JPH073702B2 - 光学ヘッド非点収差調整装置 - Google Patents

光学ヘッド非点収差調整装置

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JPH073702B2
JPH073702B2 JP62158212A JP15821287A JPH073702B2 JP H073702 B2 JPH073702 B2 JP H073702B2 JP 62158212 A JP62158212 A JP 62158212A JP 15821287 A JP15821287 A JP 15821287A JP H073702 B2 JPH073702 B2 JP H073702B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光学ヘッドの波面収差、特に非点収差を補正
する光学ヘッド非点収差調整装置(以下、光学調整装置
という)に関するものである。
従来の技術 近年、デジタルオーディオディスク,ビデオディスク,
光データファイル,といった光メモリー装置の普及が目
覚しい。なかでも光学的手法によってデーターの追記及
び書き換えが可能な光データーファイルは、コンピュー
ターの外部メモリー装置として今後大いに発展する可能
性を秘めている。しかし光データーファイルに使用する
光学ヘッドは、デジタルオーディオディスク等の再生専
用のものと比較すると、光学部品点数が多く複雑な構成
になっている。その上光データーファイルは記録時と再
生時にそれぞれ精度が要求されるため、その光学ヘッド
は再生専用装置のものよりもさらに高精度でなければな
らない。
そのため光データーファイルの光学ヘッドを製造する
際、波面収差(特に非点収差)の補正を十分行う必要が
ある。波面収差は、レーザーダイオード,レンズ・ミラ
ー等の光学部品で生ずる他、楕円ビーム整形光学系(後
述)の調整不足からも生じる。波面収差を補正するため
には、かなりの高精度でしかも短時間で波面収差を検出
する能力を持った光学調整装置が必要である。
以下、図面を参照しながら、上述した従来の光学調整装
置の一例について説明する。
従来の非点収差調整は一般的な光学調整装置を用いて行
う場合が多く、この装置についてはたとえばドナルド
ケイコヘン 他、“テクニクス フォー メジュアリン
グ 1-μmダイアム ガウシアン ビームス",アプライ
ト オプティクス、第23巻、4号、1984(Donald K.Co
hen et al.,“Tecniques for measuring 1-μm
diam Gaussian beams",Applied Optics,Vol.23,No.
4,1984)等で紹介されている。第9図、第10図は従来の
光学調整装置の構成図を示すものである。第9図におい
て、1は発光手段、2は収差補正手段、3は凸レンズ、
40は受光手段、50はナイフエッジである。以上の構成要
素は基板11上に適当に設定されている。
以上のように構成された光学調整装置について、以下そ
の動作の説明をする。まず発光手段1から出た光を凸レ
ンズ3でもって集光させる。その結像点にはナイフエッ
ジ50が設けられている。ナイフエッジ50は(特に図示し
ていないが)高精度の位置決め装置に設けられていて、
図中X方向に微動できるようになっている。ナイフエッ
ジ50を適当に動かすと、受光手段40によって検出される
光量PはXに対し第10図の様に変化する。これよりdP/d
Xを計算すれば結像点におけるX方向の光量分布が得ら
れる。X方向のビーム幅だけを知りたい時は第10図に示
した如く検出光量Pの立ち上がり幅を求めれば良い。波
面収差が無視できる場合、焦点付近の光束はほぼ回折限
界まで絞りきれているので、検出光量Pの立ち上がり幅
は最小になる(第10図(a))。波面収差が相当量存在
する場合、焦点付近の光束は回折限界より太くなるの
で、検出光量Pの立ち上がり幅は広くなる(第10図
(b))。
収差補正手段2を調整し、焦点付近の光束がほぼ回折限
界まで絞れるようにすれば、必然的に波面収差は補正で
きたことになる。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ナイフエッジ50相
当な精度でもって位置決めせねばらならず(直径1μm
のビームなら0.1μm程度)、しかも測定精度を上げた
としても以下述べる理由からビーム形状を十分に把握で
きないという問題点を有していた。すなわち第10図
(c)に示したように、ナイフエッジ50を一方向しか走
査させなければ円形ビームと楕円形ビームとの区別がつ
けられない。従ってナイフエッジ50はすくなくとも二方
向に走査させねばならないことになる。二方向に走査し
たとしても二つの側面からビームを見ているだけであ
り、これによりビームの形状がすべて把握できるわけで
はない。
さらに測定時間の問題もある。従来の方式では機械的に
ナイフエッジ50を数方向に走査させ、得られたデーター
を演算処理することによってビーム形状を知るのでそれ
なりの時間を要した。単なる測定装置として用いる場合
には多少の測定時間は問題にならないが、光学調整用の
治具として用いる場合には即応性が要求される。特に製
造ラインに導入するようなものであれば、1回の処理に
要する時間が0.1秒以下のものであるのが望ましい。
本発明は上記問題点に鑑み、瞬時に波面収差が検出で
き、しかも正確に調整できる光学調整装置を提供するも
のである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の光学調整装置は、
凸レンズの焦点付近に回折格子を備え、上記回折格子を
反射した光を検出する検出手段を備えたものである。
作用 本発明は上記した構成によって、回折格子反射光のファ
ーフィールド像を観察し、それより非点収差の量を判定
することにより、短時間にしかも正確に非点収差の補正
を実行することができる。
実施例 以下本発明の第1の一実施例の光学調整装置について、
図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の第1の実施例における光学調整装置の
構成図を示すものである。第1図において、1は発光手
段、2は収差補正手段、3は凸レンズ、4は検出手段、
5は回折格子、6は分光手段である。以上の構成要素の
うち、被調整光学系は発光手段1と収差補正手段2であ
り、これを含めすべての構成要素は基板11上に適当に設
置されている。
以上のように構成された光学調整装置について、以下第
1図,第2図および第3図を用いてその動作を説明す
る。
まず第1図において、発光手段1より発した光は収差補
正手段2、分光手段6を通った後、凸レンズ3によって
回折格子5上に集光させられる。回折格子5を反射した
光は再び凸レンズ3、分光手段6を経て検出手段4に至
る。
第2図は回折格子5で反射した光(0次光)と散乱した
回折光(+1次光、−1次光)の様子を示すものであ
る。回折格子5の格子幅および格子の高さなどは適当に
設定されていて、第2図に示された如く0次光と+1次
光、0次光と−1次光とがそれぞれ独立の干渉領域を有
している。
第3図は検出手段4に入射する光束の光量分布を図示し
たものである。回折光は凸レンズ3を通過する際に瞳に
よってケラれるので、検出手段4に到達するのは0次光
と交差している部分すなわち干渉領域の部分のみであ
る。0次光、+1次光、−1次光の位相はそれぞれ異な
っているので、干渉領域では0次光と+1次光、0次光
と−1次光はそれぞれベクトル加算されていることにな
る。ここで凸レンズ3を透過した光(入射光)が波面収
差を持っていなければ、それぞれ0次光、+1次光、+
1次光における位相分布は均一である。従って、もし入
射光の光量分布が一様であれば、それぞれの干渉領域に
おける光量分布も一様である(第3図(a))。入射光
が波面収差を持っていれば、その位相分布はもはや均一
では無く、それぞれの干渉領域における光量分布にもム
ラが生じる。
第3図(b)は回折格子の方向に対し45゜方向(図中矢
印方向)に非点収差がある場合の検出光を模式的に図示
したものである。すなわち非点収差収差がある場合、波
面は(この場合は回折格子に対し45゜方向に)円柱状に
湾曲しているので、その方向に干渉ムラが生じる。第3
図(c),(d)はそれぞれコマ収差,球面収差が生じ
た時の検出光を模式的に図示したものである。収差によ
ってそれぞれ特徴を持った干渉パターンが得られる。
検出手段4はビデオカメラの様なものであれば良い。ビ
デオモニタに投影される干渉パターンが第3図(a)の
如く均一になるように収差補正手段2を調整すれば、極
めて高い精度で波面収差を補正することができる。RMS
値で0.1λ程度の波面収差があれば、第3図(b)〜
(d)に示した様な顕著な干渉パターンが認識できる。
以上のように本実施例によれば、発光手段より発した光
を収束させる凸レンズと、その凸レンズの焦点付近に回
折格子を設けることにより、短時間に非点収差などの波
面収差が検出でき、調整精度が高く、しかも極めて構成
の簡単な光学調整装置を実現することができる。
なお、収差補正手段2の具体的構成については次の実施
例で説明する。
以下本発明の第2の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。
第4図は本発明の第2の実施例を示す光学調整装置の構
成図である。同図において、1は発光手段であり、本実
施例ではレーザーダイオードのような点光源を持つ物を
意味している。21はコリメータレンズ、22はプリズムで
ある。23はコリメータレンズ調整治具である。コリメー
タレンズ21、プリズム22、コリメータレンズ調整治具23
は収差補正手段2の構成要素となっている。発光手段
1、コリメータレンズ21、プリズム22、分光手段6、凸
レンズ3はハウジング10上に設けられている。コリメー
タレンズ21はその光軸方向に調整可能であるとする。さ
らに上記ハウジング10、コリメータレンズ調整治具23、
検出手段4、回折格子5は基板11上に適当に位置決めさ
れて設けられている。ただし回折格子5と基板11の間に
は位置調整手段51が介在している。
上記のように構成された光学調整装置について、以下そ
の動作を説明する。
コリメータレンズ21は発光手段1から出た光をほぼ平行
光にするためのものである。プリズム22は一般にビーム
整形プリズムと呼ばれるものであり、楕円ビームを円形
ビームに変換するものである。ここで、プリズム22に入
射する光が平行光でないとき、プリズム透過時に非点収
差が発生することは良く知られたことである。そこでコ
リメータレンズ出射光が平行光になるように、すなわち
非点収差が無くなるようにコリメータレンズ調整治具23
を用いコリメータレンズ22の位置を微調する。非点収差
の検出方法については先の実施例ですでに説明してあ
る。
発光手段1にもともと非点収差がある場合は、プリズム
22でこれとは反対方向の非点収差を生じさせることによ
って両者を相殺させねばならない。このときプリズム透
過光は当然平行光では無い。従って凸レンズ3による結
像点の位置も移動する。このため回折格子5を光軸方向
に微動させる位置調整装置51が必要になる。回折格子5
が焦点位置にあるか無いかは反射光のファーフィールド
像を観察すれば分る。即ち回折格子5が焦点位置に無い
場合は第3図(e)に示した如く干渉領域に複数の縞が
観察される。そこでファーフィールド像が(a)〜
(d)になるように位置調整装置51を調整すれば良いこ
とになる。
以下本発明の第3の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。
第5図(a),(b)は本発明の第3の実施例を示す光
学調整装置の要部構成図及び回路図である。同図におい
て、7は回折格子5を面方向に揺動させる揺動手段であ
る。本実施例では検出手段4は第5図(b)に図示され
ているような直交4分割受光素子である。各受光セルの
出力をA,B,C,D(時計回り)とする。これらは信号処理
回路41に送られる。
上記のように構成された光学調整装置について、以下そ
の動作を説明する。
回折格子5を揺動手段7でもってその格子とほぼ直角方
向に微小振幅で揺動させると、ファーフィールド像は第
6図のように変化する。すなわち格子の中央(Q)では
両干渉領域の光量分布は等しくなり、エッジ(Pおよび
R)では片方が明るく、片方が暗くなる。ここで、検出
手段4は第7図に図示されるようにファーフィールド光
をそれぞれ対象に4分割するような位置に置かれてい
て、その出力より信号処理回路41は対角和差動信号すな
わち(A+C)−(B+D)なる量を合成し、出力す
る。無収差の時は第8図(c)に示した如く出力は常に
0である。このことはファーフィールド像の対称性より
理解できる。第3図のように非点収差があるときは対称
性がくずれるので、その量に応じた振幅を持つ交流信号
が出力される(第8図(a),(b))。従って信号処
理回路41の出力が最小になるように収差補正手段2を調
整すれば、このとき非点収差は殆どキャンセルされたこ
とになる。このように本実施例では、検出手段4として
安価な4分割受光素子を用いることができ、さらに収差
の量が交流の振幅として量的に把握できるために、製造
ラインに設置する場合等においてより有用な光学調整装
置を実現することができる。
以上のように、本実施例によれば、検出手段4として直
交4分割受光素子を用い、さらにその出力より対角和差
動信号を得る信号処理回路を設けることにより、収差を
量的に把握できる。
なお、第1の実施例において発光手段1より発せされる
光束の強度分布は一様であるとしたが、必ずしもそうで
ある必要は無い。たとえば非点収差は回折格子反射光の
ファーフィールド像の非対称性によって検出されるの
で、発光手段出射光は回転対称形の光量分布を持ってい
るものであればよい。さらに多少不規則な光量分布を持
つものであっても、その形状が把握できていれば、後で
測定結果の補償を行うことができる。
発明の効果 以上のように本発明は凸レンズと、凸レンズの焦点付近
に回折格子を備え、上記回折格子を反射した光を検出す
る検出手段を備えたことにより、回折格子反射光のファ
ーフィールド像を観察し、それより波面収差の量を判定
することができ、短時間にしかも正確に波面収差の補正
を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における光学調整装置の構成
図、第2図は回折格子の作用を図示した説明図、第3図
は検出手段に入射する光束の光量分布を図示した模式
図、第4図は本発明の第2の一実施例の光学調整装置の
構成図、第5図は本発明の第3の一実施例の光学調整装
置の要部構成図および回路図、第6図,第7図,第8図
はその動作説明図、第9図は従来の光学調整装置の構成
図、第10図はその動作説明図である。 1……発光手段、2……収差補正手段、3……凸レン
ズ、4……検出手段、5……回折格子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光手段と、前記発光手段を含む光学系内
    で発生する非点収差を相殺する非点収差を発生しうる収
    差補正手段とを少なくとも具備した被調整光ヘッド光学
    系と、前記発光手段より発し前記収差補正手段を通過し
    た光を収束させる凸レンズと、前記集束光の焦点付近に
    設けられ、しかも0次回折光と±1次回折光とが互いに
    干渉するように格子幅が設定された回折格子と、前記回
    折格子を反射し、再び上記凸レンズを通過した前記0次
    回折光と±1次回折光による干渉領域の強度を検出する
    検出手段とを備えたことを特徴とする光学ヘッド非点収
    差調整装置。
  2. 【請求項2】収差補正手段は非点収差を任意量発生する
    ことを特徴とし、回折格子はその格子方向が上記非点収
    差の方向に対しおよそ45度方向に設定されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学ヘッド非点
    収差調整装置。
  3. 【請求項3】検出手段は直交四分割受光素子であること
    を特徴とし、回折格子は揺動可能なように設置されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光学ヘ
    ッド非点収差調整装置。
JP62158212A 1987-06-25 1987-06-25 光学ヘッド非点収差調整装置 Expired - Fee Related JPH073702B2 (ja)

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US6809829B1 (en) * 1999-05-19 2004-10-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for evaluating aberrations of optical element and method and apparatus for adjusting optical unit and lens

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