JP2001324414A

JP2001324414A - 波面収差測定装置及び波面収差測定方法

Info

Publication number: JP2001324414A
Application number: JP2000142964A
Authority: JP
Inventors: Hisao Osawa; 日佐雄大澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】固体浸レンズを含んだ光学系の波面収差測定
に適した波面収差測定装置を提供する。【解決手段】液体金属が注入された開口容器と、固体浸
レンズを含む光学系である被検物の該固体浸レンズの先
端端面を、前記液体金属の液面に接するように保持する
保持機構と、参照光と、前記被検物を透過し、前記液体
金属の界面で反射後、再び被検物を透過した測定光とを
互いに干渉させ、該干渉による位相差を検出する干渉計
部と、を備えた波面収差測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波面収差測定装置
及び波面収差測定方法に関するものであり、特に、固体
浸レンズを含む光学系の波面収差を測定するために用い
られる。

【０００２】

【従来技術】近年、高精度の光学機器の需要に伴い、波
面収差測定装置により、その光学系の波面収差を測定し
て、その情報をもとに組み立て調整をおこなっている。

【０００３】これに伴って、この波面収差測定装置にも
高い精度が求められるようになっている。図２は、一般
的な波面収差測定装置の概略図である。

【０００４】１１は折り返し球面ミラー、１２は被検物
（ＮＡ＜１の光学系）、１３は干渉計部である。干渉計
部１３は、例えば、周知のフィゾー干渉計が用いられ
る。

【０００５】折り返しミラー１１は、被検物１２の焦点
位置と折り返しミラー１１の中心とを一致させて配置す
る。干渉計部１３から平行光は被検物１２を透過し、被
検物１２の焦点位置において収束し、収束した光は、再
び広がり、折り返し球面ミラー１１において反射する。

【０００６】前述したような位置関係で、折り返しミラ
ー１１が配置されているので、光は同じ光路で被検物１
２を通過し、干渉計部１３に戻る。干渉計部１３内で
は、不図示のフィゾーレンズのフィゾー面からの参照光
と、被検物１２を透過した測定光との干渉による位相差
を測定する。

【０００７】一方、光学的に情報を記録若しくは再生す
る装置又はシステム、特に光磁気記録再生装置又はシス
テムにおいて、記録密度を向上させることを目的とし
て、固体浸レンズ（ソリッドイマージョンレンズ）を用
いて、光学系の実効的な開口数を１以上にする記録方式
が提案されている。

【０００８】半球タイプの固体浸レンズ１を用いて構成
された光学系１０を例にして説明する。この光学系１０
は、光軸Ｌ上に対物レンズ２と固体浸レンズ１とを所定
間隔をおいて図３に示すように配設して構成される。

【０００９】固体浸レンズ１は、光軸Ｌ上の点Ｏを中心
とする曲率半径Ｒの凸球面状レンズ面１ａと、中心点Ｏ
を通り光軸に直角な平面からなる平面状レンズ面１ｂと
からなる半球状の平凸レンズ形状に構成され、凸球面状
レンズ面１ａが対物レンズ２の方を向き、平面状レンズ
面１ｂが対物レンズ２による結像面６に極く近接して
（ほぼ重なる程度まで近接して）配設されている。

【００１０】ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθm θm：固体浸レンズ内部における光束と光軸Ｌとのなす
最大角度ｎ：固体浸レンズの屈折率これにより、固体浸レンズ１の硝材屈折率の選択によっ
ては、ＮＡが１以上になり、分解能を向上することがで
きる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、固体浸レンズ
１を含む光学系１０の波面収差を測定するために、被検
物１２を固体浸レンズを含む光学系１０に代えて従来の
波面収差測定装置で波面を測定しようとすると、次のよ
うな問題点がある。

【００１２】固体浸レンズの端面１ｂでの入射角度が全
反射臨界角よりも大きい光は、固体浸レンズの端面１ｂ
で全反射するので、固体浸レンズの端面側１ｂから外側
に光を取り出すことができず、光路が往路と復路とで異
なる。

【００１３】一方、固体浸レンズの端面１ｂでの入射角
度が全反射臨界角よりも小さい光は、固体浸レンズの端
面１ｂで全反射せず、一部は反射して往路と異なる光路
で戻るが、残りの光は透過し、折り返しミラー１１にお
いて反射して、往路と同じ光路で被検物１０を通る。

【００１４】特に、光軸近傍の光は、固体浸レンズの端
面１ｂでほとんどが透過し、折り返しミラー１１におい
て反射し、被検物１０中の同じ光路を通る。このよう
に、固体浸レンズの端面１ｂにおける入射角度によっ
て、復路の光路が往路と同じである場合と、異なる場合
とがある。

【００１５】換言すると、固体浸レンズの端面１ｂでの
反射光と折り返しミラー１１における反射光という互い
に光路の異なる光が、干渉計１３内部で混在するため
に、干渉計測結果に影響を及ぼし、その解析が非常に困
難になる。

【００１６】また、固体浸レンズの端面１ｂにおける入
射角度によって、反射強度が異なる、即ち干渉のコント
ラストが異なるので、同一強度として観測されていて
も、かかる入射角度によって位相差が異なり、被検物１
０の波面収差の解析が非常に困難である。

【００１７】ところで、誘電体表面における反射では、
ｐ偏光の光はブリュースター角で反射率が０となり、そ
の前後で反射光の位相がπ変化することが知られてい
る。固体浸レンズ端面１ｂでは、垂直入射から全反射臨
界角を越えるような入射角まで様々な入射角で光が到達
しているため、偶然ブリュースター角となる光も存在
し、その前後でｐ偏光の光の位相がπ変化してしまう。

【００１８】干渉計１３内部にはλ／４板が配置され、
干渉計測を行うための光を円偏光にして、偏光による反
射率変化や位相変化が、干渉計測に与える影響をできる
だけ小さくしているが、ブリュースター角前後における
ｐ偏光成分の位相変化は、このような手段では、充分に
その影響を取り去ることが出来ないほど大きく、計測結
果の解析が非常に困難である。

【００１９】さらに、誘電体表面においては、全反射臨
界角の前後では、ｐ偏光のみならず、ｓ偏光でも光の位
相変化が起こることが知られている。その結果、全反射
臨界角前後においての位相変化によっても、干渉計測結
果が影響を受け、被検物の波面収差の解析が非常に困難
であった。

【００２０】一方、金属表面反射の場合は、常に高い反
射率を有し、誘電体表面のように所定の臨界角で急激に
反射率が高まる全反射のような現象はほとんど生じな
い。固体浸レンズの端面１ｂに金属膜（アルミニウム、
銀等）を形成し、これらの問題を解決することも考えら
れるが、測定後除去しなければならず、測定上不便であ
る。

【００２１】そこで、本発明は、従来のこのような問題
点に鑑みてなされたものであり、固体浸レンズを含んだ
光学系の波面収差測定に適した波面収差測定装置を提供
することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための第
１の手段は、液体金属が注入された開口容器と、固体浸
レンズを含む光学系である被検物の該固体浸レンズの先
端端面を、前記液体金属の液面に接するように保持する
保持機構と、参照光と、前記被検物を透過し、前記液体
金属の界面で反射後、再び被検物を透過した測定光とを
互いに干渉させ、該干渉による位相差を検出する干渉計
部と、を備えた波面収差測定装置（請求項１）を提供す
る。

【００２３】また、課題を解決するための第２の手段
は、前記液体金属が、水銀（Hg）、ガリウム（Ga）、水
銀アマルガムであることを特徴とする請求項１記載の波
面収差測定装置（請求項２）を提供する。

【００２４】また、課題を解決するための第３の手段
は、被検物が、先端に固体浸レンズを含む光学系であ
り、該固体浸レンズの先端端面を液体金属界面に接触す
るように前記被検物を配置し、検出器により、前記被検
物を透過し、前記液体金属の界面で反射後、再び前記被
検物を透過した測定光と、フィゾー面からの反射光であ
る参照光とを互いに干渉させ、該干渉による位相差を検
出することにより、前記被検物の波面収差を測定する波
面収差測定方法（請求項３）を提供する。

【００２５】また、課題を解決するための第４の手段
は、前記液体金属が、水銀（Hg）、ガリウム（Ga）、水
銀アマルガムであることを特徴とする請求項３記載の波
面収差測定方法（請求項４）を提供する。

【００２６】また、課題を解決するための第５の手段
は、請求項１若しくは２記載の波面収差測定装置、又は
請求項３若しくは４記載の波面収差測定方法を用いて測
定・組み立て調整を行った固体浸レンズを含む光学系
（請求項５）を提供する。

【００２７】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態の波面収
差測定装置を図面に参照して説明する。図１は、第一実
施形態にかかる波面収差測定装置の概略を示す図であ
る。

【００２８】３は干渉計部、１０は被検物（固体浸レン
ズ（ソリッドイマジョンレンズ）１ａを含む光学系）、
４は液体金属、５は容器である。干渉計部３は、例え
ば、周知のフィゾー干渉計が用いられる。

【００２９】液体金属４としては、水銀（Hg）、ガリウ
ム（Ga）、水銀アマルガム等が用いられる。これらの金
属は、常温で液体であるだけでなく、常温付近で固化及
び気化したりしない。

【００３０】特に、水銀は、一般のガラスに対するぬれ
性が悪いため、容易に離すことができ、除去の手間がか
からない。その上、水銀は、可視光に対して、８０％の
反射率を有する上に、反射率や反射における光の位相変
化の入射角度依存性が小さいという極めて望ましい性質
を有している。

【００３１】実施形態にかかる波面収差測定装置におい
て、被検物の固体浸レンズの端面１ｂが、容器５内の液
体金属４の液面と接するように設置する。干渉計部３内
の不図示の光源から照射された光が、光学系１０の対物
レンズ２を透過し、固体浸レンズ端面１ｂにおいて集光
すると同時に、液体金属４の液面に接している端面１ｂ
に対する入射角度に依らず全反射し、同じ光路を通って
干渉計部３にもどる。

【００３２】干渉計部３内では、不図示のフィゾーレン
ズのフィゾー面での反射光（参照光）と、測定光との干
渉による位相差を測定する。以上のように、固体浸レン
ズの端面１ｂが水銀に接しており、その界面で光を反射
させているため、反射率や反射における位相変化はほと
んどないが、厳密に計測を行いたい場合は、以下のよう
にすればよい。

【００３３】固体浸レンズの硝材の屈折率がわかれば、
水銀との界面における反射率の角度依存性や位相変化量
の角度依存性は容易に計算できるので、これを考慮して
測定を行うと、厳密な波面収差測定が行える。

【００３４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の波面収差測
定装置及び波面収差測定方法によれば、固体浸レンズを
含む光学系の波面収差の測定を精度良く行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体浸レンズを含む光学系（ＮＡ≧１）の波面
収差を測定するための波面収差測定装置の概略図であ
る。

【図２】ＮＡ＜１の光学系の波面収差を測定するための
波面収差測定装置の概略図である。

【図３】一般的な固体浸レンズを含む光学系の概略を示
す図である。

【符号の説明】

１・・・固体浸レンズ２・・・対物レンズ３、１３・・・干渉計部４・・・液体金属５・・・容器６・・・対物レンズによる結像面１０・・・被検物（固体浸レンズを含む光学系）１１・・・折り返し球面ミラー１２・・・被検物（ＮＡ＜１の光学系）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体金属が注入された開口容器と、固体浸レンズを含む光学系である被検物の該固体浸レン
ズの先端端面を、前記液体金属の液面に接するように保
持する保持機構と、参照光と、前記被検物を透過し、前記液体金属の界面で
反射後、再び被検物を透過した測定光とを互いに干渉さ
せ、該干渉による位相差を検出する干渉計部と、を備え
た波面収差測定装置。
【請求項２】前記液体金属が、水銀（Hg）、ガリウム
（Ga）、水銀アマルガムであることを特徴とする請求項
１記載の波面収差測定装置。
【請求項３】被検物が、先端に固体浸レンズを含む光学
系であり、該固体浸レンズの先端端面を液体金属界面に
接触するように前記被検物を配置し、検出器により、前記被検物を透過し、前記液体金属の界
面で反射後、再び前記被検物を透過した測定光と、フィ
ゾー面からの反射光である参照光とを互いに干渉させ、
該干渉による位相差を検出することにより、前記被検物
の波面収差を測定する波面収差測定方法。
【請求項４】前記液体金属が、水銀（Hg）、ガリウム
（Ga）、水銀アマルガムであることを特徴とする請求項
３記載の波面収差測定方法。
【請求項５】請求項１若しくは２記載の波面収差測定装
置、又は請求項３若しくは４記載の波面収差測定方法を
用いて測定・組み立て調整を行った固体浸レンズを含む
光学系。