JP2011141145A - Measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring apparatus which measures the transmission wavefront of an optical system of which the exit pupil position is finite with high precision. <P>SOLUTION: The measuring apparatus (100) for measuring the transmission wavefront of an optical system of which the exit pupil position is finite is a measuring apparatus for measuring the characteristics of an optical system under measurement by a wavefront sensor (10) for detecting light under measurement directed to the optical system under measurement through the optical system under measurement (40) and includes a light collecting optical system (30) for collecting the light under measurement to the image point of the optical system under measurement and an XY-axis moving unit (16A) for moving the wavefront sensor (10) with respect to the light collecting optical system in a direction crossing the optical axis of the light collecting optical system. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学系の透過波面を高精度に測定する測定装置に関する。特に本発明は、射出瞳位置が有限な光学系の透過波面を測定する測定装置に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus that measures a transmitted wavefront of an optical system with high accuracy. In particular, the present invention relates to a measurement apparatus that measures a transmitted wavefront of an optical system having a finite exit pupil position.

望遠レンズなどの被検レンズの透過波面を測定するために、一般に干渉計が用いられる。特許文献1に開示される干渉計は、レーザ光源から出射された光がビームスプリッターで参照光と被検光とに分割される。この参照光は参照面で反射され再びビームビームスプリッタに戻る。被検光は、被検レンズの光軸と一致する方向から入射し、被検レンズを透過する。そして被検光は反射面で反射され、再び被検レンズを透過して上記ビームスプリッターに戻る。そして参照光と被検光とが合成された後、結像レンズで集光されて観察面上に干渉縞を形成する。このような干渉計では、高い可干渉性を有するレーザ光を用いるので、明暗差のはっきりした干渉縞を観察することができ、高精度で被検レンズの凹凸形状等の評価を行うことができる。すなわち、特許文献1に開示される干渉計は、被検レンズの光軸と一致する被検レンズの透過波面を観察することができる。   An interferometer is generally used to measure the transmitted wavefront of a lens to be measured such as a telephoto lens. In the interferometer disclosed in Patent Document 1, light emitted from a laser light source is divided into reference light and test light by a beam splitter. This reference light is reflected by the reference surface and returns to the beam beam splitter again. The test light enters from a direction that coincides with the optical axis of the test lens, and passes through the test lens. Then, the test light is reflected by the reflecting surface, passes through the test lens again, and returns to the beam splitter. Then, after the reference light and the test light are combined, they are collected by the imaging lens to form interference fringes on the observation surface. In such an interferometer, since laser light having high coherence is used, interference fringes with a clear contrast can be observed, and the uneven shape of the test lens can be evaluated with high accuracy. . That is, the interferometer disclosed in Patent Document 1 can observe the transmitted wavefront of the test lens that matches the optical axis of the test lens.

特開平10−160582号公報JP-A-10-160582

しかし、一般の光学系では射出瞳が像面から有限の位置にあって、画角をもつ光、すなわち像点に向けた収束光束の主光線が光軸に対して傾いているケースが多い。このような光学系である被検レンズには、干渉計側から被検レンズの光軸に対して主光線を傾けてビームを入射させ軸外の透過波面を観察したい要望がある。上記干渉計を傾けて配置することも考えられるが、鉛直軸を含む面内で干渉計を傾けると、重力の影響で干渉計内部の光学系が歪むこともあり測定上好ましくはない。   However, in general optical systems, there are many cases where the exit pupil is at a finite position from the image plane, and light having an angle of view, that is, the principal ray of the convergent light beam directed toward the image point is inclined with respect to the optical axis. There is a demand for a test lens that is such an optical system to observe the off-axis transmitted wavefront by inclining the principal ray from the interferometer side with respect to the optical axis of the test lens and making the beam incident. It is conceivable to place the interferometer tilted, but tilting the interferometer within a plane including the vertical axis is not preferable for measurement because the optical system inside the interferometer may be distorted due to the influence of gravity.

そこで本発明は、射出瞳位置が有限な光学系の透過波面を高精度で測定する測定装置を提供する。   Therefore, the present invention provides a measuring apparatus that measures the transmitted wavefront of an optical system with a finite exit pupil position with high accuracy.

第1態様に係る測定装置は、被検光学系を介して被検光学系に向けられた被検光を検出する波面センサで、被検光学系の特性を測定する測定装置である。測定装置は、被検光を被検光学系像点に集光させる集光光学系と、集光光学系の光軸と交差する方向に、集光光学系に対して波面センサを移動させる第1移動部とを備えている。   The measuring apparatus according to the first aspect is a wavefront sensor that detects test light directed to the test optical system via the test optical system, and is a measurement apparatus that measures the characteristics of the test optical system. The measuring apparatus includes: a condensing optical system that condenses the test light on the image point of the test optical system; and a first that moves the wavefront sensor relative to the condensing optical system in a direction intersecting the optical axis of the condensing optical system. 1 moving part.

本発明の測定装置は、収束光束の主光線が傾いた光を被検光学系に入射させ、透過波面を観察することができる、また、測定装置は、透過波面を細かくサンプリングすることができ波面として高周波成分まで評価することが可能となる。   The measuring apparatus of the present invention allows light whose tilted principal ray of the convergent light beam is incident on the test optical system to observe the transmitted wavefront, and the measuring apparatus can finely sample the transmitted wavefront and the wavefront It is possible to evaluate up to high frequency components.

第1測定装置100の構成の概略を示した図である。1 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a first measuring device 100. FIG. (a)は、集光レンズ31と被検光の光束L31Aとの関係を示した概略平面図である。 (b)は、被検光の光束L31Aが被検レンズ41に入射する概略側面図である (c)は、集光レンズ31と被検光の光束L31Bとの関係を示した概略平面図である。 (d)は、被検光の光束L31Bが被検レンズ41に入射する概略側面図である。(A) is the schematic plan view which showed the relationship between the condensing lens 31 and the light beam L31A of test light. (B) is a schematic side view in which the light beam L31A of the test light is incident on the test lens 41. (c) is a schematic plan view showing the relationship between the condenser lens 31 and the light beam L31B of the test light. is there. (D) is a schematic side view of the light beam L31B of the test light entering the test lens 41. FIG. 集光レンズ31の条件を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining conditions of the condenser lens 31. 第2測定装置200の構成の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the structure of the 2nd measuring apparatus 200. FIG. 図5(a)は、焦点基準板32の平面図である。 図5(b)は、焦点基準板32の側面の断面図である。FIG. 5A is a plan view of the focus reference plate 32. FIG. 5B is a cross-sectional view of the side surface of the focus reference plate 32. 第2測定装置200において基準焦点板32の焦点位置の測定を行っている図である。It is a figure which is measuring the focus position of the reference | standard focusing screen 32 in the 2nd measuring apparatus 200. FIG. 第3測定装置300の構成の概略を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of the configuration of a third measuring apparatus 300. 第4測定装置400の構成の概略を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an outline of a configuration of a fourth measuring apparatus 400. 第5測定装置500の構成の概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the structure of the 5th measuring apparatus 500. FIG.

(第1実施形態)
<第1測定装置100の構成>
第1実施形態として測定装置がトワイマン・グリーン干渉計の場合について説明する。
(First embodiment)
<Configuration of first measuring apparatus 100>
A case will be described as the first embodiment in which the measuring apparatus is a Twiman-Green interferometer.

図1は、第1測定装置100の構成の概略を示した図である。第1測定装置100は、波面センサ10と、電子計算機21と、被検光学系40と、集光レンズ31とにより構成されている。   FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the first measuring apparatus 100. The first measuring apparatus 100 includes a wavefront sensor 10, an electronic calculator 21, a test optical system 40, and a condenser lens 31.

波面センサ10は、光源11と、ビームスプリッター12と、参照鏡13と、結像レンズ14と、撮像素子15と、XY軸移動装置16Aとを有している。干渉計では干渉性の良い光を使用する必要があるため、光源11にはレーザ光が用いられる。ビームスプリッター12は、たとえばハーフミラーであり、光源11から照射された1本の光束を参照光と被検光の2本の光束に分岐させる。参照鏡13は平面鏡であり、ビームスプリッター12より導かれた参照光を反射してビームスプリッター12に戻す。結像レンズ14は2枚の凸レンズにより構成されており、ビームスプリッター12より導かれた光を撮像素子15上に結像させる。   The wavefront sensor 10 includes a light source 11, a beam splitter 12, a reference mirror 13, an imaging lens 14, an image sensor 15, and an XY axis moving device 16A. Since it is necessary to use light having good coherence in the interferometer, laser light is used as the light source 11. The beam splitter 12 is, for example, a half mirror, and splits one light beam emitted from the light source 11 into two light beams of reference light and test light. The reference mirror 13 is a plane mirror that reflects the reference light guided from the beam splitter 12 and returns it to the beam splitter 12. The imaging lens 14 is composed of two convex lenses, and images the light guided from the beam splitter 12 on the image sensor 15.

撮像素子15は、撮像素子15上にできる干渉縞を電気信号に変換する。具体的には撮像素子15は、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等が用いられる。XY軸移動装置16Aは、波面センサ10をX軸とY軸方向とに移動させる。ここで、光源11よりレーザ光が照射される方向を−X軸方向、波面センサ10より集光レンズ31に照射される光の方向を−Z軸方向、X軸とZ軸とに垂直な軸をY軸とする。   The image sensor 15 converts interference fringes formed on the image sensor 15 into an electrical signal. Specifically, the imaging device 15 is a CCD (Charge Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), or the like. The XY axis moving device 16A moves the wavefront sensor 10 in the X axis and Y axis directions. Here, the direction in which the laser light is irradiated from the light source 11 is the −X axis direction, the direction of the light irradiated from the wavefront sensor 10 to the condenser lens 31 is the −Z axis direction, and the axis is perpendicular to the X axis and the Z axis. Is the Y axis.

集光レンズ31は、波面センサ10から照射される平面波を球面波に変換して被検光学系40に導く集光光学系のユニットである。第1測定装置100では集光レンズ31に凸レンズを用い、波面センサ10より照射される平面波を球面波に変換をしている。
電子計算機21は、撮像素子15より送られてくる干渉縞に関する電気信号を受信し、被検レンズ41の透過波面の解析を行う。
The condenser lens 31 is a unit of a condensing optical system that converts a plane wave irradiated from the wavefront sensor 10 into a spherical wave and guides it to the optical system 40 to be tested. In the first measuring apparatus 100, a convex lens is used as the condenser lens 31, and the plane wave irradiated from the wavefront sensor 10 is converted into a spherical wave.
The electronic computer 21 receives an electrical signal related to interference fringes sent from the image sensor 15 and analyzes the transmitted wavefront of the lens 41 to be examined.

被検光学系40は、検査をされる光学部品を含んだ光学系であり、検査をされる光学部品である被検レンズ41と被検レンズ41を透過した被検光を反射する反射鏡42とにより構成されている。反射鏡42は平面鏡が用いられる。   The test optical system 40 is an optical system including an optical component to be inspected, a test lens 41 that is an optical component to be inspected, and a reflecting mirror 42 that reflects the test light transmitted through the test lens 41. It is comprised by. The reflecting mirror 42 is a plane mirror.

<第1測定装置100の動作>
次に第1測定装置100によって被検レンズ41を測定する際の動作について説明する。
光源11から−X軸方向へ照射した光束は、ビームスプリッター12に入射する(矢印L1)。ビームスプリッター12はハーフミラーを有しており、光を参照光と被検光とに分ける。ビームスプリッター12から−Z軸方向の被検光学系40に向かう被検光(矢印LY1)は、集光レンズ31で平面波から球面波に変換される。球面波に変換された被検光(矢印LY2)は、被検レンズ41に、被検レンズ41の光軸AX41に対し傾いて入射する。被検レンズ41を透過した被検光は反射鏡42で反射され、再び被検レンズ41を通って集光レンズ31に向かう(矢印LY3)。そして、被検光は集光レンズ31を透過してビームスプリッター12に戻る。
<Operation of First Measuring Apparatus 100>
Next, an operation when measuring the test lens 41 by the first measuring device 100 will be described.
The light beam irradiated from the light source 11 in the −X-axis direction enters the beam splitter 12 (arrow L1). The beam splitter 12 has a half mirror, and divides light into reference light and test light. The test light (arrow LY 1) from the beam splitter 12 toward the test optical system 40 in the −Z axis direction is converted from a plane wave to a spherical wave by the condenser lens 31. The test light (arrow LY2) converted into the spherical wave is incident on the test lens 41 with an inclination with respect to the optical axis AX41 of the test lens 41. The test light transmitted through the test lens 41 is reflected by the reflecting mirror 42 and travels again through the test lens 41 toward the condenser lens 31 (arrow LY3). Then, the test light passes through the condenser lens 31 and returns to the beam splitter 12.

他方、ビームスプリッター12から−X軸方向に向かう光である参照光は参照面13に向かう(矢印LX1)。参照光は参照面13で反射され、ビームスプリッター12に戻る(矢印LX2)。ビームスプリッター12では、被検光学系40から戻った被検光と、参照面13で反射されて戻った参照光とが重ね合わされ、合成光となって+Z軸方向に向かう(矢印LC1)。合成光は干渉縞となり、結像レンズ14を介して撮像素子15に結像される。この干渉縞が電子計算機21によって解析されることによって、被検レンズ41の透過波面などを測定することができる。   On the other hand, reference light, which is light traveling in the −X-axis direction from the beam splitter 12, travels toward the reference surface 13 (arrow LX1). The reference light is reflected by the reference surface 13 and returns to the beam splitter 12 (arrow LX2). In the beam splitter 12, the test light returned from the test optical system 40 and the reference light reflected and returned from the reference surface 13 are overlapped to become combined light and travel in the + Z-axis direction (arrow LC1). The combined light becomes interference fringes and forms an image on the image sensor 15 through the imaging lens 14. The interference fringes are analyzed by the electronic computer 21, whereby the transmitted wavefront of the lens 41 to be measured can be measured.

波面センサ10はXY軸移動装置16Aを有している。XY軸移動装置16Aは波面センサ10をXY平面内で自由に移動させることができる。また、集光レンズ31は、波面センサ10のビーム径よりも口径が大きい。このため波面センサ10は集光レンズ31上の全ての位置にレーザ光を入射させることができる。そのため、主光線が被検レンズ41の光軸に対して傾いている状態でその被検レンズ41の透過波面の測定を行いたい場合、被検光の主光線を任意の傾きで被検レンズ41へ入射させることができる。また、被検レンズ41の径の大きさ等によって焦点レンズ31への被検光の入射位置を変えることもできる。   The wavefront sensor 10 has an XY axis moving device 16A. The XY axis moving device 16A can freely move the wavefront sensor 10 in the XY plane. The condenser lens 31 has a larger aperture than the beam diameter of the wavefront sensor 10. For this reason, the wavefront sensor 10 can make the laser light incident on all positions on the condenser lens 31. Therefore, when the transmitted wavefront of the test lens 41 is to be measured in a state where the chief ray is tilted with respect to the optical axis of the test lens 41, the test light 41 is tilted with an arbitrary tilt. It can be made to enter. Further, the incident position of the test light on the focus lens 31 can be changed depending on the diameter of the test lens 41 or the like.

また被検レンズ41は不図示のステージなどで支えられる。本実施形態で検査される被検レンズ41は所定の焦点距離や像面から有限の射出瞳位置を有しており、その焦点距離や画角に応じて被検レンズ41は適切な位置に配置される。   The test lens 41 is supported by a stage (not shown). The test lens 41 to be inspected in the present embodiment has a finite exit pupil position from a predetermined focal length and image plane, and the test lens 41 is arranged at an appropriate position according to the focal length and angle of view. Is done.

<集光レンズ31と被検レンズ41とに照射される被検光の関係>
図2(a)は、集光レンズ31と被検光の光束L31Aとの関係を示した概略平面図である。波面センサ10から集光レンズ31への被検光の光束L31Aの入射位置を示している。被検光の光束L31Aは集光レンズ31の光軸AX31から遠く離れた位置に入射している。図2(b)は、被検光の光束L31Aが被検レンズ41に入射する概略側面図である。
<Relationship of Test Light Irradiated to Condensing Lens 31 and Test Lens 41>
FIG. 2A is a schematic plan view showing the relationship between the condenser lens 31 and the light beam L31A of the test light. The incident position of the light beam L31A of the test light from the wavefront sensor 10 to the condenser lens 31 is shown. The light beam L31A of the test light is incident on a position far from the optical axis AX31 of the condenser lens 31. FIG. 2B is a schematic side view of the test light beam L31A entering the test lens 41. FIG.

図2(c)は、集光レンズ31と被検光の光束L31Bとの関係を示した概略平面図である。波面センサ10から集光レンズ31への被検光の光束L31Bの入射位置を示している。被検光の光束L31Bは集光レンズ31の光軸AX31から近い位置に入射している。図2(d)は、被検光の光束L31Bが被検レンズ41に入射する概略側面図である。図2(b)または(d)に示されるように、集光レンズ31の光軸AX31と被検レンズ41の光軸AX41とはXY平面で同軸上に配置されていない。   FIG. 2C is a schematic plan view showing the relationship between the condenser lens 31 and the light beam L31B of the test light. The incident position of the light beam L31B of the test light from the wavefront sensor 10 to the condenser lens 31 is shown. The light beam L31B of the test light is incident at a position near the optical axis AX31 of the condenser lens 31. FIG. 2D is a schematic side view in which the light beam L <b> 31 </ b> B of the test light enters the test lens 41. As shown in FIG. 2B or FIG. 2D, the optical axis AX31 of the condenser lens 31 and the optical axis AX41 of the test lens 41 are not coaxially arranged on the XY plane.

XY軸駆動装置16A(図1)は、被検レンズ41の透過波面の測定を行う場合に、波面センサ10の位置を移動させることにより、集光レンズ31上に照射される被検光の位置を調整することができる。図2(a)〜(d)は、波面センサ10が集光レンズ31に対して−X軸方向に移動した際の例が示されている。図示されていないが、XY軸駆動装置16AはY軸方向にも波面センサ10の位置を移動させることもできる。   The XY-axis drive device 16A (FIG. 1) moves the position of the wavefront sensor 10 when measuring the transmitted wavefront of the lens 41, and thereby the position of the test light irradiated on the condenser lens 31 Can be adjusted. 2A to 2D show examples when the wavefront sensor 10 moves in the −X-axis direction with respect to the condenser lens 31. FIG. Although not shown, the XY axis drive device 16A can also move the position of the wavefront sensor 10 in the Y axis direction.

第1測定装置100では、波面センサ10の位置をXY軸移動装置16Aによって調節することにより、波面センサ10が照射した被検光を被検レンズ41に入射させることができる。また、その被検光は集光レンズ31を経由して波面センサ10内に戻すことが可能である。このとき、集光レンズ31のNAが被検レンズ41のNAより僅かに大きいかもしくは一致していると、第1測定装置100では使用する光を効率的に使用することができ、波面を細かく測定することができて、波面として高周波成分まで評価を行うことが可能になる。   In the first measurement apparatus 100, the test light emitted by the wavefront sensor 10 can be incident on the test lens 41 by adjusting the position of the wavefront sensor 10 using the XY axis moving device 16 </ b> A. Further, the test light can be returned into the wavefront sensor 10 via the condenser lens 31. At this time, if the NA of the condensing lens 31 is slightly larger than or coincides with the NA of the lens 41 to be measured, the first measuring apparatus 100 can efficiently use the light to be used, and the wavefront is made fine. It is possible to measure, and it is possible to evaluate even a high frequency component as a wavefront.

図2(a)に示されるように、被検光の光束L31Aが集光レンズ31の光軸AX31から遠く離れた位置に入射すると、図2(b)に示されるように、被検光の光束L31Aの主光線AXLは被検レンズ41の光軸AX41に対して角度θAで被検レンズ41に入射する。一方、図2(c)に示されるように、被検光の光束L31Bが集光レンズ31の光軸AX31から近い位置に入射すると、図2(d)に示されるように、被検光の光束L31Bの主光線AXLは被検レンズ41の光軸AX41に対して角度θBで被検レンズ41に入射する。図2(b)に示されるように、光軸AX41に対する主光線AXLの傾きθAは、傾きθBに比べて角度が大きい。   As shown in FIG. 2A, when the light beam L31A of the test light enters a position far from the optical axis AX31 of the condenser lens 31, as shown in FIG. The principal ray AXL of the light beam L31A is incident on the test lens 41 at an angle θA with respect to the optical axis AX41 of the test lens 41. On the other hand, as shown in FIG. 2C, when the light beam L31B of the test light enters the position near the optical axis AX31 of the condensing lens 31, as shown in FIG. The principal ray AXL of the light beam L31B is incident on the test lens 41 at an angle θB with respect to the optical axis AX41 of the test lens 41. As shown in FIG. 2B, the inclination θA of the principal ray AXL with respect to the optical axis AX41 is larger than the inclination θB.

図2(a)及び(c)に示したように、集光レンズ31上への被検光の入射位置によって被検レンズ41への被検光の主光線の角度を調整することができる。透過波面の測定において、波面センサ10と集光レンズ31とを傾けると被検レンズ41への被検光の主光線の角度を調整することができるが波面センサ10内部の光学系の歪みに起因する光の歪みが生じる。   As shown in FIGS. 2A and 2C, the angle of the principal ray of the test light on the test lens 41 can be adjusted by the incident position of the test light on the condenser lens 31. In the measurement of the transmitted wavefront, if the wavefront sensor 10 and the condenser lens 31 are tilted, the angle of the principal ray of the test light to the test lens 41 can be adjusted, but this is caused by the distortion of the optical system inside the wavefront sensor 10. Distortion of the light that occurs.

本実施形態の透過波面の測定では、波面センサ10は被検レンズ41の光軸AX41から離れたどの像点を測定する場合でも干渉計ビームが−Z軸方向を向くように配置される。波面センサ10を傾けないため、波面センサ10内部の光学系の歪みに起因する光の歪みを抑えることができる。   In the measurement of the transmitted wavefront of the present embodiment, the wavefront sensor 10 is arranged so that the interferometer beam faces the −Z axis direction when measuring any image point away from the optical axis AX41 of the test lens 41. Since the wavefront sensor 10 is not tilted, the light distortion caused by the distortion of the optical system inside the wavefront sensor 10 can be suppressed.

また、第1実施形態では、波面センサ10の位置を移動させて被検レンズ41上の透過波面を測定していたが、波面センサ10の位置を固定し、被検レンズ41と集光レンズ31との位置を調整して透過波面測定を行う構成にすることも可能である。   In the first embodiment, the position of the wavefront sensor 10 is moved and the transmitted wavefront on the test lens 41 is measured. However, the position of the wavefront sensor 10 is fixed, and the test lens 41 and the condenser lens 31 are measured. It is also possible to adopt a configuration in which the transmitted wavefront measurement is performed by adjusting the position of.

<集光レンズ31の条件>
第1測定装置100が被検レンズ41の軸外性能を測定するためには、集光レンズ31を透過した光を被検レンズ41に導き、被検レンズ41からの被検光を再び波面センサ10内に戻さなくてはならない。被検レンズ41の主光線は傾いているので、集光レンズ31は被検レンズ41よりも開口数NAが大きくなければならない。そうでなければ、一部の被検光しか波面センサ10内に戻らず、被検レンズ41の波面をケラレなく測定することができないからである。したがって、集光レンズ31は開口数NAが大きい(F値の小さい)レンズが必要である。
図3は、集光レンズ31の開口数NAの条件を説明するための図である。
<Conditions for the condensing lens 31>
In order for the first measuring apparatus 100 to measure the off-axis performance of the test lens 41, the light transmitted through the condenser lens 31 is guided to the test lens 41, and the test light from the test lens 41 is again transmitted to the wavefront sensor. It must be returned to within 10. Since the principal ray of the test lens 41 is inclined, the condenser lens 31 must have a larger numerical aperture NA than that of the test lens 41. Otherwise, only a part of the test light returns into the wavefront sensor 10, and the wavefront of the test lens 41 cannot be measured without vignetting. Therefore, the condensing lens 31 needs a lens having a large numerical aperture NA (small F value).
FIG. 3 is a diagram for explaining the condition of the numerical aperture NA of the condenser lens 31.

図3において、波面センサ10から出た平面波(被検光)は集光レンズ31で球面波(被検光)に変換される。この球面波は、集光レンズ31の像面33で焦点を結ぶ。その後、球面波(被検光)は広がって被検レンズ41の射出瞳45に入射する。   In FIG. 3, the plane wave (test light) emitted from the wavefront sensor 10 is converted into a spherical wave (test light) by the condenser lens 31. This spherical wave is focused on the image plane 33 of the condenser lens 31. Thereafter, the spherical wave (test light) spreads and enters the exit pupil 45 of the test lens 41.

集光レンズ31の開口数NAは空気中では以下の式で表わされる。
NA=sinθ・・・・・・・・・・(1)
ここで、光軸上の物体から出た光が集光レンズ31の射出瞳を見込む角度であり開口角は2θである。
The numerical aperture NA 0 of the condenser lens 31 is expressed by the following equation in air.
NA 0 = sin θ 1 (1)
Here, the angle a is the aperture angle light emitted from an object on the optical axis expect the exit pupil of the condenser lens 31 is 2 [Theta] 1.

また、被検光学系40(図1参照)への被検光の入射角θは下記の式で表わされる。
θ=tan−1(Yu/Lu)・・・・・・(2)
ここで、Yuを被検光学系の最大像高、Luを被検光学系射出瞳45から像面33までの距離としている。
The incident angle θ 0 of the test light to the test optical system 40 (see FIG. 1) is expressed by the following equation.
θ 0 = tan −1 (Yu / Lu) (2)
Here, Yu is the maximum image height of the test optical system, and Lu is the distance from the test optical system exit pupil 45 to the image plane 33.

さらに、被検光学系40の開口数NAは以下のように表わされる。
NA=1/(2Fu)・・・・・・・・・(3)
ここで、Fuを被検光学系40のF値としている。
Further, the numerical aperture NA 1 of the test optical system 40 is expressed as follows.
NA 1 = 1 / (2Fu) (3)
Here, Fu is the F value of the test optical system 40.

また、NAは以下の式を満たす。
NA=sinα・・・・・ ・・・(4)
ここで、被検光学系41の射出瞳45の開口角を2αとしている。
NA 1 satisfies the following expression.
NA 1 = sin α 0 (4)
Here, it is the aperture angle of the exit pupil 45 of the optical system to be measured 41 and 2.alpha 0.

数式3と数式4とより以下の式が導かれる。
α=sin−1(NA)=sin−1(1/2Fu)・・(5)
The following equations are derived from Equations 3 and 4.
α 0 = sin −1 (NA 1 ) = sin −1 (1 / 2Fu) (5)

θはθとαとの合計であるため、θは以下の式で表わされる。
θ=θ+α・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)
Since θ 1 is the sum of θ 0 and α 0 , θ 1 is expressed by the following equation.
θ 1 = θ 0 + α 0 (6)

射出瞳位置が有限な被検レンズ41では、集光レンズ31のNAを被検レンズ41のNAと一致させた場合に軸外光束がケラレてしまう。そのため、集光光学系のレンズにF値が小さく明るい集光レンズ31を使用し、波面センサ10内へ確実に被検光が戻るようにしなければならない。そのためには、実際に使用する集光光学系のNAを入射光から計算されるNAよりも大きくしなければならない。よって下記の不等式が成り立たなければならない。
NA>sinθ・・・・・・・・・・(7)
In the test lens 41 having a finite exit pupil position, the off-axis luminous flux is vignetted when the NA of the condensing lens 31 is matched with the NA of the test lens 41. Therefore, it is necessary to use the condensing lens 31 having a small F value and a bright condensing optical system so as to surely return the test light into the wavefront sensor 10. For that purpose, the NA of the condensing optical system actually used must be made larger than NA 0 calculated from the incident light. Therefore, the following inequality must hold.
NA> sinθ 1 (7)

数式2,数式5,数式6,数式7より、下記の不等式8が導かれる。
・・・(8)
From Equation 2, Equation 5, Equation 6, and Equation 7, the following inequality 8 is derived.
... (8)

また、波面センサ10内へ戻り光を確実に戻るようにするためには、集光光学系のレンズにF値の小さい明るいレンズを選ぶ必要がある。そのため、集光光学系のF値をF1とすると、少なくともF1はFuよりも小さくなければならない。そのためF1とFuの関係は下記の式を満たさなければならない。
F1<Fu・・・・・・・・・・・・(9)
Further, in order to surely return the returned light into the wavefront sensor 10, it is necessary to select a bright lens having a small F value as the lens of the condensing optical system. Therefore, if the F value of the condensing optical system is F1, at least F1 must be smaller than Fu. Therefore, the relationship between F1 and Fu must satisfy the following equation.
F1 <Fu (9)

さらに、集光光学系の焦点距離をfd、波面センサ10からの被検光の光束の径をφiとするとF1=fd/φiなので数式9は以下のように変換できる。
fd<Fuφi・・・・・・・・・(10)
Furthermore, if the focal length of the condensing optical system is fd and the diameter of the light beam of the test light from the wavefront sensor 10 is φi, then F1 = fd / φi, so Equation 9 can be converted as follows.
fd <Fuφi (10)

第1測定装置100の光学系は数式8および数式10を満たすことにより、被検レンズ41の視野全体を細かく測定することができる。   The optical system of the first measuring device 100 can measure the entire visual field of the lens 41 to be measured finely by satisfying the mathematical expressions 8 and 10.

(第2実施形態)
<第2測定装置200の構成>
図4は、第2測定装置200の構成の概略を示した図である。第2測定装置200は、波面計測装置20と、基準焦点板32と、被検光学系40と、電子計算機21とを有している。波面計測装置20は、波面センサ10と集光レンズ31と反射部材18とを有している。波面センサ10は第1実施形態で説明した構成である。
(Second Embodiment)
<Configuration of Second Measuring Device 200>
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the configuration of the second measuring apparatus 200. The second measuring device 200 includes a wavefront measuring device 20, a reference focusing plate 32, a test optical system 40, and an electronic computer 21. The wavefront measuring apparatus 20 includes the wavefront sensor 10, the condenser lens 31, and the reflecting member 18. The wavefront sensor 10 has the configuration described in the first embodiment.

波面計測装置20は、X軸及びY軸方向に波面計測装置20を移動させることができるXY軸移動装置16Bと,Z軸方向に波面計測装置20を移動させることができるZ軸移動装置17とを備えている。波面計測装置20に取り付けられているXY軸移動装置16BまたはZ軸移動装置17は、波面センサ10と集光レンズ31との相対位置を変化させずに、波面計測装置20を同時に移動させることができる。基準焦点板32は、集光光学系側の面に反射率が高く平面度が高い反射面321と、光束が通るための穴である小開口322とを有している。また、基準焦点板32は、波面計測装置20と被検光学系40との間であり、被検光学系41のほぼ像面33上に配置されている。   The wavefront measuring device 20 includes an XY-axis moving device 16B that can move the wavefront measuring device 20 in the X-axis and Y-axis directions, and a Z-axis moving device 17 that can move the wavefront measuring device 20 in the Z-axis direction. It has. The XY-axis moving device 16B or the Z-axis moving device 17 attached to the wavefront measuring device 20 can simultaneously move the wavefront measuring device 20 without changing the relative position between the wavefront sensor 10 and the condenser lens 31. it can. The reference focusing screen 32 has a reflecting surface 321 having a high reflectivity and a high flatness on a surface on the condensing optical system side, and a small opening 322 that is a hole through which a light beam passes. The reference focusing plate 32 is disposed between the wavefront measuring apparatus 20 and the test optical system 40 and is disposed substantially on the image plane 33 of the test optical system 41.

図5(a)は、焦点基準板32の平面図である。焦点基準板32は、少なくとも一方のZ軸側の面が反射面321となっており、ほぼ正方形の平面を有している。また、X軸とY軸方向に5行5列の計25個の丸い小開口322が形成されている。X軸方向とY軸方向の隣り合う小開口323同士は等間隔に配置されており、各小開口323の位置は被検レンズ41上の透過波面を測定したい位置に対応している。図5(a)では、焦点基準板32は正方形であるが長方形であってもよく、焦点基準板32が長方形の場合にはたとえばX軸とY軸方向に5行5列の計25個の丸い小開口322が形成されている。   FIG. 5A is a plan view of the focus reference plate 32. The focus reference plate 32 has at least one Z-axis side surface as a reflection surface 321 and has a substantially square plane. In addition, a total of 25 round small openings 322 of 5 rows and 5 columns are formed in the X-axis and Y-axis directions. The adjacent small openings 323 in the X-axis direction and the Y-axis direction are arranged at equal intervals, and the position of each small opening 323 corresponds to the position where the transmitted wavefront on the test lens 41 is desired to be measured. In FIG. 5A, the focus reference plate 32 is square but may be rectangular. When the focus reference plate 32 is rectangular, for example, a total of 25 rows of 5 rows and 5 columns in the X-axis and Y-axis directions are used. A round small opening 322 is formed.

図5(b)は、焦点基準板32の図5(a)の点線A−Aにおける断面図である。被検レンズ41(図4参照)の透過波面の測定を行いたい場合は、被検光の光軸AXL(E1で示されている。)が小開口322に入るようにXY軸移動装置16Bが波面計測装置20を移動させる。つまり、XY軸移動装置16Bは焦点レンズ31の焦点を小開口322に合わせる。   FIG. 5B is a cross-sectional view of the focus reference plate 32 taken along the dotted line AA in FIG. When it is desired to measure the transmitted wavefront of the test lens 41 (see FIG. 4), the XY axis moving device 16B is set so that the optical axis AXL (indicated by E1) of the test light enters the small aperture 322. The wavefront measuring apparatus 20 is moved. That is, the XY axis moving device 16B focuses the focus lens 31 on the small aperture 322.

焦点レンズ31の焦点位置の調整を行いたい場合は、被検光の光軸AXL(E1で示されている。)が反射面321で反射されるようにXY軸移動装置16Bが波面計測装置20を移動させる。つまり、XY軸移動装置16Bは、焦点レンズ31の焦点位置を反射板321上に移動させる。   When the focal position of the focus lens 31 is to be adjusted, the XY axis moving device 16B is used by the wavefront measuring device 20 so that the optical axis AXL (indicated by E1) of the test light is reflected by the reflecting surface 321. Move. That is, the XY axis moving device 16B moves the focal position of the focal lens 31 onto the reflecting plate 321.

<被検レンズ41の焦点位置の測定>
被検レンズ41は、波面計測装置200を用いて透過波面の測定を行った後に、カメラなどの製品に組み込まれる。例えば、被検レンズ41は交換レンズであり、被検レンズ41の焦点面にカメラのCCDが配置される。被検レンズ41の焦点面は、図4における像面33の位置になる。しかし実際は、被検レンズ41の焦点面は設計値の像面33の位置より僅かにずれることがある。被検レンズ41の焦点面のずれに起因して像質劣化が発生する。そのため、被検レンズ41の焦点位置を正確に測っておくことが重要になる。
<Measurement of focal position of lens 41>
The test lens 41 is incorporated into a product such as a camera after measuring the transmitted wavefront using the wavefront measuring apparatus 200. For example, the test lens 41 is an interchangeable lens, and the CCD of the camera is disposed on the focal plane of the test lens 41. The focal plane of the test lens 41 is the position of the image plane 33 in FIG. However, in practice, the focal plane of the lens 41 to be tested may be slightly shifted from the position of the design image plane 33. Image quality deterioration occurs due to the shift of the focal plane of the test lens 41. For this reason, it is important to accurately measure the focal position of the lens 41 to be examined.

図6は、第2測定装置200において基準焦点板32の位置の測定を行っている状態を示した図である。図6を使って被検レンズ41の焦点位置の測定方法を説明する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the position of the reference focusing screen 32 is being measured in the second measuring apparatus 200. A method for measuring the focal position of the lens 41 will be described with reference to FIG.

基準焦点板32が像面33の近傍に配置される。被検光が基準焦点板32の反射面321に照射されるように、波面計測装置20が基準焦点板32に対して相対移動する。波面センサ10から照射される被検光は、矢印LA1で示されるように集光レンズ31に−Z軸方向に入射する。この被検光は、矢印LA2で示されるように集光レンズ31を透過し、基準焦点板32の反射面321で反射して矢印LA3で示されるように再び集光レンズ31に入射する。矢印LA3の被検光が集光レンズ31に入射する位置は、光軸AX31を中心として矢印LA2の被検光が集光レンズ31から照射した位置に対称な位置である。その後、光は集光レンズ31を透過して反射部材18で反射する。反射部材18で反射された被検光は、矢印LA4に示されるように進み、基準焦点板32の反射面321で反射して矢印LA5で示されるように再び集光レンズ31に入射する。集光レンズ31を通過した被検光は矢印LA6に示されるように波面センサ10に戻る。   A reference focusing plate 32 is disposed in the vicinity of the image plane 33. The wavefront measuring apparatus 20 moves relative to the reference focusing plate 32 so that the test light is irradiated onto the reflection surface 321 of the reference focusing plate 32. The test light emitted from the wavefront sensor 10 enters the condenser lens 31 in the −Z-axis direction as indicated by an arrow LA1. The test light passes through the condenser lens 31 as indicated by the arrow LA2, is reflected by the reflecting surface 321 of the reference focusing plate 32, and enters the condenser lens 31 again as indicated by the arrow LA3. The position at which the test light indicated by the arrow LA3 is incident on the condenser lens 31 is symmetrical with respect to the position where the test light indicated by the arrow LA2 is irradiated from the condenser lens 31 with the optical axis AX31 as the center. Thereafter, the light passes through the condenser lens 31 and is reflected by the reflecting member 18. The test light reflected by the reflecting member 18 proceeds as indicated by an arrow LA4, is reflected by the reflecting surface 321 of the reference focusing plate 32, and enters the condenser lens 31 again as indicated by an arrow LA5. The test light that has passed through the condenser lens 31 returns to the wavefront sensor 10 as indicated by the arrow LA6.

電子計算機21は、波面センサ10に戻った被検光と参照光との合成光を解析することによって、基準焦点板32の位置を測定することができる。   The electronic computer 21 can measure the position of the standard focusing screen 32 by analyzing the combined light of the test light and the reference light that has returned to the wavefront sensor 10.

ここで、反射部材18は矢印LA1の被検光を遮らないようにするため、集光レンズ31の光軸を遮らない配置されている。また、反射部材18の大きさは、反射面321で反射した被検光(矢印LA3)が集光レンズ31のどの位置に入射しても対応できるように、集光レンズ31の半径に近い大きさか、それ以上の大きさであることが望ましい。   Here, the reflecting member 18 is disposed so as not to block the optical axis of the condenser lens 31 so as not to block the test light indicated by the arrow LA1. Further, the size of the reflecting member 18 is close to the radius of the condensing lens 31 so that the test light reflected by the reflecting surface 321 (arrow LA3) can correspond to any position on the condensing lens 31. On the other hand, it is desirable to have a larger size.

電子計算機21が基準焦点板32の位置を測定した結果、集光レンズ31の焦点位置が基準焦点板32の反射面321の位置(Z軸方向)と一致していない場合には、Z軸移動装置17は波面計測装置20をZ軸方向に移動させる。そして、集光レンズ31の焦点位置と基準焦点板32の反射面321とが一致するようにする。これで、集光レンズ31の焦点位置は校正されたことになる。再確認が必要であれば、再び、波面センサ10からLA1に示される被検光を照射する。そして矢印LA6に示される被検光が電子計算機21によって解析される。   As a result of measuring the position of the reference focusing screen 32 by the electronic computer 21, if the focal position of the condenser lens 31 does not coincide with the position (Z-axis direction) of the reflecting surface 321 of the reference focusing plate 32, the Z-axis movement is performed. The device 17 moves the wavefront measuring device 20 in the Z-axis direction. Then, the focal position of the condenser lens 31 and the reflecting surface 321 of the reference focusing plate 32 are made to coincide. Thus, the focal position of the condenser lens 31 is calibrated. If reconfirmation is necessary, the test light indicated by LA1 is again emitted from the wavefront sensor 10. The test light indicated by the arrow LA6 is analyzed by the electronic computer 21.

その後、波面測定装置20は、被検光を基準焦点板32の小開口323を通過できるように僅かにX方向またはY方向に動かされ、被検レンズ41の焦点位置を測定する。被検レンズ41の焦点位置の測定は、Z軸移動装置17によって波面計測装置20をZ軸方向に移動させ、撮像素子15においてフォーカスを合わせることにより行う。そして、電子計算機21は、被検レンズ41の像面33からのずれを計算する。順次、各小開口322における焦点位置を測定すると、電子計算機21は、被検レンズ41の像面の湾曲状態や傾き状態を解析することも可能である。以上のような方法により、被検レンズ41の正確な焦点位置を測定することができる。   Thereafter, the wavefront measuring apparatus 20 is moved slightly in the X direction or the Y direction so that the test light can pass through the small opening 323 of the reference focus plate 32, and measures the focal position of the test lens 41. The focal position of the test lens 41 is measured by moving the wavefront measuring device 20 in the Z-axis direction by the Z-axis moving device 17 and focusing on the image sensor 15. Then, the electronic calculator 21 calculates the deviation of the lens 41 to be examined from the image plane 33. When the focal position at each small aperture 322 is sequentially measured, the electronic calculator 21 can also analyze the curved state and the inclined state of the image plane of the lens 41 to be examined. With the method as described above, the accurate focal position of the lens 41 to be measured can be measured.

また、図6における被検光(矢印LA1から矢印LA6)は、集光レンズ31と基準焦点板32との間を2往復することになる。このため、焦点位置の測定感度が2倍に高くなる。また、基準焦点板32に斜めに入射するときの光の入射角をθとすると、光路の長さは傾いていない場合の光路の長さに比べて集光レンズ31と基準焦点板32の間の光路長は1/cosθ倍になる。そのため、測定精度を1/cosθ倍向上させることができる。   Further, the test light (arrows LA1 to LA6) in FIG. 6 reciprocates between the condenser lens 31 and the reference focusing screen 32 twice. For this reason, the measurement sensitivity of the focal position is doubled. Further, if the incident angle of light when entering the reference focusing plate 32 obliquely is θ, the length of the optical path is between the condenser lens 31 and the reference focusing plate 32 as compared to the length of the optical path when not inclined. Is 1 / cos θ times. Therefore, the measurement accuracy can be improved by 1 / cos θ.

第2実施形態では、小開口322が開いていない焦点基準板32B(図示せず)を用いることも可能である。集光レンズ31の焦点を求める場合は像面33に焦点基準板32Bを挿入する。被検光学系40の透過波面を測定する場合には、焦点基準板32Bを被検光を遮らない位置まで焦点基準板32Bを移動させる。この場合には、必ずしも波面計測装置20にXY軸移動装置を取り付ける必要はないが、焦点基準板32BにXY軸移動装置を取り付ける必要がある。   In the second embodiment, it is also possible to use a focus reference plate 32B (not shown) in which the small opening 322 is not opened. When the focus of the condenser lens 31 is obtained, a focus reference plate 32B is inserted into the image surface 33. When measuring the transmitted wavefront of the test optical system 40, the focus reference plate 32B is moved to a position where the focus reference plate 32B does not block the test light. In this case, it is not always necessary to attach the XY axis moving device to the wavefront measuring apparatus 20, but it is necessary to attach the XY axis moving device to the focus reference plate 32B.

(第3実施形態)
<第3測定装置300の構成>
図7は、第3測定装置300の構成の概略を示した図である。第3測定装置300は、被検光学系40に被検凹面鏡43と反射凹面鏡44とを有し、被検凹面鏡43の反射波面の測定を行うことができる。
(Third embodiment)
<Configuration of Third Measuring Apparatus 300>
FIG. 7 is a diagram showing an outline of the configuration of the third measuring apparatus 300. The third measuring apparatus 300 includes a test concave mirror 43 and a reflective concave mirror 44 in the test optical system 40, and can measure the reflected wavefront of the test concave mirror 43.

波面センサ10の構成は第2測定装置200と等しい。波面センサ10をXY軸移動装置16Aによって移動させることにより集光レンズ31上の光束の入射位置を調整することができるため、被検凹面鏡43への被検光の入射位置は波面センサ10のXY軸移動装置16Aによって調整される。また、波面計測装置20及び基準焦点板32の構成も第2測定装置200と等しい。基準焦点板32は被検凹面鏡43の像面34に配置される。集光レンズ31の焦点距離は波面計測装置20のZ軸移動装置17によって像面34に合わせられる。被検凹面鏡43の反射波面を測定するときは、波面計測装置20のXY軸移動装置16Bによって波面計測装置20を移動させ、基準焦点板32の小開口321(図6(a)参照)の位置に集光レンズ31の焦点位置を合わせる。   The configuration of the wavefront sensor 10 is the same as that of the second measuring device 200. Since the incident position of the light beam on the condenser lens 31 can be adjusted by moving the wavefront sensor 10 by the XY axis moving device 16A, the incident position of the test light on the test concave mirror 43 is the XY of the wavefront sensor 10. It is adjusted by the shaft moving device 16A. The configurations of the wavefront measuring device 20 and the reference focusing screen 32 are also the same as those of the second measuring device 200. The reference focusing screen 32 is disposed on the image plane 34 of the concave mirror 43 to be examined. The focal length of the condenser lens 31 is adjusted to the image plane 34 by the Z-axis moving device 17 of the wavefront measuring device 20. When measuring the reflected wavefront of the concave mirror 43 to be detected, the wavefront measuring device 20 is moved by the XY axis moving device 16B of the wavefront measuring device 20, and the position of the small aperture 321 (see FIG. 6A) of the reference focusing screen 32 The focus position of the condensing lens 31 is adjusted.

波面センサ10より照射された平面波は集光レンズ31で球面波に変換されて被検凹面鏡43に入射する。その後、被検凹面鏡43で反射した光は反射凹面鏡44で反射され、戻り光となって被検凹面鏡43、集光レンズ31を通り、波面計測装置20へ戻る。ビームスプリッター12で参照鏡13において反射した光と重なり合って合成光を作り、結像レンズ14を通って撮像素子15に結像する。撮像素子15に達した光は干渉縞を作り、その干渉縞は電子計算機21で解析される。   The plane wave irradiated from the wavefront sensor 10 is converted into a spherical wave by the condenser lens 31 and is incident on the concave mirror 43 to be detected. Thereafter, the light reflected by the concave concave mirror 43 is reflected by the reflective concave mirror 44 and returns to the wavefront measuring device 20 through the concave concave mirror 43 and the condenser lens 31 as return light. The beam splitter 12 overlaps with the light reflected by the reference mirror 13 to create a combined light, and forms an image on the image sensor 15 through the imaging lens 14. The light reaching the image sensor 15 creates interference fringes, which are analyzed by the electronic computer 21.

(第4実施形態)
<第4測定装置400の構成>
図8は、第4測定装置400の構成の概略を示した図である。図4測定装置400は、第4波面センサ30において光束を2つに分けるためのユニットとして、ハーフミラーなどのビームスプリッター12に代えて偏光ビームスプリッター121を使用した測定装置である。また光源11BはP偏光とS偏光とを含む光束を照射できるユニットが配置される。
(Fourth embodiment)
<Configuration of Fourth Measuring Device 400>
FIG. 8 is a diagram showing an outline of the configuration of the fourth measuring apparatus 400. 4 is a measurement apparatus that uses a polarization beam splitter 121 instead of the beam splitter 12 such as a half mirror as a unit for dividing the light beam into two in the fourth wavefront sensor 30. The light source 11B is provided with a unit capable of emitting a light beam including P-polarized light and S-polarized light.

偏光ビームスプリッター121を使用するために、偏光ビームスプリッター121と集光レンズ31との間に1/4波長板WP1が配置されている。偏光ビームスプリッター121と参照鏡13との間に1/4波長板WP1を配置されている。また、偏光ビームスプリッター121と結像レンズ14との間に偏光板WP2が配置されている。その他の装置の構成は、第1測定装置100と同じである。   In order to use the polarization beam splitter 121, a quarter-wave plate WP 1 is disposed between the polarization beam splitter 121 and the condenser lens 31. A quarter-wave plate WP1 is disposed between the polarization beam splitter 121 and the reference mirror 13. A polarizing plate WP2 is disposed between the polarizing beam splitter 121 and the imaging lens 14. Other configurations of the apparatus are the same as those of the first measuring apparatus 100.

<第4測定装置400の動作>
次に第4測定装置400によって被検レンズ41を測定する際の動作について説明する。
光源11Bから、矢印L11に示されるようにP偏光とS偏光とを含む光束が照射される。その光束速は偏光ビームスプリッター121においてS偏光とP偏光に分かれる。
<Operation of Fourth Measuring Apparatus 400>
Next, an operation when measuring the test lens 41 with the fourth measuring device 400 will be described.
A light beam including P-polarized light and S-polarized light is irradiated from the light source 11B as indicated by an arrow L11. The beam speed is divided into S-polarized light and P-polarized light in the polarization beam splitter 121.

矢印LY11に示されるように−Z軸方向に反射されたP偏光(またはS偏光)の被検光は、1/4波長板WP1を通り円偏光となって集光レンズ31に向かう。矢印LY12に示されるように被検光は集光レンズ31を透過して被検レンズ41に向かい、被検レンズ41を透過して反射鏡42で反射される。反射鏡42で反射された光は、矢印LY13に示されるように反射鏡42までの光路を逆に戻る。戻った円偏光の被検光は矢印LY14に示されるように1/4波長板WP1においてS偏光(P偏光)になって偏光ビームスプリッター121に戻り、偏光ビームスプリッター121を通過する。   As indicated by the arrow LY11, the test light of P-polarized light (or S-polarized light) reflected in the −Z-axis direction passes through the quarter-wave plate WP1 and becomes circularly polarized light and travels toward the condenser lens 31. As indicated by an arrow LY12, the test light passes through the condenser lens 31 and travels toward the test lens 41, passes through the test lens 41, and is reflected by the reflecting mirror. The light reflected by the reflecting mirror 42 returns to the reverse optical path to the reflecting mirror 42 as indicated by an arrow LY13. The returned circularly polarized test light becomes S-polarized light (P-polarized light) in the quarter-wave plate WP1 as shown by an arrow LY14, returns to the polarizing beam splitter 121, and passes through the polarizing beam splitter 121.

他方、偏光ビームスプリッター121を透過し−X軸方向に向かうS偏光(またはP偏光)は、矢印LX11に示されるように1/4波長板WP1によって円偏光となり参照鏡13に向かう。矢印LX12に示されるように参照鏡13で反射された光は1/4波長板WP1でP偏光(S偏光)となり偏光ビームスプリッター121に戻り、偏光ビームスプリッター121で反射される。   On the other hand, the S-polarized light (or P-polarized light) transmitted through the polarizing beam splitter 121 and traveling in the −X-axis direction becomes circularly polarized light by the quarter-wave plate WP1 and travels toward the reference mirror 13 as indicated by an arrow LX11. As indicated by an arrow LX12, the light reflected by the reference mirror 13 becomes P-polarized light (S-polarized light) by the quarter-wave plate WP1, returns to the polarizing beam splitter 121, and is reflected by the polarizing beam splitter 121.

被検光学系40と参照鏡13とから戻った光は偏光ビームスプリッター121において重なり合い、矢印LC11に示されるように偏光板WP2で同一方向の偏光に整えられて干渉縞となる。干渉縞の光束は結像レンズ14を通り、撮像素子15に結像された光は電子計算機21によって解析される。このようにして第4測定装置400は、被検レンズ41被検レンズ41の透過波面を測定する。   The light returned from the test optical system 40 and the reference mirror 13 overlaps in the polarization beam splitter 121, and is adjusted to polarized light in the same direction by the polarizing plate WP2 as indicated by an arrow LC11 to form interference fringes. The light beam of the interference fringe passes through the imaging lens 14, and the light imaged on the image sensor 15 is analyzed by the electronic computer 21. In this way, the fourth measuring apparatus 400 measures the transmitted wavefront of the test lens 41.

(第5実施形態)
図9は、第5測定装置500の構成の概略を示した図である。第5測定装置500は、第1実施形態の第1測定装置100の結像レンズ14および撮像素子15に代えて、第5波面センサ35の干渉縞検出部にシャック・ハルトマンセンサ51を用いている。シャック・ハルトマンセンサ51は複数のレンズアレイ52と撮像素子15により構成される。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing an outline of the configuration of the fifth measuring apparatus 500. The fifth measuring apparatus 500 uses the Shack-Hartmann sensor 51 for the interference fringe detection unit of the fifth wavefront sensor 35 instead of the imaging lens 14 and the image sensor 15 of the first measuring apparatus 100 of the first embodiment. . The Shack-Hartmann sensor 51 includes a plurality of lens arrays 52 and the image sensor 15.

シャック・ハルトマンセンサ51を通過する光束は、レンズアレイ52ごとの小光束に変換され、撮像素子15上に集光する。レンズアレイ52が集光手段としての役割を持つため、結像レンズは必要としない。また、シャック・ハルトマンセンサ51は、干渉計と異なり、光源に可干渉性の良くない光を用いることができる。そのため、図5測定装置500の光源11Aには白色光源等の光源を用いてもよい。その他の構成は、第1測定装置100と同じである。   The light beam that passes through the Shack-Hartmann sensor 51 is converted into a small light beam for each lens array 52 and condensed on the image sensor 15. Since the lens array 52 has a role as a condensing unit, an imaging lens is not necessary. Further, unlike the interferometer, the Shack-Hartmann sensor 51 can use light with poor coherence as a light source. Therefore, a light source such as a white light source may be used as the light source 11A of the measurement apparatus 500 in FIG. Other configurations are the same as those of the first measurement apparatus 100.

第5測定装置500を用いて被検レンズ41の透過波面を測定するときは、XY軸移動装置16Aにより波面センサ50を移動させて集光レンズ31に入射する光束の位置を調整し、被検レンズ41上の透過波面測定位置を決める。光束が通過する光路は第1測定装置100と同じである。被検光学系41から戻った被検光と、参照鏡13で反射された参照光とはビームスプリッター12を通り、シャック・ハルトマンセンサ51に向かう。複数のレンズアレイ52はビームスプリッター12から導かれた光束を小光束に変換し、撮像素子15上に集光する。参照光は理想波面を形成する参照鏡13によって反射されたものであるので、各マイクロレンズアレイ52の光軸上に集光する。しかし、被検光は被検レンズ41の収差を含んでいるため、必ずしもレンズアレイ52の光軸上に集光しない。この参照光と被検光の集光点の位置ずれ量より被検レンズ41の波面収差を求めることができる。なお、参照光と被検光での測定は独立に行うため、ビームスプリッター12と参照鏡13の間とビームスプリッター12と集光レンズ31との間には各々シャッター(不図示)が配置される。   When the transmitted wavefront of the test lens 41 is measured using the fifth measuring device 500, the wavefront sensor 50 is moved by the XY axis moving device 16A to adjust the position of the light beam incident on the condenser lens 31, and the test is performed. The transmitted wavefront measurement position on the lens 41 is determined. The optical path through which the light beam passes is the same as that of the first measuring device 100. The test light returned from the test optical system 41 and the reference light reflected by the reference mirror 13 pass through the beam splitter 12 and go to the Shack-Hartmann sensor 51. The plurality of lens arrays 52 convert the light beam guided from the beam splitter 12 into a small light beam and collect it on the image sensor 15. Since the reference light is reflected by the reference mirror 13 that forms the ideal wavefront, it is condensed on the optical axis of each microlens array 52. However, since the test light includes the aberration of the test lens 41, the test light is not necessarily condensed on the optical axis of the lens array 52. The wavefront aberration of the test lens 41 can be obtained from the amount of positional deviation between the converging points of the reference light and the test light. Since the measurement with the reference light and the test light is performed independently, a shutter (not shown) is disposed between the beam splitter 12 and the reference mirror 13 and between the beam splitter 12 and the condenser lens 31. .

以上実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions, improvements, combinations, and the like can be made.

10、30、35、37 波面センサ
11、11A、11B 光源
12 ビームスプリッター
13 参照鏡
14 結像レンズ
15 撮像素子
16A、16B XY軸移動装置
17 Z軸移動装置
18 反射部材
20 波面計測装置
21 電子計算機
31 集光レンズ
32、32B 基準焦点板
40 被検光学系
41 被検レンズ
42 反射鏡
43 被検凹面鏡
44 反射凹面鏡
45 射出瞳
51 シャック・ハルトマンセンサ
52 レンズアレイ
100、200、300、400、500 測定装置
121 偏光ビームスプリッター
321 反射面
322 小開口
AXL 被検光の主光線
AX31 集光レンズ31の光軸
AX41 被検レンズ41の光軸
WP1 1/4波長板
WP2 偏光板
10, 30, 35, 37 Wavefront sensor 11, 11A, 11B Light source 12 Beam splitter 13 Reference mirror 14 Imaging lens 15 Imaging element 16A, 16B XY axis moving device 17 Z axis moving device 18 Reflecting member 20 Wavefront measuring device 21 Computer 31 Condensing lens 32, 32B Reference focusing plate 40 Optical system to be tested 41 Test lens 42 Reflective mirror 43 Test concave mirror 44 Reflective concave mirror 45 Exit pupil 51 Shack-Hartmann sensor 52 Lens array 100, 200, 300, 400, 500 Measurement Device 121 Polarizing beam splitter 321 Reflecting surface 322 Small aperture AXL Main ray of test light AX31 Optical axis of condenser lens 31 AX41 Optical axis of test lens 41 WP1 1/4 wavelength plate WP2 Polarizing plate

Claims (9)

被検光学系に向けられた被検光を被検光学系を介して検出する波面センサで、前記被検光学系の特性を測定する測定装置であって、
前記被検光を前記被検光学系像点に集光させる集光光学系と、
前記集光光学系の光軸と交差する方向に、前記集光光学系に対して前記波面センサを移動させる第1移動部と、
を備える測定装置。
A wavefront sensor for detecting test light directed to the test optical system through the test optical system, a measuring device for measuring the characteristics of the test optical system,
A condensing optical system for condensing the test light on the image point of the test optical system;
A first moving unit that moves the wavefront sensor relative to the condensing optical system in a direction intersecting the optical axis of the condensing optical system;
A measuring apparatus comprising:
前記集光光学系の開口数(NA)は前記被検光学系の開口数よりも大きい請求項1に記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein a numerical aperture (NA) of the condensing optical system is larger than a numerical aperture of the optical system to be measured. 前記被検光学系の最大像高をYu、前記被検光学系の射出瞳から像面までの距離をLu、前記被検光学系のF値をFuとするとき、前記集光光学系の開口数(NA)は以下の式が成立する請求項2に記載の測定装置。
When the maximum image height of the test optical system is Yu, the distance from the exit pupil of the test optical system to the image plane is Lu, and the F value of the test optical system is Fu, the aperture of the condensing optical system The measuring apparatus according to claim 2, wherein the number (NA) satisfies the following expression.
前記集光光学系の直径は前記被検光の直径よりも大きく、前記集光光学系の焦点距離fd、前記被検光のビーム径φiとするとき、
fd<Fu×φi
を満たす請求項3に記載の測定装置。
When the diameter of the condensing optical system is larger than the diameter of the test light, the focal length fd of the condensing optical system, and the beam diameter φi of the test light,
fd <Fu × φi
The measurement apparatus according to claim 3, wherein:
前記集光光学系と前記被検光学系との間に配置され、前記集光光学系側の面は高い反射率の反射面を有している焦点基準板と、
前記集光光学系よりも前記波面センサ側で且つ前記被検光の光軸を含まずさらに前記被検光を遮らないように配置され、前記集光光学系側に反射面を有する反射部材と、
前記集光光学系の光軸方向と前記光軸と交差する方向とに、前記焦点基準板に対して前記波面センサおよび前記集光光学系を移動させる第2移動部と、
を備える請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の測定装置。
A focus reference plate disposed between the condensing optical system and the test optical system, and the surface on the condensing optical system side has a reflective surface with a high reflectance;
A reflection member that is disposed on the wavefront sensor side of the condensing optical system, does not include the optical axis of the test light, and does not block the test light, and has a reflecting surface on the condensing optical system side; ,
A second moving unit that moves the wavefront sensor and the condensing optical system with respect to the focus reference plate in an optical axis direction of the condensing optical system and a direction intersecting the optical axis;
The measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記焦点基準板が、前記被検光が通過可能な小開口を有している請求項5に記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 5, wherein the focus reference plate has a small opening through which the test light can pass. 前記被検光学系は透過レンズおよび反射鏡を含み、前記特性は波面収差を含む請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the test optical system includes a transmission lens and a reflecting mirror, and the characteristic includes wavefront aberration. 前記被検光学系は凹面鏡および反射鏡を含み、前記特性は波面収差を含む請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the test optical system includes a concave mirror and a reflecting mirror, and the characteristic includes wavefront aberration. 前記波面センサはトワイマン・グリーン干渉計またはシャック・ハルトマンセンサを含む請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the wavefront sensor includes a Twyman-Green interferometer or a Shack-Hartmann sensor.
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