JP2022161124A - WAVEFRONT MEASURING DEVICE, WAVEFRONT MEASURING METHOD, AND OPTICAL SYSTEM AND OPTICAL ELEMENT MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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Abstract
【課題】短時間かつ高精度でシステムエラーを校正することが可能な小型の波面計測装置を提供する。【解決手段】波面計測装置(1)は、第1の光を被検物に向けて発する第1の光源部(100)と、被検物を介した第1の光を導光する光学系(50)と、光学系からの第1の光を受光する受光部(80)と、受光部から出力される第1の光に対応する信号と、参照データとに基づいて、被検物の波面を算出する算出部(90)と、第2の光を発する第2の光源部(200)と、第1の光の光路における光学系と受光部との間に配置され、第2の光を光学系に向けて反射する第1の反射部(60)と、第1の光の光路における第1の光源部と光学系との間に配置され、光学系からの第2の光を受光部に向けて反射する第2の反射部(40)とを有し、算出部は、受光部から出力される第2の光に対応する信号に基づいて、参照データを算出する。【選択図】図1A compact wavefront measurement device capable of calibrating a system error in a short time with high accuracy. A wavefront measuring device (1) includes a first light source (100) that emits a first light toward a test object, and an optical system that guides the first light through the test object. (50), a light receiving section (80) for receiving the first light from the optical system, a signal corresponding to the first light output from the light receiving section, and reference data. A calculation unit (90) that calculates a wavefront, a second light source unit (200) that emits the second light, and a light receiving unit arranged between the optical system and the light receiving unit in the optical path of the first light. toward the optical system, and is arranged between the first light source unit and the optical system in the optical path of the first light, and receives the second light from the optical system and a second reflecting portion (40) that reflects toward the light receiving portion (40), and the calculating portion calculates reference data based on a signal corresponding to the second light output from the light receiving portion. [Selection drawing] Fig. 1
Description
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。 The present invention relates to a wavefront measuring device for measuring a transmitted wavefront of an optical system.
従来、光学系や光学素子などの被検物の性能を評価するため、波面センサを用いたシングルパス透過波面計測が利用されている。被検物の透過波面を高精度に計測するには、波面計測装置のシステムエラーを校正する必要がある。 Conventionally, single-pass transmission wavefront measurement using a wavefront sensor has been used to evaluate the performance of test objects such as optical systems and optical elements. In order to measure the transmitted wavefront of the object with high accuracy, it is necessary to calibrate the system error of the wavefront measuring device.
特許文献1には、被検光学系の複数の物体高座標の透過波面を計測し、波面データから所定の収差成分を抽出し、所定の収差成分と偏心収差感度とを用いて、システムエラーを分離して被検光学系の偏心量を計測する偏心量計測装置が開示されている。特許文献2には、被検光学系と計測装置との相対位置関係を変化させて被検光学系の透過波面を計測し、波面データと相対位置関係とを用いてシステムエラーを校正して被検光学系の波面を計測する波面計測装置が開示されている。
In
しかしながら、特許文献1に開示された偏心量計測装置は、複数の軸外波面計測が必要となるため、システムエラーの校正に時間を要する。また、被検物が大口径レンズの場合、偏心量計測装置が大型化する。
However, the eccentricity measuring device disclosed in
特許文献2に開示された波面計測装置は、被検光学系と計測装置との相対位置関係を変化させたとき、被検光学系や計測装置の内部の光学素子の状態が変化しないことを前提としてシステムエラーを校正する。しかしながら、被検光学系や計測装置の光軸が水平方向を向いている場合、相対位置関係の変化(光軸に関する回転)に伴って自重変形が発生し、内部の光学素子の状態が変化するため、システムエラーの校正精度が低下する。
The wavefront measurement device disclosed in
そこで本発明は、短時間かつ高精度でシステムエラーを校正することが可能な小型の波面計測装置、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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a compact wavefront measuring apparatus, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that are capable of calibrating system errors in a short time and with high accuracy. do.
本発明の一側面としての波面計測装置は、第1の光を被検物に向けて発する第1の光源部と、前記被検物を介した前記第1の光を導光する光学系と、前記光学系からの前記第1の光を受光する受光部と、前記受光部から出力される前記第1の光に対応する信号と、参照データとに基づいて、前記被検物の波面を算出する算出部と、第2の光を発する第2の光源部と、前記第1の光の光路における前記光学系と前記受光部との間に配置され、前記第2の光を前記光学系に向けて反射する第1の反射部と、前記第1の光の光路における前記第1の光源部と前記光学系との間に配置され、前記光学系からの前記第2の光を前記受光部に向けて反射する第2の反射部とを有し、前記算出部は、前記受光部から出力される前記第2の光に対応する信号に基づいて、前記参照データを算出する。 A wavefront measuring device as one aspect of the present invention includes a first light source unit that emits first light toward a test object, and an optical system that guides the first light through the test object. a light receiving section for receiving the first light from the optical system, a signal corresponding to the first light output from the light receiving section, and reference data to determine the wavefront of the test object a calculating unit for calculating; a second light source unit for emitting second light; and a first reflecting portion that is arranged between the first light source portion and the optical system in the optical path of the first light, and receives the second light from the optical system. and a second reflecting portion that reflects toward the light receiving portion, and the calculating portion calculates the reference data based on a signal corresponding to the second light output from the light receiving portion.
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。 Other objects and features of the invention are illustrated in the following examples.
本発明によれば、短時間かつ高精度でシステムエラーを校正することが可能な小型の波面計測装置、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。 According to the present invention, it is possible to provide a compact wavefront measuring device, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that are capable of calibrating system errors in a short time and with high accuracy. .
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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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1の概略構成図である。
First, referring to FIG. 1, a wavefront measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
波面計測装置1は、光源10、11、ファイバ20、21、ハーフミラー40、60、リレー光学系(光学系)50、コリメータレンズ70、波面センサ(シャックハルトマンセンサなどの受光部)80、コンピュータ(算出部)90を備えて構成されている。このような構成において、波面計測装置1は、被検物30の透過波面を計測する。本実施例において、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(例えば、大口径の超望遠レンズ)である。
The
図1(A)は、被検物30を透過する被検光の光路を示している。光源10は、例えば、半導体レーザやLEDであり、ファイバ(シングルモードファイバ)20を介して第1の光(発散光)1000を射出する。本実施例において、光源10およびファイバ20は、第1の光源系(第1の光源部)100を構成する。
FIG. 1A shows the optical path of test light passing through the
被検物30に入射して透過した第1の光1000は、大きな光束の略平行光となり、ハーフミラー(第2の反射部)40に入射する。ハーフミラー40の一方の面は、反射防止膜が形成されたオプティカルフラットで、他方の面は一部の光を透過し、残りを反射するオプティカルフラット(反射面)である。反射面は、高い平面度(例えばλ/20)を有する。
The
ハーフミラー40を透過した第1の光1000は、リレー光学系50において適切なサイズの光束に縮小され、ハーフミラー60を透過し、波面センサ80で受光される。波面センサ80で受光された第1の光1000の信号は、コンピュータ(算出部)90に送られる。
The
図1(B)は、被検物30を透過(通過)しない参照光の光路を示している。光源11は、ファイバ21を介して、光源10と略同一の波長の第2の光(発散光)2000を射出する。第2の光2000は、コリメータレンズ(例えば対物レンズ)70を通って、略無収差の略平行光となる。なお、略平行光となった第2の光2000の光束サイズは、波面センサ80に入射する第1の光1000の光束サイズと同じ、または第1の光1000の光束サイズよりも大きい。本実施例において、光源11、ファイバ21、およびコリメータレンズ70は、第2の光源系(第2の光源部)200を構成する。
FIG. 1B shows the optical path of the reference light that does not pass through (pass through) the
第2の光源系200から射出された第2の光2000は、ハーフミラー(第1の反射部)60で反射され、第1の光1000の進行方向と反対方向に進行する第2の光2000Aとなる。第2の光2000Aは、リレー光学系50で拡大し、ハーフミラー(第2の反射部)40に入射する。第2の光2000Aは、ハーフミラー40で反射され、第1の光1000の進行方向と同じ方向に進行する第2の光2000Bとなる。
The
第2の光2000Bは、リレー光学系50で縮小され、ハーフミラー60を透過し、波面センサ80で受光される。なお、波面センサ80に入射した第2の光2000Bの光束サイズは、波面センサ80に入射した第1の光1000の光束サイズと同じ、または第1の光1000の光束サイズよりも大きい。波面センサ80で受光された第2の光2000Bの信号は、コンピュータ90に送られる。コンピュータ90は、第2の光2000Bの信号から参照データを算出し、第1の光1000の信号と、参照データに基づいて被検物30の透過波面を算出する。
The
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80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。
In this embodiment, the wavefront is calculated using the Shack-Hartmann principle. That is, the
次に、図2を参照して、本実施例における被検物30の透過波面の計測手順(波面計測方法)について説明する。図2は、波面計測方法のフローチャートである。
Next, referring to FIG. 2, a measurement procedure (wavefront measurement method) of the transmitted wavefront of the
まず、ステップS10において、第1の光源系100から被検物30へ向けて発し、被検物30とリレー光学系50を1回透過(シングルパス)した第1の光1000を波面センサ80で受光する(第1受光ステップ)。このとき、第2の光源系200から射出する光が混入しないように、第2の光源系200の電源をOFF、または、第2の光2000を遮光しておく。波面センサ80で受光した第1の光1000の信号Wmeasは、被検物30の透過波面Wsampleだけでなく、波面計測装置1のシステムエラーWREFを含む。システムエラーWREFとは、リレー光学系50の透過波面Wrelayとハーフミラー60の透過波面WHMtと波面センサ80で発生する検出誤差WSHSとの和である。なお、第1の光源系100から射出した光自体は、ファイバ20の空間フィルタ効果により、略無収差である。第1の光1000の信号Wmeasは、以下の式1で表される。
First, in step S10, the
続いてステップS20において、第2の光源系200から射出し、ハーフミラー60とハーフミラー40を介して、リレー光学系50を2回透過(ダブルパス)した第2の光2000Bを波面センサ80で受光する(第2受光ステップ)。このとき、第1の光源系100から射出する光が混入しないように、第1の光源系100の電源をOFF、または、第1の光1000を遮光しておく。波面センサ80で受光した第2の光に対応する信号Wref1は、波面計測装置1のシステムエラーを構成する3つの要素(リレー光学系50の透過波面Wrelay、ハーフミラー60の透過波面WHMt、波面センサ80の検出誤差WSHS)の情報を含む。なお、第2の光源系200から射出した光自体は、ファイバ21から射出し、収差補正されたコリメータレンズ70でコリメートされているため、略無収差である。ハーフミラー40における反射波面も無視できるほど小さい。信号Wref1は、ハーフミラー60の反射波面WHMrの情報を含む。すなわち、第2の光2000Bの信号Wref1は、以下の式(2)で表される。
Subsequently, in step S20, the
続いてステップS30において、コンピュータ90は、第2の光2000Bの信号Wref1に基づいて、システムエラーに相当する参照データWREFを算出する(第1算出ステップ)。通常、ハーフミラー60の透過波面WHMt、反射波面WHMr、および波面センサ80で発生する検出誤差WSHSは、無視できるほど小さく、WHMt~WHMr~WSHS~0である。すなわち、参照データ(システムエラー)WREFは、実質的にはリレー光学系50の透過波面Wrelayに相当するため、以下の式(3)で表される。
Subsequently, in step S30, the
仮に、ハーフミラー60と波面センサ80由来のシステムエラーが無視できない量の場合、次のような方法で計測することができる。図3は、ハーフミラー60と波面センサ80で発生するシステムエラーの計測配置図である。
If the amount of system error derived from the
図3(A)に示されるように、波面計測装置1において、リレー光学系50とハーフミラー60との間に、高い平面度を有するミラー(第3の反射部)43を挿入する。第2の光源系200から射出してハーフミラー60で反射した第2の光2000Aは、ミラー43で反射され、第1の光1000の進行方向と同じ方向に進行する第2の光2000Cとなる。第2の光2000Cは、ハーフミラー60を透過し、波面センサ80で受光される。波面センサ80で受光された第2の光2000Cの信号Wref2は、以下の式(4)で表される。なお、ミラー43における反射波面は無視できる。
As shown in FIG. 3A , in the
一般的に、ハーフミラーの反射面は高い平面度を有するため、反射波面は無視できるほど小さい。一方、ハーフミラーの透過波面(特にハーフミラーがキューブ型ビームスプリッタの場合)は、無視できないことがある。すなわち、WHMt>>WHMr~0となる。よって、参照データ(システムエラー)WREFは、式(1)、式(2)、および式(4)より、以下の式(5)のように表される。 In general, since the reflecting surface of the half mirror has high flatness, the reflected wavefront is so small that it can be ignored. On the other hand, the transmitted wavefront of the half mirror (especially when the half mirror is a cube beam splitter) may not be negligible. That is, W HMt >>W HMr ˜0 . Therefore, the reference data (system error) W REF is expressed as the following equation (5) from equations (1), (2), and (4).
仮に、ハーフミラー60の反射波面WHMrも校正したい場合、図3(B)のような系を組む。すなわち、リレー光学系50とハーフミラー60との間から、第1の光1000の進行方向と同じ方向に、第1の光の波長と略同一の波長の第3の光3000を波面センサ80に向けて射出する。そして、ハーフミラー60を透過し、波面センサ80で受光された第3の光3000の信号を取得する。
If it is desired to calibrate the reflected wavefront WHMr of the
図3(B)では、リレー光学系50とハーフミラー60の間に、高い平面度を有するミラー(第4の反射部)75を配置し、第3の光源系(第3の光源部)300からの第3の光3000を横から導光している。第3の光源系300は、光源12、ファイバ22、およびコリメータ71で構成される。第3の光3000の信号は、波面計測装置1を組み立てる前に取得しておいてもよい。ミラー75を用いる代わりに、リレー光学系50を取り外し、リレー光学系の代わりに第3の光源系300を第1の光1000の光路上に配置してもよい。第3の光源系300の代わりに第2の光源系200を配置し、第2の光源系200から射出する光を第3の光3000として利用してもよい。波面センサ80で受光した第3の光3000の信号Wref3は、以下の式(6)で表される。
In FIG. 3B, a mirror (fourth reflecting section) 75 having high flatness is arranged between the relay
参照データ(システムエラー)WREFは、式(1)、式(2)、式(4)、および式(6)より、以下の式(7)のように表される。 The reference data (system error) W REF is expressed as the following equation (7) from equations (1), (2), (4), and (6).
最後に、ステップS40において、コンピュータ90は、第1の光1000の信号Wmeasと参照データWREFとに基づいて、被検物30の透過波面Wsampleを算出する(第2算出ステップ)。被検物30の透過波面Wsampleは、式(1)と式(3)、または式(1)と式(5)、または式(1)と式(7)を用いて、以下の式(8)のように表される。
Finally, in step S40, the
波面センサ80で受光したそれぞれの信号Wmeas、Wref1、Wref2、Wref3を前述の式に代入するときのデータの形式は、波面の2次元配列でもよいし、波面を特定の関数(例えばゼルニケ関数)でフィッティングしたときの係数でもよい。または、波面センサ(シャックハルトマンセンサ)の各スポット位置(複数の点像の位置に関する情報)でもよい。通常、シャックハルトマンセンサは、無収差光が入射したときのスポット位置を基準に被検光の波面を解析する。本実施例では、その代わりに、参照データ(システムエラー)WREFのスポット位置を基準に第1の光1000のスポット位置Wmeasのシフト量を算出することで、システムエラー校正済みの被検物30の透過波面が得られる。以上の構成により、本実施例では、波面計測装置1のシステムエラーを校正して、被検物30の透過波面を計測することができる。
When substituting the respective signals W meas , W ref1 , W ref2 , and W ref3 received by the
以上のように、本実施例において、波面計測装置1は、第1の光源部(第1の光源系100)、光学系(リレー光学系50)、受光部(波面センサ80)、および算出部(コンピュータ90)を有する。また波面計測装置は、第2の光源部(第2の光源系200)、第1の反射部(ハーフミラー60)、および第2の反射部(ハーフミラー40)を有する。第1の光源部は、第1の光1000を被検物30に向けて発する。光学系は、被検物を介した第1の光を導光する(光路および光束径を調整する)。受光部は、光学系からの第1の光を受光する。算出部は、受光部から出力される第1の光に対応する信号と、参照データとに基づいて、被検物の波面を算出する。第2の光源部は、第2の光2000を発する。第1の反射部は、第1の光の光路における光学系と受光部との間に配置され、第2の光を光学系に向けて反射する。第2の反射部は、第1の光の光路における第1の光源部と光学系との間に配置され、光学系からの第2の光を受光部に向けて反射する。算出部は、受光部から出力される第2の光に対応する信号に基づいて、参照データを算出する。好ましくは、参照データは、受光部における複数の点像の位置に関する情報である。
As described above, in this embodiment, the
好ましくは、波面計測装置は、第1の光の光路における光学系と第1の反射部との間に配置され、第1の反射部からの第2の光を受光部に向けて反射する第3の反射部(ミラー43)を有する。算出部は、受光部から出力される第3の反射部を介した第2の光に対応する信号に基づいて、参照データを算出する。また好ましくは、受光部は、第1の反射部を透過した第2の光を受光する。 Preferably, the wavefront measuring device is arranged between the optical system and the first reflecting section in the optical path of the first light, and reflects the second light from the first reflecting section toward the light receiving section. It has 3 reflectors (mirrors 43). The calculator calculates reference data based on a signal corresponding to the second light that has passed through the third reflector and is output from the light receiver. Further preferably, the light receiving section receives the second light transmitted through the first reflecting section.
好ましくは、波面計測装置は、第3の光3000を発する第3の光源部(第3の光源系300)、および、第1の光の光路における光学系と第1の反射部との間に配置され、第3の光を受光部に向けて反射する第4の反射部(ミラー75)を有する。算出部は、受光部から出力される第3の光に対応する信号に基づいて、参照データを算出する。 Preferably, the wavefront measuring device includes a third light source unit (third light source system 300) that emits the third light 3000, and a It has a fourth reflecting portion (mirror 75) arranged to reflect the third light toward the light receiving portion. The calculator calculates reference data based on the signal corresponding to the third light output from the light receiver.
一般的なシングルパス波面計測装置では、被検光と同じ光路を通り、かつ、被検光の光束サイズと同じ、または被検光の光束サイズよりも大きい光束を有する略無収差光(参照光)を用いて、波面計測装置のシステムエラーを校正する。しかしながら、大口径の被検物の場合、その口径以上の光束の略無収差光を準備することが難しい。そこで本実施例では、その代わりに、被検光の光束が小さくなる波面センサの近傍から、被検光と逆方向に向けて、被検光の光束サイズと同じ、または被検光の光束サイズよりも大きい光束の略無収差光を射出する。そして、被検物直前に配置されたハーフミラーで反射して、被検光と同じ光路を通る参照光を生成する。また、シングルパス(被検光)とダブルパス(参照光)との不整合を演算により補正する。本実施例は、小さい光束であれば略無収差光を準備することは容易であること、また、大口径でも高い平面度の反射面であれば簡単に準備することができることを利用している。 In a general single-pass wavefront measurement device, an almost aberration-free light (reference light ) is used to calibrate the system error of the wavefront measurement device. However, in the case of an object with a large aperture, it is difficult to prepare a substantially aberration-free light beam with a diameter larger than that aperture. Therefore, in this embodiment, instead of that, from the vicinity of the wavefront sensor where the luminous flux of the test light becomes small, the luminous flux size of the test light is the same as the test light or the luminous flux size of the test light is directed in the opposite direction to the test light. It emits substantially stigmatic light of a luminous flux larger than . Then, it is reflected by a half-mirror placed in front of the test object to generate reference light that passes through the same optical path as the test light. Also, the mismatch between the single pass (test light) and the double pass (reference light) is corrected by calculation. This embodiment makes use of the fact that it is easy to prepare substantially aplanatic light for a small luminous flux, and that it is easy to prepare a reflecting surface with a high degree of flatness even with a large diameter. .
また本実施例では、被検物を回転させて複数の波面を計測する必要がない。第2の光源系は小さい光学素子のみで構成できるため、波面計測装置のサイズを抑制することができる。以上のように、本実施例を用いれば、波面計測装置の大きさを抑制しつつ、短い計測時間で波面計測装置のシステムエラーを校正することができる。 Moreover, in this embodiment, it is not necessary to rotate the test object and measure a plurality of wavefronts. Since the second light source system can be configured with only small optical elements, the size of the wavefront measuring apparatus can be suppressed. As described above, by using this embodiment, it is possible to calibrate the system error of the wavefront measuring apparatus in a short measurement time while suppressing the size of the wavefront measuring apparatus.
本実施例の計測フローでは、被検物の透過波面の情報を含む第1の光1000の信号を取得してから、システムエラーの情報を含む第2の光2000Bの信号を取得するが、順番は逆でもよい。システムエラーの経時変化が小さい場合、事前にステップS20とステップS30を実施して参照データを取得しておけば、計測フローの中ではステップS20とステップS30を省略してもよい。
In the measurement flow of this embodiment, the signal of the
本実施例では、第2の反射部としてのハーフミラー40を常設している。ただし、その代わりに、着脱可能なミラーを第2の反射部として準備し、ステップS20のときにだけ装着してもよい。また本実施例では、ハーフミラー60や第2の光源系200を常設しているが、その代わりに、着脱可能なハーフミラー60や第2の光源系200を準備し、ステップS20のときだけ装着してもよい。また本実施例では、収差補正されたコリメータレンズ70として対物レンズを採用している。その代わりに、大口径のレンズ(例えば超望遠レンズ)を準備し、その近軸領域の小さい光束だけ取り出して、第2の光2000としてもよい。近軸領域の波面は、略無収差とみなすことができる。また本実施例では、第1の光源系100の光源10と第2の光源系200の光源11とを別々に準備している。その代わりに、1つの光源(例えば光源10)からファイバ20、21それぞれに光を分岐することで、光源11を省略してもよい。
In this embodiment, a
本実施例では、波面センサ80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80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してもよい。
In this embodiment, a Shack-Hartmann sensor with a microlens array is used as the
または、本実施例において、被検光の強度情報を用いて波面を算出する方法を採用してもよい。この方法は、以下のとおりである。すなわち、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80として配置する。そして、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90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算出方法は、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。
Alternatively, in this embodiment, a method of calculating the wavefront using the intensity information of the test light may be adopted. This method is as follows. That is, the
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。
Next, a wavefront measuring device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
図4(A)は、被検物30を透過した第1の光1000の波面を計測する配置を示す図である。波面計測装置2は、第1の光源系100、回折素子110、レンズ150a、150b、151b、152b、ミラー120、122、波面センサ80、81、82、およびコンピュータ90を有する。また波面計測装置2は、着脱可能な第2の光源系200、ミラー41およびハーフミラー(ペリクルビームスプリッタ)61を有する。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。第1の光源系100は、光源10、11、12とピンホールアレイ25とにより構成されており、被検物30の複数の像高から被検光を出射する。波面計測装置2は、上記複数の像高から出て被検物30を透過した複数の被検光の波面を計測する。
FIG. 4A is a diagram showing an arrangement for measuring the wavefront of the
光源10、11、12から出射した光はそれぞれ、ピンホールアレイ25の複数のピンホールを透過して発散波としての複数の第1の光1000、1001、1002となり、被検物30に入射する。被検物30を透過した複数の第1の光1000、1001、1002はそれぞれ、回折素子110において-1次回折光1000、0次回折光1001、+1次回折光1002となって出射する。
The lights emitted from the
第1の光1000、1001、1002は、レンズ150aを透過した後の集光点付近にて互いに分離する。第1の光1001は、そのまま直進し、レンズ151bを通って波面センサ81にて受光される。一方、第1の光1000、1002はそれぞれ、集光点付近に配置されたミラー120、122により反射され、レンズ150b、152bを通って波面センサ80、82にて受光される。第1の光1000に対して、レンズ150a、ミラー120、レンズ150bがリレー光学系に相当する。同様に、第1の光1001に対して、レンズ150aとレンズ151bがリレー光学系に相当し、第1の光1002に対して、レンズ150a、ミラー122、レンズ152bがリレー光学系に相当する。
The
第1の光1000、1001、1002をそれぞれ受光した波面センサ80、81、82から第1の光1000、1001、1002に対応する信号がコンピュータ90に出力される。コンピュータ90は、複数の第1の光1000、1001、1002に対応する信号と複数の参照データを用いて、被検物30を透過した複数の像高の第1の光1000、1001、1002の波面を算出する。複数の参照データは次のように事前に計測しておく。
Signals corresponding to the
本実施例では、被検物30の複数の像高それぞれに対応する参照データを1像高ずつ計測していく。図4(B)は、第1の光1000に対応する参照データを計測するための配置図である。被検物30と回折素子110との間にミラー(第2の反射部)41が挿入され、レンズ50bと波面センサ80との間にハーフミラー(第1の反射部)61が挿入される。第2の光源系200は、ハーフミラー61の近傍に設置される。ミラー41は、反射面の法線の方向が第1の光1000の進行方向と一致するように角度を調整する。
In this embodiment, reference data corresponding to each of a plurality of image heights of the
第2の光源系200は、光源10と略同一の波長の光を射出する光源13、ピンホール26、および収差補正されたコリメータレンズ70で構成されており、略無収差かつ略平行の第2の光2000を射出する。第2の光源系200から射出された第2の光2000の光束サイズは、波面センサ80に入射する第1の光1000の光束サイズと同じ、または第1の光1000の光束サイズよりも大きい。第2の光源系200から射出された第2の光2000は、ハーフミラー61で反射され、第1の光1000の進行方向と反対方向に進行する第2の光2000Aとなる。第2の光2000Aは、リレー光学系(レンズ150b、ミラー120、レンズ150a)で拡大し、ミラー41に入射する。
The second
第2の光2000Aは、ミラー41で反射され、第1の光1000の進行方向と同じ方向に進行する第2の光2000Bとなる。なお、第2の光2000Bの進行方向と第1の光1000の進行方向とが一致するように、第2の光源系200およびハーフミラー61の位置を調整しておく。第2の光2000Bは、リレー光学系で縮小され、ハーフミラー61を透過し、波面センサ80で受光される。波面センサ80で受光された第2の光2000Bの信号は、コンピュータ90に送られる。コンピュータ90は、第2の光2000Bの信号から参照データを算出する。
The
第1の光1001、1002に対しても、ミラー41、ハーフミラー61、および第2の光源系200をそれぞれ適切に配置して、それぞれの参照データを取得する。
For the
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。
Next, with reference to FIG. 5, a wavefront measuring device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the
波面計測装置3は、第1の光源系100、第2の光源系200、リレー光学系53、ハーフミラー(キューブ型ビームスプリッタ)62、波面センサ80、およびコンピュータ90を有する。また波面計測装置3は、第2の反射部として、着脱可能な球面ミラー42を有する。本実施例において、被検物31は、モールドレンズ(光学素子)である。第1の光源系100は、光源10およびファイバ20で構成されている。第2の光源系200は、光源10およびファイバ21で構成されており、第1の光源系100と光源10を共有している。
The
図5(A)は、被検物31を透過した第1の光1000の波面を計測する配置を示す図である。光源10からファイバ20を介して射出した第1の光(発散光)1000は、被検物31を透過して収束し、リレー光学系53を透過して略平行光となる。第1の光1000は、ハーフミラー62を透過して波面センサ80で受光される。第1の光1000を受光した波面センサ80から第1の光に対応する信号がコンピュータ90に出力される。コンピュータ90は、第1の光に対応する信号と参照データを用いて、被検物31を透過した第1の光1000の波面を算出する。参照データは次のように計測する。
FIG. 5A is a diagram showing an arrangement for measuring the wavefront of the
図5(B)は、参照データを計測する配置を示す図である。第1の光源系100、リレー光学系53の間に球面ミラー42を挿入する。光源10からファイバ21を介して射出した第2の光(発散光)2000は、コリメータレンズ70で略平行光となり、ハーフミラー62で反射され、第1の光1000の進行方向と反対方向に進行する第2の光2000Aとなる。第2の光2000Aは、リレー光学系53を透過し、球面ミラー42に入射する。
FIG. 5B is a diagram showing an arrangement for measuring reference data. A
第2の光2000Aは、球面ミラー42で反射され、第1の光1000の進行方向と同じ方向に進行する第2の光2000Bとなる。第2の光2000Bは、リレー光学系53、ハーフミラー62を透過し、波面センサ80で受光される。波面センサ80で受光された第2の光2000Bの信号は、コンピュータ90に送られる。コンピュータ90は、第2の光2000Bの信号から参照データを算出する。
The
次に、図6を参照して、本発明の実施例4における光学系の製造方法について説明する。図6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。実施例1の波面計測装置1、実施例2の波面計測装置2、または実施例3の波面計測装置3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。
Next, with reference to FIG. 6, a method for manufacturing an optical system according to Example 4 of the present invention will be described. FIG. 6 is a flow chart showing the manufacturing method of the optical system in this embodiment. The result of the wavefront measured using the
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、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う。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。
First, in step S101, an optical system is assembled using optical elements, and the position of each element is adjusted (optical system assembly adjustment). Subsequently, in step S102, the optical performance (optical precision) of the assembled and adjusted optical system is evaluated. Here, the evaluation of the optical performance of the optical system is performed using the result of the wavefront measured using the
図7は、モールド加工を利用した光学素子の製造方法を示すフローチャートである。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)、および、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。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)される。精度不足である場合、金型を補正して(ステップS207)、再度モールドを行う。一方、形状精度が良好である場合、光学素子の光学性能が評価(ステップS205)される。光学性能が低い場合、光学面を補正し(ステップS208)、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S205の光学性能の評価に実施例3の波面計測装置3を利用することができる。なお本実施例における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できる。
FIG. 7 is a flow chart showing a method of manufacturing an optical element using molding. The optical element is manufactured through an optical element designing process (step S201), a mold designing process (step S202), and an optical element molding process using the designed mold (step S203). The shape accuracy of the molded optical element is evaluated (step S204). If the precision is insufficient, the mold is corrected (step S207) and molding is performed again. On the other hand, when the shape accuracy is good, the optical performance of the optical element is evaluated (step S205). If the optical performance is poor, the optical surfaces are corrected (step S208) and the optical elements are redesigned. On the other hand, if the optical performance is satisfied in step S205, the process proceeds to the mass production of optical elements (step S206). The
各実施例によれば、短時間かつ高精度でシステムエラーを校正することが可能な小型の波面計測装置、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。 According to each embodiment, it is possible to provide a compact wavefront measuring apparatus, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that can calibrate system errors in a short time and with high accuracy. can.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist.
1 波面計測装置
40 ハーフミラー(第2の反射部)
50 リレー光学系(光学系)
60 ハーフミラー(第1の反射部)
80 波面センサ(受光部)
90 コンピュータ(算出部)
100 第1の光源系(第1の光源部)
200 第2の光源系(第2の光源部)
1
50 relay optical system (optical system)
60 half mirror (first reflecting part)
80 Wavefront sensor (light receiving part)
90 computer (calculation unit)
100 first light source system (first light source unit)
200 second light source system (second light source unit)
Claims (13)
前記被検物を介した前記第1の光を導光する光学系と、
前記光学系からの前記第1の光を受光する受光部と、
前記受光部から出力される前記第1の光に対応する信号と、参照データとに基づいて、前記被検物の波面を算出する算出部と、
第2の光を発する第2の光源部と、
前記第1の光の光路における前記光学系と前記受光部との間に配置され、前記第2の光を前記光学系に向けて反射する第1の反射部と、
前記第1の光の光路における前記第1の光源部と前記光学系との間に配置され、前記光学系からの前記第2の光を前記受光部に向けて反射する第2の反射部と、を有し、
前記算出部は、前記受光部から出力される前記第2の光に対応する信号に基づいて、前記参照データを算出することを特徴とする波面計測装置。 a first light source unit that emits the first light toward the test object;
an optical system that guides the first light that has passed through the test object;
a light receiving unit that receives the first light from the optical system;
a calculation unit that calculates a wavefront of the test object based on a signal corresponding to the first light output from the light receiving unit and reference data;
a second light source unit that emits a second light;
a first reflecting section disposed between the optical system and the light receiving section in the optical path of the first light and reflecting the second light toward the optical system;
a second reflecting section disposed between the first light source section and the optical system in the optical path of the first light and reflecting the second light from the optical system toward the light receiving section; , has
The wavefront measuring device, wherein the calculator calculates the reference data based on a signal corresponding to the second light output from the light receiver.
前記算出部は、前記受光部から出力される前記第3の反射部を介した前記第2の光に対応する信号に基づいて、前記参照データを算出することを特徴とする請求項1に記載の波面計測装置。 a third optical system disposed between the optical system and the first reflecting section in the optical path of the first light, and reflecting the second light from the first reflecting section toward the light receiving section; further having a reflective part;
2. The calculation unit according to claim 1, wherein the calculation unit calculates the reference data based on a signal corresponding to the second light that has passed through the third reflection unit and is output from the light receiving unit. wavefront measurement device.
前記第1の光の光路における前記光学系と前記第1の反射部との間に配置され、前記第3の光を前記受光部に向けて反射する第4の反射部とを更に有し、
前記算出部は、前記受光部から出力される前記第3の光に対応する信号に基づいて、前記参照データを算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の波面計測装置。 a third light source unit that emits a third light;
a fourth reflector disposed between the optical system and the first reflector in the optical path of the first light and reflecting the third light toward the light receiver;
The wavefront according to any one of claims 1 to 3, wherein the calculator calculates the reference data based on a signal corresponding to the third light output from the light receiver. measuring device.
前記光学系と前記受光部との間に配置された第1の反射部を用いて、第2の光源部からの第2の光を反射し、前記第1の光源部と前記光学系との間に配置された第2の反射部を用いて、前記第2の光を反射し、前記受光部を用いて、前記第2の光を受光する第2受光ステップと、
算出部を用いて、前記受光部から出力される前記第2の光に対応する信号に基づいて参照データを算出する第1算出ステップと、
前記算出部を用いて、前記第1の光に対応する信号と前記参照データに基づいて前記被検物の波面を算出する第2算出ステップと、を有することを特徴とする波面計測方法。 a first light receiving step of using the light receiving unit to receive the first light emitted from the first light source unit and passing through the test object and the optical system;
A second light from a second light source is reflected using a first reflector disposed between the optical system and the light receiving unit, and the first light source and the optical system are reflected. a second light-receiving step of reflecting the second light using a second reflecting section disposed therebetween and receiving the second light using the light-receiving section;
a first calculation step of calculating reference data based on a signal corresponding to the second light output from the light receiving unit, using a calculation unit;
A wavefront measuring method, comprising: a second calculating step of calculating a wavefront of the test object based on the signal corresponding to the first light and the reference data, using the calculating unit.
請求項11に記載の波面計測方法を用いて、組み立てられた前記光学系の波面を計測することにより、該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光学系の製造方法。 assembling an optical system;
and evaluating the optical performance of the assembled optical system by measuring the wavefront of the assembled optical system using the wavefront measurement method according to claim 11. Method.
請求項11に記載の波面計測方法を用いて、加工された前記光学素子の波面を計測することにより、該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光学素子の製造方法。 machining the optical element;
and evaluating the optical performance of the processed optical element by measuring the wavefront of the processed optical element using the wavefront measurement method according to claim 11. Method.
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