JP3611211B2 - 光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差調整方法、及び非点収差測定装置 - Google Patents
光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差調整方法、及び非点収差測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差調整方法、または非点収差測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＤ又はＤＶＤ等の光ディスクを記録再生する際に用いられる光ピックアップにあっては、情報の書き込みや再生をするための光ビームを光ディスク表面の情報ピット列に対し常に正確に集光させる必要がある。そのためには、光ピックアップの光学系の収差、具体的には非点収差等を極力少なくすることが必要不可欠である。
【０００３】
光ピックアップの非点収差を測定するには、レーザ干渉計を用いる方法が考えられる。しかし、この測定方法は、例えばレーザ干渉計と光ピックアップの光軸を正確に合わせる等、測定に手間と熟練を要し、生産工程において光ピックアップの光学系を調整するには不向きであった。
【０００４】
そこで、従来、例えば特許文献１には、生産工程においても簡便に調整ができる光ピックアップの非点収差調整方法が提案されている。特許文献１の図１１に基づきこの調整方法を説明すると、光ピックアップの焦点近傍に収束された光ビームのスポット像（光の進行方向に対し直交する方向に沿った光ビームの断面形状）を画像データとして取り込み、そのスポット像の真円度（縦横幅の比）を画像処理して計測する。スポット像の真円度が最も大きく（１に近く）なるように、対物レンズへの光ビームの入射角度を変化させることにより、光ピックアップの非点収差を補正する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５４３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の非点収差調整方法は、光ビームの入射角度を変更して最終的に得られるスポット像が真円（又は略真円）であることを前提条件としている。つまり、上述の調整方法は、真円のスポット像を調整の基準としているので、例えば光ピックアップを構成するレンズ等の固有の収差等により、光ビームの入射角度を調整しても収束されるスポット像が真円にならないピックアップに対しては、上述の調整を行って非点収差を最少に補正することが困難であった。別言すれば、上述の非点収差調整方法で最適な非点収差の調整を行うためには、スポット像を真円にすべく、例えば光ピックアップの光学系を収差の少ない高品質の光学素子を用いて高精度に構成する必要があった。
【０００７】
本発明はこうした従来の課題に鑑みてなされたものであり、例えば光ピックアップを構成する光学系の精度に依存せず、又は対物レンズにより収束される光ビームのスポット形状が真円でなくても、非点収差の測定が可能な光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差測定装置、または当該測定方法を用いて簡易に非点収差を補正する等の光ピックアップの非点収差調整方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定方法であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程とを備え、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差調整方法であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程と、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定する第７の工程とを備え、前記第７の工程で得られた測定結果により、前記光ピックアップの非点収差を調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定装置であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置、の夫々を求める測定手段と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離、及び前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める演算手段とを備え、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、光ピックアップ５の非点収差を測定し、その結果に基づき前記非点収差を調整する方法を説明するための図である。
【００１２】
同図において、光ディスクの記録再生装置に用いられる光ピックアップ５は、光ディスクに対して情報の記録再生をするための光ビームの光源であるレーザダイオード５１と、光ビームの光路を変更する立上ミラー５３と、光ビームを収束する対物レンズ５４等を備えて構成されている。レーザダイオード５１から発光された光ビームは、立上ミラー５３で反射し、対物レンズ５４で収束されて図示しない光ディスクの記録面に相当する位置に焦点が結ばれる。
【００１３】
本非点収差測定及び調整を実施するにあたり、光ピックアップ５は、光ビームを投影面であるカバーガラス１１ａに向けて照射し、そのスポット像を投影する。撮像装置１３は、カバーガラス１１ａに投影されたスポット像を撮像する。
【００１４】
次に、本非点収差調整方法の手順を説明する。まず、対物レンズ５４の位置を調整して、光ビームの焦点とカバーガラス１１ａとの距離（以下、「デフォーカス量」という）を、適宜変化させながら、カバーガラス１１ａに投影されている光ビームのスポット像Ｐｎを、撮像装置１３により順次撮像する。撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、次に説明するスポット径の測定を行う。
【００１５】
図２に示すように、順次撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、第１の方向であるＲＡＤ方向におけるスポット径Ｘ１と、第１の方向と直交する第２の方向であるＴＡＮ方向における径Ｙ１を測定する。なお、ＲＡＤ（Ｒａｄｉａｌ）方向とは、光ディスクが装填された際の半径方向であり、ＴＡＮ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向とは接線方向である。
【００１６】
次に、上述のスポット像Ｐｎの計測結果を用い、図３に示すように、デフォーカス量と各スポット径Ｘ１、Ｙ１の関係を表す各特性曲線ｆｘ１、ｆｙ１を求める。そして、特性曲線ｆｘ１に基づき、スポット径Ｘ１が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ１を求め、更に特性曲線ｆｙ１に基づき、スポット径Ｙ１が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ２を求める。そして、これらの値の差である値Ｌ０、すなわちＬ０＝ＤＦ２−ＤＦ１を求める。このようにして求めた値Ｌ０は、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との距離（以下「焦点間距離」という）である。
【００１７】
更に、撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、上述の第１の方向に対して４５度傾けた第３の方向におけるスポット径Ｘ２と、第３の方向と直交する第４の方向におけるスポット径Ｙ２を測定し、上述と同様の演算で、焦点間距離Ｌ４５を求める。
【００１８】
すなわち、図４に示すように、各々のスポット像Ｐｎに対し、第３の方向であるＲＡＤ方向に対し４５度傾けた方向におけるスポット径Ｘ２と、第４の方向であるＴＡＮ方向に対し４５度傾けた方向におけるスポット径Ｙ２を測定する。そして、図５に示すように、デフォーカス量と各スポット径Ｘ２、Ｙ２の関係を表す特性曲線ｆｘ２、ｆｙ２を求め、スポット径Ｘ２、Ｙ２が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ３、ＤＦ４を求める。更に、これらの差である焦点間距離Ｌ４５、すなわちＬ４５＝ＤＦ４−ＤＦ３を求める。
【００１９】
ここで、焦点間距離Ｌ０、及びＬ４５は光ピックアップ５の干渉計で測定される非点収差と非常に高い相関があることが確認されている。すなわち、この焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることにより、光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００２０】
