ補償回路によりほぼゼロに近づくまで補償され、つづ
いてフォーカス位置を検出すると前記スイッチを前記フ
ォーカス誤差信号発生回路に切り替えてフォーカスサー
ボをかける構成としたものである。
に、本発明はレーザの焦点が常に対象物の面上に合うよ
うに集光用対物レンズを追従させるように構成された自
動焦点制御装置において、前記レーザの反射光が導かれ
る光検出器に流れる電流からフォーカス誤差信号を発生
する回路と、対物レンズの高さを検出する位置検出器お
よび位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生す
る位置指令信号に基づいて対物レンズの高さを制御する
位置制御回路と、対物レンズを上下させてフォーカス位
置を見つけるフォーカスサーチ回路と、対物レンズ駆動
回路に前記位置制御回路と前記フォーカス誤差信号発生
回路とを切り替え接続するスイッチと、前記位置制御回
路と前記対物レンズ駆動回路の間に接続された高さ補償
回路とを備え、前記フォーカスサーチ回路は前記位置制
御回路に接続され、前記スイッチを前記位置制御回路に
接続した状態で、前記位置制御回路の出力電圧は前記高
さ補償回路によりほぼゼロに近づくまで補償され、つづ
いてフォーカス位置を検出すると前記スイッチを前記フ
ォーカス誤差信号発生回路に切り替えてフォーカスサー
ボをかける構成としたものである。
【０００８】レーザの焦点が常に対象物の面上に合うよ
うに集光用対物レンズを追従させるように構成された自
動焦点制御装置において、前記レーザの反射光が導かれ
る光検出器に流れる電流からフォーカス誤差信号を発生
する回路と、対物レンズの高さを検出する位置検出器お
よび位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生す
る位置指令信号に基づいて対物レンズの高さを制御する
位置制御回路と、対物レンズを上下させてフォーカス位
置を見つけるフォーカスサーチ回路と、位置制御系とフ
ォーカスサーボ系とを切り替えるスイッチとを備え、前
記スイッチを位置制御系に接続した状態で、前記位置制
御回路の出力電圧がゼロに近づくまで高さ補償回路の出
力電圧を変化させて前記位置制御回路の出力電圧に加算
し、前記スイッチをフォーカスサーボ系に切り替えてフ
ォーカスサーボをかける構成としたものである。
うに集光用対物レンズを追従させるように構成された自
動焦点制御装置において、前記レーザの反射光が導かれ
る光検出器に流れる電流からフォーカス誤差信号を発生
する回路と、対物レンズの高さを検出する位置検出器お
よび位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生す
る位置指令信号に基づいて対物レンズの高さを制御する
位置制御回路と、対物レンズを上下させてフォーカス位
置を見つけるフォーカスサーチ回路と、位置制御系とフ
ォーカスサーボ系とを切り替えるスイッチとを備え、前
記スイッチを位置制御系に接続した状態で、前記位置制
御回路の出力電圧がゼロに近づくまで高さ補償回路の出
力電圧を変化させて前記位置制御回路の出力電圧に加算
し、前記スイッチをフォーカスサーボ系に切り替えてフ
ォーカスサーボをかける構成としたものである。
【０００９】
【作用】本発明の自動焦点制御装置は、位置制御回路の
出力が対物レンズの高さによらずほぼゼロになるように
高さ補償を加えることにより、フォーカス位置の対物レ
ンズの高さによらずフォーカス引き込みを可能にするた
め、対象物の形状によって保持台の高さを調整する必要
が全くなくなる。
出力が対物レンズの高さによらずほぼゼロになるように
高さ補償を加えることにより、フォーカス位置の対物レ
ンズの高さによらずフォーカス引き込みを可能にするた
め、対象物の形状によって保持台の高さを調整する必要
が全くなくなる。
【００１０】
【実施例】本発明の一実施例における光学測定装置を、
図１〜図６を参照しながら説明する。
図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１１】本装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標位置を光ヘテロ
ダイン法に基づいて測定するものであり、半導体レーザ
光（λ＝７８０ｎｍ）Ｇを被測定物１の被測定面２に集
光し、その反射光に基づいてフォーカスサーボをかける
とともに、測定用Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光（λ＝６
３３ｎｍ）Ｆを被測定面２に垂直に集光し、その反射光
に基づ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。
ダイン法に基づいて測定するものであり、半導体レーザ
光（λ＝７８０ｎｍ）Ｇを被測定物１の被測定面２に集
光し、その反射光に基づいてフォーカスサーボをかける
とともに、測定用Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光（λ＝６
３３ｎｍ）Ｆを被測定面２に垂直に集光し、その反射光
に基づ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。
【００１２】図２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Ｘテーブル５および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は上部石定盤４の
前面に設けられたＺ方向に移動可能に指示されたＺ移動
