CN101387555A - 光学拾波器用波前测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在跟踪用副光束混在的状态下对从光学拾波器装置输出的主光束的波前测定能够容易且高精度地进行的光学拾波器用波前测量装置。在解析单元(31)设置图像处理部(34)及波前解析部(35)。图像处理部(34)被构成为：对由摄像相机(19)得到的干涉条纹图像进行滤波处理，而获得除去了与光束所包含的跟踪用副光束对应的频率成分的滤波处理后的干涉条纹图像，波前解析部(35)被构成为：基于滤波处理后的干涉条纹图像，进行光束所包含的主光束的波前解析。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过使用光干涉技术对成为测定对象的光束进行波前测定的波前测量装置，尤其涉及一种在对从光学拾波器装置输出的、混在有跟踪用副光束的光束进行的波前测定中适合的光学拾波器用波前测量装置。
背景技术
以往，作为使用光干涉技术进行光束的波前测定的装置，一般是具备马赫曾德型干涉仪的光学系统配置的装置，但近几年，具备斐索型干涉仪的光学系统配置或迈克尔逊型干涉仪的光学系统配置的装置由本申请人提出并被实用化(参照下述专利文献1、2)。
斐索型及迈克尔逊型的波前测量装置，其特征在于，作为从测定对象的光束中生成基准光束的单元，使用反射型波前整形单元。此反射型波前整形单元，具备使从测定对象的光束分歧的基准光束生成用光束的一部分逆着入射方向反射而进行波前整形的光学元件(以下称为‘反射衍射部’)。这样的反射衍射部，也可称为反射型针孔，公知有在玻璃基板上形成微小的反射区域、或在针状部件的前端形成微小的反射区域(参照下述专利文献3)、或者在通常的针孔内面侧的背面侧最近处配置反射面等(参照专利文献4)。
【专利文献1】特开2005-345441号公报
【专利文献2】特开2006-343121号公报
【专利文献3】特开2000-97612号公报
【专利文献4】特开昭58-60590号公报
如上述的波前测量装置是使用于例如由CD或DVD等光盘信息读取用光学拾波器装置输出的光束波前测定。在此光学拾波器装置中，一般使用将光源所输出的光束分歧为用于读取比特列的主光束和跟踪用的2个副光束而输出的所谓的3光束法技术。
由这样的光学拾波器装置输出的光束是主光束和副光束混合存在的光束，因此，当将其取入波前测量装置且对其干涉条纹图像进行摄像时，在所摄像的干涉条纹图像就重叠有起因于副光束的多余的干涉条纹成分。因此，即使对干涉条纹图像进行解析也难以得到主光束的有关良好的波前测定结果。
在此，可考虑使用针孔板对副光束进行遮光而仅将主光束取入波前测量装置。然而，在可对副光束进行遮光且仅主光束能通过的位置正确地配置针孔板是困难的，且花费时间。尤其，被构成为使得按照光盘的规格输出相互不同的多个波长光束的光学拾波器装置的情况，因有必要按照成为测定对象的光束的波长改变针孔径，所以测定时要求极多的时间。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种在跟踪用副光束混在的状态下对从光学拾波器装置输出的主光束的波前测定能够容易且高精度地进行的光学拾波器用波前测量装置。
为达成上述目的，本发明所涉及的光学拾波器用波前测量装置，具备：光束分离单元，将由光学拾波器装置输出的光束分离为被检光束和基准光束生成用光束；波前整形单元，将上述基准光束生成用光束进行波前整形而转换成基准光束；合波单元，将上述被检光束和上述基准光束互相合波而获得干涉光；干涉条纹图像取得单元，基于由该合波单元获得的干涉光而获得载有上述光束的波前信息的干涉条纹图像；解析单元，基于由该干涉条纹图像取得单元获得的干涉条纹图像而进行上述光束的波前解析，其特征在于，
上述解析单元具备：图像处理部，对由上述干涉条纹图像取得单元获得的干涉条纹图像，进行用于去除与上述光束所包含的跟踪用副光束对应的频率成分的滤波处理，而获得该滤波处理后的干涉条纹图像；
波前解析部，基于上述滤波处理后的干涉条纹图像，对包含于上述光束的主光束进行波前解析。
在本发明，上述图像处理部被构成为：对由上述干涉条纹图像取得单元获取的干涉条纹图像进行傅里叶变换，从获得的振幅光谱去除对应于上述副光束的频率成分后，然后进行傅里叶逆变换而获得上述滤波处理后的干涉条纹图像也可。
另外，上述波前整形单元由反射型波前整形单元构成，该反射型波前整形单元具有使上述基准光束生成用光束会聚的会聚透镜、和配置在该会聚透镜的会聚点的微小的反射衍射部而成，并且将所入射的上述基准光束生成用光束的一部分进行波前整形而转换成上述基准光束，且使该基准光束朝向上述光束分离单元而射出。
上述‘微小的反射衍射部’是指，由聚光(会聚)在该反射衍射部的会聚光束的衍射界限决定大小(优选被构成为比衍射界限还小)，并且有使该会聚光束的至少一部分被波前整形而作为球面波进行反射的功能。作为如此的反射衍射部，可使用各种构成，作为具体的方式，例如可列举出在基板上形成微小的反射区域、在针状部件的前端形成微小的反射区域、或者在针孔背面侧的最近处配置反射面等。
根据本发明的光学拾波器用波前测量装置，通过具备上述构成，取得如下效果。
即，并非将包含于从光学拾波器装置输出的光束的副光束通过使用针孔板等光学性地去除，而在取入混在有副光束的状态的光束对干涉条纹图像进行摄像后，通过将其干涉条纹图像进行滤波处理而从干涉条纹图像去除对应于副光束的频率成分，因此，可容易获得没有起因于副光束的多余的干涉条纹成分被重叠的干涉条纹图像。
另外，波前解析是基于没有起因于副光束的多余的干涉条纹成分被重叠的滤波处理后的干涉条纹图像而进行的，因此，可获得有关主光束的良好的波前测定结果。
需要说明的是，光学拾波器装置中的主光束和副光束是原本相同波长的光束，但由于相对于主光束副光束以倾斜的状态被输出，所以相对于基准光束的波前而副光束的波前以倾斜规定角度的状态进行干涉。因此，在被摄像的干涉条纹图像中，对应于副光束的部分作为具有规定频率的图像被观察。本发明是基于如上述的见解。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的光学拾波器用波前测量装置的概略构成图。
图2是表示滤波处理的顺序的流程图。
图3是表示滤波处理前的干涉条纹图像的一例的图。
图4是表示滤波前的振幅光谱的一例的图。
图5是表示滤波后的振幅光谱的一例的图。
图6是表示滤处理后的干涉条纹图像的一例的图。
图7是表示基于滤波处理后的干涉条纹图像的波前解析结果的一例的图。
图8是表示基于滤波处理前的干涉条纹图像的波前解析结果的一例的图。
图中：
1-光学拾波器用波前测量装置，5-光学拾波器装置，11、53-准直透镜，12-光束分离/合波面，13-反射型波前整形单元，14-会聚透镜，15-反射衍射部，16-基板，17-反射板，17a-反射面，18-成像透镜，19-摄像相机，19a-摄像面，31-解析装置，32-显示装置，33-输入装置，34-图像处理部，35-波前解析部，51-光源，52-衍射光栅，54-反射镜，55-聚光透镜
具体实施方式
以下，对于本发明所涉及的光学拾波器用波前测量装置的实施方式，边参照图面边进行详细说明。图1是本发明的一实施方式所涉及的光学拾波器用波前测量装置的概略构成图。
图1所示的光学拾波器用波前测量装置1，是进行从光学拾波器装置5输出的光束的波前测定的装置，首先说明此光学拾波器装置5。
图1所示的光学拾波器装置5，具备：光源51，输出光束的半导体激光器等；衍射光栅52，将该光源51所输出的光束分离为比特列读取用主光束和跟踪用的2个副光束；准直透镜53，将来自该衍射光栅52的光束准直；反射镜54，将该准直透镜53所准直的光束向图中右方反射；聚光透镜55，使来自该反射镜54的光束聚集，并被构成为将成为测定对象的光束朝向图中右方射出。
其次，对光束测量装置1进行说明。图1所示的光束测量装置1，是采用迈克尔逊型的光学系统配置的装置，其具备：准直透镜11，将来自光学拾波器装置5的光束引导至光学系统内；光束分离单元(12)，将被引导的光束分离为被检光束和基准光束生成用光束；波前整形单元(13)，将基准光束生成用光束进行波前整形且转换为基准光束；合波单元(12)，将被检光束和基准光束相互合波而获得干涉光；干涉条纹图像取得单元(18、19)，基于由该合波单元获得的干涉光而获得载有光束的波前信息的干涉条纹图像；解析单元(31)，基于由该干涉条纹图像取得单元而获得的干涉条纹图像进行光束的波前解析。
具体而言，上述波前整形单元由反射型波前整形单元13构成。此反射型波前整形单元13，具有使从图中左方入射的基准光束生成用光束会聚的会聚透镜14、和配置在该会聚透镜14的会聚点的微小的反射衍射部15，并被构成为将所入射的基准光束生成用光束的一部分进行波前整形而转换成基准光束，且将该基准光束朝向图中左方射出。
另外，上述反射衍射部15，由例如通过蒸镀等形成在基板16上的金、铝、铬等的金属膜片构成，其大小比作为会聚光束入射的光束的衍射界限还小。而且，被构成为使得作为会聚光束入射的基准光束生成用光束的一部分被波前整形而作为理想的球面波进行反射。需要说明的是，在基板16的与会聚透镜14相对向的面，实施光束波长所对应的防反射涂膜处理，从而未被波前整形的基准光束生成用光束不返回到会聚透镜14。
上述光束分离单元及上述合波单元，由光束分离/合波面12构成。此光束分离/合波面12，被构成为由立方体棱镜型的分束器或板状半透镜等形成，使与基准光束生成用光束分离的被检光束，入射在配设于图中上方的反射板17的反射面17a(使得维持入射的光束的波前而高精度地平滑化)，并且，使从该反射面17a返回的被检光束与来自上述反射型波前整形单元13的基准光束合波。
另外，在上述反射板17，设置有可沿光轴方向(图中上下方向)移动地保持该反射板17的单轴平台、和具有压电元件等的条纹扫描适配器(皆省略图示)。单轴平台是在测定对象的光束为低相干光时、用于使从光束分离/合波面12通过反射面17a返回到光束分离/合波面12的第1光程长度与从光束分离/合波面12通过反射型波前整形单元13返回到光束分离/合波面12的第2光程长度相互大致一致的平台。另外，条纹扫描适配器构成相位移动机构，例如，被构成为在进行使用相位移动法的副条纹测量等时通过压电元件的驱动而使反射板17沿光轴方向微动。
上述干涉条纹图像取得单元由成像透镜18和摄像相机19构成。成像透镜18被构成为将从来自光束分离/波合面12的干涉光获得的干涉条纹成像在摄像相机19的摄像面19a(例如，由CCD或CMOS等的摄像面构成)上，摄像相机19被构成为对成像在摄像面19a上的干涉条纹进行摄像，并输出其图像信号。
上述解析单元，由以下部件构成，即，解析装置31，基于来自摄像相机19的图像信号进行各种图像处理及图像解析；显示装置32，显示根据该解析装置31的解析结果及图像；和输入装置33，由键盘及鼠标等构成。
解析装置31由计算机等构成，其具备，基于来自摄像相机19的图像信号滤波处理被摄像的干涉条纹图像，并获得对应于包含在光束的跟踪用副光束的频率成分被去除的滤波处理后的干涉条纹图像的图象处理部34；和基于滤波处理的干涉条纹图像，进行包含在光束的主光束的波前解析的波前解析部35。需要说明的是，这些图象处理部34及波前解析部35，具体而言，由保存在存储器等的处理程序或实施该处理程序的运算电路等而构成。
其次，说明上述的光学拾波器用波前测量装置1在测定时的作用。
如图1所示，从上述光学拾波器装置5向图中右方出射的由主光束和副光束混在的状态的光束，通过准直透镜11转换成平行光束后，入射在光束分离/合波面12，在该光束分离/合波面12，被分离为反射到图中上方的被检光束、和透过该光束分离/波合面12朝向反射型波前整形单元13的基准光束生成用光束。
入射在反射型波前整形单元13的基准光束生成用光束，通过会聚透镜14被会聚并入射在反射衍射部15，在该反射衍射部15其一部分变换为被波前整形的球面波，并朝向会聚透镜14反射。此球面波，在会聚透镜14变换为平面波，作为基准光束朝向光束分离/合波面12出射。更进一步，此基准光束的一部分在光束分离/合波面12向图中下方反射。
另一方面，从光束分离/合波面12向图中上方反射的被检光束，在反射板17的反射面17a向反方向反射并返回到光束分离/合波面12，其一部分透过光束分离/合波面12出射在图中下方。
通过此被检光束与在光束分离/合波面12反射的基准光束相合波而得到干涉光。此干涉光，通过成像透镜18入射在摄像相机19内的摄像面19a，在该摄像面19a上形成载有光束的波前信号的干涉条纹图像。被形成的干涉条纹图像被摄像相机19摄像，其图像信号被输出在解析装置31。然后，此图像信号，在解析装置31的图象处理部34被滤波处理，滤波处理后的干涉条纹图像在波前解析部35被解析，并获得主光束的波前测定结果。
以下，更详细地说明图象处理部34中的滤波处理。图2是表示滤波处理的顺序的流程图。
(1)首先，对被摄像相机19摄像的干涉条纹图像进行高速傅里叶变换(FFT)，并获得频率区域中的振幅光谱(图2的步骤S1)。
在图3表示干涉条纹图像之一例。在图3所示的干涉条纹图像，可知由检光束中的副光束和基准光束的光束形成的高频率的干涉条纹(条纹间隔大致一定的细的格子状的干涉条纹)被重叠。
另外，在图4表示振幅光谱之一例。图4将振幅光谱的大小用2维图像上的图像浓度值表示，能观察到在夹持图像中心位置而上下对称的2位置持有高浓度值的部分。这表示对应于副光束的频率成分。
(2)其次，对获得的振幅光谱进行滤波(例如，在振幅光谱乘规定的滤波函数)，去除对应于副光束的频率成分(图2的步骤S2)。
在图5表示滤波后的振幅光谱之一例。图5将滤波后的振幅光谱的大小用2维图像上的图像浓度值表示，因此，对应于副光束的频率成分由滤波被去除。
需要说明的是，滤波所使用的滤波函数，可使用持有良好的去除对应于副光束的频率成分的任意形状的函数。在图5所示的例中使用了迁移域陡峭的角柱状滤波函数，但也可使用如高斯分布那样迁移域缓慢地变化的形状的滤波函数。另外，对应于振幅光谱的滤波函数的设定也可如下构成：按照振幅光谱的状态进行操作，但在图像处理34自动解析振幅光谱的状态，而设定良好的滤波函数。
(3)然后，对滤波后的振幅光谱进行高速傅里叶反变换(IFFT)，而获得滤波处理后的干涉条纹图像。
在图6表示滤波处理后的干涉条纹图像之一例。在图6所示的滤波后的干涉条纹图像中，可知通过副光束和基准光束形成的高频率干涉条纹被去除。
此后，基于获得的滤波处理后的干涉条纹图像，在上述波前解析部35(参照图1)进行条纹解析及展开(アンラツプ)等处理，可获得主光束的波前形状。
需要说明的是，在本实施方式中，使用相位移动法进行条纹图像的取得及解析。即，使用未图示的条纹扫描适配器使上述反射板17微动(参照图1)并使对于基准光束的被检光束的相位按每规定的步骤变化，按每个步骤摄像干涉条纹图像。
上述(1)～(3)的滤波处理，对每个步骤的各干涉条纹图像进行，基于获得的滤波处理后的各干涉条纹图像，在波前解析部35进行根据相位移动法的条纹解析及展开等处理，可获得主光束的波前形状。
在图7表示基于滤波处理后的干涉条纹图像的波前解析结果之一例(3维图像)。另外，作为比较例在图8表示基于未被滤波处理的干涉条纹图像的波前解析结果之一例(3维图像)。在图8所示的波前解析结果中，受到副光束和基准光束的干涉光重叠的影响，在波前可看到细的格子状的凹凸，对于此，在图7所示的波前解析结果中，没有这种细的凹凸，良好地再现主光束的波前形状。
以上，详细地说明了本发明的一实施方式，但本发明不限于这种实施方式，可变更为多种方式。
例如，在上述的实施方式中，因为将测定的光束的波长不变作为前提，所以反射型波前整形单元13只有1种，但测定的光束为多个，为了可对应于这些波长相异的情况，而具备分别对应于各波长的多种类的反射型波前整形单元，当测定的光束波长变化时，也可将这些相互切换使用。需要说明的是，如此的方式，已公开在日本特开2006-329720号公报。
另外，在上述实施方式，对被摄影的干涉条纹图像进行傅里叶变换，在频率区域滤波后，使得返回到空间区域，但也可在空间区域直接进行滤波处理。
另外，在图1所示的状态，采用迈克尔逊型的光学系统配置，但也可采用在上述专利文献1所公开的斐索型光学系统配置，进一步，对于采用未使用反射型波前整形单元的马赫曾德型光学系统配置的波前测量装置，也可适用本发明。
另外，对使用于波前整形单元13的反射衍射部15，也可使用在上述的专利文献3、4所公开的各种状态的光学元件。
Claims (3)
1.一种光学拾波器用波前测量装置，具备：
光束分离单元，其将光学拾波器装置所输出的光束分离为被检光束和基准光束生成用光束；
波前整形单元，其将上述基准光束生成用光束进行波前整形而转换成基准光束；
合波单元，其将上述被检光束和上述基准光束互相合波而获得干涉光；
干涉条纹图像取得单元，其基于由该合波单元获得的干涉光而获得载有上述光束的波前信息的干涉条纹图像；和
解析单元，其基于由该干涉条纹图像取得单元获得的干涉条纹图像而进行上述光束的波前解析，
上述解析单元，具备：
图像处理部，其对由上述干涉条纹图像取得单元获得的干涉条纹图像，进行用于去除与上述光束所包含的跟踪用副光束对应的频率成分的滤波处理，获得该滤波处理后的干涉条纹图像；
波前解析部，其基于上述滤波处理后的干涉条纹图像，对包含于上述光束的主光束进行波前解析。
2.根据权利要求1所述的光学拾波器用波前测量装置，其特征在于，
上述图像处理部被构成为：对由上述干涉条纹图像取得单元获得的干涉条纹图像进行傅里叶变换，从获得的振幅光谱去除对应于上述副光束的频率成分，然后进行傅里叶逆变换而获得上述滤波处理后的干涉条纹图像。
3.根据权利要求1或2所述的光学拾波器用波前测量装置，其特征在于，
上述波前整形单元由反射型波前整形单元构成，该反射型波前整形单元具有使上述基准光束生成用光束会聚的会聚透镜、和配置在该会聚透镜的会聚点的微小的反射衍射部而成，并且将所入射的上述基准光束生成用光束的一部分进行波前整形而转换成上述基准光束，且使该基准光束朝向上述光束分离单元而射出。
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