(57)【要約】【課題】  高度なレンズアレイを用いることなく、収差測定を行うことができる収差測定装置を提供する。【解決手段】  光源１からの光は、ピンホール板２に設けられたピンホール２ａを通過する。ピンホール２ａを通過した光は、被検光学系である第１の光学系３に入射する。第１の光学系は、ピンホール２ａの像を、断面が正方形のガラスロッド４の入側端面４ａに、ピンホール実像４ｂとして結ぶように配置されている。ロッド４の出側端面４ｃから出た光は、結像光学系である第２の光学系５の作用により、ピンホール実像４ｂの像を、２次元撮像素子６の撮像面に観測像６ａとして結像する。ロッド４中での多重反射のために、観測像６ａは複数形成される。計算装置７は、観測像６ａの各位置を読み取り、その値から、被検光学系である第１の光学系３の収差を計算する。【選択図】  図１
2007113924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンホールを照明する光源と、被検光学系である第１の光学系を、前記ピンホールの像を前記ロッドの入側端面に結像させるように配置する配置手段と、前記ロッドを通して出力された光を受光し、前記ロッドの入側端面に結像された前記ピンホールの像を、２次元受光素子面に結像させる第２の光学系と、前記２次元光学素子面に結像された前記ピンホールの像の位置を測定し、測定された位置から、前記第１の光学系の収差を計算する計算装置とを有し、前記ロッドは、境界面の内面側が反射体を構成するようにされた正三角形、正方形、矩形のいずれかの断面を有し、内部が透明体で満たされていることを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記第１の光学系と前記ロッドとの間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とする請求項１に記載の収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は収差測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズの収差測定の方法としては、レンズのスポットを直接観察するもの、干渉計測を利用するものなど多くのものが使用されている。また、干渉計測法は光の干渉のさせ方によってさらに複数の方法が提案されている。大きく分けるとフィゾー型干渉計やトワイマン・グリーン干渉計のように精度の良い面を用意してその面を参照面としてその面からの光と測定したい光学系を透過した光を干渉させる方法と、シエアリング干渉法の２つに分けることができる。シエアリング干渉法は光学系を透過する前または後で回折格子などで光束を分け、互いの光束を干渉させることで波面を求めるものである。
【０００３】
これらの干渉法は比較的精度良く波面の形状を求めることができるのが特徴である。しかしながら、これらの計測法は比較的コヒーレントの良い光源を必要とし、また、干渉計測のための、測定機を構成する部品の精度や配置の精度に比較的高いものが要求される。
【０００４】
一方、これに対して、干渉計測を使わず光学系の収差を測定するものも古くから提案されている。例えば、フーコーテスト、ロンキーテスト、シャックーハルトマン法などがある。特に、シャックーハルトマン法は現在でも良く使われている方法で比較的精度良く収差を求めることができる。この方法は被検レンズの後に光学系を配し、被検レンズの瞳と共役な位置に、マイクロレンズァレイを配置する。そして、被検レンズの物体面には一般にピンホールを配置し、その像をマイクロレンズアレイを通して観察する。このとき、被検光学系の瞳の位置と共役な位置にマイクロレンズアレイが置かれているのでピンホールの像はマイクロレンズアレイの個数分できる。また、このとき、マイクロレンズアレイは瞳の位置と共役な位置に置かれているため、瞳はマイクロレンズアレイの個数分分割され、マイクロレンズアレイの作るピンホール像の位置はこの分割された光束の横収差に対応する。見方を変えると、仮に、マイクロレンズアレイに光が入射する際、コリメートされた光が入射するようにした場合、各マイクロレンズアレイに入射した光は全て、マイクロレンズの光軸上にピンホール像を作る。一方、収差がある場合、このときマイクロレンズアレイに入射する波面は収差でうねっており、各マイクロレンズには異なる入射角で光が入射することになる。すると、各マイクロレンズが作るピンホール像はマイクロレンズの光軸上には無く、それぞれ異なる位置にピンホール像を作る。そのため、このピンホール像の位置のぱらつきを測定することにより、光学系の収差を測定することができる。以上のようにシャックーハルトマン法は原理的にシンプルで、かつ、干渉計測とは異なり、光源の選択の自由度も大きな優れた収差計測法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、以上説明したように、シャックーハルトマン法にはマイクロレンズアレイが用いられる。しかしながら、このマイクロレンズアレイの製作には困難が伴う。例えば、各マイクロレンズの焦点距離が同じでなければならず、バラツキガ少ないことが要求される。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高度なレンズアレイを用いることなく、収差測定を行うことができる収差測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を達成するための第１の手段は、ピンホールを照明する光源と、被検光学系である第１の光学系を、前記ピンホールの像を前記ロッドの入側端面に結像させるように配置する配置手段と、前記ロッドを通して出力された光を受光し、前記ロッドの入側端面に結像された前記ピンホールの像を、２次元受光素子面に結像させる第２の光学系と、前記２次元光学素子面に結像された前記ピンホールの像の位置を測定し、測定された位置から、前記第１の光学系の収差を計算する計算装置とを有し、前記ロッドは、境界面の内面側が反射体を構成するようにされた正三角形、正方形、矩形のいずれかの断面を有し、内部が透明体で満たされていることを特徴とする収差測定装置である。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記第１の光学系と前記ロッドとの間に、ズーム光学系を配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本手段によれば、高度なレンズアレイを用いることなく、収差測定を行うことができる収差測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である収差測定装置の基本構成を示す概要図である。光源１からの光は、ピンホール板２に設けられたピンホール２ａを通過する。ピンホール２ａを通過した光は、被検光学系である第１の光学系３に入射する。第１の光学系は、ピンホール２ａの像を、ロッド４の入側端面４ａに、ピンホール実像４ｂとして結ぶように配置されている。
【００１０】
ロッド４としては、正三角形、正方形、又は矩形の断面を有する角柱状または、中空角柱状の形状を有しており、中が透明体（ガラス、樹脂）等で満たされている場合と、内部と外部の界面を形成する部分の内側が反射鏡となっており、その内部が中空となっているか透明体で満たされているようなものが例として挙げられる（なお、本明細書及び特許請求の範囲に置いては、中空の場合も、透明体（空気等）で満たされているとしている。真空に近い場合も、何らかの気体が存在するのでそのように称している）。反射鏡が用いられず、内部が透明体で満たされているような場合には、内部と外部の界面で全反射が起こり、入射した光が、界面で反射されながら、ロッド４中を伝達し、ロッド４出側端面４ｃから放出されるようになっている。なお、ロッド４の入側端面、出側端面とは、ロッド４の中が透明体で満たされている場合は物理的な面を構成するが、中空状の場合は、物理的な面は存在せず、仮想的な面を示す。
【００１１】
ロッド４の出側端面４ｃから出た光は、結像光学系である第２の光学系５の作用により、ピンホール実像４ｂの像を、２次元撮像素子６の撮像面に観測像６ａとして結像する。後に説明するように、ロッド４中での多重反射のために、観測像６ａは複数形成される。計算装置７は、観測像６ａの各位置を読み取り、その値から、被検光学系である第１の光学系３の収差を計算する。
【００１２】
以下、本実施の形態の例の作用を図２、図３を用いて説明する。ロッドは、断面が正方形のガラスからなるものとする。図２は、第１の光学系３の焦点が正しく、ピンホール２ａの像がロッド４の入側他面４ａ状に結像されている状態を示すものである。ロッド４中において、光束はロッド中での反射回数に応じて分割される。図２（ａ）に示す光束は、ロッド４で反射されずロッド４を透過してスクリーン８に到達したものであり、スクリーン８側から見ると、ピンホール実像４ｂの位置に、ピンホールの像が観測される。
【００１３】
図２（ｂ）に示す光束は、ロッド４の端面で１回反射されてスクリーン８に到達したものであり、スクリーン８側から見ると、ロッド４の鏡像４’の入側端面に、ピンホールの虚像４ｂ’が観測される。
【００１４】
図２（ｃ）に示す光束は、ロッド４の端面で２回反射されてスクリーン８に到達したものであり、スクリーン８側から見ると、ロッド４の鏡像４”の入側端面に、ピンホールの虚像４ｂ”が観測される。
【００１５】
このように、ロッド４の端面に集光した光が、その後、ロッド４内での反射回数に応じて複数の虚像を形成するので、もし、ピンホール実像４ｂが、ロッド４の入側端面４ａの中心に結像していれば、図１における２次元受光素子６に形成される観測像６ａは、規則正しく（正方形の頂点に）形成される。
【００１６】
図３は、第１の光学系３の収差のために焦点位置がずれ、本来、ロッド４の端面４ａに結像されるべきピンホール実像４ｂが、ロッド４内の４ｄの位置に結像している様子を示した図である。この場合も、集光された光は、ロッド４内での反射回数によって波面分割される。図３（ａ）は、反射されずにロッド４を通過してスクリーン８に到達した光束を示すもので、スクリーン８側から見たロッド４の入側端面４ａに形成されるピンホールの虚像はぼけて見える。
【００１７】
図３（ｂ）に示す光束は、ロッド４の端面で１回反射されてスクリーン８に到達したものであり、スクリーン８側から見ると、ロッド４の鏡像４’内の、反射面に対して鏡像関係にある位置に、ピンホールの虚像４ｄ’が観測される。従って、スクリーン８側から見たロッド４の入側端面４ａの鏡像位置に形成されるピンホールの虚像４ｅ’はぼけて見えると共に、図に示すようにその位置がシフトする。
【００１８】
図２（ｃ）に示す光束は、ロッド４の端面で２回反射されてスクリーン８に到達したものであり、スクリーン８側から見ると、ロッド４の鏡像４”内の、反射面に対して鏡像関係にある位置に、ピンホールの虚像４ｄ”が観測される。従って、スクリーン８側から見たロッド４の入側端面４ａの鏡像位置に形成されるピンホールの虚像４ｅ”はぼけて見えると共に、図に示すようにその位置がシフトする。
【００１９】
この関係により、結像点４ｄがロッド４の中心軸位置にあるとき、２次元受光素子６に形成されるロッド４の入側端面４ａの像の観測像６ａにおいては、ピンホールの像がぼけると共に、その位置がシフトすることになる。
【００２０】
図２、図３から明らかなように、ロッド４の端面４と結像点４ｄの距離と、２次元受光素子６上での観測像６ａの位置ずれ量とは比例関係にあるので、予め、校正により、ロッド４の端面４と結像点４ｄの距離と２次元受光素子６上での観測像６ａの位置ずれ量との関係を求めておけば、２次元受光素子６上での観測像６ａの位置ずれ量を測定することにより、第１の光学系の焦点位置変動収差を測定することができる。
【００２１】
ロッド４の断面形状としては、上記の例では正方形としたが、複数の鏡像が内部反射によって規則正しく形成されるものであれば、これに限らず、正３角形、矩形を使用することができる。また、正３角形、正方形、矩形として、誤差のないものである必要は必ずしも無く、測定精度に応じた形状誤差が許されることは言うまでもない。また、上記の例では、ロッドは密な構造を有するものとし、反射は全反射を使用したが、ロッドの内面側を鏡にしてもよいことは言うまでもない。このとき、周囲を囲む鏡の内側は中空としてもよいが、ガラスや樹脂、液体等の透明体で満たすようにしてもよい。
【００２２】
２次元受光素子６に形成される観測像６ａの数は、ロッド４の長さと、ロッド４の入側端面４ａに入射する光束のＮＡによって、決定される。よって、観測像６ａの数を変えたいとき、ロッド４の長さを変えてもよいが、多数のロッドを用意しなければならず、再組み立てが必要であるという問題点がある。よってＮＡを変化させるようにすることが好ましい。ＮＡを変化させるためには、図１における第１の光学系３とロッド４の間にズーム光学系を置き、結像位置を変化させずに倍率を変化させるようにすればよい。
【００２３】
本発明の特徴部は、ロッド４を用いて波面分割を行い、複数のピンホール像を形成して、その位置から収差を測定するところにある。これは、基本的にはシャックーハルトマン方と同じ考え方であるので、波面収差についても、観測像６ａの位置ずれを測定すれば、それから計算により求めることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態である収差測定装置の基本構成を示す概要図である。
【図２】第１の光学系３の焦点が正しくロッド４の入側他面４ａ状に結像されている状態を示すものである。
【図３】第１の光学系３の収差のために焦点位置がずれ、本来、ロッド４の端面４ａに結像されるべきピンホール実像４ｂが、ロッド４内の４ｄの位置に結像している様子を示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…光源、２…ピンホール板、２ａ…ピンホール、３…第１の光学系、４…ロッド、４’…ロッド４の鏡像、４”…ロッド４の鏡像、４ａ…ロッド４の入側端面、４ｂ…ピンホール実像、４ｂ’…ピンホールの虚像、４ｂ”…ピンホールの虚像、４ｃ…ロッド４出側端面、４ｄ…結像点、４ｄ’…ピンホールの虚像、４ｄ”…ピンホールの虚像、４ｅ…ピンホールの虚像、４ｅ’…ピンホールの虚像、４ｅ”…ピンホールの虚像、５…第２の光学系、６…２次元受光素子、６ａ…観測像、７…計算装置、８…スクリーン
【図１】
2007113924.tif 000003
【図２】
2007113924.tif 000004
【図３】
2007113924.tif 000005