專利名稱：聚焦伺服裝置和聚焦伺服方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)聚焦誤差信號使物鏡移動到焦點(diǎn)位置的聚焦伺服方法及其裝置。
相關(guān)技術(shù)的說明以往作為光學(xué)變位計(jì)，已知有包括從通過照射激光得到的反射光檢測焦點(diǎn)的聚焦伺服裝置的結(jié)構(gòu)。作為該聚焦伺服裝置，已知在例如特開平7-103710號公報(bào)、特開平7-294800號公報(bào)和特開平9-68407號公報(bào)等中記載的構(gòu)成。
這些特開平7-103710號公報(bào)、特開平7-294800號公報(bào)和特開平9-68407號公報(bào)等中記載的聚焦伺服裝置使物鏡接近、遠(yuǎn)離測定面，通過該接近、遠(yuǎn)離檢測將反射光變換為電信號生成的S狀曲線信號，即作為聚焦誤差信號的焦點(diǎn)配合位置的零交叉點(diǎn)。并且，采用在檢測出的零交叉點(diǎn)位置上通過CPU(中央處理單元)的信號輸出驅(qū)動致動器來追蹤物鏡，達(dá)到聚焦，即焦點(diǎn)會合的結(jié)構(gòu)。
但是，上述已有的聚焦伺服裝置中，從檢測出零交叉點(diǎn)到把物鏡移動到作為零交叉點(diǎn)位置的焦點(diǎn)位置的時(shí)間依賴于從反射光生成的聚焦誤差信號的波形滿足聚焦區(qū)域的條件、由CPU控制使物鏡移動的控制過程的控制系統(tǒng)的指令傳送的響應(yīng)特性。并且控制過程中，插入致動器和由致動器的驅(qū)動移動物鏡的移動機(jī)構(gòu)等的機(jī)械部件。由于這種情況，控制系統(tǒng)的指令傳送時(shí)，為不產(chǎn)生物鏡的移動相對指令信號的延遲或提早等，以往是確認(rèn)物鏡的當(dāng)前位置并作反饋控制。
然而，已有的聚焦伺服裝置中，由于確認(rèn)物鏡的當(dāng)前位置并作反饋控制，因控制系統(tǒng)的指令傳送的延遲，即指令傳送需要的時(shí)間等，到聚焦結(jié)束之前需要時(shí)間。因此，存在不能指望提高作業(yè)效率的問題。
另一方面，在上述聚焦伺服裝置中，作為為檢測聚焦誤差信號而檢測收斂的反射光的方法，有刀刃(knife edge)方式和針孔(pin hole)方式等。
其中，在刀刃方式中，得到的聚焦誤差信號如圖17所示檢測出物鏡與實(shí)際焦點(diǎn)位置有某種程度的偏差。這樣，即便物鏡與焦點(diǎn)位置有某種程度的偏差，也可根據(jù)聚焦誤差信號識別焦點(diǎn)位置。
另一方面，針孔方式中，聚焦誤差信號的曲線波形的峰值大，并且S/N比良好，即噪聲小。因此，與刀刃方式相比，得到更好的聚焦誤差信號的上述，具有可進(jìn)行很好地焦點(diǎn)配合的優(yōu)點(diǎn)。
但是，針孔方式中，聚焦誤差信號的上述的波形寬度小，即，物鏡與焦點(diǎn)位置有某種程度的偏差時(shí)，不能檢測聚焦誤差信號。這樣，識別為沒有測定面，不能移動到焦點(diǎn)配合的控制中。
因此，利用針孔方式時(shí)，例如有測定者通過開關(guān)操作等控制來檢測出聚焦誤差信號等、不能實(shí)現(xiàn)自動化、焦點(diǎn)配合復(fù)雜等問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是縮短聚焦伺服的到聚焦結(jié)束之前的時(shí)間。
本發(fā)明是一種聚焦伺服裝置，其特征在于具有向著測定面照射光束的同時(shí)，使接收從上述測定面反射的反射光的物鏡沿著該物鏡的光軸移動的移動裝置；檢測由該移動裝置移動的物鏡的位置的位置檢測裝置；以上述物鏡的光軸作為對稱軸彼此相對位置，分別檢測來自上述物鏡的上述反射光的量的多個(gè)光接收元件；根據(jù)由這些多個(gè)光接收元件分別檢測出的上述反射光的量，輸出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號的位置偏差檢測裝置；識別來自該位置偏差檢測裝置的聚焦誤差信號和從由上述位置檢測裝置檢測的上述物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置的同時(shí)，控制上述移動裝置使上述物鏡移動到焦點(diǎn)位置的焦點(diǎn)識別裝置。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置，根據(jù)由反射測定面并由物鏡接收的多個(gè)光接收元件檢測的反射光的量識別表示物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號和由位置檢測裝置檢測的物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置，控制移動裝置，使物鏡移動到焦點(diǎn)位置上。借此，檢測聚焦誤差信號并識別焦點(diǎn)位置的動作時(shí)識別物鏡位置，識別焦點(diǎn)位置后，可將物鏡移動到該焦點(diǎn)位置，不需要像原來一樣將物鏡移動到焦點(diǎn)位置時(shí)邊確認(rèn)物鏡的位置邊進(jìn)行移動的反饋控制，識別焦點(diǎn)位置后可高速移動，短時(shí)間里將物鏡移動到焦點(diǎn)位置，作業(yè)效率提高。
上述本發(fā)明中，希望焦點(diǎn)識別裝置使物鏡移動到最接近測定面的位置的同時(shí)，使其移動到最遠(yuǎn)離上述測定面的位置，以把握上述物鏡的可移動范圍，在該物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使上述物鏡位置和聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置，使物鏡移動到最接近測定面的位置和最遠(yuǎn)離上述測定面的位置來把握物鏡的可移動范圍，在物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使物鏡位置和聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。借此，容易識別正確的焦點(diǎn)位置。
本發(fā)明的其他目的是提供容易識別焦點(diǎn)位置并有效地聚焦的聚焦伺服方法和聚焦伺服裝置。
本發(fā)明的聚焦伺服裝置，其特征在于具有向著測定面照射光束的同時(shí)，使接收從上述測定面反射的反射光的物鏡沿著該物鏡的光軸移動的移動裝置；以上述物鏡的光軸作為對稱軸彼此相對位置，分別檢測來自上述物鏡的上述反射光的量的多個(gè)光接收元件；根據(jù)由這些多個(gè)光接收元件分別檢測出的上述反射光的量，輸出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號的位置偏差檢測裝置；控制上述移動裝置使上述物鏡在沿著光軸的方向上振動，識別有無從上述位置偏差檢測裝置輸出的聚焦誤差信號，通過識別該聚焦誤差信號的輸出來基于該聚焦誤差信號進(jìn)行上述焦點(diǎn)位置的識別的焦點(diǎn)識別裝置。
本發(fā)明的聚焦伺服方法是將上面的聚焦伺服裝置的發(fā)明展開為聚焦伺服方法，向著測定面照射光束的同時(shí)，經(jīng)物鏡接收從上述測定面反射的反射光，根據(jù)該接收的反射光的量檢測出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號來識別焦點(diǎn)位置，使上述物鏡沿著該物鏡的光軸移動到該識別的焦點(diǎn)位置，其特征在于使上述物鏡在沿著光軸的方向上振動，在該物鏡振動時(shí)識別有無上述聚焦誤差信號，在識別出上述聚焦誤差信號的情況下，根據(jù)該聚焦誤差信號識別上述焦點(diǎn)位置。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置，由移動裝置使物鏡在沿著光軸的方向上振動，該振動時(shí)，根據(jù)反射測定面并經(jīng)物鏡由多個(gè)光接收元件檢測出的反射光的量，識別是否從位置偏差檢測裝置輸出表示物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號。在識別出輸出聚焦誤差信號的情況下，根據(jù)識別的聚焦誤差信號識別焦點(diǎn)位置。借此，使物鏡積極振動，識別有無聚焦誤差信號并在判斷有無測定面后識別焦點(diǎn)位置，因此即便是聚焦誤差信號的波形寬度比較窄的針孔方式中，聚焦誤差信號的識別也容易，容易進(jìn)行測定面有無的自動判斷。并且，通過使物鏡例如周期地振動的構(gòu)成，即便因外部的沖擊施加振動，例如所謂的過速誤差等的處理的停止功能動作，可防止不能進(jìn)行聚焦處理。另外，由使物鏡移動的移動裝置振動，因此不必設(shè)置識別有無測定面的另外的特別結(jié)構(gòu)，防止大型化。
本發(fā)明中，在移動裝置中使用致動器，焦點(diǎn)識別裝置向上述致動器輸出觸發(fā)信號，使物鏡在沿著光軸的方向上振動。
本發(fā)明中，利用物鏡的移動裝置使物鏡在沿著光軸的方向上振動，使得容易得到用于振動的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置周期地控制移動裝置，使物鏡在沿著光軸的方向上振動。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置周期地控制移動裝置，使物鏡在沿著光軸的方向上振動。借此，周期地識別有無聚焦誤差信號來識別有無測定面，從而即便是例如在對自動運(yùn)送的物鏡進(jìn)行聚焦等時(shí)也可自動有效地聚焦。
本發(fā)明中，使用檢測物鏡的位置的位置檢測裝置，焦點(diǎn)識別裝置控制移動裝置使上述物鏡振動時(shí)識別從位置偏差檢測裝置輸出的聚焦誤差信號的情況下，控制上述移動裝置使上述物鏡移動，識別來自上述位置偏差檢測裝置的聚焦誤差信號和從由上述位置檢測裝置檢測的上述物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置，控制上述移動裝置，使上述物鏡移動到識別的上述焦點(diǎn)位置。
本發(fā)明中，在使物鏡振動時(shí)識別聚焦誤差信號的情況下，控制移動裝置使物鏡移動，識別來自位置偏差檢測裝置的聚焦誤差信號和從由位置檢測裝置檢測的物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置，使物鏡移動到該識別的焦點(diǎn)位置。借此，通過識別聚焦誤差信號識別焦點(diǎn)位置的動作時(shí)，檢測物鏡的位置并從聚焦誤差信號識別焦點(diǎn)位置后，將物鏡移動到該焦點(diǎn)位置，從而不需要像原來那樣將物鏡移動到焦點(diǎn)位置時(shí)邊確認(rèn)物鏡的位置邊進(jìn)行移動的反饋控制，在識別有無測定面來識別焦點(diǎn)位置后可高速移動，短時(shí)間里將物鏡移動到焦點(diǎn)位置，聚焦效率提高。
本發(fā)明中，焦點(diǎn)識別裝置使物鏡移動到最接近測定面的位置的同時(shí)使之移動到最遠(yuǎn)離上述測定面的位置來把握上述物鏡的可移動范圍，在該物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出該物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使上述物鏡位置和上述聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。
本發(fā)明中，通過焦點(diǎn)識別裝置使物鏡移動到最接近測定面的位置和最遠(yuǎn)離上述測定面的位置來把握物鏡的可移動范圍，在物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使物鏡位置和聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。借此，容易識別正確的焦點(diǎn)位置。
附圖的簡要說明圖1是表示使用本發(fā)明的一實(shí)施例的聚焦伺服裝置的光學(xué)變位計(jì)的框圖；圖2是表示通過上述實(shí)施例的聚焦伺服裝置得到的聚焦誤差信號的曲線；圖3是表示構(gòu)成上述實(shí)施例的聚焦伺服裝置的焦點(diǎn)識別裝置的CPU內(nèi)部構(gòu)成的框圖；圖4是表示上述實(shí)施例的焦點(diǎn)識別裝置的硬件的框圖；圖5是表示通過上述實(shí)施例的焦點(diǎn)識別裝置的軟件執(zhí)行的處理的框圖；圖6是表示通過上述實(shí)施例的焦點(diǎn)識別裝置的PID控制的軟件執(zhí)行的處理的框圖；圖7是表示通過上述實(shí)施例的焦點(diǎn)識別裝置的PID控制的相位補(bǔ)償控制的軟件執(zhí)行的處理的框圖；圖8是表示上述實(shí)施例的聚焦伺服裝置的動作的流程圖；圖9是表示上述實(shí)施例的搜索處理啟動時(shí)的處理例行程序的流程圖；圖10是表示上述實(shí)施例的搜索處理時(shí)的處理例行程序的流程圖；圖11是表示上述實(shí)施例的搜索處理時(shí)的聚焦處理的處理例行程序的流程圖；圖12是表示識別上述實(shí)施例的聚焦處理的移動下限的動作的流程圖；圖13是表示識別上述實(shí)施例的聚焦處理的移動上限的動作的流程圖；圖14是表示識別上述實(shí)施例的聚焦處理的聚焦誤差信號的動作的流程圖；圖15是表示上述實(shí)施例的聚焦處理的將物鏡移動到焦點(diǎn)位置的時(shí)間的動作的流程圖；圖16是表示使用本發(fā)明的其他聚焦伺服裝置的光學(xué)變位計(jì)的框圖；圖17是表示已有例的刀刃方式的聚焦伺服裝置的聚焦誤差信號的曲線。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明下面根據(jù)


本發(fā)明的聚焦伺服裝置的一實(shí)施例。
聚焦伺服裝置的構(gòu)成圖1中，1是光學(xué)變位計(jì)，該光學(xué)變位計(jì)1是例如測量光盤驅(qū)動器的拾取裝置的跟蹤控制和表面粗糙度的測定頭等，具有未示出的殼體。并且，該殼體內(nèi)配置作為光源的半導(dǎo)體激光器2。殼體內(nèi)設(shè)置具有物鏡3的針孔式的光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4。
而且，在光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4中設(shè)有裝在殼體內(nèi)的偏光束分離器5。該偏光束分離器5使從半導(dǎo)體激光器2所發(fā)光的激光光束向著物鏡3而反射。
并且光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4上設(shè)置位于偏光束分離器5和物鏡3之間的配置在殼體上的未示出的準(zhǔn)直透鏡。該準(zhǔn)直透鏡將來自偏光束分離器5的光束變?yōu)槠叫泄饩€。偏光束分離器5上在與準(zhǔn)直透鏡相對的面上設(shè)置1/4波長板6。該1/4波長板6使從測定面反射的反射光不返回半導(dǎo)體激光器2，同時(shí)通過與偏光束分離器5的組合而與使用半鏡面的情況相比提高了效率。
光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4上設(shè)置位于偏光束分離器5的和物鏡3相反的一側(cè)上的配置在殼體中的作為會聚透鏡的成像透鏡7。該成像透鏡7對通過偏光束分離器5的反射光成像。
并且，該光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4采用將作為從半導(dǎo)體激光器2發(fā)出的激光的光束照射向測定面8，同時(shí)由物鏡3接收從測定面8反射的反射光的結(jié)構(gòu)。
