JP2008215833A

JP2008215833A - 光学特性測定装置および光学特性測定方法

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Publication number: JP2008215833A
Application number: JP2007049499A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Saito; 敦齋藤
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】光学素子の透過率を迷光の影響なく高精度に測定する光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供する。
【解決手段】被測定素子９の往復透過光束と参照光束とで、干渉縞を生成可能な干渉光学系と、干渉縞を撮像するＣＣＤカメラ１２と、参照光束を除去するためのシャッター１４ａと、往復透過光束を除去するシャッター１４ｂとを備え、シャッター１４ａにより参照光束を除去して得られる，被測定素子９の往復透過光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像によって得られる画像の輝度を被測定素子９の透過光量とし、被測定素子９の往復透過光束を除去するシャッター１４ａにより往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像により得られた画像の輝度を参照光量として、透過率Ｔの測定を行う光学特性測定装置および光学特性測定方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、対物レンズや回折構造を含むホログラム素子などの光学素子の透過率を高精度に測定する光学特性測定装置および光学特性測定方法に関する。

高密度化及び高精度化の著しい光ピックアップ装置や、各種の光学測定機器などにおいては、高ＮＡ（開口数）レンズやホログラム素子が必要不可欠である。特に、光ピックアップにおいては、これらの光学部品における透過率が性能に大きな影響を及ぼすため、高精度な透過率検査は必須である。光学素子の性能としては、収差もまた不可欠な要素であり、透過率と収差をそれぞれ計測し、レンズの性能の指標とすることが必要である。

光学素子における基本的な透過率の測定方法を、図１１を用いて説明する。なお、透過率とは、被測定素子に入射する入射光パワーに対する透過光パワーの割合を示し、また透過光とは迷光を含まず、所望の透過光成分のみを示す。

まず、図１１（ａ）に示すように、図示されない光源からの光ビーム１が、被測定素子２を透過後の強度をパワーメータ３で測定し、この強度をＡとする。次に図１１（ｂ）に示すように、被測定素子２を取り去り、光源１のみの強度を測定してＢとすると、被測定素子２の透過率はＡ／Ｂである。

しかし、回折素子などにおいては、迷光が多く発生する恐れがあり、以下の問題が生じる。この問題について、図１２を用いて説明する。図１２は、被測定素子２の迷光成分Ｅがパワーメータ３の検出領域内に入っている状態を示しており、検出光量Ｃには、本来必要な透過光量Ｄに、迷光成分Ｅの光量が加算されて検出されることになる。

迷光成分Ｅは、被測定素子２とパワーメータ３の距離や、パワーメータ３の検出領域の大きさ、位置精度などによって変化するため、誤差要因となる。そのため、所望の透過光量のみの透過率を測定することができない。以上の問題を解決するため、迷光の影響が少ない透過率測定方法が必要であった。

上記のような場合には、図１３に示すように、ピンホール４によって迷光成分をカットし、必要な透過成分のみをパワーメータ３に導くことで、全光量に対する所望の透過成分の光強度が測定可能になる（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１においては、このピンホール４を用いた透過率測定方法を応用し、図１４に示すように、ピンホール４の前段にテレセントリックな光学系と集光レンズを組み合わせた光学系５を配置し、被測定素子２を透過後の所望の光束が安定してピンホールを通過できるような構成をとっている。

さらに、もう一つの重要な光学性能を示すパラメータである収差の測定も行い、収差と透過率を光学素子の性能とする必要があるが、これまで透過率測定と収差測定は、それぞれ専用の測定器で計測されていた。

しかし、上記の方法では、次のような問題がある。特許文献１の方法を用いれば、迷光成分を除去することは可能であるが、ピンホール４の大きさを一定にした場合でも、集光点とピンホール４の中心を常に合わせる必要があり、ピンホール４の位置による誤差が発生する。

また、ピンホール４を使う測定では、迷光成分の除去範囲を明確にすることが困難であり、実用、実装時の透過率と必ずしも一致しない恐れもある。例えば、ピンホール４のサイズが非常に小さい場合は、実際は結像に寄与する成分まで除去してしまう恐れもある。

