JP3140498B2 - レンズの測定方法 - Google Patents
レンズの測定方法Info
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- JP3140498B2 JP3140498B2 JP03205002A JP20500291A JP3140498B2 JP 3140498 B2 JP3140498 B2 JP 3140498B2 JP 03205002 A JP03205002 A JP 03205002A JP 20500291 A JP20500291 A JP 20500291A JP 3140498 B2 JP3140498 B2 JP 3140498B2
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
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- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光を入射させてレン
ズの性能を測定するレンズの測定方法に関する。
ズの性能を測定するレンズの測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンズの性能を検査するためには、その
レンズが実際に使用されるのと同一、あるいは近い環境
の下で測定することが望ましい。したがって、レンズに
光束を入射させて測定する場合には、実装時の使用波長
の光源を用いることが望ましい。
レンズが実際に使用されるのと同一、あるいは近い環境
の下で測定することが望ましい。したがって、レンズに
光束を入射させて測定する場合には、実装時の使用波長
の光源を用いることが望ましい。
【０００３】一方、例えば可視域外で使用されるレンズ
を測定する場合には、使用波長である可視域外の光束を
用いたのでは測定の能率が悪く、使用時とは波長が異な
る可視域の光源を用いて測定したいとの要請がある。
を測定する場合には、使用波長である可視域外の光束を
用いたのでは測定の能率が悪く、使用時とは波長が異な
る可視域の光源を用いて測定したいとの要請がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
従来の光ディスク用対物レンズは、単波長、あるいは使
用時の光源の波長変動の範囲内で使用されることを前提
としているため、他の波長に対する収差補正は考慮され
ておらず、使用時とかけ離れた波長の光源を用いて測定
を行なうと、測定波長における残存収差が大きいときに
は、測定誤差が大きくなるという問題がある。
従来の光ディスク用対物レンズは、単波長、あるいは使
用時の光源の波長変動の範囲内で使用されることを前提
としているため、他の波長に対する収差補正は考慮され
ておらず、使用時とかけ離れた波長の光源を用いて測定
を行なうと、測定波長における残存収差が大きいときに
は、測定誤差が大きくなるという問題がある。
【０００５】
【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、測定時に実際の使用時とは
異なる波長の光源を用いた場合にも、測定誤差の少ない
レンズの測定方法を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、測定時に実際の使用時とは
異なる波長の光源を用いた場合にも、測定誤差の少ない
レンズの測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる対物レ
ンズは、上記の目的を達成させるため、被検レンズの実
使用時の波長とは異なる測定時の波長の光源からの光束
を、実使用時とは異なる曲率を有して実使用時とほぼ等
しい球面収差を発生させると予定される球面波として被
検レンズに入射させて測定時の波長における性能を測定
することにより、実使用時の波長における被検レンズの
性能を推定することを特徴とする。
ンズは、上記の目的を達成させるため、被検レンズの実
使用時の波長とは異なる測定時の波長の光源からの光束
を、実使用時とは異なる曲率を有して実使用時とほぼ等
しい球面収差を発生させると予定される球面波として被
検レンズに入射させて測定時の波長における性能を測定
することにより、実使用時の波長における被検レンズの
性能を推定することを特徴とする。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
【０００８】実施例のレンズは、近赤外波長８８０ｎｍ
用に設計されたＦナンバー０．８〜１．７の大口径比レ
ンズである。レンズの製造段階では、使用時の近赤外域
の光源を用いると測定が困難であるため、可干渉性のあ
る可視光を出力し、かつ安価であるＨｅ−Ｎｅレーザー
を用いる。
用に設計されたＦナンバー０．８〜１．７の大口径比レ
ンズである。レンズの製造段階では、使用時の近赤外域
の光源を用いると測定が困難であるため、可干渉性のあ
る可視光を出力し、かつ安価であるＨｅ−Ｎｅレーザー
を用いる。
【０００９】図１は、測定システムの光学系を示したも
のである。Ｈｅ−Ｎｅレーザー１から発したレーザー光
は、ビームエクスパンダー２により拡径された平行光束
となり、ハーフミラー３により分離される。ハーフミラ
ー３で反射された成分は、参照ミラー４により反射さ
れ、ハーフミラー３を透過した成分は補助レンズ２０、
被検レンズとしての対物レンズ１０を介して凹面鏡５で
反射される。
のである。Ｈｅ−Ｎｅレーザー１から発したレーザー光
は、ビームエクスパンダー２により拡径された平行光束
となり、ハーフミラー３により分離される。ハーフミラ
ー３で反射された成分は、参照ミラー４により反射さ
れ、ハーフミラー３を透過した成分は補助レンズ２０、
被検レンズとしての対物レンズ１０を介して凹面鏡５で
反射される。
【００１０】参照ミラー４、凹面鏡で反射された光束
は、再びハーフミラー３に達して重ね合わされ、結像レ
ンズ６によりイメージセンサ７上に結像して干渉パター
ンを形成する。イメージセンサの出力は、図示せぬ画像
処理回路を介してモニターに表示される。測定者はモニ
ターの表示を見ながら参照ミラーを傾けて干渉縞を発生
させ、レンズの収差を測定する。
は、再びハーフミラー３に達して重ね合わされ、結像レ
ンズ６によりイメージセンサ７上に結像して干渉パター
ンを形成する。イメージセンサの出力は、図示せぬ画像
処理回路を介してモニターに表示される。測定者はモニ
ターの表示を見ながら参照ミラーを傾けて干渉縞を発生
させ、レンズの収差を測定する。
【００１１】実施例のレンズは、使用時の波長８８０ｎ
ｍの光が平面波として入射した時に最も性能が高くなる
よう設計されているため、測定時の波長６３３ｎｍの光
が平面波として入射したときには実使用時とは異なる球
面収差が発生する。
ｍの光が平面波として入射した時に最も性能が高くなる
よう設計されているため、測定時の波長６３３ｎｍの光
が平面波として入射したときには実使用時とは異なる球
面収差が発生する。
【００１２】そこで、実施例では、測定される少なくと
も球面収差が一致するよう波面の曲率を変化させる、す
なわち平行光束を発散光、あるいは収束光とするパワー
の弱い補助レンズ２０を、対物レンズ１０の前に挿入し
て測定する。
も球面収差が一致するよう波面の曲率を変化させる、す
なわち平行光束を発散光、あるいは収束光とするパワー
の弱い補助レンズ２０を、対物レンズ１０の前に挿入し
て測定する。
【００１３】入射する光束の波面形状が変化すると、収
差も変化する。一般に、より発散する波面を入射させた
場合、レンズの球面収差は負の方向に変化し、収束する
波面を入射させたときには正の方向に変化する。そこ
で、波面の曲率を適宜選択することにより、球面収差を
補正することができ、球面収差の少ない状態でレンズ性
能を高精度で測定することができる。
差も変化する。一般に、より発散する波面を入射させた
場合、レンズの球面収差は負の方向に変化し、収束する
波面を入射させたときには正の方向に変化する。そこ
で、波面の曲率を適宜選択することにより、球面収差を
補正することができ、球面収差の少ない状態でレンズ性
能を高精度で測定することができる。
【００１４】レンズ加工誤差に起因する収差の変動量は
波長が変化してもほぼ等しく現れるため、使用時とは異
なった波長で調整をしても良好な性能に調整することが
できる。実際に測定対象となるのは、偏心コマ収差、球
面収差、非点隔差等であり、測定結果に基づいて調整す
ることができる。
波長が変化してもほぼ等しく現れるため、使用時とは異
なった波長で調整をしても良好な性能に調整することが
できる。実際に測定対象となるのは、偏心コマ収差、球
面収差、非点隔差等であり、測定結果に基づいて調整す
ることができる。
【００１５】なお、補助レンズはパワーが弱いため、光
軸方向に変異しても測定には殆ど影響を与えない。特
に、被検レンズの焦点距離をｆ、補助レンズの焦点距離
をｆｃとして、 ｜ｆ／ｆｃ｜＜０．０４ の条件を満足する場合には、補助レンズのパワーが十分
に弱く、補助レンズと被検レンズとの位置ズレにより発
生する収差を小さく抑え、容易に測定することができ
る。
軸方向に変異しても測定には殆ど影響を与えない。特
に、被検レンズの焦点距離をｆ、補助レンズの焦点距離
をｆｃとして、 ｜ｆ／ｆｃ｜＜０．０４ の条件を満足する場合には、補助レンズのパワーが十分
に弱く、補助レンズと被検レンズとの位置ズレにより発
生する収差を小さく抑え、容易に測定することができ
る。
【００１６】
【実施例１１】図２は、実施例１にかかる対物レンズ１
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表１に示されている。表中、ＦＮＯ．はレンズのＦナ
ンバー、ｆは対物レンズの焦点距離、ｆｃは補助レンズ
の焦点距離、Ｗは半画角、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、
Ｎはｄ−ｌｉｎｅ（５８８ｎｍ）での屈折率、νはアッ
ベ数である。
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表１に示されている。表中、ＦＮＯ．はレンズのＦナ
ンバー、ｆは対物レンズの焦点距離、ｆｃは補助レンズ
