JP2010169472A - Method of interference measurement - Google Patents

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Shunichiro Yoshida
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of interference measurement, facilitating the association of a rotation angle of a lens with an interference measurement result. <P>SOLUTION: This method of interference measurement for measuring the optical characteristics of a lens using an interferometer includes a step of detecting a mark K previously given to the lens; a step of positioning the mark K so as to face in the reference direction of the interferometer by angularly displacing the lens around an optical axis; and a step of performing interference measurement on the positioned lens. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、光ピックアップ等の光学装置に用いられるレンズの干渉測定方法に関する。   The present invention relates to a lens interference measurement method used in an optical apparatus such as an optical pickup, for example.

近年、光学記録媒体として、CD、DVDの他に、次世代DVD(例えば、Blu-ray(登録商標)等)が開発されており、異なる種類の記録媒体への記録/再生が可能な互換性のある光ピックアップ装置が求められている。   In recent years, in addition to CD and DVD, next-generation DVDs (for example, Blu-ray (registered trademark), etc.) have been developed as optical recording media, and compatibility that enables recording / playback on different types of recording media There is a need for an optical pickup device having a certain size.

こうした光ピックアップ装置に用いられる光学素子の収差には、光軸に対して回転対称性のない、方向性を有する収差がある。代表的な収差として、非点収差、コマ収差がある。光学素子のこれらの収差が、例えば、ピックアップの光学系に影響する状態で組み込まれると、ピックアップ装置の光学特性が悪くなり、充分な光学性能が得られない。   The aberration of the optical element used in such an optical pickup device includes a directional aberration having no rotational symmetry with respect to the optical axis. Typical aberrations include astigmatism and coma. If these aberrations of the optical element are incorporated in a state that affects the optical system of the pickup, for example, the optical characteristics of the pickup device are deteriorated and sufficient optical performance cannot be obtained.

特許文献1では、成形金型を用いて対物レンズを成形する際、非点収差の方向を示すためのマークを対物レンズの光学有効径外に転写されるように、成形金型そのものにマーキング形状を予め形成している。   In Patent Document 1, when forming an objective lens using a molding die, a marking shape is formed on the molding die itself so that a mark for indicating the direction of astigmatism is transferred outside the effective optical diameter of the objective lens. Is formed in advance.

特許文献2では、複数の透過型光学素子を精度よく芯合わせ可能な光ピックアップ装置及びその調芯方法が開示されている。一方のレンズ(回折光学素子)には、軸芯上に芯合わせ用マークが形成されており、もう一方のレンズ(対物レンズ)には芯合わせ用マークが形成されていない。組み立ての際、対物レンズに対して照明光を照射し、その結像スポットを光学顕微鏡などで観察しながら、結像スポットの位置と回折光学素子の芯合わせ用マークとを一致させている。   Patent Document 2 discloses an optical pickup device capable of accurately aligning a plurality of transmission optical elements and an alignment method therefor. One lens (diffractive optical element) has a centering mark formed on the axis, and the other lens (objective lens) has no centering mark. At the time of assembly, the objective lens is irradiated with illumination light, and the position of the imaging spot is aligned with the centering mark of the diffractive optical element while observing the imaging spot with an optical microscope or the like.

特許第3204031号公報Japanese Patent No. 3204031 特開2006−120259号公報JP 2006-120259 A 特開平10−182173号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-182173

特許文献1では、成形金型の取付時のひずみやばらつき、成形金型の摺動部のクリアランスに起因するばらつき、成形金型表面の酸化の具合に起因する熱伝導の不均一による温度分布のばらつき、レンズ材料の成形前のばらつき、そして、例えば、ガラス材料の場合、その溶融・軟化状態、表面状態のばらつき等により、プレス時の温度むらや密度の不均一等が生ずることがある。その結果、対物レンズの光学有効部(光学機能面)形状に軸非対称のばらつきが生じ、これが非点収差量のばらつきとなってしまう。従って、成形金型にマーキング形状を予め付加しておいても成形時の諸条件のばらつきにより、非点収差が依然としてばらつく可能性がある。   In Patent Document 1, the temperature distribution due to unevenness in heat conduction due to the distortion and variation at the time of mounting the molding die, the variation due to the clearance of the sliding portion of the molding die, and the degree of oxidation on the surface of the molding die. Due to variations, variations before molding of the lens material, and, for example, in the case of a glass material, unevenness in temperature and density during pressing may occur due to variations in the melted / softened state, surface state, and the like. As a result, axially asymmetrical variations occur in the shape of the optically effective portion (optical functional surface) of the objective lens, which results in variations in the amount of astigmatism. Therefore, even if a marking shape is added to the molding die in advance, astigmatism may still vary due to variations in conditions during molding.

特に、次世代DVD用のピックアップレンズ等として用いられる高NAレンズにおいては、金型の相対的な偏心(相対的な傾き偏心、平行偏心)に対して、コマ収差が発生する量の感度が高く、成形金型の取付時のばらつきや、成形金型の摺動部のクリアランスに起因するばらつき等により、コマ収差が発生し、さらにはその大きさと方向は連続して成形したレンズであっても、連続性なくばらつくことがある。   In particular, in a high NA lens used as a pickup lens for next-generation DVDs, etc., the sensitivity of the amount of coma aberration generated is high with respect to the relative eccentricity of the mold (relative tilt eccentricity, parallel eccentricity). In addition, coma aberration occurs due to variations during mounting of the molding die and variations due to the clearance of the sliding portion of the molding die, and even if the lens is continuously molded in size and direction. , May vary without continuity.

さらに、成形金型を加工する上で、成形金型の外径中心軸と成形面の軸とを完全に一致させることは困難であり、通常は外径中心軸と成形面の軸とがある程度のずれを有している場合が多い。   Further, in processing the molding die, it is difficult to make the outer diameter central axis of the molding die and the axis of the molding surface completely coincide with each other. In many cases, there is a deviation.

特許文献3では、上下の成形金型を側面から加圧して外径中心軸を一致させている。しかし、成形金型の外径中心軸と成形面の軸が一致していない場合にこれを補正することは原理上できない。そのため、成形金型にマーキング形状を予め付加しておいても成形時の諸条件のばらつき、さらにはそれ以前の金型加工時の課題により、その方向以外に収差がばらつくという課題がある。   In Patent Document 3, the upper and lower molding dies are pressed from the side surfaces so that the outer diameter central axes coincide with each other. However, in principle, it is impossible to correct this when the outer diameter central axis of the molding die and the axis of the molding surface do not match. Therefore, even if a marking shape is added to the molding die in advance, there is a problem that aberrations vary in the direction other than the direction due to variations in molding conditions and problems at the time of previous molding.

一方、特許文献2では、光軸に対する回転対称な収差についての調整しかできない。そのため、非点収差やコマ収差の方向の組み合わせによっては、その大きさが、打ち消しあうことなく増大してしまう可能性がある。   On the other hand, Patent Document 2 can only adjust for rotationally symmetric aberrations with respect to the optical axis. For this reason, depending on the combination of the directions of astigmatism and coma, the magnitude may increase without canceling each other.

本発明の目的は、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える干渉測定方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an interference measurement method capable of easily associating a rotation angle of a lens with an interference measurement result.

上記目的を達成するために、本発明は、干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズに予め付与されたマークを検出するステップと、
レンズを光軸周りに角変位させて、マークを干渉計の基準方向に位置決めするステップと、
位置決めしたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides an interference measurement method for measuring optical characteristics of a lens using an interferometer,
Detecting a mark previously given to the lens;
Angularly displacing the lens around the optical axis to position the mark in the reference direction of the interferometer;
Performing interference measurement of the positioned lens.

また本発明は、干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズを位置決めした状態で、光軸周りの所定の角変位方向にマークを付与するステップと、
マークが付与されたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする。
The present invention also provides an interference measurement method for measuring optical characteristics of a lens using an interferometer,
A step of providing a mark in a predetermined angular displacement direction around the optical axis with the lens positioned;
Measuring the interference of the lens provided with the mark.

本発明によれば、マークの存在によって、個々のレンズごとに光軸周りの回転角が特定できるようになるため、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える。その結果、レンズの回転角に依存する干渉計の残留誤差を考慮できるため、高精度の干渉測定を実現できる。   According to the present invention, since the rotation angle around the optical axis can be specified for each individual lens due to the presence of the mark, the rotation angle of the lens can be easily associated with the interference measurement result. As a result, since the residual error of the interferometer depending on the rotation angle of the lens can be taken into account, highly accurate interference measurement can be realized.

本発明が適用可能な干渉計装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the interferometer apparatus which can apply this invention. マークKが付与された被検レンズMLの各種例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the various examples of the to-be-tested lens ML to which the mark K was provided. 被検レンズMLの平面画像の一例を示す。An example of a planar image of the test lens ML is shown. ステージ15または参照凹面ミラー31の退避動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the retraction | saving operation | movement of the stage 15 or the reference concave mirror 31. FIG. レンズをトレーに並べた状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which arranged the lens in the tray.

図1は、本発明が適用可能な干渉計装置の一例を示す構成図である。この干渉計装置は、トワイマン・グリーン型の干渉計からなり、光学系として、光源12と、コリメータレンズ13と、光分割合成手段であるビームスプリッタ14と、被検対象用ステージ15と、参照平面ミラー16と、撮像レンズ17と、CCDセンサ18とを備える。また、この干渉計装置は、駆動制御系として、光源駆動回路21と、ステージ駆動装置23と、参照ミラー走査用のD/A変換回路24と、参照ミラー移動用のモータドライバ25と、画像処理装置26と、これらの動作を統括的に制御するコンピュータ27とを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing an example of an interferometer apparatus to which the present invention can be applied. This interferometer apparatus is composed of a Twiman-Green type interferometer, and as an optical system, a light source 12, a collimator lens 13, a beam splitter 14 which is a light splitting / synthesizing means, a stage 15 to be examined, and a reference plane. A mirror 16, an imaging lens 17, and a CCD sensor 18 are provided. The interferometer device includes a light source driving circuit 21, a stage driving device 23, a reference mirror scanning D / A conversion circuit 24, a reference mirror moving motor driver 25, and image processing as a drive control system. The apparatus 26 and the computer 27 which controls these operation | movement centrally are provided.

光源12は、半導体レーザなどのコヒーレント光源として構成され、所定波長の検査光を出射する。光源12は、波長可変型の光源を用いてもよく、あるいは、異なる波長の光を放射する複数の光源を切り替えるように構成してもよい。   The light source 12 is configured as a coherent light source such as a semiconductor laser, and emits inspection light having a predetermined wavelength. The light source 12 may be a variable wavelength light source, or may be configured to switch a plurality of light sources that emit light of different wavelengths.

光源12は、光源駆動回路21によって制御される。光源12が半導体レーザである場合、光源駆動回路21は、高周波重畳回路21aを内蔵しており、DC電流に高周波電流を重畳したものを供給することで、光源12から出射する検査光のコヒーレンス長を所望の値に調整することができる。   The light source 12 is controlled by a light source driving circuit 21. When the light source 12 is a semiconductor laser, the light source driving circuit 21 has a built-in high-frequency superposition circuit 21a, and supplies a superposition of a high-frequency current on a DC current, so that the coherence length of inspection light emitted from the light source 12 is increased. Can be adjusted to a desired value.

コリメータレンズ13は、光源12からの出射光を平行光束に変換する。異なる波長の検査光を使用する場合、コリメータレンズ13として色消しレンズを用いたり、あるいはコリメータレンズ13を波長毎に対応するものに交換する。平行化された検査光は、ミラー30を経由してビームスプリッタ14に入射する。   The collimator lens 13 converts the light emitted from the light source 12 into a parallel light beam. When using inspection light of different wavelengths, an achromatic lens is used as the collimator lens 13, or the collimator lens 13 is replaced with one corresponding to each wavelength. The collimated inspection light enters the beam splitter 14 via the mirror 30.

ビームスプリッタ14は、平行平板状の透明プレートであり、ビーム分割面14aに例えば半透鏡膜を形成している。ビームスプリッタ14は、これに入射した検査光の一部をビーム分割面14aで反射して参照光とし、残りの検査光を透過させて被検光とする。   The beam splitter 14 is a parallel plate-like transparent plate, and a semi-transparent film, for example, is formed on the beam splitting surface 14a. The beam splitter 14 reflects a part of the inspection light incident thereon on the beam splitting surface 14a as reference light, and transmits the remaining inspection light as test light.

被検対象用ステージ15は、手動機構(不図示)またはステージ駆動装置23によって駆動可能であり、被検対象を3次元的に移動させて適所に保持する。図示の場合、被検対象用ステージ15には、被検対象である被検レンズMLが固定されている。なお、被検対象が図示のようにレンズでありその結像特性を計測する場合、被検レンズMLの後方に参照凹面ミラー31を配置し、被検レンズMLを通過した光を反射し、再び被検レンズMLを通過させてほぼ平行光束にしてビームスプリッタ14に戻し、参照光と干渉させる。被検レンズMLが、光ディスク用対物レンズ等の、所定の平行平面基板を介して集光するように設計されたレンズの場合、参照凹面ミラー31と被検レンズMLとの間にカバーガラス32を配置する。   The stage 15 to be examined can be driven by a manual mechanism (not shown) or a stage driving device 23, and the subject to be examined is moved in three dimensions and held in place. In the illustrated case, a test lens ML that is a test target is fixed to the test target stage 15. When the object to be examined is a lens as shown in the figure and its imaging characteristics are measured, a reference concave mirror 31 is disposed behind the lens to be examined ML, the light that has passed through the lens to be examined ML is reflected, and again The light passes through the lens ML to be tested, is converted into a substantially parallel light beam, is returned to the beam splitter 14, and interferes with the reference light. When the test lens ML is a lens designed to collect light through a predetermined parallel plane substrate such as an objective lens for an optical disk, a cover glass 32 is provided between the reference concave mirror 31 and the test lens ML. Deploy.

参照平面ミラー16は、入射面16aに例えば反射膜を形成している。参照平面ミラー16は、圧電素子41を介してアライメント装置42に固定されている。圧電素子41は、位相送り機構として、D/A変換回路24からの制御電圧に応じて伸縮し、参照ミラーを光軸OAの方向に波長オーダで精密に往復移動させることができる。アライメント装置42は、手動機構やモータドライバ25に駆動されて、参照平面ミラー16の光軸方向の位置や姿勢を適切な状態に保つ。   For example, the reference flat mirror 16 has a reflection film formed on the incident surface 16a. The reference plane mirror 16 is fixed to the alignment device 42 via the piezoelectric element 41. The piezoelectric element 41 can expand and contract in accordance with a control voltage from the D / A conversion circuit 24 as a phase feed mechanism, and can accurately reciprocate the reference mirror in the direction of the optical axis OA in the wavelength order. The alignment device 42 is driven by a manual mechanism or a motor driver 25 to keep the position and posture of the reference plane mirror 16 in the optical axis direction in an appropriate state.

撮像レンズ17は、ビームスプリッタ14を経て合成された、被検レンズMLからの被検光と参照平面ミラー16からの参照光とを合成光として集光する。なお、図示を省略しているが、撮像レンズ17には、これを光軸OA方向等に変位させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によってフォーカス状態を調整することができる。   The imaging lens 17 condenses the test light from the test lens ML and the reference light from the reference plane mirror 16 synthesized through the beam splitter 14 as synthesized light. Although not shown, the imaging lens 17 is provided with a drive mechanism for displacing the imaging lens 17 in the direction of the optical axis OA and the focus state can be adjusted by adjusting the drive mechanism or the like.

CCDセンサ18には、撮像レンズ17によって一旦集光された合成光が干渉縞として投影される。この干渉縞のパターンは、電気信号として画像処理装置26に出力される。この電気信号は、CCDセンサ18に投影された干渉パターンに対応する画像信号としてコンピュータ27に出力される。なお、図示を省略しているが、CCDセンサ18には、これを光軸OA方向に移動させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によってCCDセンサ18による撮像倍率を調整することができる。また、CCDセンサ18は、画像処理装置26側から制御されるカメラシャッタを有する。このカメラシャッタは、内蔵するフォトダイオードの蓄積時間を調節するものであり、入射する光強度にかかわらず適切な輝度分布の画像信号を与える。   The combined light once condensed by the imaging lens 17 is projected onto the CCD sensor 18 as interference fringes. The interference fringe pattern is output to the image processing device 26 as an electrical signal. This electrical signal is output to the computer 27 as an image signal corresponding to the interference pattern projected on the CCD sensor 18. Although not shown, the CCD sensor 18 is provided with a drive mechanism for moving the CCD sensor 18 in the direction of the optical axis OA, and the imaging magnification by the CCD sensor 18 is adjusted by adjusting the drive mechanism or the like. Can do. The CCD sensor 18 has a camera shutter controlled from the image processing device 26 side. This camera shutter adjusts the accumulation time of the built-in photodiode, and provides an image signal having an appropriate luminance distribution regardless of the incident light intensity.

コンピュータ27は、光源駆動回路21を制御して、光源12を点灯させるとともに、出射する検査光のコヒーレンス長を調整する。また、コンピュータ27は、D/A変換回路24を制御して、参照平面ミラー16を光軸方向に移動させることによって、CCDセンサ18に投影される干渉縞の移動を制御することができ、干渉縞の位置制御が行える。位相制御された最低3枚以上の干渉縞から測定対象の波面や形状を高精度に測定できる。   The computer 27 controls the light source driving circuit 21 to turn on the light source 12 and adjust the coherence length of the emitted inspection light. Further, the computer 27 can control the movement of the interference fringes projected on the CCD sensor 18 by controlling the D / A conversion circuit 24 and moving the reference plane mirror 16 in the optical axis direction. Stripe position can be controlled. The wavefront and shape of the measurement object can be measured with high accuracy from at least three interference fringes that are phase-controlled.

また、コンピュータ27は、モータドライバ25を制御してアライメント装置42を駆動し、参照平面ミラー16の光軸方向の位置を調整する。つまり、コンピュータ27、モータドライバ25、及びアライメント装置42は、光路差制御手段を構成する。これにより、CCDセンサ18に投影される干渉縞の明暗強度差に相当するビジビリティを調整することができ、被検対象による波面変化の計測精度を一定以上に保つことができる。   Further, the computer 27 controls the motor driver 25 to drive the alignment device 42 to adjust the position of the reference plane mirror 16 in the optical axis direction. That is, the computer 27, the motor driver 25, and the alignment device 42 constitute an optical path difference control unit. This makes it possible to adjust the visibility corresponding to the difference in light and dark intensity of the interference fringes projected on the CCD sensor 18, and to keep the measurement accuracy of the wavefront change due to the test object above a certain level.

次に、干渉計装置の動作について説明する。まず、被検対象用ステージ15上に被検対象である被検レンズMLをセットする。次に、アライメント装置42を手動または電動で動作させることにより、光軸OAに沿って参照平面ミラー16を移動させて距離L1を調節することができ、参照光路長及び被検光路長を実質的に等しくすることができる。   Next, the operation of the interferometer apparatus will be described. First, the test lens ML that is the test target is set on the test target stage 15. Next, by operating the alignment device 42 manually or electrically, the reference plane mirror 16 can be moved along the optical axis OA to adjust the distance L1, and the reference optical path length and the test optical path length can be substantially reduced. Can be equal to

次に、光源駆動回路21を動作させて、光源から特定波長の検査光を出射させる。この際、光源駆動回路21は、光源12に対してDC電流に高周波電流を重畳したものを供給して検査光のコヒーレンス長を調節する。つまり、光源駆動回路21やコンピュータ27は、コヒーレンス調整手段として機能する。これにより、必要な被検光のみを選択して参照光との干渉縞を発生させることができる。   Next, the light source driving circuit 21 is operated to emit inspection light having a specific wavelength from the light source. At this time, the light source drive circuit 21 adjusts the coherence length of the inspection light by supplying the light source 12 with a high-frequency current superimposed on the DC current. That is, the light source driving circuit 21 and the computer 27 function as coherence adjusting means. Thereby, it is possible to select only necessary test light and generate interference fringes with the reference light.

次に、アライメント装置42を微動させて、CCDセンサ18に投影される干渉縞のビジビリティを調整する。これにより、画像処理装置26で検出する干渉パターンのコントラストを所望の値に設定することができる。これと相前後して、CCDセンサ18のカメラシャッタを適宜調節して、画像処理装置26で検出する干渉パターンの輝度を調節する。具体的には、CCDセンサ18の蓄積時間を調節して、干渉パターンの輝度を干渉パターンの計測に適する値にする。この際、CCDセンサ18のカメラシャッタの調節を自動化することができる。例えば、画像処理装置26で検出した画像をコンピュータ27で解析して画像の平均輝度等からCCDセンサ18の蓄積時間を設定して画像処理装置26に指令信号を出力する。次に、コンピュータ27からD/A変換回路24に制御信号を出力して圧電素子41を変化させる。これにより、参照平面ミラー16を位相送りする走査が可能になり、高精度な波面計測が可能になる。   Next, the alignment device 42 is finely moved to adjust the visibility of the interference fringes projected on the CCD sensor 18. Thereby, the contrast of the interference pattern detected by the image processing device 26 can be set to a desired value. Before and after this, the brightness of the interference pattern detected by the image processing device 26 is adjusted by appropriately adjusting the camera shutter of the CCD sensor 18. Specifically, the accumulation time of the CCD sensor 18 is adjusted so that the luminance of the interference pattern is a value suitable for the measurement of the interference pattern. At this time, the adjustment of the camera shutter of the CCD sensor 18 can be automated. For example, the image detected by the image processing device 26 is analyzed by the computer 27, the accumulation time of the CCD sensor 18 is set from the average luminance of the image, etc., and a command signal is output to the image processing device 26. Next, a control signal is output from the computer 27 to the D / A conversion circuit 24 to change the piezoelectric element 41. As a result, it is possible to scan the phase of the reference plane mirror 16 and to perform highly accurate wavefront measurement.

さらに本実施形態では、被検対象用ステージ15に戴置した被検レンズMLの平面画像を撮像するための撮像カメラ51と、撮像カメラ51からの画像信号を処理するための画像処理装置52とが設置される。画像処理装置52で処理された信号はコンピュータ27に伝送され、必要に応じてスクリーン上に表示される。撮像カメラ51の動作については後述する。   Furthermore, in the present embodiment, an imaging camera 51 for capturing a planar image of the test lens ML placed on the test target stage 15, and an image processing device 52 for processing an image signal from the imaging camera 51, Is installed. The signal processed by the image processing device 52 is transmitted to the computer 27 and displayed on the screen as necessary. The operation of the imaging camera 51 will be described later.

図2は、マークKが付与された被検レンズMLの各種例を示す説明図である。マークの位置に特に制限はないが、光学性能に与える影響が小さく、組み立ての際に障害とならない位置に設けることが好ましい。例えば、図2(a)のように、光学加工面1の外側にあるフランジ部2にマークKを設けてもよく、あるいは、図2(b)のように、光学加工面1のうち、光学性能に対する影響の小さい外周部にマークKを設けてもよい。また、図2(c)のように、フランジ部2の側面部2aにマークKを設けてもよい。また、マークKの形状に制限はなく、図2(d)のような線状でもよく、あるいは図2(e)のような点状でもよい。マークKは、ケガキ、ペイント、シール、成形マーク、レーザマーキング等で付与できる。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing various examples of the test lens ML to which the mark K is given. The position of the mark is not particularly limited, but it is preferably provided at a position that has little influence on optical performance and does not become an obstacle during assembly. For example, the mark K may be provided on the flange portion 2 on the outer side of the optical processing surface 1 as shown in FIG. 2 (a), or the optical portion 1 of the optical processing surface 1 is optical as shown in FIG. 2 (b). You may provide the mark K in the outer peripheral part with little influence with respect to performance. Moreover, you may provide the mark K in the side part 2a of the flange part 2 like FIG.2 (c). Further, the shape of the mark K is not limited, and may be a linear shape as shown in FIG. 2 (d) or a dotted shape as shown in FIG. 2 (e). The mark K can be given by marking, painting, sealing, forming mark, laser marking, or the like.

図3は、被検レンズMLの平面画像の一例を示す。図1の撮像カメラ51は、被検レンズMLに付与されたマークKを検出する機能を有する。撮像したレンズの平面画像に対して所定の画像処理を施すことによって、例えば、画像のN方位を基準としてマークKの方向(角度θ)を自動的に検出することが可能である。このとき、レンズの方向検出とマークKの方向検出を別個に実行することが好ましく、例えば、次の手順が採用できる。   FIG. 3 shows an example of a planar image of the test lens ML. The imaging camera 51 in FIG. 1 has a function of detecting the mark K given to the lens ML to be examined. By performing predetermined image processing on the captured planar image of the lens, for example, the direction (angle θ) of the mark K can be automatically detected based on the N azimuth of the image. At this time, it is preferable to separately detect the direction of the lens and the direction of the mark K. For example, the following procedure can be adopted.

(1)最初に、レンズの中心位置を検出する。適当な閾値を用いてレンズ平面画像を2値化した後、レンズ外形を輪郭検出し、その重心から外形中心を算出し、これをレンズの中心位置とする。   (1) First, the center position of the lens is detected. After binarizing the lens plane image using an appropriate threshold, the contour of the lens is detected, the center of the contour is calculated from the center of gravity, and this is set as the center position of the lens.

(2)次に、必要に応じて、マークK付近の画像のみを取り出して、マークKのあるエリア以外をマスクし、不要な情報を消去する。消去用のマスクとして、(1)で算出したレンズ中心位置を基準として内径マスクと外径マスクを用いる。   (2) Next, if necessary, only the image in the vicinity of the mark K is taken out, the area other than the area with the mark K is masked, and unnecessary information is erased. As an erasing mask, an inner diameter mask and an outer diameter mask are used with the lens center position calculated in (1) as a reference.

(3)最後に、マークKの方向を検出する。マークKが線状の場合、レンズ中心を基準としてハフ変換で直線を検出してもよく、あるいは、テンプレート画像に対するパターンマッチング手法によりマーク方向を検出してもよい。なお、これらの処理の前後やその途中に、平滑化や膨張・収縮処理等によるノイズ除去・エッジ強調・コントラスト強調・フィルタ処理等を行ってもよい。   (3) Finally, the direction of the mark K is detected. When the mark K is linear, a straight line may be detected by Hough transform with the lens center as a reference, or the mark direction may be detected by a pattern matching method for a template image. Note that noise removal, edge enhancement, contrast enhancement, filter processing, and the like by smoothing, expansion / contraction processing, or the like may be performed before, during, or during these processes.

こうした手順により、レンズ中心位置から見てどの方向にマークKが存在するかを検出できる。   By such a procedure, it is possible to detect in which direction the mark K exists as viewed from the lens center position.

図1の干渉計装置では、ステージ15の上方には参照凹面ミラー31(+カバーガラス32)が存在するため、レンズを置く際はどちらかを退避させる必要がある。   In the interferometer apparatus of FIG. 1, since the reference concave mirror 31 (+ cover glass 32) exists above the stage 15, it is necessary to retract either one when placing the lens.

図4は、ステージ15または参照凹面ミラー31の退避動作を示す説明図であり、図4(a)(c)(e)(g)は、図1の干渉計装置を上から見た平面図であり、図4(b)(d)(f)(h)はその正面図である。   FIG. 4 is an explanatory view showing the retracting operation of the stage 15 or the reference concave mirror 31, and FIGS. 4 (a), (c), (e), and (g) are plan views of the interferometer device of FIG. FIGS. 4B, 4D, 4F, and 4H are front views thereof.

図4(a)〜(d)は、ステージ15は固定した状態で、参照凹面ミラー31を移動する態様を示す。図4(a)(b)において、参照凹面ミラー31を側方に移動した状態で、ステージ15の上方に配置した撮像カメラ51が被検レンズMLの平面画像を撮像する。得られた平面画像からマーク方向を検出する。その後、図4(c)(d)に示すように、参照凹面ミラー31を元の位置に戻している。   4A to 4D show a mode in which the reference concave mirror 31 is moved while the stage 15 is fixed. 4A and 4B, the imaging camera 51 disposed above the stage 15 captures a planar image of the test lens ML with the reference concave mirror 31 moved to the side. The mark direction is detected from the obtained planar image. Thereafter, as shown in FIGS. 4C and 4D, the reference concave mirror 31 is returned to the original position.

一方、図4(e)〜(h)は、参照凹面ミラー31は固定した状態で、ステージ15を移動する態様を示す。図4(e)(f)において、ステージ15を側方に移動した状態で、その上方に配置した撮像カメラ51が被検レンズMLの平面画像を撮像する。得られた平面画像からマーク方向を検出する。その後、図4(g)(h)に示すように、ステージ15を元の位置に戻している。   On the other hand, FIGS. 4E to 4H show a state in which the stage 15 is moved while the reference concave mirror 31 is fixed. 4E and 4F, with the stage 15 moved to the side, the imaging camera 51 disposed above it captures a planar image of the lens ML. The mark direction is detected from the obtained planar image. Thereafter, as shown in FIGS. 4G and 4H, the stage 15 is returned to the original position.

こうした退避動作を行うためには、参照凹面ミラー31及び/又はステージ15の側方移動を可能にする直線移動機構(不図示)が干渉計装置の内部に設置される。なお、ステージ15を移動させる場合、載せたレンズがずれないようにレンズ固定が必要になる。レンズの固定は、機械的に固定してもよいし、エア吸着で固定してもよい。   In order to perform such a retracting operation, a linear moving mechanism (not shown) that allows the reference concave mirror 31 and / or the stage 15 to move sideways is installed inside the interferometer apparatus. When the stage 15 is moved, it is necessary to fix the lens so that the mounted lens does not shift. The lens may be fixed mechanically or may be fixed by air adsorption.

次に、レンズのマーク付与について説明する。レンズの射出成形時にマークを付与した場合、その後の洗浄工程、コート工程、外観検査等の工程を経ると、マークはランダムな方向に向くことになり、マーク方向は揃っていない。一方、レンズ成形後、干渉測定前までに任意の位置にマークを形成した場合も、その後に各種工程を経ると、マーク方向は揃っていない。   Next, lens marking will be described. When a mark is given at the time of lens injection molding, the mark is directed in a random direction through the subsequent cleaning process, coating process, appearance inspection, and the like, and the mark direction is not aligned. On the other hand, even when marks are formed at arbitrary positions after lens molding and before interference measurement, the mark directions are not aligned after various processes.

そこで、マーク済みのレンズを干渉計のレンズ台に置く前に、目視、あるいはCCDカメラ+画像処理で、マーク方向を検出した後、1)ピンセット等を用いて手動で一方向に揃えたり、2)レンズを吸着パッドで把持して、吸着パッドの回転(自動制御)で一方向に揃えたり、3)別途準備した回転ステージに一旦置いて(自動制御)で一方向に揃えたりして、干渉計のレンズ台に置くことが好ましい。このとき、レンズは1個毎に(測定毎に)方向を揃えてもよいし、先に複数のレンズのマーク方向を揃えてから、1個ずつ干渉測定を行ってもよい。   Therefore, before the marked lens is placed on the lens base of the interferometer, the direction of the mark is detected by visual observation or CCD camera + image processing, and 1) it is manually aligned in one direction using tweezers or the like. ) Hold the lens with the suction pad and align it in one direction by rotating the suction pad (automatic control), or 3) Place it on a separately prepared rotary stage (automatic control) and align it in one direction to interfere. It is preferable to place it on the total lens base. At this time, the direction of the lenses may be aligned for each lens (for each measurement), or the interference measurement may be performed for each lens after aligning the mark directions of a plurality of lenses.

また、レンズを1個ずつレンズ台に置く代わりに、図5に示すように、トレーに複数のレンズを並べておいて、そのトレーを干渉計の凹面原器の下に挿入し、測定毎に水平方向にトレーを走査して測定してもよい。この場合、目視、あるいはCCDカメラ+画像処理で、マーク方向を検出した後、1)ピンセット等を用いて手動で一方向に揃えたり、2)レンズを吸着パッドで把持して、吸着パッドの回転(自動制御)で一方向に揃えたりして、干渉測定を行ってもよい。   Instead of placing the lenses one by one on the lens base, as shown in FIG. 5, a plurality of lenses are arranged on the tray, and the tray is inserted under the concave surface of the interferometer, and is horizontally measured for each measurement. You may measure by scanning the tray in the direction. In this case, after detecting the mark direction by visual inspection or CCD camera + image processing, 1) manually align it in one direction using tweezers, etc. 2) grip the lens with the suction pad and rotate the suction pad Interference measurement may be performed by aligning in one direction (automatic control).

また、レンズ1個毎に(測定毎に)方向を揃える別法として、干渉計のレンズ台に置いてから、目視、あるいはCCDカメラ+画像処理で、マーク方向を検出し、その方向に応じてレンズ台を回転させて、手動もしくは自動制御で一方向に揃えてもよい。   As another method of aligning the direction for each lens (every measurement), the mark direction is detected by visual observation or CCD camera + image processing after being placed on the lens stage of the interferometer, and depending on the direction. The lens base may be rotated and aligned in one direction manually or automatically.

マークは、干渉測定直前に形成してもよい。レンズの光軸周りに位置決めした後にマークを付与することによって、マーク方向を揃えて形成でき、マーク検出・回転の動作が不要とできる。例えば、測定前のレンズをトレーにマトリクス状に並べた状態でインクジェットノズル走査でマークを形成すると、一括で高速にマークを形成できる。   The mark may be formed immediately before the interference measurement. By providing a mark after positioning around the optical axis of the lens, it is possible to form the mark in the same direction and eliminate the need for mark detection / rotation operations. For example, if marks are formed by inkjet nozzle scanning in a state where lenses before measurement are arranged in a matrix on a tray, the marks can be formed at a high speed in a batch.

また、レンズをレンズ台に搬送する際、取り扱い時にマーク方向が若干ずれることがある。手動では高精度に置くことは難しく、例えば、吸着パッドで取り扱う時でも、吸着する際や、吸着を解除してレンズを置く際に、レンズ・吸着パッド・レンズ台との隙間があると、その動作の途中(空中で)レンズが若干回転してしまう。その対策として、レンズを干渉計のレンズ台に置いた後に、一定方向にマークを形成してもよい。これにより干渉測定する際のマーク方向を揃える精度が向上できる。   Further, when the lens is transported to the lens base, the mark direction may be slightly shifted during handling. It is difficult to place it with high accuracy by hand.For example, even when handling with a suction pad, there is a gap between the lens, suction pad, and lens base when sucking or when placing the lens after releasing suction. The lens rotates slightly during operation (in the air). As a countermeasure, a mark may be formed in a certain direction after the lens is placed on the lens base of the interferometer. This can improve the accuracy of aligning the mark direction when performing interference measurement.

また、レンズを1個ずつレンズ台に置く代わりに、図5に示すように、トレーに複数のレンズを並べておいて、そのトレーを干渉計の凹面原器の下に挿入し、測定毎に水平方向にトレーを走査して測定する場合、レンズをトレーにマトリクス状に並べた状態でインクジェットノズル走査でマークを形成すると、一括で高速にマークを形成できる。   Instead of placing the lenses one by one on the lens base, as shown in FIG. 5, a plurality of lenses are arranged on the tray, and the tray is inserted under the concave surface of the interferometer, and is horizontally measured for each measurement. In the case of measuring by scanning the tray in the direction, if the marks are formed by inkjet nozzle scanning with the lenses arranged in a matrix on the tray, the marks can be formed at a high speed in a batch.

このようにマークの存在によって、個々のレンズごとに光軸周りの回転角が特定できるようになるため、レンズの回転角と干渉測定結果との関連付けが容易に行える。   Thus, the presence of the mark makes it possible to specify the rotation angle around the optical axis for each individual lens, so that the rotation angle of the lens can be easily associated with the interference measurement result.

干渉測定結果は、a)レンズ固有の収差と、b)装置誤差(干渉計固有の収差)が合成されたものである。マークを任意の方向に置いて測定し、測定結果をその角度に応じて回転させると、装置誤差も一緒に回転してしまう。そこで、測定精度を向上させる為には、マークの方向を統一して、測定結果におよぼす装置誤差の影響を同一にしておくことが必要である。   The result of the interference measurement is a combination of a) lens-specific aberration and b) device error (interferometer-specific aberration). If the mark is placed in an arbitrary direction and measured, and the measurement result is rotated according to the angle, the apparatus error is also rotated together. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to unify the direction of the mark so that the influence of the apparatus error on the measurement result is the same.

ここで、b)装置誤差(干渉計固有の収差)には大きく分けて、「形状誤差」と「入射光の位相」という2種類の原因が存在する。   Here, b) apparatus error (interferometer-specific aberration) can be broadly divided into two types of causes: “shape error” and “phase of incident light”.

形状誤差は、ミラーやレンズ等干渉計内部の光学部品の製作時や組み付け時の歪による形状誤差により発生する収差である。従って、干渉計光束内で発生する量は、装置毎に異なる。   The shape error is an aberration caused by a shape error due to distortion at the time of manufacturing or assembling an optical component inside the interferometer such as a mirror or a lens. Therefore, the amount generated in the interferometer beam varies from device to device.

入射光の位相は、干渉計内部の光源や波長板、さらには光学部品のコーティング面で発生する誤差であり、マークの方向に対して楕円偏光の長軸方向や直線偏光の偏光方向が異なると、測定結果が異なる。つまり、装置誤差により、測定されるレンズ固有の収差量も影響を受ける。特にレンズが複屈折を有する場合、その影響は顕著である。なお、複屈折は、レンズ内部の応力状態や、レンズ表面のコーティング面により発生する。   The phase of the incident light is an error that occurs on the light source and wave plate inside the interferometer, and also on the coating surface of the optical component, and the major axis direction of elliptically polarized light and the polarization direction of linearly polarized light differ from the direction of the mark. The measurement results are different. In other words, the lens-specific aberration amount to be measured is also affected by the apparatus error. In particular, when the lens has birefringence, the influence is remarkable. Birefringence occurs due to the stress state inside the lens and the coating surface of the lens surface.

ピックアップレンズは、一般に円偏光で使用されるため、干渉測定も円偏光の入射光を用いる。レーザ光は、通常、直線偏光で出射され、λ/4波長板を通過して円偏光に変換される。しかし、偏光方向に対するλ/4波長板のセッティング誤差や、λ/4波長板の製造誤差で楕円偏光になることがある。さらに、干渉計内部の光学部品、特にコーティング面を透過する際に位相差を発生し、これにより楕円偏光になることがある。つまり、レンズのマークに対する入射光の位相が異なることになる。   Since pickup lenses are generally used with circularly polarized light, interference measurement also uses circularly polarized incident light. The laser light is usually emitted as linearly polarized light, passes through a λ / 4 wavelength plate, and is converted into circularly polarized light. However, elliptical polarization may occur due to a setting error of the λ / 4 wavelength plate with respect to the polarization direction or a manufacturing error of the λ / 4 wavelength plate. Furthermore, a phase difference may be generated when transmitting through the optical components inside the interferometer, particularly the coating surface, which may result in elliptical polarization. That is, the phase of the incident light with respect to the lens mark is different.

また、直線偏光を用いて測定を行う場合でも、干渉計のXY方向とレーザ光の偏光方向との間で角度ずれがあると、レンズのマークに対する入射光の位相が異なることになる。   Even when measurement is performed using linearly polarized light, the phase of the incident light with respect to the lens mark will be different if there is an angle shift between the XY direction of the interferometer and the polarization direction of the laser light.

従って、形状誤差による装置誤差については、同じ位置・同じ半径の測定領域であれば同じであり、入射光の位相による装置誤差については、レンズのマーク方向を揃えることで一定にすることができ、レンズ固有の収差の相対的な比較が可能な高精度の干渉測定を実現できる。   Therefore, the device error due to the shape error is the same in the measurement region of the same position and the same radius, and the device error due to the phase of the incident light can be made constant by aligning the lens mark direction. It is possible to realize high-precision interference measurement that enables relative comparison of lens-specific aberrations.

本発明は、高精度の干渉測定を実現できる点で、産業上極めて有用である。   The present invention is extremely useful industrially in that high-precision interference measurement can be realized.

1 光学加工面
2 フランジ部
12 光源
13 コリメータレンズ
14 ビームスプリッタ
15 被検対象用ステージ
16 参照平面ミラー
17 撮像レンズ
18 CCDセンサ
21 光源駆動回路
23 ステージ駆動装置
24 D/A変換回路
25 モータドライバ
26,52 画像処理装置
27 コンピュータ
31 参照凹面ミラー
42 アライメント装置
51 撮像カメラ
ML 被検レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical processing surface 2 Flange part 12 Light source 13 Collimator lens 14 Beam splitter 15 Stage for test 16 Reference plane mirror 17 Imaging lens 18 CCD sensor 21 Light source drive circuit 23 Stage drive device 24 D / A conversion circuit 25 Motor driver 26, 52 Image processing device 27 Computer 31 Reference concave mirror 42 Alignment device 51 Imaging camera ML Test lens

Claims (2)

干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズに予め付与されたマークを検出するステップと、
レンズを光軸周りに角変位させて、マークを干渉計の基準方向に位置決めするステップと、
位置決めしたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする干渉測定方法。
An interference measurement method for measuring optical characteristics of a lens using an interferometer,
Detecting a mark previously given to the lens;
Angularly displacing the lens around the optical axis to position the mark in the reference direction of the interferometer;
Performing an interference measurement of the positioned lens.
干渉計を用いてレンズの光学特性を測定する干渉測定方法であって、
レンズを位置決めした状態で、光軸周りの所定の角変位方向にマークを付与するステップと、
マークが付与されたレンズの干渉測定を行うステップと、を含むことを特徴とする干渉測定方法。
An interference measurement method for measuring optical characteristics of a lens using an interferometer,
A step of providing a mark in a predetermined angular displacement direction around the optical axis with the lens positioned;
Performing interference measurement of a lens provided with a mark, and an interference measurement method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102645316A (en) * 2012-04-24 2012-08-22 浙江大学 Large-caliber deflection type device for checking radial shear interference under center shielding condition and method for checking radial shear interference
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