JPS6149604B2 - - Google Patents
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- JPS6149604B2 JPS6149604B2 JP7091085A JP7091085A JPS6149604B2 JP S6149604 B2 JPS6149604 B2 JP S6149604B2 JP 7091085 A JP7091085 A JP 7091085A JP 7091085 A JP7091085 A JP 7091085A JP S6149604 B2 JPS6149604 B2 JP S6149604B2
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
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- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/306—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、回転円板の面振れを光学的に測定す
る装置に関する。
る装置に関する。
従来、回転円板の面振れの測定には、静電容量
型の微小変位計が一般に用いられているが、被測
定面が導電材料から成つている必要があり、ガラ
ス円板にTeなどの非導電材料が蒸着された回転
円板などの面振れは測定することができない。こ
のような被測定面の材料に対する制約を取り除く
ため本発明では、光を面振れ測定用のプローブに
用いている。
型の微小変位計が一般に用いられているが、被測
定面が導電材料から成つている必要があり、ガラ
ス円板にTeなどの非導電材料が蒸着された回転
円板などの面振れは測定することができない。こ
のような被測定面の材料に対する制約を取り除く
ため本発明では、光を面振れ測定用のプローブに
用いている。
本発明の目的は、簡単な構成で、測定範囲や測
定感度が被測定面の面振れの大きさにあわせて容
易に調整でき、しかも信頼度の高い面振れ測定装
置を提供することにある。
定感度が被測定面の面振れの大きさにあわせて容
易に調整でき、しかも信頼度の高い面振れ測定装
置を提供することにある。
まず、本発明の原理を第１図を用いて説明す
る。第１図において、１は円板で３を中心に矢印
の方向に回転している。光ビーム１００は、円板
１の面にほぼ垂直に入射し、点１０で反射する。
通常反射した光束２００は点１０における面の方
向によつて入射光束１００とは異なつた方向を向
いている。今、点１０を原点として第１図のよう
にｘ，ｙ，ｚ軸をとる。すなわち、ｘは点１０に
おける回転方向、ｙは半径の方向、ｚは円板１の
回転軸の方向である。点１０における接面とｘ軸
となす角をとすると、点１０における円板１の
ｚ軸方向の振れ（上下振れと呼ぶ）の大きさｚと
の間に、 ｄｚ／ｄｘ＝tan なる関係がある。半径ｒの円板は、一定角速度ω
で回転しているとすれば ｄｚ／ｄｘ＝１／ｒω ｄｚ／ｄｔ 一方、反射光束２００のｘ軸方向の振れ角をθと
すれば、θ＝２であるから ｄｚ／ｄｔ＝ｒω・tanθ／２ である。ここで、充分小さな振れ角に対しては ｄｚ／ｄｔ＝ｒωθ／２ 従つて、上下振れの大きさｚは ｚ＝ｒω／２∫θdt で与えられる。又、上下振れの加速度αは αｄ２ｚ／ｄｔ２＝ｒω／２ ｄθ／ｄｔ で与えられる。
る。第１図において、１は円板で３を中心に矢印
の方向に回転している。光ビーム１００は、円板
１の面にほぼ垂直に入射し、点１０で反射する。
通常反射した光束２００は点１０における面の方
向によつて入射光束１００とは異なつた方向を向
いている。今、点１０を原点として第１図のよう
にｘ，ｙ，ｚ軸をとる。すなわち、ｘは点１０に
おける回転方向、ｙは半径の方向、ｚは円板１の
回転軸の方向である。点１０における接面とｘ軸
となす角をとすると、点１０における円板１の
ｚ軸方向の振れ（上下振れと呼ぶ）の大きさｚと
の間に、 ｄｚ／ｄｘ＝tan なる関係がある。半径ｒの円板は、一定角速度ω
