(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズからの光を回折格子で回折させて干渉縞を生成する干渉縞生成工程と、
前記回折格子により前記干渉縞の位相を変化させる位相変化工程と、
位相変化前後の干渉縞に基づいて前記レンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性を検出する特性検出工程と、を有することを特徴とするレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法。
【請求項２】
前記干渉縞生成工程は、前記回折格子で回折された次数の異なる回折光を干渉させて前記干渉縞を生成する工程であることを特徴とする請求項１に記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法。
【請求項３】
前記位相変化工程は、前記レンズからの光が前記回折格子に形成された格子溝を横切るように前記回折格子を前記レンズに対して相対移動させて前記干渉縞の位相を変化させる工程であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法。
【請求項４】
前記回折格子として、異なる溝ピッチを有する複数の回折格子を切り替えて使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法。
【請求項５】
前記回折格子は、溝ピッチが異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法。
【請求項６】
レンズからの光の集光位置近傍に配されて前記レンズからの光を回折させて干渉縞を生成する回折格子と、
前記回折格子により前記干渉縞の位相を変化させる位相変化手段と、
前記干渉縞を撮像する撮像装置と、
撮像された前記干渉縞に関する画像情報に基づいて前記レンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性を検出する画像処理装置と、を備えることを特徴とするレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置。
【請求項７】
前記回折格子は、次数の異なる回折光が干渉した干渉縞を生成するものであることを特徴とする請求項６に記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置。
【請求項８】
前記回折格子は、溝ピッチが異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項６または７に記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置。
【請求項９】
前記位相変化手段は、前記レンズからの光が前記回折格子に形成された格子溝を横切るように前記レンズを前記回折格子に対して相対移動させる相対移動手段で構成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置。
【請求項１０】
前記位相変化手段は、前記レンズからの光が前記回折格子に形成された格子溝を横切るように前記回折格子を前記レンズに対して相対移動させる第１の駆動素子と、
前記回折格子を前記レンズからの光の光軸方向に移動させる第２の駆動素子と、で構成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式記録再生装置に用いられる光ヘッドの光学系（レンズその他を含む）の光学特性検出方法及び光学特性検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の光ヘッド光学系の調整装置の一例を図７に基づいて説明する。
【０００３】
図７において、１は被調整物である光ヘッド、２は光ヘッド１の光源である半導体レーザ、３は半導体レーザ２から出射される発散光である。更に、４は発散光３を平行光にするためのコリメータレンズ、５は平行光、６は平行光５を反射してその方向を変えるためのミラー、７はミラー６によって反射された平行光５を所定の微小スポットに集光するための対物レンズである。
【０００４】
１０８は光ディスク基板と同じ厚みのカバーガラス、１０９は対物レンズ７によってカバーガラス１０８の上面に集光された微小スポット、１１０は微小スポット１０９を拡大して観測するための顕微鏡光学系、１１１は顕微鏡光学系１１０を透過した収束光、１１２は収束光１１１からフォーカス検出光を分離するためのビームスプリッター、１１３は収束光１１１の光量を制限するためのフィルターである。１１４は微小スポット１０９の像、１１５は像１１４を観測するためのカメラ、１１６はカメラ１１５で得られた画像を処理するための画像処理装置である。
【０００５】
上記構成の従来の光ヘッド光学系の調整装置では、光源である半導体レーザ２を有する光ヘッド１からコリメータレンズ４、ミラー６、対物レンズ７を経てカバーガラス１０８の上面に集光された微小スポット１０９を、顕微鏡光学系１１０によって拡大し、ビームスプリッター１１２、フィルター１１３を経てカメラ１１５の受光面に像１１４を結像する。
【０００６】
カメラ１１５には、図８（ａ）に示すようなビームスポットプロファイル１１７が観測される。このビームスポットプロファイル１１７を画像処理装置１１６によって、中心の光（０次光）のプロファイルを除去し、図８（ｂ）に示すような１次リングのプロファイル１１８を表示する。このプロファイル１１８を判断して、光ヘッドの光学収差が最小となるように光ヘッド１の調整を行う。この光ヘッド１の調整は、例えば、対物レンズ７の角度を微小に変化させたり（コマ収差調整）、コリメータレンズ４の光軸方向位置を微小に変化させる（非点収差調整）などして、カバーガラス１０８の上面に集光された微小スポット１０９が所定形状となるように行なう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の光ヘッド光学系の調整装置では、光学収差の情報をビームスポットプロファイル１１７の光量分布だけでしか見ないので、波面の位相情報がない。また、ビームスポット光量の大きな部分を捨てて一次リングのプロファイル１１８の微小なエネルギーを分析しているために、光学収差を分析する精度、即ち光ヘッド１の調整精度が悪いという問題がある。
【０００８】
更に、微小スポット１０９を顕微鏡光学系１１０によって高倍率に拡大する必要があるので、視野が狭い。このため、対物レンズ７の角度を微小に変化させるなどの調整を行った際に、すぐに視野から外れてしまって、調整が行い難いという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解消し、干渉縞の波面の位相情報に基づいて、光ヘッド光学系（レンズその他を含む）の光学特性を精度良く検出することのできる光学特性検出方法及び光学特性検出装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出方法は、上記目的を達成するため、レンズからの光を回折格子で回折させて干渉縞を生成する干渉縞生成工程と、前記回折格子により前記干渉縞の位相を変化させる位相変化工程と、位相変化前後の干渉縞に基づいて前記レンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性を検出する特性検出工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のレンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性検出装置は、上記目的を達成するため、レンズからの光の集光位置近傍に配されて前記レンズからの光を回折して干渉縞を生成する回折格子と、前記回折格子により前記干渉縞の位相を変化させる位相変化手段と、前記干渉縞を撮像する撮像装置と、撮像された前記干渉縞に関する画像情報に基づいて前記レンズその他の光学素子を含む光学系の光学特性を検出する画像処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上記回折格子としては、透明ガラスあるいは透明樹脂などからなる透明平板の上面に平行する多数の格子溝を凹設した回折格子を用いると好適であるが、透明平板に濃淡縞を設けたものを採用してもよい。
【００１４】
本発明のレンズの光学特性検出方法及び光学特性検出装置によると、溝付きディスク片などの回折格子による反射回折光を干渉させ、その干渉縞を撮像して収差分析することによって、干渉縞の波面の位相情報が検出できるので、光ヘッドの光学系（レンズその他の光学系を含む）の光学特性を精度良く検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ヘッド光学系の調整方法及び調整装置の実施の形態について、図を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の光学系模式図（正面図と平面図とを含む。）、図２は第１実施形態における干渉縞生成原理の説明図、図３は第１実施形態における観測光学系の配置を示す説明図、図４は第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の外観を示す正面図、図５は第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の駆動部の構成を示す模式図（正面図と側面図とを含む。）である。
【００１７】
第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の光学系の構成について、図１に基づいて説明する。
【００１８】
図１において、１は被調整物の光ヘッド、２は光ヘッド１の光源である半導体レーザ、３は半導体レーザ２から出射される発散光、４は発散光３を平行光にするためのコリメータレンズ、５は平行光、６は平行光５を反射して方向を変えるためのミラー、７はミラー６によって反射された平行光５を所定の微小スポットに集光するための対物レンズである。
【００１９】
８は光ディスク基板と同じ厚みに形成され反射回折作用をする溝付きディスク片、９は溝付きディスク片８によって反射回折された干渉光、１０は出射側の平行光５を反射し、反対側の干渉光９を透過するためのビームスプリッターである。
【００２０】
１１は干渉光９からフォーカス検出光を分岐するためのビームスプリッターである。１２、１３はそれぞれレンズであり、２枚１組で観測光学系７０を構成している。１４は観測光学系７０からの干渉光、１５は干渉光１４を撮像するためのカメラ（撮像装置）、１６はカメラ１５で得られた画像を処理するための画像処理装置である。
【００２１】
上記のように構成された光ヘッド光学系の調整装置について、その動作について説明する。
【００２２】
光ヘッド１の光源である半導体レーザ２から出射された発散光３は、コリメータレンズ４によって平行光５となり、この平行光５はミラー６で反射され、対物レンズ７によって溝付きディスク片８の上面に集光される。溝付きディスク片８によって反射回折された０次回折光２０と±１次回折光２１、２２（図２参照）は干渉して干渉縞を生成し、干渉光９となる。そして、２つのレンズ１２、１３からなる観測光学系７０によって干渉縞をカメラ１５の受光面に投影し、観測する。観測された干渉縞を画像処理装置１６によって収差分析し、収差が最小となるように、光ヘッド１の調整を行う。この光ヘッド１の調整とは、例えば対物レンズ７の角度を微小に変化させたり（コマ収差調整）、コリメータレンズ４の光軸方向位置を微小に変化させる（非点収差調整）ことを云う。
【００２３】
次に、図２に基づいて、干渉縞の生成原理について説明する。
【００２４】
図２において、７は対物レンズ、８は溝付きディスク片、１８は溝付きディスク片８の上面に形成された複数の溝である。１９は対物レンズ７によって集光されたビームスポット、２０、２１、２２はそれぞれビームスポット１９が溝１８によって回折された０次回折光、１次回折光、−１次回折光である。
【００２５】
溝１８のピッチｐは、ｐ＝λ／ＮＡを満たす。ここに、λはレーザ光（光ビーム）の波長、ＮＡは対物レンズ７の開口数を表している。
【００２６】
ビームスポット１９は溝１８によって回折され、０次回折光２０と±１次回折光２１、２２はそれぞれ光学波面の横ずらしとして重ね合わされ、差分波面を表す干渉縞を生成する。干渉縞は、図２に示す斜線部分に現れ、光ヘッド１の光学系の収差に応じて縞のパターンが変化する。この干渉縞の情報を検出して収差が最小となるように調整する。
【００２７】
次に、図３に基づいて、２つのレンズ１２、１３からなる観測光学系７０の光学配置について説明する。
【００２８】
レンズ１２の焦点距離はｆ１、レンズ１３の焦点距離はｆ２である。尚、７は対物レンズ、２５はカメラ１５の受光面である。
【００２９】
図３に示すように、対物レンズ７からレンズ１２までの距離をｆ１、レンズ１２からレンズ１３までの距離をｆ１＋ｆ２、レンズ１３からカメラ１５の受光面２５までの距離をｆ２とする。このように配置することによって、対物レンズ７の位置に生成された干渉縞を、カメラ１５の受光面２５に正確に投影することができる。
【００３０】
次に図４に基づいて、第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の構成について説明する。
【００３１】
図４において、１は光ヘッド、８は溝付きディスク片、４０は溝付きディスク片８を保持するディスク片保持手段、１２、１３はそれぞれレンズで２枚１組で観測光学系７０を構成し、１５は観測用のカメラである。３０はフォーカス検出光学系、３１は光ヘッド１の対物レンズ７の角度を微小に変化させるなどの調整を行う光学系調整手段である。３２、３３はそれぞれ溝付きディスク片８を異なる溝ピッチをもつ別の溝付きディスク片８ａ（図５参照）に切り替えるためのスライドステージと切り替えレバーである。
【００３２】
４０はディスク片保持手段であって、光ヘッド１の対物レンズ７によって集光されたビームスポットが溝付きディスク片８の溝１８（図２参照）を横切るように溝付きディスク片８を水平方向に往復運動させる働きと、光ヘッド１の対物レンズ７によって集光されたビームスポットの集光位置が溝付きディスク片８の上面に合うように溝付きディスク片８を垂直方向に移動する働きを持つ。この垂直方向の移動は、フォーカス検出光学系３０の信号をフィードバックして行う。
【００３３】
また、ディスク片保持手段４０の駆動機構は、図５に示すような構成をしている。
【００３４】
図５において、８は第１の溝付きディスク片、８ａは第１の溝付きディスク片８とは異なる溝ピッチを持つ第２の溝付きディスク片である。尚、この実施形態の光ヘッド光学系の調整装置は、異なる２種類の光ディスク、例えばＣＤとＤＶＤを記録再生するために異なるＮＡの２個の対物レンズ７を持った光ヘッド１を調整することを考慮している。この場合、異なるＮＡの２個の対物レンズ７に対応して、異なる溝ピッチを持つ２個の溝付きディスク片８、８ａが必要となる。
【００３５】
但し、対物レンズ７が１個の光ヘッド１を調整する場合には、第２の溝付きディスク片８ａは不要である。
【００３６】
４１は駆動素子、４２は平行板バネであり、これらは溝付きディスク片８または８ａを水平方向に微小距離（例えば溝１０ピッチ分）、超低速（例えば１μｍ／ｓｅｃ）で往復運動させる働きを持つ。このため駆動素子４１へは、一定の周期を持つ信号を入力する。
【００３７】
４３は別の駆動素子、４４は平板板バネであって、この駆動素子４３へは、フォーカス検出光学系からのフィードバック信号を入力する。駆動素子４１及び４３は、例えば圧電素子を使用する。あるいは、超磁歪素子なども使用することができる。
【００３８】
上記したように、第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置によれば、光ヘッド１の対物レンズ７によって集光されたビームスポットを溝付きディスク片８、８ａによって反射回折させ、０次回折光２０と±１次回折光２１、２２とを横ずらしに重ね合わせて干渉縞を生成する。この干渉縞を２つのレンズ１２、１３からなる観測光学系７０によってカメラ１５の受光面２５に投影して撮像し、この投影画像を画像処理装置１６で収差分析して、収差が最小となるように光ヘッド１を調整する。本実施形態では溝付きディスク片８、８ａを、ビームスポットが溝１８を横切るように水平方向に往復運動させて、干渉縞を撮像し、収差分析を行っているが、このようにすると、溝付きディスク片８、８ａを停止させて行なう場合に比較し、より精度の高い収差分析を行なうことができる。
【００３９】
上記のように、第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置によれば、溝付きディスク片８、８ａによる反射回折光を干渉させ、その干渉縞を撮像して収差分析することによって、干渉縞の波面の位相情報が検出できるので、光学系の収差検出精度が高く、光ヘッド１の調整精度が良い。また、視野が広いので、対物レンズ７の角度を微小に変化させるなどの調整を行っても視野から外れることがなく、調整を行いやすい。
【００４０】
図６は本発明の第２実施形態における溝付きディスク片の模式図である。
【００４１】
第２実施形態の光ヘッド光学系の調整装置は、第１実施形態のそれと基本的な構成は同一であり、異なる点は、１対の溝付きディスク片８、８ａを使用せずに、２種類のＮＡに対応した溝付きディスク片４５を使用する点である。
【００４２】
図６において、４５は溝付きディスク片、４６は第１の対物レンズのＮＡに対応したピッチの溝を持つ領域、４７は第２の対物レンズのＮＡに対応したピッチの溝を持つ領域である。この２種類の溝ピッチを持つ溝付きディスク片４５を１個のみ使用して、異なるＮＡの２個の対物レンズを持つ光ヘッド１を調整する。
【００４３】
即ち、溝付きディスク片４５を水平方向に往復運動させる駆動素子への入力信号を制御して、第１の対物レンズを光軸にセットしたときには、ピームスポットが領域４６の溝を横切るようにし、第２の対物レンズを光軸にセットしたときには、ビームスポットが領域４７の溝を横切るようにする。あるいは、どちらの対物レンズを光軸にセットしたときにも、ビームスポットが領域４６と領域４７の両方の溝を横切るように駆動素子への入力信号を制御し、画像処理する際に、必要のない側の情報を無視して収差分析を行う。
【００４４】
上記したように、第２実施形態の光ヘッド光学系の調整装置では、溝付きディスク片４５の異なる２種類の溝ピッチの領域４６、４７の一方のみを横切るように制御する。あるいは必要な側の画像情報のみを収差分析する。
【００４５】
第２実施形態の光ヘッド光学系の調整装置によれば、異なる２種類の溝ピッチの領域４６、４７を持つ溝付きディスク片４５を使用することによって、溝付きディスク片の切り替えを行うことなく異なるＮＡの２個の対物レンズを持つ光ヘッド１を調整することができる。これによって切り替え機構が不要となり、調整装置を簡素化することができるとともに、切り替え作業が不要となり調整時間を短縮できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、干渉縞の波面の位相情報が検出できるので、光ヘッドの光学系（レンズその他の光学系を含む）の光学特性を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の光学系模式図である。
【図２】第１実施形態における干渉縞生成原理の説明図である。
【図３】第１実施形態における観測光学系の配置を示す説明図である。
【図４】第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の外観を示す正面図である。
【図５】第１実施形態の光ヘッド光学系の調整装置の駆動部の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態における溝付きディスク片の模式図である。
【図７】従来の光ヘッド光学系の調整装置の光学系模式図である。
【図８】従来の光ヘッド光学系の調整装置におけるピームスポットプロファイルの模式図であり、（ａ）はカメラで観測されるピームスポットプロファイルを示し、（ｂ）は画像処理装置によって表示される１次リングのピームスポットプロファイルを示している。
【符号の説明】
１                光ヘッド
２                半導体レーザ
７                対物レンズ
８、８ａ、４５    溝付きディスク片（回折格子片）
７０              観測光学系
１５              カメラ（撮像装置）
１６              画像処理装置
１８              溝
３１              光学系調整手段
４０              ディスク片保持手段
４１、４３        駆動素子
【図１】
0004127422.tif 000002
【図２】
0004127422.tif 000003
【図３】
0004127422.tif 000004
【図４】
0004127422.tif 000005
【図５】
0004127422.tif 000006
【図６】
0004127422.tif 000007
【図７】
0004127422.tif 000008
【図８】
0004127422.tif 000009