JP2002182091A - レンズ調整装置及びレンズ調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回折干渉法を利用したレンズ調整装置及び方
法を提供する。 【解決手段】 レンズの調整装置１００は、レンズ１０
を含む光学系の光軸２０と平行な方向に関するレンズの
位置を回折干渉法により検出する。次に、レンズと共に
移動可能な第１の磁界形成手段（コイル４６）と光学系
に固定された第２の磁界形成手段（永久磁石４８）との
相互作用に基づいてレンズの光軸方向の位置を調整す
る。そして、光軸に対するレンズの傾斜を回折干渉法に
より検出し、最後にレンズの傾斜を調整する。

Description

【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 VersatileDis
k)、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。そこで、本発明は、
上述したジッタ法に代わる新たなレンズの調整装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】本発明のレンズ調整装置は、上記調整装
置の光軸方向に移動可能にレンズを支持する支持部と、
上記支持部に保持された第１の磁界形成手段と、上記第
１の磁界形成手段と共同し、上記レンズを上記光軸方向
に移動する第２の磁界形成手段と、上記光軸に対するレ
ンズの傾きを調整する傾斜調整手段と、上記レンズを透
過した光を回折し干渉させて干渉像を得る回折格子と、
上記干渉像に含まれる収差からレンズの光軸方向の位置
と光軸に対する傾斜を検出する検出手段と、上記レンズ
の光軸方向の位置と光軸に対する傾斜を調整する制御手
段とを有する。この制御手段は、上記検出手段によって
光軸方向のレンズの位置を検出する手段と、次に上記第
１と第２の磁界形成手段により形成される磁界の相互作
用に基づいてレンズを光軸方向に移動して調整する手段
と、続いて上記検出手段によってレンズの傾斜を検出す
る手段と、最後に上記傾斜調整手段によってレンズの傾
斜を調整する手段を備えている。

【０００６】本発明の他の形態のレンズの調整方法は、
上記レンズを含む光学系の光軸と平行な方向に関するレ
ンズの位置を、上記レンズを透過した光の干渉像に含ま
れる収差をもとに検出する工程と、上記レンズと共に移
動可能な第１の磁界形成手段と上記光学系に固定された
第２の磁界形成手段との相互作用に基づいて上記レンズ
の光軸方向の位置を調整する工程と、上記光軸に対する
上記レンズの傾斜を、上記レンズを透過した光の干渉像
に含まれる収差をもとに検出する工程と、上記レンズの
傾斜を調整する工程を有する。

【０００７】以上のレンズの調整装置及び方法におい
て、上記第１の磁界形成手段がコイルであり、上記第２
の磁界形成手段が永久磁石であり、第１の磁界形成手段
のコイルに電流を印加することで、上記レンズの光軸方
向の位置を調整することが好ましい。また、以上のレン
ズの調整装置及び方法において、上記コイルに所定の電
流を印加し、上記電流に対応したレンズの移動量を求
め、上記電流と移動量に基づいてレンズの光軸方向の位
置を調整することが更に好ましい。

【０００８】

【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 Versa
tile 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、回折干渉法を利用
したレンズ調整システム又は光学系（調整装置）１００
の全体を示す。

【０００９】調整システム１００によって調整される対
象のレンズ（以下、「対物レンズ」という。）１０は、
光ピックアップ１２内に配置されている。対物レンズ１
０は傾斜調整装置（傾斜調整手段）１４によって支持さ
れており、該対物レンズ１０の傾きを調整できるように
してある。対物レンズ１０はまた軸方向調整装置１６に
よって支持されており、この軸方向調整装置１６を操作
することにより対物レンズ１０の光軸方向の位置が調整
できるようにしてある。これら対物レンズ１０及び光ピ
ックアップ１２は、対物レンズ１０の位置や傾斜を読み
取る前に、対物レンズ１０の光軸を後述する評価装置１
８の光軸２０にほぼ一致させた状態（完全に一致してい
る必要はない。）で保持される。

【００１０】対物レンズ１０の光軸２０方向の位置と該
光軸２０に対する傾斜を評価する評価装置１８は回折装
置２２を有する。回折装置２２は板状の回折格子２４を
有する。回折格子２４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の板からなり、
例えば一方の表面に所定のピッチをあけて平行に並ぶ複
数の光透過用スリットが形成されている。スリットのピ
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。

【００１１】回折格子２４は、光軸２０に対して垂直
に、また回折面２６が対物レンズ１０の焦点にほぼ一致
するように配置される。回折格子２４はまた、該回折格
子２４を光軸２０に直交する方向（図３の左右方向）に
移動する移動装置２６に連結されている。なお、移動装
置２６には、回折格子２４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２４を挟んで対物レンズ１０の反対側には、対物
レンズ１０と回折格子２４を透過した光を平行な光に復
調するコリメートレンズ２８と、コリメートレンズ２８
を透過した平行光を再び結像する結像レンズ３０と、結
像レンズ３０を透過した光を受光する撮像素子（例え
ば、電荷結合素子）３２が配置されている。

【００１２】撮像素子３２は、収差計測装置（検出手
段）３４に電気的に接続されている。収差計測装置３４
は、撮像素子３２で受光した像を表示する表示装置と、
表示装置に表示された像をもとに対物レンズ１０の収差
を計測する収差演算装置（共に図示せず）を有する。収
差計測装置３４は、上述した傾斜調整装置１４、軸方向
調整装置１６、及び移動装置２６の駆動を制御する制御
装置（制御手段）３６に電気的に接続されている。

【００１３】以上の構成を供えた調整システム１００に
よる対物レンズ１０の調整について概略説明する。調整
時、図３に示すように、対物レンズ１０はその光軸を光
軸２０にほぼ一致させた状態で固定される。次に、対物
レンズ１０を挟んで回折格子２４の反対側に配置された
光源（図示せず）を点灯し、対物レンズ１０に平行光
（例えば、レーザ光）を入射する。対物レンズ１０を透
過した光は、いま対物レンズ１０と回折格子２４との相
対的位置関係が正しく設定されていれば、回折格子２４
（特に、回折格子２４に形成されている回折スリット
等）で焦点を結ぶ。回折格子２４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、
コリメートレンズ２８、結像レンズ３０を介し、撮像素
子３２に投射される。ここで、撮像素子３２の投影面で
０次回折光５２と＋１次回折光５４が部分的に干渉し、
また０次回折光５２と−１次回折光５６が干渉するよう
に、回折格子２４が設計されている。したがって、撮像
素子３２に投射された像を再生する表示装置には、図４
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、０次回折光と＋
１次回折光の干渉像（干渉縞）と、０次回折光と−１次
回折光の干渉像（干渉縞）が映し出される。

【００１４】干渉縞の形は、対物レンズ１０の傾斜、対
物レンズ１０と回折格子２４との相対位置関係等に応じ
て異なる。いま、対物レンズ１０が回折格子２４のスリ
ットと直交する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１０が回折格子２
４のスリット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。さらに、対物レンズ１０の焦点
が回折格子２４のスリットに正確に一致していない場合
（デフォーカス状態）、図４（ｃ）に示す干渉縞が現れ
る。

【００１５】また、制御装置３６からの信号に基づいて
移動装置２６を駆動し、回折格子２４を図３の左右方向
（溝の横断方向）に移動すると、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。したがって、図４（ａ）に示すように、０次回折光
と±１次回折光の干渉像の中心を通る線（図面上、「格
子移動方向」として表してある。）と、この線に直交し
且つ０次回折光と＋１次回折光の干渉像の中心を通る線
Ｘと交点Ｐａの光強度変化は、図５に示す波形（正弦
波）Ｉａを描く。また、線Ｘ上にある別の点Ｐｂの光強
度変化は、図５に示す波形（正弦波）Ｉｂを描き、両波
形Ｉａ，Ｉｂの間に位相差φが観察される。したがっ
て、例えば点Ｐａの位相を基準として、この点Ｐａの位
相と図４（ａ）の線Ｘ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次の係数がスリット横断方向
に関する対物レンズ１０の傾斜量として得られる。

【００１６】図４（ｂ）に示すように、点Ｐａを通り且
つ線Ｘと所定の角度（例えば、±４５°）をなす線Ｙ又
はＹ’上における複数の点の位相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次の係数がスリット長手方向に関
する対物レンズ１０の傾斜量として得られる。

【００１７】また、図４（ｃ）に示すように、点Ｐａを
通り且つ線Ｘと直交する線Ｚ上における複数の点の位相
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次の係数が光
軸方向に関する対物レンズ１０のずれ（デフォーカス
量）として得られる。

【００１８】以上のようにして対物レンズ１０の傾き及
びデフォーカス量を求める演算は、収差計測装置３４で
自動的に行なうことができる。

【００１９】収差計測装置３４で演算された対物レンズ
１０の傾斜量及びデフォーカス量は、制御装置３６に出
力される。制御装置３６は、収差計測装置３４から得ら
れた対物レンズ１０のデフォーカス量及び傾斜量をもと
に傾斜調整装置１４及び軸方向調整装置１６を駆動して
対物レンズ１０のデフォーカス及び傾きをそれぞれ補正
する。

【００２０】次に、図４を参照し、軸方向調整装置１６
について詳細に説明する。この図に示すように、軸方向
調整装置１６は、対物レンズ１０を保持するレンズ保持
部４０を有する。本実施形態において、レンズ保持部
（支持部）４０は、対物レンズ１０の光軸を挟むように
該対物レンズ１０の両側に対称に配置されており、水平
方向に伸びる弾性の細いワイヤ（支持部）４２を介し、
光ピックアップ１２に固定された基台４４に支持されて
いる。レンズ保持部４０はまた、光軸と直交する方向に
伸びる軸を中心に巻かれたコイル（第１の磁界形成手
段）４６を有し、このコイル４６が制御装置３６に電気
的に接続されている。また、各レンズ保持部４０の外側
には、基台４４に固定した永久磁石（第２の磁界形成手
段）４８が配置されており、各永久磁石４８は光軸方向
の両端部にそれぞれ異なる磁極が着磁されている（図示
する実施形態では、上部にＮ極、下部にＳ極が着磁され
ている。）。

【００２１】このように構成された軸方向調整装置１６
では、制御装置３６からコイル４６に電流が印加される
と、コイル４６の近傍に磁界が形成される。この磁界
は、永久磁石４８によって形成されている磁界と吸引又
は反発し、コイル４６を保持しているレンズ保持部４０
及び該レンズ保持部４０に保持されている対物レンズ１
０を光軸方向（図４の上下方向）に移動する。

【００２２】ここで注意しなければならないことは、コ
イル４６に印加する電流の値と、その電流をコイル４６
に印加することによって移動する対物レンズ１０の移動
量は、コイル４６の特性のばらつきが原因となって、対
物レンズ１０を含む光学系によって異なることである。
そのため、収差計測装置３４で演算されたデフォーカス
量をもとに該でフォーカス量に対応する電流を制御装置
３６に印加しただけでは、個々の光学系に含まれるデフ
ォーカス量を完全に消去できない。

【００２３】そこで、制御装置３６は、以下の処理を行
なう複数の手段（制御手段、すなわち制御プログラム）
を備えており、まず収差計測装置３４で得られたデフォ
ーカス量Ｄに対応する電流Ｅを印加する。このとき、電
流Ｅを印加したときの対物レンズ１０の変位量がデフォ
ーカス量Ｄに一致していれば問題はない。しかし、電流
Ｅを印加したときの対物レンズ１０の変位量Ｄ’がデフ
ォーカス量に一致しない場合、収差計測装置３４は変位
量Ｄ’とデフォーカス量Ｄの差ΔＤ（この差は、電流Ｅ
を印加したときのデフォーカス量として与えられる。）
を求める。次に、制御装置３６は、Ｄ／（Ｄ−ΔＤ）を
電流Ｅに乗じて得られる電流Ｅ’をコイル４６に印加
し、対物レンズ１０のデフォーカス量を完全に又はほぼ
完全に除去する。この電流の調整は、コイル４６に印加
された電流と対物レンズ１０の変位との関係（一般に
は、１次関数で定義される。）を利用することにより行
なうのが好ましい。また、対物レンズ１０の調整結果
は、コイル４６の特性に影響を受けることがなく、精度
良くデフォーカスが消去される。

【００２４】以上のようにして対物レンズ１０のデフォ
ーカスが修正された後、収差計測装置３４は上述のよう
にして対物レンズ１０の傾斜量を求める。次に、制御装
置３６は傾斜調整装置１４を駆動し、収差計測装置３４
で得られた傾斜量を解消するように、対物レンズ１０の
傾斜を調整する。上述のように、傾斜量の調整時点では
既に対物レンズ１０のデフォーカスが修正されているの
で、傾斜調整は正確に行なえる。

【００２５】なお、対物レンズ１０のデフォーカスは、
回折格子及びそれを支持し駆動する部材を移動させるこ
とによって消去することもできるが、これら回折格子等
を含む光学部材は対物レンズ１０及びその支持部材に比
べて非常に重く、そのために調整により多くの時間を要
し、調整装置の剛性を強化しなければならないという問
題があるのに対し、上述したデフォーカス調整は短時間
で正確に、しかも簡単な構成で行なうことができるとい
う利点がある。

【００２６】また、本発明は、請求の範囲に記載の構成
によってのみ限定されるものであり、その他の構成につ
いては自由に改変することができ、そのような改変例は
すべて本発明の技術的範囲に属するものである。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、まずレンズの光軸方向の位置を検出し調整し、そ
の位置調整が終了後にレンズの傾斜を調整しているの
で、位置調整と傾斜調整を交互に行なう場合に比べて非
常に短時間で調整が完了する。また、レンズの位置調整
と傾斜調整は共に回折干渉法を利用して行なわれるの
で、調整時間が短く且つ正確に調整できる。

【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】 従来のレンズ調整法の説明図。

【図３】 本発明にかかるレンズ調整装置の概略構成
図。

【図４】 （ａ）回折格子のスリット横断方向のレンズ
の傾斜を表す回折干渉像、（ｂ）スリット長手方向のレ
ンズの傾斜を表す回折干渉像、（ｃ）レンズのデフォー
カスを表す回折干渉像を示す図。

【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】 対物レンズ及びこれを支持する構成を示す斜
視図。

【符号の説明】

１００：レンズ調整装置 １０：対物レンズ １２：光ピックアップ １４：傾斜調整装置 １６：軸方向調整装置 １８：評価装置 ２０：光軸 ２４：回折格子 ３４：収差計測装置 ３６：制御装置 ４０：レンズ保持部 ４２：ワイヤ ４６：コイル（第１の磁界形成手段） ４８：永久磁石（第２の磁界形成手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H044 AC01 5D117 AA02 KK08 KK16 5D119 AA38 FA37 JA43 LB08 MA15 NA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回折干渉法を利用したレンズの調整装置
   であって、 上記調整装置の光軸方向に移動可能にレンズを支持する
   支持部と、 上記支持部に保持された第１の磁界形成手段と、 上記第１の磁界形成手段と共同し、上記レンズを上記光
   軸方向に移動する第２の磁界形成手段と、 上記光軸に対するレンズの傾きを調整する傾斜調整手段
   と、 上記レンズを透過した光を回折し干渉させて干渉像を得
   る回折格子と、 上記干渉像に含まれる収差からレンズの光軸方向の位置
   と光軸に対する傾斜を検出する検出手段と、 上記レンズの光軸方向の位置と光軸に対する傾斜を調整
   する制御手段とを有し、上記制御手段は、上記検出手段
   によって光軸方向のレンズの位置を検出する手段と、次
   に上記第１と第２の磁界形成手段により形成される磁界
   の相互作用に基づいてレンズを光軸方向に移動して調整
   する手段と、続いて上記検出手段によってレンズの傾斜
   を検出する手段と、最後に上記傾斜調整手段によってレ
   ンズの傾斜を調整する手段を備えていることを特徴とす
   るレンズの調整装置。
2. 【請求項２】 上記第１の磁界形成手段がコイルであ
   り、上記第２の磁界形成手段が永久磁石であり、上記制
   御手段は第１の磁界形成手段のコイルに電流を印加する
   ことで、上記レンズの光軸方向の位置を調整することを
   特徴とする請求項１に記載のレンズの調整装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、上記コイルに所定の電
   流を印加し、上記電流に対応したレンズの移動量を求
   め、上記電流と移動量に基づいてレンズの光軸方向の位
   置を調整する請求項１に記載のレンズの調整装置。
4. 【請求項４】 回折干渉法を利用したレンズの調整方法
   であって、 上記レンズを含む光学系の光軸と平行な方向に関するレ
   ンズの位置を、上記レンズを透過した光の干渉像に含ま
   れる収差をもとに検出し、 上記レンズと共に移動可能な第１の磁界形成手段と上記
   光学系に固定された第２の磁界形成手段との相互作用に
   基づいて上記レンズの光軸方向の位置を調整し、 上記光軸に対する上記レンズの傾斜を、上記レンズを透
   過した光の干渉像に含まれる収差をもとに検出し、 上記レンズの傾斜を調整することを特徴とするレンズの
   調整方法。
5. 【請求項５】 上記第１の磁界形成手段がコイルであ
   り、上記第２の磁界形成手段が永久磁石であり、第１の
   磁界形成手段のコイルに電流を印加することで、上記レ
   ンズの光軸方向の位置を調整することを特徴とする請求
   項１に記載のレンズの調整方法。
6. 【請求項６】 上記コイルに所定の電流を印加し、上記
   電流に対応したレンズの移動量を求め、上記電流と移動
   量に基づいてレンズの光軸方向の位置を調整する請求項
   ５に記載のレンズの調整装置。