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技術 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

出願人 キヤノン株式会社
発明者 大嵜由美子古河裕範鷹家優一
出願日 2016年11月22日 (3年7ヶ月経過) 出願番号 2016-227037
公開日 2018年5月31日 (2年1ヶ月経過) 公開番号 2018-084464
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置 光学装置、光ファイバーの試験
主要キーワード 初期校正 調節移動 線形性誤差 高次周波数 倍率分布 項成分 設計面 面形状変化
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (17)

課題

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。

解決手段

検面反射した光をセンサに導く光学系と、センサからの出力に基づいて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、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、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、少なくとも光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有する。

概要

背景

従来、光を照射された被検面からの反射光シャック・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測長機、さらには複雑な解析プログラムが不要である。

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。

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。

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曲率半径誤差、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、位置倍率分布校正方法が開示されている。

概要

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。被検面で反射した光をセンサに導く光学系と、センサからの出力に基づいて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、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、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、少なくとも光学系の設計情報を変更する変更ステップと、を有する。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

検面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。

請求項2

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。

請求項3

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リニアリティ計測誤差量光源波長、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。

請求項4

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。

請求項5

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。

請求項6

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。

請求項7

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。

請求項8

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。

請求項9

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。

請求項10

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。

請求項11

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。

請求項12

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。

請求項13

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。

請求項14

光源から射出された光を被検光学系照射し、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。

請求項15

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。

請求項16

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。

請求項17

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。

請求項18

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。

請求項19

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。

請求項20

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。

請求項21

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。

請求項22

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。

請求項23

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。

請求項24

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。

請求項25

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。

請求項26

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。

請求項27

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

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

従来、光を照射された被検面からの反射光シャック・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測長機、さらには複雑な解析プログラムが不要である。

0003

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。

0004

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。

0005

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曲率半径誤差、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、位置倍率分布校正方法が開示されている。

0006

特開平09−329427号公報
特開2004−125768号公報
特許第3971747号公報
特開2000−97663号公報
特開平10−281736号公報
特開2006−133059号公報
特開2009−180554号公報
特開2012−132682号公報

先行技術

0007

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

発明が解決しようとする課題

0008

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。

0009

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。

0010

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、組立要因計測中環境要因などで、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。

0011

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。

課題を解決するための手段

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

発明の効果

0016

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。

図面の簡単な説明

0017

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。
センサの構成図である。
実施例1の計測方法を示すフローチャートである。
実施例1の前処理を示すフローチャートである。
実施例1の校正処理を示すフローチャートである。
実施例1の計測処理を示すフローチャートである。
実施例1の解析処理を示すフローチャートである。
実施例3の計測方法を示すフローチャートである。
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。
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。
実施例4の前処理を示すフローチャートである。
光線の位置と角度を説明するための図である。
実施例4の校正処理を示すフローチャートである。
実施例4の解析処理を示すフローチャートである。
実施例5の計測方法を示すフローチャートである。
実施例6の光学機器の製造装置の構成図である。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

0038

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。

0039

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

0066

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。

0067

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、左辺右辺の差が最小になる移動量を最小二乗法SVD(特異値分解)法を用いて求めればよい。

0068

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。

0069

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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。

0096

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。

0097

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。

0098

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。

0099

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。

0100

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。

0101

0102

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。

0103

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。

0104

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。

0105

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。

0106

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。

0107

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。

0108

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。

0109

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。

0110

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。

0111

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。

0112

なお、被検レンズ51がカメラ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。

実施例

0113

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。

0114

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

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