JP6542356B2 - レンズ及びレンズ金型の光学評価 - Google Patents
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Description
一般に、サンプルは、湾曲した(例えば、屈折率を有する)上面及び下面アクティブ表面エリアと、光を向けるのに使用されず、むしろ、組立体内のこれらのレンズを機械的に配置するのに使用される追加の上面エリア及び下面エリアとを含むレンズであり得る。これらの部分は、平坦平行表面を有し得る。湾曲部はアクティブ部と呼ぶことができ、他方の(例えば、平坦平行)部分は非アクティブ部分である。サンプルは、凸形状又は凹形状、球面又は非球面であるアクティブ部の表面エリアを有し得る。
サンプルは、ポータブル電子デバイスカメラ組立体で使用されるレンズであり得る。
幾つかの実施形態では、本装置は、補助参照面を含む部品固定具を含む。この補助参照面は、名目上平坦であり得、光学構成要素を通って計測デバイス検出器チャネルに向かって伝搬する光を反射するように、テスト中の光学構成要素下のある距離のところに配置し得る。
幾つかの実施形態では、本装置は、サンプルの材料複屈折特性を評価及び/又は補償するために、光学計測システムにより利用される光の偏光状態を変更する要素(例えば、偏光器及び/又は位相差板)を含む。
幾つかの実施形態では、共焦点顕微鏡構成が、走査によるサンプルの透明界面の位置検出に使用される。
特定の実施形態では、結像検知又は構造化照明計測デバイスが、走査による透明界面の位置検出に使用される。
一般に、第1の態様において、本発明は、アクティブ部(例えば、レンズ部)及び非アクティブ部(例えば、平坦平行部)で構成される透明光学要素についての情報を特定する方法であって、アクティブ部は少なくとも1つの曲面を備え、非アクティブ部は対向する第1の表面及び第2の表面を含み、本方法は、測定光を透明光学要素に向けることと、非アクティブ部の第1の表面の少なくとも1つの位置から反射された測定光を検出することと、第1の表面の上記少なくとも1つの位置に対応する位置において非アクティブ部の第2の表面から反射される測定光を検出することと、検出光に基づいて、非アクティブ部についての情報を特定することと、非アクティブ部についての情報に基づいて、透明光学要素を評価することとを含む、方法を特徴とする。
透明光学要素を評価することは、非アクティブ部についての情報に基づいて、アクティブ部の寸法又は光学特性についての情報を推測することを含むことができる。
光学機器は、光源からの光を偏光するように構成される偏光モジュールを含むことができる。偏光モジュールは、光源からの光を直交偏光状態で選択的に偏光するように構成し得る。
第1の表面及び第2の表面についての高さ情報はそれぞれ、第1の表面及び第2の表面の表面プロファイルを含むことができる。強度マップは、光学機器の多要素検出器を使用して収集される一連の強度フレームに基づいて特定され得る。強度マップは、一連の強度フレームで多要素検出器の各要素での強度の平均をとることにより特定され得る。光学機器を使用して、強度マップを取得することは、光学機器に対する第1の表面及び第2の表面の最良結像の各位置での多要素検出器の各要素での強度を特定することを含むことができる。
別の態様では、本発明は、透明光学要素についての情報を特定するシステムであって、光学機器と、光学機器と通信し、システムに先の態様の方法を実行させるようにプログラムされる電子コントローラとを含むシステムを特徴とする。
概して、別の態様では、本発明は、湾曲部及び平坦部を含む物体についての情報を特定する方法であって、湾曲部は、頂点を有し、物体の軸を定義する第1の曲面を含み、方法は、測定光を物体に向けることと、湾曲部の第1の曲面から反射される測定光を検出することと、物体の少なくとも1つの他の表面から反射される測定光を検出することと、検出光に基づいて、湾曲部の第1の曲面の軸についての情報を特定することとを含む方法を特徴とする。
光源はスペクトル出力を変更可能であることができる。例えば、光源は、色の異なる2つ以上のLEDを含むことができる。2つ以上のLEDからの相対光強度を変更することにより、光の色を変更する。光源は、可視光源及び/又は赤外線光源であることができる。
T=T’/nG (1)
により与えられ、式中、T’は、コヒーレンス情報を使用してCSI顕微鏡法又は波長調整FTPSIにより特定される見掛け又は実測の光学厚さであり、低NA(例えば、0.06以下)でのnGは群速度屈折率である(高NA、例えば0.2以上では、傾斜効果により、値nGは変化し得、それにより、効果的な群速度屈折率になる)。逆に、信号S2は、共焦点、構造化照明、又は焦点検知を使用する場合、より高いz位置から発せられるように見える。この場合の物理的な厚さは、
T=nT’’ (2)
により与えられ、式中、T’’は、共焦点又は関連する焦点高感度機器により特定されるような見掛け又は実測の光学厚さであり、nは群速度屈折率である。
nG(x,y)=T’(x,y)/T(x,y) (5)
である。
T’’(x,y)=z1(x,y)−z2(x,y) (6)
n=T/T’’ (7)
になる。
n=Transform(nG) (8)
幾つかの場合、変換は、付加定数と同程度単純であり得る。例えば、付加定数は、
B(x,y)=[n2(x,y)−n1(x,y)]T (9)
として計算され、一方、平均屈折率(ステップ880に示されるような)は、
TBF=Tfeature/n (13)
として公称に近い入射角で計算することができる。
XYFeature=CUF−CLF (14)
として計算することができる。
XYUAF=CUA−CUF (15)
として計算することができる。
なお、HLAは、図13に示される特定の幾何学的形状では負である。
幾つかの実施形態では、最初は片面が機器に面した状態でレンズを測定し、次に他面が機器に面した状態でレンズを測定することからの計測情報は、図14に示されるフローチャート1400に従って組合わされて、頂点総厚及び所望の側方距離の測定を生成する。この実施態様では、ステップの順序は以下である。まず、レンズ900が、上面が計測機器201に面した状態で位置決めされる(ステップ1405)。この構成である間、計測機器201が、少なくとも上面の頂点の領域における高さプロファイルを測定し、この上面頂点の位置を計算する(ステップ1410)。レンズ900が同じ位置にある状態で、機器201は、縁部914o等の関心のある上面特徴の高さプロファイル及び強度プロファイルを測定する(ステップ1415)。次に、ステップ1420において、システムは、(例えば、式(15)を使用して)上面頂点高さHUA及び上面頂点から特徴までの側方距離(upper surface apex-to-feature lateral distance)XYUAFを計算する。
TApex=HUA+Tfeature+HLA (17)
として計算することができる。
下面測定が、特徴間側方距離XYFeatureの独立した測定を提供する場合、以下の式を任意選択的に使用して、統計学的変動を潜在的に低減することができる。
XYApex=XYUAF upper+XYFeature−XYLAF lower (20)
幾つかの実施形態では、図4A〜図4Cに関して上述したように、装置は、名目上平坦な反射面を含み、サンプルを通って伝搬した光を反射し、再びサンプルを通して計測機器に向かって伝搬するようにサンプル下に配置される部分特徴を含み得る。そのような実施態様は、光学機器201を使用して取得される強度画像のコントラストを改善し得る。
TApex=fApexZ(HUA,Tfeature,HLA,W) (21)
として表すことができる。
XYFeature=fFeatureXY(CUF,CLF,W) (22)
XYApex=fApexXY(XYUAF,XYFeature,XYLAF,W) (23)
として表すことができる。
ΔL=Tsin(αrefr) (24)
により大まかに与えられる関心のある位置の見掛け側方位置と実際の側方位置との間の側方シフトΔFがあり、ここで、sin(αrefr)及びsin(αtilt)は、スネルの法則を介して関連する。
したがって、ΔLは、
ΔL=Tsin(αtilt)/n (26)
により与えられる。
Δx=ΔL・cos(θtilt) (27)
Δy=ΔL・sin(θtilt) (28)
である。
幾つかの場合、系統的誤差は、サンプルの向きから独立した成分を有する。例えば、2つの特定の特徴間の報告された側方距離は、機器座標のいくらかのオフセット(Δxbias、Δybias)によりバイアスされ得る。このバイアスは、測定中の特定のサンプル特徴に依存し得る。そのような場合、測定される側方距離での系統的誤差は、サンプルが機器に対する方位角向きθ0にある状態での測定と、サンプルが機器に対して方位角向きθ180にある状態での測定とを結合することにより低減することができ、ここで、θ180は、θ0に対して180°オフセットされるべきである。図17A及び図17Bに示されるように、これは、サンプル座標(xsample,ysample)と機器座標(xinstr,yinstr)との間の180°の相対方位角回転に対応する。この相対方位角向きは、サンプル固定を介して、又はそれ自体の部品上の別個の特徴に位置合わせすることにより達成することができる。例えば、サンプル支持体は、所望量だけ光学機器の光軸の回りを手動又は自動的に回転することができる回転ステージ及び目盛りを含み得る。
・上面が方位角向きθ180において機器に面する。
・下面が方位角向きθ0において機器に面する。
特定のステップは以下である。まず、レンズは、上面が光学機器を向き、方位角向きθ0である状態で位置決めされる(ステップ1805)。この向きにおいて、システムは、一連の高さプロファイル測定及び強度プロファイル測定を実行し、
XYfinal=fCombine(XY0,XY180) (29)
上記式は、特徴間側方距離XYFeature、頂点から特徴までの側方距離XYUAF及びXYLAF、並びに頂点間側方距離XYApex等の上述した側方距離を含め、関心のある側方距離に適用することができる。側方距離の成分測定が全て、サンプルの基準系内にある場合、すなわち、サンプル座標(xsample,ysample)に相対する場合、幾つかの場合、結合関数は、成分測定の算術平均くらい単純であり得る。代替又は追加として、幾つかの演算は、器具基準系結果をサンプル基準系に単一ステップでマッピングし得る。可能な他の演算は、前に特定される残留器具バイアスを考慮することができる。
Claims (33)
- レンズ部及び平坦平行部を含む透明光学要素を評価する方法であって、前記レンズ部は、少なくとも1つの曲面を含み、前記平坦平行部は、対向する第1の表面及び第2の表面を含む、前記方法において、
光軸を有する対物レンズを備えた光学機器に対して前記透明光学要素を位置決めすることであって、前記透明光学要素の第1の面は、前記対物レンズに面している、前記透明光学要素を位置決めすること、
前記対物レンズと透明光学要素との相対位置を光軸に沿って走査しながら、測定光を前記対物レンズを介して前記透明光学要素に向けること、
前記第1の面が前記対物レンズに面している間に前記平坦平行部の第1の表面の少なくとも1つの位置から反射された測定光を検出すること、
前記第1の面が前記対物レンズに面している間に前記第1の表面の少なくとも1つの位置に対応する位置において前記平坦平行部の第2の表面から反射される測定光を検出すること、
前記平坦平行部についての情報を決定することであって、前記平坦平行部の第1の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第1の表面の高さプロファイルを決定すること、および前記平坦平行部の第2の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第2の表面の高さプロファイルを決定すること、を含む前記平坦平行部についての情報を決定すること、
前記平坦平行部についての情報に基づいて、前記透明光学要素が仕様要件を満たしているか否かを判断することによって前記透明光学要素を評価すること、を備える方法。 - 前記平坦平行部の第1の表面及び前記第2の表面の表面測定は、コヒーレンス走査干渉法を使用して実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記平坦平行部の第1の表面及び前記第2の表面の表面測定は、共焦点顕微鏡法を使用して実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記平坦平行部についての情報は、
前記平坦平行部の物理的な厚さプロファイル又は光学厚さプロファイルを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記平坦平行部についての情報は、
前記透明光学要素を形成する材料の屈折率についての情報を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記屈折率についての情報は、前記材料の群屈折率を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記屈折率についての情報は、前記材料の位相指数を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記屈折率についての情報は、
前記平坦平行部の異なる位置間の屈折率の変動についての情報を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記屈折率についての情報は、
前記透明光学要素を形成する材料の複屈折についての情報を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記透明光学要素を支持する固定具上の参照特徴から反射される測定光を検出すること、
前記参照特徴からの検出光に基づいて、前記参照特徴についての情報を特定すること、を更に備える請求項1に記載の方法。 - 前記参照特徴から反射される測定光は、前記平坦平行部の第1の表面の少なくとも1つの位置に対応する位置から反射される、請求項10に記載の方法。
- 前記測定光は、前記参照特徴から反射される前及び後、前記透明光学要素により伝送される、請求項11に記載の方法。
- 前記透明光学要素は、前記参照特徴から反射される測定光の経路上にない、請求項11に記載の方法。
- 前記平坦平行部の第1の表面の前記少なくとも1つの位置に対応する位置とは異なる第2の位置において、前記固定具から反射される測定光を検出することを更に備える請求項11に記載の方法。
- 前記測定光は、第1の偏光について検出され、その後、前記第1の偏光とは異なる第2の偏光について検出される、請求項1に記載の方法。
- 前記透明光学要素を評価することは、
前記平坦平行部についての情報に基づいて、前記レンズ部の寸法又は光学特性についての情報を推測することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記平坦平行部は、前記透明光学要素の傾斜制御インターロックである、請求項1に記載の方法。
- 前記レンズ部の少なくとも1つの曲面は、非球面である、請求項1に記載の方法。
- 前記レンズ部は、第1の曲面に対向する第2の曲面を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レンズ部についての情報は、前記レンズ部を形成する材料の複屈折についての情報を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記レンズ部についての情報は、前記レンズ部を形成する材料の屈折率の変動についての情報を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記平坦平行部は、前記レンズ部の周縁に配置される、請求項1に記載の方法。
- 光学組立体を形成する方法であって、
請求項1に記載の方法を使用して、透明光学要素についての情報を決定することであって、前記透明光学要素はレンズである、前記決定すること、
前記レンズをバレル内の1つ又は複数の他のレンズに対して固定して、前記光学組立体を形成すること、を備える方法。 - 前記光学組立体をセンサに対して固定して、デジタルカメラのモジュールを提供することを更に備える請求項23に記載の方法。
- レンズ部及び平坦平行部を備える透明光学要素についての情報を決定するシステムであって、前記レンズ部は、少なくとも1つの曲面を含み、前記平坦平行部は、対向する第1の表面及び第2の表面を含む、前記システムにおいて、
前記透明光学要素を支持するための固定具と、
光源、検出器、及び光軸を有する対物レンズを含む複数の光学要素を備える光学機器であって、前記第1の表面が前記対物レンズに面している状態で前記透明光学要素が前記固定具により支持される場合、前記複数の光学要素は、光を前記光源から前記透明光学要素に向け、前記透明光学要素から反射される光を前記検出器に向けるように配置される、前記光学機器と、
前記検出器と通信する電子コントローラと、を備え、
前記電子コントローラは、
前記システムに、前記第1の表面が前記対物レンズに面している状態で前記光軸に沿って前記対物レンズと前記透明光学要素との相対位置を走査させ、
前記検出器に、前記走査において前記第1の表面および第2の表面から反射された光を検出させ、
前記平坦平行部の第1の表面及び第2の表面の対応する位置から検出される光に基づいて、前記平坦平行部についての情報を決定するようにプログラムされ、
前記電子コントローラは、
前記平坦平行部の第1の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第1の表面の高さプロファイルを決定すること、および前記平坦平行部の第2の表面から反射された検出した測定光に基づいて、前記平坦平行部の第2の表面の高さプロファイルを決定することによって、前記平坦平行部についての情報を決定するようにプログラムされる、システム。 - 前記光学機器は、光学面積表面トポグラフィ機器である、請求項25に記載のシステム。
- 前記光学面積表面トポグラフィ機器は、コヒーレンス走査干渉計である、請求項26に記載のシステム。
- 前記光学面積表面トポグラフィ機器は、共焦点顕微鏡である、請求項26に記載のシステム。
- 前記固定具は、前記光学機器からの前記光の経路に配置される参照特徴を含む、請求項25に記載のシステム。
- 前記参照特徴は、平面反射器である、請求項29に記載のシステム。
- 前記固定具は、前記透明光学要素を前記参照特徴からある距離の箇所に位置決めするスタンドを含む、請求項29に記載のシステム。
- 前記光学機器は、前記光源からの光を偏光するように構成される偏光モジュールを含む、請求項25に記載のシステム。
- 前記偏光モジュールは、前記光源からの光を直交偏光状態で選択的に偏光するように構成される、請求項32に記載のシステム。
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