JP5539174B2 - Wavefront measuring apparatus and wavefront measuring method - Google Patents
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Description
本発明は波面計測装置および波面計測方法に関し、特に、光波の波面を計測する波面計測装置および波面計測方法に関するものである。 The present invention relates to a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method, and more particularly to a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method for measuring the wavefront of a light wave.
例えば、略無限遠の物体に焦点をあわせ撮像を行う、天体望遠鏡の波面収差を計測する方法として、天体望遠鏡の像側から計測光を透過させ、天体望遠鏡の物体側に設置した平面鏡で折り返し、再び、天体望遠鏡の像側に戻った前記計測光の波面歪を波面計測装置で計測するダブルパス波面計測法が知られている。 For example, as a method of measuring the wavefront aberration of an astronomical telescope, focusing on an object at approximately infinity, and measuring the wavefront aberration of the astronomical telescope, the measurement light is transmitted from the image side of the astronomical telescope, and folded by a plane mirror installed on the object side of the astronomical telescope, Again, a double-pass wavefront measurement method is known in which the wavefront distortion of the measurement light returned to the image side of the astronomical telescope is measured with a wavefront measurement device.
上記波面計測で利用される従来の波面計測装置としては、光源と、マッチングレンズを含む照射光学系と、被検光学系と、折り返しミラーと、マイクロレンズアレイと、撮像素子とを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。 A conventional wavefront measuring apparatus used in the wavefront measurement includes a light source, an irradiation optical system including a matching lens, a test optical system, a folding mirror, a microlens array, and an image sensor. Yes (see, for example, Patent Document 1).
上記波面計測装置では、点光源からの光束を照射光学系により被検光学系に照射した後、折り返しミラーでもと来た光路を逆行させ、前記被検光学系から前記照射光学系中のマッチングレンズを戻って略平行光束をマイクロレンズアレイに導き、前記マイクロレンズの焦点面に配置した撮像素子により検出する光束の位置より前記被検光学系の波面収差を算出する。 In the wavefront measuring apparatus, after the light beam from the point light source is irradiated to the test optical system by the irradiation optical system, the optical path coming back from the return mirror is reversed, and the matching lens in the irradiation optical system from the test optical system , The substantially parallel light beam is guided to the microlens array, and the wavefront aberration of the optical system to be detected is calculated from the position of the light beam detected by the image sensor disposed on the focal plane of the microlens.
上記特許文献1に記載の従来の波面計測装置は、照射光学系および被検光学系を介した波面計測となっており、図1(b)に示すような光学系のアライメントずれが生じた場合は、上記アライメントずれにより生じる波面収差が問題となる。従ってこの種の従来の波面計測装置では、光学系のアライメント補正が重要となるが、図2に示すように、波面計測装置の開口と異なる口径の波面を計測する場合、位置ずれによるアライメントずれと、ティルトずれによるアライメントずれとで、検出器に集光されるスポット位置が一致することも考えられ、アライメントずれの原因を判別することは困難である。従って、たとえ検出器の中心位置に集光スポットがあったとしても、ティルトずれが生じている可能性があり、アライメントずれが無いことを保証できないという課題があった。 The conventional wavefront measuring apparatus described in Patent Document 1 is a wavefront measurement via an irradiation optical system and a test optical system, and an optical system misalignment as shown in FIG. 1B occurs. The problem is the wavefront aberration caused by the misalignment. Therefore, in this type of conventional wavefront measuring apparatus, it is important to correct the alignment of the optical system. However, as shown in FIG. 2, when measuring a wavefront having a diameter different from the opening of the wavefront measuring apparatus, the alignment deviation due to the positional deviation It is conceivable that the spot position focused on the detector coincides with the misalignment due to the tilt misalignment, and it is difficult to determine the cause of the misalignment. Therefore, even if there is a focused spot at the center position of the detector, there is a possibility that tilt deviation may occur, and there is a problem that it cannot be guaranteed that there is no alignment deviation.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、光学系のアライメントずれを精度よく検出し、かつ、アライメントずれの原因の判別も可能な波面計測装置および波面計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method capable of accurately detecting an alignment deviation of an optical system and determining the cause of the alignment deviation. With the goal.
本発明は、光波の波面を入力するための光学系と、上記光学系からの波面が入射される複数の集光レンズからなるレンズレットアレイと、上記レンズレットアレイの前段または後段に設けられ、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過するか、あるいは、2個以上の特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過するかの切り替えを行うマスク手段と、上記レンズレットアレイの集光レンズを透過した光が収束されて生じる集光スポットを画像信号に変換する二次元検出器と、上記二次元検出器の出力をデジタル画像信号に変換するA/D変換器と、上記A/D変換器の出力デジタル画像信号およびあらかじめ記憶してある基準スポット位置により上記波面の演算処理を行う信号処理手段とを備え、アライメントチェック時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過させ、波面計測時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズの全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過させることを特徴とする波面計測装置である。 The present invention is provided in an optical system for inputting a wavefront of a light wave, a lenslet array including a plurality of condenser lenses on which wavefronts from the optical system are incident, and a front stage or a rear stage of the lenslet array. Of all the condensing lenses of the lenslet array, light is transmitted through the entire surface corresponding to all the condensing lenses, or locally in order to enable only two or more specific condensing lenses. Mask means for switching whether to transmit light, a two-dimensional detector for converting a condensing spot generated by convergence of light transmitted through the condensing lens of the lenslet array into an image signal, and the two-dimensional detector An A / D converter that converts the output of the signal into a digital image signal, the output digital image signal of the A / D converter, and a reference spot position stored in advance, the wavefront calculation process is performed. Signal processing means, and at the time of alignment check, the mask means allows light to be transmitted locally to enable only a specific condenser lens among the condenser lenses of the lenslet array, and at the time of wavefront measurement. The wave front measuring apparatus is characterized in that light is transmitted through the entire surface in correspondence with all the condensing lenses of the condensing lenses of the lenslet array by the mask means.
本発明は、光波の波面を入力するための光学系と、上記光学系からの波面が入射される複数の集光レンズからなるレンズレットアレイと、上記レンズレットアレイの前段または後段に設けられ、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過するか、あるいは、2個以上の特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過するかの切り替えを行うマスク手段と、上記レンズレットアレイの集光レンズを透過した光が収束されて生じる集光スポットを画像信号に変換する二次元検出器と、上記二次元検出器の出力をデジタル画像信号に変換するA/D変換器と、上記A/D変換器の出力デジタル画像信号およびあらかじめ記憶してある基準スポット位置により上記波面の演算処理を行う信号処理手段とを備え、アライメントチェック時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過させ、波面計測時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズの全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過させることを特徴とする波面計測装置であるので、光学系のアライメントずれを精度よく検出し、かつ、アライメントずれの原因の判別も可能である。 The present invention is provided in an optical system for inputting a wavefront of a light wave, a lenslet array including a plurality of condenser lenses on which wavefronts from the optical system are incident, and a front stage or a rear stage of the lenslet array. Of all the condensing lenses of the lenslet array, light is transmitted through the entire surface corresponding to all the condensing lenses, or locally in order to enable only two or more specific condensing lenses. Mask means for switching whether to transmit light, a two-dimensional detector for converting a condensing spot generated by convergence of light transmitted through the condensing lens of the lenslet array into an image signal, and the two-dimensional detector An A / D converter that converts the output of the signal into a digital image signal, the output digital image signal of the A / D converter, and a reference spot position stored in advance, the wavefront calculation process is performed. Signal processing means, and at the time of alignment check, the mask means allows light to be transmitted locally to enable only a specific condenser lens among the condenser lenses of the lenslet array, and at the time of wavefront measurement. The wave front measuring device is characterized in that light is transmitted through the entire surface in correspondence with all the condensing lenses of the condensing lens of the lenslet array by the mask means. It is possible to detect well and determine the cause of misalignment.
以下、本発明の波面計測装置および波面計測方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a wavefront measuring apparatus and a wavefront measuring method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members and parts will be described with the same reference numerals.
実施の形態1.
図3は、本発明の実施の形態1に係る波面計測装置の構成を示す構成図である。図3において、1は入射波面、2は光学系、3はレンズレットアレイ、4はピンホールを設けたマスク、5はマスク移動機構、6は二次元検出器、7はA/D変換器、8は信号処理装置8である。本実施の形態1に係る波面計測装置は、図3に示すように、入射波面1が入射される光学系2の後段に、可動可能に設置されたマスク4が設けられ、さらにその後段に、レンズレットアレイ3が設けられ、その後段に、二次元検出器6が設置されている。二次元検出器6には、A/D変換器7を介して、信号処理装置8が電気的に接続されている。また、マスク4には、マスク4を光路に挿入および退避させるためのマスク移動機構5が設けられている。マスク移動機構5により、マスク4は、光路に対して垂直な方向への移動が可能である。また、当該光路に対して垂直な方向とは、図3の矢印で示されるように、(a)水平方向(左右方向)と、(b)上下方向と、の両方が含まれる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, 1 is an incident wavefront, 2 is an optical system, 3 is a lenslet array, 4 is a mask provided with a pinhole, 5 is a mask moving mechanism, 6 is a two-dimensional detector, 7 is an A / D converter, Reference numeral 8 denotes a signal processing device 8. As shown in FIG. 3, the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment is provided with a movably installed mask 4 at the subsequent stage of the
次に、本発明の実施の形態1に係る波面計測装置の動作について、図3を参照しながら以下に説明する。
入射波面1は、光学系2に入射される光波の波面である。光学系2は特許文献1におけるマッチングレンズと同様の働きをするものであり、光学系2に入射された入射波面1は、レンズレットアレイ3および二次元検出器6に入射可能なサイズの平行光となり、レンズレットアレイ3に(マスク4が挿入されていれば、マスク4を介して)入射される。なお、マスク4は、マスク移動機構5により、アライメントチェック時には光路に挿入され、波面測定時には光路から退避される。マスク4の設置個所は、図3では、レンズレットアレイ3の前段となっているが、その場合に限らず、レンズレットアレイ3の後段でもよい。また、マスク4には数個のピンホールが設けられているため、マスク挿入時には、レンズレットアレイ3のレンズレットのうち、特定のレンズレットだけを有効にする働きをする。本実施の形態においては、マスク4とマスク移動機構5とが、レンズレットアレイ3のレンズレットのうち、全てのレンズレットに対応させて全面的に光を透過するか(マスク退避時)、あるいは、特定のレンズレットだけを有効にするために局所的に光を透過するか(マスク挿入時)の切り替えを行うマスク手段を構成している。
Next, the operation of the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
The incident wavefront 1 is a wavefront of a light wave incident on the
また、レンズレットアレイ3は、平面上にアレイ状に配置された複数の集光レンズ(以下レンズレットと称する)から構成されたものであり、各レンズレットは波面の局所領域(以下ローカル波面と称する)を、レンズレットの焦点位置におかれた二次元検出器6上に集光するものである。二次元検出器6は、光電変換器を格子状に多数並べた例えばCCDカメラのようなものであり、レンズレットアレイ3の各レンズレットの収束によって二次元検出器6上に集光された多数の集光スポットが配列した画像を電気信号(画像信号)に変換し、A/D変換器7に出力する。A/D変換器7では、二次元検出器6の出力画像を表す上記電気信号(アナログ信号)を、デジタル化したデジタル画像データに変換して信号処理装置8に出力する。信号処理装置8は、内部に、画像データ記憶手段(図示せず)と、基準スポット位置記憶手段(図示せず)と、演算処理手段(図示せず)とを備えており、A/D変換器7からの画像データを画像データ記憶手段に記憶するとともに、当該画像データを用いて演算処理手段により演算処理を行って、計測波面の位相分布を求める。
The
次に、アライメントチェック時の動作、すなわち、アライメントずれの検出方法について説明する。 Next, an operation at the time of alignment check, that is, a method for detecting misalignment will be described.
本実施の形態1に係る波面計測装置では、アライメントチェックを行うために、マスク4を挿入したときに、二次元検出器6に集光される基準となるスポット位置(以下、基準スポット位置と称する。)を事前に決定しておき、信号処理装置8の基準スポット位置記憶手段に記憶させておく必要がある。従って、まずは、基準スポット位置の決定のために、光学系2において波面収差が生じないように、光学系2を最適な位置に配置し、ピンホールを設けたマスク4を光路に挿入する。マスク4を光路に挿入した場合には、マスク4のピンホールを通過したローカル波面のみがレンズレットアレイ3により二次元検出器6上に集光される。二次元検出器6は、当該ピンホールを通過した集光スポットの位置を、検出し、A/D変換器7を介して、信号処理装置8へ出力する。信号処理装置8では、当該集光スポットの位置を、基準スポット位置として、基準スポット位置器記憶手段に記憶させる。
In the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment, a reference spot position (hereinafter referred to as a reference spot position) focused on the two-
波面測定時には、入射波面1を遮らないように、マスク4はマスク移動機構5により退避させておき、レンズレットアレイ3の全てのレンズレットによる集光スポットを用いて波面計測を行う。従って、この場合は、光学系2から入射波面1がレンズレットアレイ3に入射され、レンズレットアレイ3の全てのレンズレットにより光が収束されて、二次元検出器6上に集光される。二次元検出器6は、当該集光スポットの位置を検出し、A/D変換器7を介して、信号処理装置8へ出力する。信号処理装置8では、A/D変換器7からのデジタル化された画像データを画像データ記憶手段に記憶するとともに、当該画像データを用いて演算処理手段により演算処理を行って、計測波面の位相分布を求める。
At the time of wavefront measurement, the mask 4 is retracted by the mask moving mechanism 5 so as not to block the incident wavefront 1, and wavefront measurement is performed using the condensing spots of all lenslets of the
そして、アライメントチェック時には、基準スポットを決定した時と同様の位置にマスク移動機構5により再度マスク4を挿入する。マスク移動機構5は、正確な位置決め制御が実現可能な例えばステッピングモータのようなものであり、常に同様の位置にマスク4を配置可能である。こうして、マスク4のピンホールを通過したローカル波面の集光スポット位置を二次元検出器6で検出し、当該検出した集光スポット位置と、事前に信号処理装置8に記憶した基準スポット位置とを比較することで、アライメントずれを検出する。信号処理装置8は、ユーザに対して検出結果を画面表示するための表示装置(図示せず)を備えており、検出結果として、検出した集光スポット位置と基準スポット位置との移動量と移動方向とを数値で表示するか、あるいは、図4に示すような観測画像を表示するか、あるいは、数値と観測画像の両方を表示する。なお、観測画像を画面表示する際には、図4に示すように、検出された集光スポットとともに、基準スポット位置を破線等により、同時に表示する。
In the alignment check, the mask 4 is inserted again by the mask moving mechanism 5 at the same position as when the reference spot is determined. The mask moving mechanism 5 is, for example, a stepping motor that can realize accurate positioning control, and can always place the mask 4 at the same position. Thus, the focused spot position of the local wavefront that has passed through the pinhole of the mask 4 is detected by the two-
図4は、アライメントチェック時に、マスク4の中心点を基準として上下左右に4個のピンホールを設けたマスク4を挿入した場合の、二次元検出器6における観測画像の一例である。図4(a)では、基準スポット位置(点線の丸)に対し、集光スポットが全て(略々)同一方向に(略々)同一距離だけ移動しており、ティルトずれが検出できる。この場合、すべての集光スポットが同一方向に同一距離だけ移動するので、集光スポット間の間隔は変わらない。このように、検出スポット位置と基準スポット位置との比較から、検出集光スポット位置の基準スポット位置からの移動方向および移動距離を検出すれば、当該アライメントずれの原因が、ティルトずれであるか否かが容易にかつ精度よく判定できる。具体的には、全ての検出集光スポット位置が、基準スポット位置から、同一方向に同一距離だけ移動していれば、ティルトずれである。なお、マスク4を挿入しなくても基準スポット位置に対し集光スポット位置がずれていることを認識できるが、全てのレンズレットの集光スポットが観測されるため、どの方向にどの量だけティルトしたのか判別不可能である(ティルト量が大きい場合、基準スポット位置に一番近い集光スポットが、元々基準スポット位置にあった集光スポットとは限らないため)。従って、マスク4を挿入した方が、集光スポットの個数が少ないため、どの方向にどの距離だけティルトしたのかが非常にわかりやすい。
FIG. 4 is an example of an observation image in the two-
次に、図4(b)では、基準スポット位置(点線の丸)に対し、中心から拡がる方向(径方向)へ集光スポットが移動している。移動量は、すべての集光スポットで(略々)同一である。上記移動により、検出集光スポット位置間の間隔が変わるので、当該間隔の増減からデフォーカスによるアライメントずれが検出できる。このように、検出スポット位置と基準スポット位置との比較から、検出集光スポット位置の基準スポット位置からの移動方向および移動距離を検出すれば、当該アライメントずれの原因が、デフォーカスによるずれであるか否かが容易にかつ精度よく判定できる。具体的には、全ての検出集光スポット位置が、基準スポット位置から、径方向に、同一距離だけ移動して、検出集光スポット位置間の距離が変化していれば、デフォーカスによるずれである。このようにすることにより、検出集光スポット位置と基準スポット位置との間の移動(ずれ)を検出して、基準スポット位置からの検出集光スポット位置の移動量および検出集光スポット位置間の間隔の増減により、アライメントずれの有無を検出することができるとともに、当該アライメントずれの原因(ティルト、デフォーカスの別)を判別することも可能になる。 Next, in FIG.4 (b), the condensing spot is moving to the direction (radial direction) expanded from the center with respect to the reference | standard spot position (dotted circle). The amount of movement is (substantially) the same for all focused spots. Since the distance between the detected focused spot positions is changed by the movement, an alignment shift due to defocusing can be detected from the increase or decrease of the distance. As described above, if the moving direction and the moving distance of the detected focused spot position from the reference spot position are detected from the comparison between the detected spot position and the reference spot position, the cause of the alignment shift is a shift due to defocusing. It can be determined easily and accurately. Specifically, if all the detected focused spot positions move from the reference spot position in the radial direction by the same distance and the distance between the detected focused spot positions has changed, there is a deviation due to defocusing. is there. In this way, movement (shift) between the detected focused spot position and the reference spot position is detected, and the amount of movement of the detected focused spot position from the reference spot position and between the detected focused spot positions are detected. By increasing or decreasing the interval, it is possible to detect the presence or absence of misalignment, and to determine the cause of misalignment (whether tilt or defocus).
なお、実施の形態1に係る波面計測装置においては、光学系2に入射される入射波面1の状態は問わず、例えば、平行光でも収束光でも発散光でも良く、どのような波面形状でも良い。また、光学系2は、レンズ1枚に限られるわけではなく、例えば、2枚の凸レンズを用いたアフォーカル光学系を構成しても良い。また、光学系2はレンズのみの構成に限らず、ビームスプリッタや波長板などの光学部品を用いた構成としても良い。
In the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment, the state of the incident wavefront 1 incident on the
また、マスク4に設置するピンホールの数量は4個としたが、4個に限定するものではない。ピンホールの数量および配置位置は任意に変更可能である。従って、適宜、必要な数量および配置位置を決定して、ピンホールをマスク4に形成すればよい。しかしながら、ピンホールを1個しか設置しなかった場合、アライメントずれの原因がティルトによる影響かまたはデフォーカスによる影響かを判断できないため、最低2個以上のピンホールが必要である。また、ピンホールの設置位置に関しては、ピンホール間隔を拡げることによりデフォーカスによるアライメントずれの検出精度が向上するため、入射波面のサイズを考慮して可能な限りピンホール間隔を離すことが望ましい。また、同一のライン上にピンホールを配置していた場合、対応する二次元検出器6の走査ライン上に何らかの不具合が生じると、全ての集光スポットに対し正確な観測が不可能となり、アライメント調整ができなくなることが考えられるため、同一のライン上以外にピンホールを設けることが望ましい。
Moreover, although the number of pinholes installed in the mask 4 is four, it is not limited to four. The number and arrangement position of the pinholes can be arbitrarily changed. Therefore, it is sufficient to determine the necessary quantity and arrangement position as appropriate and form the pinhole in the mask 4. However, when only one pinhole is installed, it is impossible to determine whether the cause of the alignment deviation is the influence of tilt or the influence of defocus, and therefore, at least two pinholes are required. As for the pinhole installation position, since the detection accuracy of misalignment due to defocusing is improved by widening the pinhole interval, it is desirable to keep the pinhole interval as far as possible in consideration of the size of the incident wavefront. Further, when pinholes are arranged on the same line, if any trouble occurs on the scanning line of the corresponding two-
また、マスク移動機構5は、1軸方向のみの移動に限られるわけではなく、例えば2軸方向に動作可能な移動機構とすることで、入射波面に対して任意な位置に上記マスク4を配置可能となるため、固定のマスク位置では二次元検出器6の検出範囲から外れてしまうような大きくティルトずれした波面が入射された場合でも、マスクの移動による検出範囲拡大により、波面計測が可能となる。
Further, the mask moving mechanism 5 is not limited to movement in only one axial direction. For example, the mask 4 is arranged at an arbitrary position with respect to the incident wavefront by using a moving mechanism operable in two axial directions. Therefore, even when a wavefront with a large tilt shift that falls outside the detection range of the two-
また、上記アライメントずれの検出方法では、事前に基準スポット位置を決める際に、光学系2で波面収差が生じないような最適な配置を基準としたが、光学系2がアライメントずれ状態での集光スポット位置を基準スポット位置としても良い。この場合、上記アライメントずれ時の収差の値を事前に把握しておき、信号処理装置に上記収差情報を記憶しておくことにより、アライメントずれ状態で計測した波面に対して収差補正が可能であるため、アライメントずれ状態であっても正確な波面計測が可能となる。
In the above-described alignment deviation detection method, when the reference spot position is determined in advance, an optimal arrangement that does not cause wavefront aberration in the
以上のように、本発明の実施の形態1に係る波面計測装置は、レンズレットアレイ3の前、または、後ろに、数個のピンホールを設けたマスク4を挿入したり、退避させたりするマスク移動機構5を設け、マスク4を挿入した際に観測される基準スポット位置を信号処理装置8に事前に記憶させておき、波面計測後のアライメントチェック時に、マスク4を同じ位置に挿入した状態で再度集光スポット位置を検出し、当該集光スポット位置と上記基準スポット位置とを比較して、それらの位置がずれている場合には光学系2のアライメントずれが生じている場合であるため、集光スポット位置と基準スポット位置との間の移動(ずれ)を検出して、基準スポット位置からの検出集光スポットの移動量および検出集光スポット位置間の間隔の増減により、アライメントずれを検出することができるとともに、当該アライメントずれの原因(ティルト、デフォーカスの別)を判別することも可能になる。
As described above, the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention inserts or retracts the mask 4 provided with several pinholes in front of or behind the
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係る波面計測装置の構成を示す構成図である。
本発明の実施の形態2に係る波面計測装置は、図3に示した上述の実施の形態1に係る波面計測装置の構成に対し、図5に示すように、光学系2の光学系アライメント調整機構9および光学系制御装置10を追加したした点が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は簡略化する。光学系アライメント調整機構9は、光学系2に対して設けられ、光学系2の向きを調整する。具体的には、光学系アライメント調整機構9は、光学系2を、上下方向、左右方向、フォーカス方向、回転方向、あおり方向の5軸方向に調整可能な機構となっている。また、上記光学系アライメント調整機構9には光学系制御装置10が電気的に接続されている。光学制御装置10は、信号処理装置8からアライメントずれ情報を受け取り、それを元に光学系制御信号を出力し、光学系アラメント調整機構9に入力する。光学系アライメント調整機構9では、光学系制御装置10からの光学系制御信号に応じて、基準スポット位置と検出集光スポット位置とが一致するように、光学系2のレンズ位置を調整する。
FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the wavefront measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The wavefront measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention has an optical system alignment adjustment of the
次に、本発明の実施の形態2に係る波面計測装置の動作について説明する。
上述の実施の形態1では、二次元検出器6で観測される集光スポットの位置ずれより、光学系2のアライメントずれを検知する機能のみを備えていた。これに対し、実施の形態2では、信号処理装置8で検知したアライメントずれ情報を、光学系制御装置10に入力する。光学制御装置10はアライメントずれ情報を元に光学系制御信号を出力し、光学系2を保持している光学系アラメント調整機構9に入力する。光学系アライメント調整機構9は、光学系2を上下方向、左右方向、フォーカス方向、回転方向、あおり方向の5軸方向に調整可能な機構となっているため、光学系制御装置10からの光学系制御信号に応じて、基準スポット位置と集光スポットが一致するように、レンズ位置を上記5軸方向の少なくとも1つの方向に対して自動調整する。これにより、自動的にアライメントずれが補正される。他の動作については、上述の実施の形態1と同じであるため、ここでは説明を省略する。
Next, the operation of the wavefront measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, only the function of detecting the misalignment of the
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、信号処理装置8からのアライメントずれ情報を入力し、アライメントずれ情報を元に光学系制御信号を出力する光学系制御装置10と、光学系制御信号により光学系2のアライメント調整を行う光学系アラメント調整機構9を備えることで、アライメントずれの自動調整が可能となるため、迅速にかつ正確な波面計測が行える。
As described above, in the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained. Further, in the present embodiment, alignment deviation information from the signal processing device 8 is input and alignment is performed. By including an optical
なお、上記の説明においては、本実施の形態の構成(光学系アラメント調整機構9,光学系制御装置10)を、図3に示した実施の形態1の構成に適用させた例について説明したが、その場合に限らず、本実施の形態の構成は、後述する実施の形態3にも適用可能である。また、その場合においても、同様の効果を奏する。
In the above description, the example in which the configuration of the present embodiment (the optical system
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3に係る波面計測装置の構成を示す構成図である。
本発明の実施の形態3に係る波面計測装置は、図3に示した上述の実施の形態1に係る波面計測装置に対し、ピンホールを設けたマスク4を設けずに、代わりに、電子式シャッタの液晶シャッタ11を設けるとともに、液晶シャッタ11を制御する液晶シャッタ制御装置12を追加した点、また、マスク移動機構5をなくした点が異なり、それ以外は図1と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は簡略化する。液晶シャッタ11は、平面状にアレイ状に配列され、配向処理された、光透過型の複数の液晶素子から構成されたもので、光の透過/遮断を各液晶素子ごとに切り替えられるものであるので、レンズレットアレイ3の各々のレンズレットに対するローカル波面の透過または遮断を自由に制御することができる。なお、液晶素子の配列はレンズレットアレイ3のレンズレットの配列に1対1で対応しており、従って、各液晶素子の光の透過/遮断により、レンズレット1つずつの有効/無効を切り替えることができる。液晶シャッタ制御装置12は、ユーザの操作入力またはプログラム制御等により、アライメントチェック時または波面測定時に応じて、液晶シャッタ11を制御する。すなわち、アライメントチェック時には、例えば、図6に示すように、液晶シャッタ11の中心点を基準として上下左右の4か所のみの液晶素子で光を透過するようにして(ピンホール)、他の液晶素子では光を遮断するように制御する。また、波面測定時には、液晶シャッタ11のすべての液晶素子で、光を透過するようにして、波面計測を行うように制御する。従って、液晶シャッタ11は、図1の実施の形態1で示したマスク4と全く同じ働きをする。なお、液晶シャッタ11の設置個所は、図6では、レンズレットアレイ3の前段となっているが、その場合に限らず、レンズレットアレイ3の後段でもよい。このように、本実施の形態においては、液晶シャッタ11および液晶シャッタ制御装置12が、レンズレットアレイ3のレンズレットのうち、全てのレンズレットに対応させて全面的に光を透過するか、あるいは、特定のレンズレットだけを有効にするために局所的に光を透過するかの切り替えを行うマスク手段を構成している。
FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of the wavefront measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention.
The wavefront measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention is not provided with the mask 4 provided with pinholes, instead of the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. Since the
次に、本発明の実施の形態3に係る波面計測装置の動作について説明する。
上述した実施の形態1では、ピンホールを設けたマスク4を挿入することで、集光スポットの位置ずれより光学系のアライメントずれを検出していた。これに対し、実施の形態3では、上記マスク4の代わりに、レンズレットアレイ3の前または後ろに液晶シャッタ11を設置し、液晶シャッタ制御装置12により液晶シャッタ11の各液晶素子の光の透過/遮断の切り替えの制御を行う。液晶シャッタ11は、レンズレットアレイ3の各々のレンズレットに対応するローカル波面の透過または遮断を自由に制御することができるので、アライメント調整の際に、ローカル波面と透過させるピンホールの数量および配置位置を自由に決定することができる。また、波面測定時には、液晶シャッタ11の全面のローカル波面を透過させるように制御できるので、図1に示したようなマスク4を移動させるためのマスク移動機構5のような機構が不要である。ただし、液晶シャッタ11の透過により波面収差が生じる場合には、事前に補正値を把握しておき、信号処理装置8で補正する必要があるため、液晶シャッタ移動機構(図示していない)を設けて挿入、退避させても良い。他の動作については、上述の実施の形態1と同じであるため、ここでは説明を省略する。
Next, the operation of the wavefront measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, the alignment deviation of the optical system is detected from the positional deviation of the focused spot by inserting the mask 4 provided with pinholes. On the other hand, in the third embodiment, a
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、レンズレットアレイ3の前または後ろに液晶シャッタ11を備え、液晶シャッタ制御装置12でそれを制御することにより、ローカル波面を透過させるピンホールの数量および配置位置を自由に決定することができるため、入射波面の大きさや、ティルトずれの大きさに応じて、光学系2のアライメント精度が得られる最適な条件にピンホールを設定できる。また、液晶シャッタ11全面においてローカル波面を透過させることも可能であり、液晶シャッタ11の挿入および退避によるピンホール位置の位置ずれが生じないため、アライメント調整の精度および再現性がさらに向上する。
As described above, in the present embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained, and in the present embodiment, the
上記の説明においては、電子式シャッタおよび電子式シャッタ制御装置として、液晶シャッタおよび液晶シャッタ制御装置を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、電子式シャッタ制御装置からの制御信号により、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、いずれの集光レンズを有効にするかの切り替えを行って、有効にしたい集光レンズに対応させて光を透過させることができるものであれば、いずれの電子式シャッタでも用いることができる。また、その場合においても、同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the above description, the liquid crystal shutter and the liquid crystal shutter control device have been described as examples of the electronic shutter and the electronic shutter control device. However, the present invention is not limited to this, and a control signal from the electronic shutter control device If any one of the condenser lenses of the lenslet array can be switched to which one of the condenser lenses is to be activated and can transmit light corresponding to the condenser lens that is to be activated, Even an electronic shutter can be used. In this case, it goes without saying that the same effect can be obtained.
1 入射波面、2 光学系、3 レンズレットアレイ、4 マスク、5マスク移動機構、6 二次元検出器、7 A/D変換器、8 信号処理装置、9 光学系アライメント調整機構、10 光学系制御装置 11 液晶シャッタ、12 液晶シャッタ制御装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Incident wavefront, 2 Optical system, 3 Lenslet array, 4 Mask, 5 Mask moving mechanism, 6 Two-dimensional detector, 7 A / D converter, 8 Signal processing apparatus, 9 Optical system alignment adjustment mechanism, 10 Optical
Claims (6)
上記光学系からの波面が入射される複数の集光レンズからなるレンズレットアレイと、
上記レンズレットアレイの前段または後段に設けられ、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過するか、あるいは、2個以上の特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過するかの切り替えを行うマスク手段と、
上記レンズレットアレイの集光レンズを透過した光が収束されて生じる集光スポットを画像信号に変換する二次元検出器と、
上記二次元検出器の出力をデジタル画像信号に変換するA/D変換器と、
上記A/D変換器の出力デジタル画像信号およびあらかじめ記憶してある基準スポット位置により上記波面の演算処理を行う信号処理手段と
を備え、
アライメントチェック時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過させ、
波面計測時には、上記マスク手段により、上記レンズレットアレイの集光レンズの全ての集光レンズに対応させて全面的に光を透過させる
ことを特徴とする波面計測装置。 An optical system for inputting the wavefront of the light wave;
A lenslet array comprising a plurality of condenser lenses on which the wavefront from the optical system is incident;
The lenslet array is provided before or after the lenslet array, and transmits light entirely corresponding to all of the condenser lenses of the lenslet array, or two or more specific condensers. Mask means for switching whether to transmit light locally to enable only the optical lens;
A two-dimensional detector for converting a focused spot generated by convergence of light transmitted through the condenser lens of the lenslet array into an image signal;
An A / D converter for converting the output of the two-dimensional detector into a digital image signal;
Signal processing means for performing calculation processing of the wavefront according to the output digital image signal of the A / D converter and a pre-stored reference spot position;
At the time of alignment check, the mask means transmits light locally in order to enable only a specific condenser lens among the condenser lenses of the lenslet array,
At the time of wavefront measurement, the mask means allows light to be transmitted through the entire surface in correspondence with all the condensing lenses of the condensing lenses of the lenslet array.
上記レンズレットアレイの前段または後段に設けられ、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、特定の集光レンズだけを有効にするための2個以上のピンホールを設けたマスクと、
上記マスクを光路に挿入または光路から退避させるマスク移動手段と
から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の波面計測装置。 The mask means includes
A mask provided with two or more pinholes for enabling only a specific condensing lens among the condensing lenses of the lenslet array, which is provided before or after the lenslet array;
2. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a mask moving unit that inserts the mask into the optical path or retracts the mask from the optical path.
上記レンズレットアレイの前段または後段に設けられ、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、いずれの集光レンズを有効にするかの切り替えを行って、有効にしたい集光レンズに対応させて光を透過させる電子式シャッタと、
制御信号を出力し、上記電子シャッタの上記切り替えの制御を行う電子式シャッタ制御装置と
から構成され、
上記電子式シャッタは、光を透過させる箇所の数量および配置位置を任意に変更できることを特徴とする請求項1に記載の波面計測装置。 The mask means includes
It is provided at the front stage or rear stage of the lenslet array, and the condenser lens of the lenslet array is switched to which one of the condenser lenses is to be activated, and the light corresponding to the condenser lens to be activated is selected. An electronic shutter that transmits light;
An electronic shutter control device that outputs a control signal and controls the switching of the electronic shutter.
The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the electronic shutter can arbitrarily change the number of light transmitting portions and the arrangement position.
上記信号処理手段からアライメント補正信号に基づいて、上記光学系アライメント調整手段を制御する光学系制御装置と
を備え、
上記信号処理手段からのアライメント補正信号により、上記光学系のアライメント調整を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の波面計測装置。 An optical system alignment adjusting means for adjusting the alignment deviation of the optical system by adjusting the orientation of the optical system;
An optical system control device for controlling the optical system alignment adjusting means based on an alignment correction signal from the signal processing means,
5. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein alignment adjustment of the optical system is performed based on an alignment correction signal from the signal processing means.
複数の集光レンズからなるレンズレットアレイの前段または後段に、光の透過/遮断を切り替えるためのマスク手段を準備するステップと、
上記マスク手段を用いて、上記レンズレットアレイの集光レンズの全てを有効にするために全面的に光を透過させるか、あるいは、特定の集光レンズだけを有効にするために局所的に光を透過させるかの切り替えを行うステップと、
光波の波面を光学系に入力するステップと、
上記光学系からの波面を、レンズレットアレイに入射するステップと、
上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、上記マスク手段により有効にされた集光レンズを透過した光を集光させるステップと、
上記集光により生じた集光スポットを画像信号に変換するステップと、
上記画像信号をデジタル画像信号に変換するステップと、
上記デジタル画像信号とあらかじめ記憶してある上記基準スポット位置とにより上記波面を演算処理するステップと
を備え、
アライメントチェック時には、上記レンズレットアレイの集光レンズのうち、特定の集光レンズだけを有効にするために、上記マスク手段により局所的に光を透過させ、
波面計測時には、上記レンズレットアレイの集光レンズの全てを有効にするために、全面的に光を透過させる
ことを特徴とする波面計測方法。 Storing a reference spot position for use in alignment check;
Providing a mask means for switching light transmission / blocking at a front stage or a rear stage of a lenslet array composed of a plurality of condenser lenses;
The mask means is used to transmit light entirely to enable all of the condensing lenses of the lenslet array, or locally to enable only a specific condensing lens. A step of switching whether to transmit
Inputting the wavefront of the light wave into the optical system;
Injecting the wavefront from the optical system into a lenslet array;
Condensing the light transmitted through the condenser lens enabled by the mask means among the condenser lenses of the lenslet array;
Converting the focused spot generated by the focused light into an image signal;
Converting the image signal into a digital image signal;
Computing the wavefront from the digital image signal and the pre-stored reference spot position,
At the time of alignment check, in order to enable only a specific condensing lens among the condensing lenses of the lenslet array, the mask means transmits light locally,
A wavefront measurement method characterized by transmitting light over the entire surface in order to validate all the condensing lenses of the lenslet array during wavefront measurement.
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