殼體中設(shè)置作為使光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4的物鏡3接近和遠(yuǎn)離測定面8的移動裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11。該驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11具有在殼體上可移動的設(shè)置的未示出的夾持器。該夾持器沿著物鏡3的光軸，即沿著上下方向可移動地保持物鏡3。驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11具有移動夾持器的致動器(移動裝置)12。
致動器12上設(shè)有變位檢測機(jī)構(gòu)部14。該變位檢測機(jī)構(gòu)部14具有例如全息件等的線性編碼器(位置檢測裝置)15。該線性編碼器15具有通過致動器12的驅(qū)動而隨著夾持器的移動而移動的標(biāo)尺16和為讀取該標(biāo)尺16而固定在殼體上的檢測器17。并且線性編碼器15用例如一對檢測器17檢測標(biāo)尺16的刻度，隨著檢測輸出兩相方波信號。
另外，殼體上配置以物鏡3的光軸為中心軸彼此相對配置的一對第一光接收元件21和第二光接收元件22。這些第一光接收元件21和第二光接收元件22由光電二極管等構(gòu)成，檢測從光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4送來的反射光的光量。并且，第一光接收元件21和第二光接收元件22配置在成像透鏡7的焦點(diǎn)位置的焦點(diǎn)位置上。
并且，驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11和第一光接收元件21和第二光接收元件22連接于識別第一光接收元件21和第二光接收元件22接收的光量并控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11的驅(qū)動的控制裝置25上。
該控制裝置25具有作為求出作為S狀曲線信號的聚焦誤差信號S的位置偏差檢測裝置的信號發(fā)生裝置27。該信號發(fā)生裝置27具有分別連接于第一光接收元件21和第二光接收元件22的運(yùn)算放大器等的差運(yùn)算裝置28與和運(yùn)算裝置29。并且，差運(yùn)算裝置28將第一光接收元件21和第二光接收元件22的輸出電流變換為電壓，運(yùn)算該變換的電壓值的差(A-B)。和運(yùn)算裝置29將第一光接收元件21和第二光接收元件22的輸出電流變換為電壓，運(yùn)算該變換的電壓值的和(A+B)。
信號發(fā)生裝置27中設(shè)置連接于差運(yùn)算裝置28與和運(yùn)算裝置29的除法裝置30。該除法裝置30用和運(yùn)算裝置29的輸出電壓分割差運(yùn)算裝置28的輸出電壓((A-B)/(A+B))，輸出聚焦誤差信號S。
該聚焦誤差信號S如圖2所示，在測定面8與物鏡3的焦點(diǎn)位置一致時(shí)為0，在測定面8接近物鏡3的焦點(diǎn)位置時(shí)為正的值。與此相反，測定面8遠(yuǎn)離物鏡3的焦點(diǎn)位置時(shí)，為負(fù)值。這樣，聚焦誤差信號S大致為S狀曲線。
控制裝置25中設(shè)置焦點(diǎn)識別裝置35，PID控制電路部36和切換這些焦點(diǎn)識別裝置35和PID控制電路部36的開關(guān)37以及作為控制致動器12的驅(qū)動的移動控制裝置的致動器38。
并且焦點(diǎn)識別裝置35連接于信號發(fā)生裝置27的除法裝置30，具有CPU(中央處理單元)41。CPU41上連接數(shù)據(jù)總線42。數(shù)據(jù)總線42上連接A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換裝置43，計(jì)數(shù)器IC(集成電路)44，和D/A(數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換裝置45以及信號識別裝置46。
如圖3所示，CPU41具有處理各種信號的中央運(yùn)算部41A。該中央運(yùn)算部41A上連接RAM(隨機(jī)存取存儲器)41C，隊(duì)列系列模塊(QSM)41D，計(jì)時(shí)器處理單元(TPU)41E以及外部總線接口41F。CPU41上還設(shè)置芯片選擇器41G，系統(tǒng)保護(hù)部41H和測試部41I和時(shí)鐘部41J。
外部總線接口41F連接數(shù)據(jù)總線42和內(nèi)部模塊總線，進(jìn)行信號收發(fā)。
RAM41C可暫時(shí)讀取并存儲作為所處理信號的信息。
QSM41D是附加功能強(qiáng)化的隊(duì)列緩沖器的串行通信接口，具有例如作為SCSI-3(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口-3)規(guī)格的并行接口的SPI(SCSI-3并行接口)和作為具有IGB/s電容的并行接口的SCI(可標(biāo)定的固有接口)等。并且QSM41經(jīng)外部總線接口41F從外部取得經(jīng)數(shù)據(jù)總線42的信號并用CPU41變換為可處理的，同時(shí)變換處理的信號并輸出到數(shù)據(jù)總線42上。
TPU41E根據(jù)按用作內(nèi)部時(shí)鐘的時(shí)鐘計(jì)時(shí)的時(shí)間向中央運(yùn)算部41A發(fā)送表示經(jīng)過了規(guī)定時(shí)間例如250微秒的意思的信號。
芯片選擇部41G是連接例如作為存儲器的SDRAM等的多個(gè)芯片并根據(jù)芯片選擇信號等的信號進(jìn)行切換的器件。系統(tǒng)保護(hù)部41H具有對CPU41和控制裝置25整體進(jìn)行查找故障的功能。
圖1所示的A/D變換裝置43連接于信號發(fā)生裝置27的除法裝置30并將聚焦誤差信號變換為數(shù)字信號。
D/A變換裝置45連接于控制致動器12的驅(qū)動的致動驅(qū)動器38。
信號識別裝置46具有連接于信號發(fā)生裝置27的和運(yùn)算裝置29的S曲線檢測裝置47和連接于該S曲線檢測裝置47的同時(shí)連接于數(shù)據(jù)總線42的輸入輸出裝置(I/O)48。S曲線檢測裝置47從和運(yùn)算裝置29構(gòu)成聚焦誤差信號S并讀取來自第一光接收元件21和第二光接收元件22的變換后的電壓值的和(A+B)的成分。輸入輸出裝置48將S曲線檢測裝置47讀取的電壓值變換為可運(yùn)算處理的規(guī)定信號。CPU41根據(jù)來自該輸入輸出裝置48的信號判斷有無測定面8。即，CPU41通過判斷從曲線檢測裝置47輸出規(guī)定值以上的聚焦誤差信號S的電壓值的和(A+B)的成分來判斷為存在測定面8。
計(jì)數(shù)器IC44連接于變位檢測機(jī)構(gòu)部14的線性編碼器15的檢測器17。并且計(jì)數(shù)器IC44識別從檢測器17輸出的兩相方波信號并計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)器IC44和線性編碼器15構(gòu)成位置檢測裝置49。
并且，控制裝置25的焦點(diǎn)識別裝置35通過CPU41以規(guī)定周期輸出規(guī)定信號并控制致動驅(qū)動器38。致動驅(qū)動器38根據(jù)來自CPU41的信號將致動器12驅(qū)動控制為物鏡3在沿著光軸的方向上振動的狀態(tài)。然后，焦點(diǎn)識別裝置35通過控制使該物鏡3振動，通過用信號識別裝置46識別有無來自位置偏差檢測裝置27的聚焦誤差信號S的輸出，即識別有無構(gòu)成聚焦誤差信號S的電壓值的和(A+B)的成分。
控制裝置25的焦點(diǎn)識別裝置35通過用信號識別裝置46識別構(gòu)成聚焦誤差信號的電壓值的和(A+B)的成分，進(jìn)行識別焦點(diǎn)位置的處理。即，如圖4和圖5所示，焦點(diǎn)識別裝置35由計(jì)數(shù)器IC44根據(jù)來自變位檢測機(jī)構(gòu)部14的兩相方波信號識別物鏡3的位置。焦點(diǎn)識別裝置35識別來自信號發(fā)生裝置27的聚焦誤差信號S的大小、聚焦誤差信號S和識別的物鏡3的位置關(guān)系以及聚焦誤差信號S為0的零交叉點(diǎn)位置。
