JP2902421B2 - 干渉計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は干渉計に関し、特に、光ディスクなど光学式
情報記録再生装置の波面収差を測定するのに適した干渉
計に関するものである。

［従来の技術］ 光学式情報記録再生装置などを被測定装置として、そ
のレーザ光束の波面収差を測定するために干渉計が用い
られる。そのような干渉計は、一般に、レーザ光束をビ
ームスプリッタで２つの光路に分け、その各々の光路を
通ったレーザ光束を重ね合わせて干渉させ、その干渉縞
を解析することによって波面収差を測定するようにして
おり、従来は、２つの光路を通ったレーザ光束を単純に
重ね合わせるようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、レーザ光束の強度分布は一般に、例えば第５
図に示されるようにガウス分布を示しており、中央部分
に比べて周辺部分は非常に強度が小さい性質があり、光
ディスク等のようにレーザのエネルギの大部分を利用す
る装置においては、特にそのような性質が顕著である。

したがって従来のように、２つの光路を通ったレーザ
光束を単純に重ね合わせたのでは、干渉縞部分のレーザ
光束の強度分布は、例えば第６図に示されるように、ガ
ウス分布に支配された分布となる。

その結果、干渉縞の中央付近が観測しやすいようにレ
ーザ光束の強度を調整すると、例えば第７図に示される
ように周辺が暗くなり、逆に周辺部を見易くすると、例
えば第８図に示されるように中央部が明るくなりすぎ、
いずれの場合にも干渉縞を視認できる範囲が非常に狭く
なってしまう。しかも、いずれの場合にも一本一本の干
渉縞の明暗の境界線が曲線になってしまうので、実際に
干渉縞がどれくらい曲がっているのか明確な判断ができ
なくなってしまう。

そこで、例えば画像処理装置などによって、ガウス分
布の影響を受けずに干渉縞を観測することも考えられる
が、これでは装置のコストが大幅に上昇してしまう。ま
た、干渉縞が出力されるまでに0.5ないし１秒のタイム
ラグが発生するので、例えば干渉縞を観測しながら、被
測定装置の波面収差量を小さくする様な調整を行う場合
など、手の動きに干渉縞の変化が連動せず調整作業がは
なはだ困難である。

本発明は、そのような従来の欠点を解消し、低コスト
の装置によって、中央部から周辺部まで広い範囲にわた
って干渉縞を正確に観測することができ、しかも、タイ
ムラグなく実時間で干渉縞を観測することができる干渉
計を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明の干渉計は、コヒ
ーレントな光束をビームスプリッタで２つの光路に分
け、その各々の光路を通った光束を重ね合わせて干渉さ
せて干渉縞を形成するようにした干渉計において、上記
ビームスプリッタで分けられた一方の光束の強度分布に
比例する減光を行う濃淡が形成された減光フィルタを、
上記光束が重ね合わされている光路上に設けたことを特
徴とし、上記減光フィルタは、上記ビームスプリッタで
分けられた一方の光束によって露光されて現像された感
光材により形成することができる。

［作用］ コヒーレントな光束をビームスプリッタで２つに分け
て、各々の光路を通った光束を重ね合わせて干渉させる
と、干渉縞が形成される。ここで、重ねあわされた光束
は減光フィルタを通る際に、その強度の強い部分は減光
フィルタの濃い部分に当たって強度が弱められ、強度の
弱い部分は減光フルタの淡い部分を透過して強度低下が
小さいので、干渉縞形成部分での光束の強度分布を一様
にすることができる。

従って、干渉縞の像面の明るさが均一となって、中央
部から周辺部まで明瞭なコントラストの干渉縞を観測す
ることができる。

〔実施例〕

図面を参照して実施例を説明する。

第１図は、光学式情報記録再生装置用光学系のディス
クに対する対物レンズ１の傾きを調整するために、その
光学系のコマ収差を検出する干渉計を示している。図中
１は、光学式情報記録再生装置の光学系本体ユニット３
等に設けられた対物レンズであり、光ディスクなどの記
憶媒体にコヒーレントなレーザ光束を照射して情報の読
み出しあるいは書き込みを行うために、レーザダイオー
ド（図示せず）から出射されたレーザ光束を１μｍ程度
の直径に集束させるためのものである。

この対物レンズ１は球面座20に沿って回動可能に設け
られており、光軸を任意の角度傾けることができる。そ
して、その光軸の角度変化によってコマ収差が変化す
る。

100は干渉計の対物レンズであり、光学式情報記録再
生装置用光学系の対物レンズ１から出射されて集束され
た後干渉計に入射するレーザ光束を平行光束に変換す
る。119は、対物レンズ100の取付面であると同時に干渉
計の基準面であり、干渉計の入射光軸に対して垂直に形
成されている。101は、光ディスク又は光ディスクなど
に相当する厚みを有する透明な調整用マスターガラス板
である。

104は、干渉計内へ入射するレーザ光束の開口であ
り、対物レンズ100の射出瞳の位置にある。102及び103
は、レーザ光束の偏光状態と偏光面を所定の状態に調整
するために、互いに独立して軸中心に回転自在に設けら
れた４分の１波長板及び２分の１波長板である。

105は入射光束を分割するためのビームスプリッタで
あり、このビームスプリッタ105により、対物レンズ１
から入射するレーザ光束は、まっすぐに透過する光束
と、直角に反射される光束の２光束に分けられる。

106,107は、ビームスプリッタ105で分けられた２光束
を、光軸中心に相対的に回転させるためのイメージロー
テータであり、本実施例では２つのダブプリズムを使用
しており、互いに光軸まわりに相対的に略90度ずれて設
置されている。そして、この２つのイメージローテータ
106,107によって２つの光束が光軸まわりに相対的に略1
80度回転させられる。この２つのイメージローテータ10
6,107は、ビームスプリッタ105で分けられた２光束の光
路長を同じにして干渉性を良くするために、同じ形状及
び同じ材質を有するものが用いられる。

108,109は、イメージローテータ106,107を通過した光
束を108度反転した方向に平行に反射させるための第１
及び第２直角プリズムであり、光路長を同じにして干渉
性を良くするために、同じ形状及び同じ材質を有するも
のが用いられ、さらに少なくとも一方の直角プリズム10
8,109は光軸方向に移動自在となっている。

２つの直角プリズム108,109により反射された光束は
それぞれ第１及び第２補正板120,121を通る。このう
ち、第２補正板121は２枚の光学楔であり、相対的に光
軸まわりに回転させることによって、ビームスプリッタ
105を透過した光束を傾ける作用をもち、コマ収差を調
整しやすくするために、観測される干渉縞に任意のティ
ルト量を与えることができる。

また、第１補正板120は、第２補正板121と同じ材質及
び２枚の光学楔を合わせたのと同じ厚さを有するガラス
板であり、ビームスプリッタ105で分けられた２つの光
路の光路長を同じにするために、第１直角プリズム108
を通る光路上に固定的に設けられている。

こうして第１及び第２補正板120,121を通った２つの
光束は、ビームスプリッタ105によって重ね合わされ
て、ビームスプリッタ105から出射したのち、反射鏡110
によって方向が変えられる。

111は結像レンズであり、例えば固体撮像素子の撮像
面112上に開口104の像を結像するように配置されてい
る。そして、CRTモニタ（図示せず）等によって、開口1
04位置における波面収差を干渉縞として観測することが
できる。

また、結像レンズ111と撮像面112との間の光路上に
は、互いに独立して軸中心に回転自在な偏光フィルタ11
3が２枚配置されており、偏光フィルタ113を回転するこ
とによって撮像面112に入射するレーザ光束の強度を調
整することができる。なお、偏光フィルタは１枚であっ
ても、強度調整をある程度行うことができる。

152は、各イメージローテータ106,107を通過してビー
ムスプリッタ105によって分けられた一部のレーザ光束
の方向を変えるための反射プリズムである。この反射プ
リズム152で反射されたレーザ光束は、第２図に示され
る反射鏡156によって方向を変えられて、アライメント
用の補助TVカメラ159に入射する。

この補助TVカメラ159は、ビームスプリッタ105によっ
て分けられた２光束が同光軸に重ね合わされるように調
整するアライメントを行うためのものであり、反射鏡15
6によって方向を変えられた２光束が、アライメント用
集束レンズ157によって補助TVカメラ159の撮像面159aに
集束される。

158は、互いに独立して軸中心に回転自在に設けられ
た２枚の偏光フィルタであり、一方又は双方の偏光フィ
ルタ158を回転することによって撮像面159に入射するレ
ーザ光束の強度を調整することができる。

第１図に戻って、ビームスプリッタ105と一方のイメ
ージローテータ107との間の光路には、開閉自在なシャ
ッタ115が配置されている。このシャッタ115を閉じるこ
とにより、ビームスプリッタ105で分けられた一方の光
束の光路が遮蔽される。

また、撮像面112と偏光フィルタ113との間の光路に
は、減光フィルタ118が設けられている。この減光フィ
ルタ118は、ビームスプリッタ105で分けられた一方の光
束の強度分布に比例する減光を行う濃淡が形成されてい
る。これによって、対物レンズ１から干渉計に入射する
レーザ光束の強度分布に比例する減光を行うことがで
き、干渉縞がない状態では、撮像面112に到達するレー
ザ光束の強度分布は、ほぼ完全に一様となる。このよう
な減光フィルタ118は、例えばシャッタ115を閉じ、その
シャッタ115で遮蔽されていない方のレーザ光束によっ
て感光材を露光して現像することにより製造することが
できる。その場合には、露光時間を何種類も変えること
によって、最も適切な減光を行うことができる減光フィ
ルタ118を得ることができる。感光材としては、例えば
レーザがレーザダイオードから発される場合には、近赤
外に感度を有するフィルム（例えばコニカ製のIRF等）
を用いることができる。

次に、上記実施例装置の使用及び動作について説明す
る。

まず、光ディスクを光学式情報記録再生装置光学系に
取付けるかあるいは調整用マスターガラス板101を干渉
計に取付ける。この時、光ディスク又は調整用マスター
ガラス101は干渉計の基準面119と平行になるように取付
ける。

そして、光学系本体ユニット３のレーザダイオード
（図示せず）からレーザ光束を出射させて、対物レンズ
１によって集束させると、そのレーザ光束は集束点から
光ディスク又は調整用マスターガラス板101を通過し、
干渉計の対物レンズ100によって平行光束になって干渉
計内に入射する。

そこで、まず補助TVカメラ195に集束した２光束の集
束点の位置が一致するように光学系本体ユニット３の取
付位置を調整して、対物レンズ100から入射してビーム
スプリッタ105によって分けられた２光束が、同軸に重
ね合わされるようにする。

干渉計内に入射したレーザ光束は、４分の１波長板10
2及び２分の１波長板103によって偏光状態及び偏光面の
方向を調整されて、ビームスプリッタ105によって２光
束に分割される。

そして２光束に分割されたレーザ光束は、イメージロ
ーテータ106,107によって相対的に光軸中心に略180度回
転され、各直角プリズム108,109によってビームスプリ
ッタ105の半透面の方向に反射されてビームスプリッタ1
05の半透面で重なり合って干渉する。この重なり合って
干渉しているレーザ光束は、反射鏡110によって方向が
変えられ、結像レンズ111によって撮像面112上に導か
れ、CRTモニタ（図示せず）等によって実時間で干渉縞
が観測される。

このとき、撮像面112に導かれたレーザ光束は、減光
フィルタ118を通る際に、その強度の強い部分（中央部
分）は減光フィルタ118の濃い部分に当たって強度が弱
められ、強度の弱い部分（周辺部分）は減光フィルタ11
8の淡い部分を透過して強度低下が小さいので、撮像面1
12におけるレーザ光束の強度分布は、ガウス分布に支配
されず、撮像面112における干渉縞部分の強度分布は、
第3A図に示されるようにサインカーブ状とな、例えば第
3B図に示されるような、明暗の境界線が直線状となった
干渉縞が、画面全体に一様に観測される。

このように、本実施例によれば、画面中央部から周辺
部までコントラストの高い干渉縞が正確な形状で観測さ
れ、収差等の存在によって干渉縞に部分的な曲がりなど
が観測される。

このようにして観測される干渉縞は、２つに分けられ
た光束の波面を、イメージローテータ106,107によって
光軸中心に相対的に略180度回転させてその差をとった
成分である。したがって、ビームスプリッタ105で分割
された光束の波面形状の差として検出される波面収差の
うち、光軸に対して180度非対称な成分であるコマ収差
は干渉縞として検出されるが、光軸に対して180度対称
であるデフォーカス成分や光軸に対して90度非対称な成
分である非点収差成分などは、互いに打消しあって全く
検出されない。

即ち、第4A図の実線は入射光高に対するコマ収差成分
を示し、破線は、実線成分を光軸まわりに180度回転し
た成分を示している。したがって、それらの差をとった
一点鎖線で示される成分は、 ΔW₃＝ΔW₁−ΔW₂ ＝ΔW₁−（−ΔW₁） ＝２ΔW₁ となり、実線成分の２倍の大きさとして検出される。

第4B図は光軸回りの回転角度に対するコマ収差の検出
感度を示しており、このように、２つの光束の波面を相
対的に略180度回転させることにより、光軸に180度非対
称なコマ収差成分は略２倍の感度で干渉縞に表れる。

なお、非点収差は、光軸を中心に略90度回転した断面
間で正負反転した成分を有する収差なので、イメージロ
ーテータ106,107による像回転角度を略90度にすれば、
この装置によって非点収差を検出することができる。

このようにしてコマ収差が検出されたら、干渉縞を観
測しながら、例えば干渉縞の曲がりが最も少なくなるよ
うに、光学ヘッド対物レンズ１の傾きを調整する。これ
によって、対物レンズ１の光軸を光ディスク又は調整用
マスターガラス板101に対して垂直にして、対物レンズ
１に含まれるコマ収差分も含めてコマ収差を最小にする
ことができる。

なお、上記実施例においてはフィルムを減光フィルタ
118として用いたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、干渉計に入射するレーザ光束の強度分布に比例
する減光を行う濃淡が形成されたものであればよく、例
えばフィルムの代りに乾板を用いたり、画像処理装置な
どでレーザ光束の強度分布を解析して、それにもとづい
て上記と同様の濃淡のあるフィルタを製造することもで
きる。

また、上記実施例の干渉計ではコマ収差の測定を行っ
たが、本発明はどのような目的の測定にでも適用するこ
とができる。

［発明の効果］ 本発明の干渉計によると、どのような強度分布を有す
る光束を用いても、中央部から周辺部まで明瞭なコント
ラストの干渉縞が形成されるので、広い範囲にわたって
干渉縞を明瞭に観測することができ、波面収差などを正
確に測定することができる。したがって、強度分布が顕
著なガウス分布をなすレーザダイオードを光源とする光
学式情報記録再生装置の波面収差測定などにおいて、特
に絶大な効果がある。しかも、単にフィルタを追加する
だけの簡単な構成なので、極めて低コストで実施するこ
とができる。

また、実時間で干渉縞を得ることができるので、干渉
縞を観測しながら被測定装置の波面収差を小さくする調
整を行う際などに、手の動きに干渉縞の変化が連動して
調整作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の干渉計の略示図、 第２図はその干渉計の部分略示図、 第3A図はその実施例によって得られる干渉縞の強度分布
の例を示す線図、 第3B図はその実施例によって得られる干渉縞の例を示す
略示図、 第4A図及び第4B図はコマ収差の特性を示す線図、 第５図はガウス分布をなす光束の強度分布を示す線図、 第６図は従来の干渉計によって得られる干渉縞の強度分
布の例を示す線図、 第７図及び第８図は従来の干渉計によって得られる干渉
縞の例を示す略示図である。 105……ビームスプリッタ、 115……シャッタ、 118……減光フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 9/00 G01M 11/00 - 11/02 G01B 9/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレントな光束をビームスプリッタで
   ２つの光路に分け、その各々の光路を通った光束を重ね
   合わせて干渉させて干渉縞を形成するようにした干渉計
   において、 上記ビームスプリッタで分けられた一方の光束の強度分
   布に比例する減光を行う濃淡が形成された減光フィルタ
   を、上記ビームスプリッタで分けられた一方の光束によ
   って露光されて現像された感光材により形成して、上記
   光束が重ね合わされている光路上に設けたことを特徴と
   する干渉計。