JP2008209365A

JP2008209365A - 干渉測定装置及び干渉測定方法

Info

Publication number: JP2008209365A
Application number: JP2007048883A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Suzuki; 稔明鈴木; Hikari Hayashi; 光林; Masatoshi Hizuka; 正敏肥塚
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】レンズの平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とを分離し、レンズ本体の透過波面測定における誤差を小さくする。
【解決手段】レンズ本体と平面部１６とを有するレンズの透過波面を測定する干渉測定装置１は、レンズの設計波長と同一の波長を有する検査光Ｂ１を発生する第１光源２と、検査光Ｂ１と異なる波長を有するアライメント光Ｂ２を発生する第２光源３と、検査光Ｂ１及びアライメント光Ｂ２を、参照光と被検光とに分割するメインビームスプリッタ４と、被検光を反射する球面ミラー６と、球面ミラー６とメインビームスプリッタ４との間に設けられた補正板１７と、レンズが設置される載物台１４と、参照光を反射する平面ミラー５とを備え、検査光Ｂ１の可干渉距離は、レンズの設計パラメータを含む光学的パラメータに基づいて決定される設計光路差より短く、アライメント光Ｂ２の可干渉距離は設計光路差以上の長さである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ本体の有効径外に平面部を有するピックアップレンズ等のレンズの透過波面を測定する干渉測定装置及び干渉測定方法に関する。

従来、トワイマン・グリーン型の干渉計において、光源としての半導体レーザから発生させる検査光のコヒーレント長（可干渉距離）をコヒーレンス調整手段によって調整し、観察対象となるレンズの被検面の干渉縞から、迷光等によるノイズを除去する干渉計装置（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。

一方、レンズ本体とレンズ本体の有効径外にフランジ状に設けられた平面部とを有するピックアップレンズ等のレンズの透過波面測定を、干渉計を用いて行う場合、平面部で反射する被検光と参照光とが干渉して生じる干渉縞が、レンズ本体による干渉縞の周囲に発生する。従来はこの平面部によって生じる干渉縞を参照しながら、平面部を被検光の光軸に対して垂直にすることでピックアップレンズ等のレンズのアライメントを行っている。
特開２００４−４５３２６号公報

しかしながら、通常、透過波面測定に使用する検査光の波長は、ピックアップレンズ等のレンズのレンズ本体の設計波長に合わせて設定されるため、装置の観察画面上にはレンズ本体による干渉縞と平面部によって生じる干渉縞とが一部渾然となった状態の観察像が表示される。このため、アライメント時に両者を分離することが困難である。また、レンズ平面部に設計波長の光の反射防止のためのコートが施されていると、アライメントに利用できる光が少なくなり、平面部の干渉縞のコントラストが低下するという問題がある。

この問題に関して、特許文献１の干渉計装置でコヒーレンス調整手段によってコヒーレント長を変化させても、検査光の波長自体はわずかしか変化しないので、被検光を反射する球面ミラーや参照光を反射する平面ミラー、あるいはレンズ本体等を移動させたり、レンズの後ろにシャッターを入れたりするなどの操作をして、干渉計装置における光学配置を変化させなければ、レンズ本体の干渉縞と平面部の干渉縞を分離することは困難である。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ピックアップレンズ等のレンズの平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とを分離することができ、かつレンズ本体の透過波面測定における誤差を小さくすることができる干渉測定装置及び干渉測定方法を提供することを目的とする。

