JPH0470539A - 色収差測定方法及び測定装置 - 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、レンズの微小な色収差を測定する技術に関す
るものである。

〔従来の技術〕

光の波長が変化することによる最良像点値Ｗ（ビームウ
ェスト位置）の変化は、軸上色収差にほぼ対応している
。

そして、色収差を測定する方法としては種々あり、−ｉ
的な方法としては、白色光源とモノクロメータ又は、種
々の光源と色フィルタにより任意の波長を選択し、ハル
トマンの方法等により球面収差の変化量を測定する方法
が公知である。

ところで、ＣＤ等に使用される光ピツクアップ用の対物
レンズでは、半導体レーザの注入電流の変動に伴い活性
層の温度変化が起き、波長がシフトする。しかしこのシ
フト量は、通常５ｎｍ程度と非常に小さいので、上記の
測定方法では検出できない。

そこで、このような微小な色収差を測定する方法として
、第６図に示すような被検レンズの色収差を集光レンズ
で拡大して測定する方法が提案されている。

同図によって説明すると、先ず、点状の光源１を設け、
被検レンズ２を、その焦点位置が光源１と重なるように
置く。光源１は、半導体レーザ等からなり、外部からの
流入電流を変化させることによって、波長λを変化でき
るものである。

被検レンズ２で平行にされた光束は、ビームスプリッタ
３を経て一部が反射され、残りが集光レンズ４に導かれ
る。この集光レンズ４は、色収差が良好に補正されてお
り、かつ被検レンズ２の焦点距離ｒｏより十分長い焦点
距離ｆｃを有したレンズで、実線のように入射した光束
は、集光レンズの最良像点位置Ｆ点に集束する。

次に、光源１の波長が変化して、光路が実線から点線の
ように変化したとすれば、最良像点位置はＦからＦ′に
移動する。点Ｆ　、　Ｆ’間の距離をＳとし、被検レン
ズ２で生ずる色収差をΔとした場合、集光レンズ４によ
って色収差が次式で求められるβ倍に拡大される。

β＝Ｓ／Δ＝（ｆｏ／ｆｃ）２ 上記において、最良像点位置の変化量Ｓは、ビームウェ
スト位置をナイフェツジ又は、ロンキーチャート等を用
い、検出器５によって検出することにより得られる。

一方、前述のビームスプリッタ３で反射された光束は、
もう一つの集光レンズ６を経て光ファイバ７に入射し、
波長モニター８によって発振波長λが測定される。

以上の構成により、微小な色収差を拡大することによっ
て測定することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の測定方法にあっては、集光レンズ４の焦
点距離が長くなると、ビームスポットの焦点深度が深く
なるため、ビームウェスト位置の検出が困難となる。又
、集光レンズの色収差を予め厳しく抑えておかなければ
ならない。

本発明は、上記の事実に鑑みてなされたもので、高精度
な集光レンズを必要とせずに微小な色収差を高精度に測
定できる方法、及び測定装置を提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明の測定方法は、波長
を変化できる点状光源を被検レンズの焦点位置に置き、
被検レンズを透過した平行光線を、該被検レンズから等
距離にあり微小角度チルトさせた二つの反射面で反射さ
せ、両反射光を重ね合わせて傾角シャリング干渉縞を生
じさせる構成を採用している。

又、被検レンズから射出される平行光線をビームスプリ
ッタにより分割し、それぞれの光束を前記二つの反射面
で反射させる構成としてもよい。

又は、傾角シャリング干渉縞の像をイメージセンサ上に
結像し、該イメージセンサの出力する干渉縞の光強度信
号からフーリエ変換法により被検レンズの射出波面の曲
率半径を算出し、該曲率半径から被検レンズの色収差を
測定する構成とすることが望ましい。

一方、本発明の測定装置は、被検レンズの焦点位置に置
かれ、波長を変化できる点状光源と、被検レンズから射
出される平行光線を被検レンズから等距離にあって反射
重合し、微小角度チルトされた二つの反射面とからなる
構成としている。

又は、被検レンズから射出される平行光線を二つに分割
するビームスプリッタを設け、分割された光線のそれぞ
れを二つの反射面に照射する構成としてもよい。

さらに、仰角シャリング干渉縞を結像するイメージセン
サと、該イメージセンサからの出力を受けてフーリエ変
換法によって被検レンズの射出波面の曲率半径を算出し
、該曲率半径から色収差を算出する干渉縞解析装置とを
設けた構成とすることが望ましい。

〔作　用〕

点状光源からの光束は、被検レンズで平行光束にされ、
微小角度αでチルトされた二つの基準反射平面に達して
それぞれ反射される。この反射光束はイメージセンサ上
で重なり合い、仰角シャリング干渉縞を形成する。この
干渉縞に対応するイメージセンサの出力からこの干渉縞
の強度分布の信号を得て、高速フーリエ変換法で処理し
、２αのチルト成分に相当する空間キャリヤを差し引き
、逆フーリエ変換することにより光の進行方向と直角方
向にシフトした位相波面を求め、波面の曲率半径を算出
し、該曲率半径を複数の波長について求めることによっ
て色収差を算出する。

〔実施例］ 次に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図において、１は半導体レーザからなる点状の光源
、２は被検レンズ、３はビームスプリッタ、６は集光レ
ンズ、７は光ファイバ、８は波長モニタ装置で、これら
は従来例で説明したのと同様である。なお、本発明の光
ｒ１．１には、半導体レーザだけでなく、たとえば、白
色光源から色フィルタ又はモノクロメータ等で任意の波
長を選択し、色収差が良好な状態に補正された結像レン
ズで結像させ、その結像位置を被検レンズ２の焦点位置
に一致させてもよい。

ビームスプリッタ３で反射されずに透過した光束は、第
２のビームスプリッタ９で二つに分割され、一方は基準
反射平面１０に向かい、他方は光学的に等距離にある別
の基準反射平面１１に向かい、それぞれ反射されて再び
第２のビームスプリッタ９に戻り、反射又は透過をして
イメージセンサ１２上で重なり合う。基準反射平面１０
は光束に対し直角であるが、基準反射平面１１の方は、
光束と直角な面に対し微小な角度αだけチルトされてい
るので、重なり合った光束は、イメージセンサ１２上で
傾角干渉縞（はぼ等間隔で、チルト角２αに対応した空
間キャリヤを持つ。）を形成する。以上はいわゆるトワ
イマングリーン干渉計において、一方の反射面をチルト
させたものと同様の構成である。

第３図にイメージセンサ１２上に形成された干渉縞１３
を示す。この干渉縞１３をスクリーン上に形成し、肉眼
で観察すれば色収差についである程度の判断が可能であ
る。

しかし、色収差について定量的な把握をするためには、
コンピュータ等を利用した干渉縞解析装置Ａによって解
析する必要がある。第３図によりその概略を説明する。

先ず、前述したように、同一波面をビームスプリッタ９
（第１図）によって分岐し、一方の基準反射平面１１に
傾きαを設けることで、イメージセンサ１２上で二つの
波面を進行方向と直角方向にＳだけシフトし、２αだけ
傾けたものと等価な干渉縞を形成する。この干渉縞の強
度分布をフーリエ変換法で処理し、２αのチルト成分に
相当する空間ギヤリヤを差し引き、逆フーリエ変換する
ことによりＳだけシフトした位相波面を求め、波面の形
状を求めることにより、色収差を算出する。

第３図は、干渉縞解析装置Ａの詳細を示す図で、この装
置によって以下のように解析が行われる。

イメージセンサ１２上の傾角干渉縞１３の強度分布は、
第４図（ａ）に示すようになるが、これを数式で現すと
次のようになる。

ｇ（ｘ）＝ａ（ｘ）＋ｃ（ｘ）ｅｘｐ（２πｊｆｇ　ｘ
）＋　ｃ　”　（ｘ）ｅｘｐ（−２πｊｆｏｘ）　　・
・・■ここで、 ｃ　（ｘ）＝　（１／　２　）　　ｂ　（ｘ）ｅｘｐ　
（ｊφ（Ｘ）　）　　　　・・・■上記強度分布は、イ
メージセンサ１２及び増幅器１４で電気的な強度信号に
変換され、アンチエイリアスフィルタ１５によってＡＤ
変換時のサンプリング周波数の１／２以上の周波数ノイ
ズをカットする。

次に、ＡＤ変換回路Ｉ６を介してデジタル信号に量子化
され、演算回路１７に入力される。

上記０式について１次元フーリエ変換し、空間周波数ス
ペクトルＧ　（ｆ）を求めると第４図（ｂ）のようにな
る。すなわち、 Ｇ（ｆ）＝　Ｓ　　ｇ（ｘ）ｅｘｐ（−２πｊ　ｆ　Ｘ
　　）　　ｄ　　ｘ−ω ＝Ａ（ｆ）＋Ｃ（ｆ−ｆｏ　）　十Ｃ”　（ｆ＋ｆｏ　
）　−■これを実際に演算回路１７内で、コンピュータ
処理によって行う場合は、ＦＦＴ演算回路１８により、
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で演算される。

次に、スペクトル抽出回路１９で、空間周波数のフィル
タリングにより正のキャリヤ信号に乗っている信号スペ
クトルＣ（ｆ−ｆｏ）を取り出し、反射平面板ｌのチル
トによって生じた空間キャリヤ周波数ｆｏ’　（ｆｏ　
＝２ｔａｎ　ａ／λ）だけ原点にシフトして、Ｃ（ｆ）
を得る。

このＣ（ｆ）４逆ＦＦＴ演算回路２０でＸについて１次
元逆フーリエ変換することにより、０式のＣ（Ｘ）が求
まる。さらに、位相計算回路２１において、０式により
位相φ（Ｘ）を算出する。ここでφ（に）は反射面１０
と１１とでそれぞれ同一波面が光軸に直交する方向にシ
フトしたときの位相差を示す（第４図（Ｃ））。

次に、こうして得られた位相を基に、位相積分回路２２
において、次の計算により第４図（ｄ）に示す波面形状
Ｗ　（ｘ）を求める。

ＺＥｓｉｎ　　α　　　　Ｘｏ ここにｌは、第２図に示すように、基準反射平面１０か
らイメージセンサ１２までの距離を示す。

次に、上記Ｗ　（ｘ）から波面曲率半径の算出回路２３
によって、波面の円弧の曲率半径Ｒを求める。

以上の計算を種々の波長毎に行い、それぞれの波面の曲
率半径Ｒを求める。

そして、被検レンズ２から基準反射平面１０までの距離
を！１、基準反射平面１０からイメージセンサエ２まで
の距離を前述のようにｌとすると、被検レンズ２から射
出される波面のイメージセンサ１２上での曲率半径Ｒは
、次式により求まる。

Ｒ＝Ｓ’　−（ｊ！ｔ　４１り ここに、Ｓ′　：被検レンズ２より射出される波面の被
検レンズ上での曲率半径 ｆ　：被検レンズ２の基準波長における焦点距離 Δｆ：被検レンズ２の波長変動に対応する焦点距離変動
（色収差） ｆ２ ところで、上式中のｆ＋１１＋１＝Ｌは用いる干渉計固
有の値として決定可能であり、ｆは他の測定方法（例え
ばノーダルスライド法）で決定できるから、上述のＲの
測定によりΔｆを決定することができる。

色収差の算出回路２４により上記の演算がされ、各波長
に対するＲを測定することにより、各波長に対するΔｆ
を決定することができる。なお、このとき基準波長に対
応する射出波面を正確に平面波にしなくても、基準波長
に対する八ｆが求まるから、この分の補正をすることに
より、色収差の正確な測定が可能であることは申すまで
もない。

第５図は、本発明の他の実施例を示す。この実施例は第
２のビームスプリッタ９を使用せず、代わりに角度αで
交叉する二面の反射面３０ａ　、　３０ｂを有するくさ
び型プリズム３０を用いている。

すなわち、この角度αがチルト角に該当する。

被検レンズ２で平行にされた光束は、ビームスプリッタ
３を透過してくさび型プリズム３０に導かれ、再反射面
３０ａ、３０ｂで反射してイメージセンサＩ２上に第１
図と同様な傾角シャリング干渉縞を形成する。以下の解
析は第１図の実施例と同様である。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、従来のようにビー
ムウェスト位置を検出するための機械的な駆動部や、色
収差を高精度で取り除いた集束レンズ等を必要とせず、
二つの基準反射平面板を傾けるだけの簡単な構成で達成
できる。また、高速処理が可能で、しかも、波面の変動
を波長以下の精度で観測できるという高精度測定が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の色収差測定装置を示す構成図、第２図
は傾角シャリング干渉を説明する図、第３図は干渉縞解
析装置の構成を示すブロック図、 第４図（ａ）から（ｄ）は干渉縞の強度分布から被検レ
ンズでの波面形状を求めるまでの工程を示す図、 第５図は本発明の他の実施例の構成を示す図、第６図は
従来例の構成を示す図である。 Ａ・・・干渉縞解析装置、１・・・点状光源、２・・・
被検レンズ、９・・・ビームスプリッタ、１０，１１，
３０ａ　、３０ｂ・・・基準反射平面、１２・・・イメ
ージセンサ。 特許出願人　　　株式会社　リ　コ 第１図 第３図 第２図 （３／４１ ｆｏ Ｘ→ （Ｇ） （ｂ） ↓ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）波長を変化できる点状光源を被検レンズの焦点位
   置に置き、被検レンズを透過した平行光線を、該被検レ
   ンズから等距離にあり微小角度チルトさせた二つの反射
   面で反射させ、両反射光を重ね合わせて傾角シャリング
   干渉縞を生じさせることを特徴とする色収差測定方法。 （２）被検レンズから射出される平行光線をビームスプ
   リッタにより分割し、それぞれの光束を前記二つの反射
   面で反射させることを特徴とする請求項１記載の色収差
   測定方法。（３）傾角シャリング干渉縞の像をイメージ
   センサ上に結像し、該イメージセンサの出力する干渉縞
   の光強度信号からフーリエ変換法により被検レンズの射
   出波面の曲率半径を算出し、該曲率半径から被検レンズ
   の色収差を測定することを特徴とする請求項１又は２記
   載の色収差測定方法。 （４）被検レンズの焦点位置に置かれ、波長を変化でき
   る点状光源と、被検レンズから射出される平行光線を被
   検レンズから等距離にあって反射重合し、微小角度チル
   トされた二つの反射面とからなることを特徴とする色収
   差測定装置。 （５）被検レンズから射出される平行光線を二つに分割
   するビームスプリッタを設け、分割された光線のそれぞ
   れを二つの反射面に照射することを特徴とする請求項４
   記載の色収差測定装置。 （６）傾角シャリング干渉縞を結像するイメージセンサ
   と、該イメージセンサからの出力を受けてフーリエ変換
   法によって被検レンズの射出波面の曲率半径を算出し、
   該曲率半径から色収差を算出する干渉縞解析装置とを設
   けたことを特徴とする請求項４又は５記載の色収差測定
   装置。