(57)【要約】  被検光学系（３）を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系３から出射させる光源系（２６）と、被検光学系（３）から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサ（２８）と、被検光学系（３）から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサ（２８）に選択的に入射させる光路光学系（３１）とを備える。
2018037448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を前記被検光学系から出射させる光源系と、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、前記波面センサに選択的に入射させる光路光学系と
を備えた波面計測装置。
【請求項２】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、前記被検光学系の光軸と同軸に出射される第１の光束と、前記被検光学系から広角に出射される第２の光束であり、
前記光路光学系は、前記第２の光束を反射する第１の折り返し平面鏡と、前記第１の折り返し平面鏡で反射された前記第２の光束を、前記第１の光束と平行となり、かつ前記第１の光束と重畳しない光束となるように屈折する第１のウェッジプリズムとを有し、前記第１の光束を、前記波面センサ上の第１の領域に入射させるとともに、前記第１のウェッジプリズムで屈折された前記第２の光束を、前記波面センサ上の前記第１の領域とは異なる第２の領域に入射させることにより、複数の光束を前記波面センサ上の異なる領域に選択的に入射させることを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項３】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、それぞれ前記被検光学系から広角に出射される第３の光束および第４の光束であり、
前記光路光学系は、前記第３の光束を反射する第２の折り返し平面鏡と、前記第４の光束を反射する第３の折り返し平面鏡と、前記第２の折り返し平面鏡で反射された前記第３の光束、および前記第３の折り返し平面鏡で反射された前記第４の光束を屈折し、いずれか１つの光束を前記波面センサに入射させる第２のウェッジプリズムと、前記第２のウェッジプリズムを回転し、前記波面センサに入射させる前記１つの光束を、選択的に切り替えるプリズム駆動機構とを有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項４】
前記光路光学系は、前記第１の光束の光路上に配置され、前記被検光学系における像を前記波面センサに転送する第１の像転送手段と、前記第２の光束の光路上であり、かつ、前記第１の折り返し平面鏡と前記第１のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第１のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第２の像転送手段とを有することを特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記光路光学系は、前記第３の光束の光束上であり、かつ、前記第２の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第３の像転送手段と、前記第４の光束の光束上であり、かつ、前記第３の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第４の像転送手段とを有することを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記光源系は、面光源、および、前記面光源に照明され、前記波面計測視野の光束を出射する透過パターンマスクを有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項７】
前記波面センサは、光束を分割して集光するレンズアレイ、前記レンズアレイの集光スポットを撮像する撮像素子、および、前記撮像素子が撮像した画像から波面収差を算出する演算装置を有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項８】
前記演算装置は、前記撮像素子が撮像した画像を波面計測視野ごとに分割し、分割画像ごとに波面収差を算出することを特徴とする請求項７記載の波面計測装置。
【請求項９】
波面計測の対象となる被検光学系と、
前記被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を前記被検光学系から出射させる光源系と、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、前記波面センサに選択的に入射させる光路光学系と、
前記波面収差、および、前記被検光学系の収差感度から前記波面センサが算出した前記被検光学系の移動量に基づいて、前記被検光学系を移動する駆動装置と
を備えた光学系組み立て装置。
【請求項１０】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、前記被検光学系の光軸と同軸に出射される第１の光束と、前記被検光学系から広角に出射される第２の光束であり、
前記光路光学系は、前記第２の光束を反射する第１の折り返し平面鏡と、前記第１の折り返し平面鏡で反射された前記第２の光束を、前記第１の光束と平行となり、かつ前記第１の光束と重畳しない光束となるように屈折する第１のウェッジプリズムとを有し、前記第１の光束を、前記波面センサ上の第１の領域に入射させるとともに、前記第１のウェッジプリズムで屈折された前記第２の光束を、前記波面センサ上の前記第１の領域とは異なる第２の領域に入射させることにより、複数の光束を前記波面センサ上の異なる領域に選択的に入射させることを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１１】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、それぞれ前記被検光学系から広角に出射される第３の光束および第４の光束であり、
