(57)【要約】【課題】  収差を検出する光学干渉計が原因で発生する測定誤差に依存することなく、光ピックアップやレンズの収差を高精度に検出すること。【解決手段】  光源から出射された光から光ピックアップの傾き量を検出しその傾きを補正する工程と、レンズから出射された光を回折し異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、前記回折光の位相を変化させる工程と、前記シェアリング干渉像において特定線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める工程と、前記測点位置をＸとし上記位相をφとしたとき、上記位相のφを測定位置Ｘの関数で近似し、該関数の係数値で上記レンズの収差を評価する工程と、前記レンズからの出射光の光軸周りに光ピックアップを回転させる工程と、回転させた位置で前記干渉法により再度レンズの収差を検出することにより、干渉測定の測定誤差量とレンズが持つ収差量を検出する工程とを有することで解決できる。【選択図】図１
2005083861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光源から出射された光から光ピックアップの傾き量を検出しその傾きを補正する工程と、  
（ｂ）レンズから出射された光を回折し異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｃ）前記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｄ）前記シェアリング干渉像において特定線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める工程と、
（ｅ）前記測点位置をＸとし上記位相をφとしたとき、上記位相のφを測定位置Ｘの関数で近似し、該関数の係数値で上記レンズの収差を評価する工程と、
（ｆ）前記レンズからの出射光の光軸周りに光ピックアップを回転させる工程と、
（ｇ）回転させた位置で前記干渉法により再度レンズの収差を検出することにより、干渉測定の測定誤差量とレンズが持つ収差量を検出する工程と
を有することを特徴とする光ピックアップ測定方法。
【請求項２】
（ａ）光源から出射された光から光ピックアップの傾き量を検出しその傾きを補正する手段と、  
（ｂ）レンズから出射された光を回折し異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る手段と、
（ｃ）前記回折光の位相を変化させる手段と、
（ｄ）前記シェアリング干渉像において特定線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める手段と、
（ｅ）前記測点位置をＸとし上記位相をφとしたとき、上記位相のφを測定位置Ｘの関数で近似し、該関数の係数値で上記レンズの収差を評価する手段と、
（ｆ）前記レンズからの出射光の光軸周りに光ピックアップを回転させる手段と、
（ｇ）回転させた位置で前記干渉法により再度レンズの収差を検出することにより、干渉測定の測定誤差量とレンズが持つ収差量を検出する手段と
を有することを特徴とする光ピックアップ測定装置。
【請求項３】
（ａ）光源から出射された光により光ピックアップの傾き量を検出しその傾きを補正する手段と  、
（ｂ）レンズから出射された複数の光を回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る手段と、
（ｃ）前記回折光の位相を変化させる手段と、
（ｄ）前記シェアリング干渉像において、特定線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める手段と、
（ｅ）前記測点位置をＸとし上記位相をφとしたとき、上記位相のφを測定位置Ｘの関数で近似し、該関数の係数値で上記レンズの収差を評価する手段と、
（ｆ）前記レンズからの出射光の光軸周りに光ピックアップを回転させる工程と、
（ｇ）回転させた位置で前記干渉法により再度レンズの収差を検出することにより、干渉測定の測定誤差量とレンズが持つ収差量を検出する手段と
を有することを特徴とする光ピックアップ調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスク方式の情報記録装置（例えばＣＤやＤＶＤなど）に情報を記録、再生する光学レンズ、またはディジタルスチールカメラ（ＤＳＣ）などにおいて、光を結像して光スポットを形成する光ピックアップやレンズの特性を検出する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク方式の高密度情報記憶媒体から情報を読み取り、またこの高密度情報記憶媒体に情報を記憶するためには、光源から出射された光を目的の場所に精確に照射できる光学系が必要である。そのため、特に光ピックアップの対物レンズは、それ自体に厳格な光学的特性が要求されるだけでなく、目的の場所に精度よく固定されなければならない。従来、光ピックアップや光ピックアップ内の対物レンズの光学特性である収差を検出し、その位置調整を行うための光学特性検出装置として、光学干渉を用いた計測装置が用いられている。その光学干渉計の中で、図６に示すような回折干渉法式が提案され実施されている（特許文献１ご参照のこと）。この回折干渉方式について、図６を参照しながら以下に簡単に説明する。
【０００３】
図６において、光ピックアップ1０１内の対物レンズ１０２から出射された光は、回折格子１０３入射することで０次光と±１次光が生じ、検出レンズ１０４上で０次光と＋１次光、そして０次光と−１次光が重なり干渉縞が生じる。このパターンを結像レンズ１０５でＣＣＤ１０５上に結像する。ＣＣＤ１０６は信号処理および表示装置１０７に接続されている。１０６上では図７に示すような干渉パターンが得られる。０次光と＋１次光、そして０次光と−１次光が重なった領域にできる干渉縞を解析して収差を検出する。
【０００４】
収差の種類とそれによって生じる干渉縞を図８に示す。
【０００５】
同図において、図８（Ａ）はデフォーカスによる縞パターン、図８（Ｂ）及び図８（Ｃ）は、コマ収差による縞パターン、図８（Ｄ）は非点収差による縞パターン、図８（Ｅ）は球面収差による縞パターン、図（Ｆ）は収差ゼロのときの縞パターンを示す。収差ゼロでは干渉領域内で一様である。
【０００６】
一般に収差は複合して発生し、図８（Ａ）から（Ｆ）が混合した縞パターンとなる。このパターンに基づいて各収差を抽出する。収差抽出には位相シフト法を使用している。位相シフト法は回折格子１０３を回折格子の移動機構１０８で矢印の方向に微小に移動させることで、干渉させる２つの波面の位相を互いにずらし、縞パターンを変化させ、その変化の仕方の分布、つまり強度変化の位相分布を解析して収差を求める。収差は縞パターンの変化の仕方の分布、つまり光強度変化の位相分布を信号処理部で解析することにより検出するが、干渉領域の全面の位相データを使用せずに、干渉領域内の特定線分上の複数点の位置をＡ、その位置における位相をφとし、φをＡの近似関数で表すことにより得られる位相データを使用している。この収差検出結果に基づいて光学系の調整を行う。
【０００７】
以上のように、従来の技術では光学干渉を利用して、その対物レンズの光学特性を検出し、評価、調整を行っているというのが現状である。
【特許文献１】特開２０００−３２９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述したような従来の光学特性検出方法では、以下のような課題を有することになる。
【０００９】
従来の方法では、光ピックアップの対物レンズから出射された光は回折格子により０次光、±１次光を発生し、それらの光の干渉像を解析することによって収差を検出していた。しかし、この方法では対物レンズや光学干渉計内の回折格子に光が入射する際に生じるフレネル損失によって収差測定ズレが生じ、検出値が誤差を持つことがあった。フレネル損失は光が透明な誘電体表面に斜めに入射することによって透過光と反射光に発生する。それにより回折格子を出射した光の偏光特性が変化し、結果干渉縞の強度変化に位相差を生じさせ、あたかも収差があるように計測される。レンズ開口数（ＮＡ）が大きいＮＡ０．８以上の高ＮＡ対物レンズになると回折格子への入射角は大きくなるため収差検出誤差が大きくなる。
【００１０】
特に近年、ＤＶＤなど情報記録装置は多機能化や高密度記録化が進み、対物レンズは高ＮＡ化し、光学特性の高精度検出が必要とされる中で、その収差誤差量は評価、調整結果に大きな影響を与えるという課題を有していた。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、収差の測定誤差を検出することで高精度に光ピックアップの収差を測定する方法および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】
【００１２】
上記問題を解決するために、本発明の光ピックアップの測定方法は、光学特性である収差が大きさと方向を持つベクトル量であることから、光学部品を回転方向に位置を変え、すなわち回転させて収差を検出する。このとき収差値の軌跡は円を描く。その半径はその光学部品が持つ収差の大きさであり、その回転中心位置の原点からのズレ量が測定値の誤差となる。この特性を利用して収差測定誤差を検出することを特徴とする。
【００１３】
これにより光学部品の収差の高精度検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の光ピックアップの測定方法によれば、収差の測定誤差を検出することにより高精度に光ピックアップの収差を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態における光ピックアップの測定方法・装置を示す。なお、図１において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略するものとする。
【００１７】
図１において、１は光ピックアップの位置基準となるシャフトなどに取り付けられたミラーである。２は光学部品をＺ軸周りに回転させるθＺステージである。また、３は光ピックアップのＸ軸周りの傾きを調整するθＸステージであり、４は光ピックアップのＹ軸周りの傾きを調整するθＹステージであり、５は１のミラーに光を当てその戻り光より光ピックアップの傾きを検出するための例えばレーザなどの光源である。更に、６は１のミラーよって反射された光を分岐するハーフミラーであり、７はハーフミラーにより分岐された光を集光するレンズであり、８は集光された光を取り込むＣＣＤなどの撮像素子である。なお、９は撮像素子からの映像を写すモニターである。１、５、６、７及び８は光ピックアップの傾きを検出する光テコの光学系である。
【００１８】
以下に収差の測定誤差の検出法を説明する。
【００１９】
まず、ミラー１を光ピックアップの位置基準となる例えばシャフトに設置する。これによりミラー１は光ピックアップと共に動くようになる。光源５から発せられた光はミラー１に反射し、反射した光はハーフミラー６によって分岐され、レンズ７により集光される。その光の集光点に撮像素子８を設置して集光位置を検出する。光ピックアップがθＸ方向に傾くとモニター９上のＸ方向に集光位置がずれる。
【００２０】
同様に、θＹではＹ方向に集光位置がすれる。検出した光の位置から光ピックアップの傾きを検出し、傾きの無い状態へのステージ３，４により光ピックアップをθＸ、θＹ方向の位置調整を行う。光ピックアップの傾きをのぞいた状態で光ピックアップを発光させる。光ピックアップから出射された光は光学干渉計に入り光ピックアップの光学特性である収差を検出する。光ピックアップをθＺステージでＺ軸周りに所定量（例えば４５°ごとに４５°，９０°，１３５°・・など）回転させる。θＺステージ２を回転させる際、機械的なガタツキなどにより発生する傾きを再度、光テコにより検出し、θＸ、θＹステージを用いて傾きを除去する。これにより光ピックアップを光学干渉計に対して一定の姿勢で測定を行うことができる。
【００２１】
再度、光ピックアップからの出射光を光学干渉計で計測し、光ピックアップの収差を検出する。この光ピックアップの干渉計による収差の検出、θＺ軸周りの回転を繰り返し行い、光ピックアップを３６０°回転したときの収差の変化をグラフにプロットすると、図２に示すようにある点を中心に回転する。
【００２２】
この原理は以下のように示される。レンズの光学特性である波面収差は、一般的にＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いて表される。このＺｅｒｎｉｋｅ多項式において、基本的な収差として扱われる３次収差は次式のような数式で表される。
【００２３】
ρ（３ρ2−２）ｃｏｓ（θ）            ・・・・・・・式（１）
ρ（３ρ2−２）ｓｉｎ（θ）            ・・・・・・・式（２）
ρ2ｃｏｓ（２θ）                      ・・・・・・・式（３）
ρ2ｓｉｎ（２θ）                      ・・・・・・・式（４）
６ρ4−６ρ2＋１                       ・・・・・・・式（５）
上式は単位円（半径が１）上の関数で極座標の引数（ρ、θ）を持つ。ここでθは、図３のように対物レンズの開口のＸＹ平面内の回転方向となる。式（１）はＸ方向成分のコマ収差、式（２）はＹ方向成分のコマ収差、式（３）はＸ方向成分の非点収差、式（４）はＹ方向成分の非点収差、式（５）は球面収差を示す数式である。
【００２４】
式（１）及び式（２）に示すようにコマ収差では収差の大きさと向きを持つベクトル量であり、レンズがθ回転すると、その収差量もθ回転する。また、式（３）及び式（４）に示すように非点収差も収差の大きさと向きをもつベクトル量であり、レンズがθ回転すると、その収差量は２θ回転する。つまり、レンズの１８０°の回転で、収差量は３６０°回転することとなる。また、式（５）に示すように球面収差は収差の大きさのみを持ち方向を持たない。つまりはレンズの回転方向に依存しない収差である。このようにレンズを円周方向に回転させると、その測定値である非点収差、コマ収差もＸＹ平面内で回転する。その半径がレンズの持つ収差量（大きさ）であり、回転角度はレンズの回転角度によって決定される。
【００２５】
このとき、本来はその回転中心は座標系原点となるが、高ＮＡ対物レンズと光学干渉計内の光学系により測定値に誤差が発生した場合、図４のようにその回転中心が原点とならない。しかし、発生している誤差は測定装置の光学系などにより引き起こされる誤差であり、被検出物である光ピックアップが本質的に持つ収差ではないので、レンズの回転ともにレンズが持つ収差値が回転することを利用してレンズが本質的に持つ収差のみを抽出することができる。
【００２６】
このとき収差値の描く円の回転中心の原点からのずれ量が誤差量であり、その回転半径が光ピックアップのもつ収差量となる。よって、収差値の描く円の回転中心が誤差を含んだ測定での原点（収差＝０）にあたり、レンズの位置調整を行う場合には、収差の値がこの回転中心へなるように調整を行えば収差が０の状態へ調整したこととなる。このように光ピックアップを回転させることにより、誤差量を検出することができる。しかし、実際には３６０°回転させる必要はなく、最低２ポジションでの測定、例えば図５のようにコマ収差では測定開始位置での測定とその位置から１８０°回転させた２点、非点収差では測定開始位置での測定とその位置から９０°回転させた２点で収差を検出すれば、対角をなす２点の収差を検出しているので収差量および誤差量を検出することができる。
【００２７】
このときの測定開始位置で測定したときの収差成分を（Ｘ０，Ｙ０）、対角をなす位置で測定したときの収差成分を（Ｘ１，Ｙ１）とすると、測定誤差成分（Ｘｅｒｒｏｒ，Ｙｅｒｒｏｒ）は、
Ｘｅｒｒｏｒ＝（Ｘ０＋Ｘ１）／２
Ｙｅｒｒｏｒ＝（Ｙ０＋Ｙ１）／２
となり、誤差を除いた収差量Ａｂｅは
Ａｂｅ＝√｛（Ｘ０−Ｘｅｒｒｏｒ）2＋（Ｙ０−Ｙｅｒｒｏｒ）2｝
となる。
【００２８】
以上説明のように、本発明の実施形態によれば、光ピックアップの光学特性である収差を測定する場合は、光ピックアップの収差測定と回転方向移動の行ったときの収差値が描く円の回転半径を求めることにより誤差を取り除いた高精度な測定することができる。また、光ピックアップのレンズなどの位置調整を行う場合には収差値が描く円の回転中心へ調整することにより高精度な調整を行うことが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態では、特に被検出物を光ピックアップとして説明したが、レンズ単体でもよいことは言うまでもない。また、本実施の形態において、収差を測定した際に誤差が発生する干渉計を回折干渉計測器としたが、他の干渉計測器例えばマッハツェンダ−干渉計やフィゾー干渉計などでも好適な結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の光ピックアップの測定方法と装置およびその調整装置は、レンズなどを回転方向移動の行ったときの収差値の描く円の回転半径を求めることにより、誤差を取り除いた高精度な測定することができる機能を有し、ＤＶＤなどに搭載される光ピックアップやレンズなどの光学特性検査や位置調整の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態の装置構成図
【図２】本発明の実施形態に係るレンズの回転に対する収差の変化を示す図
【図３】本発明の実施形態に係るレンズと収差の座標系の関係を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る誤差と回転中心および収差値の関係を示す図
【図５】本発明の実施形態に係る２点の測定点から誤差量を算出を示す図
【図６】従来の回折干渉方式の概略図
【図７】干渉パターンを示す図
【図８】各収差により生じる干渉縞を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１  ミラー
２  θＺステージ
３  θＸステージ
４  θＹステージ
５  光源
６  ハーフミラー
７  レンズ
８  撮像素子
９  モニター
１０１  光ピックアップ
１０２  対物レンズ
１０３  回折格子
１０４  検出レンズ
１０５  結像レンズ
１０６  ＣＣＤ
１０７  表示装置
１０８  移動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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