JPH0315710A - 変位検出装置 - Google Patents
変位検出装置Info
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- JPH0315710A JPH0315710A JP7276790A JP7276790A JPH0315710A JP H0315710 A JPH0315710 A JP H0315710A JP 7276790 A JP7276790 A JP 7276790A JP 7276790 A JP7276790 A JP 7276790A JP H0315710 A JPH0315710 A JP H0315710A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 46
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 16
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、例えばレーザディスク等の読み出しレーザ
スポットの自動焦点合せ等に用いる、非接触で被測定物
の表面の変位を検出する装置の改良に関する.
スポットの自動焦点合せ等に用いる、非接触で被測定物
の表面の変位を検出する装置の改良に関する.
従来、第9図に示されるように、レーザダイオード等の
光源1から光ビーム2をビームスプリツタ3及び対物レ
ンズ4を介して被測定物5での被測定表面5Aに、これ
と略直交する方向に投射し、該被測定表面5Aで散乱反
射された反射光を、再度対物レンズ4、ビームスプリツ
タ3を経て、該ビームスプリツタ3の反射面3Aにより
、直角に反射させ、フーコープリズム6を介して、受光
素子8に入射させるようにした変位検出装置がある.前
記受光素子8はホトダイオード等からなる内側素子8A
及びその外開に隣接する外測素子8Bとから構成され、
これら内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、比較器
9を経て、検出器〈図示省略〉に入力されるようになっ
ている.ここで、前記内側素子8A及び外側素子8Bの
出力A及びBは、前記被測定表面5Aの、光源1からの
距離に変化が生じると、これに対応して増減し、両者の
出力の差に基づいて、被測定表面5Aの光源1からの距
離、即ち表面の変位を測定することができる. 換言すれば、フーコープリズム6により集光された反射
光の合焦位置に内側素子8A及び外側素子8Bの境界線
があるとき、これらの素子の出力の差ΔS=A−Bが零
となる.
光源1から光ビーム2をビームスプリツタ3及び対物レ
ンズ4を介して被測定物5での被測定表面5Aに、これ
と略直交する方向に投射し、該被測定表面5Aで散乱反
射された反射光を、再度対物レンズ4、ビームスプリツ
タ3を経て、該ビームスプリツタ3の反射面3Aにより
、直角に反射させ、フーコープリズム6を介して、受光
素子8に入射させるようにした変位検出装置がある.前
記受光素子8はホトダイオード等からなる内側素子8A
及びその外開に隣接する外測素子8Bとから構成され、
これら内側素子8A及び外側素子8Bの出力は、比較器
9を経て、検出器〈図示省略〉に入力されるようになっ
ている.ここで、前記内側素子8A及び外側素子8Bの
出力A及びBは、前記被測定表面5Aの、光源1からの
距離に変化が生じると、これに対応して増減し、両者の
出力の差に基づいて、被測定表面5Aの光源1からの距
離、即ち表面の変位を測定することができる. 換言すれば、フーコープリズム6により集光された反射
光の合焦位置に内側素子8A及び外側素子8Bの境界線
があるとき、これらの素子の出力の差ΔS=A−Bが零
となる.
ところで、前記のような変位検出装置において、対物レ
ンズ4に収差があると、結像点がずれるので、これを補
正するためには、受光素子8を前後左右にずらさなけれ
ばならない. しかしながら、受光素子を前後方向にずらした場合と比
較して、左右方向にずらした場合は、内側素子8Aと外
測素子8Bの出力の差の変化が非常に大きく、調整が困
難になるという問題点がある. 又、前記内S素子8Aと外側素子8Bの出力の差ΔS=
A−Bは第10図に示されるようになり、ΔSが正か負
であるかによって前ビンか後ピンの判断が可能であるが
、そのずれ量が判別できない.即ち、ΔS=V,の場合
、ΔS=0の点に接近した位置A1であるのか、離間し
た位置A2であるのか不明である. A1であれば対物レンズを低速で移動しなければハンチ
ングを起こしてしまうし、又、A3であれば対物レンズ
を高速移動しなければ時間がががり、測定効率が落ちて
しまうという問題点が生じる. 前記第9図の例は、フーコープリズを用いたいわゆるフ
ーコー法の原理を応用したものであるが、他の方式、例
えば清心光束法、ナイフエッジ法、臨界角法等のオート
フォーカス方式についても同様の問題点がある. この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、受光素子を移動させることなく結像点の、光軸
と直交する方向のずれ、即ち、左右のずれを補正して、
対物レンズの収差に対応して迅速に測定することができ
る変位検出装置を提供することを目的とする. 又、他の発明は、結像点のずれの量を正確に検出して、
結像点を効率良く合焦位置に合わせることができるよう
にした変位検出装置を提供することを目的とする.
