JP2000214048A - レンズ収差測定装置及びそれを用いたレンズ傾き調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対物レンズのコマ収差を補正するようにディ
スク、対物レンズ間の傾きを調整するため、実時間で光
学系のコマ収差を測定できるようにする。 【解決手段】 反射型回折素子３上に対物レンズ２から
の光を集光し、反射光の強度分布を観察し、反射型回折
素子を回折格子と垂直な方向に揺動したときのプッシュ
プル信号を検出する。反射光を検出する光検出器は、左
右の干渉領域をそれぞれ内側外側領域と第１から第４象
限に分割して、計１６の領域に分割し、内側と外側の領
域のプッシュプル信号の位相差からラジアル方向のコマ
収差を、第１、３象限と第２、４象限のプッシュプル信
号の位相差からタンジェンシャル方向のコマ収差を検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的波面解析装
置に関し、特に特に光ディスクピックアップヘッド用対
物レンズの検査装置、あるいはピックアップヘッド組み
立て調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年デジタルバーサタイルディスク（以
下ＤＶＤと略す）が実用化され、高精細動画像の再生が
可能となった。またＤＶＤやコンパクトディスク（以下
ＣＤと略す）などの光ディスクは映像音響分野のみなら
ずコンピュータの外部記憶装置としても広く用いられ、
ＣＤでは６４０メガバイト、ＤＶＤでは４．７ギガバイ
トの大容量を実現している。このような光ディスクの高
密度化は、光ディスク上の凹凸パターンをより小さく
し、より多数の凹凸パターンを形成することで実現され
ており、その再生においては、半導体レーザからの光を
収差の小さい対物レンズを用いて微小な集光スポットを
ディスク上に形成することが技術的な課題となる。

【０００３】光ディスク上に収差のない回折限界の微小
スポットを形成するには、収差の小さい光学部品、特に
対物レンズを使用することが必要であるが、さらに対物
レンズと光ディスクの角度ずれによって生じるコマ収差
をなくすために両者を最適な角度に保つことが必要とな
る。そのため通常の光ディスクピックアップでは、対物
レンズを装加したアクチュエータのピックアップ基台に
対するあおり角度が調整可能な構造になっており、ディ
スク再生時の再生ジッタが最小になるようにアクチュエ
ータあおり角を調整し、対物レンズとディスクとの角度
を調整している。

【０００４】一方、ＤＶＤとＣＤの両ディスクを再生可
能な光ピックアップの１方式として、ひとつのアクチュ
エータ上にＤＶＤ用レンズとＣＤ用レンズの２つのレン
ズを搭載したピックアップが提案されている。この２レ
ンズ方式のピックアップでは、ＤＶＤ用ＣＤ用の２つの
レンズに対してその角度をディスクに対して最適に保つ
必要があるが、上記のようにアクチュエータの角度を調
整する方法では２つのレンズを同時に最適な角度に設定
することができない。

【０００５】２レンズ方式ピックアップのレンズ角度調
整方法としては、 （１）第１のレンズをアクチュエータに固定後アクチュ
エータ全体をあおり調整し、さらに第２のレンズをアク
チュエータに対して角度調整してから固定する。 （２）第１のレンズをアクチュエータに固定後アクチュ
エータ全体をあおり調整し、アクチュエータのあおり方
向に応じてあらかじめコマ収差を測定しておいた第２の
レンズを固定する。などの方法が考えられる。（１）の
方法では、従来のディスクと同様に、ディスク再生に最
適な角度に両レンズを調整することが可能であるが、２
つ目のレンズを調整する際にはアクチュエータを固定し
てその上でレンズの角度調整をするため、従来のように
アクチュエータを駆動してディスク再生しながら調整す
ることができない。このため、再生信号が最適になるよ
うに調整する代わりに集光スポットの収差が最小になる
ように調整する必要がある。また、（２）の方法では、
あらかじめレンズのコマ収差を測定する必要がある。こ
のように、（１）、（２）の方法ともレンズ単体あるい
は光学系全体の収差を測定することが必要になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
収差測定方法では干渉縞を測定するため複雑な光学系と
高精度の位置調整が必要になるなどの欠点があった。ま
た他の収差測定方法として、集光スポットを観測する方
法がある。これは、レンズで集光されたスポットを顕微
鏡で観察する方法で、集光スポットの１次サイドローブ
の分布からコマ収差を、デフォーカスしたときのスポッ
トのひずみから非点収差を、１次サイドローブの大きさ
から球面収差を見積もることができる。しかし、この方
法では非常に微小な集光スポットを顕微鏡で観察するた
め、顕微鏡の視野内にスポットをとらえ、かつ顕微鏡の
焦点をスポット上に正確にあわせるために時間がかか
り、迅速な測定ができないという欠点があった。

