(57)【要約】フォトディテクタで検出される光のスポット像の収差及び光のスポット像の評価を、安価な装置でかつ高速度に行うため、光のスポット像を受光するフォトディテクタの走査出力信号から取得される観測信号とモデル観測信号に基づいて、少なくとも２つの位置のデータから光のスポット像を形成させる光学系の収差の解析を行う。
2009066599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光学系により形成されるスポット像を光検出素子上に投影する投影手段と、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸に対して垂直方向に相対的に移動する第１の移動手段と、前記光検出素子上に投影される前記スポット像の位置を光軸方向に前記光検出素子と相対的に移動する第２の移動手段と、前記光検出素子からの出力信号を基に収差を解析する収差解析手段とを具備したことを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記第２の移動手段により、前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御し、前記第１の移動手段により前記スポット像が形成する光強度分布の観測信号を求め、前記収差解析手段は前記観測信号とモデル観測信号に基づいて前記スポット像を形成する光学系の収差の解析を行う請求の範囲第１項に記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記第２の移動手段により前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御する際、前記スポット像の結像点の前後に前記光検出素子が配置されるようになっている請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項４】
前記収差解析手段は、前記出力信号に基づいて前記スポット像の観測信号及びモデル観測信号を求め、前記観測信号と前記モデル観測信号に基づいて前記スポット像の収差の解析を行うようになっている請求の範囲第１項に記載の収差測定装置。
【請求項５】
前記モデル観測信号を、前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布との畳み込み積分によって求める請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項６】
被測定光学系中にレーザ光源及び前記光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップである光学系において、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、受光したレーザ光を前記光ピックアップに反射すると共に、前記レーザ光のスポット像を前記光検出素子に投影し、前記第１の移動手段及び前記第２の移動手段により前記スポット像を走査し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項７】
前記第２の移動機構が、前記レーザ光を平行光にするレンズと、前記レンズの透過レーザ光を反射するミラーと、前記レンズ及びミラーを水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部とで構成されている請求の範囲第６項に記載の収差測定装置。
【請求項８】
前記第２の移動機構が、前記レーザ光を受光して反射する参照球面ミラーと、前記参照球面ミラーを水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部とで構成されている請求の範囲第６項に記載の収差測定装置。
【請求項９】
前記被測定光学系中に光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップと、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、収差が既知の基準レーザ光を照射する基準光源と、前記基準光源を水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部と、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１０】
被測定光学系中にレーザ光源及び光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップと、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、受光したレーザ光を前記光ピックアップに反射すると共に、前記レーザ光のスポット像の焦点位置の移動を行う第１移動手段と、前記光検出素子を水平に移動させる第２移動手段と、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１１】
光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行うと共に、収差を測定するための被測定光ピックアップと、レーザ光源を有し、光学特性が既知の基準光ピックアップと、前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記基準光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部と、前記基準光ピックアップを水平方向及び垂直方向に移動するステージと、前記ステージを制御する制御部とを具備したこと請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１２】
レーザ光源を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行うと共に、収差を測定するための被測定光ピックアップと、光検出素子を有し、光学特性が既知の基準光ピックアップと、前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記被測定光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部と、前記基準光ピックアップを水平方向及び垂直方向に移動するステージと、前記ステージを制御する制御部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１３】
被測定光学系により形成されるスポット像を光検出素子に投影し、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸と垂直方向に走査して観測信号とモデル観測信号とを求め、その後、前記スポット像を相対的に前記光軸方向の別の位置に移動させて前記観測信号及び前記モデル観測信号を求め、前記観測信号及び前記モデル観測信号に基づいて前記スポット像の収差の解析を行うことを特徴とする収差測定方法。
【請求項１４】
前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布とに基づいて前記モデル観測信号を計算する請求の範囲第１３項に記載の収差測定方法。
【請求項１５】