部、８は被測定物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、８５はこのエアースピンドル９を昇降可能に
支持し、かつＺ方向の軸Ｑまわりに旋回可能な旋回台で
ある。
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Ｘテーブル５および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は上部石定盤４の
前面に設けられたＺ方向に移動可能に指示されたＺ移動
部、８は被測定物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、８５はこのエアースピンドル９を昇降可能に
支持し、かつＺ方向の軸Ｑまわりに旋回可能な旋回台で
ある。
【００１３】Ｚ移動部７は、図１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、図３に示すよう
に、半導体レーザ光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から放射された半導体
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の開口一杯に入射して
被測定物１の被測定面２に集光する。半導体レーザ光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ＦZ1の照射位置と略一致する。被測定面２
が傾いていれば、半導体レーザ光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および偏光プリズム１４で全反射され、レンズ
１８で集光されてハーフミラー１９で２分割される。分
割された各反射光は、焦点前および焦点後に設置された
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２１に照射される。
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、図３に示すよう
に、半導体レーザ光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から放射された半導体
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の開口一杯に入射して
被測定物１の被測定面２に集光する。半導体レーザ光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ＦZ1の照射位置と略一致する。被測定面２
が傾いていれば、半導体レーザ光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および偏光プリズム１４で全反射され、レンズ
１８で集光されてハーフミラー１９で２分割される。分
割された各反射光は、焦点前および焦点後に設置された
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２１に照射される。
【００１４】対物レンズ１７の集光位置が被測定面２に
あれば、図６に示すように各ＰＩＮフォトダイオード２
１で検出される光量は等しくなる。被測定面２と対物レ
ンズ１７との距離（Ｚ方向）が変化すると、２つのピン
ホール２０前後の集光位置が光軸方向にずれるため、各
ＰＩＮフォトダイオード２１上への照射光量に差ができ
る。これらＰＩＮフォトダイオード２１の出力の差から
図１に示すフォーカス誤差信号発生回路２２でフォーカ
ス誤差信号が発生する。図５に示すように、被測定面２
上の照射位置が傾いていても２つのＰＩＮフォトダイオ
ード２１への光量は低下するが、２つのＰＩＮフォトダ
イオード２１への光量差は発生しないため、フォーカス
誤差は発生しない。
あれば、図６に示すように各ＰＩＮフォトダイオード２
１で検出される光量は等しくなる。被測定面２と対物レ
ンズ１７との距離（Ｚ方向）が変化すると、２つのピン
ホール２０前後の集光位置が光軸方向にずれるため、各
ＰＩＮフォトダイオード２１上への照射光量に差ができ
る。これらＰＩＮフォトダイオード２１の出力の差から
図１に示すフォーカス誤差信号発生回路２２でフォーカ
ス誤差信号が発生する。図５に示すように、被測定面２
上の照射位置が傾いていても２つのＰＩＮフォトダイオ
ード２１への光量は低下するが、２つのＰＩＮフォトダ
イオード２１への光量差は発生しないため、フォーカス
誤差は発生しない。
【００１５】図１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、半導
体レーザ光Ｇと次に述べるゼーマンレーザ光Ｆの測定光
ＦZ1の集光位置が常に被測定面２にあるようにフォーカ
スサーボがかけられる。
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、半導
体レーザ光Ｇと次に述べるゼーマンレーザ光Ｆの測定光
ＦZ1の集光位置が常に被測定面２にあるようにフォーカ
スサーボがかけられる。
【００１６】２つの周波数ｆ1，ｆ2で発振するＨｅ−Ｎ
ｅ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の一部は、第１のハーフミラー２５を透過した
後、第２のハーフミラー２６で分離されて測定位置のＸ
−Ｙ座標測定に用いられる。一方、第１のハーフミラー
２５で反射されたレーザ光ＦZは、測定位置のＺ座標測
定に用いられる。このレーザ光ＦZは偏光プリズム２７
で、測定光ＦZ1と参照光ＦZ2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、Ｘ−Ｙ座
標測定に使用されるレーザ光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Ｆx2，Ｆy2とに分離される。
ｅ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の一部は、第１のハーフミラー２５を透過した
後、第２のハーフミラー２６で分離されて測定位置のＸ
−Ｙ座標測定に用いられる。一方、第１のハーフミラー
２５で反射されたレーザ光ＦZは、測定位置のＺ座標測
定に用いられる。このレーザ光ＦZは偏光プリズム２７
で、測定光ＦZ1と参照光ＦZ2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、Ｘ−Ｙ座
標測定に使用されるレーザ光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Ｆx2，Ｆy2とに分離される。
【００１７】Ｚ座標測定に用いられる測定光ＦZ1は、図
６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３
１で全反射される。そしてλ／４板３２，集光レンズ３
３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２
８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。
６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３
１で全反射される。そしてλ／４板３２，集光レンズ３
３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２
８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。
【００１８】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。
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。
【００１９】尚、被測定面２の測定位置のＸ，Ｙ座標
は、Ｚ移動部７に設置したＸ，Ｙ軸ミラー３８，３９に
集光された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Ｆ
x2，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。
は、Ｚ移動部７に設置したＸ，Ｙ軸ミラー３８，３９に
集光された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Ｆ
x2，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。
【００２０】次に、図１を用いて、フォーカスサーボ系
の詳細な説明を行う。
の詳細な説明を行う。
【００２１】図１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からの出力によって位置信号を発
生する位置信号発生回路、７６は０．３Hzの周波数発振
器、７７はＺ移動部７をＺ方向に移動させるためのボリ
ューム、７８はボリューム７７の操作設定電圧に基づき
Ｚ方向の位置を制御する位置制御回路である。フォーカ
ス誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２１に流
れる電流はそれぞれ電流電圧変換回路７５によって電圧
に変換され、増幅器８１によって増幅された後フォーカ
ス誤差発生回路２２へ導かれる。
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からの出力によって位置信号を発
生する位置信号発生回路、７６は０．３Hzの周波数発振
器、７７はＺ移動部７をＺ方向に移動させるためのボリ
ューム、７８はボリューム７７の操作設定電圧に基づき
Ｚ方向の位置を制御する位置制御回路である。フォーカ
ス誤差検出用の２つのＰＩＮフォトダイオード２１に流
れる電流はそれぞれ電流電圧変換回路７５によって電圧
に変換され、増幅器８１によって増幅された後フォーカ
ス誤差発生回路２２へ導かれる。
【００２２】図９に示すようにフォーカス引き込み範囲
は対物レンズ１７の可動範囲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き込み範囲を
捜す必要がある。従って最初は、ＳＷ２を実線で示す位
置にしておき、ボリューム７７によって対物レンズ１７
をＳ字曲線の近傍に設定し、次にＳＷ１により発振器７
６を位置制御回路７８に接続し、対物レンズ１７を駆動
回路２３により上下させてＳ字曲線を捜す。Ｓ字曲線を
検出すると位置制御回路の出力がゼロに近づく（一定の
許容範囲内に入る）まで高さ補償回路の出力を変化させ
る。つづいて発振器７６よりなるフォーカスサーチ回路
によりフォーカス引き込み範囲のほぼ中点（フォーカス
位置）を検出するとＳＷ２を仮想線の位置に切り替えて
フォーカスサーボをかける。
は対物レンズ１７の可動範囲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き込み範囲を
捜す必要がある。従って最初は、ＳＷ２を実線で示す位
置にしておき、ボリューム７７によって対物レンズ１７
をＳ字曲線の近傍に設定し、次にＳＷ１により発振器７
６を位置制御回路７８に接続し、対物レンズ１７を駆動
回路２３により上下させてＳ字曲線を捜す。Ｓ字曲線を
検出すると位置制御回路の出力がゼロに近づく（一定の
許容範囲内に入る）まで高さ補償回路の出力を変化させ
る。つづいて発振器７６よりなるフォーカスサーチ回路
によりフォーカス引き込み範囲のほぼ中点（フォーカス
位置）を検出するとＳＷ２を仮想線の位置に切り替えて
フォーカスサーボをかける。
【００２３】以上のようにしてフォーカス引き込み（Ｓ
Ｗ２の実線の位置から仮想線の位置への切り替え）時
に、位置制御回路の出力とフォーカス誤差発生回路の出
力が共にほぼゼロであるため、位置制御からフォーカス
サーボへの切り替えがスムーズに行われ、確実にフォー
カス位置へ引き込まれる。
Ｗ２の実線の位置から仮想線の位置への切り替え）時
に、位置制御回路の出力とフォーカス誤差発生回路の出
力が共にほぼゼロであるため、位置制御からフォーカス
サーボへの切り替えがスムーズに行われ、確実にフォー
カス位置へ引き込まれる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は上記構成，作用を有するので、
対象物の形状によってフォーカス位置の対物レンズの高
さが変わっても、対象物の保持台の高さを調整すること
なしにフォーカス引き込みが可能である。
対象物の形状によってフォーカス位置の対物レンズの高
さが変わっても、対象物の保持台の高さを調整すること
なしにフォーカス引き込みが可能である。
【図１】本発明の一実施例の光学測定装置におけるフォ
ーカスサーボ系のブロック図
ーカスサーボ系のブロック図
【図２】同装置の全体構成を示す概略斜視図
【図３】同装置におけるフォーカスサーボ系の光路図
【図４】対物レンズがフォーカス位置にあるときの光路
図
図
【図５】対象物の面が傾いたときの光路図
【図６】同装置における傾きサーボ系の光路図
【図７】従来のフォーカスサーボ系のブロック図
【図８】２つのＰＩＮフォトダイオードで検出される信
号の対物レンズと対象物の距離に対する特性図
号の対物レンズと対象物の距離に対する特性図
【図９】図８の２つの信号を差動増幅して得られるフォ
ーカス誤差信号の特性図
ーカス誤差信号の特性図
１７ 対物レンズ ２１ ＰＩＮフォトダイオード ７３ 位置検出器
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザの焦点が常に対象物の面上に合う
ように集光用対物レンズを追従させるように構成された
自動焦点制御装置において、前記レーザの反射光が導か
れる光検出器に流れる電流からフォーカス誤差信号を発
生する回路と、対物レンズの高さを検出する位置検出器
および位置信号発生回路と、位置指令手段によって発生
する位置指令信号に基づいて対物レンズの高さを制御す
る位置制御回路と、対物レンズを上下させてフォーカス
位置を見つけるフォーカスサーチ回路と、対物レンズ駆
動回路に前記位置制御回路と前記フォーカス誤差信号発
生回路とを切り替え接続するスイッチと、前記位置制御
回路と前記対物レンズ駆動回路の間に接続された高さ補
償回路とを備え、前記フォーカスサーチ回路は前記位置
制御回路に接続され、前記スイッチを前記位置制御回路
に接続した状態で、前記位置制御回路の出力電圧は前記
高さ補償回路によりほぼゼロに近づくまで補償され、つ
づいてフォーカス位置を検出すると前記スイッチを前記
フォーカス誤差信号発生回路に切り替えてフォーカスサ
ーボをかける構成とした自動焦点制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24555791A JP3182809B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 自動焦点制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24555791A JP3182809B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 自動焦点制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580249A JPH0580249A (ja) | 1993-04-02 |
| JP3182809B2 true JP3182809B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=17135479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24555791A Expired - Fee Related JP3182809B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 自動焦点制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182809B2 (ja) |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP24555791A patent/JP3182809B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0580249A (ja) | 1993-04-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |