用于测量波前像差的方法和波前像差测量设备技术

技术编号:12737480 阅读:85 留言:0更新日期:2016-01-20 21:49
本发明专利技术公开了一种波像差测量方法,其中通过将从光源发射的光施加到所要测试的镜头上并且通过检测透射通过所要测试的镜头的光而以提高的测量准确度测量波像差。该方法包括在所要测试的镜头的光圈打开时测量波像差的步骤;在所要测试的镜头的光圈关闭时测量所要测试的镜头的光瞳的中心位置的步骤;和使用光瞳的中心位置作为原点利用多项式展开波像差的步骤。还公开了一种波像差测量设备。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 分案声明: 本申请是申请日为2010年10月19日、专利技术名称为"用于测量波前像差的方法和 波前像差测量设备"、申请号为:201080052301.9的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于测量波前像差的方法和一种波前像差测量设备。
技术介绍
通常,在用于诸如用于照相机的成像镜头的成像光学系统(在下文中简单地称为 光学系统)的光学设计中,以如此方式执行优化,使得在从大约400nm到700nm的波长的可 见光范围中,像差变得最佳。例如,通过使用分别地从氦灯、氢灯和汞灯辐射的诸如d线(波 长:587. 6nm)、C线(波长:656. 3nm)和g线(波长:435. 8nm)的线光谱,优化在对应的波长 下的像差平衡,从而在通过使用白光成像时获得最大光学性能。而且,在制造这种光学系统 时,已经通过借助主要地从线扩展函数(LSF)推导调制传递函数(MTF)而测量光学性能来 执行质量控制(例如,见日本专利申请公开No. 58-092927)。 最近,为了进一步增加光学性能,已经通过测量波前像差来执行质量控制。关于 用于测量波前像差的方法,除了干涉仪方法之外,夏克-哈特曼方法受到关注,在干涉仪 方法中,透射通过被测镜头的光与从具有给定形状的基准表面反射的光形成干涉,由诸如 CCD的二维成像装置检测所获得的干涉图样,计算来自二维成像装置的输出信号,并且推 导在光学系统的光瞳上的波前像差。夏克 -哈特曼(Shack-Hartmann)方法是如此方法, 艮P,透射通过被测镜头的波前在其中大数目的微小微透镜(minute microlens)(矩形透 镜)被二维地设置的微透镜阵列上入射,并且被微透镜阵列分割成在诸如C⑶的二维成像 装置上形成的、大数目的斑点像(spot images),并且根据由二维成像装置检测的斑点像的 横向移位计算波前的局部倾斜,并且推导整体上的波前像差(例如,见日本专利申请公开 No. 2005-098933)。在根据夏克-哈特曼方法的波前像差测量中,虽然与干涉仪方法相比, 横向分辨率受到每一个微透镜的尺寸限制,但是用于测量的动态范围是极宽的,从而该方 法特别地适合于诸如用于照相机的成像镜头的、具有大量剩余像差的光学系统的波前像差 测量。
技术实现思路
(本专利技术所要解决的问题) 在一般的光学系统中,出射光瞳相对于朝向光轴具有特定角度的离轴光线的形 状变形,并且因为所谓的渐晕而并不变成圆形,从而当波前像差的测得值被诸如泽尔尼克 (Zernike)圆多项式的极坐标的正交多项式展开时,已经存在以下问题,即,原点的位置准 确度是低的,从而波前测量的可靠性变低。即使在用于制造半导体装置的光刻工艺中使用 的投影光学系统中,也存在其光瞳因为少量渐晕而非圆形的光学系统。如例如在日本专利 申请公开No. 2007-250723中所示的,当渐晕是大约百分之几的微小数量时,推导只是在光 瞳中内接的圆并且执行函数展开。然而,大多数一般的照相镜头具有大量的渐晕,并且光瞳 的短轴变成其长轴的一半或者更小并不罕见。相应地,这种技术不能被应用于这种情形。 而且,不同于MTF的测量,关于被用于波前像差的测量的光源,光谱的宽度优选地 是尽可能窄的。当光谱的宽度变成特定量时,由于被测镜头的色差,不能执行准确的测量。 而且,在诸如照相镜头的于可见光中使用的光学系统的测量中,像差的行为在每一个波长 中急剧地变化,从而有必要在可见光范围中测量从短波长到长波长的大数目的波长。相应 地,测试设备具有能够通过使用诸如干涉滤波器的波带窄缩装置或者通过设置很多不同的 昂贵的激光光源而在大数目的波长下测量的构造。结果,测试设备变得更大并且更加昂贵。 本专利技术是鉴于上述问题而作出的,并且目的在于提供一种能够增加波前测量准确 度的、用于测量波前像差的方法,和一种波前像差测量设备。 (用于解决该问题的途径) 根据本专利技术的第一方面,提供一种用于测量波前像差的方法,该波前像差通过 检测从光源发出的、在被测镜头上入射并且透射通过被测镜头的光而被测量,该方法包 括以下步骤:在被测镜头的孔径光阑完全打开的状态中测量波前像差;在孔径光阑缩小 (stopped down)的状态中测量被测镜头的光瞳的中心的位置;和,通过使光瞳的中心的位 置作为原点而利用多项式展开波前像差。 在用于测量波前像差的方法中,优选的是用于在孔径光阑缩小的状态中测量被测 镜头的光瞳的中心位置的步骤在用于在被测镜头的孔径光阑完全打开的状态中测量波前 像差的步骤之后执行。否则,用于在被测镜头的孔径光阑完全打开的状态中测量波前像差 的步骤可以在用于在孔径光阑缩小的状态中测量被测镜头的光瞳的中心位置的步骤之后 执行。 在用于测量波前像差的方法中,优选的是多项式是泽尔尼克圆多项式。 在用于测量波前像差的方法中,优选的是从光源发出的光是单色光或者其半高全 宽(full width at half maximum)是IOnm或者更小的准单色光。 在用于测量波前像差的方法中,优选的是从光源发出的光是其波长从400nm到 700nm的可见光。 根据本专利技术的第二方面,提供一种波前像差测量设备,该波前像差测量设备包括: 二维成像装置,该二维成像装置检测由从光源发出的、透射通过被测镜头的光形成的被测 镜头的光瞳的像;和信息处理器,该信息处理器通过使用用于测量波前像差的上述方法根 据由二维成像装置检测的光瞳的像计算被测镜头的波前像差。 在该波前像差测量设备中,优选的是该设备进一步包括:微透镜阵列,其中多个 微透镜被二维地设置,并且通过使透射通过被测镜头的光被分割和透射而在二维成像装置 上形成光瞳的斑点像,并且其中该信息处理器利用夏克-哈特曼方法计算波前像差,在夏 克-哈特曼方法中,根据由二维成像装置检测的斑点像的横向移位计算波前的局部倾斜, 并且推导整体上的波前像差。 在该波前像差测量设备中,优选的是该信息处理器控制被测镜头的孔径光阑的打 开和关闭。 通过以此方式构造根据本专利技术的、用于测量波前像差的方法和波前像差测量设 备,增加波前像差测量的准确度成为可能。 根据本专利技术的第三方面,提供一种用于测量波前像差的方法,该波前像差通过检 测从光源发出的、在被测镜头上入射并且透射通过被测镜头的光而被测量,该方法包括以 下步骤:通过离散地改变从光源发出的光的波长而在多个离散的波长的每一个波长中测量 波前像差;通过将在该多个离散的波长的每一个之中测量的波前像差拟合至多项式而计算 在每一个波长中的波前像差系数;通过在每一种波前像差系数中在该多个离散的波长的每 一个之中将波前像差系数拟合至多项式而计算拟合系数;和,通过使用拟合系数在未被用 于测量的波长下计算波前像差系数。 在根据第三方面的、用于测量波前像差的方法中,优选的是在用于计算拟合系数 的步骤中,用于在该多个离散的波长的每一个之中拟合波前像差系数的多项式包括至少一 项,该项在该项的分母中包括波长。 在根据第三方面的、用于测量波前像差的方法中,优选的是在用于计算波前像差 系数的步骤中,用于拟合波前像差系数的多项式是包括泽尔尼克圆多项式的正交函数。 在根据第三方面的、用于测量波前像差的方法中,优选的是从光源发出的光是单 色光或者其半高全宽是IOnm或本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于测量波前像差的方法,该波前像差通过检测从光源发出的、在被测镜头上入射并且透射通过所述被测镜头的光而被测量,所述方法包括以下步骤:在所述被测镜头的孔径光阑完全打开的状态中测量波前像差;在所述孔径光阑缩小的状态中测量所述被测镜头的光瞳的中心的位置;和通过使所述光瞳的中心的位置作为原点而利用多项式展开波前像差。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:田中一政
申请(专利权)人:株式会社尼康
类型:发明
国别省市:日本;JP

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