JP7446911B2 - Wavefront measurement device, wavefront measurement method, and method for manufacturing optical systems and optical elements - Google Patents
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Description
本発明は、光学系の透過波面を計測する波面計測装置に関する。 The present invention relates to a wavefront measuring device that measures a transmitted wavefront of an optical system.
特許文献１には、被検光学系に複数の画角の光束を照射し、被検光学系から出射した複数の画角の光束を折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して１つの受光部（波面センサ）に導光し、被検光学系の複数の画角の波面を計測する波面計測装置が開示されている。特許文献２には、被検物を、屈折率の異なる２種類の媒質に浸して透過波面を測定し、２種類の透過波面から被検物の形状成分を除去して屈折率分布を算出する屈折率分布計測装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses that a test optical system is irradiated with light beams with a plurality of angles of view, and the light beams with a plurality of view angles emitted from the test optical system are folded back and transmitted through a plane mirror and a wedge prism to a single light receiving section (wavefront A wavefront measuring device is disclosed that guides light to a sensor) and measures wavefronts at multiple angles of view of an optical system to be measured. Patent Document 2 discloses that a test object is immersed in two types of media with different refractive indexes, transmitted wavefronts are measured, and a refractive index distribution is calculated by removing shape components of the test object from the two types of transmitted wavefronts. A refractive index distribution measuring device is disclosed.
しかしながら、特許文献１に開示された波面計測装置において、被検物の軸外の光束はケラレによってメリジオナル方向の光束幅が狭くなるため、受光部で受光した光束のメリジオナル方向のデータ点数が少なくなる（低分解能）。分解能が低下すると、波面の計測精度も劣化する。プリズムを用いた偏向によってメリジオナル方向の光束幅を拡大すれば分解能の向上が可能であるが、受光部で受光した光束は被検物透過直後の光束と形が変わっているため、そのまま解析しても所望の波面が得られない。 However, in the wavefront measurement device disclosed in Patent Document 1, the beam width in the meridional direction of the off-axis beam of the object to be measured is narrowed due to vignetting, so the number of data points in the meridional direction of the beam received by the light receiving section decreases. (low resolution). When the resolution decreases, the wavefront measurement accuracy also deteriorates. Resolution can be improved by expanding the beam width in the meridional direction by deflection using a prism, but the shape of the beam received by the light receiving section is different from that of the beam immediately after passing through the specimen, so it cannot be analyzed as is. However, the desired wavefront cannot be obtained.
特許文献２に開示された屈折率分布計測装置は、被検物の口径と同程度か、それよりも大きな受光面の受光部が必要である。 The refractive index distribution measuring device disclosed in Patent Document 2 requires a light-receiving section with a light-receiving surface comparable to or larger than the aperture of the object to be measured.
そこで本発明は、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that have appropriate resolution while suppressing the size of a light receiving section.
本発明の一側面としての波面計測装置は、被検物を介して入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させる偏向部と、前記偏向部によって偏向された前記光を受光する受光部と、前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出する算出部とを有する。 A wavefront measurement device according to one aspect of the present invention includes a deflection unit that changes the width of a light flux of the light in a first direction by deflecting light incident through a test object ; using a light receiving section that receives the light, an output of the light receiving section, and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. and a calculation section that calculates a wavefront of the light before it enters the deflection section.
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。 Other objects and features of the invention are illustrated in the following examples.
本発明によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that have appropriate resolution while suppressing the size of the light receiving section.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図１を参照して、本発明の実施例１における波面計測装置について説明する。図１は、本実施例における波面計測装置の概略構成図である。 First, with reference to FIG. 1, a wavefront measuring device according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring device in this embodiment.
波面計測装置１は、光源１０、ファイバ２０、２１、偏向部としての偏向素子（透過型回折素子、回折格子）８０、８１、受光部としての波面センサ（シャックハルトマンセンサ）９０、９１、およびコンピュータ（算出部）１００を備えて構成されている。被検物３０は、複数のレンズを組み合せて構成された光学系である。波面計測装置１は、被検物３０の軸外の透過波面を計測する。 The wavefront measurement device 1 includes a light source 10, fibers 20 and 21, deflection elements (transmission type diffraction elements, diffraction gratings) 80 and 81 as deflection units, wavefront sensors (Shack-Hartmann sensors) 90 and 91 as light reception units, and a computer. (calculation unit) 100. The test object 30 is an optical system configured by combining a plurality of lenses. The wavefront measurement device 1 measures an off-axis transmitted wavefront of the test object 30.
光源１０は、例えば、半導体レーザやＬＥＤである。光源１０からファイバ２０、２１をそれぞれ介して出射した発散光２００ａ、２０１ａは、被検物３０の軸外を透過して被検光２００ｂ、２０１ｂとなる。被検光２００ｂ、２０１ｂは、被検物３０を透過する際にケラレるため、光束のメリジオナル方向の幅が、サジタル方向の幅より小さくなっている。 The light source 10 is, for example, a semiconductor laser or an LED. Divergent lights 200a and 201a emitted from the light source 10 via the fibers 20 and 21, respectively, transmit off-axis of the test object 30 and become test lights 200b and 201b. Since the test lights 200b and 201b are vignetted when passing through the test object 30, the width of the light flux in the meridional direction is smaller than the width in the sagittal direction.
被検光２００ｂ、２０１ｂはそれぞれ、偏向素子８０、８１で回折されて被検光２００ｃ、２０１ｃとなり、波面センサ９０、９１で受光される。本実施例における偏向素子８０、８１は、例えば、振幅型回折格子、位相型回折格子、または、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）である。被検光２００ｃ、２０１ｃは、偏向素子８０、８１で偏向された影響で、メリジオナル方向（所定の方向、本実施例では図１中のＹ方向）に伸縮された（本実施例では所定の方向に拡大された）状態で波面センサ９０、９１に入射する。 The test lights 200b and 201b are diffracted by the deflection elements 80 and 81, respectively, to become test lights 200c and 201c, which are received by the wavefront sensors 90 and 91. The deflection elements 80 and 81 in this embodiment are, for example, amplitude diffraction gratings, phase diffraction gratings, or CGHs (Computer Generated Holograms). The test beams 200c and 201c are deflected by the deflection elements 80 and 81, and are expanded and contracted in a meridional direction (a predetermined direction, in this example, the Y direction in FIG. 1) (in this example, a predetermined direction). The wavefront sensors 90 and 91 enter the wavefront sensors 90 and 91 in a state (enlarged).
波面センサ９０、９１で受光された被検光２００ｃ、２０１ｃに対応する信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、被検光２００ｃ、２０１ｃに対応する信号に基づいて、被検物３０の被検光２００ｂ、２０１ｂの波面（偏向素子８０、８１によって光束が伸縮される前の波面）を算出する。 Signals corresponding to the test lights 200c and 201c received by the wavefront sensors 90 and 91 are sent to the computer 100. The computer 100 calculates the wavefront of the test light 200b, 201b of the test object 30 (the wavefront before the light beam is expanded or contracted by the deflection elements 80, 81) based on the signals corresponding to the test light 200c, 201c. .
本実施例では、シャックハルトマンの原理を利用して波面を算出する。すなわち波面センサ９０、９１は、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサである。波面収差の無い平行光がシャックハルトマンセンサに入射すると、マイクロレンズアレイの周期と同じ周期のスポット配列像が撮像される。一方、波面収差の有る光がシャックハルトマンセンサに入射すると、スポット配列像のそれぞれのスポット位置が各マイクロレンズに入射した光の波面の傾きに比例してシフトする。このスポット位置のシフト量に基づいて波面が算出される。 In this embodiment, the wavefront is calculated using Shack-Hartmann's principle. That is, the wavefront sensors 90 and 91 are Shack-Hartmann sensors equipped with a microlens array. When parallel light without wavefront aberration enters the Shack-Hartmann sensor, a spot array image with the same period as that of the microlens array is captured. On the other hand, when light with wavefront aberration enters the Shack-Hartmann sensor, each spot position of the spot array image shifts in proportion to the inclination of the wavefront of the light that enters each microlens. A wavefront is calculated based on the shift amount of this spot position.
次に、図２を参照して、本実施例における被検物３０の波面の計測手順（波面計測方法）について説明する。図２は、被検物３０の波面の計測手順を示すフローチャートである。 Next, with reference to FIG. 2, a procedure for measuring the wavefront of the test object 30 (wavefront measurement method) in this embodiment will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the procedure for measuring the wavefront of the test object 30.
まずステップＳ１０において、被検物３０を設置し、光源１０から被検物３０に光を入射させる。続いてステップＳ２０において、偏向素子８０、８１により所定の方向（メリジオナル方向）に伸縮された被検物３０の透過光２００ｃ、２０１ｃ（所定の方向に光束幅が変化した光）をそれぞれ波面センサ９０、９１で受光する。 First, in step S10, the test object 30 is installed, and light is made to enter the test object 30 from the light source 10. Subsequently, in step S20, the transmitted lights 200c and 201c (light whose luminous flux width has changed in a predetermined direction) of the object 30 expanded and contracted in a predetermined direction (meridional direction) by the deflection elements 80 and 81 are transmitted to the wavefront sensor 90, respectively. , 91.
図３は、偏向素子による光束の伸縮の様子を示す図である。図３（Ａ）は、被検物３０の透過直後に波面センサを配置（光の進行方向に対して波面センサ面が垂直になるように配置）した波面計測光学系を仮定したときに、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。ケラレの影響により、メリジオナル（Ｍ）方向のスポット数がサジタル（Ｓ）方向のスポット数より少なくなる。図３（Ｂ）は、偏向素子により回折された後に波面センサを設置した場合（本実施例の配置）において、波面センサで受光されるスポット配列像の例である。被検物３０の透過光束が、偏向によりメリジオナル（Ｍ）方向に引き伸ばされてスポット数が増加し、サジタル（Ｓ）方向のスポット数と同程度になっている。すなわち、本実施例のような配置にすることにより、メリジオナル方向の分解能を高くすることができる。 FIG. 3 is a diagram showing how the light beam is expanded and contracted by the deflection element. FIG. 3(A) shows the wavefront measurement optical system in which a wavefront sensor is placed immediately after passing through the test object 30 (placed so that the wavefront sensor surface is perpendicular to the traveling direction of the light). This is an example of a spot array image received by a sensor. Due to the influence of vignetting, the number of spots in the meridional (M) direction is smaller than the number of spots in the sagittal (S) direction. FIG. 3B is an example of a spot array image received by the wavefront sensor when the wavefront sensor is installed after the light is diffracted by the deflection element (the arrangement of this embodiment). The transmitted light flux of the object 30 is stretched in the meridional (M) direction by deflection, and the number of spots increases, and the number of spots is about the same as the number of spots in the sagittal (S) direction. That is, by adopting the arrangement as in this embodiment, the resolution in the meridional direction can be increased.
しかし、実際に計測しようとする被検物３０の透過波面は、偏向素子により伸縮される前の波面である。そこで、図２のステップＳ３０において、コンピュータ１００は、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。具体的には、コンピュータ１００は、図３（Ｂ）の信号（波面センサで受光した被検光の信号）と、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。本実施例において、所定の方向（第１の方向）はメリジオナル方向（図１中のＹ方向）であり、所定の方向と垂直な方向（第１の方向とは異なる第２の方向）はサジタル方向（図１中のＸ方向）であるが、これらに限定されるものではない。なおステップＳ３０は、さらに詳細に、図２においてステップＡとして示されるステップＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３の３つの工程に分割できる。 However, the transmitted wavefront of the test object 30 to be actually measured is the wavefront before being expanded or contracted by the deflection element. Therefore, in step S30 of FIG. 2, the computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object before the test light is expanded or contracted by the deflection element. Specifically, the computer 100 calculates the signal in FIG. 3B (the signal of the test light received by the wavefront sensor) and a function normalized with respect to a predetermined direction and a direction perpendicular to the predetermined direction. is used to calculate the transmitted wavefront of the test object before the test light is expanded and contracted by the deflection element. In this example, the predetermined direction (first direction) is the meridional direction (Y direction in FIG. 1), and the direction perpendicular to the predetermined direction (second direction different from the first direction) is the sagittal direction. direction (X direction in FIG. 1), but is not limited to these directions. Note that step S30 can be divided into three steps SA1, SA2, and SA3 shown as step A in FIG. 2 in more detail.
まずステップＳＡ１において、コンピュータ１００は、波面センサ９０、９１で受光した光束について、各マイクロレンズにおける波面の傾きと各マイクロレンズの座標を算出する。ここで、波面センサ９０、９１に入射する光束の波面をＷ（Ｘ，Ｙ）、マイクロレンズアレイのｉ行ｊ列に位置するマイクロレンズの座標を（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）、そのレンズにより形成される集光スポットの重心座標を（Ｘｉｊ＋δＸｉｊ，Ｙｉｊ＋δＹｉｊ）とする。このとき、各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きは、以下の式（１）のように表される。ただし、ｆは波面センサ内のマイクロレンズアレイとイメージセンサ（ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ）の距離である。 First, in step SA1, the computer 100 calculates the inclination of the wavefront in each microlens and the coordinates of each microlens for the light beams received by the wavefront sensors 90 and 91. Here, the wavefront of the light beam incident on the wavefront sensors 90 and 91 is W (X, Y), the coordinates of the microlens located in the i-th row and the j-th column of the microlens array are (X ij , Y ij ), and the coordinates formed by the lens are The barycentric coordinates of the focused spot are (X ij +δX ij , Y ij +δY ij ). At this time, the inclination of the wavefront in each microlens array is expressed as in the following equation (1). However, f is the distance between the microlens array in the wavefront sensor and the image sensor (CMOS sensor or CCD sensor).
仮に、マイクロレンズの配列方向とイメージセンサの画素の配列方向とが略一致していれば、各マイクロレンズの座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）は、以下の式（２）で表される。すなわち、このとき各マイクロレンズの座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）は、Ｘ方向とＹ方向のそれぞれにマイクロレンズアレイの周期（例えばΛ＝１５０μｍ）で配列された値になる。ただし、Ｘｃ、Ｙｃは光束の重心座標である。重心座標は、各マイクロレンズに入射する光の強度をＩｉｊとするとき、以下の式（３）で表される値である。重心計算する際に用いる光の強度Ｉｉｊは、ある閾値以上の値であれば全てＩｉｊ＝１としてもよい。 If the arrangement direction of the microlenses and the arrangement direction of the pixels of the image sensor substantially match, the coordinates (X ij , Y ij ) of each microlens are expressed by the following equation (2). That is, at this time, the coordinates (X ij , Y ij ) of each microlens are values arranged at the period of the microlens array (for example, Λ=150 μm) in each of the X direction and the Y direction. However, Xc and Yc are the barycenter coordinates of the luminous flux. The barycentric coordinates are values expressed by the following equation (3), where Iij is the intensity of light incident on each microlens. The light intensity I ij used when calculating the center of gravity may be set to I ij =1 if it is a value equal to or higher than a certain threshold value.
続いてステップＳＡ２において、コンピュータ１００は、各マイクロレンズの座標（Ｘｉｊ，Ｙｉｊ）を規格化する。規格化は、所定の方向（メリジオナル方向、図１のＹ方向）および所定の方向と垂直な方向（サジタル方向、図１のＸ方向）のそれぞれにおいて、以下の式（４）で表されるように行われる。ただし、（ｘｉｊ，ｙｉｊ）は規格化された各マイクロレンズの座標、ｍａｘ（引数）は引数の最大値を返す関数である。 Subsequently, in step SA2, the computer 100 normalizes the coordinates (X ij , Y ij ) of each microlens. Normalization is performed as expressed by the following equation (4) in a predetermined direction (meridional direction, Y direction in FIG. 1) and in a direction perpendicular to the predetermined direction (sagittal direction, X direction in FIG. 1). It will be held in However, (x ij , y ij ) are the standardized coordinates of each microlens, and max (argument) is a function that returns the maximum value of the argument.
最後に、ステップＳＡ３において、コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて、各マイクロレンズにおける波面の傾きをフィッティングする。これにより、被検光が偏向素子により伸縮される前の被検光の波面を算出することができる。所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数としては、例えば、ＸＹ方向のそれぞれに関して規格化したゼルニケ関数ＺＬ（ｒ，θ）をＸ、Ｙで偏微分した微分ゼルニケ関数を用いることができる。規格化する前の座標系を（Ｘ，Ｙ）、規格化された座標系（ｘ，ｙ）における極座標を（ｒ，θ）とするとき、規格化された微分ゼルニケ関数は、整数Ｎ（Ｎ≧０）と整数Ｍ（｜Ｍ｜≦Ｎ）を用いて、以下の式（５）のように表される。 Finally, in step SA3, the computer 100 fits the inclination of the wavefront in each microlens using a function normalized with respect to each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction. Thereby, the wavefront of the test light before the test light is expanded or contracted by the deflection element can be calculated. As a function standardized with respect to a predetermined direction and a direction perpendicular to the predetermined direction, for example, the partial differentiation of the Zernike function Z L (r, θ) with respect to X and Y, which is normalized with respect to each of the X and Y directions. A Zernike function can be used. When the coordinate system before normalization is (X, Y) and the polar coordinates in the normalized coordinate system (x, y) are (r, θ), the normalized differential Zernike function is an integer N (N ≧0) and an integer M (|M|≦N), it is expressed as in the following equation (5).
所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化された関数を用いて各マイクロレンズアレイにおける波面の傾きをフィッティングすると、計算上は、偏向素子による光束の伸縮有り無しにかかわらず同じフィッティング係数が得られる。すなわち、ステップＳＡ３にて算出されたフィッティング係数（透過波面）は、偏向素子による光束の伸縮前のフィッティング係数（透過波面）と等しい。ただし実際には、波面センサで取得したデータの分解能の違いにより、フィッティング係数の精度に優劣が発生する。本実施例では、図２のフローを用いることで、高精度に被検物の透過波面を計測することができる。 If the wavefront inclination in each microlens array is fitted using a function standardized with respect to a predetermined direction and a direction perpendicular to the predetermined direction, the calculation will be the same regardless of whether or not the light beam is expanded or contracted by the deflection element. The fitting coefficients are obtained. That is, the fitting coefficient (transmitted wavefront) calculated in step SA3 is equal to the fitting coefficient (transmitted wavefront) before the beam is expanded or contracted by the deflection element. However, in reality, the accuracy of the fitting coefficients differs due to differences in the resolution of data acquired by the wavefront sensor. In this embodiment, by using the flow shown in FIG. 2, it is possible to measure the transmitted wavefront of the object with high precision.
なおステップＳＡ３では、波面の傾きを規格化された微分ゼルニケ関数でフィッティングしたが、本実施例はこれに限定されるものではない。これに代えて、波面の傾きを積分して波面にした後に、規格化されたゼルニケ関数でフィッティングしてもよい。規格化して用いる関数は、ゼルニケ関数や微分ゼルニケ関数に限定されるものではなく、２次元の三角関数やルジャンドル多項式などを用いてもよい。また、シュミットの直交化等を利用して新たな関数を作成してもよい。 Note that in step SA3, the slope of the wavefront was fitted using a standardized differential Zernike function, but the present embodiment is not limited to this. Alternatively, after integrating the slope of the wavefront to form a wavefront, fitting may be performed using a standardized Zernike function. The normalized function is not limited to the Zernike function or the differential Zernike function, and two-dimensional trigonometric functions, Legendre polynomials, etc. may also be used. Alternatively, a new function may be created using Schmidt's orthogonalization or the like.
図２のフローに、光の逆伝搬の計算工程を追加すると、波面算出精度をさらに向上させることができる。本実施例のように、偏向素子８０、８１を用いて光束を偏向させると、光束の内部において所定の方向に光路長分布が発生する。例えば、図１の光束２００ｃの内部において、＋Ｙ位置の光線に比べて－Ｙ位置の光線は、伝搬距離が長い。そこで、光の逆伝搬を用いて、伝搬距離の違いによって生じる光路長分布を除去すればよい。 If a calculation step for back propagation of light is added to the flow shown in FIG. 2, the accuracy of wavefront calculation can be further improved. When a light beam is deflected using the deflection elements 80 and 81 as in this embodiment, an optical path length distribution occurs in a predetermined direction inside the light beam. For example, within the light beam 200c in FIG. 1, a ray at the -Y position has a longer propagation distance than a ray at the +Y position. Therefore, the optical path length distribution caused by the difference in propagation distance may be removed by using back propagation of light.
また、被検物３０の瞳から波面センサ９０、９１までの伝搬による波面の変形を抑制する場合、波面センサ９０、９１から被検物３０の瞳まで逆伝搬すればよい。逆伝搬は、光線追跡でもよいし、角スペクトル法による伝搬でもよい。例えば、光線追跡を用いる場合、ステップＳＡ１において、各マイクロレンズにおける波面の傾きと座標から光線追跡を実施し、各マイクロレンズの座標を光線追跡後の座標に入れ替えてステップＳＡ２、ＳＡ３を実施すればよい。角スペクトル法を用いる場合、ステップＳＡ３において波面を算出した後に、逆伝搬すればよい。 Furthermore, when suppressing the deformation of the wavefront due to propagation from the pupil of the test object 30 to the wavefront sensors 90 and 91, the wavefront may be propagated back from the wavefront sensors 90 and 91 to the pupil of the test object 30. The back propagation may be ray tracing or propagation using the angular spectrum method. For example, when using ray tracing, in step SA1, ray tracing is performed from the inclination and coordinates of the wavefront in each microlens, and steps SA2 and SA3 are performed after replacing the coordinates of each microlens with the coordinates after ray tracing. good. When using the angular spectrum method, it is sufficient to perform back propagation after calculating the wavefront in step SA3.
波面センサ９０、９１から被検物３０の瞳まで逆伝搬する代わりに、被検物３０と波面センサ９０、９１それぞれの間にレンズを挿入し、被検物３０の瞳と波面センサ９０、９１を共役関係にすることもできる。挿入するレンズに、ビームエキスパンダの機能も兼用させれば、波面センサ９０、９１に入射する光束のサイズを、より適切なサイズに調整することができる。 Instead of back propagation from the wavefront sensors 90, 91 to the pupils of the test object 30, a lens is inserted between the test object 30 and the wavefront sensors 90, 91, respectively, and the pupil of the test object 30 and the wavefront sensors 90, 91 It is also possible to have a conjugate relationship. If the inserted lens also functions as a beam expander, the size of the light flux incident on the wavefront sensors 90 and 91 can be adjusted to a more appropriate size.
以上のように、本実施例において、波面計測装置１は、偏向部（偏向素子８０、８１）、受光部（波面センサ９０、９１）、および算出部（コンピュータ１００）を有する。偏向部は、光源１０から出射して被検物３０を介した光（被検物３０を透過または被検物３０で反射した光）を偏向し、光の第１の方向（所定の方向）における光束幅を変化（伸縮）させる。受光部は、偏向部からの光を受光する。算出部は、受光部の出力と、第１の方向および第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化した関数とを用いて、偏向部に入射する前の光（光束幅が変化する前の光）の波面を算出する。 As described above, in this embodiment, the wavefront measurement device 1 includes a deflection section (deflection elements 80, 81), a light receiving section (wavefront sensors 90, 91), and a calculation section (computer 100). The deflection unit deflects the light emitted from the light source 10 and passes through the test object 30 (light transmitted through the test object 30 or reflected by the test object 30), and deflects the light in a first direction (predetermined direction). Change (expand/shrink) the luminous flux width at . The light receiving section receives light from the deflecting section. The calculation unit calculates the light before entering the deflection unit (with a luminous flux width Calculate the wavefront of light (before it changes).
本実施例において、偏向部に入射する前の光は、第１の方向における光束幅が第２の方向における光束幅よりも小さく、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を拡大する。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。例えば、第１の方向における光束幅が第２の方向における光束幅よりも大きい場合、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を縮小することができる。 In this embodiment, the light flux width in the first direction is smaller than the light flux width in the second direction of the light before entering the deflection unit, and the deflection unit expands the light flux width of the light in the first direction. . However, this embodiment is not limited to this. For example, when the beam width in the first direction is larger than the beam width in the second direction, the deflection section can reduce the beam width of the light in the first direction.
本実施例では、偏向素子として透過型回折格子を用いているが、反射型回折格子でもよい。いずれの場合でも、光束の伸縮倍率は格子周期や回折次数で調整可能である。また、回折格子の代わりに、プリズム、フレネルプリズムを用いてもよい。プリズムを用いる場合の光束の伸縮倍率は、プリズムの頂角、屈折率や入射角度を変えることで調整可能である。また、プリズムを用いる場合、回折格子を用いた場合生じた光束内部の所定方向の光路長分布は発生しない。 In this embodiment, a transmission type diffraction grating is used as the deflection element, but a reflection type diffraction grating may also be used. In either case, the expansion/contraction magnification of the light beam can be adjusted by the grating period or diffraction order. Furthermore, a prism or Fresnel prism may be used instead of the diffraction grating. When a prism is used, the expansion/contraction magnification of the light beam can be adjusted by changing the apex angle, refractive index, or incident angle of the prism. Furthermore, when a prism is used, the optical path length distribution in a predetermined direction within the light beam, which occurs when a diffraction grating is used, does not occur.
本実施例では、波面センサ９０、９１として、マイクロレンズアレイを備えたシャックハルトマンセンサを用いているが、これに限定されるものではない。それに代えて、波面センサ９０、９１は、ハルトマンマスクを備えたシアリング干渉計（タルボ干渉計）を用いてもよい。ハルトマンマスクは、２次元位相型回折格子または２次元吸収型回折格子のいずれでもよい。シアリング干渉計では、ハルトマンマスクの後方にできる自己像の歪みから、フーリエ変換法によって波面を算出することができる。またはハルトマンマスクとして、ピンホールアレイ（１つのピンホールを透過した光と隣接するピンホールを透過した光との干渉が無視できるほどピンホール同士が離れているアレイ）を用いて、シャックハルトマンセンサと同様の原理で波面を回復することもできる。 In this embodiment, Shack-Hartmann sensors equipped with microlens arrays are used as the wavefront sensors 90 and 91, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the wavefront sensors 90 and 91 may be shearing interferometers (Talbot interferometers) equipped with Hartmann masks. The Hartmann mask may be either a two-dimensional phase diffraction grating or a two-dimensional absorption grating. In the shearing interferometer, the wavefront can be calculated from the distortion of the self-image created behind the Hartmann mask using the Fourier transform method. Alternatively, as a Hartmann mask, a pinhole array (an array in which the pinholes are so far apart that interference between light transmitted through one pinhole and light transmitted through an adjacent pinhole can be ignored) can be used as a Shack-Hartmann sensor. Wavefronts can also be recovered using a similar principle.
または、被検光の強度情報を用いて波面を算出する方法でもよい。その方法は次の通りである。直進ステージ上にイメージセンサ（マイクロレンズアレイやハルトマンマスクを含まない）を固定したものを波面センサ９０、９１として配置する。直進ステージを駆動しながら像を複数撮像する。コンピュータ１００は、撮像された像に基づいて、被検物３０の透過波面を算出する。像から波面を算出する方法は、強度輸送方程式を用いた方法や、特定の波面の初期値に基づいて最適化計算を行う方法でもよい。または、波面と像との関係を機械学習させた人工知能（ＡＩ）を用いて波面を算出してもよい。 Alternatively, a method may be used in which the wavefront is calculated using intensity information of the test light. The method is as follows. Image sensors (not including a microlens array or Hartmann mask) fixed on a rectilinear stage are arranged as wavefront sensors 90 and 91. Multiple images are taken while driving the linear stage. The computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object 30 based on the captured image. The method of calculating the wavefront from the image may be a method using an intensity transport equation or a method of performing optimization calculation based on the initial value of a specific wavefront. Alternatively, the wavefront may be calculated using artificial intelligence (AI) that performs machine learning on the relationship between the wavefront and the image.
本実施例では、図３に示されるように、被検光の光束のうちサジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度（高い分解能が得られるサイズ）で、メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより小さい（低い分解能しか得られないサイズ）である。このため、偏向素子８０、８１によって、メリジオナル方向の光束幅を拡大する。メリジオナル方向の光束幅が波面センサの画面サイズと同程度で、サジタル方向の光束幅が波面センサの画面サイズより大きい場合、サジタル方向を所定の方向とし、その方向の光束を縮小するように偏向素子８０、８１、波面センサ９０、９１を配置すればよい。 In this example, as shown in FIG. 3, the beam width in the sagittal direction of the beam of the test light is approximately the same as the screen size of the wavefront sensor (a size that provides high resolution), and the beam width in the meridional direction is approximately the same as the screen size of the wavefront sensor. It is smaller than the screen size of the wavefront sensor (a size that allows only low resolution to be obtained). Therefore, the beam width in the meridional direction is expanded by the deflection elements 80 and 81. If the beam width in the meridional direction is comparable to the screen size of the wavefront sensor, and the beam width in the sagittal direction is larger than the screen size of the wavefront sensor, the sagittal direction is set as a predetermined direction, and the deflection element is used to reduce the beam in that direction. 80, 81, and wavefront sensors 90, 91 may be arranged.
本実施例によれば、波面センサの大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置を提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a wavefront measuring device that has appropriate resolution while suppressing the size of the wavefront sensor.
次に、図４を参照して、本発明の実施例２における波面計測装置について説明する。図４は、本実施例における波面計測装置２の概略構成図である。 Next, with reference to FIG. 4, a wavefront measuring device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the wavefront measuring device 2 in this embodiment.
波面計測装置２は、光源１１、ピンホール２５、２軸回転ステージ付ミラー４０、レンズ５０、５１、ビームスプリッタ６０、および、３軸直進ステージ１２５を有する。また波面計測装置２は、偏向素子（フレネルプリズム）８２、波面センサ９２、２軸直進・２軸回転ステージ９５、および、コンピュータ１００を有する。偏向素子８２および波面センサ９２は、２軸直進・２軸回転ステージ９５上に配置されている。波面センサ９２は、ハルトマンマスクを有するタルボ干渉計である。 The wavefront measuring device 2 includes a light source 11 , a pinhole 25 , a mirror 40 with a two-axis rotation stage, lenses 50 and 51 , a beam splitter 60 , and a three-axis translation stage 125 . The wavefront measurement device 2 also includes a deflection element (Fresnel prism) 82 , a wavefront sensor 92 , a two-axis linear movement/two-axis rotation stage 95 , and a computer 100 . The deflection element 82 and the wavefront sensor 92 are arranged on a two-axis linear/two-axis rotation stage 95. Wavefront sensor 92 is a Talbot interferometer with a Hartmann mask.
光源１１（例えば、ＤＰＳＳレーザ）からピンホール２５を介して出射した光２００ａは、レンズ５０で平行光となり、ビームスプリッタ６０で反射し、レンズ５１を透過して被検物３０の像面位置に相当する面に集光する。被検光２００ａは、その後発散して被検物３０に入射する。被検光２００ａは、被検物３０を透過後、２軸回転ステージ付ミラー４０で反射し、被検物３０を再度透過した被検光２００ｂは、レンズ５１、ビームスプリッタ６０を透過して偏向素子８２で偏向する。偏向素子８２において偏向した光束２００ｃは、所定の方向に伸縮した状態で、波面センサ９２によって受光される。偏向素子８２による光束伸縮によって、適切な分解能が得られる。波面センサ９２で受光した被検光２００ｃの信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、被検光が偏向素子によって伸縮される前の被検物の透過波面を算出する。 Light 200a emitted from the light source 11 (for example, a DPSS laser) through the pinhole 25 becomes parallel light at the lens 50, is reflected at the beam splitter 60, and passes through the lens 51 to reach the image plane position of the object 30. Focus the light on the corresponding surface. The test light 200a then diverges and enters the test object 30. After passing through the test object 30, the test light 200a is reflected by a mirror 40 with a two-axis rotation stage, and the test light 200b, which has passed through the test object 30 again, is transmitted through a lens 51 and a beam splitter 60 and is deflected. It is deflected by element 82. The light beam 200c deflected by the deflection element 82 is received by the wavefront sensor 92 while being expanded and contracted in a predetermined direction. Appropriate resolution can be obtained by expanding and contracting the light beam by the deflection element 82. A signal of the test light 200c received by the wavefront sensor 92 is sent to the computer 100. The computer 100 calculates the transmitted wavefront of the test object before the test light is expanded or contracted by the deflection element, using functions normalized in a predetermined direction and a direction perpendicular to the predetermined direction.
３軸直進ステージ１２５は、図４中のＸＹＺ方向に駆動することができる。２軸回転ステージ付ミラー４０は、Ｘ軸、Ｙ軸に関して回転することができる。２軸直進・２軸回転ステージ９５は、ＸＹ方向への直進駆動と、Ｘ軸、Ｙ軸に関して回転することができる。波面計測装置２は、３軸直進ステージ１２５と２軸回転ステージ付ミラー４０の駆動により、被検物３０の複数の画角に対応する透過光の波面計測を実現している。また、２軸直進・２軸回転ステージ９５により、波面センサ９２に入射する光束の位置とサイズを調整し、適切な分解能の波面計測を実現している。 The three-axis translation stage 125 can be driven in the XYZ directions in FIG. The mirror 40 with a two-axis rotation stage can rotate about the X-axis and the Y-axis. The two-axis linear movement/two-axis rotation stage 95 is capable of linear movement in the XY directions and rotation about the X and Y axes. The wavefront measurement device 2 realizes wavefront measurement of transmitted light corresponding to a plurality of angles of view of the test object 30 by driving a three-axis translational stage 125 and a mirror 40 with a two-axis rotation stage. Further, the position and size of the light beam incident on the wavefront sensor 92 are adjusted by the two-axis linear movement/two-axis rotation stage 95, thereby realizing wavefront measurement with appropriate resolution.
次に、図５を参照して、本発明の実施例３における波面計測装置について説明する。図５は、本実施例における波面計測装置３の概略構成図である。 Next, with reference to FIG. 5, a wavefront measuring device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the wavefront measuring device 3 in this embodiment.
波面計測装置３は、光源１２、ファイバ２０、レンズ５０、５１、５２、ハーフミラー６５、透過平面（ＴＦ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌａｔ）７０、ＣＧＨ７５、偏向素子（反射型回折格子）８３、波面センサ９４、および、コンピュータ１００を有する。波面計測装置３は、フィゾー干渉計である。波面センサ９４は、イメージセンサ（ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ）である。本実施例の被検物３５は、ｆθレンズとして用いられるトーリックレンズ（光学素子）である。波面計測装置３は、被検物３５の面形状を調べるため、トーリック面における反射光の波面を計測する。図５は、被検物３５の副走査断面に対する光路を表示している（主走査方向は図５中のＸ方向）。 The wavefront measurement device 3 includes a light source 12, a fiber 20, lenses 50, 51, 52, a half mirror 65, a transmission flat (TF) 70, a CGH 75, a deflection element (reflection type diffraction grating) 83, a wavefront sensor 94, and , has a computer 100. The wavefront measuring device 3 is a Fizeau interferometer. The wavefront sensor 94 is an image sensor (CMOS sensor or CCD sensor). The test object 35 of this embodiment is a toric lens (optical element) used as an fθ lens. The wavefront measuring device 3 measures the wavefront of reflected light on the toric surface in order to examine the surface shape of the test object 35. FIG. 5 shows the optical path for the sub-scanning section of the object 35 (the main-scanning direction is the X direction in FIG. 5).
光源１２（例えば、ＨｅＮｅレーザ）からファイバ２０を介して出射した光２００ａは、レンズ５０で平行光となり、ハーフミラー６５を透過し、透過平面７０において一部透過し、一部反射する。透過平面７０で反射した光は、フィゾー干渉計における参照光２００Ｒとなる。透過平面７０は、駆動できるように不図示のピエゾステージ上に配置されている。透過平面７０を透過した被検光２００ａは、ＣＧＨを透過してＸＹ方向それぞれにおいて異なる曲率をもった収束光となり、被検物３５の面に略垂直に入射する。被検物３５の面で反射した被検光２００ｂはＣＧＨ、透過平面７０を再度透過し、参照光２００Ｒと干渉する。干渉光（２００ｂ、２００Ｒ）は、ハーフミラー６５で反射し、レンズ５１、５２を透過し、偏向素子８３に入射する。偏向素子８３において偏向した干渉光（２００ｃ、２００Ｒｃ）は、所定の方向の光束が伸縮され、イメージセンサ９４で受光される。イメージセンサ９４で受光した干渉光（２００ｃ、２００Ｒｃ）の信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子によって伸縮される前の被検物の反射波面を算出する。波面算出は、フリンジスキャン法でもよいし、キャリア縞を用いたフーリエ変換法でもよい。 Light 200a emitted from the light source 12 (for example, a HeNe laser) via the fiber 20 becomes parallel light at the lens 50, passes through the half mirror 65, and is partially transmitted and partially reflected at the transmission plane 70. The light reflected by the transmission plane 70 becomes reference light 200R in the Fizeau interferometer. The transmission plane 70 is placed on a piezo stage (not shown) so that it can be driven. The test light 200a transmitted through the transmission plane 70 passes through the CGH and becomes convergent light having different curvatures in each of the X and Y directions, and enters the surface of the test object 35 substantially perpendicularly. The test light 200b reflected by the surface of the test object 35 passes through the CGH and the transmission plane 70 again, and interferes with the reference light 200R. The interference light (200b, 200R) is reflected by the half mirror 65, passes through the lenses 51 and 52, and enters the deflection element 83. The interference light (200c, 200Rc) deflected by the deflection element 83 is expanded and contracted in a predetermined direction, and is received by the image sensor 94. Signals of interference light (200c, 200Rc) received by the image sensor 94 are sent to the computer 100. The computer 100 calculates the reflected wavefront of the object before the light beam is expanded or contracted by the deflection element, using functions normalized in a predetermined direction and in a direction perpendicular to the predetermined direction. Wavefront calculation may be performed by a fringe scan method or by a Fourier transform method using carrier fringes.
トーリックレンズは、主走査方向（図５のＸ方向）の径が副走査方向（図５のＹ方向）の径より大きい。このため、トーリック面の反射光をそのままイメージセンサで受光すると、副走査方向の分解能が主走査方向の分解能より低くなる。一方、本実施例によれば、偏向素子８３による偏向により副走査方向の光束幅を引き伸ばすことで、適切な分解能の波面計測を実現することができる。 The diameter of the toric lens in the main scanning direction (X direction in FIG. 5) is larger than the diameter in the sub scanning direction (Y direction in FIG. 5). Therefore, if the reflected light from the toric surface is directly received by the image sensor, the resolution in the sub-scanning direction will be lower than the resolution in the main scanning direction. On the other hand, according to this embodiment, by extending the beam width in the sub-scanning direction by deflection by the deflection element 83, wavefront measurement with appropriate resolution can be realized.
次に、図６を参照して、本発明の実施例４における波面計測装置について説明する。図６は、本実施例における波面計測装置４の概略構成図である。 Next, with reference to FIG. 6, a wavefront measuring device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the wavefront measuring device 4 in this embodiment.
波面計測装置４は、光源１０、ファイバ２０、レンズ５０、５１、偏向素子（プリズム）８４、波面センサ９０、およびコンピュータ１００を備えて構成されている。本実施例の被検物３６は、モールドレンズ（光学素子）である。 The wavefront measuring device 4 includes a light source 10, a fiber 20, lenses 50 and 51, a deflection element (prism) 84, a wavefront sensor 90, and a computer 100. The test object 36 in this embodiment is a molded lens (optical element).
光源１０からファイバ２０を介して出射した光２００ａは、レンズ５０、５１を介して収束光となり、被検物３６に入射する。被検物３６を透過した被検光２００ｂは、偏向素子８４で偏向され、所定の方向の光束が伸縮し、波面センサ９０で受光される。波面センサ９０で受光した被検光２００ｃの信号は、コンピュータ１００に送られる。コンピュータ１００は、所定の方向および所定の方向と垂直な方向のそれぞれに関して規格化した関数を用いて、光束が偏向素子８４により伸縮される前の被検光２００ｂの波面を算出する。 Light 200a emitted from the light source 10 via the fiber 20 becomes convergent light via the lenses 50 and 51, and enters the test object 36. The test light 200b transmitted through the test object 36 is deflected by the deflection element 84, and the light beam in a predetermined direction expands and contracts, and is received by the wavefront sensor 90. A signal of the test light 200c received by the wavefront sensor 90 is sent to the computer 100. The computer 100 calculates the wavefront of the test light 200b before the light beam is expanded or contracted by the deflection element 84, using functions standardized with respect to each of the predetermined direction and the direction perpendicular to the predetermined direction.
一般に、被検物３６が単レンズの場合、被検物３６を透過した波面は、複数のレンズで構成された光学系の透過波面と異なり、波面収差が大きい。波面収差が大きい場合、できるだけ被検物３６と波面センサ９０との間にレンズを挿入しないほうが好ましい。これは、挿入したレンズによる予期せぬ収差の発生（光線光路のばらつきによって生じる収差）を避けるためである。その場合、被検物の口径と同程度の画面サイズの波面センサ９０が必要となる。 Generally, when the test object 36 is a single lens, the wavefront transmitted through the test object 36 has a large wavefront aberration, unlike the transmitted wavefront of an optical system composed of a plurality of lenses. If the wavefront aberration is large, it is preferable not to insert a lens between the test object 36 and the wavefront sensor 90 as much as possible. This is to avoid unexpected aberrations caused by the inserted lens (aberrations caused by variations in the optical path of the light beam). In that case, a wavefront sensor 90 with a screen size comparable to the aperture of the object to be inspected is required.
図７は、本実施例において、波面センサ９０で得られる信号の例である。一般に、波面センサ９０の画面サイズ（受光面の大きさ）は、横方向よりも縦方向の方が小さい。したがって、被検物３６の口径と同程度の画面サイズの波面センサ９０とは、図７（Ａ）に示されるように、光束が波面センサ９０の縦方向に入るサイズのセンサを意味する。一般に、波面センサ９０は画面サイズが大きいほど高価になるため、適切な分解能が得られる条件のもとで、できるだけ小さな画面の波面センサを選択することが好ましい。 FIG. 7 shows an example of a signal obtained by the wavefront sensor 90 in this embodiment. Generally, the screen size (the size of the light receiving surface) of the wavefront sensor 90 is smaller in the vertical direction than in the horizontal direction. Therefore, the wavefront sensor 90 having a screen size comparable to the aperture of the test object 36 means a sensor of a size that allows a light beam to enter the wavefront sensor 90 in the vertical direction, as shown in FIG. 7(A). In general, the larger the screen size of the wavefront sensor 90, the more expensive it becomes, so it is preferable to select a wavefront sensor with a screen as small as possible under the conditions that an appropriate resolution can be obtained.
本実施例では、偏向素子８４による偏向により所定の方向（波面センサ９０の縦方向）に光束を圧縮することで、図７（Ｂ）に示されるように小さな画面の波面センサを用いた波面計測を実現している。なお本実施例では、被検光２００ｂの光束のうち所定の方向の光束幅を縮小するように偏向素子８４を配置しているが、これに限定されるものではない。例えば、被検光２００ｂの光束が波面センサ９０よりも小さい場合、波面センサ９０の横方向を所定の方向とし、所定の方向に光束を拡大するように偏向素子８４および波面センサ９０を配置すればよい。すなわち本実施例において、受光部（波面センサ９０）の第１の方向（縦方向）における受光面（画面）の幅は、第２の方向（横方向）における幅よりも小さく、偏向部（偏向素子８４）は、第１の方向における光の光束幅を縮小する。または、受光部の第１の方向における受光面（画面）の幅は、第２の方向における幅よりも大きく、偏向部は、第１の方向における光の光束幅を拡大する。これにより、波面センサ９０の横方向の受光領域（受光面）を有効活用することができる。 In this embodiment, by compressing the light flux in a predetermined direction (vertical direction of the wavefront sensor 90) by deflection by the deflection element 84, wavefront measurement using a wavefront sensor with a small screen is performed as shown in FIG. 7(B). has been realized. In this embodiment, the deflection element 84 is arranged so as to reduce the beam width in a predetermined direction of the light beam of the test light 200b, but the present invention is not limited to this. For example, when the luminous flux of the test light 200b is smaller than the wavefront sensor 90, the horizontal direction of the wavefront sensor 90 is set as a predetermined direction, and the deflection element 84 and the wavefront sensor 90 are arranged so as to expand the luminous flux in the predetermined direction. good. That is, in this embodiment, the width of the light receiving surface (screen) of the light receiving section (wavefront sensor 90) in the first direction (vertical direction) is smaller than the width in the second direction (horizontal direction), and the width of the light receiving surface (screen) of the light receiving section (wavefront sensor 90) is smaller than the width in the second direction (horizontal direction). Element 84) reduces the beam width of the light in the first direction. Alternatively, the width of the light-receiving surface (screen) of the light-receiving section in the first direction is larger than the width in the second direction, and the deflection section expands the luminous flux width of the light in the first direction. Thereby, the lateral light-receiving area (light-receiving surface) of the wavefront sensor 90 can be effectively utilized.
次に、図８を参照して、本発明の実施例５における光学系の製造方法について説明する。図８は、本実施例における光学系の製造方法を示すフローチャートである。例えば実施例１の波面計測装置１または実施例２の波面計測装置２を用いて計測された波面の結果を、光学系（被検物３０）の製造方法にフィードバックすることが可能である。 Next, with reference to FIG. 8, a method for manufacturing an optical system in Example 5 of the present invention will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing the optical system in this example. For example, it is possible to feed back the results of the wavefront measured using the wavefront measuring device 1 of the first embodiment or the wavefront measuring device 2 of the second embodiment to the manufacturing method of the optical system (test object 30).
まずステップＳ１０１において、光学素子を用いて光学系を組み立て、各素子の位置を調整する（光学系組立調整）。続いてステップＳ１０２において、組立調整された光学系の光学性能（光学精度）を評価する。ここで、光学系の光学性能の評価は、例えば実施例１の波面計測装置１または実施例２の波面計測装置２を用いて計測された波面の結果を用いて行われる。ステップＳ１０２にて光学性能が不足する場合、ステップＳ１０１へ戻り、再度、光学系の組立調整を行う。一方、ステップＳ１０２にて光学性能を充足する場合、光学系の製造方法に関する本フローを終了する。 First, in step S101, an optical system is assembled using optical elements, and the position of each element is adjusted (optical system assembly adjustment). Subsequently, in step S102, the optical performance (optical precision) of the assembled and adjusted optical system is evaluated. Here, the evaluation of the optical performance of the optical system is performed using the results of the wavefront measured using, for example, the wavefront measuring device 1 of the first embodiment or the wavefront measuring device 2 of the second embodiment. If the optical performance is insufficient in step S102, the process returns to step S101 and the optical system is assembled and adjusted again. On the other hand, if the optical performance is satisfied in step S102, this flow regarding the method for manufacturing an optical system is ended.
図９は、モールド加工を利用した光学素子の製造方法を示している。光学素子は、光学素子の設計工程（ステップＳ２０１）、金型の設計工程（ステップＳ２０２）、及び、設計された金型を用いた光学素子のモールド工程（ステップＳ２０３）を経て製造される。ここで光学素子は、型を用いて作るモールド（成型）に限定されるものではなく、研磨などの加工により作ってもよい。このためステップＳ２０３は、モールド工程以外の成形工程に置き換えてもよい。モールドされた光学素子は、その形状精度が評価（ステップＳ２０４）され、精度不足である場合は金型を補正して再度モールドを行う。形状精度が良好であれば、光学素子の光学性能が評価（ステップＳ２０５）される。光学性能（光学精度）が低い場合は、光学面を補正した光学素子を設計し直す。一方、ステップＳ２０５にて光学性能を充足する場合、光学素子の量産（ステップＳ２０６）工程に移行する。ステップＳ２０４の形状精度の評価に、例えば実施例３の波面計測装置３を利用することができる。また、ステップＳ２０５の光学性能の評価に、例えば実施例４の波面計測装置４を利用することができる。前述の光学素子の製造方法は、モールドによらず、研削、研磨による光学素子の製造にも適用可能である。 FIG. 9 shows a method of manufacturing an optical element using mold processing. The optical element is manufactured through an optical element design process (step S201), a mold design process (step S202), and an optical element molding process using the designed mold (step S203). Here, the optical element is not limited to a mold (molding) made using a mold, but may be made by processing such as polishing. Therefore, step S203 may be replaced with a molding process other than the molding process. The shape precision of the molded optical element is evaluated (step S204), and if the precision is insufficient, the mold is corrected and molding is performed again. If the shape accuracy is good, the optical performance of the optical element is evaluated (step S205). If the optical performance (optical precision) is low, redesign the optical element by correcting the optical surface. On the other hand, if the optical performance is satisfied in step S205, the process moves to the mass production of optical elements (step S206). For example, the wavefront measuring device 3 of the third embodiment can be used to evaluate the shape accuracy in step S204. Further, for example, the wavefront measuring device 4 of the fourth embodiment can be used for evaluating the optical performance in step S205. The method for manufacturing an optical element described above is applicable to manufacturing an optical element by grinding or polishing, without using a mold.
各実施例によれば、受光部の大きさを抑制しつつ適切な分解能を有する波面計測装置、波面計測方法、光学系の製造方法、および、光学素子の製造方法を提供することができる。 According to each embodiment, it is possible to provide a wavefront measuring device, a wavefront measuring method, an optical system manufacturing method, and an optical element manufacturing method that have appropriate resolution while suppressing the size of the light receiving section.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the invention.
１ 波面計測装置
８０、８１ 偏向素子（偏向部）
９０、９１ 波面センサ（受光部）
１００ コンピュータ（算出部）
1 Wavefront measurement device 80, 81 Deflection element (deflection section)
90, 91 Wavefront sensor (light receiving section)
100 Computer (calculation part)
Claims (12)
前記偏向部によって偏向された前記光を受光する受光部と、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出する算出部とを有することを特徴とする波面計測装置。 a deflection unit that changes the beam width of the light in a first direction by deflecting the light that has entered through the test object ;
a light receiving section that receives the light deflected by the deflecting section;
The wavefront of the light before entering the deflection section is determined using the output of the light receiving section and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. A wavefront measurement device comprising: a calculation section that calculates the .
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップとを有することを特徴とする波面計測方法。 changing the beam width of the light in the first direction by deflecting the light that has entered the deflection unit via the test object ;
using a light receiving section to receive the light deflected by the deflecting section;
The wavefront of the light before entering the deflection section is determined using the output of the light receiving section and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. A wavefront measurement method comprising the step of calculating.
前記光学系を組み立てるステップと、
前記光学系を介して偏向部に入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学系の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。 A method for manufacturing an optical system, the method comprising:
assembling the optical system;
changing the beam width of the light in the first direction by deflecting the light that has entered the deflection unit via the optical system;
using a light receiving section to receive the light deflected by the deflecting section;
The wavefront of the light before entering the deflection section is determined using the output of the light receiving section and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. a step of calculating
A manufacturing method comprising the step of evaluating optical performance of the optical system based on the wavefront.
前記光学素子を成形するステップと、
前記光学素子を介して偏向部に入射した光を偏向することで、該光の第１の方向における光束幅を変化させるステップと、
受光部を用いて、前記偏向部によって偏向された前記光を受光するステップと、
前記受光部の出力と、前記第１の方向および該第１の方向とは異なる第２の方向のそれぞれに関して規格化された関数とを用いて、前記偏向部に入射する前の前記光の波面を算出するステップと、
前記波面に基づいて前記光学素子の光学性能を評価するステップとを有することを特徴とする製造方法。 A method for manufacturing an optical element, the method comprising:
molding the optical element;
changing the beam width of the light in the first direction by deflecting the light that has entered the deflection unit via the optical element ;
using a light receiving section to receive the light deflected by the deflecting section;
The wavefront of the light before entering the deflection section is determined using the output of the light receiving section and a function normalized with respect to each of the first direction and a second direction different from the first direction. a step of calculating
A manufacturing method comprising the step of evaluating optical performance of the optical element based on the wavefront.
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