前記光路光学系は、前記第３の光束を反射する第２の折り返し平面鏡と、前記第４の光束を反射する第３の折り返し平面鏡と、前記第２の折り返し平面鏡で反射された前記第３の光束、および前記第３の折り返し平面鏡で反射された前記第４の光束を屈折し、いずれか１つの光束を前記波面センサに入射させる第２のウェッジプリズムと、前記第２のウェッジプリズムを回転し、前記波面センサに入射させる前記１つの光束を、選択的に切り替えるプリズム駆動機構とを有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１２】
前記光路光学系は、前記第１の光束の光路上に配置され、前記被検光学系における像を前記波面センサに転送する第１の像転送手段と、前記第２の光束の光路上であり、かつ、前記第１の折り返し平面鏡と前記第１のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第１のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第２の像転送手段とを有することを特徴とする請求項１０記載の光学系組み立て装置。
【請求項１３】
前記光路光学系は、前記第３の光束の光束上であり、かつ、前記第２の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第３の像転送手段と、前記第４の光束の光束上であり、かつ、前記第３の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第４の像転送手段とを有することを特徴とする請求項１１記載の光学系組み立て装置。
【請求項１４】
前記光源系は、面光源、および、前記面光源に照明され、前記波面計測視野の光束を出射する透過パターンマスクを有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１５】
前記波面センサは、光束を分割して集光するレンズアレイ、前記レンズアレイの集光スポットを撮像する撮像素子、および、前記撮像素子が撮像した画像から波面収差を算出する演算装置を有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１６】
前記演算装置は、前記撮像素子が撮像した画像を波面計測視野ごとに分割し、分割画像ごとに波面収差を算出することを特徴とする請求項１５記載の光学系組み立て装置。
【請求項１７】
前記被検光学系の収差感度が記憶された記憶装置を有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検光学系の組み立て調整に使用する波面計測装置および光学系組み立て装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像レンズの組み立て調整では、レンズを透過した波面を計測して波面収差を算出し、算出した波面収差に基づき、撮像レンズの調整量を算出する。
特許文献１には、透過パターンマスクを用いて、被検光学系の波面計測を行う検査装置が開示されている。当該検査装置では、透過パターンマスクを用いて、波面計測を行う各視野角に対応する光束を、被検光学系に同時に入射させる。そして、波面センサとしてシャックハルトマンセンサを用い、シャックハルトマンセンサを視野ごとに配置して、各視野の波面計測を行う。シャックハルトマンセンサは、光束を分割し集光するレンズアレイと、集光スポットを撮像する撮像素子から構成され、撮像素子が撮像した集光スポットの配置に基づいて波面収差を算出する。このように視野ごとにシャックハルトマンセンサを配置することで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を同時に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の検査装置によれば、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を同時に行うことができる。しかし、当該構成では、測定視野数と同数の撮像素子が必要である。撮像素子は高価であるため、複数の撮像素子を使用することは、コスト増加の要因となる。また、複数のシャックハルトマンセンサを用いる場合、シャックハルトマンセンサごとに特性のばらつきがあるため、視野ごとに算出された波面計測結果に対し、補正が必要となる。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る波面計測装置は、被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系から出射させる光源系と、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサに選択的に入射させる光路光学系とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１における被検光学系３の波面計測視野を示す説明図である。
【図３】実施の形態１における透過パターンマスク２を示す説明図である。
【図４】実施の形態１におけるレンズアレイ９と、撮像素子１０により撮像された画像を示す説明図である。
【図５】図５Ａは、波面収差が存在しない場合の集光スポットの配列を示す説明図である。図５Ｂは、波面収差が存在する場合の集光スポットの配列の違いを示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る波面計測装置を示す構成図である。
【図７】実施の形態２における被検光学系３の波面計測視野を示す説明図である。
【図８】実施の形態２における透過パターンマスク１２を示す説明図である。
【図９】実施の形態２におけるレンズアレイ９と、撮像素子１０により撮像された画像を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る光学系組み立て装置を示す構成図である。
【図１１】実施の形態３における被検光学系３の調整方向を示す説明図である。
