JP2002357508A - レンズ検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 干渉計を厳密に維持・管理しなくても、被検
レンズの収差量を精度良く測定する。 【解決手段】 参照レンズを透過した光束と被検レンズ
を透過した光束とを干渉させ、発生する干渉縞から被検
レンズの収差量の検査を行う際、被検レンズの光軸と被
検レンズの回転中心とを一致させ、被検レンズの０°位
置でのフリンジスキャン測定し、その測定結果をツェル
ニケ係数展開する。次に、被検レンズを光軸中心に９０
°回転し、９０°位置でのフリンジスキャン測定して測
定結果をツェルニケ係数展開する。更に、被検レンズを
光軸中心に９０°回転し、０°位置に対する１８０°位
置でのフリンジスキャン測定し、その測定結果をツェル
ニケ係数展開する。そして、ツェルニケ係数から被検レ
ンズの回転に伴う変化量のみを算出し、この変化量から
干渉計が持つ収差量を除去した被検レンズの収差量を算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズの収差量を
検査するレンズ検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンズの収差量を、レンズを透過した光
束で検査する手段として干渉計を用いた手段が一般に知
られており、例えば、特開平６−１０９５８２号公報に
はマッハツェンダー干渉計方式によるレンズ検査装置が
開示されている。図９は上記レンズ検査装置を示す概略
構成図で、この装置を図９を用いて説明する。

【０００３】レーザ光源１００から出射した光束をＮＤ
フィルタ１０１で適性光量に調整し、ビームエキスパン
ダ１０２で被検レンズ径に対して十分な光束径に広げ
る。ビームスプリッタ１０３は、ビームエキスパンダ１
０２から入射した光束を、ＲとＳの２つの光路に分岐さ
せる。光路Ｒと光路Ｓの２つの光束は、光路Ｒ中におか
れたミラー１１３と光路Ｓ中におかれたミラー１１４に
よりそれぞれ反射され、別のビームスプリッタ１０４で
再び合成される。このとき、光路Ｒ中にはミラー１１３
とビームスプリッタ１０４との間に基準レンズ１０５が
配置され、光路Ｓ中にはミラー１１４とビームスプリッ
タ１０４との間に被検レンズ１０６が配置されており、
基準レンズ１０５と被検レンズ１０６をそれぞれ透過し
た光束がビームスプリッタ１０４で合成される。光路Ｒ
と光路Ｓは全く等価に設計・製作されているため、被検
レンズ１０６の基準レンズ１０５に対する光路差、つま
り、被検レンズ１０６の光路で発生する波面収差と基準
レンズ１０５の光路で発生する波面収差の差が、ビーム
スプリッタ１０４で２つの光束を合成させることで干渉
縞となり、結像レンズ１０７によってスクリーン１０８
上に結像する。

【０００４】スクリーン１０８上に結像した干渉縞は、
補助接写レンズ１０９とズームレンズ１１０で適当な大
きさに拡大された後、ＣＣＤカメラ１１１によって画像
データとして縞解析装置１１２に取り込まれる。

【０００５】光路Ｒ中に配置されたミラー１１３と、光
路Ｓ中に配置されたミラー１１４は等価であり、ミラー
１１４は縞解析装置１１２の指示でピエゾ素子１１５に
よってレーザ波長レベルで微動し、位相の異なる複数枚
の干渉縞画像を得ることができる。これにより、公知の
技術であるフリンジスキャン法によってレンズの収差量
を解析後、ツェルニケ係数への多項式展開計算を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の干渉計
を用いたレンズ検査方法では、光路Ｒと光路Ｓが常に等
価であるよう維持・管理していく必要があった。実際の
運用場面では、例えば短期的には周辺温度変化による光
路長の変化による影響や、長期的には機械的なひずみな
どの影響があり、常に２つの光路を厳密に等価に維持・
管理することは非常に困難だという問題があった。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、干渉計を厳密に維持・管理しなくても、被検レンズ
の収差量を精度良く測定できるレンズ検査方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のレンズ検査方法は、光源からの光束を２分
し、一方の光路中に比較基準となる参照レンズを配置し
該参照レンズを透過した光束と、もう一方の光路中に被
検レンズを配置し該被検レンズを透過した光束とを、干
渉させて発生する干渉縞から前記被検レンズの収差量の
検査を行うレンズ検査方法において、前記被検レンズを
測定後、前記被検レンズの光軸を回転中心として最初の
測定位置に対して９０度単位で２位置以上測定し、それ
ぞれの測定結果をツェルニケ係数展開し、この展開され
たツェルニケ係数から前記被検レンズの回転に伴う変化
量のみを抽出し、前記変化量から検査装置自体が持つ収
差量を除去した前記被検レンズの収差量を算出すること
とした。

【０００９】図１は本発明の概略を示すフローチャート
である。測定に際し、まず、干渉計に被検レンズが光軸
中心に回転するように位置調整してセットする。次に、
この最初の測定位置（０°位置とする）で、フリンジス
キャン法による測定を行う。０°位置での干渉縞データ
をツェルニケ係数展開し、０°位置での収差量を示すツ
ェルニケ係数を得る。ここで、ツェルニケ多項式は、図
２に示すもので、ツェルニケ係数とは、各項にかかるＺ
１・・・Ｚｎにあたる。

【００１０】次に、被検レンズを光軸を回転中心に９０
°回転させる。この位置（９０°位置とする）で、フリ
ンジスキャン法による測定を行う。９０°位置での干渉
縞データについてもツェルニケ係数展開し、９０°位置
での収差量を示すツェルニケ係数を得る。

【００１１】更に、被検レンズを光軸中心に９０°回転
させ、つまり０°位置に対して１８０°の位置にする。
この位置（１８０°位置とする）で、フリンジスキャン
法による測定を行う。１８０°位置での干渉縞データに
ついてもツェルニケ係数展開し、１８０°位置での収差
量を示すツェルニケ係数を得る。

【００１２】ここで、図３に示すように各ツェルニケ係
数「Ｚｉ（ｉ＝１・・・ｎ）は被検レンズの持つ収差量
「Ａｉ（ｉ＝１・・・ｎ）」と、測定系、つまり、干渉
計や参照レンズの持つ収差量「Ｂｉ（ｉ＝１・・・
ｎ）」との和である。「Ｂｉ」は、被検レンズの回転に
依存しないことと、「Ａｉ」と「Ｂｉ」とが十分に微少
の場合には「Ａｉ」と「Ｂｉ」とが独立であるとして扱
えることから、各測定値位置とその位置での測定から求
めたツェルニケ係数「Ｚｉ」には図４の関係が成り立
つ。

【００１３】図４に示した関係から、例えばＺ２では、
０°位置でのＺ２から１８０°位置でのＺ２を減算して
２で除算することで、被検レンズのみの収差量Ａ２を算
出することができる。同様の考え方で、Ｚ５では、０°
位置でのＺ５から９０°位置でのＺ５を減算して２で除
算することで被検レンズのみの収差量Ａ５を算出するこ
とができる。以上の手順で、ツェルニケ係数の必要な項
数について、演算処理を行い、被検レンズのみの収差量
Ａ１〜Ａｎを得る。この結果を、被検レンズの収差量と
して表示する。これにより、測定装置自体が持つ収差量
「Ｂｉ」を除去した被検レンズのみの透過光に対する収
差量「Ａｉ」を測定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１を図５および図６に基づいて説明する。図５は本
実施の形態のフローチャートを示し、図６は本実施の形
態で用いる干渉計の概略構成図である。

【００１５】図６において、干渉計の光源１にはＨｅ−
Ｎｅレーザなどのコヒーレンス光源が用いられており、
光源１からの光束は光源用光学系２に入射される。光源
用光学系２は、光源１自体が持つ収差量を低減させ、か
つ光源１から出射される光束径を測定に適した光束径に
拡大し、ビームスプリッタ３に入射する。ビームスプリ
ッタ３は、光源１からの光束すなわち光源用光学系２を
透過した光束を光路Ｒと光路Ｓの２つに分岐する。一方
の光路Ｒ中にはミラー６が配置されており、このミラー
６は光路Ｒの光束を反射して光束の向きを９０°変更
し、測定対象の基準となる参照レンズ７を透過させて別
のビームスプリッタ１２に入射させる。他方の光路Ｓ中
にはミラー４が配置されおり、光路Ｓの光束を反射して
向きを９０°変更し、測定対象となる被検レンズ８を透
過させ、その光束を上記ビームスプリッタ１２に入射さ
せる。ミラー４は、ピエゾ素子５により、外部からの指
示によって光源１の波長レベルで微動し、光路Ｓの光路
長を変化させる。上記被検レンズ８は回転ステージ９に
保持されて光路Ｓ中に配置されており、回転ステージ９
は被検レンズ８を保持した状態で回転する。