另外，焦點(diǎn)識別裝置35從識別物鏡3的位置到作為零交叉點(diǎn)位置的焦點(diǎn)位置通過圖6和圖7所示的相位補(bǔ)償控制逐漸識別到物鏡3和零交叉點(diǎn)的位置并進(jìn)行控制來使物鏡3移動。
即，CPU41通過軟件執(zhí)行產(chǎn)生與控制偏差成比例的信號的一對P1動作部50和P2動作部51的動作。CPU41通過軟件執(zhí)行產(chǎn)生與控制偏差的積分值成比例的信號的I動作部52和產(chǎn)生與微分值成比例的信號的D動作部53的動作。并且，P1動作部50、I動作部52和D動作部53并行進(jìn)行。進(jìn)行組合P1動作部50、I動作部52和D動作部53的3個(gè)動作的加法運(yùn)算裝置54動作。用該加法運(yùn)算裝置54組合后，P2動作部51動作。P2動作部51動作后再次是P1動作部50、I動作部52和D動作部53的動作，即將與控制偏差成比例產(chǎn)生的信號作為反饋信號產(chǎn)生。該反饋信號通過下面表示的式子產(chǎn)生。
u(k)＝(P2×Ple(k)+1/Ti·ΣjTe(j)+Tα/T·(e(k)-e(k-1)))Ti積分時(shí)間Tα微分時(shí)間T采樣時(shí)間P2PID控制比例 (P)系數(shù)1/TiPID控制比例 (I)系數(shù)Tα/TPID控制比例 (D)系數(shù)CPU41根據(jù)下面表示的式子控制圖7所示的相位補(bǔ)償控制。
W＝此次的X值-前次的Y值Wi＝W的積分此次的Y＝Wi×系數(shù)4(1/T1)WK＝W×系數(shù)5(T2/T1)V＝WK+Y×系數(shù)6(1/S→(∑W)T)這樣，通過焦點(diǎn)識別裝置35的CPU41一起進(jìn)行PID控制和相位補(bǔ)償控制，控制致動驅(qū)動器38使物鏡3移動到作為焦點(diǎn)位置的零交叉點(diǎn)位置，并驅(qū)動致動器12進(jìn)行聚焦即焦點(diǎn)配合。
信號發(fā)生裝置27的除法裝置30上連接PID控制電路部36。該P(yáng)ID控制電路部36在通過工件移動變動例如作為移動的工件表面的測定面8而不能焦點(diǎn)配合的情況下，通過PID控制，控制致動驅(qū)動器，使得物鏡3移動到作為焦點(diǎn)位置的零交叉點(diǎn)位置，驅(qū)動致動器12。即，控制裝置25由焦點(diǎn)識別裝置35結(jié)束聚焦后將開關(guān)37從焦點(diǎn)識別裝置35側(cè)切換到PID控制電路部36側(cè)，通過工件移動由PID控制電路部36焦點(diǎn)配合到作為工件表面的測定面8處，從而測定工件表面的粗糙度。該聚焦結(jié)束后由于聚焦誤差信號變化不大，因此由PID控制電路部36進(jìn)行PID控制，作跟蹤處理，以到達(dá)焦點(diǎn)位置。
并且，這些半導(dǎo)體激光器2、光學(xué)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)部4、第一光接收元件21、第二光接收元件22、驅(qū)動機(jī)構(gòu)部11和控制裝置25構(gòu)成聚焦伺服裝置55。
(聚焦處理動作)接著根據(jù)

上述一個(gè)實(shí)施例的聚焦伺服裝置55的動作。
光學(xué)變位計(jì)1按圖8到圖10的流程圖所示順序由聚焦伺服裝置55進(jìn)行判斷是否存在工件的測定面8的工件檢測工序。然后，聚焦伺服裝置55在判斷為存在測定面8的情況下，按圖11到圖14的流程圖所示的順序進(jìn)行聚焦，即識別焦點(diǎn)位置并將該物鏡3移動到該焦點(diǎn)位置的聚焦工序。
即，首先如圖8所示，光學(xué)變位計(jì)1通過接通電源適當(dāng)進(jìn)行初始化處理(步驟1)。接著，聚焦伺服裝置55由CPU41適當(dāng)控制致動驅(qū)動器38(步驟2)。適當(dāng)驅(qū)動致動驅(qū)動器38，判斷是否作規(guī)定的動作，成為識別為按規(guī)定動作的待機(jī)狀態(tài)(步驟3)。此后，驅(qū)動焦點(diǎn)識別裝置35的計(jì)數(shù)器IC44，成為待機(jī)模式(步驟4)。為測定開始的待機(jī)狀態(tài)。
該步驟4的待機(jī)模式中，判斷有無命令的輸入，例如判斷有無通過設(shè)置在光學(xué)變位計(jì)1上的鍵盤和鼠標(biāo)等的輸入裝置進(jìn)行輸入操作(步驟5)。接著，該步驟5中，是標(biāo)為命令輸入的情況下，對應(yīng)輸入的命令進(jìn)行處理(步驟6)。
步驟5中未識別出命令輸入時(shí)，判斷是否到達(dá)數(shù)據(jù)輸出時(shí)間，例如通過命令輸入和計(jì)時(shí)器控制等判斷是否進(jìn)行開始輸出原來測定的數(shù)據(jù)、測定中的數(shù)據(jù)、測定條件等的處理(步驟7)。隨后，該步驟7中，識別為到達(dá)數(shù)據(jù)輸出時(shí)間時(shí)，輸出測定數(shù)據(jù)等(步驟8)。
另外，步驟7中判斷為未到達(dá)數(shù)據(jù)輸出時(shí)間時(shí)，按規(guī)定周期判斷是否到達(dá)用于輸出搜索請求的規(guī)定周期(步驟9)。該步驟9的判斷是焦點(diǎn)識別裝置35的CPU41的中央運(yùn)算部41A經(jīng)內(nèi)部模塊總線41B從TPU41E接收表示經(jīng)過了例如250微秒的信號。接著，對該經(jīng)過了250微秒的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過計(jì)數(shù)該信號的數(shù)到達(dá)規(guī)定的數(shù)，例如在接收800次并經(jīng)過200ms時(shí)啟動搜索處理。此外，該步驟9中，未到達(dá)用于輸出搜索請求的規(guī)定周期時(shí)，返回步驟5并繼續(xù)待機(jī)模式。
步驟9中識別為到達(dá)用于輸出搜索請求的規(guī)定周期的情況下，進(jìn)行搜索處理啟動，即聚焦處理(步驟10)。該步驟10中將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置并結(jié)束聚焦處理后，判斷是否移動到用于測定的伺服狀態(tài)(步驟11)。步驟11中判斷為未移動到伺服狀態(tài)時(shí)，判斷為例如產(chǎn)生了錯誤等，返回步驟5并繼續(xù)待機(jī)模式。步驟11中判斷為移動到了伺服狀態(tài)時(shí)，移動到用于測定工件的測定模式(步驟12)。隨后，通過結(jié)束該步驟12的測定模式，返回步驟5并再次成為待機(jī)模式。
接著，進(jìn)行搜索處理時(shí)，如圖9所示，執(zhí)行用于各種搜索處理的各種處理(步驟21)。即，例如由計(jì)數(shù)器IC將物鏡3的位置移動到規(guī)定范圍之外，或因外部的振動等通過物鏡3的急劇移動等產(chǎn)生過速錯誤等而成為出錯狀態(tài)的情況下，進(jìn)行解除錯誤的處理或啟動時(shí)的預(yù)熱(warmup)處理。
結(jié)束該步驟21的各種處理后，判斷物鏡3的位置是否超出指定的范圍(步驟22)。并且，在該步驟22中判斷為超出指定的范圍的情況下，輸出用于搜索處理的搜索請求的信號并進(jìn)行搜索處理(步驟23)，結(jié)束啟動搜索處理的處理例行程序。
步驟22中判斷為未超出指定的測定范圍的情況下，判斷是否為非搜索狀態(tài)。即，由控制裝置25的焦點(diǎn)識別裝置35判斷是否識別規(guī)定值以上的聚焦誤差信號S(步驟24)。接著在步驟24中不識別規(guī)定值以上的聚焦誤差信號S，判斷為非搜索狀態(tài)的情況下，為進(jìn)行搜索處理而輸出搜索請求的信號，移動到步驟23進(jìn)行搜索處理，結(jié)束啟動搜索處理的處理例行程序。
步驟24中，判斷為識別規(guī)定值以上的聚焦誤差信號S的情況下，判斷是否滿足規(guī)定的條件(步驟25)。即，例如判斷是否為物鏡3位于焦點(diǎn)位置并移動到作為當(dāng)前伺服狀態(tài)的工件測定狀態(tài)、是否不是過速錯誤等的出錯狀態(tài)、是否未經(jīng)過到已經(jīng)結(jié)束搜索處理并測定下一工件之前的指定的搜索處理禁止時(shí)間等的條件。
并且步驟25中，判斷為滿足規(guī)定條件的情況下，判斷為不是移動到用于測定工件的搜索處理的狀態(tài)，結(jié)束啟動搜索處理的處理例行程序。步驟25中判斷為未滿足規(guī)定的條件的情況下，判斷為滿足用于搜索處理的條件，進(jìn)行到步驟23中。
步驟23中進(jìn)行移動到搜索處理的處理時(shí)，移動到如圖10所示的處理例行程序。即，根據(jù)請求搜索處理的信號，控制裝置25進(jìn)行作為搜索處理的工件檢測工序和聚焦工序(步驟26)。
該步驟26的搜索處理結(jié)束時(shí)，搜索正常結(jié)束，即，識別工件的檢測和焦點(diǎn)位置，判斷將物鏡移動到焦點(diǎn)位置的聚焦是否正常結(jié)束(步驟27)。并且，判斷為搜索未正常結(jié)束時(shí)，返回步驟26并維持搜索狀態(tài)，進(jìn)行繼續(xù)搜索處理的處理。步驟27中識別為搜索正常結(jié)束時(shí)，為測定工件的測定面8，移動到伺服狀態(tài)(步驟28)，結(jié)束用于搜索處理的處理例行程序。
(工件的檢測工序)這里，在步驟26的搜索處理中，首先進(jìn)行工件的檢測工序。該步驟26中判斷為步驟9中已經(jīng)到達(dá)作為搜索請求的規(guī)定周期的20ms，是實(shí)施之后的各種判斷等的結(jié)果后的例行程序。該工件檢測工序是焦點(diǎn)識別裝置35的CPU41從數(shù)據(jù)總線42經(jīng)D/A變換裝置45對致動驅(qū)動器38輸出規(guī)定的信號并進(jìn)行控制。致動驅(qū)動器38根據(jù)來自CPU41的信號將致動器12驅(qū)動控制為物鏡3在沿著光軸的方向上振動的狀態(tài)。
通過該焦點(diǎn)識別裝置35使物鏡3振動時(shí)，焦點(diǎn)識別裝置35用信號識別裝置46識別有無來自位置偏差檢測裝置27的聚焦誤差信號S的輸出，即有無構(gòu)成聚焦誤差信號S的電壓值的和(A+B)的成分。并且，信號識別裝置46在未識別出聚焦誤差信號S的輸出的情況下，焦點(diǎn)識別裝置35判斷為未識別工件的測定面8，工件不存在于測定位置上，維持將工件向測定位置裝載的狀態(tài)的待機(jī)狀態(tài)。信號識別裝置46在識別出聚焦誤差信號S的輸出的情況下，焦點(diǎn)識別裝置35判斷為工件存在于測定位置上。借此，焦點(diǎn)識別裝置35從工件的檢測工序移動到聚焦工序。
(聚焦工序)結(jié)束該工件的檢測工序后的聚焦工序中，首先與工件的檢測工序一樣把控制裝置25的開關(guān)37放于在焦點(diǎn)識別裝置35側(cè)閉合的狀態(tài)。接著，進(jìn)行圖11所示的識別作為軟件伺服搜索的焦點(diǎn)位置的聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)位置。
即，判斷焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是否為以前未處理的控制序號0(步驟31)。并且判斷為焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是還未處理的控制序號0時(shí)，為執(zhí)行作為物鏡3的移動范圍的沖程檢查(stroke check)，進(jìn)行階段0的控制，該控制是使物鏡3向下，即接向近測定面8的方向上移動(步驟32)。接著，該步驟32中進(jìn)行階段0的控制后返回步驟31。
另一方面，焦點(diǎn)識別裝置35判斷為不是控制序號0時(shí)，判斷焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是否為以前進(jìn)行了階段0的處理的控制序號1(步驟33)。隨后，判斷為焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是控制序號1時(shí)，為進(jìn)行作為物鏡3的移動范圍的沖程檢查，進(jìn)行階段1的控制，該控制是使物鏡3向上，即向遠(yuǎn)離測定面8的方向上移動(步驟34)。接著，該步驟34中進(jìn)行階段1的控制后返回步驟31。
步驟33中判斷不是控制序號1的情況下，判斷焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是否為以前進(jìn)行了階段1的處理的控制序號2(步驟35)。隨后，判斷為焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是控制序號2時(shí)，為使聚焦誤差信號S和物鏡3的位置相關(guān)并進(jìn)行識別，進(jìn)行階段2的控制，該控制是使物鏡3移動(步驟36)，返回步驟31。
步驟35中判斷不是控制序號2的情況下，判斷焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是否為以前進(jìn)行了階段2的處理的控制序號3(步驟37)。隨后，判斷為焦點(diǎn)識別裝置35的處理狀態(tài)是控制序號3時(shí)，進(jìn)行階段3的控制，該控制是使物鏡3移動到成為聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)的焦點(diǎn)位置上(步驟38)。
接著步驟38中進(jìn)行了階段3的控制后，結(jié)束作為聚焦控制的軟件伺服搜索控制。
步驟37中判斷不是控制序號3的情況下，例如判斷為噪聲的影響等，再次返回步驟31反復(fù)作為聚焦控制的軟件伺服搜索控制。例如在進(jìn)行某種程度的反復(fù)時(shí)，判斷為構(gòu)成部件損壞等，停止反復(fù)控制，顯示或發(fā)出消息來報(bào)告異常。
并且控制裝置25的焦點(diǎn)識別裝置35的軟件伺服搜索控制之時(shí)，首先進(jìn)行階段0。如圖12所示，該階段0進(jìn)行將物鏡3移動到下方的控制(步驟41)。使該物鏡3向下方移動的控制是對用于控制致動器12的焦點(diǎn)識別裝置35的圖4到圖7所示的PID運(yùn)算和相位超前進(jìn)行校正并驅(qū)動控制致動器12，使物鏡3向下方移動。
使該物鏡3向下方移動期間，由計(jì)數(shù)器IC44識別向下方移動的物鏡3的位置并確認(rèn)下端。然后，步驟41中將物鏡3移動到下端并由計(jì)數(shù)器IC44識別下端位置后，設(shè)定表示已經(jīng)結(jié)束了階段0的控制序號1(步驟42)，結(jié)束階段0的控制。
在階段1的控制下，已經(jīng)在階段0中移動控制到物鏡3位于下端的狀態(tài)，因此如圖13所示，進(jìn)行使物鏡3向上移動的控制(步驟43)。該物鏡3向上方移動的控制與階段0一樣，對用于控制致動器12的焦點(diǎn)識別裝置35的圖4到圖7所示的PID運(yùn)算和相位超前進(jìn)行校正并驅(qū)動控制致動器12，使物鏡3向上方移動。
使該物鏡3向上方移動時(shí)，與階段0的控制的情況一樣，識別向上方移動的物鏡3的位置并確認(rèn)上端。然后，步驟43中將物鏡3移動到上端并由計(jì)數(shù)器IC44識別上端位置，此時(shí)設(shè)定表示已經(jīng)結(jié)束了階段1的控制序號2(步驟44)，結(jié)束階段1的控制。
這樣，通過階段0和階段1，物鏡3一旦移動到下端后，接著移動到上端，隨著該移動，由計(jì)數(shù)器IC44識別位置，從而識別物鏡3移動的范圍的上端和下端。通過識別該上端位置和下端位置，進(jìn)行物鏡3的移動范圍師在規(guī)定范圍，例如設(shè)計(jì)的1mm的移動范圍中的沖程檢查。此外，通過該階段0和階段1，不是規(guī)定的沖程檢查時(shí)，把階段0和階段1反復(fù)規(guī)定次數(shù)，在未識別為規(guī)定的移動范圍的情況下，判斷為例如致動器12等的構(gòu)成部件損壞了，顯示或發(fā)出消息等來報(bào)告異常。
在階段2的控制下，已經(jīng)在階段0和階段1中識別物鏡3移動的范圍的下端和上端位置并結(jié)束了沖程檢查。該狀態(tài)下，如圖14所示，再次進(jìn)行將物鏡3向下移動的控制(步驟45)。該向下方的移動例如按200微米/秒移動時(shí)，由計(jì)數(shù)器IC44識別物鏡3的位置，并讀取從信號發(fā)生裝置27輸出的聚焦誤差信號S，使物鏡3的位置和聚焦誤差信號S相關(guān)。該物鏡3移動時(shí)，與上述同樣，也通過PID控制和相位補(bǔ)償控制驅(qū)動致動器12并移動物鏡3。
接著，判斷讀取的聚焦誤差信號S是否為規(guī)定電平(步驟46)。即，按每個(gè)光學(xué)變位計(jì)1的特性通過由第一光接收元件21和第二光接收元件22接收的光從信號發(fā)生裝置27輸出的聚焦誤差信號S的電壓值為規(guī)定的值，例如上限為+1.0V并且下限為-1.0V的規(guī)定的S狀曲線。隨后，為將物鏡3從上端向下方移動，識別的聚焦誤差信號S的電壓值如上所述從負(fù)值變?yōu)榱憬徊纥c(diǎn)再變?yōu)檎?。借此，為識別零交叉點(diǎn)，判斷是否識別并非噪聲，而是規(guī)定電平，即首先作為規(guī)定閾值的規(guī)定大小的負(fù)值電壓。成為閾值的規(guī)定電平預(yù)先存儲在焦點(diǎn)識別裝置35中。
該步驟46中通過使物鏡3向下方移動識別規(guī)定電平的情況下，判斷為識別聚焦誤差信號S，為讀取聚焦誤差信號S而繼續(xù)移動物鏡3。即，繼續(xù)使聚焦誤差信號S和計(jì)數(shù)器IC44得到的物鏡3的位置相關(guān)的控制。步驟46中使物鏡3向下移動時(shí)，不識別規(guī)定電平，將物鏡3移動到下端的情況下，例如判斷為噪聲的影響等，進(jìn)行步驟34的階段1的控制。即階段1中一旦將物鏡3移動到上端，再次在階段2進(jìn)行規(guī)定電平的識別。
步驟46中識別出規(guī)定電平的情況下，判斷是否識別并非噪聲，而是MIN電平，即作為規(guī)定閾值的規(guī)定大小的正值電壓(步驟47)。即由于已經(jīng)在步驟46中識別了聚焦誤差信號S的負(fù)值電壓，通過識別正值電壓，在其間可放置與焦點(diǎn)位置對應(yīng)的零交叉點(diǎn)。因此，步驟46中識別規(guī)定電平后，讀取聚焦誤差信號S并與物鏡3的位置相關(guān)，進(jìn)行步驟47的MIN電平的識別。
接著步驟47中識別出聚焦誤差信號S的MIN電平的情況下，讀取聚焦誤差信號S并與物鏡3的位置相關(guān)，因此，聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)在計(jì)數(shù)器IC44得到的物鏡3的位置上也相關(guān)。借此，停止使物鏡3向下移動的控制，設(shè)定表示已經(jīng)結(jié)束了階段2的控制序號3(步驟48)，結(jié)束階段2的控制。即，結(jié)束用于識別焦點(diǎn)位置的焦點(diǎn)位置S和物鏡3的位置相關(guān)的控制。
該步驟47中不能識別聚焦誤差信號S的MIN電平，物鏡3到達(dá)下端的情況下，例如判斷為噪聲的影響等，進(jìn)行步驟34的階段1的控制。即階段1中一旦將物鏡3移動到上端，再次在階段2進(jìn)行聚焦誤差信號S和計(jì)數(shù)器IC44得到的物鏡3的位置相關(guān)的控制。將該階段2反復(fù)一定程度時(shí)，判斷為致動器12、第一光接收元件21和第二光接收元件22等的構(gòu)成部件損壞，顯示或發(fā)出消息等來報(bào)告異常。不限于返回步驟34的階段1的控制的情況。例如可將物鏡3移動到已經(jīng)在步驟46識別的規(guī)定電平的位置處，使聚焦誤差信號S和物鏡3的位置相關(guān)并再次反復(fù)識別MIN電平的控制等。
階段3的控制下，由于已經(jīng)在步驟2中使聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)和物鏡3的位置相關(guān)并識別焦點(diǎn)位置，因此執(zhí)行向已經(jīng)通過的焦點(diǎn)位置的移動，即向上移動的控制(步驟51)。向該上方移動的情況下，如上所述，也進(jìn)行PID控制和相位補(bǔ)償控制并控制致動驅(qū)動器38來驅(qū)動致動器12，使物鏡3向上移動。
接著，進(jìn)行該P(yáng)ID控制和相位補(bǔ)償控制并控制致動驅(qū)動器38來驅(qū)動致動器12，使物鏡3向上移動，識別聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)。這里，在不識別零交叉點(diǎn)而將物鏡3移動到上端的情況下，顯示或發(fā)出消息等來報(bào)告。結(jié)束聚焦控制。步驟51中物鏡3向上移動控制時(shí)，識別出聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)的情況下(步驟52)，判斷為物鏡3移動到焦點(diǎn)位置，停止物鏡3的移動，結(jié)束階段3的控制，結(jié)束聚焦控制。
這樣，在原來的識別焦點(diǎn)位置并在反饋控制下使物鏡3移動到焦點(diǎn)位置的構(gòu)成中，需要讀取聚焦誤差信號S并漸漸移動物鏡3使得到達(dá)零交叉點(diǎn)，將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置的時(shí)間長。另一方面，上述一個(gè)實(shí)施例中，使物鏡3的位置和聚焦誤差信號S相關(guān)來識別焦點(diǎn)位置后移動物鏡3，從而與以往相比，容易正確地將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置，縮短時(shí)間，提高作業(yè)效率。
而且，將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置后，即，結(jié)束聚焦工序并正常結(jié)束伺服后，遷移到伺服狀態(tài)，即，將開關(guān)37切換到PID控制電路部36，進(jìn)行PID控制與移動的工件的測定面8焦點(diǎn)配合，進(jìn)行拾取裝置的跟蹤控制。由計(jì)數(shù)器IC44識別焦點(diǎn)位置并測定工件的測定面8的粗糙度等。
(聚焦伺服裝置的效果)如上所述，上述一個(gè)實(shí)施例中，表示出如下效果。
(1)通過焦點(diǎn)識別裝置35由被致動驅(qū)動器38驅(qū)動控制的致動器12使物鏡3在沿著光軸的方向上振動，該振動時(shí)，反射工件的測定面8并經(jīng)物鏡3根據(jù)第一光接收元件21和第二光接收元件22檢測的反射光的量識別是否從位置偏差檢測裝置27輸出表示物鏡3從焦點(diǎn)位置的位置偏離的聚焦誤差信號S。識別為輸出聚焦誤差信號S時(shí)，根據(jù)識別的聚焦誤差信號S進(jìn)行焦點(diǎn)位置的識別。因此，積極使物鏡3振動識別有無聚焦誤差信號S，在判斷有無工件的測定面8后識別焦點(diǎn)位置，從而即便在聚焦誤差信號S的波形寬度比較狹窄的針孔方式中，即使物鏡3從焦點(diǎn)位置偏離開，也容易識別聚焦誤差信號S，容易自動判斷有無測定面8，容易自動聚焦。并且，由于是使物鏡3振動的構(gòu)成，即便因外部的沖擊等施加振動時(shí)，例如使所謂的過速錯誤等處理停止動作時(shí)，可防止不能進(jìn)行聚焦處理。此外，由使物鏡3移動的致動器12振動，因此不需要設(shè)置用于識別有無測定面8的其他特別結(jié)構(gòu)，可簡化結(jié)構(gòu)，防止大型化，無論工件大小形狀如何都可進(jìn)行測定，通用性提高。
(2)作為移動物鏡3的移動裝置，設(shè)置由致動驅(qū)動器38驅(qū)動控制的致動器12，搜索處理時(shí)通過焦點(diǎn)識別裝置35向致動器12輸出觸發(fā)信號，使物鏡3在沿著光軸的方向上振動。借此，容易得到用移動物鏡3的構(gòu)成振動的結(jié)構(gòu)。
(3)通過焦點(diǎn)識別裝置35周期進(jìn)行驅(qū)動控制致動器12并使物鏡3在沿著光軸的方向上振動的處理。因此，周期地識別有無聚焦誤差信號S來識別有無工件的測定面8，因此例如對于自動運(yùn)送的物品在聚焦等的情況下也可自動高效地進(jìn)行聚焦。
(4)通過焦點(diǎn)識別裝置35在使物鏡3振動時(shí)是標(biāo)聚焦誤差信號S的情況下，驅(qū)動控制致動器12并移動物鏡3，從來自位置偏差檢測裝置27的聚焦誤差信號S和由位置檢測裝置49檢測出的物鏡3的位置識別焦點(diǎn)位置，將物鏡3移動到該識別出的焦點(diǎn)位置。因此，進(jìn)行通過識別聚焦誤差信號S識別焦點(diǎn)位置的動作時(shí)，檢測物鏡3的位置并從聚焦誤差信號S識別焦點(diǎn)位置后，將物鏡3移動到該焦點(diǎn)位置。不需要像原來那樣在將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置時(shí)確認(rèn)物鏡3的位置并進(jìn)行移動的反饋控制，在識別有無工件的測定面8并識別焦點(diǎn)位置后可高速移動物鏡3，可短時(shí)間里將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置，提高聚焦效率。
(5)通過焦點(diǎn)識別裝置35一對第一光接收元件21和第二光接收元件22反射測定面8并根據(jù)物鏡3接收的反射光的量由表示物鏡3離開焦點(diǎn)位置的的位置偏差的聚焦誤差信號S和由位置檢測裝置49檢測的物鏡3的位置識別焦點(diǎn)位置，將物鏡3移動到該識別的焦點(diǎn)位置。因此，進(jìn)行檢測聚焦誤差信號S并識別焦點(diǎn)位置的動作時(shí)識別物鏡3的位置并識別焦點(diǎn)位置后，可將物鏡3移動到該焦點(diǎn)位置，與原來那樣通過讀取聚焦誤差信號S并漸漸移動物鏡3識別成為聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)的位置來判斷焦點(diǎn)位置，并將物鏡3停止在該位置的情況相比，可容易地在短時(shí)間里將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置，提高作業(yè)效率。此外，通過PID控制電路部36僅利用跟蹤焦點(diǎn)位置時(shí)使用的位置檢測裝置49的計(jì)數(shù)器IC44，不需要設(shè)置另外的特別結(jié)構(gòu)，可在短時(shí)間里將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置。
(6)通過焦點(diǎn)識別裝置35將物鏡3移動到最接近測定面的位置和最遠(yuǎn)離測定面的位置來把握物鏡3的可移動范圍，在物鏡3的可移動范圍內(nèi)檢測物鏡3的位置并由信號發(fā)生裝置27檢測聚焦誤差信號S并識別焦點(diǎn)位置。因此，容易識別正確的焦點(diǎn)位置。
(7)通過焦點(diǎn)識別裝置35將物鏡3移動到由PID控制和相位補(bǔ)償控制識別的焦點(diǎn)位置。因此，使用原來使用的確定的控制方法，可正確地移動到焦點(diǎn)位置，而不產(chǎn)生物鏡3的移動延遲和移動過渡等，控制結(jié)構(gòu)簡化。
(8)在使階段2的聚焦誤差信號S和物鏡3相關(guān)時(shí)，從最遠(yuǎn)離測定面8的上端向作為靠近的方向的下方移動，讀取聚焦誤差信號S并由計(jì)數(shù)器IC44與物鏡3的位置相關(guān)，首先識別為聚焦誤差信號S的規(guī)定電平的規(guī)定的負(fù)值電壓，再識別規(guī)定的正值電壓。借此，聚焦誤差信號S的零交叉點(diǎn)與物鏡3的位置相關(guān)，容易識別焦點(diǎn)位置。
(9)識別規(guī)定電平后識別MIN電平時(shí)，由于已經(jīng)識別焦點(diǎn)位置，因此不需要再將聚焦誤差信號S與物鏡3的位置相關(guān)，因此停止物鏡3的移動，移動到作為下一控制的階段3進(jìn)行將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置的控制。因此，識別聚焦誤差信號S的最小值是通過作為焦點(diǎn)位置的零交叉點(diǎn)的位置，從而不需要將物鏡3移動到下端的位置，可在更短時(shí)間里將物鏡3，從而不需要將物鏡3移動到下端的位置，可在更短時(shí)間里將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置。
(10)將物鏡3暫時(shí)向下移動后再向上移動來識別可移動范圍，接著又向下移動進(jìn)行焦點(diǎn)位置識別，從而由于識別了焦點(diǎn)位置，不需要移動物鏡3，在識別可移動范圍的控制后直接移動到使聚焦誤差信號S和物鏡3的位置相關(guān)來識別焦點(diǎn)位置的控制，容易高效地且平滑地將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置，可在更短時(shí)間里將物鏡3移動到焦點(diǎn)位置。
(其他實(shí)施例)本發(fā)明不限于上述一個(gè)實(shí)施例，只要能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，可采用下面的變形形式。
即，只要是通過振動物鏡識別聚焦誤差信號S進(jìn)行聚焦的結(jié)構(gòu)，聚焦的方法不限于上述結(jié)構(gòu)，可以是任何方法。
并且，說明了通過針孔方式由第一光接收元件21和第二光接收元件22接收光并由信號發(fā)生裝置27識別聚焦誤差信號S的情況，但可以是通過刀刃法等某一方法識別聚焦誤差信號S。
刀刃法中，聚焦誤差信號S在測定面8與物鏡3的焦點(diǎn)位置一致時(shí)為0，測定面8與物鏡3的焦點(diǎn)位置接近時(shí)為正值。與此相反，測定面8從物鏡3的焦點(diǎn)位置遠(yuǎn)離時(shí)，為負(fù)值，但測定面8從物鏡3的焦點(diǎn)位置更遠(yuǎn)離時(shí)，正負(fù)顛倒，取正值。并且再遠(yuǎn)離時(shí)，正值取接近0的小值。因此聚焦誤差信號S取正值的區(qū)域有2個(gè)，取負(fù)值的區(qū)域有1個(gè)。焦點(diǎn)位置最短時(shí)，正值再次取接近0的小值。取靠近焦點(diǎn)位置時(shí)的正值的區(qū)域與取遠(yuǎn)離焦點(diǎn)位置時(shí)的正值的區(qū)域相比，最大值更大。這樣，對應(yīng)聚焦誤差信號S的特性與物鏡3的位置相關(guān)，可識別作為零交叉點(diǎn)的位置的焦點(diǎn)位置。
并且，通過針孔式和刀刃法讀取的聚焦誤差信號S不限于上述實(shí)施例，即便是正負(fù)相反時(shí)也同樣適用。
作為位置偏差檢測裝置，說明了使用差運(yùn)算裝置28，和運(yùn)算裝置29和除法裝置30計(jì)算的結(jié)構(gòu)，但用哪種結(jié)構(gòu)都可求出聚焦誤差信號S。
此外，通過一對第一光接收元件21和第二光接收元件22的輸出求出聚焦誤差信號S，但不限于一對，可以是3個(gè)以上。
并且作為移動裝置不限于致動器12，可以是使物鏡3沿著光軸可移動的任何結(jié)構(gòu)。
作為檢測移動的物鏡3的位置的方法，說明了用計(jì)數(shù)器IC44對來自線性編碼器15的兩相方波信號進(jìn)行計(jì)數(shù)來檢測物鏡3的位置的情況，但可使用其他方法。
還有，作為將物鏡3移動到焦點(diǎn)識別裝置35識別的焦點(diǎn)位置的移動的方法，不限于PID控制和相位補(bǔ)償控制，可用例如不識別物鏡3的位置不進(jìn)行反饋控制直接移動到識別的焦點(diǎn)位置的移動等的任一方法進(jìn)行移動。
作為開關(guān)37，除晶體管等的電子部件等的電切換外，還有機(jī)械切換的結(jié)構(gòu)。
并且，不限于光盤驅(qū)動器的拾取裝置的跟蹤控制和表面粗糙讀的測定頭等，可用于任何光學(xué)變位計(jì)。
為識別焦點(diǎn)位置的移動，說明了識別規(guī)定電平和MIN電平并且在不能識別的情況下反復(fù)進(jìn)行適當(dāng)控制的情況，但不限于此結(jié)構(gòu)，例如在不能識別的情況下，可以是中斷控制，報(bào)告出錯信息等。識別焦點(diǎn)位置時(shí)，說明了從離開測定面8最遠(yuǎn)的位置向接近的方向移動，順序識別規(guī)定電平和MIN電平的控制，但不限于該控制，可對應(yīng)于任一方法，例如從最接近的位置向遠(yuǎn)離的方向移動來順序識別MIN電平和規(guī)定電平的控制等。
此外，上述實(shí)施例中，作為聚焦處理動作，進(jìn)執(zhí)行了通過振動移動裝置進(jìn)行的工件檢測工序和通過聚焦誤差信號S和來自位置檢測裝置的物鏡的位置信號進(jìn)行的聚焦工序，但也不進(jìn)行振動式的工件檢測而進(jìn)行利用物鏡位置信號的聚焦工序的情況也屬于本發(fā)明。
例如，圖16的結(jié)構(gòu)與上述的圖1的結(jié)構(gòu)相反，沒有信號識別裝置46(S曲線檢測裝置47和輸入輸出裝置48)，但利用位置檢測裝置49進(jìn)行上述圖11到圖15的動作可得到上述的效果(5)到(10)。
此外，本發(fā)明實(shí)施時(shí)的具體結(jié)構(gòu)和順序在達(dá)到本發(fā)明的目的的范圍中可以是其他結(jié)構(gòu)和順序等。
權(quán)利要求
1.一種聚焦伺服裝置，其特征在于具有向著測定面照射光束的同時(shí)，使接收從上述測定面反射的反射光的物鏡沿著該物鏡的光軸移動的移動裝置；以上述物鏡的光軸作為對稱軸彼此相對位置，分別檢測來自上述物鏡的上述反射光的量的多個(gè)光接收元件；根據(jù)由這些多個(gè)光接收元件分別檢測出的上述反射光的量，輸出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號的位置偏差檢測裝置；檢測由上述移動裝置移動的物鏡的位置的位置檢測裝置；識別來自上述位置偏差檢測裝置的聚焦誤差信號和從由上述位置檢測裝置檢測的上述物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置的同時(shí)，控制上述移動裝置使上述物鏡移動到焦點(diǎn)位置的焦點(diǎn)識別裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦伺服裝置，其特征在于上述焦點(diǎn)識別裝置使物鏡移動到最接近測定面的位置的同時(shí)，使其移動到最遠(yuǎn)離上述測定面的位置，以把握上述物鏡的可移動范圍，在上述物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使上述物鏡位置和聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。
3.一種聚焦伺服裝置，其特征在于具有向著測定面照射光束的同時(shí)，使接收從上述測定面反射的反射光的物鏡沿著該物鏡的光軸移動的移動裝置；以上述物鏡的光軸作為對稱軸彼此相對位置，分別檢測來自上述物鏡的上述反射光的量的多個(gè)光接收元件；根據(jù)由這些多個(gè)光接收元件分別檢測出的上述反射光的量，輸出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號的位置偏差檢測裝置；控制上述移動裝置使上述物鏡在沿著光軸的方向上振動，識別有無從上述位置偏差檢測裝置輸出的聚焦誤差信號，通過識別該聚焦誤差信號的輸出來基于該聚焦誤差信號進(jìn)行上述焦點(diǎn)位置的識別的焦點(diǎn)識別裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚焦伺服裝置，其特征在于上述移動裝置具有致動器，上述焦點(diǎn)識別裝置向上述致動器輸出觸發(fā)信號，使物鏡在沿著光軸的方向上振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3(或權(quán)利要求4)所述的聚焦伺服裝置，其特征在于上述焦點(diǎn)識別裝置周期地控制移動裝置，使物鏡在沿著光軸的方向上振動。
6.根據(jù)權(quán)利要求3(到權(quán)利要求5之一)所述的聚焦伺服裝置，其特征在于具有檢測上述物鏡的位置的位置檢測裝置，上述焦點(diǎn)識別裝置控制移動裝置使上述物鏡振動時(shí)識別從位置偏差檢測裝置輸出的聚焦誤差信號的情況下，控制上述移動裝置，使上述物鏡移動，識別來自上述位置偏差檢測裝置的聚焦誤差信號和從由上述位置檢測裝置檢測的上述物鏡的位置識別焦點(diǎn)位置的同時(shí)，控制上述移動裝置使上述物鏡移動到識別出的上述焦點(diǎn)位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚焦伺服裝置，其特征在于上述焦點(diǎn)識別裝置使物鏡移動到最接近測定面的位置的同時(shí)，使其移動到最遠(yuǎn)離上述測定面的位置，以把握上述物鏡的可移動范圍，在該物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出該物鏡的位置并由位置偏差檢測裝置檢測聚焦誤差信號，使上述物鏡位置和上述聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。
8.一種聚焦伺服方法，向著測定面照射光束的同時(shí)，經(jīng)物鏡接收從上述測定面反射的反射光，根據(jù)該接收的反射光的量檢測出表示上述物鏡離開焦點(diǎn)位置的位置偏差的聚焦誤差信號來識別焦點(diǎn)位置，使上述物鏡沿著該物鏡的光軸移動到該識別的焦點(diǎn)位置，其特征在于使上述物鏡在沿著光軸的方向上振動，在該物鏡振動時(shí)識別有無上述聚焦誤差信號，在識別出上述聚焦誤差信號的情況下，根據(jù)該聚焦誤差信號識別上述焦點(diǎn)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚焦伺服方法，其特征在于在上述物鏡的移動中使用致動器，適當(dāng)向該致動器輸出觸發(fā)信號，使上述物鏡在沿著光軸的方向上振動。
10.根據(jù)權(quán)利要求8(或權(quán)利要求9)所述的聚焦伺服方法，其特征在于使上述物鏡周期地在沿著光軸的方向上振動。
11.根據(jù)權(quán)利要求8(到權(quán)利要求10之一)所述的聚焦伺服方法，其特征在于上述物鏡振動時(shí)識別聚焦誤差信號的情況下，移動上述物鏡，從該物鏡位置和檢測出的聚焦誤差信號識別上述焦點(diǎn)位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求8(到權(quán)利要求11之一)所述的聚焦伺服方法，其特征在于使上述物鏡分別移動到最接近和最遠(yuǎn)離測定面的位置來識別上述物鏡的可移動范圍，在該物鏡的可移動范圍內(nèi)檢測出該物鏡的位置并檢測聚焦誤差信號，使上述物鏡位置和上述聚焦誤差信號相關(guān)聯(lián)來識別焦點(diǎn)位置。
全文摘要
控制裝置25的焦點(diǎn)識別裝置35控制致動驅(qū)動器38，由致動器12使物鏡3沿著光軸方向振動。振動時(shí)，信號識別裝置46調(diào)查來自信號發(fā)生裝置27的聚焦誤差信號的輸出，若有信號，則判斷為存在工件。如果有工件，焦點(diǎn)識別裝置35通過致動器12使物鏡3沿著光軸移動，參考聚焦誤差信號和來自位置檢測裝置49的位置信號識別焦點(diǎn)位置，使物鏡3移動到焦點(diǎn)位置來進(jìn)行聚焦。
文檔編號G01B11/30GK1391218SQ0214139
公開日2003年1月15日 申請日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者片岡正信, 根本紀(jì)一郎 申請人:株式會社三豐