(57)【要約】【課題】レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える干渉測定方法を提供する。【解決手段】干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法は、レンズに予め付与されたマークＫを検出するステップと、レンズを光軸周りに角変位させて、マークＫを干渉計の基準方向に位置決めするステップと、位置決めしたレンズの干渉測定を行うステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズに予め付与されたマークを検出するステップと、
レンズを光軸周りに角変位させて、マークを干渉計の基準方向に位置決めするステップと、
位置決めしたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする干渉測定方法。
【請求項２】
干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズを位置決めした状態で、光軸周りの所定の角変位方向にマークを付与するステップと、
マークが付与されたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする干渉測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光ピックアップ等の光学装置に用いられるレンズの干渉測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤの他に、次世代ＤＶＤ（例えば、Blu-ray（登録商標）等）が開発されており、異なる種類の記録媒体への記録／再生が可能な互換性のある光ピックアップ装置が求められている。
【０００３】
こうした光ピックアップ装置に用いられる光学素子の収差には、光軸に対して回転対称性のない、方向性を有する収差がある。代表的な収差として、非点収差、コマ収差がある。光学素子のこれらの収差が、例えば、ピックアップの光学系に影響する状態で組み込まれると、ピックアップ装置の光学特性が悪くなり、充分な光学性能が得られない。
【０００４】
特許文献１では、成形金型を用いて対物レンズを成形する際、非点収差の方向を示すためのマークを対物レンズの光学有効径外に転写されるように、成形金型そのものにマーキング形状を予め形成している。
【０００５】
特許文献２では、複数の透過型光学素子を精度よく芯合わせ可能な光ピックアップ装置及びその調芯方法が開示されている。一方のレンズ（回折光学素子）には、軸芯上に芯合わせ用マークが形成されており、もう一方のレンズ（対物レンズ）には芯合わせ用マークが形成されていない。組み立ての際、対物レンズに対して照明光を照射し、その結像スポットを光学顕微鏡などで観察しながら、結像スポットの位置と回折光学素子の芯合わせ用マークとを一致させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２０４０３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０２５９号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、成形金型の取付時のひずみやばらつき、成形金型の摺動部のクリアランスに起因するばらつき、成形金型表面の酸化の具合に起因する熱伝導の不均一による温度分布のばらつき、レンズ材料の成形前のばらつき、そして、例えば、ガラス材料の場合、その溶融・軟化状態、表面状態のばらつき等により、プレス時の温度むらや密度の不均一等が生ずることがある。その結果、対物レンズの光学有効部（光学機能面）形状に軸非対称のばらつきが生じ、これが非点収差量のばらつきとなってしまう。従って、成形金型にマーキング形状を予め付加しておいても成形時の諸条件のばらつきにより、非点収差が依然としてばらつく可能性がある。
【０００８】
特に、次世代ＤＶＤ用のピックアップレンズ等として用いられる高ＮＡレンズにおいては、金型の相対的な偏心（相対的な傾き偏心、平行偏心）に対して、コマ収差が発生する量の感度が高く、成形金型の取付時のばらつきや、成形金型の摺動部のクリアランスに起因するばらつき等により、コマ収差が発生し、さらにはその大きさと方向は連続して成形したレンズであっても、連続性なくばらつくことがある。
