JP2011122857A - Method and device for measuring aspherical object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルカメラや光学センサ等の各種光学機器に用いられる非球面レンズや両面非球面ミラー等の非球面体における表裏2つの被検面(第1被検面および第2被検面)の相対的なずれ量(面ずれ量および面倒れ量)を測定する非球面体測定方法および装置に関する。 The present invention provides two front and back test surfaces (first test surface and second test surface) in an aspherical body such as an aspherical lens or a double-sided aspherical mirror used in various optical devices such as digital cameras and optical sensors. The present invention relates to an aspherical body measuring method and apparatus for measuring relative displacement amounts (surface displacement amount and surface tilt amount).
モールド成形により非球面レンズを作製する場合、成形用の金型同士の相対的な位置ずれによって、成形された非球面レンズに面ずれ(非球面レンズを構成する2つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な位置ずれ)や面倒れ(2つのレンズ面それぞれの回転軸同士の相対的な傾きずれ)が発生することがある。このような面ずれや面倒れは、金型の機構上、完全に無くすことは困難であるが、成形された非球面レンズの収差(特に、コマ収差等の回転非対称収差)を増大させる要因となるので、減少させる方向で金型の修正を図ることが望ましく、そのために発生している面ずれ量および面倒れ量を把握しておくことは重要となる。 When an aspherical lens is produced by molding, the surface of the molded aspherical lens is displaced due to the relative positional deviation between the molding dies (the rotation axes of the two lens surfaces that constitute the aspherical lens). Relative position shift) and surface tilt (relative tilt shift between the rotation axes of the two lens surfaces) may occur. Such surface misalignment and surface tilt are difficult to eliminate completely due to the mold mechanism, but are factors that increase the aberration (particularly rotationally asymmetric aberration such as coma aberration) of the molded aspheric lens. Therefore, it is desirable to correct the mold in the direction of decreasing, and it is important to grasp the amount of surface deviation and the amount of surface collapse that occurs.
従来、このような非球面レンズの面ずれ量および面倒れ量を測定する方法としては、触針方式の形状測定装置を用いて2つのレンズ面の形状をそれぞれ測定し、それらの形状情報に基づき2つのレンズ面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を求めるものが知られているが、1回の測定に数時間以上の時間を要するという問題があった。 Conventionally, as a method for measuring the amount of surface deviation and the amount of surface tilt of such an aspheric lens, the shape of two lens surfaces is measured using a stylus-type shape measuring device, and based on the shape information. Although what calculates | requires the relative surface deviation | shift amount and surface inclination amount of two lens surfaces is known, there existed a problem that time for several hours or more was required for one measurement.
近年、測定時間を大幅に短縮し得る手法として、下記特許文献1に記載のものが提案されている。この提案手法は、干渉計を用いて非球面レンズの透過波面測定を行い、得られた透過波面データに基づき透過波面のコマ収差を算出し、そのコマ収差の算出値に基づき、面ずれ量(面間シフト量)および面倒れ量(面間チルト量)を求めるものである。具体的には、透過波面データをツェルニケ多項式で近似し、その際に得られた、ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、3次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Z6またはZ7、および5次のコマ収差量と連動して値が変化する係数Z13またはZ14の各値に基づき、面ずれ量および面倒れ量を求めている。
In recent years, a method described in
しかしながら、上記特許文献1に記載の手法は、透過波面測定を前提とするものであるため、次のような問題がある。
However, since the method described in
すなわち、透過波面の形状は、測定対象となる非球面レンズの面ずれや面倒れだけではなく、レンズの内部屈折率分布にも大きな影響を受けるが、透過波面の形状データに基づく上記特許文献1に記載の手法では、レンズ構成材料の屈折率分布の影響を排除しつつ、面ずれや面倒れのみを高精度に測定することが難しいという問題がある。 That is, the shape of the transmitted wavefront is greatly influenced not only by the surface deviation and surface tilt of the aspherical lens to be measured, but also by the internal refractive index distribution of the lens. In the method described in 1), there is a problem that it is difficult to measure only surface deviation or surface tilt with high accuracy while eliminating the influence of the refractive index distribution of the lens constituent material.
また、干渉計の測定光を透過しないような非球面体、例えば、X線等の特殊な波長の光用として使われる非球面レンズや、回転非球面で形成された反射面を有する両面非球面ミラー等の非球面体における面ずれ量や面倒れ量を測定することは難しいという問題もある。 Also, an aspherical body that does not transmit the measurement light of the interferometer, for example, an aspherical lens used for light of a special wavelength such as X-rays, or a double-sided aspherical surface having a reflecting surface formed of a rotating aspherical surface There is also a problem that it is difficult to measure the surface displacement amount and the surface collapse amount in an aspherical body such as a mirror.
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、測定対象となる非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能な非球面体測定方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is not affected by the internal refractive index distribution of the aspherical body to be measured, and the aspherical body does not transmit the measurement light of the interferometer. Therefore, an object of the present invention is to provide an aspherical body measuring method and apparatus capable of measuring the surface deviation amount and the surface tilt amount.
上記目的を達成するため、本発明に係る非球面体測定方法および装置は、以下の特徴を備えている。 In order to achieve the above object, an aspherical surface measuring method and apparatus according to the present invention have the following features.
すなわち、本発明に係る非球面体測定方法は、回転非球面である第1被検面と回転非球面または球面である第2被検面とを有する非球面体において、該第1被検面と該第2被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を、互いの相対位置関係が特定された第1干渉計および第2干渉計を用いて測定する非球面体測定方法であって、
前記第1干渉計の第1測定光軸に沿って第1測定光を前記第1被検面に照射し、該第1測定光の該第1被検面から反射された第1反射波面と該第1干渉計の第1参照波面との光干渉により形成される第1干渉縞の画像データを得る第1干渉縞取得ステップと、
前記第2干渉計の第2測定光軸に沿って第2測定光を前記第2被検面に照射し、該第2測定光の該第2被検面から反射された第2反射波面と該第2干渉計の第2参照波面との光干渉により形成される第2干渉縞の画像データを得る第2干渉縞取得ステップと、
前記第1干渉縞の画像データを解析して前記第1被検面の形状データを求める第1被検面形状データ取得ステップと、
前記第2干渉縞の画像データを解析して前記第2被検面の形状データを求める第2被検面形状データ取得ステップと、
前記第1被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第1被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第1被検面の、前記第1測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および該第1被検面の該第1測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求める第1ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第2被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第2被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第2被検面の、前記第2測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および該第2被検面の該第2測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求める第2ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第1ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第1シフト量比例係数の値および前記第1チルト量比例係数の値に基づき、前記第1測定光軸に対する前記第1被検面のシフト量およびチルト量を求める第1シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第2ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第2シフト量比例係数の値および前記第2チルト量比例係数の値に基づき、前記第2測定光軸に対する前記第2被検面のシフト量およびチルト量を求める第2シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第1シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第1被検面のシフト量およびチルト量と、前記第2シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第2被検面のシフト量およびチルト量と、前記第1干渉計および前記第2干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする。
That is, the aspherical body measuring method according to the present invention includes a first aspherical surface having a first aspherical surface that is a rotating aspherical surface and a second aspherical surface that is a rotating aspherical surface or a spherical surface. An aspherical body measuring method for measuring a relative surface displacement amount and a surface tilt amount between the first interferometer and the second test surface using a first interferometer and a second interferometer whose relative positional relationship is specified. There,
A first reflected wavefront of the first measurement light reflected from the first test surface by irradiating the first test light along the first measurement optical axis of the first interferometer; A first interference fringe acquisition step of obtaining image data of a first interference fringe formed by optical interference with the first reference wavefront of the first interferometer;
A second reflected wavefront of the second measurement light reflected from the second test surface by irradiating the second test light along the second measurement optical axis of the second interferometer; A second interference fringe acquisition step of obtaining image data of a second interference fringe formed by optical interference with the second reference wavefront of the second interferometer;
A first test surface shape data acquisition step of analyzing image data of the first interference fringes to obtain shape data of the first test surface;
A second test surface shape data acquisition step of analyzing image data of the second interference fringes to obtain shape data of the second test surface;
Approximating the shape data of the first test surface obtained in the first test surface shape data acquisition step with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a first shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the first measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis. A first Zernike coefficient value calculating step for obtaining a value of a first tilt amount proportional coefficient in which
Approximating the shape data of the second test surface obtained in the second test surface shape data acquisition step with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a second shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the second measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis. A second Zernike coefficient value calculating step for obtaining a value of a second tilt amount proportional coefficient in which
Based on the value of the first shift amount proportional coefficient and the value of the first tilt amount proportional coefficient obtained in the first Zernike coefficient value calculating step, the shift amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis And a first shift amount / tilt amount calculating step for obtaining a tilt amount;
Based on the value of the second shift amount proportional coefficient and the value of the second tilt amount proportional coefficient obtained in the second Zernike coefficient value calculating step, the shift amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis And a second shift amount / tilt amount calculating step for obtaining a tilt amount;
The shift amount and tilt amount of the first test surface obtained in the first shift amount / tilt amount calculation step and the second test surface obtained in the second shift amount / tilt amount calculation step. A surface misalignment amount / surface tilt amount calculating step for calculating the surface misalignment amount and the surface tilt amount based on a shift amount and a tilt amount and information on a relative positional relationship between the first interferometer and the second interferometer; Are included as measurement procedures.
本発明の非球面体測定方法において、前記ツェルニケ多項式は、極座標形式で表された4次以上のツェルニケ多項式Z(ρ,θ)(ρは極からの距離、θは始線に対する偏角)であり、
前記第1シフト量比例係数および前記第2シフト量比例係数は、下式(1)で表される項の係数Z1、下式(2)で表される項の係数Z2、下式(3)で表される項の係数Z6および下式(4)で表される項の係数Z7であり、前記第1チルト量比例係数および前記第2チルト量比例係数は、該係数Z1および該係数Z2である、とすることができる。
In the aspherical surface measurement method of the present invention, the Zernike polynomial is a fourth-order or higher-order Zernike polynomial Z (ρ, θ) expressed in a polar coordinate format, where ρ is a distance from the pole, and θ is a deflection angle with respect to the starting line. Yes,
The first shift amount proportional coefficient and the second shift amount proportional coefficient are a coefficient Z 1 of a term expressed by the following formula (1), a coefficient Z 2 of a term expressed by the following formula (2), and the following formula ( 3) is a coefficient Z 6 of the term expressed by 3) and a coefficient Z 7 of the term expressed by the following equation (4), and the first tilt amount proportional coefficient and the second tilt amount proportional coefficient are the coefficient Z 1 And the coefficient Z 2 .
ρcosθ …(1)
ρsinθ …(2)
(3ρ2−2)ρcosθ …(3)
(3ρ2−2)ρsinθ …(4)
ρcosθ (1)
ρsinθ (2)
(3ρ 2 −2) ρcos θ (3)
(3ρ 2 −2) ρsinθ (4)
また、本発明に係る非球面体測定装置は、回転非球面である第1被検面と回転非球面または球面である第2被検面とを有する非球面体において、該第1被検面と該第2被検面との相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定する非球面体測定装置であって、
第1測定光軸に沿って第1測定光を前記第1被検面に照射し、該第1測定光の該第1被検面から反射された第1反射波面と第1参照波面との光干渉により形成される第1干渉縞の画像データを得る第1干渉計と、
第2測定光軸に沿って第2測定光を前記第2被検面に照射し、該第2測定光の該第2被検面から反射された第2反射波面と第2参照波面との光干渉により形成される第2干渉縞の画像データを得る、前記第1干渉計との相対位置関係が特定された第2干渉計と、
前記第1干渉縞の画像データを解析して前記第1被検面の形状データを求める第1被検面形状データ取得手段と、
前記第2干渉縞の画像データを解析して前記第2被検面の形状データを求める第2被検面形状データ取得手段と、
前記第1被検面形状データ取得手段において求められた前記第1被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第1被検面の、前記第1測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および該第1被検面の該第1測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求める第1ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第2被検面形状データ取得手段において求められた前記第2被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第2被検面の、前記第2測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および該第2被検面の該第2測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求める第2ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第1ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第1シフト量比例係数の値および前記第1チルト量比例係数の値に基づき、前記第1測定光軸に対する前記第1被検面のシフト量およびチルト量を求める第1シフト量・チルト量算出手段と、
前記第2ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第2シフト量比例係数の値および前記第2チルト量比例係数の値に基づき、前記第2測定光軸に対する前記第2被検面のシフト量およびチルト量を求める第2シフト量・チルト量算出手段と、
前記第1シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第1被検面のシフト量およびチルト量と、前記第2シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第2被検面のシフト量およびチルト量と、前記第1干渉計および前記第2干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする。
In addition, the aspherical body measuring apparatus according to the present invention is an aspherical body having a first test surface that is a rotating aspheric surface and a second test surface that is a rotating aspherical surface or a spherical surface. And an aspherical surface measuring apparatus for measuring a relative surface displacement amount and a surface tilt amount between the second test surface and the second test surface,
A first measurement light is applied to the first test surface along the first measurement optical axis, and the first reflected wavefront and the first reference wavefront reflected from the first test surface of the first measurement light are reflected. A first interferometer for obtaining image data of a first interference fringe formed by optical interference;
The second measurement light is irradiated onto the second test surface along the second measurement optical axis, and the second reflected wavefront reflected from the second test surface of the second measurement light and the second reference wavefront A second interferometer for obtaining image data of a second interference fringe formed by optical interference, the relative positional relationship with the first interferometer being specified;
First test surface shape data acquisition means for analyzing the image data of the first interference fringes to obtain shape data of the first test surface;
Second test surface shape data obtaining means for analyzing the image data of the second interference fringes and obtaining shape data of the second test surface;
Approximating the shape data of the first test surface obtained by the first test surface shape data acquisition means with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a first shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the first measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis. First Zernike coefficient value calculating means for obtaining a value of a first tilt amount proportional coefficient in which
Approximating the shape data of the second test surface obtained by the second test surface shape data acquisition means with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a second shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the second measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis. Second Zernike coefficient value calculating means for determining the value of the second tilt amount proportional coefficient in which
Based on the value of the first shift amount proportional coefficient and the value of the first tilt amount proportional coefficient obtained by the first Zernike coefficient value calculating means, the shift amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis And a first shift amount / tilt amount calculating means for obtaining a tilt amount;
Based on the second shift amount proportional coefficient value and the second tilt amount proportional coefficient value obtained by the second Zernike coefficient value calculating means, the shift amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis And a second shift amount / tilt amount calculating means for obtaining a tilt amount;
The shift amount and tilt amount of the first test surface obtained by the first shift amount / tilt amount calculating means, and the shift of the second test surface obtained by the second shift amount / tilt amount calculating means. A surface displacement amount / surface inclination amount calculating means for calculating the surface displacement amount and the surface inclination amount based on the amount and the tilt amount and information on the relative positional relationship between the first interferometer and the second interferometer; It is characterized by comprising.
本発明において、第2レンズ面が球面とされている場合には、該第2レンズ面については、第2測定光軸に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しないことになる。したがって、上述の第2シフト量・チルト量算出ステップおよび第2シフト量・チルト量算出手段における第2被検面のチルト量の算出に際しては、該チルト量が零であるとして算出を行うこととする。 In the present invention, when the second lens surface is a spherical surface, the second lens surface generates a shift amount with respect to the second measurement optical axis but does not generate a tilt amount. Therefore, when calculating the tilt amount of the second test surface in the second shift amount / tilt amount calculating step and the second shift amount / tilt amount calculating means, the calculation is performed assuming that the tilt amount is zero. To do.
本発明に係る非球面体測定方法および装置は、上述の特徴を備えていることにより、以下のような作用効果を奏する。 The aspherical body measuring method and apparatus according to the present invention have the above-described features, and thus have the following effects.
すなわち、本発明の非球面体測定方法および装置は、測定対象となる非球面体が有する2つの被検面(第1被検面および第2被検面)からの反射波面により形成される干渉縞に基づき2つの被検面の形状データを求め、この形状データに基づき2つの被検面の相対的な面ずれ量および面倒れ量を測定するので、透過波面測定に基づく従来技術とは異なり、非球面体の内部屈折率分布の影響を受けることなく、また、非球面体が干渉計の測定光を透過しないものである場合でも、面ずれ量および面倒れ量を測定することが可能となる。 That is, the aspherical body measuring method and apparatus of the present invention are interference formed by reflected wavefronts from two test surfaces (a first test surface and a second test surface) included in the aspherical surface to be measured. Unlike the prior art based on transmitted wavefront measurement, the shape data of the two test surfaces is obtained based on the fringes, and the relative surface displacement and surface tilt amount of the two test surfaces are measured based on the shape data. It is possible to measure the amount of surface deviation and the amount of surface tilt without being affected by the internal refractive index distribution of the aspherical body and even when the aspherical body does not transmit the measurement light of the interferometer. Become.
以下、本発明の実施形態について、上述の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態の説明に使用する各図は概略的な説明図であり、詳細な形状や構造を示すものではなく、各部材の大きさや部材間の距離等を適宜変更して示してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the above-mentioned drawings. Each drawing used for describing the embodiment is a schematic explanatory diagram, and does not show a detailed shape or structure, but shows the size of each member, the distance between the members, and the like as appropriate.
まず、図4に基づいて、本実施形態において測定対象となる非球面体としての非球面レンズ9の構成および測定対象となる項目について説明する。
First, the configuration of the
図4に示すように非球面レンズ9は、設計上、第1回転軸A1を中心とする回転非球面で構成された第1レンズ面91(本実施形態における第1被検面)と、第2回転軸A2を中心とする回転非球面で構成された第2レンズ面92(本実施形態における第2被検面)と、円柱面状に形成された側面93とを有してなる。
また、第1レンズ面91と第1回転軸A1との交点となる、第1レンズ面91の中心点P1は、設計上、該中心点P1における法曲率が第1レンズ面91に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。同様に、第2レンズ面92と第2回転軸A2との交点となる、第2レンズ面92の中心点P2は、設計上、該中心点P2における法曲率が第2レンズ面92に接する全ての接線の方向について同じとなる臍点として設定されている。
Further, the
上述の第1回転軸A1および第2回転軸A2は、設計上、互いに一致する(重なる)ように構成されているが、製造誤差等により、これらが互いに一致しない状態となる面ずれおよび面倒れが生じる場合がある。図では分かり易くするため、第1回転軸A1と第2回転軸A2とのずれ量を大きく表現しているが、通常は、光の波長オーダーの微小な誤差量となる。なお、本実施形態では、面ずれ量および面倒れ量を以下のように定義する。 The first rotation axis A 1 and the second rotation axis A 2 described above are configured so as to coincide (overlap) with each other by design. There may be troubles. For the sake of clarity in the figure, the first rotation axis A 1 and has a larger representation for deviation from the second rotation axis A 2, but generally, a small amount of error in the wavelength order of light. In the present embodiment, the surface deviation amount and the surface tilt amount are defined as follows.
面ずれ量:第1回転軸A1または第2回転軸A2に垂直な仮想平面を設定し、この仮想平面に、第1レンズ面91の中心点である第1中心点P1(第1レンズ面91と第1回転軸A1との交点)と、第2レンズ面92の中心点である第2中心点P2(第2レンズ面92と第2回転軸A2との交点)を投影したときの、該仮想平面上での第1中心点P1および第2中心点P2の各投影点相互間の距離を面ずれ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面ずれ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。
Surface deviation amount: A virtual plane perpendicular to the first rotation axis A 1 or the second rotation axis A 2 is set, and a first center point P 1 (first point) that is the center point of the
面倒れ量:第1回転軸A1と第2回転軸A2とのなす角度(両者が交わらない場合は第1回転軸A1の方向ベクトルと第2回転軸A2の方向ベクトルとのなす角度)を面倒れ量とする。なお、仮想平面上に直交座標系を設定して、面倒れ量を各座標軸方向の成分に分けても良い。 Tilt amount: If the first disjoint rotation axis A 1 and the angle (both of the second rotation axis A 2 is formed between the direction vector and the direction vector of the second rotation axis A 2 of the first rotation axis A 1 Angle) is defined as the amount of tilt. Note that an orthogonal coordinate system may be set on the virtual plane, and the surface tilt amount may be divided into components in each coordinate axis direction.
次に、図1〜3に基づき、本発明の一実施形態に係る非球面体測定装置の構成を説明する。図1に示す非球面体測定装置は、上述の非球面レンズ9の面ずれ量および面倒れ量を測定解析するものであり、非球面レンズ9の第1レンズ面91側に配置された第1干渉計1Aと、第2レンズ面92側に配置された第2干渉計1Bと、光学定盤2上に載置された被検体アライメント部3と、第1干渉計1Aの位置調整を行う第1干渉計位置調整部4Aと、第2干渉計1Bの位置調整を行う第2干渉計位置調整部4Bと、非球面レンズ9の面ずれ量および面倒れ量の測定解析等を行う制御解析部5とを備えてなる。
Next, based on FIGS. 1-3, the structure of the aspherical object measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. The aspherical surface measuring apparatus shown in FIG. 1 measures and analyzes the surface deviation amount and the surface inclination amount of the
上記第1干渉計1Aは、図2に示すように、第1干渉光学系10A、第1干渉縞撮像系20Aおよび第1アライメント撮像系25Aを有してなる。第1干渉光学系10Aは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部11Aと、該光源部11Aからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ12Aと、該ビーム径拡大レンズ12Aからの光束を図中右方に向けて反射する光束分岐光学素子13Aと、該光束分岐光学素子13Aからの光束をコリメートするコリメータレンズ14Aと、該コリメータレンズ14Aからの平面波の一部を参照基準平面15Aaにおいて再帰反射して第1参照光となし、その余を第1測定光軸L1に沿って透過する平面基準板15Aと、該平面基準板15Aからの光束を球面波からなる第1測定光に変換し、第1レンズ面91の中心部(上述の第1中心点P1を含む領域)に照射する対物レンズ18Aとを備えてなり、第1レンズ面91からの反射光を第1参照光と合波して第1干渉光を得るように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
なお、上記平面基準板15Aは、ピエゾ素子16Aを備えたフリンジスキャンアダプタ17Aに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第1測定光軸L1方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ18Aは、第1測定光軸L1上から退避可能に構成されている。
Incidentally, the
上記第1干渉縞撮像系20Aは、非球面レンズ9(第1レンズ面91)の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子13A,21Aを透過して図中左方に進行する第1干渉光を集光する結像レンズ22Aと、CCDやCMOS等からなる2次元イメージセンサ24Aを有してなる撮像カメラ23Aとを備えてなり、結像レンズ22Aにより2次元イメージセンサ24A上に形成された干渉縞(第1干渉縞)の画像データを取得するように構成されている。
The first interference
上記アライメント撮像系25Aは、第1干渉計1Aと第2干渉計1Bとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子21Aにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ26Aと、CCDやCMOS等からなる2次元イメージセンサ28Aを有してなる撮像カメラ27Aとを備えてなる。
The
上記第2干渉計1Bは、上記第1干渉計1Aと同様の構成を有するものであり、第2干渉光学系10B、第2干渉縞撮像系20Bおよび第2アライメント撮像系25Bを有してなる。第2干渉光学系10Bは、フィゾータイプの光学系配置をなすものであり、高可干渉性の光束を出力する光源部11Bと、該光源部11Bからの出力光のビーム径を拡大するビーム径拡大レンズ12Bと、該ビーム径拡大レンズ12Bからの光束を図中左方に向けて反射する光束分岐光学素子13Bと、該光束分岐光学素子13Bからの光束をコリメートするコリメータレンズ14Bと、該コリメータレンズ14Bからの平面波の一部を参照基準平面15Baにおいて再帰反射して第2参照光となし、その余を第2測定光軸L2に沿って透過する平面基準板15Bと、該平面基準板15Bからの光束を球面波からなる第2測定光に変換し、第2レンズ面92の中心部(上述の第2中心点P2を含む領域)に照射する対物レンズ18Bとを備えてなり、第2レンズ面92からの反射光を第2参照光と合波して第2干渉光を得るように構成されている。
The
なお、上記平面基準板15Bは、ピエゾ素子16Bを備えたフリンジスキャンアダプタ17Bに保持されており、フリンジスキャン計測等を実施する際に第2測定光軸L2方向に微動せしめられるように構成されている。また、上記対物レンズ18Bは、第2測定光軸L2上から退避可能に構成されている。
Incidentally, the
上記第2干渉縞撮像系20Bは、非球面レンズ9(第2レンズ面92)の測定時に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子13B,21Bを透過して図中右方に進行する第2干渉光を集光する結像レンズ22Bと、CCDやCMOS等からなる2次元イメージセンサ24Bを有してなる撮像カメラ23Bとを備えてなり、結像レンズ22Bにより2次元イメージセンサ24B上に形成された干渉縞(第2干渉縞)の画像データを取得するように構成されている。
The second interference
上記アライメント撮像系25Bは、第1干渉計1Aと第2干渉計1Bとの相対的なアライメント調整等を行う際に撮像を行うものであり、光束分岐光学素子21Bにより図中下方に反射された光束を集光する結像レンズ26Bと、CCDやCMOS等からなる2次元イメージセンサ28Bを有してなる撮像カメラ27Bとを備えてなる。
The
一方、図1に示すように、上記被検体アライメント部3は、非球面レンズ9を保持する保持ステージ31と、該保持ステージ31に保持された非球面レンズ9(第1レンズ面91、第2レンズ面92)の、第1測定光軸L1および第2測定光軸L2に対する傾き調整を行うレンズ傾き調整ステージ32と、第1測定光軸L1および第2測定光軸L2に対する非球面レンズ9の、図中左右方向および紙面に垂直な方向への位置調整を行うレンズ位置調整ステージ33とを備えてなる。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
また、上記第1干渉計位置調整部4Aは、図1に示すように、第1干渉計1Aを図中上下方向に移動可能に保持する第1Zステージ41Aと、該第1Zステージ41Aを介して第1干渉計1Aを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第1XYステージ42Aと、該第1XYステージ42Aおよび該第1Zステージ41Aを介して第1干渉計1Aの傾き調整を行う第1干渉計傾き調整ステージ43Aとを備えてなる。
Further, as shown in FIG. 1, the first interferometer
同様に、上記第2干渉計位置調整部4Bは、第2干渉計1Bを図中上下方向に移動可能に保持する第2Zステージ41Bと、該第2Zステージ41Bを介して第2干渉計1Bを図中左右方向および紙面に垂直な方向に移動せしめる第2XYステージ42Bと、該第2XYステージ42Bおよび該第2Zステージ41Bを介して第2干渉計1Bの傾き調整を行う第2干渉計傾き調整ステージ43Bとを備えてなる。
Similarly, the second interferometer
また、上記制御解析部5は、第1レンズ面91および第2レンズ面92の各中心部の形状データ(第1被検面形状データおよび第2被検面形状データ)を求めたり、上述の被検体アライメント部3、第1干渉計位置調整部4Aおよび第2干渉計位置調整部4Bの各ステージの駆動を制御したりするコンピュータ装置等から構成されており、図3に示すように、該コンピュータ装置内に搭載されるCPUやハードディスク等の記憶部および該記憶部に格納されたプログラム等により構成される第1被検面形状データ取得手段51A、第2被検面形状データ取得手段51B、第1ツェルニケ係数値算出手段52A、第2ツェルニケ係数値算出手段52B、第1シフト量・チルト量算出手段53A、第2シフト量・チルト量算出手段53B、および面ずれ量・面倒れ量算出手段54を備えてなる。
Further, the
上記第1被検面形状データ取得手段51Aは、上記第1干渉縞の画像データに基づき、第1レンズ面91の中心部の形状データである第1被検面形状データを、第1干渉計1Aにおいて設定された第1測定座標系において求めるものである。
The first test surface shape data acquisition means 51A obtains first test surface shape data, which is shape data of the central portion of the
上記第2被検面形状データ取得手段51Bは、上記第2干渉縞の画像データに基づき、第2レンズ面92の中心部の形状データである第2被検面形状データを、第2干渉計1Bにおいて設定された第2測定座標系において求めるものである。
The second test surface shape
上記第1ツェルニケ係数値算出手段52Aは、上記第1被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第1レンズ面91の、上記第1測定光軸L1と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および該第1被検面91の該第1測定光軸L1に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求めるものである。
The first Zernike coefficient value calculation means 52A approximates the first test surface shape data with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, the first measurement light of the
上記第2ツェルニケ係数値算出手段52Bは、上記第2被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、上記第2レンズ面92の、上記第2測定光軸L2と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および該第2被検面92の該第2測定光軸L2に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求めるものである。
The second Zernike coefficient value calculation means 52B approximates the second test surface shape data with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, the second measurement light of the
上記第1シフト量・チルト量算出手段53Aは、上記第1ツェルニケ係数値算出手段52Aにおいて求められた第1シフト量比例係数の値および第1チルト量比例係数の値に基づき、上記第1測定光軸L1に対する上記第1レンズ面91のシフト量およびチルト量を求めるものである。
The first shift amount / tilt
上記第2シフト量・チルト量算出手段53Aは、上記第2ツェルニケ係数値算出手段52Bにおいて求められた第2シフト量比例係数の値および第2チルト量比例係数の値に基づき、上記第2測定光軸L2に対する上記第2レンズ面92のシフト量およびチルト量を求めるものである。
The second shift amount / tilt
上記面ずれ量・面倒れ量算出手段54は、上記第1シフト量・チルト量算出手段53Aにおいて求められた第1シフト量比例係数の値および第1チルト量比例係数の値と、上記第2シフト量・チルト量算出手段53Bにおいて求められた第2シフト量比例係数の値および第2チルト量比例係数の値と、上記第1干渉計1Aおよび上記第2干渉計1Bの相対位置関係(上記第1測定座標系と上記第2測定座標系との相対位置関係)の情報とに基づき、面ずれ量および面倒れ量を算出するものである。
The surface deviation amount / surface tilt amount calculating means 54 includes the first shift amount proportional coefficient value and the first tilt amount proportional coefficient value obtained by the first shift amount / tilt amount calculating means 53A, and the second tilt amount proportional coefficient value. The value of the second shift amount proportional coefficient and the value of the second tilt amount proportional coefficient obtained by the shift amount / tilt amount calculating means 53B and the relative positional relationship between the
以下、本発明の一実施形態に係る非球面体測定方法について説明する。本実施形態の非球面体測定方法は、上述の非球面体測定装置を用いて行うものである。 Hereinafter, an aspherical surface measuring method according to an embodiment of the present invention will be described. The aspherical body measuring method of this embodiment is performed using the above-mentioned aspherical body measuring apparatus.
(1)まず、第1干渉計1Aおよび第2干渉計1Bの相対的なアライメント調整を行う。このアライメント調整は、第1干渉計1Aの第1測定光軸L1と第2干渉計1Bの第2測定光軸L2とを互いに一致させるためのものであり、オペレータが、第1干渉計位置調整部4Aおよび第2干渉計位置調整部4Bを用いて手動操作で行う。その手順の概要は以下のとおりである。
(1) First, the relative alignment of the
〈a〉第1干渉計1Aの対物レンズ18Aおよび第2干渉計1Bの対物レンズ18Bを第1測定光軸L1上および第2測定光軸L2上からそれぞれ退避させ、互いに平行な2つの光学平面(オプティカルフラット)を有する平行平板治具(図示略)を、第1干渉計1Aと第2干渉計1Bとの間に配置する(平行平板治具を保持ステージ31に保持せしめることも可)。なお、この配置段階で、平行平板治具の2つの光学平面が、第1測定光軸L1および第2測定光軸L2に対してなるべく垂直になるように粗調整を行う。
<a> the
〈b〉第1干渉計1Aから平行平板治具の一方の光学平面(第1干渉計1A側の光学平面)に平行光束を照射し、該一方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面15Aaからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系25Aの撮像カメラ27Aにより撮像し、これら2つのスポット像が互いに重なるように、第1干渉計傾き調整ステージ43Aを用いて、第1干渉計1Aの傾きを調整する。この傾き調整により、第1干渉計1Aの第1測定光軸L1が平行平板治具の一方の光学平面に対して垂直となる。なお、このような手法に替えて、一方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面15Aaからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ23Aにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第1干渉計1Aの傾き調整を行うようにしてもよい。
<B> A parallel light beam is irradiated from the
〈c〉同様に、第2干渉計1Bから平行平板治具の他方の光学平面(第2干渉計1B側の光学平面)に平行光束を照射し、該他方の光学平面から反射された反射光により形成されるスポット像と、参照基準平面15Baからの反射光により形成されるスポット像とを、アライメント撮像系25Bの撮像カメラ27Bにより撮像し、これら2つのスポット像が互いに重なるように、第2干渉計傾き調整ステージ43Bを用いて、第2干渉計1Bの傾きを調整する。この傾き調整により、第2干渉計1Bの測定光軸L2が平行平板治具の他方の光学平面に対して垂直となり、これにより第1測定光軸L1上および第2測定光軸L2が互いに平行となる。なお、このような手法に替えて、他方の光学平面から反射された反射光と参照基準平面15Baからの反射光とにより形成される干渉縞を撮像カメラ23Bにより撮像し、この干渉縞がヌル縞状態となるように第2干渉計1Bの傾き調整を行うようにしてもよい。
<C> Similarly, the reflected light reflected from the other optical plane is irradiated from the
〈d〉上記平行平板治具に替えて、第1干渉計1Aと第2干渉計1Bとの間に、光学的に真球とみなせる真球治具(図示略)を配置する。
<D> Instead of the parallel plate jig, a true sphere jig (not shown) that can be optically regarded as a true sphere is disposed between the
〈e〉第1干渉計1Aから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面15Aaからの反射光とにより形成される干渉縞(同心のリング状となる)を、第1干渉縞撮像系20Aの撮像カメラ23Aにより撮像し、この干渉縞の中心に第1測定光軸L1が位置するように、第1Zステージ41Aおよび第1XYステージ42Aを用いて、第1干渉計1Aの位置を調整する。
<E> A plane wave is irradiated from the
〈f〉同様に、第2干渉計1Bから真球治具に平面波を照射し、該真球治具から反射された反射光と、参照基準平面15Baからの参照光とにより形成される干渉縞(同心のリング状となる)を、第2干渉縞撮像系20Bの撮像カメラ23Bにより撮像し、この干渉縞の中心に第2測定光軸L2が位置するように、第2Zステージ41Bおよび第2XYステージ42Bを用いて、第2干渉計1Bの位置を調整する。この位置調整により、第1測定光軸L1上および第2測定光軸L2が互いに一致する。
<F> Similarly, the interference fringes formed by the reflected light reflected from the true spherical jig by irradiating the true spherical jig with a plane wave from the
なお、このようなアライメント調整を行っても、各ステージの機械的な精度等が原因となって、第1干渉計1Aの第1測定光軸L1と第2干渉計1Bの第2測定光軸L2とを完全に一致させることができない場合がある。このような場合には、第1測定光軸L1と第2測定光軸L2との相対的な位置や傾きのずれ量を求め、それらのデータを記憶しておく。
Incidentally, even if such an alignment, the mechanical accuracy of each stage causing the second measuring beam of the first measuring optical axis L 1 and the
(2)次に、上記真球治具を取り除き、第1干渉計1Aの対物レンズ18Aおよび第2干渉計1Bの対物レンズ18Bを第1測定光軸L1上および第2測定光軸L2上にそれぞれ設置するとともに、非球面レンズ9を保持ステージ31に保持せしめ、第1干渉計1Aおよび第2干渉計1Bに対する非球面レンズ9のアライメント調整を行う。このアライメント調整は、上述の第1中心点P1および第2中心点P2が、第1干渉計1Aの第1測定光軸L1の近傍および第2干渉計1Bの第2測定光軸L2の近傍にそれぞれ位置するようにするためのものであり、オペレータが、レンズ傾き調整ステージ32およびレンズ傾き調整ステージ33を用いて手動操作で行う。
(2) Next, the true sphere jig is removed, the
(3)次いで、第1干渉計1Aから、第1レンズ面91の中心部に第1測定光を照射し、該第1測定光の第1レンズ面91からの戻り光と第1参照光との光干渉により形成される第1干渉縞の画像データを撮像カメラ23Aにより得る(第1干渉縞取得ステップ)。
(3) Next, from the
(4)同様に、第2干渉計1Bから、第2レンズ面92の中心部に第2測定光を照射し、該第2測定光の第2レンズ面92からの戻り光と第2参照光との光干渉により形成される第2干渉縞の画像データを撮像カメラ23Bにより得る(第2干渉縞取得ステップ)。
(4) Similarly, the second measurement light is irradiated from the
(5)次に、上記第1干渉縞の画像データを解析して(一般的な縞解析法を用いることができる)、第1レンズ面91の中心部の形状データである第1被検面形状データを、第1干渉計1Aにおいて設定された第1測定座標系において求める(第1被検面形状データ取得ステップ)。この処理は、図3に示す第1被検面形状データ取得手段51Aにおいて行われる。
(5) Next, the image data of the first interference fringe is analyzed (a general fringe analysis method can be used), and the first test surface which is shape data of the central portion of the
(6)同様に、上記第2干渉縞の画像データを解析して、第2レンズ面92の中心部の形状データである第2被検面形状データを、第2干渉計1Bにおいて設定された第2測定座標系において求める(第2被検面形状データ取得ステップ)。この処理は、図3に示す第2形状データ取得手段51Bにおいて行われる。
(6) Similarly, the image data of the second interference fringes is analyzed, and the second test surface shape data, which is the shape data of the center portion of the
ここで、上述の第1測定座標系および第2測定座標系について説明する。図5に示すように、第1測定座標系は、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を有する右手系の3次元直交座標系であり、Z軸が第1干渉計1Aの第1測定光軸L1と一致するように設定されている。一方、第2測定座標系は、互いに直交するU軸、V軸、W軸を有する右手系の3次元直交座標系であり、W軸が第2干渉計1Bの第2測定光軸L2と一致するように設定されている。また、第1測定座標系と第2測定座標系との相対的な位置関係は、第1測定光軸L1と第2測定光軸L2とが完全に一致するようにアライメント調整された場合において、Z軸とW軸とが同一直線上に互いに同じ向きに位置するように、X軸とU軸およびY軸とV軸がそれぞれ互いに平行で同じ向きとなるように設定されている。なお、第1測定光軸L1と第2測定光軸L2とが互いに一致せず、これらの間に相対的なずれが生じている場合には、これに応じて、第1測定座標系と第2測定座標系との相対的な位置関係のずれが生じる。すなわち、第1測定光軸L1と第2測定光軸L2との相対的なずれがある場合には、これらのずれ量が上記(1)の手順において、第1干渉計1Aと第2干渉計1Bとの相対位置情報として求められ、それに基づいて、第1測定座標系と第2測定座標系との相対位置関係が特定され記憶される。
Here, the first measurement coordinate system and the second measurement coordinate system described above will be described. As shown in FIG. 5, the first measurement coordinate system is a right-handed three-dimensional orthogonal coordinate system having an X axis, a Y axis, and a Z axis orthogonal to each other, and the Z axis is the first measurement of the
(7)次いで、上記第1被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第1レンズ面91の、第1測定光軸L1と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および第1レンズ面91の第1測定光軸L1に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求める(第1ツェルニケ係数値算出ステップ)。この処理は、図3に示す第1ツェルニケ係数値算出手段52Aにおいて行われる。
(7) Then, approximating the first specimen surface geometric data with a Zernike polynomial, of the coefficients of the terms of the Zernike polynomial, the
(8)同様に、上記第2被検面形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、第2レンズ面92の、第2測定光軸L2と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および第2レンズ面92の第2測定光軸L2に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求める(第2ツェルニケ係数値算出ステップ)。この処理は、図3に示す第2ツェルニケ係数値算出手段52Bにおいて行われる。
(8) Similarly, the second specimen surface geometric data is approximated with a Zernike polynomial, of the coefficients of the terms of the Zernike polynomial, the
なお、本実施形態では、ツェルニケ多項式として、極座標形式で表された10次のツェルニケ多項式Z(ρ,θ)(ρは極からの距離、θは始線に対する偏角)を用いる(下式(A)に、全部で35個ある項のうち4次までの9個の項を示す。Z0は定数項)。 In the present embodiment, as the Zernike polynomial, a 10th-order Zernike polynomial Z (ρ, θ) expressed in a polar coordinate format (ρ is a distance from the pole and θ is a declination with respect to the starting line) is used (the following formula ( A) shows nine terms up to the fourth order out of a total of 35 terms, where Z 0 is a constant term).
Z(ρ,θ)=Z0+Z1ρcosθ+Z2ρsinθ+Z3(2ρ2−1)
+Z4ρ2cos2θ+Z5ρ2sin2θ
+Z6(3ρ2−2)ρcosθ+Z7(3ρ2−2)ρsinθ
+Z8(6ρ4−6ρ2+1) ……(A)
Z (ρ, θ) = Z 0 + Z 1 ρcos θ + Z 2 ρ sin θ + Z 3 (2ρ 2 −1)
+ Z 4 ρ 2 cos 2θ + Z 5 ρ 2 sin 2θ
+ Z 6 (3ρ 2 −2) ρcos θ + Z 7 (3ρ 2 −2) ρsinθ
+ Z 8 (6ρ 4 −6ρ 2 +1) (A)
また、上述の第1シフト量比例係数および第2シフト量比例係数として、上式(A)で表されるツェルニケ多項式の第2項の係数Z1、第3項の係数Z2、第5項の係数Z6および第6項の係数Z7を用い、上述の第1チルト量比例係数および第2チルト量比例係数として、第2項の係数Z1および第3項の係数Z2を用いる。 Further, as the first shift amount proportional coefficient and the second shift amount proportional coefficient, the second term coefficient Z 1 , the third term coefficient Z 2 , the fifth term of the Zernike polynomial represented by the above formula (A). The coefficient Z 6 of the second term and the coefficient Z 7 of the sixth term are used, and the coefficient Z 1 of the second term and the coefficient Z 2 of the third term are used as the first tilt amount proportional coefficient and the second tilt amount proportional coefficient.
すなわち、上記第1ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第1被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Z1,Z2,Z6,Z7の各値を第1シフト量比例係数値として求めると共に、係数Z1,Z2の各値を第1チルト量比例係数値としても求める。 That is, in the first Zernike coefficient value calculation step, the first test surface shape data is approximated by the Zernike polynomial, and the values of the coefficients Z 1 , Z 2 , Z 6 and Z 7 at that time are shifted by the first shift. together determine the amount proportionality coefficient values to determine the respective values of the coefficients Z 1, Z 2 even when the first tilt amount proportionality coefficients.
同様に、上記第2ツェルニケ係数値算出ステップでは、上記第2被検面形状データを上記ツェルニケ多項式で近似し、そのときの係数Z1,Z2,Z6,Z7の各値を第2シフト量比例係数値として求めると共に、係数Z1,Z2の各値を第2チルト量比例係数値としても求める。 Similarly, in the second Zernike coefficient value calculation step, the second test surface shape data is approximated by the Zernike polynomial, and the values of the coefficients Z 1 , Z 2 , Z 6 , Z 7 at that time are set to the second value. While obtaining as a shift amount proportional coefficient value, each value of the coefficients Z 1 and Z 2 is also obtained as a second tilt amount proportional coefficient value.
(9)次に、上記第1ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Z1,Z2,Z6,Z7の各値に基づき、第1測定光軸L1に対する第1レンズ面91のシフト量およびチルト量の各値を、上記第1測定座標系において求める(第1シフト量・チルト量算出ステップ)。この処理は、図3に示す第1シフト量・チルト量算出手段53Aにおいて、下式(5)〜(8)を用いて行われる。
(9) Next, based on the respective values of the coefficients Z 1 , Z 2 , Z 6 , Z 7 obtained in the first Zernike coefficient value calculation step, the
sX=Z6(1−s,t)/a6(1−s) …(5)
sY=Z7(1−s,t)/a7(1−s) …(6)
tX=(Z1(1−s,t)−a1(1−s)・sX)/a1(1−t) …(7)
tY=(Z2(1−s,t)−a2(1−s)・sX)/a2(1−t) …(8)
s X = Z 6 (1-s, t) / a 6 (1-s) (5)
s Y = Z 7 (1-s, t) / a 7 (1-s) (6)
t X = (Z 1 (1 -s, t) -a 1 (1-s) · s X) / a 1 (1-t) ... (7)
t Y = (Z 2 (1 -s, t) -a 2 (1-s) · s X) / a 2 (1-t) ... (8)
ここで、sXおよびsYは、第1測定光軸L1に対する第1レンズ面91のX軸方向(X方向)およびY軸方向(Y方向)の各シフト量を示しており、tXおよびtYは、第1測定光軸L1に対する第1レンズ面91のX軸方向およびY軸方向の各チルト量を示している。また、Z1(1−s,t),Z2(1−s,t),Z6(1−s,t)およびZ7(1−s,t)は、第1ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Z1,Z2,Z6およびZ7の各値を示している。さらに、a1(1−s),a2(1−s),a1(1−t),a2(1−t),a6(1−s)およびa7(1−s)は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
Here, s X and s Y indicate shift amounts of the
(10)同様に、上記第2ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Z1,Z2,Z6,Z7の各値に基づき、第2測定光軸L2に対する第2レンズ面92のシフト量およびチルト量を、上記第2測定座標系において求める(第2シフト量・チルト量算出ステップ)。この処理は、図3に示す第2シフト量・チルト量算出手段53Bにおいて、下式(9)〜(12)を用いて行われる。
(10) Similarly, based on the values of the coefficients Z 1 , Z 2 , Z 6 , Z 7 obtained in the second Zernike coefficient value calculation step, the
sU=Z6(2−s,t)/a6(2−s) …(9)
sV=Z7(2−s,t)/a7(2−s) …(10)
tU=(Z1(2−s,t)−a1(2−s)・sX)/a1(2−t) …(11)
tV=(Z2(1−s,t)−a2(2−s)・sX)/a2(2−t) …(12)
s U = Z 6 (2-s, t) / a 6 (2-s) (9)
s V = Z 7 (2-s, t) / a 7 (2-s) (10)
t U = (Z 1 (2 -s, t) -a 1 (2-s) · s X) / a 1 (2-t) ... (11)
t V = (Z 2 (1 -s, t) -a 2 (2-s) · s X) / a 2 (2-t) ... (12)
ここで、sUおよびsVは、第2測定光軸L2に対する第2レンズ面92のU軸方向(U方向)およびV軸方向(V方向)の各シフト量を示しており、tUおよびtVは、第2測定光軸L2に対する第2レンズ面92のU軸方向およびV軸方向の各チルト量を示している。また、Z1(2−s,t),Z2(2−s,t),Z6(2−s,t)およびZ7(2−s,t)は、第2ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた係数Z1,Z2,Z6およびZ7の各値を示している。さらに、a1(2−s),a2(2−s),a1(2−t),a2(2−t),a6(2−s),a7(2−s)は、後述するコンピュータシミュレーションにおいて求められた各比例定数を示している。
Here, s U and s V indicate respective shift amounts of the
(11)次に、上記第1シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量sX,sYおよび各チルト量tX,tYと、上記第2シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた各シフト量sU,sVおよび各チルト量tU,tVと、上記手順(1)で求められた第1干渉計1Aおよび第2干渉計1Bの相対位置関係(第1測定座標系と第2測定座標系との相対位置関係)とに基づき、上述した面ずれ量および面倒れ量を算出する(面ずれ量・面倒れ量算出ステップ)。この処理は、図3に示す面ずれ量・面倒れ量算出手段54において、以下の手順で行われる。
(11) Next, the shift amounts s X , s Y and the tilt amounts t X , t Y obtained in the first shift amount / tilt amount calculating step, and the second shift amount / tilt amount calculating step. The shift amounts s U , s V and tilt amounts t U , t V determined in
〈a〉まず、第1干渉計1Aおよび第2干渉計1Bの実際の相対位置関係の影響により第1測定座標系との相対的なずれが生じている第2測定座標系を、図5に示す適正状態、すなわち、W軸が第1測定座標系のZ軸と同一直線上に互いに同じ向きに位置し、U軸およびV軸が第1測定座標系のX軸およびY軸とそれぞれ互いに平行で同じ向きとなる状態に補正する。
<a> First, FIG. 5 shows a second measurement coordinate system in which a relative deviation from the first measurement coordinate system occurs due to the influence of the actual relative positional relationship between the
〈b〉次に、補正前の第2測定座標系において求められた各シフト量sU,sVおよび各チルト量tU,tVを、補正後の第2測定座標系における各シフト量sU´,sV´および各チルト量tU´,tV´に補正する。 <B> Next, the shift amounts s U and s V and the tilt amounts t U and t V obtained in the second measurement coordinate system before correction are used as the shift amounts s in the second measurement coordinate system after correction. Corrections are made to U ′, s V ′ and tilt amounts t U ′, t V ′.
〈c〉そして、第1測定座標系におけるシフト量sXおよびsYと補正後の第2測定座標系における各シフト量sU´およびsV´との各々の差(sX−sU´,sY−sV´)を、第1レンズ面91と第2レンズ面92とのX軸方向およびY軸方向の各面ずれ量として算出する。
<C> The difference (s X −s U ′) between the shift amounts s X and s Y in the first measurement coordinate system and the shift amounts s U ′ and s V ′ in the corrected second measurement coordinate system. , S Y −s V ′) is calculated as the amount of surface displacement between the
〈d〉同様に、第1測定座標系におけるチルト量tXおよびtYと補正後の第2測定座標系における各チルト量tU´およびtV´との各々の差(tX−tU´,tY−tV´)を、第1レンズ面91と第2レンズ面92とのX軸方向およびY軸方向の各面倒れ量として算出する。
<D> Similarly, each difference (t X −t U) between the tilt amounts t X and t Y in the first measurement coordinate system and the tilt amounts t U ′ and t V ′ in the corrected second measurement coordinate system. ', T Y -t V ') is calculated as the amount of surface tilt between the
ここで、上述したコンピュータシミュレーションについて、具体的な数値を例示しながら説明する。 Here, the above-described computer simulation will be described with specific numerical values.
このコンピュータシミュレーションでは、まず、第1レンズ面91および第2レンズ面92の設計データに基づき、第1レンズ面91に対応した模擬第1レンズ面および第2レンズ面92に対応した模擬第2レンズ面をコンピュータ上に設定する。本実施例では、模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面の非球面係数を下記表1に示す値のものとしている。なお、非球面式は、下式(B)で表されるものを用いている。
In this computer simulation, first, based on the design data of the
次に、模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面に対し、上述の第1干渉計1Aおよび第2干渉計1Bによる光干渉計測を実施した場合に得られる、上記第1干渉縞画像に対応した模擬第1干渉縞画像(図6参照)および上記第2干渉縞画像に対応した模擬第2干渉縞画像(図7参照)を作成する。なお、作成された干渉縞の縞密度に応じて、縞解析に用いる干渉縞の領域を制限するためのマスクを適宜設定する。
Next, it corresponds to the first interference fringe image obtained when the optical interference measurement by the
次いで、模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面に対し、1(mrad)ずつ変化するチルト量を順次与えながら、その都度、模擬第1干渉縞画像および模擬第2干渉縞画像を作成する。そして、各チルト量における模擬第1干渉縞画像および模擬第2干渉縞画像を解析して各チルト量における模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Z1およびZ2の各値を求める。 Next, a simulated first interference fringe image and a simulated second interference fringe image are created each time a tilt amount that changes by 1 (mrad) is sequentially given to the simulated first lens surface and the simulated second lens surface. Then, the simulated first interference fringe image and the simulated second interference fringe image at each tilt amount are analyzed to obtain the shape data of the simulated first lens surface and the simulated second lens surface at each tilt amount, and these are used as the Zernike described above. Each value of the coefficients Z 1 and Z 2 when approximated by a polynomial is obtained.
図8は、模擬第1レンズ面に与えられたチルト量tX(Xは上記第1測定座標系のX軸方向のチルト量であることを示す)と、係数Z1の値Z1(1−t)(チルト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図8に示すように、Z1(1−t)とtxとの間には下式(13)の比例関係が成立し、その比例定数a1(1−t)の値は0.059であると求められた。
Z1(1−t)=a1(1−t)・tX …(13)
Figure 8 is a simulated first lens surface to a given tilt amount t X (X indicates a tilt amount of the X-axis direction of the first coordinate system for measurement) and the value Z 1 of the coefficient Z 1 (1 -T) shows a relationship with (corrected so that the value when the tilt amount is 0 is 0). As shown in FIG. 8, the proportional relationship of the following formula (13) is established between Z 1 (1-t) and t x, and the value of the proportional constant a 1 (1-t) is 0.059. I was asked.
Z 1 (1-t) = a 1 (1-t) · t X ... (13)
また、グラフは図示していないが、模擬第1レンズ面にチルト量tY(Yは上記第1測定座標系のY軸方向のチルト量であることを示す)を与えたときの、係数Z2の値Z2(1−t)(チルト量が0のときの値が0となるように補正している)とチルト量tYとの間にも、同様に下式(14)の比例関係が成立し、その比例定数a2(1−t)の値は、模擬第1レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a1(1−t)の値と同じ0.059であると求められた。
Z2(1−t)=a2(1−t)・tY …(14)
Although not shown in the graph, the coefficient Z when the tilt amount t Y (Y indicates the tilt amount in the Y-axis direction of the first measurement coordinate system) is given to the simulated first lens surface. 2 value Z 2 (1-t) also between (tilt amount value is corrected to be zero when the 0) and the tilt amount t Y, likewise proportional of the formula (14) relationship is satisfied, the value of the proportionality constant a 2 (1-t), when the simulated first lens surface is the same 0.059 as the value of the proportionality constant a 1 because it is rotationally symmetric surface (1-t) I was asked.
Z 2 (1-t) = a 2 (1-t) · t Y ... (14)
一方、図9は、模擬第2レンズ面に与えられたチルト量tU(Uは上記第2測定座標系のU軸方向のチルト量であることを示す)と、係数Z1の値Z1(2−t)(チルト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図9に示すように、Z1(2−t)とtUとの間には下式(15)の比例関係が成立し、その比例定数a1(2−t)の値は0.0721であると求められた。
Z1(2−t)=a1(2−t)・tU …(15)
On the other hand, FIG. 9 shows the tilt amount t U given to the simulated second lens surface (U indicates the tilt amount in the U-axis direction of the second measurement coordinate system) and the value Z 1 of the coefficient Z 1. (2-t) shows a relationship with (corrected so that the value when the tilt amount is 0 is 0). As shown in FIG. 9, the proportional relationship of the following equation (15) is established between Z 1 (2-t) and t U, and the value of the proportional constant a 1 (2-t) is 0.0721. I was asked.
Z 1 (2-t) = a 1 (2-t) · t U (15)
また、グラフは図示していないが、模擬第2レンズ面にチルト量tV(Vは上記第2測定座標系のV軸方向のチルト量であることを示す)を与えたときの、係数Z2の値Z2(2−t)(チルト量が0のときの値が0となるように補正している)とチルト量tVとの間にも、同様に下式(16)の比例関係が成立し、その比例定数a2(2−t)の値は、模擬第2レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a1(2−t)の値と同じ0.0721であると求められた。
Z2(1−t)=a2(1−t)・tY …(16)
Although not shown in the graph, the coefficient Z when the tilt amount t V (V indicates the tilt amount in the V-axis direction of the second measurement coordinate system) is given to the simulated second lens surface. 2 value Z 2 (2-t) also between the (tilt amount is corrected so that the value of the time of 0 is 0) and the tilt amount t V, likewise proportional of the formula (16) The relationship is established, and the value of the proportional constant a 2 (2-t) is 0.0721, which is the same as the value of the proportional constant a 1 (2-t) because the simulated second lens surface is a rotationally symmetric surface. I was asked.
Z 2 (1-t) = a 2 (1-t) · t Y ... (16)
次に、模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面に対し、1(μm)ずつ変化するシフト量を順次与えながら(チルト量は0とする)、その都度、模擬第1干渉縞画像および模擬第2干渉縞画像を作成する。そして、各シフト量における模擬第1干渉縞画像および模擬第2干渉縞画像を解析して各シフト量における模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面の形状データを取得し、それらを上述したツェルニケ多項式で近似したときの、係数Z1,Z2,Z6およびZ7の各値を求める。 Next, the simulated first lens surface and the simulated second lens surface are sequentially given a shift amount that changes by 1 (μm) (the tilt amount is set to 0). A second interference fringe image is created. Then, the simulated first interference fringe image and the simulated second interference fringe image at each shift amount are analyzed to obtain the shape data of the simulated first lens surface and the simulated second lens surface at each shift amount. The values of the coefficients Z 1 , Z 2 , Z 6 and Z 7 when approximated by a polynomial are obtained.
図10は、模擬第1レンズ面に与えられたシフト量sX(Xは上記第1測定座標系のX軸方向のシフト量であることを示す)と、係数Z1の値Z1(1−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図10に示すように、Z1(1−s)とsxとの間には下式(17)の比例関係が成立し、その比例定数a1(1−s)の値は0.1018であると求められた。
Z1(1−s)=a1(1−s)・sX …(17)
Figure 10 is a simulated first shift amount given to the lens surface s X (X indicates a shift amount of the X-axis direction of the first coordinate system for measurement) and the value Z 1 of the coefficient Z 1 (1 -S) (the correction is made so that the value when the shift amount is 0 is 0). As shown in FIG. 10, the proportional relationship of the following equation (17) is established between Z 1 (1-s) and s x, and the value of the proportional constant a 1 (1-s) is 0.1018. I was asked.
Z 1 (1-s) = a 1 (1-s) · s X ... (17)
また、グラフは図示していないが、模擬第1レンズ面にシフト量sY(Yは上記第1測定座標系のY軸方向のシフト量であることを示す)を与えたときの、係数Z2の値Z2(1−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)とシフト量sYとの間にも、同様に下式(18)の比例関係が成立し、その比例定数a2(1−s)の値は、模擬第1レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a1(1−s)と同じ0.1018であると求められた。
Z2(1−s)=a2(1−s)・sY …(18)
Although not shown in the graph, the coefficient Z when a shift amount s Y (Y indicates the shift amount in the Y-axis direction of the first measurement coordinate system) is given to the simulated first lens surface. also between the two values Z 2 (1-s) (the value when the shift amount is 0 is corrected to be zero) and the shift amount s Y, likewise proportional of the formula (18) relationship is satisfied, the value of the proportionality constant a 2 (1-s) are determined to be the simulated first lens surface is 0.1018 the proportionality constant a 1 (1-s) and the same because it is rotationally symmetric surface It was.
Z 2 (1-s) = a 2 (1-s) · s Y (18)
一方、図11は、模擬第2レンズ面に与えられたシフト量sU(Uは上記第2測定座標系のU軸方向のシフト量であることを示す)と、係数Z1の値Z1(2−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図11に示すように、Z1(2−s)とsUとの間には下式(19)の比例関係が成立し、その比例定数a1(2−s)の値は-0.0263であると求められた。
Z1(2−s)=a1(2−s)・sU …(19)
On the other hand, FIG. 11 shows the shift amount s U given to the simulated second lens surface (U indicates the shift amount in the U-axis direction of the second measurement coordinate system) and the value Z 1 of the coefficient Z 1. (2-s) shows the relationship with (corrected so that the value when the shift amount is 0 is 0). As shown in FIG. 11, the proportional relationship of the following equation (19) is established between Z 1 (2-s) and s U, and the value of the proportional constant a 1 (2-s) is −0.0263. I was asked to be there.
Z 1 (2-s) = a 1 (2-s) · s U (19)
また、グラフは図示していないが、模擬第2レンズ面にシフト量sV(Vは上記第2測定座標系のV軸方向のシフト量であることを示す)を与えたときの、係数Z2の値Z2(2−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)とシフト量sVとの間にも、同様に下式(20)の比例関係が成立し、その比例定数a2(2−s)の値は、模擬第2レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a1(2−s)と同じ-0.0263であると求められた。
Z2(2−s)=a2(2−s)・sY …(20)
Although not shown in the graph, the coefficient Z when a shift amount s V (V indicates the shift amount in the V-axis direction of the second measurement coordinate system) is given to the simulated second lens surface. also between the two values Z 2 (2-s) (the value when the shift amount is 0 is corrected to be zero) and the shift amount s V, similarly proportional of the formula (20) The relationship is established, and the value of the proportional constant a 2 (2-s) is determined to be −0.0263 which is the same as the proportional constant a 1 (2-s) because the simulated second lens surface is a rotationally symmetric surface. It was.
Z 2 (2-s) = a 2 (2-s) · s Y (20)
同様に、図12は、模擬第1レンズ面に与えられたシフト量sXと、係数Z6の値Z6(1−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図12に示すように、Z6(1−s)とsXとの間には下式(21)の比例関係が成立し、その比例定数a6(1−s)の値は0.0002であると求められた。
Z6(1−s)=a6(1−s)・sX …(21)
Similarly, FIG. 12 shows that the shift amount s X given to the simulated first lens surface and the value Z 6 (1-s) of the coefficient Z 6 (corrected so that the value when the shift amount is 0 is 0 ). It shows the relationship with As shown in FIG. 12, the proportional relationship of the following equation (21) is established between Z 6 (1-s) and s X, and the value of the proportional constant a 6 (1-s) is 0.0002. I was asked.
Z 6 (1-s) = a 6 (1-s) · s X (21)
また、グラフは図示していないが、模擬第1レンズ面にシフト量sYを与えたときの、係数Z7の値Z7(1−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)とシフト量sYとの間にも、同様に下式(22)の比例関係が成立し、その比例定数a7(1−s)の値は、模擬第1レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a6(1−s)と同じ0.0002であると求められた。
Z7(1−s)=a7(1−s)・sY …(22)
Although the graph is not shown, the value Z 7 (1−s) of the coefficient Z 7 when the shift amount s Y is given to the simulated first lens surface (the value when the shift amount is 0 is 0 ) Similarly, the proportional relationship of the following equation (22) is also established between the shift amount s Y and the value of the proportional constant a 7 (1-s) is the simulated first value. Since the lens surface was a rotationally symmetric surface, it was determined to be 0.0002, which is the same as the proportional constant a6 (1-s) .
Z 7 (1-s) = a 7 (1-s) · s Y (22)
一方、図13は、模擬第2レンズ面に与えられたシフト量sUと、係数Z6の値Z6(2−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)との関係を示すものである。図13に示すように、Z6(2−s)とsUとの間には下式(23)の比例関係が成立し、その比例定数a6(2−s)の値は-0.0014であると求められた。
Z6(2−s)=a6(2−s)・sU …(23)
On the other hand, FIG. 13 shows that the shift amount s U given to the simulated second lens surface and the value Z 6 (2-s) of the coefficient Z 6 are corrected so that the value when the shift amount is 0 is zero. It shows the relationship. As shown in FIG. 13, the proportional relationship of the following equation (23) is established between Z 6 (2-s) and s U, and the value of the proportional constant a 6 (2-s) is −0.0014. I was asked to be there.
Z 6 (2-s) = a 6 (2-s) · s U (23)
また、グラフは図示していないが、模擬第2レンズ面にシフト量sVを与えたときの、係数Z7の値Z7(2−s)(シフト量が0のときの値が0となるように補正している)とシフト量sVとの間にも、同様に下式(24)の比例関係が成立し、その比例定数a7(2−s)の値は、模擬第2レンズ面が回転対称面であることから上記比例定数a6(2−s)と同じ-0.0014であると求められた。
Z7(2−s)=a7(2−s)・sV …(24)
Although the graph is not shown, the value Z 7 (2-s) of the coefficient Z 7 when the shift amount s V is given to the simulated second lens surface (the value when the shift amount is 0 is 0 ) Similarly, the proportional relationship of the following expression (24) is also established between the shift amount s V and the shift amount s V, and the value of the proportional constant a 7 (2-s) is the simulated second value. Since the lens surface is a rotationally symmetric surface, it was determined to be −0.0014, which is the same as the proportional constant a6 (2-s) .
Z 7 (2-s) = a 7 (2-s) · s V (24)
さらに、模擬第1レンズ面にチルト量tXおよびシフト量sXが同時に与えられたときの係数Z1の値Z1(1−s,t)と、上述のZ1(1−s),Z1(1−t)との間には、下式(25)の関係が成立し、模擬第1レンズ面にチルト量tYおよびシフト量sYが同時に与えられたときの係数Z2の値Z2(1−s,t)と、上述のZ2(1−s),Z2(1−t)との間には、下式(26)の関係が成立することが確認された。
Z1(1−s,t)=Z1(1−s)+Z1(1−t) …(25)
Z2(1−s,t)=Z2(1−s)+Z2(1−t) …(26)
Further, the value Z 1 (1-s, t) of the coefficient Z 1 when the tilt amount t X and the shift amount s X are simultaneously given to the simulated first lens surface, and the above-described Z 1 (1-s) , The relationship of the following equation (25) is established between Z 1 (1−t) and the coefficient Z 2 when the tilt amount t Y and the shift amount s Y are simultaneously given to the simulated first lens surface. It was confirmed that the relationship of the following formula (26) was established between the value Z 2 (1-s, t) and the above-described Z 2 (1-s) , Z 2 (1-t) . .
Z1 (1-s, t) = Z1 (1-s) + Z1 (1-t) (25)
Z2 (1-s, t) = Z2 (1-s) + Z2 (1-t) (26)
同様に、模擬第2レンズ面にチルト量tUおよびシフト量sUが同時に与えられたときの係数Z1の値Z1(2−s,t)と、上述のZ1(2−s),Z1(2−t)との間には、下式(27)の関係が成立し、模擬第2レンズ面にチルト量tVおよびシフト量sVが同時に与えられたときの係数Z2の値Z2(2−s,t)と、上述のZ2(2−s),Z2(2−t)との間には、下式(28)の関係が成立することが確認された。
Z1(2−s,t)=Z1(2−s)+Z1(2−t) …(27)
Z2(2−s,t)=Z2(2−s)+Z2(2−t) …(28)
Similarly, the value Z 1 (2-s, t) of the coefficient Z 1 when the tilt amount t U and the shift amount s U are simultaneously given to the simulated second lens surface, and the above-described Z 1 (2-s). , Z 1 (2-t) , the following equation (27) holds, and the coefficient Z 2 when the tilt amount t V and the shift amount s V are simultaneously given to the simulated second lens surface: It is confirmed that the relationship of the following formula (28) is established between the value Z 2 (2-s, t) of the above and Z 2 (2-s) , Z 2 (2-t) described above. It was.
Z1 (2-s, t) = Z1 (2-s) + Z1 (2-t) (27)
Z2 (2-s, t) = Z2 (2-s) + Z2 (2-t) (28)
また、係数Z6,Z7は、模擬第1レンズ面および模擬第2レンズ面のチルトに対しては値が変化せず、シフトに対してのみ値が変化することが確かめられた。さらに、このコンピュータシミュレーションにより得られた各式より、上述した式(5)〜(12)が導き出される。 Further, it was confirmed that the values of the coefficients Z 6 and Z 7 did not change with respect to the tilt of the simulated first lens surface and the simulated second lens surface, but changed only with respect to the shift. Furthermore, the above formulas (5) to (12) are derived from the respective formulas obtained by this computer simulation.
以下、本発明を適用した場合の測定誤差(計算誤差)について、コンピュータシミュレーションを行った結果について説明する。 Hereinafter, the results of computer simulation will be described for measurement errors (calculation errors) when the present invention is applied.
図14は、模擬第1レンズ面に対し、X方向およびY方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Pとしてのシフト量を、縦軸に出力Qとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、X方向およびY方向の結果を同時に示すため、X方向の結果はグラフの正の領域に、Y方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Pと出力Qとの関係を1次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Q=Pとなるところ、略0.8%の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。 FIG. 14 shows a result of measuring each shift amount by applying the present invention while giving predetermined shift amounts in the X direction and Y direction to the simulated first lens surface. The horizontal axis represents the shift amount as the input P, and the vertical axis represents the shift amount calculated by the measurement method of the present invention as the output Q. Since the results in the X direction and the Y direction are shown simultaneously, the results in the X direction are shown in the positive area of the graph, and the results in the Y direction are shown in the negative area of the graph. The mathematical expression described in the graph is an approximation of the relationship between the input P and the output Q by a linear expression. If there was no measurement error, Q = P, and only a minute error of about 0.8% was confirmed, and it was confirmed that the measurement according to the present invention was highly accurate.
図15は、模擬第2レンズ面に対し、U方向およびV方向に各々所定のシフト量を与えながら、本発明を適用して各々のシフト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Pとしてのシフト量を、縦軸に出力Qとして本発明の測定方法により算出されたシフト量をとっている。また、U方向およびV方向の結果を同時に示すため、U方向の結果はグラフの正の領域に、V方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Pと出力Qとの関係を1次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、Q=Pとなるところ、0.1%以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。 FIG. 15 shows a result of measuring each shift amount by applying the present invention while giving predetermined shift amounts in the U direction and V direction to the simulated second lens surface, respectively. The horizontal axis represents the shift amount as the input P, and the vertical axis represents the shift amount calculated by the measurement method of the present invention as the output Q. Since the results in the U direction and the V direction are shown simultaneously, the results in the U direction are shown in the positive area of the graph, and the results in the V direction are shown in the negative area of the graph. The mathematical expression described in the graph is an approximation of the relationship between the input P and the output Q by a linear expression. If there was no measurement error, Q = P, and only a minute error of 0.1% or less was confirmed, and it was confirmed that the measurement according to the present invention was highly accurate.
図16は、模擬第1レンズ面に対し、X方向およびY方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Kとしてのチルト量を、縦軸に出力Jとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、X方向およびY方向の結果を同時に示すため、X方向の結果はグラフの正の領域に、Y方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Kと出力Jとの関係を1次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、J=Kとなるところ、略0.4%の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。 FIG. 16 shows the results of measuring the respective tilt amounts by applying the present invention while giving predetermined tilt amounts in the X direction and the Y direction to the simulated first lens surface. The horizontal axis represents the tilt amount as the input K, and the vertical axis represents the tilt amount calculated by the measurement method of the present invention as the output J. Since the results in the X direction and the Y direction are shown simultaneously, the results in the X direction are shown in the positive area of the graph, and the results in the Y direction are shown in the negative area of the graph. The mathematical expression described in the graph is an approximation of the relationship between the input K and the output J by a linear expression. If there was no measurement error, J = K, and only a minute error of about 0.4% was confirmed, and it was confirmed that the measurement according to the present invention was highly accurate.
図17は、模擬第2レンズ面に対し、U方向およびV方向に各々所定のチルト量を与えながら、本発明を適用して各々のチルト量を測定した場合の結果を示している。横軸に入力Kとしてのチルト量を、縦軸に出力Jとして本発明の測定方法により算出されたチルト量をとっている。また、U方向およびV方向の結果を同時に示すため、U方向の結果はグラフの正の領域に、V方向の結果はグラフの負の領域にそれぞれ示している。グラフ内に記している数式は、入力Kと出力Jとの関係を1次式で近似したものである。測定誤差が無ければ、J=Kとなるところ、0.1%以下の微小な誤差が確認されただけであり、本発明による測定が高精度であることが確かめられた。 FIG. 17 shows a result of measuring each tilt amount by applying the present invention while giving predetermined tilt amounts in the U direction and V direction to the simulated second lens surface, respectively. The horizontal axis represents the tilt amount as the input K, and the vertical axis represents the tilt amount calculated by the measurement method of the present invention as the output J. Since the results in the U direction and the V direction are shown simultaneously, the results in the U direction are shown in the positive area of the graph, and the results in the V direction are shown in the negative area of the graph. The mathematical expression described in the graph is an approximation of the relationship between the input K and the output J by a linear expression. If there was no measurement error, J = K, but only a minute error of 0.1% or less was confirmed, and it was confirmed that the measurement according to the present invention was highly accurate.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上述の実施形態では、第1レンズ面91および第2レンズ面92が共に回転非球面とされているが、第2レンズ面92が球面とされている場合でも本発明を適用することが可能である。第2レンズ面92が球面とされている場合には、第2レンズ面92については、第2測定光軸L2に対するシフト量は発生するがチルト量は発生しない。そこで、上述した測定手順におけるチルト量の算出では、該チルト量が零であるとして算出を行えばよい。なお、第1レンズ面91と第2レンズ面92との関係は相対的なものであり、第1レンズ面91を第2被検面とし、第2レンズ面92を第1被検面としてもよい。この場合、第2レンズ面92が回転非球面で第1レンズ面91が球面とされている場合でも、同様に本発明を適用することが可能である。
For example, in the above-described embodiment, both the
また、上述の実施形態では、図2に示すように、第1干渉計1Aから第1レンズ面91に照射される第1測定光と、第2干渉計1Bから第2レンズ面92に照射される第2測定光が球面波とされているが、対物レンズ18A,18Bを外して、平行光束(平面波)を第1測定光および第1測定光として用いるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the first measurement light irradiated from the
また、ミロー型やマイケルソン型の対物光学系を備えた顕微干渉計を、第1干渉計および第2干渉計として用いることも可能である。この態様は、測定対象となる非球面レンズが小さい場合に有効となる。 It is also possible to use a microscopic interferometer equipped with a Milo type or Michelson type objective optical system as the first interferometer and the second interferometer. This aspect is effective when the aspherical lens to be measured is small.
さらに、上述の実施形態では、測定対象としての非球面体が非球面レンズとされているが、本発明は、回転非球面で構成された第1のミラー面と回転非球面または球面で構成された第2のミラー面を有する非球面ミラーを測定対象とすることもできる。この場合、各ミラー面の反射率が高くなることが予想されるので、それに応じて、参照基準平面15Aa,15Baの反射・透過率を調整することが望ましい。例えば、各ミラー面の反射率が100%である場合には、参照基準平面15Aa,15Baを反射率50%(透過率50%)程度に設定すればよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the aspherical body as a measurement target is an aspherical lens. However, the present invention is configured by a first mirror surface configured by a rotating aspherical surface and a rotating aspherical surface or a spherical surface. An aspherical mirror having a second mirror surface can also be used as a measurement target. In this case, since the reflectance of each mirror surface is expected to be high, it is desirable to adjust the reflection / transmittance of the reference standard planes 15Aa and 15Ba accordingly. For example, when the reflectance of each mirror surface is 100%, the reference standard planes 15Aa and 15Ba may be set to about 50% reflectance (transmittance 50%).
なお、本発明は、2つの干渉計を用いて測定を行うものであるが、本発明の技術思想を利用すれば、干渉計に替えて他の測定装置(例えば、接触式あるいは非接触式のプローブを用いた形状測定装置や、モアレ縞形状測定装置)を用いた測定方法や装置を想起することも容易である。 In the present invention, measurement is performed using two interferometers. However, if the technical idea of the present invention is used, another measuring device (for example, a contact type or a non-contact type) is used instead of the interferometer. It is also easy to recall a measuring method and apparatus using a shape measuring apparatus using a probe and a moire fringe shape measuring apparatus).
1A 第1干渉計
1B 第2干渉計
2 光学定盤
3 被検体アライメント部
4A 第1干渉計位置調整部
4B 第2干渉計位置調整部
5 制御解析部
9 非球面レンズ(非球面体)
10A 第1干渉光学系
10B 第2干渉光学系
11A,11B 光源部
12A,12B ビーム径拡大レンズ
13A,21A,13B,21B 光束分岐光学素子
14A,14B コリメータレンズ
15A,15B 平面基準板
15Aa,15Ba 参照基準平面
16A,16B ピエゾ素子
17A,17B フリンジスキャンアダプタ
18A,18B 対物レンズ
20A 第1干渉縞撮像系
20B 第2干渉縞撮像系
22A,26A,22B,26B 結像レンズ
23A,27A,23B,27B 撮像カメラ
24A,24B,28A,28B 2次元イメージセンサ
25A,25B アライメント撮像系
31 保持ステージ
32 レンズ傾き調整ステージ
33 レンズ位置調整ステージ
41A 第1Zステージ
41B 第2Zステージ
42A 第1XYステージ
42B 第2XYステージ
43A 第1干渉計傾き調整ステージ
43B 第2干渉計傾き調整ステージ
51A 第1形状データ取得手段
51B 第2形状データ取得手段
53 面ずれ・面倒れ解析手段
91 第1レンズ面
92 第2レンズ面
93 側面
L1 第1測定光軸
L2 第2測定光軸
P1 第1中心点
P2 第2中心点
A1 第1回転軸
A2 第2回転軸
DESCRIPTION OF
10A 1st interference
Claims (3)
前記第1干渉計の第1測定光軸に沿って第1測定光を前記第1被検面に照射し、該第1測定光の該第1被検面から反射された第1反射波面と該第1干渉計の第1参照波面との光干渉により形成される第1干渉縞の画像データを得る第1干渉縞取得ステップと、
前記第2干渉計の第2測定光軸に沿って第2測定光を前記第2被検面に照射し、該第2測定光の該第2被検面から反射された第2反射波面と該第2干渉計の第2参照波面との光干渉により形成される第2干渉縞の画像データを得る第2干渉縞取得ステップと、
前記第1干渉縞の画像データを解析して前記第1被検面の形状データを求める第1被検面形状データ取得ステップと、
前記第2干渉縞の画像データを解析して前記第2被検面の形状データを求める第2被検面形状データ取得ステップと、
前記第1被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第1被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第1被検面の、前記第1測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および該第1被検面の該第1測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求める第1ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第2被検面形状データ取得ステップにおいて求められた前記第2被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第2被検面の、前記第2測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および該第2被検面の該第2測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求める第2ツェルニケ係数値算出ステップと、
前記第1ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第1シフト量比例係数の値および前記第1チルト量比例係数の値に基づき、前記第1測定光軸に対する前記第1被検面のシフト量およびチルト量を求める第1シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第2ツェルニケ係数値算出ステップにおいて求められた前記第2シフト量比例係数の値および前記第2チルト量比例係数の値に基づき、前記第2測定光軸に対する前記第2被検面のシフト量およびチルト量を求める第2シフト量・チルト量算出ステップと、
前記第1シフト量・チルト量算出ステップおいて求められた前記第1被検面のシフト量およびチルト量と、前記第2シフト量・チルト量算出ステップにおいて求められた前記第2被検面のシフト量およびチルト量と、前記第1干渉計および前記第2干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出ステップと、を測定手順として含んでなることを特徴とする非球面体測定方法。 In an aspherical body having a first test surface that is a rotating aspheric surface and a second test surface that is a rotating aspherical surface or a spherical surface, a relative surface between the first test surface and the second test surface An aspherical body measurement method for measuring a deviation amount and a surface tilt amount using a first interferometer and a second interferometer whose relative positional relationship is specified,
A first reflected wavefront of the first measurement light reflected from the first test surface by irradiating the first test light along the first measurement optical axis of the first interferometer; A first interference fringe acquisition step of obtaining image data of a first interference fringe formed by optical interference with the first reference wavefront of the first interferometer;
A second reflected wavefront of the second measurement light reflected from the second test surface by irradiating the second test light along the second measurement optical axis of the second interferometer; A second interference fringe acquisition step of obtaining image data of a second interference fringe formed by optical interference with the second reference wavefront of the second interferometer;
A first test surface shape data acquisition step of analyzing image data of the first interference fringes to obtain shape data of the first test surface;
A second test surface shape data acquisition step of analyzing image data of the second interference fringes to obtain shape data of the second test surface;
Approximating the shape data of the first test surface obtained in the first test surface shape data acquisition step with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a first shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the first measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis. A first Zernike coefficient value calculating step for obtaining a value of a first tilt amount proportional coefficient in which
Approximating the shape data of the second test surface obtained in the second test surface shape data acquisition step with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a second shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the second measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis. A second Zernike coefficient value calculating step for obtaining a value of a second tilt amount proportional coefficient in which
Based on the value of the first shift amount proportional coefficient and the value of the first tilt amount proportional coefficient obtained in the first Zernike coefficient value calculating step, the shift amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis And a first shift amount / tilt amount calculating step for obtaining a tilt amount;
Based on the value of the second shift amount proportional coefficient and the value of the second tilt amount proportional coefficient obtained in the second Zernike coefficient value calculating step, the shift amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis And a second shift amount / tilt amount calculating step for obtaining a tilt amount;
The shift amount and tilt amount of the first test surface obtained in the first shift amount / tilt amount calculation step and the second test surface obtained in the second shift amount / tilt amount calculation step. A surface misalignment amount / surface tilt amount calculating step for calculating the surface misalignment amount and the surface tilt amount based on a shift amount and a tilt amount and information on a relative positional relationship between the first interferometer and the second interferometer; A method for measuring an aspherical body, comprising:
前記第1シフト量比例係数および前記第2シフト量比例係数は、下式(1)で表される項の係数Z1、下式(2)で表される項の係数Z2、下式(3)で表される項の係数Z6および下式(4)で表される項の係数Z7であり、前記第1チルト量比例係数および前記第2チルト量比例係数は、該係数Z1および該係数Z2であることを特徴とする請求項1記載の非球面体測定方法。
ρcosθ …(1)
ρsinθ …(2)
(3ρ2−2)ρcosθ …(3)
(3ρ2−2)ρsinθ …(4) The Zernike polynomial is a fourth or higher order Zernike polynomial Z (ρ, θ) expressed in a polar coordinate format (ρ is a distance from the pole, θ is a declination with respect to the starting line),
The first shift amount proportional coefficient and the second shift amount proportional coefficient are a coefficient Z 1 of a term expressed by the following formula (1), a coefficient Z 2 of a term expressed by the following formula (2), and the following formula ( 3) is a coefficient Z 6 of the term expressed by 3) and a coefficient Z 7 of the term expressed by the following equation (4), and the first tilt amount proportional coefficient and the second tilt amount proportional coefficient are the coefficient Z 1 The aspherical body measurement method according to claim 1, wherein the coefficient is Z 2 .
ρcosθ (1)
ρsinθ (2)
(3ρ 2 −2) ρcos θ (3)
(3ρ 2 −2) ρsinθ (4)
第1測定光軸に沿って第1測定光を前記第1被検面に照射し、該第1測定光の該第1被検面から反射された第1反射波面と第1参照波面との光干渉により形成される第1干渉縞の画像データを得る第1干渉計と、
第2測定光軸に沿って第2測定光を前記第2被検面に照射し、該第2測定光の該第2被検面から反射された第2反射波面と第2参照波面との光干渉により形成される第2干渉縞の画像データを得る、前記第1干渉計との相対位置関係が特定された第2干渉計と、
前記第1干渉縞の画像データを解析して前記第1被検面の形状データを求める第1被検面形状データ取得手段と、
前記第2干渉縞の画像データを解析して前記第2被検面の形状データを求める第2被検面形状データ取得手段と、
前記第1被検面形状データ取得手段において求められた前記第1被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第1被検面の、前記第1測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第1シフト量比例係数の値および該第1被検面の該第1測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第1チルト量比例係数の値を求める第1ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第2被検面形状データ取得手段において求められた前記第2被検面の形状データをツェルニケ多項式で近似し、該ツェルニケ多項式の各項の係数のうち、前記第2被検面の、前記第2測定光軸と垂直な方向のシフト量に比例して値が変化する第2シフト量比例係数の値および該第2被検面の該第2測定光軸に対するチルト量に比例して値が変化する第2チルト量比例係数の値を求める第2ツェルニケ係数値算出手段と、
前記第1ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第1シフト量比例係数の値および前記第1チルト量比例係数の値に基づき、前記第1測定光軸に対する前記第1被検面のシフト量およびチルト量を求める第1シフト量・チルト量算出手段と、
前記第2ツェルニケ係数値算出手段において求められた前記第2シフト量比例係数の値および前記第2チルト量比例係数の値に基づき、前記第2測定光軸に対する前記第2被検面のシフト量およびチルト量を求める第2シフト量・チルト量算出手段と、
前記第1シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第1被検面のシフト量およびチルト量と、前記第2シフト量・チルト量算出手段において求められた前記第2被検面のシフト量およびチルト量と、前記第1干渉計および前記第2干渉計の相対位置関係の情報とに基づき、前記面ずれ量および前記面倒れ量を算出する面ずれ量・面倒れ量算出手段と、を備えてなることを特徴とする非球面体測定装置。
In an aspherical body having a first test surface that is a rotating aspheric surface and a second test surface that is a rotating aspherical surface or a spherical surface, a relative surface between the first test surface and the second test surface An aspherical surface measuring device for measuring a deviation amount and a surface tilt amount,
A first measurement light is applied to the first test surface along the first measurement optical axis, and the first reflected wavefront and the first reference wavefront reflected from the first test surface of the first measurement light are reflected. A first interferometer for obtaining image data of a first interference fringe formed by optical interference;
The second measurement light is irradiated onto the second test surface along the second measurement optical axis, and the second reflected wavefront reflected from the second test surface of the second measurement light and the second reference wavefront A second interferometer for obtaining image data of a second interference fringe formed by optical interference, the relative positional relationship with the first interferometer being specified;
First test surface shape data acquisition means for analyzing the image data of the first interference fringes to obtain shape data of the first test surface;
Second test surface shape data obtaining means for analyzing the image data of the second interference fringes and obtaining shape data of the second test surface;
Approximating the shape data of the first test surface obtained by the first test surface shape data acquisition means with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a first shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the first measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis. First Zernike coefficient value calculating means for obtaining a value of a first tilt amount proportional coefficient in which
Approximating the shape data of the second test surface obtained by the second test surface shape data acquisition means with a Zernike polynomial, and among the coefficients of each term of the Zernike polynomial, A value of a second shift amount proportional coefficient whose value changes in proportion to a shift amount in a direction perpendicular to the second measurement optical axis, and a value proportional to a tilt amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis. Second Zernike coefficient value calculating means for determining the value of the second tilt amount proportional coefficient in which
Based on the value of the first shift amount proportional coefficient and the value of the first tilt amount proportional coefficient obtained by the first Zernike coefficient value calculating means, the shift amount of the first test surface with respect to the first measurement optical axis And a first shift amount / tilt amount calculating means for obtaining a tilt amount;
Based on the second shift amount proportional coefficient value and the second tilt amount proportional coefficient value obtained by the second Zernike coefficient value calculating means, the shift amount of the second test surface with respect to the second measurement optical axis And a second shift amount / tilt amount calculating means for obtaining a tilt amount;
The shift amount and tilt amount of the first test surface obtained by the first shift amount / tilt amount calculating means, and the shift of the second test surface obtained by the second shift amount / tilt amount calculating means. A surface displacement amount / surface inclination amount calculating means for calculating the surface displacement amount and the surface inclination amount based on the amount and the tilt amount and information on the relative positional relationship between the first interferometer and the second interferometer; An aspherical body measuring apparatus comprising:
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