【００１６】回転ステージ９はＸステージ１０に配置さ
れており、Ｘステージ１０は被検レンズ８の光軸に対し
て垂直面内の１軸方向に動作する。Ｘステージ１０はＹ
ステージ１１に配置されており、Ｙステージ１１はＸス
テージ１０と同一平面内で、かつＸステージ１０の動作
方向に対して直交する方向に動作する。

【００１７】上記ビームスプリッタ１２は、ビームスプ
リッタ３でＳとＲの２つの光路に分岐され被検レンズ８
と参照レンズ７をそれぞれ透過した光束を再び合成し、
合成された光束を結像レンズ１３に入射させる。結像レ
ンズ１３は、光束をスクリーン１４に投影し、スクリー
ン１４上に干渉縞を結像する。スクリーン１４上に結像
された干渉縞は、ＣＣＤカメラ用レンズ１５を介してＣ
ＣＤカメラ１６に画像データとして取り込まれる。ＣＣ
Ｄカメラ１６の画像データは、コンピュータ１７に取り
込まれ、コンピュータ１７は干渉縞画像をモニタに表示
し、更に画像データを演算処理すると共に、ピエゾ素子
５および回転ステージ９の制御を行う。

【００１８】次に、上記構成からなる干渉計を用いて被
検レンズ８を検査する方法を説明する。被検レンズ８を
回転ステージ９にセットすると、基準レンズ７に対する
収差量に対応した干渉縞がスクリーン１４上に結像し、
更にコンピュータ１７のモニタに干渉縞画像が表示され
る。この状態で、回転ステージ９を回転状態にし、コン
ピュータ１７のモニタに表示される干渉縞本数が被検レ
ンズ８の回転によって変化しないようにＸステージ１０
とＹステージ１１により位置調整を行う。干渉縞本数が
変化しない状態というのは、被検レンズ８の光軸と、回
転ステージ９の回転中心が一致したことに相当する。干
渉縞本数が変化しない状態までＸステージ１０とＹステ
ージ１１の位置調整ができたら、回転ステージ９を停止
時状態にする。

【００１９】停止した位置を被検レンズ８の０°測定位
置として、この位置でスクリーン１４に結像する干渉縞
画像をＣＣＤカメラ１６を介してコンピュータ１７に取
り込み、コンピュータ１７のメモリに０°位置・位相０
°の干渉縞データとして格納する。この際、ランダムノ
イズの影響を除去するため、複数回干渉縞画像を取り込
んで、平均化処理を行う場合もある。

【００２０】次に、コンピュータ１７は、ミラー４を微
動させて光路Ｓの光路長を変化させるピエゾ素子５に対
して、光路Ｓの光路長が光源１の波長の１／４（λ／
４）だけ変化するよう制御する。この状態でスクリーン
１４に結像する干渉縞画像をＣＣＤカメラ１６を介して
コンピュータ１７に取り込み、コンピュータ１７のメモ
リに０°位置・位相９０°の干渉縞データとして格納す
る。この際、位相０°時と同様に、複数回干渉縞画像を
取り込んで平均化処理する場合もある。同様にして、コ
ンピュータ１７はピエゾ素子５に対して、光路Ｓの光路
長が更に光源波長の１／４（λ／４）づつ変化するよう
に制御し、被検レンズ８の０°位置の位相１８０°、２
７０°、３６０°の各干渉縞データをコンピュータ１７
のメモリに格納する。５つの位相状態による干渉縞画像
は、一般に５バケット（５サンプル）法と呼ばれる次式
によって、２πごとの不連続点を持つ透過波面データψ
に変換される。

【００２１】ψ＝ｋ・ａｒｃｔａｎ（２×（位相２７０
°−位相９０°）／（２×位相１８０°−位相０°−位
相３６０°））

【００２２】不連続点を持つ透過波面データψは、不連
続点周辺との大小関係から連続的なデータに変換された
後、ツェルニケ多項式に最小自乗近似法にて近似計算し
て、被検レンズ８の０°位置でのツェルニケ係数を算出
する。

