(57)【要約】【課題】フィゾー型干渉計を用いた装置を用いて、微小径略半球レンズの面精度測定とレンズ表面の欠陥観察とを高精度に行うことの可能な面精度測定及び表面欠陥観察装置、並びに面精度測定及び表面欠陥観察方法を提供する。【解決手段】フィゾー型の干渉計光学系を用いた、被検レンズ７の被検面の面精度測定と被検面の欠陥観察をする装置である。被検レンズ７の位置調整に際し、被検レンズ７の位置を確認可能に構成された第一の光束制御板８１と、中心に開口部８２ａ、周囲に遮蔽部８２ｂを有する第二の光束制御板８２と、中心に遮蔽部８３ａ、周囲に開口部８３ｂを有する第三の光束制御板８３とを有し、これらの光束制御板のうち所望の光束制御板を干渉計光学系の参照面５ａからの反射光の集光点Ｐ１を含む干渉計光学系の光軸Ｚ１に対して垂直な仮想平面上に挿脱可能な光束制御手段８を備える。【選択図】図１
2009168793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィゾー型の干渉計光学系を用いた、被検レンズの被検面の面精度測定と被検面の欠陥観察をする装置であって、
前記被検レンズの位置調整に際し、該被検レンズの位置を確認可能に構成された第一の光束制御板と、その中心に開口部を有し該開口部の周囲に遮蔽部を有する第二の光束制御板と、その中心に遮蔽部を有し該遮蔽部の周囲に開口部を有する第三の光束制御板とを有し、これらの光束制御板のうち所望の光束制御板を前記干渉計光学系の参照面からの反射光の集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に挿脱可能に構成された光束制御手段を備えたことを特徴とする面精度測定及び表面欠陥観察装置。
【請求項２】
前記被検レンズを前記干渉計光学系の光軸に対する所定方向に移動可能な位置調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の面精度測定及び表面欠陥観察装置。
【請求項３】
前記集光点近傍に結像する被検面の像を所定の結像位置に結像する結像光学系と、前記結像光学系と結像位置が同じでかつ前記集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に配置された前記第一の光束制御板の像を観察する光学系とを前記干渉計光学系の光路に挿脱可能に備えるとともに、該結像位置に撮像装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の面精度測定及び表面欠陥観察装置。
【請求項４】
フィゾー型の干渉計光学系を用いた、被検レンズにおける被検面の面精度の測定と表面の欠陥を観察する方法であって、
前記干渉計光学系の参照面からの反射光の集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に、前記被検レンズの位置を確認可能に構成された第一の光束制御板をセットしながら、該干渉計光学系の参照面からの出射光が該被検レンズの表面に垂直に入射するように該被検レンズの位置を調整する第一の工程と、
前記第一の工程の後に、前記第一の光束制御板を、その中心に開口部を有し該開口部の周囲に遮蔽部を有する第二の光束制御板に交換し、干渉縞観察を行う第二の工程と、
前記第二の工程の後に、前記第二の光束制御板を、その中心に遮蔽部を有し該遮蔽部の周囲に開口部を有する第三の光束制御板に交換し、暗視野観察を行う第三の工程と、
さらに、前記第三の工程の後に、前記被検レンズを偏心させて、明視野観察を行う第四の工程を有することを特徴とする面精度測定及び表面欠陥観察方法。
【請求項５】
前記第三の光束制御板は、前記中心の遮蔽部の周囲に径の異なる環状の開口部を有する複数の光束制御板を切り換え可能に備えてなることを特徴とする請求項１に記載の面精度測定及び表面欠陥観察方法。
【請求項６】
フィゾー型干渉計を使った、被検レンズの被検面の面精度及び表面欠陥の検査方法であって、
参照面及び被検面の位置を調整し、前記参照面で反射した参照光と前記参照面を透過して前記被検面で反射した測定光を重ね合わせることにより発生する干渉縞を用いて前記被検面の面精度を検査する工程と、
前記参照面及び前記被検面の位置を調整し、前記参照面で反射した参照光を除去して、前記参照面を透過して前記被検面で反射した測定光を用いて前記被検面の表面欠陥を検査する工程と、
を有することを特徴とする面精度及び表面欠陥の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィゾー型の干渉計光学系を用いた面精度測定及び表面欠陥観察装置、並びに面精度測定及び表面欠陥観察方法に関し、特に、微小径略半球レンズの面精度の測定と表面の欠陥の観察を行うための面精度測定及び表面欠陥観察装置、面精度測定及び表面欠陥観察方法、並びに面精度及び表面欠陥の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡対物レンズの先玉などの微小径略半球レンズには、高精度な面精度が要求される。
