JP2902417B2 - Interferometer for measuring wavefront aberration - Google Patents
Interferometer for measuring wavefront aberrationInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は波面収差測定用干渉装置に関し、特に、光デ
ィスク等の記憶媒体に対して情報の記録及び再生を行う
光学式情報記録再生装置などにおいて記録媒体に照射さ
れるレーザ光束の波面収差の測定に適した、波面収差測
定用干渉装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interference device for measuring wavefront aberration, and more particularly to an optical information recording / reproducing device for recording and reproducing information on and from a storage medium such as an optical disk. The present invention relates to a wavefront aberration measuring interference device suitable for measuring a wavefront aberration of a laser beam irradiated on a recording medium.
[従来の技術] 光ディスク装置の光ピックアップ光学系等の波面収差
測定用干渉装置は、一般に、開口からの被測定光束をビ
ームスプリッタによって2つ分けて、その一方の光路の
光束を物体光束とし、他方の光路の光束を参照光束とし
て、上記物体光束と参照光束とを重ね合わせ、そこで発
生する干渉縞を観測することによって波面収差を測定す
るようにしている。2. Description of the Related Art In general, an interference device for measuring wavefront aberration such as an optical pickup optical system of an optical disk device divides a measured light beam from an aperture into two by a beam splitter, and sets a light beam on one of the optical paths as an object light beam. Using the light beam on the other light path as a reference light beam, the object light beam and the reference light beam are superimposed, and the wavefront aberration is measured by observing interference fringes generated there.
そのような光ディスク装置の光ピックアップ光学系か
ら出射する光束の波面収差量は、非常に小さいことが要
求される。従って波面収差を測定すべき干渉装置には、
その干渉縞を高精度に解析する装置が設けられている
(例えば市販品ではザイゴ社のZYGO−8100、ワイコ社で
はWYKO−LADITE)。It is required that the amount of wavefront aberration of the light beam emitted from the optical pickup optical system of such an optical disk device is extremely small. Therefore, interferometers for which wavefront aberration should be measured include:
A device for analyzing the interference fringes with high accuracy is provided (for example, ZYGO-8100 of Zygo Co., Ltd. for commercial products, and WYKO-LADITE of Waiko Co., Ltd.).
このような干渉装置においては、干渉縞を高精度に解
析する方法として雑誌「光学」(1984年2月、第58頁)
等で紹介されているフリンジ走査法を用いている。この
方法は、参照光路中の参照鏡を光軸方向に微動させ(走
査させ)、その時の干渉光強度を観測面で検出して処理
を行なうことによって、波面収差を得ている。In such an interferometer, a magazine "Optics" (February 1984, p. 58) is used as a method for analyzing interference fringes with high accuracy.
And the like. In this method, a reference mirror in a reference optical path is finely moved (scanned) in the optical axis direction, and the interference light intensity at that time is detected on an observation surface to perform processing, thereby obtaining a wavefront aberration.
[発明が解決しようとする課題] しかし、上述のような従来の干渉装置は、ピエゾ素子
等で参照鏡を微動させるような変化によって走査を行う
いわゆる時間的走査を行うものなので、干渉縞を変化さ
せている間に振動や空気のゆらぎなどいわゆる外乱が起
ると、測定に誤差が入って正確な波面収差測定を行うこ
とができない。[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-described conventional interference device performs so-called temporal scanning in which scanning is performed by a change such as finely moving a reference mirror using a piezo element or the like, and thus interference fringes are changed. If so-called disturbances such as vibrations and air fluctuations occur during the measurement, an error occurs in the measurement, and accurate wavefront aberration measurement cannot be performed.
そこで例えば、雑誌「光学」(1984年2月第61頁)で
紹介されている反射ミラーや反射プリズムなどによって
参照波面もしくは被測定波面を光軸に対して微小角度を
傾けて(ティルトさせて)、その角度変化による空間的
走査により干渉縞の変化を解析する、いわゆる空間的走
査法(以下「ティルト法」という)を用いれば、そのよ
うな欠点を解消することができる。Therefore, for example, the reference wavefront or the wavefront to be measured is tilted (tilted) at a small angle with respect to the optical axis by a reflecting mirror or a reflecting prism introduced in the magazine "Optics" (February 1984, page 61). If a so-called spatial scanning method (hereinafter referred to as "tilt method") that analyzes a change in interference fringes by spatial scanning due to the angle change is used, such a defect can be solved.
