KR100820220B1 - 광파 간섭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 피검렌즈의 포지셔닝 수단을 구비한 광파 간섭장치에 있어서, 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 평행 어긋남을 자동 조정하고, 피검렌즈의 광파간섭 측정을 자동화할 수 있는 광파 간섭장치를 얻는 것을 과제로 한다.

피검렌즈(1)의 표면으로부터의 상기 측정용 광속의 반사광에 기초하는 휘점을 관찰하고, 관찰화면 상에서의 상기 휘점의 상(像)위치를 연산함과 아울러, 측정된 상기 휘점의 상을 관찰화면 상에서의 소정 기준의 위치까지 이동시키는데 요하는, 기준구면 반사경(7)의 이동량을 연산하고, 이 연산된 이동량에 기초하여 기준구면 반사경(7)의 구동제어를 행하도록 하여, 광파간섭 측정의 관찰화면 상에서 피검렌즈(1)의 광축과 기준구면 반사경(7)의 광축의 평행 어긋남을 자동 조정한다.

Description

광파 간섭장치{LIGHTWAVE INTERFERENCE APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 광파 간섭장치를 나타내는 개략적인 구성도,

도 2는 피검렌즈의 형상을 나타낸 개략도((A)부분은 정면도, (B)부분은 평면도),

도 3은 렌즈탑재 지그의 에지면 받침대의 형상을 나타낸 개략도((A)부분은 제1의 형태, (B)부분은 제2의 형태),

도 4는 본 실시형태에 따른 광파 간섭장치의 피검렌즈 포지셔닝부의 개관 구성을 나타내는 정면도,

도 5는 본 실시형태에 따른 광파 간섭장치의 피검렌즈의 로드/언로드의 상태를 나타내기 위한, 피검렌즈 포지셔닝부의 개관 구성 측면도,

도 6은 휘점이 생성되는 모양을 나타낸 개략도,

도 7은 휘점이 에지면 받침대의 중앙창을 통해서 관찰화면의 대략 중앙에 나타나 있는 모습을 나타내는 도면,

도 8은 기준의 위치에 배치된 휘점(P)의 상위치와, 금회 측정된 휘점(P')의 상위치의 어긋남을 나타내는 모식도,

도 9a는 피검렌즈의 광축이 기준구면 반사경의 광축에 대하여 기울어져 있을 경우의 간섭무늬 화상을 나타내는 도면,

도 9b는 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 경사가 조정되었을 경우의 간섭무늬 화상을 나타내는 도면,

도 10은 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축이 일치하도록 조정한 후의 간섭무늬 화상을 나타내는 도면,

도 11은 휘점의 기준의 위치로부터의 이동량과 L축방향의 이동량의 관계를 나타내는 그래프,

도 12는 피검렌즈의 투과 파면의 경사와 L축방향의 이동량의 관계를 나타내는 그래프,

도 13은 피검렌즈의 투과 파면의 경사와 Y축방향의 이동량의 관계를 나타내는 그래프,

도 14는 피검렌즈 영역의 마스크 추출 범위가, 휘점의 상위치를 중심으로 한 소정값을 지름으로 하는 원의 내측영역으로서 나타내어지는 것을 나타낸 도면,

도 15는 에지면 영역의 마스크 추출 범위가, 휘점의 상위치를 중심으로 한 소정의 각 값을 지름으로 하는 2개의 원 사이에 있는 영역으로서 나타내어지는 것을 나타낸 도면,

도 16은 (A), (B), (C), (D)의 순서로, 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 조정작업이 이루어지는 모습을 나타낸 도면,

도 17은 관찰위치에 바르게 셋트된 피검렌즈에 대하여 광간섭 측정을 행할 때의 상태를 나타낸 도면(A), 및 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 평 행 어긋남이 발생되어 있는 상태를 나타낸 도면(B)이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1, 100 : 피검렌즈 2 : 렌즈 본체

3 : 에지부 3A : 에지면(기준면)

4, 102 : 간섭계의 기준판(기준판) 5, 55, 104 : 렌즈탑재 지그

6 : 보정판 7, 106 : 기준구면 반사경

8, 58 : 에지면 수용영역 9A, 59A : 중앙창

9B, 59B : 에지면 반사광용 창 9C, 59C : 보정판 반사광용 창

11 : 수동2축 틸트 스테이지(기준판 조정용)

12 : 수동2축 틸트 스테이지(보정판 조정용)

13 : 전동2축 틸트 스테이지 14 : 전동Y축 스테이지

15 : 전동X축 스테이지 16 : 전동Z축 스테이지

20 : 간섭계 본체부 21 : 광원

22 : 빔지름 확대용 렌즈 23 : 빔 스플리터

24 : 콜리메이터 렌즈 25 : 결상 렌즈

26 : 촬상수단 27 : 컴퓨터

28 : 모니터 장치 29 : 입력장치

30 : 피검체 포지셔닝부

31 : 샘플 스테이지 전후방향(L축방향) 이동기구

32 : 로터리 인코더 34 : 펄스모터

36 : Z축 수동 조조정용 손잡이 108 : 기준구면 중심

P, P' : 휘점

본 발명은, 피검렌즈의 포지셔닝 수단을 구비한 투과파면 측정용의 광파 간섭장치에 관한 것으로서, 특히, 광기록매체의 기록/재생장치에 탑재되는 광픽업 렌즈 등의 파면 수차를 측정할 경우에, 이 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 어긋남을 자동 조정할 수 있는 광파 간섭장치에 관한 것이다.

종래부터, 각종 렌즈, 예를 들면 광픽업 렌즈 등의 파면 수차를 측정하는 투과파면 측정용의 광파 간섭장치가 알려져 있다.

이러한 광파 간섭장치에서는, 피검렌즈탑재 지그를, 이 지그에 지지된 피검렌즈의 광축방향과 대략 직교하는 방향으로 이동하여, 상기 피검렌즈의 로드 및 언로드를 행하도록 하고 있고, 피검렌즈를 이 피검렌즈탑재 지그 상에 설치한 후, 피검렌즈의 로드 조작을 행함으로써 피검렌즈를 정규의 관찰위치에 셋트하도록 하고 있다.

도 17(A)는, 이러한 로드 조작에 의해 정규의 관찰위치에 셋트된 양쪽 볼록의 광픽업 렌즈로 이루어지는 피검렌즈(100)에 대하여 광간섭 측정을 행할 때의 개략배치를 나타내는 것이다.

즉, 간섭계 본체로부터의 측정용 평행광속은 간섭계의 기준판(102)에 조사되 어, 그 기준면에 있어서 2계로 분할된다. 한쪽은 기준면에서 반사되어서 기준광으로 되지만, 다른쪽은 이 기준면을 투과하여 렌즈탑재 지그(100) 상에 지지된 피검렌즈(100)에 조사된다. 이 피검렌즈(100)에 조사된 다른쪽의 측정 광속은, 이 피검렌즈(100)에 있어서 일단 수속되고, 다시 발산되어 기준구면 반사경(106)의 반사면에 조사된다.

그런데, 피검렌즈(100)로부터 출사된 측정 광속에 있어서, 기준구면 반사경(106)에 대한 입사경로와 출사경로가 일치하지 않으면, 피검렌즈(100)의 광간섭 측정을 행하는 것은 불가능하다. 따라서, 도 17(A)에 나타내는 바와 같이, 피검렌즈(100)로부터 출사된 측정 광속이 그 도중에 수속점을 가질 경우에, 기준구면 반사경(106)으로부터의 리턴광이 그 입사경로를 역진하기 위해서는, 이 수속점이 기준구면 반사경(106)의 기준구면 중심(구심)(108)과 엄밀하게 일치하고 있을 필요가 있다.

그러나, 실제로는, 피검렌즈(100)를 렌즈탑재 지그(104) 상에 설치하고, 그 로드 조작을 행하여 피검렌즈(100)를 정해진 관찰위치에 셋트한 상태에서는, 피검렌즈(100)의 광축이 기준판의 기준면 수직방향에 대하여 기울어져 버리는 일이 있고, 이 경우에는 피검렌즈(100)의 경사를 조정하여 피검렌즈(100)의 광축이 기준판의 기준면에 대하여 수직으로 되도록 설정한다.

그러나, 이와 같이 피검렌즈(100)의 경사를 조정했을 경우, 일반적으로 피검렌즈(100)의 광축과 기준구면 반사경(106)의 광축이 평행 어긋남을 발생하여 버린다. 이것에 의해, 도 17(B)에 나타내는 바와 같이, 피검렌즈(100)로부터 출사된 측 정 광속의 수속점이 기준구면 반사경(106)의 기준구면 중심(구심)(108)에 대하여 어긋남을 발생시키는 결과로 되어, 피검렌즈(100)의 광간섭 측정이 곤란하게 되어버린다. 일반적으로, 이러한 평행 어긋남이, 예를 들면 수십㎛정도 이상 발생되어 있으면 관찰면 상에 간섭무늬는 나타나지 않는다,라고 되어 있다(도 17(B)에서는 상기 평행 어긋남이 과장되게 그려져 있다).

즉, 피검렌즈(100)의 경사를 조정했을 때에 생기는, 약간의 광축의 평행 어긋남을 억제하는 것이 광간섭 측정을 행하는 점에서 큰 문제가 되고 있다.

또한 피검렌즈(100)를 렌즈탑재 지그(104)의 렌즈 설치부에 셋트했을 경우에는, 약간이기는 하지만 백래시가 발생하고 있기 때문에, 이것에 의해서도 피검렌즈(100)의 광축과 기준구면 반사경(106)의 광축 사이에 평행 어긋남이 생기고, 상기와 같은 문제가 발생한다.

이러한 것으로부터, 종래는, 피검렌즈(100)를 렌즈탑재 지그(104) 상에 설치할 때에, 이 렌즈탑재 지그(104) 상에서 가동되지 않도록, 정확한 위치에 시간을 두고서 확실하게 고정하도록 하고 있었다.

또, 하기 특허문헌1에는, 간섭계 장치에 있어서, 피검체와 기준판의 얼라인먼트를 행하기 위해서, 이들 피검체와 기준판의 쌍방으로부터의 반사광을, 본래의 간섭계 장치의 광학계와는 별도의 집광렌즈에 의해 집광하고, 전용의 라인센서 상에 점상을 형성하는 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌1) 일본 특허공개 평7-83609호 공보

그러나, 상술한 바와 같이, 피검렌즈(100)를 렌즈탑재 지그(104) 상에 확실 하게 고정하도록 했을 경우에는, 피검렌즈(100)의 교환을, 로봇 등을 사용한 자동화 작업에 의해 행하는 것이 매우 어렵게 된다.

광픽업 렌즈 등의 제조공정에 있어서는, 렌즈를 고속으로 양산화할 수 있는 체제를 확립하는 것이 급선무로 되어 있지만, 종래는, 상술한 바와 같이, 이 피검렌즈(100)의 파면 수차를 검사하는 광간섭 측정의 일부를 수작업으로 시간을 들여서 행할 필요가 있어, 피검렌즈의 광간섭 측정을 전자동화하는 것에의 요구는 매우 강한 것이다.

또한 상기 공보기재의 기술에 따라서는, 통상 사용되는 간섭계 장치의 구성이외에, 상술한 집광렌즈나 라인센서, 또한 광로를 상기 집광렌즈 방향으로 분할하기 위한 하프미러 등이 필요하게 되어, 장치가 복잡화되어지고 대형화된다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 피검렌즈의 포지셔닝 수단을 구비한 광파 간섭장치에 있어서, 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 평행 어긋남을 자동 조정하여, 피검렌즈의 광파간섭 측정을 전자동화할 수 있으며, 장치의 간소화 및 컴팩트화를 꾀할 수 있는 광파 간섭장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 광파 간섭장치는, 광원으로부터의 측정용 광속을 2계로 분할하고, 한쪽을 피검렌즈를 투과시킨 후, 기준구면 반사수단에 의해 반사시키고, 상기 피검렌즈를 재투과시켜 피검광으로 하고, 다른쪽을 기 준면에 있어서 기준광으로 하며, 상기 피검광과 상기 기준광의 간섭에 의해 생기는 간섭무늬를 관찰하여, 상기 관찰결과에 기초하여 상기 피검렌즈의 파면 수차를 측정하는 광파 간섭장치에 있어서, 상기 기준구면 반사수단의 광축과 상기 피검렌즈의 광축의 위치관계를 조정하는 피검체 포지셔닝 수단을 구비하고, 상기 피검체 포지셔닝 수단은, 상기 광파 간섭장치로부터의 측정용 광속에 대면하도록 상기 피검체를 지지하는 피검체 지지수단과, 상기 피검체를 투과한 상기 측정용 광속을 반사하는 기준구면 반사수단과, 상기 기준구면 반사수단을 그 광축방향과 직교하는 평면 내의 서로 직교하는 2축방향으로 이동조정 가능한 이동조정수단과, 상기 피검렌즈의 표면으로부터의 상기 측정용 광속의 반사광의 강도분포에 기초하는 광마크를 관찰하고, 관찰화면 상에서의 상기 광마크의 상(像)위치를 연산하는 광마크 상위치 측정 연산수단과, 상기 광마크 상위치 측정 연산수단에 의해 측정된 상기 광마크 상을 상기 관찰화면 상에서의 소정의 기준위치까지 이동시키는데 요하는, 상기 기준구면 반사수단의 이동량을 연산하는 기준구면 이동량 연산수단과, 상기 기준구면 이동량 연산수단에 의해 연산된 이동량에 기초하여, 상기 이동 조정수단의 구동제어를 행하는 구동제어수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 상기 「기준구면」이란, 물리적으로 구면형상으로 되는 것 이외에, 소위 비구면형상으로 되는 것을 포함하는 뜻이다.

또한 상기 피검체 지지수단은, 이 피검체 지지수단에 의해 지지된 피검렌즈의 광축방향에 대략 직교하는 방향으로 이동하고, 상기 피검렌즈의 로드 및 언로드를 행하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 피검렌즈가 에지부를 갖고, 상기 에지부는 상기 피검렌즈의 광축에 수직이 되는 기준 에지면을 적어도 1개 갖고 있으며, 상기 피검체 지지수단은 상기 기준 에지면의 일부를 지지함과 아울러, 상기 기준 에지면의 그 이외의 부분에 상기 측정용 광속을 조사시킬 수 있는 창부를 갖는 에지면 받침대를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 관찰화면 상에 있어서, 상기 피검렌즈의 본체에 따른 간섭무늬의 관찰영역과, 상기 창부에 대응하는 상기 기준 에지면에 따른 간섭무늬의 관찰영역을 특정하는 마스크를 생성하는 마스크 생성수단과, 상기 관찰화면 상에 있어서의 상기 광마크의 상의 이동에 따라 상기 마스크를 이동시키는 마스크 이동수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 광파 간섭장치의 주요부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한 도 2는 피검렌즈의 형상을 나타낸 개략도((A)부분은 정면도, (B)부분은 평면도), 도 3은 렌즈탑재 지그의 에지면 받침대의 형상을 나타낸 개략도이며, 도 4는 본 실시형태에 따른 광파 간섭장치의 피검렌즈 포지셔닝부의 개관 구성을 나타내는 정면도, 도 5는 본 실시형태에 따른 광파 간섭장치의 피검렌즈의 로드/언로드의 상태를 나타내기 위한, 피검렌즈 포지셔닝부의 개관 구성 측면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 광파 간섭장치는 간섭계 본체부(20)와 피검체 포지셔닝부(30)로 이루어진다.

우선, 간섭계 본체부(20)는, 레이저광원 등의 가간섭 거리가 긴 광원(21)을 탑재한 피조형(Fizeau type)의 간섭계 장치이며, 광원(21)으로부터 출사된 광이 진행되는 순서로 배치된 빔지름 확대용 렌즈(22), 빔 스플리터(23), 콜리메이터 렌즈(24), 결상 렌즈(25), 광검출면을 갖는 촬상수단(26)을 구비하고 있다. 또한 간섭계 본체부(20)는, 촬상수단(26)에 의해 촬상된 화상에 관한 화상처리, 각종 연산처리 및 각종 조정부의 구동제어를 행하는 컴퓨터(27)와, 간섭무늬 화상 등을 표시하는 모니터 장치(28)와, 컴퓨터(27)에 대한 각종 입력을 행하기 위한 입력장치(29)를 구비하고 있다. 또한 기준판(4)은, 통상 간섭계 본체부(20)에 포함되지만, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 이하에 설명하는 피검체 포지셔닝부(30)에 포함시켜서 설명한다.

한편, 피검체 포지셔닝부(30)는, 간섭계 본체부(20)로부터의 측정용 광속의 진행방향(도 1에서는 상방향)을 향해서, 간섭계의 기준판(이하, 단지 기준판이라고 칭한다)(4), 피검렌즈(1), 보정판(6) 및 기준구면 반사경(7)을, 이 순서로 지지하고, 또한 위치조정 하도록 구성된 것이다.

즉, 기준판(4)은, 수동2축 틸트 스테이지(11)에 의해서 지지되고, 또한 X축 및 Y축을 중심으로 한 회전각도(경사)를, 예비조정 단계에 있어서 조정하도록 되어 있다. 또한 피검렌즈(1)는, 렌즈탑재 지그(5)를 통해서 전동2축 틸트 스테이지(13)에 의해 지지되고, 또한 X축 및 Y축을 중심으로 한 회전각도(경사)를, 각 피검렌즈(1)의 측정시에 있어서 자동조정되게 되어 있다. 또한, 보정판(6) 및 기준구면 반사경(7)은, 수동2축 틸트 스테이지(12), 전동Y축 스테이지(14), 전동X축 스테이지(15) 및 전동Z축 스테이지(16)에 의해 순차적으로 지지된다. 여기에서, 보정 판(6)은, 광기록매체의 보호층에 대응하도록 설치된 투명판(통상은 유리판)이며, 실제로 광기록매체를 기록/재생하는 상태와 광학조건을 맞추는 목적으로 설치되는 것이며, 수동2축 틸트 스테이지(11)에 의해 기준판(4)의 기준면에 대하여 평행하게 되도록, X축 및 Y축을 중심으로 한 회전각도(경사)를 예비 조정단계에 있어서 조정되도록 되어 있다. 한편, 기준구면 반사경(7)은, 전동Y축 스테이지(14), 전동X축 스테이지(15) 및 전동Z축 스테이지(16)에 의해, X, Y, Z의 각 축방향으로 평행하게 이동조정이 가능하게 되고, 이것에 의해 각 피검렌즈(1)의 측정시에 있어서 자동적으로 위치조정되게 되어 있다.

상기 실시형태에 있어서는, 피검렌즈(1)는, CD, DVD, AOD, 블루레이 디스크 등의 광기록매체를 기록/재생하는 장치에 광픽업 렌즈로서 탑재되는 것이며, 렌즈 본체(2) 및 에지부(3)로 이루어진다. 렌즈 본체(2)는 양쪽 볼록렌즈로 되어 있고, 광기록매체 기록/재생장치의 광원측에 강한 곡률의 면이 배치되어서 이루어진다. 또한 에지부(3)의 상기 광원측에 배치되는 에지면(3A)은 렌즈 얼라이먼트시의 기준면으로 되어 있고, 광픽업 렌즈의 광축에 대하여 엄밀하게 수직으로 되도록 설정된다. 또, 에지부(3)의 타면을 기준면으로 하는 것은 물론 가능이다.

또, 피검렌즈(1)로서, 그 형상 및 그 용도는 상기 실시형태의 것에 한정되는 것은 아니고, 또한 비구면이나 회절광학면을 부설하는 것도 가능하다. 또, 예를 들면 피검렌즈(1)가 비구면을 갖고 있을 경우에, 기준구면 반사경(7)의 표면은, 이 피검렌즈(1)의 표면형상에 따른 비구면 형상으로 되어 있다.

또, 도면에 나타내지는 않았지만 기준판(4)에는, 프린지스캔 계측을 실시할 때에 기준판(4)을 광축방향으로 미동시키기 위한 프린지스캔 어댑터가 설치되어 있다.

다음에 렌즈 답재지그(5)의 에지면 받침대의 형상은, 간섭계 본체부(20)로부터 보면, 도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 그 중앙부분에 피검렌즈(1)의 광간섭 측정을 행하기 위한 중앙창(9A), 중앙창(9A)의 외측에 위치하는 3개의 에지면 반사광용 창(9B), 또한, 에지면 반사광용 창(9B)의 외측에 위치하는 3개의 보정판 반사광용 창(9C)으로 이루어지는 연속된 창부와, 에지면(3A)의 대응영역에 돌출한 3개의 에지면 수용영역(8)을 구비하고 있다. 또, 도 3(A)의 예에 있어서는, 에지면 반사광용 창(9B), 보정판 반사광용 창(9C) 및 에지면 수용영역(8)이 모두 3개 설치되어 있지만, 이들 각 부의 수는 그 밖의 수로 되어 있어도 되고, 예를 들면 도 3(B)에 나타내는 예(각 부의 부호는, 도 3의 대응하는 각 부의 부호에 50을 더해서 나타낸다)에 있어서는, 에지면 반사광용 창(9B), 보정판 반사광용 창(9C) 및 에지면 수용영역(8)이 모두 4개의 것이 나타내어져 있다(후술하는 기재에 있어서는 이들 부재가 4개인 것이 나타내어져 있다).

또한 도 4에는, 피검렌즈(1)의 로드/언로드 조작을 행하기 위한 샘플 스테이지 전후방향(L축방향) 이동기구(31), 상기 에지면(3A)의, X축 및 Y축을 중심으로 한 회전각도(경사)를 계측하는 로터리 인코더(32), 전동Z축 스테이지(16)를 이동시키는 펄스모터(34) 및 Z축 수동 조조정용 손잡이(36)가 나타내어져 있다.

또한, 피검렌즈(1)가 관찰위치에 셋트된 상태를 도 5(A)에, 피검렌즈(1)의 언로드 조작이 되어서, 피검렌즈(1)의 설치/교환 조작이 이루어지는 상태를 도 5(B)에 각각 나타낸다.

이하, 상기 광파 간섭장치의 측정순서에 대하여 간단하게 설명한다.

우선, 도 5(B)에 나타내는 상태에 있어서, 피검렌즈(1)를 렌즈탑재 지그(5)에 탑재하고, 샘플 스테이지 전후방향(L축방향) 이동기구(31)에 의해, 도 5(A)에 나타내는 상태가 될 때까지 L축방향(도 1에서는 지면의 깊이방향; Y축방향에 일치)으로 이동시키고, 피검렌즈(1)를 관찰위치에 셋트한다.

다음에, 피검렌즈(1)의 광간섭 측정을 행하기 위한 예비조정을 행한다. 이 예비조정에는, 수동2축 틸트 스테이지(11)에 의해 기준판(4)의 기준면과 측정용 광속의 축이, 서로 수직으로 되도록 설정하는 기준면 경사조정, 및 수동2축 틸트 스테이지(12)에 의해 보정판(6)과 기준판(4)의 기준면이 서로 평행하게 되도록 설정하는 보정판 경사조정을 행한다. 또, 필요에 따라서, Z축 수동 조조정용 손잡이(36)에 의해, 기준구면 반사경(7)의 Z축방향 위치의 조조정을 행한다.

또, 장치를 최초로 사용할 경우에는, 관찰화면 중에 간섭무늬를 발생시키는 각종 조정조작을 수동으로 행하고, 그 조정값을 컴퓨터(27) 내의 메모리에 기억시켜서 놓아야 한다.

다음에, 본 발명에 있어서의 포인트가 되는, 피검렌즈(1)의 광간섭 측정을 행하기 위한 본조정을 행한다(상세하게는 후술함). 상기 예비조정은, 일련의 피검렌즈(1)에 대해서 광간섭 측정을 행하기 전에 한번 행하도록 하면 되지만, 이 본조정은, 각 피검렌즈(1)의 측정을 행할 때마다, 원칙적으로 그때마다 행하도록 한다.

이 본조정은, 우선, 전동2축 틸트 스테이지(13)를 사용하여, 피검렌즈(1)의 에지면(3A)과, 상기 기준판(4)의 기준면이 서로 평행하게 되도록 2축 틸트의 자동조정을 행한다. 이것에 의해, 피검렌즈(1)의 광축과 기준구면 반사경(7)의 광축이 서로 평행하게 조정된다.

다음에, 전동Y축 스테이지(14), 전동X축 스테이지(15) 및 전동Z축 스테이지(16)를 사용하여, 피검렌즈(1)를 투과해 평면파로부터 구면파로 된 광속이, 기준구면 반사경(7)의 반사구면 부분에 수직으로 입사되도록 기준구면 반사경(7)의 X, Y, Z 각 축방향으로의 평행 어긋남의 자동조정을 행한다. 즉, 이것에 의해 피검렌즈(1)의 광축과 기준구면 반사경(7)의 광축이 서로 일치하게 된다.

상기의 본조정이 종료되면, 피검체 렌즈(1)의 광간섭 측정을 행한다. 이 광간섭 측정에 의해 간섭계 본체부(20)의 촬상수단(26)에 있어서 얻어진 간섭무늬 화상정보는, 컴퓨터(27)에 의해 연산처리나 화상 해석처리가 실시되어, 피검체 렌즈(1)의 파면 수차량이 구해진다.

얻어진 간섭무늬 화상이나, 해석 결과 등은 컴퓨터(27)에 접속된 모니터 장치(28)에 표시된다.

그런데, 본 실시형태 장치는, 피검체 렌즈(1)가 렌즈탑재 지그(5)에 탑재되면서 이동되어서, 관찰위치에 셋트된 상태에 있어서, 피검렌즈(1)의 광축이 기준구면 반사경(7)의 광축에 대하여 생기는 평행 어긋남을 보정하는 기능을 갖고 있다.

미소량이여도 이 광축의 평행 어긋남이 생기면, 피검렌즈(1)로부터 출사된 측정 광속의 수속점이 기준구면 반사경(7)의 기준구면 중심(구심)에 대하여, 어긋남을 보이는 결과로 되어, 피검렌즈(1)의 광간섭 측정이 곤란하게 된다,라고 하는 문제가 생긴다. 이러한 평행 어긋남은, 예를 들면 수십㎛정도라고 하는 약간의 오차량이어도, 관찰화면 상에 간섭무늬가 나타나지 않는 상태로 된다.

그래서, 본 실시형태 장치에 있어서는, 피검렌즈(1)의 표면으로부터의 측정용 광속의 반사광에 의해 생기는 휘점을 관찰하고, 관찰화면 상에서의 상기 휘점의 상위치를 연산하는 휘점 상위치 측정 연산수단(광마크 상위치 측정 연산수단)과, 이 휘점 상위치 측정 연산수단에 의해 측정된 상기 휘점의 상을 관찰화면 상에서의 소정의 기준위치까지 이동시키는데 요하는, 기준구면 반사경(7)의 이동량을 연산하는 기준구면 이동량 연산수단과, 이 기준구면 이동량 연산수단에 의해 연산된 이동량에 기초하여, 전동Y축 스테이지(14), 전동X축 스테이지(15) 및 전동Z축 스테이지(16)의 각 스테이지의 구동제어를 행하는 구동제어수단을 구비하고, 피검렌즈(1)의 표면으로부터의 측정용 광속의 반사광에 기초하는 휘점을, 말하자면 트레이서(tracer)로 하고, 이 휘점의 상이 관찰화면 내에서 소정의 위치로 이동할 수 있게, 상기 각 스테이지(특히, 전동Y축 스테이지(14) 및 전동X축 스테이지(15))의 구동제어를 행하여, 상기 각 기준구면 반사경(7)을 이동시키도록 하고 있다.

여기에서, 상기 휘점 상위치 측정 연산수단 및 상기 기준구면 이동량 연산수단은, 컴퓨터(27) 내의 CPU 및 메모리 내의 프로그램 등에 의해 구성되는 수단이며, 상기 구동제어수단은, 각 스테이지(14, 15, 16)에 부설된 구동모터(펄스모터 등으로 구성됨), 이 구동모터를 제어하는 제어회로(도시 생략) 및 이 제어회로를 기능시키는 프로그램(컴퓨터(27) 내의 메모리 내 또는 별도 설치된 메모리 내에 저장된다) 등으로 구성된다.

도 6은, 상기 휘점이 생성되는 모양을 나타낸 개략도이다. 즉, 측정용 광속 중, 기준판(4)을 투과한 광속 중 대부분은, 피검렌즈(1)로부터 출사되어서 기준구면 반사경(7)에 조사되지만, 측정용 광속 중, 기준판(4)을 투과한 광속의 일부는 피검렌즈(1)와 공기의 계면에 있어서 반사된다. 피검렌즈(1)의 렌즈 표면은, 구면 또는 비구면 등의 곡면으로 되어 있으므로, 이 렌즈 표면에 있어서 반사된 대부분의 광은, 피검렌즈(1)의 옆쪽으로 반사되지만, 일반적으로, 광축근방의 국소영역만은 측정용 광속에 정대향한 평면으로 간주되는 영역이기 때문에, 이 국소영역에 조사된 측정용 광속의 일부는 리턴광으로 되어, 이 간섭계 본체부(20)의 촬상수단(26)의 소정영역에 휘점의 상을 형성한다.

따라서, 이 휘점의 상은 피검면 렌즈(1)의 광축위치를 나타내는 마커로 되고, 간섭무늬 관찰화면 내에 있어서, 기준위치인 광축위치를 나타내는 트레이서로서 기능한다. 또, 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 휘점은 피검렌즈(1)의 표리면의 양쪽 또는 어느 한쪽에서 발생하게 된다.

또한 이 휘점을 발생시키는 렌즈 위치는, 반드시 광축근방이라고는 한정되지 않고, 예를 들면 비구면렌즈 등에 있어서는, 광축근방 이외의 원주형상 영역이, 측정용 광속에 정대향한 평면이라 간주할 수 있는 영역으로 되어 있는 경우를 생각할 수 있지만, 이 영역으로부터의 휘점의 상을 사용하는 것도 가능하다.

또, 본 발명에 있어서의 「측정용 광속의 반사광의 강도분포에 기초하는 광마크」로서는, 상기 실시형태의 것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 광축부근에 있어서 발생하는 동심원형상의 간섭무늬{배꼽 노이즈(umbilical noise)라고도 불린 다}를, 고역통과필터 처리 등의 화상처리를 실시해서 사용하여도 좋다.

도 7은, 상기 휘점(P)이, 피검렌즈(1)에 따른 간섭무늬와 함께, 상기 렌즈탑재 지그(5)의 에지면 받침대의 중앙창(9A)을 통해서, 관찰화면 내의 대략 중앙에 나타나는 모양을 나타내는 것이다. 또, 도 7에는 상기 렌즈탑재 지그(5)의 에지면 받침대의 에지면 반사광용 창(9B)을 통해서 에지면(3A)의 영역이, 또한, 보정판 반사광용 창(9C)을 통해서 보정판(6)의 영역이, 각각 관찰되는 모양이 나타내어져 있다.

또 도 8은, 전회 측정된 휘점(P)의 상위치(기준의 위치)와, 금회 측정된 휘점(P')의 상위치의 어긋남을 모식적으로 나타내는 것이며, 이 어긋남량을 휘점 상위치 측정 연산수단에 의해 연산하고, 이 연산값에 근거하여 금회 측정된 휘점(P')을 전회 측정된 휘점(P)의 상위치(기준의 위치)로 되돌리기 위해서 필요한 기준구면 반사경(7)의 이동량을, 기준구면 이동량 연산수단에 의해 연산한다. 이 연산값에 기초하여, 컴퓨터(27)는 상기 구동제어수단에 대하여, 각 스테이지(14, 15, 16)(특히 스테이지(14, 15))를 구동할 수 있는 지시신호를 출력한다. 여기에서, 전회 측정된 휘점(P)이란, 「전동Y축 스테이지(14) 및 전동X축 스테이지(15)의 설정위치가 이번의 측정을 시작할 때의 설정위치와 동일하고, 또한 양호한 간섭무늬가 피검렌즈(1)의 영역에 출현하고 있었을 때의 휘점(P)」을 나타내는 것이며, 이 조건을 만족하면, 전회 측정된 휘점(P)에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서는, 이 위치를 휘점(P)의 기준의 위치 또는 소정의 기준위치라고 칭한다.

또, 상기에서는, 휘점(P)의 상위치 혹은 휘점(P')의 상위치로서 설명을 진행 하고 있지만, 실제로는, 이 휘점의 상은 미소하지만 면적을 갖고 있기 때문에(예를 들면 십수 화소정도), 상술한 연산은, 그 상의 중심위치를 기준으로 하는 것이 바람직하다.

그런데, 피검렌즈(1)의 광축이 기준구면 반사경(7)의 광축에 대하여 경사져 있을 경우, 피검렌즈(1)의 경사를 확실히 보정하여 둘 필요가 있다. 그래서, 본 실시형태 장치에 있어서는, 에지면 반사광용 창(9B)을 통해서 관찰되는 에지면(3A)의 영역으로부터의 간섭무늬가 대략 소실되는(효력없는 줄무늬)정도까지, 전동2축 틸트 스테이지(13)에 의해 경사를 조정하도록 하고 있다. 또, 이 에지면(3A)의 영역에 드러나는 간섭무늬의 상태는, 간섭계 본체부(20) 내의 컴퓨터(27)에 의해 해석되어, 그 해석결과에 기초하여 전동2축 틸트 스테이지(13)가 구동됨으로써 행하여진다.

도 9a에 나타내는 에지면(3A)의 영역으로부터의 간섭무늬 화상에 있어서는, 에지면(3A)의 영역에 다수의 간섭무늬가 드러나 있고, 에지면(3A)이 기울어 있는 조정 전의 상태를 나타내고 있다. 한편, 도 9b에 나타내는 에지면(3A)의 영역으로부터의 간섭무늬 화상은 에지면(3A)의 경사가 조정된 후의 상태를 나타내는 것이다. 또, 경우에 따라서는, 이 조정이 종료된 단계에 있어서, 도 7에 나타내는 바와 같이 피검렌즈(1)의 영역 내에 많은 간섭무늬가 나타난다.

또, 이와 같이 하여 피검렌즈(1)의 경사가 조정된 후, 상술한 바와 같이 휘점(P)의 상위치에 기초하여 기준구면 반사경(7)의 평행 이동을 행한다.

도 10은 이와 같이 해서 피검렌즈(1)의 광축과 기준구면 반사경(7)의 광축의 평행 어긋남을 해소하여, 이들의 광축이 서로 일치하도록 조정한 후의 피검렌즈(1)의 영역으로부터의 간섭무늬 화상을 나타내는 것이다. 또, 이 경우의 조정의 초기단계에 있어서, 도 9b에 나타내는 바와 같이 피검렌즈(1)의 영역에 간섭무늬가 나타나 있지 않은 상태이었을 경우, 광축의 평행 어긋남을 조정하는 도중의 단계에 있어서, 도 7에 나타내는 바와 같이 피검렌즈(1)의 영역에 많은 간섭무늬가 출현하는 화상이 관찰된다.

이 도 10에 나타내어진 피검렌즈(1)의 영역에 있어서의 간섭무늬 화상으로부터는, 주로 피검렌즈(1)의 파면 수차에 기초하는 간섭무늬를 관찰할 수 있다.

그런데, 상술한 본조정에 관하여, 미리 교정을 위한 관계를 구해 둘 필요가 있지만, 도 11에서 도 13은, 이러한 관계를 구하는 순서를 설명하기 위한 그래프이다(어떤 도면에 있어서나, 파선은 실측값, 실선은 이 실측값을 직선근사에 의해 나타낸 것). 즉, 이 순서는 관찰화면 상에서의 휘점의 이동량에 대하여, 그 휘점을 기준의 위치로 되돌리기 위해서 필요한 전동Y축 스테이지(14)의 이동량을 구하는 순서로 된다.

여기에서, 도 11은, 휘점의 기준의 위치로부터의 이동량(휘점 중심위치로부터 기준의 위치까지의 화소수)과 L축방향의 이동량(샘플 스테이지 전후방향 이동기구(31)의 이동량과 일치: 단위는 ㎛)의 관계를 구한 것이다.

또한 도 12는, 피검렌즈(1)의 투과 파면의 경사(단위:파수(wave))와, L축방향의 이동량(샘플 스테이지 전후방향 이동기구(31)의 이동량과 일치: 단위는 ㎛)의 관계를 구한 것이다.

또한, 도 13은 피검렌즈(1)의 투과 파면의 경사(단위:파수(wave))와, Y축방향의 이동량(전동Y축 스테이지(14)의 이동량과 일치: 단위는 ㎛)의 관계를 구한 것이다. 또, 도 13에 있어서, 실측값은 직선 근사에 의한 직선의 대략 선폭 내에 위치하고 있다.

상기 도 11에서 도 13을 사용하여 설명한 각 관계에 기초하여, 기준의 위치로부터의 휘점의 이동량에 대하여, 그 휘점을 기준의 위치로 되돌리기 위해서 필요한 전동Y축 스테이지(14)의 이동량이 구해진다.

이 구해진 이동량에 기초하여, 휘점의 상을 기준의 위치로 되돌리도록 전동Y축 스테이지(14)를 구동하고, 기준구면 반사경(7)을 평행 이동시킴으로써 상기 본조정(파면의 경사를 0에 가깝게 함)의 작업이 완료된다.

또, 상기 본조정에 따른 작업은, Y축방향의 조정에 관한 것으로서, 실제로는 X축방향의 조정에 관해서도 같은 작업순서에 의해 상기 본조정(파면의 경사를 0에 가깝게 함)을 행하게 된다. 이 X축방향의 조정에 있어서는, 전동Y축 스테이지(14) 대신에 전동X축 스테이지(15)를 사용하게 된다.

또한 상기 본조정에 있어서, 에지면(3A)의 영역으로부터의 반사파면의 간섭무늬 화상을 측정할 경우, 및 본측정에 있어서 피검렌즈(1)의 영역으로부터의 투과 파면의 간섭무늬 화상을 측정할 경우, 모두 각각의 영역을 자동적으로 특정할 필요가 있다.

그래서 본 실시형태에 있어서는, 관찰화면 중에 피검렌즈(1)의 측정영역 및에지면(3A)의 측정영역을 각각 소프트적으로 마스킹하기 위한 마스크를 설치하고, 이 마스크에 의해 추출된 각 범위를 각 측정영역으로 인식해서 간섭무늬 화상을 측정하도록 하고 있다.

그러나, 피검렌즈(1)의 위치 어긋남의 정도에 따라서, 피검렌즈(1)의 측정영역 및 에지면(3A)의 측정영역이 관찰화면 상에서 이동하기 때문에, 상기 마스크에 의해 추출되는 관찰화면 상에서의 각 범위를 고정으로 했을 경우에는, 마스크에 의해 추출된 각 범위와 각 측정영역이 일치하지 않게 되어, 목적대상과는 다른 영역을 측정해버려 측정의 의미를 이루지 못한다.

그래서, 본 실시형태 장치에 있어서는, 상술한 관찰화면 상에서의 휘점을 중심으로 해서 마스크도 이동하도록 구성하고 있다. 즉, 피검렌즈(1)의 약 중심(광축근방위치)에 일치하는 휘점의 상위치(상 중심위치)가, 마스크에 의해 추출되는 각 범위의 중심위치에 배치되도록, 이 각 범위의 외주원을 이동시킴으로써, 마스크에 의해 추출된 각 범위와 각 측정영역이 항상 일치하도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 도 14에 나타내는 바와 같이 피검렌즈(1)의 측정영역에 대응하는 마스크 추출범위는, 휘점의 상위치(상 중심위치)를 중심으로 하고, 피검렌즈(1)의 유효 지름에 상당하는 값을 지름으로 하는 원(도 14에서는 백선원으로 나타내어진다)의 내측영역으로서 나타내어진다. 또, 관찰화면 상의 1화소가, 실제의 피검렌즈(1) 상에서 몇mm에 상당하는지를 미리 교정하고, 마스크 추출범위의 지름을 결정한다.

또한 도 15에 나타내는 바와 같이 에지면(3A)의 측정영역에 대응하는 마스크 추출 범위는, 휘점의 상위치(상 중심위치)를 중심으로 하여, 소정의 각 값을 반경 으로 하는 동심의 2개의 원(도 15에서는 2중의 백선원으로 나타내어진다) 사이에 있는, 중심각 90도마다의 4개의 영역으로서 나타내어진다.

이와 같이, 상기 어느 경우에나, 피검렌즈(1)의 평행위치 어긋남 조정에 따라 관찰화면 상에서 측정영역이 이동해도, 이 측정영역을 인식하기 위한 마스크 추출범위를, 휘점의 상의 이동에 따라 이동시키도록 하고 있어, 측정해야 할 측정영역을 확실하게 인식할 수 있다.

이상과 같이 하여, 본 실시형태 장치에 의한 본측정 전의 본조정(교정)이 이루어지게 된다. 본조정 작업의 각 시점에 있어서의 간섭무늬 화상을 도 7, 도 9a, 도 9b 및 도 10에 나타내고 있지만, 이들 도면의 요부를 뽑아 내어, 조정 단계의 순서로 병렬해서 나타낸 것이 도 16의 (A), (B), (C), (D)이다. 이 도 16의 (A), (B), (C), (D)에 의하면, (A), (B), (C), (D)의 순서로 피검렌즈(1)의 관찰영역의 조정작업이 순차적으로 이루어지는 모습이 명백하다.

또, 본 발명의 실시형태에 따른 광파 간섭장치로서는, 상기 실시형태의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상기 실시형태에 있어서는, 간섭계 본체부(20)가 피조형으로 되어 있지만, 마이켈슨형 등의 다른 타입의 것에 적용하는 것은 물론 가능하다.

본 발명의 광파 간섭장치는, 피검렌즈의 표면으로부터의 상기 측정용 광속의 반사광의 강도분포에 기초하는 광마크를 관찰하고, 관찰화면 상에서의 상기 광마크의 상위치를 연산함과 아울러, 측정된 상기 광마크 상을 상기 관찰화면 상에서의 소정의 기준위치까지 이동시키는데 요하는, 기준구면 반사수단의 이동량을 연산하고, 이 연산된 이동량에 기초하여 기준구면 반사수단의 구동제어를 행하도록 하고 있기 때문에, 피검렌즈의 광축과 기준구면 반사경의 광축의 축 어긋남을 용이하게 자동 조정하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 피검렌즈를 피검체 지지수단 상에 설치할 때에, 이 피검체 지지수단 상에서 가동하지 않도록, 번잡한 고정작업을 행할 필요가 없어지고, 피검렌즈의 교환을, 로봇 등을 사용한 자동화 작업에 의해 행하는 것이 가능해져서, 렌즈를 고속으로 양산화할 수 있는 체제를 확립하는 것이 가능해진다.

또한 피검렌즈의 위치 조정에 필요로 하는 측정계로서, 별도의 광학계나 라인센서 등은 불필요하여, 장치의 간소화 및 컴팩트화를 꾀할 수 있다.

Claims (5)

1. 광원으로부터의 측정용 광속을 2계로 분할하고, 한쪽을 피검렌즈를 투과시킨 후, 기준구면에 의해 반사시키고, 그 피검렌즈를 재투과시켜 피검광으로 하고, 다른쪽을 기준면에 있어서 기준광으로 하고, 상기 피검광과 상기 기준광의 간섭에 의해 생기는 간섭무늬를 관찰하여, 상기 관찰결과에 기초하여 상기 피검렌즈의 파면을 측정하는 광파 간섭장치에 있어서:

   상기 피검렌즈의 광축과의 설치 위치를 조정하는 피검체 포지셔닝 수단을 구비하고,

   상기 피검체 포지셔닝 수단은,

   상기 피검렌즈를, 광원으로부터의 측정용 광속에 대면하도록, 또한 상기 측정용 광속을 투과시키도록 해서 지지하는 피검체 지지수단;

   상기 피검체를 투과한 상기 측정용 광속을 반사하는, 상기 기준구면을 갖는 기준구면 반사수단;

   상기 기준구면 반사수단을 그 광축방향에 대하여 직교하는 평면 내의 서로 직교하는 2축방향으로 이동조정 가능한 이동조정수단;

   상기 피검렌즈의 표면으로부터의 상기 측정용 광속의 반사광의 강도분포에 기초하는 광마크를 관찰하고, 관찰화면 상에서의 상기 광마크의 상(像)위치를 연산하는 광마크 상위치 측정 연산수단;

   상기 광마크 상위치 측정 연산수단에 의해 측정된 상기 광마크 상을 상기 관 찰화면 상에서의 소정의 기준위치까지 이동시키는데 요하는, 상기 기준구면 반사수단의 이동량을 연산하는 기준구면 이동량 연산수단; 및

   상기 기준구면 이동량 연산수단에 의해 연산된 이동량에 기초하여, 상기 이동 조정수단의 구동제어를 행하는 구동제어수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광파 간섭장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 피검체 지지수단은, 이 피검체 지지수단에 의해 지지된 피검렌즈의 광축방향에 직교하는 방향으로 이동하여, 상기 피검렌즈의 로드 및 언로드를 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광파 간섭장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피검렌즈가 에지부를 갖고, 그 에지부는 상기 피검렌즈의 광축에 수직으로 되는 기준 에지면을 1개 이상 갖고 있으며,

   상기 피검체 지지수단은, 상기 기준 에지면의 일부를 지지함과 아울러, 상기 기준 에지면의 그 이외의 부분에 상기 측정용 광속을 조사시킬 수 있는 창부를 갖는 에지면 받침대를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광파 간섭장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서, 상기 관찰화면 상에 있어서, 상기 피검렌즈의 본체에 따른 간섭무늬의 관찰영역과, 상기 창부에 대응하는 상기 기준 에지면에 따른 간섭무늬의 관찰영역을 특정하는 마스크를 상기 관찰화면 상에 있어서의 상기 광마크의 상의 이동에 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 광파 간섭장치.

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