JP5544765B2 - Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method - Google Patents
Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5544765B2 JP5544765B2 JP2009140696A JP2009140696A JP5544765B2 JP 5544765 B2 JP5544765 B2 JP 5544765B2 JP 2009140696 A JP2009140696 A JP 2009140696A JP 2009140696 A JP2009140696 A JP 2009140696A JP 5544765 B2 JP5544765 B2 JP 5544765B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavefront
- data
- shape measuring
- correction
- light beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
本発明は、カメラレンズ、顕微鏡対物レンズ、ミラー等の被検物を経由した光の波面形状をシャックハルトマン法により測定する波面形状測定装置及び波面形状測定方法に関する。 The present invention relates to a wavefront shape measuring apparatus and a wavefront shape measuring method for measuring a wavefront shape of light passing through a test object such as a camera lens, a microscope objective lens, and a mirror by the Shack-Hartmann method.
従来、カメラレンズなど、使用光が白色光である光学系を検査する際には、白色光源による被検レンズのピンホール像やスリット像を観察していた。 Conventionally, when inspecting an optical system that uses white light, such as a camera lens, a pinhole image or a slit image of a lens to be examined by a white light source has been observed.
しかし、近年になると、レーザ光源から発した光を被検レンズへ入射させ、被検レンズを経由した後の波面形状を測定することも多くなってきた。ピンホール像やスリット像よりも、波面形状の方がより多くの情報を含むからである。 However, in recent years, it has become more common to measure the wavefront shape after passing the light emitted from the laser light source into the test lens and passing through the test lens. This is because the wavefront shape contains more information than the pinhole image or the slit image.
このような波面形状の測定には、干渉計やシャックハルトマンセンサが有効であり、特にシャックハルトマンセンサは、ダイナミックレンジが広いことで知られている(特許文献1を参照)。 An interferometer and a Shack-Hartmann sensor are effective for measuring such a wavefront shape. In particular, the Shack-Hartmann sensor is known to have a wide dynamic range (see Patent Document 1).
しかしながら、カメラレンズのように視野の広い光学系は、顕微鏡対物レンズのように視野の狭い光学系と比較して大きな収差が残存している可能性が高い。特に、広角のカメラレンズは、視野周辺の収差が大きい。このため、カメラレンズを被検レンズとした場合には、たとえシャックハルトマンセンサであっても測定できない可能性があった。 However, an optical system with a wide field of view such as a camera lens has a high possibility that a large aberration remains as compared with an optical system with a narrow field of view such as a microscope objective lens. In particular, a wide-angle camera lens has a large aberration around the visual field. For this reason, when a camera lens is used as a test lens, there is a possibility that even a Shack-Hartmann sensor cannot be measured.
このような状況の下、本発明は、被検物の特性の良否(収差や形状誤差の程度)に依らず確実に測定を行うことのできるシャックハルトマン式の波面形状測定方法、及び、その波面形状測定方法に好適なシャックハルトマン型の波面形状測定装置を提供する。 Under such circumstances, the present invention provides a Shack-Hartmann-type wavefront shape measuring method capable of reliably performing measurement irrespective of the quality of the test object (the degree of aberration and shape error), and the wavefront thereof. A Shack-Hartmann type wavefront shape measuring apparatus suitable for a shape measuring method is provided.
本発明の波面形状測定装置を例示する一態様は、被検物を経由した被検光束の各部分光束を個別に集光するマイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイによる各部分光束の集光点の配列データを取得する検出手段と、マイクロレンズアレイへ向かう被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる波面変形手段と、波面変形手段が波面に対して重畳させるべき形状成分を調節する形状調節手段と、調節後の形状成分が重畳された被検光束に関する配列データを測定データとして取得する測定手段と、調節後の形状成分を示す補正データを取得する補正データ取得手段と、測定データを補正データで補正することにより、補正後の測定データを取得する補正手段とを備える。 One aspect illustrating the wavefront shape measuring apparatus of the present invention includes a microlens array that individually collects each partial light beam of a test light beam that has passed through a test object, and a condensing point of each partial light beam by the microlens array. Detecting means for acquiring array data; wavefront deforming means for superimposing a predetermined shape component on the wavefront of the light beam to be detected toward the microlens array; and adjusting the shape component that the wavefront deforming means should superimpose on the wavefront Shape adjusting means , measuring means for acquiring array data relating to the test light beam on which the adjusted shape component is superimposed, measurement data, correction data acquiring means for acquiring correction data indicating the adjusted shape component, and measurement data And correction means for acquiring corrected measurement data by correcting the correction data with correction data .
本発明の波面形状測定方法を例示する一態様は、本発明の波面形状測定装置を例示する一態様を使用した波面形状測定方法であって、検出手段が取得する配列データを参照しながら形状調節手段を駆動することにより、互いに隣接する集光点の間隔を閾値以上にする調節手順と、調節後の形状成分が重畳された被検光束に関する配列データを測定データとして取得する測定手順と、調節後の形状成分を示す補正データを取得する補正データ取得手順と、測定データを補正データで補正することにより、補正後の測定データを取得する補正手順とを含む。 One aspect illustrating the wavefront shape measuring method of the present invention is a wavefront shape measuring method using one aspect illustrating the wavefront shape measuring apparatus of the present invention, and the shape adjustment is performed with reference to the array data acquired by the detecting means. An adjustment procedure for driving the means to make the interval between adjacent condensing points equal to or greater than a threshold value, a measurement procedure for acquiring array data relating to the test light beam on which the adjusted shape component is superimposed , and adjustment A correction data acquisition procedure for acquiring correction data indicating the subsequent shape component and a correction procedure for acquiring the measurement data after correction by correcting the measurement data with the correction data are included.
