JP3702733B2 - 光学検査装置のアライメント方法およびその機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの平面度や収差を検査測定するための干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント方法およびその機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置の基幹部品である光ピックアップに使用されるレンズを検査測定する際の測定方法として、例えば図２、図３に示すようなフィゾー干渉計の原理に基づいて透過波面や反射波面などの収差を検査測定する方法が用いられているが、この方法は、照射光により被検査レンズに発生する干渉縞の調整を行うためのアライメント方法および機構を必要とするものである。
【０００３】
以下、光学検査装置および検査測定動作などについて図面を用いて説明する。図２はフィゾー干渉計の原理を示した要部模式図、図３（ａ）は被検査レンズをフィゾー干渉計で検査測定する場合の光路図、図３（ｂ）は同被検査レンズを第１面側から見た正面図、図４（ａ）〜（ｄ）は被検査レンズに発生する干渉縞を説明する模式図、そして図６は従来におけるフィゾー干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント機構の要部構成斜視図である。
【０００４】
図２において、１０はフィゾー干渉計であり、レーザー８から放射されたレーザー光１３すなわち照射光は、一度収束されてハーフミラー７を透過しコリメートレンズ６により平行ビームとなる。この平行ビームはレーザー光１３の位相を整える１／４波長板５、および検査測定の反射による基準波面を発生する半透明の基準平面４を透過して被検査レンズ１に照射され、その透過光は製品の光ピックアップの保護膜に相当するカバーガラス３を透過し、被検査レンズ１の光軸１４における所定の位置に調整し設置されて、曲率中心１２が光軸１４に設定された参照球面２により反射される。
【０００５】
前記の反射光は前記で説明した光路を逆方向に経由して、ハーフミラー７で反射されて認識カメラ９に収束して照射される。そして、前記認識カメラ９の出力を調整用のモニター１１で映像化することにより干渉縞を観測し測定することができ、また、認識カメラ９の出力を画像解析装置（図示せず）に入力して、干渉縞の画像を任意に画像処理することができる。
【０００６】
図３（ａ）において、４２は被検査レンズ１の第１面４１における有効径領域、４３は有効径外領域、４４は有効径外領域４３の外周であるフラット部であり、被検査レンズ１における光軸１４に対して垂直な面である。同じく４６は被検査レンズ１の第２面４５における有効径領域、４７は有効径外領域、そして４８は有効径外領域４７の外周であるフラット部である。
【０００７】
図３（ｂ）においても同様に、４２のハッチング部分が被検査レンズ１の第１面４１における有効径領域、４４はフラット部である。
【０００８】
図４は被検査レンズ１のフラット部および有効径領域に発生する干渉縞の例を示しており、５１はフラット部に発生するフラット部の干渉縞、５２はフラット部の干渉縞ヌル状態であり、調整すなわちアライメントが行われて干渉縞の縞数が１本未満となった状態である。そして、５３は有効径領域の干渉縞であり、５４は有効径領域の干渉縞ヌル状態であり、同じく干渉縞の縞数が１本未満となった状態である。
【０００９】
以下、前記の構成および動作で被検査レンズ１により発生する干渉縞を調整する方法について説明する。被検査レンズ１のフラット部４４では照射光であるレーザー光１３の一部が反射し、基準平面４からの反射光と干渉して、例えば図４（ａ）に示すフラット部の干渉縞５１が発生する。
【００１０】
フラット部の干渉縞５１は基準平面４とフラット部４４が平行な位置関係に被検査レンズ１と基準平面４がアライメントされると、図４（ｂ）に示すフラット部の干渉縞ヌル状態５２のように干渉縞がヌル状態となる。従って、被検査レンズ１のフラット部４４におけるフラット部の干渉縞５１が変化してフラット部の干渉縞ヌル状態５２となるように、フラット部４４の位置や傾きを図６に示すアライメント機構における調整ネジ６７，６８を操作して調整ステージ６１により調整する。次に、被検査レンズ１の有効径領域４６を透過したレーザー光１３は、参照球面２により反射されて反対方向から再び被検査レンズ１を透過する。この透過光と基準平面４からの反射光とが干渉して被検査レンズ１の有効径領域４２に図４（ｃ）で示す有効径領域の干渉縞５３が発生する。
【００１１】
被検査レンズ１の光軸１４が参照球面２の光軸５７に一致し、参照球面２の曲率中心１２と被検査レンズ１の焦点位置が一致するような関係、すなわちアライメントされると、図４（ｄ）に示す有効径領域の干渉縞ヌル状態５４のように干渉縞がヌル状態となるのである。
【００１２】
すなわち、有効径領域４２における有効径領域の干渉縞５３がヌル状態となるように、図６に示すアライメント機構における参照球面２の位置Ｘ，Ｙ、およびＺ、さらには傾きを、ＸおよびＹ軸調整ネジ６３，６４およびＺ軸調整ネジ６６、そして調整ネジ３１，３２の操作により、ＸＹ２軸ステージ６２およびＺ軸ステージ６５を調整し設定するのである。
【００１３】
干渉縞をヌル状態に調整した後、フィゾー干渉計１０における出力である認識カメラ９の画像信号を利用して、波面収差計算における測定領域を被検査レンズ１の有効径領域４２の位置に合せて設定し、被検査レンズ１の平面度や収差の検査測定を行う。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のアライメント方法およびその機構では、被検査レンズ１を載置した位置に合せて、参照球面２を移動や傾けによる調整を行うことにより干渉縞の調整を行うため、参照球面２の曲率中心１２の位置により決定される光軸１４，５７の位置が検査測定毎に変動することになり、認識カメラ９によるモニター１１の画像上では被検査レンズ１の位置バラツキが発生することになる。従って、被検査レンズ１の測定領域の設定を検査測定毎に設定し直す必要があり、工数を要するとともに、測定領域の設定位置にバラツキが発生し、その結果、測定精度が低下する。
【００１５】
また、カバーガラス３は参照球面２と隣接し一体として取付けられており、カバーガラス３の位置や傾きを調整することにより、参照球面２の位置や傾きも変動するものであり、測定領域の位置をカバーガラス３の取付け毎に変更し設定する必要があり、調整工数を要するとともに、測定領域の設定位置にバラツキが発生し、同じく測定精度が低下する。
【００１６】
さらにまた、被検査レンズ１のフラット部４４，４８と基準平面４が平行な位置関係となるように、被検査レンズ１の位置や傾きを調整する際には、被検査レンズ１の中心位置が変化するために、認識カメラ９による画像上では、Ｘ，Ｙ方向にずれが発生することになり、その結果、被検査レンズ１の移動や傾けによる調整量が大きくなり工数が増大する。
【００１７】
一方、測定領域の設定は、干渉縞を調整した後、フィゾー干渉計１０から出力される認識カメラ９の画像を利用して、波面収差計算における測定領域を被検査レンズ１の有効径領域４２，４６の位置に合せて調整者が設定していたが、それは調整者の目視による位置合せであるため、個人差を含めて設定位置にバラツキを発生し、測定精度が低下するという課題を有していた。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決しようとするものであり、干渉計による検査測定において、アライメントの工数を削減し、測定精度の優れた光学検査装置のアライメント方法およびその機構を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の光学検査装置のアライメント方法は、第１の光学部材の基準平面を反射した波面と、第２の光学部材の参照球面を反射した波面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第１の干渉縞を形成し、前記第１の干渉縞の中心位置を確定するステップと、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した波面と、前記基準平面を反射した前記波面とにより形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の光学部材の基準平面を反射した波面と、第２の光学部材の参照球面を反射した波面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第１の干渉縞を形成し、前記第１の干渉縞の中心位置を確定するステップと、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した波面と、前記基準平面を反射した前記波面とにより形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含む光学検査装置のアライメント方法であり、参照球面の位置が確定され、参照球面の頂点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定でき、測定毎の測定領域の設定が不要になり、また、被検査レンズの位置精度を高め、検査精度を向上させるという作用を有する。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、基台に固定され、干渉計からの照射光を反射および透過する基準平面を有する第１の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材を透過した前記照射光を反射する参照球面を有し、Ｚ軸（光軸）方向にのみ調整移動可能で、基台に固定された第２の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持される被検査レンズを透過した透過波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面との間で形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズを調整設定する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸周りに調整可能に支持する第１の調整手段と、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸方向に調整可能に支持する第２の調整手段とを含むことを特徴とする光学検査装置のアライメント機構であり、参照球面の位置が確定され、参照球面の頂点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定でき、測定毎の測定領域の設定が不要で、３次元の微調整が容易になり、被検査レンズの微調整が高精度になるという作用を有する。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、第１の調整手段がジンバル式で、被検査レンズの中心で回転させて調整できることを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構としたものであり、被検査レンズの傾きを調整した場合でも被検査レンズの中心位置は変化せず、被検査レンズの光軸は不動であるという作用を有する。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、被検査レンズと第２の光学部材の間に板状の第３の光学部材を設け、前記第３の光学部材を前記被検査レンズの光軸にほぼ直交する軸周りに調整可能に支持する第４の調整手段を介して前記第２の光学部材と分離して基台に固定することを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構としたものであり、参照球面の所定の位置を変化させることなく、第３の光学部材の光軸方向の位置や傾きを調整可能にするという作用を有する。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、第１の干渉縞の中心位置を干渉計に接続する画像解析手段により算出して確定することを特徴とする請求項１記載の光学検査装置のアライメント方法としたものであり、参照球面の光軸および頂点の位置を正確に求めることができ、高精度な測定領域の設定が可能になるという作用を有する。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図５の図面を用いて説明する。なお、従来の技術において説明した構成部材は同一の符号を付与し詳細な説明は省略する。図１は本発明の実施の形態における干渉縞調整用のアライメント機構の要部構成斜視図である。図５（ａ）は参照球面の頂点を説明する要部構成図、図５（ｂ）は画面中央に干渉縞を設定したモニター画面の拡大図である。
【００２７】
図１において、３１および３２は対称な位置に配置され、カバーガラス（第３の光学部材）３を載置した取付ホルダー２１の傾きを調整する調整ネジ（第４の調整手段）であり、基台２０ｃに固定してある。３３および３４は互いに直角となる線上に配置され被検査レンズ１を載置したジンバル式の調整ステージ（第１の調整手段）２７の傾きを調整する調整ネジ（第１の調整手段）である。
【００２８】
２２は被検査レンズ１を載置し、ＸおよびＹ方向に移動自在でかつその位置調整を行うＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）であり、調整ステージ（第１の調整手段）２７を支持し、基台２０ａに固定してある。また、図示していないが、基準平面を有する第１の光学部材も、基台２０ａに固定してある。２３および２４は調整ネジ（第１の調整手段）３３，３４に対向して配置され、被検査レンズ１の位置調整を行うＸ軸調整ネジ（第２の調整手段）、Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）である。
【００２９】
２８は一端に参照球面２を固着した固定保持板、そして２５は上端に前記固定保持板２８の他端を結合し、Ｚ軸調整ネジ２６（第３の調整手段）の操作により駆動されてＺ方向（後述する光軸１４のみ）に移動自在で、第２の光学部材に有する参照球面２の位置や傾きの調整を行うＺ軸ステージ（第３の調整手段）であり、基台２０ｂに固定してある。
【００３０】
尚、基台２０ｃは基台２０ｂに、基台２０ｂは基台２０ａに、それぞれ固定してある。
【００３１】
また、１４は前記で説明した被検査レンズ１における光軸である。
【００３２】
図５（ａ）は前記で説明した図２の模式図から被検査レンズ１あるいは被検査レンズ１とカバーガラス３を取除いた要部構成を示しており、図５（ａ）において、５５は参照球面２の頂点であって照射光であるレーザー光１３と参照球面２の内接線と垂直に交わる参照球面２の内面上の点であり、５６は参照球面２の頂点付近の干渉縞、そして５７は参照球面２の光軸であって参照球面２の頂点５５を通過してレーザー光１３の出力方向に平行な軸である。
【００３３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のモニター画面１１ａの拡大図であり、画面中央に干渉縞（第１の干渉縞）を設定した状態のものである。
【００３４】
次に、前記構成における干渉縞の調整すなわちアライメント方法について説明する。従来の技術において説明したように、図５（ａ）に示すように被検査レンズ１、あるいは被検査レンズ１とカバーガラス（第３の光学部材）３を取除いた状態では、参照球面２の頂点５５付近に円形状の参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６が発生する。この参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６は参照球面２の頂点５５の付近からの反射光と第１の干渉縞に有する基準平面４からの反射光の干渉により発生し、参照球面２における内側の球面形状に依存する同心円状となる。
【００３５】
前記同心円状である参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６の中心座標が参照球面２の頂点５５の座標となるのであり、この参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６の濃淡画像から画像解析手段により画像処理を行って円形状を抽出し、円形状の中心座標（中心位置）から参照球面２における頂点５５の画像上の座標（頂点座標）を求めるのである。
【００３６】
前記頂点座標を具体的に求めるには、まず、画像処理の手法により干渉縞画像を適当な閾値で２値化し、同心円状の干渉縞から中央の円形状の縞を抽出した後、この中央の円形状の重心座標を求める方法、または円形状の縞に対して外接円、内接円、あるいは最小自乗法による円形状への近似円を生成してその中心座標を求める方法、または円形状の干渉縞を濃淡画像のままか、もしくは適当な閾値で画像を２値化し、パターンマッチング手法により座標を抽出し、その検出座標から参照球面２の頂点座標を算出する方法などにより行うことができる。
【００３７】
前記で得られた頂点座標を中心座標（中心位置）とした平面度や収差の検査測定を行うために、例えば円形状の測定領域を設定する。なお、前記測定領域の大きさは、被検査レンズ１の設計仕様により一義に定められる。
【００３８】
この設定は、被検査レンズ１の検査測定の前に予め１度行うだけでもよく、また測定領域の設定は、前記で説明した画像処理の手法によらなくても、設計仕様で定められる有効径領域の機械的寸法により設定が可能であり、さらにまた、収差が既知のレンズを収差測定することなどにより、測定領域の位置や大きさを微調整することにより可能となるのである。また、図５（ｂ）に示すように、前記で説明した参照球面の頂点座標をモニター１１の画面のほぼ中央に設定する場合は、基準平面４と参照球面２の相対位置を、適時、相対位置調整手段等により任意に調整して、中心座標（中心位置）を求めてもよい。
【００３９】
次に、被検査レンズ１を取除いた状態で、カバーガラス（第３の光学部材）３用の調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２を操作して、カバーガラス（第３の光学部材）３の反射光と基準平面４の反射光によって生じる干渉縞がヌル状態となるように、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きを調整する。
【００４０】
カバーガラス（第３の光学部材）３用の取付ホルダー２１と参照球面２の固定保持板２８とは直接結合されていないため（カバーガラス（第３の光学部材）３の調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２を介している）、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整により、参照球面２の光軸方向の位置が所定の位置（頂点座標を求めた位置）からずれることはない。
【００４１】
その後、被検査レンズ１を調整ステージ（第１の調整手段）２７に載置し照射光であるレーザー光１３を照射すると、被検査レンズ１のフラット部４４に図４（ａ）に示すフラット部の干渉縞５１が発生する。そこで、被検査レンズ１用の調整ネジ（第１の調整手段）３３，３４を操作して、干渉縞が図４（ｂ）に示すフラット部の干渉縞ヌル状態５２となるように、調整ステージ（第１の調整手段）２７の位置や傾きを調整する。
【００４２】
なお、被検査レンズ１用の傾き調整機構をジンバル方式とすることにより、被検査レンズ１の中心で回転させて調整することになるため、被検査レンズ１のＸ，Ｙ方向の位置ずれが少なく、連続して異なる被検査レンズ１の検査測定を行う際、被検査レンズ１の移動や傾けによる調整量が少なく、図４（ｃ）に示す有効径領域４２における有効径領域の干渉縞５３の表出が容易、すなわち調整設定が容易で工数が少なくなるのである。
【００４３】
次に被検査レンズ１の光軸１４を参照球面２の光軸５７に一致させるために近づけると、被検査レンズ１の有効径領域４２に図４（ｃ）に示す有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）５３が発生する。そして、被検査レンズ１と参照球面２のアライメントは被検査レンズ１の光軸１４を参照球面２の光軸５７に一致させるように、被検査レンズ１の位置を被検査レンズ１の位置調整用であるＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）２２のＸ軸調整ネジ（第２の調整手段）２３、Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）２４の操作により移動調整するとともに、参照球面２の半径と被検査レンズ１からの透過光である球状波面の半径とが一致する高さに、参照球面２の光軸方向の位置を参照球面２の位置調整用であるＺ軸ステージ（第３の調整手段）２５のＺ軸調整ネジ（第３の調整手段）２６の操作により移動調整する。
【００４４】
実際には、被検査レンズ１の有効径領域４２に発生する図４（ｃ）に示す有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）５３を最少とするように参照球面２を光軸方向に移動調整し、図４（ｄ）に示す有効径領域の干渉縞ヌル状態５４となるように設定するのである。
【００４５】
尚、ここで、参照球面２を固定して、被検査レンズ１をＺ軸方向に調整して、干渉縞ヌル状態５４を表出させてもよい。
【００４６】
また、ＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）２２およびＺ軸ステージ（第３の調整手段）２５はマイクロメータのスピンドルにより微調整したり、高分解能の移動量が可能なアクチュエータで自動的に調整する。以上のように干渉縞を調整設定した後、被検査レンズ１の平面度や収差測定を行うのである。
【００４７】
すなわち、カバーガラス（第３の光学部材）３は取付けの際に、フィゾー干渉計１０から照射されるレーザー光１３の出力方向と垂直になるように、光軸方向の位置や傾きを調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２により操作して調整する必要があるが、参照球面２の取付部である固定保持板２８とは機械的に分離したカバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整機構とする構成にすれば、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整時に、参照球面２の所定の位置（頂点座標を求めた位置）が変化することは無く、継続して参照球面２の所定の位置（頂点座標を求めた位置）を設定し固定することができ、その結果、測定領域の設定時に、測定領域の位置調整が不要になる。その結果、調整の工数が削減され、調整のバラツキを抑制でき、検査測定の精度が高くなるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、干渉縞の調整設定後、測定領域の位置設定を検査測定毎に行う必要性が無く、測定領域における位置設定のバラツキを抑制でき、また、被検査レンズの位置精度を高め、検査精度を向上させるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における干渉縞調整用のアライメント機構の要部構成斜視図
【図２】フィゾー干渉計の原理を示した要部模式図
【図３】（ａ）同被検査レンズをフィゾー干渉計で検査測定する場合の光路図（ｂ）同被検査レンズを第１面側から見た正面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）同被検査レンズに発生する干渉縞を説明する模式図
【図５】（ａ）同参照球面の頂点を説明する要部構成図（ｂ）画面中央に干渉縞を設定したモニター画面の拡大図
【図６】従来におけるフィゾー干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント機構の要部構成斜視図
【符号の説明】
１ 被検査レンズ
２ 参照球面
３ カバーガラス（第３の光学部材）
４ 基準平面
５ １／４波長板
６ コリメートレンズ
７ ハーフミラー
８ レーザー
９ 認識カメラ
１０ フィゾー干渉計
１１ モニター（画像処理解析手段）
１２ 曲率中心
１３ レーザー光
１４ 光軸
２０ａ 基台
２０ｂ 基台
２０ｃ 基台
２１ 取付ホルダー
２２ ＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）
２３ Ｘ軸調整ネジ（第２の調整手段）
２４ Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）
２５ Ｚ軸ステージ（第３の調整手段）
２６ Ｚ軸調整ネジ（第３の調整手段）
２７ 調整ステージ（第１の調整手段）
２８ 固定保持板
３１ 調整ネジ（第４の調整手段）
３２ 調整ネジ（第４の調整手段）
３３ 調整ネジ（第１の調整手段）
３４ 調整ネジ（第１の調整手段）
４１ 第１面
４２ 有効径領域
４３ 有効径外領域
４４ フラット部
４５ 第２面
４６ 有効径領域
４７ 有効径外領域
４８ フラット部
５１ フラット部の干渉縞
５２ フラット部の干渉縞ヌル状態
５３ 有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）
５４ 有効径領域の干渉縞ヌル状態（第２の干渉縞）
５５ 頂点
５６ 参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）
５７ 光軸
６１ 調整ステージ
６２ ＸＹ２軸ステージ
６３ Ｘ軸調整ネジ
６４ Ｙ軸調整ネジ
６５ Ｚ軸ステージ
６６ Ｚ軸調整ネジ
６７ 調整ネジ
６８ 調整ネジ
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの平面度や収差を検査測定するための干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント方法およびその機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスク装置の基幹部品である光ピックアップに使用されるレンズを検査測定する際の測定方法として、例えば図２、図３に示すようなフィゾー干渉計の原理に基づいて透過波面や反射波面などの収差を検査測定する方法が用いられているが、この方法は、照射光により被検査レンズに発生する干渉縞の調整を行うためのアライメント方法および機構を必要とするものである。
【０００３】
以下、光学検査装置および検査測定動作などについて図面を用いて説明する。図２はフィゾー干渉計の原理を示した要部模式図、図３（ａ）は被検査レンズをフィゾー干渉計で検査測定する場合の光路図、図３（ｂ）は同被検査レンズを第１面側から見た正面図、図４（ａ）〜（ｄ）は被検査レンズに発生する干渉縞を説明する模式図、そして図６は従来におけるフィゾー干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント機構の要部構成斜視図である。
【０００４】
図２において、１０はフィゾー干渉計であり、レーザー８から放射されたレーザー光１３すなわち照射光は、一度収束されてハーフミラー７を透過しコリメートレンズ６により平行ビームとなる。この平行ビームはレーザー光１３の位相を整える１／４波長板５、および検査測定の反射による基準波面を発生する半透明の基準平面４を透過して被検査レンズ１に照射され、その透過光は製品の光ピックアップの保護膜に相当するカバーガラス３を透過し、被検査レンズ１の光軸１４における所定の位置に調整し設置されて、曲率中心１２が光軸１４に設定された参照球面２により反射される。
【０００５】
前記の反射光は前記で説明した光路を逆方向に経由して、ハーフミラー７で反射されて認識カメラ９に収束して照射される。そして、前記認識カメラ９の出力を調整用のモニター１１で映像化することにより干渉縞を観測し測定することができ、また、認識カメラ９の出力を画像解析装置（図示せず）に入力して、干渉縞の画像を任意に画像処理することができる。
【０００６】
図３（ａ）において、４２は被検査レンズ１の第１面４１における有効径領域、４３は有効径外領域、４４は有効径外領域４３の外周であるフラット部であり、被検査レンズ１における光軸１４に対して垂直な面である。同じく４６は被検査レンズ１の第２面４５における有効径領域、４７は有効径外領域、そして４８は有効径外領域４７の外周であるフラット部である。
【０００７】
図３（ｂ）においても同様に、４２のハッチング部分が被検査レンズ１の第１面４１における有効径領域、４４はフラット部である。
【０００８】
図４は被検査レンズ１のフラット部および有効径領域に発生する干渉縞の例を示しており、５１はフラット部に発生するフラット部の干渉縞、５２はフラット部の干渉縞ヌル状態であり、調整すなわちアライメントが行われて干渉縞の縞数が１本未満となった状態である。そして、５３は有効径領域の干渉縞であり、５４は有効径領域の干渉縞ヌル状態であり、同じく干渉縞の縞数が１本未満となった状態である。
【０００９】
以下、前記の構成および動作で被検査レンズ１により発生する干渉縞を調整する方法について説明する。被検査レンズ１のフラット部４４では照射光であるレーザー光１３の一部が反射し、基準平面４からの反射光と干渉して、例えば図４（ａ）に示すフラット部の干渉縞５１が発生する。
【００１０】
フラット部の干渉縞５１は基準平面４とフラット部４４が平行な位置関係に被検査レンズ１と基準平面４がアライメントされると、図４（ｂ）に示すフラット部の干渉縞ヌル状態５２のように干渉縞がヌル状態となる。従って、被検査レンズ１のフラット部４４におけるフラット部の干渉縞５１が変化してフラット部の干渉縞ヌル状態５２となるように、フラット部４４の位置や傾きを図６に示すアライメント機構における調整ネジ６７，６８を操作して調整ステージ６１により調整する。次に、被検査レンズ１の有効径領域４６を透過したレーザー光１３は、参照球面２により反射されて反対方向から再び被検査レンズ１を透過する。この透過光と基準平面４からの反射光とが干渉して被検査レンズ１の有効径領域４２に図４（ｃ）で示す有効径領域の干渉縞５３が発生する。
【００１１】
被検査レンズ１の光軸１４が参照球面２の光軸５７に一致し、参照球面２の曲率中心１２と被検査レンズ１の焦点位置が一致するような関係、すなわちアライメントされると、図４（ｄ）に示す有効径領域の干渉縞ヌル状態５４のように干渉縞がヌル状態となるのである。
【００１２】
すなわち、有効径領域４２における有効径領域の干渉縞５３がヌル状態となるように、図６に示すアライメント機構における参照球面２の位置Ｘ，Ｙ、およびＺ、さらには傾きを、ＸおよびＹ軸調整ネジ６３，６４およびＺ軸調整ネジ６６、そして調整ネジ３１，３２の操作により、ＸＹ２軸ステージ６２およびＺ軸ステージ６５を調整し設定するのである。
【００１３】
干渉縞をヌル状態に調整した後、フィゾー干渉計１０における出力である認識カメラ９の画像信号を利用して、波面収差計算における測定領域を被検査レンズ１の有効径領域４２の位置に合せて設定し、被検査レンズ１の平面度や収差の検査測定を行う。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のアライメント方法およびその機構では、被検査レンズ１を載置した位置に合せて、参照球面２を移動や傾けによる調整を行うことにより干渉縞の調整を行うため、参照球面２の曲率中心１２の位置により決定される光軸１４，５７の位置が検査測定毎に変動することになり、認識カメラ９によるモニター１１の画像上では被検査レンズ１の位置バラツキが発生することになる。従って、被検査レンズ１の測定領域の設定を検査測定毎に設定し直す必要があり、工数を要するとともに、測定領域の設定位置にバラツキが発生し、その結果、測定精度が低下する。
【００１５】
また、カバーガラス３は参照球面２と隣接し一体として取付けられており、カバーガラス３の位置や傾きを調整することにより、参照球面２の位置や傾きも変動するものであり、測定領域の位置をカバーガラス３の取付け毎に変更し設定する必要があり、調整工数を要するとともに、測定領域の設定位置にバラツキが発生し、同じく測定精度が低下する。
【００１６】
さらにまた、被検査レンズ１のフラット部４４，４８と基準平面４が平行な位置関係となるように、被検査レンズ１の位置や傾きを調整する際には、被検査レンズ１の中心位置が変化するために、認識カメラ９による画像上では、Ｘ，Ｙ方向にずれが発生することになり、その結果、被検査レンズ１の移動や傾けによる調整量が大きくなり工数が増大する。
【００１７】
一方、測定領域の設定は、干渉縞を調整した後、フィゾー干渉計１０から出力される認識カメラ９の画像を利用して、波面収差計算における測定領域を被検査レンズ１の有効径領域４２，４６の位置に合せて調整者が設定していたが、それは調整者の目視による位置合せであるため、個人差を含めて設定位置にバラツキを発生し、測定精度が低下するという課題を有していた。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決しようとするものであり、干渉計による検査測定において、アライメントの工数を削減し、測定精度の優れた光学検査装置のアライメント方法およびその機構を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の光学検査装置のアライメント方法は、第１の光学部材の基準平面を反射した波面と、第２の光学部材の参照球面を反射した波面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第１の干渉縞を形成し、前記第１の干渉縞の中心位置を確定するステップと、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した波面と、前記基準平面を反射した前記波面とにより形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１の光学部材の基準平面を反射した波面と、第２の光学部材の参照球面を反射した波面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第１の干渉縞を形成し、前記第１の干渉縞の中心位置を確定するステップと、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した波面と、前記基準平面を反射した前記波面とにより形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含む光学検査装置のアライメント方法であり、参照球面の位置が確定され、参照球面の頂点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定でき、測定毎の測定領域の設定が不要になり、また、被検査レンズの位置精度を高め、検査精度を向上させるという作用を有する。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、基台に固定され、干渉計からの照射光を反射および透過する基準平面を有する第１の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材を透過した前記照射光を反射する参照球面を有し、Ｚ軸（光軸）方向にのみ調整移動可能で、基台に固定された第２の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持される被検査レンズを透過した透過波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面との間で形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズを調整設定する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸周りに調整可能に支持する第１の調整手段と、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸方向に調整可能に支持する第２の調整手段とを含むことを特徴とする光学検査装置のアライメント機構であり、参照球面の位置が確定され、参照球面の頂点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定でき、測定毎の測定領域の設定が不要で、３次元の微調整が容易になり、被検査レンズの微調整が高精度になるという作用を有する。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、第１の調整手段がジンバル式で、被検査レンズの中心で回転させて調整できることを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構としたものであり、被検査レンズの傾きを調整した場合でも被検査レンズの中心位置は変化せず、被検査レンズの光軸は不動であるという作用を有する。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、被検査レンズと第２の光学部材の間に板状の第３の光学部材を設け、前記第３の光学部材を前記被検査レンズの光軸にほぼ直交する軸周りに調整可能に支持する第４の調整手段を介して前記第２の光学部材と分離して基台に固定することを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構としたものであり、参照球面の所定の位置を変化させることなく、第３の光学部材の光軸方向の位置や傾きを調整可能にするという作用を有する。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、第１の干渉縞の中心位置を干渉計に接続する画像解析手段により算出して確定することを特徴とする請求項１記載の光学検査装置のアライメント方法としたものであり、参照球面の光軸および頂点の位置を正確に求めることができ、高精度な測定領域の設定が可能になるという作用を有する。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図５の図面を用いて説明する。なお、従来の技術において説明した構成部材は同一の符号を付与し詳細な説明は省略する。図１は本発明の実施の形態における干渉縞調整用のアライメント機構の要部構成斜視図である。図５（ａ）は参照球面の頂点を説明する要部構成図、図５（ｂ）は画面中央に干渉縞を設定したモニター画面の拡大図である。
【００２７】
図１において、３１および３２は対称な位置に配置され、カバーガラス（第３の光学部材）３を載置した取付ホルダー２１の傾きを調整する調整ネジ（第４の調整手段）であり、基台２０ｃに固定してある。３３および３４は互いに直角となる線上に配置され被検査レンズ１を載置したジンバル式の調整ステージ（第１の調整手段）２７の傾きを調整する調整ネジ（第１の調整手段）である。
【００２８】
２２は被検査レンズ１を載置し、ＸおよびＹ方向に移動自在でかつその位置調整を行うＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）であり、調整ステージ（第１の調整手段）２７を支持し、基台２０ａに固定してある。また、図示していないが、基準平面を有する第１の光学部材も、基台２０ａに固定してある。２３および２４は調整ネジ（第１の調整手段）３３，３４に対向して配置され、被検査レンズ１の位置調整を行うＸ軸調整ネジ（第２の調整手段）、Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）である。
【００２９】
２８は一端に参照球面２を固着した固定保持板、そして２５は上端に前記固定保持板２８の他端を結合し、Ｚ軸調整ネジ２６（第３の調整手段）の操作により駆動されてＺ方向（後述する光軸１４のみ）に移動自在で、第２の光学部材に有する参照球面２の位置や傾きの調整を行うＺ軸ステージ（第３の調整手段）であり、基台２０ｂに固定してある。
【００３０】
尚、基台２０ｃは基台２０ｂに、基台２０ｂは基台２０ａに、それぞれ固定してある。
【００３１】
また、１４は前記で説明した被検査レンズ１における光軸である。
【００３２】
図５（ａ）は前記で説明した図２の模式図から被検査レンズ１あるいは被検査レンズ１とカバーガラス３を取除いた要部構成を示しており、図５（ａ）において、５５は参照球面２の頂点であって照射光であるレーザー光１３と参照球面２の内接線と垂直に交わる参照球面２の内面上の点であり、５６は参照球面２の頂点付近の干渉縞、そして５７は参照球面２の光軸であって参照球面２の頂点５５を通過してレーザー光１３の出力方向に平行な軸である。
【００３３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のモニター画面１１ａの拡大図であり、画面中央に干渉縞（第１の干渉縞）を設定した状態のものである。
【００３４】
次に、前記構成における干渉縞の調整すなわちアライメント方法について説明する。従来の技術において説明したように、図５（ａ）に示すように被検査レンズ１、あるいは被検査レンズ１とカバーガラス（第３の光学部材）３を取除いた状態では、参照球面２の頂点５５付近に円形状の参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６が発生する。この参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６は参照球面２の頂点５５の付近からの反射光と第１の干渉縞に有する基準平面４からの反射光の干渉により発生し、参照球面２における内側の球面形状に依存する同心円状となる。
【００３５】
前記同心円状である参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６の中心座標が参照球面２の頂点５５の座標となるのであり、この参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）５６の濃淡画像から画像解析手段により画像処理を行って円形状を抽出し、円形状の中心座標（中心位置）から参照球面２における頂点５５の画像上の座標（頂点座標）を求めるのである。
【００３６】
前記頂点座標を具体的に求めるには、まず、画像処理の手法により干渉縞画像を適当な閾値で２値化し、同心円状の干渉縞から中央の円形状の縞を抽出した後、この中央の円形状の重心座標を求める方法、または円形状の縞に対して外接円、内接円、あるいは最小自乗法による円形状への近似円を生成してその中心座標を求める方法、または円形状の干渉縞を濃淡画像のままか、もしくは適当な閾値で画像を２値化し、パターンマッチング手法により座標を抽出し、その検出座標から参照球面２の頂点座標を算出する方法などにより行うことができる。
【００３７】
前記で得られた頂点座標を中心座標（中心位置）とした平面度や収差の検査測定を行うために、例えば円形状の測定領域を設定する。なお、前記測定領域の大きさは、被検査レンズ１の設計仕様により一義に定められる。
【００３８】
この設定は、被検査レンズ１の検査測定の前に予め１度行うだけでもよく、また測定領域の設定は、前記で説明した画像処理の手法によらなくても、設計仕様で定められる有効径領域の機械的寸法により設定が可能であり、さらにまた、収差が既知のレンズを収差測定することなどにより、測定領域の位置や大きさを微調整することにより可能となるのである。また、図５（ｂ）に示すように、前記で説明した参照球面の頂点座標をモニター１１の画面のほぼ中央に設定する場合は、基準平面４と参照球面２の相対位置を、適時、相対位置調整手段等により任意に調整して、中心座標（中心位置）を求めてもよい。
【００３９】
次に、被検査レンズ１を取除いた状態で、カバーガラス（第３の光学部材）３用の調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２を操作して、カバーガラス（第３の光学部材）３の反射光と基準平面４の反射光によって生じる干渉縞がヌル状態となるように、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きを調整する。
【００４０】
カバーガラス（第３の光学部材）３用の取付ホルダー２１と参照球面２の固定保持板２８とは直接結合されていないため（カバーガラス（第３の光学部材）３の調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２を介している）、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整により、参照球面２の光軸方向の位置が所定の位置（頂点座標を求めた位置）からずれることはない。
【００４１】
その後、被検査レンズ１を調整ステージ（第１の調整手段）２７に載置し照射光であるレーザー光１３を照射すると、被検査レンズ１のフラット部４４に図４（ａ）に示すフラット部の干渉縞５１が発生する。そこで、被検査レンズ１用の調整ネジ（第１の調整手段）３３，３４を操作して、干渉縞が図４（ｂ）に示すフラット部の干渉縞ヌル状態５２となるように、調整ステージ（第１の調整手段）２７の位置や傾きを調整する。
【００４２】
なお、被検査レンズ１用の傾き調整機構をジンバル方式とすることにより、被検査レンズ１の中心で回転させて調整することになるため、被検査レンズ１のＸ，Ｙ方向の位置ずれが少なく、連続して異なる被検査レンズ１の検査測定を行う際、被検査レンズ１の移動や傾けによる調整量が少なく、図４（ｃ）に示す有効径領域４２における有効径領域の干渉縞５３の表出が容易、すなわち調整設定が容易で工数が少なくなるのである。
【００４３】
次に被検査レンズ１の光軸１４を参照球面２の光軸５７に一致させるために近づけると、被検査レンズ１の有効径領域４２に図４（ｃ）に示す有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）５３が発生する。そして、被検査レンズ１と参照球面２のアライメントは被検査レンズ１の光軸１４を参照球面２の光軸５７に一致させるように、被検査レンズ１の位置を被検査レンズ１の位置調整用であるＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）２２のＸ軸調整ネジ（第２の調整手段）２３、Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）２４の操作により移動調整するとともに、参照球面２の半径と被検査レンズ１からの透過光である球状波面の半径とが一致する高さに、参照球面２の光軸方向の位置を参照球面２の位置調整用であるＺ軸ステージ（第３の調整手段）２５のＺ軸調整ネジ（第３の調整手段）２６の操作により移動調整する。
【００４４】
実際には、被検査レンズ１の有効径領域４２に発生する図４（ｃ）に示す有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）５３を最少とするように参照球面２を光軸方向に移動調整し、図４（ｄ）に示す有効径領域の干渉縞ヌル状態５４となるように設定するのである。
【００４５】
尚、ここで、参照球面２を固定して、被検査レンズ１をＺ軸方向に調整して、干渉縞ヌル状態５４を表出させてもよい。
【００４６】
また、ＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）２２およびＺ軸ステージ（第３の調整手段）２５はマイクロメータのスピンドルにより微調整したり、高分解能の移動量が可能なアクチュエータで自動的に調整する。以上のように干渉縞を調整設定した後、被検査レンズ１の平面度や収差測定を行うのである。
【００４７】
すなわち、カバーガラス（第３の光学部材）３は取付けの際に、フィゾー干渉計１０から照射されるレーザー光１３の出力方向と垂直になるように、光軸方向の位置や傾きを調整ネジ（第４の調整手段）３１，３２により操作して調整する必要があるが、参照球面２の取付部である固定保持板２８とは機械的に分離したカバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整機構とする構成にすれば、カバーガラス（第３の光学部材）３の光軸方向の位置や傾きの調整時に、参照球面２の所定の位置（頂点座標を求めた位置）が変化することは無く、継続して参照球面２の所定の位置（頂点座標を求めた位置）を設定し固定することができ、その結果、測定領域の設定時に、測定領域の位置調整が不要になる。その結果、調整の工数が削減され、調整のバラツキを抑制でき、検査測定の精度が高くなるのである。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、干渉縞の調整設定後、測定領域の位置設定を検査測定毎に行う必要性が無く、測定領域における位置設定のバラツキを抑制でき、また、被検査レンズの位置精度を高め、検査精度を向上させるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における干渉縞調整用のアライメント機構の要部構成斜視図
【図２】フィゾー干渉計の原理を示した要部模式図
【図３】（ａ）同被検査レンズをフィゾー干渉計で検査測定する場合の光路図（ｂ）同被検査レンズを第１面側から見た正面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）同被検査レンズに発生する干渉縞を説明する模式図
【図５】（ａ）同参照球面の頂点を説明する要部構成図（ｂ）画面中央に干渉縞を設定したモニター画面の拡大図
【図６】従来におけるフィゾー干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント機構の要部構成斜視図
【符号の説明】
１ 被検査レンズ
２ 参照球面
３ カバーガラス（第３の光学部材）
４ 基準平面
５ １／４波長板
６ コリメートレンズ
７ ハーフミラー
８ レーザー
９ 認識カメラ
１０ フィゾー干渉計
１１ モニター（画像処理解析手段）
１２ 曲率中心
１３ レーザー光
１４ 光軸
２０ａ 基台
２０ｂ 基台
２０ｃ 基台
２１ 取付ホルダー
２２ ＸＹ２軸ステージ（第２の調整手段）
２３ Ｘ軸調整ネジ（第２の調整手段）
２４ Ｙ軸調整ネジ（第２の調整手段）
２５ Ｚ軸ステージ（第３の調整手段）
２６ Ｚ軸調整ネジ（第３の調整手段）
２７ 調整ステージ（第１の調整手段）
２８ 固定保持板
３１ 調整ネジ（第４の調整手段）
３２ 調整ネジ（第４の調整手段）
３３ 調整ネジ（第１の調整手段）
３４ 調整ネジ（第１の調整手段）
４１ 第１面
４２ 有効径領域
４３ 有効径外領域
４４ フラット部
４５ 第２面
４６ 有効径領域
４７ 有効径外領域
４８ フラット部
５１ フラット部の干渉縞
５２ フラット部の干渉縞ヌル状態
５３ 有効径領域の干渉縞（第２の干渉縞）
５４ 有効径領域の干渉縞ヌル状態（第２の干渉縞）
５５ 頂点
５６ 参照球面頂点付近の干渉縞（第１の干渉縞）
５７ 光軸
６１ 調整ステージ
６２ ＸＹ２軸ステージ
６３ Ｘ軸調整ネジ
６４ Ｙ軸調整ネジ
６５ Ｚ軸ステージ
６６ Ｚ軸調整ネジ
６７ 調整ネジ
６８ 調整ネジ
Claims (5)
- 第１の光学部材の基準平面を反射した波面と、第２の光学部材の参照球面を反射した波面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第１の干渉縞を形成し、前記第１の干渉縞の中心位置を確定するステップと、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した波面と、前記基準平面を反射した前記波面とにより形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含む光学検査装置のアライメント方法。
- 基台に固定され、干渉計からの照射光を反射および透過する基準平面を有する第１の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材を透過した前記照射光を反射する参照球面を有し、Ｚ軸（光軸）方向にのみ調整移動可能で、基台に固定された第２の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第１の光学部材と前記第２の光学部材の間に調整可能に支持される被検査レンズを透過した透過波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面との間で形成される第２の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レンズを調整設定する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸周りに調整可能に支持する第１の調整手段と、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸方向に調整可能に支持する第２の調整手段とを含むことを特徴とする光学検査装置のアライメント機構。
- 第１の調整手段がジンバル式で、被検査レンズの中心で回転させて調整できることを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構。
- 被検査レンズと第２の光学部材の間に板状の第３の光学部材を設け、前記第３の光学部材を前記被検査レンズの光軸にほぼ直交する軸周りに調整可能に支持する第４の調整手段を介して前記第２の光学部材と分離して基台に設けたことを特徴とする請求項２記載の光学検査装置のアライメント機構。
- 第１の干渉縞の中心位置を干渉計に接続する画像解析手段により算出して確定することを特徴とする請求項１記載の光学検査装置のアライメント方法。
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