次に、上述の非点収差の測定方法で求めた測定結果により、光ピックアップ５の非点収差を調整する。具体的には、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５の値に基づき、例えば、立上ミラー５３のＲＡＤ、ＴＡＮ方向への設置角度を調整することで対物レンズ５４に入射する光ビームの入射角度を変化させ、非点収差を補正する。
【００２１】
なお、本非点収差の調整方法を行うに先立ち、まず、計算により焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５と立上げミラー５３の設置角度との関係式を求め、次に複数の光ピックアップを用いて、実装にて式を確立しておく。そして、本非点収差調整の際に、この関係式を用いて、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５に対応する立上ミラー５３の調整すべき角度を求めて、その角度に基づき立上ミラー５３の角度調整を行う。
【００２２】
本実施形態の光ピックアップの非点収差測定方法及び調整方法によれば、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ０を求める。また、この焦点間距離Ｌ０には非点収差の４５度成分が含まれていないので、その４５度成分を求めるために、ＲＡＤ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ０及びＬ４５は、各々非点収差の０度成分及び４５度成分と相関があるので、これら焦点間距離を求めることにより光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００２３】
また、これらの焦点間距離に基づき非点収差を測定するので、無収差（非点収差がゼロ）状態において光ビームのスポット形状が楕円である光ピックアップに対しても、非点収差の測定または調整を精度良く行うことができる。
【００２４】
また、予め確立された関係式を用いて、焦点間距離に対応する調整すべき立上ミラーの角度を求め、それに基づき立上ミラーの角度を調整して非点収差を補正するので、一度の調整工程で、非点収差を最適に調整することができ、調整作業も簡易になる。
【００２５】
［実施例］
次に、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施例は、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の記録再生装置に用いられる光ピックアップの非点収差の自動調整について説明する。
【００２６】
図６は、光ピックアップ５と、その非点収差調整を行う装置の構成を示すブロック図である。同図において、本非点収差の調整装置は、光ピックアップ５から照射される光ビームのスポット像を画像データとして取り込む画像処理装置１と、取り込まれたスポット像から非点収差を測定し、その測定結果に基づき非点収差を調整するための指令信号を出力する制御部３と、制御部３から出力された指令信号をアナログ値に変換するＤＡコンバータ４ａ、４ｂ、４ｃと、ＤＡコンバータから出力された指令値信号を増幅する増幅器５ａ、５ｂ、５ｃと、揺動アクチュエータ６ａ、６ｂとを備えている。
【００２７】
制御部３は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）、メモリ、及び画像データや指令信号等のデータの入出力を行う入出力部を備えた計算機システムであり、前記メモリに予め設定されているシステムプログラムに従って、本非点収差の測定及び調整を実行する。
【００２８】
光ピックアップ５は、レーザダイオード５１と、ハーフミラー５５と、コリメータレンズ５２と、立上ミラー５３と、対物レンズ５４等とを備えて構成されている。
【００２９】
レーザ光源としてのレーザダイオード５１は、ＤＶＤに対して記録再生を行うための光ビームをハーフミラー５５に向けて出力する。ハーフミラー５５は、入射する光の一部を透過し、その他を反射する特性を有し、レーザダイオード５１からの光ビームをコリメータレンズ５２に向けて反射する。コリメータレンズ５２は、反射された光ビームを平行光に揃える。これにより、コリメータレンズ５２と後述する対物レンズ５４との間は光学的に無限系となっている。立上ミラー５３は、コリメータレンズ５２からの平行光ビームを対物レンズ５４に向けて全反射するミラーである。対物レンズ５４は、光ビームを図示しないＤＶＤの情報ピットが形成されている情報記録面に焦点スポットを形成するためのレンズであり、本非点収差調整においては、次に説明する画像処理装置１のカバーガラス１１に対して光ビームを収束し照射する。
【００３０】
画像処理装置１は、光ピックアップ５からの光ビームのスポット像を投影するカバーガラス１１と、投影されたスポット像を拡大して結像する結像光学系１２と、拡大されたスポット像を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子１３とを備えて構成されている。
【００３１】
図７は、画像処理装置１の構成を例示する図である。カバーガラス１１は、平板状の透明ガラスからなり、ＤＶＤの表面から情報記録面までの光学的距離に相当する、例えばＤＶＤで用いられるポリカーボネイト０．６ｍｍに相当する光学的距離を持つ厚みを有している。カバーガラス１１の裏面は、半透明のハーフミラー面１１ａが蒸着されて形成されている。ハーフミラー面１１ａからの反射光によりフォーカスサーボがかけられ、ハーフミラー面１１ａを透過した透過光によりスポット像が投影される。
【００３２】
結像光学系１２は、対物レンズ１２１と、ミラー１２２と、凸レンズ１２３、１２４と、結像レンズ１２５とを備えて構成されている。結像光学系１２は、ハーフミラー面１１ａに投影されたスポット像を、対物レンズ１２１で集光し、ミラー１２２を介して光路を変更した後、互いに焦点距離が異なる凸レンズ１２３、１２４により像を拡大する。そして、結像レンズ１２５によりＣＣＤ素子１３にスポット像を結像する。ＣＣＤ素子１３は、結像されたスポット像を電気信号に変換して制御部３に出力する。
【００３３】
ＤＡコンバータ４ａ、４ｂ、４ｃは、制御部３からの指令信号をアナログ値に変換し、各々増幅器５ａ、５ｂ、５ｃに出力する。増幅器５ａ、５ｂは、ＤＡコンバータ４ａ、４ｂからの指令値信号に基づき、各々揺動アクチュエータ６ａ、６ｂを駆動させるための駆動電圧を出力する。また、増幅器５ｃは、ＤＡコンバータ４ｃの指令値信号に基づき、対物レンズ５４のアクチュエータ５４１を駆動させるための駆動電圧を出力する。
【００３４】
揺動アクチュエータ６ａ、６ｂは、駆動電圧に基づく角度にステージが揺動する電動式ゴニオステージであり、立上ミラー５３に連結して設置されている。揺動アクチュエータ６ａは、立上ミラー５３をＲＡＤ方向に沿って揺動し、それにより、光ビームの光軸をＲＡＤ方向に沿って変化させる。揺動アクチュエータ６ｂは、立上ミラー５３をＴＡＮ方向に揺動し、それにより、光ビームの光軸をＴＡＮ方向に沿って変化させる。
【００３５】
アクチュエータ５４１は、光ピックアップ５に備えられ、対物レンズ５４をその光軸方向に移動させ、デフォーカス量を変化させるアクチュエータである。
【００３６】
図８は、制御部３に設定されているオブジェクトプログラムのブロック図である。制御部３には、測定手段Ｓ１と、演算手段Ｓ２と、非点収差調整手段Ｓ３のオブジェクトプログラムが備えられている。なお、非点収差の測定手段は、測定手段Ｓ１と演算手段Ｓ２とを備えて構成されている。
【００３７】
このような構成の本非点収差調整装置の動作を説明する。まず、図８に示す測定手段Ｓ１及び演算手段Ｓ２は、光ピックアップ５の非点収差を測定する。次に、求められた非点収差に基づき、非点収差調整手段Ｓ３は、揺動アクチュエータ６ａ、６ｂを駆動し対物レンズ５４に入射する光ビームの入射角を調整することで非点収差を補正する。
【００３８】
本非点収差調整を行う際の各ステップについて、図９〜１０に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００３９】
まず、ステップＳ１０１において、測定手段Ｓ１は、カウンタ変数ｎを１に初期化する。次に、ステップＳ１０２において、ＤＡコンバータ４ｃに対し指令信号を出力しアクチュエータ５４１を駆動して、光ピックアップ５の対物レンズ５４の焦点を所定の測定開始位置にデフォーカスする。ここで、デフォーカス量とは、平行光ビームが対物レンズ５４によって収束する焦点位置のハーフミラー面１１ａを基準とした相対距離をいう。そして、図１１（ａ）に示すように、平行光ビームの焦点位置が、カバーガラス１１のハーフミラー面１１ａよりも光ピックアップ５側（ｆａｒ）にあるとき、デフォーカス量は、負（−）の符号をとり、図１１（ｂ）に示すように、焦点位置がハーフミラー面１１ａよりも画像処理装置１側（ｎｅａｒ）にあるとき、正（＋）の符号をとるものとする。本非点収差の測定を開始するデフォーカス量は、ハーフミラー面１１ａから例えば−１．７μｍである（但し、この値に限定するものではない）。なお、測定手段Ｓ１は、予め記憶されているアクチュエータ５４１の駆動電圧値と対物レンズ５４のデフォーカス量の関係式に基づき、ＤＡコンバータ４ｃに対し指令信号を出力し、所定のデフォーカス量になるようアクチュエータ５４１を駆動する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０３において、配列変数ＤＦ（ｎ）に当該デフォーカス量を記憶する。ステップ１０３では、配列変数ＤＦ（１）に測定開始のデフォーカス量を記憶することになる。
【００４１】
次に、ステップＳ１０４において、画像処理装置１は、ハーフミラー面１１ａに投影された光ビームのスポット像を結像光学系１２で拡大し、ＣＣＤ素子１３に結像する。そして、測定手段Ｓ１は、ハーフミラー面１１ａに投影されたスポット像を画像データとして取り込む。
【００４２】
次に、ステップＳ１０５において、測定手段Ｓ１は、図２に示したＲＡＤ方向におけるスポット像Ｐｎの径Ｘ１を計測する。そして、ステップＳ１０６において、スポット径Ｘ１を配列変数Ｘ１（ｎ）に記憶する。
【００４３】
次に、ステップＳ１０７において、測定手段Ｓ１は、ＴＡＮ方向におけるスポット像Ｐｎの径Ｙ１を計測する。そして、ステップＳ１０８において、スポット径Ｙ１を配列変数Ｙ１（ｎ）に記憶する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０９において、図４に示すように、ＲＡＤ方向に対して４５度傾けた方向（「ＲＡＤ＋４５度方向」と表記）におけるスポット像Ｐｎの径Ｘ２を計測する。そして、ステップＳ１１０において、スポット径Ｘ２を配列変数Ｘ２（ｎ）に記憶する。
【００４５】
次に、ステップＳ１１１において、測定手段Ｓ１は、ＴＡＮ方向に対して４５度傾けた方向（「ＴＡＮ＋４５度方向」と表記）におけるスポット像Ｐｎの径Ｙ２を計測する。そして、ステップＳ１１２において、スポット径Ｙ２を配列変数Ｙ２（ｎ）に記憶する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１３において、当該デフォーカス量と測定終了のデフォーカス量の値とを比較する。ここで、測定終了のデフォーカス量は、例えば＋１．３μｍである。
【００４７】
当該デフォーカス量が測定終了のデフォーカス量よりも小さければ、ステップＳ１１４において、デフォーカス量を所定量、例えば約０．３〜０．５μｍインクリメントする。デフォーカス量のインクリメントは、既に述べたように、制御部３が指令信号を出力し、アクチュエータ５４１がその指令信号に基づいて対物レンズ５４を光軸方向に駆動することにより行われる。そして、ステップＳ１１５において、変数ｎを＋１インクリメントし、ステップＳ１１６において、配列変数ＤＦ（ｎ）にインクリメントした当該デフォーカス量を記憶する。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１１２においてスポット像Ｐｎの径の測定を再び行う。
【００４８】
デフォーカス量をインクリメントしながら上述の測定を行い、ステップＳ１１３において、当該デフォーカス量が測定終了の位置以上であると判定すると、図１０に示すステップＳ１１７以降を実行する。
【００４９】
ステップＳ１１７〜Ｓ１２０において、図１２に示すように、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）、ＲＡＤ方向のスポット径Ｘ１（ｎ）、ＴＡＮ方向のスポット径Ｙ１（ｎ）の測定結果を用い、各々のスポット径が最小となるデフォーカス量を求める。
【００５０】
具体的には、ステップＳ１１７において、測定手段Ｓ１は、例えば最小２乗法により、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＲＡＤ方向のスポット径Ｘ１（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｘ１を求める。そして、ステップＳ１１８において、ステップＳ１１７と同様に、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＴＡＮ方向のスポット径Ｙ１（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｙ１を求める。
【００５１】
次に、ステップＳ１１９において、得られた回帰曲線ｆｘ１に基づき、スポット像の径Ｘ１（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ１を求める。また、ステップＳ１２０において、得られた回帰曲線ｆｙ１に基づき、スポット径Ｙ１（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ２を求める。
【００５２】
次に、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４において、図１３に示すように、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）、ＲＡＤ＋４５度方向のスポット径Ｘ２（ｎ）、ＴＡＮ＋４５度方向のスポット径Ｙ２（ｎ）の測定結果を用い、各々のスポット径が最小となるデフォーカス量を求める。
【００５３】
具体的には、ステップＳ１２１において、測定手段Ｓ１は、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＲＡＤ＋４５度方向のスポット径Ｘ２（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｘ２を求める。次に、ステップＳ１２２において、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＴＡＮ＋４５度方向のスポット径Ｙ２（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｙ２を求める。
【００５４】
次に、ステップＳ１２３において、得られた回帰曲線ｆｘ２に基づき、スポット像の径Ｘ２（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ３を求める。また、ステップＳ１２４において、得られた回帰曲線ｆｙ２に基づき、スポット像の径Ｙ２（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ４を求める。
【００５５】
次に、演算手段Ｓ２は、ステップＳ１２５において、数式（１）に示すように、値ＤＦ２と値ＤＦ１の差である焦点間距離Ｌ０を求める。焦点間距離Ｌ０は、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点と、それに直交するＴＡＮ方向に収束される焦点との間の距離である。
【００５６】
【数１】
【００５７】
また、ステップＳ１２６において、演算手段Ｓ２は、数式（２）に示すように、値ＤＦ４と値ＤＦ３の差である焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ４５は、光ビームがＲＡＤ＋４５度方向に収束される焦点と、それに直交するＴＡＮ＋４５度方向に収束される焦点との間の距離である。
【００５８】
【数２】
【００５９】
次に、ステップＳ１２７において、演算手段Ｓ２は、数式（３）に示す一次関数Ｆ１で焦点間距離Ｌ０を変換して、非点収差の０度成分ＡＳ０を求める。
【００６０】
【数３】
【００６１】
次に、ステップＳ１２８において、演算手段Ｓ２は、数式（４）に示す一次関数Ｆ２で焦点間距離Ｌ４５を変換して、非点収差の４５度成分ＡＳ４５を求める。
【００６２】
【数４】
【００６３】
なお、変換関数Ｆ１、Ｆ２は、制御部３のメモリに予め記憶され、同一型式の光ピックアップを対象にした本非点収差の測定の際には、同一の変換関数Ｆ１、Ｆ２を用いる。
【００６４】
ステップＳ１２９において、演算手段Ｓ３は、数式（５）に示すように非点収差の０度成分ＡＳ０と４５度成分ＡＳ４５の２乗平均を演算することにより、非点収差量ＡＳｍａｇを求める。また、ステップＳ１３０において、数式（６）により非点収差角度ＡＳθを求める。
【００６５】
【数５】
【００６６】
なお、図１４（ａ）は、複数の光ピックアップに対し、本非点収差の測定により求めた焦点間距離Ｌ０と、干渉計により測定した非点収差の０度成分（ＲＡＤとＴＡＮ方向における非点収差）との交点をマークで示したグラフである。同図に示すように、焦点間距離Ｌ０と干渉計による測定値は、非常に高い相関を有することが確認されている（例えば相関係数が０．９６）。数式（３）の変換関数Ｆ１は、このような測定を行い、焦点間距離Ｌ０と干渉計による測定値の関係を一次関数で近似したものである。つまり、焦点間距離Ｌ０を求め、変換関数Ｆ１で変換すれば、干渉計で測定される非点収差成分にほぼ相当する値を得ることができる。
【００６７】
また、図１４（ｂ）は、同じく本非点収差の測定により求めた焦点間距離Ｌ４５と、干渉計により測定した同方向に基づく非点収差の４５度成分（ＲＡＤ＋４５度と、ＴＡＮ＋４５度方向における非点収差）との交点をマークで示したグラフである。同図に示すように、焦点間距離Ｌ４５と干渉計による測定値は、非常に高い相関を有することが確認されている（例えば相関係数が０．９９）。数式（４）の変換関数Ｆ２は、このような測定を行い、焦点間距離Ｌ４５と干渉計による測定値の関係を一次関数で近似したものである。つまり、焦点間距離Ｌ４５を求め、変換関数Ｆ２で変換すれば、干渉計で測定される非点収差成分にほぼ相当する値を得ることができる。ちなみに、非点収差の単位はλ（干渉計で使用する測定光の波長）であり、変換関数Ｆ１、Ｆ２によって、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５は、非点収差の単位をλとした値に換算される。
【００６８】
このように、画像処理装置１を介して取り込んだスポット像を測定手段Ｓ１及び演算手段Ｓ２により焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることで、相当する非点収差を測定することができる。
【００６９】
次に、図８に示した非点収差調整手段Ｓ３は、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５の値に基づき、揺動アクチュエータ６ａを駆動して、立上ミラー５３をＲＡＤ方向に沿ってΔθＲＡＤだけ角度を変化させ、また、揺動アクチュエータ６ｂを駆動して、立上ミラー５３をＴＡＮ方向に沿ってΔθＴＡＮだけ角度を変化させる。なお、立上ミラー５３の角度変化量は、上述したように、予め確立されている焦点間距離と立上ミラーの設置角度との関係式により求められる。
【００７０】
なお、Ｌ０、Ｌ４５、及び立上げミラー５３の設置角度の関係式は制御部３のメモリに予め記憶され、同一型式の光ピックアップを対象にした本非点収差調整の際には、同一の関係式を用いる。
【００７１】
このように、非点収差調整手段Ｓ３では、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を、上述の関係式に基づいて、計算を行うことで得られる立上ミラー５３の最適な調整角度に基づき調整を行い、非点収差を補正する。なお、本非点収差調整終了後、立上ミラー５３は接着剤等で固定される。
【００７２】
本実施例では、非点収差の測定におけるデフォーカス範囲を、−１．７〜＋１．３μｍとしたが、本発明はそれに限るものではない。例えば、本非点収差の測定により得られる焦点間距離と干渉計による非点収差の測定値との間に充分な相関（例えば相関係数が０．８以上）が確保されるように、デフォーカス範囲を実験的に求めてもよい。
【００７３】
また、本非点収差調整は、ＤＶＤの記録再生装置に用いられる光ピックアップのみならず、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、光磁気ディスク（ＭＯ；Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ）等の光ディスク用光ピックアップにも応用できる。
【００７４】
このように、本実施例の光ピックアップの非点収差調整装置によれば、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ０を求める。更に、ＲＡＤ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ０及びＬ４５は、各々非点収差の０度成分及び４５度成分と相関があるので、これら焦点間距離を求めることにより光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００７５】
また、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることで非点収差の０度成分及び４５度成分を測定できるので、非点収差の成分から非点収差の量（絶対値）及び非点収差の角度が得られる。
【００７６】
また、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５に基づき非点収差を測定するので、無収差（非点収差がゼロ）状態において光ビームのスポット形状が楕円である光ピックアップに対しても、非点収差の測定または調整を精度良く行うことができる。
【００７７】
また、上述の非点収差の測定結果に基づき、予め計算及び実験で確立されている焦点間距離と立上ミラーの設置角度の関係式から調整すべき角度に立上ミラーを調整することで非点収差を補正するので、一度の調整工程で非点収差を最適に調整することができ、調整作業も簡易になる。
【００７８】
また、スポット径を画像処理して測定することにより、非点収差の測定または調整を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る非点収差測定及び調整方法を表す図である。
【図２】スポット像の径を測定する方法を表す図である。
【図３】デフォーカス量とスポット径の関係を表すグラフである。
【図４】スポット像の径を測定する方法を更に表す図である。
【図５】デフォーカス量とスポット径の関係を更に表すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る非点収差調整装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例に係るオブジェクトプログラムのブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係る非点収差調整装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例に係る非点収差調整装置の動作を更に示すフローチャートである。
【図１１】デフォーカス量を説明するための図である。
【図１２】デフォーカス量とスポット径の関係を表すグラフである。
【図１３】デフォーカス量とスポット径の関係を更に表すグラフである。
【図１４】焦点間距離と干渉計による非点収差の相関を表すグラフである。
【符号の説明】
１…画像処理装置 １１ａ…投影面（ハーフミラー）
１３…撮像装置（ＣＣＤ素子） ３…制御部
５…光ピックアップ ５３…立上ミラー
５４…対物レンズ Ｌ０、Ｌ４５…焦点間距離
Ｓ１…測定手段 Ｓ２…演算手段
Ｓ３…非点収差調整手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差調整方法、または非点収差測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＤ又はＤＶＤ等の光ディスクを記録再生する際に用いられる光ピックアップにあっては、情報の書き込みや再生をするための光ビームを光ディスク表面の情報ピット列に対し常に正確に集光させる必要がある。そのためには、光ピックアップの光学系の収差、具体的には非点収差等を極力少なくすることが必要不可欠である。
【０００３】
光ピックアップの非点収差を測定するには、レーザ干渉計を用いる方法が考えられる。しかし、この測定方法は、例えばレーザ干渉計と光ピックアップの光軸を正確に合わせる等、測定に手間と熟練を要し、生産工程において光ピックアップの光学系を調整するには不向きであった。
【０００４】
そこで、従来、例えば特許文献１には、生産工程においても簡便に調整ができる光ピックアップの非点収差調整方法が提案されている。特許文献１の図１１に基づきこの調整方法を説明すると、光ピックアップの焦点近傍に収束された光ビームのスポット像（光の進行方向に対し直交する方向に沿った光ビームの断面形状）を画像データとして取り込み、そのスポット像の真円度（縦横幅の比）を画像処理して計測する。スポット像の真円度が最も大きく（１に近く）なるように、対物レンズへの光ビームの入射角度を変化させることにより、光ピックアップの非点収差を補正する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５４３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の非点収差調整方法は、光ビームの入射角度を変更して最終的に得られるスポット像が真円（又は略真円）であることを前提条件としている。つまり、上述の調整方法は、真円のスポット像を調整の基準としているので、例えば光ピックアップを構成するレンズ等の固有の収差等により、光ビームの入射角度を調整しても収束されるスポット像が真円にならないピックアップに対しては、上述の調整を行って非点収差を最少に補正することが困難であった。別言すれば、上述の非点収差調整方法で最適な非点収差の調整を行うためには、スポット像を真円にすべく、例えば光ピックアップの光学系を収差の少ない高品質の光学素子を用いて高精度に構成する必要があった。
【０００７】
本発明はこうした従来の課題に鑑みてなされたものであり、例えば光ピックアップを構成する光学系の精度に依存せず、又は対物レンズにより収束される光ビームのスポット形状が真円でなくても、非点収差の測定が可能な光ピックアップの非点収差測定方法、非点収差測定装置、または当該測定方法を用いて簡易に非点収差を補正する等の光ピックアップの非点収差調整方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定方法であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程とを備え、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差調整方法であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程と、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定する第７の工程とを備え、前記第７の工程で得られた測定結果により、前記光ピックアップの非点収差を調整することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定装置であって、前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置と、前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置と、前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置と、前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置、の夫々を求める測定手段と、前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離、及び前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める演算手段とを備え、前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、光ピックアップ５の非点収差を測定し、その結果に基づき前記非点収差を調整する方法を説明するための図である。
【００１２】
同図において、光ディスクの記録再生装置に用いられる光ピックアップ５は、光ディスクに対して情報の記録再生をするための光ビームの光源であるレーザダイオード５１と、光ビームの光路を変更する立上ミラー５３と、光ビームを収束する対物レンズ５４等を備えて構成されている。レーザダイオード５１から発光された光ビームは、立上ミラー５３で反射し、対物レンズ５４で収束されて図示しない光ディスクの記録面に相当する位置に焦点が結ばれる。
【００１３】
本非点収差測定及び調整を実施するにあたり、光ピックアップ５は、光ビームを投影面であるカバーガラス１１ａに向けて照射し、そのスポット像を投影する。撮像装置１３は、カバーガラス１１ａに投影されたスポット像を撮像する。
【００１４】
次に、本非点収差調整方法の手順を説明する。まず、対物レンズ５４の位置を調整して、光ビームの焦点とカバーガラス１１ａとの距離（以下、「デフォーカス量」という）を、適宜変化させながら、カバーガラス１１ａに投影されている光ビームのスポット像Ｐｎを、撮像装置１３により順次撮像する。撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、次に説明するスポット径の測定を行う。
【００１５】
図２に示すように、順次撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、第１の方向であるＲＡＤ方向におけるスポット径Ｘ１と、第１の方向と直交する第２の方向であるＴＡＮ方向における径Ｙ１を測定する。なお、ＲＡＤ（Ｒａｄｉａｌ）方向とは、光ディスクが装填された際の半径方向であり、ＴＡＮ（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ）方向とは接線方向である。
【００１６】
次に、上述のスポット像Ｐｎの計測結果を用い、図３に示すように、デフォーカス量と各スポット径Ｘ１、Ｙ１の関係を表す各特性曲線ｆｘ１、ｆｙ１を求める。そして、特性曲線ｆｘ１に基づき、スポット径Ｘ１が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ１を求め、更に特性曲線ｆｙ１に基づき、スポット径Ｙ１が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ２を求める。そして、これらの値の差である値Ｌ０、すなわちＬ０＝ＤＦ２−ＤＦ１を求める。このようにして求めた値Ｌ０は、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との距離（以下「焦点間距離」という）である。
【００１７】
更に、撮像された各々のスポット像Ｐｎに対し、上述の第１の方向に対して４５度傾けた第３の方向におけるスポット径Ｘ２と、第３の方向と直交する第４の方向におけるスポット径Ｙ２を測定し、上述と同様の演算で、焦点間距離Ｌ４５を求める。
【００１８】
すなわち、図４に示すように、各々のスポット像Ｐｎに対し、第３の方向であるＲＡＤ方向に対し４５度傾けた方向におけるスポット径Ｘ２と、第４の方向であるＴＡＮ方向に対し４５度傾けた方向におけるスポット径Ｙ２を測定する。そして、図５に示すように、デフォーカス量と各スポット径Ｘ２、Ｙ２の関係を表す特性曲線ｆｘ２、ｆｙ２を求め、スポット径Ｘ２、Ｙ２が最小となるデフォーカス量に相当する値ＤＦ３、ＤＦ４を求める。更に、これらの差である焦点間距離Ｌ４５、すなわちＬ４５＝ＤＦ４−ＤＦ３を求める。
【００１９】
ここで、焦点間距離Ｌ０、及びＬ４５は光ピックアップ５の干渉計で測定される非点収差と非常に高い相関があることが確認されている。すなわち、この焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることにより、光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００２０】
次に、上述の非点収差の測定方法で求めた測定結果により、光ピックアップ５の非点収差を調整する。具体的には、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５の値に基づき、例えば、立上ミラー５３のＲＡＤ、ＴＡＮ方向への設置角度を調整することで対物レンズ５４に入射する光ビームの入射角度を変化させ、非点収差を補正する。
【００２１】
なお、本非点収差の調整方法を行うに先立ち、まず、計算により焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５と立上げミラー５３の設置角度との関係式を求め、次に複数の光ピックアップを用いて、実装にて式を確立しておく。そして、本非点収差調整の際に、この関係式を用いて、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５に対応する立上ミラー５３の調整すべき角度を求めて、その角度に基づき立上ミラー５３の角度調整を行う。
【００２２】
本実施形態の光ピックアップの非点収差測定方法及び調整方法によれば、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ０を求める。また、この焦点間距離Ｌ０には非点収差の４５度成分が含まれていないので、その４５度成分を求めるために、ＲＡＤ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ０及びＬ４５は、各々非点収差の０度成分及び４５度成分と相関があるので、これら焦点間距離を求めることにより光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００２３】
また、これらの焦点間距離に基づき非点収差を測定するので、無収差（非点収差がゼロ）状態において光ビームのスポット形状が楕円である光ピックアップに対しても、非点収差の測定または調整を精度良く行うことができる。
【００２４】
また、予め確立された関係式を用いて、焦点間距離に対応する調整すべき立上ミラーの角度を求め、それに基づき立上ミラーの角度を調整して非点収差を補正するので、一度の調整工程で、非点収差を最適に調整することができ、調整作業も簡易になる。
【００２５】
［実施例］
次に、本発明の好適な実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施例は、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）の記録再生装置に用いられる光ピックアップの非点収差の自動調整について説明する。
【００２６】
図６は、光ピックアップ５と、その非点収差調整を行う装置の構成を示すブロック図である。同図において、本非点収差の調整装置は、光ピックアップ５から照射される光ビームのスポット像を画像データとして取り込む画像処理装置１と、取り込まれたスポット像から非点収差を測定し、その測定結果に基づき非点収差を調整するための指令信号を出力する制御部３と、制御部３から出力された指令信号をアナログ値に変換するＤＡコンバータ４ａ、４ｂ、４ｃと、ＤＡコンバータから出力された指令値信号を増幅する増幅器５ａ、５ｂ、５ｃと、揺動アクチュエータ６ａ、６ｂとを備えている。
【００２７】
制御部３は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）、メモリ、及び画像データや指令信号等のデータの入出力を行う入出力部を備えた計算機システムであり、前記メモリに予め設定されているシステムプログラムに従って、本非点収差の測定及び調整を実行する。
【００２８】
光ピックアップ５は、レーザダイオード５１と、ハーフミラー５５と、コリメータレンズ５２と、立上ミラー５３と、対物レンズ５４等とを備えて構成されている。
【００２９】
レーザ光源としてのレーザダイオード５１は、ＤＶＤに対して記録再生を行うための光ビームをハーフミラー５５に向けて出力する。ハーフミラー５５は、入射する光の一部を透過し、その他を反射する特性を有し、レーザダイオード５１からの光ビームをコリメータレンズ５２に向けて反射する。コリメータレンズ５２は、反射された光ビームを平行光に揃える。これにより、コリメータレンズ５２と後述する対物レンズ５４との間は光学的に無限系となっている。立上ミラー５３は、コリメータレンズ５２からの平行光ビームを対物レンズ５４に向けて全反射するミラーである。対物レンズ５４は、光ビームを図示しないＤＶＤの情報ピットが形成されている情報記録面に焦点スポットを形成するためのレンズであり、本非点収差調整においては、次に説明する画像処理装置１のカバーガラス１１に対して光ビームを収束し照射する。
【００３０】
画像処理装置１は、光ピックアップ５からの光ビームのスポット像を投影するカバーガラス１１と、投影されたスポット像を拡大して結像する結像光学系１２と、拡大されたスポット像を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子１３とを備えて構成されている。
【００３１】
図７は、画像処理装置１の構成を例示する図である。カバーガラス１１は、平板状の透明ガラスからなり、ＤＶＤの表面から情報記録面までの光学的距離に相当する、例えばＤＶＤで用いられるポリカーボネイト０．６ｍｍに相当する光学的距離を持つ厚みを有している。カバーガラス１１の裏面は、半透明のハーフミラー面１１ａが蒸着されて形成されている。ハーフミラー面１１ａからの反射光によりフォーカスサーボがかけられ、ハーフミラー面１１ａを透過した透過光によりスポット像が投影される。
【００３２】
結像光学系１２は、対物レンズ１２１と、ミラー１２２と、凸レンズ１２３、１２４と、結像レンズ１２５とを備えて構成されている。結像光学系１２は、ハーフミラー面１１ａに投影されたスポット像を、対物レンズ１２１で集光し、ミラー１２２を介して光路を変更した後、互いに焦点距離が異なる凸レンズ１２３、１２４により像を拡大する。そして、結像レンズ１２５によりＣＣＤ素子１３にスポット像を結像する。ＣＣＤ素子１３は、結像されたスポット像を電気信号に変換して制御部３に出力する。
【００３３】
ＤＡコンバータ４ａ、４ｂ、４ｃは、制御部３からの指令信号をアナログ値に変換し、各々増幅器５ａ、５ｂ、５ｃに出力する。増幅器５ａ、５ｂは、ＤＡコンバータ４ａ、４ｂからの指令値信号に基づき、各々揺動アクチュエータ６ａ、６ｂを駆動させるための駆動電圧を出力する。また、増幅器５ｃは、ＤＡコンバータ４ｃの指令値信号に基づき、対物レンズ５４のアクチュエータ５４１を駆動させるための駆動電圧を出力する。
【００３４】
揺動アクチュエータ６ａ、６ｂは、駆動電圧に基づく角度にステージが揺動する電動式ゴニオステージであり、立上ミラー５３に連結して設置されている。揺動アクチュエータ６ａは、立上ミラー５３をＲＡＤ方向に沿って揺動し、それにより、光ビームの光軸をＲＡＤ方向に沿って変化させる。揺動アクチュエータ６ｂは、立上ミラー５３をＴＡＮ方向に揺動し、それにより、光ビームの光軸をＴＡＮ方向に沿って変化させる。
【００３５】
アクチュエータ５４１は、光ピックアップ５に備えられ、対物レンズ５４をその光軸方向に移動させ、デフォーカス量を変化させるアクチュエータである。
【００３６】
図８は、制御部３に設定されているオブジェクトプログラムのブロック図である。制御部３には、測定手段Ｓ１と、演算手段Ｓ２と、非点収差調整手段Ｓ３のオブジェクトプログラムが備えられている。なお、非点収差の測定手段は、測定手段Ｓ１と演算手段Ｓ２とを備えて構成されている。
【００３７】
このような構成の本非点収差調整装置の動作を説明する。まず、図８に示す測定手段Ｓ１及び演算手段Ｓ２は、光ピックアップ５の非点収差を測定する。次に、求められた非点収差に基づき、非点収差調整手段Ｓ３は、揺動アクチュエータ６ａ、６ｂを駆動し対物レンズ５４に入射する光ビームの入射角を調整することで非点収差を補正する。
【００３８】
本非点収差調整を行う際の各ステップについて、図９〜１０に示すフローチャートに基づき詳細に説明する。
【００３９】
まず、ステップＳ１０１において、測定手段Ｓ１は、カウンタ変数ｎを１に初期化する。次に、ステップＳ１０２において、ＤＡコンバータ４ｃに対し指令信号を出力しアクチュエータ５４１を駆動して、光ピックアップ５の対物レンズ５４の焦点を所定の測定開始位置にデフォーカスする。ここで、デフォーカス量とは、平行光ビームが対物レンズ５４によって収束する焦点位置のハーフミラー面１１ａを基準とした相対距離をいう。そして、図１１（ａ）に示すように、平行光ビームの焦点位置が、カバーガラス１１のハーフミラー面１１ａよりも光ピックアップ５側（ｆａｒ）にあるとき、デフォーカス量は、負（−）の符号をとり、図１１（ｂ）に示すように、焦点位置がハーフミラー面１１ａよりも画像処理装置１側（ｎｅａｒ）にあるとき、正（＋）の符号をとるものとする。本非点収差の測定を開始するデフォーカス量は、ハーフミラー面１１ａから例えば−１．７μｍである（但し、この値に限定するものではない）。なお、測定手段Ｓ１は、予め記憶されているアクチュエータ５４１の駆動電圧値と対物レンズ５４のデフォーカス量の関係式に基づき、ＤＡコンバータ４ｃに対し指令信号を出力し、所定のデフォーカス量になるようアクチュエータ５４１を駆動する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０３において、配列変数ＤＦ（ｎ）に当該デフォーカス量を記憶する。ステップ１０３では、配列変数ＤＦ（１）に測定開始のデフォーカス量を記憶することになる。
【００４１】
次に、ステップＳ１０４において、画像処理装置１は、ハーフミラー面１１ａに投影された光ビームのスポット像を結像光学系１２で拡大し、ＣＣＤ素子１３に結像する。そして、測定手段Ｓ１は、ハーフミラー面１１ａに投影されたスポット像を画像データとして取り込む。
【００４２】
次に、ステップＳ１０５において、測定手段Ｓ１は、図２に示したＲＡＤ方向におけるスポット像Ｐｎの径Ｘ１を計測する。そして、ステップＳ１０６において、スポット径Ｘ１を配列変数Ｘ１（ｎ）に記憶する。
【００４３】
次に、ステップＳ１０７において、測定手段Ｓ１は、ＴＡＮ方向におけるスポット像Ｐｎの径Ｙ１を計測する。そして、ステップＳ１０８において、スポット径Ｙ１を配列変数Ｙ１（ｎ）に記憶する。
【００４４】
次に、ステップＳ１０９において、図４に示すように、ＲＡＤ方向に対して４５度傾けた方向（「ＲＡＤ＋４５度方向」と表記）におけるスポット像Ｐｎの径Ｘ２を計測する。そして、ステップＳ１１０において、スポット径Ｘ２を配列変数Ｘ２（ｎ）に記憶する。
【００４５】
次に、ステップＳ１１１において、測定手段Ｓ１は、ＴＡＮ方向に対して４５度傾けた方向（「ＴＡＮ＋４５度方向」と表記）におけるスポット像Ｐｎの径Ｙ２を計測する。そして、ステップＳ１１２において、スポット径Ｙ２を配列変数Ｙ２（ｎ）に記憶する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１３において、当該デフォーカス量と測定終了のデフォーカス量の値とを比較する。ここで、測定終了のデフォーカス量は、例えば＋１．３μｍである。
【００４７】
当該デフォーカス量が測定終了のデフォーカス量よりも小さければ、ステップＳ１１４において、デフォーカス量を所定量、例えば約０．３〜０．５μｍインクリメントする。デフォーカス量のインクリメントは、既に述べたように、制御部３が指令信号を出力し、アクチュエータ５４１がその指令信号に基づいて対物レンズ５４を光軸方向に駆動することにより行われる。そして、ステップＳ１１５において、変数ｎを＋１インクリメントし、ステップＳ１１６において、配列変数ＤＦ（ｎ）にインクリメントした当該デフォーカス量を記憶する。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１１２においてスポット像Ｐｎの径の測定を再び行う。
【００４８】
デフォーカス量をインクリメントしながら上述の測定を行い、ステップＳ１１３において、当該デフォーカス量が測定終了の位置以上であると判定すると、図１０に示すステップＳ１１７以降を実行する。
【００４９】
ステップＳ１１７〜Ｓ１２０において、図１２に示すように、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）、ＲＡＤ方向のスポット径Ｘ１（ｎ）、ＴＡＮ方向のスポット径Ｙ１（ｎ）の測定結果を用い、各々のスポット径が最小となるデフォーカス量を求める。
【００５０】
具体的には、ステップＳ１１７において、測定手段Ｓ１は、例えば最小２乗法により、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＲＡＤ方向のスポット径Ｘ１（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｘ１を求める。そして、ステップＳ１１８において、ステップＳ１１７と同様に、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＴＡＮ方向のスポット径Ｙ１（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｙ１を求める。
【００５１】
次に、ステップＳ１１９において、得られた回帰曲線ｆｘ１に基づき、スポット像の径Ｘ１（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ１を求める。また、ステップＳ１２０において、得られた回帰曲線ｆｙ１に基づき、スポット径Ｙ１（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ２を求める。
【００５２】
次に、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４において、図１３に示すように、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）、ＲＡＤ＋４５度方向のスポット径Ｘ２（ｎ）、ＴＡＮ＋４５度方向のスポット径Ｙ２（ｎ）の測定結果を用い、各々のスポット径が最小となるデフォーカス量を求める。
【００５３】
具体的には、ステップＳ１２１において、測定手段Ｓ１は、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＲＡＤ＋４５度方向のスポット径Ｘ２（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｘ２を求める。次に、ステップＳ１２２において、デフォーカス量ＤＦ（ｎ）とＴＡＮ＋４５度方向のスポット径Ｙ２（ｎ）の関係を近似する二次の回帰曲線ｆｙ２を求める。
【００５４】
次に、ステップＳ１２３において、得られた回帰曲線ｆｘ２に基づき、スポット像の径Ｘ２（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ３を求める。また、ステップＳ１２４において、得られた回帰曲線ｆｙ２に基づき、スポット像の径Ｙ２（ｎ）が最小値を示すデフォーカス量に相当する値ＤＦ４を求める。
【００５５】
次に、演算手段Ｓ２は、ステップＳ１２５において、数式（１）に示すように、値ＤＦ２と値ＤＦ１の差である焦点間距離Ｌ０を求める。焦点間距離Ｌ０は、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点と、それに直交するＴＡＮ方向に収束される焦点との間の距離である。
【００５６】
【数１】
また、ステップＳ１２６において、演算手段Ｓ２は、数式（２）に示すように、値ＤＦ４と値ＤＦ３の差である焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ４５は、光ビームがＲＡＤ＋４５度方向に収束される焦点と、それに直交するＴＡＮ＋４５度方向に収束される焦点との間の距離である。
【００５８】
【数２】
次に、ステップＳ１２７において、演算手段Ｓ２は、数式（３）に示す一次関数Ｆ１で焦点間距離Ｌ０を変換して、非点収差の０度成分ＡＳ０を求める。
【００６０】
【数３】
次に、ステップＳ１２８において、演算手段Ｓ２は、数式（４）に示す一次関数Ｆ２で焦点間距離Ｌ４５を変換して、非点収差の４５度成分ＡＳ４５を求める。
【００６２】
【数４】
なお、変換関数Ｆ１、Ｆ２は、制御部３のメモリに予め記憶され、同一型式の光ピックアップを対象にした本非点収差の測定の際には、同一の変換関数Ｆ１、Ｆ２を用いる。
【００６４】
ステップＳ１２９において、演算手段Ｓ３は、数式（５）に示すように非点収差の０度成分ＡＳ０と４５度成分ＡＳ４５の２乗平均を演算することにより、非点収差量ＡＳｍａｇを求める。また、ステップＳ１３０において、数式（６）により非点収差角度ＡＳθを求める。
【００６５】
【数５】
なお、図１４（ａ）は、複数の光ピックアップに対し、本非点収差の測定により求めた焦点間距離Ｌ０と、干渉計により測定した非点収差の０度成分（ＲＡＤとＴＡＮ方向における非点収差）との交点をマークで示したグラフである。同図に示すように、焦点間距離Ｌ０と干渉計による測定値は、非常に高い相関を有することが確認されている（例えば相関係数が０．９６）。数式（３）の変換関数Ｆ１は、このような測定を行い、焦点間距離Ｌ０と干渉計による測定値の関係を一次関数で近似したものである。つまり、焦点間距離Ｌ０を求め、変換関数Ｆ１で変換すれば、干渉計で測定される非点収差成分にほぼ相当する値を得ることができる。
【００６７】
また、図１４（ｂ）は、同じく本非点収差の測定により求めた焦点間距離Ｌ４５と、干渉計により測定した同方向に基づく非点収差の４５度成分（ＲＡＤ＋４５度と、ＴＡＮ＋４５度方向における非点収差）との交点をマークで示したグラフである。同図に示すように、焦点間距離Ｌ４５と干渉計による測定値は、非常に高い相関を有することが確認されている（例えば相関係数が０．９９）。数式（４）の変換関数Ｆ２は、このような測定を行い、焦点間距離Ｌ４５と干渉計による測定値の関係を一次関数で近似したものである。つまり、焦点間距離Ｌ４５を求め、変換関数Ｆ２で変換すれば、干渉計で測定される非点収差成分にほぼ相当する値を得ることができる。ちなみに、非点収差の単位はλ（干渉計で使用する測定光の波長）であり、変換関数Ｆ１、Ｆ２によって、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５は、非点収差の単位をλとした値に換算される。
【００６８】
このように、画像処理装置１を介して取り込んだスポット像を測定手段Ｓ１及び演算手段Ｓ２により焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることで、相当する非点収差を測定することができる。
【００６９】
次に、図８に示した非点収差調整手段Ｓ３は、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５の値に基づき、揺動アクチュエータ６ａを駆動して、立上ミラー５３をＲＡＤ方向に沿ってΔθＲＡＤだけ角度を変化させ、また、揺動アクチュエータ６ｂを駆動して、立上ミラー５３をＴＡＮ方向に沿ってΔθＴＡＮだけ角度を変化させる。なお、立上ミラー５３の角度変化量は、上述したように、予め確立されている焦点間距離と立上ミラーの設置角度との関係式により求められる。
【００７０】
なお、Ｌ０、Ｌ４５、及び立上げミラー５３の設置角度の関係式は制御部３のメモリに予め記憶され、同一型式の光ピックアップを対象にした本非点収差調整の際には、同一の関係式を用いる。
【００７１】
このように、非点収差調整手段Ｓ３では、求められた焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を、上述の関係式に基づいて、計算を行うことで得られる立上ミラー５３の最適な調整角度に基づき調整を行い、非点収差を補正する。なお、本非点収差調整終了後、立上ミラー５３は接着剤等で固定される。
【００７２】
本実施例では、非点収差の測定におけるデフォーカス範囲を、−１．７〜＋１．３μｍとしたが、本発明はそれに限るものではない。例えば、本非点収差の測定により得られる焦点間距離と干渉計による非点収差の測定値との間に充分な相関（例えば相関係数が０．８以上）が確保されるように、デフォーカス範囲を実験的に求めてもよい。
【００７３】
また、本非点収差調整は、ＤＶＤの記録再生装置に用いられる光ピックアップのみならず、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、光磁気ディスク（ＭＯ；Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ）等の光ディスク用光ピックアップにも応用できる。
【００７４】
このように、本実施例の光ピックアップの非点収差調整装置によれば、光ビームがＲＡＤ方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ０を求める。更に、ＲＡＤ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置と、ＴＡＮ方向から４５度傾けた方向に収束される焦点位置との焦点間距離Ｌ４５を求める。焦点間距離Ｌ０及びＬ４５は、各々非点収差の０度成分及び４５度成分と相関があるので、これら焦点間距離を求めることにより光ピックアップ５の非点収差を測定することができる。
【００７５】
また、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５を求めることで非点収差の０度成分及び４５度成分を測定できるので、非点収差の成分から非点収差の量（絶対値）及び非点収差の角度が得られる。
【００７６】
また、焦点間距離Ｌ０、Ｌ４５に基づき非点収差を測定するので、無収差（非点収差がゼロ）状態において光ビームのスポット形状が楕円である光ピックアップに対しても、非点収差の測定または調整を精度良く行うことができる。
【００７７】
また、上述の非点収差の測定結果に基づき、予め計算及び実験で確立されている焦点間距離と立上ミラーの設置角度の関係式から調整すべき角度に立上ミラーを調整することで非点収差を補正するので、一度の調整工程で非点収差を最適に調整することができ、調整作業も簡易になる。
【００７８】
また、スポット径を画像処理して測定することにより、非点収差の測定または調整を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る非点収差測定及び調整方法を表す図である。
【図２】スポット像の径を測定する方法を表す図である。
【図３】デフォーカス量とスポット径の関係を表すグラフである。
【図４】スポット像の径を測定する方法を更に表す図である。
【図５】デフォーカス量とスポット径の関係を更に表すグラフである。
【図６】本発明の実施例に係る非点収差調整装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例に係る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施例に係るオブジェクトプログラムのブロック図である。
【図９】本発明の実施例に係る非点収差調整装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例に係る非点収差調整装置の動作を更に示すフローチャートである。
【図１１】デフォーカス量を説明するための図である。
【図１２】デフォーカス量とスポット径の関係を表すグラフである。
【図１３】デフォーカス量とスポット径の関係を更に表すグラフである。
【図１４】焦点間距離と干渉計による非点収差の相関を表すグラフである。
【符号の説明】
１…画像処理装置 １１ａ…投影面（ハーフミラー）
１３…撮像装置（ＣＣＤ素子） ３…制御部
５…光ピックアップ ５３…立上ミラー
５４…対物レンズ Ｌ０、Ｌ４５…焦点間距離
Ｓ１…測定手段 Ｓ２…演算手段
Ｓ３…非点収差調整手段
Claims (5)
- 対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定方法であって、
前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、
前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、
前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、
前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程とを備え、
前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする光ピックアップの非点収差測定方法。 - 対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差調整方法であって、
前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置を求める第１の工程と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置を求める第２の工程と、
前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離を求める第３の工程と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置を求める第４の工程と、
前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置を求める第５の工程と、
前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める第６の工程と、
前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定する第７の工程とを備え、
前記第７の工程で得られた測定結果により、前記光ピックアップの非点収差を調整することを特徴とする光ピックアップの非点収差調整方法。 - 前記第１の距離と前記第２の距離により、前記対物レンズに入射する前記光ビームの入射角を調整することを特徴とする請求項２に記載の光ピックアップの非点収差調整方法。
- 前記光ビームのビーム径は、スポット像の径であることを特徴とする請求項２または３に記載の光ピックアップの非点収差調整方法。
- 対物レンズで収束させた光ビームを記録媒体に照射する光ピックアップの非点収差測定装置であって、
前記光ビームの進行方向に直交する第１の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第１の位置と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向に直交する第２の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第２の位置と、
前記進行方向に直交し前記第１の方向を略４５度傾けた第３の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第３の位置と、
前記進行方向に直交し前記第３の方向に直交する第４の方向において、前記光ビームのビーム径が最小となる前記進行方向上の第４の位置、
の夫々を求める測定手段と、
前記進行方向上の前記第１の位置と前記第２の位置との差である第１の距離、及び前記進行方向上の前記第３の位置と前記第４の位置との差である第２の距離を求める演算手段とを備え、
前記第１の距離と前記第２の距離により、前記光ピックアップの非点収差を測定することを特徴とする光ピックアップの非点収差測定装置。
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