(57)【要約】  【課題】  開口数ＮＡ＞１の集光光学素子の透過波面形状が測定可能であるとともに、その測定後に集光光学素子の洗浄を行う必要がなく、複数の集光光学素子に対する連続した測定が容易な干渉測定方法と、それに用いる干渉測定システムを提供する。  【解決手段】  開口数ＮＡ＞１の集光光学素子１０を干渉計Ｋ１からの被検光束が入射する位置に配置し、集光光学素子１０側から順に、第１の固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、第２の固体誘電体１３と、球面の一部を成す反射面１４と、で構成された反射球面原器Ｇ１を、第１の固体誘電体１１が集光光学素子１０と接触するように配置し、その接触状態を保持するとともに液体誘電体１２による第１，第２の固体誘電体１１，１３間の光学的接続状態を保持しながら、第２の固体誘電体１３と反射面１４を移動させることにより反射面１４位置を調整した後、集光光学素子１０の透過波面形状を干渉計Ｋ１で測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口数ＮＡ＞１である集光光学素子を干渉計からの被検光束が入射する位置に配置し、その集光光学素子側から順に、第１の固体誘電体と、液体誘電体と、第２の固体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成された反射球面原器を、前記第１の固体誘電体が集光光学素子と接触するように配置し、その接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による第１，第２の固体誘電体間の光学的接続状態を保持しながら、前記第２の固体誘電体と前記反射面とを移動させることにより反射面位置を調整した後、集光光学素子の透過波面形状を干渉計で測定することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項２】
前記第１の固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項１記載の干渉測定方法。
【請求項３】
前記第１の固体誘電体と液体誘電体と第２の固体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項１又は２記載の干渉測定方法。
【請求項４】
開口数ＮＡ＞１である集光光学素子を干渉計からの被検光束が入射する位置に配置し、その集光光学素子側から順に、固体誘電体と、液体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成された反射球面原器を、前記固体誘電体が集光光学素子と接触するように配置し、その接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による固体誘電体と反射面との光学的接続状態を保持しながら、前記反射面を移動させることにより反射面位置を調整した後、集光光学素子の透過波面形状を干渉計で測定することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項５】
前記固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項４記載の干渉測定方法。
【請求項６】
前記固体誘電体と液体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項４又は５記載の干渉測定方法。
【請求項７】
前記液体誘電体として、所定の作用により硬化して固体誘電体に変化するものを用い、前記透過波面形状の測定後に前記液体誘電体を硬化させ、前記反射球面原器の芯厚を測定し、その芯厚と前記反射面の半径との差から集光光学素子におけるフォーカス位置の設計値からのズレを算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の干渉測定方法。
【請求項８】
前記液体誘電体として、所定の作用により硬化して固体誘電体に変化するものを用い、前記透過波面形状の測定後に前記液体誘電体を硬化させ、液体誘電体が硬化した反射球面原器を他の集光光学素子の透過波面形状の測定に用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の干渉測定方法。
【請求項９】
開口数ＮＡ＞１である集光光学素子に干渉計からの被検光束を入射させ、集光光学素子から射出した被検光束を反射球面原器で折り返して集光光学素子に再入射させ、集光光学素子から射出して干渉計に戻ってきた被検光束で集光光学素子の透過波面形状を測定する干渉測定システムであって、前記反射球面原器が、集光光学素子側から順に、第１の固体誘電体と、液体誘電体と、第２の固体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成されており、集光光学素子に対する前記第１の固体誘電体の接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による第１，第２の固体誘電体間の光学的接続状態を保持しながら、前記第２の固体誘電体と前記反射面が移動可能に構成されていることを特徴とする干渉測定システム。
【請求項１０】
前記第１の固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項９記載の干渉測定システム。
【請求項１１】
前記第１の固体誘電体と液体誘電体と第２の固体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項９又は１０記載の干渉測定システム。
【請求項１２】
開口数ＮＡ＞１である集光光学素子に干渉計からの被検光束を入射させ、集光光学素子から射出した被検光束を反射球面原器で折り返して集光光学素子に再入射させ、集光光学素子から射出して干渉計に戻ってきた被検光束で集光光学素子の透過波面形状を測定する干渉測定システムであって、前記反射球面原器が、集光光学素子側から順に、固体誘電体と、液体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成されており、集光光学素子に対する前記固体誘電体の接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による固体誘電体と反射面との光学的接続状態を保持しながら、前記反射面が移動可能に構成されていることを特徴とする干渉測定システム。
【請求項１３】
前記固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項１２記載の干渉測定システム。
【請求項１４】
前記固体誘電体と液体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする請求項１２又は１３記載の干渉測定システム。
【請求項１５】
前記液体誘電体が所定の作用により硬化して固体誘電体に変化する材料から成ることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の干渉測定システム。
【請求項１６】
前記液体誘電体が被検光束の波長には反応しない光硬化性樹脂から成ることを特徴とする請求項１５記載の干渉測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は干渉測定方法及び干渉測定システムに関するものであり、例えば、高屈折率物質から成る固浸レンズ(いわゆるＳＩＬ：Solid Immersion Lens)や固浸ミラー(いわゆるＳＩＭ：Solid Immersion Mirror)のように、光の実効的な開口数(ＮＡ：numerical aperture)の大きい光学素子の透過波面形状を測定するための干渉測定方法及び干渉測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を利用して情報の記録や再生を行う光記録再生技術においては、微小な光スポットを得るために、なるべく高い開口数で光を回折限界まで集光することが望まれる。しかし、現在の光記録再生技術ではレンズのＮＡがほぼ１．０に近づいているため、従来のレンズによる光スポットの小径化は限界に達している。この１．０というＮＡの値は、集光光束を空気中に伝播させて集光することによる限界であるが、集光点付近に誘電体を利用すれば、この限界を引き上げることが可能である。それを実現するために、光の実効的なＮＡを大きくする方法が特許文献１〜４で提案されている。例えば、特許文献１記載の技術では微小な光スポットを得るために高屈折率物質から成る固浸レンズを用いており、特許文献２〜４記載の技術では微小な光スポットを得るために固浸ミラーを用いている。これらの技術により達成される微小な光スポットを利用すれば、情報の記録又は再生を行う際の記録密度の向上(つまり記録再生媒体の高密度化)が可能である。
【０００３】
ところで、作製されたレンズ等の集光光学素子の性能を測定する方法として、干渉計と反射球面原器を用いて集光光学素子の透過波面を測定する方法が従来より知られている。例えば光ピックアップ用の対物レンズの場合、その透過波面の測定は以下のようにして行われる。まず、干渉計から射出させた平面波を光ピックアップ用の対物レンズに入射させる。すると、収差の非常に少ない球面波が対物レンズから射出される。その球面波を反射球面原器で折り返し、再び対物レンズに入射させる。ここで、反射球面原器に設けられている反射面は球面の一部から成っているため、球面波は入射してきた光路を逆に進行して対物レンズに再入射することになる。対物レンズからは平面波が射出され、その平面波と干渉計内の参照面からの反射平面波とで干渉縞が形成される。その干渉縞から対物レンズの透過波面形状を測定することができる。また、参照面をピエゾ素子等で駆動させるフリンジスキャン法により、透過波面形状を数値データに置き換えて光学収差を解析することができる。
【０００４】
集光光学素子の開口数ＮＡが１未満の場合、集光光学素子と反射球面原器の反射面との間での集光光束の伝播は空気中で行うようにすればよい。しかし、特許文献１〜４で提案されているように集光光学素子の開口数ＮＡが１以上になると、集光光学素子と反射球面原器の反射面との間での集光光束の伝播を高屈折率物質中で行うようにしなければ、有効光束全部の透過波面形状を測定することができない。この問題を解決するため、半球参照ミラーとマッチングオイルを用いて集光光学素子と反射面との間を高屈折率物質で満たす測定方法及び測定装置が、特許文献５で提案されている。その構成によると、対物レンズの底面に半球参照ミラーの平面部を対向させ、対物レンズの底面と半球参照ミラーの平面部との間にマッチングオイルを介在させて測定が行われる。
【特許文献１】特開平１１−１１０８１２号公報
【特許文献２】特開平１２−１１３４８４号公報
【特許文献３】特開２００２−４８９７３号公報
【特許文献４】特開２０００−１６２５０３号公報
【特許文献５】特開２００２−２２６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献５記載の構成では、対物レンズに直接マッチングオイルが接触するため、測定後には対物レンズを洗浄しなければならない。また、レンズ保持部等にオイルが付着するおそれもある。したがって、複数の対物レンズを連続して測定することは困難である。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子の透過波面形状を測定することが可能であるとともに、その測定後に集光光学素子の洗浄を行う必要がなく、複数の集光光学素子に対する連続した測定が容易な干渉測定方法と、それに用いる干渉測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明の干渉測定方法は、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子を干渉計からの被検光束が入射する位置に配置し、その集光光学素子側から順に、第１の固体誘電体と、液体誘電体と、第２の固体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成された反射球面原器を、前記第１の固体誘電体が集光光学素子と接触するように配置し、その接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による第１，第２の固体誘電体間の光学的接続状態を保持しながら、前記第２の固体誘電体と前記反射面とを移動させることにより反射面位置を調整した後、集光光学素子の透過波面形状を干渉計で測定することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明の干渉測定方法は、上記第１の発明において、前記第１の固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明の干渉測定方法は、上記第１又は第２の発明において、前記第１の固体誘電体と液体誘電体と第２の固体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明の干渉測定方法は、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子を干渉計からの被検光束が入射する位置に配置し、その集光光学素子側から順に、固体誘電体と、液体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成された反射球面原器を、前記固体誘電体が集光光学素子と接触するように配置し、その接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による固体誘電体と反射面との光学的接続状態を保持しながら、前記反射面を移動させることにより反射面位置を調整した後、集光光学素子の透過波面形状を干渉計で測定することを特徴とする。
【００１１】
第５の発明の干渉測定方法は、上記第４の発明において、前記固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明の干渉測定方法は、上記第４又は第５の発明において、前記固体誘電体と液体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明の干渉測定方法は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、前記液体誘電体として、所定の作用により硬化して固体誘電体に変化するものを用い、前記透過波面形状の測定後に前記液体誘電体を硬化させ、前記反射球面原器の芯厚を測定し、その芯厚と前記反射面の半径との差から集光光学素子におけるフォーカス位置の設計値からのズレを算出することを特徴とする。
【００１４】
第８の発明の干渉測定方法は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記液体誘電体として、所定の作用により硬化して固体誘電体に変化するものを用い、前記透過波面形状の測定後に前記液体誘電体を硬化させ、液体誘電体が硬化した反射球面原器を他の集光光学素子の透過波面形状の測定に用いることを特徴とする。
【００１５】
第９の発明の干渉測定システムは、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子に干渉計からの被検光束を入射させ、集光光学素子から射出した被検光束を反射球面原器で折り返して集光光学素子に再入射させ、集光光学素子から射出して干渉計に戻ってきた被検光束で集光光学素子の透過波面形状を測定する干渉測定システムであって、前記反射球面原器が、集光光学素子側から順に、第１の固体誘電体と、液体誘電体と、第２の固体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成されており、集光光学素子に対する前記第１の固体誘電体の接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による第１，第２の固体誘電体間の光学的接続状態を保持しながら、前記第２の固体誘電体と前記反射面が移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明の干渉測定システムは、上記第９の発明において、前記第１の固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明の干渉測定システムは、上記第９又は第１０の発明において、前記第１の固体誘電体と液体誘電体と第２の固体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００１８】
第１２の発明の干渉測定システムは、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子に干渉計からの被検光束を入射させ、集光光学素子から射出した被検光束を反射球面原器で折り返して集光光学素子に再入射させ、集光光学素子から射出して干渉計に戻ってきた被検光束で集光光学素子の透過波面形状を測定する干渉測定システムであって、前記反射球面原器が、集光光学素子側から順に、固体誘電体と、液体誘電体と、球面の一部を成す反射面と、で構成されており、集光光学素子に対する前記固体誘電体の接触状態を保持するとともに前記液体誘電体による固体誘電体と反射面との光学的接続状態を保持しながら、前記反射面が移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
第１３の発明の干渉測定システムは、上記第１２の発明において、前記固体誘電体と集光光学素子との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００２０】
第１４の発明の干渉測定システムは、上記第１２又は第１３の発明において、前記固体誘電体と液体誘電体との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることを特徴とする。
【００２１】
第１５の発明の干渉測定システムは、上記第９〜第１４のいずれか１つの発明において、前記液体誘電体が所定の作用により硬化して固体誘電体に変化する材料から成ることを特徴とする。
【００２２】
第１６の発明の干渉測定システムは、上記第１５の発明において、前記液体誘電体が被検光束の波長には反応しない光硬化性樹脂から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、集光光学素子と液体誘電体との間に固体誘電体が位置する構成になっているため、集光光学素子に液体誘電体が付着することはない。したがって、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子の透過波面形状を測定することが可能であるとともに、その測定後に集光光学素子の洗浄を行う必要がなく、複数の集光光学素子に対する連続した測定を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施した干渉測定方法及び干渉測定システムを、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００２５】
図１に第１の実施の形態のシステム全体の概略構成を示し、その要部構成を拡大して図２に示す。また、図３に第２の実施の形態のシステム全体の概略構成を示し、その要部構成を拡大して図４に示す。第１，第２の実施の形態の干渉測定システムは、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子１０に干渉計Ｋ１からの被検光束を入射させ、集光光学素子１０から射出した被検光束を反射球面原器Ｇ１又はＧ２で折り返して集光光学素子１０に再入射させ、集光光学素子１０から射出して干渉計Ｋ１に戻ってきた被検光束で集光光学素子１０の透過波面形状を測定する構成になっている。
【００２６】
被検光学素子である集光光学素子１０は、記録再生媒体(光ディスク等)の光学記録面に対する光情報の記録又は再生を行うために、入射光を光学記録面上で集光させる対物レンズである。そして図２，図４に示すように、正の光学的パワーを有し入射光を透過させる第１面Ｓ１と、正の光学的パワーを有し入射光を反射させる第２面Ｓ２と、を有し、第１面Ｓ１を透過した入射光を第２面Ｓ２で反射させた後、第１面Ｓ１で反射させて第２面Ｓ２の面頂点付近で集光させる反射屈折系の構成になっている。各実施の形態の干渉測定システムでは、第１面Ｓ１に対し干渉計Ｋ１から被検光束(レーザビーム)が入射する。第１面Ｓ１に入射した被検光束は、第１面Ｓ１で屈折して第２面Ｓ２に入射する。第２面Ｓ２には反射膜(例えば金属薄膜)が施されており、被検光束は第２面Ｓ２で反射される。第２面Ｓ２で反射した被検光束は、再び第１面Ｓ１に入射する。第１面Ｓ１には反射膜(例えば誘電体多層膜)が施されており、第１面Ｓ１に再度入射した被検光束は第１面Ｓ１で反射される。第１面Ｓ１で反射した被検光束は、最後に第２面Ｓ２の面頂点付近で集光する。
【００２７】
干渉計Ｋ１は、集光光学素子１０の透過波面を測定するトワイマン・グリーン型の干渉計であり、光源ユニット１，コリメータレンズ２，所定波長の光に対してハーフミラーとして機能するビームスプリッタ３，反射平面原器４(４Ｓ：参照平面)，結像レンズ５，干渉縞観察用の撮像素子(ＣＣＤカメラ)６，モニタ７等を備えている。また光源ユニット１は、レーザ，コリメータレンズ，収束レンズ，スペイシャルフィルター等を内蔵している。レーザとしては、集光光学素子１０の使用波長と同一波長のレーザ光を発振するものが好ましい。
【００２８】
第１の実施の形態を構成している反射球面原器Ｇ１は、集光光学素子１０側から順に、第１の固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、第２の固体誘電体１３と、球面の一部を成す反射面１４と、で構成されている。第１の固体誘電体１１は平行平面板から成っており、第２の固体誘電体１３は略半球レンズから成っている。第１，第２の固体誘電体１１，１３は、いずれも屈折率が１．５〜１．８程度のガラスから成っているが、必要に応じて他の材料から成るもの(プラスチック等)を用いてもよい。液体誘電体１２は、屈折率が１．５〜１．８程度のマッチングオイルから成っており、その表面張力，粘性等により第１，第２の固体誘電体１１，１３間に保持されている。
【００２９】
反射面１４は、第２の固体誘電体１３の略半球面上にコートされた金属コーティング(例えばアルミコーティング)から成っている。このように球面の一部を成す反射面１４と第２の固体誘電体１３とを一体化するのが、高い光学性能を得る上で好ましい。なお、反射材料を略半球面上にコートする代わりに、反射材料を略半球面上に貼り付けたり載せたりすることにより、反射面１４と液体誘電体１２との間を第２の固体誘電体１３で満たすようにしてもよい。
【００３０】
第１，第２の固体誘電体１１，１３は液体誘電体１２で光学的に接続されているため、その間隔は所定範囲で可変である。干渉測定時には第１の固体誘電体１１が第２面Ｓ２の面頂点と接触するように反射球面原器Ｇ１が配置されるので、集光光学素子１０が設計値どおりに作製されていれば、反射面１４の球心Ｏ{図５(Ａ)}は第１の固体誘電体１１の集光光学素子１０側の平面上に位置する必要がある。したがって、そのときの液体誘電体１２の厚さと第１の固体誘電体１１の厚さとの合計分だけ、第２の固体誘電体１３を構成している略半球レンズの芯厚は半球よりも薄くなっている。
【００３１】
第２の実施の形態を構成している反射球面原器Ｇ２は、集光光学素子１０側から順に、固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、球面の一部を成す反射面１４と、で構成されており、反射面１４は凹面鏡１５で構成されている。固体誘電体１１は、第１の実施の形態と同様、平行平面板から成っており、その材料は屈折率：１．５〜１．８程度のガラスであるが、必要に応じて他の材料から成るもの(プラスチック等)を用いてもよい。液体誘電体１２は、屈折率が１．５〜１．８程度のマッチングオイルから成っており、その表面張力，粘性等により固体誘電体１１と反射面１４との間に保持されている。このように球面の一部を成す反射面１４と固体誘電体１１との間を液体誘電体１２で満たすのが、高い光学性能を得る上で好ましい。
【００３２】
固体誘電体１１と反射面１４とは液体誘電体１２で光学的に接続されているため、その間隔は所定範囲で可変である。干渉測定時には固体誘電体１１が第２面Ｓ２の面頂点と接触するように反射球面原器Ｇ２が配置されるので、集光光学素子１０が設計値どおりに作製されていれば、反射面１４の球心Ｏ{図５(Ａ)}は固体誘電体１１の集光光学素子１０側の平面上に位置する必要がある。したがって、そのときの反射面１４の端部から固体誘電体１１までの距離と固体誘電体１１の厚さとの合計分だけ、反射面１４を構成している凹面鏡１５の凹部深さは半球よりも薄くなっている。
【００３３】
第１の実施の形態(図１)の干渉測定方法では、まず、干渉計Ｋ１に設けられているステージ９に第２の固体誘電体１３のみをセットし、干渉計Ｋ１と第２の固体誘電体１３との相対位置を調整する。このとき、干渉計Ｋ１からの被検光束が第２の固体誘電体１３の平面部に対し垂直入射するように、その平面部の反射波面をモニタ７で確認しながら被検光束に対する第２の固体誘電体１３の傾きを調整する。第２の固体誘電体１３に傾きがあると、液体誘電体１２が楔プリズムとして作用し収差を発生させるおそれがあるからである。第２の固体誘電体１３の傾き調整が完了したら、第２の固体誘電体１３の(円形状の)平面部がモニタ７の測定範囲内に収まるように平面部の法線方向の平行移動調整を行った後、平面部の法線に対して垂直方向の平行移動調整を行う。
【００３４】
次に、ステージ９を動かして第２の固体誘電体１３を被検光束外へ退避させ、集光光学素子１０のみを干渉計Ｋ１からの被検光束が入射する位置に配置し、干渉計Ｋ１に対する集光光学素子１０の傾き(すなわちレンズ光軸の傾き)を調整する。干渉計Ｋ１に対する集光光学素子１０の傾き調整が完了すれば、集光光学素子１０は干渉計Ｋ１に対しブロック偏芯の無い状態(つまり干渉計Ｋ１と集光光学素子１０とで光軸が平行になるように調整された状態)となる。
【００３５】
次に、集光光学素子１０の第２面Ｓ２上に第１の固体誘電体１１を載せて、第１の固体誘電体１１が第２面Ｓ２の面頂点と接触した状態にする。そして、第１の固体誘電体１１の上に液体誘電体１２を塗布し、その上に第２の固体誘電体１３を載せる。再びステージ９を動かして、集光光学素子１０のレンズ光軸方向とそれに垂直な２方向とについて反射面１４の位置調整を行う。つまり、集光光学素子１０に対する第１の固体誘電体１１の接触状態を保持するとともに液体誘電体１２による第１，第２の固体誘電体１１，１３間の光学的接続状態を保持しながら、第２の固体誘電体１３と反射面１４とを移動させることにより反射面１４の位置を調整する。このとき、干渉縞の同心円数が少なくなるように、第１，第２の固体誘電体１１，１３の間隔(つまり液体誘電体１２の厚さ)を調整する。この位置調整が完了すれば、集光光学素子１０側から順に、第１の固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、第２の固体誘電体１３と、球面の一部を成す反射面１４と、から成る反射球面原器Ｇ１が、干渉計Ｋ１に対し適正にセットされた状態となる。
【００３６】
第２の実施の形態(図３)の干渉測定方法では、まず、集光光学素子１０のみを干渉計Ｋ１からの被検光束が入射する位置に配置し、干渉計Ｋ１に対する集光光学素子１０の傾き(すなわちレンズ光軸の傾き)を調整する。干渉計Ｋ１に対する集光光学素子１０の傾き調整が完了すれば、集光光学素子１０は干渉計Ｋ１に対しブロック偏芯の無い状態(つまり干渉計Ｋ１と集光光学素子１０とで光軸が平行になるように調整された状態)となる。
【００３７】
次に、干渉計Ｋ１に設けられているステージ９に凹面鏡１５をセットし、凹面鏡１５の凹部に液体誘電体１２を入れて固体誘電体１１で蓋をすることにより、反射面１４と固体誘電体１１との間が液体誘電体１２で満たされた状態とする。それを集光光学素子１０の第２面Ｓ２上に固体誘電体１１が載るようにセットし、固体誘電体１１が第２面Ｓ２の面頂点と接触した状態にする。ステージ９を動かして、集光光学素子１０のレンズ光軸方向とそれに垂直な２方向とについて反射面１４の位置調整を行う。つまり、集光光学素子１０に対する固体誘電体１１の接触状態を保持するとともに液体誘電体１２による固体誘電体１１と反射面１４との光学的接続状態を保持しながら、反射面１４を移動させることにより反射面１４の位置を調整する。このとき、干渉縞の同心円数が少なくなるように、固体誘電体１１と反射面１４との間隔(つまり液体誘電体１２の厚さ)を調整する。この位置調整が完了すれば、集光光学素子１０側から順に、固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、球面の一部を成す反射面１４と、から成る反射球面原器Ｇ２が、干渉計Ｋ１に対し適正にセットされた状態となる。
【００３８】
第１，第２の実施の形態において、干渉計Ｋ１による集光光学素子１０の透過波面の測定は以下のようにして行う。干渉計Ｋ１及び集光光学素子１０に対する反射球面原器Ｇ１又はＧ２の相対位置調整が完了した状態で、光源ユニット１から所定波長のレーザビームを放射させる。レーザビームはコリメータレンズ２で平行光束となり、ビームスプリッタ３で反射光束と透過光束とに分割される。そのうち、反射光束は透過波面測定用の被検光束として集光光学素子１０に入射し、透過光束は参照光束として反射平面原器４の参照平面４Ｓで折り返される。
