(57)【要約】【課題】被検レンズの透過波面測定において、ヌル光学素子の傾き誤差に起因して発生するコマ収差の測定誤差を補正し得る収差測定誤差補正方法を得る。【解決手段】ヌル光学素子の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係を、コンピュータシミュレーションにより求めるとともに、ヌル光学素子の傾き誤差の実際の発生量を測定する。求められた上記対応関係とヌル光学素子の傾き誤差の実際の発生量とに基づき、該実際の発生量に起因して発生すると予測されるコマ収差の発生予測量を求め、該発生予測量に基づき測定誤差を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヌル光学素子を備えた干渉計を用いて、測定位置に配置された被検レンズに測定光を照射し、該被検レンズを透過した波面を前記ヌル光学素子を介して折り返し、再び該被検レンズを透過した透過波面を参照波面と干渉せしめて得られる干渉縞画像に基づき、該透過波面のコマ収差を測定する透過波面測定において、前記ヌル光学素子の基準姿勢に対する該ヌル光学素子の傾き誤差に起因して発生する測定誤差を補正する収差測定誤差補正方法であって、
前記傾き誤差の発生量と前記コマ収差の発生量との対応関係を、コンピュータシミュレーションによる模擬透過波面測定または前記干渉計による模擬透過波面測定により求める対応関係特定ステップと、
前記傾き誤差の実際の発生量を測定する傾き誤差実測ステップと、
前記対応関係と前記傾き誤差の実際の発生量とに基づき、該傾き誤差の実際の発生量に起因して発生すると予測される前記コマ収差の発生予測量を求める収差発生予測量算定ステップと、
前記コマ収差の発生予測量に基づき、前記測定誤差を補正する誤差補正ステップと、をこの順に行うことを特徴とする収差測定誤差補正方法。
【請求項２】
前記ヌル光学素子は、該ヌル光学素子の光軸に対し垂直に設置された反射平面部を有するものであり、
前記干渉計の測定光軸に対する前記反射平面部の傾きを測定し、該測定結果に基づき、前記傾き誤差の実際の発生量を求める、ことを特徴とする請求項１記載の収差測定誤差補正方法。
【請求項３】
前記ヌル光学素子の基準姿勢は、前記ヌル光学素子の光軸が前記干渉計の測定光軸と平行になる姿勢である、ことを特徴とする請求項１または２記載の収差測定誤差補正方法。
【請求項４】
前記ヌル光学素子の基準姿勢は、前記ヌル光学素子の光軸が前記干渉計の測定光軸に対して所定の角度傾いた姿勢である、ことを特徴とする請求項１または２記載の収差測定誤差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、光学センサ、光ピックアップ等の各種光学機器に搭載される被検レンズに対し、ヌル光学素子を備えた干渉計を用いて行われる透過波面測定において、ヌル光学素子の傾き誤差により発生する測定誤差を補正する収差測定誤差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉計を用いた透過波面測定により、被検レンズが有するコマ収差等を測定する手法が、被検レンズの性能検査のために広く用いられている。
このような透過波面測定においては、干渉計の測定光軸に対し被検レンズを高精度に設置する必要があり、そのための手法も提案されている（下記特許文献１，２参照）。
【０００３】
下記特許文献１に記載の手法は、本願出願人により提案されたものであり、被検レンズの表面からの測定光束の反射光の強度分布に基づく光マークを観察することにより、被検レンズの光軸と基準球面反射鏡（本明細書では、このような基準球面反射鏡もヌル光学素子の１つとして扱う）の光軸とのずれを自動調整するようにしている。
【０００４】
下記特許文献２に記載の手法は、透過波面測定により得られた被検レンズの透過波面収差をツェルニケ（ゼルニケ）多項式により展開して求めたザイデルの収差量に基づき、被検レンズの設置アライメントを自動調整するようにしている。
【０００５】
【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】
【０００６】
近年、開口数（ＮＡ）の大きい非球面レンズの需要が高まっている。このような高ＮＡの非球面レンズにおいては、かつては問題とされなかった微小な収差が問題視されるようになっている。
【０００７】
また、高ＮＡの非球面レンズの収差測定をする場合には、ヌル光学素子の傾き誤差に起因して発生する測定誤差が測定結果に多大な悪影響を及ぼすため、ヌル光学素子のアライメント調整を極めて高精度に行うことが要望されている。
【０００８】
しかしながら、アライメント調整の精度を高めようとすればするほど、それに伴い調整に要する時間が嵩み測定時間の長大化を招くことになる。また、調整ステージ等の調整機構側の機械的な精度の問題もあって、アライメント調整を要望どおりに行うことは、測定精度の要求レベルが高まるに従って今後さらに困難となることが予想される。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、干渉計を用いた被検レンズの透過波面測定において、ヌル光学素子の傾き誤差に起因して発生する測定誤差を補正することが可能な収差測定誤差補正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】
【００１０】
本発明に係る収差測定誤差補正方法は、ヌル光学素子を備えた干渉計を用いて、測定位置に配置された被検レンズに測定光を照射し、該被検レンズを透過した波面を前記ヌル光学素子を介して折り返し、再び該被検レンズを透過した透過波面を参照波面と干渉せしめて得られる干渉縞画像に基づき、該透過波面のコマ収差を測定する透過波面測定において、前記ヌル光学素子の基準姿勢に対する該ヌル光学素子の傾き誤差に起因して発生する測定誤差を補正するものであって、
前記傾き誤差の発生量と前記コマ収差の発生量との対応関係を、コンピュータシミュレーションによる模擬透過波面測定または前記干渉計による模擬透過波面測定により求める対応関係特定ステップと、
前記傾き誤差の実際の発生量を測定する傾き誤差実測ステップと、
前記対応関係と前記傾き誤差の実際の発生量とに基づき、該傾き誤差の実際の発生量に起因して発生すると予測される前記コマ収差の発生予測量を求める収差発生予測量算定ステップと、
前記コマ収差の発生予測量に基づき、前記測定誤差を補正する誤差補正ステップと、をこの順に行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る収差測定誤差補正方法において、前記ヌル光学素子は、該ヌル光学素子の光軸に対し垂直に設置された反射平面部を有するものであり、
前記干渉計の測定光軸に対する前記反射平面部の傾きを測定し、該測定結果に基づき、前記傾き誤差の実際の発生量を求める、とすることができる。
【００１２】
また、前記ヌル光学素子の基準姿勢は、前記ヌル光学素子の光軸が前記干渉計の測定光軸と平行になる姿勢、または前記ヌル光学素子の光軸が前記干渉計の測定光軸に対して所定の角度傾いた姿勢、とすることができる。
【００１３】
本発明において、ヌル光学素子とは、被検レンズからの透過波面を再帰反射させ得る形状の反射面を有するヌルミラー（反射面が非球面形状）および基準球面反射鏡（反射面が球面形状）等の反射型光学素子や、被検レンズからの透過波面を球面波等の所定の波面に変換するためのヌルレンズ等の透過型光学素子を意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る収差測定誤差補正方法によれば、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。
【００１５】
すなわち、ヌル光学素子の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係を、コンピュータシミュレーションによる模擬透過波面測定または干渉計による模擬透過波面測定によりにより予め求めておくことにより、ヌル光学素子の傾き誤差の実際の発生量（測定により求められる）からコマ収差の発生予測量を算定することができ、このコマ収差の発生予測量に基づきコマ収差の測定誤差を補正することが可能となる。
【００１６】
したがって、被検レンズの透過波面測定を行う際にヌル光学素子の傾き誤差が生じていても、そのまま測定を実施することができるので、ヌル光学素子のアライメント調整に要する時間の短縮化が可能となり、透過波面測定を効率的に実施することが可能となる。また、ヌル光学素子の傾き誤差により生じるコマ収差の測定誤差は測定後に補正することができるので、高精度な測定結果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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構成図であり、図２は図１に示す解析装置の概略構成を示すブロック図である。また、図３は被検レンズの形状を示す概略図（（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図）である。
【００１８】
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、レーザ光源等の可干渉距離の長い光源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により撮像された画像についての画像処理、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。
【００１９】
一方、被検体ポジショニング部３０は、干渉計本体部２０からの測定用光束の進行方向（図１では上方向）に向かって、透過型の基準板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。
【００２０】
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。
【００２１】
本実施形態において被検レンズ１は、光センサ等のレンズとして搭載され、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ものであり、図４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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のレンズ部を透過した後、一旦収束して発散する光束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の基準姿勢（本実施形態では、ヌルミラー６の光軸が測定光軸Ｌと平行となる姿勢）となるように、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。
【００２５】
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および特願２００６−２２３６６８号明細書（特開２００８−４６０５１号公報参照。以下「先願明細書１」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。
【００２６】
また、図２に示すように上記解析制御装置２７は、該解析制御装置２７内に搭載されるＣＰＵやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される傾き誤差算定部３１、収差誤差発生予測量算定部３２、収差解析部３３、対応関係記憶部３４および収差測定誤差補正部３５を備えてなる。
【００２７】
上記傾き誤差算定部３１は、ヌルミラー６の反射平面部６ｂの干渉縞画像（詳しくは後述する）に基づき、干渉計本体部２０の測定光軸Ｌ（図１参照）に対するヌルミラー６の傾きを測定し、該測定結果に基づき、上述のヌルミラー６の基準姿勢に対する該ヌルミラー６の傾き誤差の実際の発生量を求めるものである。
【００２８】
上記収差解析部３３は、被検レンズ１のレンズ部２に対する透過波面測定により得られた干渉縞画像（詳しくは後述する）に基づき、被検レンズ１を透過した波面のコマ収差の測定値（ヌルミラー６の傾き誤差に起因する測定誤差を含む）を求めるものである。
【００２９】
上記対応関係記憶部３４は、コンピュータシミュレーションによる仮想的な模擬透過波面測定によりにより求められた、ヌルミラー６の傾き誤差（ヌルミラー６の基準姿勢に対する該ヌルミラー６の傾き誤差）の発生量とコマ収差の発生量との間に成立する対応関係を記憶するものである。
【００３０】
上記収差誤差発生予測量算定部３２は、傾き誤差算定部３１により求められた、ヌルミラー６の基準姿勢に対する該ヌルミラー６の傾き誤差の実際の発生量と、対応関係記憶部３４に記憶された、ヌルミラー６の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係とに基づき、ヌルミラー６の傾き誤差に起因するコマ収差の発生予測量を算定するものである。
【００３１】
以下、本発明の一実施形態に係る収差測定誤差補正方法の実施手順について説明する。本実施形態の収差測定誤差補正方法は、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。
【００３２】
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、上記先願明細書１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。
【００３３】
本実施形態の収差測定誤差補正方法は、このようなアライメント調整によって調整し切れなかったヌルミラー６の傾き誤差（ヌルミラー６の基準姿勢に対する該ヌルミラー６の傾き誤差）に起因して発生する被検レンズ１の透過波面のコマ収差に係る測定誤差を補正するものであり、以下の手順で行われる。
【００３４】
〈１〉まず、コンピュータシミュレーションにより、上記対応関係（ヌルミラー６の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係）を求める（対応関係特定ステップ）。
【００３５】
図４に上記対応関係の一例を示す。図４はヌルミラー６の傾き誤差の発生量（ヌルミラー傾き）とコマ収差の発生量との対応関係の一例を示す図である。なお、図４における横軸は、ヌルミラー６の最大傾斜方向の傾き角度の大きさ（単位「秒」）を示しており、縦軸は、透過波面収差を、１０次のツェルニケ多項式により展開したときの係数Ａ６の値（単位「ｗａｖｅ」）を示している。また、図４に示す対応関係は線形であり、縦軸の値をｙ、横軸の値をｘとすると、数式ｙ＝−0.001ｘ＋0.0582として表すことができる。
【００３６】
コンピュータシミュレーションにより求められた上述の対応関係は、上記対応関係記憶部３４に記憶される。なお、コンピュータシミュレーションは、上記解析装置２７において実行するように構成することも可能であるが、別のコンピュータシミュレーションシステムを用いて行うようにしてもよい。また、設計の異なる複数種類のレンズを測定対象とする場合には、種類毎にコンピュータシミュレーションが行われ、それぞれの対応関係が対応関係記憶部３４に記憶される。
【００３７】
〈２〉続いて、図１に示す光波干渉測定装置を用いて、ヌルミラー６の基準姿勢に対する該ヌルミラー６の傾き誤差の実際の発生量（以下「ヌルミラー６の傾き誤差値」と称する）を、以下の手順で測定する（傾き誤差実測ステップ）。
【００３８】
（ａ）基準板４およびレンズ搭載治具５のヌルミラー反射平面部用窓５ｃを介してヌルミラー６の反射平面部６ｂに対し測定用光束を照射して、前述の、ヌルミラー６の反射平面部６ｂの干渉縞画像、すなわち、基準板４を透過してヌルミラー６の反射平面部６ｂに照射された光束の戻り光と、基準板４の基準面４ａからの戻り光との干渉により得られる干渉縞画像（以下「反射平面部の干渉縞画像」と称する）を撮像する。
【００３９】
（ｂ）得られた反射平面部の干渉縞画像に基づき、測定光軸Ｌに対する反射平面部６ｂの傾き角度を算定する。本実施形態では、ヌルミラー６の基準姿勢を、該ヌルミラー６の光軸と測定光軸Ｌとが互いに平行となる姿勢としているので、算定された、測定光軸Ｌに対する反射平面部６ｂの傾き角度が、そのまま上述のヌルミラー６の傾き誤差値となる。なお、ここでの処理は、図２に示す傾き誤差算定部３１において実行される。
【００４０】
〈３〉次いで、被検レンズ１のレンズ部２の透過波面測定を、以下の手順で行う。
【００４１】
（ａ´）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に対し測定用光束を照射して、前述の、被検レンズ１のレンズ部２に対する透過波面測定により得られる干渉縞画像、すなわち、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との干渉により形成される、レンズ部２の透過波面情報を担持してなる干渉縞画像（以下「レンズ部の干渉縞画像」と称する）を得る。なお、レンズ部の干渉縞画像を得る際には、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（上記先願明細書１参照）。
【００４２】
（ｂ´）得られたレンズ部の干渉縞画像に基づき、被検レンズ１の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、被検レンズ１の透過波面のコマ収差値を求める。なお、ここでの処理は、図２に示す収差解析部３３において実行される。
【００４３】
〈４〉次に、対応関係記憶部３４に記憶された上述の対応関係と、求められた上述のヌルミラー６の傾き誤差値とに基づき、この傾き誤差値に起因して発生すると予測される、被検レンズ１の透過波面のコマ収差の発生予測量（以下「コマ収差の誤差発生予測量」と称する）を求める（収差発生予測量算定ステップ）。なお、ここでの処理は、図２に示す収差誤差発生予測量算定部３２において実行される。
【００４４】
〈５〉次いで、上記コマ収差の誤差発生予測量に基づき、収差解析部３３で求められた被検レンズ１の透過波面のコマ収差値の測定誤差を補正する（誤差補正ステップ）。具体的には、収差解析部３３で求められたコマ収差の測定値から上記コマ収差の誤差発生予測量を減算することにより補正後のコマ収差の測定値を求める。なお、ここでの処理は、図２に示す収差測定誤差補正部３５において実行される。
【００４５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に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。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、ヌルミラー６の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係を求めるために、コンピュータシミュレーションにより模擬透過波面測定を仮想的に行っているが、図１に示す光波干渉測定装置を用いて模擬透過波面測定を実際に行い、この対応関係を求めることも可能である。この場合、測定光軸Ｌに対するヌルミラー６の傾き角度を複数回変える毎に、ヌルミラー６の傾き角度の測定と被検レンズ１の模擬透過波面測定を行い、ヌルミラー６の傾き誤差の発生量とコマ収差の発生量との対応関係を求める。
【００４７】
また、上記実施形態では、ヌルミラー６の基準姿勢を、該ヌルミラー６の光軸と測定光軸Ｌとが互いに平行となる姿勢としているが、ヌルミラー６の光軸が測定光軸Ｌに対して所定の角度傾いた姿勢（ヌルミラー６の光軸が測定光軸Ｌと平行とならない姿勢）を、ヌルミラー６の基準姿勢とすることも可能である。
【００４８】
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。
【００４９】
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】
【００５０】
【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】図１に示す解析装置の概略構成を示すブロック図
【図３】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４】ヌルミラーの傾きとコマ収差の発生量との対応関係の一例を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１      被検レンズ
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    （基準板の）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
３０    被検体ポジショニング部
３１    傾き誤差算定部
３２    収差誤差発生予測量算定部
３３    収差解析部
３４    対応関係記憶部
３５    収差測定誤差補正部
Ｌ      測定光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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