JP4618202B2

JP4618202B2 - レンズ検査装置

Info

Publication number: JP4618202B2
Application number: JP2006189981A
Authority: JP
Inventors: 正純安達; 行雄今田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2008020220A

Description

本発明は、光ディスク方式の情報記録媒体、例えばＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）やＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ）に情報を記録・再生するためのレンズ、又はＤＳＣ（ＤｉｇｉｔａｌＳｔｉｌｌＣａｍｅｒａ）の撮像光学系内に搭載されるレンズなどの光学部品の検査装置に関するものである。

光ディスク方式の情報記録媒体の情報を再生し、また、この情報記録媒体に情報を記録するための光学装置として光ピックアップがある。この光ピックアップには、内蔵された光源からの出射光を、情報記録媒体における所定の位置に高精度かつ正確に照射するための光学系が必要である。ところが、この光学系を構成する部品の特性や組立のバラツキにより、製造された光ピックアップの特性が必要な範囲に収まらないことがある。

そこで、この光ピックアップの製造工程においてはその光学系の状態を計測し、調整することが必要となる。従来の光ピックアップの調整方法として、シェアリング干渉像を用いたレンズの評価方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１のレンズ検査方法を示す図である。

図５において、光ピックアップ１内の光源２から出射した光はレンズ３で平行光にされた後、ミラー４で立ち上げられて対物レンズ５に入射する。対物レンズ５で集光された光は回折格子６に入射し、回折格子６で０次光と±１次光の回折光を生じる。この回折光は収差補正板７を透過して、検出レンズ８上で０次光と＋１次光、−１次光と０次光とがそれぞれ重なり合って干渉縞パターンを形成する。この干渉縞パターンを結像レンズ９で撮像素子１０上に結像する。この０次光と＋１次光、−１次光と０次光が重なった領域に出来る干渉縞パターンを特性検出部１１で解析することにより対物レンズ５の収差を測定する。その後、測定した収差に基づいて対物レンズ５の調整を行う。

回折格子は、その回折面に塵埃等が付着すると精度が低下してしまうため、回折面を清潔に保つ必要がある。そのために、従来の回折格子では、回折格子の回折面に所定の間隔をあけて被膜板を配置しているものがある（例えば、特許文献２参照）。

図６は、特許文献２の回折格子を示す図である。図６で、図５と同じ符号に関しては、説明を省略する。

図６において、回折格子６の回折面に所定の間隔をあけて配置された被膜板１２で覆い、回折格子６と被膜板１２との間の距離をそれらの間に配置したスペーサ１３で規定する。

また、従来の光ピックアップ装置には、装置を小型化するために装置内の回折格子に薄い波長板を取り付けているものがある（例えば、特許文献３参照）。

図７は、特許文献３の回折格子を示す図である。図７で、図５、図６と同じ符号に関しては、説明を省略する。

図７において、回折格子６と装置内の波長板１４とを一体に貼り合わせ、光学部品を形成する。
特開２０００−３２９６４８号公報特開２００２−０９０６０５号公報特開２００３−２１７１６２号公報

しかしながら前記従来の構成では、回折格子が薄く機械的に脆弱な場合を想定していないので、特許文献１において対物レンズを調整した時に接触して回折格子が損傷を受ける場合がある。また、特許文献１の装置におけるＢＤ光学系やＤＶＤ光学系では、レンズと回折格子とのギャップが小さいため、新たに補強板を挿入することも困難である。

また、特許文献２にて開示された回折格子を特許文献１の装置に用いたとしても、回折面に配置した被膜板が膜状の板であるため、回折面を清潔に保つことはできるが、回折格子の強度を上げることはできない。

また、特許文献３にて開示された回折格子を特許文献１の装置に用いたとしても、特許文献３に開示しているように波長板の厚さは非常に薄いものであるため、回折格子の強度を上げることはできない。

以上のように従来のレンズ検査装置では、ある一定回数以上の計測を行った場合に、回折格子の破損や回折面の汚れが発生して回折格子がその機能を果たせず、計測できなくなることがある。そのため、連続で数百個単位のレンズの計測を行う場合に、回折格子を取り替えることによる時間のロスや、微細な回折面が必要となる回折格子を数多く用意しておく必要がある。

また、回折格子の強度を上げるために、単に回折格子に当接する平板を厚くしただけでは、レンズから出射した光が平板を透過する際に、光の性質が変化してしまう。そのため、レンズの精密な計測においては、同時に光の性質を変化させないものが必要となる。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであって、回折格子の破損や汚れを防いでレンズ検査を連続で行う際の時間のロスを防ぎ、かつ、精密にレンズの計測を行うことのできる計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ検査装置は、対物レンズを出射した光から異なる次数の回折光を形成する回折格子と、前記回折格子の回折面に配置された平板と、光学厚さと材質が前記対物レンズと等しい検出レンズと、互いに干渉した前記異なる次数の回折光を前記検出レンズを介して受像する受像装置と、前記受像した干渉像から前記対物レンズの収差を計測する計測装置と、を有し、前記対物レンズの光軸上において前記回折格子の上下面間の光学距離と前記平板の上下面間の光学距離とが等しいことを特徴とする。

以上のように、本発明のレンズ検査装置によれば、回折格子の破損や汚れを防いでレンズ検査を連続で行う際の時間のロスを防ぎ、かつ、精密にレンズの計測を行うことのできる計測装置を提供することができる。そのため、レンズ検査装置の連続稼動回数を増やすことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１のレンズ検査装置を示す図である。図１で、図５〜図６と同じ符号に関しては、説明を省略する。

図１において、光ピックアップ１の対物レンズ５と検出レンズ８との間には、収差補正回折格子１５を配置する。収差補正回折格子１５は、そのＺ方向の中心が対物レンズ５の焦点に位置するように配置されている。また、収差補正回折格子１５は、回折格子調整機構１６によって支持されている。

この装置では、対物レンズ５と検出レンズ８とは光学厚さと材質が等しいレンズを用いている。これは、光が対物レンズ５を透過することで発生する球面収差を、検出レンズ８を透過させることでキャンセルさせるためである。また、検出レンズ８に光ピックアップ１の対物レンズ５と同じレンズを用いることで、新規にレンズの設計を行う必要も無く、検出レンズ８の入手も容易になる。

回折格子調整機構１６は、収差補正回折格子１５のＸ、Ｙ、Ｚ軸調整と、Ｘ軸回転あおりθ_X、Ｙ軸回転あおりθ_Y調整とを行うことができ、高精度な光学調整を可能にする。同様に、検出レンズ８もＸ、Ｙ、Ｚ軸調整と、Ｘ軸回転あおりθ_X、Ｙ軸回転あおりθ_Y調整とを行うことができるように構成されている。

対物レンズ５は、チャックを介して調整機構に固定されており、特性検出部１１で測定された収差が閾値を超えた場合に、その収差を打ち消す方向に対物レンズ５の姿勢を変更する。この収差測定と姿勢の変更を繰り返すことにより、光ピックアップ１の対物レンズ５からの出射光の収差調整を可能とする。

この装置を用いたレンズ検査方法について説明する。

光ピックアップ１内の光源２から出射されレンズ３で平行光とされた光は、ミラー４で立ち上げられて対物レンズ５に入射する。対物レンズ５を介して光ピックアップ１から出射された光は、集光しながら収差補正回折格子１５に入射する。収差補正回折格子１５で回折された０次回折光と±１次回折光は、対物レンズ５と同一のレンズである検出レンズ８を通して平行光に調整され、結像レンズ９で集光されて、撮像素子１０で信号化される。この時、回折格子調整機構１６で収差補正回折格子１５を動かすことで、レンズ検査に適したシェアリング干渉像を形成する。以上のようにして信号化されたシェアリング干渉像は特性検出部１１に送信され、特性検出部１１で対物レンズ５の収差を測定する。

収差補正回折格子１５について、説明する。

図２は、収差補正回折格子１５の拡大断面図である。図２で、図１、図５〜図６と同じ符号に関しては、説明を省略する。

図２において、収差補正回折格子１５は、収差補正板１７と回折格子１８とを接着剤１９にて固定することで形成されている。ここで、収差補正板１７と回折格子１８とは対向するそれぞれの面がほぼ平行である必要があり、対向するそれぞれの面の角度ズレは０．０１度以内であることが好ましい。これは、正確な収差測定に用いることを考慮して、この程度の精度を必要としているためである。

収差補正板１７と回折格子１８の材料としては、強度や光学性能を考慮し、石英を用いる。収差補正板１７と回折格子１８のそれぞれの厚さは、光ピックアップ１を用いた記録・再生の対象である光ディスクに応じて決定され、ＢＤ用の場合は０．０８２５ｍｍとなり、ＤＶＤ用の場合は０．６０６ｍｍとなる。本実施の形態では、収差補正板１７と回折格子１８とを同じ材料としているため、対物レンズ５方向における収差補正板１７と回折格子１８の厚さは等しくなる。共に同じ材料を用いると、収差補正回折格子１５のＺ方向の強度は２倍以上となり破損しにくくなる。

本実施の形態では、収差補正板１７と回折格子１８の材料を共に石英として考えた。しかしながら、収差補正板１７と回折格子１８とが異なる材料によって形成された場合は、対物レンズ５の光軸上において、収差補正板１７と回折格子１８の光学距離が等しくなれば良い。これは、光ピックアップ１から出射した光が、回折格子１８を透過することで生じる収差を、回折格子１８と等しい光学距離を有する収差補正板１７を透過させることでキャンセルするためである。ここで、光学距離は光路長とも呼ばれるものであり、実際の距離に屈折率をかけたものである。図２においては、対物レンズ５の光軸ａ上における回折格子１８の光学距離ｂと収差補正板１７の光学距離ｃとが等しくなればよい。

収差補正板１７と回折格子１８とは接着剤１９にて固定されているが、収差補正板１７と回折格子１８とを接着剤１９にて貼り合わせて固定する際に、それらの隙間について考慮しておく必要がある。収差補正板１７と回折格子１８との間に空気による隙間が生じることは、光学的には問題ない。しかしながら、収差補正板１７と回折格子１８との隙間が大きくなると、収差補正回折格子１５がＺ方向に大きくなり、収差補正回折格子１５と対物レンズ５との距離が短くなる。そのため、焦点距離の短いレンズを対物レンズ５に用いて測定する場合に、収差補正回折格子１５と対物レンズ５との距離が短くなると、収差補正回折格子１５と対物レンズ５とが衝突する可能性が高くなる。特に、ＢＤ用の光ピックアップに使用される対物レンズを測定する場合は、収差補正回折格子１５と対物レンズ５との間の距離であるワークディスタンスが０．３ｍｍ程度となり、収差補正回折格子１５の厚さも薄いため、衝突した場合に収差補正回折格子１５が破損し易い。そのため、強度と言う観点で考えると、収差補正板１７と回折格子１８との間をできる限り小さくして当接させ、逆に収差補正回折格子１５と対物レンズ５との隙間を大きくすることが好ましい。

この収差補正回折格子１５の製造方法について説明する。

接着剤１９としては、少量でしっかりと固定でき、且つ硬化収縮の小さいやわらかめのＵＶ接着剤を使用する。これは、硬化収縮が大きいと、収差補正板１７と回折格子１８とが接着剤１９が硬化する際の収縮力に負けて歪む可能性があるためである。

次に、収差補正板１７と回折格子１８との接着位置と、収差補正板１７と回折格子調整機構１６との接着位置について説明する。

図３（ａ）は、収差補正回折格子１５と回折格子１８との接着位置をＹ方向から示す図であり、図３（ｂ）は、収差補正回折格子１５と回折格子１８との接着位置をＺ方向から示す図である。図３（ａ）、図３（ｂ）で、図１〜図２、図５〜図６と同じ符号に関しては、説明を省略する。

本実施の形態では、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、収差補正板１７と回折格子１８との接着位置は、回折格子１８のそれぞれの辺の中心部付近としている。これは、この位置で接着した方が、強度が高くなるためである。

また、収差補正回折格子１５と回折格子調整機構１６との接着位置は、収差補正板１７の一辺と回折格子調整機構１６の一辺とが交差する箇所付近としている。これは、有効な領域をできる限り大きく取るためであり、また、収差補正回折格子１５の設置空間を確保するためでもある。

収差補正回折格子１５と回折格子調整機構１６との接着に際しても、それぞれ対向する面の平行方向の角度ずれは正確な収差測定を行うことを考慮して０．０１度以内であることが好ましい。

これらの光学ズレを満たすためにそれぞれを貼り合わせる手順について説明する。

まず、収差補正板１７の上に、それより大きさの小さい回折格子１８を載せる。次に、収差補正板１７に対するＸＹ方向、及び回折格子に対するＺ方向にはみ出さないように、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す位置に接着剤１９を塗布する。この時、オートコリメータを使用して、それぞれ対向する収差補正板１７下面と回折格子１８上面の平行からの角度ずれを測定し、０．０１度以内であることを確認する。ここで、角度ずれが０．０１度より大きい場合は、それぞれの位置を調整した上で、再度角度ずれを測定する。その後、ＵＶを接着剤１９に照射することで、収差補正回折格子１５を形成する。

次に、この収差補正回折格子１５を回折格子調整機構１６の貼付け部に載せる。そして、収差補正回折格子１５上面よりはみ出さないように、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す位置に接着剤１９を塗布する。この時も、収差補正板１７と回折格子１８の接着時と同様にオートコリメータを用いて角度ずれを測定しながら接着する。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２のレンズ検査装置を示す図である。図４で、図１〜図３、図５〜図６と同じ符号に関しては、説明を省略する。

図４において、光ピックアップ２０は、赤色レーザ用対物レンズ２１と青色レーザ用対物レンズ２２、赤色レーザ光源２３と青色レーザ光源２４、レンズ２５とレンズ２６、ミラー２７とミラー２８とを備える。

この装置において、赤色レーザ用対物レンズ２１側に、赤色レーザに対応した収差補正回折格子２９が回折格子調整機構３０に支持されて配置される。また、検出レンズ３１、結像レンズ３２、撮像素子３３、特性検出器３４も配置されている。収差補正回折格子２９と検出レンズ３１は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸調整と、Ｘ軸回転あおりθ_X、Ｙ軸回転あおりθ_Y調整とが出来るように構成されている。

同様に、青色レーザ用対物レンズ２２側に、青色レーザに対応した収差補正回折格子３５が回折格子調整機構３６に支持されて配置され、また、検出レンズ３７、結像レンズ３８、撮像素子３９、特性検出器４０も配置されている。収差補正回折格子３５と検出レンズ３７は、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸調整と、Ｘ軸回転あおりθ_X、Ｙ軸回転あおりθ_Y調整とが出来るように構成されている。

検出レンズ３１の光軸と検出レンズ３７の光軸との距離は、赤色レーザ用対物レンズ２１の光軸と青色レーザ用対物レンズ２２の光軸との距離と等しい位置に配置する。

ここで、赤色レーザ用対物レンズ２１と検出レンズ３１、青色レーザ用対物レンズ２２と検出レンズ３７は、それぞれ同一のレンズとする。

赤色レーザ用対物レンズ２１からの赤色の出射光は、検出レンズ３１で平行光になり、結像レンズ３２により結像される。また、青色レーザ用対物レンズ２２からの青色の出射光は、検出レンズ３７で平行光になり、結像レンズ３８により結像される。それぞれの対物レンズはレンズチャック機構により規正され、その位置と姿勢を変更することが出来るように構成されている。この構成により、それぞれの光源からの出射光を同時に取り込み、収差測定を行い、その収差を補正するようにそれぞれの対物レンズの位置、姿勢を調整することが出来る。

実施の形態２のレンズ検査装置を用いることにより、２枚のレンズを同時に計測することができる。また、このようなレンズ検査装置において、厚さの異なる２つの回折格子を用いる場合は、異なる条件で回折格子の強度を管理する必要がある。これは、それぞれの回折格子の強度が異なるためであるが、本実施の形態を片方の回折格子にのみ用いることにより、２つの回折格子の条件を近づけることができる。そのため、２つの回折格子の強度をより近い条件で管理でき、複雑な管理を行わなくても良い。

また、光ピックアップ２０の組立時の誤差により、２つの対物レンズの中心間距離やその高さにばらつきが生じる場合は、青色レーザ用対物レンズ２２からの出射光の光軸を検出レンズ３７の光軸と一致させた後、光ピックアップ２０を載置したステージ４１を動かして、赤色レーザ用対物レンズ２１からの出射光の光軸と検出レンズ３１の光軸とを一致させる。これにより、光ピックアップ２０の組立誤差によらず、２つの対物レンズからのそれぞれの出射光を用いて、収差測定を同時に行うことが出来る。なお、赤色レーザ用対物レンズ２１と青色レーザ用対物レンズ２２の調整の順番が逆でも、機能は変わらない。

なお、収差補正機能を有する回折格子を用いた装置及び方法は、説明したもの以外に変型あるいは発展型は多く考えられるが、本発明で説明した収差補正回折格子を用いる限り、本発明から逸脱しない。

本発明のレンズ検査装置は、回折格子の機械的強度を高めることで回折格子の破損を防止できるため、光ピックアップの対物レンズやＤＳＣなどのレンズの検査装置として適用できる。

実施の形態１のレンズ検査装置を示す図収差補正回折格子１５の拡大断面図（ａ）収差補正回折格子１５と回折格子１８との接着位置をＹ方向から示す図（ｂ）収差補正回折格子１５と回折格子１８との接着位置をＺ方向から示す図実施の形態２のレンズ検査装置を示す図特許文献１のレンズ検査方法を示す図特許文献２の回折格子を示す図特許文献３の回折格子を示す図

符号の説明

１光ピックアップ
２光源
３レンズ
４ミラー
５対物レンズ
８検出レンズ
９結像レンズ
１０撮像素子
１１特性検出部
１５収差補正回折格子
１６回折格子調整機構

Claims

対物レンズを出射した光から異なる次数の回折光を形成する回折格子と、
前記回折格子の回折面に配置された平板と、
光学厚さと材質が前記対物レンズと等しい検出レンズと、
互いに干渉した前記異なる次数の回折光を前記検出レンズを介して受像する受像装置と、
前記受像した干渉像から前記対物レンズの収差を計測する計測装置と、を有し、
前記対物レンズの光軸上において前記回折格子の上下面間の光学距離と前記平板の上下面間の光学距離とが等しいこと
を特徴とするレンズ検査装置。
回折格子と平板とが同じ材料であること
を特徴とする請求項１記載のレンズ検査装置。
前記対物レンズの光軸に垂直な面において、平板の面積が回折格子の面積よりも大きいこと
を特徴とする請求項１または２記載のレンズ検査装置。