JP2004257854A - Interferometer device and aberration measurement method - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズの非点収差から複屈折に起因する成分を簡易に抽出して定量的に評価することができる干渉計装置を提供すること。
【解決手段】この干渉計装置のうち、波長板駆動装置22及びステージ駆動装置23は、コンピュータ27の一部機能とともに、被検レンズMLやこれに入射する直線偏光光の偏光方向を回転させる相対方位調節手段を構成する。また、コンピュータ27の一部演算機能は、一対の非点収差成分を抽出するための波面演算手段を構成する。例えば、被検レンズMLの回転前後において計測した一対の非点収差ベクトルの演算によって、面変形依存性の非点収差成分と偏光方位依存性の非点収差成分とを分離抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、被検レンズMLの収差評価の質を向上させることができる。
【選択図】 図1Provided is an interferometer device that can easily extract a component caused by birefringence from astigmatism of a lens and quantitatively evaluate the component.
In this interferometer device, a wave plate driving device 22 and a stage driving device 23 have a function of rotating a polarization direction of a test lens ML and a linearly polarized light incident on the lens ML together with a part of the function of a computer 27. The azimuth adjusting means is constituted. A part of the calculation function of the computer 27 constitutes a wavefront calculation unit for extracting a pair of astigmatism components. For example, by calculating a pair of astigmatism vectors measured before and after rotation of the test lens ML, a surface deformation-dependent astigmatism component and a polarization azimuth-dependent astigmatism component are separated and extracted. The content of the aberration can be quantitatively evaluated, and the quality of the aberration evaluation of the test lens ML can be improved.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【技術分野】
本発明は、レンズ等の被検対象で生じる波面収差に基づいて非点収差を計測する干渉計装置及びこれを用いた収差計測方法に関し、特に、非点収差のうち偏光方向依存性の成分を独立して評価することができる干渉計装置等に関する。
【0001】
【従来の技術】
フィゾー型の干渉計を用いて、投影レンズの非点収差を計測することが提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0002】
また、トワイマン・グリーン型の干渉計を用いて、投影レンズのリタデーション計測することが提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−237311号公報
【特許文献2】
特開2002−71515号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1では、レンズの非点収差のうち偏光方向依存性の成分を独立して評価することができない。すなわち、レンズの非点収差には、レンズの面形状等に起因する成分だけでなく、偏光方向に依存して出現する成分も含まれており、レンズの高性能化の要求が高まっている最近の状況では、これらの成分を独立して計測することがレンズの性能評価において極めて重要になってきている。
【0004】
また、上記特許文献2では、レンズのリタデーション(複屈折量)を計測できるとするが、レンズの結像状態を直接的に反映する非点収差に関する情報は何ら得られず、実際にリタデーションを測定する際には、複屈折の方位が既知である必要があるなど測定実施上の制限も多い。
【0005】
そこで、本発明は、レンズの非点収差から偏光方向依存性の成分を簡易に抽出して、偏光方向依存性の非点収差成分を定量的に評価することができる干渉計装置及び収差計測方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の干渉計装置は、所定方向の直線偏光光である被検光が被検対象を通過又は反射される際の波面収差を干渉を利用して検出する干渉計本体と、光軸の回りにおける被検対象の回転位置と被検光の偏光方向との相対的な位置関係を調節する相対方位調節手段と、相対方位調節手段による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出する波面演算手段とを備える。
【0007】
上記干渉計装置では、波面演算手段が、相対方位調節手段による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、レンズ等の被検対象の収差評価の内容を質的に向上させることができる。
【0008】
また、上記干渉計装置の具体的態様によれば、第1非点収差成分が、表面変形を含む被検対象の形状的要素に起因する。つまり、このような第1非点収差成分は、レンズ等の被検対象の表面形状(厳密には等方的な屈折率分布を含む)によって発生する一般的な非点収差であるが、今回の干渉計装置によって第2非点収差成分から独立したものとして計測することができる。
【0009】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、第2非点収差成分が、複屈折を含む被検対象の異方性要素に起因する。つまり、このような第2非点収差成分は、被検対象の複屈折等に起因して発生するものであるが、今回の干渉計装置によって第1非点収差成分から独立したものとして計測することができる。なお、本発明者らは、プラスチック製の射出成形レンズでは、上記した偏光方向依存性の複屈折パターンが形成され易く、このような複屈折パターンに対応する第2非点収差成分を一般的な形状依存性の非点収差から分離することが射出成形レンズの性能評価や性能向上にとって重要であることを見出し、かかる知見に基づいて本発明に至った。
【0010】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、波面演算手段が、干渉計本体によって検出される波面収差に対しゼルニケの多項式をフィッティングさせることによって、非点収差の項として、第1及び第2非点収差成分を含む総合的な非点収差を抽出する。この場合、総合的な非点収差を他の収差から正確に分離することができるので、上述の第1及び第2非点収差成分の正確な評価が可能になり、被検対象の面変形等に起因する非点収差や、複屈折等に起因して発生する偏光方向依存性の非点収差を正確に算出することができる。
【0011】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、相対方位調節手段が、被検光の偏光方向を固定して被検対象の回転位置を90°切替え、波面演算手段が、回転位置の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の差に基づいて、第1非点収差成分を算出する。この場合、回転位置の切替前後において維持される第2非点収差成分等が相殺されて、第1非点収差成分のみを簡易に抽出することができる。
【0012】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、相対方位調節手段が、被検対象の回転位置を固定して被検光の偏光方向を90°切替え、波面演算手段が、偏光方向の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の差に基づいて、第2非点収差成分を算出する。この場合、偏光方向の切替前後において維持される第1非点収差成分等が相殺されて、第2非点収差成分のみを簡易に抽出することができる。このようにして得た第2非点収差成分は直交する2方向の偏光に対する非点収差を平均したものとなっており、直線偏光型の干渉計によって円偏光による干渉計測を行ったと同様の情報が得られる。
【0013】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、相対方位調節手段が被検光の偏光方向を固定して被検対象の回転位置を90°切替えた場合に、波面演算手段が回転位置の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の和に基づいて第2非点収差成分を算出し、又は、相対方位調節手段が被検対象の回転位置を固定して被検光の偏光方向を90°切替えた場合に、波面演算手段が偏光方向の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の和に基づいて、第1非点収差成分を算出する。この場合、回転位置や偏光方向の切替前後における第1又は第2非点収差成分の変化が相殺されて、他方の第2又は第1非点収差成分のみを簡易に抽出することができる。
【0014】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、波面演算手段が、一対の総合的な非点収差をそれぞれベクトルとして演算する。この場合、収差の演算が簡易になるとともに、このようなベクトルを第1非点収差成分や第2非点収差成分の評価ための簡単な指標として利用することができる。
【0015】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、波面演算手段によって抽出される総合的な非点収差が干渉計本体の残留非点収差成分をさらに含み、相対方位調節手段が、被検対象の回転位置を90°切替えるとともに、回転位置の切替と異なるタイミングで被検光の偏光方向を90°切替え、切替前後において抽出した3つの総合的な非点収差に基づいて、第1非点収差成分、第2非点収差成分、及び残留非点収差成分をそれぞれ算出する。この場合、回転位置と偏光方向の切替によって、第1及び第2非点収差成分のみならず、干渉計本体の残留非点収差成分まで分離することができるので、非点収差の計測精度や計測値の信頼性を高めることができる。
【0016】
また、上記干渉計装置の別の具体的態様によれば、干渉計本体が、所定方向の直線偏光光である検査光を発生する光源装置と、光源装置からの検査光を被検光と参照光とに分割して被検対象及び参照面に入射させるとともに、当該被検対象を経た被検光及び当該参照面で反射された参照光を再度合成して干渉光を発生させる光分割合成手段とを備える。この場合、トワイマン・グリーン型の干渉計によって精密な波面計測が可能になり、複屈折等の収差を高精度で計測することができる。
【0017】
また、本発明の収差計測方法は、所定方向の直線偏光光である被検光が被検対象を通過又は反射される際の波面収差を干渉を利用して検出する収差計測方法であって、光軸の回りにおける被検対象の回転位置と被検光の偏光方向との相対的な位置関係を調節する相対方位調節工程と、相対方位調節工程による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出する波面演算工程とを備える。
【0018】
上記収差計測方法では、相対方位調節工程による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、レンズ等の被検対象の収差評価の内容を質的に向上させることができる。
【0019】
また、上記収差計測方法の具体的態様によれば、第1非点収差成分が、表面変形を含む被検対象の形状的要素に起因し、第2非点収差成分が、複屈折を含む被検対象の異方性要素に起因する。
【0020】
また、上記収差計測方法の別の具体的態様によれば、波面演算工程において、干渉計本体によって検出される波面収差に対しゼルニケの多項式をフィッティングさせることによって、非点収差の項として、第1及び第2非点収差成分を含む総合的な非点収差を抽出する。
【0021】
また、上記収差計測方法の別の具体的態様によれば、相対方位調節工程では、被検光の偏光方向を固定して被検対象の回転位置を90°切替え、波面演算工程では、回転位置の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の差に基づいて、第1非点収差成分を算出する。
【0022】
また、上記収差計測方法の別の具体的態様によれば、相対方位調節工程では、被検対象の回転位置を固定して被検光の偏光方向を90°切替え、波面演算工程では、偏光方向の切替前後において抽出した一対の総合的な非点収差の差に基づいて、第2非点収差成分を算出する。
【0023】
また、上記収差計測方法の別の具体的態様によれば、波面演算工程では、一対の総合的な非点収差をそれぞれベクトルとして演算する。
【0024】
また、上記収差計測方法の別の具体的態様によれば、波面演算工程によって抽出される総合的な非点収差が、干渉計本体の残留非点収差成分をさらに含み、相対方位調節工程では、被検対象の回転位置を90°切替えるとともに、回転位置の切替と異なるタイミングで被検光の偏光方向を90°切替え、切替前後において抽出した3つの総合的な非点収差に基づいて、第1非点収差成分、第2非点収差成分、及び残留非点収差成分をそれぞれ算出する。
【0025】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態に係る干渉計装置について説明する。図1に示すように、この干渉計装置は、トワイマン・グリーン型の干渉計からなり、光学系部分として、レーザダイオード11と、コリメータレンズ12と、被検光の偏光方向を切替えるための波長板13と、ビームスプリッタ14と、被検対象を支持してその姿勢を調節する被検対象用ステージ15と、参照平面ミラー16と、撮像レンズ17と、CCDセンサ18とを備える。また、この干渉計装置は、駆動制御系として、レーザドライバ21と、波長板駆動装置22と、ステージ駆動装置23と、参照ミラー走査用のピエゾ駆動素子24と、D/A変換回路25と、画像処理装置26と、これらの動作を統括的に制御するコンピュータ27とを備える。図示の干渉計装置のうち、波長板駆動装置22、ステージ駆動装置23、及びコンピュータ27の一部機能を除いた全体的なシステムは、干渉計本体を構成し、波長板駆動装置22及びステージ駆動装置23は、コンピュータ27の一部機能とともに、被検対象の回転位置やこれに入射する直線偏光光の偏光方向を回転させる相対方位調節手段を構成する。また、コンピュータ27の一部演算機能は、以下に詳述する一対の非点収差成分を抽出するための波面演算手段を構成する。
【0026】
レーザダイオード11は、所定波長を有し特定の偏光方向に設定された検査光を射出する。レーザダイオード11から出射させる検査光の波長は、例えば404nm、655nm、785nm等とすることができ、レーザダイオード11の切り換えによって検査光の波長を変更することもできる。波長655nm、785nmの検査光を切り換えて射出させる場合、多波長型の記録媒体用ドライブの光ピックアップ用光学系に組み込まれる対物レンズを計測することができる。なお、レーザダイオード11の発光状態は、レーザドライバ21によって制御される。
【0027】
コリメータレンズ12は、レーザダイオード11から射出された検査光を平行光束としてミラー30を介してビームスプリッタ14に入射させる。なお、レーザダイオード11を切り換えて波長の異なる検査光を発生させる場合、コリメータレンズ12として色消しレンズを用いるか、コリメータレンズ12を波長毎に対応するものに交換する。また、このコリメータレンズ12には、ビーム形状を整形するビームエキスパンダとして機能を持たせることもできる。
【0028】
波長板13は、具体的には(λ/2)波長板であり、波長板駆動装置22に駆動されて主軸方向が光軸の回りに回転する。このように波長板13を任意の角度位置に調節することによって、レーザダイオード11から射出された検査光の偏光方向を所望の方向に切り換えることができる。
【0029】
ビームスプリッタ14は、光分割合成手段であり、わずかな楔角を有する平行平板状の透明プレートからなる。ビームスプリッタ14のビーム分割面14aには、例えば半透鏡膜が形成されている。ビームスプリッタ14は、これに入射した検査光を反射して参照光とし、ビーム分割面14aに入射した検査光を透過させて被検光とする。ビームスプリッタ14は、特性の波長依存性のない無位相無偏光ビームスプリッタとする。
【0030】
被検対象用ステージ15は、不図示の手動機構またはステージ駆動装置23によって駆動可能になっており、被検対象である被検レンズMLを3次元的に移動させて適所に保持するとともに、被検レンズMLを光軸OAの回りに任意の角度で回転させることができる。なお、被検対象が図示のようにレンズでありその結像特性を計測する場合、被検レンズMLの後方に着脱自在の参照凹面ミラー31を配置して被検レンズMLを経た被検光をほぼ平行光束にしてビームスプリッタ14に戻し、参照光と干渉させる。参照凹面ミラー31と被検レンズMLとの間には、対象となる光ディスクのディスク厚みに相当するカバーガラス32が配置されている。
【0031】
参照平面ミラー16は、入射面16aに例えば反射膜を形成している。参照平面ミラー16は、ピエゾ駆動素子24を介してアライメント装置41に固定されている。ピエゾ駆動素子24は、位相送り機構として、D/A変換回路25からの制御電圧に応じて伸縮し、参照平面ミラー16を光軸OAの方向に沿って精密に往復移動させることができる。アライメント装置41は、手動機構やモータ等に駆動されて、参照平面ミラー16の光軸方向の位置や姿勢を適切な状態に保ち、コヒーレンス長を調整している。
【0032】
撮像レンズ17は、ビームスプリッタ14を経て合成された、被検レンズMLからの被検光と参照平面ミラー16からの参照光との干渉光である合成光を集光する。なお、図示を省略しているが、撮像レンズ17には、これを光軸OA方向等に変位させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によって倍率状態を調整することができる。
【0033】
CCDセンサ18には、撮像レンズ17によって一旦集光された合成光が干渉縞として投影される。この干渉縞のパターンは、電気信号として画像処理装置26に出力される。この電気信号は、CCDセンサ18に投影された干渉パターンに対応する画像信号としてコンピュータ27に出力される。なお、図示を省略しているが、CCDセンサ18には、これを光軸OA方向等に変位させる駆動機構を付設しており、かかる駆動機構等の調節によってCCDセンサ18によるフォーカスを調整することができる。また、CCDセンサ18は、カメラシャッタを有する。このカメラシャッタは、内蔵するフォトダイオードの蓄積時間を調節するものであり、干渉パターンの輝度にかかわらず適切な輝度分布の画像信号を与える。
【0034】
コンピュータ27は、レーザドライバ21を制御して、レーザダイオード11を適当なタイミングで発振させる。
【0035】
また、コンピュータ27は、波長板駆動装置22を制御して、波長板13を光軸の回りに適宜回転させることによって、検査光としてビームスプリッタ14に入射させる直線偏光光の偏光方位を、計測中の適当なタイミングで例えば0°から90°まで回転させる。つまり、コンピュータ27は、波長板駆動装置22を介して被検レンズMLに入射させる被検光の偏光方位を制御して直交する2方向のいずれかに必要なタイミングで切替える。
【0036】
また、コンピュータ27は、ステージ駆動装置23を制御して、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを、計測中の適当なタイミングで光軸OAの回りで例えば0°から90°まで回転させることができる。つまり、コンピュータ27は、ステージ駆動装置23を介して被検レンズMLの回転位置を制御して直交する2方向のいずれかに必要なタイミングで切替える。
【0037】
また、コンピュータ27は、D/A変換回路25を制御して、参照平面ミラー16を光軸方向に往復移動させることによって、CCDセンサ18に投影される干渉縞の移動若しくは走査を制御することができ、被検対象による波面収差の走査を伴う計測を可能にする。
【0038】
さらに、コンピュータ27は、画像処理装置26を制御して、CCDセンサ18に投影される干渉縞の明暗パターンの分布やその変化を検出する。つまり、上記の走査を併用し、干渉縞の明暗パターンの分布やその変化の解析によって、被検対象による波面収差を高精度で自動的に計測することができる。
【0039】
以下、図1に示す干渉計装置の一般的な動作について説明する。まず、被検対象用ステージ15上に被検対象である被検レンズMLをセットする。次に、例えばレーザドライバ21を動作させて、レーザダイオード11から、特定波長の検査光を出射させる。次に、CCDセンサ18のカメラシャッタを適宜調節して、画像処理装置26で検出する干渉パターンの輝度を調節する。具体的には、CCDセンサ18の蓄積時間を調節して、干渉パターンの輝度を干渉パターンの計測に適する値にする。この際、CCDセンサ18のカメラシャッタの調節を自動化することができる。例えば、画像処理装置26で検出した画像をコンピュータ27で解析して画像の平均輝度等からCCDセンサ18の蓄積時間を設定して画像処理装置26に指令信号を出力する。次に、コンピュータ27からD/A変換回路25に制御信号を出力してピエゾ駆動素子24を伸縮させる。これにより、参照平面ミラー16を位相送りする走査すなわちフリンジスキャンが可能になり、画像処理装置26で検出された干渉パターンの変化をコンピュータ27で解析することによって、高精度で高速の波面計測が可能になる。
【0040】
図2は、図1の干渉計装置による非点収差の計測動作を説明するフローチャートである。まず、ステージ駆動装置23を制御して、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLの回転位置を初期位置にセットする(ステップS1)。これは、以下に詳述するが、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第1の状態(基準となる計測状態)に設定して計測するためである。例えば、被検レンズMLがプラスチックの成形品である場合、整形に際して形成されるゲート部分が干渉計装置の基準偏光方位に一致するように被検レンズMLを回転させる。
【0041】
次に、D/A変換回路25の制御によって参照平面ミラー16を駆動しつつ、画像処理装置26の制御によってCCDセンサ18に投影される干渉パターンを画像信号として取り出すことにより、波面計測を行って波面収差を算出する(ステップS3)。
【0042】
次に、ステップS3で得た波面収差を、ゼルニケ(Zernike)の多項式に当てはめて展開する(ステップS5)。ゼルニケの多項式には、▲1▼チルト、▲2▼フォーカス、▲3▼非点収差(所謂「アス(astigmatism)」)、▲4▼コマ収差、▲5▼球面収差等の各種波面収差成分が含まれており、これらの波面収差成分が統計的手法を利用したフィッティングによって分離される。ここで、非点収差は、3次の非点収差と呼ばれるものに限らず、5次、7次の非点収差成分まで検出することができる。
【0043】
次に、ステップS5で得た非点収差を非点収差ベクトルに換算する(ステップS7)。つまり、ゼルニケの多項式にフィッティングさせて得た非点収差の係数から非点収差の大きさ及び方向を表す指標となる非点収差ベクトルを決定する。このような非点収差ベクトルは、複数の異なる非点収差間で簡単な演算を可能にするものであり、以下に説明する非点収差の成分分割に利用される。例えば3次の非点収差AS3は、ゼルニケの動径多項式によれば、
AS3=2ρ2(Z4 2+Z5 2)1/2×cos2〔θ−(1/2)tan−1(Z5/Z4)〕
で与えられる。ここで、ρ及びθは、極座標系(ρ,θ)を構成する規格化された距離と角度であり、Z4及びZ5は、直交する2方向の成分の計数である。非点収差AS3を簡単化して表現すると、
AS3=Aρ2{1+cos(2θ−2φ)}
となる。ここに、値Aは、(Z4 2+Z5 2)1/2であり、φは(1/2)×tan−1(Z5/Z4)であり、計測された被検レンズMLに固有の係数Z4及びZ5によって定まる一定値である。ここで、非点収差AS3は、最大振幅2Aとオフセット角度φとによって特定される余弦関数であり、鞍型の湾曲面に相当する。この非点収差AS3は、非点収差ベクトルAS3(A,2φ)として簡単化して表現することができる線形な関数であり、その成分をベクトルとして複数に分割したり、他の非点収差ベクトルと加減演算を行うことができる。なお、最大振幅2Aは、非点収差による波面収差における最大の位相差(つまり「非点収差の大きさ」)を示し、オフセット角度φは、波面収差においてゲートを基準として最も位相が進んでいる方向(つまり「非点収差の方向」)を示す。
【0044】
図3は、波面収差と非点収差ベクトルAS3(A,2φ)との関係を具体例で示す図である。図3(a)及び(b)は第1例の非点収差を示しており、(a)は被検レンズMLの各位置における実際の波面収差すなわち位相差を示し、(b)は非点収差ベクトルを示す。図3(a)中において、記号「+」は波面の進みを示し、記号「−」は波面の遅れを示す。また、図3(b)中において、x軸やy軸は非点収差ベクトルAS3(A,2φ)を投影する直交座標系である。つまり、ベクトルAS3(A,2φ)は、x−yの座標系で
AS3=(Acos2φ,Asin2φ)
と表される。
【0045】
同様に、図3(c)及び(d)は方向が異なる第2例の非点収差を示しており、このうち(c)は被検レンズMLの各位置における実際の波面収差のパターンを示し、(d)は非点収差ベクトルを示す。また、図3(e)及び(f)はさらに方向が異なる第3例の非点収差を示しており、このうち(e)は被検レンズMLの各位置における実際の波面収差のパターンを示し、(f)は非点収差ベクトルを示す。さらに、図3(g)及び(h)は大きさが異なる第4例の非点収差を示しており、このうち(g)は被検レンズMLの各位置における実際の波面収差のパターンを示し、(h)は非点収差ベクトルを示す。最後の場合、非点収差が少なく、○で囲んだ「+」の記号は波面の進みが少ないことを示し、○で囲んだ「−」の記号は波面の遅れが少ないことを示す。
【0046】
以上から明らかなように、非点収差ベクトルAS3(A,2φ)は、非点収差の向きや大きさを表しており、180°周期となっている。また、非点収差ベクトルAS3(A,2φ)は、通常のベクトル演算が可能であり、例えば図3(a)及び(b)に対応する非点収差ベクトルAS3(A,φ=0°)と、図3(e)及び(f)に対応する非点収差ベクトルAS3(A,φ=90°)とを合成すると、振幅に相当する値Aが一致することから、非点収差ベクトルの和がゼロとなり、一対の非点収差が相殺されることを意味する。
【0047】
図2に戻って、ステップS7では、図3で説明したような非点収差ベクトルAS3(A,2φ)が第1の状態の被検レンズMLについて計算される。なお、以上では、3次の非点収差について説明したが、ゼルニケの多項式に展開する際には、5次、7次の非点収差成分まで算出することができ、このような非点収差成分も上記と同様の非点収差ベクトルとして表現することができ、ベクトル演算処理が可能である。
【0048】
次に、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第2の状態で計測するため、被検レンズMLの姿勢の90°回転が実行されているか否かが判断される(ステップS9)。
【0049】
被検レンズMLが第1の状態、すなわち被検レンズMLのゲート部分が干渉計装置の基準偏光方位に向いているときは、ステップS11に進んでステージ駆動装置23を制御し、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを光軸OAの回りに回転させる。つまり、被検レンズMLの回転位置を0°の初期位置から90°の回転位置に切り換える。以後、以上で説明したステップS3〜S9の処理を繰り返すことによって、第2の状態の被検レンズMLについて非点収差ベクトルAS3(A,2φ)が計算される。
【0050】
一方、被検レンズMLが既に第2の状態であるときは、回転前の0°の第1状態と回転後の90°の第2状態とにおいて、被検レンズMLの非点収差ベクトルがそれぞれ算出されていることを意味し、ステップS13に進んで、面変形成分が検出される。すなわち、第1及び第2状態において得た一対の非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLに関する透過波面の非点収差のうち、第1非点収差成分である面変形依存成分が分離抽出される。
【0051】
次に、第1及び第2状態において得た一対の非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLに関する透過波面の非点収差のうち、第2非点収差成分である偏光方位依存成分が分離抽出される(ステップS15)。
【0052】
以下、ステップS13,15における面変形依存成分や偏光方位依存成分の算出を説明する。
【0053】
図4は、面変形に起因する非点収差の性質を観念的に説明する図である。図4(a)は、第1状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図4(b)は、第2状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示す。図4(a)の状態から図4(b)の状態に変化した場合、被検レンズMLが時計方向に90°回転することを意味するので、被検レンズMLの面変形に起因する非点収差のパターンも、被検レンズMLの回転に伴って90°回転する。なお、この間、検査光すなわち被検光の偏光方向であるEベクトルは変化しないものとする。
【0054】
一方、図4(c)は、第1状態にある回転前の被検レンズMLにおいて、被検光の偏光方向であるEベクトルが時計方向に90°回転した場合(第3状態)を示す。この場合、被検レンズMLには、面変形に起因する非点収差のみが存在することから、偏光方向が変化しても影響が発生せず、図4(a)と同様の非点収差パターンが観察される。
【0055】
なお、図4で説明した面変形依存性の非点収差成分は、被検レンズMLの光学面の加工不良等に関連して発生する。よって、このような非点収差成分の少ない被検レンズMLは、一般に優れたレンズであり、被検レンズMLの成形工程等の評価にとって面変形依存性の非点収差の計測が不可欠となる。
【0056】
図5は、偏光方位に依存する非点収差の性質を観念的に説明する図である。図5(a)は、第1状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図5(b)は、第2状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図5(c)は、第1状態にある回転前の被検レンズMLにおいて、被検光の偏光方向であるEベクトルが時計方向に90°回転した場合(第3状態)を示す。まず、図5(a)から図5(b)の状態に変化したとき、偏光方位に依存する非点収差は、面変形に起因する非点収差と異なって被検レンズMLの回転の影響を受けないので、非点収差パターンがそのまま維持される。一方、図5(a)から図5(c)の状態に変化したとき、偏光方位に依存する非点収差は、Eベクトルの影響を受けるので、非点収差パターンもEベクトルとともにも90°回転する。
【0057】
なお、図5で説明した偏光方位依存性の非点収差成分は、被検レンズMLの主に複屈折に関連して発生しているものと考えられる。このため、被検レンズMLが記録媒体用ドライブの光ピックアップ光学系に組み込まれるプラスチック成形品である場合、入射光の偏光方位に追従する非点収差成分が現れ易い。よって、このような非点収差成分の少ない被検レンズMLは、一般に高性能のレンズであり、被検レンズMLの冷却、アニール等の製造工程の評価に偏光方位依存性の非点収差の計測が不可欠となる。
【0058】
図6は、被検レンズMLが面変形依存成分と偏光方位依存成分との双方からなる非点収差を有している場合に、これら一対の非点収差成分を分離する方法を説明する図である。ここで、図6(a)は、第1状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図6(b)は、レンズ回転後の第2状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示す。被検レンズMLは、比較的大きな面変形依存成分と比較的小さな偏光方位依存成分とを合成したものと考えることができ、被検レンズMLのみが時計方向に90°回転して第1状態から第2状態に変更すると、面変形依存成分のパターンのみが被検レンズMLの回転に伴って時計方向に90°回転し、偏光方位依存成分のパターンは維持される。
【0059】
ここで、面変形依存成分のパターンは、これを90°回転させると正負が逆転するので、被検レンズMLの回転前後におけるパターンを重ね合わせれば非点収差成分が相殺されてゼロとなる。このような重ね合わせは、図3(b)の非点収差ベクトルAS3(φ=0°)と、図3(f)の非点収差ベクトルAS3(φ=90°)との合成に相当する。一方、偏光方位依存成分のパターンは、そのまま維持されるので、被検レンズMLの回転前後におけるパターンを重ね合わせれば非点収差成分が倍増する。このような重ね合わせは、図3(h)の非点収差ベクトルAS3(φ=0°)の強度Aを2倍にすることに相当する。
【0060】
逆に、被検レンズMLの回転前後において、面変形依存成分のパターンの差をとれば、この非点収差成分が倍増し、偏光方位依存成分のパターンの差をとれば、この非点収差成分が相殺されてゼロとなる。
【0061】
つまり、図6(a)及び(b)に示す左辺の上下一対の非点収差パターンを加算した後に2分の1にすることによって、偏光方位依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができることが分かる。また、図6(a)に示す左辺の非点収差パターンから、図6(b)に示す左辺の非点収差パターンを減算した後に2分の1にすることによって、面変形依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができる。以上説明した偏光方位依存成分や面変形依存成分の計算は、被検レンズMLが図示のような非点収差パターンを有する場合に限らず、様々な非点収差パターンを有する場合に適用することができる。
【0062】
偏光方位依存成分や面変形依存成分の具体的な計算は、被検レンズMLを回転させつつ測定した波面収差をゼルニケの多項式にフィッティングさせることによっても可能であるが、計算が複雑なものとなるので、図3で説明した非点収差ベクトルを用いるのが簡便であり、非点収差の大きさ及び方向を表示する指標としても適切である。以下では、偏光方位依存成分や面変形依存成分の計算を非点収差ベクトルを用いて説明する。
【0063】
被検レンズMLの非点収差ベクトルASは、既に説明したように、偏光方位に依存する非点収差成分BASと、レンズの面変形に依存する非点収差成分SASとのベクトル和で表わされる。
AS=BAS+SAS …(1)
また、干渉計装置で実際に測定される非点収差ベクトルMASは、式(1)に干渉計本体の残留収差ZASを足し合わせたものとなる。
ただし、ここでは残留収差ZASが無視できる程度に小さいものとしてZAS≒0とし、
MAS≒BAS+SAS …(3)
と近似する。被検レンズMLの回転に伴ってこれに追従して動くのはベクトルSASだけである。つまり、被検レンズMLの回転前の第1状態では、
MAS(L 0 °)=BAS+SAS( 0 °) …(4)
となり、被検レンズMLの回転後の第2状態では、
となる。よって、式(4)と式(5)から、
を得る。
【0064】
以上説明した第1実施形態の干渉計装置によれば、被検レンズMLの回転前後において計測した非点収差ベクトルMAS(L 0 °),MAS(L 90 °)の演算によって、面変形依存性の非点収差成分SASと偏光方位依存性の非点収差成分BASとを分離抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、プラスチック成型レンズ等である被検レンズMLの収差評価の質を向上させることができる。特に、面変形依存性の非点収差成分SASは、直交する偏光成分によって測定した結果を平均化したものに対応し、円偏光で被検レンズMLの非点収差を検出した結果に相当する。つまり、直線偏光型の干渉計装置によって、偏光方位依存性の非点収差成分BASをキャンセルした面変形依存性の非点収差成分SASを測定することができ、円偏光型の干渉計装置で得られる測定結果と同様の測定結果が得られる。
【0065】
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態に係る干渉計装置について説明する。第2実施形態の干渉計装置は、第1実施形態を変形したものであり、図1に示す干渉計装置をそのまま用いるが、その動作方法が異なる。
【0066】
図7は、第2実施形態における非点収差の計測動作を説明するフローチャートである。まず、ステージ駆動装置23を制御して、被検対象用ステージ15上に被検レンズMLを載置して基準となる計測位置にセットするとともに、被検レンズMLに入射させる被検光の偏光方向を初期位置にセットする(ステップS101)。これは、以下に詳述するが、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第1状態で計測するためである。
【0067】
次に、この第1状態における波面収差を算出し(ステップS3)、算出した波面収差をゼルニケの多項式成分に展開し(ステップS5)、展開した多項式成分のうちの非点収差を非点収差ベクトルに換算する(ステップS7)。なお、これらの工程は、第1実施形態の場合と同様であるので詳細な説明を省略する。
【0068】
次に、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第3の状態で計測するため、被検光の偏光方向の90°回転が既に実行されているか否かが判断される(ステップS109)。
【0069】
被検光が第1状態にあって干渉計装置の基準偏光方位に向いているとき(この場合、被検レンズMLのゲート部分もこの基準偏光方位にセットされている)は、ステップS111に進んで波長板駆動装置22を制御し、波長板13を光軸の回りに例えば45°回転させることによって、被検光の偏光方向を0°の初期位置から90°の回転位置に切り換える。以後、以上で説明したステップS3〜S7,S109の処理を繰り返すことによって、第3状態の被検レンズMLについて非点収差ベクトルが計算される。
【0070】
一方、被検光が第3状態にあって偏光方向が干渉計装置の基準偏光方位に直交する方向に向いているときは、偏光方位回転前の第1状態と偏光方位回転後の第3状態とにおいて、被検レンズMLの非点収差ベクトルがそれぞれ算出されていることを意味し、ステップS113に進んで、面変形成分が検出される。すなわち、第1及び第3状態において得た一対の非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLの透過波面の非点収差のうち面変形依存成分が分離抽出される。
【0071】
次に、第1及び第3状態において得た一対の非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLに関する透過波面の非点収差のうち偏光方位依存成分が分離抽出される(ステップS115)。
【0072】
以下、ステップS113,115における面変形依存成分や偏光方位依存成分の算出を具体的に説明する。
【0073】
図8は、被検光の偏光方向を90°回転させる前後における非点収差の測定結果から、レンズMLの面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を説明する図である。ここで、図8(a)は、第1状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図8(b)は、偏光方位回転後の第3状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示す。被検レンズMLは、比較的大きな面変形依存成分と比較的小さな偏光方位依存成分とを合成したものと考えることができ、偏光方位に対応するEベクトルのみが時計方向に90°回転して第1状態から第3状態に変更すると、偏光方位依存成分のパターンのみがEベクトルの回転に伴って時計方向に90°回転し、面変形依存成分のパターンは維持される。
【0074】
ここで、偏光方位依存成分のパターンについては、これを90°回転させると正負が逆転するので、Eベクトルすなわち偏光方向の回転前後におけるパターンを重ね合わせれば非点収差成分が相殺されてゼロとなる。一方、面変形依存成分のパターンについては、そのまま維持されるので、偏光方向の回転前後におけるパターンを重ね合わせれば非点収差成分が倍増する。逆に、偏光方向の回転前後において、偏光方位依存成分のパターンの差をとれば、この非点収差成分が倍増し、面変形依存成分のパターンの差をとれば、この非点収差成分が相殺されてゼロとなる。
つまり、図8(a)及び(b)に示す左辺の上下一対の非点収差パターンを加算した後に2分の1にすることによって、面変形依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができることが分かる。また、図8(a)に示す左辺の非点収差パターンから、図8(b)に示す左辺の非点収差パターンを減算した後に2分の1にすることによって、偏光方位依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができる。
【0075】
以上説明した偏光方位依存成分や面変形依存成分の計算は、被検レンズMLが図示のような非点収差パターンを有する場合に限らず、様々な非点収差パターンを有する場合に適用することができ、図3で説明した非点収差ベクトルを用いて上記のような演算を行うのが簡便である。
【0076】
被検レンズMLについて干渉計装置で実際に測定される非点収差MASのベクトルASは、既に説明したように、式(2)で与えられ、式(3)で近似される。ここで、被検光の偏光方向の回転に伴ってこれに追従して動くのはベクトルBASだけである。つまり、偏光方向の回転前の第1状態では、
MAS(P 0 °)=BAS( 0 °)+SAS …(8)
となり、偏光方向の回転後の第3状態では、
となる。よって、式(8)と式(9)から、
を得る。
【0077】
以上説明した第2実施形態の干渉計装置によれば、被検光の偏光方向の回転前後において計測した非点収差ベクトルMAS(P 0 °),MAS(P 90 °)の演算によって、面変形依存性の非点収差成分SASと偏光方位依存性の非点収差成分BASとを分離抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、プラスチック成型レンズ等である被検レンズMLの収差評価の質を向上させることができる。
【0078】
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態に係る干渉計装置について説明する。第3実施形態の干渉計装置も、第1実施形態を変形したものであり、図1に示す干渉計装置の動作方法を変更している。
【0079】
図9は、第3実施形態における非点収差の計測動作を説明するフローチャートである。まず、ステージ駆動装置23を制御して、被検対象用ステージ15上に被検レンズMLを載置して基準となる初期位置にセットするとともに、被検レンズMLに入射させる被検光の偏光方向を初期位置にセットする(ステップS201)。これは、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第1状態で計測するためである。
【0080】
次に、この第1状態における波面収差を算出し(ステップS3)、算出した波面収差をゼルニケの多項式成分に展開し(ステップS5)、展開した多項式成分のうちの非点収差を非点収差ベクトルに換算する(ステップS7)。
【0081】
次に、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第3状態で計測するため、被検光の偏光方向の90°回転が既に実行されているか否かが判断される(ステップS109)。被検光が第1状態にあって干渉計装置の基準偏光方位に向いているときは、ステップS111に進んで、波長板13を光軸の回りに適宜回転させることによって被検光の偏光方向を0°の初期位置から90°の回転位置に切り換える。以後、以上で説明したステップS3〜S7,S109の処理を繰り返すことによって、第3状態の被検レンズMLについて非点収差ベクトルが計算される。
【0082】
一方、被検光が第3状態にあって偏光方向が干渉計装置の基準偏光方位に直交する方向に向いているときは、被検対象用ステージ15上の被検レンズMLを第4状態で計測するため、被検レンズMLの90°回転が既に実行されているか否かが判断される(ステップS209)。被検レンズMLの90°回転が未だ実行されていない第3状態であるときは、ステップS211に進んで被検レンズMLの回転位置を0°の初期位置から90°の回転位置に切り換えて第4状態とする。以後、以上で説明したステップS3〜S7,S109,S211の処理を繰り返すことによって、第4状態の被検レンズMLについて非点収差ベクトルが計算される。
【0083】
一方、被検レンズMLの90°回転が既に実行されているときは、第1状態と第3状態と第4状態とにおいて、被検レンズMLの非点収差ベクトルがそれぞれ算出されていることを意味し、ステップS213に進んで、面変形依存成分が検出される。すなわち、第1、第3及び第4状態において得た3つの非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLに関する透過波面の非点収差のうち面変形依存成分が分離抽出される。
【0084】
次に、第1、第3及び第4状態において得た3つの非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLによる透過波面の非点収差のうち、偏光方位依存成分が分離抽出される(ステップS215)。
【0085】
最後に、第1、第3及び第4状態において得た3つの非点収差ベクトルに基づいて、コンピュータ27によって、被検レンズMLによる透過波面の非点収差のうち、干渉計装置の残留収差すなわち残留非点収差成分が分離抽出される(ステップS217)。
【0086】
以下、ステップS213〜217における面変形依存成分、偏光方位依存成分、及び残留収差の算出を具体的に説明する。
【0087】
図10〜図12は、被検光の偏光方向や被検レンズMLの向きを90°回転させる前後における非点収差の測定結果から、被検レンズMLの面変形依存成分、偏光方位依存成分、及び干渉計自体の残留非点収差成分を分離する方法を説明する図である。図10は、第1状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図11は、偏光方位回転後の第3状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示し、図12は、レンズ回転後の第4状態の被検レンズMLで計測される非点収差を示す。被検レンズMLは、比較的大きな面変形依存成分と、比較的小さな偏光方位依存成分と、わずかに残留する干渉計の非点収差成分とを合成したものと考えることができる。
【0088】
よって、図10に示す左辺の非点収差パターンから、図11に示す左辺の非点収差パターンを減算した後に2分の1にすることによって、偏光方位依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができる。また、図11に示す左辺の非点収差パターンから、図12に示す左辺の非点収差パターンを減算した後に2分の1にすることによって、面変形依存成分である非点収差パターンのみを抽出することができる。さらに、図10及び図12において左辺にそれぞれ示す一対の非点収差パターンを加算した後に2分の1にすることによって、干渉計の残留非点収差のみを抽出することができる。
【0089】
以上説明した偏光方位依存成分、面変形依存成分、及び干渉計残留非点収差の計算は、被検レンズMLが図示のような非点収差パターンを有する場合に限らず、様々な非点収差パターンを有する場合に適用することができ、図3で説明した非点収差ベクトルを用いて演算を行うのが簡便である。
【0090】
非点収差ベクトルを用いた具体的な演算について説明する。被検レンズMLについて干渉計装置で実際に測定される非点収差MASのベクトルASは、既に説明したように、式(2)で与えられる。ここで、被検光の偏光方向の回転に伴ってこれに追従して動くのはベクトルBASだけであり、被検レンズMLの回転に伴ってこれに追従して動くのはベクトルSASだけである。
【0091】
まず、偏光方向の回転前の第1状態では、
MAS(L 0 °・P 0 °)=BAS( 0 °)+SAS( 0 °)+ZAS …(12)
となり、偏光方向の回転後の第3状態では、
となる。よって、式(12)と式(13)から、
を得る。
【0092】
次に、被検レンズMLの回転後の第4状態では、
となる。よって、式(13)と式(16)から、
となる。
【0093】
また、式(12)と式(16)から、
を得る。
【0094】
以上をまとめると、上述の式(14)、式(17)、及び式(19)に基づいて、計測された非点収差ベクトルを3つの成分ベクトルBAS,SAS,ZASに分離することができる。
【0095】
以上説明した第3実施形態の干渉計装置によれば、非点収差ベクトルMAS(L 0 °・P 0 °),MAS(L 0 °・P 90 °),MAS(L 90 °・P 90 °)の演算によって、面変形依存性と偏光方位依存性の非点収差成分SAS、BASのみならず、干渉計の残留収差ZASをも分離抽出することができるので、非点収差の内容を精密に評価することができ、プラスチック成型レンズ等である被検レンズMLの収差評価の質を向上させることができる。
【0096】
なお、以上の第3実施形態では、まず偏光方位を90°回転させ、続いて被検レンズMLを90°回転させたが、まず被検レンズMLを90°回転させ、続いて偏光方位を90°回転させてもよい。さらに、まず偏光方位を90°回転させ、続いて偏光方位を元に戻すとともに被検レンズMLを90°回転させ、最後に被検レンズMLのみならず偏光方位を90°回転させることも可能である。例えば後者の場合、以下の計算によって非点収差成分を分離する。
【0097】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、被検対象としてレンズを測定したが、平行平板や他の光学素子を計測することもでき、透過面のみからなる光学素子に限らず反射面を含む光学素子の非点収差を計測することができる。
【0098】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の干渉計装置によれば、波面演算手段が被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、レンズ等の被検対象の収差評価の内容を質的に向上させることができる。
【0099】
また、本発明の収差計測方法によれば、波面演算工程において被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出するので、非点収差の内容を定量的に評価することができ、レンズ等の被検対象の収差評価の内容を質的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の干渉計装置の構成を説明する図である。
【図2】図1の干渉計装置の動作を説明するフローチャートである。
【図3】(a)〜(h)は、波面収差と非点収差ベクトルとの関係を具体例で示す図である。
【図4】(a)〜(c)は、面変形に起因する非点収差の性質を観念的に説明する図である。
【図5】(a)〜(c)は、偏光方位に起因する非点収差の性質を観念的に説明する図である。
【図6】(a),(b)は、面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を例示する図である。
【図7】第2実施形態の干渉計装置の動作を説明するフローチャートである。
【図8】(a),(b)は、面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を例示する図である。
【図9】第3実施形態の干渉計装置の動作を説明するフローチャートである。
【図10】面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を説明する図である。
【図11】面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を説明する図である。
【図12】面変形依存成分と偏光方位依存成分とを分離する方法を説明する図である。
【符号の説明】
11 レーザダイオード
13 波長板
14 ビームスプリッタ
15 被検対象用ステージ
16 参照平面ミラー
17 撮像レンズ
18 CCDセンサ
21 レーザドライバ
22 波長板駆動装置
23 ステージ駆動装置
24 ピエゾ駆動素子
25 A/D変換回路
26 画像処理装置
27 コンピュータ
41 アライメント装置
ML 被検レンズ【Technical field】
The present invention relates to an interferometer apparatus that measures astigmatism based on a wavefront aberration generated in a test object such as a lens, and an aberration measurement method using the same. The present invention relates to an interferometer device that can be independently evaluated.
[0001]
[Prior art]
It has been proposed to measure astigmatism of a projection lens using a Fizeau-type interferometer (for example, see Patent Document 1).
[0002]
Further, it has been proposed to measure the retardation of a projection lens using a Twyman-Green interferometer (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-237331
[Patent Document 2]
JP-A-2002-71515
[Problems to be solved by the invention]
However, in
[0004]
Further, in Patent Document 2, it is described that the retardation (birefringence) of the lens can be measured. However, no information regarding astigmatism that directly reflects the imaging state of the lens is obtained, and the retardation is actually measured. In doing so, there are many restrictions on measurement implementation, such as the direction of birefringence needs to be known.
[0005]
Therefore, the present invention provides an interferometer apparatus and an aberration measurement method capable of simply extracting a polarization direction-dependent component from a lens astigmatism and quantitatively evaluating the polarization direction-dependent astigmatism component. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an interferometer apparatus according to the present invention includes an interferometer that detects, using interference, a wavefront aberration when test light that is linearly polarized light in a predetermined direction passes or is reflected by a test target. A main body, relative azimuth adjusting means for adjusting the relative positional relationship between the rotational position of the test object around the optical axis and the polarization direction of the test light, and wavefront aberration before and after adjusting the positional relationship by the relative azimuth adjusting means And a wavefront calculating means for extracting at least one of a first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and a second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light. .
[0007]
In the above interferometer apparatus, the wavefront calculating means compares the wavefront aberration before and after the adjustment of the positional relationship by the relative azimuth adjusting means, thereby obtaining the first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and the light of the test light. Since at least one of the second astigmatism component depending on the polarization direction is extracted, the content of the astigmatism can be quantitatively evaluated, and the content of the aberration evaluation of a test object such as a lens can be qualitatively evaluated. Can be improved.
[0008]
Further, according to the specific aspect of the interferometer device, the first astigmatism component is caused by a shape element of the test object including a surface deformation. That is, such a first astigmatism component is a general astigmatism generated by the surface shape (strictly including an isotropic refractive index distribution) of the object to be inspected such as a lens. Can be measured as being independent of the second astigmatism component.
[0009]
Further, according to another specific mode of the interferometer device, the second astigmatism component is caused by an anisotropic element to be inspected including birefringence. In other words, such a second astigmatism component is generated due to birefringence of the object to be inspected, but is measured by the present interferometer device as being independent of the first astigmatism component. be able to. The present inventors have found that the above-described polarization direction-dependent birefringence pattern is easily formed in a plastic injection-molded lens, and the second astigmatism component corresponding to such a birefringence pattern is generally used. It has been found that separation from shape-dependent astigmatism is important for performance evaluation and performance improvement of injection molded lenses, and the present invention has been made based on such knowledge.
[0010]
According to another specific mode of the interferometer apparatus, the wavefront calculation unit fits a Zernike polynomial to the wavefront aberration detected by the interferometer body, thereby obtaining the first astigmatism term. And the total astigmatism including the second astigmatism component is extracted. In this case, since the total astigmatism can be accurately separated from other aberrations, the above-described first and second astigmatism components can be accurately evaluated, and the surface deformation and the like of the object to be inspected can be performed. It is possible to accurately calculate the astigmatism caused by the above and the polarization direction dependent astigmatism caused by the birefringence and the like.
[0011]
According to another specific aspect of the interferometer apparatus, the relative azimuth adjusting means fixes the polarization direction of the test light and switches the rotation position of the test target by 90 °, and the wavefront calculation means sets the rotation position. The first astigmatism component is calculated based on the difference between the pair of comprehensive astigmatisms extracted before and after the switching. In this case, the second astigmatism component and the like maintained before and after the switching of the rotational position are canceled, and only the first astigmatism component can be easily extracted.
[0012]
According to another specific aspect of the interferometer apparatus, the relative azimuth adjusting means fixes the rotational position of the test object and switches the polarization direction of the test light by 90 °, and the wavefront calculation means operates the polarization direction. The second astigmatism component is calculated based on the difference between the pair of total astigmatisms extracted before and after the switching of. In this case, the first astigmatism component and the like maintained before and after the switching of the polarization direction are canceled, and only the second astigmatism component can be easily extracted. The second astigmatism component obtained in this manner is obtained by averaging the astigmatism with respect to polarized light in two orthogonal directions, and has the same information as that obtained by performing interference measurement using circularly polarized light with a linear polarization type interferometer. Is obtained.
[0013]
According to another specific aspect of the interferometer apparatus, when the relative azimuth adjusting means fixes the polarization direction of the test light and switches the rotation position of the test object by 90 °, the wavefront calculation means rotates. The second astigmatism component is calculated based on the sum of a pair of comprehensive astigmatisms extracted before and after the position switching, or the relative azimuth adjusting means fixes the rotational position of the object to be measured and the light to be measured. When the polarization direction is changed by 90 °, the first astigmatism component is calculated based on the sum of a pair of total astigmatisms extracted before and after the polarization direction is switched by the wavefront calculation means. In this case, the change in the first or second astigmatism component before and after the switching of the rotation position or the polarization direction is canceled, and only the other second or first astigmatism component can be easily extracted.
[0014]
According to another specific aspect of the above interferometer apparatus, the wavefront calculating means calculates each of the pair of comprehensive astigmatisms as a vector. In this case, the calculation of the aberration is simplified, and such a vector can be used as a simple index for evaluating the first astigmatism component and the second astigmatism component.
[0015]
According to another specific mode of the interferometer apparatus, the total astigmatism extracted by the wavefront calculation means further includes a residual astigmatism component of the interferometer body, and the relative azimuth adjusting means includes The rotation position of the inspection target is switched by 90 °, the polarization direction of the test light is switched by 90 ° at a timing different from the rotation position switching, and the first astigmatism is extracted based on three total astigmatisms extracted before and after the switching. The astigmatism component, the second astigmatism component, and the residual astigmatism component are calculated. In this case, by switching the rotation position and the polarization direction, not only the first and second astigmatism components but also the residual astigmatism component of the interferometer main body can be separated. The reliability of the value can be increased.
[0016]
According to another specific aspect of the interferometer device, the interferometer main body refers to a light source device that generates test light that is linearly polarized light in a predetermined direction, and the test light from the light source device is referred to as test light. A light splitting / combining unit that splits the light into light and makes the light enter the object to be inspected and the reference surface, and combines the test light passing through the object to be inspected and the reference light reflected by the reference surface again to generate interference light And In this case, precise wavefront measurement can be performed by a Twyman-Green interferometer, and aberration such as birefringence can be measured with high accuracy.
[0017]
Further, the aberration measurement method of the present invention is an aberration measurement method for detecting, using interference, a wavefront aberration when test light that is linearly polarized light in a predetermined direction passes or is reflected by a test target, The relative azimuth adjustment step of adjusting the relative positional relationship between the rotation position of the test object around the optical axis and the polarization direction of the test light is compared with the wavefront aberration before and after the adjustment of the positional relationship by the relative azimuth adjustment step. A wavefront calculation step of extracting at least one of a first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and a second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light.
[0018]
In the aberration measurement method, the first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and the polarization direction of the test light depend on the wavefront aberration before and after the adjustment of the positional relationship in the relative azimuth adjustment step. Since at least one of the second astigmatism component is extracted, the content of the astigmatism can be quantitatively evaluated, and the content of the aberration evaluation of a test object such as a lens can be qualitatively improved. .
[0019]
Further, according to the specific aspect of the aberration measurement method, the first astigmatism component is caused by a shape element of the test object including surface deformation, and the second astigmatism component is affected by a birefringent component. This is due to the anisotropic element to be detected.
[0020]
According to another specific aspect of the aberration measurement method, in the wavefront calculation step, the Zernike polynomial is fitted to the wavefront aberration detected by the interferometer body, so that the first astigmatism term is obtained. And the total astigmatism including the second astigmatism component is extracted.
[0021]
According to another specific aspect of the aberration measurement method, in the relative azimuth adjustment step, the rotation direction of the test object is switched by 90 ° while the polarization direction of the test light is fixed, and in the wavefront calculation step, the rotation position is changed. The first astigmatism component is calculated based on the difference between the pair of comprehensive astigmatisms extracted before and after the switching.
[0022]
According to another specific mode of the aberration measurement method, in the relative azimuth adjustment step, the rotation direction of the test object is fixed and the polarization direction of the test light is switched by 90 °, and in the wavefront calculation step, the polarization direction is changed. The second astigmatism component is calculated based on the difference between the pair of total astigmatisms extracted before and after the switching of.
[0023]
According to another specific aspect of the aberration measurement method, in the wavefront calculation step, a pair of comprehensive astigmatisms is calculated as vectors.
[0024]
According to another specific aspect of the aberration measurement method, the total astigmatism extracted by the wavefront calculation step further includes a residual astigmatism component of the interferometer body, and in the relative azimuth adjustment step, The rotation position of the test object is switched by 90 °, the polarization direction of the test light is switched by 90 ° at a timing different from the rotation position switching, and the first astigmatism is extracted based on three total astigmatisms extracted before and after the switching. An astigmatism component, a second astigmatism component, and a residual astigmatism component are calculated.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, an interferometer apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, this interferometer apparatus is composed of a Twyman-Green interferometer, and includes a
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The synthesized light once collected by the
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
Further, the
[0037]
The
[0038]
Further, the
[0039]
Hereinafter, a general operation of the interferometer apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the lens ML to be inspected is set on the
[0040]
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of measuring astigmatism by the interferometer apparatus of FIG. First, the
[0041]
Next, while driving the
[0042]
Next, the wavefront aberration obtained in step S3 is applied to Zernike polynomials and developed (step S5). The Zernike polynomials include various wavefront aberration components such as (1) tilt, (2) focus, (3) astigmatism (so-called “astigmatism”), (4) coma, and (5) spherical aberration. And these wavefront aberration components are separated by fitting using a statistical method. Here, astigmatism is not limited to what is called third-order astigmatism, but can detect up to fifth-order and seventh-order astigmatism components.
[0043]
Next, the astigmatism obtained in step S5 is converted into an astigmatism vector (step S7). That is, an astigmatism vector which is an index indicating the magnitude and direction of astigmatism is determined from the astigmatism coefficient obtained by fitting to the Zernike polynomial. Such an astigmatism vector enables a simple calculation between a plurality of different astigmatisms, and is used for astigmatism component division described below. For example, according to the Zernike radial polynomial, the third-order astigmatism AS3 is given by
AS3 = 2ρ2(Z4 2+ Z5 2)1/2× cos2[Θ- (1/2) tan-1(Z5/ Z4)]
Given by Here, ρ and θ are standardized distances and angles constituting the polar coordinate system (ρ, θ), and Z4And Z5Is a count of components in two orthogonal directions. When the astigmatism AS3 is simplified and expressed,
AS3 = Aρ2{1 + cos (2θ-2φ)}
Becomes Here, the value A is (Z4 2+ Z5 2)1/2And φ is (1/2) × tan-1(Z5/ Z4), And the coefficient Z unique to the measured lens ML to be measured.4And Z5Is a constant value determined by Here, the astigmatism AS3 is a cosine function specified by the maximum amplitude 2A and the offset angle φ, and corresponds to a saddle-shaped curved surface. The astigmatism AS3 is a linear function that can be simply expressed as an astigmatism vector AS3 (A, 2φ), and its component is divided into a plurality of vectors, Addition and subtraction operations can be performed. Note that the maximum amplitude 2A indicates the maximum phase difference in the wavefront aberration due to astigmatism (that is, the “magnitude of astigmatism”), and the offset angle φ has the most advanced phase in the wavefront aberration with respect to the gate. Direction (that is, the “direction of astigmatism”).
[0044]
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the relationship between the wavefront aberration and the astigmatism vector AS3 (A, 2φ). 3A and 3B show the astigmatism of the first example, FIG. 3A shows the actual wavefront aberration, that is, the phase difference at each position of the test lens ML, and FIG. 3B shows the astigmatism. 4 shows an aberration vector. In FIG. 3A, the symbol “+” indicates the advance of the wavefront, and the symbol “−” indicates the delay of the wavefront. In FIG. 3B, the x-axis and the y-axis are orthogonal coordinate systems that project the astigmatism vector AS3 (A, 2φ). That is, the vector AS3 (A, 2φ) is expressed in the xy coordinate system.
AS3 = (Acos2φ, Asin2φ)
It is expressed as
[0045]
Similarly, FIGS. 3C and 3D show the astigmatism of the second example having different directions, and FIG. 3C shows the actual wavefront aberration pattern at each position of the test lens ML. , (D) show astigmatism vectors. FIGS. 3E and 3F show astigmatisms of a third example having further different directions. Among them, FIG. 3E shows an actual wavefront aberration pattern at each position of the test lens ML. , (F) show astigmatism vectors. Further, FIGS. 3G and 3H show the astigmatism of the fourth example having different magnitudes, and FIG. 3G shows the actual wavefront aberration pattern at each position of the test lens ML. , (H) show astigmatism vectors. In the last case, the astigmatism is small, and the symbol “+” surrounded by a circle indicates that the wavefront advances little, and the symbol “−” surrounded by a circle indicates that the delay of the wavefront is small.
[0046]
As is clear from the above, the astigmatism vector AS3 (A, 2φ) indicates the direction and magnitude of astigmatism, and has a 180 ° cycle. The astigmatism vector AS3 (A, 2φ) can be subjected to ordinary vector calculation. For example, the astigmatism vector AS3 (A, φ = 0 °) corresponding to FIGS. 3A and 3B is used. When the astigmatism vector AS3 (A, φ = 90 °) corresponding to FIGS. 3 (e) and 3 (f) is combined, the value A corresponding to the amplitude matches, so that the sum of the astigmatism vectors is It becomes zero, which means that the pair of astigmatisms is cancelled.
[0047]
Returning to FIG. 2, in step S7, the astigmatism vector AS3 (A, 2φ) as described in FIG. 3 is calculated for the test lens ML in the first state. Although the third-order astigmatism has been described above, it is possible to calculate up to the fifth-order and seventh-order astigmatism components when developing the Zernike polynomial. Can also be expressed as an astigmatism vector similar to the above, and vector operation processing is possible.
[0048]
Next, in order to measure the test lens ML on the
[0049]
When the test lens ML is in the first state, that is, when the gate portion of the test lens ML faces the reference polarization direction of the interferometer device, the process proceeds to step S11, where the
[0050]
On the other hand, when the test lens ML is already in the second state, the astigmatism vectors of the test lens ML in the first state of 0 ° before rotation and the second state of 90 ° after rotation are respectively This means that it has been calculated, and the process proceeds to step S13, where a surface deformation component is detected. In other words, based on the pair of astigmatism vectors obtained in the first and second states, the
[0051]
Next, based on the pair of astigmatism vectors obtained in the first and second states, the
[0052]
Hereinafter, the calculation of the surface deformation dependent component and the polarization azimuth dependent component in steps S13 and S15 will be described.
[0053]
FIG. 4 is a diagram conceptually explaining the nature of astigmatism caused by surface deformation. FIG. 4A shows astigmatism measured by the test lens ML in the first state, and FIG. 4B shows astigmatism measured by the test lens ML in the second state. When the state of FIG. 4A changes from the state of FIG. 4B to the state of FIG. 4B, it means that the test lens ML rotates 90 ° in the clockwise direction. The aberration pattern also rotates 90 ° with the rotation of the test lens ML. Note that during this time, the E vector, which is the polarization direction of the inspection light, that is, the test light, does not change.
[0054]
On the other hand, FIG. 4C shows a case where the E vector, which is the polarization direction of the test light, is rotated 90 ° clockwise in the test lens ML in the first state before rotation (third state). In this case, since the test lens ML has only astigmatism due to surface deformation, no influence occurs even if the polarization direction changes, and the astigmatism pattern similar to that in FIG. Is observed.
[0055]
Note that the surface deformation-dependent astigmatism component described with reference to FIG. Therefore, such a test lens ML having a small astigmatism component is generally an excellent lens, and it is indispensable to measure surface deformation-dependent astigmatism for evaluation of a molding process and the like of the test lens ML.
[0056]
FIG. 5 is a diagram conceptually explaining the nature of astigmatism depending on the polarization direction. FIG. 5A shows astigmatism measured by the test lens ML in the first state, FIG. 5B shows astigmatism measured by the test lens ML in the second state, FIG. 5C shows a case where the E vector, which is the polarization direction of the test light, is rotated 90 ° clockwise in the test lens ML before rotation in the first state (third state). First, when the state changes from FIG. 5A to the state of FIG. 5B, the astigmatism depending on the polarization azimuth differs from the astigmatism due to the surface deformation in the influence of the rotation of the test lens ML. As a result, the astigmatism pattern is maintained as it is. On the other hand, when the state changes from FIG. 5A to the state of FIG. 5C, the astigmatism depending on the polarization direction is affected by the E vector, so that both the astigmatism pattern and the E vector are rotated by 90 °. I do.
[0057]
The polarization direction-dependent astigmatism component described with reference to FIG. 5 is considered to be generated mainly in relation to the birefringence of the lens ML to be measured. For this reason, when the test lens ML is a plastic molded product incorporated in the optical pickup optical system of the recording medium drive, an astigmatism component that follows the polarization direction of the incident light is likely to appear. Therefore, the test lens ML having a small astigmatism component is generally a high-performance lens, and the measurement of the polarization azimuth-dependent astigmatism is required for evaluating the manufacturing process such as cooling and annealing of the test lens ML. Becomes indispensable.
[0058]
FIG. 6 is a view for explaining a method of separating a pair of astigmatism components when the test lens ML has astigmatism composed of both a surface deformation dependent component and a polarization azimuth dependent component. is there. Here, FIG. 6A shows the astigmatism measured by the test lens ML in the first state, and FIG. 6B shows the astigmatism measured by the test lens ML in the second state after the lens is rotated. Astigmatism. The test lens ML can be considered as a combination of a relatively large surface deformation dependent component and a relatively small polarization direction dependent component, and only the test lens ML rotates 90 ° clockwise from the first state. When the state is changed to the second state, only the pattern of the surface deformation dependent component rotates 90 ° clockwise with the rotation of the test lens ML, and the pattern of the polarization azimuth dependent component is maintained.
[0059]
Here, if the pattern of the surface deformation dependent component is rotated by 90 °, the sign reverses. Therefore, if the patterns before and after the rotation of the test lens ML are overlapped, the astigmatism component is canceled and becomes zero. Such superposition corresponds to the synthesis of the astigmatism vector AS3 (φ = 0 °) in FIG. 3B and the astigmatism vector AS3 (φ = 90 °) in FIG. 3F. On the other hand, since the pattern of the polarization azimuth-dependent component is maintained as it is, if the patterns before and after the rotation of the test lens ML are overlapped, the astigmatism component is doubled. Such superposition corresponds to doubling the intensity A of the astigmatism vector AS3 (φ = 0 °) in FIG.
[0060]
Conversely, if the difference in the pattern of the surface deformation dependent component is obtained before and after the rotation of the test lens ML, the astigmatism component is doubled. Are offset to zero.
[0061]
That is, by adding the pair of upper and lower astigmatism patterns on the left side shown in FIGS. 6A and 6B and halving them, only the astigmatism pattern which is a polarization direction dependent component is extracted. You can see that you can do it. Further, the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. 6B is subtracted from the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. Only the astigmatism pattern can be extracted. The calculation of the polarization azimuth dependent component and the surface deformation dependent component described above is not limited to the case where the test lens ML has the astigmatism pattern as shown in the figure, but can be applied to the case where the test lens ML has various astigmatism patterns. it can.
[0062]
The specific calculation of the polarization direction dependent component and the surface deformation dependent component can be performed by fitting the measured wavefront aberration to the Zernike polynomial while rotating the test lens ML, but the calculation becomes complicated. Therefore, it is simple to use the astigmatism vector described with reference to FIG. 3, and it is also suitable as an index for displaying the magnitude and direction of astigmatism. Hereinafter, the calculation of the polarization direction dependent component and the surface deformation dependent component will be described using astigmatism vectors.
[0063]
As described above, the astigmatism vector AS of the test lens ML is expressed by the vector sum of the astigmatism component BAS depending on the polarization direction and the astigmatism component SAS depending on the lens surface deformation.
AS = BAS + SAS (1)
Further, the astigmatism vector MAS actually measured by the interferometer apparatus is obtained by adding the residual aberration ZAS of the interferometer body to the equation (1).
Here, it is assumed that the residual aberration ZAS is negligibly small and ZAS と し 0,
MAS @ BAS + SAS ... (3)
Is approximated. Only the vector SAS moves following the rotation of the test lens ML. That is, in the first state before the rotation of the test lens ML,
MAS(L 0 °)= BAS + SAS( 0 °) … (4)
In the second state after the rotation of the test lens ML,
Becomes Therefore, from equations (4) and (5),
Get.
[0064]
According to the interferometer device of the first embodiment described above, the astigmatism vector MAS measured before and after the rotation of the test lens ML.(L 0 °), MAS(L 90 °)By separating and extracting the surface deformation dependent astigmatism component SAS and the polarization azimuth dependent astigmatism component BAS, the content of astigmatism can be quantitatively evaluated, and the plastic molded lens It is possible to improve the quality of the evaluation of the aberration of the test lens ML. In particular, the surface deformation-dependent astigmatism component SAS corresponds to a result obtained by averaging the results measured by orthogonal polarization components, and corresponds to a result of detecting the astigmatism of the test lens ML with circularly polarized light. In other words, the linear polarization type interferometer can measure the surface deformation dependent astigmatism component SAS which cancels the polarization azimuth dependent astigmatism component BAS. A measurement result similar to the measurement result obtained is obtained.
[0065]
[Second embodiment]
Hereinafter, an interferometer device according to a second embodiment of the present invention will be described. The interferometer device of the second embodiment is a modification of the first embodiment, and the interferometer device shown in FIG. 1 is used as it is, but the operation method is different.
[0066]
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of measuring astigmatism according to the second embodiment. First, by controlling the
[0067]
Next, the wavefront aberration in the first state is calculated (step S3), the calculated wavefront aberration is expanded into a Zernike polynomial component (step S5), and the astigmatism of the expanded polynomial component is converted into an astigmatism vector. (Step S7). Note that these steps are the same as those in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
[0068]
Next, in order to measure the test lens ML on the
[0069]
When the test light is in the first state and faces the reference polarization direction of the interferometer device (in this case, the gate of the test lens ML is also set to the reference polarization direction), the process proceeds to step S111. By controlling the wave
[0070]
On the other hand, when the test light is in the third state and the polarization direction is in the direction orthogonal to the reference polarization direction of the interferometer device, the first state before the rotation of the polarization direction and the third state after the rotation of the polarization direction are obtained. Means that the astigmatism vector of the test lens ML has been calculated, and the process proceeds to step S113 to detect a surface deformation component. That is, based on the pair of astigmatism vectors obtained in the first and third states, the
[0071]
Next, based on the pair of astigmatism vectors obtained in the first and third states, the
[0072]
Hereinafter, the calculation of the surface deformation dependent component and the polarization azimuth dependent component in steps S113 and S115 will be specifically described.
[0073]
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization azimuth dependent component of the lens ML from measurement results of astigmatism before and after rotating the polarization direction of the test light by 90 °. Here, FIG. 8A shows astigmatism measured by the test lens ML in the first state, and FIG. 8B shows the astigmatism measured by the test lens ML in the third state after the rotation of the polarization direction. FIG. The test lens ML can be considered to be a combination of a relatively large surface deformation dependent component and a relatively small polarization azimuth dependent component. Only the E vector corresponding to the polarization azimuth is rotated 90 ° clockwise and the When the state is changed from the first state to the third state, only the pattern of the polarization azimuth dependent component is rotated clockwise by 90 ° with the rotation of the E vector, and the pattern of the plane deformation dependent component is maintained.
[0074]
Here, with respect to the pattern of the polarization azimuth-dependent component, if the pattern is rotated by 90 °, the sign is reversed. Therefore, if the E vector, that is, the pattern before and after the rotation of the polarization direction is superimposed, the astigmatism component is canceled and becomes zero. . On the other hand, since the pattern of the surface deformation dependent component is maintained as it is, if the patterns before and after the rotation of the polarization direction are overlapped, the astigmatism component is doubled. Conversely, if the pattern difference of the polarization azimuth-dependent component is obtained before and after the rotation of the polarization direction, the astigmatism component is doubled. If the pattern difference of the surface deformation-dependent component is obtained, the astigmatism component is canceled. It becomes zero.
In other words, by adding the pair of upper and lower astigmatism patterns on the left side shown in FIGS. 8A and 8B and halving them, only the astigmatism pattern that is a surface deformation dependent component is extracted. You can see that you can do it. Further, the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. 8B is subtracted from the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. Only the astigmatism pattern can be extracted.
[0075]
The calculation of the polarization azimuth dependent component and the surface deformation dependent component described above is not limited to the case where the test lens ML has the astigmatism pattern as shown in the figure, but can be applied to the case where the test lens ML has various astigmatism patterns. It is possible to easily perform the above-described calculation using the astigmatism vector described with reference to FIG.
[0076]
As already described, the vector AS of the astigmatism MAS actually measured by the interferometer device for the test lens ML is given by Expression (2) and is approximated by Expression (3). Here, only the vector BAS moves following the rotation of the polarization direction of the test light. That is, in the first state before the rotation of the polarization direction,
MAS(P 0 °)= BAS( 0 °)+ SAS ... (8)
And in the third state after rotation of the polarization direction,
Becomes Therefore, from equations (8) and (9),
Get.
[0077]
According to the interferometer apparatus of the second embodiment described above, the astigmatism vector MAS measured before and after rotation of the polarization direction of the test light(P 0 °), MAS(P 90 °)By separating and extracting the surface deformation dependent astigmatism component SAS and the polarization azimuth dependent astigmatism component BAS, the content of astigmatism can be quantitatively evaluated, and the plastic molded lens It is possible to improve the quality of the evaluation of the aberration of the test lens ML.
[0078]
[Third embodiment]
Hereinafter, an interferometer apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. The interferometer device of the third embodiment is also a modification of the first embodiment, and changes the operation method of the interferometer device shown in FIG.
[0079]
FIG. 9 is a flowchart illustrating an astigmatism measurement operation according to the third embodiment. First, the
[0080]
Next, the wavefront aberration in the first state is calculated (step S3), the calculated wavefront aberration is expanded into a Zernike polynomial component (step S5), and the astigmatism of the expanded polynomial component is converted into an astigmatism vector. (Step S7).
[0081]
Next, to measure the test lens ML on the
[0082]
On the other hand, when the test light is in the third state and the polarization direction is in the direction orthogonal to the reference polarization direction of the interferometer device, the test lens ML on the
[0083]
On the other hand, when the 90 ° rotation of the test lens ML has already been performed, it is determined that the astigmatism vector of the test lens ML has been calculated in each of the first state, the third state, and the fourth state. In other words, the process proceeds to step S213, where a surface deformation dependent component is detected. That is, based on the three astigmatism vectors obtained in the first, third, and fourth states, the
[0084]
Next, based on the three astigmatism vectors obtained in the first, third, and fourth states, the
[0085]
Finally, based on the three astigmatism vectors obtained in the first, third, and fourth states, the
[0086]
Hereinafter, the calculation of the surface deformation dependent component, the polarization direction dependent component, and the residual aberration in steps S213 to S217 will be specifically described.
[0087]
FIGS. 10 to 12 show the measurement results of the astigmatism before and after rotating the polarization direction of the test light and the direction of the test lens ML by 90 °. FIG. 6 is a diagram illustrating a method for separating a residual astigmatism component of the interferometer itself. FIG. 10 shows astigmatism measured by the test lens ML in the first state, and FIG. 11 shows astigmatism measured by the test lens ML in the third state after rotation of the polarization azimuth.
[0088]
Therefore, the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. 11 is subtracted from the astigmatism pattern on the left side shown in FIG. can do. Also, by subtracting the left-side astigmatism pattern shown in FIG. 12 from the left-side astigmatism pattern shown in FIG. 11, and then halving it, only the astigmatism pattern that is a surface deformation dependent component is extracted. can do. Further, by adding the pair of astigmatism patterns shown on the left side in FIGS. 10 and 12 and halving them, only the residual astigmatism of the interferometer can be extracted.
[0089]
The calculation of the polarization direction dependency component, the surface deformation dependency component, and the residual astigmatism of the interferometer described above is not limited to the case where the test lens ML has the astigmatism pattern shown in the drawing. And it is convenient to perform the calculation using the astigmatism vector described with reference to FIG.
[0090]
A specific calculation using the astigmatism vector will be described. The vector AS of the astigmatism MAS actually measured by the interferometer device for the test lens ML is given by Expression (2) as described above. Here, only the vector BAS moves following the rotation of the test light in the polarization direction, and only the vector SAS moves following the rotation of the test lens ML. .
[0091]
First, in the first state before the rotation of the polarization direction,
MAS(L 0 ° P 0 °)= BAS( 0 °)+ SAS( 0 °)+ ZAS (12)
And in the third state after rotation of the polarization direction,
Becomes Therefore, from equations (12) and (13),
Get.
[0092]
Next, in the fourth state after the rotation of the test lens ML,
Becomes Therefore, from equations (13) and (16),
Becomes
[0093]
Also, from equations (12) and (16),
Get.
[0094]
In summary, the measured astigmatism vector can be separated into three component vectors BAS, SAS, and ZAS based on the above equations (14), (17), and (19).
[0095]
According to the interferometer device of the third embodiment described above, the astigmatism vector MAS(L 0 ° P 0 °), MAS(L 0 ° P 90 °), MAS(L 90 ° P 90 °), It is possible to separate and extract not only the astigmatism components SAS and BAS depending on the surface deformation and the polarization azimuth, but also the residual aberration ZAS of the interferometer. The quality of aberration evaluation of the test lens ML such as a plastic molded lens can be improved.
[0096]
In the third embodiment, first, the polarization direction is rotated by 90 °, and then the test lens ML is rotated by 90 °. However, first, the test lens ML is rotated by 90 °, and then the polarization direction is rotated by 90 °. ° may be rotated. Furthermore, it is possible to rotate the polarization direction by 90 ° first, then return the polarization direction to the original state, rotate the test lens ML by 90 °, and finally rotate not only the test lens ML but also the polarization direction by 90 °. is there. For example, in the latter case, the astigmatism component is separated by the following calculation.
[0097]
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the lens was measured as the object to be inspected. However, it is also possible to measure a parallel plate or another optical element. Can be measured.
[0098]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the interferometer apparatus of the present invention, the wavefront calculation means determines whether the first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and the second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light. Since at least one of the astigmatism components is extracted, the content of the astigmatism can be quantitatively evaluated, and the content of the aberration evaluation of a test object such as a lens can be qualitatively improved.
[0099]
According to the aberration measurement method of the present invention, at least the first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and the second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light in the wavefront calculation step. Since one of them is extracted, the content of astigmatism can be quantitatively evaluated, and the content of aberration evaluation of a test object such as a lens can be qualitatively improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an interferometer apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation of the interferometer apparatus of FIG.
FIGS. 3A to 3H are diagrams illustrating a relationship between a wavefront aberration and an astigmatism vector by a specific example.
FIGS. 4A to 4C are diagrams for conceptually explaining the nature of astigmatism caused by surface deformation.
FIGS. 5A to 5C are diagrams for conceptually explaining the nature of astigmatism caused by a polarization direction.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization direction dependent component.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of the interferometer apparatus according to the second embodiment.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization direction dependent component.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of the interferometer apparatus according to the third embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization direction dependent component.
FIG. 11 is a diagram illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization direction dependent component.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of separating a surface deformation dependent component and a polarization direction dependent component.
[Explanation of symbols]
11 Laser diode
13 Wave plate
14 Beam splitter
15 Stage for test object
16 Reference plane mirror
17 Imaging lens
18 CCD sensor
21 Laser Driver
22 Wave plate drive
23 Stage drive
24 Piezo drive element
25 A / D conversion circuit
26 Image processing device
27 Computer
41 Alignment device
ML test lens
Claims (17)
光軸の回りにおける前記被検対象の回転位置と、前記被検光の偏光方向との相対的な位置関係を調節する相対方位調節手段と、
前記相対方位調節手段による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、前記被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と前記被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出する波面演算手段と
を備える干渉計装置。An interferometer body that detects, using interference, a wavefront aberration when test light that is linearly polarized light in a predetermined direction passes or is reflected by the test object,
Rotational position of the test object around the optical axis, relative azimuth adjustment means for adjusting the relative positional relationship between the polarization direction of the test light,
By comparing the wavefront aberration before and after the adjustment of the positional relationship by the relative azimuth adjusting means, the first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and the second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light. An interferometer device comprising: a wavefront calculation unit that extracts at least one of a point aberration component.
光軸の回りにおける前記被検対象の回転位置と、前記被検光の偏光方向との相対的な位置関係を調節する相対方位調節工程と、
前記相対方位調節工程による位置関係の調節前後における波面収差を比較することによって、前記被検対象の回転位置に依存する第1非点収差成分と前記被検光の偏光方向に依存する第2非点収差成分との少なくとも一方を抽出する波面演算工程と
を備える収差計測方法。An aberration measurement method for detecting, using interference, a wavefront aberration when test light that is linearly polarized light in a predetermined direction passes or is reflected by a test target,
A relative azimuth adjustment step of adjusting a relative positional relationship between the rotation position of the test object around the optical axis and the polarization direction of the test light,
By comparing the wavefront aberration before and after the adjustment of the positional relationship in the relative azimuth adjustment step, a first astigmatism component depending on the rotational position of the test object and a second astigmatism component depending on the polarization direction of the test light are obtained. A wavefront calculation step of extracting at least one of a point aberration component.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2009500A2 (en) | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Measurement apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
JP2009288005A (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Asml Netherlands Bv | Inspection method and apparatus, lithography apparatus, lithography processing cell, and device manufacturing method |
US7675629B2 (en) | 2006-09-12 | 2010-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method using a common path interferometer to form an interference pattern and a processor to calculate optical characteristics of projection optics using the interference pattern |
US7688424B2 (en) | 2007-09-11 | 2010-03-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Measurement apparatus, exposure apparatus, and device fabrication method |
JP2010091513A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fujinon Corp | Transmission wavefront measuring method of birefringence optical element |
KR101002677B1 (en) * | 2007-12-04 | 2010-12-20 | 후지논 가부시키가이샤 | How to calibrate the system error of the interferometer device |
CN112697398A (en) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 中国科学院光电技术研究所 | Calculation method for wave aberration residual errors detected twice before and after spatial position change |
-
2003
- 2003-02-26 JP JP2003048719A patent/JP2004257854A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7675629B2 (en) | 2006-09-12 | 2010-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and device manufacturing method using a common path interferometer to form an interference pattern and a processor to calculate optical characteristics of projection optics using the interference pattern |
EP2009500A2 (en) | 2007-06-25 | 2008-12-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Measurement apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
US7956987B2 (en) | 2007-06-25 | 2011-06-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Measurement apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method |
US7688424B2 (en) | 2007-09-11 | 2010-03-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Measurement apparatus, exposure apparatus, and device fabrication method |
KR101002677B1 (en) * | 2007-12-04 | 2010-12-20 | 후지논 가부시키가이샤 | How to calibrate the system error of the interferometer device |
JP2009288005A (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Asml Netherlands Bv | Inspection method and apparatus, lithography apparatus, lithography processing cell, and device manufacturing method |
JP2010091513A (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fujinon Corp | Transmission wavefront measuring method of birefringence optical element |
CN112697398A (en) * | 2020-12-10 | 2021-04-23 | 中国科学院光电技术研究所 | Calculation method for wave aberration residual errors detected twice before and after spatial position change |
CN112697398B (en) * | 2020-12-10 | 2023-09-19 | 中国科学院光电技术研究所 | Calculation method for detecting wave aberration residual error twice before and after spatial position change |
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