(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉性を持つ平行光を発生する光源部と；
被験光学要素を載置する試料台と；
この試料台上の被験光学要素に、上記光源部からの平行光を集光した測定光を与える集光レンズと；
この集光レンズを透過した測定光の被験光学要素の被験面での反射測定光と、基準平面原器の基準反射面での反射参照光とを集光して撮像部に入射させる集光ユニットと；
上記集光ユニットを、光路の内外に進退させる集光ユニット進退機構と；を備え、
上記集光ユニットはさらにコリメータレンズを有し、
上記集光ユニット進退機構は、上記コリメータレンズが、上記基準平面原器と上記撮像部の撮像面とをほぼ共役関係にするように、上記集光ユニットを光路内に進入させると共に、
上記撮像部は、上記集光ユニットが光路内にあるとき被験光学要素の被験面での反射測定光と基準反射面での反射参照光との二光束による干渉縞を観察し、該集光ユニットが光路外に退避したとき試料台上の被験光学要素を拡大観察することを特徴とする二光束干渉計。
【請求項２】
干渉性を持つ平行光を発生する光源部と；被験光学要素を載置する試料台と；
この試料台上の被験光学要素に、上記光源部からの平行光を集光した測定光を与える集光レンズと；
この集光レンズを透過した測定光の被験光学要素の被験面での反射測定光と、基準平面原器の基準反射面での反射参照光とを集光して撮像部に入射させる集光ユニットと；
上記集光ユニットを、光路の内外に進退させる集光ユニット進退機構と；を備え、
上記基準平面原器は、上記集光レンズより撮像部側の光路中に配置されていて、
上記撮像部は、上記集光ユニットが光路内にあるとき被験光学要素の被験面での反射測定光と上記基準平面原器の基準反射面での反射参照光との二光束による干渉縞を観察し、該集光ユニットが光路外に退避したとき試料台上の被験光学要素を拡大観察することを特徴とする二光束干渉計。
【請求項３】
請求項１または２記載の二光束干渉計において、上記集光ユニットは、コリメータレンズとピンホール板を有し、このコリメータレンズとピンホール板は、コリメータレンズに入射した反射測定光と参照光とがピンホールで集光するように配置されている二光束干渉計。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の二光束干渉計において、試料台上の被験光学要素を集光レンズの光軸と直交する方向から観察する第二の撮像部がさらに備えられている二光束干渉計。
【請求項５】
請求項４記載の二光束干渉計において、試料台は集光レンズの光軸ｚ方向を含む直交三方向に駆動されるｘｙｚステージに設けられており、このｘｙｚステージと上記第二の撮像部は、集光レンズの下部に位置する観察位置と、この観察位置から集光レンズの光軸と直交する方向に移動したセット位置との間を試料台水平移動機構により一緒に移動可能である二光束干渉計。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項記載の二光束干渉計において、被験光学要素は、直径５ｍｍ以下の微小レンズである二光束干渉計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、レンズ等の光学要素の加工精度を測定するための二光束干渉計に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
二光束干渉計は、被験光学要素の被験面での反射測定光と、基準反射面での反射参照光とを集光して撮像部で撮像し、両光束の干渉縞を観察することにより、被験面の加工精度を測定する装置として広く用いられている。被験光学要素を仮に球面レンズとすると、測定に際しては、測定レンズ（被験レンズ）を試料台上に置き、集光レンズの焦点位置と測定レンズの曲率中心をほぼ一致させる（いわゆるオートコリメーション状態になる）ように位置決めする。この作業は従来、目視にて確認しながら行っていた。しかしながら、例えば内視鏡の対物光学系で用いられるレンズは、直径が１ｍｍφ前後と微小であり、この位置決め作業はとても困難である。直径１ｍｍφ未満のレンズは目視そのものが難しい。
【０００３】
さらに、このような微小レンズでは、曲率半径も１ｍｍ未満と小さいから、その加工精度を正確に測定するため、集光レンズは収差の極めて少ない良好な光学性能が要求される。このような集光レンズは、光束のＦナンバーやレンズ全長も考慮した光学設計上の制約から、その作動距離（バックフォーカスとレンズ枠寸法の両者で決まるいわゆるワーキングディスタンス）が短くならざるを得ない。つまり、集光レンズと被験レンズとの距離は非常に小さいため、目視による位置決め作業は困難を極める。しかも集光レンズの作動距離が短いため、被験レンズが集光レンズに接触してしまうという危険性が生じる。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、二光束干渉計を用いた微小光学要素の加工精度の測定に際しての以上の問題意識に基づき、被験光学要素が微小であっても、集光レンズとの接触を確実に避けながら、その位置決めを容易に行うことができる干渉計を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明による二光束干渉計は、干渉性を持つ平行光を発生する光源部と；被験光学要素を載置する試料台と；この試料台上の被験光学要素に、上記光源部からの平行光を集光した測定光を与える集光レンズと；この集光レンズを透過した測定光の被験光学要素の被験面での反射測定光と、基準平面原器の基準反射面での反射参照光とを集光して撮像部に入射させる集光ユニットと；上記集光ユニットを、光路の内外に進退させる集光ユニット進退機構と；を備え、上記集光ユニットはさらにコリメータレンズを有し、上記集光ユニット進退機構は、上記コリメータレンズが、上記基準平面原器と上記撮像部の撮像面とをほぼ共役関係にするように、上記集光ユニットを光路内に進入させると共に、上記撮像部は、上記集光ユニットが光路内にあるとき被験光学要素の被験面での反射測定光と基準反射面での反射参照光との二光束による干渉縞を観察し、該集光ユニットが光路外に退避したとき試料台上の被験光学要素を拡大観察すること上記集光ユニッは、光路内にあるときに上記コリメータレンズが上記基準平面原器の基準反射面と上記撮像部の撮像面とをほぼ共役関係にする位置に配置されていて、上記撮像部は、上記集光ユニットが光路内にあるとき被験光学要素の被験面での反射測定光と基準反射面での反射参照光との二光束による干渉縞を観察し、該集光ユニットが光路外に退避したとき試料台上の被験光学要素を拡大観察することに特徴がある。
別の態様からなる本発明は、干渉性を持つ平行光を発生する光源部と；被験光学要素を載置する試料台と；この試料台上の被験光学要素に、上記光源部からの平行光を集光した測定光を与える集光レンズと；この集光レンズを透過した測定光の被験光学要素の被験面での反射測定光と、基準平面原器の基準反射面での反射参照光とを集光して撮像部に入射させる集光ユニットと；上記集光ユニットを、光路の内外に進退させる集光ユニット進退機構と；を備え、上記基準平面原器は、上記集光レンズより撮像部側の光路中に配置されていて、上記撮像部は、上記集光ユニットが光路内にあるとき被験光学要素の被験面での反射測定光と上記基準平面原器の基準反射面での反射参照光との二光束による干渉縞を観察し、該集光ユニットが光路外に退避したとき試料台上の被験光学要素を拡大観察することに特徴を有する。
本発明の二光束干渉計において、上記集光ユニットは、コリメータレンズとピンホール板を有し、このコリメータレンズとピンホール板は、コリメータレンズに入射した反射測定光と参照光とがピンホールで集光するように配置されることが好ましい。
【０００６】
集光ユニットを除いた撮像部は、撮像レンズと集光レンズによる顕微鏡の作用をし、このため、試料台上の被験光学要素を拡大観察できる。拡大観察下であれば、位置決めが容易になる。
【０００７】
被験光学要素が集光レンズに当接するのをより確実に防止するため、試料台上の被験光学要素を集光レンズの光軸と直交する方向から観察する第二の撮像部を備えることが好ましい。試料台は集光レンズの光軸ｚ方向を含む直交三方向に駆動されるｘｙｚステージに設けるのが普通であるが、このｘｙｚステージと第二の撮像部は、集光レンズの下部に位置する観察位置と、この観察位置から集光レンズの光軸と直交する方向に移動したセット位置との間を試料台水平移動機構により一緒に移動可能とすれば、より被験光学要素のセットが容易になる。
【０００８】
本発明は、被験面での反射測定光と基準面での反射参照光との干渉縞が観察可能な被験光学要素であれば、その種類（形状）を問わないが、直径５ｍｍ以下の微小レンズに適用するのが最も実際的である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による二光束干渉計の実施形態を原理的に示す図である。干渉性を持つ平行光を発生する光源部１０は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１１、このＨｅ−Ｎｅ光源１１から出射したレーザ光束を点光源とする顕微鏡対物レンズ１２、この顕微鏡対物レンズ１２による点光源位置（ピンホール１３）が焦点位置となるように配置されたコリメータレンズ１４、及びミラー１５からなっている。以上の要素により、Ｈｅ−Ｎｅ光源１１から出射されたレーザ光束は、平行光束となってハーフミラー１６に与えられる。
【００１０】
ハーフミラー１６の透過光路上には、基準平面原器２０と集光レンズ２１が順に配置されている。基準平面原器２０は、その基準反射面（図の下面）で反射した平行光束により反射参照光を生じさせるもので、この反射参照光は、ハーフミラー１６に戻り撮像部３０に向けて反射する。撮像部３０は、撮像レンズ３１とビデオカメラ３２とを備えている。集光レンズ２１は、基準平面原器２０を透過した平行光束を試料台４０（図２）上の被験微小レンズ４１に向けて照射する。被験微小レンズ４１の被験面（図の上面）での反射測定光は、集光レンズ２１を戻ってハーフミラー１６に至り、反射参照光とともに、撮像部３０に至る。
【００１１】
集光レンズ２１は、被験微小レンズ４１が球面レンズの場合、いわゆる無収差レンズである。基準平面原器２０に代えて、集光レンズ２１内のレンズの最終面（最も被験微小レンズ４１側の面）に、レーザ光束がオートコリメーションするようなタイプの基準反射面（この場合は基準球面原器）を設け、ここでの反射光を反射参照光とする構成も可能である。
【００１２】
ハーフミラー１６での反射光路上には、ハーフミラー１６と撮像部３０との間に位置させて、該反射光路内に進退する集光ユニット３３が設けられている。集光ユニット３３は、コリメータレンズ３４とピンホール板３５とを備えており、コリメータレンズ３４は、ハーフミラー１６で反射した平行光束をピンホール板３５のピンホールに集光する。ピンホール板３５は、基準平面原器２０での反射参照光と被験微小レンズ４１での反射測定光以外のノイズ光（ピンホール位置で集光しない余計な光）を除去する作用をする。
【００１３】
コリメータレンズ３４と基準平面原器２０との距離は、コリメータレンズ３４の焦点距離にほぼ等しく設定されている。撮像部３０の撮像レンズ３１は、無限遠合焦位置にセットされており、撮像レンズ３１側から見た基準平面原器２０の共役像は無限遠方にできる（ビデオカメラ３２内のＣＣＤ撮像面が無限遠方と共役になる）。ビデオカメラ３２は、基準平面原器２０での反射参照光と被験微小レンズ４１での反射測定光との干渉縞を撮像し、この干渉縞がＴＶモニタで観察される。
【００１４】
図３は、集光ユニット３３を、撮像部３０とハーフミラー１６を結ぶ光路の内外に進退させる集光ユニット進退機構３６の具体例を示している。集光ユニット３３は、ガイドレール３７ａ上を進退可能な進退テーブル３８上に固定されており、進退テーブル３８は、ガイドレール３７ａと平行なボールねじ３７ｂの正逆回転により、図３に実線で示す光路外位置と、鎖線で示す光路内位置との間を移動する。３９は、光路内位置を定めるストッパで、進退テーブル３８がストッパ３９と当接したとき、集光ユニット３３の光軸と撮像部３０の光軸とが正しく一致する。
【００１５】
上記構成によると、集光ユニット３３が光路内に位置しているときには、ビデオカメラ３２によって撮像される反射測定光と反射参照光の干渉縞の観察倍率は、撮像レンズ３１とコリメータレンズ３４の焦点距離の比（撮像レンズ３１の焦点距離／コリメータレンズ３４の焦点距離）で与えられる。一方、集光ユニット３３が光路から退避しているときには、撮像レンズ３１と集光レンズ２１を介して、被験微小レンズ４１の像が観察され、その観察倍率は、撮像レンズ３１と集光レンズ２１の焦点距離の比（撮像レンズ３１の焦点距離／集光レンズ２１の焦点距離）で与えられる。
【００１６】
具体例で説明すると、
集光レンズ２１の焦点距離；１０ｍｍ
撮像レンズ３１の焦点距離；６０ｍｍ
コリメータレンズ３４の焦点距離；２４０ｍｍ
とすると、集光ユニット３３が光路内に位置しているときの撮像部３０による干渉縞の観察倍率は、６０／２４０＝０．２５倍となるのに対し、集光ユニット３３が光路から退避しているときの被験微小レンズ４１の撮像部３０による観察倍率は、６０／１０＝６倍となる。よって、被験微小レンズ４１を光軸方向から見て拡大した状態で試料台４０上にセットすることが可能となる。
【００１７】
以上は、試料台４０上の被験微小レンズ４１を集光レンズ２１の光軸方向から拡大して観察するための構成である。このように被験微小レンズ４１を光軸方向から拡大して観察することにより、試料台４０上での被験微小レンズ４１のセッティングは容易になるが、集光レンズ２１は、いわゆるワーキングディスタンスが小さいため、試料台４０上に被験微小レンズ４１をセットする際、被験微小レンズ４１と集光レンズ２１とが干渉（当接）するおそれがある。次に、試料台４０上の被験微小レンズ４１を集光レンズ２１の光軸と直交する方向から観察しながらセッティングするための構成を図２について説明する。
【００１８】
被験微小レンズ４１は、ｘｙｚステージ４２上に設けられている。ｘｙｚステージ４２は、ガイドレール４３ａ上を進退可能な進退テーブル４４上に固定されており、この進退テーブル４４に一体に、第二撮像部４５が支持されている。ｘｙｚステージ４２は、進退テーブル４４上にあってｘ方向マイクロメータ４２ａによってｘ方向に進退するｘ方向ステージ４２ｂ、このｘ方向ステージ４２ｂ上にあってｙ方向マイクロメータ４２ｃによってｘ方向と直交するｙ方向に進退するｙ方向ステージ４２ｄ、及びこのｙ方向ステージ４２ｄ上にあってｚ方向マイクロメータ４２ｅによってｚ方向（集光レンズ２１の光軸方向）に進退するｚ方向ステージ４２ｆを備えており、このｚ方向ステージ４２ｆに試料台４０が固定されている。
【００１９】
第二撮像部４５は、図１に示すように、撮像レンズ４６とビデオカメラ４７とを備えており、ｘｙｚステージ４２による試料台４０の移動範囲においては、試料台４０上の被験微小レンズ４１を常時観察することができる視野を有するように設けられている。一方、進退テーブル４４（ｘｙｚステージ４２、第二撮像部４５）は、ガイドレール４３ａとボールねじ４３ｂとによって構成される試料台水平移動機構５０によって、観察位置とセット位置との間を移動できる。すなわち、ボールねじ４３ｂを正逆に回転駆動すると、進退テーブル４４（ｘｙｚステージ４２、第二撮像部４５）は図２に実線で示すセット位置と、鎖線で示す観察位置との間を移動する。５１は、観察位置を定めるストッパで、進退テーブル４４がストッパ５１と当接したとき、ｘ方向ステージ４２ｂ、ｙ方向ステージ４２ｄが原点位置にあるときの試料台４０が、集光レンズ２１の光軸上に正しく位置する。試料台水平移動機構５０による進退テーブル４４の移動方向は、図２の例ではｘ方向と同一方向であるが、ｙ方向でもよく、他の方向でもよい。
【００２０】
上記構成によると、試料台水平移動機構５０を介して進退テーブル４４（ｘｙｚステージ４２、第二撮像部４５）を図３の実線のセット位置（試料台４０が集光レンズ２１の下方から外れた位置）に移動させた状態において、試料台４０上に被験微小レンズ４１をセットすることができる。セット終了後、試料台水平移動機構５０により進退テーブル４４（ｘｙｚステージ４２、第二撮像部４５）を図３の鎖線の観察位置（試料台４０が集光レンズ２１の直下に位置する位置）に移動させ、その状態において、ｘｙｚステージ４２により、試料台４０上の被験微小レンズ４１を干渉縞の観察に適した位置に微調整することができる。
【００２１】
上記実施形態では、被験光学要素として球面レンズを例示したが、本発明の二光束干渉計は干渉縞で加工精度を測定する他の光学要素にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、光学要素の加工精度を二光束干渉計で測定するに際し、被験光学要素が微小であっても、集光レンズとの接触を確実に避けながら、その位置決めを容易に行うことができる二光束干渉計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による二光束干渉計の一実施形態を示す概念図である。
【図２】同測定レンズを載置する試料台回りの移動機構を示す斜視図である。
【図３】同集光ユニット回りの移動機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  光源部
１１  Ｈｅ−Ｎｅ光源
１２  顕微鏡対物レンズ
１３  ピンホール
１４  コリメータレンズ
１５  ミラー
１６  ハーフミラー
２０  基準平面原器
２１  集光レンズ
３０  撮像部
３１  撮像レンズ
３２  ビデオカメラ
３３  集光ユニット
３４  コリメータレンズ
３５  ピンホール板
３６  集光ユニット進退機構
３７ａ  ガイドレール
３７ｂ  ボールねじ
３８  進退テーブル
３９  ストッパ
４０  試料台
４１  被験微小レンズ（被験光学要素）
４２  ｘｙｚステージ
４２ａ  ｘ方向マイクロメータ
４２ｂ  ｘ方向ステージ
４２ｃ  ｙ方向マイクロメータ
４２ｄ  ｙ方向ステージ
４２ｅ  ｚ方向マイクロメータ
４２ｆ  ｚ方向ステージ
４３ａ  ガイドレール
４３ｂ  ボールねじ
４４  進退テーブル
４５  第二撮像部
４６  撮像レンズ
４７  ビデオカメラ
５０  試料台水平移動機構
５１  ストッパ
【図１】
0004199382.tif 000002
【図２】
0004199382.tif 000003
【図３】
0004199382.tif 000004