(57)【要約】【課題】基準レンズがなくても被検光学素子の面形状誤差、面間偏心誤差、屈折率分布等を一度の測定で検知し、被検光学素子の合否を判定できる検査装置。【解決手段】光源１１と、光源１１からの光束を被検光束Ｍと参照光束Ｒに分割する光束分割手段１８と、被検光学素子２２が配置される被検光束Ｍ中に配置され、設計値に基づく被検光学素子２２の透過波面を略平面に変換する補正光学系２３と、補正光学系２３を透過した被検光束Ｍと被検光束Ｍとは異なる光路を経て平行光束とされた参照光束Ｒとを合成する光束合成手段２６と、光束合成手段２６を透過した光束を撮像する撮像手段２８と、撮像手段２８によって形成された干渉縞に基づいて被検光学素子２２を透過した波面に係るパラメータを算出するパラメータ算出手段３１と、パラメータに基づいて被検光学素子２２の評価値を算出する評価値演算手段３１とを備えた光学素子検査装置。【選択図】図１
2007170888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光束を被検光束と参照光束に分割する光束分割手段と、被検光学素子が配置される被検光束中に配置され、設計値に基づく前記被検光学素子の透過波面を略平面に変換する補正光学系と、前記補正光学系を透過した被検光束と前記被検光束とは異なる光路を経て平行光束とされた前記参照光束とを合成する光束合成手段と、前記光束合成手段を透過した光束を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって形成された干渉縞に基づいて前記被検光学素子を透過した波面に係るパラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記パラメータに基づいて前記被検光学素子の評価値を算出する評価値演算手段とを備えたことを特徴とする光学素子検査装置。
【請求項２】
光源と、前記光源からの光束を被検光束と参照光束に分割する光束分割手段と、被検光束を偏向させる少なくとも一つの反射手段と、被検光学素子が配置される被検光束中に配置され、設計値に基づく前記被検光学素子の透過波面を略平面に変換する補正光学系と、前記補正光学系を透過した被検光束と前記被検光束とは異なる光路を経て平行光束とされた前記参照光束とを合成する光束合成手段と、前記光束合成手段を透過した光束を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって形成された干渉縞から前記被検光学素子の合否を判定する演算手段とを備えた光学素子検査装置であって、被検光束を偏向させる前記反射手段の少なくとも一つが前記被検光学素子の反射面であることを特徴とする光学素子検査装置。
【請求項３】
前記補正光学系は、少なくとも一つの回転対称な光学面と、少なくとも一つの回転非対称な光学面を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子検査装置。
【請求項４】
前記評価値演算手段は、前記被検光学素子の設計値を用いて計算された前記被検光学素子の透過波面に係るパラメータと、前記パラメータ算出手段からのパラメータとを比較することで、前記被検光学素子の評価値を算出することを特徴とする請求項１記載の光学素子検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子検査装置に関し、詳しくは、光学素子の透過波面の干渉縞を測定して光学素子の検査を行う装置に関するものであり、特に、光学素子の面形状、面間隔、面間偏心、屈折率分布等を一度に測定して光学素子の合否を判定できる検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子の総合検査方法としては、例えば特許文献１に開示されたレンズ総合検査機がある。この検査機は、光源からの光束を２つに分割し、その２つの光路に被検レンズと基準レンズを配置し、被検レンズの光路で発生する波面収差と基準レンズの光路で発生する波面収差の差として得られる干渉縞を解析して、レンズ面形状、レンズ肉厚、偏心等の値を知るものである。基準レンズとしては、いくつかの被検レンズの中から被検レンズの設計値に近いレンズを見つけ出すか、あるいは、研削加工等によって設計値に近い精度の良いレンズを作り、基準レンズとして使用するものである。
【特許文献１】特許第３２０６９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、被検レンズがプラスチック光学素子の場合は、基準レンズを製作することが次の理由により非常に困難なため、上記従来技術で検査を行うことができない。すなわち、プラスチック光学素子は吸湿等によって光学特性が経時的に大きく変化し、また、レンズの光学面にキズが付きやすいために、被検レンズの中から基準レンズを見つけ出しても、時間が経つと基準レンズとして使用できなくなる。また、プラスチック光学素子はその材料特性から成形自由度が高く、ガラス光学素子よりも複雑な形状の光学素子である場合が多い。よって、ガラスでプラスチックと等価な基準レンズを製作することが非常に困難である。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点に着目してなされたものであり、その目的は、基準レンズがなくても被検光学素子の面形状誤差、面間偏心誤差、屈折率分布等を一度の測定で検知し、被検光学素子の合否を判定できる検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の第１の光学素子検査装置は、光源と、前記光源からの光束を被検光束と参照光束に分割する光束分割手段と、被検光学素子が配置される被検光束中に配置され、設計値に基づく前記被検光学素子の透過波面を略平面に変換する補正光学系と、前記補正光学系を透過した被検光束と前記被検光束とは異なる光路を経て平行光束とされた前記参照光束とを合成する光束合成手段と、前記光束合成手段を透過した光束を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって形成された干渉縞に基づいて前記被検光学素子を透過した波面に係るパラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記パラメータに基づいて前記被検光学素子の評価値を算出する評価値演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
この構成によれば、被検光学素子を透過した誤差の成分が乗った波面が、設計値に基づく被検光学素子の透過波面を略平面に変換する補正光学系によって誤差を含んで略平面波に変換されるので、基準レンズを用いることなく被検光学素子の透過波面を測定することができ、被検光学素子の合否を判定することが可能となる。特に被検光学素子がプラスチック光学素子の場合に好適である。
【０００７】
本発明の第２の光学素子検査装置は、光源と、前記光源からの光束を被検光束と参照光束に分割する光束分割手段と、被検光束を偏向させる少なくとも一つの反射手段と、被検光学素子が配置される被検光束中に配置され、設計値に基づく前記被検光学素子の透過波面を略平面に変換する補正光学系と、前記補正光学系を透過した被検光束と前記被検光束とは異なる光路を経て平行光束とされた前記参照光束とを合成する光束合成手段と、前記光束合成手段を透過した光束を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって形成された干渉縞から前記被検光学素子の合否を判定する演算手段とを備えた光学素子検査装置であって、被検光束を偏向させる前記反射手段の少なくとも一つが前記被検光学素子の反射面であることを特徴とするものである。
【０００８】
この構成によれば、被検光束の偏向を被検光学素子の反射面で行うので、少なくとも一つの反射面を含むプリズムタイプの被検光学素子の透過波面を容易に測定することができ、被検光学素子の合否を判定することが可能となる。
【０００９】
本発明の第３の光学素子検査装置は、第１、第２の光学素子検査装置において、前記補正光学系は、少なくとも一つの回転対称な光学面と、少なくとも一つの回転非対称な光学面を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によれば、被検光学素子を透過した波面が回転非対称な形状である場合でも、補正光学系によって透過波面を略平面波に変換して解析可能な干渉縞を形成することが可能となり、光学素子の合否を判定することが可能となる。
【００１１】
本発明の第４の光学素子検査装置は、第１の光学素子検査装置において、前記評価値演算手段は、前記被検光学素子の設計値を用いて計算された前記被検光学素子の透過波面に係るパラメータと、前記パラメータ算出手段からのパラメータとを比較することで、前記被検光学素子の評価値を算出することを特徴とするものである。
【００１２】
この構成によれば、基準となる透過波面を計算によって求めておくので、製造誤差のないマスターサンプル（基準レンズ等）を準備する必要がなくなるため、被検光学素子の合否判定を簡便かつ安価に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明の光学素子検査装置によると、基準レンズがなくとも被検光学素子の面形状誤差、面間偏心誤差、屈折率分布等を一度の測定で検知して被検光学素子の合否を判定することができる。特に被検光学素子がプラスチック光学素子の場合は、本発明の光学検査装置を用いることによって、合否判定を容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の光学素子検査装置を実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の光学素子検査装置の構成を示す図である。光学素子検査装置５１は、マッハツェンダー干渉計を用いて被検光学素子の透過波面を干渉縞として測定し、その干渉縞を解析して数値化された透過波面をＺｅｒｎｉｋｅ多項式にフィッティングし、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数を用いて被検光学素子の合否を判定する検査装置である。
【００１６】
図１において、レーザ光源１１からの光束は、可変ＮＤフィルタ１２と偏光板１３を通過した後、対物レンズ１４とピンホール１５で構成されるスペイシャルフィルタ１６によって波面ノイズが除去された理想的な球面波となる。そして、スペイシャルフィルタ１６を通過した光束は、コリメートレンズ１７によって平行光となり、光束分割手段１８によって透過光と反射光に分割される。この透過光と反射光がそれぞれ参照光束Ｒと被検光束Ｍに相当する。
【００１７】
参照光束Ｒは、ビームエクスパンダ１９によって適切な光束径に拡大された後に、参照光束反射部材２０で反射し、光束合成手段２６に入射する。一方、被検光束Ｍは、被検光束反射部材２１で反射した後に、被検光学素子２２を通過し、２枚の球面レンズ２４、２５で構成され、設計値に基づく被検光学素子２２の透過波面を略平面に変換する補正光学系２３を通過することで、被検光学素子２２によって変形した波面が誤差を含んで略平面波に変換され、光束合成手段２６に入射する。そして、参照光束Ｒと被検光束Ｍが光束合成手段２６で重畳されることによって干渉縞が生成される。
【００１８】
このように、本発明の光学素子検査装置５１は、被検光学素子２２の透過波面を測定しているため、被検光学素子２２の面形状、面間隔、面間偏心、絶対屈折率、屈折率分布等の光学素子２２を構成する全ての項目を検査することが可能である。そのため、本発明の光学素子検査装置５１は、製造された光学素子２２が良品か不良品かを判断する合否判定に適している。
【００１９】
本実施例において、被検光学素子２２は回転対称な光学面で構成されている。その場合は、波面を略平面に変換するための補正光学系２３も回転対称な光学素子で構成されることになる。本実施例では、補正光学系２３は２枚の球面レンズ２４、２５で構成されているが、もちろん平面や非球面等が含まれるレンズで構成されていてもよい。また、もちろんレンズ枚数の制限もない。
【００２０】
光束合成手段２６を通過した干渉光束は、視野絞り２７によって解析範囲を規定された後に、ズームレンズ２９とＣＣＤ３０とで構成される撮像手段２８に入射し、干渉縞解析装置３１に画像情報として取り込まれ、干渉縞解析が行われる。干渉縞解析は、フリンジスキャン法によって行われる。参照光束反射部材２０を圧電素子によって反射面に対して垂直な方向に移動させて、被検光束Ｍと参照光束Ｒとの光路差を変化させる。光路差を変化させた複数の干渉縞を画像情報として干渉縞解析装置（ＰＣ）３１に取り込み、演算処理によって干渉波面の位相データＷ（ρ，θ）の数値化が行われる。なお、図１の符号３２は干渉縞解析装置（ＰＣ）３１への入力装置、符号３３は干渉縞解析装置（ＰＣ）３１の結果が出力される出力装置である。
【００２１】
数値化された干渉波面の位相データＷ（ρ，θ）は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式（特許文献１の式（１））にフィッティングされ、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数が解析結果として出力装置３３に出力される。被検光学素子の合否は、このＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数によって判定される。詳細は後述する。
【００２２】
なお、被検光学素子２２からの出射波面は一般に平面波から大きく乖離した波面になるため、その波面と参照平面波との干渉縞を測定すると、干渉縞の密度が高くなりすぎるために干渉縞解析ができなくなるが、補正光学系２３によって被検光学素子２２からの出射波面が略平面波に変換されることで干渉縞の密度が低くなり、干渉縞解析装置３１による干渉縞解析が可能になる。
【００２３】
また、光束合成手段２６は、２軸のティルト調整が可能なステージによって保持されている。被検光学素子２２の設置位置によっては、生成される干渉縞に大きなティルト成分が加わる場合があるが、光束合成手段２６の２軸のティルト調整によって、干渉縞に含まれるティルト成分を除去することができる。
【００２４】
上記光学素子検査装置５１は、マッハツェンダー型の干渉計によって被検光学素子２２の透過波面を測定している。このような構成をとることにより、光束が被検光学素子２２を通過する回数が１回だけとなるため、測定感度が上がりすぎないので、被検光学素子２２の設置時における位置誤差の許容値を大きくすることが可能となる。また、適切な測定感度を保ちつつ、ダイナミックレンジと測定領域を両立することが可能となる。なお、本発明の実施例は全てマッハツェンダー型の干渉計の構成をとっているため、全ての実施例において上記の効果が得られる。
【００２５】
図２に、被検光学素子２２の合否判定手順を示すフローチャートを示す。図２の上側のラインに示すように、まず、被検光学素子２２の干渉波面を測定し、干渉縞解析によりＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数を導出する。それとは別に、図２の下側のラインに示すように、被検物の設計値（面形状、面間隔、屈折率等) を用いた干渉縞のシミュレーションを行い、同様に、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数を導出する。そして、図２の中央のラインに示すように、双方のＺｅｒｎｉｋｅ多項式の係数同士を比較し、双方の差分が予め設定された閾値よりも大きいかどうかを判断し、被検光学素子２２の合否判定を行う。なお、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式のどの項を合否判定に用いるかは、被検光学素子２２の光学特性や、製造過程に応じて適宜決定される。
【００２６】
このように、実施例１の光学素子検査装置５１は、基準レンズを用いることなく、被検光学素子２２の合否判定を行うことが可能なため、基準レンズを製作することが困難なプラスチック光学素子の合否判定に適している。
【００２７】
次に、本発明の実施例２の光学素子検査装置について説明する。図３は、本発明の実施例２の光学素子検査装置の構成を示す図である。基本的な構成は、図１に示した実施例１の光学素子検査装置と同様であるが、被検光学素子３４が異なるために、被検光路の構成が異なっている。
【００２８】
すなわち、被検光学素子３４は３面（Ａ面、Ｂ面、Ｃ面）の光学面を含んでおり、それぞれの光学面が自由曲面形状となっている。この被検光学素子３４の光学面にレーザからの平行光を入射すると、別な光学面から出射する波面は平面から大きく乖離した形状になるため、このままでは干渉縞密度が高くなり干渉縞解析を行うことができないが、実施例１の補正光学系２３と同様の機能を有する補正光学系３５によって波面変換、すなわち、略平面波への変換を行うことで、干渉縞解析が可能となる。
【００２９】
なお、本発明における自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。
【００３０】
∞
Ｚ＝ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ2 ｒ2 ｝］＋Σ  Ｃj Ｘm Ｙn 
j=2 
・・・（ａ）
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００３１】
球面項において、ｃ、ｋ、ｒの意味は以下の通りである。
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
また、自由曲面項を展開すると、以下のように表される。
【００３２】
∞
Σ  Ｃj Ｘm Ｙn 
j=2 
＝Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００３３】
図４に、被検光学素子３４を用いた撮像光学系４８における光束の通過する様子を示す。画角０°における主光線とマージナル光線を図示してある。撮像光学系４８には、被検光学素子３４（実施例２の被検光学素子）と被検光学素子４０（実施例３の被検光学素子) とカバーガラス４５、４６が含まれる。なお、符号４７は撮像光学系４８の撮像面である。
【００３４】
撮像光学系４８を構成する光学部材の数値データを表１に示す。この実施例の構成パラメータにおいては、軸上主光線を、物体中心から光学系の絞りの中心を垂直に通り、像面中心に至る光線で定義する。そして、光学系の最も物体側の第１面（図４の場合は、カバーガラス４５の物体側の面）の軸上主光線と交差する位置を偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主光線に沿う方向をＺ軸方向とし、物体から第１面に向かう方向をＺ軸正方向とし、光軸が折り曲げられる平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交する方向をＸ軸方向とし、図４の紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
【００３５】
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００３６】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられている。数値データ中、“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＥＦ”は反射面を示している。また、屈折率、アッベ数はｄ線のものである。
【００３７】
〔表１〕
面番号  曲率半径      面間隔    偏心      屈折率  アッベ数
物体面    ∞              ∞
1      ∞                    偏心(1)   1.4950    65.0
2      ∞                    偏心(2) 
3    ＦＦＳ[1]               偏心(3)   1.6069    27.0
4    ＦＦＳ[2]               偏心(4)   1.6069    27.0
5    ＦＦＳ[3]               偏心(5) 
6      ∞（絞り面）          偏心(6) 
7    ＦＦＳ[4]               偏心(7)   1.5256    56.4
8    ＦＦＳ[5]               偏心(8)   1.5256    56.4
9    ＦＦＳ[6]               偏心(9)   1.5256    56.4
10    ＦＦＳ[7]        0.31   偏心(10)
11      ∞             0.30             1.5163    64.1
12      ∞             0.63 
像  面    ∞            
ＦＦＳ[1] 
Ｃ4 ＝ 4.1709 ×10-2    Ｃ6 ＝ 6.5908 ×10-2    Ｃ8 ＝-1.0688 ×10-4
Ｃ10＝-1.1246 ×10-3    Ｃ11＝ 6.6599 ×10-4    Ｃ13＝ 1.6298 ×10-3
Ｃ15＝ 7.4708 ×10-4    Ｃ17＝-2.9507 ×10-5    Ｃ19＝ 9.7169 ×10-5
Ｃ21＝-1.7566 ×10-4    Ｃ22＝-2.5840 ×10-6    Ｃ24＝ 5.7315 ×10-5
Ｃ26＝-3.4271 ×10-5    Ｃ28＝ 3.0860 ×10-5
ＦＦＳ[2] 
Ｃ4 ＝-3.9587 ×10-3    Ｃ6 ＝ 2.7654 ×10-2    Ｃ8 ＝-1.0723 ×10-3
Ｃ10＝ 1.9555 ×10-3    Ｃ11＝ 7.7516 ×10-5    Ｃ13＝-1.7029 ×10-4
Ｃ15＝ 3.4007 ×10-4    Ｃ17＝-3.4680 ×10-5    Ｃ19＝ 1.0476 ×10-4
Ｃ21＝ 4.8180 ×10-6    Ｃ22＝-6.2801 ×10-6    Ｃ24＝-4.7571 ×10-7
Ｃ26＝ 1.6082 ×10-5    Ｃ28＝-8.1118 ×10-6
ＦＦＳ[3] 
Ｃ3 ＝-3.3425 ×10-2    Ｃ4 ＝-7.8403 ×10-2    Ｃ6 ＝-4.0695 ×10-2
Ｃ8 ＝-8.8984 ×10-3    Ｃ10＝ 6.2496 ×10-3    Ｃ11＝-1.5720 ×10-3
Ｃ13＝-2.7166 ×10-2    Ｃ15＝ 1.4357 ×10-3    Ｃ17＝-6.5515 ×10-4
Ｃ19＝ 3.6911 ×10-4    Ｃ21＝-2.1928 ×10-4    Ｃ22＝ 1.8341 ×10-3
Ｃ24＝-3.0393 ×10-3    Ｃ26＝ 2.0951 ×10-3    Ｃ28＝-6.7649 ×10-4
ＦＦＳ[4] 
Ｃ3 ＝-2.8391 ×10-2    Ｃ4 ＝ 1.2123 ×10-1    Ｃ6 ＝-8.3113 ×10-2
Ｃ8 ＝ 7.8309 ×10-3    Ｃ10＝ 2.1910 ×10-3    Ｃ11＝ 6.5905 ×10-3
Ｃ13＝-1.7892 ×10-2    Ｃ15＝ 1.5127 ×10-3    Ｃ17＝-6.7547 ×10-4
Ｃ19＝ 4.3224 ×10-4    Ｃ21＝-8.3463 ×10-5    Ｃ22＝-2.3991 ×10-4
Ｃ24＝-8.1334 ×10-3    Ｃ26＝ 7.9144 ×10-4    Ｃ28＝-4.9662 ×10-4
ＦＦＳ[5] 
Ｃ4 ＝ 3.8550 ×10-2    Ｃ6 ＝ 4.1924 ×10-2    Ｃ8 ＝ 1.7538 ×10-3
Ｃ10＝-3.9045 ×10-4    Ｃ11＝ 8.7475 ×10-5    Ｃ13＝ 6.4778 ×10-4
Ｃ15＝ 1.7386 ×10-4    Ｃ17＝-1.0376 ×10-5    Ｃ19＝-1.6202 ×10-6
Ｃ21＝-1.7314 ×10-5    Ｃ22＝-2.3351 ×10-7    Ｃ24＝ 1.1257 ×10-5
Ｃ26＝-9.6773 ×10-6    Ｃ28＝-9.8518 ×10-6
ＦＦＳ[6] 
Ｃ4 ＝-2.4098 ×10-2    Ｃ6 ＝ 1.1095 ×10-2    Ｃ8 ＝ 2.5243 ×10-4
Ｃ10＝ 8.0683 ×10-5    Ｃ11＝-1.0086 ×10-4    Ｃ13＝ 8.3763 ×10-4
Ｃ15＝ 3.5919 ×10-4    Ｃ17＝-6.6515 ×10-5    Ｃ19＝ 5.2149 ×10-5
Ｃ21＝ 6.6212 ×10-5    Ｃ22＝ 4.1040 ×10-7    Ｃ24＝ 4.0895 ×10-6
Ｃ26＝-6.4842 ×10-6    Ｃ28＝-9.8152 ×10-6
ＦＦＳ[7] 
Ｃ3 ＝ 4.8640 ×10-2    Ｃ4 ＝ 3.7051 ×10-2    Ｃ6 ＝ 6.3083 ×10-2
Ｃ8 ＝ 1.4429 ×10-3    Ｃ10＝ 2.1610 ×10-4    Ｃ11＝-8.4235 ×10-3
Ｃ13＝-8.8574 ×10-3    Ｃ15＝-4.6112 ×10-3    Ｃ17＝-4.4861 ×10-4
Ｃ19＝ 5.3081 ×10-4    Ｃ21＝ 1.1103 ×10-3    Ｃ22＝ 4.3529 ×10-4
Ｃ24＝ 5.0879 ×10-4    Ｃ26＝ 1.0880 ×10-3    Ｃ28＝-1.2467 ×10-4
偏心(1) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  0.00  Ｚ＝  0.00
α＝  0.00  β    0.00  γ＝  0.00
偏心(2) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  0.00  Ｚ＝  0.50
α＝  0.00  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(3) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝ -0.00  Ｚ＝  0.64
α＝ -0.95  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(4) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝ -0.02  Ｚ＝  3.34
α＝-41.75  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(5) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  2.63  Ｚ＝  3.02
α＝-83.86  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(6) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  3.21  Ｚ＝  2.96
α＝-83.86  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(7) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  3.39  Ｚ＝  2.94
α＝-83.86  β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(8) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  7.89  Ｚ＝  2.41
α＝-101.29 β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(9) 
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  5.44  Ｚ＝  1.03
α＝-150.09 β＝  0.00  γ＝  0.00
偏心(10)
Ｘ＝  0.00  Ｙ＝  5.38  Ｚ＝  4.48
α＝-180.00 β＝  0.00  γ＝  0.00
。
【００３８】
上記撮像光学系４８を構成する被検光学素子３４は、図４に示すような実使用状態において、Ａ面に入射した光束が屈折し、Ｂ面で光束が反射し、Ｃ面で光束が屈折し、そのＣ面より光束が被検光学素子３４から出射する。このような光線の通過状態に近づけるために、図３に示した光学素子検査装置では、被検光束の偏向を被検光学素子３４の反射面（Ｂ面）で行っている。
【００３９】
このような構成をとることにより、実際の使用状態に近い光束が被検光学素子３４を通過するので、光学素子検査装置５１で測定した被検光学素子３４の透過波面と、撮像光学系４８の光学性能を対応付けることが可能になり、実際の光学性能と相関関係が高い合否判定を行うことが可能となる。なお、本発明の実施例は全て、実際の使用状態に近い光束が被検光学素子を通過するため、全ての実施例において上記の効果が得られる。
【００４０】
なお、図３に示した光学素子検査装置５１では、被検光学素子３４のＣ面に光束が入射し、Ｂ面で光束が反射し、Ａ面から光束が出射している。この構成は、光学素子検査装置５１における被検光学素子３４の設置の容易性に由来しているが、もちろん、被検光学素子３４のＡ面に光束が入射し、Ｂ面で光束が反射し、Ｃ面から光束が出射する構成にしてもよい。
【００４１】
図５は、図３の光学素子検査装置５１に組み込まれている補正光学系３５の構成を示す図である。補正光学系３５は、接合球面レンズ３６と、円筒面レンズ３７で構成されている。被検光学素子３４からの出射波面が回転非対称な形状であるため、補正光学系３５には回転非対称な光学面を有する光学素子３７が含まれている。このような補正光学系３５を被検光学素子３４の後方に配置することで、被検光学素子３４からの出射波面を略平面波に変換することができ、ＣＣＤ３０で観測される干渉縞の縞密度が低くなり、解析可能な干渉縞となる。
【００４２】
図６は、被検光学素子３４と補正光学系３５を光学素子検査装置５１に組み込んだ場合に生成される干渉縞のシミュレーション結果の１例を示す図である。このように、被検光学素子３４からの出射波面を補正光学系３５によって略平面波に変換することによって、縞密度の低い、解析可能な干渉縞が生成される。なお、被検光学素子３４の合否判定の方法については、実施例１と同様である。
【００４３】
被検光学素子３４に全く製造誤差が存在しない場合でも、補正光学系３５によって変換された波面は参照光束の波面と一致しない。つまり、合否判定の基準となる被検光学素子３４の透過波面は平面波ではなく、ある歪みを含んだ波面形状となる。このように被検光学素子３４の合否判定を行うことにより、補正光学系３５からの出射波面を完全な平面波に変換する必要がなくなるために、補正光学系３５の設計自由度が高くなり、構造を単純化することができ、補正光学系３５の製作を容易に行うことが可能となる。また、形状が複雑な光学素子でも、容易に合否判定を行うことが可能となる。
【００４４】
図７に、図５の被検光学素子３４とその周辺を拡大した図を示す。以下、図７を用いて被検光学素子３４の光学素子検査装置５１での設置位置を説明する。被検光学素子３４に入射する光束の光軸が、撮像光学系の絞り面に相当する面（図７のｐ面）の中心軸と一致するように、被検光学素子３４を設置する。さらに、被検光学素子３４から出射する光束の光軸が、撮像光学系４８（図４）のカバーガラス４５の物体側の面に相当する面（図７のｑ面）の中心軸と一致するように、被検光学素子３４を設置する。このように被検光学素子３４を設置することで、後述する数値データのように配置された補正光学系３５の中心軸と、被検光学素子３４から出射する光束の光軸とを一致させることができ、図６に示したような干渉縞を生成することができる。
【００４５】
以下の表２に、図５に示した補正光学系３５を構成する光学部材の数値データを示す。図５の被検光学素子３４は、図４の撮像光学系４８に含まれる被検光学素子３４と等価であるが、光束の向きが反対になっている。すなわち、図４の被検光学素子３４では、光束がＡ面、Ｂ面、Ｃ面、絞り面の順に通過するが、図５の被検光学素子３４では、絞り面、Ｃ面、Ｂ面、Ａ面の順に通過する。
【００４６】
表２の数値データにおいて、“ＣＹＬ”はシリンドリカル光学面を示している。シリンドリカル光学面はＹ方向の曲率半径とＸ方向の曲率半径が異なる光学面である。それぞれの曲率半径を“ＲＤＹ”、“ＲＤＸ”として数値データを示す。また、以下の数値データでは、被検光学素子３４の光学面を省略して記載している。被検光学素子３４の光学面は、上述の表１の撮像光学系４８の数値データに記載してある。なお、ａ面〜ｅ面は図５に示した補正光学系３５の光学面、ｑ面は図７のカバーガラス４５の物体側の面に対応する。
【００４７】
〔表２〕
面番号          曲率半径        面間隔      屈折率（ｄ線）  アッベ数（ｄ線）
1 (ｑ面)       ∞             17.80
2 (ａ面)     131.65            2.50       1.7283          28.5 
3 (ｂ面)      16.49           11.00       1.6667          48.3 
4 (ｃ面)     -24.47          208.22
5 (ｄ面)     ＣＹＬ[1]         8.00       1.5163          64.1 
6 (ｅ面)     ＣＹＬ[2]         
ＲＤＹ    ＲＤＸ
ＣＹＬ[1]     ∞      519.00
ＣＹＬ[2]     ∞     -103.80                                                                                                                                。
【００４８】
次に、本発明の実施例３の光学素子検査装置について説明する。図８は、本発明の実施例３の光学素子検査装置の構成を示す図である。基本的な構成は、図１に示した実施例１の光学素子検査装置と同様であるが、被検光学素子４０が異なるために、被検光路の構成が異なっている。
【００４９】
すなわち、被検光学素子４０は４面（Ｄ面、Ｅ面、Ｆ面、Ｇ面) の光学面を含んでおり、それぞれの光学面が自由曲面形状となっている。実施例２と同様に、この被検光学素子４０から出射する波面は平面から大きく乖離した形状になるため、このままでは干渉縞密度が高くなり干渉縞解析を行うことができないが、実施例１の補正光学系２３と同様の機能を有する補正光学系４１によって波面変換、すなわち、略平面波への変換を行うことで、干渉縞解析が可能となる。
【００５０】
撮像光学系４８を構成する被検光学素子４０は、図４に示すような実使用状態において、Ｄ面に発散光が入射して屈折し、Ｅ面とＦ面で光束が反射し、Ｇ面で光束が屈折し、そのＧ面より光束が被検光学素子４０から出射する。このような光線の通過状態に近づけるために、図８に示した光学素子検査装置では、被検光束の偏向を被検光学素子４０の反射面（Ｅ面とＦ面) で行っており、かつ、被検光学素子４０の前方に集光レンズ３９を配置することで、被検光学素子４０のＤ面に発散光を入射させるようにしている。
【００５１】
図９は、図８の光学素子検査装置５１に組み込まれている補正光学系４１の構成を示す図である。補正光学系４１は、接合球面レンズ４２と、円筒面レンズ４３、４４で構成されている。被検光学素子４０からの出射波面が回転非対称な形状であるため、補正光学系４１には回転非対称な光学面を有する光学素子４３、４４が含まれている。このような補正光学系４１を被検光学素子４０の後方に配置することで、被検光学素子４０からの出射波面を略平面波に変換することができ、ＣＣＤ３０で観測される干渉縞の縞密度が低くなり、解析可能な干渉縞となる。
【００５２】
図１０は、被検光学素子４０と補正光学系４１を光学素子検査装置５１に組み込んだ場合に生成される干渉縞のシミュレーション結果の１例を示す図である。このように、被検光学素子４０からの出射波面を補正光学系４１によって略平面波に変換することによって、縞密度の低い、解析可能な干渉縞が生成される。なお、被検光学素子の合否判定の方法については、実施例１と同様である。
【００５３】
図１１に、図９の被検光学素子４０とその周辺を拡大した図を示す。以下、図１１を用いて被検光学素子４０の光学素子検査装置５１での設置位置を説明する。被検光学素子４０に入射する光束の光軸が、撮像光学系の絞り面に相当する面（図１１のｒ面）の中心軸と一致するように、被検光学素子４０を設置する。さらに、被検光学素子４０から出射する光束の光軸が、撮像光学系の撮像面に相当する面（図１１のｓ面）の中心軸と一致するように、被検光学素子４０を設置する。このように被検光学素子４０を設置することで、後述する数値データのように配置された補正光学系４１の中心軸と、被検光学素子４０から出射する光束の光軸とを一致させることができ、図１０に示したような干渉縞を生成することができる。
【００５４】
以下の表３に、図９に示した集光レンズ３９、被検光学素子４０、補正光学系４１を構成する光学部材の数値データを示す。図８の被検光学素子４０は、図４の撮像光学系４８に含まれる被検光学素子４０と等価である。
【００５５】
表３の数値データにおいて、“ＣＹＬ”はシリンドリカル光学面を示している。シリンドリカル光学面はＹ方向の曲率半径とＸ方向の曲率半径が異なる光学面である。それぞれの曲率半径を“ＲＤＹ”、“ＲＤＸ”として数値データを示す。また、以下の数値データでは、被検光学素子４０の光学面を省略して記載している。被検光学素子４０の光学面は、上述の表１の撮像光学系４８の数値データに記載してある。なお、ｆ面〜ｈ面、ｉ面〜ｏ面は図９に示した集光レンズ３９、補正光学系４１の光学面に対応し、ｒ面は図１１の撮像光学系の絞り面、ｓ面は図１１の撮像光学系の撮像光学系の撮像面に対応する。
【００５６】
〔表３〕
面番号          曲率半径        面間隔      屈折率（ｄ線）  アッベ数（ｄ線）
1 (ｆ面)      27.97            9.50       1.6667          48.3 
2 (ｇ面)     -18.85            2.50       1.7283          28.5 
3 (ｈ面)    -152.94           40.00
4 (ｒ面)       ∞              
(被検光学素子４０：数値データは表１) 
5 (ｓ面)       ∞             22.90
6 (ｉ面)     118.66            3.00       1.7283          28.3 
7 (ｊ面)      16.08           11.04       1.6700          47.2 
8 (ｋ面)     -21.17          100.00
9 (ｌ面)     ＣＹＬ[1]         3.30       1.5163          64.1 
10 (ｍ面)       ∞             92.00
11 (ｎ面)       ∞              4.00       1.5163          64.1 
12 (ｏ面)     ＣＹＬ[2]         
ＲＤＹ    ＲＤＸ
ＣＹＬ[1]   -67.47      ∞
ＣＹＬ[2]  -129.75      ∞
。
【００５７】
なお、上記の実施例においては、補正光学系２３、３５及び４１を被検光学素子２２、３４及び４０の透過波面側（出射光側）に配置したもので説明したが、被検光学素子２２、３４及び４０の入射光側に配置しても同様の作用及び効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１の光学素子検査装置の構成を示す図である。
【図２】被検光学素子の合否判定手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２の光学素子検査装置の構成を示す図である。
【図４】実施例２と実施例３の被検光学素子を用いた撮像光学系における光束の通過する様子を示す図である。
【図５】図３の光学素子検査装置に組み込まれている補正光学系の構成を示す図である。
【図６】実施例２の光学素子検査装置で生成される干渉縞のシミュレーション結果の１例を示す図である。
【図７】図５の被検光学素子とその周辺を拡大した図である。
【図８】本発明の実施例３の光学素子検査装置の構成を示す図である。
【図９】図８の光学素子検査装置に組み込まれている補正光学系の構成を示す図である。
【図１０】実施例３の光学素子検査装置で生成される干渉縞のシミュレーション結果の１例を示す図である。
【図１１】図９の被検光学素子とその周辺を拡大した図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｒ…参照光束
Ｍ…被検光束
１１…レーザ光源
１２…可変ＮＤフィルタ
１３…偏光板
１４…対物レンズ
１５…ピンホール
１６…スペイシャルフィルタ
１７…コリメートレンズ
１８…光束分割手段
１９…ビームエクスパンダ
２０…参照光束反射部材
２１…被検光束反射部材
２２…被検光学素子
２３…補正光学系
２４、２５…球面レンズ
２６…光束合成手段
２７…視野絞り
２８…撮像手段
２９…ズームレンズ
３０…ＣＣＤ
３１…干渉縞解析装置
３２…入力装置
３３…出力装置
３４…被検光学素子
３５…補正光学系
３６…接合球面レンズ
３７…円筒面レンズ
３９…集光レンズ
４０…被検光学素子
４１…補正光学系
４２…接合球面レンズ
４３、４４…円筒面レンズ
４５、４６…カバーガラス
４７…撮像面
４８…撮像光学系
５１…光学素子検査装置（本発明）
【図１】
2007170888.tif 000003
【図２】
2007170888.tif 000004
【図３】
2007170888.tif 000005
【図４】
2007170888.tif 000006
【図５】
2007170888.tif 000007
【図６】
2007170888.tif 000008
【図７】
2007170888.tif 000009
【図８】
2007170888.tif 000010
【図９】
2007170888.tif 000011
【図１０】
2007170888.tif 000012
【図１１】
2007170888.tif 000013