ンズ4に収差があると、結像点がずれるので、これを補
正するためには、受光素子8を前後左右にずらさなけれ
ばならない. しかしながら、受光素子を前後方向にずらした場合と比
較して、左右方向にずらした場合は、内側素子8Aと外
測素子8Bの出力の差の変化が非常に大きく、調整が困
難になるという問題点がある. 又、前記内S素子8Aと外側素子8Bの出力の差ΔS=
A−Bは第10図に示されるようになり、ΔSが正か負
であるかによって前ビンか後ピンの判断が可能であるが
、そのずれ量が判別できない.即ち、ΔS=V,の場合
、ΔS=0の点に接近した位置A1であるのか、離間し
た位置A2であるのか不明である. A1であれば対物レンズを低速で移動しなければハンチ
ングを起こしてしまうし、又、A3であれば対物レンズ
を高速移動しなければ時間がががり、測定効率が落ちて
しまうという問題点が生じる. 前記第9図の例は、フーコープリズを用いたいわゆるフ
ーコー法の原理を応用したものであるが、他の方式、例
えば清心光束法、ナイフエッジ法、臨界角法等のオート
フォーカス方式についても同様の問題点がある. この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、受光素子を移動させることなく結像点の、光軸
と直交する方向のずれ、即ち、左右のずれを補正して、
対物レンズの収差に対応して迅速に測定することができ
る変位検出装置を提供することを目的とする. 又、他の発明は、結像点のずれの量を正確に検出して、
結像点を効率良く合焦位置に合わせることができるよう
にした変位検出装置を提供することを目的とする.
この発明は、光ビームを放射する光源と、被測定物の被
測定表面に対向して配置され、該被測定表面と略直交す
る前記光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;
この対物レンズに対して前記被測定物の反対測に配置さ
れ、前記光ビームが前記光路を通って前記被測定表面に
直進し、且つ、該被測定表面で反射されて形成され、前
記対物レンズを通った反射光を集光させる集光手段と;
前記反射光が集光される光スポットの位置近傍であって
、該光スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交する方
向の同一直線上にアレイ状に配置された少なくと64a
の受光素子と;これら受光素子の出力信号を、前記直線
上の任意の位置で2群に分離するアレイ切換手段と:前
記一方の群の出力信号の総和と他方の群の出力信号の総
和との差信号の変化により、前記被測定表面の前記光軸
方向の変位量を検出する検出器と;を含んで、変位検出
装置を構成することにより上記目的を達成するものであ
る. ス、飴の発明は、光ビームを放射する光源と、被測定物
の被測定表面に対向して配置され、該被測定表面と略直
交する前記光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズ
と;この対物レンズに対して前記被測定物の反対側に配
置され、前記光ビームが前記光路を通って前記被測定表
面に直進し、且つ、該披測定表面で反射されて形成され
、前記対物レンズを通った反射光を集光させる集光手段
と;前記反射光が集光される光スポットの位置近傍であ
って、該光スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交す
る方向の同一直線上に配置された少なくとも3個の受光
素子と;前記光スポットを境界として2群に分けられた
受光素子の各群の出カ信号の総和の差信号の変化により
、前記被測定表面の前記光軸方向の変位量を検出する検
出器と;前記光スポットに隣接する1対の受光素子より
も光軸から離れた位置の受光素子の出方信号と基準信号
とを比較し、前者が後者より大きいときずれ信号を出力
する比較器と:を含んで変位検出装置を#i或すること
により上記目的を達戒するものである. 又、前記集光手段をフーコープリズムを備えた合焦シス
テムとすることにより上記目的を達成するものである. 又、前記集光手段を、同心光束法による合焦システムと
することにより上記目的を達成するものである. 又、前記集光手段を、ナイフエッジ法による合焦システ
ムとすることにより上記目的を達成するものである. 又、前記集合手段を、臨界角法による合焦システムとす
ることにより上記目的を達成するものである.
測定表面に対向して配置され、該被測定表面と略直交す
る前記光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;
この対物レンズに対して前記被測定物の反対測に配置さ
れ、前記光ビームが前記光路を通って前記被測定表面に
直進し、且つ、該被測定表面で反射されて形成され、前
記対物レンズを通った反射光を集光させる集光手段と;
前記反射光が集光される光スポットの位置近傍であって
、該光スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交する方
向の同一直線上にアレイ状に配置された少なくと64a
の受光素子と;これら受光素子の出力信号を、前記直線
上の任意の位置で2群に分離するアレイ切換手段と:前
記一方の群の出力信号の総和と他方の群の出力信号の総
和との差信号の変化により、前記被測定表面の前記光軸
方向の変位量を検出する検出器と;を含んで、変位検出
装置を構成することにより上記目的を達成するものであ
る. ス、飴の発明は、光ビームを放射する光源と、被測定物
の被測定表面に対向して配置され、該被測定表面と略直
交する前記光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズ
と;この対物レンズに対して前記被測定物の反対側に配
置され、前記光ビームが前記光路を通って前記被測定表
面に直進し、且つ、該披測定表面で反射されて形成され
、前記対物レンズを通った反射光を集光させる集光手段
と;前記反射光が集光される光スポットの位置近傍であ
って、該光スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交す
る方向の同一直線上に配置された少なくとも3個の受光
素子と;前記光スポットを境界として2群に分けられた
受光素子の各群の出カ信号の総和の差信号の変化により
、前記被測定表面の前記光軸方向の変位量を検出する検
出器と;前記光スポットに隣接する1対の受光素子より
も光軸から離れた位置の受光素子の出方信号と基準信号
とを比較し、前者が後者より大きいときずれ信号を出力
する比較器と:を含んで変位検出装置を#i或すること
により上記目的を達戒するものである. 又、前記集光手段をフーコープリズムを備えた合焦シス
テムとすることにより上記目的を達成するものである. 又、前記集光手段を、同心光束法による合焦システムと
することにより上記目的を達成するものである. 又、前記集光手段を、ナイフエッジ法による合焦システ
ムとすることにより上記目的を達成するものである. 又、前記集合手段を、臨界角法による合焦システムとす
ることにより上記目的を達成するものである.