【０００７】また、公開広報特開昭５９−１１６５２２
号公報（理化学研究所 谷田貝他）にはグレーティング
を利用した収差の測定方法が開示されているが、干渉縞
の空間分布を取り込み画像処理を施す必要から、この方
法も測定に時間がかかる欠点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の収差測定装置では、被測定レンズを照射す
るコヒーレントビームを生じるコヒーレント光源と、反
射型回折格子と、前記被測定レンズの焦点位置と前記反
射型回折格子の反射面が一致するように制御する焦点位
置制御装置と、前記反射型回折格子と前記被測定レンズ
の相対位置を前記反射型回折格子の格子と直角方向に変
化させる手段と、前記反射型回折格子からの反射ビーム
のうち、前記反射型回折格子の格子に直角な方向に分割
された右側領域を通過する右ビームの中心領域の全部あ
るいは一部の光量を検出する第１の光量検出手段と、前
記右ビームの周辺領域の全部あるいは一部の光量を検出
する第２の光量検出手段と、前記反射型回折格子からの
反射ビームのうち、前記反射型回折格子の格子に直角な
方向に分割された左側領域を通過する左ビームの中心領
域の全部あるいは一部の光量を検出する第３の光量検出
手段と、前記左ビームの周辺領域の全部あるいは一部の
光量を検出する第４光量検出手段とを用いる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレンズ収差測定装
置について、図を参照しながら説明を加える。

【００１０】まず図１に示した本発明の収差測定装置の
光学系の概略構成図を用いて基本的な動作原理を説明す
る。コヒーレント光源１から出射された光はハーフミラ
ー１８と被測定レンズ２をを通過して反射型回折素子３
上に集光される。反射型回折素子３で反射された光はハ
ーフミラー１８で反射され、リレーレンズ１１、１２を
経て光検出器４に達する。反射光の一部はハーフミラー
１７によってサーボ信号検出手段１６に導かれ、反射型
回折素子３上での焦点位置制御信号を発生する。反射型
回折素子３はこの焦点位置制御信号で駆動されるアクチ
ュエータ１５によって、常に被測定レンズの焦点位置上
に位置制御されるとともに、回折格子に垂直な方向に揺
動される。

【００１１】反射型回折素子３でのコヒーレントビーム
の反射の様子を図２に示す。反射型回折格子３で反射さ
れた光は、同時に回折格子で回折され±１次回折光２
２、２３と０次回折光２１を生じる。このとき±２次以
上の回折光も生じるが、被測定レンズ２の開口外に進む
ため、図２では省略している。図２（ｂ）は上記の回折
光のうち、被測定レンズ２にとらえられる光の平面分布
を表しており、レンズ開口９内の左右のラグビーボール
形状の部分は０次回折光と±１次の回折光とが重なり合
って干渉を起こす干渉領域２４、２４ａとなる。被測定
レンズ２に収差のないときには、それぞれの回折光は一
様な位相分布をもち、干渉領域２４、２４ａ中には一様
な強度分布をもった反射光が観察される。

【００１２】反射型回折素子３を図中矢印で示したよう
に回折格子に垂直な方向に移動したときの回折光の各位
相変化を図３（ｂ）に表す。回折格子の移動に対して０
次光の位相は変化しないのに対し、−１次、＋１次の回
折光には図中矢印で示したようにそれぞれ逆方向の位相
シフトが与えられ、左右の干渉領域２４、２４ａの光強
度は明暗を繰り返す。この反射光を図４（ａ）のような
左右２分割された光検出器で検出すると、左右の光強度
差からいわゆるプッシュプル信号２９が得られる。図４
（ｂ）は図４（ａ）の光検出器で検出される信号の時間
変化を示した図である。差動信号検出手段２８で左右の
光検出器からの信号の差動信号をとることでプッシュプ
ル信号２９が得られる。

【００１３】被測定レンズ２に収差がある場合には０
次、±１次それぞれの回折光にも収差が発生し、それら
の干渉する干渉領域内で位相分布が生じる。このため、
収差がない場合には干渉領域内では一様な明暗変化が生
じていたのに対し、収差がある場合には、明暗変化の時
間的位相にも空間分布が生じる。この位相を検出して被
測定レンズの収差を測定するのが本発明の収差測定装置
の特徴である。

【００１４】図５（ａ）は回折格子と垂直な方向にコマ
収差がある時の対物レンズ開口内の０次回折光の位相分
布を表し、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’面の断面
図である。図５（ｂ）中実線は０次光の、破線は±１次
回折光の位相分布である。図のように、０次回折光はＳ
字状の位相分布を示し、±１次回折光は、０次光の位相
分布をそれぞれ左右に平行移動した形状の位相分布をな
す。回折格子が格子と垂直な方向に移動したときには、
０次回折光の位相は変化しないのに対し、図中の矢印で
表したように、±１次回折光にはそれぞれ逆向きの方向
に位相シフトを生じる。このとき０次光と±１次回折光
の干渉領域での強度分布の変化を考えると、左右の領干
渉域ともに干渉領域の周辺部に対して、中心部の強度分
布変化の位相が遅れることが分かる。

【００１５】この位相差を検出するには図６（ａ）の構
成の光検出器を用いる。回折格子を格子と垂直な方向に
移動させ、内側領域と外側領域で別個にプッシュプル信
号を検出する。これらの信号の時間変化の様子は図６
（ｂ）のごとく位相差を生じ、この位相差の大きさから
コマ収差の大きさを知ることができる。

【００１６】同様に図７（ａ）には、回折格子と平行な
方向にコマ収差があるときの対物レンズ開口内の０次光
の位相分布を表し、図７（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ図７
（ａ）のＣ−Ｃ’面、Ｄ−Ｄ’面の断面図を表す。図７
（ｂ）では、左右の干渉領域ともに強度分布変化はそれ
ぞれの干渉領域内の右側で位相が進み、左側で位相が遅
れているのが分かる。また図７（ｃ）では図７（ｂ）と
逆に、左右の干渉領域ともに強度分布変化はそれぞれの
干渉領域内の右側で位相が遅れ、左側で位相が遅れてい
る。この強度分布変化の位相を平面的に表したのが図８
（ａ）である。左右の干渉領域中でそれぞれ第１、第３
領域の位相が遅れ（図中ＴＥｄ＋、ＴＥｄ−で表す）第
２、第４象限の領域で位相が進み（図中ＴＥａ＋、ＴＥ
ａ−で表す）、これに応じた分割パターンを持つ光検出
器を用いてこの位相差を検出できる。すなわち、第１第
３象限から検出したプッシュプル信号と、第２、第４象
限から検出したプッシュプル信号を検出すると、図８
（ｂ）に示した信号が得られ、両信号の位相差からコマ
収差の大きさを知ることができる。

【００１７】以上の説明のように、左右の干渉領域を内
側と外側に分割して回折格子と垂直な方向のコマ収差を
検出し、左右の干渉領域を第１から第４象限の４つの領
域に分割して回折格子と平行な方向のコマ収差を検出す
ることができるが、これらの両方向のコマ収差を同時に
検出するためには、図９に示すような光検出器を用いれ
ばよい。すなわち、被測定レンズ開口９内を図のように
第１から第１６の領域に分割して、第ｎ領域からの信号
をＳｎと表して、 ＲＴ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ５＋Ｓ６）−（Ｓ３＋Ｓ４＋
Ｓ７＋Ｓ８） ＲＴ２＝（Ｓ９＋Ｓ１０＋Ｓ１３＋Ｓ１４）−（Ｓ１１
＋Ｓ１２＋Ｓ１５＋Ｓ１６） ＴＴ１＝（Ｓ１＋Ｓ９＋Ｓ６＋Ｓ１４）−（Ｓ３＋Ｓ１
１＋Ｓ８＋Ｓ１６） ＴＴ２＝（Ｓ４＋Ｓ１２＋Ｓ７＋Ｓ１５）−（Ｓ５＋Ｓ
１３＋Ｓ２＋Ｓ１０） なる式で表される信号を生成する。ＲＴ１信号とＲＴ２
信号の位相差から回折格子に垂直な方向のコマ収差成分
の大きさを、ＴＴ１信号とＴＴ２信号の位相差から回折
格子に平行な方向のコマ収差成分の大きさを同時に知る
ことができる。

【００１８】実際のレンズではコマ収差は任意の方向に
生じているが、上記の方法で求めた垂直、平行な方向の
コマ収差成分の比からコマ収差の方向を知る。

【００１９】以上で本発明のレンズ収差測定装置の動作
原理を説明した。次に、より高精度に収差を検出するた
めの光学系の各構成要素の特性について説明する。

【００２０】これまでの原理説明では、図２（ｂ）に示
した回折光パターンを光検出器４上での光強度分布とし
て扱っていた。しかし厳密には図２（ｂ）のパターンは
被測定レンズ２表面上での分布を表しており、被測定レ
ンズ２から光検出器４までレンズを用いずに空気中を伝
搬させるとフレネル回折によってその分布形状に乱れが
生じる。図１中のリレーレンズ１１、１２はこの回折に
よる乱れを防ぐ効果を持つ。すなわち、リレーレンズ１
１、１２の焦点距離をｆとすると、被測定レンズ２から
リレーレンズ１２までの距離とリレーレンズ１１から光
検出器４までの距離はともにｆに等しく、両リレーレン
ズ間の距離は２ｆに等しくなるように配置したとき、被
測定レンズ２の表面上の反射光分布は光検出器４上に１
対１に結像され、フレネル回折による像のぼけを生じる
ことなく回折光の強度分布を検出することができる。

【００２１】また、より精度良く各領域での信号位相を
測定するには干渉領域を大きく取るのがよい。逆に、干
渉領域２４、２４ａを大きく取りすぎて＋１次回折光２
３と−１次回折光２２が重なり合うと両者の干渉によっ
て強度分布に乱れが生じる。このため最適な干渉領域の
形状は、±１次回折光２４、２４ａが被測定レンズ２の
開口径Ｄに対して半分の長さＤ／２だけシフトし、±１
次回折光同士が接するような構成にするのがよい。

【００２２】被測定レンズ２面上で±１次回折光２４、
２４ａがシフトする距離ｄは、コヒーレント光源１の光
源波長λと、反射型回折素子３の格子間隔Λと被測定レ
ンズの焦点距離ｆLとを用いて、 ｄ＝ｆL×λ／Λ で表されるので、最適な格子間隔Λは Λ＝２×ｆL×λ／Ｄ ＝λ／ＮＡ となる。ここでＮＡ＝Ｄ／（２×ｆL）は被測定レンズ
２の開口数である。

【００２３】実質的にはΛを ０．８×λ／ＮＡ ≦ Λ ≦ １．２×λ／ＮＡ 程度の範囲に設定することで精度の良い測定が行える。
ＤＶＤ用の対物レンズの収差測定を行うには、λ＝０．
６５ミクロン、ＮＡ＝０．６を代入して、最適な格子間
隔Λは１．１ミクロン程度となる。

【００２４】次に回折格子の格子深さについても最適な
値が存在するので説明する。

【００２５】本発明の収差測定装置に用いる反射型回折
素子は、振幅変調型回折素子や位相変調型回折素子を用
いることができるが、反射率が高いことから位相変調型
回折素子を用いるのが好ましい。また、位相変調型回折
素子の中でも、透明基板表面に凹凸の溝を形成して反射
膜を堆積した形のグレーティングが作製しやすい。この
タイプの回折格子では格子深さに応じてプッシュプル信
号振幅が変化し、格子深さがλ／８の時に最大となる。
これは格子深さがλ／８の時に±１次回折光と０次回折
光の強度比がほぼ等しくなり干渉による強度変化が大き
くなることと、±１次回折光の位相差がちょうど１８０
度となり左右の干渉領域の明暗変化がちょうど逆位相で
生じることが理由である。プッシュプル信号が大きいほ
ど収差測定を精度良く行うことができるので、格子深さ
の最適値はλ／８＝０．１２５λとなる。実質的には格
子深さを０．０７５×λから０．１７５×λ程度の範囲
に設定することで精度の良い測定が行える。以上の説明
では、格子深さは実際の距離でなくコヒーレントビーム
の光学距離で表している。たとえば回折格子としてポリ
カーボネイト基板上に形成した凹凸型回折格子を用い、
基板側から光を入射する場合には、基板の屈折率１．５
８を用いて、実際の物理的溝深さは上記の光学距離を
１．５６で除した値が最適となる。

【００２６】次に、被測定レンズ２と反射型回折素子３
とのフォーカスずれを抑制する方法を説明する。本発明
の収差測定装置では、反射光の強度分布を観測する系と
は別にサーボ信号検出手段を設けて、被測定レンズ２か
らの光を反射型回折素子３上に集光するように反射型回
折素子３のフォーカス方向位置を制御している。しかし
実際の系では光学部品の設置位置ずれなどで生じるわず
かなフォーカスずれによって反射光に波面の乱れを生
じ、収差測定に誤差を生じる可能性がある。このフォー
カスずれも、コマ収差と同様にプッシュプル信号に生じ
る位相変化から検知することができる。フォーカスずれ
がある場合には、干渉領域２４、２４ａのそれぞれをさ
らに左右に分割したとき、右側の領域のみから得られる
プッシュプル信号と、左の領域のみから得られるプッシ
ュプル信号に位相差が生じ、この位相差を０にするよう
にフォーカス制御信号にオフセットを加えることで、フ
ォーカスずれをなくすことができる。

【００２７】図９の光検出器分割パターンで説明する
と、 ＤＦ１＝（Ｓ１＋Ｓ９＋Ｓ１３＋Ｓ５）−（Ｓ３＋Ｓ１
１＋Ｓ１５＋Ｓ７） ＤＦ２＝（Ｓ２＋Ｓ１０＋Ｓ１４＋Ｓ６）−（Ｓ４＋Ｓ
１２＋Ｓ１６＋Ｓ８） なるＤＦ１信号とＤＦ２信号の位相差からフォーカスず
れを検出できる。記号Ｓｎはｎ番目の領域からの出力信
号を表す。

【００２８】以上で本発明の収差測定装置の動作原理
と、精度良く測定するための装置構成について説明し
た。次に測定のダイナミックレンジを広くする構成につ
いて述べる。

【００２９】図６（ｂ）や図８（ｂ）に示したように、
本発明の収差測定装置では、信号の位相差から収差量を
検出しているため、以上に説明した構成の光検出器を用
いた場合には測定のダイナミックレンジは位相差が−１
８０度から＋１８０度の間に限られる。たとえば、大き
なコマ収差により位相差が２００度になった時には位相
差−１６０度との区別が付かない。回折格子の格子の方
向と平行なコマ収差に関してこの問題を克服するには、
図１０に示すように干渉領域の中心領域と周辺領域の間
に中間部分を設けた光検出器の分割パターンを用いれば
よい。大きなコマ収差が存在するときには中心領域と周
辺領域の出力信号間に大きな位相差が生じるが、中間領
域からの出力信号位相は両者の中間の値をとるので、中
間領域と中心領域、或いは中間領域と周辺領域との間の
位相差を観測すれば、より大きなコマ収差が存在すると
きにも位相差は１８０度を超えず、大きなダイナミック
レンジを実現できる。たとえば、中心領域と周辺領域の
位相差が２００度の場合には中心領域と中間領域の位相
差が１００度程度となり、中心領域と周辺領域の位相差
が−１６０度の場合には中心領域と中間領域の位相差が
−８０度程度となるので、２００度の位相差と−１６０
度の位相差を区別できることになる。

【００３０】以上に説明した本発明の収差測定装置は、
レンズ傾き調整装置に利用することでその特長がより活
かされる。本発明のレンズ傾き調整装置は２レンズ方式
光ピックアップに限る物ではないが、図１１に本発明の
レンズ傾き調整装置を一つのアクチュエータ上に２つの
レンズを搭載する形の２レンズ方式光ピックアップの調
整装置に適用した一例を示す。

【００３１】２レンズ方式のピックアップでは、２種の
レンズを切り替えることにより２種以上の光ディスクの
再生を可能とする物であるが、両方のレンズがそれぞれ
光ディスクに対して最適な角度に保たれる必要がある。
このとき、それぞれのレンズはレンズ固有のコマ収差が
あるため、それをうち消すように角度を決める必要があ
り、例えばレンズのコバ面を平行にするなどの方法では
最適な角度に調整することができない。また、従来のレ
ンズ傾き調整方法では、実際の光ディスクを再生して、
再生ジッタが最小になるようにレンズの角度を調整する
方法が一般的であった。しかしその方法では、光ディス
クを回転しながら対物レンズを駆動して光ディスクの情
報トラック上に正確に位置あわせを行う必要があり、２
レンズアクチュエータにレンズを固定する場合のように
レンズを駆動することができない場合には、従来の方法
を用いることは困難である。それに対して図１１に示し
た本発明のレンズ傾き調整装置では、光ディスクの代わ
りに小さな反射型回折素子を用いているので、対物レン
ズは固定したレンズホルダ上に置き、反射型回折素子を
アクチュエータで駆動してフォーカスサーボを行える。

【００３２】次に実際の調整手順を説明する。対物レン
ズホルダは、対物レンズ２４とはコバ面と接して対物レ
ンズホルダと対物レンズの傾きが平行になるように保持
される。また対物レンズ２５とはレンズ下面の曲面部と
接して、固定前にはあおり角度方向に自由度のあるまま
レンズを保持する形状となっている。対物レンズ１５ａ
はあらかじめレンズホルダ８ａに接着固定し、対物レン
ズ１５ａは固定せずにレンズホルダ８ａ上に搭載してお
く。メカニカルシャッタ２２を開状態、メカニカルシャ
ッタ２１を閉状態にし、対物レンズ１５で発生するコマ
収差をモニタしながらレンズホルダ８ａ全体をあおり調
整して、コマ収差が最小になるように角度調整を行う。
次にメカニカルシャッタ２２を閉状態、メカニカルシャ
ッタ２３を開状態にして対物レンズ１５ａで発生するコ
マ収差をモニタしながら対物レンズ１５ａをあおり調整
してコマ収差が最小になるように角度調整を行う。図１
０では、簡単のためレンズ傾き調整手段２０として１本
のアームのみを表示しているが、実際には３本のアーム
でコバ面の３点を押さえ、それぞれのアームでの押下量
を独立に調整することで対物レンズ１５ａの傾きを調整
する。

【００３３】本発明のレンズ傾き調整装置の特長は、前
述のようにレンズをアクチュエータで駆動することなく
レンズ単体の傾きを調整できることの他に、検出信号が
最適角度で０になり、符号の異なる角度ずれに対して符
号の異なる検出信号が得られる点がある。従来のように
再生ジッタから最適角度を検出する方法では、最適な角
度からのずれに対して再生ジッタは対称な変化を示し、
符号の異なる角度ずれに対して同様にジッタが増大す
る。このため、まず一定の範囲でレンズ角度を変化さ
せ、それぞれの角度で測定したジッタをメモリーに格納
し、その変化の様子から最適角度を求める必要がある。
このため調整に時間がかかる欠点があった。また最適角
度付近ではレンズ角度に対する再生ジッタの変化が小さ
く、調整精度が確保できない。これに対して本方式では
検出位相差信号の符号によってレンズ角度を調整する方
向が認識でき、検出信号が０になる角度まで調整をすれ
ば最適角度に設定できるため調整時間が大幅に短縮でき
るとともに、最適角度付近での信号検出感度が大きく正
確に角度調整を行うことが可能である。この特長を活か
して１レンズ方式光ピックアップの調整装置としても本
発明のレンズ傾き調整装置が有効である。

【００３４】

【発明の効果】本発明のレンズ収差測定装置を用いるこ
とで、干渉光学系や画像処理装置などを用いない簡便な
装置で、短時間でレンズのコマ収差を測定することがで
きる。また、本発明のレンズ傾き調整装置によって、高
速かつ高精度にレンズの角度調整を行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】収差測定装置の光学系の概略構成図

【図２】反射型回折素子での反射の様子を表す概念図

【図３】収差がない場合の回折光位相分布を表す概念図

【図４】収差がない場合の回折光位相分布とプッシュプ
ル信号の時間変化を表す図

【図５】回折格子に垂直な方向にコマ収差がある場合の
回折光位相分布を表す概念図

【図６】回折格子に垂直な方向にコマ収差がある場合の
回折光位相分布とプッシュプル信号の時間変化を表す図

【図７】回折格子に平行な方向にコマ収差がある場合の
回折光位相分布を表す概念図

【図８】回折格子に平行な方向にコマ収差がある場合の
回折光位相分布とプッシュプル信号の時間変化を表す図

【図９】回折格子に平行なコマ収差成分と垂直な方向の
コマ収差成分を同時に検出するための光検出器の構成図

【図１０】測定ダイナミックレンジの広い収差測定装置
の光検出器構成図とプッシュプル信号の概念図

【図１１】本発明のレンズ傾き調整装置の光学系の概略
構成図

【符号の説明】

１ コヒーレント光源 ２ 被測定レンズ ３ 反射型回折素子 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，５ 光検出器 ６ プリズム ７ 集光レンズ ８ レンズホルダ ９ 被測定レンズ開口 １１，１２ リレーレンズ １３ アクチュエータ １４，１４ａ メカニカルシャッタ １５，１５ａ 対物レンズ １６，１６ａ サーボ信号検出手段 １７，１７ａ，１８，１８ａ ハーフミラー １９ 全反射ミラー ２０ レンズ傾き調整手段 ２１ ０次回折光 ２２ −１次回折光 ２３ ＋１次回折光 ２４，２４ａ 干渉領域 ２５，２５ａ１，２５ｂ１ ０次回折光の位相分布 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ ０次回折光の位相分布の断面 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ −１次回折光の位相分布の断
面 ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ ＋１次回折光の位相分布の断
面 ２８，２８ａ１，２８ａ２，２８ｂ１，２８ｂ２，２８
ｃ１，２８ｃ２，２８ｃ３ 差動信号検出手段 ２９ プッシュプル信号 ３０，３０ａ 中心領域 ３１，３１ａ 周辺領域 ３２ａ 中間領域 ３３ 第１象限領域 ３４ 第２象限領域 ３５ 第３象限領域 ３６ 第４象限領域

フロントページの続き (72)発明者 安田 勝彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 水野 定夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G086 EE02 EE03 EE06 HH06 5D118 AA06 BA01 CD02 CD03 CF08 CG02 DA35 DC03 5D119 AA38 BA01 EA02 EA03 EC50 JA43 JA70 KA02 KA20 PA05

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定レンズを照射するコヒーレントビー
   ムを生じるコヒーレント光源と、反射型回折格子と、前
   記被測定レンズの焦点位置と前記反射型回折格子の反射
   面が一致するように制御する焦点位置制御装置と、前記
   反射型回折格子と前記被測定レンズの相対位置を前記反
   射型回折格子の格子と直角方向に変化させる手段と、 前記反射型回折格子からの反射ビームのうち、前記反射
   型回折格子の格子に直角な方向に分割された右側領域を
   通過する右ビームの中心領域の全部あるいは一部の光量
   を検出する第１の光量検出手段と、 前記右ビームの周辺領域の全部あるいは一部の光量を検
   出する第２の光量検出手段と、 前記反射型回折格子からの反射ビームのうち、前記反射
   型回折格子の格子に直角な方向に分割された左側領域を
   通過する左ビームの中心領域の全部あるいは一部の光量
   を検出する第３の光量検出手段と、 前記左ビームの周辺領域の全部あるいは一部の光量を検
   出する第４の光量検出手段とを少なくとも具備すること
   を特徴としたレンズ収差測定装置。
2. 【請求項２】前記第１及び第３の光量検出手段からの信
   号の位相と前記第２及び第４の光量検出手段からの信号
   の位相を比較した第１の位相差信号を少なくとも検出す
   ることを特徴とした請求項１記載のレンズ収差測定装
   置。
3. 【請求項３】前記右ビームの中心領域と周辺領域に挟ま
   れた中間領域の全部あるいは一部の光量を検出する第５
   の光量検出手段と、 前記左ビームの中心領域と周辺領域に挟まれた中間領域
   の全部あるいは一部の光量を検出する第６の光量検出手
   段とを少なくとも具備することを特徴とした請求項１あ
   るいは２記載のレンズ収差測定装置。
4. 【請求項４】前記第５および第６の光量検出手段からの
   信号の位相と、前記第１および第３の光量検出手段から
   の信号の位相あるいは前記第２及び第４の光量検出手段
   からの信号の位相を比較した第２の位相差信号とを少な
   くとも検出することを特徴とした請求項３記載のレンズ
   収差測定装置。
5. 【請求項５】前記右ビームの中心領域及び前記左ビーム
   の中心領域の形状が前記反射型回折格子の格子の方向に
   長軸を持つ略楕円形状であることを特徴とした請求項１
   から４のいずれか１項に記載のレンズ収差測定装置。
6. 【請求項６】前記右ビームの中心領域及び前記左ビーム
   の中心領域の形状が前記反射型回折格子の格子の方向に
   長い長方形であることを特徴とした請求項１から４のい
   ずれか１項に記載のレンズ収差測定装置。
7. 【請求項７】前記右ビーム及び前記左ビームのそれぞれ
   が、前記反射型回折格子の格子と直角な方向と平行な方
   向に第１象限から第４象限の領域に４分割され、 前記右ビームの第１象限と第３象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第７の光量検出手段と、 前記右ビームの第２象限と第４象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第８の光量検出手段と、 前記左ビームの第１象限と第３象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第９の光量検出手段と、 前記左ビームの第２象限と第４象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第１０の光量検出手段とを少な
   くとも具備し、 前記第７及び第９の光量検出手段からの信号の位相と前
   記第８及び第１０の光量検出手段からの信号の位相を比
   較した第３の位相差信号を少なくとも検出することを特
   徴とした請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ
   収差測定装置。
8. 【請求項８】前記右ビームの第１象限と第４象限の領域
   の全部あるいは一部の光量を検出する第１１の光量検出
   手段と、 前記右ビームの第２象限と第３象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第１２の光量検出手段と、 前記左ビームの第１象限と第４象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第１３の光量検出手段と、 前記左ビームの第２象限と第３象限の領域の全部あるい
   は一部の光量を検出する第１４の光量検出手段とを少な
   くとも具備し、 前記第１１及び第１３の光量検出手段からの信号の位相
   と前記第１２及び第１４の光量検出手段からの信号の位
   相を比較した第４の位相差信号を検出し、 前記第４の位相差信号に応じて前記被測定レンズのフォ
   ーカス位置ずれ量を制御することを特徴とした請求項７
   記載のレンズ収差測定装置。
9. 【請求項９】前記反射型回折格子の格子間隔Λと、前記
   コヒーレント光源の波長λと、前記被測定レンズの開口
   数ＮＡとが ０．８×λ／ＮＡ ＜ Λ ＜ １．２×λ／ＮＡ なる関係を満たすことを特徴とした請求項１から８記載
   のレンズ収差測定装置。
10. 【請求項１０】前記反射型回折格子が位相型回折格子か
    らなり、前記反射型回折格子で反射された前記コヒーレ
    ントビームの位相変調深さＰが ０．１５π＜Ｐ＜０．３５π なる範囲にあることを特徴とした請求項１から９のいず
    れか１項に記載のレンズ収差測定装置。
11. 【請求項１１】前記被測定レンズ面上の光強度分布パタ
    ーンを前記受光素子表面上に投影するリレーレンズ系を
    具備することを特徴とした請求項１から１０のいずれか
    １項に記載のレンズ収差測定装置。
12. 【請求項１２】請求項１から１１のいずれか１項に記載
    のレンズ収差測定装置と、前記第１およびあるいは第３
    の位相差信号に応じて前記被測定レンズの傾きを調整す
    る手段とを具備することを特徴としたレンズ傾き調整装
    置。