专利名称：聚焦伺服装置和聚焦伺服方法
技术领域：
本发明涉及一种根据聚焦误差信号使物镜移动到焦点位置的聚焦伺服方法及其装置。
相关技术的说明以往作为光学变位计，已知有包括从通过照射激光得到的反射光检测焦点的聚焦伺服装置的结构。作为该聚焦伺服装置，已知在例如特开平7-103710号公报、特开平7-294800号公报和特开平9-68407号公报等中记载的构成。
这些特开平7-103710号公报、特开平7-294800号公报和特开平9-68407号公报等中记载的聚焦伺服装置使物镜接近、远离测定面，通过该接近、远离检测将反射光变换为电信号生成的S状曲线信号，即作为聚焦误差信号的焦点配合位置的零交叉点。并且，采用在检测出的零交叉点位置上通过CPU(中央处理单元)的信号输出驱动致动器来追踪物镜，达到聚焦，即焦点会合的结构。
但是，上述已有的聚焦伺服装置中，从检测出零交叉点到把物镜移动到作为零交叉点位置的焦点位置的时间依赖于从反射光生成的聚焦误差信号的波形满足聚焦区域的条件、由CPU控制使物镜移动的控制过程的控制系统的指令传送的响应特性。并且控制过程中，插入致动器和由致动器的驱动移动物镜的移动机构等的机械部件。由于这种情况，控制系统的指令传送时，为不产生物镜的移动相对指令信号的延迟或提早等，以往是确认物镜的当前位置并作反馈控制。
然而，已有的聚焦伺服装置中，由于确认物镜的当前位置并作反馈控制，因控制系统的指令传送的延迟，即指令传送需要的时间等，到聚焦结束之前需要时间。因此，存在不能指望提高作业效率的问题。
另一方面，在上述聚焦伺服装置中，作为为检测聚焦误差信号而检测收敛的反射光的方法，有刀刃(knife edge)方式和针孔(pin hole)方式等。
其中，在刀刃方式中，得到的聚焦误差信号如图17所示检测出物镜与实际焦点位置有某种程度的偏差。这样，即便物镜与焦点位置有某种程度的偏差，也可根据聚焦误差信号识别焦点位置。
另一方面，针孔方式中，聚焦误差信号的曲线波形的峰值大，并且S/N比良好，即噪声小。因此，与刀刃方式相比，得到更好的聚焦误差信号的上述，具有可进行很好地焦点配合的优点。
但是，针孔方式中，聚焦误差信号的上述的波形宽度小，即，物镜与焦点位置有某种程度的偏差时，不能检测聚焦误差信号。这样，识别为没有测定面，不能移动到焦点配合的控制中。
因此，利用针孔方式时，例如有测定者通过开关操作等控制来检测出聚焦误差信号等、不能实现自动化、焦点配合复杂等问题。
发明概述本发明的一个目的是缩短聚焦伺服的到聚焦结束之前的时间。
本发明是一种聚焦伺服装置，其特征在于具有向着测定面照射光束的同时，使接收从上述测定面反射的反射光的物镜沿着该物镜的光轴移动的移动装置；检测由该移动装置移动的物镜的位置的位置检测装置；以上述物镜的光轴作为对称轴彼此相对位置，分别检测来自上述物镜的上述反射光的量的多个光接收元件；根据由这些多个光接收元件分别检测出的上述反射光的量，输出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号的位置偏差检测装置；识别来自该位置偏差检测装置的聚焦误差信号和从由上述位置检测装置检测的上述物镜的位置识别焦点位置的同时，控制上述移动装置使上述物镜移动到焦点位置的焦点识别装置。
本发明中，通过焦点识别装置，根据由反射测定面并由物镜接收的多个光接收元件检测的反射光的量识别表示物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号和由位置检测装置检测的物镜的位置识别焦点位置，控制移动装置，使物镜移动到焦点位置上。借此，检测聚焦误差信号并识别焦点位置的动作时识别物镜位置，识别焦点位置后，可将物镜移动到该焦点位置，不需要像原来一样将物镜移动到焦点位置时边确认物镜的位置边进行移动的反馈控制，识别焦点位置后可高速移动，短时间里将物镜移动到焦点位置，作业效率提高。
上述本发明中，希望焦点识别装置使物镜移动到最接近测定面的位置的同时，使其移动到最远离上述测定面的位置，以把握上述物镜的可移动范围，在该物镜的可移动范围内检测出物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使上述物镜位置和聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。
本发明中，通过焦点识别装置，使物镜移动到最接近测定面的位置和最远离上述测定面的位置来把握物镜的可移动范围，在物镜的可移动范围内检测出物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使物镜位置和聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。借此，容易识别正确的焦点位置。
本发明的其他目的是提供容易识别焦点位置并有效地聚焦的聚焦伺服方法和聚焦伺服装置。
本发明的聚焦伺服装置，其特征在于具有向着测定面照射光束的同时，使接收从上述测定面反射的反射光的物镜沿着该物镜的光轴移动的移动装置；以上述物镜的光轴作为对称轴彼此相对位置，分别检测来自上述物镜的上述反射光的量的多个光接收元件；根据由这些多个光接收元件分别检测出的上述反射光的量，输出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号的位置偏差检测装置；控制上述移动装置使上述物镜在沿着光轴的方向上振动，识别有无从上述位置偏差检测装置输出的聚焦误差信号，通过识别该聚焦误差信号的输出来基于该聚焦误差信号进行上述焦点位置的识别的焦点识别装置。
本发明的聚焦伺服方法是将上面的聚焦伺服装置的发明展开为聚焦伺服方法，向着测定面照射光束的同时，经物镜接收从上述测定面反射的反射光，根据该接收的反射光的量检测出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号来识别焦点位置，使上述物镜沿着该物镜的光轴移动到该识别的焦点位置，其特征在于使上述物镜在沿着光轴的方向上振动，在该物镜振动时识别有无上述聚焦误差信号，在识别出上述聚焦误差信号的情况下，根据该聚焦误差信号识别上述焦点位置。
本发明中，通过焦点识别装置，由移动装置使物镜在沿着光轴的方向上振动，该振动时，根据反射测定面并经物镜由多个光接收元件检测出的反射光的量，识别是否从位置偏差检测装置输出表示物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号。在识别出输出聚焦误差信号的情况下，根据识别的聚焦误差信号识别焦点位置。借此，使物镜积极振动，识别有无聚焦误差信号并在判断有无测定面后识别焦点位置，因此即便是聚焦误差信号的波形宽度比较窄的针孔方式中，聚焦误差信号的识别也容易，容易进行测定面有无的自动判断。并且，通过使物镜例如周期地振动的构成，即便因外部的冲击施加振动，例如所谓的过速误差等的处理的停止功能动作，可防止不能进行聚焦处理。另外，由使物镜移动的移动装置振动，因此不必设置识别有无测定面的另外的特别结构，防止大型化。
本发明中，在移动装置中使用致动器，焦点识别装置向上述致动器输出触发信号，使物镜在沿着光轴的方向上振动。
本发明中，利用物镜的移动装置使物镜在沿着光轴的方向上振动，使得容易得到用于振动的结构。
本发明中，通过焦点识别装置周期地控制移动装置，使物镜在沿着光轴的方向上振动。
本发明中，通过焦点识别装置周期地控制移动装置，使物镜在沿着光轴的方向上振动。借此，周期地识别有无聚焦误差信号来识别有无测定面，从而即便是例如在对自动运送的物镜进行聚焦等时也可自动有效地聚焦。
本发明中，使用检测物镜的位置的位置检测装置，焦点识别装置控制移动装置使上述物镜振动时识别从位置偏差检测装置输出的聚焦误差信号的情况下，控制上述移动装置使上述物镜移动，识别来自上述位置偏差检测装置的聚焦误差信号和从由上述位置检测装置检测的上述物镜的位置识别焦点位置，控制上述移动装置，使上述物镜移动到识别的上述焦点位置。
本发明中，在使物镜振动时识别聚焦误差信号的情况下，控制移动装置使物镜移动，识别来自位置偏差检测装置的聚焦误差信号和从由位置检测装置检测的物镜的位置识别焦点位置，使物镜移动到该识别的焦点位置。借此，通过识别聚焦误差信号识别焦点位置的动作时，检测物镜的位置并从聚焦误差信号识别焦点位置后，将物镜移动到该焦点位置，从而不需要像原来那样将物镜移动到焦点位置时边确认物镜的位置边进行移动的反馈控制，在识别有无测定面来识别焦点位置后可高速移动，短时间里将物镜移动到焦点位置，聚焦效率提高。
本发明中，焦点识别装置使物镜移动到最接近测定面的位置的同时使之移动到最远离上述测定面的位置来把握上述物镜的可移动范围，在该物镜的可移动范围内检测出该物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使上述物镜位置和上述聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。
本发明中，通过焦点识别装置使物镜移动到最接近测定面的位置和最远离上述测定面的位置来把握物镜的可移动范围，在物镜的可移动范围内检测出物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使物镜位置和聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。借此，容易识别正确的焦点位置。
附图的简要说明图1是表示使用本发明的一实施例的聚焦伺服装置的光学变位计的框图；图2是表示通过上述实施例的聚焦伺服装置得到的聚焦误差信号的曲线；图3是表示构成上述实施例的聚焦伺服装置的焦点识别装置的CPU内部构成的框图；图4是表示上述实施例的焦点识别装置的硬件的框图；图5是表示通过上述实施例的焦点识别装置的软件执行的处理的框图；图6是表示通过上述实施例的焦点识别装置的PID控制的软件执行的处理的框图；图7是表示通过上述实施例的焦点识别装置的PID控制的相位补偿控制的软件执行的处理的框图；图8是表示上述实施例的聚焦伺服装置的动作的流程图；图9是表示上述实施例的搜索处理启动时的处理例行程序的流程图；图10是表示上述实施例的搜索处理时的处理例行程序的流程图；图11是表示上述实施例的搜索处理时的聚焦处理的处理例行程序的流程图；图12是表示识别上述实施例的聚焦处理的移动下限的动作的流程图；图13是表示识别上述实施例的聚焦处理的移动上限的动作的流程图；图14是表示识别上述实施例的聚焦处理的聚焦误差信号的动作的流程图；图15是表示上述实施例的聚焦处理的将物镜移动到焦点位置的时间的动作的流程图；图16是表示使用本发明的其他聚焦伺服装置的光学变位计的框图；图17是表示已有例的刀刃方式的聚焦伺服装置的聚焦误差信号的曲线。
优选实施例的详细说明下面根据
本发明的聚焦伺服装置的一实施例。
聚焦伺服装置的构成图1中，1是光学变位计，该光学变位计1是例如测量光盘驱动器的拾取装置的跟踪控制和表面粗糙度的测定头等，具有未示出的壳体。并且，该壳体内配置作为光源的半导体激光器2。壳体内设置具有物镜3的针孔式的光学系统机构部4。
而且，在光学系统机构部4中设有装在壳体内的偏光束分离器5。该偏光束分离器5使从半导体激光器2所发光的激光光束向着物镜3而反射。
并且光学系统机构部4上设置位于偏光束分离器5和物镜3之间的配置在壳体上的未示出的准直透镜。该准直透镜将来自偏光束分离器5的光束变为平行光线。偏光束分离器5上在与准直透镜相对的面上设置1/4波长板6。该1/4波长板6使从测定面反射的反射光不返回半导体激光器2，同时通过与偏光束分离器5的组合而与使用半镜面的情况相比提高了效率。
光学系统机构部4上设置位于偏光束分离器5的和物镜3相反的一侧上的配置在壳体中的作为会聚透镜的成像透镜7。该成像透镜7对通过偏光束分离器5的反射光成像。
并且，该光学系统机构部4采用将作为从半导体激光器2发出的激光的光束照射向测定面8，同时由物镜3接收从测定面8反射的反射光的结构。
壳体中设置作为使光学系统机构部4的物镜3接近和远离测定面8的移动装置的驱动机构部11。该驱动机构部11具有在壳体上可移动的设置的未示出的夹持器。该夹持器沿着物镜3的光轴，即沿着上下方向可移动地保持物镜3。驱动机构部11具有移动夹持器的致动器(移动装置)12。
致动器12上设有变位检测机构部14。该变位检测机构部14具有例如全息件等的线性编码器(位置检测装置)15。该线性编码器15具有通过致动器12的驱动而随着夹持器的移动而移动的标尺16和为读取该标尺16而固定在壳体上的检测器17。并且线性编码器15用例如一对检测器17检测标尺16的刻度，随着检测输出两相方波信号。
另外，壳体上配置以物镜3的光轴为中心轴彼此相对配置的一对第一光接收元件21和第二光接收元件22。这些第一光接收元件21和第二光接收元件22由光电二极管等构成，检测从光学系统机构部4送来的反射光的光量。并且，第一光接收元件21和第二光接收元件22配置在成像透镜7的焦点位置的焦点位置上。
并且，驱动机构部11和第一光接收元件21和第二光接收元件22连接于识别第一光接收元件21和第二光接收元件22接收的光量并控制驱动机构部11的驱动的控制装置25上。
该控制装置25具有作为求出作为S状曲线信号的聚焦误差信号S的位置偏差检测装置的信号发生装置27。该信号发生装置27具有分别连接于第一光接收元件21和第二光接收元件22的运算放大器等的差运算装置28与和运算装置29。并且，差运算装置28将第一光接收元件21和第二光接收元件22的输出电流变换为电压，运算该变换的电压值的差(A-B)。和运算装置29将第一光接收元件21和第二光接收元件22的输出电流变换为电压，运算该变换的电压值的和(A+B)。
信号发生装置27中设置连接于差运算装置28与和运算装置29的除法装置30。该除法装置30用和运算装置29的输出电压分割差运算装置28的输出电压((A-B)/(A+B))，输出聚焦误差信号S。
该聚焦误差信号S如图2所示，在测定面8与物镜3的焦点位置一致时为0，在测定面8接近物镜3的焦点位置时为正的值。与此相反，测定面8远离物镜3的焦点位置时，为负值。这样，聚焦误差信号S大致为S状曲线。
控制装置25中设置焦点识别装置35，PID控制电路部36和切换这些焦点识别装置35和PID控制电路部36的开关37以及作为控制致动器12的驱动的移动控制装置的致动器38。
并且焦点识别装置35连接于信号发生装置27的除法装置30，具有CPU(中央处理单元)41。CPU41上连接数据总线42。数据总线42上连接A/D(模拟/数字)转换装置43，计数器IC(集成电路)44，和D/A(数字/模拟)转换装置45以及信号识别装置46。
如图3所示，CPU41具有处理各种信号的中央运算部41A。该中央运算部41A上连接RAM(随机存取存储器)41C，队列系列模块(QSM)41D，计时器处理单元(TPU)41E以及外部总线接口41F。CPU41上还设置芯片选择器41G，系统保护部41H和测试部41I和时钟部41J。
外部总线接口41F连接数据总线42和内部模块总线，进行信号收发。
RAM41C可暂时读取并存储作为所处理信号的信息。
QSM41D是附加功能强化的队列缓冲器的串行通信接口，具有例如作为SCSI-3(小型计算机系统接口-3)规格的并行接口的SPI(SCSI-3并行接口)和作为具有IGB/s电容的并行接口的SCI(可标定的固有接口)等。并且QSM41经外部总线接口41F从外部取得经数据总线42的信号并用CPU41变换为可处理的，同时变换处理的信号并输出到数据总线42上。
TPU41E根据按用作内部时钟的时钟计时的时间向中央运算部41A发送表示经过了规定时间例如250微秒的意思的信号。
芯片选择部41G是连接例如作为存储器的SDRAM等的多个芯片并根据芯片选择信号等的信号进行切换的器件。系统保护部41H具有对CPU41和控制装置25整体进行查找故障的功能。
图1所示的A/D变换装置43连接于信号发生装置27的除法装置30并将聚焦误差信号变换为数字信号。
D/A变换装置45连接于控制致动器12的驱动的致动驱动器38。
信号识别装置46具有连接于信号发生装置27的和运算装置29的S曲线检测装置47和连接于该S曲线检测装置47的同时连接于数据总线42的输入输出装置(I/O)48。S曲线检测装置47从和运算装置29构成聚焦误差信号S并读取来自第一光接收元件21和第二光接收元件22的变换后的电压值的和(A+B)的成分。输入输出装置48将S曲线检测装置47读取的电压值变换为可运算处理的规定信号。CPU41根据来自该输入输出装置48的信号判断有无测定面8。即，CPU41通过判断从曲线检测装置47输出规定值以上的聚焦误差信号S的电压值的和(A+B)的成分来判断为存在测定面8。
计数器IC44连接于变位检测机构部14的线性编码器15的检测器17。并且计数器IC44识别从检测器17输出的两相方波信号并计数。该计数器IC44和线性编码器15构成位置检测装置49。
并且，控制装置25的焦点识别装置35通过CPU41以规定周期输出规定信号并控制致动驱动器38。致动驱动器38根据来自CPU41的信号将致动器12驱动控制为物镜3在沿着光轴的方向上振动的状态。然后，焦点识别装置35通过控制使该物镜3振动，通过用信号识别装置46识别有无来自位置偏差检测装置27的聚焦误差信号S的输出，即识别有无构成聚焦误差信号S的电压值的和(A+B)的成分。
控制装置25的焦点识别装置35通过用信号识别装置46识别构成聚焦误差信号的电压值的和(A+B)的成分，进行识别焦点位置的处理。即，如图4和图5所示，焦点识别装置35由计数器IC44根据来自变位检测机构部14的两相方波信号识别物镜3的位置。焦点识别装置35识别来自信号发生装置27的聚焦误差信号S的大小、聚焦误差信号S和识别的物镜3的位置关系以及聚焦误差信号S为0的零交叉点位置。
另外，焦点识别装置35从识别物镜3的位置到作为零交叉点位置的焦点位置通过图6和图7所示的相位补偿控制逐渐识别到物镜3和零交叉点的位置并进行控制来使物镜3移动。
即，CPU41通过软件执行产生与控制偏差成比例的信号的一对P1动作部50和P2动作部51的动作。CPU41通过软件执行产生与控制偏差的积分值成比例的信号的I动作部52和产生与微分值成比例的信号的D动作部53的动作。并且，P1动作部50、I动作部52和D动作部53并行进行。进行组合P1动作部50、I动作部52和D动作部53的3个动作的加法运算装置54动作。用该加法运算装置54组合后，P2动作部51动作。P2动作部51动作后再次是P1动作部50、I动作部52和D动作部53的动作，即将与控制偏差成比例产生的信号作为反馈信号产生。该反馈信号通过下面表示的式子产生。
u(k)＝(P2×Ple(k)+1/Ti·ΣjTe(j)+Tα/T·(e(k)-e(k-1)))Ti积分时间Tα微分时间T采样时间P2PID控制比例 (P)系数1/TiPID控制比例 (I)系数Tα/TPID控制比例 (D)系数CPU41根据下面表示的式子控制图7所示的相位补偿控制。
W＝此次的X值-前次的Y值Wi＝W的积分此次的Y＝Wi×系数4(1/T1)WK＝W×系数5(T2/T1)V＝WK+Y×系数6(1/S→(∑W)T)这样，通过焦点识别装置35的CPU41一起进行PID控制和相位补偿控制，控制致动驱动器38使物镜3移动到作为焦点位置的零交叉点位置，并驱动致动器12进行聚焦即焦点配合。
信号发生装置27的除法装置30上连接PID控制电路部36。该PID控制电路部36在通过工件移动变动例如作为移动的工件表面的测定面8而不能焦点配合的情况下，通过PID控制，控制致动驱动器，使得物镜3移动到作为焦点位置的零交叉点位置，驱动致动器12。即，控制装置25由焦点识别装置35结束聚焦后将开关37从焦点识别装置35侧切换到PID控制电路部36侧，通过工件移动由PID控制电路部36焦点配合到作为工件表面的测定面8处，从而测定工件表面的粗糙度。该聚焦结束后由于聚焦误差信号变化不大，因此由PID控制电路部36进行PID控制，作跟踪处理，以到达焦点位置。
并且，这些半导体激光器2、光学系统机构部4、第一光接收元件21、第二光接收元件22、驱动机构部11和控制装置25构成聚焦伺服装置55。
(聚焦处理动作)接着根据
上述一个实施例的聚焦伺服装置55的动作。
光学变位计1按图8到图10的流程图所示顺序由聚焦伺服装置55进行判断是否存在工件的测定面8的工件检测工序。然后，聚焦伺服装置55在判断为存在测定面8的情况下，按图11到图14的流程图所示的顺序进行聚焦，即识别焦点位置并将该物镜3移动到该焦点位置的聚焦工序。
即，首先如图8所示，光学变位计1通过接通电源适当进行初始化处理(步骤1)。接着，聚焦伺服装置55由CPU41适当控制致动驱动器38(步骤2)。适当驱动致动驱动器38，判断是否作规定的动作，成为识别为按规定动作的待机状态(步骤3)。此后，驱动焦点识别装置35的计数器IC44，成为待机模式(步骤4)。为测定开始的待机状态。
该步骤4的待机模式中，判断有无命令的输入，例如判断有无通过设置在光学变位计1上的键盘和鼠标等的输入装置进行输入操作(步骤5)。接着，该步骤5中，是标为命令输入的情况下，对应输入的命令进行处理(步骤6)。
步骤5中未识别出命令输入时，判断是否到达数据输出时间，例如通过命令输入和计时器控制等判断是否进行开始输出原来测定的数据、测定中的数据、测定条件等的处理(步骤7)。随后，该步骤7中，识别为到达数据输出时间时，输出测定数据等(步骤8)。
另外，步骤7中判断为未到达数据输出时间时，按规定周期判断是否到达用于输出搜索请求的规定周期(步骤9)。该步骤9的判断是焦点识别装置35的CPU41的中央运算部41A经内部模块总线41B从TPU41E接收表示经过了例如250微秒的信号。接着，对该经过了250微秒的信号进行计数。通过计数该信号的数到达规定的数，例如在接收800次并经过200ms时启动搜索处理。此外，该步骤9中，未到达用于输出搜索请求的规定周期时，返回步骤5并继续待机模式。
步骤9中识别为到达用于输出搜索请求的规定周期的情况下，进行搜索处理启动，即聚焦处理(步骤10)。该步骤10中将物镜3移动到焦点位置并结束聚焦处理后，判断是否移动到用于测定的伺服状态(步骤11)。步骤11中判断为未移动到伺服状态时，判断为例如产生了错误等，返回步骤5并继续待机模式。步骤11中判断为移动到了伺服状态时，移动到用于测定工件的测定模式(步骤12)。随后，通过结束该步骤12的测定模式，返回步骤5并再次成为待机模式。
接着，进行搜索处理时，如图9所示，执行用于各种搜索处理的各种处理(步骤21)。即，例如由计数器IC将物镜3的位置移动到规定范围之外，或因外部的振动等通过物镜3的急剧移动等产生过速错误等而成为出错状态的情况下，进行解除错误的处理或启动时的预热(warmup)处理。
结束该步骤21的各种处理后，判断物镜3的位置是否超出指定的范围(步骤22)。并且，在该步骤22中判断为超出指定的范围的情况下，输出用于搜索处理的搜索请求的信号并进行搜索处理(步骤23)，结束启动搜索处理的处理例行程序。
步骤22中判断为未超出指定的测定范围的情况下，判断是否为非搜索状态。即，由控制装置25的焦点识别装置35判断是否识别规定值以上的聚焦误差信号S(步骤24)。接着在步骤24中不识别规定值以上的聚焦误差信号S，判断为非搜索状态的情况下，为进行搜索处理而输出搜索请求的信号，移动到步骤23进行搜索处理，结束启动搜索处理的处理例行程序。
