JP2005345288A - マッハツェンダー干渉計及びマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に被検レンズの位置を調整でき、短時間で測定を行うことができるマッハツェンダー干渉計及びマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法を提供すること。
【解決手段】 マッハツェンダー干渉計１は、レーザ光源（光源）２と、光束を二つの光路５、６に分割する第一のビームスプリッタ（光束分割手段）７と、一方の光路５に配された被検レンズ１１と、他方の光路６中に配され、被検レンズ１１の製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズ１２と、被検レンズ１１の位置を調整する調整機構１６と、基準レンズ１２と被検レンズ１１とを透過した光束を再び合成する第二のビームスプリッタ（光束合成手段）１７と、第二のビームスプリッタ１７を透過した光路中に配された結像手段１８と、結像手段１８によって形成される干渉縞に基づいて位相データを算出し収差量を求める解析装置（演算手段）２１とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マッハツェンダー干渉計及びマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法に関する。

二つに分岐した光束中にそれぞれ被検レンズ、及び、被検レンズの製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズを配し、それぞれの光束を再び合成することにより生じる干渉縞を解析して被検レンズの形状等を測定するものとしてマッハツェンダー干渉計が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図４に示すマッハツェンダー干渉計は、光源１０１と、ビームエキスパンダー１０２と、光束を二つに分岐するビームスプリッタ１０３と、それぞれの光路の向きを変更するミラー１０４、１０５と、二つの光束のそれぞれに配される基準レンズ１１１及び被検レンズ１１２の後方に配された集光レンズ１０６、１０７と、二つの光束を合成するビームスプリッタ１０８と、干渉縞を観察する結像手段１０９と、干渉縞に基づいて算出された位相データから収差量を解析する演算手段１１０とを備えている。

このマッハツェンダー干渉計においては、光源１０１から出射された光束をビームエキスパンダー１０２によって適当な径に広げる。この光束を、ビームスプリッタ１０３によって二つの光束に分岐し、一方をミラー１０４で反射させて基準レンズ１１１と集光レンズ１０６とを透過させ、他方をミラー１０５で反射させて被検レンズ１１２と集光レンズ１０7とを透過させる。これらの光束をビームスプリッタ１０８にて再び合成し、結像手段１０９にて干渉縞を得る。

この干渉縞をヌル状態（縞がない状態）にするためには、まず、被検レンズ１１２の姿勢を調整して、図５に示すように、同心円状の干渉縞を得る。次に、被検レンズ１１２をデフォーカスしながら、干渉縞の状態（線の間隔）が均等になるようにチルト、シフト調整をしていく。そして、干渉縞が同心円になったところでフォーカスを合わせる。こうして得られた干渉縞を演算手段１１０にて解析することによって被検レンズ１１２の収差量等を測定する。
特開平６−１０９５８２号公報

しかしながら、上記従来のマッハツェンダー干渉計では、被検レンズの波面を基準レンズの波面に合わせて同心円の干渉縞を得るために、被検レンズのチルト、シフト調整を繰り返して調整するのに時間がかかり、また、熟練を要する。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、容易に被検レンズの位置を調整でき、短時間で測定を行うことができるマッハツェンダー干渉計及びマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るマッハツェンダー干渉計は、光源からの光束を二つの光路に分割する光束分割手段と、一方の前記光路中に配された被検レンズと、他方の光路中に配され、前記被検レンズの製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズと、該基準レンズと前記被検レンズとを透過した光束を再び合成する光束合成手段と、該光束合成手段を透過した光路中に少なくとも一つ配された結像手段と、該結像手段によって形成される干渉縞に基づいて位相データを算出し収差量を求める演算手段とを備えるマッハツェンダー干渉計であって、前記被検レンズを該被検レンズの光軸周りに回転させる回転機構を備えていることを特徴とする。

また、本発明に係るマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法は、光源からの光束を光束分割手段によって二つの光路に分割し、一方の前記光路中に配された被検レンズと、他方の光路中に配され、前記被検レンズの製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズとをそれぞれ透過させて光束合成手段によって再び合成し、前記光束合成手段を透過した光路中に少なくとも一つ配された結像手段によって干渉縞を形成し、前記干渉縞の位相データを算出して演算手段によって収差量を求めるマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法であって、収差量を求める前に、前記被検レンズを該被検レンズの光軸周りに回転して干渉縞の最多本数と最少本数とを確認する工程と、
前記干渉縞の本数が平均本数になるように前記被検レンズの位置を前記光軸に対して調整する工程とを備えていることを特徴とする。

このマッハツェンダー干渉計及びマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法は、光源から出射した光束を光束分割手段によって二つの光束に分岐し、一方を基準レンズ、他方を被検レンズに透過させ、光束合成手段にて再び合成して結像手段によって干渉縞を生じることができる。この際、回転機構によって被検レンズの光軸回りに被検レンズを回転させたときの干渉縞の最多本数と最少本数とを算出し、その平均本数になるように被検レンズを光軸に対して調整することによって、被検レンズが傾きのない状態に調整することができる。したがって、干渉縞をヌル状態にすることができ、演算手段によって被検レンズの測定を行うことができる。

本発明によれば、熟練を要さずに被検レンズの光軸調整を容易に、かつ、短時間で行うことができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係るマッハツェンダー干渉計１は、レーザ光源（光源）２と、レーザ光源２からの光束を所定の径に拡開するビームエキスパンダー３と、ビームエキスパンダー３を透過した光束を二つの光路５、６に分割する第一のビームスプリッタ（光束分割手段）７と、光路５、６に配されてそれぞれの光束を曲げるミラー８、１０と、一方の光路５に配された被検レンズ１１と、他方の光路６中に配され、被検レンズ１１の製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズ１２と、基準レンズ１２の後方に配された基準側集光レンズ１３と、被検レンズ１１の後方に配された被検側集光レンズ１５と、被検レンズ１１の位置を調整する調整機構１６と、基準レンズ１２と被検レンズ１１とを透過した光束を再び合成する第二のビームスプリッタ（光束合成手段）１７と、第二のビームスプリッタ１７を透過した光路中に配された結像手段１８と、基準レンズ１２を微動させるフリンジスキャン用のピエゾ素子２０と、結像手段１８によって形成される干渉縞に基づいて位相データを算出し収差量を求める解析装置（演算手段）２１とを備えている。

調整機構１６は、被検レンズ１１を光路５に対して平行及び垂直方向に移動させてシフト調整を行うシフトステージ２２と、被検レンズ１１を光路５に対して角度変化させてあおり調整を行うチルトステージ２３と、被検レンズ１１を光軸周りに回転させる回転ステージ（回転機構）２５とを備えている。
結像手段１８は、第二のビームスプリッタ１７によって合成された光束により得られる干渉縞を投影するスクリーン２６と、スクリーン２６に投影された干渉縞を観察するためのズームレンズ２７及びＣＣＤカメラ２８と、干渉縞を映すモニタ３０とを備えている。

次に、本実施形態に係るマッハツェンダー干渉計１の操作方法、及び、作用・効果について説明する。
まず、被検レンズ１１を調整機構１６に載置して基準レンズ１２側の光路６と被検レンズ１１側の光路５とが等価になるように調整する。
レーザ光源２から光束を出射し、ビームエキスパンダー３によって所定の径に拡開する。この光束を第一のビームスプリッタ７によって二つの光路５、６に分岐し、一方の光路５をミラー８によって反射させて被検レンズ１１及び被検側集光レンズ１５に導く。また、他方の光路６をミラー１０で反射させて基準レンズ１２及び基準側集光レンズ１３に導く。そして、第二のビームスプリッタ１７にて二つの光束を再び合成してスクリーン２６上に干渉縞を形成する。

次に、シフトステージ２２及びチルトステージ２３を操作して被検レンズ１１のシフト調整、あおり調整を行い、適当な干渉縞を得る。
そして、回転ステージ２５を駆動して被検レンズ１１を光軸回りに回転して干渉縞の本数を確認する。すなわち、図２に示すように、被検レンズ１１をその光軸回りに回転させ、所定の位置において干渉縞の本数を算出して最も多いときと最も少ないときとの本数を確認する。そして、縞の本数が任意の位置で平均本数となるようにチルトステージ２３を操作する。この動作によって被検レンズ１１を光路５に対して傾きのない状態に調整する。

続いて、干渉縞が同心円になるようにシフトステージ２２を操作して被検レンズ１１を光軸と水平方向にシフトさせる。このシフト調整によって被検レンズ１１の光軸と基準レンズ１２の光軸とを一致させる。
そして、被検レンズ１１を光軸と垂直方向にシフト調整して干渉縞をヌルの状態とする。

こうして、被検レンズ１１を測定可能状態とすることによって、基準レンズ１２と被検レンズ１１とのそれぞれの光路５、６で生じる波面収差の差による干渉縞を得る。
その後、ピエゾ素子２０を駆動して基準レンズ１２を基準レンズ１２の光軸と平行方向に微動させてフリンジスキャンを行い、得られた干渉縞をＣＣＤカメラ２８により撮影し、ズームレンズ２７で適当な大きさにしてモニタ３０に映す。これを画像処理することによって干渉縞から位相データを得る。
これを解析装置２１により解析することによって被検レンズ１１の収差等を測定する。

このマッハツェンダー干渉計１によれば、被検レンズ１１を回転ステージ２５にて光軸回りに回転させることによって、被検レンズ１１の傾きを容易に把握することができる。したがって、シフトステージ２２及びチルトステージ２３の操作によって傾き調整を容易に、かつ、短時間で行うことができ、干渉縞を容易にヌルの状態にさせて検査準備を行うことができる。

次に、第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係るマッハツェンダー干渉計３１は、シフトステージ３２、チルトステージ３３、及び、回転ステージ３５が、制御装置３６によって図示しないモータによる自動ステージとされているとした点である。

このマッハツェンダー干渉計３１は、シフトステージ３２、チルトステージ３３、及び、回転ステージ３５を制御装置３６によりそれぞれ遠隔操作することによって、検査者等がステージに直接手を触れなくても上記第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。また、この際、手を触れなくてもステージ調整を行うことができ、干渉計に余計な外力、熱等を与えることなく精度の高い測定を行うことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、制御装置３６と解析装置２１とをリンクさせ、画像処理によって自動で被検レンズ１１の調整を行っても構わない。

本発明の第１の実施形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す概要図である。 本発明の第１の実施形態に係るマッハツェンダー干渉計による干渉縞を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るマッハツェンダー干渉計の構成を示す概要図である。 従来のマッハツェンダー干渉計の構成を示す概要図である。 従来のマッハツェンダー干渉計による干渉縞を示す図である。

符号の説明

１、３１ マッハツェンダー干渉計
２ レーザ光源（光源）
５、６ 光路
７ 第一のビームスプリッタ（光束分割手段）
１１ 被検レンズ
１２ 基準レンズ
１７ 第二のビームスプリッタ（光束合成手段）
１８ 結像手段
２１ 解析装置（演算手段）
２５、３５ 回転ステージ（回転機構）

Claims (2)

1. 光源からの光束を二つの光路に分割する光束分割手段と、一方の前記光路中に配された被検レンズと、他方の光路中に配され、前記被検レンズの製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズと、該基準レンズと前記被検レンズとを透過した光束を再び合成する光束合成手段と、該光束合成手段を透過した光路中に少なくとも一つ配された結像手段と、該結像手段によって形成される干渉縞に基づいて位相データを算出し収差量を求める演算手段とを備えるマッハツェンダー干渉計であって、
   前記被検レンズを該被検レンズの光軸周りに回転させる回転機構を備えていることを特徴とするマッハツェンダー干渉計。
2. 光源からの光束を光束分割手段によって二つの光路に分割し、一方の前記光路中に配された被検レンズと、他方の光路中に配され、前記被検レンズの製作誤差を求めるための比較対照とされた基準レンズとをそれぞれ透過させて光束合成手段によって再び合成し、前記光束合成手段を透過した光路中に少なくとも一つ配された結像手段によって干渉縞を形成し、前記干渉縞の位相データを算出して演算手段によって収差量を求めるマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法であって、
   収差量を求める前に、前記被検レンズを該被検レンズの光軸周りに回転して干渉縞の最多本数と最少本数とを確認する工程と、
   前記干渉縞の本数が平均本数になるように前記被検レンズの位置を前記光軸に対して調整する工程とを備えていることを特徴とするマッハツェンダー干渉計による光学素子の検査方法。
   
   
   

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