【図１２】実施の形態３の光学系組み立て装置における、演算装置１１の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態１に係る波面計測装置を示す構成図である。実施の形態１に係る波面計測装置は、面光源１、透過パターンマスク２、像転送手段６Ａ，６Ｂ、折り返し平面鏡７、ウェッジプリズム８、レンズアレイ９、撮像素子１０、および演算装置１１を備えて構成される。
【００１１】
実施の形態１に係る波面計測装置は、被検光学系３から複数の光束を出射させ、複数の光束の波面を同時に計測し、波面収差を算出することを目的とする。被検光学系３の出射側において、被検光学系３の光軸に対する出射光の角度を視野と定義する。視野は、図２に示すように、被検光学系３の光軸に対して垂直な面における、ｘ方向およびｙ方向の角度で表す。以下、当該角度を画角と称する。
【００１２】
面光源１は、被検光学系３を照明する。面光源１の構成例として、ＬＥＤが挙げられる。面光源１の照度は均一であることが望ましい。面光源１の波長は、組み立て調整後に被検光学系３に使用する波長を選択する。
【００１３】
透過パターンマスク２は、面光源１により照明され、面光源１から出射された光を分割する。透過パターンマスク２は、被検光学系３の設計上の像面に、高精度にアライメントし配置される。透過パターンマスク２は、複数の貫通孔を有する。面光源１から出射された光は、透過パターンマスク２の各貫通孔を通過することにより分割される。各貫通孔を通過した光は、被検光学系３への入射光となる。透過パターンマスク２の各貫通孔は、被検光学系３から出射される光束が、波面計測視野の光束となるように設けられる。面光源１および透過パターンマスク２は、光源系２６を構成する。
【００１４】
図２に、被検光学系３を構成するレンズ２１と、その波面計測視野を示す。
実施の形態１では、被検光学系３の複数の波面計測視野を、視野Ｆ１（画角（ｘ，ｙ）＝（０°，０°））、および、視野Ｆ２（画角（ｘ，ｙ）＝（０°，−ａ°））とする。
一般に、被検光学系３の光軸と同軸に出射される光束の波面収差に対し、被検光学系３から広角に出射される光束ほど波面収差が大きくなる。よって、被検光学系３から広角に出射される光束の波面を計測するように視野Ｆ２を設定することで、より波面計測の精度を向上させることができる。
【００１５】
図３に、実施の形態１における透過パターンマスク２を示す。透過パターンマスク２には、被検光学系３から視野Ｆ１の光束を出射させるための貫通孔２２、および、被検光学系３から視野Ｆ２の光束を出射させるための貫通孔２３が設けられる。これにより、視野Ｆ２の光束は、被検光学系３から広角に出射される。
【００１６】
被検光学系３は、実施の形態１に係る波面計測装置により、組み立て調整を行う対象となる光学系である。被検光学系３は、複数枚の屈折光学素子（レンズ２１）により構成される。
【００１７】
像転送手段６Ａ，６Ｂは、被検光学系３から出射される光束の光路上に配置される。像転送手段６Ａ，６Ｂは、それぞれ２枚のレンズで構成される。ここでは、像転送手段６Ａは、被検光学系３から出射される複数の光束のうち、１つの光束の光軸と、当該像転送手段６Ａの光軸が一致するように配置される。また、像転送手段６Ｂは、被検光学系３から出射される光束のうち、他の１つの光束の光軸と、当該像転送手段６Ｂの光軸が一致するように配置される。
【００１８】
図１に示すように、像転送手段６Ａは、レンズ４Ａ，５Ａにより構成される。像転送手段６Ａは、視野Ｆ１の光束の光路上に配置される。像転送手段６Ａは、被検光学系３の出射面と、レンズアレイ９の入射面が、光学的に共役になるように設定される。これにより、被検光学系３の出射面における像がレンズアレイ９に転送される。
【００１９】
図１に示すように、折り返し平面鏡７は、被検光学系３から広角に出射される視野Ｆ２の光束を反射するように配置される。折り返し平面鏡７の反射光は、像転送手段６Ｂへの入射光となる。
像転送手段６Ｂは、図１に示すように、レンズ４Ｂ，５Ｂにより構成される。像転送手段６Ｂは、視野Ｆ２の光束の光路上であり、かつ、折り返し平面鏡７とウェッジプリズム８の間となる位置に配置される。像転送手段６Ｂは、被検光学系３の出射面と、レンズアレイ９の入射面が、光学的に共役になるように配置される。これにより、被検光学系３の出射面における像がウェッジプリズム８を介してレンズアレイ９に転送される。
【００２０】
ウェッジプリズム８は、入射光束を屈折し、出射する。実施の形態１において、視野Ｆ１の光束は、被検光学系３から被検光学系３の光軸と同軸に出射され、像転送手段６Ａを透過し、レンズアレイ９に入射する。また、視野Ｆ２の光束は、被検光学系３から広角に出射され、折り返し平面鏡７で反射され、像転送手段６Ｂを透過し、ウェッジプリズム８に入射する。ウェッジプリズム８は、ウェッジプリズム８で屈折された視野Ｆ２の光束が、視野Ｆ１の光束と平行となり、かつ視野Ｆ１の光束と重畳しない光束となるように視野Ｆ２の光束を屈折する。これにより、視野Ｆ２の光束は、視野Ｆ１の光束と平行となり、かつ視野Ｆ１の光束と重畳しない光束となり、ウェッジプリズム８から出射し、レンズアレイ９に入射する。
【００２１】
レンズアレイ９は、視野Ｆ１の光束を分割し、分割されて生じた部分光束を撮像素子１０上に集光する。また、レンズアレイ９は、視野Ｆ２の光束を分割し、分割されて生じた部分光束を撮像素子１０上に集光する。図１に示すように、レンズアレイ９は、光束の入射面が被検光学系３の光軸と垂直になるように配置される。
【００２２】
撮像素子１０は、レンズアレイ９により撮像素子１０上に集光された各部分光束（以下、「集光スポット」と称する。）を撮像する。撮像素子１０は、レンズアレイ９から撮像素子１０の撮像面までの距離が、レンズアレイ９の各レンズの焦点距離となるように配置される。撮像素子１０の構成例として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラが挙げられる。
【００２３】
