JP2002329338A

JP2002329338A - 光ヘッドの調整方法及び装置

Info

Publication number: JP2002329338A
Application number: JP2001131403A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakashiro; 正裕中城; 和政 ▲高▼田; Kazumasa Takada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】光ヘッドの収差調整と、出射光強度分布調
整、３ビーム回転調整を個別に調整していたため、調整
に時間を要した。【解決手段】異なる次数の２つの回折光を干渉させて
シェアリング干渉像を得、かつ平面部を有する反射・透
過型の回折格子１２０と、回折格子を光軸とほぼ直交す
る方向に移動する機構１０４と、シェアリング干渉像か
ら光ヘッドの特性を検出する処理部１１２と、処理部の
検出結果に基づいて光ヘッドを調整する機構１２６また
は１２７と、３ビームを拡大撮像し複数画像から回転角
度を検出する処理部１１８と、光ヘッドの受光素子で受
光された回折格子平面部からの戻り光強度と３ビーム回
転角度をもとに投受光モジュール１２のあおり、回転を
調整する機構１２８、１２９を有する。

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
情報記憶媒体、例えばＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、に情報を
読み書きする光ヘッドの調整方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、この高密度情報記憶媒体に情
報を記憶するためには、光源から出射された光が、目的
の場所に正確に結像される必要がある。そのために、光
ヘッドはその製造過程で様々なパラメータ（たとえば、
レンズ系の収差、受光素子の位置、対物レンズの中心と
この対物レンズを透過して結像される像の中心との位置
ずれ）が検査（評価）され、必要に応じて補正される。

【０００３】（Ａ）レンズ系の収差調整レンズ系の収差評価及び補正には、たとえば、特開２０
００−３２９６４８号公報に記載されているシェアリン
グ干渉法に基づいて、対物レンズ出射光の収差を検出
し、その結果を利用して、対物レンズあおりまたは投受
光モジュール位置を調整する回折干渉法が、好適に用い
られる。

【０００４】回折干渉法を利用して、光ヘッドの対物レ
ンズあおりまたは投受光モジュール位置を調整する装置
を、図２に示す。この調整装置において、光ヘッド１０
の投受光モジュール１２の光源（たとえば半導体レー
ザ）で生成された光は、対物レンズ１４を介して出射さ
れる。対物レンズ１４の結像位置には、透過型回折格子
１２０が配置されており、透過型回折格子１２０に入射
された光は、例えば０次、±１次、±２次・・・のオー
ダの回折光に分解される。図示する調整装置では、図３
に示すように、集光レンズ１０６の開口領域で、０次の
回折光が＋１次の回折光、また０次回折光と−１次回折
光が部分的に重なり合って干渉縞を生じるように、透過
型回折格子１２０及び他の光学要素が設計されている。

【０００５】次に、集光レンズ１０６を透過した光は、
結像レンズ１０８で撮像素子１１０に結像され、処理部
１１２で処理したのち、表示部１１４で表示される。撮
像素子１１０に結像された像において、０次光と±１次
回折光の干渉領域１６０（図４参照）は、図５に示す干
渉縞を含む。この図５において、（Ａ）はデフォーカス
による干渉縞、（Ｂ）と（Ｃ）はコマ収差による干渉
縞、（Ｄ）は非点収差による干渉縞、（Ｅ）は球面収差
による干渉縞をそれぞれ示す。一般に、これらの収差は
複合的に発生し、実際に得られる干渉縞は（Ａ）から
（Ｅ）の干渉縞が重なり合った模様となる。ただし、対
物レンズ１４が回折格子１２０に正確に焦点合わせさ
れ、光学系の収差が良好に補正されている場合、図５
（Ｆ）のように、干渉領域に何らの模様も現れない。

【０００６】干渉縞における各点は固有の位相を有す
る。従って、前記回折干渉法では、回折格子１２０を光
軸１１と直交する方向に一定の速度で移動させ、回折光
の干渉領域に複数の点を取り、ある点における光強度の
変化と別の点における光強度の変化の位相差を解析して
各収差を評価し、対物レンズあおり、投受光モジュール
ＸＹ位置等の光学要素を調整する。

【０００７】（Ｂ）投受光モジュールのあおり調整次に、投受光モジュールのあおり調整について説明す
る。図６に示すように、ここでは対物レンズ１４の出射
光の外周に対する幾何学的な中心と、光強度分布の中心
との位置ずれを調整する。光ヘッド１０から出射された
３つのビームのうち、中央のメインビームのみを通過さ
せるアパーチャ１３０を介して、撮像素子１３１に入射
させ、この撮像素子１３１に受像された像の幾何学的中
心と、この像における光強度分布の中心（最大光強度位
置）との位置ずれを処理部１３２で検出し、その検出結
果を画像表示部１３３に表示する。この表示に基づいて
投受光モジュール１２をあおり、光強度分布の位置ずれ
を解消する。

【０００８】（Ｃ）投受光モジュールの回転調整次に、投受光モジュール１２の回転調整について説明す
る。図７に示すように、光ヘッド１０において、レーザ
ビームは、投受光モジュール１２に含まれるホログラム
１９で０次、±１次の３ビームに回折され、コリメータ
レンズ１６で略平行光に調整され、対物レンズ１４によ
り目的の位置（例えば、光ディスク）に入射される。光
ディスク１０２上では、記録トラックをはさむように３
つのビームが、約２０μｍピッチで形成される。この３
つの光は、光ディスク１０２で反射され、入射光と逆方
向に進んで対物レンズ１４で再び略平行光に変換され投
受光モジュール１２に含まれる受光素子３０に導かれ
る。

【０００９】周知の非点収差法やスポットサイズ検出法
によるフォーカスずれ検出と、周知の３ビーム法による
トラッキングエラー検出を行い、光ディスク１０２の所
定の位置にオートフォーカス、オートトラッキングす
る。そのために対物レンズは、周知のボイスコイル方式
のアクチュエータで保持され、フォーカスずれとトラッ
キングずれを解消するように、フォーカス方向とトラッ
キング方向に移動される。

【００１０】このとき、図８に示すように、３ビームの
サイドビーム４１、４２を、光ディスク１０２のトラッ
ク４３に対して挟み込む状態に合わせ込む必要がある。
通常この調整は、投受光モジュール１２を回転すること
で実施する。

【００１１】投受光モジュール１２の回転調整を行うた
めには、光ディスク１０２上にオートフォーカスさせ、
受光素子３０のサイドビーム４１、４２に相当する出力
信号波形をオシロスコープで観察する。このとき、２つ
の信号は、互いに位相差のあるサインカーブになる。こ
れは、光ディスク１０２は、偏芯をともなって回転して
おり、３ビームは相対的にトラックを横切ることにな
る。３ビームそれぞれのスポットが、トラックを１本横
切ると回折の位相変化により反射光はサインカーブ状に
変化する。３ビームのサイドビーム４１、４２が、トラ
ックを挟み込む正しい状態に合わせ込まれていれば位相
差は１８０°となり、この状態を実現するように投受光
モジュール１２を回転させて回転調整を行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
３つの調整は、異なる構成を必要とする。すなわち、レ
ンズ系の収差調整（補正）は回折格子を必要とし、投受
光モジュールあおり調整は撮像素子で光ヘッド出射光を
直接撮像し、投受光モジュールの回転調整は光ディスク
を必要とする。

【００１３】そのため、上述した各調整装置を利用する
限り、光ヘッドは、まず第１の調整位置でレンズ系の収
差を補正し、次に第２の調整位置で投受光モジュールの
あおり調整を行い、続いて第３の調整位置で投受光モジ
ュール回転調整を行わなくてはならない。その結果、第
１から第３の位置に光ヘッドを移動する必要から、その
搬送時間の分だけ調整に要する時間が多くなるという問
題があった。また、これらの調整は相互に影響を与える
ため、調整を繰り返す必要があり、搬送時間の影響が飛
躍的に大きくなるという問題があった。

【００１４】そこで、本発明は、前記３つの調整のうち
少なくとも２つを一つの場所で行うことができ、そのた
めに光ヘッドの調整時間を短時間で行いうる光ヘッドの
調整方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、レンズから出射された光を回折し、異なる
次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を
得て、この回折光の位相を変化させ、前記シェアリング
干渉像において、前記２つの回折光の光軸を結ぶ線分の
中点を通る測線上の複数の測点で光強度変化の位相を求
め、収差を検出し、この検出した収差に基いて光ヘッド
の光学系を調整するとともに、前記回折光から３つのビ
ームスポットの拡大画像を受光し、この拡大画像から演
算処理して３ビームの回転角度を検出し、基準角度とこ
の検出した回転角度のズレを前記光ヘッドの光学系で調
整するもしくは、前記回折時の反射光から前記光ヘッド
の受光素子の出力信号を計測し、演算処理して光強度分
布を検出し、基準の光強度分布とこの検出した光強度分
布のズレを前記光ヘッドの光学系で調整するものであ
る。

【００１６】この構成により、光ヘッド出射光の収差調
整と３ビーム回転角度調整もしくは光強度分布調整を同
時に行うことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の具体的実施の形態を説明
する。

【００１８】図１は、本発明の実施の形態に係る光ヘッ
ド調整装置を示すもので、図１において、光ヘッド１０
の光学的特性を評価する装置１００は、光ヘッド１０の
光軸１１上に、この光ヘッド１０の対物レンズ１４側か
ら順次、回折格子１２０、集光レンズ１０６、ビームス
プリッタ１１５、結像レンズ１０８、アパーチャ１３
０、撮像素子（光電変換素子：ＣＣＤ）１１０が配置さ
れている。撮像素子１１０は画像処理部１１２に接続さ
れ、また画像処理部１１２は表示部１１４（例えばＣＲ
Ｔ）に接続されており、撮像素子１１０から出力された
信号が画像処理部１１２で処理され、その処理結果が表
示部１１４に表示できるようにしている。

【００１９】また、前記ビームスプリッタ１１５の透過
光は、第２の拡大結像レンズ１１６で集光され、第２の
撮像素子１１７に入射する。第２の撮像素子１１７は、
第２の画像処理部１１８、第２の表示部１１９に接続さ
れている。

【００２０】以上の構成を用いた光ヘッド１０の評価手
順等を説明する。この評価手順において、光ヘッド１０
の投受光モジュール１２から出射された光（レーザ）
は、対物レンズ１４から出射し、回折格子１２０に入射
する。回折格子１２０に入射した光の一部は、光学スリ
ット１２１において回折し、０次、±１次、±２次、・
・・オーダの回折光を形成する。これらの回折光のう
ち、０次回折光と±１次回折光が、集光レンズ１０６の
開口領域において互いに重なり合い（干渉し）、それら
の干渉領域（シェアリング領域）に、干渉縞（シェアリ
ング干渉像）を生じる。次に、集光レンズ１０６により
コリメートされた光は、結像レンズ１０８により結像さ
れ、アパーチャ１３０で３ビームのうち中央のメインビ
ームのみ通過させ、撮像素子１１０に受像される。撮像
素子１１０では、受光した光に対応した一連の電気信号
を生成し、この電気信号を画像処理部１１２に出力す
る。画像処理部１１２は、受信した信号を処理し、処理
結果を表示部１１４に表示する。

【００２１】レンズ系の収差を評価する場合、水平移動
機構１０４を駆動し、回折格子１２０を水平方向１２２
に移動する。これより、表示部１１４に表示されたシェ
アリング干渉像における各点の光強度の位相が変化す
る。したがって、上述した回折干渉法を用い、シェアリ
ング干渉像上に複数の点を設定し、これらの点における
光強度の位相差を求め、各種の収差（デフォーカス、球
面収差、コマ収差、非点収差等）を評価する。また、収
差評価結果をもとに、光ヘッド１０のレンズ系を調整す
る。例えば、収差評価結果をもとに対物レンズ１４を調
整する場合、この対物レンズ１４を支持している第１の
調整機構１２６を操作し、光軸１１に対する対物レンズ
１４の設定角度（あおり）等を調整する。また、収差評
価結果をもとに投受光モジュール１２のＸＹ位置を調整
する場合、投受光モジュール１２を支持している第２の
調整機構１２７を操作し、光軸に垂直な面内でのＸＹ位
置調整を行う。

【００２２】次に、投受光モジュール１２のあおり調整
する場合、水平移動機構１０４を駆動し、回折格子１２
０の平面部に、対物レンズ１４の出射光が照射されたタ
イミングで、投受光モジュール１２に含まれる受光素子
３０の４分割センサ３３で、受光された信号を検出し、
その信号のバランスがとれるように、投受光モジュール
１２のあおり調整する。すなわち、４分割センサ３３の
各素子出力をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとしたとき、 ΔＸ＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） ΔＹ＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の出力表示に基づいて、ΔＸ、ΔＹが略ゼロになるよう
に調整する。

【００２３】これは、図６で説明したように、対物レン
ズ１４から出射された光の外形に対する幾何学的な中心
と、強度分布の中心（強度最大点）の調整とほぼ等価で
ある。

【００２４】対物レンズ１４の出射光は、回折格子１２
０上にオートフォーカスされているので、出射光の光強
度分布が維持された状態で、受光素子３３に戻される。
４分割センサ３３は、投受光モジュール１２の内部にあ
り、半導体プロセスによって寸法精度良く作られてい
る。したがって、４分割センサ３３に入射する光４３
は、４分割センサ３３の略中央に入射する。４分割セン
サ３３の入射光４３の光強度分布が対称であれば、前記
ΔＸ、ΔＹはゼロになるので、投受光モジュール１２の
あおり調整機構１２８を操作し、光強度分布の中心ずれ
を解消する。

【００２５】次に、投受光モジュール１２の回転調整に
ついて説明する。このときも、水平移動機構１０４を駆
動し、回折格子１２０を水平方向に移動した状態で、光
ヘッド１０のフォーカスサーボ機構を用い、対物レンズ
１４の焦点位置を回折格子１２０の表面にオートフォー
カスする。投受光モジュール１２の出射光は、ホログラ
ム１９で０次、±１次光に回折され（図７参照）、対物
レンズ１４で回折格子１２０上に、３ビームに結像され
る。回折格子１２０の透過光は、集光レンズ１０６と第
２の結像レンズ１１６で、第２の撮像素子１１７上に拡
大結像される。拡大結像された３ビーム像は、画像処理
部１１８で処理され、基準角度（あらかじめマスター光
学系で設定しておく）に対しての角度ずれを算出し、表
示部１１９に表示される。この角度ずれが解消するよう
に、投受光モジュール１２を回転機構１２９を操作して
調整する。また、ホログラム１９を単体で回転調整して
も良い。

【００２６】このとき、回折格子１２０の透過により生
じる３ビーム像の光量変化により、角度ずれ計測値の誤
差が生じる。これを複数枚の画像を加算処理することに
より解消することが可能である。また、回折格子１２０
の平面部に、対物レンズ１４の出射光が照射されたタイ
ミングのみ、３ビーム画像を入力して角度ずれ演算を行
っても同様の効果が得られる。

【００２７】なお、投受光モジュール１２のあおり調整
は、回折格子１２０の回折した反射光を、投受光モジュ
ール１２に含まれる受光素子３０の４分割センサ３３で
検出し、その信号を複数回検出して加算処理することに
より行うことも可能である。

【００２８】また、投受光モジュール１２の回転調整
も、回折格子１２０の平面部を利用し、透過光で３ビー
ム像を得て、行うことも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明に係る光ヘ
ッド検査装置によれば、従来、別々の装置及び場所で行
っていた複数の調整（光ヘッドの収差調整、出射光の光
強度分布調整、３ビームの回転角度調整）のうち少なく
とも２つの調整を同一の場所で行えるので、光ヘッドの
全調整時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光ヘッドの調整装置
を示す図

【図２】従来の３ビーム光ヘッドの収差の調整装置を示
す図

【図３】回折格子を透過した回折光が干渉する状態を示
す図

【図４】シェアリング干渉像を示す図

【図５】シェアリング干渉像の干渉模様を示す図

【図６】従来の光ヘッドの光強度分布の調整装置を示す
図

【図７】従来の光ヘッドの回転角度の調整装置を示す図

【図８】光ディスクのトラック上に形成された３ビーム
の状態を示す図

【符号の説明】

３３４分割センサ１０４水平移動機構１１０撮像素子１１７撮像素子１２０回折格子１２６調整機構１２７調整機構１２８あおり調整機構１２９回転機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5D117 AA02 CC07 KK01 KK04 KK16 KK17 5D118 AA14 BA01 CF16 CG04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ヘッドの調整方法であって、レンズか
ら出射された光を回折し、異なる次数の２つの回折光を
干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、この回折
光の位相を変化させる工程と、前記シェアリング干渉像
において、前記２つの回折光の光軸を結ぶ線分の中点を
通る測線上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、収
差を検出する工程と、この検出した収差に基いて前記光
ヘッドの光学系を調整する工程と、前記回折光から３つ
のビームスポットの拡大画像を受光し、この拡大画像を
複数枚、演算処理して３ビームの回転角度を検出する工
程と、基準角度とこの検出した回転角度のズレを前記光
ヘッドの光学系で調整する工程とを有したことを特徴と
する光ヘッドの調整方法。
【請求項２】光ヘッドの調整方法であって、レンズか
ら出射された光を回折し、異なる次数の２つの回折光を
干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、この回折
光の位相を変化させる工程と、前記シェアリング干渉像
において、前記２つの回折光の光軸を結ぶ線分の中点を
通る測線上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、収
差を検出する工程と、この検出した収差に基いて前記光
ヘッドの光学系を調整する工程と、前記回折時の反射光
から前記光ヘッドの受光素子の出力信号を複数回計測
し、演算処理して光強度分布を検出する工程と、基準の
光強度分布とこの検出した光強度分布のズレを前記光ヘ
ッドの光学系で調整する工程とを有したことを特徴とす
る光ヘッドの調整方法。
【請求項３】光ヘッドの調整方法であって、レンズか
ら出射された光を回折し、異なる次数の２つの回折光を
干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、この回折
光の位相を変化させる工程と、前記シェアリング干渉像
において、前記２つの回折光の光軸を結ぶ線分の中点を
通る測線上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、収
差を検出する工程と、この検出した収差に基いて前記光
ヘッドの光学系を調整する工程と、前記レンズから出射
された光を回折させずに３つのビームスポットの拡大画
像を受光して３ビームの回転角度を検出する工程と、基
準角度とこの検出した回転角度のズレを前記光ヘッドの
光学系で調整する工程とを有したことを特徴とする光ヘ
ッドの調整方法。
【請求項４】光ヘッドの調整方法であって、レンズか
ら出射された光を回折し、異なる次数の２つの回折光を
干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、この回折
光の位相を変化させる工程と、前記シェアリング干渉像
において、前記２つの回折光の光軸を結ぶ線分の中点を
通る測線上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、収
差を検出する工程と、この検出した収差に基いて前記光
ヘッドの光学系を調整する工程と、前記レンズから出射
された光を回折させずに反射させ、この反射光から前記
光ヘッドの受光素子の出力信号を計測し光強度分布を検
出する工程と、基準の光強度分布とこの検出した光強度
分布のズレを前記光ヘッドの光学系で調整する工程とを
有したことを特徴とする光ヘッドの調整方法。
【請求項５】光ヘッドの調整装置であって、レンズか
ら出射された光を回折させるとともに、異なる次数の２
つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子
と、この回折格子を移動させる移動機構と、前記シェア
リング干渉光を受像する第１の受像体と、この受像した
シェアリング干渉光から収差を検出する手段と、この検
出した収差に基いて前記光ヘッドの光学系を調整する手
段と、前記回折光から３つのビームスポットの拡大画像
を受像する第２の受像体と、この拡大画像を複数枚、演
算処理して３ビームの回転角度を検出する手段と、基準
角度とこの検出した回転角度のズレを前記光ヘッドの光
学系で調整する手段とを有したことを特徴とする光ヘッ
ドの調整装置。
【請求項６】光ヘッドの調整装置であって、レンズか
ら出射された光を回折させるとともに、異なる次数の２
つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子
と、この回折格子を移動させる移動機構と、前記シェア
リング干渉光を受像する第１の受像体と、この受像した
シェアリング干渉光から収差を検出する手段と、この検
出した収差に基いて前記光ヘッドの光学系を調整する手
段と、前記回折時の反射光から前記光ヘッドの受光素子
の出力信号を計測する計測機構と、この計測した出力信
号を複数回、演算処理して光強度分布を検出する手段
と、基準の光強度分布とこの検出した光強度分布のズレ
を前記光ヘッドの光学系で調整する手段とを有したこと
を特徴とする光ヘッドの調整装置。
【請求項７】光ヘッドの調整装置であって、レンズか
ら出射された光を回折させるとともに、異なる次数の２
つの回折光のシェアリング干渉光を出射し、平面部を有
する回折格子と、この回折格子を移動させる移動機構
と、前記シェアリング干渉光を受像する第１の受像体
と、この受像したシェアリング干渉光から収差を検出す
る手段と、この検出した収差に基いて前記光ヘッドの光
学系を調整する手段と、前記回折格子の平面部を透過し
た３つのビームスポットの拡大画像を受像する第２の受
像体と、この拡大画像を演算処理して３ビームの回転角
度を検出する手段と、基準角度とこの検出した回転角度
のズレを前記光ヘッドの光学系で調整する手段とを有し
たことを特徴とする光ヘッドの調整装置。
【請求項８】光ヘッドの調整装置であって、レンズか
ら出射された光を回折させるとともに、異なる次数の２
つの回折光のシェアリング干渉光を出射し、平面部を有
する回折格子と、この回折格子を移動させる移動機構
と、前記シェアリング干渉光を受像する第１の受像体
と、この受像したシェアリング干渉光から収差を検出す
る手段と、この検出した収差に基いて前記光ヘッドの光
学系を調整する手段と、前記回折格子の平面部を反射し
た光から前記光ヘッドの受光素子の出力信号を計測する
計測機構と、この計測した出力信号を演算処理して光強
度分布を検出する手段と、基準の光強度分布とこの検出
した光強度分布のズレを前記光ヘッドの光学系で調整す
る手段とを有したことを特徴とする光ヘッドの調整装
置。