DE112015006198T5

DE112015006198T5 - Wellenfrontmessvorrichtung und wellenfrontmessverfahren

Info

Publication number: DE112015006198T5
Application number: DE112015006198.3T
Authority: DE
Inventors: Yosuke Sato
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-11-09
Also published as: JP6426274B2; WO2016157344A1; JPWO2016157344A1; US20180073957A1; CN107430046A; US10444112B2; CN107430046B

Abstract

Eine Wellenfrontmessvorrichtung umfasst eine Lichtquelleneinheit, eine Halteeinheit, ein optisches Lichtempfangssystem, eine Wellenfrontmesseinheit und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit. Die Lichtquelleneinheit ist auf einer Seite einer Messachse angeordnet. Die Wellenfrontmesseinheit ist auf der anderen Seite der Messachse angeordnet. Die Halteeinheit ist zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Das optische Lichtempfangssystem ist zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Die Halteeinheit hat einen Öffnungsabschnitt, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten. Die Lichtquelleneinheit ist dafür konfiguriert, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen. Die Wellenfrontmesseinheit ist dafür konfiguriert, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen. Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit ist dafür konfiguriert, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen. Eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit haben durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander. Die Messung der Lichtstrahlen umfasst mindestens eine Messung der Lichtstrahlen in einem Zustand, in dem eine Mitte des Öffnungsabschnitts von der Messachse um einen vorbestimmten Abstand getrennt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenfrontmessvorrichtung und ein Wellenfrontmessverfahren.
Technischer Hintergrund
Bei der Herstellung von optischen Systemen, die nur aus einer Linse oder aus einer Mehrzahl von Linsen gebildet sind, können Herstellungsfehler wie beispielsweise ein exzentrischer Fehler und ein Oberflächenformfehler auf jeder Linsenoberfläche erzeugt werden. Herstellungsfehler können zur Reduzierung der Abbildungsleistung eines optischen Systems führen.
Zur Messung von übertragener Wellenfrontaberration in einem betroffenen optischen System wird im Allgemeinen die axiale Wellenfrontaberration gemessen, da diese mit einer einfachen Konfiguration gemessen werden kann. In den letzten Jahren sind jedoch mit der zunehmenden Präzision von optischen Systemen die Messanforderungen für axiale Wellenfrontaberration sowie auch für außeraxiale Wellenfrontaberration gestiegen.
Außeraxiale Wellenfrontaberration umfasst Information, die nicht durch axiale Wellenfrontaberration erlangt werden kann. Durch Erlangen von Daten über außeraxiale Wellenfrontaberration wird die Anzahl von Hinweisen zur Analyse von Abbildungsleistung und Herstellungsfehlern in einem betroffenen optischen System erhöht. Beispielsweise kann eine hochgradig genaue Analyse auf dem Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems ausgeführt werden.
Beispiele für eine Vorrichtung zum Messen von außeraxialer Wellenfrontaberration umfassen eine in Patentliteratur 1 offenbarte Wellenfrontaberrationsmessvorrichtung. In der in Patentliteratur 1 offenbarten Wellenfrontaberrationsmessvorrichtung werden Lichtstrahlen von einer Position aus aufgebracht, die einem außeraxialen Objektpunkt einer Objektivlinse (zu messende Linse) entspricht. Parallele Lichtstrahlen treten aus der Objektivlinse aus, aber die parallelen Lichtstrahlen werden von einer optischen Achse der Objektivlinse geneigt.
In einer in Patentliteratur 1 offenbarten Wellenfrontaberrationsmessvorrichtung wird ein Shack-Hartmann-Sensor von einer Bühne, die in eine Achsenrichtung beweglich ist, und einer Gonio-Bühne gehalten. Die Bühne und die Gonio-Bühne werden zum Neigen und Verschieben des Shack-Hartmann-Sensors verwendet, wodurch die Ausrichtung und die Position des Shack-Hartmann-Sensors angepasst werden und der Empfang der geneigten parallelen Lichtstrahlen durch den Shack-Hartmann-Sensor ermöglicht wird.
Literaturliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5452032

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In der in Patentliteratur 1 offenbarten Wellenfrontaberrationsmessvorrichtung ist jedoch ein großer Mechanismus zum Neigen und Verschieben des Shack-Hartmann-Sensors erforderlich. Außerdem ist die Messzeit lang, da der Hub zum Neigen und Verschieben des Sensors groß ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorstehend Beschriebenen gemacht und hat eine Aufgabe der Bereitstellung einer Wellenfrontmessvorrichtung und eines Wellenfrontmessverfahrens, die eine außeraxial übertragene Wellenfront eines betroffenen optischen Systems in einer kurzen Zeitperiode unter Verwendung eines einfachen Mechanismus messen können. Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme und zum Erreichen der Aufgabe umfasst eine Wellenfrontmessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung:
eine Lichtquelleneinheit, eine Halteeinheit, ein optisches Lichtempfangssystem, eine Wellenfrontmesseinheit und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit, wobei
die Lichtquelleneinheit auf einer Seite einer Messachse angeordnet ist,
die Wellenfrontmesseinheit auf der anderen Seite der Messachse angeordnet ist,
die Halteeinheit zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist,
das optische Lichtempfangssystem zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist,
die Halteeinheit einen Öffnungsabschnitt hat, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten,
die Lichtquelleneinheit dafür konfiguriert ist, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen,
die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen,
die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen,
eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander haben, und
die Messung der Lichtstrahlen mindestens eine Messung der Lichtstrahlen in einem Zustand umfasst, in dem eine Mitte des Öffnungsabschnitts um einen vorbestimmten Abstand von der Messachse getrennt ist.
Eine weitere Wellenfrontmesseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine Lichtquelleneinheit, eine Halteeinheit, ein optisches Lichtempfangssystem, einen ersten Bewegungsmechanismus, eine Wellenfrontmesseinheit und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit, wobei
die Lichtquelleneinheit auf einer Seite einer Messachse angeordnet ist,
die Wellenfrontmesseinheit auf der anderen Seite der Messachse angeordnet ist,
die Halteeinheit zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist,
das optische Lichtempfangssystem zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist,
die Halteeinheit einen Öffnungsabschnitt hat, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten,
die Lichtquelleneinheit dafür konfiguriert ist, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen,
die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen,
die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen,
eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander haben, und
der erste Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System in eine Mehrzahl von Positionen um die Messeachse zu bewegen,
ein Übertragungsbereich eines Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System an jeder der Mehrzahl von Positionen unterschiedlich ist,
die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, einen durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl an jeder der Mehrzahl von Positionen zu messen, und
die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung an jeder der Mehrzahl von Positionen zu erzeugen.
Ein Wellenfrontmessverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
einen Schritt zum Schaffen einer optisch konjugierten Beziehung zwischen einer Umgebung eines betroffenen optischen Systems und einer Umgebung einer Wellenfrontmesseinheit,
einen Exzentrizitätsantriebsschritt zum derartigen Antreiben des betroffenen optischen Systems, dass es bezüglich einer Messachse einer Wellenfrontmessvorrichtung exzentrisch ist, und
einen Wellenfrontdatenerlangungsschritt zum Erlangen von Wellenfrontaberrationsdaten auf einem durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl mittels der Wellenfrontmesseinheit und einer Wellenfrontdatenerzeugungseinheit.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Wellenfrontmessvorrichtung und das Wellenfrontmessverfahren bereitgestellt werden, die eine außeraxial übertragene Wellenfront eines betroffenen optischen Systems in einer kurzen Zeitperiode unter Verwendung eines einfachen Mechanismus messen können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine Wellenfrontmessvorrichtung einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Halteeinheit zeigt;
3A und 3B sind Beispiele von betroffenen optischen Systemen, wobei 3A ein Diagramm ist, in dem ein betroffenes optisches System aus einer einzelnen Linse gebildet ist, und 3B ein Diagramm ist, in dem ein betroffenes optisches System aus Linsen gebildet ist;
4A und 4B sind Diagramme, die eine Struktur und eine Funktion eines SH-Sensors zeigen, wobei 4A einen Zustand zeigt, in dem ebene Wellen auf den SH-Sensor einfallen gelassen werden, und 4B einen Zustand zeigt, in dem nicht-ebene Wellen auf den SH-Sensor einfallen gelassen werden;
5 ist ein Diagramm, das eine Wellenfrontmessvorrichtung einer zweiten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines ersten Bewegungsmechanismus zeigt;
7A, 7B, 7C und 7D sind Diagramme, die eine Änderung eines Übertragungsbereiches eines Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System zeigen, wobei 7A ein Diagramm ist, das einen Übertragungsbereich an einer ersten Position zeigt, 7B ein Diagramm ist, das einen Übertragungsbereich an einer zweiten Position zeigt, 7C ein Diagramm ist, das einen Übertragungsbereich an einer dritten Position zeigt, und 7D ein Diagramm ist, das einen Übertragungsbereich an einer vierten Position zeigt;
8 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich der Öffnungsabschnitt bewegt;
9 ist ein Diagramm, das eine Oberflächenform des betroffenen optischen Systems zeigt;
10A und 10B sind Diagramme, die Messmuster zeigen, wobei 10A ein Diagramm ist, das ein erstes Muster zeigt, und 10B ein Diagramm ist, das ein zweites Muster zeigt;
11A, 11B und 11C sind Diagramme, die zeigen, wie eine Linsenoberfläche gedreht wird, wobei 11A ein Diagramm ist, wenn ein Drehwinkel 0 Grad ist, 11B ein Diagramm ist, wenn der Drehwinkel 30 Grad ist, und 11C ein Diagramm ist, wenn der Drehwinkel 60 Grad ist;
12A und 12B sind Diagramme, die Positionen des Oberflächenscheitels zeigen, wobei 12A ein Diagramm ist, das Oberflächenscheitelpositionen zeigt, die durch Messung mit einem ersten Muster bestimmt werden, und 12B ein Diagramm ist, das Oberflächenscheitelpositionen zeigt, die durch Messung mit einem zweiten Muster bestimmt werden;
13 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Lichtempfangssystems zeigt;
14 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Lichtprojektionssystems zeigt;
15 ist ein Diagramm, das eine weitere Konfiguration des optischen Lichtprojektionssystems zeigt;
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen zweiten Bewegungsmechanismus zeigt;
17A und 17B sind Diagramme, die ein Beispiel eines Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus zeigen, wobei 17A ein Diagramm ist, das einen Zustand vor der Umkehrung zeigt, und 17B ein Diagramm ist, das einen Zustand nach der Umkehrung zeigt;
18 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration einer Wellenfrontmessvorrichtung zeigt;
19 ist ein Ablaufdiagramm eines Wellenfrontmessverfahrens der ersten Ausführungsform;
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit zeigt;
21 ist ein Ablaufdiagramm eines Wellenfrontmessverfahrens der zweiten Ausführungsform;
22 ist ein Diagramm, das eine Verarbeitungseinheit zeigt, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst;
23 ist ein Ablaufdiagramm eines Wellenfrontmessverfahrens einer dritten Ausführungsform;
24 ist ein Ablaufdiagramm eines Wellenfrontmessverfahrens einer vierten Ausführungsform;
25 ist ein Diagramm, das eine weitere Verarbeitungseinheit zeigt, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst;
26 ist ein Ablaufdiagramm eines Wellenfrontmessverfahrens einer fünften Ausführungsform;
27 ist ein Diagramm, das eine weitere Verarbeitungseinheit zeigt, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst;
28 ist ein Diagramm, das ein Bewegungsausmaß einer sphärischen Mitte zeigt, das durch Drehung des betroffenen optischen Systems bewirkt wird;
29A, 29B und 29C sind Diagramme zur Erklärung des Freiheitsgrades von Exzentrizität, wobei 29A den Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer sphärischen Oberfläche zeigt, und 29B und 29C den Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer asphärischen Oberfläche zeigen;
30A und 30B sind Diagramme, die eine durch Drehung bewirkte Bewegung einer sphärischen Mitte zeigen, wobei 30A eine Bewegung der sphärischen Mitte bei der Vorwärtsmessung zeigt und 30B eine Bewegung der sphärischen Mitte bei der Rückwärtsmessung zeigt; und
31A und 31B sind Diagramme, die Koordinaten in einem Messsystem und die Exzentrizität eines betroffenen optischen Systems zeigen, wobei 31A ein Diagramm ist, das die Exzentrizität mit Linsenoberflächen zeigt, und 31B ein Diagramm ist, das die Exzentrizität mit sphärischen Mitten zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Vor der Erläuterung von Beispielen werden nachstehend Aktion und Wirkung von Ausführungsformen gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der konkreten Erläuterung von Aktion und Wirkung der Ausführungsformen wird die Erläuterung durch Anführung von konkreten Beispielen gegeben. Jedoch sind, ähnlich einem Fall der später beschriebenen Beispiele, als Beispiele dargestellte Aspekte nur einige der von der vorliegenden Erfindung umfassten Aspekte und gibt es eine große Anzahl von Variationen dieser Aspekte. Folglich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhaft dargestellten Aspekte beschränkt.
Es wird eine Wellenfrontmessvorrichtung einer ersten Ausführungsform beschrieben. Die Wellenfrontmessvorrichtung der ersten Ausführungsform umfasst eine Lichtquelleneinheit, eine Halteeinheit, ein optisches Lichtempfangssystem, eine Wellenfrontmesseinheit und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit. Die Lichtquelleneinheit ist auf einer Seite einer Messachse angeordnet. Die Wellenfrontmesseinheit ist auf der anderen Seite der Messachse angeordnet. Die Halteeinheit ist zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Das optische Lichtempfangssystem ist zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Die Halteeinheit hat einen Öffnungsabschnitt, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten. Die Lichtquelleneinheit ist dafür konfiguriert, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen. Die Wellenfrontmesseinheit ist dafür konfiguriert, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen. Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit ist dafür konfiguriert, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen. Eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander haben und die Messung der Lichtstrahlen umfasst mindestens eine Messung des Lichtstrahls in einem Zustand, in dem eine Mitte des Öffnungsabschnitts um einen vorbestimmten Abstand von der Messachse getrennt ist.
1 zeigt die Wellenfrontmessvorrichtung der ersten Ausführungsform. 2 zeigt ein Beispiel der Halteeinheit. Eine Wellenfrontmessvorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelleneinheit 2, eine Halteeinheit 3, ein optisches Lichtempfangssystem 4, eine Wellenfrontmesseinheit 5 und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6.
Wie in 1 gezeigt, ist die Lichtquelleneinheit 2 auf einer Seite einer Messachse 7 angeordnet. Die Wellenfrontmesseinheit 5 ist auf der anderen Seite der Messachse 7 angeordnet. Die Halteeinheit 3 ist zwischen der Lichtquelleneinheit 2 und der Wellenfrontmesseinheit 5 angeordnet. Das optische Lichtempfangssystem 4 ist zwischen der Halteeinheit 3 und der Wellenfrontmesseinheit 5 angeordnet.
Die Lichtquelleneinheit 2 ist aus einer LED oder einem Laser gebildet. Die Lichtquelleneinheit 2 bringt Lichtstrahlen L1 in Richtung der Halteeinheit 3 auf.
Wie in 2 gezeigt, ist die Halteeinheit 3 auf einer Bühne 8 angeordnet. In diesem Beispiel ist die Bühne 8 eine feste Bühne. Die Halteeinheit 3 hat einen Öffnungsabschnitt 9. Ein betroffenes optisches System 10 ist in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt. In 2 ist das betroffene optische System 10 eine einzelne Linse. Die einzelne Linse ist in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt, wie sie ist. Die einzelne Linse kann jedoch von einem Rahmenelement gehalten werden und zusammen mit dem Rahmenelement in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt sein.
3A und 3B sind Beispiele für das betroffene optische System. 3A zeigt den Fall, in dem das betroffene optische System aus einer einzelnen Linse gebildet ist. 3B zeigt den Fall, in dem das betroffene optische System aus Linsen gebildet ist. In 3A umfasst ein betroffenes optisches System 20 eine Linse 21 und einen Linsenrahmen 22. In 3B umfasst ein betroffenes optisches System 23 drei einzelne Linsen 24, 25 und 26 und einen Objektivtubus 27.
Die Beschreibung wird mit Bezugnahme auf 1 fortgesetzt. Das betroffene optische System 10 ist in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt und die Lichtquelleneinheit 2 strahlt die Lichtstrahlen L1 aus. Dadurch werden die von der Lichtquelleneinheit 2 ausgestrahlten Lichtstrahlen L1 auf das betroffene optische System 10 aufgebracht.
Hier sind, wenn eine Mitte 12 des Öffnungsabschnitts 9 und die Messachse 7 miteinander in Ausrichtung gebracht sind, die Achse des betroffenen optischen Systems 10 und die Messachse 7 im Wesentlichen miteinander in Ausrichtung. Das betroffene optische System 10 ist in diesem Zustand von der gestrichelten Linie gezeigt. In diesem Zustand sind die Lichtquelleneinheit 2, das betroffene optische System 10, das optische Lichtempfangssystem 4 und die Wellenfrontmessvorrichtung 5 koaxial. Die von der Lichtquelleneinheit 2 ausgestrahlten Lichtstrahlen L1 werden auf einen Mittelteil des betroffenen optischen Systems 10 aufgebracht.
Wenn die Lichtquelleneinheit 2 an einer Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet ist, treten parallele Lichtstrahlen aus dem betroffenen optischen System 10 aus. Wenn die Lichtquelleneinheit 2 nicht an der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet ist, treten nicht parallele Lichtstrahlen (kondensierte Lichtstrahlen oder divergierende Lichtstrahlen) aus dem betroffenen optischen System 10 aus. Die Lichtquelleneinheit 2 muss nicht notwendigerweise an der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet sein, aber es ist vorzuziehen, dass die Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet ist.
1 zeigt den Fall, in dem die Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet ist. Somit sind Lichtstrahlen L2, die aus dem betroffenen optischen System 10 austreten, parallele Lichtstrahlen, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt.
Wenn die Mitte 12 des Öffnungsabschnitts 9 und die Messachse 7 nicht miteinander in Ausrichtung sind, ist andererseits die Achse des betroffenen optischen Systems 10 von der Messachse 7 getrennt. Das betroffene optische System 10 ist in diesem Zustand von der durchgezogenen Linie gezeigt. In diesem Zustand sind die Lichtquelleneinheit 2, das optische Lichtempfangssystem 4 und die Wellenfrontmessvorrichtung 5 koaxial, aber ist das betroffene optische System 10 nicht koaxial mit der Lichtquelleneinheit 2, dem optischen Lichtempfangssystem 4 und der Wellenfrontmesseinheit 5.
Zur Herstellung dieses Zustandes kann sich z. B. nur das betroffene optische System 10 in eine Richtung rechtwinklig zu der Messachse 7 aus dem Zustand, in dem die Lichtquelleneinheit 2, das betroffene optische System 10, das optische Lichtempfangssystem 4 und die Wellenfrontmesseinheit 5 koaxial sind, verschieben. Beispielsweise kann ein Nutzer die Halteeinheit 3 derart auf der Bühne 8 platzieren, dass die Mitte 12 des Öffnungsabschnitts 9 um einen vorbestimmten Abstand von der Messachse 7 entfernt ist. Der vorbestimmte Abstand kann je nach dem betroffenen optischen System 10 bestimmt werden.
Wenn die Mitte 12 des Öffnungsabschnitts 9 und die Messachse 7 nicht in Ausrichtung miteinander sind, werden Lichtstrahlen, die in das betroffene optische System 10 eintreten, Lichtstrahlen in einem außeraxialen Zustand. Folglich werden, wie von den durchgezogenen Linien gezeigt, die von der Lichtquelleneinheit 2 ausgestrahlten Lichtstrahlen L1 auf einen Umfangsteil des betroffenen optischen Systems 10 aufgebracht.
Die durch den Umfangsteil des betroffenen optischen Systems 10 übertragenen Lichtstrahlen L1 werden von dem betroffenen optischen System 10 gebrochen und treten dann aus dem betroffenen optischen System 10 aus. Da die Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 angeordnet ist, werden Lichtstrahlen L3, die aus dem betroffenen optischen System 10 austreten, parallele Lichtstrahlen, ähnlich den Lichtstrahlen L2.
Die Fortbewegungsrichtung der Lichtstrahlen L3 unterscheidet sich jedoch von der Fortbewegungsrichtung der Lichtstrahlen L2. Nach Schneiden der Messachse 7 bewegen sich die Lichtstrahlen L3 weg von der Messachse 7. Somit treten die Lichtstrahlen L3 in diesem Zustand nicht in die Wellenfrontmesseinheit 5 ein.
In der Wellenfrontmessvorrichtung 1 ist jedoch das optische Lichtempfangssystem 4 zwischen der Halteeinheit 3 und der Wellenfrontmesseinheit 5 angeordnet. Es ist möglich, die Fortbewegungsrichtung der Lichtstrahlen, die aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 ausgetreten sind, mittels des optischen Lichtempfangssystems 4 zu einer Seite der Messachse 7 zu leiten.
Die Art der Fortbewegung der aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 ausgetretenen Lichtstrahlen unterscheidet sich je nach dem Typ des optischen Lichtempfangssystems 4. Beispiele für das optische Lichtempfangssystem 4 umfassen ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite und ein optisches System mit einer endlichen Brennweite. Ersteres optisches System wird als „afokales optisches System” bezeichnet.
Der Fall, in dem ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 4 verwendet wird, wird beschrieben. In diesem Fall sind Lichtstrahlen L4, die aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 austreten, parallele Lichtstrahlen und treten die Lichtstrahlen L4 in die Wellenfrontmesseinheit 5 als parallele Lichtstrahlen ein.
Der Fall, in dem ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 4 verwendet wird, wird beschrieben. In diesem Fall werden beispielsweise Lichtstrahlen L5, die aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 austreten, an einer Brennposition des optischen Lichtempfangssystems 4 kondensiert und treten dann in die Wellenfrontmesseinheit 5 ein, während sie divergieren.
Hier ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der ersten Ausführungsform vorzuziehen, dass der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass der Öffnungsabschnitt mit der Wellenfrontmessvorrichtung konjugiert gemacht wird.
Dadurch wird durch das optische Lichtempfangssystem 4 eine optisch konjugierte Beziehung zwischen der Umgebung des Öffnungsabschnitts 9 und der Umgebung der Wellenfrontmesseinheit 5 geschaffen. Somit werden die Lichtstrahlen L3, die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetreten sind, immer zu der Wellenfrontmesseinheit 5 geführt.
Insbesondere treten die Lichtstrahlen L3 in das optische Lichtempfangssystem 4 ein und werden dann von dem optischen Lichtempfangssystem 4 gebrochen. Die von dem optischen Lichtempfangssystem 4 gebrochenen Lichtstrahlen treten aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 aus. Die aus dem optischen Lichtempfangssystem 4 ausgetretenen Lichtstrahlen L4 nähern sich der Messachse 7 an, so dass sie die Messachse 7 schneiden.
Die Position, an der die Lichtstrahlen L4 die Messachse 7 schneiden, ist eine Position, die mit der Umgebung des Öffnungsabschnitts 9 optisch konjugiert ist. Die Wellenfrontmesseinheit 5 ist in dieser Position angeordnet. Folglich ist es möglich, dass die Lichtstrahlen L4 in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintreten.
Ferner ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der ersten Ausführungsform vorzuziehen, dass der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass ein hinterer Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems mit der Wellenfrontmesseinheit konjugiert ist.
Durch das Schaffen einer solchen Anordnung ist es möglich, die Lichtstrahlen L4 zuverlässiger in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintreten zu lassen. Außerdem wird eine Wellenfrontaberrationsform unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der Wellenfrontmesseinheit genau wiedergegeben. In dem Fall, in dem ein optisches Lichtempfangssystem mit einer endlichen Brennweite verwendet wird, wird eine Wellenfrontform, in der Potenzkomponenten zu der Wellenfrontaberrationsform hinzugefügt werden, unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der Wellenfrontmesseinheit wiedergegeben.
In der Wellenfrontmesseinheit 5 wird eine Messung der Lichtstrahlen L4 ausgeführt. Die Lichtstrahlen L4 sind Lichtstrahlen, die durch das betroffene optische System 10 übertragen wurden. Wie vorstehend beschrieben, werden die Umgebung des Öffnungsabschnitts 9 und die Umgebung der Wellenfrontmesseinheit 5 von dem optischen Lichtempfangssystem 4 in eine optisch konjugierte Beziehung gebracht.
Somit ist es möglich, die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetretenen Lichtstrahlen L3 unabhängig von der Fortbewegungsrichtung der Lichtstrahlen L3 in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintreten zu lassen.
Außerdem werden die Wellenfront an der Position der Wellenfrontmesseinheit 5 und die Wellenfront unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der gleichen Form gehalten. Mit anderen Worten wird die Wellenfrontaberrationsform unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der Wellenfrontmesseinheit 5 wiedergegeben.
Die Wellenfrontmesseinheit 5 ist beispielsweise ein Shack-Hartmann-Sensor (nachstehend als ein „SH-Sensor” bezeichnet). 4A und 4B sind Diagramme, die eine Struktur und eine Funktion des SH-Sensors zeigen, wobei 4A einen Zustand in dem Fall zeigt, in dem eine ebene Welle auf den SH-Sensor einfallen gelassen wird, und 4B einen Zustand in dem Fall zeigt, in dem eine nicht ebene Welle auf den SH-Sensor einfallen gelassen wird.
Ein SH-Sensor 30 ist aus einer Mikrolinsenanordnung 31 und einem Abbildungselement 32 gebildet. Das Abbildungselement 32 ist beispielsweise ein CCD oder ein CMOS. In dieser Struktur wird angenommen, dass Mikrolinsen in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind und jede der Mikrolinsen keine Aberration hat.
In dem SH-Sensor 30 bewirkt die Mikrolinsenanordnung 31, dass der auf den SH-Sensor 30 einfallende Lichtstrahl kondensiert wird. Zu dieser Zeit werden Lichtpunktbilder der gleichen Anzahl wie die Anzahl von Mikrolinsen, durch die der Lichtstrahl übertragen wurde, in der Kondensierposition gebildet. Das Abbildungselement 32 ist in der Kondensierposition angeordnet. Jedes der Lichtpunktbilder wird von dem Abbildungselement 32 empfangen. Hier sind in dem Abbildungselement 32 kleinste lichtempfangende Elemente zweidimensional angeordnet. Somit ist es möglich, Positionen der entsprechenden Lichtpunktbilder zu erkennen.
Wenn eine ebene Welle auf den SH-Sensor 30 einfallen gelassen wird, werden Lichtpunktbilder in regelmäßigen Intervallen gebildet. Im Gegensatz dazu werden, wenn eine nicht ebene Welle auf den SH-Sensor 30 einfallen gelassen wird, keine Lichtpunktbilder in regelmäßigen Intervallen gebildet. Auf diese Weise hängen die Positionen der entsprechenden Lichtpunktbilder von der Form der Wellenfront ab, die auf den SH-Sensor 30 einfallen gelassen wird, d. h., dem Ausmaß des Auftretens der Wellenfrontaberration.
Wenn eine zu messende Wellenfront auf den SH-Sensor 30 einfallen gelassen wird, wird die Wellenfront von der Mikrolinsenanordnung 31 geteilt. Folglich wird die Wellenfront auf die Abbildungsfläche des Abbildungselements 32 als eine Mehrzahl von Lichtpunktbildern projiziert. Die Wellenfrontaberration kann aus Verlagerungsausmaßen der Lichtpunktbildpositionen von Referenzpositionen gemessen werden.
Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 erzeugt Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit 5. Insbesondere wird die Wellenfrontaberration auf Grundlage des Verlagerungsausmaßes von Lichtpunktbildpositionen von einer Referenzposition gemessen. Hier werden die Lichtstrahlen L1 auf den Umfangsteil des betroffenen optischen Systems 10 aufgebracht. Da sich eine Strahlungsposition außerhalb der Achse befindet, kann in diesem Fall eine außeraxiale Wellenfrontaberration des betroffenen optischen Systems 10 gemessen werden.
Durch Ändern des vorbestimmten Abstandes ist es möglich, die Strahlungsposition der Lichtstrahlen L1 auf das betroffene optische System 10 zu ändern. Die Halteeinheit 3 kann beispielsweise derart auf der Bühne 8 angeordnet sein, dass eine Mitte 11 des Öffnungsabschnitts 9 und die Messachse 7 miteinander in Ausrichtung sind. In diesem Fall bewegen sich die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetretenen Lichtstrahlen L2 parallel zu der Messachse 7, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt. Da das optische Lichtempfangssystem 4 zwischen der Halteeinheit 3 und der Wellenfrontmesseinheit 5 angeordnet ist, treten die Lichtstrahlen L2 in das optische Lichtempfangssystem 4 ein.
Wie vorstehend beschrieben, werden hier die Umgebung des Öffnungsabschnitts 9 und die Umgebung der Wellenfrontmesseinheit 5 durch das optische Lichtempfangssystem 4 optisch miteinander konjugiert gemacht. Somit wird die Wellenfrontaberrationsform unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der Wellenfrontmesseinheit wiedergegeben. Die Lichtstrahlen L1 werden auf den Mittelteil des betroffenen optischen Systems 10 aufgebracht. Da sich die Strahlungsposition auf der Achse befindet, kann in diesem Fall eine axiale Wellenfrontaberration des betroffenen optischen Systems 10 gemessen werden.
Die Bühne 8 kann eine bewegliche Bühne sein. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, durch einfaches Bewegen der Bühne 8 zwischen der Messung von außeraxialer Wellenfrontaberration und der Messung von axialer Wellenfrontaberration zu wechseln. In der Wellenfrontmessvorrichtung 1 ist das optische Lichtempfangssystem 4 zwischen der Halteeinheit 3 und der Wellenfrontmesseinheit 5 angeordnet. Somit ist die Einfallsposition der Lichtstrahlen L4 auf der Wellenfrontmesseinheit 5 die gleiche zwischen der Messung der außeraxialen Wellenfrontaberration und der Messung der axialen Wellenfrontaberration. Folglich ist es möglich, die axiale Wellenfrontaberration und die außeraxiale Wellenfrontaberration ohne Ändern der Position der Wellenfrontmesseinheit 5 zu messen.
Zum Wechseln von dem Zustand, in dem axiale Wellenfrontaberration gemessen wird, in den Zustand, in dem außeraxiale Wellenfrontaberration gemessen wird, kann sich das betroffene optische System 10 in die Richtung rechtwinklig zu der Messachse 7 verschieben. In diesem Fall ist das zur Verschiebung des betroffenen optischen Systems 10 erforderliche Bewegungsausmaß im Wesentlichen das gleiche wie eine effektive Blende des betroffenen optischen Systems 10. Da dieses Bewegungsausmaß nicht so groß ist, ist es möglich, die Bewegung des betroffenen optischen Systems 10 in kurzer Zeit abzuschließen.
Außerdem ist, da keine Notwendigkeit besteht, die Position der Wellenfrontmesseinheit 5 zu ändern, die zum Messen der außeraxialen Wellenfrontaberration erforderliche Zeit sehr kurz. Somit ist es möglich, eine Messung von außeraxialer Wellenfrontaberration durch eine einfache Konfiguration in einer kurzen Zeit auszuführen. Durch Ändern des Bewegungsausmaßes bei Bedarf kann die Messzeit weiter reduziert werden.
Es wird eine Wellenfrontmessvorrichtung einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die Wellenfrontmessvorrichtung der zweiten Ausführungsform umfasst eine Lichtquelleneinheit, eine Halteeinheit, einen ersten Bewegungsmechanismus, ein optisches Lichtempfangssystem, eine Wellenfrontmesseinheit und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit. Die Lichtquelleneinheit ist auf einer Seite einer Messachse angeordnet. Die Wellenfrontmesseinheit ist auf der anderen Seite der Messachse angeordnet. Die Halteeinheit ist zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Das optische Lichtempfangssystem ist zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet. Die Halteeinheit hat einen Öffnungsabschnitt, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten. Die Lichtquelleneinheit ist dafür konfiguriert, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen. Die Wellenfrontmesseinheit ist dafür konfiguriert, Lichtstrahlen zu messen, die durch das betroffene optische System übertragen werden. Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit ist dafür konfiguriert, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen. Eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit sind durch das optische Lichtempfangssystem optisch miteinander konjugiert. Der erste Bewegungsmechanismus ist dafür konfiguriert, das betroffene optische System in eine Mehrzahl von Positionen um die Messachse zu bewegen. Ein Übertragungsbereich des Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System unterscheidet sich an jeder der Mehrzahl von Positionen. Die Wellenfrontmesseinheit ist dafür konfiguriert, einen durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl an jeder der Mehrzahl von Positionen zu messen. Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit ist dafür konfiguriert, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung an jeder der Mehrzahl von Positionen zu erzeugen.
Auch in der Wellenfrontmessvorrichtung der zweiten Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass der Öffnungsabschnitt mit der Wellenfrontmesseinheit konjugiert ist. Es ist außerdem vorzuziehen, dass der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass ein hinterer Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems mit der Wellenfrontmesseinheit konjugiert ist.
5 zeigt die Wellenfrontmessvorrichtung der zweiten Ausführungsform. Eine Wellenfrontmessvorrichtung 1' umfasst eine Lichtquelleneinheit 2, eine Halteeinheit 3, einen ersten Bewegungsmechanismus 40, ein optisches Lichtempfangssystem 4, eine Wellenfrontmesseinheit 5 und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6. Die gleiche Konfiguration wie die der in 1 gezeigten Wellenfrontmessvorrichtung 1 ist von der gleichen Bezugszahl bezeichnet und eine ausführliche Beschreibung davon wird weggelassen.
Die Wellenfrontmessvorrichtung 1' hat einen ersten Bewegungsmechanismus. 6 zeigt ein Beispiel des ersten Bewegungsmechanismus. Ein erster Bewegungsmechanismus 40 umfasst eine Bewegungsbühne 41 und eine Bewegungsbühne 42. Jede der Bewegungsbühne 41 und der Bewegungsbühne 42 ist eine Bühne, die dafür konfiguriert ist, sich in eine Richtung zu bewegen.
In dem ersten Bewegungsmechanismus 40 sind die Bewegungsbühne 41 und die Bewegungsbühne 42 derart angeordnet, dass die Bewegungsrichtung der Bewegungsbühne 41 und die Bewegungsrichtung der Bewegungsbühne 42 rechtwinklig zueinander sind. Dadurch kann das betroffene optische System 10 in verschiedene Positionen in einer Ebene rechtwinklig zu der Messachse 7 bewegt werden.
Folglich kann die Wellenfrontmessvorrichtung 1' das betroffene optische System 10 in eine Mehrzahl von Positionen um die Messachse 7 herum bewegen. Außerdem ist es möglich, einen Übertragungsbereich eines Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System 10 an jeder der Mehrzahl von Positionen unterschiedlich zu machen.
Hier ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass der erste Bewegungsmechanismus derart konfiguriert ist, dass er das betroffene optische System dreht, um den Übertragungsbereich zu ändern.
7A, 7B, 7C und 7D sind Diagramme, die eine Änderung eines Übertragungsbereichs eines Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System zeigen. 7A ist ein Diagramm, das einen Übertragungsbereich in einer ersten Position zeigt. 76 ist ein Diagramm, das einen Übertragungsbereich in einer zweiten Position zeigt. 7C ist ein Diagramm, das einen Übertragungsbereich in einer dritten Position zeigt. 7D ist ein Diagramm, das einen Übertragungsbereich in einer vierten Position zeigt.
In den 7A, 7B, 7C und 7D sind die von den gestrichelten Linien gezeigten Positionen Anfangspositionen des ersten Bewegungsmechanismus 40. Jede der Bewegungsbühne 41 und der Bewegungsbühne 42 umfasst einen festen Abschnitt und einen Bewegungsabschnitt. Durch Bewegung des Bewegungsabschnitts bezüglich des festen Abschnitts kann ein auf dem Bewegungsabschnitt platziertes Objekt bewegt werden. Somit stellen in den 7A, 7B, 7C und 7D die von den gestrichelten Linien gezeigten Positionen die Positionen des festen Abschnitts der Bewegungsbühne 41 oder des festen Abschnitts der Bewegungsbühne 42 dar.
Wie in 7A gezeigt, ist die erste Position eine Position, die durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 aus seiner Anfangsposition nach rechts in der Zeichnung erlangt wird. In dieser Position befindet sich ein Bereich 43 auf der Messachse 7. Somit passiert ein Lichtstrahl L1 den Bereich 43.
Wie in 7B gezeigt, ist die zweite Position eine Position, die durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 aus seiner Anfangsposition nach oben in der Zeichnung erlangt wird. In dieser Position befindet sich ein Bereich 44 auf der Messachse 7. Somit passiert der Lichtstrahl L1 den Bereich 44.
Wie in 7C gezeigt, ist die dritte Position eine Position, die durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 aus seiner Anfangsposition nach links in der Zeichnung erlangt wird. In dieser Position befindet sich ein Bereich 45 auf der Messachse 7. Somit passiert der Lichtstrahl L1 den Bereich 45.
Wie in 7D gezeigt, ist die vierte Position eine Position, die durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 aus seiner Anfangsposition nach unten in der Zeichnung erlangt wird. In dieser Position befindet sich ein Bereich 46 auf der Messachse 7. Somit passiert der Lichtstrahl L1 den Bereich 46.
Auf diese Weise ist es unter Verwendung des ersten Bewegungsmechanismus 40 möglich, den Übertragungsbereich des Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System 10 an jeder der Mehrzahl von Positionen unterschiedlich zu machen.
Das betroffene optische System 10 wird in einen Öffnungsabschnitt 9 eingeführt. Somit kann die Bewegungsweise des betroffenen optischen Systems 10 daraus erfasst werden, wie sich der Öffnungsabschnitt 9 bewegt. 8 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Mitte des Öffnungsabschnitts bewegt.
In 8 ist der Öffnungsabschnitt 9 von der gestrichelten Linie gezeigt und ist ein Bewegungsort 47 von der durchgezogenen Linie gezeigt. Der Bewegungsort 47 stellt dar, wie sich eine Mitte 12 des Öffnungsabschnitts 9 bewegt. Der Bewegungsort 47 entspricht dem Umfang eines an der Messachse 7 zentrierten Kreises. In dem Öffnungsabschnitt 9 bewegt sich, da das betroffene optische System 10 eingeführt ist, das betroffene optische System 10 auch auf dem Umfang des an der Messachse 7 zentrierten Kreises. Auf diese Weise ist es unter Verwendung des ersten Bewegungsmechanismus 40 möglich, das betroffene optische System 10 entlang dem Bewegungsort 47 zu drehen. Dadurch wird der Übertragungsbereich des Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System 10 geändert.
Außerdem ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass der erste Bewegungsmechanismus so konfiguriert ist, dass er das betroffene optische System bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn dreht und die Wellenfrontmesseinheit so konfiguriert ist, dass Wellenfrontaberrationsdaten erlangt werden, während sich das betroffene optische System auf der Umdrehungsbahn bewegt.
Wie vorstehend beschrieben, entspricht der Bewegungsort 47 dem Umfang des an der Messachse 7 zentrierten Kreises. Da die Bewegung entlang dem Umfang eine Ortsanzeigeumdrehung ist, wird bewirkt, dass sich der Öffnungsabschnitt 9 um die Messachse 7 dreht. Da das betroffene optische System 10 in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt ist, kreist das betroffene optische System 10 auch um die Messachse 7. Man kann sagen, dass der Bewegungsort 47 einen Umdrehungsort darstellt und die Messachse 7 eine Umdrehungsachse ist.
Unter Verwendung des ersten Bewegungsmechanismus 40 ist es möglich, das betroffene optische System 10 auf der Umdrehungsbahn zu bewegen. Außerdem ist es durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 auf diskrete Weise möglich, das betroffene optische System 10 an einer Mehrzahl von Positionen auf der Umdrehungsbahn zu stoppen. Dadurch ist es möglich, Wellenfrontaberrationsdaten an der Mehrzahl von Positionen zu erlangen, während sich das betroffene optische System 10 auf der Umdrehungsbahn bewegt.
In der Wellenfrontmessvorrichtung 1' wird das betroffene optische System 10 zu der Mehrzahl von Positionen um die Messachse 7 herum bewegt. Diese Bewegung kann durch einen Vektor ausgedrückt werden. Wie in 8 gezeigt, ist die Größe des Verschiebungsausmaßes des betroffenen optischen Systems 10 durch R dargestellt. Die Größe R des Verschiebungsausmaßes ist eine Größe bezügllich der Messachse 7.
Zum Zweck der Angabe des Ausmaßes und der Richtung der Verschiebung wird die Bewegung des betroffenen optischen Systems 10 durch einen Vektor ausgedrückt, dessen Ursprung ein Punkt auf der Messachse 7 ist. Dieser Vektor wird als „Umdrehungsverschiebungsvektor” bezeichnet. Wenn das optische System 10 in die X-Richtung verschoben wird, wird der Umdrehungsverschiebungsvektor durch (R, 0) ausgedrückt. Wenn das optische System 10 andererseits in die Y-Richtung verschoben wird, wird der Umdrehungsverschiebungsvektor durch (0, R) ausgedrückt. Außerdem wird unter der Voraussetzung, dass der Winkel um die Messachse durch θ dargestellt ist, wenn das betroffene optische System 10 in die θ Richtung verschoben wird, der Umdrehungsverschiebungsvektor durch (Rcosθ, Rsinθ) ausgedrückt.
Das betroffene optische System 10 wird auf eine Weise verschoben, dass θ in Erhöhungen von 10 Grad, sowie von 0 Grad, 10 Grad und 20 Grad zu 350 Grad geändert wird. Diese Bewegung des betroffenen optischen Systems 10 wird als „Umdrehung” bezeichnet und θ wird als ein „Umdrehungswinkel” bezeichnet. Die Erhöhungen der Verschiebung des betroffenen optischen Systems 10 müssen jedoch nicht notwendigerweise 10 Grad betragen.
An jeder Position, an der das betroffene optische System 10 verschoben wird, wird ein durch das betroffene optische System übertragener Lichtstrahl von der Wellenfrontmesseinheit 5 gemessen. Dann werden in der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 Wellenfrontaberrationsdaten aus an den Positionen gemessenen Ergebnissen erzeugt.
Außerdem ist es durch Bewegen des betroffenen optischen Systems auf der Umdrehungsbahn möglich, während der Umdrehung bei jedem Umdrehungswinkel leicht eine Messung einer außeraxialen Wellenfrontaberration durchzuführen. Die auf diese Weise erlangten außeraxialen Wellenfrontaberrationsmessdaten können verwendet werden, um die Anwesenheit/Abwesenheit von Anomalie über die Umfangsrichtung des betroffenen optischen Systems zu überprüfen.
Außerdem kann ein Lichtstrahl durch eine Hälfte oder mehr des effektiven Durchmessers des betroffenen optischen Systems von einem optischen Lichtprojektionssystem übertragen werden. Auf diese Weise kann die Anwesenheit/Abwesenheit von Anomalie über den gesamten effektiven Durchmesser des betroffenen optischen Systems bei der Messung von außeraxialer Wellenfrontaberration während der Umdrehung überprüft werden.
In der Wellenfrontmessvorrichtung der ersten Ausführungsformen und der Wellenfrontmessvorrichtung der zweiten Ausführungsform (nachstehend bezeichnet als eine „Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform”) ist es vorzuziehen, dass das optische Lichtempfangssystem mindestens ein vorderes optisches System, das sich am nächsten an der Lichtquelleneinheit befindet, umfasst, und ein hinteres optisches System, das sich am nächsten an der Wellenfrontmesseinheit befindet, und eine hintere Fokusposition des vorderen optischen Systems und eine Position eines vorderen Fokuspunkts des hinteren optischen Systems miteinander in Ausrichtung sind oder miteinander konjugiert sind.
13 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des optischen Lichtempfangssystems zeigt. Die gleichen Komponenten wie die in der in 5 gezeigten Wellenfrontmessvorrichtung 1' sind durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Das optische Lichtempfangssystem kann aus einem oder mehreren optischen Systemen gebildet sein. In einer Wellenfrontmessvorrichtung 60 ist das optische Lichtempfangssystem aus zwei optischen Systemen gebildet. Insbesondere ist ein Lichtempfangssystem 61 aus einer Linse 62 und einer Linse 63 gebildet. Die Linse 62 befindet sich am nächsten an der Lichtquelleneinheit 2 und die Linse 63 befindet sich auf der Seite der Wellenfrontmesseinheit 5. Somit entspricht die Linse 62 einem vorderen optischen System und entspricht die Linse 63 einem hinteren optischen System.
In der Wellenfrontmessvorrichtung 60 sind, da das Lichtempfangssystem 61 aus der Linse 62 und Linse 63 gebildet ist, die hintere Fokusposition der Linse 62 und die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 63 miteinander in Ausrichtung. Somit ist das Lichtempfangssystem 61 ein optisches System mit einer unendlichen Blendenweite.
Hier ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass ein optisches Lichtempfangssystem und eine Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass die hintere Fokusposition der Linse 63 mit der Wellenfrontmesseinheit in Ausrichtung ist.
Da die hintere Fokusposition der Linse 62 und die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 63 miteinander in Ausrichtung sind, sind die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 und die Wellenfrontmesseinheit 5 so gestaltet, dass sie eine optisch konjugierte Beziehung haben, wenn die Wellenfrontmesseinheit 5 in Ausrichtung mit der hinteren Fokusposition der Linse 63 gebracht ist.
Außerdem ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass eine Halteeinheit und ein konjugiertes optisches System derart angeordnet werden, dass ein Öffnungsabschnitt mit der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 in Ausrichtung ist.
Wenn das betroffene optische System 10 in den Öffnungsabschnitt 9 eingeführt ist, befindet sich das betroffene optische System 10 in der Umgebung der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62. Folglich wird zwischen dem betroffenen optischen System 10 und der Wellenfrontmesseinheit 5 eine im Wesentlichen optisch konjugierte Beziehung geschaffen. Somit werden Lichtstrahlen L3 and L3', die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetreten sind, zu der Wellenfrontmesseinheit 5 geführt.
Außerdem ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass das betroffene optische System und das optische Lichtempfangssystem derart angeordnet sind, dass der hintere Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems mit der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 in Ausrichtung ist.
Mit dieser Konfiguration wird eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem betroffenen optischen System 9 und der Wellenfrontmesseinheit 5 geschaffen. Somit werden die Lichtstrahlen L3 and L3', die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetreten sind, immer zu der Wellenfrontmesseinheit 5 geführt.
Insbesondere treten die Lichtstrahlen L3 and L3' in die Linse 62 ein und werden dann von der Linse 62 gebrochen. Das betroffene optische System 9 ist in der Umgebung der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 oder in der Position in Ausrichtung mit der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 angeordnet. Somit werden die aus der Linse 62 ausgetretenen Lichtstrahlen an der hinteren Fokusposition der Linse 62 kondensiert. Außerdem ist ein Mittelstrahl der aus der Linse 62 ausgetretenen Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zu der Messachse 7.
Lichtstrahlen, die die hintere Fokusposition der Linse 62 passiert haben, werden divergierende Lichtstrahlen und treten in die Linse 63 ein. Wie vorstehend beschrieben, ist die hintere Fokusposition der Linse 62 mit der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 63 in Ausrichtung. Somit werden in die Linse 63 eingetretene Lichtstrahlen zu parallelen Lichtstrahlen und treten aus der Linse 63 aus. Lichtstrahlen L4 and L4', die aus der Linse 63 ausgetreten sind, nähern sich der Messachse 7 an, so dass sie die Messachse 7 schneiden. Folglich kann bewirkt werden, dass die Lichtstrahlen L4 and L4' in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintreten.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch das Lichtempfangssystem 61 eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem betroffenen optischen System 10 und der Wellenfrontmesseinheit 5 geschaffen. Somit ist es möglich, zu bewirken, dass die Lichtstrahlen L3 and L3', die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetreten sind, unabhängig von den Fortbewegungsrichtungen der Lichtstrahlen L3 and L3' in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintreten.
Außerdem werden die Wellenfront an der Position der Wellenfrontmesseinheit 5 und die Wellenfront unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 in der gleichen Form gehalten. Mit anderen Worten wird die Wellenfrontaberrationsform unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 an die Wellenfrontmesseinheit 5 wiedergegeben.
Außerdem kann ein optisches Relaissystem zwischen der Linse 62 und Linse 63 angeordnet sein. In dem Fall, in dem das optische Relaissystem vorgesehen ist, wird eine optisch konjugierte Beziehung zwischen der hinteren Fokusposition der Linse 62 und einer Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 63 geschaffen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die gleiche Funktion und Wirkung zu erlangen wie die, wenn die hintere Fokusposition der Linse 62 und die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 63 miteinander in Ausrichtung sind.
In dem Fall, in dem ein SH-Sensor für die Wellenfrontmesseinheit 5 verwendet wird, bestimmt die Anzahl von Mikrolinsenanordnungen die räumliche Auflösung der Wellenfrontaberrationsform. Die Wellenfrontaberration kann genauer gemessen werden, wenn die Anzahl von in den Lichtstrahlen belegten Mikrolinsenanordnungen größer wird. Selbst wenn der Durchmesser des Lichtstrahls L3 nach Übertragung durch das betroffene optische System 9 klein ist, kann eine ausreichende Anzahl von Mikrolinsenanordnungen durch Vergrößern des Durchmessers des Lichtstrahls L4, der in die Wellenmesseinheit 5 eintritt, durch das optische Lichtempfangssystem 4 verwendet werden.
Wenn beispielsweise die Brennweite der Linse 62 60 mm ist und die Brennweite der Linse 63 120 mm ist, ist die Vergrößerung des optischen Lichtempfangssystems 4 2 (120/60 = 2) und kann der Durchmesser des Lichtstrahls L4, der in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintritt, durch das optische Lichtempfangssystem 4 derart vergrößert werden, dass er zweimal so groß ist wie der Durchmesser des Lichtstrahls L3, der durch das betroffene optische System 9 übertragen wurde.
Wenn ein Strahlenwinkel des Lichtstrahls, der durch das betroffene optische System 9 übertragen wurde, groß ist, fällt der Lichtstrahl, wenn der Strahlenwinkel des Lichtstrahls, der in jede Linse der Mikrolinsenanordnung eintritt, groß ist, nicht immer in ein Bildaufnahmeelement. Der Strahlwinkel ist ein Winkel, der von einem Strahl, der den Lichtstrahl bildet, und der Messachse 7 gebildet wird.
Wenn die Aberration der Wellenfront unmittelbar nach dem Austritt aus dem betroffenen optischen System 10 groß ist, wird der Strahlenwinkel jedes Strahls, der einem Strahl entspricht, der in jede Linse der Mikrolinsenanordnung eintritt, stark geändert, so dass eine große Fluktuation in den Intervallen von Punktbildern, die auf das Abbildungselement 32 projiziert werden, bewirkt wird, und wird es schwierig, die Wellenfrontaberration zu analysieren.
Wenn beispielsweise die Brennweite der Linse 62 60 mm ist und die Brennweite der Linse 63 120 mm ist, ist die Vergrößerung des optischen Lichtempfangssystems 4 2 (120/60 = 2) und kann der Strahlenwinkel des Lichtstrahls L4 auf 1/2 des Strahlenwinkels das Lichtstrahls L3 reduziert werden (aufgrund der Helmholtz-Lagrange-Invariante).
Auf diese Weise kann durch Ändern der Vergrößerung des Lichtempfangssystem 61, selbst wenn der Strahlenwinkel des Lichtstrahls L3 groß ist und, selbst wenn der Strahlenwinkel für jeden Strahl, der dem Strahl entspricht, der in jede Linse der Mikrolinsenanordnung eintritt, stark verändert wird, der Strahlenwinkel des Lichtstrahls L4 in einem Strahlenwinkel unterdrückt werden, der von einem SH-Sensor gemessen werden kann.
In der ersten Wellenfrontmessvorrichtung 40 ist das optische Lichtempfangssystem 61 ein einzelnes optisches Brennpunktsystem. Somit muss mindestens nur eine der Brennweite der Linse 62 oder der Brennweite der Linse 63 geändert werden, um den Durchmesser des Lichtstrahls L4 zu ändern, der in die Wellenfrontmesseinheit 5 eintritt.
Insbesondere muss nur mindestens eine der Linse 62 oder der Linse 63 ersetzt werden. Durch Schaffung einer solchen Anordnung ist es möglich, den Durchmesser des Lichtstrahls L4 zu ändern, der in die Wellenfrontmessvorrichtung 5 eintritt.
Das optische Lichtempfangssystem 61 kann ein optisches Zoomsystem sein (afokaler Zoom). Durch Schaffen einer solchen Anordnung ist es möglich, den Durchmesser des Lichtstrahls L4 frei zu ändern, ohne die Linse zu ersetzen, die das optische Lichtempfangssystem 61 bildet.
Der Fall, in dem ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem verwendet wird, wurde vorstehend beschrieben. Jedoch kann auch ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem verwendet werden. In diesem Fall ist der hintere Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems in Ausrichtung mit einer vorbestimmten Position in dem optischen Lichtempfangssystem und kann die Wellenfrontmesseinheit des betroffenen optischen Systems mit einer Bildposition an der vorbestimmten Position in Ausrichtung sein. Die Bildposition an der vorbestimmten Position ist eine Position, an der ein Echtbild eines Objekts gebildet wird, wenn das Objekt an der vorbestimmten Position in dem optischen Lichtempfangssystem vorgesehen ist.
Außerdem ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, ein optisches Lichtprojektionssystem zwischen der Lichtquelleneinheit und der Halteeinheit vorzusehen. Hier ist es vorzuziehen, dass das optische Lichtprojektionssystem dafür konfiguriert ist, einen kondensierten Lichtstrahl zu erzeugen. Außerdem ist das vorzuziehen, dass das optische Lichtprojektionssystem und die Halteeinheit derart angeordnet sind, dass die Position eines Kondensationspunkts von kondensierten Lichtstrahlen in Ausrichtung mit der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems ist.
14 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des optischen Lichtprojektionssystems zeigt. Die gleichen Komponenten wie die in der in 5 gezeigten Wellenfrontmessvorrichtung 1 sind von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen. Die Konfiguration des in 14 gezeigten optischen Lichtprojektionssystems ist eine Konfiguration, die in einem Fall verwendet wird, in dem ein betroffenes optisches System mit einer positiven Brechungskraft gemessen wird.
In einer Wellenfrontmessvorrichtung 70 ist ein optisches Lichtprojektionssystem 71 zwischen der Lichtquelleneinheit 2 und der Halteeinheit 3 angeordnet. Das optische Lichtprojektionssystem 71 ist aus einer Linse 72 und einer Linse 73 gebildet. In dem optischen Lichtprojektionssystem 71 sind die hintere Fokusposition der Linse 72 und die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 73 miteinander in Ausrichtung. Somit ist das optische Lichtprojektionssystem 71 ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite.
Außerdem befindet sich die Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 72. Genauer befindet sich ein Lichtausstrahlbereich der Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 72. Somit werden von der Lichtquelleneinheit 2 ausgestrahlte divergierende Lichtstrahlen durch die Linse 72 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt. Die parallelen Lichtstrahlen treten in die Linse 73 ein und werden von der Linse 73 kondensiert.
In diesem Beispiel hat das betroffene optische System 10 eine positive Brechungskraft. Somit befindet sich der vordere Fokus des betroffenen optischen Systems 10 auf der Oberseite des optischen Lichtprojektionssystems 71 in der Zeichnung. Aus diesem Grund wird in dem optischen Lichtprojektionssystem 71 ein Bild des Lichtausstrahlbereichs der Lichtquelleneinheit 2 auf der Oberseite des optischen Lichtprojektionssystems 71 gebildet. Folglich ist es möglich, Lichtstrahlen L3 and L3', die aus dem betroffenen optischen System 10 ausgetreten sind, in parallele Lichtstrahlen umzuwandeln.
Durch Ändern der Brennweite der Linse 72 und der Brennweite der Linse 73, der Position des Bildes des Lichtausstrahlbereichs, ist es möglich, die Größe des Bildes des Lichtausstrahlbereichs und die numerische Blende an der Bildposition des Lichtausstrahlbereichs frei einzustellen. Somit können je nach dem betroffenen optischen System 9 Linsen mit Brennweiten für die Linse 72 und die Linse 73 verwendet werden.
Außerdem kann das optische Lichtprojektionssystem 71 eine Apertur 74 umfassen. In der Wellenfrontmessvorrichtung 70 ist die Apertur 74 zwischen der Linse 72 und der Linse 73 angeordnet, genauer an der hinteren Fokusposition der Linse 72. Allerdings ist die Position, an der die Apertur 74 angeordnet ist, nicht auf diese Position beschränkt.
Lichtstrahlen zwischen der Linse 72 und Linse 73 sind parallel. Aus diesem Grund ist es durch Ändern der Größe des Öffnungsabschnitts der Apertur 74 möglich, den Durchmesser der parallelen Lichtstrahlen zu ändern, die in die Linse 73 eintreten. Folglich ist es möglich, die numerische Apertur von kondensierten Lichtstrahlen, die aus der Linse 35 austreten, zu ändern. Insbesondere ist es möglich, den Lichtstrahldurchmesser des Lichtstrahls L2, der in das betroffene optische System 9 eintritt, zu ändern. Somit kann je nach dem betroffenen optischen System 9 eine optische Blende mit einem Öffnungsabschnitt mit einer geeigneten Größe für die Apertur 74 verwendet werden.
15 ist ein Diagramm, das eine weitere Konfiguration des optischen Lichtprojektionssystems zeigt. Die Konfiguration des in 15 gezeigten optischen Lichtprojektionssystems ist eine Konfiguration, die in einem Fall verwendet wird, in dem ein betroffenes optisches System mit einer negativen Brechungskraft gemessen wird.
In einer Wellenfrontmessvorrichtung 70 ist ein optisches Lichtprojektionssystem 75 zwischen der Lichtquelleneinheit 2 und der Halteeinheit 3 angeordnet. Das optische Lichtprojektionssystem 75 ist aus einer Linse 76 und einer Linse 77 gebildet. In dem optischen Lichtprojektionssystem 75 sind die hintere Fokusposition der Linse 76 und die Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 77 miteinander in Ausrichtung. Somit ist das optische Lichtprojektionssystem 75 ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite.
Außerdem befindet sich die Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 76. Genauer befindet sich ein Lichtausstrahlbereich der Lichtquelleneinheit 2 an der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 76. Somit werden von der Lichtquelleneinheit 2 ausgestrahlte divergierende Lichtstrahlen von der Linse 76 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt. Die parallelen Lichtstrahlen treten in die Linse 77 ein und werden von der Linse 77 kondensiert.
In diesem Beispiel hat das betroffene optische System 10' eine negative Brechungskraft. Somit befindet sich die vordere Fokusposition des betroffenen optischen Systems 10' auf der Unterseite des betroffenen optischen Systems 10' in der Zeichnung. Aus diesem Grund wird in dem optischen Lichtprojektionssystem 75 ein Bild des Lichtausstrahlbereichs der Lichtquelleneinheit 2 auf der Unterseite des betroffenen optischen Systems 10' gebildet. Folglich ist es möglich, Lichtstrahlen L3 and L3', die aus dem betroffenen optischen System 10' ausgetreten sind, in parallele Lichtstrahlen umzuwandeln.
Der Fall, in dem ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite für das optische Lichtprojektionssystem verwendet wird, wurde vorstehend beschrieben. Es kann jedoch auch ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtprojektionssystem verwendet werden. In diesem Fall kann die Lichtquelleneinheit mit einer vorbestimmten Position in dem optischen Lichtprojektionssystem in Ausrichtung sein und kann die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems mit einer Bildposition an der vorbestimmten Positionsausrichtung sein. Die Bildposition an der vorbestimmten Position ist eine Position, in der ein Echtbild eines Objekts gebildet wird, wenn das Objekt in der vorbestimmten Position in dem optischen Lichtprojektionssystem angeordnet ist.
In der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass das optische Lichtprojektionssystem in Richtung der Messachse getrieben werden kann.
Durch Bewegen des optischen Lichtprojektionssystems 71 und des optischen Lichtprojektionssystems 75 in die Richtung entlang der Messachse 7 kann ein Kondensationspunkt an jeder Position auf der Messachse 7 erzeugt werden. Somit kann beispielsweise durch Bewegen des optischen Lichtprojektionssystems 71 ein betroffenes optisches System 10' mit einer negativen Brechungskraft ähnlich wie bei dem optischen Lichtprojektionssystem 75 gemessen werden. Es ist vorzuziehen, dass die Lichtquelleneinheit 2 zusammen mit dem optischen Lichtprojektionssystem 71 bewegt wird.
In der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass das optische Lichtprojektionssystem eine Zoomlinse ist.
Durch Schaffen einer solchen Anordnung kann ein Kondensationspunkt an jeglicher Position auf der Messachse 7 gebildet werden, ohne das optische Lichtprojektionssystem 71 oder das optische Lichtprojektionssystem 75 zu bewegen.
In der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass das optische Lichtprojektionssystem koaxial mit dem optischen Lichtempfangssystem ist.
Es ist vorzuziehen, dass die Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen zweiten Bewegungsmechanismus hat und dass der zweite Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System zu drehen.
16 zeigt ein Beispiel des zweiten Bewegungsmechanismus. Die gleichen Komponenten wie die in 6 werden von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon werden weggelassen.
Ein zweiter Bewegungsmechanismus 80 ist beispielsweise eine Drehbühne. Der zweite Bewegungsmechanismus 80 ist zwischen dem ersten Bewegungsmechanismus 40 und der Halteeinheit 3 angeordnet. Wenn der zweite Bewegungsmechanismus 80 eine Drehbühne ist, ist die Mittelachse der Drehbühne in Ausrichtung mit der Mittelachse 11 des Öffnungsabschnitts 9. Somit ist es durch Drehen der Drehbühne möglich, das betroffene optische System 10 zu drehen. Da die Mittelachse der Drehbühne die Achse zum Drehen des betroffenen optischen Systems 10 ist, kann sie als eine Drehachse bezeichnet werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus umfasst und der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System um eine Drehachse zu drehen, die eine Achse rechtwinklig zu der Messachse ist.
17A und 17B sind Diagramme, die ein Beispiel des Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus zeigen. 17A ist ein Diagramm, das den Zustand vor der Umkehrung zeigt. 17B ist ein Diagramm, das den umgekehrten Zustand zeigt. Die gleiche Konfiguration wie in 2 ist von der gleichen Bezugszahl bezeichnet und eine ausführliche Beschreibung davon ist weggelassen.
Ein Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 ist zwischen der Hauptkörpereinheit 92 der Wellenfrontmessvorrichtung und der Bühne 8 angeordnet. Der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 ist beispielsweise eine Drehbühne. Wenn der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 eine Drehbühne ist, ist der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 derart auf die Hauptkörpereinheit 92 montiert, dass eine Mittelachse 91 der Drehbühne rechtwinklig zu der Messachse 7 ist.
Durch Drehen der Drehbühne ist es möglich, das betroffene optische System 10 umzudrehen. In 17A befindet sich eine Linsenoberfläche S des betroffenen optischen Systems in die Aufwärtsrichtung in der Zeichnung. Durch Drehen der Drehbühne um 180 Grad aus diesem Zustand, wie in 17B gezeigt, ist es möglich, einen Zustand zu schaffen, in dem die Linsenoberfläche S des betroffenen optischen Systems 10 in die Abwärtsrichtung in der Zeichnung ausgerichtet ist. Die Mittelachse 91 der Drehbühne ist eine Achse zum Drehen des betroffenen optischen Systems 10, d. h. eine Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse.
In 17A und 17B wird das betroffene optische System 10 durch ein Rahmenelement 93 gegen die Halteeinheit 3 gedrückt. Außerdem ist die Halteeinheit 3 an der Bühne 8 befestigt. Dadurch ist es, selbst wenn das betroffene optische System 10 gedreht wird, möglich, zu verhindern, dass die Halteeinheit 3 und das betroffene optische System 10 abfallen.
18 zeigt eine Gesamtkonfiguration der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Die gleichen Konfigurationen wie die in den vorstehend beschriebenen Zeichnungen sind von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Eine Wellenfrontmessvorrichtung 100 umfasst eine Hauptkörpereinheit 101. In der Hauptkörpereinheit 101 sind die Lichtquelleneinheit 2, das optische Lichtprojektionssystem 71, die Halteeinheit 3, das optische Lichtempfangssystem 4, die Wellenfrontmesseinheit 5 und die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 vorgesehen.
Die Lichtquelleneinheit 2 ist durch ein Halteelement 102 an der Hauptkörpereinheit 101 montiert. Das optische Lichtprojektionssystem 71 ist durch ein Halteelement 103 an der Hauptkörpereinheit 101 montiert. Das optische Lichtempfangssystem 4 ist durch ein Halteelement 105 an der Hauptkörpereinheit 101 montiert.
Die Halteeinheit 3 ist an dem zweiten Bewegungsmechanismus 80 montiert. Der zweite Bewegungsmechanismus 80 ist an dem ersten Bewegungsmechanismus 40 montiert. Der erste Bewegungsmechanismus 40 ist an der Bühne 8 montiert. Die Bühne 8 ist an dem Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 montiert. Der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 ist durch ein Halteelement 104 an der Hauptkörpereinheit 101 montiert.
In der Wellenfrontmessvorrichtung 100 ist es möglich, eine Messung von betroffenen optischen Systemen mit unterschiedlichen Brennweiten durchzuführen. Wenn das optische Lichtempfangssystem 4 selbst dann nicht ersetzt wird, wenn ein zu messendes betroffenes optisches Systems geändert wird, ändert sich die Position konjugiert mit der Wellenfrontmesseinheit 5 nicht. Allerdings ändert sich die Position des hinteren Hauptpunkts des betroffenen optischen Systems 10 jedes Mal, wenn sich ein zu messendes betroffenes optisches System ändert.
Wie vorstehend beschrieben, ist es vorzuziehen, dass eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem hinteren Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems 10 und der Wellenfrontmesseinheit 5 geschaffen wird. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das Halteelement 104 mit einem Bewegungsmechanismus vorgesehen ist.
Durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 mit dem Bewegungsmechanismus des Halteelements 104 kann eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem hinteren Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems 10 und der Wellenfrontmesseinheit 5 geschaffen werden.
In dem Fall, in dem ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 4 verwendet wird, ist beispielsweise, wie in 13 gezeigt, das Lichtempfangssystem 4 aus der Linse 62 und der Linse 63 gebildet. In diesem Fall kann durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 der hintere Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems 10 in Ausrichtung mit der Position eines vorderen Fokuspunkts der Linse 62 gebracht werden.
In dem Fall, in dem ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 4 verwendet wird, kann durch Bewegen des betroffenen optischen Systems 10 die hintere Hauptpunktposition des betroffenen optischen Systems 10 in Ausrichtung mit einer Position konjugiert mit der Wellenfrontmesseinheit 5 gebracht werden.
Wenn die Position des betroffenen optischen Systems 10 geändert wird, ändert sich die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10. Wenn das optische Lichtprojektionssystem 71 selbst dann nicht ersetzt wird, wenn ein zu messendes betroffenes optisches System geändert wird, sind der von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugte Kondensationspunkt und die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 nicht miteinander in Ausrichtung. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, dass das Halteelement 102 und das Halteelement 103 jeweils mit einem Bewegungsmechanismus vorgesehen sind.
Durch Bewegen der Lichtquelleneinheit 2 durch den Bewegungsmechanismus des Halteelements 102 und Bewegen des optischen Lichtprojektionssystems 71 durch den Bewegungsmechanismus des Halteelements 103 ist es möglich, den von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugten Kondensationspunkt und die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 in Ausrichtung zu bringen.
In dem Fall, in dem ein optisches System mit einer unendlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 71 verwendet wird, ist beispielsweise, wie in 14 gezeigt, das Lichtempfangssystem 71 aus der Linse 72 und der Linse 73 gebildet. In diesem Fall kann durch Bewegen der Lichtquelleneinheit 2 und des optischen Lichtempfangssystems 71 die hintere Fokusposition der Linse 73 in Ausrichtung mit der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 gebracht werden.
In dem Fall, in dem ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 71 verwendet wird, wird durch Bewegen der Lichtquelleneinheit 2 und des optischen Lichtempfangssystems 71 ein von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugter Kondensationspunkt und die Position eines Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 in Ausrichtung gebracht.
In dem Fall, in dem ein optisches System mit einer endlichen Brennweite für das optische Lichtempfangssystem 71 verwendet wird, können durch einfaches Bewegen des optischen Lichtempfangssystems 71 der von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugte Kondensationspunkt und die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 je nach Fall in Ausrichtung gebracht werden.
Die Lichtquelleneinheit 2 wird von dem Halteelement 102 gehalten und das optische Lichtprojektionssystem 71 wird von dem Halteelement 103 gehalten. Jedoch können die Lichtquelleneinheit 2 und das optische Lichtprojektionssystem 71 auch von dem gleichen Halteelement gehalten werden und kann das Halteelement einen Bewegungsmechanismus haben.
Das optische Lichtprojektionssystem 71 kann durch ein anderes optisches Lichtprojektionssystem ersetzt werden. Außerdem kann das optische Lichtprojektionssystem 71 eine Zoomlinse sein. Auch in diesem Fall sind der von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugte Kondensationspunkt und die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 nicht immer in Ausrichtung miteinander. Aus diesem Grund können, wie vorstehend beschrieben, durch Anpassen der Position der Lichtquelleneinheit oder des optischen Lichtprojektionssystems, der von dem optischen Lichtprojektionssystem 71 erzeugte Kondensationspunkt und die Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems 10 miteinander in Ausrichtung gebracht werden.
Das optische Lichtempfangssystem 4 kann durch ein anderes optisches Lichtempfangssystem ersetzt werden. Außerdem kann das optische Lichtempfangssystem 4 eine Zoomlinse sein. Auch in diesem Fall ändert sich die Position konjugiert mit der Wellenfrontmesseinheit 5 in einigen Fällen. Auch in diesem Fall kann sich das betroffene optische System 10 wie vorstehend beschrieben bewegen. Außerdem können sich bei Bedarf das optische Lichtempfangssystem 4 oder die Wellenfrontmessvorrichtung 5 bewegen. Durch Schaffen einer solchen Anordnung kann 5 eine optisch konjugierte Beziehung zwischen dem hinteren Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems 10 und der Wellenfrontmesseinheit geschaffen werden.
Ein Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. Das Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Schritt zum Schaffen einer optisch konjugierten Beziehung zwischen einer Umgebung eines betroffenen optischen Systems und einer Umgebung einer Wellenfrontmesseinheit, einen Exzentrizitätsantriebsschritt zum Antreiben des betroffenen optischen Systems derart, dass es bezüglich einer Messachse einer Wellenfrontmesseinheit exzentrisch ist, und einen Wellenfrontdatenerlangungsschritt zum Erlangen von Wellenfrontaberrationsdaten auf einem durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl mittels der Wellenfrontmesseinheit und einer Wellenfrontdatenerzeugungseinheit.
Vor der Wellenfrontmessung wird das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung derart eingestellt, dass eine optisch konjugierte Beziehung zwischen der Umgebung des betroffenen optischen Systems und der Umgebung der Wellenfrontmesseinheit geschaffen wird. Außerdem wird das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung derart eingestellt, dass das betroffene optische System bezüglich der Messachse der Wellenfrontmessvorrichtung exzentrisch ist.
Nachdem das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung eingestellt ist, werden Wellenfrontaberrationsdaten auf durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahlen erlangt. Das Erlangen der Wellenfrontaberrationsdaten wird im Speziellen beschrieben.
In dem Wellenfrontmessverfahren der ersten Ausführungsform wird durch Kreisen des betroffenen optischen Systems außeraxiale Wellenfrontaberration gemessen. 19 ist ein Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der ersten Ausführungsform.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform das betroffene optische System zu einer Mehrzahl von Positionen um die Messachse bewegt und wird ein Übertragungsbereich eines Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System an jeder der Mehrzahl von Positionen unterschiedlich gemacht. Aus diesem Grund wird in dem Wellenfrontmessverfahren der ersten Ausführungsformen in Schritt S100 die Messzählung eingestellt. Beim Einstellen der Messzählung kann durch Bestimmen der Messzählung eingestellt werden, aber kann eine Winkelerhöhung Δθ bestimmt werden. Die Winkelerhöhung Δθ ist das Änderungsausmaß des Winkels zum Verschieben des betroffenen optischen Systems 10, wie beispielsweise 0 Grad, 10 Grad und 20 Grad.
In Schritt S101 wird die Bestätigung der Einstellungsinhalte ausgeführt. Wenn die Winkelerhöhung Δθ eingestellt ist, wird in Schritt S102 die Messzählung aus der Winkelerhöhung Δθ bestimmt.
In Schritt S103 wird ein Parameter n, der eine Messzählung angibt, initialisiert. In Schritt S104 wird ein Parameter θ, der einen Umdrehungswinkel angibt, initialisiert. Dann wird Schritt S105 ausgeführt. In Schritt S105 werden Lichtstrahlen auf das betroffene optische System aufgebracht.
Bei der ersten Messung werden Lichtstrahlen auf das betroffene optische System in einem Zustand aufgebracht, in dem das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung eingestellt ist, d. h. in einem Zustand, in dem der Umdrehungswinkel θ Null ist. In Schritt S106 wird das Erlangen von Wellenaberrationsdaten WFD unter Verwendung von durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahlen ausgeführt. In Schritt S107 wird die Speicherung der erlangten Wellenaberrationsdaten WFD ausgeführt. Dadurch wird die erste Messung abgeschlossen.
Anschließend wird in Schritt S108 eine Bestätigung der Messzählung ausgeführt. Wenn die Messzählung nicht einer eingestellten Zählung entspricht, wird die Messzählung in Schritt S109 um 1 erhöht. Außerdem wird in Schritt S110 Δθ hinzugefügt, wodurch der neue Umdrehungswinkel θ eingestellt wird.
In Schritt S111 wird die Bewegung des betroffenen optischen Systems auf Grundlage des neu eingestellten Umdrehungswinkels θ ausgeführt. Die neue Position des betroffenen optischen Systems ist eine Position, die dem Umdrehungswinkel θ entspricht. Dann wird das Erlangen und das Speichern der Wellenaberrationsdaten WFD an der neuen Position ausgeführt.
Schritt S106 bis Schritt S111 werden wiederholt, bis die Messzählung der eingestellten Zählung entspricht. Wenn die Messzählung der eingestellten Zählung entspricht, ist die Messung abgeschlossen.
Auf diese Weise werden in dem Messverfahren der vorliegenden Ausführungsform Wellenaberrationsdaten WFD an jedem Umdrehungswinkel in dem Zustand erlangt, bevor sich das betroffene optische System dreht, d. h. in dem Zustand, in dem das betroffene optische System zuerst in der Wellenfrontmessvorrichtung eingestellt ist. In dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor für die Wellenfrontmesseinheit verwendet wird, wird die gleiche Anzahl von Lichtpunktbildern (nachstehend als „Punktgruppe” bezeichnet) wie die Anzahl von Mikrolinsen gebildet. Durch Abbildung der Punktgruppe durch ein Bildaufnahmeelement werden Positionsdaten für jeden Punkt der Punktgruppe erlangt. Wenn Δθ 10 Grad ist, werden 36 Stück Wellenaberrationsdaten WFD erlangt. Es tritt kein Problem auf, wenn eine leichte axiale Abweichung zwischen der Messachse 7 und der Umdrehungsachse vorhanden ist.
20 zeigt ein Beispiel der Konfiguration der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit. Die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 umfasst eine Betätigungsverarbeitungseinheit 110, eine Programmspeichereinheit 111, eine Datenspeichereinheit 112 und eine erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113. Eine zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114 wird später in einem Wellenfrontmessverfahren einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Die Betätigungsverarbeitungseinheit 110 führt verschiedene Arten von Betätigungen und Verarbeitungen gemäß einem zugeordneten Computerprogramm aus.
Die Programmspeichereinheit 111 speichert darin ein Computerprogramm zum Ausführen einer vorbestimmten Verarbeitung in der Betätigungsverarbeitungseinheit 110. In der Betätigungsverarbeitungseinheit 110 wird beispielsweise ein Programm zum Ausführen der Verarbeitung des in 19 gezeigten Ablaufdiagramms gespeichert. Dieses Programm kann von außerhalb der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 gelesen werden. Dadurch kann die Programmspeichereinheit 111 weggelassen werden.
Die Datenspeichereinheit 112 speichert darin von der Wellenfrontmesseinheit 5 erlangte Wellenaberrationsdaten WFD und die Ergebnisse der von der Betätigungsverarbeitungseinheit 110 ausgeführten Verarbeitung.
Die erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113 steuert den ersten Bewegungsmechanismus 40 auf Grundlage einer Anweisung von der Betätigungsverarbeitungseinheit 110. Das betroffene optische System wird von dem ersten Bewegungsmechanismus 40 in eine Position bewegt, die einem Umdrehungswinkel θ entspricht.
In 20 sind die zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114 und der zweite Bewegungsmechanismus 80 dargestellt. In dem Wellenfrontmessverfahren der ersten Ausführungsform ist jedoch die Bewegung des betroffenen optischen Systems nur eine Umdrehung. Somit kann es zum Bewegen des betroffenen optischen Systems ausreichend sein, dass die erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113 und der erste Bewegungsmechanismus 40 vorgesehen sind und sind die zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114 und der zweite Bewegungsmechanismus 80 nicht notwendig.
Das Wellenfrontmessverfahren der zweiten Ausführungsform ist ein Verfahren zum Messen von außeraxialer Wellenfrontaberration sowohl durch Kreisen des betroffenen optischen Systems als auch durch Drehen. 21 ist ein Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der zweiten Ausführungsform. Die gleiche Verarbeitung wie die in dem Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der ersten Ausführungsform ist von der gleichen Bezugszahl bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Betrachtet man die Messung durch das Messverfahren der ersten Ausführungsform als „außeraxiale Wellenfrontaberrationsmessung durch Umdrehung” wird in dem Messverfahren der zweiten Ausführungsform „außeraxiale Wellenfrontaberrationsmessung durch Umdrehung” ausgeführt, während das betroffene optische System gedreht wird. Ein Zustand vor dem Drehen des betroffenen optischen Systems wird als „erster Zustand” bezeichnet und ein Zustand nach dem Drehen des betroffenen optischen Systems wird als „zweiter Zustand” bezeichnet.
In dem Messverfahren der zweiten Ausführungsform wird ein Parameter FG verwendet, um zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zu unterscheiden. In Schritt S120 wird der Parameter FG, der einen Drehzustand angibt, initialisiert. Ein Zustand, in dem das betroffene optische System in der Wellenfrontmessvorrichtung eingestellt wird, ist der erste Zustand.
In Schritt S121 wird die Bestätigung des Drehzustands ausgeführt. Wenn der momentane Zustand der erste Zustand ist, werden Schritt S106 bis Schritt S111 wiederholt, bis die Messzählung einer eingestellten Zählung entspricht. Wenn die Messzählung der eingestellten Zählung entspricht, ist die Messung in dem ersten Zustand abgeschlossen.
Nach Abschluss der Messung in dem ersten Zustand fährt der Ablauf mit Schritt S122 fort. In Schritt S122 wird die Bestätigung des Drehzustands ausgeführt. Wenn der momentane Zustand der erste Zustand ist, wird Schritt S123 ausgeführt. In Schritt S123 wird die Drehung des betroffenen optischen Systems ausgeführt. Es ist vorzuziehen, dass der Drehwinkel 180 Grad ist.
Nach Abschluss der Drehung wird in Schritt S124 1 für den Parameter FG eingestellt, um den zweiten Zustand anzuzeigen. Dann kehrt der Ablauf zu Schritt S103 zurück.
In Schritt S121 wird die Bestätigung des Drehzustands ausgeführt. Da FG = 1 etabliert wird, wird in Schritt S121 bestätigt, dass der momentane Zustand der zweite Zustand ist. Dadurch werden Schritt S125 und Schritt S126 ausgeführt. In Schritt S125 wird das Erlangen von Wellenfrontaberrationsdaten WFD' unter Verwendung von durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahlen ausgeführt. In Schritt S126 wird das Speichern der erlangten Wellenfrontaberrationsdaten WFD' ausgeführt. Das Erlangen und Speichern der Wellenfrontaberrationsdaten WFD' wird wiederholt ausgeführt, bis die Messzählung der eingestellten Zählung entspricht.
Wenn die Messzählung der eingestellten Zählung entspricht, ist die Messung in dem zweiten Zustand abgeschlossen. Nach Abschluss der Messung in dem zweiten Zustand fährt der Ablauf mit Schritt S127 fort. In Schritt S127 wird das Erlangen der Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt. In Schritt S127 werden die in dem ersten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Referenzwellenfrontdaten eingestellt und werden die in dem zweiten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Messwellenfrontdaten eingestellt, wodurch das Erlangen der Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt wird, die der Drehung zugeordnet sind.
In dem Messverfahren der zweiten Ausführungsform wird das betroffene optische System um 180 Grad gedreht, wobei der Drehwinkel jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt ist. Es tritt kein Problem auf, wenn eine leichte axiale Abweichung zwischen der Messachse und der Drehachse vorhanden ist. Es tritt kein Problem auf, wenn eine leichte axiale Abweichung zwischen der Achse des betroffenen optischen Systems und der Drehachse vorhanden ist.
Auf diese Weise werden in dem Messverfahren der zweiten Ausführungsform Wellenfrontaberrationsdaten WFD' bei jedem Umdrehungswinkel in einem Zustand nach dem Drehen des betroffenen optischen Systems zusätzlich zu dem Zustand vor dem Drehen des betroffenen optischen Systems erlangt. Wenn ein Shack-Hartmann-Sensor für die Wellenfrontmesseinheit verwendet wird, werden Positionsdaten für jeden Punkt der Punktgruppe verwendet. Wenn Δθ 10 Grad ist, werden 36 Stück Wellenfrontaberrationsdaten WFD' sogar in dem Zustand nach dem Drehen des betroffenen optischen Systems erlangt. Es tritt kein Problem auf, wenn eine leichte axiale Abweichung zwischen der Messachse 7 und der Umdrehungsachse vorhanden ist.
Die Wellenaberrationsdaten WFD vor der Drehung des betroffenen optischen Systems werden als Referenzwellenfrontaberrationsdaten eingestellt und die Wellenfrontaberrationsdaten WFD' nach der Drehung werden als Messwellenfrontaberrationsdaten eingestellt, wodurch Wellenfrontaberrationsänderungsdaten analysiert werden. Die Wellenfrontaberrationsänderungsdaten werden in dem Umdrehungswinkelzustand analysiert, d. h. an jeder der Mehrzahl von Positionen, an denen die Wellenaberrationsdaten WFD und WFD' erlangt werden. Folglich werden 36 Stück Wellenfrontaberrationsänderungsdaten erlangt.
Zur Implementierung des Wellenfrontmessverfahrens der zweiten Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass die Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform umfasst: eine Vor-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit; eine Nach-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit; und eine Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit, wobei ein erster Zustand ein Zustand ist, bevor das Drehen durch den zweiten Bewegungsmechanismus ausgeführt wird, ein zweiter Zustand ein Zustand ist, nachdem das Drehen durch den zweiten Bewegungsmechanismus ausgeführt wird, wobei die Vor-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit dafür konfiguriert ist, in dem ersten Zustand das betroffene optische System bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn zu bewegen und darin Wellenfrontaberrationsdaten zu speichern, die an jeder der Mehrzahl von Positionen auf der Umdrehungsbahn erlangt werden, die Nach-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit dafür konfiguriert ist, in dem zweiten Zustand das betroffene optische System bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn zu bewegen und darin Wellenfrontaberrationsdaten zu speichern, die an jeder der Mehrzahl von Positionen auf der Umdrehungsbahn erlangt werden, und die Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, die der Drehung zugeordnet sind, durch Einstellen der in dem ersten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Referenzwellenfrontdaten und Einstellen der in dem zweiten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Messwellenfrontdaten zu erlangen.
22 zeigt eine Verarbeitungseinheit, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst. Die gleichen Komponenten wie die in 20 sind von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6A umfasst eine Betätigungsverarbeitungseinheit 110, eine Programmspeichereinheit 111, eine Datenspeichereinheit 112, eine erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121, eine zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122, eine erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113 und eine zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114. Außerdem ist eine Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit 130 mit der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6A verbunden.
Die erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121 ist eine Vor-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit. Die erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121 führt Verarbeitung auf Grundlage eines erstens Programms aus. Die Verarbeitung in dem ersten Programm ist eine Verarbeitung zum Bewegen, in dem ersten Zustand, d. h. in dem Zustand vor dem Drehen des betroffenen optischen Systems, des betroffenen optischen Systems bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn und zum Ausführen des Erlangens und Speicherns der Wellenaberrationsdaten WFD an einer Mehrzahl von Positionen auf der Umdrehungsbahn.
Somit steuern die erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113 und die zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114 den ersten Bewegungsmechanismus 40 und den zweiten Bewegungsmechanismus 80 auf Grundlage einer Anweisung von der ersten Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121.
Die zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122 ist eine Nach-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit. Die zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122 führt Verarbeitung auf der Grundlage eines zweiten Programms aus. Die Verarbeitung in dem zweiten Programm ist eine Verarbeitung zum Bewegen, in dem zweiten Zustand, d. h. in dem Zustand nach dem Drehen des betroffenen optischen Systems, des betroffenen optischen Systems bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn und zum Ausführen des Erlangens und Speicherns der Wellenaberrationsdaten WFD' an einer Mehrzahl von Positionen auf der Umdrehungsbahn.
Somit steuern die erste Bewegungsmechanismussteuereinheit 113 und die zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit 114 den ersten Bewegungsmechanismus 40 und den zweiten Bewegungsmechanismus 80 auf Grundlage einer Anweisung von der zweiten Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122.
Auf diese Weise ist es unter Verwendung der ersten Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121 und der zweiten Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122 möglich, eine Last der Betätigungsverarbeitungseinheit 110 zu reduzieren und auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern.
Die Verarbeitung durch die zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122 kann durch die erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121 ausgeführt werden.
Außerdem können die Verarbeitung durch die erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 121 und die Verarbeitung durch die zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit 122 durch die Betätigungsverarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden. In diesem Fall kann die in 24 gezeigte Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 anstatt der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6A verwendet werden.
Ein Wellenfrontmessverfahren einer dritten Ausführungsform ist ein Verfahren zur Ausführung einer Zernike-Passung. 23 ist ein Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der dritten Ausführungsform. In 23 ist die Darstellung vieler Teile der Verarbeitung in dem Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der zweiten Ausführungsform weggelassen.
Wie vorstehend beschrieben, werden in Schritt S127 Wellenfrontaberrationsänderungsdaten erlangt, die der Drehung zugeordnet sind. In Schritt S128 wird Zernike-Passung für die Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt.
Wenn ein Shack-Hartmann-Sensor für die Wellenfrontmesseinheit verwendet wird, werden Positionsdaten für jeden Punkt der Punktgruppe verwendet. Hier werden die Positionen jedes Punkts einer Punktgruppe von Referenzwellenfrontaberrationsdaten und die Positionen von jedem Punkt einer Punktgruppe von Messwellenfrontaberrationsdaten erlangt.
Aus diesem Grund wird das Ausmaß der Verlagerung der Position der Punktgruppe der Messwellenfrontaberrationsdaten bezüglich der Position der Punktgruppe der Referenzwellenfrontaberrationsdaten für jeden Punkt der Punktgruppe der Messwellenfrontaberrationsdaten berechnet.
Dann werden die Änderungsausmaße der Positionen der Punkte der Punktgruppe der Messwellenfrontaberrationsdaten einer Differenzialfunktion eines Zernike-Polynoms angepasst. Dadurch werden Zernike-Koeffizienten erlangt. Die erlangten Zernike-Koeffizienten werden als „Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten” bezeichnet. Somit ist es möglich, die Aberrationsausmaße zu quantifizieren.
Die Referenzwellenfrontaberrationsdaten und die Messwellenfrontaberrationsdaten sind Daten auf dem gleichen betroffenen optischen System. Somit kann eine Verarbeitung unter Verwendung der Referenzwellenfrontaberrationsdaten als das Ausführen eines Selbstbezugs betrachtet werden.
Zur Implementierung des Wellenfrontmessverfahrens der dritten Ausführungsform ist es in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, dass die Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit dafür konfiguriert ist, eine Zernike-Passung an Wellenfrontaberrationsänderungsdaten auszuführen, die an jeder einer Mehrzahl von Positionen erlangt werden, und Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an jeder der Mehrzahl von Positionen zu erlangen.
Das Wellenfrontmessverfahren der dritten Ausführungsform wird durch die in 22 gezeigte Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit 130 ausgeführt.
Außerdem kann die Verarbeitung durch die Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit 130 durch die Betätigungsverarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden. In diesem Fall kann die von der in 22 gezeigten Verarbeitungseinheit ausgeführte Verarbeitung durch die in 20 gezeigte Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 ausgeführt werden.
Ein Wellenfrontmessverfahren einer vierten Ausführungsform ist ein Verfahren, das anschließend an das Wellenfrontmessverfahren der dritten Ausführungsform ausgeführt wird. 24 ist ein Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der vierten Ausführungsform. Die gleiche Verarbeitung wie die in 23 ist von der gleichen Bezugszahl bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Wenn das Messverfahren der dritten Ausführungsform als „Selbstbezugsverfahren” betrachtet wird, wird in dem Messverfahren der vierten Ausführungsform die Berechnung von Addition und Subtraktion unter Verwendung von Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt, die durch das Selbstbezugsverfahren erlangt werden.
Wie vorstehend beschrieben, werden Wellenfrontaberrationsdaten an einer Mehrzahl von Positionen auf einer Umdrehungsbahn erlangt und Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten werden für jede Erlangungsposition erlangt. Wenn Δθ 10 Grad ist, werden 36 Stücke Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten erlangt. Aus diesem Grund wird in Schritt S130 ein Paar bezüglich der Messachse 7 einander gegenüberliegende Erlangungspositionen extrahiert.
Da das extrahierte Paar von Positionen bezüglich der Messachse einander gegenüberliegend ist, sind sie bezüglich der Messachse um 180 Grad symmetrisch. Beispielsweise werden Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an der Position, an der θ 0 Grad ist, und Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an der Position, an der θ 180 Grad ist, gepaart. Außerdem werden Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an der Position, an der θ 40 Grad ist, und Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an der Position, an der θ 220 Grad ist, gepaart.
Anschließend wird Schritt S131 ausgeführt. In Schritt S131 wird eine Bestätigung der Ordnung von Pupillenkoordinaten in Zernike-Polynomen für Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten auf dem extrahierten Paar ausgeführt. Dann wird, wenn die Ordnung von Pupillenkoordinaten in Zernike-Polynomen eine gerade Ordnung ist, Schritt S132 ausgeführt. Wenn die Ordnung von Pupillenkoordinaten in Zernike-Polynomen eine ungleiche Ordnung ist, wird Schritt S133 ausgeführt.
In Schritt S132 wird eine Subtraktionsberechnung von Zernike-Koeffizienten mit Pupillenkoordinaten gerader Ordnung im Zernike-Polynom zwischen Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt. In Schritt S133 wird eine Additionsberechnung von Zernike-Koeffizienten mit Pupillenkoordinaten ungerader Ordnung in Zernike-Polynomen zwischen Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten ausgeführt. In Schritt S134 wird eine Bestätigung der Anzahl von Paaren, für die diese Verarbeitung abgeschlossen wurde, ausgeführt.
Das durch diese Berechnung erlangte Resultat wird als „Aberrationskomponente” bezeichnet. Die Aberrationskomponente kann als ein Aberrationskomponentenausmaß betrachtet werden, das im Verhältnis zu einer Potenz eines Exzentrizitätsausmaßes oder eines Verlagerungsausmaßes erzeugt wird.
Die Aberrationskomponente kann auch folgendermaßen erlangt werden. Im Allgemeinen wird eine Wellenfrontaberration durch eine Potenz des Exzentrizitätsausmaßes des betroffenen optischen Systems durch eine Funktion von Objekthöhenkoordinaten bewirkt dargestellt. Die Objekthöhenkoordinaten können als Verschiebungsvektoren des betroffenen optischen Systems entsprechend betrachtet werden. Somit können Aberrationskomponenten durch Anpassung von Zernike-Wellenfrontaberrationsdaten auf die Funktion unter Verwendung von einem Algorithmus wie beispielsweise der Methode der kleinsten Quadrate erlangt werden.
Zur Implementierung des Wellenfrontmessverfahrens der vierten Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass die Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit umfasst und die Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit konfiguriert ist zum: für in jedem Zustand erlangte Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten das Subtrahieren von Zernike-Koeffizienten mit den Pupillenkoordinaten gerader Ordnung in Zernike-Polynomen und das Addieren von Zernike-Koeffizienten mit den Pupillenkoordinaten der ungeraden Ordnung in Zernike-Polynome zwischen Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, die um 180 Grad symmetrisch um die Messachse sind, um Aberrationskomponenten zu extrahieren.
25 zeigt eine weitere Verarbeitungseinheit, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst. Die gleichen Komponenten wie die in 22 sind von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Eine Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit 140 ist mit der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6A verbunden. In der Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit 140 werden vorstehend beschriebene Schritte S130 bis S134 ausgeführt. Dadurch wird die Aberrationskomponente erlangt.
Außerdem kann die Verarbeitung durch die Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit 140 von der Betätigungsverarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden. In diesem Fall kann die von der in 25 gezeigten Verarbeitungseinheit ausgeführte Verarbeitung von der in 20 gezeigten Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 ausgeführt werden.
Ein Wellenfrontmessverfahren einer fünften Ausführungsform ist ein Verfahren, das im Anschluss an das Wellenfrontmessverfahren der vierten Ausführungsform ausgeführt wird. 26 ist ein Ablaufdiagramm des Wellenfrontmessverfahrens der vierten Ausführungsform. Die gleiche Verarbeitung wie die in 24 ist von der gleichen Bezugszahl bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Betrachtet man das Messverfahren der vierten Ausführungsform als „Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration”, wird in dem Messverfahren der vierten Ausführungsform unter Verwendung von durch das Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration erlangten Aberrationskomponenten das Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems bezüglich der Drehachse berechnet.
In der Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit wird Schritt S140 ausgeführt, wobei jedoch vor der Ausführung von Schritt S140 eine Sensitivität exzentrischer Aberration im Voraus berechnet wird. Die Sensitivität exzentrischer Aberration wird unter Verwendung von einem optischen CAD und dergleichen berechnet. Es ist anzumerken, dass die Sensitivität exzentrischer Aberration folgendermaßen berechnet wird, so dass sie die durch die Komponente einer Potenz des Exzentrizitätsausmaßes ausgedrückte Menge ist.
Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, die der Konstruktionsform des betroffenen optischen Systems entsprechen, werden im Vorhinein berechnet. Die Wellenfrontaberrationsänderungsdaten geben eine Wellenfrontaberrationsformänderung der übertragenen Wellenfrontaberration, die erlangt wird, wenn eine betroffene Oberfläche exzentrisch ist, um ein Exzentritätsausmaß an.
Anschließend werden die Wellenfrontaberrationsänderungsdaten Zernike-Passung unterzogen, wodurch ein Zernike-Koeffizient, d. h. Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, erlangt werden. Als Nächstes wird die folgende Berechnung auf den Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten in zwei Zuständen von 180 Grad symmetrischen Umdrehungswinkeln ausgeführt.
Zernike-Koeffizienten mit Termen der Pupillenkoordinaten gerader Ordnung in Zernike-Polynomen werden subtrahiert und Zernike-Koeffizienten mit Termen der Pupillenkoordinaten ungerader Ordnung in Zernike-Polynomen werden addiert. Die durch diese Berechnung erlangten Ergebnisse werden als „Sensitivität exzentrischer Aberration” bezeichnet. Die Sensitivität exzentrischer Aberration kann als eine Exzentritätsausmaßeinheit für jeden Freiheitsgrad von Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems oder ein Aberrationskomponentenausmaß, das im Verhältnis zu einer Potenz der Verlagerungsausmaßeinheit erzeugt wird, betrachtet werden.
In Schritt S140 werden gleichzeitige lineare Gleichungen für die Sensitivität exzentrischer Aberration, die Aberrationskomponente und das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrades von Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das Drehung zugeordnet ist, aufgestellt. Dann werden die gleichzeitigen linearen Gleichungen durch einen Algorithmus wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate analysiert. Dadurch wird das Verlagerungsausmaß für jeden Freiheitsgrad von Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das Drehung zugeordnet ist, berechnet.
Zur Implementierung des Wellenfrontmessverfahrens der fünften Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass die Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit umfasst und die Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit dafür konfiguriert ist, ein Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems bezüglich einer Drehachse aus dem analysierten Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems zu berechnen.
27 zeigt eine weitere Verarbeitungseinheit, die die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit umfasst. Die gleichen Komponenten wie die in 25 sind von den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und ausführliche Beschreibungen davon sind weggelassen.
Eine Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit 150 ist mit der Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6A verbunden. In der Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit 150 werden Schritt S140 und S141 wie vorstehend beschrieben ausgeführt. Dadurch wird das Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems bezüglich der Drehachse erlangt.
Außerdem kann die Verarbeitung durch die Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit 150 von der Betätigungsverarbeitungseinheit 110 ausgeführt werden. In diesem Fall kann die von der in 27 gezeigten Verarbeitungseinheit ausgeführte Verarbeitung von der in 20 gezeigten Wellenfrontdatenerzeugungseinheit 6 ausgeführt werden.
Es wird ein Beispiel der Exzentritätsberechnung beschrieben. Durch die Analyse der gleichzeitigen linearen Gleichungen wird ein Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, erlangt. Für dieses Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads von Exzentrität ist es möglich, eine Position auf einem Raum durch Bereitstellung einer Referenzposition unter Berücksichtigung des Drehwinkels festzulegen. Insbesondere wird, wenn der Drehwinkel 180 Grad ist, das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, durch –2 geteilt, wodurch es möglich ist, die Position der Linsenoberfläche vor der Drehung bezüglich der Drehachse festzulegen.
Wenn die Linsenoberfläche aus einer sphärischen Oberfläche gebildet ist, kann beispielsweise die Position der Linsenoberfläche mit der sphärischen Mitte angegeben werden. 28 ist ein Diagramm, das eine Bewegung um eine sphärische Mitte herum zeigt, die durch Drehung des betroffenen optischen Systems bewirkt wird. In 28 ist das betroffene optische System 10 aus vier Linsenoberflächen gebildet.
In dem ersten Zustand, insbesondere in dem Zustand vor Ausführung der Drehung, sind sphärische Mitten 200, 201, 202 und 203 auf einer Seite der Drehachse angeordnet. Wenn die Drehung aus diesem Zustand ausgeführt wird, werden die sphärischen Mitten 200, 201, 202 und 203 zur anderen Seite der Drehachse bewegt. Die andere Seite ist in einer Position gegenüber der einen Seite, wobei die Drehachse dazwischen angeordnet ist.
Wie in 28 gezeigt, ist das Exzentrizitätsausmaß der sphärischen Mitte bezüglich der Drehachse δ1 in der sphärischen Mitte 200, δ2 in der sphärischen Mitte 201, δ3 in der sphärischen Mitte 202 und δ4 in der sphärischen Mitte 203. Durch Drehen des betroffenen optischen Systems 10 wird jede der sphärischen Mitten 200, 201, 202 und 203 verlagert. Das Verlagerungsausmaß ist –2 mal so groß wie das Exzentrizitätsausmaß vor der Drehung bezüglich der Drehachse.
Wenn eine Mehrzahl von Linsenoberflächen vorhanden ist, kann das Exzentrizitätsausmaß zwischen den Linsenoberflächen ausgewertet werden. In diesem Fall wird, wie in 28 gezeigt, eine neue Achse 210 so eingestellt, dass das Exzentrizitätsausmaß einer Mehrzahl von in dem Raum verteilten Linsenoberflächen minimiert wird. Anschließend wird das Exzentrizitätsausmaß der Linsenoberflächen auf Grundlage der neuen Achse 210 ausgewertet.
Zur Einstellung der neuen Achse 210 wird beispielsweise eine temporäre Achse eingestellt, wird ein Abstand von der temporären Achse zu der entsprechenden sphärischen Mitte auf einer Oberfläche jeder Linse erlangt und wird die Summe von Quadraten der Abstände erlangt. Anschließend wird die temporäre Achse geändert, um eine temporäre Achse mit der Mindestsumme von Quadraten als die neue Achse einzustellen. Als weiteres Beispiel wird ein Ausmaß, das durch Teilen eines Abstandes von der temporären Achse zu der entsprechenden sphärischen Mitte auf einer Oberfläche jeder Linse durch den Krümmungsradius der Linse erlangt wird, erlangt und wird die Summe von Quadraten der Ausmaße erlangt. Anschließend kann die temporäre Achse geändert werden, um eine temporäre Achse mit der Mindestsumme von Quadraten als die neue Achse einzustellen.
Ferner ist es möglich, eine einzigartige Achse auf einem Raum zu definieren und das Exzentrizitätsausmaß als eine Position der Linsenoberfläche bezüglich der Achse zu berechnen. Beispielsweise ist es möglich, eine Neigung einer Achse einer asphärischen Oberfläche einer zweiten Oberfläche und einer Position eines Scheitels einer asphärischen Oberfläche der zweiten Oberfläche bezüglich einer Achse einer asphärischen Oberfläche einer ersten Oberfläche zu berechnen.
In der Wellenfrontmessvorrichtung und in dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsformen werden Wellenfrontaberrationsdaten gemessen, während das betroffene optische System entlang einer Umdrehungsbahn bewegt wird. Mit dieser Bewegung wird ein Erlangen der Wellenfrontaberrationsdaten in die Umfangsrichtung relativ zu dem betroffenen optischen System ausgeführt. Somit kann gemäß dem Wellenfrontmessverfahren und der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise robuste Exzentritätsmessung selbst dann ausgeführt werden, wenn das betroffene optische System einen Oberflächenpräzisionsfehler hat.
Fehler können durch ein Selbstbezugsverfahren (Wellenfrontmessverfahren der zweiten Ausführungsform ausgelöscht werden: Verfahren zum Drehen des betreffenden optischen Systems) für einen Fall behoben werden, wo Formen, deren Oberflächenpräzisionsfehler die gleiche Form haben, wenn sie um 180 Grad gedreht sind, Oberflächenkrümmungsradiusfehler und drehsymmetrische Welligkeit (Formen wie beispielsweise vierter, neunter, sechzehnter Term von Zernike Termen, wie in Tabelle 1 gezeigt), Astigmatismus (Formen wie fünfter, sechster, zwölfter und dreizehnter Term) und vierblättrige Formen (Formen wie beispielsweise siebzehnter und achtzehnter Term). Für Formen mit Oberflächenpräzisionsfehlern von dreiblättriger Form (zehnter, elfter Term ...) ist es schwierig, die Fehler durch das Selbstbezugsverfahren, das eine Drehung um 180 Grad beinhaltet, zu beheben.
Für Oberflächenpräzisionsfehler der dreiblättrigen Form kann, selbst wenn die Exzentrität durch eine Messung der Querschnittsform gemessen wird, das Exzentrizitätsausmaß sich je nach der Ausrichtung des betroffenen optischen Systems in diesem Verfahren ändern. Andererseits kann in der Wellenfrontmessvorrichtung und in dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform eine deutlich robuste Exzentritätsmessung unabhängig von der Ausrichtung des betroffenen optischen Systems durchgeführt werden.
In der Wellenfrontmessvorrichtung 1' ist es möglich, Oberflächenscheitelpositionen des betroffenen optischen Systems 10 durch Analyse von Wellenfrontaberrationsdaten zu bestimmen. Aus diesem Grund wird der Fall, wo Oberflächenscheitelpositionen durch Messen eines betroffenen optischen Systems mit zwei Mustern bestimmt wird, beschrieben.
9 ist ein Diagramm, das die Oberflächenform des betroffenen optischen Systems zeigt. Das betroffene optische System 10 ist eine einzelne Linse. Eine Linsenoberfläche 50 hat konkave Abschnitte und konvexe Abschnitte an einem Umfangsteil der Linse. Insbesondere, wie in 9 gezeigt, hat die Linsenoberfläche 50 einen konkaven Abschnitt L1 und einen konvexen Abschnitt H1, einen konkaven Abschnitt L2 und einen konvexen Abschnitt H2, und einen konkaven Abschnitt L3 und einen konvexen Abschnitt H3. Der konkave Abschnitt und der konvexe Abschnitt sind einander bezüglich der Mitte der Oberfläche gegenüberliegend. Die in 9 gezeigte Oberflächenform ist die Form, die durch Herstellungsfehler bewirkt wird, und ist nicht die durch die Konstruktion bestimmte Form.
Hier wird der Fall betrachtet, in dem das gleiche betroffene optische System 10 zur mehrmaligen Ausführung der Messung verwendet wird. Es sollte zu verstehen sein, dass vor der Messung die Form und die exzentrische Position von Linsenoberflächen unbekannt sind. Aus diesem Grund tritt, wenn der Messvorrichtung eine Referenzposition bereitgestellt wird und das betroffene optische System 10 in der Messvorrichtung eingestellt wird, beispielsweise die folgende Situation auf.
Bei der ersten Messung wird das betroffene optische System derart eingestellt, dass der konkave Abschnitt L1 mit einer Referenzposition in Ausrichtung ist. Bei der zweiten Messung wird das betroffene optische System 10 derart eingestellt, dass der konvexe Abschnitt H2 mit der Referenzposition in Ausrichtung ist. Bei der dritten Messung wird das betroffene optische System 10 derart eingestellt, dass ein Zwischenteil zwischen dem konvexen Abschnitt H3 und dem konkaven Abschnitt L2 mit der Referenzposition in Ausrichtung ist.
Auf diese Weise wird die Situation, in der eine bestimmte Stelle in dem betroffenen optischen System 10 nicht mit der Referenzposition in Ausrichtung ist, als „die Ausrichtung des betroffenen optischen Systems bezüglich der Referenzposition ist unterschiedlich” bezeichnet. Beispiele der bestimmten Stelle in dem betroffenen optischen System 10 umfassen einen konkaven Abschnitt, einen konvexen Abschnitt und eine Oberflächenscheitelposition (exzentrische Position).
10A und 10B sind Diagramme, die Messmuster zeigen. 10A ist ein Diagramm, das ein erstes Muster zeigt, und 10B ist ein Diagramm, das ein zweites Muster zeigt.
Bei der Messung mit einem ersten Muster 51 wird, wie in 10A gezeigt, ein auf den Umfangsteil der Linsenoberfläche 50 aufgebrachter Lichtstrahl derart bewegt, dass er einen Kreis zieht. Das erste Muster 51 ist das gleiche wie ein Muster, in dem die Position des Lichtstrahls fixiert ist und bewirkt wird, dass das betroffene optische System kreist. Somit kann das erste Muster 51 als ein Messmuster in der Wellenfrontmessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform betrachtet werden.
Bei der Messung mit einem zweiten Muster 52 wird, wie in 10B gezeigt, der auf die Linsenoberfläche 50 aufgebrachte Lichtstrahl in die Kreuzrichtung bewegt. Das zweite Muster 52 ist eines von Messmustern, die in herkömmlichen Messvorrichtungen häufig verwendet werden.
Bei jeder der Messung mit dem ersten Muster 51 und der Messung mit dem zweiten Muster 52 wird ein Lichtstrahl an einer Mehrzahl von Positionen gemessen, während der Lichtstrahl bewegt wird. Dann wird die Oberflächenscheitelposition unter Verwendung der gemessenen Messdaten an jeder Position berechnet. Somit wird bei der Messung mit dem ersten Muster 51 die Oberflächenscheitelposition berechnet, wenn die Bewegung des Ziehens eines Kreises abgeschlossen ist. Bei der Messung mit dem zweiten Muster 52 wird die Oberflächenscheitelposition berechnet, wenn die Bewegung des Ziehens einer Kreuzform abgeschlossen ist.
Die Situation, in der sich die Ausrichtung des betroffenen optischen Systems 10 bezüglich der Referenzposition jedes Mal unterscheidet, wenn das betroffene optische System 10 auf der Messvorrichtung platziert wird, kann durch Drehen der Linsenoberfläche 50 wiedergegeben werden.
11A, 11B und 11C sind Diagramme, die zeigen, wie die Linsenoberfläche gedreht wird. 11A ist ein Diagramm, wenn der Drehwinkel 0 Grad ist. 11B ist ein Diagramm, wenn der Drehwinkel 30 Grad ist. 11C ist ein Diagramm, wenn der Drehwinkel 60 Grad ist.
In 11 ist eine Referenzposition 53 eine Referenzposition der Messvorrichtung. Bei der ersten Messung, wie in 11A gezeigt, wird die Linsenoberfläche 50 derart eingestellt, dass der konkave Abschnitt L1 mit einer Referenzposition 53 in Ausrichtung ist. Die Messung mit dem ersten Muster 51 wird in diesem Zustand ausgeführt und eine Oberflächenscheitelposition wird berechnet. Anschließend wird die Messung mit dem zweiten Muster 52 in dem gleichen Zustand ausgeführt und wird eine Oberflächenscheitelposition berechnet.
Als Nächstes wird die Linsenoberfläche um 30 Grad gedreht und wird die zweite Messung ausgeführt. Bei der zweiten Messung wird, wie in 11B gezeigt, die Linsenoberfläche 50 derart eingestellt, dass die Zwischenposition zwischen dem konkaven Abschnitt L1 und dem konvexen Abschnitt H2 mit einer Referenzposition 53 in Ausrichtung ist. Die Messung mit dem ersten Muster 51 wird in diesem Zustand ausgeführt und eine Oberflächenscheitelposition wird berechnet. Anschließend wird die Messung mit dem zweiten Muster 52 in dem gleichen Zustand ausgeführt und wird eine Oberflächenscheitelposition berechnet.
Ferner wird die Linsenoberfläche um 30 Grad gedreht und die dritte Messung wird ausgeführt. Bei der dritten Messung wird, wie in 11C gezeigt, die Linsenoberfläche 50 derart eingestellt, dass der konvexe Abschnitt H2 mit einer Referenzposition 53 in Ausrichtung ist. Die Messung mit dem ersten Muster 51 wird in diesem Zustand ausgeführt und eine Oberflächenscheitelposition wird berechnet. Anschließend wird die Messung mit dem zweiten Muster 52 in dem gleichen Zustand ausgeführt und wird eine Oberflächenscheitelposition berechnet.
Auf diese Weise wird die Drehung der Linsenoberfläche und die Messung mit dem ersten Muster 51 und mit dem zweiten Muster 52 an jeder Position ausgeführt, bis die Linsenoberfläche einmal gedreht ist. Die Ergebnisse sind in 12A und 12B gezeigt.
12A und 12B sind Diagramme, die Positionen des Oberflächenscheitels zeigen. 12A ist ein Diagramm, das Oberflächenscheitelpositionen zeigt, die durch Messung mit einem ersten Muster bestimmt werden. 12B ist ein Diagramm, das Oberflächenscheitelpositionen zeigt, die durch Messung mit einem zweiten Muster bestimmt werden. In 12A und 12B stellt der Ursprung die Drehachse dar und sind die XY-Achsen zwei rechtwinklige Achsen rechtwinklig zu der Drehachse und stellen die Richtung und die Größe des Exzentrizitätsausmaßes da.
12A und 12B zeigen Messergebnisse, die durch Drehen der Linsenoberfläche um jeweils 20 Grad erlangt werden. In diesem Fall ist, da die Messzählung 18 ist, die durch die Messung erlangte Anzahl von Oberflächenscheitelpositionen auch 18. Zur einfachen Darstellung sind Punkte einer Oberflächenscheitelposition SP1 einer ersten Oberfläche durch die durchgezogene Linie verbunden und sind Punkte einer zweiten Oberflächenscheitelposition SP2 durch die gestrichelte Linie verbunden.
Bei der Messung mit dem ersten Muster, wie in 12A gezeigt, befindet sich die erste Oberflächenscheitelposition SP1 auf der Innenseite der zweiten Oberflächenscheitelposition SP2 in irgendeinem Winkel. Somit wird bei der Messung mit dem ersten Muster, selbst wenn die Ausrichtung des betroffenen optischen Systems 10 bezüglich der Referenzposition sich unterscheidet, die Oberflächenscheitelposition genau bestimmt. Mit anderen Worten wird die Oberflächenscheitelposition selbst dann genau bestimmt, wenn das betroffene optische System in der Messvorrichtung in eine beliebige Richtung eingestellt ist.
Dies bedeutet, dass, wenn das betroffene optische System exzentrisch ist, das Exzentrizitätsausmaß und die Exzentritätsposition genau bestimmt werden. Wellenfrontaberration ist zum Bestimmen des Exzentritätsausmaßes und der Exzentritätsposition erforderlich, wodurch die Wellenfrontaberration durch die Messung mit dem ersten Muster genau bestimmt werden kann.
Bei der Messung mit dem zweiten Muster kann sich andererseits, wie in 12B gezeigt, je nach dem Drehwinkel die erste Oberflächenscheitelposition SP1 auf der Innenseite der zweiten Oberflächenscheitelposition SP2 befinden oder kann sich die erste Oberflächenscheitelposition SP1 auf der Außenseite der zweiten Oberflächenscheitelposition SP2 befinden. Somit bedeutet dies bei der Messung mit dem zweiten Muster, wenn sich die Ausrichtung des betroffenen optischen Systems 10 bezüglich der Referenzposition unterscheidet, dass die Oberflächenscheitelposition variiert. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Oberflächenscheitelposition je nach der Richtung zu einer Zeit der Einstellung des betroffenen optischen Systems 10 in der Messvorrichtung variiert.
Auf diese Weise ist es gemäß der Wellenfrontmessvorrichtung der zweiten Ausführungsform möglich, die Wellenfrontaberration, das Exzentrizitätsausmaß und die Oberflächenscheitelposition selbst dann zu bestimmen, wenn das betroffene optische System 10 in der Messvorrichtung in eine beliebige Richtung eingestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben, werden simultane lineare Gleichungen für die Sensitivität exzentrischer Aberration, die Aberrationskomponenten und das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, aufgestellt. Dann werden die simultanen linearen Gleichungen durch einen Algorithmus wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate analysiert. Folglich kann das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, berechnet werden. Wenn die Berechnung ausgeführt wird, kann ein Anpassungsrestfehler als andere Herstellungsfehler als die Exzentrität des betroffenen optischen Systems widerspiegelnd betrachtet werden. Somit ist es möglich, diese Information als einen Hinweis auf die Leistung des betroffenen optischen Systems und zur Analyse von Herstellungsfehlern zu verwenden.
Außerdem ist es in dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform vorzuziehen, die Wellenfrontmessung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus 90 auszuführen. Gemäß dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Exzentrität für jeden Freiheitsgrad von Exzentrität selbst dann zu messen, wenn die Anzahl von Freiheitsgraden von Exzentrität groß ist. Oder es ist möglich, die Genauigkeit der Exzentritätsmessung zu verbessern.
In der in 18 gezeigten Wellenfrontmessvorrichtung 100 befindet sich die Halteeinheit 3 auf dem zweiten Bewegungsmechanismus 80. Außerdem befindet sich der zweite Bewegungsmechanismus 80 auf dem ersten Bewegungsmechanismus 40. Somit ist die Halteeinheit 3 derart strukturiert, dass sie eine außeraxiale Verschiebung zusammen mit einem Drehmechanismus (zweiter Bewegungsmechanismus) zum Drehen des betroffenen optischen Systems 10 erzeugen kann. In der Wellenfrontmessvorrichtung 100 wird eine Umdrehungsmessung durch die außeraxiale Verschiebung ausgeführt und ist es möglich, das Selbstbezugsverfahren zu implementieren, das die Drehung des betroffenen optischen Systems in dem Zustand umfasst, in dem die außeraxiale Verschiebung erzeugt wird.
Das Merkmal des Wellenfrontmessverfahrens der vorliegenden Ausführungsform ist, dass ein Schritt des Drehens der Halteeinheit 3 um die Achse rechtwinklig zu der Messachse 7 um 180 Grad enthalten ist. Diese Drehachse ist die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91. In dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 parallel zu der Y-Achse in der Wellenfrontmessvorrichtung.
In dem Wellenfrontmessverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird außeraxiale Wellenfrontaberrationsmessung durch Umdrehung, ein Selbstbezugsverfahren und ein Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration in einem Zustand ausgeführt, bevor die Halteeinheit um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 gedreht wird.
Als Nächstes wird die Halteeinheit 3 um 180 Grad um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 gedreht. Wenn die Halteeinheit 3 um 180 Grad um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 gedreht wird, werden die Vorderseite und die Rückseite des betroffenen optischen Systems 10 um die Y-Achse umgekehrt. Es tritt kein Problem auf, wenn eine leichte axiale Abweichung zwischen der Messachse 7 und der Drehachse (beispielsweise der Mittelachse 11 des Öffnungsabschnitts 9) vorhanden ist. In diesem Fall wird die relative Positionsbeziehung zwischen der Drehachse und dem betroffenen optischen System 10 nicht geändert.
Hier wird der Freiheitsgrad von Exzentrizität nachstehend erläutert. Der Freiheitsgrad von Exzentrizität gibt den Typ von Exzentrität an. Der Freiheitsgrad von Exzentrizität wird grob in Verschiebung und Neigung klassifiziert. 29A, 29B und 29C sind Diagramme zur Erläuterung des Freiheitsgrads der Exzentrizität, wobei 29A den Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer sphärischen Oberfläche zeigt und 29B und 29C den Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer asphärischen Oberfläche zeigen.
Wie in 29A gezeigt, kann Exzentrität in einer sphärischen Oberfläche durch eine Position der sphärischen Mitte angegeben werden. Der Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer sphärischen Oberfläche ist geometrisch nur eine Verschiebung in eine X-Richtung und eine Verschiebung in eine Y-Richtung.
Außerdem kann in einer sphärischen Oberfläche, selbst wenn die sphärische Oberfläche mit einem bestimmten Punkt auf einem Raum, der als eine Mitte dient, geneigt wird, die Neigung als eine Verschiebung in die X-Richtung, eine Verschiebung in die Y_Richtung und eine Beabstandungsverlagerung, die in die Z-Richtung stattfindet, betrachtet werden. Dementsprechend kann der Freiheitsgrad von Exzentrizität in einer sphärischen Oberfläche als nur eine Verschiebung in die X-Richtung und eine Verschiebung in die Y-Richtung betrachtet werden.
Eine Beabstandungsverlagerung tritt auch bei der Herstellung auf. Eine Beabstandungsverlagerung bei der Herstellung ist beispielsweise ein Fehler in der Dicke in einer Linse und ein Fehler in einem Raum zwischen Linsen in einem Zweilinsensystem. Die durch einen Herstellungsfehler bewirkte Beabstandungsverlagerung kann eigentlich nicht von einer Beabstandungsverlagerung unterschieden werden, die bei Neigung der sphärischen Oberfläche bewirkt wird.
Im Gegensatz dazu umfasst, wie in 29B und 29C gezeigt, eine asphärische Oberfläche einen Oberteil der asphärischen Oberfläche und eine Achse der asphärischen Oberfläche. Eine Achse der asphärischen Oberfläche ist eine symmetrische Achse. Da eine asphärische Oberfläche eine Achse einer asphärischen Oberfläche umfasst, umfasst eine asphärische Oberfläche eine Neigung in eine A-Richtung und eine Neigung in eine B-Richtung zusätzlich zu einer Verschiebung in die X-Richtung und einer Verschiebung in die Y-Richtung, als einen Freiheitsgrad von Exzentrität. Die Verschiebung in die X-Richtung und die Verschiebung in die Y-Richtung dienen als Freiheitsgrade von Exzentrität bezüglich der Oberseite der asphärischen Oberfläche. Außerdem dienen die Neigung in die A-Richtung und die Neigung in die B-Richtung als Freiheitsgrade von Exzentrität bezüglich der Achse der asphärischen Oberflächen.
Wenn die Halteeinheit 3 um 180 Grad um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 gedreht wird, wird für das Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems 10 bezüglich der Drehachse das Vorzeichen in die X-Richtung umgekehrt, aber bleibt dessen Vorzeichen in die B-Richtung unverändert. Außerdem bleibt das Vorzeichen in die Y-Richtung unverändert und wird dessen Vorzeichen in die A-Richtung umgekehrt.
Dieser Punkt ist nachstehend erläutert. In dem Fall, in dem die Linsenoberfläche eine sphärische Oberfläche ist, wird, wenn die Linsenoberfläche exzentrisch ist, die sphärische Mitte durch Drehung bewegt. 30A and 30B sind Diagramme, die eine Bewegung der sphärischen Mitte zeigen, die durch die Drehung bewirkt wird, wobei 30A eine Bewegung der sphärischen Mitte in einer Vorwärtsmessung zeigt und 30B die Bewegung der sphärischen Mitte in einer Rückwärtsmessung zeigt. 30A und 30B stellen die Linsenoberfläche in der Umgebung der sphärischen Mitte mit einem Kreis dar. Dementsprechend zeigen die beiden Kreise nur einen Teil der gleichen Linsenoberfläche.
Die Vorwärtsmessung ist eine Messung vor dem Drehen der Halteeinheit 3 um 180 Grad um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91. Eine Bewegung der sphärischen Mitte bei der Vorwärtsmessung wird mit Bezugnahme auf 30A erläutert. Vor der Drehung befindet sich die sphärische Mitte 220 in dem ersten Quadranten des OxOy-Koordinatensystems. Dann, nach der Drehung, befindet sich die sphärische Mitte 220 in dem dritten Quadranten. Das Bewegungsausmaß der sphärischen Mitte 220 ist δf, eine x-Komponente ist δX und eine y-Komponente ist δY.
Die Rückwärtsmessung ist eine Messung nach dem Drehen der Halteeinheit 3 um 180 Grad um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91. Eine Bewegung der sphärischen Mitte bei der Rückwärtsmessung wird mit Bezugnahme auf 30B erläutert. Vor der Drehung befindet sich die sphärische Mitte 220 in dem zweiten Quadranten des OxOy-Koordinatensystems. Dann, nach der Drehung, befindet sich die sphärische Mitte 220 in dem vierten Quadranten. Das Bewegungsausmaß der sphärische Mitte 220 ist δr eine x-Komponente ist δX und eine y-Komponente ist δY.
Wie vorstehend beschrieben, ist beim Messen zur Ausführung der Drehung um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 das betroffene optische System 10 derart angeordnet, dass der vorstehend beschriebene Wert des vorbestimmten Abstandes zwischen der Rückwärtsmessung und der Vorwärtsmessung der gleiche ist. Dementsprechend ist ”|δf| = |δr|” erfüllt.
In dem Vektor, der die Bewegung der sphärischen Mitte 220 anzeigt, ist die Richtung des Vektors der Y Komponente die gleiche zwischen der Vorwärtsmessung und der Rückwärtsmessung. Im Gegensatz dazu ist die Richtung des Vektors der X-Komponente zwischen der Vorwärtsmessung und der Rückwärtsmessung umgekehrt.
In Anbetracht dieser Tatsache muss, wenn die Berechnung unter Verwendung der bei der Rückwärtsmessung erlangten Messergebnisse ausgeführt wird, das Vorzeichen des numerischen Wertes umgekehrt werden.
Als Nächstes werden simultane lineare Gleichungen für die Sensitivität exzentrischer Aberration, die Aberrationskomponenten, die vor und nach der Drehung um die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse 91 erlangt werden, und das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrizität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, aufgestellt. Dann werden die simultanen linearen Gleichungen durch einen Algorithmus, wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate, analysiert. Dadurch wird das Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrizität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, berechnet. Es ist anzumerken, dass für jeden Freiheitsgrad von Exzentrizität der Sensitivität exzentrischer Aberration nach der Drehung durch die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrung das Vorzeichen in die X-Richtung umgekehrt wird, das Vorzeichen in die B-Richtung unverändert bleibt, das Vorzeichen in die Y-Richtung unverändert bleibt und das Vorzeichen in die A-Richtung umgekehrt wird. Das berechnete Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrads der Exzentrizität ist ein Verlagerungsausmaß bezüglich der Drehachse vor der Drehung um die die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrachse.
Die Exzentrizität wird auf die gleiche Weise wie bei der in 26 gezeigten Verarbeitung berechnet.
Der Punkt zum Extrahieren der Aberrationskomponente proportional zu einer Potenz des Verlagerungsausmaßes jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems wird erläutert. Koordinaten, die in den folgenden Ausdrücken verwendet werden, sind nachstehend erläutert. 31A und 31B sind Diagramme, die Koordinaten in einem Messsystem und Exzentrität eines betroffenen optischen Systems zeigen, wobei 31A ein Diagramm ist, das Exzentrität mit Linsenoberflächen zeigt, und 31B ein Diagramm ist, das Exzentrität mit sphärischen Mitten zeigt.
In 31A und 31B ist eine Koordinate der Lichtquelleneinheit (des optischen Lichtprojektionssystems) mit einer Ox-Achse, einer Oy-Achse und einer Oz-Achse gezeigt und ist eine Koordinate der Wellenfrontmesseinheit mit einer ρx-Achse und einer ρy-Achse gezeigt. Außerdem sind die Koordinaten der Lichtquelleneinheit mit den Objekthöhenkoordinaten (Ox, Oy, Oz) gezeigt und sind die Koordinaten der Wellenfrontmesseinheit mit den Pupillenkoordinaten (ρx, ρy) gezeigt.
Wie in 31A gezeigt, ist das betroffene optische System aus Linsenoberflächen aus einer ersten Linsenoberfläche LS₁ bis zu einer j-ten Linsenoberfläche LS_j gebildet. Es wird angenommen, dass die Linsenoberflächen von der Oz-Achse in die Y-Richtung verschoben werden. Außerdem wird angenommen, dass jede der Linsenoberflächen eine sphärische Oberfläche ist.
Wie in 29A gezeigt, kann, wenn die Linsenoberfläche eine sphärische Oberfläche ist, die Exzentrität der Linsenoberfläche mit deren sphärischer Mitte angegeben werden. Aus diesem Grund zeigt 31B Verschiebungen der Linsenoberflächen unter Verwendung der sphärischen Mitten. In 31B zeigen C₁, SC₂, ..., und SC_j sphärische Mitten der entsprechenden Linsenoberflächen. Außerdem zeigen δ₁, δ₂, ..., und δ_j die Verschiebungausmaße der entsprechenden Linsenoberflächen in die Y-Richtung.
Das Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration wird beschrieben. Betrachtet wird ein drehsymmetrisches betroffenes optisches System ohne Herstellungsfehler, wie beispielsweise einen exzentrischen Fehler und einen Oberflächenpräzisionsfehler. Wellenfrontaberration eines durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahls ist durch Φ(Ox, Oy, ρx, ρy) ausgedrückt. Da das betroffene optische System drehsymmetrisch ist, kann Φ durch ein Potenz-Polynom unter Verwendung der folgenden drei Terme (Referenz: M. Born and E. Wolf, Principles of Optic) erweitert werden. Ox² + Oy², ρx² + ρy2, Oxρx + Oyρy
Mit anderen Worten kann Φ durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. Aus der Gleichung (1) ist zu verstehen, dass die Ordnung von Objektkoordinaten multipliziert mit einem Term mit den Pupillenkoordinaten einer geraden Ordnung auch gerade ist und die Ordnung von Objektkoordinaten multipliziert mit einem Term mit den Pupillenkoordinaten einer ungeraden Ordnung auch ungerade ist.
Als Nächstes wird Φ betrachtet, das erlangt wird, wenn die Objektkoordinaten in die X-Richtung um δx und in die Y-Richtung um δy verschoben werden. Φ wird in diesem Fall auf die Form erweitert, in der Terme, die δx und δy umfassen, dem Ausdruck (1) als durch Ausdruck (2) ausgedrückt hinzugefügt werden.
Aus Gleichung (2) ist zu verstehen, dass für Terme, die mit δx und δy multipliziert werden, als eine Gesamtsumme von δx und δy ungerader Ordnung das multiplizierte Polynom das Produkt gerader Ordnung von Pupillenkoordinaten und der ungeraden Ordnung von Objektkoordinaten ist oder das Produkt einer ungeraden Ordnung von Pupillenkoordinaten und einer geraden Ordnung von Objektkoordinaten (dies wird erleichtert durch Berücksichtigen, dass eine Ordnung von Objekthöhenkoordinaten in Ausdruck (1) mit δx·δy ersetzt wird. Somit wird der Term, dessen Ordnung von Objektkoordinaten in Ausdruck (1) gerade ist, zu dem Term geändert, dessen Ordnung von Koordinaten ungerade ist, und wird der Term, dessen Ordnung von Objektkoordinaten in Ausdruck (1) ungerade ist, in den Term geändert, dessen Ordnung von Koordinaten gerade ist).
Um Komplikationen zu verhindern wird, wenn ein Ausdruck durch Polynome von Pupillenkoordinaten und Objektkoordinaten unter Verwendung von Klammern gemacht wird, Ausdruck (2) durch den folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt.
Ein Koeffizient jedes Terms in Polynomen in Klammern ist folgendermaßen ausgedrückt. a_l'n'm'
Die Polynome in Klammern in Ausdruck (3) können unter Verwendung von Zernike-Polynomen für Pupillenkoordinaten erweitert werden. Somit ist es in dem Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration, wenn die Subtraktion folgendermaßen ausgeführt wird, möglich, Terme, die mit der ungeraden Ordnung von δx und der ungeraden Ordnung von δy multipliziert werden, zu Termen mit Pupillenkoordinaten einer geraden Ordnung zu extrahieren. Φ(Ox + δx, Oy + δy, ρx, ρy) – Φ(–Ox + δx, –Oy + δy, ρx, ρy)
Außerdem ist es in dem Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration, wenn die Addition folgendermaßen ausgeführt wird, möglich, Terme, die mit der ungeraden Ordnung von δx und der ungeraden Ordnung von δy multipliziert werden, zu Termen mit Pupillenkoordinaten einer ungeraden Ordnung zu extrahieren. Φ(Ox + δx, Oy + δy, ρx, ρy) + Φ(–Ox + δx, –Oy + δy, ρx, ρy)
Wenn die Ausmaße von δx und δy sehr klein sind, wird das Aberrationsausmaß eines Terms, der mit der dritten, fünften, ... Ordnung von δx und der mit der dritten, fünften, ... Ordnung von δy multipliziert wird, als vernachlässigbar klein betrachtet. Somit kann dies so betrachtet werden, dass der mit der ersten Ordnung von δx und der ersten Ordnung von δy multiplizierte Term durch Ausführen des Verfahrens erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration extrahiert werden kann.
Somit wird das Ergebnis nach der Subtraktion durch den folgenden Ausdruck (4) ausgedrückt.
Im Gegensatz dazu wird das Ergebnis nach der Addition durch den folgenden Ausdruck (5) ausgedrückt.
Wellenfrontaberration eines durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahls wird als die Summe von Aberrationen betrachtet, die erzeugt wird, wenn der Lichtstrahl durch jede Oberfläche des betroffenen optischen Systems übertragen wird (Literatur: H. H. Hopkins, Wave Theory of Aberrations). Wenn eine durch eine k-Oberfläche erzeugte Aberration durch Φk dargestellt ist, kann die Wellenfrontenaberration Φ des durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahls folgendermaßen betrachtet werden.
Es ist anzumerken, dass Φk durch den folgenden Ausdruck (6) ausgedrückt wird.
Ox, Oy, ρx, ρy sind als Koordinaten des gesamten betroffenen optischen Systems anstatt Koordinaten für jede k-Oberfläche dargestellt. Es wird Φk berücksichtigt, das erlangt wird, wenn die k-Oberfläche exzentrisch in die X-Richtung um δkx und in die Y-Richtung um δky ist. Φk wird durch den folgenden Ausdruck (7) dargestellt.
Um Komplikationen zu verhindern, wenn ein Ausdruck durch Polynome von Pupillenkoordinaten und Objektkoordinaten unter Verwendung von Klammern gemacht wird, wird Ausdruck (7) durch den folgenden Ausdruck (8) ausgedrückt.
Ähnlich wie bei der Berechnung von δx and δy wird berücksichtigt, dass, wenn die Mengen von δkx and δky sehr klein sind, das Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration verwendet werden kann, um den mit der ersten Ordnung von δkx und der ersten Ordnung von δky multiplizierten Term zu extrahieren. Es ist möglich, den mit einer Potenz des Exzentrizitätsausmaß für jeden Freiheitsgrad von Exzentrizität multiplizierten Term, nicht nur für die k-Oberfläche, sondern auch für jede Oberfläche des betroffenen optischen Systems zu extrahieren.
Das Ergebnis nach der Subtraktion wird durch den folgenden Ausdruck (9) ausgedrückt.
Im Gegensatz dazu wird das Ergebnis nach der Addition durch den folgenden Ausdruck (10) ausgedrückt.
Die Anzahl von Freiheitsgraden von Exzentrizität der ersten Oberfläche ist zwei, X und Y, für eine sphärische Oberfläche und vier, X, Y, B, und A, für eine asphärische Oberfläche. In der vorstehend beschriebenen Beschreibung ist die Anzahl von Freiheitsgraden von Exzentrizität zwei, X und Y. Wenn die Freiheitsgrade von Exzentrizität für B und A berücksichtigt werden, wird die Beschreibung von deren Ableitung weggelassen, aber werden die Terme von δkB and δkA ähnlich durch Implementierung des Verfahrens erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration extrahiert.

In dem Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration werden Aberrationen addiert oder subtrahiert, je nachdem, ob die Pupillenkoordinaten eine gerade Ordnung oder ungerade Ordnung haben. Durch Anwendung von Zernike-Passung auf tatsächlich gemessene Wellenfrontaberration können Aberrationskomponenten, die Termen der Pupillenkoordinaten gerader Ordnung ensprechen, und Aberrationskomponenten, die Termen ungerader Ordnung entsprechen, voneinander getrennt werden. Tabelle 1 zeigt Zernike-Polynome. Tabelle 1

Zernike-term	Ausdruck
1	1
2	ρx
3	ρy
4	2(ρx^2 + ρy^2) – 1
5	ρx^2 – ρy^2
6	2ρxρy
7	3(ρx^2 + ρy^2)ρx – 2ρx
8	3(ρx^2 + ρy^2)ρy – 2ρy
9	6(ρx^2 + ρy^2)^2 – 6(ρx^2 + ρy^2) + 1
10	(ρx^2 – 3ρy^2)ρx
11	(3ρx^2 – ρy^2)ρy
12	(4(ρx^2 + ρy^2) – 3)(ρx^2 – ρy^2)
13	(4(ρx^2 + ρy^2) – 3)(2ρxρy)
14	(10(ρx^2 + ρy^2)^2 – 12(ρx^2 + ρy^2) + 3)ρx
15	(10(ρx^2 + ρy^2)^2 – 12(ρx^2 + ρy^2) + 3)ρy
16	20(ρx^2 + ρy^2)^3 – 30(ρx^2 + ρy^2)^2 + 12(ρx^2 + ρy^2) – 1
17	(ρx^2 – ρy^2)^2 – (2ρxρy)^2
18	2(ρx^2 – ρy^2)(2ρxρy)

Gemäß dem Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration ist es möglich, das Exzentrizitätsausmaß und das Aberrationsausmaß (erste Aberrationskomponente), die durch das Exzentrizitätsausmaß erzeugt werden, als mit einer linearen Beziehung dazwischen zu behandeln.
Das Selbstbezugsverfahren wird beschrieben. Im Allgemeinen sind nicht nur Aberration von dem betroffenen optischen System, sondern auch Aberration (Systemaberration), die durch Herstellungsfehler der Messvorrichtung erzeugt werden, in einer durch tatsächliche Messung erlangten Aberration enthalten. Beispiele für die Herstellungsfehler umfassen eine Neigung einer Mikrolinsenanordnung eines Shack-Hartmann-Sensors bezüglich eines Bildaufnahmeelements, eine Verzerrung eines Substrats, und einen Oberflächenpräzisionsfehler und einen Ausrichtungsfehler während der Montage eines optischen Lichtprojektionssystems oder eines optischen Lichtempfangssystems.
Außerdem gibt es bei der tatsächlichen Messung verschiedene Achsen, beispielsweise die Achse eines optischen Lichtprojektionssystems, die Achse eines optischen Lichtempfangssystems und die Achse eines betroffenen optischen Systems. Diese Achsen sind tatsächlich exzentrisch und werden somit im Sinne von groben Achsen verwendet. Es ist schwierig, diese Achsen vollständig mit einer Umdrehungsachse auszurichten. Die Umdrehungsachse ist eine Achse, die die Mittelposition einer Umdrehungsbahn zu einem Zeitpunkt der Bewegung des betroffenen optischen Systems auf der Umdrehungsbahn passiert.
Bei Berechnung des Exzentrizitätsausmaßes des betroffenen optischen Systems in einem solchen Fall wird die Bedeutung des Exzentrizitätsausmaßes hinsichtlich des Bezugs für das bestimmte Exzentrizitätsausmaß zweideutig.
Das Selbstbezugsverfahren ist ein Verfahren zum Lösen eines solchen Problems. In dem Selbstbezugsverfahren ist es möglich, durch Herstellungsfehler der Messvorrichtung bewirkte Systemaberration zu beheben und gleichzeitig eine Bezugsachse für das Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems zu schaffen. Dadurch kann eine hochgradig genaue Exzentritätsmessung implementiert werden.
In dem Selbstbezugsverfahren wird eine Messung vor dem Drehen des betroffenen optischen Systems und eine Messung nach dem Drehen des betroffenen optischen Systems ausgeführt. Wellenfrontaberration des betroffenen optischen Systems, die durch die Messung vor der Drehung erlangt wird, ist durch den folgenden Ausdruck (11) ausgedrückt.
Es ist anzumerken, dass δkx + Jx and δky + Jy Exzentrizitätsausmaße der k-Oberfläche des betroffenen optischen Systems bezüglich der Achse des optischen Lichtprojektionssystems darstellen, die durch Ignorieren des Umdrehungsverschiebungsvektorausmaßes, das in dem Zustand gegeben ist, in dem das betroffene optische System in einer Position von der Umdrehungsachse entfernt angeordnet ist, bestimmt werden,
sys Systemaberration darstellt,
Jx and Jy Exzentrizitätsausmaße der Umdrehungsachse bezüglich der Achse des optischen Lichtprojektionssystems darstellen und
δkx and δky Exzentrizitätsausmaße des betroffenen optischen Systems bezüglich der Drehachse darstellen.
Außerdem werden, da δkx, δky, Jx und Jy kleine Ausmaße sind, Terme, die proportional zu der dritten Potenz oder mehr von of δkx, δky, Jx und Jy sind, ignoriert.
Wellenfrontaberration des betroffenen optischen Systems, die durch die Messung nach der Drehung erlangt wird, ist durch den folgenden Ausdruck (12) ausgedrückt. Das betroffene optische System wird um 180 Grad um die Drehachse gedreht.
Das Selbstbezugsverfahren wird implementiert und Wellenfrontaberrationsänderungsdaten werden aus der Wellenfrontaberration vor der Drehung und der Wellenfrontaberration nach der Drehung berechnet.
In diesem Zustand wurde der Einfluss der Exzentrität zwischen der Achse des optischen Lichtprojektionssystems und der Umdrehungsachse nicht behoben. Somit wird ferner das Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration implementiert.
Auf Grundlage der Eigenschaften von Zernike-Passung ist es durch Trennen von Termen der Pupillenkoordinaten gerader Ordnung möglich, Aberrationskomponenten zu erlangen, die proportional zu dem Exzentrizitätsausmaß bezüglich der Drehachse sind.
Auf Grundlage der Eigenschaften von Zernike-Passung ist es durch Trennen von Termen der Pupillenkoordinaten ungerader Ordnung möglich, Aberrationskomponenten zu erlangen, die proportional zu dem Exzentrizitätsausmaß bezüglich der Drehachse sind.
Hier wurde die Tatsache beschrieben, dass es durch Verwendung des Selbstbezugsverfahrens und des Verfahrens erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration möglich ist, die Aberrationskomponente proportional zu einer Potenz des Verlagerungsausmaßes jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems, das der Drehung zugeordnet ist, für die durch die Objektkoordinaten, die Pupillenkoordinaten und das Exzentrizitätsausmaß ausgedrückte Wellenfrontaberration zu extrahieren.
Das Selbstbezugsverfahren und das Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration können ohne jegliches Problem auf die Messung von außeraxialer Wellenfrontaberration durch Bewegen des betroffenen optischen Systems als eine außeraxiale Verschiebung angewendet werden. Die Objektkoordinaten in der vorstehend beschriebenen Beschreibung entsprechen dem Umdrehungsverschiebungsvektor.
Es wird der Einfluss des Falles betrachtet, in dem der Umdrehungsverschiebungsvektor einen Fehler hat, d. h., der Fall, in dem ein Positionsfehler durch eine Vorrichtung zum Steuern der Position des betroffenen optischen Systems in der Messvorrichtung besteht. Es ist anzumerken, dass das Verlagerungsausmaß des betroffenen optischen Systems eine Ordnung von Mikron hat und die Größe des Umdrehungsverschiebungsvektors in die Ordnung von Millimetern hat. Wenn ein Positionsfehler des Umdrehungsverschiebungsvektors mehrere Mikron beträgt, ist die Proportion dieses Positionsfehlers zu einem Fehler aus der ursprünglichen Größe des Umdrehungsverschiebungsvektors weniger als 1%.
Somit ist es, selbst wenn die Größe des Umdrehungsverschiebungsvektorfehlers in der Größenordnung von Mikron hat, möglich, Aberrationskomponenten mit hoher Genauigkeit aus den vorstehend beschriebenen Ausdrücken der ersten Aberrationskomponenten zu messen.
Die Tatsache, dass die erste Aberrationskomponente ohne jegliches Problem selbst dann extrahiert werden kann, wenn die Umdrehungsachse von der Achse des optischen Lichtprojektionssystems um (Jx, Jy) verschoben wird, wurde vorstehend beschrieben.
Der Einfluss des optischen Lichtempfangssystems, das von der Achse des optischen Lichtprojektionssystems verschoben wird, ist in der Systemaberration sys enthalten. Die erste Aberrationskomponente kann, wie vorstehend beschrieben, selbst dann ohne jegliches Problem extrahiert werden, wenn die Systemaberration sys vorhanden ist.
Selbst wenn Herstellungsfehler, wie beispielsweise ein Exzentritätsfehler, ein Oberflächenpräzisionsfehler und ein Montagefehler in einer Messvorrichtung vorhanden sind, die ein optisches Lichtprojektionssystem und ein optisches Lichtempfangssystem umfasst, sind die Herstellungsfehler in der Systemaberration sys enthalten. Die Tatsache, dass die erste Aberrationskomponente ohne jegliches Problem selbst dann extrahiert werden kann, wenn die Systemaberration sys vorhanden ist, wurde vorstehend beschrieben.
Ein Verfahren zum Berechnen von Sensitivität exzentrischer Aberration, das zum Lösen von exzentrischen Gleichungen notwendig ist, wird beschrieben. Da die exzentrischen Gleichungen lineare Gleichungen sind, ist ein Versuch erforderlich, das bezüglich des Exzentrizitätsausmaßes erzeugten Aberrationsausmaß in linearer Form zu behandeln.
Wie nachstehend beschrieben, wird eine Sensitivität exzentrischer Aberration, die proportional zu einer Potenz des Exzentrizitätsausmaßes ist, in einem optischen CAD berechnet.
Eine Messvorrichtung mit Verwendung eines betroffenen optischen Systems, eines optischen Lichtempfangssystems und eines optischen Lichtprojektionssystems, die bei einer tatsächlichen Messung verwendet werden sollen, wird auf Linsendaten in dem optischen CAD reflektiert.
Daten auf dem betroffenen optischen System werden in einem idealen Zustand ohne jegliche Herstellungsfehler, wie beispielsweise einen Exzentritätsfehler und einen Oberflächenpräzisionsfehler, eingestellt. Die Achse des betroffenen optischen Systems, die Achse des optischen Lichtprojektionssystems und die Achse des optischen Lichtempfangssystems, die Drehachse und die Umdrehungsachse werden in Ausrichtung eingestellt.
Unter der gleichen Anwendungsbedingung und mit dem gleichen Umdrehungsverschiebungsvektor wie bei der tatsächlichen Messung werden Wellenfrontaberrationsdaten durch jeden Umdrehungsverschiebungsvektor erlangt. Das Ergebnis wird als Referenzwellenfrontaberrationsdaten eingestellt.
Als Nächstes werden in dem Zustand, in dem die Exzentrizitätsausmaßeinheit für jeden Freiheitsgrad von Exzentrizität exzentrisch ist, Wellenfrontaberrationsdaten auf jedem Umdrehungsverschiebungsvektor auf ähnliche Weise erlangt. Das Ergebnis wird als Messwellenfrontaberrationsdaten eingestellt.
Das Wellenfrontaberrationsänderungsausmaß wird aus beiden Wellenfrontaberrationsdaten analysiert. Ferner wird Zernike-Passung ausgeführt und eine Quantifizierung erreicht. Das Ergebnis wird als Sensitivität exzentrischer „Zernike-Wellenfront-Aberration” bezeichnet.
Bezüglich der Zernike-Aberrations-Wellenfront-Änderungsensitivität in jedem Umdrehungsverschiebungsvektor wird ein Verfahren erster Ordnung zur Extraktion von exzentrischer Aberration auf symmetrischen Umdrehungsverschiebungsvektoren implementiert. Das Ergebnis wird als „Sensitivität exzentrischer Aberration” bezeichnet.
Der Fall des Messens der Exzentrität einer doppelseitigen asphärischen einzelnen Linse wird beschrieben. Es gibt acht Freiheitsgrade von Exzentrizität: X der ersten Oberfläche, X der zweiten Oberfläche, B der ersten Oberfläche, B der zweiten Oberfläche, Y der ersten Oberfläche, Y der zweiten Oberfläche, A der ersten Oberfläche, und A der zweiten Oberfläche.
Die Verlagerungsausmaße der Oberflächen, die der Drehachse zugeordnet sind, sind durch HX1, HX1, HB1, HB2, HY1, HY2, HA1 und HA2 für die entsprechenden Freiheitsgrade von Exzentrizität dargestellt. Sensitivitäten exzentrischer Aberration für diese Freiheitsgrade von Exzentrizität sind durch X1, X2, B1, B2, Y1, Y2, A1 und A2 dargestellt. Erste Aberrationskomponenten, die durch tatsächliche Messung erlangt werden, sind durch T dargestellt.
Der Zernike Term und der Drehwinkel θ sind durch (Zernike Term, Drehwinkel) unter Verwendung von Klammern dargestellt. Exzentrische Gleichungen sind folgende.
Ferner wird Folgendes unter Verwendung von Daten nach Vorwärts-Rückwärts-Umkehrung erlangt. Es ist anzumerken, dass Daten nach Vorwärts-Rückwärts-Umkehrung mit Querstrich hinzugefügt sind. Wenn die Vorwärts-Rückwärts-Umkehrung um die Y-Achse ausgeführt wird, werden die X-Sensitivität und die A-Sensitivität umgekehrt.
Durch einen Algorithmus, wie beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate, ist es möglich, die Verlagerungsausmaße HX1, HX1, HB1, HB2, HY1, HY2, HA1 und HA2 der Oberflächen, die der Drehachse zugeordnet sind, für die entsprechenden Freiheitsgrade von Exzentrität zu bestimmen. Wenn der Drehwinkel 180 Grad ist, zeigen die durch Teilen der Verlagerungsausmaße durch –2 erlangten Werte die Positionen in der entsprechenden Oberflächen bezüglich der Drehachse vor der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrung.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Erfindung für eine Wellenfrontmessvorrichtung und ein Wellenfrontmessverfahren geeignet, die außeraxial übertragene Wellenfrontaberration eines betroffenen optischen Systems in einer kurzen Zeit unter Verwendung eines einfachen Mechanismus messen können.
Bezugszeichenliste

1, 1': Wellenfrontmessvorrichtung
2: Lichtquelleneinheit
3: Halteeinheit
4: optisches Lichtempfangssystem
5: Wellenfrontmesseinheit
6: Wellenfrontdatenerzeugungseinheit
7: Messachse
8: Bühne
9: Öffnungsabschnitt
10, 10': betroffenes optisches System
11: Mittelachse des Öffnungsabschnitts
12: Mitte des Öffnungsabschnitts
20, 23: betroffenes optisches System
21, 24, 25, 26: Linse
22: Linsenrahmen
27: Objektivtubus
30: Shack-Hartmann-Sensor
31: Mikrolinsenanordnung
32: Bildaufnahmeelement
40: erster Bewegungsmechanismus
41, 42: Bewegungsbühne
43, 44, 45, 46: Bereich
47: Bewegungsort
50: Linsenoberfläche
51: erstes Muster
52: zweites Muster
53: Referenzposition
60: Wellenfrontmessvorrichtung
61: optisches Lichtempfangssystem
62, 63: inse
70: Wellenfrontmessvorrichtung
71, 75: optisches Lichtprojektionssystem
72, 73, 76, 77: Linse
74: Apertur
80: zweiter Bewegungsmechanismus
90: Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus
91: Mittelachse der Drehbühne
92: Hauptkörpereinheit der Wellenfrontmessvorrichtung
93: Rahmenelement
100: Wellenfrontmessvorrichtung
101: Hauptkörpereinheit
102, 103, 104, 105: Halteelement
110: Betätigungsverarbeitungseinheit
111: Programmspeichereinheit
112: Datenspeichereinheit
113: erste Bewegungsmechanismussteuereinheit
114: zweite Bewegungsmechanismussteuereinheit
121: erste Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit
122: zweite Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit
130: Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit
140: Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit
150: Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit
200, 201, 202, 203: sphärische Mitte
210: neue Achse
220: sphärische Mitte
L1, L1', L2, L2', L3, L3', L4, L4': Lichtstrahl
H1, H2, H3: konvexer Abschnitt
L1, L2, L3: konkaver Abschnitt
SP1: erste Oberflächenscheitelposition
SP2: zweite Oberflächenscheitelposition
S: Linsenoberfläche
δ1, δ2, δ3, δ4: Exzentrizitätsausmaß
X, Y, A, B: Freiheitsgrad von Exzentrizität

Claims

Wellenfrontmessvorrichtung, die umfasst: eine Lichtquelleneinheit; eine Halteeinheit; ein optisches Lichtempfangssystem; eine Wellenfrontmesseinheit; und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit, wobei die Lichtquelleneinheit auf einer Seite einer Messachse angeordnet ist, die Wellenfrontmesseinheit auf der anderen Seite der Messachse angeordnet ist, die Halteeinheit zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist, das optische Lichtempfangssystem zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist, die Halteeinheit einen Öffnungsabschnitt hat, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten, die Lichtquelleneinheit dafür konfiguriert ist, Lichtstrahlen in Richtung des betroffenen optischen Systems aufzubringen, die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen, die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen, eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander haben, und die Messung des Lichtstrahls mindestens eine Messung des Lichtstrahls in einem Zustand umfasst, in dem eine Mitte des Öffnungsabschnitts von der Messachse um einen vorbestimmten Abstand getrennt ist.
Wellenfrontmessvorrichtung, die umfasst: eine Lichtquelleneinheit; eine Halteeinheit; einen ersten Bewegungsmechanismus; ein optisches Lichtempfangssystem; eine Wellenfrontmesseinheit; und eine Wellenfrontdatenerzeugungseinheit, wobei die Lichtquelleneinheit auf einer Seite einer Messachse angeordnet ist, die Wellenfrontmesseinheit auf der anderen Seite der Messachse angeordnet ist, die Halteeinheit zwischen der Lichtquelleneinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist, das optische Lichtempfangssystem zwischen der Halteeinheit und der Wellenfrontmesseinheit angeordnet ist, die Halteeinheit einen Öffnungsabschnitt hat, der dafür konfiguriert ist, ein betroffenes optisches System zu halten, die Lichtquelleneinheit dafür konfiguriert ist, Lichtstrahlen auf das betroffene optische System aufzubringen, die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, durch das betroffene optische System übertragene Lichtstrahlen zu messen, die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsdaten aus Ergebnissen der Messung durch die Wellenfrontmesseinheit zu erzeugen, eine Umgebung des Öffnungsabschnitts und eine Umgebung der Wellenfrontmesseinheit durch das optische Lichtempfangssystem eine optisch konjugierte Beziehung zueinander haben, der erste Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System zu einer Mehrzahl von Positionen um die Messeachse zu bewegen, ein Übertragungsbereich des Lichtstrahls in dem betroffenen optischen System an jeder der Mehrzahl von Positionen unterschiedlich ist, die Wellenfrontmesseinheit dafür konfiguriert ist, einen durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl an jeder der Mehrzahl von Positionen zu messen, und die Wellenfrontdatenerzeugungseinheit dafür konfiguriert ist, die Wellenfrontaberrationsdaten aus einem Ergebnis der Messung an jeder der Mehrzahl von Positionen zu erzeugen.
Wellenfrontmessvorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass der Öffnungsbereich mit der Wellenfrontmesseinheit konjugiert ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Öffnungsabschnitt, das optische Lichtempfangssystem und die Wellenfrontmesseinheit derart angeordnet sind, dass ein hinterer Hauptpunkt des betroffenen optischen Systems mit der Wellenfrontmesseinheit konjugiert ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das optische Lichtempfangssystems mindestens ein vorderes optisches System, das sich am nächsten an der Lichtquelleneinheit befindet, und ein hinteres optisches System, das sich am nächsten an der Wellenfrontmesseinheit befindet, umfasst und eine hintere Fokusposition des vorderen optischen Systems und eine Position eines vorderen Fokuspunkts des hinteren optischen Systems miteinander in Ausrichtung sind oder miteinander konjugiert sind.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ein optisches Lichtprojektionssystem zwischen der Lichtquelleneinheit und der Halteeinheit umfasst.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das optische Lichtprojektionssystem koaxial mit dem optischen Lichtempfangssystem ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das optische Lichtprojektionssystem dafür konfiguriert ist, einen kondensierten Lichtstrahl zu erzeugen.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das optische Lichtprojektionssystem und die Halteeinheit derart angeordnet sind, dass eine Position eines Kondensationspunktes des kondensierten Lichtstrahls in Ausrichtung mit der Position eines vorderen Fokuspunkts des betroffenen optischen Systems ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das optische Lichtprojektionssystem dazu in der Lage ist, in eine Richtung der Messachse angetrieben zu werden.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das optische Lichtprojektionssystem eine Zoomlinse ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System zu drehen, um den Übertragungsbereich zu ändern.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System bezüglich der Messachse auf einer Umdrehungsbahn zu bewegen, und die Wellenfrontmessvorrichtung dafür konfiguriert ist, die Wellenfrontaberrationsdaten zu erlangen, während sich das betroffene optische System auf der Umdrehungsbahn bewegt.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die ferner einen zweiten Bewegungsmechanismus umfasst, wobei der zweite Bewegungsmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System zu drehen.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die ferner eine Vor-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit, eine Nach-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit und eine Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit umfasst, wobei ein erster Zustand ein Zustand ist, bevor das Drehen durch den zweiten Bewegungsmechanismus ausgeführt wird, ein zweiter Zustand ein Zustand ist, nachdem das Drehen durch den zweiten Bewegungsmechanismus ausgeführt wird, die Vor-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit dafür konfiguriert ist, in dem ersten Zustand das betroffene optische System bezüglich der Messachse in einer Umdrehungsbahn zu bewegen und darin Wellenfrontaberrationsdaten, die an jeder der Mehrzahl von Positionen in der Umdrehung erlangt werden, zu speichern, die Nach-Drehungs-Wellenfrontdatenerlangungssteuereinheit dafür konfiguriert ist, in dem zweiten Zustand das betroffene optische System bezüglich der Messachse in einer Umdrehungsbahn zu bewegen und darin Wellenfrontaberrationsdaten, die an jeder der Mehrzahl von Positionen in der Umdrehungsbahn erlangt werden, zu speichern, und die Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit dafür konfiguriert ist, Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, die der Drehung zugeordnet sind, durch Einstellen der in dem ersten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Referenzwellenfrontdaten und Einstellen der in dem zweiten Zustand erlangten Wellenfrontaberrationsdaten als Messwellenfrontdaten zu erlangen.
Wellenfrontmessvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Wellenfrontänderungsdatenanalysiereinheit dafür konfiguriert ist, eine Zernike-Passung an den Wellenfrontaberrationsänderungsdaten auszuführen, die an jeder der Mehrzahl von Positionen erlangt werden, und Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten an jeder Erlangungsposition zu erlangen.
Wellenfrontmessvorrichtung nach Anspruch 16, die ferner eine Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit umfasst, wobei die Aberrationskomponentenausmaßextrahier- und analysiereinheit dafür konfiguriert ist, für in jedem der Zustände erlangte Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten zwischen Zernike-Wellenfrontaberrationsänderungsdaten, die um 180° symmetrisch um die Messachse sind, Zernike-Koeffizienten mit Pupillenkoordinaten gerader Ordnung in Zernike-Polynomen zu subtrahieren und Zernike-Koeffizienten mit Pupillenkoordinaten der ungeraden Ordnung in Zernike-Polynomen zu addieren, um erste Aberrationskomponenten zu extrahieren.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, die ferner einen Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus umfasst, wobei der Vorwärts-Rückwärts-Umkehrmechanismus dafür konfiguriert ist, das betroffene optische System um eine Drehachse zu drehen, die eine Achse rechtwinklig zu der Messachse ist.
Wellenfrontmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, die ferner eine Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit umfasst, wobei die Drehachsenreferenzexzentritätsausmaßberechnungseinheit dafür konfiguriert ist, ein Exzentrizitätsausmaß des betroffenen optischen Systems bezüglich einer Drehachse aus einem analysierten Verlagerungsausmaß jedes Freiheitsgrades von Exzentrizität jeder Oberfläche des betroffenen optischen Systems zu berechnen.
Wellenfrontmessverfahren, das umfasst: einen Schritt zum Schaffen einer optisch konjugierten Beziehung zwischen einer Umgebung eines betroffenen optischen Systems und einer Umgebung einer Wellenfrontmesseinheit, einen Exzentrizitätsantriebsschritt zum Antreiben des betroffenen optischen Systems derart, dass es bezüglich einer Messachse einer Wellenfrontmesseinheit exzentrisch ist; und einen Wellenfrontdatenerlangungsschritt zum Erlangen von Wellenfrontaberrationsdaten auf einem durch das betroffene optische System übertragenen Lichtstrahl mittels der Wellenfrontmesseinheit und einer Wellenfrontdatenerzeugungseinheit.