JPH09184787A

JPH09184787A - 光学レンズ用解析評価装置

Info

Publication number: JPH09184787A
Application number: JP34326995A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kitagawa; 純一北川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】顕微鏡用対物レンズやスッテパーレンズなどの
高性能・高精度な光学レンズの測定及び解析・評価を可
能にする。【解決手段】干渉計１より射出された光束ａは、対向
配置された被検レンズ２，３を経て、参照手段４によっ
て反射した後、被検レンズ２、３を介して、再び干渉縞
生成手段１に戻り、干渉縞が生成される。生成した干渉
縞を受光する受光手段５及び測定手段６においてデータ
が測定される。解析手段７は、測定された干渉縞を透過
波面に解析的に変換するものである。得られた干渉縞又
は透過波面は記憶手段８に記憶され、処理手段９によっ
て所定の演算処理が施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、干渉計を用いて光
学レンズの性能を測定評価する方法に関し、特に、顕微
鏡用対物レンズや縮小露光投影レンズ（いわゆるステッ
パーレンズ）に代表されるような高性能かつ高精度の光
学レンズ用解析評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、代表的な干渉計としてフィゾー
（Ｆｉｚｅａｕ）型とトワイマンーグリーン（Ｔｗｙｍ
ａｎ−Ｇｒｅｅｎ）型が古くから知られており、これら
の干渉計と干渉計測に関してはＤａｎｉｅｌＭａｌａ
ｃａｒａの『ＯｐｔｉｃａｌＳｈｏｐＴｅｓｔｉｎ
ｇ』（ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．
１９７８）に詳述されている。

【０００３】一例として、この本に紹介されるトワイマ
ンーグリーン型干渉計を図１４に示す。これは参照ミラ
ーを用いて被検レンズの透過波面を測定する装置であ
る。また同本に紹介されている顕微鏡用対物レンズの測
定例を図１５に示す。これらは、前述の手法を利用した
ものであるが、図１５（ｄ）は、２つの対物レンズを対
向させて２本分の透過波面を測定するものである（以下
この方式を「対向方式」という）。

【０００４】また特開昭６２─１２７６０１号公報に
は、球欠の深い球面ミラーでも高精度に測定するための
装置が記載されている。対物レンズの透過率を測定する
方法としては、特開平７─９２０８４号公報又は特開平
７─９２０８５号公報に記載されたものがある。これら
の方法は有限系か無限系かの差異はあるが、図１５
（ｄ）に示す方法を利用したものであり、高精度に透過
率を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に顕微鏡用対物レ
ンズは高性能かつ高精度に設計、製造されている。ここ
で、「高性能」とは、高ＮＡ化されていると共に、広範
囲にわたり諸収差が良好に補正設計され、高解像度の顕
微鏡像が実現されていることを指す。また、このような
「高性能」を保持するためには、設計された各光学部品
を高精度に製作し、かつ、組み立てる製造技術が要求さ
れる。

【０００６】しかしながら、このような顕微鏡用対物レ
ンズの性能評価は基準サンプルなどを用いた目視観察
（いわゆる官能評価）が主流であり、実際には、非常に
微妙な差異や不具合を発見することが難しい場合があ
る。

【０００７】従来、前述した干渉計測を利用して対物レ
ンズを評価する方法が試みられているが、この方法のみ
では、特に、ＮＡが中間程度以下かつ乾燥系でないと測
定が困難であった。対物レンズを測定するには図１４
（ａ）又は図１５（ａ）に示した球面凹ミラーを用いる
のが適当である。その他では、図１４（ｂ）に示す凸ミ
ラーでは作動距離のない対物レンズには不向きであり、
図１４（ｃ）又は図１５（ｂ）に示す平面ミラーでは非
対称な成分の干渉縞を得ることができず、図１５（ｃ）
に示す半球プリズムを用いるとそこでの収差が問題にな
るなどの機構上の問題が生じてしまう。

【０００８】図１５（ｄ）に示す対物レンズ対向方式で
は２つの和となる波面が得られると前掲の本には紹介さ
れているが、実際には、この測定のみでは非対称な収差
成分（コマ、アス）が打ち消されてしまい、得られる波
面が正確な評価につながらない場合がある。

【０００９】一方、図１５（ａ）に示す球面凹ミラーを
用いる場合でも、高ＮＡの対物レンズを測定するために
は球欠の深い半球状の非常に高精度な凹面ミラーが必要
となり、実際の制作は困難である。また、生物用に用い
られる液浸系の対物レンズでは凹面ミラーを液浸媒質に
浸さなければならず、またその媒質の流動性が干渉縞に
影響を及ぼすといった問題も生じる。

【００１０】特開昭６２─１２７６０１号公報は球欠の
問題を解決するために、外部入力でＮＡを入力し、波面
収差を補正する手段をとっているが、結局は、球面凹ミ
ラーなどを使用することになるため、上述の問題は避け
られない。また、組上がり光学系を測定するためには、
予めＮＡを測定するための工程も必要になり、高ＮＡ時
には実際の波面と干渉縞から得られる波面とが大きく乖
離する。

【００１１】以上のように、これまでの方法は、特に、
顕微鏡用対物レンズのような高ＮＡの光学レンズに対し
て必要十分に干渉計を構成できない。また、測定結果に
誤差要因が大きいといった問題を生じやすく、測定方法
は検討されても実用的な解析評価装置として適用するこ
とが困難であった。

【００１２】本発明は以上のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、従来困難であった、顕微鏡用対物レン
ズやスッテパーレンズなどの高性能かつ高精度な光学レ
ンズを測定し、かつ、解析・評価を行うことができる装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係る光学レンズ用解析評価装置は、干渉縞
生成手段と、前記干渉縞生成手段により干渉縞を生成す
る際に被検レンズとなる少なくとも二つの光学レンズ
と、干渉縞受光手段と、前記干渉縞受光手段により受光
された干渉縞を測定する測定手段と、前記測定手段によ
り測定された干渉縞を解析する解析手段と、前記解析手
段により解析された干渉縞を記憶する記憶手段と、前記
記憶手段により記憶された干渉縞に所定の演算を行う処
理手段とを備え、測定される前記光学レンズは相対的に
各々固有の座標系を有し、かつ、一定の位置関係にある
ように保持されていることを特徴とする。

【００１４】本発明の好ましい実施態様においては、前
記光学レンズは光軸の垂直面内に前記座標系を有し、前
記光学レンズの各々が光軸を中心として相対的に回転可
能であるように構成される。本発明の好ましい実施態様
においては、測定される光学レンズが二つである場合に
は、これら二つの光学レンズが相互に向き合って配置さ
れ、さらに、少なくとも一つの前記光学レンズの瞳面又
は絞り面の近傍へ透過光又は透過波面を反射させるよう
に配置された参照手段を設けることができる。本発明の
好ましい実施態様においては、測定される光学レンズが
少なくとも３つ以上ある場合には、測定される光学レン
ズはこれら３つの光学レンズの中から２つずつ選択する
ことができる。

【００１５】図１に本発明の概念図を示す。干渉縞生成
手段１としては一般の干渉計を用いることができ、干渉
縞を生成できればどのようなタイプのものでもよい。被
検レンズ２、３は少なくとも２本以上必要であり、図１
５（ｄ）に示すように対向方式とすれば、干渉計より射
出された光束ａは、被検レンズ２、３を介して変換され
た高ＮＡの光束ｂの受け渡しができるようになる。光束
ｃは参照手段４によって反射され、被検レンズ２、３を
介して、再び干渉縞生成手段１に戻り、干渉縞が生成さ
れる。生成した干渉縞を受光する受光手段５及び測定手
段６は前述のように規定されたデータを測定するために
用いられる。解析手段７は、測定された干渉縞を透過波
面に解析的に変換するものである。得られた干渉縞又は
透過波面は記憶手段８に一旦保持又は保存され、処理手
段９によって後述する所定の演算処理が施される。

【００１６】また、被検レンズ３から射出される光束ｃ
はやや広がりを持つことが多く、生成される干渉縞の周
辺までピントを合わせにくくなるため、正しい干渉像を
得ることが難しい。そこで、参照手段４は、被検レンズ
の一方の瞳面又は絞り面の近傍に透過光又は透過波面を
反射させるように平面ミラーとして構成し、被検レンズ
３に近接させることが望ましい。また、図２に示すよう
に、比較的緩い凹面を用いたり、あるいは、光束ｃ中に
図３に示すようなＮＡの小さいアフォーカル系を挿入
し、これを参照手段４とすることによっても上述と同等
の効果を得る。

【００１７】ここで、２本の被検レンズ２、３には、相
対的な位置関係を保持するための固有の座標系が光軸に
対して垂直な基準面内に設けられている。この「基準
面」とは、光軸に垂直であれば、瞳面、絞り面又は当て
付け面などでよく、面内座標系の目安となる基準が枠外
周などに設けられればよい。詳しくは、被検レンズの基
準のマーキングがどこに位置するかを常にチェックして
いればよい。また、光軸を中心に基準面を回転させる
と、マーキングの位置決めが行いやすく、複数回の測定
中においても光学レンズを常に一定の位置関係に保持す
ることができる。

【００１８】２本以上の光学レンズを組み換えて選択的
に２本ずつ測定する場合でも同様に行なえば、対象とな
る光学レンズに対して同等の効果を得る。また、本発明
では、前述した高性能・高精度の光学レンズの干渉縞又
は透過波面内において、測定又は解析される対称又は非
対称な収差を効果的に測定することができ、かつ、測定
中、非対称な収差成分に常に一定の方向性を持たせるこ
ともできる。

【００１９】本発明の好ましい実施態様においては、前
記光学レンズを組み換えて測定した透過光又は透過波面
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３と、前記光学レンズの一つの透過波面
Ｗとを有し、前記処理手段における演算が（１）式によ
り表されることを特徴とする。Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２（１）

【００２０】本発明の好ましい実施態様においては、少
なくとも３つの光学レンズを一組として測定した光学レ
ンズの透過波面Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃと、測定した透過光及
び透過波面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とが次の（２）式の関係を
有し、Ｗ１＝Ｗａ＋ＷｂＷ２＝Ｗｂ＋ＷｃＷ３＝Ｗａ＋Ｗｃ（２）前記処理手段における演算が次の（３）式により表され
ることを特徴とする。Ｗａ＝（Ｗ１＋Ｗ３−Ｗ２）／２Ｗｂ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２Ｗｃ＝（Ｗ２＋Ｗ３−Ｗ１）／２（３）

【００２１】本発明の好ましい実施態様においては、少
なくとも二つ以上の光学レンズの透過波面Ｗａ，Ｗｂ，
--- において、（１）式となるＷｂと、測定した透過光
及び透過波面Ｗとを有し、前記処理手段における演算が
（４）式により表されることを特徴とする。Ｗａ＝Ｗ−Ｗｂ（４）

【００２２】記憶手段８に保持されている透過波面（干
渉縞）の情報が少なくとも３つ以上あり、その中に被検
レンズの透過波面Ｗがあるとき、（１）式の演算処理を
行なうことによってＷのみを算出することができる。な
お、この演算を効果的に行なうためには、測定中の被検
レンズ（図１の２、３）の位置決めが必要であり、演算
する複数の透過波面は測定中の位置関係と一致しなけれ
ばならない。つまり、前述した基準面を回転させてマー
キング位置決めする場合は、演算する透過波面の位置関
係が測定中と同等な一定の位置関係となり、直接的に演
算することができる。たとえ、位置決めしていなくて
も、マーキングの位置が分かっていれば前述した基準面
の方位のみ異なるため、演算する透過波面をデータ上で
必要なだけ回転させて一致させれば、上述と同様に演算
処理することができる。よって、演算上から考えても、
算出される透過波面には対称な収差成分のみならず、方
向性を持つ非対称な収差成分も保存されることは明らか
であり、光学レンズの評価におていも好適である。

【００２３】また、少なくとも３本１組の被検レンズの
透過波面Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃがある場合、（２）式となる
ように組み合わせて測定すれば、（３）式を用いてＷ
ａ、Ｗｂ、Ｗｃを効率的に算出することができる。さら
に、少なくとも２本以上の被検レンズの透過波面Ｗａ、
Ｗｂ、・・において、（１）式でＷｂが明らかな場合、
Ｗ（＝Ｗａ＋Ｗｂ）を測定すれば、（４）式で簡単にＷ
ａを算出することもできる。

【００２４】ここで干渉縞から解析される波面分布のデ
ータ表現はいくつかの手法が考えられる。一般的には画
像データ又はマトリックス・データが用いられるが、こ
の場合、各画素毎にデータが保存されるため、複数の測
定データ間において、対応する画素毎の演算を行えばよ
い。この手法は測定手段又は解析手段で必要な測定領域
のみを規定すればよいので、必ずしも同種の光学レンズ
でなくてもよい。

【００２５】また、干渉計測においては、解析された波
面分布を収差関数に近似することも一般的である。特に
よく用いられるものとしてはＺｅｒｎｉｋｅ多項式があ
り、『光学の原理ＩＩ』（６９１〜７１３頁）に詳し
い。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式はＳｔａｎｄａｒｄＺｅｒ
ｎｉｋｅとＦｒｉｎｇｅＺｅｒｎｉｋｅに分かれる
が、干渉計測ではその簡便さからＦｒｉｎｇｅＺｅｒ
ｎｉｋｅが利用されることが多い。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項
式は光学系の瞳面を単位円内で正規化し、原点をピーク
して半径ρと角度θで、各収差成分を級数展開で表現す
るため、解析的に評価することもできる。また、上述の
画像データ又はマトリックス・データではデータが多量
となり、かつ、測定領域に誤差が生じやすく、演算する
際のマッチングに問題が生じる。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式
は原点を基準とした座標軸を有し、マーキングとの対応
性や演算の信頼性を高めることができる。さらに、必要
なデータは多項式の各項の係数のみであるため、データ
量及び演算時間が少なくてすむため好適である。しか
し、収差成分は多項式に展開されるため、実際の測定時
に表れる高周波成分（多くはノイズ）はカットされやす
い。

【００２６】本発明の好ましい実施態様においては、前
記光学レンズは顕微鏡用対物レンズであることを特徴と
する。本発明の好ましい実施態様においては、前記光学
レンズ間に平行平板を着脱自在かつ位置調整可能に配置
したことを特徴とする。本発明の好ましい実施態様にお
いては、前記光学レンズ間に挿入される液浸媒質を保持
する部材を備えることを特徴とする。

【００２７】特に、本発明に係る光学レンズ用解析評価
装置は顕微鏡用対物レンズに好適である。また生物分野
などで用いられる対物レンズにはカバーガラスを必要と
するものもあるが、本発明ではガバーガラス２枚分の厚
みを持つ平行平面板を対向式の対物レンズ間に挿入する
ことによって対応することができる。この場合、カバー
ガラスの傾き及び位置の調整ができるようにしておくこ
とが好ましい。また、更なる高ＮＡ化を図った液浸系の
対物レンズについても、液浸媒質の表面張力を用いて、
対向する対物レンズ間に挿入・保持することで適用でき
る。特によく用いられる液浸媒質は水、オイルなどであ
るが、対物レンズの作動距離が長い場合、水などの粘性
の低い媒質については表面張力で保持できないため、図
４に示すような中空の管状の保持部材を設けることが好
ましい。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図５に本発明の第１実施形態を示す。
干渉計１はフィゾー型であり、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどの
レーザ光源１０、参照面を有するミラー１１、ミラー１
１を移動させるピエゾ素子１２、干渉縞を検出する撮像
素子５を有している。測定演算処理ユニット１３は、ピ
エゾ素子１２に信号を送り、ミラー１１を微小に移動さ
せ、撮像素子５からの干渉強度信号を読みとる位相シフ
ト法（位相変調法ともいう）で測定を行う測定処理部
６、測定された干渉像を波面マップに変換する解析処理
部７、測定された液面マップを保持又は保存する記憶処
理部８、測定された複数の液面マップに所定の演算を施
す演算処理部９を有する。これらは一体に形成されてい
てもよく、あるいは、別個に形成されていてもよい。

【００２９】レーザ光源１０から射出された光はミラー
１１の参照面で参照光路と被検光路ａの２光路に分割さ
れる。被検光路ａは干渉計１から外部に射出され、被検
レンズ２に入射する。対向方式に配置されている被検レ
ンズ２、３は光軸を中心に回転可能であるように構成さ
れている。対向法式により被検レンズ２を介して平行光
束ａは高ＮＡの光束ｂに変換され、被検レンズ３を介し
て光束ｃに変換される。光束ｃは平面ミラー４によって
反射され、被検レンズ２、３を介して、再び光束ａとな
って干渉計１に入射する。干渉計１では、撮像素子５を
用いて、ミラー１１によって分割された参照光路と被検
光路の干渉像を観測することができる。

【００３０】ここで光束ｃは光束ａと同様の平行光とな
るが、実際はレーザビームが広がりを有しているため、
必ずしも平行光束とならない。このため、被検レンズ３
の射出光と平面ミラー４の反射光が同等とならず、平面
ミラー４が被検レンズ３から離れすぎていると、撮像素
子５で観測される干渉像で周辺のピントが合わないとい
った現象が観測される。従って、上記射出光を被検レン
ズ３に必要十分に反射させるには、平面ミラー４はでき
るだけ被検レンズ３に近接させることが望ましい。

【００３１】位相シフト法に関しては、谷田貝豊彦著
『応用光学光計測入門』（１３１〜１３５頁，丸善
（株））に詳しい。この手法においては、例えば、図１
の干渉計１では、ミラー１１の参照面をピエゾ素子など
を用いて微小に移動させることによって干渉強度を変更
できるようにし、その干渉像を複数取り込んで被検物体
の波面分布（または位相分布）を測定するものであり、
高精度な干渉計測を可能にしている。

【００３２】測定される被検レンズは３本の同種の無限
遠補正の顕微鏡用対物レンズであり、それぞれの透過波
面をＷａ、Ｗｂ、Ｗｃとする。また、それぞれの対物レ
ンズの外周にはアライメントマークが付されており、被
検レンズ２、３のように取り付ける際にはそのアライメ
ントマークが一致するように回転させる。測定は、Ｗ１＝Ｗａ＋ＷｂＷ２＝Ｗｂ＋ＷｃＷ３＝Ｗａ＋Ｗｃ（２）となるように対物レンズを組合せ、干渉計１と測定演算
処理部１３の測定処理部６を用いて３回行なわれる。こ
れらの各々の干渉縞データは測定ごとに解析処理部７を
用いて解析され、透過波面マップＷ１〜Ｗ３に変換し、
記憶処理部８に保存される。測定透過波面Ｗ１〜Ｗ３は
演算処理部９において、Ｗａ＝（Ｗ１＋Ｗ３−Ｗ２）／２Ｗｂ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２Ｗｃ＝（Ｗ２＋Ｗ３−Ｗ１）／２（３）の処理が施され、各対物レンズの透過波面に分離され
る。保持される測定波面Ｗ１〜Ｗ３は撮像素子５による
マトリックスデータでもＺｅｒｎｉｋｅ係数でもよい。

【００３３】マトリックスデータではＷ１〜Ｗ３に対応
する画素データ同士で演算を行なえばよく、一方、Ｚｅ
ｒｎｉｋｅ係数では各項係数同士の演算のみとなるため
データ量も少なく簡便である。また、評価される収差成
分は主に球面収差、コマ収差、非点収差であるが、対称
な収差成分が球面収差、非対称な収差成分がコマ収差、
非点収差である。Ｗ１〜Ｗ３の測定の際、アライメント
マークを共通の位置にしておけば、非対称な収差成分も
打ち消されず、（３）式は直接的に演算できるため簡便
である。

【００３４】これら対物レンズのデータを再び液面マッ
プ化すれば、高性能の光学レンズでも高精度に測定で
き、かつ、評価解析できるようになる。また、（２）式
及び（３）式は一つの対物レンズの透過液面Ｗａがある
複数回の測定中に含まれ、その測定がＷ１〜Ｗ３であれ
ばＷａを算出できることも含んでいる。さらに、有限系
の対物レンズでも収束光を平行光に変換するレンズを挿
入すれば適用できる。

【００３５】（第２実施形態）図６に本発明の第２実施
形態を示す。干渉計１はトワイマン・グリーン型であ
り、Ｈｅ−Ｎｅレーザなどのレーザ光源１０、参照面を
有するミラー１１、ミラー１１を移動させるピエゾ素子
１２、干渉縞を検出する撮像素子５を有している。測定
演算処理ユニット１３は、第１実施形態に用いたユニッ
トと同様の作用をもつものからなる。

【００３６】レーザ光源１０から射出された光は干渉計
１に内蔵されているビームスプリッタにより分割され、
参照光路と被検光路ａの２光路となる。被検光路ａは干
渉計１から外部に射出され、被検レンズ２に入射する。
第１実施形態と同様に、対向方式の被検レンズ２、３は
光軸を中心に回転可能であるように構成されており、被
検レンズ２を介して平行光束ａは高ＮＡの光束ｂに変換
され、被検レンズ３を介して光束ｃに変換される。光束
ｃは平面ミラー４によって反射される。本実施形態にお
いても、干渉像を良好に観測するため、平面ミラー４を
被検レンズ３に近接させておく。光束ｃは、被検レンズ
２、３を介して、再び光束ａとなり干渉１に入射する。
干渉計１では、撮像素子５を用いて、ミラー１１によっ
て分割された参照光路と被検光路の干渉像を観測するこ
とができる。

【００３７】測定される被検レンズは２本の同種の無限
遠補正の顕微鏡用対物レンズであり、それぞれの透過波
面をＷａ、Ｗｂとする。このとき、Ｗｂは第１実施形態
又は本構成の手法を用いて既知であるとする。また、そ
れぞれの対物レンズの外周にはアライメントマークが付
されており、被検レンズ２、３のように対向させる際に
は、そのアライメントマークが一致するように回転させ
る。測定は、Ｗ＝Ｗａ＋Ｗｂ（５）となるように、干渉計１と測定演算処理部１３の測定処
理部６を用いて、Ｗの一回のみ行なわれる。これらの各
々のデータは、測定ごとに解析処理部７を用いて解析さ
れ、波面マップに変換され、記憶処理部８に保存され
る。測定透過波面Ｗは演算処理部位９において、Ｗａ＝Ｗ−Ｗｂ（４）の処理が施され、対物レンズの透過波面Ｗａが分離され
る。第１実施形態と同様に、保存される測定波面Ｗは撮
像素子５によるマトリックスデータでもＺｅｒｎｉｋｅ
係数でもよいが、ＷとＷｂとの演算があるため、Ｗｂの
データ保持方式と一致させる必要がある。また、評価さ
れる収差成分もＷｂのアライメントマークを既知のデー
タと共通の位置にしておけば、第１実施形態と同等の効
果を得ることができ、かつ、（４）式で簡単に演算する
ことができる。

【００３８】これにより、例えば、４本以上の対物レン
ズを測定する際、３本１組で第１実施形態のような方法
で測定し、残り１本は本実施形態でより簡便に高精度に
測定でき、かつ、評価解析できる。なお、第１及び第２
実施形態は上述の形態に限定されるわけではなく、干渉
計１は干渉縞が生成かつ検出できればよく、どの様なタ
イプを用いても同等の効果を得ることができる。例え
ば、マッハツェンダ型干渉計を用いれば、被検レンズが
アフォーカルな構成をとるため、平面ミラー４を用いな
くとも干渉縞を生成できる。

【００３９】同様に、測定も必ずしも位相シフト法のみ
ならず、干渉縞を計測即ち解析的に波面マップを算出で
きればよい。例えば、従来からある方法としては縞解析
法などがある。以上の実施形態では特に顕微鏡用対物レ
ンズの例を示したが、本発明に係る解析評価装置は、対
物レンズと同様の仕様をもつ光学系であれば、簡便に適
用することができる。例えば、ステッパーレンズやＦナ
ンバーの小さいカメラレンズなどに適用できる。

【００４０】（第３実施形態）図７に第３実施形態に係
る解析評価装置を示す。干渉計１及び干渉計１に連結す
る測定演算処理装置１３は第一又は第二実施形態に示し
たものと同様の構成を有している。干渉計１から射出さ
れる被検光路ａは対向方式の被検レンズ２，３に入射す
る。前述したように、被検レンズ３から射出される光束
ｃは図３に示すような広がりを有している。このため、
非常にゆるやかな半径Ｒを有する凹面ミラー４を光束ｃ
中に配置すれば、凹面ミラー４で反射する光束は再び被
検レンズ３に効果的に入射する。半径Ｒは凹面ミラー４
によって光束ｃが被検レンズの瞳面又は絞り面近傍に反
射するように設定される。これにより、第一及び第二実
施形態と同様に、干渉計１内にある撮像素子５において
周辺までピントズレのない正確な干渉縞を観測すること
ができる。

【００４１】（第４実施形態）図８に第４実施形態に係
る解析評価装置を示す。干渉計１及び干渉計１に連結す
る測定演算処理装置１３は第３実施形態と同様のもので
ある。第１乃至第３実施形態において、干渉像にピント
がうまく合わない理由は光束ｃが平行光とならないこと
の他に、撮像素子５までの結像関係が崩れてしまうこと
にある。すなわち、図１の平面ミラー４と被検レンズ
２，３の瞳面が共役な位置関係とならないからである。
このため、本実施形態においても、図８に示すように、
光束ｃ中にアフォーカル系を挿入することによって、参
照手段４中の平面ミラーと被検レンズ２，３の瞳面とが
光学的に共役な位置関係となる。ここで、アフォーカル
系を被検レンズのＮＡよりも小さいＮＡとなるように構
成すれば、参照手段４で反射する光束ｃが被検レンズの
瞳面又は絞り面近傍に入射し、より効果的かつ正確な干
渉縞を観測することができる。

【００４２】（第５実施形態）図９に第５実施形態に係
る解析評価装置を示す。対向方式で測定される被検レン
ズ２，３は生物用顕微鏡用対物レンズである。干渉計１
及び干渉計１に連結される測定演算処理装置１３は第３
及び第４実施形態と同様のものである。本実施形態にお
いては、平行平面板１４及び平行平面板１４を支持して
いる取り付け治具１５が設けられている。

【００４３】生物用の対物レンズはカバーガラスを使用
するものが多く、そのような対物レンズに対向方式を用
いる場合には、図９に示すように、カバーガラス２枚分
の厚みを有する平行平面板１４を取り付け治具１５を用
いて挿入すればよい。特に、平行平面板１４は高ＮＡの
光束中に挿入されるため、傾斜及び位置の調整を行うこ
とができる取り付け治具１５が好ましい。

【００４４】また、生物用の対物レンズは液浸系のもの
が多く、そのような対物レンズを測定する場合には、図
１０に示すように、液浸媒質１６（水、専用オイルな
ど）を平行平面板１４と被検レンズ２，３の各々の間に
挿入すればよい。この場合、一般には、対物レンズは作
動距離が短いため、各対物レンズは媒質１６の表面張力
によって対向するように保持される。

【００４５】なお、作動距離が長い場合には、図１１に
示すように、液浸媒質１６を保持する保持部材１７を設
ければよい。保持部材１７としては、図１２（ａ）に示
すように、媒質１６を挿入する穴を有する管状の部材で
あって、ゴムその他の弾性を有する材料からなるものを
用いる。保持部材１７は対物レンズの作動距離よりもや
や長めにしておけば、対物レンズ間で押さえ付けること
により固定可能である。また、図１２（ｂ）のように、
対物レンズに接触する部分１７ａのみ弾性のある材料で
つくってもよい。保持部材１７の部分１７ａに挟まれる
部分１７ｂは金属又はプラスチックなどの剛性のある材
料からつくることもできる。平行平面板１４は、図１１
のように取り付けるのみならず、必要に応じて、保持部
材１７を支持するように構成することもできる。その際
には、当て付け面などを基準として位置決めを行えばよ
い。

【００４６】さらに、作動距離が長くカバーガラスを有
しない対物レンズの場合、図１３のような一体型の保持
部材１７を用いることもできる。この場合、図１１の場
合よりも、保持部材１７の体積が大きくなるため、取扱
いが容易になる。また、図１２（ｃ）及び（ｄ）のよう
に、対物レンズの外周に嵌め込む形式の保持部材１８を
用いることもできる。

【００４７】以上のように、本実施形態によって各種の
顕微鏡用対物レンズを測定することが可能である。さら
に、液浸物質の挿入を簡便にするため、保持部材１７，
１８の外周に孔を設けておくことが好ましい。

【００４８】以上の説明から明らかであるように、本発
明に係る光学レンズ用解析評価装置は特許請求の範囲に
記載したものの他に、以下のようにも構成することが可
能である。（１）前記光学レンズが光軸の垂直面内に前記座標系を
有し、前記光学レンズの各々が光軸を中心として相対的
に回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の光
学レンズ用解析評価装置。

【００４９】（２）測定される光学レンズが二つである
場合には、これら二つの光学レンズが相互に向き合って
配置されており、少なくとも一つの前記光学レンズの瞳
面又は絞り面の近傍へ透過光又は透過波面を反射させる
ように配置された参照手段を備えていることを特徴とす
る請求項１に記載の光学レンズ用解析評価装置。（３）測定される光学レンズが少なくとも３つ以上あ
り、測定される光学レンズはこれら３つの光学レンズの
中から２つずつ選択されるものであることを特徴とする
請求項１に記載の光学レンズ用解析評価装置。

【００５０】（４）前記光学レンズを組み換えて測定し
た透過光又は透過波面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３と、前記光学レ
ンズの一つの透過波面Ｗとを有し、前記処理手段におけ
る演算が（１）式により表されることを特徴とする請求
項１に記載の光学レンズ用解析評価装置。Ｗ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２（１）

【００５１】（５）少なくとも３つの光学レンズを一組
として測定した光学レンズの透過波面Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ
と、測定した透過光及び透過波面Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とが
次の（２）式の関係を有し、Ｗ１＝Ｗａ＋ＷｂＷ２＝Ｗｂ＋ＷｃＷ３＝Ｗａ＋Ｗｃ（２）前記処理手段における演算が次の（３）式により表され
ることを特徴とする（４）に記載の光学レンズ用解析評
価装置。Ｗａ＝（Ｗ１＋Ｗ３−Ｗ２）／２Ｗｂ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２Ｗｃ＝（Ｗ２＋Ｗ３−Ｗ１）／２（３）

【００５２】（６）少なくとも二つ以上の光学レンズの
透過波面Ｗａ，Ｗｂ，--- において、（１）式となるＷ
ｂと、測定した透過光及び透過波面Ｗとを有し、前記処
理手段における演算が（４）式により表されることを特
徴とする（４）に記載の光学レンズ用解析評価装置。Ｗａ＝Ｗ−Ｗｂ（４）（７）前記光学レンズが顕微鏡用対物レンズであること
を特徴とする請求項１又は（４）に記載の光学レンズ用
解析評価装置。

【００５３】（８）前記光学レンズ間に平行平板を着脱
自在かつ位置調整可能に配置したことを特徴とする請求
項１に記載の光学レンズ用解析評価装置。（９）前記光学レンズ間に挿入される液浸媒質を保持す
る部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学
レンズ用解析評価装置。（１０）測定される透過波面及び演算される被検レンズ
の透過波面がＺｅｒｎｉｋｅ多項式に近似されることを
特徴とする（４）乃至（６）の何れか一に記載の光学レ
ンズ用解析評価装置。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る光学レンズ
用解析評価装置によれば、干渉計を用いても、高性能か
つ高精度の光学レンズの透過波面を高精度に測定評価す
ることができる。また、本発明に係る光学レンズ用解析
評価装置はいわゆる一般の干渉にも適用することがで
き、各種の光学レンズ（特に、顕微鏡用対物レンズ）に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の概要
を示す概略図である。

【図２】参照手段の一例を示す概略図である。

【図３】参照手段の他の例を示す概略図である。

【図４】保持部材の一例を示す概略図である。

【図５】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の第一
実施形態の構成図である。

【図６】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の第二
実施形態の構成図である。

【図７】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の第三
実施形態の構成図である。

【図８】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の第四
実施形態の構成図である。

【図９】本発明に係る光学レンズ用解析評価装置の第五
実施形態の構成図である。

【図１０】液浸媒質を使用した実施形態の概略図であ
る。

【図１１】液浸媒質を保持部材中に保持した実施形態の
概略図である。

【図１２】保持部材の変形例を示す概略図である。

【図１３】保持部材の他の変形例を示す概略図である。

【図１４】対物レンズ測定のための従来の方法の概略図
である。

【図１５】対物レンズ測定のための従来の方法の概念図
である。

【符号の説明】

１干渉縞生成手段２被検レンズ３被検レンズ４参照手段５受光手段６測定手段７解析手段８記憶手段９処理手段１０レーザ光源１１ミラー１２ピエゾ素子１３測定演算処理ユニット１４平行平面板１５取り付け治具１６液浸物質１７保持部材

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【手続補正書】

【提出日】平成８年２月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】また、干渉計測においては、解析された波
面分布を収差関数に近似することも一般的である。特に
よく用いられるものとしてはＺｅｒｎｉｋｅ多項式があ
り、ＭａｘＢｏｒｎａｎｄＥｍｉｌＷｏｌｆ：
『光学の原理ＩＩ』（（東海大学出版会，１９９１，）
６９１〜７１３頁）に詳しい。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は
ＳｔａｎｄａｒｄＺｅｒｎｉｋｅとＦｒｉｎｇｅＺ
ｅｒｎｉｋｅに分かれるが、干渉計測ではその簡便さか
らＦｒｉｎｇｅＺｅｒｎｉｋｅが利用されることが多
い。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は光学系の瞳面を単位円内で
正規化し、原点をピークとして半径ρと角度θで、各収
差成分を級数展開で表現するため、解析的に評価するこ
ともできる。また、上述の画像データ又はマトリックス
・データではデータが多量となり、かつ、測定領域に誤
差が生じやすく、演算する際のマッチングに問題が生じ
る。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式は原点を基準とした座標軸を
有し、マーキングとの対応性や演算の信頼性を高めるこ
とができる。さらに、必要なデータは多項式の各項の係
数のみであるため、データ量及び演算時間が少なくてす
むため好適である。しかし、収差成分は多項式に展開さ
れるため、実際の測定時に表れる高周波成分（多くはノ
イズ）はカットされやすい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】（第３実施形態）図７に第３実施形態に係
る解析評価装置を示す。干渉計１及び干渉計１に連結す
る測定演算処理装置１３は第一又は第二実施形態に示し
たものと同様の構成を有している。干渉計１から射出さ
れる被検光路ａは対向方式の被検レンズ２，３に入射す
る。前述したように、被検レンズ３から射出される光束
ｃは図２に示すような広がりを有している。このため、
非常にゆるやかな半径Ｒを有する凹面ミラー４を光束ｃ
中に配置すれば、凹面ミラー４で反射する光束は再び被
検レンズ３に効果的に入射する。半径Ｒは凹面ミラー４
によって光束ｃが被検レンズの瞳面又は絞り面近傍に反
射するように設定される。これにより、第一及び第二実
施形態と同様に、干渉計１内にある撮像素子５において
周辺までピントズレのない正確な干渉縞を観測すること
ができる。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年２月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】干渉縞生成手段と、前記干渉縞生成手段により干渉縞を生成する際に被検レ
ンズとなる少なくとも二つの光学レンズと、干渉縞受光手段と、前記干渉縞受光手段により受光された干渉縞を測定する
測定手段と、前記測定手段により測定された干渉縞を解析する解析手
段と、前記解析手段により解析された干渉縞を記憶する記憶手
段と、前記記憶手段により記憶された干渉縞に所定の演算を行
う処理手段とを備え、測定される前記光学レンズは相対的に各々固有の座標系
を有し、かつ、一定の位置関係にあるように保持されて
いる光学レンズ用解析評価装置。