JPH1090119A - 光学系の評価方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、光学系の特性を容易にかつ短時間で
測定して評価するようにする。 【解決手段】本発明は、単数又は複数の光学素子によつ
て構成される光学系の特性を評価する場合、光源から照
射されたテスト光を一様な強度分布を持つた平行光に拡
大し、当該平行光を光学系によつて集光することにより
形成したビームスポツトを画像として取り込み、当該ビ
ームスポツトの画像情報に基づいて所定の空間周波数に
おけるコントラストを算出し、当該コントラストを所定
の基準値と比較し、当該比較結果に基づいて光学系の特
性を評価するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 発明の属する技術分野 従来の技術（図２２） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 発明の実施の形態 （１）光学系の評価装置の構成（図１及び図２） （１−１）ＭＴＦの解析手法（図３及び図４） （１−２）非点収差の解析手法（図５〜図７） （１−３）コマ収差の解析手法（図８〜図１２） （１−４）球面収差の解析手法（図１３〜図１７） （１−５）非点隔差の解析手法（図１８〜図２１） （２）評価装置の動作及び効果 （３）他の実施例 発明の効果

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系の評価方法
及びその装置に関し、例えば光デイスクドライブにおけ
る光学ピツクアツプの対物レンズの特性を評価する光学
系の評価方法及びその装置に適用して好適なものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、光学ピツクアツプの対物レンズに
存在する種々の収差を干渉計によつて測定して評価する
方法がある。ここで、干渉計とは光源からの光波を２つ
に分割して別々の光路に通した後に再び重ね合わせるこ
とにより生じる干渉縞を観測する装置である。

【０００４】例えば、図２２に示すように干渉計１では
レーザ光源２からの光ビームをコリメータレンズ３を介
して平行光とし、当該平行光をビームスプリツタ４によ
つて２分割して一方の平行光を参照平面鏡５、他方の平
行光を被検物であるレンズ６を通過させて球面鏡７によ
り反射させ、もと来た光路を通つてビームスプリツタ４
で再結合して一方及び他方の平行光の位相差によつて生
じた干渉縞をＣＣＤカメラ８によつて画像として取り込
んで収差を測定するようになされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでかかる構成の
干渉計１においては、被検物であるレンズ６の光軸と平
行光の光軸との垂直出し（基準出し）等のアライメント
が面倒で煩雑な調整が要求されると共に、干渉計１の設
置される環境として微妙な温度管理のなされる場所が要
求され、また操作が難しく誰にでも容易に測定できない
という問題があつた。

【０００６】また、このような干渉計１ではレンズ６等
の光学素子単体の収差を測定することには優れている
が、例えば光デイスクの光学ピツクアツプのような光学
系では光学素子が複数組み合わされて形成されているた
めに、干渉縞を測定するための基準となる波面（平行
光）を作ることができない。従つて、干渉計１のように
光を透過させて干渉縞に基づいて収差を測定する装置で
は、光学系全体の収差を測定することは難しいという問
題があつた。

【０００７】また、干渉計１は非常に高価なものである
ため製造工程の１つに導入することはコスト的に難しい
と共に、大型であるため設置場所の確保にも難点がある
という問題があつた。

【０００８】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、小型でかつ簡素な構成で光学系の特性を容易にかつ
短時間で測定して評価し得る光学系の評価方法及びその
装置を提案しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、単数又は複数の光学素子によつて
構成される光学系の特性を評価する場合、光源から照射
されたテスト光を一様な強度分布を持つた平行光に拡大
し、当該平行光を光学系によつて集光することにより形
成したビームスポツトを画像として取り込み、当該ビー
ムスポツトの画像情報に基づいて所定の空間周波数にお
けるコントラストを算出し、当該コントラストを所定の
基準値と比較し、当該比較結果に基づいて光学系の特性
を評価するようにする。

【００１０】これにより、算出したコントラストが基準
値よりも高い場合に光学系の分解能が高いと判断して光
学系に収差がほとんど存在しないと認識でき、コントラ
ストが基準値よりも低い場合に光学系の分解能が低いと
判断して光学系には収差が存在していると認識すること
ができる。かくして、算出したコントラストが基準値よ
りも低い場合にのみ光学系の収差及び非点隔差を算出す
ればよいので光学系の特性を容易にかつ短時間で測定し
て評価することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。

【００１２】（１）光学系の評価装置の構成 図１において１は光学系の評価装置１０の構成を示し、
光学ピツクアツプを構成しているレンズのＭＴＦ、非点
収差、コマ収差、球面収差及び非点隔差を測定して評価
しようとするものである。実際上、評価装置１０では光
源１１から発振されるコヒーレントなＨｅ−Ｎｅレーザ
ーを可変ＮＤフイルタ１２及びビームエキスパンダ１３
を介して一様な強度分布を持つた平行光（平面波）に
し、当該平行光をミラー１４に反射させて被検物である
レンズ１５に入射させるようになされている。

【００１３】この場合、レンズ１５はＺ軸方向に移動自
在なＺステージ１６及びＸ軸、Ｙ軸方向に移動自在なＸ
Ｙステージ１７上に設けられた２軸ゴニオステージ１８
上にセツトされている。この２軸ゴニオステージ１８
は、レンズ１５の光軸と光学顕微鏡１９の対物レンズ２
０との光軸とを一致させるためにレンズ１５の傾きを調
整し得るように設けられており、スキユーが存在すると
きでもレンズ１５の傾きを調整して収差を測定し得るよ
うになされている。

【００１４】続いて、評価装置１０は平行光をレンズ１
５によつて所定径のビームスポツトに絞つて光学顕微鏡
１９のカバーガラス２１に集光し、当該カバーガラス２
１に集光されたビームスポツトを対物レンズ２０で受け
てリレーレンズ２２により拡大し、ビームスプリツタ２
３で反射させ、ＮＤフイルタ２４を介してカメラ電源２
５Ａによつて駆動される 640× 480画素のＣＣＤカメラ
２５によつて画像として取り込むようになされている。
ＣＣＤカメラ２５は、取り込んだビームスポツトの画像
を電気信号に変換し、画像処理部２６に送出する。画像
処理部２６は、取り込んだ電気信号（位置情報と輝度情
報）を８ｂｉｔでアナログ／デイジタル変換してデイジ
タルデータ化し、パーソナルコンピユータ２７に送出す
る。

【００１５】パーソナルコンピユータ２７は、画像処理
部２６から送出されたデイジタルデータに基づいてレン
ズ１５のＭＴＦ（modulation transfer function）を算
出し、当該算出結果に応じて、非点収差、コマ収差、球
面収差、及び非点隔差を算出し、マルチスキヤンモニタ
２８にこれらＭＴＦ、各収差、及び非点隔差に関する種
々の情報を映し出すようになされている。

【００１６】また、パーソナルコンピユータ２７はＺス
テージ１６の現在の高さ位置を表すスケール信号Ｓ１を
ＰＩＯ（パラレル入出力）２９及びバス３０を介して取
り込み、当該スケール信号Ｓ１に基づいてレンズ１５の
フオーカス位置を制御するための制御信号Ｓ２をモータ
コントローラ３１に送出し、モータドライバ３２を駆動
させてＺステージ１６の高さ位置を調整し得るようにな
されている。

【００１７】続いて、図２は評価装置１０による光学系
の特性を算出する処理手順を示す。すなわち、評価装置
１０は処理手順ＲＴ１の開始ステツプから入つてステツ
プＳＰ１に移る。ステツプＳＰ１において、評価装置１
０ではレンズ１５を２軸ゴニオステージ１８上の所定位
置に固定し、ビームスポツトのジヤストフオーカス点に
顕微鏡１９の対物レンズ２０を設定してステツプＳＰ２
に移る。

【００１８】ステツプＳＰ２において、パーソナルコン
ピユータ２７はＭＴＦを評価するための空間周波数の値
「Ｆ」を設定してステツプＳＰ３に移る。ステツプＳＰ
３において、パーソナルコンピユータ２７は空間周波数
「Ｆ」におけるＭＴＦ（コントラスト）の値「Ｇ」を１
つの基準値として記憶し、ステツプＳＰ４に移る。ここ
で、基準値「Ｇ」は実際に測定したＭＴＦの良否を判断
するためのしきい値である。ステツプＳＰ４において、
パーソナルコンピユータ２７はレンズ１５のビームスポ
ツトに基づいて空間周波数「Ｆ」におけるＭＴＦを測定
し、そのときの値「Ｈ」を得てステツプＳＰ５に移る。

【００１９】ステツプＳＰ５において、パーソナルコン
ピユータ２７は実際のビームスポツトの空間周波数
「Ｆ」におけるＭＴＦの値「Ｈ」が基準値「Ｇ」よりも
低いか否かを判断する。ここで、肯定結果が得られる
と、このことは評価装置１０においてビームスポツトの
ＭＴＦの値「Ｈ」が基準値「Ｇ」よりも低いことを表し
ており、このときパーソナルコンピユータ２７はステツ
プＳＰ６に移る。

【００２０】このようにビームスポツトのＭＴＦの値
「Ｈ」が基準値「Ｇ」よりも低いということは、レンズ
１５に存在する収差の影響によつてビームスポツトが広
がつてしまう（デフオーカスしてしまう）ことに起因し
ている。従つて、ビームスポツトのＭＴＦの値「Ｈ」が
基準値「Ｇ」よりも低い場合にはレンズ１５に収差が存
在していると考えることができるので、レンズ１５の各
収差及び非点隔差を引き続き測定するようになされてい
る。この場合、測定の順番は任意である。

【００２１】これに対してステツプＳＰ５において否定
結果が得られると、このことは評価装置１０においてビ
ームスポツトのＭＴＦの値「Ｈ」が基準値「Ｇ」よりも
高いことを表しており、このときパーソナルコンピユー
タ２７はＭＴＦの測定結果が良くレンズ１５に問題とな
るほどの収差が存在していないと考えることができるの
でステツプＳＰ１０に移つて処理を終了する。

【００２２】ステツプＳＰ６において、パーソナルコン
ピユータ２７はレンズ１５を介して集光されたビームス
ポツトの形状に基づいて非点収差を測定してステツプＳ
Ｐ７に移る。ステツプＳＰ７において、パーソナルコン
ピユータ２７はレンズ１５を介して集光されたビームス
ポツトの強度に基づいてコマ収差を測定してステツプＳ
Ｐ８に移る。ステツプＳＰ８において、パーソナルコン
ピユータ２７はレンズ１５を介して集光されたビームス
ポツトの強度に基づいて球面収差を測定してステツプＳ
Ｐ９に移る。ステツプＳＰ９において、パーソナルコン
ピユータ２７はレンズ１５を介して集光されたビームス
ポツトに基づいて非点隔差を測定してステツプＳＰ１０
に移つて処理を全て終了する。

【００２３】このように、評価装置１０ではカバーガラ
ス２１に集光されたビームスポツトに基づいてレンズ１
５の分解能をＭＴＦ（コントラスト）として測定し、Ｍ
ＴＦの測定値「Ｈ」が基準値「Ｇ」よりも低い場合すな
わちコントラストが低いときにはレンズ１５に収差が存
在していると判断することができる。この場合、評価装
置１０は、非点収差（形状）、コマ収差（輝度分布）、
球面収差（デフオーカス位置における輝度分布）、及び
非点隔差（ビームスポツトの位置ずれ）をそれぞれ測定
してレンズ１５の特性を評価するようになされている。
続いて、評価装置１０によるレンズ１５のＭＴＦ、非点
収差、コマ収差、球面収差及び非点隔差の解析手法を以
下に詳しく説明する。

【００２４】（１−１）ＭＴＦの解析手法 このＭＴＦ（modulation transfer function：空間周波
数特性）とは、ＯＴＦ（optical transfer function ）
の絶対値であり、レンズ１５の円形開口を透過したビー
ムスポツトに基づいてコントラストにより分解能を表す
パラメータとして定義されるものである。評価装置１０
においては、図３（Ａ）に示すようなレンズ１５の円形
開口を透過したビームスポツトの強度を空間座標でフー
リエ変換し、各空間周波数でのコントラストに基づいて
ＭＴＦを評価するようになされている。

【００２５】すなわちＭＴＦは、連続した白黒１対の縞
をＣＣＤカメラ２５によつて映して見る場合に、白黒１
対の縞（ライン）をどれ位のピツチ（間隔）まで狭めて
もはつきり認識できるかを１[mm]当たりに含まれる白黒
１対のライン数すなわち空間周波数の値「Ｆ」（例え
ば、Ｆ＝ 500[line/mm] ）のときのコントラストに基づ
いて評価しようとするものである。

【００２６】実際上、図３（Ｂ）に示すように、ビーム
スポツトの強度のピークにおけるＹ方向のＭＴＦは、空
間周波数がＦ＝ 500[line/mm] ときにはコントラストが
約５０ [％] あるが、空間周波数がＦ＝1000[line/mm]
ときにはコントラストがほぼ０ [％] 近くなつて、白黒
１対のラインを認識できなくなつてしまう。また、図３
（Ｃ）に示すように、ビームスポツトの強度のピークに
おけるＸ方向のＭＴＦは、空間周波数がＦ＝1000[line/
mm] ときであつてもコントラストが約２０ [％] 程度は
ある。従つて、ビームスポツトのＸ方向のＭＴＦがＹ方
向のＭＴＦよりも優れているということになる。

【００２７】このようにして、評価装置１０では、ビー
ムスポツトのＸ方向及びＹ方向におけるＭＴＦのグラフ
をパーソナルコンピユータ２７によつてマルチスキヤン
モニタ２８に表示し、当該グラフ（図３（Ｂ）及び
（Ｃ））に基づいてＸ方向及びＹ方向におけるＭＴＦを
相対的に評価するようになされている。

【００２８】続いて、図４は評価装置１０によるＭＴＦ
算出の処理手順を示す。すなわち、評価装置１０は処理
手順ＲＴ２の開始ステツプから入つてステツプＳＰ１１
に移る。ステツプＳＰ１１において、評価装置１０はカ
バーガラスに集光されたビームスポツトをＣＣＤカメラ
２５によつて画像として取り込むために、顕微鏡１９の
対物レンズ２０をビームスポツトのジヤストフオーカス
点に設定する。

【００２９】次に、ステツプＳＰ１２において、ＣＣＤ
カメラ２５はビームスポツトを画像として取り込んでス
テツプＳＰ１３に移る。ステツプＳＰ１３において、Ｃ
ＣＤカメラ２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像処
理部２６に送出してステツプＳＰ１４に移る。

【００３０】ステツプＳＰ１４において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画像処理部２６から 640× 480画素の
輝度データをバス３０を介して取り込んでステツプＳＰ
１５に移る。ステツプＳＰ１５において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画素の強度ピークの位置を検出し、当
該位置を原点「０」としてステツプＳＰ１６に移る。

【００３１】ステツプＳＰ１６において、パーソナルコ
ンピユータ２７は原点「０」と同じライン上の各画素の
輝度をそれぞれフーリエ変換してＸ方向のＭＴＦを算出
する。ここで、ｎｘを像面におけるＸ方向の空間周波数
とし、ｐｘをＸ方向における輝度とすると、Ｘ方向のＭ
ＴＦは次式

【数１】 で表すことができる。

【００３２】ステツプＳＰ１７において、パーソナルコ
ンピユータ２７は原点「０」と同じ列上の各画素の輝度
をそれぞれフーリエ変換してＹ方向のＭＴＦを算出す
る。ここで、ｙｘを像面におけるＹ方向の空間周波数と
し、ｐｙをＹ方向における輝度とすると、Ｙ方向のＭＴ
Ｆは次式

【数２】 で表すことができる。最後に、ステツプＳＰ１８におい
て、評価装置１０はＭＴＦの算出処理を終了する。

【００３３】このように、評価装置１０はビームスポツ
トを画像として取り込むことにより、各画素の輝度をフ
ーリエ変換して算出したＭＴＦをグラフ（図３（Ｂ）及
び（Ｃ））としてマルチスキヤンモニタ２８に映し出す
ことができ、かくして当該グラフに基づいてビームスポ
ツトのＭＴＦを相対的に評価し、レンズ１５に収差が存
在していると判断した場合にのみレンズ１５の各収差及
び非点隔差を測定して処理時間を短縮することができ
る。

【００３４】（１−２）非点収差の解析手法 一般に、光がレンズ１５の円形開口を透過すると回析効
果によつて所定形状のビームスポツトが得られる。図５
（Ａ）のＰＳＦ（point spread function ：等輝度線表
示）に示すように、光がレンズ１５の円形開口を透過し
たときのビームスポツトの強度分布は、中心の強度が一
番高く、中心から外側に向かうに従つて徐々に強度が下
がつている。

【００３５】また、図５（Ｂ）のＬＳＦ（line spread
function）に示すように、ビームスポツトの強度分布は
Ｘ方向の強度分布とＹ方向の強度分布とでは分布の巾
（Ａ又はＢ）がそれぞれ異なつている。これは、ビーム
スポツトの形状が真円ではなく楕円であることを意味し
ている。つまり、非点収差の存在しないレンズ１５の円
形開口を一様な強度分布を持つた平行光が入射して透過
したときにビームスポツトは真円になるが、レンズ１５
に非点収差が存在するとビームスポツトは短径Ａと長径
Ｂとでなる楕円になつてしまう。

【００３６】従つて、図６に示すように、評価装置１０
はビームスポツトの真円からのずれ量を定量化し、楕円
の短径Ａと長径Ｂとの比（Ａ／Ｂ）を非点収差の大きさ
として定義すると共に、長径Ｂの基準軸からの傾きθを
非点収差の方向として定義し、レンズ１５に存在する非
点収差の大きさ及び方向を算出して評価するようになさ
れている。ここで、半導体レーザの強度分布は一般に次
式

【数３】 で表され、（３）式中の次式

【数４】 で表される部分が１になるとき、すなわち次式

【数５】 となる強度部分のビームスポツトの形状に基づいて非点
収差が算出されるようになされている。

【００３７】実際上、評価装置１０はカバーガラス２１
に集光されたビームスポツトを光学顕微鏡１９を介して
ＣＣＤカメラ２５で画像として取り込み、画像処理部２
６及びパーソナルコンピユータ２７を介してマルチスキ
ヤンモニタ２８に映し出すと共に、マルチスキヤンモニ
タ２８に映し出されたビームスポツトの短径Ａ、長径Ｂ
及び当該長径Ｂの基準軸からの傾きθに基づいてレンズ
１５の非点収差の大きさと方向を算出し得るようになさ
れている。

【００３８】次に、図７は評価装置１０による非点収差
算出の処理手順を示す。すなわち、評価装置１０は処理
手順ＲＴ３の開始ステツプから入つてステツプＳＰ２１
に移る。ステツプＳＰ２１において、ＣＣＤカメラ２５
はカバーガラス２１に集光されたビームスポツトを画像
として取り込んでステツプＳＰ２２に移る。

【００３９】ステツプＳＰ２２において、ＣＣＤカメラ
２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像処理部２６に
送出してステツプＳＰ２３に移る。ステツプＳＰ２３に
おいて、パーソナルコンピユータ２７は画像処理部２６
から 640× 480画素の輝度データをバス３０を介して取
り込んでステツプＳＰ２４に移る。ステツプＳＰ２４に
おいて、パーソナルコンピユータ２７は画素の強度ピー
クの位置を検出してステツプＳＰ２５に移る。

【００４０】ステツプＳＰ２５において、パーソナルコ
ンピユータ２７は検出した強度ピークの位置における強
度分布の１／ｅ² に相当する位置を検出してステツプＳ
Ｐ２６に移る。ステツプＳＰ２６において、パーソナル
コンピユータ２７は１／ｅ²に相当する位置のビームス
ポツトの短径Ａを算出してステツプＳＰ２７に移る。

【００４１】ステツプＳＰ２７において、パーソナルコ
ンピユータ２７はビームスポツトの長径Ｂを算出してス
テツプＳＰ２８に移る。最後に、ステツプＳＰ２８にお
いてパーソナルコンピユータ２７は短径Ａと長径Ｂとの
比（Ａ／Ｂ）に基づいて非点収差の大きさを算出すると
共に、長径Ｂの基準軸からの傾きθに基づいて非点収差
の方向を算出してステツプＳＰ２９に移つて処理を終了
する。

【００４２】このように、評価装置１０はビームスポツ
トをＣＣＤカメラ２５で画像として取り込むことによ
り、ビームスポツトの強度分布における１／ｅ² に相当
する位置の形状に基づいてレンズ１５に存在する非点収
差の大きさと方向を算出することができる。

【００４３】（１−３）コマ収差の解析手法 一般に、コマ収差の存在しないレンズ１５の円形開口を
透過した光は点対称なビームスポツト（エアリーパター
ン）となる。ところが、レンズ１５にコマ収差が存在す
るとエアリーパターンは非対称になつてしまう。図８に
示すように、エアリーパターンの中心部分の０次光は強
度が高くほぼ均一な状態であるが、外側部分の１次リン
グでは強度に非対称性が生じている。このように、強度
の非対称性はエアリーパターンの特に１次リングにおい
て顕著に現れる。

【００４４】図９（Ａ）及び（Ｂ）のＰＳＦに示すよう
に、エアリーパターンの強度分布は、強度の高い０次光
で密度が高くなつている（図９（Ａ））と共に、０次光
のピークも高く盛り上がつている（図９（Ｂ））。とこ
ろが、１次リングの強度は０次光よりも低くピークの盛
り上がりも低くなつている。

【００４５】また図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すよう
に、レンズ１５に存在するコマ収差が小さい場合と大き
い場合とでは１次リングの強度の非対称性が異なる。つ
まり、コマ収差が小さい場合はあまり非対称性が生じて
いないが、コマ収差が大きい場合にはかなりの非対称性
が生じている。

【００４６】さらに、図１１（Ａ）及び（Ｂ）のＬＳＦ
に示すように、エアリーパターンのＸ方向及びＹ方向に
おける強度分布は、０次光のピークは同じ高さになつて
いるが１次リングのピークは強度が少しずつ異なつてい
て非対称性になつていることがわかる。

【００４７】従つて、評価装置１０ではＣＣＤカメラ２
５で取り込んだエアリーパターンの０次光の輝度ピーク
位置を原点としたときの１次リングの強度を積分して輝
度重心の位置を算出して原点からある大きさと方向を持
つたベクトルとし、そのベクトルの大きさをコマ収差の
大きさとして定義すると共に、ベクトルの向きをコマ収
差の方向として定義するようになされている。

【００４８】ここで、輝度重心の位置（ｒ、θ）におけ
る強度をｉ（ｒ、θ）とした場合、１次リング内の各座
標値ごとに強度を掛けてそれぞれ加算した値を次式

【数６】 で表し、１次リングの輝度を単純に加算した値を次式

【数７】 で表すと、コマ収差Ｃは、次式

【数８】 となる。

【００４９】実際上、評価装置１０はカバーガラス２１
に集光されたエアリーパターンを光学顕微鏡１９を介し
てＣＣＤカメラ２５で画像として取り込み、画像処理部
２６及びパーソナルコンピユータ２７を介してマルチス
キヤンモニタ２８に映し出すと共に、１次リングの輝度
重心の位置（ｒ、θ）と強度ｉ（ｒ、θ）に基づいてレ
ンズ１５のコマ収差Ｃの大きさと方向を算出するように
なされている。

【００５０】次に、図１２は評価装置１０によるコマ収
差算出の処理手順を示す。すなわち、評価装置１０は処
理手順ＲＴ４の開始ステツプから入つてステツプＳＰ３
１に移る。ステツプＳＰ３１において、ＣＣＤカメラ２
５はカバーガラス２１に集光されたエアリーパターンを
画像として取り込んでステツプＳＰ３２に移る。

【００５１】ステツプＳＰ３２において、ＣＣＤカメラ
２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像処理部２６に
送出してステツプＳＰ３３に移る。ステツプＳＰ３３に
おいて、パーソナルコンピユータ２７は画像処理部２６
から 640× 480画素の輝度データをバス３０を介して取
り込んでステツプＳＰ３４に移る。ステツプＳＰ３４に
おいて、パーソナルコンピユータ２７はエアリーパター
ンの１次リングにおける測定範囲を設定してステツプＳ
Ｐ３５に移る。

【００５２】ステツプＳＰ３５において、パーソナルコ
ンピユータ２７は（６）式によつて１次リングの輝度を
ベクトル加算した値「Ｍ」を記憶してステツプＳＰ３６
に移る。ステツプＳＰ３６において、パーソナルコンピ
ユータ２７は（７）式によつて１次リングの輝度を単純
加算した値「Ｎ」を記憶してステツプＳＰ３７に移る。
ステツプＳＰ３７において、パーソナルコンピユータ２
７は（８）式に基づいてコマ収差Ｃの大きさを算出する
と共に、０次光の輝度ピーク位置を原点としたときに当
該原点と１次リングの輝度重心の位置とを結ぶライン方
向をコマ収差の方向として算出し、ステツプＳＰ３８に
移つて処理を終了する。

【００５３】このように、評価装置１０はエアリーパタ
ーンをＣＣＤカメラ２５で画像として取り込むことによ
り、エアリーパターンの１次リングの輝度重心の位置
（ｒ、θ）と強度ｉ（ｒ、θ）に基づいてレンズ１５に
存在するコマ収差Ｃの大きさと方向を算出することがで
きる。

【００５４】（１−４）球面収差の解析手法 一般に、球面収差の存在しないレンズ１５の円形開口を
透過した光の強度分布は、焦点位置近傍において近軸焦
点位置を基準として光軸方向（光の進行方向）の前後に
対称となる。ところが、球面収差の存在するレンズ１５
の円形開口を透過した光の強度分布は、近軸焦点位置を
基準として光軸方向の前後に非対称となる。特に、この
現象は１次リングの強度分布において顕著に現れてい
る。

【００５５】従つて、評価装置１０では、１次リングの
強度分布において非対称性が顕著に現れることに注目
し、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにジヤストフオー
カス点である近軸焦点位置「Ｏ」に対して前後適当な位
置にデフオーカスした点（＋Δｚデフオーカス点「Ｐ」
及び−Δｚデフオーカス点「Ｑ」）を選ぶ。そして、評
価装置１０はこの位置におけるエアリーパターンの１次
リングの輝度を積分して強度をそれぞれ算出し、＋Δｚ
デフオーカス点「Ｐ」及び−Δｚデフオーカス点「Ｑ」
の強度の比を対数で表すことにより、球面収差の大きさ
と方向を定義するようになされている。ここで、デフオ
ーカス点「Ｐ」及び「Ｑ」の強度の比を対数で表すこと
は球面収差の方向を表現するためである。

【００５６】また、図１４（Ａ）は球面収差が存在しな
い場合のエアリーパターンの像面移動による変化を示
し、図１４（Ｂ）は球面収差が存在する場合のエアリー
パターンの像面移動による変化を示している。すなわ
ち、図１４（Ａ）に示すように球面収差が存在しない場
合、Ｚ方向０の位置（焦点位置）で０次光の強度１を示
す最も明るいエアリーパターンを中心として、光軸方向
にそれぞれデフオーカスした位置の強度分布は互いに対
称となつている。また、光軸方向に対して垂直な方向で
あるｒ方向におけるｒｃ以降は１次リングの強度分布を
表しており、この場合も焦点位置０を中心として互いに
対称となつている。

【００５７】ところが、図１４（Ｂ）に示す球面収差が
存在する場合は、強度0.8 で示すデフオーカスした位置
が最も強度の高いエアリーパターン（最良像面）となつ
ており、０次光及び１次光ともに最良像面を中心として
非対称な強度分布となつている。評価装置１０では、１
次リングの非対称な強度分布に着目して１次リングの強
度を全周積分して最良像面の前後（ａとｂあるいはｃと
ｄ）における強度の比を対数で表すようになされてい
る。

【００５８】この場合、＋Δｚデフオーカス点「Ｐ」に
おける１次リングの強度を単純加算した値は、次式

【数９】 で表すことができ、また−Δｚデフオーカス点「Ｑ」に
おける１次リングの強度を単純加算した値は、次式

【数１０】 で表すことができる。従つて、評価装置１０において測
定する球面収差Ｓは、次式

【数１１】 で表すことができる。

【００５９】実際上、評価装置１０はカバーガラス２１
に集光されたエアリーパターンを光学顕微鏡１９を介し
てＣＣＤカメラ２５で画像として取り込み、画像処理部
２６及びパーソナルコンピユータ２７を介してマルチス
キヤンモニタ２８に映し出すと共に、光軸方向の前後に
デフオーカスしたそれぞれのエアリーパターンの１次リ
ングの強度の比に基づいてレンズ１５に存在する球面収
差の大きさと方向を算出して評価し得るようになされて
いる。

【００６０】次に、図１５は評価装置１０による球面収
差測定の処理手順を示す。すなわち、評価装置１０は処
理手順ＲＴ５の開始ステツプから入つてステツプＳＰ４
１に移る。ステツプＳＰ４１において、評価装置１０は
エアリーパターンのジヤストフオーカス点に顕微鏡１９
の対物レンズ２０を設定してステツプＳＰ４２に移る。

【００６１】ステツプＳＰ４２において、パーソナルコ
ンピユータ２７はエアリーパターンの１次リングの測定
範囲を設定してステツプＳＰ４３に移る。ステツプＳＰ
４３において、パーソナルコンピユータ２７は球面収差
測定のためのデフオーカス量（＋Δｚ）を設定してステ
ツプＳＰ４４に移る。ステツプＳＰ４４において、パー
ソナルコンピユータ２７はデフオーカス量（＋Δｚ）だ
けＺステージ１６を移動させてステツプＳＰ４５に移
る。

【００６２】ステツプＳＰ４５において、ＣＣＤカメラ
２５はデフオーカス量（＋Δｚ）だけ移動した「Ｐ」の
位置のエアリーパターンを画像として取り込んでステツ
プＳＰ４６に移る。ステツプＳＰ４６において、ＣＣＤ
カメラ２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像処理部
２６に送出してステツプＳＰ４７に移る。

【００６３】ステツプＳＰ４７において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画像処理部２６から 640× 480画素の
輝度データをバス３０を介して取り込んでステツプＳＰ
４８に移る。ステツプＳＰ４８において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画素の強度ピークの位置を検出してス
テツプＳＰ４９に移る。ステツプＳＰ４９において、パ
ーソナルコンピユータ２７は検出したピークにおける強
度分布の１／ｅ² に相当する位置を検出してステツプＳ
Ｐ５０に移る。ステツプＳＰ５０において、パーソナル
コンピユータ２７は強度分布の１／ｅ²に相当する位置
のエアリーパターンの１次リングの強度を全周積分し、
そのときの強度を（９）式により算出してステツプＳＰ
５１に移る。

【００６４】ステツプＳＰ５１において、パーソナルコ
ンピユータ２７はＺステージ１６を現在位置からデフオ
ーカス量（−２Δｚ）分移動させてステツプＳＰ５２に
移る。ステツプＳＰ５２において、ＣＣＤカメラ２５は
デフオーカス量（−２Δｚ）だけ移動した−Δｚデフオ
ーカス点「Ｑ」の位置のエアリーパターンを取り込んで
ステツプＳＰ５３に移る。ステツプＳＰ５３において、
ＣＣＤカメラ２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像
処理部２６に送出してステツプＳＰ５４に移る。

【００６５】ステツプＳＰ５４において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画像処理部２６から 640× 480画素の
輝度データをバス３０を介して取り込んでステツプＳＰ
５５に移る。ステツプＳＰ５５において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画素の強度ピークの位置を検出してス
テツプＳＰ５６に移る。

【００６６】ステツプＳＰ５６において、パーソナルコ
ンピユータ２７は検出したピークの位置における強度分
布の１／ｅ² に相当する位置のエアリーパターンを検出
してステツプＳＰ５７に移る。ステツプＳＰ５７におい
て、パーソナルコンピユータ２７はエアリーパターンの
１次リングの強度を全周積分し、そのときの強度を（１
０）式により算出してステツプＳＰ５８に移る。ステツ
プＳＰ５８において、パーソナルコンピユータ２７はデ
フオーカス位置「Ｐ」及び「Ｑ」における１次リングの
強度の比の対数値をとることにより球面収差の大きさ及
び方向を算出してステツプＳＰ５９に移つて処理を終了
する。

【００６７】このように、評価装置１０は光軸方向の前
後にデフオーカスした＋Δｚデフオーカス点「Ｐ」及び
−Δｚデフオーカス点「Ｑ」におけるエアリーパターン
をＣＣＤカメラ２５で画像として取り込み、それぞれの
エアリーパターンの１次リングにおける強度の比の対数
値をとることによりレンズ１５に存在する球面収差Ｓの
大きさと方向を算出することができる。

【００６８】ところで、評価装置１０において光軸方向
にそれぞれ前後してスキヤンさせたエアリーパターンの
それぞれの輝度を測定し、その輝度信号を画像処理部２
６によつて８ｂｉｔでアナログ／デイジタル変換したデ
イジタルデータとしてプロツトしたグラフの一例を図１
６に示す。この図１６に示すように、０次光輝度及び１
次リング輝度ともにデイジタルデータにはノイズ成分が
多く含まれており、そのためプロツトされたデータが暴
れてしまつている。

【００６９】特に、１次リング輝度は強度が低いために
データの暴れ方が大きい。従つて、評価装置１０におい
て、このようなノイズ成分を多く含んだ生のデイジタル
データをそのまま用いて球面収差Ｓを測定したのでは、
ノイズ等の影響によつて精度が落ちてしまう。ところ
が、このグラフをよく見てみると０次光輝度は放物線に
近い形をしており、また１次リング輝度も偶関数のよう
である。そこで、評価装置１０ではデータを補間して多
項式近似（この場合には２次近似が精度が一番高かつ
た）を導き出すようにしている。この多項式近似による
グラフを図１７に示す。

