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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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
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- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 16
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 10
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 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 |