JP5473743B2 - 軸外透過波面測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルカメラ、光学センサ、光ピックアップ等の各種光学機器に用いられるレンズの収差測定等に用いられる透過波面測定用の干渉計装置に関し、特に、軸外光に対するレンズの性能検査に好適な軸外透過波面測定装置に関する。

従来、干渉計を用いた透過波面測定により、被検レンズが有する収差や屈折率分布等を測定する手法が、被検レンズの光学的な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）。

ここで、図８を参照しながら、従来の透過波面測定の一例について説明する。図８に示す透過波面測定装置は、干渉計本体部１００、参照基準板１１０およびヌル光学素子１２０を備え、参照基準板１１０とヌル光学素子１２０との間に配置された被検レンズ１３０の透過波面測定を行うように構成されている。

測定に際し干渉計本体部１００から、測定光軸Ｃ_１００に対し平行な測定光が参照基準板１１０に向けて出射され、この測定光は参照基準板１１０の参照基準面１１１において、被検レンズ１３０に照射される光束と参照基準面１１１で反射される光束（参照光）とに分岐される。

被検レンズ１３０に照射された測定光は、被検レンズ１３０を透過した後、ヌル光学素子１２０に入射する。このヌル光学素子１２０は、被検レンズ１３０を透過した光の波面形状に応じたヌルミラー面１２１（透過光が非球面波の場合は非球面状に、球面波の場合は球面状に形成される）を有しており、被検レンズ１３０からの測定光を再帰反射させる。

ヌル光学素子１２０で再帰反射された測定光は、被検レンズ１３０を再び透過し、該被検レンズ１３０の透過波面情報を担持した被検光として参照基準板１１０に戻り、参照光と合波されて干渉光が得られる。この干渉光により形成される干渉縞画像を解析することにより、被検レンズ１３０の収差や屈折率分布等が求められるようになっている。

なお、図８に示すのは、軸上光に対する被検レンズ１３０の性能検査を行う場合の態様であり、測定光を被検レンズ１３０の光軸Ｃ_１３０に対し平行に入射させるために、測定光軸Ｃ_１００に対し、被検レンズ１３０の光軸Ｃ_１３０およびヌル光学素子１２０の光軸Ｃ_１２０が一致するように予めアライメント調整が行われる。

特開２００７−７８５９３号公報 特許第２９５１３６６号公報

近年、透過波面測定において、被検レンズの軸上光に対する光学性能だけではなく、軸外光に対する光学性能の検査を迅速に行いたいという要望が高まっている。

上述した従来装置において軸外光の透過波面測定を行う場合には、図９に示すように、軸外光用のヌルミラー面１２１Ａを有するヌル光学素子１２０Ａ（光軸Ｃ_１２０Ａ）を配置するとともに、測定光軸Ｃ_１００に対して被検レンズ１３０の光軸Ｃ_１３０が所定角度傾斜した状態に被検レンズ１３０を配置し、測定光を軸外光として被検レンズ１３０に照射する必要がある。また、この状態では、測定光が、被検レンズ１３０の光軸Ｃ_１３０回りの所定の方位からしか入射しないため、光軸Ｃ_１３０回りの全方位からの軸外光に対する性能検査を行いたい場合には、被検レンズ１３０を光軸Ｃ_１３０回りに所定角度ずつ回転させ、その都度、透過波面測定を行う必要がある。このため、装置構成が複雑になるとともに、測定に要する時間が長大化するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、被検レンズの光軸回りの全方位からの軸外光に対する性能検査を短時間で行うことが可能な構成簡易の軸外透過波面測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る軸外透過波面測定装置は、
測定光軸に対し平行な測定光を出射する干渉光学系と、
前記測定光の光路上に配置されたヌル光学素子と、
前記干渉光学系と前記ヌル光学素子との間の前記測定光の光路上において被検レンズを保持する保持手段と、
前記干渉光学系と前記被検レンズとの間の前記測定光の光路上に配置された光偏向素子と、を備え、
前記光偏向素子は、前記干渉光学系から出射された前記測定光の一部を、前記被検レンズの光軸回り全方位から該光軸に対し所定の傾斜角度をなして該被検レンズに入射する軸外測定光に変換するものであり、
前記ヌル光学素子は、前記被検レンズに入射した前記軸外測定光のうち該被検レンズを透過した光の少なくとも一部を、該被検レンズに向けて再帰反射する軸外光再帰反射部を有するものであり、
前記軸外光再帰反射部で再帰反射され、前記被検レンズおよび前記光偏向素子を経由してなる被検光と参照光との光干渉により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
前記干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする。

本発明において、前記光偏向素子は、複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されてなる回折光学素子を有してなるものとすることができる。

また、前記光偏向素子は、円錐状の光透過面を備えた円錐レンズを有してなるもの、または円錐状の光反射面を備えた円錐ミラーを有してなるものとすることができる。

また、前記光偏向素子は、前記干渉光学系から出射された前記測定光の他の一部を、前記被検レンズの光軸に平行な方向から該被検レンズに入射する軸上測定光として出射するものであり、前記ヌル光学素子は、前記軸上測定光のうち該被検レンズを透過した光の少なくとも一部を、該被検レンズに向けて再帰反射する軸上光再帰反射部を有するものであるとすることが好ましい。

また、本発明において、前記測定光が波長可変レーザ光源から出力されたものであるとすることができる。

本発明において、ヌル光学素子とは、被検レンズからの透過波面を再帰反射させ得る形状の反射面を有する光学素子を意味する。

また、上記「被検レンズの光軸回り全方位から該光軸に対し所定の傾斜角度をなして該被検レンズに入射する軸外測定光」とは、球座標（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交３軸をＺ軸が被検レンズの光軸と一致するように設定する）を用いて説明すれば、以下の内容を示している。すなわち、この軸上測定光とは、球座標における方位角φ（Ｘ軸からの偏角）については０≦φ≦２πの全角度範囲の方向から、極角θ（Ｚ軸からの偏角）については０≦θ≦πの全角度範囲のうち、０（被検レンズの光軸に対し平行な角度）およびπ/２（被検レンズの光軸に対し垂直な角度）を除く或る一定の角度の方向から被検レンズに入射する測定光であることを示している。

また、上記「軸上測定光」とは、被検レンズの光軸上を進行する測定光に限定されるものではなく、該光軸からずれた位置を該光軸に対し平行に進行する測定光を含むものである。

本発明に係る軸外透過波面測定装置は、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。

すなわち、本発明の軸外透過波面測定装置によれば、光偏向素子を備えたことにより、干渉光学系から出射された測定光を、被検レンズの光軸回り全方位から所定の傾斜角度で該被検レンズに入射させることができるので、従来装置のように、測定光軸に対して被検レンズを傾斜した状態で配置し、被検レンズを光軸回りに回転させながら複数回に分けて透過波面測定を行う必要がない。

したがって、被検レンズを回転させる機構等が不要となるので装置構成を簡易化することが可能となり、また、１回の測定により撮像された干渉縞画像に基づき、被検レンズの光軸回り全方位からの軸外光に対する光学性能の検査を行うことができるので、測定時間を大幅に短縮化することが可能となる。

第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置の全体構成図である。 図１に示す軸外透過波面測定装置の主要部の構成図である。 第２実施形態に係る軸外透過波面測定装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る軸外透過波面測定装置の概略構成図である。 第４実施形態に係る軸外透過波面測定装置の概略構成図である。 回折格子付参照基準板の他の態様を示す図である。 ヌル光学素子の他の態様を示す図である。 従来装置により軸上透過波面測定を行う場合の構成を示す図である。 従来装置により軸外透過波面測定を行う場合の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等については適宜変更して示してある。

〈第１実施形態〉
第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置は、図１に示すように、干渉計本体部１０、回折格子付参照基準板２０、被検体保持手段３０、ヌル光学素子４０および解析部５０を備え、回折格子付参照基準板２０とヌル光学素子４０との間において被検体保持手段３０により保持された被検レンズ７０の透過波面測定を行うように構成されている。

上記干渉計本体部１０は、単波長出力型のレーザ光源１１、ビーム径変換用レンズ１２、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４、結像レンズ１５および撮像カメラ１６を備え、レーザ光源１１から出力されたレーザ光を、ビーム径変換用レンズ１２およびビームスプリッタ１３の光束分岐面１３ａを介してコリメータレンズ１４に入射させ、該コリメータレンズ１４において平行光に変換し、測定光軸Ｃ_１０に平行な測定光として回折格子付参照基準板２０に向けて出射するように構成されている。また、回折格子付参照基準板２０側から入射された干渉光を、コリメータレンズ１４およびビームスプリッタ１３を介して結像レンズ１５に入射させ、撮像カメラ１６内の撮像素子１７（ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる）上に形成される干渉縞画像を撮像するように構成されている。

上記回折格子付参照基準板２０は、第１実施形態における光偏向素子を構成するもので、参照基準面２１および透過型の回折光学素子２２を備えており、図示せぬアライメント調整機構により保持されている。参照基準面２１は、干渉計本体部１０からの測定光を２つに分岐し、一方を参照光として干渉計本体部１０に向けて反射するとともに、他方を回折光学素子２２に向けて透過するようになっている。回折光学素子２２は、その光軸Ｃ_２２（参照基準面２１の光軸でもある）を中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されたものであり、参照基準面２１からの測定光を回折することにより、該測定光の一部を、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０の回り全方位から該光軸Ｃ_７０に対し所定の傾斜角度をなして被検レンズ７０に入射する軸外測定光に変換するように構成されている。

上記軸外測定光としては、通常、＋１次回折光または−１次回折光（本明細書では、光軸に近づくように出射される回折光を正の回折光、光軸から遠ざかるように出射される回折光を負の回折光とする）が用いられるが、±２次回折光や±３次回折光などの高次の回折光を軸外測定光とすることも可能である。また、本実施形態では、回折光学素子２２における０次回折光が、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０に平行な方向から該被検レンズ７０に入射する軸上測定光として利用されるようになっている。

上記被検レンズ７０は、レンズ部７１およびフランジ部７２からなる。レンズ部７１は非球面形状の両凸レンズとされており、入射された平面波を非球面波に変換するように構成されている。また、フランジ部７２の図中下側の面は、被検レンズ７０を製品等に搭載する際の設置基準面とされるものであり、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０に対して垂直に形成されている。

上記被検体保持手段３０は、図示せぬアライメント調整機構により保持されており、被検レンズ７０を保持した状態において、被検レンズ７０のアライメント調整を行うことができるように構成されている。また、被検体保持手段３０は窓部３１を有しており、回折格子付参照基準板２０からの、被検レンズ７０の外側を通過する測定光が、該窓部３１を通ってヌル光学素子４０（詳しくは、後述する反射平面４２）に入射し得るように構成されている。

上記ヌル光学素子４０は、被検レンズ７０のレンズ部７１を透過した測定光を反射させるヌルミラー面４１と、該ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０に対して垂直に形成された反射平面４２とを備えており、図示せぬアライメント調整機構により保持されている。また、詳しくは図２に示すように、上記ヌルミラー面４１は、レンズ部７１を透過した上記軸外測定光の一部を再帰反射させる軸外光再帰反射部４１ａと、レンズ部７１を透過した上記軸上測定光の一部を再帰反射させる軸上光再帰反射部４１ｂとを備えている。

上記解析部５０は、図１に示すように、コンピュータ等からなる解析装置５１（本実施形態における解析手段）と、干渉縞画像等を表示するモニタ装置５２と、解析装置５１に対する各種入力を行うための入力装置５３とを備えている。

なお、本実施形態では、レーザ光源１１、ビーム径変換用レンズ１２、ビームスプリッタ１３、コリメータレンズ１４および回折格子付参照基準板２０の参照基準面２１により干渉光学系が構成されており、結像レンズ１５および撮像カメラ１６により撮像手段が構成されている。

以下、第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置の作用について説明する。透過波面測定を実施するのに先立ってアライメント調整が行われるので、まず、その手順について簡単に説明する。

（アライメント調整）
〈１〉回折格子付参照基準板２０の参照基準面２１が、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直となるように、回折格子付参照基準板２０の傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、回折格子付参照基準板２０上にコーナーキューブ（図示略）を設置して測定光（回折光学素子２２からの０次回折光）を照射し、該コーナーキューブからの反射光と参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈２〉被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０が測定光軸Ｃ_１０と平行となるように、被検レンズ７０の傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、回折格子付参照基準板２０を介して被検レンズ７０のフランジ部７２（レンズ部７１の頂点部など、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直とみなせる部分とすることも可能）に測定光（回折光学素子２２からの０次回折光）を照射し、該フランジ部７２の下面からの反射光と参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈３〉ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０が測定光軸Ｃ_１０と平行となるように、ヌル光学素子４０の傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、回折格子付参照基準板２０を介してヌル光学素子４０の反射平面部４２に測定光（回折格子付参照基準板２０の、回折光学素子２２が形成されていない領域を透過した光）を照射し、該反射平面部４２からの反射光と参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈４〉ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０と被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０とが互いに一致し、かつヌル光学素子４０と被検レンズ７０との距離が適正となるように、ヌル光学素子４０を、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直な面内および測定光軸Ｃ_１０の方向へ位置調整する。この位置調整は、例えば、回折格子付参照基準板２０を介して被検レンズ７０のレンズ部７１に、回折光学素子２２からの０次回折光を照射し、該０次回折光の一部が被検レンズ７０を透過した後、ヌル光学素子４０の軸上光再帰反射部４１ｂにて反射され、再び被検レンズ７０を透過して回折格子付参照基準板２０に戻ることにより形成された、被検レンズ７０の軸上透過波面情報を担持した光と、参照基準面２１からの参照光とにより形成される干渉縞画像（以下「軸上アライメント干渉縞画像」と称する）がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

なお、上記軸上アライメント干渉縞画像の状態（干渉縞の形成状態）が、被検レンズ７０とヌル光学素子４０との相対位置の変動によってどのように変化するのかという感度を、コンピュータシミュレーション等により予め求めておき、この感度と実際の軸上アライメント干渉縞画像の状態とに基づき、被検レンズ７０に対するヌル光学素子４０の相対位置を、特開２００８−２４９４１５号公報に開示されているような自動アライメントステージを用いて、自動調整するように構成することも可能である。

〈５〉回折光学素子２２の光軸Ｃ_２２が、ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０および被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０に一致するように、回折格子付参照基準板２０を測定光軸Ｃ_１０に対し垂直な面内で位置調整する。この位置調整は、例えば、回折格子付参照基準板２０を介して被検レンズ７０のレンズ部７１に、回折光学素子２２からの＋１次回折光を照射し、該＋１次回折光の一部が被検レンズ７０を透過した後、ヌル光学素子４０の軸外光再帰反射部４１ａにて反射され、再び被検レンズ７０を透過して回折格子付参照基準板２０に戻ることにより形成された、被検レンズ７０の軸外透過波面情報を担持した光と、参照基準面２１からの参照光とにより形成されるリング状の干渉縞画像（以下「軸外アライメント干渉縞画像」と称する）がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

なお、上記軸外アライメント干渉縞画像の状態（干渉縞の形成状態）が、被検レンズ７０と回折格子付参照基準板２０（回折光学素子２２）との相対位置の変動によってどのように変化するのかという感度を、コンピュータシミュレーション等により予め求めておき、この感度と実際の軸外アライメント干渉縞画像の状態とに基づき、被検レンズ７０に対する回折格子付参照基準板２０（回折光学素子２２）の相対位置を、上述の自動アライメントステージを用いて、自動調整するように構成することも可能である。

なお、このようなアライメント調整によっては完全に調整し切れなかった場合は、残ったアライメント誤差を求めておき、このアライメント誤差に起因する測定誤差を、解析時に補正することが好ましい。

アライメント調整の完了後、被検レンズ７０の透過波面測定を行う。本実施形態の軸外透過波面測定装置は、被検レンズ７０の軸上透過波面測定と軸外透過波面測定とを同時に行うことが可能となっており、以下、その測定時における作用について説明する。

（透過波面測定時の作用）
〈１〉アライメント調整後、図１に示すレーザ光源１１から所定波長のレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、ビーム径変換用レンズ１２およびビームスプリッタ１３を介して（光束分岐面１３ａで図中上方に反射されて）コリメータレンズ１４に入射し、該コリメータレンズ１４において平行光に変換され、測定光軸Ｃ_１０に平行な測定光として干渉計装置１０から出射され、回折格子付参照基準板２０に入射する。

〈２〉回折格子付参照基準板２０に入射した測定光は、参照基準面２１において２つに分岐され、一方は参照光として干渉計本体部１０に向けて反射され、他方は回折光学素子２２に入射する。

〈３〉回折光学素子２２に入射した測定光は、該回折光学素子２２により回折されて出射される。本実施形態では、種々の回折光のうち、＋１次回折光が軸外測定光として利用され、０次回折光が軸上測定光として利用される。

〈４〉回折光学素子２２から出射された軸外測定光は、図２に示すように、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０回り全方位から所定の傾斜角度で被検レンズ７０に入射し、該被検レンズ７０を透過した後、ヌルミラー面４１上の軸外光再帰反射部４１ａにて再帰反射される。

〈５〉一方、回折光学素子２２から出射された軸上測定光は、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０に対し平行に被検レンズ７０に入射し、該被検レンズ７０を透過した後、ヌルミラー面４１上の軸上光再帰反射部４１ｂにて再帰反射される。

〈６〉軸外光再帰反射部４１ａにて再帰反射された軸外測定光は、再び被検レンズ７０に入射して透過した後、被検レンズ７０の軸外透過波面情報を担持した軸外被検光として回折光学素子２２に入射し、該回折光学素子２２により回折される。本実施形態では、このときの回折光のうち、回折光学素子２２の光軸Ｃ_２２に対し平行に、参照基準面２１に向けて出射される＋１次回折光が軸外被検光として利用される。

〈７〉一方、軸上光再帰反射部４１ｂにて再帰反射された軸上測定光は、再び被検レンズ７０に入射、透過後、被検レンズ７０の軸上透過波面情報を担持した軸上被検光として回折光学素子２２に入射し、該回折光学素子２２により回折される。本実施形態では、このときの回折光のうち、回折光学素子２２の光軸Ｃ_２２に対し平行に、参照基準面２１に向けて出射される０次回折光が軸上被検光として利用される。

〈８〉回折光学素子２２から出射された軸外測定光は、参照基準面２１において参照光と合波された後、図１に示すコリメータレンズ１４およびビームスプリッタ１３を介して（光束分岐面１３ａを図中下方に透過して）結像レンズ１５に入射し、該結像レンズ１５により撮像カメラ１６内の撮像素子１７上に干渉縞画像（以下「軸外干渉縞画像」と称する）が形成される。

〈９〉一方、回折光学素子２２から出射された軸上測定光は、参照基準面２１において参照光と合波された後、軸外測定光と同様に、コリメータレンズ１４およびビームスプリッタ１３を介して結像レンズ１５に入射し、該結像レンズ１５により撮像カメラ１６内の撮像素子１７上に干渉縞画像（以下「軸上干渉縞画像」と称する）が形成される。なお、撮像素子１７上において軸外干渉縞画像と軸上干渉縞画像とが互いに重ならないように、回折光学素子２２やヌル光学素子４０等の配置位置が予め決められている。

〈１０〉撮像素子１７上に形成された軸外干渉縞画像は、撮像カメラ１６により撮像され、解析装置５１において解析され、軸外測定光に対する被検レンズ７０の諸収差等の光学性能が検査される。

〈１１〉一方、撮像素子１７上に形成された軸上干渉縞画像も同様に解析装置５１において解析され、軸上測定光に対する被検レンズ７０の諸収差等の光学性能が検査される。

以上説明した第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置によれば、被検レンズ７０に対し、その光軸Ｃ_７０回り全方位から同時に軸外測定光を照射することができるので、軸外透過波面測定を行う場合に従来装置では必要とされる被検レンズ７０を回転させる機構等が不要となり、装置構成を簡易化することが可能となる。また、１回の測定により撮像された軸外干渉縞画像に基づき、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０回り全方位からの軸外光に対する光学性能検査を行うことができるので、測定時間を短縮化することが可能となる。

また、軸上透過波面測定を、軸外透過波面測定と併せて同時に行うことができるので、軸外光に対する被検レンズ７０の光学性能検査だけではなく、軸上光に対する光学性能検査を併せて行いたい場合に、測定時間を短縮化する上でとても有用である。

なお、レーザ光源１１として波長可変型のものを用いることも可能である。この場合、レーザ光源１１から出力されるレーザ光の波長を変えることにより、軸外測定光の被検レンズ７０への入射角度を変更することができるので、軸外測定光の入射角度の違いに対応した軸外光再帰反射部を備えた複数のヌル光学素子（図示略）を予め用意しておき、これらのヌル光学素子をレーザ光の波長変更に応じ適宜選択して設置することによって、入射角度が互いに異なる軸外光に対する被検レンズ７０の光学性能検査を行うことが可能となる。

また、単波長出力型のレーザ光源１１を用いる場合であっても、１次回折光を軸外測定光として用いる場合と高次の回折光を軸外測定光として用いる場合とを切り替えることにより、軸外測定光の被検レンズ７０への入射角度を変更することができる。この場合でも、軸外測定光の入射角度の違いに対応した軸外光再帰反射部を備えた複数のヌル光学素子を予め用意しておき、これらのヌル光学素子を軸外測定光に用いる回折光の次数変更に応じ適宜選択して設置することによって、入射角度が互いに異なる軸外光に対する被検レンズ７０の光学性能検査を行うことが可能となる。

以下、本発明に係る軸外透過波面測定装置の他の各実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、他の各実施形態を示す各図において、上述の第１実施形態のものと同一構成または技術的に同一概念の部材等に対し図１，２で用いたものと同一の番号等を付し、その詳細な説明は省略する。