また、光学素子において、収差、透過率を別々に測定する場合、それぞれにおいて種々の調整が必要となり、製造、評価の際に時間がかかるという問題もある。収差、透過率の測定で、２回の位置調整を必要とするため、高ＮＡレンズや、微細な形状を有する回折レンズなど、素子の傾きや位置に影響を受けやすい被測定物を測定する場合には、特に時間がかかってしまう。
特許第３５７８１４４号公報

本発明は、前記の課題を解決すべく提案されるものであって、光学素子の透過率を迷光の影響なく高精度に測定する光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供することを目的とする。

又、被測定素子透過時に生じる、所定のアパーチャー外の迷光のみを明確に除去するだけでなく、光ディスク用の高ＮＡレンズや、微細な回折構造を持つ光学素子においても、安定した透過率の測定が可能である、光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供することを目的とする。

また、収差測定器と光学系の構成を共有し、透過率、収差を同一の測定装置で測定でき、測定器、被測定素子の光軸調整の手間を削減し、迅速な光学特性評価を行うことができる光学特性測定装置および光学特性測定方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の光学特性測定装置は、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、前記干渉縞を撮像する撮像手段と、前記参照光束を除去するための参照光束除去手段と、前記往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とを備え、前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，前記被測定素子の往復透過光束のみを前記撮像手段により撮像し、前記撮像によって得られる画像の輝度を前記被測定素子の透過光量とし、前記被測定素子の往復透過光束を除去する手段により前記往復透過光束を除去して得られる，前記参照光束のみを前記撮像手段により撮像し、当該撮像により得られる画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の光学特性測定装置は、前記被測定素子の透過光を反射する球面ミラーを備えることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の光学特性測定方法は、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成可能な干渉光学系と、前記干渉縞を撮像する撮像手段と、前記参照光束を除去するための参照光束除去手段と、前記往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とから構成される光学特性測定装置の光学特性測定方法であって、前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去するステップと、前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，前記被測定素子の往復透過光束のみを前記撮像手段により撮像するステップと、前記撮像するステップによって得られる画像の輝度を前記被測定素子の透過光量として計測するステップと、前記往復透過光束除去手段により前記被測定素子の往復透過光束を除去するステップと、前記被測定素子の往復透過光束を除去するステップにより前記往復透過光束を除去して得られる，前記参照光束のみを前記撮像手段により撮像するステップと、前記撮像するステップにより得られる画像の輝度を参照光量として計測するステップと、前記透過光量と前記参照光量から透過率の測定をするステップとを有することを特徴とする。

本発明の光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、光学素子の透過率を迷光の影響なく高精度に測定することができる。

また、本発明の光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、被測定素子透過時に生じる、所定のアパーチャー外の迷光のみを明確に除去するだけでなく、光ディスク用の高ＮＡレンズや、微細な回折構造を持つ光学素子においても、安定した透過率の測定が可能となる。

また、本発明の光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、収差測定器と光学系の構成を共有し、透過率、収差を同一の測定装置で測定でき、測定器、被測定素子の光軸調整の手間を削減し、迅速な光学特性評価を行うことができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法は、干渉光学系と光路選択手段によって得られた被測定素子の往復透過光束の画像輝度により、所定範囲内の光強度を測定して、範囲外の迷光を明確に除去することで、光学調整による誤差を抑制し、高精度な透過率測定を可能とする。

（透過率の測定方法）
相対的な透過率を測定する場合、即ち、生産時のＯＫ判定などには、基準の透過光量を満たすか、満たさないかで判断すればよく、透過率の絶対値測定としては、例えば、以下の手法で参照強度を決定する方法が挙げられる。但し、下記の手法に限ったものではない。

[方法１]
被測定素子がパワーを持たない場合には、被測定素子を往復後の光強度をＦ₂とし、被測定素子が無い場合の同一光路の光強度をＥ₂とすれば、被測定素子の透過率Ｔは以下の（１）式で与えられる。

Ｔ＝(Ｆ₂／Ｅ₂)^1/2 …(１)
[方法２]
あらかじめ被測定素子側に進行する光束の光量Ｅ₂と参照光束の光量Ｅ₁の比（Ｅ₂／Ｅ₁）を測定しておき、その比（Ｅ₂／Ｅ₁）をαとする。

被測定素子の往復透過光束を除去するシャッターを別途設けることにより参照光束のみの強度を測定し、これをＦ₁とする。そのときに被測定素子を往復後の光強度をＦ₂とすれば、被測定素子の透過率は以下の（２）式で与えられる。

Ｔ＝[Ｆ₂／（αＦ₁）]^1/2 …(２)
以下に、パワーを持たない、例えば、回折構造等を有する光学素子を被測定素子とした第１の実施の形態、例えば、焦点距離５０ｍｍのタブレットなどを被測定素子とした第２の実施の形態について、それぞれ光学特性測定装置および光学特性測定方法と測定結果を詳細に述べる。

[第１の実施の形態]
（光学特性測定装置）
本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置の光学系を、模式的に図１に示す。また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光路１の光束のみがＣＣＤカメラ１２に入射する構成を模式的に示す。また、図３は、光路２の光束のみがＣＣＤカメラ１２に入射する構成を模式的に示す。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置は、図１に示すように、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、干渉縞を撮像する撮像手段と、参照光束を除去する参照光束除去手段と、往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とを備え、参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，被測定素子の往復透過光束のみを撮像手段により撮像し、撮像によって得られる画像の輝度を被測定素子の透過光量とし、往復透過光束除去手段により往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみを撮像手段により撮像し、当該撮像により得られる画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置の干渉光学系は、図１に示すように、被測定素子９の往復透過光束を発生する手段と、参照光束を発生する手段とを有し、被測定素子９の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する。被測定素子９の往復透過光束を発生する手段は、図１に示すように、レーザダイオード１７と、コリメータレンズ１６と、ハーフミラー７と、被測定素子９と、参照ミラー１１とを備える。参照光速を発生する手段は、レーザダイオード１７と、コリメータレンズ１６と、ハーフミラー７と、参照規準ミラー８とを備える。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、被測定素子９は、パワーを持たない、例えば回折格子など回折光学素子を対象とする。パワーを持たない被測定素子９を測定する場合は、光路２の参照ミラー１１として、平面ミラーを用いる。被測定素子９をセットする治具１０は、素子９が傾かないように高精度に構成されており、またＣＣＤカメラ１２側に所望のアパーチャー径を有し、アパーチャー内のみの透過光をＣＣＤカメラ１２側に返すように構成されている。

往復透過光束は、光路２を導光する。参照光束は、光路１を導光する。

撮像手段としては、例えば、ＣＣＤカメラ１２を適用する。なお、撮像手段としては、ＣＣＤカメラに限定されるものではなく、他のＣＭＯＳイメージセンサ、アモルファス・シリコンによるイメージセンサ、可視光のみならず、紫外線、近赤外、赤外の波長域に感度を有するイメージセンサなど、被測定素子９の適用波長領域に応じて選択することができる。

参照光束除去手段としては、例えば、図１に示すように、シャッター１４ａを適用する。往復透過光束を除去する手段としては、例えば、図１に示すように、シャッター１４ｂを適用する。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、シャッター１４ａにより参照光束を除去して得られる，被測定素子９の往復透過光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像によって得られる画像の輝度を被測定素子９の透過光量とし、また、被測定素子９の往復透過光束を除去するシャッター１４ｂにより往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像により得られた画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする。

光源として、例えば、波長４０５ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）１７を用いる。コリメータレンズ１６によって平行光となった入射光６は、ハーフミラー７を通り、反射成分は参照基準ミラー８側の光路１に、透過成分は被測定素子９側の光路２に分岐される。

ハーフミラー７で反射され、光路１に進入した入射光６の反射成分は、参照基準ミラー８で反射され、そのままハーフミラー７を透過し、ＣＣＤカメラ１２に到達する。

ハーフミラー７を透過し、光路２に分岐された入射光６の光束は、所定のアパーチャーサイズをもつ治具１０に設置された被測定素子９を透過後、参照ミラー１１にて反射され、再び、被測定素子９を透過し、光路２を逆方向に進行し、ハーフミラー７で反射され、ＣＣＤカメラ１２に達する。また、治具１０、および参照ミラー１１は、ともに独立したｘｙ軸およびチルト調整機構を持つ。
上記の光路１の光束、および光路２の光束からなる干渉縞より、解析用コンピュータ１３による画像処理によって、収差測定が可能となる。なお、参照ミラー１１の形状は、被測定素子９の種類によって適切に選ぶものとする。

また、光路１，２における光束は、それぞれシャッター１４ａ，１４ｂによって、独立にＣＣＤカメラ１２に入射させることが可能な構成である。例えば、光路１の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射する場合は、図２のようにシャッター１４ｂを作動させ、光路２の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射させる場合は、図３のようにシャッター１４ａを作動させる。

さらに、解析用コンピュータ１３は、所定アパーチャー内の輝度平均値を出力可能な解析手段を有している。このため、上記の光路１、光路２のみの画像を取り込めば、各光路からの光束の輝度を解析することが可能である。

次に、測定アパーチャーの指定について述べる。

ＣＣＤカメラ１２の種類と倍率によって、画像中の治具１０のアパーチャーサイズは一意に決まる。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、例えば、直径約４ｍｍのアパーチャーを用いて計測を行っており、画像中では、例えば、直径１９１ｐｉｘの円となる。このため、これを光束の中心に合わせ、円内の平均輝度を光強度とする。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置において、ＣＣＤカメラ１２で撮像した、光路２の光束の画像例を示す。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、上記の光路２のみ、もしくは光路１と光路２の単独での光強度を用いて、透過率の測定を行う。

被測定素子９は、所定のアパーチャー径を有する治具１０上に設置され、被測定素子９を光束が往復する際に、所定のアパーチャー内の光束のみをＣＣＤカメラ１２に導く構成であることが望ましい。

一度アパーチャーを通り、所定のアパーチャー径となった光束が被測定素子９を往復し、再び平行光となったところで、再度アパーチャーを通ってＣＣＤカメラ１２に入射するので、常に平行光でアパーチャーを通過する。

そのため、迷光の除去範囲が明確である。迷光の除去方法としては、ＣＣＤカメラ１２にて得られたスポット画像から、画像解析にて除去する方法もある。

（光学特性測定方法）
本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法は、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、干渉縞を撮像する撮像手段と、参照光束を除去する参照光束除去手段と、往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とから構成される光学特性測定装置の光学特性測定方法であって、参照光束除去手段により参照光束を除去するステップと、参照光束除去手段により参照光束を除去して得られる，被測定素子の往復透過光束のみを撮像手段により撮像するステップと、撮像するステップによって得られる画像の輝度を被測定素子の透過光量として計測するステップと、往復透過光束除去手段により被測定素子の往復透過光束を除去するステップと、往復透過光束を除去するステップにより往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみを撮像手段により撮像するステップと、撮像するステップにより得られる画像の輝度を参照光量として計測するステップと、透過光量と前記参照光量から透過率の測定をするステップとを有することを特徴とする。

すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法は、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、干渉縞を撮像するＣＣＤカメラ１２と、参照光束を除去するためのシャッター１４ａと、往復透過光束を除去するシャッター１４ｂとから構成される光学特性測定装置の光学特性測定方法であって、シャッター１４ａにより参照光束を除去するステップと、シャッター１４ａにより参照光束を除去して得られる，被測定素子９の往復透過光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像するステップと、当該撮像するステップによって得られる画像の輝度を被測定素子９の透過光量として計測するステップと、シャッター１４ｂにより被測定素子９の往復透過光束を除去するステップと、被測定素子９の往復透過光束を除去するステップにより往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像するステップと、前記撮像するステップにより得られる画像の輝度を参照光量として計測するステップと、透過光量と参照光量から透過率の測定をするステップとを有する。

以下に、本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法による透過率の測定方法を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。なお、初期状態では、光路１側のシャッター１４ａ、光路２側のシャッター１４ｂともに開いた状態であり、光路１、および光路２からの光束は、ともにＣＣＤカメラ１２に達する状態である。

（ａ）まず、ステップＳ１において、被測定素子９をセットしない状態で、参照ミラー１１（平面ミラー）の傾きを調整し、参照ミラー１１からの反射光束と、参照光束からなる干渉縞の縞を０本にする。

（ｂ）次に、ステップＳ２において、光路１側のシャッター１４ａを閉じ、光路２において、参照ミラー１１で反射されて戻ってくる光束の光量を測定し、Ｅ₂とする。

（ｃ）次に、ステップＳ３において、光路２側のシャッター１４ｂを閉じ、ＣＣＤカメラ１２に入射する光量を測定して、バックグラウンド光強度Ｅ₀とする。

（ｄ）次に、ステップＳ４において、ステップＳ３の測定後、光路１側のシャッター１４ａ、光路２側のシャッター１４ｂともに開く。

（ｅ）次に、ステップＳ５において、被測定素子９を傾き無くセットし、参照ミラー１１を調整して、干渉縞の縞を最少にする。

（ｆ）次に、ステップＳ６において、必要であれば、収差を測定する。また、コマ収差を最小にするように被測定素子９の傾きを調整すると、より精密な位置調整が可能である。

（ｇ）次に、ステップＳ７において、光路１側のシャッター１４ａを閉じ、被測定素子９の往復透過光束の光強度を測定し、Ｆ₂とする。

（ｈ）次に、ステップＳ８において、光路２側のシャッター１４ｂを閉じ、ＣＣＤカメラ１２に入射する光量を測定して、バックグラウンド光強度Ｆ₀とする。

（ｉ）次に、ステップＳ９において、ステップＳ８の測定後、光路１側のシャッター１４ａ、光路２側のシャッター１４ｂをともに開く。

（ｊ）次に、ステップＳ１０において、ステップＳ１〜Ｓ８で得られた、Ｅ₀，Ｅ₂，Ｆ₀，Ｆ₂より、以下の（３）式にて透過率を算出する。なお、根号は往復透過率を片道に変換するためのものである。

Ｔ＝[(Ｆ₂―Ｆ₀)／（Ｅ₂―Ｅ₀）]^1/2 …(３)
本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法による透過率の測定結果を図６に示す。図６から明らかなように、本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法を用いて、１０回測定した回折素子の透過率Ｔの測定結果より、透過率Ｔの最大測定誤差は０．４７％と、誤差の少ない計測結果が得られている。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法では、透過率Ｔの絶対値を測定する方法として、上記の［方法１］を用いたが、手法は問わない。また、例えば、基準のサンプルに対しての相対透過率にて、ＯＫ、ＮＧ判定のみを行う場合は、前記のＦ₂−Ｆ₀と、基準値との比較を行えばよい。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、以下のような利点がある。即ち、ピンホールを必要とせず、平行光の状態で、例えば、被測定素子９の治具１０のアパーチャーによって迷光を除去することができるため、ピンホールの位置誤差に対する、透過光量の誤差がない。

また、干渉縞の本数を最小にすることで、デフォーカスや収差の影響を被測定素子９ごとに一定にすることができるため、スポット形状の差による誤差も抑制できる。

所定のアパーチャーサイズを有する治具１０に被測定素子９を設置することで、所望のアパーチャー内の透過光量のみを測定することが可能であり、範囲外の迷光は完全に除去可能である。

そのため、実装時に使用するアパーチャー内の透過率においても、正確な測定が可能である。

さらに、画像処理を用い、被測定素子９の面内の詳細な透過光量分布も計測可能である。

また、画像中の干渉縞を適正にすることを利用し、治具１０のステージや参照ミラー１１などの傾き調整を高精度で行うことができる。

例えば、コマ収差の測定と平行し、コマ収差をなくすように被測定素子９のチルト調整をすれば、さらに高精度に調整が可能である。

収差測定系と同一の光学系で、同時に収差の測定も可能であるため、調整が１度で済み、光学特性の総測定時間が短縮される。

また、通常収差測定には高精度な位置精度が要求されるが、同一の精度で透過率の測定も行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持たない光学素子の透過率測定において、所定のアパーチャーサイズの外側の迷光成分を正確に除去できる上に、光学系の位置調整による誤差が極めて少なく、さらに収差測定と光学系を共有し、収差と透過率が同時に計測可能なため、光学特性の総測定時間の短縮が可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持たない光学素子の透過率測定において、光学素子の透過率を迷光の影響なく高精度に測定することができる。

また、本発明の光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持たない光学素子の透過率測定において、収差測定器と光学系の構成を共有し、透過率、収差を同一の測定装置で測定でき、測定器、被測定素子の光軸調整の手間を削減し、迅速な光学特性評価を行うことができる。

[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置の光学系であって、パワーを持つレンズの透過率を測定する光学特性測定装置の光学系は、図７に示すように模式的に表される。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置は、図７に示すように、被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、干渉縞を撮像する撮像手段と、参照光束を除去する参照光束除去手段と、往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とを備え、参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，被測定素子の往復透過光束のみを撮像手段により撮像し、撮像によって得られる画像の輝度を被測定素子の透過光量とし、往復透過光束除去手段により往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみを撮像手段により撮像し、当該撮像により得られる画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置の干渉光学系は、図７に示すように、被測定素子９の往復透過光束を発生する手段と、参照光束を発生する手段とを有し、被測定素子９の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する。被測定素子９の往復透過光束を発生する手段は、図７に示すように、レーザダイオード１７と、コリメータレンズ１６と、ハーフミラー７と、被測定素子９と、球面ミラー１５とを備える。参照光速を発生する手段は、レーザダイオード１７と、コリメータレンズ１６と、ハーフミラー７と、参照規準ミラー８とを備える。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置は、図７に示すように、被測定素子９の透過光を反射する球面ミラー１５を備えることを特徴とする。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、被測定素子９は、パワーを持つ光学素子、例えば、レンズなどを対象とする。パワーを持つ被測定素子９を測定する場合は、光路２の参照ミラー１１として、球面ミラー１５を用いる。被測定素子９をセットする治具１０は、被測定素子９が傾かないように高精度に構成されており、またＣＣＤカメラ１２側に所望のアパーチャー径を有し、アパーチャー内のみの透過光をＣＣＤカメラ１２側に返すように構成されている。

参照光束除去手段としては、例えば、図７に示すように、シャッター１４ａを適用する。往復透過光束を除去する手段としては、例えば、図７に示すように、シャッター１４ｂを適用する。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置においては、シャッター１４ａにより参照光束を除去して得られる，被測定素子９の往復透過光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像によって得られる画像の輝度を被測定素子９の透過光量とし、また、被測定素子９の往復透過光束を除去するシャッター１４ｂにより往復透過光束を除去して得られる，参照光束のみをＣＣＤカメラ１２により撮像し、当該撮像により得られた画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする。

ハーフミラー７を透過し、光路２に分岐された入射光６の光束は、所定のアパーチャーサイズをもつ治具１０に設置された被測定素子９を透過後、球面ミラー１５にて反射され、再び、被測定素子９を透過し、光路２を逆方向に進行し、ハーフミラー７で反射され、ＣＣＤカメラ１２に達する。また、治具１０、および球面ミラー１５は、ともに独立したｘｙ軸およびチルト調整機構を持つ。
上記の光路１の光束および光路２の光束からなる干渉縞より、解析用コンピュータ１３による画像処理によって、収差測定が可能となる。なお、球面ミラー１５の形状は、被測定素子９の種類によって適切に選ぶものとする。

また、光路１，２における光束は、それぞれシャッター１４ａ，１４ｂによって、独立にＣＣＤカメラ１２に入射させることが可能な構成である。例えば、光路１の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射する場合は、図２と同様に、シャッター１４ｂを作動させ、光路２の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射させる場合は、図３と同様に、シャッター１４ａを作動させる。

（光学特性測定方法）
以下に、パワーを有する光学素子として、例えば、焦点距離５０ｍｍのタブレットを被測定素子９とした本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法について説明する。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法においては、透過率の絶対値を計測する方法として、上記の[方法２]を用いた。この[方法２]を用いる場合、本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置の光学系においては、光路２の光束の強度Ｅ₂と光路１の光束の強度Ｅ₁の比（Ｅ₂／Ｅ₁＝α）を事前に測定しておく必要がある。以下にその方法を述べる。なお、下記の方法では、バックグラウンドの強度も考慮してαの値を測定している。

―光量比αの測定方法―
光量比αの測定では、参照ミラー１１を平面ミラーとする。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光量比αの測定方法を、図８のフローチャート図を参照して説明する。

（ａ）まず、ステップＳ１１において、被測定素子９をセットしない状態で、参照ミラー１１の位置調整を行い、解析用コンピュータ１３に表示される干渉縞の本数を０本とする。

（ｂ）次に、ステップＳ１２において、光路１側のシャッター１４ａを閉じ、所定アパーチャー内の光路２の光強度を検出して、その強度をＥ₂とする。

（ｃ）次に、ステップＳ１３において、光路１側のシャッター１４ａを開け、光路２側のシャッター１４ｂを閉じ、所定アパーチャー内の光路１の光強度を測定する。その強度をＥ₁とする。

（ｄ）次に、両方のシャッター１４ａ，１４ｂを閉め、所定アパーチャー内のバックグラウンドの光強度を測定し、その強度をＥ₀とする。

（ｅ）次に、以下の（４）式にて、光路１と光路２の光量比αを算出し、以後の測定に使用する。

α＝(Ｅ₂―Ｅ₀)／（Ｅ₁―Ｅ₀） …(４)
本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光量比αの測定結果では、α＝５８．８％と測定された。以下の測定にはこの値を用いている。

―被測定素子の透過率の測定方法―
本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法において、パワーを持つ被測定素子９の透過率の測定方法を、図９のフローチャートを参照して説明する。

（ａ）まず、ステップＳ２１において、被測定素子９を、所望のアパーチャー径を有する治具１０上に傾き無くセットする。傾き調整の方法としては、例えば、レーザ光を照射して、被測定素子９の縁からの反射を検出する方法などが考えられるが、手法は問わない。

（ｂ）次に、ステップＳ２２において、球面ミラー１５の位置調整を行い、解析用コンピュータ１３に表示される干渉縞の本数を最少とする。

（ｃ）次に、ステップＳ２３において、必要であれば、収差の測定を行う。このとき、コマ収差を測定し、最小化することで、被測定素子９の傾き調整を、より高精度に行うことも可能である。

（ｄ）次に、ステップＳ２４において、光路１側のシャッター１４ａを閉じ、光路２の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射させ、所定アパーチャー内の強度を測定し、Ｆ₂とする。

（ｅ）次に、ステップＳ２５において、光路２側のシャッター１４ｂを閉じ、光路１側のシャッター１４ａを開けて、光路１の光束のみをＣＣＤカメラ１２に入射させ、所定アパーチャー内の強度を測定し、Ｆ₁とする。

（ｆ）次に、ステップＳ２６において、光路１側のシャッター１４ａを閉じ、光路１，２の光束がともにＣＣＤカメラ１２に入射されない状態で、所定アパーチャー内の光強度を計測し、バックグラウンド光強度Ｆ₀とする。

（ｇ）次に、ステップＳ２７において、上記の測定値と、事前に決定した光量比αより、以下の（５）式から被測定素子９の透過率Ｔを計算する。

Ｔ＝[(Ｆ₂―Ｆ₀)／α（Ｆ₁―Ｆ₀）]^1/2 …(５)
以後、被測定素子９を入れ替え、上記ステップＳ２１〜Ｓ２６を再び返すことで、透過率Ｔならびに、収差を測定する。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法による測定結果であり、タブレットからなる被測定素子９を取り外し・再セットする工程を５回繰り返した、被測定素子９の透過率Ｔの測定結果を示す。図１０より、測定誤差０．５２％と、安定した測定結果が得られた。

さらに、透過率Ｔがあらかじめわかっている同一形状のレンズがあれば、Ｆ₂−Ｆ₀の相対比較により、ＯＫ、ＮＧ判定に応用することも可能である。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および測定方法によれば、以下のような利点がある。即ち、ピンホールを必要とせず、平行光の状態で、例えば、被測定素子９の治具１０のアパーチャーによって迷光を除去することができるため、ピンホールの位置誤差に対する、透過光量の誤差がない。

さらに、画像処理を用い、被測定素子９面内の詳細な透過光量分布も計測可能である。

画像中の干渉縞を適正にすることを利用し、治具１０のステージや参照ミラー１１などの傾き調整を高精度で行うことができる。

また、通常収差測定には高精度な位置精度が要求されるが、同一の精度で透過率の測定も行える。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持つ光学素子の透過率測定において、所定のアパーチャーサイズの外側の迷光成分を正確に除去できる上に、光学系の位置調整による誤差が極めて少なく、さらに収差測定と光学系を共有し、収差と透過率が同時に計測可能なため、光学特性の総測定時間の短縮が可能となる。

本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持つ光学素子の透過率測定において、光学素子の透過率を迷光の影響なく高精度に測定することができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、被測定素子透過時に生じる、所定のアパーチャー外の迷光のみを明確に除去するだけでなく、光ディスク用の高ＮＡレンズや、微細な回折構造を持つ光学素子においても、安定した透過率の測定が可能となる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、パワーを持つ光学素子の透過率測定において、収差測定器と光学系の構成を共有し、透過率、収差を同一の測定装置で測定でき、測定器、被測定素子の光軸調整の手間を削減し、迅速な光学特性評価を行うことができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る光学特性測定装置および光学特性測定方法によれば、被測定素子として、パワーを持たない光学回折素子やレンズに適用する例を開示したが、これらに限定されるものではなく、例えば、１枚の凸レンズを対照型平凹レンズ２枚で張り合わせた、トリプレット構造などを有する色収差補正素子や、例えば、約０．９５の高ＮＡ値を有する単レンズなどの透過率の測定にも適用可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置の光学系を示す模式図。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光路１の光束のみがＣＣＤカメラに入射する状態を示す模式図。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光路２の光束のみがＣＣＤカメラに入射する状態を示す模式図。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定装置において、ＣＣＤカメラで撮像した、光路２の光束の様子を示す図。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法のフローチャート図。本発明の第１の実施の形態に係る光学特性測定方法による測定結果。本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置の光学系であって、パワーを持つレンズの透過率を測定する光学特性測定装置の光学系の模式図。本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定装置において、光量比αを測定する方法を説明するフローチャート図。本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法のフローチャート図。本発明の第２の実施の形態に係る光学特性測定方法による測定結果。透過型光学素子の基本的な透過率測定系を示す図。図１１の測定系にて、迷光がパワーメータに入る様子を示す図。ピンホールを用いた透過率測定系を示す図。従来例における透過率測定系を示す図。

符号の説明

１…入射光
２，９…被測定素子
３…パワーメータ
４…ピンホール
５…テレセントリック光学系および集光レンズ
６…入射光（平行光）
７…ハーフミラー
８…参照基準ミラー
１０…治具
１１…参照ミラー
１２…ＣＣＤカメラ
１３…解析用コンピュータ
１４ａ，１４ｂ…シャッター
１５…球面ミラー
１６…コリメータレンズ
１７…レーザダイオード

Claims

被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、
前記干渉縞を撮像する撮像手段と、
前記参照光束を除去する参照光束除去手段と、
前記往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段と
を備え、前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，前記被測定素子の往復透過光束のみを前記撮像手段により撮像し、前記撮像によって得られる画像の輝度を前記被測定素子の透過光量とし、前記往復透過光束除去手段により前記往復透過光束を除去して得られる，前記参照光束のみを前記撮像手段により撮像し、当該撮像により得られる画像の輝度を参照光量として、透過率の測定を行うことを特徴とする光学特性測定装置。
前記被測定素子の透過光を反射する球面ミラーを備えることを特徴とする請求項１記載の光学特性測定装置。
被測定素子の往復透過光束と参照光束とで干渉縞を生成する干渉光学系と、前記干渉縞を撮像する撮像手段と、前記参照光束を除去する参照光束除去手段と、前記往復透過光束を除去する往復透過光束除去手段とから構成される光学特性測定装置の光学特性測定方法であって、
前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去するステップと、
前記参照光束除去手段により前記参照光束を除去して得られる，前記被測定素子の往復透過光束のみを前記撮像手段により撮像するステップと、
前記撮像するステップによって得られる画像の輝度を前記被測定素子の透過光量として計測するステップと、
前記往復透過光束除去手段により前記被測定素子の往復透過光束を除去するステップと、
前記往復透過光束を除去するステップにより前記往復透過光束を除去して得られる，前記参照光束のみを前記撮像手段により撮像するステップと、
前記撮像するステップにより得られる画像の輝度を参照光量として計測するステップと、
前記透過光量と前記参照光量から透過率の測定をするステップと
を有することを特徴とする光学特性測定方法。