本発明によれば、被検物の特性の良否(収差や形状誤差の程度)に依らず確実に測定を行うことのできるシャックハルトマン式の波面形状測定方法、及び、その波面形状測定方法に好適なシャックハルトマン型の波面形状測定装置が実現する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is suitable for the Shack-Hartmann wavefront shape measuring method and the wavefront shape measuring method capable of reliably performing the measurement regardless of the quality of the test object (aberration or shape error). A Shack-Hartmann-type wavefront shape measuring device is realized.
以下、本発明の第1実施形態としてシャックハルトマン型波面形状測定装置を説明する。 Hereinafter, a Shack-Hartmann wavefront shape measuring apparatus will be described as a first embodiment of the present invention.
図1は、本実施形態の装置の構成図である。本装置には、不図示のレーザ光源と、レーザ光源に連結された光ファイバ11と、コンデンサレンズ12と、点光源生成用のピンホール板13と、コリメータレンズ14と、コリメータレンズ15と、二次元のマイクロレンズアレイ16と、二次元の受光素子アレイ17と、レンズ駆動機構18と、光源移動機構19と、不図示の制御部とが配置され、コリメータレンズ14とコリメータレンズ15との間にカメラレンズなどの被検レンズ10がセットされる。なお、本装置の光源としてはレーザの方が好ましいが、必ずしもレーザである必要はない。また、図1に示した光ファイバ11は、バンドルファイバであってもよい。
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus according to the present embodiment. The apparatus includes a laser light source (not shown), an
光ファイバ11の出射端から射出した光束は、コンデンサレンズ12を介してピンホール板13のピンホールを照明する。これによって、ピンホールの位置に点光源が形成される。ピンホールから射出した光束(理想球面波)は、コリメータレンズ14を介して平行光束となり、被検レンズ10へ入射する。被検レンズ10を通過した光束(被検光束)は一旦集光した後、発散しながらコリメータレンズ15へ入射する。コリメータレンズ15へ入射した被検光束は、コリメータレンズ15により平行光束に近づけられた後、マイクロレンズアレイ16へ入射する。マイクロレンズアレイ16へ入射した被検光束のうち、マイクロレンズアレイ16の個々のマイクロレンズ(レンズレット)へ入射した部分光束は集光され、受光素子アレイ17上にスポットを形成する。
The light beam emitted from the emission end of the
コリメータレンズ15の光軸方向の位置が基準位置Aに設定され、かつ被検レンズ10の収差がゼロであった場合、図2に示すとおり、マイクロレンズアレイ16に入射する被検光束の波面は平面となり、受光素子アレイ17上に形成される複数のスポットの配列は、マイクロレンズの配列に対応した配列となる。
When the position of the
一方、コリメータレンズ15の光軸方向の位置が基準位置Aに設定され、かつ被検レンズ10の収差がゼロではなかった場合、図3に示すとおり、マイクロレンズアレイ16に入射する被検光束の波面は非平面となり、受光素子アレイ17上に形成される複数のスポットの配列は、マイクロレンズの配列に対応した配列となる。
On the other hand, when the position of the
不図示の制御部は、受光素子アレイ17の出力に基づき複数のスポットの配列(例えば、スポット重心の配列)を算出し、その配列に基づき、被検レンズ10が被検光束の波面に与えた収差成分を算出する。
A control unit (not shown) calculates an array of a plurality of spots (for example, an array of the center of gravity of the spots) based on the output of the light
ここで、図2に示したとおり、被検レンズ10の収差が小さいときには、スポットの配列はマイクロレンズの配列とほぼ同じになるが、図3に示したとおり、被検レンズ10の収差が大きいときには、スポットの配列は、マイクロレンズの配列とは異なり、互いに隣り合うスポットの間に重なりが生じる可能性がある。
Here, as shown in FIG. 2, when the aberration of the
仮に、互いに隣り合うスポットの間に重なりが生じると、制御部は受光素子アレイ17の出力からスポットの配列を正確に求めることができず、被検レンズ10が被検光束の波面に与えた収差成分を算出することは難しくなる。
If an overlap occurs between adjacent spots, the control unit cannot accurately determine the arrangement of the spots from the output of the light
そこで、図1に示したレンズ駆動機構18は、制御部からの指示に従い、基準位置Aから矢印の方向(光軸方向)へ向けてコリメータレンズ15をシフトさせ、コリメータレンズ15をデフォーカス状態にする。コリメータレンズ15がデフォーカス状態になると、そのデフォーカスにより、被検光束の波面に対し図4、図5に示すとおり凸の球面成分が重畳するので、スポットの間隔が広がる。なお、図4は、被検レンズ10の収差が小さく、かつコリメータレンズ15がデフォーカス状態にあるときにおけるスポットの配列を示す図であり、図5は、被検レンズ10の収差が大きく、かつコリメータレンズ15がデフォーカス状態ときにおけるスポットの配列を示す図である。なお、図4、図5では、部分光束の主光線のみを示している。
Therefore, the
しかも、コリメータレンズ15のデフォーカス量が大きいときほど、被検光束の波面に重畳される球面成分のパワーが大きくなるので、スポットの間隔も大きくなる。
Moreover, as the defocus amount of the
ここで、波面に球面成分を重畳させたときに生じる現象を、数式を用いて詳細に説明する。 Here, a phenomenon that occurs when a spherical component is superimposed on a wavefront will be described in detail using mathematical expressions.
