(57)【要約】【課題】被検光学素子が有する複屈折性の影響により透過波面情報が正しく担持されない領域を有する干渉縞が撮像されるような場合でも、透過波面測定を適正に行うことが可能な複屈折性光学素子の透過波面測定方法を得る。【解決手段】測定光の偏光面の方向と被検光学素子との相対的な位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に干渉縞を撮像し、撮像された各々の干渉縞において、透過波面情報が正しく担持されなかった不適正領域Ａ１，Ａ２を特定する。不適正領域Ａ１，Ａ２を除く他の領域の波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、透過波面全域の波面形状情報を求め、この透過波面全域の波面形状情報に基づき透過波面の収差を求める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折性を有する被検光学素子に直線偏光の測定光を照射し、該被検光学素子を透過した透過波面を参照波面と干渉させることにより得られる干渉縞の画像データに基づき前記透過波面の収差を測定する複屈折性光学素子の透過波面測定方法であって、
前記測定光の偏光面の方向と前記被検光学素子との相対的な位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞において、前記被検光学素子の複屈折性の影響により前記透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する不適正領域特定ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、前記不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、前記透過波面全域の波面形状情報を求める波面形状取得ステップと、
前記透過波面全域の波面形状情報に基づき前記透過波面の収差を測定する波面収差測定ステップと、をこの順に行うことを特徴とする複屈折性光学素子の透過波面測定方法。
【請求項２】
前記被検光学素子は射出成形されたプラスチックレンズである、ことを特徴とする請求項１記載の複屈折性光学素子の透過波面測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種光学機器に搭載されるレンズやフィルタ等の光学素子の透過波面測定方法に関し、特に、複屈折性を有する光学素子の透過波面測定を、直線偏光を測定光として行う場合に好適な複屈折性光学素子の透過波面測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉計を用いた透過波面測定により、レンズ等の光学素子が有する収差を測定する手法が、光学素子の性能検査のために広く用いられている（下記特許文献１，２参照）。一般に干渉計では、レーザ光等の直線偏光を測定光として利用しているものが多く、透過波面測定用の干渉計においても直線偏光を測定光とするものが一般的である。
【０００３】
一方、近年においては、多くの光学素子が、ポリカーボネート等に代表される種々の樹脂材料により形成されている。このような樹脂製の光学素子の中には、複屈折性（光学異方性）を有するものがあり、特に、射出成形された光学素子の中には、樹脂注入時の圧力分布の不均一より生じた成形品の内部応力等が原因となって、かなり強い複屈折性を示すものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７８５９３号公報
【特許文献２】特許第２９５１３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような複屈折性を有する光学素子（以下「複屈折性光学素子」と称する）の透過波面測定を、直線偏光を測定光とする干渉計を用いて行った場合、撮像された干渉縞の一部領域において、被検光学素子の複屈折性の影響により、透過波面の波面形状情報が正しく担持されないことがある。
【０００６】
このように波面形状情報が正しく担持されない領域（以下「不適正領域」と称することがある）が干渉縞に生じていると、従来の測定方法では透過波面測定を適正に行うことができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、直線偏光を測定光とする透過波面測定において、被検光学素子の複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった領域を有する干渉縞が撮像される場合でも、透過波面測定を適正に行うことが可能な複屈折性光学素子の透過波面測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法は、複屈折性を有する被検光学素子に直線偏光の測定光を照射し、該被検光学素子を透過した透過波面を参照波面と干渉させることにより得られる干渉縞の画像データに基づき前記透過波面の収差を測定する方法であって、
前記測定光の偏光面の方向と前記被検光学素子との相対的な位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞において、前記被検光学素子の複屈折性の影響により前記透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する不適正領域特定ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、前記不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、前記透過波面全域の波面形状情報を求める波面形状取得ステップと、
前記透過波面全域の波面形状情報に基づき前記透過波面の収差を測定する波面収差測定ステップと、をこの順に行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明において、前記被検光学素子は、射出成形されたプラスチックレンズとすることができる。
【００１０】
上記「測定光の偏光面」とは、測定光の磁気ベクトルの振動面（測定光の進行方向と磁界の振動方向とを含む面）を意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法によれば、上述の構成を備えたことにより、以下のような作用効果を奏する。
【００１２】
すなわち、本発明では、測定光の偏光面の方向と被検光学素子との相対的位置関係が変わることにより、撮像された干渉縞に形成される不適正領域の位置が変化することに着目し、上記相対的位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に干渉縞を撮像する。そして、複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、透過波面全域の波面形状情報を求め、これに基づき透過波面収差を測定するようにしている。
【００１３】
したがって、個々の干渉縞において不適正領域が形成される場合でも、透過波面全域の適正な波面形状情報を得ることができるので、透過波面の収差を全域に亘り適正に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法（以下、単に「透過波面測定方法」と称することがある）に用いる光波干渉測定装置の概略構成図であり、図２は被検レンズ（本実施形態における複屈折性光学素子）の形状を示す概略図（（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図）である。
【００１５】
図１に示す光波干渉測定装置は、フィゾー型の干渉計を構成するものであり、干渉計本体部２０と被検体ポジショニング部３０とを備えてなる。干渉計本体部２０は、可干渉距離の長い直線偏光を測定光として出力するものであり、レーザ光源等の光源２１、ビーム径拡大用レンズ２２、ビームスプリッタ２３、コリメータレンズ２４、結像レンズ２５、および光検出面を有する撮像手段２６を備えている。また、この干渉計本体部２０は、撮像手段２６により撮像された干渉縞の画像処理、各種演算処理および各種調整部の駆動制御を行う、コンピュータ等からなる解析装置２７と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置２８と、解析装置２７に対する各種入力を行うための入力装置２９とを備えている。なお、図１に示す基準板４は、通常、干渉計本体部２０に含まれるが、本明細書では説明の便宜上、被検体ポジショニング部３０に含めて説明する。
【００１６】
一方、被検体ポジショニング部３０は、干渉計本体部２０からの測定光の進行方向（図１では上方向）に向かって、基準板４、被検レンズ１、およびヌルミラー６を、この順に支持し、かつアライメント調整するように構成されたものである。
【００１７】
すなわち、基準板４は、手動２軸チルトステージ１１によって支持され、かつＸ軸（図１の左右方向に延びる軸）およびＹ軸（図１の紙面に対し垂直に延びる軸）を中心とした回転角度（傾き）を、予備調整段階において調整されるようになっている。また、被検レンズ１は、レンズ搭載治具５を介してθステージ１３および電動２軸チルトステージ１４によって支持され、かつ測定光軸Ｌ（図中一点鎖線で示す）を中心とした回転角度、およびＸ軸およびＹ軸を中心とした回転角度（傾き）を、各被検レンズ１の測定時において自動調整されるようになっている。また、ヌルミラー６は、手動２軸チルトステージ１２により支持され、さらに電動Ｘ軸ステージ１５、電動Ｙ軸ステージ１６および電動Ｚ軸ステージ１７により順次支持されている。また、電動２軸チルトステージ１４には、レーザマーカ１８が設置されている。なお、図示されていないが基準板４には、フリンジスキャン計測を実施する際に基準板４を光軸方向に微動させるためのフリンジスキャンアダプタが設けられている。
【００１８】
本実施形態において被検レンズ１は、入力された平面波を所定の非球面波に変換して出力するように設計された光センサ等用のレンズとして射出成形されたプラスチックレンズであり、図２に示すように、レンズ部２および張出部３からなる。レンズ部２は、その第１レンズ面２ａおよび第２レンズ面２ｂが共に非球面とされており、張出部３は鍔状に形成され、その上面３ａおよび下面３ｂが共にレンズ部２の光軸に対し垂直となるように設計されている。
【００１９】
なお、被検レンズ１の形状およびその用途は上記実施形態のものに限られるものではなく、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ（ＡＯＤを含む）、ＢＤ（ブルーレイディスク）等の光記録媒体を記録／再生する装置の光ピックアップレンズとすることや、回折光学面を付設することも可能である。また、本実施形態では、被検レンズ１として、入射された平面波を非球面波に変換して出力するものを想定しているが、被検レンズ１から球面波が出力される場合には、ヌルミラー６の替わりに、球面形状の反射面を有する基準球面反射鏡がヌル光学素子として配置される。
【００２０】
上記レンズ搭載治具５は、図１に示すように、被検レンズ１のレンズ部２に対する透過波面測定を行うための中央窓５ａと、中央窓５ａの外側に位置する張出部用窓５ｂ、さらに、張出部用窓５ｂの外側に位置するヌルミラー反射平面部用窓５ｃとを備えてなり、被検レンズ１の張出部３を図中下側より支持するようになっている。
【００２１】
また、上記ヌルミラー６は、反射型のヌル光学素子を構成するものであり、被検レンズ１のレンズ部２を透過した後、一旦収束して発散する非球面波面を再帰反射させる反射非球面部６ａと、該反射非球面部６ａの中心軸（ヌルミラー６の光軸）に対し垂直に配された反射平面部６ｂとを備えてなり、手動２軸チルトステージ１２によって、当該ヌルミラー６のＸ軸およびＹ軸を中心とした傾きを、予備調整段階において調整されるとともに、電動Ｘ軸ステージ１５、電動Ｙ軸ステージ１６および電動Ｚ軸ステージ１７により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（図１の上下向に延びる軸）の各方向に平行に移動調整が可能とされ、これにより被検レンズ１の透過波面測定時において自動的にアライメント調整されるようになっている。
【００２２】
さらに、図示されていないが、この光波干渉測定装置は、被検レンズ１のロード／アンロード操作を自動的に行うためのサンプルステージ移動機構を備えている。このサンプルステージ移動機構は、前掲の特許文献１および特開２００８−４６０５１号公報（以下「特許文献３」と称する）に記載されたものと同様のものであり、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係る透過波面測定方法の実施手順について説明する。本実施形態の透過波面測定方法は、上述の光波干渉測定装置を用いて被検レンズ１の透過波面測定を行う際に適用されるものである。
【００２４】
なお、透過波面測定を実施する際には、基準板４、ヌルミラー６および被検レンズ１のアライメント調整が行われる。これらのアライメント調整については、例えば、上記特許文献３に開示されている手法を適用することが可能であるが、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２５】
〈１〉まず、測定光の偏光面の方向と被検レンズ１との相対的な位置関係が互いに異なるような複数（本実施形態では２つ）の撮像配置位置を設定する。具体的には、ヌルミラー６に対する被検レンズ１の測定光軸Ｌ回りの回転角度が、互いに所定角度（本実施形態では４５度）だけ異なる２つの位置を、２つの撮像配置位置として設定する。なお、本実施形態では、測定光の偏光面の方向は空間に対し固定したまま、θステージ１３を用いて被検レンズ１を測定光軸Ｌ回りに回転させることにより、被検レンズ１を２つの撮像配置位置（以下、２つの撮像配置位置のうちの一方を第１の撮像配置位置、他方を第２の撮像配置位置と称することがある）に配置するようにしている。これにより、第１の撮像配置位置と第２の撮像配置位置とでは、測定光の偏光面の方向に対する被検レンズ１の測定光軸Ｌ回りの回転角度が、測定光軸Ｌ回りに互いに４５度だけ変化することになる。
【００２６】
〈２〉次に、設定された２つの撮像配置位置毎に、被検レンズ１のレンズ部２の透過波面情報を担持した干渉縞（以下「レンズ部の干渉縞」と称する）を、以下の手順で撮像する（干渉縞撮像ステップ）。
【００２７】
（ａ）被検レンズ１を上記第１の撮像配置位置に設置し、基準板４およびレンズ搭載治具５のヌルミラー中央窓５ａを介して被検レンズ１のレンズ部２に対し測定光を照射し、このとき、被検レンズ１のレンズ部２を透過してヌルミラー６により再帰反射され、再びレンズ部２を透過した光と参照光（基準板４の基準面４ａからの反射光）との干渉により形成されるレンズ部の干渉縞（以下、「第１の干渉縞」と称する）を撮像する。
【００２８】
（ｂ）被検レンズ１を上記第２の撮像配置位置に設置し、この第２の撮像配置位置において上記第１の干渉縞と同様に形成されるレンズ部の干渉縞（以下、「第２の干渉縞」と称する）を撮像する。なお、レンズ部の干渉縞（第１および第２の干渉縞）を撮像する際には、レンズ部２以外の他の領域に係る画像を遮蔽するために適宜マスキング処理を行う（上記特許文献３参照）。
【００２９】
〈３〉続いて、上記２つの撮像配置位置毎に撮像された第１および第２の干渉縞において、被検レンズ１が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する（不適正領域特定ステップ）。
【００３０】
図３は第１の撮像配置位置において撮像された第１の干渉縞の一例を示す図であり、図４は図３に示す第１の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図である。また、図５は図３に示す第１の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図である。
【００３１】
一方、図６は第２の撮像配置位置において撮像された第２の干渉縞の一例を示す図であり、図７は図６に示す第２の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図である。また、図８は図６に示す第２の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図である。
【００３２】
図４および図７に示す座標軸Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は、第１の干渉縞により得られた透過波面と第２の干渉縞により得られた透過波面との相対的な位置関係が分かるように設定された共通のものである。また、図５および図８に示す座標軸Ｘ２，Ｙ２は、第１の干渉縞により得られた透過波面と第２の干渉縞により得られた透過波面との相対的な位置関係が分かるように設定された共通のものであり、座標軸Ｘ１，Ｙ１と座標軸Ｘ２，Ｙ２とでは、原点の設定位置が異なるが、各々の方向は互いに一致する（平行となる）ように設定されている。なお、図５および図８には、座標軸Ｘ１，Ｙ１とは別の斜めに延びる直線が図示されているが、これは透過波面の断面形状を求める際の断面位置を決定するためのものであり、本実施形態の説明においては特に関係のないものである。また、図５および図８には、各々の等高線における最高地点Ｐと最低地点Ｖの位置をそれぞれ示している。
【００３３】
また、図４および図７において、測定光の偏光面の方向は、図中の座標軸Ｘ１と平行な方向となっている。さらに、図４および図７には、被検レンズ１を射出成形する際のゲート位置Ｇが図示されている。図４に示すゲート位置Ｇは、測定光の偏光面の方向に対して（測定光軸Ｌ回りに）４５度だけ回転した位置となっており、図７に示すゲート位置Ｇは、測定光の偏光面の方向に対して（測定光軸Ｌ回りに）９０度だけ回転した位置となっている。
【００３４】
図３〜図５においては、不適正領域Ａ１，Ａ２が、被検レンズ１が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった（情報が欠落した）主要な領域として特定されている。
【００３５】
一方、図６〜図８においては、不適正領域Ｂ１，Ｂ２が、被検レンズ１が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった（情報が欠落した）主要な領域として特定されている。
【００３６】
〈４〉次に、第１の干渉縞において上記不適正領域Ａ１，Ａ２を除く他の領域に対応した波面形状情報と、第２の干渉縞において上記不適正領域Ｂ１，Ｂ２を除く他の領域に対応した波面形状情報とを、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、レンズ部２の透過波面全域の波面形状情報を求める（波面形状取得ステップ）。
【００３７】
なお、開口合成法としては、例えば、特開２００２−１６２２１４号公報、特開平８−２１９７３７号公報、特開平１０−３３２３５０号公報等に開示された従来公知の手法を用いることができる。
【００３８】
〈５〉そして、求められたレンズ部２の透過波面全域の波面形状情報に基づいて、透過波面の収差解析を行い、得られた波面収差をツェルニケ多項式により展開することにより、透過波面のコマ収差等の収差を求める（波面収差測定ステップ）。
【００３９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。
【００４０】
例えば、上記実施形態では、測定光の偏光面の方向と被検レンズ１との相対的な位置関係を変えるために、測定光の偏光面の方向は空間に対し固定したまま、被検レンズ１を測定光軸Ｌ回りに回転させるようにしているが、被検レンズ１を空間に対し固定したまま、測定光の偏光面の方向を測定光軸Ｌ回りに回転させるようにすることや、測定光の偏光面の方向および被検レンズ１の双方を測定光軸Ｌ回りに回転させるようにすることも可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、複屈折性光学素子として、射出成形されたプラスチックレンズを例にとって説明しているが、本発明は、種々の光学素子、例えば、光の特性を変えるために光路上に配されるフィルタ板や、光路長を補償するために光路上に配される補正板等であって、複屈折性を有するものの透過波面測定に対しても適用することが可能である。なお、このような平板状の複屈折性光学素子の透過波面測定を行う場合、上述のヌルミラー６の替わりに、平行光を再帰反射させる平板状の反射基準面を有する反射型の基準板が配置される。
【００４２】
また、上記実施形態では、被検レンズ１に照射される測定光の偏光面の方向が、測定光軸Ｌ回りに互いに４５度だけ異なるような２つの位置を、複数の撮像配置位置として設定しているが、測定光の偏光面の方向が測定光軸Ｌ回りに互いに４５度以外の他の角度だけ異なるような２つの位置を、複数の撮像配置位置として設定してもよく、また、撮像配置位置を３つ以上設定することも可能である。
【００４３】
また、本発明は、特開２００８−８９３５６号公報において開示されているような透過型のヌル光学素子（ヌルレンズ）を用いた透過波面測定に対しても適用することが可能である。
【００４４】
また、上記実施形態においては光波干渉測定装置がフィゾー型の干渉計とされているが、本発明は、マイケルソン型等の他のタイプの干渉計を用いた透過波面測定に対しても適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】一実施形態に係る収差測定誤差補正方法に用いる光波干渉測定装置の概略図
【図２】被検レンズの形状を示す概略図（（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図）
【図３】第１の撮像配置位置において撮像された第１の干渉縞の一例を示す図
【図４】第１の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図
【図５】第１の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図
【図６】第２の撮像配置位置において撮像された第２の干渉縞の一例を示す図
【図７】第２の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図
【図８】第２の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図
【符号の説明】
【００４６】
１      被検レンズ（複屈折性光学素子）
２      レンズ部
２ａ    （被検レンズの）第１レンズ面
２ｂ    （被検レンズの）第２レンズ面
３      張出部
３ａ    （張出部の）上面
３ｂ    （張出部の）下面
４      基準板
４ａ    基準面
５      レンズ搭載治具
５ａ    中央窓
５ｂ    張出部用窓
５ｃ    反射平面部用窓
６      ヌルミラー（反射型のヌル光学素子）
１１    手動２軸チルトステージ（基準板調整用）
１２    手動２軸チルトステージ（ヌルミラー調整用）
１３    θステージ
１４    電動２軸チルトステージ
１５    電動Ｘ軸ステージ
１６    電動Ｙ軸ステージ
１７    電動Ｚ軸ステージ
１８    レーザマーカ
２０    干渉計本体部
２１    光源
２２    ビーム径拡大用レンズ
２３    ビームスプリッタ
２４    コリメータレンズ
２５    結像レンズ
２６    撮像手段
２７    解析装置
２８    モニタ装置
２９    入力装置
Ｌ      測定光軸
Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２      不適正領域
Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１、Ｘ２，Ｙ２      座標軸
Ｇ      ゲート位置
Ｐ      最高地点
Ｖ      最低地点
【図１】
2010091513.tif 000003
【図２】
2010091513.tif 000004
【図３】
2010091513.tif 000005
【図４】
2010091513.tif 000006
【図５】
2010091513.tif 000007
【図６】
2010091513.tif 000008
【図７】
2010091513.tif 000009
【図８】
2010091513.tif 000010