(57)【要約】【課題】被検レンズの透過光量差によって干渉縞のコントラストが均一でなくても、被検レンズの収差量を精度良く測定する。【解決手段】光源からの光束を２分し、一方の光路中に配置した参照レンズを透過した光束と、他方の光路中に配置した被検レンズを透過した光束とを干渉させて発生する干渉縞から被検レンズの収差量を検査するレンズ検査方法において、透過光量が略等しい領域毎に光量の最適化と測定を行い、全ての領域を測定後にデータを合成することにより透過光量による測定分解能の差を除去する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を２分し、一方の光路中に配置した参照レンズを透過した光束と、他方の光路中に配置した被検レンズを透過した光束とを干渉させて発生する干渉縞から被検レンズの収差量を検査するレンズ検査方法において、透過光量が略等しい領域毎に光量の最適化と測定を行い、全ての領域を測定後にデータを合成することにより透過光量による測定分解能の差を除去することを特徴とするレンズ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの収差量を検査するレンズ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズを透過した光束によりレンズの収差量を検査するために干渉計を用いた検査が一般に知られている。図６は特開平６−１０９５８２号公報に開示されたマッハツェンダー干渉計方式によるレンズ検査装置を示す。
【０００３】
このマッハツェンダー干渉計は縦型となっており、図６に示すように、レーザ光源１００から出射した光束をＮＤフィルタ１０１で適正光量に調節し、ビームエキスパンダ１０２で被検レンズ１０６の径に対して十分な光束径に広げる。
【０００４】
ビームスプリッタ１０３は入射した光束をＲ及びＳの２つの光路に分岐させる。分岐した２つの光束は別のビームスプリッタ１０４で再び合成される。光路ＲとＳは全く等価に設計・製作されているため、被検レンズ１０６の基準レンズ１０５に対する光路差、すなわち被検レンズ１０６の光路で発生する波面収差と基準レンズ１０５の光路で発生する波面収差との差がビームスプリッタ１０４で２つの光束を合成させることで干渉縞となり、結像レンズ１０７によってスクリーン１０８上に結像する。
【０００５】
そして、スクリーン１０８上に結像した干渉縞を補助接写レンズ１０９及びズームレンズ１１０で適当な大きさに拡大した後、ＣＣＤカメラ１１１によって画像データとして縞解析装置１１２に取り込む。
【０００６】
光路Ｒ中にはミラー１１３が配置されており、これと等価なものとして光路Ｓ中にはミラー１１４が配置されているが、このミラー１１４は縞解析装置１１２の指示によってピエゾ素子１１５によってレーザ波長レベルで微動し、位相の異なる複数枚の干渉縞画像を得ることができる。これにより、公知の技術であるフリンジスキャン法によってレンズの収差量を解析後、ツェルニケ係数への多項式展開計算を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６に示す干渉計を用いたレンズ検査方法では、非球面レンズのように透過光量が一様にならない光学特性を有する被検レンズの場合、一画面中に干渉縞がハッキリと現れる領域（干渉縞のコントラストが高い領域）と、干渉縞が不鮮明な領域（干渉縞のコントラストが低い領域）とが発生する。このような状態でフリンジスキャン法による収差量解析を行っても、位相差による輝度差の変化量が少なく、その結果、測定分解能が低くなる問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、被検レンズの透過光量差で干渉縞画像のコントラストが均一でなくても、被検レンズの収差量を精度良く測定できるレンズ検査方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明のレンズ検査方法は、光源からの光束を２分し、一方の光路中に配置した参照レンズを透過した光束と、他方の光路中に配置した被検レンズを透過した光束とを干渉させて発生する干渉縞から被検レンズの収差量を検査するレンズ検査方法において、透過光量が略等しい領域毎に光量の最適化と測定を行い、全ての領域を測定後にデータを合成することにより透過光量による測定分解能の差を除去することを特徴とする。
【００１０】
図１は本発明の概略を示すフローチャートである。
測定に際し、まず、参照レンズ（基準レンズ）だけを干渉計にセットし、この状態で、参照レンズを透過した光線による画像を取得する（ステップＳ１）。この画像は、参照レンズの光学特性により一様な光量分布ではない画像である。
【００１１】
次に、透過光領域（画像周辺の透過光がない部分を除いた範囲）中の最大光量値Ｉｍａｘと最小光量値Ｉｍｉｎとを求める。さらに、あらかじめ設定された輝度領域段階数ｎから次式によって各輝度領域Ｉ１〜Ｉｎを算出する（ステップＳ２）。
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【００１２】
次に、透過光画像の各画素がＩ１〜Ｉｎのどの輝度領域に属するかを判定し、各画素と輝度額域の関連づけを行う（ステップＳ３）。この状態で、干渉計に被検レンズをセットし、干渉縞画像が得られるように被検レンズの位置を調整する（ステップＳ４）。
【００１３】
次に、輝度領域Ｉ１に属する画素群の最大輝度が所定の範囲に入るように光量調整を行う。光量調整後、フリンジスキャン法による測定を行う。同様の手順を輝度領域Ｉ２〜Ｉｎについて繰り返し、すべての画素について最適な光量での測定を実施する（ステップＳ５〜Ｓ９）。
【００１４】
Ｉ１〜Ｉｎの測定結果を合成した後（ステップＳ１０）に、ツェルニケ係数展開を行い、被検レンズの収差量を示すツェルニケ係数を得る（ステップＳ１１）。ここで、ツェルニケ多項式は、図５に示すもので、ツェルニケ係数とは、各項にかかるＺ１…Ｚｎにあたる。これにより、透過光量による測定分解能の差を除去した収差量を測定することができ、その結果を表示する（ステップＳ１２）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１のフローチャート、図３はこの実施の形態で用いる干渉計の概略構成図である。
【００１６】
図３において、１は光源でＨｅ−Ｎｅレーザなどのコヒーレンス光源である。２は光源用光学系で光源１自体が有している収差量を低減させ、且つ光源１から出射される光束径を測定に適した光束径に拡大する。また、外部からの指示でＮＤフィルタを切り替えることにより光量調整が可能となっている。
【００１７】
３はビームスプリッタで光源１からの光束を光路Ｓと光路Ｒの２つに分岐する。６は光路Ｒに配置されたミラーであり光束の向きを９０°変更する。７は、測定対象の基準となる参照レンズであり、ミラー６からの反射光路に配置されている。４は光路Ｓに配置されたミラー、５はミラー４が取り付けられたピエゾ素子であり、外部からの指示により光源の波長レベルで微動し、光路Ｓの光路長を変化させる。
【００１８】
８はミラー４からの反射光路に配置された測定対象となる被検レンズである。９はＸステージであり、被検レンズ８の光軸に対して垂直面内の１軸方向に動作する。１０はＹステージであり、Ｘステージ９と同一平面内で且つ直交する方向に動作する。
【００１９】
１１はビームスプリッタであり、ＳとＲの２つの光路に分岐された光束を再び合成する。１２は結像レンズであり、スクリーン１３上に干渉縞を結像する。１４はＣＣＤカメラ用レンズで、外部指令を受けてしぼりを制御することにより光量調整を行う。１５はＣＣＤカメラであり、スクリーン１３上に結像した干渉縞を画像データとして取り込む。１６はコンピュータであり、ＣＣＤカメラ１５からの画像を取り込んで干渉縞画像をモニタに表示し、さらに演算処理すると共にピエゾ素子５の制御を行う。
【００２０】
この実施の形態において、被検レンズ８がない状態では、参照レンズ７を透過した光（光路Ｒの光）がスクリーン１３に結像する。これをＣＣＤカメラ１５で画像データとしてコンピュータ１６に取り込む。この際、ランダムノイズの影響を除去するため、複数回画像を取り込んで平均化処理を行う場合もある。
【００２１】
コンピュータ１６はＣＣＤカメラ１５からの画像データに基づいて最大輝度を求め、所定の範囲、例えば、一画素あたりの輝度データを２５６段楷（８ｂｉｔ相当）で取り扱う場合は２００〜２３０程度の範囲となるように、光源用光学系２のＮＤフィルタ及びＣＣＤカメラ用レンズ１４のしぼりを調整する。光量調整後、再度、参照レンズ７を透過した光による画像をコンピュータ１６に取り込む。取り込んだ画像データの内、あらかじめ設定されたしきい値以下の画素データは全く透過光が当たっていない処理不要領域と判断して、以後のデータ処理の対象から省く。この結果残った領域を処理対象領域と呼ぶ。
【００２２】
この処理対象領域中の最大光量Ｉｍａｘと最小光量Ｉｍｉｎを求め、あらかじめ設定された輝度領域段階数ｎから次式によって、各輝度領域Ｉ１〜Ｉｎを算出する。
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【００２３】
次に、処理対象領域中の各画素がＩ１〜Ｉｎのどの輝度領域に属するかを判定し、各画素と輝度領域の関連づけを行う。
【００２４】
その後、被検レンズ８を所定の位置にセットし、Ｘステージ９、Ｙステージ１０を操作して、スクリーン１３上に干渉縞が観察できるようにする。この状態で画像データとしてコンピュータ１６に取り込む。このとき、透過光の画像同様、ランダムノイズの影響を除去するため、複数回画像を取り込んで、平均化処理を行う場合もある。
【００２５】
コンピュータ１６は透過光画像の処理と同様に、干渉縞画像から処理対象領域Ｉ１の最大輝度が所定の範囲になるように光源用光学系２のＮＤフィルタ及びＣＣＤカメラ用レンズ１４のしぼりを調整する。光量調整後、再度、位相０°の干渉縞画俊としてコンピュータ１６のメモリに取り込む。
【００２６】
次に、コンピュータ１６はピエゾ素子５に対して、光路Ｓの光路長が光源１の波長の１／４（λ／４）だけ変化するよう制御する。この状態で干渉縞データを取り込んで、コンピュータ１６のメモリに位相９０°の干渉縞データとして格納する。このとき、位相０°のときと同様に、平均化処理する場合もある。
【００２７】
同様にして、コンピュータ１６はピエゾ素子５に対して、光路Ｓの光路長がさらに光輝波長の１／４（λ／４）ずつ変化するように制御し、位相１８０°、２７０°、３６０°の干渉縞データをメモリに格納する。
【００２８】
処理対象領域Ｉ２からＩｎについても同様の手順を繰り返し、各処理対象領域に対する位相０°〜３６０°の干渉縞データをメモリに格納する。次に、位相０°〜３８０°の干渉縞データについて、各画素の属する輝度領域の干渉縞データを選択し、これを一画面分の画素の全てに実施し、これにより合成干渉縞データを生成する。
【００２９】
０°、９０°、１８０°、２７０°及び３６０°の５つの位相状態による干渉縞画像は、一般に５バケット（５サンプル）法と呼ばれる次式によって、２πごとの不連続点を有した透過波面データに変換される。
ψ＝ｋ・ａｒｃｔａｎ（２×（位相２７０°−位相９０°）
／（２×位相１８０°−位相０°−位相３６０°））
【００３０】
この不連続点を有した透過波面データは、不連続点周辺との大小関係から連続的なデータに変換された後、ツェルニケ多項式に最小自乗近似法にて近似計算して、ツェルニケ係数を算出する。
【００３１】
このような実施の形態によれば、透過光量による測定分解能の差を除去した収差量を、高い自動化率で且つ短時間で行うことができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２のフローチャートを示す。この実施の形態で用いる干渉計は図３と同様であるため、その説明を省略する。
【００３３】
この実施の形態において、まず、一回目の測定方法は、以下の２点を除き、実施の形態例１と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
異なる１点目は、被検レンズ８がない状態での画像を取り込んで、処理対象領域と輝度領域を求めた際に、その結果をコンピュータ１６にファイルなどの再利用可能な形で保存することである。
【００３５】
異なる２点目は、各輝度領域Ｉ１〜Ｉｎで輝度調整後の光源用光学系２のＮＤフィルタ及びＣＣＤカメラ用レンズ１４のしぼり調整値を、コンピュータ１６にファイルなど再利用可能な形で保存することである。
【００３６】
この実施の形態の２回目以降の測定では、処理対象領域と輝度領域はコンピュータ１６に保存されているデータを呼び出して使用することにより測定動作を省略する。また、各輝度領域Ｉ１〜Ｉｎでの輝度調整も、光源用光学系２のＮＤフィルタ及びＣＣＤカメラ用レンズ１４のしぼり調整値をコンピュータ１６に保存されているデータを呼び出して使用することにより輝度調整動作を省略する。
【００３７】
このような実施の形態によれば、透過光量による測定分解能の差を除去した収差量を高い自動化率で行うことができるのに加え、一回目の測定結果及び調整結果を再利用することにより測定時間を一層短縮することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源からの光束を２分し、参照レンズを透過した光束と被検レンズを透過した光束とを干渉させて発生する干渉縞から被検レンズの収差量を検査する際に、透過光量が略等しい領域ごとに光量の最適化と測定を行い、全ての領域を測定後、データを合成するため、透過光量による測定分解能の差を除去することができ、これにより、被検レンズの透過光量差によって干渉縞のコントラストが均一でなくても、被検レンズの収差量を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査方法を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態１の検査方法を示すフローチャートである。
【図３】検査に用いる干渉計の光路図である。
【図４】実施の形態２の検査方法を示すフローチャートである。
【図５】ツェルニケ多項式の説明図である。
【図６】従来の検査装置を示す光路図である。
【符号の説明】
１　光源
２　光源用光学系
３　ビームスプリッタ
４　ミラー
５　ピエゾ素子
６　ミラー
７　参照レンズ
８　被検レンズ
１１　ビームスプリッタ
１２　結像レンズ
１３　スクリーン
１４　ＣＣＤカメラ用レンズ
１５　ＣＣＤカメラ
１６　コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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