JP2012073133A - 観察装置および観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高さの異なる第一物面および第二物面の位置合わせマーク像を同時に倍率を変えることなく取り込むことができる結像型の観察装置および観察方法を提供する。
【解決手段】観察装置１Ａは、同軸上に配置された部分反射ミラー２，３と、部分反射ミラー２，３を経由して、ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａ上の物点から発せられた光線を検出する光学顕微鏡１９とを備える。光学顕微鏡１９は、光検出器面２２ａ（第一物面）については部分反射ミラー２，３の透過光により観察し、ホログラム面２１ａ（第二物面）については部分反射ミラー２と部分反射ミラー３との間を往復後の透過光により観察する。これにより、観察装置１Ａは、同軸上に配置された高さの異なる光検出器面２２ａ（第一物面）およびホログラム面２１ａ（第二物面）を光学的に同時に観察することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、観察装置および観察方法に関し、より特定的には、高さの異なる２個の対象物の位置合わせマークを相対的に位置合わせするために光学的に同時に観察する観察装置および観察方法に関する。

位置合わせの手法としては、顕微鏡を用いて位置合わせマークの像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子上に結像させ、画像処理の手法を用いて位置合わせマークの位置を検出する手法が実用化されており、広く使われている。さらに、高さの異なる２個の対象物の位置合わせの場合として、二重焦点レンズを用いる方法や、分離光学系を利用した方法が提案されている。

二重焦点レンズは、焦点距離の異なるレンズを同心円状に形成したものである。二重焦点レンズを用いた方法では、２つの焦点距離の差を第一物面と第二物面との間のギャップと等しくする。これにより、第一物面上の位置合わせマークと第二物面上の位置合わせマークとを同一像面に同時に結像させて位置合わせを行なう。二重焦点レンズについては、２つの焦点距離の差を可変としたものが、特許文献１に開示されている。

分離光学系を利用した方法については、非特許文献１に記載がある。ここでは、図７を用いて説明する。

図７は、分離光学系を利用した従来の観測装置１００の構成を示した図である。
図７を参照して、観測装置１００は、光源６０と、対物レンズ６１，６３，６５と、ハーフミラー６２，６７と、プリズム６４，６６とを備える。観測装置１００には、顕微鏡鏡筒内に光路の異なる２つの光学系が設けられている。第１の光学系は、ハーフミラー６２と、対物レンズ６３と、プリズム６４とを含む。第２の光学系は、ハーフミラー６７と、対物レンズ６５と、プリズム６６とを含む。

観測装置１００は、光源６０からの出射光を第一物面６８上の物点および第二物面６９上の物点に集光する。その後、観測装置１００において、第１の光学系に設けられた対物レンズ６３および第２の光学系に設けられた対物レンズ６５の位置が調整される。これにより、第一物面６８上の位置合わせマークと第二物面６９の位置合わせマークとが同一の像面７０に同時に結像される。

特開平６−２２４１０１号公報（１９９４年８月１２日公開）

ジーオングストローム社「２焦点光学」＜ＵＲＬ：http://www.g-angstrom.com/products/goptics.php＞

二重焦点レンズを用いる方法では、二重焦点レンズのような特殊なレンズが必要となるため、光学システムが高価なものとなる。また、分離光学系を利用した方法では、複数の独立した光学系が必要となるため、光学システムが複雑になる。また、いずれの場合も、顕微鏡そのものの改造が必要となる。

また、いずれの方法でも、第一物面を観測する光学系と、第二物面を観測する光学系とで、光学系の倍率が異なる。そのため、第一物面上の位置合わせマークと第二物面の位置合わせマークのサイズが同じであっても、像面上ではそれぞれの位置合わせマークのサイズが異なる。その結果、像面上で正確に位置合わせを行なっても、位置合わせにズレが生じるという課題があり、精密な位置合わせには適さなかった。

それゆえに、この発明の目的は、高さの異なる第一物面および第二物面の位置合わせマーク像を同時に倍率を変えることなく取り込むことができる結像型の観察装置および観察方法を提供することである。

この発明のある局面によれば、同軸上に配置された高さの異なる第１および第２の対象物を光学的に同時に観察するための観察装置であって、同軸上に配置された第１および第２の部分反射ミラーと、第１および第２の部分反射ミラーを経由して、第１および第２の対象物からの光を検出する光学的観察系とを備え、光学的観察系は、第１の対象物については第１および第２の部分反射ミラーの透過光により観察し、第２の対象物については第１の部分反射ミラーと第２の部分反射ミラーとの間を往復後の透過光により観察する。

好ましくは、第１および第２の部分反射ミラーの反射率と透過率との比は、いずれも１対１である。

好ましくは、第１の部分反射ミラーは外形が円形状であり、第２の部分反射ミラーは形状が円環状である。

好ましくは、第１の部分反射ミラーは、外形が円形状のミラー面を有し、第２の部分反射ミラーは、形状が円環状のダイクロイックビームスプリッタ面を有する。

好ましくは、第１の対象物は、ダイクロイックビームスプリッタ面を透過する青色の観測光により観察され、第２の対象物は、ダイクロイックビームスプリッタ面を反射する赤色の観測光により観察される。

好ましくは、光学的観察系は、第１および第２の対象物からの光を集光する対物レンズと、集光された光を受光する撮像素子とを含み、対物レンズと撮像素子との間の距離は、固定されている。

好ましくは、光学的観察系は、第１および第２の対象物からの光を集光する対物レンズを含み、対物レンズと第１および第２の部分反射ミラーとの間の距離は、固定されている。

好ましくは、第１の対象物は、光検出器ユニットの光検出器であり、第２の対象物は光検出器ユニットのホログラム素子である。

この発明の他の局面によれば、同軸上に配置された高さの異なる第１および第２の対象物を光学的に同時に観察するための観察方法であって、同軸上に配置された第１および第２の部分反射ミラーの透過光により第１の対象物を観察するステップと、第１の部分反射ミラーと第２の部分反射ミラーとの間を往復後の透過光により第２の対象物を観察するステップとを備える。

この発明の実施の形態によれば、高さの異なる第一物面および第二物面の位置合わせマーク像を同時に倍率を変えることなく取り込むことができる。

この発明の実施の形態１による観察装置１Ａの構造を説明するための概略図である。 図１の観察装置１Ａにより調整固定された３波長光ピックアップ装置３０の概略的な構成を示した断面図である。 光検出器ユニット２９の構成を示した断面図である。 ホログラム素子２１の構成を示した正面図である。 光検出器２２の構成を示した正面図である。 この発明の実施の形態２による観察装置１Ｂの構造を説明するための概略図である。 分離光学系を利用した従来の観測装置１００の構成を示した図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による観察装置１Ａの構造を説明するための概略図である。

図１を参照して、実施の形態１の観察装置１Ａは、部分反射ミラー２，３と、ミラー保持ホルダ４と、ダイクロイックビームスプリッタ１０と、光学顕微鏡１９とを備える。光学顕微鏡１９は、対物レンズ５と、ビームスプリッタ７と、撮像素子８と、照明光源９とを含む。ダイクロイックビームスプリッタ１０は、オートコリメータ６からの出射光を観察装置１Ａに導く。光学顕微鏡１９は、観察装置１Ａに固有のものである必要はなく、たとえば市販のものであってもよい。

部分反射ミラー２は、透明平板の一方の面に部分反射ミラー面２ａが設けられている。同様に、部分反射ミラー３は、透明平板の一方の面に部分反射ミラー面３ａが設けられている。部分反射ミラー面２ａ，３ａは、平行に対向するとともに、両ミラー面が対物レンズ５の光軸（Ｚ軸）に直交するように配置されている。部分反射ミラー面２ａ，３ａの間隔は、調整可能となっている。部分反射ミラー面２ａ，３ａの透過率と反射率との比は、いずれもほぼ１対１となっている。

観察装置１Ａは、たとえば光検出器ユニット２９の組み立て調整に使用される。光検出器ユニット２９は、ホログラム素子２１と、光検出器２２と、ホログラムホルダ２３と、接着層２４とを備える。光検出器ユニット２９は、光ピックアップ装置に搭載される。ホログラム素子２１は、一方の面にホログラム面２１ａが設けられている。光検出器２２は、一方の面に光検出器面２２ａが設けられている。

光検出器ユニット２９の組み立て調整に上記の観察装置１Ａを使用することで、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとを同時に観察することができる。これにより、それぞれの面に形成された位置合わせマークを同一像面に同時に結像させて位置合わせを行なうことが可能となる。

次に、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとを同時に観察可能にする仕組みについて説明する。たとえば、照明光源９からの光ビームがビームスプリッタ７で反射されて、対物レンズ５およびダイクロイックビームスプリッタ１０を通り、ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａに集光される。この集光点を「物点」と称する。物点から発せられる光線とは、当該集光点からの反射光に相当する。ここでは、光検出器面２２ａが第一物面、ホログラム面２１ａが第二物面にそれぞれ対応する。

光検出器面２２ａ上の物点から発せられた光線（実線）は、部分反射ミラー面２ａ，３ａを透過する。その後、当該光線は、ダイクロイックビームスプリッタ１０、対物レンズ５およびビームスプリッタ７を通過して、像面に位置する撮像素子８に集光する。光検出器面２２ａと対物レンズ５との間隔は、光学顕微鏡１９の鏡筒部全体を移動させることにより調整される。これにより、光検出器面２２ａ（第一物面）の像が撮像素子８（像面）に結像するように制御される。

ホログラム面２１ａ上の物点から発せられた光線（破線）は、部分反射ミラー面３ａを透過し、部分反射ミラー面２ａで反射される。次に、当該反射光は、部分反射ミラー面３ａで反射され、部分反射ミラー面２ａを透過する。その後、当該光線は、光検出器面２２ａ上の物点と同様の経路をたどって、像面に位置する撮像素子８に集光する。

ここで、光検出器面２２ａ上の物点から発せられる光線の光路長と、ホログラム面２１ａ上の物点から発せられる光線の光路長とが同じになるように、部分反射ミラー面２ａ，３ａの間隔などを調整する。これにより、像面に位置する撮像素子８において、光検出器面２２ａ（第一物面）の像とホログラム面２１ａ（第二物面）の像とが同時に結像する。その結果、光検出器面２２ａ上の位置合わせマークとホログラム面２１ａ上の位置合わせマークとを位置合わせすることが可能となる。

光路長の調整において、部分反射ミラー面２ａ，３ａの間隔は、その光学的距離が、観測すべき光検出器面２２ａとホログラム面２１ａとの間の光学的距離の半分となるように設定される。光学的距離は、実際の距離×媒質の屈折率で定義される。光検出器面２２ａ（第一物面）およびホログラム面２１ａ（第二物面）は、照明光源９から発せられた光ビームにより照射される。

部分反射ミラー面２ａ，３ａの透過率をそれぞれＴ１，Ｔ２とすると、光検出器面２２ａ上の物点から撮像素子８に至る光量の割合Ｒａは、下記のように表わされる。

Ｒａ＝Ｔ１・Ｔ２
一方、ホログラム面２１ａ上の物点から撮像素子８に至る光量の割合Ｒｂは、下記のように表わされる。

Ｒｂ＝Ｔ１・Ｔ２・（１−Ｔ１）・（１−Ｔ２）
ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａを十分な明るさで観察するためには、部分反射ミラー面２ａ，３ａの反射率／透過率比をともに１対１付近に設定するのがよい。このとき、光検出器面２２ａ（第一物面）からの光線の２５％が撮像素子８に到達し、ホログラム面２１ａ（第二物面）からの光線の約６％が撮像素子８に到達する。

上記のように、実施の形態１の観察装置１Ａは、光学顕微鏡１９において対物レンズ５と撮像素子８との間の距離が固定されているため、ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａの観察倍率を同一にすることができる。そのため、像面に位置する撮像素子８において、光検出器面２２ａ上の位置合わせマークのサイズとホログラム面２１ａ上の位置合わせマークのサイズとを同一にできる。その結果、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとの位置ずれ量の正確な確認が可能となる。

次に、観察装置１Ａを用いたホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとの位置合わせの方法について説明する。前述のように、光検出器面２２ａ上の位置合わせマークおよびホログラム面２１ａ上の位置合わせマークの像は、撮像素子８によって取り込まれる。その取得画像は、画像処理装置（図示せず）によって画像処理されて解析される。これにより、両位置合わせマークの相対的位置関係、すなわちずれ量が検出される。

この検出されたずれ量に対応する制御データが上記の画像処理装置からステージ制御装置に出力される。当該ステージ制御装置は、当該制御データに応じて前述した図示しないステージを駆動する。当該ステージを駆動することにより、ホログラム素子２１の位置を調整することが可能となる。

図２は、図１の観察装置１Ａにより調整固定された３波長光ピックアップ装置３０の概略的な構成を示した断面図である。

図２を参照して、３波長光ピックアップ装置３０は、メインハウジング５０と、レーザユニット５１とを備え、ＢＤ（Blu-ray Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）およびＣＤ（Compact Disc）系の記録再生を行なう。レーザユニット５１は、２波長半導体レーザ３１と、青色半導体レーザ３２と、ダイクロイックビームスプリッタ３３と、回折素子３４と、レーザユニット筐体３６とを含む。

２波長半導体レーザ３１は、波長６５０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯のレーザ光を出射する。両レーザ光のうち、７８０ｎｍ帯のレーザ光を用いてＣＤ系の記録再生が行なわれ、６５０ｎｍ帯のレーザ光を用いてＤＶＤ系の記録再生が行なわれる。青色半導体レーザ３２は、波長４０５ｎｍ帯のレーザ光を出射する。当該４０５ｎｍ帯のレーザ光を用いてＢＤ系の記録再生が行なわれる。

回折素子３４は、２波長半導体レーザ３１から出射されたレーザ光を０次光と±１次光との３つの光スポットに分割する。回折素子３４が設けられていることにより、３波長光ピックアップ装置３０は、３ビーム法、ＤＰＰ（Differential Push-Pull）法などを用いてトラッキングエラー信号を検出することが可能となる。

ダイクロイックビームスプリッタ３３は、波長４０５ｎｍ付近の波長のレーザ光を反射する一方、波長６５０ｎｍおよび波長７８０ｎｍ付近の波長のレーザ光を透過する。また、ダイクロイックビームスプリッタ３３は、２波長半導体レーザ３１から出射されたレーザ光ＤＬおよび青色半導体レーザ３２から出射されたレーザ光ＢＬをほぼ同一の光路に導く。すなわち、ダイクロイックビームスプリッタ３３は、複数の半導体レーザから出射された光ビームを合波して出射する役割を果たす。

上述した２波長半導体レーザ３１、青色半導体レーザ３２、ダイクロイックビームスプリッタ３３、および回折素子３４は、レーザユニット筐体３６に収められており、全体としてレーザユニット５１を形成している。レーザユニット５１は、メインハウジング５０に取り付けられている。

メインハウジング５０は、ホログラム素子２１と、光検出器（Optical Integrated Circuit：ＯＰＩＣ）２２と、ホログラムホルダ２３と、偏光ビームスプリッタ４１と、コリメートレンズ４２と、広帯域１／４波長板４３と、２波長立上げミラー４４と、青立上げミラー４５と、２波長対物レンズ４６と、青対物レンズ４７と、センサレンズ４８と、コリメートレンズ駆動ユニット４９とを含む。ホログラム素子２１、光検出器２２、およびホログラムホルダ２３は、光検出器ユニット２９を構成する。

２波長対物レンズ４６および青対物レンズ４７は、図示しないアクチュエータに搭載されている。当該アクチュエータは、２波長対物レンズ４６および青対物レンズ４７を光軸方向および光軸と直交する方向に駆動することができる。偏光ビームスプリッタ４１は、レーザユニット５１から放射されたレーザ光ＤＢＬを反射することによって、レーザ光ＤＢＬの方向を変更する。

ここで、レーザ光ＤＢＬを構成するレーザ光ＤＬおよびＢＬは、いずれも直線偏光である。偏光ビームスプリッタ４１は、レーザユニット５１から放射されたレーザ光ＤＢＬを反射し、その偏光方位と直交する直線偏光を透過するように設計されている。後述するように、一般に、光源から放射されたレーザ光と光ディスクからの反射光とは、偏光方位が互いに約９０度異なっている。偏光ビームスプリッタ４１は、往路光を反射し、復路光を透過するように設計されている。

コリメートレンズ４２は、偏光ビームスプリッタ４１によって反射された光ビームをほぼ平行光とする。なお、ほぼ平行光には、完全な平行光も含まれるものとする。コリメートレンズ４２は、コリメートレンズ駆動ユニット４９に搭載されている。コリメートレンズ駆動ユニット４９は、コリメートレンズ４２を光軸方向に駆動する。３波長光ピックアップ装置３０は、ＢＤ系の記録再生において、開口数の大きな青対物レンズ４７を使用する。そのため、光ディスクの保護層の厚み誤差に起因する球面収差の影響が大きくなる。この球面収差は、コリメートレンズ４２を駆動することにより補正される。

広帯域１／４波長板４３は、波長４０５ｎｍ〜７８０ｎｍの直線偏光を円偏光に変換し、逆に円偏光を直線偏光に変換する。直線偏光の光ビームが広帯域１／４波長板４３を往復することにより、当該光ビームの偏光方位が９０度回転する。２波長立上げミラー４４は、波長６５０ｎｍ帯および７８０ｎｍ帯のレーザ光を反射し、波長４０５ｎｍ帯のレーザ光を透過する。反射されたレーザ光は、２波長対物レンズ４６に入射する。一方、青立上げミラー４５は、波長４０５ｎｍ帯のレーザ光を反射する。反射されたレーザ光は、青対物レンズ４７に入射する。

２波長対物レンズ４６は、ＣＤ系およびＤＶＤ系にレーザ光を集光し、光情報記録層に光スポットを形成する。青対物レンズ４７は、ＢＤ系にレーザ光を集光し、光情報記録層に光スポットを形成する。ホログラム素子２１は、光ディスクからの戻り光を回折して、複数の回折光線に分割する機能を有している。たとえば、ホログラム素子２１は、入射するレーザ光の８０％をそのまま０次光として透過し、残りの２０％を±１次光として２つに分割して出射する。

センサレンズ４８は、シリンドリカル面をもつレンズである。センサレンズ４８は、光ディスクからの反射光に非点収差を与える。センサレンズ４８の挿入によって、非点収差法によるフォーカス誤差信号の検出が可能となる。光検出器２２は、非点収差を与えられた光ビームを受光し、各種のサーボ信号に変換する。

次に、図２を参照して、３波長光ピックアップ装置３０の動作について説明する。
２波長半導体レーザ３１から出射された波長６５０ｎｍ帯のレーザ光ＤＬは、ダイクロイックビームスプリッタ３３を透過する。当該透過光は、偏光ビームスプリッタ４１で反射され、その方向が９０度変更される。当該反射光は、コリメートレンズ４２によって平行光に変換される。

平行光化されたレーザ光ＤＬは、広帯域１／４波長板４３を透過して円偏光になる。当該円偏光の光ビームは、２波長立上げミラー４４で反射されることにより、光ディスクの方向に変更される。このように光ディスクの方向に変更されることを、光ディスクの方向に立ち上げられるとも称する。当該立ち上げられた光ビームは、２波長対物レンズ４６によって光ディスクの記録再生面に集光される。

光ディスクの記録再生面で反射された光ビームは、往路と逆の経路をたどる。すなわち、当該反射光は、２波長対物レンズ４６、２波長立上げミラー４４、および広帯域１／４波長板４３を透過し、往路の光ビームとは直交する直線偏光となる。当該直線偏光の光ビームは、コリメートレンズ４２を通って、偏光ビームスプリッタ４１を透過する。当該透過光は、センサレンズ４８、ホログラム素子２１、および光検出器２２という経路で信号検出光学系に導かれる。

一方、青色半導体レーザ３２から出射された波長４０５ｎｍ帯のレーザ光ＢＬは、ダイクロイックビームスプリッタ３３で反射される。当該反射光は、偏光ビームスプリッタ４１でさらに反射され、その方向が９０度変更される。当該反射光は、コリメートレンズ４２によって平行光に変換される。

平行光化されたレーザ光ＢＬは、広帯域１／４波長板４３を透過して円偏光になる。当該円偏光の光ビームは、２波長立上げミラー４４を透過する。当該透過光は、青立上げミラー４５により反射されて、光ディスクの方向に立ち上げられる。当該立ち上げられた光ビームは、青対物レンズ４７によって光ディスクの記録再生面に集光される。

光ディスクの記録再生面で反射された光ビームは、往路と逆の経路をたどる。すなわち、当該反射光は、青対物レンズ４７、青立上げミラー４５、２波長立上げミラー４４、および広帯域１／４波長板４３を透過し、往路の光ビームとは直交する直線偏光となる。当該直線偏光の光ビームは、コリメートレンズ４２を通って、偏光ビームスプリッタ４１を透過する。当該透過光は、センサレンズ４８、ホログラム素子２１、および光検出器２２という経路で信号検出光学系に導かれる。

以上のように、図２の３波長光ピックアップ装置３０では、復路の光学系について、広帯域１／４波長板４３から光検出器２２に至る光学系がＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤで共通となっている。ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに、トラック誤差信号、フォーカス誤差信号および再生信号を共通の光検出器２２で検出する。また、特に調整を簡単化するため、ＢＤおよびＤＶＤの再生信号検出用の受光部を同一にしている。

上記のように、実施の形態１の３波長光ピックアップ装置３０では、光源は複数備えられているものの、信号検出光学系は１系統にまとめられている。これにより、３波長光ピックアップ装置３０の部品点数を少なくすることができ、装置の小型化およびコストの低減に有利な構造となっている。

３波長光ピックアップ装置３０に搭載されている光検出器ユニット２９について、以下にさらに詳しく説明する。

図３は、光検出器ユニット２９の構成を示した断面図である。図３を参照して、光検出器ユニット２９は、ホログラム素子２１と、光検出器２２と、ホログラムホルダ２３と、接着層２４とを備える。

図４は、ホログラム素子２１の構成を示した正面図である。
図４を参照して、ホログラム素子２１は、６分割にパターニングされたホログラム２１０を含む。ホログラム２１０のそれぞれの領域を透過する光ビームは、異なる回折角により回折され、光検出器２２上に落射する。

図５は、光検出器２２の構成を示した正面図である。
図５を参照して、光検出器２２は、複数の光検出部２２１〜２２７を含む。ホログラム素子２１のホログラム２１０で回折された光ビームは、それぞれ対応する光検出部２２１〜２２７に入射する。当該入射光に基づいて、トラッキング誤差信号が生成される。ホログラム素子２１と光検出器２２とに位置ずれがあると、光検出部２２１〜２２７の対応する箇所に回折光が入射しなくなる。この場合、光検出器ユニット２９は、トラッキング誤差信号を検出できなくなる。

図１に戻って、ホログラム素子２１と光検出器２２との間隔は、数ｍｍ以上になる。ホログラム素子２１と光検出器２２との位置ずれについては、ＸＹ面内で数十μｍ、Ｚ方向で百μｍ程度の精度で調整固定する必要がある。この位置合わせのための位置合わせマークの観察に、観察装置１Ａが用いられる。ホログラム素子２１は、ホログラムホルダ２３を介して図示しないステージに取り付けられている。当該ステージにより、ホログラム素子２１は、ＸＹＺ方向および光軸回転方向の調整が可能となる。

ホログラム素子２１のＺ方向の調整は、上記の図示しないステージのほか、ホログラム素子２１とホログラムホルダ２３との間に接着層２４を挟むことによっても可能である。ホログラム素子２１の押圧力により接着層２４の厚みを制御して、ホログラム素子２１の高さを調整する。このとき、ホログラム素子２１が部分反射ミラー面３ａに対して、極端に傾くことがないよう、オートコリメータ６を用いて確認しておく。

以上のように、実施の形態１による観察装置１Ａは、たとえば光検出器ユニット２９の組み立て調整に使用される。これにより、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとを同時に観察することができる。その結果、それぞれの面に形成された位置合わせマークを同一像面に同時に結像させて位置合わせを行なうことが可能となる。さらに、光学顕微鏡１９において対物レンズ５と撮像素子８との間の距離が固定されているため、ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａの観察倍率を同一にすることができる。

［実施の形態２］
図６は、この発明の実施の形態２による観察装置１Ｂの構造を説明するための概略図である。

図６を参照して、実施の形態２の観察装置１Ｂは、対物レンズ５と、部分反射ミラー１１と、ミラー保持ホルダ１２と、光学顕微鏡１９とを備える。対物レンズ５は、ミラー保持ホルダ１２により、部分反射ミラー１１と一体化している。光学顕微鏡１９は、ビームスプリッタ７と、撮像素子８と、照明光源９とを含む。光学顕微鏡１９は、観察装置１Ｂに固有のものである必要はなく、たとえば市販のものであってもよい。

部分反射ミラー１１は、透明平板の片側の面に外形が円形状のミラー面１１ａが設けられており、透明平板の反対側の面にはパターン形状が円環状のダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂが設けられている。実施の形態２では、ミラー面１１ａとダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂとの間の距離は固定となっている。

観察装置１Ｂは、たとえば光検出器ユニット２９の組み立て調整に使用される。光検出器ユニット２９は、ホログラム素子２１と、光検出器２２と、ホログラムホルダ２３と、接着層２４とを備える。光検出器ユニット２９は、光ピックアップ装置に搭載される。ホログラム素子２１は、一方の面にホログラム面２１ａが設けられている。光検出器２２は、一方の面に光検出器面２２ａが設けられている。

光検出器ユニット２９の組み立て調整に上記の観察装置１Ｂを使用することで、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとを同時に観察することができる。これにより、実施の形態１と同様に、それぞれの面に形成された位置合わせマークを同一像面に同時に結像させて位置合わせを行なうことが可能となる。

次に、ホログラム面２１ａと光検出器面２２ａとを同時に観察可能にする仕組みについて説明する。たとえば、照明光源９からの光ビームがビームスプリッタ７で反射されて、対物レンズ５および部分反射ミラー１１を通り、ホログラム面２１ａおよび光検出器面２２ａに集光される。この集光点を実施の形態１と同様に「物点」と称する。物点から発せられる光線とは、当該集光点からの反射光に相当する。ここでは、光検出器面２２ａが第一物面、ホログラム面２１ａが第二物面にそれぞれ対応する。

光検出器面２２ａ上の物点から発せられた光線（実線）は、ダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂを透過する。その後、当該光線は、対物レンズ５およびビームスプリッタ７を通過して、像面に位置する撮像素子８に集光する。光検出器面２２ａと対物レンズ５との間隔は、たとえば、ミラー保持ホルダ１２を介して対物レンズ５を移動させることにより調整される。これにより、光検出器面２２ａ（第一物面）の像が撮像素子８（像面）に結像するように制御される。

ホログラム面２１ａ上の物点から発せられた光線（破線）は、まず、ミラー面１１ａで反射される。次に、当該反射光は、ダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂで反射される。その後、当該光線は、光検出器面２２ａ上の物点と同様の経路をたどって、像面に位置する撮像素子８に集光する。

ここで、光検出器面２２ａ上の物点から発せられる光線の光路長と、ホログラム面２１ａ上の物点から発せられる光線の光路長とが同じになるように、ミラー保持ホルダ１２での固定前に、ミラー面１１ａとダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂとの間隔を予め調整しておく。これにより、像面に位置する撮像素子８において、光検出器面２２ａ（第一物面）の像とホログラム面２１ａ（第二物面）の像とが同時に結像する。その結果、光検出器面２２ａ上の位置合わせマークとホログラム面２１ａ上の位置合わせマークとを位置合わせすることが可能となる。

さらに、実施の形態２では、たとえば、ホログラム面２１ａ（第二物面）の観測光波長を赤色に、光検出器面２２ａ（第一物面）の観測光波長を青色に設定できる。このとき、ダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂは、青色の観測光を透過し、赤色の観測光を反射するように選択される。これにより、ミラー面１１ａおよびダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂにおいて光ビームの損失が生じないため、撮像素子８における観察像の明るさを同一にすることができる。

上述したように、実施の形態２では、ミラー面１１ａとダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂとの間の距離は固定となっている。そのため、観察装置１Ｂは、光検出器面２２ａ（第一物面）とホログラム面２１ａ（第二物面）との距離がほぼ固定となっている場合に使用される。

以上のように、実施の形態２による観察装置１Ｂは、対物レンズ５と部分反射ミラー１１とが一体化している。さらに、部分反射ミラー１１は、透明平板の片側の面に外形が円形状のミラー面１１ａが設けられており、透明平板の反対側の面にはパターン形状が円環状のダイクロイックビームスプリッタ面１１ｂが設けられている。これにより、実施の形態１の観察装置１Ａでの作用効果に加えて、撮像素子８における観察像の明るさを同一にすることができる。

本発明は、高さの異なる２個の対象物の位置合わせマークを相対的に位置合わせするため、光学的に同時に観測する観察装置および観察方法として利用可能である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１Ａ，１Ｂ 観察装置、２，３，１１ 部分反射ミラー、２ａ，３ａ 部分反射ミラー面、４ ミラー保持ホルダ、５，６１，６３，６５ 対物レンズ、６ オートコリメータ、７ ビームスプリッタ、８ 撮像素子、９ 照明光源、１０，３３ ダイクロイックビームスプリッタ、１１ａ ミラー面、１１ｂ ダイクロイックビームスプリッタ面、１２ ミラー保持ホルダ、１９ 光学顕微鏡、２１ ホログラム素子、２１ａ ホログラム面、２２ 光検出器、２２ａ 光検出器面、２３ ホログラムホルダ、２４ 接着層、２９ 光検出器ユニット、３０ ３波長光ピックアップ装置、３１ ２波長半導体レーザ、３２ 青色半導体レーザ、３４ 回折素子、３６ レーザユニット筐体、４１ 偏光ビームスプリッタ、４２ コリメートレンズ、４３ 広帯域１／４波長板、４４ 波長立上げミラー、４５ 青立上げミラー、４６ ２波長対物レンズ、４７ 青対物レンズ、４８ センサレンズ、４９ コリメートレンズ駆動ユニット、５０ メインハウジング、５１ レーザユニット、６０ 光源、６２，６７ ハーフミラー、６４，６６ プリズム、６８ 第一物面、６９ 第二物面、７０ 像面、１００ 観測装置、２１０ ホログラム、２２１〜２２７ 光検出部。

Claims (10)

1. 同軸上に配置された高さの異なる第１および第２の対象物を光学的に同時に観察するための観察装置であって、
   前記同軸上に配置された第１および第２の部分反射ミラーと、
   前記第１および第２の部分反射ミラーを経由して、前記第１および第２の対象物からの光を検出する光学的観察系とを備え、
   前記光学的観察系は、前記第１の対象物については前記第１および第２の部分反射ミラーの透過光により観察し、前記第２の対象物については前記第１の部分反射ミラーと前記第２の部分反射ミラーとの間を往復後の透過光により観察する、観察装置。
2. 前記第１の部分反射ミラーと前記第２の部分反射ミラーとの間の光学的距離は、前記第１の対象物と前記第２の対象物との間の光学的距離の半分である、請求項１に記載の観察装置。
3. 前記第１および第２の部分反射ミラーの反射率と透過率との比は、いずれも１対１である、請求項１に記載の観察装置。
4. 前記第１の部分反射ミラーは外形が円形状であり、前記第２の部分反射ミラーは形状が円環状である、請求項１に記載の観察装置。
5. 前記第１の部分反射ミラーは、外形が円形状のミラー面を有し、前記第２の部分反射ミラーは、形状が円環状のダイクロイックビームスプリッタ面を有する、請求項１に記載の観察装置。
6. 前記第１の対象物は、前記ダイクロイックビームスプリッタ面を透過する青色の観測光により観察され、前記第２の対象物は、前記ダイクロイックビームスプリッタ面を反射する赤色の観測光により観察される、請求項５に記載の観察装置。
7. 前記光学的観察系は、
   前記第１および第２の対象物からの光を集光する対物レンズと、
   前記集光された光を受光する撮像素子とを含み、
   前記対物レンズと前記撮像素子との間の距離は、固定されている、請求項１に記載の観察装置。
8. 前記光学的観察系は、
   前記第１および第２の対象物からの光を集光する対物レンズを含み、
   前記対物レンズと前記第１および第２の部分反射ミラーとの間の距離は、固定されている、請求項１に記載の観察装置。
9. 前記第１の対象物は、光検出器ユニットの光検出器であり、前記第２の対象物は前記光検出器ユニットのホログラム素子である、請求項１〜８のいずれかに記載の観察装置。
10. 同軸上に配置された高さの異なる第１および第２の対象物を光学的に同時に観察するための観察方法であって、
    前記同軸上に配置された第１および第２の部分反射ミラーの透過光により前記第１の対象物を観察するステップと、
    前記第１の部分反射ミラーと前記第２の部分反射ミラーとの間を往復後の透過光により前記第２の対象物を観察するステップとを備える、観察方法。