先ず、マイクロレンズアレイ16におけるマイクロレンズ(レンズロット)の配列ピッチをdとし、マイクロレンズアレイ16上の座標を(x,y)で表し、受光素子アレイ17上の座標を(x’,y’)で表す。但し、これらの座標の原点は、マイクロレンズアレイ16及び受光素子アレイ17の中心に採る。
First, the arrangement pitch of microlenses (lens lots) in the
このとき、(i,j)番目のマイクロレンズに着目すると、そのマイクロレンズの中心位置Pの座標(x,y)は、以下の式(1)で表される(以下、このマイクロレンズを「着目マイクロレンズ」と称す。)。
x=i・d,y =j・d …(1)
したがって、図2に示すとおりマイクロレンズアレイ16へ入射する波面が平面波であるときには、着目マイクロレンズの中心位置Pの座標(x,y)と、着目マイクロレンズを通過した光束が受光素子アレイ17上に形成するスポット位置Qの座標(x’,y’)との関係は、以下の式(2)で表される。
x’=x=i・d,y’=y=j・d …(2)
一方、図4に示すとおりマイクロレンズアレイ16に入射する波面が凸の球面波であるときには、スポット位置Qは外側へずれるので、式(2)が成り立たず、後述する式(6)、(7)が成り立つ。
At this time, paying attention to the (i, j) th microlens, the coordinates (x, y) of the center position P of the microlens are expressed by the following formula (1) (hereinafter, this microlens is expressed as “ This is referred to as a “focused microlens”.)
x = i · d, y = j · d (1)
Therefore, when the wavefront incident on the
x ′ = x = i · d, y ′ = y = j · d (2)
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the wavefront incident on the
なぜなら、マイクロレンズアレイ16に入射する球面波の波面w(x,y)は、以下の式(3)のとおり二次の関数で表される。
w(x,y)=α・(x2+y2) …(3)
この場合、前述したスポット位置Qのずれ量(δx’,δy’)は、マイクロレンズの焦点距離fmに対して以下の式(4)、(5)で表される。
This is because the wavefront w (x, y) of the spherical wave incident on the
w (x, y) = α · (x 2 + y 2 ) (3)
In this case, the deviation amount of the spot position Q as described above (.delta.x ', .delta.y') has the following formula with respect to the focal length f m of the microlens (4) is expressed by (5).
したがって、マイクロレンズアレイ16へ入射する波面が凸の球面波であるとき、位置Pの座標(x,y)と位置Qの座標(x’,y’)との関係は、以下の式(6)、(7)で表される。
x’=i・d+δx’=i・d・(1+2・α・fm) …(6)
y’=j・d+δy’=j・d・(1+2・α・fm) …(7)
これらの式(6)、(7)と上述した式(2)とを比較して明かなとおり、マイクロレンズアレイ16へ入射する波面を平面波から凸の球面波へと変化させると、マイクロレンズアレイ16のピッチdを(1+2・α・fm)倍にしたのと等価な現象が生じることがわかる。
Therefore, when the wavefront incident on the
x '= i · d + δx ' = i · d · (1 + 2 · α · f m) ... (6)
y '= j · d + δy ' = j · d · (1 + 2 · α · f m) ... (7)
As is clear from comparison between these equations (6) and (7) and the above equation (2), when the wavefront incident on the
そこで、本実施形態の制御部は、被検レンズ10の収差量に応じてコリメータレンズ15のデフォーカス量を設定することにより、スポットの間隔を一定以上に設定する。
Therefore, the control unit of the present embodiment sets the defocus amount of the
但し、コリメータレンズ15のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分が既知となっていなければ、被検レンズ10が被検光束の波面に与えた収差成分を算出することができない。後述する予備測定は、それを既知とするために行われる。
However, if the spherical component superimposed on the wavefront of the test light beam due to defocusing of the
図1に示した光源移動機構19は、予備測定のために備えられた機構である。光源移動機構19は、制御部からの指示に従い、光ファイバ11の出射端と、コンデンサレンズ12と、ピンホール板13からなる光源部20を光軸方向へ移動させることにより、ピンホール板13の位置(すなわち点光源の形成位置)を光軸方向にシフトさせる。なお、ここでは、光源移動機構19の移動対象を光源部20の全体としたが、ピンホール板13のみ、或いはピンホール板13及びコンデンサレンズ12のみとしてもよい。
The light
図6は、測定時における制御部の動作フローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。 FIG. 6 is an operation flowchart of the control unit during measurement. Hereinafter, each step will be described in order.