で回転しているとすれば ｄｚ／ｄｘ＝１／ｒω ｄｚ／ｄｔ 一方、反射光束２００のｘ軸方向の振れ角をθと
すれば、θ＝２であるから ｄｚ／ｄｔ＝ｒω・tanθ／２ である。ここで、充分小さな振れ角に対しては ｄｚ／ｄｔ＝ｒωθ／２ 従つて、上下振れの大きさｚは ｚ＝ｒω／２∫θdt で与えられる。又、上下振れの加速度αは αｄ２ｚ／ｄｔ２＝ｒω／２ ｄθ／ｄｔ で与えられる。
このように、反射光束２００の角度θを測定す
れば、それから、上下振れの大きさ及び加速度を
知ることができる。そこで本発明では、ほぼ平行
な光束を回転円板の被測定面にほぼ垂直に入射
し、該被測定面からの反射光束を、入射光束の照
射位置に応じた信号を出力する光点位置検出装置
で受光することにより、入射光束の振れ角を検出
する。そして、第１の発明では、該光点位置検出
装置の出力の積分値を求めることにより、上下振
れの大きさを測定する。その際入射平行光束の傾
きや光点位置検出装置の位置調整ずれ等の影響を
取り除くため、光点位置検出装置の出力の交流成
分を取り出し、この交流成分の積分値を求める。
また、第２の発明では、上下振れの大きさに加え
て、光点位置検出装置の出力の微分値を求めて上
下振れの加速度を測定し、上下振れの大きさ及び
加速度を測定する。上下振れの大きさ及び加速度
の測定は、自動焦点制御系の設計に不可欠な要素
である。すなわち、上下振れの大きさは、自動焦
点用アクチユエータのストロークを設定するため
に必要であり、一方、上下振れ加速度は自動焦点
用アクチユエータの推力を設定するために必要で
あり、自動焦点用アクチユエータの推力は上下振
れ加速度より大きくする必要がある。
れば、それから、上下振れの大きさ及び加速度を
知ることができる。そこで本発明では、ほぼ平行
な光束を回転円板の被測定面にほぼ垂直に入射
し、該被測定面からの反射光束を、入射光束の照
射位置に応じた信号を出力する光点位置検出装置
で受光することにより、入射光束の振れ角を検出
する。そして、第１の発明では、該光点位置検出
装置の出力の積分値を求めることにより、上下振
れの大きさを測定する。その際入射平行光束の傾
きや光点位置検出装置の位置調整ずれ等の影響を
取り除くため、光点位置検出装置の出力の交流成
分を取り出し、この交流成分の積分値を求める。
また、第２の発明では、上下振れの大きさに加え
て、光点位置検出装置の出力の微分値を求めて上
下振れの加速度を測定し、上下振れの大きさ及び
加速度を測定する。上下振れの大きさ及び加速度
の測定は、自動焦点制御系の設計に不可欠な要素
である。すなわち、上下振れの大きさは、自動焦
点用アクチユエータのストロークを設定するため
に必要であり、一方、上下振れ加速度は自動焦点
用アクチユエータの推力を設定するために必要で
あり、自動焦点用アクチユエータの推力は上下振
れ加速度より大きくする必要がある。
以下、実施例により本発明を説明する。第２図
は、本発明による測定装置の一実施例を示す構成
図である。図に於て１は回転円板で、２は被測定
面である。３は回転中心で、４は、円板１を回転
させるためのモータである。５は、ほぼ平行な光
束を出射する光源、例えばHe−Neレーザあるい
は半導体レーザである。光源５から出た平行光束
は、偏光プリズム６で反射し、円板１の面２にほ
ぼ垂直な方向に向けられてλ／４板７を通つて、
面２の点１０に入射する。点１０における面の方
向に従つてわずかに向きをかえられた反射光束
は、λ／４板７、偏向プリズム６を通つて光点位
置検出器８に入射する。光点位置検出器８は、反
射光束２００の位置９に応じて出力端子２０Ａ，
２０Ｂに電流が流れ、抵抗Ｒによつて電圧が発生
する。この電圧の差ＶABは、光点９の変位量をｘ
（通常、光点位置検器８の中心でｘ＝０）、光点位
置検出器８の電流感度をαとすると ＶAB＝Ｒ・α・ｘ となる。光ビーム２００の変位量ｘは、光ビーム
２００のふれ角をθ（第１図の定義による）、測
定点１０から光点位置検出器８までの距離をｌと
すれば、θが充分小さい時は ｘ＝ｌθ となる。
は、本発明による測定装置の一実施例を示す構成
図である。図に於て１は回転円板で、２は被測定
