KR19980050455A - Non-contact lens vertex position and tilt measuring device for optical system - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
광학계용 비접촉식 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치Non-contact lens vertex position and tilt measuring device for optical system
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
단 렌즈의 위치와 기울기 오차를 비접촉식으로 효과적으로 측정하며, 상기 오차를 보상할 수 있는 수단을 제공하고자 함.However, the present invention aims to provide a means for effectively measuring the position and tilt error of a lens in a non-contact manner and compensating for the error.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
장치 하부에 배치되어 빛을 방출하는 광원; 상기 광원의 빛을 집속시켜 광학계 상부에 정렬된 단렌즈 표면에 결상시키는 대물렌즈; 상기 대물렌즈와 상기 광원 사이에 배치되며, 두개의 프리즘으로 구성되어, 반사된 상기 단렌즈 표면의 상기 결상을 단렌즈의 광축과 직각 방향으로 전환시켜 조사하는 광속분할기; 상기 광속분할기로부터 조사된 광 결상의 광량 및 위치를 측정하는 검지부; 상기 구성품을 소정 위치에 지지 고정하는 가대; 및 상기 가대에 연결되어 그의 상하 변위를 측정하는 거리 측정부를 포함하여 이루어진 광학계용 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치를 제공한다.A light source disposed under the device to emit light; An objective lens for focusing light from the light source and forming an image on a surface of a single lens aligned on an optical system; A luminous flux splitter disposed between the objective lens and the light source and composed of two prisms to convert the image of the reflected single lens surface in a direction perpendicular to the optical axis of the single lens; A detection unit for measuring the amount and position of the light image irradiated from the luminous flux splitter; A mount for supporting and fixing the component to a predetermined position; And a distance measuring part connected to the mount and measuring a vertical displacement thereof.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
상기와 같이 구성된 본 발명은 다수의 렌즈로 구성된 정밀 광학계의 조립에 용이하게 적용될 수 있으며, 구성 렌즈와 접촉 없이도 상기 렌즈들의 정점 위치 및 기울기를 효율적으로 측정할 수가 있다.The present invention configured as described above can be easily applied to the assembly of a precision optical system composed of a plurality of lenses, it is possible to efficiently measure the vertex position and the tilt of the lenses without contacting the constituent lens.
Description
본 발명은 광학계용 비접촉식 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치에 관한 것으로, 특히 정밀 광학계를 조립하는 데 있어서 각 단렌즈들의 정점 위치와 광축에 대한 기울기를 비접촉식으로 정확하게 측정하는 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact lens vertex position and inclination measuring device for an optical system, and more particularly to a lens vertex position and tilt measuring device for non-contact accurate measurement of the vertex position of each single lens and the tilt with respect to the optical axis in assembling a precision optical system. It is about.
종래의 경우, 각 렌즈들로 구성되는 정밀 광학계를 조립시, 상기 각 단렌즈의 정점 위치를 확인하기 위하여 통상 촉침식 측정기를 사용하였다. 그 일예를 간단히 설명하면, 리소그래피용 광학계와 같이 높은 광학적 성능이 요구되는 광학계는 각 단렌즈들을 사전에 정해진 위치에서 수 마이크로미터 또는 그 이하의 오차를 갖는 범위 안에 광축과 이루는 각도가 그 직각에 대해서 수초 이내의 오차 범위 안에 들어오도록 조립되어야 한다. 상기 목적을 위하여, 통상 각 단렌즈를 감싸는 금속제의 렌즈 셀들을 볼트 등을 사용하여 연결하며, 각 단렌즈의 위치가 사전에 정해진 위치에 놓여져 있는지 확인하기 위하여 촉침식 거리 측정기가 사용되고 광축에 대한 기울기를 측정하기 위하여 별도의 오토콜리메터 등이 사용되며, 측정된 위치 오차 및 기울기 오차를 보상하기 위하여, 상기 각 볼트에 가해지는 토크를 조절하여 미세한 거리 및 기울기를 조정하게 된다.In the conventional case, when assembling a precision optical system composed of each lens, a tactile hand meter was usually used to check the vertex position of each single lens. As an example, an optical system that requires high optical performance, such as an optical system for lithography, has an angle with the optical axis within a range having errors of several micrometers or less at a predetermined position for each single lens with respect to its right angle. It must be assembled to fall within a few seconds. For this purpose, a metal lens cell surrounding each single lens is usually connected by using a bolt or the like, and a tactile rangefinder is used to check whether the position of each single lens is set in a predetermined position. A separate auto collimator is used to measure the pressure, and in order to compensate for the measured position error and the tilt error, the torque applied to each bolt is adjusted to adjust the fine distance and the tilt.
