(57)【要約】【課題】従来の収差検出方法では、非点収差を測定するため、回折格子を格子面上で回転させる機構が必要であり、さらに、回折格子を回転させることにより発生する振動が減衰する時間が必要であり、計測時間が長くなるという課題があった。【解決手段】光源２から出射した光を光学レンズに入射させ、前記光学レンズからの収束光を一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子２０に入射させ、回折格子２０から出射した光により互いに角度をなす複数の干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成し、前記シェアリング干渉縞の干渉領域内の点で光強度変化の位相を測定し、前記位相より収差を検出することにより、回折格子２０を回転させることなく非点収差の検出を行うことが可能となる。【選択図】  図１
2004239875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズに光を入射させ、前記光学レンズからの収束光を一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子に入射させ、前記回折格子から出射した光により互いに角度をなす複数の干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成し、前記シェアリング干渉縞の干渉領域内の点で光強度変化の位相を測定し、前記位相より収差を検出することを特徴とする光学レンズの収差検出方法。
【請求項２】
位相による収差の検出は、前記位相の値を１次関数で近似し、前記関数の１次係数の大きさで求めることを特徴とする請求項１記載の光学レンズの収差検出方法。
【請求項３】
光学レンズに光を入射させる光源と、一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子と、前記回折格子から出射した光により形成されるシェアリング干渉縞を受像する受像部と、前記受像したシェアリング干渉縞から収差を検出する処理装置とを備えたことを特徴とする光学レンズの収差検出装置。
【請求項４】
受像部により受像したシェアリング干渉縞の受像面において、第一の格子溝による＋１次回折光の中心と−１次回折光の中心を結ぶ第一の直線の中点を通り前記第一の直線と直交する直線と、前記第一の格子溝による＋１次回折光の中心と第二の格子溝による＋１次回折光の中心を結ぶ第二の直線の中点を通り前記第二の直線と直交する直線とのなす角度をθ１としたとき、前記第一の格子溝と前記第二の格子溝とのなす角度θ０が下記の式を満たすことを特徴とする請求項３記載の光学レンズの収差検出装置。
【数１】
2004239875.tif 000007
【請求項５】
光源から出射される光の波長をλ、開口数をＮＡ、回折格子の基材の屈折率をｎとしたとき、第一の格子溝の格子溝ピッチＰ１と第二の格子溝の格子溝ピッチＰ２と格子溝深さｄが下記の式を満たすことを特徴とする請求項３または４記載の光学レンズの収差検出装置。
【数２】
2004239875.tif 000008
ここで、ｍは０、１、２、・・・の正の整数値とする。
【請求項６】
一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有することを特徴とする光学レンズの収差検出用回折格子。
【請求項７】
シェアリング干渉縞面上おいて、第一の格子溝による＋１次回折光の中心と−１次回折光の中心を結ぶ第一の直線の中点を通り前記第一の直線と直交する直線と、前記第一の格子溝による＋１次回折光の中心と第二の格子溝による＋１次回折光の中心を結ぶ第二の直線の中点を通り前記第二の直線と直交する直線とのなす角度をθ１としたとき、前記第一の格子溝と前記第二の格子溝とのなす角度θ０が下記の式を満たすことを特徴とする請求項６記載の光学レンズの収差検出用回折格子。
【数３】
2004239875.tif 000009
【請求項８】
光源から出射される光の波長をλ、開口数をＮＡ、回折格子の基材の屈折率をｎとしたとき、第一の格子溝の格子溝ピッチＰ１と第二の格子溝の格子溝ピッチＰ２と格子溝深さｄが下記の式を満たすことを特徴とする請求項６または７記載の光学レンズの収差検出用回折格子。
【数４】
2004239875.tif 000010
ここで、ｍは０、１、２、・・・の正の整数値とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記憶媒体に情報を読み書きする光学レンズ、またはレーザ加工機、レーザ顕微鏡などにおいて光を結像して光スポットを形成する光学レンズの特性を評価する光学レンズの収差検出方法および装置および収差検出用回折格子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ピックアップ内の対物レンズとコリメータレンズの調整方法として、シェアリング干渉計測で出射集光光束の収差を検出し、レンズの位置や姿勢を調整する方法が実施されていた。
【０００３】
ここで、従来の光学レンズの収差検出方法について、図６から図８を用いて説明する。
【０００４】
図６は従来の光学レンズの収差検出装置の概略構成図である。１は光ピックアップ、２は光ピックアップ１内の光源、３は光源２から出射された発散出射光束、４は発散出射光束３を平行光にするコリメータレンズ、５はコリメータレンズ４で平行光にされた出射光を入射し、収束光を出射する対物レンズ、６はコリメータレンズ４を光軸方向に位置調整する調整機構、７は対物レンズ５を傾き調整する調整機構である。一般にレンズ調整は、コリメータレンズ４の光軸方向の位置調整と対物レンズ５の傾き調整とが必要であり、コリメータレンズ４の光軸方向の位置調整で非点収差を調整し、対物レンズ５の傾き調整で出射光束のコマ収差を調整するような設計がなされている。
【０００５】
８は対物レンズ５を出射した光が集光されながら入射し、０次回折光と±１次回折光を発生させる回折格子、９は回折格子８で発生した０次回折光と＋１次回折光、０次回折光と−１次回折光により干渉縞を形成するレンズ、１０はレンズ９で形成した干渉縞を受像する受像部、１１は受像部１０で受像した干渉縞を解析し収差を検出する処理装置、１２は処理装置１１で検出した収差を表示する表示部である。
【０００６】
１３は回折格子８の格子面側から見たときの格子溝と垂直な方向へ移動させる第一の移動機構、１４は回折格子８を垂直な方向へ移動させる面上で回転移動させる第二の移動機構である。
【０００７】
図７は対物レンズ５を出射した光に含まれる収差と、収差により発生する干渉縞パターンの概略図である。図７（ａ）はデフォーカスによる干渉縞パターン、図７（ｂ）と図７（ｃ）はコマ収差による干渉縞パターン、図７（ｄ）は非点収差による干渉縞パターン、図７（ｅ）は球面収差による干渉縞パターン、図７（ｆ）は収差ゼロのときの干渉縞パターンであり、収差ゼロでは干渉領域内で一様である。一般に収差は複合して発生し、図７（ａ）から図７（ｆ）が混合した干渉縞パターンとなるため、混合した干渉縞パターンに基づいて各収差の抽出を行う。収差の抽出は、一般的に知られている位相シフト法を用いて行う。具体的な方法としては、図６における第一の移動機構１３により回折格子８を格子溝と垂直な方向へ移動させ、干渉している２つの回折光の位相を変化させ、干渉縞パターン内での強度変化のタイミングの分布、つまり強度変化の位相の分布を解析して収差を求める。求めた収差に基づき、調整機構６でコリメータレンズ４を調整し、調整機構７で対物レンズ５を調整していた。
【０００８】
収差の検出は干渉領域全面のデータを用いて検出するのではなく、干渉領域内に検出領域を設定し、設定した領域のデータを用いて検出していた。
【０００９】
ここで、検出領域の設定方法について、図８を用いて説明する。
【００１０】
図８において、０次回折光の中心をＯ０、−１次回折光の中心をＯ−１、Ｏ０とＯ−１を結ぶ直線の中点をＯとし、中点Ｏを通り、Ｏ０とＯ−１を結ぶ直線と直交する干渉領域内の直線Ｙ０上を検出領域とする。収差の検出は、直線Ｙ０上にある点の位相データを用いて行っていた。
【００１１】
検出される収差の内、非点収差は、直線Ｙ０上にある点の位相データを１次関数で近似し、近似した関数の１次係数の大きさで決定する。しかし、非点収差は方向性を持っており、各々の方向成分を求める必要がある。
【００１２】
そこで、回折格子８の角度が０°の状態で収差を検出し、その後、第二の移動機構１４により回折格子８を格子面上で４５°回転させた状態で収差を検出し、非点収差の方向成分を求める方法があった（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−４０２７４６号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示したような従来の方法では、非点収差を測定するため、回折格子を格子面上で回転させる機構が必要であった。さらに、回折格子を回転させることにより振動が発生するため、回転後に振動が減衰する時間が必要であり、計測時間が長くなるという課題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、光学レンズからの収束光を一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子に入射させ、前記回折格子から出射した光により互いに角度をなす複数の干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成し、前記シェアリング干渉縞の干渉領域内の点で光強度変化の位相を測定し、前記位相より収差を検出することにより、回折格子を回転させることなく非点収差の検出を行うことが可能となる。
【００１６】
また、一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子により、互いに角度をなす干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態における収差検出装置の概略構成図である。図１において図６と同一物については同一番号を付し説明を省略する。
【００１９】
本発明の一実施の形態において、従来の収差検出装置と異なるところは、次の１点である。２０は同一面上に複数の格子溝を有する回折格子である。
【００２０】
図２は本発明の一実施の形態における回折格子を示す図である。２１は第一の格子溝、２２は第二の格子溝である。第二の格子溝２２の方向とピッチは、第一の格子溝２１の方向とピッチと異なっている。θ０は第一の格子溝２１と第二の格子溝２２とのなす角度である。
【００２１】
図３は本発明の一実施の形態における光路を示す図である。光源２から出射された発散出射光束３は、コリメータレンズ４で略平行光となり、対物レンズ５を介して集光しながら回折格子２０へ入射する。回折格子２０は、第一の格子溝２１により±１次回折光を発生し、第二の格子溝２２により＋１次回折光を発生する。回折格子２０により発生した回折光はレンズ９を透過し、第一の格子溝２１の＋１次回折光と−１次回折光とにより干渉縞を形成し、第一の格子溝２１の＋１次回折光と第二の格子溝２２の＋１次回折光とにより干渉縞を形成する。
【００２２】
ここで、検出領域の設定方法について、図４を用いて説明する。
【００２３】
まず、第一の格子溝２１による＋１次回折光の中心をＯ１１、第一の格子溝２１による−１次回折光の中心をＯ１−１、Ｏ１１とＯ１−１を結ぶ直線の中点をＯ１とし、中点Ｏ１を通り、Ｏ１１とＯ１−１を結ぶ直線と直交する干渉領域内の直線をＹ１とし、第一の検出領域とする。
【００２４】
次に、第二の格子溝２２による＋１次回折光の中心をＯ２１、Ｏ１１とＯ２１を結ぶ直線の中点をＯ２とし、中点Ｏ２を通り、Ｏ１１とＯ２１を結ぶ直線と直交する干渉領域内の直線をＹ２とし、第二の検出領域とする。
【００２５】
収差の検出は、直線Ｙ１および直線Ｙ２上にある点の位相データを用いて行い、方向性を持つ非点収差は、直線Ｙ１および直線Ｙ２上にある点の位相データをそれぞれ１次関数で近似し、１次係数の大きさで決定することが可能である。
【００２６】
次に、直線Ｙ１と直線Ｙ２のなす角度をθ１とした場合の、θ０とθ１との関係について図５を用いて説明する。
【００２７】
図５（ａ）は第一の回折格子２１で発生する回折光により形成される干渉縞パターンを示す図であり、図５（ｂ）は第二の回折格子２２で発生する回折光により形成される干渉縞パターンである。図５（ｃ）は、図５（ａ）のパターンと図５（ｂ）のパターンを重ね合わせた干渉縞パターンであり、本発明の一実施の形態における収差検出に用いる干渉縞パターンである。
【００２８】
図５（ｃ）より、θ０とθ１との関係は、下記の計算式（数５）により求めることができる。
【００２９】
【数５】
2004239875.tif 000003
【００３０】
θ０は、必ずしも上記の計算式（数５）を満たす必要はなく、下記の条件式（数６）を満たすことにより、目的を達成することが可能である。
【００３１】
【数６】
2004239875.tif 000004
【００３２】
ここで、範囲を０．８〜１．２としたのは、この範囲外の場合、第一の格子溝２１と第二の格子溝２２により発生するそれぞれの干渉領域が重なり測定に不具合が発生する可能性があるためである。
【００３３】
次に、第一の格子溝２１と第二の格子溝２２の格子溝ピッチと格子溝深さについて説明する。
【００３４】
第一の格子溝２１により図５（ａ）で示す干渉縞パターンを形成し、第二の格子溝２２により図５（ｂ）で示す干渉縞パターンを形成するには、光源から出射される光の波長をλ、開口数をＮＡ、回折格子２０の基材の屈折率をｎとすると第一の格子溝２１の格子溝ピッチＰ１と第二の格子溝２２の格子溝ピッチＰ２と格子溝深さｄは、下記の計算式（数７）で求められる格子溝ピッチと格子溝深さにすればよい。
【００３５】
【数７】
2004239875.tif 000005
【００３６】
ここで、ｍは０、１、２、・・・の正の整数値とする。
【００３７】
Ｐ１とＰ２とｄは、必ずしも上記の計算式（数７）を満たす必要はなく、下記の条件式（数８）を満たすことにより、目的を達成することが可能である。
【００３８】
【数８】
2004239875.tif 000006
【００３９】
ここで、ｍは０、１、２、・・・の正の整数値とする。
【００４０】
ここで、範囲を０．８〜１．２としたのは、この範囲外の場合、第一の格子溝２１と第二の格子溝２２により発生するそれぞれの干渉領域が重なり測定に不具合が発生する可能性があるためである。
【００４１】
以上のように本発明の一実施の形態によれば、回折格子を回転させることなく非点収差の検出が可能となり、従来、０．７〜０．８秒必要であった収差検出にかかる時間を０．４〜０．５秒程度に短縮することが可能となる。
【００４２】
また、一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子により、互いに角度をなす干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成することが可能となり、回折格子を回転させることなく非点収差の検出が可能となる。
【００４３】
なお、本実施例においては、直線Ｙ１と直線Ｙ２のなす角度を４５°として説明したが、この角度に限るものではなく、−６０°から６０°の範囲内であれば可能である。ここで、角度を−６０°から６０°としたのは、この範囲外の角度では、第一の格子溝２１と第二の格子溝２２によって発生するそれぞれの干渉領域が重なり、測定に不具合が発生する可能性があるためである。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回折格子を回転させることなく非点収差の検出が可能となり、収差検出にかかる時間を従来の３分の２以下に短縮することが可能となる。
【００４５】
また、一定のピッチで並んでいる第一の格子溝と前記第一の格子溝と交差し一定のピッチで並んでいる第二の格子溝とを有する回折格子により、互いに角度をなす干渉領域を有するシェアリング干渉縞を形成することが可能となり、回折格子を回転させることなく非点収差の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における収差検出装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における回折格子を示す図
【図３】本発明の実施の形態における光路を示す図
【図４】本発明の実施の形態における収差検出領域を示す図
【図５】本発明の実施の形態における干渉縞の関係を示す図
【図６】従来の収差検出装置の概略構成図
【図７】各収差により発生する干渉縞を示す図
【図８】従来の収差検出領域を示す図
【符号の説明】
１          光ピックアップ
２          光源
３          発散出射光束
４          コリメータレンズ
５          対物レンズ
６          コリメータレンズ調整機構
７          対物レンズ調整機構
９          レンズ
１０        受像部
１１        処理装置
１２        表示部
１３        移動機構
２０        回折格子
【図１】
2004239875.tif 000011
【図２】
2004239875.tif 000012
【図３】
2004239875.tif 000013
【図４】
2004239875.tif 000014
【図５】
2004239875.tif 000015
【図６】
2004239875.tif 000016
【図７】
2004239875.tif 000017
【図８】
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