JPH03120435A - 波面収差測定用干渉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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］ 光デイ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ｌＯ程度が必要であるため、倍率がＩＯ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を同じにし
て干渉性の確保をはかつていた。

［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。

［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と干
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”となり、例えばシェア比ＳをｌＯ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。

ｌ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、
対物レンズ夏の積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、この間口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。

ｌＯはビームスプリッタであり、対物レンズｌ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ｌ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ＩＯ程度であれば、１０％程度とする。Ｉ
Ｉは、ビームスプリッタＩＯ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１８
０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ＩＯに逆方向から入射して透過する。

一方、対物レンズｌからビームスプリッタｌＯ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
１２Ｈ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１２
ｂが開口５側になるように配置したもの、即ち拡大光学
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、拡大光学系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１７ｍ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ｍ”＝Ｉ
Ｏ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１８
０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ＩＯ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
光学系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ｌＯ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ＩＯ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７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ｌＯによって分けられて拡大光学系１２
Ｅ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Ｉ
Ｏ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。

強度分布をチエツクした後、シャッタ１１を開くと、対
物レンズｌ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２直角プリズム２２で反射されてビー“ムス
プリ、ツタｌＯ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ｌＯ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で一反射されてビームスプリッタｌＯで
反射され、拡大光学系１２Ｅを通過するレーザ光束２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、は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右カメラ６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Ｊ　　（１９８４年２月、第５８頁）で紹介されてい
るフリンジ走査法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右カメラ６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ｌｅａ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ｌＯ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４１２Ｒが１０
０になる。従って、拡大光学系１２Ｅ及び縮小光学系１
２Ｒ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。

ｌ・・・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左カメラ２６　ａ　−撮像面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。