JPH03165201A - ラジアルシアリング干渉計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、コンパクトディスクや光デイスクメモリとい
った光デイスク装置に用いる光ヘッドの出射ビーム波面
を観測するためなどに用いられるラジアルシアリング干
渉計に関する。

［従来の技術］ 光ヘッドは、半導体レーザから出射したビームを絞り込
みレンズによって、数μｍ程度の微小なスポットに絞り
込み、光デイスク媒体に情報の書き込みまたは読みなし
を行う、光デイスク装置の心臓部である。仮に絞り込み
スポットの径を半分にできれば、装置の記憶容量を４倍
に向上させることができるが、装置の記憶容量を向上さ
せるためには、絞り込みビームのスポット径を充分管理
しておく必要がある。絞り込みビームの波面収差がλ／
４以下であれば、スポット径Ｗは、Ｗ＝λ／ＮＡ　　・
・・■ ただし　λ：使用波長 ＮＡ：絞り込みレンズの開口数 で表される。したがって０式から、微小スポットを形成
するためには以下の３点が必要条件となる。

（１）使用波長人を短くする。

（２）絞り込みレンズのＮＡを大きくする。

（３）波面収差をλ／４以下に抑える。

ところで、書き込み可能な光デイスク装置の光ヘッドに
用いる半導体レーザの出力は、光デイスク媒体記録膜の
感度から少なくとも３０ｍＷ以上の大出力が必要となる
。現在市販品でこの出力が実現できる最も短波長のもの
は、７８０ｎｍ帯のものであり、条件（１）はこれに限
定される。

条件（２）について言えば、絞り込みレンズのＮＡを高
くしていくと、レンズのディスク面に対する収差が発生
し、スポット径が大きくなったり、オートフォーカス・
トラッキングといったサーボ制御系に悪影響を及ぼす。

したがって、高いＮＡの絞り込みレンズを使用する場合
には、レンズ保持機構の組立精度の公差範囲が挟まり、
部品の製作および組立が難しくなってくる。このため、
現状ではＮＡＴＯ１６が限界である。

微小スポットを形成するための３条件のうち、条件（１
）（２＞については設計段階において決定される。実際
の部品の製作・組立には、条件（３）すなわち、波面収
差の管理が非常に重要になってくる。

光ヘッドの波面収差は、ラジアルシアリング干渉計によ
り測定する。従来の干渉計の光学系の一例を第３図に示
す。以下同図にしたがって動作を説明する。

図示しない光ヘッドからの絞り込みビームをコリメート
レンズ１によって略平行光の入射光２とする。この入射
光。２を、ビームスプリッタ３により透過光４と反射光
５に分岐する。

透過光４のビームの中心部分をビーム拡大光学系６によ
りｍ倍に拡大する。ビーム拡大光学系６は、絞り６ａ、
レンズ６ｂおよび６Ｃから構成される。レンズ６ｂ、６
Ｃはそれぞれの焦点が一致したいわゆるアフォーカルな
光学系を構成する。

この状態では、レンズ６ｂの入射ビームとレンズ６Ｃの
出射ビームの波面形状は、相似形となる。

倍率ｍは、両レンズ６ｂ、６Ｃの焦点距離の比となる。

通常ｍは１Ｃ程度に設定する。また絞り６ａの開口径は
ビーム拡大光学系６の出射ビームが入射ビーム径とほぼ
等しいか、若干大きめとなるように設定する。入射ビー
ムの波面収差をλ／４、ｍ＝１０とすると、出射するビ
ームの波面収差はλ／４０以下となって、はとんど収差
のない平面波を形成することができる。この平面波のビ
ームをコーナキューブプリズム８により折り返して、参
照光７とする。

一方、ビームスプリッタ３を反射した光５は、コーナキ
ューブプリズム９により折り返され、更に、ビームスプ
リッタ３で反射して測定光となる。

測定光と参照光は重ね合わされて、測定光の波面収差に
応じた干渉縞が、結像レンズ１０によってＴＶカメラ１
１の撮像面に結像する。このとき観測される干渉縞は、
観測光波面のλ毎の等高線に対応するものであり、ＴＶ
右カメラよって得られた干渉縞画像を、図示しない縞画
像解析装置により縞の明暗の位置を計測すれば、測定光
の波面形状および波面収差の算出が可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記従来のラジアルシアリング干渉計には次
のような問題がある。

（１）干渉縞の画像解析を行う場合、縞の明暗のコント
ラストが良いことが必要である。干渉縞のコントラスト
が最良となるのは、参照光と測定光の撮像面における照
度（照度＝光量／（ビーム径）２）が等しくなったとき
である。第３図め光学系において、ビーム拡大光学系６
でビーム径を１０倍に拡大すると、参照光の照度は１／
１００となるが、これと重ね合わせる測定光も参照光の
照度とほぼ等しくなるように設定する必要がある。した
がって、ＴＶ右カメラ像面に到達する光量は入射光量に
比べて非常に小さなものとなってしまい、場合によって
はＴＶ右カメラ感度を下回ってしまう可能性がある。

（２）ビーム拡大光学系６の両レンズ６ｂ、６Ｃは、各
々の焦点が正確に一致して、なおかつレンズが光軸に対
して傾いていないことが必要となり、このため５軸が調
整できるような大がかりなレンズ保持機構が必要となる
。このため、光学系の周囲温度の変化に対する保持機構
の狂いが発生しやすくなって、干渉計の精度の信頼性が
低下したり、調整点が多くなるため調整に手間がかかつ
てしまう欠点がある。

（３）ビーム拡大光学系６から出射する参照光の強度分
布は測定光の中心部分のそれに相似形である。したがっ
て、測定するビームに強度分布の著しい偏心や楕円スポ
ットとなる異方性が存在すると、ビーム拡大の効果によ
って薄められるが、強度分布の乱れが残存する。このた
め、干渉縞のコントラストが場所によって変化してしま
う可能性がある。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、参
照光の照度の増加による干渉縞コントラストの向上と、
周囲温度などの外乱の影響を受けにくい新規なラジアル
シアリング干渉計を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、測定光をビームスプリッタで透過光と反射光
に分離し、分離された一方の光からほぼ平面波の参照光
を作り出す参照光形成光学系を有し、参照光形成光学系
で得られた参照光と上記ビームスプリッタで分離された
他方の光とを合成して干渉縞を形成するラジアルシアリ
ング干渉計において、上記参照光形成光学系が、単一モ
ード光ファイバと、上記一方の光を集光して単一モード
光ファイバの入射端に入射するための集光レンズと、単
一モード光ファイバの出射端から出射される光を平行光
とするためのコリメートレンズとを備えてなるものであ
る。

単一モード光ファイバとして単一モードでかつ偏波面を
保存できる偏波面保存光ファイバを用いてもよい。

［作用Ｊ 波面形状や波面収差を測定するための測定光はビームス
プリッタで透過光と反射光に分離される。

分離された透過光と反射光のうちの一方の光は集光レン
ズにより集光され、単一モード光ファイバの入射端より
入射して出射端へと伝幡される。単一モード光ファイバ
では基本モードの光しか伝播できず、単一モード光ファ
イバの出射端からは基本モードの光だけが出射するので
、この出射光は理想的な球面波とみなせる。また、単一
モード光ファイバを伝幡させることにより、入射ビーム
の強度分布の偏心等は矯正され、点対称の強度分布とさ
れる。

単一モード光ファイバの出射端から出射された光はコリ
メートレンズにより平行光とされ、はぼ平面波の参照光
が得られる。この参照光とビームスプリッタで分離され
た透過光と反射光のうちの他方の光（測定光）とは重ね
合わされ、測定光の波面収差等が干渉縞として観測され
る。

［実施例１ 以下に本発明の一実施例を第１図、第２図に基づいて説
明する。第１図は干渉計の光学系を示す光路図であり、
第２図は同光学系の要部を示す斜視図である。

図面において、２１は図示省略の光ヘッドからの絞り込
みビーム（測定光）を平行光とするコリメートレンズで
あり、コリメートレンズ２１の後方にはビームスプリッ
タ２３が設けられ、コリメートレンズ２１により平行と
された入射光２２はビームスプリッタ２３に入射される
ようになっている。入射光２２は、ビームスプリッタ２
３で透過光２４と反射光２５とに分岐される。

ビームスプリッタ２３を透過した透過光２４は、参照光
形成光学系２６の集光レンズ２６ｂに入射されるように
なっており、集光レンズ２６ｂに入射した透過光２４は
集光レンズ２６ｂによって絞り込まれ、単一モード光フ
ァイバ２８の入射端に結合される。単一モード光ファイ
バ２８に結合された光は単一モード光ファイバ２８を伝
幡して出射端より出射される。単一モード光ファイバ２
８の出射端側には、単一モード光ファイバ２８から出射
された光を平行光とするためのコリメートレンズ２６ｃ
が設置されており、単一モード光ファイバ２８の出射光
はコリメートレンズ２６ｃにより平行光とされる。この
平行光が参照光２７となる。　一方、ビームスプリッタ
２３で反射された反射光２５は、コーナーキューブプリ
ズム２９によって折り返され、更にビームスプリッタ２
３で反射されて、測定光として参照光２７と重ね合わさ
れるようになっている。重ね合わされた測定光と参照光
とは結像レンズ３０によってＴＶ右カメラ１の撮像面に
結像され、測定光の波面収差に応じた干渉縞が観測され
る。

単一モード光ファイバ２８は基本モードしか伝帳できな
いため、単一モード光ファイバ２８の出射端からは、理
想的な球面波が出射する。また単一モード光ファイバ２
８に入射するビーム（測定光）の強度分布に偏心や楕円
形のスポットとなる異方性があっても、単一モード光フ
ァイバ２８を伝帳させると、これらは矯正されて点対称
のガウス分布の強度分布となり、入射ビームの偏心や異
方性を解消することができる。したがって、コリメート
レンズ２６ｃの収差を充分管理しておけば、波面収差が
小さく点対称な強度分布を持った、理想的な平面波とし
ての参照光２７を作り出すことができる。

まな、第３図の従来例のビーム拡大光学系６では、入射
光の照度が１／１００程度に減少してしまうのに対して
、本実施例の参照光形成光学系２６では、単一モード光
ファイバ２８の入・出射端における結合損失が３ｄＢ（
入射端）＋３ｄＢ（出射端）＝６ｄＢとなるから、入射
光の照度の減少は１／４程度に抑えられる。従って、Ｔ
Ｖ右カメラ１の撮像面における照度を大幅に向上するこ
とができる。

更に、第３図の従来例ではレンズ６ｂ、６ｃに対してＸ
、Ｙ、Ｚ、θＸ、θｙの５軸の調整が必要であったが、
本発明のように光ファイバ２８とレンズ２６ｂ、２６ｃ
の結合の調整では、あおり角調整であるθＸ、θｙはあ
る程度のずれが許容されるため、集光レンズ２６ｂおよ
びコリメートレンズ２６ｃとファイバ２８の入・出射端
の位置関係は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の調整でよい。なお、
単一モード光ファイバに偏波面保存光ファイバを適用す
る場合には、偏光面の回転を考慮しなくてはならないた
め、光軸回りの調整であるθＺが付は加わり、４軸の調
整を要する。しかし、偏波面保存光ファイバを用いれば
、参照光の強度の減少を更に抑えることができるので、
干渉縞のコントラストを更に向上させることができる。

「効果］ 本発明によれば次の効果を奏する。

（１）参照光形成光学系を単一モード光ファイバと集光
レンズとコリメートレンズとを用いて構成したため、光
量の減少は単一モード光ファイバの入・出射端における
結合損失によるものとなるので、参照光の照度を大幅に
向上でき、弱い測定光にも適用可能となると共に、干渉
縞のコントラストも良好となる。また、単一モード光フ
ァイバとして偏波面保存光ファイバを用いれば、更に干
渉縞のコントラストの向上が図れる。

（２）単一モード光ファイバと集光レンズ、コリメート
レンズとの結合なので、精密なあおり角調整が不要とな
るため、参照光光学系の調整が容易となり組立性が向上
する。更に、参照光光学系の調整ないし保持機構を軽量
・小型化することができ、周囲温度の変化等の外乱に対
して強くなり、参照光の波面精度が劣化しに＜＜、干渉
計の測定精度に対する信頼性が向上する。

（３）測定光の強度分布に偏心や楕円形のスポットとな
る異方性があっても、単一モード光ファイバを伝帳させ
ることにより、これらを解消できるため、点対称のガウ
ス分布の強度分布を持った参照光が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るラジアルシアリング干渉計の一実
施例を示す光路図、第２図は同干渉計の要部を示す斜視
図、第３図は従来干渉計の光学系構成図である。 図中、１．２１、はコリメートレンズ、２．２２は入射
光、３．２３はビームスプリッタ、４．２４は透過光、
５．２５は反射光、６はビーム拡大光学系、７．２７は
参照光、８．９．２９はコーナキューブプリズム、１０
．３０は結像レンズ、１１．３１はＴＶ右カメラ２６は
参照光形成光学系、２６ｂは集光レンズ、２６ｃはコリ
メートレンズ、２８は単一モード光ファイバである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定光をビームスプリッタで透過光と反射光に分
   離し、分離された一方の光からほぼ平面波の参照光を作
   り出す参照光形成光学系を有し、参照光形成光学系で得
   られた参照光と上記ビームスプリッタで分離された他方
   の光とを合成して干渉縞を形成するラジアルシアリング
   干渉計において、上記参照光形成光学系が、単一モード
   光ファイバと、上記一方の光を集光して単一モード光フ
   ァイバの入射端に入射するための集光レンズと、単一モ
   ード光ファイバの出射端から出射される光を平行光とす
   るためのコリメートレンズとを備えたことを特徴とする
   ラジアルシアリング干渉計。
2. （２）上記単一モード光ファイバが偏波面保存光ファイ
   バである特許請求の範囲第１項記載のラジアルシアリン
   グ干渉計。