(57)【要約】【課題】光学素子の面形状、偏心などを、周辺環境に関わらず安定的かつ高精度に測定できるシヤリング干渉計等を提供すること。【解決手段】レーザ光源１１１と、レーザ光源１１１からの光束を第１の光束と第２の光束とに分割する光束分割部１１５と、光束を光軸ＡＸに関して所定角度だけ回転させるイメージローテータ１１６とを有し、反対の向きに所定角度ずつ回転している第１の光束と第２の光束とを合成する光束合成部１１５と、合成された光束を結像する結像光学系１１８と、干渉縞を取り込むＣＣＤカメラ１１９とを有し、光束回転部１１６は、第１の光束と第２の光束とをそれぞれ対向する向きから入射させ、第１の光束と第２の光束とをそれぞれ反対の向きに所定角度だけ回転させ、光束分割部１１５の機能と光束合成部１１５の機能とを同一のビームスプリッタ１１５が兼用する。【選択図】        図１
2005315683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を供給する光源と、
前記光源から射出し被測定光学系を透過又は反射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割する光束分割部と、
第１の面と第２の面とを有し、一方の面から入射した光束を所定軸に関して所定角度だけ回転させて他方の面から射出する光束回転部と、
前記所定軸に関して反対の向きに前記所定角度ずつ回転している前記第１の光束と前記第２の光束とを合成する光束合成部と、
前記合成された光束を結像する結像光学系と、
前記結像光学系により形成される干渉縞を取り込む受光部とを有し、
前記光束回転部は、前記第１の光束を前記第１の面から入射させ、前記所定軸に関して第１の向きに前記所定角度だけ回転させて前記第２の面から射出し、
さらに前記光束回転部は、前記第２の光束を前記第２の面から入射させ、前記所定軸に関して前記第１の向きとは反対の第２の向きに前記所定角度だけ回転させて前記第２の面から射出し、
前記光束分割部の機能と前記光束合成部の機能とを同一のビームスプリッタが兼用することを特徴とするシヤリング干渉計。
【請求項２】
前記光源から射出され前記被測定光学系を透過又は反射した光を、断面形状が略円形形状の略平行光へ変換する補正光学系をさらに有し、
前記補正光学系は、少なくとも一つのシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１に記載のシヤリング干渉計。
【請求項３】
前記光束回転部の位置を前記所定軸に対して調整する位置調整部をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシヤリング干渉計。
【請求項４】
前記ビームスプリッタと前記結像光学系との間の光路内に設けられている絞りをさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシヤリング干渉計。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のシヤリング干渉計と、
前記受光部で取込んだ干渉縞に基づいて、位相データを算出する干渉縞解析部とを有する干渉計測装置であって、
前記干渉縞解析部は、第１の光学系を前記被測定光学系として第１の位相データを算出する第１位相データ算出処理と、前記第１の光学系とは異なる第２の光学系を前記被測定光学系として第２の位相データを算出する第２位相データ算出処理と、前記第１の位相データと前記第２の位相データとの差分値と所定の閾値とを比較する比較演算処理とを行うことを特徴とする干渉計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の光学的な評価を行うシヤリング干渉計、特に回転非対称な光学収差を有する光学素子を測定するシヤリング干渉計及び干渉計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの光学機器の小型化や高精度化が進んでいる。光学機器の小型化、高精度化に伴い、光学機器を構成する光学素子の面形状、偏心などを高精度に測定することが要求されている。特に近年では、さらに一層の光学系の小型化及び高精度化が求められてきている。このため、共軸系の光学系においては、光学素子に非球面形状を用いることが多い。
【０００３】
非球面の面形状を高精度に測定する方法として、様々な干渉計測方法が提案されている。例えば、いわゆるヌル原器を用いる干渉計測方法が知られている。この方法では、干渉計の光路中に所定の非球面波を発生させるヌル原器を配置する。ヌル原器からの非球面波面は、被検面に略垂直に入射する。そして、被検面の所定の形状からの偏差を、干渉縞に基づいて算出する。ヌル原器としては、例えば回折光学素子、ホログラム素子を利用するホログラム原器、及びゾーンプレートを利用するゾーンプレート原器が知られている。
【０００４】
ここで、光学素子の評価項目は面形状だけに限られない。他の評価項目としては、例えば面内偏心、面間偏心、屈折異常なども測定することが望まれる。ヌル原器を用いる干渉計測方法により、複数の評価項目に関してそれぞれ測定を行うと、測定時間が非常に長時間化してしまう。このため、光学素子の複数の評価項目を測定するための干渉計が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
特許文献１には、マッハツェンダー型の干渉計が開示されている。マッハツェンダー型の干渉計の一方の光路に被検サンプルを配置し、他方の光路には比較対象としての基準レンズを配置する。次に、被検サンプルと基準レンズとのそれぞれの透過波面を合成して干渉縞を生成する。そして、干渉縞に基づいて被検サンプルの総合評価を行うものである。本干渉計では、被検サンプルの透過波面を測定することにより、面形状、中心肉厚、偏心、及び屈折異常等を同時に評価できる。このため、マッハツェンダー型の干渉計は、短い測定時間により大量生産品のレンズの検査に好適である。
【０００６】
さらに近年では、光学系のさらなる薄型化を目的として、例えば複数の偏心プリズムを組み合わせて構成された撮像光学系が提案されている（例えば、特許文献２）。そして、撮像光学系を構成する複数の偏心プリズムのうち、単体の偏心プリズムの総合的な評価を行う必要がある。ここで、複数の偏心プリズムを組み合わせた撮像光学系の全体としては、光学的な諸収差が低減されるように設計、構成されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３２０６９８４号公報
【特許文献２】特開２００３−０８４２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、単体の偏心プリズムは、撮像光学系に組み込んだ状態で諸収差が小さくなるように設計されている。このため、偏心プリズム単体では、諸収差が小さくなるようには構成されていない。例えば、単体の偏心プリズムに対して、平面波や球面波を入射すると、出射波面は平面波や球面波から大きく乱れた波面になる。このため、特許文献１に開示されたような干渉計では、干渉縞を観測することは困難であり問題である。
【０００９】
単体の偏心プリズムが、面形状誤差や偏心誤差等を有するとき、その透過波面は、回転非対称な成分の収差を含んでしまうことが多い。このため、偏心プリズム単体の総合評価を行うには、回転非対称な収差成分、特にコマ収差や非点収差を高精度に検出できることが望ましい。
【００１０】
また、干渉計を用いて光学素子の評価を行うとき、周辺環境、例えば振動、空気の擾乱等に関わらず、安定的に測定が行えることが望ましい。しかしながら、例えば特許文献１に開示されている従来技術のマッハツェンダー型の干渉計は、分割された２つの異なる比較的長い光路を有している。このため、工場の製造現場のような振動や空気の擾乱等が大きい環境下で、従来技術のマッハツェンダー型の干渉計を使用すると、干渉縞を安定的に観測することが困難であり問題である。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学素子、特に回転非対称な収差を有する光学素子の面形状、偏心などを、周辺環境に関わらず安定的かつ高精度に測定できるシヤリング干渉計及び干渉計測装置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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明によれば、光を供給する光源と、光源から射出し被測定光学系を透過又は反射した光束を第１の光束と第２の光束とに分割する光束分割部と、第１の面と第２の面とを有し、一方の面から入射した光束を所定軸に関して所定角度だけ回転させて他方の面から射出する光束回転部と、所定軸に関して反対の向きに所定角度ずつ回転している第１の光束と第２の光束とを合成する光束合成部と、合成された光束を結像する結像光学系と、結像光学系により形成される干渉縞を取り込む受光部とを有し、光束回転部は、第１の光束を第１の面から入射させ、所定軸に関して第１の向きに所定角度だけ回転させて第２の面から射出し、さらに光束回転部は、第２の光束を第２の面から入射させ、所定軸に関して第１の向きとは反対の第２の向きに所定角度だけ回転させて第２の面から射出し、光束分割部の機能と光束合成部の機能とを同一のビームスプリッタが兼用することを特徴とするシヤリング干渉計を提供できる。
【００１３】
また、第２の本発明によれば、上述のシヤリング干渉計と、受光部で取込んだ干渉縞に基づいて、位相データを算出する干渉縞解析部とを有する干渉計測装置であって、干渉縞解析部は、第１の光学系を被測定光学系として第１の位相データを算出する第１位相データ算出処理と、第１の光学系とは異なる第２の光学系を被測定光学系として第２の位相データを算出する第２位相データ算出処理と、第１の位相データと第２の位相データとの差分値と所定の閾値とを比較する比較演算処理とを行うことを特徴とする干渉計測装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るシヤリング干渉計及び干渉計測装置は、光学素子、特に回転非対称な収差を有する光学素子の面形状、偏心などを、周辺環境に関わらず安定的かつ高精度に測定できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施例に係るシヤリング干渉計及び干渉計測装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る干渉計測装置１００の概略構成を示す。干渉計測装置１００は、シヤリング干渉計１１０と干渉縞解析部であるコンピュータ１２０とから構成される。まず、シヤリング干渉計１１０について説明する。
【００１７】
（シヤリング干渉計の構成）
光源であるレーザ光源１１１は、所定波長のビーム状のレーザ光を供給する。ビームエキスパンダ１１２は、レーザ光源１１１からのビーム状の光を適当な径に拡大した光束に変換して射出する。径が拡大された光束は、被測定光学系であるプリズム１１３ａに入射する。プリズム１１３ａの構成については後述する。
【００１８】
プリズム１１３ａは、入射光を反射及び屈折させることで、光路を略９０°偏向させて射出する。プリズム１１３ａを射出した光束は、補正光学系１１４に入射する。補正光学系１１４は、プリズム１１３ａからの光を、断面が略円形形状の略平行光へ変換して射出する。補正光学系１１４は、光軸ＡＸに回転対称なレンズＬ１と、シリンドリカルレンズＬ２とを備えている。補正光学系１１４からの略平行光は、ビームスプリッタ１１５に入射する。ビームスプリッタ１１５は、光束分割部の機能と、光束合成部の機能とを兼用している。光束分割部としてのビームスプリッタ１１５は、レーザ光源１１１からの光束を、透過して直進する第１の光束と、反射して光路を略９０°折り曲げられる第２の光束とに分割する。なお、ビームスプリッタ１１５の光束合成部としての機能は後述する。
【００１９】
まず、分割された光のうち、ビームスプリッタ１１５を透過した第１の光束について説明する。ビームスプリッタ１１５を透過した第１の光束は、平面ミラー１１７ｃで光路を略９０°折り曲げられる。光路を略９０°折り曲げられた第１の光束は、光束回転部であるイメージローテータ１１６に入射する。
【００２０】
イメージローテータ１１６としては、例えば、図３に斜視構成を示すようなダブプリズム３００を用いることができる。図３に示すように、ダブプリズム３００は、第１の面３０１ａと第２の面３０１ｃとを有する。ダブプリズム３００は、一方の面である第１の面３０１ａから入射した第１の光束を、底面３０１ｂで反射させて、他方の面である第２の面３０１ｃから射出させる。ダブプリズム３００を所定軸である光軸ＡＸに関して所定角度θだけ回転させると、第１の光束は第２の面３０１ｃから角度２×θだけ回転して射出する。ここで、イメージローテータ１１６の回転軸と、シヤリング干渉計１１０の光軸ＡＸとを略一致させることが望ましい。このため、以下、イメージローテータ１１６の回転軸と、シヤリング干渉計１１０の光軸ＡＸとを略一致させた状態で説明を行う。
【００２１】
図１に戻って、イメージローテータ１１６を射出した第１の光束は、２枚の平面ミラー１７１ｂ、１７１ｃでそれぞれ光路を略９０°折り曲げられて、再びビームスプリッタ１１５へ入射する。
【００２２】
次に、分割された光のうち、ビームスプリッタ１１５を反射した第２の光束について説明する。ビームスプリッタ１１５を反射して射出した第２の光束は、２枚の平面ミラー１７１ａ、１７１ｂでそれぞれ光路を略９０°折り曲げられて、イメージローテータ１１６へ、第１の光束に対して対向する側から入射する。
【００２３】
図３を用いて説明すると、第２の光束は、イメージローテータ１１６であるダブプリズム３００の一方の面である第２面３０１ｃに至る。そして、ダブプリズム３００は、第２の面３０１ｃから入射した第２の光束を、底面３０１ｂで反射させて、他方の面である第１の面３０１ａから射出させる。ダブプリズム３００は、光軸ＡＸに関して所定角度θだけ回転しているため、第２の光束は第１の面３０１ａから角度２×θだけ回転して射出する。このとき、イメージローテータ１１６を透過する２つの光束の光路を略同一にできる。このため、イメージローテータ１１６が製造誤差を有していても、その影響を相殺することで、製造誤差の影響を殆ど受けることなくプリズム１１３ａの評価を行うことができる。なお、第１の光束と第２の光束との回転方向の詳細に関しては、図５−１、図５−２を用いて後述する。
【００２４】
図１に戻って、イメージローテータ１１６を射出した第２の光束は、平面ミラー１１７ｃで光路を略９０°折り曲げられる。光路を略９０°折り曲げられた第２の光束は、再度ビームスプリッタ１１５に入射する。
【００２５】
ビームスプリッタ１１５は、第１の光束を透過して結像光学系１１８側へ射出する。また、ビームスプリッタ１１５は、第２の光束を反射して結像光学系１１８側へ射出する。このように、ビームスプリッタ１１５は、光束分割部としての機能に加え、光束合成部としての機能を有している。これにより、シヤリング干渉計１００を構成する光学素子の数を低減できるため、干渉計の構成を簡略化できる。また、第１の光束と第２の光束とは、ビームスプリッタ１１５と複数の平面ミラー１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃとで構成される光路をそれぞれ逆方向に進行する。このため、シヤリング干渉計１１０は、共通光路の干渉計となる。従って、工場の製造現場のような振動や空気の擾乱等が大きい環境下においても、外乱に強く、干渉縞を安定的に観測することできる。従って、シヤリング干渉計１１０は、製造現場における被測定光学系の合否判定を行うために好適である。
【００２６】
ビームスプリッタ１１５により合成された２つの光束は、結像光学系１１８により受光部であるＣＣＤカメラ１１９の受光面上に結像される。受光面では、第１の光束と第２の光束とが重畳され、回転シヤリングによる干渉縞が観測される。そして、ＣＣＤカメラ１１９は、結像光学系１１８により形成される干渉縞を撮像して取り込む。なお、結像光学系１１８は、固定焦点の光学系、又は変倍可能なズーム光学系で構成できる。結像光学系１１８をズーム光学系としたときは、ＣＣＤカメラ１１９の受光面上に適切な大きさの干渉縞像を結像できる。上述したようなレーザ光源１１１からＣＣＤカメラ１１９までの系で回転シヤリング型のシヤリング干渉計１１０を構成する。
【００２７】
また、絞りＳＴＰが、ビームスプリッタ１１５と結像光学系１１８との間の光路内に設けられている。絞りＳＴＰにより、干渉縞周辺部に生じる回折ぼけを除去できる。この結果、干渉縞をシャープ（鮮鋭）な周辺境界の範囲で取り込むことができる。
【００２８】
ＣＣＤカメラ１１９には、干渉縞解析部であるコンピュータ１２０が接続されている。コンピュータ１２０は、電子データを後述する手順で演算処理して、被測定光学系であるプリズム１１３ａの透過波面の位相データを算出する。
【００２９】
（被測定光学系の例）
図２は、被測定光学系である撮像光学系２００の構成例を示す。撮像光学系２００は、例えば、上述の特許文献２に開示されており、２つの偏心プリズムであるプリズム１１３ａとプリズム１１３ｂとから構成されている。撮像光学系２００全体としては、平行平板のカバーガラス２０１側から入射した光を、結像面２０２へ良好に結像するように設計されている。そして、撮像光学系２００のうち、単体のプリズム１１３ａを被測定光学系として測定する。プリズム１１３ａは、少なくとも１つの回転非対称な反射面を有している。
【００３０】
プリズム１１３ａは、撮像光学系２００に組み込んだ状態で諸収差が小さくなるように設計されている。このため、プリズム１１３ａは、単体で諸収差が小さくなるように設計されていない。例えば、単体のプリズム１１３ａでは、予め所定のコマ収差や非点収差を発生させるように光学設計されている。これにより、単体のプリズム１１３ａに対して、平行光、即ち平面波を入射させると、射出する光は平行光とはならない。プリズム１１３ａを射出する光は、平行光とはならずに、主にパワー成分と非点収差成分等を含んだ光束となる。パワー成分は、後述するツェルニケ多項式の第４項に相当する。また、非点収差はツェルニケ多項式の第５項と第６項とに相当する。
【００３１】
（補正光学系の説明）
ここで、本シヤリング干渉計１１０で良好な干渉縞を得るために、補正光学系１１４（図１）をプリズム１１３ａの射出側に配置している。補正光学系１１４は、上述したように、プリズム１１３ａからの光を、断面形状が略円形形状の略平行光に変換して、ビームスプリッタ１１５側へ射出する。補正光学系１１４は、少なくとも一つのシリンドリカルレンズＬ２を有している。シリンドリカルレンズＬ２により、プリズム１１３ａからの回転非対称な断面形状の光束を、略回転対称な光束へ変換できる。
【００３２】
補正光学系１１４の構成は、レンズＬ１とシリンドリカルレンズＬ２とに限られるものではない。例えば、補正光学系１１４は、アナモルフィックレンズ、非球面光学素子、回折光学素子、又はこれらの組み合わせ等から構成しても良い。さらに、補正光学系１１４は、固定焦点の光学系、又は変倍可能なズーム光学系とすることができる。補正光学系１１４がズーム光学系のときは、所望の大きさの光束径を有する略平行光をビームスプリッタ１１５側へ射出できる。
【００３３】
また、補正光学系１１４を配置する位置は、プリズム１１３ａとビームスプリッタ１１５との間の光路内に限られない。例えば、ビームエキスパンダ１１２とプリズム１１３ａとの間の光路内に配置しても良い。さらに、補正光学系１１４を複数の部分光学系に分けて、それぞれの部分光学系を、プリズム１１３ａの入射側と射出側とに配置する構成でも良い。このように、プリズム１１３ａからの光を、断面形状が略円形形状の略平行光としてビームスプリッタ１１５へ入射させることができれば、補正光学系１１４は様々な変形例をとることができる。上述のように、補正光学系１１４により、プリズム１１３ａからの透過光を、断面形状が略円形形状の略平行光へ変換できる。このため、容易に干渉縞を生成できる。
【００３４】
（回転シヤリングの説明）
次に、図３、図５−１、図５−２に基づいて、回転シヤリングによる光束の回転ついて説明する。図３において、光束回転部の例であるダブプリズム３００を所定軸である光軸ＡＸの回りに角度θだけ回転させる場合を考える。上述したように、ダブプリズム３００は、第１の光束を第１の面３０１ａから入射させ、所定軸である光軸ＡＸに関して第１の向きに所定角度２×θだけ回転させて第２の面３０１ｃから射出させる。同時に、ダブプリズム３００は、第２の光束を第２の面３０１ｃから入射させ、光軸ＡＸに関して第１の向きとは反対の第２の向きに所定角度２×θだけ回転させて第１の面３０１ａから射出させる。このように、第１の光束と第２の光束とは、ダブプリズム３００に対して対向するように入射する。以下、本明細書において、イメージローテータ１１６に入射する前の光束と、射出した後の光束との光軸ＡＸ回りの角度差を、方位角という。方位角の正負の符号は任意で良いが、例えば、ＣＣＤカメラ１１９の撮像画面上において、時計まわりを正、反時計回りを負とする。
【００３５】
第１の光束と第２の光束とは、ダブプリズム３００からそれぞれ反対方向へ射出する。そして、第１の光束と第２の光束とは、それぞれ角度の大きさ（絶対値）が同一で、符号は反対の向きへ回転している。方位角を、具体例を用いてさらに説明する。図５−１は、光束に付与される方位角の大きさが９０°の場合を示す。上述したように、補正光学系１１４を射出してビームスプリッタ１１５に入射する光は、光軸ＡＸに略垂直で断面形状が略円形形状の光束５１０である。略円形形状の光束５１０を、図５−１の紙面内で直交する２軸のｘ-ｙ座標系で示す。ダブプリズム３００により、光束５１０は、第１の方向である反時計まわり方向へ−９０°回転して、第１の光束５１１となる。また、光束５１０は、第１の方向と反対の第２の方向である時計まわり方向へ＋９０°回転して第２の光束５１２となる。これにより、重畳される第１の光束５１１と第２の光束５１２との方位角の差は１８０°となる。
【００３６】
回転シヤリングによるシヤリング干渉計１１０は、２つの光束間に付与する方位角の差を制御することで、特定の光学収差の測定感度を向上できる。図５−１で説明したような、本実施例で方位角の差が１８０°のときは、参照波面と被測定透過波面とを干渉させる従来技術の干渉計に比較して略２倍の測定感度で、コマ収差を測定できる。
【００３７】
次に、方位角の差が１８０°のときに、コマ収差の測定感度が向上する理由を説明する。図５−１の光束５１０の断面形状において、コマ収差は１つの対称軸を有している。例えば、光軸ＡＸを原点として、ｙ軸に沿った方向ではコマ収差は同一の量、例えばゼロである。これに対して、コマ収差は、ｘ軸に沿った方向では原点に対して収差量が対称に変化している。ここで、光束５１０の周辺部とｘ軸との交点を位置Ａ、Ｂとする。また、光束５１０の周辺部とｙ軸との交点を位置Ｃとする。コマ収差は、ｙ軸上に沿う２つの位置Ｃどうしの間では、収差量が同じ、例えばゼロである。これに対して、コマ収差は、ｘ軸に沿う位置Ａ、Ｂ間では、原点である光軸ＡＸに関して非対称な形状の収差曲線を有している。そして、第１の光束５１１の位置Ａと、第２の光束５１２の位置Ｂとが略一致するように重畳される。この結果、非対称な収差曲線を有するコマ収差の、非対称性がさらに大きくなる向きに２つの光束５１１、５１２が重ね合わされる。従って、上述したように、方位角の差を１８０°とすることで、参照波面と被測定透過波面とを干渉させる従来技術の干渉計に比較して略２倍の測定感度で、コマ収差を測定できる。
【００３８】
次に、図５−２に基づいて、方位角の差が９０°の場合について説明する。方位角の差が９０°のときは、参照波面と被測定透過波面とを干渉させる従来技術の干渉計に比較して略２倍の測定感度で、非点収差を測定できる。
【００３９】
方位角の差が９０°のときに、非点収差の測定感度が向上する理由を説明する。図５−２の光束５２０の断面形状において、非点収差は２つの対称軸を有している。例えば、光軸ＡＸを原点として、ｘ軸に沿った２つの位置Ａ間の収差と、ｙ軸に沿った２つの位置Ｂ間の収差とは、相互に非対称な収差量である。さらに、ｘ軸とｙ軸とに対して略４５°をなす軸上の対向する位置Ｃどうしの間では、非点収差は同一の量、例えばゼロである。
【００４０】
ここで、第１の方向を反時計まわり方向、第２の方向を時計まわり方向とする。光束５２０は、第１の方向へ−４５°回転して、第１の光束５２１となる。また、光束５２０は、第２の方向へ＋４５°回転して第２の光束５２２となる。これにより、重畳される第１の光束５２１と第２の光束５２２との方位角の差は９０°となる。そして、第１の光束５２１の位置Ａと、第２の光束５２２の位置Ｂとが略一致するように重畳される。この結果、非対称な収差曲線を有する非点収差の、非対称性がさらに大きくなる向きに２つの光束５２１、５２２が重ね合わされる。従って、上述したように、方位角の差を９０°とすることで、参照波面と被測定透過波面とを干渉させる従来技術の干渉計に比較して略２倍の測定感度で、非点収差を測定できる。
【００４１】
このように、本実施例のシヤリング干渉計１１０では、２つの光束間に付与する方位角の差を制御することで、特定の光学収差の測定感度を向上できる。特に、図２に示したように、偏心しているプリズム１１３ａが面形状誤差や偏心誤差を有しているとき、コマ収差や非点収差などの回転非対称な収差を生じことが多い。このため、シヤリング干渉計１１０を用いれば、図２に示したようなプリズム１１３ａの製造誤差に起因する僅かな非点収差成分やコマ収差成分等を高精度に測定及び評価できる。
【００４２】
また、本実施例では、分割された第１の光束５１１、５２１と、第２の光束５１２、５２２とにそれぞれ与えられる方位角の絶対値が等しくなる。これにより、後述する干渉縞の解析を簡略化することができる。
【００４３】
また、イメージローテータ１１６としては、図４に示すような、三角プリズム４００を用いることもできる。三角プリズム４００は、第１の面４０１ａと第２の面４０１ｃとを有する。そして、プリズム４００は、一方の面から入射した光束を底面４０１ｂを介して、所定軸である光軸ＡＸに関して所定角度だけ回転させて他方の面から射出する。なお、イメージローテータ１１６は、これらに限定するものではなく、光軸ＡＸの回りに光束を回転させる機能を有する光学素子を用いることができる。さらに、イメージローテータ１１６は、単独の光学素子に限られず、複数の光学素子、例えば２以上のダブプリズム３００や三角プリズム４００、又はこれらを組み合わせた構成とすることができる。
【００４４】
さらに、図１に示すように、位置調整部であるアライメント部１２１を用いて、イメージローテータ１１６の位置を所定軸である光軸ＡＸに対するアライメントを行うことができる。アライメント部１２１は、シフト機構部とチルト機構部とから構成される。そして、微調整ねじ等により、イメージローテータ１１６を光軸ＡＸに対してチルト、シフトすることで位置調整する。特に、アライメント部１２１により、イメージローテータ１１６の回転軸と、シヤリング干渉計１１０の光軸ＡＸとを略一致させることができる。これにより、容易に良好な干渉縞を得ることができる。
【００４５】
（測定手順）
次に、本実施例における測定手順を説明する。上述したように、ＣＣＤカメラ１１９には、干渉縞解析部であるコンピュータ１２０が接続されている。コンピュータ１２０は、干渉縞の電子データを図６に示す手順で演算処理する。さらに、コンピュータ１２０は、フーリエ法等により干渉縞を定量的に解析する。例えば、コンピュータ１２０は、波面の形状を、単位円内で直交しているツェルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式にフィッティングする。そして、被測定光学系であるプリズム１１３ａの透過波面の位相データが算出される。以下の（１）式に３次までのツェルニケ多項式を示す。（１）式は、汎用レンズ設計プログラムＣｏｄｅＶで使用されている式と同一の式である。
【００４６】
【数１】
2005315683.tif 000003
【００４７】
Ｚｎは多項式ｆｎの係数である。ツェルニケ多項式の第４項は、いわゆるパワー成分を表している。また、コマ収差成分は、ツェルニケ多項式の第７項と第８項とに対応する。さらに、非点収差成分は、ツェルニケ多項式の第５項と第６項とに対応する。
【００４８】
図６は、本実施例における測定手順を示すフローチャートである。本測定手順は、マスターサンプルと被検サンプルとを比較測定し、被検サンプルの合格、不合格を判断するものである。例えば、図２に示したようなプリズム１１３ａ、１１３ｂを組み合わせた撮像光学系２００において、プリズム１１３ａ単体では結像性能を有していない。プリズム１１３ａ単体が設計値通りに製作されているとき、補正光学系１１４から射出された波面の干渉縞は、パワー成分と非点収差成分に関しては補正されている。これに対して、補正されている収差よりも高次の収差が設計上残存している場合は、干渉縞がヌルの状態にはならない。このときは、本測定手順のように、マスターサンプルの干渉縞と被検サンプルの干渉縞との比較を行うことで、被検サンプルの合否判定を行うことが望ましい。なお、本測定手順の例では、評価基準をコマ収差(ツェルニケ多項式の第７項と第８項)と非点収差(ツェルニケ多項式の第５項と第６項)とする。
【００４９】
ステップＳ６０１において、第１の光学系であるマスターサンプルをシヤリング干渉計１１０内の所定の被測定位置へ配置する。マスターサンプルは、設計値に対して所定の範囲内の光学性能を有する基準となる光学系である。マスターサンプルは、例えば予め製造されている多数のサンプルのそれぞれの面形状、偏心等を測定し、測定された値が設計値に最も近いサンプルを選択する。そして、選択されたサンプルをマスターサンプルとして用いることが望ましい。また、マスターサンプルとして、精研削加工等により、設計値に近い形状のサンプルを製造しても良い。
【００５０】
ステップＳ６０２において、イメージローテータ１１６であるダブプリズム３００を所定位置から光軸ＡＸの回りに４５°回転する。このとき、上述の第１の光束は＋９０°回転する。また、第２の光束は−９０°回転する。これにより、２つの光束間の方位角の差は１８０°となる。この状態でＣＣＤカメラ１１９は、形成された干渉縞を取り込む。次に、干渉縞解析部であるコンピュータ１２０は、上述したツェルニケ多項式のフィッティングを行う。ツェルニケ多項式の係数の第７項と第８項をメモリーに記憶すること等により記録する。
【００５１】
ステップＳ６０３において、ダブプリズム３００を所定位置から光軸ＡＸの回りに４５／２°回転する。このとき、第１の光束は＋４５°回転する。また、第２の光束は−４５°回転する。これにより、２つの光束間の方位角の差は９０°となる。この状態でＣＣＤカメラ１１９は、形成された干渉縞を取り込む。そして、コンピュータ１２０は、同様にツェルニケ多項式の係数の第５項と第６項を算出し、記録する。
【００５２】
このように、コンピュータ１２０は、ステップＳ６０２、Ｓ６０３において第１の光学系であるマスターサンプルに関する第１のデータを算出する第１位相データ算出処理を行う。
【００５３】
ステップＳ６０４において、マスターサンプルを光路から取り外し、第１の光学系とは異なる第２の光学系である被検サンプルを所定の測定位置へ配置する。
【００５４】
ステップＳ６０５において、上述のマスターサンプルを測定するときと同様の手順で、方位角の差が１８０°の状態で被検サンプルの測定を行う。そして、コンピュータ１２０は、ツェルニケ多項式の係数の第７項と第８項を記録する。
【００５５】
ステップＳ６０６において、マスターサンプルを測定するときと同様の手順で、方位角の差が９０°の状態で被検サンプルの測定を行う。そして、コンピュータ１２０は、ツェルニケ多項式の係数の第５項と第６項を算出し、記録する。
【００５６】
このように、コンピュータ１２０は、ステップＳ６０５、Ｓ６０６において第２の光学系である被検サンプルに関する第２のデータを算出する第２位相データ算出処理を行う。
【００５７】
ステップＳ６０７において、第１の位相データと第２の位相データとの差分値と所定の閾値とを比較する比較演算処理を行う。具体的には、マスターサンプルと被検サンプルの各ツェルニケ多項式の第５項から第８項の各係数をそれぞれ比較する。ステップＳ６０８において、被検サンプルのツェルニケ多項式の各係数とマスターサンプルのツェルニケ多項式の各係数との差分が全て閾値である基準値よりも小さいときは、被検サンプルは合格品と判断される。これに対して、第５項から第８項の少なくとも一つのツェルニケ多項式の係数の差分が基準値よりも大きいときは、被検サンプルは不合格品と判断される。
【００５８】
ここで、ツェルニケ多項式の各係数の基準値は、光学性能シミュレーションや実測等によってあらかじめ設定しておくことが望ましい。このように、本測定手順によれば、補正光学系１１４による透過光が略平行光ではない状態、即ち観測される干渉縞がヌルの状態でない場合も、マスターサンプルとの比較を行うことで、被検サンプルの高精度な総合評価を容易に行うことができる。以上説明したように、本実施例によれば、回転非対称な収差を有する光学素子の面形状、偏心などを、周辺環境に関わらず安定的かつ高精度に測定できる
【実施例２】
【００５９】
図２は、本発明の実施例２に係る干渉計測装置７００の概略構成を示す。本実施例では、シヤリング干渉計７０１が、被測定光学系として光軸ＡＸに回転対称な光学素子に好適な構成である点で上記実施例１と異なる。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。被測定光学系であるレンズ１１３ｃは、光軸ＡＸに回転対称な形状である。レンズ１１３ｃは、例えば、片面非球面レンズ又は両面非球面レンズである。このとき、補正光学系１１４は光軸ＡＸに回転対称な少なくとも１枚のレンズＬ１を備えている。補正光学系１１４は、被測定光学系であるレンズ１１３ｃを透過した光を、断面形状が略円形形状の略平行光へ変換する。
【００６０】
片面非球面レンズ又は両面非球面レンズにおいて、面形状誤差や偏心誤差による回転非対称な収差、例えばコマ収差や非点収差等が問題になることが多い。本実施例においても、上記実施例１で説明した測定手順に基づいて、コマ収差や非点収差を、参照波面と被測定透過波面とを干渉させる従来技術の干渉計に比較して略２倍の測定感度で測定できる。
【００６１】
また、補正光学系１１４は、実施例１で述べたように、ビームエキスパンダ１１２とレンズ１１３ｃとの間の光路内へ配置しても良い。このとき、レンズ１１３ｃから断面が略円形形状の略平行光が射出するように補正光学系１１４を構成する。本実施例によれば、図６で説明したフローチャートに従って、片面非球面レンズや両面非球面レンズを有するレンズ１１３ｃのマスターレンズに対する合格、又は不合格の合否判定を高精度に行うことができる。
【００６２】
以上、本発明に係るシヤリング干渉計及び干渉計測装置を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係るシヤリング干渉計及び干渉計測装置は、例えば、回転非対称な収差を有する光学素子を、安定的かつ高精度に測定するときに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１に係る干渉計測装置の概略構成を示す図である。
【図２】被測定光学系であるプリズムを備える撮像光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】イメージローテータとしてのダブプリズムの斜視構成図である。
【図４】イメージローテータとしての三角プリズムの斜視構成図である。
【図５−１】光束の回転の方位角差が１８０°の時を説明する図である。
【図５−２】光束の回転の方位角差が９０°の時を説明する図である。
【図６】実施例１における測定手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例２に係る干渉計測装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  干渉計測装置
１１０  シヤリング干渉計
１２０  コンピュータ
１１１  レーザ光源
１１２  ビームエキスパンダ
１１３ａ  プリズム
１１４  補正光学系
Ｌ１  レンズ
Ｌ２  シリンドリカルレンズ
１１５  ビームスプリッタ
１１６  イメージローテータ
１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ  平面ミラー
１２１  アライメント部
ＳＴＰ  絞り
１１８  結像光学系
１１９  ＣＣＤカメラ
２００  撮像光学系
２０１  カバーガラス
２０２  結像面
１１３ｂ  プリズム
ＡＸ  光軸
３００  ダブプリズム
３０１ａ、４０１ａ  第１の面
３０１ｂ、４０１ｂ  底面
３０１ｃ、４０１ｃ  第２の面
５１０、５２０  光束
５１１、５１２  第１の光束
５１２、５２２  第２の光束
７００  干渉計測装置
７０１  シヤリング干渉計
【図１】
2005315683.tif 000004
【図２】
2005315683.tif 000005
【図３】
2005315683.tif 000006
【図４】
2005315683.tif 000007
【図５−１】
2005315683.tif 000008
【図５−２】
2005315683.tif 000009
【図６】
2005315683.tif 000010
【図７】
2005315683.tif 000011