JP4229782B2 - 波面収差測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ等の被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置に関する。

例えば顕微鏡の対物レンズ等の被検光学系の光学性能、ここでは透過性能を評価する手法としては、被検光学系にレーザ光などのコヒーレント光を透過し、この被検光学系を透過した物体光と参照光とを干渉計により干渉させて互いに位相の異なる複数の干渉縞を生成し、これら干渉縞に基づいて被検光学系の波面収差を解析する方法が知られている。このような波面収差の測定方法としては、例えば特許文献１に記載されている。

複数の干渉縞の位相差は、使用するレーザ光源から出力されるレーザ光の波長を基準としている。使用するレーザ光源は、被検光学系を設計した波長のレーザ光を出力するもので、例えばＨｅ−Ｎｅレーザが最も一般的であり、その波長は０．６３３μｍである。

このようなレーザ光源の波長は固定されているので、干渉計を構成するビームスプリッタ及び参照ミラー等の各光学素子は、レーザ光源の波長に最適化されたコーティング等が施されている。又、被検光学系の波面収差を解析する干渉縞解析装置においても特定波長のレーザ光源を使用することを前提に解析プログラムが組み込まれている。
特開平１０−９６６７９号公報

近年、紫外線（ＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）の波長０．６３３μｍ以外の波長領域内のある波長のレーザ光を出力するレーザ光源が現れている。これにより、ＵＶからＮＩＲの波長領域内のある波長に最適設計された高精度な対物レンズ等の被検光学系が増加傾向にある。このため、ＵＶからＮＩＲの波長領域内にある波長に最適設計された被検光学系に対しても波面収差を解析することが要求されている。

しかしながら、ＵＶからＮＩＲの波長領域内にある波長に最適設計された被検光学系の波面収差を解析するために干渉計は、被検光学系を最適設計したときの波長に最適化されたコーティング等が施されたビームスプリッタ及び参照ミラー等の各光学素子を用いたものを準備しなければならない。

そのうえ、レーザ光源及び干渉計は、被検光学系を最適設計したときの波長毎に複数準備しなければならない。このうち干渉計は１台でも高価であり、複数台準備するには非常にコストが掛かる。

本発明は、コヒーレント光を被検光学系に通過させて被検光学系の光学性能を反映した干渉縞を生成し、この干渉縞に基づいて被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置であって、任意の波長を選択可能なコヒーレント光を出力する照明系と、照明系から選択出力された任意の波長のコヒーレント光を被検光学系に通過させ、被検光学系を通過した物体光と参照光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉計と、干渉計により生成された干渉縞を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像された干渉縞の画像データと照明系から選択されて出力されたコヒーレント光の波長とに基づいて被検光学系の波面収差を解析する解析手段とを具備し、干渉計は、コヒーレント光を測定光と参照光とに分岐し、かつ被検光学系を通過した測定光と参照光とを同一方向に反射するビームスプリッタと、ビームスプリッタにより分岐された測定光の光路上に設けられた凹面形状の球面ミラーと、ビームスプリッタにより分岐された参照光の光路上に設けられた平面の参照ミラーと、参照ミラーを微小移動させる駆動部と、ビームスプリッタから出射されて生成された干渉縞を撮像装置に結像するリレー光学系とを備え、被検光学系は、ビームスプリッタと球面ミラーと間の測定光の光路上に設けられる波面収差測定装置である。

本発明の波面収差測定装置における照明系は、それぞれ波長の異なるコヒーレント光を出力する複数の光源と、複数の光源からそれぞれ出力される複数のコヒーレント光から任意の波長のコヒーレント光に選択し切り換えて被検光学系に入射させる波長選択手段とを有する。

本発明の波面収差測定装置における照明系と干渉計との間に設けられ、照明系から出力されたコヒーレント光を干渉計に導入する光ファイバを有する。

本発明の波面収差測定装置における撮像装置は、被検光学系の瞳位置と共役関係にある。

本発明の波面収差測定装置におけるビームスプリッタは、平行平面板に形成され、当該平行平面板のコヒーレント光が入射する一方の面に光分割コートを施し、他方の面にＡＲコートを施した。

本発明の波面収差測定装置における球面ミラーは、Ｓｉにより形成された。

本発明の波面収差測定装置におけるコヒーレント光は、レーザ光である。

本発明の波面収差測定装置における解析手段は、被検光学系の波面収差の解析結果を保存可能である。

本発明の波面収差測定装置における解析手段は、それぞれ異なる複数の波長の各コヒーレント光を被検光学系に通過させて生成される複数の干渉縞に基づいて波長毎の被検光学系の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

本発明の波面収差測定装置におけるビームスプリッタは、交換可能である。

本発明の波面収差測定装置におけるビームスプリッタは、広帯域波長で使用可能である。

本発明は、ビームスプリッタにより分岐された参照光の光路上に設けられた平面の参照ミラーを微小移動させることによって位相の異なる干渉縞画像データを複数枚取り込み、これら干渉縞画像データの波面収差の解析を行うことで、複数の波長のコヒーレント光を選択して、１台の干渉計を用いて複数の波長に対する被検光学系の波面収差が解析できる波面収差測定装置を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は波面収差測定装置の構成図である。照明系１は、任意の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…ｎ）を選択可能なレーザ光を出力する。このレーザ光の波長λｉは、例えば波長０．６３３μｍやＵＶからＮＩＲの波長領域内における任意の波長である。この照明系１から出力されるレーザ光の波長λｉは、手動又は後述する波面収差解析装置２の切り換え制御により自動で行なわれる。この照明系１から出力されたレーザ光は、トワイマン・グリーン干渉計（以下、干渉計と省略する）４に導かれる。

図２は照明系１の一例を示す構成図である。波長λ_１のレーザ光を出力するレーザ光源１−１と、波長λｉのレーザ光を出力するレーザ光源１−２とを有する。これらレーザ光源１−１、１−２の各出力端部には、各光ファイバー１−３、１−４を介して各出射部１−５、１−６が接続されている。これら出射部１−５、１−６は、オペレータの作業によりいずれか一方が選択されて照明鏡筒１−７の入射端１−８に対して接続される。照明鏡筒１−７内には、コリメータレンズ１−９が設けられ、入射した波長λ_１のレーザ光又は波長λｉのレーザ光を平行光に整形して出射する。

コリメータレンズ１−９として単レンズなどのように縦の色収差を有するレンズを使用した場合、当該コリメータレンズ１−９の焦点距離が波長λｉによって変化する。この対処策としてコリメータレンズ１−９をレーザ光の光軸方向にスライド可能にしてもよいし、又は各出射部１−５、１−６におけるファイバー入射端からファイバー出射端までの距離を調整して色収差を補正してもよい。又、コリメータレンズ１−９は、使用する波長帯域で焦点距離が変化しない色消しレンズを用いてもよい。

コ字形状の架台５のアーム６の上面には、ビームスプリッタ７が設けられている。又、アーム６の下面には、例えば顕微鏡の対物レンズ等の被検光学系８が設けられている。この被検光学系８は、ビームスプリッタ７により下方に反射する測定光Ｈの光軸に一致して設けられている。

又、架台５のベース９上には、ＸＹＺステージ１０が設けられている。このＸＹＺステージ１０上には、凹面形状の球面ミラー１１が設けられている。この球面ミラー１１は、当該球面ミラー１１の曲率中心Ｃと被検光学系８の焦点位置Ｓとが一致している。これら球面ミラー１１の曲率中心Ｃと被検光学系８の焦点位置Ｓとは、ＸＹＺステージ１０の駆動により球面ミラー１１をＸＹＺ方向に移動することによりアライメント調整される。

この球面ミラー１１は、Ｓｉにより形成されるのが好適である。ガラスの反射率は４％程度であるが、Ｓｉの反射率は高く、例えば可視領域で４０％程度である。このように球面ミラー１１を反射率の高いＳｉにより形成すると、図３に示すビームスプリッタ７の第２面７ｂからの不要な反射光の光量を相対的に減少できる。

ビームスプリッタ７の透過光路上には、平面状の参照ミラー１２が設けられている。この参照ミラー１２は、球面ミラー１１をＳｉにより形成した場合、全ての波長λｉに対して最良のコントラストの干渉縞の像を得るためにＳｉにより形成するのが理想であるが、反射率が高く広帯域に亘って反射率のフラットなアルミニウムを蒸着したミラーでも十分実用可能である。

