JP2003322590A - Surface shape measuring instrument - Google Patents

Surface shape measuring instrument

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JP2003322590A
JP2003322590A JP2002127775A JP2002127775A JP2003322590A JP 2003322590 A JP2003322590 A JP 2003322590A JP 2002127775 A JP2002127775 A JP 2002127775A JP 2002127775 A JP2002127775 A JP 2002127775A JP 2003322590 A JP2003322590 A JP 2003322590A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microlens array
inspected
sensor
measurement
surface shape
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002127775A
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2002127775A priority Critical patent/JP2003322590A/en
Publication of JP2003322590A publication Critical patent/JP2003322590A/en
Pending legal-status Critical Current

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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 of a Shack-Hartman method, measurement is performed by sweeping a microlens array and a sensor (CCD: charge coupled device) in a surface normal to a measurement optical axis. The number of divisions of an inspected surface, a weak point of the Shack- Hartman method, is improved, and a dynamic range can be ensured for measurement. <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。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2に示す。
For example, USP 4141652, USP 5
629765, USP4490039, Patent Publication 253.
4170 is raised. 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.

【0004】図2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. 2, 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 an aspherical surface, and 103 is a half mirror prism, which comprises 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.

【0005】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 a 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).

【0006】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.

【0007】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 surface 101a to be inspected and the microlens array are conjugate, one lens element of the microlens array corresponds to one area of the surface to be inspected, and there is a slope error in one area of the surface to be inspected. 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.

【0008】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 forming 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.

【0009】[0009]

【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.

【0010】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.

【0011】[0011]

【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、該略平面波を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を該コリメ
ータレンズの光軸と、垂直な面内に移動させる機構と、
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。
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 microlens array for forming an image of a large number of substantially plane waves, a sensor (light receiving element array) placed at an imaging position of the microlens array, a holding member for holding the microlens array and the sensor. A mechanism for moving the microlens array, the sensor, and the holder within a plane perpendicular to the optical axis of the collimator lens,
The reference pinhole image is formed at a position corresponding to the focal point of the collimator, and the reference optical system that guides the light to the sensor side in the measurement optical path and the image formation position of the microlens array by the light flux from the reference optical system and the inspection target. It is characterized in that it has an arithmetic unit for calculating the slope error of the surface to be inspected from the difference in the image forming position of the microlens array due to the light flux reflected from the surface.

【0012】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 part.

【0013】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 device provided with the measuring means according to claim 3 of the present application is for correcting 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.

【0014】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とが交換可能であることを
特徴とする。
Further, the surface shape measuring device provided with the measuring means described in claim 4 of the present application is characterized in that the microlens array, the sensor, and the holder can be exchanged.

【0015】[0015]

【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8,ピンホール9,レン
ズ10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8,ピンホール9,レンズ
10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. Reference numeral 3 denotes a half mirror prism, which has a function of reflecting the illumination light of the surface to be inspected, which is formed by the light source 8, the pinhole 9 and the lens 10, to the surface to be inspected, and is also formed by the light source 8, the pinhole 9 and the lens 10. The reference light for generating the standard image formation point by the microlens array described later is switched to the function of reflecting the reference light to the sensor side described later.

【0016】該照明兼参照光学系はその光軸22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 an image of a pinhole is formed at the intersection of its optical axis 22 and the measuring system optical axis 20. Further, the intersection is the paraxial curvature center of the surface to be inspected.

【0017】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はマイクロレンズアレーで、
コリメータ4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6(例えばCCD)面上に結像させる。
Numeral 4 is a collimator lens which transforms the light beam reflected from the surface to be inspected into a substantially plane wave. 5 is a microlens array,
The light flux from the collimator 4 is divided for each lens element, and an image is formed on the surface of the sensor 6 (for example, CCD).

【0018】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2
1−i(iはマイクロレンズの順次番号)上になる。
If the incident light beam on the microlens array is a plane wave, the image forming point is the optical axis 2 of the microlens array.
1-i (i is the sequential number of the microlens).

【0019】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 tested and the microlens array are conjugated.

【0020】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 test surface 1a 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. 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.

【0021】即ち、基準結像点と被検面での反射光によ
る結像点の差から、被検面のスロープエラーが計算でき
る。
That is, the slope error of the surface to be inspected can be calculated from the difference between the reference image point and the image point due to the reflected light on the surface to be inspected.

【0022】マイクロレンズアレー5はセンサーと一体
として保持体7に保持され、さらに保持体は測定光軸2
0に垂直な面内に移動させる機構をもって、2次元にス
テップ走査される。
The microlens array 5 is held by a holder 7 integrally with the sensor, and the holder is the measuring optical axis 2.
Two-dimensional step scanning is carried out with a mechanism for moving in a plane perpendicular to 0.

【0023】センサー5からの出力信号は、演算装置1
1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 signal from the sensor 5 is used as the arithmetic unit 1
1, the reference image forming point by the reference system is compared with the image forming point by the reflected light on the surface to be inspected, and the slope error of the surface to be inspected is calculated by a predetermined algorithm from the deviation.

【0024】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
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、ヌルレンズのパワーを0とし、S/S
=βとすると、 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 :
S / S 0 with the size of the microlens array (assuming that it is equal to the size of the sensor) and the power of the null lens set to 0
= Β, fc = (β × S 0 × r) / d e = (− 1 / (r + fc) + 1 / fc) −1 where k: detectable image shift in units of one sensor pitch , P: sensor pitch (size of one sensor element), ε: minimum detection slope error, fm = (k × p × fc) / (2 × ε × r) Number of microlens arrays: N Then, the maximum detection slope error εmax is εmax = (fc × S 0 ) / (4 × fm × r × N).

【0025】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

【0026】(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、表3にあげ
る。
(Examples) Tables 1, 2 and 3 show examples of the arrangement of the optical system of the surface profile measuring apparatus according to the present invention.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】[0029]

【表3】 [Table 3]

【0030】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 made in the one-dimensional direction, the extension to the two-dimensional direction is possible with the same value.

【0031】(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=1,3,4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 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, 3, 4 and the number of microlens elements = 20, 30.

【0032】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と
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0.081m
m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, the disassembled length of the surface to be inspected is 40 mm, but when β = 3, it is greatly improved to 13.33 mm, and the maximum detected slope error is the same. Also, the spread of the microlens image is 0.027 mm to 0.081 m in diameter.
Although it spreads by m, it is the sensor 6 pitches, and the movement of the imaging point by 1 pitch can be detected by the arithmetic unit.

【0033】又該表において、マイクロレンズの要素数
20,β=3として、最小検出スロープエラー4sec
が得られる諸値を採用すると最大検出スロープエラーは
204.8secとなるが、最小検出スロープエラー2
secが得られるよう、焦点距離の異なるマイクロレン
ズアレーに交換すると最大検出スロープエラーは10
2.4secとなる。即ちこれは、反射面の加工の進行
に応じて、マイクロレンズアレーを交換すれば、適切な
測定精度と測定のダイナミックレンジが得られることを
示している。前記交換による測定器の安定性を保つに
は、マイクロレンズアレーとセンサーを一体で交換する
ことが良い。
Further, in the table, the minimum detection slope error is 4 sec when the number of microlens elements is 20 and β = 3.
If the various values that can be obtained are adopted, the maximum detection slope error will be 204.8 sec, but the minimum detection slope error 2
If a microlens array with a different focal length is used to obtain sec, the maximum detection slope error will be 10
It will be 2.4 seconds. That is, this indicates that appropriate measurement accuracy and measurement dynamic range can be obtained by exchanging the microlens array in accordance with the progress of processing of the reflecting surface. In order to maintain the stability of the measuring device due to the replacement, it is preferable to replace the microlens array and the sensor as a unit.

【0034】(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=1,3,4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 diameter 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, 3, 4 and the number of microlens elements = 20, 30.

【0035】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=4
とした場合は、43.75mm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0.025
mmと広がるが、センサー1.85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, the disassembled length of the surface to be inspected is 175 mm, but β = 4
In this case, the maximum detection slope error is the same, which is greatly improved to 43.75 mm. The spread of the microlens image is 0.006 mm to 0.025 in diameter.
Although it spreads to mm, the sensor is 1.85 pitches, and the movement of the imaging point by one pitch can be detected by the arithmetic unit.

【0036】(表3に示す実施例) 被検面の近軸曲率半径=800mm,被検面の有効口径
=300mm 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=1,3,4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 3) Paraxial radius of curvature of the surface to be inspected = 800 mm, effective aperture of the surface to be inspected = 300 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, 3, 4 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4
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15mmであるが、β=3と
した場合は、5mm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0.036mmから0.107mmと広が
るが、センサー7.9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 4
sec, the number of microlens elements is 20, and β = 1
Then, the disassembled length of the surface to be inspected is 15 mm, but when β = 3, it is greatly improved to 5 mm, and the maximum detected slope error is the same. Further, the spread of the microlens image is expanded from 0.036 mm to 0.107 mm in diameter, but it is equivalent to 7.9 pitches of the sensor, and the movement of the imaging point by one pitch can be detected by the arithmetic unit.

【0038】[0038]

【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.

【0039】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.

【0040】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.

【0041】本願の請求項4に記載した発明によれば、
加工段階に応じて、適切な、検出精度、最大検出スロー
プエラーを選択出来る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,
It is possible to obtain a surface shape measuring apparatus capable of selecting appropriate detection accuracy and maximum detection slope error according to the processing stage.

【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す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the present invention.

【図2】従来例に従う面形状測定装置の構成を表す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a surface shape 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 マイクロレンズアレー 6 センサー(例えばCCD) 7 マイクロレンズアレーとセンサーを保持する保持体 8 光源 9 ピンホール 10 レンズ 11 演算装置 20 測定系の光軸 21−i マイクロレンズアレーの光軸 22は照明兼参照系の光軸 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 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 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 Microlens array 6 Sensor (for example CCD) 7 Holder 8 holding microlens array and sensor 8 Light source 9 Pinhole 10 Lens 11 Arithmetic device 20 Measurement system Optical axis 21-i is the optical axis 22 of the illumination / reference system r is the paraxial radius of curvature d of the surface to be measured d is the diameter fc of the surface to be measured focal length e of the collimator lens e is the diameter of the collimator lens and the microlens array Distance fm Focal length of lens element of microlens array S Diameter of measurement light beam emitted from collimator S 0 Size of microlens array (assuming equal to sensor size) 101 Reflector 101a Test surface, 102 Null lens 103 Half Mirror prism 104 Collimator lens 105 My Lolens array 106 Sensor (for example, CCD) 107 Microlens array and holder for holding the sensor 108 Light source 109 Pinhole 110 Lens 111 Lens 112 Pinhole 113 Lens 120 Measurement system optical axis 121-i Microlens array optical axis 122 Illumination system Optical axis 123 Reference 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 AA36 AA53 BB05 CC21 FF01 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL00 LL10 LL30 2G086 HH06 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 AA36 AA53 BB05 CC21 FF01                       JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL00                       LL10 LL30                 2G086 HH06

Claims (4)

【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、 該略平面波を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を該コ
リメータレンズの光軸と、 垂直な面内に移動させる機構と、 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 microlens array for forming multiple points of the substantially plane wave, and a microlens array. A sensor (light receiving element array) placed at an imaging position, a holding body for holding the microlens array and the sensor, a microlens array, the sensor and the holding body are perpendicular to the optical axis of the collimator lens. A mechanism for moving it in a plane, 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 microscopic light beam from the reference optical system. It has a computing device for calculating the slope error of the surface to be inspected from the difference between the image forming position of the lens array and the image forming position of the microlens array due to the reflected light beam from the surface to be inspected. Surface shape measurement device according to symptoms.
【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
と前記保持とが交換可能である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 measuring apparatus according to claim 1, wherein the microlens array, the sensor, and the holder are replaceable.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012132682A (en) * 2010-12-17 2012-07-12 Canon Inc Measurement method and measurement device
JP2014134443A (en) * 2013-01-10 2014-07-24 Mitsubishi Electric Corp Surface profile measurement device

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