回折性能測定装置
【課題】本発明は、回折光学素子を含む被検体の回折性能を精密に測定するのに好適な回折性能測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の回折性能測定装置の一態様は、所定の波長帯域の光を出射する光源（１）と、前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータ（１０）と、回折光学素子を含む被検体（２７）へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部（２５）と、前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部（２８）とを備える。
【解決手段】本発明の回折性能測定装置の一態様は、所定の波長帯域の光を出射する光源（１）と、前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータ（１０）と、回折光学素子を含む被検体（２７）へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部（２５）と、前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部（２８）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＦレンズ（位相フレネルレンズ）を搭載したカメラレンズなど、回折光学素子を含む被検体の回折性能を測定する回折性能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長分散の異なる硝材を組み合わせて色収差を低減しようとする方法が広く知られている。例えば望遠鏡の分野では波長分散の小さい硝材で正レンズを作製し、波長分散の大きい硝材で負レンズを作製し、これらのレンズを組み合わせることにより色収差を低減している。
【０００３】
色収差を低減する他の方法として、レンズに回折光学素子を組み合わせる方法がある。回折光学素子による色収差低減は、回折光学素子の回折面で発生する色収差がレンズの屈折面で発生する色収差とは空間的に逆であるという現象を利用している。
【０００４】
通常、このような目的で使用される回折光学素子は、その搭載先である光学装置（カメラレンズなど）のフレアを低減するために、特定の次数の回折光の強度が十分に高くなり、それ以外の次数の回折光の強度が十分に低くなるように設計される。因みにフレア低減に有効な格子形状としては、ブレーズ型が既に知られている。
【０００５】
但し、回折光学素子の回折効率には波長依存性があり、またカメラレンズなどの使用波長は広帯域である（例えば可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍ）。このため回折光学素子を搭載したカメラレンズは、フレアを完全に除去できない可能性があった。
【０００６】
そこで近年は、回折効率の波長依存性が低減された回折光学素子として、積層された複数の光学材料を有し、かつ少なくとも１つの境界面に格子形状を形成してなる複層型回折光学素子が提案された（特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開平９−１２７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような回折光学素子は高機能であるが故にその性能を測定するのが難しい。よって、例えばカメラレンズに搭載された回折光学素子の性能は、そのカメラレンズが形成する像の良否（フレアの有無）により大まかに測定されるだけであった。
【０００８】
そこで本発明は、回折光学素子を含む被検体の回折性能を精密に測定するのに好適な回折性能測定装置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】
【０００９】
本発明の回折性能測定装置の一態様は、所定の波長帯域の光を出射する光源と、前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータと、回折光学素子を含む被検体へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部と、前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、前記モノクロメータは、零分散型のダブルモノクロメータであってもよい。
【００１１】
また、前記ダブルモノクロメータの中間スリットのスリット幅は、前記ダブルモノクロメータの入出力スリットのスリット幅とは独立に可変であってもよい。
【００１２】
また、前記光源は、スーパーコンティニウム光源であってもよい。
【００１３】
また、前記投光部は、前記被検体へ投光する光の偏光状態及び偏光方位の少なくとも一方を制御する偏光制御手段を備えてもよい。
【００１４】
また、前記一態様は、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる駆動手段を更に備えてもよい。
【００１５】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記被検体との間の位置関係を調節してもよい。
【００１６】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記被検体との間の角度関係を調節してもよい。
【００１７】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記検出部との間の位置関係を調節してもよい。
【００１８】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記検出部との間の角度関係を調節してもよい。
【００１９】
また、前記検出部は、前記被検体で発生した回折光の強度を二次元撮像素子で検出してもよい。
【００２０】
また、前記駆動手段は、前記回折光のうち強度の検出対象である回折光が最も集中する位置において前記検出部が前記検出を行うように、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回折光学素子を含む被検体の回折性能を精密に測定するのに好適な回折性能測定装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［実施形態］
先ず、回折光学素子を含む被検体の回折性能測定を精密に行う上で必要とされる各条件を説明する。
【００２３】
（微弱測定について）
通常、回折光学素子は、特定の次数（多くの場合は１次）の回折光の強度が高くなり、他の次数の回折光の強度が低くなるように設計される。ｍ次回折光の光量をＡ、ｍ次以外の回折光の光量の合計をＢとしたとき、ｍ次回折効率ηｍ（％）は、ηｍ＝１００×Ａ／（Ａ＋Ｂ）で定義される。近年の高機能な回折光学素子では、強度を高くすべき次数の回折効率は例えば９５％以上に高められ、強度を抑えるべき次数の回折効率は例えば１％未満に抑えられる。このように高機能な回折光学素子の回折性能を詳細に調べるには、強度を高くすべき次数の回折効率だけでなく、強度を低くすべき他の次数の回折効率についてもそれぞれ測定する必要がある。そのためには、微弱な回折光の光量をも検出できるよう高パワー光源を使用する必要がある。
【００２４】
（分光測定について）
一般に、回折光学素子には波長依存性がある。したがって回折光の光量検出は、回折光学素子の使用波長帯域内の各波長でそれぞれ行われる必要がある。例えば回折光学素子の使用波長が可視光域であるならば、４００〜７００ｎｍの波長帯域内の各波長の測定光で検出が行われることが望ましい。また、各波長の測定光の波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）は、１〜２０ｎｍ、例えば１０ｎｍ程度に狭められていることが望ましい。
【００２５】
（空間分布測定について）
回折光学素子で発生する回折光は、その次数によって進行方向が異なる。よって、各次数の回折光を同じ光学系で集光したとしても、その集光位置は互いにずれる。しかも、そのずれは、光軸と垂直な面内だけでなく光軸方向にも及ぶ。したがって、各次数の回折光の光量を確実に測定するには、回折光の検出位置の自由度が高いことが望ましい。そのためには、検出部の位置関係を調節可能にする、検出部に予め多数の受光素子を配列させるなどの工夫が必要である。
【００２６】
（測定光の変更について）
回折光学素子の回折性能を詳細に調べるには、測定光の径が可変であることが望ましい。例えば、径サイズの互いに異なる複数種類の円形開口絞りを用意し、それを交換しながら測定を行うことが望ましい。或いは、開口サイズが可変の矩形開口絞りを使用し、その開口サイズを変化させながら回折光の光量検出を行うことが望ましい。また、回折光学素子に対する測定光の入射角度や偏光状態についてもそれぞれ可変であることが望ましい。
【００２７】
次に、回折性能測定装置を説明する。
【００２８】
図１は、回折性能測定装置の構成図である。図１に示すとおり、回折性能測定装置には、スーパーコンティニウム光源１、モノクロメータ１０、偏光器２０、ビームエキスパンダ２５、絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓなどが備えられる。なお、外部からの光の混入を防止するため、回折性能測定装置の全体は筐体で覆われている。
【００２９】
絞りステージ２６Ｓには絞り２６がセットされ、被検体ステージ２７Ｓには被検体２７がセットされ、カメラステージ２８Ｓにはカメラ２８がセットされている。ここでは被検体２７を、回折光学素子を含むカメラレンズとする。被検体２７は、保持部２７ｈによって保持されており、その保持部２７ｈの内部を光軸の周り（図１のω０方向）へ回転可能である。
【００３０】
モノクロメータ１０には、シャッタ１１、ターレット１２、集光レンズ１３、スリット部材１５、コリメータミラー１６、回折格子１７、偏向ミラー１４、コリメータレンズ１８などが配置されている。
【００３１】
スーパーコンティニウム光源１は、少なくとも４００〜７００ｎｍの波長帯域（可視光域）の白色光を出射する。このスーパーコンティニウム光源１のパワーは、０．１ｍＷ／ｎｍ以上である。
【００３２】
シャッタ１１は、スーパーコンティニウム光源１から射出した光を測定者が所望するタイミングでオン／オフするためのシャッタである。
【００３３】
スーパーコンティニウム光源１を射出し、かつシャッタ１１を通過した光は、ターレット１２へ入射する。
【００３４】
ターレット１２の個々のフィルタ部には、ＮＤフィルタ、バンドパスフィルタ、コールドフィルタなどが重ねて装着されている。これらのフィルタは、スーパーコンティニウム光源１を射出した光のうち、後述する測定光に付与すべき波長帯域から大きく離れた波長帯域をカットする働きがある。また、ターレット１２を回転させると、光路に挿入されるフィルタ部が別の特性のフィルタ部に切り替わり、それによってターレット１２によるカット波長帯域が切り替わる。
【００３５】
ターレット１２を通過した光は、集光レンズ１３へ入射し、その集光レンズ１３の集光作用によりスリット部材１５へ向けて集光する。なお、集光レンズ１３からスリット部材１５へ向かう光は、偏向ミラー１４の手前又は奥側を進行するので、偏向ミラー１４によって蹴られることは無い。
【００３６】
スリット部材１５には、図１の上部に拡大して示すとおり、透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔと、反射型の中間スリット１５ｍｉｄとが並べて設けられている。入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅と中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅とは、独立に変更することが可能である。
【００３７】
集光レンズ１３の側からスリット部材１５へ入射した光は、透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する。入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔを通過した光束は、コリメータミラー１６へ向かう。コリメータミラー１６へ入射した光束は、コリメータミラー１６を反射して平行光束となり、回折格子１７へ向かう。回折格子１７へ入射した光は、その回折格子１７により波長分散が付与され、その状態でコリメータミラー１６へ戻る。
【００３８】
ここで回折格子１７の配置角度は図１中矢印で示す方向に可変であり、その配置角度を連続的に変化させると、回折格子１７からコリメータミラー１６へ戻る光の中心波長が連続的にシフトする。
【００３９】
コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射し、スリット部材１５に向けて集光する。その光は、スリット部材１５に設けられた反射型の中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光する。
【００４０】
中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光した光のうち、中間スリット１５ｍｉｄを反射した光は、コリメータミラー１６に戻る。コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射して平行光束となり、回折格子１７へ再入射する。回折格子１７へ再入射した光は、回折格子１７により波長分散が再付与されてからコリメータミラー１６へ戻る。なお、再入射した光に対して回折格子１７が付与する波長分散の方向は、最初に入射した光に対して回折格子１７が付与する波長分散の方向とは逆である。
【００４１】
コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射し、スリット部材１５に向けて集光する。その光は、スリット部材１５に設けられた透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する。
【００４２】
入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔを通過した光は、偏向ミラー１４で反射した後にコリメータレンズ１８で平行光束となってモノクロメータ１０を射出し、偏光器２０へ向かう。
【００４３】
偏光器２０には、第１グランレーザプリズム２１と、フレネルロム２２と、第２グランレーザプリズム２３とが配置されている。第１グランレーザプリズム２１、第２グランレーザプリズム２３は、光路に対して個別に挿脱可能であり、フレネルロム２２は、図１中矢印で示す方向へ回転可能である。
【００４４】
このような偏光器２０は、符号２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで示す各状態の間で切り替えが可能である。例えば符号２０Ｂの状態にあるときに偏光器２０は入射光の偏光状態を円偏光にすることができ、符号２０Ａ又は符号２０Ｃの状態にあるときに偏光器２０は入射光の偏光状態を直線偏光にすることができる。さらに、符号２０Ｃの状態にあるときにフレネルロム２２の回転位置を変化させれば、偏光器２０は直線偏光の偏光方位を変化させることもできる。
【００４５】
偏光器２０から射出した光は、ビームエキスパンダ２５においてその径を拡大してから絞り２６に入射する。絞り２６を通過した光は径の細い光となり、測定光として被検体２７の物体側へ投光される。
【００４６】
ここで絞り２６は、径のサイズが所定値に設定された円形開口絞りである。この絞り２６は、径の異なる１又は複数の円形開口絞りとの間で交換可能であって、その交換により、測定光の径のサイズを、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の様々な値の間で切り替えることができる。なお、絞り２６としては、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内で縦横幅が可変の矩形開口絞りを使用してもよい。また、測定光の径（又は幅）の変化範囲は、必要に応じて１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲よりも広く確保されてもよい。
【００４７】
被検体２７へ投光された測定光は、被検体２７の結像作用及び被検体２７の回折作用を受けた後に被検体２７の像側から射出し、カメラ２８へ入射する。
【００４８】
被検体２７の像側から射出する測定光は、被検体２７の回折作用により各次数の回折光に分離されており、それぞれ異なる位置にスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を形成する。これらのスポット像Ｓ０、Ｓ１、…は、カメラ２８に備えられた二次元撮像素子で撮像される。二次元撮像素子によれば、同一面上に形成された２以上のスポット像を同時に捉えることができるので、測定の効率化に有利である。
【００４９】
その撮像で得られた画像データは、不図示のコンピュータへ取り込まれる。コンピュータは、取り込まれた画像データに基づきスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の各々の強度を計算し、それによって各次数の回折光の光量を算出する。また、コンピュータは、取り込まれた画像に基づきスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の各々の形成位置を計算し、それによって各次数の回折光の回折角度を算出する。さらにコンピュータは、各次数の回折光の光量に基づき各次数の回折効率ηｍ＝１００×Ａ／（Ａ＋Ｂ）を算出する（但し、ｍは次数、Ａはｍ次回折光の光量、Ｂはｍ次以外の回折光の光量の合計である。）。
【００５０】
次に、モノクロメータ１０を詳しく説明する。
【００５１】
図２は、モノクロメータ１０から被検体２７の像面までの結像関係を示す光路図である。なお、図２では、図１に示した集光レンズ１３、コリメータレンズ１８、偏光器２０、ビームエキスパンダ２５は省略されており、反射型の光学素子は、それと等価な屈折型の光学素子として表されている。前述したとおりモノクロメータ１０は、その内部で入射光を２往復させるダブルモノクロメータである。ここでは、図２に示すモノクロメータ１０のうち、中間スリット１５ｍｉｄの前段部分を「第１モノクロメータ１０−１」と称し、中間スリット１５ｍｉｄの後段部分を「第２モノクロメータ１０−２」と称す。
【００５２】
先ず、第１モノクロメータ１０−１の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔに着目する。この入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔ中央には、スーパーコンティニウム光源１の像（点光源）が形成される。その点光源のサイズは十分に小さく、また入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅はその点光源のサイズより若干広い程度に設定されている。よって、その点光源のサイズが、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを決めることになる。
【００５３】
因みに、スーパーコンティニウム光源１のパワーは十分に高いのでスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度は十分に高くなる。また、スーパーコンティニウム光源１による点光源のサイズは十分に小さいのでスポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズは十分に小さくなる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置を高精度に求めることができる。
【００５４】
なお、本実施形態の回折性能測定装置では、スーパーコンティニウム光源１の代わりにそれと同等の波長帯域の光を射出可能な他の光源（キセノンランプなど）を使用してもよい。
【００５５】
但し、キセノンランプなどの面光源を使用する場合には、面光源からの射出光を入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔで制限することにより、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの位置に点光源を生成する必要がある。その場合、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅がスポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを決めることになる。
【００５６】
因みに、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズは、互いに隣接する２つのスポット像が重ならない程度に小さいことが望ましい。例えば、モノクロメータ１０と被検体２７との間に配置されるコリメータレンズ（図１の符号１８）の焦点距離をｆ１とおき、被検体２７の焦点距離をｆ２とおき、被検体２７の物体側におけるｎ次回折光と（ｎ＋１）次回折光との角度差をθｄとおいた場合に、ｎ次回折光によるスポット像と（ｎ＋１）次回折光によるスポット像とが重ならないためには、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅Ｓは、以下の式を満たすよう設定されればよい。
【００５７】
Ｓ・ｆ１／ｆ２＜ｆ２θｄ
なお、スリット幅Ｓが仮に上式を満たせなかった場合（つまり前記２つのスポット像が重なる場合）には、次のようにすればよい。すなわち、測定者は、図１に示すカメラ２８の位置を調節することにより、一方のスポット像をデフォーカス状態とし、他方のスポット像にフォーカスを合わせた状態とする。スポット像のフォーカスが合っている状態では回折光が最も集中している。その状態で撮像を行い、一方のスポット像の影響を抑えながら他方のスポット像を撮像する。この撮像で得られた画像データに基づけば、他方のスポット像の強度及び位置を一定の精度で求めることが可能である。なお、カメラ２８の位置調整は、後に詳述するカメラステージ２８Ｓによって行うことが可能である。
【００５８】
次に、第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７及び中間スリット１５ｍｉｄに着目する。
【００５９】
第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７は、前述したとおり入射光に対して波長分散を与えるので、中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光する光も波長分散している。そして、回折格子１７の配置角度を連続的に変化させると、中間スリット１５ｍｉｄに入射可能な光の中心波長が連続的にシフトし、測定光の中心波長も連続的にシフトする。
【００６０】
また、中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅を連続的に変化させると、第２モノクロメータ１０−２へ入射可能な光の波長幅が連続的に変化し、測定光の波長幅も連続的に変化する。
【００６１】
なお、通常は、測定光の波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）が１〜２０ｎｍ、例えば１０ｎｍ程度に狭められるように中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅が設定されており、必要に応じてそのスリット幅が拡縮されることが望ましい。
【００６２】
また、その中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅は、前述した入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅とは独立に変更可能である。よって、本実施形態の回折性能測定装置では、測定光の波長幅を、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズとは独立に変更することができる。
【００６３】
次に、第２モノクロメータ１０−２の回折格子１７及び入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔに着目する。
【００６４】
第２モノクロメータ１０−２の回折格子１７は、前述したとおり第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７が入射光に与えた波長分散とは空間的に逆の波長分散を入射光に与えるので、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する光は、波長分散が零となる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置では、波長の偏りの無い良好な測定光を得ることができる。
【００６５】
次に、図１に戻り、絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓを詳しく説明する。なお、ここでは、光軸方向をＹ方向とし、光軸と垂直な２方向をＸ、Ｚ方向として説明する。
【００６６】
絞りステージ２６Ｓは、ＸＺステージを備えており、そのＸＺステージにより、ビームエキスパンダ２５の光軸と垂直な２方向（Ｘａ、Ｚａ方向）へ絞り２６を移動させることができる。したがって、被検体２７に対する測定光の入射位置は、調節可能である。
【００６７】
被検体ステージ２７Ｓは、θステージを備えており、そのθステージにより、絞り２６の開口部近傍からＺａ方向に延びる中心軸の周り（θ０方向）に被検体２７を回動させることができる。したがって、被検体２７に対する測定光の入射角度は、調節可能である。
【００６８】
また、被検体ステージ２７Ｓは、Ｙステージを備えており、そのＹステージにより、被検体２７の光軸の方向（Ｙ０方向）へ被検体２７を移動させることができる。したがって、絞り２６と被検体２７との間隔は、調節可能である。
【００６９】
また、カメラステージ２８Ｓは、ＸＺステージを備えており、そのＸＺステージにより、カメラ２８の光軸と垂直な２方向（Ｘｃ、Ｚｃ方向）へカメラ２８を移動させることができる。したがって、測定光のＸａ、Ｚａ方向への変位にカメラ２８を追従させることができる。また、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のＸｃ、Ｚｃ方向の分布が広範囲に亘る場合であっても、Ｘｃ、Ｚｃ方向へカメラ２８を移動させながら撮像を行えば、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を捉え損ねることは無い。
【００７０】
また、カメラステージ２８Ｓは、Ｙステージを備えており、そのＹステージにより、カメラ２８の光軸の方向（ＹＣ方向）へカメラ２８を移動させることができる。したがって、被検体２７とカメラ２８との間隔は、調節可能である。また、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の結像面がずれていた場合であっても、その方向へカメラ２８を移動させながら撮像を行えば、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を各々の結像面で捉えることができる。
【００７１】
また、カメラステージ２８Ｓは、θステージを備えており、そのθステージにより、絞り２６の開口部近傍からＺａ方向に延びる中心軸の周り（θＣ方向）にカメラ２８を回動させることができる。したがって、被検体２７のθ０方向への回動にカメラ２８を追従させることができる。
【００７２】
次に、本実施形態の回折性能測定装置の効果を説明する。
【００７３】
上述したモノクロメータ１０は、回折格子１７の回動により測定光の中心波長を調節する分光波長連続可変型のモノクロメータである。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、測定光の中心波長を任意に設定することが可能である。このように測定光の中心波長を任意に設定できれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置の検出を様々な波長で行うことができる。よって、各次数の回折効率を様々な波長について求めることができる。
【００７４】
また、上述したモノクロメータ１０は、図２に示したとおり零分散型のダブルモノクロメータである。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、空間的な波長の偏りの無い良好な測定光で測定を行うことができる。
【００７５】
また、上述したモノクロメータ１０は、前述したとおり中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅を入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅とは独立に変更することができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズとは独立に測定光の波長幅を設定することができる。
【００７６】
また、本実施形態の回折性能測定装置が光源としてスーパーコンティニウム光源１を使用した場合には、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを小さくし、かつスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度を高くすることができるので、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置の検出を高精度に行い、各次数の回折効率を高精度に求めることができる。
【００７７】
また、本実施形態の回折性能測定装置が光源としてスーパーコンティニウム光源１を使用しなかった場合であっても、モノクロメータ１０の入出力スリットのスリット幅は中間スリットのスリット幅とは独立に変更することができるので、その入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅さえ適切に設定すれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを小さく設定することができる。
【００７８】
また、上述した絞りステージ２６Ｓは、測定光をＸａ、Ｚａ方向へ変位させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、測定光の入射位置の異なる様々な条件下で測定を行うことができる。
【００７９】
また、上述した被検体ステージ２７Ｓは、被検体２７をθ０方向へ回動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、測定光の入射角度の異なる様々な条件下で測定を行うことができる。
【００８０】
また、上述したカメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をＸｃ、Ｚｃ方向へ移動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、被検体２７に対する測定光の入射位置の変化にカメラ２８を追従させることができる。また、複数のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の分布が広範囲に亘る場合であっても、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…をカメラ２８で捉え損ねることが無い。
【００８１】
また、上述したカメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をＹｃ方向へ移動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の結像面がずれていた場合であっても、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…を各々の結像面で捉えることができる。
【００８２】
また、本実施形態の回折性能測定装置において、カメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をθｃ方向へ回動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、被検体２７に対する測定光の入射角度の変化にカメラ２８を追従させることができる。
【００８３】
最後に、本実施形態の回折性能測定装置の補足を説明する。
【００８４】
本実施形態では、測定に関する制御が測定者によって行われるという前提で説明を行ったが、測定に関する制御の一部又は全部はコンピュータにより自動化されてもよい。例えば、コンピュータは、次のとおり制御を行ってもよい。
【００８５】
すなわち、コンピュータは、カメラ２８が出力する画像データに基づき互いに隣接する２つのスポット像が重なっているか否かを判別する。そして両者が重なっていた場合、コンピュータは、カメラ２８が出力する画像データを参照しながら絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓの少なくとも１つの位置又は姿勢を制御することにより、一方のスポット像がデフォーカスとなり、他方のスポット像がジャストフォーカスとなる状態を実現する。さらにコンピュータはこの状態でカメラ２８が出力する画像データに基づき、他方のスポット像の強度及び位置を検出する。このような自動化によれば、回折性能の測定を効率化することができる。
【００８６】
また、本実施形態の回折性能測定装置における絞り２６と被検体２７との間には、測定光の光量を一定の割合で抽出してモニタするモニタ用光学系が配置されてもよい。モニタ用光学系によれば、測定光の光量の時間変動や、測定光の光量の波長依存性が既知となるので、それに基づき測定結果（例えば各波長各次数の回折効率）をコンピュータに補正させれば、測定光の光量の時間変動や測定光の光量の波長依存性に左右されない高精度な測定が可能となる。なお、モニタ用光学系がモニタした光量は、光源の出力パワーをフィードバック制御する際のリファレンス光量として活用されてもよい。
【００８７】
また、本実施形態の回折性能測定装置では、被検体２７を回動させるステージとカメラ２８を回動させるステージとが別体のステージであったが、共通のステージにしてもよい。
【００８８】
また、本実施形態の回折性能測定装置の被検体は、結像機能を有していたが、結像機能を有していなくても構わない。結像機能を有しない被検体の測定に当たり、測定者は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおり、その被検体２７に対し補償光学系３０を組み合わせることにより結像機能を有したユニットを構成し、そのユニットごと被検体２７を被検体ステージ２７Ｓへセットしてもよい。
【００８９】
因みに、図３（Ａ）は、被検体２７の前後に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示しており、図３（Ｂ）は、被検体２７の後ろ側に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示しており、図３（Ｃ）は、被検体２７の前側に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示している。ユニットの構成としては、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の何れをも採用することが可能である。
【００９０】
また、本実施形態の回折性能測定装置の被検体は、屈折型の被検体であったが、反射型の被検体であってもよい。何れの場合もカメラ２８は被検体２７のうち回折光が射出する側へ向けて配置される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】回折性能測定装置の構成図である。
【図２】モノクロメータ１０から被検体２７の像面までの結像関係を示す光路図である。
【図３】補償光学系３０と被検体２７との組み合わせのバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…スーパーコンティニウム光源、１０…モノクロメータ、２０…偏光器、２５…ビームエキスパンダ、２６Ｓ…絞りステージ、２７Ｓ…被検体ステージ、２８Ｓ…カメラステージ２８Ｓ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＦレンズ（位相フレネルレンズ）を搭載したカメラレンズなど、回折光学素子を含む被検体の回折性能を測定する回折性能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長分散の異なる硝材を組み合わせて色収差を低減しようとする方法が広く知られている。例えば望遠鏡の分野では波長分散の小さい硝材で正レンズを作製し、波長分散の大きい硝材で負レンズを作製し、これらのレンズを組み合わせることにより色収差を低減している。
【０００３】
色収差を低減する他の方法として、レンズに回折光学素子を組み合わせる方法がある。回折光学素子による色収差低減は、回折光学素子の回折面で発生する色収差がレンズの屈折面で発生する色収差とは空間的に逆であるという現象を利用している。
【０００４】
通常、このような目的で使用される回折光学素子は、その搭載先である光学装置（カメラレンズなど）のフレアを低減するために、特定の次数の回折光の強度が十分に高くなり、それ以外の次数の回折光の強度が十分に低くなるように設計される。因みにフレア低減に有効な格子形状としては、ブレーズ型が既に知られている。
【０００５】
但し、回折光学素子の回折効率には波長依存性があり、またカメラレンズなどの使用波長は広帯域である（例えば可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍ）。このため回折光学素子を搭載したカメラレンズは、フレアを完全に除去できない可能性があった。
【０００６】
そこで近年は、回折効率の波長依存性が低減された回折光学素子として、積層された複数の光学材料を有し、かつ少なくとも１つの境界面に格子形状を形成してなる複層型回折光学素子が提案された（特許文献１等を参照）。
【特許文献１】特開平９−１２７３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような回折光学素子は高機能であるが故にその性能を測定するのが難しい。よって、例えばカメラレンズに搭載された回折光学素子の性能は、そのカメラレンズが形成する像の良否（フレアの有無）により大まかに測定されるだけであった。
【０００８】
そこで本発明は、回折光学素子を含む被検体の回折性能を精密に測定するのに好適な回折性能測定装置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】
【０００９】
本発明の回折性能測定装置の一態様は、所定の波長帯域の光を出射する光源と、前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータと、回折光学素子を含む被検体へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部と、前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、前記モノクロメータは、零分散型のダブルモノクロメータであってもよい。
【００１１】
また、前記ダブルモノクロメータの中間スリットのスリット幅は、前記ダブルモノクロメータの入出力スリットのスリット幅とは独立に可変であってもよい。
【００１２】
また、前記光源は、スーパーコンティニウム光源であってもよい。
【００１３】
また、前記投光部は、前記被検体へ投光する光の偏光状態及び偏光方位の少なくとも一方を制御する偏光制御手段を備えてもよい。
【００１４】
また、前記一態様は、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる駆動手段を更に備えてもよい。
【００１５】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記被検体との間の位置関係を調節してもよい。
【００１６】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記被検体との間の角度関係を調節してもよい。
【００１７】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記検出部との間の位置関係を調節してもよい。
【００１８】
また、前記駆動手段は、前記投光部と前記検出部との間の角度関係を調節してもよい。
【００１９】
また、前記検出部は、前記被検体で発生した回折光の強度を二次元撮像素子で検出してもよい。
【００２０】
また、前記駆動手段は、前記回折光のうち強度の検出対象である回折光が最も集中する位置において前記検出部が前記検出を行うように、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回折光学素子を含む被検体の回折性能を精密に測定するのに好適な回折性能測定装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［実施形態］
先ず、回折光学素子を含む被検体の回折性能測定を精密に行う上で必要とされる各条件を説明する。
【００２３】
（微弱測定について）
通常、回折光学素子は、特定の次数（多くの場合は１次）の回折光の強度が高くなり、他の次数の回折光の強度が低くなるように設計される。ｍ次回折光の光量をＡ、ｍ次以外の回折光の光量の合計をＢとしたとき、ｍ次回折効率ηｍ（％）は、ηｍ＝１００×Ａ／（Ａ＋Ｂ）で定義される。近年の高機能な回折光学素子では、強度を高くすべき次数の回折効率は例えば９５％以上に高められ、強度を抑えるべき次数の回折効率は例えば１％未満に抑えられる。このように高機能な回折光学素子の回折性能を詳細に調べるには、強度を高くすべき次数の回折効率だけでなく、強度を低くすべき他の次数の回折効率についてもそれぞれ測定する必要がある。そのためには、微弱な回折光の光量をも検出できるよう高パワー光源を使用する必要がある。
【００２４】
（分光測定について）
一般に、回折光学素子には波長依存性がある。したがって回折光の光量検出は、回折光学素子の使用波長帯域内の各波長でそれぞれ行われる必要がある。例えば回折光学素子の使用波長が可視光域であるならば、４００〜７００ｎｍの波長帯域内の各波長の測定光で検出が行われることが望ましい。また、各波長の測定光の波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）は、１〜２０ｎｍ、例えば１０ｎｍ程度に狭められていることが望ましい。
【００２５】
（空間分布測定について）
回折光学素子で発生する回折光は、その次数によって進行方向が異なる。よって、各次数の回折光を同じ光学系で集光したとしても、その集光位置は互いにずれる。しかも、そのずれは、光軸と垂直な面内だけでなく光軸方向にも及ぶ。したがって、各次数の回折光の光量を確実に測定するには、回折光の検出位置の自由度が高いことが望ましい。そのためには、検出部の位置関係を調節可能にする、検出部に予め多数の受光素子を配列させるなどの工夫が必要である。
【００２６】
（測定光の変更について）
回折光学素子の回折性能を詳細に調べるには、測定光の径が可変であることが望ましい。例えば、径サイズの互いに異なる複数種類の円形開口絞りを用意し、それを交換しながら測定を行うことが望ましい。或いは、開口サイズが可変の矩形開口絞りを使用し、その開口サイズを変化させながら回折光の光量検出を行うことが望ましい。また、回折光学素子に対する測定光の入射角度や偏光状態についてもそれぞれ可変であることが望ましい。
【００２７】
次に、回折性能測定装置を説明する。
【００２８】
図１は、回折性能測定装置の構成図である。図１に示すとおり、回折性能測定装置には、スーパーコンティニウム光源１、モノクロメータ１０、偏光器２０、ビームエキスパンダ２５、絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓなどが備えられる。なお、外部からの光の混入を防止するため、回折性能測定装置の全体は筐体で覆われている。
【００２９】
絞りステージ２６Ｓには絞り２６がセットされ、被検体ステージ２７Ｓには被検体２７がセットされ、カメラステージ２８Ｓにはカメラ２８がセットされている。ここでは被検体２７を、回折光学素子を含むカメラレンズとする。被検体２７は、保持部２７ｈによって保持されており、その保持部２７ｈの内部を光軸の周り（図１のω０方向）へ回転可能である。
【００３０】
モノクロメータ１０には、シャッタ１１、ターレット１２、集光レンズ１３、スリット部材１５、コリメータミラー１６、回折格子１７、偏向ミラー１４、コリメータレンズ１８などが配置されている。
【００３１】
スーパーコンティニウム光源１は、少なくとも４００〜７００ｎｍの波長帯域（可視光域）の白色光を出射する。このスーパーコンティニウム光源１のパワーは、０．１ｍＷ／ｎｍ以上である。
【００３２】
シャッタ１１は、スーパーコンティニウム光源１から射出した光を測定者が所望するタイミングでオン／オフするためのシャッタである。
【００３３】
スーパーコンティニウム光源１を射出し、かつシャッタ１１を通過した光は、ターレット１２へ入射する。
【００３４】
ターレット１２の個々のフィルタ部には、ＮＤフィルタ、バンドパスフィルタ、コールドフィルタなどが重ねて装着されている。これらのフィルタは、スーパーコンティニウム光源１を射出した光のうち、後述する測定光に付与すべき波長帯域から大きく離れた波長帯域をカットする働きがある。また、ターレット１２を回転させると、光路に挿入されるフィルタ部が別の特性のフィルタ部に切り替わり、それによってターレット１２によるカット波長帯域が切り替わる。
【００３５】
ターレット１２を通過した光は、集光レンズ１３へ入射し、その集光レンズ１３の集光作用によりスリット部材１５へ向けて集光する。なお、集光レンズ１３からスリット部材１５へ向かう光は、偏向ミラー１４の手前又は奥側を進行するので、偏向ミラー１４によって蹴られることは無い。
【００３６】
スリット部材１５には、図１の上部に拡大して示すとおり、透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔと、反射型の中間スリット１５ｍｉｄとが並べて設けられている。入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅と中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅とは、独立に変更することが可能である。
【００３７】
集光レンズ１３の側からスリット部材１５へ入射した光は、透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する。入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔを通過した光束は、コリメータミラー１６へ向かう。コリメータミラー１６へ入射した光束は、コリメータミラー１６を反射して平行光束となり、回折格子１７へ向かう。回折格子１７へ入射した光は、その回折格子１７により波長分散が付与され、その状態でコリメータミラー１６へ戻る。
【００３８】
ここで回折格子１７の配置角度は図１中矢印で示す方向に可変であり、その配置角度を連続的に変化させると、回折格子１７からコリメータミラー１６へ戻る光の中心波長が連続的にシフトする。
【００３９】
コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射し、スリット部材１５に向けて集光する。その光は、スリット部材１５に設けられた反射型の中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光する。
【００４０】
中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光した光のうち、中間スリット１５ｍｉｄを反射した光は、コリメータミラー１６に戻る。コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射して平行光束となり、回折格子１７へ再入射する。回折格子１７へ再入射した光は、回折格子１７により波長分散が再付与されてからコリメータミラー１６へ戻る。なお、再入射した光に対して回折格子１７が付与する波長分散の方向は、最初に入射した光に対して回折格子１７が付与する波長分散の方向とは逆である。
【００４１】
コリメータミラー１６へ戻った光は、コリメータミラー１６を反射し、スリット部材１５に向けて集光する。その光は、スリット部材１５に設けられた透過型の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する。
【００４２】
入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔを通過した光は、偏向ミラー１４で反射した後にコリメータレンズ１８で平行光束となってモノクロメータ１０を射出し、偏光器２０へ向かう。
【００４３】
偏光器２０には、第１グランレーザプリズム２１と、フレネルロム２２と、第２グランレーザプリズム２３とが配置されている。第１グランレーザプリズム２１、第２グランレーザプリズム２３は、光路に対して個別に挿脱可能であり、フレネルロム２２は、図１中矢印で示す方向へ回転可能である。
【００４４】
このような偏光器２０は、符号２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃで示す各状態の間で切り替えが可能である。例えば符号２０Ｂの状態にあるときに偏光器２０は入射光の偏光状態を円偏光にすることができ、符号２０Ａ又は符号２０Ｃの状態にあるときに偏光器２０は入射光の偏光状態を直線偏光にすることができる。さらに、符号２０Ｃの状態にあるときにフレネルロム２２の回転位置を変化させれば、偏光器２０は直線偏光の偏光方位を変化させることもできる。
【００４５】
偏光器２０から射出した光は、ビームエキスパンダ２５においてその径を拡大してから絞り２６に入射する。絞り２６を通過した光は径の細い光となり、測定光として被検体２７の物体側へ投光される。
【００４６】
ここで絞り２６は、径のサイズが所定値に設定された円形開口絞りである。この絞り２６は、径の異なる１又は複数の円形開口絞りとの間で交換可能であって、その交換により、測定光の径のサイズを、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の様々な値の間で切り替えることができる。なお、絞り２６としては、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内で縦横幅が可変の矩形開口絞りを使用してもよい。また、測定光の径（又は幅）の変化範囲は、必要に応じて１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲よりも広く確保されてもよい。
【００４７】
被検体２７へ投光された測定光は、被検体２７の結像作用及び被検体２７の回折作用を受けた後に被検体２７の像側から射出し、カメラ２８へ入射する。
【００４８】
被検体２７の像側から射出する測定光は、被検体２７の回折作用により各次数の回折光に分離されており、それぞれ異なる位置にスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を形成する。これらのスポット像Ｓ０、Ｓ１、…は、カメラ２８に備えられた二次元撮像素子で撮像される。二次元撮像素子によれば、同一面上に形成された２以上のスポット像を同時に捉えることができるので、測定の効率化に有利である。
【００４９】
その撮像で得られた画像データは、不図示のコンピュータへ取り込まれる。コンピュータは、取り込まれた画像データに基づきスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の各々の強度を計算し、それによって各次数の回折光の光量を算出する。また、コンピュータは、取り込まれた画像に基づきスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の各々の形成位置を計算し、それによって各次数の回折光の回折角度を算出する。さらにコンピュータは、各次数の回折光の光量に基づき各次数の回折効率ηｍ＝１００×Ａ／（Ａ＋Ｂ）を算出する（但し、ｍは次数、Ａはｍ次回折光の光量、Ｂはｍ次以外の回折光の光量の合計である。）。
【００５０】
次に、モノクロメータ１０を詳しく説明する。
【００５１】
図２は、モノクロメータ１０から被検体２７の像面までの結像関係を示す光路図である。なお、図２では、図１に示した集光レンズ１３、コリメータレンズ１８、偏光器２０、ビームエキスパンダ２５は省略されており、反射型の光学素子は、それと等価な屈折型の光学素子として表されている。前述したとおりモノクロメータ１０は、その内部で入射光を２往復させるダブルモノクロメータである。ここでは、図２に示すモノクロメータ１０のうち、中間スリット１５ｍｉｄの前段部分を「第１モノクロメータ１０−１」と称し、中間スリット１５ｍｉｄの後段部分を「第２モノクロメータ１０−２」と称す。
【００５２】
先ず、第１モノクロメータ１０−１の入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔに着目する。この入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔ中央には、スーパーコンティニウム光源１の像（点光源）が形成される。その点光源のサイズは十分に小さく、また入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅はその点光源のサイズより若干広い程度に設定されている。よって、その点光源のサイズが、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを決めることになる。
【００５３】
因みに、スーパーコンティニウム光源１のパワーは十分に高いのでスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度は十分に高くなる。また、スーパーコンティニウム光源１による点光源のサイズは十分に小さいのでスポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズは十分に小さくなる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置を高精度に求めることができる。
【００５４】
なお、本実施形態の回折性能測定装置では、スーパーコンティニウム光源１の代わりにそれと同等の波長帯域の光を射出可能な他の光源（キセノンランプなど）を使用してもよい。
【００５５】
但し、キセノンランプなどの面光源を使用する場合には、面光源からの射出光を入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔで制限することにより、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの位置に点光源を生成する必要がある。その場合、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅がスポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを決めることになる。
【００５６】
因みに、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズは、互いに隣接する２つのスポット像が重ならない程度に小さいことが望ましい。例えば、モノクロメータ１０と被検体２７との間に配置されるコリメータレンズ（図１の符号１８）の焦点距離をｆ１とおき、被検体２７の焦点距離をｆ２とおき、被検体２７の物体側におけるｎ次回折光と（ｎ＋１）次回折光との角度差をθｄとおいた場合に、ｎ次回折光によるスポット像と（ｎ＋１）次回折光によるスポット像とが重ならないためには、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅Ｓは、以下の式を満たすよう設定されればよい。
【００５７】
Ｓ・ｆ１／ｆ２＜ｆ２θｄ
なお、スリット幅Ｓが仮に上式を満たせなかった場合（つまり前記２つのスポット像が重なる場合）には、次のようにすればよい。すなわち、測定者は、図１に示すカメラ２８の位置を調節することにより、一方のスポット像をデフォーカス状態とし、他方のスポット像にフォーカスを合わせた状態とする。スポット像のフォーカスが合っている状態では回折光が最も集中している。その状態で撮像を行い、一方のスポット像の影響を抑えながら他方のスポット像を撮像する。この撮像で得られた画像データに基づけば、他方のスポット像の強度及び位置を一定の精度で求めることが可能である。なお、カメラ２８の位置調整は、後に詳述するカメラステージ２８Ｓによって行うことが可能である。
【００５８】
次に、第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７及び中間スリット１５ｍｉｄに着目する。
【００５９】
第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７は、前述したとおり入射光に対して波長分散を与えるので、中間スリット１５ｍｉｄの近傍に集光する光も波長分散している。そして、回折格子１７の配置角度を連続的に変化させると、中間スリット１５ｍｉｄに入射可能な光の中心波長が連続的にシフトし、測定光の中心波長も連続的にシフトする。
【００６０】
また、中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅を連続的に変化させると、第２モノクロメータ１０−２へ入射可能な光の波長幅が連続的に変化し、測定光の波長幅も連続的に変化する。
【００６１】
なお、通常は、測定光の波長幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）が１〜２０ｎｍ、例えば１０ｎｍ程度に狭められるように中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅が設定されており、必要に応じてそのスリット幅が拡縮されることが望ましい。
【００６２】
また、その中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅は、前述した入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅とは独立に変更可能である。よって、本実施形態の回折性能測定装置では、測定光の波長幅を、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズとは独立に変更することができる。
【００６３】
次に、第２モノクロメータ１０−２の回折格子１７及び入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔに着目する。
【００６４】
第２モノクロメータ１０−２の回折格子１７は、前述したとおり第１モノクロメータ１０−１の回折格子１７が入射光に与えた波長分散とは空間的に逆の波長分散を入射光に与えるので、入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔの中央に集光する光は、波長分散が零となる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置では、波長の偏りの無い良好な測定光を得ることができる。
【００６５】
次に、図１に戻り、絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓを詳しく説明する。なお、ここでは、光軸方向をＹ方向とし、光軸と垂直な２方向をＸ、Ｚ方向として説明する。
【００６６】
絞りステージ２６Ｓは、ＸＺステージを備えており、そのＸＺステージにより、ビームエキスパンダ２５の光軸と垂直な２方向（Ｘａ、Ｚａ方向）へ絞り２６を移動させることができる。したがって、被検体２７に対する測定光の入射位置は、調節可能である。
【００６７】
被検体ステージ２７Ｓは、θステージを備えており、そのθステージにより、絞り２６の開口部近傍からＺａ方向に延びる中心軸の周り（θ０方向）に被検体２７を回動させることができる。したがって、被検体２７に対する測定光の入射角度は、調節可能である。
【００６８】
また、被検体ステージ２７Ｓは、Ｙステージを備えており、そのＹステージにより、被検体２７の光軸の方向（Ｙ０方向）へ被検体２７を移動させることができる。したがって、絞り２６と被検体２７との間隔は、調節可能である。
【００６９】
また、カメラステージ２８Ｓは、ＸＺステージを備えており、そのＸＺステージにより、カメラ２８の光軸と垂直な２方向（Ｘｃ、Ｚｃ方向）へカメラ２８を移動させることができる。したがって、測定光のＸａ、Ｚａ方向への変位にカメラ２８を追従させることができる。また、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のＸｃ、Ｚｃ方向の分布が広範囲に亘る場合であっても、Ｘｃ、Ｚｃ方向へカメラ２８を移動させながら撮像を行えば、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を捉え損ねることは無い。
【００７０】
また、カメラステージ２８Ｓは、Ｙステージを備えており、そのＹステージにより、カメラ２８の光軸の方向（ＹＣ方向）へカメラ２８を移動させることができる。したがって、被検体２７とカメラ２８との間隔は、調節可能である。また、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の結像面がずれていた場合であっても、その方向へカメラ２８を移動させながら撮像を行えば、個々のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…を各々の結像面で捉えることができる。
【００７１】
また、カメラステージ２８Ｓは、θステージを備えており、そのθステージにより、絞り２６の開口部近傍からＺａ方向に延びる中心軸の周り（θＣ方向）にカメラ２８を回動させることができる。したがって、被検体２７のθ０方向への回動にカメラ２８を追従させることができる。
【００７２】
次に、本実施形態の回折性能測定装置の効果を説明する。
【００７３】
上述したモノクロメータ１０は、回折格子１７の回動により測定光の中心波長を調節する分光波長連続可変型のモノクロメータである。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、測定光の中心波長を任意に設定することが可能である。このように測定光の中心波長を任意に設定できれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置の検出を様々な波長で行うことができる。よって、各次数の回折効率を様々な波長について求めることができる。
【００７４】
また、上述したモノクロメータ１０は、図２に示したとおり零分散型のダブルモノクロメータである。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、空間的な波長の偏りの無い良好な測定光で測定を行うことができる。
【００７５】
また、上述したモノクロメータ１０は、前述したとおり中間スリット１５ｍｉｄのスリット幅を入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅とは独立に変更することができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置によれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズとは独立に測定光の波長幅を設定することができる。
【００７６】
また、本実施形態の回折性能測定装置が光源としてスーパーコンティニウム光源１を使用した場合には、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを小さくし、かつスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度を高くすることができるので、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の強度及び位置の検出を高精度に行い、各次数の回折効率を高精度に求めることができる。
【００７７】
また、本実施形態の回折性能測定装置が光源としてスーパーコンティニウム光源１を使用しなかった場合であっても、モノクロメータ１０の入出力スリットのスリット幅は中間スリットのスリット幅とは独立に変更することができるので、その入出力スリット１５ｉｎ／ｏｕｔのスリット幅さえ適切に設定すれば、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…のサイズを小さく設定することができる。
【００７８】
また、上述した絞りステージ２６Ｓは、測定光をＸａ、Ｚａ方向へ変位させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、測定光の入射位置の異なる様々な条件下で測定を行うことができる。
【００７９】
また、上述した被検体ステージ２７Ｓは、被検体２７をθ０方向へ回動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、測定光の入射角度の異なる様々な条件下で測定を行うことができる。
【００８０】
また、上述したカメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をＸｃ、Ｚｃ方向へ移動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、被検体２７に対する測定光の入射位置の変化にカメラ２８を追従させることができる。また、複数のスポット像Ｓ０、Ｓ１、…の分布が広範囲に亘る場合であっても、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…をカメラ２８で捉え損ねることが無い。
【００８１】
また、上述したカメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をＹｃ方向へ移動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…の結像面がずれていた場合であっても、スポット像Ｓ０、Ｓ１、…を各々の結像面で捉えることができる。
【００８２】
また、本実施形態の回折性能測定装置において、カメラステージ２８Ｓは、カメラ２８をθｃ方向へ回動させることができる。したがって、本実施形態の回折性能測定装置は、被検体２７に対する測定光の入射角度の変化にカメラ２８を追従させることができる。
【００８３】
最後に、本実施形態の回折性能測定装置の補足を説明する。
【００８４】
本実施形態では、測定に関する制御が測定者によって行われるという前提で説明を行ったが、測定に関する制御の一部又は全部はコンピュータにより自動化されてもよい。例えば、コンピュータは、次のとおり制御を行ってもよい。
【００８５】
すなわち、コンピュータは、カメラ２８が出力する画像データに基づき互いに隣接する２つのスポット像が重なっているか否かを判別する。そして両者が重なっていた場合、コンピュータは、カメラ２８が出力する画像データを参照しながら絞りステージ２６Ｓ、被検体ステージ２７Ｓ、カメラステージ２８Ｓの少なくとも１つの位置又は姿勢を制御することにより、一方のスポット像がデフォーカスとなり、他方のスポット像がジャストフォーカスとなる状態を実現する。さらにコンピュータはこの状態でカメラ２８が出力する画像データに基づき、他方のスポット像の強度及び位置を検出する。このような自動化によれば、回折性能の測定を効率化することができる。
【００８６】
また、本実施形態の回折性能測定装置における絞り２６と被検体２７との間には、測定光の光量を一定の割合で抽出してモニタするモニタ用光学系が配置されてもよい。モニタ用光学系によれば、測定光の光量の時間変動や、測定光の光量の波長依存性が既知となるので、それに基づき測定結果（例えば各波長各次数の回折効率）をコンピュータに補正させれば、測定光の光量の時間変動や測定光の光量の波長依存性に左右されない高精度な測定が可能となる。なお、モニタ用光学系がモニタした光量は、光源の出力パワーをフィードバック制御する際のリファレンス光量として活用されてもよい。
【００８７】
また、本実施形態の回折性能測定装置では、被検体２７を回動させるステージとカメラ２８を回動させるステージとが別体のステージであったが、共通のステージにしてもよい。
【００８８】
また、本実施形態の回折性能測定装置の被検体は、結像機能を有していたが、結像機能を有していなくても構わない。結像機能を有しない被検体の測定に当たり、測定者は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおり、その被検体２７に対し補償光学系３０を組み合わせることにより結像機能を有したユニットを構成し、そのユニットごと被検体２７を被検体ステージ２７Ｓへセットしてもよい。
【００８９】
因みに、図３（Ａ）は、被検体２７の前後に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示しており、図３（Ｂ）は、被検体２７の後ろ側に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示しており、図３（Ｃ）は、被検体２７の前側に補償光学系３０が組み合わされたユニットを示している。ユニットの構成としては、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の何れをも採用することが可能である。
【００９０】
また、本実施形態の回折性能測定装置の被検体は、屈折型の被検体であったが、反射型の被検体であってもよい。何れの場合もカメラ２８は被検体２７のうち回折光が射出する側へ向けて配置される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】回折性能測定装置の構成図である。
【図２】モノクロメータ１０から被検体２７の像面までの結像関係を示す光路図である。
【図３】補償光学系３０と被検体２７との組み合わせのバリエーションを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…スーパーコンティニウム光源、１０…モノクロメータ、２０…偏光器、２５…ビームエキスパンダ、２６Ｓ…絞りステージ、２７Ｓ…被検体ステージ、２８Ｓ…カメラステージ２８Ｓ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータと、
回折光学素子を含む被検体へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部と、
前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部と
を備えたことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回折性能測定装置において、
前記モノクロメータは、
零分散型のダブルモノクロメータである
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回折性能測定装置において、
前記ダブルモノクロメータの中間スリットのスリット幅は、
前記ダブルモノクロメータの入出力スリットのスリット幅とは独立に可変である
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記光源は、
スーパーコンティニウム光源である
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記投光部は、
前記被検体へ投光する光の偏光状態及び偏光方位の少なくとも一方を制御する偏光制御手段を備えた
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる駆動手段を更に備えた
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記被検体との間の位置関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記被検体との間の角度関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項９】
請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記検出部との間の位置関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記検出部との間の角度関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１１】
請求項６〜請求項１０の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記検出部は、
前記被検体で発生した回折光の強度を二次元撮像素子で検出する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１２】
請求項６〜請求項１１の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記回折光のうち強度の検出対象である回折光が最も集中する位置において前記検出部が前記検出を行うように、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１】
所定の波長帯域の光を出射する光源と、
前記光源が出射した光から前記波長帯域より狭い波長帯域の光を抽出する分光波長連続可変型のモノクロメータと、
回折光学素子を含む被検体へ前記モノクロメータが抽出した光を投光する投光部と、
前記投光部が投光した光に応じて前記被検体で発生した回折光の強度を検出する検出部と
を備えたことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回折性能測定装置において、
前記モノクロメータは、
零分散型のダブルモノクロメータである
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回折性能測定装置において、
前記ダブルモノクロメータの中間スリットのスリット幅は、
前記ダブルモノクロメータの入出力スリットのスリット幅とは独立に可変である
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記光源は、
スーパーコンティニウム光源である
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記投光部は、
前記被検体へ投光する光の偏光状態及び偏光方位の少なくとも一方を制御する偏光制御手段を備えた
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる駆動手段を更に備えた
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記被検体との間の位置関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記被検体との間の角度関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項９】
請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記検出部との間の位置関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記投光部と前記検出部との間の角度関係を調節する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１１】
請求項６〜請求項１０の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記検出部は、
前記被検体で発生した回折光の強度を二次元撮像素子で検出する
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【請求項１２】
請求項６〜請求項１１の何れか一項に記載の回折性能測定装置において、
前記駆動手段は、
前記回折光のうち強度の検出対象である回折光が最も集中する位置において前記検出部が前記検出を行うように、前記投光部と前記被検体と前記検出部との少なくとも１つを移動又は姿勢変化させる
ことを特徴とする回折性能測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１４５３８（Ｐ２０１０−１４５３８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４６００（Ｐ２００８−１７４６００）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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