JP5235591B2 - Method for measuring transmitted wavefront of birefringent optical element - Google Patents

Method for measuring transmitted wavefront of birefringent optical element Download PDF

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Description

本発明は、各種光学機器に搭載されるレンズやフィルタ等の光学素子の透過波面測定方法に関し、特に、複屈折性を有する光学素子の透過波面測定を、直線偏光を測定光として行う場合に好適な複屈折性光学素子の透過波面測定方法に関する。   The present invention relates to a method for measuring a transmitted wavefront of an optical element such as a lens or a filter mounted on various optical devices, and is particularly suitable when the transmitted wavefront measurement of an optical element having birefringence is performed using linearly polarized light as measurement light. The present invention relates to a transmitted wavefront measuring method for a birefringent optical element.

従来、干渉計を用いた透過波面測定により、レンズ等の光学素子が有する収差を測定する手法が、光学素子の性能検査のために広く用いられている(下記特許文献1,2参照)。一般に干渉計では、レーザ光等の直線偏光を測定光として利用しているものが多く、透過波面測定用の干渉計においても直線偏光を測定光とするものが一般的である。   Conventionally, a technique of measuring aberrations of an optical element such as a lens by measuring a transmitted wavefront using an interferometer has been widely used for performance inspection of the optical element (see Patent Documents 1 and 2 below). In general, many interferometers use linearly polarized light such as laser light as measurement light, and interferometers for transmission wavefront measurement generally use linearly polarized light as measurement light.

一方、近年においては、多くの光学素子が、ポリカーボネート等に代表される種々の樹脂材料により形成されている。このような樹脂製の光学素子の中には、複屈折性(光学異方性)を有するものがあり、特に、射出成形された光学素子の中には、樹脂注入時の圧力分布の不均一より生じた成形品の内部応力等が原因となって、かなり強い複屈折性を示すものが知られている。   On the other hand, in recent years, many optical elements are formed of various resin materials typified by polycarbonate. Some of these resin optical elements have birefringence (optical anisotropy). In particular, in injection molded optical elements, the pressure distribution during resin injection is not uniform. Due to the internal stress and the like of the molded product produced more, there is known one that exhibits a considerably strong birefringence.

特開2007−78593号公報JP 2007-78593 A 特許第2951366号公報Japanese Patent No. 2951366

上述のような複屈折性を有する光学素子(以下「複屈折性光学素子」と称する)の透過波面測定を、直線偏光を測定光とする干渉計を用いて行った場合、撮像された干渉縞の一部領域において、被検光学素子の複屈折性の影響により、透過波面の波面形状情報が正しく担持されないことがある。   When the transmitted wavefront measurement of the optical element having birefringence as described above (hereinafter referred to as “birefringent optical element”) is performed using an interferometer using linearly polarized light as measurement light, the imaged interference fringes In some areas, the wavefront shape information of the transmitted wavefront may not be correctly carried due to the influence of the birefringence of the optical element to be tested.

このように波面形状情報が正しく担持されない領域(以下「不適正領域」と称することがある)が干渉縞に生じていると、従来の測定方法では透過波面測定を適正に行うことができないという問題があった。   As described above, when a region in which wavefront shape information is not properly carried (hereinafter sometimes referred to as an “inappropriate region”) is generated in the interference fringes, the conventional measurement method cannot properly perform the transmitted wavefront measurement. was there.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、直線偏光を測定光とする透過波面測定において、被検光学素子の複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった領域を有する干渉縞が撮像される場合でも、透過波面測定を適正に行うことが可能な複屈折性光学素子の透過波面測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in transmitted wavefront measurement using linearly polarized light as measurement light, information on the wavefront shape of the transmitted wavefront is correctly carried by the influence of the birefringence of the optical element under test. It is an object of the present invention to provide a transmitted wavefront measuring method for a birefringent optical element capable of appropriately performing transmitted wavefront measurement even when an interference fringe having a region that has not been captured.

本発明に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法は、複屈折性を有する被検光学素子に直線偏光の測定光を照射し、該被検光学素子を透過した透過波面を参照波面と干渉させることにより得られる干渉縞の画像データに基づき前記透過波面の収差を測定する方法であって、
前記測定光の偏光面の方向と前記被検光学素子との相対的な位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞において、前記被検光学素子の複屈折性の影響により前記透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する不適正領域特定ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、前記不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、前記透過波面全域の波面形状情報を求める波面形状取得ステップと、
前記透過波面全域の波面形状情報に基づき前記透過波面の収差を測定する波面収差測定ステップと、をこの順に行うことを特徴とする。
The method for measuring a transmitted wavefront of a birefringent optical element according to the present invention irradiates a test light element having birefringence with linearly polarized measurement light, and interferes the transmitted wavefront transmitted through the test optical element with a reference wavefront. A method for measuring aberration of the transmitted wavefront based on image data of interference fringes obtained by:
An interference fringe imaging step of imaging the interference fringe for each of a plurality of imaging arrangement positions set so that the relative positional relationship between the direction of the polarization plane of the measurement light and the optical element to be measured is different from each other;
In each of the interference fringes picked up at each of the plurality of pick-up positions, an improper region in which information on the wavefront shape of the transmitted wavefront is not properly carried due to the influence of the birefringence of the optical element to be tested is specified. An appropriate region identification step;
The wavefronts of the entire transmitted wavefront are connected by combining the wavefront shape information corresponding to the other areas excluding the inappropriate area of each interference fringe imaged at each of the plurality of imaging arrangement positions by the aperture synthesis method. A wavefront shape obtaining step for obtaining shape information;
The wavefront aberration measuring step of measuring the aberration of the transmitted wavefront based on the wavefront shape information of the entire transmitted wavefront is performed in this order.

本発明において、前記被検光学素子は、射出成形されたプラスチックレンズとすることができる。   In the present invention, the test optical element may be an injection molded plastic lens.

上記「測定光の偏光面」とは、測定光の磁気ベクトルの振動面(測定光の進行方向と磁界の振動方向とを含む面)を意味する。   The “polarization plane of the measurement light” means a vibration plane of the magnetic vector of the measurement light (a plane including the traveling direction of the measurement light and the vibration direction of the magnetic field).

本発明に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法によれば、上述の構成を備えたことにより、以下のような作用効果を奏する。   According to the transmitted wavefront measuring method for a birefringent optical element according to the present invention, the following effects can be obtained by providing the above-described configuration.

すなわち、本発明では、測定光の偏光面の方向と被検光学素子との相対的位置関係が変わることにより、撮像された干渉縞に形成される不適正領域の位置が変化することに着目し、上記相対的位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に干渉縞を撮像する。そして、複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、透過波面全域の波面形状情報を求め、これに基づき透過波面収差を測定するようにしている。   That is, in the present invention, attention is paid to the fact that the position of the improper region formed in the captured interference fringe changes as the relative positional relationship between the direction of the polarization plane of the measurement light and the optical element to be measured changes. The interference fringes are imaged for each of a plurality of imaging arrangement positions set so that the relative positional relationship is different from each other. Then, wavefront shape information of the entire transmitted wavefront is obtained by connecting the wavefront shape information corresponding to the other regions except the improper region of each interference fringe imaged at each of the plurality of imaging arrangement positions by the aperture synthesis method. Information is obtained, and transmitted wavefront aberration is measured based on this information.

したがって、個々の干渉縞において不適正領域が形成される場合でも、透過波面全域の適正な波面形状情報を得ることができるので、透過波面の収差を全域に亘り適正に測定することが可能となる。   Therefore, even when an improper region is formed in each interference fringe, it is possible to obtain appropriate wavefront shape information of the entire transmitted wavefront, and thus it is possible to appropriately measure the aberration of the transmitted wavefront over the entire region. .

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態に係る複屈折性光学素子の透過波面測定方法(以下、単に「透過波面測定方法」と称することがある)に用いる光波干渉測定装置の概略構成図であり、図2は被検レンズ(本実施形態における複屈折性光学素子)の形状を示す概略図((A)は正面図、(B)は平面図)である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a light wave interference measuring apparatus used in a transmitted wavefront measuring method (hereinafter sometimes simply referred to as “transmitted wavefront measuring method”) of a birefringent optical element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram ((A) is a front view, and (B) is a plan view) showing the shape of a test lens (birefringent optical element in the present embodiment).

図1に示す光波干渉測定装置は、フィゾー型の干渉計を構成するものであり、干渉計本体部20と被検体ポジショニング部30とを備えてなる。干渉計本体部20は、可干渉距離の長い直線偏光を測定光として出力するものであり、レーザ光源等の光源21、ビーム径拡大用レンズ22、ビームスプリッタ23、コリメータレンズ24、結像レンズ25、および光検出面を有する撮像手段26を備えている。また、この干渉計本体部20は、撮像手段26により撮像された干渉縞の画像処理、各種演算処理および各種調整部の駆動制御を行う、コンピュータ等からなる解析装置27と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置28と、解析装置27に対する各種入力を行うための入力装置29とを備えている。なお、図1に示す基準板4は、通常、干渉計本体部20に含まれるが、本明細書では説明の便宜上、被検体ポジショニング部30に含めて説明する。   The optical interference measuring apparatus shown in FIG. 1 constitutes a Fizeau interferometer, and includes an interferometer main body 20 and a subject positioning unit 30. The interferometer body 20 outputs linearly polarized light having a long coherence distance as measurement light, and includes a light source 21 such as a laser light source, a beam diameter expanding lens 22, a beam splitter 23, a collimator lens 24, and an imaging lens 25. And imaging means 26 having a light detection surface. The interferometer body 20 also includes an analysis device 27 including a computer that performs image processing of interference fringes picked up by the image pickup means 26, various arithmetic processes, and drive control of various adjustment units, and interference fringe images. A monitor device 28 for displaying and an input device 29 for making various inputs to the analyzing device 27 are provided. The reference plate 4 shown in FIG. 1 is usually included in the interferometer main body 20, but will be described in the subject positioning unit 30 for convenience of explanation in this specification.

一方、被検体ポジショニング部30は、干渉計本体部20からの測定光の進行方向(図1では上方向)に向かって、基準板4、被検レンズ1、およびヌルミラー6を、この順に支持し、かつアライメント調整するように構成されたものである。   On the other hand, the subject positioning unit 30 supports the reference plate 4, the test lens 1, and the null mirror 6 in this order in the traveling direction of the measurement light from the interferometer body unit 20 (upward in FIG. 1). And it is comprised so that alignment adjustment may be carried out.

すなわち、基準板4は、手動2軸チルトステージ11によって支持され、かつX軸(図1の左右方向に延びる軸)およびY軸(図1の紙面に対し垂直に延びる軸)を中心とした回転角度(傾き)を、予備調整段階において調整されるようになっている。また、被検レンズ1は、レンズ搭載治具5を介してθステージ13および電動2軸チルトステージ14によって支持され、かつ測定光軸L(図中一点鎖線で示す)を中心とした回転角度、およびX軸およびY軸を中心とした回転角度(傾き)を、各被検レンズ1の測定時において自動調整されるようになっている。また、ヌルミラー6は、手動2軸チルトステージ12により支持され、さらに電動X軸ステージ15、電動Y軸ステージ16および電動Z軸ステージ17により順次支持されている。また、電動2軸チルトステージ14には、レーザマーカ18が設置されている。なお、図示されていないが基準板4には、フリンジスキャン計測を実施する際に基準板4を光軸方向に微動させるためのフリンジスキャンアダプタが設けられている。   That is, the reference plate 4 is supported by the manual biaxial tilt stage 11 and rotated around the X axis (axis extending in the left-right direction in FIG. 1) and the Y axis (axis extending perpendicular to the paper surface in FIG. 1). The angle (tilt) is adjusted in the preliminary adjustment stage. Further, the test lens 1 is supported by the θ stage 13 and the electric biaxial tilt stage 14 via the lens mounting jig 5 and has a rotation angle around the measurement optical axis L (shown by a one-dot chain line in the figure), The rotation angle (inclination) about the X axis and the Y axis is automatically adjusted when each lens 1 is measured. The null mirror 6 is supported by a manual biaxial tilt stage 12 and is further supported in turn by an electric X-axis stage 15, an electric Y-axis stage 16, and an electric Z-axis stage 17. A laser marker 18 is installed on the electric two-axis tilt stage 14. Although not shown, the reference plate 4 is provided with a fringe scan adapter for finely moving the reference plate 4 in the optical axis direction when performing the fringe scan measurement.

本実施形態において被検レンズ1は、入力された平面波を所定の非球面波に変換して出力するように設計された光センサ等用のレンズとして射出成形されたプラスチックレンズであり、図2に示すように、レンズ部2および張出部3からなる。レンズ部2は、その第1レンズ面2aおよび第2レンズ面2bが共に非球面とされており、張出部3は鍔状に形成され、その上面3aおよび下面3bが共にレンズ部2の光軸に対し垂直となるように設計されている。   In this embodiment, the test lens 1 is a plastic lens that is injection-molded as a lens for an optical sensor or the like designed to convert an input plane wave into a predetermined aspherical wave and output it. As shown, it consists of a lens part 2 and an overhang part 3. The lens portion 2 has a first lens surface 2a and a second lens surface 2b both aspherical, the overhang portion 3 is formed in a bowl shape, and both the upper surface 3a and the lower surface 3b are light from the lens portion 2. Designed to be perpendicular to the axis.

なお、被検レンズ1の形状およびその用途は上記実施形態のものに限られるものではなく、例えば、CD、DVD(AODを含む)、BD(ブルーレイディスク)等の光記録媒体を記録/再生する装置の光ピックアップレンズとすることや、回折光学面を付設することも可能である。また、本実施形態では、被検レンズ1として、入射された平面波を非球面波に変換して出力するものを想定しているが、被検レンズ1から球面波が出力される場合には、ヌルミラー6の替わりに、球面形状の反射面を有する基準球面反射鏡がヌル光学素子として配置される。   The shape of the test lens 1 and its use are not limited to those of the above-described embodiment. For example, an optical recording medium such as CD, DVD (including AOD), BD (Blu-ray disc) is recorded / reproduced. It is possible to use an optical pickup lens of the apparatus or to attach a diffractive optical surface. In the present embodiment, it is assumed that the test lens 1 converts an incident plane wave into an aspherical wave and outputs it, but when a spherical wave is output from the test lens 1, Instead of the null mirror 6, a reference spherical reflecting mirror having a spherical reflecting surface is arranged as a null optical element.

