(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であって、
前記対物レンズにより、前記レーザ光を模擬ディスク上に集光し、
前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポットを観測して、該スポットの０次光の面積中心位置と、前記スポットの全体の重心位置とを一致させるように、前記対物レンズの姿勢を調整することを特徴とする対物レンズ姿勢調整方法。
【請求項２】
光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であって、
前記対物レンズにより、前記レーザ光を模擬ディスク上に集光し、
前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポットを撮影してスポット画像を得、該スポット画像から、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、分離された０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ２値化し、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを求め、
２値化した０次光の領域の画像の中心と、前記スポットの０次光以外の光の領域の画像の中心とを一致させるように、前記対物レンズの姿勢を調整することを特徴とする対物レンズ姿勢調整方法。
【請求項３】
光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き検出装置において、
前記対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたスポットを観測する観測手段と、
前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポットを観測して、該スポットの０次光の中心位置と、前記スポットの全体の重心位置を計算する演算手段と、
該演算手段により演算された０次光の面積中心位置と、全体の重心位置を比較する比較手段と、を備えてなることを特徴とする対物レンズ傾き検出装置。
【請求項４】
光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き検出装置において、
前記対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたスポットを撮影してスポット画像を得る撮影手段と、
前記スポット画像から、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ２値化し、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを計算する演算手段と、
該演算手段により演算された、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを比較する比較手段と、を備えてなることを特徴とする対物レンズ傾き検出装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置において、
前記スポットの特定部分にマスクを施し、前記演算手段に前記マスクの施されていない部分のみを用いた演算を行わせしめるマスク手段を有してなることを特徴とする対物レンズ傾き検出装置。
【請求項６】
上記０次光以外の光の領域は、１次光の領域と２次光の領域とを含むことを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ姿勢調整方法。
【請求項７】
上記０次光以外の光の領域は、１次光の領域と２次光の領域とを含むことを特徴とする請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置。
【請求項８】
請求項３、４、５、または７に記載の対物レンズ傾き検出装置を用いて、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整装置であって、
前記比較手段の比較結果に基づき、前記対物レンズの傾きを調整する調整手段を有してなることを特徴とする対物レンズ姿勢調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ピックアップに搭載される対物レンズ傾き調整方法及び対物レンズ傾き検出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置に関し、特に、対物レンズとして樹脂レンズ等の光学的精度の悪いレンズを用いた場合においても、正確に傾きを調整あるいは検出することができる対物レンズ傾き調整方法及び対物レンズ傾き検出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップは光ディスク装置や光磁気ディスク装置等（以下、光ディスク装置で代表する）に組み込まれ、光ディスクや光磁気ディスク（以下、光ディスクで代表する）に対して情報の記録または再生を行うもである。この光ピックアップの組立行程か組み付け行程に必ず光ピックアップのアクチュエータの傾きを調整する姿勢調整の行程が存在する。これはアクチュエータに組み込まれている対物レンズの傾きを光ディスクと平行になるように調整して、（もしくは、レザー光を光ディスクに対して垂直に当たるように調整）光ディスク上のスポットを良好にすることが目的である。
【０００３】
このような、光ディスク上のスポットは図４，５のような像になる。図４ａは傾きのない（姿勢ズレのない）場合のスポット画像である。レーザ自体は１つのビームでしかないが、実際はこのような周囲にリングの存在する画像になる。また、同図のｂ，ｃはそれぞれ、スポットの中心を通る断面の光強度を示す。ただし、図と実際の画像とは輝度反転している。即ち、図で黒部分がレーザにより光っている部分であり、図で白い部分が輝度のない（輝度の低い）暗い部分を示している。
【０００４】
これらの図から、アクチュエータ（対物レンズ）の傾きが無い場合（図４参照）のスポットの光強度の分布は、スポットの中心から同心円状に広がっていく。すなわち、スポットの中心を通る断面の輝度分布は対称となる。逆に、傾いている場合（図５ａ，ｂ，ｃ参照）は、輝度分布は方向によって違い、スポットの中心を通る断面の輝度分布も非対称になる。よって、この非対称な輝度分布を対称になるように傾きを調整すれば、姿勢調整が行える。
【０００５】
また、特開平６−５２５５３号公報には、通常の輝度分布と傾いたディスクを１８０度回転させた場合の輝度分布との差をとり、これを０にするように調整することで、高精度調整を行う手法が開示されている。
【０００６】
また、平行度の調整であるため、スポットの形状を観測するのではなく、レンズの周辺にある平行部にレーザを当て、これの反射を読みとり角度の調整を行う手法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
対物レンズの材質は、以前はガラスであったが、現在は樹脂による成型品に置き換わってきている。これは、樹脂レンズ自体の価格がガラスレンズの価格に比べ非常に安いこと、樹脂レンズはガラスレンズに比べ、その重量が軽いため、対物レンズを動作させるアクチュエータの可動部の構造全体の強度や制御用の電力を下げられること等の特徴があるためである。また、これらの違いにより、ピックアップ全体で見た場合にも構造面で小型軽量になること、小型軽量化のために周辺もコストダウンできること、さらに、制御面でも、対物レンズが軽いためにアクチュエータの反応速度が上がることや、トータルの消費電力の低下により電池などで連続使用できる時間が長くなることなど、樹脂レンズを用いることのメリットが非常に多い。
【０００８】
しかし、樹脂レンズの光学的精度（形状精度も含めて）は以前のガラスレンズに比べるとかなり悪く、そのため、ディスクに結像するスポットの形状等も数段悪い。たとえば、スポットの形状は図６ａ，ｂ，ｃのようになる。この図は、傾きのない場合のスポットを表しているが、１次光等の形状がきれいなドーナツ状ではなく、細い部分やとぎれかかった部分が存在する。
【０００９】
このようなスポットの中心を通る１直線の輝度分布は対称にはならないため、断面の輝度分布を単に比較しても傾きは検出できない。よって、以前のような１次元の輝度分布の計測では、傾き計測も、調整も全く行えない場合がある。
【００１０】
そのうえ、このスポットの大きさは０次光の直径で高々１μｍしかないため、このようなスポット計測のための画像の拡大率は非常に大きく、わずかな振動でも観測されるスポットの位置は大幅に変化する。よって、調整のためにどうしても必要なドライバ等を除き、基本的に、動作させなければならない部分は排除して、振動の発生源をなくし、かつ、共震の可能性のある不要な構造物もなくし、極力振動しないようにすることが必要がある。この点からも、反射部を稼働させる必要のある特開平６−５２５５３号公報に記載の方式は不利である。
【００１１】
また、わずかな振動でもあれば、違う時間に入力したスポット画像は違った位置に存在することになる。これは、単に中心が移動するだけでなく、計測系のレンズの特性（計測側の光学系の収差等が原因）により、位置の違いがあるとわずかながら輝度ムラが変化することもある。このため、一断面の輝度分布は撮影時間の違いにより変化することになる。よって、装置全体の振動を極限までおさえた機構と振動の停止待ちを十分に行わない限り、複数の画像を入力して断面の比較する処理では、正確な計測は行えない。
【００１２】
そのため、現在のピックアップの組立行程では、暫定的な手法であるが、樹脂レンズの周辺部にレーザを当て、これの反射光をオートコリメータ（反射したレーザ光による傾きの計測手段）で計測し、対物レンズの傾きを調整している。
【００１３】
しかし、前述のとおり、樹脂レンズの成形精度は理想的ではなく、これらの手法で調整した場合の光軸の傾きのばらつきは大きく、ある程度の調整は可能であるが、確率的に規格内の性能を得られないピックを生産することになる。成形精度は向上しているものの、この精度の向上以上の速度で、ますます高密度化、高精度化が要求されるようになっている光ディスク関連製品の製造においては、このような手法ではもはや対応不可能になってきた。
【００１４】
また、別の問題として、たとえ、ガラスレンズやこれと同等のきれいなスポットの得られる高精度な対物レンズがあったとしても、輝度の分布を計測する位置が予め決められている装置等では、画像内の決められた位置に１μｍのスポットを機械的に完全に位置合わせした状態で計測しないと傾きを計測できない。そのため、このような位置合わせはには長い時間が必要であり、そのため計測速度が遅いことになる。また、たとえ時間をかけたとしても、振動が発生しやすい生産現場では、計測，調整が行えない場合がある。実際の現場でこのようなガラスレンズのアクチュエータの姿勢調整を行う場合は、振動の少ない特殊な場所で、時間をかけて行っていた。しかも、熟練者のみにしかできない作業であった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の対物レンズ傾き調整方法は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であって、対物レンズにより、レーザ光を模擬ディスク上に集光し、模擬ディスク上に結像したレーザ光のスポットを観測して、スポットの０次光の面積中心位置と、スポットの全体の重心位置とを一致させるように、対物レンズの姿勢を調整するものである。
【００１６】
請求項２に記載の対物レンズ傾き調整方法は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であって、前記対物レンズにより、前記レーザ光を模擬ディスク上に集光し、前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポットを撮影してスポット画像を得、該スポット画像から、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、分離された０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ２値化し、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを求め、２値化した０次光の領域の画像の中心と、前記スポットの０次光以外の光の領域の画像の中心とを一致させるように、前記対物レンズの姿勢を調整するものである。
【００１７】
請求項３に記載の対物レンズ傾き検出装置は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き検出装置において、対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたスポットを観測する観測手段と、模擬ディスク上に結像したレーザ光のスポットを観測して、スポットの０次光の面積中心位置と、スポットの全体の重心位置を計算する演算手段と、演算手段により演算された０次光の中心位置と、全体の重心位置を比較する比較手段と、を備えてなるものである。
【００１８】
請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置は光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き検出装置において、前記対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたスポットを撮影してスポット画像を得る撮影手段と、前記スポット画像から、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、０次光の領域の画像および０次光以外の光の領域の画像をそれぞれ２値化し、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを計算する演算手段と、該演算手段により演算された、２値化した０次光の領域の画像の中心と、２値化した０次光以外の光の領域の画像の中心とを比較する比較手段と、を備えてなるものである。
【００１９】
請求項５に記載の対物レンズ傾き検出装置は、請求項３または請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置において、スポットの特定部分にマスクを施し、演算手段にマスクの施されていない部分のみを用いた演算を行わせしめるマスク手段を有してなるものである。
請求項６に記載の対物レンズ傾き調整方法は、請求項２に記載の対物レンズ傾き調整方法において、上記０次光以外の光の領域が１次光の領域と２次光の領域とを含むものである。
請求項７に記載の対物レンズ傾き検出装置は、請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置において、上記０次光以外の光の領域が１次光の領域と２次光の領域とを含むものである。
【００２０】
請求項８に記載の対物レンズ姿勢調整装置は、請求項３、４、５、または７に記載の対物レンズ傾き検出装置を用いて、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整装置であって、比較手段の比較結果に基づき、対物レンズの傾きを調整する調整手段を有してなるものである。
【００２１】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００２２】
樹脂レンズのピックアップのスポットの形状は、悪いとしても、姿勢の調整された状態では完全に再生，記録に対応できる程度の精度はある。よって、スポット画像全体としては、０次光を中心したほぼ一様の分布をする画像となる。従って、完全に調整された場合でも０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれの一部が欠落しているような場合においても、画像全体の中心は、ほぼ同じ位置（０次光の中心）にある。これは、欠落する部分があったとしても、欠落部分の面積は、０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれ全体の面積に比べると十分小さいためである。
【００２３】
また、アクチュエータ（対物レンズ）が傾いた場合では、１ラインだけで輝度分布を取る場合では、取る位置や角度を少し変化させただけで全く異なった分布になる場合があり、計測した結果が正しいかどうかがわからない。しかし、各中心位置は、０次光の中心と、１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれの中心座標は違った位置になるが、どの方向に傾けた場合でも、その傾きに合った方向にほぼ正確に各中心が移動する。
【００２４】
本発明では、この座標の位置関係より、アクチュエータの傾きを正確に検出する。また、０次光の中心座標と０次光以外の光の中心座標が一致するように角度を調整して、対物レンズの傾き（アクチュエータの傾き）を精密調整する。
【００２５】
一方、この傾きの検出のための画面に含まれているノイズが小さい場合はよいが、大きい場合はそのノイズのために、誤った検出する可能性が考えられる。しかし、０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれの大きさは一定であるため、０次光の中心から一定距離の部分の画像をマスクすることで、本来輝度が０に近いはずの、リング間の暗部のノイズの影響をなくした検出や、輝度の比較的大きい１次光のみや、２次光のみの画像にして高輝度部のみを対象とした、安定した計測をすることも可能である。以上のような手法により、ノイズのある画像しか得られない場合にも、安定した検出が可能となる。
【００２６】
また、単純に０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光の面積の中心を求めるのではなく、画像のエネルギー分布から全体のエネルギー中心を求め、これと０次光の中心と比較する。これにより、近似的な傾き量の計測が可能になり、高速な自動調整が行えるようになる。
【００２７】
この自動調整においても、ノイズが多い場合には、計測精度が落ちる可能性もあるが、暗部であるはずの部分を除いた計測等を行えば、ノイズにも強い計測が可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態１〉
以下、本実施の形態の傾き検出装置を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、実施の形態１の傾き検出装置の構成を示す図である。ピックアップ１内の半導体レーザ２によって発生させられたレーザ光は、ミラー５で９０度方向を変え、真上に向かう。そして、その後レーザー光はアクチュエータ３に取り付けられた対物レンズ４により顕微鏡１１に取り付けられた模擬ディスク１０に集光する。
【００２９】
顕微鏡１１の側の焦点は、この模擬ディスク１０のレーザ光が集光される位置に合わせられている。また、この模擬ディスク１０は一部のレーザ光を透過するようになっており、透過したレーザ光は、顕微鏡１１の光学フィルタ１２で十分減光され、ＣＣＤカメラ１３で撮影される。
【００３０】
アクチュエータ３内の対物レンズ４は、各光ディスクの記録、再生装置で使用される場合には、トラッキング方向及び、フォーカス方向にそれぞれサーボがかかり、常時特定のトラックにレーザのフォーカスが合うようになっている。よって、ピックアップ側と模擬ディスク１０間のフォーカスを合わせるには、このうちのフォーカスのサーボ機能のみを用いればよく、これによりレーザのフォーカスは常時模擬ディスク１０の表面に合うようにできる。但し、フォーカスを合わせる手法はどのような手段でもよく、例えば、ピックアップの上下位置を調整する事などでも可能であり、本発明を限定するものではない。
【００３１】
レーザ光が模擬ディスク１０の表面に垂直に照射される角度は、対物レンズ４の角度により調整され、一般的に、対物レンズ４と模擬ディスク１０が平行になるように調整された場合が最も高性能となる。本実施の形態において、対物レンズ４は、アクチュエータ３に取り付けられたものであるため、アクチュエータ３とピックアップ１の取り付け角度の調整により、対物レンズ４と模擬ディスク１０の角度の調整が行われる。すなわち、調整ネジ６と調整ネジ８の両方をそれぞれ調整ドライバ７と調整ドライバ９により調整することにより調整される。また、この２つのネジで調整されるレンズの角度の変化の方向は全く別であり、特に以降の実施の形態では説明を明瞭にするため、２者のネジの回転で調整されるレンズの姿勢の方向は直交しているものとして扱う。
【００３２】
図２は、理想的に（レンズと模擬ディスクが平行になるように）調整された場合のディスク面のレーザースポットの形状を表している。中央部の円がレーザによる基本的なスポットであり、最も輝度が高く０次光と呼ばれる。それに対して、０次光から同心円状に広がっているドーナツ状の像は、０次光に一番近いものから順に、１次光，２次光，３次光・・・と呼ばれる。これらの画像は、半径の最も小さい１次光の輝度が最も高く、２次光，３次光と外側になるにつれて、輝度が下がるが、これらの間隔はほぼ等間隔になっている。ただし、実際顕微鏡等で観測できるものは、２次光か３次光程度まであり、４次光以上の画像は輝度が非常に小さく、ほとんど観測できない。よって、以降のスポット画像は２次光までを対象とし、それ以上は図示しない。
【００３３】
理想的な場合の画像が図３ａに示す画像であり、これに対して、レンズが傾いた場合の画像が同図ｂである。このような傾いた場合の画像と理想的な場合の画像差は、０次光にはあまりなく、１次光以降の画像に顕著に現れる。このように姿勢が傾くにつれて１次光以降の画像の輝度分が均等ではなく、ある方向が強くなり、また反対の方向が弱くなる。
【００３４】
図４ａはレンズの傾いていない場合のスポット画像であり、この画像の中心を通る断面の輝度分布をそれぞれｂ，ｃが示している。また、図５は傾いた場合のスポット画像ａと輝度分布ｂ，ｃを示す図である。このように、傾くにつれて、輝度分布の左右、もしくは上下が変化するため、この差を見れば、傾いている方向が判定できる。即ち、上下のバランスが均等で無い場合は、上下方向に姿勢が傾いており、左右のバランスが均等で無い場合は、左右方向に姿勢が傾いていること示している。
【００３５】
ところで、図６ａ，ｂ，ｃに示すように、姿勢が正常で全体としてのバランスがとれた状態であり、１次光，０次光の輝度バランスがほぼ均等である場合においても、一部に欠落等やノイズが合ると、１断面の輝度分布は対称にはならない。よって、１断面の輝度分布によりその方向の傾きを検出する手法では、レンズが非常に高精度なもので、どの方向にも非対称なひずみを全く存在しないようなものでない限り、姿勢が完全に調整された状態でも傾いていると判定されたり、逆に、傾いた状態を正常と判定されることが起こり得る。
【００３６】
しかし、人がこの画像を全体的に見る限りは、明らかに図４，図６の状態は姿勢はほぼ傾いていない場合の画像であり、図５の状態は明らかに間違った姿勢である。すなわち、１断面による判定ではなく、人間の目で行うように、画像全体からレンズの姿勢を判定すれば、この例のような多少のひずみやノイズの存在で、傾き検出の大幅に間違った判定することはなくなることになる。これより、画像全体の判定を行えるならば、ノイズ等の影響はほとんど無視して姿勢について考えることができることがわかる。なお、当然ではあるが、ノイズやひずみがないほど、つまり、レンズが高精度になればなるほど判定精度は増す。本実施の形態では、この点に鑑みて姿勢の傾きの検出を行う。
【００３７】
図７，図８，図９は、画像の全体的な情報を基に姿勢の傾きの検出を行うための手法を説明するものである。図７は姿勢の正常な状態、つまり、傾きのない状態でのスポット画像とその画像を処理した画像（図１における画像モニタディスプレイ２０の画像）を示し、図８は悪い姿勢の場合、つまり、傾いた状態でのスポット画像とその画像を処理した画像を示している。図９は姿勢の正常であるが、ひずみなどの存在する状態、つまり、傾きはないが、以前の手段では明らかに傾いていると判断されてしまうスポット画像とその画像を処理した画像を示している。３つの図のａはそれぞれの階調情報のあるスポット画像（カメラからの画像）を示している。
【００３８】
これら全ての場合で、０次光は、先に述べたように他の光より極めて高い輝度をもっている。そのため、それぞれの画像をある輝度以下の部分を０にすることで、０次光の部分のみの画像にすることができる。例えば、ある輝度値以上の部分を最高輝度ＭＡＸに（一般的な最高輝度は２５５等ではあるが、一般性をもたせるため、輝度ＭＡＸと表現する。）、それ以外の部分を０で示すならばそれぞれの図のａの画像はそれぞれの図のｂのように変換される。このような処理を一般的に２値化といい、本実施の形態では、図１の画像処理装置２１を用いて行っている。なお、以降このような処理を単に２値化と表記する。さらに、ｂの画像の中心座標を＋で示したのがｃである。この中心座標は、図７，８，９全ての場合でほぼ同じ位置になる。また、このような２値化された図形の中心計算も２値化同様に画像処理装置２１で容易に、かつ高速に処理できる。また、ホストコンピュータ２２は画像処理装置２１の制御に用いているが、画像処理装置２１によっては、必要であるものとないものが存在する。
【００３９】
図７〜９のａを、低い輝度値を閾値にして２値化した場合には、ぞれぞれのｄのようになり、０次光から２次光までの外形が鮮明に検出されている。更に、これの中心座標を＋で表したものがそれぞれの図のｅである。
【００４０】
図７〜図９のｃの中心を示す＋の位置は、すべて０次光の中央に位置している。また、図７のｅも同じく＋の位置が０次光の中央に位置する、そして、図８のｅの＋の位置は０次光の中心からずれた位置にある。このような結果から、姿勢がずれた場合は、０次光の２値化画像の中心と、全体の２値化画像の中心が異なった位置になることがわかる。
【００４１】
また、図９のｅの画像の＋位置も０次光のほぼ中心にあり、図７のｅの場合とほぼ同じ結果となることがわかる。従って、多少対物レンズ４にひずみがあり、１次光や２次光に欠けが発生するようなことがあっても、０次光の２値化画像の中心と、全体の２値化画像の中心を合わせることにより、以前のように完全に間違った判断をすることなく、傾きがない（姿勢が正常である）ことを正確に判定できる。そのため、以降の説明で使用するスポット画像は、細かなひずみのための欠けなどは特に記載しないで説明を行う。
【００４２】
結局、０次光の中心位置と、全体（この例では０次光から２次光まで）の２値化画像の中心位置の比較を行い、２つの中心がほぼ一致すればＯＫ、一致しなければＮＧとすることで、図１のピックアップ１のアクチュエータ３の傾き（即ち、対物レンズ４の傾き）検出が容易に、かつ正確に行えるようになる。このとき、角度を傾けるほど、計測される中心間の距離は大きくなるため、図１の画像モニタディスプレイ２０により人が判定を行うこと以外に、画像処理装置２１の計算した中心座標を元にコンピュータやシーケンサで判定することも可能である。よって、判定の完全自動化も可能である。これには、２つの中心間の距離が一定の値以下であれば、ＯＫ、それ以外はＮＧとするだけでよい。
【００４３】
また、０次光の中心との比較を行うのであるから、画像がどの位置にあっても判定が行える。このため、スポットの位置合わせのための時間，精度，コストを下げることができる。また、１シャッター時間で一度画像を取り込み、それに対して上記の処理をすればよいため、取り込んだ後はスポットの状態はどうなってもよい。例えば、画像がドリフトしていたり、多少振動があっても正常に傾き判定が行える。そのため、振動除去のための機構なども少なくてすみ、振動により位置合わせが行いにくくなることも比較的少なくなる。従って、装置全体の各部の強度などを下げることができ、装置全体のコストダウン効果もある。
【００４４】
但し、この手法では角度を傾けるほど、計測される中心間の距離は大きくなるものの、その傾きと距離の関係は非線形な場合が多いため（全体の輝度、しきい値、対物レンズの精度等により微妙に変化する）傾き量の概要は推定できるが、絶対量の正確な計測は困難である。
【００４５】
〈実施の形態２〉
次に、本発明の傾き検出装置を利用したアクチュエータ姿勢調整装置の説明を行う。図１０は、実施の形態１で用いた図１の調整ドライバ７，９を人間が回せるようにしただけのものである。調整は作業者である人が画像モニタディスプレイ２０に映し出される、姿勢情報を示す画像を見ながら、調整ドライバ７，９を回し、調整を行う。
【００４６】
図１１は画像モニタディスプレイ２０に映し出される画像の例を示している。図１１のｃ，ｅは図８のｃ，eと同じ画像である。図１１のｆ，ｇのうちの一方が画像モニタディスプレイ２０に表示される。図１１のｆは同図のｃ，ｅの２つの中心位置を示す＋マークを同一画面に表示しており、図１１のｇの画面ではさらに２値化画像と重ね合わせて表示している（入力画像（原画像）でも可能）。
【００４７】
調整ネジ６，８の調整，姿勢，画像の関係は、カメラの取り付け位置や回転角度、ネジ取り付け位置等で変わるが、ここでは、調整ネジ６を締めることで、全体画像の中心が右にずれ、調整ネジ８を締めることで、全体画像の中心が上にずれる関係にあるものとする。この場合の作業者の行うべき事は、全体の２値化画像の中心が、０次光の（２値化画像の）中心に対して、「下の方にあれば、調整ネジ８を締め、右の方にあれば、調整ネジ６をゆるめる。」といった単純な作業であり、それぞれ図１１のｈやｉのように、両方の中心位置が一致するようになるまで行えばよい。
【００４８】
調整ネジ６，８の位置や、カメラの回転角度等はどうなっていようとも、調整ネジ６，８を回した場合に変化する全体の２値化画像の中心方向は一様である。このため、調整ネジ６，８を回すことで、全体の２値化画像の中心が斜め方向に変化する場合や、２つの中心のどちらが０次光の中心かわからないような場合でさえも、一般的な現在の労働者なら、適当にネジを回し中心が一致するように調整を行うことが可能である。
【００４９】
図１２は、数値表示をするようにしたものであり、ｃ，ｅは図１１のｃ，ｅと同じ画像を示している。図１２のｆは図１２のｃ，ｅで＋表示されている中心座標を表示すればよく、画像処理装置が算出する値である。この場合の値は、ある程度大きな面積を持った画像の中心座標であるため、一般的にサブピクセルの精度をもつ。図１１では＋の印を重ねるように調整するものであるが、画像上の調整精度が１ピクセルであることからすれば、数値そのままを小数点以下まで表示して、一致するように調整することでより高精度な調整を行うことができる。図１２では、このことを利用して調整を行う。図１２のｆの調整後はｈになり、２つの中心座標は一致し、差は０となる。図１２のｇ，ｉは処理画像も同時に表示した場合で、調整のイメージがつかみやすい。また、図１１や図１２の場合でも、中心位置を示す＋表示を実際よりも何倍か大きくずれた位置に表示することで、そのぶん調整精度を上げることができる。
【００５０】
結局、以上のように、本実施の形態により、容易に、正確に、レンズ等のひずみにも強い、安価な、安定した、姿勢(傾き)の調整が行える装置を実現できる。
【００５１】
但し、この手法では角度を傾けるほど、計測される中心間の距離は大きくなるものの、その傾きと距離の関係は非線形な場合が多く、条件により大きく変化するため（全体の輝度，しきい値，レンズの精度等により微妙に変化する）計測量から調整量を計算することを正確には行ないにくい。よって、この値を元にした、フィードバック系による自動調整は可能であるが、複雑でかつ時間のかかるものとなる。
【００５２】
〈実施の形態３〉
次に、本実施の形態の傾き検出装置の説明を行う。図１３，図１４のａは何らかの原因で、画像内にノイズのある場合のスポット画像を示している。このａの画像を、低いしきい値で全体を２値化した画像がｂである。このようなノイズが発生すると、検出の誤差の原因となる。
【００５３】
しかし、基本的に０次光と１次光以降の相対的な位置は決まっており、１次光と２次光の間等の暗い部分（以降暗部と表現）には、ほとんど輝度の高い部分は存在しない。つまり、この０次光の中心からある一定の距離の範囲には本来輝度は０に近い状態である。０次光は他の輝度に比べて非常に強いため、高いしきい値で２値化するだけで容易に０次光の位置は検出できる。したがって、暗部となる部分も容易に計算できる。一方、画像処理装置には、マスク機能等が一般的に備わっており、一定のマスクパターンと画像から、その画像の特定領域のみの画像に変換することができる。
【００５４】
例えば、図１３，図１４のｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇはそれぞれスポット画像の「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「１次光と２次光」のみにするためのマスクである。これを、スポット画像を重ね合わせ、低い輝度値で２値化すれば、それぞれ、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌになる。これらは、それぞれ「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「１次光と２次光」を２値化により分離した画像である。このとき、元の画像に存在したノイズは無い。つまり、マスクにより、輝度の存在するはずの無い場所にあるノイズの除去が可能であることを示している。
【００５５】
図１５，図１６はそれぞれ図１３，図１４をマスクすることで得られた画像の中心を示すものであり、ａは図１３，１４のａからノイズをなくした画像を示しており、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌのそれぞれは「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「１次光と２次光」を２値化したものと、その中心座標を示している。図１５に示すように、図１３の全ての場合でその中心は０次光の中心と一致するが、図１６に示すように、図１４の場合には、０次光だけの画像の中心と他の画像の中心は全て別の位置にある。しかも、そのずれる方向は全て一致する。すなわち、傾きの検出は、実施の形態１の０次光を含む全ての画像の２値化画像の中心を求めるだけでなく、１次光以降の画像をそれぞれ完全に含む画像であれば、それを２値化して中心を求め、これと０次光中心の位置比較を行うことで可能であることを示している。
【００５６】
これより、例えば２次光の部分に異常輝度が存在する場合は、０次光と１次光のみで傾きの判定を行うように、マスクを行えば、２次光部分に発生するノイズに関わらず、傾き判定ができる。
【００５７】
以上より、特定のｎ次光のみにするマスク等を用いることで、特定領域に存在するノイズの影響を受けず、傾きの判定が行える装置が実現できる。
【００５８】
尚、実施の形態２で示した姿勢調整装置の中心画像や座標情報を本実施の形態の傾き検出装置と入れ替えることで、実施の形態２の装置よりノイズに強い姿勢調整装置を実現することができる。
【００５９】
〈実施の形態４〉
次に、本実施の形態の対物レンズの傾き検出装置の説明を行う。図１７，図１８は本実施の形態の傾き検出装置により傾き角度を計測できることを説明する図である。ａはスポット画像そのものであり、ｂは高輝度のしきい値で２値化し、中心を求めたものである。ｃは２値化せず階調情報のままで中心を求めたものであり、ｃの画像と０次光の中心を併記したものがｄである。
【００６０】
この時の、中心の求め方を示す。
【００６１】
【数１】
0003795143.tif 000002
【００６２】
但し、上記式中の記号は下記のように定義されている。
ｎ：画素の番号
ｐ：全画素数
Ｍxa：全体の重心のＸ座標
Ｍya：全体の重心のＹ座標
ｆ（ｎ）：画素ｎの輝度
ｘ（ｎ）：画素ｎのＸ座標
ｙ（ｎ）：画素ｎのＹ座標
上記式の計算により、輝度を含めた画像の中心座標を得ることができる。
【００６３】
また、一般的に画像処理装置は図形の単純な中心の計算が高速にできるため次のような計算でも同様の事ができる。
【００６４】
【数２】
0003795143.tif 000003
【００６５】
但し、上記式中の記号は下記のように定義されている。
ｋ：輝度Ｍ：全体の重心のX座標
Ｍxa：全体の重心のX座標
Ｍya：全体の重心のy座標
ｍ（ｋ）：輝度kの部分の面積
ｍx(k) ：輝度kの部分の中心のX座標
ｍy(k) ：輝度kの部分の中心のY座標
ｆ：最大輝度
上記式の計算によっても、輝度を含めた画像の中心座標を得ることができる。
【００６６】
そして、この中心座標は、姿勢が調整された場合はスポットは０次光を中心に全方向に同じように広がるから、０次光の２値化中心と同じ位置になる。姿勢が傾いた場合は、実施の形態１や実施の形態３と同じ方向に、その中心は変化することは明らかである。よって、これにより計算された中心座標を＋等の記号や、数値で表示すれば、実施の形態１，３と同様に傾きを検出することができる。
【００６７】
しかし、この計算による輝度を考慮した重心座標は、レーザによるスポット画像のエネルギー中心を示している。そして、０次光の２値化中心の座標との差は下記式により求まる。
【００６８】
Ｄx＝Ｍxa−Ｍx０
Ｄy＝Ｍya−Ｍy０
ただし、上記式中の記号は下記のように定義されている。
Ｄx：中心間のX座標の差
Ｄy：中心間のY座標の差
Ｍxa：全体の重心のX座標
Ｍya：全体の重心のY座標
Ｍx０：０次光中心のX座標
Ｍy０：０次光中心のY座標
姿勢が調整された状態では、明らかにＤ，Ｄともに０になる。
【００６９】
図１９のａは上式のＤx，Ｄyを説明するものである。このＤx，Ｄyは図１９のｂ，ｃに示すような関係があることが非常に重要である（これらの図のＴaq，Ｒsqはアクチュエータの傾き角度を示している）。つまり、アクチュエータの傾き角度とＤx，Ｄyがほぼリニアに変化することが重要である。この関係は、輝度やフォーカスが多少変化しても大きく変わることはない。この図１９の場合には、計測された中心間の距離のＸ成分Ｙ成分のそれぞれに一定の定数を掛け合わせたものがＴaq，Ｒsqとなる。また，非線形となる部分に関しても、適当な２次関数を当てはめれば近似可能である。
【００７０】
結局、実施の形態１，３とは違い、エネルギー分布での中心を求めた中心間の距離の算出と、傾き角度の関係は安定しているため、角度の計測に用いることが可能となる。
【００７１】
〈実施の形態５〉
次に、実施の形態４に示した対物レンズ傾き検出装置を利用したアクチュエータの自動姿勢調整装置の説明を行う。実施の形態４では、調整ネジ６の回転角とＴsqが、調整ネジ８の回転角とＲsqがそれぞれ関係しており、回転角と傾きは比例関係にある。結局、計測された中心間の距離のＸ成分Ｙ成分のそれぞれに、一定の値を掛け合わせたものを調整ネジ６，８の回転角として調整を行えば、姿勢を調整することになる。
【００７２】
図２０は実施の形態２で用いた図１０の手動調整装置を自動化したものである。３１は調整ドライバ７を回転させる調整モ−タ、３２は調整ドライバ９を回転させる調整モ−タ、３３は調整モ−タ３１を回転させるモータコントローラ、３４は調整モ−タ３２を回転させるモータコントローラである。画像処理装置２１とホストコンピュータ２２で中心間の距離が求められ、ホストコンピュータ２２でモ−タの回転量を計算し、その情報を、モータコントローラ３３，３４に送り、調整を行う。機構的にガタがある場合などの問題により、１回の調整では完全な調整が行えないことが多いため、さらに計測、調整を繰り返せば高精度な調整が可能となる。
【００７３】
以上のように、画像計測により角度が計測でき、その角度から調整回転角度を容易に求めることができるため、姿勢の調整を容易にかつ高速に行うことができる。
【００７４】
〈実施の形態６〉
次に、実施の形態４で示した傾き検出装置に実施の形態３のマスクを使用した場合について説明する。図２１，図２２のａは何らかの原因で、画像内にノイズのある場合のスポット画像を示している。このａの画像を、低いしきい値で全体を２値化した画像がｂである。図２１，図２２のｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｍはそれぞれスポット画像の「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「０次光と１次光」のみにするためのマスクである。これを、スポット画像を重ね合わせ、低い輝度値で２値化すれば、それぞれ、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｎになる。これらは、それぞれ「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「０次光と１次光」を２値化により分離した画像である。このとき、元の画像に存在したノイズは無い。つまり、マスクにより、輝度の存在するはずの無い場所にあるノイズの除去が可能であることを示している。
【００７５】
ノイズの無い画像では暗部の輝度は十分小さいため、この部分を除いた計算を行っても、含んだ場合とほとんど変わらない。したがって、ノイズも含めて、暗部を除いた部分のみで処理を行えば、暗部に存在するノイズの影響をなくすことができる。
【００７６】
但し、エネルギーバランスの中心を利用する場合では、それぞれのマスクを用いた場合の、計測結果と角度の関係を明確にする必要はある。この関係は、図１９の関係に近い形である。
【００７７】
尚、実施の形態５の自動姿勢調整装置の検出部を本実施の形態のアクチュエータの傾き計測装置に置き換えることによっても、ノイズの影響を無くした調整が可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の対物レンズ傾き調整方法，対物レンズ傾き検出装置，対物レンズ姿勢調整装置によれば、樹脂レンズのような光学的精度の低い対物レンズを用いた場合においても、正確に傾きの方向が判定できる。
【００７９】
また、０次光の中心位置と、全体や特定の範囲の部分の中心位置の差を検出するものであるため、位置合わせ等の機械的な調整精度を落とすことができ、装置のコストダウンが可能となる。さらに、位置合わせを正確に行わなくても、中心座標の差を取れるような位置にさえスポットを追い込めばよいことから、計測、調整に必要な時間が短くてすみ、装置の高速化が可能となる。
【００８０】
また、スポットの大きさは、０次光の直径で約１μｍという小さなものであるため、計測系の光学的な倍率は大きい。したがって、少しの振動があっても、計測画面内のスポットの位置が変化するが、本発明では、１画面内での座標の差を検出するため、全体的な位置が多少位置が変化しても計測精度は落ちない。このため、振動対策にかかる費用の低下、スペースの低下、他の生産機器との接続性の向上を図ることができる。
【００８１】
更に、全体的な画像情報より中心を求めるため、小さなノイズでは測定精度に影響しない。
【００８２】
また、エネルギー中心に基づき傾き検出あるいは調整を行えば、対物レンズの傾きが比較的小さい場合に、レンズの傾きと中心座標間の距離がほぼ比例関係となり、近似的な傾きの計測が可能となる。このように、傾き量を計測できることより、調整すべき角度がわかり、傾きの全自動の調整が可能となる。
【００８３】
更に、中心の計測を、一部の少ない画素ではなく、画像全体もしくは大きな面積をもつ部分から求めているため、その精度はサブピクセルレベルとなる。したがって、座標の検出は安定かつ非常に高精度である。
【００８４】
また、ピックアップ以外の可動部をなくすことができるため装置の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対物レンズ傾き検出装置を備えた傾き調整装置の構成を示す図である。
【図２】理想的なスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図３】傾きの無い姿勢とある姿勢でのスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図４】傾きの無い姿勢でのスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図である。
【図５】傾きのある姿勢でのスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図である。
【図６】傾きの無い姿勢で欠けのあるスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図である。
【図７】傾きの無い姿勢での２値化したスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図８】傾きのある姿勢での２値化したスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図９】傾きの無い姿勢で欠けのある場合の２値化したスポットのディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１０】本発明の対物レンズ傾き検出装置を備えた手動の傾き調整装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１２】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法の他の例を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１３】傾きの無い姿勢でのスポットの画像にマスクを施した例を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１４】傾きのある姿勢でのスポットの画像にマスクを施した例を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１５】傾きの無い姿勢でのエネルギー中心を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１６】傾きのある姿勢でのエネルギー中心を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図１７】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾きの無い姿勢）。
【図１８】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾きのある姿勢）。
【図１９】アクチュエータの傾きの角度とエネルギー中心位置のずれの関係を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図２０】図１０の調整装置を自動化したものの構成を示す図である。
【図２１】マスクを施してエネルギー中心を求める方法を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾きの無い姿勢）。
【図２２】マスクを施してエネルギー中心を求める方法を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾きのある姿勢）。
【符号の説明】
１  ピックアップ
３  アクチュエータ
４  対物レンズ
６，８  調整ネジ
７，９  調整ドライバ
１０  模擬ディスク
１１  顕微鏡
２０  画像モニタディスプレイ
２１  画像処理装置
２２  ホストコンピュータ
３１，３２  調整モータ
３３，３４  モータコントローラ
【図１】
0003795143.tif 000004
【図２】
0003795143.tif 000005
【図３】
0003795143.tif 000006
【図４】
0003795143.tif 000007
【図５】
0003795143.tif 000008
【図６】
0003795143.tif 000009
【図７】
0003795143.tif 000010
【図８】
0003795143.tif 000011
【図９】
0003795143.tif 000012
【図１０】
0003795143.tif 000013
【図１１】
0003795143.tif 000014
【図１２】
0003795143.tif 000015
【図１３】
0003795143.tif 000016
【図１４】
0003795143.tif 000017
【図１５】
0003795143.tif 000018
【図１６】
0003795143.tif 000019
【図１７】
0003795143.tif 000020
【図１８】
0003795143.tif 000021
【図１９】
0003795143.tif 000022
【図２０】
0003795143.tif 000023
【図２１】
0003795143.tif 000024
【図２２】
0003795143.tif 000025