の焦点距離、Ｗは半画角、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、
Ｎはｄ−ｌｉｎｅ（５８８ｎｍ）での屈折率、νはアッ
ベ数である。
【００１７】図３は設計波長８８０ｎｍにおける球面収
差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、Ｍ：
メリディオナル）を示し、図４はその波面収差を示して
いる。なお、波面収差は、左側の４図がメリディオナル
方向、右側の４図がサジタル方向を示しており収差量を
表す縦軸の単位は波長λである。
差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、Ｍ：
メリディオナル）を示し、図４はその波面収差を示して
いる。なお、波面収差は、左側の４図がメリディオナル
方向、右側の４図がサジタル方向を示しており収差量を
表す縦軸の単位は波長λである。
【００１８】この対物レンズを単体でHe-Neレーザー(波
長633nm)により測定する場合、その球面収差、正弦条
件、非点収差は図5、波面収差は図6に示すとおりとな
る。ここで、図7に示すように、対物レンズ10の光入射
側に表2で示される補助レンズ20を挿入すると、その球
面収差等は図8、波面収差は図9に示すとおりとなる。な
お、図7では、補助レンズ20がパワーを持つことを示す
ため、実際の曲率より曲率を大きく誇張して示してい
る。図15、図23についても同様である。
長633nm)により測定する場合、その球面収差、正弦条
件、非点収差は図5、波面収差は図6に示すとおりとな
る。ここで、図7に示すように、対物レンズ10の光入射
側に表2で示される補助レンズ20を挿入すると、その球
面収差等は図8、波面収差は図9に示すとおりとなる。な
お、図7では、補助レンズ20がパワーを持つことを示す
ため、実際の曲率より曲率を大きく誇張して示してい
る。図15、図23についても同様である。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【実施例２】図１０は、実施例２にかかる対物レンズ１
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表３に示されている。
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表３に示されている。
【００２２】図１１は、設計波長８３０ｎｍにおける球
面収差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、
Ｍ：メリディオナル）を示し、図１２はその波面収差を
示している。
面収差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、
Ｍ：メリディオナル）を示し、図１２はその波面収差を
示している。
【００２３】この対物レンズを単体でＨｅ−Ｎｅレーザ
ー（波長６３３ｎｍ）により測定する場合、その球面収
差、正弦条件、非点収差は図１３、波面収差は図１４に
示すとおりとなる。ここで、図１５に示すように、対物
レンズ１０の光入射側に表４で示される補助レンズ２０
を挿入すると、その球面収差等は図１６、波面収差は図
１７に示すとおりとなる。
ー（波長６３３ｎｍ）により測定する場合、その球面収
差、正弦条件、非点収差は図１３、波面収差は図１４に
示すとおりとなる。ここで、図１５に示すように、対物
レンズ１０の光入射側に表４で示される補助レンズ２０
を挿入すると、その球面収差等は図１６、波面収差は図
１７に示すとおりとなる。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【実施例３】図１８は、実施例３にかかる対物レンズ１
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表５に示されている。
０のレンズ断面を示したものである。具体的な数値構成
は表５に示されている。
【００２７】図１９は、設計波長８３０ｎｍにおける球
面収差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、
Ｍ：メリディオナル）を示し、図２０はその波面収差を
示している。
面収差ＳＡ、正弦条件ＳＣ、非点収差（Ｓ：サジタル、
Ｍ：メリディオナル）を示し、図２０はその波面収差を
示している。
【００２８】この対物レンズを単体でＨｅ−Ｎｅレーザ
−（波長６３３ｎｍ）により測定する場合、その球面収
差、正弦条件、非点収差は図２１、波面収差は図２２に
示すとおりとなる。ここで、図２３に示すように、対物
レンズ１０の光入射側に表６で示される補助レンズ２０
を挿入すると、その球面収差等は図２４、波面収差は図
２５に示すとおりとなる。
−（波長６３３ｎｍ）により測定する場合、その球面収
差、正弦条件、非点収差は図２１、波面収差は図２２に
示すとおりとなる。ここで、図２３に示すように、対物
レンズ１０の光入射側に表６で示される補助レンズ２０
を挿入すると、その球面収差等は図２４、波面収差は図
２５に示すとおりとなる。
【００２９】
【表５】
【００３０】
【表６】
【００３１】なお、実施例では、測定の際の被測定レン
