JP2933329B2 - 波面収差測定用干渉装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は波面収差測定用干渉装置に関し、特に、光デ
ィスク等の記憶媒体に対して情報の記録及び再生を行う
光学式情報記録再生装置などにおいて記憶媒体に照射さ
れるレーザ光束の波面収差の測定に適した、波面収差測
定用干渉装置に関するものである。

［従来の技術］ 光ディスク装置のピックアップ光学系等の波面収差測
定用干渉装置は、一般に、被測定光束をビームスプリッ
タによって２つに分け、その一方の光束を参照光として
使い、これと他方の光束とを干渉させて、そこで発生す
る干渉縞を観測することによって波面収差を測定するよ
うにしている。

このような干渉装置において、従来は、一方の光路に
ビームエキスパンダを設けて光束を拡大し、波面収差の
ほとんどない波面中央部を拡げることによって、波面収
差の除去された参照光として用いるラジアルシェアリン
グ法を用いた装置が知られている（例えば市販品ではザ
イゴ社のZYGO8100）。

この方法では光束の拡大比（以下「シェア比」と言
う）は10程度が必要であるため、倍率が10倍程度で収差
の補正されたビームエキスパンダが必要となる。また他
方の光路には例えばガラス板を設けて光路長と同じにし
て干渉性の確保をはかっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、10倍のビームエキスパンダは全長が大きくて
光路長が長くなり、干渉装置が外乱に対して不安定にな
るとともに装置が大型化する。また、例えばマルチモー
ドのレーザダイオードから出射されるレーザ光束のよう
に、複数の波長を含むレーザ光束の波面収差を測定する
ような場合には、従来の干渉装置ではビームエキスパン
ダを使用した参照光路のガラスの分散による干渉性の低
下を防ぐため、他方の光路のガラス板の厚さを微調整し
なければならないという欠点があった。

本発明は、そのような従来の欠点を解消し、装置がコ
ンパクトで安定性がよく、しかも複数の波長を含むレー
ザ光束の測定などにおいても鮮明な干渉縞を得て、波面
収差を正確に測定することのできる波面収差測定用干渉
装置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、本発明の波面収差測定用
干渉装置は、被測定光束を２つに分けるためのビームス
プリッタと、上記ビームスプリッタで分けられた一定の
光束を拡大するための拡大光学系と、上記ビームスプリ
ッタで分けられた他方の光束を縮小するために、上記拡
大光学系と同じ光学系を逆向きに配置した縮小光学系
と、上記拡大光学系を通過した光束と上記縮小光学系を
通過した光束とを干渉させて干渉縞を形成するための干
渉手段とを有することを特徴とする。

［作用］ 被測定光束をビームスプリッタによって２つに分ける
と、拡大光学系を通過した光束の波面は、波面収差のほ
とんどない波面の中央部付近が拡げられるので、縮小光
学系を通過した光束の波面に対してほぼ無収差の参照波
（以下単に「参照波」という）とみなすことができる。
そして、干渉手段によって縮小光学系を通過した光束を
干渉させて発生する干渉縞を観測することで波面収差を
測定することができる。

ここで本発明の縮小光学系は、拡大光学系と同じ光学
系を逆に配置したものなので、拡大光学系の従来の拡大
率（倍率）をｍとすると、縮小光学系は1/mとなる。

一方必要なシェア比をＳとすると、 Ｓ＝（拡大率）／（縮小率）＝m²となり 拡大光学系の倍率ｍはｍ＝Ｓ^1/2となり、例えばシェア
比Ｓを10とするとｍはｍ≒3.2となって、従来に比1/3以
下になる。このためビームエキスパンダの全長が短くな
る。

また、縮小光学系の光路長はどのような波長の光に対
しても拡大光学系と同じ光路長になる。従って、コヒー
レント光束中に複数の波長の光が混在していても、拡大
光学系を通過した光束と縮小光学系を通過した光束との
間で、波長別の分散の影響は完全に相殺されて、コント
ラストの高い干渉縞が形成される。

［実施例］ 図面を参照して、実施例を説明する。

第１図は波面収差測定用干渉装置を示している。図中
100は、光学式情報記録再生装置の光学ユニット101等に
設けられた光学ヘッド対物レンズであり、光ディスクな
どの記憶媒体に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。本実施例においては、こ
の光学ヘッド対物レンズ100から出射するレーザ光束の
波面収差を測定する場合を例にとって説明する。

１は、光学ヘッド対物レンズ100から出射されたレー
ザ光束を平行光束に変換するための対物レンズ。３は、
対物レンズ１の取付面であると同時に波面収差測定用干
渉装置の基準面であり、装置は、この基準面３を基準と
して傾き等が設定される。４は、光ディスクなどに相当
する厚みを有するカバーガラスであり、基準面３と平行
に配置されている。

５は、開口であり対物レンズ１の射出瞳の位置にあ
り、本実施例では、この開口５位置におけるレーザ光束
の波面（被測定波面）の波面収差の測定を行う。7,8
は、光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波長板であり、レーザ光束の偏光状態及び偏
光面の方向を調整するためのものである。

10はビームスプリッタであり、対物レンズ１からの入
射光束の光軸に対して45度の角度に半透面10aが形成さ
れている。対物レンズ１で平行光束にされたレーザ光束
は、この半透面10aによって、まっすぐに透過する光束
と、それと直角の方向に反射される光束との２光束に分
けられる。半透面10aの反射率は、２つの光路の光の強
度の違いによる干渉性の低下を防ぐため、例えばシェア
比が10程度であれば、10％程度とする。11は、ビームス
プリッタ10を透過したレーザ光束を遮蔽するために開閉
自在に設けられたシャッタである。

12Eは、短焦点レンズ12aと長焦点レンズ12bとの各焦
点位置をほぼ合致させて配列したビームエキスパンダで
あり短焦点レンズ12aを開口５側に配置して光束径を拡
大するための拡大光学系として用いられる（以下「拡大
光学系12E」という）。

16は、拡大光学系12Eを通過したレーザ光束を180度反
転した方向に平行に反射させるための第１直角プリズム
であり、ここで反射されたレーザ光束は、ビームスプリ
ッタ10に逆方向から入射して透過する。

一方、対物レンズ１からビームスプリッタ10に入射し
て半透面10aで反射されたレーザ光束は、縮小光学系12R
に入射する。この縮小光学系12Rは、拡大光学系12Eと同
じビームエキスパンダを長焦点レンズ12bが開口５側に
なるように配置したもの、例えば拡大光学系12Eと同じ
光学系を逆向きに配置したものであり、光束径を縮小す
るためのものである。

なお、拡大光学径12Eによる拡大率をｍとすると、縮
小光学系12Rによる波面の縮小率は1/mであるから、両光
学系12E,12Rを通過した光束間の相対的な拡大率すなわ
ちシェア比はm²であり、例えばm²＝10に設定される。

22は、縮小光学系12Rを通過したレーザ光束を180度反
転した方向に平行に反射させるための第２直角プリズム
であり、ビームスプリッタ10により分けられた２光束の
光路長を同じにして干渉性を良くするために、第１直角
プリズム16と全く同じ形状、材質等を有するものが用い
られると同時に、図示していない機構によって光軸方向
に微動することができる。

第２直角プリズム22で反射されてビームスプリッタの
半透面10aで反射されたレーザ光束は、第１直角プリズ
ム16を通過してビームスプリッタ10を透過するレーザ光
束と重なって、干渉縞を形成し第２図に示されるよう
に、反射プリズム24によって方向を変えられる。

第２図において、23は観測用結像レンズであり、縮小
光学12Rによってできた開口５の像を適当な倍率でTVカ
メラ26の撮像面26a上に結像するためのレンズである。
撮像面26a上での干渉縞は図示していないCRTモニタにて
観測することができる。なお、拡大光学系12Eを通過し
た光束も、もちろん観測用結像レンズ23を通ってTVカメ
ラ26の撮像面26aに達するわけであるが、第２図にはそ
の光束を示す線は図示が省略されている。

28は、観測用結像レンズ23を通過したレーザ光束の方
向を変えるためのミラー。30は、レーザ光束の強度を調
整するために軸中心に回転自在に設けられた２枚の偏光
フィルタである。

第１図にもどって、42は、ビームスプリッタ10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調整
するアライメントを行うための補助TVカメラであり、拡
大光学系12E及び縮小光学系12Rを通過してビームスプリ
ッタ10によって分けられた一部のレーザ光束が、アライ
メント用集束レンズ40によって補助TVカメラ42の撮像面
42aに集束される。

次に、上記波面収差測定用干渉装置の動作について説
明する。

まず、光学ユニット101を波面収差測定用干渉装置の
所定位置に取付け、光学ユニット101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、光学ヘッ
ド対物レンズ100によって集束させると、そのレーザ光
束は集束点からカバーガラス４を通過し、対物レンズ１
に入射して平行光束になって波面収差測定用干渉装置内
に入射する。

そして、波面収差測定を行う前に、まず補助TVカメラ
42に集束した２光束の集束点の位置が一致するように光
学系ユニット101の位置を調整する。そして、ビームス
プリッタ10によって分けられて拡大光学系12Eと縮小光
学系12Rとを通過した各レーザ光束が、同軸に重ね合わ
されるようにする。

次いで、シャッタ11を閉じると、ビームスプリッタ10
を透過する方のレーザ光束は遮蔽される。そして、半透
面10aで反射されて縮小光学系12Rを通過したレーザ光束
のみが、観測用結像レンズ23によって撮像面26aに結像
し、図示されていないモニタ等によってレーザ光束の強
度分布を観測することができる。

強度分布をチェックした後、シャッタ11を開くと、対
物レンズ１から入射してビームスプリッタ10を透過した
方のレーザ光束は、拡大光学系12Eによって拡大された
後、第１直角プリズム16で反射されてビームスプリッタ
10を透過する。一方、対物レンズ１から入射してビーム
スプリッタ10で反射された方のレーザ光束は、縮小光学
系12Rによって縮小された後、第２直角プリズム22で反
射されてビームスプリッタ10で反射され、拡大光学系12
Eを通過するレーザ光束と重なり合う。このとき、拡大
光学系12Eを通過したレーザ光束の波面は、波面収差の
ほとんどない中央部付近が拡げられるので、縮小光学系
12Rを通過したレーザ光束の波面に対しては、ほぼ平面
波とみなすことができ、参照光として用いられる。

こうして、重なり合ったレーザ光束は観測用結像レン
ズ23によって、TVカメラ26の撮像面26a上に導かれ、干
渉縞がモニタ（図示せず）等で観測される。

ここで、縮小光学系12Rは、拡大光学系12Eと同じビー
ムエキスパンダを逆向きに配置したものであり、拡大光
学系12Eと縮小光学系12Rの各光路長はどのような波長の
光に対しても全く同じになる。従って、レーザ光束中に
複数の波長の光が混在していても、拡大光学系12Eを通
過したレーザ光束と縮小光学系12Rを通過したレーザ光
束との間で波長別の分散の影響は完全に相殺されて干渉
縞が形成され、鮮明な干渉縞を形成することができる。

なお、干渉縞を高精度に観測する方法として、雑誌
「光学」（1984年２月、58頁）で紹介されているフリン
ジ走査方を用いることができる。すなわち、直角プリズ
ム16を光軸方向にピエゾ素子等で微動させ、その時のTV
カメラ26からの干渉信号を画像処理装置（図示せず）等
によって信号処理して、それによって波面収差を演算す
るのがよい。

また、拡大光学系12E側の光路が半透面10aを２回透過
するのに対し、縮小光学系12R側の光路は半透面10aで２
回反射されるので、半透面10aの透過率が90％の場合、
２つの光路の光量比は１対81になる。一方、縮小光学系
12Rに対する拡大光学系12Eの相対的な拡大率が10の場
合、２つの光束の断面積比は拡大光学系12Eが１に対し
て縮小光学系12Rが100になる。従って、拡大光学系12E
及び縮小光学系128を通過した各レーザ光束の撮像面26a
における照度の比は、81対100となり、２つのレーザ光
束の照度はほぼ同じになるので、コントラストの良好な
干渉縞を得ることができる。

なお、拡大／縮小光学系は上記実施例のタイプのもの
に限定されるものではなく、どのような光学系を用いて
もよい。

［発明の効果］ 本発明の波面収差測定用干渉装置によると、ビームエ
キスパンダを小さくすることができて、コンパクトな装
置で安定した干渉縞を得ることができ、しかも、コヒー
レント光束中に複数の波長の光が含まれていても、ビー
ムスプリッタによって分けられた２つの光路が総ての波
長毎に全く同じ光路長となるので、分散の影響を２光路
で完全に相殺して干渉させることができ、鮮明な干渉縞
を形成して、波面収差の測定を正確に行うことのできる
優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は波面収差測定用干渉装置の略示図、 第２図は波面周射測定用干渉装置の部分略示図である。 １……対物レンズ、５……開口、10……ビームスプリッ
タ、12E……拡大光学系、12R……縮小光学系、16……第
１直角プリズム、22……第２直角プリズム、23……観測
用結像レンズ、26……TVカメラ、26a……撮像面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 壹岐 誠 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭 光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−178635（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 9/00 - 9/04 G01M 11/00 - 11/02 G01B 9/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定光束を２つに分けるためのビームス
   プリッタと、 上記ビームスプリッタで分けられた一方の光束を拡大す
   るための拡大光学系と、 上記ビームスプリッタで分けられた他方の光束を縮小す
   るために、上記拡大光学系と同じ光学系を逆向きに配置
   した縮小光学系と、 上記拡大光学系を通過した光束と上記縮小光学系を通過
   した光束とを干渉させて干渉縞を形成するための干渉手
   段と を有することを特徴とする波面収差測定用干渉装置。