(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィゾー干渉計に用いられ、光源からの入射光束を、干渉の基準波面を形成する参照光束と、被検面に向けて集光される測定光束とに分割するフィゾー面を最外のレンズ面として備えるフィゾーレンズであって、
前記入射光束が入射する物体側から順に、
凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズと、
正の屈折力を有し、最も像側に前記フィゾー面が配置された正レンズ群と、
が配置されて構成された
ことを特徴とするフィゾーレンズ。
【請求項２】
前記正レンズ群のうち前記負メニスカスレンズに対向するレンズは、物体側のレンズ面が凸面である
ことを特徴とする請求項１に記載のフィゾーレンズ。
【請求項３】
Ｆナンバーが、１．５より小さい
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィゾーレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィゾーレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィゾー干渉計に用いられるフィゾーレンズとしては、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズ群とからなり、正レンズ群の最も像側の面がフィゾー面とされた構成が知られている。
例えば、特許文献１には、入射光束の入射側から順に、入射側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズ群と、被検球面側に基準球面として機能する凹面を向けた正メニスカスレンズとが配設されて構成される干渉計に用いられる干渉計用基準レンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０９４３０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来のフィゾーレンズには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、第１レンズである負メニスカスレンズの凹面が入射側を向いているため、第１レンズに入射した入射光束が凹面で屈折し凹面から発散されることによって入射光束の光束径が拡径される。このため、少なくとも第２レンズのレンズ径を、第１レンズに必要なレンズ径よりも大きくする必要があり、第１レンズよりもレンズ径が大きいレンズが１以上必要となるため、フィゾーレンズを構成するレンズの最大レンズ径が、入射光束の光束径の大きさの割には大きくなるという問題がある。このため、フィゾーレンズのレンズ重量も大きくなるという問題がある。
また、フィゾーレンズを構成するレンズの最大レンズ径は、フィゾーレンズとしてのレンズ外径寸法を律するため、フィゾーレンズの径寸法が大きくなることを意味する。したがって、フィゾーレンズのレンズホルダの径寸法や重量が大きくなるという問題がある。
また、第１レンズである負メニスカスレンズの凹面が入射側に向いているため、第１レンズのレンズ周辺部が入射側に張り出した構成となりレンズ長が長くなってしまうという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、最大レンズ径を低減し、小型化、軽量化を図ることができるフィゾーレンズ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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、フィゾー干渉計に用いられ、光源からの入射光束を、干渉の基準波面を形成する参照光束と、被検面に向けて集光される測定光束とに分割するフィゾー面を最外のレンズ面として備えるフィゾーレンズであって、前記入射光束が入射する物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズと、正の屈折力を有し、最も像側に前記フィゾー面が配置された正レンズ群と、が配置されて構成されたことを特徴とする。
なお、本明細書では、負メニスカスレンズは、負の屈折力を有するメニスカスレンズを意味する。また、正メニスカスレンズは、正の屈折力を有するメニスカスレンズを意味する。
また、正レンズ群は、全体としての屈折力が正であるレンズ群を意味する。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のフィゾーレンズにおいて、前記正レンズ群のうち前記負メニスカスレンズに対向するレンズは、物体側のレンズ面が凸面であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のフィゾーレンズにおいて、Ｆナンバーが、１．５より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフィゾーレンズによれば、最も入射側に配置された負メニスカスレンズが凸面を入射側に向けて配置されるため、負メニスカスレンズによる光束径の増大を抑制することができ、最大レンズ径を低減し、小型化、軽量化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るフィゾー干渉計の概略構成を示す光軸を含む模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るフィゾーレンズの光軸を含む模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフィゾーレンズの作用について説明する模式的な光路図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係るフィゾーレンズの光軸を含む模式的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るフィゾーレンズの実施例（実施例１）の収差図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例に係るフィゾーレンズの実施例（実施例２）の収差図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るフィゾー干渉計の概略構成を示す光軸を含む模式的な断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るフィゾーレンズの光軸を含む模式的な断面図である。図２において符号Ｉは像面を示す。なお、本実施形態のフィゾーレンズの数値実施例は実施例１として後記する。
【００１２】
以下では、本実施形態のフィゾー干渉計の構成を説明するとともに、本実施形態のフィゾーレンズの構成を説明する。
本実施形態のフィゾー干渉計２０は、図１に示すように、被検体５の被検面５ａの形状を干渉縞によって観察したり、計測したりするフィゾー型の干渉計である。
フィゾー干渉計２０の概略構成は、レーザ光源６（光源）、ビームスプリッタ８、コリメータレンズ９、フィゾーレンズ１０、および撮像部７（撮像部）を備える。これらの各部材は、互いの相対的な位置関係が保たれるように不図示の筐体または支持部材に固定されている。
また、撮像部７、ビームスプリッタ８、コリメータレンズ９、およびフィゾーレンズ１０は、フィゾー干渉計２０の光軸Ｐ０上にこの順に配列されている。
【００１３】
フィゾー干渉計２０において、被検体５は、例えば、移動ステージ付きの保持台（不図示）などによって、後述するフィゾーレンズ１０のフィゾー面４ｂに対向する状態で光軸Ｐ０に対する位置や傾きが調整できるように保持されている。
なお、図１では、一例として、被検面５ａが凸面を有するレンズの場合の例を描いているが、被検面５ａは凹面であっても、フィゾーレンズ１０と被検体５との距離を変更することにより干渉縞による観察や計測を行うことができる。
また、被検体５は、レンズには限定されず、例えば、反射ミラーなどの光学素子であってもよい。
【００１４】
レーザ光源６は、被検体５およびフィゾーレンズ１０に照射する可干渉光束を、フィゾー干渉計２０の光軸Ｐ０に交差する光軸Ｐ１上を進む発散光であるレーザ光Ｑ１として発生する光源であり、ビームスプリッタ８の側方に配置されている。
レーザ光源６の構成は、発散する可干渉光束であるレーザ光を出射できれば特に限定されない。例えば、レーザダイオードを採用することができる。
【００１５】
ビームスプリッタ８は、レーザ光源６から出射されたレーザ光Ｑ１の光軸Ｐ１をビームスプリッタ面８ａにおいてコリメータレンズ９側にレーザ光Ｑ２として反射して、フィゾー干渉計２０の光軸Ｐ０に一致させるとともに、コリメータレンズ９側から光軸Ｐ０に沿って入射する後述の被検面反射光束Ｑ５、フィゾー面反射光束Ｑ６を撮像部７側に透過させる光路分岐素子である。
【００１６】
コリメータレンズ９は、ビームスプリッタ８で反射されたレーザ光Ｑ２を集光して平行光束であるレーザ光Ｑ３を形成する光学素子であり、レンズ光軸がフィゾー干渉計２０の光軸Ｐ０に同軸に配置されている。
【００１７】
フィゾーレンズ１０は、コリメータレンズ９によって平行光束とされたレーザ光Ｑ３（光源からの入射光束）の一部を集光しつつ透過させ、球面波に変換された測定光束Ｑ４として被検体５の被検面５ａに向けて照射するとともに、測定光束Ｑ４のうち被検面５ａで反射された被検面反射光束Ｑ５を集光してコリメータレンズ９側に導く集光レンズである。
フィゾーレンズ１０は、被検面５ａ側の最終レンズ面として、レンズ面から集光位置までの距離に等しい曲率半径を有する高精度な凹球面からなるフィゾー面４ｂを備える。
フィゾー面４ｂの面精度は、本実施形態では、λ＝６３２．８（ｎｍ）として、ＰＶ（peak to valley)がλ／２０以下としている。
【００１８】
また、フィゾーレンズ１０は、平行光束を集光して、フィゾー面４ｂにその法線に沿って垂直入射するレンズ構成とされている（詳細構成は後述する）。
このため、コリメータレンズ９側から入射するレーザ光Ｑ３のうち、透過光を除く他のレーザ光は、フィゾー面４ｂにおいて出射角０度で反射され、フィゾー面４ｂの形状に対応した波面としてコリメータレンズ９側に進むフィゾー面反射光束Ｑ６（参照光束）が形成されるようになっている。
【００１９】
被検面反射光束Ｑ５は、被検面５ａの曲率中心がフィゾーレンズ１０の集光位置に一致するように被検体５の配置位置を調整した状態では、被検面５ａへの入射光路を逆行してフィゾーレンズ１０内に入射する。この場合、被検面反射光束Ｑ５とフィゾー面反射光束Ｑ６とは、フィゾー面４ｂを基準参照面とする被検面５ａの形状誤差に応じて、光路差が発生するため干渉縞を形成することになる。
【００２０】
撮像部７は、被検面反射光束Ｑ５およびフィゾー面反射光束Ｑ６が重畳されることよって形成される干渉縞の画像を撮像するカメラであり、撮像レンズ７ｂおよび撮像素子７ａが不図示のカメラ筐体に収められたものである。
撮像レンズ７ｂは、光軸Ｐ０と同軸かつコリメータレンズ９の焦点位置に焦点位置に合焦可能に配置され、コリメータレンズ９を通して集光されビームスプリッタ８を透過した被検面反射光束Ｑ５およびフィゾー面反射光束Ｑ６を集光して、撮像素子７ａに投影する集光光学系である。
撮像素子７ａは、撮像レンズ７ｂによって投影された光の像を光電変換して、撮像するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子などの撮像素子を採用することができる。また、撮像素子７ａで光電変換された映像信号は、図示しないモニタに送出され、モニタの表示画面に表示できるようになっている。
【００２１】
次に、本実施形態のフィゾーレンズ１０のレンズ構成の詳細について、図２を参照して説明する。
フィゾーレンズ１０は、平行光束であるレーザ光Ｑ３が入射する物体側から像面Ｉが形成される像側に向かって、第１レンズＬ１（負メニスカスレンズ）、第２レンズＬ２（正レンズ）、第３レンズＬ３（正レンズ）、および第４レンズＬ４（正レンズ）がこの順に配置され、不図示のレンズホルダに収容されている。
【００２２】
第１レンズＬ１は、物体側に向けられた第１面１ａが凸球面、像側の第２面１ｂが凹球面からなる負メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００２３】
第２レンズＬ２は、物体側から、凸球面からなる第３面２ａ、平面からなる第４面２ｂを備える凸平レンズの単レンズから構成される。
本実施形態の第２レンズＬ２は、フィゾーレンズ１０のレンズ有効径に等しい光束径を有する入射光束の周辺光線が第３面２ａ上においてフィゾーレンズ１０のレンズ有効径よりもわずかに小径の円周上に入射する空気間隔をあけて、配置されている。また、第４面２ｂの曲率半径は、第３面２ａの曲率半径よりも大きい構成としている。
【００２４】
なお、以下では、フィゾーレンズ１０のレンズ有効径と区別するため、フィゾーレンズ１０を構成するレンズ単体でのレンズ面における有効領域の径は、レンズ径と称する。また、レンズ外径は、レンズ径外に保持部等を設けたレンズ外形の径寸法を指すものとする。
【００２５】
第３レンズＬ３は、物体側に向けられた第５面３ａが凸球面、像側の第６面３ｂが凹球面とされた正メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００２６】
第４レンズＬ４は、物体側に向けられた第７面４ａが凸球面とされ、像側にフィゾー面４ｂが設けられた正メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００２７】
このように、本実施形態では、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４は、いずれも正レンズ（正の屈折力を有するレンズ）からなる。このため、これらのレンズから構成されるレンズ群は、正の屈折力を有し、最も像側に前記フィゾー面が配置された１群の正レンズ群になっている。
【００２８】
第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４（以下、これらを総称する場合、「第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４」と表記する場合がある）の曲率半径、面間隔、硝材の屈折率等は、入射光束が平行光束の場合に、フィゾー面４ｂへの入射光線がフィゾー面４ｂの法線に沿って垂直入射するという条件の下に、必要なＦナンバー（ＦＮｏ）を得るための屈折力や、必要な収差に応じて適宜設定することができる。
本発明は、明るいフィゾーレンズ、すなわち、Ｆｎｏが小さいフィゾーレンズに特に好適である。このため、Ｆｎｏは、１．５よりも小さいフィゾーレンズに好適である。
Ｆｎｏが１．５以上であると、負メニスカスレンズによる収差補正の効果が高くなるためである。
【００２９】
本実施形態のように、正レンズ群を３枚構成とするためには、第１レンズＬ１〜第４レンズＬ４に用いる硝材の屈折率が大きいことが好ましい。例えば、Ｆｎｏが０．６の場合、ｄ線に対する屈折率が１．７５より大きい硝材を用いることが好ましい。
【００３０】
次に、フィゾー干渉計２０の作用について、フィゾーレンズ１０の作用を中心として説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係るフィゾーレンズの作用について説明する模式的な光路図である。図３（ａ）は、本実施形態の場合、図３（ｂ）は、比較例の場合を示す。
【００３１】
フィゾー干渉計２０によって、被検面５ａの観察または計測を行うには、被検面５ａの曲率中心がフィゾーレンズ１０の集光位置に略一致する位置に、被検体５の配置位置を調整する。そして、レーザ光源６を点灯して、レーザ光Ｑ１を出射させる。
レーザ光Ｑ１は、ビームスプリッタ８のビームスプリッタ面８ａによって反射され、レーザ光Ｑ２として光軸Ｐ０上を進み、コリメータレンズ９によって平行光束化されてレーザ光Ｑ３となり、フィゾーレンズ１０に入射する。
レーザ光Ｑ３はフィゾーレンズ１０に入射すると、図２に示す光路をたどって集光され、フィゾー面４ｂにその法線に沿って垂直入射する。フィゾー面４ｂに入射したレーザ光Ｑ３は、その一部が像面Ｉ側に透過し、測定光束Ｑ４として出射され、その他の部分が、フィゾー面４ｂで反射され、フィゾー面反射光束Ｑ６として入射光路を逆行する。
【００３２】
フィゾーレンズ１０は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３および第４レンズＬ４からなる正の屈折力を有する正レンズ群が配置され、全体として正の屈折力を有する集光光学系になっている。このため、正レンズ群は、レーザ光Ｑ３を集光する機能を有し、第１レンズＬ１は、正レンズ群で生じる収差を補正する機能を有している。
【００３３】
以下、レーザ光Ｑ３の光路に沿って、フィゾーレンズ１０の作用の詳細を説明する。
フィゾーレンズ１０の最も物体側には、第１レンズＬ１が配置されているため、レーザ光Ｑ３は、凸面である第１面１ａによって屈折されて、集光されつつ第２面１ｂに到達する。
例えば、図３（ａ）に示すように、フィゾーレンズ１０のレンズ有効半径をｈ０とし、このレンズ有効径の円周を通過する周辺光線をＱｍと表すと、周辺光線Ｑｍは、第１面１ａにおいて光軸Ｐ０からの光線高さがｈ０の点ｑ１に入射し、第１面１ａで屈折される結果、第２面１ｂでは光線高さがｈ０よりも低い点ｑ２の位置に到達する。
第１レンズＬ１は負メニスカスレンズであるため、周辺光線Ｑｍは、第２面１ｂでは、光軸Ｐ０に沿って進むにつれて光線高さが増大する方向に出射されて、第２レンズＬ２側に向かう。
また、第２レンズＬ２は、周辺光線Ｑｍが、フィゾーレンズ１０のレンズ有効半径ｈ０よりもわずかに小さい半径ｈ１の円周上に入射するように、空気間隔をあけて配置されている。本実施形態では、第１レンズＬ１の第２面１ｂが凹面であり、かつこれに対向する第２レンズＬ２の第３面２ａが凸面であるため、凸面同士が対向する場合に比べて、レンズ周辺部において、第２面１ｂと第３面２ａとの間の間隔を縮め易くなっている。
このため、周辺光線Ｑｍは、光線高さがｈ０を超えないうちに、第３面２ａ上の光線高さｈ１の点ｑ３に入射する。すなわち、第２レンズＬ２のレンズ径は、２・ｈ１とすればよい。
【００３４】
第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４は、いずれも正レンズであるため、周辺光線Ｑｍは、各レンズ面で屈折されるごとに、光軸Ｐ０に沿って光線高さが低下する方向、または光線高さの増加が抑制される方向に進む。したがって、第２レンズＬ２〜第４レンズＬ４を透過するレーザ光Ｑ３の光束径は、フィゾーレンズ１０のレンズ有効径よりも小さいか、または大きいとしても第３面２ａに光線高さｈ０を超えて入射される場合に比べるとより小径になる。
【００３５】
ここで、本実施形態の作用について、図３（ｂ）に示す比較例と対照して説明する。
図３（ｂ）に示す第１レンズ２３、第２レンズ２４は、従来技術のフィゾーレンズの物体側のレンズ構成の一例を示している。
第１レンズ２３は、物体側に向けられた第１面２３ａが凹球面、像側の第２面２３ｂが凸球面からなる負メニスカスレンズの単レンズである。
第２レンズ２４は、物体側に凸球面からなる第３面２４ａを有する正レンズである。
【００３６】
この場合、光線高さｈ０の周辺光線Ｑｍは、第１面２３ａにおいて光軸Ｐ０からの光線高さがｈ０の点ｑ１に入射し、第１面２３ａで屈折される結果、第２面２３ｂでは光線高さがｈ０よりも高い点ｑ２’の位置に到達する。
第１レンズ２３は負メニスカスレンズであるため、周辺光線Ｑｍは、第２面２３ｂでは、光軸Ｐ０に沿って進むにつれて光線高さが増大する方向に出射されて、第２レンズ２４側に向かう。
このため、周辺光線Ｑｍは、光線高さを増して、第３面２ａ上の光線高さｈ２（ただし、ｈ２＞ｈ０）の点ｑ３’に入射する。
【００３７】
したがって、第２レンズ２４の第３面２４ａのレンズ径は、第１レンズ２３の第２面２３ｂを透過する光束径よりも大きくする必要がある。このため、第２レンズ２４のレンズ径は、第１レンズ２３に入射する光束径２・ｈ０よりも確実に大きな範囲とする必要がある。この結果、正レンズ群において、少なくとも第２レンズ２４のレンズ径は、第１レンズ２３に必要なレンズ径に比べて大きくする必要があり、フィゾーレンズ１０に比べて、フィゾーレンズを構成するレンズの最大レンズ径が大きくなってしまう。
最大レンズ径が大きくなれば、保持部の領域も含めたレンズ外径も大きくなるため、このような大径化に伴って、レンズの質量や、レンズホルダの質量が増大する。このため、フィゾーレンズ１０に比べて重いフィゾーレンズとなってしまう。
【００３８】
また、第１レンズ２３、第２レンズ２４では、互いに対向する第２面２３ｂ、第３面２４ａは、いずれも凸面であるため、光軸Ｐ０上の空気間隔を０以下にはできない。このため、第１レンズ２３、第２レンズ２４の空気間隔を調整しても、レンズ周辺部における面間の光路長ｑ２’ｑ３’を一定値以下に設定することができず、大径化は容易には抑制できない。
また、互いに対向する第２面２３ｂ、第３面２４ａが、いずれも凸面であるため、第１レンズ２３のレンズ周辺部が物体側に飛び出した配置となり、第１レンズ２３と第２レンズ２４とによる複合レンズ長が、フィゾーレンズ１０に比べて大きくなってしまう。
【００３９】
このような従来技術のフィゾーレンズにおいて、第２レンズ２４の第３面２４ａを凹面として、第１レンズ２３、第２レンズ２４のレンズ周辺部における空気間隔を低減して、複合レンズ長と短縮することも考えられるが、第２レンズ２４の第３面２４ａを凹面にすると、第２レンズ２４の正の屈折力をあまり大きくできず、第３レンズ以降のレンズ径が増大したり、正レンズ群の屈折力が低下する結果レンズ枚数を増大させなくてはならなくなったりするといった問題が生じるおそれがある。この場合、フィゾーレンズのレンズ径が増大したり、フィゾーレンズが重くなったりするおそれがある。
【００４０】
このように、本実施形態のフィゾーレンズ１０によれば、各レンズを透過する光束径をフィゾーレンズ１０のレンズ有効径ｈ０以下にできるか、あるいはレンズ有効径ｈ０より大きいとしても、上記の比較例の構成に比べて各レンズを透過する光束径の大きさを抑制することができるため、フィゾーレンズ１０を構成するレンズの最大レンズ径を抑制することができる。この結果、小径のフィゾーレンズを構成することができる。
また、第２面１ｂ、第３面２ａがそれぞれ凹面、凸面になっているため、第３面２ａを第２面１ｂ側に張り出して配置することができるため、上記比較例のように凸面同士が対向する場合や凹面同士が対向する場合に比べて、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とによる複合レンズ長を短縮することができる。この結果、フィゾーレンズ１０のレンズ長の短縮が容易となる。
【００４１】
次に、フィゾーレンズ１０を透過した後の光路に沿って、フィゾー干渉計２０の作用を説明する。
フィゾーレンズ１０を透過し、フィゾー面４ｂから出射された測定光束Ｑ４は、図１に示すように、被検面５ａの曲率中心の曲率中心に向かって集光されつつ、被検面５ａに入射して、被検面５ａで反射され、被検面反射光束Ｑ５が形成される。
被検面反射光束Ｑ５は、被検面５ａへの入射光路を逆行してフィゾーレンズ１０内に入射する。これにより、被検面反射光束Ｑ５とフィゾー面反射光束Ｑ６とによって干渉縞が形成される。
被検面反射光束Ｑ５とフィゾー面反射光束Ｑ６とは、フィゾーレンズ１０の第１面１ａから出射されると平行光束化され、コリメータレンズ９によって集光されつつビームスプリッタ８に入射し、ビームスプリッタ面８ａを透過して、光軸Ｐ０に沿って進み、ビームスプリッタ８から出射される。
そして、被検面反射光束Ｑ５とフィゾー面反射光束Ｑ６とは、撮像レンズ７ｂによって撮像素子７ａに投影され、これらによって形成される干渉縞が撮像される。この干渉縞の画像信号は、不図示のモニタに表示されるため、観察や計測を行うことができる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施形態のフィゾーレンズ１０によれば、最も入射側（コリメータレンズ９側）に配置された第１レンズＬ１が凸面である第１面１ａを入射側に向けて配置されるため、第１レンズＬ１による光束径の増大を抑制することができるため、フィゾーレンズ１０を構成するレンズの最大レンズ径を低減し、小径化を図ることができる。
また、第１レンズＬ１に対向する第２レンズＬ２の第３面２ａを凸面とすることで、光束径の増大を抑制しつつ、フィゾーレンズ１０のレンズ長を低減することができる。
【００４３】
また、このようなフィゾーレンズ１０を備えるフィゾー干渉計２０によれば、入射可能な光束径に対するフィゾーレンズ１０の径径寸法を低減することができるため、装置を小型化、軽量化することができる。また、フィゾーレンズ１０が軽量化されるため、被検体５の種類に応じて行うフィゾーレンズ１０の交換作業が容易となり、作業効率が向上する。
【００４４】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例に係るフィゾーレンズについて説明する。
図４は、本発明の実施形態の変形例に係るフィゾーレンズの光軸を含む模式的な断面図である。図４において符号Ｉは像面を示す。なお、本変形例の数値実施例は実施例２として後記する。
【００４５】
本変形例のフィゾーレンズ３０は、上記実施形態のフィゾー干渉計２０において、フィゾーレンズ１０に代えて用いることができるものであり、上記実施形態と同様に、物体側から物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、正レンズ群とが、この順に配置された構成を有し、正レンズ群を４枚の正レンズで構成した例になっている。
フィゾーレンズ３０は、図４に示すように、平行光束であるレーザ光Ｑ３が入射する物体側から像面Ｉが形成される像側に向かって、第１レンズＬ１１（負メニスカスレンズ）、第２レンズＬ１２（正レンズ）、第３レンズＬ１３（正レンズ）、第４レンズＬ１４（正レンズ）、および第５レンズ（正レンズ）がこの順に配置され、不図示のレンズホルダに収容されている。
【００４６】
第１レンズＬ１１は、物体側に向けられた第１面１１ａが凸球面、像側の第２面１１ｂが凹球面からなる負メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００４７】
第２レンズＬ１２は、物体側から、いずれも凸球面からなる第３面１２ａ、第４面１２ｂを備える両凸レンズの単レンズから構成される。
本実施形態の第２レンズＬ１２は、フィゾーレンズ３０のレンズ有効径に等しい光束径を有する入射光束の周辺光線が、第３面１２ａにおいてフィゾーレンズ３０のレンズ有効径よりもわずかに小径の円周上に入射するように、空気間隔をあけて配置されている。また、第４面１２ｂの曲率半径は、第３面１２ａの曲率半径よりも大きい構成としている。
【００４８】
第３レンズＬ１３は、物体側に向けられた第５面１３ａが凸球面、像側の第６面１３ｂが凹球面とされた正メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００４９】
第４レンズＬ１４は、物体側に向けられた第７面１４ａが凸球面、像側の第８面１４ｂが凹球面とされた正メニスカスレンズの単レンズから構成される。
【００５０】
第５レンズＬ１５は、物体側に向けられた第９面１５ａが凸球面とされ、像側にフィゾー面１５ｂが設けられた正メニスカスレンズの単レンズから構成される。
フィゾー面１５ｂは、フィゾーレンズ３０の被検面５ａ側の最終レンズ面として、レンズ面から集光位置までの距離に等しい曲率半径を有する高精度な凹球面である。フィゾー面１５ｂの面精度はフィゾー面４ｂと同様である。
【００５１】
このように、本変形例では、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３、第４レンズＬ１４、および第５レンズＬ１５は、いずれも正レンズからなる。このため、これらのレンズから構成されるレンズ群は、正の屈折力を有し、最も像側に前記フィゾー面が配置された１群の正レンズ群になっている。
【００５２】
第１レンズＬ１１〜第５レンズＬ１５の曲率半径、硝材の屈折率は、必要なＦＮｏを得るための屈折力や、必要な収差に応じて適宜設定することができる。
本変形例では、正レンズ群を４枚構成としているため、第１レンズＬ１１〜第５レンズＬ１５に用いる硝材の屈折率は、上記実施形態に比べて低屈折率の硝材を採用することが可能である。例えば、Ｆｎｏが０．７の場合、ｄ線に対する屈折率が１．６２程度の硝材を好適に採用することができる。
【００５３】
本変形例のフィゾーレンズ３０によれば、図４に光路を示すように、上記実施形態と同様に、負メニスカスレンズである第１レンズＬ１１の第２面１１ｂと第２レンズＬ１２の物体側の凸面である第３面１２ａとが対向して配置されているため、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２との空気間隔を適宜設定することで、第３面１２ａに入射する光束径が、第１面１１ａに入射する光束径よりも小さいようにすることができる。
また、第２レンズＬ１２〜第５レンズＬ１５は、いずれも正レンズであるため、これらを透過する光束径は、フィゾーレンズ３０のレンズ有効径ｈ０以下にできるか、あるいはレンズ有効径ｈ０より大きいとしても、上記実施形態で説明した比較例の構成に比べて各レンズを透過する光束径の大きさを抑制することができるため、小径のフィゾーレンズを構成することができる。
また、第２面１１ｂ、第３面１２ａがそれぞれ凹面、凸面になっているため、第３面１２ａを第２面１１ｂ側に張り出して配置することができるため、凸面同士が対向する場合や凹面同士が対向する場合に比べて、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２とによる複合レンズ長を短縮することができる。この結果、フィゾーレンズ３０のレンズ長の短縮が容易となる。
【００５４】
また、上記の説明では、正レンズ群のレンズのうち負メニスカスレンズ（第１レンズ）に対向するレンズ（第２レンズ）は、フィゾーレンズのレンズ有効径に等しい光束径を有する入射光束の周辺光線が、第２レンズにおいて第１レンズに対向するレンズ面においてフィゾーレンズのレンズ有効径よりもわずかに小径の円周上に入射するように、空気間隔をあけて配置されている場合の例で説明した。
ただし、フィゾーレンズの最大レンズ径が、第１レンズのレンズ径よりも大きくても許容できる場合には、第２レンズに入射する周辺光線がフィゾーレンズのレンズ有効径よりも大径の円周上に入射するように空気間隔をあけた構成としてもよい。
この場合でも、第１レンズと第２レンズとの空気間隔を同じにした場合に、第１レンズが物体側の凹面を向けた負メニスカスレンズである場合に比べて、フィゾーレンズの最大レンズ径を低減することができる。また、フィゾーレンズのレンズ長をより短縮することが可能である。
【００５５】
また、上記の実施形態、変形例に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【実施例】
【００５６】
［実施例１］
以下に、上記実施形態のフィゾーレンズ１０に対応する第１数値実施例の光学系の構成パラメータを示す。なお、ｒ１、ｒ２、…は各レンズ面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄ１、ｄ２、…は各レンズ面間の面間隔（単位：ｍｍ）であり、図２の符号とそれぞれ対応している。また、ｎ１、ｎ２、…は各レンズのｄ線での屈折率、ν１、ν２、…は各レンズのアッベ数である。これらの表記は以下の参照図面すべてに共通である。
【００５７】
面番号    曲率半径            面間隔            屈折率            アッベ数
1    r1 =    81.623      d1 = 4.107       n1 = 1.77861     ν1 = 25.68
2    r2 =    56.014      d2 = 8.301       
3    r3 =    98.551      d3 = 9.362       n2 = 1.77861     ν2 = 25.68
4    r4 =    ∞          d4 = 0.9345      
5    r5 =    37.691      d5 =11.392       n3 = 1.77861     ν3 = 25.68
6    r6 =    76.145      d6 = 0.551       
7    r7 =    20.102      d7 =11.930       n4 = 1.77861     ν4 = 25.68
8    r8 =    18.749      d8 =18.749       
I      ∞(像面)
【００５８】
本実施例の焦点距離ｆは、ｆ＝３７．３（ｍｍ）、Ｆｎｏは、Ｆｎｏ＝０．６である。
また、レンズ長は５３．７ｍｍである。ここで、レンズ長とは、第１レンズの最も入射側の位置から最も像側のレンズ（本実施例では第４レンズ）の最も射出側の位置までの距離を意味する。したがって、本実施例の場合のレンズ長は、第１面１ａと光軸Ｐ０との交点からフィゾー面４ｂと測定光束Ｑ４の周辺光線との交点までの光軸Ｐ０に沿う方向の長さとする。
以下に、フィゾーレンズ１０のレンズ有効径を６０ｍｍとし、レーザ光Ｑ３の光束径をレンズ有効径と一致させた場合の各レンズ面における周辺光線の光線高さＨ１、Ｈ２、…を示す。光線高さの単位は、ｍｍである。
【００５９】
面番号    光線高さ
1    H1 =  30.000
2    H2 =  28.908
3    H3 =  29.717
4    H4 =  29.487
5    H5 =  28.308
6    H6 =  26.662
7    H7 =  19.738
8    H8 =  15.151
【００６０】
このように、本実施例によれば、光線高さは、第３面２ａの光線高さＨ３が、第１面１ａの光線高さＨ１よりも低くなっている。また、第２面１ｂから第８面であるフィゾー面４ｂまでの光線高さＨ２〜Ｈ８は、いずれも第１面の光線高さＨ１よりも低くなっている。
【００６１】
図５に、本実施例の球面収差の収差図を示す。図５において横軸の単位は、ｍｍである。
図５から分かるように、本実施例のフィゾーレンズ１０の球面収差は良好に補正されている。
【００６２】
［実施例２］
以下に、上記実施形態の変形例のフィゾーレンズ３０に対応する第２数値実施例の光学系の構成パラメータを示す。符号ｒｉ、ｄｉ（ｉ＝１，…，１０）は、図４の符号とそれぞれ対応している。
【００６３】
面番号    曲率半径            面間隔            屈折率            アッベ数
1    r1 =   161.741      d1 = 5.000       n1 = 1.61655     ν1 = 36.26
2    r2 =   112.978      d2 =10.000       
3    r3 =   355.722      d3 =15.000       n2 = 1.61655     ν2 = 36.26
4    r4 = -1189.176      d4 = 2.000       
5    r5 =    91.505      d5 =14.965       n3 = 1.61655     ν3 = 36.26
6    r6 =   225.636      d6 = 0.471       
7    r7 =    69.152      d7 =15.000       n4 = 1.61655     ν4 = 36.26
8    r8 =   164.051      d8 = 1.883       
9    r9 =    38.408      d9 =14.631       n5 = 1.61655     ν5 = 36.26
10    r10=    41.313      d10=41.313       
I      ∞(像面)
【００６４】
本実施例の焦点距離ｆは、ｆ＝７０．９（ｍｍ）、Ｆｎｏは、Ｆｎｏ＝０．７である。
また、レンズ長は９１．２ｍｍである。ここで、レンズ長とは、上記実施例１と同様に定義した長さとする。したがって、本実施例の場合のレンズ長は、第１面１１ａと光軸Ｐ０との交点からフィゾー面１４ｂと測定光束Ｑ４の周辺光線との交点までの光軸Ｐ０に沿う方向の長さである。
以下に、フィゾーレンズ３０のレンズ有効径を１０６ｍｍとし、レーザ光Ｑ３の光束径をレンズ有効径と一致させた場合の各レンズ面における周辺光線の光線高さＨ１、Ｈ２、…を示す。光線高さの単位は、ｍｍである。
【００６５】
面番号    光線高さ
1    H1 =  53.000
2    H2 =  51.868
3    H3 =  51.996
4    H4 =  52.079
5    H5 =  51.818
6    H6 =  50.627
7    H7 =  47.025
8    H8 =  45.547
9    H9 =  34.587
10    H10=  29.361
【００６６】
このように、本実施例によれば、光線高さは、第３面１２ａの光線高さＨ３が、第１面１１ａの光線高さＨ１よりも低くなっている。また、第２面１ｂから第１０面であるフィゾー面１５ｂまでの光線高さＨ２〜Ｈ１０は、第４面１２ｂで最大値をとり、いずれも第１面の光線高さＨ１よりも低くなっている。
【００６７】
図６に、本実施例の球面収差の収差図を示す。図６において横軸の単位は、ｍｍである。
図６から分かるように、本実施例のフィゾーレンズ３０の球面収差は良好に補正されている。
【００６８】
なお、本実施例は、従来技術に係る特許文献１の第２の実施形態の実施例２−１（以下、従来例と称する）と定量的な比較ができるように、入射光束径、Ｆｎｏ、硝材の屈折率、第２レンズＬ１２から第５レンズＬ１５までの面構成を特許文献１のレンズ１２からレンズ１５までの面構成と合わせ、作動距離を略一致させている。このため、従来例の本実施例に対する相違点は、主として負メニスカスレンズの凸面を像側に向けた点である。
従来例のレンズ内の最大光束径（特許文献１の用語では「レンズ外径」）は特許文献１に記載されたように、１１３ｍｍ（光線高さ５６．５ｍｍ）である。これに対して、本実施例の最大光束径は１０６ｍｍ（光線高さ５３ｍｍ）であるため、１５ｍｍ（１４％）低減されている。
また、従来例のレンズ長は、特許文献１の数値例から上記と同様な定義により計算すると１０６ｍｍである。すなわち、従来例のレンズ長は、面番号１のレンズ面と入射光束の周辺光線との交点から、面番号１０のレンズ面と射出光束の周辺光線との交点までの、光軸に沿う方向の長さとして計算した。
これに対して本実施例のレンズ長は９１ｍｍであるため、本実施例のレンズ長は、１５ｍｍ（１４％）短縮されている。
球面収差は、特許文献１の図９と、本変形例の図６とを比較すると、本実施例の方が大きくなっているものの、０．０１ｍｍよりは小さいため、十分許容できる範囲である。
このように、本実施例によれば、従来例と同じ枚数のレンズ構成を用いても、比較例に比べて、最大レンズ径を低減するとともにレンズ長が短縮できていることが分かる。
【符号の説明】
【００６９】
１ａ、１１ａ  第１面
１ｂ、１１ｂ  第２面（凸面）
２ａ、１２ａ  第３面（凸面）
３ａ、１３ａ  第５面（凸面）
４ａ、１４ａ  第７面（凸面）
４ｂ、１５ｂ  フィゾー面
５  被検体
５ａ  被検面
６  レーザ光源（光源）
７  撮像部
１０、３０  フィゾーレンズ
１５ａ  第９面（凸面）
１５ｂ  フィゾー面
２０  フィゾー干渉計
Ｌ１、Ｌ１１  第１レンズ（負メニスカスレンズ）
Ｌ２、Ｌ１２  第２レンズ（正レンズ群）
Ｌ３、Ｌ１３  第３レンズ（正レンズ群）
Ｌ４、Ｌ１４  第４レンズ（正レンズ群）
Ｌ１５  第５レンズ（正レンズ群）
Ｐ０  光軸
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３  レーザ光（入射光束）
Ｑ４  測定光束
Ｑ５  被検面反射光束
Ｑ６  フィゾー面反射光束（参照光束）
Ｑｍ  周辺光線
【図１】
0005596511.tif 000002
【図２】
0005596511.tif 000003
【図３】
0005596511.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005596511.tif 000006
【図６】
0005596511.tif 000007