ズへの光の入射方向と実使用時の光の入射方向とが等し
いレンズをもとに説明した。ただし、実使用時に点光源
からの光線を平行光束とするコリメートレンズに逆向き
に平行光束を入射させる従来の方法で測定する際には、
この発明の「実使用時の入射」を「実使用時の射出」と
置き換えることにより、この発明の測定方法を適用する
ことができる。
ズへの光の入射方向と実使用時の光の入射方向とが等し
いレンズをもとに説明した。ただし、実使用時に点光源
からの光線を平行光束とするコリメートレンズに逆向き
に平行光束を入射させる従来の方法で測定する際には、
この発明の「実使用時の入射」を「実使用時の射出」と
置き換えることにより、この発明の測定方法を適用する
ことができる。
【図１】 実施例の測定システムの光学系を示す説明図
である。
である。
【図２】 実施例１の対物レンズのレンズ断面図であ
る。
る。
【図３】 図２に示した対物レンズの使用波長での球面
収差、正弦条件、非点収差図である。
収差、正弦条件、非点収差図である。
【図４】 図２に示した対物レンズの使用波長での波面
収差図である。
収差図である。
【図５】 図２に示した対物レンズの測定波長での球面
収差、正弦条件、非点収差図である。
収差、正弦条件、非点収差図である。
【図６】 図２に示した対物レンズの測定波長での波面
収差図である。
収差図である。
【図７】 実施例１の対物レンズの光入射側に補助レン
ズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
ズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
【図８】 図８に示した対物レンズと補助レンズとから
成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図である。
成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図である。
【図９】 図８に示した対物レンズと補助レンズとから
成る光学系の波面収差図である。
成る光学系の波面収差図である。
【図１０】 実施例２の対物レンズのレンズ断面図であ
る。
る。
【図１１】 図１０示した対物レンズの使用波長での球
面収差、正弦条件、非点収差図である。
面収差、正弦条件、非点収差図である。
【図１２】 図１０示した対物レンズの使用波長での波
面収差図である。
面収差図である。
【図１３】 図１０示した対物レンズの測定波長での球
面収差、正弦条件、非点収差図である。
面収差、正弦条件、非点収差図である。
【図１４】 図１０示した対物レンズの測定波長での波
面収差図である。
面収差図である。
【図１５】 実施例２の対物レンズの光入射側に補助レ
ンズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
ンズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
【図１６】 図１５に示した対物レンズと補助レンズと
から成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図であ
る。
から成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図であ
る。
【図１７】 図１５に示した対物レンズと補助レンズと
から成る光学系の波面収差図である。
から成る光学系の波面収差図である。
【図１８】 実施例３の対物レンズのレンズ断面図であ
る。
る。
【図１９】 図１８に示した対物レンズの使用波長での
球面収差、正弦条件、非点収差図である。
球面収差、正弦条件、非点収差図である。
【図２０】 図１８に示した対物レンズの使用波長での
波面収差図である。
波面収差図である。
【図２１】 図１８に示した対物レンズの測定波長での
球面収差、正弦条件、非点収差図である。
球面収差、正弦条件、非点収差図である。
【図２２】 図１８に示した対物レンズの測定波長での
波面収差図である。
波面収差図である。
【図２３】 実施例３の対物レンズの光入射側に補助レ
ンズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
ンズを挿入した状態を示すレンズ断面図である。
【図２４】 図２３に示した対物レンズと補助レンズと
から成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図であ
る。
から成る光学系の球面収差、正弦条件、非点収差図であ
る。
【図２５】 図２３に示した対物レンズと補助レンズと
から成る光学系の波面収差図である。
から成る光学系の波面収差図である。
１…Ｈｅ−Ｎｅレーザー １０…対物レンズ ２０…補助レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−211301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−64139（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−126403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G01B 11/00 - 11/30
Claims (3)
- 【請求項１】被検レンズの実使用時の波長とは異なる測
定時の波長の光源からの光束を、実使用時とは異なる曲
率を有して実使用時とほぼ等しい球面収差を発生させる
と予定される球面波として前記被検レンズに入射させて
測定時の波長における性能を測定することにより、実使
用時の波長における被検レンズの性能を推定することを
特徴とするレンズの測定方法。 - 【請求項２】前記測定は干渉計を用いて行なわれ、前記
被検レンズは、実使用時の入射波面が平面波であること
を特徴とする請求項１に記載のレンズの測定方法。 - 【請求項３】前記光源からの光束は、コリメート部によ
り平行な平面波に変換され、該平面波の一部を参照波面
として反射させる半透鏡、あるいは参照波面を作るため
の反射面へ向かう光束と被検レンズへ向かう光束とを分
離する手段により、参照用光束と測定用光束とに分離さ
れた後、パワーの弱い補助レンズにより実使用時とは異
なる曲率を有して実使用時とほぼ等しい球面収差を発生
させると予定される球面波とされて前記被検レンズへ入
射されることを特徴とする請求項２に記載のレンズの測
定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03205002A JP3140498B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | レンズの測定方法 |
| US07/878,553 US5335059A (en) | 1991-05-13 | 1992-05-05 | Method and apparatus for measuring lens performance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03205002A JP3140498B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | レンズの測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337438A JPH04337438A (ja) | 1992-11-25 |
| JP3140498B2 true JP3140498B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=16499828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03205002A Expired - Fee Related JP3140498B2 (ja) | 1991-05-13 | 1991-05-13 | レンズの測定方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5335059A (ja) |
| JP (1) | JP3140498B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5835207A (en) * | 1995-10-02 | 1998-11-10 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical member inspecting apparatus |
| DE69838745T2 (de) * | 1997-10-06 | 2008-10-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Detektionssystem der sphärischen aberration und dieses verwendende optische vorrichtung |
| AU2003273925A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-14 | Carl Zeiss Smt Ag | Method of determining optical properties and projection exposure system comprising a wave front detection system |
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4347000A (en) * | 1979-12-26 | 1982-08-31 | The Perkin-Elmer Corporation | Interferometric system |
| JPS58205834A (ja) * | 1982-05-25 | 1983-11-30 | Canon Inc | 収差測定方法 |
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1992
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