JPH0743148A - オートフォーカス機構 - Google Patents

オートフォーカス機構

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JPH0743148A
JPH0743148A JP18488393A JP18488393A JPH0743148A JP H0743148 A JPH0743148 A JP H0743148A JP 18488393 A JP18488393 A JP 18488393A JP 18488393 A JP18488393 A JP 18488393A JP H0743148 A JPH0743148 A JP H0743148A
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pinhole
pinholes
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Tadashi Iwamoto
正 岩本
Yuuji Yunaka
裕士 柚中
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Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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(57)【要約】 【目的】 ピンホールを光軸に簡易にかつ迅速に一致さ
せることができるオートフォーカス機構を提供する。 【構成】 分割反射光の結像点の前および後にピンホー
ルを有するピンホール板を配置したオートフォーカス機
構において、ピンホール板17A,17Bに複数のピン
ホール31を設ける。最初の組立・調整時にピンホール
31がオートフォーカス機構の光軸に一致する確率が増
える。また、そのとき一致しない場合にも、ピンホール
板を移動させれば、隣接するいずれかのピンホール31
が光軸に一致するから、従来に比べピンホールを光軸に
簡易にかつ迅速に一致させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ピンホール方式のオー
トフォーカス機構に関する。詳しくは、物体からの反射
光を2つの光に分割し、その分割反射光の前および後に
ピンホールをそれぞれ配置したピンホール方式のオート
フォーカス機構に関する。
【0002】
【背景技術】例えば、表面粗さ計の測定ヘッドやフロー
ピィーディスクドライバーのピックアップなどに用いら
れるオートフォーカス機構の1方式として、ピンホール
方式が知られている。これは、物体からの反射光を2つ
の光に分割し、その分割反射光の前および後にピンホー
ルをそれぞれ配置し、その直後に光検出器を配置し、そ
の光検出器の出力を基にフォーカスエラー信号を得る方
式である。
【0003】具体的には、物体に光を集光させる対物レ
ンズを含む光学系と、物体からの反射光を2つの光に分
割するビームスプリッタと、一方の分割反射光の結像点
の前と他方の分割反射光の結像点の後とにそれぞれ配置
されたピンホールを有するピンホール板と、この各ピン
ホール板の直後に配置された光検出器と、この光検出器
の出力を基に焦点ずれを検出する検出回路と、この検出
回路からの出力信号(フォーカスエラー信号)を基に前
記対物レンズが常に物体表面で焦点を結ぶように対物レ
ンズを移動させる駆動機構とを備えた構成である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したピンホール方
式のオートフォーカス機構の場合、ピンホールをオート
フォーカス機構の光軸に一致させる必要がある。しか
し、最初の組立・調整時に、ピンホールが光軸の近傍に
位置していないと、光検出器には全く光が入らないか
ら、どちらの方向へピンホール板を移動調整してよいの
かが判らない。そのため、従来は、試行錯誤的にピンホ
ール板を移動調整しながら、ピンホールを光軸に一致さ
せるようにしていたため、調整が面倒でかつ時間がかか
るという欠点があった。
【0005】ここに、本発明の目的は、このような従来
の欠点を解消し、ピンホールを光軸に簡単にかつ迅速に
一致させることができるピンホール方式のオートフォー
カス機構を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明では、物体に
光を集光させる対物レンズを含む光学系と、物体からの
反射光を2つの光に分割するビームスプリッタと、一方
の分割反射光の結像点の前と他方の分割反射光の結像点
の後とにそれぞれ配置されたピンホールを有するピンホ
ール板と、この各ピンホール板の直後に配置された光検
出器と、この光検出器の出力を基に焦点ずれを検出する
検出回路と、この検出回路からの出力信号を基に前記対
物レンズを移動させる駆動機構とを備えたオートフォー
カス機構において、前記ピンホール板には、複数のピン
ホールが設けられていることを特徴とする。
【0007】第2の発明では、物体に光を集光させる対
物レンズを含む光学系と、物体からの反射光を2つの光
に分割するビームスプリッタと、一方の分割反射光の結
像点の前と他方の分割反射光の結像点の後とにそれぞれ
配置されたピンホールを有するピンホール板と、この各
ピンホール板の直後に配置された光検出器と、この光検
出器の出力を基に焦点ずれを検出する検出回路と、この
検出回路からの出力信号を基に前記対物レンズを移動さ
せる駆動機構とを備えたオートフォーカス機構におい
て、前記ピンホール板には、1つのピンホールと、その
ピンホールを通る直線に沿って幅が略ピンホールの直径
以下でかつ長さが所定長さを有するガイト長孔とが設け
られていることを特徴とすることを特徴とする。
【0008】
【作用】第1の発明では、ピンホール板に複数のピンホ
ールが設けられているから、最初の組立・調整時にピン
ホールが光軸に一致する確率が増える。最初の組立・調
整時に一致しない場合でも、ピンホール板をいずかの方
向へ移動させれば、隣接するピンホールが光軸に一致す
るから、従来よりも、ピンホールを光軸に簡単にかつ迅
速に一致させることができる。
【0009】第2の発明では、ピンホール板に1つのピ
ンホールと、そのピンホールを通る直線に沿って幅が略
ピンホールの直径以下でかつ長さが所定長さを有するガ
イト長孔とが設けられているから、最初の組立・調整時
にガイド長孔に対して直交する方向でかつガイド長孔の
長さに対応する幅を有する帯域内に光軸が入るように位
置させておく。これは、範囲が広いので容易である。そ
こで、まず、ピンホール板をガイド長孔に対して直交す
る方向へ移動させていくと、光軸がガイド長孔に入る。
次に、ピンホール板をガイド長孔方向へ移動させていく
と、光軸に対してガイド長孔が外れ光検出器からの信号
が一旦とだえるが、そのまま移動させていくと、光軸に
ピンホールが入り光検出器から出力が得られる。従っ
て、従来よりも、ピンホールを光軸に簡単にかつ迅速に
一致させることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明のピンホール方式のオートフォ
ーカス機構を用いた光学式変位計について図を参照しな
がら詳細に説明する。ここでは、はじめに、各実施例に
共通する光学式変位計の構成について説明したのち、各
実施例の説明を行う。
【0011】同光学式変位計は、図1に示す如く、変位
計本体1と、この変位計本体1に対して対物レンズ14
を図で上下方向へ移動自在に保持する対物レンズホルダ
2と、この対物レンズホルダ2を上下方向へ駆動させる
駆動機構としてのボイスコイル6と、前記対物レンズホ
ルダ2の上下方向位置を検出するリニアエンコーダ9と
を含んで構成されている。前記ボイスコイル6は、前記
変位計本体1に固定されたマグネット4と、前記対物レ
ンズホルダ2に固定されたコイル5とから構成されてい
る。前記リニアエンコーダ9は、前記対物レンズホルダ
2に一端が固定されたスケール7と、前記変位計本体1
にスケール7に対向して固定された検出器8とから構成
されている。
【0012】前記変位計本体1には、半導体レーザ11
と、この半導体レーザ11から放射された光を測定面1
0に向けて反射するビームスプリッタ12と、このビー
ムスプリッタ12により進行方向を変えられた光を平行
ビームとして前記対物レンズ14へ向けるコリメータレ
ンズ13と、測定面10からの反射光を結像する結像レ
ンズ15と、この結像レンズ15を通過した光を分割す
るビームスプリッタ16と、このビームスプリッタ16
により分割された各分割反射光の合焦位置よりも前およ
び後にそれぞれ配置されたピンホール板17A,17B
と、この各ピンホール板17A,17Bを通過した分割
反射光の光量をそれぞれ検出する光検出器18A,18
Bとが設けられている。なお、ここでは、前記半導体レ
ーザ11、ビームスプリッタ12、コリメータレンズ1
3および測定面10に光を集光させる対物レンズ14を
含んで照明用光学系19が形成されている。
【0013】図2は検出回路20を示している。同検出
回路20は、前記各光検出器18A,18Bの出力電流
を電圧に変換する電流−電圧(I−V)変換器21A,
21Bと、この各I−V変換器21A,21Bの出力電
圧を増幅する増幅器22A,22Bと、この両増幅器2
2A,22Bの出力の差を演算する差演算器23と、両
増幅器22A,22Bの出力の和を演算する和演算器2
4と、前記差演算器23の出力を和演算器24の出力で
割ってS字状カーブのフォーカスエラー信号Sとする徐
算器25とから構成されている。
【0014】いま、各分割反射光の合焦位置から各ピン
ホール板17A,17Bまでの距離が互いに等しくなる
ように設定すると、各光検出器18A,18Bの出力は
図3のようになる。そのとき、検出回路20から得られ
るフォーカスエラー信号Sは、図4のように、S字状カ
ーブとなり、測定面10の変位に応じた信号となる。従
って、フォーカスエラー信号Sを基に、対物レンズ14
が常に測定面10に焦点を結ぶように、ボイスコイル6
を制御すれば、そのときのリニアエンコーダ9の出力を
測定値として出力することができる。つまり、測定面1
0の粗さをリニアエンコーダ9の出力から求めることが
できる。
【0015】第1実施例 上記光学式変位計において、前記各ピンホール板17
A,17Bには、図5に示す如く、それぞれがピンホー
ル機能を有する複数のピンホール31が縦および横方向
に一定ピッチ間隔で配列されている。このように、ピン
ホール板17A,17Bには複数のピンホール31が設
けられているから、最初の組立・調整時にピンホール3
1が光軸に一致する確率が増える。最初の組立・調整時
に一致しない場合でも、ピンホール板17A,17Bを
いずかの方向へ移動させれば、隣接するピンホール31
を光軸に一致させることができる。従って、第1実施例
によれば、従来に比べ、ピンホールを光軸に簡易にかつ
迅速に一致させることができるとともに、作業者の負担
を軽減することができる。
【0016】なお、第1実施例において、ピンホール3
1の数や配列方法については、上記実施例に限られるも
のでない。例えば、数については、2以上であれば任意
であるが、多くすればするほどピンホールが光軸に一致
する確率が高くなる利点がある。また、配列方法につい
ては、縦および横方向に一定ピッチ間隔に配列する以外
に、不規則に配置するようにしてもよい。
【0017】第2実施例 上記光学式変位計において、前記各ピンホール板17
A,17Bには、図6に示す如く、1つのピンホール3
2と、そのピンホール32を通る直線に沿って幅がピン
ホール32の直径と等しくかつ長さが前記直径の数倍長
さを有するガイト長孔33とが設けられている。最初の
組立・調整時にガイド長孔33に対して直交する方向で
かつガイド長孔33の長さに対応する幅を有する帯域3
4内に光軸が入るように位置させておく。これは、範囲
が広いので容易である。そこで、まず、ピンホール板1
7A,17Bをガイド長孔33に対して直交する方向へ
移動させていくと、光軸がガイド長孔33に入る。次
に、ピンホール板17A,17Bをガイド長孔33方向
へ移動させていくと、光軸に対してガイド長孔33が外
れ光検出器18A,18Bからの信号が一旦とだえる
が、そのまま移動させていくと、光軸にピンホール32
が入り光検出器18A,18Bから出力が得られる。従
って、第2実施例によれば、従来に比べ、ピンホールを
光軸に簡易にかつ迅速に一致させることができるととも
に、作業者の負担を軽減することができるほか、1つの
ピンホール32とガイト長孔33とを穿孔するだけでよ
いから、第1実施例に比べ穿孔加工を少なくできる。
【0018】なお、第2実施例では、ガイド長孔33の
幅をピンホール32の直径と等しくしたが、ガイド長孔
33の幅は、ピンホール32の直径より僅か大きくても
よく、また、ピンホール32の直径より小さくてもよ
い。つまり、略ピンホール32の直径以下であればよ
い。長さについては、ピンホール板17A,17Bの移
動調整可能な範囲を考慮して決定すればよい。また、ピ
ンホール32を挟んだ反対側にもう1つのガイド長孔を
形成し、つまり、ピンホール32を挟んで2つのガイド
長孔33,33をピンホール32を通る直線上に配列す
るようにすれば、最初の組立・調整時に両側の帯域34
内に光軸が入るように位置させておけばよいから、第2
実施例の場合よりも簡単である。
【0019】また、上記各実施例では、光学式変位計に
適用した例について説明したが、本発明のオートフォー
カス機構は、これに限られるものでない。例えば、三次
元測定機で倣い動作させる場合に用いられる倣いプロー
ブやフローピィーディスクドライバーのピックアップな
どにも利用できる。
【0020】
【発明の効果】以上の通り、本発明のオートフォーカス
機構によれば、ピンホール方式の合焦方式において、ピ
ンホールを光軸に簡易にかつ迅速に一致させることがで
きるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される光学式変位計の構成を示す
断面図である。
【図2】図1の光学式変位計の検出回路を示す図であ
る。
【図3】図1の光学式変位計における光検出器の出力を
示す図である。
【図4】図1の光学式変位計におけるフォーカスエラー
信号を示す図である。
【図5】本発明の第1実施例におけるピンホール板を示
す図である。
【図6】本発明の第2実施例におけるピンホール板を示
す図である。
【符号の説明】
11 半導体レーザ 14 対物レンズ 17A,17B ピンホール板 18A,18B 光検出器 19 照明用光学系 20 検出回路 31,32 ピンホール 33 ガイド長孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体に光を集光させる対物レンズを含む光
    学系と、物体からの反射光を2つの光に分割するビーム
    スプリッタと、一方の分割反射光の結像点の前と他方の
    分割反射光の結像点の後とにそれぞれ配置されたピンホ
    ールを有するピンホール板と、この各ピンホール板の直
    後に配置された光検出器と、この光検出器の出力を基に
    焦点ずれを検出する検出回路と、この検出回路からの出
    力信号を基に前記対物レンズを移動させる駆動機構とを
    備えたオートフォーカス機構において、前記ピンホール
    板には、複数のピンホールが設けられていることを特徴
    とするオートフォーカス機構。
  2. 【請求項2】物体に光を集光させる対物レンズを含む光
    学系と、物体からの反射光を2つの光に分割するビーム
    スプリッタと、一方の分割反射光の結像点の前と他方の
    分割反射光の結像点の後とにそれぞれ配置されたピンホ
    ールを有するピンホール板と、この各ピンホール板の直
    後に配置された光検出器と、この光検出器の出力を基に
    焦点ずれを検出する検出回路と、この検出回路からの出
    力信号を基に前記対物レンズを移動させる駆動機構とを
    備えたオートフォーカス機構において、前記ピンホール
    板には、1つのピンホールと、そのピンホールを通る直
    線に沿って幅が略ピンホールの直径以下でかつ長さが所
    定長さを有するガイト長孔とが設けられていることを特
    徴とするオートフォーカス機構。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7330278B2 (en) 2004-03-18 2008-02-12 Mitutoyo Corporation Optical displacement measurement device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7330278B2 (en) 2004-03-18 2008-02-12 Mitutoyo Corporation Optical displacement measurement device

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