〈第２実施形態〉
第２実施形態に係る軸外透過波面測定装置は、図３に示すように、上述の第１実施形態で用いられていた回折格子付参照基準板２０（図１，２参照）に替えて、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを備えている点において、第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置と異なっている。なお、図３において、干渉計本体部１０の内部構成は図示されていないが、図１に示すものと同様である。また、図３には図示されていないが、図１に示す被検体保持手段３０および解析部５０と同様の被検体保持手段および解析部を備えている（これらの点については、以下の図４，５において同じ）。

上記円錐レンズ付参照基準板２０Ａは、第２実施形態における光偏向素子を構成するもので、参照基準面２１および円錐レンズ２３を備えており、図示せぬアライメント調整機構により、円錐レンズ２３が測定光軸Ｃ_２３上に配置される位置（図中実線で示す位置）と、円錐レンズ２３が測定光軸Ｃ_２３外に配置される位置（図中２点鎖線で示す位置）との間を移動可能に保持されている。参照基準面２１は、干渉計本体部１０からの測定光を２つに分岐し、一方を参照光として干渉計本体部１０に向けて反射するとともに、他方を円錐レンズ２３に向けて透過するようになっている。円錐レンズ２３は、その光軸Ｃ_２３（参照基準面２１の光軸でもある）を回転軸とする円錐状の光透過面２４を有しており、参照基準面２１からの測定光を屈折することにより、該測定光を、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０の回り全方位から所定の傾斜角度で被検レンズ７０に入射する軸外測定光に変換するように構成されている。

ここで、アライメント調整の手順について簡単に説明する。

〈１〉円錐レンズ付参照基準板２０Ａの参照基準面２１が、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直となるように、円錐レンズ付参照基準板２０Ａの傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを、円錐レンズ２３が測定光軸Ｃ_２３外に配置される位置（測定光が円錐レンズ２３に入射しない位置）に移動させた後、円錐レンズ付参照基準板２０Ａ上にコーナーキューブ（図示略）を設置して測定光を照射し、該コーナーキューブからの反射光と参照基準面２１からの反射光（参照光）とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈２〉被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０が測定光軸Ｃ_１０と平行となるように、被検レンズ７０の傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを介して被検レンズ７０のフランジ部７２（レンズ部７１の頂点部など、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直とみなせる部分とすることも可能）に測定光を照射し、該フランジ部７２の下面からの反射光と参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈３〉ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０が測定光軸Ｃ_１０と平行となるように、ヌル光学素子４０の傾き調整を行う。この傾き調整は、例えば、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを介してヌル光学素子４０の反射平面部４２に測定光を照射し、該反射平面部４２からの反射光と参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。

〈４〉ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０と被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０とが互いに一致し、かつヌル光学素子４０と被検レンズ７０との距離が適正となるように、ヌル光学素子４０を、測定光軸Ｃ_１０に対し垂直な面内および測定光軸Ｃ_１０の方向へ位置調整する。この位置調整は、例えば、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを介して被検レンズ７０のレンズ部７１に、測定光を照射し、該測定光の一部が被検レンズ７０を透過した後、ヌル光学素子４０の軸上光再帰反射部４１ｂ（図２参照）にて反射され、再び被検レンズ７０を透過して円錐レンズ付参照基準板２０Ａに戻る光と、参照基準面２１からの反射光とにより形成される干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。なお、上記第１実施形態と同様に、被検レンズ７０に対するヌル光学素子４０の相対位置を、自動調整するように構成することも可能である。

〈５〉円錐レンズ２３の光軸Ｃ_２３が、ヌル光学素子４０の光軸Ｃ_４０および被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０に一致するように、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを測定光軸Ｃ_１０に対し垂直な面内で位置調整する。この位置調整は、例えば、円錐レンズ付参照基準板２０Ａを、円錐レンズ２３が測定光軸Ｃ_２３上に配置される位置に移動させた後、円錐レンズ２３を介して被検レンズ７０のレンズ部７１に軸外測定光を照射し、該軸外測定光の一部が被検レンズ７０を透過した後、ヌル光学素子４０の軸外光再帰反射部４１ａ（図２参照）にて反射され、再び被検レンズ７０を透過して円錐レンズ付参照基準板２０Ａに戻る光と、参照基準面２１からの反射光とにより形成されるリング状の干渉縞画像がヌル縞に最も近い状態となるように行われる。なお、上記第１実施形態と同様に、被検レンズ７０に対する円錐レンズ付参照基準板２０Ａの相対位置を、自動調整するように構成することも可能である。

なお、この第２実施形態では、図３に実線で示す状態において被検レンズ７０に軸上測定光は照射されないため、軸外透過波面測定と軸上透過波面測定を同時に実施し得るようにはなっていない。ただし、被検レンズ７０に対し、その光軸Ｃ_７０回り全方位から同時に軸外測定光を照射することができるという特徴は、上述の第１実施形態と同様に備えており、軸外透過波面測定を行う際の作用効果についても、上述の第１実施形態と同様である。これらの点は、以下の他の実施形態について同じである。