【００７０】図１７に示すように、評価装置１０におい
ては０次光輝度及び１次リング輝度のデータを補間して
導き出したそれぞれの多項式近似のデータに基づいて球
面収差Ｓを算出すれば、データ自体の暴れによるばらつ
きがあつても球面収差の算出結果の精度を向上させるこ
とができる。

【００７１】（１−５）非点隔差の解析手法 一般に、半導体レーザは非点隔差を持つており、このよ
うな半導体レーザを用いて光学系を構成した場合、光学
系全体としても非点隔差を持つことになる。通常、収差
の存在しないレンズ１５の円形開口を透過した光を焦点
近傍で光軸方向にスキヤンしてもビームスポツトは径を
変えるだけで真円を保つたまま変化する。ところが、図
１８に示すように光学系に非点隔差があると焦点近傍で
光軸方向にスキヤンさせた場合に２方向（Ｘ方向及びＹ
方向）で径が最小になる位置が異なる。通常、この光軸
方向の位置間の差（距離）を非点隔差として定義するよ
うになされている。

【００７２】実際上、評価装置１０はカバーガラス２１
に集光されたビームスポツトを光軸方向にスキヤンした
場合、径が最小になる２つのビームスポツトを光学顕微
鏡１９を介してＣＣＤカメラ２５で画像として取り込
み、画像処理部２６及びパーソナルコンピユータ２７を
介してマルチスキヤンモニタ２８に映し出すと共に、径
が最小になる２つのビームスポツトを形成したときのＺ
ステージ１６の位置に基づいてレンズ１５の非点隔差を
パーソナルコンピユータ２７で算出するようになされて
いる。

【００７３】次に、図１９は評価装置１０による非点隔
差算出の処理手順を示す。すなわち、評価装置１０は処
理手順ＲＴ６の開始ステツプから入つてステツプＳＰ６
１に移る。ステツプＳＰ６１において、評価装置１０は
ビームスポツトのジヤストフオーカス点に顕微鏡１９の
対物レンズ２０を設定してステツプＳＰ６２に移る。

【００７４】ステツプＳＰ６２において、パーソナルコ
ンピユータ２７はＺステージ１６を動かし得る最大範囲
量（最大デフオーカス量：例えば２ [μｍ] ）「Ｄ」
と、最大デフオーカス量「Ｄ」の範囲内でＺステージ１
６を動かす変化量（例えば、0.1[μｍ] 刻みで動かす）
「Δｄ」を設定してステツプＳＰ６３に移る。ステツプ
ＳＰ６３において、パーソナルコンピユータ２７はＺス
テージ１６をジヤストフオーカス点からプラス側の最大
デフオーカス位置「＋Ｄ」まで移動させてステツプＳＰ
６４に移る。

【００７５】ステツプＳＰ６４において、パーソナルコ
ンピユータ２７はＺステージ１６の位置がジヤストフオ
ーカス点からマイナス側の最大デフオーカス位置「−
Ｄ」まで移動したか否かを判断する。ここで、否定結果
が得られると評価装置１０においてはＺステージ１６の
位置が最大デフオーカス量「Ｄ」の範囲内にあること
（最大範囲量「Ｄ」内の全ての位置での計測が未だ終了
していない）を表しており、このときパーソナルコンピ
ユータ２７はステツプＳＰ６５に移る。

【００７６】ステツプＳＰ６５において、ＣＣＤカメラ
２５はＺステージ１６の最大デフオーカス位置「＋Ｄ」
におけるビームスポツトを画像として取り込んでステツ
プＳＰ６６に移る。ステツプＳＰ６６において、ＣＣＤ
カメラ２５は取り込んだ画像のビデオ信号を画像処理部
２６に送出してステツプＳＰ６７に移る。

【００７７】ステツプＳＰ６７において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画像処理部２６から 640× 480画素の
輝度データをバス３０を介して取り込んでステツプＳＰ
６８に移る。ステツプＳＰ６８において、パーソナルコ
ンピユータ２７は画素の強度ピークの位置を検出してス
テツプＳＰ６９に移る。ステツプＳＰ６９において、パ
ーソナルコンピユータ２７は検出した強度ピークの位置
における強度分布の１／ｅ² に相当する位置を検出して
ステツプＳＰ７０に移る。

【００７８】ステツプＳＰ７０において、パーソナルコ
ンピユータ２７は強度分布の１／ｅ² に相当する位置の
ビームスポツトにおけるＸ方向の径Ｘｚを算出してステ
ツプＳＰ７１に移る。ステツプＳＰ７１において、パー
ソナルコンピユータ２７は強度分布の１／ｅ² に相当す
る位置のビームスポツトにおけるＹ方向の径Ｙｚを算出
してステツプＳＰ７２に移る。

【００７９】ステツプＳＰ７２において、パーソナルコ
ンピユータ２７はＺステージ１６の最大デフオーカス位
置「＋Ｄ」におけるビームスポツトのＸ方向及びＹ方向
の径をそれぞれ算出し終えたので、変化量ΔｄだけＺス
テージ１６を移動させてステツプＳＰ６４に戻る。以
下、Ｚステージ１６の位置がマイナス側の最大デフオー
カス位置「−Ｄ」に移動するまで同様の処理を繰り返
す。

【００８０】これに対してステツプＳＰ６４において、
肯定結果が得られると評価装置１０においてＺステージ
１６の位置がマイナス側の最大デフオーカス位置「−
Ｄ」まで移動したことを表しており、このときパーソナ
ルコンピユータ２７はステツプＳＰ７３に移る。ステツ
プＳＰ７３において、パーソナルコンピユータ２７はＺ
ステージ１６の位置が最大デフオーカス量「Ｄ」の範囲
内で変化量Δｄごとに移動した全ての位置においてビー
ムスポツトのＸ方向の径Ｘｚ及びＹ方向の径Ｙｚをそれ
ぞれ算出し終えているので、その中から径Ｘｚが最小と
なるＺステージ１６の位置を選んで「Ｅ」とする。

【００８１】ステツプＳＰ７４において、パーソナルコ
ンピユータ２７は同様に径Ｙｚが最小となるＺステージ
１６の位置を選んで「Ｆ」とする。ステツプＳＰ７５に
おいて、パーソナルコンピユータ２７はＺステージ１６
の位置の差分（「Ｅ」−「Ｆ」）をとつて非点隔差を算
出し、ステツプＳＰ７６に移つて処理を終了する。

【００８２】このように、評価装置１０は光軸方向にス
キヤンした場合のビームスポツトをＣＣＤカメラ２５で
画像として取り込むことにより、２つのビームスポツト
の２方向（Ｘ方向及びＹ方向）で径Ｘｚ、Ｙｚが最小に
なるＺステージ１６の位置「Ｅ」及び「Ｆ」に基づいて
非点隔差を算出することができる。

