JPH06267080A - 光スポット歪測定調整装置 - Google Patents
光スポット歪測定調整装置Info
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- JPH06267080A JPH06267080A JP5046693A JP5046693A JPH06267080A JP H06267080 A JPH06267080 A JP H06267080A JP 5046693 A JP5046693 A JP 5046693A JP 5046693 A JP5046693 A JP 5046693A JP H06267080 A JPH06267080 A JP H06267080A
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Abstract
点/球面収差を判別、調整できる簡単で正確な光スポッ
ト歪測定調整装置を実現する。 【構成】 光ヘッドを出射する光ビームスポットをCC
D上に結像して、焦点前後の1次回折光の強度分布を4
象現に分けて計算して、非点収差及び球面収差の検出を
行う。
Description
生、記録又は消去を行う光学ヘッドのように微細な光ス
ポットの歪の測定やその歪を調整する技術に関するもの
である。かかる調整を必要とする装置としては他にも、
光スキャナー、光プリンター等がある。
価、特にアナモフィック光学系の評価、調整等に用いる
ことが出来るものである。
特に従来からある光ディスク技術で、信号読み取りの為
の光ピックアップの光学系の測定評価、調整に有効であ
るので、以下従来例及び実施例として光ディスクで用い
られた技術を中心に説明をする。
ーザビームを略平行ビームとする光学系、ビームスプリ
ッター、偏向ミラー、対物レンズ及び信号検出光学系と
からなっている。図4に従来用いられた光ヘッド10及
び光スポットの観測光学系の概略図を示す。半導体レー
ザ1を出射する光ビームはコリメートレンズ2で略平行
光とされビームスプリッター3に入射する。ビームスプ
リッターにはウエッジ状のプリズムがついており、コリ
メートレンズとの組合せで非点収差補正及び楕円分布の
補正が可能である。
を1つ又は複数個用いることで補正することも可能であ
る。
は、偏向ミラー4でディスク方向に偏向され対物レンズ
5に入射する。対物レンズで収束された光ビームは図中
光スポット21の位置に配置された光ディスク(図4は
光学系測定評価の構成図のため図示せず)に光スポット
として照射される。光ディスクで反射された光ビーム
は、同一光路を戻りビームスプリッター3で反射されデ
ィスク上の記録信号情報や対物レンズ5と光ディスクの
位置制御を行う制御信号を検出するための光検出器6に
入射する。光信号検出の動作は、本発明には関係がない
ので詳細な説明は省略する。
る光ビームは収束して光スポット21となる。スポット
の光強度最大点、即ち光分布のエネルギー密度の最大と
なる点を焦点と呼ぶ。この焦点は光学系の収差により光
軸方向及び光軸と垂直な面内での位置が変化する。
てほとんど収差のない部品を用いるため残存する収差の
大部分は光源である半導体レーザ1の持つ非点収差、非
点収差補正のためのビームスプリッタ3として図示した
部材のウエッジプリズム部とコリメートレンズ2の相対
位置の調整不良により発生する非点収差、及び対物レン
ズ光軸に垂直な面と光ディスクのなす角度のずれから生
じるコマ収差等である。これらの収差を補正するために
従来から光ヘッドから出射する光ビームを、光ディスク
とほぼ同じ屈折率でほぼ同じ厚さのダミーディスク20
を透過させ、できた光スポット21を顕微鏡で観察して
調整する方法が行われている。しかし従来法では光スポ
ットをTVモニター29に直接表示して、目視で調整が
行われているので収差補正の精度が悪く、又調整者の熟
練度に依存して光スポット品質が決まる等不安定な調整
となっていた。
には無収差のレンズでコリメート光としフィゾー干渉計
等で測定して、測定結果をゼルニケのサークルポリノミ
ナルに展開演算して各次数の係数を求め、3次の収差を
求めると言う複雑な手続きが必要であった。この為この
計測を実時間で行うことはできず、かつ直接スポットの
評価をすることは出来なかった。
定方法を述べる。非点隔差を測定する場合には、焦点前
後の光軸方向に移動させた時の光スポットの半値全幅を
連続的に計測して光スポットの直交方向(XY方向)で
の最小値となる位置を各々求め、その間隔を非点隔差と
する方法が用いられている。この方法ではスポットの最
小値を測定するためノイズの影響による測定誤差が出や
すい。ノイズの影響を少なくする為にスムージング等の
処理をするとデータサンプルが多く必要な上に計算の処
理時間がかかる。さらにスポット形状が歪んでいる場合
には測定誤差は大きくなる。測定精度を上げるために測
定サンプル点を多く取ると測定時間がかかりすぎる等の
欠点がある。
られたスポットの評価では、スポットを直接評価する事
が難しい。特に非点収差の測定でビームスポットの半値
全幅の最小値を求める方法では制度も取りにくいがさら
に測定時間がかかると言う欠点がある。
測定時間を短縮する光スポット歪測定調整装置を提供す
ることを目的とする。
次のスポット径に注目して測定をする方法でなく、スポ
ットの1次回折光を使って光スポットの歪の測定を行
う。即ち光スポットに歪が存在すると、1次回折光への
光量が鋭敏に変化する。この変化を検出すると従来の検
出法よりも検出精度よく歪の検出をすることが出来る。
は非常に細かいサンプル点でスポット径を測定する必要
はなく焦点前後の予め定めた2点のデータから十分歪を
判別することができる。
続または非常に細かいサンプル点でスポット径を測定す
る必要はなく焦点前後の予め定めた2点のデータから収
差を判別できる事である。そのため従来に比較して測定
時間は飛躍的に短縮できる。
を測定に使用するために、測定精度が向上する。即ち従
来のように0次光を使用していると収差により多少光量
または分布が変化しても変化の割合が小さいので測定の
S/Nが悪い。これに対して1次回折光を使用すると光
量分布の変化が大きく測定のS/Nが向上し鋭敏な収差
の測定が出来る。
での距離とサンプル測定点での1次回折光の強度との積
である光強度の1次モーメントを使用すると、より測定
S/Nを向上させることが出来る。
1は本発明によるスポット歪(収差)の測定方式を示す
概略図である。測定対象の例として光ディスク用の光ヘ
ッドを用いる。光ヘッド10の光学系構成を説明する。
メートレンズ2で略平行光とされビームスプリッター3
に入射する。ビームスプリッターにはウエッジ状のプリ
ズムがついており、コリメートレンズとの組合せで非点
収差補正及び楕円分布の補正が可能である。
は、偏向ミラー4でディスク方向に偏向され対物レンズ
5に入射する。対物レンズで収束された光ビームは図中
光スポット21の位置に配置された光ディスク(図4は
光学系測定評価の構成図のため図示せず)に光スポット
として照射される。光ディスクで反射された光ビーム
は、同一光路を戻りビームスプリッター3で反射されデ
ィスク上の記録信号情報や対物レンズ5と光ディスクの
位置制御を行う制御信号を検出するための光検出器6に
入射する。光信号検出の動作は、本発明には関係がない
ので詳細な説明は省略する。
で収束された光ビームは、測定用の光学系19に入射さ
せる。光ビームは光ディスクとほぼ同じ屈折率でほぼ同
じ厚さの平行平板からなるダミーディスク20を透過
し、光スポット21となる。この光スポットを測定用の
対物レンズ22、拡大用のリレーレンズ23を通してC
CD24の上に結像させる。光スポットの0次光の直径
は2ミクロン以下であり、CCD上の結像倍率が小さい
とCCDの素子により定まるサンプル点が多く取れな
い。従ってCCD上の結像倍率はできるだけ大きくする
必要がある。実施例では測定用の対物レンズに100倍
のものを使用しリレーレンズと組み合わせてCCD上の
結像倍率を1000倍とした。従ってCCD上の光スポ
ットの0次光と1次回折光の境界は約2mm程度の円形
となり、1次回折光と2次回折光の境界は約4mm程度
の円形となる。CCDの1素子の寸法は、およそ20μ
mの正方形状であるので、1次回折光の直径方向のサン
プル測定点の数は、およそ1000点取る事ができる。
光ヘッド10の対物レンズ5の開口数よりも少なくとも
同じもしくは出来るだけ大きく設定する必要がある。さ
もないと出射光ビームの一部が欠落してCCD24上に
形成される光スポットの像が歪測定が不正確となる。実
際の光ディスクでは対物レンズ5の開口数が0.6以下
に設定される場合が多く測定系の対物レンズ22の開口
数は0.85〜0.95程度に設定されることが多い。
光スポット21の中心光強度が最大となる光軸方向の位
置を焦点位置とする。
6、D/A変換器27を経てでサンプリングされる。こ
のサンプリングされた信号をコンピュータに内臓された
計算機ボード28で演算をさせる。CCDからは最大強
度となる点の位置の情報と、1次回折光のサンプル測定
点のデータ及びサンプル測定点の位置の情報を取り込み
所定の演算をする。最近の市販のボードにはこのD/A
の機能と計算の機能を合わせて持つものもあり高速の処
理には有効である。計算結果はモニター29上に表示す
る。
示す。焦点位置の中心光強度最大の点をを原点として光
軸方向にZ軸、光軸と垂直な面内にXY軸を取る。焦点
位置の光スポットをCCD上に結像した時の0次と1次
光の境界線31、1次と2次光の境界線32とし、光源
として半導体レーザを使用する場合X軸は半導体レーザ
の接合面の投影像30と約45度をなすような方向に設
定する。
帯(図面の斜線部分)の各象現の光強度分布の積分値を
それぞれ求め、 T1=(第1と第3象現の分布の和) T2=(第2と第4象現の分布の和) A=T1−T2 を計算出来るようにする。焦点位置でのAの値をAOと
する。
方向に所定の値dだけずらせ、この点を第1の測定点と
し、この時のAの値をA+1とする。
原点より−方向に先ほどの+方向への値とほぼ同じ所定
の値−dだけずらせ、この点を第2の測定点とし、この
時のAの値をA-1とする。第1測定点の値と第2測定点
の値との差を光スポットの第1の歪値Asとする。+方
向と−方向にずらせる値は必ずしも同じ絶対値となる値
でなくても本発明の調整は十分できる。
応する値である。
離を調整することでこの光スポットの第1の歪Asが実
質的に0となるようにすることが可能である。
ことで数10msから数100ms以下の計算時間で出
来るので例えばコリメートレズの光軸方向の調整を自動
的に行なう自動化ラインを導入することも可能となる。
算を行ったが、実際に収差が大きくなると、スポットの
輪帯の外周側での光量分布がより大きくなる。従って単
に光量の積分値を取るよりもサンプル測定点の強度にX
Y軸の原点からサンプル測定点の距離を乗じた光強度の
1次モーメントを演算をした方がより適切にスポットの
歪を表現できる場合がある。即ち M1=(第1と第3象現の光強度1次モーメントの和) M2=(第2と第4象現の光強度1次モーメントの和) A=M1−M2 として第1測定点の値A+1と第2測定点の値A-1との差 AS=(A+1)−(A-1) を求め以下上述と同様の方法でこの光スポットの第1の
歪Asが実質的に0となるように調整することが可能で
ある。本発明の実施例ではd=1μm、コリメートレン
ズの開口率 NAc=0.35 焦点距離fC=7mm、
対物レンズの開口率 NAO=0.53 焦点距離fO=
3.9mm、使用光の波長λ=0.78μmとした。
sが求まると一義的に求めることが出来る。但し積分値
及び1次モーメントを求める時のサンプル数にも依存す
るのでいずれかの1点で校正してやる必要がある。実際
の調整で、予めコリメートレンズを出射する光ビームを
略平行とした時、本発明の方法によりコリメートレンズ
を補正するための移動量δはおよそ2〜4μmとなっ
た。
あるときとないときの各測定点でのA+1、AO、A-1の
値を示す。図から明らかなように、+の非点収差(コリ
メートレンズと半導体レーザの近づく方向を+とする)
のある時と、−の非点収差のある時には傾向が逆でかつ
A+1、A-1、AOの値が異なる。非点収差のない場合に
はA+1、A-1、AOの値がほぼ同じとなる。この光スポ
ットの第1の歪Asが実質的に0と調整することで光デ
ィスクの記録再生特性が向上する。即ち光スポットの非
点収差最小に近い状態が実現できるため、光スポットの
トラック方向及び信号方向への拡がりが少なくなりかつ
焦点前後での非対称性が少なくなる。従って再生時の隣
接トラックからのクロストーク信号の混入の減少及び信
号ジッター成分の減少の効果が得られる。さらに非点収
差によるトラック追従のためのプッシュプルトラッキン
グ信号の最大となるフォーカス位置と、再生情報信号の
最大となるフォーカス位置との差の発生を防ぐことが出
来る。
なるので、記録時の記録パワーのばらつきの減少を計る
ことが出来る。
ることである。2つの境界線31、32に囲まれた輪帯
の全象現の光強度分布の積分値を求め、 T=(全象現の積分値) を計算出来るようにする。
方向に所定の値dだけずらせ、この点を第1の測定点と
し、この時のTの値をT+1とする。
−方向に先ほどの+方向への値とほぼ同じ所定の値−d
だけずらせ、この点を第2の測定点とし、この時のTの
値をT-1とする。第1の測定点の値と第2の測定点の値
との差 S=(T+1)−(T-1) を光スポットの第2の歪値とする。この光スポットの第
2の歪値Sは光学系の球面収差に対応する値である。球
面収差を調整するためには、収束または発散する光ビー
ム内に厚さtの透明な平行平板を光軸に垂直に挿入する
ことで可能となる。
コリメートレンズ2の間に補正用の厚さtの平行硝子板
を挿入した。補正の厚さtはSの値、dの値、硝子の屈
折率n、コリメートレンズの開口率 NAc、対物レン
ズの開口率 NAO、使用光の波長λ等から計算により
求めることが可能である。
用いたが、他のビジコンやホトデテクターアレーを用い
ることも可能である。又本発明をわかりやすく説明する
都合上、光ヘッドについての説明だけを実施例として述
べたが、光スポットを直接評価する場合に如何なる装置
であれ本発明の方法が有効なのは言うまでもない。
定する為に、測定用対物レンズを移動させたが、リレー
レンズ23又はCCD24を光軸方向に移動させても同
様な効果を得ることはできる。CCDを移動させるとき
には、測定用対物レンズを移動させる時に比べ相当長い
距離を移動させる必要があり装置も大きくなる。さらに
0次光の信号を除去しマスクする方法としては、CCD
出力の電気信号から同期信号の位置と0次光の位置関係
を時間関数に置き換え電気的にゲート手段などで除去す
ることも可能であり、位置精度は必要であるが実際にC
CDの素子上に遮光性の素子を配置することによっても
実現することができるものである。
定調整装置は、光スポットに歪が存在すると、1次回折
光への光量が鋭敏に変化することを利用し、スポットの
焦点位置を中心として光軸方向に所定量離れた位置の1
次回折光分布を4象現に分割して測定し、それぞれの演
算した結果の比を用いて、最も非点収差の少なくなる光
学素子の配置などを高速に調整、決定することを可能に
するものである。
は非常に細かいサンプル点でスポット径を測定する必要
はなく焦点前後の予め定めた2点のデータから十分歪を
判別することができる。
0と調整することで光ディスクの記録再生特性が向上さ
せることができ、その効果は再生時の隣接トラックから
のクロストーク信号の混入の減少及び信号ジッター成分
の減少、記録時の記録パワーのばらつきの減少などがあ
げられる。
の概略構成図
の座標を示す図
図
Claims (8)
- 【請求項1】放射光源と、放射光源を出射する光ビーム
を受け収束させる光ビーム収束手段と、前記光ビーム収
束手段により形成される光スポットの光強度最大となる
点を原点とする光軸の+及び−方向に各々所定値離れた
点での1次回折光の分布を測定する手段と、測定値を演
算する手段からなる光スポット歪測定調整装置。 - 【請求項2】前記原点を中心とし光軸方向をZ軸、光軸
に垂直な面内をXY座標として、Z軸の+方向に所定値
離れた第1測定点と−方向に所定値はなれた第2測定点
でのXY面内の4象現の1次回折光の分布を求め、(第
1と第3象現の分布の和)と(第2と第4象現の分布の
和)との差を演算し、第1の測定点の値と第2の測定点
の値との差を光スポットの第1の歪値とする請求項1に
記載の光スポット歪測定調整装置。 - 【請求項3】前記原点を中心とし光軸方向をZ軸、光軸
に垂直な面内をXY座標として、Z軸の+方向に所定値
離れた第1測定点と−方向に所定値はなれた第2測定点
でのXY面内の全象現の1次回折光の分布を求め、第1
測定点の分布の値と第2測定点の分布の値との差を光ス
ポットの第2の歪値とする請求項1に記載の光スポット
歪測定調整装置。 - 【請求項4】前記1次回折光の分布は、前記第1測定点
及び第2測定点でのXY軸の原点からサンプル測定点ま
での距離と1次回折光のサンプル測定点での強度の積を
各象現の1次光の範囲内で積分した請求項2または請求
項3に記載の光スポット歪測定調整装置。 - 【請求項5】放射光源と、放射光源を出射する光ビーム
を受け収束させる光ビーム収束手段と、前記放射光源と
前記光ビーム収束手段との間にある非点収差の調整可能
な光学系と、前記光ビーム収束手段により形成される光
スポットの光強度最大となる点を原点とする光軸の+及
び−方向に各々所定値離れた点での1次回折光の分布を
測定する手段と、測定値を演算する手段と、前記所定値
離れた点での各々の演算値がほぼ同じ値となるように前
記非点収差調整可能な光学系を調整する光スポット歪測
定調整装置。 - 【請求項6】前記原点を中心とし光軸方向をZ軸、光軸
に垂直な面内をXY座標として、Z軸の+方向に所定値
離れた第1測定点と−方向に所定値はなれた第2測定点
でのXY面内の4象現の1次回折光の分布を求め、(第
1と第3象現の分布の和)と(第2と第4象現の分布の
和)との差を演算し、第1測定点の値と第2の測定点の
値との差を光スポットの第1の歪値として、この第1の
歪値がほぼ同じ値となるように前記非点収差調整可能な
光学系を調整する請求項5記載の光スポット歪測定調整
装置。 - 【請求項7】前記1次回折光の分布は、前記第1測定点
及び第2測定点でのXY軸の原点からサンプル測定点ま
での距離と1次回折光のサンプル測定点での強度の積を
各象現の1次光の範囲内で積分した請求項6記載の光ス
ポット歪測定調整装置。 - 【請求項8】放射光源を半導体レーザーとし、半導体レ
ーザの接合方向と前記XYの方向とを互いに略45度方
向に設置した請求項2、3または6記載の光スポット歪
測定調整装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5050466A JP2720749B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 光スポット歪測定調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5050466A JP2720749B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 光スポット歪測定調整装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06267080A true JPH06267080A (ja) | 1994-09-22 |
JP2720749B2 JP2720749B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=12859663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5050466A Expired - Lifetime JP2720749B2 (ja) | 1993-03-11 | 1993-03-11 | 光スポット歪測定調整装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2720749B2 (ja) |
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