(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過した入射光束を一点に集光せしめるレンズの非点収差、コマ収差又は球面収差を検出する収差測定装置であって、
単一波長の光を発するレーザと、
前記レーザからの光を第１の光と第２の光とに分ける分割手段と、
前記第１の光を前記レンズに導く光学系と、
球体の一部をなす凹状の鏡面からなり、前記レンズを透過して集光点に集光した後の前記第１の光が入射して反射される反射手段と、
前記反射手段にて反射された前記第１の光と前記第２の光とを干渉させた干渉パターンを検出する検出手段と、
前記反射手段を前記光学系の光軸に対して移動させる移動手段と、
前記レンズの前記収差を解析する解析手段と、を有し、
前記移動手段は、前記干渉パターンをほぼ同心円状に配列された複数の円からなる干渉縞にするように前記球体の中心を前記集光点から偏位させ、
前記解析手段は、前記複数の円の分布から前記レンズの前記収差を判別することを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記解析手段は、前記干渉縞のうち半径が最小となる最小円の中心から放射状に複数の補助線を引いて前記補助線を横切る前記干渉縞の間隔を測定し、前記複数の補助線の各々にて測定された間隔と前記間隔の分布とから前記レンズに生じた収差を判別することを特徴とする請求項１記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記解析手段は、前記複数の補助線によって測定される前記干渉縞の各方向の間隔が最も粗あるいは密となる方向を直接若しくは角度方向に対する内挿演算によって求め、前記方向とその量とから前記レンズの収差を判別することを特徴とする請求項２記載の収差測定装置。
【請求項４】
前記解析手段は、前記複数の補助線のうち互いに直交する２方向の補助線によって測定される互いに隣接する干渉縞の前記２方向における間隔の差が最大となる方向を直接或いは角度方向に対する内挿演算によって算出し、前記２方向と前記差とから前記レンズの収差を判別することを特徴とする請求項２記載の収差測定装置。
【請求項５】
前記解析手段は、前記複数の円が同心円状に配置された場合に、前記複数の補助線のうちの１の補助線が前記干渉縞を横切る間隔の分布から、前記レンズに球面収差が存在するか否かを判別し、球面収差が存在する場合はその量を算出することを特徴とする請求項２記載の収差測定装置。
【請求項６】
複数のレンズからなるレンズ群の非点収差、コマ収差又は球面収差を検出して調整する調整装置であって、単一波長の光を発するレーザと、
前記レーザの光を第１の光と第２の光とに分ける分割手段と、
前記第１の光を前記レンズ群に導く光学系と、
球体の一部をなす凹状の鏡面からなり前記レンズ群を透過して集光点に集光した後の前記第１の光が入射して反射される反射手段と、
前記反射手段にて反射された光と前記第２の光とを干渉させた干渉パターンを検出する検出手段と、
前記反射手段を前記光学系の光軸に対して移動させる移動手段と、
前記レンズの前記収差を解析する解析手段と、からなる収差測定装置と、
前記レンズ群のうちの１のレンズの光軸に対する他のレンズの配置と光軸の傾きとを調整する調整機構と、を有し、
前記移動手段は、前記干渉パターンをほぼ同心円状に配列された複数の円にするように前記球体の中心を前記集光点から偏位させ、
前記調整機構は、前記収差検出装置の出力に応じて、前記１のレンズに対する前記他のレンズの配置と光軸の傾きとを調整することを特徴とする調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクなどに用いられる対物レンズ等のレンズ群の収差を測定する収差測定装置、及びこれを用いて複数のレンズからなるレンズ群を組み立て時に調整する調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディジタル技術の発達に伴い高精細な動画や高品質な音声を光ディスクに収めて再生することが可能になってきた。これに伴い、１枚の光ディスクに記録される記憶容量の増加が求められているので、対物レンズの開口数を拡大して記録再生時のスポット径を小さくして、高密度記録再生を行なうことが検討されている。そこで、対物レンズの開口数を大きくするために、２枚のレンズで構成する２群レンズを使用することが要求されている。
【０００３】
かかる２群レンズは、開口数が例えば０.７５と大きいために、例えば開口数０．５程度の球面レンズとは異なり、位置の調整精度として厳しい値が要求される。そこで、２群レンズの組み立て時に、２枚のレンズの光軸のずれや距離によって生じる収差を正しく評価して２枚のレンズの位置関係を調節することが、高性能の対物レンズを安定して作製するためには必要となる。
【０００４】
かかる調整方法としては、例えば特開平１０−２５５３０４号に示すように、対物レンズに光を通過させたり、または反射させたりして、撮像素子に映る集光したスポットの位置や形状、または光の回折パターンに基づいて、一方のレンズに対する他方のレンズの調整が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集光スポットに基づき調節する方法は、スポット形状が小さいので、形状の良否判断が難しいという問題があった。このため、安定した調整を行なうことが困難となっている。
そこで、スポットの形状そのものを観測するのではなく、干渉を利用した調整方法も提案されている。すなわち、対物レンズに入射させた平行光を一旦集光させてから参照球面に入射させ、参照球面で反射させてから平行光に戻し、戻った光を平面波からなる参照光と干渉させて干渉縞を生成し、干渉縞に基づきレンズを調整するものである。この方法では、２群レンズの収差が干渉縞に反映されるで、縞が消失して単色になるように、第１レンズに対して第２レンズの位置を調整すると、２枚のレンズの正確な位置合わせを行うことができる。
【０００６】
しかし、この方法では、２群レンズが未調整の場合に、干渉縞から具体的な調整手順を見出すためには、複雑な処理を必要とする。すなわち、通常は、検出した干渉縞からコンピュータを用いて収差の解析を行うことが必要である。このため、フリンジスキャンを行い、計算時間を含めて１つの状態の解析に１分以上を要する。従って、従来は、干渉を用いた調整は、作業効率が劣るため実用的ではなかった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、干渉縞を利用しながらも正確に且つ容易に収差を検出する収差検出装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、干渉縞を利用して複数のレンズからなるレンズ群のレンズ間の調整を正確に且つ容易に行うことができる調整装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による収差測定装置は、透過した入射光束を一点に集光せしめるレンズの非点収差、コマ収差又は球面収差を検出する収差測定装置であって、単一波長の光を発するレーザと、前記レーザからの光を第１の光と第２の光とに分ける分割手段と、前記第１の光を前記レンズに導く光学系と、球体の一部をなす凹状の鏡面からなり、前記レンズを透過して集光点に集光した後の前記第１の光が入射して反射される反射手段と、前記反射手段にて反射された前記第１の光と前記第２の光とを干渉させた干渉パターンを検出する検出手段と、前記反射手段を前記光学系の光軸に対して移動させる移動手段と、前記レンズの前記収差を解析する解析手段と、を有し、前記移動手段は、前記干渉パターンをほぼ同心円状に配列された複数の円からなる干渉縞にするように前記球体の中心を前記集光点から偏位させ、前記解析手段は、前記複数の円の分布から前記レンズの前記収差を判別することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明による調整装置は、複数のレンズからなるレンズ群の非点収差、コマ収差又は球面収差を検出して調整する調整装置であって、単一波長の光を発するレーザと、前記レーザの光を第１の光と第２の光とに分ける分割手段と、前記第１の光を前記レンズ群に導く光学系と、球体の一部をなす凹状の鏡面からなり前記レンズ群を透過して集光点に集光した後の前記第１の光が入射して反射される反射手段と、前記反射手段にて反射された光と前記第２の光とを干渉させた干渉パターンを検出する検出手段と、前記反射手段を前記光学系の光軸に対して移動させる移動手段と、前記レンズの前記収差を解析する解析手段と、からなる収差測定装置と、前記レンズ群のうちの１のレンズの光軸に対する他のレンズの配置と光軸の傾きとを調整する調整機構と、を有し、前記移動手段は、前記干渉パターンをほぼ同心円状に配列された複数の円にするように前記球体の中心を前記集光点から偏位させ、前記調整機構は、前記収差検出装置の出力に応じて、前記１のレンズに対する前記他のレンズの配置と光軸の傾きとを調整することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明を適用したレンズ調整装置の一実施例１０を示す。本実施例において対象となるレンズは、例えば光記録再生装置の光ピックアップに用いられる対物レンズ１であり、この対物レンズは、例えば開口数(ＮＡ)が０．７５となる２群レンズで構成されている。対物レンズ１は、図２に示すように、第１の支持枠２ａにはめ込まれた第１のレンズ２と、第２の支持枠３ａにはめ込まれた第２のレンズ３と、からなり、鏡筒４に第１及び第２の支持枠２ａ，３ａとが組み込まれて一体に構成されている。各レンズ２，３の微調整は、鏡筒４にはめ込まれた状態で、外力の作用によって各支持枠２ａ，３ａを鏡筒４に対して動かすことによって、レンズ２，３の相対的位置及び光軸調整を互いに独立して行うことができるようになっている。
【００１１】
図１において、対物レンズ調整装置１０は、レーザビームを発するレーザ光源１１と、レーザ光源からの光を２分するビームスプリッタ１２と、ビームスプリッタ１２から延びる一方の光路上に配設された平面ミラー１３と、ビームスプリッタ１２から延びる他方の光路上にあって対物レンズ１が配設される測定光学系１４と、ビームスプリッタ１２に対してミラー１３とは反対側に配設された撮像面を有する撮像素子１５と、撮像素子１５に接続された表示装置１６と、撮像素子１５に接続されたコントローラ１７とからなる。尚、ビームスプリッタ１２に入射する光を平行光とするために、レーザ光源１１とビームスプリッタ１２との間に適宜の光学部品を配設することもできる。
【００１２】
測定光学系１４は、２群レンズのうちの第１のレンズ２の支持枠２ａを保持するレンズ支持機構２１と、第２のレンズ３の支持枠３ａを保持するとともに第２のレンズ３の位置及び中心軸を第１のレンズ２に対して調整可能とするレンズ支持調整機構２２と、２群レンズ１を透過した光が入射するカバーガラス２３と、カバーガラス２３を支持してその位置を調節可能とするカバーガラス調整機構２４と、入射した光を反射させる凹状の鏡面２５を有する球面ミラー２６とからなる。球面ミラー２６には、測定光学系１４の光軸Ｙ方向に対して或いは光軸Ｙと垂直方向に球面ミラー２６を移動させるミラー調整機構２７が取り付けられている。また、レンズ支持調整機構２２には、手動調節機構２８が設けられており、オペレータがレンズの位置及び光軸の傾きを直接調節できるようになっている。
【００１３】
カバーガラス２３は、厚みが、対物レンズ１が取り付けられる光ピックアップが記録再生可能な光ディスク基板の厚みに相当し、例えば厚みが６００μｍの平行平板ガラスからなる。このカバーガラス２３は、測定光学系１４において、対物レンズ１を透過した光が集光する前にカバーガラス２３に入射するような位置に配置されている。
【００１４】
球面ミラー２６は、鏡面２５が球の一部を構成して凹状に形成されている。例えば、鏡面２５は１０ｍｍオーダの半径からなる球の内面にて構成されている。この球の中心を球面ミラー２６の中心Ｏとする。球面ミラー２６は、ミラー調整機構２７によって測定光学系１４の光軸Ｙに対して可動となっている。
コントローラ１７には、収差解析装置３１と、レンズ調整装置を操作するオペレータが操作可能な入力手段３２と、レンズ支持調整機構２２及びカバーガラス調整機構２４を駆動する第１のドライバ３３と、ミラー調整機構２７を駆動する第２のドライバ３４とが接続されている。コントローラ１７には、撮像素子１５から撮像面に映る画像データが入力される。収差解析装置３１は、上記画素データから干渉パターンを解析して、収差の種類及びその程度を判別する。入力手段３２は、キーボードなどにて構成されてコントローラ１７にオペレータのコマンドを伝えるものである。第１のドライバ３３は、コントローラ１７からレンズ３及びカバーガラス２３の位置を制御する制御信号を受け取って、対応する調整機構２２，２４を駆動するものである。第２のドライバ３４も、コントローラ１７から球面ミラー２７の位置を制御する制御信号を受け取って、調整機構２７を駆動するものである。
【００１５】
次に、本発明の装置の動作について説明する。
レーザ光源１１は、レーザビームをビームスプリッタ１２に向けて発し、レーザビームは平行光としてビームスプリッタ１２に入射する。ビームスプリッタ１２でレーザビームは２つに分けられる。一方の光は、参照光として平面ミラー１３に向かい、平面ミラー１３で反射された光は、再びビームスプリッタ１２を透過して撮像素子に１５に入射する。他の光は、測定光として測定光学系１４に向かう。
【００１６】
測定光は、対物レンズ１を第１レンズ２、第２レンズ３の順に通過して光束が徐々に絞られ、次にカバーガラス２３を透過し、この光束は、集光点Ｆに集光されて最小スポットを形成する。この集光点Ｆは、対物レンズ１に入射する光が平行光であることを考慮すると、対物レンズの焦点と同一である。光は、集光点Ｆを通過すると光束が拡散して、球面ミラー２６に入射する。集光点Ｆを通過して拡散する光は、点光源を発する光と見なすことができるので、球面波になる。次に、この光は、球面ミラー２６で反射されて、再び対物レンズ１に入射する。この光は、対物レンズ１を第２レンズ３、第１レンズ２の順に通過し、ビームスプリッタ１２によって反射されて、参照光と干渉する。撮像素子１５は、球面ミラー２６から戻る測定光と参照光とが干渉して撮像面に形成された干渉パターンを検出する。
【００１７】
このとき、球面ミラー２６は、中心Ｏを集光点Ｆに一致させずに、集光点Ｆから若干ずれた位置に配置する。中心Ｏは、集光点Ｆに対して測定光学系１４の光軸Ｙと平行な方向に、さらには光軸Ｙに対して垂直方向に対して偏位しており、中心Ｏと集光点Ｆとの間の距離は、０．１μｍのオーダに制御されている。
図３に、中心Ｏが集光点Ｆに対して偏位している様子を示す。例えば、集光点Ｆと球面の中心Ｏとが一致する場合は、集光点Ｆを通過した光は、球面ミラー２６の半径に沿って進むので、反射面にて反射された光は、集光点Ｆに戻る。すなわち球面ミラー２６に入射したときの光路を逆にたどって対物レンズ１に戻り、再び対物レンズ１を透過した光は平行光に戻る。
【００１８】
しかし、本実施例においては、中心Ｏが集光点Ｆとは異なる位置に配置されているので、集光点Ｆを通過して球面ミラー２６に入射する光Ｌiは、入射方向とは異なる方向に反射されて、すなわち、集光点Ｆを通過せずに入射時とは異なる光路(Ｌr)をたどって対物レンズ１に戻っていく。従って、球面ミラー２６で反射されて第２レンズ３、第１レンズ２を経た戻る光は、対物レンズの焦点を経由していないので、球面波になっている。
【００１９】
次に、球面ミラー２６で反射して戻る光は、参照光と干渉する。仮に、集光点Ｆに平面ミラーを置いて収差がない対物レンズ１を通過した光を反射させて、この光を参照光と干渉させる場合の干渉パターンは、２通りになる。例えば、参照光の光軸に対して測定光の光軸が傾いている場合は、干渉光強度に対応した明暗からなる互いに平行な数本の縞が観測され、一方この傾きがない場合は、縞の代わりにパターン全体が明るくなるか、あるいは暗くなるかになる。
【００２０】
本実施例においては、球面ミラー２６の球面中心Ｏが集光点Ｆから０．１μｍのオーダの範囲内でずれているので、測定光学系１４から戻る球面波が参照光と干渉すると、撮像素子１５にて検出される干渉パターンＰは、図４に示すように、通常、干渉光の光強度が撮像面での明暗に対応するほぼ円形の縞の複数になる。すなわち、干渉パターンＰは、複数の円がほぼ同心円状に配置されたものになる。
【００２１】