面である。３は回転中心で、４は、円板１を回転
させるためのモータである。５は、ほぼ平行な光
束を出射する光源、例えばHe−Neレーザあるい
は半導体レーザである。光源５から出た平行光束
は、偏光プリズム６で反射し、円板１の面２にほ
ぼ垂直な方向に向けられてλ／４板７を通つて、
面２の点１０に入射する。点１０における面の方
向に従つてわずかに向きをかえられた反射光束
は、λ／４板７、偏向プリズム６を通つて光点位
置検出器８に入射する。光点位置検出器８は、反
射光束２００の位置９に応じて出力端子２０Ａ，
２０Ｂに電流が流れ、抵抗Ｒによつて電圧が発生
する。この電圧の差ＶABは、光点９の変位量をｘ
（通常、光点位置検器８の中心でｘ＝０）、光点位
置検出器８の電流感度をαとすると ＶAB＝Ｒ・α・ｘ となる。光ビーム２００の変位量ｘは、光ビーム
２００のふれ角をθ（第１図の定義による）、測
定点１０から光点位置検出器８までの距離をｌと
すれば、θが充分小さい時は ｘ＝ｌθ となる。
測定円板の回転数をω、測定点１０の半径r′と
すれば、先に述べた原理によつて、この円板の測
定面２の上下振れ量ｚの時間微分は ｄｚ／ｄｔ＝ｒ′ω／２・ＶＡＢ／ｌＲα となる。従つて、電圧の差ＶABを積分すれば、上
下振れ量ｚが求められるが、普通ＶABは、直流成
分を持つており、単純に積分すると、時間ととも
に発散し不都合である。ＶABの直流成分を発生さ
せる原因は、入射ビーム１００のわずかな傾むき
や光点位置検出器８の位置調整のわずかなずれな
どによつており、完全に、直流成分を０にするこ
とは、ほとんど不可能に近い。このような不都合
を取り除くため、電圧差ＶABの交流成分のみを取
り出すようにする必要がある。
すれば、先に述べた原理によつて、この円板の測
定面２の上下振れ量ｚの時間微分は ｄｚ／ｄｔ＝ｒ′ω／２・ＶＡＢ／ｌＲα となる。従つて、電圧の差ＶABを積分すれば、上
下振れ量ｚが求められるが、普通ＶABは、直流成
分を持つており、単純に積分すると、時間ととも
に発散し不都合である。ＶABの直流成分を発生さ
せる原因は、入射ビーム１００のわずかな傾むき
や光点位置検出器８の位置調整のわずかなずれな
どによつており、完全に、直流成分を０にするこ
とは、ほとんど不可能に近い。このような不都合
を取り除くため、電圧差ＶABの交流成分のみを取
り出すようにする必要がある。
第３図に、光点位置検出器８の出力から、上下
振れ量、および上下振れ加速度を検出する回路構
成を示す。第３図において２１は差動増巾器で、
先に述べたＶABを発生させる回路である。２２，
２３は、コンデンサーと抵抗で、直流成分をカツ
トすることが目的であり、いわゆる微分回路であ
るが、その時定数１／RCは、測定円板の回転周
期より充分大きく取る必要がある。この出力３０
Ａは、上下振れ量の速度変動を表わしている。２
４および２５は、それぞれ積分回路、および微分
回路であり、３０Ｂおよび３０Ｃは、上下振れ量
および上下振れ加速度に比例した出力が得られ
る。それぞれの比例定数は、ｒ，ω，ｌ，Ｒ，
α、および回転定数など、全て既知の量から求め
ることができる。すなわち、本実施例によれば、
上下振れ量および上下振れ加速度の絶対値の測定
が容易に行なえる。なお、本実施例では、上下振
れ加速度を測定するため、直流成分をカツトし交
流成分を取り出す回路の出力の微分値を得ている
が、この回路の時定数１／RCは測定円板の回転
周期より充分大きくとつてあり、微分値検出に悪
さをしないようになつている。すなわち、上下振
れの周波数は、回転周期以上であるので、交流成
分を取り出す回路の出力の微分値でも、上下振れ
加速度を正確に測定できるものである。
振れ量、および上下振れ加速度を検出する回路構
成を示す。第３図において２１は差動増巾器で、
先に述べたＶABを発生させる回路である。２２，
２３は、コンデンサーと抵抗で、直流成分をカツ
トすることが目的であり、いわゆる微分回路であ
るが、その時定数１／RCは、測定円板の回転周
期より充分大きく取る必要がある。この出力３０
Ａは、上下振れ量の速度変動を表わしている。２
