JP4667957B2 - 光ビーム測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームの集光スポットにおける各種の測定とを行なう光ビーム測定装置に関し、特に、波長等の特性が互いに異なる複数の光ビームの測定に適した光ビーム測定装置に関する。

従来、測定する光ビームをＣＣＤ等の撮像面上に点状に結像させてスポット像を形成し、そのスポット像の形状や大きさ、あるいは強度分布や重心座標等の測定（これらを総称して「スポット特性測定」という）を行なう装置（「ビームプロファイラ」とも称される）が知られている（下記特許文献１参照）。

また、光ビームの波面測定を行なう装置としては、マッハツェンダ型干渉計の光学系配置を備えたものが一般的に知られていたが、フィゾー型干渉計の光学系配置を備えたものが本願出願人により提案され、特許庁に対し既に開示されている（下記特許文献２参照）。

これまでの波面測定装置では、被検光束から分離された基準光束作成用光束の一部を、ピンホールを透過させることにより波面整形しているのに対し、本願出願人により提案された波面測定装置では、基準光束作成用光束の一部を入射方向と逆向きに反射させて波面整形するもの（以下「反射回折部」と称する）が用いられている。このような反射回折部は、反射型ピンホール等とも称され、ガラス基板上に微小な反射領域を形成したものや、針状部材の先端に微小な反射領域を形成したもの（下記特許文献３参照）、あるいは通常のピンホールの裏面側直近に反射面を配置したもの（下記特許文献４参照）などが知られている。

特開２００４−４５３２７号公報 特願２００５−１２８３４４号明細書 特開２０００−９７６１２号公報 特開昭５８−６０５９０号公報

上述したようなビームプロファイラや波面測定装置は、例えば、光ピックアップ装置の出力光の測定に用いられる。すなわち、光ピックアップ装置では、その製造段階において、照射レーザ光の波面測定とスポット特性測定との２つの測定が行なわれるが、従来これら２つの測定は、それぞれ別の測定装置を用いて別個に行なわれていた。

また、光ピックアップ装置においては、光媒体に照射するレーザ波長が固定の１波長対応型のものと、近赤外域のＣＤ用の波長と赤色域のＤＶＤ用の波長とを切替えられる２波長対応型のものが主流であったが、近年、さらに青色域の新たな光媒体用の波長を加えた３波長対応型のものも開発されている。このような複数波長対応型のものでは、波長毎に上記２つの測定を行なう必要があるので、測定に要する時間をいかに減らすことができるかが、製造効率を向上させる上での大きな課題となっている。

しかし、別の測定装置を用いて２つの測定を別個に行なうこれまでの方法では、１波長対応型のものでも多くの測定時間を要しており、このような測定手順を３波長対応型のものの測定に適用した場合には、測定に要する時間が甚大になる虞がある。

このような状況の中、前掲の特許文献２において本願出願人は、光ビームの波面測定およびスポット特性測定を１つの装置で行なうことが可能な光ビーム測定装置を提案しているが、測定する光ビームの波長が大きく変化した場合には、波長の変化に応じて光学系（特に、波面整形に関わる部分）を再調整する必要があり、この調整に要する時間のために測定時間が長大化する虞がある。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、測定する光ビームの波長帯域や可干渉距離等の特性が変化した場合でも、光ビームの波面測定とスポット特性測定との２つの測定を、１つの装置によって短時間で行なうことが可能な光ビーム測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の光ビーム測定装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明に係る光ビーム測定装置は、測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポット特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定装置であって、
前記光ビームを被検光束と基準光束作成用光束とに分離する被検／基準光束分離手段と、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する波面整形ユニットと、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させることにより前記光ビームの波面情報を担持した干渉縞を生成して結像させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像手段と、を有してなる波面測定部と、
前記被検／基準光束分離手段に入射する前の前記光ビーム、前記被検／基準光束分離手段により分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束のいずれかの一部をスポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段と、該スポット作成用光束分離手段により分離された前記スポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段と、前記スポット像を撮像するスポット像撮像手段と、を有してなるスポット特性測定部と、を備え、
前記波面整形ユニットは、前記基準光束作成用光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記被検／基準光束分離手段より入射した前記基準光束作成用光束の一部を波面整形して前記基準光束に変換し、該基準光束を前記被検／基準光束分離手段に向けて射出するものであるとともに、
前記波面整形ユニットは、前記光ビームの特性の変化に対応し得るように複数のタイプのものが具備されており、該複数の波面整形ユニットは、前記光ビームの前記特性が変化
した際に、該変化に対応させて互いに切り替えて使用されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明における被検／基準光束分離手段は、入射した光ビームの一部分を被検光束として入射方向と逆向きに反射し、該光ビームのその余の部分を基準光束作成用光束として透過させる半透過反射面により構成されたものとすることや、被検光束を反射面に入射せしめるとともに、該反射面から戻る被検光束を波面整形ユニットからの基準光束と合波させるように構成されたものとすることができる。

上記「微小な反射回折部」とは、該反射回折部に集光（収束）する収束光束の回折限界により大きさが決められ（望ましくは回折限界よりも小さく構成され）、該収束光束の少なくとも一部を波面整形された球面波として反射する機能を有するものをいう。このような反射回折部としては、種々の構成のものを用いることが可能であるが、具体的態様として例えば、基板上に微小な反射領域を形成したもの、針状部材の先端に微小な反射領域を形成したもの、あるいはピンホールの裏面側直近に反射面を配置したものなどを挙げることができる。

また、測定する光ビームの特性が変化した際に、該特性の変化に対応し互いに切り替えて使用される複数の干渉縞撮像系を備えることや、光ビームの光強度を測定するパワーメータを備えること、あるいは干渉縞を解析して光ビームの波面測定結果を得る第１の解析手段と、スポット像を解析して光ビームのスポット特性測定結果を得る第２の解析手段とを備えるようにすることもできる。

本発明に係る光ビーム測定装置によれば、波面測定部とスポット特性測定部とを備えるとともに、光ビームの特性が変化した際に互いに切り替えて使用される複数タイプの波面整形ユニットが具備されていることにより、測定する光ビームの波長等の特性が変化した場合でも、波面整形ユニットを切り替えることで対応することができる。

したがって、例えば、複数波長対応型の光ピックアップ装置において必要とされる、各波長の照射レーザ光における波面測定とスポット特性測定との２つの測定を、１つの装置によって短時間で行なうことが可能となる。

〈第１の実施形態〉
以下、本発明に係る光ビーム測定装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る光ビーム測定装置の概略構成図である。

図１に示す光ビーム測定装置１Ａは、光ピックアップモジュール５０から出力される光ビームの波面測定とスポット特性測定との双方の測定を行なうものであり、まず、この光ピックアップモジュール５０について説明する。

図１に示す光ピックアップモジュール５０は、３波長対応型の光ピックアップ装置（図示略）に搭載されるものであり、互いに波長が異なる３種類の光ビームを選択的に出力し得るようになっている。すなわち、この光ピックアップモジュール５０は、選択的に切り替えられて使用される、近赤外域の波長（例えば、７８０ｎｍ）を持つ第１の光ビームを出力する半導体レーザ５１Ａと、赤色域の波長（例えば、６５０ｎｍ）を持つ第２の光ビームを出力する半導体レーザ５１Ｂと、青色域の波長（例えば、４０５ｎｍ）を持つ第３の光ビームを出力する半導体レーザ５１Ｃとを備えている。

また、光ピックアップモジュール５０は、３つのコリメータレンズ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃと、４つの反射ミラー５３〜５６と、光ピックアップレンズ５７とを備えており、４つの反射ミラー５３〜５６のうち２つの反射ミラー５４，５５は、光路上に出し入れ可能に設けられている。すなわち、反射ミラー５４は、半導体レーザ５１Ｂから第２の光ビームが出力されるときには光路上（の２点鎖線で示す位置）に配置され、出力されないときには光路外に退避されるように構成されており、反射ミラー５５は、半導体レーザ５１Ｃから第３の光ビームが出力されるときには光路上（の２点鎖線で示す位置）に配置され、出力されないときには光路外に退避されるように構成されている。

図１は半導体レーザ５１Ａから第１の光ビームが出力される状態を例示している。このとき、半導体レーザ５１Ａより発散光として出力された第１の光ビームは、コリメータレンズ５２Ａによりコリメートされた後、平行光として反射ミラー５３，５６を順次介して光ピックアップレンズ５７に入射し、該光ピックアップレンズ５７より収束光として出力される。なお、半導体レーザ５１Ｂから第２の光ビームが出力される場合には、該第２の光ビームは、コリメータレンズ５２Ｂ、反射ミラー５４，５６、および光ピックアップレンズ５７を介して出力され、半導体レーザ５１Ｃから第３の光ビームが出力される場合には、該第３の光ビームは、コリメータレンズ５２Ｃ、反射ミラー５５，５６、および光ピックアップレンズ５７を介して出力される。

次に、光ビーム測定装置１Ａについて説明する。図１に示す光ビーム測定装置１Ａは、図中１点鎖線で示す光軸上に配置された各種光学部材により構成される光学系の部分と、解析装置３１を中心として構成される測定解析系の部分とに大別され、光学系の部分はさらに、上記光ピックアップモジュール５０からの光ビームを光学系内に導くコリメータレンズ１１（光路上に出し入れ可能に構成されている）と、導かれた光ビームの波面測定を行なうための波面測定部１０Ａと、導かれた光ビームのスポット特性測定を行なうためのスポット特性測定部１０Ｂと、導かれた光ビームのパワー測定および光学系のアライメントを行なうための光パワー測定／アライメント部１０Ｃと、に区分される。

まず、上記光学系の部分について説明する。上記波面測定部１０Ａは、導かれた光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束とに分離する被検／基準光束分離手段（１７ａ）と、上記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する波面整形ユニット（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）と、上記被検光束と上記基準光束とを干渉させることにより上記光ビームの波面情報を担持した干渉縞を生成して結像させる干渉縞生成手段（１５Ａ，１６Ａ，１７〜２０）と、上記干渉縞を撮像する干渉縞撮像手段（２１，２２）と、を有してなる。

より具体的には上記被検／基準光束分離手段は、半透過反射板１７が有する半透過反射面１７ａにより構成されている。すなわち、この半透過反射面１７ａは、図中左方より入射した光ビームの一部分を被検光束として入射方向と逆向きに反射し、該光ビームのその余の部分を基準光束作成用光束として透過させるように構成されている。

また、上記波面整形ユニットは、測定する光ビームの波長の変化に対応し得るように３つのタイプのものが具備されており、これら３つのタイプのものが、光ビームの波長が変化した際に、該変化に対応させて互いに切り替えて使用されるように構成されている。すなわち、本実施形態においては、上記第１の光ビームに対応する第１の波面整形ユニット４０Ａと、上記第２の光ビームに対応する第２の波面整形ユニット４０Ｂと、上記第３の光ビームに対応する第３の波面整形ユニット４０Ｃとが、これら３つの波面整形ユニット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを選択的に光軸上の所定位置に配置させる保持手段（図示略）により保持されており、該保持手段により、第１の光ビームが測定対象とされる際には第１の波面整形ユニット４０Ａが光軸上に配置され、第２の光ビームが測定対象とされる際には第２の波面整形ユニット４０Ｂが、第３の光ビームが測定対象とされる際には第３の波面整形ユニット４０Ｃが、それぞれ光軸上に配置されるようになっている。

なお、上記波面整形ユニットは、以下のように構成されている。すなわち、第１の波面整形ユニット４０Ａを例にとって説明すると、この第１の波面整形ユニット４０Ａは、半透過反射面１７ａの側より平行光束として入射する基準光束作成用光束（上記第１の光ビームの一部）を１点に収束させる収束レンズ４１Ａと、この収束レンズ４１Ａの収束点に配置された反射回折部４２Ａとを備えてなる。この反射回折部４２Ａは、例えば、基板４３Ａ上に蒸着等により形成された、金，アルミニューム，クロム等の金属膜からなり、反射回折部４２Ａの大きさは、収束光束として入射する第１の光ビームの回折限界よりも小さく構成されている。そして、この反射回折部４２Ａは、収束光束として入射する第１の光ビームからなる基準光束作成用光束の一部を波面整形された理想的な球面波として反射するように構成されている。なお、基板４３Ａの収束レンズ４１Ａと対向する面には、第１の光ビームの波長に対応した反射防止コート処理が施されており、波面整形されていない基準光束作成用光束が収束レンズ４１Ａに戻らないようになっている。

波面整形された基準光束作成用光束は収束レンズ４１Ａに戻り、そこで平行光束に変換され基準光束として半透過反射板１７に入射する。そして、半透過反射面１７ａを透過した後、上記被検光束と合波され干渉光が生成されるようになっている。なお、半透過反射板１７は、図示せぬフリンジスキャンアダプタに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に光軸方向に微動せしめられるように構成されている。

第２の波面整形ユニット４０Ｂは、収束レンズ４１Ｂの開口数（ＮＡ）、反射回折部４２Ｂの大きさ、および基板４３Ｂに施された反射防止コート処理等の態様が上記第２の光ビームに適合するように構成されている点が、また第３の波面整形ユニット４０Ｃは、収束レンズ４１Ｃの開口数、反射回折部４２Ｃの大きさ、および基板４３Ｃに施された反射防止コート処理等の態様が、上記第３の光ビームに適合するように構成されている点が、それぞれ第１の波面整形ユニット４０Ａと異なっているが、基本的な作用は同じである。

また、上記波面測定部１０Ａは、上記第１および第２の光ビーム用の第１の干渉縞撮像系（第１の光ビーム用のものと、第２の光ビーム用のものとを個別に設けてもよい）と、上記第３の光ビーム用の第２の干渉縞撮像系とが設けられている。第１の干渉縞撮像系は、半透過反射板１７、ビームスプリッタ１５Ａ、結像レンズ１８，１９、および第１の撮像カメラ２１からなっている。一方、第２の干渉縞撮像系は、半透過反射板１７、ビームスプリッタ１６Ａ、結像レンズ２０、および第２の撮像カメラ２２からなっている。

ビームスプリッタ１５Ａは、半透過反射板１７から戻る第１または第２の光ビームの干渉光の一部を結像レンズ１８，１９に導くように構成されており、結像レンズ１８，１９は、第１または第２の光ビームの干渉光から生成される干渉縞を、第１の撮像カメラ２１の撮像面２１ａ（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面からなる）上に結像させるように構成されている。また、第１の撮像カメラ２１は、撮像面２１ａ上に結像された干渉縞を撮像し、その画像データを出力するように構成されている。なお、結像レンズ１９は、光路上に出し入れ可能に構成されており、第１の光ビームの干渉縞が撮像される際には光路外に配置され、第２の光ビームの干渉縞が撮像される際には光路上に配置されるようになっている。

同様に、ビームスプリッタ１６Ａは、半透過反射板１７から戻る第３の光ビームの干渉光の一部を結像レンズ２０に導くように構成されており、結像レンズ２０は、第３の光ビームの干渉光から生成される干渉縞を、第２の撮像カメラ２２の撮像面２２ａ（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面からなる）上に結像させるように構成されている。また、第２の撮像カメラ２２は、撮像面２２ａ上に結像された干渉縞を撮像し、その画像データを出力するように構成されている。

一方、上記スポット特性測定部１０Ｂは、上記被検／基準光束分離手段（１７ａ）に入射する前の光ビームの一部をスポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段（１２）と、分離されたスポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段（１３）と、スポット像を撮像するスポット像撮像手段（１４）と、を有してなる。

より具体的には、上記スポット作成用光束分離手段はビームスプリッタ１２からなり、上記スポット像生成手段は結像レンズ１３からなり、スポット像撮像手段は第３の撮像カメラ１４からなっている。すなわち、ビームスプリッタ１２は、コリメータレンズ１１から出射された光ビームの一部をスポット作成用光束として分離し、結像レンズ１３に導くように構成されており、結像レンズ１３は、スポット作成用光束から生成されるスポット像を、第３の撮像カメラ１４の撮像面１４ａ（ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面からなり、光ピックアップレンズ５７の集光点と共役の位置関係にある）上に結像させるように構成されている。また、第３の撮像カメラ１４は、撮像面１４ａ上に結像されたスポット像を撮像し、その画像データを出力するように構成されている。

上記結像レンズ１３は、例えば複数のレンズ群からなるフォーカス調整可能なものとされ、フォーカス調整することにより、測定する光ビームの波長が変化した場合でも該波長の変化に対応させて第３の撮像カメラ１４の撮像面１４ａ上にスポット像を結像し得るように構成されている。

また、上記光パワー測定／アライメント部１０Ｃは、光ピックアップモジュール５０から出力された光ビームの光強度を測定する際に、２つのビームスプリッタ１２，１５Ａとの間の光路上に配置され、該光ビームを平行光束状態のまま図中上方に直角に反射させて導く反射ミラー２３と、該反射ミラー２３からの光ビームの一部を図中左方に導くビームスプリッタ２７と、導かれた光ビームの光強度を測定するパワーメータ２８とを備えている。このパワーメータ２８は、光検出面２８ａ（例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像面からなる）を備えており、該光検出面２８ａに略平行光束状態で入射した光ビームの強度を測定し、その測定データを出力するように構成されている。

また、上記光パワー測定／アライメント部１０Ｃは、後述する平行平板状の光学素子をアライメントする際に、アライメント用の光束を出力するアライメント用光源３０と、該アライメント用光源３０から出力された発散光束をコリメートするコリメータレンズ２９と、ビームスプリッタ２４と、結像レンズ２５と、アライメント用の第４の撮像カメラ２６とを備えている。

上記アライメント用光源３０は、上記光ピックアップモジュール５０と上記ビームスプリッタ１２との間に上記平行平板状の光学素子（例えば、カバーガラスや各種フィルタ。図示略）が配されるような場合において、該光学素子の傾き等をアライメント調整する際に利用される。すなわち、上記光学素子のアライメント調整をする際に、上記コリメータレンズ１１が光路外に退避されるとともに、２つのビームスプリッタ１２，１５Ａとの間の光路上に上記反射ミラー２３が配置され、アライメント用光源３０から出力されたアライメント用の光束が、上記コリメータレンズ２９、上記反射ミラー２３および上記ビームスプリッタ１２を介して上記光学素子に導かれる。

この、光学素子に導かれたアライメント用の平行光束は、該光学素子においてその一部が反射され、その反射光束の一部が上記ビームスプリッタ１２、上記反射ミラー２３および上記ビームスプリッタ２４により上記結像レンズ２５に導かれ、この結像レンズ２５により、上記第４の撮像カメラ２６内の撮像面２６ａに集光されて該撮像面２６ａ上にそのスポット像が形成される。そして、このスポット像の位置情報に基づき、上記光学素子のアライメント調整が行なわれるようになっている。

なお、上記反射ミラー２３は、光ビームの光強度を測定する際、および上記光学素子のアライメント調整をする際のみ光路上に配置されるものであり、通常時すなわち光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを行なう際には光路上から退避されるように構成されている。

次に、上記測定解析系の部分について説明する。この測定解析系の部分は、第１〜第４の撮像カメラ２１，２２，１４，２６やパワーメータ２８からの出力信号に基づき各種解析を行なう解析装置３１、該解析装置３１による解析結果や画像を表示する表示装置３２，およびキーボードやマウス等からなる入力装置３３を備えている。上記解析装置３１は、コンピュータ等で構成され、干渉縞を解析して光ビームの波面測定結果を得る第１の解析手段と、スポット像を解析して光ビームのスポット特性測定結果を得る第２の解析手段とを、メモリ等に格納されたプログラムや該プログラムを実行する演算回路等として備えている。

以下、上述した光ビーム測定装置１Ａの測定時における作用を、第１の光ビームの波面測定とスポット特性測定とを行なう場合を例にとって説明する。

上記光ピックアップモジュール５０から図中右方に射出された第１の光ビームは、コリメータレンズ１１により平行光束に変換された後、ビームスプリッタ１２において図中右方に向かう波面測定用の光束と、図中下方に向かうビームスポット作成用光束とに分離される。

分離されたビームスポット作成用光束は、結像レンズ１３を介して第３の撮像カメラ１４内の撮像面１４ａに集光せしめられ、該撮像面１４ａ上に第１の光ビームのスポット像を形成する。形成されたスポット像は第３の撮像カメラ１４により撮像され、その画像情報が解析装置３１に出力される。そして、解析装置３１において、スポット像の画像情報に基づき、光ビームスポットの強度分布や半値幅、断面形状や輝度分散等の各種のスポット特性測定結果が得られる。

一方、ビームスプリッタ１２から図中右方に向かう波面測定用の光束の一部は、ビームスプリッタ１５Ａ，１６Ａを透過した後、半透過反射板１７に入射し、該半透過反射板１７の半透過反射面１７ａにおいて、入射方向と逆向きに反射される被検光束と、該半透過反射面１７ａを透過して第１の波面整形ユニット４０Ａに向かう基準光束作成用光束とに分離され、基準光束作成用光束は収束レンズ４１Ａに入射する。

この収束レンズ４１Ａに入射した基準光束作成用光束は、該収束レンズ４１Ａにより収束せしめられ、その収束点に配置された反射回折部４２Ａに入射する。この反射回折部４２Ａに入射した基準光束作成用光束の一部は、該反射回折部４２Ａにおいて波面整形された球面波に変換され、収束レンズ４１Ａに向けて反射される。この球面波は、収束レンズ４１Ａにおいて平面波に変換され、基準光束として半透過反射板１７に向けて射出される。

この基準光束が半透過反射板面１７ａを透過し、上記半透過反射面１７ａで反射された被検光束と合波されることにより干渉光が得られる。この干渉光の一部は、ビームスプリッタ１５Ａを介して結像レンズ１８に入射し、該結像レンズ１８を介して第１の撮像カメラ２１内の撮像面２１ａに結像されて干渉縞が撮像される。撮像された干渉縞の画像情報は解析装置３１に入力され、この画像情報に基づき第１の光ビームの波面測定が行なわれる。なお、必要に応じて、偏光板や位相板等が光路上に配置されるようになっている。

また、第２の光ビームを測定する際には、第１の波面整形ユニット４０Ａに替えて第２の波面整形ユニット４０Ｂが光路上に配置されるとともに、結像レンズ１９が結像レンズ１８と第１の撮像カメラ２１との間の光路上に配置されて、上記第１の光ビームの測定と同様に２つの測定が行なわれる。また、第３の光ビームを測定する際には、第１の波面整形ユニット４０Ａに替えて第３の波面整形ユニット４０Ｃが光路上に配置され、その波面測定は第２の撮像カメラ２２により撮像された干渉縞に基づいて行なわれる。

上述したように第１の実施形態に係る光ビーム測定装置１Ａによれば、波面測定部１０Ａとスポット特性測定部１０Ｂとを備えるとともに、光ピックアップモジュール５０から出力される第１、第２および第３の光ビームにそれぞれ対応するように構成された第１、第２および第３の波面整形ユニット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが具備されていることにより、波長が互いに異なる３つの光ビームにおける波面測定とスポット特性測定との２つの測定を、１つの装置によって短時間で行なうことが可能である。

また、光ビーム測定装置１Ａの波面測定部１０Ａは、フィゾー型の光学系配置とされているので、マッハツェンダ型の光学系配置とされる場合に比べて、振動等の影響を受け難くなっているとともに、光学系を構成簡易かつコンパクトに配置することが可能であり、また光学系の調整も容易に行なうことができる。

なお、図１に示す態様では、半透過反射面１７ａ（被検／基準光束分離手段）に入射する前の光ビームの一部を、ビームスプリッタ１２（スポット作成用光束分離手段）によりスポット作成用光束として分離するようにしているが、半透過反射面１７ａと波面整形ユニット（４０Ａ〜４０Ｃ）との間に他のビームスプリッタを設置し、波面整形される前の基準光束作成用光束の一部を、スポット作成用光束として分離するようにしてもよい。

〈第２の実施形態〉
次に、本発明に係る光ビーム測定装置の第２の実施形態について説明する。図２は本発明の第２の実施形態に係る光ビーム測定装置１Ｂの概略構成図である。なお、図２に示す光ビーム測定装置１Ｂにおいて、図１に示す光ビーム測定装置１Ａと共通の構成要素については共通の番号を用いており、これらについては重複を避けるため詳細な説明は省略し、以下では異なる点についてのみ詳細に説明する。

図２に示す光ビーム測定装置１Ｂは、波面測定部１０Ａ´の被検／基準光束分離手段がビームスプリッタ１５Ｂ，１６Ｂにより構成されているとともに、波面測定部１０Ａ´の干渉縞生成手段が反射板３４，３５および結像レンズ１８〜２０により構成されており、第１、第２および第３の波面整形ユニット４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを含めた波面測定部１０Ａ´の全体の光学系配置がマイケルソン型とされている点が、図１に示す光ビーム測定装置１Ａと異なっている。

すなわち、この光ビーム測定装置１Ｂにおいて、例えば第１の光ビームの測定が行なわれる際には、図中左方よりビームスプリッタ１５Ｂに導かれた第１の光ビームが、該ビームスプリッタ１５Ｂにおいて図中上方に直角に反射される被検光束と、図中右方に透過される基準光束作成用光束とに分離され、基準光束作成用光束と分離された被検光束は、反射板３４の反射面３４ａにおいて入射光路を逆進するように反射されてビームスプリッタ１５Ｂに戻るように構成されている。また、ビームスプリッタ１５Ｂにおいて被検光束と分離された基準光束作成用光束が、第１の波面整形ユニット４０Ａにより波面整形されて基準光束に変換される点は上述した光ビーム測定装置１Ａと同じであるが、この光ビーム測定装置１Ｂにおいては、被検光束と基準光束とがビームスプリッタ１５Ｂにおいて互いに合波され、第１の光ビームの波面測定を行なうための干渉光が生成される点が異なっている。

なお、第２の光ビームが測定される際には、第１の波面整形ユニット４０Ａに替えて第２の波面整形ユニット４０Ｂが光路上に配置されるとともに、結像レンズ１９が結像レンズ１８と第１の撮像カメラ２１との間の光路上に配置される点は光ビーム測定装置１Ａと同じである。

一方、第３の光ビームが測定される際には、図中左方よりビームスプリッタ１６Ｂに導かれた第３の光ビームが、該ビームスプリッタ１６Ｂにおいて図中上方に直角に反射される被検光束と、図中右方に透過される基準光束作成用光束とに分離され、基準光束作成用光束と分離された被検光束は、反射板３５の反射面３５ａにおいて入射光路を逆進するように反射されてビームスプリッタ１６Ｂに戻るように構成されている。また、ビームスプリッタ１６Ｂにおいて被検光束と分離された基準光束作成用光束は、第３の波面整形ユニット４０Ｃにより波面整形されて基準光束に変換され、該基準光束はビームスプリッタ１６Ｂにおいて被検光束と合波され、第３の光ビームの波面測定を行なうための干渉光が生成される。

また、上記反射板３４には、該反射板３４を光軸方向に移動可能に保持するとともに、測定する第１または第２の光ビームが低可干渉性の光束である場合に、ビームスプリッタ１５Ｂから反射面３４ａに至り、再びビームスプリッタ１５Ｂに戻るまでの第１または第２の光ビームの被検光束の光路長と、ビームスプリッタ１５Ｂから第１または第２の波面整形ユニット４０Ａ，４０Ｂに至り、再びビームスプリッタ１５Ｂに戻るまでの第１または第２の光ビームの基準光束の光路長とを互いに略一致させる光路長調整手段（図示略）が設けられている。

同様に上記反射板３５には、該反射板３５を光軸方向に移動可能に保持するとともに、測定する第３の光ビームが低可干渉性の光束である場合に、ビームスプリッタ１６Ｂから反射面３５ａに至り、再びビームスプリッタ１６Ｂに戻るまでの第３の光ビームの被検光束の光路長と、ビームスプリッタ１６Ｂから第３の波面整形ユニット４０Ｃに至り、再びビームスプリッタ１６Ｂに戻るまでの第３の光ビームの基準光束の光路長とを互いに略一致させる別の光路長調整手段（図示略）が設けられている。

このように波面測定部１０Ａ´が全体としてマイケルソン型の光学系配置とされており、また、被検光束の光路長と基準光束の光路長とを互いに略一致させる光路長調整手段を備えていることにより、この第２の実施形態に係る光ビーム測定装置１Ｂにおいては、波長が互いに異なる第１、第２および第３の光ビームにおける波面測定とスポット特性測定との２つの測定を、これらの光ビームの全てあるいは一部が低可干渉性の光束である場合においても、１つの装置によって短時間で行なうことが可能である。

なお、図２に示す態様では、ビームスプリッタ１５Ｂ，１６Ｂ（被検／基準光束分離手段）に入射する前の光ビームの一部を、ビームスプリッタ１２（スポット作成用光束分離手段）によりスポット作成用光束として分離するようにしているが、ビームスプリッタ１５Ｂ，１６Ｂと反射面３４ａ，３５ａとの間に他のビームスプリッタを設置し、ビームスプリッタ１５Ｂ，１６Ｂにより分離された後の被検光束の一部を、スポット作成用光束として分離するようにすることや、ビームスプリッタ１５Ｂ，１６Ｂと波面整形ユニット（４０Ａ〜４０Ｃ）との間に他のビームスプリッタを設置し、波面整形される前の基準光束作成用光束の一部を、スポット作成用光束として分離するようにしてもよい。

〈態様の変更〉
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、図２に示す態様において、ビームスプリッタ１６Ｂと波面整形ユニット（４０Ａ〜４０Ｃ）との間の光路上に、図１に示すような半透過反射板１７を出し入れ可能に配置することにより、高可干渉性の光ビームを測定する際には、半透過反射板１７を光路上に配置して（このとき、ビームスプリッタ１５Ｂと反射板３４との間の光路、およびビームスプリッタ１６Ｂと反射板３５との間の光路を遮断する）図１に示す態様と同様に使用し、低可干渉性の光ビームを測定する際には、半透過反射板１７を光路外に退避させて図２に示す態様と同様に使用するように構成することも可能である。

また、上述した態様のものでは、光ピックアップモジュール５０から出力される光ビームを測定対象としているため、通常の干渉計装置とは異なり、光源装置を構成要素として備えていないが、高精度な波面を持つ基準ビームを出力可能な基準光源装置を備えるようにしてもよい。このような基準光源装置を備えた場合には、例えば、上記光ピックアップレンズ５７を被検体とした際の透過波面測定等を行なうことも可能となる。

また、波面整形ユニット（４０Ａ〜４０Ｃ）に用いられている反射回折部（４２Ａ〜４２Ｃ）についても、前掲の特許文献２〜４に開示された種々の態様のものを用いることが可能である。

本発明に係る光ビーム測定装置の第１の実施形態を示す図 本発明に係る光ビーム測定装置の第２の実施形態を示す図

符号の説明

１Ａ 光ビーム測定装置（第１の実施形態）
１Ｂ 光ビーム測定装置（第２の実施形態）
１０Ａ，１０Ａ´ 波面測定部
１０Ｂ スポット特性測定部
１０Ｃ 光パワー測定／アライメント部
１１，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ コリメータレンズ
１２ ビームスプリッタ（スポット作成用光束分離手段）
１３，１８，１９，２０，２５ 結像レンズ
１４ 第３の撮像カメラ
１４ａ，２１ａ，２２ａ，２６ａ 撮像面
１５Ａ，１６Ａ，２４，２７ ビームスプリッタ
１５Ｂ，１６Ｂ ビームスプリッタ（被検／基準光束分離手段）
１７ 半透過反射板
１７ａ 半透過反射面（被検／基準光束分離手段）
２１ 第１の撮像カメラ
２２ 第２の撮像カメラ
２３，５３〜５６ 反射ミラー
２６ 第４の撮像カメラ
２８ パワーメータ
２８ａ 光検出面
３０ アライメント用光源
３１ 解析装置
３２ 表示装置
３３ 入力装置
３４，３５ 反射板
３４ａ，３５ａ 反射面
４０Ａ 第１の波面整形ユニット
４０Ｂ 第２の波面整形ユニット
４０Ｃ 第３の波面整形ユニット
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ 収束レンズ
４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 反射回折部
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ 基板
５０ 光ピックアップモジュール
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ 半導体レーザ
５７ 光ピックアップレンズ

Claims (6)

1. 測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポット特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定装置であって、
   前記光ビームを被検光束と基準光束作成用光束とに分離する被検／基準光束分離手段と、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する波面整形ユニットと、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させることにより前記光ビームの波面情報を担持した干渉縞を生成して結像させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像手段と、を有してなる波面測定部と、
   前記被検／基準光束分離手段に入射する前の前記光ビーム、前記被検／基準光束分離手段により分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束のいずれかの一部をスポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段と、該スポット作成用光束分離手段により分離された前記スポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段と、前記スポット像を撮像するスポット像撮像手段と、を有してなるスポット特性測定部と、
   を備え、
   前記波面整形ユニットは、前記基準光束作成用光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記被検／基準光束分離手段より入射した前記基準光束作成用光束の一部を波面整形して前記基準光束に変換し、該基準光束を前記被検／基準光束分離手段に向けて射出するものであるとともに、
   前記波面整形ユニットは、前記光ビームの特性の変化に対応し得るように複数のタイプのものが具備されており、該複数の波面整形ユニットが、前記光ビームの前記特性が変化した際に、該変化に対応させて互いに切り替えて使用されるように構成されていることを特徴とする光ビーム測定装置。
2. 前記被検／基準光束分離手段は、入射した前記光ビームの一部分を前記被検光束として入射方向と逆向きに反射し、該光ビームのその余の部分を前記基準光束作成用光束として透過させる半透過反射面であることを特徴とする請求項１記載の光ビーム測定装置。
3. 前記被検／基準光束分離手段は、前記被検光束を反射面に入射せしめるとともに、該反射面から戻る前記被検光束を前記波面整形ユニットからの前記基準光束と合波させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ビーム測定装置。
4. 前記光ビームの前記特性が変化した際に、該特性の変化に対応し互いに切り替えて使用される複数の干渉縞撮像系を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光ビーム測定装置。
5. 前記光ビームの光強度を測定するパワーメータを備えていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の光ビーム測定装置。
6. 前記干渉縞を解析して前記光ビームの波面測定結果を得る第１の解析手段と、前記スポット像を解析して前記光ビームのスポット特性測定結果を得る第２の解析手段と、を備えていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の光ビーム測定装置。

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