この発明は、光スポットの位置近傍であって、該光スポ
ットを中心として、光軸と直交する方向の同一直線上に
アレイ状に配置された少なくとも4個の受光素子を含み
、これらの受光素子をアレイ切換手段によって対物レン
ズの収差に応じて2群に分けて、各群の出力信号の総和
の差に基づき合焦させるようにしているので、受光素子
を光軸と直交する方向に移動させることなく、対物レン
ズの収差に基づく結像点のずれを補正して、測定を容易
確実にすることができる. 又、池の発明は、同様のフーコー法等の場合、光スポッ
トの位置近傍で、光スポットを中心として少なくとも3
個の受光素子を直線状に配置し、該光スポット位置を境
界として受光素子の各群の出力信号の総和の差から合焦
点を検出し、更に、結像点が大きくずれたときは、光ス
ポット位置から離れた位置の受光素子の出力信号に基づ
きこれを検出して、結像点を高速度で合焦位置に戻すこ
とができる.
ットを中心として、光軸と直交する方向の同一直線上に
アレイ状に配置された少なくとも4個の受光素子を含み
、これらの受光素子をアレイ切換手段によって対物レン
ズの収差に応じて2群に分けて、各群の出力信号の総和
の差に基づき合焦させるようにしているので、受光素子
を光軸と直交する方向に移動させることなく、対物レン
ズの収差に基づく結像点のずれを補正して、測定を容易
確実にすることができる. 又、池の発明は、同様のフーコー法等の場合、光スポッ
トの位置近傍で、光スポットを中心として少なくとも3
個の受光素子を直線状に配置し、該光スポット位置を境
界として受光素子の各群の出力信号の総和の差から合焦
点を検出し、更に、結像点が大きくずれたときは、光ス
ポット位置から離れた位置の受光素子の出力信号に基づ
きこれを検出して、結像点を高速度で合焦位置に戻すこ
とができる.
以下、第1発明の実施例を図面を参照して説明する.
この実施例は、第1図乃至第3図に示されるように、光
ビーム10を出射するレーザダイオード等の光源12と
、被測定物14の被測定表面14Aに対向して配置され
、該被測定表面14Aと略直交する前記光ビームの光路
上に光軸11を備えた対物レンズ16と、この対物レン
ズ16に対して前記被測定物14の反対側に配置され、
前記光ビーム10が前記光路を通って前記被測定表面1
4Aに直進し、且つ、該被測定表面14Aで反射されて
形成され、前記対物レンズ16を通った反射光を集光さ
せるフーコープリズム18と、前記反射光が集光される
光スポットの位置近傍であって、該光スポットを中心と
して、且つ、光軸エエと直交する方向の同一直線上にア
レイ状に配置された8個の受光素子2OA、20B、・
・・20Hと、これら受光素子2OA、20B、・・・
20Hの出力信号を、前記直線上の任意の位置で2群に
分離するアレイ切換手段22と、前記一方の群の出力信
号の総和と他方の群の出力信号の総和との差信号の変化
により、前記被測定表面14Aの前記光軸11方向の変
位量を検出する検出器28と、を含んで変位検出装置を
構成したものである. 前記光源12は,前記光軸11に対してその射出光ビー
ム10の光粕が直交するように光軸11の側方に配置さ
れている. 光源12から射出された光ビーム10と前記光軸11と
の交点であって、前記対物レンズ16とフーコープリズ
ム18との間の位置には、ハーフミラー30が光軸11
及び光源12からの光ビーム10の射出光軸の各々に対
して45゜の角度をなすように配置されている. 又、光軸ti上には、前記ハーフミラー30とフーコー
プリズム18との間の位置に集束レンズ32が配置され
ている. 更に、前記ハーフミラー30と光源12との間では、光
源12からの光ビーム10の射出光軸上にコリメータレ
ンズ34が配置されている.このコリメータレンズ34
は、光源12から射出された光ビーム10を、光軸11
と直交する平行光線としてハーフミラー30に入射させ
るものである. 又、対物レンズ16はハーフミラー30で直角に、光軸
11に沿って反射された平行光線である光ビーム10を
被測定表面14Aに集光させ、且つ、被測定表面14A
からの反射光線を平行光線としてハーフミラー30を経
て集束レンズ32に到達させるものである. この集束レンズ32は、光軸11に沿った平行光線であ
る反射光を集束させ、フーコープリズム18を経て、受
光素子20A〜20Hに合焦させるものである. 前記受光素子20A〜20Hは、前記フーコープリズム
18を通った反射光線の合焦位置であって、且つ、各受
光素子の境界線が、フーコープリズム18の四角形端面
の対向する2辺と平行となるように該2辺と直交する直
線上に等間隔で配置されている. 又、これら受光素子20A〜20Hの感度は同一であり
、対物レンズ16に収差がないとき、第4番目の受光素
子20Dと第5番目の受光素子20Eの境界線上に反射
光が合焦するようにされている. 第3図に示す検出器28は、受光素子20A〜20Fの
出力A〜Fを加算する加算器36と、受光素子20C〜
20Hの出力C〜Hを加算する加算器38と、加算器3
6の出力信号と加算器38の出力信号の差を算出する減
算器40と、加算器36、38の出力を加算する加算器
42と、これら減算器40及び加算器42の出力信号を
各々分子及び分母として商を演算する割算器43と、を
含んで構成されている. 前記アレイ切換手段22は、前記受光素子200〜20