前記レーザ光のスポット像の複素振幅を有限級数によって展開し、前記スポット像の強度分布は前記複素振幅の絶対値の２乗で与えられ、前記観測信号及び前記モデル観測信号を離散化し、離散化された前記観測信号及び離散化された前記モデル観測信号に基づいて非線形最小２乗問題を解くことによって、前記レーザ光のスポット像の収差の解析及び前記レーザ光のスポット像の評価を行う請求の範囲第１３項に記載の収差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクの光ピックアップ及び結像光学系における、フォトディテクタ、ＣＣＤ等の光検出素子で検出されるスポット像から前記光学系の収差を測定する収差測定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ネットワークの高速化や地上波デジタル放送の開始、ハードディスクの大容量化などを背景に、コンテンツ保存用としてＣＤやＤＶＤ等の光ディスクの需要が拡大すると考えられている。光ディスクがこのような需要の拡大に対応していくには、光ディスクの大容量化が必須であり、光ディスクの記録密度を向上させる必要がある。そのために、光ピックアップの高品質化が重要であり、光ピックアップの品質評価の高速化及び高精度化が必要になっている。
光ピックアップの品質評価方法としては、電気的評価方法と光学的評価方法の２つが挙げられる。電気的評価方法では、基準ディスクを再生させて得られる電気信号を計測して解析し、電気信号のエラー率やジッター量を主に評価する。しかし、この評価方法ではエラーの原因が電気回路にあるのか、照射光学系にあるのか、記録メディアにあるのか、再生光学系にあるのか等、原因の特定ができない。
また、光学的評価方法には、スポット像の強度分布を測定する方法や干渉計を用いた波面収差測定法がある。これらの方法は、より詳細な評価ができ、問題がある場合にその原因の特定が容易であるという利点がある。しかし、短時間での測定ができない、測定装置が高価である、外乱に弱いといった問題がある。
上記の問題を解決するために、高価な測定装置を用いることなく、簡便な方法で光の位相分布を測定する方法が、特開２００６−２３４３８９号公報（特許文献１）に開示されている。この光位相分布測定方法では、被測定光を光学特性が既知の光学系に入力し、被測定光の複素振幅をゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）級数で展開し、ゼルニケ係数を決定するための非線形最小２乗問題を解くことにより、光位相分布を測定するようになっている。
特許文献１には、高価な測定装置を用いることなく、簡便な方法で光の位相分布を測定する方法が開示されているが、フォトディテクタの位置で検出されるレーザ光の収差を測定する具体的な方法は開示されていない。そのため、フォトディテクタの位置における戻り光の収差を実用的に計測するには問題があった。
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、フォトディテクタで受光されるレーザ光のスポット像の収差の解析及びレーザ光のスポット像の評価を、安価な装置で行うことができ、測定時間を短縮することのできる収差測定方法及びその装置を提供することにある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、光検出素子で受光される光のスポット像の収差測定装置に関し、本発明の上記目的は、被測定光学系により形成されるスポット像を光検出素子上に投影する投影手段と、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸に対して垂直方向に相対的に移動する第１の移動手段と、前記光検出素子上に投影される前記スポット像の位置を光軸方向に前記光検出素子と相対的に移動する第２の移動手段と、前記光検出素子からの出力信号を基に収差を解析する収差解析手段とを設けることにより達成される。
前記第２の移動手段により、前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御し、前記第１の移動手段により前記スポット像が形成する光強度分布の観測信号を求め、前記収差解析手段は前記観測信号とモデル観測信号に基づいて前記スポット像を形成する光学系の収差の解析を行うことにより、或いは前記第２の移動手段により前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御する際、前記スポット像の結像点の前後に前記光検出素子が配置されるようになっていることにより、或いは前記収差解析手段は、前記出力信号に基づいて前記スポット像の観測信号及びモデル観測信号を求め、前記観測信号と前記モデル観測信号に基づいて前記スポット像の収差の解析を行うようになっていることにより、或いは前記モデル観測信号を、前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布との畳み込み積分によって求めることにより、或いは被測定光学系中にレーザ光源及び前記光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップである光学系において、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、受光したレーザ光を前記光ピックアップに反射すると共に、前記レーザ光のスポット像を前記光検出素子に投影し、前記第１の移動手段及び前記第２の移動手段により前記スポット像を走査し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを設けることにより、より効果的に達成される。
また、本発明は収差測定方法に関し、本発明の上記目的は、被測定光学系により形成されるスポット像を光検出素子に投影し、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸と垂直方向に走査して観測信号とモデル観測信号とを求め、その後、前記スポット像を相対的に前記光軸方向の別の位置に移動させて前記観測信号及び前記モデル観測信号を求め、前記観測信号及び前記モデル観測信号に基づいて前記スポット像の収差の解析を行うことにより達成される。
前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布とに基づいて前記モデル観測信号を計算することにより、或いは前記レーザ光のスポット像の複素振幅を有限級数によって展開し、前記スポット像の強度分布は前記複素振幅の絶対値の２乗で与えられ、前記観測信号及び前記モデル観測信号を離散化し、離散化された前記観測信号及び離散化された前記モデル観測信号に基づいて非線形最小２乗問題を解くことによって、前記レーザ光のスポット像の収差の解析及び前記レーザ光のスポット像の評価を行うことにより、より効果的に達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明に係る収差測定装置の第１実施例を示すブロック構成図である。
第２図は、収差解析部におけるスポット像の収差解析の動作例を示すフローチャートである。
第３図は、各係数のフォーカス像及びデフォーカス像におけるスポット像の模式図である。
第４図は、本発明に係る収差測定装置の第２実施例を示すブロック構成図である。
第５図は、本発明に係る収差測定装置の第３実施例を示すブロック構成図である。
第６図は、フォトディテクタにＸＹステージを取り付けた第４実施例を示すブロック構成図である。
第７図は、本発明に係る収差測定装置の第５実施例を示すブロック構成図である。
第８図は、本発明に係る収差測定装置の第６実施例を示すブロック構成図である。
第９図は、対物レンズモジュールを取り付ける前の光ピックアップの光学系収差を説明するための構成図である。
第１０図は、対物レンズモジュールを取り付ける前の光ピックアップの光学系収差を説明するための構成図である。
