JPH0784172A - フォーカシングサーボ機構 - Google Patents
フォーカシングサーボ機構Info
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- JPH0784172A JPH0784172A JP22710993A JP22710993A JPH0784172A JP H0784172 A JPH0784172 A JP H0784172A JP 22710993 A JP22710993 A JP 22710993A JP 22710993 A JP22710993 A JP 22710993A JP H0784172 A JPH0784172 A JP H0784172A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フォーカス引き込み制御におけるダイナミッ
クレンジを確保でき、かつ、オフセットを０にするため
の無駄時間をなくせるフォーカシングサーボ機構を提供
する。 【構成】 フォーカシングサーボ動作時は積分器として
動作し、フォーカス引き込み制御時は一次遅れ要素とし
て動作するように切り換えられる積分要素４３を設け、
フォーカス引き込み制御時はスイッチ４６をオフしてコ
ントローラ３１Ａとアクチュエータ１５とを切り離した
のち、アクチュエータ１５および積分要素４３にＤ／Ａ
コンバータ３６からの出力を変化させながら与える。フ
ォーカシングサーボ動作時はスイッチ４６をオンしてア
クチュエータ１５とコントローラ３１Ａとを接続すると
ともに、これらからＤ／Ａコンバータ３６を切り離す。
クレンジを確保でき、かつ、オフセットを０にするため
の無駄時間をなくせるフォーカシングサーボ機構を提供
する。 【構成】 フォーカシングサーボ動作時は積分器として
動作し、フォーカス引き込み制御時は一次遅れ要素とし
て動作するように切り換えられる積分要素４３を設け、
フォーカス引き込み制御時はスイッチ４６をオフしてコ
ントローラ３１Ａとアクチュエータ１５とを切り離した
のち、アクチュエータ１５および積分要素４３にＤ／Ａ
コンバータ３６からの出力を変化させながら与える。フ
ォーカシングサーボ動作時はスイッチ４６をオンしてア
クチュエータ１５とコントローラ３１Ａとを接続すると
ともに、これらからＤ／Ａコンバータ３６を切り離す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォーカシングサーボ
機構に関する。詳しくは、光ビームを照射する対物レン
ズを含み、その対物レンズの焦点位置から測定面までの
ずれ量に応じた信号を出力する変位センサを備え、この
変位センサからの出力信号を基にフーカシングサーボ動
作を行うフォーカシングサーボ機構に関する。
機構に関する。詳しくは、光ビームを照射する対物レン
ズを含み、その対物レンズの焦点位置から測定面までの
ずれ量に応じた信号を出力する変位センサを備え、この
変位センサからの出力信号を基にフーカシングサーボ動
作を行うフォーカシングサーボ機構に関する。
【０００２】
【背景技術】光学式変位計の１つとして、光ビームを照
射する対物レンズを含み、その対物レンズの焦点位置か
ら測定面までのずれ量に応じた信号を出力する変位セン
サを備え、この変位センサからの出力信号を基にフォー
カシングサーボ動作を行うフォーカシングサーボ機構を
用いた光学式変位計が知られている。例えば、図３〜図
６に示す光学式変位計が知られている。図３は変位セン
サ１０１を、図５は変位センサ１０１からの信号を基に
フォーカシングサーボ動作を行う制御装置１０２をそれ
ぞれ示している。
射する対物レンズを含み、その対物レンズの焦点位置か
ら測定面までのずれ量に応じた信号を出力する変位セン
サを備え、この変位センサからの出力信号を基にフォー
カシングサーボ動作を行うフォーカシングサーボ機構を
用いた光学式変位計が知られている。例えば、図３〜図
６に示す光学式変位計が知られている。図３は変位セン
サ１０１を、図５は変位センサ１０１からの信号を基に
フォーカシングサーボ動作を行う制御装置１０２をそれ
ぞれ示している。
【０００３】前記変位センサ１０１は、図３に示す如
く、半導体レーザ１と、この半導体レーザ１から放射さ
れた光を平行ビームとするコリメータレンズ２と、この
コリメータレンズ２によって平行光線化された光ビーム
３を測定面４に向けて反射する偏光ビームスプリッタ５
と、この偏光ビームスプリッタ５により進行方向を変え
られた光ビーム３を測定面４に集光して光スポット６を
形成する対物レンズ７と、測定面４による散乱反射光が
半導体レーザ１に戻らないようにするとともに偏光ビー
ムスプリッタ５との組み合わせでハーフミラーを用いた
場合より効率を高めるための１／４波長板８と、前記偏
光ビームスプリッタ５を通過した反射光を結像する結像
レンズ９と、この結像レンズ９を通過した光を分割する
ビームスプリッタ１０と、このビームスプリッタ１０に
より分割された各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２つのピンホール１１Ａ，１１Ｂ
と、各ピンホール１１Ａ，１１Ｂを通過した反射光の光
量をそれぞれ検出する受光素子（例えば、ホトダイオー
ド）１２Ａ，１２Ｂと、この各受光素子１２Ａ，１２Ｂ
からの出力を入力とする検出回路２１とを含んで構成さ
れている。
く、半導体レーザ１と、この半導体レーザ１から放射さ
れた光を平行ビームとするコリメータレンズ２と、この
コリメータレンズ２によって平行光線化された光ビーム
３を測定面４に向けて反射する偏光ビームスプリッタ５
と、この偏光ビームスプリッタ５により進行方向を変え
られた光ビーム３を測定面４に集光して光スポット６を
形成する対物レンズ７と、測定面４による散乱反射光が
半導体レーザ１に戻らないようにするとともに偏光ビー
ムスプリッタ５との組み合わせでハーフミラーを用いた
場合より効率を高めるための１／４波長板８と、前記偏
光ビームスプリッタ５を通過した反射光を結像する結像
レンズ９と、この結像レンズ９を通過した光を分割する
ビームスプリッタ１０と、このビームスプリッタ１０に
より分割された各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２つのピンホール１１Ａ，１１Ｂ
と、各ピンホール１１Ａ，１１Ｂを通過した反射光の光
量をそれぞれ検出する受光素子（例えば、ホトダイオー
ド）１２Ａ，１２Ｂと、この各受光素子１２Ａ，１２Ｂ
からの出力を入力とする検出回路２１とを含んで構成さ
れている。
【０００４】前記対物レンズ７は、本体１３に対して光
軸方向へ変位可能に設けられた対物レンズホルダ１４に
保持されている。本体１３と対物レンズホルダ１４との
間には、対物レンズホルダ１４を上下方向（対物レンズ
７の焦点位置が測定面４に一致する方向）へ駆動させる
駆動手段としてのアクチュエータ１５と、対物レンズホ
ルダ１４の上下方向位置を検出するリニアエンコーダ１
８とがそれぞれ設けられている。アクチュエータ１５
は、前記本体１３に固定されたマグネット１６と、前記
対物レンズホルダ１４に固定されたコイル１７とから構
成されている。リニアエンコーダ１８は、前記対物レン
ズホルダ１４に一端が固定されたスケール１９と、前記
本体１３にスケール１９に対向して固定された検出器２
０とから構成されている。
軸方向へ変位可能に設けられた対物レンズホルダ１４に
保持されている。本体１３と対物レンズホルダ１４との
間には、対物レンズホルダ１４を上下方向（対物レンズ
７の焦点位置が測定面４に一致する方向）へ駆動させる
駆動手段としてのアクチュエータ１５と、対物レンズホ
ルダ１４の上下方向位置を検出するリニアエンコーダ１
８とがそれぞれ設けられている。アクチュエータ１５
は、前記本体１３に固定されたマグネット１６と、前記
対物レンズホルダ１４に固定されたコイル１７とから構
成されている。リニアエンコーダ１８は、前記対物レン
ズホルダ１４に一端が固定されたスケール１９と、前記
本体１３にスケール１９に対向して固定された検出器２
０とから構成されている。
【０００５】前記検出回路２１は、前記各受光素子１２
Ａ，１２Ｂの出力電流を電圧に変換する電流−電圧（Ｉ
／Ｖ）変換器２２Ａ，２２Ｂと、この各Ｉ／Ｖ変換器２
２Ａ，２２Ｂの出力電圧を増幅する増幅器２３Ａ，２３
Ｂと、この両増幅器２３Ａ，２３Ｂの出力の差を演算す
る差演算器２４と、前記両増幅器２３Ａ，２３Ｂの出力
の和を演算する和演算器２５と、前記差演算器２４の出
力を前記和演算器２５の出力で割ってＳ字状のフォーカ
スエラー信号Ｓを出力する除算器２６と、この除算器２
６からのフォーカスエラー信号Ｓが基準レベル＋Ｖref
1, −Ｖref1の範囲より超えているときに「Ｈ」レベル
の信号ＳＳを出力するコンパレータ２７とを含んで構成
されている。従って、各受光素子１２Ａ，１２Ｂから図
４（Ａ）に示す信号PDA , PDB が出力されると、除算器
２６からは図４（Ｂ）に示すように対物レンズ７の焦点
位置から測定面４までのずれ量に応じたフォーカスエラ
ー信号Ｓが、コンパレータ２７からは図４（Ｃ）に示す
信号ＳＳがそれぞれ出力される。
Ａ，１２Ｂの出力電流を電圧に変換する電流−電圧（Ｉ
／Ｖ）変換器２２Ａ，２２Ｂと、この各Ｉ／Ｖ変換器２
２Ａ，２２Ｂの出力電圧を増幅する増幅器２３Ａ，２３
Ｂと、この両増幅器２３Ａ，２３Ｂの出力の差を演算す
る差演算器２４と、前記両増幅器２３Ａ，２３Ｂの出力
の和を演算する和演算器２５と、前記差演算器２４の出
力を前記和演算器２５の出力で割ってＳ字状のフォーカ
スエラー信号Ｓを出力する除算器２６と、この除算器２
６からのフォーカスエラー信号Ｓが基準レベル＋Ｖref
1, −Ｖref1の範囲より超えているときに「Ｈ」レベル
の信号ＳＳを出力するコンパレータ２７とを含んで構成
されている。従って、各受光素子１２Ａ，１２Ｂから図
４（Ａ）に示す信号PDA , PDB が出力されると、除算器
２６からは図４（Ｂ）に示すように対物レンズ７の焦点
位置から測定面４までのずれ量に応じたフォーカスエラ
ー信号Ｓが、コンパレータ２７からは図４（Ｃ）に示す
信号ＳＳがそれぞれ出力される。
【０００６】前記検出回路２１からのフォーカスエラー
信号Ｓおよび信号ＳＳは、図５に示す制御装置１０２に
入力されている。制御装置１０２は、フォーカスエラー
信号Ｓを基に対物レンズ７の焦点位置が測定面４に一致
するように駆動制御信号を前記アクチュエータ１５に与
えるコントローラ３１、スイッチ３２、加算器３３、電
力増幅器３４、フォーカス引き込み用ＣＰＵ３５および
Ｄ／Ａコンバータ３６を含み構成されている。ここで、
フォーカス引き込み用ＣＰＵ３５およびＤ／Ａコンバー
タ３６は、前記対物レンズ７の焦点位置から測定面４ま
でのずれ量が一定範囲内のサーボエリア内に入るよう
に、フォーカス引き込み制御を行うフォーカス引き込み
制御手段３７を構成している。
信号Ｓおよび信号ＳＳは、図５に示す制御装置１０２に
入力されている。制御装置１０２は、フォーカスエラー
信号Ｓを基に対物レンズ７の焦点位置が測定面４に一致
するように駆動制御信号を前記アクチュエータ１５に与
えるコントローラ３１、スイッチ３２、加算器３３、電
力増幅器３４、フォーカス引き込み用ＣＰＵ３５および
Ｄ／Ａコンバータ３６を含み構成されている。ここで、
フォーカス引き込み用ＣＰＵ３５およびＤ／Ａコンバー
タ３６は、前記対物レンズ７の焦点位置から測定面４ま
でのずれ量が一定範囲内のサーボエリア内に入るよう
に、フォーカス引き込み制御を行うフォーカス引き込み
制御手段３７を構成している。
【０００７】フォーカス引き込み制御時において、ＣＰ
Ｕ３５は、スイッチ３２をオフするとともに、Ｄ／Ａコ
ンバータ３６の出力を徐々に増やしていく（図６（Ａ）
（Ｃ）参照）。すると、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力
は、加算器３３および電力増幅器３４を通じてアクチュ
エータ１５に与えられる結果、対物レンズ７が測定面４
に接近する方向へ移動されていく。この間、ＣＰＵ３５
は、コンパレータ２７からの信号ＳＳをチェックし、そ
の信号ＳＳが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化した
とき、つまり、測定面４がサーボエリア内に入ったこと
を検出したとき、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力を固定
し、かつ、スイッチ３２をオンさせる（図６（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）参照）。これにより，サーボループが閉
じ、フォーカシングサーボに動作が引き渡される。以
後、コントローラ３１からは、図６（Ｄ）に示すよう
に、測定面形状に追従した駆動制御信号が出力されるた
め、そのコントローラ３１の出力とＤ／Ａコンバータ３
６の出力との和がアクチュエータ１５に与えられる。
Ｕ３５は、スイッチ３２をオフするとともに、Ｄ／Ａコ
ンバータ３６の出力を徐々に増やしていく（図６（Ａ）
（Ｃ）参照）。すると、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力
は、加算器３３および電力増幅器３４を通じてアクチュ
エータ１５に与えられる結果、対物レンズ７が測定面４
に接近する方向へ移動されていく。この間、ＣＰＵ３５
は、コンパレータ２７からの信号ＳＳをチェックし、そ
の信号ＳＳが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに変化した
とき、つまり、測定面４がサーボエリア内に入ったこと
を検出したとき、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力を固定
し、かつ、スイッチ３２をオンさせる（図６（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）参照）。これにより，サーボループが閉
じ、フォーカシングサーボに動作が引き渡される。以
後、コントローラ３１からは、図６（Ｄ）に示すよう
に、測定面形状に追従した駆動制御信号が出力されるた
め、そのコントローラ３１の出力とＤ／Ａコンバータ３
６の出力との和がアクチュエータ１５に与えられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、アクチュエ
ータ１５の可動範囲とコントローラ３１のコントロール
可能範囲とは、図７に示す関係で表すことができる。同
図において、アクチュエータ１５の機械的平衡位置（通
常、可動範囲の中央位置）を０、アクチュエータ１５の
可動範囲を０±ACT 、コントローラ３１のコントロール
可能範囲を０±CNT とする。アクチュエータ１５の機械
的平衡位置０から距離ｘ離れた位置で合焦した場合、コ
ントローラ３１のコントロール可能範囲は、その距離ｘ
に相当するＤ／Ａコンバータ３６の出力が加わってオフ
セットされた状態にあるから、 ｘ±CNT ’…………（１） となる。これを０を基準に書き直すと、 ０±CNT ＋ｘ………（２） となる。ここで、 CNT−ACT ＜ｘの場合、コントローラ
１５はアクチュエータ１５の可動範囲全域をコントロー
ルできなくなる。
ータ１５の可動範囲とコントローラ３１のコントロール
可能範囲とは、図７に示す関係で表すことができる。同
図において、アクチュエータ１５の機械的平衡位置（通
常、可動範囲の中央位置）を０、アクチュエータ１５の
可動範囲を０±ACT 、コントローラ３１のコントロール
可能範囲を０±CNT とする。アクチュエータ１５の機械
的平衡位置０から距離ｘ離れた位置で合焦した場合、コ
ントローラ３１のコントロール可能範囲は、その距離ｘ
に相当するＤ／Ａコンバータ３６の出力が加わってオフ
セットされた状態にあるから、 ｘ±CNT ’…………（１） となる。これを０を基準に書き直すと、 ０±CNT ＋ｘ………（２） となる。ここで、 CNT−ACT ＜ｘの場合、コントローラ
１５はアクチュエータ１５の可動範囲全域をコントロー
ルできなくなる。
【０００９】これを解消するためには、 CNT−ACT ≧ｘ……（３） を満足するように、コントローラ３１のコントロール可
能範囲CNT 、あるいは、距離ｘを決定する必要がある。
そこで、合焦後、距離ｘに相当するＤ／Ａコンバータ３
６の出力のオフセット分を０にすればよいが、Ｄ／Ａコ
ンバータ３６の出力を０にするまでに時間がかかる。ま
た、上記（３）式を満たすコントローラ３１のコントロ
ール可能範囲CNT は、上記（３）式において、 ACT＝ｘ
とすれば、 CNT≧２ACT ………（４） となり、アクチュエータ１５の可動範囲の２倍以上必要
となり、コントローラ３１のダイナミックレンジの減
少、Ｓ／Ｎ比の悪化などの欠点を招く。
能範囲CNT 、あるいは、距離ｘを決定する必要がある。
そこで、合焦後、距離ｘに相当するＤ／Ａコンバータ３
６の出力のオフセット分を０にすればよいが、Ｄ／Ａコ
ンバータ３６の出力を０にするまでに時間がかかる。ま
た、上記（３）式を満たすコントローラ３１のコントロ
ール可能範囲CNT は、上記（３）式において、 ACT＝ｘ
とすれば、 CNT≧２ACT ………（４） となり、アクチュエータ１５の可動範囲の２倍以上必要
となり、コントローラ３１のダイナミックレンジの減
少、Ｓ／Ｎ比の悪化などの欠点を招く。
【００１０】ここに、本発明の目的は、このような従来
の問題を解消し、フォーカス引き込み制御におけるダイ
ナミックレンジを確保できるとともに、オフセットを０
にするための無駄時間をなくすことができるフォーカシ
ングサーボ機構を提供することにある。
の問題を解消し、フォーカス引き込み制御におけるダイ
ナミックレンジを確保できるとともに、オフセットを０
にするための無駄時間をなくすことができるフォーカシ
ングサーボ機構を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明のフォ
ーカシングサーボ機構は、光ビームを照射する対物レン
ズを含み、その対物レンズの焦点位置から測定面までの
ずれ量に応じた信号を出力する変位センサと、この変位
センサにおける対物レンズの焦点位置が測定面に一致す
る方向へ変位センサを駆動させる駆動手段と、前記対物
レンズの焦点位置から測定面までのずれ量が一定範囲内
のサーボエリア内でのフォーカシングサーボ動作時は積
分器として動作し、前記サーボエリア外でのフォーカス
引き込み制御時は一次遅れ要素として動作する積分要素
を含み、前記変位センサからの出力信号を基に対物レン
ズの焦点位置が測定面に一致するように駆動制御信号を
前記駆動手段に与えるコントローラと、前記フォーカス
引き込み制御時は前記駆動手段とコントローラとを切り
離し、かつ、この状態における駆動手段およびコントロ
ーラの積分要素に駆動制御信号を変化させながら与える
一方、前記フォーカシングサーボ動作時は前記駆動手段
とコントローラとを互いに接続するとともに、これらか
ら切り離されるフォーカス引き込み制御手段と、を具備
したことを特徴としている。
ーカシングサーボ機構は、光ビームを照射する対物レン
ズを含み、その対物レンズの焦点位置から測定面までの
ずれ量に応じた信号を出力する変位センサと、この変位
