JP2003322587A - Surface shape measuring instrument - Google Patents

Surface shape measuring instrument

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JP2003322587A
JP2003322587A JP2002127774A JP2002127774A JP2003322587A JP 2003322587 A JP2003322587 A JP 2003322587A JP 2002127774 A JP2002127774 A JP 2002127774A JP 2002127774 A JP2002127774 A JP 2002127774A JP 2003322587 A JP2003322587 A JP 2003322587A
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JP
Japan
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microlens array
sensor
surface shape
inspected
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002127774A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Yokota
秀夫 横田
Minokichi Ban
箕吉 伴
Masaharu Suzuki
正治 鈴木
Makoto Taniguchi
谷口  誠
Toru Matsuda
融 松田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a measuring instrument capable of highly efficiently measuring a surface shape during working even at a middle working stage before the stage where the surface shape measuring becomes possible with an interferometer, in a aspherical working. <P>SOLUTION: In the surface shape measurement by a Shack-Hartman method, a light beam incident on a microlens array is divided in two or more, and a microlens array and a sensor (CCD: charge coupled device) are disposed for each of the light beams. A microlens array/sensor set for receiving at least one light beam among the light beams has a scanning mechanism in a plane vertical to a measurement optical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シャックハルトマ
ン方式により、光学系の波面収差を測定する装置、さら
には面形状を測定する測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring a wavefront aberration of an optical system by a Shack-Hartmann method, and a measuring device for measuring a surface shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光学系の波面収差を計測する装置
として、シャックハルトマン方式波面収差測定法が知ら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Shack-Hartmann method wavefront aberration measuring method has been known as an apparatus for measuring the wavefront aberration of an optical system.

【0003】例えば、USP4141652,USP5
629765,USP4490039,特許広報253
4170が上げられる。
For example, USP 4141652, USP 5
629765, USP4490039, Patent Publication 253.
4170 is raised.

【0004】これら波面収差測定法は、非球面あるいは
球面形状の測定に応用できる。その応用例での構成を図
4に示す。
These wavefront aberration measuring methods can be applied to the measurement of an aspherical surface or a spherical shape. The configuration of the application example is shown in FIG.

【0005】図4において、101は被検面101aを
有する反射鏡,102は被検面が非球面の時に配置され
るヌルレンズ、103はハーフミラープリズムで、光源
108,ピンホール109,レンズ110よりつくられ
る被検面の照明光を、被検面側に反射する。該照明光軸
122と測定系の光軸120の交点にピンホールの像が
結像するよう配置する。又、該交点は被検面の近軸曲率
中心とする。
In FIG. 4, 101 is a reflecting mirror having a surface 101a to be inspected, 102 is a null lens arranged when the surface to be inspected is aspherical, and 103 is a half mirror prism, which is composed of a light source 108, a pinhole 109 and a lens 110. Illumination light of the created test surface is reflected to the test surface side. The pinhole image is formed at the intersection of the illumination optical axis 122 and the measurement system optical axis 120. Further, the intersection is the paraxial curvature center of the surface to be inspected.

【0006】104はコリメータレンズで被検面からの
反射光束を略平面波にする。105はマイクロレンズア
レーで、コリメータ104からの光束をその各レンズ要
素ごとに分割して、センサー106(例えばCCD)面
上に結像させる。マイクロレンズアレーへの入射光束が
平面波であれば、結像点は、マイクロレンズアレーの光
軸121−i(iはマイクロレンズの順次番号)上にな
る。
Reference numeral 104 denotes a collimator lens which converts the light beam reflected from the surface to be inspected into a substantially plane wave. Reference numeral 105 denotes a microlens array, which divides the light flux from the collimator 104 for each lens element and forms an image on the surface of the sensor 106 (for example, CCD). If the incident light beam to the microlens array is a plane wave, the image forming point is on the optical axis 121-i of the microlens array (i is the sequential number of the microlens).

【0007】被検面101aとマイクロレンズアレーと
は共役とする。
The surface 101a to be inspected and the microlens array are conjugated.

【0008】被検面101aとマイクロレンズアレーと
は共役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレン
ズ要素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領
域にスロープエラーがあると、その一領域のスロープエ
ラーの平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ
要素の結像点が基準結像点からずれる。
Since the test surface 101a and the microlens array are conjugate, one lens element of the microlens array corresponds to one region of the test surface, and there is a slope error in one region of the test surface. Then, depending on the average value of the slope error of the one area, the image forming point of the lens element corresponding to the one area is deviated from the reference image forming point.

【0009】該基準結像点を得るための光学系は、光源
111,ピンホール112,レンズ113によって構成
され、光軸123を持つ。参照光はハーフミラープリズ
ム103によって、測定光路に導光される。
An optical system for obtaining the reference image formation point is composed of a light source 111, a pinhole 112 and a lens 113, and has an optical axis 123. The reference light is guided to the measurement optical path by the half mirror prism 103.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、被検
面はマイクロレンズアレーの要素数で分割される。セン
サーの素子数には制限があるので、要素数を増やすと一
要素あたりのセンサー素子数が少なくなり、測定のダイ
ナミックレンジ(最大検出スロープエラーが最小検出ス
ロープエラーの何倍か)が著しく小さくなる。逆に、測
定のダイナミックレンジを大きくとるため、一要素あた
りのセンサー素子数を大きく取るとマイクロレンズアレ
ーの要素数が少なくなり,被検面の分解面積が大きくな
り、細かなスロープエラーの変化を捉えることができな
くなる。
In the above conventional example, the surface to be inspected is divided by the number of elements of the microlens array. Since the number of sensor elements is limited, increasing the number of elements will reduce the number of sensor elements per element, and the dynamic range of measurement (the maximum detection slope error will be many times the minimum detection slope error) will be significantly reduced. . Conversely, if the number of sensor elements per element is increased in order to increase the measurement dynamic range, the number of elements in the microlens array will decrease, the disassembled area of the test surface will increase, and fine slope error changes will occur. It becomes impossible to capture.

【0011】本発明は、上記問題点を解決し、被検面の
分解面積を小さくし、十分な測定ダイナミックレンジを
得るものである。
The present invention solves the above problems, reduces the decomposition area of the surface to be inspected, and obtains a sufficient measurement dynamic range.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1に記載し
た測定手段を備える面形状測定装置は、被検面を照明す
る照明光学系と、被検面からの反射光を略平面波とする
コリメータレンズと、該コリメータレンズからの光路を
複数の光路に分割するビームスプリッタと、該ビームス
プリッタによって分割された複数の光路夫々に対応し
て、多数点結像させるマイクロレンズアレーと、マイク
ロレンズアレーの結像位置に置かれたセンサー(受光素
子アレー)と、該マイクロレンズアレーと該センサーを
保持する保持体と、該マイクロレンズアレーと該センサ
ーと該保持体の一組以上が光軸と垂直な面内に移動する
ための機構を有し、該コリメータの焦点に相当する位置
に参照ピンホール像を結像させ、測定光路中、センサー
側へ導光する参照光学系と、参照光学系からの光束によ
るマイクロレンズアレーの結像位置と被検面からの反射
光束によるマイクロレンズアレーの結像位置の差から被
検面のスロープエラーを算出する演算装置を有すること
を特徴とする。
A surface shape measuring apparatus having a measuring means according to claim 1 of the present application uses an illumination optical system for illuminating a surface to be inspected and light reflected from the surface to be inspected into a substantially plane wave. A collimator lens, a beam splitter that splits the optical path from the collimator lens into a plurality of optical paths, a microlens array that forms a multipoint image corresponding to each of the plurality of optical paths split by the beam splitter, and a microlens array. Of the sensor (light receiving element array) placed at the image forming position, a holding member for holding the microlens array and the sensor, and one or more pairs of the microlens array, the sensor and the holding member are perpendicular to the optical axis. A reference pinhole image that has a mechanism for moving in a plane, forms a reference pinhole image at a position corresponding to the focal point of the collimator, and guides it to the sensor side in the measurement optical path. System, and an arithmetic unit for calculating the slope error of the surface to be inspected from the difference between the image formation position of the microlens array due to the light flux from the reference optical system and the image formation position of the microlens array due to the light flux reflected from the surface to be inspected. Is characterized by.

【0013】さらに、本願の請求項2に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記照明光学系と前記参
照光学系が共通の光学部分を持つことを特徴とする。
Further, the surface shape measuring apparatus provided with the measuring means described in claim 2 of the present application is characterized in that the illumination optical system and the reference optical system have a common optical portion.

【0014】さらに、本願の請求項3に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記被検面と前記参照光
学系の測定光路への導光点の間に測定系の収差補正のた
めのヌルレンズを有することを特徴とする。
Further, the surface shape measuring apparatus provided with the measuring means according to claim 3 of the present application is for correcting the aberration of the measuring system between the surface to be inspected and the light guide point to the measuring optical path of the reference optical system. It is characterized by having a null lens.

【0015】さらに、本願の請求項4に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の組が夫々、分割された
前記コリメータ光軸に対してシフトして配置されたこと
を特徴とする。
Further, in the surface shape measuring apparatus provided with the measuring means described in claim 4 of the present application, the set of the microlens array, the sensor and the holding body are respectively shifted with respect to the divided optical axis of the collimator. It is characterized by being arranged.

【0016】さらに、本願の請求項5に記載した測定手
段を備える面形状測定装置は、前記マイクロレンズアレ
ーと前記センサーと前記保持体の一組以上が分割された
前記コリメータ光軸と垂直な面内に移動するための機構
を有することを特徴とする。
Further, in the surface shape measuring device provided with the measuring means according to claim 5 of the present application, a surface perpendicular to the collimator optical axis is formed by dividing one or more sets of the microlens array, the sensor and the holder. It is characterized by having a mechanism for moving in.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1は本発明に従う面形状測定装
置の光学系の構成図であり、同図において、1は被検面
1aを有する反射鏡,2は被検面が非球面の時に配置さ
れるヌルレンズで被検面が球面の場合は必要ない。3は
ハーフミラープリズムで、光源16,ピンホール17,
レンズ18よりつくられる被検面の照明光を、被検面側
に反射する機能と、やはり、光源16,ピンホール1
7,レンズ18でつくられ、後述するマイクロレンズア
レーによって基準結像点を生み出す参照光を、後述する
センサー側に反射する機能とが切り替える機構を有す
る。
1 is a block diagram of an optical system of a surface shape measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a reflecting mirror having a surface 1a to be inspected, and 2 is an aspherical surface to be inspected. It is not necessary when the surface to be inspected is a spherical surface with a null lens that is sometimes arranged. 3 is a half mirror prism, which includes a light source 16, a pinhole 17,
The function of reflecting the illumination light of the surface to be inspected, which is formed by the lens 18, to the surface of the surface to be inspected, and the light source 16 and the pinhole 1
7. A mechanism for switching the reference light, which is made up of the lens 18 and produces a standard image formation point by the microlens array described later, to the function of reflecting it to the sensor described later.

【0018】該照明兼参照光学系はその光軸27と測定
系の光軸20の交点にピンホールの像が結像するよう配
置する。又、該交点は被検面の近軸曲率中心とする。
The illumination / reference optical system is arranged so that a pinhole image is formed at the intersection of the optical axis 27 of the illumination / reference optical system and the optical axis 20 of the measuring system. Further, the intersection is the paraxial curvature center of the surface to be inspected.

【0019】4はコリメータレンズで被検面からの反射
光束を略平面波にする。5はビームスプリッタで該コリ
メータの光軸を複数の光軸21及び22に分割する。6
は分割された第一の光軸21の光路に置かれた第一のマ
イクロレンズアレー、7は第一のセンサーで、8は該光
路に置かれた第二のマイクロレンズアレー、9は第二の
センサーである。10はマイクロレンズアレー6及び
8、センサー7及び9を保持する保持体である。
Numeral 4 is a collimator lens which makes the light beam reflected from the surface to be inspected into a substantially plane wave. A beam splitter 5 divides the optical axis of the collimator into a plurality of optical axes 21 and 22. 6
Is a first microlens array placed in the optical path of the divided first optical axis 21, 7 is a first sensor, 8 is a second microlens array placed in the optical path, and 9 is a second Sensor of. Reference numeral 10 is a holder for holding the microlens arrays 6 and 8 and the sensors 7 and 9.

【0020】11は分割された第二の光軸22の光路に
置かれた第三のマイクロレンズアレー、12は第三のセ
ンサーで、13は該光軸に置かれた第四のマイクロレン
ズアレー、14は第四のセンサーである。15はマイク
ロレンズアレー11及び13、センサー12及び14を
保持する保持体である。
11 is a third microlens array placed in the optical path of the divided second optical axis 22, 12 is a third sensor, and 13 is a fourth microlens array placed in the optical axis. , 14 is a fourth sensor. Reference numeral 15 is a holder for holding the microlens arrays 11 and 13 and the sensors 12 and 14.

【0021】マイクロレンズアレーへの入射光束が平面
波であれば、結像点は、マイクロレンズアレー夫々の光
軸23−i(iはマイクロレンズの順次番号),光軸2
4−i,光軸25−i,光軸26−i,上になる。
If the incident light flux on the microlens array is a plane wave, the image forming points are the optical axes 23-i (i is the sequential number of the microlens) of the respective microlens arrays and the optical axis 2.
4-i, optical axis 25-i, optical axis 26-i, above.

【0022】被検面1aとマイクロレンズアレーとは共
役である。
The surface 1a to be inspected and the microlens array are conjugated.

【0023】被検面1aとマイクロレンズアレーとは共
役であるので、マイクロレンズアレーの一つのレンズ要
素は、被検面の一つの領域に対応し、被検面の一領域に
スロープエラーがあるとその一領域のスロープエラーの
平均値に依存して、その一領域に対応するレンズ要素の
結像点が基準結像点からずれる。
Since the surface 1a to be inspected and the microlens array are conjugate, one lens element of the microlens array corresponds to one region of the surface to be inspected, and there is a slope error in one region of the surface to be inspected. And the image forming point of the lens element corresponding to the one area deviates from the reference image forming point depending on the average value of the slope error of the one area.

【0024】センサー7,9,12,14からの出力信
号は、演算装置19に与えられ、参照系による基準結像
点と被検面での反射光による結像点とが比較され、その
ずれから、所定のアルゴリズムをもって被検面のスロー
プエラーが演算される。
The output signals from the sensors 7, 9, 12, 14 are given to the arithmetic unit 19, and the reference image forming point by the reference system and the image forming point by the reflected light on the surface to be inspected are compared, and their deviations are compared. From this, the slope error of the surface to be inspected is calculated with a predetermined algorithm.

【0025】図1において、r:被検面の近軸曲率半
径,d:被検面の直径,fc:コリメータレンズの焦点
距離,e:コリメータレンズとマイクロレンズアレーの
距離,fm:マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点
距離 S:コリメータから射出される測定光束の直径,S
一つのマイクロレンズアレー(一つのセンサーの大きさ
に等しいとして)の大きさ、ヌルレンズのパワーを0と
し、S/S=β、センサー間の非受光部の大きさ=0
として、測定光学系の構成に必要な諸値を計算すると、 fc=(β×S×r)/d e=(−1/(r+fc)+1/fc)−1 ここで、k:センサー1ピッチを単位とした検出可能な
結像ずれの最小値,p:センサーピッチ(センサー1素
子の大きさ),ε:最小検出スロープエラーとすると、 fm=(k×p×fc)/(2×ε×r) マイクロレンズアレーの数:Nとすると、最大検スロー
プエラーεmaxは、 εmax=(fc×S)/(4×fm×r×N) となる。
In FIG. 1, r is the paraxial radius of curvature of the surface to be inspected, d is the diameter of the surface to be inspected, fc is the focal length of the collimator lens, e is the distance between the collimator lens and the microlens array, and fm is the microlens array. Focal length S of the lens element of S: the diameter of the measurement light beam emitted from the collimator, S 0 :
The size of one microlens array (assuming that it is equal to the size of one sensor), the power of the null lens is 0, S / S 0 = β, and the size of the non-light-receiving part between the sensors = 0
Then, various values necessary for the configuration of the measurement optical system are calculated as follows: fc = (β × S 0 × r) / de = (− 1 / (r + fc) + 1 / fc) −1 where k: sensor 1 The minimum value of the detectable image shift in units of pitch, p: sensor pitch (size of one sensor element), ε: minimum detection slope error, fm = (k × p × fc) / (2 × ε × r) When the number of microlens arrays is N, the maximum detection slope error εmax is εmax = (fc × S 0 ) / (4 × fm × r × N).

【0026】さらに、マイクロレンズアレーのレンズ要
素の像側開口角をα’として、マイクロレンズアレーの
レンズ要素の結像の広がりδをエアリーディスクの直径
として、 δ=1.22×λ/sinα’ となる。
Further, letting α ′ be the image-side aperture angle of the lens elements of the microlens array, and δ = 1.22 × λ / sin α ′, the spread δ of the image formation of the lens elements of the microlens array being the diameter of the Airy disk. Becomes

【0027】図2はビームスプリッタで分割された一つ
の光軸21の光路に3行3列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列した場合の受光面を示している。2
01,202,203,204,205,206,20
7,208,209は各々一つのセンサー(例えば1枚
のCCD)の受光面を表し、総体x,yの受光領域
を持つ。210はセンサーのパッケージ等のために各セ
ンサー間に存在することになる非受光部で幅x,y
としてハッチングで示している。
FIG. 2 shows a light receiving surface when a set of microlens arrays of 3 rows and 3 columns and sensors is arranged in the optical path of one optical axis 21 divided by the beam splitter. Two
01, 202, 203, 204, 205, 206, 20
Reference numerals 7, 208, and 209 denote light receiving surfaces of one sensor (for example, one CCD), and have light receiving areas of x 0 and y 0 in total. Reference numeral 210 denotes a non-light-receiving portion which exists between the sensors due to a sensor package or the like and has widths x b and y b.
Is hatched.

【0028】該非受光部に相当する被検面は測定されな
い。
The test surface corresponding to the non-light-receiving part is not measured.

【0029】図3はビームスプリッタで分割された一つ
の光軸21の光路に3行3列のマイクロレンズアレーと
センサーの組を配列し、別の光軸22の光路に3行3列
のマイクロレンズアレーとセンサーの組を、上記非受光
部210の幅x,yだけシフトして配置した場合の
受光面を示している。201,202,203,20
4,205,206,207,208,209は光軸2
1の光路に、211,212,213,214,21
5,216,217,218,219は光軸22の光路
に配置した各々一つのセンサーの受光面である。220
はx,yの受光領域内における非受光部で、x×
が12箇所存在する。
In FIG. 3, a set of microlens arrays of 3 rows and 3 columns and sensors are arranged in the optical path of one optical axis 21 divided by a beam splitter, and a microarray of 3 rows and 3 columns is arranged in the optical path of another optical axis 22. the lens array and the sensor pairs, the width x b of the non-light-receiving section 210 shows the light receiving surface of the case of arranging shifted by y b. 201, 202, 203, 20
4, 205, 206, 207, 208, 209 are optical axes 2
In the optical path of 1, 211, 212, 213, 214, 21
Reference numerals 5, 216, 217, 218, and 219 denote light receiving surfaces of one sensor arranged in the optical path of the optical axis 22. 220
Is a non-light-receiving part in the light-receiving region of x 0 , y 0 , and x b ×
There are 12 y b .

【0030】ここで、光軸22の光路に配列されている
マイクロレンズアレーとセンサーの保持体に光軸22に
垂直な面内に移動可能な機構をもたせ、光軸21の光路
に配列したマイクロレンズアレーとセンサーの組に対し
て、4回のシフト、即ち(0,0),(x,0),
(0,y),(x,y)の測定を行えば、非受光
部は無くなる。
Here, the microlens array arranged in the optical path of the optical axis 22 and the holder of the sensor have a mechanism capable of moving in a plane perpendicular to the optical axis 22, and the micro array arranged in the optical path of the optical axis 21. Four shifts for the lens array and sensor pair, namely (0,0), ( xb , 0),
If (0, y b ) and (x b , y b ) are measured, the non-light-receiving part is eliminated.

【0031】(実施例)本発明に従う面形状測定装置の
光学系の配置に関する実施例を表1、表2、にあげる。
(Examples) Examples of the arrangement of the optical system of the surface shape measuring apparatus according to the present invention are shown in Tables 1 and 2.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【表2】 [Table 2]

【0034】但し、一次元方向について計算している
が、二次元への拡張は同一値で可能である。
However, although the calculation is performed in the one-dimensional direction, the extension to the two-dimensional direction is possible with the same value.

【0035】又、センサーの配列において、非受光部の
大きさは、受光部の大きさに対して十分小さいとする。
In the sensor array, the size of the non-light-receiving portion is sufficiently smaller than the size of the light-receiving portion.

【0036】(表1に示す実施例)被検面の近軸曲率半
径=2000mm,被検面の有効口径=800mm センサーの1ピッチの大きさ0.0135mm,センサ
ーの一次元方向の素子数=2048 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
1ピッチを単位として1ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー=2sec,4s
ecについて,コリメータ射出光束/マイクロレンズア
レーの大きさβ=1,2,3についてマイクロレンズの
要素数=20,30について、測定系の構成に必要な諸
値を表している。
(Examples shown in Table 1) Paraxial radius of curvature of test surface = 2000 mm, effective aperture of test surface = 800 mm, size of one pitch of sensor 0.0135 mm, number of elements in one-dimensional direction of sensor = 2048 When the minimum value of the movement of the image formation point that can be detected by the arithmetic unit is 1 pitch with the sensor 1 pitch as a unit, the minimum detection slope error = 2 sec, 4 s
For ec, various values necessary for the configuration of the measurement system are shown for the collimator emission light flux / microlens array size β = 1, 2, 3 and the number of microlens elements = 20, 30.

【0037】該表において、最小検出スロープエラー2
sec,マイクロレンズの要素数20において、β=1
では、被検面の分解長さは40mmであるが、β=3即
ち1次元方向3個のセンサ―を配置した場合は、13.
33mmと大きく改善され、最大検出スロープエラーは
同一である。またマイクロレンズ結像の広がりは、直径
で0.027mmから0.081mmと広がるが、セン
サー6ピッチ分であり、演算装置によって結像点の1ピ
ッチの移動は検出可能である。
In the table, the minimum detection slope error 2
sec, the number of microlens elements is 20, and β = 1
Then, although the disassembled length of the surface to be inspected is 40 mm, when β = 3, that is, three sensors in the one-dimensional direction are arranged, 13.
It is greatly improved to 33 mm, and the maximum detection slope error is the same. Further, the spread of the microlens image is expanded from 0.027 mm to 0.081 mm in diameter, but it is equivalent to 6 pitches of the sensor, and the movement of the imaging point by 1 pitch can be detected by the arithmetic unit.

【0038】(表2に示す実施例)被検面の近軸曲率半
径=9000mm,被検面の有効口径=3500mm センサーの1ピッチの大きさ0.0135mm,センサ
ーの一次元方向の素子数=2048 演算装置が検出できる結像点の移動の最小値をセンサー
1ピッチを単位として1ピッチ としたとき、最小検出スロープエラー=2sec,4s
ecについて,コリメータ射出光束/マイクロレンズア
レーの大きさβ=1,2,3について、マイクロレンズ
の要素数=20,30について、測定系の構成に必要な
諸値を表している。
(Examples shown in Table 2) Paraxial radius of curvature of test surface = 9000 mm, effective aperture of test surface = 3500 mm 1 pitch size of sensor 0.0135 mm, number of elements in one-dimensional direction of sensor = 2048 When the minimum value of the movement of the image formation point that can be detected by the arithmetic unit is 1 pitch with the sensor 1 pitch as a unit, the minimum detection slope error = 2 sec, 4 s
For ec, various values necessary for the configuration of the measurement system are shown for the collimator emission light flux / microlens array size β = 1, 2, 3, and for the number of microlens elements = 20, 30.

【0039】該表において、最小検出スロープエラー2
sec,マイクロレンズの要素数20において、β=1
では、被検面の分解長さは175mmであるが、β=3
とした場合即ち1次元方向3個のセンサ―を配置した場
合は、58.33mmと大きく改善され、最大検出スロ
ープエラーは同一である。またマイクロレンズ結像の広
がりは、直径で0.006mmから0.018mmと広
がるが、センサー1.33ピッチ分であり、演算装置に
よって結像点の1ピッチの移動は十分検出可能である。
In the table, the minimum detection slope error 2
sec, the number of microlens elements is 20, and β = 1
Then, the disassembled length of the surface to be inspected is 175 mm, but β = 3
In the above case, that is, when three sensors are arranged in the one-dimensional direction, the maximum detection slope error is the same, which is significantly improved to 58.33 mm. Further, the spread of the microlens image is expanded from 0.006 mm to 0.018 mm in diameter, but the sensor is 1.33 pitches, and the movement of the imaging point by one pitch can be sufficiently detected by the arithmetic unit.

【0040】[0040]

【発明の効果】本願の請求項1に記載した発明によれ
ば、被検面の分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数
を大きくし、かつ検出できる最大スロープエラーを確保
した面形状測定装置を得ることが出来る。
According to the invention described in claim 1 of the present application, the surface shape measurement in which the decomposition area of the surface to be inspected is small, that is, the number of measurement divisions of the surface to be inspected is large, and the maximum slope error that can be detected is secured. You can get the device.

【0041】本願の請求項2に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の照明系と基準結像点を得るた
めの参照系とを一つに簡素化出来る。
According to the invention described in claim 2 of the present application,
Decrease the decomposition area, that is, increase the number of measurement divisions of the surface to be inspected,
In addition, in the surface shape measuring device that secures the maximum slope error that can be detected, the illumination system of the surface to be inspected and the reference system for obtaining the standard image formation point can be simplified.

【0042】本願の請求項3に記載した発明によれば、
被検面が放物面、双曲面のような非球面であっても、分
解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、か
つ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測定
装置を得ることが出来る。
According to the invention described in claim 3 of the present application,
Even if the surface to be inspected is an aspherical surface such as a paraboloid or a hyperboloid, a surface shape measuring device with a small decomposition area, that is, a large number of measurement divisions of the surface to be inspected, and a maximum slope error that can be detected is provided. You can get it.

【0043】本願の請求項4に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を小さくした面形
状測定装置を得ることができる。
According to the invention described in claim 4 of the present application,
Decrease the decomposition area, that is, increase the number of measurement divisions of the surface to be inspected,
In addition, it is possible to obtain a surface profile measuring device in which the non-measurement portion of the surface to be tested is made small in the surface profile measuring device that secures the maximum slope error that can be detected.

【0044】本願の請求項4に記載した発明によれば、
分解面積を小さく即ち被検面の測定分割数を大きくし、
かつ検出できる最大スロープエラーを確保した面形状測
定装置において、被検面の非測定部分を無くした面形状
測定装置を得ることができる。
According to the invention described in claim 4 of the present application,
Decrease the decomposition area, that is, increase the number of measurement divisions of the surface to be inspected,
In addition, it is possible to obtain a surface profile measuring apparatus in which the non-measurement portion of the surface to be tested is eliminated in the surface profile measuring apparatus that secures the maximum slope error that can be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に従う面形状測定装置の構成を表した
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】 本発明に従う面形状測定装置の一つのセンサ
ー配列の受光面を表した図
FIG. 2 is a diagram showing a light receiving surface of one sensor array of the surface profile measuring apparatus according to the present invention.

【図3】 本発明に従う面形状測定装置の二つのセンサ
ー配列の受光面を重ねて表した図
FIG. 3 is a diagram showing the light receiving surfaces of two sensor arrays of the surface shape measuring device according to the present invention in an overlapping manner.

【図4】 従来例に従う面形状測定装置の構成を表す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a surface profile measuring apparatus according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反射鏡 1a 被検面 2 ヌルレンズ 3 ハーフミラープリズム 4 コリメータレンズ 5 ビームスプリッタ 6 マイクロレンズアレー 7 センサー(例えばCCD) 8 マイクロレンズアレー 9 センサー(例えばCCD) 10 マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持
体 11 マイクロレンズアレー 12 センサー(例えばCCD) 13 マイクロレンズアレー 14 センサー(例えばCCD) 15 マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持
体 16 光源 17 ピンホール 18 レンズ 19 演算装置 20 測定系の光軸 21,22 ビームスプリッタで分割されたコリメータ
4の光軸 23−i,24−i,25−i,25−i,26−i
(iはマイクロレンズの順次番号)はマイクロレンズア
レー6,8,11,13の光軸 27 照明兼参照系 r 被検面の近軸曲率半径 d 被検面の直径 fc コリメータレンズの焦点距離 e コリメータレンズとマイクロレンズアレーの距離 fm マイクロレンズアレーのレンズ要素の焦点距離 S コリメータから射出される測定光束の直径 S 一つのマイクロレンズアレー(センサーの大きさ
に等しいとして)の大きさ 201,202,203,204,205,206,2
07,208,209各々一つのセンサー(例えば1枚
のCCD)の受光面 210 センサーのパッケージ等のために各センサー間
に存在することになる非受光部 201,202,203,204,205,206,2
07,208,209図1の光軸21 211,212,213,214,215,216,2
17,218,219図1の光軸22に配置した各々一
つのセンサーの受光面 220 受光領域内における非受光部 101 反射鏡 101a 被検面 102 ヌルレンズ 103 ハーフミラープリズム 104 コリメータレンズ 105 マイクロレンズアレー 106 センサー(例えばCCD) 107 マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保
持体 108 光源 109 ピンホール 110 レンズ 111 レンズ 112 ピンホール 113 レンズ 120 測定系の光軸 121−i マイクロレンズアレーの光軸 122 照明系の光軸 123 参照系の光軸
1 Reflector 1a Surface to be inspected 2 Null lens 3 Half mirror prism 4 Collimator lens 5 Beam splitter 6 Microlens array 7 Sensor (eg CCD) 8 Microlens array 9 Sensor (eg CCD) 10 Holder holding microlens array and sensor 11 microlens array 12 sensor (eg CCD) 13 microlens array 14 sensor (eg CCD) 15 holder for holding microlens array and sensor 16 light source 17 pinhole 18 lens 19 arithmetic unit 20 optical axes 21, 22 of measurement system Optical axes 23-i, 24-i, 25-i, 25-i, 26-i of the collimator 4 divided by the beam splitter
(I is the sequential number of the microlens) is the optical axis 27 of the microlens array 6, 8, 11, 13 r The illumination / reference system r The paraxial radius of curvature d of the surface to be inspected d The diameter fc of the surface to be inspected the focal length e of the collimator lens Distance between collimator lens and microlens array fm Focal length of lens element of microlens array S Diameter of measurement light beam emitted from collimator S 0 Size of one microlens array (assuming sensor size) 201, 202 , 203, 204, 205, 206, 2
07, 208, 209 One light receiving surface of one sensor (for example, one CCD) 210 Non-light receiving parts 201, 202, 203, 204, 205, 206 that are present between the sensors due to sensor packages, etc. , 2
07, 208, 209 Optical axes 21 211, 212, 213, 214, 215, 216, 2 of FIG.
17, 218, 219 Light receiving surface 220 of each one sensor arranged on the optical axis 22 of FIG. Sensor (for example, CCD) 107 Microlens array and holder 108 that holds the sensor Light source 109 Pinhole 110 Lens 111 Lens 112 Pinhole 113 Lens 120 Optical axis 121 of measurement system 121-i Optical axis 122 of microlens array Light of illumination system Axis 123 Reference system optical axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 谷口 誠 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 松田 融 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA46 AA53 CC21 FF10 HH13 JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL00 LL04 LL10 LL30 LL46 2G086 GG04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shoji Suzuki             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Makoto Taniguchi             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Toru Matsuda             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation F term (reference) 2F065 AA46 AA53 CC21 FF10 HH13                       JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL00                       LL04 LL10 LL30 LL46                 2G086 GG04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検面を照明する照明光学系と、 被検面からの反射光を略平面波とするコリメータレンズ
と、 該コリメータレンズからの光路を複数の光路に分割する
ビームスプリッタと、 該ビームスプリッタによって分割された複数の光路夫々
に対応して、多数点結像させるマイクロレンズアレー
と、マイクロレンズアレーの結像位置に置かれたセンサ
ー(受光素子アレー)と、 該マイクロレンズアレーと該センサーを保持する保持体
と、 該コリメータの焦点に相当する位置に参照ピンホール像
を結像させ、測定光路中、センサー側へ導光する参照光
学系と、参照光学系からの光束によるマイクロレンズア
レーの結像位置と被検面からの反射光束によるマイクロ
レンズアレーの結像位置の差から被検面のスロープエラ
ーを算出する演算装置を有することを特徴とする面形状
測定装置。
1. An illumination optical system for illuminating a surface to be inspected, a collimator lens for making reflected light from the surface to be inspected into a substantially plane wave, a beam splitter for dividing an optical path from the collimator lens into a plurality of optical paths, Corresponding to each of the plurality of optical paths divided by the beam splitter, a microlens array for forming a multipoint image, a sensor (light receiving element array) placed at the imaging position of the microlens array, the microlens array and the A holder that holds the sensor, a reference optical system that forms a reference pinhole image at a position corresponding to the focal point of the collimator, and guides it to the sensor side in the measurement optical path, and a microlens based on the light flux from the reference optical system. Arithmetic device that calculates the slope error of the surface to be measured from the difference between the image forming position of the array and the image forming position of the microlens array due to the light flux reflected from the surface Surface shape measuring apparatus characterized by having.
【請求項2】前記照明光学系と前記参照光学系が共通の
光学部分を持つことを特徴とする請求項1に記載の面形
状測定装置。
2. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the illumination optical system and the reference optical system have a common optical portion.
【請求項3】前記被検面と前記参照光学系の測定光路へ
の導光点の間に測定系の収差補正のためのヌルレンズを
有することを特徴とする請求項1に記載の面形状測定装
置。
3. The surface shape measurement according to claim 1, further comprising a null lens for correcting aberration of the measurement system between the test surface and a light guide point of the reference optical system to the measurement optical path. apparatus.
【請求項4】前記マイクロレンズアレーと前記センサー
と前記保持体の組が夫々、分割されたコリメータの光軸
に対してシフトして配置されたことを特徴とする請求項
1に記載の面形状測定装置。
4. The surface shape according to claim 1, wherein the set of the microlens array, the sensor, and the holder are arranged so as to be shifted with respect to the optical axes of the divided collimators. measuring device.
【請求項5】前記マイクロレンズアレーと前記センサー
と前記保持体の一組以上が分割されたコリメータの光軸
と垂直な面内に移動するための機構を有することを特徴
とする請求項1に記載の面形状測定装置。
5. A mechanism for moving one or more sets of the microlens array, the sensor, and the holder into a plane perpendicular to the optical axis of the divided collimator. The surface shape measuring device described.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007522468A (en) * 2004-02-11 2007-08-09 キネテイツク・リミテツド Surface shape measuring apparatus and method
CN102937421A (en) * 2012-10-29 2013-02-20 南通大学 Real-time detection method of symmetrical optical non-spherical face of rotary shaft
EP2645053A1 (en) 2012-03-26 2013-10-02 Canon Kabushiki Kaisha Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component
CN104070418A (en) * 2014-06-30 2014-10-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Axisymmetric optical aspheric surface online shape measuring method
CN110686618A (en) * 2019-11-22 2020-01-14 北京理工大学 Aspheric parameter error interferometry method and system combining total reflection angle positioning
CN110702380A (en) * 2019-09-19 2020-01-17 北京控制工程研究所 Method for evaluating performance of Wolter-I type X-ray optical reflecting lens

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007522468A (en) * 2004-02-11 2007-08-09 キネテイツク・リミテツド Surface shape measuring apparatus and method
US7907262B2 (en) 2004-02-11 2011-03-15 Qinetiq Limited Surface shape measurement apparatus and method
EP2645053A1 (en) 2012-03-26 2013-10-02 Canon Kabushiki Kaisha Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component
US9091534B2 (en) 2012-03-26 2015-07-28 Canon Kabushiki Kaisha Measuring apparatus, measuring method, and method of manufacturing an optical component
CN102937421A (en) * 2012-10-29 2013-02-20 南通大学 Real-time detection method of symmetrical optical non-spherical face of rotary shaft
CN103471521A (en) * 2012-10-29 2013-12-25 南通大学 Method capable of fast and accurately detecting optical aspheric surface in real time
CN102937421B (en) * 2012-10-29 2013-12-25 南通大学 Real-time detection method of symmetrical optical non-spherical face of rotary shaft
CN103471521B (en) * 2012-10-29 2015-10-21 南通大学 The real-time detection method of optical aspherical surface fast and accurately
CN104070418A (en) * 2014-06-30 2014-10-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Axisymmetric optical aspheric surface online shape measuring method
CN110702380A (en) * 2019-09-19 2020-01-17 北京控制工程研究所 Method for evaluating performance of Wolter-I type X-ray optical reflecting lens
CN110686618A (en) * 2019-11-22 2020-01-14 北京理工大学 Aspheric parameter error interferometry method and system combining total reflection angle positioning
CN110686618B (en) * 2019-11-22 2020-09-15 北京理工大学 Aspheric parameter error interferometry method and system combining total reflection angle positioning

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