【００２３】次に、コンピュータ１７は、回転ステージ
９が９０°回転するように制御し、被検レンズ８を光軸
中心にして９０°回転する。停止した位置を被検レンズ
８の９０°位置として、０°位置測定と同様に、位相０
°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°からなる５
つの位相状態での干渉縞データをコンピュータ１７のメ
モリに格納した後、０°位置と同様に、９０°位置での
ツェルニケ係数を算出する。

【００２４】同様にして、回転ステージ９を更に９０°
回転制御して被検レンズ８を光軸中心に９０°回転し、
被検レンズ８の１８０°位置で上記各位相について測定
を行い、ツェルニケ係数を算出する。

【００２５】３位置での測定後、図４に示した関係から
被検レンズ８のみの収差量「Ａｉ」を算出し、この結果
を、被検レンズ８の収差量として表示する。これによ
り、測定装置（干渉計）自体が持つ収差量を除去した被
検レンズ８のみの透過光に対する収差量を測定すること
ができる。

【００２６】本実施の形態によれば、測定装置自体が持
つ収差量を除去した被検レンズ８のみの透過光に対する
収差量を、高い自動化率で、かつ、短時間に行うことが
できる。

【００２７】（実施の形態２）本発明の実施の形態２を
図７に基づいて説明する。図７は本実施の形態２のフロ
ーチャートを示す。なお、本実施の形態は、実施の形態
１と同じ干渉計（図６）を用いており、干渉計の構成に
ついては説明を省略する。なお、以下に述べる本実施の
形態のレンズ検査方法の説明に際しては、図５の概略構
成図も参照して説明する。

【００２８】被検レンズ８を干渉計の回転ステージ９に
セットし、被検レンズ８の０°位置、９０°位置、１８
０°位置での測定を行うまでの方法は実施の形態１と同
様であるので、その説明を省略する。

【００２９】被検レンズ８の１８０°位置での測定終了
後、コンピュータ１７は、回転ステージ９が更に９０°
回転するように制御し、被検レンズ８を光軸中心に９０
°回転する。停止した位置を被検レンズ８の２７０°位
置として、０°位置測定と同様に５つの位相状態での干
渉縞データをコンピュータ１７のメモリに格納した後、
２７０°位置でのツェルニケ係数を算出する。

【００３０】次に、コンピュータ１７は、回転ステージ
９が更に９０°回転するように制御し、被検レンズ８を
光軸中心に９０°回転する。停止した位置を被検レンズ
８の３６０°位置、つまり、最初に測定を行った被検レ
ンズ８の０°位置と同じ位置で、０°位置測定と同様に
５つの位相状態での干渉縞データをコンピュータ１７の
メモリに格納した後、３６０°位置でのツェルニケ係数
を算出する。

【００３１】図８に示すように、０°位置と９０°位置
で演算を行うツェルニケ係数については、１８０°位置
と２７０°位置でも同様の計算をすることができ、原理
的には同じ値が算出される。同様に０°位置と１８０°
位置で演算を行うツェルニケ係数については、９０°位
置と２７０°位置でも同様の計算をすることができ、こ
れもまた原理的には同じ値が算出される。これにより、
例えば、０°位置と９０°位置から算出した係数と、１
８０°位置と２７０°位置から算出した係数の平均を取
ることで、測定誤差の影響を除去することができる。

【００３２】次に、０°位置での測定結果と３６０°位
置での測定結果で、例えばそれぞれのＰ−Ｖ値から差
（最大値と最小値との差）を求め、その差が所定のしき
い値を越えていないか判定することで、被検レンズ８の
姿勢変化など回転動作などに伴う誤差要因が測定途中に
加わったことを知ることができる。

【００３３】本実施の形態によれば、測定装置自体が持
つ収差量を除去した被検レンズ８のみの透過光に対する
収差量を、測定誤差の影響を除去してより安定した測定
値で得ることができるのに加え、測定中に回転ステージ
９の回転動作などに伴う誤差要因が加わったことを知る
ことができるため、誤った測定を行う可能性を除去でき
る。

【００３４】なお、上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出される。 （付記） （１）光源からの光束を２分し、一方の光路中に比較基
準となる参照レンズを配置し該参照レンズを透過した光
束と、もう一方の光路中に被検レンズを配置し該被検レ
ンズを透過した光束とを、干渉させて発生する干渉縞か
ら前記被検レンズの収差量の検査を行うレンズ検査方法
において、前記被検レンズを測定後、前記被検レンズの
光軸を回転中心として被検レンズを回転させ前記最初の
測定位置に対して９０度単位で２位置以上測定し、それ
ぞれの測定結果をツェルニケ係数展開し、この展開され
たツェルニケ係数から前記被検レンズの回転に伴う変化
量のみを抽出し、前記変化量から検査装置自体が持つ収
差量を除去した前記被検レンズの収差量を算出すること
を特徴とするレンズ検査方法。

【００３５】（２）前記被検レンズの回転は、９０度単
位で２回行って被検レンズの３位置測定することを特徴
とする付記（１）記載のレンズ検査方法。

【００３６】（３）前記被検レンズの回転は、９０度単
位で３回行って被検レンズの４位置測定することを特徴
とする付記（１）記載のレンズ検査方法。

【００３７】（４）前記被検レンズの回転は、９０度単
位で４回行って被検レンズの５位置測定することを特徴
とする付記（１）記載のレンズ検査方法。

【００３８】付記（１）および（２）のレンズ検査方法
によれば、検査装置自体が持つ収差量を除去し、被検レ
ンズのみの収差量を精度良く測定することができる。

【００３９】付記（３）のレンズ検査方法によれば、付
記（１）の効果に加え、測定誤差の影響を除去すること
ができる。

【００４０】付記（４）のレンズ検査方法によれば、付
記（１）および（３）の効果に加え、被検レンズの回転
動作などに伴う誤差要因が生じたことを察知し、このよ
うな状態で被検レンズの収差量を測定する可能性を除去
することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明のレンズ検査方法によれば、光源
からの光束を２分し、一方の光路中に比較基準となる参
照レンズを配置し該参照レンズを透過した光束と、もう
一方の光路中に被検レンズを配置し該被検レンズを透過
した光束とを、干渉させて発生する干渉縞から前記被検
レンズの収差量の検査を行う際、被検レンズを測定した
後、この最初の測定位置に対して前記被検レンズの光軸
を回転中心として９０度単位で２位置以上測定し、それ
ぞれの測定結果をツェルニケ係数展開し、この展開され
たツェルニケ係数から前記被検レンズの回転に伴う変化
量のみを抽出し、前記変化量から検査装置自体が持つ収
差量を除去した前記被検レンズの収差量を算出すること
で、干渉計を厳密に維持・管理しなくても、被検レンズ
の収差量を精度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略を示すフローチャートである。

【図２】ツェルニケ多項式の説明図である。

【図３】ツェルニケ係数の説明図である。

【図４】測定位置とツェルニケ係数の関係を示す説明図
である。

【図５】本発明の実施の形態１の概略を示すフローチャ
ートである。

【図６】本発明の実施の形態１で用いる干渉計の概略構
成図である。

【図７】本発明の実施の形態２の概略を示すフローチャ
ートである。

【図８】本発明の実施の形態２における測定位置とツェ
ルニケ係数の関係を示す説明図である。

【図９】従来の技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 光源２ 光源用光学系３ ビームスプリッタ４ ミ
ラー５ ピエゾ６ ミラー７ 参照レンズ８ 被検レン
ズ９ 回転ステージ１０ Ｘステージ１１ Ｙステージ
１２ ビームスプリッタ１３ 結像レンズ１４ スクリ
ーン１５ ＣＣＤカメラ用レンズ１６ ＣＣＤカメラ１
７ コンピュータ

フロントページの続き (72)発明者 関 博之 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G086 HH06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を２分し、一方の光路中
   に比較基準となる参照レンズを配置し該参照レンズを透
   過した光束と、もう一方の光路中に被検レンズを配置し
   該被検レンズを透過した光束とを、干渉させて発生する
   干渉縞から前記被検レンズの収差量の検査を行うレンズ
   検査方法において、前記被検レンズを測定後、前記被検
   レンズの光軸を回転中心として最初の測定位置に対して
   ９０度単位で２位置以上測定し、それぞれの測定結果を
   ツェルニケ係数展開し、この展開されたツェルニケ係数
   から前記被検レンズの回転に伴う変化量のみを抽出し、
   前記変化量から検査装置自体が持つ収差量を除去した前
   記被検レンズの収差量を算出することを特徴とするレン
   ズ検査方法。