JP2018084464A - Measurement method, measurement device, optical apparatus manufacturing method, and optical apparatus manufacturing device - Google Patents

Measurement method, measurement device, optical apparatus manufacturing method, and optical apparatus manufacturing device Download PDF

Info

Publication number
JP2018084464A
JP2018084464A JP2016227037A JP2016227037A JP2018084464A JP 2018084464 A JP2018084464 A JP 2018084464A JP 2016227037 A JP2016227037 A JP 2016227037A JP 2016227037 A JP2016227037 A JP 2016227037A JP 2018084464 A JP2018084464 A JP 2018084464A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
sensor
wavefront
design information
measurement method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016227037A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6821407B2 (en
Inventor
由美子 大嵜
Yumiko Osaki
由美子 大嵜
裕範 古河
Hironori Furukawa
裕範 古河
優一 鷹家
Yuichi Takaya
優一 鷹家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2016227037A priority Critical patent/JP6821407B2/en
Publication of JP2018084464A publication Critical patent/JP2018084464A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6821407B2 publication Critical patent/JP6821407B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement method, a measurement device, an optical apparatus manufacturing method and an optical apparatus manufacturing device with which it is possible to execute highly accurate calibration easily.SOLUTION: Provided is a measurement method using a measurement device that includes an optical system for guiding light reflected at a surface to be inspected to a sensor and a control unit for measuring the shape of the surface to be inspected on the basis of output from the sensor, comprising: an acquisition step for acquiring a first wavefront that corresponds to each standard from the sensor having received each of lights reflected at a first standard and a second standard having mutually different aspherical shapes; a calculation step for calculating a second wavefront that corresponds to each standard acquired from respective lights reflected at each standard by the sensor on the basis of optical system design information, assuming that the optical system is arranged on the basis of design information; and a change step for changing at least the optical system design information so that a difference between a first and a second wavefront corresponding to each standard is smaller than a prescribed value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置に関する。   The present invention relates to a measurement method, a measurement device, a method for manufacturing an optical device, and a device for manufacturing an optical device.

従来、光を照射された被検面からの反射光をシャック・ハルトマンセンサにより計測し、センサからの出力を用いて被検面の面形状を非接触、かつ高速に計測する方法が提案されている(非特許文献1参照)。この計測方法は、ヌルレンズを用いた干渉計(特許文献1参照)と比較して、多様な設計値の被検面の形状を計測可能である。また、計測時にサンプルを移動させるスティッチング干渉計(特許文献2参照)や走査干渉計(特許文献3参照)と比較して、高精度に移動させるステージや測長機、さらには複雑な解析プログラムが不要である。   Conventionally, a method has been proposed in which reflected light from a test surface irradiated with light is measured by a Shack-Hartmann sensor, and the surface shape of the test surface is measured in a non-contact and high-speed manner using the output from the sensor. (See Non-Patent Document 1). This measurement method can measure the shape of the test surface with various design values as compared to an interferometer using a null lens (see Patent Document 1). Compared to a stitching interferometer (see Patent Document 2) and a scanning interferometer (see Patent Document 3) that move a sample during measurement, a stage and length measuring machine that move with high accuracy, and a complicated analysis program Is unnecessary.

非特許文献1に開示された計測方法では、被検面が非球面である場合、入射光が被検面に対して垂直に照射されず、被検面からの反射光の光線角度は入射光の光線角度と異なる。このため、反射光はセンサの受光部で平行光にならず、平面波面から大きくずれた波面として検出される。したがって、センサの受光部で反射光の波面を計測したとしても、フィゾー干渉計のように波面がそのまま被検面の形状を表わさない。   In the measurement method disclosed in Non-Patent Document 1, when the test surface is an aspherical surface, incident light is not irradiated perpendicularly to the test surface, and the ray angle of reflected light from the test surface is incident light. It is different from the ray angle. For this reason, the reflected light is not converted into parallel light by the light receiving portion of the sensor, but is detected as a wavefront greatly deviated from the plane wavefront. Therefore, even if the wavefront of the reflected light is measured by the light receiving portion of the sensor, the wavefront does not directly represent the shape of the test surface as in the Fizeau interferometer.

計測波面から被検面の面形状を算出するためには、センサの横座標と被検面の横座標との比である位置倍率(いわゆるディストーション)と、センサ面での光線角度と被検面での光線角度の比である角度倍率とが必要となる。   In order to calculate the surface shape of the test surface from the measurement wavefront, the position magnification (so-called distortion), which is the ratio between the abscissa of the sensor and the abscissa of the test surface, the ray angle on the sensor surface and the test surface And an angle magnification which is a ratio of the light beam angles at.

ただし、位置倍率および角度倍率は、光軸からの距離に対して一定ではなく、分布を有する。これらの分布は、特に光学系に含まれるレンズの曲率半径の誤差、光軸方向の位置の誤差(いわゆるアライメントエラー)および球面収差等によって敏感に変化するので、校正する必要がある。特許文献4、5、6、7には、位置倍率分布の校正方法が開示されている。   However, the position magnification and the angle magnification are not constant with respect to the distance from the optical axis and have a distribution. Since these distributions change sensitively depending on, for example, an error in the radius of curvature of a lens included in the optical system, an error in the position in the optical axis direction (so-called alignment error), spherical aberration, and the like, it is necessary to calibrate. Patent Documents 4, 5, 6, and 7 disclose a method for calibrating a position magnification distribution.

特開平09−329427号公報JP 09-329427 A 特開2004−125768号公報JP 2004-125768 A 特許第3971747号公報Japanese Patent No. 3971747 特開2000−97663号公報JP 2000-97663 A 特開平10−281736号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-281736 特開2006−133059号公報JP 2006-133059 A 特開2009−180554号公報JP 2009-180554 A 特開2012−132682号公報JP 2012-132682 A

Jahannes Pfund,Norbert Lindlein and Johannes Schwider,“NonNull testing of rotationally symmetric aspheres:a systematic error assessment,”App.Opt.40(2001)p.439Janhans Pfund, Norbert Lindlein and Johannes Schwider, “NonNull testing of rotationally symmetrical assets: a systematic error assessment,” App. Opt. 40 (2001) p. 439

特許文献4、5、6に開示された校正方法では、被検面を既知量だけ移動させ、センサの受光部により計測される計測値の変化量を検出することで位置倍率分布の校正を行う。このため、高精度に移動させるステージと高精度に移動距離を計測する計測機が必要であるとともに、位置倍率と角度倍率を同時に高精度に校正することが困難である。   In the calibration methods disclosed in Patent Documents 4, 5, and 6, the position magnification distribution is calibrated by moving the surface to be measured by a known amount and detecting the amount of change in the measured value measured by the light receiving unit of the sensor. . For this reason, a stage that moves with high accuracy and a measuring instrument that measures the movement distance with high accuracy are required, and it is difficult to simultaneously calibrate the position magnification and the angle magnification with high accuracy.

また、特許文献7に開示された校正方法では、光学系の一部の部材を移動させて位置倍率分布の校正を行う。しかしながら、受光面での干渉縞の径の大きさを指標として校正を行うため、被検面が非球面である場合は、干渉縞のピッチが細かくなりすぎて干渉縞の径が正確に把握できない。さらに、角度倍率分布を高精度に校正することは困難である。   In the calibration method disclosed in Patent Document 7, the position magnification distribution is calibrated by moving some members of the optical system. However, since the calibration is performed using the size of the interference fringe diameter on the light receiving surface as an index, when the test surface is an aspheric surface, the interference fringe pitch becomes too fine to accurately grasp the interference fringe diameter. . Furthermore, it is difficult to calibrate the angular magnification distribution with high accuracy.

さらに、特許文献8で開示された方法では、形状既知の1つの非球面を原器とし、被検面の差分計測によって形状を算出する。ここで、組立要因や計測中の環境要因などで、光学系が設計値と異なる状態になる場合、この誤差によって位置倍率分布や角度倍率分布が演算(設計)した倍率分布とは異なり、高精度に計測することが困難である。   Furthermore, in the method disclosed in Patent Document 8, one aspherical surface having a known shape is used as a prototype, and the shape is calculated by measuring the difference between the test surfaces. Here, if the optical system is in a different state from the design value due to assembly factors or environmental factors during measurement, the error is different from the magnification distribution calculated (designed) by the position magnification distribution and angle magnification distribution due to this error. It is difficult to measure.

このような課題に鑑みて、本発明は、容易に高精度な校正を実行可能な計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置を提供することを目的とする。   In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a measurement method, a measurement device, a method for manufacturing an optical device, and a device for manufacturing an optical device that can easily perform high-precision calibration.

本発明の一側面としての計測方法は、被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、各原器に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。   A measurement method according to an aspect of the present invention includes an optical system that guides light reflected from a test surface to a sensor, and a control unit that measures the shape of the test surface based on an output from the sensor. A measurement method using an apparatus, wherein a first wavefront corresponding to each original device from the sensor that receives light reflected by a first original device and a second original device having different aspherical shapes. Assuming that the optical system is arranged based on design information, the sensor acquires from each light reflected by each original device based on the design information of the optical system. At least the design information of the optical system is changed so that the difference between the first wavefront and the second wavefront corresponding to each original device becomes smaller than a predetermined value and the calculation step for calculating the second wavefront corresponding to each original device Change step to It is characterized in.

また、本発明の他の側面としての計測方法は、被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の原器、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各原器に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。   Further, the measurement method as another aspect of the present invention includes an optical system that guides light reflected from the test surface to the sensor, a control unit that measures the shape of the test surface based on an output from the sensor, A measuring method using a measuring device having a first corresponding to each original from the sensor that has received the respective light reflected by the first original and the second original having different aspherical shapes. An acquisition step of acquiring one wavefront, and assuming that the optical system is arranged based on design information, the sensor from each light reflected by each prototype based on the design information of the optical system And calculating a second wavefront corresponding to each original device acquired by at least one member of the optical system based on the first and second wavefronts, and the first or second original. And less of the sensor Also such that each difference in optical arrangement for each prototype of the two members is reduced, and having a changing step of changing the design information of at least the optical system, the.

また、本発明の他の側面としての計測方法は、光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a measuring method that irradiates a test optical system with light emitted from a light source, guides light transmitted through the test optical system to a sensor, and a sensor from the sensor. A first reference optical system and a second reference optical system having different characteristics from each other, wherein the measurement device includes a control unit that measures a transmitted wavefront of the optical system to be measured based on an output. If it is assumed that the acquisition step of acquiring the first wavefront corresponding to each reference optical system from the sensor that has received each light transmitted through the optical system, and the optical system is arranged based on design information, the optical Based on the design information of the system, a calculation step for calculating a second wavefront corresponding to each original device acquired by the sensor from each light transmitted through each reference optical system, and a first step corresponding to each reference optical system And the difference between the second wavefront As smaller than value, and having a changing step of changing the design information of at least the optical system, the.

また、本発明の他の側面としての計測方法は、光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各基準光学系に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の基準光学系、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各基準光学系に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a measuring method that irradiates a test optical system with light emitted from a light source, guides light transmitted through the test optical system to a sensor, and a sensor from the sensor. A first reference optical system and a second reference optical system having different characteristics from each other, wherein the measurement device includes a control unit that measures a transmitted wavefront of the optical system to be measured based on an output. If it is assumed that the acquisition step of acquiring the first wavefront corresponding to each reference optical system from the sensor that has received each light transmitted through the optical system, and the optical system is arranged based on design information, the optical A calculation step for calculating a second wavefront corresponding to each reference optical system acquired by the sensor from each light transmitted through each reference optical system based on design information of the system; and the first and second wavefronts Based on the light At least part of the system, the first or second reference optical system, and at least two of the sensors so that the difference in optical arrangement corresponding to each reference optical system of at least two members is reduced at least And a change step for changing design information of the optical system.

本発明によれば、容易に高精度な校正を実行可能な計測方法、計測装置、光学機器の製造方法および光学機器の製造装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a measuring method, a measuring apparatus, a manufacturing method of an optical instrument, and a manufacturing apparatus of an optical instrument that can easily perform highly accurate calibration.

実施例1の計測方法を実行する計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the measuring device which performs the measuring method of Example 1. FIG. センサの構成図である。It is a block diagram of a sensor. 実施例1の計測方法を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a measurement method according to the first embodiment. 実施例1の前処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating preprocessing according to the first exemplary embodiment. 実施例1の校正処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a calibration process according to the first embodiment. 実施例1の計測処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating measurement processing according to the first embodiment. 実施例1の解析処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating analysis processing according to the first exemplary embodiment. 実施例3の計測方法を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a measurement method according to the third embodiment. 実施例3の計測時校正処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating calibration processing during measurement according to the third embodiment. 実施例3の別の計測時校正処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating another calibration process at the time of measurement according to the third embodiment. 実施例4の前処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating preprocessing according to the fourth embodiment. 光線の位置と角度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position and angle of a light ray. 実施例4の校正処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a calibration process according to the fourth embodiment. 実施例4の解析処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating analysis processing according to the fourth embodiment. 実施例5の計測方法を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a measurement method according to a fifth embodiment. 実施例6の光学機器の製造装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of an optical apparatus manufacturing apparatus according to a sixth embodiment.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1(a)は、本実施例の計測方法を実行可能な計測装置100の概略構成図である。光源1は、単色のレーザ光を発するレーザ光源、またはレーザーダイオードである。光源1から射出された光は、集光レンズ2によってピンホール3に向けて集光される。ピンホール3は、収差が小さい球面波を生成する。なお、ピンホール3の代わりに、シングルモードファイバを用いてもよい。ピンホール3からの球面波は、ハーフミラー4で反射され、投光レンズ5により収束光に変換される。収束光は、2つの原器61、62のそれぞれの原器面61a、62aまたは被検物7の被検面7aで反射し、投光レンズ5、ハーフミラー4および結像レンズ9を透過してセンサ11に入射する。投光レンズ5、ハーフミラー4および結像レンズ9により、各原器面または被検面7aで反射した光をセンサ11に導く光学系が構成される。解析演算部(制御部)13は、コンピュータにより構成され、波面計測部、波面演算部、校正部および形状演算部として機能する。   Fig.1 (a) is a schematic block diagram of the measuring device 100 which can perform the measuring method of a present Example. The light source 1 is a laser light source that emits monochromatic laser light or a laser diode. The light emitted from the light source 1 is condensed toward the pinhole 3 by the condenser lens 2. The pinhole 3 generates a spherical wave with small aberration. A single mode fiber may be used instead of the pinhole 3. The spherical wave from the pinhole 3 is reflected by the half mirror 4 and converted into convergent light by the light projection lens 5. The convergent light is reflected by the original surfaces 61a and 62a of the two original devices 61 and 62 or the test surface 7a of the test object 7, and is transmitted through the light projecting lens 5, the half mirror 4, and the imaging lens 9. Incident on the sensor 11. The light projection lens 5, the half mirror 4 and the imaging lens 9 constitute an optical system that guides the light reflected by each original surface or the test surface 7 a to the sensor 11. The analysis calculation unit (control unit) 13 is configured by a computer, and functions as a wavefront measurement unit, a wavefront calculation unit, a calibration unit, and a shape calculation unit.

本実施例では、異なる非球面形状を有する原器(第1の原器、第2の原器)61、62を用いて光学系の校正を行う。原器61、62はいずれも、被検物7と異なる設計値で作製されている。原器61、62のそれぞれの原器面61a、62aは計測装置100とは別の装置、例えばプローブ式の計測装置によって精度良く計測され、解析演算部13は計測された面形状のデータを保存する。   In the present embodiment, the optical system is calibrated using the original devices (first original device, second original device) 61 and 62 having different aspherical shapes. Both the prototypes 61 and 62 are made with design values different from those of the test object 7. The original surfaces 61a and 62a of the original devices 61 and 62 are accurately measured by a device different from the measuring device 100, for example, a probe-type measuring device, and the analysis calculation unit 13 stores the measured surface shape data. To do.

投光レンズ5および結像レンズ9はそれぞれ、複数のレンズエレメントにより構成される。投光レンズ5および結像レンズ9の焦点距離、曲率半径および直径や、投光レンズ5と結像レンズ9を組み合わせた光学系の倍率は、被検面7aの直径(有効径)、曲率半径およびセンサ11の受光部の大きさに基づいて決定される。   Each of the light projecting lens 5 and the imaging lens 9 is composed of a plurality of lens elements. The focal length, the radius of curvature and the diameter of the projection lens 5 and the imaging lens 9 and the magnification of the optical system combining the projection lens 5 and the imaging lens 9 are the diameter (effective diameter) and the radius of curvature of the test surface 7a. It is determined based on the size of the light receiving part of the sensor 11.

被検物7は、被検面7aとセンサ共役面とが光軸上において一致する位置に配置されることが好ましい。この場合、センサ11上において被検面7aで反射された光の重なりが発生しないため、センサ11は光線の角度分布を精度良く計測することができる。   The test object 7 is preferably arranged at a position where the test surface 7a and the sensor conjugate surface coincide on the optical axis. In this case, since the light reflected from the surface 7a to be detected does not overlap on the sensor 11, the sensor 11 can accurately measure the angular distribution of the light beam.

センサ11は、図2(a)に示されるように、多数の微小集光レンズがマトリックス状に配置されたマイクロレンズアレイ21と、CCD等の撮像素子22とにより構成され、一般的にはシャック・ハルトマンセンサと称される。センサ11において、マイクロレンズアレイ21を透過した光線(光束)は、微小集光レンズごとに撮像素子22上に集光される。撮像素子22は、微小集光レンズからの光線により形成された光学像を光電変換して電気信号を出力する。撮像素子22に入射する光線の角度φは、微小集光レンズにより集光されるスポットの位置と、あらかじめ校正された位置、例えば平行光を入射させたときのスポット位置との差Δpを検出することで求められる。光線の角度φは、マイクロレンズアレイ21と撮像素子22との距離をfとすると、以下の式(1)で表される。   As shown in FIG. 2A, the sensor 11 includes a microlens array 21 in which a large number of minute condensing lenses are arranged in a matrix, and an image pickup device 22 such as a CCD. -It is called a Hartmann sensor. In the sensor 11, the light beam (light beam) transmitted through the microlens array 21 is collected on the image sensor 22 for each minute condenser lens. The image sensor 22 photoelectrically converts an optical image formed by light rays from the minute condenser lens and outputs an electrical signal. The angle φ of the light beam incident on the image sensor 22 detects the difference Δp between the position of the spot condensed by the minute condenser lens and the position calibrated in advance, for example, the spot position when collimated light is incident. It is demanded. The angle φ of the light beam is expressed by the following equation (1), where f is the distance between the microlens array 21 and the image sensor 22.

φ=atan(Δp/f) (1)
全ての微小集光レンズに対して上記処理を行うことで、センサ11に入射する光線の角度分布を、センサ11からの出力を用いて算出することができる。
φ = atan (Δp / f) (1)
By performing the above processing on all the minute condensing lenses, the angular distribution of light rays incident on the sensor 11 can be calculated using the output from the sensor 11.

なお、センサ11は、波面またはあるいは光線の角度分布が計測できればよく、シャック・ハルトマンセンサに限定されない。例えば、センサ11として、ハルトマン板や図2(b)に示される回折格子23と、撮像素子24と、により構成されるシアリング干渉計やTalbot干渉計を用いてもよい。   The sensor 11 is not limited to the Shack-Hartmann sensor as long as it can measure the wavefront or the angular distribution of the light beam. For example, as the sensor 11, a shearing interferometer or a Talbot interferometer constituted by a Hartmann plate, the diffraction grating 23 shown in FIG. 2B, and the image sensor 24 may be used.

また、センサ11が受光する光線の大きさ(径)がセンサ11の受光面積より大きい場合、センサ11を受光面(xy面)内で移動させて光線の角度分布を算出し、算出されたデータをつなぎ合わせて全体の光線角度分布を作成してもよい。   When the size (diameter) of the light beam received by the sensor 11 is larger than the light receiving area of the sensor 11, the sensor 11 is moved within the light receiving surface (xy plane) to calculate the angular distribution of the light beam, and the calculated data May be connected to create the entire ray angle distribution.

以下、図3のフローチャートを参照して、本実施例の非球面形状である被検面7aの面形状の計測方法を説明する。本実施例の計測方法は、解析演算部13により、コンピュータプログラムとしての処理プログラムに従って実行される。なお、処理プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。   Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 3, a method for measuring the surface shape of the test surface 7a, which is an aspheric shape of the present embodiment, will be described. The measurement method of the present embodiment is executed by the analysis operation unit 13 according to a processing program as a computer program. The processing program may be recorded on a computer-readable recording medium, for example.

ステップS10では、解析演算部13は、前処理を実行する。図4は、前処理を示すフローチャートである。   In step S10, the analysis calculation unit 13 performs preprocessing. FIG. 4 is a flowchart showing the preprocessing.

ステップS101では、解析演算部13は、計測装置100とは別の高精度に形状計測が可能な計測装置、例えば、触針式の計測装置によって計測された原器面61a、62aの互いに異なる面形状(非球面形状)のデータを取得するとともに、保存する。   In step S101, the analysis calculation unit 13 is different from the original device surfaces 61a and 62a measured by a measurement device capable of measuring the shape with high accuracy different from the measurement device 100, for example, a stylus type measurement device. Acquire and save the shape (aspherical shape) data.

ステップS102では、解析演算部13は、ステップS101で計測された原器面61a、62aの面形状と、計測装置100の光学系の設計情報と、を用いてセンサ11から取得される各波面(算出波面、第2の波面)Wcal1、Wcal2を算出する。すなわち、解析演算部13は、計測装置100の光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合に、ステップS101で計測された原器面61a、62aの面形状に基づいてセンサ11から取得される各波面を算出する。光学系の設計情報は、光学配置だけでなく、あらかじめ計測した光学系の収差や組立誤差、レンズの面形状やホモジニティー情報、屈折率分布情報などを含んでいてもよい。波面は、例えば、直交関数であるZernike関数で表すことができる。   In step S <b> 102, the analysis calculation unit 13 uses the surface shapes of the original device surfaces 61 a and 62 a measured in step S <b> 101 and the design information of the optical system of the measuring device 100 to obtain each wavefront ( Calculated wavefront, second wavefront) Wcal1 and Wcal2 are calculated. That is, when it is assumed that the optical system of the measuring device 100 is arranged based on the design information, the analysis calculation unit 13 determines the sensor 11 based on the surface shapes of the original device surfaces 61a and 62a measured in step S101. Each wavefront obtained from is calculated. The design information of the optical system may include not only the optical arrangement, but also aberrations and assembly errors of the optical system measured in advance, lens surface shape and homogeneity information, refractive index distribution information, and the like. The wavefront can be expressed by, for example, a Zernike function that is an orthogonal function.

ステップS103では、解析演算部13は、校正のために必要な敏感度を算出する。具体的には、解析演算部13は、各原器面の面形状を設計情報から微小量だけ変化させた場合にセンサ面で取得される波面を算出し、この波面とステップS102で算出された波面との差分を用いて、面形状に対する敏感度を算出する。同様に、各原器面と結像レンズ9の光軸方向(z軸方向)の位置を設計情報から微小量だけ変化させることで、光軸方向の配置に対する敏感度を算出する。面形状や光軸方向の配置以外にも、レンズ内の面間隔、曲率半径、各種収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布などの変化に対応した敏感度を算出してもよい。なお、敏感度は、例えば、直交関数であるZernike関数で表すことができる。また、本実施例では、波面を算出したが、各原器、結像レンズ9、およびセンサ11をステージによって移動させ、センサ11で計測することで波面を取得してもよい。この場合、敏感度の算出時にステージ誤差が含まれることに注意が必要である。   In step S103, the analysis calculation unit 13 calculates the sensitivity necessary for calibration. Specifically, the analysis calculation unit 13 calculates a wavefront acquired on the sensor surface when the surface shape of each original device surface is changed by a minute amount from the design information, and the wavefront and the wavefront calculated in step S102 are calculated. The sensitivity to the surface shape is calculated using the difference from the wavefront. Similarly, the sensitivity with respect to the arrangement in the optical axis direction is calculated by changing the position of each original surface and the imaging lens 9 in the optical axis direction (z-axis direction) by a minute amount from the design information. In addition to the surface shape and the arrangement in the optical axis direction, it is possible to calculate the sensitivity corresponding to changes in the surface spacing, curvature radius, various aberrations, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, and birefringence distribution in the lens. Good. The sensitivity can be expressed by, for example, a Zernike function that is an orthogonal function. In this embodiment, the wavefront is calculated. However, the wavefront may be acquired by moving each original device, the imaging lens 9, and the sensor 11 by the stage and measuring the sensor 11. In this case, it should be noted that a stage error is included when calculating the sensitivity.

ステップS11では、解析演算部13は、校正処理を実行する。光学系は、レンズ加工誤差、アライメント誤差および保持変形などにより、設計情報通りに製作することは困難である。そこで、本実施例では、光学系の状態を正確に把握して高精度な面形状の計測を行うために、図5のフローに沿って校正処理を行う。図5は、校正処理を示すフローチャートである。   In step S11, the analysis calculation unit 13 performs a calibration process. It is difficult to manufacture an optical system according to design information due to lens processing errors, alignment errors, holding deformation, and the like. Therefore, in this embodiment, in order to accurately grasp the state of the optical system and measure the surface shape with high accuracy, calibration processing is performed along the flow of FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the calibration process.

ステップS111では、解析演算部13は、原器61が計測装置100に設置された状態で、センサ11に原器面61aで反射した光の波面(計測波面)Wg1を計測させる。   In step S111, the analysis calculation unit 13 causes the sensor 11 to measure the wavefront (measurement wavefront) Wg1 of the light reflected by the original surface 61a in a state where the original device 61 is installed in the measuring device 100.

ステップS112では、解析演算部13は、原器62が計測装置100に設置された状態で、センサ11に原器面62aで反射した光の波面(計測波面)Wg2を計測させる。   In step S112, the analysis calculation unit 13 causes the sensor 11 to measure the wavefront (measurement wavefront) Wg2 of the light reflected by the original surface 62a in a state where the original device 62 is installed in the measuring device 100.

本実施例では、ステップS111、S112で計測された計測波面Wg1、Wg2を第1の波面とする。解析演算部13は、調節移動機構(不図示)に、計測波面と算出波面とのチルト成分およびコマ成分の差が十分小さくなるように、各原器面の光軸に直交する面(xy面)内での位置およびxy面に対する傾きを調節させる。この調節によって、各原器のアライメント誤差を低減する。被検物7aを計測する場合も同様のアライメントを行う。   In this embodiment, the measurement wavefronts Wg1 and Wg2 measured in steps S111 and S112 are set as the first wavefront. The analysis calculation unit 13 causes the adjusting movement mechanism (not shown) to have a plane (xy plane) orthogonal to the optical axis of each original plane so that the difference between the tilt component and the coma component between the measurement wavefront and the calculated wavefront is sufficiently small. ) And the inclination with respect to the xy plane are adjusted. This adjustment reduces the alignment error of each prototype. The same alignment is performed when measuring the test object 7a.

ステップS113では、解析演算部13は、まず、以下の式(2)に示されるように、計測波面Wg1と算出波面Wcal1との差分ΔWg1、および計測波面Wg2と算出波面Wcal2との差分ΔWg2を算出する。続いて、差分ΔWg1、ΔWg2がそれぞれ所定値より小さくなるように、敏感度を用いて光学系の光学パラメータを算出する。   In step S113, the analysis calculation unit 13 first calculates the difference ΔWg1 between the measured wavefront Wg1 and the calculated wavefront Wcal1, and the difference ΔWg2 between the measured wavefront Wg2 and the calculated wavefront Wcal2, as shown in the following equation (2). To do. Subsequently, the optical parameters of the optical system are calculated using the sensitivity so that the differences ΔWg1 and ΔWg2 are smaller than predetermined values.

ここで、前処理で算出された敏感度を用いて、光学系の光学パラメータを算出する方法について具体的に説明する。本実施例では、Zernike関数の球面成分(Z4項とZ9項)を用いて、光学パラメータとして「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」と、「面形状の設計情報からの誤差量」を算出する。計測波面と算出波面との差分ΔWg1、ΔWg2の球面成分のZ4項成分(2次成分)とZ9項成分(4次成分)は、以下の式(3)で表される。   Here, a method for calculating the optical parameters of the optical system using the sensitivity calculated in the preprocessing will be specifically described. In this embodiment, the spherical component (Z4 term and Z9 term) of the Zernike function is used, and the optical parameters are “error amount from design information of arrangement of original device / lens on optical axis” and “surface shape design”. "Error amount from information" is calculated. The Z4 term component (secondary component) and the Z9 term component (quaternary component) of the spherical components of the differences ΔWg1 and ΔWg2 between the measured wavefront and the calculated wavefront are expressed by the following equation (3).

ここで、ΔWg1_Z4とΔWg1_Z9は、差分ΔWg1の球面成分のZ4項成分とZ9項成分である。ΔWg2_Z4とΔWg2_Z9は、差分ΔWg2の球面成分のZ4項成分とZ9項成分である。S1原器_Z4とS1原器_Z9は、原器61を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZ4項成分とZ9項成分の敏感度である。S2原器_Z4とS2原器_Z9は、原器62を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZ4項成分とZ9項成分の敏感度である。S1レンズ_Z4とS1レンズ_Z9は、原器61が設置された状態で結像レンズ9を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZ4項成分とZ9項成分の敏感度である。S2レンズ_Z4とS2レンズ_Z9は、原器62が設置された状態で結像レンズ9を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZ4項成分とZ9項成分の敏感度である。S1面形状1_Z4とS1面形状1_Z9は、原器61が設置された状態の光学系のうちの1つのレンズ(第1レンズ)の面形状誤差に対する敏感度である。S2面形状1_Z4とS2面形状1_Z9は、原器62が設置された状態の第1レンズの面形状誤差に対する敏感度である。S1面形状2_Z4とS1面形状2_Z9は、原器61が設置された状態の光学系のうちの別のレンズ(第2レンズ)の面形状誤差に対する敏感度である。S2面形状2_Z4とS2面形状2_Z9は、原器62が設置された状態の第2レンズの面形状誤差に対する敏感度である。   Here, ΔWg1_Z4 and ΔWg1_Z9 are the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the difference ΔWg1. ΔWg2_Z4 and ΔWg2_Z9 are the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the difference ΔWg2. S1 original device_Z4 and S1 original device_Z9 are the sensitivities of the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the calculated wavefront when the original device 61 is moved in the optical axis direction. S2 original device_Z4 and S2 original device_Z9 are the sensitivities of the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the calculated wavefront when the original device 62 is moved in the optical axis direction. S1 lens_Z4 and S1 lens_Z9 are the sensitivities of the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the calculated wavefront when the imaging lens 9 is moved in the optical axis direction with the original device 61 installed. . S2 lens_Z4 and S2 lens_Z9 are the sensitivities of the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the calculated wavefront when the imaging lens 9 is moved in the optical axis direction with the original device 62 installed. . The S1 surface shape 1_Z4 and the S1 surface shape 1_Z9 are sensitivities to the surface shape error of one lens (first lens) in the optical system in which the original device 61 is installed. The S2 surface shape 1_Z4 and the S2 surface shape 1_Z9 are the sensitivity to the surface shape error of the first lens in a state where the original device 62 is installed. The S1 surface shape 2_Z4 and the S1 surface shape 2_Z9 are sensitivities to the surface shape error of another lens (second lens) in the optical system in which the original device 61 is installed. The S2 surface shape 2_Z4 and the S2 surface shape 2_Z9 are sensitivities to the surface shape error of the second lens in a state where the original device 62 is installed.

解析演算部13は、差分ΔWg1、ΔWg2がそれぞれ所定値より小さくなるように、式(3)を解く。そうすることで、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」(=原器・レンズ配置変化量)と、2つの面の「面形状の設計情報からの誤差量」(=面形状変化量1、2)が算出される。   The analysis calculation unit 13 solves the equation (3) so that the differences ΔWg1 and ΔWg2 are smaller than predetermined values. By doing so, “the amount of error from the design information of the arrangement of the original device / lens on the optical axis” (= the amount of change of the original device / lens arrangement) and “the amount of error from the surface shape design information of the two surfaces” (= Surface shape change amount 1, 2) is calculated.

算出された原器やレンズの設計情報からの誤差量や面形状の設計情報からの誤差量は、実際に光学系に発生している誤差量とは必ずしも同じではない。しかしながら、複数誤差の相互作用で発生した誤差を打ち消すことができる。   The calculated error amount from the design information of the original device and the lens and the error amount from the design information of the surface shape are not necessarily the same as the error amount actually generated in the optical system. However, it is possible to cancel the error generated by the interaction of multiple errors.

本実施例では計測波面と算出波面との差の球面成分のZ4項成分とZ9項成分を用いて光学パラメータを算出したが、計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出することが重要であり、算出方法はこれに限定されない。例えば、高次の球面成分まで考慮し、高次の波面差まで一致するように(所定量より小さくなるように)光学パラメータを算出してもよい。多くの情報を用いることで、高精度に校正することができる。   In this embodiment, the optical parameter is calculated using the Z4 term component and the Z9 term component of the spherical component of the difference between the measured wavefront and the calculated wavefront, but the optical parameter is set so that the difference between the measured wavefront and the calculated wavefront becomes smaller than a predetermined value. It is important to calculate the parameters, and the calculation method is not limited to this. For example, the optical parameters may be calculated in consideration of even higher-order spherical components so as to match up to higher-order wavefront differences (smaller than a predetermined amount). By using a lot of information, calibration can be performed with high accuracy.

また、本実施例では式(3)に表されるように、原器およびセンサの光軸方向の配置と、2つの面の面形状情報を光学パラメータとして求め、校正を行ったが、2つより多くの面の面形状情報を用いて校正を行ってもよい。さらに、1つの面の面形状をZernike関数で表現し、より高次の球面成分を用いてもよい。他に、各原器および結像レンズ9以外にも、光学系の他の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長やそれぞれの変化量など種々の光学パラメータを用いてもよい。複数の光学パラメータを用いて校正を行う場合、敏感度が異なるものを選ぶことが望ましい。   Further, in this embodiment, as expressed by the equation (3), the arrangement of the original device and the sensor in the optical axis direction and the surface shape information of the two surfaces were obtained as optical parameters and calibrated. Calibration may be performed using surface shape information of more surfaces. Further, the surface shape of one surface may be expressed by a Zernike function, and higher order spherical components may be used. In addition to the original device and the imaging lens 9, the arrangement of other optical elements in the optical system, surface interval, radius of curvature, surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, birefringence distribution, light reception Various optical parameters such as the sensor linearity measurement error amount, the wavelength of the light source, and the amount of each change may be used. When performing calibration using a plurality of optical parameters, it is desirable to select ones having different sensitivities.

