JP2001174217A - 光学検査装置のアライメント方法およびその機構 - Google Patents
光学検査装置のアライメント方法およびその機構Info
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Abstract
が高い干渉計を含んだ光学検査装置のアライメント方法
およびその機構を提供することを目的とする。 【解決手段】 第1の光学部材の基準平面4を通過した
反射波面と、第2の光学部材の参照球面2を通過した反
射波面とにより、前記参照球面2の頂点を中心とする円
形状の第1の干渉縞を形成し、前記第1の干渉縞の中心
位置を確定するステップと、前記第1の光学部材と前記
第2の光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズ
1を透過した透過波面と、前記基準平面4を通過した前
記反射波面とにより形成される第2の干渉縞の縞数を最
少とするように前記被検査レンズ1の位置および姿勢を
調整設定するステップを含む干渉計を含んだ光学検査装
置のアライメント方法であり、測定の精度が向上する。
Description
収差を検査測定するための干渉計を含んだ光学検査装置
のアライメント方法およびその機構に関するものであ
る。
クアップに使用されるレンズを検査測定する際の測定方
法として、例えば図2、図3に示すようなフィゾー干渉
計の原理に基づいて透過波面や反射波面などの収差を検
査測定する方法が用いられているが、この方法は、照射
光により被検査レンズに発生する干渉縞の調整を行うた
めのアライメント方法および機構を必要とするものであ
る。
どについて図面を用いて説明する。図2はフィゾー干渉
計の原理を示した要部模式図、図3(a)は被検査レン
ズをフィゾー干渉計で検査測定する場合の光路図、図3
(b)は同被検査レンズを第1面側から見た正面図、図
4(a)〜(d)は被検査レンズに発生する干渉縞を説
明する模式図、そして図6は従来におけるフィゾー干渉
計を含んだ光学検査装置のアライメント機構の要部構成
斜視図である。
り、レーザー8から放射されたレーザー光13すなわち
照射光は、一度収束されてハーフミラー7を透過しコリ
メートレンズ6により平行ビームとなる。この平行ビー
ムはレーザー光13の位相を整える1/4波長板5、お
よび検査測定の反射による基準波面を発生する半透明の
基準平面4を透過して被検査レンズ1に照射され、その
透過光は製品の光ピックアップの保護膜に相当するカバ
ーガラス3を透過し、被検査レンズ1の光軸14におけ
る所定の位置に調整し設置されて、曲率中心12が光軸
14に設定された参照球面2により反射される。
向に経由して、ハーフミラー7で反射されて認識カメラ
9に収束して照射される。そして、前記認識カメラ9の
出力を調整用のモニター11で映像化することにより干
渉縞を観測し測定することができ、また、認識カメラ9
の出力を画像解析装置(図示せず)に入力して、干渉縞
の画像を任意に画像処理することができる。
1の第1面41における有効径領域、43は有効径外領
域、44は有効径外領域43の外周であるフラット部で
あり、被検査レンズ1における光軸14に対して垂直な
面である。同じく46は被検査レンズ1の第2面45に
おける有効径領域、47は有効径外領域、そして48は
有効径外領域47の外周であるフラット部である。
チング部分が被検査レンズ1の第1面41における有効
径領域、44はフラット部である。
有効径領域に発生する干渉縞の例を示しており、51は
フラット部に発生するフラット部の干渉縞、52はフラ
ット部の干渉縞ヌル状態であり、調整すなわちアライメ
ントが行われて干渉縞の縞数が1本未満となった状態で
ある。そして、53は有効径領域の干渉縞であり、54
は有効径領域の干渉縞ヌル状態であり、同じく干渉縞の
縞数が1本未満となった状態である。
ズ1により発生する干渉縞を調整する方法について説明
する。被検査レンズ1のフラット部44では照射光であ
るレーザー光13の一部が反射し、基準平面4からの反
射光と干渉して、例えば図4(a)に示すフラット部の
干渉縞51が発生する。
ラット部44が平行な位置関係に被検査レンズ1と基準
平面4がアライメントされると、図4(b)に示すフラ
ット部の干渉縞ヌル状態52のように干渉縞がヌル状態
となる。従って、被検査レンズ1のフラット部44にお
けるフラット部の干渉縞51が変化してフラット部の干
渉縞ヌル状態52となるように、フラット部44の位置
や傾きを図6に示すアライメント機構における調整ネジ
67,68を操作して調整ステージ61により調整す
る。次に、被検査レンズ1の有効径領域46を透過した
レーザー光13は、参照球面2により反射されて反対方
向から再び被検査レンズ1を透過する。この透過光と基
準平面4からの反射光とが干渉して被検査レンズ1の有
効径領域42に図4(c)で示す有効径領域の干渉縞5
3が発生する。
光軸57に一致し、参照球面2の曲率中心12と被検査
レンズ1の焦点位置が一致するような関係、すなわちア
ライメントされると、図4(d)に示す有効径領域の干
渉縞ヌル状態54のように干渉縞がヌル状態となるので
ある。
領域の干渉縞53がヌル状態となるように、図6に示す
アライメント機構における参照球面2の位置X,Y、お
よびZ、さらには傾きを、XおよびY軸調整ネジ63,
64およびZ軸調整ネジ66、そして調整ネジ31,3
2の操作により、XY2軸ステージ62およびZ軸ステ
ージ65を調整し設定するのである。
干渉計10における出力である認識カメラ9の画像信号
を利用して、波面収差計算における測定領域を被検査レ
ンズ1の有効径領域42の位置に合せて設定し、被検査
レンズ1の平面度や収差の検査測定を行う。
来のアライメント方法およびその機構では、被検査レン
ズ1を載置した位置に合せて、参照球面2を移動や傾け
による調整を行うことにより干渉縞の調整を行うため、
参照球面2の曲率中心12の位置により決定される光軸
14,57の位置が検査測定毎に変動することになり、
認識カメラ9によるモニター11の画像上では被検査レ
ンズ1の位置バラツキが発生することになる。従って、
被検査レンズ1の測定領域の設定を検査測定毎に設定し
直す必要があり、工数を要するとともに、測定領域の設
定位置にバラツキが発生し、その結果、測定精度が低下
する。
し一体として取付けられており、カバーガラス3の位置
や傾きを調整することにより、参照球面2の位置や傾き
も変動するものであり、測定領域の位置をカバーガラス
3の取付け毎に変更し設定する必要があり、調整工数を
要するとともに、測定領域の設定位置にバラツキが発生
し、同じく測定精度が低下する。
44,48と基準平面4が平行な位置関係となるよう
に、被検査レンズ1の位置や傾きを調整する際には、被
検査レンズ1の中心位置が変化するために、認識カメラ
9による画像上では、X,Y方向にずれが発生すること
になり、その結果、被検査レンズ1の移動や傾けによる
調整量が大きくなり工数が増大する。
た後、フィゾー干渉計10から出力される認識カメラ9
の画像を利用して、波面収差計算における測定領域を被
検査レンズ1の有効径領域42,46の位置に合せて調
整者が設定していたが、それは調整者の目視による位置
合せであるため、個人差を含めて設定位置にバラツキを
発生し、測定精度が低下するという課題を有していた。
するものであり、干渉計による検査測定において、アラ
イメントの工数を削減し、測定精度の優れた光学検査装
置のアライメント方法およびその機構を提供することを
目的とする。
に本発明の光学検査装置のアライメント方法は、第1の
光学部材の基準平面を通過した反射波面と、第2の光学
部材の参照球面を通過した反射波面とにより、前記参照
球面の頂点を中心とする円形状の第1の干渉縞を形成
し、前記第1の干渉縞の中心位置を確定するステップ
と、前記第1の光学部材と前記第2の光学部材の間に調
整可能に支持した被検査レンズを通過した透過波面と、
前記基準平面を通過した前記反射波面とにより形成され
る第2の干渉縞の縞数を最少とするように前記被検査レ
ンズの位置および姿勢を調整設定するステップを含むも
のである。
は、、第1の光学部材の基準平面を通過した反射波面
と、第2の光学部材の参照球面を通過した反射波面とに
より、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の第1の
干渉縞を形成し、前記第1の干渉縞の中心位置を確定す
るステップと、前記第1の光学部材と前記第2の光学部
材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過した透
過波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面とによ
り形成される第2の干渉縞の縞数を最少とするように前
記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定するステッ
プを含む光学検査装置のアライメント方法であり、参照
球面の位置が確定され、参照球面の頂点を基準とした被
検査領域の測定領域を予め設定でき、測定毎の測定領域
の設定が不要になり、また、被検査レンズの位置精度を
高め、検査精度を向上させるという作用を有する。
れ、干渉計からの照射光を反射および透過する基準平面
を有する第1の光学部材と、前記基台に設けられ、前記
第1の光学部材を透過した前記照射光を反射する参照球
面を有し、前記参照球面を通過した反射波面と前記基準
平面を通過した反射波面とで形成される前記参照球面の
頂点を中心とする円形状の第1の干渉縞の中心位置を確
定するように設定された第2の光学部材と、前記基台に
設けられ、前記第1の光学部材と前記第2の光学部材の
間に調整可能に支持される被検査レンズを透過した透過
波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面との間で
形成される第2の干渉縞の縞数を最少とするように前記
被検査レンズを調整設定する調整手段とを備え、前記調
整手段は、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸
に直交する軸周りに調整可能に支持する第1の調整手段
と、前記被検査レンズを前記被検査レンズの光軸に直交
する軸方向に調整可能に支持する第2の調整手段とを備
えていることを特徴とする光学検査装置のアライメント
機構であり、参照球面の位置が確定され、参照球面の頂
点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定でき、
測定毎の測定領域の設定が不要になり、被検査レンズの
微調整が高精度になるという作用を有する。
がジンバル式であることを特徴とする請求項2記載の光
学検査装置のアライメント機構としたものであり、被検
査レンズの傾きを調整した場合でも被検査レンズの中心
位置は変化せず、被検査レンズの光軸は不動であるとい
う作用を有する。
は、被検査レンズの光軸にほぼ平行な軸方向に調整可能
な第3の調整手段を介して基台に設けたことを特徴とす
る請求項2記載の光学検査装置のアライメント機構とし
たものであり、参照球面の位置が確定され、参照球面の
頂点を基準とした被検査領域の測定領域を予め設定で
き、測定毎の測定領域の設定が不要になり、3次元の微
調整が容易になるという作用を有する。
第2の光学部材の間に板状の第3の光学部材を設け、前
記第3の光学部材を前記被検査レンズの光軸にほぼ直交
する軸周りに調整可能に支持する第4の調整手段を介し
て前記第2の光学部材と分離して基台に固定することを
特徴とする請求項2記載の光学検査装置のアライメント
機構としたものであり、参照球面の所定の位置を変化さ
せることなく、第3の光学部材の光軸方向の位置や傾き
を調整可能にするという作用を有する。
中心位置を干渉計に接続する画像解析手段により算出し
て確定することを特徴とする請求項1記載の光学検査装
置のアライメント方法としたものであり、参照球面の光
軸および頂点の位置を正確に求めることができ、高精度
な測定領域の設定が可能になるという作用を有する。
図5の図面を用いて説明する。なお、従来の技術におい
て説明した構成部材は同一の符号を付与し詳細な説明は
省略する。図1は本発明の実施の形態における干渉縞調
整用のアライメント機構の要部構成斜視図である。図5
(a)は参照球面の頂点を説明する要部構成図、図5
(b)は画面中央に干渉縞を設定したモニター画面の拡
大図である。
置に配置され、カバーガラス(第3の光学部材)3を載
置した取付ホルダー21の傾きを調整する調整ネジ(第
4の調整手段)であり、基台20cに固定してある。3
3および34は互いに直角となる線上に配置され被検査
レンズ1を載置したジンバル式の調整ステージ(第1の
調整手段)27の傾きを調整する調整ネジ(第1の調整
手段)である。
Y方向に移動自在でかつその位置調整を行うXY2軸ス
テージ(第2の調整手段)であり、調整ステージ(第1
の調整手段)27を支持し、基台20aに固定してあ
る。また、図示していないが、基準平面を有する第1の
光学部材も、基台20aに固定してある。23および2
4は調整ネジ(第1の調整手段)33,34に対向して
配置され、被検査レンズ1の位置調整を行うX軸調整ネ
ジ(第2の調整手段)、Y軸調整ネジ(第2の調整手
段)である。
持板、そして25は上端に前記固定保持板28の他端を
結合し、Z軸調整ネジ26(第3の調整手段)の操作に
より駆動されてZ方向に移動自在で、第2の光学部材に
有する参照球面2の位置や傾きの調整を行うZ軸ステー
ジ(第3の調整手段)であり、基台20bに固定してあ
る。
bは基台20aに、それぞれ固定してある。
1における光軸である。
から被検査レンズ1あるいは被検査レンズ1とカバーガ
ラス3を取除いた要部構成を示しており、図5(a)に
おいて、55は参照球面2の頂点であって照射光である
レーザー光13と参照球面2の内接線と垂直に交わる参
照球面2の内面上の点であり、56は参照球面2の頂点
付近の干渉縞、そして57は参照球面2の光軸であって
参照球面2の頂点55を通過してレーザー光13の出力
方向に平行な軸である。
11aの拡大図であり、画面中央に干渉縞(第1の干渉
縞)を設定した状態のものである。
わちアライメント方法について説明する。従来の技術に
おいて説明したように、図5(a)に示すように被検査
レンズ1、あるいは被検査レンズ1とカバーガラス(第
3の光学部材)3を取除いた状態では、参照球面2の頂
点55付近に円形状の参照球面頂点付近の干渉縞(第1
の干渉縞)56が発生する。この参照球面頂点付近の干
渉縞(第1の干渉縞)56は参照球面2の頂点55の付
近からの反射光と第1の干渉縞に有する基準平面4から
の反射光の干渉により発生し、参照球面2における内側
の球面形状に依存する同心円状となる。
渉縞(第1の干渉縞)56の中心座標が参照球面2の頂
点55の座標となるのであり、この参照球面頂点付近の
干渉縞(第1の干渉縞)56の濃淡画像から画像解析手
段により画像処理を行って円形状を抽出し、円形状の中
心座標(中心位置)から参照球面2における頂点55の
画像上の座標(頂点座標)を求めるのである。
ず、画像処理の手法により干渉縞画像を適当な閾値で2
値化し、同心円状の干渉縞から中央の円形状の縞を抽出
した後、この中央の円形状の重心座標を求める方法、ま
たは円形状の縞に対して外接円、内接円、あるいは最小
自乗法による円形状への近似円を生成してその中心座標
を求める方法、または円形状の干渉縞を濃淡画像のまま
か、もしくは適当な閾値で画像を2値化し、パターンマ
ッチング手法により座標を抽出し、その検出座標から参
照球面2の頂点座標を算出する方法などにより行うこと
ができる。
位置)とした平面度や収差の検査測定を行うために、例
えば円形状の測定領域を設定する。なお、前記測定領域
の大きさは、被検査レンズ1の設計仕様により一義に定
められる。
前に予め1度行うだけでもよく、また測定領域の設定
は、前記で説明した画像処理の手法によらなくても、設
計仕様で定められる有効径領域の機械的寸法により設定
が可能であり、さらにまた、収差が既知のレンズを収差
測定することなどにより、測定領域の位置や大きさを微
調整することにより可能となるのである。また、図5
(b)に示すように、前記で説明した参照球面の頂点座
標をモニター11の画面のほぼ中央に設定する場合は、
基準平面4と参照球面2の相対位置を、適時、相対位置
調整手段等により任意に調整して、中心座標(中心位
置)を求めてもよい。
カバーガラス(第3の光学部材)3用の調整ネジ(第4
の調整手段)31,32を操作して、カバーガラス(第
3の光学部材)3の反射光と基準平面4の反射光によっ
て生じる干渉縞がヌル状態となるように、カバーガラス
(第3の光学部材)3の光軸方向の位置や傾きを調整す
る。
付ホルダー21と参照球面2の固定保持板28とは直接
結合されていないため(カバーガラス(第3の光学部
材)3の調整ネジ(第4の調整手段)31,32を介し
ている)、カバーガラス(第3の光学部材)3の光軸方
向の位置や傾きの調整により、参照球面2の光軸方向の
位置が所定の位置(頂点座標を求めた位置)からずれる
ことはない。
(第1の調整手段)27に載置し照射光であるレーザー
光13を照射すると、被検査レンズ1のフラット部44
に図4(a)に示すフラット部の干渉縞51が発生す
る。そこで、被検査レンズ1用の調整ネジ(第1の調整
手段)33,34を操作して、干渉縞が図4(b)に示
すフラット部の干渉縞ヌル状態52となるように、調整
ステージ(第1の調整手段)27の位置や傾きを調整す
る。
ジンバル方式とすることにより、被検査レンズ1の中心
で回転させて調整することになるため、被検査レンズ1
のX,Y方向の位置ずれが少なく、連続して異なる被検
査レンズ1の検査測定を行う際、被検査レンズ1の移動
や傾けによる調整量が少なく、図4(c)に示す有効径
領域42における有効径領域の干渉縞53の表出が容
易、すなわち調整設定が容易で工数が少なくなるのであ
る。
2の光軸57に一致させるために近づけると、被検査レ
ンズ1の有効径領域42に図4(c)に示す有効径領域
の干渉縞(第2の干渉縞)53が発生する。そして、被
検査レンズ1と参照球面2のアライメントは被検査レン
ズ1の光軸14を参照球面2の光軸57に一致させるよ
うに、被検査レンズ1の位置を被検査レンズ1の位置調
整用であるXY2軸ステージ(第2の調整手段)22の
X軸調整ネジ(第2の調整手段)23、Y軸調整ネジ
(第2の調整手段)24の操作により移動調整するとと
もに、参照球面2の半径と被検査レンズ1からの透過光
である球状波面の半径とが一致する高さに、参照球面2
の光軸方向の位置を参照球面2の位置調整用であるZ軸
ステージ(第3の調整手段)25のZ軸調整ネジ(第3
の調整手段)26の操作により移動調整する。
2に発生する図4(c)に示す有効径領域の干渉縞(第
2の干渉縞)53を最少とするように参照球面2を光軸
方向に移動調整し、図4(d)に示す有効径領域の干渉
縞ヌル状態54となるように設定するのである。
査レンズ1をZ軸方向に調整して、干渉縞ヌル状態54
を表出させてもよい。
段)22およびZ軸ステージ(第3の調整手段)25は
マイクロメータのスピンドルにより微調整したり、高分
解能の移動量が可能なアクチュエータで自動的に調整す
る。以上のように干渉縞を調整設定した後、被検査レン
ズ1の平面度や収差測定を行うのである。
材)3は取付けの際に、フィゾー干渉計10から照射さ
れるレーザー光13の出力方向と垂直になるように、光
軸方向の位置や傾きを調整ネジ(第4の調整手段)3
1,32により操作して調整する必要があるが、参照球
面2の取付部である固定保持板28とは機械的に分離し
たカバーガラス(第3の光学部材)3の光軸方向の位置
や傾きの調整機構とする構成にすれば、カバーガラス
(第3の光学部材)3の光軸方向の位置や傾きの調整時
に、参照球面2の所定の位置(頂点座標を求めた位置)
が変化することは無く、継続して参照球面2の所定の位
置(頂点座標を求めた位置)を設定し固定することがで
き、その結果、測定領域の設定時に、測定領域の位置調
整が不要になる。その結果、調整の工数が削減され、調
整のバラツキを抑制でき、検査測定の精度が高くなるの
である。
調整設定後、測定領域の位置設定を検査測定毎に行う必
要性が無く、測定領域における位置設定のバラツキを抑
制でき、また、被検査レンズの位置精度を高め、検査精
度を向上させるという効果を有する。
ライメント機構の要部構成斜視図
測定する場合の光路図 (b)同被検査レンズを第1面側から見た正面図
縞を説明する模式図
図
装置のアライメント機構の要部構成斜視図
Claims (6)
- 【請求項1】 第1の光学部材の基準平面を通過した反
射波面と、第2の光学部材の参照球面を通過した反射波
面とにより、前記参照球面の頂点を中心とする円形状の
第1の干渉縞を形成し、前記第1の干渉縞の中心位置を
確定するステップと、前記第1の光学部材と前記第2の
光学部材の間に調整可能に支持した被検査レンズを透過
した透過波面と、前記基準平面を通過した前記反射波面
とにより形成される第2の干渉縞の縞数を最少とするよ
うに前記被検査レンズの位置および姿勢を調整設定する
ステップを含む光学検査装置のアライメント方法。 - 【請求項2】 基台に固定され、干渉計からの照射光を
反射および透過する基準平面を有する第1の光学部材
と、前記基台に設けられ、前記第1の光学部材を透過し
た前記照射光を反射する参照球面を有し、前記参照球面
を通過した反射波面と前記基準平面を通過した反射波面
とで形成される前記参照球面の頂点を中心とする円形状
の第1の干渉縞の中心位置を確定するように設定された
第2の光学部材と、前記基台に設けられ、前記第1の光
学部材と前記第2の光学部材の間に調整可能に支持され
る被検査レンズを透過した透過波面と、前記基準平面を
通過した前記反射波面との間で形成される第2の干渉縞
の縞数を最少とするように前記被検査レンズを調整設定
する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記被検査レ
ンズを前記被検査レンズの光軸に直交する軸周りに調整
可能に支持する第1の調整手段と、前記被検査レンズを
前記被検査レンズの光軸に直交する軸方向に調整可能に
支持する第2の調整手段とを含むことを特徴とする光学
検査装置のアライメント機構。 - 【請求項3】 第1の調整手段がジンバル式であること
を特徴とする請求項2記載の光学検査装置のアライメン
ト機構。 - 【請求項4】 第2の光学部材は、被検査レンズの光軸
の方向に調整可能な第3の調整手段を介して基台に設け
たことを特徴とする請求項2記載の光学検査装置のアラ
イメント機構。 - 【請求項5】 被検査レンズと第2の光学部材の間に板
状の第3の光学部材を設け、前記第3の光学部材を前記
被検査レンズの光軸にほぼ直交する軸周りに調整可能に
支持する第4の調整手段を介して前記第2の光学部材と
分離して基台に設けたことを特徴とする請求項2記載の
光学検査装置のアライメント機構。 - 【請求項6】 第1の干渉縞の中心位置を干渉計に接続
する画像解析手段により算出して確定することを特徴と
する請求項1記載の光学検査装置のアライメント方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35723899A JP3702733B2 (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 光学検査装置のアライメント方法およびその機構 |
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JP35723899A JP3702733B2 (ja) | 1999-12-16 | 1999-12-16 | 光学検査装置のアライメント方法およびその機構 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2001174217A true JP2001174217A (ja) | 2001-06-29 |
JP3702733B2 JP3702733B2 (ja) | 2005-10-05 |
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ID=18453100
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3702733B2 (ja) |
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