JP2022529716A - デフレクトメトリ測定システム - Google Patents

Abstract

デフレクトメトリによってサンプル（２）を測定するためのシステム（２００）であって、－光源面（１０５）に光ビームを生成するための光源（１０）と、－照明ビーム（９）を形成するための照明モジュール（１９）であって、第１の収束光学素子（１８）と、第１の開口（１６０）を有する第１の選択光学素子（１６）とを備える、照明モジュール（１９）と、－パターン（７）を形成するための反射マトリックス光変調手段（３０）であって、第１の開口（１６０）は、反射マトリックス光変調手段（３０）上の照明ビーム（９）の角度を制御するように構成される、反射マトリックス光変調手段（３０）と、－サンプル（２）上のパターン（７）の角度強度符号化を得るためのシュリーレンレンズ（２０）と、－サンプル（２）の画像を検出するための撮像手段（４０）および検出手段（５０）とを備える、測定するためのシステム（２００）。【選択図】図７

Description

第１の態様によれば、本発明は、デフレクトメトリ（ｄｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｉｅ）測定システムに関する。

光学産業では、光学素子を正確に、完全に、可能であれば自動化して特性付けることが重要である。特に、複雑な曲率を有する特注の補正レンズまたは眼鏡を開発または製造する場合、各製品が所与の仕様に適合していることを確認できることが望ましい。

屈折物体が照明されると、それを通過する波面は物体の形状および屈折率に応じて修正される。光の強度は、物体の光透過特性によっても影響を受ける。同様に、光が反射されると、研究対象の物体の反射面の形状が、波面および反射光の強度に影響を及ぼす。したがって、屈折または反射物体の光学特性は、波面の変化および／またはそれと相互作用した光ビームの強度を測定することによって決定され得る。

位相シフト測定方法は、特にデフレクトメトリ、インターフェロメトリ、またはプロフィロメトリに応用することが知られている。位相シフトデフレクトメトリは、レンズまたはミラーを通る光の偏向マップを測定するための実証済みの方法である。位相シフトデフレクトメトリは、測定される同じ物体についての複数の画像の取得を必要とする。このような方法は、十分に短い時間間隔中に複数の画像を取得することによって「リアルタイム」測定用に使用され得る。

位相シフト法はまた、半導体ウェハ、平坦なガラスパネル、プラスチックシートなどの検査などの光学素子の特性付け以外の分野でも使用され、光学反射および／または屈折物体の形状および／または表面仕上げが正確かつ効率的に検査される必要がある。
特許文献１は、デフレクトメトリによって光学素子を測定するためのシステムを記載している。特許文献１のシステムは、単一の光学素子の複数の連続画像を取得することを提案している。画像ごとに、分析される対象物上のパターンの強度が入射角に応じて変化するように、分析される対象物上にパターンが投影される。特許文献１に記載されているシステムは、画像の取得速度および測定精度に関して制限を示している。

欧州特許第１４５４１８３号明細書

第１の態様によれば、本発明の目的の１つは、より速い取得速度およびより良好な測定精度を可能にするデフレクトメトリ測定システムを提供することである。

この目的のために、本発明者らは、以下を備えるデフレクトメトリによってサンプルを測定するためのシステムを提案するものであり、そのシステムは、
－光源面（ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｕｒ）に光ビームを生成するための光源と
－以下の
第１の収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ）光学素子と、
第１の開口を有する第１の選択（ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）光学素子であって、光源面と第１の収束光学素子との間に配置される第１の選択光学素子と
を備える照明モジュールであって、
光源の光ビームから照明ビームを生成するように構成されている、照明モジュールと、
－照明ビームからパターンを形成するための、反射におけるマトリックス光変調手段（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｑｕｅ ｍａｔｒｉｃｉｅｌｓ）であって、
第１の開口は、反射におけるマトリックス光変調手段上への照明ビームの入射角を制御するように構成されている、マトリックス光変調手段と、
－シュリーレンレンズ（ｌｅｎｔｉｌｌｅ ｄｅ Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ）であって、測定システムがパターンを検査ビームに符号化する角度強度を得るために、パターンがシュリーレンレンズを照明するように適合されるように構成される、シュリーレンレンズと、
検査ビーム線とサンプルとの相互作用後にサンプルの画像を形成するための撮像手段と、
－撮像手段によって形成されたサンプルの画像を検出するためのマトリックス検出手段と、
を備える。

本発明のデフレクトメトリ測定システムは、欧州特許第１ ４５４ １８３号明細書の解決策と比較して、研究対象の物体上に投影される光ビームの輝度の増加のおかげで取得速度を改善することを可能にする。本発明のデフレクトメトリ測定システムはまた、反射における変調手段のより速い速度のおかげで取得速度を改善することを可能にする。本発明のシステムはまた、研究対象の物体上に投影された光ビームの角度に応じた強度のより良好な制御のおかげで、より良好な測定品質を得ることを可能にする。

本発明のシステムの利点は、迷光の制御のおかげで良好な測定精度を可能にすることである。いかなる迷光もマトリックス検出手段（カメラ）によって記録される研究対象の画像の品質を低下させるので、迷光の制御、および特にその低減または抑制さえも重要なパラメータである。迷光の不十分な制御は、角度強度符号化後に重大な結果をもたらす可能性がある。実際、記録された強度の測定における任意の誤差（例えば、迷光に起因して）は、サンプルの屈折または反射角の推定における誤差をもたらす可能性がある。サンプルは、調査中の光学素子または測定される光学素子である。有効な解決策は、調査中の素子の有用な視野を照明し、その方向が光デフレクトメトリ測定システムの角度許容性に含まれる光ビームのみを保持するように、サイズおよび発散が正確に制御される光ビームで光変調手段を照明することである。

迷光の影響は、マトリックス変調手段上に空間的に制限された光ビームを生成することを可能にし、第１の選択光学素子のレベルに第１の開口を備え、検査ビームによって照明される視野のサイズを制限する、本発明の測定システムによって低減される。第１の開口は、デフレクトメトリ測定システムの視野絞りに相当する。本発明の測定システムは、拡張された光源が反射においてマトリックス光変調手段上に画像化されることを可能にする。システムのこの構成は、マトリックス光変調手段への入射角、したがってマトリックス光変調手段上の反射後の角度が、第１の収束光学素子の上流で照明モジュールに配置された第１の開口部によって制限されるという利点を提供する。
マトリックス光変調手段は、パターンを組み込むことによって、照明モジュールによって生成されたビームをシュリーレンレンズに向けて偏向させる。したがって、本発明の測定システムは、迷光、カメラ上のノイズ光源、したがって測定システムの性能の低下を非常に強力に低減することを可能にする。

視野および角度発散の制御のおかげで、本発明の測定システムは迷光を制限することを可能にする。言い換えれば、迷光の制限は、視野および角度発散を制御することによって達成される。特に、照明モジュールの第１の収束光学素子の焦点距離に対する第１の開口のサイズの比は、測定される物体のレベルで視野が制御されることを可能にする。

デフレクトメトリ測定が、測定されるべき光学素子によって誘発される屈折角または反射角を符号化する強度の測定に基づくため、本発明の測定システムによる迷光のこの制御は特に重要である。試験対象が測定されると、それは入射ビームを（屈折または反射によって）偏向させる。試験される物体全体の測定のために、投影されるパターンの角度分布は、試験される物体によって誘発される少なくともすべての偏向角を含まなければならない。迷光を低減するために、最小である、すなわち、試験される物体に合わせて調整される、試験される対象に投影されるパターンの角度分布を有することが望ましい。例えば、試験される物体が入射ビームの１０°偏向を有するレンズである場合、投影されるパターンの角度分布は１０°に制限される。別のレンズが２０°の偏差を有する場合、そのとき投影されたパターンの角度分布は、それに応じて、マトリックス光変調手段上の空間的に制限された光ビームのサイズを増加させることによって適合されなければならない。
実際、光学素子、特にコンタクトレンズまたは眼内レンズの測定は、コンタクトレンズのための広い視野または眼内レンズのための大きな角度許容性を必要とする。

したがって、本発明のシステムは、有用な光線のみを保持するように、サイズが正確に制御されたビームでマトリックス光変調手段を照射することによって迷光の発生を制限することを可能にする。有用な光線は、測定される領域の視野（測定される物体の）を照明し、その角度分布が測定される物体に対応する光線である。

本発明のシステムは、欧州特許第１ ４５４ １８３号明細書と比較して、投影された光ビームの輝度の増加を可能にする。これは、投影されるパターンの形成中の輝度の損失を低減することによって部分的に達成される。本発明のシステムは、反射におけるマトリックス光変調手段によるパターンの形成を提案する。実際、投影されるパターンを定義することを可能にする光変調手段は、透過に使用される場合、光度の著しい損失を誘発する。投影されるパターンを形成するための反射におけるマトリックス光変調手段の使用は、パターンの生成中の損失の大幅な低減を可能にする。

本発明のシステムは、欧州特許第１ ４５４ １８３号明細書と比較して、光変調手段の下流の光の方向に応じて、低い依存性、またはさらには照明強度の独立性を有することを可能にする。マトリックス光変調手段との相互作用の後に、パターンを画定する光ビームの伝播が等方性でない場合、すなわち、光の強度がその方向に依存する場合、そのとき角度強度符号化の不均一性、したがって測定される光学素子の屈折／反射角度の測定における誤差を誘発する強度変動が生じる。デフレクトメトリ測定は、複数のパターンの投影を必要とし、したがってパターンの強度の変動を局所的に誘発する（位相がシフトした２つの投影パターン間で）角度シフト測定に基づく測定であるため、この特性は特に重要である。しかしながら、欧州特許第１ ４５４ １８３号明細書に記載されているような透過投影液晶デバイスは、光が透過する角度の関数として強度の変化を示す。これは、反射にマトリックス光変調手段を使用する、したがって、測定システムをより正確にする本発明の測定システムには当てはまらない。言い換えれば、透過マトリックス変調手段の場合、これらは、それらのレベルにおける光の方向に依存する透過係数を被る。これにより、視野内の位置に依存しない角度強度符号化が生じる。この寄生効果は、本発明を反映したマトリックス変調手段では存在しない。

本発明の測定システムは、シュリーレンレンズが、例えばマトリックス光変調手段上に垂直入射を有するように、ビーム分岐手段（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ、ビーム分配手段）によって誘発される収差を補償するように構成されているため、特に正確である。好ましくは、シュリーレンレンズと偏光スプリッタキューブのペアは、全体的な収差を最小限に抑えるように構成される。例えば、シュリーレンレンズは、測定システム内の全体的な収差を最小にするために、偏光スプリッタキューブによって導入される収差を最小にするように構成される。偏光スプリッタキューブによって導入される収差に応じたシュリーレンレンズの構成は、本発明の測定システムの測定精度の向上を可能にする。好ましくは、シュリーレンレンズは、複数の屈折レンズからなる。好ましくは、シュリーレンレンズは、光源が起動された場合に光源によって生成された光ビームの光路（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ）に沿ってマトリックス光変調手段と撮像手段との間に配置される。より好ましくは、マトリックス光変調手段は、偏光スプリッタキューブの存在下でシュリーレンレンズの焦点面に配置される。

好ましくは、第１の開口を有する第１の選択光学素子は、第１の収束光学素子の物体焦点面に配置される。これは、この特性の意味を変えることなく、第１の収束光学手段の第１の収束光学素子と呼ぶことができる。均等な定式化は、第１の開口が、反射におけるマトリックス光変調手段上の照明ビームから生じるビームの入射角を制御するように構成されるということである。

好ましくは、マトリックス光変調手段が、光源面と光学的に共役する変調面内に配置され、照明ビームが、以下の手段、
－光源面に配置された第２の開口を有する第２の選択光学素子と、
－変調面内に配置された第３の開口を有する第３の選択光学素子と、
－空間的に制限された光源を含む光源であって、好ましくは光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）マトリックスである、光源と、
のうちの少なくとも１つによる反射においてマトリックス光変調手段のレベルで空間的に制限される。

照明ビームは、マトリックス光変調手段のレベルで空間的に制限され、これは、照明ビームが所定のサイズでマトリックス光変調手段を照明することを意味する。照明ビームのサイズは、光学的に共役である光源面または変調面において制限される。マトリックス光変調手段のレベルで照明ビームを空間的に制限する利点は、空間的に制限された光ビームによってマトリックス光変調手段上に明確に定義された（空間的に制限された）照明領域を有することを可能にする。第１または第２の選択光学素子は、デフレクトメトリ測定システムの開口絞りである。この実施形態の意味において、光学的に共役という用語を解釈する場合に位置決め公差が存在し、特に変調面が光源面に対して光学的に共役である場合、本発明のシステムは、可能な位置決め公差のために変調面が光源面に対して厳密に光学的に共役でない場合にも機能することを理解されたい。

マトリックス光変調手段上の空間的に制限された光ビームのサイズは、投影されたパターンの角度分布の制御を可能にし、したがって本発明の光学システムの角度許容性を規定する。投影パターンの角度分布がシュリーレンレンズの特性と一致することが重要である。

好ましくは、光源は、光ビームをスペクトル的にフィルタ処理するためのフィルタを備える。

好ましくは、反射におけるマトリックス光変調手段は、光源面と共役である照明モジュールの像平面内に配置される。例えば、照明モジュールの像平面は変調面と一致する。

好ましくは、第１の選択光学素子は、第１の収束光学素子の物体焦点面に配置される。

この実施形態は、鮮明な輪郭で測定される光学素子の画像のマトリックス検出手段による取得を可能にする。この好ましい実施形態は、測定される光学素子の画像全体を使用することを可能にする。好ましくは、第１の収束光学素子の物体焦点面は、マトリックス光変調手段を照明する照明ビームの角度が最もよく制御される位置である。第１の開口を物体焦点面に位置決めする目的は、変調面のレベルで照明ビームの角度を制御することである。したがって、第１の収束光学素子の物体焦点面の両側の第１の開口のオフセットは、物体焦点面内にあると理解されるべきである。そのようなオフセットは、それらの間のこれらの異なる素子の位置決めにおける公差として理解されるべきである。

好ましくは、測定システムが、
第３の開口を有する第３の選択光学素子であって、マトリックス光変調手段のレベルに配置される第３の選択光学素子をさらに備える。

好ましくは、照明モジュールが、
光源と第１の選択光学素子との間に配置され、
・その物体焦点面（ｐｌａｎ ｆｏｃａｌ ｏｂｊｅｔ）は光源面と一致し、
・その像焦点面（ｐｌａｎ ｆｏｃａｌ ｉｍａｇｅ）は、第１の収束光学素子と第２の収束光学素子との間に配置された第１の収束光学素子の物体焦点面と一致するように構成された、第２の収束光学素子を備える照明モジュール４Ｆであって、
照明モジュールの像平面は、第１の収束光学素子の像焦点面と一致する。

好ましくは、第１および／または第２の収束光学素子は、０ｍｍ～１０ｍｍの間の距離で整列された第１および第２の収束レンズを備える。

好ましくは、マトリックス光変調手段はマトリックス位相変調手段である。

マトリックス位相変調手段を使用する利点は、マトリックス位相変調手段上の照明ビームの固定（垂直）反射角を可能にすることである。これにより、本発明のデフレクトメトリ測定システムの光学設計を簡単にすることができる。位相変調手段の使用は、光の偏光特性を利用することを可能にする。

好ましくは、マトリックス位相変調手段は、シリコンマトリックス上の液晶を含む。

液晶オンシリコン（またはＬＣＯＳ）マトリックスタイプの位相変調手段の使用は、本発明のシステム全体のおかげで、従来技術の前述のすべての欠点に応答することを可能にする効果的な解決策であり、それは、より良好な照明強度、したがって画像あたりの露光時間の短縮、ならびに測定される光学素子上の１つの入射角に対するパターンの強度のより良好な均一性のおかげで、より良好な精度測定を可能にする。シリコンマトリックス上の液晶は変調手段の速度が高速であり、この場合の高速とは、画素を誘導偏光なしから９０°偏光に変化させるのに必要な時間を意味する。シリコンマトリックス上の液晶はまた、シリコンマトリックス上の液晶上のビームの反射中に光強度の損失を最小限に抑えることを可能にする。

シリコンマトリックス上の液晶を最大限に利用するために、反射ビームもその表面に垂直になるように、その表面に垂直な入射を有する入射（例えば、コリメートされた）照明ビームと共にそれを使用することが望ましい。

したがって、好ましくは、本発明の測定システムは、
照明モジュールから生じる照明ビームから、
－マトリックス光変調手段に向けられた第１の光路に沿ってビームスプリッタによって偏向された第１の光ビームと、
－マトリックス光変調手段によって偏向された第１の光ビームの反射から生じる、第２の光路に沿ってビームスプリッタによって透過された第２の光ビームと、
を得るように構成されたビーム分岐手段をさらに備える。

好ましくは、第１の光路と第２の光路とは平行である。

好ましくは、本発明の測定システムは、
照明モジュールから生じる照明ビームから、
－マトリックス光変調手段に向けられた第１の光路に沿ってビームスプリッタによって透過された第１の光ビームと、
－マトリックス光変調手段によって偏向された第１の光ビームの反射から生じる、第２の光路に沿ってビームスプリッタによって偏向された第２の光ビームと、
を得るように構成されたビーム分岐手段さらに備える。

好ましくは、第１の光路と第２の光路とは垂直である。

ビーム分岐手段のおかげで、投影装置の光学設計は、マトリックス光変調手段の表面の垂直照明によって単純化され得る。ビーム分岐手段は、反射光ビームの偏光変化成分と非偏光変化成分とを分離することにより、パターンが投影されることを可能にする。したがって、パターンを画定する成分は、偏光変化を受けたものである。したがって、これらの構成要素は、マトリックス光変調手段によって偏光が変更されていない構成要素とは異なる方向に向けられる。ＬＣＯＳの場合、ＬＣＯＳから反射されたビームがスプリッタキューブによってフィルタ処理され、ＬＣＯＳによって偏光が修正されたビームの成分のみが投影されるように、偏光スプリッタキューブが使用されることが強く推奨される。

ＬＣＯＳを偏光キューブと組み合わせる好ましい実施形態は、光の偏光特性を利用することによって光損失を低減することを可能にする。実際、これにより、２つのビームの分離中の不可避の損失を大幅に低減することが可能になり、これらの損失は古典的な光学系（非偏光）では７５％より高く、一方、偏光スプリッタ（例えば、ビームスプリッタキューブ）では５０％に低減され得る。

使用され得るビーム分岐手段は、網羅的でない方法で、半反射板、偏光スプリッタプレート、ブリュースター角で配向された板、偏光スプリッタキューブなどである。

好ましくは、ビーム分岐手段は、偏光ビームスプリッタ、例えば偏光ビームスプリッタキューブを含む。

好ましくは、偏光ビームスプリッタは、
照明モジュールから生じる照明光ビーム（例えば、コリメートされた）から、
－第１の光路に沿って、位相変調手段に向けられた偏光ビームスプリッタによって偏向された第１の光ビームと、
－二次元位相変調手段によって偏向された第１の光ビームの反射から生じる、第２の光路に沿って偏光ビームスプリッタによって透過された第２の光ビームと、
を得るように構成される。

好ましくは、照明モジュールから生じる照明ビームは光軸Ａに沿って導かれ、偏光ビームスプリッタは、光軸Ａが第２の光路に対して垂直であるように構成される。

好ましくは、光源は、光源と、光源から生じる光ビームを空間的に制限するための第２の開口を有する第２の選択手段とを備える。

好ましくは、第２の選択手段は、光源面内に配置される。

好ましくは、光源は空間的に制限された光源を含み、例えば、光源はＬＥＤマトリックスである。

好ましくは、光源は、空間的に制限された光ビームを生成するように配置された光源、例えばＬＥＤのマトリックスを備える。

第２の選択光学素子は、１つまたは複数の光源によって生成される光ビームを空間的に制限することを可能にする。

光源面内に第２の選択光学素子を配置することにより、マトリックス光変調手段上の第２の開口が照明モジュールによって撮像されることが可能になる。

好ましくは、光ビームは、空間的に制限された光ビーム表面積Ｓ_１０に従って空間的に制限され、マトリックス光変調手段は、

ここで、γは、照明モジュール（１９）の倍率であり、その結果、

ここで、ｆ_１は第１の収束光学素子の焦点距離であり、ｆ_２は第２の収束光学素子の焦点距離であるように、光変調表面積Ｓ_３０を有する。

好ましくは、第１の開口が、５０ｍｍ^２未満、例えば３６ｍｍ^２未満、好ましくは２５ｍｍ^２未満、さらにより好ましくは１０ｍｍ^２未満の第１の開口表面積を有する。好ましい実施形態では、第１の開口は円形である。

好ましくは、第１の開口は、光軸Ａを中心とする。

例えば、撮像手段は、２つの収束光学素子を備える４Ｆと呼ばれるシステムであり得る。第１の収束光学素子は２５ｍｍの焦点距離を有し、第２の収束光学素子は２５ｍｍの焦点距離を有する。好ましくは、第１および／または第２の収束光学素子はそれぞれ１対のレンズを備え、各レンズは５０ｍｍの焦点距離を有する。１対のレンズのレンズは、好ましくは０ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍの距離だけ分離されている。例えば、４Ｆ照明モジュールの倍率は１に等しい。
好ましくは、ＬＣＯＳマトリックスは２１ｍｍの対角線を有し、より好ましくは１４ｍｍの側面サイズを有する。

好ましくは、第１の開口は絞りである。例えば、第１の開口は、円形状に試験される物体上の視野を制限するように、略円形の開口断面を有する。これは、光学特性が測定されていない測定される光学素子の一部を照明することによって生成され得る迷光を制限するために重要である。例えば、眼内レンズを測定する場合、レンズの光学機能を有する部分のみを照明することが好ましい。しかしながら、本発明の測定システムは、眼内レンズの縁部または触覚部の良好な視覚化を可能にする。したがって、光学機能を有する部分ならびにその周囲の部分を照明することが好ましく、例えば、光学機能を有する部分がディスクである場合、ディスクの周囲の厚さ１ｍｍのリングを照明することが好ましい。

加えて、大きい屈折力を有する物体（レンズ、ミラー、屈折性、回折性）を測定可能な光投影装置を有することが特に望ましい。

好ましくは、本発明の測定システムは、
マトリックス位相変調手段上の反射から生じる第２の光ビームを、第３の光路に沿ってビームスプリッタに反射された第３の光ビーム内に反射させるように配置された非平面ミラーをさらに備える。

この構成では、パターンを規定する光ビームの成分は、マトリックス光変調手段上に反射した後に測定される光学素子の方向に向けられない。実際、パターンの構成要素は、変調手段上に反射した後、光をスプリッタキューブ内に反射する非平面ミラーに向けられる。パターンをシュリーレンレンズに向け、したがって測定される素子に向けるように、非平面ミラーとスプリッタキューブとの間に配置された１／４波長板は、光ビームがキューブに戻る場合にビームスプリッタキューブへの反射を可能にする。好ましくは、シュリーレンレンズは、複数の屈折レンズからなる。シュリーレンレンズ、光学分離手段および非平面ミラーの組み合わせは、良好な光学特性を有さなければならない。例えば、シュリーレンレンズは、測定システム内の全体的な収差を最小にするために、偏光スプリッタキューブによって、ならびに非平面ミラーによって導入される収差を最小にするように構成される。偏光スプリッタキューブによって、ならびに非平面ミラーによって導入される収差に応じたシュリーレンレンズの構成は、本発明の測定システムの測定精度の向上を可能にする。大きい屈折力で測定される光学素子を特徴付けるための大きな角度を生成することを可能にするこの実施形態の利点は、非平面ミラー上での反射によるビームスプリッタキューブの二重通過が良好な光学特性を得ることを可能にすることである。したがって、シュリーレンレンズを設計する場合、シュリーレンレンズはキューブおよび非平面ミラーによって導入される欠陥を補正するように設計されなければならない。より好ましくは、シュリーレンレンズを設計する場合、屈折レンズおよびシステムの任意の他の光学素子（例えばプリズムなど）によって導入される欠陥を追加的に補正するように設計されるべきである。ここで、欠陥は、光学素子の製造上の欠陥ではなく、本質的に収差である。そのような収差は、多くの場合、形状欠陥に関連しており、光ビームは、平坦な表面（偏光スプリッタキューブ）および球面の表面（レンズ、非平面ミラー、凹面鏡）と交互に相互作用する。シュリーレンレンズを構成する屈折レンズの位置、形状、材料およびサイズは、その全体的な性能を最適化するように選択されることに留意すべきである。この実施形態による光学測定システムの機能的説明は、照明パターンの角度強度符号化を得ることを可能にする機能が主に非平面ミラーおよびシュリーレンレンズから導出されることを示す。この機能への寄与は、例えば、非平面ミラーの焦点距離およびその位置に応じて、非平面ミラーとシュリーレンレンズとの間でバランスをとることができる。