步骤24中，判断为识别规定值以上的聚焦误差信号S的情况下，判断是否满足规定的条件(步骤25)。即，例如判断是否为物镜3位于焦点位置并移动到作为当前伺服状态的工件测定状态、是否不是过速错误等的出错状态、是否未经过到已经结束搜索处理并测定下一工件之前的指定的搜索处理禁止时间等的条件。
并且步骤25中，判断为满足规定条件的情况下，判断为不是移动到用于测定工件的搜索处理的状态，结束启动搜索处理的处理例行程序。步骤25中判断为未满足规定的条件的情况下，判断为满足用于搜索处理的条件，进行到步骤23中。
步骤23中进行移动到搜索处理的处理时，移动到如图10所示的处理例行程序。即，根据请求搜索处理的信号，控制装置25进行作为搜索处理的工件检测工序和聚焦工序(步骤26)。
该步骤26的搜索处理结束时，搜索正常结束，即，识别工件的检测和焦点位置，判断将物镜移动到焦点位置的聚焦是否正常结束(步骤27)。并且，判断为搜索未正常结束时，返回步骤26并维持搜索状态，进行继续搜索处理的处理。步骤27中识别为搜索正常结束时，为测定工件的测定面8，移动到伺服状态(步骤28)，结束用于搜索处理的处理例行程序。
(工件的检测工序)这里，在步骤26的搜索处理中，首先进行工件的检测工序。该步骤26中判断为步骤9中已经到达作为搜索请求的规定周期的20ms，是实施之后的各种判断等的结果后的例行程序。该工件检测工序是焦点识别装置35的CPU41从数据总线42经D/A变换装置45对致动驱动器38输出规定的信号并进行控制。致动驱动器38根据来自CPU41的信号将致动器12驱动控制为物镜3在沿着光轴的方向上振动的状态。
通过该焦点识别装置35使物镜3振动时，焦点识别装置35用信号识别装置46识别有无来自位置偏差检测装置27的聚焦误差信号S的输出，即有无构成聚焦误差信号S的电压值的和(A+B)的成分。并且，信号识别装置46在未识别出聚焦误差信号S的输出的情况下，焦点识别装置35判断为未识别工件的测定面8，工件不存在于测定位置上，维持将工件向测定位置装载的状态的待机状态。信号识别装置46在识别出聚焦误差信号S的输出的情况下，焦点识别装置35判断为工件存在于测定位置上。借此，焦点识别装置35从工件的检测工序移动到聚焦工序。
(聚焦工序)结束该工件的检测工序后的聚焦工序中，首先与工件的检测工序一样把控制装置25的开关37放于在焦点识别装置35侧闭合的状态。接着，进行图11所示的识别作为软件伺服搜索的焦点位置的聚焦误差信号S的零交叉点位置。
即，判断焦点识别装置35的处理状态是否为以前未处理的控制序号0(步骤31)。并且判断为焦点识别装置35的处理状态是还未处理的控制序号0时，为执行作为物镜3的移动范围的冲程检查(stroke check)，进行阶段0的控制，该控制是使物镜3向下，即接向近测定面8的方向上移动(步骤32)。接着，该步骤32中进行阶段0的控制后返回步骤31。
另一方面，焦点识别装置35判断为不是控制序号0时，判断焦点识别装置35的处理状态是否为以前进行了阶段0的处理的控制序号1(步骤33)。随后，判断为焦点识别装置35的处理状态是控制序号1时，为进行作为物镜3的移动范围的冲程检查，进行阶段1的控制，该控制是使物镜3向上，即向远离测定面8的方向上移动(步骤34)。接着，该步骤34中进行阶段1的控制后返回步骤31。
步骤33中判断不是控制序号1的情况下，判断焦点识别装置35的处理状态是否为以前进行了阶段1的处理的控制序号2(步骤35)。随后，判断为焦点识别装置35的处理状态是控制序号2时，为使聚焦误差信号S和物镜3的位置相关并进行识别，进行阶段2的控制，该控制是使物镜3移动(步骤36)，返回步骤31。
步骤35中判断不是控制序号2的情况下，判断焦点识别装置35的处理状态是否为以前进行了阶段2的处理的控制序号3(步骤37)。随后，判断为焦点识别装置35的处理状态是控制序号3时，进行阶段3的控制，该控制是使物镜3移动到成为聚焦误差信号S的零交叉点的焦点位置上(步骤38)。
接着步骤38中进行了阶段3的控制后，结束作为聚焦控制的软件伺服搜索控制。
步骤37中判断不是控制序号3的情况下，例如判断为噪声的影响等，再次返回步骤31反复作为聚焦控制的软件伺服搜索控制。例如在进行某种程度的反复时，判断为构成部件损坏等，停止反复控制，显示或发出消息来报告异常。
并且控制装置25的焦点识别装置35的软件伺服搜索控制之时，首先进行阶段0。如图12所示，该阶段0进行将物镜3移动到下方的控制(步骤41)。使该物镜3向下方移动的控制是对用于控制致动器12的焦点识别装置35的图4到图7所示的PID运算和相位超前进行校正并驱动控制致动器12，使物镜3向下方移动。
使该物镜3向下方移动期间，由计数器IC44识别向下方移动的物镜3的位置并确认下端。然后，步骤41中将物镜3移动到下端并由计数器IC44识别下端位置后，设定表示已经结束了阶段0的控制序号1(步骤42)，结束阶段0的控制。
在阶段1的控制下，已经在阶段0中移动控制到物镜3位于下端的状态，因此如图13所示，进行使物镜3向上移动的控制(步骤43)。该物镜3向上方移动的控制与阶段0一样，对用于控制致动器12的焦点识别装置35的图4到图7所示的PID运算和相位超前进行校正并驱动控制致动器12，使物镜3向上方移动。
使该物镜3向上方移动时，与阶段0的控制的情况一样，识别向上方移动的物镜3的位置并确认上端。然后，步骤43中将物镜3移动到上端并由计数器IC44识别上端位置，此时设定表示已经结束了阶段1的控制序号2(步骤44)，结束阶段1的控制。
这样，通过阶段0和阶段1，物镜3一旦移动到下端后，接着移动到上端，随着该移动，由计数器IC44识别位置，从而识别物镜3移动的范围的上端和下端。通过识别该上端位置和下端位置，进行物镜3的移动范围师在规定范围，例如设计的1mm的移动范围中的冲程检查。此外，通过该阶段0和阶段1，不是规定的冲程检查时，把阶段0和阶段1反复规定次数，在未识别为规定的移动范围的情况下，判断为例如致动器12等的构成部件损坏了，显示或发出消息等来报告异常。
在阶段2的控制下，已经在阶段0和阶段1中识别物镜3移动的范围的下端和上端位置并结束了冲程检查。该状态下，如图14所示，再次进行将物镜3向下移动的控制(步骤45)。该向下方的移动例如按200微米/秒移动时，由计数器IC44识别物镜3的位置，并读取从信号发生装置27输出的聚焦误差信号S，使物镜3的位置和聚焦误差信号S相关。该物镜3移动时，与上述同样，也通过PID控制和相位补偿控制驱动致动器12并移动物镜3。
接着，判断读取的聚焦误差信号S是否为规定电平(步骤46)。即，按每个光学变位计1的特性通过由第一光接收元件21和第二光接收元件22接收的光从信号发生装置27输出的聚焦误差信号S的电压值为规定的值，例如上限为+1.0V并且下限为-1.0V的规定的S状曲线。随后，为将物镜3从上端向下方移动，识别的聚焦误差信号S的电压值如上所述从负值变为零交叉点再变为正值。借此，为识别零交叉点，判断是否识别并非噪声，而是规定电平，即首先作为规定阈值的规定大小的负值电压。成为阈值的规定电平预先存储在焦点识别装置35中。
该步骤46中通过使物镜3向下方移动识别规定电平的情况下，判断为识别聚焦误差信号S，为读取聚焦误差信号S而继续移动物镜3。即，继续使聚焦误差信号S和计数器IC44得到的物镜3的位置相关的控制。步骤46中使物镜3向下移动时，不识别规定电平，将物镜3移动到下端的情况下，例如判断为噪声的影响等，进行步骤34的阶段1的控制。即阶段1中一旦将物镜3移动到上端，再次在阶段2进行规定电平的识别。
步骤46中识别出规定电平的情况下，判断是否识别并非噪声，而是MIN电平，即作为规定阈值的规定大小的正值电压(步骤47)。即由于已经在步骤46中识别了聚焦误差信号S的负值电压，通过识别正值电压，在其间可放置与焦点位置对应的零交叉点。因此，步骤46中识别规定电平后，读取聚焦误差信号S并与物镜3的位置相关，进行步骤47的MIN电平的识别。
接着步骤47中识别出聚焦误差信号S的MIN电平的情况下，读取聚焦误差信号S并与物镜3的位置相关，因此，聚焦误差信号S的零交叉点在计数器IC44得到的物镜3的位置上也相关。借此，停止使物镜3向下移动的控制，设定表示已经结束了阶段2的控制序号3(步骤48)，结束阶段2的控制。即，结束用于识别焦点位置的焦点位置S和物镜3的位置相关的控制。
该步骤47中不能识别聚焦误差信号S的MIN电平，物镜3到达下端的情况下，例如判断为噪声的影响等，进行步骤34的阶段1的控制。即阶段1中一旦将物镜3移动到上端，再次在阶段2进行聚焦误差信号S和计数器IC44得到的物镜3的位置相关的控制。将该阶段2反复一定程度时，判断为致动器12、第一光接收元件21和第二光接收元件22等的构成部件损坏，显示或发出消息等来报告异常。不限于返回步骤34的阶段1的控制的情况。例如可将物镜3移动到已经在步骤46识别的规定电平的位置处，使聚焦误差信号S和物镜3的位置相关并再次反复识别MIN电平的控制等。
阶段3的控制下，由于已经在步骤2中使聚焦误差信号S的零交叉点和物镜3的位置相关并识别焦点位置，因此执行向已经通过的焦点位置的移动，即向上移动的控制(步骤51)。向该上方移动的情况下，如上所述，也进行PID控制和相位补偿控制并控制致动驱动器38来驱动致动器12，使物镜3向上移动。
接着，进行该PID控制和相位补偿控制并控制致动驱动器38来驱动致动器12，使物镜3向上移动，识别聚焦误差信号S的零交叉点。这里，在不识别零交叉点而将物镜3移动到上端的情况下，显示或发出消息等来报告。结束聚焦控制。步骤51中物镜3向上移动控制时，识别出聚焦误差信号S的零交叉点的情况下(步骤52)，判断为物镜3移动到焦点位置，停止物镜3的移动，结束阶段3的控制，结束聚焦控制。
这样，在原来的识别焦点位置并在反馈控制下使物镜3移动到焦点位置的构成中，需要读取聚焦误差信号S并渐渐移动物镜3使得到达零交叉点，将物镜3移动到焦点位置的时间长。另一方面，上述一个实施例中，使物镜3的位置和聚焦误差信号S相关来识别焦点位置后移动物镜3，从而与以往相比，容易正确地将物镜3移动到焦点位置，缩短时间，提高作业效率。
而且，将物镜3移动到焦点位置后，即，结束聚焦工序并正常结束伺服后，迁移到伺服状态，即，将开关37切换到PID控制电路部36，进行PID控制与移动的工件的测定面8焦点配合，进行拾取装置的跟踪控制。由计数器IC44识别焦点位置并测定工件的测定面8的粗糙度等。
(聚焦伺服装置的效果)如上所述，上述一个实施例中，表示出如下效果。
(1)通过焦点识别装置35由被致动驱动器38驱动控制的致动器12使物镜3在沿着光轴的方向上振动，该振动时，反射工件的测定面8并经物镜3根据第一光接收元件21和第二光接收元件22检测的反射光的量识别是否从位置偏差检测装置27输出表示物镜3从焦点位置的位置偏离的聚焦误差信号S。识别为输出聚焦误差信号S时，根据识别的聚焦误差信号S进行焦点位置的识别。因此，积极使物镜3振动识别有无聚焦误差信号S，在判断有无工件的测定面8后识别焦点位置，从而即便在聚焦误差信号S的波形宽度比较狭窄的针孔方式中，即使物镜3从焦点位置偏离开，也容易识别聚焦误差信号S，容易自动判断有无测定面8，容易自动聚焦。并且，由于是使物镜3振动的构成，即便因外部的冲击等施加振动时，例如使所谓的过速错误等处理停止动作时，可防止不能进行聚焦处理。此外，由使物镜3移动的致动器12振动，因此不需要设置用于识别有无测定面8的其他特别结构，可简化结构，防止大型化，无论工件大小形状如何都可进行测定，通用性提高。
(2)作为移动物镜3的移动装置，设置由致动驱动器38驱动控制的致动器12，搜索处理时通过焦点识别装置35向致动器12输出触发信号，使物镜3在沿着光轴的方向上振动。借此，容易得到用移动物镜3的构成振动的结构。
