(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ、上記位相をφとしたとき、上記位相φを測定位置Ｙの４次関数または５次関数で近似し、該関数の４次の係数値で上記レンズの５次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とするレンズ評価方法。
【請求項２】
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ線分の垂直二等分線を挟んで両側に、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分をとり、各線分上の複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ１、Ｙ２、上記位相をφ１、φ２としたとき、上記位相φ１、φ２測定位置Ｙ１、Ｙ２の４次関数または５次関数で近似し、該２つの関数の４次の係数値をそれぞれａ４、ｂ４としたとき、ａ４とｂ４の差で上記レンズの５次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とするレンズ評価方法。
【請求項３】
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と所定の角度をなす線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ、上記位相をφとしたとき、上記位相φを測定位置Ｙの６次関数または７次関数で近似し、該関数の６次の係数値で上記レンズの７次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とするレンズ評価方法。
【請求項４】
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ線分の垂直二等分線を挟んで両側に、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分をとり、各線分上の複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ１、Ｙ２、上記位相をφ１、φ２としたとき、上記位相φ１、φ２を測定位置Ｙ１、Ｙ２の６次関数または７次関数で近似し、該２つの関数の６次の係数値をそれぞれａ６、ｂ６としたとき、ａ６とｂ６の差で上記レンズの７次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とするレンズ評価方法。
【請求項５】
上記２つの回折光が、０次回折光と、±１次回折光のいずれか一方、または＋１次回折光と−１次回折光であることを特徴とする請求項１から４のいずれかのレンズ評価方法。
【請求項６】
光学系に含まれる集光レンズの評価装置であって、
（ａ）上記レンズを透過した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させる移動機構と、
（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像する受像体と、
（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光レンズの５次の球面収差を求める特性検出器とを有することを特徴とするレンズ評価装置。
【請求項７】
上記５次の球面収差を、請求項１または２記載の収差評価方法で求めることを特徴とする請求項６記載のレンズ評価装置。
【請求項８】
光学系に含まれる集光レンズの評価装置であって、
（ａ）上記レンズを透過した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させる移動機構と、
（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像する受像体と、
（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光レンズの７次の球面収差を求める特性検出器とを有することを特徴とするレンズ評価装置。
【請求項９】
上記７次の球面収差を、請求項３または４記載の収差評価方法で求めることを特徴とする請求項８記載のレンズ評価装置。
【請求項１０】
上記２つの回折光が、０次回折光と、±１次回折光のいずれか一方、または＋１次回折光と−１次回折光であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のレンズ評価装置。
【請求項１１】
上記回折格子が、透過型回折格子または反射型回折格子であることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載のレンズ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク方式の情報記憶媒体、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、に情報を読み書きする光学レンズ、またレーザ加工機、レーザ顕微鏡などにおいて光を結像して光スポットを形成する光学レンズの特性（収差）を検出する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
光ディスク方式の高密度情報記憶媒体から情報を読み取り、またこの高密度情報記憶媒体に情報を記憶するためには、光源から出射された光を目的の場所に正確に照射できる光学系が必要となる。そのため、特に、光学系の対物レンズは、それ自体に厳格な光学的特性が要求されるだけでなく、目的の場所に精度よく固定されなければならない。
【０００３】
そこで、対物レンズの検査又は調整の方法として、対物レンズを透過した光を回折し、異なる次数の回折光を干渉させてシェアリング干渉像を形成し、このシェアリング干渉像における複数の点で測定した光強度の位相の差を用いて各種収差（デフォーカス、球面収差、非点収差、コマ収差）を評価し、対物レンズを調整する回折干渉法が、本出願人による特許出願（特願平１１−１３８５８４号）で提案されている。しかし、上記特許出願に開示されている方法では、５次の球面収差と７次の球面収差を測ることができない。
【０００４】
次に、５次の球面収差と７次の球面収差を検出する方法として、例えば図１３に示すような構成で基準波面と測定波面との干渉縞を発生させ、この縞の全体のデータから測定波面の収差を計算するやり方がある。この方法では、可干渉性を持つ例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどの光源１０１からの光をビームエキスパンダ１０２で略平行光に拡大し、ハーフミラー１０３で２光束に分割する。分割された一方の光束（基準波面）は、ミラー１０４で反射し、ハーフミラー１０３を透過して撮像素子１０５に入射する。他方、分割された他方の光束（測定波面）は、被測定レンズ１０６に入射し、参照球面ミラー１０７に結像した後、参照球面ミラー１０７で反射し、被測定レンズ１０６を通り、ハーフミラー１０３で反射し、撮像素子１０５に入射する。このとき、ハーフミラー１０３で２つの光が重なって干渉縞ができ、その干渉縞が撮像素子（例えばＣＣＤ）で受像され、その受像した干渉縞を利用して信号処理装置１０９で収差を計算する。計算には干渉縞全体のデータを使用し、半径と角度を軸に持つ座標系で処理される。しかし、この方法では、干渉縞全体のデータを使う必要があるため、計算処理に相当な時間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、５次の球面収差と７次の球面収差を高速に測定できる収差評価方法、収差評価装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明のレンズの評価方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ、上記位相をφとしたとき、上記位相φを測定位置Ｙの４次関数または５次関数で近似し、該関数の４次の係数値で上記レンズの５次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の形態の評価方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ線分の垂直二等分線を挟んで両側に、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分をとり、各線分上の複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ１、Ｙ２、上記位相をφ１、φ２としたとき、上記位相φ１、φ２測定位置Ｙ１、Ｙ２の４次関数または５次関数で近似し、該２つの関数の４次の係数値をそれぞれａ４、ｂ４としたとき、ａ４とｂ４の差で上記レンズの５次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の形態の評価方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と所定の角度をなす線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ、上記位相をφとしたとき、上記位相φを測定位置Ｙの６次関数または７次関数で近似し、該関数の６次の係数値で上記レンズの７次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の形態の評価方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折格子で回折し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させて上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ線分の垂直二等分線を挟んで両側に、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分をとり、各線分上の複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をＹ１、Ｙ２、上記位相をφ１、φ２としたとき、上記位相φ１、φ２を測定位置Ｙ１、Ｙ２の６次関数または７次関数で近似し、該２つの関数の６次の係数値をそれぞれａ６、ｂ６としたとき、ａ６とｂ６の差で上記レンズの７次の球面収差を評価する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の収差評価装置は、上述した評価方法を実施するもので、
（ａ）上記レンズを透過した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させる移動機構と、
（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像する受像体と、
（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光レンズの５次の球面収差を求める特性検出器とを有する。
上記回折格子が透過型回折格子、反射型回折格子のいずれでもよい。
【００１１】
本発明の他の形態の評価装置は、
（ａ）上記レンズを透過した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉光を出射する回折格子と、
（ｂ）上記回折格子を上記回折格子に形成された格子溝と直交する方向に移動させる移動機構と、
（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像する受像体と、
（ｄ）上記受像体で受像したシェアリング干渉光の干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中点を通らず、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上の、複数の測点で、光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光レンズの７次の球面収差を求める特性検出器とを有する。
上記回折格子が透過型回折格子、反射型回折格子のいずれでもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施の形態を説明する。
（１）第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態を示す。この図に示す収差評価システムにおいて、光源であるレーザ発生源１はレーザ光を発射する。この光は可干渉性を有し、例えばヘリウムネオンレーザ光が好適に利用できる。発射されたレーザ光はビームエキスパンダ２によりビーム径を拡大した略平行光とした後、ハーフミラー３で約９０度方向が変えられ、被測定レンズ４により反射型回折格子５に照射される。回折格子５からの回折光は、再びレンズ４に入射される。回折格子５は、０次回折光と＋１次回折光または−１次回折光がレンズ４の瞳面でシェアリング干渉を生じるように設計されている。このシェアリング干渉光は、レンズ４で略平行光に戻り、ハーフミラー３を透過し、結像レンズ７を通って撮像素子（受像体）８（例えばＣＣＤ）に入射する。結像レンズ７は、被測定レンズ４の瞳面を撮像素子８に結像する。撮像素子８は信号処理及び表示装置９に接続されており、撮像素子８で撮影された像が表示される。
【００１３】
干渉像の一例を図２に示す。この干渉像は、０次回折光上で±１次回折光が互いに重なり合うことない状態で表出してある。以下、このような異なる次数の回折光の干渉を「シェアリング」または「シェアリング干渉」、干渉によりできる像を「シェアリング干渉像」、回折光の中心を結ぶ軸（図２に示すＸ軸）を「シェアリング軸」、シェアリング軸の方向を「シェアリング方向」という。
【００１４】
シェアリング干渉像は図３に示す干渉縞を含む。図３において、（Ａ）はデフォーカスによる干渉縞、（Ｂ）と（Ｃ）はコマ収差による干渉縞、（Ｄ）は非点収差による干渉縞、（Ｅ）は球面収差による干渉縞をそれぞれ示す。一般に、これらの収差は複合的に発生し、実際に得られる干渉縞は（Ａ）から（Ｅ）の干渉縞が重なり合った模様となる。ただし、対物レンズが全く収差を含まず、しかも対物レンズが回折格子３に対して正確に焦点合わせされている場合、図３（Ｆ）のように、干渉領域に何らの模様も現れない。
【００１５】
干渉領域において離れた２点の光強度についてみると、これら２点の光強度は対物レンズの収差等に応じて異なる値を示す。また、例えばピエゾ素子などを用いた適当な移動機構８（図１参照）を用いて、回折格子をその格子溝と直交する方向（図１の左右方向）に移動すると、干渉領域における２点の光強度が正弦曲線を描きながら周期的に変化する。同時に、収差が２つの正弦曲線の位相差として現れる。
【００１６】
例えば、図４に示すように、０次回折光３１と＋１次回折光３２との干渉領域３４についてみると、０次回折光３１の回折円中心Ｏと＋１次回折光３２の回折円中心Ｏ１とを結ぶシェアリング軸（Ｘ軸）上で、これら中心ＯとＯ１との中心から等距離Ｌにある２点Ｐ１、Ｐ２で光強度の時間変化を測定すると、図５に示すように、点Ｐ１の光強度変化を表した正弦曲線Ｔ１の位相φ（Ｐ１）と点Ｐｎの光強度変化を表した正弦曲線Ｔｎの位相φ（Ｐｎ）との間には位相差△φが表れ、その位相差△φは対物レンズの収差などに依存する。
【００１７】
一方、平面波を基準としたとき、５次の球面収差の波面は図６に示す座標系において、定数Ａを用いて数式（１）で表される。
Φ＝Ａ（２０（ξ２＋η２）３−３０（ξ２＋η２）２＋１２（ξ２＋η２）−１）        （１）
したがって、ξ方向にシェアリングした場合、またη方向にシェアリングした場合、それぞれの方向に関する２つの干渉光の強度差（すなわち、位相差）が、シェアリング方向に関して数式（２）、数式（３）の関数として表される。
ｄΦ／ｄξ＝Ａ（１２０ξ（ξ２＋η２）２−１２０ξ（ξ２＋η２）＋２４ξ）        （２）
ｄΦ／ｄη＝Ａ（１２０η（ξ２＋η２）２−１２０η（ξ２＋η２）＋２４η）        （３）
【００１８】
このことは、レンズに他の収差などがないとした場合、５次の球面収差が、シェアリング干渉像上で図７（Ａ）に示す干渉縞として現れることからも理解できる。
【００１９】
したがって、図８に示すように、シェアリング干渉像上で、中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ１上で、複数の点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）をとり、回折格子５をその格子溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１、Ｐｎ）のＹ座標と各点の位相（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）を座標上にプロットし、そしてプロットした点を４次関数で近似（フィッティング）することにより、５次の球面収差（数式（１）から（３）の定数Ａ）を定量的に求めることができる。
【００２０】
５次の球面収差を評価する具体的手順は以下の通りである。
（ｉ）図８に示すように、干渉像上で回折光（回折光）の中心（光軸Ｏ、Ｏ１）、シェアリング軸（Ｘ軸）を定める。
（ｉｉ）干渉像上で、０次回折光と＋１次回折光の中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、中心ＯからＯＯ１を結ぶ線分の４分の１の距離（又は中心Ｏから中心ＯＯ１の４分の１の距離）だけ離れた点を通り、シェアリング軸に垂直な線分上に、複数の測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｉｉ）回折格子５を格子と直交する方向に移動する。
（ｉｖ）測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）の光強度を測定する。
（ｖ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）を求める。
（ｖｉ）各測点のＹ軸座標と、対応する光強度の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）とを、図８中に示すように、直交座標系にプロットする。
（ｖｉｉ）プロットした点に４次関数（φ＝ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０）または５次関数をフィッティングする。
（ｖｉｉｉ）フィッティングした関数の４次係数（ａ４）を求め、５次の球面収差を評価する。
【００２１】
また、５次の球面収差を以下の方法でも求められる。図９に示すように、シェアリング干渉像上で、中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ１上で、複数の点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）をとる。また、Ｏ、Ｏ１の垂直二等分線をはさんでＬ１と反対側に、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ２上で、複数の点（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）をとる。回折格子５をその格子溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）のＹ座標と各点の位相（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）を座標上にプロットし、そしてプロットした点に４次関数（φＰ＝ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０）または５次関数をフィッティングする。同じように、各点（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）のＹ座標と各点の位相（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１，φＱｎ）を座標上にプロットし、そしてプロットした点に４次関数（φＱ＝ｂ４Ｙ４＋ｂ３Ｙ３＋ｂ２Ｙ２＋ｂ１Ｙ＋ｂ０）または５次関数をフィッティングする。これらの係数の差（ａ４−ｂ４）で５次の球面収差（数式（１）から（３）の定数Ａ）を定量的に求めることができる。このようにすれば、上述の方法に比べて、５次の球面収差をより正確に求めることができる。
【００２２】
上記５次の球面収差を評価する具体的手順は以下の通りである。
（ｉ）図９に示すように、干渉像上で回折光（回折円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ１）、シェアリング軸（Ｘ軸）を定める。
（ｉｉ）干渉像上で、０次回折光と＋１次回折光の中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、中心ＯからＯＯ１を結ぶ線分の４分の１の距離（又は中心Ｏから中心ＯＯ１の４分の１の距離）だけ離れた点を通るＸ軸と垂直な線上Ｌ１に、複数の測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｉｉ）干渉領域内において、ＯとＯ１を結ぶ線分の垂直二等分線をはさんでＬ１と反対側にシェアリング軸と垂直な線分Ｌ２を設定し、Ｌ２上で複数の点（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｖ）回折格子５を格子と直交する方向に移動する。
（ｖ）測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）、（φ１、φ２、…φｎ−１、φｎ）の光強度を測定する。
（ｖｉ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）、φＱ（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１、φＱｎ）を求める。
（ｖｉｉ）各測点のＹ軸座標と、対応する光強度の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）およびφＱ（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１、φＱｎ）とを、図９中に示すように、直交座標系にプロットする。
（ｖｉｉｉ）プロットした点に４次関数（φＰ＝ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０、φＱ＝ｂ４Ｙ４＋ｂ３Ｙ３＋ｂ２Ｙ２＋ｂ１Ｙ＋ｂ０）または５次関数をフィッティングする。
（ｉｘ）フィッティングした関数の４次係数（ａ４、ｂ４）を求め、ａ４−ｂ４から５次の球面収差を評価する。
【００２３】
さらに、５次の球面収差を以下の方法でも求められる。図１０に示すように、０次回折光と＋１次回折光のシェアリング干渉像上で、中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ１上で、複数の点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）をとる。また、Ｏ、Ｏ１の垂直二等分線をはさんでＬ１と反対側に、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ２上で、複数の点（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）をとる。同様に、０次回折光と−１次回折光のシェアリング干渉像上でＬ３、Ｌ４を定め、複数の点（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ−１，Ｒｎ）および（Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ−１，Ｓｎ）をとる。回折格子５をその格子溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ−１，Ｒｎ）（Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ−１，Ｓｎ）のＹ座標と各点の位相（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）、（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１、φＱｎ）、（φＲ１、φＲ２、…、φＲｎ−１、φＲｎ）、（φＳ１、φＳ２、…、φＳｎ−１、φＳｎ）を座標上にプロットし、そしてプロットした点に４次関数（φＰ＝ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０）、（φＱ＝ｂ４Ｙ４＋ｂ３Ｙ３＋ｂ２Ｙ２＋ｂ１Ｙ＋ｂ０）、（φＲ＝ｃ４Ｙ４＋ｃ３Ｙ３＋ｃ２Ｙ２＋ｃ１Ｙ＋ｃ０）、（φＳ＝ｄ４Ｙ４＋ｄ３Ｙ３＋ｄ２Ｙ２＋ｄ１Ｙ＋ｄ０）または５次関数をフィッティングする。これらの係数の和と差（ａ４−ｂ４＋ｃ４−ｄ４）で５次の球面収差（数式（１）から（３）の定数Ａ）を定量的に求めることができる。本方法によれば、上述した２つの方法に比べて、さらに正確に５次の球面収差を評価できる。
【００２４】
５次の球面収差を評価する具体的手順は以下の通りである。
（ｉ）図１０に示すように、干渉像上で回折光（回折円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ１）、シェアリング軸（Ｘ軸）を定める。
（ｉｉ）ＯとＯ１の中心を通らず、Ｘ軸と垂直な線上Ｌ１に、複数の測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｉｉ）干渉領域内において、ＯとＯ１を結ぶ線分の垂直二等分線をはさんでＬ１と対称にシェアリング軸と垂直な線分Ｌ２を設定し、Ｌ２上で複数の点（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｖ）ＯとＯ２の中心を通らず、Ｘ軸と垂直な線上Ｌ３に、複数の測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｖ）干渉領域内において、ＯとＯ２を結ぶ線分の垂直二等分線をはさんでＬ３と反対側にシェアリング軸と垂直な線分Ｌ４を設定し、Ｌ４上で複数の点（Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ−１，Ｓｎ）を求める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｖｉ）回折格子５を格子と直交する方向に移動する。
（ｖｉｉ）測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）、（Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ−１，Ｑｎ）、（Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎ−１，Ｒｎ）、（Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ−１，Ｓｎ）の光強度を測定する。
（ｖｉｉｉ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）、φＱ（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１、φＱｎ）、φＲ（φＲ１、φＲ２、…、φＲｎ−１、φＲｎ）、φＳ（φＳ１、φＳ２、…、φＳｎ−１、φＳｎ）を求める。
（ｉｘ）各測点のＹ軸座標と、対応する光強度の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）、φＱ（φＱ１、φＱ２、…、φＱｎ−１、φＱｎ）、φＲ（φＲ１、φＲ２、…、φＲｎ−１、φＲｎ）、φＳ（φＳ１、φＳ２、…、φＳｎ−１、φＳｎ）を、図１０中に示すように、直交座標系にプロットする。
（ｘ）プロットした点に４次関数（φＰ＝ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０、φＱ＝ｂ４Ｙ４＋ｂ３Ｙ３＋ｂ２Ｙ２＋ｂ１Ｙ＋ｂ０、φＲ＝ｃ４Ｙ４＋ｃ３Ｙ３＋ｃ２Ｙ２＋ｃ１Ｙ＋ｃ０、φＳ＝ｄ４Ｙ４＋ｄ３Ｙ３＋ｄ２Ｙ２＋ｄ１Ｙ＋ｄ０、または５次関数をフィッティングする。
（ｘｉ）フィッティングした関数の４次係数（ａ４、ｂ４、ｃ４、ｄ４）を求め、ａ４−ｂ４＋ｃ４−ｄ４から５次の球面収差を評価する。
なお、第２の実施例で示す構成でも同じようなシェアリング干渉パターンが得られ、上記の処理により５次の球面収差を評価できる。
【００２５】
（２）第２実施形態
図１１は本発明の第２実施形態を示す。この図に示す収差評価システムにおいて、光源であるレーザ発生源１はレーザ光を発射する。この光は可干渉性を有し、例えばヘリウムネオンレーザ光が好適に利用できる。発射されたレーザ光はビームエキスパンダ２によりビーム径を拡大した略平行光とした後、被測定レンズ４により透過型回折格子１１に照射される。回折格子１１からの透過回折光は、検出レンズ１０に入射する。回折格子１１は、０次回折光と＋１次回折光または−１次回折光がレンズ１０の瞳面でシェアリング干渉を生じるように設計されている。このシェアリング干渉光は、レンズ１０で略平行光に戻り、結像レンズ７を通って撮像素子８（例えばＣＣＤ）に入射する。結像レンズ７は、検出レンズ１０の瞳面を撮像素子８に結像する。撮像素子８は信号処理及び表示装置９に接続されており、撮像素子８で撮像された像（図２、３参照）が表示される。
【００２６】
一方、平面波を基準としたとき、７次の球面収差の波面は図６に示す座標系において、定数Ｂを用いて数式（４）で表される。
0003574767.tif 000002
したがって、ξ方向にシェアリングした場合、またη方向にシェアリングした場合、それぞれの方向に関する２つの干渉光の強度差（すなわち、位相差）が、シェアリング方向に関して数式（５）、数式（６）の関数として表される。
0003574767.tif 000003
【００２７】
このことは、レンズに他の収差などがないとした場合、７次の球面収差が、シェアリング干渉像上で図７（Ｂ）に示す干渉縞として現れることからも理解できる。
【００２８】
したがって、図１２に示すように、シェアリング干渉像上で、０次回折光と＋１次回折光の中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、例えば中心ＯからＯＯ１を結ぶ線分の４分の１の距離（又は中心Ｏから中心ＯＯ１の４分の１の距離）だけ離れた点を通り、シェアリング軸と垂直な線分Ｌ１上に、複数の点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）をとり、回折格子１１をその格子溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１、Ｐｎ）のＹ座標と各点の位相（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）を座標上にプロットし、そしてプロットした点を６次関数で近似（フィッティング）することにより、７次の球面収差（数式（４）から（６）の定数Ｂ）を定量的に求めることができる。
【００２９】
７次の球面収差を評価する具体的手順は以下の通りである。
（ｉ）図１２に示すように、干渉像上で回折光（回折円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ１）、シェアリング軸（Ｘ軸）を定める。
（ｉｉ）０次回折光と＋１次回折光の中心Ｏ、Ｏ１の中心を通らず、例えば中心ＯからＯＯ１を結ぶ線分の４分の１の距離（又は中心Ｏから中心ＯＯ１の４分の１の距離）だけ離れた点を通りＸ軸と垂直な線Ｌ１上に、複数の測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）を定める。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望ましい。
（ｉｉｉ）回折格子１１を格子と直交する方向に移動する。
（ｉｖ）測点（Ｐ１、Ｐ２、…Ｐｎ−１，Ｐｎ）の光強度を測定する。
（ｖ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）を求める。
（ｖｉ）各測点のＹ軸座標と、対応する光強度の位相φＰ（φＰ１、φＰ２、…、φＰｎ−１、φＰｎ）とを、図１２中に示すように、直交座標系にプロットする。
（ｖｉｉ）プロットした点に６次関数（φＰ＝ａ６Ｙ６＋ａ５Ｙ５＋ａ４Ｙ４＋ａ３Ｙ３＋ａ２Ｙ２＋ａ１Ｙ＋ａ０）または７次関数をフィッティングする。
（ｖｉｉｉ）フィッティングした関数の６次係数（ａ６）を求め、７次の球面収差を評価する。
【００３０】
なお、第１の実施形態で示したように、線分Ｌ１だけでなく、Ｌ２に相当する線分、又はＬ２、Ｌ３、Ｌ４に相当する線分上でも上述と同じ処理をし、複数の６次係数の差で７次の球面収差を評価できる。その場合、７次の球面収差をより正確に評価できる。また、０次と＋１次の干渉領域のみでなく、０次と−１次の干渉領域でも同様の処理をし、それらの平均で７次の球面収差を求めてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明に係る収差評価方法、評価装置によれば、５次の球面収差、７次の球面収差を高速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る収差検出装置の第１実施形態の概略構成図。
【図２】撮像素子に受像される回折光を干渉の一例を示す図。
【図３】各収差により生じる干渉縞を示す図。
【図４】位相シフト法を説明するための図。
【図５】図４と共に位相シフト法を説明するための図。
【図６】波面形状を説明するための座標系を示す図。
【図７】５次、７次の球面収差により生じる干渉縞を示す図。
【図８】本発明に係る５次の球面収差の検出方法を示す図。
【図９】本発明に係る５次の球面収差の検出方法を示す図。
【図１０】本発明に係る５次の球面収差の検出方法を示す図。
【図１１】本発明に係る収差検出装置の第２実施形態の概略構成図。
【図１２】本発明に係る７次の球面収差の検出方法を示す図。
【図１３】従来の５次、７次の球面収差を測定する装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…レーザ発生源、４…被測定レンズ、５…回折格子、８…撮像素子、９…信号処理および表示装置。
【図１】
0003574767.tif 000004
【図２】
0003574767.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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