センサにおける対物レンズの焦点位置が測定面に一致す
る方向へ変位センサを駆動させる駆動手段と、前記対物
レンズの焦点位置から測定面までのずれ量が一定範囲内
のサーボエリア内でのフォーカシングサーボ動作時は積
分器として動作し、前記サーボエリア外でのフォーカス
引き込み制御時は一次遅れ要素として動作する積分要素
を含み、前記変位センサからの出力信号を基に対物レン
ズの焦点位置が測定面に一致するように駆動制御信号を
前記駆動手段に与えるコントローラと、前記フォーカス
引き込み制御時は前記駆動手段とコントローラとを切り
離し、かつ、この状態における駆動手段およびコントロ
ーラの積分要素に駆動制御信号を変化させながら与える
一方、前記フォーカシングサーボ動作時は前記駆動手段
とコントローラとを互いに接続するとともに、これらか
ら切り離されるフォーカス引き込み制御手段と、を具備
したことを特徴としている。
【００１２】
【作用】フォーカス引き込み制御時は、駆動手段とコン
トローラとが切り離され、かつ、この状態における駆動
手段にフォーカス引き込み制御手段から駆動制御信号が
与えられる。これにより、駆動手段は、変位センサにお
ける対物レンズの焦点位置が測定面に一致する方向へ変
位センサを駆動させる。このとき、一次遅れ要素として
動作する積分要素にもフォーカス引き込み制御手段から
駆動制御信号が与えられている。フォーカシングサーボ
動作時は、駆動手段とコントローラとが互いに接続され
るとともに、これらからフォーカス引き込み制御手段が
切り離される。このとき、コントローラの積分要素は積
分器として動作し、フォーカス引き込み制御手段から与
えられた駆動制御信号を基準に測定面形状に追従した駆
動制御信号を出力するから、駆動手段の機械的平衡位置
からずれた位置で合焦した場合でも、駆動手段の可動範
囲全域をコントローラでコントロールすることができ
る。よって、フォーカス引き込み制御におけるダイナミ
ックレンジを確保できるとともに、オフセットを０にす
るための無駄時間をなくすことができる。
トローラとが切り離され、かつ、この状態における駆動
手段にフォーカス引き込み制御手段から駆動制御信号が
与えられる。これにより、駆動手段は、変位センサにお
ける対物レンズの焦点位置が測定面に一致する方向へ変
位センサを駆動させる。このとき、一次遅れ要素として
動作する積分要素にもフォーカス引き込み制御手段から
駆動制御信号が与えられている。フォーカシングサーボ
動作時は、駆動手段とコントローラとが互いに接続され
るとともに、これらからフォーカス引き込み制御手段が
切り離される。このとき、コントローラの積分要素は積
分器として動作し、フォーカス引き込み制御手段から与
えられた駆動制御信号を基準に測定面形状に追従した駆
動制御信号を出力するから、駆動手段の機械的平衡位置
からずれた位置で合焦した場合でも、駆動手段の可動範
囲全域をコントローラでコントロールすることができ
る。よって、フォーカス引き込み制御におけるダイナミ
ックレンジを確保できるとともに、オフセットを０にす
るための無駄時間をなくすことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照しながら詳細に説明する。なお、これらの図の説明
にあたって、前述した図３〜図６と同一構成要件につい
ては、同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化
する。図１は本実施例の制御装置１０２の構成を示して
いる。同図に示す如く、本実施例では、コントローラ３
１Ａの構成およびその後段にホールド回路５１が挿入さ
れている点が前述した図３〜図６の構成と大きく異な
る。同コントローラ３１Ａは、比例要素（Ｐ）４１、微
分要素（Ｄ）４２、積分要素（Ｉ）４３、２つの加算器
４４，４５およびフォーカス引き込み制御とフォーカシ
ングサーボ動作との切り換えを行う３つのスイッチ４
６，４７，４８を含んで構成されている。
参照しながら詳細に説明する。なお、これらの図の説明
にあたって、前述した図３〜図６と同一構成要件につい
ては、同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化
する。図１は本実施例の制御装置１０２の構成を示して
いる。同図に示す如く、本実施例では、コントローラ３
１Ａの構成およびその後段にホールド回路５１が挿入さ
れている点が前述した図３〜図６の構成と大きく異な
る。同コントローラ３１Ａは、比例要素（Ｐ）４１、微
分要素（Ｄ）４２、積分要素（Ｉ）４３、２つの加算器
４４，４５およびフォーカス引き込み制御とフォーカシ
ングサーボ動作との切り換えを行う３つのスイッチ４
６，４７，４８を含んで構成されている。
【００１４】前記比例要素（Ｐ）４１および微分要素
（Ｄ）４２の出力は、加算器４４で互いに加算される。
前記積分要素（Ｉ）４３は、前記対物レンズ７の焦点位
置から測定面４までのずれ量が一定範囲内のサーボエリ
ア内でのフォーカシングサーボ動作時は伝達関数がＧ
(s) ＝１／ｓＴ1 の積分器として動作し、前記サーボエ
リア外でのフォーカス引き込み制御時は伝達関数がＧ
(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)の一次遅れ要素として動作する
ように、ＣＰＵ３５によって切り換えられる。前記スイ
ッチ４６，４７，４８は、ＣＰＵ３５Ａからの指令によ
り切り換えられる。ここでは、フォーカス引き込み制御
時には、スイッチ４６がオフ、スイッチ４７，４８がＢ
接点側にそれぞれ切り換えられる。フォーカシングサー
ボ動作時には、スイッチ４６がオン、スイッチ４７，４
８がＡ接点側にそれぞれ切り換えられる。なお、ホール
ド回路５１は、スイッチ４６，４７，４８の切り換え時
に電力増幅器３４の入力開放によるアクチュエータ１５
のばねのリアクションなどを吸収するために挿入された
ものである。
（Ｄ）４２の出力は、加算器４４で互いに加算される。
前記積分要素（Ｉ）４３は、前記対物レンズ７の焦点位
置から測定面４までのずれ量が一定範囲内のサーボエリ
ア内でのフォーカシングサーボ動作時は伝達関数がＧ
(s) ＝１／ｓＴ1 の積分器として動作し、前記サーボエ
リア外でのフォーカス引き込み制御時は伝達関数がＧ
(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)の一次遅れ要素として動作する
ように、ＣＰＵ３５によって切り換えられる。前記スイ
ッチ４６，４７，４８は、ＣＰＵ３５Ａからの指令によ
り切り換えられる。ここでは、フォーカス引き込み制御
時には、スイッチ４６がオフ、スイッチ４７，４８がＢ
接点側にそれぞれ切り換えられる。フォーカシングサー
ボ動作時には、スイッチ４６がオン、スイッチ４７，４
８がＡ接点側にそれぞれ切り換えられる。なお、ホール
ド回路５１は、スイッチ４６，４７，４８の切り換え時
に電力増幅器３４の入力開放によるアクチュエータ１５
のばねのリアクションなどを吸収するために挿入された
ものである。
【００１５】次に、本実施例の作用を説明する。まず、
フォーカス引き込み制御では、ＣＰＵ３５Ａは、スイッ
チ４６をオフ、スイッチ４７，４８をＢ接点側に切り換
えるとともに、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力を徐々に増
やしていく（図２（Ａ）（Ｃ）参照）。すると、Ｄ／Ａ
コンバータ３６の出力は、スイッチ４８、加算器４５、
ホールド回路５１および電力増幅器３４を通じてアクチ
ュエータ１５に与えられる結果、対物レンズ７が測定面
４に接近する方向へ移動されていく。また、Ｄ／Ａコン
バータ３６の出力は、スイッチ４７を通じて、伝達関数
がＧ(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)の一次遅れ要素に切り換え
られている積分要素（Ｉ）４３に与えられる。
フォーカス引き込み制御では、ＣＰＵ３５Ａは、スイッ
チ４６をオフ、スイッチ４７，４８をＢ接点側に切り換
えるとともに、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力を徐々に増
やしていく（図２（Ａ）（Ｃ）参照）。すると、Ｄ／Ａ
コンバータ３６の出力は、スイッチ４８、加算器４５、
ホールド回路５１および電力増幅器３４を通じてアクチ
ュエータ１５に与えられる結果、対物レンズ７が測定面
４に接近する方向へ移動されていく。また、Ｄ／Ａコン
バータ３６の出力は、スイッチ４７を通じて、伝達関数
がＧ(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)の一次遅れ要素に切り換え
られている積分要素（Ｉ）４３に与えられる。
【００１６】このとき、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力を
ｅ1 、積分要素（Ｉ）４３の出力をｅ2 、スイッチ４８
後の出力をｅ3 とすると、 ｅ3 ＝ｅ1 …………（５） となるから、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力ｅ1 がホール
ド回路５１および電力増幅器３４を通じてアクチュエー
タ１５に与えられる。また、 ｅ2 ＝ｅ1 ・１／（１＋ｓＴ2 ）……（６） が成り立つ。ここで、Ｔ2 を約０とすると、上記（６）
式は、
ｅ1 、積分要素（Ｉ）４３の出力をｅ2 、スイッチ４８
後の出力をｅ3 とすると、 ｅ3 ＝ｅ1 …………（５） となるから、Ｄ／Ａコンバータ３６の出力ｅ1 がホール
ド回路５１および電力増幅器３４を通じてアクチュエー
タ１５に与えられる。また、 ｅ2 ＝ｅ1 ・１／（１＋ｓＴ2 ）……（６） が成り立つ。ここで、Ｔ2 を約０とすると、上記（６）
式は、
【数１】 となる（図２（Ｄ）参照）。
【００１７】この間、ＣＰＵ３５Ａは、コンパレータ２
７からの信号ＳＳをチェックし、その信号ＳＳが「Ｈ」
レベルから「Ｌ」レベルに変化したとき、つまり、測定
面４がサーボエリア内に入ったことを検出したとき、Ｄ
／Ａコンバータ３６の出力を固定し、かつ、スイッチ４
６をオン、スイッチ４７，４８をＡ接点側に切り換える
（図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）。このとき、コントロ
ーラ３１Ａの積分要素（Ｉ）４３は、伝達関数がＧ(s)
＝１／ｓＴ1 の積分器に切り換えられ、図２（Ｄ）に示
すように、測定面形状に追従した信号を出力する。以
後、コントローラ３１Ａでは、ＰＩＤ動作が行われる。
７からの信号ＳＳをチェックし、その信号ＳＳが「Ｈ」
レベルから「Ｌ」レベルに変化したとき、つまり、測定
面４がサーボエリア内に入ったことを検出したとき、Ｄ
／Ａコンバータ３６の出力を固定し、かつ、スイッチ４
６をオン、スイッチ４７，４８をＡ接点側に切り換える
（図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）。このとき、コントロ
ーラ３１Ａの積分要素（Ｉ）４３は、伝達関数がＧ(s)
＝１／ｓＴ1 の積分器に切り換えられ、図２（Ｄ）に示
すように、測定面形状に追従した信号を出力する。以
後、コントローラ３１Ａでは、ＰＩＤ動作が行われる。
【００１８】従って、本実施例によれば、コントローラ
３１Ａ内に、フォーカシングサーボ動作時は伝達関数が
Ｇ(s) ＝１／ｓＴ1 の積分器として動作し、フォーカス
引き込み制御時は伝達関数がＧ(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)
の一次遅れ要素として動作するように切り換えられる積
分要素（Ｉ）４３を設け、フォーカシングサーボ動作時
はスイッチ４６をオフしてコントローラ３１Ａとアクチ
ュエータ１５とを切り離し、この状態におけるアクチュ
エータ１５および積分要素４３にＤ／Ａコンバータ３６
からの出力を変化させながら与える一方、フォーカシン
グサーボ動作時はスイッチ４６をオンしてアクチュエー
タ１５とコントローラ３１Ａとを互いに接続するととも
に、これらからＤ／Ａコンバータ３６を切り離すように
したので、アクチュエータ１５の機械的平衡位置からず
れた位置で合焦した場合でも、アクチュエータ１５の可
動範囲全域をコントローラ３１Ａでコントロールするこ
とができる。よって、フォーカス引き込み制御における
ダイナミックレンジを確保できるとともに、オフセット
を０にするための無駄時間をなくすことができる。
３１Ａ内に、フォーカシングサーボ動作時は伝達関数が
Ｇ(s) ＝１／ｓＴ1 の積分器として動作し、フォーカス
引き込み制御時は伝達関数がＧ(s) ＝１／ (１＋ｓＴ2)
の一次遅れ要素として動作するように切り換えられる積
分要素（Ｉ）４３を設け、フォーカシングサーボ動作時
はスイッチ４６をオフしてコントローラ３１Ａとアクチ
ュエータ１５とを切り離し、この状態におけるアクチュ
エータ１５および積分要素４３にＤ／Ａコンバータ３６
からの出力を変化させながら与える一方、フォーカシン
グサーボ動作時はスイッチ４６をオンしてアクチュエー
タ１５とコントローラ３１Ａとを互いに接続するととも
に、これらからＤ／Ａコンバータ３６を切り離すように
したので、アクチュエータ１５の機械的平衡位置からず
れた位置で合焦した場合でも、アクチュエータ１５の可
動範囲全域をコントローラ３１Ａでコントロールするこ
とができる。よって、フォーカス引き込み制御における
ダイナミックレンジを確保できるとともに、オフセット
を０にするための無駄時間をなくすことができる。
【００１９】なお、上記実施例において、アクチュエー
タ１５は、対物レンズ７の焦点位置が測定面４に一致す
るように、対物レンズ７を本体１３に対して移動させる
ものであったが、対物レンズ７を含む本体１３全体を測
定面４に対して接近、離間する方向へ移動させるもので
あってもよい。また、上記実施例では、合焦方式とし
て、ピンホール法を用いた例で説明したが、このほか、
非点収差法、フーコ法、臨界角法などでもよい。
タ１５は、対物レンズ７の焦点位置が測定面４に一致す
るように、対物レンズ７を本体１３に対して移動させる
ものであったが、対物レンズ７を含む本体１３全体を測
定面４に対して接近、離間する方向へ移動させるもので
あってもよい。また、上記実施例では、合焦方式とし
て、ピンホール法を用いた例で説明したが、このほか、
非点収差法、フーコ法、臨界角法などでもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上の通り、本発明のフォーカシングサ
ーボ機構によれば、フォーカス引き込み制御におけるダ
イナミックレンジを確保できるとともに、オフセットを
０にするための無駄時間をなくすことができるという効
果を奏することができる。
ーボ機構によれば、フォーカス引き込み制御におけるダ
イナミックレンジを確保できるとともに、オフセットを
０にするための無駄時間をなくすことができるという効
果を奏することができる。
【図１】本発明の一実施例の要部を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】同上実施例における各種信号波形を示す図であ
る。
る。
【図３】一般的な変位センサを示す図である。
【図４】図３における各回路の信号波形を示す図であ
る。
る。
【図５】従来の制御装置を示すブロック図である。
【図６】図５の各回路の信号波形を示す図である。
【図７】従来の制御装置におけるアクチュエータの可動
範囲とコントローラのコントローラ可能範囲との関係を
示す図である。
範囲とコントローラのコントローラ可能範囲との関係を
示す図である。
４ 測定面 ７ 対物レンズ １５ アクチュエータ（駆動手段） ３１Ａ コントローラ ４３ 積分要素（Ｉ） １０１ 変位センサ １０２Ａ 制御装置 ３７Ａ フォーカス引き込み制御手段
Claims (1)
- 【請求項１】光ビームを照射する対物レンズを含み、そ
の対物レンズの焦点位置から測定面までのずれ量に応じ
た信号を出力する変位センサと、 この変位センサにおける対物レンズの焦点位置が測定面
に一致する方向へ変位センサを駆動させる駆動手段と、 前記対物レンズの焦点位置から測定面までのずれ量が一
定範囲内のサーボエリア内でのフォーカシングサーボ動
作時は積分器として動作し、前記サーボエリア外でのフ
ォーカス引き込み制御時は一次遅れ要素として動作する
積分要素を含み、前記変位センサからの出力信号を基に
対物レンズの焦点位置が測定面に一致するように駆動制
御信号を前記駆動手段に与えるコントローラと、 前記フォーカス引き込み制御時は前記駆動手段とコント
ローラとを切り離し、かつ、この状態における駆動手段
およびコントローラの積分要素に駆動制御信号を変化さ
せながら与える一方、前記フォーカシングサーボ動作時
は前記駆動手段とコントローラとを互いに接続するとと
もに、これらから切り離されるフォーカス引き込み制御
手段と、 を具備したことを特徴とするフォーカシングサーボ機
構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22710993A JPH0784172A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | フォーカシングサーボ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22710993A JPH0784172A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | フォーカシングサーボ機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784172A true JPH0784172A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16855623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22710993A Withdrawn JPH0784172A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | フォーカシングサーボ機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0784172A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10268198A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | 焦点検出装置 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22710993A patent/JPH0784172A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10268198A (ja) * | 1997-03-21 | 1998-10-09 | Olympus Optical Co Ltd | 焦点検出装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001128 |