(3)通过焦点识别装置35周期进行驱动控制致动器12并使物镜3在沿着光轴的方向上振动的处理。因此，周期地识别有无聚焦误差信号S来识别有无工件的测定面8，因此例如对于自动运送的物品在聚焦等的情况下也可自动高效地进行聚焦。
(4)通过焦点识别装置35在使物镜3振动时是标聚焦误差信号S的情况下，驱动控制致动器12并移动物镜3，从来自位置偏差检测装置27的聚焦误差信号S和由位置检测装置49检测出的物镜3的位置识别焦点位置，将物镜3移动到该识别出的焦点位置。因此，进行通过识别聚焦误差信号S识别焦点位置的动作时，检测物镜3的位置并从聚焦误差信号S识别焦点位置后，将物镜3移动到该焦点位置。不需要像原来那样在将物镜3移动到焦点位置时确认物镜3的位置并进行移动的反馈控制，在识别有无工件的测定面8并识别焦点位置后可高速移动物镜3，可短时间里将物镜3移动到焦点位置，提高聚焦效率。
(5)通过焦点识别装置35一对第一光接收元件21和第二光接收元件22反射测定面8并根据物镜3接收的反射光的量由表示物镜3离开焦点位置的的位置偏差的聚焦误差信号S和由位置检测装置49检测的物镜3的位置识别焦点位置，将物镜3移动到该识别的焦点位置。因此，进行检测聚焦误差信号S并识别焦点位置的动作时识别物镜3的位置并识别焦点位置后，可将物镜3移动到该焦点位置，与原来那样通过读取聚焦误差信号S并渐渐移动物镜3识别成为聚焦误差信号S的零交叉点的位置来判断焦点位置，并将物镜3停止在该位置的情况相比，可容易地在短时间里将物镜3移动到焦点位置，提高作业效率。此外，通过PID控制电路部36仅利用跟踪焦点位置时使用的位置检测装置49的计数器IC44，不需要设置另外的特别结构，可在短时间里将物镜3移动到焦点位置。
(6)通过焦点识别装置35将物镜3移动到最接近测定面的位置和最远离测定面的位置来把握物镜3的可移动范围，在物镜3的可移动范围内检测物镜3的位置并由信号发生装置27检测聚焦误差信号S并识别焦点位置。因此，容易识别正确的焦点位置。
(7)通过焦点识别装置35将物镜3移动到由PID控制和相位补偿控制识别的焦点位置。因此，使用原来使用的确定的控制方法，可正确地移动到焦点位置，而不产生物镜3的移动延迟和移动过渡等，控制结构简化。
(8)在使阶段2的聚焦误差信号S和物镜3相关时，从最远离测定面8的上端向作为靠近的方向的下方移动，读取聚焦误差信号S并由计数器IC44与物镜3的位置相关，首先识别为聚焦误差信号S的规定电平的规定的负值电压，再识别规定的正值电压。借此，聚焦误差信号S的零交叉点与物镜3的位置相关，容易识别焦点位置。
(9)识别规定电平后识别MIN电平时，由于已经识别焦点位置，因此不需要再将聚焦误差信号S与物镜3的位置相关，因此停止物镜3的移动，移动到作为下一控制的阶段3进行将物镜3移动到焦点位置的控制。因此，识别聚焦误差信号S的最小值是通过作为焦点位置的零交叉点的位置，从而不需要将物镜3移动到下端的位置，可在更短时间里将物镜3，从而不需要将物镜3移动到下端的位置，可在更短时间里将物镜3移动到焦点位置。
(10)将物镜3暂时向下移动后再向上移动来识别可移动范围，接着又向下移动进行焦点位置识别，从而由于识别了焦点位置，不需要移动物镜3，在识别可移动范围的控制后直接移动到使聚焦误差信号S和物镜3的位置相关来识别焦点位置的控制，容易高效地且平滑地将物镜3移动到焦点位置，可在更短时间里将物镜3移动到焦点位置。
(其他实施例)本发明不限于上述一个实施例，只要能实现本发明的目的，可采用下面的变形形式。
即，只要是通过振动物镜识别聚焦误差信号S进行聚焦的结构，聚焦的方法不限于上述结构，可以是任何方法。
并且，说明了通过针孔方式由第一光接收元件21和第二光接收元件22接收光并由信号发生装置27识别聚焦误差信号S的情况，但可以是通过刀刃法等某一方法识别聚焦误差信号S。
刀刃法中，聚焦误差信号S在测定面8与物镜3的焦点位置一致时为0，测定面8与物镜3的焦点位置接近时为正值。与此相反，测定面8从物镜3的焦点位置远离时，为负值，但测定面8从物镜3的焦点位置更远离时，正负颠倒，取正值。并且再远离时，正值取接近0的小值。因此聚焦误差信号S取正值的区域有2个，取负值的区域有1个。焦点位置最短时，正值再次取接近0的小值。取靠近焦点位置时的正值的区域与取远离焦点位置时的正值的区域相比，最大值更大。这样，对应聚焦误差信号S的特性与物镜3的位置相关，可识别作为零交叉点的位置的焦点位置。
并且，通过针孔式和刀刃法读取的聚焦误差信号S不限于上述实施例，即便是正负相反时也同样适用。
作为位置偏差检测装置，说明了使用差运算装置28，和运算装置29和除法装置30计算的结构，但用哪种结构都可求出聚焦误差信号S。
此外，通过一对第一光接收元件21和第二光接收元件22的输出求出聚焦误差信号S，但不限于一对，可以是3个以上。
并且作为移动装置不限于致动器12，可以是使物镜3沿着光轴可移动的任何结构。
作为检测移动的物镜3的位置的方法，说明了用计数器IC44对来自线性编码器15的两相方波信号进行计数来检测物镜3的位置的情况，但可使用其他方法。
还有，作为将物镜3移动到焦点识别装置35识别的焦点位置的移动的方法，不限于PID控制和相位补偿控制，可用例如不识别物镜3的位置不进行反馈控制直接移动到识别的焦点位置的移动等的任一方法进行移动。
作为开关37，除晶体管等的电子部件等的电切换外，还有机械切换的结构。
并且，不限于光盘驱动器的拾取装置的跟踪控制和表面粗糙读的测定头等，可用于任何光学变位计。
为识别焦点位置的移动，说明了识别规定电平和MIN电平并且在不能识别的情况下反复进行适当控制的情况，但不限于此结构，例如在不能识别的情况下，可以是中断控制，报告出错信息等。识别焦点位置时，说明了从离开测定面8最远的位置向接近的方向移动，顺序识别规定电平和MIN电平的控制，但不限于该控制，可对应于任一方法，例如从最接近的位置向远离的方向移动来顺序识别MIN电平和规定电平的控制等。
此外，上述实施例中，作为聚焦处理动作，进执行了通过振动移动装置进行的工件检测工序和通过聚焦误差信号S和来自位置检测装置的物镜的位置信号进行的聚焦工序，但也不进行振动式的工件检测而进行利用物镜位置信号的聚焦工序的情况也属于本发明。
例如，图16的结构与上述的图1的结构相反，没有信号识别装置46(S曲线检测装置47和输入输出装置48)，但利用位置检测装置49进行上述图11到图15的动作可得到上述的效果(5)到(10)。
此外，本发明实施时的具体结构和顺序在达到本发明的目的的范围中可以是其他结构和顺序等。
权利要求
1.一种聚焦伺服装置，其特征在于具有向着测定面照射光束的同时，使接收从上述测定面反射的反射光的物镜沿着该物镜的光轴移动的移动装置；以上述物镜的光轴作为对称轴彼此相对位置，分别检测来自上述物镜的上述反射光的量的多个光接收元件；根据由这些多个光接收元件分别检测出的上述反射光的量，输出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号的位置偏差检测装置；检测由上述移动装置移动的物镜的位置的位置检测装置；识别来自上述位置偏差检测装置的聚焦误差信号和从由上述位置检测装置检测的上述物镜的位置识别焦点位置的同时，控制上述移动装置使上述物镜移动到焦点位置的焦点识别装置。
2.根据权利要求1所述的聚焦伺服装置，其特征在于上述焦点识别装置使物镜移动到最接近测定面的位置的同时，使其移动到最远离上述测定面的位置，以把握上述物镜的可移动范围，在上述物镜的可移动范围内检测出物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使上述物镜位置和聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。
3.一种聚焦伺服装置，其特征在于具有向着测定面照射光束的同时，使接收从上述测定面反射的反射光的物镜沿着该物镜的光轴移动的移动装置；以上述物镜的光轴作为对称轴彼此相对位置，分别检测来自上述物镜的上述反射光的量的多个光接收元件；根据由这些多个光接收元件分别检测出的上述反射光的量，输出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号的位置偏差检测装置；控制上述移动装置使上述物镜在沿着光轴的方向上振动，识别有无从上述位置偏差检测装置输出的聚焦误差信号，通过识别该聚焦误差信号的输出来基于该聚焦误差信号进行上述焦点位置的识别的焦点识别装置。
4.根据权利要求3所述的聚焦伺服装置，其特征在于上述移动装置具有致动器，上述焦点识别装置向上述致动器输出触发信号，使物镜在沿着光轴的方向上振动。
5.根据权利要求3(或权利要求4)所述的聚焦伺服装置，其特征在于上述焦点识别装置周期地控制移动装置，使物镜在沿着光轴的方向上振动。
6.根据权利要求3(到权利要求5之一)所述的聚焦伺服装置，其特征在于具有检测上述物镜的位置的位置检测装置，上述焦点识别装置控制移动装置使上述物镜振动时识别从位置偏差检测装置输出的聚焦误差信号的情况下，控制上述移动装置，使上述物镜移动，识别来自上述位置偏差检测装置的聚焦误差信号和从由上述位置检测装置检测的上述物镜的位置识别焦点位置的同时，控制上述移动装置使上述物镜移动到识别出的上述焦点位置。
7.根据权利要求6所述的聚焦伺服装置，其特征在于上述焦点识别装置使物镜移动到最接近测定面的位置的同时，使其移动到最远离上述测定面的位置，以把握上述物镜的可移动范围，在该物镜的可移动范围内检测出该物镜的位置并由位置偏差检测装置检测聚焦误差信号，使上述物镜位置和上述聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。
8.一种聚焦伺服方法，向着测定面照射光束的同时，经物镜接收从上述测定面反射的反射光，根据该接收的反射光的量检测出表示上述物镜离开焦点位置的位置偏差的聚焦误差信号来识别焦点位置，使上述物镜沿着该物镜的光轴移动到该识别的焦点位置，其特征在于使上述物镜在沿着光轴的方向上振动，在该物镜振动时识别有无上述聚焦误差信号，在识别出上述聚焦误差信号的情况下，根据该聚焦误差信号识别上述焦点位置。
9.根据权利要求8所述的聚焦伺服方法，其特征在于在上述物镜的移动中使用致动器，适当向该致动器输出触发信号，使上述物镜在沿着光轴的方向上振动。
10.根据权利要求8(或权利要求9)所述的聚焦伺服方法，其特征在于使上述物镜周期地在沿着光轴的方向上振动。
11.根据权利要求8(到权利要求10之一)所述的聚焦伺服方法，其特征在于上述物镜振动时识别聚焦误差信号的情况下，移动上述物镜，从该物镜位置和检测出的聚焦误差信号识别上述焦点位置。
12.根据权利要求8(到权利要求11之一)所述的聚焦伺服方法，其特征在于使上述物镜分别移动到最接近和最远离测定面的位置来识别上述物镜的可移动范围，在该物镜的可移动范围内检测出该物镜的位置并检测聚焦误差信号，使上述物镜位置和上述聚焦误差信号相关联来识别焦点位置。
全文摘要
控制装置25的焦点识别装置35控制致动驱动器38，由致动器12使物镜3沿着光轴方向振动。振动时，信号识别装置46调查来自信号发生装置27的聚焦误差信号的输出，若有信号，则判断为存在工件。如果有工件，焦点识别装置35通过致动器12使物镜3沿着光轴移动，参考聚焦误差信号和来自位置检测装置49的位置信号识别焦点位置，使物镜3移动到焦点位置来进行聚焦。
文档编号G01B11/30GK1391218SQ0214139
公开日2003年1月15日 申请日期2002年6月11日 优先权日2001年6月11日
发明者片冈正信, 根本纪一郎 申请人:株式会社三丰