JP2017513043A - A method for setting tolerances on optical surfaces using local pupil regions - Google Patents
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Abstract
光学系のレンズ素子の光学面に、光学面のインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法が開示される。この方法は、光学面について、対応するフィールド点を像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、局所瞳領域内の光学面の特性についての公差Tを、フィールド点についての光学系の性能測定基準に基づいて定める工程と、光学面の特性を性能測定基準に関連付ける係数Cを取得するために、局所瞳領域に亘って、インターフェログラムの面形状に多項式をあてはめる工程と、フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを係数Cと比較する工程とを含む。光学面全体に対して公差を設定するために、光学面全体に公差を設定するために、この処理を、インターフェログラムに関して異なる局所瞳領域位置について繰り返してもよい。A method for setting a tolerance on an optical surface of a lens element of an optical system based on an interferogram of the optical surface is disclosed. This method defines, for an optical surface, a local pupil region having a corresponding field point in the image plane, a tolerance T for the characteristics of the optical surface in the local pupil region, and the performance of the optical system for the field point. The step of determining based on the metric, the step of applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region to obtain the coefficient C relating the characteristics of the optical surface to the performance metric, and the field points , Comparing the tolerance T with the coefficient C to see if C <T. In order to set tolerances for the entire optical surface, this process may be repeated for different local pupil region positions with respect to the interferogram to set tolerances for the entire optical surface.
Description
本開示は、光学面に対する公差設定に関し、特に、局所瞳領域を用いて、光学系の光学面に対して公差を設定する方法に関する。 The present disclosure relates to tolerance setting for an optical surface, and more particularly, to a method for setting tolerance for an optical surface of an optical system using a local pupil region.
本明細書で引用される出版物または特許文献の開示は、いずれも全体として引用により組み込まれる。 The disclosures of all publications or patent documents cited herein are incorporated by reference in their entirety.
全ての光学系は、屈折レンズ、ミラー、ビームスプリッタ―などの形状の1つ以上の光学素子によって構成されている。光学素子を製造する全ての方法は、光学素子が完璧に作製されたなら得られる理想性能と比べて、光学性能を低下させる何らかの種類の面形状誤差を発生する。したがって、概して、光学系では、その系の光学素子の光学面が、選択された公差内になるように作製されることが要求される。このような公差は、光学倍率、面の不均一性、理想面からの二乗平均平方根(RMS)偏差、面勾配、および、パワースペクトル密度など、光学素子の有効径に亘って測定される多数の面パラメータに適用しうるものである。 All optical systems are composed of one or more optical elements in the form of refractive lenses, mirrors, beam splitters and the like. All methods of manufacturing optical elements produce some kind of surface shape error that degrades optical performance compared to the ideal performance that can be obtained if the optical element is perfectly fabricated. Thus, in general, optical systems require that the optical surfaces of the optical elements of the system be made to be within selected tolerances. Such tolerances are a number of values measured over the effective diameter of the optical element, such as optical magnification, surface non-uniformity, root mean square (RMS) deviation from the ideal surface, surface gradient, and power spectral density. Applicable to surface parameters.
現代の光学設計ソフトウェアは、光学系の光学性能を、その系内の各光学面についての面誤差に基づいてモデル化することを考慮している。面誤差は、局在勾配誤差などのように、局在し、相対的に低い頻度を有しうるものである。そのような面誤差は、光学系の結像領域のうちの小さな部分での撮像性能に悪影響を与えうるものである。しかしながら、上記のような面パラメータついて公差設定を行う時に、有効径全体に亘って分析される場合には、そのような局在した面誤差が十分に重視されない可能性がある。さらに、所定の公差を、光学素子が置かれた光学系の性能測定基準に関連付けることが好ましい。性能測定基準の2つの例には、像面湾曲(フィールドの平坦度)および歪曲収差がある。 Modern optical design software allows for modeling the optical performance of an optical system based on surface errors for each optical surface in the system. A surface error is localized and can have a relatively low frequency, such as a localized gradient error. Such a surface error can adversely affect the imaging performance in a small part of the imaging region of the optical system. However, when the tolerance is set for the surface parameters as described above, if the analysis is performed over the entire effective diameter, such a localized surface error may not be sufficiently emphasized. Furthermore, the predetermined tolerance is preferably related to a performance metric of the optical system in which the optical element is placed. Two examples of performance metrics are field curvature (field flatness) and distortion.
本開示の1つの態様は、瞳および像面を有する光学系のフィールドレンズ素子の光学面に対して公差を設定する方法であって、光学面は、有効径および全面積ASを有する。この方法は、
a)光学面のインターフェログラムを測定する工程であって、インターフェログラムは、光学面の面形状を、光学面の有効径全体に亘って測定するものである工程と、
b)光学面のうち、面積ARと位置とを有する局所瞳領域を画定する工程であって、局所瞳領域は、対応するフィールド点を像面内に有するものである工程と、
c)局所瞳領域内の光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点についての光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
d)局所瞳領域に亘って、インターフェログラムの面形状に多項式をあてはめる工程であって、多項式は、光学面の少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
e)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
One aspect of the present disclosure is a method of setting a tolerance for an optical surface of a field lens element of an optical system having a pupil and an image surface, the optical surface having an effective diameter and a total area AS. This method
a) a step of measuring an interferogram of an optical surface, wherein the interferogram measures the surface shape of the optical surface over the entire effective diameter of the optical surface;
b) defining a local pupil region having an area AR and a position in the optical surface, the local pupil region having a corresponding field point in the image plane;
c) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
d) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial including at least one coefficient C relating at least one characteristic of the optical surface to at least one performance metric. A process that is
e) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
It has.
本開示の他の態様は、瞳および像面を有する光学系のレンズ素子の光学面に、その光学面のインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法である。この方法は、
a)光学面について、対応するフィールド点を像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)局所瞳領域内の光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点についての光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)局所瞳領域に亘って、インターフェログラムの面形状に多項式をあてはめる工程であって、多項式は、光学面の少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
d)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
Another aspect of the present disclosure is a method of setting a tolerance on an optical surface of a lens element of an optical system having a pupil and an image surface based on an interferogram of the optical surface. This method
a) defining, for an optical surface, a local pupil region having corresponding field points in the image plane;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial comprising at least one coefficient C relating at least one characteristic of the optical surface to at least one performance metric. A process that is
d) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to determine if C <T for the field point;
It has.