Fと加算器36との間に設けられた切換器44C〜44
Fと、前記受光器20C〜20Fと前記加算器38との
間に設けられた切換器460〜46Fと、これら切換器
44C〜44F及び46C〜46Fを切換える切換制御
器48と、から構成されている. この切換制御器48は、第3図に示されるアレイ切換デ
ータに基づいて前記受光素子20A〜20Hを2群に分
けて、その一方の出力信号を加算器36に、又、他方の
出力信号を加算器38にそれぞれ振分けるべく一切檎器
44C〜44F−46C〜46Fを制御するようにされ
ている.即ち、受光素子20Bと20Cの間を境界とし
て2群に分けて、受光素子2OA及び20Bの出力信号
を加算器36に、他の受光素子20C〜20Hの出力信
号を加算器38に振分ける第1モードと、受光素子20
Cと20Dの間を境界として振分ける第2モードと、受
光素子20Dと20Hの間を境界として振分ける第3モ
ードと、受光素子20Eと20Fの間を境界として振分
ける第4モードと、受光素子20Fと20Gの間を境界
として振分ける第5モードとを、選択的に切り替えるべ
く、切換器44C〜44F、46C〜46Fを制御する
ことができるようにされている.次に上記実施例装置の
作用を説明する.光源12から光ビーム10を射出して
、ハーフミラー30で光軸11に沿って反射させ、これ
を対物レンズ16を介して、被測定物14の被測定表面
14Aに照射する.被測定表面14Aからの反射光は、
再び対物レンズ16を通って、更にハーフミラー30、
集束レンズ32及びフーコープリズム18を通って、受
光素子20A〜20Hに合焦する. 対物レンズ16の収差に基づく結像位置のずれがない場
合は、減算器40の出力信号Δs3は、第3モードで合
焦位置において零となり、且つ、後ピン側でマイナス、
前ビン開でプラスのサインカーブ状となる. 従って、対物レンズ16を光軸11に沿って移動させ、
受光素子20A〜20Dの出力と20E〜20Hの出力
の差ΔS s ”= ( A + B + C + D
)− (E+F+G+H)=Oとなるようにすれば、
合焦点を検出できる. 即ち検出器28における減算器40の出力信号が零とな
るようにすればよい. ここで、割算器52において、前記減算器40の出力信
号ΔS3を、加算器42の出力信号(A+・・・十H)
で割箕しているのは、受光素子20、22の全受光量で
ΔS3を割算すると、被測定表面14Aの反射率の違い
の影響を低減でき、安定した分解能が得られるからであ
る.光源12あるいは対物レンズ16を変更すると、収
差による結像位置が前記受光素子20A〜2oHの方向
にずれる. このずれは、光源12の種類あるいは対物レンズ16の
種類によって予めわかっている.従って、これに応じて
、切換制御器48により、切換器44C〜44F、46
C〜46Fを切換える. 例えば、収差によって、結像点が受光素子2oCと20
Dの間にオフセットする場合は、切換制御器48におい
て第2モードを選択し、受光素子20A〜20Cが加算
器36に、又、受光素子20D〜20Hが加算器38に
それぞれその信号を出力できるように、切換器44C〜
44F及び46C〜46Fを切換える. この第2モードの場合は、合焦信号ΔS2がΔS2=(
A+B+C) (D+E十F十〇+H)=0となる
ように、対物レンズ16を駆動して合焦点を検出できる
. この実施例においては、収差による結像点のずれを受光
素子を移動させることなく、アレイ切換手段22によっ
て補正し、迅速確実に合焦点の検出をすることができる
. 次に、第5図に示される第2発明の実施例について説明
する. この実施例は、前記第1発明の実施例におけると同様の
、光源12と、対物レンズ16と、フーコープリズム1
8とを備えた変位検出装置において、被測定物表面で反
射された反射光が集光される光スポットIIAの位置近
傍であって、該スポットを中心として、且つ、対物レン
ズの光軸と直交する方向の同一直線上に対称的に配置さ
れた2対の受光素子52A、52B及び54A、54B
と、前記光スポットIIAを境界として2群に分けられ
た前記受光素子52A、54A及び52B、54Bのそ
れぞれの出力信号の総和の差信号の変化により、被測定
表面の光粕方向の変位量を検出する検出器56と、前記
光スポットIIAから離れた開の受光素子54A、54
Bの出力信号と基準信号Vrefとを比較し、前者が後
者より大きいときずれ信号を出力する比較器58A、5
8Bと、を設けたものである. 前記yix器56は、第5図に示されるように、受光素
子52A、54Aの出力信号の和を演算する加算器60
Aと、受光素子52B、54Bの出力信号を加算する加
算器60Bと、加算器60Aと60Bの出力信号の和を
演算する加算器62と、加算器60Aの出力信号から加
算器60Bの出力信号の差を演算する減算器64と、加
算器62の出力信号を分母とし、減算器64の出力信号
を分子として割算を行う割算器66と、を備えて構成さ
れている. 前記比較器58A、58Bの出力信号は、ずれ表示器6
8A、68Bに出力されて、結像点がずれていることを
表示できるようにされている,又、割算器66の出力信
号も、合焦表示器70に出力されて、合焦状態を表示す
るようにされている. 割算器66の出力信号である合魚信号ΔSに基づいて、
合焦点を検出する過程は前記と同一であるので説明を省
略する. 結像点が大きくずれた場合、例えば、第5図において右
側にずれた場合は、受光素子54Bの出力信号が通常の
場合と比較して非常に大きくなる.従って、この受光素
子54Bからの出力信号と基準信号Vrefを比較器5
8Bにおいて比較し、受光素子54Bからの出力信号が
基準信号を上廻っているときは、これをずれ表示868
Bで表示して、結像点が図において右側に大きくずれた
ことを表示する. 従って、この場合は、対物レンズを高速移動させて迅速
に合焦点を求めることができる.結像点が受光素子54
AIIl!!にずれた場合は、比較器58Aからの出力
信号により、ずれがずれ表示器68Aに表示されるので
、この場合も同様に、迅速に合焦点まで対物レンズを移
動させることができる, 結像点のずれが少ない場合は、前述のように、合魚信号
ΔS=0となるように対物レンズをy&動させてg整し
、合焦点を得ることができる.従って、ずれ表示器68
A、68Bにずれが表示されていない場合は、常に対物
レンズを微動させて、ハンチングを起こすことなく合焦
点を得ることができる. なお、上記実施例において、受光素子は2対とされてい
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、3対以上
の複数であってもよい.この場合は、ずれ信号を出力す
るための比較器が受光素子に対応して必要となり、又、
該比較器に対応してずれ表示器ら必要となる. 前記第1発明及び第2発明の実施例は、共にフーコー法
を利用したシステムについてのものであるが、本発明は
これに限定されるものでなく、例えば第6図に示される
第3実施例のように、偏心光束法を利用したもの、又は
第7図に示される第4実施例のようにナイフエッジ法を
利用したもの、第8図に示される第5実施例のように、
臨界角法を利用したもののいずれにも適用されるもので
ある. 第3実肱例について、第6図において、符号72は対e
Jfi、74は絞りをそれぞれ示す.他の構成は前記第
1図の実施例と同一又は相当部分については第1図と同
一の符号を付することにより説明を省略するものとする
. この偏心光束法を用いた変位検出器の場合も、受光素子
21A〜21F及びその切換え手段、更には検出器は、
前記第3図及び又は第5図の構成と同一とするものとす
る. 第4実施例については、第7図において、符号76は対
物レンズ16とハーフミラー30との間に配置された1
74波長板、78は受光素子20と収束レンズ32との
間であって、収束レンズ32の焦点位置に配置されたナ
イフエッジをそれぞれ示す. この実施例においても、受光素子21A〜21Fの配列
及び検出器の楕或は、前記第3図又は第5図の構成がそ
のまま適用され得る. 第8図に示される臨界角法を利用した第5実旅例の場合
は、前記第7図の実施例における収束レンズ32とナイ
フエッジ78に代えて、プリズム80を配置したもので
ある. プリズム80は、ハーフミラー30からの反射光に対し
て、その屈折角が臨界角となるように配置されている. この実施例の場合ら、受光素子21A〜21F、あるい
は切換え手段、検出器の構成は前記第3図又は第5図と
同様のものとなる.
ビーム10を出射するレーザダイオード等の光源12と
、被測定物14の被測定表面14Aに対向して配置され
、該被測定表面14Aと略直交する前記光ビームの光路
上に光軸11を備えた対物レンズ16と、この対物レン
ズ16に対して前記被測定物14の反対側に配置され、
前記光ビーム10が前記光路を通って前記被測定表面1
4Aに直進し、且つ、該被測定表面14Aで反射されて
形成され、前記対物レンズ16を通った反射光を集光さ
せるフーコープリズム18と、前記反射光が集光される
光スポットの位置近傍であって、該光スポットを中心と
して、且つ、光軸エエと直交する方向の同一直線上にア
レイ状に配置された8個の受光素子2OA、20B、・
・・20Hと、これら受光素子2OA、20B、・・・
20Hの出力信号を、前記直線上の任意の位置で2群に
分離するアレイ切換手段22と、前記一方の群の出力信
号の総和と他方の群の出力信号の総和との差信号の変化
により、前記被測定表面14Aの前記光軸11方向の変
位量を検出する検出器28と、を含んで変位検出装置を
構成したものである. 前記光源12は,前記光軸11に対してその射出光ビー
ム10の光粕が直交するように光軸11の側方に配置さ
れている. 光源12から射出された光ビーム10と前記光軸11と
の交点であって、前記対物レンズ16とフーコープリズ
ム18との間の位置には、ハーフミラー30が光軸11
及び光源12からの光ビーム10の射出光軸の各々に対
して45゜の角度をなすように配置されている. 又、光軸ti上には、前記ハーフミラー30とフーコー
プリズム18との間の位置に集束レンズ32が配置され
ている. 更に、前記ハーフミラー30と光源12との間では、光
源12からの光ビーム10の射出光軸上にコリメータレ
ンズ34が配置されている.このコリメータレンズ34
は、光源12から射出された光ビーム10を、光軸11
と直交する平行光線としてハーフミラー30に入射させ
るものである. 又、対物レンズ16はハーフミラー30で直角に、光軸
11に沿って反射された平行光線である光ビーム10を
被測定表面14Aに集光させ、且つ、被測定表面14A
からの反射光線を平行光線としてハーフミラー30を経
