KR100790689B1 - Method of testing lense using shack-hartmann wavefront sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 렌즈를 검사하는 방법에 관한 것으로, 입사 파면의 일부 영역을 각각 투과시키는 복수의 마이크로 렌즈와 상기 각각의 마이크로 렌즈에 의해 맺히는 복수의 상을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 샤크-하트만 파면센서를 이용한 렌즈의 검사 방법에 있어서, 검사 대상 렌즈의 설계데이터로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과하는 파면을 계산하는 단계; 상기 복수의 마이크로 렌즈에 상기 계산된 투과 파면이 투과될 때 맺히는 복수의 상이 상기 이미지 센서에 의해 검출될 위치를 계산하여 제1 스폿으로 설정하는 단계 - 상기 복수의 마이크로 렌즈 각각은 대응하는 복수의 제1 스폿을 형성함 -; 상기 복수의 마이크로 렌즈에 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면이 투과될 때 맺히는 복수의 상이 상기 이미지 센서에 의해 검출된 위치인 복수의 제2 스폿을 측정하는 단계; 상기 복수의 제2 스폿 각각에 대해, 가장 근접한 위치에 있는 제1 스폿을 대응시키고, 상기 제2 스폿이 상기 대응된 제1 스폿을 형성한 마이크로 렌즈에 의해 형성된 것으로 결정하는 단계; 및 상기 복수의 제2 스폿 각각과, 상기 복수의 제2 스폿 각각에 대응하는 제1 스폿의 변위차를 계산하고, 상기 변위차로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면과 상기 설계데이터로부터 계산된 파면과의 차이인 오차 파면을 계산하는 단계를 포함하는 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 렌즈를 검사하는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for inspecting a lens using a Shark-Hartman wavefront sensor, comprising: a plurality of microlenses for transmitting a portion of an incident wavefront and an image sensor for detecting a plurality of images formed by the respective microlenses An inspection method of a lens using a Shark-Hartman wavefront sensor, comprising: calculating a wavefront passing through the inspection lens from design data of the inspection lens; Calculating a position at which the plurality of images formed when the calculated transmission wavefront is transmitted to the plurality of microlenses is detected by the image sensor and setting the first spot as a first spot, wherein each of the plurality of microlenses is provided with a corresponding plurality of images; 1 spot formed; Measuring a plurality of second spots at which the plurality of images formed when the wavefront passing through the inspection object lens is transmitted to the plurality of micro lenses is a position detected by the image sensor; For each of the plurality of second spots, matching a first spot at a closest position, and determining that the second spot is formed by a micro lens forming the corresponding first spot; And calculating a displacement difference between each of the plurality of second spots and a first spot corresponding to each of the plurality of second spots, and the wavefront calculated from the wavefront and the design data of the wavefront passing through the lens to be inspected from the displacement difference. A method of inspecting a lens using a Shark-Heartmann wavefront sensor, comprising calculating an error wavefront that is a difference from and.
렌즈, 파면(wavefront), 샤크-하트만 파면 센서 Lens, wavefront, shark-heartmann wavefront sensor
Description
도 1은 샤크-하트만 파면센서를 이용하여 렌즈를 통과한 투과 파면을 측정하는 것을 도시한 개념도.1 is a conceptual diagram illustrating the measurement of the transmission wavefront passing through the lens using the Shark-Hartman wavefront sensor.
도 2 및 도 3은 샤크-하트만 파면 센서의 이미지 센서의 일부에 대한 평면도.2 and 3 are plan views of a portion of the image sensor of the Shark-Hartman wavefront sensor.
도 4는 본 발명에 따른 파면 센서를 이용한 파면 측정방법을 보여주는 플로우 차트.Figure 4 is a flow chart showing a wavefront measuring method using a wavefront sensor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 샤크-하트만 파면센서의 이미지 센서의 제1 스폿 및 제2 스폿을 도시한 예시도.5 is an exemplary view showing a first spot and a second spot of an image sensor of the Shark-Hartman wavefront sensor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 검사 대상 렌즈 20 : 샤크-하트만 파면 센서10: inspection target lens 20: Shark-Heartman wavefront sensor
21 : 마이크로 렌즈 22 : 이미지 센서21: micro lens 22: image sensor
31, 32 : 파면 41, 42 : 스폿31, 32:
본 발명은 렌즈를 검사하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤크-하트만 파면 센서를 이용하여 렌즈를 검사하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of inspecting a lens, and more particularly, to a method of inspecting a lens using a Shark-Heartmann wavefront sensor.
점차 소형화되어가는 각종 전자, 기계 제품의 발전방향에 따라 슬림하면서도 다양한 기능을 수행할 수 있는 광학 시스템이 요구되고 있으며, 이러한 슬림화 및 다기능화 요구를 충족시킬 수 있는 광학소자로서 비구면 렌즈의 중요성이 점점 증가하고 있다.According to the development direction of various electronic and mechanical products that are becoming smaller, there is a need for an optical system that can perform various functions while being slim, and the importance of aspherical lenses as an optical element that can meet such slimming and multifunctionalization needs is increasing. It is increasing.
비구면 렌즈를 제작하는 방식은 연마 가공 방식과 사출방식이 있다. 연마 가공방식은 연마 가공기를 활용하여 비구면 렌즈를 제작하는 것으로 생산단가가 사출방식에 비하여 높고 대량생산에 적합하지 않아, 대량생산되는 비구면 렌즈는 대부분 사출방식으로 제작된다. 또한, 사출방식은 연마 가공방식에서 제공하기 힘들었던 다양한 형상의 비구면 렌즈의 제작이 가능한 이점이 있다.Aspherical lens manufacturing methods include a polishing method and an injection method. As for the polishing processing method, the aspherical lens is manufactured by using a polishing machine, and the production cost is higher than that of the injection method and is not suitable for mass production. In addition, the injection method has the advantage that it is possible to manufacture aspheric lenses of various shapes that were difficult to provide in the polishing processing method.
이와 같이, 사출방식으로 비구면 렌즈를 제작하면, 연마 가공 방식으로 제공하기 힘들었던 다양한 형상의 비구면 렌즈를 저가로 대량 공급할 수 있으나, 성능을 안정적으로 확보하기 위해서는 사출과정에서 발생하는 형상 수축과 같은 다양한 변형 요소들을 효과적으로 제어하여야 하며, 이를 위해 비구면 렌즈의 광학 성능을 평가할 수 있는 효과적인 측정 시스템이 요구된다.As such, when the aspherical lens is manufactured by the injection method, it is possible to supply a large amount of aspherical lenses having various shapes that were difficult to provide by the polishing method at a low price, but in order to secure the performance stably, various deformations such as shape shrinkage that occur during the injection process The elements must be controlled effectively, which requires an effective measurement system that can evaluate the optical performance of aspherical lenses.
일반적으로 렌즈의 광학 성능을 평가하는 방법은 렌즈를 투과한 파면을 파면센서를 이용하여 측정하는 것에 의하여 이루어지며, 파면 센서로는 파면센서로 샤 크-하트만(Shack-Hartmann) 파면 센서가 많이 사용되고 있다.In general, a method of evaluating optical performance of a lens is performed by measuring a wavefront passing through the lens using a wavefront sensor, and as a wavefront sensor, a Shack-Hartmann wavefront sensor is frequently used as a wavefront sensor. have.
도 1은 샤크-하트만 파면센서를 이용하여 렌즈를 통과한 투과 파면을 측정하는 것을 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating the measurement of the transmission wavefront passing through the lens using the Shark-Hartman wavefront sensor.
도 1에 도시된 바와 같이, 샤크-하트만 파면센서(20)는 복수의 마이크로 렌즈(lenslet)(21) 및 이미지 센서(22)를 포함한다. 파면이 검사 대상 렌즈(10)를 투과하게 되면, 투과된 파면이 샤크-하트만 파면센서(20)의 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)에 입사하게 되고, 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)에 의해 상기 이미지 센서(22)에 상이 맺히게 된다. 상기 이미지 센서(21)에 맺힌 상의 위치를 검출하여 상이 검출된 지점이 기준이 되는 지점에서 벗어난 정도를 측정하고, 이를 이용하여 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면을 계산함으로써, 검사 대상 렌즈(10)의 오차를 정도를 알 수 있다. 상기 이미지 센서(22)에 상이 맺히는 지점을 스폿(spot)(41, 42)이라 하며, 마이크로 렌즈(21)의 개수만큼 생성된다.As shown in FIG. 1, the Shark-Heartmann
샤크-하트만 파면센서(20)에서 왜곡 되지 않은 파면(31)이 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)를 투과하여 형성되는 스폿(41)을 기준스폿이라 하며, 도 1에서는 점선으로 표시된 선이 이미지 센서(22)에 형성되는 지점이 된다.The
일반적으로 검사 대상 렌즈(10)를 투과한 파면은 왜곡된 파면(32)을 가지게 되고, 왜곡된 파면(32)이 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)를 투과하여 형성되는 스폿(42)과 상기 기준스폿(41)의 변위차(Δx, Δy, Δx는 미도시)로부터 파면을 계산하여 계산된 파면으로부터 검사 대상 렌즈(10)의 오차를 분석함으로써 검사 대상 렌즈(10)를 검사한다.In general, the wavefront transmitted through the
도 2 및 도 3은 샤크-하트만 파면 센서의 이미지 센서의 일부에 대한 평면도이다.2 and 3 are plan views of a part of the image sensor of the Shark-Hartman wavefront sensor.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이미지 센서(22)는 9개의 영역으로 구분하여 표시되어 있다. 상기 구분은 가상적인 것으로, 상기 복수의 마이크로 렌즈(21) 각각에 의한 스폿이 형성되는 영역을 표시한 것이다. 각 영역의 좌측 상단의 사각형에는 해당 영역에 대응하는 마이크로 렌즈(21) 일련번호가 기재되어 있다. 이미지 센서(22)의 전체 영역은 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)의 개수만큼 구분될 수 있으며, 도 2는 설명을 위하여 9개의 영역만 표시하였다.2 and 3, the
상기 각 영역에 표시된 ×는 해당 영역에 대응하는 마이크로 렌즈(21)에 의해 형성되는 기준스폿을 나타낸다. 또한, 상기 각 영역에 표시된 ○는 해당 영역에 대응하는 마이크로 렌즈(21)에 검사 대상 렌즈(10)를 투과한 파면이 입사하였을 때의 실제 스폿을 표시한다. 이상적인 경우 상기 기준스폿은 상기 이미지 센서(22)의 각 영역의 중간지점으로 정의될 수 있지만, 측정시스템의 정렬 오차와 같은 요소들로 인해 파면왜곡이 없는 이상적인 파면이 입력되더라도, 상기 기준스폿은 상기 이미지 센서(22)의 각 영역의 중간지점에 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 실제로는 이상적인 파면을 입력하여 측정된 위치를 기준스폿으로 사용한다. 기준 스폿과 실제 스폿에 함께 기재된 번호는 상기 기준 스폿과 실제 스폿을 형성하는 마이크로 렌즈(21)의 일련번호이다.X denoted in each of the areas indicates a reference spot formed by the
상술한 바와 같이, 상기 마이크로 렌즈(21)에 의한 실제 스폿과 기준 스폿과의 변위차(Δx, Δy)를 구하고, 상기 변위차로부터 검사 대상 렌즈(10)의 투과 파면을 계산하는 것에 의하여 검사 대상 렌즈(10)의 광학적 성능을 검사한다.As described above, the inspection object is obtained by calculating the displacement difference (Δx, Δy) between the actual spot and the reference spot by the
이와 같은 방법은 도 2의 경우와 같이, 상기 검사 대상 렌즈(10)를 통과한 파면이 구면 파면(Spherical Wavefront)에서 심하게 벗어나지 않아 파면의 기울기 변화가 심하지 않은 경우에는, 상기 이미지 센서(22)의 각 영역 내에 대응되는 마이크로 렌즈(21)에 의한 스폿이 형성되어 변위차를 쉽게 구할 수 있고, 이에 따라 상기 검사 대상 렌즈(10)를 통과한 파면을 쉽게 측정할 수 있다.2, when the wavefront passing through the
그러나, 도 3의 경우와 같이, 파면의 기울기가 심해서, 마이크로 렌즈에 의해 형성되는 스폿이 대응되는 영역이 아니라 다른 영역에 형성되는 경우에는 이미지 센서(22)는 형성된 스폿의 위치만을 검출할 뿐, 해당 스폿을 어느 마이크로 렌즈가 형성했는지에 대하여는 알 수 없다. 따라서, 기준스폿과 실제 스폿의 변위차를 정확히 측정하기 어렵고, 이에 따라 파면의 측정이 부정확하여 렌즈의 오류 정도를 검사하기 힘들다.However, as in the case of FIG. 3, when the wave front is inclined so that the spot formed by the microlenses is formed in another area instead of the corresponding area, the
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 영역 2에서 형성되는 스폿이 마이크로 렌즈 8에 의한 것이거나, 영역 9에서와 같이 스폿이 형성되지 않거나, 영역 6과 같이 2개의 스폿이 형성되는 경우에는 각 스폿의 지점은 측정할 수 있어도, 그 스폿이 어느 마이크로 렌즈에 의하여 형성된 것인지 알 수 없으므로 파면을 정확하게 측정하는 것이 불가능해진다.That is, as shown in FIG. 3, each spot is formed when the spot formed in the
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 렌즈의 파면을 정확하게 측정하는 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for accurately measuring the wavefront of the lens.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은, 입사 파면의 일부 영역을 각각 투과시키는 복수의 마이크로 렌즈와 상기 각각의 마이크로 렌즈에 의해 맺히는 복수의 상을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 샤크-하트만 파면센서를 이용한 렌즈의 검사 방법에 있어서, 검사 대상 렌즈의 설계데이터로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과하는 파면을 계산하는 단계; 상기 계산된 투과 파면이 상기 복수의 마이크로 렌즈를 투과할 때 상기 복수의 마이크로 렌즈 각각에 대응하는 상기 이미지 센서의 영역에서 검출되는 복수의 상의 위치를 계산하여 제1 스폿으로 설정하는 단계; 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면이 상기 복수의 마이크로 렌즈를 투과할 때 상기 이미지 센서에서 검출되는 상의 위치인 복수의 제2 스폿을 측정하는 단계; 상기 복수의 제2 스폿 각각에 대해, 가장 근접한 위치에 있는 제1 스폿을 대응시키고, 상기 제2 스폿이 상기 대응된 제1 스폿을 형성한 마이크로 렌즈에 의해 형성된 것으로 결정하는 단계; 및 상기 복수의 제2 스폿 각각과, 상기 복수의 제2 스폿 각각에 대응하는 제1 스폿의 변위차를 계산하고, 상기 변위차로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면과 상기 설계데이터로부터 계산된 파면과의 차이인 오차 파면을 계산하는 단계를 포함하는 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 렌즈를 검사하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, the Shark-Hartmann wavefront comprising a plurality of micro lenses each transmitting a partial region of the incident wavefront and an image sensor for detecting a plurality of images formed by each of the microlenses A method of inspecting a lens using a sensor, the method comprising: calculating a wavefront passing through the inspected lens from design data of an inspected lens; Calculating a position of a plurality of images detected in an area of the image sensor corresponding to each of the plurality of micro lenses when the calculated transmission wavefront passes through the plurality of micro lenses, and setting the first spot as a first spot; Measuring a plurality of second spots which are positions of images detected by the image sensor when the wavefront passing through the lens to be inspected passes through the plurality of micro lenses; For each of the plurality of second spots, matching a first spot at a closest position, and determining that the second spot is formed by a micro lens forming the corresponding first spot; And calculating a displacement difference between each of the plurality of second spots and a first spot corresponding to each of the plurality of second spots, and the wavefront calculated from the wavefront and the design data of the wavefront passing through the lens to be inspected from the displacement difference. A method of inspecting a lens using a Shark-Heartmann wavefront sensor, comprising calculating an error wavefront that is a difference from and.
상기 검사 대상 렌즈를 투과하는 파면을 계산하는 단계는, 상기 검사 대상 렌즈의 설계데이터로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과하는 광경로차를 계산하는 단계; 및 상기 광경로차로부터 상기 검사 대상렌즈를 투과하는 파면을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 렌즈를 검사하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the wavefront passing through the lens to be inspected may include calculating an optical path difference passing through the lens to be examined from design data of the lens to be inspected; And calculating a wavefront passing through the lens to be inspected from the optical path difference, using the Shark-Hartmann wavefront sensor.
상기 오차 파면을 계산하는 단계는, 상기 오차 파면을 저니크 계수(Zernike coefficient) 및 저니크 다항식(Zernike polynomial)으로 전개하는 단계; 상기 변위차로부터 상기 저니크 다항식의 계수를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 계수를 상기 저니크 계수 및 저니크 다항식으로 전개된 파면에 대입하여 상기 오차 파면을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 렌즈를 검사하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the error wavefront may include developing the error wavefront into a Zernike coefficient and a Zernike polynomial; Calculating a coefficient of the Journich polynomial from the displacement difference; And calculating the error wavefront by substituting the calculated coefficient into the wavefront developed by the low-knee coefficient and the low-nickel polynomial, and inspecting the lens using the shark-hartmann wavefront sensor. .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 더욱 상세하게 설명한다. 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Identical components use the same symbols.
도 4는 본 발명에 따른 샤크-하트만 파면 센서를 이용한 파면 측정방법을 보여주는 플로우차트이다.4 is a flowchart showing a wavefront measuring method using a Shark-Heartmann wavefront sensor according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 파면 측정방법은 왜곡이 없는 파면에 의하여 형성되는 기준 스폿을 설정하는 것으로부터 시작한다(S100).Referring to FIG. 4, the wavefront measuring method according to an embodiment of the present invention starts by setting a reference spot formed by a wavefront without distortion (S100).
본 발명의 실시형태에서 사용되는 샤크-하트만(Shack-Hartmann) 파면센서(20)는 입사 파면의 일부 영역을 각각 투과시키는 복수의 마이크로 렌즈(21)와 상기 각각의 마이크로 렌즈(21)에 의해 맺히는 복수의 상을 검출하는 이미지 센서(22)를 포함한다.The Shack-Hartmann
상기 복수의 마이크로 렌즈(21)에 왜곡이 없는 파면이 투과될 때 상기 이미지 센서(22)에 맺히는 복수의 상의 위치를 기준 스폿이라 하며, 상기 기준 스폿은 샤크-하트만 파면 센서에 따라 기설정되어 있을 수 있다. 상기 복수의 마이크로 렌즈(21) 각각은 하나의 기준 스폿을 형성하며, 그 기준스폿에 대응된다.The position of the plurality of images formed on the
이상적인 경우 상기 기준스폿은 상기 복수의 마이크로 렌즈(21)에 각각 대응하는 상기 이미지 센서(22)의 영역의 중심지점에 위치한다. 그러나, 상기 샤크-하트만 파면센서(20) 자체가 가지고 있는 정렬오차, 파면오차 등으로 인하여 상기 기준스폿이 상기 중심지점으로부터 벗어날 수 있으므로, 상기 기준스폿은 상기 샤크-하트만 파면센서(20)에 왜곡이 없는 파면을 투과하여 직접 측정하는 것일 수 있다.In an ideal case, the reference spot is located at the center of the area of the
상기 기준스폿이 기설정되어 있는 경우에는 상기 단계 S100은 생략될 수 있다.If the reference spot is preset, step S100 may be omitted.
검사 대상이 되는 렌즈의 설계데이터로부터 검사 대상 렌즈를 투과하는 투과 파면을 이론적으로 계산한다(S200).The transmission wavefront passing through the lens to be inspected is theoretically calculated from the design data of the lens to be inspected (S200).
상기 검사 대상 렌즈(10)를 투과하는 파면을 계산하는 것은, 상기 검사 대상 렌즈(10)의 설계데이터로부터 상기 검사 대상 렌즈(10)를 투과하는 광경로차를 계 산하고, 상기 광경로차로부터 상기 검사 대상렌즈(10)를 투과하는 파면을 계산하는 것일 수 있다.Calculating the wavefront passing through the
비구면 렌즈는 렌즈의 비구면을 수식으로 표현할 수 있다. 렌즈의 기본 곡률(base curvature) c, 원추계수(cornic constant) K, 비구면 보정계수 A(aspheric deformation constant) 및 렌즈 중심으로부터의 거리 r에 의하여 비구면 수식은 다음과 같이 표현된다.The aspherical lens may express the aspherical surface of the lens as a formula. The aspherical equation is expressed by the base curvature c of the lens, the conic constant K, the aspheric deformation coefficient A, and the distance r from the lens center.
상기 수학식 1과 같은 비구면 수식과 상기 검사 대상 렌즈(10)의 굴절률 및 입사빔 등의 설계데이터가 정의되면, 상기 검사 대상 렌즈(10)의 각 지점별로 광 경로를 추적할 수 있으며, 상기 검사 대상 렌즈(10)의 각 지점의 광경로와 렌즈의 주점(principal point)을 지나는 주광선(chief lay)의 광경로차(Optical Path Difference)를 알 수 있다. 광경로차는 기준 파면과 상기 검사 대상 렌즈(10)의 투과 파면간의 차이를 나타내므로 이로부터 투과 파면을 계산할 수 있다.When the aspherical surface equation as shown in
상기 수학식 1은 슐츠(Schulz) 식으로 알려져 있으며, 비구면 수식은 상기 수학식 1 외에 스프라인(Spline) 식과 같은 다른 방식으로 정의되는 것일 수 있다.
상기 계산된 투과 파면이 상기 샤크-하트만 파면 센서(20)의 마이크로 렌즈(21)에 입사하여 이미지 센서(22)에 형성되는 상의 위치인 제1 스폿을 계산한다(S300).The calculated transmission wavefront enters the
상기 샤크-하트만 파면 센서(20)에서, 상기 기준스폿과 상기 제1 스폿의 변위차인 Δxi, Δyi(i는 마이크로 렌즈의 일련번호)는, 상기 계산된 투과 파면과 다음과 같은 관계식을 가진다.In the Shark-
상기 수학식 1에서 fl은 상기 샤크-하트만 파면센서(20)의 마이크로 렌즈(21)의 초점거리를 나타내고, Ai는 상기 마이크로 렌즈(21)의 구경(aperture)을 나타낸다.In
단계 S200에서 계산된 투과 파면을 상기 수학식 2에서 대입하면, 상기 기준스폿과 상기 제1 스폿의 변위차인 Δxi, Δyi가 계산되며, 상기 변위차 Δxi, Δyi와 상기 기준 스폿을 더하는 것에 의하여 상기 제1 스폿의 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어, 기준 스폿을 (xi, yi)라 하고, 제1 스폿을 (x1i, y1i)라 하면 다음과 같은 관계식이 성립한다.Substituting the transmitted wave front, calculated in the step S200 above in equation (2), the reference spots and the first and the displacement car Δx i, Δy i calculation of the spot, the displacement difference Δx i, Δy i, and adds the reference spot By this, the position of the first spot can be calculated. For example, if the reference spot is (x i , y i ) and the first spot is (x 1i , y 1i ), the following relation holds.
(x1i, y1i) = (xi+Δxi, yi+Δyi)(x 1i , y 1i ) = (x i + Δx i , y i + Δy i )
다음으로, 상기 검사 대상 렌즈에 파면을 투과시키고(S400), 상기 검사 대상 렌즈(10)를 투과한 파면이 상기 샤크-하트만 파면센서(20)에 입사하여 이미지 센서(22)에 맺히는 상의 위치인 제2 스폿을 측정한다(S500).Next, the wavefront is transmitted through the inspection lens (S400), and the wavefront passing through the
상기 검사 대상 렌즈(10)를 투과한 파면이 상기 샤크-하트만 파면센서(20)에 입사하면, 상기 샤크-하트만 파면센서(20)의 각 마이크로 렌즈(21)에 상기 파면이 투과하여 상기 마이크로 렌즈(21) 각각에 대응하는 복수의 제2 스폿이 상기 이미지 센서(22)에 형성된다.When the wavefront passing through the
그러나, 상기 복수의 제2 스폿은 상기 마이크로 렌즈(21) 중 어느 렌즈에 의하여 형성되었는지 알 수 없다. 상기 검사 대상 렌즈(10)의 파면을 정확히 측정하기 위해서는 상기 제2 스폿 각각을 형성하는 마이크로 렌즈(21)를 정확히 결정하는 것이 중요하며, 본 발명은 측정된 제2 스폿으로부터 제2 스폿을 형성하는 마이크로 렌즈(21)를 결정하는 방법을 아래와 같이 제공한다.However, it is unknown which of the
상기 제2 스폿이 측정된 후, 복수의 제2 스폿 각각을 형성한 마이크로 렌즈를 결정한다(S600).After the second spot is measured, a micro lens in which each of the plurality of second spots is formed is determined (S600).
일반적으로 제작된 렌즈의 형상은 설계된 렌즈형상으로부터 크게 벗어나지 않기 때문에, 상기 검사 대상 렌즈(10)에 의하여 투과된 파면으로부터 각 마이크로 렌즈(21)에 의하여 형성되는 제2 스폿의 위치는 해당 마이크로 렌즈(21)에 의해 계산된 제1 스폿의 근처에 형성된다. 따라서, 복수의 제2 스폿 각각에 대해, 가장 근접한 위치에 있는 제1 스폿을 대응시키고, 상기 제2 스폿이 상기 대응된 제1 스폿을 형성한 마이크로 렌즈(21)에 의해 형성된 것으로 결정할 수 있다.In general, since the shape of the manufactured lens does not greatly deviate from the designed lens shape, the position of the second spot formed by each
상기 마이크로 렌즈(21)별로, 제2 스폿과 제1 스폿의 변위차를 구한다(S700).For each
각 마이크로 렌즈(21)에 대응되는 제2 스폿이 정해지면, 각 마이크로 렌즈(21)에 의한 제2 스폿과 제1 스폿의 변위차를 구할 수 있다.When the second spot corresponding to each
예를 들어, 제1 스폿을 (x1i, y1i)라 하고, 제2 스폿을 (x2i, y2i)라 하면 제2 스폿과의 제1 스폿과의 변위차 Δxi', Δyi'는 다음과 같은 계산된다.For example, assuming that the first spot is (x 1i , y 1i ) and the second spot is (x 2i , y 2i ), the displacement difference Δx i 'and Δy i ' from the first spot with the second spot Is calculated as follows.
Δxi'= x2i - x1i, Δyi'= y2i - y1i Δx i '= x 2i -x 1i , Δy i ' = y 2i -y 1i
따라서, 상기 변위차는 설계대로 제작된 이상적인 렌즈를 통과한 파면에 의 하여 형성되는 스폿(제1 스폿)과 상기 검사 대상 렌즈(10)를 투과한 파면에 의하여 형성되는 스폿(제2 스폿)의 변위차가 된다.Accordingly, the displacement difference is a displacement of a spot (first spot) formed by a wavefront passing through an ideal lens manufactured as designed and a wavefront (second spot) formed by a wavefront transmitted through the
각 마이크로 렌즈(21)에 의한 제2 스폿과 제1 스폿의 변위차가 계산되면, 상기 변위차로부터 상기 검사 대상 렌즈를 투과한 파면과 상기 설계데이터로부터 계산된 파면과의 차이인 오차 파면을 계산한다(S800).When the displacement difference between the second spot and the first spot by each
전술한 바와 같이, 상기 변위차는 설계대로 제작된 이상적인 렌즈를 투과한 파면에 의하여 형성되는 스폿과 검사 대상 렌즈를 투과한 파면에 의하여 형성되는 스폿의 변위차이므로, 변위차와 파면과의 관계식인 수학식 2를 이용하여 상기 변위차에 의한 오차 파면을 계산할 수 있다.As described above, since the displacement difference is a displacement difference between a spot formed by a wavefront passing through an ideal lens manufactured according to a design and a wavefront passing through a lens to be inspected, a mathematical expression that is a relation between the displacement difference and the
상기 오차 파면은, 설계대로 제작된 이상적인 렌즈의 파면과의 검사 대상 렌즈에 의한 파면과의 차이를 의미하므로, 상기 오차 파면을 분석하는 것에 의하여 상기 검사 대상 렌즈(10)의 불량 여부를 알 수 있게 된다. 또한, 상기 오차 파면에 설계데이터에 의한 이상적인 파면을 더하면, 상기 검사 대상 렌즈(10)를 통과한 파면과 구형 파면과의 차이도 쉽게 파악할 수 있다.The error wavefront means a difference between the wavefront of the ideal lens manufactured according to the design and the wavefront of the inspection target lens. Thus, the error wavefront may be analyzed to determine whether the
상기 변위차로부터 오차 파면을 계산하는 단계(S800)는 상기 오차 파면을 저니크 계수(Zernike coefficient) 및 저니크 다항식(Zernike polynomial)으로 전개하고, 상기 변위차로부터 상기 저니크 다항식의 계수를 계산한 후, 상기 계산된 계수를 상기 저니크 계수 및 저니크 다항식으로 전개된 파면에 대입하여 상기 오차 파면을 계산하는 것일 수 있다.Computing the error wavefront from the displacement difference (S800) by developing the error wavefront with a Zernike coefficient and Zernike polynomial, and calculating the coefficient of the Zernike polynomial from the displacement difference Subsequently, the error wavefront may be calculated by substituting the calculated coefficient into the wavefront developed by the low-knee coefficient and the low-knee polynomial.
상기 오차 파면을 W(x,y)라 하고, 저니크 다항식이 Zi(x,y)라 하면, 상기 오차 파면은 수학식 2와 같이 저니크 다항식으로 전개할 수 있다.When the error wavefront is called W (x, y) and the Zurnik polynomial is Z i (x, y), the error wavefront can be developed as a low-knick polynomial as in
상기 수학식 3을 x와 y에 대하여 편미분하면, 상기 오차 파면에 의한 변위차를 구할 수 있다. 상기 편미분에 의한 변위차와 상기 기준스폿과 제2 스폿의 변위차를 최소자승법(Least Square Method)을 이용하여 상기 저니크 다항식 계수를 계산한다. 상기 저니크 다항식 계수를 상기 수학식 3에 대입하면 상기 검사 대상 렌즈(10)를 통과한 파면이 계산될 수 있다.By differentially formulating
상기 저니크 다항식의 차수는 계산 방식에 따라 달라질 수 있으며, 상기 저니크 다항식은 공지의 다항식이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.The order of the Gernick polynomial may vary depending on a calculation method, and since the Gernick polynomial is a known polynomial, a detailed description thereof will be omitted.
또한, 종래에는 이미지 센서를 각 마이크로 렌즈에 대응하는 영역으로 나누고, 해당 영역에 형성된 스폿이 대응하는 마이크로 렌즈에 의하여 형성된 것으로 보고 파면을 계산하였다. 이와 같은 종래의 방법은 파면이 구형 파면에서 벗어난 정도를 의미하는 파면의 비구면 정도가 크지 않은 경우에는 측정이 가능했으나, 파면의 비구면 정도가 큰 경우에는 측정이 불가능하거나 정확도가 떨어지는 단점이 있었다. 이에 대하여, 본 발명은 각 마이크로 렌즈에 의해 형성된 스폿을 정확히 판단하여 파면을 계산함으로써 종래기술보다 더욱 정확하게 파면을 측정할 수 있다.In addition, conventionally, the image sensor was divided into regions corresponding to each microlens, and the wavefront was calculated as the spot formed in the region was formed by the corresponding microlens. Such a conventional method was able to measure when the aspherical degree of the wavefront, which means the degree of the wavefront deviated from the spherical wavefront, was not large, but when the aspherical degree of the wavefront was large, measurement was impossible or the accuracy was low. In contrast, the present invention can determine the wavefront by accurately determining the spot formed by each micro-lens, so that the wavefront can be measured more accurately than in the prior art.
도 5는 본 발명에 따른 샤크-하트만 파면센서의 이미지 센서 상의 스폿을 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary view showing a spot on an image sensor of the Shark-Hartman wavefront sensor according to the present invention.
도 5를 참조하면, 마이크로 렌즈(21)의 각 마이크로 렌즈에 대응되는 영역이 이미지 센서(22)에 포함되어 있으며, 각 영역에서 사각형 내에 기재된 번호는 상기 영역에 대응되는 상기 마이크로 렌즈(21)의 일련번호이다.Referring to FIG. 5, an area corresponding to each micro lens of the
상기 검사 대상 렌즈(10)의 설계 데이터에 기초하여 계산된 제1 스폿은 ×로 표시되며, 상기 검사 대상 렌즈(10)를 통과한 파면으로부터 측정된 제2 스폿은 ○로 표시된다. × 및 ○에 기재된 번호는 각 스폿에 대응되는 마이크로 렌즈(21)의 일련번호를 나타낸다.The first spot calculated based on the design data of the
도 5를 도 3과 비교하면, 측정에 의한 실제 스폿이 설계데이터로부터 계산된 기준 스폿과 인접한 위치에 형성되므로, 실제 스폿을 인접한 기준 스폿을 비교하는 것에 의하여 더욱 정확하게 파면의 왜곡 정도를 알 수 있게 된다. 예를 들어, 마이크로 렌즈 8에 의해 계산된 제1 스폿과, 기준 스폿과 가장 인접한 측정된 제2 스폿 을 정한다. 제1 스폿과의 변위차(Δx, Δy)의 크기가 가장 작은 것이 마이크로 렌즈 8에 의한 제2 스폿으로 판단할 수 있다.Comparing FIG. 5 with FIG. 3, since the actual spots measured by the measurement are formed in the position adjacent to the reference spot calculated from the design data, the degree of distortion of the wavefront can be more accurately known by comparing the actual spots with the adjacent reference spots. do. For example, the first spot calculated by the
각 마이크로 렌즈별로 제2 스폿이 정해지면, 기준 스폿과 제2 스폿으로부터 변위차를 쉽게 구할 수 있으며, 전술한 바와 같이 변위차를 이용하여 파면을 측정할 수 있다.When the second spot is determined for each micro lens, the displacement difference can be easily obtained from the reference spot and the second spot, and the wavefront can be measured using the displacement difference as described above.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but by the appended claims. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that various forms of substitution, modification, and alteration are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and the appended claims. Will belong to the technical spirit described in.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 파면 센서로 측정할 수 없을 정도로 큰 비구면의 투과 파면까지 포함하여 측정할 수 있어 다양한 종류의 렌즈를 검사할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to measure including aspherical transmission wavefronts that are large enough not to be measured by the conventional wavefront sensor, so that various types of lenses can be inspected.
또한, 샤크-하트만 파면 센서의 각 마이크로 렌즈에 의하여 형성되는 스폿을 정확히 파악하여 파면을 계산함으로써, 렌즈의 설계에 의한 특성과 측정을 통한 렌즈의 특성의 차이를 더욱 정밀하게 측정 및 분석할 수 있는 효과가 있다.In addition, by accurately grasping the spot formed by each microlens of the Shark-Hartmann wavefront sensor and calculating the wavefront, it is possible to more accurately measure and analyze the difference between the characteristics of the lens design and the characteristics of the lens through the measurement. It works.
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030007378A (en) * | 1999-10-21 | 2003-01-23 | 유니버시티 오브 로체스터 | Wavefront sensor with off-axis illumination |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20030007378A (en) * | 1999-10-21 | 2003-01-23 | 유니버시티 오브 로체스터 | Wavefront sensor with off-axis illumination |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10873693B2 (en) | 2018-12-03 | 2020-12-22 | Samsung Electronics Co.. Ltd. | Calibration method and apparatus |
KR102073712B1 (en) | 2019-10-29 | 2020-02-05 | 한국기초과학지원연구원 | Sensorless adaptive optical system, image module and communication module by using the same |
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