しかるに、従来、被検物の面精度測定にフィゾー型干渉計を用いることが知られている。フィゾー型干渉計は、光源からの光を参照レンズの参照面に垂直に入射し、参照レンズの参照面を垂直に透過した光を被検物の被検面に垂直に照射させることによって、参照レンズの参照面からの反射光と被検物の被検面からの反射光とを干渉させる。そして、その干渉縞を測定することで面精度が測定できるというものである。フィゾー型干渉計を用いた装置としては、例えば、次の特許文献１に記載の装置がある。
【０００３】
また、トワイマン−グリーン型干渉計を用いた装置としては、例えば、特許文献２に記載の装置がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２６１１２号公報
【特許文献２】特開平１０−１２２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した微小径略半球レンズにおいては、面精度に加えて、例えば、傷、砂目残り、拭き残り、縁欠け等の表面の欠陥もレンズ性能に大きく影響する。このため、面精度の測定と共に表面の欠陥の検出を高精度に行う必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の装置のような従来のフィゾー型干渉計を用いた装置では、白色光源を用いたパスマッチ干渉計を使用した場合、干渉縞観察と表面欠陥観察を切替えて観察できるが、双方とも、干渉縞／表面の欠陥観察ともに参照面および被検面からのノイズ反射光の影響を受けてコントラストが落ちた像となるため観察が難しい。このため、レンズの表面の欠陥については、ルーペ等、フィゾー型干渉計を用いた装置とは別の観察手段を用いて観察せざるを得ない。しかし、このように複数の装置を用いたのでは操作が煩雑化する上、ルーペを用いてもレンズの表面の欠陥は微小径の略半球レンズであるために観察し難く、見過ごされた表面の欠陥に起因するレンズの不良が後の工程において発生することが多かった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の装置は、面精度検査と表面欠陥検査を一台の装置により行うことができるが、トワイマン−グリーン型干渉計にしか適用できない。トワイマン−グリーン型干渉計を使用するため、光学系全体の精度が必要で製作誤差が面精度の測定精度に影響する。また、被検レンズと原器への光路が別々であるため、振動の影響を受けやすい。さらに、被検レンズの直前にビームスプリッタを挿入するため、ワークディスタンス（ＷＤ）が小さくなり、凸面を検査する際に制約がでるほか検査光の開口角（被検レンズへの検査光照射角）が小さくなり、被検面の検査面積が小さくなる不具合がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、フィゾー型干渉計を用いた装置を用いて、微小径略半球レンズの面精度測定とレンズ表面の欠陥観察とを高精度に行うことの可能な面精度測定及び表面欠陥観察装置、面精度測定及び表面欠陥観察方法、並びに面精度及び表面欠陥の検査方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明による面精度測定及び表面欠陥観察装置は、フィゾー型の干渉計光学系を用いた、被検レンズにおける被検面の面精度の測定と表面の欠陥の観察をする装置であって、前記被検レンズの位置調整に際し、該被検レンズの位置を確認可能に構成された第一の光束制御板と、その中心に開口部を有し該開口部の周囲に遮蔽部を有する第二の光束制御板と、その中心に遮蔽部を有し該遮蔽部の周囲に開口部を有する第三の光束制御板とを有し、これらの光束制御板のうち所望の光束制御板を前記干渉計光学系の参照面からの反射光の集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に挿脱可能に構成された光束制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の面精度測定及び表面欠陥観察装置においては、市販のフィゾー型干渉計と同様、前記被検レンズを前記干渉計光学系の光軸に対する所定方向に移動可能な位置調整手段を有するのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の面精度測定及び表面欠陥観察装置においては、前記集光点近傍に結像する被検面の像を所定の結像位置に結像する結像光学系と、前記結像光学系と結像位置が同じでかつ前記集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に配置された前記第一の光束制御板の像を観察する光学系とを前記干渉計光学系の光路に挿脱可能に備えるとともに該結像位置に撮像装置を備えるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明による面精度測定及び表面欠陥観察方法は、フィゾー型の干渉計光学系を用いた、被検レンズにおける被検面の面精度の測定と表面の欠陥を観察する方法であって、前記干渉計光学系の参照面からの反射光の集光点を含む該干渉計光学系の光軸に対して垂直な仮想平面上に、前記被検レンズの位置を確認可能に構成された第一の光束制御板をセットしながら、該干渉計光学系の参照面からの出射光が該被検レンズの表面に垂直に入射するように該被検レンズの位置を調整する第一の工程と、前記第一の工程の後に、前記第一の光束制御板を、その中心に開口部を有し該開口部の周囲に遮蔽部を有する第二の光束制御板に交換し、干渉縞観察を行う第二の工程と、前記第二の工程の後に、前記第二の光束制御板を、その中心に遮蔽部を有し該遮蔽部の周囲に開口部を有する第三の光束制御板に交換し、暗視野観察を行う第三の工程と、さらに、前記第三の工程の後に、前記被検レンズを偏心させて、明視野観察を行う第四の工程を有することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の面精度測定及び表面欠陥観察方法においては、前記第三の光束制御板は、前記中心の遮蔽部の周囲に径の異なる環状の開口部を有する複数の光束制御板を切り換え可能に備えてなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による面精度及び表面欠陥の検査方法は、フィゾー型干渉計を使った、被検レンズの被検面の面精度及び表面欠陥の検査方法であって、参照面及び被検面の位置を調整し、前記参照面で反射した参照光と前記参照面を透過して前記被検面で反射した測定光を重ね合わせることにより発生する干渉縞を用いて前記被検面の面精度を検査する工程と、前記参照面及び前記被検面の位置を調整し、前記参照面で反射した参照光を除去して、前記参照面を透過して前記被検面で反射した測定光を用いて前記被検面の表面欠陥を検査する工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フィゾー型干渉計を用いた装置を用いて、微小径略半球レンズの面精度の測定とレンズ表面の欠陥の観察とを高精度に行うことの可能な面精度測定及び表面欠陥観察装置、面精度測定及び表面欠陥観察方法、並びに面精度及び表面欠陥の検査方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる面精度測定及び表面欠陥観察装置の基本構成を示す光軸に沿う説明図、図２は図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置の光束制御手段に備わる光束制御板の構成を示す説明図で、(a)は第一の光束制御板である位置調整板の平面図、(b)は第二の光束制御板である干渉縞観察板の平面図、(c)は第三の光束制御板である暗視野観察板の平面図である。図３は図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置における、被検レンズの位置を調整するときの構成を示す説明図である。図４は図３の構成を用いた被検レンズの位置調整の初期段階における、第一の光束制御板に対する被検レンズからの反射光の入射状態の一例を、第一の光束制御板の画像として示す説明図である。図５は図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置における、被検レンズの被検面からの反射光と参照レンズの参照面からの反射光との干渉により生じる干渉縞を測定するときの構成を示す説明図である。図６は図５の構成において画像として得られる干渉縞の状態を示す説明図で、(a)は図３の構成において被検レンズの位置を調整後に光束制御板及び撮像光学系を図５に示す干渉縞観察板と干渉縞観察光学系に切り換えたときに画像として得られる干渉縞の状態を示す図、(b)は(a)の状態のときの被検レンズを光軸方向に移動して干渉縞が見えなくなるようにした（いわゆるヌル状態）後に被検レンズをわずかに偏心させたときに画像として得られる線状の干渉縞の状態を示す図である。図７は本発明の面精度測定及び表面欠陥観察装置を用いて欠陥のある被検レンズの表面を観察したときの画像で、それぞれ欠陥部を含む被検面の(a)は干渉縞観察画像、(b)は暗視野観察画像、(c)は明視野観察画像、(d)は(b)に示す暗視野像に対し画像処理を施して白黒を逆転させた、擬似明視野観察画像である。図８は図５の構成において暗視観察状態を明視野観察状態に切り換えたときの状態を示す説明図である。図９は明視野観察時の暗視野観察板上の光線束の状態を示す説明図である。図１０は暗視野観察板の中心の遮蔽部の周囲にリング状の開口部を持たせた例を示す説明図である。なお、図では略半球レンズを、レンズ曲率中心をわかりやすくするため、ボールレンズで代用している。
【００１７】
第１実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置は、フィゾー型干渉計光学系を用いて構成されている。
詳しくは、第１実施形態のフィゾー型干渉計光学系は、レーザ光源やコリメートレンズ、ポラライザー等からなる内部構成を図示しないレーザ光源部１と、投光レンズ２と、偏光ビームスプリッタ３ａと、λ／４板３ｂと、集光レンズ４と、参照レンズ５を有している。
なお、略半球レンズの面精度と外観検査においては、被検面の大きな立体角を観察する必要から、参照レンズ５のＦＮＯ．は０．６程度（観察立体角は１２０度程度）のものが使われる。半球レンズの検査立体角は１８０度であり、参照レンズ５も１８０度欲しいところではあるが、設計上１２０度くらいが限度である。また、参照レンズ５に対する集光レンズ４の焦点距離は１０倍程度に設計される。
参照レンズ５の前方（紙面において左側）には、位置調整手段としてのＸ−Ｙ−Ｚステージ６を備えている。Ｘ−Ｙ−Ｚステージ６は、被検レンズ７を保持しながら干渉計光学系の光軸Ｚ１に対し垂直な方向（Ｘ方向及びＹ方向）及び光軸Ｚ１に沿う方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。
偏光ビームスプリッタ３の後方（紙面において右側）には、光束制御手段８と、撮像光学系９を備えている。
【００１８】
光束制御手段８は、図２(a)〜(c)に示す光束制御板８１〜８３を備えた、回転軸８４を中心に回転可能なターレットで構成されている。そして、ターレットの回転軸８４を中心に回転させることで、干渉計光学系の参照面からの反射光の集光点Ｐ１を含む干渉計光学系の光軸Ｚ１に対して垂直な仮想平面上に所望の光束制御板を挿脱できるように設けられている。なお、本実施形態では、干渉計光学系の参照面は参照レンズ５の物体側面５ａである。また、上記仮想平面は、図１においては紙面に対して垂直な不図示の平面である。以後の説明では、この仮想平面の位置を「集光位置」と称することとする。
【００１９】
第一の光束制御板８１は、被検レンズ７の位置調整に際し、被検レンズ７の位置を確認するために用いる光束制御板である。図２(a)に示すように、その中心領域及び同心円状の所定領域にφ０．５ｍｍ程度の円形遮蔽部８１ａ及びφ１ｍｍとφ２ｍｍ程度の環状遮蔽部８１ｂを有するとともに、板の裏側が光を散乱させるフロスト面から構成されている。
なお、環状遮蔽部８１ｂは、被検レンズ７の位置調整に際し、第一の光束制御板８１に点状または円形状に集光された状態で入射する被検レンズ７の表面７ａからの反射光の位置の変化が分かりやすくするために指標として設けたものであり、クロス（十字）線でも良い。また、形状も同心円状に限定されない。
【００２０】
第二の光束制御板８２は、被検レンズ７の被検面からの反射光と参照レンズ５の参照面５ａからの反射光とが干渉することにより生じる干渉縞を観察するために用いる光束制御板である。図２(b)に示すように、その中心にφ１ｍｍ程度の開口部８２ａ、開口部８２ａの周囲に遮蔽部８２ｂを夫々有して構成されている。
【００２１】
第三の光束制御板８３は、被検レンズ７の被検面における欠陥を観察するために用いる光束制御板である。図２(c)に示すように、その中心にφ０．２５ｍｍ程度の遮蔽部８３ａ、遮蔽部８３ａの周囲に開口部８３ｂを夫々有して構成されている。
【００２２】
撮像光学系９は、相互に切り換え可能な干渉縞観察用光学系９１、被検レンズ位置調整用光学系（以下、調整光学系）９２と、撮像装置１０ｂを備えている。
干渉縞観察用光学系９１は、リレーレンズ９１ａと結像レンズ９１ｂで構成されている。リレーレンズ９１ａは、光軸上を移動して被検レンズ７の被検面の一次像を作りながら撮像装置１０ｂに被検面の二次像を結像するように構成されている。
調整光学系９２は、結像レンズ９２ａで構成されている。結像レンズ９２ａは、集光位置に挿入された第一の光束制御板８１の像を撮像装置１０ｂの撮像面に結像するように構成されている。
干渉縞観察用光学系９１と、調整光学系９２は、用途に応じていずれか一方が光束制御手段８よりも後方の光路に挿入される。即ち、被検レンズ７の位置調整を行うときには、調整光学系９２を光束制御手段８より後方の光路に挿入し、干渉縞の測定及び欠陥の観察を行うときには、干渉縞観察用光学系９１を光束制御手段８より後方の光路に挿入する。
撮像装置１０ｂは、画像表示装置１０ａに接続されている。
【００２３】
そして、本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置では、レーザ光源部１からのビームスプリッタ３ａに対してＳ偏光とされた光が、投光レンズ２を通過し、偏光ビームスプリッタ３ａに入射する。入射した偏光が偏光ビームスプリッタ３ａで反射され、λ／４板３ｂと結像レンズ４を通過し、参照レンズ５に入射する。参照レンズ５に入射した光のうち一部の光は参照面５ａで反射し、その他の光は参照面５ａを通過して被検レンズ７に入射する。被検レンズ７で反射された光、及び参照レンズ５の参照面５ａで反射された光は逆向きの光路を辿り、往復で２度λ／４板３ｂを通過することにより偏光方向が９０°回転されて、偏光ビームスプリッタ３ａに入射する。入射した光は、偏光ビームスプリッタ３ａを通過して光束制御手段８に入射する。そして、光束制御手段８を通過した光が撮像光学系９を介して撮像装置１０ｂで撮像され、撮像された画像が画像表示装置１０ａの表示面に表示されるようになっている。
【００２４】
このように構成された本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置の操作方法について説明する。
（アライメント）
干渉縞の測定に先立ち、干渉計光学系に対する被検レンズ７の位置調整を行う。
位置調整に際し、被検レンズ７をＸ−Ｙ−Ｚステージ６に載置する。また、図３に示すように、集光位置に第一の光束制御板８１をセットするとともに、第一の光束制御板８１より後方の光路に調整光学系９２をセットする。
【００２５】
まず、被検レンズ７のＸ−Ｙ方向（即ち、干渉計光学系の光軸Ｚ１に対して垂直な方向）の位置を次のようにして調整する。
被検レンズ７の表面７ａにおける頂点（ほぼ被検面の中心にある）、つまり凸面であれば干渉計光軸に対して最も高い点、凹面であれば最も低い点に干渉計光学系からの光が点状に集光するように目視でセットする。この段階では、被検レンズ７の表面７ａの頂点が干渉計光学系の光軸Ｚ１からある程度ズレておりかつ被検面頂点と参照面５ａからの光の集光点も一致していない。このとき被検レンズ７の表面７ａからの反射光束は、円形状に集光された状態で第一の光束制御板８１のフロスト面に入射し、散乱して円形の明部を作る。また、参照レンズ５の参照面５ａからの反射光は、集光点Ｐ１に点状に集光されるように組立て調整がなされており、第一の光束制御板８１の円状遮蔽部８１ａで遮光されている。このときの第一の光束制御板８１の像は、調整光学系９２を介して撮像される。そして、図４に示すように、画像表示装置１０ａの表示面には、被検レンズ７の表面７ａからの反射光が円形状となって第一の光束制御板８１上に表示された像が、表示される。
【００２６】
そこで、円形状の明部が点状になるようにＸ−Ｙ−Ｚステージ６のＺ軸を用いて調整する。光点ができたら、Ｘ−Ｙ軸を動かして光点を環状遮蔽部８１ｂに近づける。この操作を繰り返して光点を環状遮蔽部８１ｂに入れる。
このとき、画像表示装置１０ａの表示面には、光点が消えた状態の第一の光束制御板８１の像が表示される（図示省略）。なお、遮蔽部８１ｂを中心円形部（円形遮蔽部８１ａ）に対してリング状にしたのは上述したように光点の動きを見やすくするためである。
【００２７】
次に、被検レンズ７のＺ方向（即ち、干渉計光学系の光軸Ｚ１に沿う方向）の位置を面精度が測定できる位置に次のようにして調整する。
Ｘ−Ｙ−Ｚステージ６を介して被検レンズ７を、その曲率半径の長さ分、参照レンズ５に近づくようにＺ方向に移動させる。つまり、参照面５ａからの光の集光点と被検面の曲率中心が一致するように調整する。すると、画像表示装置１０ａの表示面には、図４に示したのと同様に、被検レンズ７の表面７ａからの反射光が円形状光部となって第一の光束制御板８１上に表示された像が、表示される。
【００２８】
そこで、上述した被検面の位置調整と同様に、円形状明部が点状となるようにＺ軸調整をしながら、この光点が第一の光束制御板８１の中心（即ち、円状遮蔽部８１ａ）に近づくように、Ｘ−Ｙ軸を調整する。そして、被検レンズ７からの反射光が点状に集光された状態で第一の光束制御板８１の環状遮蔽部８１ｂに入射し、環状遮蔽部８１ｂで遮光され、画像表示装置１０ａの表示面に光点が消えた状態の第一の光束制御板８１の像が表示されるようにする。
このようにすると、被検レンズ７が、干渉計光学系の参照レンズ５の参照面５ａを垂直に出射した光が表面７ａにほぼ垂直に入射する位置にセットされる。
これにより、被検レンズ７の位置調整が完了する。そして、このときの干渉計光学系からの光束が照射される範囲の表面７ａが被検面の検査範囲となる。
【００２９】
（面精度の測定）
被検レンズ７の位置調整がほぼ完了した後に、干渉縞の測定を行う。
被検レンズ７を、干渉計光学系の参照レンズ５の参照面５ａを垂直に出射した光が表面７ａに垂直に入射する位置にセットすると、被検面からの反射光が入射光とは逆光路を辿り、参照レンズ５の参照面５ａからの反射光と干渉する。そして、この干渉光は、集光点Ｐ１に集光する。しかし、図３の構成のままでは、第一の光束制御板８１の環状遮蔽部８１ｂで遮光されてしまう。また、調整光学系９２は、撮像装置１０ｂを介して第一の光束制御板８１の像を撮像するように構成されており、集光点Ｐ１に結像される干渉縞の像を撮像するようには構成されていない。
そこで、この干渉縞を撮像するために、図５に示すように、集光位置の光束制御板を第二の光束制御板８２に切り換え、かつ、リレーレンズ９１ａを移動して被検面を撮像装置１０ａの撮像面にピント合わせしておく。また、調整光学系９２を干渉縞観察用光学系９１に切り換える。このときは未だ完全には位置調整ができていないので、図６(ａ)に示すように同心円状に多数の干渉縞が画像表示装置１０ａの表示面に現れる。そこで、Ｙ−Ｙ−Ｚステージ６を微調整して、画像表示装置１０ａの表示面において、画面全体が同一色（ヌル状態）に表示されるようにする。この状態から被検レンズ７をわずかに偏心させると、図６(ｂ)に示すような線状の干渉縞がでるので、この縞の歪みから面精度を測定する。
【００３０】
（表面の欠陥の観察−暗視野観察）
ここで、被検レンズ７の表面７ａに傷などの欠陥がある場合、その欠陥からの反射光は、散乱光となって参照光とは異なる位置を通り、参照光とは干渉しない。このため、例えば、図７(a)に示すように被検レンズ７の表面における欠陥部の像は、その周囲の部位で反射した光が参照光と干渉することによって現れる干渉縞とともに、画像表示装置１０ａの表示面に現れる。
しかし、このときの被検レンズ７の表面における欠陥部の像は、干渉縞に隠れたり、あるいは干渉縞間の明部において参照面５ａからの反射光の影響を受けてコントラストが低下している。
【００３１】
そこで、表面の欠陥部の像をコントラストよく観察するためにまず暗視野観察を行う。
上述の操作によって直線状の干渉縞が現れている状態の被検レンズ７を、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ６を介して、偏心させる直前の位置に戻す。この位置においては、参照面５ａと被検面からの反射光はヌル状態になっているので、画像表示装置１０ａの表示面には、干渉縞の無い全面一様な明るさの画像が表示されている。また、この位置においては、被検レンズ７の表面７ａの曲率中心が干渉計光学系の光軸Ｚ１に一致している。このため、被検レンズ７の表面７ａにおける欠陥の無い部位からの反射光及び参照レンズ５の参照面５ａからの反射光は、集光点Ｐ１に集光する。また、被検レンズ７の表面７ａにおける欠陥部からの反射光は、散乱及び回折光となって集光点Ｐ１をずれた位置を通る。
【００３２】
そこで、この状態において、光束制御板を第三の光束制御板８３に切り換える。すると、被検レンズ７の表面７ａにおける欠陥のない部位で反射された０次反射光及び参照レンズ５の参照面５ａで反射された反射光は、集光位置において第三の光束制御板８３の遮蔽部８３ａで遮光される。一方、被検レンズ７の表面７ａにおける欠陥部で反射された散乱光及び回折光は、第三の光束制御板８３の遮蔽部８３ａの周囲の開口部８３ｂを通過して撮像装置１０ｂで撮像される。その結果、図７(b)に示すように、被検面における欠陥部からの散乱光及び回折光によるコントラストの良い暗視野像が観察できるようになり、いわゆるシュリーレン観察といわれる暗視野観察ができる。
【００３３】
（表面の欠陥の観察−明視野観察）
さらに、この暗視野像の観察状態から、図８に示すように、被検レンズ７を偏心させると、被検面における欠陥部からの散乱光及び回折光によるコントラストの良い明視野像が観察できるようになる。
即ち、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ６を介して被検レンズ７をＸ−Ｙいずれかの１軸について偏心させると、被検面における欠陥の無い部位からの０次反射光は、集光点Ｐ１からズレた位置を通るようになり、第三の光束制御板８３の遮蔽部８３ａで遮光されず、周囲の開口部８３ｂを通過して撮像装置１０ｂで撮像される。また、被検レンズ７の表面７ａにおける欠陥部で反射した散乱光及び回折光も光束が大きいので、一部の光が第三の光束制御板８３の遮蔽部８３ａにわずかに遮光されるものの、大部分の光は遮蔽部８３ａの周囲の開口部８３ｂを通過して撮像装置１０ｂで撮像される。これに対し、参照レンズ５の参照面５ａで反射した反射光は、第三の光束制御板８３の遮蔽部８３ａで遮光される。このときの暗視野観察板８３を通過する光束は、暗視野観察板８３に対し、例えば図９に示すような位置関係になっている。その結果、図７(c)に示すように、参照面５ａからの反射光の無い被検面からの０次反射光、被検面の欠陥部からの散乱光及び回折光によるコントラストの良い明視野像が観察できる。
【００３４】
また、暗視野観察板８３の中心の遮蔽部８３ａのほかに図１０に示すように同心円状に設けられた環状の遮蔽部８３ｃを設けて、開口部８３ｂを所定径を有する環状に形成することによって、被検面を偏心させすぎることを防いだり、余計なノイズ光をカットできる。この環状の開口部８３ｂの径は２〜５ｍｍ位が望ましい。そして、用途に応じて切り換えて使用することができるように、ターレット８に径の異なる環状の開口部８３ｂを有する、複数の暗視野観察板８３を装備しておくと良い。
【００３５】
従って、本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置によれば、同じ装置を用いて被検レンズの面精度を高精度に計測できるとともに、被検レンズの欠陥を高精度に観察をすることができ汎用性が高い。
また、本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置によれば、フィゾー型干渉計を用いたので、異なる被検レンズに対しても同じ参照レンズやＦＮＯ．の異なる参照レンズを用いることができる。
なお、本観察法において、図７(b)に示す暗視野像に対し画像処理を施して図７(d)に示すように白黒を逆転させた像を作り出し、擬似明視野観察をしてもよい。
【００３６】
ただし、参照レンズは本来、像の観察用に設計されたものでないことと、干渉計の用途から被検面の観察立体角が同じで、曲率半径が違っている場合、撮像装置に撮像される像の大きさは同じとなり、たとえば、曲率半径が１ｍｍと５ｍｍでは、５ｍｍのほうが１／５となり、解像力が落ちることに注意しなければならない。よって、実際に検査作業で必要な検出精度にも因るが、観察対象となるレンズの曲率半径は参照レンズの１／１０くらいを目安とするのが良い。
【００３７】
なお、本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置では、光束制御手段８を光束制御板８１〜８３を備えたターレットで構成したが、光束制御手段８は、集光位置に所望の光束制御板を挿脱できれば構成は限定されない。例えば、光束制御手段８を光束制御板８１〜８３を備えたスライダで構成してもよい。あるいは、光束制御手段８における夫々の光束制御板と、撮像光学系９における当該光束制御板に対応する観察光学系とを組み合わせてユニットとして構成してもよい。即ち、第一の光束制御板８１と調整光学系９２とを組み合わせたユニットと、第二の光束制御板８２と干渉縞観察用光学系９１とを組み合わせたユニットと、第三の光束制御板８３と干渉縞観察用光学系９１とを組み合わせたユニットを備える。そして、夫々のユニットを干渉計光学系の光路に挿脱することによって、集光位置に所望の光束制御板が挿脱されるようにしてもよい。
【実施例１】
【００３８】
本実施形態と同様の構成を備えたオリンパス社製フィゾー型干渉計において、参照レンズ７としてＦｎｏ．０．６、焦点距離３６ｍｍの参照レンズ、結像レンズ４として焦点距離３５０ｍｍの結像レンズを用いて、曲率半径１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの半球レンズの面精度を測定するとともに表面の欠陥を観察した。曲率半径１．０ｍｍの半球レンズを用いたときに得られた、観察視野が１２０°の球欠部（展開径約φ２ｍｍ）の画像の一部を図７(a)〜(d)に示す。図７(a)は干渉縞観察画像、図７(b)は欠陥部の暗視野観察画像、図７(c)は被検面の明視野観察画像、図７(d)は図７(b)に示す暗視野像に対し画像処理を施して白黒を逆転させた、擬似明視野観察画像である。
観察した結果、１Ｒの半球レンズでは２μｍ巾、５Ｒの半球レンズでは１０μｍ巾の傷及び拭き残りの汚れを検出することができた。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の面精度及び表面欠陥の検査方法を、上記した本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置を用いて説明する。
本実施例で使用するフィゾー型干渉計は、上記した本実施形態の面精度測定及び表面欠陥観察装置において、参照レンズ５の取付部に２軸チルト調整機構を有しているものを使用する。参照レンズ５をこの取付部に取り付けて２軸チルト調整機構によりチルトすることにより、参照光を撮像装置１０ｂの撮像素子に入射させたり、あるいは入射させない、すなわち除去するように切り替えることができる。
【００４０】
フィゾー型干渉計本体の参照レンズ取付部に参照レンズ５を取り付ける。また、干渉計本体のＸ−Ｙ−Ｚステージ６（３軸シフトステージ）上に被検レンズ７を保持する。
そして、第一の光束制御板８１を使用して、参照レンズ５の２軸チルト調整及び被検レンズ７の３軸シフト調整を行う。調整完了後、第二の光束制御板８２に切り換え、参照レンズ５の参照面５ａで反射した参照光と、参照面５ａを透過して被検レンズ７の被検面の検査範囲となる表面７ａで反射した測定光を干渉計本体内部の撮像装置１０ｂの撮像素子上で重ね合わせて干渉縞を発生させる。そして、被検レンズ７の被検面の検査範囲となる表面７ａにピントが合うように干渉計本体の光学系を調整する。そして、このときの干渉縞を解析することにより、被検レンズ７の被検面の面精度を検査する。この工程は、上記した「面精度の測定」と基本的には同じである。
【００４１】
次に、第二の光束制御板８2に切り換えるとともに、参照光が撮像装置１０ｂの撮像素子に入射しないように２軸チルト調整機構により参照レンズ５のチルトを調整する。つまり、通常位置からわずかにチルトさせ、参照光が第二の光束制御板８2の開口を通過しないように変心させる。このとき、測定光も位置ずれしてしまうので、参照レンズ５のチルト調整後に、被検レンズ７のシフト調整もやり直し被検面からの反射光が第二の光束制御板８2の開口を通過できるようにする。これにより、参照光は撮像装置１０ｂの撮像素子に対して除去された状態となって完全に入射しなくなり、測定光のみが撮像素子に入射することになる。すでにこの状態で被検レンズ７の被検面となる表面７ａにピントが合っている。そして、この測定光を撮像することにより、被検レンズ７の被検面の表面欠陥を検査する。
【００４２】
このようにすると、参照レンズは参照面とともに装置の光軸に対して偏心するのであるが、被検面を相対的に反対側に偏心させるので、像の品質を大きく劣化させないので、高精度な検査を容易に実現できる。また、特許文献２のように参照面と被検面の間に光学素子を入れる必要がないので、ワークディスタンス(ＷＤ）を大きくとれる。
【００４３】
なお、本実施例では最初に面精度を検査し、その後表面欠陥を検査する順番で行う例を説明したが、これは逆の順番で行うことも場合によっては可能である。
また、上記した実施例では第一〜第三の光束制御板を使用する場合について説明したが、本実施例においては、参照レンズの取付部に２軸チルト調整機構を有していれば、参照面で反射した参照光を、参照レンズをチルトすることにより基本的には除去できるので、現状のフィゾー型干渉計を何ら改造することなく、面精度と表面欠陥の検査を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、顕微鏡対物レンズの先玉などの微小径半球レンズの欠陥の有無を高精度に検査することが求められる分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる面精度測定及び表面欠陥観察装置の基本構成を示す光軸に沿う説明図である。
【図２】図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置の光束制御手段に備わる光束制御板の構成を示す説明図で、(a)は第一の光束制御板である位置調整板の平面図、(b)は第二の光束制御板である干渉縞観察板の平面図、(c)は第三の光束制御板である暗視野観察板の平面図である。
【図３】図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置における、被検レンズの位置を調整するときの構成を示す説明図である。
【図４】図３の構成を用いた被検レンズの位置調整の初期段階における、第一の光束制御板に対する被検レンズからの反射光の入射状態の一例を、第一の光束制御板の画像として示す説明図である。
【図５】図１の面精度測定及び表面欠陥観察装置における、被検レンズの被検面からの反射光と参照レンズの参照面からの反射光との干渉により生じる干渉縞を測定するときの構成を示す説明図である。
【図６】図５の構成において画像として得られる干渉縞の状態を示す説明図で、(a)は図３の構成において被検レンズの位置を調整後に光束制御板及び撮像光学系を図５に示す干渉縞観察板と干渉縞観察光学系に切り換えたときに画像として得られる干渉縞の状態を示す図、(b)は(a)の状態のときの被検レンズを光軸方向に移動して干渉縞が見えなくなるようにした（いわゆるヌル状態）後に被検レンズを偏心させたときに画像として得られる線状の干渉縞の状態を示す図である。
【図７】本発明の面精度測定及び表面欠陥観察装置を用いて欠陥のある被検レンズの表面を観察したときの画像で、それぞれ欠陥部を含む被検面の(a)は干渉縞観察画像、(b)は暗視野観察画像、(c)は明視野観察画像、(d)は(b)に示す暗視野像に対し画像処理を施して白黒を逆転させた、擬似明視野観察画像の写真である。
【図８】図５の構成において暗視観察状態を明視野観察状態に切り換えたときの構成を示す説明図である。
【図９】図８における明視野観察状態での暗視野観察板上の光線束の状態を示す図である。
【図１０】第三の光束制御板の一変形例として、中心部の遮蔽部の周囲に環状の開口部を有する暗視野観察板の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１              レーザ光源部
２              投光レンズ
３ａ            偏光ビームスプリッタ
３ｂ            λ/４板
４              結像レンズ
５              参照レンズ
５ａ            参照面
６              Ｘ−Ｙ−Ｚステージ
７              被検レンズ
７ａ            表面
８              光束制御手段
８１            第一の光束制御板
８１ａ          円状遮蔽部
８１ｂ          環状遮蔽部
８１ｃ，８１ｄ  フロスト部
８２            第二の光束制御板
８２ａ          開口部
８２ｂ          遮蔽部
８３            第三の光束制御板
８３ａ          遮蔽部
８３ｂ          開口部
９              撮像光学系
９１            干渉縞観察用光学系
９１ａ          リレーレンズ
９１ｂ          結像レンズ
９２            被検レンズ位置調整用光学系（調整光学系）
９２ａ          結像レンズ
１０ａ          画像表示装置
１０ｂ          撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
2009168793.tif 000009
【図９】
2009168793.tif 000010
【図１０】
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【図７】
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