CN1252696C - 光学拾波器单元的象散调整方法 - Google Patents

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Abstract

为制造录放高密度记录的记录媒体所必要的聚焦特性好的光学拾波器单元，提供一种至少由激光二极管和将由激光二极管产生的光束聚焦在记录媒体上的光学系统构成的光学拾波器单元的象散调整方法及装置。首先用图象处理装置将光束截面形状作为图像摄入，再从所摄入的图像的长径和短径之间的关系测定真圆度，以接近真圆的位置作为最佳位置，让激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，由此来改变对光学系统的光束入射角，进行象散调整。

Description

光学拾波器单元的象散调整方法
技术领域
本发明涉及一种至少以激光二极管、将来自激光二极管的光束转换成平行光的准直透镜、将来自准直透镜的光束聚焦在记录媒体上的物镜作为构成部件的光学拾波器单元的象散调整方法及装置。
背景技术
光学拾波器单元进行光方式的信号检测，可以说是CD(Compact Disc)播放器等光学产品的心脏部件。
如图1所示，可以把光学拾波器单元的构成部件大体分为激光二极管11、准直透镜12、物镜13等3部分。在此，激光二极管11和物镜13之间加入了准直透镜12，以平行光入射到物镜13上，然后聚焦到光盘记录媒体14上。
然而，在上述CD播放器中，通过适当选择光学拾波器单元的构成部件，可以充分获得现有播放器所要求的聚焦特性，没有进行象散调整的必要。
但是，由于DVD-RW等可改写DVD的出现，需要检测更细微的信号。DVD-RW光盘的预置格式来自摆动和台面预置坑(LPP)并用的方式，摆动用于光盘的转动控制，LPP用于获得记录地址信息。光学拾波器采用径向推挽法检测出这两种信号，生成记录用时钟，维持高精度的录放特性。
然而，在记录后的DVD-RW光盘中，因与邻接轨迹的返回光量等关系，这两种信号的摆动和LPP的幅度差小，难以检测出LPP信号。因此，为了确保LPP检测范围，从径向推挽信号中极力抑制漏入聚焦误差信号的噪音，让伺服稳定，即从光学上讲，要求彗形象差、象散等光路象差极少的光束聚焦在盘面上。
即使像原来那样适当选定光学拾波器单元的各个构成部件，也不能获得这样充分的聚焦特性，有必要在光学拾波器单元的制造工序中进行使光路象差极小的调整。
过去，虽然有用于设计者评价光路象差的评价机，但由于其价格高、体积大、所需时间多等原因，难以用于制造工序中。而且，对于对1个激光二极管进行评价的评价机来说，制造工序中所要求的是将多个激光二极管调整到一定范围内的性能，设计者所使用的评价机与该使用目的不同，有必要另外准备制造工序用的评价机。
即，为了进行调整，需要反复进行调整和测定，但是在生产过程中进行这种调整和测定时还有时间限制，评价机不具备这样的功能。
发明内容
本发明正是针对上述情况的发明，其目的在于提供一种光学拾波器单元的象散调整方法。这种方法可以通过让激光二极管在与光束的行进方向垂直的面上移动，来改变向上述准直透镜、上述物镜的光束入射角，从而调整象散，由此制造出录放台面预置坑(LPP)等高密度记录的记录媒体时所必要的聚焦特性好的光学拾波器单元。
另外，本发明的目的在于通过设置摄入聚焦在记录媒体上的光束点图象的图像处理装置和可以使移动自如地安装在与光束的行进方向垂直的面内的激光二极管移动的移动装置，提供一种调整不费时、廉价、紧凑的光学拾波器单元的象散调整装置。
为了解决上述课题，本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，是至少以激光二极管、把来自上述激光二极管的光束转换成平行光的准直透镜、把来自上述准直透镜的光束聚焦在记录媒体上的物镜作为构成部件的光学拾波器单元的象散调整方法，包括：在发现了象散时，改变光束对所述准直透镜、所述物镜的入射角度的步骤；测定聚焦在所述记录媒体上的光束点的象散的步骤；将所述光束点的象散量成为零的位置作为最佳位置而进行调整的步骤。
通过使激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动来改变光束的入射角，进行象散调整，可以制造出为记录播放台面预置坑(LPP)等高密度记录的记录媒体所必要的聚焦特性好的光学拾波器单元。而且，可以使伺服系统稳定，获得可靠性高的记录播放装置。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其中，设置摄入聚焦在所述记录媒体上的光束点图像的图像处理装置，测定由所述图像处理装置摄入的所述光束点图象的真圆度，以该光束点图象成为真圆的位置作为最佳位置而使所述激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，从而进行象散调整。
设置摄入聚焦在所述记录媒体上的光束点图像的图像处理装置，测定所述光束点图象的真圆度，以接近于真圆的位置作为最佳位置，使激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，就能够改变对光学系统的光束入射角，进行象散调整，调整不太费时，可以减轻调整者的负担。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其中，选择所述光束点图象的0次光和1次光环可分离的亮度等级，并摄入到所述图象处理装置中，进行所述真圆度的测定。
这样，可以使调整作业简易。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其中，在彗形象差调整之后进行所述象散调整。
这样，可以进行正确调整，而不受光束点图象的光强度分布侧偏的影响。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整装置，是至少以激光二极管、把来自所述激光二极管的光束转换成平行光的准直透镜、把来自所述准直透镜的光束聚焦在记录媒体上的物镜作为构成部件的光学拾波器单元的象散调整装置，包括摄入聚焦在所述记录媒体上的光束点图象的图像处理装置和移动装置，使在与所述光束的行进方向垂直的面内移动自如地安装着的激光二极管移动，从而使由所述图像处理装置摄入的所述光束点图象成为真圆。
按照这样的构成，可以提供调整不太费时、并且廉价、紧凑的光学拾波器单元的象散调整装置。而且，可以使伺服系统稳定，获得可靠性高的记录播放装置。
本发明所述的一种光学拾波器单元的象散调整方法，所述光学拾波器单元至少以激光二极管、把来自所述激光二极管的光束转换成平行光的准直透镜、把来自所述准直透镜的光束聚焦在记录媒体上的物镜作为构成部件，其特征在于，包括：根据聚焦在上述记录媒体上的光束点图象的长径和短径之间的关系测定所述光束点图象的真圆度的步骤；根据所述测定结果，使所述激光二极管在与光束的行进方向垂直的面上移动，直到上述光束点图象成为真圆为止的步骤。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，在上述测定光束点图象的真圆度的步骤之前，具有使所述物镜散焦的步骤。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，所述测定真圆度的步骤是根据成为散焦状态的所述光束点图象的0次光的长径和短径之间的关系测定所述光束点图象的真圆度。
本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，所述散焦量为1.5μm。
附图说明
图1是光学拾波器单元的光学系统的示图。
图2是象差与入射角关系的曲线图。
图3是光学拾波器单元的外观构造图。
图4是光束点图象的光强度分布图。
图5是象散调整前的光束的光束点图象的示图。
图6是象散调整后的光束的光束点图象的示图。
图7是为说明本发明的光学拾波器单元的象散调整方法所引用的曲线图，表示短径方向、长径方向的亮度特性。
图8是为说明本发明的光学拾波器单元的象散调整方法所引用的曲线图，表示存在彗形象差时的亮度特性。
图9是表示根据测定光束点图象的光强度分布结果作成的曲线。
图10是为说明本发明的光学拾波器单元的象散调整方法所引用的曲线图，具体表示概略调整顺序的流程。
图11是为说明本发明的光学拾波器单元的象散调整方法所引用的曲线图，具体表示详细调整顺序的流程。
具体实施方式
众所周知，在图1所示的由准直透镜12、激光二极管(以下简称为LD)11、把光束聚焦在记录媒体14上的物镜13构成的光学拾波器单元中，由LD11生成并输出的光束，由入射到准直透镜12和物镜13的角度θ，θ′决定象散的量。图2是LD11在与光束的行进方向垂直的面上任意方向移动而使光束向透镜的入射角度变化时的象差量的曲线图。
在本发明中，通过使LD11在与光束的行进方向垂直的面上任意方向移动，来改变光束向准直透镜12和物镜13的入射角度，调整成光束极力不产生象散的状态。
光束虽然通过准直透镜12、物镜13，但是如果使LD11移动，由于对于2个透镜有各自的入射角度，与1个透镜时进行调整相比，可以获得更好的调整效果。因此，可以使LD11的移动量最小，在构造上能够最有效地进行调整。此外，LD11的移动机构表示在图3上。
图3表示本发明中所使用的光学拾波器单元的构造的一部分，11为LD，110为光学拾波器单元的本体，111为LD座，112为板簧。112a为向板簧112的z方向突出的突起，不进入LD座111的内部，而向LD座111的表面施加z方向的力。LD座111由该力保持压向本体110，并且移动自由地安装在图3所示的xy面(与光束行进方向垂直的面)上。
LD11用夹持LD座111的装置(图中未画出)夹持住，可以移动。
此外，如图2表明的那样，随着入射角的变化，象散有更大的变化，但彗形象差、球面象差基本上不变。彗形象差由物镜相对于光盘的倾斜等所确定，但是如果使LD11在与光束行进方向垂直的面上向任意方向移动，改变光束对透镜的入射角来改善象散，由于光盘14和物镜13之间的位置关系不变化，所以基本上不影响彗形象差。另外，由于球面象差是由透镜的球面形状产生的，同样，如果改变光束对镜头的入射角度来改善象散的话，球面象差基本上不变化。因此，可以调整象散，而不影响彗形象差、球面象差。
在图1所示的光学拾波器单元中，虽然如前所示，光束入射准直透镜12、物镜13的角度使象散像图2所示那样变化，但是，实际上由于构成光学拾波器单元的各个光学产品的离散或组装时的安装离散等原因，象散会发生变化。因此，让象散为零的光束的入射角并不是一个，在制造工序中进行大量调整非常困难。在此，实际上，通过测定聚焦在记录媒体的光盘上的光点图象的形状进行调整。
众所周知，光束的光点图象形状越接近于真圆，象散越小，如果象散大，则为椭圆。
按照本发明的光学拾波器单元象散调整装置，在图1所示的光学拾波器单元中，在位于记录媒体的光盘14的聚焦面的地方，设置显微镜物镜，并设置将光束点图象的光强度分布经显微镜摄入到计算机的图像处理装置(图中未画出)。
用该图像处理装置测定光束点图象的光强度分布的真圆度，就可以测定象散。
图4(a)为取z轴为亮度的光束点图象的光强度分布图，x轴、y轴沿光束点图象的短径、长径方向延伸。另外，图4(b)为某一亮度等级的与xy面平行的断面图，即光束点图象。由下式求出例如在图4(b)所示的光束点图象的中心点处，正交的2轴，长径y、短径x之比来进行真圆度的测定。
真圆度＝y/x
这里，y＝x，即真圆度＝1时，光束点图象为真圆，为不存在象散的状态。
在本发明中，使LD11在与光束行进方向垂直的面内图3(a)所示的xy面上移动，达到真圆度「1」。LD11的移动，是如上所述夹持住LD座111来移动。当发现真圆度为「1」的位置，就用粘接剂把LD座111固定在本体110上。
一般，为了把不存在象散的状态作好，而把光束点图象调整成真圆，但如果在可以满足光学拾波器单元所要求的精度的范围内，大致呈真圆也可以。另外，真圆度的测定虽然是采用长径、短径的关系来求得，也可以用其他方法来求出。
用上述图象处理装置来测定光束点图象的真圆度时，不能在最佳聚焦状态下观察光束的形状。
图5、图6是光束断面形状的显微镜照片。如照片所示，光束点图象的中央为0次光，0次光的周围为1次光环，其外侧为2次光环、…、一直扩展到N次光环。为了调整象散，测定0次光的真圆度。
图5、图6分别表示象散调整前和象散调整后的光束点图象的显微镜照片。(b)表示最佳聚焦，(a)表示物镜远离光盘的方向的散焦状态，(c)表示物镜接近光盘的方向的散焦状态。
在图5(b)、图6(b)的最佳聚焦状态下，观察不到象散调整前、调整后的0次光形状的差别。另一方面，在散焦状态下，象散调整前，如图5(a)、(c)所示，0次光形状为椭圆，可以清楚观察到长径和短径的差。
例如，如果一边测定图5(a)所示光束点图象的真圆度，一边调整到图6(a)所示的状态，可以容易并且正确地消除象散。
在此，按照完全不成为散焦状态的程度来设定最容易测定光束形状的真圆度的散焦量。
图7表示在图4(a)所示的光束点图象的中心点处与正交的yz面(长径方向)、xz面(短径方向)平行的截面的光强度分布，纵轴表示亮度，横轴是光束点图象的径方向(0位置是光束点图象的中心，向-方向、+方向的外周侧延伸)。在图7中，表示3种状态下的光强度分布，c表示最佳聚焦状态，a和a′表示散焦量为0.5μm的状态，b和b′表示散焦量为1.5μm的状态。
此外，a和b是光束点图象在图4(a)所示的与xz面平行的断面(短径方向)的光强度分布，a′以及b′是在图4(a)所示的与yz面平行的断面(长径方向)的光强度分布。
由于c是最佳聚焦状态，光束点图象为真圆，从短径方向、长径方向测定的亮度特性重合。因此，在最佳聚焦下，不能测定真圆度，不适合测定象散。
散焦量为0.5μm的光强度分布a、a′，根据亮度等级只能看见0次光的很小的长径、短径的差。又，散焦量为1.5μm的光强度分布b、b′，根据亮度等级可以看见0次光的长径、短径的差，其差要比散焦量为0.5μm时大。这样，由于光强度分布随散焦量不同而异，所以有必要设定可以确实测定长径、短径的差，即真圆度的散焦量。
也有必要设定摄入光束点图象的光强度分布时的亮度等级。首先，像图7的特性a、a′或b、b′所示的那样，由于长径、短径的差随亮度等级不同而异，所以必须测定可以确实测定真圆度的亮度。又，在1次光环图像呈现的亮度下，不能识别0次光与1次光环的边界，难以正确测定只有0次光的真圆度。有必要设定可以只摄入0次光的亮度。
另外，在0次光的真圆度测定中，作为对1次光环的影响，有彗形象差。在物镜13相对光束的聚焦面的光盘14不平行的情况下，产生彗形象差，1次光环的亮度分布不均匀，如图8所示，存在亮度极度大的部分。这时，仍然不能只将0次光分离取出，难以正确测定真圆度。
在对光束的形状、强度等进行评价时，一般是按强度峰值的1/e2(13％附近)进行测定。图7中用点划线表示光强度峰值的1/e2。如果观察散焦量为0.5μm的光强度分布a、a′，0次光的长径方向、短径方向的差很小，不能正确测定真圆度。又，在散焦量为1.5μm的光强度分布b、b′下，在强度峰值的1/e2处，由于没有1次光、0次光的界限，不能只将0次光分离取出。
另外，用点划线表示强度峰值的25％。如果在强度峰值的25％处观察散焦量为1.5μm的光强度分布b、b′，可以清楚观察到0次光的长径方向、短径方向的差，是可以不受1次光环的影响而只将0次光分离取出的等级。
图9是根据测定结果作成图7的b、b′的光强度分布即散焦量为1.5μm的长径方向、短径方向的光强度分布的曲线。根据该图，摄入光束点图象的亮度等级在20～40％最为适合。
因此，在本发明中，按强度峰值20～40％的亮度等级，并且散焦量为1.5μm的情况下，摄入光束点图象的光强度分布，从而可以不受1次光环的影响，也不成为完全散焦状态下测定长径、短径的差，可以容易并且正确测定真圆度。
然后，说明使用本发明实际进行光学拾波器单元的象散调整的流程。本发明的光学拾波器单元的调整，是在从LD11发出光束、到达记录媒体的光盘14的进程中进行调整之后，由光盘的记录面反射，到达图中未画出的光检测器之前的返程中进行调整。
本发明的光学拾波器单元的象散调整方法，如图10所示，在进程(步骤S1)中进行调整。首先，进行物镜13对记录媒体的光盘14的倾斜的粗调整(步骤S11)，按照彗形象差、象散的顺序进行调整(步骤S12、步骤S13)，在象散调整之前进行彗形象差的调整，使彗形象差极力接近零，是为了把1次光环对0次光的影响抑制到最小。然后，进行返程中的调整，完成光学拾波器单元的调整工序。
图11是彗形象差调整步骤(步骤S12)和象散调整步骤(步骤S13)的详细说明。
在彗形象差的调整中，首先一边观察图像处理装置的光束点像图，一边使中心亮度最大的位置处对准焦距(步骤S121)。然后，测定强度分布的侧偏(彗形象差)(步骤S122)，如果有彗形象差(步骤S123)，调整物镜13的倾斜角度(步骤S124)，然后返回到步骤S121。
在步骤S123步，如果彗形象差达到OK水平(零或者零附近)，然后进入到象散调整。在象散的调整(步骤S13)中，首先，一边观察图像处理装置的光束点像图，一边对准焦距(步骤S131)。然后，作为1.5μm的散焦，测定真圆度(象散)(步骤S132、S133)。在确认了象散时(步骤S134)，使LD11移动，返回到步骤S131。重复步骤S131～S134直到不存在象散为止。
根据以上的说明，本发明通过让光学拾波器单元的构成部件的激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，改变对同样是构成部件的光学系统的光束入射角，进行象散调整，从而可以制造出为记录播放台面预置坑(LPP)等高密度记录的记录媒体所必要的聚焦特性好的光学拾波器单元。
另外，用图象处理装置摄入光束点图象，从所摄入的光束点图像的长径和短径的关系测定真圆度，通过调整，以接近真圆的位置作为最佳位置，使激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，来改变对光学系统的光束入射角，进行象散调整，从而能够提供调整不太费时、并且廉价、紧凑的光学拾波器单元的象散调整装置。
按照本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，由于使激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，来改变光束入射角，进行象散调整，所以可以制造出为记录播放台面预置坑(LPP)等高密度记录的记录媒体所必要的聚焦特性好的光学拾波器单元。又，可以让伺服系统稳定，获得可靠性高的记录播放装置。
按照本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，设置有摄入聚焦在记录媒体上的光束点图象的图像处理装置，测定光束点图象的真圆度，以接近于真圆的位置作为最佳位置，使激光二极管在与光束行进方向垂直的面上移动，来改变对光学系统的光束入射角，能够进行象散调整，调整不太费时，可以减轻调整者的负担。
按照本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，由于选择可分离光束点图象的0次光和1次光环的亮度等级，并摄入到图象处理装置中，进行真圆度的测定，从而可以使调整作业简易。
按照本发明所述的光学拾波器单元的象散调整方法，由于在彗形象差调整之后进行象散调整，所以可以不受光束点图象的光强度分布侧偏的影响，而正确地进行调整。
按照本发明所述的光学拾波器单元的象散调整装置，由于设置摄入聚焦在记录媒体上的光束点图象的图像处理装置和可以使移动自如地安装在与光束行进方向垂直的面内的激光二极管移动的移动装置，从而可以提供调整不太费时、并且廉价、紧凑的光学拾波器单元的象散调整装置。

Claims (4)

1.一种光学拾波器单元的象散调整方法，所述光学拾波器单元至少以激光二极管、把来自所述激光二极管的光束转换成平行光的准直透镜、把来自所述准直透镜的光束聚焦在记录媒体上的物镜作为构成部件，其特征在于，包括：
根据聚焦在上述记录媒体上的光束点图象的长径和短径之间的关系测定所述光束点图象的真圆度的步骤(S133)；
根据所述测定结果，使所述激光二极管在与光束的行进方向垂直的面上移动，直到上述光束点图象成为真圆为止的步骤(S135)。
2.根据权利要求1记载的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，在上述测定光束点图象的真圆度的步骤(S133)之前，具有使所述物镜散焦的步骤(S132)。
3.根据权利要求2记载的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，所述测定真圆度的步骤(S133)是根据成为散焦状态的所述光束点图象的0次光的长径和短径之间的关系测定所述光束点图象的真圆度。
4.根据权利要求3记载的光学拾波器单元的象散调整方法，其特征在于，所述散焦量为1.5μm。
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