JP4106191B2

JP4106191B2 - 光学システムの調整方法

Info

Publication number: JP4106191B2
Application number: JP2001013023A
Authority: JP
Inventors: 和政 ▲高▼田; 健治高本; 彰洋坂口; 正則高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: JP2002216388A

Description

【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ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）に情報を読み書きする光ヘッドを調整・検査する光学システムの調整方法に関する。
【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を目的の場所に正確に照射できる光学系が必要である。
【０００３】
具体的に、図１と図２を参照して説明すると、光ディスク１の情報記録面２には一定の間隔をあけて溝３が形成されており、この溝３を形成する凹部４と隣接する凹部４の間に位置する凸部５とに情報６が記録される。この記録された情報６に対して光ヘッド７から光が照射され、その反射光から当該情報６が読み取られる。
【０００４】
したがって、光ヘッド７から該光ヘッド７の対物レンズ８を介して出射した光の焦点は、ディスク１に形成してある情報記録面２に正確に合致すること、また凹部４又は凸部５の中央に位置する必要がある。以下、情報記録面２に光の焦点が合致している状態を「ジャストフォーカス状態」といい、凹部４又は凸部５の中央に焦点が位置している状態を「ジャストトラック状態」という。
【０００５】
そのため、従来、光ヘッド１１の製造工程では、完成した光ヘッド７からディスク１に光を投射し、このディスク１で反射した光を用いて、光ヘッド７の内部に収容されている受像素子又は受像装置の感度を調整し、またディスク１に記録されている情報の読み込み又ディスク１への情報の書き込みが適正に行なえるように調整を行なっている。
【０００６】
ところが、一つのディスク１が多数の光ヘッド７の調整に利用される。そのため、ディスク１の情報記録面２が繰返し行なわれる情報の読み書きにより劣化し、その劣化が光ヘッド７の検査に悪影響を及ぼすことがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、ディスクの特性に影響されることなく、適正に光ヘッドの特性を検出し調整できるシステムの調整方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
上記目的を達成するため、本発明に係る光学システムの調整方法は、
（ａ）対物レンズから出射された光を回折格子で透過させると共に回折してシェアリング干渉光を生成する第１工程と、
（ｂ）上記回折格子からのシェアリング干渉光を受像体で受像する第２工程と、
（ｃ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、−１次回折光及び０次回折光の干渉領域の光強度と、０次回折光及び＋１次回折光の干渉領域の光強度との光強度差に基づいて上記回折格子と上記対物レンズを相対移動させ、上記回折格子に対する上記対物レンズの位置をジャストトラッキング状態に調整する第３工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の形態は、上記第３工程が、上記回折格子の格子溝の横断方向成分を含む方向に上記回折格子を移動させて調整する工程であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の形態は、上記第３工程が、上記光強度差がゼロになる位置に上記回折格子と上記対物レンズを相対移動させて調整する工程であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の形態は、（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、格子溝の横断方向と平行方向の干渉縞が消去される位置に上記回折格子を移動させる第４工程を更に有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の形態は、上記第４工程で上記回折格子を移動させた後に、上記第３工程で上記回折格子を移動させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明に係る光学システム１０を示す。この光学システム１０は、概略、光ディスクなどの情報記録媒体に記録されている情報を読み取るための光ヘッド１１と、該光ヘッド１１を検査するための検査装置１２とからなる。
【００１８】
検査装置１２は、光ヘッド１１から出射された集束光を回折して０次回折光、±１次回折光、±２次回折光・・・を得る回折格子１３と、これら回折光のうち０次回折光と±１次回折光を受光すると共に受光した光を平行な光に変換する集光レンズ１４と、集光レンズ１４を透過した平行な光を結像する結像レンズ１５と、結像レンズ１５で結像された光を受像する第１の受像装置（受像体）１６と、第１の受像装置１６で受像した光を解析する処理装置１７を有する。
【００１９】
回折格子１３は、図面の表裏方向に伸びる、凹部と凸部を交互に配置した格子溝２０を備えている。以後、格子溝２０の長手方向を「格子方向」、格子溝２０を横断する方向を「横断方向」という。格子溝２０は、半透過性の薄い膜２１で覆われており、回折格子１３に入射した光の一部が膜２１で反射し、一部が膜２１を透過するようにしてある。格子溝２０の形状寸法及び回折格子１３と集光レンズ１４との距離はまた、図４に示すように、回折格子１３から得られた０次回折光と＋１次回折光、０次回折光と−１次回折光がそれぞれ集光レンズ１４の瞳面上で干渉（シェアリング干渉）するように設計されている。したがって、第１の受像装置１６に受像される光像には、０次回折光と＋１次回折光との干渉領域１６_１と、０次回折光と−１次回折光との干渉領域１６_２が含まれる。
【００２０】
干渉領域１６_１，１６_２には、光学システム１０に含まれる各種の収差が干渉模様又は干渉縞となって現れる。具体的に説明すると、回折格子１３と光ヘッド１１の対物レンズとの間の光軸方向のずれを例にとった場合、回折格子１３の位置が対物レンズの焦点に正確に一致していれば、図５（ａ）に示すように干渉領域１６_１，１６_２に干渉縞は現れない。しかし、回折格子１３の位置が対物レンズの焦点からずれている（この状態を「デフォーカス」状態という。）と、図５（ｂ）に示すように干渉領域１６_１，１６_２にそれぞれ干渉縞が現れる。
【００２１】
デフォーカスについて更に説明を加えると、周知のように波面収差はＺｅｒｎｉｋｅ多項式で表すことができる。また、デフォーカス量はｘｙ座標系（ｙ：格子方向、ｘ：横断方向）で次式（１）のように表される。
φ_Defocus（ｘ、ｙ）＝√３・（２ｘ^２＋２ｙ^２−１）（１）
但しｘ^２＋ｙ^２≦１
一方、撮像面上で横断方向（ｘ方向）へ距離±αだけ離れた２光束（φ（ｘ＋α、ｙ）、φ（ｘ−α、ｙ）を干渉させた場合、波面の差分△φは次式（２）で表される。
△φ_Defocus＝√３・８αｘ（２）
【００２２】
このように、デフォーカスは、ｘ方向（横断方向）に関して１次関数で表され、光の波長ごとに、ｘ方向に周期的な縞（縦縞）となって現れる。したがって、デフォーカスは、回折格子１３又は光ヘッド１１を光軸方向（矢印Ｚ方向）に移動することで消去され、完全なジャストフォーカス状態が得られる。
【００２３】
また、干渉領域１６_１，１６_２の光強度は、対物レンズ３１から出射した光が情報記録媒体又は回折格子上で結像する位置に応じて変化する。具体的に、図６（ａ_１）、（ａ_２）に示すように、対物レンズ３１から出射した光の結像位置が格子溝２０の中央に位置している場合、干渉領域１６_１，１６_２の光強度は同一である。しかし、図６（ｂ_１）、（ｂ_２）及び図６（ｃ_１）、（ｃ_２）に示すように、結像位置が格子溝２０の縁に位置しているとき、一方の干渉領域１６_１（１６_２）の光強度が最大、他方の干渉領域１６_２（１６_１）の光強度が最小となる。この光強度の変化を表したものが図７のグラフであり、一方の干渉領域１６_１の光強度ＡＴと他方の干渉領域１６_２の光強度ＢＴは、１８０度の位相差をもって、正弦波曲線を描く。したがって、一方の干渉領域１６_１の光強度ＡＴと他方の干渉領域１６_２の光強度ＢＴとの差（ＡＴ−ＢＴ）も正弦波曲線を描き、光強度差（ＡＴ−ＢＴ）がゼロとなる位置がジャストトラッキング状態に対応する。したがって、干渉領域１６_１，１６_２の光強度ＡＴ，ＢＴを処理装置１７で読み取り、その結果をもとに回折格子１３をその横断方向又は該横断方向の方向成分を含む方向に移動し調整することで、回折格子１３に対して対物レンズ３１をジャストトラッキング状態に設定することができる。
【００２４】
図１に戻り、ジャストフォーカス調整とジャストトラッキング調整を行なうために、検査装置１２は、回折格子１３を移動する回折格子移動装置２５を有する。回折格子移動装置２５は、回折格子１３を集光レンズ１４と共に光軸方向（Ｚ方向）に移動する第１のＺ方向移動機構２６と、回折格子１３だけを光軸方向（Ｚ方向）に移動する第２のＺ方向移動機構２７、回折格子１３をその回折格子１３が保持されている平面上で横断方向（Ｘ方向）又は横断方向成分を含む方向に移動するＸ方向移動機構２８とを有する。なお、図面を簡略化するため、第２のＺ方向移動機構２７とＸ方向移動機構２８は一つのブロックで表示しているが、これらの機構は別々に構成されるものである。また、回折格子１３の移動は厳密に行なわなければならないので、ピエゾ素子を利用した微小送り機構を利用するのが好ましい。
【００２５】
光ヘッド１１は、光源及び光学レンズなどを収容した本体ハウジング３０と、光源から出射された光を光ディスク等の情報記録媒体（検査時には回折格子１３）に結像する対物レンズ３１と、情報記録媒体から反射した光を受像する第２の受像装置（受像体）３２を備えている。具体的に、第２の受像装置３２は、後述する複数の受像素子からなり、各受像素子の出力が計測装置（計測機構）３３に接続されている。対物レンズ３１は、対物レンズ支持装置３４を介してハウジング３０に支持されている。また、対物レンズ支持装置３４は、ハウジング３０に対する対物レンズ３１の位置を調整する機構を備えており、この調整機構を操作することにより、ハウジング３０に対する対物レンズ３１の位置、及び検査装置１２に対する対物レンズ３１の位置が調整できるようにしてある。
【００２６】
図８は、ハウジング３０に収容されている複数の光学部品を示す。これら光学部品には、光源３５と、光源３５から出射されて光を平行な光に変換して対物レンズ３１に入射するためのコリメータレンズ３６が含まれる。コリメータレンズ３６と対物レンズ３１との間には、コリメータレンズ３６から対物レンズ３１に向かって進行する光を透過する一方、対物レンズ３１からコリメータレンズ３６に向かって進行する光を直交方向（Ｚ’方向）に向けて反射するハーフミラー３７が配置されている。ハーフミラー３７で反射した光の進行方向には、第１の光学ユニット３８が配置されている。
【００２７】
第１の光学ユニット３８は位相光学素子３９を有する。この位相光学素子３９は、ハーフミラー３７で反射した光を２つの光束４０、４１に分けると共にこれら２つの光束４０、４１を異なる焦点距離をもって異なる焦点４２，４３に結像するものである。本実施形態において、位相型光学素子３９は、第１の光束４０が第１の焦点距離をもって第１の焦点４２に結像し、第２の光束４１が第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離をもって第２の焦点４３に結像するように設計されている。光学ユニット３８はまた、第１及び第２の焦点４２、４３の中間であって両者から等距離の位置に第１と第２の受光素子４４，４５を備えている。そして、第１及び第２の受像素子４４，４５は計測装置３３に電気的に接続されており、これら受像素子４４，４５の出力が計測装置３３で処理されるようにしてある。
【００２８】
このように構成された第１の光学ユニット３８では、情報記録媒体又は回折格子で反射した光は、対物レンズ３１、ハーフミラー３７を介して位相型結像素子３９に入射する。そして、対物レンズ３１がジャストフォーカス状態に設定されている場合、図８に示すように、２つの受像素子４４，４５で受像する光の強度は等しい。しかし、図９に示すように対物レンズ３１の図８に示す位置ずれている場合、位相型結像素子３９で分けられた２つの光束４０、４１は、図８に示す焦点４２，４３からずれた位置に結像する。その結果、第１の受像素子４４と第２の受像素子４５で受像される光の強度差が変化する。この光強度差の変化は、第１の受像素子４４で受像される光の強度ＡＦと第２の受像素子４５で受像される光の強度ＢＦとの差（ＡＦ−ＢＦ）と、対物レンズ３１の光軸方向（Ｚ方向）位置（ＺＦ）との関係を示す特性曲線として図１０のグラフに示してある。
【００２９】
次に、光ヘッド１１は、第１の光学ユニット３８の他に、図１１（ａ）に示す第２の光学ユニット４６を有する。第２の光学ユニット４６は、ハーフミラー３７で反射した光を第３及び第４の受像素子４７，４８に導く光学部品（図示せず）を備えている。また、検査装置１２に関して説明したように、回折格子１３の格子溝２０の構造及び回折格子１３と対物レンズ３１の距離は、回折格子１３で反射した光に含まれる回折光のうち、０次回折光と±１次回折光が対物レンズ３１の瞳面上でシェアリング干渉し、その結果、図１１（ｂ）に示すように第３の受像素子４７には０次回折光と＋１次回折光の干渉領域４９の光が受像され、０次回折光と−１次回折光の干渉領域５０の光が第４の受像素子４８に受像されるように設計されている。
【００３０】
検査装置１２に関する説明中で既に述べたように、対物レンズ３１から出射した光が情報記録媒体又は回折格子上で結像する位置に応じて、干渉領域４９，５０の光強度も違いを生じる。具体的に、図１２（ａ_１）、（ａ_２）に示すように、対物レンズ３１から出射した光の結像位置が格子溝２０の中央に位置している場合、干渉領域４９，５０の光強度は同一である。しかし、図１２（ｂ_１）、（ｂ_２）及び図１２（ｃ_１）、（ｃ_２）に示すように、結像位置が格子溝２０の縁に位置しているとき、一方の干渉領域４９（５０）の光強度が最大、他方の干渉領域５０（４９）の光強度が最小となる。この光強度の変化は図７のグラフに示す関係を有し、一方の干渉領域４９の光強度ＡＴと他方の干渉領域５０の光強度ＢＴは、１８０度の位相差をもって、正弦波曲線を描く。
【００３１】
以上の構成からなる光学システム１０による光ヘッド１１の検査及び調整について説明する。
【００３２】
光ヘッド１１の検査及び調整に先立ち、検出装置１２を調整する。この調整は、対物レンズ３１を回折格子１３に対してジャストフォーカス状態に設定する調整と、ジャストトラッキング状態に設定する調整を含む。
【００３３】
対物レンズ３１をジャストフォーカス状態に調整する場合、検査装置１２の受像装置１６で受像した光に含まれる干渉領域１６_１，１６_２の光強度分布を処理装置１７で検査し、これら干渉領域１６_１，１６_２に図５に示すデフォーカスの干渉縞があるか否か判断する。デフォーカスの干渉縞が存在すると、第１のＺ軸方向移動機構２６又は第２のＺ軸方向移動機構２７を駆動し、回折格子１３を対物レンズ３１に向けて進退させ、対物レンズ３１に対して回折格子１３をジャストフォーカス状態に設定する。
【００３４】
対物レンズ３１をジャストトラッキング状態に調整する場合、上述のようにして対物レンズ３１を回折格子１３に対してジャストフォーカス状態に設定した後、Ｘ方向移動機構２８を駆動して回折格子１３を横断方向又は該横断方向成分を含む方向に移動させる。そして、受像装置１６の干渉領域１６_１，１６_２で受像する光強度の差（ＡＦ−ＢＦ）を処理装置１７で検出し、その光強度差（ＡＦ−ＢＦ）がゼロとなる位置で回折格子１３を停止させる。これにより、ジャストトラッキング状態が得られる。
【００３５】
次に、光学ヘッド１１の調整について説明する。いま、第１の光学ユニット３８における第１及び第２の受光素子４４，４５の感度を調整する場合、上述のようにして回折格子１３と対物レンズ３１をジャストフォーカス状態に設定した後、第１又は第２のＺ軸方向移動機構２６，２７を駆動し、回折格子１３をＺ軸方向に往復移動又は振動する。その結果、第１の光学ユニット３８の受像素子４４，４５で検出される光強度ＡＦ、ＢＦ及び光強度差（ＡＦ−ＢＦ）が変化する。そして、その光強度の変化をもとに受光素子４４，４５の感度を調整する。また、適正に感度調整された受光素子４４，４５の出力を利用すれば、後に対物レンズ３１を単独でジャストフォーカス状態に調整することができる。
【００３６】
続いて、第２の光学ユニット４６における受光素子４７，４８を調整する場合、上述のようにして回折格子１３と対物レンズ３１をジャストフォーカス及びジャストトラック状態に設定した後、回折格子１３のＸ方向移動機構２８を駆動し、回折格子１３をＸ方向に移動する。このとき、計測装置３３は、受像素子４７，４８の出力をもとに干渉領域４９，５０の光強度差（ＡＴ−ＢＴ）を検出する。次に、図１３に示すように、光強度差（ＡＴ−ＢＴ）の最大値と光強度差検出開始時（ジャストトラック状態）の光強度差（ＪＴ）との差（ＩＰ）と、光強度差振幅（ＩＰＶ）とが、予め決められた関係（例えば、差又は比率）にあるか否か判断する。そして、上記差ＩＰと幅ＩＰＶが所定の関係になければ、その関係が得られるように受光素子４７，４８の感度を調整する。
【００３７】
以上の説明では、ジャストフォーカス状態及びジャストトラック状態を得る際に回折格子１３を移動させたが、これに代えて、光ヘッド１１に設けた対物レンズ支持機構３４に含まれる移動機構を駆動して該対物レンズ３１を移動してもよい。なお、この移動機構としては、電磁石を利用した移動機構が好適に利用できる。また、以上の説明では、光ヘッド１１の調整として受像素子の感度調整を説明したが、受像素子以外の部品（例えば、位相型光学素子、ミラー等）の調整も同様にして行なうことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明に係る光学システムによれば、光ヘッドが光学的にジャストトラック、ジャストフォーカスの位置を設定でき、ディスクの連続使用による劣化などに影響されず、正確にトラック信号、フォーカス信号の検査を行える。また、ジャストフォーカス、ジャストトラックとなる出力信号を得られるように、光ヘッドを調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光ヘッドの検査方法を説明する図である。
【図２】光ディスクの一部を拡大した斜視図である。
【図３】本発明に係る光学システムの概略構成を示す図である。
【図４】回折格子を透過した回折光の進行状態を示す図である。
【図５】検査装置の受像装置で受像される干渉縞の一例を示す図である。
【図６】回折格子に結像する光の位置と干渉領域における光強度の関係を説明する図である。
【図７】２つの干渉領域における光強度の差を表したグラフを示す図である。
【図８】光ヘッドに内蔵された第１の光学ユニットの構成を示す図である。
【図９】対物レンズが回折格子に対してジャストフォーカスされていないときの光路を示す図である。
【図１０】２つの受像素子で検出される光強度の差を表したグラフを示す図である。
【図１１】光ヘッドに内蔵された第２の光学ユニットの構成を示す図である。
【図１２】回折格子に結像する光の位置と干渉領域における光強度の関係を説明する図である。
【図１３】第２の光学ユニットの受像素子の感度調整を説明する図である。
【符号の説明】
１０：光学システム
１１：光ヘッド
１２：検査装置
１３：回折格子
１４：集光レンズ
１６：受像装置
１７：処理装置
２５：回折格子移動機構
３１：対物レンズ
４４，４５,４７，４８：受像素子

Claims

（ａ）対物レンズから出射された光を回折格子で透過させると共に回折してシェアリング干渉光を生成する第１工程と、
（ｂ）上記回折格子からのシェアリング干渉光を受像体で受像する第２工程と、
（ｃ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、−１次回折光及び０次回折光の干渉領域の光強度と、０次回折光及び＋１次回折光の干渉領域の光強度との光強度差に基づいて上記回折格子と上記対物レンズを相対移動させ、上記回折格子に対する上記対物レンズの位置をジャストトラッキング状態に調整する第３工程と、
を有すること
を特徴とする光学システムの調整方法。
上記第３工程は、上記回折格子の格子溝の横断方向成分を含む方向に上記回折格子を移動させて調整する工程であること
を特徴とする請求項１記載の光学システムの調整方法。
上記第３工程は、上記光強度差がゼロになる位置に上記回折格子と上記対物レンズを相対移動させて調整する工程であること
を特徴とする請求項１または２記載の光学システムの調整方法。
（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、格子溝の横断方向と平行方向の干渉縞が消去される位置に上記回折格子を移動させる第４工程を更に有すること
を特徴とする請求項１から３いずれか記載の光学システムの調整方法。
上記第４工程で上記回折格子を移動させた後に、上記第３工程で上記回折格子を移動させること
を特徴とする請求項４記載の光学システムの調整方法。