例えば、従来光ディスク装置から発せられる光束の波
面収差の測定装置として、第3図に示すようなラジアル
シェアリング干渉法を利用した光学系がある。図におい
て、901は、光ディスク装置のピックアップ光学系等の
被測定装置。902は、光ディスク相当の厚みを有するカ
バーガラス。903は、被測定装置901から発せられる光束
を平行光束に変換するための対物レンズ。904は開口で
あり、対物レンズ903の射出瞳の位置にあり、この開口9
04の位置における波面収差の測定を行なう。905は、光
束を参照光束と物体光束の2つに分けるためのビームス
プリッタ。906は、2つの光束を重ね合わせるためのビ
ームスプリッタ、907は、参照光束を折り曲げるための
ミラー。908は、物体光束を折り曲げるためのミラーで
あり、高精度の縞解析を行うためには、ピエゾ等でこの
ミラー908を光軸方向に微動させ、フリンジ走査法を行
っていた。For example, as an apparatus for measuring the wavefront aberration of a light beam emitted from an optical disk apparatus, there is an optical system using a radial sharing interference method as shown in FIG. In the figure, reference numeral 901 denotes a device to be measured such as a pickup optical system of an optical disk device. 902 is a cover glass having a thickness equivalent to an optical disk. An objective lens 903 converts a light beam emitted from the device under test 901 into a parallel light beam. Reference numeral 904 denotes an opening which is located at the position of the exit pupil of the objective lens 903.
The wavefront aberration at the position of 04 is measured. A beam splitter 905 splits a light beam into a reference light beam and an object light beam. 906 is a beam splitter for superimposing two light beams, and 907 is a mirror for bending a reference light beam. Reference numeral 908 denotes a mirror for bending the object light beam. In order to perform high-precision fringe analysis, the mirror 908 is slightly moved in the optical axis direction by a piezo or the like to perform a fringe scanning method.
909は、光束径を拡大するためのビームエキスパンダ
であり、通常、倍率m(シェア比)は10倍程度が用いら
れている。910は干渉縞観測レンズであり、開口904と観
測面911とを共役な関係にしている。第4図に開口904と
物体光束に傾きを与えるミラー908と観測レンズ910及び
観測面911の位置関係を示す。開口904の像は結像レンズ
910によって適当な倍率Mで観測面911にできている。Reference numeral 909 denotes a beam expander for enlarging the light beam diameter. Usually, a magnification m (share ratio) of about 10 is used. An interference fringe observation lens 910 has a conjugate relationship between the aperture 904 and the observation surface 911. FIG. 4 shows the positional relationship between the aperture 904, the mirror 908 for tilting the object light beam, the observation lens 910, and the observation surface 911. The image of the aperture 904 is an imaging lens
910 forms an observation surface 911 at an appropriate magnification M.
M=b/a ここでティルト法を適用するために、ミラー908をΔ
θだけ傾けたとしよう。Δθ傾けると光束はΔαだけ傾
くから、 Δα=2・Δθ そして、観測面上では像の位置がδだけ横にずれるた
め、干渉縞を観測することができなくなってしまう。M = b / a Here, in order to apply the tilt method, the mirror 908 is set to Δ
Suppose you have tilted by θ. Since the light beam is tilted by Δα when tilted by Δθ, Δα = 2 · Δθ. Then, since the position of the image is shifted laterally by δ on the observation surface, interference fringes cannot be observed.
今、開口904とミラー908との距離をLとすると、δは δ=M・L・Δαとなる。 Assuming that the distance between the opening 904 and the mirror 908 is L, δ becomes δ = MLLΔα.
したがって、例えばM=1.5、L=200(mm)、Δα=
6×10-3(rad) とすると、 δ=1.8(mm) と大きな横ずれ量が発生する。Therefore, for example, M = 1.5, L = 200 (mm), Δα =
If 6 × 10 −3 (rad), a large lateral shift amount of δ = 1.8 (mm) occurs.
このように、反射ミラーや反射プリズムなどを光路中
で単純に回転させたのでは、その光路を通って結像され
る干渉領域を決めている開口の像の位置が横ずれを起こ
してしまい、干渉縞を観測することができなくなってし
まう。Thus, simply rotating the reflection mirror or the reflection prism in the optical path causes a lateral shift of the position of the image of the aperture that defines the interference area formed through the optical path, and the interference occurs. The fringes cannot be observed.
本発明は、そのような従来の欠点を解消し、被測定波
面の像の位置が横ずれを起こすことなく、ティルト法に
より高精度に干渉縞を解析することができる波面収差測
定用干渉装置を提供することを目的とする。The present invention provides a wavefront aberration measurement interferometer capable of solving such conventional drawbacks and analyzing a fringe pattern with high accuracy by a tilt method without causing a lateral shift of an image position of a measured wavefront. The purpose is to do.
[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するため、本発明の波面収差測定用
干渉装置は、測定対象となる開口から出射する被測定光
束をビームスプリッタで2つの光路に分けて、その一方
の光路の光束を物体光束とし、他方の光路の光束を参照
光束として、それら2つの光束を重ね合わせて観測面上
に干渉縞を形成させ、その干渉縞によって上記被測光束
の波面収差を測定するようにした波面収差測定用干渉装
置において、上記一方の光路中に物体光束の進行方向を
光軸に対して傾ける手段を設けると共に、物体光束が傾
く位置と上記開口とを共役関係とする手段を設け、上記
開口と物体光束が傾く位置と観測面の3つの位置がそれ
ぞれ光学的に共役な位置関係になるようにしたことを特
徴とする。[Means for Solving the Problems] To achieve the above object, a wavefront aberration measuring interference device of the present invention divides a measured light beam emitted from an aperture to be measured into two optical paths by a beam splitter, The light beam in one of the light paths is used as an object light beam, the light beam in the other light path is used as a reference light beam, and these two light beams are superimposed to form an interference fringe on the observation surface. In the interferometer for measuring wavefront aberration, which is configured to measure the direction in which the traveling direction of the object light beam is inclined with respect to the optical axis in the one optical path, and the position where the object light beam is inclined and the aperture are conjugated with each other. Means for providing an optically conjugated positional relationship between the opening, the position where the object light beam is inclined, and the three positions of the observation surface.
[作用] 物体光束を参照光束に対してわずかに傾けると、その
角度変化に応じて干渉縞に細かいティルト縞が得られ
る。所要の傾きを与えることによって得られた干渉光強
度を、瞬時に(例えば観測面がテレビカメラであれば1/
30秒)処理装置に取り込んで計算すれば、波面収差の測
定を高精度に行うことができる。[Operation] When the object light beam is slightly inclined with respect to the reference light beam, a fine tilt fringe is obtained as the interference fringe according to the angle change. The intensity of the interference light obtained by giving the required inclination is instantaneously (for example, 1 /
(30 seconds) If the calculation is taken in the processing device, the wavefront aberration can be measured with high accuracy.
ここで、干渉領域を決めている開口と上記物体光束を
傾ける位置と観測面が共役な関係になっていれば、観測
面上での開口の像は物体光束に傾きを与えても横ずれを
起こさない。Here, if the observation surface has a conjugate relationship between the aperture that determines the interference area, the position where the object light beam is tilted, and the observation surface, the image of the aperture on the observation surface causes a lateral shift even if the object light beam is inclined. Absent.
[実施例] 図面を参照して、実施例を説明する。Example An example will be described with reference to the drawings.
第1図は、ラジアルシェアリング干渉法を用いた波面
収差測定用干渉装置を示している。図中100は、光学式
情報記録再生装置の光学ユニット101等に設けられた光
学ヘッド対物レンズであり、光ディスクなどの記憶媒体
にレーザ光束を照射して情報の読み出しあるいは書き込
みを行うために、レーザダイオード(図示せず)から出
射されたレーザ光束を1μm程度の直径に集束させるた
めのものである。本実施例においては、この光学ヘッド
対物レンズ100のから出射するレーザ光束の波面収差を
測定する場合を例にとって説明する。FIG. 1 shows an interferometer for measuring wavefront aberration using a radial sharing interferometer. In the figure, reference numeral 100 denotes an optical head objective lens provided in the optical unit 101 or the like of the optical information recording / reproducing apparatus, and is used to read or write information by irradiating a storage medium such as an optical disk with a laser beam. This is for focusing a laser beam emitted from a diode (not shown) to a diameter of about 1 μm. In the present embodiment, a case where the wavefront aberration of a laser beam emitted from the optical head objective lens 100 is measured will be described as an example.
1は、光学ヘッド対物レンズ100から出射されたレー
ザ光束を平行光束に変換するための対物レンズ。3は対
物レンズ1の取付面であると同時に波面収差測定用干渉
装置の基準面であり、装置は、この基準面3を基準とし
て傾き等が設定される。4は、光ディスクなどに相当す
る厚みを有するカバーガラスであり、基準面3と平行に
配置されている。Reference numeral 1 denotes an objective lens for converting a laser beam emitted from the optical head objective lens 100 into a parallel beam. Reference numeral 3 denotes a mounting surface of the objective lens 1 and also a reference surface of an interference device for measuring wavefront aberration. The device is set to have an inclination or the like with reference to the reference surface 3. Reference numeral 4 denotes a cover glass having a thickness corresponding to an optical disk or the like, and is arranged in parallel with the reference surface 3.
5は開口であり、対物レンズ1の射出瞳位置にあり、
本実施例ではこの開口5位置におけるレーザ光束の波面
(被測定波面)の波面収差の測定を行う。7,8は、光軸
中心に回転自在に設けられた4分の1波長板及び2分の
1波長板であり、レーザ光束の偏光状態及び偏光面の方
向を調整するためのものである。Reference numeral 5 denotes an aperture at the exit pupil position of the objective lens 1,
In this embodiment, the wavefront aberration of the wavefront (measured wavefront) of the laser beam at the position of the opening 5 is measured. Numerals 7 and 8 denote a quarter-wave plate and a half-wave plate rotatably provided around the optical axis for adjusting the polarization state of the laser beam and the direction of the polarization plane.
10はビームスプリッタであり、対物レンズ1からの入
射光束の光軸に対して45度の角度に半透面10aが形成さ
れている。対物レンズ1で平行光束にされたレーザ光束
は、この半透面10aによって、まっすぐに透過する光束
と、それと直角の方向に反射される光束との2光束に分
けられる。半透面10aの反射率は例えば2つの光路の光
の強度の違いによる干渉性の低下を防ぐためシェア比
(光束の拡大比)が10程度であれば、10%程度とする。
11は、ビームスプリッタ10を透過したレーザ光束を遮蔽
するために開閉自在に設けられたシャッタである。Reference numeral 10 denotes a beam splitter, and a semi-transparent surface 10a is formed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the light beam incident from the objective lens 1. The laser beam converted into a parallel beam by the objective lens 1 is divided by the semi-transparent surface 10a into two beams: a beam that is transmitted straight and a beam that is reflected in a direction perpendicular to the beam. The reflectivity of the semi-transmissive surface 10a is set to about 10% if the share ratio (enlargement ratio of the light beam) is about 10 in order to prevent a decrease in coherence due to a difference in light intensity between the two optical paths.
Reference numeral 11 denotes a shutter which can be freely opened and closed to block a laser beam transmitted through the beam splitter 10.
12Eは、短焦点レンズ12aと長焦点レンズ12bとの拡焦
点位置をほぼ合致させて配列したビームエキスパンダで
あり、短焦点レンズ12aを開口5側に配置して光束径系
を拡大するための拡大光学系として用いられる(以下
「拡大光学系12E」という)。Reference numeral 12E denotes a beam expander in which the focal lengths of the short focus lens 12a and the long focus lens 12b are substantially matched to each other, and are arranged so that the short focus lens 12a is arranged on the opening 5 side to enlarge the light beam diameter system. Used as a magnifying optical system (hereinafter referred to as “magnifying optical system 12E”).
16は、拡大光学系12Eを通過したレーザ光束を180度反
転した方向に平行に反射させるための第1直角プリズム
であり、ここで反射されたレーザ光束は、ビームスプリ
ッタ10に逆方向から入射し透過する。Reference numeral 16 denotes a first right-angle prism for reflecting the laser beam passing through the magnifying optical system 12E in parallel to the direction inverted by 180 degrees, and the reflected laser beam enters the beam splitter 10 from the opposite direction. To Penetrate.
一方、対物レンズ1からビームスプリッタ10に入射し
て半透明10aで反射されたレーザ光束は、縮小光学系12R
に入射する。この縮小光学系12Rは、拡大光学系12Eと同
じビームエキスパンダを、長焦点レンズ12bが物側(開
口5側)になるように配置したもの、即ち拡大光学系12
Eと同じ光学系を逆向きに配置したものであり、光束径
を縮小するためのものである。On the other hand, the laser beam incident on the beam splitter 10 from the objective lens 1 and reflected by the semi-transparent 10a is transmitted to the reduction optical system 12R.
Incident on. This reduction optical system 12R is the one in which the same beam expander as the enlargement optical system 12E is arranged so that the long focus lens 12b is on the object side (the opening 5 side), that is, the enlargement optical system 12E.
The same optical system as that of E is arranged in the opposite direction to reduce the light beam diameter.
なお、拡大光学径12Eによる拡大率をmとすると、縮
小光学径12Rによる波面の縮小率は1/mであるから、両光
学系12E,12Rを通過した光束間の相対的な拡大率すなわ
ちシェア比はm2であり、例えばm2=10に設定される。Assuming that the enlargement ratio by the enlarged optical diameter 12E is m, the reduction ratio of the wavefront by the reduced optical diameter 12R is 1 / m. Therefore, the relative enlargement ratio, that is, the share between the light beams passing through both optical systems 12E and 12R The ratio is m 2 , for example, m 2 = 10.
22は、縮小光学系12Rを通過したレーザ光束を180度反
転した方向に平行に反射させるための第2直角プリズム
であり、ビームスプリッタ10により分けられた2光束の
光路長を同じにして干渉性を良くするために、第1直角
プリズム16と全く同じ形状、材質等を有するものが用い
られると同時に、図示していない機構によって光軸方向
に微動させることができる。Reference numeral 22 denotes a second right-angle prism for reflecting the laser beam that has passed through the reduction optical system 12R in parallel to the direction that is inverted by 180 degrees, and has the same optical path length of the two beams split by the beam splitter 10 to provide coherence. In order to improve the performance, a prism having exactly the same shape, material and the like as the first right-angle prism 16 is used, and at the same time, it can be finely moved in the optical axis direction by a mechanism not shown.
この第2直角プリズム22は、頂角部の稜線22a(第1
図の紙面に垂直)が紙面に垂直な面内で回転自在に設け
られており、この回転によって光束に傾きを与える。22
sはその回転中心である。The second right-angle prism 22 is provided with a ridgeline 22a (first
(Perpendicular to the plane of the drawing) is provided rotatably in a plane perpendicular to the plane of the paper, and the rotation imparts a tilt to the light beam. twenty two
s is the center of rotation.
22bは、第2直角プリズム22の2等分線22c上の面であ
り、縮小光学系12Rにより開口5の像がここに結像する
ように配置されている(以下「中間結像面22b」とい
う)。即ち、中間結像面22bと開口5の位置とは、縮小
光学系12Rによる共役の位置関係にある。また、第2直
角プリズム22の回転が微小角度の場合には、第2直角プ
リズム22中の中間結像面22bは不動点とみなすことがで
きる。Reference numeral 22b denotes a surface on the bisector 22c of the second right-angle prism 22, which is arranged so that the image of the aperture 5 is formed thereon by the reduction optical system 12R (hereinafter referred to as "intermediate image forming surface 22b"). ). That is, the intermediate image plane 22b and the position of the aperture 5 are in a conjugate positional relationship by the reduction optical system 12R. When the rotation of the second right-angle prism 22 is a small angle, the intermediate imaging surface 22b in the second right-angle prism 22 can be regarded as a fixed point.
第2直角プリズム22で反射されてビームスプリッタの
半透面10aで反射されたレーザ光束は、第1直角プリズ
ム16を通過してビームスプリッタ10を透過するレーザ光
束と重なって干渉縞を形成し、第2図に示されるよう
に、反射プリズム24によって方向を変えられる。The laser beam reflected by the second right-angle prism 22 and reflected by the semi-transmissive surface 10a of the beam splitter overlaps with the laser beam passing through the first right-angle prism 16 and passing through the beam splitter 10, forming interference fringes. As shown in FIG. 2, the direction can be changed by the reflecting prism 24.
第2図において、23は観測用結像レンズであり、中間
結像面22bに結像された開口5位置における波面の縮小
像を、共にTVカメラ26の撮像面26a上に結像するように
配置されている。即ち、撮像面26aと開口5位置とは共
役の位置関係にあり、撮像面26aと中間結像面22bとは観
測用結像レンズ23における共役の位置関係にある。In FIG. 2, reference numeral 23 denotes an observation imaging lens, which forms a reduced image of the wavefront at the position of the aperture 5 formed on the intermediate imaging surface 22b on the imaging surface 26a of the TV camera 26 together. Are located. That is, the imaging surface 26a and the position of the aperture 5 have a conjugate positional relationship, and the imaging surface 26a and the intermediate imaging surface 22b have a conjugate positional relationship in the observation imaging lens 23.
従って、開口5位置における波面の縮小像が撮像面26
aに結像して干渉縞が形成され、図示されていないCRTモ
ニタなどによってその干渉縞を観測することができる。Therefore, a reduced image of the wavefront at the position of the aperture 5 is displayed on the imaging surface 26.
An interference fringe is formed by forming an image on a, and the interference fringe can be observed by a CRT monitor or the like (not shown).
ここで、撮像面26aと中間結像面22bが共役なので、第
2直角プリズム22を傾けて光束を傾けても、撮像面26a
上で開口5の像は横ずれを生じない。なお、拡大光学系
12Eを通過した光束も、もちろん観測用結像レンズ23を
通ってTVカメラ26の撮像面26aに達するわけであるが、
第2図にはその光束を示す線は図示が省略されている。Here, since the imaging surface 26a and the intermediate imaging surface 22b are conjugate, even if the light beam is inclined by inclining the second right-angle prism 22, the imaging surface 26a
Above, the image of the opening 5 does not cause a lateral shift. The magnifying optical system
The luminous flux passing through 12E, of course, reaches the imaging surface 26a of the TV camera 26 through the observation imaging lens 23,
In FIG. 2, a line indicating the light flux is not shown.
28は、観測用結像レンズ23を通過したレーザ光束の方
向を変えるためのミラー。30は、レーザ光束の強度を調
整するために軸中心に回転自在に設けられた2枚の偏光
フィルタである。28 is a mirror for changing the direction of the laser beam passing through the observation imaging lens 23. Reference numeral 30 denotes two polarizing filters that are rotatably provided around an axis for adjusting the intensity of the laser beam.
第1図にもどって、42は、ビームスプリッタ10によっ
て分けられた2光束が同軸に重ね合わされるように調整
するアライメントを行うための補助TVカメラであり、拡
大光学系12E及び縮小光学系12Rを通過してビームスプリ
ッタ10によって分けられた一部のレーザ光束が、アライ
メント用集束レンズ40によって補助TVカメラ42の撮像面
42aに集束される。Referring back to FIG. 1, reference numeral 42 denotes an auxiliary TV camera for performing alignment for adjusting the two light beams split by the beam splitter 10 so as to be coaxially superimposed, and includes an enlargement optical system 12E and a reduction optical system 12R. A part of the laser beam that has passed through and is divided by the beam splitter 10 is focused on the imaging surface of the auxiliary TV camera 42 by the focusing lens 40 for alignment.
Focused on 42a.
次に、上記波面収差測定用干渉装置の動作について説
明する。Next, the operation of the wavefront aberration measuring interference device will be described.
まず、光学ユニット101を波面収差測定用干渉装置の
所定位置に取付け、光学ユニット101のレーザダイオー
ド(図示せず)からレーザ光束を出射させて、光学ヘッ
ド対物レンズ100によって集束させると、そのレーザ光
束は集束点からカバーガラス4を通過し、対物レンズ1
に入射して平行光束になって波面収差測定用干渉装置内
に入射する。First, the optical unit 101 is attached to a predetermined position of the wavefront aberration measuring interference device, a laser beam is emitted from a laser diode (not shown) of the optical unit 101, and focused by the optical head objective lens 100. Passes through the cover glass 4 from the focal point, and the objective lens 1
, And becomes a parallel light beam and enters the wavefront aberration measuring interference device.
そして、波面収差測定を行う前に、まず補助TVカメラ
42に集束した2光束の集束点の位置が一致するように光
学系ユニット101の位置を調整する。そして、ビームス
プリッタ10によって分けられて拡大光学系12Eと縮小光
学系12Rとを通過した各レーザ光束が、同軸に重ね合わ
されるようにする。Before the wavefront aberration measurement, first, the auxiliary TV camera
The position of the optical system unit 101 is adjusted so that the positions of the convergence points of the two light beams converged on 42 coincide. Then, the laser beams separated by the beam splitter 10 and passed through the enlargement optical system 12E and the reduction optical system 12R are coaxially superposed.
次いで、シャッタ11を閉じると、ビームスプリッタ10
を透過する方のレーザ光束は遮蔽される。そして、半透
面10aで反射されて縮小光学系12Rを通過したレーザ光束
のみが、観測用結像レンズ23によって撮像面26aに結像
し、図示されていないモニタ等によってレーザ光束の強
度分布を観測することができる。Next, when the shutter 11 is closed, the beam splitter 10
The laser beam that passes through is blocked. Then, only the laser beam reflected by the semi-transmissive surface 10a and passing through the reduction optical system 12R is imaged on the imaging surface 26a by the observation imaging lens 23, and the intensity distribution of the laser beam is monitored by a monitor (not shown) or the like. Can be observed.
強度分布をチェックした後、シャッタ11を開くと、対
物レンズ1から入射してビームスプリッタ10を透過した
方のレーザ光束は、拡大光学系12Eによって拡大された
後、第1直角プリズム16で反射されてビームスプリッタ
10を透過する。After checking the intensity distribution, when the shutter 11 is opened, the laser beam incident from the objective lens 1 and transmitted through the beam splitter 10 is reflected by the first right-angle prism 16 after being expanded by the expansion optical system 12E. Beam splitter
Transmit 10
一方、対物レンズ1から入射してビームスプリッタ10
で反射された方のレーザ光束は、縮小光学系12Rによっ
て縮小された後、第2直角プリズム22で反射されてビー
ムスプリッタ10で反射され、拡大光学系12Eを通過する
レーザ光束と重なり合う。On the other hand, the beam splitter 10
After being reduced by the reduction optical system 12R, the laser light flux reflected by the laser beam is reflected by the second right-angle prism 22, reflected by the beam splitter 10, and overlaps with the laser light flux passing through the enlargement optical system 12E.
このとき、拡大光学系12Eを通過したレーザ光束の波
面は、波面収差のほとんどない中央部付近が拡げられる
ので、縮小光学系12Rを通過したレーザ光束の波面に対
しては、ほぼ平面波とみなすことができ、参照光として
用いられる。At this time, the wavefront of the laser beam that has passed through the expansion optical system 12E is expanded near the center where there is almost no wavefront aberration, so that the wavefront of the laser beam that has passed through the reduction optical system 12R is regarded as almost a plane wave. And is used as a reference light.
こうして、重なり合ったレーザ光束は観測用結像レン
ズ23によって、拡大光学系12Eを通った光束すなわち参
照光束と縮小光学系12Rを通った光束すなわち物体光束
とがTVカメラ26の撮像面26a上に導かれ、干渉縞がモニ
タ(図示せず)等で観測される。In this way, the superposed laser beam is guided by the observation imaging lens 23 into a light beam passing through the enlargement optical system 12E, that is, a reference light beam, and a light beam passing through the reduction optical system 12R, that is, an object light beam, on the imaging surface 26a of the TV camera 26. Then, interference fringes are observed on a monitor (not shown) or the like.
ここで、縮小光学系12Rは、拡大光学系12Eと同じビー
ムエキスパンダを逆向きに配置したものであり、拡大光
学系12Eと縮小光学系12Rの各光路長はどのような波長の
光に対しても全く同じになる。従って、レーザ光束中に
複数の波長の光が混在していても、拡大光学系12Eを通
過したレーザ光束と縮小光学系12Rを通過したレーザ光
束との間で波長別の分散の影響は完全に相殺されて干渉
縞が形成され、鮮明な干渉縞を形成することができる。Here, the reduction optical system 12R is obtained by disposing the same beam expander as the enlargement optical system 12E in the opposite direction, and the respective optical path lengths of the enlargement optical system 12E and the reduction optical system 12R correspond to light of any wavelength. It will be exactly the same. Therefore, even if a plurality of wavelengths of light are mixed in the laser beam, the effect of dispersion by wavelength between the laser beam passing through the expansion optical system 12E and the laser beam passing through the reduction optical system 12R is completely lost. The interference fringes are canceled to form clear interference fringes.
そして、第2直角プリズム22を軸22sを中心に微小角
度回転させることによって、縮小光学系12Rを通って撮
像面26bに結像した開口5位置の像が拡大光学系をへた
光束に対して微小角度傾き(ティルトし)、ティルト縞
が得られて、これを解析することによって波面収差を高
精度に測定することができる。Then, by rotating the second right-angle prism 22 by a small angle around the axis 22s, the image at the position of the aperture 5 formed on the imaging surface 26b through the reduction optical system 12R is changed with respect to the light flux passing through the enlargement optical system. A minute angle tilt (tilt) and a tilt fringe are obtained, and by analyzing these, the wavefront aberration can be measured with high accuracy.
この際に、第2直角プリズム22を回転させたとき、中
間結像面22bは不動点にあるので、中間結像面22bと各々
共役の関係にある開口5位置(被測定波面)と撮像面26
a(干渉面)との位置関係も第2直角プリズム22の回転
によっては何ら影響を受けない。したがって、撮像面26
bに結像する開口5位置の像の位置は横ずれせず、測定
を正確に行うことができる。なお、干渉縞は画像処理装
置(図示せず)等によって信号処理して、それによって
波面収差を演算するのがよい。At this time, when the second right-angle prism 22 is rotated, the intermediate image plane 22b is at a fixed point, so that the position of the aperture 5 (wavefront to be measured), which is conjugate with the intermediate image plane 22b, and the image plane 26
The positional relationship with a (interference plane) is not affected by the rotation of the second right-angle prism 22 at all. Therefore, the imaging surface 26
The position of the image at the position of the aperture 5 to be imaged on b does not shift laterally, and the measurement can be performed accurately. The interference fringes are preferably processed by an image processing device (not shown) or the like, and the wavefront aberration is calculated accordingly.
なお、拡大光学系12E側の光路が半透面10aを2回透過
するのに対し、縮小光学系12R側の光路は半透面10aで2
回反射されるので、半透面10aの透過率が90%の場合、
2つの光路の光量比は1対81になる。一方、縮小光学系
12Rに対する拡大光学系12Eの相対的な拡大率が10の場
合、2つの光束の断面積比は1対100になる。従って、
拡大光学系12E及び縮小光学系12Rを通過した各レーザ光
束の撮像面26aにおける照度の比は、81対100となり、2
つのレーザ光束の照度はほぼ同じになるので、コントラ
ストの良好な干渉縞を得ることができる。The optical path on the side of the magnifying optical system 12E is transmitted twice through the semi-transmissive surface 10a, whereas the optical path on the side of the reducing optical system 12R is two-passed by the semi-transmissive surface 10a.
Since the light is reflected twice, if the transmittance of the semi-permeable surface 10a is 90%,
The light quantity ratio between the two optical paths is 1:81. On the other hand, reduction optical system
When the relative magnification of the magnifying optical system 12E with respect to 12R is 10, the cross-sectional area ratio of the two light beams is 1: 100. Therefore,
The ratio of the illuminance on the imaging surface 26a of each laser beam that has passed through the enlargement optical system 12E and the reduction optical system 12R is 81 to 100,
Since the illuminances of the two laser beams are almost the same, interference fringes with good contrast can be obtained.
また、拡大/縮小光学系は上記実施例のタイプのもの
に限定されるものではなく、どのような光学系を用いて
もよい。Further, the enlargement / reduction optical system is not limited to the type of the above embodiment, and any optical system may be used.
なお、本実施例においては、ラジアルシェアリング干
渉法を用いた波面収差測定用干渉装置を使用して説明を
行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、他
のタイプの干渉装置にも実施し得ることは無論である。In the present embodiment, the description has been made using the wavefront aberration measuring interferometer using the radial sharing interferometer, but the present invention is not limited to this, and other types of interferometers are used. It goes without saying that it can also be implemented.
[発明の効果] 本発明の波面収差測定用干渉装置によると、被測定波
面の像をティルトさせても、その像が横ずれを起こさな
いので、干渉縞を安定して正確に観測することができ、
高精度に干渉縞を解析することができるティルト法を適
用して、極めて高精度に波面収差を測定することができ
る優れた効果を有するものである。[Effects of the Invention] According to the wavefront aberration measuring interference device of the present invention, even if the image of the wavefront to be measured is tilted, the image does not cause a lateral shift, so that interference fringes can be stably and accurately observed. ,
By applying the tilt method capable of analyzing interference fringes with high accuracy, the present invention has an excellent effect of measuring wavefront aberration with extremely high accuracy.
第1図は波面収差測定用干渉装置の略示図、 第2図は波面収差測定用干渉装置の部分略示図、 第3図及び第4図は一般的なティルト法による像の横ず
れ現象を説明する略示図である。 1……対物レンズ、5……開口、10……ビームスプリッ
タ、12E……拡大光学系、12R……縮小光学系、22……第
2直角プリズム、22b……中間結像面、23……観測用結
像レンズ、26……TVカメラ、26a……撮像面。FIG. 1 is a schematic view of a wavefront aberration measuring interferometer, FIG. 2 is a partial schematic view of a wavefront aberration measuring interferometer, and FIGS. 3 and 4 show a lateral displacement phenomenon of an image by a general tilt method. It is a schematic diagram explaining. 1 ... Objective lens, 5 ... Aperture, 10 ... Beam splitter, 12E ... Enlargement optical system, 12R ... Reduction optical system, 22 ... Second right-angle prism, 22b ... Intermediate image plane, 23 ... Observation imaging lens, 26 ... TV camera, 26a ... Imaging surface.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 壹岐 誠 東京都板橋区前野町2丁目36番9号 旭 光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−178635(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01M 11/02 G01B 11/24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Makoto Iki 2-36-9 Maeno-cho, Itabashi-ku, Tokyo Asahi Optical Industry Co., Ltd. (56) References JP-A-61-178635 (JP, A) (58 ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) G01M 11/02 G01B 11/24
Claims (1)
束をビームスプリッタで2つの光路に分けて、その一方
の光路の光束を物体光束とし、他方の光路の光束を参照
光束として、それら2つの光束を重ね合わせて観測面上
に干渉縞を形成させ、その干渉縞によって上記被測定光
束の波面収差を測定するようにした波面収差測定用干渉
装置において、 上記一方の光路中に物体光束の進行方向を光軸に対して
傾ける手段を設けると共に、物体光束が傾く位置と上記
開口とを共役関係とする手段を設け、上記開口と物体光
束が傾く位置と観測面の3つの位置がそれぞれ光学的に
共役な位置関係になるようにしたことを特徴とする波面
収差測定用干渉装置。A light beam to be measured emitted from an aperture to be measured is divided into two light paths by a beam splitter, a light beam in one light path is used as an object light beam, and a light beam in the other light path is used as a reference light beam. An interference fringe is formed on the observation surface by superimposing two light fluxes, and the wavefront aberration of the measured light flux is measured by the interference fringes. Means for inclining the traveling direction with respect to the optical axis are provided, and means for making the position where the object light beam inclines and the opening are conjugated are provided. An interferometer for measuring wavefront aberration, wherein a spatially conjugate positional relationship is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25811889A JP2902417B2 (en) | 1989-10-02 | 1989-10-02 | Interferometer for measuring wavefront aberration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03120436A JPH03120436A (en) | 1991-05-22 |
JP2902417B2 true JP2902417B2 (en) | 1999-06-07 |
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Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
US6813029B1 (en) | 1999-10-09 | 2004-11-02 | Robert Bosch Gmbh | Interferometric measuring device for form measurement |
-
1989
- 1989-10-02 JP JP25811889A patent/JP2902417B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH03120436A (en) | 1991-05-22 |
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