JP4814894B2 - Optical system for optical property evaluation equipment - Google Patents
Optical system for optical property evaluation equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP4814894B2 JP4814894B2 JP2008006721A JP2008006721A JP4814894B2 JP 4814894 B2 JP4814894 B2 JP 4814894B2 JP 2008006721 A JP2008006721 A JP 2008006721A JP 2008006721 A JP2008006721 A JP 2008006721A JP 4814894 B2 JP4814894 B2 JP 4814894B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- lens
- lens group
- wavelength
- light
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
本発明は、光学特性評価装置用光学系に関し、特に、複数の波長で評価可能な高性能な光学特性評価装置用光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system for an optical property evaluation apparatus, and more particularly to an optical system for a high performance optical property evaluation apparatus that can be evaluated at a plurality of wavelengths.
波面収差や個別収差等の光学特性を評価するのに、干渉計が従来から用いられてきている。これらの干渉計に用いられている波長は、主にHe−Neレーザの633nmであり、その他としては、405nm等がある。しかしながら、何れも単一波長での使用に限られており、それらに使用されている光学系も、単一波長での使用が可能なものとなっている。 Interferometers have been conventionally used to evaluate optical characteristics such as wavefront aberration and individual aberration. The wavelength used in these interferometers is mainly 633 nm of a He—Ne laser, and others include 405 nm. However, all of them are limited to use at a single wavelength, and the optical system used for them can also be used at a single wavelength.
近年、半導体検査向けの検査装置には紫外域の波長、通信分野では近赤外域の波長と言うように、多種多様な波長の光が用いられるようになってきている。これに伴い、従来の633nm以外の波長、望ましくは紫外域から赤外域がカバーできていて、所望の波長での光学系の特性が評価できる装置が望まれている。さらに、評価する光学系の性能も高性能なものが要求されるようになり、これを評価する装置も高性能なものが要求されるようになってきている。 In recent years, light of various wavelengths has come to be used for inspection devices for semiconductor inspection, such as wavelengths in the ultraviolet region and wavelengths in the near infrared region in the communication field. Accordingly, there is a demand for an apparatus that can cover wavelengths other than the conventional wavelength of 633 nm, preferably from the ultraviolet region to the infrared region, and can evaluate the characteristics of the optical system at a desired wavelength. Furthermore, the performance of the optical system to be evaluated is required to be high performance, and the device for evaluating this is also required to have high performance.
特許文献1に開示されている技術は、上記干渉計に用いられる光学系に関連し、被検波を通過させるリレーレンズ系をアフォーカル系としたものである。 The technique disclosed in Patent Document 1 relates to an optical system used in the interferometer, and uses a relay lens system that allows a test wave to pass as an afocal system.
また、特許文献2に開示されている技術は、シャックハルトマン方式を用いた光学特性評価装置に関するものである。これは干渉計を用いない方式であり、近年注目されるようになってきている。この技術においても、被検波をリレーする光学系を有しており、アフォーカル系で構成されている。
上記特許文献1に開示されている技術は、単一波長で使用することを前提とした技術であり、この技術だけでは複数の波長で使用するという目的を達成することはできない。また、この技術は、被検波の波面収差が0.01λ(λは波長)程度といった高性能な光学系を十分に考慮したものとなっていないので、この技術をそのまま用いたとしても、高性能な光学系の評価を十分に行うことはできない。 The technique disclosed in Patent Document 1 is a technique premised on use at a single wavelength, and this technique alone cannot achieve the purpose of using at a plurality of wavelengths. In addition, this technology does not fully consider a high-performance optical system in which the wavefront aberration of the test wave is about 0.01λ (λ is a wavelength). Such an optical system cannot be fully evaluated.
特許文献2に開示されている技術も、複数の波長で使用することは想定されていない。よって、特許文献2に開示されている技術だけでは、複数の波長で使用するという目的を達成することはできない。
The technique disclosed in
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高性能な光学系に対応が可能で、複数の波長で評価可能な光学特性評価装置用光学系を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an optical system for an optical property evaluation apparatus that can be applied to a high-performance optical system and can be evaluated at a plurality of wavelengths. That is.
上記目的を達成する本発明の光学特性評価装置用光学系は、光源からの光をコリメートレンズでコリメートし、コリメートされた光を被検面若しくは被検光学系に入射させ、被検面で反射若しくは被検光学系を透過して戻ってきた光を直接アフォーカル光学系でリレーするか若しくは参照光と干渉させた後、アフォーカル光学系でリレーし、波面計測する光学特性評価装置用光学系であって、
前記アフォーカル光学系は、被検物体側からレンズ群Gaとレンズ群Gbとする正の焦点距離を有する2つのレンズ群で構成され、該レンズ群Gaの後側焦点位置と該レンズ群Gbの前側焦点位置が略一致するよう配置されており、
使用波長を短い方からλ1 、λ2 、…、λn とし、前記レンズ群Gaの各波長での焦点距離をfa1、fa2、…、fan、及び、前記レンズ群Gbの各波長での焦点距離をfb1、fb2、…、fbnとしたとき、使用波長における任意の波長λm (2≦m≦n)に対して、
0.97≦(fbm/fam)/(fb1/fa1)≦1.03 ・・・(2)
となるように、レンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成したことを特徴とするものである。
The optical system for an optical property evaluation apparatus of the present invention that achieves the above object collimates light from a light source with a collimating lens, makes the collimated light incident on a test surface or a test optical system, and reflects it on the test surface. Alternatively, the optical system for an optical characteristic evaluation apparatus that relays the light returned through the optical system to be tested directly with the afocal optical system or interferes with the reference light and then relays with the afocal optical system to measure the wavefront. Because
The afocal optical system is composed of two lens groups having a positive focal length, that is, a lens group Ga and a lens group Gb from the object side, and a rear focal position of the lens group Ga and the lens group Gb. It is arranged so that the front focal position is approximately the same,
1 lambda the wavelength used from the shorter, lambda 2, ..., and lambda n, the focal length at each wavelength of the lens group Ga f a1, f a2, ... , f an, and, each wavelength of the lens group Gb Where f b1 , f b2 ,..., F bn are arbitrary wavelength λ m (2 ≦ m ≦ n) at the used wavelength,
0.97 ≦ (f bm / f am ) / (f b1 / f a1 ) ≦ 1.03 (2)
Thus, the lens group Ga and the lens group Gb are configured.
この場合に、前記レンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成するレンズの材質を同じにすることが望ましい。 In this case, it is desirable that the lenses constituting the lens group Ga and the lens group Gb are made of the same material.
さらに、以上において、光源からの光の波長を変えたときに、前記光源と前記コリメートレンズの間隔、前記レンズ群Gaとレンズ群Gbの間隔が各々変えられる構成を有していて、光源からの光の波長を変えた後で、コリメート及びアフォーカルの状態が調整できる機構を有していることが望ましい。 Further, in the above, when the wavelength of the light from the light source is changed, the distance between the light source and the collimating lens and the distance between the lens group Ga and the lens group Gb can be changed. It is desirable to have a mechanism that can adjust the state of collimation and afocal after changing the wavelength of light.
また、以上においては、該レンズ群Gaの後側焦点位置と該レンズ群Gbの前側焦点位置が略一致するよう配置されており、
前記レンズ群Gaの後側焦点位置あるいは前記レンズ群Gbの前側焦点位置近傍にスペーシャルフィルタが配置されていることが望ましい。
In the above, the rear focal position of the lens group Ga and the front focal position of the lens group Gb are arranged so as to substantially coincide with each other.
It is desirable that a spatial filter is disposed near the rear focal position of the lens group Ga or near the front focal position of the lens group Gb.
本発明によれば、比較的簡単な光学系で構成できて、高性能な光学系に対応が可能で、複数の波長で評価可能な光学特性評価装置用光学系を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can comprise with a comparatively simple optical system, can respond to a high performance optical system, and can provide the optical system for optical characteristic evaluation apparatuses which can be evaluated in several wavelengths.
以下に、上記の本発明の光学特性評価装置用光学系においてそのような構成をとる理由と作用を説明する。 Hereinafter, the reason and action of such an arrangement in the optical system for an optical property evaluation apparatus of the present invention will be described.
本発明の光学特性評価装置用光学系は、光源からの光をコリメートレンズでコリメートし、コリメートされた光を被検面若しくは被検光学系に入射させ、被検面で反射若しくは被検光学系を透過して戻ってきた光を直接リレー光学系でリレーするか若しくは参照光と干渉させた後、リレー光学系でリレーし、波面計測する光学特性評価装置用光学系である。 An optical system for an optical property evaluation apparatus according to the present invention collimates light from a light source with a collimating lens, causes the collimated light to enter a test surface or a test optical system, and reflects the test surface or the test optical system. This is an optical system for an optical characteristic evaluation apparatus that relays light that has passed through and directly relayed by a relay optical system or caused to interfere with reference light and then relay by a relay optical system to measure the wavefront.
ここで、被検面で反射若しくは被検光学系を透過して戻った光(被検光)を直接リレー系でリレーして、波面計測する構成としては、シャックハルトマン方式の構成がある。一方、被検光を参照光と干渉させた後リレー光学系でリレーして、波面計測する構成としては、フィゾー型等の干渉計がある。 Here, there is a Shack-Hartmann configuration as a configuration in which light reflected by the test surface or transmitted through the test optical system (test light) is directly relayed by the relay system to measure the wavefront. On the other hand, there is a Fizeau type interferometer as a configuration in which the test light is interfered with the reference light and then relayed by a relay optical system to measure the wavefront.
そして、本発明では、前記コリメートレンズが単レンズ若しくは接合単レンズであり、
使用波長域における最も短い波長をλとし、コリメート光の有効光束径をD、コリメートレンズの波長λでの焦点距離をf、コリメートレンズが単レンズの場合は波長λでのその屈折率をn、接合単レンズの場合は波長λでの各レンズの屈折率の平均値をnとしたとき、
D/{(n−1)f2 }≦0.0016(mm-1) ・・・(1)
を満たすようにしている。
In the present invention, the collimating lens is a single lens or a cemented single lens,
Λ is the shortest wavelength in the operating wavelength range, D is the effective beam diameter of the collimated light, f is the focal length at the wavelength λ of the collimating lens, n is the refractive index at the wavelength λ when the collimating lens is a single lens, In the case of a cemented single lens, when the average value of the refractive index of each lens at the wavelength λ is n,
D / {(n−1) f 2 } ≦ 0.0016 (mm −1 ) (1)
To meet.
フィゾー型の干渉計においては、被検光と参照光が共通光路を通るので、理論的にはコリメート光に残存収差があっても影響を受けないことになっている。これは、アライメント誤差がない場合のみ正しい。干渉計光学系や被検光学系のアライメントに誤差がある場合は、フィゾー干渉計であってもこの誤差の影響を受け、測定誤差が生じる。 In the Fizeau interferometer, since the test light and the reference light pass through a common optical path, theoretically, even if there is residual aberration in the collimated light, it is not affected. This is correct only when there is no alignment error. If there is an error in the alignment of the interferometer optical system or the test optical system, even a Fizeau interferometer is affected by this error, resulting in a measurement error.
被検光と参照光が同じ光学系を通っていても、同じ光路を通らなければその影響はキャンセルされない。したがって、アライメント誤差があると、厳密に同じ光路を通らなくなるので、コリメート光の残存収差の影響を受けてしまうことになる。特に、高性能光学系を評価する際には、この測定誤差が影響してくる。そのため、コリメート光は有効光束径の範囲において、できる限り無収差に近い方が望ましい。 Even if the test light and the reference light pass through the same optical system, the influence is not canceled unless they pass through the same optical path. Therefore, if there is an alignment error, it does not pass exactly the same optical path, so that it is affected by the residual aberration of the collimated light. In particular, when measuring a high-performance optical system, this measurement error affects. Therefore, it is desirable that the collimated light be as close to no aberration as possible within the effective light beam diameter range.
本発明では、単レンズや接合単レンズといった簡単なレンズ系で、有効光束径の範囲内において略無収差とみなせるコリメート光を生成させるようにしている。その作用についてもう少し詳しく説明する。 In the present invention, a simple lens system such as a single lens or a cemented single lens is used to generate collimated light that can be regarded as almost no aberration within the range of the effective light beam diameter. The effect will be described in a little more detail.
光学系の収差は、一般的に、NA(開口数)が小さい程発生する収差は少ない。コリメートレンズにおけるNAは、コリメート光の光束径と焦点距離の比で関連付けられる。ただし、NAが同じであっても、発生する収差量は焦点距離に比例するので、焦点距離が長い程収差の発生量は大きくなる。したがって、焦点距離で規格化したNAで考える必要がある。さらに、同じ焦点距離であっても、レンズ媒質の屈折率が高い方が発生する収差量は小さくなる。単レンズで考えると分かりやすいが、屈折率が高いと緩い曲率半径でも大きなパワーを持たせることができる。したがって、同じ焦点距離であっても、屈折率が高い方が曲率半径は緩くなり、結果として発生する収差も小さくなる。この屈折率nの効果は、n−1に比例する。 In general, the smaller the NA (numerical aperture), the smaller the aberration of the optical system. The NA in the collimating lens is related by the ratio of the beam diameter of collimated light and the focal length. However, even if the NA is the same, the amount of aberration that is generated is proportional to the focal length, so the longer the focal length, the greater the amount of aberration that is generated. Therefore, it is necessary to consider the NA standardized by the focal length. Furthermore, even when the focal length is the same, the amount of aberration that occurs when the refractive index of the lens medium is higher is smaller. Although it is easy to understand with a single lens, if the refractive index is high, a large power can be given even with a loose radius of curvature. Accordingly, even at the same focal length, the higher the refractive index, the smaller the radius of curvature and the smaller the resulting aberration. The effect of this refractive index n is proportional to n-1.
以上に鑑みて、必要な光束径に対し、(1)式を満たす焦点距離のレンズをコリメートレンズに使用することで、有効光束径において略無収差と見なせる光束を生成させることができる。ここで、略無収差というのは、波面収差が0.01λ程度の高性能光学系の評価を考慮すると、少なくともこれと同程度以下である状態のことを言う。(1)式の上限の0.0016(mm-1)を越えると、コリメート光は無収差とは言えないようになってくる。 In view of the above, by using a lens having a focal length satisfying the expression (1) as a collimating lens with respect to a required light beam diameter, it is possible to generate a light beam that can be regarded as substantially no aberration in the effective light beam diameter. Here, “substantially non-aberration” means a state where the wavefront aberration is at least equal to or less than that in consideration of evaluation of a high-performance optical system having a wavefront aberration of about 0.01λ. If the upper limit of 0.0016 (mm −1 ) in the expression ( 1 ) is exceeded, the collimated light cannot be said to have no aberration.
さらに、本発明では、単レンズや接合単レンズといった簡単な構成を用いているが、単レンズや接合単レンズで構成すると、光学系の構成が単純になる。よって、光学系の調整が必要になってもそれ程厳しい精度は要求されない。また、NAが小さい状態で使用するので、簡単な構成であっても収差はそれ程発生しない。また、材質に石英等を用いると、紫外域の光を使う場合も光量ロスが少ない。 単レンズや接合単レンズといった簡単な構成の場合、複数の波長に対して焦点距離を同じにすることは困難である。単レンズや接合単レンズの場合、波長が短い程焦点距離が短くなる傾向があるため、使用波長域の最も短い波長に対して、上記(1)式を満たすようにしておくのがよい。 Furthermore, in the present invention, a simple configuration such as a single lens or a cemented single lens is used. However, if a single lens or a cemented single lens is used, the configuration of the optical system becomes simple. Therefore, even if the adjustment of the optical system is required, the strict accuracy is not required. In addition, since the lens is used in a state where the NA is small, the aberration does not occur so much even with a simple configuration. In addition, when quartz or the like is used as the material, there is little light loss even when using light in the ultraviolet region. In the case of a simple configuration such as a single lens or a cemented single lens, it is difficult to make the focal lengths the same for a plurality of wavelengths. In the case of a single lens or a cemented single lens, since the focal length tends to be shorter as the wavelength is shorter, it is preferable to satisfy the above formula (1) for the shortest wavelength in the usable wavelength range.
条件(1)を満足すると、色収差を補正する調整は必要になるが、調整さえ行えば、略無収差とすることができる。 If the condition (1) is satisfied, adjustment for correcting chromatic aberration is required, but if only adjustment is performed, it can be made substantially non-aberration.
本発明のもう1つの光学特性評価装置用光学系は、光源からの光をコリメートレンズでコリメートし、コリメートされた光を被検面若しくは被検光学系に入射させ、被検面で反射若しくは被検光学系を透過して戻ってきた光を直接アフォーカル光学系でリレーするか若しくは参照光と干渉させた後、アフォーカル光学系でリレーし、波面計測する光学特性評価装置用光学系であって、
前記アフォーカル光学系は、被検物体側からレンズ群Gaとレンズ群Gbとする正の焦点距離を有する2つのレンズ群で構成され、該レンズ群Gaの後側焦点位置と該レンズ群Gbの前側焦点位置が略一致するよう配置されており、
使用波長を短い方からλ1 、λ2 、…、λn とし、前記レンズ群Gaの各波長での焦点距離をfa1、fa2、…、fan、及び、前記レンズ群Gbの各波長での焦点距離をfb1、fb2、…、fbnとしたとき、使用波長における任意の波長λm (2≦m≦n)に対して、
0.97≦(fbm/fam)/(fb1/fa1)≦1.03 ・・・(2)
となるように、レンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成している。
Another optical characteristic evaluation apparatus optical system according to the present invention collimates light from a light source with a collimator lens, causes the collimated light to enter a test surface or a test optical system, and reflects or reflects the test surface. This is an optical system for an optical characteristic evaluation apparatus that measures the wavefront by relaying the light that has passed through the detection optical system directly through the afocal optical system or interfering with the reference light and then relaying through the afocal optical system. And
The afocal optical system is composed of two lens groups having a positive focal length, that is, a lens group Ga and a lens group Gb from the object side, and a rear focal position of the lens group Ga and the lens group Gb. It is arranged so that the front focal position is approximately the same,
1 lambda the wavelength used from the shorter, lambda 2, ..., and lambda n, the focal length at each wavelength of the lens group Ga f a1, f a2, ... , f an, and, each wavelength of the lens group Gb Where f b1 , f b2 ,..., F bn are arbitrary wavelength λ m (2 ≦ m ≦ n) at the used wavelength,
0.97 ≦ (f bm / f am ) / (f b1 / f a1 ) ≦ 1.03 (2)
The lens group Ga and the lens group Gb are configured so that
波面計測を行う際、被検光学系の瞳面をリレー系を通してリレーし、CCD等で撮像して計測することが一般的である。このリレー系をアフォーカル光学系で構成することのメリットは、特許文献1からも周知である。アフォーカル光学系を正の焦点距離を有するレンズ群Gaとレンズ群Gbで構成した場合、その投影倍率はその焦点距離の比で決まる。この倍率はCCD等の撮像素子の大きさと被検光学系の瞳径で通常決定され、測定精度を少しでも良くするために、通常は被検光学系の瞳が撮像素子からはみ出ないようにできるだけ大きく投影する。特に、被検光を直接リレーして波面計測するシャックハルトマン方式の場合、リレー系(ここでは、アフォーカル光学系)で投影された瞳をマイクロレンズでサンプリングするため、投影倍率が測定の精度に与える影響は大きい。 When performing wavefront measurement, it is common to relay the pupil plane of the optical system under test through a relay system, and image and measure with a CCD or the like. The merit of configuring this relay system with an afocal optical system is also known from Patent Document 1. When the afocal optical system is composed of the lens group Ga and the lens group Gb having a positive focal length, the projection magnification is determined by the focal length ratio. This magnification is usually determined by the size of the image sensor such as a CCD and the pupil diameter of the test optical system. In order to improve the measurement accuracy as much as possible, the pupil of the test optical system is usually not protruded from the image sensor. Project large. In particular, in the Shack-Hartmann method, which directly relays the test light and measures the wavefront, the pupil projected by the relay system (here, the afocal optical system) is sampled by a microlens, so the projection magnification increases the measurement accuracy. The impact is great.
光学特性評価装置用光学系を複数の波長に対応させようとした場合に、このリレー系の倍率が波長によって大きく変わることは望ましくない。特にシャックハルトマン方式の方が影響は大きいが、測定した波長によって測定精度が変わるという事態が発生する。 When the optical system for an optical characteristic evaluation apparatus is to be adapted to a plurality of wavelengths, it is not desirable that the magnification of the relay system greatly varies depending on the wavelength. In particular, the Shack-Hartmann method has a larger influence, but there is a situation in which the measurement accuracy changes depending on the measured wavelength.
そこで、本発明のもう1つの光学特性評価装置用光学系においては、(2)式を満たすようにレンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成している。任意の波長において倍率が変わらないというのが理想的であるが、干渉計用の光学系を想定した場合には、通常は光源にレーザしか使用できないので、数波長に対して(2)式を満たすようにしておけばよい。(2)式の下限の0.97を下回ると、倍率が小さくなり、特にシャックハルトマン方式の場合に測定精度が悪くなる。また、その上限の1.03を上回ると、倍率が大きくなり、場合によっては波長を変えた際に撮像素子から瞳像がはみ出てしまう。 Therefore, in another optical system for an optical property evaluation apparatus of the present invention, the lens group Ga and the lens group Gb are configured so as to satisfy the expression (2). Ideally, the magnification does not change at an arbitrary wavelength. However, when an optical system for an interferometer is assumed, normally only a laser can be used as a light source. It should be satisfied. If the lower limit of 0.97 in equation (2) is not reached, the magnification becomes small, and the measurement accuracy is deteriorated particularly in the Shack-Hartmann method. When the upper limit of 1.03 is exceeded, the magnification increases, and in some cases, the pupil image protrudes from the image sensor when the wavelength is changed.
(2)式を満たす具体的な手段としては、可視域のレーザ波長で数波長に対応させるという目的であれば、レンズ群Ga及びレンズ群Gbをそれぞれ接合単レンズで構成し、それぞれの材質と曲率半径を適当に選んでやることで実現できる。 As a specific means satisfying the expression (2), if the objective is to correspond to several wavelengths with a laser wavelength in the visible range, the lens group Ga and the lens group Gb are each composed of a cemented single lens, This can be achieved by selecting an appropriate radius of curvature.
さらに、上記のもう1つの光学特性評価装置用光学系において、前記レンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成するレンズの材質を同じにすることが望ましい。 Further, in the other optical characteristic evaluation apparatus optical system described above, it is desirable that the lenses constituting the lens group Ga and the lens group Gb are made of the same material.
これは、材質を同じにすることで、波長分散を同じにすることができる。よって、波長を変えたときの焦点距離の変化の割合がレンズ群Ga及びレンズ群Gbで同じとなり、その比をとると一定となる。すなわち、波長を変えてもアフォーカル状態を略同じに保つことができる。例えば、レンズ群Ga及びレンズ群Gbをそれぞれ単レンズで構成し、同じ材質でレンズ形状も平凸レンズなら平凸レンズ、両凸レンズなら両凸レンズで統一すると、全波長域で倍率を一定とすることができる。 This can make the wavelength dispersion the same by using the same material. Therefore, the rate of change in focal length when the wavelength is changed is the same in the lens group Ga and the lens group Gb, and is constant when the ratio is taken. That is, even if the wavelength is changed, the afocal state can be kept substantially the same. For example, if the lens group Ga and the lens group Gb are each composed of a single lens, and the same material and the lens shape is a plano-convex lens if the lens is a plano-convex lens, and a biconvex lens if the lens shape is unified, the magnification can be constant over the entire wavelength range .
同じ材質であっても、レンズ形状が平凸レンズと両凸レンズといったように異なると、波長に対する焦点距離の変化の仕方が微妙に変わるので、倍率が一定にはならないが、(2)式を満たす程度にはすることができる。 Even if they are made of the same material, if the lens shape is different, such as a plano-convex lens and a biconvex lens, the method of changing the focal length with respect to the wavelength will change slightly, so the magnification will not be constant, but only to satisfy equation (2) You can do it.
次に、上記のもう1つの光学特性評価装置用光学系において、光源からの光の波長を変えたときに、前記光源と前記コリメートレンズの間隔、前記レンズ群Gaとレンズ群Gbの間隔が各々変えられる構成を有していて、光源からの光の波長を変えた後で、コリメート及びアフォーカルの状態が調整できる機構を有していることが望ましい。 Next, in the optical system for another optical property evaluation apparatus, when the wavelength of light from the light source is changed, the distance between the light source and the collimating lens, and the distance between the lens group Ga and the lens group Gb are respectively It is desirable to have a mechanism that can change the collimation and afocal states after changing the wavelength of light from the light source.
コリメートレンズやリレーレンズに接合単レンズを使用し、使用する波長が2波長であれば、この2波長で光学系の色収差を補正し、波長を変えても無調整で使用できるということは可能である。しかしながら、3波長以上に対応させようとすると、接合単レンズの位置を固定した状態では色収差を十分補正することは難しい。よって、コリメート状態やアフォーカルの状態が調整できる機構を有していることが望ましい。 If a cemented single lens is used for the collimator lens or relay lens and the wavelength used is two wavelengths, it is possible to correct the chromatic aberration of the optical system with these two wavelengths and use it without adjustment even if the wavelength is changed. is there. However, when trying to cope with three or more wavelengths, it is difficult to sufficiently correct chromatic aberration in a state where the position of the cemented single lens is fixed. Therefore, it is desirable to have a mechanism that can adjust the collimated state and the afocal state.
また、前記レンズ群Gaの後側焦点位置あるいは前記レンズ群Gbの前側焦点位置近傍にスペーシャルフィルタが配置されているようにすることが望ましい。 波面計測を行う際に、被検面とCCD等の撮像面を共役にすることは非常に重要なことである。この共役にする調整は、通常CCD等の撮像面に被検面のピントが合うようにCCD等を光軸方向に移動することによって行われる。この調整が不十分だと、波面が正しくリレーされないために、正しい波面が計測できない。調整の度合いは測定精度に影響を与えるため、高性能な光学系を評価するには重要なファクターとなる。このことは、シャックハルトマン方式の場合であっても同じである。ただし、シャックハルトマン方式の場合は、マイクロレンズを通ったスポット列が観察されるため、干渉計の場合よりはピントが合っているかどうかの判断が難しい場合が多い。実際には、合焦前後の状態を見ながらピント位置を求めることを行う。しかしながら、スペーシャルフィルタがない場合には、被検面の有効範囲を決めている枠等のエッジ部分での散乱や回折の影響により、合焦前後の状態を見ながらのピント位置合わせは困難である。 It is desirable that a spatial filter is disposed in the vicinity of the rear focal position of the lens group Ga or in the vicinity of the front focal position of the lens group Gb. When performing wavefront measurement, it is very important to conjugate the test surface and the imaging surface such as a CCD. The adjustment to make this conjugate is usually performed by moving the CCD or the like in the optical axis direction so that the imaging surface such as the CCD is in focus. If this adjustment is inadequate, the wavefront will not be relayed correctly, so the correct wavefront cannot be measured. Since the degree of adjustment affects measurement accuracy, it is an important factor for evaluating high-performance optical systems. This is the same even in the case of the Shack-Hartmann method. However, in the case of the Shack-Hartmann method, a spot train passing through the microlens is observed, so it is often difficult to determine whether or not the focus is in focus than in the case of an interferometer. Actually, the focus position is obtained while looking at the state before and after focusing. However, if there is no spatial filter, it is difficult to focus while looking at the state before and after focusing because of the influence of scattering and diffraction at the edge of the frame etc. that determines the effective range of the test surface. is there.
