特許 6099504 オートフォーカス装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099504

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】オートフォーカス装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/28 20060101AFI20170313BHJP

【ＦＩ】

   G02B7/28 N

   G02B7/28 J

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-138159(P2013-138159)

(22)【出願日】2013年7月1日

(65)【公開番号】特開2015-11273(P2015-11273A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2016年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】鵜戸 章平

【審査官】 高橋 雅明

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ７／２８

Ｇ０３Ｂ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物に対物レンズを介して光を照射する光源と、
前記被測定物からの反射光の一部を検出して第１信号を生成する第１検出部と、
前記反射光の他の一部を検出して第２信号を生成する第２検出部と、
第１増幅率によって前記第１信号の電圧値を増幅させて第１増幅信号を生成する第１増幅器と、
前記第１増幅率よりも大きい第２増幅率によって前記第１信号の電圧値を増幅させて第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
第３増幅率によって前記第２信号の電圧値を増幅させて第３増幅信号を生成する第３増幅器と、
前記第３増幅率よりも大きい第４増幅率によって前記第２信号の電圧値を増幅させて第４増幅信号を生成する第４増幅器と、
前記第１増幅信号の電圧値と前記第２増幅信号の電圧値との関係を示す第１補正関数に基づき前記第１増幅信号又は前記第２増幅信号を補正して第１補正信号又は第２補正信号を生成し、前記第３増幅信号の電圧値と前記第４増幅信号の電圧値との関係を示す第２補正関数に基づき前記第３増幅信号又は前記第４増幅信号を補正して第３補正信号又は第４補正信号を生成する補正部と、
前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが第１閾値以上である場合に前記第１増幅信号及び前記第３増幅信号又は前記第１補正信号及び前記第３補正信号に基づき前記被測定物に対する前記対物レンズの合焦位置を特定する合焦位置特定部とを備え、
前記合焦位置特定部は、前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが前記第１閾値以上でない場合に前記第２増幅信号及び前記第４増幅信号又は前記第２補正信号及び前記第４補正信号に基づき前記合焦位置を特定する
ことを特徴とするオートフォーカス装置。

【請求項2】

前記合焦位置特定部は、前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが前記第１閾値以上である場合に前記第１補正信号及び前記第３補正信号に基づき前記合焦位置を特定し、
前記合焦位置特定部は、前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが第１閾値以上でない場合に前記第２増幅信号及び前記第４増幅信号に基づき前記合焦位置を特定する
ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。

【請求項3】

前記合焦位置特定部は、前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが前記第１閾値以上である場合に前記第１増幅信号及び前記第３増幅信号に基づき前記合焦位置を特定し、
前記合焦位置特定部は、前記第１信号及び前記第２信号のいずれかが第１閾値以上でない場合に前記第２補正信号及び前記第４補正信号に基づき前記合焦位置を特定する
ことを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定物に対する合焦位置を調整するオートフォーカス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、測定装置に使用されるオートフォーカス装置が知られている（特許文献１参照）。オートフォーカス装置には被測定物（ワーク）に光を照射し、その反射光に基づき合焦位置を特定する方式がある。具体的に、フォトダイオードで受光された反射光は電気信号に変換される。続いて、強度の低い電気信号は高倍率増幅器によって増幅され、強度の高い電気信号は低倍率増幅器によって増幅される。そして、それら増幅された電気信号に基づき合焦位置が特定される。

【0003】

しかしながら、上記オートフォーカス装置において高倍率増幅器と低倍率増幅器のオフセットとゲインはバラつく。このため、合焦位置を特定する精度は劣化する。更に、合焦位置に基づきワーク表面を追従するフィードバック制御を安定して行うことができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０７−１０５５４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、合焦位置を特定する精度を向上させたオートフォーカス装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るオートフォーカス装置は、被測定物に対物レンズを介して光を照射する光源と、被測定物からの反射光の一部を検出して第１信号を生成する第１検出部と、反射光の他の一部を検出して第２信号を生成する第２検出部と、第１増幅率によって第１信号の電圧値を増幅させて第１増幅信号を生成する第１増幅器と、第１増幅率よりも大きい第２増幅率によって第１信号の電圧値を増幅させて第２増幅信号を生成する第２増幅器と、第３増幅率によって第２信号の電圧値を増幅させて第３増幅信号を生成する第３増幅器と、第３増幅率よりも大きい第４増幅率によって第２信号の電圧値を増幅させて第４増幅信号を生成する第４増幅器と、第１増幅信号の電圧値と第２増幅信号の電圧値との関係を示す第１補正関数に基づき第１増幅信号又は第２増幅信号を補正して第１補正信号又は第２補正信号を生成し、第３増幅信号の電圧値と第４増幅信号の電圧値との関係を示す第２補正関数に基づき第３増幅信号又は第４増幅信号を補正して第３補正信号又は第４補正信号を生成する補正部と、第１信号及び第２信号のいずれかが第１閾値以上である場合に第１増幅信号及び第３増幅信号又は第１補正信号及び第３補正信号に基づき被測定物に対する対物レンズの合焦位置を特定する合焦位置特定部とを備え、合焦位置特定部は、第１信号及び第２信号のいずれかが第１閾値以上でない場合に第２増幅信号及び第４増幅信号又は第２補正信号及び第４補正信号に基づき合焦位置を特定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

この発明によれば、補正部によって第１増幅信号の電圧値と第２増幅信号の電圧値との関係を示す第１補正関数に基づき第１増幅信号又は第２増幅信号を補正し、第３増幅信号の電圧値と第４増幅信号の電圧値との関係を示す第２補正関数に基づき第３増幅信号又は第４増幅信号を補正する。これにより、本発明は、第１〜第４増幅器のゲインとオフセットのバラツキによる影響を抑制し、合焦位置を特定する精度を向上させたオートフォーカス装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施の形態に係るオートフォーカス装置の構成を示す概略図である。

【図2】信号ＬＡと信号ＨＡの関係と、信号ＬＢと信号ＨＢの関係を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る補正用パラメータ算出処理を示すフローチャートである。

【図4】第１の実施の形態に係る補正用パラメータの求め方を示す図である。

【図5】第１の実施の形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

【図6】比較例に係るＳ信号を示す図である。

【図7】第１の実施の形態に係るＳ信号を示す図である。

【図8】第２の実施の形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

【図9】第３の実施の形態に係る補正用パラメータの求め方を示す図である。

【図10】第３の実施の形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

【図11】第４の実施の形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

【図12】第５の実施の形態に係るオートフォーカス装置の構成を示す概略図である。

【図13】第５の実施の形態に係る補正用パラメータ算出処理を示すフローチャートである。

【図14】第５の実施の形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るオートフォーカス装置の構成を示す概略図である。本実施の形態に係るオートフォーカス装置は、所謂、ダブルピンホール方式のレーザオートフォーカス装置であり、例えば、顕微鏡、画像測定機などの光学装置に搭載される。

【0010】

本実施の形態に係るオートフォーカス装置は、図１に示すように、光学ヘッド１０、増幅部２０、ＡＤ変換部３０、及びコンピュータ４０を有する。光学ヘッド１０はワークＷにレーザ光を照射し、その反射光を受光して電気信号に変換する。増幅部２０は光学ヘッド１０から受け付けた電気信号を増幅させる。ＡＤ変換部３０は増幅部２０から受け付けた電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。コンピュータ４０はＡＤ変換部３０から受け付けた信号に基づきワークＷに対する合焦位置を特定する。

【0011】

光学ヘッド１０において、図１に示すように、光源（レーザダイオード）１１はレーザ光を発光し、そのレーザ光をビームスプリッタ１２ａに照射する。ビームスプリッタ１２ａは光源１１からの光を透過してチューブレンズ１３に照射し、ワークＷからの反射光をビームスプリッタ１２ｂに反射させる。

【0012】

チューブレンズ１３はビームスプリッタ１２ａからの光を平行光として対物レンズ１４を介してワークＷに照射する。また、チューブレンズ１３はワークＷからの反射光をビームスプリッタ１２ａに照射する。ビームスプリッタ１２ｂは、ビームスプリッタ１２ａからの光を分光し、透過光をピンホール１５ａを介して受光素子（フォトダイオード）１６ａに照射する。また、ビームスプリッタ１２ｂは、反射光をピンホール１５ｂを介して受光素子（フォトダイオード）１６ｂに照射する。受光素子１６ａ、１６ｂは、各々、受光した光の光量に基づき、信号Ａ及び信号Ｂを増幅部２０に出力する。

【0013】

図１において、光学ヘッド１０（対物レンズ１４）がワークＷに対して合焦位置に配置されている場合、受光素子１６ａ、１６ｂの出力は等しくなる。光学ヘッド１０が合焦位置より遠くに配置されている場合、受光素子１６ｂの出力は受光素子１６ａの出力より大きくなる。一方、光学ヘッド１０は合焦位置より近くに配置されている場合、受光素子１６ｂの出力は受光素子１６ａの出力より小さくなる。このような変化を利用して、本実施の形態は、ワークＷに対する光学ヘッド１０（対物レンズ１４）の合焦位置を特定できる。

【0014】

増幅部２０は、図１に示すように、信号Ａ用の低倍率増幅器２１、信号Ａ用の高倍率増幅器２２、信号Ｂ用の低倍率増幅器２３、及び信号Ｂ用の高倍率増幅器２４を有する。低倍率増幅器２１は信号Ａを増幅させた低倍率増幅信号ＬＡをＡＤ変換部３０のチャンネルＣＨ１に出力する。高倍率増幅器２２は、低倍率増幅器２１の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ａを増幅させた高倍率増幅信号ＨＡをＡＤ変換部３０のチャンネルＣＨ２に出力する。低倍率増幅器２３は信号Ｂを増幅させた低倍率増幅信号ＬＢをＡＤ変換部３０のチャンネルＣＨ３に出力する。高倍率増幅器２４は、低倍率増幅器２３の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ｂを増幅させた高倍率増幅信号ＨＢをＡＤ変換部３０のチャンネルＣＨ４に出力する。

【0015】

ＡＤ変換部３０は信号ＬＡ、ＨＡ、ＬＢ、ＨＢをアナログ信号からデジタル信号に変換してコンピュータ４０に出力する。

【0016】

コンピュータ４０は、図１に示すように、演算部４１、記憶部４２、及びＳ信号出力部４３を有する。演算部４１は、ＡＤ変換部３０から入力された信号ＬＡ、ＨＡ、ＬＢ、ＨＢに基づき各種の演算を実行する。記憶部４２は信号の電圧値を補正するための補正用パラメータを記憶する。Ｓ信号出力部４３はＳ信号を外部に出力する。ここで、Ｓ信号は、ワークＷに対する対物レンズ１４の合焦位置を特定するための信号である。例えば、Ｓ信号出力部４３は、デジタル信号をアナログ信号に変換して出力する。或いは、Ｓ信号出力部４３はシリアルやパラレルのデジタル信号を出力する。

【0017】

演算部４１は、図１に示すように、パラメータ算出部４１ａ、補正部４１ｂ、及びＳ信号算出部４１ｃを有する。パラメータ算出部４１ａは信号ＬＡ、ＬＢの補正用パラメータを算出する。補正部４１ｂは補正用パラメータに基づき信号ＬＡ，ＬＢを補正する。Ｓ信号算出部４１ｃ（合焦位置特定部）は信号ＬＡ，ＬＢ，ＨＡ，ＨＢに基づき、合焦位置を特定するためのＳ信号を算出する。

【0018】

ここで、オートフォーカス装置の補正について具体的に説明する。図２は信号ＬＡと信号ＨＡの関係と、信号ＬＢと信号ＨＢの関係を示す。信号ＬＡと信号ＨＡの関係、及び信号ＬＢと信号ＨＢの理想的関係は、共に図２の破線Ｌ１のようになる。しかしながら、高倍率増幅器と低倍率増幅器のオフセットとゲインはバラつく。したがって、図２に示すように、実際の信号ＬＡと信号ＨＡの関係、及び実際の信号ＬＢと信号ＨＢの関係は、図２に示す直線Ｌ２、Ｌ３となり、共に理想的な破線Ｌ１からずれる。したがって、信号ＬＡと信号ＨＡの関係が理想的関係であると仮定して、信号ＬＡを信号ＨＡに合わせるように補正すると誤差が生じる。同様に、信号ＬＢと信号ＨＢの関係が理想的関係であると仮定して、信号ＬＢを信号ＨＢに合わせるように補正すると誤差が生じる。

【0019】

そこで、本実施の形態において、演算部４１（パラメータ算出部４１ａ、補正部４１ｂ）は、以下に示す補正用パラメータ算出処理、及び補正処理を実行する。図３に示すように、補正用パラメータ算出処理において、パラメータ算出部４１ａは、ワークＷに対して光学ヘッド１０を異なる位置に配置して少なくとも２回の測定を行う。これにより、点Ｐ１_Ａ（Ｘ１_Ａ、Ｙ１_Ａ）、Ｐ２_Ａ（Ｘ２_Ａ、Ｙ２_Ａ）、Ｐ１_Ｂ（Ｘ１_Ｂ、Ｙ１_Ｂ）、Ｐ２_Ｂ（Ｘ２_Ｂ、Ｙ２_Ｂ）の測定が行われる（Ｓ１０１）。

【0020】

ここで、図４に示す例では、１回目の測定で検出された信号ＬＡの電圧値がＸ１_Ａであり、それに対応する信号ＨＡの電圧値がＹ１_Ａである。これらＸ１_Ａ、Ｙ１_Ａで表される点を点Ｐ１_Ａ（Ｘ１_Ａ、Ｙ１_Ａ）とする。また、２回目の測定で検出された信号ＬＡの電圧値がＸ２_Ａであり、それに対応する信号ＨＡの電圧値がＹ２_Ａである。これらＸ２_Ａ、Ｙ２_Ａで表される点を点Ｐ２_Ａ（Ｘ２_Ａ、Ｙ２_Ａ）とする。また、同様に、信号ＬＢ、ＨＢについても点Ｐ１_Ｂ（Ｘ１_Ｂ、Ｙ１_Ｂ）、Ｐ２_Ｂ（Ｘ２_Ｂ、Ｙ２_Ｂ）が定められる。

【0021】

ステップＳ１０１の次に、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ａ（Ｘ１_Ａ、Ｙ１_Ａ）と点Ｐ２_Ａ（Ｘ２_Ａ、Ｙ２_Ａ）に基づき補正用パラメータα_Ａ、β_Ａを算出する（Ｓ１０２）。図４に示すように、点Ｐ１_Ａ（Ｘ１_Ａ、Ｙ１_Ａ）と点Ｐ２_Ａ（Ｘ２_Ａ、Ｙ２_Ａ）とを結ぶ関数は、「Ｙ＝α_Ａ＋β_Ａ・Ｘ」で表される。すなわち、α_Ａは切片（オフセット）であり、β_Ａは傾き（ゲイン）である。したがって、傾きβ_Ａは「β_Ａ＝（Ｙ１_Ａ−Ｙ２_Ａ）÷（Ｘ１_Ａ−Ｘ２_Ａ）」により求められ、切片α_Ａは「α_Ａ＝Ｙ１_Ａ−β_Ａ・Ｘ１_Ａ」により求められる。

【0022】

ステップＳ１０２に続いて、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ｂ（Ｘ１_Ｂ、Ｙ１_Ｂ）と点Ｐ２_Ｂ（Ｘ２_Ｂ、Ｙ２_Ｂ）に基づき補正用パラメータα_Ｂ、β_Ｂを算出する（Ｓ１０３）。α_Ｂ、β_Ｂの算出は、α_Ａ、β_Ａと同様であるため、その説明を省略する。そして、パラメータ算出部４１ａは、記憶部４２に補正用パラメータα_Ａ、β_Ａ、α_Ｂ、β_Ｂを記憶させる（Ｓ１０４）。

【0023】

次に、図５を参照して補正処理を説明する。図５に示すように、補正部４１ｂは、信号ＬＡ，ＨＡ，ＬＢ，ＨＢを同時に検出する（Ｓ２０１）。次に、補正部４１ｂは、信号ＨＡ，ＨＢのいずれかが閾値ＴＨａ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。このステップＳ２０２の判定により、信号Ａ及び信号Ｂのいずれかが所定閾値以上であるか否かも判定されることとなる。

【0024】

信号ＨＡ，ＨＢのいずれかが閾値ＴＨａ以上でない場合（Ｓ２０２，Ｎｏ）、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＨＡ−ＨＢ）÷（ＨＡ＋ＨＢ）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ２０３）。

【0025】

一方、信号ＨＡ，ＨＢのいずれかが閾値ＴＨａ以上である場合（Ｓ２０２，Ｙｅｓ）、補正部４１ｂは「ＣＡ＝α_Ａ＋β_Ａ・ＬＡ」に基づき信号ＬＡを補正して、信号ＣＡを算出する（Ｓ２０４）。次に、補正部４１ｂは「ＣＢ＝α_Ｂ＋β_Ｂ・ＬＢ」に基づき信号ＬＢを補正して、信号ＣＢを算出する（Ｓ２０５）。続いて、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＣＡ−ＣＢ）÷（ＣＡ＋ＣＢ）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ２０６）。

【0026】

そして、ステップＳ２０３又はＳ２０６の後、Ｓ信号出力部４３はＳ信号を出力する（Ｓ２０７）。

【0027】

次に、比較例と比べた本実施の形態の効果を説明する。比較例は、信号ＬＡ、ＬＢを補正することなくＳ信号を算出し、この点で本実施の形態と異なる。図６は比較例に係るＳ信号を示す。図６の横軸は対物レンズ１４とワークＷとの間の距離Ｄを示し、図６の縦軸はＳ信号の電圧を示す。

【0028】

比較例においては、図６に示すように、Ｄ１＜Ｄ＜Ｄ２の範囲で信号ＬＡ、ＬＢに基づきＳ信号が算出される。一方、Ｄ＜Ｄ１又はＤ２＜Ｄの範囲で信号ＨＡ，ＨＢに基づきＳ信号が算出される。そして、Ｓ信号の電圧値が合焦判定電圧に一致すると、光学ヘッド１０（対物レンズ１４）はワークＷに対して合焦位置にあると判定される。しかしながら、高倍率増幅器と低倍率増幅器のオフセットとゲインはバラつく。したがって、比較例においては、Ｓ信号の算出に用いる信号を切り替えるＤ＝Ｄ１又はＤ＝Ｄ２上でＳ信号の値が不連続となる。このため、合焦位置の判定に誤差が生じる。

【0029】

これに対して、本実施の形態においては、上述したように信号ＬＡ、ＬＢを補正して、信号ＣＡ、ＣＢを算出する。そして、本実施の形態は、補正後の信号ＣＡ，ＣＢに基づきＳ信号を算出する。これにより本実施の形態は、増幅器２１〜２４のゲインとオフセットのバラツキによる影響を抑制し、図７に示すように、Ｄ＝Ｄ１又はＤ＝Ｄ２上であってもＳ信号の値は連続する。したがって、本実施の形態は比較例よりも正確に合焦位置を判定することができる。

【0030】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係るオートフォーカス装置について説明する。第２の実施の形態に係るオートフォーカス装置においては補正処理のみが第１の実施の形態と異なり、その他の構成等は第１の実施の形態と同様である。

【0031】

第２の実施の形態において、図８に示すように、補正部４１ｂは、ステップＳ２０１の後、信号ＬＡ，ＬＢのいずれかが閾値ＴＨｂ以下であるか否かを判定する（Ｓ２０２ａ）。

【0032】

ステップＳ２０２ａにおいて信号ＬＡ，ＬＢのいずれかが閾値ＴＨｂ以下であると判定すると（Ｓ２０２ａ、Ｙｅｓ）、補正部４１ｂはステップＳ２０３を実行する。一方、信号ＬＡ，ＬＢのいずれかが閾値ＴＨｂ以下でないと判定すると（Ｓ２０２ａ、Ｎｏ）、補正部４１ｂはステップＳ２０４を実行する。上記のような第２の実施の形態であっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

【0033】

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態に係るオートフォーカス装置について説明する。ここで、上記第１の実施の形態は、信号ＬＡ，ＬＢを補正した信号ＣＡ，ＣＢに基づきＳ信号を算出する。これに対して、第３の実施の形態は、信号ＨＡ，ＨＢを補正した信号ＣＡ’，ＣＢ’に基づきＳ信号を算出する。この点で第３の実施の形態は第１の実施の形態と異なる。なお、その他、第３の実施の形態は第１の実施の形態と同様の構成を有するため、その説明は省略する。

【0034】

第３の実施の形態において、図９に示す例では、１回目の測定で検出された信号ＨＡの電圧値がＸ１’_Ａであり、それに対応する信号ＬＡの電圧値がＹ１’_Ａである。これらＸ１’_Ａ、Ｙ１’_Ａで表される点を点Ｐ１’_Ａ（Ｘ１’_Ａ、Ｙ１’_Ａ）とする。また、２回目の測定で検出された信号ＨＡの電圧値がＸ２’_Ａであり、それに対応する信号ＬＡの電圧値がＹ２’_Ａである。これらＸ２’_Ａ、Ｙ２’_Ａで表される点を点Ｐ２’_Ａ（Ｘ２’_Ａ、Ｙ２’_Ａ）とする。なお、同様に、信号ＨＢ、ＬＢについても点Ｐ１’_Ｂ（Ｘ１’_Ｂ、Ｙ１’_Ｂ）、Ｐ２’_Ｂ（Ｘ２’_Ｂ、Ｙ２’_Ｂ）が定められる。

【0035】

また、図９に示すように、点Ｐ１’_Ａ（Ｘ１’_Ａ、Ｙ１’_Ａ）と点Ｐ２’_Ａ（Ｘ２’_Ａ、Ｙ２’_Ａ）とを結ぶ関数は、「Ｙ＝α’_Ａ＋β’_Ａ・Ｘ」で表される。すなわち、α’_Ａは切片であり、β’_Ａは傾きである。したがって、傾きβ’_Ａは「β’_Ａ＝（Ｙ１’_Ａ−Ｙ２’_Ａ）÷（Ｘ１’_Ａ−Ｘ２’_Ａ）」により求められ、切片α’_Ａは「α’_Ａ＝Ｙ１’_Ａ−β’_Ａ・Ｘ１’_Ａ」により求められる。

【0036】

次に、図１０を参照して、第３の実施の形態に係る補正処理を説明する。先ず、第１の実施の形態と同様にステップＳ２０１、Ｓ２０２が実行される。

【0037】

そして、信号ＨＡ，ＨＢの電圧値のいずれかが閾値ＴＨａ以上である場合（Ｓ２０２，Ｙｅｓ）、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＬＡ−ＬＢ）÷（ＬＡ＋ＬＢ）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ２０３ａ）。

【0038】

一方、信号ＨＡ，ＨＢのいずれもが閾値ＴＨａ以上でない場合（Ｓ２０２，Ｎｏ）、補正部４１ｂは「Ｃ_Ａ’＝α’_Ａ＋β’_Ａ・ＨＡ」に基づき信号ＨＡを補正して、信号ＣＡ’を算出する（Ｓ２０４ａ）。次に、補正部４１ｂは「ＣＢ’＝α’_Ｂ＋β’_Ｂ・ＨＢ」に基づき信号ＨＢを補正して、信号ＣＢ’を算出する（Ｓ２０５ａ）。続いて、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＣＡ’−ＣＢ’）÷（ＣＡ’＋ＣＢ’）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ２０６ａ）。続く処理は第１の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。以上に示す第３の実施の形態であっても第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

【0039】

［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態に係るオートフォーカス装置について説明する。第４の実施の形態に係るオートフォーカス装置においては補正処理のみが第３の実施の形態と異なり、その他の構成等は第３の実施の形態と同様である。

【0040】

第４の実施の形態において、図１１に示すように、補正部４１ｂは、ステップＳ２０１の後、信号ＬＡ，ＬＢのいずれかが閾値ＴＨｂ以下であるか否かを判定する（Ｓ２０２ａ）。

【0041】

ステップＳ２０２ａにおいて、信号ＬＡ，ＬＢのいずれもが閾値ＴＨｂ以下でないと判定すると（Ｓ２０２ａ、Ｎｏ）、補正部４１ｂはステップＳ２０３ａを実行する。一方、信号ＬＡ，ＬＢのいずれかが閾値ＴＨｂ以下であると判定すると（Ｓ２０２ａ、Ｙｅｓ）、補正部４１ｂはステップＳ２０４ａを実行する。上記のような第４の実施の形態であっても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

【0042】

［第５の実施の形態］
次に、図１２を参照して、第５の実施の形態に係るオートフォーカス装置について説明する。本実施の形態に係るオートフォーカス装置は、ダブル・ナイフエッジ方式のレーザオートフォーカス装置である。本実施の形態に係るオートフォーカス装置は、図１２に示すように、光学ヘッド５０、増幅部６０、ＡＤ変換部７０、及びコンピュータ４０を有する。

【0043】

光学ヘッド５０においては、図１２に示すように、光源（レーザダイオード）５１はレーザ光を発光する。そのレーザ光はチューブレンズ５２、ビームスプリッタ５４を経て対物レンズ５５を通り、ワークＷに照射される。対物レンズ５５を通った光束は、対物レンズ５５の合焦位置に光点像を形成する。図１２は、一例としてワークＷと対物レンズ５５の合焦位置が一致している場合を示す。ワークＷで反射した光は、対物レンズ５５を通り、ビームスプリッタ５４で反射され、補助レンズ５３を通り、三角プリズム５６へと導かれる。

【0044】

三角プリズム５６で分けられた光の内、１つは二分割された受光素子５７ａ、５７ｂで構成される二分割センサ５７上に光点像を形成する。また、他のもう一つの光は、二分割された受光素子５８ａ、５８ｂで構成される二分割センサ５８上に光点像を形成する。

【0045】

本実施の形態において、ワークＷと光学ヘッド５０との相対位置が対物レンズ５５の光軸方向に変化してワークＷが対物レンズ５５の合焦位置からずれると、二分割センサ５７上での光点像がぼける。ワークＷに対して光学ヘッド５０（対物レンズ５５）が合焦位置より近いと、受光素子５７ａ、５８ａで受光される光量が大きくなる。一方、ワークＷに対して光学ヘッド５０（対物レンズ５５）が合焦位置より遠いと、受光素子５７ｂ、５８ｂで受光される光量が大きくなる。このような変化を利用して、本実施の形態はワークＷに対する光学ヘッド５０（対物レンズ５５）の合焦位置を特定できる。なお、受光素子５７ａ、５７ｂは、各々受光量に基づき信号Ｃ，Ｄを出力する。受光素子５８ａ、５８ｂは、各々受光光に基づき信号Ｅ，Ｆを出力する。

【0046】

増幅部６０は、図１２に示すように、信号Ｃ用の低倍率増幅器６１、信号Ｃ用の高倍率増幅器６２、信号Ｄ用の低倍率増幅器６３、及び信号Ｄ用の高倍率増幅器６４を有する。更に、増幅部６０は、信号Ｅ用の低倍率増幅器６５、信号Ｅ用の高倍率増幅器６６、信号Ｆ用の低倍率増幅器６７、及び信号Ｆ用の高倍率増幅器６８を有する。

【0047】

低倍率増幅器６１は信号Ｃを増幅させた低倍率増幅信号ＬＣをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ１に出力する。高倍率増幅器６２は、低倍率増幅器６１の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ｃを増幅させた高倍率増幅信号ＨＣをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ２に出力する。低倍率増幅器６３は信号Ｄを増幅させた低倍率増幅信号ＬＤをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ３に出力する。高倍率増幅器６４は、低倍率増幅器６３の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ｄを増幅させた高倍率増幅信号ＨＤをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ４に出力する。

【0048】

低倍率増幅器６５は信号Ｅを増幅させた低倍率増幅信号ＬＥをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ５に出力する。高倍率増幅器６６は、低倍率増幅器６５の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ｅを増幅させた高倍率増幅信号ＨＥをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ６に出力する。低倍率増幅器６７は信号Ｆを増幅させた低倍率増幅信号ＬＦをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ７に出力する。高倍率増幅器６８は、低倍率増幅器６７の増幅率よりも大きい増幅率によって信号Ｆを増幅させた高倍率増幅信号ＨＦをＡＤ変換部７０のチャンネルＣＨ８に出力する。

【0049】

ＡＤ変換部３０は信号ＬＣ、ＨＣ、ＬＤ、ＨＤ、ＬＥ、ＨＥ、ＬＦ、ＨＦをアナログ信号からデジタル信号に変換してコンピュータ４０に出力する。

【0050】

コンピュータ４０は、第１の実施の形態と略同様の構成を有する。但し、第５の実施の形態に係る演算部４１における処理内容は第１の実施の形態と異なる。

【0051】

先ず、図１３を参照して、補正用パラメータ算出処理を説明する。第５の実施の形態において、パラメータ算出部４１ａは、ワークＷに対して光学ヘッド５０を異なる位置に配置して少なくとも２回の測定を行う。これにより、Ｐ１_Ｃ（Ｘ１_Ｃ、Ｙ１_Ｃ）、Ｐ２_Ｃ（Ｘ２_Ｃ、Ｙ２_Ｃ）、Ｐ１_Ｄ（Ｘ１_Ｄ、Ｙ１_Ｄ）、Ｐ２_Ｄ（Ｘ２_Ｄ、Ｙ２_Ｄ）、Ｐ１_Ｅ（Ｘ１_Ｅ、Ｙ１_Ｅ）、Ｐ２_Ｅ（Ｘ２_Ｅ、Ｙ２_Ｅ）、Ｐ１_Ｆ（Ｘ１_Ｆ、Ｙ１_Ｆ）、Ｐ２_Ｆ（Ｘ２_Ｆ、Ｙ２_Ｆ）の測定が行われる（Ｓ３０１）。

【0052】

ここで、１回目の測定で検出された信号ＬＣの電圧値がＸ１_Ｃであり、それに対応する信号ＨＣの電圧値がＹ１_Ｃである。これらＸ１_Ｃ、Ｙ１_Ｃで表される点を点Ｐ１_Ｃ（Ｘ１_Ｃ、Ｙ１_Ｃ）とする。また、２回目の測定で検出された信号ＬＣの電圧値がＸ２_Ｃであり、それに対応する信号ＨＣの電圧値がＹ２Ｃである。これらＸ２_Ｃ、Ｙ２_Ｃで表される点を点Ｐ２_Ｃ（Ｘ２_Ｃ、Ｙ２_Ｃ）とする。なお、同様に、信号ＬＤ、ＨＤについても点Ｐ１_Ｄ（Ｘ１_Ｄ、Ｙ１_Ｄ）、Ｐ２_Ｄ（Ｘ２_Ｄ、Ｙ２_Ｄ）が定められる。また、信号ＬＥ、ＨＥについても点Ｐ１_Ｅ（Ｘ１_Ｅ、Ｙ１_Ｅ）、Ｐ２_Ｅ（Ｘ２_Ｅ、Ｙ２_Ｅ）が定められ、信号ＬＦ、ＨＦについても点Ｐ１_Ｆ（Ｘ１_Ｆ、Ｙ１_Ｆ）、Ｐ２_Ｆ（Ｘ２_Ｆ、Ｙ２_Ｆ）が定められる。

【0053】

ステップＳ３０１の次に、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ｃ（Ｘ１_Ｃ、Ｙ１_Ｃ）と点Ｐ２_Ｃ（Ｘ２_Ｃ、Ｙ２_Ｃ）に基づき補正用パラメータα_Ｃ、β_Ｃを算出する（Ｓ３０２）。点Ｐ１_Ｃ（Ｘ１_Ｃ、Ｙ１_Ｃ）と点Ｐ２_Ｃ（Ｘ２_Ｃ、Ｙ２_Ｃ）とを結ぶ関数は、「Ｙ＝α_Ｃ＋β_Ｃ・Ｘ」で表される。傾きβ_Ｃは「β_Ｃ＝（Ｙ１_Ｃ−Ｙ２_Ｃ）÷（Ｘ１_Ｃ−Ｘ２_Ｃ）」により求められ、切片α_Ｃは「α_Ｃ＝Ｙ１_Ｃ−β_Ｃ・Ｘ１_Ｃ」により求められる。

【0054】

続いて、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ｄ（Ｘ１_Ｄ、Ｙ１_Ｄ）と点Ｐ２_Ｄ（Ｘ２_Ｄ、Ｙ２_Ｄ）に基づき補正用パラメータα_Ｄ、β_Ｄを算出する（Ｓ３０３）。次に、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ｅ（Ｘ１_Ｅ、Ｙ１_Ｅ）と点Ｐ２_Ｅ（Ｘ２_Ｅ、Ｙ２_Ｅ）に基づき補正用パラメータα_Ｅ、β_Ｅを算出する（Ｓ３０４）。続いて、パラメータ算出部４１ａは、点Ｐ１_Ｆ（Ｘ１_Ｆ、Ｙ１_Ｆ）と点Ｐ２_Ｆ（Ｘ２_Ｆ、Ｙ２_Ｆ）に基づき補正用パラメータα_Ｆ、β_Ｆを算出する（Ｓ３０５）。なお、補正用パラメータα_Ｄ、β_Ｄ、α_Ｅ、β_Ｅ、α_Ｆ、β_Ｆの算出は、補正用パラメータα_Ｃ、β_Ｃと同様であるため、その説明を省略する。そして、パラメータ算出部４１ａは、記憶部４２に補正用パラメータα_Ｃ、β_Ｃ、α_Ｄ、β_Ｄ、α_Ｅ、β_Ｅ、α_Ｆ、β_Ｆを記憶させる（Ｓ３０６）。

【0055】

次に、図１４を参照して補正処理を説明する。第５の実施の形態において、補正部４１ｂは、信号ＬＣ、ＨＣ、ＬＤ、ＨＤ、ＬＥ、ＨＥ、ＬＦ、ＨＦを同時に検出する（Ｓ４０１）。次に、補正部４１ｂは、信号ＨＣ，ＨＤ，ＨＥ，ＨＦのいずれかが閾値ＴＨａ以上であるか否かを判定する（Ｓ４０２）。

【0056】

信号ＨＣ，ＨＤ，ＨＥ，ＨＦのいずれかが閾値ＴＨａ以上でない場合（Ｓ４０２，Ｎｏ）、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＨＣ−ＨＤ）÷（ＨＣ＋ＨＤ）＋（ＨＥ−ＨＦ）÷（ＨＥ＋ＨＦ）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ４０３）。

【0057】

一方、信号ＨＣ，ＨＤ，ＨＥ，ＨＦのいずれかが閾値ＴＨａ以上である場合（Ｓ４０２，Ｙｅｓ）、補正部４１ｂは「ＣＣ＝α_Ｃ＋β_Ｃ・ＬＣ」に基づき信号ＬＣを補正して、信号ＣＣを算出する（Ｓ４０４）。次に、補正部４１ｂは「ＣＤ＝α_Ｄ＋β_Ｄ・ＬＤ」に基づき信号ＬＤを補正して、信号ＣＤを算出する（Ｓ４０５）。

【0058】

続いて、補正部４１ｂは「ＣＥ＝α_Ｅ＋β_Ｅ・ＬＥ」に基づき信号ＬＥを補正して、信号ＣＥを算出する（Ｓ４０６）。次に、補正部４１ｂは「ＣＦ＝α_Ｆ＋β_Ｆ・ＬＦ」に基づき信号ＬＦを補正して、信号ＣＦを算出する（Ｓ４０７）。続いて、Ｓ信号算出部４１ｃは「Ｓ信号＝（ＣＣ−ＣＤ）÷（ＣＣ＋ＣＤ）＋（ＣＥ−ＣＦ）÷（ＣＥ＋ＣＦ）」に基づきＳ信号を算出する（Ｓ４０８）。

【0059】

そして、ステップＳ４０３又はＳ４０８の後、Ｓ信号出力部４３はＳ信号を出力する（Ｓ４０９）。以上で補正処理は終了する。以上のような構成であっても、第５の実施の形態は第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

【0060】

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、追加等が可能である。例えば、第５の実施の形態は第１の実施の形態にダブル・ナイフエッジ方式を適応したものであるが、第５の実施の形態に係るダブル・ナイフエッジ方式は第２〜第４の実施の形態にも適用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１０，５０…光学ヘッド、 ２０，６０…増幅部、 ３０，７０…ＡＤ変換部、 ４０…コンピュータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】