本発明の干渉測定装置は、レンズ本体と前記レンズ本体の周辺部に設けられた平面部とを有するピックアップレンズ等のレンズの透過波面を測定する干渉測定装置であって、前記レンズの設計波長と同一の波長を有する検査光を射出する第１光源と、前記検査光と異なる波長を有するアライメント光を射出する第２光源と、前記検査光又は前記アライメント光を、参照光と被検光とにそれぞれ分割する第１反射面を有するビームスプリッタと、前記被検光を反射する第２反射面を有する球面ミラーと、前記球面ミラーと前記ビームスプリッタとの間に設けられた補正板と、前記補正板と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記レンズが設置される載物台と、前記参照光を反射する第３反射面を有する平面ミラーとを備え、前記球面ミラーと前記平面ミラーとは、前記被検光の光軸と前記参照光の光軸とが直交し、かつ前記第２反射面と前記第１反射面との間の光学的距離と、前記第３反射面と前記第１反射面との間の光学的距離とが同一となるように配置されており、前記検査光の可干渉距離は、前記レンズの設計パラメータを含む光学的パラメータに基づいて決定される設計光路差より短く設定されており、前記アライメント光の可干渉距離は、前記設計光路差以上の長さに設定されていることを特徴とする。

なお、「設計光路差」とは、レンズの平面部のビームスプリッタ側の面からレンズ本体のビームスプリッタ側の面頂までの光路の往復分の光学的長さと、レンズ本体のビームスプリッタ側の面頂から補正板を透過し、球面ミラーの頂部までの光路の往復分の光学的長さとの差を指す。

本発明の干渉測定装置によれば、アライメント光の可干渉距離が設計光路差以上の長さに設定されており、かつアライメント光の波長がピックアップレンズ等のレンズの設計波長とは異なる波長を有するため、平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とが互いに容易に分離可能な状態に形成される。また、検査光の可干渉距離が設計光路差より短く設定されているため、レンズ本体の干渉縞を観察する際には平面部の干渉縞は形成されない。

前記第１光源は、異なる前記設計波長に対応して切り換え可能に複数設けられてもよい。また、前記第１光源及び前記第２光源が、異なる前記設計波長に対応して切り換え可能に複数設けられてもよい。

また、本発明の干渉測定方法は、レンズ本体と前記レンズ本体の周辺部に設けられた平面部とを有するピックアップレンズ等のレンズの透過波面を測定する干渉測定方法であって、前記レンズの設計波長と異なる波長を有し、かつ、前記レンズの設計パラメータを含む光学的パラメータに基づいて決定される設計光路差以上の長さの可干渉距離を有するアライメント光を第１被検光と第１参照光とに分離する工程と、平面ミラーによって反射された前記第１参照光と、前記平面部の前記第１被検光が入光する側の面である第１面で反射された前記第１被検光及び前記レンズ本体を透過して球面ミラーによって反射された前記第１被検光とを干渉させて、干渉縞を有する第１観察像を得る工程と、前記第１観察像から前記平面部の前記第１面で反射された前記第１被検光によって生じる干渉縞を分離、抽出して前記平面部の前記第１面を前記被検光の光軸に対して直交するようアライメントを行う工程と、前記レンズの設計波長と同一の波長を有し、かつ、前記設計光路差よりも短い可干渉距離をもつ検査光を第２被検光と第２参照光とに分離する工程と、前記平面ミラーによって反射された前記第２参照光と、前記検査光が前記レンズ本体を透過し、前記球面ミラーによって反射された前記第２被検光とを干渉させ、干渉縞を有する第２観察像を得る工程と、前記第２観察像を用いて前記レンズ本体の干渉測定を行う工程とを備えることを特徴とする。

なお、「設計光路差」とは、レンズの平面部の第１面からレンズ本体の前記第１面側の面頂までの光路の往復分の光学的長さと、レンズ本体の前記第１面側の面頂から補正板を透過し、球面ミラーの頂部までの光路の往復分の光学的長さとの差を指す。

本発明の干渉測定方法によれば、アライメント光によって、平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とが、互いに容易に分離可能な状態で第１観察像上に表示される。また、検査光を用いて、レンズ本体の干渉縞を有する第２観察像を得る際には、平面部の干渉縞は第２観察像上に形成されない。

本発明の干渉測定装置によれば、アライメント光によって、平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とを容易に分離できるので、短時間で精度高くレンズのアライメントを行うことができる。また、検査光によってレンズ本体の干渉縞のみを観察することができるので、レンズ本体の透過波面測定を高精度に行うことができる。

