JP3795143B2 - Objective lens attitude adjustment method, objective lens tilt detection apparatus, and objective lens attitude adjustment apparatus - Google Patents
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Description
【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、スポットの全体の重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、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撮影してスポット画像を得、該スポット画像から、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、分離された0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ2値化し、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心とを求め、2値化した0次光の領域の画像の中心と、前記スポットの0次光以外の光の領域の画像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、スポットの全体の重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、全体の重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、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撮影してスポット画像を得る撮影手段と、前記スポット画像から、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ2値化し、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心とを計算する演算手段と、該演算手段により演算された、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心と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。
請求項6に記載の対物レンズ傾き調整方法は、請求項2に記載の対物レンズ傾き調整方法において、上記0次光以外の光の領域が1次光の領域と2次光の領域とを含むものである。
請求項7に記載の対物レンズ傾き検出装置は、請求項4に記載の対物レンズ傾き検出装置において、上記0次光以外の光の領域が1次光の領域と2次光の領域とを含むものである。
【0020】
請求項8に記載の対物レンズ姿勢調整装置は、請求項3、4、5、または7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21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の画像モニタディスプレイ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
Mxa:全体の重心のX座標
M y a:全体の重心のY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:全体の重心のX座標
Mxa:全体の重心のX座標
M y a:全体の重心のy座標
m(k):輝度kの部分の面積
mx(k) :輝度kの部分の中心のX座標
my(k) :輝度kの部分の中心のY座標
f: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】
Dx=Mxa−Mx0
Dy=Mya−My0
ただし、上記式中の記号は下記のように定義されている。
Dx:中心間のX座標の差
Dy:中心間のY座標の差
Mxa:全体の重心のX座標
M y a:全体の重心のY座標
Mx0:0次光中心のX座標
M y 0:0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,Dともに0になる。
【0069】
図19のaは上式のDx,Dyを説明するものである。このDx,Dy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Taq,Rsq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Dx,Dy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Taq,Rsq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Tsqが、調整ネジ8の回転角とRsq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ディスプレイ上に表示した中間調画像である。
【図3】傾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、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、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
33,34 モータコントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an objective lens tilt adjustment method, an objective lens tilt detection device, and an objective lens attitude adjustment device mounted on an optical pickup, and particularly when a lens with poor optical accuracy such as a resin lens is used as an objective lens. The present invention relates to an objective lens tilt adjusting method, an objective lens tilt detecting device, and an objective lens attitude adjusting device capable of accurately adjusting or detecting tilt.
[0002]
[Prior art]
An optical pickup is incorporated in an optical disk device, a magneto-optical disk device, etc. (hereinafter represented by an optical disk device), and records or reproduces information on an optical disk or a magneto-optical disk (hereinafter represented by an optical disk). . There is a posture adjustment process in which the inclination of the actuator of the optical pickup is always adjusted in the assembly process or the assembly process of the optical pickup. This adjusts the tilt of the objective lens built in the actuator so that it is parallel to the optical disk (or adjusts the laser light so that it is perpendicular to the optical disk) to improve the spot on the optical disk. Is the purpose.
[0003]
Such a spot on the optical disk becomes an image as shown in FIGS. FIG. 4a is a spot image when there is no inclination (no posture deviation). The laser itself is only one beam, but in actuality, this is an image with a ring around it. In addition, b and c in the figure respectively indicate the light intensity of a cross section passing through the center of the spot. However, the luminance is reversed between the figure and the actual image. That is, in the figure, the black part is a part shined by the laser, and in the figure, the white part shows a dark part having no luminance (low luminance).
[0004]
From these figures, the distribution of the light intensity of the spot when the actuator (objective lens) is not inclined (see FIG. 4) spreads concentrically from the center of the spot. That is, the luminance distribution of the cross section passing through the center of the spot is symmetric. On the other hand, when it is inclined (see FIGS. 5a, b, and c), the luminance distribution differs depending on the direction, and the luminance distribution of the cross section passing through the center of the spot is also asymmetric. Therefore, posture adjustment can be performed by adjusting the inclination so that this asymmetric luminance distribution is symmetric.
[0005]
JP-A-6-52553 discloses a difference between a normal luminance distribution and a luminance distribution when a tilted disk is rotated by 180 degrees, and is adjusted so as to be zero, thereby achieving high accuracy. Techniques for making adjustments are disclosed.
[0006]
In addition, since the parallelism is adjusted, there is also a method of adjusting the angle by irradiating a laser to a parallel portion around the lens and reading the reflection, instead of observing the spot shape.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The material of the objective lens was glass before, but now it has been replaced by a molded product made of resin. This is because the price of the resin lens itself is very cheap compared to the price of the glass lens, and the weight of the resin lens is lighter than that of the glass lens, so the strength and control of the entire structure of the movable part of the actuator that operates the objective lens This is because there is a feature that power for use can be lowered. In addition, due to these differences, the pickup can be small and light in terms of structure when viewed as a whole, the cost of the periphery can be reduced because of the reduction in size and weight, and the objective lens is also light on the control surface. There are many merits of using a resin lens, such as an increase in reaction speed and a longer time for continuous use with a battery or the like due to a decrease in total power consumption.
[0008]
However, the optical accuracy (including the shape accuracy) of the resin lens is considerably poorer than that of the previous glass lens, and therefore the shape of the spot imaged on the disk is several times worse. For example, the spot shape is as shown in FIGS. This figure shows a spot when there is no inclination, but there is a thin portion or a portion that is not continuous, not a donut shape in which the shape of the primary light or the like is clean.
[0009]
Since the straight line luminance distribution passing through the center of such a spot is not symmetric, the inclination cannot be detected by simply comparing the luminance distributions of the cross sections. Therefore, there is a case where neither the tilt measurement nor the adjustment can be performed at all in the measurement of the one-dimensional luminance distribution as before.
[0010]
In addition, since the size of this spot is only 0 μm in diameter at the 0th order light, the magnification of the image for such spot measurement is very large, and the position of the spot observed even with slight vibration is greatly increased. Change. Therefore, except for drivers that are absolutely necessary for adjustment, basically, the parts that must be operated are eliminated, the source of vibration is eliminated, and unnecessary structures that have the possibility of co-seismic motion are also included. It is necessary to eliminate the vibration as much as possible. Also from this point, the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-52553, which requires the reflecting portion to operate, is disadvantageous.
[0011]
In addition, even if there is a slight vibration, spot images input at different times exist at different positions. This is because not only the center moves, but also due to the characteristics of the lens of the measurement system (due to aberrations of the optical system on the measurement side, etc.), if there is a difference in position, the luminance unevenness may slightly change. For this reason, the luminance distribution of one section changes due to the difference in photographing time. Therefore, accurate measurement cannot be performed in a process of inputting a plurality of images and comparing cross-sections unless a mechanism that suppresses the vibration of the entire apparatus and waiting for the vibration to stop are sufficiently performed.
[0012]
Therefore, in the current pickup assembly process, it is a tentative method, but a laser is applied to the periphery of the resin lens, and the reflected light is measured with an autocollimator (measurement means for tilt by the reflected laser light), The tilt of the objective lens is adjusted.
[0013]
However, as mentioned above, the molding accuracy of the resin lens is not ideal, and the variation in the tilt of the optical axis when adjusted by these methods is large, and some adjustment is possible. This will produce picks that cannot be obtained. Although the molding accuracy has been improved, in the production of optical disc-related products, which require higher density and higher accuracy at a speed faster than this accuracy improvement, this method is no longer necessary. It has become impossible to respond.
[0014]
Further, as another problem, even if there is a glass lens or a highly accurate objective lens that can obtain a clean spot equivalent to this, in an apparatus where the position for measuring the luminance distribution is determined in advance, The inclination cannot be measured unless measurement is performed in a state where a 1 μm spot is mechanically perfectly aligned with a predetermined position. Therefore, such alignment requires a long time, and therefore the measurement speed is slow. Even if time is taken, measurement and adjustment may not be performed at a production site where vibration is likely to occur. When adjusting the attitude of the glass lens actuator at the actual site, it took a long time in a special place with little vibration. Moreover, it was an operation that can only be performed by skilled workers.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The objective lens tilt adjustment method according to
[0016]
The objective lens tilt adjusting method according to
[0017]
The objective lens tilt detection apparatus according to
[0018]
5. The objective lens tilt detection apparatus according to
[0019]
The objective lens tilt detection apparatus according to
The objective lens tilt adjustment method according to claim 6 is characterized in that:2In the objective lens tilt adjustment method described in 1), other than the 0th-order light,light'sThe region includes a primary light region and a secondary light region.
The objective lens tilt detection device according to
[0020]
Claim8The objective lens attitude adjustment device according to
[0021]
The operation of the present invention will be described below.
[0022]
Even if the shape of the spot of the resin lens pickup is bad, it is accurate enough to handle playback and recording even when the posture is adjusted. Therefore, the entire spot image is an image having a substantially uniform distribution centered on the 0th order light. Therefore, even in the case where a part of each of the 0th order light, the first order light, the second order light,. It is in the position (center of 0th order light). This is because even if there is a missing part, the area of the missing part is sufficiently smaller than the total area of each of the 0th order light, the first order light, the second order light,.
[0023]
In addition, when the actuator (objective lens) is tilted, if the luminance distribution is obtained with only one line, the distribution may be quite different by slightly changing the position and angle taken, and the measured result is correct. I don't know if However, the center coordinates of the center of the 0th order light and the center coordinates of the 1st order light, the secondary light,..., The nth order light are different positions. Each center moves almost exactly in the direction that matches.
[0024]
In the present invention, the inclination of the actuator is accurately detected from the positional relationship of the coordinates. In addition, the tilt of the objective lens (the tilt of the actuator) is precisely adjusted by adjusting the angle so that the center coordinates of the zero-order light coincide with the center coordinates of the light other than the zero-order light.
[0025]
On the other hand, it is good if the noise included in the screen for detecting the tilt is small, but if it is large, there is a possibility of erroneous detection due to the noise. However, since the magnitudes of the 0th-order light, the 1st-order light, the secondary-light,. Detection that eliminates the influence of noise in the dark part between the rings, which should be close to 0, and is stable only for the high-intensity part only in the primary light with relatively high brightness or the secondary light only image It is also possible to make measurements. Even when only a noisy image can be obtained by the above-described method, stable detection can be performed.
[0026]
Also, instead of simply obtaining the center of the area of the 0th order light, the first order light, the second order light,..., The nth order light, the whole energy center is obtained from the energy distribution of the image, Compare with As a result, an approximate amount of inclination can be measured, and high-speed automatic adjustment can be performed.
[0027]
Even in this automatic adjustment, if there is a lot of noise, the measurement accuracy may be reduced. However, if measurement is performed excluding a portion that should be a dark portion, measurement that is resistant to noise can be performed.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<
Hereinafter, the tilt detection apparatus of the present embodiment will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the tilt detection apparatus according to the first embodiment. The laser beam generated by the
[0029]
The focus on the side of the
[0030]
The
[0031]
The angle at which the laser beam is irradiated perpendicularly to the surface of the
[0032]
FIG. 2 shows the shape of the laser spot on the disk surface when adjusted ideally (so that the lens and the simulated disk are parallel). The circle at the center is a basic spot by the laser and has the highest luminance and is called zero order light. On the other hand, the donut-shaped image concentrically spreading from the 0th order light is called the primary light, the secondary light, the 3rd order light, etc. in order from the closest to the 0th order light. In these images, the luminance of the primary light having the smallest radius is the highest, and the luminance decreases as it becomes the secondary light and the tertiary light, and these intervals are substantially equal. However, what can be actually observed with a microscope or the like is up to about the secondary light or the tertiary light, and the image of the fourth or higher light has a very small luminance and can hardly be observed. Therefore, the subsequent spot images are targeted up to the secondary light, and the rest are not shown.
[0033]
The ideal image is the image shown in FIG. 3a, whereas the image when the lens is tilted is FIG. Such an image difference between the tilted image and the ideal case is not so much in the 0th-order light, but appears remarkably in the images after the 1st-order light. In this way, as the posture is tilted, the luminance of the image after the primary light is not uniform, and one direction becomes stronger and the opposite direction becomes weaker.
[0034]
FIG. 4A is a spot image when the lens is not tilted, and b and c indicate luminance distributions of a cross section passing through the center of the image. FIG. 5 is a diagram showing a spot image a and luminance distributions b and c when tilted. As described above, since the luminance distribution changes from left to right or up and down as it tilts, the direction in which it is tilted can be determined from this difference. That is, when the vertical balance is not uniform, the posture is inclined in the vertical direction, and when the horizontal balance is not uniform, the posture is inclined in the horizontal direction.
[0035]
By the way, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, even when the posture is normal and the overall balance is achieved and the luminance balance of the primary light and the zero-order light is almost equal, it is partially If a lack or the like is combined with noise, the luminance distribution in one section is not symmetric. Therefore, in the method of detecting the inclination of the direction based on the luminance distribution of one cross section, the posture is completely adjusted unless the lens is very accurate and there is no asymmetric distortion in any direction. It is possible that the tilted state is determined to be tilted, or conversely, the tilted state is determined to be normal.
[0036]
However, as long as a person looks at this image as a whole, the state of FIGS. 4 and 6 is an image when the posture is not substantially inclined, and the state of FIG. 5 is clearly a wrong posture. In other words, if the posture of the lens is determined from the entire image so that it is determined by the human eye rather than by a single cross section, the tilt detection is significantly wrong due to the presence of some distortion and noise as in this example. You will never do it. From this, it can be seen that if the entire image can be determined, the influence of noise or the like can be ignored and the posture can be considered. Needless to say, the determination accuracy increases as there is no noise or distortion, that is, as the lens becomes more accurate. In the present embodiment, the inclination of the posture is detected in view of this point.
[0037]
7, 8, and 9 illustrate a method for detecting the inclination of the posture based on the overall information of the image. FIG. 7 shows a spot image in a normal posture, that is, a state without tilt, and an image obtained by processing the image (image of the
[0038]
In all these cases, the 0th order light has a much higher luminance than the other light as described above. Therefore, each image can be made an image of only the 0th-order light portion by setting a portion below a certain luminance to 0. For example, if a portion having a certain luminance value or more is represented by the maximum luminance MAX (the general maximum luminance is 255 or the like, but is expressed as luminance MAX for generality), and other portions are represented by 0. The images in each figure are converted as shown in each figure b. Such processing is generally called binarization, and in the present embodiment, the processing is performed using the
[0039]
When a in FIGS. 7 to 9 is binarized with a low luminance value as a threshold value, each becomes d, and the outer shape from the 0th order light to the secondary light is clearly detected. Yes. Further, the center coordinates of these are represented by + in each figure.
[0040]
The positions of + indicating the center of c in FIGS. 7 to 9 are all located at the center of the zero-order light. Similarly, in FIG. 7e, the + position is located at the center of the 0th order light, and the + position of e in FIG. 8 is shifted from the center of the 0th order light. From these results, it can be seen that when the posture is deviated, the center of the binarized image of zero-order light and the center of the entire binarized image are in different positions.
[0041]
Further, the + position of the image of e in FIG. 9 is also substantially at the center of the 0th order light, and it can be seen that the result is almost the same as in the case of e of FIG. Therefore, even if the
[0042]
Eventually, the center position of the 0th-order light is compared with the center position of the entire binarized image (in this example, from the 0th-order light to the secondary light). If the two centers substantially match, it should be OK. If NG is selected, the inclination of the
[0043]
Further, since the comparison with the center of the 0th-order light is performed, the determination can be made regardless of the position of the image. For this reason, the time, precision, and cost for spot alignment can be reduced. Moreover, since it is only necessary to capture an image once in one shutter time and perform the above processing, the spot state may be changed after the capture. For example, even if the image is drifting or there is some vibration, the tilt can be determined normally. For this reason, the number of mechanisms for removing vibrations can be reduced, and it is relatively less likely that alignment is difficult due to vibrations. Therefore, the strength of each part of the entire apparatus can be reduced, and the cost of the entire apparatus can be reduced.
[0044]
However, in this method, the distance between the measured centers increases as the angle is tilted, but the relationship between the tilt and the distance is often non-linear (depending on overall brightness, threshold, objective lens accuracy, etc.) Although the outline of the amount of tilt (which changes slightly) can be estimated, it is difficult to accurately measure the absolute amount.
[0045]
<
Next, an actuator attitude adjustment device using the tilt detection device of the present invention will be described. FIG. 10 only shows that the
[0046]
FIG. 11 shows an example of an image displayed on the
[0047]
The relationship between the
[0048]
Regardless of the position of the adjustment screws 6 and 8 and the rotation angle of the camera, the central direction of the entire binarized image that changes when the adjustment screws 6 and 8 are turned is uniform. For this reason, even when the center of the entire binarized image changes in an oblique direction by turning the adjusting screws 6 and 8, or even when the center of the zero-order light is not known which of the two centers is Current workers can make adjustments by turning the screw appropriately so that the centers coincide.
[0049]
FIG. 12 shows numerical display, and c and e show the same images as c and e in FIG. F in FIG. 12 may be a value calculated by the image processing apparatus, as long as the center coordinates indicated by + in c and e in FIG. 12 are displayed. Since the value in this case is the center coordinate of an image having a certain large area, it generally has subpixel accuracy. In FIG. 11, adjustment is performed so that + marks are overlapped. However, if the adjustment accuracy on the image is 1 pixel, the numerical value is displayed as it is after the decimal point and adjusted so as to match. More accurate adjustment can be performed. In FIG. 12, this is used for adjustment. After the adjustment of f in FIG. 12, it becomes h, the two central coordinates coincide, and the difference becomes 0. In FIG. 12, g and i indicate that the processed image is displayed at the same time, and it is easy to grasp the adjustment image. In addition, even in the case of FIGS. 11 and 12, the accuracy of adjustment can be increased by displaying the + display indicating the center position at a position shifted by several times larger than the actual display.
[0050]
Eventually, as described above, according to the present embodiment, it is possible to realize an inexpensive, stable and stable posture (tilt) adjustment apparatus that is easily and accurately resistant to distortion of a lens or the like.
[0051]
However, in this method, the distance between the measured centers increases as the angle is tilted, but the relationship between the tilt and the distance is often non-linear and varies greatly depending on the conditions (total brightness, threshold, It is difficult to accurately calculate the adjustment amount from the measurement amount (which varies slightly depending on the accuracy of the lens). Therefore, automatic adjustment by a feedback system based on this value is possible, but it is complicated and time consuming.
[0052]
<
Next, the tilt detection apparatus of this embodiment will be described. FIGS. 13 and 14a show spot images when there is noise in the image for some reason. An image obtained by binarizing the entire image of a with a low threshold is b. When such noise occurs, it causes a detection error.
[0053]
However, the relative positions of the 0th order light and the 1st order light are basically determined, and in a dark part (hereinafter referred to as a dark part) such as between the primary light and the secondary light, a part having almost high luminance is used. Does not exist. That is, the luminance is essentially close to 0 within a certain distance from the center of the 0th-order light. Since the 0th-order light is very strong compared to other luminances, the position of the 0th-order light can be easily detected only by binarization with a high threshold. Accordingly, the dark portion can be easily calculated. On the other hand, an image processing apparatus generally has a mask function or the like, and can convert a certain mask pattern and image into an image of only a specific area of the image.
[0054]
For example, “c”, “d”, “e”, “f”, and “g” in FIGS. 13 and 14 are “all 0 to 2nd order light”, “0th order light”, “1st order light”, “secondary light”, “ It is a mask for making only “primary light and secondary light”. If the spot images are superimposed and binarized with a low luminance value, they become h, i, j, k, and l, respectively. These are images obtained by binarizing “all 0 to secondary light”, “zero order light”, “primary light”, “secondary light”, and “primary light and secondary light”, respectively. . At this time, there is no noise present in the original image. That is, it is shown that noise in a place where luminance should not exist can be removed by the mask.
[0055]
FIGS. 15 and 16 show the centers of the images obtained by masking FIGS. 13 and 14, respectively. A shows an image in which noise is eliminated from a in FIGS. 13 and 14, and h, Each of i, j, k, and l binarizes “all 0 to 2nd order light”, “0th order light”, “1st order light”, “2nd order light”, “1st order light and 2nd order light” And the center coordinates are shown. As shown in FIG. 15, the center coincides with the center of the 0th order light in all cases of FIG. 13, but as shown in FIG. 16, in the case of FIG. The centers of other images are all in different positions. In addition, all the directions are different. That is, the detection of the inclination is not only to obtain the center of the binarized image of all the images including the 0th order light of the first embodiment, but if it is an image that completely includes each image after the 1st order light, This is possible by binarizing and obtaining the center and comparing the position of this and the zeroth-order light center.
[0056]
Thus, for example, when abnormal luminance exists in the secondary light portion, if the mask is set so that the inclination is determined only by the 0th-order light and the primary light, it is related to the noise generated in the secondary light portion. The tilt can be determined.
[0057]
As described above, by using a mask or the like for only specific n-order light, an apparatus that can determine the inclination without being affected by noise existing in the specific region can be realized.
[0058]
By replacing the center image and coordinate information of the posture adjustment device shown in the second embodiment with the tilt detection device of the present embodiment, a posture adjustment device that is more resistant to noise than the device of the second embodiment can be realized. it can.
[0059]
<
Next, the tilt detection apparatus for an objective lens according to the present embodiment will be described. 17 and 18 are diagrams for explaining that the tilt angle can be measured by the tilt detection device of the present embodiment. a is the spot image itself, and b is binarized with a high-luminance threshold value to obtain the center. “c” is obtained by obtaining the center while maintaining the gradation information without being binarized, and “d” is a combination of the image of c and the center of the 0th-order light.
[0060]
How to find the center at this time is shown.
[0061]
[Expression 1]
[0062]
However, the symbols in the above formula are defined as follows.
n: Pixel number
p: Total number of pixels
Mxa: X coordinate of the entire center of gravity
M y a: The whole center of gravityYCoordinate
f (n): luminance of pixel n
x (n): X coordinate of pixel n
y (n): Y coordinate of pixel n
By calculating the above formula, the center coordinates of the image including the luminance can be obtained.
[0063]
In general, since the image processing apparatus can calculate a simple center of a figure at high speed, the same can be done by the following calculation.
[0064]
[Expression 2]
[0065]
However, the symbols in the above formula are defined as follows.
k: Luminance M: X coordinate of the entire center of gravity
Mxa: X coordinate of the entire center of gravity
M y a: The whole center of gravityyCoordinate
m (k): Area of luminance k portion
mx(k): X coordinate of the center of luminance k
my(k): Y coordinate of the center of luminance k
f: Maximum brightness
The center coordinates of the image including the luminance can also be obtained by the calculation of the above formula.
[0066]
Then, when the attitude is adjusted, the center coordinates are in the same position as the binarization center of the 0th-order light because the spot spreads in the same way around the 0th-order light. When the posture is tilted, it is obvious that the center changes in the same direction as in the first and third embodiments. Therefore, if the calculated center coordinates are displayed as a symbol such as + or a numerical value, the inclination can be detected as in the first and third embodiments.
[0067]
However, the barycentric coordinates in consideration of the brightness by this calculation indicate the energy center of the spot image by the laser. And the difference with the coordinate of the binarization center of 0th-order light is calculated | required by a following formula.
[0068]
Dx= Mxa-Mx0
Dy= Mya-My0
However, the symbols in the above formula are defined as follows.
Dx: X coordinate difference between centers
Dy: Y coordinate difference between centers
Mxa: X coordinate of the entire center of gravity
M y a: Y coordinate of the entire center of gravity
Mx0: X coordinate of 0th order light center
M y 0: Y coordinate of 0th order light center
In the state where the posture is adjusted, both D and D are clearly zero.
[0069]
In FIG. 19, a is D in the above equation.x, DyIs described. This Dx, DyIs very important to have a relationship as shown in FIGS. 19b and 19c (T in these figures).aq, RsqIndicates the tilt angle of the actuator). That is, the tilt angle of the actuator and Dx, DyIt is important that changes almost linearly. This relationship does not change greatly even if the brightness and focus change slightly. In the case of FIG. 19, each of the X component and Y component of the measured distance between the centers is multiplied by a certain constant.aq, RsqIt becomes. In addition, the non-linear portion can be approximated by applying an appropriate quadratic function.
[0070]
After all, unlike
[0071]
<
Next, an automatic attitude adjustment device for an actuator using the objective lens tilt detection device shown in the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the rotation angle of the adjusting screw 6 and TsqIs the rotation angle of the adjusting
[0072]
FIG. 20 is an automated version of the manual adjustment device of FIG. 10 used in the second embodiment. 31 is an adjustment motor that rotates the
[0073]
As described above, the angle can be measured by image measurement, and the adjustment rotation angle can be easily obtained from the angle, so that the posture can be adjusted easily and at high speed.
[0074]
<Embodiment 6>
Next, a case where the mask of the third embodiment is used in the tilt detection apparatus shown in the fourth embodiment will be described. FIGS. 21 and 22a show spot images when there is noise in the image for some reason. An image obtained by binarizing the entire image of a with a low threshold is b. 21, 22, c, d, e, f, and m are “0 to 2nd order light”, “0th order light”, “1st order light”, “2nd order light”, and “0th order” of the spot image, respectively. It is a mask for making only “light and primary light”. If the spot images are superimposed and binarized with a low luminance value, they become h, i, j, k, and n, respectively. These are images obtained by binarizing “all 0 to 2nd order light”, “0th order light”, “1st order light”, “2nd order light”, and “0th order light and 1st order light” respectively. . At this time, there is no noise present in the original image. That is, it is shown that noise in a place where luminance should not exist can be removed by the mask.
[0075]
In an image with no noise, the brightness of the dark part is sufficiently small, and even if the calculation excluding this part is performed, there is almost no difference from the case where it is included. Therefore, if the process is performed only on the part including the noise, excluding the dark part, the influence of the noise existing in the dark part can be eliminated.
[0076]
However, when using the center of the energy balance, it is necessary to clarify the relationship between the measurement result and the angle when each mask is used. This relationship is close to the relationship of FIG.
[0077]
Note that adjustment without the influence of noise can also be achieved by replacing the detection unit of the automatic attitude adjustment device of the fifth embodiment with the actuator inclination measurement device of the present embodiment.
[0078]
【The invention's effect】
According to the objective lens tilt adjusting method, the objective lens tilt detecting apparatus, and the objective lens attitude adjusting apparatus of the present invention, even when a low-accuracy objective lens such as a resin lens is used, the tilt direction is accurately determined. it can.
[0079]
In addition, since it detects the difference between the center position of the zero-order light and the center position of the whole or a specific range portion, mechanical adjustment accuracy such as alignment can be reduced, and the cost of the apparatus can be reduced. It becomes possible. Furthermore, even if positioning is not performed accurately, it is only necessary to drive the spot to a position where the difference in center coordinates can be obtained, so that the time required for measurement and adjustment can be shortened, and the speed of the apparatus can be increased. Become.
[0080]
Further, since the spot size is as small as about 1 μm in the diameter of the 0th order light, the optical magnification of the measurement system is large. Therefore, the position of the spot in the measurement screen changes even if there is a slight vibration. However, in the present invention, since the difference in coordinates within one screen is detected, the overall position changes slightly. However, the measurement accuracy does not drop. For this reason, it is possible to reduce the cost for vibration countermeasures, reduce the space, and improve the connectivity with other production equipment.
[0081]
Furthermore, since the center is obtained from the overall image information, measurement accuracy is not affected by small noise.
[0082]
In addition, if tilt detection or adjustment is performed based on the energy center, when the tilt of the objective lens is relatively small, the distance between the tilt of the lens and the center coordinate is approximately proportional, and an approximate tilt can be measured. . Thus, since the amount of inclination can be measured, the angle to be adjusted can be known, and the inclination can be adjusted fully automatically.
[0083]
Furthermore, since the measurement of the center is obtained from the entire image or a portion having a large area, not the small number of pixels, the accuracy is at the sub-pixel level. Therefore, coordinate detection is stable and very accurate.
[0084]
Further, since the movable part other than the pickup can be eliminated, the apparatus can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a tilt adjusting device including an objective lens tilt detecting device according to the present invention.
[Figure 2] Ideal spotHalftone image displayed on the display.
[Fig. 3]InclinationFIG. 6 is a halftone image displayed on a spot display in a posture with no posture and a certain posture.
FIG. 4 shows the spot in a posture without inclination.Halftone image displayed on the display andIt is a figure which shows luminance distribution.
FIG. 5 shows the spot in a tilted posture.Halftone image displayed on the display andIt is a figure which shows luminance distribution.
FIG. 6 shows a spot with a chip in a posture without tilt.Halftone image displayed on the display andIt is a figure which shows luminance distribution.
FIG. 7 shows a binarized spot in a posture with no inclination.Halftone image displayed on the display.
FIG. 8 shows a binarized spot in an inclined posture.Halftone image displayed on the display.
FIG. 9 shows the binarized spot when there is a chip in a posture without tilt.Halftone image displayed on the display.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a manual tilt adjusting device including an objective lens tilt detecting device according to the present invention.
11 illustrates a tilt adjustment method by the tilt adjustment apparatus of FIG.This is a halftone image displayed on the display..
12 illustrates another example of a tilt adjustment method by the tilt adjustment apparatus of FIG.This is a halftone image displayed on the display..
FIG. 13 shows an example in which a mask is applied to a spot image in a posture without inclination.This is a halftone image displayed on the display..
FIG. 14 shows an example of masking a spot image with a tilted posture.This is a halftone image displayed on the display..
FIG. 15 shows the energy center in a posture without tilt.This is a halftone image displayed on the display..
FIG. 16 shows the energy center in a tilted postureThis is a halftone image displayed on the display..
FIG. 17 illustrates a method for measuring the tilt amount of an objective lens.This is a halftone image displayed on the display.(Attitude without tilt).
FIG. 18 illustrates a method for measuring the amount of tilt of an objective lens.This is a halftone image displayed on the display.(Inclined posture).
FIG. 19 shows the relationship between the tilt angle of the actuator and the shift of the energy center position.This is a halftone image displayed on the display..
20 is a diagram showing a configuration of an automatic adjustment device of FIG.
FIG. 21 illustrates a method for obtaining a center of energy by applying a mask.This is a halftone image displayed on the display.(Attitude without tilt).
FIG. 22 explains a method for obtaining a center of energy by applying a mask.This is a halftone image displayed on the display.(Inclined posture).
[Explanation of symbols]
1 Pickup
3 Actuator
4 Objective lens
6,8 Adjustment screw
7,9 Adjustment driver
10 Simulated disk
11 Microscope
20 Image monitor display
21 Image processing device
22 Host computer
31, 32 Adjustment motor
33, 34 Motor controller
Claims (8)
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、前記スポットの全体の重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。A method for adjusting the attitude of an objective lens mounted on an optical pickup that focuses laser light on an optical recording medium,
The objective lens collects the laser beam on a simulated disk,
Observe the spot of the laser beam imaged on the simulated disk, and adjust the posture of the objective lens so that the center position of the zero-order light area of the spot coincides with the center of gravity of the spot. An objective lens attitude adjustment method comprising adjusting the objective lens attitude.
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撮影してスポット画像を得、該スポット画像から、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、分離された0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ2値化し、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心とを求め、
2値化した0次光の領域の画像の中心と、前記スポットの0次光以外の光の領域の画像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。A method for adjusting the attitude of an objective lens mounted on an optical pickup that focuses laser light on an optical recording medium,
The objective lens collects the laser beam on a simulated disk,
The shooting spot simulated the laser beam focused on the disk to obtain a spot image, from 該Su pot image, 0-order light areas of the image and the 0-order light other than the image of the light areas separated respectively The binarized zero-order light region image and the non-zero-order light region image are each binarized, and the binarized zero-order light region image center and binarized zero-order light Find the center of the image in the light area other than
The posture of the objective lens is adjusted so that the center of the binarized 0th-order light region image and the center of the image of the light region other than the 0th-order light region coincide with each other. Objective lens attitude adjustment method.
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、前記スポットの全体の重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、全体の重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。In an objective lens tilt detection device for detecting the tilt of an objective lens mounted on an optical pickup that focuses laser light on an optical recording medium,
Observation means for observing a spot condensed on the simulated disk by the objective lens;
A calculation means for observing the spot of the laser beam imaged on the simulated disk and calculating the center position of the zero-order light of the spot and the center of gravity position of the spot;
An objective lens tilt detection apparatus comprising: an area center position of zero-order light calculated by the calculation means; and a comparison means for comparing the entire barycentric position.
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撮影してスポット画像を得る撮影手段と、
前記スポット画像から、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ分離し、0次光の領域の画像および0次光以外の光の領域の画像をそれぞれ2値化し、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心とを計算する演算手段と、
該演算手段により演算された、2値化した0次光の領域の画像の中心と、2値化した0次光以外の光の領域の画像の中心と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。In an objective lens tilt detection device for detecting the tilt of an objective lens mounted on an optical pickup that focuses laser light on an optical recording medium,
Photographing means for obtaining a spot image by photographing the spot collected on the simulated disk by the objective lens;
Before kissing pot image, 0 image are separated each image and the zero order than light in a region of the primary light regions, each image of the light in a region other than the image and the zero-order light in the region of the zero-order light binarized, and calculating means for calculating the center of the binarized 0 order light areas of the image, the binarized 0-order light other than image light region and the center,
Calculated by said calculating means, provided with a center of the binarized 0 order light areas of the image, comparison means for comparing the center of the binarized 0-order light other than image light region, the An objective lens tilt detection device.
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。In the objective lens inclination detection device according to claim 3 or 4,
An objective lens tilt detection apparatus comprising mask means for applying a mask to a specific portion of the spot and causing the operation means to perform an operation using only the portion not subjected to the mask.
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。An objective lens attitude adjustment device mounted on an optical pickup that focuses laser light on an optical recording medium using the objective lens tilt detection device according to claim 3, 4, 5, or 7,
An objective lens attitude adjusting device comprising an adjusting means for adjusting an inclination of the objective lens based on a comparison result of the comparing means.
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