(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源とレンズと受像素子とを有する光ピックアップのレンズ調整装置において、
上記光ピックアップを上記レンズ調整装置の光軸に対して固定する固定台と、
上記レンズからの光を透過及び回折させて得られた異なる次数の回折光を干渉させて干渉像を形成すると共に上記レンズから出射した光を反射して上記レンズに入射させる半透過回折手段と、
上記半透過回折手段を上記光軸に対して移動させる移動手段と、
上記干渉像をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾斜を求める収差計測手段と、
上記収差計測手段で求めた傾斜をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾斜を調整する傾斜調整手段と、
上記受像素子が受光した上記半透過回折手段からの反射光をもとに上記光軸と直交する方向に上記レンズの位置を調整する位置調整手段とを備えたこと
を特徴とするレンズ調整装置。
【請求項２】
光源とレンズと受像素子とを有する光ピックアップを、レンズ調整装置を用いて調整するレンズ調整方法において、
上記光ピックアップを上記レンズ調整装置の光軸に対して固定する工程と、
上記レンズからの光を半透過回折格子で透過及び回折させて得られた異なる次数の回折光を干渉させて干渉像を形成すると共に、上記レンズからの光を上記半透過回折格子で反射し、上記レンズを介して上記受像素子に投射する工程と、
上記半透過回折格子を上記光軸に対して移動させる工程と、
上記干渉像から上記レンズの収差を求める工程と、
上記収差をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾きを調整する工程と、
上記受像素子で受像した上記半透過回折手段からの反射光をもとに上記光軸と直交する方向に上記レンズの位置を調整する工程とを備えたこと
を特徴とするレンズ調整方法。
【請求項３】
上記傾きと位置が調整された上記レンズを上記光ピックアップに固定する工程を備えた請求項２に記載のレンズ調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク方式の情報記億媒体、例えばＤＶＤ(Digita1 Versatile Disk)、に情報を読み書きする光学レンズ、またはレーザ加工機、レーザ顕微鏡などにおいて光を結橡して光スポットを形成する光学レンズの調整装置及び調整方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
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録媒体に情報を記億するためには、光源から出射された光を目的の場所に正確に照射できる光学系（光ピックアップ）が必要である。そのため、特に、光学系の対物レンズは、それ自体に厳格な光学的特性が要求されるだけでなく、目的の場所に精度良く固定されなければならない。
【０００３】
そこで、対物レンズの検査又は調整の方法として、図１に示すように、対物レンズ１を介して出射した光(例えば、レーザ光)２をレンズ検査用の参照基準３(例えば、光ディスク)に照射し、この参照基準３からの反射光を検出し、この検出から得られた再生信号４を基準信号５と比較し、これら再生信号４と基準信号５との位相差６を最小にするように又はその位相差が所定の許容値に収まるように、対物レンズ１の傾き等を調整すること(ジッタ法)が考えられる。
【０００４】
しかし、一般に対物レンズ１の特性は個々に異なり、対物レンズ１の傾斜量等と位相差６との間には一定した関係がなく、図２に示すように、１つの対物レンズ１Ａと別の対物レンズ１Ｂでは、著しく異なる特性(レンズ傾斜角―位相特性)を示すことがある。また、対物レンズの傾斜調整と信号の対比とを繰り返し行なわなければならないし、どの段階で調整を完了するかの客観的判断が難しい。さらに、再生信号４から対物レンズ１の傾斜等を十分に把握できない。
【０００５】
一方、近年、ノート型パソコン等の携帯用コンピュータの普及及び薄型化と共に、光ピックアップも薄型化が必要とされている。そのため、対物レンズの調整に必要な機構は光ピックアップに搭載しない構成を採用する試みがなされている。この場合、対物レンズの調整時、該対物レンズの外側に配置された調整装置によって対物レンズを支持し、調整後、接着剤によって対物レンズを光ピックアップに固定する方法が採られる。
【０００６】
ところで、対物レンズがその光軸と直交する方向にずれると、この対物レンズを介して入射された光の受像位置（スポット位置）がずれ、そのためにトラッキング信号にＤＣオフセットが発生し、トラッキングサーボが不安定になる。したがって、対物レンズは、その傾きだけでなく、光軸と直交する方向にも調整する必要がある。
【０００７】
しかし、対物レンズが傾くと受像位置もずれる。そのため、光軸と直交する方向に対する対物レンズの調整を行なうためには、その前に対物レンズの傾きを矯正しておく必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、新たなレンズの調整装置及び調整方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明のレンズ調整装置は、光源とレンズと受像素子とを有する光ピックアップのレンズ調整装置において、上記光ピックアップを上記レンズ調整装置の光軸に対して固定する固定台と、上記レンズからの光を透過及び回折させて得られた異なる次数の回折光を干渉させて干渉像を形成すると共に上記レンズから出射した光を反射して上記レンズに入射させる半透過回折手段と、上記半透過回折手段を上記光軸に対して移動させる移動手段と、上記干渉像をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾斜を求める収差計測手段と、上記収差計測手段で求めた傾斜をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾斜を調整する傾斜調整手段と、上記受像素子が受光した上記半透過回折手段からの反射光をもとに上記光軸と直交する方向に上記レンズの位置を調整する位置調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、光源とレンズと受像素子とを有する光ピックアップを、レンズ調整装置を用いて調整するレンズ調整方法において、上記光ピックアップを上記レンズ調整装置の光軸に対して固定する工程と、上記レンズからの光を半透過回折格子で透過及び回折させて得られた異なる次数の回折光を干渉させて干渉像を形成すると共に、上記レンズからの光を上記半透過回折格子で反射し、上記レンズを介して上記受像素子に投射する工程と、
上記半透過回折格子を上記光軸に対して移動させる工程と、上記干渉像から上記レンズの収差を求める工程と、上記収差をもとに上記光軸に対する上記レンズの傾きを調整する工程と、上記受像素子で受像した上記半透過回折手段からの反射光をもとに上記光軸と直交する方向に上記レンズの位置を調整する工程とを備えたことを特徴とする。このレンズ調整方法はまた、傾きと位置が調整されたレンズを光ピックアップに固定する工程を含むものであってもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の複数の形態について説明する。まず、図３は、光ディスク方式の情報記億媒体、例えばＤＶＤ(Digita1 Versatile Disk)、に情報を読み書きする光学レンズ、またはレーザ加工機、レーザ顕微鏡などにおいて光を結橡して光スポットを形成する光学レンズ調整システム１０の全体を示す。
【００１２】
調整システム１０によって調整されるレンズ（以下、「対物レンズ」という。）１２は、光ピックアップ１４に収容されている。対物レンズ１２は、その調整が完了するまで、光ピックアップ１４に対して移動可能である。光ピックアップ１４は、電荷結合素子などの撮像素子又は受像素子１６と、光（例えば、レーザ光）を発生する光源１８と、光源１８で発生した光を対物レンズ１２から出射する第１の光学系と、対物レンズ１２から入射された光を受像素子１６に導く第２の光学系を有する。第１の光学系には、光源１８で発生した光を平行な光に加工するコリメータレンズ２０と、この平行な光を反射して対物レンズ１２から出射させるミラー２２を有する。第２の光学系は、コリメータレンズ２０とミラー２２との間に配置され、対物レンズ１２から入射してミラー２２で反射した光を受像素子１６に導くハーフミラー２４を有する。このように構成された光ピックアップ１４は、対物レンズ１２の調整時、以下に説明する調整システム１０に対して固定される。
【００１３】
調整システム１０は光軸（固定軸）２６を有する。光軸２６は、以下に説明するレンズ調整の基本となる軸である。レンズ調整時、光ピックアップ１４は図示しない固定台に支持され、対物レンズ１２はその光軸が光軸２６とほぼ一致するように調整装置２８に支持される。ただし、対物レンズ１２の光軸は、この時点で光軸２６に一致している必要はない。調整システム１０はまた、回折手段である回折格子３０を有する。回折格子３０は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、またはガラスなど透明な材料からなる板からなり、この板の一方の表面（回折面）に所定のピッチをあけて平行に並ぶ複数の溝が形成されている。また、溝が形成されている表面には、アルミニウム、クロム、銀、金など反射性材料からなる薄い反射膜が形成されている。したがって、回折格子３０に入射された光は異なる次数の複数の回折光に回折されると同時に、一部の光が回折格子で反射して入射経路を逆方向に送られる。溝のピッチは、例えば、調整対象である光学レンズが光ディスクの情報読取・書込用の対物レンズの場合、この光ディスクのトラック間の距離に等しくするのが好ましい。
【００１４】
回折格子３０は、光軸２６に対して垂直に、また回折面が対物レンズ１２の焦点にほぼ一致させて配置される。回折格子３０はまた、該回折格子３０を光軸２６に直交する方向（図３の左右方向）に移動させる移動装置３２に連結されている。なお、移動装置３２には、回折格子３０を微小量づつ移動できる、ピエゾ素子・直流モータ・又は分解能の高いステッピングモータを有するリニアステージが好適に利用できる。回折格子３０を挟んで対物レンズ１２の反対側には、対物レンズ１２と回折格子３０を透過した光を平行な光に復調するコリメータレンズ３４と、コリメータレンズ３４を透過した平行光を再び結像する結像レンズ３６と、結像レンズ３６を透過した光を受光する撮像素子（例えば、電荷結合素子）３８が配置されている。
【００１５】
撮像素子３８は、収差計測装置４０に電気的に接続されている。収差計測装置４０は、撮像素子３８で受光した像を表示する表示装置４２と、表示装置４２に表示された像をもとに対物レンズ１２の収差を計測する収差演算装置４４を有する。収差計測装置４０は、上述した調整装置２８と移動装置３２の駆動を制御する制御装置４６に電気的に接続されている。
【００１６】
調整システム１０はまた、光軸２６と対物レンズ１２の光軸との位置ずれを検出する位置ずれ検出装置４８を有する。この位置ずれ検出装置４８は、調整システム１０に対して光ピックアップ１４が図示するように設定された状態で、受像素子１６で受像された光スポットが該受像素子１６の適正位置に受像されているか否か、すなわち光軸２６に対する対物レンズ１２の光軸の位置ずれを検出するために、光ピックアップ１４の受像素子１６と電気的に接続される。位置ずれ検出装置４８はまた、制御装置４６に電気的に接続されている。
【００１７】
以上の構成を供えた調整システム１０による対物レンズ１２の調整時、光源１８で発生した光は、コリメータレンズ２０によって平行な光となり、ハーフミラー２４を通り、ミラー２２で反射し、対物レンズ１２から出射する。対物レンズ１２から出射した光は、回折格子３０、特に溝が形成されている回折面で焦点を結ぶ。また、回折格子３０を透過した光は、０次回折光、±１次回折光、・・・±ｎ次回折光に分かれ、コリメータレンズ３４、結像レンズ３６を介し、撮像素子３８に投射される。ここで、回折格子３０は、撮像素子３８の投影面で、０次回折光５０と＋１次回折光５２が部分的に干渉し、また０次回折光５０と−１次回折光５４が干渉するように設計されている。したがって、撮像素子３８に投射された像を再生する表示装置４２には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、０次回折光５０と＋１次回折光５２の干渉像（干渉縞）と、０次回折光５０と−１次回折光５４の干渉像（干渉縞）が映し出される。
【００１８】
干渉縞の形は、対物レンズ１２の傾斜方向に応じて異なる。例えば、対物レンズ１２が回折格子３０の溝の長手方向と平行であるが、この溝と直交する方向（溝の横断方向）に傾いている場合、図４（ａ）に示す干渉縞が現れる。また、対物レンズ１２が回折格子３０の溝の横断方向に平行であるが、この溝の長手方向に傾いている場合、図４（ｂ）に示す干渉縞が現れる。
【００１９】
このとき、制御装置４６からの信号に基づいて移動装置３２を駆動し、回折格子３０を図３の左右方向（溝の横断方向）に移動させると、０次回折光の位相の変化と＋１次回折光および−１次回折光の位相の変化との間にずれを生じ、干渉縞の各点における光強度が変化する。例えば、図４（ａ）中の点ａの光強度Ｉａの変化は図５に示す波形（正弦波）を描き、図４（ａ）中の点ｂの光強度Ｉｂの変化は図５に示す波形（正弦波）を描き、両光強度波形の間に位相差φが見られる。したがって、例えば点ａの位相を基準として、この点ａの位相と図４（ａ）のＸ軸上における別の複数の点の位相との差をグラフにプロットすると、図６に示す２次曲線が得られ、この２次曲線の２次の係数が横断方向に関する対物レンズ１２の傾きを表す。なお、Ｘ軸は、図示するように、０次回折光の中心と±１次回折光の中心とを結ぶ線（中心線）上にある干渉縞の中心点（点ａに相当）を通り、その中心線に直交する線である。
【００２０】
同様に、点ａの位相を基準として、この点ａの位相と図４（ｂ）に示すＹ、Ｙ’軸上における別の複数の点の位相との差をグラフにプロットすると、図６に示す２次曲線と同様の２次曲線が得られ、この２次曲線の２次の係数が長手方向に関する対物レンズ１２の傾きを表す。なお、Ｙ、Ｙ’軸は、図示するように、点ａを通り、中心線と例えば４５°の角度を成す方向の線である。
【００２１】
以上のようにして対物レンズ１２の傾きを求める演算は、収差演算装置４４で自動的に行なうことができる。
【００２２】
収差演算装置４４で演算された対物レンズ１２の傾きは、制御装置４６に出力される。制御装置４６は、収差演算装置４４から得られた対物レンズ１２の傾きをもとに、調整装置２８を駆動し、対物レンズ１２の傾きを補正する。
【００２３】
次に、対物レンズ１２の位置ずれ調整が行なわれる。この位置ずれ調整は、光ピックアップ１４の受像素子１６に受像される光を利用して行なわれる。具体的に、光ピックアップ１４において、対物レンズ１２から回折格子３０に投射された光の一部は、該回折格子３０で反射する。この反射光は、対物レンズ１２に入射し、ミラー２２、ハーフミラー２４で反射し、図７に示すように、受像素子１６に投射される。受像素子１６は、受像した光スポット５６の位置に対応する信号を位置ずれ検出装置４８に出力する。位置ずれ検出装置４８は、受像素子１６から提供された信号をもとに、光軸２６に対する光スポット５６の位置ずれ量を検出して制御装置４６に出力する。
【００２４】
位置ずれ量の検出を説明する。いま、対物レンズ１２の光軸が調整システム１０の光軸２６に一致していれば、受像素子１６に投射された光スポット５６は、点線５８で示された場所（基準位置）に存在する。しかし、対物レンズ１２の光軸が調整システム１０の光軸２６に不一致の場合、光スポット５６は図７に実線で示す位置に存在する。したがって、本実施形態の位置ずれ検出装置４８では、図７に示すように、光スポットの基準位置の中心を通るＸ軸６０とこれに垂直なＹ軸６２を仮想する。また、これら２つの軸６０、６２によって分割された４つの領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶを仮想する。そして、位置ずれ検出装置４８は、各領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶの中で光スポット５６の示す面積又は光強度（各領域における光強度を積分した値）を求め、Ｘ軸６０に平行な方向（Ｘ方向）とＹ軸６２に平行な方向（Ｙ方向）に関し、基準位置に対する光スポット５６の位置ずれΔｘ、Δｙを計算する。このようにして計算された位置ずれΔｘ、Δｙは制御装置４６に送られる。そして、制御装置４６は、調整装置２８を駆動し、光スポット５６の中心が光軸２６に一致するように（すなわち、位置ずれΔｘ、Δｙを消去するように）、対物レンズ１２を移動する。
【００２５】
このように、光軸２６に対する傾斜と位置ずれが調整された対物レンズ１２は、接着剤等により光ピックアップ１４に固定される。また、対物レンズ１２が固定された光ピックアップ１４は、その後、対応する装置に搭載される。
【００２６】
なお、以上の説明では、受像素子１６の受像領域をＸ軸とＹ軸を用いて４分割し、分割された各領域に投射された光スポットの面積又は光強度から対物レンズ１２の位置ずれを計算したが、受像領域の分割方法及び分割数等な任意に設定可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明のレンズ調整装置およびレンズ調整方法によれば、１回の調整操作で、基準となる軸に対するレンズの傾きや位置ずれを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のジッター式光ピックアップのレンズ調整の概略図。
【図２】  従来例の説明図。
【図３】  本発明にかかるレンズ調整装置の概略構成図。
【図４】  回折格子で回折された回折光の干渉縞を示す図。
【図５】  回折格子の微小変位による光強度変化を示す図
【図６】  干渉縞の位相分布を示す図。
【図７】  受像素子に投射された光スポットを示す図。
【符号の説明】
１０：光学レンズ調整システム
１２：対物レンズ
１４：光ピックアップ
１６：受像素子
１８：光源
２８：調整装置
４０：収差計測装置
４４：収差演算装置
４６：制御装置
４８：位置ずれ検出装置
【図１】
0004421755.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004421755.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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