て集束レンズ32に到達させるものである. この集束レンズ32は、光軸11に沿った平行光線であ
る反射光を集束させ、フーコープリズム18を経て、受
光素子20A〜20Hに合焦させるものである. 前記受光素子20A〜20Hは、前記フーコープリズム
18を通った反射光線の合焦位置であって、且つ、各受
光素子の境界線が、フーコープリズム18の四角形端面
の対向する2辺と平行となるように該2辺と直交する直
線上に等間隔で配置されている. 又、これら受光素子20A〜20Hの感度は同一であり
、対物レンズ16に収差がないとき、第4番目の受光素
子20Dと第5番目の受光素子20Eの境界線上に反射
光が合焦するようにされている. 第3図に示す検出器28は、受光素子20A〜20Fの
出力A〜Fを加算する加算器36と、受光素子20C〜
20Hの出力C〜Hを加算する加算器38と、加算器3
6の出力信号と加算器38の出力信号の差を算出する減
算器40と、加算器36、38の出力を加算する加算器
42と、これら減算器40及び加算器42の出力信号を
各々分子及び分母として商を演算する割算器43と、を
含んで構成されている. 前記アレイ切換手段22は、前記受光素子200〜20
Fと加算器36との間に設けられた切換器44C〜44
Fと、前記受光器20C〜20Fと前記加算器38との
間に設けられた切換器460〜46Fと、これら切換器
44C〜44F及び46C〜46Fを切換える切換制御
器48と、から構成されている. この切換制御器48は、第3図に示されるアレイ切換デ
ータに基づいて前記受光素子20A〜20Hを2群に分
けて、その一方の出力信号を加算器36に、又、他方の
出力信号を加算器38にそれぞれ振分けるべく一切檎器
44C〜44F−46C〜46Fを制御するようにされ
ている.即ち、受光素子20Bと20Cの間を境界とし
て2群に分けて、受光素子2OA及び20Bの出力信号
を加算器36に、他の受光素子20C〜20Hの出力信
号を加算器38に振分ける第1モードと、受光素子20
Cと20Dの間を境界として振分ける第2モードと、受
光素子20Dと20Hの間を境界として振分ける第3モ
ードと、受光素子20Eと20Fの間を境界として振分
ける第4モードと、受光素子20Fと20Gの間を境界
として振分ける第5モードとを、選択的に切り替えるべ
く、切換器44C〜44F、46C〜46Fを制御する
ことができるようにされている.次に上記実施例装置の
作用を説明する.光源12から光ビーム10を射出して
、ハーフミラー30で光軸11に沿って反射させ、これ
を対物レンズ16を介して、被測定物14の被測定表面
14Aに照射する.被測定表面14Aからの反射光は、
再び対物レンズ16を通って、更にハーフミラー30、
集束レンズ32及びフーコープリズム18を通って、受
光素子20A〜20Hに合焦する. 対物レンズ16の収差に基づく結像位置のずれがない場
合は、減算器40の出力信号Δs3は、第3モードで合
焦位置において零となり、且つ、後ピン側でマイナス、
前ビン開でプラスのサインカーブ状となる. 従って、対物レンズ16を光軸11に沿って移動させ、
受光素子20A〜20Dの出力と20E〜20Hの出力
の差ΔS s ”= ( A + B + C + D
)− (E+F+G+H)=Oとなるようにすれば、
合焦点を検出できる. 即ち検出器28における減算器40の出力信号が零とな
るようにすればよい. ここで、割算器52において、前記減算器40の出力信
号ΔS3を、加算器42の出力信号(A+・・・十H)
で割箕しているのは、受光素子20、22の全受光量で
ΔS3を割算すると、被測定表面14Aの反射率の違い
の影響を低減でき、安定した分解能が得られるからであ
る.光源12あるいは対物レンズ16を変更すると、収
差による結像位置が前記受光素子20A〜2oHの方向
にずれる. このずれは、光源12の種類あるいは対物レンズ16の
種類によって予めわかっている.従って、これに応じて
、切換制御器48により、切換器44C〜44F、46
C〜46Fを切換える. 例えば、収差によって、結像点が受光素子2oCと20
Dの間にオフセットする場合は、切換制御器48におい
て第2モードを選択し、受光素子20A〜20Cが加算
器36に、又、受光素子20D〜20Hが加算器38に
それぞれその信号を出力できるように、切換器44C〜
44F及び46C〜46Fを切換える. この第2モードの場合は、合焦信号ΔS2がΔS2=(
A+B+C) (D+E十F十〇+H)=0となる
ように、対物レンズ16を駆動して合焦点を検出できる
. この実施例においては、収差による結像点のずれを受光
素子を移動させることなく、アレイ切換手段22によっ
て補正し、迅速確実に合焦点の検出をすることができる
. 次に、第5図に示される第2発明の実施例について説明
する. この実施例は、前記第1発明の実施例におけると同様の
、光源12と、対物レンズ16と、フーコープリズム1
8とを備えた変位検出装置において、被測定物表面で反
射された反射光が集光される光スポットIIAの位置近
傍であって、該スポットを中心として、且つ、対物レン
ズの光軸と直交する方向の同一直線上に対称的に配置さ
れた2対の受光素子52A、52B及び54A、54B
と、前記光スポットIIAを境界として2群に分けられ
た前記受光素子52A、54A及び52B、54Bのそ
