JPH1049877A

JPH1049877A - 対物レンズ姿勢調整方法及び対物レンズ傾き検出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置

Info

Publication number: JPH1049877A
Application number: JP8201450A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Oyama; 和也尾山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: JP3795143B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学的精度の悪い対物レンズを使用した場合
においても、その対物レンズの傾きを調整あるいは検出
することのできる対物レンズ傾き調整方法及び対物レン
ズ傾き検出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置を提供す
る。【解決手段】対物レンズ４によりレーザ光を模擬ディ
スク１０上に集光し、ＣＣＤカメラ１３で模擬ディスク
１０上に結像したスポットを撮像する。画像処理装置２
１により、そのスポットを画像処理して、スポットの０
次光の中心とそれ以外の領域の中心を求める。調整ネジ
６，８によりそれらの中心が一致するように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ピックアップに搭
載される対物レンズ傾き調整方法及び対物レンズ傾き検
出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置に関し、特に、対
物レンズとして樹脂レンズ等の光学的精度の悪いレンズ
を用いた場合においても、正確に傾きを調整あるいは検
出することができる対物レンズ傾き調整方法及び対物レ
ンズ傾き検出装置並びに対物レンズ姿勢調整装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光ピックアップは光ディスク装置や光磁
気ディスク装置等（以下、光ディスク装置で代表する）
に組み込まれ、光ディスクや光磁気ディスク（以下、光
ディスクで代表する）に対して情報の記録または再生を
行うもである。この光ピックアップの組立行程か組み付
け行程に必ず光ピックアップのアクチュエータの傾きを
調整する姿勢調整の行程が存在する。これはアクチュエ
ータに組み込まれている対物レンズの傾きを光ディスク
と平行になるように調整して、（もしくは、レザー光を
光ディスクに対して垂直に当たるように調整）光ディス
ク上のスポットを良好にすることが目的である。

【０００３】このような、光ディスク上のスポットは図
４，５のような像になる。図４ａは傾きのない（姿勢ズ
レのない）場合のスポット画像である。レーザ自体は１
つのビームでしかないが、実際はこのような周囲にリン
グの存在する画像になる。また、同図のｂ，ｃはそれぞ
れ、スポットの中心を通る断面の光強度を示す。ただ
し、図と実際の画像とは輝度反転している。即ち、図で
黒部分がレーザにより光っている部分であり、図で白い
部分が輝度のない（輝度の低い）暗い部分を示してい
る。

【０００４】これらの図から、アクチュエータ（対物レ
ンズ）の傾きが無い場合（図４参照）のスポットの光強
度の分布は、スポットの中心から同心円状に広がってい
く。すなわち、スポットの中心を通る断面の輝度分布は
対称となる。逆に、傾いている場合（図５ａ，ｂ，ｃ参
照）は、輝度分布は方向によって違い、スポットの中心
を通る断面の輝度分布も非対称になる。よって、この非
対称な輝度分布を対称になるように傾きを調整すれば、
姿勢調整が行える。

【０００５】また、特開平６−５２５５３号公報には、
通常の輝度分布と傾いたディスクを１８０度回転させた
場合の輝度分布との差をとり、これを０にするように調
整することで、高精度調整を行う手法が開示されてい
る。

【０００６】また、平行度の調整であるため、スポット
の形状を観測するのではなく、レンズの周辺にある平行
部にレーザを当て、これの反射を読みとり角度の調整を
行う手法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】対物レンズの材質は、
以前はガラスであったが、現在は樹脂による成型品に置
き換わってきている。これは、樹脂レンズ自体の価格が
ガラスレンズの価格に比べ非常に安いこと、樹脂レンズ
はガラスレンズに比べ、その重量が軽いため、対物レン
ズを動作させるアクチュエータの可動部の構造全体の強
度や制御用の電力を下げられること等の特徴があるため
である。また、これらの違いにより、ピックアップ全体
で見た場合にも構造面で小型軽量になること、小型軽量
化のために周辺もコストダウンできること、さらに、制
御面でも、対物レンズが軽いためにアクチュエータの反
応速度が上がることや、トータルの消費電力の低下によ
り電池などで連続使用できる時間が長くなることなど、
樹脂レンズを用いることのメリットが非常に多い。

【０００８】しかし、樹脂レンズの光学的精度（形状精
度も含めて）は以前のガラスレンズに比べるとかなり悪
く、そのため、ディスクに結像するスポットの形状等も
数段悪い。たとえば、スポットの形状は図６ａ，ｂ，ｃ
のようになる。この図は、傾きのない場合のスポットを
表しているが、１次光等の形状がきれいなドーナツ状で
はなく、細い部分やとぎれかかった部分が存在する。

【０００９】このようなスポットの中心を通る１直線の
輝度分布は対称にはならないため、断面の輝度分布を単
に比較しても傾きは検出できない。よって、以前のよう
な１次元の輝度分布の計測では、傾き計測も、調整も全
く行えない場合がある。

【００１０】そのうえ、このスポットの大きさは０次光
の直径で高々１μｍしかないため、このようなスポット
計測のための画像の拡大率は非常に大きく、わずかな振
動でも観測されるスポットの位置は大幅に変化する。よ
って、調整のためにどうしても必要なドライバ等を除
き、基本的に、動作させなければならない部分は排除し
て、振動の発生源をなくし、かつ、共震の可能性のある
不要な構造物もなくし、極力振動しないようにすること
が必要がある。この点からも、反射部を稼働させる必要
のある特開平６−５２５５３号公報に記載の方式は不利
である。

【００１１】また、わずかな振動でもあれば、違う時間
に入力したスポット画像は違った位置に存在することに
なる。これは、単に中心が移動するだけでなく、計測系
のレンズの特性（計測側の光学系の収差等が原因）によ
り、位置の違いがあるとわずかながら輝度ムラが変化す
ることもある。このため、一断面の輝度分布は撮影時間
の違いにより変化することになる。よって、装置全体の
振動を極限までおさえた機構と振動の停止待ちを十分に
行わない限り、複数の画像を入力して断面の比較する処
理では、正確な計測は行えない。

【００１２】そのため、現在のピックアップの組立行程
では、暫定的な手法であるが、樹脂レンズの周辺部にレ
ーザを当て、これの反射光をオートコリメータ（反射し
たレーザ光による傾きの計測手段）で計測し、対物レン
ズの傾きを調整している。

【００１３】しかし、前述のとおり、樹脂レンズの成形
精度は理想的ではなく、これらの手法で調整した場合の
光軸の傾きのばらつきは大きく、ある程度の調整は可能
であるが、確率的に規格内の性能を得られないピックを
生産することになる。成形精度は向上しているものの、
この精度の向上以上の速度で、ますます高密度化、高精
度化が要求されるようになっている光ディスク関連製品
の製造においては、このような手法ではもはや対応不可
能になってきた。

【００１４】また、別の問題として、たとえ、ガラスレ
ンズやこれと同等のきれいなスポットの得られる高精度
な対物レンズがあったとしても、輝度の分布を計測する
位置が予め決められている装置等では、画像内の決めら
れた位置に１μｍのスポットを機械的に完全に位置合わ
せした状態で計測しないと傾きを計測できない。そのた
め、このような位置合わせはには長い時間が必要であ
り、そのため計測速度が遅いことになる。また、たとえ
時間をかけたとしても、振動が発生しやすい生産現場で
は、計測，調整が行えない場合がある。実際の現場でこ
のようなガラスレンズのアクチュエータの姿勢調整を行
う場合は、振動の少ない特殊な場所で、時間をかけて行
っていた。しかも、熟練者のみにしかできない作業であ
った。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の対物レ
ンズ傾き調整方法は、光記録媒体にレーザ光を集光する
光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法
であって、対物レンズにより、レーザ光を模擬ディスク
上に集光し、模擬ディスク上に結像したレーザ光のスポ
ットを観測して、スポットの０次光の面積中心位置と、
スポットの０次光以外の領域の面積中心位置とを一致さ
せるように、対物レンズの姿勢を調整するものである。

【００１６】請求項２に記載の対物レンズ傾き調整方法
は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに
搭載された対物レンズの姿勢調整方法であって、対物レ
ンズにより、レーザ光を模擬ディスク上に集光し、模擬
ディスク上に結像したレーザ光のスポットを観測して、
スポットの０次光の輝度分布の中心と、スポットの０次
光以外の領域の輝度分布の中心とを一致させるように、
対物レンズの姿勢を調整するものである。

【００１７】請求項３に記載の対物レンズ傾き検出装置
は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに
搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き
検出装置において、対物レンズにより、模擬ディスク上
に集光されたスポットを観測する観測手段と、模擬ディ
スク上に結像したレーザ光のスポットを観測して、スポ
ットの０次光の面積中心位置と、スポットの０次光以外
の領域の面積中心位置を計算する演算手段と、演算手段
により演算された０次光の中心位置と、０次光以外の領
域の中心位置を比較する比較手段と、を備えてなるもの
である。

【００１８】請求項４に記載の対物レンズ傾き検出装置
は、光記録媒体にレーザ光を集光する光ピックアップに
搭載された対物レンズの傾きを検出する対物レンズ傾き
検出装置において、対物レンズにより、模擬ディスク上
に集光されたスポットを観測する観測手段と、模擬ディ
スク上に結像したレーザ光のスポットを観測して、スポ
ットの０次光の輝度分布の中心と、スポットの０次光以
外の領域の輝度分布の中心を計算する演算手段と、演算
手段により演算された０次光の輝度分布の中心と、０次
光以外の領域の輝度分布の中心を比較する比較手段と、
を備えてなるものである。

【００１９】請求項５に記載の対物レンズ傾き検出装置
は、請求項３または請求項４に記載の対物レンズ傾き検
出装置において、スポットの特定部分にマスクを施し、
演算手段にマスクの施されていない部分のみを用いた演
算を行わせしめるマスク手段を有してなるものである。

【００２０】請求項６に記載の対物レンズ姿勢調整装置
は、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の対物レン
ズ傾き検出装置を用いて、光記録媒体にレーザ光を集光
する光ピックアップに搭載された対物レンズの姿勢調整
装置であって、比較手段の比較結果に基づき、対物レン
ズの傾きを調整する調整手段を有してなるものである。

【００２１】以下に、本発明の作用を説明する。

【００２２】樹脂レンズのピックアップのスポットの形
状は、悪いとしても、姿勢の調整された状態では完全に
再生，記録に対応できる程度の精度はある。よって、ス
ポット画像全体としては、０次光を中心したほぼ一様の
分布をする画像となる。従って、完全に調整された場合
でも０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれの
一部が欠落しているような場合においても、画像全体の
中心は、ほぼ同じ位置（０次光の中心）にある。これ
は、欠落する部分があったとしても、欠落部分の面積
は、０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれ全
体の面積に比べると十分小さいためである。

【００２３】また、アクチュエータ（対物レンズ）が傾
いた場合では、１ラインだけで輝度分布を取る場合で
は、取る位置や角度を少し変化させただけで全く異なっ
た分布になる場合があり、計測した結果が正しいかどう
かがわからない。しかし、各中心位置は、０次光の中心
と、１次光，２次光・・・ｎ次光のそれぞれの中心座標
は違った位置になるが、どの方向に傾けた場合でも、そ
の傾きに合った方向にほぼ正確に各中心が移動する。

【００２４】本発明では、この座標の位置関係より、ア
クチュエータの傾きを正確に検出する。また、０次光の
中心座標と０次光以外の光の中心座標が一致するように
角度を調整して、対物レンズの傾き（アクチュエータの
傾き）を精密調整する。

【００２５】一方、この傾きの検出のための画面に含ま
れているノイズが小さい場合はよいが、大きい場合はそ
のノイズのために、誤った検出する可能性が考えられ
る。しかし、０次光，１次光，２次光・・・ｎ次光のそ
れぞれの大きさは一定であるため、０次光の中心から一
定距離の部分の画像をマスクすることで、本来輝度が０
に近いはずの、リング間の暗部のノイズの影響をなくし
た検出や、輝度の比較的大きい１次光のみや、２次光の
みの画像にして高輝度部のみを対象とした、安定した計
測をすることも可能である。以上のような手法により、
ノイズのある画像しか得られない場合にも、安定した検
出が可能となる。

【００２６】また、単純に０次光，１次光，２次光・・
・ｎ次光の面積の中心を求めるのではなく、画像のエネ
ルギー分布から全体のエネルギー中心を求め、これと０
次光の中心と比較する。これにより、近似的な傾き量の
計測が可能になり、高速な自動調整が行えるようにな
る。

【００２７】この自動調整においても、ノイズが多い場
合には、計測精度が落ちる可能性もあるが、暗部である
はずの部分を除いた計測等を行えば、ノイズにも強い計
測が可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】

〈実施の形態１〉以下、本実施の形態の傾き検出装置
を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、実施の形
態１の傾き検出装置の構成を示す図である。ピックアッ
プ１内の半導体レーザ２によって発生させられたレーザ
光は、ミラー５で９０度方向を変え、真上に向かう。そ
して、その後レーザー光はアクチュエータ３に取り付け
られた対物レンズ４により顕微鏡１１に取り付けられた
模擬ディスク１０に集光する。

【００２９】顕微鏡１１の側の焦点は、この模擬ディス
ク１０のレーザ光が集光される位置に合わせられてい
る。また、この模擬ディスク１０は一部のレーザ光を透
過するようになっており、透過したレーザ光は、顕微鏡
１１の光学フィルタ１２で十分減光され、ＣＣＤカメラ
１３で撮影される。

【００３０】アクチュエータ３内の対物レンズ４は、各
光ディスクの記録、再生装置で使用される場合には、ト
ラッキング方向及び、フォーカス方向にそれぞれサーボ
がかかり、常時特定のトラックにレーザのフォーカスが
合うようになっている。よって、ピックアップ側と模擬
ディスク１０間のフォーカスを合わせるには、このうち
のフォーカスのサーボ機能のみを用いればよく、これに
よりレーザのフォーカスは常時模擬ディスク１０の表面
に合うようにできる。但し、フォーカスを合わせる手法
はどのような手段でもよく、例えば、ピックアップの上
下位置を調整する事などでも可能であり、本発明を限定
するものではない。

【００３１】レーザ光が模擬ディスク１０の表面に垂直
に照射される角度は、対物レンズ４の角度により調整さ
れ、一般的に、対物レンズ４と模擬ディスク１０が平行
になるように調整された場合が最も高性能となる。本実
施の形態において、対物レンズ４は、アクチュエータ３
に取り付けられたものであるため、アクチュエータ３と
ピックアップ１の取り付け角度の調整により、対物レン
ズ４と模擬ディスク１０の角度の調整が行われる。すな
わち、調整ネジ６と調整ネジ８の両方をそれぞれ調整ド
ライバ７と調整ドライバ９により調整することにより調
整される。また、この２つのネジで調整されるレンズの
角度の変化の方向は全く別であり、特に以降の実施の形
態では説明を明瞭にするため、２者のネジの回転で調整
されるレンズの姿勢の方向は直交しているものとして扱
う。

【００３２】図２は、理想的に（レンズと模擬ディスク
が平行になるように）調整された場合のディスク面のレ
ーザースポットの形状を表している。中央部の円がレー
ザによる基本的なスポットであり、最も輝度が高く０次
光と呼ばれる。それに対して、０次光から同心円状に広
がっているドーナツ状の像は、０次光に一番近いものか
ら順に、１次光，２次光，３次光・・・と呼ばれる。こ
れらの画像は、半径の最も小さい１次光の輝度が最も高
く、２次光，３次光と外側になるにつれて、輝度が下が
るが、これらの間隔はほぼ等間隔になっている。ただ
し、実際顕微鏡等で観測できるものは、２次光か３次光
程度まであり、４次光以上の画像は輝度が非常に小さ
く、ほとんど観測できない。よって、以降のスポット画
像は２次光までを対象とし、それ以上は図示しない。

【００３３】理想的な場合の画像が図３ａに示す画像で
あり、これに対して、レンズが傾いた場合の画像が同図
ｂである。このような傾いた場合の画像と理想的な場合
の画像差は、０次光にはあまりなく、１次光以降の画像
に顕著に現れる。このように姿勢が傾くにつれて１次光
以降の画像の輝度分が均等ではなく、ある方向が強くな
り、また反対の方向が弱くなる。

【００３４】図４ａはレンズの傾いていない場合のスポ
ット画像であり、この画像の中心を通る断面の輝度分布
をそれぞれｂ，ｃが示している。また、図５は傾いた場
合のスポット画像ａと輝度分布ｂ，ｃを示す図である。
このように、傾くにつれて、輝度分布の左右、もしくは
上下が変化するため、この差を見れば、傾いている方向
が判定できる。即ち、上下のバランスが均等で無い場合
は、上下方向に姿勢が傾いており、左右のバランスが均
等で無い場合は、左右方向に姿勢が傾いていること示し
ている。

【００３５】ところで、図６ａ，ｂ，ｃに示すように、
姿勢が正常で全体としてのバランスがとれた状態であ
り、１次光，０次光の輝度バランスがほぼ均等である場
合においても、一部に欠落等やノイズが合ると、１断面
の輝度分布は対称にはならない。よって、１断面の輝度
分布によりその方向の傾きを検出する手法では、レンズ
が非常に高精度なもので、どの方向にも非対称なひずみ
を全く存在しないようなものでない限り、姿勢が完全に
調整された状態でも傾いていると判定されたり、逆に、
傾いた状態を正常と判定されることが起こり得る。

【００３６】しかし、人がこの画像を全体的に見る限り
は、明らかに図４，図６の状態は姿勢はほぼ傾いていな
い場合の画像であり、図５の状態は明らかに間違った姿
勢である。すなわち、１断面による判定ではなく、人間
の目で行うように、画像全体からレンズの姿勢を判定す
れば、この例のような多少のひずみやノイズの存在で、
傾き検出の大幅に間違った判定することはなくなること
になる。これより、画像全体の判定を行えるならば、ノ
イズ等の影響はほとんど無視して姿勢について考えるこ
とができることがわかる。なお、当然ではあるが、ノイ
ズやひずみがないほど、つまり、レンズが高精度になれ
ばなるほど判定精度は増す。本実施の形態では、この点
に鑑みて姿勢の傾きの検出を行う。

【００３７】図７，図８，図９は、画像の全体的な情報
を基に姿勢の傾きの検出を行うための手法を説明するも
のである。図７は姿勢の正常な状態、つまり、傾きのな
い状態でのスポット画像とその画像を処理した画像（図
１における画像モニタディスプレイ２０の画像）を示
し、図８は悪い姿勢の場合、つまり、傾いた状態でのス
ポット画像とその画像を処理した画像を示している。図
９は姿勢の正常であるが、ひずみなどの存在する状態、
つまり、傾きはないが、以前の手段では明らかに傾いて
いると判断されてしまうスポット画像とその画像を処理
した画像を示している。３つの図のａはそれぞれの階調
情報のあるスポット画像（カメラからの画像）を示して
いる。

【００３８】これら全ての場合で、０次光は、先に述べ
たように他の光より極めて高い輝度をもっている。その
ため、それぞれの画像をある輝度以下の部分を０にする
ことで、０次光の部分のみの画像にすることができる。
例えば、ある輝度値以上の部分を最高輝度ＭＡＸに（一
般的な最高輝度は２５５等ではあるが、一般性をもたせ
るため、輝度ＭＡＸと表現する。）、それ以外の部分を
０で示すならばそれぞれの図のａの画像はそれぞれの図
のｂのように変換される。このような処理を一般的に２
値化といい、本実施の形態では、図１の画像処理装置２
１を用いて行っている。なお、以降このような処理を単
に２値化と表記する。さらに、ｂの画像の中心座標を＋
で示したのがｃである。この中心座標は、図７，８，９
全ての場合でほぼ同じ位置になる。また、このような２
値化された図形の中心計算も２値化同様に画像処理装置
２１で容易に、かつ高速に処理できる。また、ホストコ
ンピュータ２２は画像処理装置２１の制御に用いている
が、画像処理装置２１によっては、必要であるものとな
いものが存在する。

【００３９】図７〜９のａを、低い輝度値を閾値にして
２値化した場合には、ぞれぞれのｄのようになり、０次
光から２次光までの外形が鮮明に検出されている。更
に、これの中心座標を＋で表したものがそれぞれの図の
ｅである。

【００４０】図７〜図９のｃの中心を示す＋の位置は、
すべて０次光の中央に位置している。また、図７のｅも
同じく＋の位置が０次光の中央に位置する、そして、図
８のｅの＋の位置は０次光の中心からずれた位置にあ
る。このような結果から、姿勢がずれた場合は、０次光
の２値化画像の中心と、全体の２値化画像の中心が異な
った位置になることがわかる。

【００４１】また、図９のｅの画像の＋位置も０次光の
ほぼ中心にあり、図７のｅの場合とほぼ同じ結果となる
ことがわかる。従って、多少対物レンズ４にひずみがあ
り、１次光や２次光に欠けが発生するようなことがあっ
ても、０次光の２値化画像の中心と、全体の２値化画像
の中心を合わせることにより、以前のように完全に間違
った判断をすることなく、傾きがない（姿勢が正常であ
る）ことを正確に判定できる。そのため、以降の説明で
使用するスポット画像は、細かなひずみのための欠けな
どは特に記載しないで説明を行う。

【００４２】結局、０次光の中心位置と、全体（この例
では０次光から２次光まで）の２値化画像の中心位置の
比較を行い、２つの中心がほぼ一致すればＯＫ、一致し
なければＮＧとすることで、図１のピックアップ１のア
クチュエータ３の傾き（即ち、対物レンズ４の傾き）検
出が容易に、かつ正確に行えるようになる。このとき、
角度を傾けるほど、計測される中心間の距離は大きくな
るため、図１のモニタ２０により人が判定を行うこと以
外に、画像処理装置２１の計算した中心座標を元にコン
ピュータやシーケンサで判定することも可能である。よ
って、判定の完全自動化も可能である。これには、２つ
の中心間の距離が一定の値以下であれば、ＯＫ、それ以
外はＮＧとするだけでよい。

【００４３】また、０次光の中心との比較を行うのであ
るから、画像がどの位置にあっても判定が行える。この
ため、スポットの位置合わせのための時間，精度，コス
トを下げることができる。また、１シャッター時間で一
度画像を取り込み、それに対して上記の処理をすればよ
いため、取り込んだ後はスポットの状態はどうなっても
よい。例えば、画像がドリフトしていたり、多少振動が
あっても正常に傾き判定が行える。そのため、振動除去
のための機構なども少なくてすみ、振動により位置合わ
せが行いにくくなることも比較的少なくなる。従って、
装置全体の各部の強度などを下げることができ、装置全
体のコストダウン効果もある。

【００４４】但し、この手法では角度を傾けるほど、計
測される中心間の距離は大きくなるものの、その傾きと
距離の関係は非線形な場合が多いため（全体の輝度、し
きい値、対物レンズの精度等により微妙に変化する）傾
き量の概要は推定できるが、絶対量の正確な計測は困難
である。

【００４５】〈実施の形態２〉次に、本発明の傾き検出
装置を利用したアクチュエータ姿勢調整装置の説明を行
う。図１０は、実施の形態１で用いた図１の調整ドライ
バ７，９を人間が回せるようにしただけのものである。
調整は作業者である人が画像モニタディスプレイ２０に
映し出される、姿勢情報を示す画像を見ながら、調整ド
ライバ７，９を回し、調整を行う。

【００４６】図１１は画像モニタディスプレイ２０に映
し出される画像の例を示している。図１１のｃ，ｅは図
８のｃ，eと同じ画像である。図１１のｆ，ｇのうちの
一方が２０の画像モニタディスプレイ２０に表示され
る。図１１のｆは同図のｃ，ｅの２つの中心位置を示す
＋マークを同一画面に表示しており、図１１のｇの画面
ではさらに２値化画像と重ね合わせて表示している（入
力画像（原画像）でも可能）。

【００４７】調整ネジ６，８の調整，姿勢，画像の関係
は、カメラの取り付け位置や回転角度、ネジ取り付け位
置等で変わるが、ここでは、調整ネジ６を締めること
で、全体画像の中心が右にずれ、調整ネジ８を締めるこ
とで、全体画像の中心が上にずれる関係にあるものとす
る。この場合の作業者の行うべき事は、全体の２値化画
像の中心が、０次光の（２値化画像の）中心に対して、
「下の方にあれば、調整ネジ８を締め、右の方にあれ
ば、調整ネジ６をゆるめる。」といった単純な作業であ
り、それぞれ図１１のｈやｉのように、両方の中心位置
が一致するようになるまで行えばよい。

【００４８】調整ネジ６，８の位置や、カメラの回転角
度等はどうなっていようとも、調整ネジ６，８を回した
場合に変化する全体の２値化画像の中心方向は一様であ
る。このため、調整ネジ６，８を回すことで、全体の２
値化画像の中心が斜め方向に変化する場合や、２つの中
心のどちらが０次光の中心かわからないような場合でさ
えも、一般的な現在の労働者なら、適当にネジを回し中
心が一致するように調整を行うことが可能である。

【００４９】図１２は、数値表示をするようにしたもの
であり、ｃ，ｅは図１１のｃ，ｅと同じ画像を示してい
る。図１２のｆは図１２のｃ，ｅで＋表示されている中
心座標を表示すればよく、画像処理装置が算出する値で
ある。この場合の値は、ある程度大きな面積を持った画
像の中心座標であるため、一般的にサブピクセルの精度
をもつ。図１１では＋の印を重ねるように調整するもの
であるが、画像上の調整精度が１ピクセルであることか
らすれば、数値そのままを小数点以下まで表示して、一
致するように調整することでより高精度な調整を行うこ
とができる。図１２では、このことを利用して調整を行
う。図１２のｆの調整後はｈになり、２つの中心座標は
一致し、差は０となる。図１２のｇ，ｉは処理画像も同
時に表示した場合で、調整のイメージがつかみやすい。
また、図１１や図１２の場合でも、中心位置を示す＋表
示を実際よりも何倍か大きくずれた位置に表示すること
で、そのぶん調整精度を上げることができる。

【００５０】結局、以上のように、本実施の形態によ
り、容易に、正確に、レンズ等のひずみにも強い、安価
な、安定した、姿勢(傾き)の調整が行える装置を実現で
きる。

【００５１】但し、この手法では角度を傾けるほど、計
測される中心間の距離は大きくなるものの、その傾きと
距離の関係は非線形な場合が多く、条件により大きく変
化するため（全体の輝度，しきい値，レンズの精度等に
より微妙に変化する）計測量から調整量を計算すること
を正確には行ないにくい。よって、この値を元にした、
フィードバック系による自動調整は可能であるが、複雑
でかつ時間のかかるものとなる。

【００５２】〈実施の形態３〉次に、本実施の形態の傾
き検出装置の説明を行う。図１３，図１４のａは何らか
の原因で、画像内にノイズのある場合のスポット画像を
示している。このａの画像を、低いしきい値で全体を２
値化した画像がｂである。このようなノイズが発生する
と、検出の誤差の原因となる。

【００５３】しかし、基本的に０次光と１次光以降の相
対的な位置は決まっており、１次光と２次光の間等の暗
い部分（以降暗部と表現）には、ほとんど輝度の高い部
分は存在しない。つまり、この０次光の中心からある一
定の距離の範囲には本来輝度は０に近い状態である。０
次光は他の輝度に比べて非常に強いため、高いしきい値
で２値化するだけで容易に０次光の位置は検出できる。
したがって、暗部となる部分も容易に計算できる。一
方、画像処理装置には、マスク機能等が一般的に備わっ
ており、一定のマスクパターンと画像から、その画像の
特定領域のみの画像に変換することができる。

【００５４】例えば、図１３，図１４のｃ，ｄ，ｅ，
ｆ，ｇはそれぞれスポット画像の「０〜２次光すべ
て」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「１次光
と２次光」のみにするためのマスクである。これを、ス
ポット画像を重ね合わせ、低い輝度値で２値化すれば、
それぞれ、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌになる。これらは、それ
ぞれ「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，
「２次光」，「１次光と２次光」を２値化により分離し
た画像である。このとき、元の画像に存在したノイズは
無い。つまり、マスクにより、輝度の存在するはずの無
い場所にあるノイズの除去が可能であることを示してい
る。

【００５５】図１５，図１６はそれぞれ図１３，図１４
をマスクすることで得られた画像の中心を示すものであ
り、ａは図１３，１４のａからノイズをなくした画像を
示しており、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌのそれぞれは「０〜２
次光すべて」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，
「１次光と２次光」を２値化したものと、その中心座標
を示している。図１５に示すように、図１３の全ての場
合でその中心は０次光の中心と一致するが、図１６に示
すように、図１４の場合には、０次光だけの画像の中心
と他の画像の中心は全て別の位置にある。しかも、その
ずれる方向は全て一致する。すなわち、傾きの検出は、
実施の形態１の０次光を含む全ての画像の２値化画像の
中心を求めるだけでなく、１次光以降の画像をそれぞれ
完全に含む画像であれば、それを２値化して中心を求
め、これと０次光中心の位置比較を行うことで可能であ
ることを示している。

【００５６】これより、例えば２次光の部分に異常輝度
が存在する場合は、０次光と１次光のみで傾きの判定を
行うように、マスクを行えば、２次光部分に発生するノ
イズに関わらず、傾き判定ができる。

【００５７】以上より、特定のｎ次光のみにするマスク
等を用いることで、特定領域に存在するノイズの影響を
受けず、傾きの判定が行える装置が実現できる。

【００５８】尚、実施の形態２で示した姿勢調整装置の
中心画像や座標情報を本実施の形態の傾き検出装置と入
れ替えることで、実施の形態２の装置よりノイズに強い
姿勢調整装置を実現することができる。

【００５９】〈実施の形態４〉次に、本実施の形態の対
物レンズの傾き検出装置の説明を行う。図１７，図１８
は本実施の形態の傾き検出装置により傾き角度を計測で
きることを説明する図である。ａはスポット画像そのも
のであり、ｂは高輝度のしきい値で２値化し、中心を求
めたものである。ｃは２値化せず階調情報のままで中心
を求めたものであり、ｃの画像と０次光の中心を併記し
たものがｄである。

【００６０】この時の、中心の求め方を示す。

【００６１】

【数１】

【００６２】但し、上記式中の記号は下記のように定義
されている。ｎ：画素の番号ｐ：全画素数Ｍ_xa：全体の重心のＸ座標Ｍ_xa：全体の重心のＸ座標ｆ（ｎ）：画素ｎの輝度ｘ（ｎ）：画素ｎのＸ座標ｙ（ｎ）：画素ｎのＹ座標上記式の計算により、輝度を含めた画像の中心座標を得
ることができる。

【００６３】また、一般的に画像処理装置は図形の単純
な中心の計算が高速にできるため次のような計算でも同
様の事ができる。

【００６４】

【数２】

【００６５】但し、上記式中の記号は下記のように定義
されている。ｋ：輝度Ｍ_xa：全体の重心のX座標Ｍ_xa：全体の重心のX座標ｍ（ｋ）：輝度kの部分の面積ｍ_x(k) ：輝度kの部分の中心のX座標ｍ_y(k) ：輝度kの部分の中心のY座標ｆ_max：最大輝度上記式の計算によっても、輝度を含めた画像の中心座標
を得ることができる。

【００６６】そして、この中心座標は、姿勢が調整され
た場合はスポットは０次光を中心に全方向に同じように
広がるから、０次光の２値化中心と同じ位置になる。姿
勢が傾いた場合は、実施の形態１や実施の形態３と同じ
方向に、その中心は変化することは明らかである。よっ
て、これにより計算された中心座標を＋等の記号や、数
値で表示すれば、実施の形態１，３と同様に傾きを検出
することができる。

【００６７】しかし、この計算による輝度を考慮した重
心座標は、レーザによるスポット画像のエネルギー中心
を示している。そして、０次光の２値化中心の座標との
差は下記式により求まる。

【００６８】Ｄ_x＝Ｍ_xa−Ｍ_x０Ｄ_y＝Ｍ_ya−Ｍ_y０ただし、上記式中の記号は下記のように定義されてい
る。Ｄ_x：中心間のX座標の差Ｄ_y：中心間のY座標の差Ｍ_xa：全体の重心のX座標Ｍ_xa：全体の重心のY座標Ｍ_x０：０次光中心のX座標Ｍ_x０：０次光中心のY座標姿勢が調整された状態では、明らかにＤ_x，Ｄ_yともに０
になる。

【００６９】図１９のａは上式のＤ_x，Ｄ_yを説明するも
のである。このＤ_x，Ｄ_yは図１９のｂ，ｃに示すような
関係があることが非常に重要である（これらの図の
Ｔ_aq，Ｒ_sqはアクチュエータの傾き角度を示してい
る）。つまり、アクチュエータの傾き角度とＤ_x，Ｄ_yが
ほぼリニアに変化することが重要である。この関係は、
輝度やフォーカスが多少変化しても大きく変わることは
ない。この図１９の場合には、計測された中心間の距離
のＸ成分Ｙ成分のそれぞれに一定の定数を掛け合わせた
ものがＴ_aq，Ｒ_sqとなる。また，非線形となる部分に関
しても、適当な２次関数を当てはめれば近似可能であ
る。

【００７０】結局、実施の形態１，３とは違い、エネル
ギー分布での中心を求めた中心間の距離の算出と、傾き
角度の関係は安定しているため、角度の計測に用いるこ
とが可能となる。

【００７１】〈実施の形態５〉次に、実施の形態４に示
した対物レンズ傾き検出装置を利用したアクチュエータ
の自動姿勢調整装置の説明を行う。実施の形態４では、
調整ネジ６の回転角とＴ_sqが、調整ネジ８の回転角とＲ
_sqがそれぞれ関係しており、回転角と傾きは比例関係に
ある。結局、計測された中心間の距離のＸ成分Ｙ成分の
それぞれに、一定の値を掛け合わせたものを調整ネジ
６，８の回転角として調整を行えば、姿勢を調整するこ
とになる。

【００７２】図２０は実施の形態２で用いた図１０の手
動調整装置を自動化したものである。３１は調整ドライ
バ７を回転させる調整モ−タ、３２は調整ドライバ９を
回転させる調整モ−タ、３３は調整モ−タ３１を回転さ
せるモータコントローラ、３４は調整モ−タ３２を回転
させるモータコントローラである。画像処理装置２１と
ホストコンピュータ２２で中心間の距離が求められ、ホ
ストコンピュータ２２でモ−タの回転量を計算し、その
情報を、モータコントローラ３３，３４に送り、調整を
行う。機構的にガタがある場合などの問題により、１回
の調整では完全な調整が行えないことが多いため、さら
に計測、調整を繰り返せば高精度な調整が可能となる。

【００７３】以上のように、画像計測により角度が計測
でき、その角度から調整回転角度を容易に求めることが
できるため、姿勢の調整を容易にかつ高速に行うことが
できる。

【００７４】〈実施の形態６〉次に、実施の形態４で示
した傾き検出装置に実施の形態３のマスクを使用した場
合について説明する。図２１，図２２のａは何らかの原
因で、画像内にノイズのある場合のスポット画像を示し
ている。このａの画像を、低いしきい値で全体を２値化
した画像がｂである。図２１，図２２のｃ，ｄ，ｅ，
ｆ，ｍはそれぞれスポット画像の「０〜２次光すべ
て」，「０次光」，「１次光」，「２次光」，「０次光
と１次光」のみにするためのマスクである。これを、ス
ポット画像を重ね合わせ、低い輝度値で２値化すれば、
それぞれ、ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｎになる。これらは、それ
ぞれ「０〜２次光すべて」，「０次光」，「１次光」，
「２次光」，「０次光と１次光」を２値化により分離し
た画像である。このとき、元の画像に存在したノイズは
無い。つまり、マスクにより、輝度の存在するはずの無
い場所にあるノイズの除去が可能であることを示してい
る。

【００７５】ノイズの無い画像では暗部の輝度は十分小
さいため、この部分を除いた計算を行っても、含んだ場
合とほとんど変わらない。したがって、ノイズも含め
て、暗部を除いた部分のみで処理を行えば、暗部に存在
するノイズの影響をなくすことができる。

【００７６】但し、エネルギーバランスの中心を利用す
る場合では、それぞれのマスクを用いた場合の、計測結
果と角度の関係を明確にする必要はある。この関係は、
図１９の関係に近い形である。

【００７７】尚、実施の形態５の自動姿勢調整装置の検
出部を本実施の形態のアクチュエータの傾き計測装置に
置き換えることによっても、ノイズの影響を無くした調
整が可能となる。

【００７８】

【発明の効果】本発明の対物レンズ傾き調整方法，対物
レンズ傾き検出装置，対物レンズ姿勢調整装置によれ
ば、樹脂レンズのような光学的精度の低い対物レンズを
用いた場合においても、正確に傾きの方向が判定でき
る。

【００７９】また、０次光の中心位置と、全体や特定の
範囲の部分の中心位置の差を検出するものであるため、
位置合わせ等の機械的な調整精度を落とすことができ、
装置のコストダウンが可能となる。さらに、位置合わせ
を正確に行わなくても、中心座標の差を取れるような位
置にさえスポットを追い込めばよいことから、計測、調
整に必要な時間が短くてすみ、装置の高速化が可能とな
る。

【００８０】また、スポットの大きさは、０次光の直径
で約１μｍという小さなものであるため、計測系の光学
的な倍率は大きい。したがって、少しの振動があって
も、計測画面内のスポットの位置が変化するが、本発明
では、１画面内での座標の差を検出するため、全体的な
位置が多少位置が変化しても計測精度は落ちない。この
ため、振動対策にかかる費用の低下、スペースの低下、
他の生産機器との接続性の向上を図ることができる。

【００８１】更に、全体的な画像情報より中心を求める
ため、小さなノイズでは測定精度に影響しない。

【００８２】また、エネルギー中心に基づき傾き検出あ
るいは調整を行えば、対物レンズの傾きが比較的小さい
場合に、レンズの傾きと中心座標間の距離がほぼ比例関
係となり、近似的な傾きの計測が可能となる。このよう
に、傾き量を計測できることより、調整すべき角度がわ
かり、傾きの全自動の調整が可能となる。

【００８３】更に、中心の計測を、一部の少ない画素で
はなく、画像全体もしくは大きな面積をもつ部分から求
めているため、その精度はサブピクセルレベルとなる。
したがって、座標の検出は安定かつ非常に高精度であ
る。

【００８４】また、ピックアップ以外の可動部をなくす
ことができるため装置の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対物レンズ傾き検出装置を備えた傾き
調整装置の構成を示す図である。

【図２】理想的なスポットの画像を示す図である。

【図３】傾むきの無い姿勢とある姿勢のスポットの画像
を示す図である。

【図４】傾きの無い姿勢でのスポットの輝度分布を示す
図である。

【図５】傾きのある姿勢でのスポットの輝度分布を示す
図である。

【図６】傾きの無い姿勢で欠けのあるスポットの輝度分
布を示す図である。

【図７】傾きの無い姿勢での２値化したスポットの画像
を示す図である。

【図８】傾きのある姿勢での２値化したスポットの画像
を示す図である。

【図９】傾きの無い姿勢で欠けのある場合の２値化した
スポットの画像を示す図である。

【図１０】本発明の対物レンズ傾き検出装置を備えた手
動の傾き調整装置の構成を示す図である。

【図１１】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法
を説明する図である。

【図１２】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法
の他の例を説明する図である。

【図１３】傾きの無い姿勢でのスポットの画像にマスク
を施した例を示す図である。

【図１４】傾きのある姿勢でのスポットの画像にマスク
を施した例を示す図である。

【図１５】傾きの無い姿勢でのエネルギー中心を示す図
である。

【図１６】傾きのある姿勢でのエネルギー中心を示す図
である。

【図１７】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明す
る図である（傾きの無い姿勢）。

【図１８】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明す
る図である（傾きのある姿勢）。

【図１９】アクチュエータの傾きの角度とエネルギー中
心位置のずれの関係を示す図である。

【図２０】図１０の調整装置を自動化したものの構成を
示す図である。

【図２１】マスクを施してエネルギー中心を求める方法
を説明する図である（傾きの無い姿勢）。

【図２２】マスクを施してエネルギー中心を求める方法
を説明する図である（傾きのある姿勢）。

【符号の説明】

１ピックアップ３アクチュエータ４対物レンズ６，８調整ネジ７，９調整ドライバ１０模擬ディスク１１顕微鏡２０画像モニタディスプレイ２１画像処理装置２２ホストコンピュータ３１，３２調整モータ３５，３６モータコントローラ

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図２】理想的なスポットのディスプレイ上に表示した
中間調画像である。

【図３】傾むきの無い姿勢とある姿勢でのスポットのデ
ィスプレイ上に表示した中間調画像である。

【図４】傾きの無い姿勢でのスポットのディスプレイ上
に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図である。

【図５】傾きのある姿勢でのスポットのディスプレイ上
に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図である。

【図６】傾きの無い姿勢で欠けのあるスポットのディス
プレイ上に表示した中間調画像及び輝度分布を示す図で
ある。

【図７】傾きの無い姿勢での２値化したスポットのディ
スプレイ上に表示した中間調画像である。

【図８】傾きのある姿勢での２値化したスポットのディ
スプレイ上に表示した中間調画像である。

【図９】傾きの無い姿勢で欠けのある場合の２値化した
スポットのディスプレイ上に表示した中間調画像であ
る。

【図１１】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法
を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像であ
る。

【図１２】図１０の傾き調整装置による傾きの調整方法
の他の例を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調
画像である。

【図１３】傾きの無い姿勢でのスポットの画像にマスク
を施した例を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画
像である。

【図１４】傾きのある姿勢でのスポットの画像にマスク
を施した例を示す、ディスプレイ上に表示した中間調画
像である。

【図１５】傾きの無い姿勢でのエネルギー中心を示す、
ディスプレイ上に表示した中間調画像である。

【図１６】傾きのある姿勢でのエネルギー中心を示す、
ディスプレイ上に表示した中間調画像である。

【図１７】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明す
る、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾き
の無い姿勢）。

【図１８】対物レンズの傾き量を計測する方法を説明す
る、ディスプレイ上に表示した中間調画像である（傾き
のある姿勢）。

【図１９】アクチュエータの傾きの角度とエネルギー中
心位置のずれの関係を示す、ディスプレイ上に表示した
中間調画像である。

【図２１】マスクを施してエネルギー中心を求める方法
を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像であ
る（傾きの無い姿勢）。

【図２２】マスクを施してエネルギー中心を求める方法
を説明する、ディスプレイ上に表示した中間調画像であ
る（傾きのある姿勢）。

【符号の説明】１ピックアップ３アクチュエータ４対物レンズ６，８調整ネジ７，９調整ドライバ１０模擬ディスク１１顕微鏡２０画像モニタディスプレイ２１画像処理装置２２ホストコンピュータ３１，３２調整モータ３５，３６モータコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光記録媒体にレーザ光を集光する光ピッ
クアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であっ
て、前記対物レンズにより、前記レーザ光を模擬ディスク上
に集光し、前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポット
を観測して、該スポットの０次光の面積中心位置と、前
記スポットの０次光以外の領域の面積中心位置とを一致
させるように、前記対物レンズの姿勢を調整することを
特徴とする対物レンズ姿勢調整方法。
【請求項２】光記録媒体にレーザ光を集光する光ピッ
クアップに搭載された対物レンズの姿勢調整方法であっ
て、前記対物レンズにより、前記レーザ光を模擬ディスク上
に集光し、前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポット
を観測して、該スポットの０次光の輝度分布の中心と、
前記スポットの０次光以外の領域の輝度分布の中心とを
一致させるように、前記対物レンズの姿勢を調整するこ
とを特徴とする対物レンズ姿勢調整方法。
【請求項３】光記録媒体にレーザ光を集光する光ピッ
クアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物
レンズ傾き検出装置において、前記対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたス
ポットを観測する観測手段と、前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポット
を観測して、該スポットの０次光の中心位置と、前記ス
ポットの０次光以外の領域の中心位置を計算する演算手
段と、該演算手段により演算された０次光の面積中心位置と、
０次光以外の領域の面積中心位置を比較する比較手段
と、を備えてなることを特徴とする対物レンズ傾き検出
装置。
【請求項４】光記録媒体にレーザ光を集光する光ピッ
クアップに搭載された対物レンズの傾きを検出する対物
レンズ傾き検出装置において、前記対物レンズにより、模擬ディスク上に集光されたス
ポットを観測する観測手段と、前記模擬ディスク上に結像した前記レーザ光のスポット
を観測して、該スポットの０次光の輝度分布の中心と、
前記スポットの０次光以外の領域の輝度分布の中心を計
算する演算手段と、該演算手段により演算された０次光の輝度分布の中心
と、０次光以外の領域の輝度分布の中心を比較する比較
手段と、を備えてなることを特徴とする対物レンズ傾き
検出装置。
【請求項５】請求項３または請求項４に記載の対物レ
ンズ傾き検出装置において、前記スポットの特定部分にマスクを施し、前記演算手段
に前記マスクの施されていない部分のみを用いた演算を
行わせしめるマスク手段を有してなることを特徴とする
対物レンズ傾き検出装置。
【請求項６】請求項３乃至請求項５のいずれかに記載
の対物レンズ傾き検出装置を用いて、光記録媒体にレー
ザ光を集光する光ピックアップに搭載された対物レンズ
の姿勢調整装置であって、前記比較手段の比較結果に基づき、前記対物レンズの傾
きを調整する調整手段を有してなることを特徴とする対
物レンズ姿勢調整装置。