また、干渉パターンＰが、例えば複数の線がほぼ平行に現れるなど、ほぼ同心円状に配置された複数の円にならない場合は、コントローラ１７は、制御信号によりドライバ３４及びミラー調整機構２７を介して、球面ミラー２６を、集光点Ｆに対して測定光学系１４の光軸Ｙ方向に移動させたり、または光軸Ｙとは垂直方向に移動させたりして、干渉パターンＰを複数の円がほぼ同心円状に配置されたものにするのである。好ましくは、レンズの調整に必要な測定精度を得るためには、干渉パターンは、少なくとも４つの円がほぼ同心円状に配置されたものになることが好ましい。しかし、ほぼ同心円となる円の数は、４つに限らず、任意の個数とすることができる。そこで、干渉パターンＰが、少なくとも４つの円からなるほぼ同心円状になるように、球面ミラー２６の配置を測定光学系１４に対して調整する。
【００２２】
さらに、コントローラ１７は、ほぼ同心円状の干渉縞から、半径が最小の円、すなわち最内側の円を探しだす。次に、この最内側の円の中心Ｐcが撮像素子１５の撮像領域内に入るように、球面ミラー２６をミラー調整装置２７によって測定光学系１４の光軸に対して移動させる。望ましくは、最内側の円の中心Ｐcが撮像素子１５の撮像面の中心とほぼ一致するように調整される。このようにして、撮像素子１５には、常に同心円形状の干渉縞が投影され、表示装置１６は、斯かる干渉縞を表示するのである。
【００２３】
干渉パターンＰを複数の円からなるほぼ同心円状の干渉縞への調節が終了した後、収差解析装置３１は、コントローラ１７の指示により、干渉パターンＰの解析を開始する。
収差解析装置３１は、図４に示すように、干渉パターンＰに対して、最内側の円の中心Ｐcから互いに４５°をなす８方向に放射状に補助線ｌ1〜ｌ8を引き、この線を横切る縞の間隔を計測する。この縞の間隔の長さとその分布とから、レンズに生じている収差とその程度とを判別するのである。この方法を用いると、フリンジスキャンを用いたり、またフリンジスキャンにて取り込んだデータを収差係数に展開するなどの時間のかかる処理を行わずに済むので、短時間で測定を行うことができる。
【００２４】
上記図４は、収差のない理想的な干渉パターンである。対物レンズ１に収差がない場合、干渉パターンＰは、最内側の円の中心Ｐcを中心として複数の円が同心円状に配置されたものになる。理想の干渉パターンＰは、３次元において中心が同一であり半径が一定値毎に異なる複数の球面を平面で切り取った切断面に得られる複数の同心円になる。また、理想の干渉パターンでは、最内側の円の中心Ｐcから放射方向に測定される縞間隔が何れの方向ｌ1〜ｌ8においても同一になる。
【００２５】
従って、例えば互いに隣り合う２つの干渉縞の間隔が何れの補助線ｌ1〜ｌ8においても同一であり、且つ、１の補助線方向に所定距離毎に間隔が短くなっていく場合は、レンズは無収差であると判別される。
図５に、コマ収差がある場合の干渉パターンＰを示す。対物レンズにコマ収差があると、図５に示すように、ある特定の方向にのみ縞の間隔が狭くなることが分かっている。そこで、互いに隣接する２つの干渉縞の間隔が最も狭くなる方向が、何れの干渉縞の間ににおいてもほぼ同一方向となる場合は、レンズにコマ収差が生じていると判別できる。コマ収差を定量的に表す場合は、縞の間隔がもっとも狭くなる方向とその量とを表示する。このとき、内挿法により直接測定していない角度をコマ収差の角度として表示することもできる。
【００２６】
次に、かかるデータに基づいた対物レンズ１のコマ収差の調整を説明する。コマ収差は、カバーガラス２３が測定光学系１４の光軸に対して傾いているために生じる場合があるので、レンズそのものを調節する前に、ドライバ３３にカバーガラス位置調節信号を送って、カバーガラス調整機構２４によってカバーガラス２３の傾きを調整してコマ収差の除去を試みる。カバーグラス２３を調整してもコマ収差が除去できない場合、かかるコマ収差は、対物レンズ１そのものによって生じたものと判断される。従って、コマ収差を解消する場合は、収差解析装置３１から供給されるデータに基づいて、レンズ支持調整機構を駆動して第１レンズ２に対する第２レンズ３の相対位置や傾きを調整する。
【００２７】
なお、レンズの調整方法は、上記方法においては、検出された収差に応じて、コントローラ１７がレンズの具体的な調整方法を判定したが、これに限らず、表示装置１６に映る干渉パターンを直接観察したオペレータが、入力手段２２を介して具体的な調整操作をコントローラ１７に指示したり、または、手動調節機構２７を操作して直接レンズの位置及び光軸の傾き調整を行ったりすることができる。
【００２８】
また、図６に非点収差が発生している場合の干渉パターンＰを示す。対物レンズ１に非点収差が発生すると、図６に示すように、干渉パターンＰは、直交する２方向において一方向の縞間隔が狭く、他方向の縞間隔が広くなることが分かっている。そこで、干渉パターンＰに対して引かれた補助線のうち、互いに直交する２方向の補助線によって測定される互いに隣接する干渉縞の２方向における間隔の差が最大となる方向を直接或いは角度方向に対する内挿演算によって算出する。非点収差を定量的に表示する場合は、かかる方向とその差とを表示するのである。
【００２９】
従って、かかる非点収差を解消する場合は、コマ収差の調整と同様に、カバーガラス２３を調整した後に、レンズ支持調整機構２２により、第１レンズ２に対する第２レンズ３の位置をずらしたり回転させたりして、対物レンズ１の調整を行なう。
上記のように、ほぼ同心円状に配置された複数の円からなる干渉縞に対して、最内側の円の中心を通過する補助線を放射方向に引き、各補助線を横切る干渉縞の間隔とその分布とによって、容易にレンズに生じた収差の種類とその程度とを判別することができる。このように、コマ収差及び非点収差の発生とその量とをフリンジスキャンを用いずに容易に計測できるので、２群レンズからなる対物レンズの調節を短時間で行うことができる。
【００３０】
また、対物レンズ１に球面収差が生じている場合は、干渉パターンの中心からのある特定の縞までの距離は、何れの方向においても同一であるが、その距離が、理想の干渉パターンから得られたものと異なる。この差が、球面収差量に対応する値になる。そして、かかる計測値に基づいて、第１のレンズ２に対して第２のレンズ３を調整すればよい。
【００３１】
尚、上記実施例においては、２群レンズからなる対物レンズの収差を検出して一方のレンズに対する他方のレンズの位置及び光軸の傾きを調整したが、本発明は、これに限らず、１枚のみのレンズからなるレンズの収差を、フリンジスキャンを用いずに容易に検出することもできる。
また、上記実施例においては、検出された干渉パターンをスクリーンやディスプレイなどの表示装置１６に表示することができる。これ以外の干渉パターンの表示方法としては、収差の種類とその程度を数値で表示したり、収差の方向を輝点によって表示することができる。
【００３２】
さらに、上記実施例において、縞の間隔を測る補助線を８本としたが、これに限らず、測定の精度や計測するレンズに応じて、補助線の数を増やしたり減らすことができる。また、干渉パターンそのものを画像として全面にわたって取り込み、特徴点を抽出するなどの周知の画像処理方法を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の収差測定装置を適用した対物レンズ調整装置の構成を示す図である。
【図２】２群レンズからなる対物レンズの一例を示す構成図である。
【図３】レンズを透過した光と球面ミラーとの関係を説明する図である。
【図４】測定対象のレンズに収差が無い場合の干渉パターンを示す図である。
【図５】測定対象のレンズにコマ収差がある場合の干渉パターンを示す図である。
【図６】測定対象のレンズに非点収差がある場合の干渉パターンを示す図である。
【符号の説明】
１１  レーザ光源
１２  ビームスプリッタ
１４  測定光学系
１６  表示手段
１７  コントローラ
２６  球面ミラー
３１  収差解析装置
【図１】
0003730831.tif 000002
【図２】
0003730831.tif 000003
【図３】
0003730831.tif 000004
【図４】
0003730831.tif 000005
【図５】
0003730831.tif 000006
【図６】
0003730831.tif 000007