JPH1090113A

JPH1090113A - 干渉計

Info

Publication number: JPH1090113A
Application number: JP26781396A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamamoto; 健二山本; Isao Ichimura; 功市村; Fumisada Maeda; 史貞前田; Toshio Watanabe; 俊夫渡辺; Kiyoshi Osato; 潔大里
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高ＮＡレンズの性能評価を高精度で行うこと
ができると共に、製作および取り扱いが容易な干渉計を
提供する。【解決手段】被検レンズ１４を透過した球面波状の波
面を反射させて元の光路に戻すために、半球状レンズ１
９の凸球面１９ａにおける内面反射を用いる。【効果】凹面反射ミラーに比べて小さく軽く製作でき
るため、自重，温度，取付治具等による歪みが少なく、
取り扱いが容易で長期間安定した測定が可能となる。ま
た、半球状レンズ１９は、比較的容易に製作でき、しか
も球面精度も十分なものを得ることができる。従って、
高精度の球面波反射手段を容易かつ安価に製作すること
ができ、干渉計全体としてのコストを低減できる。更
に、被検レンズ１４がカバーガラスと組み合わせて使用
されるものである場合には、カバーガラス分を半球状レ
ンズ１９に含ませることによって、補正板が不要にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学レンズの性能を
評価するための干渉計に係り、特に開口数（ＮＡ）の高
いレンズの評価に適した干渉計に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学レンズの評価方法の一つとして干渉
計を用いる方法がある。このような干渉計には、フィゾ
ー干渉計やトワイマン・グリーン干渉計等、各種のもの
がある。いずれの干渉計においても、被検体（光学レン
ズ）を透過した被検波面と干渉させるための参照波面
（基準波面）が必要となる点で共通し、その参照波面を
如何に正確に形成するかという点が干渉計の精度（すな
わち、評価精度）を左右する重要な要素となる。

【０００３】図９は、フィゾー干渉計を用いた従来の光
学レンズ評価システムの概略構成を表すもので、具体的
にはいわゆるフリンジスキャン法を用いて評価を行うも
のである。この干渉計は、平行光束であるレーザ光１０
１を反射して光軸１０２の方向に向ける偏光ビームスプ
リッタ（以下、ＰＢＳという。）１０３と、ＰＢＳ１０
３と被検レンズ１０４との間に光軸１０２と直交するよ
うにＰＢＳ１０３に近い方から順に配設された１／４波
長板１０５、平面プレート１０６およびアパーチャ１０
７と、被検レンズ１０４の後方（レーザビームの進行方
向に着目すると往路方向）に順に配設された補正板１０
８および凹面反射ミラー１０９と、ＰＢＳ１０３の１／
４波長板１０５とは反対側に順に配設されたスクリーン
１１１および例えばＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた撮
像装置１１２とを備えている。

【０００４】レーザ光１０１は直線偏光であり、ＰＢＳ
１０３の偏光反射面１０３ａにおいて１００％の光が往
路方向に反射されるようになっている。１／４波長板１
０５は、それを通過する光に対し、直交する２つの偏光
成分について９０度の位相差を与えることにより、直線
偏光を円偏光にあるいは円偏光を直線偏光に変換するも
のである。平面プレート１０６は、１／４波長板１０５
と対向する面１０６ａに反射防止処理が施され、被検レ
ンズ１０４と対向する面１０６ｂが４％程度の反射率を
有する高精度の平行平板であり、このうち、面１０６ｂ
で内面反射して復路方向に向かう光が、干渉を生じさせ
る基準平面波としての参照波Ｒ₁となる。この平面プレ
ート１０６は、図示しないピエゾ素子等により、光軸１
０２の方向にλ／４（光の波長の１／４）ずつ４段階の
移動が可能となっている。アパーチャ１０７は、被検レ
ンズ１０４に入射する光束を制限するための絞りであ
る。

【０００５】被検レンズ１０４は、光ディスク装置にお
ける光ピックアップ用の対物レンズ等であり、高いＮＡ
を有している。補正板１０８は、被検レンズ１０４がカ
バーガラスと組み合せて使用することを前提とするもの
である場合において、カバーガラスを通過する際に生ず
る光路差と等価な光路差を生じさせるためのものであ
る。例えば、被検レンズ１０４が上記の光ピックアップ
用の対物レンズの場合には、光ディスクの透明基板部分
がカバーガラスに相当する。

【０００６】凹面反射ミラー１０９は、被検レンズ１０
４によって一点に絞られたのち球面波状に広がった波面
をそのまま逆方向（復路方向）に反射するための高精度
の凹球面１０９ａを備えている。この凹面反射ミラー１
０９は、その凹球面１０９ａの曲率中心１１０が被検レ
ンズ１０４の焦点位置と一致するように配置されてい
る。なお、凹球面１０９ａの反射率は、そこで反射され
たのち補正板１０８、被検レンズ１０４および平面プレ
ート１０６を透過して戻ってきた被検波Ｒ₂の強度が参
照波Ｒ₁の強度と略等しくなるように設定されている。

【０００７】スクリーン１１１は、平面プレート１０６
の面１０６ｂで反射された参照波Ｒ₁と、凹面反射ミラ
ー１０９の凹球面１０９ａで反射されたのち被検レンズ
１０４によって再び平面波状（平行光）に変換された被
検波Ｒ₂との干渉模様を視覚的に認識できるように映し
出すためのものである。スクリーン１１１上に映し出さ
れた干渉模様は撮像装置１１２によって撮像され、図示
しない信号処理回路によって処理されるようになってい
る。

【０００８】次に、このような従来の評価システムの作
用を簡単に説明する。直線偏光であるレーザ光１０１は
ＰＢＳ１０３の偏光反射面１０３ａで略１００％反射し
て光軸１０２に沿って往路方向に進み、１／４波長板１
０５を透過して円偏光となる。１／４波長板１０５を透
過した光の一部は平面プレート１０６の面１０６ａで反
射されて参照波Ｒ₁となる。この参照波Ｒ₁は、さらに
１／４波長板１０５を復路方向に透過して、元の直線偏
光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線偏光とな
る。このため、参照波Ｒ₁はＰＢＳ１０３を略１００％
透過してスクリーン１１１上に到達する。

【０００９】一方、１／４波長板１０５を透過して円偏
光となり、さらに平面プレート１０６をも透過した平行
光Ｔ₁は、被検レンズ１０４によって絞られ、補正板１
０８の後方に焦点を結んだ後、再び球面波状に広がって
凹面反射ミラー１０９に入射する。凹面反射ミラー１０
９は、入射してきた球面波状の光波をその入射方向の反
対方向に反射する。この結果、入射光は元の光路を通っ
て被検レンズ１０４により再び平行平面波となり、平面
プレート１０６および１／４波長板１０５を順に透過す
る。このとき、１／４波長板１０５を透過することによ
り円偏光は、元の直線偏光の方向と直交する方向に偏光
する直線偏光となるので、ＰＢＳ１０３を略１００％透
過してスクリーン１１１上に到達する。

【００１０】この結果、スクリーン１１１上には、参照
波Ｒ₁と被検波Ｒ₂との干渉により生じた干渉縞（明暗
模様）が映し出され、この干渉縞が撮像装置１１２によ
って撮像される。そして、平面プレート１０６をλ／４
ずつ光軸方向に４段階に移動させてスクリーン１１１に
映し出される干渉の明暗を変化させ、この明暗の変化を
図示しない信号処理回路によって処理することによって
フリンジスキャン法による性能評価を行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の干
渉計では、被検レンズ１０４によって絞られたのち球面
波状に拡がった波面を逆向きに反射する球面波反射手段
として、球面精度の高い凹面反射ミラー１０９を用いて
いた。しかしながら、近年の光ディスク分野において
は、高密度化を実現するために高ＮＡの光ピックアップ
用の対物レンズが試作されつつあり、今後益々、高ＮＡ
レンズの評価が必要となる可能性がある。このような高
ＮＡレンズの場合には開口角θ（図９）が大きいことか
ら、凹面反射ミラー１０９の凹球面１０９ａのうち実際
に反射に供する面積も大きくなる。したがって、高精度
な凹球面が広範囲に要求されることとなるが、このよう
な球面ミラーを製作することは実際上極めて困難であ
り、その製作コストも非常に高価となるのが実情であ
る。

【００１２】また、凹面反射ミラー１０９は重量および
サイズが大きく、また、中心部が薄い形状を有している
ため、たとえ凹球面１０９ａを理想的球面形状に製作で
きたとしても、自重、温度あるいは干渉計に組み込む際
の固定治具等により歪みが生じやすく、取り扱いが容易
でない。

【００１３】さらに、上記したように、カバーガラスと
組み合せて使用することを前提とした被検レンズを評価
する場合にはカバーガラスに相当する補正板１０８が必
要となるが、この補正板１０８が薄い場合には製作が困
難であると共に、強度が小さいことから容易に変形し、
取り扱いに問題がある。特に、被検レンズ１０４が光ピ
ックアップ用の対物レンズの場合、その高ＮＡ化を進め
るためには、光ディスク基板のスキューにより発生する
コマ収差に対する対策が必要となるが、このコマ収差は
ＮＡの３乗に比例し、ディスク基板の厚さに反比例する
ことから、ディスク基板を薄くする必要があり、その結
果、干渉計に使用する補正板１０８の厚さが非常に薄く
なる傾向にある。そして、薄い補正板は強度が小さく容
易に歪んだり変形することから、その製作および取り扱
いの困難さは益々増大することが予想される。

【００１４】本発明はかかる問題点を解決するためにな
されたもので、その課題は、高ＮＡレンズの性能評価を
高精度で行うことができると共に、製作および取り扱い
が容易な干渉計を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の干渉計は、被検
レンズ通過後の球面波状の光波を球面波状を保ったまま
反射する反射手段と、反射手段での反射後、入射光路を
逆進して再び被検レンズを通過して得られる被検波面と
干渉させるための基準の参照波面を生成する参照波面生
成手段とを備え、被検波面と参照波面との干渉を利用し
て被検レンズの光学特性を評価するための干渉計であっ
て、反射手段として、少なくとも凸球面を有する光学レ
ンズを用いて構成したものである。反射手段としては、
例えば、凸球面および平面からなる光学レンズを用い、
この光学レンズの平面側を被検レンズに対向させて被検
レンズの光軸と略垂直に配置する。そして、被検レンズ
通過後の光波を光学レンズの平面側に入射させて、光学
レンズの凸球面の曲率中心を中心とする球面波状の波面
に転換すると共に、この球面波状の波面を光学レンズの
凸球面の内面で反射させて入射光路を逆進させることに
より被検波面を得るようにする。光学レンズとして半球
体を用いる場合には、その曲率中心が被検レンズの焦点
位置と一致するように配置する。また、被検レンズが、
その収束光路上に他の媒質体を配置した状態で使用され
るものである場合においては、光学レンズは、媒質体と
光学的に等価な厚さだけ半球体よりも厚く形成し、被検
レンズ通過後の光波が凸球面の曲率中心で焦点を結ぶよ
うに配置する。さらに、光学レンズの凸球面側を被検レ
ンズに対向させて配置し、被検レンズ通過後の光波を光
学レンズの凸球面で反射させて入射光路を逆進させるこ
とにより被検波面を得るようにすることも可能である

【００１６】本発明の干渉計では、被検レンズ通過後の
光波は、少なくとも凸球面を有する光学レンズによって
その波面形状を保ったまま反射され、その後、入射光路
を逆進して再び被検レンズを通過して被検波面となる。
この被検波面は、参照波面生成手段によって生成された
基準の参照波面と干渉して干渉縞を形成する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施の形態に係るフィゾ
ー干渉計を用いた光学レンズ評価システムの概略構成を
表すもので、このシステムは、フリンジスキャン法を用
いて評価を行うものである。この干渉計は、平行光束で
あるレーザ光１１を反射して光軸１２の方向に向けるＰ
ＢＳ１３と、ＰＢＳ１３と被検レンズ１４との間に光軸
１２と直交するようにＰＢＳ１３に近い方から順に配設
された１／４波長板１５、平面プレート１６およびアパ
ーチャ１７と、被検レンズ１４の後方（レーザビームの
進行方向に着目すると往路方向）に配設された半球状レ
ンズ１９と、ＰＢＳ１３の１／４波長板１５とは反対側
に順に配設されたスクリーン２１および例えばＣＣＤを
用いた撮像装置２２とを備えている。ここで、半球状レ
ンズ１９は本発明における反射手段に対応し、平面プレ
ート１６は本発明における参照波面生成手段に対応す
る。

【００１９】レーザ光１１は直線偏光であり、ＰＢＳ１
３の偏光反射面１３ａにおいて１００％の光が往路方向
に反射されるようになっている。１／４波長板１５は、
それを通過する光に対し、直交する２つの偏光成分につ
いて９０度の位相差を与えることにより、直線偏光を円
偏光にあるいは円偏光を直線偏光に変換するものであ
る。平面プレート１６は、１／４波長板１５と対向する
面１６ａに反射防止処理が施され、被検レンズ１４と対
向する平面１６ｂが４％程度の反射率を有する高精度の
平行平板であり、このうち平面１６ｂで内面反射して復
路方向に向かう光が、干渉を生じさせる基準平面波とし
ての参照波Ｒ₁となる。この平面プレート１６は、図示
しないピエゾ素子等により、光軸１２の方向にλ／４ず
つ４段階の移動が可能となっている。アパーチャ１７
は、被検レンズ１４に入射する光束を制限するための絞
りである。被検レンズ１４は、例えば光ディスク装置に
おける光ピックアップ用の対物レンズ等であり、高いＮ
Ａを有している。

【００２０】半球状レンズ１９は、凸球面１９ａと平面
１９ｂとを有し、このうち平面１９ｂの側を被検レンズ
１４に対向させ、光軸１２と直交するように配置されて
いる。凸球面１９ａの曲率中心１９ｃ（図２）は光軸１
２上に配置されている。被検レンズ１４によって絞られ
た光は平面１９ｂに入射するようになっている。図２に
拡大して示したように、半球状レンズ１９は半球体より
もｄだけ厚く形成されており、その光軸方向の配置位置
は、平面１９ｂから入射した球面状の光波が凸球面１９
ａの曲率中心１９ｃにおいて１点に集光するように微調
整されている。曲率中心１９ｃで１点に集まった光は、
さらに球面波状に広がり、凸球面１９ａの内面におい
て、波面形状を保ったまま正反射をし、復路方向に逆進
するようになっている。ここで、半球状レンズ１９にお
ける厚さｄの部分は、被検レンズ１４がカバーガラス
（光ピックアップ用の対物レンズの場合には、光ディス
クの透明基板部分）と組み合せて使用することを前提と
するものである場合において、カバーガラスを通過する
際に生ずる光路差と等価な光路差を生じさせるために付
加された部分であり、従来の補正板１０８（図９）の代
わりを務めるものである。なお、凸球面１９ａの反射率
は、そこで反射され被検レンズ１４および平面プレート
１６を透過して戻ってきた被検波Ｒ₂の強度が参照波Ｒ
₁の強度と略等しくなるように設定されている。

【００２１】被検レンズ１４は、２枚のレンズ１４ａ、
１４ｂから構成された高ＮＡレンズであり、理想的に
は、平面波を完全な球面波に変換するようになってい
る。なお、被検レンズ１４は、単一レンズ構成、あるい
は２群以上のレンズ群で構成されるものであっても差し
支えない。スクリーン２１は、平面プレート１６の平面
１６ｂで内面反射された参照波Ｒ₁と、半球状レンズ１
９の凸球面１９ａで反射されたのち被検レンズ１４によ
って再び平面波状（平行光）に変換された被検波Ｒ₂と
の干渉模様を視覚的に認識できるように映し出すための
ものである。スクリーン２１上に映し出された干渉模様
は、撮像装置２２によって撮像され、図示しないマイク
ロコンピュータによって処理されるようになっている。

【００２２】次に、このようなレンズ評価システムの作
用を説明する。直線偏光であるレーザ光１１はＰＢＳ１
３の偏光反射面１３ａで略１００％反射して光軸１２に
沿って往路方向に進み、１／４波長板１５を透過して円
偏光となる。１／４波長板１５を透過した光の一部は平
面プレート１６の面１６ａで反射されて参照波Ｒ₁とな
り、さらに１／４波長板１５を復路方向に透過して、元
の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する直線
偏光となる。このため、参照波Ｒ₁はＰＢＳ１３を略１
００％透過してスクリーン２１上に到達する。

【００２３】一方、１／４波長板１５を透過して円偏光
となり、さらに平面プレート１６をも透過した平行光Ｔ
₁は、被検レンズ１４によって集光され、焦点を結ぶ前
に半球状レンズ１９の平面１９ｂに入射する。この半球
状レンズ１９中に入射した光は、平面１９ｂで屈折して
曲率中心１９ｃを中心とする球面波状の波面となり、厚
さｄを進んだ後に曲率中心１９ｃで焦点を結んだ後、さ
らにＰを中心とする球面波状の波面に広がりながら半球
状レンズ１９内を進み、凸球面１９ａに達する。凸球面
１９ａのうち、反射に供する範囲Ｓは高精度の球面とし
て形成されているため、入射光波はそこで正反射（垂直
反射）を受け、入射波面をそのまま保って入射方向にそ
のまま逆進する。この結果、元の光路を通って被検レン
ズ１４により再び平行平面波となり、平面プレート１６
および１／４波長板１５を順に透過する。このとき、１
／４波長板１５を透過することにより円偏光は、元の直
線偏光の方向と直交する方向に偏光する直線偏光となる
ので、ＰＢＳ１３を略１００％透過してスクリーン２１
上に到達する。

【００２４】この結果、スクリーン２１上には、参照波
Ｒ₁と被検波Ｒ₂との干渉による明暗模様が映し出さ
れ、これが撮像装置２２によって撮像される。ここで、
平面プレート１６は高精度の平行平面板であることか
ら、参照波Ｒ₁は略完全な（歪みのない）平面波形状を
有する。したがって、仮に被検レンズ１４が理想的な光
学性能を備えていたとすると、被検波Ｒ₂もまた略完全
な平面波形状を有することとなり、スクリーン２１上の
明度分布は略均一（全面が略同一の明度）となる。この
状態で、半球状レンズ１９の凸球面１９ａの曲率中心１
９ｃを光軸１２上から僅かにずらした場合には、スクリ
ーン２１上には略直線状の明暗の干渉縞が映し出され
る。図３は、そのような干渉縞の例を表すものである。
この例はＮＡが０．８の被検レンズについての干渉縞
で、その波面収差をｒｍｓ（２乗平均ルート）で表すと
０．０２８λという値になり、良好な光学性能を有して
いることが判る。

【００２５】このようにして、半球状レンズ１９の凸球
面１９ａの曲率中心１９ｃを光軸１２上から僅かにずら
してスクリーン２１上に干渉縞を映し出し、その干渉縞
の曲がり具合を調べるという目視による性能判定が可能
であるが、この判定をより精度良く行うため、本システ
ムではフリンジスキャン法による性能評価を行う。この
フリンジスキャン法は、平面プレート１６をλ／４ずつ
光軸方向に４段階に移動させてスクリーン２１に映し出
される干渉模様（明暗模様）を変化させ、この明暗の変
化を撮像装置２２によって撮像して、被検波Ｒ₂の波面
状態を定量的に判定するというもので、より詳細には次
のような内容の測定法である。

【００２６】フリンジスキャン法について簡単に説明す
る。今、被検波Ｒ₂の波面形状をｈ（ｘ，ｙ）とし、変
化させる光路長をｌとすると、スクリーン２１上に現
れ、撮像装置２２によって取り込まれる干渉縞の強度分
布Ｉ（ｘ，ｙ，ｌ）は次の（１）式で表される。

【００２７】Ｉ（ｘ，ｙ，ｌ）＝ａ（ｘ，ｙ）＋ｂ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ｛２π／λ［ｈ（ｘ，ｙ）−ｌ］｝ ……（１）

【００２８】ここで、ａ（ｘ，ｙ）は干渉縞強度分布の
バイアス成分、ｂ（ｘ，ｙ）は干渉縞のコントラスト変
化を表す項である。この（１）式は変数ｌに関して周期
関数になっているので、ｌに対してフーリエ変換を行
い、その結果から、フーリエ級数の１次の項に対応した
実部と虚部とを取り出し、これを変形すると、次の
（２）式が得られる。

【００２９】ｈ（ｘ，ｙ）＝（λ／２π）・ｔａｎ^-1｛ΣＩ（ｘ，ｙ，ｌ_n）ｓｉｎ（２π ｎ／Ｎ）／ΣＩ（ｘ，ｙ，ｌ_n）ｃｏｓ（２πｎ／Ｎ）｝ ……（２）

【００３０】ここで、ｌ_n＝ｎ／Ｎ（ｎ＝０，１，２，
……，Ｎ−１）であり、Σはｎ＝０からｎ＝Ｎ−１まで
の総和を表す。

【００３１】ここで、Ｎ＝４とすると、（２）式から次
の（３）式が得られる。

【００３２】ｈ（ｘ，ｙ）＝（λ／２π）・ｔａｎ^-1｛（Ｉ₁−Ｉ₃）／（Ｉ₀−Ｉ₂）｝ ……（３）

【００３３】ここで、Ｉ₀〜Ｉ₃はそれぞれＩ（ｘ，
ｙ，ｌ₀）〜Ｉ（ｘ，ｙ，ｌ₃）を意味し、平面プレー
ト１６をそれぞれ０，λ／４，λ／２，３λ／４だけ移
動させたときの各段階において撮像装置２２により得ら
れた干渉縞強度分布を表す。

【００３４】この（３）式から、被検波Ｒ₂の波面形状
ｈ（ｘ，ｙ）が得られ、そして、被検波Ｒ₂の各（ｘ，
ｙ）位置におけるｈ（ｘ，ｙ）の２乗の平均の平方根を
とることで球面収差のｒｍｓに対応する値が得られる。

【００３５】次に、図４および図５を参照して、本実施
の形態の特徴である半球状レンズ１９の球面精度につい
て説明する。

【００３６】図４は、半球状レンズ１９を製作する際の
元となる球面レンズの球面精度を測定する干渉計システ
ムの概略構成を表すものである。この図において、図１
と同一構成要素には同一符号を付すものとする。このシ
ステムでは、図１における被検レンズ１４に代えて無限
系のヌルレンズ２５を配置すると共に、半球状レンズ１
９に代えてこの半球状レンズ１９の元となる球面レンズ
１９′を配置している。ここで、ヌルレンズ２５は、無
限光（平行光）を理想的な収束球面波に変換して光軸上
の一点に焦点を結ばせるために製作された特殊レンズで
ある。球面レンズ１９′は、その曲率中心１９ｃがヌル
レンズ２５の焦点位置と一致するように配置されてい
る。その他の構成は図１と同様である。

【００３７】この干渉計システムでは、ヌルレンズ２５
によって作られた理想的な収束球面波が被検対象の球面
レンズ１９′に入射して正反射（垂直反射）し、元の光
路を逆進して再びヌルレンズ２５を通過して被検波Ｒ₂
となり、この被検波Ｒ₂が、平面プレート１６の平面１
６ｂで反射した参照波Ｒ₁と干渉してスクリーン２１状
に干渉縞を形成する。したがって、この干渉縞を解析す
ることにより、球面レンズ１９′の球面精度を計測する
ことができる。

【００３８】図５は、図４の干渉計システムによって得
られた球面レンズ１９′の球面精度の測定例を表すもの
である。但し、この図は、目視確認に便利なように、図
４における球面レンズ１９′の曲率中心１９ｃを光軸上
から僅かにずらして配置したときの状態を表している。
この図は、球面レンズ１９′の凸球面１９ａのうちＮＡ
が０．８に相当する領域について得られた干渉縞であ
り、各干渉縞が略直線状となっている。その波面収差を
ｒｍｓで表すと０．００８λという値になり、極めて高
精度の球面（理想的球面）に形成されていることが判
る。

【００３９】このように、本実施の形態では、被検レン
ズ１４を透過した球面波状の波面を正反射させて元の光
路に戻すための手段として半球状レンズ１９を用いるよ
うにしたので、従来の凹面反射ミラーに比べて小さく軽
く製作できる。このため、自重、温度あるいは取付治具
等による歪みが少なく、取り扱いが容易で長期間安定し
た測定が可能である。また、半球状レンズ１９は、市販
の安価な球面レンズをカットして平面部を鏡面研磨する
ことにより比較的容易に製作でき、しかも、その球面精
度も図５に示したように十分なものを得ることができ
る。したがって、高精度の球面波反射手段を従来の凹面
反射ミラーに比べて容易かつ安価に製作することがで
き、干渉計全体としてのコストを低減することができ
る。

【００４０】しかも、図２から明らかなように、半球状
レンズ１９への入射前における光束の開口角θに比べる
と、半球状レンズ１９内における光束の開口角θ′の方
が小さくなっていることから、凸球面１９ａのうちの反
射に供せられる範囲Ｓの面積が従来よりも小さくなる。
すなわち、高精度（理想的球面形状）を確保しなければ
ならない面積が小さくて済み、この点でも半球状レンズ
１９の製作が容易となる。

【００４１】さらに、被検レンズ１４がカバーガラス
（光ピックアップ用の対物レンズの場合には、光ディス
クの透明基板部分）と組み合せて使用することを前提と
するものである場合には、半球状レンズ１９を完全な半
球体として形成するのではなく、半球体よりも、カバー
ガラスを通過する際に生ずる光路差を考慮して定まる値
ｄだけ厚く形成すれば、従来必要であった補正板１０８
（図９）が不要となる。このため、今後さらにカバーガ
ラス（光ディスクの透明基板部分）の薄型化が進んだ場
合にも、その厚さが極めて薄いがために製作および取り
扱いが困難な補正板を省略して、製作および取り扱いが
容易な半球状レンズ１９の厚さを変えるだけで対応でき
る。

【００４２】次に、図１の半球状レンズ１９の厚さ（言
い換えると、半球状レンズ１９における半球体を超える
部分の厚さｄ）をどのようにして決定するかについて簡
単に説明する。

【００４３】上記したように、半球状レンズ１９のうち
の厚さｄの部分は、被検レンズ１４がカバーガラス（光
ピックアップ用の対物レンズの場合には、光ディスクの
透明基板部分）と組み合せて使用することを前提とする
ものである場合において、カバーガラスを通過する際に
生ずる光路差と等価な光路差を生じさせるために付加さ
れた部分であり、従来の補正板１０８（図９）の代わり
を務めるものである。ここで、被検レンズ１４は、カバ
ーガラス自身によって発生する球面収差を補正するよう
に設計されているものとする。

【００４４】今、半球状レンズ１９における半球体を超
える部分の厚さｄを、カバーガラスの厚さと同じ量に設
定したとすると、カバーガラスと半球状レンズ１９の屈
折率の差によって生ずる球面収差が残ることになる。こ
こで、カバーガラスの屈折率をｎ、半球状レンズ１９の
屈折率をｎ＋Δｎとしたとき、カバーガラスと同じ厚さ
の量ｄ岳半球体より厚くした場合の半球状レンズ１９の
残留球面収差Ｗ_40nは、次の（４）式により表される。

【００４５】Ｗ_40n＝｛ｄ（ＮＡ）⁴／８ｎ³｝｛−（ｎ²−３）（Δｎ／ｎ）＋（ｎ²−６）（Δｎ／ｎ）²｝……（４）

【００４６】一方、半球状レンズ１９の厚み誤差Δｄに
よる残留球面収差Ｗ_40dは、次の（５）式により表され
る。

【００４７】Ｗ_40d＝｛（ｎ＋Δｎ）²−１｝（ＮＡ）⁴Δｄ／８（ｎ＋Δｎ）³ ……（５）

【００４８】したがって、球面収差が補正されるための
条件は、Ｗ_40n＋Ｗ_40d＝０となる。例えば、カバーガ
ラスの厚さ０．１ｍｍでその屈折率が１．５７とし、半
球状レンズ１９の屈折率が１．５２とすると、Δｎは
０．０５減少する。したがって、半球状レンズ１９の厚
さを、半球からｄ＋Δｄ＝０．１０１４ｍｍだけ厚くす
れば球面収差を完全に補正することができる。そして、
このようにして決定された厚さの半球状レンズ１９を使
用し、被検レンズ１４を通過した収束光が半球状レンズ
１９の凸球面１９ａの曲率中心１９ｃで焦点を結ぶよう
に配置することにより、球面収差を最小にすることがで
きる。

【００４９】但し、実際の評価システムでは、上記の屈
折率の差による球面収差に加えて、干渉計の使用波長と
被検レンズ１４が組み込まれる機器の使用波長の差によ
る色収差をも考慮しなければならない。しかし、この色
収差は被検レンズ１４の設計仕様によって個々のレンズ
ごとに異なるので、実際には、光線追跡のシミュレーシ
ョンを行うことによって、上記の球面収差と色収差とを
合わせた収差を補正するように半球状レンズ１９の厚さ
を設定する必要がある。すなわち、結局の所、半球状レ
ンズ１９の最適厚さは光線追跡プログラムのシミュレー
ション結果によって決定されることとなる。

【００５０】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。図６は本実施の形態に係る干渉計に使用する半球状
レンズを拡大して表すものである。本実施の形態では、
図１および図２に示した半球状レンズ１９に代えて、完
全なる半球体（すなわち厚さｄ＝０）として形成された
半球状レンズ２９を使用し、この半球状レンズ２９の平
面部２９ｂの側と被検レンズ１４との間に、従来より用
いられていた補正板１０８を配置する。そして、被検レ
ンズ１４からの収束光が半球状レンズ２９の凸球面２９
ａの曲率中心２９ｃで焦点を結ぶように半球状レンズ２
９の位置を調整配置する。

【００５１】このような構成とした場合にも、半球状レ
ンズ２９における製作および取扱いの容易性、低コスト
性、歪み・変形の防止、長期間の安定測定可能性等、上
記実施の形態（図１および図２）の場合と同様の効果が
得られる。また、半球状レンズ２９中での光束の開口角
θ′は元の入射光束の開口角θよりも小さくなるので、
半球状レンズ２９の凸球面２９ａのうちの反射に供せら
れる領域Ｓの面積が小さくて済む点も同様である。但
し、本構成は、補正板１０８が必要となる点で図１およ
び図２と相違する。

【００５２】もちろん、被検レンズ１４がカバーガラス
と組み合せて使用することを前提とするものでない場
合、すなわち、実際の使用に際し半球状レンズ１９とビ
ーム照射対象物との間に他の媒質部材が存在しない場合
には、図７に示したように、半球状レンズ２９を完全な
半球体として形成すると共に、被検レンズ１４からの収
束光が半球状レンズ２９の凸球面２９ａの曲率中心２９
ｃで焦点を結ぶように半球状レンズ２９の位置を調整配
置するのみでよく、図６における補正板１０８は必要な
い。

【００５３】次に、図８を参照して、本発明のさらに他
の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図１にお
ける半球状レンズ１９の凸球面１９ａと平面１９ｂの向
きを逆転させ、凸球面１９を被検レンズ１４の側に向け
て配置すると共に、凸球面１９ａの曲率中心１９ｃが被
検レンズ１４の焦点位置に一致するように調整配置す
る。また、半球状レンズ１９と被検レンズ１４との間に
は、補正板１０８を配置する。その他の構成および配置
関係は図１と同様である。

【００５４】本実施の形態では、被検レンズ１４を通過
した収束波面は補正板１０８を通過したのち、半球状レ
ンズ１９の凸球面１９ａで正反射をし、元の入射光路を
経て被検レンズ１４を逆向きに透過して被検波Ｒ₂とな
る。上記した実施の形態（図１等）では、被検レンズ１
４を通り一旦焦点を結んだ後の広がりつつある光波を半
球状レンズ１９等の凸球面１９ａ等において内面反射さ
せるようにしているのに対し、本実施の形態では、被検
レンズ１４を通り焦点を結ぶ前の収束光波を半球状レン
ズ１９の凸球面１９ａにおいて外面反射させるようにし
ている。

【００５５】本実施の形態においても、半球状レンズ１
９における製作および取扱いの容易性、低コスト性、歪
み・変形の防止、長期間の安定測定可能性等、上記実施
の形態（図１および図２）の場合と同様の効果が得られ
る。但し、被検レンズ１４がカバーレンズの使用を前提
とする場合にあっては、図８に示したように、補正板１
０８が必要となる。

【００５６】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上
記の各実施の形態では、干渉計としてフィゾータイプの
ものを使用することとしたが、その他のタイプの干渉計
（例えばトワイマン・グリーン干渉計等）でもよい。ま
た、被検レンズ１４としては、光ピックアップ用の対物
レンズを例に説明したが、その他、顕微鏡の対物レンズ
等の評価にも適用できるのはもちろんである。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし５
のいずれかに記載の干渉計によれば、被検レンズ通過後
の球面波状の光波を、少なくとも凸球面を有する光学レ
ンズによってその波面形状を保ったまま反射させ、その
後、入射光路を逆進して再び被検レンズを通過してきた
被検波面と、参照波面生成手段によって生成した参照波
面とを干渉させて干渉縞を形成するようにしたので、反
射手段として、凸球面を有する光学レンズを用いること
ができ、従来の凹面反射ミラーに比べて小さく軽く製作
できる。このため、自重、温度あるいは取付治具等によ
る歪みが少なく、取り扱いが容易で長期間安定した測定
が可能である。また、凸球面を有する光学レンズは、市
販の安価な球面レンズをカットして平面部を鏡面研磨す
ることにより比較的容易に製作でき、しかも、その球面
精度も十分なものを得ることができる。したがって、高
精度の球面波反射手段を従来の凹面反射ミラーに比べて
容易かつ安価に製作することができ、干渉計全体として
のコストを低減することができる。

【００５８】また、請求項２または３記載の干渉計によ
れば、光学レンズの凸球面における内面反射を利用し
て、被検レンズ通過後の光波をその波面形状を保ったま
ま反射するようにしたので、請求項１記載の干渉計の効
果に加え、従来のように外面反射の場合に比べて収束光
の開口角が小さくなり、その分、反射に供せられる凸球
面領域の面積を小さくでき、高精度の球面の製作がより
容易になるという効果がある。

【００５９】また、請求項４記載の干渉計によれば、被
検レンズが、その収束光路上に他の媒質体を配置した状
態で使用されるものである場合において、光学レンズ
を、媒質体と光学的に等価な厚さだけ半球体よりも厚く
形成し、被検レンズ通過後の光波が凸球面の曲率中心で
焦点を結ぶように配置するようにしたので、請求項２記
載の干渉計の効果に加え、従来必要であった補正板を不
要にすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る干渉計の構成を表
す説明図である。

【図２】図１における半球状レンズを拡大して表す説明
図である。

【図３】図１に示した干渉計を用いて被検レンズについ
て得られた干渉縞を表す説明図である。

【図４】図１における半球状レンズの球面精度を測定す
るための干渉計システムの構成を表す説明図である。

【図５】図４に示した干渉計システムにより得られた半
球状レンズの干渉縞を表す説明図である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係る干渉計に用いる
半球状レンズおよび補正板を表す説明図である。

【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る干渉計に
用いる半球状レンズを表す説明図である。

【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る干渉計の
構成を表す説明図である。

【図９】従来の干渉計の構成を表す説明図である。

【符号の説明】

１２…光軸、１３…偏光ビームスプリッタ、１４…被検
レンズ、１５…１／４波長板、１６…平面プレート、１
９…半球状レンズ、１９ａ…凸球面、１９ｂ…平面

フロントページの続き (72)発明者渡辺俊夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者大里潔東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検レンズ通過後の球面波状の光波を球
面波状を保ったまま反射する反射手段と、前記反射手段での反射後、入射光路を逆進して再び被検
レンズを通過して得られる被検波面と干渉させるための
基準の参照波面を生成する参照波面生成手段とを備え、
被検波面と参照波面との干渉を利用して被検レンズの光
学特性を評価するための干渉計であって、前記反射手段として、少なくとも凸球面を有する光学レ
ンズを用いたことを特徴とする干渉計。
【請求項２】前記反射手段として、凸球面および平面
を有する光学レンズを用いると共に、この光学レンズの
平面側を被検レンズに対向させて被検レンズの光軸と略
垂直に配置し、前記被検レンズ通過後の光波を前記光学レンズの平面側
から入射させて、前記光学レンズの凸球面の曲率中心を
中心とする球面波状の波面に転換すると共に、この球面
波状の波面を前記光学レンズの凸球面の内面で反射させ
て入射光路を逆進させることにより前記被検波面を得る
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項３】前記光学レンズは、その凸球面が半球面
からなる半球体であって、その曲率中心が前記被検レン
ズの焦点位置と一致するように配置されていることを特
徴とする請求項２記載の干渉計。
【請求項４】前記被検レンズが、その収束光路上に他
の媒質体を配置した状態で使用されるものである場合に
おいて、前記光学レンズは、前記媒質体と光学的に等価な厚さだ
け半球体よりも厚く形成されたレンズであって、前記被
検レンズ通過後の光波が前記凸球面の曲率中心で焦点を
結ぶように配置されていることを特徴とする請求項２記
載の干渉計。
【請求項５】前記光学レンズの凸球面側を被検レンズ
に対向させて配置し、前記被検レンズ通過後の光波を前記光学レンズの凸球面
で反射させて入射光路を逆進させることにより前記被検
波面を得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の
干渉計。