れぞれの出力信号の総和の差信号の変化により、被測定
表面の光粕方向の変位量を検出する検出器56と、前記
光スポットIIAから離れた開の受光素子54A、54
Bの出力信号と基準信号Vrefとを比較し、前者が後
者より大きいときずれ信号を出力する比較器58A、5
8Bと、を設けたものである. 前記yix器56は、第5図に示されるように、受光素
子52A、54Aの出力信号の和を演算する加算器60
Aと、受光素子52B、54Bの出力信号を加算する加
算器60Bと、加算器60Aと60Bの出力信号の和を
演算する加算器62と、加算器60Aの出力信号から加
算器60Bの出力信号の差を演算する減算器64と、加
算器62の出力信号を分母とし、減算器64の出力信号
を分子として割算を行う割算器66と、を備えて構成さ
れている. 前記比較器58A、58Bの出力信号は、ずれ表示器6
8A、68Bに出力されて、結像点がずれていることを
表示できるようにされている,又、割算器66の出力信
号も、合焦表示器70に出力されて、合焦状態を表示す
るようにされている. 割算器66の出力信号である合魚信号ΔSに基づいて、
合焦点を検出する過程は前記と同一であるので説明を省
略する. 結像点が大きくずれた場合、例えば、第5図において右
側にずれた場合は、受光素子54Bの出力信号が通常の
場合と比較して非常に大きくなる.従って、この受光素
子54Bからの出力信号と基準信号Vrefを比較器5
8Bにおいて比較し、受光素子54Bからの出力信号が
基準信号を上廻っているときは、これをずれ表示868
Bで表示して、結像点が図において右側に大きくずれた
ことを表示する. 従って、この場合は、対物レンズを高速移動させて迅速
に合焦点を求めることができる.結像点が受光素子54
AIIl!!にずれた場合は、比較器58Aからの出力
信号により、ずれがずれ表示器68Aに表示されるので
、この場合も同様に、迅速に合焦点まで対物レンズを移
動させることができる, 結像点のずれが少ない場合は、前述のように、合魚信号
ΔS=0となるように対物レンズをy&動させてg整し
、合焦点を得ることができる.従って、ずれ表示器68
A、68Bにずれが表示されていない場合は、常に対物
レンズを微動させて、ハンチングを起こすことなく合焦
点を得ることができる. なお、上記実施例において、受光素子は2対とされてい
るが、本発明はこれに限定されるものでなく、3対以上
の複数であってもよい.この場合は、ずれ信号を出力す
るための比較器が受光素子に対応して必要となり、又、
該比較器に対応してずれ表示器ら必要となる. 前記第1発明及び第2発明の実施例は、共にフーコー法
を利用したシステムについてのものであるが、本発明は
これに限定されるものでなく、例えば第6図に示される
第3実施例のように、偏心光束法を利用したもの、又は
第7図に示される第4実施例のようにナイフエッジ法を
利用したもの、第8図に示される第5実施例のように、
臨界角法を利用したもののいずれにも適用されるもので
ある. 第3実肱例について、第6図において、符号72は対e
Jfi、74は絞りをそれぞれ示す.他の構成は前記第
1図の実施例と同一又は相当部分については第1図と同
一の符号を付することにより説明を省略するものとする
. この偏心光束法を用いた変位検出器の場合も、受光素子
21A〜21F及びその切換え手段、更には検出器は、
前記第3図及び又は第5図の構成と同一とするものとす
る. 第4実施例については、第7図において、符号76は対
物レンズ16とハーフミラー30との間に配置された1
74波長板、78は受光素子20と収束レンズ32との
間であって、収束レンズ32の焦点位置に配置されたナ
イフエッジをそれぞれ示す. この実施例においても、受光素子21A〜21Fの配列
及び検出器の楕或は、前記第3図又は第5図の構成がそ
のまま適用され得る. 第8図に示される臨界角法を利用した第5実旅例の場合
は、前記第7図の実施例における収束レンズ32とナイ
フエッジ78に代えて、プリズム80を配置したもので
ある. プリズム80は、ハーフミラー30からの反射光に対し
て、その屈折角が臨界角となるように配置されている. この実施例の場合ら、受光素子21A〜21F、あるい
は切換え手段、検出器の構成は前記第3図又は第5図と
同様のものとなる.
第l発明は、上記のように構成したので、対物レンズあ
るいは光源の変更に基づく収差によって結像点がずれた
場合にも、受光素子を移動させることなく該結像点のず
れを補正して、迅速確実に合焦点を検出することができ
るという優れた効果を有する. 又、第2発明は、結像点のずれの大小を確実に弁別、検
出し、そのずれ量に応じて対物レンズの移動速度を切換
え、ハンチングを起こしたり、あるいは余計な時間がか
かることなく、迅速に合焦点を検出することができると
いう優れた効果を有する.
るいは光源の変更に基づく収差によって結像点がずれた
場合にも、受光素子を移動させることなく該結像点のず
れを補正して、迅速確実に合焦点を検出することができ
るという優れた効果を有する. 又、第2発明は、結像点のずれの大小を確実に弁別、検
出し、そのずれ量に応じて対物レンズの移動速度を切換
え、ハンチングを起こしたり、あるいは余計な時間がか
かることなく、迅速に合焦点を検出することができると
いう優れた効果を有する.