さらに、式(3)に基づいて敏感度を用いて設計情報からの誤差量を算出するのではなく、光線追跡を行い2つの波面差ΔWg1、ΔWg2が所定量より小さくなるように光学パラメータを算出してもよい。また、演算上で計測波面が得られる最も尤もらしい光学パラメータを推定する方法を用いてもよい。求める光学パラメータには特に制約はなく、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサの計測波面の線形性誤差量、光源の波長や、それぞれの変化量でもよい。図1(b)に示されるように、ダミー面14を設定して任意の位相分布を与えるなどの方法を用いてもよい。   Further, the optical parameter is calculated so that the two wavefront differences ΔWg1 and ΔWg2 are smaller than the predetermined amount by performing ray tracing, instead of calculating the error amount from the design information using the sensitivity based on the equation (3). May be. Further, a method of estimating the most likely optical parameter that can obtain a measurement wavefront in calculation may be used. There are no particular restrictions on the optical parameters to be calculated, the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface spacing, the radius of curvature, the aberration, the phase distribution, the refractive index distribution, the homogeneity, the birefringence distribution, the linearity error amount of the measurement wavefront of the light receiving sensor, It may be the wavelength of the light source or the amount of each change. As shown in FIG. 1B, a method of setting a dummy surface 14 and giving an arbitrary phase distribution may be used.

また、本実施例では、2つの原器を用いた校正について説明したが、原器を3つ以上用いることで、より高精度な校正を行うことができる。さらに、計測波面と算出波面とを一致させる波面の周波数や、光学系の誤差を校正するためのパラメータの数は多いほうがより高精度な校正を実現できるが、少なくとも式(4)に表されるように2つは必要である。   In the present embodiment, the calibration using two masters has been described. However, more accurate calibration can be performed by using three or more masters. Furthermore, higher accuracy can be achieved by increasing the frequency of the wavefront that matches the measured wavefront and the calculated wavefront, and the number of parameters for calibrating the error of the optical system, but at least expressed by equation (4). So two are necessary.

また、2つの原器の非球面形状の差が大きい場合、波面の敏感度に差が生じるとともに、光学系を通る光路が異なり、光学系の誤差をより反映した波面を取得することができる。そのため、2つの原器の各中心曲率の差は、0.001(1/mm)以上である(より好ましくは0.10(1/mm)以上である、あるい2.00(1/mm)以下である)ことが好ましい。また、球面からの乖離量である非球面量が大きい場合、波面の敏感度に差が生じる。そのため、2つの原器の各非球面形状の非球面量は、0.05mm以上であることが好ましい。また、上記条件を満たした原器を3つ以上用意し、校正の際に被検面7aの設計値に合わせて2つの原器を選択してもよい。このとき、被検面7aとの形状差が小さい原器を選択することが好ましい。   In addition, when the difference between the two aspherical shapes of the two prototypes is large, a difference in wavefront sensitivity occurs, and the optical path through the optical system is different, so that a wavefront more reflecting the error of the optical system can be acquired. Therefore, the difference between the central curvatures of the two masters is 0.001 (1 / mm) or more (more preferably 0.10 (1 / mm) or more, or 2.00 (1 / mm). It is preferable that: Further, when the amount of aspheric surface, which is the amount of deviation from the spherical surface, is large, there is a difference in the sensitivity of the wavefront. Therefore, it is preferable that the aspherical amount of each aspherical shape of the two prototypes is 0.05 mm or more. Alternatively, three or more original devices that satisfy the above conditions may be prepared, and two original devices may be selected in accordance with the design value of the test surface 7a at the time of calibration. At this time, it is preferable to select a prototype having a small shape difference from the surface to be measured 7a.

球面成分(回転対称成分)は上記のように求めることができるが、算出波面には非点収差などの回転非対称成分が残存する。回転非対称成分を除去するためには、原器や被検物を光軸回りに回転させて、回転前後のセンサ11からの出力に基づいて光学系の設計情報を変更すればよい。また、回転非対称成分に対する敏感度も同様に算出して、種々のZernike関数での上記関係式を算出し、すべての成分において2つの波面差が所定値より小さくなる解を求めてもよい。すべての成分において2つの波面差が所定値より小さくなる解を求めることができれば、原器や被検面を回転させる手間がなくなり、高精度の計測を高速で行うことが可能になる。   The spherical component (rotationally symmetric component) can be obtained as described above, but a rotationally asymmetric component such as astigmatism remains in the calculated wavefront. In order to remove the rotationally asymmetric component, the design information of the optical system may be changed based on the output from the sensor 11 before and after the rotation of the original device or the test object around the optical axis. Alternatively, the sensitivity to the rotationally asymmetric component may be calculated in the same manner, and the above relational expression for various Zernike functions may be calculated to obtain a solution in which the two wavefront differences are smaller than a predetermined value for all components. If a solution in which two wavefront differences are smaller than a predetermined value can be obtained for all components, there is no need to rotate the original device or the test surface, and high-accuracy measurement can be performed at high speed.

ステップS114では、解析演算部13は、光学系の設計情報をステップS113で算出した光学パラメータに基づいて変更する。変更された新たな設計情報では、加工や組み立てで発生した誤差が校正後の光学系の設計情報として用いられる。校正後の光学系の設計情報は、実際に光学系に発生している誤差と必ずしも同じではないが、複数誤差の相互作用で発生した誤差が打ち消され、センサ11から取得される計測波面を算出波面と等しくすることができる。すなわち、本実施例の方法により、光学系を校正することができる。   In step S114, the analysis calculation unit 13 changes the design information of the optical system based on the optical parameter calculated in step S113. In the new design information that has been changed, an error that has occurred during processing or assembly is used as design information for the optical system after calibration. The design information of the optical system after calibration is not necessarily the same as the error actually generated in the optical system, but the error generated by the interaction of a plurality of errors is canceled and the measurement wavefront obtained from the sensor 11 is calculated. Can be equal to the wavefront. That is, the optical system can be calibrated by the method of this embodiment.

本実施例の校正処理では計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、2つの原器の光学配置が等しくなるように光学パラメータを算出してもよい。この場合、2つの原器がそれぞれ設置された場合の各原器、光学系の少なくとも一部の部材、およびセンサ11のうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各原器に対応する光軸方向の光学配置(駆動量)の差が小さくなるように光学パラメータを算出すればよい。   In the calibration process of the present embodiment, the optical parameter is calculated so that the difference between the measured wavefront and the calculated wavefront is smaller than a predetermined value, but the present invention is not limited to this. For example, the optical parameters may be calculated so that the optical arrangements of the two masters are equal. In this case, optical elements in the optical axis direction corresponding to the respective original apparatus when two original apparatuses are respectively installed, at least a part of members of the optical system, and the respective original apparatuses of at least two members of the sensor 11. What is necessary is just to calculate an optical parameter so that the difference of arrangement | positioning (drive amount) may become small.

また、本実施例の校正処理では、算出された光学パラメータに基づいて光学系の設計情報を変更したが、各部材を算出した駆動量だけステージを用いて実際に駆動させてもよい。   In the calibration process of the present embodiment, the design information of the optical system is changed based on the calculated optical parameters. However, each member may be actually driven using the stage by the calculated driving amount.

ステップS12では、解析演算部13は、計測処理を実行する。図6は、計測処理を示すフローチャートである。   In step S12, the analysis calculation unit 13 executes a measurement process. FIG. 6 is a flowchart showing the measurement process.

ステップS121では、解析演算部13は、センサ11に、計測装置100に被検物7が設置された状態で、被検面7aからの反射光を計測させる。解析演算部13は、調節移動機構(不図示)に、計測波面と算出波面とのチルト成分およびコマ成分の差が十分小さくなるように、被検物7の位置および傾きを調節させる。光軸方向の位置に関しては、別途、測長機や変位計等の外部測定器によって原器面61a(62a)と被検面7aのそれぞれの中心位置を計測し、原器面61a(62a)の位置と一致するように被検面7aの位置を調節してもよい。本実施例では、センサ11としてシャック・ハルトマンセンサを用いているため、反射光の光線分布角度Vsを計測することができる。解析演算部13は、計測された光線分布角度Vsを保存する。   In step S121, the analysis calculation unit 13 causes the sensor 11 to measure the reflected light from the test surface 7a in a state where the test object 7 is installed in the measuring device 100. The analysis calculation unit 13 causes an adjustment movement mechanism (not shown) to adjust the position and inclination of the test object 7 so that the difference between the tilt component and the coma component between the measurement wavefront and the calculated wavefront is sufficiently small. Regarding the position in the optical axis direction, the center positions of the original surface 61a (62a) and the surface 7a to be measured are separately measured by an external measuring instrument such as a length measuring device or a displacement meter, and the original surface 61a (62a). The position of the test surface 7a may be adjusted so as to coincide with the position. In this embodiment, since the Shack-Hartmann sensor is used as the sensor 11, the light distribution angle Vs of the reflected light can be measured. The analysis calculation unit 13 stores the measured light distribution angle Vs.

ステップS13では、解析演算部13は、被検面7aの形状情報を算出するために、センサ11が計測した被検面7aの波面情報に基づいて解析処理を実行する。図7は、解析処理を示すフローチャートである。   In step S13, the analysis calculation unit 13 executes an analysis process based on the wavefront information of the test surface 7a measured by the sensor 11 in order to calculate the shape information of the test surface 7a. FIG. 7 is a flowchart showing the analysis process.

ステップS131では、解析演算部13は、校正処理で変更された光学系の設計情報を用いて光線追跡を行い、保持する光線位置分布と光線角度分布Vsから、被検面7aでの光線位置と光線角度分布vsを求める。被検面7aの形状は未知であるが、被検面7aの設計形状に基づいて光線追跡を行えばよい。   In step S131, the analysis calculation unit 13 performs ray tracing using the optical system design information changed in the calibration process, and determines the ray position on the surface 7a to be detected from the ray position distribution and the ray angle distribution Vs that are held. The ray angle distribution vs is obtained. The shape of the test surface 7a is unknown, but ray tracing may be performed based on the design shape of the test surface 7a.

ステップS132では、解析演算部13は、ステップS131で求められた光線位置と光線角度分布vsから積分によって被検面7aの形状を算出する。   In step S132, the analysis calculation unit 13 calculates the shape of the test surface 7a by integration from the light beam position and the light beam angle distribution vs obtained in step S131.

このように、光線追跡を行ってセンサ11上の情報から被検面7a上の情報に変換するためには、計測装置100内に光線追跡ソフトウェアを内蔵する必要がある。しかしながら、光線追跡を行うことで、高速で高精度な計測が可能となる。また、回転非対称成分の影響も考慮できる。   Thus, in order to perform ray tracing and convert information on the sensor 11 to information on the surface 7a to be examined, it is necessary to incorporate ray tracing software in the measuring device 100. However, by performing ray tracing, high-speed and high-precision measurement is possible. Also, the influence of rotationally asymmetric components can be taken into consideration.

以上説明したように、異なる非球面形状を持つ少なくとも2つの原器を用いる本実施例の計測方法を用いることで、組立や環境によって光学系が設計値と異なる場合でも、校正を容易に行うことができる。結果として、被検面7aの形状を非接触で高速かつ高精度に計測できる。   As described above, by using the measurement method of this embodiment using at least two masters having different aspherical shapes, calibration can be easily performed even when the optical system differs from the design value depending on the assembly and environment. Can do. As a result, the shape of the test surface 7a can be measured at high speed and high accuracy without contact.

なお、本実施例では、被検サンプルはレンズとしたが、レンズには限らず、レンズと同等の形状を有するもの、例えば金型であってもよい。また、本実施例では、被検面7aが凸非球面である場合について説明したが、凹非球面であってもよい。この場合でも、図1(c)に示されるように、少なくとも2つの原器61、62を用いて校正すればよい。2つの原器61、62は、互いに異なる凹非球面形状を有することが好ましい。   In the present embodiment, the test sample is a lens, but is not limited to a lens, and may be a lens having a shape equivalent to that of a lens, for example, a mold. Moreover, although the present Example demonstrated the case where the to-be-tested surface 7a was a convex aspherical surface, a concave aspherical surface may be sufficient. Even in this case, as shown in FIG. 1C, calibration may be performed using at least two masters 61 and 62. The two masters 61 and 62 preferably have different concave aspheric shapes.

実施例1では、校正処理において、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」および「面形状の設計情報からの誤差量」を同時に算出した。本実施例では、前者を算出した後、後者を算出する。そうすることで、ばらつきが少ない、精度の高い校正結果を取得することができる。他の構成および処理は、実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。   In Example 1, in the calibration process, “the amount of error from the design information of the arrangement of the original device and the lens on the optical axis” and “the amount of error from the surface shape design information” were calculated simultaneously. In this embodiment, after calculating the former, the latter is calculated. By doing so, a highly accurate calibration result with little variation can be acquired. Since other configurations and processes are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

本実施例では、Zernike関数の球面成分(Z4、9、16、25、36…項)に着目し、計測波面と算出波面との差分ΔWg1、ΔWg2が所定値より小さくなるように、敏感度を用いて光学系の光学パラメータを算出する。本実施例では、「光学系において誤差の大きい、または空間的に低次周波数の波面が変化する、少なくとも2つのパラメータの値」と「光学系において誤差の小さい、または空間的に高次周波数の波面が変化する、少なくとも2つのパラメータの値」を算出する。本実施例では、前者を算出した後、後者を算出する。そうすることで、ばらつきが少ない、精度の高い校正結果を取得することができる。以下、前者を「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」、後者を「面形状の設計情報からの誤差量」として説明する。なお、光学系において誤差の大きい、または空間的に低次周波数の波面が変化するパラメータとは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長である。また、光学系において誤差の小さい、または空間的に高次周波数の波面が変化するパラメータとは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布である。   In this embodiment, paying attention to the spherical component (Z4, 9, 16, 25, 36...) Of the Zernike function, the sensitivity is set so that the differences ΔWg1 and ΔWg2 between the measured wavefront and the calculated wavefront are smaller than a predetermined value. To calculate the optical parameters of the optical system. In the present embodiment, “a value of at least two parameters with a large error in the optical system or a spatially low-order frequency wavefront changing” and “a value with a small error or a spatially high-order frequency in the optical system”. "Values of at least two parameters with which the wavefront changes" are calculated. In this embodiment, after calculating the former, the latter is calculated. By doing so, a highly accurate calibration result with little variation can be acquired. Hereinafter, the former will be described as “the amount of error from the design information of the arrangement of the original device / lens on the optical axis”, and the latter will be described as “the amount of error from the surface shape design information”. Note that parameters with large errors in the optical system or spatially changing low-order frequency wavefronts include the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface spacing, the radius of curvature, the linearity measurement error amount of the light receiving sensor, and the light source Is the wavelength. Further, parameters in which an error is small in an optical system or a wavefront of a high-order frequency spatially changes are a surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, and birefringence distribution.

本実施例では、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」は、結像レンズ9、各原器、およびセンサ11の3つの駆動量である。また、「面形状の設計情報からの誤差量」は、それぞれ複数のレンズで構成されている投光レンズ5および結像レンズ9のうち、3つのレンズ面の面形状誤差量である。   In this embodiment, “the amount of error from the design information of the arrangement of the original device / lens on the optical axis” is the three drive amounts of the imaging lens 9, each original device, and the sensor 11. The “error amount from the surface shape design information” is a surface shape error amount of three lens surfaces of the light projecting lens 5 and the imaging lens 9 each composed of a plurality of lenses.

本実施例では、解析演算部13は、まず、「原器・レンズの光軸上の配置の設計情報からの誤差量」を算出する。計測波面と算出波面との差分ΔWg1、ΔWg2の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)は、以下の式(5)で表される。   In this embodiment, the analysis calculation unit 13 first calculates “an error amount from design information on the arrangement of the original device and the lens on the optical axis”. The Zi ^ 2 term component (i is an integer of 2 to 6) of the spherical component of the difference ΔWg1 and ΔWg2 between the measurement wavefront and the calculated wavefront is expressed by the following equation (5).

ここで、ΔWgi^2_1とΔWgi^2_2(iは2〜6の整数)はそれぞれ、差分ΔWg1と差分ΔWg2の球面成分のZi^2項成分である。S_i^2_1_lensとS_i^2_2_lens(iは2〜6の整数)はそれぞれ、原器61、62が設置された状態で結像レンズ9を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)の敏感度である。S_i^2_1_smpとS_i^2_2_smp(iは2〜6の整数)はそれぞれ、原器61、62を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)の敏感度である。S_i^2_1_snsとS_i^2_2_sns(iは2〜6の整数)はそれぞれ、原器61、62が設置された状態でセンサ11を光軸方向へ移動させた場合の算出波面の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)の敏感度である。Mlens、Msmp、およびMsnsはそれぞれ、結像レンズ9、原器61または原器62、およびセンサ11の移動量である。   Here, ΔWgi ^ 2_1 and ΔWgi ^ 2_2 (i is an integer of 2 to 6) are the Zi ^ 2 term components of the spherical components of the difference ΔWg1 and the difference ΔWg2, respectively. S_i ^ 2_1_lens and S_i ^ 2_2_lens (i is an integer of 2 to 6) are the spherical components of the calculated wavefront when the imaging lens 9 is moved in the optical axis direction with the original devices 61 and 62 installed, respectively. This is the sensitivity of the Zi ^ 2 component (i is an integer of 2 to 6). S_i ^ 2_1_smp and S_i ^ 2_2_smp (i is an integer of 2 to 6) are respectively Zi ^ 2 term components (i is 2 to 2) of the spherical component of the calculated wavefront when the original devices 61 and 62 are moved in the optical axis direction. (Integer of 6). S_i ^ 2_1_sns and S_i ^ 2_2_sns (i is an integer of 2 to 6) are respectively Zi ^ of the spherical component of the calculated wavefront when the sensor 11 is moved in the optical axis direction with the original devices 61 and 62 installed. The sensitivity of the binomial component (i is an integer of 2 to 6). Mlens, Msmp, and Msns are movement amounts of the imaging lens 9, the original device 61 or the original device 62, and the sensor 11, respectively.

式(5)は、移動量の変数が3個に対して式が10個あるため解けないが、左辺と右辺の差が最小になる移動量を最小二乗法やSVD(特異値分解)法を用いて求めればよい。   Equation (5) cannot be solved because there are ten equations for three variables of the amount of movement, but the amount of movement that minimizes the difference between the left side and the right side is calculated using the least square method or SVD (singular value decomposition) method. Use it to find out.

次に、解析演算部13は、「面形状の設計情報からの誤差量」を算出する。差分ΔWg1、ΔWg2から、算出された移動量と敏感度の積を引いた値の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)は、以下の式(6)で表される。   Next, the analysis calculation unit 13 calculates “the amount of error from the surface shape design information”. The Zi ^ 2 term component (i is an integer of 2 to 6) of the spherical component obtained by subtracting the product of the calculated movement amount and sensitivity from the differences ΔWg1 and ΔWg2 is expressed by the following equation (6). .

ここで、Di^2_1とDi^2_2(iは2〜6の整数)はそれぞれ、差分ΔWg1、ΔWg2から、算出された移動量と敏感度の積を引いた値の球面成分のZi^2項成分(iは2〜6の整数)である。Si^2_1_t_kとSi^2_2_t_kはそれぞれ、原器61、62が設置された状態のレンズ面の面形状誤差に対する敏感度である。kは、投光レンズ5および結像レンズ9のうち使用する3つのレンズ面を表し、1〜3の整数である。tは、各レンズ面に面形状誤差を付加するときのZernike関数の番号の変数を表し、9または16である。Gt_kは、kで指定したレンズ面のZt項の係数である。   Here, Di ^ 2_1 and Di ^ 2_2 (i is an integer of 2 to 6) are respectively Zi ^ 2 terms of spherical components having values obtained by subtracting the product of the calculated movement amount and sensitivity from the differences ΔWg1 and ΔWg2. It is a component (i is an integer of 2-6). Si ^ 2_1_t_k and Si ^ 2_2_t_k are sensitivities to the surface shape error of the lens surface in a state where the original devices 61 and 62 are installed, respectively. k represents three lens surfaces to be used among the light projecting lens 5 and the imaging lens 9, and is an integer of 1 to 3. t represents a variable of the number of the Zernike function when a surface shape error is added to each lens surface, and is 9 or 16. Gt_k is a coefficient of the Zt term of the lens surface designated by k.

式(5)と同様に、左辺と右辺の差が最小になる面形状誤差を最小二乗法やSVD(特異値分解)法を用いて求めればよい。   Similar to Equation (5), the surface shape error that minimizes the difference between the left side and the right side may be obtained using the least square method or the SVD (singular value decomposition) method.

算出された原器やレンズの設計情報からの誤差量や面形状の設計情報からの誤差量は、実際に光学系に発生している誤差量とは必ずしも同じではない。しかしながら、複数誤差の相互作用で発生した誤差を打ち消すことができる。   The calculated error amount from the design information of the original device and the lens and the error amount from the design information of the surface shape are not necessarily the same as the error amount actually generated in the optical system. However, it is possible to cancel the error generated by the interaction of multiple errors.

本実施例では計測波面と算出波面との差の球面成分のZ36項までの成分を用いて光学パラメータを算出したが、計測波面と算出波面との差が所定値より小さくなるように光学パラメータを算出することが重要であり、算出方法はこれに限定されない。例えば、より高次の球面成分まで考慮し、高次の波面差まで一致するように(所定量より小さくなるように)光学パラメータを算出してもよい。多くの情報を用いることで、高精度に校正することができる。   In this embodiment, the optical parameter is calculated using the components up to the Z36 term of the spherical component of the difference between the measured wavefront and the calculated wavefront. However, the optical parameter is set so that the difference between the measured wavefront and the calculated wavefront is smaller than a predetermined value. It is important to calculate, and the calculation method is not limited to this. For example, the optical parameters may be calculated in consideration of higher order spherical components so as to match up to higher order wavefront differences (smaller than a predetermined amount). By using a lot of information, calibration can be performed with high accuracy.

また、式(5)では、各原器、結像レンズ9、およびセンサ11の光軸方向の移動量を算出したが、その他の誤差の大きいパラメータ、例えばセンサ11のリニアリティ計測誤差や光源1の波長誤差を同時に算出してもよい。   Further, in equation (5), the movement amount of each original device, the imaging lens 9 and the sensor 11 in the optical axis direction is calculated. However, other parameters with large errors, such as linearity measurement errors of the sensor 11 and the light source 1 The wavelength error may be calculated simultaneously.

また、本実施例では、3つの移動量と、3つの面の面形状を光学パラメータとして求め、校正したが、3つより多くの面形状を使った校正を行ってもよい。さらに、1つの面形状をZernike関数で表現し、より高次の球面成分を用いてもよい。他に、他の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布など、種々の光学パラメータを用いてもよい。複数の光学パラメータを用いた校正を行う場合、敏感度が異なるものを選ぶことが望ましい。また、2つの原器の非球面形状の差が大きい場合、波面の敏感度に差が生じるとともに、光学系を通る光路が異なり、光学系の誤差をより反映した波面を取得することができる。そのため、2つの原器の各中心曲率の差は、0.001(1/mm)以上であることが好ましい。また、球面からの乖離量である非球面量が大きい場合、波面の敏感度に差が生じる。そのため、2つの原器の各非球面形状の非球面量は、0.05mm以上であることが好ましい。また、上記条件を満たした原器を3つ以上用意し、校正の際に被検面7aの設計値に合わせて2つの原器を選択してもよい。このとき、被検面7aとの形状差が小さい原器を選択することが好ましい。   In this embodiment, the three movement amounts and the surface shapes of the three surfaces are obtained and calibrated as optical parameters. However, calibration using more than three surface shapes may be performed. Furthermore, one surface shape may be expressed by a Zernike function, and higher-order spherical components may be used. In addition, various optical parameters such as arrangement of other optical elements, surface interval, radius of curvature, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, and birefringence distribution may be used. When performing calibration using a plurality of optical parameters, it is desirable to select ones having different sensitivities. In addition, when the difference between the two aspherical shapes of the two prototypes is large, a difference in wavefront sensitivity occurs, and the optical path through the optical system is different, so that a wavefront more reflecting the error of the optical system can be acquired. Therefore, it is preferable that the difference between the central curvatures of the two masters is 0.001 (1 / mm) or more. Further, when the amount of aspheric surface, which is the amount of deviation from the spherical surface, is large, there is a difference in the sensitivity of the wavefront. Therefore, it is preferable that the aspherical amount of each aspherical shape of the two prototypes is 0.05 mm or more. Alternatively, three or more original devices that satisfy the above conditions may be prepared, and two original devices may be selected in accordance with the design value of the test surface 7a at the time of calibration. At this time, it is preferable to select a prototype having a small shape difference from the surface to be measured 7a.

本実施例では、校正処理を、初期校正処理(組立校正処理)と計測時校正処理とに分けて実行する。校正処理以外の構成及び処理は、実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。   In the present embodiment, the calibration process is executed by dividing it into an initial calibration process (assembly calibration process) and a calibration process during measurement. Since the configuration and processing other than the calibration processing are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

以下、図8のフローチャートを参照して、本実施例の計測方法を説明する。本実施例の計測方法は、解析演算部13により、コンピュータプログラムとしての処理プログラムに従って実行される。なお、処理プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。   Hereinafter, the measurement method of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The measurement method of the present embodiment is executed by the analysis operation unit 13 according to a processing program as a computer program. The processing program may be recorded on a computer-readable recording medium, for example.

実施例1で説明したように、計測装置100の光学系は、レンズの加工誤差、組立誤差、被検物のアライメント誤差、および温度変化などの環境要因などで、設計値通りに配置されない。そのため、光学系の状況を正確に把握する校正を行うことで、高精度計測が可能になる。   As described in the first embodiment, the optical system of the measuring device 100 is not arranged as designed due to environmental factors such as lens processing error, assembly error, test object alignment error, and temperature change. Therefore, high-precision measurement is possible by performing calibration for accurately grasping the state of the optical system.

本実施例では、初期校正処理および計測時校正処理を校正処理として実行する。初期校正処理では、レンズの加工誤差や組立誤差など、一度校正すると変化しない誤差要因や、長い時間をかけて変化する誤差要因の校正を行う。この処理では、実施例1と同様に、図5のフローに沿って、異なる既知の非球面形状を有する2つの原器を使用した校正が行われる。計測時校正処理では、環境や装置内の部材に起因する温度変化による光学系誤差など、計測ごとに(短時間で)変化する誤差要因の校正を行う。この処理では、既知の非球面形状を有する1つの原器を使用した校正が行われる。本実施例では、誤差の発生要因と、変化の時間軸に合わせて、2つの校正処理を使い分けることで、更に高精度な計測が可能となる。   In this embodiment, the initial calibration process and the measurement calibration process are executed as calibration processes. In the initial calibration process, error factors that do not change once calibrated, such as lens processing errors and assembly errors, and error factors that change over time are calibrated. In this process, as in the first embodiment, calibration is performed using two prototypes having different known aspheric shapes along the flow of FIG. In the calibration process at the time of measurement, an error factor that changes with each measurement (in a short time) is calibrated, such as an optical system error due to a temperature change caused by an environment or a member in the apparatus. In this process, calibration is performed using a single prototype having a known aspheric shape. In the present embodiment, it is possible to perform measurement with higher accuracy by properly using two calibration processes in accordance with the cause of error and the time axis of change.

図9は、計測時校正処理を示すフローチャートである。面形状や位相分布などの複雑な情報を算出するためには、初期校正処理のように、少なくとも2つ以上の原器の情報が必要である。しかしながら、温度変化など、光軸方向の駆動量の誤差を補正する場合には、1つの原器の情報だけで校正することが可能である。この処理では、初期校正処理で用いた2つの原器のうちの1つを原器として用いればよい。本実施例では、原器として原器61を使用する。   FIG. 9 is a flowchart showing the calibration process during measurement. In order to calculate complicated information such as surface shape and phase distribution, information of at least two or more prototypes is required as in the initial calibration process. However, when correcting an error in the driving amount in the optical axis direction such as a temperature change, it is possible to calibrate only with information of one original device. In this process, one of the two prototypes used in the initial calibration process may be used as the prototype. In this embodiment, the original device 61 is used as the original device.

ステップS201では、解析演算部13は、計測波面を取得するために、計測装置100に原器61が設置された状態で、センサ11に原器61からの反射光を計測させる。   In step S <b> 201, the analysis calculation unit 13 causes the sensor 11 to measure the reflected light from the original device 61 in a state where the original device 61 is installed in the measurement apparatus 100 in order to obtain the measurement wavefront.

ステップS202では、解析演算部13は、初期校正処理で変更された光学系の設計情報に基づいて、原器61からの反射光のセンサ面での波面(算出波面)を算出する。解析演算部13は、ステップS201で取得した計測波面と算出波面とが一致する(波面の差が所定値より小さくなる)ように、再度光学パラメータを算出する。計測時校正処理では短時間で変化する誤差要因の影響を低減することを目的としているため、算出される光学パラメータは短時間で変化するものを選ぶことが好ましい。例えば、短時間の温度変化を校正するために、フォーカス成分、面間隔、ならびにレンズ、センサ、および被検物などの配置を選べばよい。   In step S202, the analysis calculation unit 13 calculates the wavefront (calculated wavefront) of the reflected light from the original device 61 on the sensor surface based on the design information of the optical system changed in the initial calibration process. The analysis calculation unit 13 calculates the optical parameter again so that the measured wavefront acquired in step S201 matches the calculated wavefront (the difference between the wavefronts is smaller than a predetermined value). Since the calibration process at the time of measurement aims to reduce the influence of an error factor that changes in a short time, it is preferable to select a calculated optical parameter that changes in a short time. For example, in order to calibrate a short-term temperature change, the focus component, the surface interval, and the arrangement of the lens, sensor, test object, etc. may be selected.

ステップS203では、解析演算部13は、光学系の設計情報をステップS202で算出した光学パラメータに再度変更する。したがって、校正後の光学系の設計情報は、レンズの加工誤差や組立誤差などの変化しにくい誤差要因に加えて、計測時に発生する誤差要因も考慮されている。   In step S203, the analysis calculation unit 13 again changes the optical system design information to the optical parameters calculated in step S202. Therefore, in the design information of the optical system after calibration, in addition to the error factors that are difficult to change such as lens processing errors and assembly errors, error factors that occur during measurement are taken into consideration.

図10は、図9を用いて説明した計測時校正処理とは異なる計測時校正処理を示すフローチャートである。この計測時校正処理では、短時間で変化する誤差要因の影響を低減するために、1つの原器を計測した結果から、原器および結像レンズを光軸に沿って移動させる。図9の計測時校正処理と同様に、原器として原器61を使用する。   FIG. 10 is a flowchart showing a measurement time calibration process different from the measurement time calibration process described with reference to FIG. 9. In this calibration process at the time of measurement, in order to reduce the influence of an error factor that changes in a short time, the master and the imaging lens are moved along the optical axis from the result of measuring one master. Similar to the calibration process at the time of measurement in FIG. 9, the master 61 is used as a master.

ステップS211では、解析演算部13は、計測波面を取得するために、計測装置100に原器61が設置された状態で、センサ11に原器61からの反射光を計測させる。   In step S211, the analysis calculation unit 13 causes the sensor 11 to measure the reflected light from the original device 61 in a state where the original device 61 is installed in the measurement apparatus 100 in order to obtain the measurement wavefront.

ステップS212では、解析演算部13は、初期校正処理で変更された光学系の設計情報に基づいて、原器62からの反射光のセンサ面での波面(算出波面)を算出する。そして、ステップS211で取得した計測波面と算出波面との差が所定値より小さいかどうかを判定する。所定値より大きい場合、ステップS213に進み、所定値より小さい場合、フローを終了する。   In step S212, the analysis calculation unit 13 calculates the wavefront (calculated wavefront) of the reflected light from the original device 62 on the sensor surface based on the design information of the optical system changed in the initial calibration process. Then, it is determined whether or not the difference between the measured wavefront acquired in step S211 and the calculated wavefront is smaller than a predetermined value. If it is larger than the predetermined value, the process proceeds to step S213. If it is smaller than the predetermined value, the flow ends.

ステップS213では、解析演算部13は、計測波面と算出波面とが一致する(波面の差が所定値より小さくなる)ように、図4のステップS103で算出した敏感度を用いて原器61および結像レンズ9の駆動量を算出する。   In step S213, the analysis calculation unit 13 uses the sensitivity calculated in step S103 in FIG. 4 so that the measured wavefront matches the calculated wavefront (the difference between the wavefronts is smaller than a predetermined value). The driving amount of the imaging lens 9 is calculated.

ステップS214では、解析演算部13は、ステップS203で算出した駆動量に基づいて、原器61および結像レンズ9を駆動させる。   In step S214, the analysis calculation unit 13 drives the master 61 and the imaging lens 9 based on the drive amount calculated in step S203.

本実施例の計測方法では、計測時に発生している誤差をリアルタイムに補正することが可能となり、より高精度な計測が行える。また、計測時校正処理は1つの原器で実現できることから、トータルの計測時間を短くすることができる。また、使い勝手を向上させることができるとともに、校正負荷を軽減することができる。   In the measurement method of the present embodiment, it is possible to correct an error occurring at the time of measurement in real time, and more accurate measurement can be performed. In addition, since the calibration process at the time of measurement can be realized with one original device, the total measurement time can be shortened. In addition, the usability can be improved and the calibration load can be reduced.

実施例1では、センサ11により計測された光線角度分布Vsと光線位置分布から、被検面7aでの光線角度分布vsと光線位置を算出する方法に説明した。本実施例では、位置倍率分布と角度倍率分布のテーブルに基づいて、被検面7aでの光線位置と光線角度分布vsを算出する方法について説明する。被検面7aとセンサ面との相対関係を表す倍率変化テーブルを使うことで、光線追跡ソフトを計測装置に搭載する必要がなくなる。本実施例は、実施例1に対して、倍率分布を計算する点と、計測波面から被検面形状を求める点だけが異なる。   In the first embodiment, the method of calculating the light angle distribution vs and the light position on the test surface 7a from the light angle distribution Vs and the light position distribution measured by the sensor 11 has been described. In the present embodiment, a method for calculating the light beam position and the light beam angle distribution vs on the test surface 7a based on a table of position magnification distribution and angle magnification distribution will be described. By using the magnification change table representing the relative relationship between the test surface 7a and the sensor surface, it is not necessary to install the ray tracing software in the measuring device. The present embodiment is different from the first embodiment only in that a magnification distribution is calculated and a shape of a test surface is obtained from a measurement wavefront.

図11は、本実施例の前処理を示すフローチャートである。ステップS401、S402、S404の処理はそれぞれ、実施例1で説明した図4のステップS101〜S103と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。   FIG. 11 is a flowchart showing the preprocessing of the present embodiment. Since the processes in steps S401, S402, and S404 are the same as those in steps S101 to S103 in FIG. 4 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ステップS403では、解析演算部13は、センサ面とセンサ共役面との間の位置倍率分布α、角度倍率分布β、および主光線角度分布ηを算出する。位置倍率分布αおよび角度倍率分布βはそれぞれ、センサ面とセンサ共役面との間での各原器面および被検面7aの設計値面で反射した光線の位置関係および角度関係を示す。   In step S403, the analysis calculation unit 13 calculates a position magnification distribution α, an angle magnification distribution β, and a principal ray angle distribution η between the sensor surface and the sensor conjugate surface. The position magnification distribution α and the angle magnification distribution β respectively indicate the positional relationship and the angular relationship of the light rays reflected by the original surface and the design surface of the test surface 7a between the sensor surface and the sensor conjugate surface.

具体的には、図12に示されるように、位置倍率分布αは、センサ面上において光軸から光線の入射位置までの距離をr、センサ共役面上において光軸から光線の入射位置までの距離をRとした場合、以下の式(7)で表される。   Specifically, as shown in FIG. 12, the position magnification distribution α is a distance r from the optical axis to the incident position of the light beam on the sensor surface, and from the optical axis to the incident position of the light beam on the sensor conjugate plane. When the distance is R, it is expressed by the following formula (7).

α=R/r (7)
角度倍率分布βは、以下の式(8)で表される。ここで、各原器面および設計値である被検面7aを微小角度だけ傾けた場合において、センサ共役面上でのメリジオナル面における光線反射角度の変化をΔV、センサ面上でのメリジオナル面における光線入射角度の変化をΔvとする。
α = R / r (7)
The angular magnification distribution β is expressed by the following formula (8). Here, when each original surface and the test surface 7a which is the design value are tilted by a minute angle, the change in the light reflection angle on the meridional surface on the sensor conjugate surface is ΔV, and the meridional surface on the sensor surface is Let Δv be the change in the light beam incident angle.

β=Δv/ΔV (8)
主光線角度分布ηは、各原器面および設計値である被検面7aを用いてセンサ11から光軸と平行に(つまり、光軸に対して0°の光線角度で)光線追跡演算を行った場合の各原器面および被検面7aに入射する光線の角度分布である。
β = Δv / ΔV (8)
The principal ray angle distribution η is obtained by performing ray tracing calculation in parallel with the optical axis from the sensor 11 (that is, at a ray angle of 0 ° with respect to the optical axis) using each original surface and the test surface 7a which is a design value. It is an angle distribution of the light ray which injects into each original equipment surface and to-be-tested surface 7a at the time of performing.

位置倍率分布α、角度倍率分布β、および主光線角度分布ηは、設計値ごとに算出する必要がある。本実施例では、2つの原器の各原器面と、被検面7aはいずれも設計値が異なるため、それぞれの設計値に対応した分布を求める必要がある。   The position magnification distribution α, the angle magnification distribution β, and the chief ray angle distribution η need to be calculated for each design value. In this embodiment, since the design values of each of the original surfaces of the two original devices and the test surface 7a are different, it is necessary to obtain a distribution corresponding to each design value.

図13は、本実施例の校正処理を示すフローチャートである。ステップS411〜S414の処理はそれぞれ、実施例1で説明した図5のステップS111〜S114と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。   FIG. 13 is a flowchart showing the calibration process of this embodiment. Since the processing of steps S411 to S414 is the same as that of steps S111 to S114 of FIG. 5 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ステップS415では、解析演算部13は、変更された光学パラメータに基づいて、図11のステップS403で説明した方法を用いて倍率分布を算出する。   In step S415, the analysis calculation unit 13 calculates a magnification distribution using the method described in step S403 of FIG. 11 based on the changed optical parameter.

図14は、本実施例の解析処理を示すフローチャートである。ステップS443の処理は、実施例1で説明した図7のステップS132と同一の処理であるため、詳細な説明は省略する。   FIG. 14 is a flowchart showing the analysis processing of this embodiment. Since the process of step S443 is the same process as step S132 of FIG. 7 described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

ステップS441では、解析演算部13は、以下の式(9)を用いて、センサ11により計測された光線角度分布Vsからセンサ共役面上の光線角度分布vsを算出する。   In step S441, the analysis calculation unit 13 calculates the ray angle distribution vs on the sensor conjugate plane from the ray angle distribution Vs measured by the sensor 11 using the following equation (9).

続いて、解析演算部13は、以下の式(10)を用いて、センサ共役面上の光線位置分布rsを算出する。   Subsequently, the analysis calculation unit 13 calculates the light beam position distribution rs on the sensor conjugate plane using the following equation (10).

rs=αs×r (10)
ここで、rは、センサ11の光線計測位置分布である。光線計測位置分布rとは、シャック・ハルトマンセンサでは、撮像素子上での座標におけるマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの中心位置に相当する。また、光線計測位置分布rおよび光線位置分布rsは、xy面上での座標で表される光軸からの距離である。
rs = αs × r (10)
Here, r is the light ray measurement position distribution of the sensor 11. In the Shack-Hartmann sensor, the light ray measurement position distribution r corresponds to the center position of each microlens of the microlens array in the coordinates on the image sensor. In addition, the light ray measurement position distribution r and the light ray position distribution rs are distances from the optical axis expressed by coordinates on the xy plane.

ステップS442では、解析演算部13は、光線位置分布rsおよび光線角度分布vsを用いて光線追跡演算を行い、被検面7aの設計面との交点rbsを求める。交点rbsは、xy面での座標で表される光軸からの距離を示す。   In step S442, the analysis calculation unit 13 performs a ray tracing calculation using the ray position distribution rs and the ray angle distribution vs, and obtains an intersection rbs with the design surface of the test surface 7a. The intersection rbs indicates a distance from the optical axis expressed by coordinates on the xy plane.

以上説明したように、本実施例の倍率校正分布を用いた変換を行うことによって、光線追跡を行わずに簡単に被検面の形状を算出することができる。   As described above, by performing conversion using the magnification calibration distribution of the present embodiment, the shape of the test surface can be easily calculated without performing ray tracing.

実施例1〜5では、被検物の反射光を計測する場合について説明したが、本実施例では、単レンズの透過光を計測する場合について説明する。被検物(被検光学系)として、単レンズ以外にも、レンズを複数組み合わせたレンズユニット、液浸した単レンズ、およびマッチングオイルを塗布したものも同様に計測できる。図15は、本実施例の計測方法を実行可能な計測装置(透過波面計測装置)200の概略構成図である。計測装置200を用いることで、単レンズ70の透過光を計測することができる。   In the first to fifth embodiments, the case where the reflected light of the test object is measured has been described, but in this embodiment, the case where the transmitted light of the single lens is measured will be described. As a test object (test optical system), in addition to a single lens, a lens unit in which a plurality of lenses are combined, a single lens immersed in liquid, and a lens applied with matching oil can be similarly measured. FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a measurement apparatus (transmitted wavefront measurement apparatus) 200 capable of executing the measurement method of the present embodiment. By using the measuring device 200, the light transmitted through the single lens 70 can be measured.

本実施例では、校正処理のために、互いに異なる特性(例えば、非球面形状)を有する2つのレンズを基準光学系(原器)610、620として用いる。各基準光学系は反射面のように既知であることが望ましいが、透過波面情報は既知にはできない。そのため、基準光学系を精度よく製作する、また、事前に形状、曲率、内部透過率、および偏心などを計測し、できるだけ不確かさを小さくしておくことが望ましい。   In this embodiment, two lenses having different characteristics (for example, aspherical shape) are used as the reference optical systems (generators) 610 and 620 for the calibration process. Each reference optical system is desirably known as a reflection surface, but transmitted wavefront information cannot be known. Therefore, it is desirable to manufacture the reference optical system with high accuracy and to measure the shape, curvature, internal transmittance, decentration, and the like in advance to minimize the uncertainty as much as possible.

他の構成要素や処理(前処理、校正処理、計測処理、解析処理)は、他の実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。   Other components and processes (pre-processing, calibration processing, measurement processing, and analysis processing) are the same as those in the other embodiments, and thus detailed description thereof is omitted.

図16を参照して、本実施例の光学機器の製造装置について説明する。図16は、光学機器の製造装置300の概略構成図である。製造装置300は、実施例1から5で説明した計測装置100からの情報に基づいて光学機器を製造する。   With reference to FIG. 16, the manufacturing apparatus of the optical apparatus of a present Example is demonstrated. FIG. 16 is a schematic configuration diagram of an optical apparatus manufacturing apparatus 300. The manufacturing apparatus 300 manufactures an optical apparatus based on the information from the measurement apparatus 100 described in the first to fifth embodiments.

図16において、50は被検レンズの材料(素材)であり、301は材料50に対して切削や研磨などの加工を行って光学素子としての被検レンズ51を製造する製造部である。被検レンズ51は、非球面形状を有する。   In FIG. 16, reference numeral 50 denotes a material (raw material) of the test lens, and 301 denotes a manufacturing unit that manufactures the test lens 51 as an optical element by processing the material 50 such as cutting and polishing. The test lens 51 has an aspherical shape.

製造部301で加工された被検レンズ(被検面)の形状は、計測部としての計測装置100において、実施例1で説明した計測方法を用いて計測される。実施例1で説明したように、計測装置100は、被検面を目標の面形状に仕上げるために、被検面の面形状の計測データと目標データとの差に基づいて被検面に対する修正加工量を計算し、これを製造部301に出力する。これにより、製造部301による被検面に対する修正加工が行われ、目標の面形状に至った被検面を有する被検レンズ51が完成する。   The shape of the test lens (test surface) processed by the manufacturing unit 301 is measured using the measurement method described in the first embodiment in the measurement apparatus 100 as the measurement unit. As described in the first embodiment, the measuring apparatus 100 corrects the test surface based on the difference between the measurement data of the surface shape of the test surface and the target data in order to finish the test surface into the target surface shape. The processing amount is calculated and output to the manufacturing unit 301. As a result, correction processing is performed on the test surface by the manufacturing unit 301, and the test lens 51 having the test surface reaching the target surface shape is completed.

なお、被検レンズ51がカメラや交換レンズ等の光学機器に内蔵されて使用される場合、製造部301は被検レンズを光学機器に組み込む工程を実行するように構成されてもよい。   When the test lens 51 is used by being incorporated in an optical device such as a camera or an interchangeable lens, the manufacturing unit 301 may be configured to execute a process of incorporating the test lens into the optical device.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

1 光源
7a 被検面
9 結像レンズ
11 センサ
13 解析演算部(制御部)
61 第1の原器
62 第2の原器
100 計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 7a Test surface 9 Imaging lens 11 Sensor 13 Analysis calculation part (control part)
61 1st master 62 62 2nd master 100 Measuring device

Claims (27)

被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
各原器に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that guides light reflected from a test surface to a sensor, and a control unit that measures the shape of the test surface based on an output from the sensor,
An acquisition step of acquiring a first wavefront corresponding to each original device from the sensor that has received the respective light reflected by the first original device and the second original device having different aspheric shapes;
When it is assumed that the optical system is arranged based on design information, based on the design information of the optical system, the first corresponding to each master acquired by the sensor from each light reflected by each master. A calculating step for calculating the wavefront of 2;
And a changing step for changing at least the design information of the optical system so that the difference between the first and second wavefronts corresponding to each master is smaller than a predetermined value.
前記変更ステップは、各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも2つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。   2. The change step according to claim 1, wherein the changing step includes a step of calculating at least two parameters such that a difference between the first and second wavefronts corresponding to each master is smaller than the predetermined value. Measurement method. 前記2つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの2つであることを特徴とする請求項2に記載の計測方法。   The two parameters are the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface interval, the radius of curvature, the surface shape, the aberration, the phase distribution, the refractive index distribution, the homogeneity, the birefringence distribution, the linearity measurement error amount of the light receiving sensor, the wavelength of the light source, The measurement method according to claim 2, wherein two of the change amounts are included. 前記変更ステップは、
各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第1のパラメータを算出するステップと、
各原器に対応する第1および第2の波面の差と前記第1のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第2のパラメータを算出するステップと、
前記第1および第2パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
The changing step includes
Calculating a first parameter that changes a wavefront of a low-order frequency so that a difference between the first and second wavefronts corresponding to each master is smaller than the predetermined value;
Calculating a second parameter that changes a wavefront of a higher-order frequency based on a difference between the first and second wavefronts corresponding to each master and the first parameter;
The measurement method according to claim 1, further comprising: changing design information of at least the optical system based on the first and second parameters.
前記第1のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも2つであり、
前記第2のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも2つであることを特徴とする請求項4に記載の計測方法。
The first parameter is at least two of the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface interval, the radius of curvature, the linearity measurement error amount of the light receiving sensor, and the wavelength of the light source,
The measurement method according to claim 4, wherein the second parameter is at least two of surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, and birefringence distribution.
被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の原器、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各原器に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that guides light reflected from a test surface to a sensor, and a control unit that measures the shape of the test surface based on an output from the sensor,
An acquisition step of acquiring a first wavefront corresponding to each original device from the sensor that has received the respective light reflected by the first original device and the second original device having different aspheric shapes;
When it is assumed that the optical system is arranged based on design information, based on the design information of the optical system, the first corresponding to each master acquired by the sensor from each light reflected by each master. A calculating step for calculating the wavefront of 2;
Based on the first and second wavefronts, it corresponds to at least a part of the optical system, the first or second master, and each of the at least two members of the sensor. And a changing step for changing at least the design information of the optical system so as to reduce the difference in optical arrangement.
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 1, wherein in the changing step, at least a part of the members of the optical system is driven. 前記変更ステップの後、前記第1の原器で反射した光を受光した前記センサから第3の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第1の原器で反射した光から前記センサが取得する第4の波面を算出する算出ステップと、
前記第3および第4の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第1の原器および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の計測方法。
After the changing step, obtaining a third wavefront from the sensor that has received the light reflected by the first prototype;
When it is assumed that the optical system is arranged based on the design information changed in the changing step, based on the changed design information of the optical system, the light reflected from the first prototype is A calculation step of calculating a fourth wavefront acquired by the sensor;
Change of design information of the optical system changed so that a difference between the third and fourth wavefronts becomes smaller than a predetermined value, or drive of at least a part of the first master and the optical system The measurement method according to claim 1, further comprising:
前記第1および第2の原器の各非球面形状の非球面量は、0.05mm以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の計測方法。   9. The measurement method according to claim 1, wherein an aspheric amount of each of the aspheric shapes of the first and second prototypes is 0.05 mm or more. 前記第1および第2の原器の各中心曲率の差は、0.001(1/mm)以上であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の計測方法。   The measurement method according to any one of claims 1 to 9, wherein a difference between the central curvatures of the first and second masters is 0.001 (1 / mm) or more. 前記センサからの出力、および前記被検面と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検面の形状を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の計測方法。   11. The method according to claim 1, further comprising: calculating a shape of the test surface based on an output from the sensor and a relative relationship between the test surface and the sensor. The measuring method according to item 1. 前記被検面と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項11に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 11, wherein the relative relationship between the test surface and the sensor is acquired based on any one of a position magnification distribution and an angle magnification distribution, or ray tracing. 前記原器を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の計測方法。   13. The method according to claim 1, further comprising a step of changing design information of the optical system based on outputs from the sensor before and after rotation when the original device is rotated around an optical axis. The measuring method according to item 1. 光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that irradiates a test optical system with light emitted from a light source, guides the light transmitted through the test optical system to a sensor, and measures a transmitted wavefront of the test optical system based on an output from the sensor A measuring method using a measuring device having a control unit,
An acquisition step of acquiring a first wavefront corresponding to each reference optical system from the sensor that has received each light transmitted through the first reference optical system and the second reference optical system having different characteristics;
When it is assumed that the optical system is arranged based on design information, it corresponds to each prototype that the sensor acquires from each light transmitted through each reference optical system based on the design information of the optical system. A calculating step for calculating a second wavefront;
And a changing step for changing at least the design information of the optical system so that the difference between the first and second wavefronts corresponding to each reference optical system becomes smaller than a predetermined value.
前記変更ステップは、各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも2つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。   2. The change step according to claim 1, wherein the changing step includes a step of calculating at least two parameters such that a difference between the first and second wavefronts corresponding to each master is smaller than the predetermined value. Measurement method. 前記2つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの2つであることを特徴とする請求項2に記載の計測方法。   The two parameters are the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface interval, the radius of curvature, the surface shape, the aberration, the phase distribution, the refractive index distribution, the homogeneity, the birefringence distribution, the linearity measurement error amount of the light receiving sensor, the wavelength of the light source, The measurement method according to claim 2, wherein two of the change amounts are included. 前記変更ステップは、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第1のパラメータを算出するステップと、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差と前記第1のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第2のパラメータを算出するステップと、
前記第1および第2パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項14に記載の計測方法。
The changing step includes
Calculating a first parameter that changes a wavefront of a low-order frequency so that a difference between the first and second wavefronts corresponding to each reference optical system is smaller than the predetermined value;
Calculating a second parameter that changes a wavefront of a higher-order frequency based on a difference between the first and second wavefronts corresponding to each reference optical system and the first parameter;
The measurement method according to claim 14, further comprising: changing design information of at least the optical system based on the first and second parameters.
前記第1のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも2つであり、
前記第2のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも2つであることを特徴とする請求項17に記載の計測方法。
The first parameter is at least two of the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface interval, the radius of curvature, the linearity measurement error amount of the light receiving sensor, and the wavelength of the light source,
The measurement method according to claim 17, wherein the second parameter is at least two of surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, and birefringence distribution.
光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各基準光学系に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の基準光学系、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各基準光学系に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that irradiates a test optical system with light emitted from a light source, guides the light transmitted through the test optical system to a sensor, and measures a transmitted wavefront of the test optical system based on an output from the sensor A measuring method using a measuring device having a control unit,
An acquisition step of acquiring a first wavefront corresponding to each reference optical system from the sensor that has received each light transmitted through the first reference optical system and the second reference optical system having different characteristics;
Assuming that the optical system is arranged based on design information, it corresponds to each reference optical system acquired by the sensor from each light transmitted through each reference optical system based on the design information of the optical system Calculating a second wavefront to perform;
Based on the first and second wavefronts, at least a part of the optical system, the first or second reference optical system, and each reference optical system of at least two members of the sensor And a changing step for changing at least the design information of the optical system so that the difference in the corresponding optical arrangement becomes small.
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項14から19のいずれか1項に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 14, wherein in the changing step, at least a part of the members of the optical system is driven. 前記変更ステップの後、前記第1の基準光学系を透過した光を受光した前記センサから第3の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第1の基準光学系を透過した光から前記センサが取得する第4の波面を算出する算出ステップと、
前記第3および第4の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第1の基準光学系および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項14から20のいずれか1項に記載の計測方法。
After the changing step, obtaining a third wavefront from the sensor that has received the light transmitted through the first reference optical system;
Assuming that the optical system is arranged based on the design information changed in the changing step, based on the changed design information of the optical system, from the light transmitted through the first reference optical system A calculation step of calculating a fourth wavefront acquired by the sensor;
The design information changed by the optical system or the first reference optical system and at least a part of the optical system so that the difference between the third and fourth wavefronts is smaller than a predetermined value. 21. The measurement method according to claim 14, further comprising a step of executing driving.
前記センサからの出力、および前記被検光学系と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検光学系の透過波面を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項14から21のいずれか1項に記載の計測方法。   The method further comprises a step of calculating a transmitted wavefront of the test optical system based on an output from the sensor and a relative relationship between the test optical system and the sensor. The measurement method according to any one of the above. 前記被検光学系と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項22に記載の計測方法。   The measurement method according to claim 22, wherein the relative relationship between the optical system to be tested and the sensor is acquired based on any one of a position magnification distribution and an angle magnification distribution, or ray tracing. 前記基準光学系を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項14から23のいずれか1項に記載の計測方法。   24. The method according to claim 14, further comprising a step of changing design information of the optical system based on an output from the sensor before and after rotation when the reference optical system is rotated around an optical axis. The measurement method according to claim 1. 請求項1から24のいずれか1項に記載の計測方法を実行可能であることを特徴とする計測装置。   25. A measuring apparatus capable of executing the measuring method according to any one of claims 1 to 24. 請求項1から24のいずれか1項に記載の計測方法に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造するステップと、を有する光学機器の製造方法。   A method for manufacturing an optical device, comprising: manufacturing an optical device including an optical element processed based on the measurement method according to any one of claims 1 to 24. 請求項25に記載の計測装置と、
前記計測装置からの情報に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造する製造部と、を有する光学機器の製造装置。
A measuring device according to claim 25;
An optical device manufacturing apparatus, comprising: a manufacturing unit that manufactures an optical device including an optical element processed based on information from the measurement device.
JP2016227037A 2016-11-22 2016-11-22 Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment Active JP6821407B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016227037A JP6821407B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016227037A JP6821407B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018084464A true JP2018084464A (en) 2018-05-31
JP6821407B2 JP6821407B2 (en) 2021-01-27

Family

ID=62238447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016227037A Active JP6821407B2 (en) 2016-11-22 2016-11-22 Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6821407B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP6821407B2 (en) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6000577B2 (en) Aspherical surface measuring method, aspherical surface measuring device, optical element processing apparatus, and optical element manufacturing method
EP1869401B1 (en) Method for accurate high-resolution measurements of aspheric surfaces
JP5896792B2 (en) Aspherical surface measuring method, aspherical surface measuring device, and optical element processing device
KR101391160B1 (en) Refractive index distribution measuring method, refractive index distribution measuring apparatus and method of producing optical element
JP5399304B2 (en) Aspherical surface measuring method and apparatus
JP5971965B2 (en) Surface shape measuring method, surface shape measuring apparatus, program, and optical element manufacturing method
WO2011049075A1 (en) Wave aberration measuring method and wave aberration measuring device
KR101930602B1 (en) Method for measuring a spherical-astigmatic optical area by fizeau interferometry
US20050179911A1 (en) Aspheric diffractive reference for interferometric lens metrology
JP2010281792A (en) Method and apparatus for measuring aspherical surface object
JP6000578B2 (en) Aspherical surface measuring method, aspherical surface measuring device, optical element processing apparatus, and optical element manufacturing method
CN116380419A (en) Device and method for detecting optical axis consistency of two-sided co-body aspheric mirror
JPH1163946A (en) Methods for measuring shape and manufacturing high-precision lens
CN112902875B (en) Aspheric reflector curvature radius detection device and method
KR20110065365A (en) Method and apparatus for measuring aspherical body
CN112923871B (en) Free-form surface reflector curvature radius detection device and method
JP6821407B2 (en) Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment
Sakharov et al. Investigation of the possibility of measuring the radius of mirrors with instruments equipped with wavefront sensors
JP2017009405A (en) Shape measurement method, shape measurement device and shape measurement program
JP6139950B2 (en) Measuring device, measuring method and original device
US6788423B2 (en) Conic constant measurement methods for refractive microlenses
JP2016017744A (en) Non-spherical surface measuring method, non-spherical surface measuring apparatus, program, machining apparatus for optical elements, and optical elements
Hannon Alignment And Characterization Of Optical Systems And Components
CN114018551A (en) Aberration measurement technology and device based on optical fiber point diffraction interference experiment light ray tracking
Schaub et al. Testing Molded Optics

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200908

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201030

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201208

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210106

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6821407

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151