JP4694331B2

JP4694331B2 - 対物レンズの傾き調整用光学系

Info

Publication number: JP4694331B2
Application number: JP2005280614A
Authority: JP
Inventors: 雅之岡田
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007093293A

Description

本発明は、対物レンズの傾きを調整するのに用いられる対物レンズの傾き調整用光学系に関する。

例えば、光ピックアップ装置に用いられる対物レンズ（ピックアップレンズ）は、樹脂材料の成形によって形成されるもので、その成形精度を検査するため、干渉計を用いてその透過波面測定を行なっている。この測定の際には、被検対物レンズ光軸の傾き角を正しく検出する（対物レンズ光軸を干渉計光軸に正しく一致させる）必要がある。本出願人は、このため、被検対物レンズの中心レンズ部の周囲に環状平面部（フランジ部）を設け、該被検対物レンズに入射させた平行光束の環状平面部からの反射光の位置（状態）から傾きを検出する光学系を提案した（特許文献１）。
特開平１０-９０５８１号公報特開２００１-２８３４５９号公報特開２００２-８２４９号公報

しかしながら、この傾き検出光学系は、無限光が入射する対物レンズを対象としており、有限光が入射光となる対物レンズには適用することができない。すなわち、有限の光が入射光となるような被検対物レンズでは、環状フランジ部での反射光が発散してしまい、傾き調整ができないため、環状フランジ部の当付機械精度のみで傾きを制御するしかなく、正確な傾き調整あるいは透過波面測定を行うことができなかった。

本発明は、以上の問題意識に基づき、有限光が入射光となる対物レンズの傾きを調整することができ、従って例えば干渉計により透過波面を正確に測定することができる対物レンズの傾き調整用光学系を提供することを目的とする。

本発明は、レンズ部の外周を囲むようにして設けられた環状平面部を有する被検対物レンズの傾きを検出するために該被検対物レンズに傾き検出用の検出光を出射する検出光出射系と、被検対物レンズから反射された検出光を受光する検出光受光系とを備え、該検出光受光系により環状平面部から反射された検出光の受光位置を検出することにより、被検対物レンズの基準面に対する傾きを検出する対物レンズの傾き調整用光学系において、上記検出光出射系が、レーザ光源と、このレーザ光源からの光束を平行光束とするコリメートレンズ系と、この平行光束を拡散有限光にして被検対物レンズに入射させる負レンズ系とを含み、この負レンズ系は、上記被検対物レンズが正しく光軸上に位置するとき、拡散有限光として被検対物レンズの環状平面部に入射した光束を再び該環状平面部で反射させて入射拡散光束と同一光路で戻すオートコリメーション状態とすることができる曲率半径のオートコリメーション凹面を有しており、かつ、上記負レンズ系は、その光軸が被検対物レンズの環状平面部を含む平面に直交し、該負レンズ系の焦点から上記環状平面部を含む平面までの距離と、上記オートコリメーション凹面の曲率中心から上記環状平面部を含む平面までの距離とが等しい状態において上記オートコリメーション状態を実現することを特徴としている。

このように、拡散有限光として被検対物レンズの環状平面部に入射した光束を再び該環状平面部で反射させて入射拡散光束と同一光路で戻すオートコリメーション状態では、検出受光系は、光軸上に点像を観察する。一方、このオートコリメーション状態が崩れると、点像の位置がずれ、あるいは点像がデフォーカス状態（リング状）となり、被検対物レンズの傾きあるいは光軸ずれを検出することができる。検出受光系は、点像観察ＣＣＤから構成するのが実際的である。

負レンズ系の平行光束入射面は、入射平行光束を被検対物レンズの環状平面部に入射する拡散光とする凹面から構成することができる。

本発明の対物レンズの傾き調整用光学系は、負レンズ系の光学的に前後に位置させた反射基準平行平面板と反射基準凹面鏡、及びこの反射基準平行平面板と反射基準凹面鏡で反射された２つの光束による干渉縞を観察する干渉縞観察ＣＣＤを有する干渉計に設置するのがよい。

本発明によれば、有限光が入射光となる対物レンズの傾きを調整することができる。従って干渉計に組み込むことにより被検対物レンズの透過波面を正確に測定することができる。

図１は、本発明による対物レンズの傾き調整用光学系を備えた干渉計１０を示している。この干渉計１０は、光軸Ｏ上に順に、半導体レーザ（ＬＤ）（光源）１１、コリメートレンズ系１２、第一ハーフミラー１３、第二ハーフミラー１４、反射基準平行平面板１５、負レンズ系１６、被検対物レンズＷ、及び反射基準凹面鏡１７を有している。第一ハーフミラー１３によって分岐する光軸Ｏと直交する光軸Ｏ２上には、結像レンズ１８と点像観察用ＣＣＤ１９が配置され、第二ハーフミラー１４によって分岐する光軸Ｏと直交する光軸Ｏ３上には、結像レンズ２０と干渉縞観察用ＣＣＤ２１が配置されている。点像観察用ＣＣＤ１９で撮像された点像は、点像モニタ２２で観察され、干渉縞観察ＣＣＤ２１で撮像された干渉縞は、干渉縞モニタ２３で観察される。

被検対物レンズＷは、中心のレンズ部Ｗ１の周囲に環状平面部（環状反射面）Ｗ２を有している。環状平面部Ｗ２は、高い平面度に加工（成形）されている。図示例ではレンズ部Ｗ１の下面は平面であるが、両凸レンズであってもよい。

負レンズ系１６は、平行光束の入射面に凹面Ｒ１を有し、出射面にオートコリメーション凹面Ｒ２を有している。この負レンズ系１６は、コリメートレンズ系１２によって平行とされた平行光束を、被検対物レンズＷの環状平面部Ｗ２に至るように拡散光とするものであり、凹面Ｒ１の曲率半径は、オートコリメーション凹面Ｒ２の曲率半径を勘案して、被検対物レンズＷへ、このような拡散光が与えられるように定められている（凹面Ｒ１は被検対物レンズＷへの入射光のＮＡを決定する）。

一方、負レンズ系１６のオートコリメーション凹面Ｒ２は、被検対物レンズＷが正しく光軸上に位置するとき、拡散有限光として被検対物レンズＷの環状平面部Ｗ２に入射した光束を再び該環状平面部Ｗ２で反射させて入射拡散光束と同一光路で戻す作用を有する。このため、図２に示すように、負レンズ系１６の光軸が被検対物レンズＷの環状平面部Ｗ２を含む平面に直交する状態において、負レンズ系１６の前側焦点Ｆ１から環状平面部Ｗ２を含む平面までの距離と、オートコリメーション凹面Ｒ２の曲率中心Ｘから環状平面部Ｗ２を含む平面までの距離とが等しく設定している。この状態は、負レンズ系１６により拡散有限光として被検対物レンズＷの環状平面部Ｗ２に入射した光束が再び該環状平面部Ｗ２で反射され、負レンズ系１６を通って入射拡散光束と同一光路で戻るオートコリメーション状態である。この環状平面部Ｗ２からの反射光は、負レンズ系１６、反射基準平行平面板１５、第二ハーフミラー１４を経て第一ハーフミラー１３に戻り、第一ハーフミラー１３での反射光が結像レンズ１８を介して点像観察用ＣＣＤ１９で撮像され、点像モニタ２２で観察される。

図２は、被検対物レンズＷが光軸上に正しく位置している状態（下半）とそのときの点像モニタ２２による観察像の模式図（上半）を示している。被検対物レンズＷに傾きがなく、かつ上記オートコリメーション状態が満足されていると、点像モニタ２２には、光軸上（測定中心）に点像Ｉが観察される。

これに対し、被検対物レンズＷが負レンズ系１６光軸に対して傾くと、図３に示すように、環状平面部Ｗ２からの反射光とオートコリメーション凹面Ｒ２によるオートコリメーション状態が乱れ、戻り光が入射光の光軸に対して傾く。このため、点像モニタ２２で観察される点像Ｉは、光軸（測定中心）からずれることとなり、このずれ量により被検対物レンズＷの傾き量θを知ることができる。

また、被検対物レンズＷの光軸方向の位置がずれる（つまりデフォーカス状態になる）と、図４に示すように、点像モニタ２２で観察され像は、点とならずリング状像Ｉ’となる。このリング状反射像Ｉ’が光軸上（測定中心）にあれば、被検対物レンズＷの傾きはないが、被検対物レンズＷに入射する光が適当でない（仕様とは異なる）ＮＡで入射されていることを知ることができる。

図３のように被検対物レンズＷに傾きがある場合、図４のように被検対物レンズＷに光軸方向の位置ずれがある場合、及びこれらの合成のいずれにおいても、被検対物レンズＷを載置している載置台の微調整機構（図示せず）により、図２のような点像が観察されるように被検対物レンズＷの傾き、および光軸位置ずれを調整する。このような微調整機構は周知である。

調整の終了後には、常法に従い、被検対物レンズＷの透過波面の測定を行う。なお、反射基準凹面鏡１７の反射凹面１７Ｒの曲率中心は、正しく光軸上に位置する（傾き調整の終了した）被検対物レンズＷの後側焦点Ｆ２と一致する。この測定は次の手順で行われる。
まず、半導体レーザ１１から射出しコリメートレンズ系１２により平行光束とされた光の一部は、反射基準平行平面板１５で反射され、干渉縞観察ＣＣＤ２１に入射する。反射基準平行平面板１５を透過した平行光束は、負レンズ系１６を通ることで有限の拡散光となる。その後、この拡散光は、被検対物レンズＷを通り、被検対物レンズＷの後側焦点Ｆ２と反射基準凹面鏡１７の反射凹面１７Ｒの曲率中心が一致したオートコリメーション状態において、該反射凹面１７Ｒで反射して入射と同じ光路を通り干渉縞観察ＣＣＤ２１に入射する。
干渉縞観察ＣＣＤ２１では反射基準平行平面板１５での反射光と反射基準凹面鏡１７の反射凹面１７Ｒで反射された反射光との干渉により干渉縞が発生する。したがって、この干渉縞を解析し、被検対物レンズＷの透過波面を計算する。

以上の透過波面の計算により、被検対物レンズＷの合否が判定される。なお、被検対物レンズＷは、レンズホルダーに保持（載置）させた後、上記のようにして傾き調整に用いることもできる。

本発明に係る対物レンズの傾き調整用光学系の一実施形態を示す光学構成図である。図１の傾き調整用光学系において被検対物レンズに傾きがない状態の光学構成と観察される点像の状態を示す図である。同じく被検対物レンズに傾きがある状態の光学構成と観察される点像の状態を示す図である。同じく被検対物レンズにデフォーカスがある状態の光学構成と観察される点像の状態を示す図である。

符号の説明

Ｗ被検対物レンズ
Ｗ１レンズ部
Ｗ２環状平面部
１０干渉計
１１半導体レーザ
１２コリメートレンズ系
１３第一ハーフミラー
１４第二ハーフミラー
１６負レンズ系
１７反射基準凹面鏡
１７Ｒ反射凹面
Ｒ１凹面
Ｒ２オートコリメーション凹面
１８２０結像レンズ
１９点像観察用ＣＣＤ
２１干渉縞観察ＣＣＤ
２２点像モニタ
２３干渉縞モニタ

Claims

レンズ部の外周を囲むようにして設けられた環状平面部を有する被検対物レンズの傾きを検出するために該被検対物レンズに傾き検出用の検出光を出射する検出光出射系と、上記被検対物レンズから反射された検出光を受光する検出光受光系とを備え、該検出光受光系により上記環状平面部から反射された検出光の受光位置を検出することにより、上記被検対物レンズの基準面に対する傾きを検出する対物レンズの傾き調整用光学系であって、
上記検出光出射系は、レーザ光源と、このレーザ光源からの光束を平行光束とするコリメートレンズ系と、この平行光束を拡散有限光にして上記被検対物レンズに入射させる負レンズ系とを備えており、
この負レンズ系は、上記被検対物レンズが正しく光軸上に位置するとき、拡散有限光として被検対物レンズの環状平面部に入射した光束を再び該環状平面部で反射させて入射拡散光束と同一光路で戻すオートコリメーション状態とすることができる曲率半径のオートコリメーション凹面を有しており、
かつ、上記負レンズ系は、その光軸が被検対物レンズの環状平面部を含む平面に直交し、該負レンズ系の焦点から上記環状平面部を含む平面までの距離と、上記オートコリメーション凹面の曲率中心から上記環状平面部を含む平面までの距離とが等しい状態において上記オートコリメーション状態を実現することを特徴とする対物レンズの傾き調整用光学系。
請求項１記載の対物レンズの傾き調整用光学系において、上記負レンズ系の平行光束入射面は、入射平行光束を被検対物レンズの環状平面部に入射する拡散光とする凹面からなっている対物レンズの傾き調整用光学系。
請求項１または２記載の対物レンズの傾き調整用光学系において、上記検出光受光系は、点像観察ＣＣＤであり、点像の状態により被検対物レンズの傾き及び光軸方向の位置ズレを検出する対物レンズの傾き調整用光学系。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の対物レンズの傾き調整用光学系において、さらに、上記負レンズ系の光学的に前後に位置させた反射基準平行平面板と反射基準凹面鏡、及びこの反射基準平行平面板と反射基準凹面鏡で反射された２つの光束による干渉縞を観察する干渉縞観察ＣＣＤが備えられている対物レンズの傾き調整用光学系。