この実施形態では、スプリッタキューブは、マトリックス位相変調手段と非平面ミラーとの間に配置される。好ましい実施形態では、非平面ミラーは、その画像を遠距離、例えば無限遠に作成するように、変調手段に対して位置決めされる。シュリーレンレンズの屈折レンズは、本質的に望遠鏡として機能し、ビームの直径および入射角を、測定されるレンズのレベルにおける機器の視野のサイズに適合させることを可能にする。好ましくは、変調手段は、ビームスプリッタキューブの存在下で位置決め公差を伴って非平面（凹面）ミラーの焦点面に配置される。

有利には、非平面ミラーは凹面である。
好ましくは、非平面ミラーは、２５ｍｍ～１００ｍｍ、好ましくは２５ｍｍ～７５ｍｍの曲率半径を有する凹面ミラーであり、例えば、非平面ミラーは、５０ｍｍの曲率半径を有する球面凹面ミラーである。例えば、球面ミラーは、１０ｍｍ～５０ｍｍの直径、例えば２５．４ｍｍの直径を有する。

有利には、ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタであり、本発明の測定システムは、
非平面（収束）ミラーと偏光ビーム分岐手段との間に配置された１／４波長板をさらに備える。

好ましくは、偏光ビームスプリッタは、第３の光路に沿って非平面ミラーによって反射された第３の光ビームが、第４の光路に沿って第４の光ビーム内に偏光ビームスプリッタによって偏向されるように構成される。

好ましくは、偏光ビームスプリッタは、第３の光路に沿って反射された第３の光ビームが、第４の光路に沿って第４の光ビーム内に偏光ビームスプリッタによって透過されるように構成される。

本実施形態では、第３および第４の光路と、第３および第４の光ビームが併合される。

好ましくは、本発明の測定システムは、
－第２の光路と第３の光路とは本質的に平行であり、
－光軸Ａまたは照明ビームと第４の光路とは略平行である。

好ましくは、シュリーレンレンズは、投影装置と撮像手段との間に配置される。

好ましくは、シュリーレンレンズは、照明モジュールと撮像手段との間に配置される。好ましくは、シュリーレンレンズは、ビームスプリッタキューブと撮像手段との間に配置される。

シュリーレンレンズが、測定される光学素子による光の屈折角（測定されるミラーによる光の反射角）の強度への符号化を規定するので、シュリーレンレンズの性能は、特に重要である。理想的には、この符号化は視野内の位置とは無関係である。言い換えれば、この符号化は、測定される光学素子上のすべての位置について同じである。この条件は、２つの異なる要因に依存する。１つ目は、歪みがないことである。実際には、マトリックス光変調手段によって生成され、光源点に対応するパターンは、理想的にはコリメートビーム、すなわち光線がすべて互いに平行である光ビームを生成するはずである。このビームは、光軸に対して傾斜させることができる。この歪みは、機器の性能を低下させるか、またはその較正をより複雑にする。実際、強度符号化は、視野内の位置に依存し、場合によっては、動作距離（シュリーレンレンズと測定される光学素子との間の距離）に依存する。さらに、シュリーレンレンズのいかなる収差も、角度分解能の損失をもたらす。実際、単純化された図では、測定される光学素子の画像（マトリックス検出手段によって検出された画像）の各画素によって収集された光は、マトリックス光変調手段上の単一の位置から由来する。カメラ上の画像の各画素において、光はマトリックス光変調手段上の位置から由来する。この固有の位置は、実際には、（カメラの前方の）撮像手段の第４の開口のサイズによって画定される制限された表面である。第４の開口は、例えば、絞りである。シュリーレンレンズの起こり得る収差は、この表面を拡張することに寄与し、これは器具の性能を低下させる。シュリーレンレンズは、多眼対物レンズであり、その複雑さは光学機器の角度許容性、マトリックス光変調手段のサイズおよび視野のサイズに大きく依存する。具体的には、大きい角度および小さいマトリックス光変調手段の場合、複雑さが増加する。

偏光スプリッタキューブと組み合わせてシリコンマトリックス上の液晶を使用する場合、後者は、機器の性能を著しく低下させる可能性がある光学収差をもたらす。シュリーレンレンズの設計は、これらの収差を補償することを可能にし、その結果、スプリッタキューブとシュリーレンレンズの組み合わせの収差が最小になる。シュリーレンレンズを設計する場合、ビームスプリッタキューブ（および場合によっては非平面ミラー）の収差は、モデル化された光学素子内に直接統合され、その結果、ビームスプリッタキューブによってもたらされる収差の非常に良好な補正を提供するシュリーレンレンズが得られる。

シュリーレンレンズは、マトリックス位相変調手段と撮像手段との間の光路に配置される。

好ましくは、撮像手段が、
第１の収束撮像光学素子と第２の収束撮像光学素子との間に配置された第２の焦平面内に位置する第２の収束点において、一方の像の焦点が他方の物体の焦点と一致するように構成された第１の収束撮像光学素子および第２の収束撮像光学素子を備え、
撮像手段は、マトリックス検出手段上でサンプルと相互作用した検査ビームからサンプルの画像を形成するように適合されている。

好ましくは、撮像手段は、
－第２の収束点を取り囲む第４の開口を有する第４の選択光学素子をさらに備える。

反射中の光学素子を測定する場合、例えば凹面ミラーを用いて、その光軸に平行に測定することが好ましい。したがって、その光軸がマトリックス光変調手段と相互作用する第２の光ビームの第２の光路と平行になるように、測定される光学素子を配置することが特に有利である。したがって、シュリーレンレンズは、測定される光学素子によって反射された反射光ビームがシュリーレンレンズを通って戻るように、測定される素子とビーム分岐手段との間に配置される。次に、１／４波長板が測定される光学素子と偏光ビーム分岐手段との間に配置され、その結果、反射において測定される光学素子によって反射された光ビームは、偏光ビーム分岐手段によって撮像手段に向かって、次いでマトリックス光検出器に向かって偏向される（１／４波長板は、キューブとシュリーレンレンズとの間、またはシュリーレンレンズと試験されるミラーとの間に配置され得る）。この場合、シュリーレンレンズは、文字通りのシュリーレンレンズであると共に、撮像システムの第１の撮像光学素子である。これは特に有利であり、光学構成要素の数を減らした特にコンパクトな測定システムを可能にする。

分析ビームと測定される光学素子との相互作用は、屈折サンプルまたは回折サンプルの場合は分析ビームとサンプルとの透過、あるいは反射サンプルの場合は反射である。

好ましくは、第４の開口が、光軸Ａに平行に伝搬する光ビームの部分を本質的に通過させるように、第１の撮像光学素子の像焦点および第２の撮像光学素子の物体焦点のレベルに配置される。
好ましくは、第４の開口を有する第４の選択光学素子は、第２の焦平面に配置される。

好ましくは、シュリーレンレンズは、第１の撮像光学素子であり、すなわち、サンプルとの反射において相互作用した後に検査ビームの光路に沿って第１の撮像光学素子に取って代わる。したがって、シュリーレンレンズは、検査ビームの角度強度符号化を可能にし、それもまた属する撮像手段によって画像を得ることを可能にする。シュリーレンレンズは、２つの機能を果たし、したがって、それに垂直な（その中心で）入射で反射においてサンプルの測定を可能にする。

好ましくは、撮像手段が撮像手段４Ｆであり、
第１の収束光学素子は、その物体焦点面がサンプルの平面と一致するように、シュリーレンレンズと第４の選択手段との間に配置され、
第２の収束光学素子は、その像焦点面がマトリックス検出手段と一致するように、第４の選択手段とマトリックス検出手段との間に配置されている。

本発明の光学測定システムの様々な実施形態は、単独でまたは組み合わせて実施され得る。

本発明の光学システムにおける光軸Ａは、光ビームが反射素子によって偏向される場合に偏向されると考えられる。
本発明のこれらおよび他の態様は、本発明の特定の実施形態の詳細な説明において明らかにされ、図面の図への参照が行われる。

本発明の測定システムの概略図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの投影装置の実施形態を示す図である。 光源および照明モジュールの一実施形態を示す図である。 光源の一実施形態を示す図である。 マトリックス光変調手段の一実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 本発明の測定システムの実施形態を示す図である。 図面の描画は縮尺通りではない。一般に、同様の要素は、図面において同様の参照で示されている。図面における参照符号の存在は、そのような符号が特許請求の範囲に示されている場合であっても、限定と見なされるべきではない。

図１は、本発明のデフレクトメトリ測定システム２００の概略図を示す。測定システム２００は、測定される光学素子２上へパターンを投影することを可能にする投影装置１００を備え、測定される光学素子２上のそのパターンの入射角は、投影装置によって正確に制御される。測定システム２００は、マトリックス検出手段５０上に測定される光学素子２の画像を形成するための撮像手段４０をさらに備える。

図２ａは、本発明の一実施形態による投影装置１００を示す。この投影装置１００は、光源面Ｓ_１０に沿って空間的に制限された光源１０を備える。光源１０は、光源面１０５に光ビームを放射するように構成される。好ましい実施形態によれば、光源１０は、光源面１０５に空間的に制限された光ビームを放射するように構成される。投影装置１００は、第１の開口１６０を有する第１の選択手段１６と第１の収束光学素子１８とを備える照明モジュール１９を備える。好ましい実施形態によれば、第１の開口１６０は、第１の収束光学素子１８の物体焦点面１８５に配置される。第１の開口１６０および第１の収束光学素子は、空間的に制限された光ビームの一部を集光するように配置される。第１の開口１６０および第１収束光学素子１８を通過した後の空間的に制限された光ビームは、照明ビーム９であり、照明ビーム９は、ビーム分岐手段６０に向けられ、それをさらに反射においてマトリックス光変調手段３０に向け、マトリックス光変調手段３０の表面に垂直な方向である。マトリックス光変調手段３０は、照明モジュール１９内の光源１０から生じる光ビームの通過から生じる照明ビーム９によって少なくとも部分的に照明される光変調面Ｓ_３０を有する。照明ビーム９は、分岐手段６０を通過した後、第１の光路６１に沿って第１の光ビーム９１となり、反射においてマトリックス光変調手段３０によって、それに垂直方向に沿って、第２の光路６２に沿って第２の光ビーム９２内に反射される。ビーム分岐手段６０は、マトリックス光変調手段３０によって反射された光ビームの少なくとも一部がシュリーレンレンズ２０に透過されることを可能にする。マトリックス光変調手段３０によって反射されたビームは、次いでシュリーレンレンズ２０を照明するパターン７を有する。シュリーレンレンズ２０は、検査光ビーム９９を測定される光学素子２上に投射することを可能にし、その入射角は、シュリーレンレンズ２０を照明するときにパターン７のオフセットに応じて変化する。

図２ｂは、図２ａの実施形態に近い実施形態である。しかしながら、第１の光路６１に沿った第１の光ビーム９１が、反射においてマトリックス光変調手段３０によって第２の光ビーム９２内に反射され、それに垂直な方向に沿って、第２の光路６２に沿って反射される場合、光ビーム分岐手段６０は、第１の光ビーム９１の少なくとも一部を透過し、第２の光ビーム９２の少なくとも一部を反射するように構成されるように、マトリックス光変調手段３０が配置されている点で異なる。ビーム分岐手段６０は、マトリックス光変調手段３０によって反射された光ビーム９２の少なくとも一部がシュリーレンレンズ２０に反射されることを可能にする。照明ビーム９は、分岐手段６０を透過した後、第１の光路６１に沿って第１の光ビーム９１となる。

反射においてマトリックス光変調手段３０は、シュリーレンレンズ２０を通過した後にデフレクトメトリ測定システム２００に検査ビームを提供することを可能にするパターン７で光源１０の画像を反射するように構成される。好ましい実施形態によれば、光源１０は、光源面１０５に空間的に制限された光ビームを放射するように構成される。このようにして本発明の投影装置１００によって形成されるパターン７は、反射におけるマトリックス光変調手段３０の点毎（画素毎）の活性化または非活性化によって形成される。反射におけるマトリックス光変調手段３０の作動は、例えば、空間偏差、位相の変化、反射係数の変化などを可能にする。したがって、変調は、パターン７でシュリーレンレンズ２０を照明するための強度または位相で実行され得る。位相変調には、位相変調を強度変調に変換するための偏光光学素子が必要であり、これは、デフレクトメトリによる測定のために投影装置１００を適用する場合に必要である。偏光光学素子は、例えば偏光子である。位相変調は、偏光子によって分析される光の偏光の変調をもたらす。

図３ａは、本発明の投影装置１００の別の実施形態を示す。投影装置１００は、放射面Ｓ_１０に沿って空間的に制限された光源１００を備える。投影装置１００は、光源面１０５内に空間的に制限された光源１０の画像をマトリックス光変調手段３０上に形成するための、撮像システム４Ｆである照明モジュール１９を備える。照明モジュール１９は、収束する薄いレンズまたは収束する薄いレンズの対などの第１の収束光学素子１８および第２の収束光学素子１４を備える。第１の収束光学素子１８および第２の収束光学素子１４は、第２の光学素子１４の像焦点面が第１の光学素子１８の物体焦点面と一致するように配置される。したがって、好ましい実施形態によれば、照明モジュール１９によって、反射においてマトリックス光変調手段３０上に光源１０の画像が得られる。投影装置は、第１の開口１６０を有する第１の選択光学素子１６をさらに備える。この第１の開口１６０は、第２の収束光学素子１４の像焦点と第１の収束光学素子１８の物体焦点との一致に対応する収束点１５０を囲むように配置される。したがって、第１の開口１６０は、過剰な発散／収束を示す光源１０によって生成された光ビームの最大角度開口（最大角度分布）を制御することを可能にする（マトリックス光変調手段のレベルであって、試験される物体のレベルではない）。実際、光源１０から生じる光ビームは焦点を合わされ、第２の収束光学素子１４の光軸に平行に入射する光ビームのみが光軸Ａ上に位置するその像焦点を通過する。したがって、第２の開口１６０は、第１の収束光学素子１８を通過する光ビームの成分の通過を制限することを可能にする。これにより、光軸Ａに略平行に成分が伝搬するコリメートされた照明ビーム９を得ることができる。第１の選択光学素子１６には、第１の開口１６０が形成されている。第１の開口１６０は、例えば、円形、楕円形または矩形の断面積を有することができる。第１の開口１６０の断面積は、好ましくは１０ｍｍ^２未満、より好ましくは５ｍｍ^２未満、さらにより好ましくは２ｍｍ^２未満の表面積を有する。

第１の収束光学素子１８は、焦点距離ｆ_１を有する。第２収束光学素子１４は、焦点距離ｆ_２を有する。

図３ａにおいて、装置１００は、光変調手段３０が選択された角度で照明されることを可能にするビーム分岐手段６０を備える。ここで、ビーム分岐手段６０は、マトリックス位相変調手段３０に対して９０°の角度を描く第１の光路６１に沿って第１の光ビーム９１となる照明ビーム９（好ましくはコリメートされている）で光変調手段３０を照明することを可能にする。照明ビーム９の一部（コリメートされた）は、ビーム分岐手段６０（図示せず）を透過し、一部は光変調手段３０に反射される。好ましい実施形態では、光源１０とビーム分岐手段６０との間に偏光子が配置され、分岐手段６０を透過する照明ビーム９の部分を遮断する。したがって、ビーム分岐手段６０は、照明ビーム９（コリメートされた）から、マトリックス光変調手段３０に向けられた第１の光路６１に沿って、ビームスプリッタ６０によって偏向された第１の光ビーム９１を得るように構成されている。第１の光ビームは、マトリックス光変調手段３０上で第２の光ビーム９２内に反射される。第２光ビーム９２は、ビームスプリッタ６０に向けられ、そこで第２の光路６２に沿ってビームスプリッタ６０によって少なくとも部分的に透過される。

図３ａでは、偏光キューブであるビーム分岐手段６０の場合、キューブによって偏向された場合に第１の光ビーム９１になる照明ビーム９は、ビーム偏光（コリメートされた）に相当する。マトリックス位相変調手段３０上への第１の光ビーム９１の反射は、第２の光ビーム９２の一部の偏光を選択的に変更することを可能にする。好ましくは、マトリックス位相変調手段３０は、第１の光ビーム９１の偏光に対して９０°の位相シフトで偏光が選択的に修正されることを可能にする。したがって、９０°の位相シフトを受けた第２の光ビーム９２の部分は、キューブ６０によって透過され、一方、位相シフトを受けていない第２の光ビーム９２の部分は、キューブ６０によって反射される（光源に向かって）。このようにして、パターン７は、シュリーレンレンズを照明し、デフレクトメトリによる測定のための角度強度符号化を用いて、投影装置１００によって、測定される光学素子２上に投影され得る。特定の実施形態によれば、偏光が修正される時間の一部を再生することによって非バイナリ画像を有することが可能である。

図３ｂは、キューブ６０によって反射／偏向されるビーム（コリメートされた）の部分ではなく（図３ａのように）、キューブ６０によって透過されるビーム（コリメートされた）の部分によって照明されるように位相変調手段が配置されている、図３ａの変形例を示す。したがって、位相変調手段は、パターン７を形成するように選択的に第１の光ビーム９１となる照明ビーム９に９０°の位相シフトを誘導することを可能にする。したがって、この９０°の位相シフトを受けた第２の光ビーム９２の部分は、キューブ６０によって反射され、一方、位相シフトを受けていない部分（図示せず）は、キューブ６０によって透過される。したがって、キューブ６０を通過（反射）した後の第２の光ビーム９２によってシュリーレンレンズ２０上に投影されたパターン７は、デフレクトメトリによる測定に使用され得る。

図３ｃは、図３ａ、図３ｂ、図４ａおよび図４ｂによる照明モジュールの一実施形態を示す。この実施形態では、第１の収束光学素子１８および第２の収束光学素子１４は、それぞれ、１対の収束レンズを備える。この実施形態は、より短い焦点距離を達成するために市販のレンズ対を使用することを可能にする。例えば、レンズ対１４１，１４２および１８１，１８２は、焦点距離５０ｍｍの２つのレンズ１４１，１４２および１８１，１８２を備え、それにより焦点距離２５ｍｍの第１の収束光学素子１８および第２の収束光学素子１４を提供することを可能にする。レンズ１４１，１４２および１８１，１８２の各対は、例えば１ｍｍ離れている。

図４ａは、第２の光ビーム９２をキューブ６０に、第３の光路６３に沿って第３の光ビーム９３内に反射することを可能にする非平面ミラー７０をさらに備える図３ａの投影装置を示す。好ましい実施形態によれば、偏光子（図示せず）が第１の収束光学素子１８とビーム分岐手段６０との間に配置され、その結果、ビーム分岐手段６０に向けられた照明光ビーム９の全ての強度がマトリックス光変調手段３０に反射される。次いで、第３の光ビーム９３は、測定される光学素子２に向かう第４の光路に沿って、キューブ６０によって第４の光ビーム９４内に反射される。１／４波長板は、非平面ミラー７０とキューブ６０との間に配置され、その結果、キューブ６０によって透過され、次いで非平面ミラー７０によって第３のビーム９３内に反射される第２のビーム９２は、キューブ６０によって第４のビーム９４内に反射される。実際、第２のビーム９２および第３のビーム９３が１／４波長板を通過することにより、光ビームに９０°の位相シフトを生成することが可能になり、その結果、光ビームがキューブ６０内に戻る場合にその方向が逸らされる（強度の損失は無視できる）。次いで、この実施形態によって生成されたパターン７は、シュリーレンレンズ２０に向けられ、デフレクトメトリによる測定のための角度強度符号化を用いて、投影装置１００によって測定される光学素子２上に投影される。非平面ミラーでの反射により、この実施形態は、シュリーレンレンズ２０による角度強度符号化中に大きな角度を生成することを可能にし、小さな曲率半径によって、測定される光学素子２の測定を可能にする。

非平面ミラー７０および１／４波長板を備える図４ａの装置は、キューブ６０に対する素子の位置を変更することによって、図３ｂに記載の装置１００から構成され得る。キューブ６０の周りの素子の位置を変更することができるという利点は、装置を様々な散乱を必要とする異なる用途に適合させることを可能にする。

図４ｂの装置は、図４ａと図２ａの撮像モジュール１９との組み合わせを示す。

図５は、光源１５と、第２の開口１２０を有する第２の選択光学素子１２とを備える空間的に制限された光源１０を示す。第２の選択光学素子１２には、第２の開口１２０が形成されている。例えば、第２の開口１２０は、矩形、正方形、楕円形または円形の断面積を有する。第２の開口１２０は、第２の選択光学素子１２の凹部の表面積に対応する第２の開口表面積Ｓ_１２０を有する。したがって、光源１５から生じる光ビームは、矩形、楕円、または円に従って表面を照明するように適合された空間的に制限された光ビームを得るために、第２の選択光学素子１２によって空間的に制限される。例えば、Ｓ_１０はＳ_１２０より大きい。第２の選択光学素子は、光源面１０５に配置される。図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、図４の投影装置における図５の光源１０の使用は、照明モジュール１９に対する第１の選択光学素子１６および第２の選択光学素子１２の位置決めのおかげで、光変調手段３０の十分に制御された照明、すなわち、そのサイズが、反射におけるマトリックス光変調手段３０の活性部分のサイズ、または最大所望角度分布を画定するのに有用な領域のサイズを超えない光ビームによる照明を得ることを可能にする。反射におけるマトリックス光変調手段３０の活性部分は、例えば、半導体基板上の液晶マトリックスである。反射におけるマトリックス光変調手段３０を照明するビームの空間制御に加えて、第１の開口１６０は、反射においてマトリックス光変調手段３０上へのビームの入射角、したがって反射後の角度を制御することを可能にする。

図６は、第３の開口３６０を有する第３の選択手段３６を備えるマトリックス光変調手段３０の一実施形態を示す。第３の開口３６０は、マトリックス光変調手段３０によって反射された光ビームを空間的に制限するように、マトリックス光変調手段３０の平面１９５内に配置される。図６のマトリックス光変調手段３０は、本発明の測定システム２００の任意の実施形態に適合され得る。

図７、図８ａ、図８ｂおよび図９は、本発明によるデフレクトメトリ測定システム２００の複数の実施形態を示す。

図７は、本発明のデフレクトメトリ測定システム２００の一実施形態を示す。測定システム２００は、シュリーレンレンズ２０を通過した後に、測定される光学素子２に向かってパターン７を投影することを可能にする投影装置１００を備える。次いで、撮像手段４０により、測定される素子２の画像がマトリックス検出手段５０上に形成される。マトリックス光変調手段とマトリックス撮像手段とが同期され、その結果、各パターン７の投影のために画像が取得される。連続的に取得された各画像について、パターン７は、測定される光学素子２上のパターン７の角度の変化を得るように、前の画像に対してシュリーレンレンズ２０上で位相がシフトされる。照明モジュール１９は、必要な変更を加えて、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂ、図３ｃに示され説明されている照明モジュール１９のうちの１つに相当する。

測定される光学素子２の測定速度は、部分的には、光変調手段３０の速度によって規定される。より高速を達成するための可能な選択肢は、正弦波パターン７の代わりに二値パターン７を表示することである。実際、二値パターン７は、ブロック要素４５の応答との畳み込み後に正弦波様パターン７に変換される。この変換は決して完全ではないことに留意されたい。また、速度の利得は、一般に光学性能の損失、特に角度分解能の損失に翻訳される。マトリックス光変調手段３０によってパターン７が表示される時間を調整することによって、二値パターン７を有する非二値画像をマトリックス検出手段５０上に生成することも可能である。これは、上記時間がマトリックス検出手段５０によって使用される積分時間よりも短く、マトリックス検出手段５０およびマトリックス光変調手段３０が同期されるという条件で可能である。システム２００に測定されるサンプル２が存在しない場合、第２の焦平面４０５は、可能な位置決め公差で像平面（または変調面）１９５と共役である。

図８ａは、図７の実施形態に加えて、位相変調手段３０上の第１の光ビーム９１の反射中に位相変調を受けた第２の光ビーム９２の成分が第２の光路６２に沿ってキューブ６０によって透過されるように、シュリーレンレンズ２０と位相変調手段３０との間に配置された偏光ビームスプリッタキューブ６０を備える測定システム２００の実施形態を示す。図３ｂの投影装置１００の実施形態を実施することが可能であり、図３ｂでは、ビームスプリッタキューブ６０は、照明モジュール１９と位相変調手段３０との間に配置され、それにより、位相変調手段３０上の第１の光ビーム９１の反射中に位相変調を受けた第２の光ビーム９２の成分は、第２の光路６２に沿ってキューブ６０によって反射される。

図８ｂは、反射における光学素子２の測定のための測定システム２００の一実施形態を示す。測定システム２００は、パターン７を測定される光学素子２上に投影するように構成された投影装置１００を備える。投影装置１００は、マトリックス位相変調手段３０上に反射ビームからパターン７を形成することを可能にするスプリッタキューブ６０を備える。パターン７は、シュリーレンレンズ２０を通って測定される光学素子２に投影され、そこでパターン７はシュリーレンレンズ２０を通ってキューブ６０に反射して戻される。次いで、パターン７は、キューブ６０によってマトリックス検出手段５０に向けられる。次いで、シュリーレンレンズ２０を第２の撮像光学素子４００と組み合わせて用いて、撮像手段４０により、マトリックス検出手段５０上に反射において測定される光学素子２の像が結像される。光学素子２と偏光キューブ６０との間に位置する図示しない１／４波長板は、光学素子２によって反射された光ビームをキューブ６０で反射させることができる。この実施形態は、分析器の役割を果たすことによって反射において位相変調手段６０と組み合わせてパターン７の形成のために同じ偏光キューブ６０を使用し、次いで、測定される素子２の光軸に垂直な光ビームによる測定を１／４波長板で可能にすることによって、反射において素子２の測定を実行することを可能にするので、特にコンパクトである。

図９は、図４ａまたは図４ｂの投影装置１００を備える測定システム２００の一実施形態を示す。好ましくは、照明ビームのすべての光が光ビーム分岐手段６０によって直接透過されるのを防止するために、偏光子（図示せず）が照明モジュール１９とビーム分岐手段６０との間に配置される。パターン７を画定する第４の光ビーム９４は、シュリーレンレンズ２０を通過して、パターンの強度に応じて検査ビーム９９の角度を符号化する。検査ビームは、投影装置１００によって、第４の光路６４に沿って測定される光学素子２に投影されることが好ましい。測定される光学素子の画像は、撮像手段４０によってマトリックス検出手段５０上に形成される。この実施形態は、例えば２０Ｄを超える大きい屈折力を有する光学素子２の測定に特によく適合し、２５Ｄを超える屈折力にさらに適合する。大きい屈折力を有する光学素子２は、例えば眼内レンズである。

図１０ａは、図３ａおよび図３ｂのものと同様であるが、ビーム分岐手段を必要としない投影装置１００の一例を示す。

図１０ｂは、図２ａおよび図２ｂのものと同様であるが、ビーム分岐手段を必要としない投影装置１００の一例を示す。図１０ａおよび図１０ｂの投影装置１００は、図７、図８ａ、図８ｂ、図９のデフレクトメトリ測定システム、特に図７のデフレクトメトリ測定システムの実施形態で使用され得る。

本発明は、特定の実施形態に関連して上述されたが、これらは例示的なものであり、限定的であると見なされるべきではない。一般に、本発明は、例示および／または上述の例に限定されない。動詞「備える」、「含む」、または任意の他の変形、ならびにそれらの活用形の使用は、言及されたもの以外の要素の存在を決して除外することはできない。要素を導入するための不定冠詞「ａ」、「ａｎ」、または定冠詞「ｔｈｅ」の使用は、これらの要素の複数の存在を排除するものではない。特許請求の範囲における参照符号は、それらの範囲を限定するものではない。

要するに、以下のように記載することもできる。デフレクトメトリによってサンプル２を測定するためのシステム２００であって、
－光源面１０５に空間的に制限された光ビームを生成するための光源１０と
－以下の
第１の収束光学素子１８と、
第１の開口１６０を有する第１の選択光学素子１６であって、第１の収束光学素子１８の物体焦点面１８５配置される第１の選択光学素子１６と、
を備える照明モジュール１９と、
－パターン７を形成するための、光源面１０５と共役する撮像モジュール１９の像平面に配置された、反射におけるマトリックス光変調手段３０と、
－シュリーレンレンズ２０であって、
測定システム２００がパターン７を検査ビームビーム９９に符号化する角度強度を得るために、パターン７がシュリーレンレンズ２０を照明するように適合されるように構成される、シュリーレンレンズ２０と、
－検査ビーム線９９とサンプル２との相互作用後にサンプル２の画像を形成するための撮像手段４０と、
－撮像手段４０によって形成されたサンプル２の画像を検出するためのマトリックス検出手段５０と、
を備える、測定システム２００。

要するに、以下のように記載することもできる。
デフレクトメトリによってサンプル２を測定するためのシステム２００であって、
－光源面１０５内に光ビームを生成するための光源１０と、
－照明ビーム（９）を形成するための照明モジュール１９であって、
第１の収束光学素子１８と、
第１の開口１６０を有する第１の選択光学素子１６と、
を備える照明モジュール１９と、
－パターン７を形成するための反射におけるマトリックス光変調手段３０であって、第１の開口１６０は、マトリックス光変調手段３０上の照明ビーム９の角度を制御するように構成される、マトリックス光変調手段３０と、
－サンプル２上のパターン７の角度強度符号化を得るためのシュリーレンレンズ２０と、
サンプル２の画像を検出するための撮像手段４０および検出手段５０と、
を備える、測定するためのシステム２００。

Claims (32)

1. デフレクトメトリによってサンプル（２）を測定するためのシステム（２００）であって、
   －光源面（１０５）に光ビームを生成するための光源（１０）と、
   －照明モジュール（１９）であって、
   第１の収束光学素子（１８）と、
   第１の開口（１６０）を有する第１の選択光学素子（１６）であって、前記光源面（１０５）と前記第１の収束光学素子（１８）との間に配置される第１の選択光学素子（１６）と、を備え、
   前記光源（１０）の前記光ビームから照明ビーム（９）を生成するように構成されている、照明モジュール（１９）と、
   －前記照明ビーム（９）からパターン（７）を形成するための、反射におけるマトリックス光変調手段（３０）であって、
   前記第１の開口（１６０）は、反射における前記マトリックス光変調手段（３０）上への前記照明ビーム（９）の入射角を制御するように構成されている、マトリックス光変調手段（３０）と、
   －シュリーレンレンズ（２０）であって、前記測定システム（２００）が、前記パターン（７）を検査光ビーム（９９）内に符号化する角度強度を得るために、前記パターン（７）が前記シュリーレンレンズ（２０）を照明するように適合されるように構成される、シュリーレンレンズ（２０）と、
   －前記検査ビーム線（９９）と前記サンプル（２）との相互作用後に前記サンプル（２）の画像を形成するための撮像手段（４０）であって、前記シュリーレンレンズ（２０）は、前記マトリックス光変調手段（３０）と前記撮像手段（４０）との間に、前記光源（１０）が活性化された場合に前記光源（１０）によって生成される光ビームの光路に沿って配置される、撮像手段（４０）と、
   －前記撮像手段（４０）によって形成された前記サンプル（２）の前記画像を検出するためのマトリックス検出手段（５０）と、
   を備える、測定システム（２００）。
2. 前記マトリックス光変調手段（３０）が、前記光源面（１０５）と光学的に共役する変調面（１９５）に配置され、前記照明ビーム（９）が、以下の手段、
   －前記光源面（１０５）に配置された第２の開口（１２０）を有する第２の選択光学素子（１２）と、
   －前記変調面（１９５）に配置された第３の開口（３６０）を有する第３の選択光学素子（３６）と、
   －空間的に制限された光源（１５）を含む光源（１０）であって、好ましくは前記光源（１５）が発光ダイオードマトリックスである、光源（１０）と、
   のうちの少なくとも１つによる反射における前記マトリックス光変調手段（３０）の前記レベルで空間的に制限されることを特徴とする、請求項１に記載の測定システム（２００）。
3. 前記第１の選択光学素子（１６）が、前記第１の収束光学素子（１８）の物体焦点面（１８５）に配置されることを特徴とする、請求項１から２のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
4. －第３の開口（３６０）を有する第３の選択光学素子（３６）であって、前記マトリックス光変調手段（３０）の前記レベルに配置される第３の選択光学素子（３６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
5. 前記照明モジュール（１９）が、
   前記光源（１０）と前記第１の選択光学素子（１６）との間に配置され、
   ・その物体焦点面は前記光源面（１０５）と一致し、
   ・その像焦点面は、前記第１の収束光学素子（１８）と前記第２の収束光学素子（１４）との間に配置された前記第１の収束光学素子（１８）の前記物体焦点面（１８５）と一致するように構成された、
   第２の収束光学素子（１４）を備える、照明モジュール４Ｆであって、
   前記照明モジュール（１９）の前記像平面は、前記第１の収束光学素子（１８）の前記像焦点面と一致することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
6. 前記マトリックス光変調手段（３０）がマトリックス位相変調手段（３０）であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
7. 前記マトリックス位相変調手段（３０）がシリコンマトリックス上の液晶を備えることを特徴とする、請求項６に記載の測定システム（２００）。
8. －前記照明モジュール（１９）から生じる前記照明ビーム（９）から、
   ・前記マトリックス光変調手段（３０）に向けられた第１の光路（６１）に沿って前記ビームスプリッタ（６０）によって偏向された第１の光ビーム（９１）と、
   ・前記マトリックス光変調手段（３０）によって偏向された前記第１の光ビーム（９１）の反射から生じる、第２の光路（６２）に沿って前記ビームスプリッタ（６０）によって透過された第２の光ビーム（９２）と、
   を得るように構成されたビーム分岐手段（６０）、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
9. 前記第１の光路（６１）と前記第２の光路（６２）とが平行であることを特徴とする、請求項８に記載の測定システム（２００）。
10. －前記照明モジュール（１９）から生じる前記照明ビーム（９）から、
    ・前記マトリックス光変調手段（３０）に向けられた第１の光路（６１）に沿って前記ビームスプリッタ（６０）によって透過された第１の光ビーム（９１）と、
    ・前記マトリックス光変調手段（３０）によって透過された前記第１の光ビーム（９１）の反射から生じる、第２の光路（６２）に沿って前記ビームスプリッタ（６０）によって偏向された第２の光ビーム（９２）と、
    を得るように構成されたビーム分岐手段（６０）、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
11. 前記第１の光路（６１）と前記第２の光路（６２）とが垂直であることを特徴とする、請求項１０に記載の測定システム（２００）。
12. 前記ビーム分岐手段（６０）が、偏光ビームスプリッタ（６０）、好ましくは偏光ビームスプリッタキューブ（６０）を備えることを特徴とする、請求項６に従属する４つの先行する請求項のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
13. 前記照明モジュール（１９）から生じる前記照明ビーム（９）は光軸Ａに沿って導かれ、前記偏光ビームスプリッタ（６０）は、前記光軸Ａが前記第２の光路（６２）に対して垂直であるように構成されることを特徴とする、請求項１２に記載の測定システム（２００）。
14. 前記光源（１０）が、光源（１５）と、前記光源（１５）から生じる光ビームを空間的に制限するための第２の開口（１２０）を有する第２の選択手段（１２）とを備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
15. 前記第２の選択手段（１２）が前記光源面（１０５）に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の測定システム（２００）。
16. 前記光源（１０）が空間的に制限された光源（１５）を備え、好ましくは前記光源がＬＥＤマトリックスであることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
17. －前記光ビームが、空間的に制限された光ビーム表面積Ｓ_１０に従って空間的に制限され、
    －前記マトリックス光変調手段（３０）が、
    

    

    
    式中、γは、請求項５に記載の照明モジュール（１９）の倍率であり、その結果、
    

    

    
    式中、ｆ_１は第１の収束光学素子（１８）の焦点距離に相当し、ｆ_２は第２の収束光学素子（１４）の焦点距離に相当するように、光変調表面積Ｓ_３０を有する、
    ことを特徴とする、請求項５に従属する場合の先行する請求項のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
18. 前記第１の開口（１６）が、５０ｍｍ^２未満、好ましくは２５ｍｍ^２未満、さらにより好ましくは１０ｍｍ^２未満の第１の開口表面積（１６０）を有することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
19. 前記第１の開口（１６０）が前記光軸Ａを中心とすることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
20. 前記マトリックス位相変調手段（３０）上の反射から生じる前記第２の光ビーム（９２）を、第３の光路（６３）に沿って前記ビームスプリッタ（６０）に反射された第３の光ビーム（９３）内に反射させるように配置された非平面ミラー（７０）をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に従属する場合の先行する請求項のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
21. 前記非平面ミラーが凹面であることを特徴とする、請求項２０に記載の測定システム（２００）。
22. 前記ビームスプリッタ（６０）が偏光ビームスプリッタであり、
    前記非平面ミラー（７０）と前記偏光ビーム分岐手段（６０）との間に配置された１／４波長板をさらに備えることを特徴とする、請求項２０から２１のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
23. 前記偏光ビームスプリッタ（６０）が、前記第３の光路（６３）に沿って前記非平面ミラー（７０）によって反射された前記第３の光ビーム（９３）が、前記偏光ビームスプリッタ（６０）によって第４の光路（６４）に沿って第４の光ビーム（９４）内に偏向されるように構成されることを特徴とする、請求項１８および２０に記載の測定システム（２００）。
24. 前記偏光ビームスプリッタ（６０）が、前記第３の光路（６３）に沿って反射された前記第３の光ビーム（９３）が、前記偏光ビームスプリッタ（６０）によって第４の光路（６４）に沿って第４の光ビーム（９４）内に透過されるように構成されることを特徴とする、請求項１８および２０に記載の測定システム（２００）。
25. －前記第２の光路（６２）と前記第３の光路（６３）とが略平行であり、
    －前記光軸Ａと前記第４の光路（６４）とが略平行であるように構成されることを特徴とする、請求項２３から２４のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
26. 前記シュリーレンレンズ（２０）が、前記投影装置（１００）と前記撮像手段（４０）との間に配置されることを特徴とする、請求項１から２５のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
27. 前記シュリーレンレンズ（２０）が、前記マトリックス位相変調手段（３０）と前記撮像手段（４０）との間の光路に配置されることを特徴とする、請求項１から２６のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
28. 前記撮像手段（４０）が、第１の収束撮像光学素子（２０；４２０）と第２の収束撮像光学素子（４００）との間に配置された第２の焦平面（４０５）内に位置する第２の収束点において、一方の像の焦点が他方の物体の焦点と一致するように構成された第１の収束撮像光学素子（２０；４２０）および第２の収束撮像光学素子（４００）を備え、
    前記撮像手段（４０）は、前記マトリックス検出手段（５０）上で前記サンプル（２）と相互作用した前記検査ビーム（９９）から前記サンプル（２）の画像を形成するように適合されていることを特徴とする、請求項１から２７のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
29. 前記撮像手段（４０）が、
    前記第２の収束点を取り囲む第４の開口を有する第４の選択光学素子（４５）をさらに備えることを特徴とする、請求項２８に記載の測定システム（２００）。
30. 前記第４の開口が、前記光軸Ａに平行に伝搬する前記光ビームの部分を本質的に通過させるように、前記第１の撮像光学素子（２０；４２０）の前記像焦点および前記第２の撮像光学素子（４００）の前記物体焦点のレベルに配置されることを特徴とする、請求項２９に記載の測定システム（２００）。
31. 前記検査ビーム（９９）が前記サンプル（２）との反射において相互作用した後に、前記シュリーレンレンズ（２０）が、前記検査ビーム（２）の光路に沿って前記第１の撮像光学素子（４２０）に取って代わることを特徴とする、先行する３つの請求項のいずれか一項に記載の測定システム（２００）。
32. 前記撮像手段（４０）が撮像手段４Ｆであり、
    前記第１の収束光学素子（２０；４２０）は、その物体焦点面が前記サンプル（２）の平面と一致するように、前記シュリーレンレンズ（２０）と前記第４の選択手段（４５）との間に配置され、
    前記第２の収束光学素子（４００）は、その像焦点面が前記マトリックス検出手段（５０）と一致するように、前記第４の選択手段（４５）と前記マトリックス検出手段（５０）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から３１のいずれか一項に記載の測定システム。

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