特許 7446911 波面計測装置、波面計測方法、並びに、光学系および光学素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-01

(45)【発行日】2024-03-11

(54)【発明の名称】波面計測装置、波面計測方法、並びに、光学系および光学素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/02 20060101AFI20240304BHJP

   G01J 9/00 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

G01M11/02 B

G01J9/00

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020086669

(22)【出願日】2020-05-18

(65)【公開番号】P2021181900

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-04-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】杉本 智洋

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９１１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３７４４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１９５９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７９０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－８９７７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １１／００ － Ｇ０１Ｍ １１／０８

Ｇ０１Ｊ ９／００ － Ｇ０１Ｊ ９／０４

Ａ６１Ｂ ３／００ － Ａ６１Ｂ ３／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検物を介して入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させる偏向部と、
前記偏向部によって偏向された前記光を受光する受光部と、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出する算出部とを有することを特徴とする波面計測装置。

【請求項2】

前記第２の方向は、前記第１の方向に対して垂直な方向であることを特徴とする請求項１に記載の波面計測装置。

【請求項3】

前記受光部は、マイクロレンズアレイを有することを特徴する請求項１または２に記載の波面計測装置。

【請求項4】

前記受光部は、ハルトマンマスクを有することを特徴する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項5】

前記受光部は、イメージセンサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項6】

前記偏向部に入射する前の前記光に関して、前記第１の方向における前記光束幅が前記第２の方向における光束幅よりも小さい場合、前記偏向部は前記光の前記第１の方向における前記光束幅を拡大することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項7】

前記偏向部に入射する前の前記光に関して、前記第１の方向における前記光束幅が前記第２の方向における光束幅よりも大きい場合、前記偏向部は前記光の前記第１の方向における前記光束幅を縮小することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項8】

前記受光部の受光面の前記第１の方向における幅が、前記受光面の前記第２の方向における幅よりも小さい場合、前記偏向部は前記光の前記第１の方向における前記光束幅を縮小することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項9】

前記受光部の受光面の前記第１の方向における幅が、前記受光面の前記第２の方向における幅よりも大きい場合、前記偏向部は前記光の前記第１の方向における前記光束幅を拡大することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波面計測装置。

【請求項10】

被検物を介して偏向部に入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップとを有することを特徴とする波面計測方法。

【請求項11】

光学系の製造方法であって、
前記光学系を組み立てるステップと、
前記光学系を介して偏向部に入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学系の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。

【請求項12】

光学素子の製造方法であって、
前記光学素子を成形するステップと、
前記光学素子を介して偏向部に入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学素子の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学系の透過波面を計測する波面計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、被検光学系に複数の画角の光束を照射し、被検光学系から出射した複数の画角の光束を折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して１つの受光部（波面センサ）に導光し、被検光学系の複数の画角の波面を計測する波面計測装置が開示されている。特許文献２には、被検物を、屈折率の異なる２種類の媒質に浸して透過波面を測定し、２種類の透過波面から被検物の形状成分を除去して屈折率分布を算出する屈折率分布計測装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６１２５１３１号公報

【文献】特開２０１１－１０６９７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された波面計測装置において、被検物の軸外の光束はケラレによってメリジオナル方向の光束幅が狭くなるため、受光部で受光した光束のメリジオナル方向のデータ点数が少なくなる（低分解能）。分解能が低下すると、波面の計測精度も劣化する。プリズムを用いた偏向によってメリジオナル方向の光束幅を拡大すれば分解能の向上が可能であるが、受光部で受光した光束は被検物透過直後の光束と形が変わっているため、そのまま解析しても所望の波面が得られない。

【0005】

特許文献２に開示された屈折率分布計測装置は、被検物の口径と同程度か、それよりも大きな受光面の受光部が必要である。

【0006】

そこで本発明は、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一側面としての波面計測装置は、被検物を介して入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させる偏向部と、前記偏向部によって偏向された前記光を受光する受光部と、前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出する算出部とを有する。

【0008】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１における波面計測装置の概略構成図である。

【図2】実施例１における被検物の波面の計測手順を示すフローチャートである。

【図3】実施例１における偏向素子による偏向前後の光束を波面センサで受光したときの信号を示す図である。

【図4】実施例２における波面計測装置の概略構成図である。

【図5】実施例３における波面計測装置の概略構成図である。

【図6】実施例４における波面計測装置の概略構成図である。

【図7】実施例４における偏向素子による偏向前後の光束を異なる波面センサで受光したときの信号を示す図である。

【図8】光学系の製造方法の製造工程図である。

【図9】光学素子の製造方法の製造工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【実施例1】

【0012】

まず、図１を参照して、本発明の実施例１における波面計測装置について説明する。図１は、本実施例における波面計測装置の概略構成図である。

【0013】

波面計測装置１は、光源１０、ファイバ２０、２１、偏向部としての偏向素子（透過型回折素子、回折格子）８０、８１、受光部としての波面センサ（シャックハルトマンセンサ）９０、９１、およびコンピュータ（算出部）１００を備えて構成されている。被検物３０は、複数のレンズを組み合せて構成された光学系である。波面計測装置１は、被検物３０の軸外の透過波面を計測する。

【0014】

光源１０は、例えば、半導体レーザやＬＥＤである。光源１０からファイバ２０、２１をそれぞれ介して出射した発散光２００ａ、２０１ａは、被検物３０の軸外を透過して被検光２００ｂ、２０１ｂとなる。被検光２００ｂ、２０１ｂは、被検物３０を透過する際にケラレるため、光束のメリジオナル方向の幅が、サジタル方向の幅より小さくなっている。

【0015】

被検光２００ｂ、２０１ｂはそれぞれ、偏向素子８０、８１で回折されて被検光２００ｃ、２０１ｃとなり、波面センサ９０、９１で受光される。本実施例における偏向素子８０、８１は、例えば、振幅型回折格子、位相型回折格子、または、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）である。被検光２００ｃ、２０１ｃは、偏向素子８０、８１で偏向された影響で、メリジオナル方向（所定の方向、本実施例では図１中のＹ方向）に伸縮された（本実施例では所定の方向に拡大された）状態で波面センサ９０、９１に入射する。

【0016】

波面センサ９０、９１で受光された被検光２００ｃ、２０１ｃに対応する信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、被検光２００ｃ、２０１ｃに対応する信号に基づいて、被検物３０の被検光２００ｂ、２０１ｂの波面（偏向素子８０、８１によって光束が伸縮される前の波面）を算出する。

【0017】

本実施例では、シャックハルトマンの原理を利用して波面を算出する。すなわち波面センサ９０、９１は、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサである。波面収差の無い平行光がシャックハルトマンセンサに入射すると、マイクロレンズアレイの周期と同じ周期のスポット配列像が撮像される。一方、波面収差の有る光がシャックハルトマンセンサに入射すると、スポット配列像のそれぞれのスポット位置が各マイクロレンズに入射した光の波面の傾きに比例してシフトする。このスポット位置のシフト量に基づいて波面が算出される。

【0018】

次に、図２を参照して、本実施例における被検物３０の波面の計測手順（波面計測方法）について説明する。図２は、被検物３０の波面の計測手順を示すフローチャートである。

【0019】

まずステップＳ１０において、被検物３０を設置し、光源１０から被検物３０に光を入射させる。続いてステップＳ２０において、偏向素子８０、８１により所定の方向（メリジオナル方向）に伸縮された被検物３０の透過光２００ｃ、２０１ｃ（所定の方向に光束幅が変化した光）をそれぞれ波面センサ９０、９１で受光する。

【0020】

図３は、偏向素子による光束の伸縮の様子を示す図である。図３（Ａ）は、被検物３０の透過直後に波面センサを配置（光の進行方向に対して波面センサ面が垂直になるように配置）した波面計測光学系を仮定したときに、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。ケラレの影響により、メリジオナル（Ｍ）方向のスポット数がサジタル（Ｓ）方向のスポット数より少なくなる。図３（Ｂ）は、偏向素子により回折された後に波面センサを設置した場合（本実施例の配置）において、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。被検物３０の透過光束が、偏向によりメリジオナル（Ｍ）方向に引き伸ばされてスポット数が増加し、サジタル（Ｓ）方向のスポット数と同程度になっている。すなわち、本実施例のような配置にすることにより、メリジオナル方向の分解能を高くすることができる。

【0021】

しかし、実際に計測しようとする被検物３０の透過波面は、偏向素子により伸縮される前の波面である。そこで、図２のステップＳ３０において、コンピュータ１００は、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。具体的には、コンピュータ１００は、図３（Ｂ）の信号（波面センサで受光した被検光の信号）と、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。本実施例において、所定の方向（第１の方向）はメリジオナル方向（図１中のＹ方向）であり、所定の方向と垂直な方向（第１の方向とは異なる第２の方向）はサジタル方向（図１中のＸ方向）であるが、これらに限定されるものではない。なおステップＳ３０は、さらに詳細に、図２においてステップＡとして示されるステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３の３つの工程に分割できる。

【0022】

まずステップＳＡ１において、コンピュータ１００は、波面センサ９０、９１で受光した光束について、各マイクロレンズにおける波面の傾きと各マイクロレンズの座標を算出する。ここで、波面センサ９０、９１に入射する光束の波面をＷ（Ｘ，Ｙ）、マイクロレンズアレイのｉ行ｊ列に位置するマイクロレンズの座標を（Ｘ_ｉｊ，Ｙ_ｉｊ）、そのレンズにより形成される集光スポットの重心座標を（Ｘ_ｉｊ＋δＸ_ｉｊ，Ｙ_ｉｊ＋δＹ_ｉｊ）とする。このとき、各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きは、以下の式（１）のように表される。ただし、ｆは波面センサ内のマイクロレンズアレイとイメージセンサ（ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ）の距離である。

【0023】

【数1】

【0024】

仮に、マイクロレンズの配列方向とイメージセンサの画素の配列方向とが略一致していれば、各マイクロレンズの座標（Ｘ_ｉｊ，Ｙ_ｉｊ）は、以下の式（２）で表される。すなわち、このとき各マイクロレンズの座標（Ｘ_ｉｊ，Ｙ_ｉｊ）は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれにマイクロレンズアレイの周期（例えばΛ＝１５０μｍ）で配列された値になる。ただし、Ｘｃ、Ｙｃは光束の重心座標である。重心座標は、各マイクロレンズに入射する光の強度をＩ_ｉｊとするとき、以下の式（３）で表される値である。重心計算する際に用いる光の強度Ｉ_ｉｊは、ある閾値以上の値であれば全てＩ_ｉｊ＝１としてもよい。

【0025】

【数2】

【0026】

【数3】

【0027】

続いてステップＳＡ２において、コンピュータ１００は、各マイクロレンズの座標（Ｘ_ｉｊ，Ｙ_ｉｊ）を規格化する。規格化は、所定の方向（メリジオナル方向、図１のＹ方向）および所定の方向と垂直な方向（サジタル方向、図１のＸ方向）のそれぞれにおいて、以下の式（４）で表されるように行われる。ただし、（ｘ_ｉｊ，ｙ_ｉｊ）は規格化された各マイクロレンズの座標、ｍａｘ（引数）は引数の最大値を返す関数である。

【0028】

【数4】

【0029】

最後に、ステップＳＡ３において、コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて、各マイクロレンズにおける波面の傾きをフィッティングする。これにより、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検光の波面を算出することができる。所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数としては、例えば、ＸＹ方向のそれぞれに関して規格化したゼルニケ関数Ｚ_Ｌ（ｒ，θ）をＸ、Ｙで偏微分した微分ゼルニケ関数を用いることができる。規格化する前の座標系を（Ｘ，Ｙ）、規格化された座標系（ｘ，ｙ）における極座標を（ｒ，θ）とするとき、規格化された微分ゼルニケ関数は、整数Ｎ（Ｎ≧０）と整数Ｍ（｜Ｍ｜≦Ｎ）を用いて、以下の式（５）のように表される。

【0030】

【数5】

【0031】

所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きをフィッティングすると、計算上は、偏向素子による光束の伸縮有り無しにかかわらず同じフィッティング係数が得られる。すなわち、ステップＳＡ３にて算出されたフィッティング係数（透過波面）は、偏向素子による光束の伸縮前のフィッティング係数（透過波面）と等しい。ただし実際には、波面センサで取得したデータの分解能の違いにより、フィッティング係数の精度に優劣が発生する。本実施例では、図２のフローを用いることで、高精度に被検物の透過波面を計測することができる。

【0032】

なおステップＳＡ３では、波面の傾きを規格化された微分ゼルニケ関数でフィッティングしたが、本実施例はこれに限定されるものではない。これに代えて、波面の傾きを積分して波面にした後に、規格化されたゼルニケ関数でフィッティングしてもよい。規格化して用いる関数は、ゼルニケ関数や微分ゼルニケ関数に限定されるものではなく、２次元の三角関数やルジャンドル多項式などを用いてもよい。また、シュミットの直交化等を利用して新たな関数を作成してもよい。

【0033】

図２のフローに、光の逆伝搬の計算工程を追加すると、波面算出精度をさらに向上させることができる。本実施例のように、偏向素子８０、８１を用いて光束を偏向させると、光束の内部において所定の方向に光路長分布が発生する。例えば、図１の光束２００ｃの内部において、＋Ｙ位置の光線に比べて－Ｙ位置の光線は、伝搬距離が長い。そこで、光の逆伝搬を用いて、伝搬距離の違いによって生じる光路長分布を除去すればよい。

【0034】

また、被検物３０の瞳から波面センサ９０、９１までの伝搬による波面の変形を抑制する場合、波面センサ９０、９１から被検物３０の瞳まで逆伝搬すればよい。逆伝搬は、光線追跡でもよいし、角スペクトル法による伝搬でもよい。例えば、光線追跡を用いる場合、ステップＳＡ１において、各マイクロレンズにおける波面の傾きと座標から光線追跡を実施し、各マイクロレンズの座標を光線追跡後の座標に入れ替えてステップＳＡ２、ＳＡ３を実施すればよい。角スペクトル法を用いる場合、ステップＳＡ３において波面を算出した後に、逆伝搬すればよい。

【0035】

波面センサ９０、９１から被検物３０の瞳まで逆伝搬する代わりに、被検物３０と波面センサ９０、９１それぞれの間にレンズを挿入し、被検物３０の瞳と波面センサ９０、９１を共役関係にすることもできる。挿入するレンズに、ビームエキスパンダの機能も兼用させれば、波面センサ９０、９１に入射する光束のサイズを、より適切なサイズに調整することができる。

【0036】

以上のように、本実施例において、波面計測装置１は、偏向部（偏向素子８０、８１）、受光部（波面センサ９０、９１）、および算出部（コンピュータ１００）を有する。偏向部は、光源１０から出射して被検物３０を介した光（被検物３０を透過または被検物３０で反射した光）を偏向し、光の第１の方向（所定の方向）における光束幅を変化（伸縮）させる。受光部は、偏向部からの光を受光する。算出部は、受光部の出力と、第１の方向および第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、偏向部に入射する前の光（光束幅が変化する前の光）の波面を算出する。

【0037】

本実施例において、偏向部に入射する前の光は、第１の方向における光束幅が第２の方向における光束幅よりも小さく、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を拡大する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。例えば、第１の方向における光束幅が第２の方向における光束幅よりも大きい場合、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を縮小することができる。

【0038】

本実施例では、偏向素子として透過型回折格子を用いているが、反射型回折格子でもよい。いずれの場合でも、光束の伸縮倍率は格子周期や回折次数で調整可能である。また、回折格子の代わりに、プリズム、フレネルプリズムを用いてもよい。プリズムを用いる場合の光束の伸縮倍率は、プリズムの頂角、屈折率や入射角度を変えることで調整可能である。また、プリズムを用いる場合、回折格子を用いた場合生じた光束内部の所定方向の光路長分布は発生しない。

【0039】

本実施例では、波面センサ９０、９１として、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサを用いているが、これに限定されるものではない。それに代えて、波面センサ９０、９１は、ハルトマンマスクを備えたシアリング干渉計（タルボ干渉計）を用いてもよい。ハルトマンマスクは、２次元位相型回折格子または２次元吸収型回折格子のいずれでもよい。シアリング干渉計では、ハルトマンマスクの後方にできる自己像の歪みから、フーリエ変換法によって波面を算出することができる。またはハルトマンマスクとして、ピンホールアレイ（１つのピンホールを透過した光と隣接するピンホールを透過した光との干渉が無視できるほどピンホール同士が離れているアレイ）を用いて、シャックハルトマンセンサと同様の原理で波面を回復することもできる。

【0040】

または、被検光の強度情報を用いて波面を算出する方法でもよい。その方法は次の通りである。直進ステージ上にイメージセンサ（マイクロレンズアレイやハルトマンマスクを含まない）を固定したものを波面センサ９０、９１として配置する。直進ステージを駆動しながら像を複数撮像する。コンピュータ１００は、撮像された像に基づいて、被検物３０の透過波面を算出する。像から波面を算出する方法は、強度輸送方程式を用いた方法や、特定の波面の初期値に基づいて最適化計算を行う方法でもよい。または、波面と像との関係を機械学習させた人工知能（ＡＩ）を用いて波面を算出してもよい。

【0041】

本実施例では、図３に示されるように、被検光の光束のうちサジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度（高い分解能が得られるサイズ）で、メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより小さい（低い分解能しか得られないサイズ）である。このため、偏向素子８０、８１によって、メリジオナル方向の光束幅を拡大する。メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度で、サジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより大きい場合、サジタル方向を所定の方向とし、その方向の光束を縮小するように偏向素子８０、８１、波面センサ９０、９１を配置すればよい。

【0042】

本実施例によれば、波面センサの大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置を提供することができる。

【実施例2】

【0043】

次に、図４を参照して、本発明の実施例２における波面計測装置について説明する。図４は、本実施例における波面計測装置２の概略構成図である。

【0044】

波面計測装置２は、光源１１、ピンホール２５、２軸回転ステージ付ミラー４０、レンズ５０、５１、ビームスプリッタ６０、および、３軸直進ステージ１２５を有する。また波面計測装置２は、偏向素子（フレネルプリズム）８２、波面センサ９２、２軸直進・２軸回転ステージ９５、および、コンピュータ１００を有する。偏向素子８２および波面センサ９２は、２軸直進・２軸回転ステージ９５上に配置されている。波面センサ９２は、ハルトマンマスクを有するタルボ干渉計である。

【0045】

光源１１（例えば、ＤＰＳＳレーザ）からピンホール２５を介して出射した光２００ａは、レンズ５０で平行光となり、ビームスプリッタ６０で反射し、レンズ５１を透過して被検物３０の像面位置に相当する面に集光する。被検光２００ａは、その後発散して被検物３０に入射する。被検光２００ａは、被検物３０を透過後、２軸回転ステージ付ミラー４０で反射し、被検物３０を再度透過した被検光２００ｂは、レンズ５１、ビームスプリッタ６０を透過して偏向素子８２で偏向する。偏向素子８２において偏向した光束２００ｃは、所定の方向に伸縮した状態で、波面センサ９２によって受光される。偏向素子８２による光束伸縮によって、適切な分解能が得られる。波面センサ９２で受光した被検光２００ｃの信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、被検光が偏向素子によって伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。

【0046】

３軸直進ステージ１２５は、図４中のＸＹＺ方向に駆動することができる。２軸回転ステージ付ミラー４０は、Ｘ軸、Ｙ軸に関して回転することができる。２軸直進・２軸回転ステージ９５は、ＸＹ方向への直進駆動と、Ｘ軸、Ｙ軸に関して回転することができる。波面計測装置２は、３軸直進ステージ１２５と２軸回転ステージ付ミラー４０の駆動により、被検物３０の複数の画角に対応する透過光の波面計測を実現している。また、２軸直進・２軸回転ステージ９５により、波面センサ９２に入射する光束の位置とサイズを調整し、適切な分解能の波面計測を実現している。

【実施例3】

【0047】

次に、図５を参照して、本発明の実施例３における波面計測装置について説明する。図５は、本実施例における波面計測装置３の概略構成図である。

【0048】

波面計測装置３は、光源１２、ファイバ２０、レンズ５０、５１、５２、ハーフミラー６５、透過平面（ＴＦ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌａｔ）７０、ＣＧＨ７５、偏向素子（反射型回折格子）８３、波面センサ９４、および、コンピュータ１００を有する。波面計測装置３は、フィゾー干渉計である。波面センサ９４は、イメージセンサ（ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ）である。本実施例の被検物３５は、ｆθレンズとして用いられるトーリックレンズ（光学素子）である。波面計測装置３は、被検物３５の面形状を調べるため、トーリック面における反射光の波面を計測する。図５は、被検物３５の副走査断面に対する光路を表示している（主走査方向は図５中のＸ方向）。

【0049】

光源１２（例えば、ＨｅＮｅレーザ）からファイバ２０を介して出射した光２００ａは、レンズ５０で平行光となり、ハーフミラー６５を透過し、透過平面７０において一部透過し、一部反射する。透過平面７０で反射した光は、フィゾー干渉計における参照光２００Ｒとなる。透過平面７０は、駆動できるように不図示のピエゾステージ上に配置されている。透過平面７０を透過した被検光２００ａは、ＣＧＨを透過してＸＹ方向それぞれにおいて異なる曲率をもった収束光となり、被検物３５の面に略垂直に入射する。被検物３５の面で反射した被検光２００ｂはＣＧＨ、透過平面７０を再度透過し、参照光２００Ｒと干渉する。干渉光（２００ｂ、２００Ｒ）は、ハーフミラー６５で反射し、レンズ５１、５２を透過し、偏向素子８３に入射する。偏向素子８３において偏向した干渉光（２００ｃ、２００Ｒｃ）は、所定の方向の光束が伸縮され、イメージセンサ９４で受光される。イメージセンサ９４で受光した干渉光（２００ｃ、２００Ｒｃ）の信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子によって伸縮される前の被検物の反射波面を算出する。波面算出は、フリンジスキャン法でもよいし、キャリア縞を用いたフーリエ変換法でもよい。

【0050】

トーリックレンズは、主走査方向（図５のＸ方向）の径が副走査方向（図５のＹ方向）の径より大きい。このため、トーリック面の反射光をそのままイメージセンサで受光すると、副走査方向の分解能が主走査方向の分解能より低くなる。一方、本実施例によれば、偏向素子８３による偏向により副走査方向の光束幅を引き伸ばすことで、適切な分解能の波面計測を実現することができる。

【実施例4】

【0051】

次に、図６を参照して、本発明の実施例４における波面計測装置について説明する。図６は、本実施例における波面計測装置４の概略構成図である。

【0052】

波面計測装置４は、光源１０、ファイバ２０、レンズ５０、５１、偏向素子（プリズム）８４、波面センサ９０、およびコンピュータ１００を備えて構成されている。本実施例の被検物３６は、モールドレンズ（光学素子）である。

【0053】

光源１０からファイバ２０を介して出射した光２００ａは、レンズ５０、５１を介して収束光となり、被検物３６に入射する。被検物３６を透過した被検光２００ｂは、偏向素子８４で偏向され、所定の方向の光束が伸縮し、波面センサ９０で受光される。波面センサ９０で受光した被検光２００ｃの信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子８４により伸縮される前の被検光２００ｂの波面を算出する。

【0054】

一般に、被検物３６が単レンズの場合、被検物３６を透過した波面は、複数のレンズで構成された光学系の透過波面と異なり、波面収差が大きい。波面収差が大きい場合、できるだけ被検物３６と波面センサ９０との間にレンズを挿入しないほうが好ましい。これは、挿入したレンズによる予期せぬ収差の発生（光線光路のばらつきによって生じる収差）を避けるためである。その場合、被検物の口径と同程度の画面サイズの波面センサ９０が必要となる。

【0055】

図７は、本実施例において、波面センサ９０で得られる信号の例である。一般に、波面センサ９０の画面サイズ（受光面の大きさ）は、横方向よりも縦方向の方が小さい。したがって、被検物３６の口径と同程度の画面サイズの波面センサ９０とは、図７（Ａ）に示されるように、光束が波面センサ９０の縦方向に入るサイズのセンサを意味する。一般に、波面センサ９０は画面サイズが大きいほど高価になるため、適切な分解能が得られる条件のもとで、できるだけ小さな画面の波面センサを選択することが好ましい。

【0056】

本実施例では、偏向素子８４による偏向により所定の方向（波面センサ９０の縦方向）に光束を圧縮することで、図７（Ｂ）に示されるように小さな画面の波面センサを用いた波面計測を実現している。なお本実施例では、被検光２００ｂの光束のうち所定の方向の光束幅を縮小するように偏向素子８４を配置しているが、これに限定されるものではない。例えば、被検光２００ｂの光束が波面センサ９０よりも小さい場合、波面センサ９０の横方向を所定の方向とし、所定の方向に光束を拡大するように偏向素子８４および波面センサ９０を配置すればよい。すなわち本実施例において、受光部（波面センサ９０）の第１の方向（縦方向）における受光面（画面）の幅は、第２の方向（横方向）における幅よりも小さく、偏向部（偏向素子８４）は、第１の方向における光の光束幅を縮小する。または、受光部の第１の方向における受光面（画面）の幅は、第２の方向における幅よりも大きく、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を拡大する。これにより、波面センサ９０の横方向の受光領域（受光面）を有効活用することができる。

【実施例5】

【0057】

次に、図８を参照して、本発明の実施例５における光学系の製造方法について説明する。図８は、本実施例における光学系の製造方法を示すフローチャートである。例えば実施例１の波面計測装置１または実施例２の波面計測装置２を用いて計測された波面の結果を、光学系（被検物３０）の製造方法にフィードバックすることが可能である。

【0058】

まずステップＳ１０１において、光学素子を用いて光学系を組み立て、各素子の位置を調整する（光学系組立調整）。続いてステップＳ１０２において、組立調整された光学系の光学性能（光学精度）を評価する。ここで、光学系の光学性能の評価は、例えば実施例１の波面計測装置１または実施例２の波面計測装置２を用いて計測された波面の結果を用いて行われる。ステップＳ１０２にて光学性能が不足する場合、ステップＳ１０１へ戻り、再度、光学系の組立調整を行う。一方、ステップＳ１０２にて光学性能を充足する場合、光学系の製造方法に関する本フローを終了する。

【0059】

図９は、モールド加工を利用した光学素子の製造方法を示している。光学素子は、光学素子の設計工程（ステップＳ２０１）、金型の設計工程（ステップＳ２０２）、及び、設計された金型を用いた光学素子のモールド工程（ステップＳ２０３）を経て製造される。ここで光学素子は、型を用いて作るモールド（成型）に限定されるものではなく、研磨などの加工により作ってもよい。このためステップＳ２０３は、モールド工程以外の成形工程に置き換えてもよい。モールドされた光学素子は、その形状精度が評価（ステップＳ２０４）され、精度不足である場合は金型を補正して再度モールドを行う。形状精度が良好であれば、光学素子の光学性能が評価（ステップＳ２０５）される。光学性能（光学精度）が低い場合は、光学面を補正した光学素子を設計し直す。一方、ステップＳ２０５にて光学性能を充足する場合、光学素子の量産（ステップＳ２０６）工程に移行する。ステップＳ２０４の形状精度の評価に、例えば実施例３の波面計測装置３を利用することができる。また、ステップＳ２０５の光学性能の評価に、例えば実施例４の波面計測装置４を利用することができる。前述の光学素子の製造方法は、モールドによらず、研削、研磨による光学素子の製造にも適用可能である。

【0060】

各実施例によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。

【0061】

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0062】

１ 波面計測装置
８０、８１ 偏向素子（偏向部）
９０、９１ 波面センサ（受光部）
１００ コンピュータ（算出部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】