KR20080088404A - 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치 - Google Patents

비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

[과제] 제조된 비구면 렌즈에 발생하고 있는 면 어긋남을 면 기울어짐과 분리해서 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치를 얻는다.
[해결 수단] 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계 및 피검 렌즈(1)의 면 어긋남과 면 어긋남 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구한다. 또한, 돌출부(3)의 투과파면 측정에 의해 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐을 구하고, 렌즈부(2)의 투과파면 측정에 의해 피검 렌즈(1)의 코마 수차를 구한다. 이 코마 수차로부터 면 기울어짐 분 코마 수차를 감산함으로써 면 어긋남에 기인하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하고, 이 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 피검 렌즈(1)의 면 어긋남을 산정한다.
면 어긋남 측정 장치, 비구면 렌즈, 피검 렌즈

Description

비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치{ASPHERIC LENS SURFACE-MISALIGNMENT MEASURING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 디지털 카메라나 광학 센서 등의 각종 광학 기기에 사용되는 비구면 렌즈의 면 어긋남을 측정하기 위한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 비구면 렌즈의 대부분은 몰드 성형되어 있지만, 성형용의 금형끼리의 상대적인 위치 어긋남에 의해 성형된 비구면 렌즈에 면 어긋남(비구면 렌즈를 구성하는 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 위치 어긋남) 또는 면 기울어짐(비구면 렌즈를 구성하는 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 경사 어긋남)이 발생할 것이다. 이러한 면 어긋남 또는 면 기울어짐은 금형의 기구상 완전히 제거하는 것은 아주 곤란이지만, 성형된 비구면 렌즈의 수차 증대의 요인이 되므로, 감소시키는 방향으로 금형의 수정을 도모하는 것이 바람직하고, 그 때문에 면 기울어짐 또는 면 어긋남이 어느 정도 발생하고 있는 것을 파악해 두는 것은 중요하다.
종래, 비구면 렌즈의 면 어긋남(편심)을 측정하기 위한 편심 검사기가 여러가지 실용화되어 있다. 또한, 비구면 렌즈의 면 어긋남과 면 기울어짐을 측정하는 방법으로서 하기 특허문헌1에 기재된 수법도 공지되어 있다. 이 방법은 렌즈의 광축에 대하여 수직으로 설치된 칼날상의 돌출부를 갖는 비구면 렌즈의 면 어긋남 또는 면 기울어짐을 자동 콜리메이터를 사용하여 측정하는 것이다.
한편, 비구면 렌즈의 수차는 간섭계를 채용한 투과파면 측정에 의해 구하는 것이 가능하다. 예를 들면, 투과파면 측정에 의해 구해진 파면 수차를 제르니케(Zernike) 다항식 등을 사용하여 급수 전개함으로써 자이델(Seidel)의 오수차를 개별로 수치화하는 방법이 공지되어 있다(하기 특허문헌2 참조).
특허문헌1: 일본 특허 제3127003호 공보
특허문헌2: 일본 특허 제2951366호 공보
최근, 개구수(NA)가 높은 비구면 렌즈의 수요가 증가하고 있다. 이러한 높은 NA의 비구면 렌즈에 있어서는, 이전에는 문제가 되지 않은 수㎛의 면 어긋남 또는 수십초에서의 면 기울어짐의 발생이 문제시되도록 되어 있다.
또한, 발생하고 있는 면 어긋남과 면 기울어짐을 서로 분리하면서 고정밀도로 측정하고 싶다고 하는 요구도 있다. 광학계의 종류에 따라서는, 사용하는 비구면 렌즈의 면 어긋남에 대한 감도는 높지만, 면 기울어짐에 대한 감도는 낮은 경우도 있어서, 면 어긋남과 면 기울어짐을 서로 분리해서 측정할 수 있으면 각각의 광학계로 사용하여 구할지의 여부를 판정하고, 또한, 실제로 사용할 때 면 어긋남 또는 면 기울어짐에 대한 보정 처리를 하는 것이 가능하게 되는 등의 이유에 의한다.
그러나, 지금까지의 편심 검사기에서는 면 어긋남과 면 기울어짐을 분리할 수 없고, 또한, 편심의 측정 오차도 2㎛ 정도로 큰 것이 실상이다. 또한, 상기 특허문헌1에 기재된 방법을 채용했을 경우에도, 최근 요구되고 있는 수준에 응할 수 있는 바와 같은, 고정밀도의 면 어긋남 측정을 행하는 것은 곤란하다.
본 발명은 이러한 사정을 감안한 것으로, 제조된 비구면 렌즈에 생기는 면 어긋남을 면 기울어짐과 분리해서 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 피검 렌즈의 코마 수차를 면 기울어짐에 기인하는 부분과 면 어긋남에 기인하는 부분으로 분리할 수 있는 것에 착안하고, 피검 렌즈의 면 어긋남을 면 기울어짐과 분리해서 고정밀도로 측정하도록 한 것이다.
즉, 본 발명에 의한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법은 2개의 렌즈면 중 적어도 한쪽이 비구면인 피검 렌즈에 있어서, 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 위치 어긋남인 면 어긋남을 측정하는 방법으로서, 널(null) 광학 소자를 구비한 간섭계를 사용해서 상기 피검 렌즈의 투과파면 측정을 행하고, 상기 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 피검 렌즈의 코마 수차를 구하는 코마 수차 측정 스텝과, 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 경사 어긋남인 면 기울어짐에 기인해서 발생하는 미리 구해진 면 기울어짐 부분 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 구해진 상기 코마 수차로부터 감산하고, 상기 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하는 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝과, 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 있어서 산정된 상기 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 상기 면 어긋남을 산정하는 면 어긋남 산정 스텝을 이 순서로 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법에 있어서, 상기 면 기울어짐과 상기 면 기울어짐 부분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 면 기울어짐 부분 코마 수차 시뮬레이션 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행하도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 면 기울어짐 부분 코마 수차 시뮬레이션 스텝은, 해당 시뮬레이션을 행할 때의 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 면 기울어짐용 널 광학 소자 위치 결정 스텝을 갖고 있고, 상기 면 기울어짐용 널 광학 소자 위치 결정 스텝은, 상기 면 기울어짐이 부여된 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대하여, 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자에 의한 파면 수차 측정의 시뮬레이션을 상기 시뮬레이션상에 있어서, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈와 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 늦춰서 행하고, 각 시뮬레이션 결과로부터 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치와, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈의 파면 수차의 관계를 구하고, 이 구해진 관계에 의거하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 면 어긋남과 상기 면 어긋남 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝을 상기 코마 수차 측정 스텝에 앞서 행하도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝은, 해당 시뮬레이션을 행할 때의 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 면 어긋남용 널 광학 소자 위치 결정 스텝을 가지고, 상기 면 어긋남용 널 광학 소자 위치 결정 스텝은 상기 면 어긋남이 부여된 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대하여, 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자에 의한 파면 수차 측정의 시뮬레이션을 상기 시뮬레이션상에 있어서, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈와 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 늦춰서 행하고, 각 시뮬레이션 결과로부터 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치와, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈의 파면 수차와의 관계 를 구하고, 이 구해진 관계에 의거하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 경사와 상기 경사에 기인해서 발생하는 널 광학 소자 경사 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝과, 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 실제 경사를 측정하는 널 광학 소자 경사 측정 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행함과 아울러, 상기 널 광학 소자 경사 측정 스텝에 있어서 측정된 상기 널 광학 소자의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝에 있어서 구해진 상기 관계로부터 산정하고, 이 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하는 것이 좋다.
또한, 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사와 상기 경사에 기인해서 발생하는 피검 렌즈 경사 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝과, 상기 간섭계의 광축인 대한 상기 피검 렌즈 자체의 실제 경사를 측정하는 피검 렌즈 경사 측정 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행함과 아울러, 상기 피검 렌즈 경사 측정 스텝에 있어서 측정된 상기 피검 렌즈 자체의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝에 있어서 구해진 상기 관계로부터 산정하고, 이 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하는 것이 좋다.
더욱이, 상기 피검 렌즈가, 상기 피검 렌즈의 상기 2개의 렌즈면 각각의 축에 대하여 수직이 되게 설치된 돌출부를 갖고 있는 경우에 있어서는, 상기 면 기울어짐을 상기 돌출부의 표면과 배면의 상대적인 경사 어긋남을 측정함으로써 구하는 면 기울어짐 측정 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스템에 앞서 행할 수도 있다.
한편, 본 발명에 의한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치는 2개의 렌즈면 중 적어도 한쪽이 비구면인 피검 렌즈에 있어서, 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 위치 어긋남인 면 어긋남을 측정하는 장치로서, 널 광학 소자를 구비한 간섭계와 해석 장치를 구비하고, 상기 해석 장치는 상기 간섭계에 의해 상기 피검 렌즈의 투과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 피검 렌즈의 코마 수차를 구입하는 코마 수차 연산 수단과 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 경사 어긋남인 면 기울어짐에 기인해서 발생하고, 미리 구해진 면 기울어짐 분 코마 수차를 상기 코마 수차 연산 수단에 의해 구해진 상기 코마 수차로부터 감산하고, 상기 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하는 면 어긋남 코마 수차 연산 수단과 상기 면 어긋남 코마 수차 연산 수단에 의해 산정된 상기 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 상기 면 어긋남을 산정하는 면 어긋남 연산 수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치에 있어서, 상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 상대적인 경사 자세를 변화시키는 경사 자세 가변 수단과, 상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 서로 직교하는 3축 방향의 상대적인 위 치를 변화시키는 3축 방향 위치 가변 수단을 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 3축 방향 위치 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 상기 피검 렌즈에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단을 가지며, 상기 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단은 상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 늦춰서 행하는 상기 피검 렌즈에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치와 상기 피검 렌즈의 파면 수차의 관계를 구하고, 이 구해진 관계에 의거하여 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 경사 자세 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사를 결정하는 널 광학 소자 경사 결정 수단을 가지며, 상기 널 광학 소자 경사 결정 수단은 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈의 회전 각도를 복수회 늦춰서 행하는 상기 피검 렌즈에 관한 각 피면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈 자체의 코마 수차와, 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사에 기인하여 발생하는 널 광학 소자 경사 분 코마 수차를 분리하고, 상기 널 광학 소자 경사 분 코마 수차의 발생이 대략 해소되도록 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사를 결정하는 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 경사 자세 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하는 렌즈 경사 결정 수단을 가지고, 상기 렌즈 경사 결정 수단은 상기 간섭계의 광축을 중심으로 하는 상기 피검 렌즈 의 회전 각도를 복수회 늦춰서 행하는 상기 피검 렌즈에 관한 각 피면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈 자체의 코마 수차와, 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사에 기인해서 발생하는 피검 렌즈 경사 분 코마 수차를 분리하고, 상기 피검 렌즈 경사 분 코마 수차의 발생이 대략 해소되도록 상기 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하는 것으로 할 수 있다.
더욱이, 상기 피검 렌즈가 상기 피검 렌즈의 상기 2개의 렌즈면 각각의 축에 대하여 수직이 되도록 설치된 돌출부를 가지고 있는 경우에 있어서는, 상기 간섭계에 의한 상기 돌출부의 투과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 면 기울어짐을 구하는 면 기울어짐 측정 연산 수단을 구비하도록 할 수 있다.
또한, 상기 널 광학 소자는 반사형의 널 광학 소자 또는 투과형의 널 광학 소자로 할 수 있다.
본 발명에 의한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법 및 장치는 간섭계에 의한 투과파면 측정에 의해서 구해진 피검 렌즈의 코마 수차로부터 면 기울어짐 기인하는 면 기울어짐 분 코마 수차를 감산함으로써 면 어긋남에 기인하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하고, 이 면 어긋남 분 코마 수차에 의거해서 피검 렌즈의 면 어긋남을 산정하도록 함으로써, 이하와 같은 작용 효과를 나타내는 것이다.
즉, 널 광학 소자를 구비한 간섭계를 이용해서 피검 렌즈의 투과파면 측정을 행함으로써 상기 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거해서 피검 렌즈의 코마 수차를 고정밀도로 구할 수 있다. 또한, 피검 렌즈의 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계 및 피검 렌즈의 면 어긋남과 면 어긋남 분 코마 수차의 관 계는 컴퓨터 시뮬레이션 등에 의해 미리 구해 두는 것이 가능하다. 게다가, 면 기울어짐 분 코마 수차와 면 어긋남 분 코마 수차는 서로 분리가능하고, 투과파면 측정에 의해 구해진 코마 수차로부터 면 기울어짐 분 코마 수차를 감산함으로써 면 어긋남 분 코마 수차를 구할 수 있는 것이 각종 케이스를 상정해서 행해진 컴퓨터 시뮬레이션 결과로부터 확인되고 있다. 더욱이, 피검 렌즈의 면 기울어짐에 대해서는 돌출부의 투과파면 측정 등의 결과에 의거해서 고정밀도로 구하는 것이 가능하다.
그러므로, 투과파면 측정에 의해 얻어진 피검 렌즈의 코마 수차로부터 면 기울어짐 분 코마 수차를 감산해서 면 어긋남 분 코마 수차를 구하고, 이 면 어긋남 분 코마 수차에 의거해서 피검 렌즈의 면 어긋남을 구하는 본 발명에 의하면, 피검 렌즈의 면 어긋남을 면 기울어짐과는 분리해서 고정밀도로 측정하는 것이 가능해 진다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 이용해서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치(이하, 단지 「면 어긋남 측정 장치」로 칭함)의 주요부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 반사형 기준판을 세트된 상태의 면 어긋남 측정 장치의 일부를 나타내는 도면이다. 또한, 도 3은 피검 렌즈의 형상을 나타내는 개략도[(A)는 정면도, (B)는 평면도]이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 관한 면 어긋남 측정 장치는 간섭 계 본체부(20)와 피검체 포지션닝부(30)를 구비해서 이루어진다.
상기 간섭계 본체부(20)는 레이저 광원 등의 가능 간섭 거리가 긴 광원(21)을 탑재한 피조(Fizeau)형의 간섭계 장치이며, 빔 직경 확대용 렌즈(22), 빔 스플리터(splitter)(23), 콜리메이터 렌즈(24), 결상 렌즈(25), 및 광검출면을 갖는 촬상 수단(26)을 구비하고 있다. 또한, 이 간섭계 본체부(20)는 촬상 수단(26)에 의해 촬상된 화상에 대한 화상 처리, 각종 연산 처리, 및 각종 조정부의 구동 제어를 행하는 해석 장치로서의 컴퓨터(27)와, 간섭 줄무늬 화상 등을 표시하는 모니터 장치(28)와, 컴퓨터(27)에 대한 각종 입력을 행하기 위한 입력 장치(29)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 나타내는 투과형 기준판(4), 널 미러(6), 및 반사형 기준판(7)은 통상, 간섭계 본체부(20)에 포함되지만, 본 명세서에서는, 설명을 위해 피검체 포지션닝부(30)에 포함시켜서 설명한다.
한편, 피검체 포지션닝부(30)는 간섭계 본체부(20)로부터의 측정용 광속의 진행 방향(도 1에서는 상방향)을 향하고, 투과형 기준판(4), 피검 렌즈(1), 널 미러(6), 및 상기 널 미러(6)와 교대해서 사용할 수 있는(도 2 참조) 반사형 기준판(7)을 이 순서대로 지지하고 또는 위치 조정하도록 구성되어 있다.
즉, 투과형 기준판(4)은 수동 2축 틸트(tilt) 스테이지(11)에 의해 지지되고, 또는 X축(도 1의 좌우 방향으로 연장한 축) 및 Y축(도 1의 지면에 대하여 수직으로 연장한 축)을 중심으로 한 회전 각도(경사)를 예비 조정 단계에서 조정되게 한다. 또한, 피검 렌즈(1)는 렌즈 탑재 지그(jig)(5)를 통해서 전동 2축 틸트 스테이지(14)에 의해 지지되고, 또는 X축 및 Y축을 중심으로 한 회전 각도(경사)를 각 피검 렌즈(1)의 측정시에 있어서 자동 조정되게 한다. 또한, 널 미러(6) 및 반사형 기준판(7)은 수동 2축 틸트 스테이지(12, 13)에 의해 각각 지지되고, 더욱이, 전동X축 스테이지(15), 전동 Y축 스테이지(16), 및 전동 Z축 스테이지(17)에 의해 순차 지지되어 있다.
본 실시형태에 있어서 피검 렌즈(1)는 광 센서 등의 렌즈로서 탑재된 것이고, 도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈부(2) 및 돌출부(3)로 이루어지게 된다. 렌즈부(2)는 그 제 1 렌즈면(2a) 및 제 2 렌즈면(2b)이 함께 비구면으로 되어 있고, 돌출부(3)는 플랜지상으로 형성되며, 그 상면(3a) 및 하면(3b)이 함께 렌즈부(2)의 광축에 대하여 수직이 되도록 설계되어 있다.
상기 렌즈 장착 시뮬레이(5)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피검 렌즈(1)의 렌즈부(2)의 투과파면 측정을 행하기 위한 중앙 창(5a)과, 중앙 창(5a)의 외측에 위치하는 돌출부용 창(5b), 더욱이, 돌출부용 창(5b)의 외측에 위치하는 널 미러 반사 평면부용 창(5c)을 구비해서 이루어지고, 피검 렌즈(1)의 돌출부(3)를 도면 중 하측으로부터 지지하게 되어 있다.
또한, 상기 널 미러(6)는 반사형의 널 광학 소자를 구성하는 것이며, 피검 렌즈(1)의 렌즈부를 투과한 후, 일단 결속해서 발산하는 광속을 재귀 반사시키는 반사 비구면부(6a)와, 상기 반사 비구면부(6a)의 중심축에 대하여 수직으로 배치된 반사 평면부(6b)를 구비하고, 수동 2축 틸트 스테이지(12)에 의해 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)에 대한 반사 평면부(6b)가 평행이 되도록, X축 및 Y축을 중심으로 한 회전 각도(경사)를 예비 조정 단계에 있어서 조정함과 아울러, 전동 X축 스테이지(15), 전동 Y축 스테이지(16), 및 전동 Z축 스테이지(17)에 의해 X축, Y축, Z축(도 1 상하 방향으로 연장한 축)의 각 방향에 평행으로 이동 조정이 가능하게 되고, 이에 의해 각 피검 렌즈(1)의 측정시에 있어서 자동적으로 위치 조정이 되게 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 상기 수동 2축 틸트 스테이지(12)에 의해, 피검 렌즈(1)와 널 미러(6)의 상대적인 경사 자세를 변화시키는 경사 자세 가변 수단이 구성되어 있고, 상기 전동 X축, Y축, 및 Z축 스테이지(15, 16, 17)에 의해, 피검 렌즈(1)와 널 미러(6)의 3축 방향의 상대적인 위치를 변화시키는 3축 방향 위치 가변 수단이 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 면 어긋남 측정 장치는 성형용 금형의 형폐(型閉) 오차등에 의해 발생하는 피검 렌즈(1)의 면 어긋남을 면 기울어짐과 분리해서 측정할 수 있도록 구성된 것이며, 피검 렌즈(1)의 투과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 피검 렌즈(1)의 코마 수차를 구하는 코마 수차 연산 수단과, 면 기울어짐에 기인해서 발생하는 면 기울어짐 분 코마 수차를 코마 수차 연산 수단에 의해 구해진 코마 수차로부터 감산하고, 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하는 면 어긋남 코마 수차 연산 수단과, 상기 면 어긋남 코마 수차 연산 수단에 의해 산정된 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 피검 렌즈(1)의 면 어긋남을 산정하는 면 어긋남 연산 수단을 구비하고 있다. 또한, 3축 방향 위치 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 피검 렌즈(1)에 대한 널 미러(6)의 중심축의 위치를 결정하는 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단과, 돌출부(3)의 투 과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐을 구하는 면 기울어짐 측정 연산 수단을 구비하고 있다. 여기에서, 상술한 코마 수차 연산 수단, 면 어긋남 코마 수차 연산 수단, 면 어긋남 연산 수단, 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단, 및 면 기울어짐 측정 연산 수단은 상기 컴퓨터(27) 내의 CPU 및 메모리 내의 프로그램 등에 의해 구성된다.
더욱이, 도시되어 있지 않지만, 본 실시형태의 면 어긋남 측정 장치는 피검 렌즈(1)의 로드/언로드 조작을 자동적으로 행하기 위한 샘플 스테이지 이동 기구를 구비하고 있다. 이 샘플 스테이지 이동기는 본원 출원인에 의한 일본 특허 출원 제2005-269217호 명세서(이하, 「선원 명세서1」로 칭함), 및 일본 특허 출원 제2006-223668호 명세서(이하, 「선원 명세서2」로 칭함)에 기재된 것과 같은 것이며, 상세한 설명은 생략한다.
여기서, 본 실시형태에 있어서의 면 기울어짐과 면 어긋남의 정의를 나타낸다. 도 4는 면 기울어짐와 면 어긋남에 관한 설명도이며, 동도 (A)는 면 기울어짐만이 발생하고 있는 상태를 나타내고, 동도 (B)는 면 어긋남만이 발생하고 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 동도 (C)는 면 기울어짐과 면 어긋남이 함께 발생하고 있는 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 4에 나타내는 비구면 렌즈(50)는 상기 피검 렌즈(1)와는 다른 것이지만, 상기 피검 렌즈(1)나 후술하는 시뮬레이션용 피검 렌즈의 면 기울어짐과 면 어긋남에 대해서도 마찬가지로 정의된다. 또한, 도 4에서는 간략화를 위해, 비구면 렌즈(50)의 2개 렌즈면[제 1 렌즈면(51) 및 제 2 렌즈면(52)]이 서로 분리하고 있는 바와 같이 나타내고 있다.
도 4(A)에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 제 1 렌즈면(51)의 중심축(C1)[제 1 렌즈면(51)의 비구면식에 의해 결정되는)과, 제 2 렌즈면(52)의 중심축(C2)[제 2 렌즈면(52)의 비구면식에 의해 결정되는)의 상대적인 경사 각(α)[2개의 중심축(C1, C2)의 각; 2개의 중심축(C1, C2)이 서로 교차하지 않는 경우는 각각의 방향 벡터의 각]을 비구면 렌즈(50)의 면 기울어짐[경사 각(α)의 크기를 면 기울어짐량, 중심축(C2)에 대한 중심축(C1)의 경사 방향을 면 기울어짐 방향)으로 정의한다. 또한, 제 1 렌즈면(51) 및 그 중심축(C1 )은 제 1 렌즈면(51)의 중심점(P1)[중심축(C1)과 제 1 렌즈면(51)의 교점]을 회전 중심으로 해서 경사지고, 제 2 렌즈면(52) 및 그 중심축(C2)은 제 2 렌즈면(52)의 중심점(P2)[중심축(C2)과 제 2 렌즈면(52)의 교점]을 회전 중심으로 해서 경사지는 것으로 가정한다.
도 4(B)에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 렌즈면(51)의 중심축(C1)과 제 2 렌즈면(52)의 중심축(C2)의 상대적인 위치 어긋남[중심축(C1, C2 )은 서로 평행)를 비구면 렌즈(50)의 면 어긋남[2개의 중심축(C1, C2) 사이의 거리(β)를 면 어긋남량, 중심축(C2)에 대하여 중심축(C1)의 위치하는 방향을 면 어긋남 방향]으로 정의한다.
또한, 2개의 중심축(C1, C2 )을 면 기울어짐의 회전 중심으로 하는 상술한 가 정을 고려하면, 이 면 어긋남의 정의는 제 2 렌즈면(52)의 중심축(C2)에 대한 제 1 렌즈면(51)의 중심점(P1)의 위치 어긋남[중심축(C2)과 중심점(P1)의 거리를 면 어긋남량, 중심축(C2)을 중심으로 해서 중심점(P1)의 위치하는 방향을 면 어긋남 방향]를 면 어긋남으로 정의한 경우와 같은 내용을 나타낸다. 다시 말해, 도 4(C)에 나타내는 바와 같이, 비구면 렌즈(50)에 면 기울어짐과 면 어긋남이 함께 발생하고 있는 경우 도 4(C)에 도시된 상태로부터 면 기울어짐을 제거한 상태[제 1 렌즈면(51) 및 중심축(C1)을 중심점(P1)을 회전 중심으로 해서 회전시켜서 2개의 중심축(C1, C2)이 서로 평행이 되도록 한 상태]에 있어서 잔존한다, 2개의 중심축(C1, C2)끼리의 상대적인 위치 어긋남을 비구면 렌즈(50)의 면 어긋남으로 정의하지만, 이는 도 4(C)에 도시된 상태에 있어서, 중심축(C2)에 대한 중심점(P1)의 위치 어긋남과 같은 것을 나타내고 있다.
다음에, 본 발명의 일실시형태에 관한 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법(이하, 단지 「면 어긋남 측정 방법」으로 칭함)에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시형태의 면 어긋남 측정 방법은 상술한 면 어긋남 측정 장치를 이용해서 행해진다.
<1> 우선, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해, 상기 피검 렌즈(1)의 면 어긋남과, 상기 면 어긋남에서 기인해서 피검 렌즈(1)에 발생하는 코마 수차(면 어긋남 분 코마 수차)의 관계를 구한다(면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝).
이 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝에서는, 피검 렌즈(1)를 모방한 시뮬레이션용 피검 렌즈(이하, 「모의 렌즈」로 칭함)와, 상기 널 미러(6)를 모방한 시뮬레이션용 널 광학 소자(이하, 「모의 널 미러」로 칭함)를 설정해서 컴퓨터 시뮬레이션을 행하지만, 모의 렌즈와 모의 널 미러의 중심축의 상대 위치의 설정 방법인 관해서, 다음과 같은, 2개의 수법[수법(A)와 수법(B)]이 고려된다. 거기에서 이하에 있어서는, 수법(A)에 의한 경우와 수법(B)인 의한 경우로 나누어면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝의 순서에 대해서 설명한다.
수법(A)
(a) 모의 렌즈를 컴퓨터상에 설정된 XY평면의 원점 위치에 세트한다[모의 렌즈의 제 2 렌즈면(하면)의 중심축이 XY평면의 원점 위치에 있어서 XY평면과 수직이 되도록 한다].
(b) 모의 렌즈에 소정의 면 어긋남량[면 어긋남 방향은, 예를 들면, X방향으로 함)을 입력한다[제 2 렌즈면은 고정된 채, 제 1 렌즈면(상면)을 그 중심축이 제 2 렌즈면의 중심축과 평행한 상태를 유지한 채 어긋나게 한다).
(c) 모의 널 미러의 중심축의 위치를 입력한다. 이때, 모의 널 미러의 중심축과 모의 렌즈의 제 2 렌즈면의 중심축이 서로 소정량 어긋나게 한다[어긋남 방향에 대해서는, 모의 렌즈의 제 1 렌즈면의 어긋남 방향이 X방향의 경우는, 마찬가지로 X방향으로 한다).
(d) 상술한 설정 조건에 있어서, 모의 렌즈의 투과파면 측정의 시뮬레이션을 행하고, 모의 렌즈의 투과파면 수차(φ)(x, y)를 구한다.
(e) 구해진 투과파면 수차(φ)(x, y)에 대하여, 하식(1)에 나타낸 2차 멱급수 함수 F(x, y)에 의해 최소 2승 피팅(fitting)을 행하고, 하기의 계수(A, B, C)의 값을 구한다.
F(x, y) = A(x2 + y2) + Bx + Cy + D … (1)
(f) 상기 순서(c)로 입력된 값과 다른 결과가 되도록 모의 널 미러의 중심축의 위치를 늦춰서 입력하고, 이 조건하에 있어서, 상기 순서(d), (e)와 같게 해서 계수(A, B, C)의 값을 구한다.
(g) 상기 순서(e), (f)에서 얻을 수 있는 결과로부터 상기 식(1)에 있어서 틸트 성분을 나타내는 계수[x방향으로 어긋난 경우는 계수(B)]와, 모의 널 미러의 중심축의 위치[x방향으로 어긋난 경우는 좌표(x)]의 대응 관계를 나타내는 그래프(1차 함수)를 구한다.
(h) 구해진 그래프로부터 계수(B)가 0이 될 때의 모의 널 미러의 중심축의 위치를 산정한다.
(i) 상기 순서(h)로 산정된 모의 널 미러의 중심축 위치를 입력함과 아울러, 상기 순서(b)에 있어서 면 어긋남량이 설정된 모의 렌즈의 투과파면 측정의 시뮬레이션을 행해서 모의 렌즈의 투과파면 수차를 구하고, 거기에서 모의 렌즈의 코마 수차[또는, 코마 수차(RMS)]를 구한다.
(j) 상기 순서(b)로 입력된 값과는 다르도록 모의 렌즈에 다른 면 어긋남량을 입력한 후, 상기 순서(c) ~ (i)를 행하고, 상기 다른 면 어긋남량이 주어졌을 때의 모의 렌즈의 코마 수차를 구한다.
(k) 상기 순서(i)와 상기 순서(j)[복수회 행해도 좋음]의 결과에 의해, 상기계수(B)가 0이 되는 조건에 있어서의 모의 렌즈의 면 어긋남과 상기 면 어긋남에 기인하는 면 어긋남 분 코마 수차의 관계를 구한다.
수법(B)
(a') 모의 렌즈를 컴퓨터상에 설정된 XY평면의 원점 위치에 세트한다[모의 렌즈의 제 2 렌즈면(하면)의 중심축이 XY평면의 원점 위치에 있어서 XY평면과 수직이 되도록 한다].
(b') 모의 렌즈에 소정의 면 어긋남량을 입력한다[제 2 렌즈면은 고정한 채, 제 1 렌즈면(상면)을 그 중심축이 제 2 렌즈면의 중심축과 평행한 상태를 유지한 채 어긋나게 한다).
(c') 모의 널 미러의 중심축의 위치를 입력한다. 이때, 모의 널 미러의 중심축과, 모의 렌즈의 제 2 렌즈면의 중심축이 서로 소정량 어긋나게 한다.
(d') 상술한 설정 조건에 있어서, 모의 렌즈의 투과파면 측정의 시뮬레이션을 행하고, 모의 렌즈의 투과파면 수차(φ)(x, y)를 구한다.
(e') 구해진 투과파면 수차(φ)(x, y)를 소정의 멱급수(예를 들면, 제르니케 다항식)를 사용하여 전개한다.
(f') 상기 순서(e')에 의해 얻어진 전개식으로부터 자이델 수차(3차 수차)의 틸트 계수와 코마 계수의 각 값을 구한다.
(g') 상기 순서(c')로 입력된 값과 다르도록 모의 널 미러의 중심축의 위치 를 늦춰서 입력함과 아울러, 이 조건에 있어서, 상기 순서(d') ~ (f')를 행하고, 새로운 틸트 계수의 값을 구한다.
(h') 상기 순서(f'), (g')로 각각 얻을 수 있는 결과로부터 틸트 계수의 값과 모의 널 미러의 중심축의 위치의 대응 관계를 나타내는 그래프(1차 함수)를 구한다.
(i') 상기 순서(f')로 구해진 틸트 계수의 값과 코마 계수의 값의 차이의 2분의 1의 값을 하기 식(2)에서 의해 구한다.
((틸트 계수의 값) - (코마 계수의 값)) / 2 … (2)
(j') 상기 식(2)에서 구해진 값을 시프트 계수로서 모의 널 미러의 중심축의 위치를 늦춰서 입력함과 아울러, 이 조건에 있어서, 상기 순서(d') ~ (f')를 행하고, 상기 순서(g')로 구해진 틸트 계수의 값을 갱신한다.
(k') 갱신된 틸트 계수의 값과, 상기 순서(f')로 구해진 코마 계수의 값의 차이의 2분의 1의 값을 상기 식(2)에 의해 구한다.
(l') 상기 순서(j'), (k')를 복수회 판복해서 행하고, 틸트 계수의 값과 코마 서수의 값이 서로 대략 같게 될 때의 모의 널 미러의 중심축의 위치를 상기 순서(h')로 얻을 수 있는 그래프로부터 구한다.
(m') 틸트 계수의 값과 코마 계수의 값이 서로 대략 같게 될 때의 모의 널 미러의 중심축의 위치를 입력함과 아울러, 상기 순서(b')에 있어서 면 어긋남량이 설정된 모의 렌즈의 투과파면 측정의 시뮬레이션을 행해서 모의 렌즈의 투과파면 수차를 구하고, 이에 의해, 모의 렌즈의 코마 수차[또는, 코마 수차(RMS)]를 구한 다.
(n') 상기 순서(b')로 입력된 값과는 다르도록 모의 렌즈에 다른 면 어긋남량을 입력한 후, 상기 순서(c') ~ (m')를 행하고, 상기 다른 면 어긋남량이 주어졌을 때의 모의 렌즈의 코마 수차를 구한다.
(o') 상기 순서(m')와 상기 순서(n')[복수회 행해도 좋은]의 결과로부터 틸트 계수의 값과 코마 계수의 값이 서로 대략 같게 될 때의 조건에 있어서의 모의 렌즈의 면 어긋남과 상기 면 어긋남에 기인하는 면 어긋남 분 코마 수차의 관계를 구한다.
<2> 상술한 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝에 이어서, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 상기 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐과, 상기 면 기울어짐에 기인해서 피검 렌즈(1)에 발생하는 코마 수차(면 기울어짐 분 코마 수차)의 관계를 구한다(면 기울어짐 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝).
이 면 기울어짐 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝에 있어서도, 모의 렌즈와 모의 널 미러의 중심축의 상대 위치의 설정 방법에 관해서, 상기 수법(A, B)에 각각 준한 2개의 수법이 고려된다. 상세한 순서에 대해서는 상기 수법(A, B)의 각 순서에 기재된 「면 어긋남」, 「면 어긋남량」, 및 「면 어긋남 방향」을 「면 기울어짐」, 「면 기울어짐량」, 및 「면 기울어짐 방향」으로 각각 대체하여 판독하면 좋다. 또한, 모의 렌즈에 면 기울어짐량을 입력할 경우 제 2 렌즈면은 고정한 채, 제 1 렌즈면을 그 중심축이 제 1 렌즈면의 중심점을 회전 중심으로 해서 경사 이동하도록 경사지게 하면 좋다.
또한, 상기 수법(A, B)을 사용하여, 각각 복수의 케이스에 대해서 시뮬레이션한 결과, 일반적으로, 면 어긋남과 면 어긋남 분 코마 수차의 관계는 면 어긋남량을 u, 면 어긋남 분 코마 수차를 t1으로 하면 하기 식(3)의 1차 함수로 나타낼 수 있고, 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계는 면 기울어짐량을 v, 면 기울어짐 분 코마 수차를 t2로 하면 하기 식(4)의 1차 함수로 나타낼 수 있는 것이확인되었다. 또한, 면 어긋남과 면 기울어짐이 함께 발생하고 있는 경우에 발생하는 코마 수차(t)는, 면 어긋남 분 코마 수차(t1)와 면 기울어짐 분 코마 수차(t2)의 합(t = t1 + t2)으로 나타내지는 것도 확인할 수 있었다. 여기에서, a, b, c, d는 정수이다.
t1 = au + b … (3)
t2 = cv + d … (4)
<3> 상술한 컴퓨터 시뮬레이션에 의해, 면 어긋남과 면 어긋남 분 코마 수차의 관계, 및 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계를 구한 후, 피검 렌즈(1)의 측정을 행하지만, 이 측정에 앞서, 상기 면 어긋남 측정 장치의 예비 조정을 행한다. 예를 들면, 도 1에 됫된 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)과 측정용 광속의 축이 서로 수직이 되도록 설정하는 기준면 기울어짐 조정이나, 렌즈 장착 시뮬레이(5)의 렌즈 탑재면(도면 중 상면)과 기준면(4a)이 서로 평행이 되도록 설정하는 렌즈 장착 시뮬레이(5)의 경사 조정을 행한다. 이들 조정의 구체적 순서에 대해 서는, 상기 선원 명세서(2)에 기재되고 있어서 상세한 설명은 생략한다.
<4> 상기 예비 조정 완료 후, 렌즈 장착 시뮬레이(5)에 피검 렌즈(1)를 세트하고, 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐을 측정한다. 이 면 기울어짐의 측정은 이하의 순서로 행해진다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 전동 X축 스테이지(15)에 의해 반사형 기준판(7)을 피검 렌즈(1)의 도면 중 상방으로 이동한다.
이어서, 수동 2축 틸트 스테이지(13)에 의해, 반사형 기준판(7)의 기준면(7a)과 투과형 기준판 축의 기준면(4)이 서로 평행이 되도록 반사형 기준판(7)의 경사를 조정한다. 이 경사 조정은 투과형 기준판(4)을 투과해서 반사형 기준판(7)의 기준면(7a)에 조사된 광속의 복귀 광과, 투과형 기준판(4)의 기준면(4)으로부터의 복귀 광의 간섭에 의해 얻어진 간섭 줄무늬가 널 줄무늬가 되도록 행해진다. 또한, 반사형 기준판(7)의 기준면(7a)을 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)에 대하여 완전히 평행하게 하는 것이 곤란할 경우는 양쪽 기준면(4a, 7a)의 상대적인 경사를 상기 간섭 줄무늬로부터 구하고, 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐을 해석할 때 보정하도록 해도 좋다.
반사형 기준판(7)의 경사 조정 후, 투과형 기준판(4) 및 돌출부(3)를 투과해서 반사형 기준판(7)의 기준면(7a)에 조사된 광속의 복귀 광[기준면(7a)에서 반사된 후, 다시 돌출부(3)를 투과하는]과, 투과형 기준판(4)의 기준면(4)으로부터의 보귀 광의 간섭에 의해 얻어진 간섭 줄무늬에 의거해서, 피검 렌즈(1)의 돌출부(3)의 투과파면의 측정 해석을 행한다. 이 측정 해석에 의해 피검 렌즈(1)의 돌출 부(3)의 웨지(wedge) 얼룩, 즉, 돌출부(3)의 상면(3a)[표면]과 하면(3b)[배면]의 상대적인 경사 어긋남을 구하고, 이를 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐[상면(3a)과 하면(3b)으로 이루어지는 각의 크기를 면 기울어짐량, 하면(3b)에 대한 상면(3a)의 경사 방향을 면 기울어짐 방향]으로 한다(면 기울어짐 측정 스텝).
<5> 구해진 피검 렌즈(1)의 면 기울어짐과, 상기 순서<2>에 의해 얻어진 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계에 의거하여 피검 렌즈(1)에 실제 발생하고 있는 면 기울어짐 분 코마 수차를 구한다.
<6> 다음에, 피검 렌즈(1)의 렌즈부(2)의 투과파면 측정을 행하고, 상기 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 피검 렌즈의 코마 수차를 구한다(코마 수차 측정 스텝). 이 코마 수차 측정은, 이하의 순서로 행해진다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 전동 X축 스테이지(15)에 의해 반사형 기준판(7)에 대체하는 널 미러(6)를 피검 렌즈(1)의 도면 중 상향으로 이동한다.
그 다음, 수동 2축 틸트 스테이지(12)에 의해 널 미러(6)의 중심축과 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)이 서로 수직이 되도록 널 미러(6)의 경사를 조정한다. 이 경사 조정은 투과형 기준판(4)을 투과해서 널 미러(6)의 반사 평면부(6b)에 조사된 광속의 복귀 광과, 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)으로부터의 복귀 광의 간섭에 의해 얻어진 간섭 줄무늬가 널 줄무늬가 되도록 행해진다.
이어서, 전동 X축 스테이지(15) 및 전동 Y축 스테이지(16)에 의해 피검 렌즈(1)에 대한 널 미러(6)의 중심축의 상대 위치를 결정한다. 이 상대 위치의 결정은 피검 렌즈(1)와 널 미러(6)의 중심축의 상대 위치를 복수회 늦추면서 피검 렌 즈(1)의 렌즈부(2)에 관한 파면 수차 측정을 행함과 아울러, 각 파면 수차 측정의 결과로부터 피검 렌즈(1)에 대한 널 미러(6)의 중심축의 위치와 피검 렌즈(1)의 파면 수차의 관계를 구하고, 이 구해진 관계에 의거해서 행해진다. 보다 구체적으로는, 상기 순서<1>, <2>에서 행하는 컴퓨터 시뮬레이션에서 사용할 수 있는 수법(A, B)을 적용해서 널 미러(6)의 중심축의 위치를 결정할 수 있다.
결정된 위치에 널 미러(6)를 설치하고, 피검 렌즈(1)의 렌즈부(2)에 대한 파면 수차 측정을 행한다. 즉, 투과형 기준판(4) 및 렌즈부(2)를 투과해서 널 미러(6)의 반사 비구면부(6a)에 조사된 광속의 복귀 광[반사 비구면부(6a)에서 반사된 후, 다시 렌즈부(2)를 투과하는]과, 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)으로부터의 복귀 광의 간섭에 의해 얻어진 간섭 줄무늬를 해석하고, 피검 렌즈(1)에 실제 발생하고 있는 전체의 코마 수차를 구한다.
<7> 구해진 피검 렌즈(1)의 코마 수차로부터 상기 순서<5>에 의해 얻어진 면 기울어짐 분 코마 수차를 감산하고, 그 산정 결과를 피검 렌즈(1)의 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차로서 구한다(면 어긋남 코마 수차 산정 스텝).
<8> 구해진 면 어긋남 분 코마 수차와, 상기 순서<1>에 의해 얻어진 면 어긋남과 면 어긋남 코마 수차의 관계에 의거하여 피검 렌즈(1)의 면 어긋남을 산정한다(면 어긋남 산정 스텝).
이상의 순서에 의해, 피검 렌즈(1)의 면 어긋남을 면 기울어짐과 분리해서 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 순서(4)에서는, 렌즈 탑재 지그(5)에 피검 렌즈(1)가 세트되었을 때에 피검 렌즈(1)의 돌출면(3)의 하면(3a)과, 투과형 기준판(4)의 기준면(4a)이 서로 평행으로 배치되고, 이에 의해, 피검 렌즈(1)가 간섭계 본체부(20)의 광축에 대하여 적정하게 배치되는 것을 전제로 하고 있다. 그러나, 실제로는, 돌출면(3)의 하면(3a)과 렌즈 탑재 지그(5)의 사이에 간극이 생기거나, 렌즈 탑재 지그(5)에 거터(gutter)가 있거나 해서, 피검 렌즈(1)가 간섭계 본체부(20)의 광축에 대하여 경사져서 배치될 수도 있다. 이러한 경우에는, 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 피검 렌즈(1) 자체의 경사와, 상기 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차(피검 렌즈 경사 분 코마 수차)의 관계를, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 미리 구함과 아울러(피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝), 피검 렌즈(1) 자체의 실제 경사를 돌출면(3)의 하면(3a)과 기준면(4a)의 상대적인 경사 등에 의해 측정한다(피검 렌즈 경사 측정 스텝). 그리고, 상기 피검 렌즈(1 )자체의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝에 있어서 구해진 관계로부터 산정하고, 이 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝[상기 순서<6>]에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하도록 하면 좋다.
또한, 상기 순서<6>에서는, 널 미러(6)의 경사 조정에 의해, 널 미러(6)의 중심축과 투과형 기준판(4)의 기준면(4)이 서로 수직이 되도록 조정할 수 있는 것을 전제로 하고 있지만, 널 미러(6)의 중심축이 기준면(4)에 대하여 수직이 되도록 고정밀도의 경사 조정을 행할 수 없고, 널 미러(6)가 간섭계 본체부(20)의 광축에 대하여 경사져서 배치될 수도 있다. 이러한 경우에는, 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 널 미러(6)의 경사와, 상기 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차(널 광학 소자 경사 분 코마 수차)의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 미리 구함과 아울러(널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝), 간섭계 본체부(20)의 광축인 대한 널 미러(6)의 실제 경사를 널 미러(6)의 반사 평면부(6b)와 투과형 기준판(4)의 기준면(4)의 상대적인 경사 등에 의해 측정한다(널 광학 소자 경사 측정 스텝). 그리고, 상기 널 미러(6)의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝에 있어서 구해진 관계로부터 산정하고, 이 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝[상기 순서<6>]에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하도록 하면 좋다.
더욱이, 상기 순서<6>는 널 미러(6)가 반사 평면부(6b)를 구비하고 있을 경우에 있어서 설명하고 있지만, 이러한 반사 평면부(6b)를 구비하지 않고 있는 널 미러(도시 생략)를 사용하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 널 미러의 중심축의 경사를 결정하는 널 광학 소자 경사 결정 수단[컴퓨터(27) 내의 CPU 및 메모리 내의 프로그램 등에 의해 구성되는]을 제공한다. 이 널 광학 소자 경사 결정 수단은 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 피검 렌즈(1)의 회전 각도를 복수회 변경해서 행한 피검 렌즈(1)에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 피검 렌즈(1) 자체의 코마 수차와, 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 널 미러의 중심축의 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차(널 광학 소자 경사 분 코마 수차)를 분리하고, 상기 널 광학 소자 경사 분 코마 수차의 발생이 대략 해소되고, 널 미러의 중심축의 경사를 결정하도록 구성된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 돌출부(3)를 구비한 피검 렌즈(1)를 측정할 경우에 대해서 설명하고 있지만, 이러한 돌출부(3)를 구비하지 않고 있는 피검 렌즈(도시 생략)를 측정하는 것도 가능하다. 그 경우에는, 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하는 렌즈 경사 결정 수단[컴퓨터(27) 내의 CPU 및 메모리 내의 프로그램 등에 의해 구성되는]을 제공한다. 이 렌즈 경사 결정 수단은 간섭계 본체부(20)의 광축에 대한 피검 렌즈의 회전 각도를 복수회 변경해서 행한 피검 렌즈에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 피검 렌즈 자체의 코마 수차와, 간섭계 본체부(20)의 광축인 대한 피검 렌즈 자체의 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차(피검 렌즈 경사 분 코마 수차)를 분리하고, 상기 피검 렌즈 경사 분 코마 수차의 발생이 거의 해소되고, 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하도록 구성된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 면 어긋남과 면 어긋남 분 코마 수차의 관계, 및 면 기울어짐과 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계가 함께 선형인 경우(상기 식(3), (4)에서 나타내는 경우)를 예시하고 있지만, 이들의 관계가 비선형일 경우 (예를 들면, 상기 식(3)의 계수(a)가 면 어긋남량(u)의 함수가 되는 경우, 또는, 상기 식(4)의 계수(c)가 면 기울어짐량(v)의 함수가 되는 경우)에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양면이 함께 비구면으로 구성된 비구면 렌즈를 측정 대상으로서 예시하고 있지만, 본 발명은 한쪽의 렌즈면이 비구면, 다른 쪽의 렌즈면이 구면으로 구성된 비구면 렌즈를 측정 대상으로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 본원 출원인에 의한 특허 출원 제2006-268745호 명세서에 있어서 개시되어 있도록 투과형의 널 광학 소자(널 렌즈)를 사용한 측정에 대하여도 적용하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 면 어긋남 측정 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 반사형 기준판을 세트한 상태의 면 어긋남 측정 장치의 일부를 나타내는 도면이다.
도 3은 피검 렌즈의 형상을 나타내는 개략도이다[도 3(A)는 정면도, 도 3(B)는 평면도)].
도 4는 면 기울어짐과 면 어긋남의 설명도이다[도 4(A)는 면 기울어짐의 상태, 도 4(B)는 면 어긋남의 상태, 도 4(C)는 면 기울어짐과 면 어긋남이 함께 발생하고 있는 상태)].
[부호의 설명]
1: 피검 렌즈 2: 렌즈부
2a: (피검 렌즈의) 제 1 렌즈면 2b: (피검 렌즈의) 제 2 렌즈면
3: 돌출부 3a: (돌출부의) 상면
3b: (돌출부의) 하면 4: 투과형 기준판
4a: (투과형 기준판의) 기준면 5: 렌즈 탑재 지그
5a: 중앙창 5b: 돌출부용 창
5c: 반사 평면부용 창 6: 널 미러(반사형의 널 광학 소자)
7: 반사형 기준판 7a: (반사형 기준판의) 기준면
11: 수동 2축 틸트 스테이지(투과형 기준판 조정용)
12: 수동 2축 틸트 스테이지(널 미러 조정용)
13: 수동 2축 틸트 스테이지(반사형 기준판 조정용)
14: 전동 2축 틸트 스테이지 15: 전동 X축 스테이지
16: 전동 Y축 스테이지 17: 전동 Z축 스테이지
20: 간섭계 본체부 21: 광원
22: 빔 직경 확대용 렌즈 23: 빔 스플리터
24: 콜리메이터 렌즈 25: 결상 렌즈
26: 촬상 수단 27: 컴퓨터
28: 모니터 장치 29: 입력 장치
30: 피검체 포지션닝부 50: 비구면 렌즈
51: (비구면 렌즈의) 제 1 렌즈면 52: (비구면 렌즈의) 제 2 렌즈면
C1: (제 1 렌즈면의) 중심축 C2: (제 2 렌즈면의) 중심축
P1: (제 1 렌즈면의) 중심점 P2: (제 2 렌즈면의) 중심점

Claims (16)

  1. 2개의 렌즈면 중 적어도 한쪽이 비구면인 피검 렌즈에 있어서, 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 위치 어긋남인 면 어긋남을 측정하는 방법으로서:
    널 광학 소자를 구비한 간섭계를 이용해서 상기 피검 렌즈의 투과파면 측정을 행하고, 상기 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 피검 렌즈의 코마 수차를 구하는 코마 수차 측정 스텝;
    상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 경사 어긋남인 면 기울어짐에 기인해서 발생하는 미리 구해진 면 기울어짐 분 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 구해진 상기 코마 수차로부터 감산하고, 상기 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하는 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝; 및
    상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에서 산정된 상기 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 상기 면 어긋남을 산정하는 면 어긋남 산정 스텝을 이 순서로 행하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 면 기울어짐과 상기 면 기울어짐 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 면 기울어짐 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 면 기울어짐 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝은 해당 시뮬레이션을 행할 때 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 면 기울어짐용 널 광학 소자 위치 결정 스텝을 가지고 있고,
    상기 면 기울어짐용 널 광학 소자 위치 결정 스텝은 상기 면 기울어짐이 부여된 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자에 의한 피면 수차 측정의 시뮬레이션을 상기 시뮬레이션 상에 있어서, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈와 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 변경하여 행하며, 각 시뮬레이션 결과로부터 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치와 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈의 파면 수차의 관계를 구하고, 상기 구해진 관계에 의거하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면 어긋남과 상기 면 어긋남 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝을 상기 코마 수차 측정 스텝에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 면 어긋남 분 코마 수차 시뮬레이션 스텝은 해당 시뮬레이션을 행할 때 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 면 어긋남용 널 광학 소자 위치 결정 스텝을 가지고 있고,
    상기 면 어긋남용 널 광학 소자 위치 결정 스텝은 상기 면 어긋남이 부여된 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자에 의한 파면 수차 측정의 시뮬레이션을 상기 시뮬레이션 상에 있어서, 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈와 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 변경하여 행하며, 각 시뮬레이션 결과로부터 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈에 대한 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치와 상기 시뮬레이션용 피검 렌즈의 파면 수차의 관계를 구하고, 상기 구해진 관계에 의거하여 상기 시뮬레이션용 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 경사와 상기 경사에 기인해서 발생하는 널 광학 소자 경사 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝과 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 실제 경사를 측정하는 널 광학 소자 경사 측정 스텝을 상기 면 어 긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행함과 아울러,
    상기 널 광학 소자 경사 측정 스텝에 있어서 측정된 상기 널 광학 소자의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 널 광학 소자 경사 분 시뮬레이션 스텝에서 구해진 상기 관계로부터 산정하고, 상기 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사와 상기 경사에 기인해서 발생하는 피검 렌즈 경사 분 코마 수차의 관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 구하는 피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝과 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 실제 경사를 측정하는 피검 렌즈 경사 측정 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행함과 아울러,
    상기 피검 렌즈 경사 측정 스텝에 있어서 측정된 상기 피검 렌즈 자체의 실제 경사에 기인해서 발생하는 코마 수차를 상기 피검 렌즈 경사 분 시뮬레이션 스텝에서 구해진 상기 관계로부터 산정하고, 상기 산정된 코마 수차를 상기 코마 수차 측정 스텝에 있어서 측정된 코마 수차로부터 감산하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피검 렌즈가 상기 피검 렌즈의 상기 2개의 렌즈면 각각의 축에 대하여 수직이 되도록 설치된 돌출부를 갖고 있는 경우에 있어서,
    상기 면 기울어짐을 상기 돌출부의 표면과 배면의 상대적인 경사 어긋남을 측정함으로써 구하는 면 기울어짐 측정 스텝을 상기 면 어긋남 코마 수차 산정 스텝에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 방법.
  9. 2개의 렌즈면 중 적어도 한쪽이 비구면인 피검 렌즈에 있어서, 상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 위치 어긋남인 면 어긋남을 측정하는 장치로서:
    널 광학 소자를 구비한 간섭계, 및 해석 장치를 구비하며;
    상기 해석 장치는,
    상기 간섭계에 의한 상기 피검 렌즈의 투과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 피검 렌즈의 코마 수차를 구하는 코마 수차 연산 수단;
    상기 2개의 렌즈면 각각의 축끼리의 상대적인 경사 어긋남인 면 기울어짐에 기인해서 발생하는 미리 구해진 면 기울어짐 분 코마 수차를 상기 코마 수차 연산 수단에 의해 구해진 상기 코마 수차로부터 감산하고, 상기 면 어긋남에 기인해서 발생하는 면 어긋남 분 코마 수차를 산정하는 면 어긋남 코마 수차 연산 수단; 및
    상기 면 어긋남 코마 수차 연산 수단에 의해 산정된 상기 면 어긋남 분 코마 수차에 의거하여 상기 면 어긋남을 산정하는 면 어긋남 연산 수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 상대적인 경사 자세를 변화시키는 경사 자세 가변 수단, 및
    상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 서로 직교하는 3축 방향의 상대적인 위치를 변화시키는 3축 방향 위치 가변 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 3축 방향 위치 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 상기 피검 렌즈에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단을 가지고 있고,
    상기 널 광학 소자 중심축 위치 결정 수단은 상기 피검 렌즈와 상기 널 광학 소자의 중심축의 상대 위치를 복수회 변경해서 행한 상기 피검 렌즈에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치와 상기 피검 렌즈의 파면 수차의 관계를 구하고, 상기 구해진 관계에 의거하여 상기 널 광학 소자의 중심축의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 경사 자세 가변 수단에 의한 조정을 행할 때의 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사를 결정하는 널 광학 소자 경사 결정 수단을 가지고 있고,
    상기 널 광학 소자 경사 결정 수단은 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈의 회전 각도를 복수회 변경해서 행한 상기 피검 렌즈에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈 자체의 코마 수차와 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사에 기인해서 발생하는 널 광학 소자 경사 분 코마 수차를 분리하고, 상기 널 광학 소자 경사 분 코마 수차의 발생이 거의 해소되도록 상기 널 광학 소자의 중심축의 경사를 결정하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 경사 자세 가변 수단에 따른 조정을 행할 때의 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하는 렌즈 경사 결정 수단을 가지고 있고,
    상기 렌즈 경사 결정 수단은 상기 간섭계의 광축을 중심으로 하는 상기 피검 렌즈의 회전 각도를 복수회 변경해서 행한 상기 피검 렌즈에 관한 각 파면 수차 측정의 결과로부터 상기 피검 렌즈 자체의 코마 수차와 상기 간섭계의 광축에 대한 상기 피검 렌즈 자체의 경사에 기인해서 발생하는 피검 렌즈 경사 분 코마 수차를 분리하고, 상기 피검 렌즈 경사 분 코마 수차의 발생이 대략 해소되도록 상기 피검 렌즈 자체의 경사를 결정하는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피검 렌즈가 상기 피검 렌즈의 상기 2개의 렌즈면 각각의 축에 대하여 수직이 되도록 설치된 돌출부를 갖고 있을 경우에 있어서,
    상기 간섭계에 의한 상기 돌출부의 투과파면 측정에 의해 얻어진 간섭 줄무늬 화상에 의거하여 상기 면 기울어짐을 구하는 면 기울어짐 측정 연산 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 널 광학 소자는 반사형 널 광학 소자인 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
  16. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 널 광학 소자는 투과형 널 광학 소자인 것을 특징으로 하는 비구면 렌즈의 면 어긋남 측정 장치.
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