JPH1196582A - 光ヘッドの対物レンズ調整方法及び調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ディスク用の光ヘッドの対物レンズの光軸
の傾きと、対物レンズの光軸上の位置を容易に調整で
き、かつ低価格に構成可能な調整方法と調整装置を提供
する。 【解決手段】 光ヘッド１００の対物レンズ１０１に対
して調整装置２００の半導体レーザ２０４からの光ビー
ムを光軸方向から投射し、対物レンズ１０１の表面で反
射した光を４分割光センサ２０３により光軸上で受光
し、各受光エレメントでの受光量から光軸に対する反射
光の偏位を検出かつ演算する。また、対物レンズ１０１
の表面で反射した発散光を一対の２分割光センサ２０
６，２０７により受光し、各受光エレメントでの受光量
から発散状態を検出しかつ演算する。前記４分割光セン
サ２０３の演算結果から対物レンズの光軸の傾きを検出
し、前記２分割光センサ２０６，２０７の演算結果から
対物レンズの光軸上の位置を検出し、これらの検出結果
により対物レンズ１０１の光軸の傾きを０とする調整を
行うと同時に、対物レンズの光軸上の位置調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は相変化光ディスク、
光磁気ディスク等の光ディスクに対して情報を書き込
み、読み出すために用いる光ヘッドに関し、特にこの種
の光ヘッドに設けられる対物レンズの光軸の傾きや光軸
位置を調整するための調整方法及び調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録ディスク用の光ヘッドでは、光ディ
スクに対して正確かつ高密度の情報の読み書きを行うた
めには、記録ディスクに対して光を集束させるための対
物レンズの光軸が記録ディスク面に対して垂直方向に向
けられる必要がある。また、光ディスクと対物レンズと
の光軸距離を対物レンズの焦点距離に対応して高精度に
位置決めする必要がある。このため、従来では、対物レ
ンズアクチュエータ調整装置を用いて対物レンズの調整
を行っている。図６はその一例を示す概略構成図であ
る。同図において、光ヘッド１００の対物レンズアクチ
ュエータ１０２には、図外の光ディスクの記録面に対向
するようにその光軸を図示の垂直上方に向けて対物レン
ズ１０１が固定支持されている。また、この対物レンズ
１０１の下側の光軸上には４５°ミラー１０６が配置さ
れており、光ヘッド１００の図外の光源からのコリメー
ト光がこの４５°ミラー１０６で９０°偏向され、前記
対物レンズ１０１に入射される。また、前記対物レンズ
アクチュエータ１０２は取付台１０３上に載置されてお
り、少なくとも２箇所に設けられたネジ穴において、バ
ネ座金１０５を介してネジ１０４により支持されてい
る。したがって、このネジ１０４を調整することによ
り、取付台１０３に対して前記対物レンズアクチュエー
タ１０２を傾斜させ、前記対物レンズ１０１の光軸の傾
斜角度を調整することが可能とされている。

【０００３】一方、前記対物レンズ１０１の光軸の傾き
を調整するための調整装置４００は、前記対物レンズの
開口数よりも大きな開口数、この例では、前記対物レン
ズ１０１の開口数（＝０．６）に対し開口数（＝０．
９）の調整用対物レンズ４０１を備えており、この調整
用対物レンズがカバーガラス４０２を挟んで前記対物レ
ンズ１０１の光軸上に対向配置される。また、この調整
用対物レンズ４０１の反対側の光軸上には、光軸を１８
０°偏向するための２つの４５°ミラー４０３，４０４
と、偏向された光を再度集束する集束レンズ４０５の光
集束位置に配置されたＣＣＤセンサ４０６を備えてい
る。そして、前記対物レンズ１０１から射出されて記録
面に結像されるべき光のスポットを、前記カバーガラス
４０２を通した上で調整用対物レンズ４０１で一旦結像
させ、さらにこの結像光を前記集束レンズ４０５により
前記ＣＣＤセンサ４０６で受光する。このとき、前記調
整用対物レンズ４０１の光軸をかせぐことにより、前記
調整用対物レンズ４０１の焦点位置の点像を１０００倍
に拡大してＣＣＤセンサ４０６で受光を行っている。つ
まり、調整用対物レンズ４０１の集束ビーム直径が１μ
ｍのとき、ＣＣＤセンサ４０６上では直径１ｍｍに拡大
して受光する。また、前記ＣＣＤセンサ４０６の受光面
の手前には集束ビームの点像がほぼガウシアン分布にな
ることを勘案して、ガウシアン分布と反対のフィルタ特
性を有するインバースフィルタ４０７を配置しており、
ＣＣＤセンサ４０６から得られる点像関数はこのインバ
ースフィルタ４０７の特性分を計算によって補正する。

【０００４】このような調整装置において、前記ＣＣＤ
センサ４０６において得られる点像の一例を図７に示
す。図７（ａ）は前記対物レンズ１０１の光軸が正常な
角度に調整されたときの点像と、そのときのビームの光
ディスク接線方向（ｘ軸）と光ディスク半径方向（ｙ
軸）の各光量分布をそれぞれ実線と破線で示している。
このｘ軸断面とｙ軸断面が同じ形状にならないのは半導
体レーザの射出ビームのアスベタト比が１：１でないた
めに起因する。−般に６８０ｎｍレーザの射出光のアス
ベタト比は１：２である。また、図７（ｂ）は対物レン
ズ１０１の光軸が光ディスク接線方向（ｘ軸）に傾いて
いるときの集束ビームの点像とその光量分布を示す。こ
の集束ビームはいわゆるコマ収差がでており、集束ビー
ムの中心から光ディスク接線方法にむけて波状のフリン
ジＦが生じている。集束ビームの分布についてはｘ軸方
向（実線）の一方向にはフリンジが生じているが、ｙ軸
方向（破線）は生じていない。さらに、図７（ｃ）は対
物レンズ１０１の光軸が光ディスク半径方向（ｙ軸）に
傾いているときの集束ビームの点像とその光量分布を示
す。この集束ビームはいわゆるコマ収差がでており、集
束ビームの中心から光ディスク接線方法に向けて波状の
フリンジＦが生じている。集束ビームの光量分布につい
てはｙ軸方向（破線）の一方向にはフリンジが生じてい
るが、Ｘ軸方向（実線）には生じていない。

【０００５】このように、従来の調整装置では、対物レ
ンズの光軸の傾きによって点像が変化し、点像のパター
ンのみならず、光量分布からも対物レンズ１０１の光軸
の傾きを検出できる。したがって、図７（ｂ），（ｃ）
のパターンや光量分布が、図７（ａ）の状態となるよう
に、図６に示したネジ１０４を調整して対物レンズアク
チュエータ１０２の向きを調整することで、対物レンズ
１０１の光軸調整が実現できる。なお、このように調整
装置の光学系は、ピックアップチェッカーと称して、文
献：桂伸一：“光ピックアップチェッカー”光学、第２
３巻第２号ｐｐ．１０４−１０５（１９９４−０２）に
記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の調整
装置では、光ヘッドの対物レンズの光軸の傾きを調整す
ることは可能であるが、対物レンズの光軸位置を調整す
る機能までは有していない。このため、対物レンズの光
軸位置は別の手段によって調整する必要があり、そのた
めの独立した調整装置を設ける必要があり、調整装置の
構造が複雑になるとともに、対物レンズの光軸の傾きと
光軸位置を同時に調整することができず、一方を先に調
整した後に他方を調整した際に、先の調整に狂いが発生
する等の問題が生じている。また、前記した従来の調整
装置では、開口数が大きな高価な調整用対物レンズが必
要であり、調整装置が高価格なものになるという問題も
生じている。

【０００７】本発明の目的は、対物レンズの光軸の傾き
と光軸位置を同時にしかも高価な調整用対物レンズを用
いることなく調整することを可能にした光ヘッドの対物
レンズ調整方法及び調整装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明における対物レン
ズの調整方法は、光ヘッドの対物レンズに光軸方向から
光ビームを投射し、前記対物レンズの表面での反射光が
光軸に対して偏位される状態を検出して前記対物レンズ
の光軸の傾きを検出し、前記対物レンズの表面での反射
により生じる発散光の発散角度を検出して前記対物レン
ズの光軸上の位置を検出し、前記各検出結果に基づいて
前記対物レンズの光軸の傾きと光軸位置を調整すること
を特徴とする。

【０００９】また、本発明における対物レンズの調整装
置は、光ヘッドの対物レンズに対して光軸方向から光ビ
ームを投射する手段と、前記対物レンズの表面で反射し
た光を光軸上で受光し、前記光軸に対する前記反射光の
偏位を検出する第１の受光手段と、前記対物レンズの表
面で反射した発散光の発散状態を検出する第２の受光手
段とを備えることを特徴とする。ここで、前記第１の受
光手段は、前記対物レンズの光軸を中心とし、前記光軸
と垂直な平面においてｘ方向、ｙ方向にそれぞれ分割さ
れた４分割光センサで構成され、前記分割された４つの
エレメントでの受光量での差を演算して前記対物レンズ
の光軸の傾きを演算する。また、前記第２の受光手段
は、前記対物レンズの光軸を外れた位置に配置され、前
記光軸に対する径方向に沿って光軸側とその外側にそれ
ぞれ受光エレメントを有する２分割光センサで構成さ
れ、前記２つのエレメントでの受光量での差を演算して
前記対物レンズの光軸上の位置を演算する。あるいは、
前記第２の受光手段は、前記対物レンズで反射された発
散光の光束幅を検出する光位置検出素子で構成され、前
記発散光の光束幅から三角測量法により前記対物レンズ
の光軸上の位置を演算する。

【００１０】本発明では、第１の受光手段により対物レ
ンズの光軸の傾きを検出し、第２の受光手段により対物
レンズの光軸上の位置を検出し、これらの検出結果によ
り対物レンズの光軸の傾きを０とする調整を行うと同時
に、対物レンズの光軸上の位置調整を行うことが可能と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の対物レンズ調整装置
の第１の実施形態の概略構成図である。また、図２はそ
の主要部の構成を示す模式的な斜視図である。調整され
る対物レンズ１０１は、これまでと同様に、光ヘッド１
００の対物レンズアクチュエータ１０２に固定支持され
ており、図外の光源からの光ビームを４５°ミラー１０
６で反射して偏向し、対物レンズ１０１により図外の光
ディスクの記録面に集光する。また、前記対物レンズア
クチュエータ１０２は取付台１０３上にネジ１０４及び
バネ座金１０５によって支持されており、このネジ１０
４を調整することによって取付台１０３に対して対物レ
ンズアクチュエータ１０２の方向や高さ位置が変化さ
れ、これに伴って前記対物レンズ１０１の光軸の傾きや
光軸位置が調整されるようになっている。

【００１２】一方、調整装置２００は、前記対物レンズ
１０１の光軸に沿って配列された１／４波長板２０１、
偏光ビームスプリッタ２０２、および４分割光センサ２
０３と、前記偏光ビームスプリッタ２０２に対して前記
光軸と垂直方向に対向配置された半導体レーザ２０４お
よびコリメートレンズ２０５と、前記１／４波長板２０
１の近傍位置でかつこの１／４波長板２０１の両側位置
に配置された一対の２分割光センサ２０６，２０７とを
備えている。そして、前記半導体レーザ２０４から射出
されるレーザ光はコリメートレンズ２０５によって前記
対物レンズ１０１の口径より大きなコリメート光とさ
れ、かつ偏光ビームスプリッタ２０２にＳ波で入射され
て図示下方に向けて反射され、１／４波長板２０１を介
して円偏光とされ、光ヘッド１００の対物レンズ１０１
へ入射される。この光は対物レンズ１０１の球面または
非球面で反射され、この反射光は再び１／４波長坂２０
１を通ってＰ偏光とされ、偏光ビームスブリッタ２０２
を透過して直進し、４分割光センサ２０３で受光され
る。また、前記対物レンズ１０１の表面で反射されるこ
とによって拡散状態とされた光はその周辺部において、
前記一対の２分割光センサ２０６，２０７で受光され
る。

【００１３】図３は前記４分割光センサ２０３および一
対の２分割光センサ２０６，２０７と前記対物レンズ１
０１との位置関係を模式的に示す斜視図であり、前記４
分割光センサ２０３は、受光部が枡目状に４分割されて
おり、各エレメントをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、各エ
レメントでの光ビームＬＢの受光量をそれぞれＶＡ，Ｖ
Ｂ，ＶＣ，ＶＤとしたとき、これらの受光量のｘ方向、
ｙ方向の各差を取ることにより、ｙ方向、すなわち光デ
ィスクの半径方向と、ｘ方向、すなわち光ディスクの接
線方向のそれぞれに対する対物レンズの光軸の傾きΘ
Ｒ，ΘＴを検出することができる。すなわち、ΘＲ，Θ
Ｔは次式から得られる。 ΘＲ＝（ＶＡ＋ＶＤ）−（ＶＢ＋ＶＣ） ΘＴ＝（ＶＣ＋ＶＤ）−（ＶＡ＋ＶＢ）

【００１４】因みに、図３（ａ）は光軸の傾きが０のと
きの状態、同図（ｂ）は光軸がｘ方向に傾いた状態、同
図（ｃ）は光軸がｙ方向に傾いた状態のそれぞれにおけ
る４分割光センサでの受光状態を示している。なお、こ
の演算は前記各エレメントＡ〜Ｄの出力を差動増幅器に
接続したその差動出力から得ることができる。あるい
は、Ａ／Ｄ変換器を介してデジタル演算することも可能
である。したがって、前記ΘＲ，ΘＴがそれぞれ「０」
となるように、図１に示したネジ１０４を調整すること
により、取付台１０３に対する対物レンズアクチュエー
タ１０２の傾きを調整し、対物レンズ１０１の光軸をｘ
方向、ｙ方向の何れにも傾くことがない光軸状態に調整
することが可能となる。

【００１５】一方、前記一対の２分割光センサ２０６，
２０７は、それぞれのエレメントＥ，ＦとＧ，Ｈが光軸
を挟んで対称な位置に対向配置されている。これら２分
割光センサ２０６，２０７に対しては、対物レンズ１０
１で反射されたレーザ光の発散角度が一定であることか
ら、図４に示すように、対物レンズ１０１と２分割光セ
ンサ２０６，２０７との光軸距離の変化に伴って各エレ
メントＥ〜Ｈに対する反射光の受光状態が変化される。
すなわち、２分割光センサ２０６，２０７と対物レンズ
１０１との光軸距離が大きいと反射光の直径が大きくな
るため、２分割光センサ２０６，２０７の各外側のエレ
メントＥ，Ｈでの受光量が増大する。したがって、対物
レンズ１０１の高さ、すなわち光軸上の位置を示す値Ｌ
は、次式から得られる。なお、各エレメントＥ，Ｆ，
Ｇ，Ｈでの受光量をそれぞれＶＥ，ＶＦ，ＶＧ，ＶＨと
する。 Ｌ＝（ＶＦ＋ＶＧ）−（ＶＥ＋ＶＨ） したがって、予め実測によってＬの値と対物レンズの実
際の光軸高さとの相関を求めておけば、Ｌの値を管理す
ることで対物レンズ１０１を所望の光軸位置に調整する
ことができる。この場合にも、図１に示したネジ１０４
を調整することでその調整が実現できる。

【００１６】このように、この実施形態の調整装置で
は、４分割光センサ２０３での検出により得られる演算
値と、２分割光センサ２０６，２０７での検出により得
られる演算値とを同時に観察しながらネジ１０４での調
整を行うことで、対物レンズ１０１の光軸の傾きと光軸
位置を同時に調整することができる。したがって、１つ
の調整装置で対物レンズ１０１を好ましい状態に調整す
ることが可能となり、調整装置の低価格化が実現できる
とともに、調整作業を容易に行うことが可能となる。

【００１７】図５は本発明の第２の実施形態の調整装置
の概略構成を示す図であり、前記第１の実施形態と等価
な部分には同一符号を付してある。この実施形態の構成
では、前記した２分割光センサは備えておらず、その代
わりにビーム位置検出センサ（ＰＳＤ：Positioning Se
nsor Device ）３００を用いている。すなわち、前記偏
光ビームスプリッタ２０２と光軸方向に隣接して第２の
偏光ビームスプリッタ２０８を配設し、この第２の偏光
ビームスプリッタ２０８で反射された光を前記ＰＳＤ３
００で受光するように構成されている。特に、このＰＤ
Ｓ３００では、受光するビームの光量の最大点を光軸位
置として認識し、この光軸位置から一方に向けた領域で
の受光限界点からビームの発散状態を検出するように構
成される。

【００１８】この第２の実施形態の調整装置では、半導
体レーザ２０４からのコリメート光を偏光ビームスブリ
ッタ２０２へＳ波で入射させ、１／４波長板２０１を介
して円偏光とし、対物レンズ１０１へ入射させる。この
対物レンズ１０１からの表面反射光は、対物レンズ１０
１の球面或いは非球面によって若干発散された状態とさ
れ、再び１／４波長板２０１を透過した後、偏光ビーム
スブリッタ２０２を直進する。そして、偏光ビームスプ
リッタ２０２において、一部は透過して４分割光センサ
２０３で受光される。また、他の一部は第２の偏光ビー
ムスプリッタ２０８で反射してＰＳＤ３００で受光され
る。したがって、対物レンズ１０１の光軸の傾き調整は
第１の実施形態と同様に４分割光センサ２０３での受光
検出により行うことができる。

【００１９】一方、対物レンズの光軸位置の調整では、
前記ＰＳＤ３００における検出を利用する。このＰＳＤ
３００は市板されている（キーエンス社）ものをそのま
ま利用することができる。ここでは三角測量を応用した
方式を用いており、ＰＳＤ３００上での受光強度の最も
高い点と、この点からはなれた位置での所要の受光レベ
ルの点をそれぞれ検出する。前記の受光強度の高い点は
光軸点であり、後者の所要の受光レベルの点は対物レン
ズの表面で発散状態で反射されたときの最大偏向点であ
る。したがって、対物レンズ１０１の光軸位置変化によ
って、例えば対物レンズ１０１が図示下方に位置されて
いるときには、ＰＳＤ３００における前記光軸点と偏向
点との距離が大きくなり、逆に対物レンズ１０１が図示
上方に位置されているときには前記距離は小さくなる。
したがって、この光軸点と偏向点の距離をＰＳＤ３００
での測定値に基づいて演算することで、これと相関を有
する対物レンズの光軸位置を検出することができる。な
お、この技術の文献としては特開平１−７４４０５号公
報がある。

【００２０】したがって、この第２の実施形態において
も、４分割光センサ２０３での検出により得られる演算
値と、ＰＳＤ３００での検出により得られる演算値とを
同時に観察しながらネジ１０４での調整を行うことで、
対物レンズ１０１の光軸の傾きと光軸位置を同時に調整
することができる。したがって、１つの調整装置で対物
レンズを好ましい状態に調整することが可能となり、調
整装置の低価格化が実現できるとともに、調整作業を容
易に行うことが可能となる。

【００２１】ここで、本発明における前記した調整を行
うためには、対物レンズに入射するレーザ光のビーム直
径を対物レンズの口径より大きなものとするか、少なく
とも対物レンズ口径の１／２以上にすることが好まし
い。また、ＰＳＤにより対物レンズの光軸位置を調整す
る場合には、光強度の高いスポットを対物レンズに向け
て投射し、そのスポット光が対物レンズの表面で反射さ
れる際の偏向量をＰＳＤで測定することによって対物レ
ンズの光軸位置を検出するようにしてもよい。なお、本
発明の調整方法及び調整装置では、レーザ波長６８０ｎ
ｍで開口数が０．８の対物レンズを用いた光ヘッドで、
ビット長＝０．３２μｍ以下の高密度記頼対応の光ディ
スクに対する情報の記録・再生を行う光ヘッドの対物レ
ンズの光軸の傾き調整とレンズ光軸位置の高精度の調整
が達成されている。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、光ヘッド
の対物レンズに対して光軸方向から光ビームを投射し、
この対物レンズの表面で反射した光を光軸上で受光して
光軸に対する反射光の偏位を検出する第１の受光手段
と、対物レンズの表面で反射した発散光の発散状態を検
出する第２の受光手段とを備えているので、第１の受光
手段により対物レンズの光軸の傾きを検出し、第２の受
光手段により対物レンズの光軸上の位置を検出し、これ
らの検出結果により対物レンズの光軸の傾きを０とする
調整を行うと同時に、対物レンズの光軸上の位置調整を
行うことができ、対物レンズの傾き調整と光軸位置調整
を安価な装置で容易に実施することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す正面
構成図である。

【図２】第１の実施形態の主要部の模式的な斜視図であ
る。

【図３】４分割光センサにおける動作を説明するための
図である。

【図４】２分割光センサにおける動作を説明するための
図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す正面
構成図である。

【図６】従来の対物レンズ調整装置の一例の概略構成を
示す図である。

【図７】従来装置における光軸の傾き調整動作を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１００ 光ヘッド １０１ 対物レンズ １０２ 対物レンズアクチュエータ １０３ 取付台 １０４ ネジ ２００ 調整装置 ２１０ １／４波長板 ２０２ 偏光ビームスプリッタ ２０３ ４分割光センサ ２０４ 半導体レーザ ２０５ コリメータレンズ ２０６，２０７ ２分割光センサ ２０８ 第２の偏光ビームスプリッタ ３００ ＰＳＤ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ヘッドの対物レンズに光軸方向から光
   ビームを投射し、前記対物レンズの表面での反射光が光
   軸に対して偏位される状態を検出して前記対物レンズの
   光軸の傾きを検出し、前記対物レンズの表面での反射に
   より生じる発散光の発散角度を検出して前記対物レンズ
   の光軸上の位置を検出し、前記各検出結果に基づいて前
   記対物レンズの光軸の傾きと光軸位置を調整することを
   特徴とする光ヘッドの対物レンズ調整方法。
2. 【請求項２】 光ヘッドの対物レンズに対して光軸方向
   から光ビームを投射する手段と、前記対物レンズの表面
   で反射した光を光軸上で受光し、前記光軸に対する前記
   反射光の偏位を検出する第１の受光手段と、前記対物レ
   ンズの表面で反射した発散光の発散状態を検出する第２
   の受光手段とを備えることを特徴とする光ヘッドの対物
   レンズ調整装置。
3. 【請求項３】 前記第１の受光手段は、前記対物レンズ
   の光軸を中心とし、前記光軸と垂直な平面においてｘ方
   向、ｙ方向にそれぞれ分割された４分割光センサで構成
   され、前記分割された４つのエレメントでの受光量での
   差を演算して前記対物レンズの光軸の傾きを演算する請
   求項２に記載の光ヘッドの対物レンズ調整装置。
4. 【請求項４】 前記第２の受光手段は、前記対物レンズ
   の光軸を外れた位置に配置され、前記光軸に対する径方
   向に沿って光軸側とその外側にそれぞれ受光エレメント
   を有する２分割光センサで構成され、前記２つのエレメ
   ントでの受光量での差を演算して前記対物レンズの光軸
   上の位置を演算する請求項２または３に記載の光ヘッド
   の対物レンズ調整装置。
5. 【請求項５】 前記第２の受光手段は、前記対物レンズ
   で反射された発散光の光束幅を検出する光位置検出素子
   で構成され、前記発散光の光束幅から三角測量法により
   前記対物レンズの光軸上の位置を演算する請求項２また
   は３に記載の光ヘッドの対物レンズ調整装置。
6. 【請求項６】 前記光ビームを投射する手段は、前記対
   物レンズの口径以上、または少なくとも口径の１／２以
   上の光束径の光ビームを前記対物レンズに投射する請求
   項２ないし５のいずれかに記載の光ヘッドの対物レンズ
   調整装置。