JP4731314B2 - 光学部品の検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品の検査方法及び装置に関する。特に、情報記録媒体（例えば、光ディスク）に情報を記録する又は該情報記録媒体に記録された情報を読み出す若しくはそれらの両方を行う光学系における光学部品の光学的特性検査に好適に利用できる方法と装置に関する。

レンズやプリズムなどの光学部品の光学的特性を評価するために、光学部品に含まれている収差を検査する方法があり、そこでは光の干渉を利用した計測が利用されている。光の干渉を利用した特性検査方法の一つとして、図２３に示すマハツェンダ型ラジアルシアリング干渉計１０００が知られている。図面を参照すると、この干渉計１０００では、図示しない光源から出射された光１００２が、被検査レンズ１００４とレンズ１００６を透過した後、ハーフミラー１００８で２つの光成分１０１０、１０１２に分解される。ハーフミラー１００８を透過した光成分１０１０は、ミラー１０１４とハーフミラー１０１６で反射し、レンズ１０１８に入射される。他方、ハーフミラー１００８で反射した光成分１０１２は、ハーフミラー１０２０で反射した後、集光レンズ１０２２、ピンホール１０２４、レンズ１０２６、ハーフミラー１０１６を通過し、レンズ１０１８に入射される。このように、二つの光成分１０１０，１０１２はレンズ１０１８上で重ね合わされて干渉像を生成する。そして、干渉像がレンズ１０１８から撮像素子１０２８に投射される。撮像素子１０２８が受像した干渉像の情報は電子信号の形で解析装置１０３０に送信され、そこで干渉像に含まれる干渉縞が解析されて、光学部品である被検査レンズ１００４の光学的特性である波面収差が計測される。

干渉計１０００ではまた、ミラー１０１４が、このミラー１０１４を矢印１０３２で示す方向に移動させる移動機構１０３４に連結されている。通常、移動機構１０３４は、光の波長の数十分の１の微小距離づつ間欠的にミラー１０１４を移動させることができる。この移動機構１０３４を用いて、ミラー１０１４を、光軸方向（光の進行方向）に光の波長の四分の一波長（λ／４）づつ移動させたとき、撮像素子１０２８が受像する干渉像の明るさを図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）に模式的に示す。図示するように、２つの光成分の光路長差がｎλ〔ｎ：整数〕の場合、最も明るい干渉像が得られる〔図２４(Ｄ）〕。また、２つの光成分の光路長差が(1/2+n)λの場合、最も暗い干渉像が得られる〔図２４(Ｂ）〕。そして、２つの光成分の光路長差が(1/4+n)λ、(3/4+n)λの場合、中間の明るさの干渉像が得られる〔（図２４（Ａ），図２４（Ｃ）〕。この関係を以下の表１に示す。

このような特性を利用し、解析装置１０３０は、所定の位相差を有する２つの光成分によって形成される複数の干渉像から情報を取り込み、その情報をゼルニケ（Zernike）の多項式に展開し、その多項式の係数をもって収差を評価する。

光の干渉を利用した別の評価方法として、位相シフト法を用いたものが、非特許文献１，２に開示されている。図２５〜図２８を参照して、位相シフト法を説明する。図２５、図２６Ａ、図２６Ｂ、図２７Ａ，図２７Ｂ、図２８に示すように、干渉させる２つの波面のうちの一方の波面１１００を他方の波面１１０２に対して相対的に進行させると、当該一方の波面１１００の進行と共に干渉条件が変化し、干渉像の明るさ及び光強度が正弦波的に変化する。いま、光学系に収差が無い場合、干渉像中の離れた２点Ｘ，Ｙにおける光強度がそれぞれ正弦波的に変化し、両光強度の変化の間に位相差は無い。しかし、光学系に収差が存在すれば、２つの正弦波の間に位相差Δが発生する。
谷田貝豊彦：応用光学光計測入門、丸善、（１９８８）、ｐ１３１ M. Born, E.Wolf:光学の原理ＩＩ、東海大学出版、（１９９５）、ｐ６９

通常、干渉像又は干渉縞の光強度変化は、干渉に起因する光強度変化だけなく、例えばカメラの感度むらやオリジナル波面の強度分布などに起因する別の強度変化も含まれているが、これら別の強度変化は位相シフト法によって評価され、干渉に起因する光強度変化だけを位相変化（位相パターン）の形で抽出できる。具体的に、位相パターンは、離散フーリエ変換を利用し、２つの光成分の波面の差を１波長としたときの干渉画像を取り込むことによって求めることができる。また、干渉させる２つの波面の一方の位相進み量と取り込み画像枚数を適当に組み合わせることで、フーリエ変換を用いることなく、位相パターンを得ることもできる。

しかし、位相シフト法を用いた干渉計は、２つの大きな問題がある。一つの問題は、ピエゾ素子などの微動機構でミラー等の光学部品を精密に送らなければならないという点である。もう一つの問題は、干渉させる２つの波面の間に大きな光路長差を設ける必要があるという点である。

前者の課題を解決する干渉縞解析方法が特許文献１に開示されている。この干渉縞解析方法によれば、平行光が該平行光の進行方向に対して斜めに配置されたハーフミラーに入射され、ハーフミラーを透過する第１の光成分とハーフミラーで反射する第２の光成分に分割される。透過した第１の光成分は、被測定部材で反射した後、再びハーフミラーに入射され、更に該ハーフミラーで反射して撮像素子で受像される。また、反射した第２の光成分は、参照面で反射した後、再びハーフミラーに入射され、更に該ハーフミラーを透過して撮像素子で受像される。撮像素子は、第１と第２の光成分の干渉像を撮像する。撮像された干渉像の情報は電子情報の形で画像入力基板に入力され、そこでフーリエ変換を用いて干渉縞解析が行われて、被測定部材の収差が評価される。
特開２００１−２２７９０７号公報

また、後者の課題を解決するシアリング干渉光学系が特許文献２に開示されている。このシアリング干渉光学系によれば、被計測部品であるレンズを透過した光が回折格子に入射され、そこから出射された異なる次数の回折光（例えば、０次回折光と＋１次回折光、０次回折光と−１次回折光）の干渉像が撮像素子に投影される。撮影中、回折格子は、その格子溝と直交する方向に移動される。その結果、干渉する２つの回折光の波面間距離が変化することにより、干渉像における光強度が変化する。そして、この光強度の変化を位相シフト法によって評価することで、レンズの収差が評価される。
特開２０００−３２９６４８号公報

しかしながら、マハツェンダ型ラジアルシアリング干渉計や、干渉縞解析方法を採用した干渉計は、２つの光成分の間に十分な大きさの光路長差を設けなければならず、そのために空気の攪乱（屈折率の変化）の影響を受けることがある。そのため、室温が厳密に管理された部屋の中でしかレンズを評価できない、という問題があった。また、シアリング干渉光学系を用いた干渉計では、光学部品を微動させながら複数の干渉画像が取得される。そのため、画像の取得時、例えば外部からの振動でミラー等の光学部品が移動すると正しい画像が得られず、評価結果の信頼性が低くなるという問題があった。また、外部からの振動を受けることが無いように、例えば干渉計の全体を除振台上に載せるという対策が必要であった。

そこで、本発明は、空気攪乱や外部振動の影響を受けることなく光学部品の光学的特性を評価できる、新たな光学部品の検査方法及びその装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る光学部品の検査方法は、
光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成し、
上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉領域を形成し、
上記第１の光の第１の中心と上記第２の光の第２の中心を結ぶ第１の直線と、上記第１の中心と上記第２の中心の中点を通り上記第１の直線と直交する第２の直線を設定し、
上記干渉領域内で、上記第２の直線上に複数の第３の点を設定し、
上記複数の第３の点を通り上記第１の直線に平行な複数の第３の直線を設定し、
上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定し、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の周波数をもとに関数を近似し、
上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価する。

この検査方法では、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記第２の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価する。また、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の二次係数をもとに、上記光学部品の球面収差を評価する。

本発明に係る検査方法の他の形態は、
光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成し、
上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉領域を形成し、
上記第１の光の第１の中心と上記第２の光の第２の中心を結ぶ第１の直線と、上記第１の中心と上記第２の中心の中点を通り上記第１の直線と直交する第２の直線を設定し、
上記干渉領域内で、上記第２の直線上に複数の第３の点を設定し、
上記複数の第３の点を通り上記第１の直線に平行な複数の第３の直線を設定し、
上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定し、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係と「周波数−位相」の関係を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−位相」の関係から、上記最大の光強度に対応する周波数に対応した位相を求め、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の位相に対して関数を近似し、
上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価することを特徴とする。

この検査方法では、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の二次係数をもとに、上記第１の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価する。また、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記光学部品の非点収差を評価する。

本発明に係る光学部品の検査装置は、
光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成する第１の手段と、
上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉像を形成する第２の手段と、
上記干渉像を受像する第３の手段と、
上記第３の手段で受像した干渉像から上記光学部品の光学的特性を評価する第４の手段を有し、
上記第４の手段は、
上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定する手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の周波数をもとに関数を近似する手段と、
上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価する手段を有する。

この検査装置において、上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記第２の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価する。

この検査装置において、上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の一次係数をもとに、上記光学部品の球面収差を評価する。

本発明の他の形態の光学部品の検査装置は、
光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成する第１の手段と、
上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉像を形成する第２の手段と、
上記干渉像を受像する第３の手段と、
上記第３の手段で受像した干渉像から上記光学部品の光学的特性を評価する第４の手段を有し、
上記第４の手段は、
上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定する手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係と「周波数−位相」の関係を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−位相」の関係から、上記最大の光強度に対応する周波数に対応した位相を求める手段と、
上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の位相に対して関数を近似する手段と、
上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価する手段を備えている。

この検査装置において、上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の二次係数をもとに、上記第１の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価する。

この検査装置において、上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記光学部品の非点収差を評価する。

この検査装置の具体的形態において、上記第１の手段は回折格子を備えており、上記第１の光と上記第２の光が上記光学部品を通過した光を回折格子で回折して得られた回折光である。

この検査装置の他の具体的形態において、上記第１の手段は、上記光学部品を通過した光を２つの光に分割する分割手段と、上記分割手段で分割された一方の光の位相を変調する位相変調手段を備えている。

この検査装置の他の具体的形態において、
上記第１の手段は、
上記光学部品を通過した光を反射して第１の光を形成する第１の反射面と、
上記第１の反射面と異なる場所に設けられており、上記光学部品を通過した光を反射して第２の光を形成する第２の反射面を備えており、
上記第１の反射面と第上記２の反射面が、上記第１の光と上記第２の光を上記第２の手段に提供するように配置されている。

このような構成を備えた本発明によれば、検査装置における光路長を短くでき、光学部品を移動させる必要がない。また、小型で耐振動性に優れたレンズ検査装置を提供できる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る光学部品の検査方法及びその装置の実施形態を説明する。なお、複数の図面において、同一の符号は同一又は類似の部品又は部材を示す。

《１．検査装置の概略の構成及び動作》
図１は、本発明に係る検査装置の概略構成を示す。図面に表されているように、検査装置１０において、光源１２は、検査装置１０の光軸１４に沿って光（オリジナル光）１６を出射する。検査対象の光学部品は光軸１４上に配置される。実施の形態では、光学部品は凸レンズ１８であり、レンズ１８の中心軸を光軸１４にほぼ一致させて配置される。検査対象は凸レンズに限るものでなく、凹レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズなどの種々のレンズが対象となり得る。また、検査対象はレンズに限るものでなく、他の光学部品、例えば組レンズ、ミラー、アパーチャプレート、プリズムも含み得る。

干渉縞形成手段２０は、レンズ１８を透過した光１６が通過する経路上に配置されており、レンズ１８の焦点位置又はほぼ焦点位置に、オリジナル光１６から異なる位相を有する複数の光（光コンポーネント）を形成する手段として、回折格子２２を備えている。実施の形態では、回折格子２２は、光軸１４と直交する平面を有し、そこに光軸１４と直交する複数の平行な溝を備えている。したがって、回折格子２２は、入射された光１６から複数の光コンポーネントである回折光を形成する。例えば、図２は、回折格子２２によって形成される３つの光（０次回折光２４、＋１次回折光２６、−１次回折光２８）を示している。図示するように、実施の形態では、０次回折光２４と＋１次回折光２６が干渉して一つの干渉像３０を形成し、０次回折光２４と−１次回折光２８が干渉して別の干渉像３２を形成するようにしてある。

図１に戻り、干渉縞形成手段２０はまた、回折格子２２によって形成された一つ又は複数の干渉像が入射されるレンズ３４を備えている。実施の形態では、レンズ３４は、２つの干渉領域（干渉像）３０，３２が入射されるように配置されており、入射された光１６を平行又はほぼ平行な光に変換する。

回折格子２２とレンズ３４は支持部材であるホルダ３６に一体的に保持されている。ホルダ３６は移動機構３８に連結されており、回折格子２２及びレンズ３４と共に光軸１４に沿って移動するようにしてある。好ましい実施形態では、移動機構３８は、ホルダを微動させることができるピエゾ駆動素子が使用される。

レンズ４０は、レンズ３４からの平行又はほぼ平行な光を受けるように配置されており、レンズ３８から送り出された光を集光する。

撮像素子４２は、レンズ４０からの光を干渉領域３０，３２と共に受像するように配置されている。好ましい実施の形態では、撮像素子４２は電荷撮像素子（ＣＣＤ）で構成されている。

解析装置４４は、撮像素子４２と通信ライン又はケーブル４６を介して接続されており、撮像素子４２の撮像した画像データがケーブル４６を通じて入力されるようにしてある。好ましい実施の形態では、解析装置４４はディスプレイ４８を備えており、撮像素子４２が撮影した画像及び後に説明するように解析装置４４が解析した結果を表示するようにしてある。

このような構成を備えた検査装置１０によれば、光源１２から出射された光１６は、検査対象のレンズ１８に入射された後、集光されて回折格子２２に入射される。回折格子２２は、入射された光１６を回折し、複数の回折光（０次回折光２４、＋１次回折光２６、−１次回折光２８）を生成する。図２に示すように、０次回折光２４と＋１次回折光２６が干渉して一つの干渉領域３０を形成しており、０次回折光２４と−１次回折光２８が干渉して別の干渉領域３２を形成する。各干渉領域３０，３２には、干渉縞５０（図３参照）が含まれている。レンズ３４に入射された光は平行な光に変換された後、レンズ４０で集光されて撮像素子４２に投影される。撮像素子４２は、受像した画像（干渉領域３０，３２を含む。）の情報を、ケーブル４６を介して解析装置４４に送信する。解析装置４４は、後に説明する解析方法に従って画像を処理し、レンズ３４の光学的特性である収差を評価する。

《２．解析装置及び解析方法》
解析装置４４は、図４のフローチャートに示す処理を行う。この処理において、解析装置４４は、干渉領域３０、３２に表れる干渉縞５０（図３参照）の数を調整する（Ｓ１）。干渉縞の密度（単位長さあたりの数）は、デフォーカスの大きさに依存するので、移動機構３８を駆動して回折格子２２とレンズ３４を光軸１４に沿って移動させて干渉縞の数を調整する（Ｓ１）。後に説明するフーリエ解析の精度を高めるために、干渉縞５０の数はできるだけ多いことが好ましい。干渉縞５０の数は、干渉領域を形成している２つの回折光の中心を結ぶ線又はそれと平行な線上で光強度の分布を計測することによって計測できる。または、ディスプレイ４８に表示される干渉縞５０の数をオペレータが視覚的に確認することで計測することもできる。

干渉縞５０のパターンは、レンズ１８に含まれる収差に依存する。例えば、レンズ１８が、Ｘ方向（回折格子の溝と直交する方向）のコマ収差（Ｘ）、Ｙ方向（回折格子の溝と平行な方向）のコマ収差（Ｙ）を含む場合、それぞれ図５、図６に示す縞パターン５２，５４が表れる。また、レンズ１８が、非点収差、球面収差を含む場合、それぞれ図７、図８に示す縞パターン５６，５８が表れる。

解析装置４４は、撮像素子４２が受像した画像を解析する。具体的に、図９に示すように、例えば干渉領域３０において、２つの回折光２４，２６の中心６２，６４を結ぶ第１の直線６６を設定する（Ｓ２）。第１の直線６６は、回折格子２２の溝と直交するＸ方向に一致する。以下、第１の直線を「Ｘ軸」という。次に、回折光２４，２６の中心６０，６２の中点６８を通り、Ｘ軸６６と直交する第２の直線７０を設定する（Ｓ３）。第２の直線７０は、回折格子２２の溝と平行なＹ方向に一致する。以下、第２の直線を「Ｙ軸」という。続いて、干渉領域３０で、第２の直線上７０上に複数の第３の点７１を設定する（Ｓ４）。また、複数の第３の点７１をとおり、Ｘ軸６６と平行な複数の第３の直線７２を設定する（Ｓ５）。複数の第３の点７１は、後に行う数学的解析を容易にするために、Ｙ軸７０上に等間隔に配置することが好ましい。

解析装置４４は、各直線７２上の複数の計測点７４で光強度を計測する（Ｓ６）。計測点７４は、後に説明するフーリエ解析の精度を高めるために、各直線７２上にできるだけ多く、すなわち出来るだけ小さな一定の間隔をあけて、設定することが好ましい。各直線７２の計測点７４で計測された光強度の分布７６の一例が図１０に示してある。図示するように、光強度は、干渉縞５０の分布に応じた波形を描く。

解析装置４４は、各直線７２について、該直線７２上の計測点７４で取得した光強度の値をフーリエ解析して、図１１に示す周波数−光強度の関係７８と、図１２に示す周波数−位相の関係８０を取得する（Ｓ７）。次に、図１１に示す周波数−光強度の関係７８から、最大の光強度Ｉｍａｘに対応する周波数ｆｋを求める（Ｓ８）。また、図１２に示す周波数−位相の関係８０から、周波数ｆｋに対応する位相Ｐｋを求める（Ｓ９）。以上の処理は各直線７２について行なわれ、各直線７２について周波数ｆｋと位相Ｐｋが求められる。次に、図１３，１４に示すように、求めた周波数ｆｋは周波数を横軸、Ｙ軸を縦軸とする周波数座標８１に展開され、周波数特性８２が得られる。また、図１５，１６に示すように、求めた位相Ｐｋは位相を横軸、Ｙ軸を縦軸とする位相座標８３に展開され、位相特性８４が得られる。なお、発明の理解を容易にするために、実施の形態では、図１３，図１４に示すように、実際にグラフ上に周波数や位相を描画（プロット）しているが、必ずしもグラフ上に周波数や位相を描画する必要はなく、周波数及び位相とＹ軸座標との関係（図１３，図１４に示す周波数、位相とＹ軸座標との関係）がコンピュータの記憶部に記憶されていればよい。

周波数特性８２と位相特性８４はレンズ１８に含まれる各種収差と関連している。典型的には、レンズ１８にコマ収差（Ｘ）、コマ収差（Ｙ）、非点収差、球面収差が含まれている場合、それぞれ図１７（Ａ）〜図２０（Ａ）に示す周波数特性と図１７（Ｂ）〜図２０（Ｂ）に示す位相特性が描かれる。具体的に、コマ収差（Ｘ）が存在する場合、周波数特性はｆｋが一定の直線を描き〔図１７（Ａ）〕、位相特性は位相Ｐｋに関して二次関数の曲線を描く〔図１７（Ｂ）〕。コマ収差（Ｙ）が存在する場合、周波数特性は周波数ｆｋに関して一次関数の直線を描き〔図１８（Ａ）〕、位相特性はＰｋが一定の直線を描く〔図１８（Ｂ）〕。非点収差が存在する場合、周波数特性はｆｋが一定の直線を描き〔図１９（Ａ）〕、位相特性は位相Ｐｋに関して一次関数の曲線を描く〔図１９（Ｂ）〕。球面収差が存在する場合、周波数特性は周波数ｆｋに関して二次関数の曲線を描き〔図２０（Ａ）〕、位相特性はＰｋが一定の直線を描く〔図２０（Ｂ）〕。

したがって、解析装置４４は、図１３に示すように、周波数座標８１にプロットされた周波数特性８２に数１の一次関数Ｆ_１（ｙ）をフィッティングして、この一次関数Ｆ_１（ｙ）の一次係数（ｙの係数ａ_１）をコマ収差（Ｙ）の評価値とする（Ｓ１０）。

また、図１４に示すように、周波数特性８２に数２の二次関数Ｆ_２（ｙ）をフィッティングして、この二次関数Ｆ_２（ｙ）の二次係数（ｙ^２の係数ａ_２）を球面収差の評価値とする（Ｓ１０）。

さらに、図１５に示すように、位相座標８３にプロットされた位相特性８４に数３の一次関数Ｆ_３（ｙ）をフィッティングして、この一次関数Ｆ_３（ｙ）の一次係数（ｙの係数ａ_３）を非点収差の評価値とする（Ｓ１０）。

そして、図１６に示すように、位相特性に数４の二次関数Ｆ_４（ｙ）をフィッティングして、この二次関数Ｆ_４（ｙ）の二次係数（ｙ^２の係数ａ_４）をコマ収差（Ｘ）の評価値とする（Ｓ１０）。

なお、直線及び曲線のフィッティングは、周知の直線回帰及び曲線回帰によって行う。

最後に、解析装置４４は、以上のようにして得られたコマ収差（Ｘ）、コマ収差（Ｙ）、非点収差、球面収差の評価値（ａ_１〜ａ_４）をディスプレイ４８に表示する（Ｓ１１）。

《３．検査装置の第２の実施形態》
図２１は、実施の形態２に係る検査装置１００の構成を示す。図示するように、光源１０２は、検査装置１００の光軸１０４に沿って光（オリジナル光）１０６を出射し、レンズ１０８を介して検査対象の光学部品１１０に入射する。検査対象の光学部品は光軸１０４上に配置される。実施の形態では、光学部品は凸レンズ１０８であり、レンズ１０８の中心軸を光軸１０４にほぼ一致させて配置される。実施の形態１と同様に、検査対象は凸レンズに限るものでなく、凹レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズなどの種々のレンズが対象となり得るし、検査対象はレンズに限るものでなく、他の光学部品、例えば組レンズ、ミラー、アパーチャプレートプレート、プリズムも含み得る。

干渉縞形成手段１１１は、レンズ１１０を透過した光１０６が通過する経路上に配置されており、オリジナル光１０６から異なる位相を有する２つの光（光コンポーネント）を形成する手段を備えている。実施の形態では、干渉縞形成手段１１１は、レンズ１１０を透過した光１０６の進行経路上に、光１０６を第１の光１１４と第２の光１１６に分割するハーフミラー１１２を有する。

第１の光１１４の進行経路上には、位相変調ユニット（位相変調手段）１１８が配置されている。位相変調ユニット１１８は、そこに入射される光の位相を変えることができるもので、例えば、浜松ホトニクス株式会社（所在地：静岡県浜松市砂山町３２５−６）から販売されている光アドレス型平行配向液晶空間光変調器ＰＡＬ−ＳＬＭシリーズ、プログラマブル位相モジュレータ（Programmable Phase Modulator）Ｘ８０７７シリーズ、Ｘ８２６７シリーズが好適に利用できる。したがって、位相変調ユニット１１８に入射された光１１４はその位相が変調されて出力され、後に説明するように、第２の光１１６の進行経路上に配置されたハーフミラー１２８に入射される。

第２の光１１６の進行経路上には、ミラー１２０、集光レンズ１２２、アパーチャプレート１２４、レンズ１２６及びハーフミラー１２８が配置されており、ハーフミラー１２８上で、オリジナル光１０６と同一の位相を有する第２の光１１６と、上述のように位相変調された第１の光１１４が重ね合わされるようになっている。ハーフミラー１２８で重ね合わされた２つの光１１４，１１６は、レンズ１３０で集光されて撮像素子１３０に入射される。好ましい実施の形態では、撮像素子１３０は電荷撮像素子（ＣＣＤ）で構成されている。

解析装置１３４は、撮像素子１３２と通信ライン又はケーブル１３６を介して接続されており、撮像素子１３２の撮像した画像データがケーブル１３６を通じて入力されるようにしてある。好ましい実施の形態では、解析装置１３４はディスプレイ１３８に接続されており、撮像素子１３２が撮影した画像（位相変調された光１１４と位相変調されていない光１１６の干渉像）及び後に説明するように解析装置１３４の解析結果を表示するようにしてある。

実施の形態１で説明したように、撮像素子１３２が受像する干渉像に含まれる干渉縞の数を調整するために、検査装置１００は、レンズ１１０を光軸１０４と平行な方向に移動させるための移動機構１４０を有する。移動機構１４０は、レンズ１１０を保持するホルダ１４２と、このホルダ１４２をレンズ１１０と共に光軸方向に移動させる駆動源１４４を有する。

このような構成を備えた検査装置１００によれば、光源１０２から出射された光１０６は、レンズ１０８を介して検査対象レンズ１１０に入射された後、干渉縞形成手段１１１に入射される。干渉縞形成手段１１１において、光１０６はハーフミラー１１２で第１の光１１４と第２の光１１６に分割される。次に、第１の光１１４は、位相変調ユニット１１８に入射され、そこで位相が変調された後、ハーフミラー１２８に入射される。一方、第２の光１１６は、ミラー１２０で反射され、レンズ１２２で集光されてアパーチャプレート１２４を透過した後、レンズ１２６を介してハーフミラー１２８に入射される。ハーフミラー１２８に入射された、第１の位相（変調後の位相）を有する第１の光１１４と第２の位相（変調前の位相）を有する２つの光１１６はハーフミラー１２８上で重ね合わされた干渉像を形成する。そして、その干渉像がレンズ１３０を介して撮像素子１３２に受像される。撮像素子１３２は、受像した画像（干渉像）の情報を、ケーブル１３６を介して解析装置１３４に送信する。解析装置１３４は、上述の解析方法に従って画像を処理し、レンズ１０８の光学的特性である収差を評価する。光学的特性を評価する方法は、実施の形態１に関連して説明したとおりで、評価結果のコマ収差（Ｘ）、コマ収差（Ｙ）、非点収差、球面収差の評価値（ａ_１〜ａ_４）がディスプレイ１３８に表示される。なお、必要に応じて、移動機構１４０を駆動してレンズ１１０の位置を調整し、干渉縞の数が調整される。

《４．検査装置の第３の実施形態》
図２２は、実施の形態３に係る検査装置２００の構成を示す。図示するように、光源２０２は、検査装置２００の光軸２０４に沿って光（オリジナル光）２０６を検査対象の光学部品に出射する。検査対象の光学部品は光軸２０４上に配置される。実施の形態では、光学部品は凸レンズ２０８であり、レンズ２０８の中心軸を光軸２０４にほぼ一致させて配置される。実施の形態１、２と同様に、検査対象は凸レンズに限るものでなく、凹レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズなどの種々のレンズが対象となり得るし、検査対象はレンズに限るものでなく、他の光学部品、例えば組レンズ、ミラー、アパーチャプレート、プリズムも含み得る。

レンズ２０８を透過した光の経路上には、レンズ２１０が配置されている。実施の形態１で説明したように、撮像素子が受像する干渉像に含まれる干渉縞の数を調整するために、検査装置２００は、レンズ２１０を光軸２０４と平行な方向に移動させるための移動機構２１２を有する。移動機構２１２は、レンズ２１０を保持するホルダ２１４と、このホルダ２１４をレンズ２１０と共に光軸方向に移動させる駆動源２１６を有する。

レンズ２１０を透過した光の進行経路上には、干渉縞形成手段２１８が配置されている。干渉縞形成手段２１８は、所定の厚みｔを有するミラー２２０で形成されている。ミラー２２０の厚みｔは、これに入射された光から干渉像を得るために、以下の数５の関係を有することが好ましい。

ミラー２２０は、透光性材料からなる基板２２２と、基板２２２の前面に設けられた第１の反射層２２４と、基板２２の背面に設けられた第２の反射層２２６を有する。基板２２２は、入射した光を損失無く透過し得る材料（例えば、ガラス）で形成することが好ましい。第１の反射層２２４と第２の反射層２２６は、例えば、第１の反射層２２４がミラー２２０に入射された光の一部を反射して第１の光（光成分）２２８を形成し、第２の反射層２２６がミラー２２０に入射された光の一部を反射して第２の光（光成分）２３０を形成するように設計されている。このような反射層２２４，２２６は、基板２２２の前面と背面にそれぞれアルミニウムなどの高反射性材料を蒸着させて形成され、その厚みを調整することによって反射率が調整される。好ましくは、反射層２２４，２２６の厚みは、ミラー２２０から出力される第１の光２２８の光の強度と第２の光の強度がほぼ等しくなるように選択される。

図示するように、ミラー２２０から反射された第１の光２２８と第２の光２３０は、例えば、ミラー２２０が光軸２０４に対して４５°の角度をもって傾斜して配置されている場合、両者の光路長差Ｌ（＝√２・ｔ）に対応する位相差を有する。したがって、ミラー２２０から出射した光２２８，２３０は、重ね合わされた干渉像を形成する。

干渉像を含む光２２８，２３０は、レンズ２３２で集光されて撮像素子２３４に入射される。好ましい実施の形態では、撮像素子２３４は電荷撮像素子（ＣＣＤ）で構成されている。

解析装置２３６は、撮像素子２３４で通信ライン又はケーブル２３８を介して接続されており、撮像素子２３４の撮像した画像データがケーブル２３８を通じて入力されるようにしてある。好ましい実施の形態では、解析装置２３６はディスプレイ２４０に接続されており、撮像素子２３４が撮影した画像（位相の異なる光２２８，２３０の干渉像）及び後に説明するように解析装置２３６が解析した結果を表示するようにしてある。

このような構成を備えた検査装置２００によれば、光源２０２から出射された光２０６は、検査対象レンズ２０８を介してレンズ２１０に入射された後、干渉縞形成手段のミラー２１８に入射される。ミラー２１８は、前面の第１の反射層２２４に入射した光の一部を反射して第１の光２２８を形成する。第１の反射層２２４を透過した光は、基板２３０を透過した後、背面の第２の反射層２２６に入射し、そこでほぼ完全に反射して第２の光２３０を形成する。第２の反射層２２６で反射した第２の光２３０は、基板２２２、第１の反射層２２４を透過し、第１の光２２８と重ね合わされて干渉像２４２を形成する。そして、その干渉像がレンズ２３２を介して撮像素子２３４に受像される。撮像素子２３４は、受像した画像（干渉像）の情報を、ケーブル２３８を介して解析装置２３６に送信する。解析装置２３６は、上述の解析方法に従って画像を処理し、レンズ２０８の光学的特性である収差を評価する。光学的特性を評価する方法は、実施の形態１に関連して説明したとおりで、評価結果のコマ収差（Ｘ）、コマ収差（Ｙ）、非点収差、球面収差の評価値（ａ_１〜ａ_４）がディスプレイ２４０に表示される。このとき、移動機構２１２を駆動してレンズ２０８の位置を調整し、干渉縞の数が調整される。

以上で説明したように、本発明に係る検査方法及び検査装置によれば、回折格子を光軸と直交方向に精密に移動させる機構が必要ないし、外部の振動や雰囲気の乱れによる外乱を受けにくいので、高精度に光学部品の性能を評価できる。

本発明に係る検査装置の構成を示す図。 図１の検査装置の回折格子から出射される光の干渉状態を示す図。 図１の検査装置において形成される干渉像及び干渉縞を示す図。 図１の解析装置における処理を示すフローチャート。 コマ収差（Ｘ）に起因する干渉縞を示す図。 コマ収差（Ｙ）に起因する干渉縞を示す図。 非点収差に起因する干渉縞を示す図。 球面収差に起因する干渉縞を示す図。 解析装置の処理を説明する図。 第３の直線上における光強度の分布を示す図。 図１０における光強度分布を周波数解析して得られた周波数と光強度との関係を示すグラフを示す図。 図１０における光強度分布を位相解析して得られた周波数と位相との関係を示すグラフを示す図。 複数の第３の直線上で得られた最大周波数の分布を示す周波数特性及びこれに直線回帰された一次関数を示すグラフの図。 複数の第３の直線上で得られた最大周波数の分布を示す周波数特性及びこれに曲線回帰された二次関数を示すグラフの図。 図１３と同様に、複数の第３の直線上で得られた最大周波数の分布を示す周波数特性及びこれに直線回帰された一次関数を示すグラフの図。 図１４と同様に、複数の第３の直線上で得られた最大周波数の分布を示す周波数特性及びこれに曲線回帰された二次関数を示すグラフの図。 コマ収差（Ｘ）の周波数特性と位相特性を示す図。 コマ収差（Ｙ）の周波数特性と位相特性を示す図。 非点収差の周波数特性と位相特性を示す図。 球面収差の周波数特性と位相特性を示す図。 実施の形態２に係る検査装置の構成を示す図。 実施の形態３に係る検査装置の構成を示す図。 マハツェンダ型ラジアルシアリング干渉計の構成を示す図。 図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）は、図２３の干渉計において、ミラーを光軸方向に光の波長の四分の一波長づつ移動させたときに撮像素子が受像する干渉像の明るさを示す図。 位相シフト法に利用される２つの波面を示す図。 位相シフト法において位相が進行する一方の波面が進行する状態を示す図〔図２６（Ａ）〕、この進行する一方の波面上の２点を示す図〔図２６（Ｂ）〕。 位相シフト法において位相が固定された他方の波面が進行する状態を示す図〔図２７（Ａ）〕、この位相が固定された他方の波面上の２点を示す図〔図２７（Ｂ）〕。 波面の位相進み量と干渉像における２点の光強度の変化を示す図。

符号の説明

１０：検査装置、１２：光源、１４：光軸、１６：オリジナル光、１８：レンズ、２０：干渉像形成手段、２２：回折格子、２４：０次回折光、２６：＋１次回折光、２８：−１次回折光、３０、３２：干渉領域（干渉像）、３４：レンズ、３６：ホルダ、３８：移動機構、４０：レンズ、４２：撮像素子、４４：解析装置、４６：ケーブル、４８：ディスプレイ、５０：干渉縞、５２，５４，５６，５８：干渉縞パターン、６０，６２：中心、６６：第１の直線（Ｘ軸）、６８：中点、７０：第２の直線（Ｙ軸）、７１：第３の点、７２：第３の直線、７４：計測点、７６：光強度の分布、７８：周波数と光強度の関係、８０：周波数と位相の関係、８２：周波数特性、８４：位相特性、１００、２００：検査装置

Claims (15)

1. 光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成し、
   上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉領域を形成し、
   上記第１の光の第１の中心と上記第２の光の第２の中心を結ぶ第１の直線と、上記第１の中心と上記第２の中心の中点を通り上記第１の直線と直交する第２の直線を設定し、
   上記干渉領域内で、上記第２の直線上に複数の第３の点を設定し、
   上記複数の第３の点を通り上記第１の直線に平行な複数の第３の直線を設定し、
   上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定し、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の周波数に対して関数を近似し、
   上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価することを特徴とする
   光学部品の検査方法。
2. 上記関数が一次関数であり、上記一次関数の一次係数をもとに、上記第２の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価することを特徴とする
   請求項１に記載の光学部品の検査方法。
3. 上記関数が二次関数であり、上記二次関数の二次係数をもとに、上記光学部品の球面収差を評価することを特徴とする
   請求項１に記載の光学部品の検査方法。
4. 光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成し、
   上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉領域を形成し、
   上記第１の光の第１の中心と上記第２の光の第２の中心を結ぶ第１の直線と、上記第１の中心と上記第２の中心の中点を通り上記第１の直線と直交する第２の直線を設定し、
   上記干渉領域内で、上記第２の直線上に複数の第３の点を設定し、
   上記複数の第３の点を通り上記第１の直線に平行な複数の第３の直線を設定し、
   上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定し、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係と「周波数−位相」の関係を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−位相」の関係から、上記最大の光強度に対応する周波数に対応した位相を求め、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の位相をもとに関数を近似し、
   上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価することを特徴とする
   光学部品の検査方法。
5. 上記関数が二次関数であり、上記二次関数の二次係数をもとに、上記第１の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価することを特徴とする
   請求項４に記載の光学部品の検査方法。
6. 上記関数が一次関数であり、上記一次関数の一次係数をもとに、上記光学部品の非点収差を評価することを特徴とする
   請求項４に記載の光学部品の検査方法。
7. 光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成する第１の手段と、
   上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉像を形成する第２の手段と、
   上記干渉像を受像する第３の手段と、
   上記第３の手段で受像した干渉像から上記光学部品の光学的特性を評価する第４の手段を有し、
   上記第４の手段は、
   上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定する手段と、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求める手段と、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係を求める手段と、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求める手段と、
   上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の周波数に対して関数を近似する手段と、
   上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価する手段を備えたことを特徴とする
   光学部品の検査装置。
8. 上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記第２の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価することを特徴とする
   請求項７に記載の光学部品の検査装置。
9. 上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の二次係数をもとに、上記光学部品の球面収差を評価することを特徴とする
   請求項７に記載の光学部品の検査装置。
10. 光学部品を通過した光から、異なる位相を有する第１の光と第２の光を形成する第１の手段と、
    上記第１の光と上記第２の光を干渉させて干渉像を形成する第２の手段と、
    上記干渉像を受像する第３の手段と、
    上記第３の手段で受像した干渉像から上記光学部品の光学的特性を評価する第４の手段を有し、
    上記第４の手段は、
    上記複数の第３の直線上に複数の評価点を設定する手段と、
    上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記複数の評価点で光強度の分布を求める手段と、
    上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記光強度の分布から「周波数−光強度」の関係と「周波数−位相」の関係を求める手段と、
    上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−光強度」の関係から、最大の光強度に対応する周波数を求める手段と、
    上記複数の第３の直線のそれぞれについて、上記「周波数−位相」の関係から、上記最大の光強度に対応する周波数に対応した位相を求める手段と、
    上記複数の第３の直線のそれぞれについて求めた上記複数の位相をもとに関数を近似する手段と、
    上記近似された関数の係数をもとに上記光学部品の収差を評価する手段を備えたことを特徴とする
    光学部品の検査装置。
11. 上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として二次関数を設定し、上記二次関数の二次係数をもとに、上記第１の直線の方向に関する上記光学部品のコマ収差を評価することを特徴とする
    請求項１０に記載の光学部品の検査装置。
12. 上記光学部品の収差を評価する手段は、上記関数として一次関数を設定し、上記一次関数の一次係数をもとに、上記光学部品の非点収差を評価することを特徴とする
    請求項１０に記載の光学部品の検査装置。
13. 上記第１の手段は回折格子を備えており、上記第１の光と上記第２の光が上記光学部品を通過した光を回折格子で回折して得られた回折光であることを特徴とする
    請求項７〜１２のいずれかに記載の光学部品の検査装置。
14. 上記第１の手段は、上記光学部品を通過した光を２つの光に分割する分割手段と、上記分割手段で分割された一方の光の位相を変調する位相変調手段を備えていることを特徴とする
    請求項７〜１２のいずれかに記載の光学部品の検査装置。
15. 上記第１の手段は、
    上記光学部品を通過した光を反射して第１の光を形成する第１の反射面と、
    上記第１の反射面と異なる場所に設けられており、上記光学部品を通過した光を反射して第２の光を形成する第２の反射面を備えており、
    上記第１の反射面と上記第２の反射面が、上記第１の光と上記第２の光を上記第２の手段に向けて反射するように配置されていることを特徴とする
    請求項７〜１２のいずれかに記載の光学部品の検査装置。

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