JPH09218132A - 光学素子の検査・測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子の特性全般を定量的に検査・測定す
ることができる光学素子の検査・測定装置を提供する。 【解決手段】 微小黒点２０が退避位置に移動して正レ
ンズＯＥが明視野照明され、正レンズＯＥの像全体の光
強度が求められる。また、微小黒点２０が照明位置ＩＰ
に位置して正レンズＯＥがＣＣＤカメラ６０から見て暗
視野照明されて、正レンズＯＥの表面キズなどに起因す
る散乱光や、正レンズＯＥでの多重反射により発生する
ゴースト光が選択的にＣＣＤカメラ６０に導光され、散
乱光およびゴースト光の光強度が計測される。こうして
計測された両光強度の比が、正レンズＯＥの材料特性や
ゴースト特性を示す値として求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レンズやガラス
板などの光学素子の特性を検査・測定するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光学装置にはレンズやガラスなどの光学
素子が使用されており、これらの光学素子の特性が当該
光学装置の光学特性に大きな影響を与える。ここで、光
学素子の特性を決定する要因として、従来より、光学素
子の材料特性に関するものと、光学素子で発生するゴー
スト光（面間の多重反射）に関するものが知られてい
る。また、本願発明者による種々の検討の結果、光学装
置に大きな影響を与える要因として、上記した光学素子
の材料特性やゴースト特性の他に、周辺回折波の影響が
大きいことがわかった。以下、光学素子の材料特性、ゴ
ースト特性および周辺回折波の検査・測定に関する従来
の技術背景について説明する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

＜光学素子の材料特性の検査・測定＞レンズやガラスの
光学素子の材料特性に関するものとしては、光学素子の
表面の表面キズ，面粗さ、表面への異物の付着、コーテ
ィングムラ、光学素子内部での気泡や異物混入、および
脈理などが知られている。そこで、光学素子の材料特性
を定量的に検査・測定する方法として、触針を使った接
触式表面粗さ計や光学干渉を利用した非接触表面粗さ計
が従来より知られている。

【０００４】これらのうち前者（接触式表面粗さ計）で
は、触針が光学素子の表面に直接触れるため、検査・測
定時に表面にキズがついてしまうという問題がある。

【０００５】一方、後者（非接触表面粗さ計）では、非
接触で検査・測定するため、キズの発生を防ぐことがで
き、しかも数ｍｍ角の表面領域を一度に検査・測定する
ことができるという利点がある。しかしながら、その適
用範囲がかなり制約されており、非接触表面粗さ計によ
り検査・測定することができない光学素子も多く存在す
る。例えば、レンズ表面に多層膜をコーティングしてお
り反射率が極めて小さい光学素子については干渉縞が発
生せず、検査・測定が不可能である。

【０００６】また、接触式および非接触式とも、測定の
ためにセッティングおよび測定処理にかなりの時間を要
するという問題を有している。さらに、両者とも光学素
子の表面に関する材料特性については検査・測定可能で
あるが、当然のことながら光学素子内部で発生している
気泡、光学素子内部への異物混入および脈理については
検査・測定不可能である。

【０００７】なお、暗視野照明法を利用することで光学
素子の表面に関する材料特性以外に光学素子内部に関す
る材料特性（気泡，異物混入、脈理など）も検査・測定
可能である。すなわち、高輝度のハロゲンランプからの
照明光をコリメータレンズによりコリメートし、検査・
測定対象の光学素子に照射するとともに、検査者が暗室
内で光学素子からの散乱光のみを観察することで光学素
子の表面粗さや内部の気泡などを検査することができ
る。しかしながら、この検査方法では、検査者の目視観
察により検査を行っているので検査に熟練を要するとい
う問題や、光学素子の材料特性を定量的に測定すること
ができないという問題がある。

【０００８】＜光学素子のゴースト特性の検査・測定＞
光学素子に光が入射したとき、光学素子内で多重反射が
生じ、ゴースト光が発生することがある。特に、光学素
子が複数のレンズで構成されている場合に、ゴースト光
の発生確率は高くなる。従来、ゴースト光のみを直接測
定する方法は存在しておらず、日本工業規格（ＪＩＳ）
に規定されているフレア計測方法にしたがって光学素子
のフレアを計測し、その計測値から間接的に光学素子の
ゴースト特性を類推しているにすぎない。このため、従
来より、光学素子のゴースト特性を直接測定することが
できる検査・測定装置が望まれていた。

【０００９】＜周辺回折波の検査・測定＞例えば、図１
３において、従来より周知の撮像装置（光学装置）によ
り原稿１に形成された微小黒点２の濃度計測を行った場
合、図１３(b)に示すような像面照度分布が得られる。
なお、ここでは、散乱光がないものと仮定している。

【００１０】幾何光学の法則に従って伝播する入射光
（照明光）についてのみ考慮すると、その入射光の一部
は微小黒点２で遮光される一方、残りは微小黒点２以外
の原稿面で反射し、撮像素子側に進む。このため、撮像
素子における照度分布は、同図(b)の実線に示すよう
に、微小黒点２に完全に対応してゼロとなる一方、微小
黒点２以外の原稿面に対応する位置では比較的高い値を
とる。

【００１１】しかしながら、撮像素子での像面照度は、
実際には同図(b)の１点鎖線に示すような分布をとる。
これは周辺回折波（=Boundary Diffraction Wave）の影
響によるものであり、撮像素子には幾何光学的な入射光
と周辺回折波との合成の結果である回折像が形成される
からである。

【００１２】この「周辺回折波」とは、光が回折物体に
入射したときに、その端から生じる回折波のことであ
る。撮像装置に組み込まれた撮像レンズ（光学素子）の
絞りが回折物体に相当し、絞りの縁から周辺回折波が発
生する。ここで、撮像素子側より見ると、撮像レンズの
瞳の縁から周辺回折波が発生しているように見える。な
お、この周辺回折波に関しては、例えば「光学の原理Ｉ
Ｉ（マックス・ボルン＆エミル・ウォルフ著、草川徹・
横田英嗣訳；東海大学出版会）」の第６７０頁において
詳細に説明されている。ただし、「光学の原理ＩＩ」で
は、"Boundary Diffraction Wave"を「境界回折波」と
訳しているが、「周辺回折波」と同一のものである。

【００１３】このように周辺回折波の影響により回折像
が形成されると、微小黒点２に対応する位置の像面照度
はゼロとならず、ΔＲだけ上昇し、この場合のダイナミ
ックレンジＲg+dは周辺回折波を無視した場合のダイナ
ミックレンジＲgよりもΔＲだけ狭くなる。また、周辺
回折波が発生しないときには微小黒点２の周辺部の像面
照度はゼロなるにもかかわらず、周辺回折波の存在によ
り比較的高い値をとってしまう。

【００１４】このように、周辺回折波の存在により撮像
装置による濃度計測精度が低下してしまうため、撮像装
置に組み込まれた光学素子により、どの程度の周辺回折
波が発生するかを検査・測定することは重要である。し
かしながら、周辺回折波の光強度を検査・測定する装置
は従来存在していなかった。

【００１５】この発明は、従来技術における上述の問題
の克服を意図しており、光学素子の特性全般を定量的に
検査・測定することができる光学素子の検査・測定装置
を提供することを第１の目的とする。

【００１６】また、この発明は、光学素子の材料特性を
正確に、しかも定量的に検査・測定することができる光
学素子の検査・測定装置を提供することを第２の目的と
する。

【００１７】また、この発明は、光学素子のゴースト特
性を正確に、しかも定量的に検査・測定することができ
る光学素子の検査・測定装置を提供することを第３の目
的とする。

【００１８】さらに、この発明は、光学素子において発
生する周辺回折波を定量的に検査・測定することができ
る光学素子の検査・測定装置を提供することを第４の目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
第１の目的を達成するため、照明光を所定の照明位置に
照射する照明光学系と、前記照明位置に位置することで
前記照明光を遮蔽する遮蔽物体と、前記照明位置に位置
する前記遮蔽物体の像を投影する第１投影手段と、前記
第１投影手段と検査・測定対象たる光学素子とを介して
第１投影位置に投影される前記遮蔽物体の像よりも小さ
な径を有するアパーチャを有し、前記投影位置に配置さ
れたアパーチャ板と、前記アパーチャを通過した光を受
け、前記光学素子の像を第２投影位置に投影する第２投
影手段と、前記第２投影位置に配置され、前記光学素子
の像の各部の光強度を計測する計測手段と、を備えてい
る。

【００２０】請求項２の発明は、前記遮蔽物体が、前記
照明位置と、前記照明位置とは異なる退避位置との間を
移動自在に構成され、さらに、前記遮蔽物体を前記退避
位置に配置して前記光学素子を明視野照明したときに前
記計測手段により計測される光強度分布から像全体の光
強度を求める一方、前記遮蔽物体を前記照明位置に配置
して前記光学素子を暗視野照明したときに前記計測手段
により計測される光強度分布から像全体の光強度を求
め、さらに両光強度に基づき前記光学素子の特性を求め
る特性導出手段を、備えている。

【００２１】請求項３の発明は、上記第２の目的を達成
するため、前記特性導出手段が、前記光学素子を明視野
照明したときに前記計測手段により計測される光強度分
布から像全体の光強度を求める一方、前記光学素子を暗
視野照明したときに前記計測手段により計測される光強
度分布から像全体の散乱光強度を求め、さらに両光強度
の比を前記光学素子の材料特性を示す定量値として求め
る定量化手段を、備えるように構成している。

【００２２】請求項４の発明は、上記第３の目的を達成
するため、前記特性導出手段が、前記光学素子を明視野
照明したときに前記計測手段により計測される光強度分
布から像全体の光強度を求める一方、前記光学素子を暗
視野照明したときに前記計測手段により計測される光強
度分布から像全体の光強度から少なくともゴースト光の
光強度を求め、さらに両光強度の比を前記光学素子のゴ
ースト特性を示す定量値として求める定量化手段を、備
えるように構成している。

【００２３】請求項５の発明は、前記照明位置に位置す
る前記遮蔽物体に対する前記照明光学系側および前記第
１投影手段側の開口数をそれぞれＮＡi，ＮＡoとすると
き、次の不等式（ＮＡi＜ＮＡo）を満足するように、前
記開口数ＮＡi，ＮＡoを設定している。

【００２４】請求項６の発明は、上記第４の目的を達成
するため、照明光を所定の照明位置に照射する照明光学
系と、前記照明位置に位置して前記照明光を遮蔽する遮
蔽物体と、前記遮蔽物体の像を投影する第１投影手段
と、前記第１投影手段と検査・測定対象たる光学素子と
を介して第１投影位置に投影される前記遮蔽物体の像よ
りも小さな径を有するアパーチャを有し、前記投影位置
に配置されたアパーチャ板と、前記アパーチャを通過し
た光を受け、前記光学素子の像を第２投影位置に投影す
る第２投影手段と、前記第２投影位置に配置され、前記
光学素子の像の光強度分布を計測する計測手段と、を備
え、前記照明位置に位置する前記遮蔽物体に対する前記
照明光学系側および前記第１投影手段側の開口数をそれ
ぞれＮＡi，ＮＡoとするとき、次の不等式（ＮＡi≧Ｎ
Ａo）を満足するように、前記開口数ＮＡi，ＮＡoを設
定することで前記計測手段により周辺回折波の光強度分
布を測定している。

【００２５】

【発明の実施の形態】

Ａ．第１の実施形態 図１は、この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第１の実施形態を示す図である。この検査・測定装置
は、検査・測定の対象である正レンズ（光学素子）ＯＥ
の特性を検査・測定するための装置である。

【００２６】この装置にはケーラー照明光学系１０が設
けられている。このケーラー照明光学系１０では、光源
ランプ１１と、光源ランプ１１からの光を取り込むコレ
クターレンズ１２と、視野絞り１３と、開口絞り１４
と、コンデンサーレンズ１５とがこの順序で配置されて
いる。光源ランプ１１からの光はコレクターレンズ１２
および視野絞り１３を介して開口絞り１４の配設位置に
集光される。この開口絞り１４を通過した光がコンデン
サーレンズ１５を介して光軸ＯＡ上の照明位置ＩＰに位
置する微小黒点（遮蔽物体）２０に照射される。なお、
この実施形態では、照明位置ＩＰをケーラー照明法によ
り照明しているが、照明方法はこれに限定されるもので
はなく、例えば、クリティカル照明法により照明位置Ｉ
Ｐを照明するように、照明光学系１０を構成してもよ
い。

【００２７】微小黒点２０は、光軸ＯＡに対して直交す
るＸ方向に移動自在な透明平板２１上に取り付けられて
おり、透明平板２１に連結されて透明平板２１をＸ方向
に往復駆動するＸ駆動機構（図示省略）を作動させるこ
とで、照明位置ＩＰと、照明位置ＩＰからＸ方向に離れ
た退避位置（図示省略）との間を往復移動する。

【００２８】正レンズＯＥは照明位置ＩＰに位置する微
小黒点２０の像を所定の第１投影位置Ｐ1に投影する。
なお、この実施形態では、検査・測定の対象となる光学
素子ＯＥを第１投影手段として機能させて微小黒点２０
の像を第１投影位置Ｐ1に投影させているが、必要に応
じて光学素子ＯＥとの異なる投影レンズ（第１投影手段
に相当する）を設け、追加した投影レンズと光学素子Ｏ
Ｅとで第１投影位置Ｐ1に投影するように構成してもよ
い。このように光学素子ＯＥ以外に投影レンズを設ける
実施形態については、後で詳述する。

【００２９】この第１投影位置Ｐ1には、アパーチャ板
４０が配置されている。アパーチャ板４０には、上記の
ようにして形成される第１投影位置Ｐ1に投影される微
小黒点２０の像（図２の右上がり斜線領域）Ｉ20よりも
小さな径を有するアパーチャ４１が形成されている。な
お、図２において、符号Ｉ13は視野絞り１３の像（図２
の右下がり斜線領域）であり、この像Ｉ13の内側が照明
光学系１０により照明される領域の像である。また、こ
の照明領域の大きさは微少黒点２０の像の大きさより十
分大きい。

【００３０】図１に戻って、アパーチャ板４０のアパー
チャ４１の近傍には、撮像レンズ（第２投影手段）５０
が配置されており、アパーチャ４１を通過した光を所定
の第２投影位置Ｐ2に集光させて検査・測定の対象であ
る正レンズ（光学素子）ＯＥの像を撮像手段としての２
次元のＣＣＤカメラ６０に投影する。このため、ＣＣＤ
カメラ６０により正レンズＯＥの像の各部の光強度を計
測することができる。なお、微小黒点２０を同図に示す
ように照明位置ＩＰに位置させると、正レンズＯＥがＣ
ＣＤカメラ６０から見ると暗視野照明される。一方、微
小黒点２０を退避位置に移動させると、正レンズＯＥが
ＣＣＤカメラ６０から見ると明視野照明される。

【００３１】このＣＣＤカメラ６０には、ＣＰＵ，メモ
リおよびディスプレイなどを備えたパーソナルコンピュ
ータ（以下「パソコン」という）７０が電気的に接続さ
れている。このパソコン７０は、ＣＣＤカメラ６０から
出力される画像信号を受けて適切な画像処理を実行して
ディスプレイ上に正レンズＯＥの像を映し出すととも
に、正レンズＯＥの像に関連する画像情報（画像デー
タ）をメモリに一時的に記憶し、後述するようにして正
レンズＯＥの特性を定量的に求める。

【００３２】次に、上記のように構成された検査・測定
装置による正レンズ（光学素子）ＯＥの材料特性および
ゴースト特性の定量的な測定について、それぞれ分けて
説明する。

【００３３】＜正レンズＯＥの材料特性の検査・測定＞
ここでは、説明の便宜から、正レンズＯＥでの多重反射
はなく、ゴーストは発生しないものと仮定する。

【００３４】上記のように構成された検査・測定装置に
おいて、開口絞り１４を比較的開くと、図３に示すよう
に、照明位置ＩＰに位置する微小黒点２０に対する照明
光学系１０側の開口数ＮＡiが正レンズＯＥ側の開口数
ＮＡo以上となる。この状態で、透明平板２１をＸ方向
に移動させることで微小黒点２０を退避位置に移動させ
ると、照明光学系１０からの照明光が直接正レンズＯＥ
に入射し、第２投影位置Ｐ2での正レンズＯＥの像ＩOE
は全面にわたって明るく（図４(a)）、ＣＣＤカメラ６
０により検出される光強度分布は同図(b)に示すように
正レンズＯＥの像ＩOEの全面で比較的高い値をとる。そ
して、ＣＣＤカメラ６０からの出力がパソコン７０に入
力され、像ＩOE全体での光強度α、つまり像ＩOEの各部
での光強度を加算した値が演算された後、メモリに記憶
される。

【００３５】次に、透明平板２１を元に戻して微小黒点
２０を照明位置ＩＰに位置させると、照明光学系１０か
らの照明光が微小黒点２０で遮蔽され、正レンズＯＥが
ＣＣＤカメラ６０から見ると暗視野照明される。その結
果、正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡などにより散
乱された散乱光のみが第２投影位置Ｐ2に導かれ、第２
投影位置Ｐ2での像ＩOEには表面キズや気泡などに対応
する部分が明るくなる（同図(c)）。しかも、同図(d)に
示すように、ＣＣＤカメラ６０により検出される光強度
分布は正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡などに対応
して変化する。このため、ＣＣＤカメラ６０からの出力
がパソコン７０に入力され、像ＩOE全体での光強度γ、
つまり像ＩOEの各部での散乱光強度を加算した値が演算
された後、メモリから光強度αを読み出し、両光強度の
比（＝γ／α）を求めることで、正レンズ（光学素子）
ＯＥの材料特性を定量的に求めることができる。

【００３６】また、上記のように微小黒点２０に対する
照明光学系１０側の開口数ＮＡiが正レンズＯＥ側の開
口数ＮＡo以上となるように設定している場合、図３に
示すように正レンズＯＥの絞りＳの縁から周辺回折波Ｂ
ＤＷが発生し、正レンズＯＥの投影像ＩOEの縁が明るく
なる（図４(c)）。そして、この周辺回折波ＢＤＷの光
強度分布については、ＣＣＤカメラ６０により計測する
ことができ、光強度分布から周辺回折波ＢＤＷの影響を
測定することができる。

【００３７】ただし、例えば同図(d)に示すように、周
辺回折波ＢＤＷに起因する光強度ＩBDWが比較的高く、
逆に正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡などに起因す
る光強度が周辺回折波ＢＤＷに起因する光強度よりも低
いレベルにある場合には、光強度の比（＝γ／α）で示
される正レンズ（光学素子）ＯＥの材料特性に対する信
頼性が低下する。

【００３８】そこで、このような状況にある場合には、
開口絞り１３を絞って微小黒点２０に対する照明光学系
１０側の開口数ＮＡiが正レンズＯＥ側の開口数ＮＡoよ
りも小さくなるように設定することで周辺回折波ＢＤＷ
の発生を防止して正レンズＯＥの材料特性をより正確に
測定することができる。

【００３９】すなわち、上記のように設定した状態で微
小黒点２０を退避位置に移動させると、正レンズＯＥは
ＣＣＤカメラ６０から見ると明視野照明されて第２投影
位置Ｐ2での正レンズＯＥの像ＩOEは全面にわたって明
るくなる（図５(a)）。なお、同図(a)および(c)におい
て、符号Ｉ14は開口絞り１４の像である。したがって、
ＣＣＤカメラ６０により計測される光強度分布は同図
(b)に示すように正レンズＯＥの像ＩOEの全面で比較的
高い値をとる。そして、ＣＣＤカメラ６０からの出力が
パソコン７０に入力され、像ＩOE全体での光強度α、つ
まり像ＩOEの各部での光強度を加算した値が演算された
後、メモリに記憶される。

【００４０】次に、透明平板２１を元に戻して微小黒点
２０を照明位置ＩＰに位置させると、照明光学系１０か
らの照明光が微小黒点２０で遮蔽され、正レンズＯＥが
ＣＣＤカメラ６０から見ると暗視野照明される。その結
果、正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡などにより散
乱された散乱光のみが第２投影位置Ｐ2に導かれ、第２
投影位置Ｐ2での像ＩOEには表面キズや気泡などに対応
する部分が明るくなる（同図(c)）。しかも、同図(d)に
示すように、周辺回折波ＢＤＷの光強度のピークは現れ
ずＣＣＤカメラ６０により計測される光強度分布は正レ
ンズＯＥの表面キズや内部の気泡などにのみ対応して変
化する。このため、像ＩOE全体での光強度α，γの比
（＝γ／α）を求めることで、正レンズ（光学素子）Ｏ
Ｅの材料特性をより正確に求めることができる。なお、
正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡などの分布も定量
的に計測できる。

【００４１】＜正レンズＯＥのゴースト特性の検査・測
定＞ここでは、正レンズＯＥに表面キズや内部の気泡な
どがほとんどなく優れた材料特性を有している場合と、
表面キズなどが比較的多く存在している場合とに分けて
説明する。また、周辺回折波ＢＤＷの影響を排除するた
めに、微小黒点２０に対する照明光学系１０側の開口数
ＮＡiが正レンズＯＥ側の開口数ＮＡoよりも小さくなる
ように設定しているものとして説明する。ただし、開口
数ＮＡi，ＮＡoをこのように設定すること自体は、以下
の説明から明らかなように、正レンズ（光学素子）ＯＥ
のゴースト特性の検査・測定において必須の設定事項で
なく、開口数ＮＡiが開口数ＮＡoよりも同じ、あるいは
大きくなるように設定した状態で以下のようにして正レ
ンズ（光学素子）ＯＥのゴースト特性の検査・測定して
もよい。

【００４２】正レンズＯＥに表面キズなどが存在してい
ない反面、正レンズＯＥで多重反射が生じてゴースト光
が発生し、ＣＣＤカメラ６０に導光されるが、微小黒点
２０を退避位置に移動させて明視野照明すると、照明光
学系１０からの照明光が直接正レンズＯＥに入射し、第
２投影位置Ｐ2での正レンズＯＥの像ＩOEは全面にわた
って明るくなり、ゴースト光の光強度のみを計測するこ
とができなくなる。なお、明視野照明した場合にＣＣＤ
カメラ６０により検出される光強度分布は、図５(a)と
同様に、正レンズＯＥの像ＩOEの全面で比較的高い値を
とる。また、正レンズＯＥのゴースト特性の定量化のた
めに像ＩOE全体での光強度α、つまり像ＩOEの各部での
光強度を加算した値が演算され、メモリに記憶される。

【００４３】次に、透明平板２１を元に戻して微小黒点
２０を照明位置ＩＰに位置させて正レンズＯＥを暗視野
照明すると、ゴースト光のみがＣＣＤカメラ６０に入射
し、ゴースト光の光強度分布が直接計測される。そし
て、ＣＣＤカメラ６０からの出力がパソコン７０に入力
され、像ＩOE全体での光強度γ、つまりゴースト光の光
強度を加算した値が演算された後、メモリから光強度α
が読み出され、両光強度の比（＝γ／α）を求めること
で、正レンズ（光学素子）ＯＥのゴースト光が定量的に
求められる。

【００４４】一方、正レンズＯＥに表面キズなどが比較
的多く存在している場合、微小黒点２０を退避位置に移
動させて明視野照明すると、照明光学系１０からの照明
光が直接正レンズＯＥに入射し、第２投影位置Ｐ2での
正レンズＯＥの像ＩOEは全面にわたって明るくなり（図
６(a)）、同図(b)に示すように正レンズＯＥの像ＩＯＥ
の全面で比較的高い値をとる。ここで、上記と同様に、
正レンズＯＥのゴースト特性の定量化のために像ＩＯＥ
全体での光強度α、つまり像ＩOEの各部での光強度を加
算した値が演算され、メモリに記憶される。

【００４５】次に、透明平板２１を元に戻して微小黒点
２０を照明位置ＩＰに位置させて正レンズＯＥを暗視野
照明した時、正レンズＯＥの表面キズや内部の気泡など
により散乱された散乱光と、正レンズＯＥでの多重反射
により発生するゴースト光とがＣＣＤカメラ６０に入射
し、同図(d)に示すように像ＩOEでの光強度分布は散乱
光とゴースト光との重ね合わせになる。

【００４６】ここで、上記のように単純に像ＩOE全体で
の光強度γを求め、光強度の比（＝γ／α）を求めただ
けでは、ゴースト特性を正確に定量化できないという問
題が生じる。そこで、この実施形態にかかる装置では、
予め正レンズＯＥを傾けるなどによりゴースト光の影響
がない状態で暗視野照明での正レンズＯＥの光強度分布
を計測しておき、ＣＣＤカメラ６０からの出力を受けた
パソコン７０が、上記光強度分布と同図(d)の光強度分
布とからゴースト光の光強度のみを求め、像ＩOE全体で
のゴースト光の光強度の総和βを演算した後、メモリか
ら光強度αを読み出し、両光強度の比（＝β／α）を求
めることで、正レンズ（光学素子）ＯＥのゴースト光を
定量的に求めるように構成している。なお、正レンズＯ
Ｅで発生しているゴースト光の分布も定量的に計測でき
る。

【００４７】以上のように、この実施形態にかかる検査
・測定装置によれば、微小黒点２０を照明位置ＩＰに位
置させて正レンズＯＥをＣＣＤカメラ６０から見て暗視
野照明することで、正レンズＯＥの表面キズなどに起因
する散乱光や、正レンズＯＥでの多重反射により発生す
るゴースト光を選択的にＣＣＤカメラ６０に導き、散乱
光およびゴースト光の光強度を計測することができるの
で、正レンズＯＥの材料特性やゴースト特性を検査する
ことができる。

【００４８】また、明視野照明したときの光強度αと暗
視野照明したときの光強度γを求め、両光強度の比（＝
γ／α）を演算して正レンズＯＥの材料特性を定量化す
ることができるようになっている。

【００４９】また、ゴースト特性については、明視野照
明したときの光強度αと暗視野照明したときの光強度γ
（あるいはβ）を求め、両光強度の比（＝γ／α、ある
いはβ／α）を演算することで正レンズＯＥのゴースト
特性を定量化することができるようになっている。

【００５０】さらに、微小黒点２０に対する照明光学系
１０側の開口数ＮＡiが正レンズＯＥ側の開口数ＮＡoよ
りも大きくなるように設定することで、正レンズＯＥの
絞りＳの縁から発生する周辺回折波ＢＤＷの光強度分布
をＣＣＤカメラ６０により計測することができるように
構成されており、周辺回折波ＢＤＷの影響を測定するこ
とができる。

【００５１】なお、上記実施形態では、先に明視野照明
して光強度αを求めているが、先に暗視野照明して光強
度β，γを求めるようにしてもよい。

【００５２】また、上記実施形態では、明視野照明およ
び暗視野照明における光強度分布から像全体の光強度
α、β、γを求め、それらの比に基づいて正レンズＯＥ
の特性を求めているが、微少黒点２０を照明位置ＩＰに
固定配置して暗視野照明のみを採用し、ＣＣＤカメラ６
０により検出される光強度分布に基づいて正レンズＯＥ
の特性を検査・測定することもできる。例えば、光強度
分布中のピークを解析することにより、散乱の要因（キ
ズ、ゴミ、面粗さ等）やその要因の発生箇所を特定した
り、光強度分布と基準閾値とを比較することにより、特
定要因に関する合否判定を行うことができる。さらに、
ゴースト光分布や脈理分布の測定も行うことができる。

【００５３】また、ＣＣＤカメラ６０により検出された
光強度分布から像全体の光強度を求め、その光強度に基
づいて正レンズＯＥの特性を検査・測定することもでき
る。この場合には、散乱の要因を特定することなく、総
合的な合否判定を行うことが好ましく、例えば、像全体
の光強度と基準閾値とを比較することにより合否を判定
する。

【００５４】Ｂ．第２の実施形態 図７は、この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第２の実施形態を示す図である。この検査・測定装置が
第１の実施形態と相違する点は、検査・測定の対象がガ
ラス板（光学素子）ＯＥであり、第１投影手段として投
影レンズ３０が設けられている点である。なお、その他
の構成は同一であるため、同一符号を付してそれらの説
明を省略する。

【００５５】また、このように構成された装置では、上
記した構成上の相違点があるものの、基本的な動作は第
１の実施形態のそれと同一であり、第１の実施形態と同
様にしてガラス板（光学素子）ＯＥの材料特性、ゴース
ト特性および周辺回折波の影響を測定することができ
る。

【００５６】ところで、第１投影手段たる投影レンズ３
０と、検査・測定対象たるガラス板ＯＥとを近接配置し
た場合、ガラス板ＯＥのみならず投影レンズ３０の面粗
さなども同時に観察されるため、優れた材料特性および
ゴースト特性を有する投影レンズ３０を用いるか、パソ
コン７０で次の画像処理を実行してガラス板ＯＥによる
散乱光およびゴースト光に関連する情報を取り除き、ガ
ラス板ＯＥによる散乱光およびゴースト光のみを抽出し
て材料特性およびゴースト特性を検査・測定する必要が
ある。

【００５７】図８は、図７の検査・測定装置においてＣ
ＣＤカメラ６０で計測された画像から投影レンズ３０に
よる散乱光による画像を取り除く手順を模式的に示した
図である。同図(a)は暗視野照明したときにＣＣＤカメ
ラ６０により撮像された像Ｉ(30+OE)を示しており、投
影レンズ３０およびガラス板ＯＥからの散乱光を含んで
いる（同図(b)）。ここで、予め、第１の実施形態の装
置により投影レンズ３０の材料特性を示す情報（同図
(c)の画像Ｉ30および(d)の散乱光の光強度分布を有する
情報）を求め、メモリに記憶しておく。そして、ＣＣＤ
カメラ６０により計測された実測情報から投影レンズ３
０の材料特性を示す情報を取り除くと、同図(e)および
(f)に示すように、ガラス板ＯＥのみに関する情報（画
像ＩOEおよび散乱光の光強度分布）が得られる。そこ
で、このようにして得られた情報に基づき第１の実施形
態と同様にしてガラス板ＯＥの材料特性を検査・測定す
ることができる。なお、ガラス板ＯＥのゴースト特性の
検査・測定についても上記と同様である。

【００５８】また、図７に示すように構成された検査・
測定装置では、第１投影手段たる投影レンズ３０と、検
査・測定対象たるガラス板ＯＥとの間での多重反射によ
りゴースト光が発生する場合があるが、ガラス板ＯＥを
傾けることで当該ゴースト光を除去することができる。

【００５９】Ｃ．その他の実施形態 第１および第２の実施形態では検査・測定対象物である
光学素子ＯＥがそれぞれ正レンズおよびガラス板である
が、負レンズについても同様に検査・測定可能である。
図９は、この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第３の実施形態を示す図である。この検査・測定装置が
第２の実施形態と相違する点は、検査・測定対象物であ
る光学素子が負レンズＯＥである点であり、その他の構
成は同一である。ただし、投影レンズ３０のパワーを負
レンズＯＥよりも強くなるように設定する必要があり、
また第２の実施形態と同様にして投影レンズ３０の材料
特性およびゴースト特性の影響を排除する必要がある。

【００６０】また、図１０に示すように、負レンズＯＥ
と組み合わせることでパワーがゼロとなるような治具レ
ンズ（正レンズ）８０を投影レンズ３０と負レンズＯＥ
の間に配置すると、平面として取り扱うことができる。
ただし、第２の実施形態と同様にして投影レンズ３０お
よび治具レンズ８０の材料特性およびゴースト特性の影
響を排除する必要がある。

【００６１】また、検査・測定対象物がシリンドリカル
レンズＯＥである場合には、図１１に示すように当該シ
リンドリカルレンズＯＥと組み合わせることでパワーが
ゼロとなるような治具レンズ９０を投影レンズ３０とシ
リンドリカルレンズＯＥの間に配置することで、上記と
同様にしてシリンドリカルレンズＯＥの材料特性および
ゴースト特性を検査・測定することができる。

【００６２】また、上記実施形態では、第２投影位置Ｐ
2に投影される光学素子（正レンズ、ガラス板、負レン
ズ、シリンドリカルレンズ）ＯＥの像を２次元のＣＣＤ
カメラ６０で撮像し、像各部の光強度を計測するように
構成されているが、ＣＣＤカメラ６０の代わりに、図１
２に示すようにピンホール１０１を介して入射してくる
光を受光して光強度を計測する光電子増倍管（ＰＭＴ）
１０２をＸＹステージ１０３によりＸおよびＹ方向に２
次元走査することで光学素子ＯＥの像各部の光強度分布
を計測するようにしてもよい。

【００６３】さらに、上記実施形態では、光学素子ＯＥ
の像各部の光強度分布をパソコン７０に与えて光学素子
ＯＥの材料特性およびゴースト特性を定量化している
が、光強度の分布を表示し、その光強度分布から光学素
子ＯＥの材料特性およびゴースト特性を検査する場合に
は、図１２に示すように、光電子増倍管１０２のＸおよ
びＹ方向における位置を検出するエンコーダ１０４を設
け、このエンコーダ１０４からの位置信号をＸ−Ｙレコ
ーダ１０５に与えるとともに、光電子増倍管１０２から
の光強度出力をアンプ１０６で増幅した後、Ｘ−Ｙレコ
ーダ１０５に与えて光強度分布を表示すればよい。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、計測手段により計測される像の光強度分布を求めて
おり、その光強度分布に基づき光学素子の特性を把握で
きるので、光学素子の特性全般を定量的に検査・測定す
ることができる。

【００６５】請求項２の発明によれば、特性導出手段
が、遮蔽物体を退避位置に配置して光学素子を明視野照
明したときに計測手段により計測される光強度分布から
像全体の光強度を求める一方、遮蔽物体を照明位置に配
置して光学素子を暗視野照明したときに計測手段により
計測される光強度分布から像全体の光強度を求め、両光
強度に基づき光学素子の特性を求める構成としているの
で、光学素子の特性全般を定量的に検査・測定すること
ができる。

【００６６】請求項３の発明によれば、特性導出手段
が、光学素子を明視野照明したときに計測手段により計
測される光強度分布から像全体の光強度を求める一方、
光学素子を暗視野照明したときに計測手段により計測さ
れる光強度分布から像全体の散乱光強度を求め、さらに
両光強度の比を光学素子の材料特性を示す定量値として
求める定量化手段を、備えるように構成しているので、
光学素子の材料特性を定量的に検査・測定することがで
きる。

【００６７】請求項４の発明によれば、特性導出手段
が、光学素子を明視野照明したときに計測手段により計
測される光強度分布から像全体の光強度を求める一方、
光学素子を暗視野照明したときに計測手段により計測さ
れる光強度分布から像全体の光強度から少なくともゴー
スト光の光強度を求め、さらに両光強度の比を光学素子
のゴースト特性を示す定量値として求める定量化手段
を、備えるように構成しているので、光学素子のゴース
ト特性を定量的に検査・測定することができる。

【００６８】請求項５の発明によれば、照明位置に位置
する遮蔽物体に対する照明光学系側および第１投影手段
側の開口数をそれぞれＮＡi，ＮＡoとするとき、次の不
等式（ＮＡi＜ＮＡo）を満足するように、開口数ＮＡ
i，ＮＡoが設定されているので、周辺回折波の影響を排
除してより正確に光学素子の特性を検査・測定すること
ができる。

【００６９】請求項６の発明によれば、照明位置に位置
する遮蔽物体に対する照明光学系側および第１投影手段
側の開口数をそれぞれＮＡi，ＮＡoとするとき、次の不
等式（ＮＡi≧ＮＡo）を満足するように、開口数ＮＡ
i，ＮＡoを設定することで計測手段により周辺回折波の
光強度分布を測定することができるので、光学素子にお
いて発生する周辺回折波を定量的に検査・測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第１の実施形態を示す図である。

【図２】第１投影位置に投影される像を示す図である。

【図３】照明位置近傍の拡大図である。

【図４】照明位置に位置する微小黒点に対する照明光学
系側の開口数ＮＡiが正レンズ側の開口数ＮＡoよりも大
きい場合に、第２投影位置での像および散乱光の光強度
分布を示す図である。

【図５】照明位置に位置する微小黒点に対する照明光学
系側の開口数ＮＡiが正レンズ側の開口数ＮＡoよりも小
さい場合に、第２投影位置での像および散乱光の光強度
分布を示す図である。

【図６】照明位置に位置する微小黒点に対する照明光学
系側の開口数ＮＡiが正レンズ側の開口数ＮＡoよりも小
さい場合に、第２投影位置での像および光強度分布を示
す図である。

【図７】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第２の実施形態を示す図である。

【図８】図７の検査・測定装置においてＣＣＤカメラで
計測された画像から投影レンズによる散乱光による画像
を取り除く手順を模式的に示した図である。

【図９】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置の
第３の実施形態を示す図である。

【図１０】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置
のその他の実施形態を示す図である。

【図１１】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置
の別の実施形態を示す図である。

【図１２】この発明にかかる光学素子の検査・測定装置
のさらに別の実施形態を示す図である。

【図１３】従来の撮像装置（光学装置）により微小黒点
を撮像した場合に得られる像面照度分布を示す図であ
る。

【符号の説明】 １０ ケーラー照明光学系 ２０ 微小黒点（遮蔽物体） ３０ 投影レンズ（第１投影手段） ４０ アパーチャ板 ４１ アパーチャ ５０ 撮像レンズ（第２投影手段） ６０ ＣＣＤカメラ（計測手段） ７０ パーソナルコンピュータ（特性導出手段、定量化
手段） １０２ 光電子増倍管（計測手段） ＢＤＷ 周辺回折波 ＯＥ 光学素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を所定の照明位置に照射する照明
   光学系と、 前記照明位置に位置することで前記照明光を遮蔽する遮
   蔽物体と、 前記照明位置に位置する前記遮蔽物体の像を投影する第
   １投影手段と、 前記第１投影手段と検査・測定対象たる光学素子とを介
   して第１投影位置に投影される前記遮蔽物体の像よりも
   小さな径を有するアパーチャを有し、前記投影位置に配
   置されたアパーチャ板と、 前記アパーチャを通過した光を受け、前記光学素子の像
   を第２投影位置に投影する第２投影手段と、 前記第２投影位置に配置され、前記光学素子の像の光強
   度分布を計測する計測手段と、を備えたことを特徴とす
   る光学素子の検査・測定装置。
2. 【請求項２】 前記遮蔽物体が、前記照明位置と、前記
   照明位置とは異なる退避位置との間を移動自在に構成さ
   れ、さらに、 前記遮蔽物体を前記退避位置に配置して前記光学素子を
   明視野照明したときに前記計測手段により計測される光
   強度分布から像全体の光強度を求める一方、前記遮蔽物
   体を前記照明位置に配置して前記光学素子を暗視野照明
   したときに前記計測手段により計測される光強度分布か
   ら像全体の光強度を求め、両光強度に基づき前記光学素
   子の特性を求める特性導出手段を、備えた請求項１記載
   の光学素子の検査・測定装置。
3. 【請求項３】 前記特性導出手段が、 前記光学素子を明視野照明したときに前記計測手段によ
   り計測される光強度分布から像全体の光強度を求める一
   方、前記光学素子を暗視野照明したときに前記計測手段
   により計測される光強度分布から像全体の散乱光強度を
   求め、さらに両光強度の比を前記光学素子の材料特性を
   示す定量値として求める定量化手段を、備えた請求項２
   記載の光学素子の検査・測定装置。
4. 【請求項４】 前記特性導出手段が、 前記光学素子を明視野照明したときに前記計測手段によ
   り計測される光強度分布から像全体の光強度を求める一
   方、前記光学素子を暗視野照明したときに前記計測手段
   により計測される光強度分布から像全体の光強度から少
   なくともゴースト光の光強度を求め、さらに両光強度の
   比を前記光学素子のゴースト特性を示す定量値として求
   める定量化手段と、を備えた請求項２記載の光学素子の
   検査・測定装置。
5. 【請求項５】 前記照明位置に位置する前記遮蔽物体に
   対する前記照明光学系側および前記第１投影手段側の開
   口数をそれぞれＮＡi，ＮＡoとするとき、次の不等式
   （ＮＡi＜ＮＡo）を満足するように、前記開口数ＮＡ
   i，ＮＡoが設定された請求項２、３または４記載の光学
   素子の検査・測定装置。
6. 【請求項６】 照明光を所定の照明位置に照射する照明
   光学系と、 前記照明位置に位置して前記照明光を遮蔽する遮蔽物体
   と、 前記遮蔽物体の像を投影する第１投影手段と、 前記第１投影手段と検査・測定対象たる光学素子とを介
   して第１投影位置に投影される前記遮蔽物体の像よりも
   小さな径を有するアパーチャを有し、前記投影位置に配
   置されたアパーチャ板と、 前記アパーチャを通過した光を受け、前記光学素子の像
   を第２投影位置に投影する第２投影手段と、 前記第２投影位置に配置され、前記光学素子の像の光強
   度分布を計測する計測手段と、を備え、 前記照明位置に位置する前記遮蔽物体に対する前記照明
   光学系側および前記第１投影手段側の開口数をそれぞれ
   ＮＡi，ＮＡoとするとき、次の不等式（ＮＡi≧ＮＡo）
   を満足するように、前記開口数ＮＡi，ＮＡoを設定する
   ことで前記計測手段により周辺回折波の光強度分布を測
   定する光学素子の検査・測定装置。