第1図は本発明を適用すべき変位検出装置を示す断面図
、第2図は第1発明の実施例における受光スポットと受
光素子の関係を示す平面図、第3図は同実a%Jの検出
器及びアレイ切換手段を示す回路図、第4図は同実施例
における検出器の出力信号の状態を示す線図、第5図は
本発明の第2実施例の要部を示す回路図、第6図〜8図
は前記第1図及び第2発明を他の検出方法に適用した第
3〜第5実施例を示す断面図、第9図は従来の変位検出
装置を示す断面図、第10図は同従来の変位検出装置に
おける合魚信号を示す線図である.O・・・光ビーム、 2・・・光源、 6・・・対物レンズ、 8・・・フーコープリズム、 OA〜20H・・・受光素子、 2・・・アレイ切換手段、 ■1・・・光軸、 14・・・被測定物、 8・・・検出器、 2A、52B、54A、54B・・・受光素子、6、8
4・・・検出器、 8A、58B・・・比較器、 8A、68B・・・ずれ表示器、 8・・・ナイフエッジ、 0・・・プリズム. 第1図
、第2図は第1発明の実施例における受光スポットと受
光素子の関係を示す平面図、第3図は同実a%Jの検出
器及びアレイ切換手段を示す回路図、第4図は同実施例
における検出器の出力信号の状態を示す線図、第5図は
本発明の第2実施例の要部を示す回路図、第6図〜8図
は前記第1図及び第2発明を他の検出方法に適用した第
3〜第5実施例を示す断面図、第9図は従来の変位検出
装置を示す断面図、第10図は同従来の変位検出装置に
おける合魚信号を示す線図である.O・・・光ビーム、 2・・・光源、 6・・・対物レンズ、 8・・・フーコープリズム、 OA〜20H・・・受光素子、 2・・・アレイ切換手段、 ■1・・・光軸、 14・・・被測定物、 8・・・検出器、 2A、52B、54A、54B・・・受光素子、6、8
4・・・検出器、 8A、58B・・・比較器、 8A、68B・・・ずれ表示器、 8・・・ナイフエッジ、 0・・・プリズム. 第1図
Claims (6)
- (1)光ビームを放射する光源と、被測定物の被測定表
面に対向して配置され、該被測定表面と略直交する前記
光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;この対
物レンズに対して前記被測定物の反対側に配置され、前
記光ビームが前記光路を通つて前記被測定表面に直進し
、且つ、該被測定表面で反射されて形成され、前記対物
レンズを通つた反射光を集光させる集光手段と;前記反
射光が集光される光スポットの位置近傍であつて、該光
スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交する方向の同
一直線上にアレイ状に配置された少なくとも4個の受光
素子と;これら受光素子の出力信号を、前記直線上の任
意の位置で2群に分離するアレイ切換手段と;前記一方
の群の出力信号の総和と他方の群の出力信号の総和との
差信号の変化により、前記被測定表面の前記光軸方向の
変位量を検出する検出器と;を有してなる変位検出装置
。 - (2)光ビームを放射する光源と、被測定物の被測定表
面に対向して配置され、該被測定表面と略直交する前記
光ビームの光路上に光軸を備えた対物レンズと;この対
物レンズに対して前記被測定物の反対側に配置され、前
記光ビームが前記光路を通つて前記被測定表面に直進し
、且つ、該被測定表面で反射されて形成され、前記対物
レンズを通つた反射光を集光させる集光手段と;前記反
射光が集光される光スポットの位置近傍であつて、該光
スポットを中心とし、且つ、該光軸と直交する方向の同
一直線上に配置された少なくとも3個の受光素子と;前
記光スポットを境界として2群に分けられた受光素子の
各群の出力信号の総和の差信号の変化により、前記被測
定表面の前記光軸方向の変位量を検出する検出器と;前
記光スポットに隣接する1対の受光素子よりも光軸から
離れた位置の受光素子の出力信号と基準信号とを比較し
、前者が後者より大きいときずれ信号を出力する比較器
と;を有してなる変位検出装置。 - (3)請求項1又は2において、前記集光手段はフーコ
ープリズムを備えた合焦システムであることを特徴とす
る変位検出装置。 - (4)請求項1又は2において、前記集光手段は、偏心
光束法による合焦システムであることを特徴とする変位
検出装置。 - (5)請求項1又は2において、前記集光手段は、ナイ
フエッジ法による合焦システムであることを特徴とする
変位検出装置。 - (6)請求項1又は2において、前記集合手段は、臨界
角法による合焦システムであることを特徴とする変位検
出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7276790A JPH0690033B2 (ja) | 1989-03-27 | 1990-03-22 | 変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7471889 | 1989-03-27 | ||
JP1-74718 | 1989-03-27 | ||
JP7276790A JPH0690033B2 (ja) | 1989-03-27 | 1990-03-22 | 変位検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0315710A true JPH0315710A (ja) | 1991-01-24 |
JPH0690033B2 JPH0690033B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=26413904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7276790A Expired - Fee Related JPH0690033B2 (ja) | 1989-03-27 | 1990-03-22 | 変位検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0690033B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009258177A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Sony Corp | 自動焦点制御ユニット、電子機器、自動焦点制御方法 |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP7276790A patent/JPH0690033B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009258177A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Sony Corp | 自動焦点制御ユニット、電子機器、自動焦点制御方法 |
JP4553030B2 (ja) * | 2008-04-11 | 2010-09-29 | ソニー株式会社 | 自動焦点制御ユニット、電子機器、自動焦点制御方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0690033B2 (ja) | 1994-11-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |