JP2024063078A - Wavefront measuring device, wavefront measuring method, and method for manufacturing optical system and optical element - Google Patents

Wavefront measuring device, wavefront measuring method, and method for manufacturing optical system and optical element Download PDF

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Abstract

【課題】受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置を提供する。【解決手段】波面計測装置(1)は、光源(10)から出射して被検物(30)を介した光を偏向し、光の第1の方向における光束幅を変化させる偏向部(80、81)と、偏向部からの光を受光する受光部(90、91)と、受光部の出力と、第1の方向および第1の方向とは異なる第2の方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、偏向部に入射する前の光の波面を算出する算出部(100)とを有する。【選択図】図1[Problem] To provide a wavefront measuring device having appropriate resolution while suppressing the size of a light receiving section. [Solution] A wavefront measuring device (1) has a deflection section (80, 81) that deflects light emitted from a light source (10) and transmitted through a test object (30) to change the beam width of the light in a first direction, a light receiving section (90, 91) that receives the light from the deflection section, and a calculation section (100) that calculates the wavefront of the light before it enters the deflection section using an output from the light receiving section and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、光学系の透過波面を計測する波面計測装置に関する。 The present invention relates to a wavefront measuring device that measures the transmitted wavefront of an optical system.

特許文献1には、被検光学系に複数の画角の光束を照射し、被検光学系から出射した複数の画角の光束を折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して1つの受光部(波面センサ)に導光し、被検光学系の複数の画角の波面を計測する波面計測装置が開示されている。特許文献2には、被検物を、屈折率の異なる2種類の媒質に浸して透過波面を測定し、2種類の透過波面から被検物の形状成分を除去して屈折率分布を算出する屈折率分布計測装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a wavefront measuring device that irradiates a light beam with multiple angles of view onto an optical system to be tested, guides the light beams with multiple angles of view emitted from the optical system to a single light receiving unit (wavefront sensor) via a folding plane mirror and a wedge prism, and measures the wavefronts of the optical system to be tested at multiple angles of view. Patent Document 2 discloses a refractive index distribution measuring device that immerses a test object in two media with different refractive indices, measures the transmitted wavefront, and calculates the refractive index distribution by removing the shape components of the test object from the two transmitted wavefronts.

特許第6125131号公報Patent No. 6125131 特開2011-106975号公報JP 2011-106975 A

しかしながら、特許文献1に開示された波面計測装置において、被検物の軸外の光束はケラレによってメリジオナル方向の光束幅が狭くなるため、受光部で受光した光束のメリジオナル方向のデータ点数が少なくなる(低分解能)。分解能が低下すると、波面の計測精度も劣化する。プリズムを用いた偏向によってメリジオナル方向の光束幅を拡大すれば分解能の向上が可能であるが、受光部で受光した光束は被検物透過直後の光束と形が変わっているため、そのまま解析しても所望の波面が得られない。 However, in the wavefront measurement device disclosed in Patent Document 1, the off-axis light beam of the test object has a narrow light beam width in the meridional direction due to vignetting, resulting in a small number of data points in the meridional direction of the light beam received by the light receiving unit (low resolution). When the resolution decreases, the measurement accuracy of the wavefront also deteriorates. It is possible to improve the resolution by expanding the light beam width in the meridional direction by deflecting the light beam using a prism, but because the shape of the light beam received by the light receiving unit is different from the light beam immediately after passing through the test object, the desired wavefront cannot be obtained even if it is analyzed as is.

特許文献2に開示された屈折率分布計測装置は、被検物の口径と同程度か、それよりも大きな受光面の受光部が必要である。 The refractive index distribution measuring device disclosed in Patent Document 2 requires a light receiving unit with a light receiving surface that is equal to or larger than the diameter of the test object.

そこで本発明は、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, a manufacturing method for an optical system, and a manufacturing method for an optical element that have appropriate resolution while suppressing the size of the light receiving unit.

本発明の一側面としての波面計測装置は、被検物を介して入射した第1の光を偏向することで、該第1の光の第1の方向における光束幅を拡大させる偏向部と、前記偏向部によって偏向された第2の光を受光する受光部と、前記受光部の出力に基づいて、前記偏向部に入射する前の前記第1の光の波面を算出する算出部とを有する。 A wavefront measuring device according to one aspect of the present invention includes a deflection unit that expands the beam width of the first light in a first direction by deflecting the first light incident through a test object, a light receiving unit that receives the second light deflected by the deflection unit, and a calculation unit that calculates the wavefront of the first light before it is incident on the deflection unit based on the output of the light receiving unit.

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。 Other objects and features of the present invention are described in the following examples.

本発明によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, a manufacturing method for an optical system, and a manufacturing method for an optical element that have appropriate resolution while suppressing the size of the light receiving unit.

実施例1における波面計測装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring device in a first embodiment. 実施例1における被検物の波面の計測手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for measuring a wavefront of a test object in the first embodiment. 実施例1における偏向素子による偏向前後の光束を波面センサで受光したときの信号を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating signals when a light beam is received by a wavefront sensor before and after deflection by a deflection element in the first embodiment. 実施例2における波面計測装置の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring device in a second embodiment. 実施例3における波面計測装置の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring device in a third embodiment. 実施例4における波面計測装置の概略構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring device in a fourth embodiment. 実施例4における偏向素子による偏向前後の光束を異なる波面センサで受光したときの信号を示す図である。13A to 13C are diagrams showing signals when a light beam is received by different wavefront sensors before and after deflection by a deflection element in the fourth embodiment. 光学系の製造方法の製造工程図である。3A to 3C are manufacturing process diagrams of a manufacturing method for an optical system. 光学素子の製造方法の製造工程図である。1A to 1C are manufacturing process diagrams of a manufacturing method for an optical element.

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。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings.

まず、図1を参照して、本発明の実施例1における波面計測装置について説明する。図1は、本実施例における波面計測装置の概略構成図である。 First, a wavefront measuring device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a schematic diagram of the wavefront measuring device according to the first embodiment.

波面計測装置1は、光源10、ファイバ20、21、偏向部としての偏向素子(透過型回折素子、回折格子)80、81、受光部としての波面センサ(シャックハルトマンセンサ)90、91、およびコンピュータ(算出部)100を備えて構成されている。被検物30は、複数のレンズを組み合せて構成された光学系である。波面計測装置1は、被検物30の軸外の透過波面を計測する。 The wavefront measuring device 1 is configured with a light source 10, fibers 20, 21, deflection elements (transmissive diffraction elements, diffraction gratings) 80, 81 as deflection units, wavefront sensors (Shack-Hartmann sensors) 90, 91 as light receiving units, and a computer (calculation unit) 100. The test object 30 is an optical system configured by combining multiple lenses. The wavefront measuring device 1 measures the off-axis transmitted wavefront of the test object 30.

光源10は、例えば、半導体レーザやLEDである。光源10からファイバ20、21をそれぞれ介して出射した発散光200a、201aは、被検物30の軸外を透過して被検光200b、201bとなる。被検光200b、201bは、被検物30を透過する際にケラレるため、光束のメリジオナル方向の幅が、サジタル方向の幅より小さくなっている。 The light source 10 is, for example, a semiconductor laser or an LED. The divergent light 200a, 201a emitted from the light source 10 through the fibers 20, 21, respectively, passes through the off-axis of the test object 30 to become test light 200b, 201b. The test light 200b, 201b is vignetted when passing through the test object 30, so the width of the light beam in the meridional direction is smaller than the width in the sagittal direction.

被検光200b、201bはそれぞれ、偏向素子80、81で回折されて被検光200c、201cとなり、波面センサ90、91で受光される。本実施例における偏向素子80、81は、例えば、振幅型回折格子、位相型回折格子、または、CGH(Computer Generated Hologram)である。被検光200c、201cは、偏向素子80、81で偏向された影響で、メリジオナル方向(所定の方向、本実施例では図1中のY方向)に伸縮された(本実施例では所定の方向に拡大された)状態で波面センサ90、91に入射する。 The test light beams 200b and 201b are diffracted by the deflection elements 80 and 81 to become test light beams 200c and 201c, respectively, and are received by the wavefront sensors 90 and 91. The deflection elements 80 and 81 in this embodiment are, for example, amplitude type diffraction gratings, phase type diffraction gratings, or CGHs (Computer Generated Holograms). The test light beams 200c and 201c are deflected by the deflection elements 80 and 81, and enter the wavefront sensors 90 and 91 in a state in which they are expanded or contracted in the meridional direction (a specified direction, in this embodiment, the Y direction in FIG. 1) (expanded in the specified direction in this embodiment).

波面センサ90、91で受光された被検光200c、201cに対応する信号は、コンピュータ100に送られる。コンピュータ100は、被検光200c、201cに対応する信号に基づいて、被検物30の被検光200b、201bの波面(偏向素子80、81によって光束が伸縮される前の波面)を算出する。 The signals corresponding to the test lights 200c and 201c received by the wavefront sensors 90 and 91 are sent to the computer 100. The computer 100 calculates the wavefronts of the test lights 200b and 201b of the test object 30 (the wavefronts before the light beams are stretched or contracted by the deflection elements 80 and 81) based on the signals corresponding to the test lights 200c and 201c.

本実施例では、シャックハルトマンの原理を利用して波面を算出する。すなわち波面センサ90、91は、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサである。波面収差の無い平行光がシャックハルトマンセンサに入射すると、マイクロレンズアレイの周期と同じ周期のスポット配列像が撮像される。一方、波面収差の有る光がシャックハルトマンセンサに入射すると、スポット配列像のそれぞれのスポット位置が各マイクロレンズに入射した光の波面の傾きに比例してシフトする。このスポット位置のシフト量に基づいて波面が算出される。 In this embodiment, the wavefront is calculated using the Shack-Hartmann principle. That is, wavefront sensors 90 and 91 are Shack-Hartmann sensors equipped with a microlens array. When parallel light without wavefront aberration is incident on the Shack-Hartmann sensor, a spot array image with the same period as the period of the microlens array is captured. On the other hand, when light with wavefront aberration is incident on the Shack-Hartmann sensor, the position of each spot in the spot array image shifts in proportion to the inclination of the wavefront of the light incident on each microlens. The wavefront is calculated based on the amount of shift in the spot position.

次に、図2を参照して、本実施例における被検物30の波面の計測手順(波面計測方法)について説明する。図2は、被検物30の波面の計測手順を示すフローチャートである。 Next, the procedure for measuring the wavefront of the test object 30 (wavefront measurement method) in this embodiment will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a flowchart showing the procedure for measuring the wavefront of the test object 30.

まずステップS10において、被検物30を設置し、光源10から被検物30に光を入射させる。続いてステップS20において、偏向素子80、81により所定の方向(メリジオナル方向)に伸縮された被検物30の透過光200c、201c(所定の方向に光束幅が変化した光)をそれぞれ波面センサ90、91で受光する。 First, in step S10, the test object 30 is placed, and light is irradiated from the light source 10 onto the test object 30. Next, in step S20, the transmitted light 200c, 201c (light whose light beam width has changed in the specified direction) of the test object 30 expanded or contracted in a specified direction (meridional direction) by the deflection elements 80, 81 is received by the wavefront sensors 90, 91, respectively.

図3は、偏向素子による光束の伸縮の様子を示す図である。図3(A)は、被検物30の透過直後に波面センサを配置(光の進行方向に対して波面センサ面が垂直になるように配置)した波面計測光学系を仮定したときに、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。ケラレの影響により、メリジオナル(M)方向のスポット数がサジタル(S)方向のスポット数より少なくなる。図3(B)は、偏向素子により回折された後に波面センサを設置した場合(本実施例の配置)において、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。被検物30の透過光束が、偏向によりメリジオナル(M)方向に引き伸ばされてスポット数が増加し、サジタル(S)方向のスポット数と同程度になっている。すなわち、本実施例のような配置にすることにより、メリジオナル方向の分解能を高くすることができる。 Figure 3 is a diagram showing the expansion and contraction of a light beam by a deflection element. Figure 3 (A) is an example of a spot array image received by a wavefront sensor when assuming a wavefront measurement optical system in which a wavefront sensor is placed (placed so that the wavefront sensor surface is perpendicular to the light traveling direction) immediately after transmission through the test object 30. Due to the effect of vignetting, the number of spots in the meridional (M) direction is less than the number of spots in the sagittal (S) direction. Figure 3 (B) is an example of a spot array image received by a wavefront sensor when a wavefront sensor is placed after diffraction by a deflection element (the arrangement of this embodiment). The transmitted light beam of the test object 30 is stretched in the meridional (M) direction by deflection, increasing the number of spots, and becoming approximately the same as the number of spots in the sagittal (S) direction. In other words, by using an arrangement such as that of this embodiment, the resolution in the meridional direction can be increased.

しかし、実際に計測しようとする被検物30の透過波面は、偏向素子により伸縮される前の波面である。そこで、図2のステップS30において、コンピュータ100は、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。具体的には、コンピュータ100は、図3(B)の信号(波面センサで受光した被検光の信号)と、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。本実施例において、所定の方向(第1の方向)はメリジオナル方向(図1中のY方向)であり、所定の方向と垂直な方向(第1の方向とは異なる第2の方向)はサジタル方向(図1中のX方向)であるが、これらに限定されるものではない。なおステップS30は、さらに詳細に、図2においてステップAとして示されるステップSA1、SA2、SA3の3つの工程に分割できる。 However, the transmitted wavefront of the test object 30 to be actually measured is the wavefront before it is expanded or contracted by the deflection element. Therefore, in step S30 in FIG. 2, the computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object before the test light is expanded or contracted by the deflection element. Specifically, the computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object before the test light is expanded or contracted by the deflection element using the signal in FIG. 3B (the signal of the test light received by the wavefront sensor) and a function normalized for each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction. In this embodiment, the predetermined direction (first direction) is the meridional direction (Y direction in FIG. 1), and the direction perpendicular to the predetermined direction (second direction different from the first direction) is the sagittal direction (X direction in FIG. 1), but is not limited to these. In more detail, step S30 can be divided into three steps, steps SA1, SA2, and SA3, which are shown as step A in FIG. 2.

まずステップSA1において、コンピュータ100は、波面センサ90、91で受光した光束について、各マイクロレンズにおける波面の傾きと各マイクロレンズの座標を算出する。ここで、波面センサ90、91に入射する光束の波面をW(X,Y)、マイクロレンズアレイのi行j列に位置するマイクロレンズの座標を(Xij,Yij)、そのレンズにより形成される集光スポットの重心座標を(Xij+δXij,Yij+δYij)とする。このとき、各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きは、以下の式(1)のように表される。ただし、fは波面センサ内のマイクロレンズアレイとイメージセンサ(CMOSセンサやCCDセンサ)の距離である。 First, in step SA1, the computer 100 calculates the inclination of the wavefront at each microlens and the coordinates of each microlens for the light beam received by the wavefront sensors 90 and 91. Here, the wavefront of the light beam incident on the wavefront sensors 90 and 91 is W(X, Y), the coordinates of the microlens located in the i-th row and j-th column of the microlens array are ( Xij , Yij ), and the coordinates of the center of gravity of the focused spot formed by the lens are ( Xij + δXij , Yij + δYij ). At this time, the inclination of the wavefront at each microlens array is expressed by the following formula (1). Here, f is the distance between the microlens array in the wavefront sensor and the image sensor (CMOS sensor or CCD sensor).

仮に、マイクロレンズの配列方向とイメージセンサの画素の配列方向とが略一致していれば、各マイクロレンズの座標(Xij,Yij)は、以下の式(2)で表される。すなわち、このとき各マイクロレンズの座標(Xij,Yij)は、X方向とY方向のそれぞれにマイクロレンズアレイの周期(例えばΛ=150μm)で配列された値になる。ただし、Xc、Ycは光束の重心座標である。重心座標は、各マイクロレンズに入射する光の強度をIijとするとき、以下の式(3)で表される値である。重心計算する際に用いる光の強度Iijは、ある閾値以上の値であれば全てIij=1としてもよい。 If the arrangement direction of the microlenses and the arrangement direction of the pixels of the image sensor are approximately the same, the coordinates ( Xij , Yij ) of each microlens are expressed by the following formula (2). That is, the coordinates ( Xij , Yij ) of each microlens at this time are values arranged in the X direction and the Y direction at the period of the microlens array (for example, Λ=150 μm). However, Xc and Yc are the barycentric coordinates of the light beam. The barycentric coordinates are values expressed by the following formula (3) when the intensity of light incident on each microlens is Iij . The light intensity Iij used in calculating the barycentric center may all be Iij =1 if it is a value equal to or greater than a certain threshold value.

続いてステップSA2において、コンピュータ100は、各マイクロレンズの座標(Xij,Yij)を規格化する。規格化は、所定の方向(メリジオナル方向、図1のY方向)および所定の方向と垂直な方向(サジタル方向、図1のX方向)のそれぞれにおいて、以下の式(4)で表されるように行われる。ただし、(xij,yij)は規格化された各マイクロレンズの座標、max(引数)は引数の最大値を返す関数である。 Next, in step SA2, the computer 100 normalizes the coordinates (X ij , Y ij ) of each microlens. The normalization is performed in a predetermined direction (meridional direction, Y direction in FIG. 1) and a direction perpendicular to the predetermined direction (sagittal direction, X direction in FIG. 1) as expressed by the following formula (4), where (x ij , y ij ) are the normalized coordinates of each microlens, and max (argument) is a function that returns the maximum value of the argument.

最後に、ステップSA3において、コンピュータ100は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて、各マイクロレンズにおける波面の傾きをフィッティングする。これにより、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検光の波面を算出することができる。所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数としては、例えば、XY方向のそれぞれに関して規格化したゼルニケ関数Z(r,θ)をX、Yで偏微分した微分ゼルニケ関数を用いることができる。規格化する前の座標系を(X,Y)、規格化された座標系(x,y)における極座標を(r,θ)とするとき、規格化された微分ゼルニケ関数は、整数N(N≧0)と整数M(|M|≦N)を用いて、以下の式(5)のように表される。 Finally, in step SA3, the computer 100 fits the inclination of the wavefront in each microlens using a function normalized for each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction. This allows the wavefront of the test light before it is expanded or contracted by the deflection element to be calculated. As the function normalized for each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction, for example, a differential Zernike function obtained by partially differentiating the Zernike function ZL (r, θ) normalized for each of the XY directions with respect to X and Y can be used. When the coordinate system before normalization is (X, Y) and the polar coordinate in the normalized coordinate system (x, y) is (r, θ), the normalized differential Zernike function is expressed as the following formula (5) using an integer N (N≧0) and an integer M (|M|≦N).

所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きをフィッティングすると、計算上は、偏向素子による光束の伸縮有り無しにかかわらず同じフィッティング係数が得られる。すなわち、ステップSA3にて算出されたフィッティング係数(透過波面)は、偏向素子による光束の伸縮前のフィッティング係数(透過波面)と等しい。ただし実際には、波面センサで取得したデータの分解能の違いにより、フィッティング係数の精度に優劣が発生する。本実施例では、図2のフローを用いることで、高精度に被検物の透過波面を計測することができる。 When the inclination of the wavefront in each microlens array is fitted using a function normalized for each of a specified direction and a direction perpendicular to the specified direction, the same fitting coefficient is obtained mathematically regardless of whether the light beam is stretched or not by the deflection element. In other words, the fitting coefficient (transmitted wavefront) calculated in step SA3 is equal to the fitting coefficient (transmitted wavefront) before the light beam is stretched or not by the deflection element. In reality, however, the accuracy of the fitting coefficient varies depending on the resolution of the data acquired by the wavefront sensor. In this embodiment, the transmitted wavefront of the test object can be measured with high accuracy by using the flow in Figure 2.

なおステップSA3では、波面の傾きを規格化された微分ゼルニケ関数でフィッティングしたが、本実施例はこれに限定されるものではない。これに代えて、波面の傾きを積分して波面にした後に、規格化されたゼルニケ関数でフィッティングしてもよい。規格化して用いる関数は、ゼルニケ関数や微分ゼルニケ関数に限定されるものではなく、2次元の三角関数やルジャンドル多項式などを用いてもよい。また、シュミットの直交化等を利用して新たな関数を作成してもよい。 In step SA3, the wavefront slope is fitted with a normalized differential Zernike function, but this embodiment is not limited to this. Alternatively, the wavefront slope may be integrated to obtain a wavefront, and then the normalized Zernike function may be fitted. The function used for normalization is not limited to the Zernike function or the differential Zernike function, and two-dimensional trigonometric functions or Legendre polynomials may be used. A new function may also be created by using Schmidt orthogonalization, etc.

図2のフローに、光の逆伝搬の計算工程を追加すると、波面算出精度をさらに向上させることができる。本実施例のように、偏向素子80、81を用いて光束を偏向させると、光束の内部において所定の方向に光路長分布が発生する。例えば、図1の光束200cの内部において、+Y位置の光線に比べて-Y位置の光線は、伝搬距離が長い。そこで、光の逆伝搬を用いて、伝搬距離の違いによって生じる光路長分布を除去すればよい。 The accuracy of wavefront calculation can be further improved by adding a calculation process for the reverse propagation of light to the flow in Figure 2. When the light beam is deflected using deflection elements 80 and 81 as in this embodiment, an optical path length distribution occurs in a predetermined direction within the light beam. For example, within light beam 200c in Figure 1, the light beam at the -Y position has a longer propagation distance than the light beam at the +Y position. Therefore, the optical path length distribution caused by differences in propagation distance can be eliminated by using the reverse propagation of light.

また、被検物30の瞳から波面センサ90、91までの伝搬による波面の変形を抑制する場合、波面センサ90、91から被検物30の瞳まで逆伝搬すればよい。逆伝搬は、光線追跡でもよいし、角スペクトル法による伝搬でもよい。例えば、光線追跡を用いる場合、ステップSA1において、各マイクロレンズにおける波面の傾きと座標から光線追跡を実施し、各マイクロレンズの座標を光線追跡後の座標に入れ替えてステップSA2、SA3を実施すればよい。角スペクトル法を用いる場合、ステップSA3において波面を算出した後に、逆伝搬すればよい。 In addition, to suppress deformation of the wavefront due to propagation from the pupil of the test object 30 to the wavefront sensors 90 and 91, reverse propagation may be performed from the wavefront sensors 90 and 91 to the pupil of the test object 30. Reverse propagation may be ray tracing or propagation by angular spectrum method. For example, when ray tracing is used, ray tracing is performed from the tilt and coordinates of the wavefront at each microlens in step SA1, and the coordinates of each microlens are replaced with the coordinates after ray tracing, and steps SA2 and SA3 are performed. When the angular spectrum method is used, reverse propagation may be performed after calculating the wavefront in step SA3.

波面センサ90、91から被検物30の瞳まで逆伝搬する代わりに、被検物30と波面センサ90、91それぞれの間にレンズを挿入し、被検物30の瞳と波面センサ90、91を共役関係にすることもできる。挿入するレンズに、ビームエキスパンダの機能も兼用させれば、波面センサ90、91に入射する光束のサイズを、より適切なサイズに調整することができる。 Instead of backpropagating from the wavefront sensors 90 and 91 to the pupil of the test object 30, a lens can be inserted between the test object 30 and the wavefront sensors 90 and 91, respectively, to make the pupil of the test object 30 and the wavefront sensors 90 and 91 in a conjugate relationship. If the inserted lens also functions as a beam expander, the size of the light beam incident on the wavefront sensors 90 and 91 can be adjusted to a more appropriate size.

以上のように、本実施例において、波面計測装置1は、偏向部(偏向素子80、81)、受光部(波面センサ90、91)、および算出部(コンピュータ100)を有する。偏向部は、光源10から出射して被検物30を介した光(被検物30を透過または被検物30で反射した光)を偏向し、光の第1の方向(所定の方向)における光束幅を変化(伸縮)させる。受光部は、偏向部からの光を受光する。算出部は、受光部の出力と、第1の方向および第1の方向とは異なる第2の方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、偏向部に入射する前の光(光束幅が変化する前の光)の波面を算出する。 As described above, in this embodiment, the wavefront measuring device 1 has a deflection unit (deflection elements 80, 81), a light receiving unit (wavefront sensors 90, 91), and a calculation unit (computer 100). The deflection unit deflects light emitted from the light source 10 and passing through the test object 30 (light transmitted through or reflected by the test object 30), and changes (expands or contracts) the beam width of the light in a first direction (predetermined direction). The light receiving unit receives the light from the deflection unit. The calculation unit calculates the wavefront of the light before it enters the deflection unit (light before the beam width changes) using the output of the light receiving unit and a function normalized for each of the first direction and a second direction different from the first direction.

本実施例において、偏向部に入射する前の光は、第1の方向における光束幅が第2の方向における光束幅よりも小さく、偏向部は、第1の方向における光の光束幅を拡大する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。例えば、第1の方向における光束幅が第2の方向における光束幅よりも大きい場合、偏向部は、第1の方向における光の光束幅を縮小することができる。 In this embodiment, the light before entering the deflection unit has a smaller beam width in a first direction than the beam width in a second direction, and the deflection unit expands the beam width of the light in the first direction. However, this embodiment is not limited to this. For example, if the beam width in the first direction is larger than the beam width in the second direction, the deflection unit can reduce the beam width of the light in the first direction.

本実施例では、偏向素子として透過型回折格子を用いているが、反射型回折格子でもよい。いずれの場合でも、光束の伸縮倍率は格子周期や回折次数で調整可能である。また、回折格子の代わりに、プリズム、フレネルプリズムを用いてもよい。プリズムを用いる場合の光束の伸縮倍率は、プリズムの頂角、屈折率や入射角度を変えることで調整可能である。また、プリズムを用いる場合、回折格子を用いた場合生じた光束内部の所定方向の光路長分布は発生しない。 In this embodiment, a transmissive diffraction grating is used as the deflection element, but a reflective diffraction grating may also be used. In either case, the expansion/contraction ratio of the light beam can be adjusted by the grating period or the diffraction order. A prism or Fresnel prism may also be used instead of a diffraction grating. When a prism is used, the expansion/contraction ratio of the light beam can be adjusted by changing the apex angle, refractive index, or angle of incidence of the prism. When a prism is used, the optical path length distribution in a specified direction inside the light beam that occurs when a diffraction grating is used does not occur.

本実施例では、波面センサ90、91として、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサを用いているが、これに限定されるものではない。それに代えて、波面センサ90、91は、ハルトマンマスクを備えたシアリング干渉計(タルボ干渉計)を用いてもよい。ハルトマンマスクは、2次元位相型回折格子または2次元吸収型回折格子のいずれでもよい。シアリング干渉計では、ハルトマンマスクの後方にできる自己像の歪みから、フーリエ変換法によって波面を算出することができる。またはハルトマンマスクとして、ピンホールアレイ(1つのピンホールを透過した光と隣接するピンホールを透過した光との干渉が無視できるほどピンホール同士が離れているアレイ)を用いて、シャックハルトマンセンサと同様の原理で波面を回復することもできる。 In this embodiment, the wavefront sensors 90 and 91 are Shack-Hartmann sensors equipped with microlens arrays, but are not limited thereto. Alternatively, the wavefront sensors 90 and 91 may be shearing interferometers (Talbot interferometers) equipped with a Hartmann mask. The Hartmann mask may be either a two-dimensional phase type diffraction grating or a two-dimensional absorption type diffraction grating. In the shearing interferometer, the wavefront can be calculated by the Fourier transform method from the distortion of the self-image formed behind the Hartmann mask. Alternatively, a pinhole array (an array in which the pinholes are so far apart that the interference between the light transmitted through one pinhole and the light transmitted through the adjacent pinholes can be negligible) may be used as the Hartmann mask to recover the wavefront using the same principle as the Shack-Hartmann sensor.

または、被検光の強度情報を用いて波面を算出する方法でもよい。その方法は次の通りである。直進ステージ上にイメージセンサ(マイクロレンズアレイやハルトマンマスクを含まない)を固定したものを波面センサ90、91として配置する。直進ステージを駆動しながら像を複数撮像する。コンピュータ100は、撮像された像に基づいて、被検物30の透過波面を算出する。像から波面を算出する方法は、強度輸送方程式を用いた方法や、特定の波面の初期値に基づいて最適化計算を行う方法でもよい。または、波面と像との関係を機械学習させた人工知能(AI)を用いて波面を算出してもよい。 Alternatively, a method of calculating the wavefront using intensity information of the test light may be used. The method is as follows. Image sensors (not including a microlens array or Hartmann mask) fixed on a linear stage are arranged as wavefront sensors 90 and 91. A plurality of images are captured while driving the linear stage. A computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object 30 based on the captured images. The method of calculating the wavefront from the image may be a method using a transport of intensity equation or a method of performing optimization calculations based on the initial value of a specific wavefront. Alternatively, the wavefront may be calculated using artificial intelligence (AI) that has been machine-learned to learn the relationship between the wavefront and the image.

本実施例では、図3に示されるように、被検光の光束のうちサジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度(高い分解能が得られるサイズ)で、メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより小さい(低い分解能しか得られないサイズ)である。このため、偏向素子80、81によって、メリジオナル方向の光束幅を拡大する。メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度で、サジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより大きい場合、サジタル方向を所定の方向とし、その方向の光束を縮小するように偏向素子80、81、波面センサ90、91を配置すればよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the beam width in the sagittal direction of the test light beam is approximately the same as the screen size of the wavefront sensor (a size that provides high resolution), and the beam width in the meridional direction is smaller than the screen size of the wavefront sensor (a size that provides only low resolution). For this reason, the beam width in the meridional direction is expanded by the deflection elements 80 and 81. If the beam width in the meridional direction is approximately the same as the screen size of the wavefront sensor and the beam width in the sagittal direction is larger than the screen size of the wavefront sensor, the sagittal direction is set as the specified direction, and the deflection elements 80 and 81 and the wavefront sensors 90 and 91 are positioned so as to reduce the beam in that direction.

本実施例によれば、波面センサの大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置を提供することができる。 This embodiment provides a wavefront measuring device that has an appropriate resolution while reducing the size of the wavefront sensor.

次に、図4を参照して、本発明の実施例2における波面計測装置について説明する。図4は、本実施例における波面計測装置2の概略構成図である。 Next, a wavefront measuring device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a schematic diagram of the wavefront measuring device 2 according to the present embodiment.

波面計測装置2は、光源11、ピンホール25、2軸回転ステージ付ミラー40、レンズ50、51、ビームスプリッタ60、および、3軸直進ステージ125を有する。また波面計測装置2は、偏向素子(フレネルプリズム)82、波面センサ92、2軸直進・2軸回転ステージ95、および、コンピュータ100を有する。偏向素子82および波面センサ92は、2軸直進・2軸回転ステージ95上に配置されている。波面センサ92は、ハルトマンマスクを有するタルボ干渉計である。 The wavefront measuring device 2 has a light source 11, a pinhole 25, a mirror 40 with a two-axis rotation stage, lenses 50, 51, a beam splitter 60, and a three-axis linear stage 125. The wavefront measuring device 2 also has a deflection element (Fresnel prism) 82, a wavefront sensor 92, a two-axis linear and two-axis rotation stage 95, and a computer 100. The deflection element 82 and the wavefront sensor 92 are arranged on the two-axis linear and two-axis rotation stage 95. The wavefront sensor 92 is a Talbot interferometer with a Hartmann mask.

光源11(例えば、DPSSレーザ)からピンホール25を介して出射した光200aは、レンズ50で平行光となり、ビームスプリッタ60で反射し、レンズ51を透過して被検物30の像面位置に相当する面に集光する。被検光200aは、その後発散して被検物30に入射する。被検光200aは、被検物30を透過後、2軸回転ステージ付ミラー40で反射し、被検物30を再度透過した被検光200bは、レンズ51、ビームスプリッタ60を透過して偏向素子82で偏向する。偏向素子82において偏向した光束200cは、所定の方向に伸縮した状態で、波面センサ92によって受光される。偏向素子82による光束伸縮によって、適切な分解能が得られる。波面センサ92で受光した被検光200cの信号は、コンピュータ100に送られる。コンピュータ100は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、被検光が偏向素子によって伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。 The light 200a emitted from the light source 11 (e.g., a DPSS laser) through the pinhole 25 becomes parallel light at the lens 50, is reflected by the beam splitter 60, and passes through the lens 51 to be focused on a surface corresponding to the image plane position of the test object 30. The test light 200a then diverges and enters the test object 30. After passing through the test object 30, the test light 200a is reflected by the mirror 40 with a two-axis rotating stage, and the test light 200b that passes through the test object 30 again passes through the lens 51 and the beam splitter 60 and is deflected by the deflection element 82. The light beam 200c deflected by the deflection element 82 is received by the wavefront sensor 92 in a state of being expanded and contracted in a predetermined direction. The light beam expansion and contraction by the deflection element 82 provides an appropriate resolution. The signal of the test light 200c received by the wavefront sensor 92 is sent to the computer 100. The computer 100 uses a function normalized for each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction to calculate the transmitted wavefront of the test object before the test light is stretched or expanded by the deflection element.

3軸直進ステージ125は、図4中のXYZ方向に駆動することができる。2軸回転ステージ付ミラー40は、X軸、Y軸に関して回転することができる。2軸直進・2軸回転ステージ95は、XY方向への直進駆動と、X軸、Y軸に関して回転することができる。波面計測装置2は、3軸直進ステージ125と2軸回転ステージ付ミラー40の駆動により、被検物30の複数の画角に対応する透過光の波面計測を実現している。また、2軸直進・2軸回転ステージ95により、波面センサ92に入射する光束の位置とサイズを調整し、適切な分解能の波面計測を実現している。 The three-axis linear stage 125 can be driven in the X, Y and Z directions in FIG. 4. The two-axis rotary stage mirror 40 can rotate about the X and Y axes. The two-axis linear/two-axis rotary stage 95 can be driven linearly in the X and Y directions and rotate about the X and Y axes. By driving the three-axis linear stage 125 and the two-axis rotary stage mirror 40, the wavefront measuring device 2 realizes wavefront measurement of transmitted light corresponding to multiple angles of view of the test object 30. In addition, the two-axis linear/two-axis rotary stage 95 adjusts the position and size of the light beam incident on the wavefront sensor 92 to realize wavefront measurement with appropriate resolution.

次に、図5を参照して、本発明の実施例3における波面計測装置について説明する。図5は、本実施例における波面計測装置3の概略構成図である。 Next, a wavefront measuring device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. FIG. 5 is a schematic diagram of the wavefront measuring device 3 according to the present embodiment.

波面計測装置3は、光源12、ファイバ20、レンズ50、51、52、ハーフミラー65、透過平面(TF:Transmission Flat)70、CGH75、偏向素子(反射型回折格子)83、波面センサ94、および、コンピュータ100を有する。波面計測装置3は、フィゾー干渉計である。波面センサ94は、イメージセンサ(CMOSセンサやCCDセンサ)である。本実施例の被検物35は、fθレンズとして用いられるトーリックレンズ(光学素子)である。波面計測装置3は、被検物35の面形状を調べるため、トーリック面における反射光の波面を計測する。図5は、被検物35の副走査断面に対する光路を表示している(主走査方向は図5中のX方向)。 The wavefront measuring device 3 includes a light source 12, a fiber 20, lenses 50, 51, 52, a half mirror 65, a transmission flat (TF) 70, a CGH 75, a deflection element (reflective diffraction grating) 83, a wavefront sensor 94, and a computer 100. The wavefront measuring device 3 is a Fizeau interferometer. The wavefront sensor 94 is an image sensor (CMOS sensor or CCD sensor). The test object 35 in this embodiment is a toric lens (optical element) used as an fθ lens. The wavefront measuring device 3 measures the wavefront of the reflected light from the toric surface to check the surface shape of the test object 35. Figure 5 shows the optical path for the sub-scanning cross section of the test object 35 (the main scanning direction is the X direction in Figure 5).

光源12(例えば、HeNeレーザ)からファイバ20を介して出射した光200aは、レンズ50で平行光となり、ハーフミラー65を透過し、透過平面70において一部透過し、一部反射する。透過平面70で反射した光は、フィゾー干渉計における参照光200Rとなる。透過平面70は、駆動できるように不図示のピエゾステージ上に配置されている。透過平面70を透過した被検光200aは、CGHを透過してXY方向それぞれにおいて異なる曲率をもった収束光となり、被検物35の面に略垂直に入射する。被検物35の面で反射した被検光200bはCGH、透過平面70を再度透過し、参照光200Rと干渉する。干渉光(200b、200R)は、ハーフミラー65で反射し、レンズ51、52を透過し、偏向素子83に入射する。偏向素子83において偏向した干渉光(200c、200Rc)は、所定の方向の光束が伸縮され、イメージセンサ94で受光される。イメージセンサ94で受光した干渉光(200c、200Rc)の信号は、コンピュータ100に送られる。コンピュータ100は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子によって伸縮される前の被検物の反射波面を算出する。波面算出は、フリンジスキャン法でもよいし、キャリア縞を用いたフーリエ変換法でもよい。 The light 200a emitted from the light source 12 (e.g., a HeNe laser) through the fiber 20 becomes parallel light at the lens 50, passes through the half mirror 65, and is partially transmitted and partially reflected at the transmission plane 70. The light reflected at the transmission plane 70 becomes the reference light 200R in the Fizeau interferometer. The transmission plane 70 is arranged on a piezo stage (not shown) so that it can be driven. The test light 200a transmitted through the transmission plane 70 passes through the CGH and becomes convergent light with different curvatures in the X and Y directions, and enters the surface of the test object 35 approximately perpendicularly. The test light 200b reflected at the surface of the test object 35 passes through the CGH and the transmission plane 70 again, and interferes with the reference light 200R. The interference light (200b, 200R) is reflected at the half mirror 65, passes through the lenses 51 and 52, and enters the deflection element 83. The interference light (200c, 200Rc) deflected by the deflection element 83 is stretched or expanded in a predetermined direction and received by the image sensor 94. The signal of the interference light (200c, 200Rc) received by the image sensor 94 is sent to the computer 100. The computer 100 calculates the reflected wavefront of the test object before the light beam is stretched or expanded by the deflection element using a function normalized for each of the predetermined direction and a direction perpendicular to the predetermined direction. The wavefront calculation may be performed by a fringe scan method or a Fourier transform method using carrier fringes.

トーリックレンズは、主走査方向(図5のX方向)の径が副走査方向(図5のY方向)の径より大きい。このため、トーリック面の反射光をそのままイメージセンサで受光すると、副走査方向の分解能が主走査方向の分解能より低くなる。一方、本実施例によれば、偏向素子83による偏向により副走査方向の光束幅を引き伸ばすことで、適切な分解能の波面計測を実現することができる。 The diameter of the toric lens in the main scanning direction (X direction in FIG. 5) is larger than the diameter in the sub-scanning direction (Y direction in FIG. 5). Therefore, if the reflected light from the toric surface is received directly by the image sensor, the resolution in the sub-scanning direction will be lower than the resolution in the main scanning direction. On the other hand, according to this embodiment, the light beam width in the sub-scanning direction is expanded by deflection by the deflection element 83, thereby achieving wavefront measurement with appropriate resolution.

次に、図6を参照して、本発明の実施例4における波面計測装置について説明する。図6は、本実施例における波面計測装置4の概略構成図である。 Next, a wavefront measuring device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a schematic diagram of the wavefront measuring device 4 according to the present embodiment.

波面計測装置4は、光源10、ファイバ20、レンズ50、51、偏向素子(プリズム)84、波面センサ90、およびコンピュータ100を備えて構成されている。本実施例の被検物36は、モールドレンズ(光学素子)である。 The wavefront measuring device 4 is configured with a light source 10, a fiber 20, lenses 50 and 51, a deflection element (prism) 84, a wavefront sensor 90, and a computer 100. The test object 36 in this embodiment is a molded lens (optical element).

光源10からファイバ20を介して出射した光200aは、レンズ50、51を介して収束光となり、被検物36に入射する。被検物36を透過した被検光200bは、偏向素子84で偏向され、所定の方向の光束が伸縮し、波面センサ90で受光される。波面センサ90で受光した被検光200cの信号は、コンピュータ100に送られる。コンピュータ100は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子84により伸縮される前の被検光200bの波面を算出する。 Light 200a emitted from light source 10 through fiber 20 becomes convergent light via lenses 50 and 51 and enters test object 36. Test light 200b transmitted through test object 36 is deflected by deflection element 84, and the light beam in a predetermined direction is stretched and received by wavefront sensor 90. The signal of test light 200c received by wavefront sensor 90 is sent to computer 100. Computer 100 calculates the wavefront of test light 200b before the light beam is stretched and expanded by deflection element 84 using functions normalized for each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction.

一般に、被検物36が単レンズの場合、被検物36を透過した波面は、複数のレンズで構成された光学系の透過波面と異なり、波面収差が大きい。波面収差が大きい場合、できるだけ被検物36と波面センサ90との間にレンズを挿入しないほうが好ましい。これは、挿入したレンズによる予期せぬ収差の発生(光線光路のばらつきによって生じる収差)を避けるためである。その場合、被検物の口径と同程度の画面サイズの波面センサ90が必要となる。 In general, when the test object 36 is a single lens, the wavefront transmitted through the test object 36 has large wavefront aberration, unlike the transmitted wavefront of an optical system composed of multiple lenses. When the wavefront aberration is large, it is preferable to insert as few lenses as possible between the test object 36 and the wavefront sensor 90. This is to avoid the occurrence of unexpected aberration due to an inserted lens (aberration caused by variations in the optical path of the light beam). In that case, a wavefront sensor 90 with a screen size approximately the same as the aperture of the test object is required.

図7は、本実施例において、波面センサ90で得られる信号の例である。一般に、波面センサ90の画面サイズ(受光面の大きさ)は、横方向よりも縦方向の方が小さい。したがって、被検物36の口径と同程度の画面サイズの波面センサ90とは、図7(A)に示されるように、光束が波面センサ90の縦方向に入るサイズのセンサを意味する。一般に、波面センサ90は画面サイズが大きいほど高価になるため、適切な分解能が得られる条件のもとで、できるだけ小さな画面の波面センサを選択することが好ましい。 Figure 7 shows an example of a signal obtained by the wavefront sensor 90 in this embodiment. In general, the screen size (size of the light receiving surface) of the wavefront sensor 90 is smaller in the vertical direction than in the horizontal direction. Therefore, a wavefront sensor 90 with a screen size similar to the aperture of the test object 36 means a sensor with a size that allows a light beam to enter the wavefront sensor 90 in the vertical direction, as shown in Figure 7 (A). In general, the larger the screen size of the wavefront sensor 90, the more expensive it becomes, so it is preferable to select a wavefront sensor with as small a screen as possible, under conditions that provide appropriate resolution.

本実施例では、偏向素子84による偏向により所定の方向(波面センサ90の縦方向)に光束を圧縮することで、図7(B)に示されるように小さな画面の波面センサを用いた波面計測を実現している。なお本実施例では、被検光200bの光束のうち所定の方向の光束幅を縮小するように偏向素子84を配置しているが、これに限定されるものではない。例えば、被検光200bの光束が波面センサ90よりも小さい場合、波面センサ90の横方向を所定の方向とし、所定の方向に光束を拡大するように偏向素子84および波面センサ90を配置すればよい。すなわち本実施例において、受光部(波面センサ90)の第1の方向(縦方向)における受光面(画面)の幅は、第2の方向(横方向)における幅よりも小さく、偏向部(偏向素子84)は、第1の方向における光の光束幅を縮小する。または、受光部の第1の方向における受光面(画面)の幅は、第2の方向における幅よりも大きく、偏向部は、第1の方向における光の光束幅を拡大する。これにより、波面センサ90の横方向の受光領域(受光面)を有効活用することができる。 In this embodiment, the deflection element 84 compresses the light beam in a predetermined direction (the vertical direction of the wavefront sensor 90) to realize wavefront measurement using a wavefront sensor with a small screen as shown in FIG. 7B. In this embodiment, the deflection element 84 is arranged to reduce the light beam width in a predetermined direction of the light beam of the test light 200b, but this is not limited to this. For example, if the light beam of the test light 200b is smaller than the wavefront sensor 90, the horizontal direction of the wavefront sensor 90 is set as the predetermined direction, and the deflection element 84 and the wavefront sensor 90 may be arranged to expand the light beam in the predetermined direction. That is, in this embodiment, the width of the light receiving surface (screen) of the light receiving unit (wavefront sensor 90) in the first direction (vertical direction) is smaller than the width in the second direction (horizontal direction), and the deflection unit (deflection element 84) reduces the light beam width in the first direction. Alternatively, the width of the light receiving surface (screen) of the light receiving unit in the first direction is larger than the width in the second direction, and the deflection unit expands the light beam width in the first direction. This allows the lateral light receiving area (light receiving surface) of the wavefront sensor 90 to be effectively utilized.

次に、図8を参照して、本発明の実施例5における光学系の製造方法について説明する。図8は、本実施例における光学系の製造方法を示すフローチャートである。例えば実施例1の波面計測装置1または実施例2の波面計測装置2を用いて計測された波面の結果を、光学系(被検物30)の製造方法にフィードバックすることが可能である。 Next, a method for manufacturing an optical system in the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing an optical system in this embodiment. For example, the results of a wavefront measured using the wavefront measuring device 1 in the first embodiment or the wavefront measuring device 2 in the second embodiment can be fed back to a method for manufacturing an optical system (test object 30).

まずステップS101において、光学素子を用いて光学系を組み立て、各素子の位置を調整する(光学系組立調整)。続いてステップS102において、組立調整された光学系の光学性能(光学精度)を評価する。ここで、光学系の光学性能の評価は、例えば実施例1の波面計測装置1または実施例2の波面計測装置2を用いて計測された波面の結果を用いて行われる。ステップS102にて光学性能が不足する場合、ステップS101へ戻り、再度、光学系の組立調整を行う。一方、ステップS102にて光学性能を充足する場合、光学系の製造方法に関する本フローを終了する。 First, in step S101, an optical system is assembled using optical elements, and the position of each element is adjusted (optical system assembly adjustment). Next, in step S102, the optical performance (optical precision) of the assembled and adjusted optical system is evaluated. Here, the optical performance of the optical system is evaluated using the results of wavefront measurement using, for example, the wavefront measuring device 1 of Example 1 or the wavefront measuring device 2 of Example 2. If the optical performance is insufficient in step S102, the process returns to step S101, and the optical system is assembled and adjusted again. On the other hand, if the optical performance is sufficient in step S102, this flow relating to the manufacturing method of the optical system is terminated.

図9は、モールド加工を利用した光学素子の製造方法を示している。光学素子は、光学素子の設計工程(ステップS201)、金型の設計工程(ステップS202)、及び、設計された金型を用いた光学素子のモールド工程(ステップS203)を経て製造される。ここで光学素子は、型を用いて作るモールド(成型)に限定されるものではなく、研磨などの加工により作ってもよい。このためステップS203は、モールド工程以外の成形工程に置き換えてもよい。モールドされた光学素子は、その形状精度が評価(ステップS204)され、精度不足である場合は金型を補正して再度モールドを行う。形状精度が良好であれば、光学素子の光学性能が評価(ステップS205)される。光学性能(光学精度)が低い場合は、光学面を補正した光学素子を設計し直す。一方、ステップS205にて光学性能を充足する場合、光学素子の量産(ステップS206)工程に移行する。ステップS204の形状精度の評価に、例えば実施例3の波面計測装置3を利用することができる。また、ステップS205の光学性能の評価に、例えば実施例4の波面計測装置4を利用することができる。前述の光学素子の製造方法は、モールドによらず、研削、研磨による光学素子の製造にも適用可能である。 Figure 9 shows a method for manufacturing an optical element using molding. The optical element is manufactured through a design process for the optical element (step S201), a design process for a mold (step S202), and a molding process for the optical element using the designed mold (step S203). Here, the optical element is not limited to being molded using a mold, but may be made by processing such as polishing. For this reason, step S203 may be replaced with a molding process other than the molding process. The shape accuracy of the molded optical element is evaluated (step S204), and if the accuracy is insufficient, the mold is corrected and molding is performed again. If the shape accuracy is good, the optical performance of the optical element is evaluated (step S205). If the optical performance (optical accuracy) is low, the optical element is redesigned with the optical surface corrected. On the other hand, if the optical performance is satisfactory in step S205, the process proceeds to mass production of the optical element (step S206). For example, the wavefront measuring device 3 of the third embodiment can be used to evaluate the shape accuracy in step S204. In addition, the wavefront measuring device 4 of Example 4 can be used, for example, to evaluate the optical performance in step S205. The manufacturing method of the optical element described above can also be applied to the manufacture of optical elements by grinding and polishing, without relying on a mold.

各実施例によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。 According to each embodiment, it is possible to provide a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, a manufacturing method for an optical system, and a manufacturing method for an optical element that have appropriate resolution while suppressing the size of the light receiving unit.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the invention.

1 波面計測装置
80、81 偏向素子(偏向部)
90、91 波面センサ(受光部)
100 コンピュータ(算出部)
1 Wavefront measuring device 80, 81 Deflection element (deflection unit)
90, 91 Wavefront sensor (light receiving unit)
100 Computer (calculation unit)

Claims (10)

被検物を介して入射した第1の光を偏向することで、該第1の光の第1の方向における光束幅を拡大させる偏向部と、
前記偏向部によって偏向された第2の光を受光する受光部と、
前記受光部の出力に基づいて、前記偏向部に入射する前の前記第1の光の波面を算出する算出部とを有することを特徴とする波面計測装置。
a deflection unit that deflects a first light beam incident via a test object to increase a beam width of the first light beam in a first direction;
a light receiving unit that receives the second light deflected by the deflection unit;
a calculation unit that calculates a wavefront of the first light before it is incident on the deflection unit based on an output of the light receiving unit.
前記第2の方向は、前記第1の方向に対して垂直な方向であることを特徴とする請求項1に記載の波面計測装置。 The wavefront measuring device according to claim 1, characterized in that the second direction is perpendicular to the first direction. 前記受光部は、マイクロレンズアレイを有することを特徴する請求項1または2に記載の波面計測装置。 The wavefront measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the light receiving unit has a microlens array. 前記受光部は、ハルトマンマスクを有することを特徴する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の波面計測装置。 The wavefront measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the light receiving unit has a Hartmann mask. 前記受光部は、イメージセンサであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の波面計測装置。 The wavefront measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the light receiving unit is an image sensor. 前記偏向部に入射する前の前記第1の光は、前記第1の方向における前記光束幅が前記第2の方向における光束幅よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の波面計測装置。 A wavefront measuring device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the first light before entering the deflection section has a beam width in the first direction that is smaller than the beam width in the second direction. 前記偏向部は、回折格子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の波面計測装置。 The wavefront measuring device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the deflection unit is a diffraction grating. 被検物を介して偏向部に入射した第1の光を偏向することで、該第1の光の第1の方向における光束幅を拡大させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された第2の光を受光するステップと、
前記受光部の出力に基づいて、前記偏向部に入射する前の前記第1の光の波面を算出するステップとを有することを特徴とする波面計測方法。
A step of expanding a beam width of the first light in a first direction by deflecting the first light that has been incident on a deflection unit via a test object;
receiving, by a light receiving unit, the second light deflected by the deflection unit;
and calculating a wavefront of the first light before it is incident on the deflection section based on an output of the light receiving section.
光学系の製造方法であって、
前記光学系を組み立てるステップと、
前記光学系を介して偏向部に入射した第1の光を偏向することで、該第1の光の第1の方向における光束幅を拡大させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された第2の光を受光するステップと、
前記受光部の出力に基づいて、前記偏向部に入射する前の前記第1の光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学系の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing an optical system, comprising the steps of:
Assembling the optical system;
A step of expanding a beam width of the first light in a first direction by deflecting the first light incident on a deflection unit via the optical system;
receiving, by a light receiving unit, the second light deflected by the deflection unit;
calculating a wavefront of the first light before it is incident on the deflection unit based on an output of the light receiving unit;
and evaluating the optical performance of the optical system based on the wavefront.
光学素子の製造方法であって、
前記光学素子を成形するステップと、
前記光学素子を介して偏向部に入射した第1の光を偏向することで、該第1の光の第1の方向における光束幅を拡大させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された第2の光を受光するステップと、
前記受光部の出力に基づいて、前記偏向部に入射する前の前記第1の光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学素子の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing an optical element, comprising the steps of:
molding the optical element;
A step of expanding a beam width of the first light in a first direction by deflecting the first light incident on a deflection unit via the optical element;
receiving, by a light receiving unit, the second light deflected by the deflection unit;
calculating a wavefront of the first light before it is incident on the deflection unit based on an output of the light receiving unit;
and evaluating the optical performance of the optical element based on the wavefront.
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