JP2002090262A - 収差測定方法と収差評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高次のコマ収差、非点収差を高速に検出す
る。 【解決手段】 レンズの評価方法は、（ａ）レンズから
出射された光を回折し、異なる次数の２つの回折光を干
渉させてシェアリング干渉像を得る工程と、（ｂ）上記
回折光の位相を変化させる工程と、（ｃ）上記シェアリ
ング干渉像において、上記２つの回折光の光軸を結ぶ中
点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分上
の、複数の測点で、光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をｓ、上記位相をφとしたとき、上
記位相φを測定位置ｓの４次関数または５次関数で近似
し、該関数の４次の係数値で上記レンズの５次のコマ収
差を評価する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク方式の
情報記憶媒体、例えばＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓ
ａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）に情報を読み書きする光学レン
ズ、またレーザ加工機、レーザ顕微鏡などにおいて光を
結像して光スポットを形成する光学レンズの特性を検出
する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】光ディスク方式の高密度情報記憶媒体か
ら情報を読み取り、またこの高密度情報記憶媒体に情報
を記憶するためには、光源から出射された光を目的の場
所に正確に照射できる光学系が必要である。そのため、
特に、光学系の対物レンズは、それ自体に厳格な光学的
特性が要求されるだけでなく、目的の場所に精度よく固
定されなければならない。

【０００３】そこで、対物レンズの検査又は調整の方法
として、図１に示すような、干渉計測で収差検出し、検
出された収差をもとに対物レンズを検査、調整する方法
（回折干渉方式）が提案され実施されている（例えば、
特願平１１−１３８５８４号参照）。

【０００４】この回折干渉方式について以下に簡単に説
明する。本方式では、まず可干渉性を持つ、例えばＨｅ
−Ｎｅレーザなどの光源１０１から出射された光をビー
ムエキスパンダ１０２で略平行光に拡大する。次に、拡
大された略平行光をハーフミラー１０３で反射し、被測
定レンズ１０４に所定の角度で入射する。続いて、被測
定レンズ１０４を透過した光を、反射型の回折格子１０
５で反射する。回折格子１０５で反射した光は再び被測
定レンズ１０４に入射される。回折格子１０５の反射光
は、０次回折光と土１次回折光を含み、これら０次回折
光と＋１次回折光、そして０次回折光と−１次回折光が
重なり干渉縞（干渉パターン）を生じる。そして、この
干渉パターンを、結像レンズ１０７で撮像素子（例え
ば、ＣＣＤ）８上に結像する。その結果、撮像素子８上
には、図２に示す干渉パターンが得られる。最後に、収
差検出装置９は、０次回折光１１０と＋１次回折光１１
１⁺、そして０次回折光１１０と−１次回折光１１１^-が
重なった領域に現れた干渉縞１２１⁺、１２１^-を解析
し、被測定レンズ４の収差を検出する。

【０００５】収差の種類と、それによって生じる干渉縞
を図３に示す。図３の（ａ）はデフォーカスによる縞パ
ターン、（ｂ）、（ｃ）はコマ収差による縞パターン、
（ｄ）は非点収差による縞パターン、（ｅ）は球面収差
による縞パターン、（ｆ）無収差のときの縞パターンで
ある。なお、無収差の場合、干渉領域内に干渉模様は現
れない。一般に、一つの光学系について複数の収差が複
合して発生する。したがって、干渉縞は、図３の（ａ）
から（ｆ）に示す単純な形とならず、これら複数の縞パ
ターンが重なり合った複雑な形になる。

【０００６】複雑な形の縞パターンから各収差を抽出す
る方法として、位相シフト法を用いることができる。簡
単に説明すると、この位相シフト法では、干渉させる２
つの波面の位相を互いにずらせることで縞パターンを変
化させ、その変化の仕方の分布、つまり強度変化の位相
の分布を解析し、各収差を求める。このとき、収差解析
は、干渉領域全面のデータを用いず、特定の領域のデー
タを用いて行なう。したがって、処理すべきデータ数は
限られており、比較的短時間で各収差を評価できる。

【０００７】しかし、収差の展開式は、３次、５次、７
次、９次……の項を含む。そして、いわゆるザイデルの
５収差と呼ばれる３次項の収差（非点収差、コマ収差、
球面収差）は上述の収差解析によって求めることができ
るが、５次以上の収差は測定できないという問題があ
る。

【０００８】５次項以上の収差を検出する従来方法とし
て、例えば図４に示すような構成で基準波面と測定波面
との干渉縞を発生させ、この干渉縞の全体のデータから
測定波面の収差を計算するやり方がある。この方法で
は、可干渉性を持つ、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどの光
源１からの光をビームエキスパンダ２０２で略平行光に
拡大する。次に、拡大された略平行光をハーフミラー２
０３で、反射光と透過光の２光束に分割される。分割さ
れた一方の反射光は、ミラー２０４で反射し、その後ハ
ーフミラー２０３を透過して、撮像素子（例えば、ＣＣ
Ｄ）２０５で受像される（基準波面）。また、分割され
た他方の反射光は、被測定レンズ２０６に入射し集光さ
れて参照球面ミラー２０７で反射する。参照球面ミラー
２０７は、該参照球面ミラー２０７の反射光が被測定レ
ンズ２０６からの入射光の光路を逆に辿るように設計し
てある。したがって、参照球面ミラー２０７の反射光
は、再び被測定レンズ２０６に入射して略平行光とな
り、ハーフミラー２０３で反射し、撮像素子２０５で受
像される（測定波面）。したがって、撮像素子２０５で
受像される光は、上記一方の反射光と他方の透過光の重
なって干渉縞を含み、この干渉縞が撮像素子２０５で受
像される。そして、信号処理装置２０８は、撮像素子２
０５の出力から収差を計算する。この収差計算では、干
渉縞全体のデータを使用し、半径ｒと角度θを軸に持つ
座標系で収差が関数展開される（いわゆるＺｅｒｎｉｋ
ｅ級数展開）。しかし、この収差検出方法では、干渉縞
全体のデータを使う必要があるため、計算処理に多くの
時間を要する。

【０００９】そこで、本発明は、５次以上の非点収差と
コマ収差を高速に測定できる収差測定方法、収差評価装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【発明の概要】上記目的を達成するため、本発明の収差
測定方法及び収差評価装置は以下の構成を採用してい
る。

【００１１】具体的に、本発明の第１の形態の収差測定
方法は、（ａ）レンズから出射された光を回折し、異な
る次数の２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像
を得る工程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化させる工
程と、（ｃ）上記シェアリング干渉像において、特定の
線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める工程
と、（ｄ）上記測点位置をｓ、上記位相をφとしたと
き、上記位相φを測定位置ｓの関数で近似し、該関数の
係数値で上記レンズの５次以上のコマ収差を評価する工
程とを有することを特徴とする。

【００１２】上記第１の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記特定の線分が、上記２つの回折光の光軸を結ぶ
中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分で
あることを特徴とする。

【００１３】上記第１の形態の収差測定方法の他の態様
は、ｎを５以上の整数としたとき、上記位相φを測定位
置ｓの（ｎ−１）次関数またはｎ次関数で近似し、該関
数の（ｎ−ｌ）次の係数値ａ_n-1で上記レンズのｎ次の
コマ収差を評価する工程とを有することを特徴とする。

【００１４】上記第１の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記ｎが５であることを特徴とする。

【００１５】本発明の第２の形態の収差測定方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折し、異なる次数の
２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工
程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、特定の複数の
線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求める工程
と、（ｄ）上記測点位置をｓ₁、ｓ₂、上記位相をφ₁、
φ₂としたとき、上記位相φ₁、φ₂を測定位置ｓ₁、ｓ₂
の関数で近似し、該関数の係数値で上記レンズの５次以
上のコマ収差を評価する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１６】上記第２の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記複数の線分が、上記２つの回折光の光軸を結ぶ
中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と略４５°をな
す２本の線分であることを特徴とする。

【００１７】上記第２の形態の収差測定方法の他の態様
は、ｎを５以上の整数としたとき、上記位相φ₁、φ₂を
測定位置ｓ₁、ｓ₂の（ｎ−１）次関数またはｎ次関数で
近似し、該２つの関数の（ｎ−１）次の係数値をそれぞ
れａ_n-1、ｂ_{n ― 1}としたとき、ａ_n-1とｂ_n-1の差で上記
レンズのｎ次のコマ収差を評価する工程とを有すること
を特徴とする。

【００１８】上記第２の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記ｎが５であることを特徴とする。

【００１９】上記第２の形態の収差測定方法の他の態様
は、上述の方法で評価したｎ次のコマ収差の値をＫ_n1と
し、請求項７の方法で評価したｎ次のコマ収差の値をＫ
_n2とし、ＳＱＲＴ（Ｋ_n1 ²＋Ｋ_n2 ²）でｎ次のコマ収差の
大きさを評価することを特徴とする。

【００２０】上記第２の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記ｎが５であることを特徴とする。

【００２１】本発明の第３の形態の収差測定方法は、
（ａ）レンズから出射された光を回折し、異なる次数の
２つの回折光を干渉させてシェアリング干渉像を得る工
程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化させる工程と、
（ｃ）上記シェアリング干渉像において、特定の線分上
の複数の測点で光強度変化の位相を求める工程と、
（ｄ）上記測点位置をｓ、上記位相をφとしたとき、上
記位相φを測定位置ｓの関数で近似し、該関数の係数値
で上記レンズの５次以上の非点収差を評価する工程とを
有することを特徴とする。

【００２２】上記第３の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記特定の線分が、上記２つの回折光の光軸を結ぶ
中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂直な線分で
あることを特徴とする。

【００２３】上記第３の形態の収差測定方法の他の態様
は、ｎを５以上の整数としたとき、上記位相φを測定位
置ｓの（ｎ−２）次関数または（ｎ−１）次関数で近似
し、該関数の（ｎ−２）次の係数値ａ_n-2で上記レンズ
のｎ次の非点収差を評価する工程とを有することを特徴
とする。

【００２４】上記第３の形態の収差測定方法の他の態様
は、上記ｎが５であることを特徴とする。

【００２５】上記第１〜３の形態の収差測定方法の他の
態様は、上述した収差測定方法で測定したｎ次の非点収
差をＨ_n1とし、上記シェアリング方向を略４５°回転さ
せたあとで請求項１３または１４記載の方法で測定した
ｎ次の非点収差をＨ_n2とし、ＳＱＲＴ（Ｈ_n1 ²＋Ｈ_n2 ²）
でｎ次の非点収差の大きさを評価することを特徴とす
る。

【００２６】上記第１〜３の形態の収差測定方法の他の
態様は、上記２つの回折光が、０次回折光と、±１次回
折光のいずれか一方、または＋１次回折光と−１次回折
光であることを特徴とする。

【００２７】本発明の第１の形態に係る、光学系に含ま
れる集光レンズの評価装置は、（ａ）上記レンズを透過
した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光の
シェアリング干渉光を出射する回折格子と、（ｂ）上記
回折格子を移動させる移動機構と、（ｃ）上記シェアリ
ング干渉光を受像する受像体と、（ｄ）上記受像体で受
像したシェアリング干渉光の干渉像において、特定の線
分上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、上記位相
をもとに上記集光レンズの５次以上のコマ収差を求める
特性検出器とを有することを特徴とする収差評価装置。

【００２８】上記第１の形態の収差評価装置の他の態様
は、上記コマ収差を、請求項１から４のいずれかに記載
の収差測定方法で求めることを特徴とする。

【００２９】本発明の第２の形態に係る、光学系に含ま
れる集光レンズの評価装置は、（ａ）上記レンズを透過
した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光の
シェアリング干渉光を出射する回折格子と、（ｂ）上記
回折格子を移動させる移動機構と、（ｃ）上記シェアリ
ング干渉光を受像する受像体と、（ｄ）上記受像体で受
像したシェアリング干渉光の干渉像において、特定の複
数の線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、上
記位相をもとに上記集光レンズの５次以上のコマ収差を
求める特性検出器とを有することを特徴とする。

【００３０】第２の形態の収差評価装置の他の態様は、
上記５次以上のコマ収差を、請求項５から８いずれかに
記載の収差測定方法で求めることを特徴とする。

【００３１】上記第１，２の収差評価装置の他の態様
は、上述した収差測定方法により５次以上のコマ収差の
大きさを求めることを特徴とする。

【００３２】本発明の第３の形態に係る、光学系に含ま
れる集光レンズの測定装置は、（ａ）上記レンズを透過
した光を回折すると共に、異なる次数の２つの回折光の
シェアリング干渉光を出射する回折格子と、（ｂ）上記
回折格子を移動させる移動機構と、（ｃ）上記シェアリ
ング干渉光を受像する受像体と、（ｄ）上記受像体で受
像したシェアリング干渉光の干渉像において、特定の線
分上の複数の測点で光強度変化の位相を求め、上記位相
をもとに上記集光レンズの５次以上の非点収差を求める
特性検出器とを有することを特徴とする。

【００３３】上述の収差評価装置は、上記５次以上の非
点収差を、上述した収差測定方法で求めることを特徴と
する。

【００３４】また、収差評価装置の他の態様は、上記回
折格子が格子面に垂直な軸を中心に回転でき、上述の収
差測定方法で５次以上の非点収差の大きさを評価するこ
とを特徴とする。

【００３５】また、収差評価装置の他の態様は、上記レ
ンズがレンズ面に垂直な軸を中心に回転でき、上述した
収差測定方法で５次以上の非点収差の大きさを評価する
ことを特徴とする。

【００３６】また、収差評価装置の他の態様は、上記２
つの回折光が、０次回折光と、±１次回折光のいずれか
一方、または＋１次回折光と−１次回折光であることを
特徴とする。

【００３７】また、収差評価装置の他の態様は、上記回
折格子が、透過型回折格子または反射型回折格子である
ことを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の具体的実施の形態を説明
する。

【００３９】（１）第１実施形態 図５は本発明の第１実施形態を示す。この図に示す収差
評価システムは、基本的に、上述した従来の収差評価シ
ステムに類似している。具体的に、本収差評価システム
では、可干渉性を持つ、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどの
光源１が、光を出射する。出射された光は、ビームエキ
スパンダ２で略平行光に拡大される。この拡大された略
平行光は、ハーフミラー３で反射し、被測定レンズ４に
所定の角度で入射して該被測定レンズ４を透過し、反射
型の回折格子５で反射する。回折格子５で反射した光
は、再び被測定レンズ４に入射される。回折格子５の反
射光は、０次回折光と土１次回折光を含み、これら０次
回折光と＋１次回折光、そして０次回折光と−１次回折
光が重なり干渉縞（干渉パターン）を生じる。この干渉
パターンは、結像レンズ７で撮像素子（例えば、ＣＣ
Ｄ）８上に結像される。その結果、撮像素子８上には、
図２に示す干渉パターンが得られる。そして、信号処理
及び表示装置９は、０次回折光と＋１次回折光、そして
０次回折光と−１次回折光が重なった領域に現れた干渉
縞を解析し、被測定レンズ４の収差を検出し、その結果
を表示する。

【００４０】干渉像の一例が図６に示されている。この
干渉像は、＋１次回折光１１１⁺と−１次回折光１１１^-
が互いに重なりあることなく、０次回折光１１０と＋１
次回折光１１１⁺が重なり合って表出されている。以
下、このような異なる次数の回折光の干渉を「シェアリ
ング」または「シェアリング干渉」、干渉によりできる
像を「シェアリング干渉像」、回折光の中心を結ぶ軸
（図６に示すＸ軸）を「シェアリング軸」、シェアリン
グ軸の方向を「シェアリング方向」という。

【００４１】レンズが全く収差を含まず、しかもレンズ
が回折格子２に対して正確に焦点合わせされている場
合、図３（ｆ）のように、干渉領域に何らの模様（干渉
縞）も現れない。しかし、現実のレンズは種々の収差、
例えば、デフォーカス〔図３（ａ）〕、コマ収差〔図３
（ｂ）、（ｃ）〕、非点収差〔図３（ｄ）〕、３次の球
面収差〔図３（ｅ）〕を含む。通常、実際の干渉縞は複
数の収差を含み、それらが複合的に組み合わされた干渉
縞が現れる。

【００４２】干渉領域内の離れた２点の光強度について
みると、これら２点の光強度は対物レンズの収差等に応
じて異なる値を示す。例えばピエゾ素子などを用いた適
当な移動機構（図５に符号６で示す。）を利用して回折
格子をその格子溝と直交する方向（図５の左右方向）に
移動すると、干渉領域における２点の光強度が正弦曲線
を描きながら周期的に変化する。同時に、収差が２つの
正弦曲線の位相差として現れる。

【００４３】具体的に、図６を参照して説明する。本図
は、０次回折光１１０と＋１次回折光１１１⁺との干渉
領域１２１⁺に着目する。そして、０次回折光１１０の
回折円中心Ｏと＋１次回折光１１１⁺の回折円中心Ｏ₁と
を結ぶシェアリング軸（Ｘ軸）上で、これら中心ＯとＯ
₁との中心から等距離Ｌにある２点Ｐ₁、Ｐ_nで光強度の
時間変化を測定すると、図７に示すように、点Ｐ₁の光
強度変化を表した正弦曲線Ｔ₁の位相φ（Ｐ₁）と点Ｐ_n
の光強度変化を表した正弦曲線Ｔ_nの位相φ（Ｐ_n）との
間には位相差△φが表れ、その位相差△φは対物レンズ
の収差などに依存する。

【００４４】一方、平面波を基準としたときの各収差に
よる波面はＺｅｒｎｉｋｅ多項式により極座標（ｒ、
φ）で記述されることが一般に知られている。また、そ
の極座標上で、５次のコマ収差Φ_coma5の波面は、定数
Ａを用いて数式（１）、（２）の成分を持つベクトル量
で表される。 Φ₁＝Ａ（（１０ｒ⁴−１２ｒ²＋３）×ｒ）×ｃｏｓ（φ） （１） Φ₂＝Ａ（（１０ｒ⁴−１２ｒ²＋３）×ｒ）×ｓｉｎ（φ） （２）

【００４５】これらの式からわかるように、成分Φ₁、
Φ₂は直角座標系をなす各軸の成分である。そこで、φ
＝０に対応するξ軸と、このξ軸に直交するη軸を選ぶ
と、これらξ軸とη軸で定義される直角座標系（ξ、
η）（図８参照）のξ成分Φ_ξ、及びη成分Φ_ηは、次
のように表される。 Φ_ξ＝Ａ（（１０（ξ²＋η²）²−１２（ξ²十η²）＋３）×√（ξ²＋η²）） （３） Φ_η＝０ （４）

【００４６】次に、直角座標系（ξ、η）においてξ方
向にシェアリングした場合、つまり、５次のコマ収差の
方向（一方の座標成分がゼロとなるように座標軸を設定
したときに、他方の座標成分の軸方向）と同じ方向にシ
ェアリングさせた場合、干渉光の強度差（すなわち、位
相差）は、数式（５）の関数として表される。 ｄΦ_ξ／ｄξ ＝Ａ（１０（ξ²＋η²）^(3/2)−１２（ξ²＋η²）^(1/2)＋３（ξ²＋η²）^(-1/2) 十４０ξ（ξ²＋η²）^(3/2)−２４ξ（ξ²＋η²）^(1/2)） （５）

【００４７】このことは、レンズに他の収差などがなく
５次のコマ収差のみがある場合、このコマ収差はその収
差の方向へのシェアリング干渉領域１２１⁺、１２１
^-で、図９に示す干渉縞として現れることからも理解で
きる。

【００４８】また、η方向ヘシェアリングした場合、つ
まり、５次のコマ収差の方向と直角方向にシェアリング
させた場合、干渉光の強度差（すなわち、位相差）は、
数式（６）の関数として表される。 ｄΦ_ξ／ｄ_η ＝Ａ（１０（ξ²＋η²）^(3/2)−１２（ξ²＋η²）^(1/2)＋３（ξ²＋η²）^(-1/2) ＋４０η（ξ²＋η²）^(3/2)−２４η（ξ²＋η²）^(1/2)） （６）

【００４９】これらのことは、シェアリング干渉パター
ンから数式（５）で表される成分を検出することでシェ
アリング方向と同一方向の５次コマ収差成分を評価で
き、数式（６）で表される成分を検出することでシェア
リング方向と直角方向の５次コマ収差成分を評価できる
ことを表す。

【００５０】５次コマ収差の、シェアリング方向と同一
方向成分は次の手順で求められる。まず、図８に示すよ
うに、シェアリング干渉像上で、中心Ｏ、Ｏ₁の中点を
通り且つシェアリング軸と垂直な線分上に複数の点（Ｐ
₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）をとり、回折格子５をその格子
溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ
_n-1，Ｐ_n）の座標（上記線分上での座標をｓとする）と
各点の位相（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）を座標上
にプロットし、そしてプロットした点を４次関数で近似
（フィッティング）することにより、５次のコマ収差
の、シェアリング方向と同じ方向の成分を定量的に求め
ることができる。

【００５１】５次のコマ収差の、シェアリング方向と同
じ方向の成分を評価する具体的手順は以下の通りであ
る。 （ｉ）図１０に示すように、干渉像上で回折光（回折
円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ₁）、シェアリング軸（Ｘ軸）
を定める。 （ｉｉ）ＯとＯ₁の中点を通り且つＸ軸と垂直をなす線
上に、複数の測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）を定め
る。これらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが
望ましい。 （ｉｉｉ）回折格子を格子と直交する方向に移動する。 （ｉｖ）測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）の光強度を測
定する。 （ｖ）各測点について光強度正弦波形の位相φ
_P（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_{P n}）を求める。 （ｖｉ）各測点のｓ座標と、対応する光強度の位相φ_P
（φ_P1、φ_P2、…、φ_{Pn- 1}、φ_Pn）とを、図１０に示す
ように、直交座標系（ｓ、φ）にプロットする。 （ｖｉｉ）プロットした点に４次関数（φ＝ａ₄ｓ⁴＋ａ
₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ_lｓ＋ａ₀）または５次関数をフィッテ
ィングする。 （ｖｉｉｉ）フィッティングした関数の４次係数
（ａ₄）を求め、５次のコマ収差の、シェアリング方向
と同一方向の成分を評価する。

【００５２】５次のコマ収差の、シェアリング方向と同
一方向の成分は、以下の方法でも求めることができる。
図１０に示すように、シェアリング干渉像上で、中心
Ｏ、Ｏ ₁の中点を通り且つシェアリング軸と垂直な線分
上で、複数の点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）をとる。ま
た、Ｏ、Ｏ₂の中点を通り且つシェアリング軸と垂直な
線分上で複数の点（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）をとる。
回折格子５をその格子溝と直交する方向に移動させ、各
点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）のｓ座標と各点の位相
（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）を座標上にプロット
し、そしてプロットした点に４次関数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴＋
ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ_lｓ＋ａ₀）または５次関数をフィッ
ティングする。同様に、各点（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、
Ｑ_n）のｓ座標と各点の位相（φ_Q1、φ_Q2、…、
φ_Qn-1、φ_Qn）を座標上にプロットし、そしてプロット
した点に４次関数（φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³＋ｂ₂ｓ²＋ｂ_l
ｓ＋ｂ₀）または５次関数をフィッティングする。これ
らの係数の和（ａ₄＋ｂ₄）あるいは平均（ａ₄＋ｂ₄）／
２で５次のコマ収差の、シェアリング方向と同一方向の
成分を定量的に求めることができる。

【００５３】５次のコマ収差の、シェアリング方向と一
致する成分を評価する具体的手順は以下の通りである。 （ｉ）図１０に示すように、干渉像上で回折光（回折
円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ₁）、シェアリング軸（Ｘ軸）
を定める。 （ｉｉ）ＯとＯ₁の中点を通り且つＸ軸と垂直な線分上
に複数の測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）を定める。こ
れらの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望まし
い。 （ｉｉｉ）ＯとＯ₂の中心を通りＸ軸と垂直な線分上に
複数の測点（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1，Ｑ_n）を定める。これ
らの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望まし
い。 （ｉｖ）回折格子を格子と直交する方向に移動する。 （ｖ）測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）、（Ｑ₁、Ｑ₂、
…Ｑ_n-1、Ｑ_n）の光強度を測定する。 （ｖｉ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ（φ
_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）、φ_Q（φ_Q1、φ_Q2、…
φ_Qn-1、φ_Qn）を求める・ （ｖｉｉ）各測点のｓ軸座標と、対応する光強度の位相
φＰ（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）およびφＱ（φ
_Q1、φ_Q2、…、φ_Qn-1、φ_Qn）とを、図１０中に示すよ
うに、直交座標系（ｓ、φ）にプロットする。 （ｖｉｉｉ）プロットした点に４次関数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴
＋ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ₁ｓ＋ａ₀、φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³
＋ｂ₂ｓ²＋ｂ₁ｓ＋ｂ₀）または５次関数をフィッティン
グする。 （ｉｘ）フィッティングした関数の４次係数（ａ₄、
ｂ₄）を求め、ａ₄＋ｂ₄、あるいは（ａ₄＋ｂ₄）／２か
ら５次のコマ収差の、シェアリング方向と同一方向の成
分を評価する。

【００５４】５次コマ収差のシェアリング方向と垂直方
向成分を、以下の手順で求めることができる。図１１に
示すように、０次回折光と＋１次回折光のシェアリング
干渉像上で、中心Ｏ，Ｏ₁を通りシェアリング軸と４５
°をなす２本の線分上で、複数の測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ
_n-1，Ｐ_n）および（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）をとる。
回折格子５をその格子溝と直交する方向に移動させ、各
点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_{n- 1}，Ｐ_n）、（Ｑ₁、Ｑ₂、…
Ｑ_n-1、Ｑ_n）のｓ座標と各点の位相（φ_P1、φ_P2、…、
φ_{Pn ‐ 1}、φ_Pn）、（φ_Q1、φ_Q2、…、φ_Qn-1、φ_Qn）
を座標上にプロットし、そしてプロットした点に４次関
数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴＋ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ₁ｓ＋ａ ₀）、
（φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³＋ｂ₂ｓ²＋ｂ₁ｓ＋ｂ₀）または
５次関数をフィッティングする。これらの係数の差（ａ
₄−ｂ₄）で５次のコマ収差の、シェアリング方向と垂直
方向成分を定量的に求めることができる。

【００５５】５次のコマ収差の、シェアリング方向と垂
直方向成分を評価する具体的手順は以下の通りである。 （ｉ）図１１に示すように、干渉像上で回折光（回折
円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ₁）、シェアリング軸（Ｘ軸）
を定める。 （ｉｉ）ＯとＯ₁の中点を通り且つＸ軸と４５°をなす
２本の直線上に、複数の測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，
Ｐ_n）および（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）を定める。 （ｉｉｉ）回折格子５を格子と直交する方向に移動す
る。 （ｉｖ）測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）および
（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）の光強度を測定する。 （ｖ）各測点について光強度正弦波形の位相φＰ
（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ _Pn）およびφ_Q（φ_Q1、
φ_Q2、…、φ_Qn-1、φ_Qn）を求める。 （ｖｉ）各測点のｓ座標と、対応する光強度の位相φ_P
（φ_P1、φ_P2、…、φ_{Pn- 1}、φ_Pn）およびφ_Q（φ_Q1、
φ_Q2、φ_Qn-1、φ_Qn）を、図１１に示すように、直交座
標系（ｓ、φ）にプロットする。 （ｖｉｉ）プロットした点に４次関数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴＋
ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ₁ｓ＋ａ₀、φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³＋
ｂ₂ｓ²＋ｂ₁ｓ＋ｂ₀）または５次関数をフィッティング
する。 （ｖｉｉｉ）フィッティングした関数の４次係数の差
（ａ₄−ｂ₄）を求め、５次のコマ収差の、シェアリング
方向と垂直方向成分を評価する。

【００５６】５次のコマ収差の、シェアリング方向と垂
直方向成分は、以下の方法でも求めることができる。図
１１に示すように、シェアリング干渉像上で、中心Ｏ、
Ｏ₁の中点を通り且つシェアリング軸と４５°をなす２
本の線分上で、複数の点（Ｐ ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）お
よび（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）をとる。また、Ｏ、Ｏ
₂の中心を通り、シェアリング軸と４５°をなす２本の
線分上で、複数の点（Ｒ₁、Ｒ₂、…Ｒ_n-1、Ｒ_n）および
（Ｔ₁、Ｔ、…Ｔ_n-1、Ｔ_n）をとる。回折格子５をその
格子溝と直交する方向に移動させ、各点（Ｐ₁、Ｐ₂、…
Ｐ_n-1，Ｐ_n）、（Ｑ₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）、（Ｒ₁、
Ｒ₂、…Ｒ_n-1、Ｒ_n）および（Ｔ₁、Ｔ、…Ｔ_n-1、Ｔ_n）
のｓ座標と各点の位相（φ_P1、φ_P2、…φ_Pn-1、
φ_Pn）、（φ_Q1、φ_Q2…、φ_Qn-1、φ_Qn）、（φ_R1、φ
_R2、…、φ_Rn-1、φ_Rn）および（φ_T1、φ_T2、…、φ
_Tn-1、φ_Tn）を座標上にプロットし、そしてプロットし
た点に４次関数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴＋ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ₁ｓ
＋ａ₀、φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³＋ｂ₂ｓ²＋ｂ₁ｓ＋ｂ₀、φ
_R＝ｃ₄ｓ⁴＋ｃ₃ｓ³＋ｃ₂ｓ²＋ｃ₁ｓ＋ｃ₀、φ_T＝ｄ₄ｓ⁴
＋ｄ₃ｓ³＋ｄ₂ｓ²＋ｄ₁ｓ＋ｄ₀）または５次関数をフィ
ッティングする。これらの４次係数ａ₄、ｂ₄、ｃ₄、ｄ₄
から、（ａ₄−ｂ₄＋ｃ₄−ｄ₄）の演算で、５次のコマ収
差の、シェアリング方向と垂直成分を定量的に求めるこ
とができる。

【００５７】５次のコマ収差の、シェアリング方向と垂
直方向成分を評価する具体的手順は以下の通りである。 （ｉ）図１１に示すように、干渉像上で回折光（回折
円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ₁）、シェアリング軸（Ｘ軸）
を定める。 （ｉｉ）ＯとＯ₁の中点を通りＸ軸と４５度をなす線分
上に複数の測点（Ｐ₁、Ｐ ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）および（Ｑ
₁、Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）を定める。 （ｉｉｉ）ＯとＯ₂の中点を通りＸ軸４５度をなす線分
上に複数の測点（Ｒ₁、Ｒ ₂、…Ｒ_n-1、Ｒ_n）および（Ｔ
₁、Ｔ、…Ｔ_n-1、Ｔ_n）を定める。 （ｉｖ）回折格子５を格子と直交する方向に移動する。 （ｖ）測点（Ｐ₁、Ｐ₂、‥・Ｐ_n-1，Ｐ_n）、（Ｑ₁、
Ｑ₂、…Ｑ_n-1、Ｑ_n）、（Ｒ₁、Ｒ₂、‥・Ｒ_n-1、Ｒ_n）お
よび（Ｔ₁、Ｔ、…Ｔ_n-1、Ｔ_n）の光強度を測定する。 （ｖｉ）各測点について光強度正弦波形の位相φ_P（φ
_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）、φ_Q（φ_Q1、φ_Q2、
…、φ_Qn-1、φ_Qn）、φ_R（φ_R1、φ_R2、…、φ_Rn-1、
φ_Rn）およびφ_T（φ_T1、φ_T2、…、φ_Tn-1、φ_Tn）を
求める。 （ｖｉｉ）各測点のｓ軸座標と、対応する光強度の位相
φ_P（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_Pn）、φ_Q（φ_Q1、φ
_Q2、…、φ_Qn-1、φ_Qn）、φ_R（φ_R1、φ_R2、…、φ
_Rn-1、φ_Rn）およびφ_T（φ_T1、φ_T2、…、φ_Tn-1、φ
_Tn）を、図９中に示すように、直交座標系（ｓ、φ）に
プロットする。 （ｖｉｉｉ）プロットした点に４次関数（φ_P＝ａ₄ｓ⁴
＋ａ₃ｓ³＋ａ₂ｓ²＋ａ₁ｓ＋ａ₀、φ_Q＝ｂ₄ｓ⁴＋ｂ₃ｓ³
＋ｂ₂ｓ²＋ｂ₁ｓ＋ｂ₀、φ_R＝ｃ₄ｓ⁴＋ｃ₃ｓ³＋ｃ₂ｓ²
＋ｃ₁ｓ＋ｃ₀、φ_T＝ｄ₄ｓ⁴＋ｄ₃ｓ³＋ｄ₂ｓ²＋ｄ₁ｓ＋
ｄ₀）または５次関数をフィッティングする。 （ｉｘ）フィッティングした関数の４次係数（ａ₄、
ｂ₄、ｃ₄、ｄ₄）を求め、ａ ₄−ｂ₄＋ｃ₄−ｄ₄から５次
のコマ収差の、シェアリング方向と垂直方向成分を評価
する。

【００５８】なお、以下に説明する第２の実施形態の構
成でも同様にしてシェアリング干渉パターンが得られ、
上記の処理により５次のコマ収差を評価できる。また、
０次回折光と＋１次回折光のシェアリング干渉像でな
く、０次回折光と−１次回折光上のシェアリング干渉像
を利用しても５次のコマ収差を評価できる。

【００５９】また、本実施形態では５次のコマ収差につ
いて記述したが、７、９、・・、ｎ次のコマ収差につい
ても、ｎ次または（ｎ−１）次の関数にフィッティング
したときの（ｎ−１）次の係数として同様に評価でき
る。

【００６０】（２）第２実施形態 図１２は本発明の第２実施形態を示す。この図に示す収
差評価システムにおいて、光源であるレーザ発生源１１
はレーザ光を発射する。この光は可干渉性を有し、例え
ばヘリウムネオンレーザ光が好適に利用できる。発射さ
れたレーザ光はビームエキスパンダ１２によりビーム径
を拡大した略平行光となった後、被測定レンズ１３によ
り透過型回折格子１４に照射される。回折格子１４から
の透過回折光は、検出レンズ１５に入射する。回折格子
１４は、０次回折光と＋１次回折光または−１次回折光
がレンズ１５の瞳面でシェアリング干渉を生じるように
設計されている。このシェアリング干渉光は、レンズ１
５で略平行光に戻り、結像レンズ１６を通って撮像素子
１７（例えばＣＣＤ）に入射する。結像レンズ１６は、
検出レンズ１５の瞳面を撮像素子１７に結像する。撮像
素子１７は信号処理及び表示装置１８に接続されてお
り、処理結果が表示される。干渉像は、例えば上述した
図２のように現れる。この干渉像は、＋１次回折光と−
１次回折光が互いに重なりあることなく、０次回折光上
と±１次回折光が重なり合って表出されている。

【００６１】本実施形態においても、レンズが全く収差
を含まず、しかもレンズが回折格子２に対して正確に焦
点合わせされている場合、図３（ｆ）のように、干渉領
域に何らの模様も現れない。しかし、現実のレンズは種
々の収差、例えば、デフォーカス〔図３（ａ）〕、コマ
収差〔図３（ｂ）、（ｃ）〕、非点収差〔図３
（ｄ）〕、３次の球面収差〔図３（ｅ）〕を含む。通
常、実際の干渉縞は複数の収差を含み、それらが複合的
に組み合わされた干渉縞が現れる。

【００６２】干渉領域内の離れた２点の光強度について
みると、これら２点の光強度は対物レンズの収差等に応
じて異なる値を示す。例えばピエゾ素子などを用いた適
当な移動機構（図１２に符号１９で示す。）を利用して
回折格子をその格子溝と直交する方向（図１２の左右方
向）に移動すると、干渉領域における２点の光強度が正
弦曲線を描きながら周期的に変化する。同時に、収差が
２つの正弦曲線の位相差として現れる。

【００６３】平面波を基準としたときの各収差による波
面がＺｅｒｎｉｋｅ多項式により極座標（ｒ、φ）で記
述されることは一般に知られており、５次の非点収差Φ
_AS5の波面は、定数Ｂ₁、Ｂ₂を用いて数式（７）、
（８）の成分を持つベクトル量で表される。 Φ_AS5-1＝Ｂ₁×（４ｒ²−３）×ｒ²×ｃｏｓ（２φ） （７） Φ_AS5-2＝Ｂ₂×（４ｒ²−３）×ｒ²×ｓｉｎ（２φ） （８） また、ベクトルの大きさ｜Φ_AS5｜は（９）式で評価で
きる。 ｜Φ_AS5｜＝ｓｑｒｔ（（Φ_AS5-1）²十（Φ_AS5-2）²） （９）

【００６４】次に、直角座標系（ξ、η）を考え、φを
ξ軸となす角度とする。そして、φ＝０゜になるようξ
軸を設定すると、数式（７）、（８）は以下の数式（１
０）、（１１）に書き替えられる。 Φ_AS5-1＝Ｂ₁×（４ｒ²−３）×ｒ² （１０） Φ_AS5-2＝０ （１１） また、座標系を回転させてφ＝４５°になるようξ軸を
設定すると、数式（７）、（８）は以下の数式（１
２）、（１３）に書き替えられる。 Φ_AS5-1＝０ （１２） Φ_AS5-2＝Ｂ₂×（４ｒ²−３）×ｒ² （１３） 以上のことから、Φ_AS5-1とΦ_AS5-2は、４５°の角度を
なす２方向の成分を表すことがわかる。

【００６５】したがって、収差の大きさ｜Φ_AS5｜は、
ある座標系でのΦ_AS5-1とΦ_AS5-2とを求めて（９）式の
演算で求められるほか、ある座標系でΦ_AS5-1を求め
（ここで求めた値をΦ_AS5-1(0)とする。）、そこから４
５度回転させた座標系でΦ_{AS5- 1}を求め（ここで求めた
値をΦ_{AS5 ‐ 1(45)}とする。）、（１４）式の演算をする
ことでも求められる。 ｜Φ_AS5｜＝ｓｑｒｔ（（Φ_AS5-1(0)）²＋（Φ_AS5-1(45)）²） （１４）

【００６６】さらに同じように、ある座標系でΦ_AS5-2
を求め（これをΦ_AS5-2(0)とする）、そこから４５度回
転させた座標系でΦ_AS5-2を求め（これをΦ_AS5-2(45)と
する）、（１５）式の演算をすることでも求められる。 ｜Φ_AS5｜＝ｓｑｒｔ（（Φ_AS5-2(0)）²＋（Φ_AS5-2(45)）²） （１５） 一方、φをξ軸からの角度として（７）、（８）式を直
角座標（ξ、η）で表すと、（１６）、（１７）式のよ
うになる。 Φ_AS5-1＝［４（ξ²＋η²）−３］（ξ²−η²） （１６） Φ_AS5-2＝［４（ξ²＋η²）−３］２ξη （１７） （１６）、（１７）式の導出には、 ｃｏｓ（２φ）＝ｃｏｓ²φ−ｓｉｎ²φ （１８） ｓｉｎ（２φ）＝２ｓｉｎφ・ｃｏｓφ （１９） ｒｃｏｓφ＝ξ （２０） ｒｓｉｎφ＝η （２１） の関係を利用した。

【００６７】このとき、ξ方向およびη方向にシェアリ
ングした場合、干渉光の強度差（すなわち、位相差）
は、数式（２２）、（２３）、（２４）、（２５）の関
数として表される。 ｄΦ_AS5-1／ｄξ＝ξ（１６ξ²−６） （２２） ｄΦ_AS5-1／ｄη＝−η（１６η²−６） （２３） ｄΦ_{AS5 ‐ 2}／ｄξ＝ η（２４ξ²＋８η−６） （２４） ｄΦ_AS5-2／ｄη＝ ξ（２４η²＋８ξ−６） （２５）

【００６８】このことは、レンズに他の収差などがな
く、数式（１６）または数式（１７）で表される５次の
非点収差のみがある場合に、各ξ、η軸へのシェアリン
グ干渉像上で図１１に示す干渉縞として現れることから
も理解できる。なお、図１３（ａ）がΦ_AS5-1をξ方向
またはη方向にシェアリングさせたときの干渉像であ
り、図１３（ｂ）がΦ_AS5-2をξ方向またはη方向にシ
ェアリングさせたときの干渉像である。

【００６９】したがって、図１４に示すように、シェア
リング干渉像上で、中心Ｏ、Ｏ₁の中点を通り且つシェ
アリング軸と垂直な線分上で、複数の点（Ｐ₁、Ｐ₂、…
Ｐ_{n- 1}，Ｐ_n）をとり、回折格子１９をその格子溝と直交
する方向に移動させ、各点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）
のｓ座標と各点の位相（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、
φ _Pn）を座標上にプロツトし、そしてプロットした点を
３次関数で近似（フィッティング）するとともに、回折
格子を４５°回転させるか、あるいは干渉させている光
束を光軸を軸に４５°回転させるかすることでシェアリ
ング軸を４５°回転させたうえで、中心Ｏ’、Ｏ’₁の
中心を通り、シェアリング軸と垂直な線分上で、複数の
点（Ｐ’₁、Ｐ’₂、…Ｐ’_n-1，Ｐ’_n）をとり、回折格
子１１をその格子溝と直交する方向に移動させ、各点
（Ｐ’₁、Ｐ’₂、‥・Ｐ’_n-1，Ｐ’_n）のｓ座標と各点
の位相（φ_{P ’ 1}、φ_{P ’ 2}、…、φ_{P ’ n-1}、φ_{P ’ n}）を座
標上にプロットし、そしてプロットした点を３次関数で
近似（フィッティング）することにより、５次の非点収
差の大きさを定量的に求めることができる。

【００７０】５次の球面収差を評価する具体的手順は以
下の通りである。 （ｉ）図１４に示すように、干渉像上で回折光（回折
円）の中心（光軸Ｏ、Ｏ₁）、シェアリング軸（Ｘ軸）
を定める。 （ｉｉ）ＯとＯ₁の中点を通り、Ｘ軸と垂直な線上に、
複数の測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）を定める。これ
らの測点は、Ｘ軸に関して対称に配置するのが望まし
い。 （ｉｉｉ）回折格子を格子と直交する方向に移動する。 （ｉｖ）測点（Ｐ₁、Ｐ₂、…Ｐ_n-1，Ｐ_n）の光強度を測
定する。 （ｖ）各測点について光強度正弦波形の位相φ
_P（φ_P1、φ_P2、…、φ_Pn-1、φ_{P n}）を求める。 （ｖｉ）各測点のｓ軸座標と、対応する光強度の位相φ
_P（φ_P1、φ_P2、…、φ_{P n-1}、φ_Pn）とを、図１４に示
すように、直交座標系にプロットする。 （ｖｉｉ）プロットした点に３次関数（φ＝ａ₃ｓ³＋ａ
₂ｓ²＋ａ₁ｓ＋ａ₀）または４次関数をフィッティングす
る。 （ｖｉｉｉ）フィッティングした関数の３次係数
（ａ₃）を求める。 （ｉＸ）回折格子を４５°回転させるか、あるいは、干
渉させている元の光を４５°回転させ、図１５に示すよ
うに、シェアリング軸（Ｘ’軸）を定める。 （Ｘ）Ｏ’とＯ’₁の中点を通り且つＸ’軸と垂直な線
上に、複数の測点（Ｐ’₁、Ｐ’₂、…Ｐ’_n-1，Ｐ’_n）
を定める。これらの測点は、Ｘ’軸に関して対称に配置
するのが望ましい。 （Ｘｉ）回折格子を格子と直交する方向に移動する。 （Ｘｉｉ）測点（Ｐ’₁、Ｐ’₂、…Ｐ’_n-1，Ｐ’_n）の
光強度を測定する。 （Ｘｉｉｉ）各測点について光強度正弦波形の位相φ_P
’（φ_{P ’ 1}、φ_{P ’ 2}、…、φ_{P ’ n ‐ 1}、φ_{P ’ n}）を求め
る。 （Ｘｉｖ）各測点のｓ軸座標と、対応する光強度の位相
φ_{P ’}（φ_{P ’ 1}、φ_{P ’ 2}、…、φ_{P ’ n ‐ 1}、φ_{P ’ n}）と
を、図１５に示すように、直交座標系にプロットする。 （Ｘｖ）プロットした点に３次関数（φ＝ａ’₃ｓ³＋
ａ’₂ｓ²＋ａ’₁ｓ＋ａ’₀）または４次関数をフィッテ
ィングする。 （Ｘｖｉ）フィッティングした関数の３次係数
（ａ’₃）を求める。 （Ｘｖｉｉ）ＳＱＲＴ（（ａ’₃）²＋（ａ’₃）²）か
ら、５次の非点収差の大きさを評価する。

【００７１】なお、０次回折光と＋１次回折光のシェア
リング干渉像でなく、０次回折光と−１次回折光上のシ
ェアリング干渉像を利用しても５次の非点収差を評価で
きる。さらに、０次回折光と＋１次回折光のシェアリン
グ干渉像と、０次回折光と−１次回折光のシェアリング
干渉像の両方を利用して５次の非点収差を評価してもよ
い。また、第１の実施例で示す構成でも同じようなシェ
アリング干渉パターンが得られ、上記の処理により５次
の非点収差を評価できる

【００７２】また、本実施例では５次の非点収差につい
て記述したが、７、９、…、ｎ次の非点収差について
も、（ｎ−１）次または（ｎ−２）次の関数にフィッテ
ィングしたときの（ｎ−２）次の係数として同じように
評価できる。

【００７３】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明に係る収差
測定方法、測定装置によれば、５次以上のコマ収差、非
点収差を高速に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 回折干渉法を説明する概略構成図。

【図２】 干渉縞の一例を示す図。

【図３】 各収差により生じる干渉縞を示す図。

【図４】 従来の５次のコマ収差、５次の非点収差を測
定する装置の概略構成図。

【図５】 本発明の収差測定装置の概略構成図。

【図６】 位相シフト法を説明するための概略構成図。

【図７】 光強度の位相差を説明するための図。

【図８】 波面形状を説明するための座標系を示す図。

【図９】 ５次のコマ収差により生じる干渉縞を示す
図。

【図１０】 本発明における５次のコマ収差の検出方法
を示す図。

【図１１】 本発明における５次のコマ収差の検出方法
を示す図。

【図１２】 本発明における第２実施形態の概略図。

【図１３】 ５次の非点収差により生じる干渉縞を示す
図。

【図１４】 本発明における５次の非点収差の検出方法
を示す図。

【図１５】 本発明における５次の非点収差の検出方法
を示す図。

【符号の説明】

１：光源、２：ビームエキスパンダ、３：ハーフミラ
ー、４：被測定レンズ、５：回折格子、６：移動機構、
８：撮像素子、１１０：０次回折光、１１１⁺：＋１次
回折光、１１１^-：−１次回折光、１２１⁺、１２１^-：
干渉領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA00 AA09 BB04 CC04 EE08 FF02 GG22 HH03 JJ01 2G086 HH06 5D119 AA38 BA01 JA43 NA05 PA05

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）レンズから出射された光を回折
   し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリン
   グ干渉像を得る工程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化
   させる工程と、（ｃ）上記シェアリング干渉像におい
   て、特定の線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求
   める工程と、（ｄ）上記測点位置をｓ、上記位相をφと
   したとき、上記位相φを測定位置ｓの関数で近似し、該
   関数の係数値で上記レンズの５次以上のコマ収差を評価
   する工程とを有することを特徴とする収差測定方法。
2. 【請求項２】 上記特定の線分が、上記２つの回折光の
   光軸を結ぶ中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と垂
   直な線分であることを特徴とする請求項１記載の収差測
   定方法。
3. 【請求項３】 ｎを５以上の整数としたとき、上記位相
   φを測定位置ｓの（ｎ−１）次関数またはｎ次関数で近
   似し、該関数の（ｎ−ｌ）次の係数値ａ_n-1で上記レン
   ズのｎ次のコマ収差を評価する工程とを有することを特
   徴とする請求項２記載の収差測定方法。
4. 【請求項４】 上記ｎが５であることを特徴とする請求
   項３記載の収差測定方法。
5. 【請求項５】 （ａ）レンズから出射された光を回折
   し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリン
   グ干渉像を得る工程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化
   させる工程と、（ｃ）上記シェアリング干渉像におい
   て、特定の複数の線分上の複数の測点で光強度変化の位
   相を求める工程と、（ｄ）上記測点位置をｓ₁、ｓ₂、上
   記位相をφ₁、φ₂としたとき、上記位相φ₁、φ₂を測定
   位置ｓ₁、ｓ₂の関数で近似し、該関数の係数値で上記レ
   ンズの５次以上のコマ収差を評価する工程とを有するこ
   とを特徴とする収差測定方法。
6. 【請求項６】 上記複数の線分が、上記２つの回折光の
   光軸を結ぶ中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と略
   ４５°をなす２本の線分であることを特徴とする請求項
   ５記載の収差測定方法。
7. 【請求項７】 ｎを５以上の整数としたとき、上記位相
   φ₁、φ₂を測定位置ｓ₁、ｓ₂の（ｎ−１）次関数または
   ｎ次関数で近似し、該２つの関数の（ｎ−１）次の係数
   値をそれぞれａ_n-1、ｂ_{n ― 1}としたとき、ａ_n-1とｂ_n-1
   の差で上記レンズのｎ次のコマ収差を評価する工程とを
   有することを特徴とする請求項６記載の収差測定方法。
8. 【請求項８】 上記ｎが５であることを特徴とする請求
   項７記載の収差測定方法。
9. 【請求項９】 請求項３の方法で評価したｎ次のコマ収
   差の値をＫ_n1とし、請求項７の方法で評価したｎ次のコ
   マ収差の値をＫ_n2とし、ＳＱＲＴ（Ｋ_n1 ²＋Ｋ_n2 ²）でｎ
   次のコマ収差の大きさを評価することを特徴とする収差
   測定方法。
10. 【請求項１０】 上記ｎが５であることを特徴とする請
    求項９記載の収差測定方法。
11. 【請求項１１】 （ａ）レンズから出射された光を回折
    し、異なる次数の２つの回折光を干渉させてシェアリン
    グ干渉像を得る工程と、（ｂ）上記回折光の位相を変化
    させる工程と、（ｃ）上記シェアリング干渉像におい
    て、特定の線分上の複数の測点で光強度変化の位相を求
    める工程と、（ｄ）上記測点位置をｓ、上記位相をφと
    したとき、上記位相φを測定位置ｓの関数で近似し、該
    関数の係数値で上記レンズの５次以上の非点収差を評価
    する工程とを有することを特徴とする収差測定方法。
12. 【請求項１２】 上記特定の線分が、上記２つの回折光
    の光軸を結ぶ中点を通り、上記２つの光軸を結ぶ直線と
    垂直な線分であることを特徴とする請求項１１記載の収
    差測定方法。
13. 【請求項１３】 ｎを５以上の整数としたとき、上記位
    相φを測定位置ｓの（ｎ−２）次関数または（ｎ−１）
    次関数で近似し、該関数の（ｎ−２）次の係数値ａ_n-2
    で上記レンズのｎ次の非点収差を評価する工程とを有す
    ることを特徴とする請求項１２記載の収差測定方法。
14. 【請求項１４】 上記ｎが５であることを特徴とする請
    求項１３記載の収差測定方法。
15. 【請求項１５】 請求項１３または１４記載の収差測定
    方法で測定したｎ次の非点収差をＨ_n1とし、上記シェア
    リング方向を略４５°回転させたあとで請求項１３また
    は１４記載の方法で測定したｎ次の非点収差をＨ_n2と
    し、ＳＱＲＴ（Ｈ_n1 ²＋Ｈ_n2 ²）でｎ次の非点収差の大き
    さを評価することを特徴とする収差測定方法。
16. 【請求項１６】 上記２つの回折光が、０次回折光と、
    ±１次回折光のいずれか一方、または＋１次回折光と−
    １次回折光であることを特徴とする請求項１から１５の
    いずれかの収差測定方法。
17. 【請求項１７】 光学系に含まれる集光レンズの評価装
    置であって、（ａ）上記レンズを透過した光を回折する
    と共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉
    光を出射する回折格子と、（ｂ）上記回折格子を移動さ
    せる移動機構と、（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像
    する受像体と、（ｄ）上記受像体で受像したシェアリン
    グ干渉光の干渉像において、特定の線分上の複数の測点
    で光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光
    レンズの５次以上のコマ収差を求める特性検出器とを有
    することを特徴とする収差評価装置。
18. 【請求項１８】 上記コマ収差を、請求項１から４のい
    ずれかに記載の収差測定方法で求めることを特徴とする
    請求項１７記載の収差評価装置。
19. 【請求項１９】 光学系に含まれる集光レンズの評価装
    置であって、（ａ）上記レンズを透過した光を回折する
    と共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉
    光を出射する回折格子と、（ｂ）上記回折格子を移動さ
    せる移動機構と、（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像
    する受像体と、（ｄ）上記受像体で受像したシェアリン
    グ干渉光の干渉像において、特定の複数の線分上の複数
    の測点で光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上
    記集光レンズの５次以上のコマ収差を求める特性検出器
    とを有することを特徴とする収差評価装置。
20. 【請求項２０】 上記５次以上のコマ収差を、請求項５
    から８いずれかに記載の収差測定方法で求めることを特
    徴とする請求項１９記載の収差評価装置。
21. 【請求項２１】 請求項１７または１８と１９または２
    ０に記載の収差評価装置であって、請求項９記載の収差
    測定方法で５次以上のコマ収差の大きさを求めることを
    特徴とする収差評価装置。
22. 【請求項２２】 光学系に含まれる集光レンズの評価装
    置であって、（ａ）上記レンズを透過した光を回折する
    と共に、異なる次数の２つの回折光のシェアリング干渉
    光を出射する回折格子と、（ｂ）上記回折格子を移動さ
    せる移動機構と、（ｃ）上記シェアリング干渉光を受像
    する受像体と、（ｄ）上記受像体で受像したシェアリン
    グ干渉光の干渉像において、特定の線分上の複数の測点
    で光強度変化の位相を求め、上記位相をもとに上記集光
    レンズの５次以上の非点収差を求める特性検出器とを有
    することを特徴とする収差評価装置。
23. 【請求項２３】 上記５次以上の非点収差を、請求項１
    １から１４いずれかに記載の収差測定方法で求めること
    を特徴とする請求項２２記載の収差評価装置。
24. 【請求項２４】 請求項２３記載の収差評価装置であっ
    て、上記回折格子が格子面に垂直な軸を中心に回転で
    き、請求項１５記載の収差測定方法で５次以上の非点収
    差の大きさを評価することを特徴とする収差評価装置
25. 【請求項２５】 請求項２３記載の収差評価装置であっ
    て、上記レンズがレンズ面に垂直な軸を中心に回転で
    き、請求項１５記載の収差測定方法で５次以上の非点収
    差の大きさを評価することを特徴とする収差評価装置。
26. 【請求項２６】 上記２つの回折光が、０次回折光と、
    ±１次回折光のいずれか一方、または＋１次回折光と−
    １次回折光であることを特徴とする請求項１７から２５
    のいずれかに記載の収差評価装置。
27. 【請求項２７】 上記回折格子が、透過型回折格子また
    は反射型回折格子であることを特徴とする請求項１７か
    ら２６のいずれかに記載の収差評価装置。