また、本発明の干渉測定方法によれば、第１観察像上において、平面部の干渉縞とレンズ本体の干渉縞とが分離容易な状態で得られるので、良好にレンズのアライメントができる。

本発明の実施形態の一つである干渉測定装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の干渉測定装置１を示す模式図である。
干渉測定装置１は、検査光Ｂ１を発生する第１光源２と、検査光Ｂ１とは異なる波長を有するアライメント光Ｂ２を発生する第２光源３と、検査光Ｂ１をそれぞれ後述する第２参照光と第２被検光とに、又はアライメント光Ｂ２をそれぞれ後述する第１参照光と第１被検光とに分割するメインビームスプリッタ（ビームスプリッタ）４と、各参照光を反射する平面ミラー５と、各被検光を反射する球面ミラー６と、反射された各被検光及び各参照光を撮像する撮像装置７と、撮像装置７に接続されたパソコン８及びモニタ等からなる表示部９とを備えて構成されている。

第１光源２及び第２光源３は、レーザダイオード等の公知の光源で構成され、各光源から射出された検査光Ｂ１及びアライメント光Ｂ２は、各光源とメインビームスプリッタ４との間の光路上に設けられたサブビームスプリッタ１０によって第１光軸Ｘ１を通ってメインビームスプリッタ４に導入される。

各光源２、３とサブビームスプリッタ１０との間には第１シャッター１１及び第２シャッター１２と、検査光Ｂ１及びアライメント光Ｂ２を平行光に調整するコリメータレンズ１３Ａ及び１３Ｂとがそれぞれ介装されている。第１及び第２シャッター１１、１２は図示しない駆動機構によって、それぞれ検査光Ｂ１及びアライメント光Ｂ２の光軸から退避可能に構成されている。

メインビームスプリッタ４と球面ミラー６との間には、開口が円形状の載物台１４が設けられており、測定対象であるピックアップレンズ（レンズ）１５が設置可能に構成されている。載物台１４は図示しない駆動機構と接続されており、載物台１４に設置されたピックアップレンズ１５の平面部１６の傾きを、第１光軸Ｘ１に対して直交するように調整可能に構成されている。載物台１４と球面ミラー６との間には、ピックアップレンズ１５が実際に使用される場合のディスクの保護層に相当する、ガラス等で形成された補正板１７が設置される。

平面ミラー５及び球面ミラー６は、平面ミラー５で反射された第１又は／及び第２参照光の光軸である第２光軸Ｘ２と、球面ミラー６で反射された第１又は／及び第２被検光の光軸である第１光軸Ｘ１とが、メインビームスプリッタ４の反射面（第１反射面）４Ａにおいて直交し、かつ第１光軸Ｘ１及び第２光軸Ｘ２上における反射面４Ａから平面ミラー５の反射面（第３反射面）５Ａ及び球面ミラー６の反射面（第２反射面）６Ａまでのそれぞれの光学的距離が同一となるように配置される。

また、メインビームスプリッタ４と撮像装置７との間には、被検光及び参照光から干渉縞を含む観察像を結像する結像レンズ１８が配置されている。観察像はパソコン８を介して表示部９に表示される。
パソコン８は、図２にブロック図で示すように、第１及び第２シャッター１１、１２、及び載物台１４とも接続されており、これらの機構はパソコン８を介して操作可能に構成されている。

第１光源２から射出される検査光Ｂ１の波長は、測定対象となるピックアップレンズ１５の設計波長と同一に設定され、第２光源３から射出されるアライメント光Ｂ２の波長は、検査光Ｂ１の波長と異なる波長に設定される。アライメント光Ｂ２の波長は検査光Ｂ１の波長より長くても短くてもいずれでもよいが、後述するように、ピックアップレンズ１５の色収差による干渉縞が、観察像の中央部のみに現れるように設定されるのが好ましい。本実施形態においては、検査光Ｂ１の波長が４０５ナノメートル、アライメント光Ｂ２の波長が６５０ナノメートルにそれぞれ設定されているが、各光の波長はこれには限定されず、測定対象となるピックアップレンズ１５の設計波長によって適宜決定される。

また、検査光Ｂ１の可干渉距離は第１光軸Ｘ１上において、図３に示すピックアップレンズ１５の、平面部１６の下面（第１面）１６Ａからレンズ本体１９の底面頂１９Ａまでの光路Ｌ１の往復分の光学的長さと、レンズ本体１９の底面頂１９Ａから補正板１７を透過し、球面ミラー６の頂部までの光路Ｌ２の往復分の光学的長さとの差の絶対値である設計光路差ＯＰＤよりも短く設定され、アライメント光Ｂ２の可干渉距離は設計光路差ＯＰＤ以上の長さに設定される。検査光Ｂ１及びアライメント光Ｂ２の可干渉距離の設定は、あらかじめ可干渉距離を測定してから光源を選択してもよいし、光源がレーザダイオードの場合は、公知の高周波重畳等によって設定を行ってもよい。

設計光路差ＯＰＤを算出する数式の具体例を以下に示す。球面ミラー６の曲率半径をR、補正板１７の厚さをt、補正板１７の屈折率をn、ピックアップレンズ１５の厚さをd、ピックアップレンズ１５の屈折率をn′、ピックアップレンズ１５の底面頂１９Ａから平面部の下面１６Ａまでの光路の距離をL1、ピックアップレンズ１５の上側の面頂点から焦点位置までの光路の距離をWD、空気の屈折率を１とすると、設計光路差OPDは以下の式（１）によって算出される。
（１）…OPD=2((n′d + WD + nt + R - t) - L1)

上記の構成を備えた干渉測定装置１の動作について、以下に説明する。
まず、ピックアップレンズ１５を載物台１４上に設置し、第１シャッター１１が閉じた状態で、第２シャッター１２を退避させ、第２光源３からアライメント光Ｂ２を射出する。

アライメント光Ｂ２はコリメータレンズ１３Ｂによって平行光に調整され、メインビームスプリッタ４によって、第２光軸Ｘ２を通って平面ミラー５に向かう第１参照光と第１光軸Ｘ１を通ってピックアップレンズ１５に向かう第１被検光とに分けられる。

平面ミラー５で反射した第１参照光と、ピックアップレンズ１５及び補正板１７を透過し、球面ミラー６によって反射した第１被検光とは、メインビームスプリッタ４で再び重なる。重なった光は結像レンズ１８を通過して、撮像装置７上に、図４（ａ）に示すような干渉縞を伴う第１観察像２０Ａが形成され、表示部９上で観察可能となる。

アライメント光Ｂ２の波長は、上述のようにピックアップレンズ１５の設計波長と異なる。そのため、ピックアップレンズ１５のレンズ本体１９を透過して球面ミラー６で反射された第１被検光と第１参照光とが干渉して形成された第１観察像２０Ａの測定領域Ｒ１には、図４（ａ）に示すように、ピックアップレンズ１５の色収差によりデフォーカスされた略同心円状の干渉縞が中央部にのみ観察される。同時に、第1観察像２０Ａのアライメント領域Ｒ２には、平面部１６の第１被検光が入光する側の面である下面１６Ａで反射された第１被検光と第１参照光とが干渉して生じた干渉縞が現れる。

測定領域Ｒ１に現れる上述の干渉縞は、球面ミラー６による球面波と平面ミラー５による平面波とが干渉して生じているために略同心円状となる。また、その周辺部分は干渉縞が密であり、観察装置では解像できなくなるため、第1観察像２０Ａ上では、干渉縞の周囲に干渉縞非表示部Ｒ３が形成される。従って、測定領域Ｒ１の干渉縞と、測定領域Ｒ２の干渉縞とが干渉縞非表示部Ｒ３によって分断されるので、公知の縞解析方法により、容易に領域を判別することができる。

平面部１６と第１光軸Ｘ１とを直交させるために、アライメント領域Ｒ２の干渉縞を解析し、チルト成分が規定値より小さくなるように、パソコン８を介して載物台１４の傾きを制御する。規定値は、測定するレンズの設計値に基づいて、測定誤差が充分小さくなるように定める。

アライメント終了後、第２光源３をオフにするか、第２シャッター１２によりアライメント光Ｂ２を遮蔽するとともに、第１シャッター１１を退避させて光源を第１光源２に切り換え、検査光Ｂ１を射出する。検査光Ｂ１はコリメータレンズ１３Ａによって平行光に調整された後、アライメント光Ｂ２と同じ経路で分割される。その後、反射された光が合成され、撮像装置７上に図４（ｂ）に示すような第２観察像２０Ｂが形成される。

検査光Ｂ１の可干渉距離は、上述のように設計光路差ＯＰＤより短く設定されている。そのため、検査光Ｂ１がメインビームスプリッタ４で分離されて平面ミラー５で反射された第２参照光は、光学的距離の等しいレンズ本体１９を透過して球面ミラー６で反射された第２被検光としか干渉縞を形成せず、第２参照光と平面部１６で反射された第２被検光及び他の迷光等とは干渉縞を形成しない。従って、図４（ｂ）に示すように、第２観察像２０Ｂにおいては、測定領域Ｒ１にのみ干渉縞が現れるため、ユーザは表示部９上で測定領域Ｒ１の干渉縞を観察し、レンズ本体１９の透過波面測定を行う。

本実施形態の干渉測定装置１によれば、第２光源３から射出されるアライメント光Ｂ２が、測定対象であるピックアップレンズ１５の設計波長と異なる波長を持つため、レンズ本体１９と平面部１６とでそれぞれ互いに容易に分離可能な干渉縞を同一観察像上に生じる。かつアライメント光Ｂ２の可干渉距離が設計光路差ＯＰＤ以上の長さとなるように、干渉測定装置１の各部の設置間隔等のパラメータが調整されているので、平面部１６の干渉縞を、分離可能な状態で得ることができる。従って、ピックアップレンズ１５のアライメントを短時間で良好に行うことができる。

また、第１光源２から射出される検査光Ｂ１の可干渉距離が設計光路差ＯＰＤより短くなるように、干渉測定装置１の各部のパラメータが調整されているので、ピックアップレンズ１５のレンズ本体１９における干渉縞を含む観察像を得る際にアライメント領域Ｒ２において干渉縞が形成されない。従って、レンズ本体１９の透過波面測定を高い精度で行うことができる。

さらに、干渉測定装置１は、複数の光源２、３を備えているため、メインビームスプリッタ４と平面ミラー５の反射面５Ａとの光学的距離を変化させる必要がない。従って、平面ミラー５を移動させる必要がなく、平面ミラー５のアライメントも必要ないので、干渉測定装置１全体を簡素な構成にすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態においては、第１及び第２光源をそれぞれ１種類ずつ備えて１種類のレンズの透過波面測定を行った例を説明したが、これには限定されず、測定対象となるピックアップレンズ等のレンズの設計波長と同一の波長を持ち、かつ設計光路差より短い可干渉距離を持つ検査光を射出する複数の第１光源を、測定するレンズの設計波長に応じて切り換え可能に設けてもよい。また、測定対象となるピックアップレンズ等のレンズの設計波長に対応する第１光源及び第２光源を複数備え、測定するレンズの設計波長に応じて使用する第１光源及び第２光源を適宜選択して切り替え可能に干渉測定装置を構成してもよい。さらに、あらかじめ第１光源と第２光源のペアを複数備え、測定するレンズの設計波長に応じて、最適なペアを適宜選択して切り替え可能に干渉測定装置を構成してもよい。
このようにすれば、２種類以上のレンズの透過波面測定を行うことができる干渉測定装置を構成することができる。