この参照ミラー１２は、圧電素子（ＰＺＴ）１３を用いたステージに設けられている。この参照ミラー１２は、圧電素子１３の駆動によりビームスプリッタ７を透過する参照光Ｒの進行方向と同一方向にステップ移動する。このように参照ミラー１２をステップ移動させるのは、位相の異なる干渉縞画像データを複数枚取り込み、これら干渉縞画像データの波面収差の解析を行うという位相シフト法を実現するためである。

ビームスプリッタ７の上方への反射光路上には、リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２と、ＣＣＤ撮像装置１４が設けられている。なお、これら各レンズＬ_１、Ｌ_２及びＣＣＤ撮像装置１４により干渉縞の撮像系１５を構成する。このＣＣＤ撮像装置１４は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する干渉縞を撮像し、その画像信号を出力する。このＣＣＤ撮像装置１４は、ＵＶの波長領域に対して感度の高いもの、又はＮＩＲの波長領域に対して感度の高いものなどが用いられる。使用する波長λｉに合った感度を有するＣＣＤ撮像装置１４を用いれば、ＳＮ比のよい干渉縞画像を波面収差解析装置２に渡すことが可能になる。

ここで、ＣＣＤ撮像装置１４は、被検光学系８の瞳位置と共役関係の位置に設けられている。リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２は、ＣＣＤ撮像装置１４を被検光学系８の瞳位置と共役関係の位置に設けることを実現する一例である。レンズＬ_１の焦点位置は、被検光学系８の瞳位置にある。レンズＬ_２の焦点位置は、ＣＣＤ撮像装置１４の撮像面１４ａ上にある。

ビームスプリッタ７は、照明系１から出力されたレーザ光を測定光Ｈと参照光Ｒとに分岐し、被検光学系８を透過して球面ミラー１１に入射し、この球面ミラー１１で反射して再び被検光学系８を透過して戻ってきた測定光Ｈと、参照ミラー１２で反射して戻ってきた参照光Ｒとを上方に反射する。

通常、干渉計においてビームスプリッタ７は、第２面７ｂからの不要な反射光がＣＤＤ撮像装置１４に入射するのを防止するために、図３（ａ）に示すように楔板１６を用いることが多い。しかしながら、楔板１６は、波長λｉにより屈折率が異なるため、球面ミラー１１で反射して被検光学系８を透過してＣＣＤ撮像装置１４に入射する光の光軸Ｚの傾きが波長λｉによって変化する。このため、撮像系１５の傾きを波長λｉ毎に変える必要がある。これは機構的に非常に複雑で、その操作も煩雑になるため、図３（ｂ）に示すように平行平面板が用いられる。

平行平面板のビームスプリッタ７では、コヒーレント光が入射する第１面７ａに広帯域の光分割コートを施し、第１面７ａと反対の第２面７ｂに広帯域の減反射コート（ＡＲコート）を施すことが好ましい。なお、第１面７ａの光分割コートは、光の分割比を５０％：５０％に設定するのが理想である。ビームスプリッタ７を複数の波長λｉに対して用いるときは、例えば、複数のビームスプリッタ７を用意し、これらビームスプリッタ７にそれぞれ各波長帯域２００〜３５０ｎｍ、３５０〜５００ｎｍ、５００〜７００ｎｍ、７００〜１０００ｎｍなどの各広帯域コートを施したものを作製する。そして、使用する波長λｉに合った波長帯域の広帯域コートを施したビームスプリッタ７が選択される。

波面収差解析装置２は、例えばパーソナルコンピュータによりなり、波面収差解析のプログラムが保存されている。この波面収差解析装置２は、波面収差解析のプログラムを実行することにより、ＣＣＤ撮像装置１４から出力された画像信号を取り込んで干渉縞の画像データとして取り込み、この干渉縞の画像データと照明系１から出力されたレーザ光の波長λｉとに基づいて被検光学系８の波面収差を解析し、この解析結果を保存する。

又、波面収差解析装置２は、照明系１から出力可能なレーザ光の複数の波長λｉに対応する参照ミラー１２の複数のステップ移動量を記憶又は演算し、オペレータによって使用する波長λｉが手動により指示入力される。この機能は、有って無くてもよい。実際の装置は、この機能はない。手動でレーザ光源をオン・オフしている。当該波長λｉのレーザ光の出力指令を照明系１に発すると共に、当該波長λｉに対応する参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に発する。なお、照明系１から出力されるレーザ光の波長λｉがオペレータの手動により切り換えられた場合、波面収差解析装置２は、照明系１で切り換えられたレーザ光の波長λｉを読み取り、当該波長λｉに対応する参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に発する。