４および２５は、それぞれ積分回路、および微分
回路であり、３０Ｂおよび３０Ｃは、上下振れ量
および上下振れ加速度に比例した出力が得られ
る。それぞれの比例定数は、ｒ，ω，ｌ，Ｒ，
α、および回転定数など、全て既知の量から求め
ることができる。すなわち、本実施例によれば、
上下振れ量および上下振れ加速度の絶対値の測定
が容易に行なえる。なお、本実施例では、上下振
れ加速度を測定するため、直流成分をカツトし交
流成分を取り出す回路の出力の微分値を得ている
が、この回路の時定数１／RCは測定円板の回転
周期より充分大きくとつてあり、微分値検出に悪
さをしないようになつている。すなわち、上下振
れの周波数は、回転周期以上であるので、交流成
分を取り出す回路の出力の微分値でも、上下振れ
加速度を正確に測定できるものである。
さらに、測定面２の反射率のムラや光源５の強
度の変動などの影響をなくすために、第４図に示
した回路を用いる。すなわち、第４図は２０Ａ，
２０Ｂの出力電圧Ｖ20A，Ｖ20Bの差ＶABと和V+
を、差動増巾器２１と加算回路２６によつて発生
させ、割り算回路２７によつてＶAB／V+に比例
する出力ｖを端子Duより取り出す回路であり、
第３図の差動増巾器２１のかわりに用いる。V+
は、光位置検出器８の特性により、光ビーム２０
０の光量に比例しているから、反射率のむらや光
源の強度変化などの影響を全く受けなくなる。ま
た、このようにすると被測定面２の蒸着膜の種類
が異なるような円板の上下振れを測定するような
場合でも、反射率の違いによる測定値の補正を行
なう必要がなく、どのような円板であつてもつね
に上下振れ量、および上下振れ加速度の絶対値を
得ることができる。
度の変動などの影響をなくすために、第４図に示
した回路を用いる。すなわち、第４図は２０Ａ，
２０Ｂの出力電圧Ｖ20A，Ｖ20Bの差ＶABと和V+
を、差動増巾器２１と加算回路２６によつて発生
させ、割り算回路２７によつてＶAB／V+に比例
する出力ｖを端子Duより取り出す回路であり、
第３図の差動増巾器２１のかわりに用いる。V+
は、光位置検出器８の特性により、光ビーム２０
０の光量に比例しているから、反射率のむらや光
源の強度変化などの影響を全く受けなくなる。ま
た、このようにすると被測定面２の蒸着膜の種類
が異なるような円板の上下振れを測定するような
場合でも、反射率の違いによる測定値の補正を行
なう必要がなく、どのような円板であつてもつね
に上下振れ量、および上下振れ加速度の絶対値を
得ることができる。
以上の如く本発明によれば、光を用いて回転円
板の面振れを測定するので被測定面の材料に対す
る制約が少なく、しかも検出器出力の交流成分を
用いるので、入射光束の傾むきや光点位置検出器
の位置ずれに強く、調整が容易な装置で信頼度の
高い面振れ測定を行なえる。
板の面振れを測定するので被測定面の材料に対す
る制約が少なく、しかも検出器出力の交流成分を
用いるので、入射光束の傾むきや光点位置検出器
の位置ずれに強く、調整が容易な装置で信頼度の
高い面振れ測定を行なえる。
第１図は、本発明の原理を説明するための図、
第２図は、本発明の一実施例の構成図、第３図
は、第２図に示した実施例の装置から、上下振れ
量および上下振れ加速度を算出する回路を示す構
成図。第４図は、被測定面の反射率のムラや光源
の光量変化などの影響を取り除く回路を示す構成
図である。
第２図は、本発明の一実施例の構成図、第３図
は、第２図に示した実施例の装置から、上下振れ
量および上下振れ加速度を算出する回路を示す構
成図。第４図は、被測定面の反射率のムラや光源
の光量変化などの影響を取り除く回路を示す構成
図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ほぼ平行な光束を出射する光源と、入射光束
の照射位置に応じた信号を出力する光点位置検出
装置と、該平行光束を回転円板の被測定面にほぼ
垂直に入射し、該被測定面からの反射光束を上記
光点位置検出装置に導く光学系と、上記光点位置
検出装置の出力の交流成分を取り出す回路と、該
交流成分の積分値を取り出す回路とを具備したこ
とを特徴とする回転円板の面振れ測定装置。 ２ 上記光点位置検出装置は、上記固射光束を受
光して電気信号に変換する光検出器と、該光検出
器からの２つの出力によつて該光検出器に入射す
る上記反射光束の該光検出器の中心位置に対する
ずれを示す信号を得る差動手段とからなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の面振れ測
定装置。 ３ 上記光点位置検出装置は、上記光検出器の２
つの出力の和を得る手段と、この手段の出力と上
記差動手段の出力の比を得る手段とを有すること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の面振れ
測定装置。 ４ ほぼ平行な光束を出射する光源と、入射光束
の照射位置に応じた信号を出力する光点位置検出
装置と、該平行光束を回転円板の被測定面にほぼ
垂直に入射し、該被測定面からの反射光束を上記
光点位置検出装置に導く光学系と、上記光点位置
検出装置の出力の交流成分を取り出す回路と、該
交流成分の積分値を取り出す回路と、上記光点位
置検出装置の出力の微分値を取り出す回路とを具
備したことを特徴とする回転円板の面振れ測定装
置。 ５ 上記光点位置検出装置は、上記反射光束を受
光して電気信号に変換する光検出器と、該光検出
器からの２つの出力によつて該光検出器に入射す
る上記反射光束の該光検出器の中心位置に対する
ずれを示す信号を得る差動手段とからなることを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載の面振れ測
定装置。 ６ 上記光点位置検出装置は、上記光検出器の２
つの出力の和を得る手段と、この手段の出力と上
記差動手段の出力の比を得る手段とを有すること
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の面振れ
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091085A JPS60227105A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 面振れ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7091085A JPS60227105A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 面振れ測定装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP791086A Division JPS61228306A (ja) | 1986-01-20 | 1986-01-20 | 面振れ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60227105A JPS60227105A (ja) | 1985-11-12 |
| JPS6149604B2 true JPS6149604B2 (ja) | 1986-10-30 |
Family
ID=13445139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7091085A Granted JPS60227105A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 面振れ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60227105A (ja) |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP7091085A patent/JPS60227105A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60227105A (ja) | 1985-11-12 |
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