JP2007205905A - Method of measuring and manufacturing lens, and optical pick up - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ディスク方式(CDやDVD、Blu−ray Discなど)の情報記録媒体上に光スポットを形成する対物レンズや、DSC(デジタルスチルカメラ)等の撮像光学系内に搭載されるレンズなどのレンズの光学特性の計測方法、調整方法、及び光ピックアップに関するものである。 The present invention relates to an objective lens for forming a light spot on an information recording medium of an optical disc system (CD, DVD, Blu-ray Disc, etc.), a lens mounted in an imaging optical system such as a DSC (digital still camera), etc. The present invention relates to a measuring method, an adjusting method, and an optical pickup for optical characteristics of the lens.
光ディスク方式の情報記憶媒体から情報を読み取り、またこの情報記憶媒体に情報を記録するためには、光源から出射された光を目的の場所に精確に照射できる光学系が必要である。その光学系の中でも、特に対物レンズはレンズ自体にレーザ波長の100分の1程度の波面収差という厳格な光学的特性が要求される。そのため、その対物レンズの特性検査においても厳格な計測が要求される。 In order to read information from an optical disk type information storage medium and record information in the information storage medium, an optical system capable of accurately irradiating a target location with light emitted from a light source is required. Among the optical systems, the objective lens, in particular, requires a strict optical characteristic such as a wavefront aberration of about 1/100 of the laser wavelength in the lens itself. Therefore, strict measurement is required also in the characteristic inspection of the objective lens.
従来、光ピックアップの対物レンズなどのレンズの光学特性を計測する際、計測装置の光学系に対する被検レンズの位置調整は、光学特性を検出するために被検レンズに照射する測定光が被検レンズの一部分に当たって反射される戻り光を取り込み、その戻り光の位置により被検レンズの位置を検出し、調整する方法で行っている(例えば、特許文献1参照)。図8は従来のレンズの光学特性を計測する方法の概略図を示すものである。 Conventionally, when measuring the optical characteristics of a lens such as an objective lens of an optical pickup, the position of the test lens relative to the optical system of the measuring device is adjusted by measuring light irradiated to the test lens in order to detect the optical characteristics. This is performed by capturing return light reflected by a part of the lens and detecting and adjusting the position of the lens under test based on the position of the return light (see, for example, Patent Document 1). FIG. 8 shows a schematic diagram of a conventional method for measuring optical characteristics of a lens.
図8において、光源であるレーザ発生源100はレーザ光101を出射する。出射されたレーザ光101は、ビームエキスパンダ102で略平行光に拡大された後、ハーフミラー103で反射され、保持台104に支持されている被検レンズ105に入射する。被検レンズ105は、レンズ球面106の周囲に平坦なコバ面107を有している。被検レンズ105は、レンズ球面106側から挿入穴108に挿入され、コバ面107を保持台104にて支持することにより保持されている。保持台104は、レンズ球面106だけでなく、コバ面107にも光が入射するような構成にしてある。コバ面107に入射した光はこのコバ面107で反射し、ハーフミラー103を透過した後、結像レンズ109に入射する。結像レンズ109に入射した光は、CCDカメラなどの撮像素子110に結像される。撮像素子110は受像した像をモニターなどの表示装置111に送信する。表示装置111は送信された像を処理しコバ面107の映像を表示する。表示装置111に表示された像の位置を見ることにより、被検レンズ105が光軸112に対して正しい位置に設置されているか検出し、正しい位置にない場合は、被検レンズ105を保持し、かつ移動機構を兼ね備えた保持台104を移動することに光軸112に対して正しい位置に調整する。
In FIG. 8, a
ここで、被検光学素子105のレンズ球面106を透過した光は、光軸112が軸中心とするように設置された光学特性計測装置113に入射し、被検レンズ105の光学特性を測定する。
Here, the light transmitted through the lens
このように従来は、被検レンズのコバ面に入射した光の反射戻り光を取り込み、その戻り光の位置により被検レンズの光軸に対する位置を検出する方法を行っている。
しかしながら、前記従来の位置検出の方法では、戻り光の形状変化、レンズのコバ部に入射する外乱光、入射光の位置ずれなどにより測定精度が低下するという課題を有する。 However, the conventional position detection method has a problem that the measurement accuracy is lowered due to a change in the shape of the return light, disturbance light incident on the edge of the lens, a positional shift of the incident light, and the like.
本発明は前記従来の課題を解決するもので、光軸に対するレンズの位置検出を精度良く行うための計測方法、調整方法、及びそれらの方法によって形成された光ピックアップを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a measurement method, an adjustment method, and an optical pickup formed by these methods for accurately detecting the position of the lens with respect to the optical axis. .
上記目的を達成するために、本発明のレンズ計測方法は、光源から出射された光のうち、前記光源とレンズとの間に配置されたフィルタで反射した第1の光と、前記第1の光の光軸と同一の光軸で、かつ前記フィルタを透過して前記レンズの有効径外コバ部で反射した第2の光とを干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞の光強度分布より前記第1の光の光軸に対する前記レンズの傾きを計測することを特徴とする。本構成によって光軸に対するレンズの位置検出を精度良く行い、かつレンズの光学特性を精度良く計測することができる。 In order to achieve the above object, the lens measurement method of the present invention includes a first light reflected by a filter disposed between the light source and the lens, out of the light emitted from the light source, and the first light An interference fringe is formed by interfering with the second light having the same optical axis as the light and passing through the filter and reflected by the outer edge portion of the effective diameter of the lens, and the light intensity of the interference fringe The inclination of the lens with respect to the optical axis of the first light is measured from the distribution. With this configuration, it is possible to accurately detect the position of the lens with respect to the optical axis and accurately measure the optical characteristics of the lens.
以上のように、本発明の構成によれば、被検レンズの光軸に対する位置検出精度を高くすることができる。その上、基準平面上のフィルタにより有効径領域内の測定光のみを透過することで光学特性の検出精度を劣化させること無く評価できる。さらに、波長の異なる光を同時に入射することでレンズの位置検出と光学特性評価を同時に行うことができる。 As described above, according to the configuration of the present invention, the position detection accuracy with respect to the optical axis of the test lens can be increased. In addition, it is possible to evaluate without degrading the detection accuracy of the optical characteristics by transmitting only the measurement light within the effective diameter region by the filter on the reference plane. Furthermore, by simultaneously entering light having different wavelengths, lens position detection and optical characteristic evaluation can be performed simultaneously.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1におけるレンズ計測方法、計測装置の概略図である。図1において、図8と同じ符号については説明を省略する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a lens measurement method and a measurement apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, the description of the same reference numerals as in FIG. 8 is omitted.
図1において、1はレーザ光源であり、被検レンズの光学特性を検出するためのレーザ光源100とは異なる波長を有する。2はレーザ光源1により出射された光を略平行光に拡大するレンズである。3はハーフミラーであり、4は基準平面である。4aは光軸に対して垂直に設けられており、レーザ光源1の光に対して一部を反射する出射面である。5はレーザ光源1の波長の光は透過し、かつレーザ光源100の波長の光は遮光する光学フィルタである。6は入射面4aからの反射戻り光とコバ面107からの反射戻り光を取り込む結像レンズである。7は結像レンズ6が結像した像を撮像するCCDカメラなどの撮像素子である。8は撮像素子7により取り込んだ画像を処理し、被検レンズの位置を算出する演算装置である。9は取り込んだ画像を表示するモニターなどの表示装置である。
In FIG. 1,
以下に、光軸に対する被検レンズの測定方法ついて説明する。 Hereinafter, a measurement method of the test lens with respect to the optical axis will be described.
レーザ光源1を出射した光は、レンズ2により略平行光に拡大される。略平行光はハーフミラー103を透過しハーフミラー3に入射される。ハーフミラー3に入射された光はさらにハーフミラー3を透過し、基準平面4に入射される。基準平面4のうち、出射面4aは光軸に対し垂直になるように設置されているため、出射面4aに入射される光は垂直入射となる。垂直入射した光は出射面4aにより一部透過し、一部は反射される。透過した光は光学フィルタ5に入射され、レーザ光源1の波長の光に対してはそのまま透過する。透過した光は保持台104に支持されている被検レンズ105に入射される。
The light emitted from the
図2に、実施の形態1における保持台と挿入穴の断面図(a)と下方図(b)を示す。図2において、図1、8と同じ符号については説明を省略する。 FIG. 2 shows a cross-sectional view (a) and a lower view (b) of the holding stand and the insertion hole in the first embodiment. In FIG. 2, the description of the same reference numerals as those in FIGS.
被検レンズ105は、レンズ球面106の周囲に平坦なコバ面107を有しており、保持台104はレンズ球面106が挿入穴108に挿入され、コバ面107を支持することにより被検レンズ105を保持する。保持台104と挿入穴108の形状は図2のようにレンズ球面106だけでなく、コバ面107にも光が入射するよう、レンズ球面の直径よりも大きくかつコバ面の直径よりも小さい直径の挿入穴の形状である。ここで、コバ面107と被検レンズ105の光軸との成す角度は、予め測定しておく。コバ面107と被検レンズ105との成す角度が90度であると分かると、コバ面107が形成された被検レンズ105を用いることで、被検レンズ105の光軸に対する調整を、コバ面107を用いて行うことができる。コバ面107と被検レンズ105の光軸との成す角度は、コバ面107を作成する時の設計寸法等より求めることができる。
The
出射面4aにおける反射光とコバ面107における反射光は、光路を逆行しハーフミラー3によって反射され、結像レンズ6により撮像素子7に結像される。このとき、撮像素子7に取り込まれた前記2つの反射光は干渉により干渉縞を生じている。干渉縞は演算装置8により処理され、表示装置9に表示される。このとき被検レンズ105が光軸つまりは出射面4aに対して傾いているとき、直線状の干渉縞が発生する。このとき直線状の縞の間隔aと光軸に対する傾きの関係θは、レーザ光源1の波長をλとすると次の式で表される。
The reflected light on the exit surface 4 a and the reflected light on the
レーザ光源1の波長を405nm、被検レンズ105の直径φを3mmとすると縞1本あたり0.0039度の検出を行うことができる。ここで表れる直線状の縞がなくなるように被検レンズ105の傾きを調整すれば容易に、かつ高精度に調整を行うことができる。被検レンズ105の光軸112に対する傾きの調整精度は、従来方式では0.01度程度であったが、本方式では0.0039度以下で調整を行うことができるようになり、従来方式に比べ約2.5倍の精度で調整することが可能となっている。
If the wavelength of the
図3に、実施の形態1におけるピエゾ素子による基準平面の駆動を示す図を示す。図3において、図1、2、8と同じ符号については説明を省略する。 FIG. 3 is a diagram showing driving of the reference plane by the piezo element in the first embodiment. In FIG. 3, the description of the same reference numerals as those in FIGS.
図3において、基準平面4をピエゾ素子10で光軸方向に駆動し、出射面4aの反射光とコバ面107の反射光との光路長差lを0からλまで変化させることで、表示装置9に表示される干渉縞の位相は変化する。このときの干渉縞の各画素を(x、y)とし、被検レンズ105の波面をh(x、y)とすると干渉縞の強度分布Iは
In FIG. 3, the
で表される。C0は干渉縞強度分布のバイアス成分、C1は干渉縞のコントラストに依存する成分である。このとき光路長差lをN段階で変化させ、そのときの強度分布I(x、y、l)を検出すると、波面h(x、y)は It is represented by C0 is a bias component of the interference fringe intensity distribution, and C1 is a component depending on the contrast of the interference fringe. At this time, when the optical path length difference l is changed in N stages and the intensity distribution I (x, y, l) at that time is detected, the wavefront h (x, y) is
で表される。この波面データをZernike展開し、多項式の各係数を算出することで光軸に対する傾きだけでなく、コバ面107の面形状を評価することができる。
It is represented by This wavefront data is Zernike-expanded and each coefficient of the polynomial is calculated, so that not only the inclination with respect to the optical axis but also the surface shape of the
図4に、実施の形態1における光学フィルタにより遮光される測定光の概略図を示す。図4において、図1〜3、8と同じ符号については説明を省略する。 FIG. 4 shows a schematic view of measurement light shielded by the optical filter in the first embodiment. In FIG. 4, the description of the same reference numerals as those in FIGS.
光軸に対する被検レンズ105の傾きを調整した後、レーザ光源100を発光させる。出射されたレーザ光101は、ビームエキスパンダ102で略平行光に拡大された後、ハーフミラー103で反射される。反射した光はさらにハーフミラー3を透過し、さらに基準平面4を透過する。透過した光は光学フィルタ5に到達するが、図4のように光学フィルタ5は被検レンズ105の有効径と同一半径に囲まれる円の外部の領域に成膜されているので、レーザ光源100の波長の光は有効径内の光は通過し、有効径外の光は光学フィルタ5により遮光される。通過した有効径と同一径の光は被検レンズ105のレンズ球面106に正確に入射する。被検レンズ105を透過した外乱光を全く含まれない光は光学特性計測装置113に入射し、被検レンズ105の光学特性を正確に測定することができる。ここで、レーザ光源100から出射された光の光軸と光学フィルタ5との成す角度は、予め測定しておく。レーザ光源100から出射された光の光軸と光学フィルタ5との成す角度と、コバ面107と被検レンズ105の光軸との成す角度とを同じ角度にする、すなわち、コバ面107と光学フィルタ5とを平行にすることで、本実施の形態の計測を行うことができる。
After adjusting the inclination of the
図5に、実施の形態1におけるフローチャート図を示す。 FIG. 5 shows a flowchart in the first embodiment.
図5において、まず、フローS1において、光源からレンズに光を照射する。次に、フローS2において、被検レンズ105のコバで反射した光と基準平面4で反射した光とを干渉させて干渉縞を形成する。
In FIG. 5, first, in a flow S1, light is emitted from the light source to the lens. Next, in flow S2, the interference fringes are formed by causing the light reflected by the edge of the
次に、フローS3において、形成された干渉縞を観察する。ここで、干渉縞に直線上の縞が表れた場合は、フローA1において、基準平面4に対して被検レンズ105が傾いていると判断する。ここで、被検レンズ105の傾きのみを調整する場合は、被検レンズ105の傾きを計測し、その計測結果に基づいて被検レンズ105を調整する。
Next, in the flow S3, the formed interference fringes are observed. Here, when a straight stripe appears in the interference fringe, it is determined that the
次に、フローS4において、被検レンズ105と基準平面4との相対距離を変化させる。ここで、相対距離を変化させることで得られた波面データをZernike展開し、各係数を算出することで、フローA2において、コバ面107の面形状を評価することができる。
Next, in flow S4, the relative distance between the
次に、フローS5において、被検レンズ105の有効径内を透過した光を受光する。ここで、受光した外乱を含まない光により、被検レンズ105の光学特性を検出することができる。
Next, in flow S5, the light transmitted through the effective diameter of the
以上、説明したように、実施の形態1によれば、被検レンズ105の光学特性を計測するレーザ光源100とは別の波長を発振するレーザ光源1の光によって生じる基準平面4とコバ面107の反射光の干渉縞を計測することにより被検レンズ105の位置を高精度に検出、調整することができ、さらにコバ面107の面精度を測定することができる。さらに被検レンズの有効径と同一半径に囲まれる円の外部の領域に施された光学フィルタにより、有効径と同一径の光束でかつ全く外乱光を含まない測定光によって被検レンズの光学特性を測定することが出来るため精度の高い評価を行うことが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the
なお、レーザ光源100の光と波長が異なるレーザ光源1の光の波長は特に限定はしないが、レーザ光源1の光は基準平面および被検レンズに対しほぼ垂直入射となるため反射率はR=|(n−1)/(n+1)|2となり、屈折率が大きいほど反射率も大きくなる。よって被検レンズ105および基準平面4の材質が石英などであれば、400nm〜2000nmの範囲の波長の光に対して波長が短いほど屈折率が大きくなる傾向にあるため、反射戻り光の強度を上げる必要がある場合、波長の短いレーザをレーザ光源1に使用するほうが望ましい。
The wavelength of the light of the
(実施の形態2)
図6に、実施の形態2における保持台と挿入穴の断面図(a)と下方図(b)を示す。図6において、図1〜5、8と同じ符号については説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a sectional view (a) and a lower view (b) of the holding stand and the insertion hole in the second embodiment. In FIG. 6, the description of the same reference numerals as those in FIGS.
実施の形態2は、保持台104の形状が異なる以外は、全て実施の形態1と同様である。図6に示すように、保持台104の挿入穴の直径を被検レンズ105のレンズ球面の直径とほぼ同じ大きさにし、挿入穴の外周部の一部に切り欠き部を設けるなどしてコバ面にも照射するようにしている。
The second embodiment is the same as the first embodiment except that the shape of the holding table 104 is different. As shown in FIG. 6, the diameter of the insertion hole of the holding
このような構成とすることで、反射に使用するコバの面積を小さくでき、基準平面を小さくすることができる。また、挿入穴の直径を被検レンズ105のレンズ球面の直径とほぼ同じ大きさとすることができるため、光学装置を小型化することができる。
By setting it as such a structure, the area of the edge used for reflection can be made small and a reference plane can be made small. Further, since the diameter of the insertion hole can be made substantially the same as the diameter of the lens spherical surface of the
(実施の形態3)
図7に、実施の形態3における保持台と挿入穴の断面図(a)と下方図(b)を示す。図7において、図1〜6、8と同じ符号については説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a sectional view (a) and a lower view (b) of the holding stand and the insertion hole in the third embodiment. In FIG. 7, the description of the same reference numerals as those in FIGS.
実施の形態3は、保持台104の形状が異なる以外は、全て実施の形態1と同様である。図7に示すように、コバ面107の側面を支持するように保持することで、コバ面107の全面をレーザ光源1の光に照射されるようにしている。コバ面107に入射した光はそのまま反射する。
The third embodiment is the same as the first embodiment except that the shape of the holding table 104 is different. As shown in FIG. 7, the entire surface of the
このような構成とすることで、コバ面の全面を用いて測定する場合に有用である。また、被検レンズ105のコバの大きさを小さくして、被検レンズ105を小型化することができる。
Such a configuration is useful when measurement is performed using the entire edge surface. Further, the size of the edge of the
本発明によれば、レンズの光学特性を高精度に測定することができるため、光ディスク方式の情報記録装置に搭載される光ピックアップの対物レンズや、DSCなどのレンズの測定に適用することができる。 According to the present invention, since the optical characteristics of a lens can be measured with high accuracy, it can be applied to the measurement of an objective lens of an optical pickup mounted on an optical disk type information recording apparatus or a lens such as a DSC. .
1 レーザ光源
2 レンズ
3 ハーフミラー
4 基準平面
4a 出射面
5 光学フィルタ
6 結像レンズ
7 撮像素子
8 演算装置
9 表示装置
10 ピエゾ素子
100 レーザ光源
101 レーザ光
102 ビームエキスパンダ
103 ハーフミラー
104 保持台
105 被検レンズ
106 レンズ球面
107 コバ面
108 挿入穴
112 光軸
113 光学特性計測装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記干渉縞の光強度分布より前記第1の光の光軸に対する前記レンズの傾きを計測すること
を特徴とするレンズ計測方法。 Of the light emitted from the light source, the first light reflected by the filter disposed between the light source and the lens, and the same optical axis as the optical axis of the first light and transmitted through the filter Then, interference fringes are formed by interfering with the second light reflected by the outer edge portion of the effective diameter of the lens,
A lens measurement method, comprising: measuring an inclination of the lens with respect to an optical axis of the first light from a light intensity distribution of the interference fringes.
を特徴とする請求項1記載のレンズ計測方法。 The lens measurement method according to claim 1, wherein a wavefront of a lens surface is calculated from a light intensity distribution of interference fringes, and an inclination of the lens with respect to an optical axis of the first light is measured from the calculation result.
第1の光は、前記透過部以外に形成された前記レンズの設計波長の光を遮断するフィルタの遮断部で反射した光であること
を特徴とする請求項1又は2記載のレンズ計測方法。 The second light is light that has passed through the filter transmission part that is centered on the optical axis of the lens and has the same shape as the projection of the lens effective surface,
3. The lens measurement method according to claim 1, wherein the first light is light reflected by a blocking portion of a filter that blocks light having a design wavelength of the lens formed other than the transmission portion.
前記第1の波長の光を用いて請求項1から3いずれかの方法にてレンズの傾きを計測する第1の工程と、
前記第2の波長の光を用いて光源からの光の光軸に対する前記レンズの傾きを計測する第2の工程と、を同時に行うこと
を特徴とするレンズ計測方法。 Using light of a first wavelength and light of a second wavelength having different wavelengths,
A first step of measuring the tilt of the lens by the method according to any one of claims 1 to 3 using light of the first wavelength;
And a second step of measuring the inclination of the lens with respect to the optical axis of the light from the light source by using the light of the second wavelength.
を特徴とする請求項4記載のレンズ計測方法。 The lens measurement method according to claim 4, wherein the first wavelength is a wavelength larger than the second wavelength.
を特徴とする請求項1から5いずれか記載のレンズ計測方法。 6. The lens measuring method according to claim 1, wherein an angle formed by the filter and the first optical axis is measured in advance.
を特徴とする請求項1から6いずれか記載のレンズ計測方法。 The lens measuring method according to any one of claims 1 to 6, wherein an angle formed by a surface of an outer diameter outer edge portion of the lens and an optical axis of the lens is measured in advance.
を特徴とするレンズ製造方法。 A lens manufacturing method, comprising: measuring a lens using the lens measuring method according to claim 1, adjusting the lens, and fixing the lens to the lens support portion.
前記フィルタは前記レンズ有効面の投影図と同形状の透過部と、それ以外の前記レンズの設計波長の光を遮断する遮断部と、を有すること
を特徴とする光ピックアップ。 A light source, a lens, a light receiving element, and a transflective filter installed between the light source and the lens around the optical axis of the lens;
2. The optical pickup according to claim 1, wherein the filter includes a transmission part having the same shape as the projection of the lens effective surface, and a blocking part that blocks the light having the design wavelength of the other lens.
を特徴とする請求項9記載の光ピックアップ。 The optical pickup according to claim 9, wherein a cross-sectional area of the opening of the lens is larger than an area of the projection of the lens effective surface.
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