又、波面収差解析装置２は、それぞれ異なる複数の波長λｉの各レーザ光を被検光学系８に透過させて生成される複数の干渉縞に基づいて波長λｉ毎の被検光学系８の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。

波長λ_１に最適設計された被検光学系８の波面収差の解析を行う場合、当該被検光学系８が架台５のアーム６の下面に設けられる。このとき、ＸＹＺステージ１０の駆動により球面ミラー１１をＸＹＺ方向に移動し、球面ミラー１１の曲率中心Ｃと被検光学系８の焦点位置Ｓとが一致するようにアライメント調整される。

照明系１においては、図２に示すように波長λ_１のレーザ光を出力するレーザ光源１−１に対応した出射部１−５がオペレータの作業によって照明鏡筒１−７の入射端１−８に対して接続される。

この作業と共に、照明系１において波長λ_１のレーザ光を出力するレーザ光源１−１に切り換えられたことが波面収差解析装置２に手動により指示入力される。この波面収差解析装置２は、波長λｉのレーザ光の出力指令が自動又は手動で照明系１に発せられると、当該波長λｉに対応する参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に発する。

なお、波面収差解析装置２は、照明系１から出力されるレーザ光の波長λｉがオペレータの手動により切り換えられたとき、照明系１で切り換えられたレーザ光の波長λｉを自動的に読み取り、当該波長λ_１に対応する参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に発してもよい。

これにより、レーザ光源１−１は、波長λ_１のレーザ光を出力する。この波長λ_１のレーザ光は、光ファイバー１−３内を通して照明鏡筒１−７内に入射され、コリメータレンズ１−９により平行光に整形されて出射される。この平行光のレーザ光は、光ファイバー３内を通してビームスプリッタ７に入射する。このビームスプリッタ７は、入射したレーザ光を測定光Ｈと参照光Ｒとに分岐する。このうち測定光Ｈは、被検光学系８を透過して球面ミラー１１に入射し、この球面ミラー１１で上方に反射し、再び被検光学系８を透過してビームスプリッタ７に入射する。参照光Ｒは、参照ミラー１２で反射して再びビームスプリッタ７に入射する。

そして、測定光Ｈは、ビームスプリッタ７を透過し、撮像系１５の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置１４に入射し、これと共に参照光Ｒは、ビームスプリッタ７で上方に反射し、測定光Ｈと同様に撮像系１５の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置１４に入射する。これにより、測定光Ｈと参照光Ｒとによる干渉縞が生じ、この干渉縞がＣＣＤ撮像装置１４の撮像面１４ａ上に結像される。

この状態で、波面収差解析装置２からの参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に与えられると、参照ミラー１２は、圧電素子１３の駆動により参照光Ｒの進行方向と同一方向にステップ移動する。例えば９０°位相の異なる４枚の干渉縞画像データを取得する場合、参照ミラー１２は、波長λ_１の８分の１のステップ量で５ステップ移動する。このステップ移動量は、波長λ_１の２分の１のステップ量に相当する。

このように参照ミラー１２がステップ移動する毎に、ＣＣＤ撮像装置１４は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する各干渉縞を撮像し、その各画像信号を出力する。波面収差解析装置２は、ＣＣＤ撮像装置１４から出力された各画像信号を取り込み、例えば９０°位相の異なる４枚の干渉縞画像データを保存する。このとき、ＣＣＤ撮像装置１４は、リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２を介して被検光学系８の瞳位置と共役関係の位置に設けられているので、被検光学系８の瞳の輪郭がＣＣＤ撮像装置１４の撮像面１４ａ上に明確に投影され、被検光学系８の瞳の輪郭境界まで正確に波面収差の評価が可能になる。

一方、波長λｉに最適設計された被検光学系８の波面収差の解析を行う場合、照明系１において、波長λｉのレーザ光を出力するレーザ光源１−２に対応した出射部１−６がオペレータの作業によって照明鏡筒１−７の入射端１−８に対して接続される。この作業と共に、照明系１において波長λｉのレーザ光を出力するレーザ光源１−２に切り換えられたことが波面収差解析装置２に手動により指示入力される。この波面収差解析装置２は、波長λｉのレーザ光の出力指令が自動又は手動で照明系１に発せられると、当該波長λｉに対応する参照ミラー１２のステップ移動量の駆動指令を圧電素子１３に発する。

これにより、上記同様に、参照ミラー１２は、波長λｉに対応するステップ量でステップ移動する。この参照ミラー１２がステップ移動する毎に、ＣＣＤ撮像装置１４は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する各干渉縞を撮像し、その各画像信号を出力する。波面収差解析装置２は、ＣＣＤ撮像装置１４から出力された各画像信号を取り込み、互いに位相の異なる複数枚の干渉縞画像データを保存する。

又、波面収差解析装置２は、それぞれ異なる複数の波長λｉの各レーザ光を被検光学系８に透過させて生成される複数の干渉縞画像データに基づいて波長λｉ毎の被検光学系８の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

又、照明系１は、各レーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６を照明鏡筒１−７の入射端１−８に接続するので、簡単に波長λｉの切れ替えが可能で、かつ波長λｉを切れ替える毎に光軸調整をする必要がなく、非常に短時間に波長λｉの切れ替えができる。

このように上記一実施の形態によれば、照明系１に各波長λ_１、λｉのレーザ光を出力する各レーザ光源１−１、１−２を備え、波面収差の解析を行う被検光学系８の波長λ_１、λｉに合わせていずれか一方のレーザ光源１−１、１−２を選択し、波面収差解析装置２では、照明系１で選択されたレーザ光の波長λ_１、λｉと干渉縞画像データとに基づいて被検光学系８の波面収差を解析するので、通常使用される被検光学系８を設計してきた波長０．６３３μｍ以外のＵＶからＮＩＲの波長領域内のある波長に最適設計された高精度な被検光学系８の波面収差を解析することができる。

すなわち、レーザ光の波長λ_１、λｉを任意に変更し、決定されたレーザ光の波長λ_１、λｉに応じたステップ量で参照ミラー１２をステップ移動するという位相シフト法によって複数の干渉縞画像データを取得するので、任意の波長λ_１、λｉで被検光学系８の波面収差を解析できる。

この場合、干渉計４は、被検光学系８を最適設計したときの波長λ_１、λｉに最適化されたコーティング等を施したビームスプリッタ及び参照ミラー等の各光学素子を用いたその波長λ_１、λｉの専用ものを準備しなくてもよい。これにより、干渉計４は、１台準備すればよく、コストを低減できる。

又、ＣＣＤ撮像装置１４は、リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２を介して被検光学系８の瞳位置と共役関係の位置に設けられているので、被検光学系８の瞳の輪郭がＣＣＤ撮像装置１４の撮像面１４ａ上に明確に投影され、被検光学系８の瞳の輪郭境界まで正確に波面収差の評価ができる。

又、波面収差解析装置２は、被検光学系８の波面収差の解析結果を保存でき、かつそれぞれ異なる複数の波長λｉ毎の被検光学系８の各波面収差の差分に基づいて色収差を求めることができる。

トワイマン・グリーン干渉計４は、１台で複数の波長λｉに対応するには有利であり、その理由を説明すると、通常使用される波長０．６３３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザは、単色性が高いので可干渉距離が長い。このＨｅ−Ｎｅレーザを使用すれば、図４に示す測定光と参照光との光路差が大きいフィゾー型干渉計でも十分なコントラストを有する干渉縞を取得できる。

図４に示すフィゾー型干渉計は、レーザ光源２０から出力されるレーザ光の光路上には、ビームスプリッタ２１が設けられている。このビームスプリッタ２１の透過光路上には、光透過性の参照ミラー２２と、例えば顕微鏡の対物レンズ等の被検光学系８と、球面ミラー１１とが設けられる。又、ビームスプリッタ２１の反射光路上には、ＣＣＤ撮像装置１４が設けられている。レーザ光源２０から出力されるレーザ光は、その一部が参照光として参照ミラー２２で反射してビームスプリッタ２１に入射する。これと共に参照ミラー２２を透過したレーザ光は、測定光として被検光学系８を通って球面ミラー１１に入射し、この球面ミラー１１で反射して再び被検光学系８、参照ミラー２２を通ってビームスプリッタ２１に入射する。これにより、参照光と測定光とにより生じた干渉縞の像がＣＣＤ撮像装置１５に結像される。従って、参照光の光路は、ビームスプリッタ２１から参照ミラー２２で反射し、再びビームスプリッタ２１に入射するまでであり、測定光の光路は、ビームスプリッタ２１から参照ミラー２２、被検光学系８を通って球面ミラー１１で反射し、再びビームスプリッタ２１に入射するまでであり、測定光と参照光との光路差が大きい。

１台の干渉計を用いて複数の波長λｉに対応する場合、使用するレーザ光の波長によっては、フィゾー干渉計に使用できる可干渉距離を確保できないレーザ光源もある。例えば、半導体レーザである。近年、各波長の各半導体レーザが実用化されており、当該半導体レーザ専用の高精度なレンズ等の光学系製品が増加している。従って、複数の波長λｉに対応するには、トワイマン・グリーン干渉計４を用いる方が有利である。しかし、当然のことながらフィゾー型等の様々な干渉計に対して本発明の装置が損なわれないわけではない。可干渉距離の大きいレーザのみと多波長透過波面収差測定装置を構成できる場合は、フィゾー型でもよいことは言うまでもない。

次に、照明系１の別の構成について説明する。なお、図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

図５は照明系１の構成図である。波長λ_１のレーザ光を出力するレーザ光源１−１と、波長λｉのレーザ光を出力するレーザ光源１−２とが設けられている。これらレーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６は、出射部切り替えユニット３０に取り付けられている。この出射部切り替えユニット３０は、例えば円板状の切り替え部材３１と、この切り替え部材３１の略中心部に設けられた回転軸３２とを有する。切り替え部材３１には、各出射部１−５、１−６を取り付ける各孔部３３、３４が設けられている。切り替え部材３１は、回転軸３２を中心に矢印Ａ方向に回転することにより各レーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６のいずれか一方を照明鏡筒１−７の対応位置に位置決めできる。

切り替え部材３１は、オペレータの手動により回転軸３２を回転させて各レーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６を切り換えたり、又はモータ等の軸を回転軸３２に連結して電動により各レーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６を切り換える。又、切り替え部材３１は、波面収差解析装置２からの切り替え指示を受けて、回転軸３２に連結されたモータを駆動して自動的に各レーザ光源１−１、１−２に対応する各出射部１−５、１−６を切り換えてもよい。

図６は別の照明系１の構成図である。複数のレーザ光源１−１〜１−ｉが設けられている。これらレーザ光源１−１〜１−ｉは、それぞれ異なる各波長λ_１〜λｉのレーザ光を出力する。これらレーザ光源１−１〜１−ｉから出力される各レーザ光の光路上には、それぞれシャッタ３５−１〜３５−ｉが設けられている。これらシャッタ３５−１〜３５−ｉは、通常閉じており、使用する波長帯域に応じていずれか１つが選択されて開放する。これらシャッタ３５−１〜３５−ｉは、オペレータの手動により開閉したり、電動により開閉してもよい。又、シャッタ３５−１〜３５−ｉは、波面収差解析装置２からの切り替え指示を受けて自動的に開閉してもよい。

そして、これらシャッタ３５−１、３５−２の出力側の各レーザ光路上には、各ビームスプリッタ３６−１、３６−２が設けられ、かつシャッタ３５−ｉの出力側のレーザ光路上には、ミラー３６−ｉが設けられている。なお、コリメータレンズ１−９は、使用する波長帯域で焦点距離が変化しない色消しレンズを用いるのがよい。

図７は別の照明系１の構成図である。この照明系１は、図６に示す照明系１における各シャッタ３５−１〜３５−ｉを除き、かつ照明鏡筒１−７から出射されるレーザ光の光路上に干渉フィルタ３７を設けた。この干渉フィルタ３７は、オペレータの手動によりレーザ光の光路上に設けたり、電動によりレーザ光の光路上に設けてもよい。又、干渉フィルタ３７は、波面収差解析装置２からの切り替え指示を受けて自動的にレーザ光の光路上に設けてもよい。この干渉フィルタ３７は、使用する波長帯域のレーザ光のみを透過する。なお、この干渉フィルタ３７は、ＣＣＤ撮像装置１４の直前に設けてもよい。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

上記実施の形態では、照明系１と干渉計４とを別々に設けているが、これら照明系１と干渉計４とを一体的に設けることも可能である。

上記実施の形態では、レンズで構成された透過型の対物レンズの波面収差（透過は面収差）を測定する場合についてのみ説明した。しかし、反射型の素子（ミラー）とレンズとを複合した対物レンズ（被検光学系）や反射素子のみで構成された対物レンズ（被検光学系）の波面収差を測定する場合にも、当然のことながら本発明が有効であることは明らかである。被検光学系は、如何なる素子で構成されていてもよい。

本発明に係る波面収差測定装置の第１の実施の形態を示す構成図。 同装置における照明系の構成図。 同装置における平行平面板のビームスプリッタを説明するための図。 フィゾー型干渉計の構成図。 本発明の装置における別の照明系の構成図。 本発明の装置における別の照明系の構成図。 本発明の装置における別の照明系の構成図。

符号の説明

１：照明系、２：波面収差解析装置、３：光ファイバー、４：トワイマン・グリーン干渉計、１−１，１−２：レーザ光源、１−３，１−４：光ファイバー、１−５，１−６：出射部、１−７：照明鏡筒、１−８：入射端、１−９：コリメータレンズ、５：架台、６：アーム、７：ビームスプリッタ、８：被検光学系、９：ベース、１０：ＸＹＺステージ、１１：球面ミラー、１２：参照ミラー、１３：圧電素子（ＰＺＴ）、Ｌ_１，Ｌ_２：レンズ、１４：ＣＣＤ撮像装置、１５：撮像系、７ａ：第１面、７ｂ：第２面、１４ａ：撮像面、３０：出射部切り替えユニット、３１：切り替え部材、３２：回転軸、３３，３４：孔部、３５−１〜３５−ｉ：シャッタ、３６−１、３６−２：ビームスプリッタ、３６−ｉ：ミラー、３７：干渉フィルタ。

Claims (11)

1. コヒーレント光を被検光学系に通過させて前記被検光学系の光学性能を反映した干渉縞を生成し、この干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置であって、
   任意の波長を選択可能な前記コヒーレント光を出力する照明系と、
   前記照明系から選択出力された任意の波長の前記コヒーレント光を被検光学系に通過させ、前記被検光学系を通過した物体光と参照光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉計と、
   前記干渉計により生成された前記干渉縞を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により撮像された前記干渉縞の画像データと前記照明系から選択されて出力された前記コヒーレント光の波長とに基づいて前記被検光学系の波面収差を解析する解析手段と、
   を具備し、
   前記干渉計は、前記コヒーレント光を測定光と参照光とに分岐し、かつ前記被検光学系を通過した前記測定光と前記参照光とを同一方向に反射するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタにより分岐された前記測定光の光路上に設けられた凹面形状の球面ミラーと、
   前記ビームスプリッタにより分岐された前記参照光の光路上に設けられた平面の参照ミラーと、
   前記参照ミラーを微小移動させる駆動部と、
   前記ビームスプリッタから出射されて生成された前記干渉縞を前記撮像装置に結像するリレー光学系と、
   を備え、
   前記被検光学系は、前記ビームスプリッタと前記球面ミラーと間の前記測定光の光路上に設けられる、
   ことを特徴とする波面収差測定装置。
2. 前記照明系は、それぞれ波長の異なる前記コヒーレント光を出力する複数の光源と、
   前記複数の光源からそれぞれ出力される前記複数のコヒーレント光から任意の波長の前記コヒーレント光に選択し切り換えて前記被検光学系に入射させる波長選択手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
3. 前記照明系と前記干渉計との間に設けられ、前記照明系から出力された前記コヒーレント光を前記干渉計に導入する光ファイバを有することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
4. 前記撮像装置は、前記被検光学系の瞳位置と共役関係にあることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
5. 前記ビームスプリッタは、平行平面板に形成され、当該平行平面板の前記コヒーレント光が入射する一方の面に光分割コートを施し、他方の面にＡＲコートを施したことを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
6. 前記球面ミラーはＳｉにより形成されたことを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
7. 前記コヒーレント光は、レーザ光であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の波面収差測定装置。
8. 前記解析手段は、前記被検光学系の波面収差の解析結果を保存可能であることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
9. 前記解析手段は、それぞれ異なる複数の波長の各コヒーレント光を前記被検光学系に通過させて生成される複数の前記干渉縞に基づいて前記波長毎の前記被検光学系の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて色収差を求めることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
10. 前記ビームスプリッタは、交換可能であることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
11. 前記ビームスプリッタは、広帯域波長で使用可能であることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。

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