上記レンズ搭載治具5は、図1に示すように、被検レンズ1のレンズ部2に対する透過波面測定を行うための中央窓5aと、中央窓5aの外側に位置する張出部用窓5b、さらに、張出部用窓5bの外側に位置するヌルミラー反射平面部用窓5cとを備えてなり、被検レンズ1の張出部3を図中下側より支持するようになっている。   As shown in FIG. 1, the lens mounting jig 5 includes a central window 5a for measuring a transmitted wavefront with respect to the lens portion 2 of the lens 1 to be tested, and a protruding portion window 5b positioned outside the central window 5a. Further, a null mirror reflecting plane portion window 5c located outside the protruding portion window 5b is provided to support the protruding portion 3 of the lens 1 to be tested from the lower side in the figure.

また、上記ヌルミラー6は、反射型のヌル光学素子を構成するものであり、被検レンズ1のレンズ部2を透過した後、一旦収束して発散する非球面波面を再帰反射させる反射非球面部6aと、該反射非球面部6aの中心軸(ヌルミラー6の光軸)に対し垂直に配された反射平面部6bとを備えてなり、手動2軸チルトステージ12によって、当該ヌルミラー6のX軸およびY軸を中心とした傾きを、予備調整段階において調整されるとともに、電動X軸ステージ15、電動Y軸ステージ16および電動Z軸ステージ17により、X軸、Y軸、Z軸(図1の上下向に延びる軸)の各方向に平行に移動調整が可能とされ、これにより被検レンズ1の透過波面測定時において自動的にアライメント調整されるようになっている。   The null mirror 6 constitutes a reflection-type null optical element, and is a reflective aspherical part that retroreflects an aspherical wavefront that once converges and diverges after passing through the lens part 2 of the lens 1 to be examined. 6a and a reflective flat surface portion 6b arranged perpendicular to the central axis of the reflective aspherical surface portion 6a (the optical axis of the null mirror 6), and the X axis of the null mirror 6 by the manual biaxial tilt stage 12 And the inclination about the Y axis are adjusted in the preliminary adjustment stage, and the X axis, Y axis, Z axis (see FIG. 1) are adjusted by the electric X axis stage 15, the electric Y axis stage 16, and the electric Z axis stage 17. It is possible to adjust the movement in parallel with each direction of the vertical axis), whereby the alignment is automatically adjusted when the transmitted wavefront of the lens 1 is measured.

さらに、図示されていないが、この光波干渉測定装置は、被検レンズ1のロード/アンロード操作を自動的に行うためのサンプルステージ移動機構を備えている。このサンプルステージ移動機構は、前掲の特許文献1および特開2008−46051号公報(以下「特許文献3」と称する)に記載されたものと同様のものであり、その詳細な説明は省略する。   Further, although not shown, the optical interference measuring apparatus includes a sample stage moving mechanism for automatically performing loading / unloading operations of the lens 1 to be examined. The sample stage moving mechanism is the same as that described in the above-mentioned Patent Document 1 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-46051 (hereinafter referred to as “Patent Document 3”), and detailed description thereof is omitted.

以下、本発明の一実施形態に係る透過波面測定方法の実施手順について説明する。本実施形態の透過波面測定方法は、上述の光波干渉測定装置を用いて被検レンズ1の透過波面測定を行う際に適用されるものである。   Hereinafter, the execution procedure of the transmitted wavefront measuring method according to an embodiment of the present invention will be described. The transmitted wavefront measuring method of the present embodiment is applied when measuring the transmitted wavefront of the lens 1 to be measured using the above-described optical interference measuring apparatus.

なお、透過波面測定を実施する際には、基準板4、ヌルミラー6および被検レンズ1のアライメント調整が行われる。これらのアライメント調整については、例えば、上記特許文献3に開示されている手法を適用することが可能であるが、ここでは詳細な説明を省略する。   Note that when the transmitted wavefront measurement is performed, alignment adjustment of the reference plate 4, the null mirror 6, and the test lens 1 is performed. For these alignment adjustments, for example, the method disclosed in Patent Document 3 can be applied, but detailed description thereof is omitted here.

〈1〉まず、測定光の偏光面の方向と被検レンズ1との相対的な位置関係が互いに異なるような複数(本実施形態では2つ)の撮像配置位置を設定する。具体的には、ヌルミラー6に対する被検レンズ1の測定光軸L回りの回転角度が、互いに所定角度(本実施形態では45度)だけ異なる2つの位置を、2つの撮像配置位置として設定する。なお、本実施形態では、測定光の偏光面の方向は空間に対し固定したまま、θステージ13を用いて被検レンズ1を測定光軸L回りに回転させることにより、被検レンズ1を2つの撮像配置位置(以下、2つの撮像配置位置のうちの一方を第1の撮像配置位置、他方を第2の撮像配置位置と称することがある)に配置するようにしている。これにより、第1の撮像配置位置と第2の撮像配置位置とでは、測定光の偏光面の方向に対する被検レンズ1の測定光軸L回りの回転角度が、測定光軸L回りに互いに45度だけ変化することになる。   <1> First, a plurality of (two in the present embodiment) imaging arrangement positions are set such that the relative positional relationship between the direction of the polarization plane of the measurement light and the lens 1 to be measured is different from each other. Specifically, two positions where the rotation angles of the lens 1 to be measured about the measurement optical axis L with respect to the null mirror 6 are different from each other by a predetermined angle (45 degrees in the present embodiment) are set as two imaging arrangement positions. In the present embodiment, the test lens 1 is rotated 2 around the measurement optical axis L by using the θ stage 13 while the direction of the polarization plane of the measurement light is fixed with respect to the space. The two imaging arrangement positions (hereinafter, one of the two imaging arrangement positions may be referred to as a first imaging arrangement position and the other may be referred to as a second imaging arrangement position). Thereby, the rotation angle around the measurement optical axis L of the test lens 1 with respect to the direction of the polarization plane of the measurement light is 45 around the measurement optical axis L at the first imaging arrangement position and the second imaging arrangement position. Will only change.

〈2〉次に、設定された2つの撮像配置位置毎に、被検レンズ1のレンズ部2の透過波面情報を担持した干渉縞(以下「レンズ部の干渉縞」と称する)を、以下の手順で撮像する(干渉縞撮像ステップ)。   <2> Next, an interference fringe carrying transmission wavefront information of the lens unit 2 of the lens 1 to be tested (hereinafter referred to as “interference fringe of the lens unit”) for each of the two set imaging arrangement positions is set as follows: Imaging is performed according to the procedure (interference fringe imaging step).

(a)被検レンズ1を上記第1の撮像配置位置に設置し、基準板4およびレンズ搭載治具5のヌルミラー中央窓5aを介して被検レンズ1のレンズ部2に対し測定光を照射し、このとき、被検レンズ1のレンズ部2を透過してヌルミラー6により再帰反射され、再びレンズ部2を透過した光と参照光(基準板4の基準面4aからの反射光)との干渉により形成されるレンズ部の干渉縞(以下、「第1の干渉縞」と称する)を撮像する。   (A) The test lens 1 is installed at the first imaging arrangement position, and the measurement light is irradiated to the lens portion 2 of the test lens 1 through the reference plate 4 and the null mirror central window 5a of the lens mounting jig 5. At this time, the light transmitted through the lens portion 2 of the lens 1 to be examined, retroreflected by the null mirror 6, and transmitted again through the lens portion 2 and the reference light (reflected light from the reference surface 4 a of the reference plate 4). An interference fringe (hereinafter referred to as “first interference fringe”) of the lens portion formed by the interference is imaged.

(b)被検レンズ1を上記第2の撮像配置位置に設置し、この第2の撮像配置位置において上記第1の干渉縞と同様に形成されるレンズ部の干渉縞(以下、「第2の干渉縞」と称する)を撮像する。なお、レンズ部の干渉縞(第1および第2の干渉縞)を撮像する際には、レンズ部2以外の他の領域に係る画像を遮蔽するために適宜マスキング処理を行う(上記特許文献3参照)。   (B) The test lens 1 is installed at the second imaging arrangement position, and the interference fringes (hereinafter referred to as “second”) of the lens portion formed in the same manner as the first interference fringes at the second imaging arrangement position. (Referred to as “interference fringes”). In addition, when imaging the interference fringes (first and second interference fringes) of the lens unit, a masking process is appropriately performed in order to shield an image related to a region other than the lens unit 2 (Patent Document 3 above). reference).

〈3〉続いて、上記2つの撮像配置位置毎に撮像された第1および第2の干渉縞において、被検レンズ1が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する(不適正領域特定ステップ)。   <3> Subsequently, in the first and second interference fringes imaged at each of the two imaging arrangement positions, information on the wavefront shape of the transmitted wavefront is correctly carried by the influence of the birefringence of the lens 1 to be tested. The improper area that did not exist is identified (unsuitable area identifying step).

図3は第1の撮像配置位置において撮像された第1の干渉縞の一例を示す図であり、図4は図3に示す第1の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図である。また、図5は図3に示す第1の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図である。   FIG. 3 is a diagram showing an example of the first interference fringes imaged at the first imaging arrangement position, and FIG. 4 is a bird's-eye view of the transmitted wavefront created based on the first interference fringes shown in FIG. . FIG. 5 is a contour map of the transmitted wavefront created based on the first interference fringes shown in FIG.

一方、図6は第2の撮像配置位置において撮像された第2の干渉縞の一例を示す図であり、図7は図6に示す第2の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図である。また、図8は図6に示す第2の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図である。   On the other hand, FIG. 6 is a diagram showing an example of the second interference fringe imaged at the second imaging arrangement position, and FIG. 7 is a bird's-eye view of the transmitted wavefront created based on the second interference fringe shown in FIG. It is. FIG. 8 is a contour map of the transmitted wavefront created based on the second interference fringes shown in FIG.

図4および図7に示す座標軸X,Y,Zは、第1の干渉縞により得られた透過波面と第2の干渉縞により得られた透過波面との相対的な位置関係が分かるように設定された共通のものである。また、図5および図8に示す座標軸X,Yは、第1の干渉縞により得られた透過波面と第2の干渉縞により得られた透過波面との相対的な位置関係が分かるように設定された共通のものであり、座標軸X,Yと座標軸X,Yとでは、原点の設定位置が異なるが、各々の方向は互いに一致する(平行となる)ように設定されている。なお、図5および図8には、座標軸X,Yとは別の斜めに延びる直線が図示されているが、これは透過波面の断面形状を求める際の断面位置を決定するためのものであり、本実施形態の説明においては特に関係のないものである。また、図5および図8には、各々の等高線における最高地点Pと最低地点Vの位置をそれぞれ示している。 The coordinate axes X 1 , Y 1 , and Z 1 shown in FIGS. 4 and 7 show the relative positional relationship between the transmitted wavefront obtained by the first interference fringe and the transmitted wavefront obtained by the second interference fringe. It is a common thing set as follows. Further, the coordinate axes X 2 and Y 2 shown in FIG. 5 and FIG. 8 are such that the relative positional relationship between the transmitted wavefront obtained by the first interference fringe and the transmitted wavefront obtained by the second interference fringe can be understood. The coordinate axes X 1 , Y 1 and the coordinate axes X 2 , Y 2 are different from each other in the origin setting position, but their directions are set to coincide with each other (become parallel). ing. 5 and 8 show a straight line extending obliquely different from the coordinate axes X 1 and Y 1 , this is for determining the cross-sectional position when obtaining the cross-sectional shape of the transmitted wavefront. In the description of the present embodiment, there is no particular relationship. 5 and 8 show the positions of the highest point P and the lowest point V on each contour line.

また、図4および図7において、測定光の偏光面の方向は、図中の座標軸Xと平行な方向となっている。さらに、図4および図7には、被検レンズ1を射出成形する際のゲート位置Gが図示されている。図4に示すゲート位置Gは、測定光の偏光面の方向に対して(測定光軸L回りに)45度だけ回転した位置となっており、図7に示すゲート位置Gは、測定光の偏光面の方向に対して(測定光軸L回りに)90度だけ回転した位置となっている。 Further, in FIGS. 4 and 7, the direction of the polarization plane of the measuring beam has a direction parallel to the axis X 1 in FIG. Further, FIGS. 4 and 7 show a gate position G when the test lens 1 is injection-molded. The gate position G shown in FIG. 4 is a position rotated by 45 degrees (around the measurement optical axis L) with respect to the direction of the polarization plane of the measurement light, and the gate position G shown in FIG. The position is rotated by 90 degrees with respect to the direction of the polarization plane (around the measurement optical axis L).

図3〜図5においては、不適正領域A,Aが、被検レンズ1が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった(情報が欠落した)主要な領域として特定されている。 In FIGS. 3 to 5, the improper areas A 1 and A 2 are mainly incapable of correctly carrying information on the wavefront shape of the transmitted wavefront due to the influence of the birefringence of the lens 1 to be tested (information is missing). Has been identified as an important area.

一方、図6〜図8においては、不適正領域B,Bが、被検レンズ1が有する複屈折性の影響により透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった(情報が欠落した)主要な領域として特定されている。 On the other hand, in FIGS. 6 to 8, the improper areas B 1 and B 2 were not properly carrying the wavefront shape information of the transmitted wavefront due to the birefringence of the lens 1 (the information was missing). ) Has been identified as a major area.

〈4〉次に、第1の干渉縞において上記不適正領域A,Aを除く他の領域に対応した波面形状情報と、第2の干渉縞において上記不適正領域B,Bを除く他の領域に対応した波面形状情報とを、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、レンズ部2の透過波面全域の波面形状情報を求める(波面形状取得ステップ)。 <4> Next, the wavefront shape information corresponding to the other areas excluding the inappropriate areas A 1 and A 2 in the first interference fringes, and the inappropriate areas B 1 and B 2 in the second interference fringes. Wavefront shape information corresponding to the other areas other than the above is connected to each other by the aperture synthesis method to obtain wavefront shape information of the entire transmitted wavefront of the lens unit 2 (wavefront shape acquisition step).

なお、開口合成法としては、例えば、特開2002−162214号公報、特開平8−219737号公報、特開平10−332350号公報等に開示された従来公知の手法を用いることができる。   As the aperture synthesis method, for example, a conventionally known method disclosed in JP 2002-162214 A, JP 8-219737 A, JP 10-332350 A, or the like can be used.

〈5〉そして、求められたレンズ部2の透過波面全域の波面形状情報に基づいて、透過波面の収差解析を行い、得られた波面収差をツェルニケ多項式により展開することにより、透過波面のコマ収差等の収差を求める(波面収差測定ステップ)。   <5> Then, aberration analysis of the transmitted wavefront is performed based on the obtained wavefront shape information of the entire transmitted wavefront of the lens unit 2, and the obtained wavefront aberration is developed by a Zernike polynomial so that the coma aberration of the transmitted wavefront is developed. Is obtained (wavefront aberration measurement step).

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に態様が限定されるものではなく、種々の態様のものを実施形態とすることができる。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and various embodiments can be used.

例えば、上記実施形態では、測定光の偏光面の方向と被検レンズ1との相対的な位置関係を変えるために、測定光の偏光面の方向は空間に対し固定したまま、被検レンズ1を測定光軸L回りに回転させるようにしているが、被検レンズ1を空間に対し固定したまま、測定光の偏光面の方向を測定光軸L回りに回転させるようにすることや、測定光の偏光面の方向および被検レンズ1の双方を測定光軸L回りに回転させるようにすることも可能である。   For example, in the above embodiment, in order to change the relative positional relationship between the direction of the polarization plane of the measurement light and the test lens 1, the direction of the polarization plane of the measurement light remains fixed with respect to the space. Is rotated around the measurement optical axis L, but the direction of the polarization plane of the measurement light is rotated around the measurement optical axis L while the lens 1 to be tested is fixed with respect to the space. It is also possible to rotate both the direction of the polarization plane of light and the lens 1 to be tested around the measurement optical axis L.

また、上記実施形態では、複屈折性光学素子として、射出成形されたプラスチックレンズを例にとって説明しているが、本発明は、種々の光学素子、例えば、光の特性を変えるために光路上に配されるフィルタ板や、光路長を補償するために光路上に配される補正板等であって、複屈折性を有するものの透過波面測定に対しても適用することが可能である。なお、このような平板状の複屈折性光学素子の透過波面測定を行う場合、上述のヌルミラー6の替わりに、平行光を再帰反射させる平板状の反射基準面を有する反射型の基準板が配置される。   In the above embodiment, an example of an injection-molded plastic lens is described as an example of a birefringent optical element. However, the present invention is not limited to various optical elements, for example, on the optical path in order to change the characteristics of light. It is possible to apply to a transmitted wavefront measurement of a filter plate arranged, a correction plate arranged on the optical path in order to compensate for the optical path length, and the like having birefringence. When performing transmission wavefront measurement of such a flat birefringent optical element, a reflective reference plate having a flat reflective reference surface for retroreflecting parallel light is arranged instead of the null mirror 6 described above. Is done.

また、上記実施形態では、被検レンズ1に照射される測定光の偏光面の方向が、測定光軸L回りに互いに45度だけ異なるような2つの位置を、複数の撮像配置位置として設定しているが、測定光の偏光面の方向が測定光軸L回りに互いに45度以外の他の角度だけ異なるような2つの位置を、複数の撮像配置位置として設定してもよく、また、撮像配置位置を3つ以上設定することも可能である。   Further, in the above-described embodiment, two positions where the directions of the polarization planes of the measurement light irradiated on the test lens 1 are different from each other by 45 degrees around the measurement optical axis L are set as a plurality of imaging arrangement positions. However, two positions where the directions of the polarization planes of the measurement light are different from each other by an angle other than 45 degrees around the measurement optical axis L may be set as a plurality of imaging arrangement positions. It is also possible to set three or more arrangement positions.

また、本発明は、特開2008−89356号公報において開示されているような透過型のヌル光学素子(ヌルレンズ)を用いた透過波面測定に対しても適用することが可能である。   The present invention can also be applied to transmitted wavefront measurement using a transmission-type null optical element (null lens) as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-89356.

また、上記実施形態においては光波干渉測定装置がフィゾー型の干渉計とされているが、本発明は、マイケルソン型等の他のタイプの干渉計を用いた透過波面測定に対しても適用することが可能である。   In the above embodiment, the optical interference measuring apparatus is a Fizeau interferometer. However, the present invention is also applicable to transmitted wavefront measurement using another type of interferometer such as a Michelson type. It is possible.

一実施形態に係る収差測定誤差補正方法に用いる光波干渉測定装置の概略図1 is a schematic diagram of an optical interference measuring apparatus used in an aberration measurement error correction method according to an embodiment. 被検レンズの形状を示す概略図((A)は正面図、(B)は平面図)Schematic diagram showing the shape of the test lens ((A) is a front view, (B) is a plan view) 第1の撮像配置位置において撮像された第1の干渉縞の一例を示す図The figure which shows an example of the 1st interference fringe imaged in the 1st imaging arrangement position 第1の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図Bird's eye view of transmitted wavefront created based on first interference fringes 第1の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図Contour map of transmitted wavefront created based on first interference fringes 第2の撮像配置位置において撮像された第2の干渉縞の一例を示す図The figure which shows an example of the 2nd interference fringe imaged in the 2nd imaging arrangement position 第2の干渉縞に基づいて作成された透過波面の鳥瞰図Bird's eye view of transmitted wavefront created based on second interference fringes 第2の干渉縞に基づいて作成された透過波面の等高線図Contour map of transmitted wavefront created based on second interference fringes

符号の説明Explanation of symbols

1 被検レンズ(複屈折性光学素子)
2 レンズ部
2a (被検レンズの)第1レンズ面
2b (被検レンズの)第2レンズ面
3 張出部
3a (張出部の)上面
3b (張出部の)下面
4 基準板
4a 基準面
5 レンズ搭載治具
5a 中央窓
5b 張出部用窓
5c 反射平面部用窓
6 ヌルミラー(反射型のヌル光学素子)
11 手動2軸チルトステージ(基準板調整用)
12 手動2軸チルトステージ(ヌルミラー調整用)
13 θステージ
14 電動2軸チルトステージ
15 電動X軸ステージ
16 電動Y軸ステージ
17 電動Z軸ステージ
18 レーザマーカ
20 干渉計本体部
21 光源
22 ビーム径拡大用レンズ
23 ビームスプリッタ
24 コリメータレンズ
25 結像レンズ
26 撮像手段
27 解析装置
28 モニタ装置
29 入力装置
L 測定光軸
,A,B,B 不適正領域
,Y,Z、X,Y 座標軸
G ゲート位置
P 最高地点
V 最低地点
1 Test lens (birefringent optical element)
2 Lens portion 2a First lens surface 2b (of test lens) Second lens surface 3 (of test lens) 3 Overhang portion 3a Upper surface 3b (of overhang portion) Bottom surface 4b (of overhang portion) 4 Reference plate 4a Reference Surface 5 Lens mounting jig 5a Central window 5b Overhang window 5c Reflective plane window 6 Null mirror (reflective null optical element)
11 Manual 2-axis tilt stage (for reference plate adjustment)
12 Manual 2-axis tilt stage (for null mirror adjustment)
13 θ stage 14 Electric 2-axis tilt stage 15 Electric X-axis stage 16 Electric Y-axis stage 17 Electric Z-axis stage 18 Laser marker 20 Interferometer body 21 Light source 22 Beam diameter expanding lens 23 Beam splitter 24 Collimator lens 25 Imaging lens 26 Imaging means 27 Analyzing device 28 Monitor device 29 Input device L Measuring optical axis A 1 , A 2 , B 1 , B 2 inappropriate area X 1 , Y 1 , Z 1 , X 2 , Y 2 coordinate axis G Gate position P Maximum point V lowest point

Claims (2)

複屈折性を有する被検光学素子に直線偏光の測定光を照射し、該被検光学素子を透過した透過波面を参照波面と干渉させることにより得られる干渉縞の画像データに基づき前記透過波面の収差を測定する複屈折性光学素子の透過波面測定方法であって、
前記測定光の偏光面の方向と前記被検光学素子との相対的な位置関係が互いに異なるように設定された複数の撮像配置位置毎に、前記干渉縞を撮像する干渉縞撮像ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞において、前記被検光学素子の複屈折性の影響により前記透過波面の波面形状の情報が正しく担持されなかった不適正領域を特定する不適正領域特定ステップと、
前記複数の撮像配置位置毎に撮像された各々の干渉縞の、前記不適正領域を除く他の領域に対応した波面形状情報を、開口合成法により互いに繋ぎ合わせることにより、前記透過波面全域の波面形状情報を求める波面形状取得ステップと、
前記透過波面全域の波面形状情報に基づき前記透過波面の収差を測定する波面収差測定ステップと、をこの順に行うことを特徴とする複屈折性光学素子の透過波面測定方法。
Based on image data of interference fringes obtained by irradiating the test optical element having birefringence with linearly polarized measurement light and causing the transmitted wavefront transmitted through the test optical element to interfere with the reference wavefront, A method for measuring a transmitted wavefront of a birefringent optical element that measures aberration,
An interference fringe imaging step of imaging the interference fringe for each of a plurality of imaging arrangement positions set so that the relative positional relationship between the direction of the polarization plane of the measurement light and the optical element to be measured is different from each other;
In each of the interference fringes picked up at each of the plurality of pick-up positions, an improper region in which information on the wavefront shape of the transmitted wavefront is not properly carried due to the influence of the birefringence of the optical element to be tested is specified. An appropriate region identification step;
The wavefronts of the entire transmitted wavefront are connected by combining the wavefront shape information corresponding to the other areas excluding the inappropriate area of each interference fringe imaged at each of the plurality of imaging arrangement positions by the aperture synthesis method. A wavefront shape obtaining step for obtaining shape information;
A wavefront aberration measuring step of measuring aberration of the transmitted wavefront based on wavefront shape information of the entire transmitted wavefront, and performing in this order, a transmitted wavefront measuring method for a birefringent optical element.
前記被検光学素子は射出成形されたプラスチックレンズである、ことを特徴とする請求項1記載の複屈折性光学素子の透過波面測定方法。
2. The transmitted wavefront measuring method for a birefringent optical element according to claim 1, wherein the test optical element is an injection molded plastic lens.
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