本開示の他の態様は、光学系の光学素子のフィールド面に、フィールド面の面形状を表すインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法である。この方法は、
a)フィールド面について、対応するフィールド点FPを光学系の像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)局所瞳領域内のフィールド面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点についての光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)フィールド面の少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの多項式係数Cを取得するように、局所瞳領域に亘って、インターフェログラムの面形状に多項式をあてはめる工程と、
d)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
Another aspect of the present disclosure is a method of setting a tolerance on a field surface of an optical element of an optical system based on an interferogram representing a surface shape of the field surface. This method
a) defining, for the field plane, a local pupil region having a corresponding field point FP in the image plane of the optical system;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the field plane in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) fitting a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region to obtain at least one polynomial coefficient C relating at least one characteristic of the field surface to at least one performance metric;
d) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to determine if C <T for the field point;
It has.
例においては、公差設定は、インターフェログラムに関して異なる位置の局所瞳領域について行われ、その異なる局所瞳領域の位置は、異なる対応するフィールド点を像面内に有するものである。本明細書では、局所瞳領域のインターフェログラムに対する移動を、局所瞳領域の「走査」と称する。 In the example, the tolerance setting is performed for local pupil regions at different positions with respect to the interferogram, and the positions of the different local pupil regions have different corresponding field points in the image plane. In this specification, the movement of the local pupil region relative to the interferogram is referred to as “scanning” of the local pupil region.
また、例においては、光学系は多数のフィールド面を含み、公差設定方法が、全てのフィールド面など、1つ以上のフィールド面に適用される。 Also, in the example, the optical system includes a number of field surfaces, and the tolerance setting method is applied to one or more field surfaces, such as all field surfaces.
さらなる特徴および利点は、以下の詳細な記載に示されると共に、その記載から、当業者には、部分的に容易に明らかであるか、または、添付の図面だけではなく、明細書および請求項に記載された実施形態を実施することによってわかるだろう。これまで記載された概略的な記載、および、以下の詳細な記載の両方が、単に例示するものにすぎず、請求項の本質および特徴を理解するための概観または骨組みを提供することを意図するものであると理解されるべきである。 Additional features and advantages are set forth in the following detailed description, and from which, the description will be readily apparent, in part, to those skilled in the art or in the specification and claims, rather than only in the accompanying drawings. It will be understood by implementing the described embodiments. Both the general description so far described and the following detailed description are merely exemplary and are intended to provide an overview or framework for understanding the nature and characteristics of the claims. Should be understood to be.
添付の図面は、さらなる理解のために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その部分を構成するものである。図面は、1つ以上の実施形態を示し、詳細な記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たすものである。したがって、本開示は、添付の図面と共に読まれるものである以下の詳細な記載から、より十分に理解されるだろう。 The accompanying drawings are included for further understanding and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate one or more embodiments and, together with the detailed description, serve to explain the principles and operations of the various embodiments. Accordingly, the present disclosure will be more fully understood from the following detailed description, which should be read in conjunction with the accompanying drawings.
ここで、添付の図面に例が示された本開示の様々な実施形態を、詳細に記載する。全図面を通して、同一または類似した部分を指すには、できる限り、同一または類似した参照番号および記号を用いる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、当業者であれば、本開示の主要な態様を示すために、どこで図面が簡略化されているか、わかるだろう。 Reference will now be made in detail to various embodiments of the disclosure, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same or similar reference numbers and symbols will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts. The drawings are not necessarily to scale, and one of ordinary skill in the art will know where the drawings are simplified to illustrate the main aspects of the present disclosure.
後述の請求項は、この詳細な記載に組み込まれて、その部分を構成するものである。 The following claims are incorporated into and constitute a part of this detailed description.
図面の中には、参考のためにデカルト座標が示されたものもあるが、方向または向きについて限定することを意図したものではない。 In some of the drawings, Cartesian coordinates are shown for reference, but are not intended to limit direction or orientation.
図1Aは、汎用光学系10の概略図である。光学系10は、物体面OPと、光軸A1と、実際には平面ではなく像曲面となりうる像面IPとを含む。光学系10は、少なくとも1つのレンズ素子Lを含むと共に、少なくとも1つのフィールドレンズ素子LFを有する少なくとも1つのフィールドレンズ群GFと、少なくとも1つのレンズ瞳P(または、開口絞りAPS)を有すると共に1つ以上の瞳レンズ素子LPを有してもよい瞳群GPとを有する。概して、瞳レンズ素子LPは、瞳PまたはPに共役なものに相対的に近くに置かれる一方、フィールドレンズ素子LFは、瞳PまたはPに共役なものから相対的に遠くに置かれる。本開示の公差設定方法は、主にフィールドレンズ素子LFに適用される。ここに示される公差設定方法の文脈において、瞳レンズ素子LPとフィールドレンズ素子LFとをいかに区別しうるかを、以下、非常に詳細に記載する。光学系10は、特定の種類の光学系に限定されるものではない。したがって、様々な非限定的な例において、光学系は、無限焦点系、焦点系(場合によっては、「非無限焦点系」と称される)、非対称系などであってもよい。
FIG. 1A is a schematic diagram of a general-purpose
図1Bは、「広角写真用対物レンズ」という名称の米国特許第2,696,758号(以下、‘758特許と称する)明細書に開示された図1Aの汎用光学系の一例の光学図である。光学系10は、レンズ素子L、つまり、フィールドレンズ群GF中のフィールドレンズ素子LF1、LF2と、瞳群GP中の瞳レンズ素子LP1〜LP4とを含む。図1Bの光学系10は、相対的に左側に遠く離れているため不図示である物体面OPを含んでいる。光学系10は、12のレンズ面Sを有し、S1〜S12と示されている。
FIG. 1B is an optical diagram of an example of the general purpose optical system of FIG. 1A disclosed in the specification of US Pat. No. 2,696,758 (hereinafter referred to as the '758 patent) entitled “Wide Angle Photographic Objective Lens”. is there. The
図1Bは、3つの光束RBも示しており、RB1、RB2、RB3と示されている。各光束RB1〜RB3は、物体面OPから像面IPまで、フィールドレンズ素子LF、瞳P、および、瞳レンズ素子LPを通って進む。各光束RB1〜RB3は、像面IPにおいて、それぞれのフィールド点FP1、FP2、FP3で合焦する。図示を容易にするために、像面IPが平面である理想的な場合を示している。瞳Pだけでなく、各レンズ面S1〜S12は、付随する有効径CA、つまり、直径(以下で初出し記述される図3を参照)を有する。したがって、所定のレンズ素子Lの2つの面Sについての有効径CAは、例えば、レンズ素子L2のレンズ面S3、S4の有効径などのように異なりうるものである。 FIG. 1B also shows three light beams RB, denoted RB1, RB2, and RB3. Each of the light beams RB1 to RB3 travels from the object plane OP to the image plane IP through the field lens element LF, the pupil P, and the pupil lens element LP. Each of the light beams RB1 to RB3 is focused at each field point FP1, FP2, FP3 on the image plane IP. For ease of illustration, an ideal case where the image plane IP is a plane is shown. Each lens surface S1 to S12 as well as the pupil P has an associated effective diameter CA, that is, a diameter (see FIG. 3 described below for the first time). Accordingly, the effective diameter CA for the two surfaces S of the predetermined lens element L can be different, for example, as the effective diameters of the lens surfaces S3 and S4 of the lens element L2.
例示された図1Bの光学系10は、フィルムでの使用のために設計された広角写真用対物レンズである。したがって、その対物レンズが設計された時点において、その技術分野で周知であるような、フィルムによる写真撮像に関する基準によって定義された撮像性能要件を有している。撮像性能要件は、1つ以上の性能測定基準によって特性が示されている。性能測定基準の例は、フィールドに依存し(つまり、像面IPにおける位置に依存し)、像面湾曲、歪曲収差、ストレール比、焦点深度、像面における波面誤差、および、変調伝達関数(MTF)を含む。
The illustrated
性能測定基準は、画質の特性を示すので、例えば、画質への実際の影響を理解するためには、さらに処理を必要とするサイデル収差の測定と比べて、利点がある。 Since the performance metric shows the characteristics of the image quality, there are advantages compared to the measurement of sidel aberration, which requires further processing, for example to understand the actual influence on the image quality.
各光学面S1からS12は、光学系10の必須または望ましい撮像性能に基づく、光学公差を有する。光学公差は、所定の光学面Sの1つ以上の特性に適用しうる。光学面に対する公差設定に関する従来技術のアプローチは、各光学面(図1Bのこの光学系10の例では、S1〜S12)の干渉測定を行い(「インターフェログラム」)、次に、各面の有効径全体に亘って、インターフェログラムを評価することを重視している。インターフェログラムは、ブルーニング他、「光学面およびレンズを検査するためのデジタル波面測定干渉計」、応用光学、13巻、11号、1974年11月、2693〜2703頁に記載された位相測定干渉法によるなど、周知の技術を用いて測定しうる。本開示の公差設定方法を行うためにインターフェログラムを測定しうる干渉計は、コネチカット州ミドルフィールドのザイゴ社、および、ニューヨーク州プレインビューのビーコ・インスツルメンツ社など多数の会社から市販のものを入手可能である。
Each optical surface S1 to S12 has an optical tolerance based on the essential or desirable imaging performance of the
本開示の公差設定方法は、所定のフィールドレンズ素子LFの所定の面Sについてインターフェログラムを測定、または、場合によっては取得し、次に、その面に投射された瞳の大きさに基づいて、インターフェログラム内の領域を検査することを含む。引き続き図1Bを参照すると共に、図2および図3の拡大図も参照すると、各光束RBが、所定の面S内の対応する領域PRを通り抜けることが観察される。図2では、例示された領域PRが、黒い太線で強調されて示されており、図3では、レンズLの有効径CA内の、より小さい円形領域として示されている。各領域PRは、光束RBが面Sに交差する部分により画定される面積ARを有する。領域PRは、半径rPRを有する。 The tolerance setting method of the present disclosure measures or acquires an interferogram for a predetermined surface S of a predetermined field lens element LF, and then, based on the size of the pupil projected on the surface. , Including examining regions within the interferogram. Continuing to refer to FIG. 1B and also to the enlarged views of FIG. 2 and FIG. 3, it is observed that each light beam RB passes through the corresponding region PR in the predetermined plane S. In FIG. 2, the illustrated region PR is shown highlighted with a thick black line, and in FIG. 3, it is shown as a smaller circular region within the effective diameter CA of the lens L. Each region PR has an area AR defined by a portion where the light beam RB intersects the surface S. Region PR has a radius r PR.
領域PRの面積ARは、光束RBの光路に沿って、瞳Pを光学系10を通して面Sに投射することによって画定される。所定の面S上の領域PRの位置は、光束RBの方向に依存する。以下、面積ARを、「局所瞳面積」と称し、以下、領域PRを、「局所瞳領域」と称する。局所瞳領域PRは、像面IP内の1つのフィールド点FPに対応する(図1Bを参照)。当然、光学系10によって物体を視野全体に亘って撮像するには、物体面OPからの光線が、各レンズ素子Lの面S全体を通って像面IPまで進む必要がある。しかしながら、各フィールド点FPにおける撮像性能は、各レンズ素子Lの各面Sにおける対応する局所瞳領域PRを通り抜ける光線によって定まる。
The area AR of the region PR is defined by projecting the pupil P onto the surface S through the
レンズ面Sは、その面の有効径CAおよび面の曲率によって画定される全面積AS(ここでは、「レンズ面の面積」と称する)を有する。局所瞳領域PRの局所瞳面積ARの、レンズ面Sの有効径CAに亘る全面積ASに対する比は、η=AR/ASと定義され、以下、「瞳面積比」と称する。フィールドレンズ素子LFは、瞳面積比ηが瞳レンズLPより小さい局所瞳領域PRを有する。一例では、フィールドレンズ素子LFは、そのレンズ面Sの少なくとも1つが、η<0.75の瞳面積比を有するレンズ素子Lと定義され、一方、瞳レンズLPは、そのレンズ面の両方が、η>0.75の瞳面積比を有するレンズ素子と定義される。他の例では、フィールドレンズ素子LFは、そのレンズ面Sの少なくとも1つが、η<0.65の瞳面積比を有するレンズ素子Lと定義され、一方、瞳レンズLPは、そのレンズ面の両方が、η>0.65の瞳面積比を有するレンズ素子と定義される。 The lens surface S has a total area AS (herein referred to as “lens surface area”) defined by the effective diameter CA of the surface and the curvature of the surface. The ratio of the local pupil area AR of the local pupil region PR to the total area AS over the effective diameter CA of the lens surface S is defined as η = AR / AS and is hereinafter referred to as “pupil area ratio”. The field lens element LF has a local pupil region PR having a pupil area ratio η smaller than the pupil lens LP. In one example, a field lens element LF is defined as a lens element L in which at least one of its lens surfaces S has a pupil area ratio of η <0.75, while a pupil lens LP has both of its lens surfaces as It is defined as a lens element having a pupil area ratio of η> 0.75. In another example, the field lens element LF is defined as a lens element L in which at least one of its lens surfaces S has a pupil area ratio of η <0.65, while the pupil lens LP is both of its lens surfaces. Is defined as a lens element having a pupil area ratio of η> 0.65.
一例では、所定のレンズ素子Lは、技術的に、フィールドレンズ素子と瞳レンズ素子の間に分類されうる。つまり、瞳Pから最も離れた面Sが、「フィールド面」でありうる一方、瞳に最も近い、反対側の面が、「瞳面」でありうる。したがって、一例では、フィールドレンズ素子LFか瞳レンズ素子LPかというようにレンズ素子L間で区別するのではなく、レンズ面Sが、フィールドレンズ面か瞳レンズ面かを区別する。 In one example, the predetermined lens element L can technically be classified between a field lens element and a pupil lens element. That is, the surface S furthest away from the pupil P can be a “field surface”, while the opposite surface closest to the pupil can be a “pupil surface”. Therefore, in one example, it is not distinguished between the lens elements L such as the field lens element LF or the pupil lens element LP, but the lens surface S is distinguished whether it is a field lens surface or a pupil lens surface.
図4は、例示のフィールドレンズ素子LFの面Sの例についての、例示されたインターフェログラム50の等高線を描いた図である。インターフェログラム50が、面Sの面形状を表す等高線51を有するものとして示されている。等高線の間隔は、0.3λであり、最小値/最大値は、−0.18λ〜0.2λである。但し、λは、インターフェログラムを取得するために使用された干渉計の測定光の波長である。フォールスカラーなど、面形状の他の表し方を用いてもよい。局所瞳領域PRは、黒の円として示され、局所瞳領域に付けられた矢印52が、局所瞳領域の移動(走査)を示している。
FIG. 4 is a diagram depicting contour lines of the illustrated
上記のように、局所瞳領域PRの局所瞳面積ARは、像面IPにおける所定のフィールド点FPについての、レンズ素子Lの面Sにおける瞳Pの大きさによって画定される。局所瞳面積ARは、フィールドレンズ素子LFの面S全体に亘って、実質的に一定のことが多い。フィールドレンズ素子LFの面Sに対する公差設定は、局所瞳領域PR内のインターフェログラム50の面誤差を下記のようなツェルニケ多項式などの多項式にあてはめることによって実現される。次に、その多項式の1つ以上の係数を、その光学系の歪曲収差、フィールドの平坦度、傾き、および、デフォーカスなどの1つ以上の性能測定基準に関連付けてもよい。次に、光学系の撮像性能を制御するために、1つ以上の多項式係数を、性能測定基準によって定められた公差Tと、直接比較してもよい。局所瞳領域PRは、レンズ面S全体を網羅するように、インターフェログラム全体に亘って移動され(走査され)、各局所瞳領域について公差設定が行われる。
図5Aに示された例においては、局所瞳領域PRが、実線の円から、破線の円へ、さらに、点線の円へとインターフェログラム50上を進む(走査する)ように示されている。図5A中での移動は、局所瞳領域PRを、その半径rに等しい前進距離dずつ、段階的に進めることを含む。図5Bに示された他の例では、局所瞳領域PRの走査は、局所瞳領域を、その半径rPRの半分に等しい距離ずつ、段階的に進めることを含む。概して、インターフェログラム50に適切にサンプリングを行う任意の妥当な前進距離dを用いてもよい。その走査距離dの短さについての実用的な限界は、インターフェログラム50の空間サンプリングおよび多項式あてはめの次数に基づくものである。
上記のように、瞳面積比ηは、瞳レンズ素子LPについての比より、フィールドレンズ素子LFついての比の方が小さい。フィールドレンズ素子(より正確には、フィールドレンズ面)は、面の面積ASと比べて局所瞳面積ARが相対的に小さいので、本開示の公差設定方法が、最も良く機能する。瞳面積比ηが、大きくなりすぎると、局在した面の影響は、有効径に亘って、ほとんど変わらない。例えば、インターフェログラム50全体に亘って測定された傾きおよび屈折力は、これらの2つの測定パラメータが干渉計においてゼロに相殺されるので、通常、ゼロとして測定される。しかしながら、局所瞳面積ARが十分に小さい場合は、屈折率および傾きは、局所瞳領域PRに亘って変わりうる。
図6は、光学系10の他の例を示しており、光学系10は、小さな凹状窪み形状の面誤差SEを含む前側の面Sを有する両凸フィールドレンズ素子LF1を含む。光学系10は、平行平面形状の第2のフィールドレンズ素子LF2も含んでいる。11の光束RB1〜RB11が、像面(より正確には、像平面または像曲面)IP内の関連したフィールド点FPと合わせて示されている。
結像領域全体に亘って、像面IPにおける局在した焦点ずれを制限するために、各局所瞳領域PRについて、光学倍率が測定される。面誤差SEは、光束RB6および軸上フィールド点FP6に関連した局所瞳領域PR6に存在する。面誤差SEは、対応する局所瞳領域PR6の大きさに、ほぼ一致する直径を有するので、対応する中心のフィールド点FP6の焦点に対して影響を与え、この中心のフィールド点周囲の歪曲収差にも影響を与えるだろう。フィールド位置の関数としての焦点の変化は、像面(面)IP内の中央の出っ張りによって表されている。図6では、光束RBおよび対応するフィールド点が、歪曲収差の測定を行うための相対的に間隔の広いサンプリングを示しているので、歪曲収差の変化は明らかではない。
図7は、例示された光学系10について、像面位置IP(μm)を、合焦位置fp(波長λ)の関数として描いた図である。小さな三角形で示された曲線は、光学系10の公称設計についての合焦位置fpを表し、一方、四角で示された曲線は、光学系10中のフィールドレンズ素子LFに関して非理想面がある場合の光学系についての合焦位置fpを表している。フィールドレンズ素子LFの非理想面Sは、合焦位置fpの望ましくない、ずれを生じさせる。そのずれの頻度も、増加する。
図8は、歪曲収差をベクトルで表した図であり、図6に示された面誤差SEと同様の、フィールドレンズ素子LF上の中央のアーチファクトの影響を示している。各ベクトルVの始点が、各光束RBの理想位置であり、光束は、均一な間隔である。フィールドレンズ素子LFの中心において回転対称であるアーチファクトにより生じた歪曲収差の誤差は、軸上のフィールド点FPには見えないが、軸上のフィールド点を囲むフィールド点には見える。光束RBが中央のアーチファクトから離れると、光学系10の歪曲収差は、実質的な影響を受けないままである。
本開示の公差設定方法を示す一例において、仮に、光学系10の撮像要件が、フィールドレンズ素子LFのいずれの面Sも、像面IPにおける像全体に対して、200nmより大きな歪曲収差を与えてはいけないというものだとする。つまり、歪曲収差の公差は、200nmである。この方法は、各フィールドレンズ素子LFの各面Sについて、インターフェログラム50を測定することを含む。所定の面Sについて、局所傾きを各局所瞳領域位置について測定するために、適切な大きさの局所瞳領域PRが、対応するインターフェログラム50上で走査される。
各面S上の各局所瞳領域Rについての局所傾き量を、像面IPにおける対応するフィールド点FPでの歪曲収差量に関連付けることができる。この関係は、標準的な光学設計ソフトウェアおよび公差設定技術を用いて確立できる。したがって、局所傾き量についての公差Tは、歪曲収差の公差である200nm、および、光学系の光学設計に基づいて決定される。
一例において、各局所瞳領域PRについて測定された傾き量は、インターフェログラムデータへの多項式あてはめの係数に現れる。このことは、局所瞳領域PRに亘って、歪曲収差性能測定基準から計算された傾き公差Tを、あてはめられたインターフェログラムの1つ以上の多項式係数と直接比較することを可能にする。
多項式あてはめの一例は、以下に定義されるような拡張フリンジツェルニケ多項式集合に基づいてもよい。
Z={c・r2/[1+B]}+ΣCj+1ZPj
但し、zは、光軸A1に平行な面Sのサグ、
cは、頂点曲率、
B=[1・(1+k)・c2・r2]1/2、
kは、円錐定数、
rは、最大半径Rまでの半径距離、
ZPjは、極座標(r,θ)に表されうる第jツェルニケ多項式、および
CJ+1は、ZPjについての係数である。
第2および第3のツェルニケ多項式は、ZP2=R・cosθ、および、ZP3=R・sinθであり、波面における傾きを表し、対応する係数C1およびC2には、公差が設定される、つまり、最大値を有するものに限定される。公差の値は、像面IP内の対応するフィールド点FPにおいて200nmの歪曲収差を発生するように、所定の局所瞳領域PRにおける所定の表面Sに要求される傾きに基づくものである。これは、カリフォルニア州パサデナのシノプシスが販売するCODE Vなどの従来のレンズ設計ソフトウェアを用いて光学系を分析することによって、上記のように容易に決定される。
したがって、公差設定方法は、傾き公差が条件を満たしたか、つまり、C1<T、および、C2<Tを確かめるために、傾き公差Tを傾き係数C1およびC2と比較することを含む。
一例においては、公差Tは、全てのフィールド点FPについて1つの値でなくてもよく、フィールド点の位置により異なってもよい。このような状況は、フィールドの一部分の撮像性能が、フィールドのそれ以外の部分の撮像性能より高い必要がある場合に起こりうる。例えば、像面IPの端部において、像面IPの中心におけるものより大きな量の歪曲収差を有するということも可能である。
したがって、光学系10のフィールドレンズ素子LFの光学面Sに、その光学面のインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法は、
a)光学面Sについて、対応するフィールド点FPを像面IP内に有する局所瞳領域PRを画定する工程と、
b)局所瞳領域PR内の光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点FPについての光学系10の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)局所瞳領域PRに亘って、インターフェログラム50の面形状に多項式をあてはめる工程であって、多項式は、光学面Sの少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
d)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
As described above, the local pupil area AR of the local pupil region PR is defined by the size of the pupil P on the surface S of the lens element L for a predetermined field point FP on the image plane IP. The local pupil area AR is often substantially constant over the entire surface S of the field lens element LF. The tolerance setting for the surface S of the field lens element LF is realized by applying the surface error of the
In the example shown in FIG. 5A, the local pupil region PR is shown to travel (scan) on the
As described above, the pupil area ratio η is smaller for the field lens element LF than for the pupil lens element LP. Since the field lens element (more precisely, the field lens surface) has a relatively small local pupil area AR compared to the area AS of the surface, the tolerance setting method of the present disclosure works best. If the pupil area ratio η becomes too large, the influence of the localized surface will hardly change over the effective diameter. For example, the tilt and refractive power measured over the
FIG. 6 shows another example of the
The optical magnification is measured for each local pupil region PR to limit localized defocus on the image plane IP over the entire imaging region. Surface error SE exists in local pupil region PR6 associated with light beam RB6 and on-axis field point FP6. Since the surface error SE has a diameter that substantially matches the size of the corresponding local pupil region PR6, the surface error SE affects the focal point of the corresponding central field point FP6, and causes distortion aberration around the central field point. Will also affect. The change in focus as a function of field position is represented by a central ledge in the image plane (plane) IP. In FIG. 6, since the light beam RB and the corresponding field point indicate sampling with a relatively wide interval for measuring distortion, the change in distortion is not clear.
FIG. 7 is a diagram depicting the image plane position IP (μm) as a function of the focus position fp (wavelength λ) for the illustrated
FIG. 8 is a diagram showing distortion aberration as a vector, and shows the influence of the central artifact on the field lens element LF, similar to the surface error SE shown in FIG. The starting point of each vector V is the ideal position of each light beam RB, and the light beams are evenly spaced. An error in distortion caused by an artifact that is rotationally symmetric at the center of the field lens element LF is not visible to the field point FP on the axis, but is visible to the field points surrounding the field point on the axis. When the light beam RB leaves the central artifact, the distortion of the
In an example showing the tolerance setting method of the present disclosure, it is assumed that the imaging requirement of the
The amount of local tilt for each local pupil region R on each surface S can be associated with the amount of distortion at the corresponding field point FP on the image plane IP. This relationship can be established using standard optical design software and tolerance setting techniques. Therefore, the tolerance T for the local tilt amount is determined based on the distortion tolerance of 200 nm and the optical design of the optical system.
In one example, the inclination amount measured for each local pupil region PR appears in a polynomial fitting coefficient to the interferogram data. This makes it possible to directly compare the slope tolerance T calculated from the distortion performance metrics over one or more polynomial coefficients of the fitted interferogram over the local pupil region PR.
An example of polynomial fitting may be based on an extended Fringe Zernike polynomial set as defined below.
Z = {c · r 2 / [1 + B]} + ΣC j + 1 ZP j
Where z is a sag of a plane S parallel to the optical axis A1,
c is the vertex curvature,
B = [1 · (1 + k) · c 2 · r 2 ] 1/2 ,
k is the conic constant,
r is the radial distance to the maximum radius R,
ZP j is the j th Zernike polynomial that can be expressed in polar coordinates (r, θ), and
C J + 1 is a coefficient for ZP j .
The second and third Zernike polynomials are ZP 2 = R · cos θ and ZP 3 = R · sin θ, which represents the slope at the wavefront, and tolerances are set for the corresponding coefficients C 1 and C 2 That is, it is limited to the one having the maximum value. The tolerance value is based on the slope required for a given surface S in a given local pupil region PR so as to generate a 200 nm distortion at the corresponding field point FP in the image plane IP. This is easily determined as described above by analyzing the optics using conventional lens design software such as CODE V sold by Synopsys, Pasadena, California.
Therefore, the tolerance setting method includes comparing the slope tolerance T with the slope coefficients C 1 and C 2 in order to ascertain whether the slope tolerance meets the condition, ie, C 1 <T and C 2 <T. .
In one example, the tolerance T may not be a single value for all field points FP, and may vary depending on the position of the field points. Such a situation may occur when the imaging performance of a part of the field needs to be higher than the imaging performance of the other part of the field. For example, it is possible to have a greater amount of distortion at the end of the image plane IP than at the center of the image plane IP.
Therefore, a method for setting a tolerance on the optical surface S of the field lens element LF of the
a) defining, for the optical surface S, a local pupil region PR having a corresponding field point FP in the image plane IP;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region PR based on at least one performance metric of the
c) applying a polynomial to the surface shape of the
d) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to determine if C <T for the field point;
It has.
光学系のフィールドレンズ素子の光学面に対して公差を設定する他の方法は、以下の通りであって、光学系は、瞳Pおよび像面IPを有し、光学面は、有効径CAおよび全面積ASを有する。この方法は、
a)光学面Sのインターフェログラム50を測定する工程であって、インターフェログラムは、光学面の面形状を、光学面の有効径CA全体に亘って測定するものである工程と、
b)光学面のうち、面積ARと位置とを有する局所瞳領域PRを画定する工程であって、局所瞳領域は、対応するフィールド点FPを像面内に有するものである工程と、
c)局所瞳領域PR内の光学面Sの少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点についての光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
d)局所瞳領域PRに亘って、インターフェログラム50の面形状に多項式をあてはめる工程であって、多項式は、光学面Sの少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
e)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
Another method of setting tolerances for the optical surfaces of the field lens elements of the optical system is as follows, the optical system having a pupil P and an image plane IP, the optical surface having an effective diameter CA and It has a total area AS. This method
a) a step of measuring the
b) defining a local pupil region PR having an area AR and a position in the optical surface, the local pupil region having a corresponding field point FP in the image plane;
c) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface S in the local pupil region PR based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
d) applying a polynomial to the surface shape of the
e) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
It has.
本開示の他の態様は、光学系10の光学素子LFのフィールド面Sに、フィールド面のインターフェログラム50に基づいて、公差を設定する方法である。この方法は、
a)フィールド面Sについて、対応するフィールド点FPを光学系10の像面IP内に有する局所瞳領域PRを画定する工程と、
b)局所瞳領域PR内のフィールド面Sの少なくとも1つの特性についての公差Tを、フィールド点FPについての光学系10の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)フィールド面Sの少なくとも1つの特性を少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの多項式係数Cを取得するように、局所瞳領域PRに亘って、インターフェログラム50の面形状に多項式をあてはめる工程と、
d)フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、公差Tを少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなる。
Another aspect of the present disclosure is a method of setting a tolerance on the field surface S of the optical element LF of the
a) defining, for the field plane S, a local pupil region PR having a corresponding field point FP in the image plane IP of the
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the field plane S in the local pupil region PR based on at least one performance metric of the
c) Fit a polynomial to the surface shape of the
d) comparing the tolerance T with at least one coefficient C to determine if C <T for the field point;
It has.
例として、本開示の公差設定方法は、図2に示された‘758特許の光学系10に適用された。‘758特許の光学系10を分析したところ、像面IPにおける歪曲収差は、約175μmだった。フィールドレンズ素子LFによる好ましくない量の局在した歪曲収差の生成を防ぐために、初めの4つのレンズ面S1〜S4各々について、局在歪曲収差の上限を50μmと設定し、各レンズ面Sについて、局所瞳領域Rに対して設定する公差を決定するのに、設計感度が用いられた。
As an example, the tolerance setting method of the present disclosure was applied to the
第1のフィールドレンズ素子LF1について、面S1およびS2の局所瞳領域Rに亘って、10.87μmの傾きの場合には、像面IPにおける像の位置が25μm変化する結果になることが見い出された。これを、フリンジツェルニケ多項式に当てはめると、17本縞分の傾きに変換される。上記のように、第2および第3の多項式の項ZP2およびZP3は、傾きを示す。 For the first field lens element LF1, it has been found that when the inclination is 10.87 μm over the local pupil region R of the surfaces S1 and S2, the position of the image on the image plane IP changes by 25 μm. It was. If this is applied to the Fringe Zernike polynomial, it is converted into a gradient of 17 stripes. As described above, the terms ZP 2 and ZP 3 of the second and third polynomials indicate the slope.
次に、第1のフィールドレンズ素子LF1の面S1およびS2の局所瞳領域Rについて、傾きに関する公差Tは、T=[C2 2+C3 2]1/2<17本縞分または10.87μmと計算された。第2のフィールドレンズ素子LF2についても、同じ方法が用いられて、公差T=[C2 2+C3 2]1/2<18.8本縞分または11.7μmだった。各面について推定された公差Tが、2つの傾き多項式係数から計算された数値と、いかに直接比較されるか注目していただきたい。 Next, for the local pupil region R of the surfaces S1 and S2 of the first field lens element LF1, the tolerance T related to the inclination is T = [C 2 2 + C 3 2 ] 1/2 <17 stripes or 10.87 μm. It was calculated. The same method was used for the second field lens element LF2 and the tolerance T = [C 2 2 + C 3 2 ] 1/2 <18.8 stripes or 11.7 μm. Note how the tolerance T estimated for each surface is directly compared to the numerical value calculated from the two slope polynomial coefficients.
フィールドレンズ素子LF1およびLF2について、各面Sの局所瞳領域Rの大きさは、軸上フィールド位置の周辺光線高さによって決定されうる。面S1〜S4の局所瞳領域Rは、それぞれ、30mm、29.26mm、29.2mmおよび28.8mmだと見い出された。 For the field lens elements LF1 and LF2, the size of the local pupil region R on each surface S can be determined by the peripheral ray height at the axial field position. The local pupil regions R of the surfaces S1 to S4 were found to be 30 mm, 29.26 mm, 29.2 mm and 28.8 mm, respectively.
本開示の公差設定方法は、従来の公差設定方法と比べて多数の利点を有する。1つの利点としては、費用削減である。公差を局所瞳領域PRに結びつける(または、公差を異なる局所瞳領域に結びつける)ことによって、1つまたは複数の光学面に関して、過剰に厳しい公差を設定することを防ぎうる。さらに、インターフェログラムの局所測定を用いることに関連して、時間だけではなく費用も、多数のフィールド点を検査しなくてはならない完璧な光学系の作製より、著しく少ない。さらに、局所瞳領域に対する公差設定が、理想面からの逸脱に適用されるので、公差を、球面、非球面または自由形状など、概していかなる種類の面形状にも容易に適用しうる。さらに、本開示の方法は、非回転の対称光学系に関して用いられうる。 The tolerance setting method of the present disclosure has a number of advantages over the conventional tolerance setting method. One advantage is cost savings. By tying tolerances to the local pupil region PR (or tying tolerances to different local pupil regions), it may be possible to prevent setting too tight tolerances for one or more optical surfaces. Furthermore, in connection with using local measurements of the interferogram, not only the time but also the cost is significantly less than the production of a perfect optical system in which a large number of field points have to be examined. Furthermore, since tolerance settings for local pupil regions are applied to deviations from the ideal surface, tolerances can be easily applied to generally any type of surface shape, such as spherical, aspherical or free-form. Further, the disclosed method can be used with non-rotating symmetric optics.
当業者には、添付の請求項に記載された開示の精神または範囲から逸脱することなく、ここに記載された本開示の好ましい実施形態に様々な変更を加えうることが明らかだろう。したがって、本開示は、添付の請求項およびその等価物の範囲である限りは、変更および変形も網羅するものである。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the preferred embodiments of the disclosure described herein without departing from the spirit or scope of the disclosure as set forth in the appended claims. Accordingly, the present disclosure is intended to embrace alterations and modifications as long as they fall within the scope of the appended claims and their equivalents.
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。 Hereinafter, preferable embodiments of the present invention will be described in terms of items.
実施形態1
瞳および像面を有する光学系のフィールドレンズ素子の光学面に対して公差を設定する方法であって、
前記光学面は、有効径および全面積ASを有し、
前記方法は、
a)前記光学面のインターフェログラムを測定する工程であって、該インターフェログラムは、該光学面の面形状を、該光学面の有効径全体に亘って測定するものである工程と、
b)前記光学面のうち、面積ARと位置とを有する局所瞳領域を画定する工程であって、該局所瞳領域は、対応するフィールド点を前記像面内に有するものである工程と、
c)前記局所瞳領域内の前記光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
d)前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程であって、前記多項式は、前記光学面の前記少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
e)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなることを特徴とする方法。
A method for setting a tolerance for an optical surface of a field lens element of an optical system having a pupil and an image surface,
The optical surface has an effective diameter and a total area AS;
The method
a) measuring the interferogram of the optical surface, the interferogram measuring the surface shape of the optical surface over the entire effective diameter of the optical surface;
b) defining a local pupil region having an area AR and a position of the optical surface, the local pupil region having a corresponding field point in the image plane;
c) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
d) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial relating the at least one characteristic of the optical surface to the at least one performance metric A step that includes at least one coefficient C;
e) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
A method comprising the steps of:
実施形態2
前記d)およびe)の動作を、前記インターフェログラムに関して異なる位置の局所瞳領域について繰り返す工程をさらに含み、前記異なる局所瞳領域の位置は、異なる対応するフィールド点を前記像面内に有することを特徴とする実施形態1記載の方法。
Embodiment 2
Repeating the operations of d) and e) for local pupil regions at different positions with respect to the interferogram, wherein the positions of the different local pupil regions have different corresponding field points in the image plane. Embodiment 2. The method of
実施形態3
前記d)およびe)の動作を繰り返す工程が、前記インターフェログラム全体を実質的に網羅するように、前記局所瞳領域を前記インターフェログラムに対して移動させることによって行われることを特徴とする実施形態2記載の方法。
The step of repeating the operations d) and e) is performed by moving the local pupil region with respect to the interferogram so as to substantially cover the entire interferogram. The method according to embodiment 2.
実施形態4
AR/AS<0.75であることを特徴とする実施形態1記載の方法。
Embodiment 2. The method of
実施形態5
AR/AS<0.65であることを特徴とする実施形態4記載の方法。
Embodiment 5
Embodiment 6. The method of
実施形態6
前記少なくとも1つの性能測定基準が、像面湾曲と、歪曲収差と、ストレール比と、焦点深度と、像面における波面誤差と、変調伝達関数とを含む性能測定基準の群より選択されることを特徴とする実施形態1記載の方法。
Embodiment 6
Said at least one performance metric is selected from the group of performance metrics including field curvature, distortion, Strehl ratio, depth of focus, wavefront error in the image plane, and modulation transfer function. The method of
実施形態7
前記公差Tが、前記フィールド点の位置の関数で変化することを特徴とする実施形態1記載の方法。
Embodiment 7
The method of
実施形態8
前記光学面が、球面を有することを特徴とする実施形態1記載の方法。
Embodiment 8
The method of
実施形態9
前記光学系が、無限焦点系であることを特徴とする実施形態1記載の方法。
The method according to
実施形態10
瞳および像面を有する光学系のレンズ素子の光学面に、前記光学面の面形状を有するインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法であって、
前記方法は、
a)前記光学面について、対応するフィールド点を前記像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)前記局所瞳領域内の前記光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程であって、前記多項式は、前記光学面の前記少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
d)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程とを含むことを特徴とする方法。
A method for setting a tolerance on an optical surface of a lens element of an optical system having a pupil and an image surface, based on an interferogram having a surface shape of the optical surface,
The method
a) defining, for the optical surface, a local pupil region having corresponding field points in the image plane;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial relating the at least one characteristic of the optical surface to the at least one performance metric A step that includes at least one coefficient C;
d) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to ascertain whether C <T for the field point.
実施形態11
前記c)およびd)の動作を、前記インターフェログラムに関して異なる位置の局所瞳領域について繰り返す工程をさらに含み、前記異なる局所瞳領域の位置は、異なる対応するフィールド点を前記像面内に有することを特徴とする実施形態10記載の方法。
Repeating the operations of c) and d) for local pupil regions at different positions with respect to the interferogram, wherein the positions of the different local pupil regions have different corresponding field points in the image plane.
実施形態12
前記公差Tが、前記像面内の前記フィールド点の位置に依存することを特徴とする実施形態11記載の方法。
12. The method of
実施形態13
前記c)およびd)の動作を繰り返す工程が、前記インターフェログラム全体を実質的に網羅するように、前記局所瞳領域を前記インターフェログラムに対して移動させることによって行われることを特徴とする実施形態11記載の方法。
Embodiment 13
The step of repeating the operations of c) and d) is performed by moving the local pupil region with respect to the interferogram so as to substantially cover the entire interferogram.
実施形態14
前記局所瞳領域が、面積ARを有し、前記光学面が面積ASを有し、
AR/AS<0.75であることを特徴とする実施形態10記載の方法。
Embodiment 14
The local pupil region has an area AR, and the optical surface has an area AS;
実施形態15
AR/AS<0.6であることを特徴とする実施形態14記載の方法。
Embodiment 15
Embodiment 15. The method of embodiment 14 wherein AR / AS <0.6.
実施形態16
前記少なくとも1つの性能測定基準が、像面湾曲と、歪曲収差と、ストレール比と、焦点深度と、像面における波面誤差と、変調伝達関数とを含む性能測定基準の群より選択されることを特徴とする実施形態10記載の方法。
Embodiment 16
Said at least one performance metric is selected from the group of performance metrics including field curvature, distortion, Strehl ratio, depth of focus, wavefront error in the image plane, and modulation transfer function.
実施形態17
光学系の光学素子のフィールド面に、前記フィールド面の面形状を表すインターフェログラムに基づいて、公差を設定する方法であって、
前記方法は、
a)前記フィールド面について、対応するフィールド点を前記光学系の像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)前記局所瞳領域内の前記フィールド面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)前記フィールド面の少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの多項式係数Cを取得するように、前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程と、
d)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程とを含むことを特徴とする方法。
Embodiment 17
A method for setting a tolerance on a field surface of an optical element of an optical system based on an interferogram representing a surface shape of the field surface,
The method
a) defining, for the field plane, a local pupil region having corresponding field points in the image plane of the optical system;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the field plane in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) a polynomial in the surface shape of the interferogram over the local pupil region so as to obtain at least one polynomial coefficient C relating at least one characteristic of the field surface to the at least one performance metric And the process of applying
d) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to ascertain whether C <T for the field point.
実施形態18
前記光学系が、多数のフィールド面を含み、
前記方法が、前記a)からd)の動作を、各フィールド面について繰り返す工程をさらに含むことを特徴とする実施形態17記載の方法。
Embodiment 18
The optical system includes a number of field surfaces;
18. The method according to embodiment 17, further comprising the step of repeating the operations a) to d) for each field plane.
実施形態19
前記光学系が、屈折レンズ素子からなり、
少なくとも1つの前記屈折レンズ素子が、フィールドレンズ素子を構成するものであることを特徴とする実施形態17記載の方法。
Embodiment 19
The optical system comprises a refractive lens element;
Embodiment 18. The method of embodiment 17, wherein at least one refractive lens element comprises a field lens element.
実施形態20
前記局所瞳領域が、面積ARを有し、前記フィールド面が面積ASを有し、
AR/AS<0.75であることを特徴とする実施形態17記載の方法。
Embodiment 20.
The local pupil region has an area AR, and the field plane has an area AS;
Embodiment 18. The method of embodiment 17, wherein AR / AS <0.75.
10 光学系
50 インターフェログラム
GF フィールドレンズ群
LF フィールドレンズ素子
GP 瞳群
LP 瞳レンズ素子
PR 局所瞳領域
10
Claims (11)
前記光学面は、有効径および全面積ASを有し、
前記方法は、
a)前記光学面のインターフェログラムを測定する工程であって、該インターフェログラムは、該光学面の面形状を、該光学面の有効径全体に亘って測定するものである工程と、
b)前記光学面のうち、面積ARと位置とを有する局所瞳領域を画定する工程であって、該局所瞳領域は、対応するフィールド点を前記像面内に有するものである工程と、
c)前記局所瞳領域内の前記光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
d)前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程であって、前記多項式は、前記光学面の前記少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
e)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなることを特徴とする方法。 A method for setting a tolerance for an optical surface of a field lens element of an optical system having a pupil and an image surface,
The optical surface has an effective diameter and a total area AS;
The method
a) measuring the interferogram of the optical surface, the interferogram measuring the surface shape of the optical surface over the entire effective diameter of the optical surface;
b) defining a local pupil region having an area AR and a position of the optical surface, the local pupil region having a corresponding field point in the image plane;
c) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
d) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial relating the at least one characteristic of the optical surface to the at least one performance metric A step that includes at least one coefficient C;
e) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
A method comprising the steps of:
前記方法は、
a)前記光学面について、対応するフィールド点を前記像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)前記局所瞳領域内の前記光学面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程であって、前記多項式は、前記光学面の前記少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの係数Cを含むものである工程と、
d)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなることを特徴とする方法。 A method for setting a tolerance on an optical surface of a lens element of an optical system having a pupil and an image surface, based on an interferogram having a surface shape of the optical surface,
The method
a) defining, for the optical surface, a local pupil region having corresponding field points in the image plane;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the optical surface in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) applying a polynomial to the surface shape of the interferogram over the local pupil region, the polynomial relating the at least one characteristic of the optical surface to the at least one performance metric A step that includes at least one coefficient C;
d) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
A method comprising the steps of:
前記方法は、
a)前記フィールド面について、対応するフィールド点を前記光学系の像面内に有する局所瞳領域を画定する工程と、
b)前記局所瞳領域内の前記フィールド面の少なくとも1つの特性についての公差Tを、前記フィールド点についての前記光学系の少なくとも1つの性能測定基準に基づいて定める工程と、
c)前記フィールド面の少なくとも1つの特性を前記少なくとも1つの性能測定基準に関連付ける少なくとも1つの多項式係数Cを取得するように、前記局所瞳領域に亘って、前記インターフェログラムの前記面形状に多項式をあてはめる工程と、
d)前記フィールド点について、C<Tかどうかを確かめるために、前記公差Tを前記少なくとも1つの係数Cと比較する工程と、
を有してなることを特徴とする方法。 A method for setting a tolerance on a field surface of an optical element of an optical system based on an interferogram representing a surface shape of the field surface,
The method
a) defining, for the field plane, a local pupil region having corresponding field points in the image plane of the optical system;
b) determining a tolerance T for at least one characteristic of the field plane in the local pupil region based on at least one performance metric of the optical system for the field point;
c) a polynomial in the surface shape of the interferogram over the local pupil region so as to obtain at least one polynomial coefficient C relating at least one characteristic of the field surface to the at least one performance metric And the process of applying
d) comparing the tolerance T with the at least one coefficient C to see if C <T for the field point;
A method comprising the steps of:
前記方法が、前記a)からd)の動作を、各フィールド面について繰り返す工程をさらに含むことを特徴とする請求項9記載の方法。 The optical system includes a number of field surfaces;
10. The method according to claim 9, further comprising the step of repeating the operations a) to d) for each field plane.
少なくとも1つの前記屈折レンズ素子が、フィールドレンズ素子を構成するものであることを特徴とする請求項9記載の方法。 The optical system comprises a refractive lens element;
10. The method of claim 9, wherein at least one of the refractive lens elements comprises a field lens element.
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