【００８３】この場合においても、評価装置１０は光軸
方向にスキヤンした場合の径が最小になる２つのビーム
スポツトのそれぞれの径とそのときの光軸方向の変位量
Δｄを算出し、そのデータを画像処理部２６によつて８
ｂｉｔでアナログ／デイジタル変換したデイジタルデー
タに基づいて非点隔差を算出するようになされている。

【００８４】ところが、図２０に示すように、光軸方向
に対してそれぞれスキヤンした位置におけるビームスポ
ツトの径と光軸方向の変位量Δｄとの関係を表すグラフ
では、焦点位置においてはビームウエストに近いために
ビーム径がゆるやかに変化している。ところが、データ
自体にはノイズ成分が多く含まれているためにデータの
ばらつきが大きく、どこの位置においてビームスポツト
の径が最小になるのかがわかりにくい。

【００８５】そこで、この場合にも上述の球面収差を算
出する際に用いた多項式近似を導くようにする。この多
項式近似によるグラフを図２１に示す。図２１に示すよ
うに、多項式近似によるグラフから大きくはみ出したプ
ロツト点はノイズ成分を多く含んだデータと考えること
ができる。従つて、評価装置１０では多項式近似のデー
タに基づいて非点隔差を算出すれば、データ自体の暴れ
によるばらつきがあつても非点隔差の算出結果の精度を
向上させることができる。

【００８６】（２）評価装置の動作及び効果 以上の構成において、評価装置１０は被検物であるレン
ズ１５を介して集光されたビームスポツトを光学顕微鏡
１９で拡大してＣＣＤカメラ２５により画像として取り
込むようにしたことにより、ビームスポツトの強度に基
づいてレンズ１５のＭＴＦを算出して評価することがで
きる。これにより、評価装置１０はレンズ１５のＭＴＦ
が基準値よりも高い場合には収差が存在しないと判断し
て、各収差及び非点隔差の測定は行わない。また、評価
装置１０はレンズ１５のＭＴＦが基準値よりも低い場合
には収差が存在していると判断し、この場合にのみ各収
差及び非点隔差の測定を行なう。かくして、評価装置１
０はＭＴＦを評価することにより、問題となる程度の収
差がレンズ１５に存在しないときには各収差及び非点隔
差を算出しないで処理を終了させて処理時間の短縮化を
図ることができる。

【００８７】また、評価装置１０はＣＣＤカメラ２５に
よつて取り込んだビームスポツトの画像に基づいて光学
系の特性を全て算出することができるので、干渉計１の
ときに必要とされたアライメント等の煩雑な調整が不要
になり、かくして、小型でかつ簡素な構成で光学系の特
性を容易に測定して評価することができる。

【００８８】さらに、評価装置１０は汎用の光学顕微鏡
１９やパーソナルコンピユータ２７を組み合わせて構成
されているのでコストが安く抑えられ、これにより製造
工程の１つに導入することが可能となると共に、小型で
あるため設置場所の確保の問題も解決することができ
る。

【００８９】さらに、評価装置１０は、ビームスポツト
の強度に基づいて光学系の特性を評価することができる
ので、従来のように干渉縞を測定する場合とは異なり、
光学系全体の収差も測定することができる。

【００９０】以上の構成によれば、評価装置１０はビー
ムスポツトをＣＣＤカメラ２５によつて画像として取り
込むようにしたことにより、ビームスポツトの画像情報
に基づいてＭＴＦを算出することができ、かくしてＭＴ
Ｆの算出結果に基づいてレンズ１５の特性を評価するこ
とができる。すなわち、評価装置１０はＭＴＦが基準値
よりも低い場合にのみレンズ１５の各収差や非点隔差を
算出すればよく、レンズ１５の特性を短時間で評価する
ことができる。また、評価装置１０はビームスポツトを
ＣＣＤカメラ２５よつて画像として取り込んだことによ
り、ビームスポツトの画像情報に基づいて非点収差、コ
マ収差、球面収差及び非点隔差を容易に算出して評価す
ることができる。

【００９１】（３）他の実施例 なお上述の実施例においては、強度分布の（５）式を満
たす位置におけるビームスポツトの形状（短径Ａ及び長
径Ｂ）に基づいて非点収差、球面収差及び非点隔差を算
出するようにした場合について述べたが、本発明はこれ
に限らず、（５）式を満たす位置に限らず１／ｅの位置
や常に決められた所定の位置におけるビームスポツトの
形状に基づいて非点収差、球面収差及び非点隔差を算出
するようにしても良い。この場合にも上述の実施例と同
様の効果を得ることができる。

【００９２】また上述の実施例においては、光源１１か
ら発振するテスト光としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いるよ
うにした場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、他の種々のレーザビームを用いるようにしても良
い。

【００９３】さらに上述の実施例においては、ＭＴＦを
ビームスポツトのＸ方向及びＹ方向ごとに算出するよう
にした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
被検物であるレンズを変えながらレンズごとのＭＴＦを
検出してレンズごとに評価するようにしても良い。

【００９４】さらに上述の実施例においては、拡大手段
としてビームエキスパンダ１３を用いるようにした場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の
拡大手段を用いるようにしても良い。

【００９５】さらに上述の実施例においては、撮像手段
としてＣＣＤカメラ２５を用いるようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の撮像手
段を用いるようにしても良い。

【００９６】さらに上述の実施例においては、評価手段
としてパーソナルコンピユータ２７を用いるようにした
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種
々の評価手段を用いるようにしても良い。

【００９７】さらに上述の実施例においては、評価装置
１０により光学ピツクアツプにおけるレンズ１５のＭＴ
Ｆ、各収差及び非点隔差を算出して評価するようにした
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、評価装
置１０は干渉計１とは異なり、干渉縞を測定するのでは
なくビームスポツトそのものに基づいてＭＴＦ、各収差
及び非点隔差を測定することができるので、レンズ１５
だけでなる光学素子単体ばかりでなく複数の光学素子か
らなる種々の光学系の特性を評価するようにしても良
い。

【００９８】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、単数又は
複数の光学素子によつて構成される光学系の特性を評価
する場合、光源から照射されたテスト光を一様な強度分
布を持つた平行光に拡大し、当該平行光を光学系によつ
て集光することにより形成したビームスポツトを画像と
して取り込み、当該ビームスポツトの画像情報に基づい
て光学系の所定の空間周波数におけるコントラストを算
出し、当該コントラストを所定の基準値と比較し、当該
比較結果に基づいて光学系の特性を評価するようにす
る。これにより、算出したコントラストが基準値よりも
高い場合に光学系の分解能が高いと判断して光学系に収
差が存在しないと認識でき、コントラストが基準値より
も低い場合に光学系の分解能が低いと判断して光学系に
収差が存在すると認識することができる。かくして、算
出したコントラストが基準値よりも低い場合にのみ光学
系の各収差及び非点隔差を算出すればよいので短時間で
光学系の特性を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学系の評価装置の構成を示すブ
ロツク図である。

【図２】評価装置の処理手順を示すフローチヤートであ
る。

【図３】ＭＴＦを表すグラフである。

【図４】ＭＴＦ算出の処理手順を示すフローチヤートで
ある。

【図５】エアリーパターンの強度分布を示すグラフであ
る。

【図６】ビームスポツトの形状に基づく非点収差の測定
方法の説明に供する略線図である。

【図７】非点収差算出の処理手順を示すフローチヤート
である。

【図８】エアリーパターンの１次リングにおける強度分
布を示す略線図である。

【図９】コマ収差が存在する場合の強度分布（ＰＳＦ）
を示すグラフである。

【図１０】コマ収差の大小の違いによるエアリーパター
ンの強度分布を示す略線図である。

【図１１】コマ収差が存在する場合の強度分布（ＬＳ
Ｆ）を示すグラフである。

【図１２】コマ収差算出の処理手順を示すフローチヤー
トである。

【図１３】球面収差の測定方法の説明に供する略線図で
ある。

【図１４】球面収差が存在しない場合と、存在する場合
の回折像の変化を示す特性曲線図である。

【図１５】球面収差算出の処理手順を示すフローチヤー
トである。

【図１６】球面収差を算出するための０次光及び１次リ
ングにおける輝度の分布状態を表す特性曲線図である。

【図１７】球面収差を算出するための０次光及び１次リ
ングにおける輝度データに基づく多項式近似の放物線を
表す特性曲線図である。

【図１８】非点隔差の測定方法の説明に供する略線図で
ある。

【図１９】非点隔差算出の処理手順を示すフローチヤー
トである。

【図２０】非点隔差を算出するための光軸方向の変位と
ビーム径との関係を表す特性曲線図である。

【図２１】非点隔差を算出するための光軸方向の変位と
ビーム径とのデータに基づく多項式近似による放物線を
表す特性曲線図である。

【図２２】従来の干渉計による収差の測定方法の説明に
供する略線図である。

【符号の説明】

１……干渉計、２……レーザ光源、３……コリメータレ
ンズ、４、２３……ビームスプリツタ、５……参照平面
鏡、６、１５……レンズ、７……球面鏡、８、２５……
ＣＣＤカメラ、１０……評価装置、１１……光源、１２
……可変ＮＤフイルタ、１３……ビームエキスパンダ、
１４……ミラー、１６……Ｚステージ、１７……ＸＹス
テージ、１８……２軸ゴニオステージ、１９……光学顕
微鏡、２０……対物レンズ、２１……カバーガラス、２
２……リレーレンズ、２４……ＮＤフイルタ、２６……
画像処理部、２７……パーソナルコンピユータ、２８…
…マルチスキヤンモニタ、２９……ＰＩＯ、３０……バ
ス、３１……モータコントローラ、３２……モータドラ
イバ。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単数又は複数の光学素子によつて構成され
   る光学系の特性を評価する光学系の評価方法において、 光源から照射されたテスト光を一様な強度分布を持つ平
   行光に拡大し、当該平行光を上記光学系によつて集光す
   ることにより形成したビームスポツトを画像として取り
   込む第１のステツプと、 上記ビームスポツトの画像情報に基づいて所定の空間周
   波数におけるコントラストを算出し、当該コントラスト
   を所定の基準値と比較し、当該比較結果に基づいて上記
   光学系の特性を評価する第２のステツプとを具えること
   を特徴とする光学系の評価方法。
2. 【請求項２】上記テスト光は、レーザでなることを特徴
   とする請求項１に記載の光学系の評価方法。
3. 【請求項３】上記第２のステツプにおいては、上記コン
   トラストが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビー
   ムスポツトの形状に基づいて非点収差を算出することを
   特徴とする請求項１に記載の光学系の評価方法。
4. 【請求項４】上記第２のステツプにおいては、上記コン
   トラストが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビー
   ムスポツトの１次リングの強度に基づいてコマ収差を算
   出することを特徴とする請求項１に記載の光学系の評価
   方法。
5. 【請求項５】上記第２のステツプにおいては、上記コン
   トラストが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビー
   ムスポツトの焦点位置に対して前後光軸方向にスキヤン
   した位置における１次リングの強度に基づいて球面収差
   を算出することを特徴とする請求項１に記載の光学系の
   評価方法。
6. 【請求項６】上記第２のステツプにおいては、上記コン
   トラストが上記基準値よりも低い場合にのみ、焦点近傍
   で上記ビームスポツトを前後光軸方向にスキヤンさせ、
   当該ビームスポツトのＸ方向の径が最小になる位置と、
   当該ビームスポツトのＹ方向の径が最小になる位置との
   距離を非点隔差として算出することを特徴とする請求項
   １に記載の光学系の評価方法。
7. 【請求項７】単数又は複数の光学素子によつて構成され
   る光学系の特性を評価する光学系の評価装置において、 所定のテスト光を照射する光源と、 上記テスト光を一様な強度分布を持つた平行光に拡大す
   る拡大手段と、 上記平行光を上記光学系によつて集光することにより形
   成したビームスポツトを画像として取り込む撮像手段
   と、 上記ビームスポツトの画像情報に基づいて所定の空間周
   波数におけるコントラストを算出し、当該コントラスト
   を所定の基準値と比較し、当該比較結果に基づいて上記
   光学系の特性を評価する評価手段とを具えることを特徴
   とする光学系の評価装置。
8. 【請求項８】上記テスト光は、レーザでなることを特徴
   とする請求項７に記載の光学系の評価装置。
9. 【請求項９】上記評価手段においては、上記コントラス
   トが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビームスポ
   ツトの形状に基づいて非点収差を算出することを特徴と
   する請求項７に記載の光学系の評価装置。
10. 【請求項１０】上記評価手段においては、上記コントラ
    ストが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビームス
    ポツトの１次リングの強度に基づいてコマ収差を算出す
    る ことを特徴とする請求項７に記載の光学系の評価装
    置。
11. 【請求項１１】上記評価手段においては、上記コントラ
    ストが上記基準値よりも低い場合にのみ、上記ビームス
    ポツトの焦点位置に対して前後光軸方向にスキヤンした
    位置における１次リングの強度に基づいて球面収差を算
    出することを特徴とする請求項７に記載の光学系の評価
    装置。
12. 【請求項１２】上記評価手段においては、上記コントラ
    ストが上記基準値よりも低い場合にのみ、焦点近傍で上
    記ビームスポツトを前後光軸方向にスキヤンさせ、当該
    ビームスポツトのＸ方向の径が最小になる位置と、当該
    ビームスポツトのＹ方向の径が最小になる位置との距離
    を非点隔差として算出することを特徴とする請求項７に
    記載の光学系の評価装置。