JP2002507285A

JP2002507285A - 位相シフト干渉計

Info

Publication number: JP2002507285A
Application number: JP55290099A
Authority: JP
Inventors: マンハンカイ; 博之上田; 隆俊山田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2002-03-05
Also published as: WO1999054677A1; AU7242898A

Abstract

(57)【要約】位相シフト干渉計（１）は、光源（２）と、参照光路（５）と、検査される光学素子（３７）を支持する支持装置（３２）を備える測定光路（４）と、光スプリッタ（３）とを有する。光スプリッタ（３）は、光源（２）からの光（１８）を、参照光路（５）と測定光路（４）に分割し、参照光路（５）と測定光路（４）からの光を再結合し、再結合されたした光（２７）を検出器に向けて出す。光源は、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ分布型ブラッグレフレクター可変波長レーザダイオード（１０）からなる。

Description

【発明の詳細な説明】位相シフト干渉計技術分野本発明は、位相シフト干渉計に関し、特に、光学素子の収差パラメータを決定する位相シフト干渉計に関する。背景技術トワイマン−グリーン干渉計を用いてレンズの収差を測定することが知られており、このような干渉計は、コンパクトディスク及びディジタルビデオディスクのプレーヤなどの光ディスクプレーヤに取り付けられている光ピックアップレンズの収差を測定する際に用いられる。従来、光ピックアップレンズの収差パラメータは、トワイマン−グリーン干渉計を用いて、フラットブロックフェイズオブジェクト（flat-block phase object）を参照アームに沿って回転させるか、又は、参照ミラーに取り付けられたピエゾ圧電素子をチューニングすることによって測定されてきた。ところで、これらの位相シフト干渉計では、光源からは一般的にレーザが放射されるが、このレーザの波長が実際にレンズに用いられる光の波長と一致していないため、レンズの収差の測定が正確に行われないという不都合が生じる。つまり、光の波長が異なるとレンズの屈折率も変化してしまうので測定の誤差が生じてしまうのである。また、これらの従来の位相シフト干渉計を光ピックアップレンズの収差の検出に用いる際には、困難及び／又は複雑な較正処理を行う必要がある。回転位相ブロック型干渉計では、干渉計の較正を行って、位相ブロックが回転して正確な位置にあるとき検出器が確実に画像をとらえるようにする必要がある。位相シフトのためにピエゾ圧電素子を用いた位相シフト干渉計は、ピエゾ圧電素子が非線形であるので、線形性を確実に達成するために複雑なフィードバックループが必要であるという不都合が生じる。光ピックアップレンズの収差を決定するため、通常、フリンジパターン［１］の位相シフト又はフーリエ変換によって自動光フリンジ分析が行われる。ところで、両手法は三角関数を用いて計算するので、主な値の位相マップ、すなわち− π〜π（又は同じ位相範囲である０〜２π）にある位相値のみが得られる。したがって、この範囲外の位相値は、復調された位相マップには表されない。このため、位相マップの２πの位相不連続性を除去して検査対象物の実際の位相値を求めるため、位相展開（phase unwrapping）と呼ばれる処理を行わなければならない。過去１０年間［２−５］（及び参考文献）の間、多数の位相展開アルゴリズムについての検討がさかんに行われてきた。これらのアルゴリズムの目的は、位相マップのノイズ、不連続性及び変調しきい値以下の画素を処理すると同時に、そのプロセス［６］の計算労力を最小限にすることである。アルゴリズムのロバストネスとそのアルゴリズムを実行するのに必要な計算時間との間には、トレードオフ（trade off）がある。最初に計算する前に位相マップを介して走査するグローバル又はパス独立型アルゴリズムは、一般的にはロバストネスがあるが位相マップを展開する際に時間がかかる。一方、位相マップを画素毎に処理するローカル又はパス独立型アルゴリズムについては逆のことが言える。パス独立型アルゴリズム自体である領域による位相展開［２］は、参考文献［６−７］に記載されるように、ロバストネスと実行時間を良好に妥協させる有効な方法の１つである。このアルゴリズムは、最初に、位相が連続している位相マップの領域の識別を行う。これは、ある画素とこの画素に隣接する画素の位相を比較することによって行われる。位相差が調整可能な許容値の範囲内であれば、ある画素とこの画素に隣接する画素とは同じ領域に割り当てられる。次に、この分類作業が終了した後、異なる領域の位相シフトが相互に行われ、位相の不連続性が除去される。このアプローチの利点は、ノイズのあるデータが分離されるので、展開された位相マップの全体的な質にはあまり影響がないということである。ところで、最初に提案された領域による位相展開［２］は、物理的エッジ又はホール等の不連続性や低レベルのノイズにうまく対応しない。発明の開示本発明の第１の特徴によれば、光ピックアップレンズを検査する位相シフト干渉計は、光源と、参照光路と、測定光路と、光源から放射された光を参照光路と測定光路に分割するとともに参照光路と測定光路からの戻り光を再結合し、再結合された光を検出器に向けて出す光分割装置とを有し、測定光路は、検査される光ピックアップレンズが支持される支持装置と、測定光路の入射光を検査される光ピックアップレンズの表面にわたって分散させる分散レンズと、入射光を反射して検査される光ピックアップレンズ素子及び分散レンズを介して光分割装置に戻す凹状の球状反射面とを有し、光源が可変波長レーザからなる。ここで用いられる「光」という用語は、電磁スペクトルの紫外線、可視光線、赤外線の各領域の電磁放射を含むものである。本発明の第１の特徴の利点は、可変波長レーザダイオードを用いることによって、光ピックアップレンズに用いられる波長と同じ波長を用いた位相シフト干渉計による光ピックアップレンズの検査を行うことが可能となる。好ましくは、レーザはレーザダイオードである。一般的に、レーザダイオードは、分布型ブラッグレフレクター（ＤＢＲ）領域を有し、このＤＢＲ領域への注入電流を変更することによって波長を可変にすることができる。一般的に、参照光路と測定光路の間には光路差があり、参照光路の長さは測定光路の長さより長い。一般的に、光路差は、少なくとも１０ｍｍが好ましい。また、少なくとも３０ｍｍ、さらには少なくとも４０ｍｍであればより好ましく、４０〜７０ｍｍの範囲が適切であり、例えば５０ｍｍが最適の範囲である。好ましくは、光源は、レーザダイオードからの出力光ビームが入射され、断面が略円形状の光ビームを出すようになされた２つのアナモフィックプリズムをさらに有する。好ましくは、光源は、空間フィルタをさらに有する。一般的に、空間フィルタは、集束レンズと、集束レンズがレーザダイオードからの出力光を集束する開口部とを備えている。また、好ましくは、光源は、光を平行にして光源から平行な光ビームを出す集束レンズ等のコリメータを備える。一般的には、２つのコリメータが配設され、一方のコリメータはレーザダイオードに隣接し、レーザダイオードが放射する光ビームが入射される。他方のコリメータには、アナモフィックプリズム及び空間フィルタを通過した後の光ビームが入射される。一般的に、アナモフィックプリズム及び空間フィルタは、２つのコリメータの間に配設される。また、一般的に、光源は、好ましくはアナモフィックプリズム及び空間フィルタの間に配設されたアイソレータを備える。アイソレータの利点は、レーザダイオードがビームスプリッタからの逆反射光に露出される危険性を最小限にすることである。好ましくは、分散レンズは、検査される光ピックアップレンズの開口数以上の開口数を一般的に有する収束レンズを備える。好ましくは、収束レンズの焦点から光ピックアップレンズまでの距離は、例えば光ディスクプレーヤで用いられるレーザダイオード等の光学光源から光ピックアップレンズまでの距離にほぼ等しい。好ましくは、検出器は記録装置であり、例えばカメラ等の画像記録装置であってもよい。一般的に、画像記録装置は、ＣＣＤアレー等のディジタル画像記録装置である。好ましくは、参照光路は、ビームスプリッタから参照光路に沿って進んできた光を反射してビームスプリッタに戻す平面反射面を備える。本発明の第２の特徴によれば、レーザからなる光源を備えた位相シフト干渉計の較正方法は、位相シフト干渉計の画像平面のある領域の光強度を検出するステップと、その領域の強度変化を位相シフト干渉計の位相シフトパラメータの関数として監視し、監視領域での強度を最小値から最大値まで変化させて初期強度に戻すのに必要な位相シフトパラメータの変化を決定するステップとを有し、必要な位相シフトパラメータの変化が位相シフト干渉計の参照光路と測定光路の間の２πの位相シフトを示す。本発明の第２の特徴の利点は、干渉計の参照光路と測定光路の間の位相シフトに対し、レーザのチューニングパラメータを比較的簡単にかつ迅速に較正することができることである。好ましくは、位相シフト干渉計の較正方法は、さらに、領域の光強度を位相シフト干渉計レーザの位相シフトパラメータの関数としてプロットする。一般的に、位相シフト干渉計の位相シフトパラメータの関数としての強度変化は、略余弦関係を示すものであり、干渉計の参照光路と測定光路の間に２πの位相シフトを起こすのに必要な位相シフトパラメータの変化量は、強度に対する位相シフトパラメータの１余弦周期に等しい。一般的に、レーザは例えば可変波長レーザであり、位相シフトパラメータはレーザの波長チューニングパラメータである。可変波長レーザは、例えば分布型ブラッグレフレクターレーザダイオード等の可変波長レーザダイオードであり、チューニングパラメータは、例えばダイオードのブラッグ領域への注入電流である。可変波長レーザダイオードは、例えば横河電機（東京、日本）製のＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ分布型ブラッグレフレクターレーザダイオードであり、例えば７８０ｎｍ〜７９０ｎｍの間で出力波長が可変である。あるいは、位相シフト干渉計は、例えば一般的に参照ミラーに接続されるピエゾ圧電位相シフト素子を備えており、位相シフトパラメータは、ピエゾ圧電位相シフト素子の位相シフトパラメータである。好ましくは、本発明の第２の特徴である方法によって較正される位相シフト干渉計は、本発明の第１の特徴である位相シフト干渉計である。好ましくは、本発明の第１及び第２の特徴である位相シフト干渉計は、トワイマン−グリーン干渉計である。また、位相シフト干渉計は、マハ−ツェンダー干渉計、又は、フィゾー干渉計であってもよい。本発明の第３の特徴によれば、位相シフト干渉計によって得られるフリンジパターンの位相マップの位相展開方法は、（ａ）位相マップを、１領域内のいずれか２つの画素の位相差が２πより小さくなるような多数の領域．．．Ｒ_k、Ｒ_l、．．．に分割するステップと、（ｂ）各領域．．．Ｒ_k、Ｒ_l、．．．に階級変数．．．μ_k、μ_l、．．．を割り当てるステップと、（ｃ）一対の隣接する領域Ｒ_k、Ｒ_l間の各境界画素（ｉ、ｊ）、（ｍ、ｎ）に以下の式を適用するステップと、ここで、Φ（ｉ、ｊ）は画素（ｉ、ｊ）の位相、Φ（ｍ、ｎ）は画素（ｍ、ｎ）の位相、［］は最も近い整数への丸め込みを表し、（ｄ）境界画素に関して式（１）を合計して以下の式を求めるステップと、ここで、ωは境界に沿った対画素の数であり、（ｅ）得られた式（２）を以下の行列式に変換するステップと、 A_Φ=P （３）ここで、Ａは（Ｋ×Ｌ）行列で、Ｋは領域数、Ｌは特定領域に他の領域が接触する組み合わせの総数、Φはベクトルであり、（ｆ）行列Ａのランクを算出するステップと、（ｇ）行列式（３）を最小二乗間題のとして解くステップと、（ｈ）その解を整数に丸め込むステップと、（ｉ）２π単位の解を各領域の位相値に加算して、展開位相マップを得るステップと、を有する。本発明に係る位相シフト干渉計の一例について、以下の添付の図面を参照して説明する。図面の簡単な説明図１は、トワイマン−グリーン干渉計の概略図である。図２は、図１に示すトワイマン−グリーン干渉計の光源の構成部品の概略図である。図３は、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ分布型ブラッグレフレクター可変波長レーザダイオードの概略を示すブロック図である。図４は、図１に示すトワイマン−グリーン干渉計の測定アームの構成部品の概略図である。図５は、注入電流に対する１区画の画素の強度変化を、非線形余弦曲線と共に示すグラフである。図６は、領域毎の位相展開を説明する概略図である。図７は、元の位相マップの例を示す図である。図８は、図７に示す元の位相マップの非展開位相マップを示す図である。図９は、図８に示す非展開位相マップの展開位相マップを示す図である。図１０は、球面収差を有する光ピックアップレンズの非展開位相マップを示す図である。図１１は、図１０に示す非展開位相マップの展開位相マップを示す図である。発明を実施するための最良の形態図１は、トワイマン−グリーン干渉計１を示す図である。トワイマン−グリーン干渉計１は、光源２と、ビームスプリッタ３と、測定アーム４と、参照アーム５と、出力光路２２とを備える。参照アーム５は、反射面６と、参照ミラー７とを備える。出力光路２２は、反射面８と、再結合された光ビーム２７を図示しないＣＣＤカメラ及びフレームグラバーに向けて出すズームレンズ９とを備える。図２は、光源２の詳細を示す図である。光源２は、ガリウム砒素−アルミニウムガリウム砒素（ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ）分布型ブラッグレフレクター可変波長レーザダイオード１０と、第１のコリメータ１１と、２つのアナモフィックプリズム１２、１３と、光アイソレータ１４と、レンズ１５と、開口部１６と、第２のコリメータ１７とを備える。図３は、レーザダイオード１０の概略を示すブロック図である。レーザダイオード１０は、活性領域１９と、位相制御領域２０と、ブラッグセレクタ領域２１との３つの領域からなる。活性領域１９、位相制御領域２０及びブラッグセレクタ領域２１の３つの領域は、それぞれ注入電流ｉ_LD、ｉ_PH、ｉ_DBRによって制御される。活性領域１９は反転分布を示し、位相制御領域２０は電荷キャリヤの注入によってレーザの位相を制御し、ブラッグセレクタ領域２１は本質的には導波管波形であり、ブラッグ整合されたレーザダイオード１０のモードを選択する。ブラッグ波長は、熱効果を介して又は電流ｉ_DBRの注入によるバンドフィリング効果によって、ブラッグセレクタ領域２１付近の層の屈折率を変化させ変更することができる。分布型ブラッグレフレクターと、位相制御部とを備えるＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ可変波長レーザダイオードの特徴については、T Hirata et al．の記事「量子井戸の結合不良により統合されたＤＢＲと位相制御部とを有するＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ可変レーザダイオードの製造と特徴（Fabrication and Characteristics of GaAs-Al GaAs Tunable Laser Diodes with DBR and Phase-Control Sections Integrated by Compositional Disordering of a Quantum Well）」IEEE Journal of Quant um Electronics，Vol.27，No.6，１９９１年６月、ｐ．１６０９−１６１５の中でより詳細に説明されている。レーザダイオード１０は、７８０〜７９０ｎｍ程度のレーザ発光波長を有している。図２に示す光学構成の目的は、光源２から、平行な円形の「クリーン」な出力光ビームを放射することである。よく知られているように、半導体レーザからの出力光ビームは、ダイオードレーザキャビティからの出口での回折によって起こる非対称放射のために、その断面の形状が楕円形になる。このため、出力ビームの断面の形状を円形に補正するために、２つのアナモフィックプリズム１２、１３が用いられる。ところで、レーザダイオード１０からの出力ビームがアナモフィックプリズム１２、１３に入射する前に、出力ビームは、最初に第１のコリメータ１１によって平行にされてアナモフィックプリズム１２、１３によって生じる非点収差を最小限にする。次にアナモフィックプリズム１３からの出力ビームは、光アイソレータ１４を通過する。光アイソレータ１４は、レーザダイオード１０が干渉計１の反射面からの逆反射光に露出されないように保護する。光アイソレータ１４は、逆反射光からレーザダイオード１０を分離するために、例えばファラデー効果を用いてもよい。光アイソレータ１４を通過した後、出力ビームは、レンズ１５と開口部１６とからなる空間フィルタにより「クリーン」にされる。レンズ１５は、光アイソレータ１４からの平行出力ビームを開口部１６で集束させるように配設されている。開口部１６からの出力ビームは、第２のコリメータ１７によって再び平行にされ、出力光ビーム１８が出される。光源２からの出力光ビーム１８はビームスプリッタ３に入射され、ビームスプリッタ３は、出力光ビーム１８を測定光路ビーム２５と参照光路ビーム２６とに分割する。図１に示すように、測定アーム４は、干渉計１のその他の構成部分に対して垂直になっている。一般的に、ビーム１８、参照光路ビーム２６及び出力光路ビーム２７は、全体的に水平面内にあり、測定アーム４は、全体的に垂直面内にある。図４は、測定アーム４のレイアウト及び構成部品の詳細を示す図である。測定光路ビーム２５は、ビームスプリッタ３を水平に通過した後、折り返しミラー３０によって上方に垂直に向けられる。測定アーム４は、主な構成部品として、球面反射面３１と、レンズステージ３２と、対物レンズステージ３４に取り付けられた対物レンズ３３と、カバーガラス３５とを備える。（平行にされた）測定光路ビーム２５は、対物レンズ３３によって焦点３６で集束される。測定光路ビーム２５は、集束された後拡散され、レンズステージ３２に取り付けられた検査レンズ３７にわたって入射する。測定光路ビーム２５は、検査レンズ３７を通過した後焦点３８で集束され、カバーガラス３５を介して拡散され、反射面３１に入射する。次に、測定光路ビーム２５は、反射面３１によって反射され、上述した光路と同じの光路に沿って逆方向に進み、測定アーム４からビームスプリッタ３に進む。反射面３１の曲率半径は焦点３８から反射面３１までの距離に等しいので、反射光は入射光が反射面３１へたどった光路と同じ光路をたどる。図１に示すように、反射面６は、参照光路ビーム２６を参照ミラー７に向けて反射する。参照ミラー７は、参照ビーム２６をビームスプリッタ３からの入射光路に沿って逆方向に反射し、反射光は、反射面６に進んで反射された後ビームスプリッタ３に進む。参照ミラー７及び球面反射面３１からの反射光は、ビームスプリッタ３で出力ビーム２７として再結合され、出力ビーム２７は反射面８に進んで反射され、ズームレンズ９を介してＣＣＤカメラに入射され画像を形成する。なお、レーザダイオード１０が分布型ブラッグレフレクターを備えるＧａＡｓ −ＡｌＧａＡｓ可変波長レーザダイオードである場合、参照光路長（すなわち、ビームスプリッタ３から参照ミラー７までの光路距離）は、測定光路長（すなわち、ビームスプリッタ３から球面反射面３１までの光距離）より約５０ｍｍ以上長くなければならない。このことによって、ある期間のフリンジシフトを得たい場合、ダイオード１０でモードホッピングが起こるのを防止するのに役立つので重要なことである。図１、２及び４に示すように、干渉計が正しく設置され位置合わせされた後、干渉計の波長シフトに対するレーザのチューニングの較正を行う必要がある。ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ分布型ブラッグレフレクター可変波長レーザダイオードを用いたこの例では、注入電流ｉ_DBRの変化を波長シフトに対して較正する必要がある。この較正を行うため、注入電流ｉ_DBRが増加するときにＣＣＤカメラから得られるある領域の画素の強度が記録される。電流ｉ_DBRは、非常に小さい増加率で増加し、監視される画素の領域の強度に対する注入電流ｉ_DBR（ディジタル −アナログステップ単位）を示す図５に示すように複数点でプロットされている。理想的には、プロットされた点は余弦波の波形を描く。ところが、注入電流ｉ_DBR と波長シフトの関係は完全に線形ではなく、実験環境が完全に安定しているわけではないので、プロットされた点は理想的な波形から少し逸脱している。したがって、参照光路と測定光路の間に２πの位相シフトを起こす注入電流ｉ_DBR の変化を評価するため、プロットされた点を図５に示すように余弦曲線４０に対して非線形的に一致させる。図５に示す余弦曲線４０から、グラフより２πの位相シフトを得るのに必要な注入電流ｉ_DBRの変化を決定することが可能となる。例えば、曲線４０上の点４１、４２間の注入電流ｉ_DBRの変化は２πの位相シフトを表す。このため、例えば４ステップフリンジ操作方法を用いる場合、２π／４の位相シフト毎にＣＣＤカメラから画像をとらえることが必要となる注入電流差を決定することができる。較正の精度を高めるため、較正の際にしきい値より高い強度変調を有する画素のみを選択することが好ましい。したがって、本較正方法では、フリンジ走査に対する注入電流ｉ_DBRの比較的簡単で迅速な較正を行うことができる。較正後、２π／４位相シフトでＣＣＤカメラからの画像を記録して、変調及びレンズ２７の収差値を決定するのに好適なアルゴリズムを用いた復調及び位相展開を行うことによって、検査レンズ３７の収差を検査してもよい。また、例えば３次コマ項（３ρ³−２ρ）ｓｉｎθの係数をにより除算することで、二乗平均平方根値によって値を正規化することができる。これに関する代数的手続について以下のように要約することができる。ｉ．有効位相ドメインを複数領域に分割する。例えば、図６において、２つの画素（ｇ、ｈ）、（ｉ、ｊ）の位相差が２πより小さいとき、それらは同じ領域、例えばＲ_k、に割り当てられる。一方、画素（ｉ、ｊ）、（ｍ、ｎ）の位相差が２πより大きい場合、それらは異なる２つの領域に割り当てられる。ｉｉ．階級変数μを異なる領域に割り当てる。例えば、領域Ｒ_kを階級変数μ_k に割り当てることができる。ｉｉｉ．領域間の境界点に以下の式を適用する。ここで、Φ（ｉ、ｊ）は画素（ｉ、ｊ）の位相、［］は最も近い整数への丸め込みを表している。ｉｖ．（ｉ、ｊ）、（ｍ、ｎ）等の境界点に関して式を合計して以下の式を求める。ここで、ωは境界に沿った対画素の数である。ｖ．得られた式（２）を以下の行列式に変換する。 A_Φ=p （３）ここで、Ａは（Ｋ×Ｌ）行列で、Ｋは領域数、Ｌは特定領域に他の領域が接触する組み合わせの総数、Φはベクトルである。ｖｉ．行列Ａのランクを算出する。ｖｉｉ．行列式を最小二乗問題として解く。（例えば、ＱＲ分解を用いることができる。）ｖｉｉｉ．その解を整数に丸め込む。ｉｘ．２π単位の解を各領域の位相値に加算する。上述したアルゴリズムに基づく位相展開のためのプログラムが開発され検査されている。ノイズや物理的不連続性に対するこのアルゴリズムのロバストネスを説明するため、プログラムを図８に示す非展開位相マップに適用した。この非展開位相マップは、図７に示す元の位相マップを符号化する（４ステップ位相シフト干渉計使用後の）４つの強度マップを復調することによって得られる。展開位相マップを図９に示すが、ここでは、アルゴリズムによって４９４の線形方程式及び５５９の変数が生成され、解かれている。２６６ＭＨｚのＰｅｎｔｉｕｍＰＣを用い数学ソフトウェアによってＷＩＮＤＯＷＳ９５上でプログラムを実行したとき、位相マップを得るのに１０秒未満で済む。ところが、実行時間は、コンピュータの速度だけでなく、位相マップの複雑さ、すなわち生成された式の数にも大きく依存する。展開結果から、展開アルゴリズムがノイズのスパイクや物理的不連続性に対して良好に機能することを検証することができる。領域による位相展開のロバストネスが大幅に向上する。本明細書によって得られた新たなアルゴリズムを適用することができる例は多数ある。その１つとして、位相シフト干渉計によって得られるレンズの位相マップを展開することが挙げられる。図１０は、球面収差を有するレンズの非展開位相マップを示す図である。図１０において、位相不連続性をもたらす−π〜πの範囲で位相値が拘束されていることがわかる。図１１は、マップがアルゴリズムによって展開された後の図１０の展開位相マップを示す。展開作業を完了するのには２秒未満である。ここでも、この結果から、アルゴリズムがノイズや欠落データに対してロバストネスを有しており、このアルゴリズムを実行する際の計算効率が高いことがわかる。なお、注入電流ｉ_DBRは、レーザのモードホッピングポイント付近では選択すべきではない。また、レーザダイオード１０がチューニングされたときに、平均強度とフリンジパターンの変調比の変化を最小化するため、注入電流ｉ_DBRの変化が大きすぎてはならない。一方、注入電流ｉ_DBRの変化は、注入電流ｉ_DBRを用いてレーザダイオード１０をチューニングするときの精度を維持するために十分高くなければならない。また、上述の構成において用いられる特定のレーザダイオード、すなわち、横河電機（東京、日本）製のＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓのＤＢＲレーザダイオードにおいて、活性領域１９への注入電流ｉ_LDは、フリンジパターンの変調比の変動を最小化するように十分高くなければならず、測定アーム４と参照アーム５との光路差は、約４０〜７０ｍｍの範囲でなければならない。（すなわち、参照アーム５の長さは、測定アーム４の光路差より４０〜７０ｍｍ長くなければならない。）したがって、本発明は、ピエゾ圧電素子等の干渉計用の機械的位相シフト素子を必要とせずに、光ピックアップレンズの収差を、実際に用いられる波長で検査することが可能であるという利点がある。また、本発明により、レーザダイオード及び干渉計に用いることができる比較的簡単な較正方法を提供することができる。図面ＦＩＧ．１ CCD CAMERA：ＣＣＤカメラＦＩＧ．３ ACTIVE REGION：活性領域 PHASE CONTROL REGION：位相制御領域 BRAG SELECTOR：ブラッグセレクタＦＩＧ．４ CCD CAMERA：ＣＣＤカメラＦＩＧ．５ INTENSITY UNIT：強度単位 CURRENT(IN THE UNITS OF D-A STEPS) ：電流（Ｄ−Ａステップ単位）ＦＩＧ．６ SORTING：分類 AMBIGUOUS POINT：不明瞭ポイント BOUNDARY：境界 REGION R₁：領域Ｒ₁ REGION R₂：領域Ｒ₂ ＦＩＧ．７ PHASE VALUE：位相値 PIXEL NUMBER：画素番号 PIXEL NUMBER：画素番号ＦＩＧ．８ PHASE VALUE：位相値 PIXEL NUMBER：画素番号 PIXEL NUMBER：画素番号ＦＩＧ．９ PHASE VALUE：位相値 PIXEL NUMBER：画素番号 PIXEL NUMBER：画素番号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者上田博之神奈川県横浜市金沢区堀口131―10 Ｃ― 1005 (72)発明者山田隆俊神奈川県横浜市戸塚区汲沢８―３―22―10

Claims

【特許請求の範囲】１．光ピックアップレンズを検査する位相シフト干渉計において、光源と、参照光路と、測定光路と、上記光源から放射された光を上記参照光路と上記測定光路に分割するとともに該参照光路と該測定光路からの戻り光を再結合し、再結合された光を検出器に向けて出す光分割装置とを有し、上記測定光路は、検査される光ピックアップレンズが支持される支持装置と、該測定光路の入射光を検査される光ピックアップレンズの表面にわたって分散させる分散レンズと、入射光を反射して検査される光ピックアップレンズ素子及び上記分散レンズを介して上記光分割装置に戻す凹状の球状反射面とを有し、上記光源が可変波長レーザからなることを特徴とする位相シフト干渉計。２．上記可変波長レーザはレーザダイオードであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の位相シフト干渉計。３．上記レーザダイオードは分布型ブラッグレフレクターからなることを特徴とする請求の範囲第２項記載の位相シフト干渉計。４．上記参照光路と上記測定光路の光路差が少なくとも１０ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。５．上記光路差が少なくとも３０ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第４項記載の位相シフト干渉計。６．上記光路差が少なくとも４０ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第５項記載の位相シフト干渉計。７．上記光路差が４０〜７０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求の範囲第６項記載の位相シフト干渉計。８．上記光路差が約５０ｍｍであることを特徴とする請求の範囲第７項記載の位相シフト干渉計。９．上記分散レンズは収束レンズであり、該収束レンズと光ピックアップレンズの距離が該収束レンズの焦点距離より長いことを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１０．上記分散レンズは、光ピックアップレンズの開口数以上の開口数を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１１．上記光源は、上記レーザダイオードからの出力光ビームが入射されると共に断面が略円形状の光ビームを出す２つのアナモフィックプリズムをさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項から第１０項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１２．上記光源は空間フィルタをさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１３．上記空間フィルタは、集束レンズと、該集束レンズが上記レーザダイオードからの出力光を集束するための開口部とを有することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の位相シフト干渉計。１４．上記光源は、該光源からの光を平行にして平行光ビームを出す集束レンズ等のコリメータをさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項から第１３項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１５．２つのコリメータが設けられ、一方のコリメータは上記レーザダイオードに隣接し、該レーザダイオードが放射する光ビームが入射され、他方のコリメータには、上記アナモフィックプリズム及び上記空間フィルタを通過した後の光ビームが入射されることを特徴とする請求の範囲第１２項及び第１３項記載であって、かつ請求の範囲第１４項記載の位相シフト干渉計。１６．上記位相シフト干渉計はトワイマン−グリーン干渉計であることを特徴とする請求の範囲第１項から第１５項のいずれか１記載の位相シフト干渉計。１７．レーザからなる光源を備えた位相シフト干渉計の較正方法において、位相シフト干渉計の画像平面のある領域の光強度を検出するステップと、上記領域の上記強度変化を上記位相シフト干渉計の位相シフトパラメータの関数として監視し、監視領域での強度を最小値から最大値まで変化させて初期強度に戻すのに必要な該位相シフトパラメータの変化を決定するステップとを有し、必要な上記位相シフトパラメータの変化が上記位相シフト干渉計の参照光路と測定光路の間の２πの位相シフトを示すことを特徴とする位相シフト干渉計の較正方法。１８．上記領域の光強度を上記位相シフト干渉計の上記位相シフトパラメータの関数としてプロットするステップをさらに有することを特徴とする請求の範囲第１７記載の位相シフト干渉計の較正方法。１９．上記レーザは可変波長レーザであり、上記位相シフトパラメータは該レーザの波長チューニングパラメータであることを特徴とする請求の範囲第１７項又は第１８項記載の位相シフト干渉計の較正方法。２０．上記可変波長レーザはレーザダイオードであることを特徴とする請求の範囲第１７項から第１９項のいずれか１記載の位相シフト干渉計の較正方法。２１．上記波長チューニングパラメータは上記レーザダイオードに適用される注入電流であることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の位相シフト干渉計の較正方法。２２．上記レーザダイオードは分布型ブラッグレフレクター領域を有し、上記注入電流が該分布型ブラッグレフレクター領域に適用されることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の位相シフト干渉計の較正方法。２３．上記位相シフト干渉計はピエゾ圧電位相シフト素子を有し、上記位相シフトパラメータが該ピエゾ圧電位相シフト素子の位相シフトパラメータであることを特徴とする請求の範囲第１７項又は第１８項記載の位相シフト干渉計の較正方法。２４．上記位相シフト干渉計はトワイマン−グリーン干渉計であることを特徴とする請求の範囲第１７項から第２３項のいずれか１記載の位相シフト干渉計の較正方法。２５．上記位相シフト干渉計はマッハ−ツェンダー干渉計であることを特徴とする請求の範囲第１７項から第２３項のいずれか１記載の位相シフト干渉計の較正方法。２６．上記位相シフト干渉計はフィゾー干渉計であることを特徴とする請求の範囲第１７項から第２３項のいずれか１記載の位相シフト干渉計の較正方法。２７．位相シフト干渉計によって得られるフリンジパターンの位相マップの位相展開方法であって、（ａ）位相マップを、１領域内のいずれか２つの画素の位相差が２πより小さくなるような多数の領域．．．Ｒ_k、Ｒ_l、．．．に分割するステップと、（ｂ）各領域．．．Ｒ_k、Ｒ_l、．．．に階級変数．．．μ_k、μ_l、．．．を割り当てるステップと、（ｃ）一対の隣接する領域Ｒ_k、Ｒ_l間の各境界画素（ｉ、ｊ）、（ｍ、ｎ）に以下の式を適用するステップと、ここで、Φ（ｉ、ｊ）は画素（ｉ、ｊ）の位相、Φ（ｍ、ｎ）は画素（ｍ、ｎ）の位相、［］は最も近い整数への丸め込みを表し、（ｄ）境界画素に関して式（１）を合計して以下の式を求めるステップと、ここで、ωは境界に沿った対画素の数であり、（ｅ）得られた式（２）を以下の行列式に変換するステップと、 A_Φ=P （３）ここで、Ａは（Ｋ×Ｌ）行列で、Ｋは領域数、Ｌは特定領域に他の領域が接触する組み合わせの総数、Φはベクトルであり、（ｆ）行列Ａのランクを算出するステップと、（ｇ）行列式（３）を最小二乗問題として解くステップと、（ｈ）その解を整数に丸め込むステップと、（ｉ）２π単位の解を各領域の位相値に加算して、展開位相マップを得るステップと、を有することを特徴とする位相マップの位相展開方法。２８．上記位相マップが光ピックアップレンズの位相マップであることを特徴とする請求の範囲第２７項記載の位相マップの位相展開方法。