KR102653060B1 - Method for tolerance analysis on optics figure error - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학소자의 형상오차를 분석하는 방법에 있어서, (a) 상기 광학소자의 PV(Peak-to-Valley) 형상오차와 RMS(Root Mean Square) 형상오차의 조합 개수(M), 상기 PV 형상오차 CPV m, 상기 RMS 형상오차 CRMS m, 프린지 제르니케(ZFR) 다항식의 ZFR 계수(프린지 제르니케 계수) 세트 개수(N), 광학성능 분석 횟수(L), 요구하는 광학성능(Orequired), 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)를 입력하는 단계, (b) 상기 PV 형상오차 CPV m을 입력으로 하여, ±CPV m 범위에서 난수를 발생시키고, 상기 ZFR 계수의 초기값을 생성하는 단계, (c) 상기 ZFR 계수의 초기값을 변수로 하여 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계, (d) 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계에 의해 최적화된 ZFR 계수 C1 m,n, C2 m,n, C3 m,n, ..., C13 m,n을 저장하고, n=1에서 n=N까지 반복하고, m=1에서 m=M까지 반복하여, 상기 형상오차의 조합(M) 당 N개의 ZFR 계수 세트를 저장하는 단계, (e) 분석대상 광학소자의 광학면(s)에 상기 ZFR 계수 세트를 적용하여 L개의 광학성능을 분석하는 ZFR 계수 적용 단계 및 (f) 상기 L개의 광학성능 분석결과의 확률분포를 분석하여 상기 요구하는 광학성능(Orequired)을 만족하는 확률 P를 계산하고, 계산된 상기 확률 P가 상기 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)을 만족하는지 판단하는 형상오차 분석 단계를 포함하는 광학소자 형상오차 분석방법으로서, 본 발명에 의하면, 광학소자의 형상오차가 광학성능에 미치는 영향을 정확하게 분석할 수 있다.The present invention relates to a method for analyzing the shape error of an optical element, (a) the number of combinations (M) of the PV (Peak-to-Valley) shape error and the RMS (Root Mean Square) shape error of the optical element, the PV Shape error C PV m , the RMS shape error C RMS m , number of sets of ZFR coefficients (fringe Zernike coefficients) of the fringed Zernike (ZFR) polynomial (N), number of optical performance analyzes (L), required optical performance (O required ), inputting the probability of satisfying the required optical performance (P required ), (b) using the PV shape error C PV m as input, generating a random number in the range of ±C PV m , and the initial value of the ZFR coefficient A ZFR coefficient C 1 m optimized by the step of generating, (c) generating an optimal solution of the ZFR coefficient using the initial value of the ZFR coefficient as a variable, (d) generating an optimal solution of the ZFR coefficient, Store n , C 2 m,n , C 3 m,n , ..., C 13 m,n , repeat from n=1 to n=N, repeat from m=1 to m=M, and A step of storing N sets of ZFR coefficients per combination (M) of shape errors, (e) a ZFR coefficient application step of analyzing L optical performance by applying the set of ZFR coefficients to the optical surface (s) of the optical element to be analyzed and (f) calculating the probability P of satisfying the required optical performance (O required ) by analyzing the probability distribution of the L optical performance analysis results, and the calculated probability P is the probability of satisfying the required optical performance (P According to the present invention, it is possible to accurately analyze the effect of the shape error of the optical element on optical performance as a method of analyzing the shape error of an optical element that includes a shape error analysis step to determine whether the condition (required) is satisfied.
Description
본 발명은 광학소자의 형상오차가 광학성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing the effect of shape error of an optical element on optical performance.
광학소자는 제작과정에서 설계 사양과 실제 사양 사이의 오차가 발생하는데, 이 오차의 허용값을 공차로 정의한다. 공차는 요구되는 광학성능을 기준으로 통계적 분석을 통해 결정한다. 기존의 광학소자 공차분석은 Code V와 같은 상용 광학설계 프로그램에서 제공하는 공차분석 기능을 이용하거나, 사용자가 직접 특정 공차를 발생시키는 매크로를 작성하여 분석하는 방법을 사용해왔다.During the manufacturing process of optical elements, errors occur between design specifications and actual specifications, and the allowable value of this error is defined as tolerance. Tolerances are determined through statistical analysis based on the required optical performance. Existing optical device tolerance analysis has been done by using the tolerance analysis function provided by commercial optical design programs such as Code V, or by creating a macro that creates a specific tolerance by the user.
이때 각 광학면의 변형량 즉, 형상오차는 사용자가 지정한 공차 범위에서 무작위로 발생 및 적용된다. 형상오차는 프린지 제르니케(이하 ZFR) 계수로 표현할 수 있는데, 상용 광학설계 프로그램에서는 형상오차 입력값 근처에서 무작위의 PV(Peak-to-Valley, 이하 PV) 형상오차 또는 RMS 형상오차를 발생시킨다. 즉, PV 형상오차와 RMS 형상오차를 동시에 제어하기 어렵다.At this time, the amount of deformation, or shape error, of each optical surface is randomly generated and applied within the tolerance range specified by the user. The shape error can be expressed as a fringe Zernike (ZFR) coefficient, and commercial optical design programs generate a random PV (Peak-to-Valley) shape error or RMS shape error near the shape error input value. In other words, it is difficult to simultaneously control the PV shape error and the RMS shape error.
따라서, 광학소자의 형상오차가 광학성능에 미치는 영향을 정확하게 분석하기 어렵고, 특히 형상오차 민감도가 높은 광학소자의 경우 도면에 PV 형상오차와 RMS 형상오차에 대한 공차를 결정하는 데에도 어려움을 겪게 된다.Therefore, it is difficult to accurately analyze the effect of shape error of optical elements on optical performance, and especially in the case of optical elements with high shape error sensitivity, it is difficult to determine tolerances for PV shape error and RMS shape error in the drawing. .
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in the above background technology are intended to aid understanding of the background of the invention, and may include matters that are not prior art already known to those skilled in the art in the field to which this technology belongs.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 광학소자의 형상오차가 광학성능에 미치는 영향을 정확하게 분석하기 위한 광학소자 형상오차 분석 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a method for analyzing the shape error of an optical element to accurately analyze the effect of the shape error of the optical element on optical performance.
본 발명의 일 관점에 의한 광학소자 형상오차 분석 방법은, 광학소자의 형상오차를 분석하는 방법에 있어서, (a) 상기 광학소자의 PV 형상오차와 RMS(Root Mean Square) 형상오차의 조합 개수(M), 상기 PV 형상오차 CPV m, 상기 RMS 형상오차 CRMS m, 프린지 제르니케(ZFR) 다항식의 ZFR 계수(프린지 제르니케 계수) 세트 개수(N), 광학성능 분석 횟수(L), 요구하는 광학성능(Orequired), 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)를 입력하는 단계, (b) 상기 PV 형상오차 CPV m을 입력으로 하여, ±CPV m 범위에서 난수를 발생시키고, 상기 ZFR 계수의 초기값을 생성하는 단계, (c) 상기 ZFR 계수를 변수로 하여 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계, (d) 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계에 의해 최적화된 ZFR 계수 C1 m,n, C2 m,n, C3 m,n, ..., C13 m,n을 저장하고, n=1에서 n=N까지 반복하고, m=1에서 m=M까지 반복하여, 상기 형상오차의 조합(M) 당 N개의 ZFR 계수 세트를 저장하는 단계, (e) 분석대상 광학소자의 광학면(s)에 상기 ZFR 계수 세트를 적용하여 L개의 광학성능을 분석하는 ZFR 계수 적용 단계 및 (f) 상기 L개의 광학성능 분석결과의 확률분포를 분석하여 상기 요구하는 광학성능(Orequired)을 만족하는 확률 P를 계산하고, 계산된 상기 확률 P가 상기 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)을 만족하는지 판단하는 형상오차 분석 단계를 포함한다.The method for analyzing the shape error of an optical element according to one aspect of the present invention includes (a) the number of combinations of the PV shape error and the RMS (Root Mean Square) shape error of the optical element ( M), the PV shape error C PV m , the RMS shape error C RMS m , the number of sets of ZFR coefficients (fringe Zernike coefficients) of the fringe Zernike (ZFR) polynomial (N), the number of optical performance analyzes (L), required Inputting the optical performance (O required ) and the probability of satisfying the required optical performance (P required ), (b) using the PV shape error C PV m as an input, generating a random number in the range ±C PV m , and ZFR coefficient C 1 optimized by the steps of generating an initial value of the ZFR coefficient, (c) generating an optimal solution of the ZFR coefficient using the ZFR coefficient as a variable, and (d) generating an optimal solution of the ZFR coefficient. Store m,n , C 2 m,n , C 3 m,n , ..., C 13 m,n, repeat from n=1 to n=N, repeat from m=1 to m=M , storing N sets of ZFR coefficients per combination (M) of the shape errors, (e) ZFR coefficients analyzing L optical performance by applying the set of ZFR coefficients to the optical surface (s) of the optical element to be analyzed. Application step and (f) analyzing the probability distribution of the L optical performance analysis results to calculate the probability P of satisfying the required optical performance (O required ), and the calculated probability P is the probability of satisfying the required optical performance It includes a shape error analysis step to determine whether (P required ) is satisfied.
그리고, 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계는, 하기와 같은 상기 프린지 제르니케 다항식 W(R,θ)(수학식 1), W(R,θ)의 PV값인 CPV′을 구하는 방정식(수학식 2), W(R,θ) rms값인 CRMS'을 구하는 방정식(수학식 3), 상기 CPV'와 상기 CPV가 같은 값을 가지는 방정식(수학식 4), 상기 CRMS'와 상기 CRMS가 같은 값을 가지는 방정식(수학식 5)을 모두 만족하는 최적화된 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 것을 특징으로 한다.And, the step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient is the fringe Zernike polynomial W(R,θ) (Equation 1) as follows, an equation for calculating C PV ′, which is the PV value of W(R,θ) (mathematics Equation 2), an equation for calculating C RMS ', which is the W(R, θ) rms value (Equation 3), an equation in which C PV ' and the C PV have the same value (Equation 4), the C RMS ' and the It is characterized by generating an optimal solution of the optimized ZFR coefficient that satisfies all equations (Equation 5) in which C RMS has the same value.
(수학식 1) (Equation 1)
(수학식 2) (Equation 2)
(수학식 3) (Equation 3)
(수학식 4) (Equation 4)
(수학식 5) (Equation 5)
(여기서, R과 θ는 구면좌표계의 반경과 각도, C1, C2 내지 C13은 ZFR 계수, Z1, Z2, 내지 Z13은 ZFR 다항식임.)(Here, R and θ are the radius and angle of the spherical coordinate system, C 1 , C 2 to C 13 are ZFR coefficients, and Z 1 , Z 2 , to Z 13 are ZFR polynomials.)
또한, 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계에 의해 생성된 상기 ZFR 계수의 최적해의 유효성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of determining the effectiveness of the optimal solution of the ZFR coefficient generated by the step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient may be further included.
그리고, 상기 ZFR 계수 적용 단계는, 적용할 형상오차 조합 m을 선정하는 단계,상기 형상오차 조합 m에 대한 N개의 상기 ZFR 계수 세트 중에서 임의의 세트를 선정하는 단계, 선정된 상기 ZFR 계수 세트를 상기 광학면(s)의 간섭무늬 데이터에 적용하는 단계, 상기 간섭무늬 데이터에 적용하는 단계를 상기 광학면 s=1에서 s=S(광학면의 총 개수)가 될 때까지 반복 수행하여 광학성능을 분석하는 단계를 포함한다.In addition, the ZFR coefficient application step includes selecting a shape error combination m to be applied, selecting a random set from among the N sets of ZFR coefficients for the shape error combination m, and selecting the selected ZFR coefficient set. The step of applying to the interference pattern data of the optical surface (s) and the step of applying to the interference pattern data are repeatedly performed from the optical surface s = 1 until s = S (total number of optical surfaces) to improve optical performance. Includes an analysis step.
나아가, 상기 형상오차 분석 단계에 의해 계산된 상기 확률 P가 상기 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)을 만족하지 않는 경우, 상기 입력하는 단계의 상기 PV 형상오차 CPV m, 상기 RMS 형상오차 CRMS m을 수정 입력하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, if the probability P calculated by the shape error analysis step does not satisfy the required optical performance satisfaction probability (P required ), the PV shape error C PV m in the input step, and the RMS shape error C It is characterized by correcting and inputting RMS m .
또한, 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계는 상기 ZFR 계수 C1, C2, 내지 C13을 모두 변수로 설정하거나, 상기 ZFR 계수 C1, C2, 내지 C13 중 일부항만 변수로 설정하는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of generating the optimal solution of the ZFR coefficients involves setting all of the ZFR coefficients C 1 , C 2 , to C 13 as variables, or setting only some terms of the ZFR coefficients C 1 , C 2 , to C 13 as variables. It is characterized by
본 발명에 의하면, 광학소자의 형상오차를 PV 형상오차와 RMS 형상오차에 대해 동시에 정확하게 모사할 수 있고, 정의한 PV 형상오차와 RMS 형상오차에 대한 광학성능 및 광학성능의 확률 분포를 분석할 수 있으며, 요구하는 광학성능을 만족하는 PV 형상오차와 RMS 형상오차를 trade-off 과정을 통해 결정할 수 있다.According to the present invention, the shape error of an optical element can be accurately simulated for PV shape error and RMS shape error at the same time, and the optical performance and probability distribution of optical performance for the defined PV shape error and RMS shape error can be analyzed. , the PV shape error and RMS shape error that satisfy the required optical performance can be determined through a trade-off process.
특히, 형상오차에 의한 광학성능이 민감한 광학소자의 경우 PV 형상오차와 RMS 형상오차의 영향을 동시에 분석하고, 공차로 설정하여 제작 형상을 관리할 수 있다. In particular, in the case of optical devices whose optical performance is sensitive to shape errors, the effects of PV shape errors and RMS shape errors can be analyzed simultaneously and the manufacturing shape can be managed by setting tolerances.
도 1은 본 발명의 광학소자 형상오차 분석 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 ZFR 계수 적용 단계를 상세히 도시한 순서도이다.
도 3은 도 1의 ZFR 계수 최적해 생성 단계에서 해의 유효성을 판단한 결과의 실시예를 형상오차 이미지로 나타낸 것이다.
도 4는 도 1의 ZFR 계수 적용 단계에서 광학면의 간섭무늬 데이터에 적용하는 *.int 파일의 예이다.
도 5는 도 1의 형상오차 분석 단계에서 광학성능의 분석결과를 확률분포로 나타낸 실시예이다.1 is a flowchart of the optical element shape error analysis method of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating the ZFR coefficient application steps of FIG. 1 in detail.
Figure 3 shows an example of the result of determining the effectiveness of the solution in the ZFR coefficient optimal solution generation step of Figure 1 as a shape error image.
Figure 4 is an example of a *.int file applied to the interference pattern data of the optical surface in the ZFR coefficient application step of Figure 1.
Figure 5 is an example showing the analysis results of optical performance in the shape error analysis step of Figure 1 as a probability distribution.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, its operational advantages, and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.In describing preferred embodiments of the present invention, known techniques or repetitive descriptions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be reduced or omitted.
도 1은 본 발명의 광학소자 형상오차 분석 방법의 순서도이고, 도 2는 도 1의 ZFR 계수 적용 단계를 상세히 도시한 순서도이다.FIG. 1 is a flowchart of the method for analyzing shape errors in optical elements of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating in detail the ZFR coefficient application steps of FIG. 1.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 광학소자 형상오차 분석 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for analyzing the shape error of an optical element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
본 발명의 목적은 광학소자의 PV 형상오차와 RMS 형상오차를 동시에 정확하게 모사하고, 광학소자의 형상오차에 의한 통계적 광학성능을 분석하고, trade-off 과정을 통해 요구하는 광학성능을 만족하는 형상오차 공차를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to accurately simulate the PV shape error and RMS shape error of optical elements at the same time, analyze statistical optical performance by shape error of optical elements, and determine shape error that satisfies the required optical performance through a trade-off process. It provides a method for determining tolerances.
광학계를 구성하는 광학소자는 일반적으로 여러 개의 렌즈 또는 거울로 구성된다. 렌즈의 앞면과 뒷면, 거울의 반사면을 모두 광학면(s)이라고 하고, 광학면의 총 개수는 S라고 할 수 있다. (예를 들어, 단일 렌즈 2개와 거울 1개로 구성된 광학계인 경우 광학면은 2x2+1=5개가 된다.)The optical elements that make up the optical system generally consist of several lenses or mirrors. The front and back surfaces of the lens and the reflective surface of the mirror are all referred to as optical surfaces (s), and the total number of optical surfaces can be referred to as S. (For example, in the case of an optical system consisting of two single lenses and one mirror, there are 2x2+1=5 optical surfaces.)
광학면 : s = 1, 2, 3, ..., SOptical surface: s = 1, 2, 3, ..., S
광학소자는 파장대역, 굴절면 또는 반사면, 비구면 여부 등 설계 사양에 따라 PV 형상오차와 RMS 형상오차에 대한 공차가 다르다. 광학소자의 종류에 따라 표 1의 실시예와 같이 형상오차 공차를 할당할 수 있는데, 실제 형상오차 공차는 광학계마다 다르다.Optical elements have different tolerances for PV shape error and RMS shape error depending on design specifications such as wavelength band, refractive or reflective surface, and aspheric surface. Depending on the type of optical element, shape error tolerance can be assigned as shown in the examples in Table 1, but the actual shape error tolerance is different for each optical system.
광학소자의 형상오차는 프린지 제르니케(이하 ZFR) 다항식으로 표현할 수 있는데, 방정식은 아래와 같고, 본 발명에서는 1~13항까지 사용한다.The shape error of the optical element can be expressed by a fringe Zernike (ZFR) polynomial. The equation is as follows, and terms 1 to 13 are used in the present invention.
여기서 W(R,θ)는 파면오차이고, R과 θ는 구면좌표계의 반경과 각도이다. C1, C2, C3, ..., C13은 ZFR 계수이다. Z1, Z2, Z3, ..., Z13은 ZFR 다항식이고, 각 다항식은 아래와 같다. 각 다항식은 왜곡, 틸트(tilt), 비점수차, 코마수차 등의 광학수차를 나타내고, 광학계의 특성에 따라 1~13항을 모두 유효하게 이용하거나, 일부 항만 유효하게 이용하고 나머지는 0으로 둘 수 있다.Here, W(R,θ) is the wavefront error, and R and θ are the radius and angle of the spherical coordinate system. C 1 , C 2 , C 3 , ..., C 13 are ZFR coefficients. Z 1 , Z 2 , Z 3 , ..., Z 13 are ZFR polynomials, and each polynomial is as follows. Each polynomial represents optical aberrations such as distortion, tilt, astigmatism, and coma, and depending on the characteristics of the optical system, all terms 1 to 13 can be effectively used, or only some terms can be effectively used and the rest can be set to 0. there is.
본 발명은 컴퓨터 프로그램에 의해 구현되며, 기본적인 구성은 도 1과 같고, 광학소자의 종류에 따라 M개의 PV 형상오차와 RMS 형상오차의 조합을 정의하고 입력되는 단계, PV 형상오차를 기준으로 ZFR 계수 초기값을 생성하는 단계, PV 형상오차와 RMS 형상오차를 만족하는 ZFR 계수를 생성하는 단계, M개의 형상오차 조합마다 각 N개의 ZFR 개수 세트를 저장하는 단계, 모든 광학면에 ZFR 계수를 적용하는 단계, 광학면의 형상오차에 의한 광학성능 분석 단계를 포함한다. 각 단계별 상세 구성은 다음과 같다.The present invention is implemented by a computer program, and the basic configuration is as shown in Figure 1. A combination of M PV shape errors and RMS shape errors is defined and input according to the type of optical element, and the ZFR coefficient is calculated based on the PV shape error. Generating an initial value, generating a ZFR coefficient that satisfies the PV shape error and RMS shape error, storing each N set of ZFR numbers for each M shape error combination, applying the ZFR coefficient to all optical surfaces. It includes the step of analyzing optical performance by shape error of the optical surface. The detailed structure of each step is as follows.
형상오차 입력 단계(S110)에서는 PV 형상오차와 RMS 형상오차의 조합 개수 M, PV 형상오차 CPV m, RMS 형상오차 CRMS m, ZFR 계수 세트 개수 N, 광학성능 분석 횟수 L, 요구하는 광학성능 Orequired, 요구하는 광학성능 만족 확률 Prequired를 입력한다. 여기서 m은 1에서 M까지의 정수이다. 표 1과 표 2의 실시예를 따르면 M=4, CPV 1=0.075um, CRMS 1=0.015um, CPV 2=0.050um, CRMS 2=0.010um, CPV 3=0.053um, CRMS 3=0.015um, CPV 4=0.105um, CRMS 4=0.030um, N=100, L=1000, S=20, Orequired=0.83, Prequired=0.9 라고 할 수 있다. In the shape error input step (S110), the number of combinations of PV shape error and RMS shape error M, PV shape error C PV m , RMS shape error C RMS m , number of ZFR coefficient sets N, number of optical performance analysis L, and required optical performance Enter O required and the probability of satisfying the required optical performance, P required . Here m is an integer from 1 to M. According to the examples in Tables 1 and 2, M=4, C PV 1 =0.075um, C RMS 1 =0.015um, C PV 2 =0.050um, C RMS 2 =0.010um, C PV 3 =0.053um, C It can be said that RMS 3 =0.015um, C PV 4 =0.105um, C RMS 4 =0.030um, N=100, L=1000, S=20, O required =0.83, P required =0.9.
ZFR 계수 초기값 생성 단계(S120)에서는 PV 형상오차 CPV m을 입력으로 받고, ±CPV m 범위에서 난수를 발생시켜 ZFR 계수 초기값 C1,0, C2,0, C3,0, ..., C13,0으로 저장한다.In the ZFR coefficient initial value generation step (S120), the PV shape error C PV m is received as input, and random numbers are generated in the range of ±C PV m to generate the ZFR coefficient initial values C 1,0 , C 2,0 , C 3,0 , ..., save as C 13,0 .
......
위 방정식에서 rand는 0과 1사이에서 난수를 발생시키는 함수이고, rand(1)은 0과 1사이의 난수값 하나를 반환한다. 따라서 각 ZFR 계수 초기값은 -CPV와 +CPV사이의 임의의 값을 가지게 된다. ZFR 계수 초기값은 다음 단계에서 ZFR 계수의 최적해를 찾기 시작하는 초기값으로 이용된다.In the above equation, rand is a function that generates a random number between 0 and 1, and rand(1) returns one random number between 0 and 1. Therefore, the initial value of each ZFR coefficient has a random value between -CPV and +CPV. The initial value of the ZFR coefficient is used as the initial value to start searching for the optimal solution of the ZFR coefficient in the next step.
ZFR 계수 최적해 생성 단계(S130)에서는 ZFR 계수 초기값 C1,0, C2,0, C3,0, ..., C13,0과, PV 형상오차 CPV m, RMS 형상오차 CRMS m을 입력으로 받는다. 형상오차는 ZFR 방정식 W(R,θ)을 이용할 수 있고, W(R,θ)의 PV값과 rms값을 통해 PV 형상오차와 RMS 형상오차를 구할 수 있다.In the ZFR coefficient optimal solution generation step (S130), the ZFR coefficient initial values C 1,0 , C 2,0 , C 3,0 , ..., C 13,0 and PV shape error C PV m , RMS shape error C RMS It takes m as input. The shape error can use the ZFR equation W(R, θ), and the PV shape error and RMS shape error can be obtained through the PV and rms values of W(R, θ).
위 방정식에서 W(R,θ)는 구면좌표계에서의 파면오차를 ZFR 다항식으로 표현한 함수이다. R과 θ는 구면좌표계의 반경과 각도이고, R은 0에서 1까지, θ는 0에서 2π까지이다. C1, C2, C3, ..., C13은 ZFR 계수이면서, 변수이다. Z1, Z2, Z3, ..., Z13은 다항식이고 R과 θ의 함수이다.In the above equation, W(R,θ) is a function expressing the wavefront error in the spherical coordinate system as a ZFR polynomial. R and θ are the radius and angle of the spherical coordinate system, where R ranges from 0 to 1 and θ ranges from 0 to 2π. C 1 , C 2 , C 3 , ..., C 13 are ZFR coefficients and variables. Z 1 , Z 2 , Z 3 , ..., Z 13 are polynomials and functions of R and θ.
max는 최대값을 반환하는 함수이고, min은 최소값을 반환하는 함수이다. max(W(R,θ))은 파면오차의 최대값을 반환하고, min(W(R,θ))은 파면오차의 최소값을 반환한다. 파면오차의 최대값과 최소값의 차이는 PV 오차를 의미하고, CPV′로 저장된다. rms는 root mean sqaure 함수로 rms(W(R,θ))은 파면오차의 rms 값을 의미하고, CRMS′로 저장된다. 이와 같이 계산된 CPV′, CRMS′은 각각 CPV m, CRMS m와 동일한 값이 되어야 한다.max is a function that returns the maximum value, and min is a function that returns the minimum value. max(W(R,θ)) returns the maximum value of the wavefront error, and min(W(R,θ)) returns the minimum value of the wavefront error. The difference between the maximum and minimum values of the wavefront error means the PV error and is stored as C PV ′. rms is the root mean sqaure function, and rms(W(R,θ)) means the rms value of the wavefront error, and is stored as C RMS ′. C PV ′ and C RMS ′ calculated in this way should be the same as C PV m and C RMS m , respectively.
ZFR 계수 C1, C2, C3, ..., C13을 변수로 하고, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4, 수학식 5를 연립방정식으로 하여, 각 변수의 최적해를 계산한다.ZFR coefficients C 1 , C 2 , C 3 , ..., C 13 are used as variables, and Equation 1, Equation 2, Equation 3, Equation 4, and Equation 5 are simultaneous equations, and the Calculate the optimal solution.
여기서 fsolve 함수는 주지된 수학용 프로그램인 MathlabTM에서 지원하는 라이브러리 함수이고, 함수 f는 함수 f1과 함수 f2의 연립방정식이며, 함수 f1과 함수 f2가 모두 0이 되는 변수 C1, C2, C3, ..., C13을 계산한다. 이때 C1,0, C2,0, C3,0, ..., C13,0은 변수의 최적해를 찾기 시작하는 초기값으로 이용된다. fsolve에서 여러 개의 변수를 가진 연립방정식의 해를 찾는 과정에 대해, 많은 다른 최적화 알고리즘이 사용가능하지만, fsolve의 기본 알고리즘인 신뢰영역 도그렉(trust-region-dogleg) 알고리즘이 이러한 방정식에서의 최적화 알고리즘으로 이용될 수 있다. 여기서 x는 C1, C2, C3, ..., C13의 최적해를 계산한 행렬이다.Here, the fsolve function is a library function supported by Mathlab TM , a well-known mathematical program, function f is a simultaneous equation of functions f1 and f2, and the variables C 1 , C 2 , C for which functions f1 and f2 are both 0. Calculate 3 , ..., C 13 . At this time, C 1,0 , C 2,0 , C 3,0 , ..., C 13,0 are used as initial values to start finding the optimal solution for the variable. For the process of finding solutions to simultaneous equations with multiple variables in fsolve, many different optimization algorithms are available, but the trust-region-dogleg algorithm, which is the default algorithm of fsolve, is the optimal optimization algorithm for these equations. It can be used as Here, x is the matrix calculating the optimal solution of C 1 , C 2 , C 3 , ..., C 13 .
이렇게 생성된 ZFR 계수는 다음 식들과 같이 유효성 여부를 확인한다. x 행렬을 ZFR 계수에 반환하고, 파면오차 W(R,θ)를 계산하고, 파면오차의 PV값 CPV′과 rms값 CRMS′을 계산하고, CPV′-CPV=0을 만족함과 동시에 CRMS′-CRMS=0을 만족하는지 확인한다.(S140)The ZFR coefficient generated in this way is checked for validity as in the following equations. Return the x matrix to the ZFR coefficient, calculate the wave front error W(R, θ), calculate the PV value C PV ′ and the rms value C RMS ′ of the wave front error, and satisfy C PV ′-C PV = 0 At the same time, check whether C RMS ′-C RMS = 0 is satisfied (S140).
......
CPV′-CPV=0과 CRMS′-CRMS=0을 동시에 만족하지 않으면 ZFR 계수 초기값 생성 단계로 돌아가서 각 단계를 반복한다. Cpv′-CPV=0과 CRMS′-CRMS=0을 동시에 만족하면 x 행렬을 출력하고, 다음 단계로 진행한다. 도 3은 ZFR 계수의 유효성 여부를 판단한 결과의 일례를 나타낸다. 왼쪽은 CPV'-CPV=0과 CRMS'-CRMS=0을 동시에 만족하는 ZFR 계수를 생성한 경우의 W(R,θ)를 이미지로 나타낸 것이고, 오른쪽은 CPV'-CPV=0과 CRMS'-CRMS=0을 동시에 만족하지 않는 ZFR 계수를 생성한 경우의 W(R,θ)를 이미지로 나타낸 것이다. If C PV ′-C PV =0 and C RMS ′-C RMS =0 are not satisfied at the same time, return to the ZFR coefficient initial value generation step and repeat each step. If C pv ′-C PV =0 and C RMS ′-CRMS=0 are simultaneously satisfied, output the x matrix and proceed to the next step. Figure 3 shows an example of the results of determining the validity of the ZFR coefficient. The left image shows W(R,θ) when generating a ZFR coefficient that simultaneously satisfies CPV'-CPV=0 and CRMS'-CRMS=0, and the right image shows CPV'-CPV=0 and CRMS'- This is an image showing W(R,θ) when generating ZFR coefficients that do not simultaneously satisfy CRMS=0.
다음, ZFR 계수 세트 저장 단계(S150)에서는 최적해 생성 결과인 x 행렬을 입력으로 받고, 각각 C1 m,n, C2 m,n, C3 m,n, ..., C13 m,n으로 저장한다. Next, in the ZFR coefficient set storage step (S150), the x matrix, which is the result of generating the optimal solution, is received as input, and C 1 m,n , C 2 m,n , C 3 m,n , ..., C 13 m,n, respectively. Save it as
......
형상오차 조합 : m = 1, 2, 3, ..., MShape error combination: m = 1, 2, 3, ..., M
ZFR 계수 세트 : n = 1, 2, 3, ..., NZFR coefficient set: n = 1, 2, 3, ..., N
PV 형상오차 CPV m와 RMS 형상오차 CRMS m을 동시에 만족하는 ZFR 계수는 ZFR 계수 초기값에 따라 여러 개의 해가 존재하므로, 통계적인 분석을 위해서는 N개의 ZFR 계수 세트가 필요하다. 표 2의 실시예를 따르면 N=100 이고, n=1에서 n=100이 될 때까지 ZFR 계수 초기값 생성 단계로 돌아가서 각 단계를 반복한다.(S161) n=100이 되면, 출력은 m번째 형상오차 조합에서 N개의 ZFR 계수 세트이다. 표 2의 실시예를 따르면 형상오차 조합의 개수 M=4 이므로, m=1에서 m=4가 될 때까지 ZFR 계수 초기값 생성 단계로 돌아가서 각 단계를 반복한다.(S162)The ZFR coefficient that simultaneously satisfies the PV shape error C PV m and the RMS shape error C RMS m has several solutions depending on the initial value of the ZFR coefficient, so N sets of ZFR coefficients are required for statistical analysis. According to the example in Table 2, N = 100, and each step is repeated by returning to the ZFR coefficient initial value creation step from n = 1 to n = 100. (S161) When n = 100, the output is the mth It is a set of N ZFR coefficients in shape error combination. According to the example in Table 2, since the number of shape error combinations is M = 4, return to the step of generating the initial ZFR coefficient and repeat each step until m = 1 to m = 4. (S162)
최종 출력은 M개의 형상오차 조합에 대해 각 N개의 ZFR 계수 세트이다. 즉, ZFR 계수 세트는 총 MㅧN개가 된다. ZFR 계수 세트는 형상오차 조합별로 나뉘어 저장매체에 저장된다.The final output is a set of N ZFR coefficients for each of the M shape error combinations. In other words, there are a total of MㅧN sets of ZFR coefficients. The ZFR coefficient set is divided by shape error combination and stored in the storage medium.
여기서 m은 1에서 M까지의 정수이고, M은 PV 형상오차와 RMS 형상오차의 조합 개수이다. n은 1에서 N까지의 정수이고, N은 ZFR 계수 세트의 개수이다.Here, m is an integer from 1 to M, and M is the number of combinations of PV shape error and RMS shape error. n is an integer from 1 to N, and N is the number of ZFR coefficient sets.
ZFR 계수 적용 단계(S170)에서는 모든 광학면의 간섭무늬 데이터에 ZFR 계수를 적용하고, L개의 광학성능 데이터를 출력한다. 세부 단계는 도 2와 같고, 순차적으로 다음과 같다. In the ZFR coefficient application step (S170), the ZFR coefficient is applied to the interference pattern data of all optical surfaces, and L optical performance data are output. The detailed steps are as shown in Figure 2, and are sequentially as follows.
① 광학소자의 종류를 판단하고, 광학면 s에 적용할 형상오차 조합 m을 판단하는 단계,(S210)① Determining the type of optical element and determining the shape error combination m to be applied to the optical surface s, (S210)
② 형상오차 조합 m에 대한 N개 ZFR 계수 세트 중에서 임의의 세트 1개를 호출하는 단계,(S220)② Step of calling one random set among N sets of ZFR coefficients for shape error combination m, (S220)
③ 광학면 s의 간섭무늬 데이터에 호출한 ZFR 계수를 적용하는 단계,(S230)③ Step of applying the called ZFR coefficient to the interference pattern data of optical surface s, (S230)
④ 광학면 s=1에서 s=S가 될 때까지, ①~③을 반복하는 단계,(S240)④ Repeat steps ① to ③ from optical surface s=1 until s=S, (S240)
⑤ 광학성능을 분석하고 저장하는 단계,(S250)⑤ Step of analyzing and storing optical performance, (S250)
⑥ ①~⑤를 L번 반복하는 단계(S260)이다.⑥ This is the step of repeating ①~⑤ L times (S260).
표 1과 표 2의 실시예에 따르면, S210 단계에서 s번째 광학소자가 평면 반사경으로 판단되면 m=2가 되고, CPV 2=0.050 um, CRMS 2=0.010 um가 된다.According to the examples in Tables 1 and 2, if the sth optical element is determined to be a plane reflector in step S210, m = 2, C PV 2 = 0.050 um, and C RMS 2 = 0.010 um.
S220 단계에서 형상오차가 CPV 2와 CRMS 2인 ZFR 계수 세트 [C1 2,1, C2 2,1, C3 2,1, ..., C13 2,1], [C1 2,2, C2 2,2, C3 2,2, ..., C13 2,2], ..., [C1 2,100, C2 2,100, C3 2,100, ..., C13 2,100] 에서 임의의 세트 1개 [C1 2,n, C2 2,n, C3 2,n, ..., C13 2,n]를 호출한다.In step S220, the ZFR coefficient set with shape errors C PV 2 and C RMS 2 [C 1 2,1 , C 2 2,1 , C 3 2,1 , ..., C 13 2,1 ], [C 1 2,2 , C 2 2,2 , C 3 2,2 , ..., C 13 2,2 ], ..., [C 1 2,100 , C 2 2,100 , C 3 2,100 , ..., C 13 2,100 ], call one random set [C 1 2,n , C 2 2,n , C 3 2,n , ..., C 13 2,n ].
S230 단계에서는 광학면의 간섭무늬 데이터에 호출한 ZFR 계수를 적용하는 데, 상용 광학설계 프로그램인 Code V의 경우 *.int 파일 형식으로 각 계수를 적용할 수 있고, 도 4는 *.int 파일의 실시예를 나타내고 있다. 도 4를 참조하면 1행은 해당 *.int 파일의 설명을 의미한다. 2행은 순서대로 'ZFR 13'은 ZFR 계수를 13항까지 사용함을 의미하고, 'SUR'는 광학면의 형상오차를 의미하고, 'WVL 1'은 간섭계로 측정시의 파장길이가 1 um임을 의미하고, 'SSZ 1'은 스케일 1배를 의미한다. 앞에서 ZFR 계수는 파면오차 방정식 W(R,θ)을 이용하여 분석되었으나, ZFR 계수의 적용 조건을 도 3과 같이 'SUR WVL 1'으로 함으로써 광학면의 파면오차를 그대로 형상오차로 적용할 수 있다. 도 4의 실시예는 ZFR 계수 1~13항 중 4, 5, 6, 13항만 변수로 설정하고, 나머지 항은 상수 0으로 설정하여 4, 5, 6, 13항의 최적해를 분석 및 적용한 예이다. 이러한 ZFR 계수의 적용 방법은 상기 서술한 방법에 국한하지 않고, 사용자가 상용 광학설계 프로그램에서 명령어를 이용하는 방법, 매크로 프로그램을 이용하는 방법을 포함한다. 또한 ZFR 계수의 변수 설정은 1~13항까지 모두 설정하는 방법에 국한하지 않고, 도면 4의 실시예와 같이 사용자가 설계한 광학계에서 유의미한 계수만 변수로 설정하고, 나머지는 상수 0으로 설정하는 방법을 포함한다. In step S230, the called ZFR coefficients are applied to the interference pattern data of the optical surface. In the case of Code V, a commercial optical design program, each coefficient can be applied in *.int file format, and Figure 4 shows the *.int file format. An example is shown. Referring to Figure 4, line 1 represents a description of the corresponding *.int file. In the second row, 'ZFR 13' means that the ZFR coefficient is used up to 13 terms, 'SUR' means the shape error of the optical surface, and 'WVL 1' means that the wavelength when measured with an interferometer is 1 um. means, and 'SSZ 1' means 1x scale. Previously, the ZFR coefficient was analyzed using the wavefront error equation W(R, θ), but by setting the application condition of the ZFR coefficient to 'SUR WVL 1' as shown in Figure 3, the wavefront error of the optical surface can be applied as a shape error as is. . The embodiment of Figure 4 is an example of analyzing and applying the optimal solution of terms 4, 5, 6, and 13 by setting only terms 4, 5, 6, and 13 among ZFR coefficient terms 1 to 13 as variables, and setting the remaining terms as
S240 단계에서는 광학계의 모든 광학면에 대해 s=1에서 s=S가 될 때까지 S210 부터 S230 단계를 반복한다. 표 2의 실시예를 따르면 광학면 s가 S(=20)가 될 때까지 S210 부터 S230 단계를 반복한다. In step S240, steps S210 to S230 are repeated until s=1 to s=S for all optical surfaces of the optical system. According to the example in Table 2, steps S210 to S230 are repeated until the optical surface s becomes S (=20).
S250 단계에서는 모든 광학면에 형상오차가 적용된 상태에서 광학계의 광학성능을 분석하고 저장한다. 여기서 광학성능은 변조전달함수(MTF, modulation transfer function)를 일례로 설명하지만, 수차(aberration), 스트렐비(Strehl ratio), 점퍼짐함수(PSF, point spread function)도 광학성능으로 포함하고, 이외 사용자가 분석하고자 하는 별도로 정의한 광학성능도 포함한다.In step S250, the optical performance of the optical system is analyzed and stored with shape errors applied to all optical surfaces. Here, optical performance is explained using the modulation transfer function (MTF) as an example, but optical performance also includes aberration, Strehl ratio, and point spread function (PSF). It also includes separately defined optical performance that the user wishes to analyze.
S260 단계에서는 형상오차에 의한 광학성능을 통계적으로 분석하기 위해 S210 부터 S250 단계를 L번 반복한다. 표 2의 실시예에 따르면 S210 부터 S250 단계를 1000번 반복한다. S260 단계 종료 후 출력은 L개의 광학성능 분석결과이다.In step S260, steps S210 to S250 are repeated L times to statistically analyze optical performance due to shape error. According to the example in Table 2, steps S210 to S250 are repeated 1000 times. After completing step S260, the output is the L optical performance analysis results.
이와 같은 ZFR 계수 적용 단계(S170) 후 형상오차 분석 단계(S180)에서는 L개의 광학성능 분석결과를 입력으로 받고, 광학성능의 확률분포를 분석한다. 도 5는 광학성능으로써 변조전달함수 확률 분석 결과의 실시예이다. 1000개의 변조전달함수(MTF) 분석결과로, 0.7 필드(field)의 특정 공간주파수에서의 X방향 변조전달함수와 Y방향 변조전달함수를 히스토그램(histogram)으로 나타낸 것이다. 도 5에서 점선은 표 2의 실시예에 따른 요구하는 광학성능 Orequired을 표시한 것이다. L개의 광학성능 분석결과에서 요구하는 광학성능 Orequired을 만족할 확률 P를 계산하고, Orequired을 만족할 확률 P가 요구하는 광학성능 만족 확률 Prequired를 만족하는지 판단한다(S190). P<Prequired 이면, 형상오차 입력 단계(S110)로 돌아가서 PV 형상오차 CPV m, RMS 형상오차 CRMS m을 수정 입력하고, 각 단계를 반복한다. P≥Prequired 이면, 형상오차 분석 단계가 종료된다.After this ZFR coefficient application step (S170), in the shape error analysis step (S180), L optical performance analysis results are received as input, and the probability distribution of optical performance is analyzed. Figure 5 is an example of the results of modulation transfer function probability analysis in terms of optical performance. As a result of analysis of 1000 modulation transfer functions (MTF), the X-direction modulation transfer function and Y-direction modulation transfer function at a specific spatial frequency of 0.7 field are shown as a histogram. In Figure 5, the dotted line indicates the required optical performance O required according to the example in Table 2. Calculate the probability P of satisfying the required optical performance O required from the L optical performance analysis results, and determine whether the probability P of satisfying O required satisfies the required optical performance satisfaction probability P required (S190). If P < P required , go back to the shape error input step (S110), correct and input the PV shape error C PV m and RMS shape error C RMS m , and repeat each step. If P≥P required , the shape error analysis step is terminated.
이와 같은 단계를 거쳐 최종적으로 광학소자마다 PV 형상오차와 RMS 형상오차의 공차를 동시에 할당할 수 있고, 각 형상오차가 광학성능에 주는 영향을 분석할 수 있다. Through these steps, the tolerances of PV shape error and RMS shape error can be simultaneously assigned to each optical element, and the impact of each shape error on optical performance can be analyzed.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the illustrative drawings, it is not limited to the described embodiments, and it is common knowledge in the field of this technology that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. It is self-evident to those who have it. Accordingly, such modifications or variations should be considered to fall within the scope of the patent claims of the present invention, and the scope of rights of the present invention should be interpreted based on the appended claims.
S110 : 형상오차 입력 단계
S120 : ZFR 계수 초기값 생성 단계
S130 : ZFR 계수 최적해 생성 단계
S140 : PV값과 RMS값 동시 만족 판단
S150 : ZFR 계수 세트 저장 단계
S161 : n이 N에 도달 여부 판단
S162 : m이 M에 도달 여부 판단
S170 : ZFR 계수 적용 단계
S180 : 형상오차 분석 단계
S190 : 요구 광학성능 확률 만족 판단S110: Shape error input step
S120: ZFR coefficient initial value generation step
S130: ZFR coefficient optimal solution generation step
S140: Judgment of simultaneous satisfaction of PV value and RMS value
S150: ZFR coefficient set storage step
S161: Determine whether n reaches N
S162: Determine whether m reaches M
S170: ZFR coefficient application step
S180: Shape error analysis step
S190: Judgment of probability of satisfaction of required optical performance
Claims (6)
(a) 컴퓨터 프로그램에 의해 구현되며, 상기 광학소자의 PV(Peak-to-Valley) 형상오차와 RMS(Root Mean Square) 형상오차의 조합(m)의 개수(M), 상기 PV 형상오차 CPV m, 상기 RMS 형상오차 CRMS m, 프린지 제르니케(ZFR) 다항식의 ZFR 계수(프린지 제르니케 계수) 세트 개수(N), 광학성능 분석 횟수(L), 요구하는 광학성능(Orequired), 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)이 상기 프로그램에 입력되는 단계;
(b) 상기 PV 형상오차 CPV m을 입력으로 하여, ±CPV m 범위에서 난수를 발생시키고, 상기 ZFR 계수의 초기값을 생성하는 단계;
(c) 상기 ZFR 계수를 변수로 하여 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계;
(d) 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계에 의해 최적화된 ZFR 계수 C1 m,n, C2 m,n, C3 m,n, ..., C13 m,n을 저장하고, n=1에서 n=N까지 반복하고, m=1에서 m=M까지 반복하여, 상기 형상오차의 조합(m) 당 N개의 ZFR 계수 세트를 저장하는 단계;
(e) 분석대상 광학소자의 광학면(s)에 상기 ZFR 계수 세트를 적용하여 L개의 광학성능을 분석하는 ZFR 계수 적용 단계; 및
(f) 상기 L개의 광학성능 분석결과의 확률분포를 분석하여 상기 요구하는 광학성능(Orequired)을 만족하는 확률 P를 계산하고, 계산된 상기 확률 P가 상기 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)을 만족하는지 판단하는 형상오차 분석 단계를 포함하는,
광학소자 형상오차 분석방법.In a method of analyzing shape errors of optical elements,
(a) Implemented by a computer program, the number (M) of the combination (m) of the PV (Peak-to-Valley) shape error and the RMS (Root Mean Square) shape error of the optical element, the PV shape error C PV m , the RMS shape error C RMS m , the number of sets of ZFR coefficients (fringe Zernike coefficients) of the fringed Zernike (ZFR) polynomial (N), the number of optical performance analyzes (L), the required optical performance (O required ), the required Inputting the optical performance satisfaction probability (P required ) into the program;
(b) using the PV shape error C PV m as input, generating a random number in the range of ±C PV m , and generating an initial value of the ZFR coefficient;
(c) generating an optimal solution of the ZFR coefficient using the ZFR coefficient as a variable;
(d) storing the optimized ZFR coefficients C 1 m,n , C 2 m,n , C 3 m,n , ..., C 13 m,n by the step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient, and n repeating from =1 to n=N, repeating from m=1 to m=M, and storing N sets of ZFR coefficients per combination (m) of the shape errors;
(e) a ZFR coefficient application step of analyzing L optical performance by applying the set of ZFR coefficients to the optical surface (s) of the optical element to be analyzed; and
(f) Analyzing the probability distribution of the L optical performance analysis results, calculate the probability P of satisfying the required optical performance (O required ), and the calculated probability P is the probability of satisfying the required optical performance (P required) . ), including a shape error analysis step to determine whether it satisfies
Optical element shape error analysis method.
상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계는,
하기와 같은 상기 프린지 제르니케 다항식 W(R,θ)(수학식 1), W(R,θ)의 PV값인 CPV′을 구하는 방정식(수학식 2), W(R,θ) rms값인 CRMS'을 구하는 방정식(수학식 3), 상기 CPV'와 상기 CPV가 같은 값을 가지는 방정식(수학식 4), 상기 CRMS'와 상기 CRMS가 같은 값을 가지는 방정식(수학식 5)을 모두 만족하는 최적화된 상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 것을 특징으로 하는,
광학소자 형상오차 분석방법.
(수학식 1)
(수학식 2)
(수학식 3)
(수학식 4)
(수학식 5)
(여기서, R과 θ는 구면좌표계의 반경과 각도, C1, C2 내지 C13은 ZFR 계수, Z1, Z2, 내지 Z13은 ZFR 다항식임.)In claim 1,
The step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient is,
The fringe Zernike polynomial W(R,θ) (Equation 1) as follows, the equation for calculating C PV ′, which is the PV value of W(R,θ) (Equation 2), and C, which is the rms value of W(R,θ) An equation for calculating RMS ' (Equation 3), an equation in which C PV ' and C PV have the same value (Equation 4), and an equation in which C RMS ' and C RMS have the same value (Equation 5) Characterized in generating an optimal solution of the optimized ZFR coefficient that satisfies all,
Optical element shape error analysis method.
(Equation 1)
(Equation 2)
(Equation 3)
(Equation 4)
(Equation 5)
(Here, R and θ are the radius and angle of the spherical coordinate system, C 1 , C 2 to C 13 are ZFR coefficients, and Z 1 , Z 2 , to Z 13 are ZFR polynomials.)
상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계에 의해 생성된 상기 ZFR 계수의 최적해의 유효성을 판단하는 단계를 더 포함하는,
광학소자 형상오차 분석방법.In claim 2,
Further comprising the step of determining validity of the optimal solution of the ZFR coefficient generated by the step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient,
Optical element shape error analysis method.
상기 ZFR 계수 적용 단계는,
적용할 형상오차 조합 m을 선정하는 단계;
상기 형상오차 조합 m에 대한 N개의 상기 ZFR 계수 세트 중에서 임의의 세트를 선정하는 단계;
선정된 상기 ZFR 계수 세트를 상기 광학면(s)의 간섭무늬 데이터에 적용하는 단계;
상기 간섭무늬 데이터에 적용하는 단계를 상기 광학면 s=1에서 s=S(광학면의 총 개수)가 될 때까지 반복 수행하여 광학성능을 분석하는 단계를 포함하는,
광학소자 형상오차 분석방법.In claim 1,
The ZFR coefficient application step is,
Selecting a shape error combination m to be applied;
selecting a random set from among the N sets of ZFR coefficients for the shape error combination m;
applying the selected set of ZFR coefficients to the interference pattern data of the optical surface (s);
Comprising the step of analyzing optical performance by repeatedly performing the step of applying to the interference pattern data from the optical surface s = 1 until s = S (total number of optical surfaces),
Optical element shape error analysis method.
상기 형상오차 분석 단계에 의해 계산된 상기 확률 P가 상기 요구하는 광학성능 만족 확률(Prequired)을 만족하지 않는 경우, 상기 입력하는 단계의 상기 PV 형상오차 CPV m, 상기 RMS 형상오차 CRMS m을 수정 입력하는 것을 특징으로 하는,
광학소자 형상오차 분석방법.In claim 4,
If the probability P calculated by the shape error analysis step does not satisfy the required optical performance satisfaction probability (P required ), the PV shape error C PV m and the RMS shape error C RMS m in the input step Characterized by modifying and entering,
Optical element shape error analysis method.
상기 ZFR 계수의 최적해를 생성하는 단계는 상기 ZFR 계수 C1, C2, 내지 C13을 모두 변수로 설정하거나, 상기 ZFR 계수 C1, C2, 내지 C13 중 일부항만 변수로 설정하는 것을 특징으로 하는,
광학소자 형상오차 분석방법.In claim 2,
The step of generating the optimal solution of the ZFR coefficient is characterized by setting all of the ZFR coefficients C 1 , C 2 , to C 13 as variables, or setting only some terms of the ZFR coefficients C 1 , C 2 , to C 13 as variables. to,
Optical element shape error analysis method.
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US20160298951A1 (en) | 2013-12-19 | 2016-10-13 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method for measuring a spherical-astigmatic optical surface |
US20190204180A1 (en) | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Asml Netherlands B.V. | Method of processing data, method of obtaining calibration data |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20090107419A (en) | 2008-04-08 | 2009-10-13 | 캐논 가부시끼가이샤 | Method of evaluating optical performance of optical system |
KR101599204B1 (en) * | 2014-05-02 | 2016-03-14 | 한국표준과학연구원 | Alignment Method for high resolution optical system to minimize the performance of each optical field |
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2022
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160298951A1 (en) | 2013-12-19 | 2016-10-13 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method for measuring a spherical-astigmatic optical surface |
US20190204180A1 (en) | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Asml Netherlands B.V. | Method of processing data, method of obtaining calibration data |
Non-Patent Citations (1)
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논문1(1992)[Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology](1992.01.01) |
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