したがって、レンズ群Gaの後側焦点位置あるいはレンズ群Gbの前側焦点位置近傍にスペーシャルフィルタを配置し、被検面の有効範囲を決めている枠等のエッジ部分での散乱や回折の影響を除去してやることで、ピント位置調整を容易にすることができる。また、ピント位置調整が若干甘かったとしても、散乱や回折の影響が除去されているので、測定精度にさほど影響を与えないようにすることができる。 Therefore, a spatial filter is arranged in the vicinity of the rear focal position of the lens group Ga or the front focal position of the lens group Gb, and the influence of scattering and diffraction at the edge portion such as a frame that determines the effective range of the test surface is detected. By removing the focus position adjustment can be facilitated. Even if the focus position adjustment is slightly sweet, the influence of scattering and diffraction is eliminated, so that the measurement accuracy can be prevented from being affected so much.
なお、レンズ群Gaの後側焦点位置あるいはレンズ群Gbの前側焦点位置近傍にスペーシャルフィルタを配置しておけば、高性能な光学系の評価や複数の波長を使った評価以外の評価を行う際にも有用である。 If a spatial filter is arranged near the rear focal position of the lens group Ga or near the front focal position of the lens group Gb, evaluation other than evaluation of a high-performance optical system or evaluation using a plurality of wavelengths is performed. Also useful.
次に、以下に、本発明の光学特性評価装置用光学系の第1〜第3実施例を図面を参照にして説明する。 Next, first to third embodiments of the optical system for an optical property evaluation apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施例)
本発明の第1実施例について説明する。図1は、本発明の第1実施例の構成を示す図である。レーザ1からの光を集光レンズ2で集光し、シングルモードファイバ3の一端に入射させ、そのファイバ3の他端から射出した光をコリメートレンズ4でコリメートさせている。コリメート光は、ハーフミラー7で2光束に分割され、一方の光束は被検レンズ6を経て参照凹面ミラー5へ、もう一方の光束は参照ミラー12へと導かれる。これら2光束は再びハーフミラー7で結合され、この2光束の干渉縞をリレーレンズ8及び10を通してリレーし、CCD11で撮像し、波面計測できるようになっている。コリメートレンズ4は、図3に示したように、平凸レンズ1枚で構成されている。硝材は石英なので、紫外域でも使用可能である。本実施例では、波長266nmから1064nmまでの波長範囲での測定を想定しているので、最も短い波長は266nmである。このレンズ4でコリメートされた光の有効光束径はφ10mmであり、266nmでの屈折率及び焦点距離は、1.49968 、184.117 mmであるから、(1)式の左辺を計算すると、0.00059 となるので、(1)式を満たしている。また、波長266nm、有効光束径φ10mmで使用した際の波面収差は、0.0083λであるので、高性能な光学系の測定・評価にも十分に対応できる。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. The light from the laser 1 is condensed by the condensing
波長を変えて使用する際には、シングルモードファイバ3とコリメートレンズ4の間の距離を変えてやる必要がある。本実施例では、図示してはいないが、使用するレーザ1毎にシングルモードファイバ3が取り付けられており、ファイバ3を差替えることで波長を変えるようになっている。したがって、ファイバ3射出側部分が光軸方向に調整されるような構成となっている。もちろん、ファイバ3位置を固定しておき、コリメートレンズ4が光軸方向に動くようにしてもよいことは言うまでもない。
When changing the wavelength, it is necessary to change the distance between the
コリメートレンズ4部分の各波長毎のレンズデータを表1に示す。この表1中、rは面の曲率半径、dは面間隔を示し、左欄の番号は図3中の面番号及び面間隔番号に対応する。以下、同じ。 Table 1 shows lens data for each wavelength of the collimating lens 4 portion. In Table 1, r represents the radius of curvature of the surface, d represents the surface interval, and the numbers in the left column correspond to the surface number and surface interval number in FIG. same as below.
波長を変えて使用する際には、リレーレンズ8及び10が単独で光軸方向に動くようになっている。被検面とCCD面の共役関係を調整するために、別機構として、リレーレンズ8及び10とスペーシャルフィルタ9が一体で光軸方向に移動するようになっている。また、CCD11も光軸方向に移動できるようになっている。
When the wavelength is changed and used, the
リレー光学系部分の各波長毎のレンズデータを表2に、各波長での焦点距離fa 、fb 及び波長を変えた際のアフォーカル調整を行った後のリレー倍率を表3に示す。 Table 2 shows lens data for each wavelength of the relay optical system, and Table 3 shows the relay magnification after performing the afocal adjustment when changing the focal lengths f a and f b and the wavelength at each wavelength.
(第2実施例)
本発明の第2実施例について説明する。図2は、本発明の第2実施例の構成を示す図である。ランプ13から出た光は、ミラー14、コレクタレンズ15を順に通ってピンホール16上に集光される。ピンホール16のピンホール径は、コレクタレンズ15で集光される光の回折径程度以下に設定されている。ピンホール16を透過した光は、コリメートレンズ4でコリメートされ、ハーフミラー7で反射して被検光学系6を経て参照凹面ミラー5へ導かれる。被検光学系6から戻ってきた光は、ハーフミラー7を透過して、リレーレンズ8及び10を通してマイクロレンズアレイ17に入射される。マイクロレンズアレイ17で集光されたスポット列をCCD11で撮像し、解析することで、被検光学系6の波面収差を求めるようになっている。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. The light emitted from the
本実施例においては、コリメートレンズ4は、図5に示したように、接合単レンズにて構成されている。この接合単レンズは、石英の負メニスカスレンズと、蛍石の両凸正レンズとで構成されている。本実施例においては、使用波長域は248nm〜900nmである。波長248nmにおける石英の屈折率は1.50855 、蛍石の屈折率は1.46803 である。このコリメートレンズ4でコリメートされた光の有効光束径はφ10mmであり、波長248nmでの平均屈折率及び焦点距離は、1.48829 、194.363 mmであるから、(1)式の左辺を計算すると、0.00054 となるので、(1)式を満たしている。また、波長248nm、有効光束径φ10mmで使用した際の波面収差は、0.0038λであるので、高性能な光学系にも十分に対応できる。 In this embodiment, the collimating lens 4 is constituted by a cemented single lens as shown in FIG. This cemented single lens is composed of a quartz negative meniscus lens and a fluorite biconvex positive lens. In this embodiment, the operating wavelength range is 248 nm to 900 nm. At a wavelength of 248 nm, quartz has a refractive index of 1.50855 and fluorite has a refractive index of 1.46803. The effective beam diameter of the light collimated by the collimating lens 4 is φ10 mm, and the average refractive index and focal length at a wavelength of 248 nm are 1.48829 and 194.363 mm. Therefore, the expression (1) is satisfied. Further, since the wavefront aberration when used at a wavelength of 248 nm and an effective light beam diameter of φ10 mm is 0.0038λ, it can sufficiently cope with a high-performance optical system.
波長を変えて使用する際には、コリメータレンズ4が光軸方向に移動することで、調整がなされる。 When the wavelength is changed, the collimator lens 4 is adjusted by moving in the optical axis direction.
コリメートレンズ4部分の各波長毎のレンズデータを表4に示す。表中のnd 及びνd は、それぞれd線での屈折率及びアッベ数を示している。以下、同じ。 Table 4 shows lens data for each wavelength of the collimating lens 4 portion. N d and ν d in the table indicate the refractive index and Abbe number at the d-line, respectively. same as below.
波長を変えて使用する際には、第1実施例と同様に、リレーレンズ8及び10が単独で光軸方向に動くようになっている。被検面とCCD面の共役関係を調整するために、別機構としてリレーレンズ8及び10とスペーシャルフィルタ9が一体で光軸方向に移動するようになっている。また、CCD11とマイクロレンズアレイ17が一体で光軸方向に移動できるようになっている。
When the wavelength is changed, the
リレー光学系部分の各波長毎のレンズデータを表5に、各波長での焦点距離fa 、fb 及び波長を変えた際のアフォーカル調整を行った後のリレー倍率を表6に示す。 Table 5 shows lens data for each wavelength of the relay optical system, and Table 6 shows the relay magnification after performing the afocal adjustment when changing the focal lengths f a and f b and the wavelength at each wavelength.
(第3実施例)
本発明の第3実施例について説明する。基本構成は図1に示したものと同じである。さらに、本実施例において、コリメートレンズ4は第1実施例で用いたものと同じである。第1実施例と異なるのは、リレー光学系部分で、可視域の405nm、488nm、514.5nm、532nm、、633nmの5波長においてのみ略無収差となるように設計されているという点である。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The basic configuration is the same as that shown in FIG. Further, in this embodiment, the collimating lens 4 is the same as that used in the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the relay optical system portion is designed so as to be substantially free of aberrations only at five wavelengths of 405 nm, 488 nm, 514.5 nm, 532 nm, and 633 nm in the visible range. .
コリメートレンズ部分の各波長毎のレンズデータを表7に示す。 Table 7 shows lens data for each wavelength of the collimating lens portion.
次に、リレー光学系部分について説明する。その構成は図7に示した通りである。レンズ群Ga(8)は両凸の単レンズで構成され、レンズ群Gb(10)は凸平正レンズと平凹負レンズの接合単レンズにて構成されている。 Next, the relay optical system part will be described. The configuration is as shown in FIG. The lens group Ga (8) is composed of a biconvex single lens, and the lens group Gb (10) is composed of a cemented single lens of a convex plano-positive lens and a plano-concave negative lens.
波長を変えて使用する際には、リレーレンズ8及び10が単独で光軸方向に動くようになっている。被検面とCCD面の共役関係を調整するために、別機構としてリレーレンズ8及び10とスペーシャルフィルタ9が一体で光軸方向に移動するようになっている。また、CCD11も光軸方向に移動できるようになっている。
When the wavelength is changed and used, the
リレー光学系部分の各波長毎のレンズデータを表8に、各波長での焦点距離fa 、fb 及び波長を変えた際のアフォーカル調整を行った後のリレー倍率を表9に示す。 Table 8 shows lens data for each wavelength of the relay optical system, and Table 9 shows the relay magnification after performing the afocal adjustment when changing the focal lengths f a and f b and the wavelength at each wavelength.
上記で示した3つの実施例で用いられた光学系は、それぞれ示した干渉計用あるいはシャックハルトマン方式用に限ったものでなく、所望の目的が達成されれば、他のものに使用して構わないことは言うまでもない。例えば、第1実施例で示したコリメートレンズ及びリレー光学系をシャックハルトマン方式に用いても構わないということである。 The optical systems used in the three examples shown above are not limited to the interferometer or Shack-Hartmann method shown above, but can be used for other ones if the desired purpose is achieved. Needless to say, it doesn't matter. For example, the collimating lens and the relay optical system shown in the first embodiment may be used for the Shack-Hartmann method.
以上述べたように、本発明によれば、比較的簡単な光学系で構成できて、高性能な光学系に対応が可能で、複数の波長で評価可能な光学特性評価装置用光学系を提供することができる。 As described above, according to the present invention, an optical system for an optical property evaluation apparatus that can be configured with a relatively simple optical system, is compatible with a high-performance optical system, and can be evaluated at a plurality of wavelengths is provided. can do.
1…光源
2…集光レンズ
3…シングルモードファイバ
4…コリメートレンズ
5…参照凹面ミラー
6…被検光学系
7…ハーフミラー
8…リレーレンズGa
9…スペーシャルフィルタ
10…リレーレンズGb
11…CCD
12…参照ミラー
13…ランプ
14…ミラー
15…コレクタレンズ
16…ピンホール
17…マイクロレンズアレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
9 ...
11 ... CCD
12 ...
Claims (4)
前記アフォーカル光学系は、被検物体側からレンズ群Gaとレンズ群Gbとする正の焦点距離を有する2つのレンズ群で構成され、該レンズ群Gaの後側焦点位置と該レンズ群Gbの前側焦点位置が略一致するよう配置されており、
使用波長を短い方からλ1 、λ2 、…、λn とし、前記レンズ群Gaの各波長での焦点距離をfa1、fa2、…、fan、及び、前記レンズ群Gbの各波長での焦点距離をfb1、fb2、…、fbnとしたとき、使用波長における任意の波長λm (2≦m≦n)に対して、
0.97≦(fbm/fam)/(fb1/fa1)≦1.03 ・・・(2)
となるように、レンズ群Ga及びレンズ群Gbを構成したことを特徴とする光学特性評価装置用光学系。 The light from the light source is collimated by a collimating lens, the collimated light is incident on the test surface or optical system, and the light reflected by the test surface or transmitted through the optical system is directly afocal. An optical system for an optical property evaluation apparatus that relays with an optical system or interferes with a reference light, then relays with an afocal optical system, and measures a wavefront,
The afocal optical system is composed of two lens groups having a positive focal length, that is, a lens group Ga and a lens group Gb from the object side, and a rear focal position of the lens group Ga and the lens group Gb. It is arranged so that the front focal position is approximately the same,
1 lambda the wavelength used from the shorter, lambda 2, ..., and lambda n, the focal length at each wavelength of the lens group Ga f a1, f a2, ... , f an, and, each wavelength of the lens group Gb Where f b1 , f b2 ,..., F bn are arbitrary wavelength λ m (2 ≦ m ≦ n) at the used wavelength,
0.97 ≦ (f bm / f am ) / (f b1 / f a1 ) ≦ 1.03 (2)
An optical system for an optical characteristic evaluation apparatus, wherein the lens group Ga and the lens group Gb are configured so as to satisfy
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008006721A JP4814894B2 (en) | 2008-01-16 | 2008-01-16 | Optical system for optical property evaluation equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008006721A JP4814894B2 (en) | 2008-01-16 | 2008-01-16 | Optical system for optical property evaluation equipment |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002316218A Division JP2004150939A (en) | 2002-10-30 | 2002-10-30 | Optical system for optical characteristic evaluation device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008102156A JP2008102156A (en) | 2008-05-01 |
JP4814894B2 true JP4814894B2 (en) | 2011-11-16 |
Family
ID=39436553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008006721A Expired - Fee Related JP4814894B2 (en) | 2008-01-16 | 2008-01-16 | Optical system for optical property evaluation equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4814894B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102128714B (en) * | 2010-01-15 | 2012-10-10 | 华旭环能股份有限公司 | Device and method for detecting focusing efficiency of optical lens |
JP6234109B2 (en) * | 2013-08-12 | 2017-11-22 | オリンパス株式会社 | Disk scanning device and microscope device |
CN115826258A (en) * | 2022-12-20 | 2023-03-21 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | Afocal laser lens group, precise assembling and adjusting device and precise assembling and adjusting method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05223690A (en) * | 1992-02-12 | 1993-08-31 | Konica Corp | Measuring device for lens transmissivity |
JP3206984B2 (en) * | 1992-09-25 | 2001-09-10 | オリンパス光学工業株式会社 | Lens inspection machine |
-
2008
- 2008-01-16 JP JP2008006721A patent/JP4814894B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008102156A (en) | 2008-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6209534B2 (en) | Aberration imaging spectrometer | |
US8786854B2 (en) | Spectroscopic detector | |
US8836928B2 (en) | Method for measuring wavefront aberration and wavefront aberration measuring apparatus | |
CN107894208B (en) | Spectrum confocal distance sensor | |
US9395550B2 (en) | Laser light source | |
JP7168627B2 (en) | Optical system for object mapping and/or pupil mapping | |
US9001420B2 (en) | Microscope optical system and microscope system | |
JP4814894B2 (en) | Optical system for optical property evaluation equipment | |
JP4066079B2 (en) | Objective lens and optical apparatus using the same | |
JP2008215833A (en) | Apparatus and method for measuring optical characteristics | |
US8164759B2 (en) | Imaging microoptics for measuring the position of an aerial image | |
JP2008032991A (en) | Reference lens for interferometer | |
JPH10318924A (en) | Optical apparatus with pulse laser | |
JP2004150939A (en) | Optical system for optical characteristic evaluation device | |
JP6238592B2 (en) | Optical system eccentricity calculation method and optical system adjustment method using the same | |
JP2007140013A (en) | Photodetection optical system and optical system | |
JP4094301B2 (en) | Interferometer reference lens | |
US4247200A (en) | Projection type lens meter | |
JP3417399B2 (en) | Wavefront sensor | |
JP2012093661A (en) | Objective lens and imaging optics including objective lens | |
US6297916B1 (en) | Imaging lens for interferometric device | |
JP2004354317A (en) | Interferometer for measuring sagittal | |
JP2015129674A (en) | spectral transmittance measurement device | |
JP6135127B2 (en) | Optical system and surface shape measuring device | |
JP2006112903A (en) | Ultraviolet light source unit, interferometer using it, and adjusting method of interferometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110308 |
|
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: 20110803 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110826 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4814894 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140902 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |