JP6821407B2 - Measuring method, measuring device, manufacturing method of optical equipment and manufacturing equipment of optical equipment - Google Patents

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

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

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

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

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

特開平09−329427号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-329427 特開2004−125768号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-125768 特許第3971747号公報Japanese Patent No. 3971747 特開2000−97663号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-97663 特開平10−281736号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-281736 特開2006−133059号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-133509 特開2009−180554号公報JP-A-2009-180554 特開2012−132682号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-132682

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

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

また、特許文献7に開示された校正方法では、光学系の一部の部材を移動させて位置倍率分布の校正を行う。しかしながら、受光面での干渉縞の径の大きさを指標として校正を行うため、被検面が非球面である場合は、干渉縞のピッチが細かくなりすぎて干渉縞の径が正確に把握できない。さらに、角度倍率分布を高精度に校正することは困難である。 Further, in the calibration method disclosed in Patent Document 7, a part of the members of the optical system is moved to calibrate the position magnification distribution. However, since calibration is performed using the size of the diameter of the interference fringes on the light receiving surface as an index, when the surface to be inspected is an aspherical surface, the pitch of the interference fringes becomes too fine and the diameter of the interference fringes cannot be accurately grasped. .. Furthermore, it is difficult to calibrate the angular magnification distribution with high accuracy.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

球面成分(回転対称成分)は上記のように求めることができるが、算出波面には非点収差などの回転非対称成分が残存する。回転非対称成分を除去するためには、原器や被検物を光軸回りに回転させて、回転前後のセンサ11からの出力に基づいて光学系の設計情報を変更すればよい。また、回転非対称成分に対する敏感度も同様に算出して、種々のZernike関数での上記関係式を算出し、すべての成分において2つの波面差が所定値より小さくなる解を求めてもよい。すべての成分において2つの波面差が所定値より小さくなる解を求めることができれば、原器や被検面を回転させる手間がなくなり、高精度の計測を高速で行うことが可能になる。 The spherical component (rotational symmetry component) can be obtained as described above, but a rotation asymmetry component such as astigmatism remains on the calculated wave surface. In order to remove the rotation asymmetric component, the prototype or the test object may be rotated around the optical axis, and the design information of the optical system may be changed based on the output from the sensor 11 before and after the rotation. Further, the sensitivity to the rotational asymmetric component may be calculated in the same manner, and the above relational expressions in various Zernike functions may be calculated to obtain a solution in which the difference between the two wave planes is smaller than a predetermined value in all the components. If it is possible to find a solution in which the difference between the two wave surfaces is smaller than a predetermined value for all the components, it is possible to eliminate the trouble of rotating the prototype and the surface to be inspected, and to perform high-precision measurement at high speed.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and modifications can be made within the scope of the gist thereof.

1 光源
7a 被検面
9 結像レンズ
11 センサ
13 解析演算部(制御部)
61 第1の原器
62 第2の原器
100 計測装置
1 Light source 7a Subject surface 9 Imaging lens 11 Sensor 13 Analysis calculation unit (control unit)
61 First prototype 62 Second prototype 100 Measuring device

Claims (27)

被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
各原器に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
A measurement method using a measuring device having an optical system that guides the light reflected by the surface to be inspected to a sensor and a control unit that measures the shape of the surface to be inspected based on the output from the sensor.
The acquisition step of acquiring the first wave surface corresponding to each prototype from the sensor that received the light reflected by the first prototype and the second prototype having different aspherical shapes.
Assuming that the optical system is arranged based on the design information, the number corresponding to each prototype acquired by the sensor from each light reflected by each prototype based on the design information of the optical system. Calculation step to calculate the wave surface of 2 and
A measurement method comprising: at least a change step of changing the design information of the optical system so that the difference between the first and second wave planes corresponding to each prototype is smaller than a predetermined value.
前記変更ステップは、各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも2つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。 The change step according to claim 1, wherein the change step includes a step of calculating at least two parameters so that the difference between the first and second wave surfaces corresponding to each prototype is smaller than the predetermined value. Measurement method. 前記2つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの2つであることを特徴とする請求項2に記載の計測方法。 The above two parameters are the arrangement of optical elements of the optical system, surface spacing, radius of curvature, surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, birefringence distribution, amount of linearity measurement error of light receiving sensor, wavelength of light source, and The measurement method according to claim 2, wherein the amount of change is two of the respective amounts. 前記変更ステップは、
各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第1のパラメータを算出するステップと、
各原器に対応する第1および第2の波面の差と前記第1のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第2のパラメータを算出するステップと、
前記第1および第2パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項1に記載の計測方法。
The change step
A step of calculating a first parameter in which the wave surface of a low frequency changes so that the difference between the first and second wave surfaces corresponding to each prototype is smaller than the predetermined value, and
A step of calculating a second parameter in which the wave surface of a higher frequency changes based on the difference between the first and second wave surfaces corresponding to each prototype and the first parameter.
The measurement method according to claim 1, further comprising: at least a step of changing the design information of the optical system based on the first and second parameters.
前記第1のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも2つであり、
前記第2のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも2つであることを特徴とする請求項4に記載の計測方法。
The first parameter is at least two of the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface spacing, the radius of curvature, the amount of linearity measurement error of the light receiving sensor, and the wavelength of the light source.
The measurement method according to claim 4, wherein the second parameter is at least two of a surface shape, an aberration, a phase distribution, a refractive index distribution, a homogenity, and a birefringence distribution.
被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる非球面形状を有する第1の原器および第2の原器で反射したそれぞれの光を受光した前記センサから各原器に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各原器で反射したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の原器、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各原器に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
A measurement method using a measuring device having an optical system that guides the light reflected by the surface to be inspected to a sensor and a control unit that measures the shape of the surface to be inspected based on the output from the sensor.
The acquisition step of acquiring the first wave surface corresponding to each prototype from the sensor that received the light reflected by the first prototype and the second prototype having different aspherical shapes.
Assuming that the optical system is arranged based on the design information, the number corresponding to each prototype acquired by the sensor from each light reflected by each prototype based on the design information of the optical system. Calculation step to calculate the wave surface of 2 and
Based on the first and second wave planes, it corresponds to each prototype of at least a portion of the optical system, the first or second prototype, and at least two of the sensors. A measurement method comprising, at least, a change step of changing the design information of the optical system so that the difference in optical arrangement becomes small.
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の計測方法。 The measuring method according to any one of claims 1 to 6, wherein in the changing step, at least a part of the members of the optical system is driven. 前記変更ステップの後、前記第1の原器で反射した光を受光した前記センサから第3の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第1の原器で反射した光から前記センサが取得する第4の波面を算出する算出ステップと、
前記第3および第4の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第1の原器および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の計測方法。
After the change step, a step of acquiring a third wave surface from the sensor that has received the light reflected by the first prototype, and
Assuming that the optical system is arranged based on the changed design information in the change step, the light reflected by the first prototype based on the changed design information of the optical system A calculation step for calculating the fourth wave surface acquired by the sensor, and
Change the modified design information of the optical system or drive at least a part of the first prototype and the optical system so that the difference between the third and fourth wave surfaces becomes smaller than a predetermined value. The measurement method according to any one of claims 1 to 7, further comprising a step of executing the above.
前記第1および第2の原器の各非球面形状の非球面量は、0.05mm以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の計測方法。 The measuring method according to any one of claims 1 to 8, wherein the aspherical amount of each aspherical shape of the first and second prototypes is 0.05 mm or more. 前記第1および第2の原器の各中心曲率の差は、0.001(1/mm)以上であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の計測方法。 The measuring method according to any one of claims 1 to 9, wherein the difference between the central curvatures of the first and second prototypes is 0.001 (1 / mm) or more. 前記センサからの出力、および前記被検面と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検面の形状を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の計測方法。 Any of claims 1 to 10, further comprising a step of calculating the shape of the test surface based on the output from the sensor and the relative relationship between the test surface and the sensor. The measurement method according to item 1. 前記被検面と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項11に記載の計測方法。 The measuring method according to claim 11, wherein the relative relationship between the test surface and the sensor is acquired based on either a position magnification distribution, an angle magnification distribution, or ray tracing. 前記原器を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の計測方法。 Any of claims 1 to 12, further comprising a step of changing the design information of the optical system based on the output from the sensor before and after the rotation when the prototype is rotated about the optical axis. The measurement method according to item 1. 光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各原器に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差が所定値より小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that irradiates the test optical system with light emitted from a light source and guides the light transmitted through the test optical system to a sensor, and measures the transmitted wave surface of the test optical system based on the output from the sensor. It is a measurement method using a measuring device having a control unit and a control unit.
The acquisition step of acquiring the first wave surface corresponding to each reference optical system from the sensor that receives the light transmitted through the first reference optical system and the second reference optical system having different characteristics from each other.
Assuming that the optical system is arranged based on the design information, it corresponds to each prototype acquired by the sensor from each light transmitted through each reference optical system based on the design information of the optical system. The calculation step to calculate the second wave surface and
A measurement method comprising: at least a change step of changing the design information of the optical system so that the difference between the first and second wave planes corresponding to each reference optical system becomes smaller than a predetermined value.
前記変更ステップは、各原器に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、少なくとも2つのパラメータを算出するステップを有することを特徴とする請求項14に記載の計測方法。 14. The change step according to claim 14 , wherein the change step includes a step of calculating at least two parameters so that the difference between the first and second wave surfaces corresponding to each prototype is smaller than the predetermined value. Measurement method. 前記2つのパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、複屈折分布、受光センサのリニアリティ計測誤差量、光源の波長、およびそれぞれの変化量のうちの2つであることを特徴とする請求項15に記載の計測方法。 The above two parameters are the arrangement of optical elements of the optical system, surface spacing, radius of curvature, surface shape, aberration, phase distribution, refractive index distribution, homogeneity, birefringence distribution, amount of linearity measurement error of light receiving sensor, wavelength of light source, and The measurement method according to claim 15 , wherein the amount of change is two of the respective amounts. 前記変更ステップは、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差が前記所定値より小さくなるように、低次周波数の波面が変化する第1のパラメータを算出するステップと、
各基準光学系に対応する第1および第2の波面の差と前記第1のパラメータとに基づいて、高次周波数の波面が変化する第2のパラメータを算出するステップと、
前記第1および第2パラメータに基づいて少なくとも前記光学系の設計情報を変更するステップと、を有することを特徴とする請求項14に記載の計測方法。
The change step
A step of calculating a first parameter in which the low-order frequency wave plane changes so that the difference between the first and second wave planes corresponding to each reference optical system becomes smaller than the predetermined value, and
A step of calculating a second parameter in which the wave plane of a higher frequency changes based on the difference between the first and second wave planes corresponding to each reference optical system and the first parameter.
The measurement method according to claim 14, further comprising: at least a step of changing the design information of the optical system based on the first and second parameters.
前記第1のパラメータは、光学系の光学素子の配置、面間隔、曲率半径、受光センサのリニアリティ計測誤差量、および光源の波長のうち少なくとも2つであり、
前記第2のパラメータは、面形状、収差、位相分布、屈折率分布、ホモジニティー、および複屈折分布のうち少なくとも2つであることを特徴とする請求項17に記載の計測方法。
The first parameter is at least two of the arrangement of the optical elements of the optical system, the surface spacing, the radius of curvature, the amount of linearity measurement error of the light receiving sensor, and the wavelength of the light source.
The measurement method according to claim 17, wherein the second parameter is at least two of a surface shape, an aberration, a phase distribution, a refractive index distribution, a homogenity, and a birefringence distribution.
光源から射出された光を被検光学系に照射し、前記被検光学系を透過した光をセンサに導く光学系と、前記センサからの出力に基づいて前記被検光学系の透過波面を計測する制御部と、を有する計測装置を用いた計測方法であって、
互いに異なる特性を有する第1の基準光学系および第2の基準光学系を透過したそれぞれの光を受光した前記センサから各基準光学系に対応する第1の波面を取得する取得ステップと、
前記光学系が設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の設計情報に基づいて、各基準光学系を透過したそれぞれの光から前記センサが取得する各基準光学系に対応する第2の波面を算出する算出ステップと、
前記第1および第2の波面に基づいて、前記光学系の少なくとも一部の部材、前記第1または第2の基準光学系、および前記センサのうち少なくとも2つの部材のそれぞれの各基準光学系に対応する光学配置の差が小さくなるように、少なくとも前記光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有することを特徴とする計測方法。
An optical system that irradiates the test optical system with light emitted from a light source and guides the light transmitted through the test optical system to a sensor, and measures the transmitted wave surface of the test optical system based on the output from the sensor. It is a measurement method using a measuring device having a control unit and a control unit.
An acquisition step of acquiring a first wave surface corresponding to each reference optical system from the sensor that has received light transmitted through the first reference optical system and the second reference optical system having different characteristics from each other.
Assuming that the optical system is arranged based on the design information, it corresponds to each reference optical system acquired by the sensor from each light transmitted through each reference optical system based on the design information of the optical system. Calculation step to calculate the second wave surface to be
Based on the first and second wave planes, to each reference optical system of at least a part of the optical system, the first or second reference optical system, and at least two members of the sensor. A measurement method comprising, at least, a change step of changing the design information of the optical system so that the difference in the corresponding optical arrangements is small.
前記変更ステップでは、前記光学系の少なくとも一部の部材を駆動させることを特徴とする請求項14から19のいずれか1項に記載の計測方法。 The measuring method according to any one of claims 14 to 19, wherein in the changing step, at least a part of the members of the optical system is driven. 前記変更ステップの後、前記第1の基準光学系を透過した光を受光した前記センサから第3の波面を取得するステップと、
前記光学系が前記変更ステップで変更された設計情報に基づいて配置されていると仮定した場合、前記光学系の変更された設計情報に基づいて、前記第1の基準光学系を透過した光から前記センサが取得する第4の波面を算出する算出ステップと、
前記第3および第4の波面の差が所定値より小さくなるように、前記光学系の変更された設計情報の変更、または前記第1の基準光学系および前記光学系の少なくとも一部の部材の駆動を実行するステップと、を更に有することを特徴とする請求項14から20のいずれか1項に記載の計測方法。
After the change step, a step of acquiring a third wave surface from the sensor that has received light transmitted through the first reference optical system, and
Assuming that the optical system is arranged based on the design information changed in the change step, from the light transmitted through the first reference optical system based on the changed design information of the optical system. A calculation step for calculating the fourth wave surface acquired by the sensor, and
Changes in the modified design information of the optical system or at least a part of the members of the first reference optical system and the optical system so that the difference between the third and fourth wave planes becomes smaller than a predetermined value. The measuring method according to any one of claims 14 to 20, further comprising a step of executing driving.
前記センサからの出力、および前記被検光学系と前記センサとの相対関係に基づいて、前記被検光学系の透過波面を算出するステップと、を更に有することを特徴とする請求項14から21のいずれか1項に記載の計測方法。 Claims 14 to 21 further include a step of calculating a transmitted wave surface of the optical system under test based on an output from the sensor and a relative relationship between the optical system under test and the sensor. The measurement method according to any one of the above. 前記被検光学系と前記センサとの相対関係は、位置倍率分布および角度倍率分布、または光線追跡のいずれかに基づいて取得されることを特徴とする請求項22に記載の計測方法。 The measuring method according to claim 22, wherein the relative relationship between the optical system under test and the sensor is acquired based on either a position magnification distribution, an angle magnification distribution, or ray tracing. 前記基準光学系を光軸回りに回転させた場合の回転前後の前記センサからの出力に基づいて前記光学系の設計情報を変更するステップを更に有することを特徴とする請求項14から23のいずれか1項に記載の計測方法。 Any of claims 14 to 23, further comprising a step of changing the design information of the optical system based on the output from the sensor before and after the rotation when the reference optical system is rotated about the optical axis. The measurement method according to item 1. 請求項1から24のいずれか1項に記載の計測方法を実行可能であることを特徴とする計測装置。 A measuring device, characterized in that the measuring method according to any one of claims 1 to 24 can be executed. 請求項1から24のいずれか1項に記載の計測方法に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造するステップと、を有する光学機器の製造方法。 A method for manufacturing an optical device, comprising a step of manufacturing an optical device including an optical element processed based on the measurement method according to any one of claims 1 to 24. 請求項25に記載の計測装置と、
前記計測装置からの情報に基づいて加工された光学素子を備える光学機器を製造する製造部と、を有する光学機器の製造装置。

The measuring device according to claim 25 and
An optical device manufacturing device including a manufacturing unit that manufactures an optical device including an optical element processed based on information from the measuring device.

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