【０００９】
さらに、成形金型を加工する上で、成形金型の外径中心軸と成形面の軸とを完全に一致させることは困難であり、通常は外径中心軸と成形面の軸とがある程度のずれを有している場合が多い。
【００１０】
特許文献３では、上下の成形金型を側面から加圧して外径中心軸を一致させている。しかし、成形金型の外径中心軸と成形面の軸が一致していない場合にこれを補正することは原理上できない。そのため、成形金型にマーキング形状を予め付加しておいても成形時の諸条件のばらつき、さらにはそれ以前の金型加工時の課題により、その方向以外に収差がばらつくという課題がある。
【００１１】
一方、特許文献２では、光軸に対する回転対称な収差についての調整しかできない。そのため、非点収差やコマ収差の方向の組み合わせによっては、その大きさが、打ち消しあうことなく増大してしまう可能性がある。
【００１２】
本発明の目的は、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える干渉測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズに予め付与されたマークを検出するステップと、
レンズを光軸周りに角変位させて、マークを干渉計の基準方向に位置決めするステップと、
位置決めしたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズを位置決めした状態で、光軸周りの所定の角変位方向にマークを付与するステップと、
マークが付与されたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マークの存在によって、個々のレンズごとに光軸周りの回転角が特定できるようになるため、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える。その結果、レンズの回転角に依存する干渉計の残留誤差を考慮できるため、高精度の干渉測定を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明が適用可能な干渉計装置の一例を示す構成図である。
【図２】マークＫが付与された被検レンズＭＬの各種例を示す説明図である。
【図３】被検レンズＭＬの平面画像の一例を示す。
【図４】ステージ１５または参照凹面ミラー３１の退避動作を示す説明図である。
【図５】レンズをトレーに並べた状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明が適用可能な干渉計装置の一例を示す構成図である。この干渉計装置は、トワイマン・グリーン型の干渉計からなり、光学系として、光源１２と、コリメータレンズ１３と、光分割合成手段であるビームスプリッタ１４と、被検対象用ステージ１５と、参照平面ミラー１６と、撮像レンズ１７と、ＣＣＤセンサ１８とを備える。また、この干渉計装置は、駆動制御系として、光源駆動回路２１と、ステージ駆動装置２３と、参照ミラー走査用のＤ／Ａ変換回路２４と、参照ミラー移動用のモータドライバ２５と、画像処理装置２６と、これらの動作を統括的に制御するコンピュータ２７とを備える。
【００１８】
光源１２は、半導体レーザなどのコヒーレント光源として構成され、所定波長の検査光を出射する。光源１２は、波長可変型の光源を用いてもよく、あるいは、異なる波長の光を放射する複数の光源を切り替えるように構成してもよい。
【００１９】
光源１２は、光源駆動回路２１によって制御される。光源１２が半導体レーザである場合、光源駆動回路２１は、高周波重畳回路２１ａを内蔵しており、ＤＣ電流に高周波電流を重畳したものを供給することで、光源１２から出射する検査光のコヒーレンス長を所望の値に調整することができる。
【００２０】
コリメータレンズ１３は、光源１２からの出射光を平行光束に変換する。異なる波長の検査光を使用する場合、コリメータレンズ１３として色消しレンズを用いたり、あるいはコリメータレンズ１３を波長毎に対応するものに交換する。平行化された検査光は、ミラー３０を経由してビームスプリッタ１４に入射する。
【００２１】
ビームスプリッタ１４は、平行平板状の透明プレートであり、ビーム分割面１４ａに例えば半透鏡膜を形成している。ビームスプリッタ１４は、これに入射した検査光の一部をビーム分割面１４ａで反射して参照光とし、残りの検査光を透過させて被検光とする。
【００２２】
被検対象用ステージ１５は、手動機構（不図示）またはステージ駆動装置２３によって駆動可能であり、被検対象を３次元的に移動させて適所に保持する。図示の場合、被検対象用ステージ１５には、被検対象である被検レンズＭＬが固定されている。なお、被検対象が図示のようにレンズでありその結像特性を計測する場合、被検レンズＭＬの後方に参照凹面ミラー３１を配置し、被検レンズＭＬを通過した光を反射し、再び被検レンズＭＬを通過させてほぼ平行光束にしてビームスプリッタ１４に戻し、参照光と干渉させる。被検レンズＭＬが、光ディスク用対物レンズ等の、所定の平行平面基板を介して集光するように設計されたレンズの場合、参照凹面ミラー３１と被検レンズＭＬとの間にカバーガラス３２を配置する。
【００２３】
参照平面ミラー１６は、入射面１６ａに例えば反射膜を形成している。参照平面ミラー１６は、圧電素子４１を介してアライメント装置４２に固定されている。圧電素子４１は、位相送り機構として、Ｄ／Ａ変換回路２４からの制御電圧に応じて伸縮し、参照ミラーを光軸ＯＡの方向に波長オーダで精密に往復移動させることができる。アライメント装置４２は、手動機構やモータドライバ２５に駆動されて、参照平面ミラー１６の光軸方向の位置や姿勢を適切な状態に保つ。
【００２４】
撮像レンズ１７は、ビームスプリッタ１４を経て合成された、被検レンズＭＬからの被検光と参照平面ミラー１６からの参照光とを合成光として集光する。なお、図示を省略しているが、撮像レンズ１７には、これを光軸ＯＡ方向等に変位させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によってフォーカス状態を調整することができる。
【００２５】
ＣＣＤセンサ１８には、撮像レンズ１７によって一旦集光された合成光が干渉縞として投影される。この干渉縞のパターンは、電気信号として画像処理装置２６に出力される。この電気信号は、ＣＣＤセンサ１８に投影された干渉パターンに対応する画像信号としてコンピュータ２７に出力される。なお、図示を省略しているが、ＣＣＤセンサ１８には、これを光軸ＯＡ方向に移動させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によってＣＣＤセンサ１８による撮像倍率を調整することができる。また、ＣＣＤセンサ１８は、画像処理装置２６側から制御されるカメラシャッタを有する。このカメラシャッタは、内蔵するフォトダイオードの蓄積時間を調節するものであり、入射する光強度にかかわらず適切な輝度分布の画像信号を与える。
【００２６】
コンピュータ２７は、光源駆動回路２１を制御して、光源１２を点灯させるとともに、出射する検査光のコヒーレンス長を調整する。また、コンピュータ２７は、Ｄ／Ａ変換回路２４を制御して、参照平面ミラー１６を光軸方向に移動させることによって、ＣＣＤセンサ１８に投影される干渉縞の移動を制御することができ、干渉縞の位置制御が行える。位相制御された最低３枚以上の干渉縞から測定対象の波面や形状を高精度に測定できる。
【００２７】
また、コンピュータ２７は、モータドライバ２５を制御してアライメント装置４２を駆動し、参照平面ミラー１６の光軸方向の位置を調整する。つまり、コンピュータ２７、モータドライバ２５、及びアライメント装置４２は、光路差制御手段を構成する。これにより、ＣＣＤセンサ１８に投影される干渉縞の明暗強度差に相当するビジビリティを調整することができ、被検対象による波面変化の計測精度を一定以上に保つことができる。
【００２８】
次に、干渉計装置の動作について説明する。まず、被検対象用ステージ１５上に被検対象である被検レンズＭＬをセットする。次に、アライメント装置４２を手動または電動で動作させることにより、光軸ＯＡに沿って参照平面ミラー１６を移動させて距離Ｌ１を調節することができ、参照光路長及び被検光路長を実質的に等しくすることができる。
【００２９】
次に、光源駆動回路２１を動作させて、光源から特定波長の検査光を出射させる。この際、光源駆動回路２１は、光源１２に対してＤＣ電流に高周波電流を重畳したものを供給して検査光のコヒーレンス長を調節する。つまり、光源駆動回路２１やコンピュータ２７は、コヒーレンス調整手段として機能する。これにより、必要な被検光のみを選択して参照光との干渉縞を発生させることができる。
【００３０】
次に、アライメント装置４２を微動させて、ＣＣＤセンサ１８に投影される干渉縞のビジビリティを調整する。これにより、画像処理装置２６で検出する干渉パターンのコントラストを所望の値に設定することができる。これと相前後して、ＣＣＤセンサ１８のカメラシャッタを適宜調節して、画像処理装置２６で検出する干渉パターンの輝度を調節する。具体的には、ＣＣＤセンサ１８の蓄積時間を調節して、干渉パターンの輝度を干渉パターンの計測に適する値にする。この際、ＣＣＤセンサ１８のカメラシャッタの調節を自動化することができる。例えば、画像処理装置２６で検出した画像をコンピュータ２７で解析して画像の平均輝度等からＣＣＤセンサ１８の蓄積時間を設定して画像処理装置２６に指令信号を出力する。次に、コンピュータ２７からＤ／Ａ変換回路２４に制御信号を出力して圧電素子４１を変化させる。これにより、参照平面ミラー１６を位相送りする走査が可能になり、高精度な波面計測が可能になる。
【００３１】
さらに本実施形態では、被検対象用ステージ１５に戴置した被検レンズＭＬの平面画像を撮像するための撮像カメラ５１と、撮像カメラ５１からの画像信号を処理するための画像処理装置５２とが設置される。画像処理装置５２で処理された信号はコンピュータ２７に伝送され、必要に応じてスクリーン上に表示される。撮像カメラ５１の動作については後述する。
【００３２】
図２は、マークＫが付与された被検レンズＭＬの各種例を示す説明図である。マークの位置に特に制限はないが、光学性能に与える影響が小さく、組み立ての際に障害とならない位置に設けることが好ましい。例えば、図２（ａ）のように、光学加工面１の外側にあるフランジ部２にマークＫを設けてもよく、あるいは、図２（ｂ）のように、光学加工面１のうち、光学性能に対する影響の小さい外周部にマークＫを設けてもよい。また、図２（ｃ）のように、フランジ部２の側面部２ａにマークＫを設けてもよい。また、マークＫの形状に制限はなく、図２（ｄ）のような線状でもよく、あるいは図２（ｅ）のような点状でもよい。マークＫは、ケガキ、ペイント、シール、成形マーク、レーザマーキング等で付与できる。
【００３３】
図３は、被検レンズＭＬの平面画像の一例を示す。図１の撮像カメラ５１は、被検レンズＭＬに付与されたマークＫを検出する機能を有する。撮像したレンズの平面画像に対して所定の画像処理を施すことによって、例えば、画像のＮ方位を基準としてマークＫの方向（角度θ）を自動的に検出することが可能である。このとき、レンズの方向検出とマークＫの方向検出を別個に実行することが好ましく、例えば、次の手順が採用できる。
【００３４】
（１）最初に、レンズの中心位置を検出する。適当な閾値を用いてレンズ平面画像を２値化した後、レンズ外形を輪郭検出し、その重心から外形中心を算出し、これをレンズの中心位置とする。
【００３５】
（２）次に、必要に応じて、マークＫ付近の画像のみを取り出して、マークＫのあるエリア以外をマスクし、不要な情報を消去する。消去用のマスクとして、（１）で算出したレンズ中心位置を基準として内径マスクと外径マスクを用いる。
【００３６】
（３）最後に、マークＫの方向を検出する。マークＫが線状の場合、レンズ中心を基準としてハフ変換で直線を検出してもよく、あるいは、テンプレート画像に対するパターンマッチング手法によりマーク方向を検出してもよい。なお、これらの処理の前後やその途中に、平滑化や膨張・収縮処理等によるノイズ除去・エッジ強調・コントラスト強調・フィルタ処理等を行ってもよい。
【００３７】
こうした手順により、レンズ中心位置から見てどの方向にマークＫが存在するかを検出できる。
【００３８】
図１の干渉計装置では、ステージ１５の上方には参照凹面ミラー３１（＋カバーガラス３２）が存在するため、レンズを置く際はどちらかを退避させる必要がある。
【００３９】
図４は、ステージ１５または参照凹面ミラー３１の退避動作を示す説明図であり、図４（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｇ）は、図１の干渉計装置を上から見た平面図であり、図４（ｂ）（ｄ）（ｆ）（ｈ）はその正面図である。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｄ）は、ステージ１５は固定した状態で、参照凹面ミラー３１を移動する態様を示す。図４（ａ）（ｂ）において、参照凹面ミラー３１を側方に移動した状態で、ステージ１５の上方に配置した撮像カメラ５１が被検レンズＭＬの平面画像を撮像する。得られた平面画像からマーク方向を検出する。その後、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、参照凹面ミラー３１を元の位置に戻している。
【００４１】
一方、図４（ｅ）〜（ｈ）は、参照凹面ミラー３１は固定した状態で、ステージ１５を移動する態様を示す。図４（ｅ）（ｆ）において、ステージ１５を側方に移動した状態で、その上方に配置した撮像カメラ５１が被検レンズＭＬの平面画像を撮像する。得られた平面画像からマーク方向を検出する。その後、図４（ｇ）（ｈ）に示すように、ステージ１５を元の位置に戻している。
【００４２】
こうした退避動作を行うためには、参照凹面ミラー３１及び／又はステージ１５の側方移動を可能にする直線移動機構（不図示）が干渉計装置の内部に設置される。なお、ステージ１５を移動させる場合、載せたレンズがずれないようにレンズ固定が必要になる。レンズの固定は、機械的に固定してもよいし、エア吸着で固定してもよい。
【００４３】
次に、レンズのマーク付与について説明する。レンズの射出成形時にマークを付与した場合、その後の洗浄工程、コート工程、外観検査等の工程を経ると、マークはランダムな方向に向くことになり、マーク方向は揃っていない。一方、レンズ成形後、干渉測定前までに任意の位置にマークを形成した場合も、その後に各種工程を経ると、マーク方向は揃っていない。
【００４４】
そこで、マーク済みのレンズを干渉計のレンズ台に置く前に、目視、あるいはＣＣＤカメラ＋画像処理で、マーク方向を検出した後、１）ピンセット等を用いて手動で一方向に揃えたり、２）レンズを吸着パッドで把持して、吸着パッドの回転（自動制御）で一方向に揃えたり、３）別途準備した回転ステージに一旦置いて（自動制御）で一方向に揃えたりして、干渉計のレンズ台に置くことが好ましい。このとき、レンズは１個毎に（測定毎に）方向を揃えてもよいし、先に複数のレンズのマーク方向を揃えてから、１個ずつ干渉測定を行ってもよい。
【００４５】
また、レンズを１個ずつレンズ台に置く代わりに、図５に示すように、トレーに複数のレンズを並べておいて、そのトレーを干渉計の凹面原器の下に挿入し、測定毎に水平方向にトレーを走査して測定してもよい。この場合、目視、あるいはＣＣＤカメラ＋画像処理で、マーク方向を検出した後、１）ピンセット等を用いて手動で一方向に揃えたり、２）レンズを吸着パッドで把持して、吸着パッドの回転（自動制御）で一方向に揃えたりして、干渉測定を行ってもよい。
【００４６】
また、レンズ１個毎に（測定毎に）方向を揃える別法として、干渉計のレンズ台に置いてから、目視、あるいはＣＣＤカメラ＋画像処理で、マーク方向を検出し、その方向に応じてレンズ台を回転させて、手動もしくは自動制御で一方向に揃えてもよい。
【００４７】
マークは、干渉測定直前に形成してもよい。レンズの光軸周りに位置決めした後にマークを付与することによって、マーク方向を揃えて形成でき、マーク検出・回転の動作が不要とできる。例えば、測定前のレンズをトレーにマトリクス状に並べた状態でインクジェットノズル走査でマークを形成すると、一括で高速にマークを形成できる。
【００４８】
また、レンズをレンズ台に搬送する際、取り扱い時にマーク方向が若干ずれることがある。手動では高精度に置くことは難しく、例えば、吸着パッドで取り扱う時でも、吸着する際や、吸着を解除してレンズを置く際に、レンズ・吸着パッド・レンズ台との隙間があると、その動作の途中（空中で）レンズが若干回転してしまう。その対策として、レンズを干渉計のレンズ台に置いた後に、一定方向にマークを形成してもよい。これにより干渉測定する際のマーク方向を揃える精度が向上できる。
【００４９】
また、レンズを１個ずつレンズ台に置く代わりに、図５に示すように、トレーに複数のレンズを並べておいて、そのトレーを干渉計の凹面原器の下に挿入し、測定毎に水平方向にトレーを走査して測定する場合、レンズをトレーにマトリクス状に並べた状態でインクジェットノズル走査でマークを形成すると、一括で高速にマークを形成できる。
【００５０】
このようにマークの存在によって、個々のレンズごとに光軸周りの回転角が特定できるようになるため、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える。
【００５１】
干渉測定結果は、ａ）レンズ固有の収差と、ｂ）装置誤差（干渉計固有の収差）が合成されたものである。マークを任意の方向に置いて測定し、測定結果をその角度に応じて回転させると、装置誤差も一緒に回転してしまう。そこで、測定精度を向上させる為には、マークの方向を統一して、測定結果におよぼす装置誤差の影響を同一にしておくことが必要である。
【００５２】
ここで、ｂ）装置誤差（干渉計固有の収差）には大きく分けて、「形状誤差」と「入射光の位相」という２種類の原因が存在する。
【００５３】
形状誤差は、ミラーやレンズ等干渉計内部の光学部品の製作時や組み付け時の歪による形状誤差により発生する収差である。従って、干渉計光束内で発生する量は、装置毎に異なる。
【００５４】
入射光の位相は、干渉計内部の光源や波長板、さらには光学部品のコーティング面で発生する誤差であり、マークの方向に対して楕円偏光の長軸方向や直線偏光の偏光方向が異なると、測定結果が異なる。つまり、装置誤差により、測定されるレンズ固有の収差量も影響を受ける。特にレンズが複屈折を有する場合、その影響は顕著である。なお、複屈折は、レンズ内部の応力状態や、レンズ表面のコーティング面により発生する。
【００５５】
ピックアップレンズは、一般に円偏光で使用されるため、干渉測定も円偏光の入射光を用いる。レーザ光は、通常、直線偏光で出射され、λ／４波長板を通過して円偏光に変換される。しかし、偏光方向に対するλ／４波長板のセッティング誤差や、λ／４波長板の製造誤差で楕円偏光になることがある。さらに、干渉計内部の光学部品、特にコーティング面を透過する際に位相差を発生し、これにより楕円偏光になることがある。つまり、レンズのマークに対する入射光の位相が異なることになる。
【００５６】
また、直線偏光を用いて測定を行う場合でも、干渉計のＸＹ方向とレーザ光の偏光方向との間で角度ずれがあると、レンズのマークに対する入射光の位相が異なることになる。
【００５７】
従って、形状誤差による装置誤差については、同じ位置・同じ半径の測定領域であれば同じであり、入射光の位相による装置誤差については、レンズのマーク方向を揃えることで一定にすることができ、レンズ固有の収差の相対的な比較が可能な高精度の干渉測定を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高精度の干渉測定を実現できる点で、産業上極めて有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１  光学加工面
２  フランジ部
１２  光源
１３  コリメータレンズ
１４  ビームスプリッタ
１５  被検対象用ステージ
１６  参照平面ミラー
１７  撮像レンズ
１８  ＣＣＤセンサ
２１  光源駆動回路
２３  ステージ駆動装置
２４  Ｄ／Ａ変換回路
２５  モータドライバ
２６，５２  画像処理装置
２７  コンピュータ
３１  参照凹面ミラー
４２  アライメント装置
５１  撮像カメラ
ＭＬ  被検レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010169472.tif 000005
【図４】
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【図５】
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