그러나, 상기와 같은 접촉식 측정 방식은 거리 측정기가 갖는 기계적 마찰, 측정 온도 등에 의한 측정값에 오차가 발생하거나, 촉침으로 인한 단렌즈 표면에 손상이 발생하거나, 렌즈의 정점에 정확히 촉침을 위치시키기 곤란한 문제점을 내포하고 있다.However, the above-described contact measurement method causes an error in the measured value due to the mechanical friction, the measurement temperature, etc. of the range finder, damage to the surface of the single lens due to the touch, or to accurately position the touch on the vertex of the lens. It is a difficult problem.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 조립되는 각 렌즈 구성품들의 정점 위치 및 기울기 측정을 비접촉식으로 확인 가능한 수단과 거리 측정 수단을 제공하여, 측정된 오차를 용이하게 보상할 수 있는 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention devised to solve the above problems provides a means for contactlessly confirming the vertex position and the tilt measurement of each lens component to be assembled and a distance measuring means, so that the lens vertex can easily compensate the measured error Its purpose is to provide a position and tilt measuring device.
도1은 본 발명에 따른 단렌즈 위치 및 기울기 측정장치가 구비된 광학계를 나타낸 개략도이며,1 is a schematic view showing an optical system equipped with a single lens position and tilt measuring device according to the present invention,
도2는 도1의 측정 장치의 검지부를 확대하여 나타낸 설명도이다.FIG. 2 is an explanatory view showing an enlarged detection unit of the measuring device of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1, 2: 단렌즈 3: 기구부품1, 2: single lens 3: mechanical parts
4: 볼트 11: 대물렌즈4: bolt 11: objective lens
12: 광속분할기 13: 광원 슬롯(slot)12: beam splitter 13: light source slot
14: 광원 15: 검지부 슬롯14: light source 15: detector slot
16: 검지부 17: 가대16: detection unit 17: trestle
18: 가이드 21: 거리 측정기18: Guide 21: Distance Meter
31: 검지기31: detector
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 장치 하부에 배치되어 광원측 슬롯을 통해 빛을 방출하는 광원; 상기 광원의 빛을 집속시켜 광학계 상부에 정렬된 단렌즈 표면에 결상시키는 대물렌즈; 두개의 프리즘으로 구성되어 상기 대물렌즈와 상기 광원 사이에 배치되며, 반사되어 되돌아온 상기 단렌즈 표면의 상기 결상을 단렌즈의 광축과 직각 방향으로 전환시켜 조사하는 광속분할수단; 상기 광속분할기로부터 감도 조절용 슬롯를 통해 조사되어 맺혀진 광 결상의 광량과 위치를 측정하는 검지수단; 상기 대물렌즈, 광속분할수단, 검지수단 및 광원을 소정 위치에 지지 고정하며, 상하 이동 가능하게 배치된 가대; 및 상기 가대에 연결되어 그의 변위를 측정하는 거리 측정수단을 포함하여 이루어진 광학계용 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a light source disposed in the lower portion of the light emitting side through the light source slot; An objective lens for focusing light from the light source and forming an image on a surface of a single lens aligned on an optical system; A light flux dividing means, composed of two prisms, disposed between the objective lens and the light source, and configured to irradiate the image of the single lens surface reflected and returned in a direction perpendicular to the optical axis of the single lens; Detection means for measuring the amount and position of the light image formed by irradiation through the sensitivity adjusting slot from the luminous flux splitter; A mount supporting the objective lens, the light beam splitting means, the detecting means, and the light source at a predetermined position and arranged to be movable up and down; And it provides a lens vertex position and inclination measuring device for an optical system comprising a distance measuring means connected to the mount to measure the displacement thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment configuration of the present invention.
도1은 본 발명에 따른 렌즈 위치 및 기울기 측정장치를 구비한 광학계를 개략적으로 나타내며, 도2는 도1에서의 렌즈 위치 및 기울기 측정장치의 검지부를 나타낸다. 도1 및 도2를 참조하면, 도면 부호 1은 단렌즈, 2는 렌즈, 3은 기구부품, 4는 볼트, 11은 대물렌즈, 12는 광속분할기, 13은 슬롯(slot), 14는 광원, 15는 슬롯, 16은 검지부, 17은 가대, 18은 가이드, 21은 거리 측정기, 31은 검지기, 32는 광 결상을 각각 나타낸다.1 schematically shows an optical system having a lens position and tilt measuring device according to the present invention, and FIG. 2 shows a detection unit of the lens position and tilt measuring device in FIG. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a single lens, 2 lens, 3 mechanical component, 4 bolt, 11 objective lens, 12 beam splitter, 13 slot, 14 light source, 15 denotes a slot, 16 a detector, 17 a mount, 18 a guide, 21 a range finder, 31 a detector, and 32 an optical image.
도시된 바와 같이, 본 발명은 장치 하부에 배치되어 광원측 슬롯(13)을 통해 상방으로 빛을 방출하는 광원(14); 상기 광원(14)의 빛을 집속시켜 광학계 상부에 위치한 기구부품(금속 셀)(3)에 정렬된 단렌즈(2) 상에 결상시키는 대물렌즈(11); 상기 대물렌즈(11)와 상기 광원(14) 사이에 배치도며, 두개의 프리즘으로 구성되어, 상기 단렌즈(2) 표면의 상기 결상이 반사되어 상기 대물렌즈(11)를 통해 되돌아 올 때, 단렌즈(2)의 광축과 직각 방향으로 전환시켜 후술될 검지부에 결상시키는 광속분할기(12); 검지부측 슬롯(15)을 통해 상기 광속분할기로부터 들어온 광 결상(32)의 광량과 위치를 측정하는 검지부(16); 이상의 구성품이 소정 위치에 지지 고정되는 가대(17); 및 상기 가대에 연결되어 가대(17)의 변위를 측정하는 거리 측정부(21)를 포함하여 구성되며, 상기 검지부(16)는 네개로 분할된 검지기(31)로 구성되어 감도 조절용 구멍인 검지부측 슬롯(15)을 통해 인입된 광량을 검지하며, 상기 가대(17)는 상기 기구부품(3)을 지지하는 가이드(18)를 따라 상하로 상승 및 하강할 수 있다.As shown, the present invention includes a light source 14 disposed below the device and emitting light upward through the light source side slot 13; An objective lens 11 for focusing light from the light source 14 and forming an image on a single lens 2 aligned with an instrument part (metal cell) 3 located above the optical system; It is arranged between the objective lens 11 and the light source 14, and consists of two prisms, when the image of the surface of the single lens 2 is reflected and returned through the objective lens 11 A luminous flux splitter 12 which switches in a direction perpendicular to the optical axis of the lens 2 and forms an image on a detector to be described later; A detection unit (16) for measuring the amount and position of the light imaging (32) coming from the beam splitter through the detection unit side slot (15); A mount 17 having the above components supported and fixed at a predetermined position; And a distance measuring unit 21 connected to the mount to measure the displacement of the mount 17, wherein the detection unit 16 is composed of four detectors 31 divided into four detection holes, which are holes for sensitivity adjustment. The amount of light introduced through the slot 15 is detected, and the mount 17 can be moved up and down along the guide 18 supporting the instrument part 3.
전술한 바와 같이, 본 발명은 상기 검지부(16)와 거리 측정부(21)를 결합하여 이미 조립된 단렌즈(1)이나 현재 조립하고자 하는 렌즈(2)에 영향을 주지 않고 단렌즈의 위치와 광축에 대한 기울기를 측정하도록 구성되며, 상기 대물렌즈(11)의 광축과 상기 단렌즈(2)의 광축이 직각이 될 때, 상기 검지부(16)에 검지된 광량이 최대가 된다는 점을 이용하여 단렌즈(2)가 소정 위치에서 광축에 수직으로 위치되었는지를 측정하는 것이다. 상기의 렌즈 정점 위치 및 기울기 측정 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.As described above, the present invention combines the detection unit 16 and the distance measuring unit 21 and the position of the single lens without affecting the already assembled single lens 1 or the lens 2 to be assembled at present. It is configured to measure the tilt with respect to the optical axis, and when the optical axis of the objective lens 11 and the optical axis of the single lens 2 is perpendicular to each other, by using the point that the amount of light detected by the detection unit 16 is maximized It is to measure whether the single lens 2 is positioned perpendicular to the optical axis at a predetermined position. The lens vertex position and tilt measurement operation will be described in detail as follows.
단렌즈(1)는 이미 조립된 단렌즈로서 다음에 조립된 단렌즈의 기준점을 제공하며, 단렌즈(2)는 현재 조립하고자 하는 단렌즈이며, 가이드(18)에 의해 지지 고정된 기구부품(금속 셀)(3)에 각각의 단렌즈의 가장자리가 감싸여 지지되며, 상기 금속 셀(3)들은 볼트(4)에 의해 상호 체결되어 있다.The single lens 1 is a preassembled single lens and provides a reference point of the next assembled single lens, and the single lens 2 is a single lens to be assembled at present, and is a mechanical component supported and fixed by the guide 18. The edges of each single lens are enclosed and supported in the metal cell 3, and the metal cells 3 are fastened to each other by bolts 4.
광원(14)에서 조사된 빛은 광원측 슬롯(13)을 통과하며, 상기 슬롯(13)을 통과한 빛은 대물렌즈(11)에 의해 집속되어 조립하고자 하는 단렌즈(2)의 표면상에 결상된다. 상기 단렌즈(2)의 표면에서 상기 결상은 반사되어 이전 경로를 되돌아 다시 대물렌즈(11)를 통과하여 광속분할기(12)에 도달하게 되며, 프리즘에 의해 분할되어 단렌즈(2)의 광축에 직각 방향으로 조사된다. 상기 광속분할기(12)로부터 조사된 빛은 감도 조절용 구멍(15)을 통과한 후 검지부(16)에 광 결상(32)을 형성하게 된다.The light irradiated from the light source 14 passes through the light source side slot 13, and the light passing through the slot 13 is focused on the surface of the single lens 2 to be focused and assembled by the objective lens 11. It is formed. On the surface of the single lens 2, the image is reflected and returns to the beam splitter 12 by passing through the objective lens 11 again through the objective path, which is divided by a prism to the optical axis of the single lens 2 Irradiated at right angles. The light irradiated from the beam splitter 12 passes through the sensitivity adjusting hole 15 and forms an optical image 32 in the detection unit 16.
이때, 전술한 바와 같이, 대물렌즈(11)에 의해 단렌즈(2)의 표면에 투영된 결상이 정확히 단렌즈(2)의 정점에 놓이고 현미경 대물렌즈(11)의 광축과 단렌즈(2)가 이루는 각이 수직이 된다면, 상기 감도 조절용 구멍인 검지부측 슬롯(15)을 통과한 빛이 검지기(16)에서 최대 광량으로 검지 된다. 이에 따라, 상기 단렌즈(2)가 미리 정해진 위치에 광축에 수직하게 위치된 것을 알아낼 수 있다.At this time, as described above, the image projected onto the surface of the single lens 2 by the objective lens 11 is exactly at the apex of the single lens 2, and the optical axis and the single lens 2 of the microscope objective lens 11 are positioned. If the angle formed by?) Becomes vertical, the light passing through the detector-side slot 15, which is the sensitivity adjustment hole, is detected by the detector 16 at the maximum amount of light. Accordingly, it can be seen that the single lens 2 is positioned perpendicular to the optical axis at a predetermined position.
다시 말하면, 단렌즈를 광학계에 조립함에 있어서, 상기 가대(17)를 상기 가이드(18)를 따라 상하 방향으로 직선 운동을 시켜, 상기 가대(17)에 연결된 거리 측정기(21)의 눈금이 사전에 정해진 값이 될 때까지 움직여 설정한다. 그 후, 상기 기구부품(즉, 금속 셀을 상호 연결하는)의 볼트(4)에 가해 주는 토크를 조정하여 검지기(16)에서 측정되는 광량이 최대가 되도록 조절하면, 상기 단렌즈(2)의 상하 위치가 조절될 수 있다. 이어서, 상기 단렌즈(2)의 기울기를 조절한다. 도2에 도시된 바와 같이, 만일 상기 광속분할기에서의 광축이 상기 단렌즈의 광축과 직각인 상태가 아니면, 상기 검지부(16)에 결상은 검지기(31)의 중심에서 편심되게 위치된다. 상기 검지기(31)는 네개의 사분면으로 분할된 검지 부분으로 구성되어 있으므로 각각의 검지 부분에서 검지된 광량은 각기 다르게 된다. 상기 검지 부분에서 검지된 광량은 상호 비교됨으로써 상기 단렌즈(2)의 기울기 오차를 판정하고 그만큼의 기울기 오차를 상기 볼트(4)의 토크를 조정함으로써 보상하게 된다.In other words, in assembling the single lens to the optical system, the mount 17 is linearly moved along the guide 18 in the vertical direction, so that the scale of the distance measurer 21 connected to the mount 17 is previously determined. Move to set until the specified value is reached. After that, the torque applied to the bolt 4 of the instrument part (ie, interconnecting the metal cells) is adjusted so that the amount of light measured by the detector 16 is adjusted to the maximum. The up and down position can be adjusted. Next, the inclination of the single lens 2 is adjusted. As shown in Fig. 2, if the optical axis of the beam splitter is not perpendicular to the optical axis of the single lens, the imaging in the detection unit 16 is eccentrically positioned at the center of the detector 31. Since the detector 31 is composed of detection portions divided into four quadrants, the amount of light detected in each detection portion is different. The amount of light detected in the detecting portion is compared with each other to determine the tilt error of the single lens 2 and compensate for the tilt error by adjusting the torque of the bolt 4.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 구성된 본 발명은 다수의 렌즈로 구성된 정밀 광학계에 용이하게 적용될 수 있으며, 구성 렌즈와 접촉 없이도 상기 렌즈들의 정점 위치 및 기울기 오차를 효과적으로 측정하고 상기 오차를 용이하게 보상할 수 있는 효과가 있다.The present invention configured as described above can be easily applied to the precision optical system composed of a plurality of lenses, there is an effect that can effectively measure the peak position and tilt error of the lens and easily compensate for the error without contacting the component lens. .
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20080328 Year of fee payment: 10 |
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