【００３９】
集光光学素子１０が設計値どおりに作製されていれば、被検光束は集光光学素子１０を通過し、反射球面原器Ｇ１又はＧ２の反射面１４で反射され、入射してきた光路を逆に進行して集光光学素子１０を再び通過した後、ビームスプリッタ３に再入射する。その際、反射球面原器Ｇ１に入射した被検光束は、第１の固体誘電体１１，液体誘電体１２，第２の固体誘電体１３を順に透過して反射面１４で反射された後、入射してきた光路を逆に進行し、反射球面原器Ｇ２に入射した被検光束は、固体誘電体１１，液体誘電体１２を順に透過して反射面１４で反射された後、入射してきた光路を逆に進行する。ビームスプリッタ３に再入射した被検光束は反射光束と透過光束とに分割され、そのうちの透過光束が結像レンズ５を経て撮像素子６に至る。参照平面４Ｓで反射した参照光束は、同様にビームスプリッタ３に再入射して反射光束と透過光束とに分割され、そのうちの反射光束が結像レンズ５を経て撮像素子６に至る。
【００４０】
被検光束中では集光光学素子１０によって波面に変形が生じるため、撮像素子６上では被検光束と参照光束とが相互に干渉して干渉縞を形成する。その干渉縞を解析することにより集光光学素子１０の透過波面形状を測定することができる。さらに、参照面をピエゾ素子等で駆動させるフリンジスキャン法により、透過波面形状を数値データに置き換えて光学収差を解析することができる。また、その数値データに置き換えられた透過波面形状をゼルニケ多項式等でフィッティングし、コマ成分を解析することにより、集光光学素子１０の面別平行偏芯及び面別傾き偏芯を算出することも可能である。なお、反射球面原器Ｇ１又はＧ２が適正位置にあるか否かは、干渉計Ｋ１で検出される干渉縞から判断可能である。適正位置では反射面１４の球心Ｏ(図５)でレーザビームが結像するため光線は同一光路を往復することになるが、不適正な位置では、反射した光線が異なった光路で集光光学素子１０に再入射することになるからである。
【００４１】
第１の実施の形態では、第１の固体誘電体１１が集光光学素子１０と接触するように反射球面原器Ｇ１が配置され、第２の実施の形態では、固体誘電体１１が集光光学素子１０と接触するように反射球面原器Ｇ２が配置される。したがって、開口数ＮＡ＞１である集光光学素子１０の透過波面形状を測定することが可能である。また、第１の実施の形態では、反射球面原器Ｇ１が、集光光学素子１０側から順に、第１の固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、第２の固体誘電体１３と、球面の一部を成す反射面１４と、で構成されており、第２の実施の形態では、反射球面原器Ｇ２が、集光光学素子１０側から順に、固体誘電体１１と、液体誘電体１２と、球面の一部を成す反射面１４と、で構成されている。いずれも集光光学素子１０と液体誘電体１２との間に固体誘電体１１が位置する構成になっているため、集光光学素子１０に液体誘電体１２が付着することはなく、また、集光光学素子１０の保持部，保持ジグ等に液体誘電体１２が付着することもない。したがって、測定後に集光光学素子１０の洗浄を行う必要はなく、複数の集光光学素子１０に対する連続した測定を容易に行うことができる。
【００４２】
第１の実施の形態では、集光光学素子１０に対する第１の固体誘電体１１の接触状態を保持するとともに液体誘電体１２による第１，第２の固体誘電体１１，１３間の光学的接続状態を保持しながら、第２の固体誘電体１３と反射面１４が移動可能に構成されている。第２の実施の形態では、集光光学素子１０に対する固体誘電体１１の接触状態を保持するとともに液体誘電体１２による固体誘電体１１と反射面１４との光学的接続状態を保持しながら、反射面１４が移動可能に構成されている。いずれも液体誘電体１２がダンパーとして作用するため、集光光学素子１０と固体誘電体１１との接触状態も固体誘電体１１から反射面１４までの光学的接続状態も共に保持される。したがって、作製された個々の集光光学素子１０のフォーカス位置に応じて、集光光学素子１０の光軸方向に反射面１４の位置を調整することができる。
【００４３】
集光光学素子１０のフォーカス位置に応じた反射面１４の位置調整を、図５に基づいて更に詳しく説明する。干渉測定時には、固体誘電体１１が第２面Ｓ２の面頂点と接触するように、反射球面原器Ｇ１又はＧ２が配置される。つまり、集光光学素子１０と固体誘電体１１との相対値は固定である。したがって、反射面１４の球心Ｏと集光光学素子１０のフォーカス位置とが一致するように、反射面１４の位置を集光光学素子１０の光軸方向に調整すればよい。
【００４４】
例えば、集光光学素子１０が設計値どおりに作製されている場合、図５(Ａ)に示すように、集光光学素子１０に入射した被検光束は第２面Ｓ２の面頂点付近で集光する。したがって、固体誘電体１１の集光光学素子１０側の平面上に反射面１４の球心Ｏが位置するように、反射面１４位置を光軸方向に調整する。このとき、反射面１４と第２面Ｓ２との面頂点間隔(すなわち反射球面原器Ｇ１又はＧ２の芯厚)Ｖが反射面１４の半径Ｒと一致することになる。集光光学素子１０におけるフォーカス位置が設計値よりも集光光学素子１０の内側にズレている場合、図５(Ｂ)に示すように、反射面１４を集光光学素子１０に近づけて(Ｖ＜Ｒ)、その球心Ｏと集光光学素子１０のフォーカス位置とを一致させる。集光光学素子１０におけるフォーカス位置が設計値よりも集光光学素子１０の外側にズレている場合、図５(Ｃ)に示すように、反射面１４を集光光学素子１０から遠ざけて(Ｒ＜Ｖ)、その球心Ｏと集光光学素子１０のフォーカス位置とを一致させる。
【００４５】
反射球面原器Ｇ１又はＧ２が適正位置{図５(Ａ)〜(Ｃ)}にあるか否かは、前述したように干渉計Ｋ１で検出される干渉縞から判断可能である。したがって、芯厚Ｖと半径Ｒとの差から、集光光学素子１０のフォーカス位置の設計値からのズレ量を知ることができる。反射球面原器Ｇ１又はＧ２の芯厚Ｖを測定するには、液体誘電体１２として、所定の作用により硬化して固体誘電体に変化するものを用いるのが好ましい。透過波面形状の測定後に液体誘電体１２を硬化させ、反射球面原器Ｇ１又はＧ２の芯厚Ｖを測定し、その芯厚Ｖと反射面１４の半径Ｒとの差から集光光学素子１０におけるフォーカス位置の設計値からのズレを算出すれば、フォーカス位置の設計値からのズレ量を簡単に知ることができる。
【００４６】
所定の作用により硬化して固体誘電体に変化する液体誘電体１２の材料としては、例えば、光硬化性樹脂，熱硬化性樹脂等のプラスチック材料が挙げられる。紫外線硬化型樹脂に代表される光硬化性樹脂は、液体誘電体１２の材料として適している。ただし、液体誘電体１２はダンパーとして作用する必要があるので、被検光束の波長には反応しない光硬化性樹脂で液体誘電体１２を構成する必要がある。
【００４７】
液体誘電体１２を硬化させて成る反射球面原器Ｇ１又はＧ２は、他の集光光学素子の透過波面形状の測定に用いることができる。つまり、前述したように集光光学素子１０の透過波面形状を測定した後、液体誘電体１２を硬化させ、液体誘電体１２が硬化した反射球面原器Ｇ１又はＧ２を他の集光光学素子の透過波面形状の測定に用いれば、集光光学素子１０を測定基準とした光学性能の相対的な差(芯厚誤差による球面収差等)も測定することができる。なお、光学性能の相対的な差を計算する際には、液体誘電体１２が硬化する前後の屈折率差を考慮するのが好ましい。
【００４８】
前述したように、第１，第２の実施の形態に用いられている固体誘電体１１は、平行平面板状のガラスから成り、集光光学素子１０に対し接触するように配置される。ガラスは変形しにくい材料であるため、集光光学素子１０の第２面Ｓ２と固体誘電体１１とは点接触の状態となる。透過波面測定時には、その点接触の位置がスポット位置となるように調整する必要があるが{図５(Ａ)の場合}、この調整は簡単でない。この問題を解決するには、固体誘電体１１として変形しやすい材料から成るものを用いることが好ましい。例えば、図６(Ａ)に示すように、集光光学素子１０の第２面Ｓ２との接触により変形する材料(ゴム等)から成る固体誘電体１１ａを用いたり、図６(Ｂ)に示すように、集光光学素子１０の第２面Ｓ２に沿って湾曲可能なフィルム状の固体誘電体１１ｂを用いたりするのが好ましい。このように変形しやすい固体誘電体１１ａ，１１ｂを用いれば、それを集光光学素子１０の第２面Ｓ２の面形状に沿わせることができる。つまり、第２面Ｓ２に対し固体誘電体１１ａ，１１ｂを面接触の状態にすることができる。したがって、透過波面測定時のスポット位置の調整が不必要となり、比較的容易に透過波面を測定することが可能となる。
【００４９】
第１，第２の実施の形態において、固体誘電体１１と集光光学素子１０との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることが望ましい。固体誘電体１１と集光光学素子１０との、被検光束の波長における屈折率が異なっていると、その界面で反射された光がキャッツアイとして、透過波面と同時に観察されることになる。特にＮＡの高い光は、全反射条件を満たすため強度が大きく、キャッツアイが透過波面に重なって透過波面形状測定を困難にさせる。固体誘電体１１と集光光学素子１０との、被検光束の波長における屈折率を略一致させることにより、キャッツアイによる透過波面形状測定への影響を小さくしたり、又は除去したりすることができる。
【００５０】
第１の実施の形態において、第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることが望ましい。第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との、被検光束の波長における屈折率が異なっていると、以下のような問題(1)〜(3)が生じる。
(1)  上記屈折率差により球面収差が発生するため、透過波面形状からその球面収差を除去して考える必要が生じる。その場合、液体誘電体１２の厚さを正確に知る必要があるが、その測定は簡単でない。
(2)  上記のように屈折率が異なっていると、第１の固体誘電体１１の表と裏の平行が出ていない場合、非点収差が発生し、透過波面形状からその非点収差を除去して考える必要が生じる。その場合、第１の固体誘電体１１の平行度を知る必要がある。
(3)  第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面、及び液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との界面が平滑面でなく粗面の場合、高次の収差が発生するため、透過波面形状からその高次の収差を除去して考える必要が生じる。その場合、第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面、及び液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との界面を平滑面にする必要がある。
【００５１】
第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との、被検光束の波長における屈折率を略一致させることで、上記問題(1)〜(3)を解決することができる。つまり、屈折率差による球面収差の影響を小さくしたり又は除去したりすることができ、また、第１の固体誘電体１１の表と裏の平行度がでている必要はなくなり、第１の固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面、及び液体誘電体１２と第２の固体誘電体１３との界面が平滑面である必要はなくなる。
【００５２】
第２の実施の形態において、固体誘電体１１と液体誘電体１２との、被検光束の波長における屈折率が略一致していることが望ましい。固体誘電体１１と液体誘電体１２との、被検光束の波長における屈折率が異なっていると、以下のような問題(4)〜(6)が生じる。
(4)  上記屈折率差により球面収差が発生するため、透過波面形状からその球面収差を除去して考える必要が生じる。その場合、液体誘電体１２の厚さを正確に知る必要があるが、その測定は簡単でない。
(5)  上記のように屈折率が異なっていると、固体誘電体１１の表と裏の平行が出ていない場合、非点収差が発生し、透過波面形状からその非点収差を除去して考える必要が生じる。その場合、固体誘電体１１の平行度を知る必要がある。
(6)  固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面が平滑面でなく粗面の場合、高次の収差が発生するため、透過波面形状からその高次の収差を除去して考える必要が生じる。その場合、固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面を平滑面にする必要がある。
【００５３】
固体誘電体１１と液体誘電体１２との、被検光束の波長における屈折率を略一致させることで、上記問題(4)〜(6)を解決することができる。つまり、屈折率差による球面収差の影響を小さくしたり又は除去したりすることができ、また、固体誘電体１１の表と裏の平行度がでている必要はなくなり、固体誘電体１１と液体誘電体１２との界面が平滑面である必要はなくなる。
【００５４】
上述した第１，第２の実施の形態にはトワイマン・グリーン型の干渉計Ｋ１が用いられているが、適用可能な干渉計はこれに限らない。図７，図８に、第１，第２の実施の形態にフィゾー型の干渉計Ｋ２を用いた場合の概略構成をそれぞれ示す。図７，図８に示す干渉測定システムは、集光光学素子１０の透過波面を測定するフィゾー型の干渉計Ｋ２、反射球面原器Ｇ１又はＧ２等を備えている。干渉計Ｋ２は、光源ユニット１，コリメータレンズ２，所定波長の光に対してハーフミラーとして機能するビームスプリッタ３，透過平面原器８(８Ｓ：参照平面)，結像レンズ５，干渉縞観察用の撮像素子(ＣＣＤカメラ)６，モニタ７等を備えている。光源ユニット１は、レーザ，コリメータレンズ，収束レンズ，スペイシャルフィルター等を内蔵している。レーザとしては、集光光学素子１０の使用波長と同一波長のレーザ光を発振するものが好ましい。
【００５５】
干渉計Ｋ２による集光光学素子１０の透過波面の測定は以下のようにして行う。干渉計Ｋ２及び集光光学素子１０に対する反射球面原器Ｇ１又はＧ２の相対位置を調整した後、光源ユニット１から所定波長のレーザビームを放射させる。レーザビームはコリメータレンズ２で平行光束となり、ビームスプリッタ３で反射光束と透過光束とに分割され、そのうちの反射光束のみが用いられる。ビームスプリッタ３からの反射光束は、透過平面原器８を通過する透過波面測定用の被検光束と、透過平面原器８の参照平面８Ｓでの反射により折り返される参照光束と、に分けられる。集光光学素子１０が設計値どおりに作製されていれば、被検光束は集光光学素子１０を通過し、反射球面原器Ｇ１又はＧ２の反射面１４で反射され、入射してきた光路を逆に進行して集光光学素子１０と透過平面原器８を再び通過した後、ビームスプリッタ３に再入射する。ビームスプリッタ３に再入射した被検光束は反射光束と透過光束とに分割され、そのうちの透過光束が結像レンズ５を経て撮像素子６に至る。参照平面８Ｓで反射した参照光束は、同様にビームスプリッタ３に再入射して反射光束と透過光束とに分割され、そのうちの透過光束が結像レンズ５を経て撮像素子６に至る。
【００５６】
被検光束中では集光光学素子１０によって波面に変形が生じるため、撮像素子６上では被検光束と参照光束とが相互に干渉して干渉縞を形成する。その干渉縞を解析することにより集光光学素子１０の透過波面形状を測定することができる。さらに、参照面をピエゾ素子等で駆動させるフリンジスキャン法により、透過波面形状を数値データに置き換えて光学収差を解析することができる。また、その数値データに置き換えられた透過波面形状をゼルニケ多項式等でフィッティングし、コマ成分を解析することにより、集光光学素子１０の面別平行偏芯及び面別傾き偏芯を算出することも可能である。なお、反射球面原器Ｇ１又はＧ２が適正位置にあるか否かは、干渉計Ｋ２で検出される干渉縞から判断可能である。適正位置では反射面１４の球心Ｏ(図５)でレーザビームが結像するため光線は同一光路を往復することになるが、不適正な位置では、反射した光線が異なった光路で集光光学素子１０に再入射することになるからである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１の実施の形態の概略構成を示すシステム構成図。
【図２】第１の実施の形態の要部構成を示す拡大図。
【図３】第２の実施の形態の概略構成を示すシステム構成図。
【図４】第２の実施の形態の要部構成を示す拡大図。
【図５】各実施の形態における液体誘電体の機能を説明するための模式図。
【図６】各実施の形態において集光光学素子に接する固体誘電体の他の具体例を説明するための模式図。
【図７】第１の実施の形態にフィゾー型の干渉計を用いた場合の概略構成を示すシステム構成図。
【図８】第２の実施の形態にフィゾー型の干渉計を用いた場合の概略構成を示すシステム構成図。
【符号の説明】
【００５８】
Ｋ１    トワイマン・グリーン型の干渉計
Ｋ２    フィゾー型の干渉計
Ｇ１，Ｇ２    反射球面原器
１０    集光光学素子
１１，１１ａ，１１ｂ    固体誘電体(第１の固体誘電体)
１２    液体誘電体
１３    第２の固体誘電体
１４    反射面
１５    凹面鏡
【図１】
2005207961.tif 000003
【図２】
2005207961.tif 000004
【図３】
2005207961.tif 000005
【図４】
2005207961.tif 000006
【図５】
2005207961.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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