JPH0727654B2

JPH0727654B2 - 焦点調整装置

Info

Publication number: JPH0727654B2
Application number: JP26655486A
Authority: JP
Inventors: 謙二佐藤; 小川　　潔
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS63121138A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、光ディスクにおける光学ヘッド等のレーザ光
学系の検査等のために使用される焦点調整装置に関す
る。

（従来の技術）例えば、光ディスクにおける光ヘッドは、半導体レーザ
等からレーザ光を発振させてこのレーザ光を対物レンズ
により収束してディスク面に照射する。なお、このとき
ディスク面上には対物レンズの焦点が位置するように調
整される。そして、このディスク面からの反射レーザ光
が光電変換素子等に導かれて電気信号に変換される。

ところで、この光ヘッドのようなレーザ光学系を検査す
る場合、このレーザ光学系を例えば使用状態と同一状態
つまり使用状態においてディスク面が在る位置に反射板
等を設置して行うことになるが、この状態とするにはレ
ーザ光学系の焦点位置が不明確なのでこの焦点位置の検
出を行うことになる。

そこで、従来、この焦点位置の検出方法としては、例え
ば顕微鏡から成る光学系と光電変換素子から成る検出系
とを組合せて検出する第１の方法、またスリットを用い
る第２の方法などがある。なお、第２の方法は特願昭59
−184526号に記載されているもので、レーザ光学系の焦
点位置近傍にスリットが形成されたスリット板を設置
し、このスリット板を振動させてこのときスリットを通
過したレーザ光を光電変換した電気信号に基づいて焦点
位置を検出するものである。

しかしながら、第１の方法は、装置全体が大形となって
しまい、さらに反射板を焦点位置に移動させるための移
動機構が必要となり、これでは反射板を焦点位置に正確
に位置決めすることが非常に困難となり高精度な検査は
期待できない。一方、第２の方法では、スリット板を振
動させるので検査精度の低下は必然であり、さらにスリ
ット幅が狭いのでこのスリットを通過したレーザ光を受
けて検出すると、その検出範囲が狭くなってしまい検査
等の作業能率が低下するという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記従来の焦点検出を高精度に行うことがで
きないという事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、レーザ光学系の焦点位置の検出および
この位置への調整が自動的にかつ高能率にできる焦点調
整装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明は、互いに幅の異なる複数のスリットが形成され
たスリット板と、これらスリットを通過したレーザ光を
光電変換する近接配置された第１および第２受光素子と
を設け、幅の大きなスリットから順次レーザ光を通過さ
せてそのときの第１および第２受光素子からの各電気信
号から焦点検出手段によりピーク値および各電気信号間
の位相を検出して焦点ずれを求め、もってスリット幅が
狭くなるごとに順次焦点ずれづつスリット板を移動させ
て焦点位置に調整する焦点調整装置である。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（Ａ）は焦点調整装置の構成図である。基台
（１）上には検査等されるべき光ヘッド等のレーザ光学
系（２）が設置されている。このレーザ光学系（２）
は、半導体レーザ（３）を有し、さらに、この半導体
（３）から発振されるレーザ光（４）を平行光束に変換
するコリメータレンズ（５）、このコリメータレンズ
（５）からの平行光束を収束する対物レンズ（６）、こ
の収束されたレーザ光および平行光束の光路と同一光路
を並進してくるスリット板（Ｓ）からの反射レーザ光の
光路を90゜曲げるための（1/4）波長板（７）およびビ
ームスプリッタ（８）、このビームスプリッタ（８）か
らの平行光束を収束する集光レンズ（９）、この集光レ
ンズ（９）により集光されたレーザ光を受光して光電変
換するフォトダイオード等の検出器（10）から構成され
ている。さて、本装置は、前記対物レンズ（６）の焦点
位置を検出して、この焦点位置に前記スリット板（Ｓ）
を配置しようと調整するものである。ところで、前記ス
リット板（Ｓ）は位置決め機構（11）により保持されて
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動されるものとなってい
る。この位置決め機構（11）は、Ｘ軸位置決めテーブル
（12）およびＹ軸位置決めテーブル（13）から構成さ
れ、それぞれ駆動モータ（14），（15）によって駆動す
るものとなっている。Ｙ軸位置決めテーブル（13）の上
部には支持体（16）によってスリット板（Ｓ）および第
１および第２受光素子（P1），（P2）が円筒状の保持体
（17）を介して支持されている。なお、スリット板
（Ｓ）と各受光素子（P1），（P2）とは、保持体（17）
によって互いに平行配置されている。ところで、スリッ
ト板（Ａ）は第２図（Ａ），（Ｂ）に示すように形成さ
れている。つまり、このスリット板（Ｓ）は、例えばガ
ラス板の透明基板（g1）と、この透明基板（g1）の片面
に形成されたCr蒸着膜（g2）から成っている。なお、こ
のCr蒸着膜（g2）の厚みは2000Å程度となっている。そ
うして、４本の互いに幅の異なるスリット（e1），（e
2），（e3），（e4）が形成されており、各スリット（e
1）〜（e4）の幅は、例えば（e1）が20μｍ、（e2）が1
0μｍ、（e3）が５μｍ、（e4）が１μｍに形成され、
その間隔がそれぞれ20μｍ程度になるように形成されて
いる。前記第１および第２受光素子（P1），（P2）は、
これらスリット（e1）〜（e4）の長手方向と同一方向に
その境界線がくるように配置され、受光量に比例したレ
ベルの各電気信号（a1），（a2）をそれぞれ焦点検出回
路（18）に出力するようになっている。この焦点検出回
路（18）は、各電気信号（a1），（a2）のピーク値およ
び各電気信号（a1），（a2）間の位相の検出機能をもっ
たものである。具体的には、電気信号（a1）の増幅器
（19）、電気信号（a2）の増幅器（20）、これら増幅器
（19），（20）からの信号を加算する加算器（21）、こ
の加算器（21）からの加算電気信号（Ｋ）のピーク値
（Ｑ）を検出するピーク値検出器（22）および各増幅器
（19），（20）からの各信号を受けて、いずれの信号が
早く立上がったかを判断してその位相検出信号（Ｈ）、
例えば電気信号（a1）側が早く立ち上がれば「１」の位
相検出信号（Ｈ）を、又電気信号（a2）側が早く立ち上
がれば「０」の位相検出信号（Ｈ）を出力する位相検出
器（23）から構成されている。しかして、ピーク値検出
器（22）は、第１図（Ｂ）に示すように、電気信号
（Ｋ）を入力して低周波成分のみを通過させるローパス
フィルタ（22a）と、このローパスフィルタ（22a）から
出力された低周波信号（Ｌ）を入力して微分処理しスイ
ッチ信号（SW）を出力する微分回路（22b）と、この微
分回路（22b）の出力側及び加算器（21）の出力側に入
力側が接続され微分値がゼロのとき微分回路（22b）か
ら出力されたスイッチ信号を入力したとき加算器（21）
から出力された電気信号（Ｋ）を出力させるマルチプレ
クサ（22c）と、このマルチプレクサ（22c）から出力さ
れた電気信号（Ｋ）を一時的にピーク値（Ｑ）として保
持するピークホールド回路（22d）と、このピークホー
ルド回路（22d）から出力されたピーク値信号（Ｑ）を
アナログ−ディジタル（A/D）変換しディズタル化され
たピーク値信号（Ｑ）を主制御部（24）に出力するA/D
変換回路（22e）とからなっている。さらに、主制御部
（24）は、ピーク値検出器（22）からのピーク値（Ｑ）
および位相検出器（23）からの位相検出信号（Ｈ）とを
受けてこれらピーク値（Ｑ）および位相検出信号（Ｈ）
から予め設定された焦点ずれ情報から焦点ずれを演算し
求める機能を持ったものである。なお、この焦点ずれ情
報は第３図（Ａ）に示すような加算電気信号（K1），
（K2），（K3），（K4）であって、この加算電気信号
（K1）〜（K4）は、第４図に示すようにスリット板
（Ｓ）のスリット例えば（e1）の中心軸（ｎ）に対物レ
ンズ（６）の中心が位置するように設置し、この状態で
対物レンズ（６）を中心軸（ｎ）方向に移動させたとき
に得られる第１電気信号（a1）と第２電気信号（a2）と
の加算電気信号である。そこで、（K1）はスリット（e
1）に対する情報であり、（K2）はスリット（e2）に対
する情報、（K3）はスリット（e3）に対する情報、（K
4）はスリット（e4）に対する情報である。また、この
制御部（24）はドライバ（25），（26）に対してモータ
制御信号をそれぞれ送出して各駆動モータ（15），（1
4）を駆動するようになっている。

次に、上記の如く構成された装置の作用について第５図
に示す焦点調整フローチャートに従って説明する。

半導体レーザ（３）から発せられるレーザ光（４）はコ
リメータレンズ（５）により平行光束に変換されて対物
レンズ（６）に到達し、この対物レンズ（６）により収
束される。ここで、主制御部（24）は、各モータ制御信
号をドライバ（25），（26）に送出して各駆動モータ
（15），（14）を駆動し、Ｙ軸位置決めテーブル（13）
およびＸ軸位置決めテーブル（12）を動作して、例えば
第３図（Ａ）に示すようにスリット板（Ｓ）をＸ軸の右
方向に移動し対物レンズ（６）により収束されたレーザ
光がスリット板（Ｓ）の左側に照射されるように配置す
る。さて、この位置にスリット板（Ｓ）が配置されてい
る状態にステップ（s1）においてスリット板（Ｓ）をＸ
軸方向に一定速度で移動させてレーザ光をスリット（e
1）に通過させる。そうすると、このとき各受光素子（P
1），（P2）から出力される電気信号（a1），（a2）
は、それぞれ増幅器（19），（20）により増幅されて加
算器（21）で加算され第６図（Ａ）に示すような加算電
気信号となってピーク値検出器（22）に送られ、また各
増幅器（19），（20）から出力される電気信号が位相検
出器（23）に送られる。すると、ステップ（s2）におい
て加算電気信号（Ｋ）のピーク値（Ｑ）および位相が求
められる。すなわち、加算器（21）から出力された高周
波成分をノイズとして含む電気信号（Ｋ）は、ローパス
フィルタ（22a）にて高周波成分が除去され、第６図
（Ａ）に示す低周波信号（Ｌ）が微分回路（22b）に出
力される。ついで、低周波信号（Ｌ）は、第６図（Ｂ）
に示すように、微分処理され、電気信号（Ｋ）のピーク
値（Ｑ）に対応する部分がゼロとなる。そして、微分回
路（22b）において微分値がゼロのときスイッチ信号SW
がマルチプレクサ（22c）に出力される。すると、スイ
ッチ信号SWの入力と同時にマルチプレクサ（22c）が開
成しこれに入力している電気信号（Ｋ）がピークホール
ド回路（22d）に出力される。しかして、ピークホール
ド回路（22d）にては、瞬間的に入力した電気信号
（Ｋ）をピーク値（Ｑ）として保持するとともに、A/D
変換回路（22e）を介して、ピーク値信号（Ｑ）（V_P1）
を主制御部（24）に出力する。一方、位相検出器（23）
は次のようにして各電気信号（a1），（a2）間の位相を
検出する。つまり、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示
すように焦点位置（Ｆ）がスリット板（Ｓ）と各受光素
子（P1），（P2）との間にある場合、スリット位置がＸ
軸方向に一定速度で移動すると、先ず受光素子（P2）に
レーザ光が受光してしだいに受光素子（P1）に移ってい
くので、各受光素子（P1），（P2）の電気信号（a1），
（a2）は第８図に示すように電気信号（a2）の立上がり
が早く変化するものとなる。したがって、この変化を位
相検出器（23）は検出して位相検出信号（Ｈ）を「０」
として主制御部（24）に送出する。また、逆に第９図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように焦点位置（Ｆ）が
スリット板（Ｓ）の手前に位置する場合、スリット位置
がＸ軸方向に一定速度で移動すると、先ず受光素子（P
1）にレーザ光が受光してしだいに受光素子（P2）に移
っていくので、各受光素子（P2），（P1）の電気信号
（a2），（a1）は第10図に示すように電気信号（a1）の
立上がりが早く変化するものとなる。したがって、この
変化を位相検出器（23）は検出して位相検出信号（Ｈ）
を「１」として主制御部（24）に送出する。なお、実施
例では第３図（Ａ）に示すように焦点位置がスリット板
（Ｓ）の手前に在るので「１」の位相検出信号（Ｈ）が
主制御部（24）に送出される。次に、主制御部（24）
は、ステップ（s3）において焦点ずれ推定値△Y1を演算
し求める。この推定値△Y1は、つぎのようにして求め
る。すなわち、主制御部（24）には、あらかじめ第３図
（Ｂ）に示すような焦点ずれ量とピーク値V_Pとの関係を
示す曲線に対応する方程式EQがデータベースとして格納
されている。この方程式EQは、実測値に基づいて、最小
２乗法により算出されたものである。しかして、上記推
点値△Y1は、この方程式EQに、ピーク値V_P1を代入する
ことにより得られる。つまり、第３図（Ａ）に示すよう
に焦点ずれ情報（K1）からピーク値（V_P1）に相当する
焦点ずれ推定値△Y1を求めるとともに、「１」の位相検
出信号（Ｈ）からその位置がスリット板（Ｓ）の手前に
在ることを求める。このようにして焦点ずれ推定値△Y1
が求められると、主制御部（24）はこの△Y1だけスリッ
ト板（Ｓ）を下方に移動させるモータ制御信号をドライ
バ（25）に送出する。これにより駆動モータ（15）が駆
動してスリット板（Ｓ）は△Y1だけ下方に移動する。な
お、この焦点ずれ推定値△Y1には誤差が含まれているた
め、次のステップに移ってこの誤差を次第に無くしてい
く。ステップ（s5）に移ると再びスリット板（Ｓ）がＸ
方向に移動されて、今度はスリット（e1）よりも幅の狭
いスリット（e2）にレーザ光を通過させる。そして、ス
テップ（s6），（s7）においてこのときの加算電気信号
（Ｋ）のピーク値（V_P2）が検出されるとともにその位
相が上記と同様にして検出されて主制御部（24）に送ら
れ、この主制御部（24）によりピーク値（V_P2）によっ
て第３図（Ａ）に示す焦点ずれ情報（K2）から焦点ずれ
推定値△Y2が求められる。そして、次のステップ（s8）
において焦点ずれ推定値△Y2だけスリット板（Ｓ）が下
方に移動される。さらに、次のステップ（s9）において
再びスリット板（Ｓ）がＸ方向に移動されて、今度はス
リット（e2）よりもさらに幅の狭いスリット（e3）にレ
ーザ光を通過させる。そして、ステップ（s10），（s1
1）においてこのときの加算電気信号（Ｋ）のピーク値
（V_P3）が検出されるとともに、位相検出信号（Ｈ）か
ら焦点位置（Ｆ）がスリット板（Ｓ）の手前側に在るこ
とが上記の同様にして検出されて主制御部（24）に送ら
れ、この主制御部（24）によりピーク値（V_P3）によっ
て第３図（Ａ）に示す焦点ずれ情報（K3）から焦点ずれ
△Y3が求められる。そして、次のステップ（s12）にお
いて焦点ずれ△Y3だけスリット板（Ｓ）が下方に移動さ
れる。そうして、次のステップ（s13）ではスリット板
（Ｓ）をＸ軸方向に移動させてレーザ光をスリット（e
4）の中心に通過させる。つまり、加算電気信号（Ｋ）
のピーク値に相当する位置に設置し、さらにステップ
（s14）でスリット板（Ｓ）をＹ軸方向に移動させたと
きのピーク値に相当する位置にスリット板（Ｓ）を配置
する。以上の作用によりスリット板（Ｓ）は対物レンズ
（６）の焦点位置に配置される。したがって、この状態
がレーザ光学系（２）を成り立たせるスリット板（Ｓ）
の位置となる。そして、レーザ光学系（２）を検査等す
る場合は、この状態からスリット板（Ｓ）をＸ軸方向に
微小距離移動させることによりレーザ光の照射位置をス
リット板（Ｓ）のCr蒸着膜（g2）にしてレーザ光を反射
させる。これにより反射レーザ光は対物レンズ（６）に
より平行光束に変換され、さらに（1/4）波長板（７）
およびビームスプリッタ（８）により90゜曲げられて集
光レンズ（９）に送られ集光されて検出器（10）に照射
される。そして、このときの検出器（10）の出力信号や
他の部分の状態によりレーザ光学系（２）の検査等が行
なわれる。

このように上記一実施例においては、スリット（e1）〜
（e4）が形成されたスリット板（Ｓ）と、これらスリッ
ト（e1）〜（e4）を通過したレーザ光を受光する第１お
よび第２受光素子とを設け、幅の大きなスリットから順
次レーザ光を通過させてそのときの第１および第２受光
素子（P1），（P2）からの各電気信号（a1），（a2）か
らそのピーク値および各電気信号間の位相を求めて焦点
ずれを求め、順次スリット幅を狭くして焦点位置（Ｆ）
にスリット板（Ｓ）を移動させて調整する構成としたの
で、焦点位置（Ｆ）の検出およびこの焦点位置（Ｆ）へ
のスリット板（Ｓ）の配置が自動的に光束でしかも正確
に行うことができる。従って、レーザ光学系（２）を検
査等する場合に一早く焦点位置にスリット板（Ｓ）を配
置できるので、検査等の能率が向上する。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものではな
く、その主旨を逸脱しない範囲で変形することができ
る。例えば、上記一実施例ではスリット板（Ｓ）をＸ−
Ｙ軸方向に移動させたがこのスリット板（Ｓ）を固定し
てレーザ光学系（２）をＸ−Ｙ軸方向に移動させてもよ
い。また、スリットの数は４本だけではなく、所望本、
幅の長いものから順に形成してもよい。なお、上記一実
施例においてステップ（s13），（s14）の機能は省略し
て加算電気信号（Ｋ）のピーク値とその電気信号間の位
相とでも焦点調整はできる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、レーザ光学系の焦
点位置の検出およびこの位置への調整が自動的にかつ高
能率にできる焦点調整装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明に係わる焦点調整装置の
一実施例を示す構成図、第２図（Ａ），（Ｂ）は本発明
装置に用いるスリット板の構成図、第３図（Ａ），
（Ｂ）は本発明装置の焦点ずれ検出作用を説明するため
の図、第４図は焦点ずれ情報を求める作用を説明するた
めの図、第５図は本発明装置の焦点調整フローチャー
ト、第６図（Ａ），（Ｂ）は本発明装置におけるピーク
値の検出を示す図、第７図ないし第10図は電気信号間の
位相検出の作用を説明するための図である。（２）……レーザ光学系、（３）……半導体レーザ、（５）……コリメータレンズ、（６）……対物レンズ、（７）……（1/4）波長板、（８）……ビームスプリッ
タ、（９）……集光レンズ、（10）……検出器、（11）……位置決め機構、（12）……Ｘ軸位置決めテーブル、（13）……Ｙ軸位置決めテーブル、（14），（15）……モータ、（18）……焦点検出回路、（19），（20）……増幅器、（21）……加算器、（22）……ピーク値検出器（ピーク値検出手段）、（22d）……ピークホールド回路、（23）……位相検出器（位相検出手段）、（24）……主制御部（演算制御手段）、（Ｓ）……スリット板、（P1），（P2）……受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記構成を具備することを特徴とする焦点
調整装置。（イ）レーザ光を投射するとともに焦点位置に収束させ
るレーザ光学系。（ロ）上記レーザ光学系からのレーザ光が通過する互に
平行な幅の異なる複数のスリットが形成され上記レーザ
光の焦点が上記スリットに相対的に位置決めされるスリ
ット板。（ハ）上記レーザ光学系及び上記スリット板を上記レー
ザ光の光軸方向及びこの光軸方向に対して垂直方向にス
リット幅の大きい方から相対的に移動させる位置決め機
構。（ニ）上記スリットを通過したレーザ光を受光して光電
変換する位置に互に近接して配置された第１及び第２受
光素子。（ホ）上記第１及び第２受光素子から出力された第１及
び第２電気信号を入力してこれら第１及び第２電気信号
の信号間位相を検出する位相検出回路と、上記第１及び
第２電気信号の和を求める加算器と、この加算器から出
力された和信号の微分値を求める微分回路と、この微分
回路における微分値がゼロのとき上記和信号をピーク値
として保持するピークホールド回路とを有する光検出手
段。（ヘ）上記位置決め機構を駆動させ上記レーザ光に上記
各スリットを通過させてそのときの上記ピーク値及び上
記信号間位相をあらかじめ設定されているデータベース
と照合して上記スリット板と上記レーザ光の焦点位置と
のずれ量を推定しこの推定結果に基づき上記位置決め機
構を駆動して上記スリット板を上記焦点位置に調整する
演算制御手段。