また、上記実施形態においては、測定対象が両凸のレンズの例を説明したが、測定対象はこれに限定されず、凹レンズや回折を利用したレンズなど、レンズ効果があるすべての光学素子を測定対象とすることができる。

本発明の一実施形態の干渉測定装置の構成を示す模式図である。同干渉測定装置の部分的構成を示すブロック図である。設計光路差の概念を示す図である。（ａ）はアライメント光による第１観察像、（ｂ）は被検光による第２観察像をそれぞれ示す図である。

符号の説明

１…干渉測定装置、２…第１光源、３…第２光源、４…メインビームスプリッタ（ビームスプリッタ）、４Ａ…反射面（第１反射面）、５…平面ミラー、５Ａ…反射面（第３反射面）、６…球面ミラー、６Ａ…反射面（第２反射面）、１４…載物台、１５…ピックアップレンズ（レンズ）、１６…平面部、１６Ａ…下面（第１面）、１７…補正板、１９…レンズ本体、２０Ａ…第１観察像、２０Ｂ…第２観察像、Ｂ１…検査光、Ｂ２…アライメント光

Claims

レンズ本体と前記レンズ本体の周辺部に設けられた平面部とを有するレンズの透過波面を測定する干渉測定装置であって、
前記レンズの設計波長と同一の波長を有する検査光を射出する第１光源と、
前記検査光と異なる波長を有するアライメント光を射出する第２光源と、
前記検査光又は前記アライメント光を、参照光と被検光とにそれぞれ分割する第１反射面を有するビームスプリッタと、
前記被検光を反射する第２反射面を有する球面ミラーと、
前記球面ミラーと前記ビームスプリッタとの間に設けられた補正板と、
前記補正板と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記レンズが設置される載物台と、
前記参照光を反射する第３反射面を有する平面ミラーと、
を備え、
前記球面ミラーと前記平面ミラーとは、前記被検光の光軸と前記参照光の光軸とが直交し、かつ前記第２反射面と前記第１反射面との間の光学的距離と、前記第３反射面と前記第１反射面との間の光学的距離とが同一となるように配置されており、
前記検査光の可干渉距離は、前記レンズの設計パラメータを含む光学的パラメータに基づいて決定される設計光路差より短く設定されており、前記アライメント光の可干渉距離は、前記設計光路差以上の長さに設定されていることを特徴とする干渉測定装置。
前記第１光源は、異なる前記設計波長に対応して切り換え可能に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の干渉測定装置。
前記第１光源及び前記第２光源は、異なる前記設計波長に対応して切り換え可能に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の干渉測定装置。
レンズ本体と前記レンズ本体の周辺部に設けられた平面部とを有するレンズの透過波面を測定する干渉測定方法であって、
前記レンズの設計波長と異なる波長を有し、かつ、前記レンズの設計パラメータを含む光学的パラメータに基づいて決定される設計光路差以上の長さの可干渉距離を有するアライメント光を第１被検光と第１参照光とに分離する工程と、
平面ミラーによって反射された前記第１参照光と、前記平面部の前記第１被検光が入光する側の面である第１面で反射された前記第１被検光及び前記レンズ本体を透過して球面ミラーによって反射された前記第１被検光とを干渉させ、干渉縞を有する第１観察像を得る工程と、
前記第１観察像から前記平面部の前記第１面で反射された前記第１被検光によって生じる干渉縞を分離、抽出して前記平面部の前記第１面を前記被検光の光軸に対して直交するようアライメントを行う工程と、
前記レンズの設計波長と同一の波長を有し、かつ、前記設計光路差よりも短い可干渉距離をもつ検査光を第２被検光と第２参照光とに分離する工程と、
前記平面ミラーによって反射された前記第２参照光と、前記検査光が前記レンズ本体を透過し、前記球面ミラーによって反射された前記第２被検光とを干渉させ、干渉縞を有する第２観察像を得る工程と、
前記第２観察像を用いて前記レンズ本体の透過波面測定を行う工程と、
を備えることを特徴とする干渉測定方法。