第１１図は、対物レンズモジュールを取り付ける前の光ピックアップの光学系収差を測定する焦点走査手段の構成例を示す構成図である。
第１２図は、対物レンズモジュールを取り付ける前の光ピックアップの光学系収差を測定する焦点走査手段の構成例を示す構成図である。
第１３図は、小型カメラの光学系調整を説明するための図である。
第１４図は、小型カメラの光学系調整に本発明を適用する構成例を示すブロック図である。
第１５図は、ＢＦＧＳ法により初期点の位置を変えて計算させたゼルニカ係数の番号と係数の特性図である。
第１６図は、理想的な窓関数を示す特性図である。
第１７図は、受光窓の感度分布を説明するための特性図である。
第１８図は、受光窓の感度分布を説明するための特性図である。
第１９図は、受光窓の感度分布を説明するための特性図である。
第２０図は、受光窓の感度分布を説明するための特性図である。
第２１図は、ガウス分布（α＝１０）を用いた窓関数の例を示す特性図である。
第２２図は、ガウス分布（α＝１０）に対する逆解析結果の例を示す特性図である。
第２３図は、ガウス分布（α＝５０）を用いた窓関数の例を示す特性図である。
第２４図は、ガウス分布（α＝５０）に対する逆解析結果の例を示す特性図である。
第２５図は、数値シミュレーションによって得られたゼルニケ係数の値とゼルニケ係数の厳密値を示す図である。
第２６図（Ａ）及び（Ｂ）は、フォトディテクタの観測信号の強度分布の正解と、数値シミュレーションによって得られた結果から逆解析を行うことによって計算された強度分布を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明に係る収差測定方法及び収差測定装置では、光ピックアップや結像光学系のフォトディテクタ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ素子等の光検出素子で検出する光（例えばレーザ）を発生すると共に、光のスポット像を光検出素子上に生成し、スポット像を光検出素子上で相対的に走査（ＸＹ（水平）方向：光軸と垂直方向）する。光検出素子のスポット像の生成は、Ｚ（垂直）方向（光軸方向）の調整によって行い、光検出素子の出力信号を収差解析部に入力する。収差解析部は、スポット像の観測信号とモデル観測信号とに基づいて、スポット像から光学系の収差の測定及び光のスポット像の評価を行う。観測信号は、光のスポット像を光検出素子上で相対的にＸＹ走査させることによって取得され、この観測信号を少なくとも２以上の異なる焦点位置、つまりＺ方向に調整した２つの焦点位置で取得する。モデル観測信号は、収差を仮定することによって計算されるスポット像の強度分布と、光検出素子の受光窓の感度分布をモデル化した関数との畳み込み積分によって計算される。
このように、本発明では、光のスポット像を受光する光検出素子の出力信号から取得される観測信号と、モデル観測信号とに基づいてスポット像を形成させる光学系の収差解析を行っている。モデル観測信号は、スポット像の強度分布と光検出素子の受光窓の感度分布に基づいて計算できるため、スポット像を形成させる光学系の収差の測定及び評価を安価な装置で行うことができ、測定時間や評価時間を短くすることができる。
以下に本発明の詳細を、図面を参照して説明する。
第１図は本発明に係る収差測定装置の第１実施例を示すブロック構成図であり、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクにデータの記録及び再生を行うための光ピックアップ１と、スポット像の走査及び焦点位置の調整を行うためのＸＹＺ移動部１０と、収差解析及びレーザ光のスポット像の評価を行う収差解析部９とを具備し、ＣＤ又はＤＶＤが載置された状態で光ピックアップ１の収差測定を行うため、光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に、ＣＤ又はＤＶＤに対応する光学特性を有する透明な補正板６が挿入されている。
光ピックアップ１は、レーザ光８を照射するレーザダイオード２と、照射されたレーザ光８Ａを反射及び透過するハーフミラー３と、レーザ光８Ｂを集光する光学系４と、レーザ光８Ｄのスポット像を受光して電気信号に変換して出力信号ＥＳを出力するフォトディテクタ５とを具備している。フォトディテクタ５からの出力信号ＥＳは収差解析部９に入力される。
また、ＸＹＺ移動部１０は、光ピックアップ１の光学系４を透過して補正板６を透過したレーザ光８Ｂを受光して平行光とするレンズ１１と、進入してきた方向にレーザ光８Ｃを反射する平板形のミラー１２と、レンズ１１又は／及びミラー１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ移動するためのＸＹＺテージ１３と、ＸＹＺステージ１３を制御する制御部１４とで構成される。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は直交座標系の座標軸であり、フォトディテクタ５がレーザ光８Ｄを受光する受光窓に平行にＸＹ平面がとられる。ＸＹＺステージ１３は、レンズ１１又は／及びミラー１２を移動させる際に、レンズ１１のみを移動させてミラー１２を固定しておくか、レンズ１１及びミラー１２を一括して移動させることができる。
ここで、光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に挿入する補正板６について説明する。ＤＶＤやＣＤの基板は、屈折率が約１．５５のポリカーボネート樹脂を使用している。そして、この基板を通してレーザ光を１点に集光させ、記録ピットを読み出す。そのため、使用する対物レンズはディスク基板の厚みと屈折率を考慮し、所定の厚さの基板を通して１点に集光できるように予め球面収差を有するように設計されている。補正板６はこの球面収差を補正する目的で挿入する。即ち、測定時において基板を模擬するために、基板と同じ光学厚みを有する透明板を挿入することにより、通常ＤＶＤのディスク内部にある焦点を光ピックアップ１で読み出す状態を模擬することができる。
このような構成において、光ピックアップ１のレーザダイオード２から照射されたレーザ光８Ａはハーフミラー３で反射され、レーザ光８Ｂとなって光学系４を透過する。光学系４を透過したレーザ光８Ｂは補正板６を透過し、レンズ１１を経てミラー１２で反射され、反射レーザ光８ＣがＸＹＺ移動部１０から出力される。レーザ光８Ｃは、入射されたレーザ光８Ｂと逆向きの進路を進み、補正板６及び光学系４を透過し、更にハーフミラー３を透過してレーザ光８Ｄとなり、レーザ光８Ｄはフォトディテクタ５で受光される。フォトディテクタ５は受光したレーザ光８Ｄを電気信号に変換し、その出力信号ＥＳを収差解析部９に入力する。
収差解析部９は、フォトディテクタ５からの出力信号ＥＳに基づいて、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）（（Ｘ，Ｙ）はスポット像の相対位置）を取得する。観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）は、ＸＹＺステージ１３によりレンズ１１又は／及びミラー１２をＸＹ方向に移動させ、フォトディテクタ５で受光されるレーザ光８Ｄのスポット像をＸＹ（水平）面内で走査することによって取得される。
収差解析部９はレーザ光８Ｄのスポット像を解析する際、更にモデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）を計算する。モデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）は、スポット像の強度分布ｓ（ｘ，ｙ）と、フォトディテクタ５の受光窓の感度分布をモデル化した関数Ｗ（ｘ，ｙ）とから、下記数１の畳み込み積分によって計算される。
【数１】
2009066599.tif 000003
上記数１の畳み込み積分は、関数Ｗ（ｘ，ｙ）が一定のときは矩形波領域の積分にすることができる。また、畳み込み積分は、フォトディテクタ５の感度分布をモデル化した関数Ｗ（ｘ，ｙ）及びスポット像の強度分布ｓ（ｘ，ｙ）をフーリエ変換し、周波数空間で積をとって逆フーリエ変換しても良い。
上記数１を離散化すると、下記数２が得られる。
【数２】
2009066599.tif 000004
上記数２の行列［Ｗ］は、フォトディテクタ５の受光窓の感度分布Ｗ（ｘ，ｙ）を離散化し、それぞれの成分を相対位置を考慮して行列［Ｗ］の成分にマッピングして構成される。
スポット像の強度分布ｓは、レーザ光８Ｄのスポット像の複素振幅をｆとすると、下記数３で与えられる。
【数３】
2009066599.tif 000005
本発明では、レーザ光８Ｄのスポット像の複素振幅ｆを、下記数４で与えられるニボエ−ゼルニケ級数で表す。
【数４】
2009066599.tif 000006
ただし、Ｋはニボエ−ゼルニケの係数であり、Ｄはニボエ−ゼルニケの基底関数であり、（ｒ，θ）は極座標を表す。
上記数４を離散化すると、下記数５となる。
【数５】
2009066599.tif 000007
上記数３を離散化した式は下記数６であり、数６に上記数５を代入すると下記数７になる。
【数６】
2009066599.tif 000008
【数７】
2009066599.tif 000009
上記数７と上記数２から、下記数８が導かれる。
【数８】
2009066599.tif 000010
ニボエ−ゼルニケ係数Ｋを仮定してモデル観測信号｛Ｐ｝＝［Ｗ］｜［Ｄ］｛Ｋ｝｜２を計算し、観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて、下記数９を目的関数とする非線形最小２乗問題を解く。
【数９】
2009066599.tif 000011
上記数９の非線形最小２乗問題を解いて、設計変数Ｋを決定することによって、レーザ光８Ｄのスポット像を解析する。
なお、上記数９の非線形最小２乗問題を解いて設計変数Ｋを決定するためには、ＸＹＺステージ１３によってレンズ１１又は／及びミラー１２をＺ方向に移動させることによって、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を少なくとも２以上の異なるレーザ光８の焦点位置に対して取得する必要がある。また、レーザ光８Ｄのスポット像を解析する際、解の精度を向上させるために、下記数１０を目的関数とするチコノフの手法を用いた非線形最小２乗問題を解くようにしても良い。
【数１０】
2009066599.tif 000012
ただし、ｗは重み値である。
なお、チコノフの手法を用いた非線形最小２乗問題の目的関数は、数１０に限定されるものではない。また、上述では、モデル観測信号をニボエ−ゼルニケ級数で展開しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、フーリエ級数展開、ラグランジュ級数展開など一般の有限級数展開を用いることができる。
第２図は、収差解析部９におけるレーザ光８Ｄのスポット像の収差解析例を示すフローチャートである。
先ず、フォトディテクタ５からの出力信号ＥＳが収差解析部９に入力される（ステップＳ１）。収差解析部９は、レーザ光８Ｄのスポット像を、フォトディテクタ５のＸＹ面内で走査したときの出力信号ＥＳによって、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を得る（ステップＳ２）。なお、本発明に係る収差解析部９における収差解析では、２以上の異なるＺ方向の焦点位置に対して観測信号ｐ（ｘ，ｙ）を取得する必要がある。その理由を、第３図を参照して以下に説明する。
第３図は、各係数αｍｎ、βｍｎのフォーカス像とデフォーカス像におけるスポット像の模式図である。本発明において、スポット像１面のみを用いて収差解析を行う場合は、解の唯一性を欠いてしまい、正しい解析を行うことができない。１面のみで解析することを諦めて、２枚以上のスポット像を用いることを考えた場合、“フォーカス面＋デフォーカス面”若しくは正負のデフォーカス面を用いれば、この問題点を解決することができる。即ち、本発明で未知量としている複素振幅分布の展開係数αｍｎ、βｍｎのスポットの強度分布への影響は、係数αｍｎ、βｍｎによって特徴が異なる。第３図の上部に示すｎ＝３、ｍ＝１（３次コマ収差）の例のようなｍが奇数の場合を考える。フォーカス面にのみ注目すると、実部の係数であるβｍｎフォーカス面に対する感度が同じであるため、この正負を判別することができない（例えば第３図中の“ｅｘ．１”）。一方、デフォーカス面の片面のみに注目すると、第３図中の“ｅｘ．２”のように正負の判別ができるようになる。しかし、今度はそれが実部の係数βｍｎの影響なのか、虚部の係数αｍｎの影響なのかの判別ができなくなる（例えば第３図中の“ｅｘ．３”）。また、第３図の下部に示すｎ＝２、ｍ＝２（３次非点収差）の例のようなｍが偶数の場合、スポット像への影響はｍが奇数であった場合と比べて、αｍｎ、βｍｎの影響が反対となる。この場合もｍが奇数の場合と同様な理由で、スポット像が１面のみでは値の正負、αｍｎ、βｍｎの影響の区別がつかなくなる。このような理由により、スポット像１面のみでは正しい解析を行うことができない。そのため、本発明では２以上の異なるＺ方向の焦点位置に対して観測信号ｐ（ｘ，ｙ）を取得するようにしている。少なくとも２面以上であるが、精度や処理速度等の点から、２面のスポット像が最適である。
収差解析部９は、次にモデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）を計算する（ステップＳ５）。モデル観測は、先ず収差の仮定であるニボエ−ゼルニケ係数｛Ｋ｝の仮定を行い（ステップＳ３）、次に前記数７によってスポット像の強度分布｛ｓ｝を計算し（ステップＳ４）、前記数８によってモデル観測信号｛Ｐ｝を計算する（ステップＳ５）。
収差解析部９は、得られた観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて、観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝の差の最小化を行う（ステップＳ６）。この最小化を行う際に用いる非線形最小２乗問題の目的関数は、上記数９又は上記数１０で与えられる。
次に、非線形最小２乗問題の設計変数であるニボエ−ゼルニケ係数｛Ｋ｝が収束したか否かの判定を行う（ステップＳ７）。収束していないと判定された場合、最小化によって得られたニボエ−ゼルニケ係数｛Ｋ｝に基づいて、再度スポット像の強度分布｛ｓ｝及びモデル観測信号｛Ｐ｝の計算を行い、観測信号｛ｐ｝と得られたモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて最小化を行う。
上記ステップＳ７において、非線形最小２乗問題の設計変数であるニボエ−ゼルニケ係数｛Ｋ｝が収束したと判定された場合、決定されたニボエ−ゼルニケ係数｛Ｋ｝から容易に収差分布（偏角分布）を計算することができる。計算された収差分布を出力し（ステップＳ８）、収差解析の工程が終了する。なお、収差分布は線形最小２乗問題を用いて、よく用いられる収差指標であるゼルニケ係数として表すこともできる。
次に、本発明に係る収差測定装置の第２実施例を第４図に示して説明する。
第２実施例も第１実施例と同様に、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスクにデータの記録及び再生を行うための光ピックアップ１と、スポット像の走査及び焦点位置の調整を行うためのＸＹＺ移動部２０と、収差解析及びレーザ光のスポット像の評価を行う収差解析部９とを具備し、光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に補正板６が挿入されている。本実施例における光ピックアップ１、補正板６及び収差解析部の構成、動作は、第１実施例のものと同じである。
第２実施例のＸＹＺ移動部２０は、光ピックアップ１の光学系４を透過し、更に補正板６を透過したレーザ光８Ｂを受光し、レーザ光８Ｂが進入してきた方向にレーザ光８Ｃを反射する参照球面２１と、参照球面２１をＸＹ方向及びＺ方向に移動するためのＸＹＺステージ２２と、ＸＹＺステージ２２を制御する制御部２３とで構成されている。参照球面２１は半球形状の凹面鏡で、焦点が半球の中心になるようになっており、第１実施例におけるレンズ１１及びミラー１２と同一の作用効果を有する。
このような構成において、光ピックアップ１のレーザダイオード２から照射されたレーザ光８Ａはハーフミラー３で反射されてレーザ光８Ｂとなり、レーザ光８Ｂは光学系４及び補正板６を透過して参照球面２１で受光される。参照球面２１で受光されたレーザ光８Ｂは、参照球面２１で反射されてレーザ光８Ｃとなり、レーザ光８Ｃは補正板６及び光学系４を透過し、更にハーフミラー３を透過してレーザ光８Ｄとなってフォトディテクタ５で受光される。フォトディテクタ５に受光されたレーザ光８Ｄの出力信号ＥＳは収差解析部９に入力される。
ＸＹＺステージ２２で参照球面２１をＺ方向に移動させて焦点を合わせた後、参照球面２１をＸＹ方向に移動させ、フォトディテクタに受光されるレーザ光８Ｄのスポット像を、焦点位置を固定した状態で走査させることによって、収差解析部９はレーザ光８Ｄのスポット像の観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。また、収差解析を行うために、ＸＹＺステージ２２によって参照球面２１をＺ方向に再度移動させることによって、レーザ光８の少なくとも２つ以上の異なる焦点位置で観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。
モデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）の計算は第１実施例と同一の方法で行う。そして、第２図に示される手順と同じ手順で、観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて、レーザ光８Ｄのスポット像の収差の解析を行う。
次に、本発明に係る収差測定装置の第３実施例を第５図に示して説明する。
第３実施例の収差測定装置は、光ピックアップ１と、収差が既知の基準レーザ光３３を照射する基準光源３０と、基準光源３０をＸＹＺ方向に移動させるＸＹＺステージ３１と、光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に挿入された補正板６と、収差解析部９とを具備している。基準光源３０は、照射した基準レーザ光３３が補正板６、光学系４及びハーフミラー３を透過してフォトディテクタ５で受光されるように設置する。なお、本実施例における光ピックアップ１の構成は、第１及び第２実施例と同一である。
本実施例では収差測定を行う際、基準光源３０から基準レーザ光３３を照射する。照射された基準レーザ光３３は補正板６を透過し、更に光ピックアップ１の光学系４及びハーフミラー３を透過してフォトディテクタ５で受光される。フォトディテクタ５で受光された基準レーザ光３３は電気信号に変換され、その出力信号ＥＳが収差解析部９に入力される。
収差解析部９で収差を解析するために必要となる観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）は、ＸＹＺステージ３１で基準光源３０をＺ方向に移動させて焦点を合わせた後、基準光源３０をＸＹ方向に移動させることによって、基準レーザ光３３のスポット像の焦点位置を固定した状態で水平走査し、フォトディテクタ５で受光することによって取得される。また、収差解析を行うには、ＸＹＺステージ３１によって基準光源３０を再度Ｚ方向に移動させ、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を基準レーザ光３３の少なくとも２つ以上の異なる焦点位置で取得する。
収差解析部９は、第１及び第２実施例と同じ方法でモデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得し、観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて、第２図のフローチャートと同じ手順で収差解析を行う。この収差解析によって得られた収差から、光ピックアップ１の光学系４等によって生じる収差を導くには、収差解析によって得られた収差から基準レーザ光３３の収差を差し引いて使用すれば良い。
ところで、第１実施例では、ＸＹＺステージ１３によってレンズ１１及びミラー１２をＸＹＺ方向に移動させ、第２実施では、ＸＹＺステージ２０によって参照球面２１をＸＹＺ方向に移動させ、第３実施例では、ＸＹＺステージ３１によって基準光源３０をＸＹＺ方向に移動させるようにしている。このようなＸＹＺステージをＹ方向にのみ移動できるＹステージにし、レンズ１１及びミラー１２、参照球面２１、基準光源３０をいずれもＹ方向にのみ移動できるようにし、光ピックアップ１の光学系４をフォーカストラッキング補正用アクチュエータ（図示せず）によってＸ方向及びＺ方向に移動できるようにすることによって、レーザ光のスポット像のＸＹ面内での走査及びレーザ光の焦点位置の移動を行うようにしても良い。また、光ピックアップ１の製造過程において、フォトディテクタ５の位置を固定する前の段階では、第６図に示すようにフォトディテクタ５にＸＹステージ１５を取り付け、フォトディテクタ５をＸＹ方向に移動させることによって、レーザ光のスポット像のＸＹ走査を行うようにしても良い（第４実施例）。この場合、第１実施例〜第３実施例におけるＸＹＺステージ（１０、２０、３１）はＺ方向にのみ移動できるＺステージ１０Ａにし、レンズ１１及びミラー１２、参照球面２１、基準光源３０をいずれもＺ方向に移動させることによって、レーザ光の焦点位置を移動する。
次に、本発明に係る収差測定装置の第５実施例を第７図に示して説明する。
本実施例の収差測定装置は、収差を測定するための被測定光ピックアップ１と、収差等の光学特性が既知の基準光ピックアップ４１と、基準光ピックアップ４１をＸＹＺ方向に移動するためのＸＹＺステージ４６と、ＸＹＺステージ４６を制御する制御部４７と、被測定光ピックアップ１のフォトディテクタ５に受光されるレーザ光４８のスポット像の収差を解析する収差解析部９と、被測定光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に挿入された補正板６とを具備している。なお、本実施例における被測定光ピックアップ１の構成は、前記実施例の光ピックアップ１と同じであり、各構成要素には同一の符号を付してある。
基準光ピックアップ４１は、収差が既知の基準レーザ光４８を照射するレーザダイオード４２と、基準レーザ光４８を反射又は透過するハーフミラー４３と、基準レーザ光を集光する光学系４４と、基準レーザ光４８を受光するフォトディテクタ４５とで構成されている。
被測定光ピックアップ１の収差を測定する際には、基準光ピックアップ４１のレーザダイオード４２から基準レーザ光４８を照射する。照射された基準レーザ光４８はハーフミラー４３で反射され、光学系４４及び補正板６を透過して、被測定光ピックアップ１に進入する。基準レーザ光４８は、光ピックアップ１の光学系４及びハーフミラー３を透過して、フォトディテクタ５に受光される。フォトディテクタ５は受光された基準レーザ光４８を電気信号ＥＳに変換し、電気信号ＥＳは収差解析部９に入力される。
収差解析部９は、収差解析を行うための観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する必要がある。先ずＸＹＺステージ４６で基準光ピックアップ４１をＺ方向に移動させて焦点を合わせた後、基準光ピックアップ４１をＸＹ方向に移動させることによって、フォトディテクタ５で受光される基準レーザ光４８のスポット像を、基準レーザ光の焦点位置を固定した状態で走査し、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。収差解析を行うために、ＸＹＺステージ４６によって基準光ピックアップ４１をＺ方向に再度移動させることによって、少なくとも２以上の異なる基準レーザ光４８の焦点位置に対して観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。
収差解析部９は、第１実施例と同一の方法でモデル観測信号Ｐ（Ｘ，Ｙ）を計算し、第２図のフローチャートと同一の手順で、観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて基準レーザ光４８のスポット像の収差を解析する。被測定光ピックアップ１の光学系４等によって生じる収差は、上記収差解析によって得られた収差から、基準光ピックアップ４１の基準レーザ光４８の収差と光学系４４等によって生じる収差を差し引くことによって導かれる。
次に、本発明に係る収差測定装置の第６実施例を第８図に示して説明する。
第６実施例の収差測定装置は、収差を測定するための被測定光ピックアップ１と、収差等の光学特性が既知の基準光ピックアップ４１と、基準光ピックアップ４１をＸＹＺ方向に移動するためのＸＹＺステージ４６と、ＸＹＺステージ４６を制御する制御部４７と、基準光ピックアップ４１のフォトディテクタ４５で受光されるレーザ光８のスポット像の収差を解析する収差解析部９と、被測定光ピックアップ１のＣＤ又はＤＶＤの載置位置に挿入された補正板６とを具備している。本実施形態の構成は、収差解析部９が基準光ピックアップ４１のフォトディテクタ４５の出力信号ＥＳを入力するようになっている点を除いて、第５実施例の構成と同一であり、対応する各構成要素には同一の符号を付してある。
本実施例では被測定光ピックアップ１の収差を測定する際、被測定光ピックアップ１のレーザダイオード２からレーザ光８を照射する。照射されたレーザ光８はハーフミラー３で反射され、光学系４及び補正板６を透過し、基準光ピックアップ４１に進入する。更にレーザ光８は、基準光ピックアップ４１の光学系４４及びハーフミラー４３を透過してフォトディテクタ４５で受光される。フォトディテクタ４５は受光されたレーザ光８を電気信号に変換し、その出力信号ＥＳを収差解析部９に入力する。
収差解析部９は、収差解析を行うための観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する必要がある。先ずＸＹＺステージ４６で基準光ピックアップ４１をＺ方向に移動させて焦点を合わせた後、基準光ピックアップ４１をＸＹ方向に移動させることによって、フォトディテクタ５で受光されるレーザ光８のスポット像を、レーザ光の焦点位置を固定した状態で走査し、観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。レーザダイオード４５の出力信号ＥＳから観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。収差解析を行うために、ＸＹＺステージ４６によって基準光ピックアップ４１をＺ方向に移動させ、少なくとも２以上の異なるレーザ光８の焦点位置に対して観測信号ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得する。
収差解析部９は第１実施例と同一の方法でモデル観測信号を計算し、第２図のフローチャートと同一の手順で観測信号｛ｐ｝とモデル観測信号｛Ｐ｝に基づいて、レーザ光８のスポット像の収差の解析を行う。被測定光ピックアップ１の光学系４等によって生じる収差は、上記収差解析によって得られた収差から、基準光ピックアップ４１の光学系４４等によって生じる収差を差し引くことによって導くことができる。
第１実施例〜第６実施例までの、光ピックアップ１又は被測定光ピックアップ１、基準光ピックアップ４１内に挿入されているＡＳ（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ；非点収差）発生光学素子の影響を打ち消すために、ＡＳキャンセル光学素子を設けるようにしても良い。ＡＳキャンセル光学素子は、例えば補正板６を傾けたものが対応する。傾けた平行平板を集光又は広がる光線に挿入すると、傾けた方向の光学距離が増加し、傾きと直交する方向の光学距離は維持されるため、非点収差を生じるからである。また、レーザ光の照射源としてレーザダイオードを挙げているが、他のレーザ発生素子であっても良い。
第１実施例〜第６実施例に示される収差測定装置を用いた収差測定方法は、光ピックアップの収差を最適な収差に調整する光ピックアップ調整方法として利用しても良い。また、収差測定方法を、光ピックアップの製造過程において、光ピックアップの収差が最適になるように調整するために利用しても良い。
ここにおいて、光ピックアップがコリメータレンズ及び対物レンズモジュールで構成されている場合がある。その場合、光ピックアップの対物レンズモジュールが装着される前に、光ピックアップの光学系を検査する要求がある。例えば第９図に示すように、光ピックアップ１００がコリメータレンズ１０１及びフォトディテクタ１０２を具備し、対物レンズモジュール１１０を後で取り付ける場合、光ピックアップ１００の製造過程では対物レンズモジュール１１０を取り付ける前にそれ以外の光学系を検査する要求がある。このような場合、第１０図に示すように焦点走査手段１２０からの平行光を直接対物レンズモジュール１１０を取り付ける前の光ピックアップ１００に照射し、フォトディテクタ１０２上に焦点を生成し、その焦点をＸＹ走査すれば、対物レンズモジュール１１０を取り付ける前の光ピックアップ１００の光学系の収差を測定することができる。
具体的な焦点走査手段１２０の構成例は第１１図及び第１２図に示すようになっており、第１１図の例では、焦点走査手段１２０が、光学系１２１と、レーザ光源１２２と、レーザ光源１２２を走査するためのステージ１２３とで構成されている。レーザ光源１２２から照射されたレーザ光は光学系１２１で平行光にされて光ピックアップ１００に入射され、コリメータレンズ１０１を経て集光されたスポット像がフォトディテクタ１０２で測定される。フォトディテクタ１０２上のスポット像のＸＹ走査は、ステージ１２３を移動することによって行うことができる。
また、第１２図に示す実施例では、焦点走査手段１２０Ａが、光学系平行レーザ光を照射するレーザ光源１２４と、レーザ光源１２４を走査するために傾斜可能なステージ１２５とで構成されている。レーザ光源１２４から照射された平行なレーザ光は光ピックアップ１００に入射され、コリメータレンズ１０１を経て集光されたスポット像がフォトディテクタ１０２で測定される。フォトディテクタ１０２上のスポット像のＸＹ走査は、ステージ１２５の駆動によって行うことができる。例えばガルバノミラーなどによって角度を変化させて実現することができる。
また、携帯電話では小型カメラが搭載されており、このような小型カメラについての調整の要求にも本発明は適用できる。携帯電話用カメラの光学系は薄型化、高画質化、高解像度化の要求があり、製造時におけるレンズの傾きなどの検査、調整に収差測定の需要がある。
第１３図に示すように、レーザ光源からのレーザ光２００を光学系２０１で集光し、そのレーザスポットを光検出素子としてのＣＣＤ２１０に投影する。そして、ＣＣＤ２１０の１ピクセル２１１に対してスポットを走査することにより得たＣＣＤ２１０の出力信号を、上述した本発明の手法で解析することにより、光学系２０１の収差を同定することができる。なお、ＣＣＤ２１０の１ピクセルは１μｍオーダであり、レーザのスポットもサブミクロンからミクロンオーダとなり、ＣＣＤ２１０の１ピクセルからの出力は、投影されたスポットの一部を積分した量になる。走査の移動量はミクロンオーダである。
第１４図は測定対象のカメラ光学系を本発明で説明した焦点走査手段２２０で微小走査し、光学系２０１の収差を測定する構成例を示している。
本発明の有効性を確認すために、数値シミュレーションで光ピックアップの収差の解析を行った実証例を示す。即ち、予め仮定した収差に対して模擬的に生成したフォトディテクタからの出力データに対して本発明を適用し、収差を同定し、同定した収差と予め仮定した収差とを比較して本発明の有効性を検証した。なお、模擬的に生成したデータには、計測誤差もモデル化して加えている。上記第１〜第６実施例には計測データを得るための複数のハードウエアー構成を示しているが、計測データに含まれる誤差には差異がないので、本シミュレーションにより全ての実施例に対して収差が同定できるかを検証したことになる。
解析条件は以下のようにした。光ピックアップはＤＶＤの光ピックアップとし、レーザダイオードの波長を６５０［ｎｍ］、開口数をＮＡ＝０．６、フォトディテクタの大きさを７５００［ｎｍ］×７５００［ｎｍ］（１２５点×１２５点に離散化）とする。解析領域は再構成したときに１次リングを凡そカバーできる３０００［ｎｍ］×３０００［ｎｍ］（５１点×５１点に離散化）を対象とし、フォトディテクタ上をレーザ光のスポット像が走査する際に、走査をこの領域の外側から行うとする。解析に用いるレーザダイオードは理想的なもの（Ｇ（ｕ，ψ）＝１）とし、観測データはフォーカス面から５００［ｎｍ］及び１０００［ｎｍ］離れたものとする。解析では３次球面収差までを同定することを目的とし、未知数を１８個にする。
数値シミュレーションが多峰性でないことを確かめる方法としてＢＦＧＳ法を用い、初期点の位置を変えて係数を計算させた。その結果、第１５図に示すような特性が得られ、多峰性でないことを示すことができた。つまり、収差を唯一解として安定に同定することできる。なお、ＢＦＧＳ法は、Ｂｒｏｙｄｅｎ，Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，Ｇｏｌｄｆａｒｂ，Ｓｈａｎｎｏｎの４人によって発表された非線形最適化手法の１つで、準ニュートン法とも呼ばれている。
次に、理想的な窓関数を第１６図に示す。この特性図は、中心部分の感度を１００％とし、他の部分の感度を表している。ここで用いている窓関数は一辺１２５、高さｈ＝１２５／２ｘの正四角錐を高さ“１”の位置で切り取ったものを使用した。上式のｘ＝４の場合が第１７図、ｘ＝１６の場合が第１９図のような受光窓の感度分布になり、これらを用いて逆解析を行った。ここで、それぞれの解析結果は、第１７図の場合は第１８図であり、第１９図の場合は第２０図である。以上のように、フォトディテクタの受光窓の感度分布が周辺部で落ち込んでいても、同定が安定に行われることが確認できる。
また、本シミュレーションでは高周波成分を遮断するために、窓関数にガウス分布を利用した。これにより、走査する際に一番重要と思われる高周波成分を遮断した場合のロバスト性について考えることができる。今回ガウス分布に用いた式は、下記数１１である。
【数１１】
2009066599.tif 000013
ここで、第２１図はα＝１０のガウス分布を用いた窓関数であり、第２３図はα＝５０のときのガウス分布を用いた窓関数である。また、第２２図はα＝１０のときのガウス分布に対する逆解析結果を示し、第２４図はα＝５０のときのガウス分布に対する逆解析結果を示している。以上より、本発明は仮に窓関数がなまった形状の場合でも、安定に同定を行うことができる。
解析により得られたゼルニケ係数の値とゼルニケ係数の厳密値を第２５図に示す。また、第２６図（Ａ）はフォトディテクタの観測信号の強度分布の正解を示し、第２６図（Ｂ）は数値解析によって得られた結果から逆解析を行うことによって計算された強度分布を示している。これらの結果は、本発明による収差測定方法によって十分な精度で収差解析を行うことができることを示している。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明によれば、フォトディテクタの出力信号に基づいて観測信号を取得し、スポット像の強度分布とフォトディテクタの受光窓の感度分布に基づいてモデル観測信号を計算し、観測信号とモデル観測信号に基づいてフォトディテクタで受光されるレーザ光のスポット像の収差の解析及びレーザ光のスポット像の評価を行っているので、レーザ光のスポット像の収差の解析及びレーザ光のスポット像の評価を、安価な装置で行うことができ、測定時間を短縮することができる。
本発明は収差測定を行うためのものであるが、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、ＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、ＯＴＦ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）などの光学評価量の測定にも応用できる。また、本発明は主にＤＶＤなどの光ピックアップユニットの光学評価に応用できるが、更にカメラなどのレンズ、ＣＣＤから構成される光学系に対して、ＣＣＤの１ピクセルと同程度のサイズのスポットの収差を解析するためにも応用できる。即ち、ＣＣＤの１ピクセルに対する光の感度を窓関数として用いれば、同様の手法で収差を同定することができる。
＜特許文献＞
【特許文献１】特開２００６−２３４３８９号公報
【図１】
2009066599.tif 000014
【図２】
2009066599.tif 000015
【図３】
2009066599.tif 000016
【図４】
2009066599.tif 000017
【図５】
2009066599.tif 000018
【図６】
2009066599.tif 000019
【図７】
2009066599.tif 000020
【図８】
2009066599.tif 000021
【図９】
2009066599.tif 000022
【図１０】
2009066599.tif 000023
【図１１】
2009066599.tif 000024
【図１２】
2009066599.tif 000025
【図１３】
2009066599.tif 000026
【図１４】
2009066599.tif 000027
【図１５】
2009066599.tif 000028
【図１６】
2009066599.tif 000029
【図１７】
2009066599.tif 000030
【図１８】
2009066599.tif 000031
【図１９】
2009066599.tif 000032
【図２０】
2009066599.tif 000033
【図２２】
2009066599.tif 000034
【図２４】
2009066599.tif 000035
【図２５】
2009066599.tif 000036
【図２１】
2009066599.tif 000037
【図２３】
2009066599.tif 000038
【図２６】
2009066599.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月17日(2009.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光学系により形成されるスポット像を光検出素子上に投影する投影手段と、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸に対して垂直方向に相対的に移動する第１の移動手段と、前記光検出素子上に投影される前記スポット像の位置を光軸方向に前記光検出素子と相対的に移動する第２の移動手段と、前記光検出素子からの出力信号を基に収差を解析する収差解析手段とを具備し、前記収差解析手段は、前記光検出素子からの出力信号で得られる観測信号とモデル観測信号に基づいて、前記スポット像を形成する光学系の収差の解析を行うことを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記第２の移動手段により、前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御し、前記第１の移動手段により前記スポット像が形成する光強度分布の前記観測信号を計測する請求の範囲第１項に記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記第２の移動手段により前記スポット像と前記光検出素子の位置を少なくとも２つの位置に制御する際、前記スポット像の結像点の前後に前記光検出素子が配置されるようになっている請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記モデル観測信号を、前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布との畳み込み積分によって求める請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項６】
被測定光学系中にレーザ光源及び前記光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップである光学系において、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、受光したレーザ光を前記光ピックアップに反射すると共に、前記レーザ光のスポット像を前記光検出素子に投影し、前記第１の移動手段及び前記第２の移動手段により前記スポット像を走査し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項７】
前記第２の移動機構が、前記レーザ光を平行光にするレンズと、前記レンズの透過レーザ光を反射するミラーと、前記レンズ及びミラーを水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部とで構成されている請求の範囲第６項に記載の収差測定装置。
【請求項８】
前記第２の移動機構が、前記レーザ光を受光して反射する参照球面ミラーと、前記参照球面ミラーを水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部とで構成されている請求の範囲第６項に記載の収差測定装置。
【請求項９】
前記被測定光学系中に光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップと、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、収差が既知の基準レーザ光を照射する基準光源と、前記基準光源を水平方向及び垂直方向に移動させるステージと、前記ステージを制御する制御部と、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１０】
被測定光学系中にレーザ光源及び光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップと、前記光ピックアップの前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、受光したレーザ光を前記光ピックアップに反射すると共に、前記レーザ光のスポット像の焦点位置の移動を行う第１移動手段と、前記光検出素子を水平に移動させる第２移動手段と、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１１】
光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行うと共に、収差を測定するための被測定光ピックアップと、レーザ光源を有し、光学特性が既知の基準光ピックアップと、前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記基準光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部と、前記基準光ピックアップを水平方向及び垂直方向に移動するステージと、前記ステージを制御する制御部とを具備したこと請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１２】
レーザ光源を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行うと共に、収差を測定するための被測定光ピックアップと、光検出素子を有し、光学特性が既知の基準光ピックアップと、前記光ディスクの載置位置に挿入された補正板と、前記被測定光ピックアップからのレーザ光を前記補正板を経て入射し、前記光検出素子からの出力信号で観測信号及びモデル観測信号を求めて前記スポット像の収差の解析を行う収差解析部と、前記基準光ピックアップを水平方向及び垂直方向に移動するステージと、前記ステージを制御する制御部とを具備した請求の範囲第２項に記載の収差測定装置。
【請求項１３】
被測定光学系中にレーザ光源及び前記光検出素子を有し、光ディスクにデータの記録及び再生を行う光ピックアップである光学系の収差測定方法において、前記レーザ光のスポット像を光検出素子に投影し、前記スポット像を前記光検出素子上で光軸と垂直方向に走査して観測信号とモデル観測信号とを求め、その後、前記スポット像を相対的に前記光軸方向の別の位置に移動させて前記観測信号及び前記モデル観測信号を求め、前記観測信号及び前記モデル観測信号に基づいて前記スポット像の収差の解析を行うことを特徴とする収差測定方法。
【請求項１４】
前記スポット像の強度分布と前記光検出素子の受光窓の感度分布とに基づいて前記モデル観測信号を計算する請求の範囲第１３項に記載の収差測定方法。
【請求項１５】
前記レーザ光のスポット像の複素振幅を有限級数によって展開し、前記スポット像の強度分布は前記複素振幅の絶対値の２乗で与えられ、前記観測信号及び前記モデル観測信号を離散化し、離散化された前記観測信号及び離散化された前記モデル観測信号に基づいて非線形最小２乗問題を解くことによって、前記レーザ光のスポット像の収差の解析及び前記レーザ光のスポット像の評価を行う請求の範囲第１３項に記載の収差測定方法。
【国際調査報告】
2009066599.tif 000040
2009066599.tif 000041
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