図４に、レンズアレイ９と、撮像素子１０により撮像された画像の例を示す。撮像素子１０により撮像された画像には、視野Ｆ１の光束による複数の集光スポット、および、視野Ｆ２の光束による複数の集光スポットがそれぞれ現れる。上述のとおり、視野Ｆ１の光束と視野Ｆ２の光束は平行となり、かつ重畳することなく、レンズアレイ９に入射するため、撮像素子１０で撮像された画像において、視野Ｆ１の光束による集光スポットと、視野Ｆ２の光束による集光スポットとが重なることはない。
【００２４】
撮像素子１０で撮像された画像は、演算装置１１に入力される。演算装置１１は、撮像素子１０で撮像された画像から波面収差を算出する。演算装置１１は、撮像素子１０で撮像された画像から、視野Ｆ１の集光スポットが現れた箇所、および、視野Ｆ２の集光スポットが現れた箇所をそれぞれ分割し、分割画像を取得する。各分割画像は、例えば図４において一点鎖線で示した２つの略正方形の領域に、それぞれ相当する画像となる。そして、演算装置１１は、取得した分割画像ごとに波面収差を算出する。
レンズアレイ９、撮像素子１０、および演算装置１１は、波面センサ２８を構成する。
像転送手段６Ａ，６Ｂ、折り返し平面鏡７、ウェッジプリズム８、および波面センサ２８は、波面計測系２７を構成する。
像転送手段６Ａ，６Ｂ、折り返し平面鏡７、およびウェッジプリズム８は、光路光学系３１を構成する。
【００２５】
被検光学系３から出射される光束に波面収差が存在しない場合、波面センサ２８で計測される波面は平面となる。一方、被検光学系３から出射される光束に波面収差が存在する場合、波面センサ２８で計測される波面は非平面となる。
図５に、波面収差が存在する場合と、波面収差が存在しない場合における、撮像素子１０上に集光される集光スポットの配列の違いを示す。図５に示すように、撮像素子１０の撮像面は、レンズアレイ９を構成する複数のレンズの配列に対応するように、格子状に分割されている。
図５Ａは、波面収差が存在しない場合である。撮像素子１０上に集光される各部分光束に対応した集光スポットの位置は、撮像面の各格子の中心位置となる。
図５Ｂは、波面収差が存在する場合である。撮像素子１０上に集光される各部分光束に対応した集光スポットの位置は、撮像面の各格子の中心位置に対してずれる。
【００２６】
演算装置１１は、各分割画像の集光スポットの配列について、撮像面の各格子の中心位置からのずれを読み取る。そして、読み取ったずれに基づき、各分割画像、すなわち各波面計測視野における波面収差を算出する。
【００２７】
実施の形態１において、視野Ｆ１の光束が入射する波面センサ２８上の領域を第１の領域とする。第１の領域は、被検光学系３から被検光学系３の光軸と同軸に出射される光束がレンズアレイ９に入射する点を含む領域である。また、視野Ｆ２の光束が入射する波面センサ２８上の領域を第２の領域とする。
光路光学系３１は、視野Ｆ１の光束を、波面センサ２８上の第１の領域に入射させるとともに、ウェッジプリズム８で屈折された視野Ｆ２の光束を、第１の領域とは異なる第２の領域に入射させることにより、複数の光束を波面センサ２８上の異なる領域に選択的に入射させる。
このように構成することで、１つの波面センサ２８で、複数の視野における被検光学系３の波面収差の算出を行うことができる。したがって、従来のように、波面計測視野ごとに波面センサを配置し、画像を取得する必要がない。
【００２８】
上記説明では、視野Ｆ１の他に計測する波面計測視野Ｆ２を１つとしたが、さらに波面計測視野を増やしてもよい。その場合、増加分の波面計測視野に対応する像転送手段、折り返し平面鏡、ウェッジプリズムをそれぞれ追加して構成すればよい。
【００２９】
以上のように実施の形態１に係る波面計測装置によれば、被検光学系３を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系３から出射させる光源系２６と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサ２８と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサ２８に選択的に入射させる光路光学系３１とを備えるようにしたので、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことができる。
【００３０】
また、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を実質的に同時に行うことができるので、被検光学系の調整に要する時間を短縮することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る波面計測装置を示す構成図である。
実施の形態２に係る波面計測装置は、図１に示した実施の形態１に係る波面計測装置に対し、透過パターンマスク２、像転送手段６Ａ，６Ｂ、折り返し平面鏡７、ウェッジプリズム８をそれぞれ、透過パターンマスク１２、像転送手段１６Ａ，１６Ｂ、折り返し平面鏡１３Ａ，１３Ｂ、ウェッジプリズム１８に変更し、さらにプリズム駆動機構１７を追加したものである。
以下、実施の形態１で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００３２】
図６に示すように、実施の形態２では、ウェッジプリズム１８を被検光学系３の光軸上に配置する。
【００３３】
図７に、被検光学系３を構成するレンズ２１と、その波面計測視野を示す。
実施の形態２では、被検光学系３の複数の波面計測視野を、例えば、視野Ｆ３（画角（ｘ，ｙ）＝（０°，ａ°））、視野Ｆ４（画角（ｘ，ｙ）＝（０°，−ａ°））とする。
【００３４】
透過パターンマスク１２は、面光源１により照明され、面光源１から出射された光を分割する。透過パターンマスク１２は、実施の形態１における透過パターンマスク２とは、貫通孔の配置が異なる。面光源１および透過パターンマスク１２は、光源系２９を構成する。
【００３５】
図８に、実施の形態２における透過パターンマスク１２を示す。実施の形態１の透過パターンマスク２では、視野Ｆ１，Ｆ２の光束を出射させるための貫通孔２２，２３を設けた。視野Ｆ１の光束は、被検光学系３から被検光学系３の光軸と同軸に出射され、視野Ｆ２の光束は、被検光学系３から広角に出射される光束であった。一方、実施の形態２の透過パターンマスク１２では、視野Ｆ３，Ｆ４の光束を出射させるための貫通孔２４，２５を設ける。視野Ｆ３，Ｆ４の光束は、いずれも被検光学系３から広角に出射される光束である。
【００３６】
像転送手段１６Ａ，１６Ｂは、被検光学系３から出射される光束の光路上に配置される。像転送手段１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ２枚のレンズで構成される。ここでは、像転送手段１６Ａは、被検光学系３から出射される複数の光束のうち、１つの光束の光軸と、当該像転送手段１６Ａの光軸が一致するように配置される。また、像転送手段１６Ｂは、被検光学系３から出射される光束のうち、他の１つの光束の光軸と、当該像転送手段１６Ｂの光軸が一致するように配置される。
【００３７】
図６に示すように、折り返し平面鏡１３Ａは、被検光学系３から広角に出射される視野Ｆ３の光束を反射するように配置される。折り返し平面鏡１３Ａの反射光は、像転送手段１６Ａへの入射光となる。
像転送手段１６Ａは、視野Ｆ３の光束の光路上であり、かつ、折り返し平面鏡１３Ａとウェッジプリズム１８の間となる位置に配置される。像転送手段１６Ａは、レンズ１４Ａ，１５Ａにより構成される。像転送手段１６Ａは、被検光学系３の出射面とレンズアレイ９への入射面が、光学的に共役になるよう配置される。これにより、被検光学系３の出射面における像がウェッジプリズム１８を介してレンズアレイ９に転送される。
【００３８】
図６に示すように、折り返し平面鏡１３Ｂは、被検光学系３から広角に出射される視野Ｆ４の光束を反射するように配置される。折り返し平面鏡１３Ｂの反射光は、像転送手段１６Ｂへの入射光となる。
像転送手段１６Ｂは、視野Ｆ４の光束の光路上であり、かつ、折り返し平面鏡１３Ｂとウェッジプリズム１８の間となる位置に配置される。像転送手段１６Ｂは、レンズ１４Ｂ，１５Ｂにより構成される。像転送手段１６Ｂは、被検光学系３の出射面とレンズアレイ９への入射面が、光学的に共役になるよう配置する。これにより、被検光学系３の出射面における像がウェッジプリズム１８を介してレンズアレイ９に転送される。
【００３９】
ウェッジプリズム１８は、入射光束を屈折し、出射する。実施の形態２において、ウェッジプリズム１８には、折り返し平面鏡１３Ａ，１３Ｂで反射され、像転送手段１６Ａ，１６Ｂを透過した視野Ｆ３，Ｆ４の光束が入射する。
【００４０】
ウェッジプリズム１８の光束入射面は、被検光学系３の光軸方向に対して垂直な面に対し、傾斜を有する。プリズム駆動機構１７は、被検光学系３の光軸方向に対して垂直方向における、ウェッジプリズム１８の長さの中心を回転中心とし、ウェッジプリズム１８を回転する。これにより、ウェッジプリズム１８の光束入射側の傾斜面が切り替わる。
プリズム駆動機構１７の構成例として、モータとギアを組み合わせた回転機構が挙げられる。また、上記では、ウェッジプリズム１８の光束入射側の傾斜面を切り替える方法を示したが、これに限定されるものではなく、他の方法により、入射光束に対してウェッジプリズム１８が切り替わるように構成してもよい。
像転送手段１６、折り返し平面鏡１３Ａ，１３Ｂ、プリズム駆動機構１７、ウェッジプリズム１８、および波面センサ２８は、波面計測系３０を構成する。
像転送手段１６、折り返し平面鏡１３Ａ，１３Ｂ、プリズム駆動機構１７、およびウェッジプリズム１８は、光路光学系３２を構成する。
【００４１】
実施の形態１では、視野Ｆ１の光束と視野Ｆ２の光束が、平行となり、かつ重畳することなくレンズアレイ９に入射し、各視野の集光スポットを実質的に同時に撮像するものを示した。一方、実施の形態２では、視野Ｆ３，Ｆ４の光束を時分割してレンズアレイ９に入射し、各視野の集光スポットを時分割して撮像する。
【００４２】
実施の形態２では、視野Ｆ３，Ｆ４の光束のうち、一方の視野の光束がレンズアレイ９に入射する間、他方の視野の光束はレンズアレイ９に入射しない。ウェッジプリズム１８は、視野Ｆ３，Ｆ４の光束のうち、一方の視野の光束がレンズアレイ９に入射するように屈折するとともに、他方の視野の光束がレンズアレイ９に入射しないように屈折する。
【００４３】
プリズム駆動機構１７は、ウェッジプリズム１８を回転し、視野Ｆ３，Ｆ４の光束のうち、いずれの光束をレンズアレイ９に入射させるか、時分割で選択的に切り替える。これにより、視野Ｆ３の光束がレンズアレイ９の入射面に対して垂直に入射している間、視野Ｆ４の光束はレンズアレイ９に入射しない。また、視野Ｆ４の光束が、レンズアレイ９の入射面に対して垂直に入射している間、視野Ｆ３の光束がレンズアレイ９に入射しない。このようにして、視野Ｆ３，Ｆ４の光束のうち、いずれか１つの視野の光束のみがレンズアレイ９に入射し、当該光束による部分光束が撮像素子１０上に集光される。
【００４４】
図９に、レンズアレイ９と、撮像素子１０により撮像された画像の例を示す。実施の形態１では、単一の撮像素子１０上に複数の視野の部分光束が集光され、各視野の集光スポットを実質的に同時に撮像するものを示した。その場合、一視野あたりの集光スポット数が減少する。これに対し、実施の形態２では、各視野の集光スポットを時分割して撮像するため、図９に示すように、一視野を計測する際、撮像素子１０の全体を使用することができる。このため、一視野あたりの集光スポット数は減少しない。実施の形態２によれば、従来の波面計測装置と同サイズのレンズアレイ９、撮像素子１０を用いた場合、波面計測の分解能や精度を、当該従来の装置と同等の程度に維持することができる。
【００４５】
上記説明では、波面計測視野をＦ３，Ｆ４の２つとしたが、さらに波面計測視野を増やしてもよい。その場合、増加分の波面計測視野に対応する像転送手段、折り返し平面鏡をそれぞれ追加して構成すればよい。また、視野Ｆ３，Ｆ４の計測に対し、波面計測視野を増やす場合、選択する視野は、図７に示す円Ａ上の点とすることが好ましい。円Ａ上の点とすれば、プリズム駆動機構１７の回転角の調整のみで、当該視野の波面計測を行うことができるからである。
【００４６】
以上のように実施の形態２に係る波面計測装置によれば、被検光学系３を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系３から出射させる光源系２６と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサ２８と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサ２８に選択的に入射させる光路光学系３２とを備えるようにしたので、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことができる。
【００４７】
また、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことができるので、被検光学系の調整に要する時間を短縮することができる。
【００４８】
実施の形態３．
実施の形態１，２では波面計測装置について説明したが、実施の形態３では、光学系組み立て装置について説明する。実施の形態３に係る光学系組み立て装置は、実施の形態１に係る波面計測装置によって得られた波面計測結果を用いて被検光学系３の組み立て調整を実施する装置である。
【００４９】
図１０は、この発明の実施の形態３に係る光学系組み立て装置を示す構成図である。
実施の形態３に係る光学系組み立て装置は、図１に示した実施の形態１に係る波面計測装置に対し、記憶装置１９および駆動装置２０を追加して構成する。
以下、実施の形態１で説明した構成と同一または相当する機能を有する構成については、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００５０】
被検光学系３は、光学系組み立て装置による組み立て調整の対象となる光学系であり、複数枚の屈折光学素子（レンズ２１）により構成される。
図１１に、実施の形態３における被検光学系３の調整方向を示す。図１１は、被検光学系３を構成する１枚のレンズ２１について示したものである。被検光学系３を構成する複数枚のレンズはそれぞれ、図１１では不図示の駆動装置２０により、レンズの光軸に対する偏芯方向、すなわち、図１１に示すｘ方向およびｙ方向に移動可能に構成されている。駆動装置２０の構成例として、レンズを３点で支持し、かつ、レンズの縁部に９０°ごとにピエゾ素子を配置し、ピエゾ素子に印加する電圧を変えることで、レンズを移動させる機構が挙げられる。
【００５１】
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【００５２】
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2018037448.tif 000008
【００５３】
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【００５４】
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【００５５】
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【００５６】
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【００５７】
記憶装置１９には、レンズの移動量ごとに、各移動に必要となる、駆動装置２０のピエゾ素子に対する印加電圧があらかじめ記憶されている。演算装置１１は、算出したレンズの移動量に対応する印加電圧を記憶装置１９から取得し、駆動装置２０に出力する。駆動装置２０は、演算装置１１から入力された印加電圧をピエゾ素子に印加し、レンズを移動する。被検光学系３を構成する複数枚のレンズについて、駆動装置２０による調整が完了すると、被検光学系３の組み立て調整は終了する。
【００５８】
上記では、記憶装置１９に印加電圧を記憶し、当該印加電圧に基づいて駆動装置２０を駆動してレンズを移動する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、演算装置１１で算出されたレンズの移動量を直接、駆動装置２０に入力し、駆動装置２０が当該移動量に基づいてレンズを移動する構成としてもよい。
【００５９】
図１２は、実施の形態３の光学系組み立て装置における、演算装置１１の処理内容を示すフローチャートである。演算装置１１は、まず、撮像素子１０が撮像した画像を取得する（ステップＳＴ３１）。次に、演算装置１１は、撮像素子１０が撮像した画像を波面計測視野ごとに分割する（ステップＳＴ３２）。次に、演算装置１１は、各分割画像における集光スポットの配列から、波面収差を算出する（ステップＳＴ３３）。次に、演算装置１１は、算出した波面収差から式（１）を用いてツェルニケ係数を算出する（ステップＳＴ３４）。次に、演算装置１１は、記憶装置１９から調整対象のレンズの収差感度を取得する（ステップＳＴ３５）。次に、演算装置１１は、取得したレンズの収差感度と各波面計測視野のツェルニケ係数とから、式（２）を用いてレンズの偏芯量を算出する（ステップＳＴ３６）。次に、演算装置１１は、レンズの偏芯量の符号を反転し、レンズの移動量を算出する（ステップＳＴ３７）。次に、演算装置１１は、レンズの移動量に対応する駆動装置２０への印加電圧を記憶装置１９から取得する（ステップＳＴ３８）。次に、演算装置１１は、駆動装置２０に印加電圧を出力する（ステップＳＴ３９）。
【００６０】
上記では、実施の形態３に係る光学系組み立て装置が、実施の形態１に係る波面計測装置によって得られた波面計測結果を用いて被検光学系３の組み立て調整を実施する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、実施の形態２に係る波面計測装置によって得られた波面計測結果を用いるように構成してもよい。すなわち、波面計測装置として実施の形態１の光源系２６および波面計測系２７を用いたが、これに代えて、実施の形態２の光源系２９および波面計測系３０を用いてもよい。この場合ステップＳＴ３２は不要となる。
【００６１】
以上のように実施の形態３に係る光学系組み立て装置によれば、波面計測の対象となる被検光学系３と、被検光学系３を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系３から出射させる光源系２６と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサ２８と、被検光学系３から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサ２８に選択的に入射させる光路光学系３と、波面収差、および、被検光学系３の収差感度から波面センサ２８が算出した被検光学系３の移動量に基づいて、被検光学系３を移動する駆動装置２０とを備えるように構成したので、１つの波面センサ２８で、複数の視野における被検光学系３の波面収差の算出を行うことができる。
【００６２】
演算装置１１において、算出した波面収差、および、記憶装置から取得した収差感度から、被検光学系３の移動量を一意に決定することができる。これにより、光学系の組み立てにおける処理数を減らし、被検光学系の調整に要する時間を短縮することができる。
【００６３】
また、実施の形態１に係る光源系２６および波面計測系２７を用いた場合、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を実質的に同時に行うことができるので、被検光学系の調整に要する時間をより短縮することができる。
【００６４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
この発明に係る波面計測装置は、被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系から出射させる光源系と、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサに選択的に入射させる光路光学系とを備えるようにしたので、１つの波面センサで、複数の視野における被検光学系の波面収差の算出を行うことができ、撮像レンズの組み立て調整に好適である。
【符号の説明】
【００６６】
１  面光源、２，１２  透過パターンマスク、３  被検光学系、４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ  レンズ、６Ａ，６Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ  像転送手段、７，１３Ａ，１３Ｂ  折り返し平面鏡、８，１８  ウェッジプリズム、９  レンズアレイ、１０  撮像素子、１１  演算装置、１７  プリズム駆動機構、１９  記憶装置、２０  駆動装置、２１  レンズ、２２，２３，２４，２５  貫通孔、２６，２９  光源系、２８  波面センサ、２７，３０  波面計測系、３１，３２光路光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年1月16日(2017.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る波面計測装置は、被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を被検光学系から出射させる光源系と、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、波面センサに選択的に入射させる光路光学系とを備え、光路光学系は、光源系が被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束を異なる光路で進行させ、少なくとも１つの光束を、折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して波面センサに入射させるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を前記被検光学系から出射させる光源系と、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、前記波面センサに選択的に入射させる光路光学系とを備え、
前記光路光学系は、前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束を異なる光路で進行させ、少なくとも１つの光束を、折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して前記波面センサに入射させることを特徴とする波面計測装置。
【請求項２】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、前記被検光学系の光軸と同軸に出射される第１の光束と、前記被検光学系から広角に出射される第２の光束であり、
前記光路光学系は、前記第２の光束を反射する第１の折り返し平面鏡と、前記第１の折り返し平面鏡で反射された前記第２の光束を、前記第１の光束と平行となり、かつ前記第１の光束と重畳しない光束となるように屈折する第１のウェッジプリズムとを有し、前記第１の光束を、前記波面センサ上の第１の領域に入射させるとともに、前記第１のウェッジプリズムで屈折された前記第２の光束を、前記波面センサ上の前記第１の領域とは異なる第２の領域に入射させることにより、複数の光束を前記波面センサ上の異なる領域に選択的に入射させることを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項３】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、それぞれ前記被検光学系から広角に出射される第３の光束および第４の光束であり、
前記光路光学系は、前記第３の光束を反射する第２の折り返し平面鏡と、前記第４の光束を反射する第３の折り返し平面鏡と、前記第２の折り返し平面鏡で反射された前記第３の光束、および前記第３の折り返し平面鏡で反射された前記第４の光束を屈折し、いずれか１つの光束を前記波面センサに入射させる第２のウェッジプリズムと、前記第２のウェッジプリズムを回転し、前記波面センサに入射させる前記１つの光束を、選択的に切り替えるプリズム駆動機構とを有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項４】
前記光路光学系は、前記第１の光束の光路上に配置され、前記被検光学系における像を前記波面センサに転送する第１の像転送手段と、前記第２の光束の光路上であり、かつ、前記第１の折り返し平面鏡と前記第１のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第１のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第２の像転送手段とを有することを特徴とする請求項２記載の波面計測装置。
【請求項５】
前記光路光学系は、前記第３の光束の光束上であり、かつ、前記第２の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第３の像転送手段と、前記第４の光束の光束上であり、かつ、前記第３の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第４の像転送手段とを有することを特徴とする請求項３記載の波面計測装置。
【請求項６】
前記光源系は、面光源、および、前記面光源に照明され、前記波面計測視野の光束を出射する透過パターンマスクを有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項７】
前記波面センサは、光束を分割して集光するレンズアレイ、前記レンズアレイの集光スポットを撮像する撮像素子、および、前記撮像素子が撮像した画像から波面収差を算出する演算装置を有することを特徴とする請求項１記載の波面計測装置。
【請求項８】
前記演算装置は、前記撮像素子が撮像した画像を波面計測視野ごとに分割し、分割画像ごとに波面収差を算出することを特徴とする請求項７記載の波面計測装置。
【請求項９】
波面計測の対象となる被検光学系と、
前記被検光学系を照明し、複数の波面計測視野の光束を前記被検光学系から出射させる光源系と、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を計測し、波面収差を算出する１つの波面センサと、
前記被検光学系から出射される複数の波面計測視野の光束を、前記波面センサに選択的に入射させる光路光学系と、
前記波面収差、および、前記被検光学系の収差感度から前記波面センサが算出した前記被検光学系の移動量に基づいて、前記被検光学系を移動する駆動装置とを備え、
前記光路光学系は、前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束を異なる光路で進行させ、少なくとも１つの光束を、折り返し平面鏡とウェッジプリズムとを介して前記波面センサに入射させることを特徴とする光学系組み立て装置。
【請求項１０】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、前記被検光学系の光軸と同軸に出射される第１の光束と、前記被検光学系から広角に出射される第２の光束であり、
前記光路光学系は、前記第２の光束を反射する第１の折り返し平面鏡と、前記第１の折り返し平面鏡で反射された前記第２の光束を、前記第１の光束と平行となり、かつ前記第１の光束と重畳しない光束となるように屈折する第１のウェッジプリズムとを有し、前記第１の光束を、前記波面センサ上の第１の領域に入射させるとともに、前記第１のウェッジプリズムで屈折された前記第２の光束を、前記波面センサ上の前記第１の領域とは異なる第２の領域に入射させることにより、複数の光束を前記波面センサ上の異なる領域に選択的に入射させることを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１１】
前記光源系が前記被検光学系から出射させる複数の波面計測視野の光束は、それぞれ前記被検光学系から広角に出射される第３の光束および第４の光束であり、
前記光路光学系は、前記第３の光束を反射する第２の折り返し平面鏡と、前記第４の光束を反射する第３の折り返し平面鏡と、前記第２の折り返し平面鏡で反射された前記第３の光束、および前記第３の折り返し平面鏡で反射された前記第４の光束を屈折し、いずれか１つの光束を前記波面センサに入射させる第２のウェッジプリズムと、前記第２のウェッジプリズムを回転し、前記波面センサに入射させる前記１つの光束を、選択的に切り替えるプリズム駆動機構とを有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１２】
前記光路光学系は、前記第１の光束の光路上に配置され、前記被検光学系における像を前記波面センサに転送する第１の像転送手段と、前記第２の光束の光路上であり、かつ、前記第１の折り返し平面鏡と前記第１のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第１のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第２の像転送手段とを有することを特徴とする請求項１０記載の光学系組み立て装置。
【請求項１３】
前記光路光学系は、前記第３の光束の光束上であり、かつ、前記第２の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第３の像転送手段と、前記第４の光束の光束上であり、かつ、前記第３の折り返し平面鏡と前記第２のウェッジプリズムの間となる位置に配置され、前記被検光学系における像を、前記第２のウェッジプリズムを介して前記波面センサに転送する第４の像転送手段とを有することを特徴とする請求項１１記載の光学系組み立て装置。
【請求項１４】
前記光源系は、面光源、および、前記面光源に照明され、前記波面計測視野の光束を出射する透過パターンマスクを有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１５】
前記波面センサは、光束を分割して集光するレンズアレイ、前記レンズアレイの集光スポットを撮像する撮像素子、および、前記撮像素子が撮像した画像から波面収差を算出する演算装置を有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【請求項１６】
前記演算装置は、前記撮像素子が撮像した画像を波面計測視野ごとに分割し、分割画像ごとに波面収差を算出することを特徴とする請求項１５記載の光学系組み立て装置。
【請求項１７】
前記被検光学系の収差感度が記憶された記憶装置を有することを特徴とする請求項９記載の光学系組み立て装置。
【国際調査報告】
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