〈第３実施形態〉
第３実施形態に係る軸外透過波面測定装置は、図４に示すように、上述の第１実施形態で用いられていた回折格子付参照基準板２０（図１，２参照）に替えて、参照基準板２０Ｂおよび反射型の回折光学素子６０（第３実施形態における光偏向素子）を備えている点と、被検レンズ７０およびヌル光学素子４０が上下逆向きに配置されている点において、第１実施形態に係る軸外透過波面測定装置と異なっている。なお、測定光の光路上における配置順としては、干渉計本体部１０、光偏向素子（第３実施形態では回折光学素子６０）、被検レンズ７０、ヌル光学素子４０の順で配置されており、この点は第１実施形態と同じである。

上記参照基準板２０Ｂは参照基準面２１Ｂを備えており、図示せぬアライメント調整機構により保持されている。参照基準面２１Ｂは、干渉計本体部１０からの測定光を２つに分岐し、一方を参照光として干渉計本体部１０に向けて反射するとともに、他方を回折光学素子６０に向けて透過するようになっている。回折光学素子６０は、その光軸Ｃ_６０を中心として複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されたものであり、参照基準面２１Ｂからの測定光を回折することにより、該測定光を、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０の回り全方位から所定の傾斜角度で被検レンズ７０に入射する軸外測定光に変換するように構成されている。なお、図４に示す回折光学素子６０は、その中心部に透孔６１が形成されたリング状のものであるが、このような透孔６１が形成されていない円板状のものとすることも可能である。

〈第４実施形態〉
第４実施形態に係る軸外透過波面測定装置は、図５に示すように、上述の第３実施形態で用いられていた回折光学素子６０（図４参照）に替えて、円錐ミラー８０を備えている点において、第３実施形態に係る軸外透過波面測定装置と異なっており、他の構成は第３実施形態と同じである。

上記円錐ミラー８０は、その光軸Ｃ_８０を回転軸とする円錐状の光反射面８１と、光軸Ｃ_８０に対し垂直なアライメント用の反射平面８２とを備えており、図示せぬアライメント調整機構により保持されている。光反射面８１は、参照基準面２１Ｂからの測定光を反射することにより、該測定光を、被検レンズ７０の光軸Ｃ_７０の回り全方位から所定の傾斜角度で被検レンズ７０に入射する軸外測定光に変換するように構成されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の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。

例えば、上述の第１実施形態で用いられた回折格子付参照基準板２０に替えて、図６に示す回折格子付参照基準板２０Ｃを用いることも可能である。この回折格子付参照基準板２０Ｃは、回折光学素子２２Ａ（光軸Ｃ_２２Ａ）の中心部の領域に回折格子が形成されていない点が、上記回折格子付参照基準板２０と異なっており、この回折格子が形成されない領域を通過する測定光を、軸上測定光として出力するように構成されている。

また、上述の第１実施形態で用いられたヌル光学素子４０に替えて、図７に示すヌル光学素子４０Ａを用いることも可能である。上述のヌル光学素子４０は図２に示すように、回折光学素子２２からの０次回折光を軸上光再帰反射部４１ｂにおいて、また、＋１次回折光を軸外光再帰反射部４１ａにおいて、各々同時に再帰反射し得るようにヌルミラー面４１が形成されている。これに対し、図７に示すヌル光学素子４０Ａは、光軸Ｃ_４０Ａ方向に移動可能に保持されており、図中実線で示す位置では、回折光学素子２２からの＋１次回折光のみが軸外光再帰反射部４１Ａａにおいて再帰反射され、０次回折光は軸上光再帰反射部４１Ａｂに入射しても再帰反射されないようにヌルミラー面４１Ａが形成されている。一方、図中２点鎖線で示す位置では、回折光学素子２２からの＋１次回折光は再帰反射されず、０次回折光のみが軸上光再帰反射部４１Ａｂにおいて再帰反射されるようになっている。これにより、０次回折光により形成される干渉縞画像と、＋１次回折光により形成される干渉縞画像とを別々に撮像することが可能となる。

また、干渉光学系から出射された測定光を軸外測定光に変換する光偏向素子として、上述の第１実施形態で用いているような透過型の回折光学素子を、測定光軸上に複数配置したものを用いることも可能である。この態様は、被検レンズに対する軸外測定光の入射角度を大きくしたい場合に好適である。

また、第１実施形態で用いているような透過型の回折光学素子、第２実施形態で用いているような円錐レンズ、第３実施形態で用いているような円錐ミラーおよび第４実施形態で用いているような反射型の回折光学素子のうち、いずれかのものを互いに組み合わせたものを光偏向素子として用いることも可能である。

また、上記被検レンズ７０が有するようなフランジ部７２を有していないタイプのレンズを測定対象とすることも可能である。

また、上記実施形態においては干渉光学系の構成がフィゾータイプとされているが、マイケルソンタイプ等の他のタイプの干渉光学系を用いることも可能である。

１０，１００ 干渉計本体部
１１ レーザ光源
１２ ビーム径変換用レンズ
１３ ビームスプリッタ
１３ａ 光束分岐面
１４ コリメータレンズ
１５ 結像レンズ
１６ 撮像カメラ
１７ 撮像素子
２０，２０Ｃ 回折格子付参照基準板
２０Ａ 円錐レンズ付参照基準板
２０Ｂ，１１０ 参照基準板
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，１１１ 参照基準面
２２，２２Ａ （透過型の）回折光学素子
２３ 円錐レンズ
２４ 光透過面
３０ 被検体保持手段
３１ 窓部
４０，４０Ａ，１２０，１２０Ａ ヌル光学素子
４１，４１Ａ，１２１，１２１Ａ ヌルミラー面
４１ａ，４１Ａａ 軸外光再帰反射部
４１ｂ，４１Ａｂ 軸上光再帰反射部
４２，４２Ａ 反射平面
５０ 解析部
５１ 解析装置
５２ モニタ装置
５３ 入力装置
６０ （反射型の）回折光学素子
６１ 透孔
７０，１３０ 被検レンズ
７１ レンズ部
７２ フランジ部
８０ 円錐ミラー
８１ 光反射面
８２ 反射平面
Ｃ_１０，Ｃ_１００ 測定光軸
Ｃ_２０Ａ，Ｃ_２０Ｂ，Ｃ_２２，Ｃ_２２Ａ，Ｃ_２３，Ｃ_４０，Ｃ_４０Ａ，Ｃ_６０，Ｃ_７０，Ｃ_８０ 光軸

Claims (6)

1. 測定光軸に対し平行な測定光を出射する干渉光学系と、
   前記測定光の光路上に配置されたヌル光学素子と、
   前記干渉光学系と前記ヌル光学素子との間の前記測定光の光路上において被検レンズを保持する保持手段と、
   前記干渉光学系と前記被検レンズとの間の前記測定光の光路上に配置された光偏向素子と、を備え、
   前記光偏向素子は、前記干渉光学系から出射された前記測定光の一部を、前記被検レンズの光軸回り全方位から該光軸に対し所定の傾斜角度をなして該被検レンズに入射する軸外測定光に変換するものであり、
   前記ヌル光学素子は、前記被検レンズに入射した前記軸外測定光のうち該被検レンズを透過した光の少なくとも一部を、該被検レンズに向けて再帰反射する軸外光再帰反射部を有するものであり、
   前記軸外光再帰反射部で再帰反射され、前記被検レンズおよび前記光偏向素子を経由してなる被検光と参照光との光干渉により形成される干渉縞画像を撮像する撮像手段と、
   前記干渉縞画像を解析する解析手段と、を備えてなることを特徴とする軸外透過波面測定装置。
2. 前記光偏向素子は、複数の輪帯状の回折格子が同心に形成されてなる回折光学素子を有してなるものであることを特徴とする請求項１記載の軸外透過波面測定装置。
3. 前記光偏向素子は、円錐状の光透過面を備えた円錐レンズを有してなるものであることを特徴とする請求項１記載の軸外透過波面測定装置。
4. 前記光偏向素子は、円錐状の光反射面を備えた円錐ミラーを有してなるものであることを特徴とする請求項１記載の軸外透過波面測定装置。
5. 前記光偏向素子は、前記干渉光学系から出射された前記測定光の他の一部を、前記被検レンズの光軸に平行な方向から該被検レンズに入射する軸上測定光として出射するものであり、
   前記ヌル光学素子は、前記軸上測定光のうち該被検レンズを透過した光の少なくとも一部を、該被検レンズに向けて再帰反射する軸上光再帰反射部を有するものであることを特徴とする請求項２記載の軸外透過波面測定装置。
6. 前記測定光が波長可変レーザ光源から出力されたものであることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項記載の軸外透過波面測定装置。
   

Images