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JP2016180700A - Surface shape measuring device, surface shape measuring method, and processing device - Google Patents

Surface shape measuring device, surface shape measuring method, and processing device Download PDF

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JP2016180700A
JP2016180700A JP2015061361A JP2015061361A JP2016180700A JP 2016180700 A JP2016180700 A JP 2016180700A JP 2015061361 A JP2015061361 A JP 2015061361A JP 2015061361 A JP2015061361 A JP 2015061361A JP 2016180700 A JP2016180700 A JP 2016180700A
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shape
wavefront
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error
test
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JP2015061361A
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優一 鷹家
Yuichi Takaya
優一 鷹家
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly and accurately correct an error in measurement of an aspherical shape at low cost.SOLUTION: A surface shape measurement device comprises: a wave surface measurement part that measures a first wave surface that is a wave surface of reflected light from a reference surface in a detection part on the basis of an output from the detection part while the reference surface is arranged at a predetermined position, and a second wave surface that is a wave surface of reflected light from an inspection target surface in the detection part on the basis of an output from the detection part while the inspection target surface is arranged at a predetermined position; a system error calculation part that calculates a system error caused by an optical system from the first wave surface; an alignment error calculation part that calculates an alignment error caused by the position of the inspection target surface from the second wave surface; and a surface shape calculation part that calculates the shape of the inspection target surface from the first wave surface and the second wave surface, calculates an error in measurement of the shape of the inspection target surface from a result of calculation of the shape of the inspection target surface, the system error, and the alignment error caused by the position of the inspection target surface, and corrects the result of calculation of the shape of the inspection target surface by using the measurement error.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学素子の面形状計測技術、特に非球面形状を有する光学素子の面形状計測技術に関する。   The present invention relates to a surface shape measurement technique for an optical element, and more particularly to a surface shape measurement technique for an optical element having an aspherical shape.

非球面レンズの面形状を非接触にて、かつ高速に計測する方法として、光学系を介して非球面である被検面に球面波の光を照射し、該被検面での反射光を受光部のシャック・ハルトマンセンサを用いて計測する方法が特許文献1にて提案されている。また、非球面の面形状を高精度に行うためには、計測装置固有の計測誤差(いわゆる、システム誤差)を高精度に補正するだけでなく、計測するレンズのアライメント誤差を小さくする必要がある。   As a method for measuring the surface shape of an aspherical lens in a non-contact and high-speed manner, a spherical surface of light is irradiated onto the aspherical surface to be measured via an optical system, and the reflected light from the surface to be measured is reflected. Patent Document 1 proposes a measurement method using a Shack-Hartmann sensor of a light receiving unit. In addition, in order to perform an aspherical surface shape with high accuracy, it is necessary not only to correct measurement errors (so-called system errors) inherent to the measurement apparatus with high accuracy, but also to reduce the alignment error of the lens to be measured. .

特許文献1では、予め触針式計測機などによって別途計測することにより基準レンズの形状の計測を行っておき、基準レンズと被検レンズの差分をとることで、システム誤差の補正を行う。特許文献2では、被検レンズのアライメント誤差によって発生する計測誤差を予め計算しておき、被検レンズ計測時のアライメント誤差量を計測してアライメント誤差による計測誤差を補正する。   In Patent Literature 1, the shape of the reference lens is measured in advance by separately measuring with a stylus-type measuring machine or the like, and the system error is corrected by taking the difference between the reference lens and the test lens. In Patent Document 2, a measurement error caused by an alignment error of a test lens is calculated in advance, and an alignment error amount at the time of measurement of the test lens is measured to correct the measurement error due to the alignment error.

特開2012−132682号公報JP 2012-132682 A 特開2010−25648号公報JP 2010-25648 A

W.H.Southwell,“Wave−front estimation from wave−front slope measurement”J.Opt.Soc.Amr.70,pp998−1006,1980W. H. Southwell, “Wave-front estimation from wave-front slope measurement”, J. Am. Opt. Soc. Amr. 70, pp998-1006, 1980

しかしながら、特許文献1では基準レンズと被検レンズの形状差や被検レンズのアライメント誤差が大きいと、基準レンズと被検レンズの計測誤差の差異が大きくなり差分をとるだけでは補正できない。特許文献2では、アライメント誤差で発生する計測誤差が、計測装置のシステム誤差や被検レンズの形状に依存して変化する場合は精度よく補正することができない。   However, in Patent Document 1, if the difference in shape between the reference lens and the test lens or the alignment error between the test lens is large, the difference in measurement error between the reference lens and the test lens becomes large, and correction cannot be performed simply by taking the difference. In Patent Document 2, when the measurement error caused by the alignment error changes depending on the system error of the measurement apparatus or the shape of the lens to be measured, it cannot be corrected with high accuracy.

本発明では、被検レンズ形状、システム誤差、アライメント誤差に依存して発生する計測誤差を補正することができる非球面形状計測装置、非球面形状計測方法、および加工装置を提供する。   The present invention provides an aspheric surface shape measuring device, an aspheric surface shape measuring method, and a processing device capable of correcting a measurement error that occurs depending on a lens shape to be examined, a system error, and an alignment error.

本発明の一側面としての面形状計測装置は、所定の位置に配置された被検面からの反射光を検出する検出部と、該反射光を前記検出部に導く光学系と、検出部からの出力に基づいて被検面の形状を計測する制御部と、を備える。制御部は、既知の形状を有する基準面を所定の位置に配置した状態における検出部からの出力に基づいて、基準面からの反射光の検出部における波面である第1の波面と、被検面を所定の位置に配置した状態における検出部からの出力に基づいて、被検面からの反射光の検出部における波面である第2の波面とを計測する波面計測部と、第1の波面から光学系に起因するシステム誤差を演算するシステム誤差演算部と、第2の波面から被検面の位置に起因するアライメント誤差を演算するアライメント誤差演算部と、第1の波面と第2の波面から被検面の形状を演算し、被検面の形状の演算結果とシステム誤差と被検面の位置に起因するアライメント誤差とから被検面の形状の計測誤差を演算し、該計測誤差を用いて被検面の形状の演算結果を補正する面形状演算部と、を備えることを特徴とする。   A surface shape measuring apparatus according to one aspect of the present invention includes a detection unit that detects reflected light from a test surface that is disposed at a predetermined position, an optical system that guides the reflected light to the detection unit, and a detection unit. And a control unit that measures the shape of the surface to be measured based on the output of. The control unit, based on the output from the detection unit in a state where a reference surface having a known shape is arranged at a predetermined position, a first wavefront that is a wavefront in the detection unit of reflected light from the reference surface, A wavefront measuring unit that measures a second wavefront that is a wavefront in the detection unit of reflected light from the test surface based on an output from the detection unit in a state where the surface is arranged at a predetermined position; and a first wavefront A system error calculation unit that calculates a system error caused by the optical system from the first, an alignment error calculation unit that calculates an alignment error caused by the position of the test surface from the second wavefront, a first wavefront and a second wavefront The shape of the test surface is calculated from the calculation result of the test surface, the measurement error of the shape of the test surface is calculated from the calculation result of the test surface shape, the system error, and the alignment error caused by the position of the test surface. Using the calculation result of the shape of the test surface Characterized in that it and a surface shape calculation unit that corrects.

本発明の別側面としての面形状計測方法は、既知の形状を有する基準面を所定の位置に配置した状態における検出部からの出力に基づいて、基準面からの反射光の検出部における波面である第1の波面を計測するステップと、被検面を上記所定の位置に配置した状態における検出部からの出力に基づいて、被検面からの反射光の検出部における波面である第2の波面を計測するステップと、第1の波面から光学系に起因するシステム誤差を演算するステップと、第2の波面から被検面の位置に起因するアライメント誤差を演算するステップと、第1の波面と第2の波面から、被検面の形状を演算するステップと、被検面の形状の演算結果とシステム誤差と被検面の位置に起因するアライメント誤差とから、被検面の形状の計測誤差を演算するステップと、計測誤差を用いて、被検面の形状の演算結果を補正するステップと、を有することを特徴とする。   The surface shape measuring method as another aspect of the present invention is based on an output from a detection unit in a state where a reference surface having a known shape is arranged at a predetermined position, and a wavefront in a detection unit of reflected light from the reference surface. Based on an output from the detection unit in a state where the first wavefront is measured and the test surface is arranged at the predetermined position, the second wavefront in the detection unit of the reflected light from the test surface A step of measuring a wavefront; a step of calculating a system error caused by the optical system from the first wavefront; a step of calculating an alignment error caused by the position of the test surface from the second wavefront; and the first wavefront And measuring the shape of the test surface from the step of calculating the shape of the test surface from the second wavefront, the calculation result of the test surface shape, the system error, and the alignment error caused by the position of the test surface Calculate error And step, using the measurement error, characterized in that it and a step of correcting the calculation result of the shape of the surface.

本発明によれば、基準面と被検面の形状差、アライメント誤差、および装置のシステム誤差を考慮して、ローコストで高速かつ高精度に被検レンズ形状の計測誤差を補正することができる。   According to the present invention, the measurement error of the shape of the test lens can be corrected at low cost at high speed and with high accuracy in consideration of the shape difference between the reference surface and the test surface, the alignment error, and the system error of the apparatus.

本発明の実施例1および実施例2である非球面計測装置の校正を示す概略図。Schematic which shows calibration of the aspherical surface measuring apparatus which is Example 1 and Example 2 of this invention. 実施例1および実施例2における制御部内の概念図。The conceptual diagram in the control part in Example 1 and Example 2. FIG. 実施例1および実施例2での計測方法の概略を示すフローチャート。6 is a flowchart illustrating an outline of a measurement method according to the first embodiment and the second embodiment. 実施例1での前処理フローを示すフローチャート。3 is a flowchart showing a preprocessing flow in the first embodiment. 実施例1での計測フローを示すフローチャート。3 is a flowchart showing a measurement flow in the first embodiment. 実施例1での解析フローを示すフローチャート。3 is a flowchart showing an analysis flow in the first embodiment. 実施例1での補正フローを表すフローチャート。5 is a flowchart showing a correction flow in the first embodiment. 実施例2での前処理フローを示すフローチャート。9 is a flowchart showing a preprocessing flow in Embodiment 2. 実施例2での計測フローを示すフローチャート。9 is a flowchart showing a measurement flow in the second embodiment. 実施例2での解析フローを示すフローチャート。9 is a flowchart showing an analysis flow in the second embodiment. 実施例2での補正フローを示すフローチャート。9 is a flowchart showing a correction flow in the second embodiment. 本発明の実施例3である光学素子加工装置の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the optical element processing apparatus which is Example 3 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1の非球面形状計測装置100(以下、単に計測装置という)の構成を示す。以下の説明では、図1中に示したxyz直交座標系を用いる。   FIG. 1 shows a configuration of an aspheric surface shape measuring apparatus 100 (hereinafter simply referred to as a measuring apparatus) according to a first embodiment of the present invention. In the following description, the xyz orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is used.

図1において、1は光源、2は集光レンズ、3はピンホール、4はハーフミラー、5は投光レンズ、6は結像レンズ、7はセンサ(検出部)、8は制御部、9は基準レンズ、10は被検レンズである。基準レンズの9の一方の面は基準非球面9a(以下、単に基準面という)である。被検レンズ10の一方の面は被検非球面10a(以下、単に被検面という)である。図1では、基準面9aおよび被検面10aは凸面である。   In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is a condenser lens, 3 is a pinhole, 4 is a half mirror, 5 is a light projection lens, 6 is an imaging lens, 7 is a sensor (detector), 8 is a controller, 9 Is a reference lens, and 10 is a test lens. One surface of the reference lens 9 is a reference aspherical surface 9a (hereinafter simply referred to as a reference surface). One surface of the test lens 10 is a test aspheric surface 10a (hereinafter simply referred to as a test surface). In FIG. 1, the reference surface 9a and the test surface 10a are convex surfaces.

光源1からの光は、集光レンズ2によってピンホール3に向けて集光される。ピンホール3からの球面波は、ハーフミラー4を透過し、投光レンズ5により収束光に変換される。収束光は、基準面9aあるいは被検面10aで反射し、投光レンズ5を透過後ハーフミラー4で反射し結像レンズ6を透過してセンサ7に入射する。   The light from the light source 1 is condensed toward the pinhole 3 by the condenser lens 2. The spherical wave from the pinhole 3 passes through the half mirror 4 and is converted into convergent light by the light projection lens 5. The convergent light is reflected by the reference surface 9 a or the test surface 10 a, passes through the projection lens 5, is reflected by the half mirror 4, passes through the imaging lens 6, and enters the sensor 7.

光源1は、単色のレーザーあるいはレーザーダイオードあるいは発光ダイオードである。ピンホール3は、収差の小さい球面波を作るために設けられている。そのため、ピンホール3の代わりに、シングルモードファイバーを用いてもよい。   The light source 1 is a monochromatic laser, a laser diode, or a light emitting diode. The pinhole 3 is provided for producing a spherical wave with small aberration. Therefore, a single mode fiber may be used instead of the pinhole 3.

被検面10aへ照射される収束光は収束球面波であり、その反射角度は非球面量(球面からの偏差)と形状誤差に依存し、特に非球面量が大きい場合は被検面10aへの入射角度とは大きく異なる角度となる。その結果、センサ7で計測される光線角度も大きな値となる。   The convergent light applied to the surface 10a to be examined is a convergent spherical wave, and its reflection angle depends on the amount of aspherical surface (deviation from the spherical surface) and the shape error. The angle is significantly different from the incident angle. As a result, the light ray angle measured by the sensor 7 also becomes a large value.

基準レンズ9は、被検レンズ10と同じパラメータ(設計値)を用いて製作されたレンズであり、基準面9aと被検面10aとの形状の差は数十μm以下である。また、基準面9aの形状は、予め計測装置100とは別の装置、例えば触針式の計測装置により精度良く計測され、その形状データは制御部8に格納されている。   The reference lens 9 is a lens manufactured using the same parameters (design values) as those of the test lens 10, and the difference in shape between the reference surface 9a and the test surface 10a is several tens of μm or less. In addition, the shape of the reference surface 9 a is measured in advance with high accuracy by a device different from the measuring device 100, for example, a stylus-type measuring device, and the shape data is stored in the control unit 8.

センサ7は、多数の微小集光レンズをマトリックス状に配置されたマイクロレンズアレイと、CCD等の受光センサから構成され、一般的にはシャック・ハルトマンセンサと称されている。このセンサでは、微小集光レンズを透過した光束が、微小集光レンズ毎に受光センサ上に集光される。センサ7に入射する光束の角度Ψは、微小集光レンズで集光されるスポットの位置と、予め校正された位置、例えば平行光を入射したときのスポット位置との差Δpを検出することで求められる。ここで、光束の角度Ψとスポット位置の差Δpは、マイクロレンズアレイと受光センサ(CCD)との距離をfとすると、Ψ=atan(Δp/f)という関係が成り立つ。全ての微小集光レンズに対して上記処理を行うことで、センサ7で受光された光束の角度分布を計測できる。   The sensor 7 includes a microlens array in which a large number of micro condensing lenses are arranged in a matrix and a light receiving sensor such as a CCD, and is generally called a Shack-Hartmann sensor. In this sensor, the light beam transmitted through the minute condenser lens is condensed on the light receiving sensor for each minute condenser lens. The angle Ψ of the light beam incident on the sensor 7 is obtained by detecting the difference Δp between the position of the spot condensed by the minute condenser lens and the position calibrated in advance, for example, the spot position when parallel light is incident. Desired. Here, the difference Δp between the angle Ψ of the light beam and the spot position satisfies the relation Ψ = atan (Δp / f), where f is the distance between the microlens array and the light receiving sensor (CCD). By performing the above processing on all the minute condensing lenses, the angular distribution of the light beam received by the sensor 7 can be measured.

センサ7は、波面あるいは光線の角度分布が計測できればよいので、シャック・ハルトマンセンサに限らず、例えば回折格子と受光センサから構成されるシアリング干渉計やTalbot干渉計を用いてもよい。   The sensor 7 is not limited to the Shack-Hartmann sensor, but may be a shearing interferometer or a Talbot interferometer that includes, for example, a diffraction grating and a light receiving sensor, as long as it can measure the wavefront or the angular distribution of light rays.

被検面からの反射光の径がセンサ7の受光面より大きい場合は、例えば、反射波面の一部分だけを計測してセンサ7を移動させるというシーケンスを複数回繰り返し、計測データをつなぎ合わせることで全体の波面や角度分布を求める。   When the diameter of the reflected light from the test surface is larger than the light receiving surface of the sensor 7, for example, a sequence of measuring only a part of the reflected wavefront and moving the sensor 7 is repeated a plurality of times, and the measurement data is joined together. Find the overall wavefront and angular distribution.

制御部8は、CPU等を含むマイクロコンピュータにより構成され、図2に示すように波面計測部12、システム誤差演算部13、アライメント誤差演算部14、解析演算部15を含んでいる。この構成により、センサ7からの出力に基づいて後述する演算を行う。被検面10aを目的の形状に仕上げるために、計測装置100により得られた面形状計測データと目標形状データとの差から、被検面10aに対して修正加工を行う横座標と修正量を計算し、実施例3によって説明する加工装置の加工部によって修正加工を行う。   The control unit 8 is constituted by a microcomputer including a CPU and the like, and includes a wavefront measuring unit 12, a system error calculating unit 13, an alignment error calculating unit 14, and an analysis calculating unit 15 as shown in FIG. With this configuration, the calculation described later is performed based on the output from the sensor 7. In order to finish the test surface 10a into a target shape, the abscissa and correction amount for performing correction processing on the test surface 10a are determined from the difference between the surface shape measurement data obtained by the measuring apparatus 100 and the target shape data. Calculation is performed and correction processing is performed by the processing unit of the processing apparatus described in the third embodiment.

以下、実施例1の計測シーケンスを図3および図4を用いて説明する。   Hereinafter, the measurement sequence of Example 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3に示すように、実施例1における計測シーケンスは、前処理フローA、計測フローB、解析フローC、補正フローDの4つのフローからなる。前処理フローAでは、基準レンズを別の計測装置、例えば触針式計測装置で計測する。計測フローBでは、基準レンズと被検レンズの反射光の光線角度分布をセンサ7で計測する。解析フローCでは、計測したセンサ上の光線角度分布をレンズ面上での光線角度分布に変換して積分することで、被検面の概略形状を演算する。そして、補正フローDは、基準レンズと被検レンズの形状差、アライメント誤差、装置のシステム誤差に起因して発生する被検レンズ形状の計測誤差を求めて補正を行う。これにより、ローコストな装置で高精度な計測を行うことができ、さらには被検レンズのアライメントが不要になるため、高速で計測を行うことが可能となる。   As shown in FIG. 3, the measurement sequence according to the first embodiment includes four flows: a preprocessing flow A, a measurement flow B, an analysis flow C, and a correction flow D. In the preprocessing flow A, the reference lens is measured by another measuring device, for example, a stylus type measuring device. In the measurement flow B, the light beam angle distribution of the reflected light of the reference lens and the test lens is measured by the sensor 7. In the analysis flow C, the approximate shape of the surface to be measured is calculated by converting the measured light ray angle distribution on the sensor into a light ray angle distribution on the lens surface and integrating it. In the correction flow D, a measurement error of the test lens shape caused by the difference in shape between the reference lens and the test lens, the alignment error, and the system error of the apparatus is obtained and corrected. As a result, high-precision measurement can be performed with a low-cost apparatus, and further, alignment of the lens to be examined is not necessary, so that measurement can be performed at high speed.

以下、上記4つのフローについて、図4Aから図4Dのフローチャートを用いて説明する。   Hereinafter, the above four flows will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4A to 4D.

ステップA−1では、高精度に形状計測が可能な別の計測装置、例えば、触針式の計測装置によって、基準面9aの面形状を計測する。すなわち、形状の計測が行われた基準面9aを用意する。基準面9aの計測形状は、FigBとする。   In Step A-1, the surface shape of the reference surface 9a is measured by another measuring device capable of measuring the shape with high accuracy, for example, a stylus type measuring device. That is, the reference surface 9a on which the shape is measured is prepared. The measurement shape of the reference surface 9a is assumed to be FIGB.

ステップA−2では、解析演算部15がセンサ7の受光面7a(以下、センサ面ともいう)での基準面9aの波面Wbcalを演算する(以下、演算波面Wbcalともいう)。この演算にはステップA−1での計測により得られた基準面9aの形状データと計測装置100の光学系のパラメータとを用いる。波面の演算は、光線追跡ソフトウェアなどを用いて行う。 In step A-2, the analysis calculation unit 15 calculates the wavefront W bcal of the reference surface 9a on the light receiving surface 7a (hereinafter also referred to as sensor surface) of the sensor 7 (hereinafter also referred to as the calculation wavefront W bcal ). For this calculation, the shape data of the reference surface 9a obtained by the measurement in step A-1 and the parameters of the optical system of the measuring apparatus 100 are used. The wavefront is calculated using ray tracing software.

ここで光学系のパラメータ(以下、光学系パラメータという)とは、主に光学系を構成するレンズやミラー等の光学素子の曲率半径や屈折率およびそれら光学素子の間隔や偏芯等、光源の波長等を含み、光学系の設計値(設計値データ)と言い換えることもできる。また、この光学系パラメータは、上記のものに限定されず、光学系で発生する波面収差等の情報であってもよいし、その他これに類するものでもよい。光学系の収差や組立誤差およびレンズの面形状が既知または計測できる場合、解析演算部15は、それらの値を光学系の設計値に反映させて基準面の波面Wbcalを演算する。計測情報を設計値に反映させることで、より正確に基準面の波面Wbcalを演算することができる。波面は、直交関数であるZernike関数で表現するとよい。 Here, the parameters of the optical system (hereinafter referred to as optical system parameters) are mainly the radius of curvature and refractive index of the optical elements such as lenses and mirrors constituting the optical system, and the spacing and decentration of the optical elements. In other words, it can be rephrased as a design value (design value data) of the optical system, including the wavelength. The optical system parameters are not limited to those described above, and may be information such as wavefront aberrations generated in the optical system, or the like. When the aberration and assembly error of the optical system and the surface shape of the lens are known or can be measured, the analysis calculation unit 15 calculates the wavefront W bcal of the reference surface by reflecting those values on the design value of the optical system. By reflecting the measurement information on the design value, the wavefront W bcal of the reference plane can be calculated more accurately. The wavefront may be expressed by a Zernike function that is an orthogonal function.

ステップB−1では、基準レンズ9を計測装置100の不図示のステージ(所定の位置)に設置する。   In Step B-1, the reference lens 9 is installed on a stage (predetermined position) (not shown) of the measuring apparatus 100.

ステップB−2では、アライメント誤差演算部14がxy面内での位置(偏芯)とxy面に対する傾きについて基準レンズ9のアライメント誤差の演算を行い、それに基づいて基準レンズ9のアライメントを行う。このアライメントは、後述のステップB−3で計測される基準面9aで反射した光の波面W(以下、計測波面Wともいう)のチルト及びコマ収差係数が小さくなるよう(0になるよう)に行われる。予め偏芯1um、傾き50uradなどレンズのアライメントに関する閾値を設定しておき、閾値をクリアしたらアライメント完了とする。偏芯や傾きに関するアライメントの残渣をアライメント誤差と呼ぶ。レンズが非球面の場合のアライメント誤差量は、計測波面Wのチルト及びコマ収差係数と、レンズが単位量駆動した際のチルトとコマ収差係数の変化(敏感度)から簡単に演算することができる。 In step B-2, the alignment error calculation unit 14 calculates the alignment error of the reference lens 9 with respect to the position (eccentricity) in the xy plane and the inclination with respect to the xy plane, and performs alignment of the reference lens 9 based on the calculation. This alignment is performed so that the tilt and the coma aberration coefficient of the wavefront W b (hereinafter also referred to as the measurement wavefront W b ) of the light reflected by the reference surface 9a measured in Step B-3 described later become small. ). Threshold values relating to lens alignment, such as eccentricity 1 um and inclination 50 urad, are set in advance, and alignment is completed when the threshold values are cleared. An alignment residue related to eccentricity or inclination is called an alignment error. Alignment error amount when the lens is aspheric, a tilt and coma aberration coefficient of the measurement wavefront W b, a lens that is easily computed from the change in the tilt and the coma aberration coefficient when the drive unit amount (sensitivity) it can.

ステップB−3では、アライメント完了後、波面計測部12によって、この状態の基準面9aの反射光の光線角度分布(波面W)を計測し、そのデータU1を制御部8に格納する。 In step B-3, after the alignment is completed, the wavefront measurement unit 12 measures the ray angle distribution (wavefront W b ) of the reflected light of the reference surface 9a in this state, and stores the data U1 in the control unit 8.

ステップB−4では、基準レンズ9をステージから退避させ、当該ステージ(所定の位置)に被検レンズ10を設置する。   In step B-4, the reference lens 9 is retracted from the stage, and the test lens 10 is placed on the stage (predetermined position).

ステップB−5では、波面計測部12によって、この状態の被検面10aの反射光の光線角度分布(波面W)を計測し、そのデータU2を制御部8に格納する。被検レンズ10については、ステップB−2のような被検レンズ10のアライメントを行わない。しかし、被検面10aからの反射光がレンズ5及び6の有効径内を通過する程度にはアライメント誤差を抑えておく。 In Step B-5, the wavefront measuring unit 12 measures the ray angle distribution (wavefront W s ) of the reflected light of the test surface 10a in this state, and stores the data U2 in the control unit 8. The test lens 10 is not aligned as in step B-2. However, the alignment error is suppressed to the extent that the reflected light from the test surface 10a passes through the effective diameters of the lenses 5 and 6.

ステップC−1では、システム誤差演算部13がステップA−2で演算した基準面の演算波面WbcalとステップB−3で計測した基準面の計測波面Wとの差分を計算する。演算波面Wbcalには基準面9aの形状が反映されているため、演算波面Wbcalと計測波面Wの差はシステム誤差Wsysである。システム誤差Wsysは、演算上と計測上の光学パラメータがレンズの製造誤差、保持変形、組立て誤差の影響で異なることから発生する。 In Step C-1, the system error calculation unit 13 calculates a difference between the calculated wavefront W bcal of the reference plane calculated in Step A-2 and the measured wavefront W b of the reference plane measured in Step B-3. Since the calculation wavefront W bcal reflects the shape of the reference surface 9a, the difference between the calculation wavefront W bcal and the measurement wavefront W b is a system error W sys . The system error W sys occurs because optical parameters for calculation and measurement are different due to the effects of lens manufacturing error, holding deformation, and assembly error.

ステップC−2では、アライメント誤差演算部14がステップB−5で計測した波面Wから、被検レンズ10のアライメント誤差量A(ξ、η、Qx,Qy)を演算する。ξ、ηは、被検レンズ10のxy方向の偏芯誤差量、Qx、Qyは、xy平面に対する傾き誤差量である。 In Step C-2, from the wavefront W s of the alignment error calculation unit 14 is measured in step B-5, the alignment error amount A of the lens 10 (ξ, η, Qx, Qy) calculates a. ξ and η are decentering error amounts in the xy direction of the test lens 10, and Qx and Qy are tilt error amounts with respect to the xy plane.

ステップC−3では、解析演算部15がステップB−3で計測した基準面9aのセンサ7上での光線角度分布(波面W)から、光線追跡ソフトウェアを用いた逆光線追跡により基準面9a上での光線の位置(X,Y)と角度Vbを演算する。逆光線追跡は、ステップA−2で基準面の波面Wbcalを演算した光学パラメータと同じ光学パラメータを用いる。また、同様に、解析演算部15は、ステップB−5で計測した被検面10aのセンサ7上での光線角度分布(波面W)から、逆光線追跡により被検面10a上での光線の位置(X,Y)と角度Vsを演算する。基準面9aと被検面10aのスロープtan(Vb)とtan(Vs)は、基準面9aや被検面10aの面形状の微分値に、計測時の光学系と逆光線追跡時の光学系が異なることで発生するシステム誤差の微分値が加算されたものである。次に解析演算部15は、下記式により基準面9aと被検面10aのスロープtan(Vb)とtan(Vs)を面積分してW1とW2を演算する。 In Step C-3, the light ray angle distribution (wave surface W b ) on the sensor 7 of the reference surface 9a measured by the analysis calculation unit 15 in Step B-3 is used to perform the reverse ray tracing using the ray tracing software on the reference surface 9a. The position (X, Y) and angle Vb of the light beam at are calculated. The reverse ray tracing uses the same optical parameter as the optical parameter obtained by calculating the wavefront W bcal of the reference plane in step A-2. Similarly, the analysis calculation unit 15 uses the ray angle distribution (wavefront W s ) on the sensor 7 of the test surface 10a measured in step B-5 to perform the ray tracing on the test surface 10a by back ray tracing. The position (X, Y) and the angle Vs are calculated. The slopes tan (Vb) and tan (Vs) of the reference surface 9a and the test surface 10a are the differential values of the surface shapes of the reference surface 9a and the test surface 10a. This is the sum of the differential values of system errors that occur due to differences. Next, the analysis calculation unit 15 calculates W1 and W2 by dividing the slopes tan (Vb) and tan (Vs) of the reference surface 9a and the test surface 10a by the following formula.

ここで、FigBは基準面9aの面形状、FigSは被検面10aの面形状、SysBは基準面計測時のシステム誤差、SysSは被検面計測時のシステム誤差を表わす。ΔWは、W1とW2の差分を表わしており、ΔFigは基準面9aと被検面10aの形状差、δSは基準面9aと被検面10aの面形状のシステム誤差の差である。スロープを積分するアルゴリズムに関しては基底関数の微分関数を用いて、スロープの差に対してフィッティングを行い、得られた係数と基底関数を掛け合わせる方法(modal法)とスロープを加算していく方法(zonal法)がある。これらは、非特許文献1など複数の文献で説明されている。数2では、基準レンズ9と被検レンズ10のスロープをそれぞれ面積分した結果の差分をとっているが、基準レンズ9と被検レンズ10のスロープの差分を積分してもよい。   Here, FIG. B represents the surface shape of the reference surface 9a, FIG. S represents the surface shape of the test surface 10a, Sys B represents the system error during measurement of the reference surface, and Sys S represents the system error during measurement of the test surface. ΔW represents the difference between W1 and W2, ΔFig is the difference in shape between the reference surface 9a and the test surface 10a, and δS is the difference in system error between the surface shapes of the reference surface 9a and the test surface 10a. With respect to the algorithm for integrating the slope, using the differential function of the basis function, fitting is performed on the slope difference, the method of multiplying the obtained coefficient and the basis function (modal method), and the method of adding the slope ( zonal method). These are described in a plurality of documents such as Non-Patent Document 1. In Equation 2, the difference between the results of dividing the slopes of the reference lens 9 and the test lens 10 into areas is taken, but the slope difference between the reference lens 9 and the test lens 10 may be integrated.

ステップC−4では、解析演算部15がステップC−3の計測結果ΔWに、ステップA−2で別途計測した既知の基準面9aの形状FigBを加算することで被検面10aの概略被検面形状FigMSを演算する。   In step C-4, the analysis calculation unit 15 adds the shape FIG. B of the known reference surface 9a separately measured in step A-2 to the measurement result ΔW in step C-3, thereby roughly testing the test surface 10a. The surface shape FigMS is calculated.

上記式のように、演算した被検面10aの概略形状には、未知の計測誤差δSが含まれている。   As in the above equation, the calculated approximate shape of the test surface 10a includes an unknown measurement error δS.

形状誤差δSは、基準面9aと被検面10aで反射した光が光学系の異なる光路を通過することで発生する。基準レンズ9と被検レンズ10が同じ設計値の非球面であれば、光路の差異は小さくシステム誤差δSは小さい。しかし、基準面9aと被検面10aが同じ設計値でも形状差ΔFigが大きい場合や、被検レンズ10のアライメント誤差量Aが大きいと通過する光路に差異が発生する。また、光路の差異による計測誤差δSは、システム誤差Wsysに比例して大きくなる。従って、δSは基準面9aと被検面10aの形状差ΔFig、アライメント誤差A、システム誤差Wsysに依存した関数δS(ΔFig,A,Wsys)と表せる。ΔFig、A、Wsysを小さくすることによってδSを小さくすれば、高精度に被検面形状の計測が可能となる。しかし、ΔFigを小さくするということは、計測範囲が狭くなるということである。また、Aを小さくするには高精度なアライメントのための駆動機構が必要であり、アライメントのための計測時間も増大する。また、システム誤差Wsysを小さくするには高精度に製造された光学系を精度よく組み上げる必要がある。そこで、以下の補正フローDによって、δSを見積もって、その値を概略被検面形状FigMSから除去することで、高精度な被検面形状の計測を実現する。 The shape error δS occurs when light reflected by the reference surface 9a and the test surface 10a passes through different optical paths in the optical system. If the reference lens 9 and the test lens 10 are aspherical surfaces having the same design value, the optical path difference is small and the system error δS is small. However, even if the reference surface 9a and the test surface 10a have the same design value, if the shape difference ΔFig is large, or if the alignment error amount A of the test lens 10 is large, a difference occurs in the optical path that passes. Also, the measurement error δS due to the difference in the optical path increases in proportion to the system error W sys . Therefore, δS can be expressed as a function δS (ΔFig, A, W sys ) depending on the shape difference ΔFig between the reference surface 9a and the test surface 10a, the alignment error A, and the system error W sys . If δS is reduced by reducing ΔFig, A, and W sys , the shape of the test surface can be measured with high accuracy. However, reducing ΔFig means that the measurement range is narrowed. Further, in order to reduce A, a driving mechanism for highly accurate alignment is necessary, and the measurement time for alignment also increases. In addition, in order to reduce the system error W sys , it is necessary to assemble an optical system manufactured with high accuracy with high accuracy. Therefore, the following correction flow D is used to estimate δS and remove the value from the approximate test surface shape FIGMS to realize highly accurate measurement of the test surface shape.

ステップD−1では、解析演算部15が演算波面Wbcalと計測波面Wの差であるシステム誤差Wsysが小さくなるように(望ましくは最小となるように)演算上において光学系パラメータ推定し、変更する。変更する光学系パラメータに制約はなく、光学素子の面形状や面間隔だけでなく仮想面に任意の位相分布を加えてもよい。演算波面Wbcalと計測波面Wの差を小さくする手法として、光学パラメータを変更した際の波面Wbcalの敏感度を用いる手法や、演算上で計測波面Wを再現する一番尤もらしい光学パラメータを推定する最尤法を用いる方法がある。ここでは、演算波面Wbcalと計測波面Wの差が小さくなることが重要であり、演算と実際の計測時の光学パラメータが異なっていても、2つの波面の差が十分小さければよい。 In step D-1, the analysis calculation unit 15 estimates the optical system parameters in the calculation so that the system error W sys, which is the difference between the calculation wavefront W bcal and the measurement wavefront W b , is small (preferably minimized). ,change. There are no restrictions on the optical system parameters to be changed, and an arbitrary phase distribution may be added to the virtual surface as well as the surface shape and surface interval of the optical element. As a technique for reducing the difference between the calculation wavefront W bcal and the measurement wavefront W b , a technique that uses the sensitivity of the wavefront W bcal when the optical parameter is changed, or the most likely optical that reproduces the measurement wavefront W b on the calculation. There is a method using a maximum likelihood method for estimating parameters. Here, it is important that the difference between the calculation wavefront W bcal and the measurement wavefront W b is small. Even if the optical parameters at the time of calculation and actual measurement are different, it is sufficient that the difference between the two wavefronts is sufficiently small.

ステップD−2では、解析演算部15(面形状演算部)がステップD−1で変更した光学系パラメータと基準面9aの形状FigBから、光線追跡ソフトウェアを用いて基準面9aのセンサ7上での光線角度分布(波面Wbcal’)を演算する。 In step D-2, the analysis calculation unit 15 (surface shape calculation unit) uses the optical system parameters changed in step D-1 and the shape FigB of the reference surface 9a on the sensor 7 of the reference surface 9a using the ray tracing software. Is calculated (wavefront W bcal ′).

ステップD−3では、ステップC−4で演算した被検面10aの概略被検面形状FigMSと、ステップC−2で演算した被検レンズ10のアライメント誤差Aとを入力し、被検レンズ情報としてステップD−4における演算に反映させる。   In Step D-3, the approximate test surface shape FigMS of the test surface 10a calculated in Step C-4 and the alignment error A of the test lens 10 calculated in Step C-2 are input, and the test lens information is input. As reflected in the calculation in step D-4.

ステップD−4では、解析演算部15がアライメント誤差Aを反映して、ステップD−1で変更した光学パラメータと概略被検面形状FigMSから、光線追跡ソフトウェアを用いて被検面10aのセンサ7上での光線角度分布(波面Wscal)を演算する。 In step D-4, the analysis calculation unit 15 reflects the alignment error A, and from the optical parameters changed in step D-1 and the approximate test surface shape FigMS, the sensor 7 on the test surface 10a is detected using the ray tracing software. The ray angle distribution (wavefront W scal ) above is calculated.

ステップD−5では、解析演算部15がステップD−2とステップD−4で演算した基準面9aおよび被検面10aの光線角度分布(波面Wbcal’および波面Wscal)を、ステップA−2で基準面の波面演算に用いた光学パラメータを用いて逆光線追跡する。これにより、ステップC−3と同様に、基準面9aと被検面10aのスロープを求める。そして、解析演算部15は、このスロープから式2および式3により、式3のFigMSに相当する被検面10aの形状Fcalを演算する。 In Step D-5, ray angle distribution of the reference surface 9a and the test surface 10a to the analysis operator 15 is calculated in step D-2 and Step D-4 (the wavefront W bcal 'and wavefront W scal), Step A- In step 2, the ray is traced using the optical parameters used for the wavefront calculation of the reference plane. Thereby, similarly to step C-3, the slope of the reference surface 9a and the test surface 10a is obtained. Then, the analysis operation part 15, by equations 2 and 3 from the slope, calculates a shape F cal of the test surface 10a corresponding to FigMS of formula 3.

ステップD−4で演算した被検面10aの光線角度分布(波面Wscal)は、概略被検面形状FigMSを実際の被検面形状として、アライメント誤差Aを反映して演算されたものである。従って、ステップB−5で計測した波面Wから求められた概略被検面形状がFigMS=FigS+δSであることに鑑みれば、同様の方法で上述の波面Wscalから求められた被検面形状はFcal=FigMS+δScalとなる。δScalは、被検面形状FigMS、被検面アライメント誤差A、計測装置100のシステム誤差Wsysの条件下で発生する、被検面形状の計測誤差である。 Step D-4 ray angle distribution of the test surface 10a calculated in (wavefront W scal) as actual specimen surface geometric schematic specimen surface geometric FigMS, those computed to reflect the alignment error A . Therefore, considering that the general test surface shape obtained from the wavefront W s measured in step B-5 is a FigMS = FigS + δS, similar in test surface shape obtained from the wavefront W scal the above method F cal = FigMS + δS cal δS cal is a measurement error of the test surface shape that occurs under the conditions of the test surface shape FigMS, the test surface alignment error A, and the system error W sys of the measurement apparatus 100.

そこで、ステップD−6では、解析演算部15がステップD−5で求めた被検面形状FcalからステップD−3で入力した被検面形状FigMSを減算し、差分δScalを演算する。 Therefore, in step D-6, the analysis calculation unit 15 subtracts the test surface shape FIGMS input in step D-3 from the test surface shape F cal obtained in step D-5 to calculate the difference δS cal .

アライメント誤差AはステップC−2で波面Wから求められたものため、δS≒δScalの関係が成り立つ。そこで、ステップD−7では、解析演算部15がステップC−4で演算した結果FigMSからδScalを減算し、真の被検面形状Frealを求める。 Since the alignment error A is obtained from the wavefront W s in step C-2, a relationship of δS≈δS cal is established. Therefore, in step D-7, δS cal is subtracted from the result FIGMS computed by the analysis computation unit 15 in step C-4 to obtain the true test surface shape F real .

realを概略被検面形状として、ステップD−3とステップD−4の演算結果を繰り返し行えば、より高精度な被検面形状計測が可能となる。 If the calculation result of step D-3 and step D-4 is repeatedly performed with Freal as the approximate test surface shape, the test surface shape can be measured with higher accuracy.

以上の構成により、基準面9aと被検面10aの形状差ΔFig、アライメント誤差A、システム誤差Wsysに依存した被検面形状計測誤差δS(ΔFig,A,Wsys)を演算上で補正することができる。これにより、ΔFigが大きくても従来に比べ高精度な計測ができるため、計測領域の拡大することできる。また、被検面10aのアライメントが不要となるため、高速な計測を行うことができる。さらに、システム誤差が大きくても高精度な計測が可能であるため、製造、組立てコストの低減を行うことができる。 With the above configuration, the test surface shape measurement error δS (ΔFig, A, W sys ) depending on the shape difference ΔFig, the alignment error A, and the system error W sys between the reference surface 9a and the test surface 10a is corrected in calculation. be able to. As a result, even if ΔFig is large, measurement can be performed with higher accuracy than in the past, and the measurement area can be expanded. In addition, since the alignment of the test surface 10a is not necessary, high-speed measurement can be performed. Furthermore, since high-precision measurement is possible even if the system error is large, manufacturing and assembly costs can be reduced.

計測装置100は、基準レンズ9をアライメントするためのレンズのアライメント機構を含むため、高精度な計測を重視する際には、被検レンズのアライメント誤差Aをアライメントに関する閾値以下にしてから被検面10aの計測を行ってもよい。   Since the measuring apparatus 100 includes a lens alignment mechanism for aligning the reference lens 9, when importance is attached to high-precision measurement, the test surface is set after setting the alignment error A of the test lens to be equal to or less than the alignment threshold value. Measurement of 10a may be performed.

また、制御部8における演算は、本実施例で説明したように計測装置100の内部で行ってもよいし、計測データを外部のコンピュータに出力して該外部コンピュータで演算を行うこととしてもよい。外部コンピュータでの演算は、本実施例に示した演算の一部だけであってもよい。   The calculation in the control unit 8 may be performed inside the measurement apparatus 100 as described in the present embodiment, or measurement data may be output to an external computer and the calculation may be performed by the external computer. . The calculation in the external computer may be only a part of the calculation shown in this embodiment.

次に、図5Aから図5Dを用いて、本発明の実施例2の非球面形状の計測方法を説明する。実施例1と重複する内容については省略する。   Next, an aspheric shape measurement method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5D. The contents overlapping with those of the first embodiment are omitted.

実施例1では、ステップC−1でシステム誤差Wsysを求めるために、ステップB−2で基準面9aのアライメント誤差を閾値以下にする必要があった。しかし、システム誤差Wsysは、光学系の製造誤差や組立て誤差に起因する誤差のため、短期間での変化は十分に小さい。そのため、一度、システム誤差演算部13によってステップC−1でシステム誤差Wsysを求めておけば、新たに被検面10aを計測する際に基準面9aを高精度にアライメントする必要がない。すなわち、図4に記載している、計測フローBのステップB−2が必要なくなる。 In the first embodiment, in order to obtain the system error W sys in step C-1, it is necessary to set the alignment error of the reference surface 9a to a threshold value or less in step B-2. However, since the system error W sys is an error due to an optical system manufacturing error or assembly error, the change in a short period is sufficiently small. Therefore, once the system error W sys is obtained in step C-1 by the system error calculation unit 13, it is not necessary to align the reference surface 9a with high accuracy when newly measuring the test surface 10a. That is, step B-2 of the measurement flow B described in FIG. 4 is not necessary.

実施例2における、前工程フローA、計測フローB、解析フローC’、補正フローD’を図5に示す。実施例1と異なり、ステップB−2が不要となり、ステップC’−1では既知であるシステム誤差の代わりにアライメント誤差演算部14が基準レンズ9のアライメント誤差Abを演算する。   FIG. 5 shows a pre-process flow A, a measurement flow B, an analysis flow C ′, and a correction flow D ′ in the second embodiment. Unlike the first embodiment, step B-2 is not necessary, and in step C'-1, the alignment error calculator 14 calculates the alignment error Ab of the reference lens 9 instead of the known system error.

ステップD’−1では、光学系パラメータは既に推定しているため、基準レンズ9のアライメント誤差Abを入力する。ステップD’−2では、解析演算部15が推定されている光学パラメータと基準面9aの形状FigBから、光線追跡ソフトウェアを用いて基準面9aのセンサ7条での光線角度分布(波面Wbcal’)を演算する。実施例1との違いは、基準面9aの形状FigBだけでなく、基準レンズ9のアライメント誤差Abも反映させて光線角度分布(波面Wbcal’)を演算する点である。ステップD’−2以降のステップは、実施例1と同様である。 In step D′-1, since the optical system parameters have already been estimated, the alignment error Ab of the reference lens 9 is input. In step D′-2, the ray angle distribution (wavefront W bcal ′) of the sensor 7 on the reference surface 9a is calculated from the optical parameters estimated by the analysis calculation unit 15 and the shape FIG. ) Is calculated. The difference from the first embodiment is that the ray angle distribution (wavefront W bcal ′) is calculated by reflecting not only the shape FIG. B of the reference surface 9a but also the alignment error Ab of the reference lens 9. Steps after Step D′-2 are the same as those in the first embodiment.

本実施例では、既知のシステム誤差を用い、さらに基準レンズ9のアライメント誤差Abを演算して、計測誤差δScalを求めている。そのため、被検レンズ10だけでなく基準レンズ9のアライメントも不要となり、より高速な計測が可能となる。 In this embodiment, the measurement error δS cal is obtained by calculating the alignment error Ab of the reference lens 9 using a known system error. For this reason, not only the test lens 10 but also the reference lens 9 need not be aligned, and higher-speed measurement is possible.

また、制御部8における演算は、本実施例で説明したように計測装置100の内部で行ってもよいし、計測データを外部のコンピュータに出力して該外部コンピュータで演算を行うこととしてもよい。外部コンピュータでの演算は、本実施例に示した演算の一部だけであってもよい。   The calculation in the control unit 8 may be performed inside the measurement apparatus 100 as described in the present embodiment, or measurement data may be output to an external computer and the calculation may be performed by the external computer. . The calculation in the external computer may be only a part of the calculation shown in this embodiment.

図6には、本発明の実施例3として、実施例1及び2にて説明した非球面形状計測装置100を用いた光学素子加工装置200の構成を示している。   FIG. 6 shows a configuration of an optical element processing apparatus 200 using the aspheric surface shape measuring apparatus 100 described in the first and second embodiments as the third embodiment of the present invention.

11は被検レンズ10の材料(素材)であり、201は該材料11に対して切削、研磨等の加工を行って光学素子としての被検レンズ10を製造する加工部である。   Reference numeral 11 denotes a material (raw material) of the test lens 10, and 201 denotes a processing unit that manufactures the test lens 10 as an optical element by performing processing such as cutting and polishing on the material 11.

加工部201で加工された被検レンズ10の被検面10aの面形状は、計測部としての非球面形状計測装置100において、実施例1にて説明した非球面計測方法を用いて計測される。そして、実施例1でも説明したように、計測装置100は、被検面10aを目標の面形状に仕上げるために、被検面10aの面形状の計測データと目標データとの差に基づいて被検面10aに対する修正加工量を計算し、これを加工部201に出力する。これにより、加工部201による被検面10aに対する修正加工が行われ、目標の面形状に至った被検面10aを有する被検レンズ10が完成する。   The surface shape of the test surface 10a of the test lens 10 processed by the processing unit 201 is measured using the aspheric surface measurement method described in the first embodiment in the aspheric surface shape measuring apparatus 100 as the measurement unit. . Then, as described in the first embodiment, the measuring apparatus 100 is configured to perform measurement on the basis of the difference between the measurement data of the surface shape of the test surface 10a and the target data in order to finish the test surface 10a to the target surface shape. The amount of correction processing for the inspection surface 10a is calculated and output to the processing unit 201. As a result, correction processing is performed on the test surface 10a by the processing unit 201, and the test lens 10 having the test surface 10a reaching the target surface shape is completed.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

被検面の形状を高速かつ高精度に計測することが可能な計測方法および計測装置を提供することができる。   It is possible to provide a measuring method and a measuring apparatus capable of measuring the shape of the test surface at high speed and with high accuracy.

4 ハーフミラー
5 投光レンズ
6 結像レンズ
7 センサ
8 制御部
9 基準レンズ
9a 基準面
10 被検レンズ
10a 被検面
12 波面計測部
13 システム誤差計測部
14 アライメント誤差演算部
15 面形状演算部
4 Half mirror 5 Projection lens 6 Imaging lens 7 Sensor 8 Control unit 9 Reference lens 9a Reference surface 10 Test lens 10a Test surface 12 Wavefront measurement unit 13 System error measurement unit 14 Alignment error calculation unit 15 Surface shape calculation unit

Claims (11)

所定の位置に配置された被検面からの反射光を検出する検出部と、
前記反射光を前記検出部に導く光学系と、
前記検出部からの出力に基づいて前記被検面の形状を計測する制御部と、を備える面形状計測装置であって、
前記制御部は、
既知の形状を有する基準面を前記所定の位置に配置した状態における前記検出部からの出力に基づいて、前記基準面からの反射光の前記検出部における波面である第1の波面と、前記被検面を前記所定の位置に配置した状態における前記検出部からの出力に基づいて、前記被検面からの反射光の前記検出部における波面である第2の波面と、を計測する波面計測部と、
前記第1の波面から前記光学系に起因するシステム誤差を演算するシステム誤差演算部と、
前記第2の波面から前記被検面の位置に起因するアライメント誤差を演算するアライメント誤差演算部と、
前記第1の波面と前記第2の波面から前記被検面の形状を演算し、前記被検面の形状の演算結果と前記システム誤差と前記被検面の位置に起因するアライメント誤差とから前記被検面の形状の計測誤差を演算し、該計測誤差を用いて前記被検面の形状の演算結果を補正する面形状演算部と、
を備えることを特徴とする面形状計測装置。
A detection unit for detecting reflected light from a surface to be measured arranged at a predetermined position;
An optical system for guiding the reflected light to the detection unit;
A surface shape measuring device comprising: a control unit that measures the shape of the test surface based on an output from the detection unit;
The controller is
Based on an output from the detection unit in a state where a reference surface having a known shape is disposed at the predetermined position, a first wavefront that is a wavefront in the detection unit of reflected light from the reference surface, and the target A wavefront measuring unit that measures a second wavefront that is a wavefront in the detection unit of reflected light from the test surface based on an output from the detection unit in a state where the test surface is arranged at the predetermined position When,
A system error calculation unit for calculating a system error caused by the optical system from the first wavefront;
An alignment error calculator that calculates an alignment error caused by the position of the test surface from the second wavefront;
The shape of the test surface is calculated from the first wavefront and the second wavefront, and from the calculation result of the shape of the test surface, the system error, and the alignment error caused by the position of the test surface, A surface shape calculation unit that calculates a measurement error of the shape of the test surface and corrects a calculation result of the shape of the test surface using the measurement error;
A surface shape measuring device comprising:
前記面形状演算部は、前記システム誤差から光学系パラメータを推定し、該光学系パラメータを用いて、前記被検面の形状の演算結果と前記被検面の位置に起因するアライメント誤差とから前記計測誤差を演算することを特徴とする請求項1に記載の面形状計測装置。   The surface shape calculation unit estimates an optical system parameter from the system error, and uses the optical system parameter to calculate the shape of the test surface and an alignment error caused by the position of the test surface. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a measurement error is calculated. 前記システム誤差演算部は、前記基準面の前記既知の形状から前記検出部における波面を演算し、該波面と前記第1の波面との差分を求めることにより前記システム誤差を演算することを特徴とする請求項2に記載の面形状計測装置。   The system error calculation unit calculates a wavefront at the detection unit from the known shape of the reference plane, and calculates the system error by obtaining a difference between the wavefront and the first wavefront. The surface shape measuring device according to claim 2. 前記面形状計測装置は、前記差分が最小となる前記光学系パラメータを推定することを特徴とする請求項3に記載の面形状計測装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the surface shape measuring apparatus estimates the optical system parameter that minimizes the difference. 前記面形状演算部は、前記システム誤差から最尤法により前記光学系パラメータを推定することを特徴とする請求項2から4のうちいずれか1項に記載の面形状計測装置。   5. The surface shape measurement apparatus according to claim 2, wherein the surface shape calculation unit estimates the optical system parameter from the system error by a maximum likelihood method. 6. 前記アライメント誤差演算部は、前記第1の波面から前記基準面の位置に起因するアライメント誤差を演算し、
前記面形状演算部は、前記光学系パラメータを用いて、前記被検面の形状の演算結果と前記基準面に起因するアライメント誤差と前記被検面の位置に起因するアライメント誤差とから前記被検面の形状の計測誤差を演算することを特徴とする請求項2から5のうちいずれか1項に記載の面形状計測装置。
The alignment error calculation unit calculates an alignment error caused by the position of the reference plane from the first wavefront,
The surface shape calculation unit uses the optical system parameters to calculate the shape of the test surface from the calculation result of the test surface, the alignment error caused by the reference surface, and the alignment error caused by the position of the test surface. 6. The surface shape measuring device according to claim 2, wherein a surface shape measurement error is calculated.
前記面形状演算部は、補正された前記被検面の形状の演算結果と前記システム誤差と前記被検面の位置に起因するアライメント誤差に基づいて、前記補正された被検面の形状の演算結果を補正することを特徴とする請求項1から6のうちいずれか1項に記載の面形状計測装置。   The surface shape calculation unit calculates the corrected shape of the test surface based on the corrected calculation result of the shape of the test surface, the system error, and the alignment error caused by the position of the test surface. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the result is corrected. 前記基準面および前記被検面に光を照射する光源を更に有することを特徴とする請求項1から7のうちいずれか1項に記載の面形状計測装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a light source that irradiates light to the reference surface and the test surface. 請求項1から8のうちいずれか1項に記載の面形状計測装置と、
前記面形状計測装置によって計測した前記被検面の形状に基づいて、前記被検面の加工を行う加工部と、を有することを特徴とする加工装置。
The surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 8,
A processing apparatus comprising: a processing unit configured to process the test surface based on the shape of the test surface measured by the surface shape measuring device.
請求項9に記載の加工装置によって、加工された被検面を有することを特徴とする光学素子。   An optical element having a test surface processed by the processing apparatus according to claim 9. 所定の位置に配置された被検面からの反射光を光学系を介して検出部で検出することによって、前記被検面の形状を計測する面形状計測方法であって、
既知の形状を有する基準面を前記所定の位置に配置した状態における前記検出部からの出力に基づいて、前記基準面からの反射光の前記検出部における波面である第1の波面を計測するステップと、
前記被検面を前記所定の位置に配置した状態における前記検出部からの出力に基づいて、前記被検面からの反射光の前記検出部における波面である第2の波面を計測するステップと、
前記第1の波面から前記光学系に起因するシステム誤差を演算するステップと、
前記第2の波面から前記被検面の位置に起因するアライメント誤差を演算するステップと、
前記第1の波面と前記第2の波面から、前記被検面の形状を演算するステップと、
前記被検面の形状の演算結果と前記システム誤差と前記被検面の位置に起因するアライメント誤差とから、前記被検面の形状の計測誤差を演算するステップと、
前記計測誤差を用いて、前記被検面の形状の演算結果を補正するステップと、
を有することを特徴とする面形状計測方法。
A surface shape measuring method for measuring the shape of the test surface by detecting reflected light from the test surface arranged at a predetermined position with a detection unit via an optical system,
Measuring a first wavefront which is a wavefront in the detection unit of reflected light from the reference surface based on an output from the detection unit in a state where a reference surface having a known shape is arranged at the predetermined position When,
Measuring a second wavefront that is a wavefront in the detection unit of reflected light from the test surface based on an output from the detection unit in a state where the test surface is arranged at the predetermined position;
Calculating a system error due to the optical system from the first wavefront;
Calculating an alignment error resulting from the position of the test surface from the second wavefront;
Calculating the shape of the test surface from the first wavefront and the second wavefront;
From the calculation result of the shape of the test surface, the system error, and the alignment error caused by the position of the test surface, calculating the measurement error of the shape of the test surface;
Correcting the calculation result of the shape of the test surface using the measurement error;
A surface shape measuring method characterized by comprising:
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