ステップS11:制御部は、本測定の開始指示が入力されたか否かを監視する。制御部は、本測定の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、本測定の開始指示が入力された場合にはステップS12へ移行する。なお、本測定の開始に当たりユーザは、被検レンズ10を装置へセットすると、本測定の開始指示を制御部へ入力する。
Step S11: The control unit monitors whether or not an instruction to start the main measurement is input. The control unit waits as it is when the main measurement start instruction is not input, and when the main measurement start instruction is input, the control unit proceeds to step S12. When starting the main measurement, the user inputs the main measurement start instruction to the control unit when the
ステップS12:制御部は、図7(A)に示すとおりコリメータレンズ15の光軸方向の位置を基準位置Aに設定する。なお、制御部は、コリメータレンズ15の焦点距離fと、被検レンズ10の焦点距離とを予め記憶しており、本ステップではそれらの焦点距離に応じてコリメータレンズ15と被検レンズ10との光軸方向の相対位置を調節することにより、コリメータレンズ15の焦点位置と被検レンズ10の焦点位置とを一致させる。この状態におけるコリメータレンズ15の位置が、基準位置Aである。
Step S12: The control unit sets the position of the
ステップS13:制御部は、受光素子アレイ17の出力に基づき、受光素子アレイ17上に形成されている複数のスポットの配列データを取得し、それを測定データD1とおく(図8左上参照)。なお、ここでいう配列データは、受光素子アレイ17上に形成されている複数のスポットの各々のスポット位置(例えば重心座標)を示すデータのことである。
Step S13: The control unit acquires array data of a plurality of spots formed on the light receiving
ステップS14:制御部は、測定データD1に含まれる複数のスポット位置のうち、最も近接した2つのスポット位置の間隔が閾値以上であるか否かを判別し、閾値未満であった場合にはステップS15へ移行し、閾値以上であった場合にはステップS16へ移行する。但し、本ステップにおける制御部は、測定データD1に含まれるスポット位置の個数を参照し、その個数が有効なマイクロレンズの個数未満であった場合には、複数のスポットのうち何れか2以上のスポットが互いに重なっていたとみなし、前述の間隔の大小に拘わらずステップS15へ移行する。 Step S14: The control unit determines whether or not the interval between the two closest spot positions among the plurality of spot positions included in the measurement data D1 is equal to or greater than a threshold value. The process proceeds to S15, and if it is equal to or greater than the threshold, the process proceeds to step S16. However, the control unit in this step refers to the number of spot positions included in the measurement data D1, and when the number is less than the number of effective microlenses, any two or more of the plurality of spots are included. It is considered that the spots overlap each other, and the process proceeds to step S15 regardless of the size of the above-described interval.
ステップS15:制御部は、基準位置Aから矢印の方向へ1ステップ分だけコリメータレンズ15をシフトさせて(コリメータレンズ15のデフォーカス量を1ステップ分だけ増大させて)からステップS12に戻る。したがって、仮に、被検レンズ10の収差が大きく、ステップS12の終了時点におけるスポット位置の最小間隔が閾値より小さかったとしても、ステップS13、S14、S15のループを繰り返すことにより、スポット位置の最小間隔は閾値に近づく。なお、図7(B)は、ループの繰り返し回数が十分となり、スポット位置の最小間隔が閾値以上となったときにおける光学配置を示している。この状態におけるコリメータレンズ15の光軸方向の位置A’は、基準位置Aよりも被検レンズ10に近い位置である。
Step S15: The control unit shifts the
ステップS16:制御部は、本測定が完了した旨をユーザへ通知すると共に、予備測定の開始指示が入力されたか否かを監視する。予備測定の開始に当たり、ユーザは、被検レンズ10及びコリメータレンズ14を光路から外すと、予備測定の開始指示を制御部へ入力する。なお、被検レンズ10が光路から外された状態では、コリメータレンズ15へ入射する光束は、被検レンズ10を通過していない光束(校正用光束)となる。制御部は、予備測定の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、予備測定の開始指示が入力された場合にはステップS17へ移行する。
Step S16: The control unit notifies the user that the main measurement is completed, and monitors whether a preliminary measurement start instruction is input. When starting the preliminary measurement, when the user removes the
ステップS17:制御部は、ピンホール板13の光軸方向の位置、すなわち校正用光束の光源の位置を、図7(C)に示すとおりコリメータレンズ15の焦点位置(基準位置B)に設定する。なお、制御部は、コリメータレンズ15の焦点距離fを予め記憶しており、その焦点距離fに応じて光源部20を駆動することにより、ピンホール板13の光軸方向の位置を基準位置Bに設定する。
Step S17: The control unit sets the position of the
ステップS18:制御部は、受光素子アレイ17の出力に基づき、受光素子アレイ17上に形成されている複数のスポットの配列データを補正データD2として取得する(図8右上参照)。
Step S18: Based on the output of the light
ステップS19:制御部は、測定データD1から補正データD2を差し引くことにより、補正後の測定データ(測定データD3)を取得する(図8下部参照)。なお、測定データD3は、測定データD1に含まれるスポット位置と補正データD2に含まれるスポット位置との差分をスポット毎に算出することによって得られたデータである。 Step S19: The control unit obtains the corrected measurement data (measurement data D3) by subtracting the correction data D2 from the measurement data D1 (see the lower part of FIG. 8). The measurement data D3 is data obtained by calculating the difference between the spot position included in the measurement data D1 and the spot position included in the correction data D2 for each spot.
ステップS20:制御部は、測定データD3に含まれる各差分のRMS値を算出し、そのRMS値が最小値に収束していなかった場合(前回値からの変化量が閾値以上であった場合)にはステップS21へ移行し、そのRMS値が最小値に収束していた場合(前回値からの変化量が閾値未満であった場合)にはステップS22へ移行する。 Step S20: The control unit calculates the RMS value of each difference included in the measurement data D3, and the RMS value has not converged to the minimum value (when the amount of change from the previous value is greater than or equal to the threshold value). If the RMS value has converged to the minimum value (if the amount of change from the previous value is less than the threshold value), the process proceeds to step S22.
ステップS21:制御部は、基準位置Bから矢印の方向へ1ステップ分だけピンホール板13をシフトさせて(ピンホール板13のデフォーカス量を1ステップ分だけ増大させて)からステップS18へ戻る。したがって、ステップS18、S19、S20、S21のループを繰り返すことにより、前述したRMS値が最小値に近づく。なお、図7(C)中の符号B’は、ループの繰り返しが十分となり、RMS値が最小値となったときにおけるピンホール板13の位置を示している。ピンホール板13の位置が位置B’であるときにおける校正用光束の波面は、図7(B)に示したコリメータレンズ15のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分を示す。よって、ループの繰り返しが終了した時点における補正データD2は、図7(B)に示したコリメータレンズ15のデフォーカスにより被検光束の波面に重畳された球面成分を示す。したがって、ループの繰り返しが終了した時点における測定データD3は、被検レンズ10が被検光束の波面に与えた収差成分を示している。
Step S21: The control unit shifts the
ステップS22:制御部は、ループの繰り返しの前後におけるピンホール板13の移動量に基づき基準位置Bから位置Bまで距離を算出し、それをピンホール板13のデフォーカス量δとして記憶する。なお、このデフォーカス量δは、図7(B)に示した基準位置Aから位置A’までの距離、すなわちコリメータレンズ15のデフォーカス量に相当する。このデフォーカス量δは、後述する追い込み処理で使用される。
Step S22: The control unit calculates the distance from the reference position B to the position B based on the movement amount of the
ステップS23:制御部は、測定データD3に対して波面収差を表現する所定の多項式(例えば、ツェルニケ多項式を微分したもの)をフィッティングし、そのフィッティングで得られた多項式を積分することにより、被検レンズ10が被検光束の波面に与えた収差成分(すなわち波面収差)を復元する。そして、制御部は、復元した波面収差を測定結果として記憶すると共に不図示のモニタへ表示し、フローを終了する。
Step S23: The control unit fits a predetermined polynomial (for example, a derivative of Zernike polynomial) expressing wavefront aberration to the measurement data D3, and integrates the polynomial obtained by the fitting, The aberration component (that is, wavefront aberration) given by the
図9は、追い込み処理時における制御部の動作フローチャートである。各ステップを順に説明する。 FIG. 9 is an operation flowchart of the control unit during the follow-up process. Each step will be described in turn.
ステップS31:制御部は、追い込み処理の開始指示が入力されたか否かを監視する。ユーザは、不図示のモニタへ表示された波面収差を参照し、追い込み処理(更なる精度向上)が必要と判断した場合に、追い込み処理の開始指示を制御部へ入力する。制御部は、追い込み処理の開始指示が入力されていない場合にはそのまま待機し、追い込み処理の開始指示が入力された場合にはステップS32へ移行する。 Step S31: The control unit monitors whether or not an instruction for starting the follow-up process is input. When the user refers to the wavefront aberration displayed on a monitor (not shown) and determines that the follow-up process (further accuracy improvement) is necessary, the user inputs a start-up instruction for the follow-up process to the control unit. The control unit waits as it is when an instruction to start the chasing process is not input, and proceeds to step S32 when an instruction to start the chasing process is input.
ステップS32:制御部は、被検レンズ10の波面収差モデルの初期値を、先のステップS23で取得した波面収差と同じに設定する。
Step S32: The control unit sets the initial value of the wavefront aberration model of the
ステップS33:制御部は、被検レンズ10の波面収差モデルと、ピンホールから受光素子アレイ17に至る光学系の設計データと、先のステップS22で取得したデフォーカス量δとに基づくシミュレーション(光線追跡)により、図7(B)の状態でその光学系が生成する配列データを算出する。この配列データは、図7(B)の状態で取得された測定データD1の計算値に相当する。よって、以下ではこの配列データを「計算データD1’」と称す。
Step S33: The control unit performs a simulation (light ray) based on the wavefront aberration model of the
ステップS34:制御部は、計算データD1’から測定データD1を差し引くことにより、差分データD4を取得する。なお、この差分データD4は、計算データD1’に含まれるスポット位置と測定データD1に含まれるスポット位置との差分をスポット毎に算出することによって得られたデータである。 Step S34: The control unit obtains the difference data D4 by subtracting the measurement data D1 from the calculation data D1 '. The difference data D4 is data obtained by calculating the difference between the spot position included in the calculation data D1 'and the spot position included in the measurement data D1 for each spot.
ステップS35:制御部は、差分データD4に含まれる各差分のRMS値を算出し、そのRMS値が最小値に収束していなかった場合(前回値からの変化量が閾値以上であった場合)にはステップS36へ移行し、そのRMS値が最小値に収束していた場合(前回値からの変化量が閾値未満であった場合)にはステップS37へ移行する。 Step S35: The control unit calculates the RMS value of each difference included in the difference data D4, and the RMS value has not converged to the minimum value (when the amount of change from the previous value is greater than or equal to the threshold value). If the RMS value has converged to the minimum value (if the amount of change from the previous value is less than the threshold value), the process proceeds to step S37.
ステップS36:制御部は、波面収差モデルを調整してからステップS33に戻る。 Step S36: The control unit adjusts the wavefront aberration model, and then returns to step S33.
ステップS37:制御部は、現時点における波面収差モデルを、波面収差の最終測定結果として記憶すると共に、不図示のモニタへ表示し、フローを終了する。 Step S37: The control unit stores the current wavefront aberration model as a final measurement result of the wavefront aberration and displays it on a monitor (not shown), and ends the flow.
以上、本実施形態のコリメータレンズ15及びレンズ駆動機構18は、被検光束の波面に対して所定の形状成分(ここでは球面成分)を意図的に重畳させることにより、マイクロレンズアレイ16が生成する複数のスポットの間隔を広げる。したがって、被検レンズ10の収差が仮に大きかったとしても、スポット同士の重なりを回避することができる。
As described above, the
また、本実施形態のコリメータレンズ15及びレンズ駆動機構18は、意図的に重畳させる形状成分の程度(ここでは球面成分のパワー)を変化させることもできる。したがって、本実施形態の装置は、収差量の異なる様々な被検レンズに対応することができる。
Further, the
また、本実施形態のコリメータレンズ15及びレンズ駆動機構18は、意図的に重畳させる形状成分をシンプルな球面成分とするので、スポット同士の重なりを簡単かつ確実に回避することができる。
In addition, since the
また、本実施形態の装置は、被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる手段としてコリメータレンズ15を使用し、その形状成分の程度を変化させる手段としてレンズ駆動機構18を使用するので、測定光路中に専用の光学系を挿入する必要が無い。
Further, the apparatus according to the present embodiment uses the
また、本実施形態の制御部は、スポットの間隔を閾値以上とした状態で測定データD1を取得し、コリメータ15がデフォーカスにより被検光束の波面に重畳させた形状成分に相当する補正データD2を、その測定データD1から差し引くことで測定データD3を取得する。したがって、制御部は、被検レンズ10が被検光束に与えた収差成分を、測定データD3として取得することができる。
In addition, the control unit of the present embodiment acquires measurement data D1 in a state where the spot interval is equal to or greater than the threshold, and correction data D2 corresponding to the shape component that the
また、本実施形態の制御部は、被検光束の代わりに校正用光束をコリメータレンズ15に入射させ、受光素子アレイ17が取得する配列データを参照しながら校正用光束の光源の光軸方向の位置を変化させることにより、その配列データを測定データD1に近づけ、その時点で受光素子アレイ17が取得する配列データを補正データD2として取得する。したがって、制御部は、コリメータレンズ15がデフォーカスにより被検光束に与えた形状成分を、補正データD2として取得することができる。
Further, the control unit of the present embodiment causes the calibration light beam to enter the
また、本実施形態の制御部は、補正後の測定データD3に対して関数フィッティングを施すので、被検レンズ10の波面収差を高精度に復元することができる。
In addition, since the control unit of the present embodiment performs function fitting on the corrected measurement data D3, the wavefront aberration of the
また、本実施形態の制御部は、被検レンズ10の波面収差モデルの初期値を、復元された波面収差と同じに設定してから、被検レンズ10の波面収差モデルと、ピンホールから受光素子アレイ17に至る光学系の設計データと、ピンホールのデフォーカス量δとに基づくシミュレーション(光線追跡)により、図7(B)の状態でその光学系が生成する配列データ(計算データD1’)を取得する。また、制御部は、波面収差モデルを変化させながら光線追跡を繰り返し、計算データD1’が測定データD1に最も近づいた時点における波面収差モデルを、波面収差の最終測定結果とする。したがって、波面収差の最終測定結果は、極めて高精度に求まる。
Further, the control unit of the present embodiment sets the initial value of the wavefront aberration model of the
なお、本実施形態の装置では、補正データD2を実測により取得したが、計算により取得してもよい。 In the apparatus of the present embodiment, the correction data D2 is acquired by actual measurement, but may be acquired by calculation.
また、本実施形態の装置では、被検光束の波面に対し所定の形状成分を重畳させる手段としてコリメータレンズ15を使用し、その形状成分の程度を変化させる手段としてレンズ駆動機構18を使用したが、マイクロレンズアレイ16の前側の何れかの箇所へ1つの空間光変調素子(液晶モジュレータなど)を挿入し、その空間光変調素子をそれら2つの手段に共用してもよい。因みに空間光変調素子は、被検光束の波面の一部のみを変形させることが可能なので、変形対象を、波面の全体ではなく、波面の一部のみ(例えば、波面の傾斜が急峻であってスポットの間隔が狭くなるような部分のみ)としてもよい。また、空間光変調素子の単体が被検光束の波面に重畳させた形状成分は、空間光変調素子へ与えた駆動信号から一義的に決まるので、空間光変調素子を使用した場合には補正データD2を実測しなくてもよい。
In the apparatus of this embodiment, the
また、本実施形態においては、制御部の動作の一部又は全部をユーザが手動で実行してもよく、ユーザの動作の一部又は全部を制御部が自動で実行してもよい。 In the present embodiment, a part or all of the operation of the control unit may be manually executed by the user, or a part or all of the user operation may be automatically executed by the control unit.
また、本実施形態では、被検レンズ10を通過した被検光束の波面をシャックハルトマンセンサで検出するシングルパス型の測定装置を説明したが、被検レンズ10を往復した被検光束の波面をシャックハルトマンセンサで検出するダブルパス型の測定装置にも本発明は適用可能である。
In the present embodiment, the single-pass type measuring device that detects the wavefront of the test light beam that has passed through the
図10は、ダブルパス型の測定装置の構成図である。図10において、図1における要素と対応する要素には同じ符号を付した。図10において符号Mで示すのは、折り返しミラー(平面ミラー)であり、符号BSで示すのは、ビームスプリッタである。このようなダブルパス型の測定装置においても、コリメータレンズ15を矢印の方向に移動させることで、スポット位置の間隔を拡大することができる。
FIG. 10 is a configuration diagram of a double-pass type measuring apparatus. 10, elements corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 10, reference numeral M indicates a folding mirror (plane mirror), and reference numeral BS indicates a beam splitter. Even in such a double-pass type measuring apparatus, the distance between the spot positions can be increased by moving the
但し、ダブルパス型の測定装置において、被検レンズ10を光路から外した場合には、折り返しミラーMの代わりに球面ミラーを挿入する必要がある。因みに、その球面ミラーを光軸方向にシフトさせれば、ピンホール板13をデフォーカスさせるのと同じ作用を得ることができる。
However, in the double-pass type measuring apparatus, when the
また、ダブルパス型の測定装置によれば、レンズの収差を測定するだけでなく、ミラーやレンズの表面の形状誤差を測定することもできる。 Further, according to the double-pass type measuring apparatus, not only the aberration of the lens but also the shape error of the surface of the mirror or the lens can be measured.
11…光ファイバ、12…コンデンサレンズ、13…ピンホール板、14…コリメータレンズ、10…被検レンズ、15…コリメータレンズ、16…マイクロレンズアレイ、17…受光素子アレイ、18…レンズ駆動機構、19…光源移動機構
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記マイクロレンズアレイによる前記各部分光束の集光点の配列データを取得する検出手段と、
前記マイクロレンズアレイへ向かう前記被検光束の波面に対して所定の形状成分を重畳させる波面変形手段と、
前記波面変形手段が前記波面に対して重畳させるべき形状成分を調節する形状調節手段と、
調節後の前記形状成分が重畳された前記被検光束に関する前記配列データを測定データとして取得する測定手段と、
調節後の前記形状成分を示す補正データを取得する補正データ取得手段と、
前記測定データを前記補正データで補正することにより、補正後の測定データを取得する補正手段と、
を備えたことを特徴とする波面形状測定装置。 A microlens array that individually collects each partial light beam of the test light beam passing through the test object;
Detecting means for acquiring array data of condensing points of the partial light beams by the microlens array;
Wavefront deformation means for superimposing a predetermined shape component on the wavefront of the test light beam toward the microlens array;
A shape adjusting means for adjusting a shape component to be superimposed on the wavefront by the wavefront deforming means;
Measurement means for acquiring the array data relating to the test light beam on which the shape component after adjustment is superimposed, as measurement data;
Correction data acquisition means for acquiring correction data indicating the shape component after adjustment;
Correction means for acquiring measurement data after correction by correcting the measurement data with the correction data;
A wavefront shape measuring apparatus comprising:
前記波面変形手段が前記波面に重畳させる形状成分は、
球面成分である
ことを特徴とする波面形状測定装置。 The wavefront shape measuring apparatus according to claim 1,
The shape component superposed on the wavefront by the wavefront deforming means is:
A wavefront shape measuring apparatus characterized by being a spherical component.
前記形状調節手段は、
前記球面成分のパワーを調節する
ことを特徴とする波面形状測定装置。 In the wavefront shape measuring apparatus according to claim 2,
The shape adjusting means is
The wavefront shape measuring apparatus characterized by adjusting the power of the spherical component.
前記波面変形手段は、
レンズであり、
前記形状調節手段は、
前記レンズを光軸方向へ移動させる機構である
ことを特徴とする波面形状測定装置。 In the wavefront shape measuring apparatus according to claim 3,
The wavefront deformation means includes
A lens,
The shape adjusting means is
A wavefront shape measuring apparatus characterized by being a mechanism for moving the lens in the optical axis direction.
前記波面変形手段及び前記形状調節手段は、共通の空間光変調素子によって構成される ことを特徴とする波面形状測定装置。 In the wavefront shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The wavefront shape measuring apparatus, wherein the wavefront deforming means and the shape adjusting means are configured by a common spatial light modulation element.
前記検出手段が取得する配列データを参照しながら前記形状調節手段を駆動することにより、互いに隣接する前記集光点の間隔を閾値以上にする調節手順と、
調節後の前記形状成分が重畳された前記被検光束に関する前記配列データを測定データとして取得する測定手順と、
調節後の前記形状成分を示す補正データを取得する補正データ取得手順と、
前記測定データを前記補正データで補正することにより、補正後の測定データを取得する補正手順と、
を含むことを特徴とする波面形状測定方法。 A wavefront shape measuring method using the wavefront shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
An adjustment procedure for driving the shape adjusting means while referring to the array data acquired by the detecting means to set the interval between the condensing points adjacent to each other to a threshold value or more;
A measurement procedure for obtaining, as measurement data, the array data relating to the test light beam on which the shape component after adjustment is superimposed ;
Correction data acquisition procedure for acquiring correction data indicating the shape component after adjustment ;
By correcting the measurement data in the correction data, a correction procedure for acquiring measurement data after correction,
The wavefront shape measuring method characterized by including.
前記補正データ取得手順では、
前記波面変形手段に入射する光束を、前記被検物を経由しない校正用光束に設定した後に、前記検出手段が取得する配列データを参照しながら前記校正用光束の光源の光軸方向の位置を変化させることにより、その配列データを補正前の前記測定データに近づけ、その状態で前記検出手段が取得する配列データを前記補正データとして取得する
ことを特徴とする波面形状測定方法。 The wavefront shape measuring method according to claim 6,
In the correction data acquisition procedure,
After setting the light beam incident on the wavefront deforming means to be a calibration light beam that does not pass through the test object, the position of the light beam of the calibration light beam in the optical axis direction is referred to while referring to the array data acquired by the detecting means. The wavefront shape measuring method, wherein the array data is made closer to the measurement data before correction by changing, and the array data acquired by the detection means in that state is acquired as the correction data.
前記補正手順では、
補正後の前記測定データに対して関数フィッティングを施すことにより前記被検物の特性データを取得する
ことを特徴とする波面形状測定方法。 In the wavefront shape measuring method according to claim 6 or 7,
In the correction procedure,
A wavefront shape measuring method, comprising: obtaining characteristic data of the test object by performing function fitting on the corrected measurement data.
前記補正手順の実行後、前記波面形状測定装置の設計データと、前記被検物の設計データと、前記被検物の特性モデルと、前記調節手順の前後における前記形状調節手段の駆動量のデータとに基づくシミュレーションにより、補正前の前記測定データの計算値を算出するシミュレーション手順と、
前記特性モデルを変化させながら前記シミュレーションを繰り返し、補正前の前記測定データに前記計算値が最も近づいた時点における前記特性モデルを、前記被検物の特性として算出する繰り返し手順とを更に含み、
前記繰り返し手順における前記特性モデルの初期値は、前記補正手順で取得した前記特性データと同じに設定される
ことを特徴とする波面形状測定方法。 The wavefront shape measuring method according to claim 8,
After execution of the correction procedure, the design data of the wavefront shape measuring device, the design data of the test object, the characteristic model of the test object, and the driving amount data of the shape adjusting means before and after the adjustment procedure A simulation procedure for calculating a calculated value of the measurement data before correction by simulation based on
The simulation is repeated while changing the characteristic model, and further includes an iterative procedure for calculating the characteristic model at the time when the calculated value is closest to the measurement data before correction as the characteristic of the test object,
An initial value of the characteristic model in the repetition procedure is set to be the same as the characteristic data acquired in the correction procedure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009140696A JP5544765B2 (en) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009140696A JP5544765B2 (en) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010286367A JP2010286367A (en) | 2010-12-24 |
| JP5544765B2 true JP5544765B2 (en) | 2014-07-09 |
Family
ID=43542171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009140696A Expired - Fee Related JP5544765B2 (en) | 2009-06-12 | 2009-06-12 | Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5544765B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9091614B2 (en) | 2011-05-20 | 2015-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Wavefront optical measuring apparatus |
| US9182289B2 (en) | 2011-10-14 | 2015-11-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method for estimating wavefront parameters |
| JP5595463B2 (en) * | 2012-10-12 | 2014-09-24 | キヤノン株式会社 | Wavefront optical measuring device |
| JP6391550B2 (en) * | 2015-11-13 | 2018-09-19 | 三菱電機株式会社 | Wavefront sensor and wavefront processing method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3431828B2 (en) * | 1998-04-09 | 2003-07-28 | 三菱電機株式会社 | Wavefront sensor |
| JP2004198192A (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Olympus Corp | Instrument and method for measuring eccentricity of optical system |
-
2009
- 2009-06-12 JP JP2009140696A patent/JP5544765B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010286367A (en) | 2010-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105263396B (en) | Correspondence relation specifying method for adaptive optics system, adaptive optics system, and storage medium storing program for adaptive optics system | |
| US9594245B2 (en) | Adjustment method for adaptive optics system, adaptive optics system, and storage medium storing program for adaptive optics system | |
| CN105264429B (en) | Corresponding relation determining method, wavefront distortion compensation method, adaptive optics system and the recording medium for storing adaptive optics system program of adaptive optics system | |
| US10681259B2 (en) | Imaging apparatus, imaging method, and imaging system | |
| US20130015367A1 (en) | Wavefront Correction of Light Beam | |
| EP2919061A1 (en) | Phase modulation method and phase modulating device | |
| EP2718684B1 (en) | Method for locating valid light spots for optical measurement and optical measurement instrument employing method of locating valid light spots | |
| JP5544765B2 (en) | Wavefront shape measuring apparatus and wavefront shape measuring method | |
| JP2015055544A (en) | Wavefront measuring apparatus, wavefront measuring method, optical element manufacturing method, and optical system assembly adjusting apparatus | |
| US20200088571A1 (en) | Method and device for beam analysis | |
| CN101285712B (en) | Linear phase inversion wavefront sensor based on discrete light intensity measuring device | |
| CN103226243A (en) | Method and system for correcting non-common path error of adaptive optical system | |
| KR101274032B1 (en) | Auto focusing arranging device for electric optical image processing apparatus and method thereof | |
| US12229674B2 (en) | Method and illumination apparatus of the adaptive optics in reflection microscopy | |
| CN104257346A (en) | Visual-sign-free eye wavefront aberration detector | |
| JP2013195410A (en) | Detector and detection method | |
| JP2013257228A (en) | Wave front measurement device | |
| JP2009288076A (en) | Aberration measuring device | |
| WO2022123710A1 (en) | Wavefront measurement device and wavefront measurement method | |
| JP2010102745A (en) | Method for measuring wavefront aberration of laser light | |
| KR101155742B1 (en) | Method for measuring profile of beam spot and recording medium storing program of the same | |
| JP2008256517A (en) | Aberration measurement method | |
| JP2016158855A (en) | Fundus imaging device with wavefront compensation | |
| JP2012242147A (en) | Measuring apparatus or measuring method of imaging error | |
| JP2015135441A (en) | image acquisition device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120607 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130718 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130723 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130913 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140415 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140428 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5544765 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |