用于測量波前像差的方法和波前像差測量設備技術

本發明專利技術公開了一種波像差測量方法，其中通過將從光源發射的光施加到所要測試的鏡頭上并且通過檢測透射通過所要測試的鏡頭的光而以提高的測量準確度測量波像差。該方法包括在所要測試的鏡頭的光圈打開時測量波像差的步驟；在所要測試的鏡頭的光圈關閉時測量所要測試的鏡頭的光瞳的中心位置的步驟；和使用光瞳的中心位置作為原點利用多項式展開波像差的步驟。還公開了一種波像差測量設備。

【技術實現步驟摘要】
【專利說明】 分案聲明： 本申請是申請日為2010年10月19日、專利技術名稱為"用于測量波前像差的方法和 波前像差測量設備"、申請號為：201080052301.9的中國專利技術專利申請的分案申請。
本專利技術涉及一種用于測量波前像差的方法和一種波前像差測量設備。
技術介紹
通常，在用于諸如用于照相機的成像鏡頭的成像光學系統（在下文中簡單地稱為 光學系統）的光學設計中，以如此方式執行優化，使得在從大約400nm到700nm的波長的可 見光范圍中，像差變得最佳。例如，通過使用分別地從氦燈、氫燈和汞燈輻射的諸如d線（波 長：587. 6nm)、C線（波長：656. 3nm)和g線（波長：435. 8nm)的線光譜，優化在對應的波長 下的像差平衡，從而在通過使用白光成像時獲得最大光學性能。而且，在制造這種光學系統 時，已經通過借助主要地從線擴展函數（LSF)推導調制傳遞函數（MTF)而測量光學性能來 執行質量控制（例如，見日本專利申請公開No. 58-092927)。 最近，為了進一步增加光學性能，已經通過測量波前像差來執行質量控制。關于 用于測量波前像差的方法，除了干涉儀方法之外，夏克-哈特曼方法受到關注，在干涉儀 方法中，透射通過被測鏡頭的光與從具有給定形狀的基準表面反射的光形成干涉，由諸如 CCD的二維成像裝置檢測所獲得的干涉圖樣，計算來自二維成像裝置的輸出信號，并且推 導在光學系統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，透射通過被測鏡頭的波前在其中大數目的微小微透鏡（minute microlens)(矩形透 鏡）被二維地設置的微透鏡陣列上入射，并且被微透鏡陣列分割成在諸如C⑶的二維成像 裝置上形成的、大數目的斑點像（spot images)，并且根據由二維成像裝置檢測的斑點像的 橫向移位計算波前的局部傾斜，并且推導整體上的波前像差（例如，見日本專利申請公開 No. 2005-098933)。在根據夏克-哈特曼方法的波前像差測量中，雖然與干涉儀方法相比， 橫向分辨率受到每一個微透鏡的尺寸限制，但是用于測量的動態范圍是極寬的，從而該方 法特別地適合于諸如用于照相機的成像鏡頭的、具有大量剩余像差的光學系統的波前像差 測量。
技術實現思路
(本專利技術所要解決的問題） 在一般的光學系統中，出射光瞳相對于朝向光軸具有特定角度的離軸光線的形 狀變形，并且因為所謂的漸暈而并不變成圓形，從而當波前像差的測得值被諸如澤爾尼克 (Zernike)圓多項式的極坐標的正交多項式展開時，已經存在以下問題，即，原點的位置準 確度是低的，從而波前測量的可靠性變低。即使在用于制造半導體裝置的光刻工藝中使用 的投影光學系統中，也存在其光瞳因為少量漸暈而非圓形的光學系統。如例如在日本專利 申請公開No. 2007-250723中所示的，當漸暈是大約百分之幾的微小數量時，推導只是在光 瞳中內接的圓并且執行函數展開。然而，大多數一般的照相鏡頭具有大量的漸暈，并且光瞳 的短軸變成其長軸的一半或者更小并不罕見。相應地，這種技術不能被應用于這種情形。 而且，不同于MTF的測量，關于被用于波前像差的測量的光源，光譜的寬度優選地 是盡可能窄的。當光譜的寬度變成特定量時，由于被測鏡頭的色差，不能執行準確的測量。 而且，在諸如照相鏡頭的于可見光中使用的光學系統的測量中，像差的行為在每一個波長 中急劇地變化，從而有必要在可見光范圍中測量從短波長到長波長的大數目的波長。相應 地，測試設備具有能夠通過使用諸如干涉濾波器的波帶窄縮裝置或者通過設置很多不同的 昂貴的激光光源而在大數目的波長下測量的構造。結果，測試設備變得更大并且更加昂貴。 本專利技術是鑒于上述問題而作出的，并且目的在于提供一種能夠增加波前測量準確 度的、用于測量波前像差的方法，和一種波前像差測量設備。 (用于解決該問題的途徑） 根據本專利技術的第一方面，提供一種用于測量波前像差的方法，該波前像差通過 檢測從光源發出的、在被測鏡頭上入射并且透射通過被測鏡頭的光而被測量，該方法包 括以下步驟：在被測鏡頭的孔徑光闌完全打開的狀態中測量波前像差；在孔徑光闌縮小 (stopped down)的狀態中測量被測鏡頭的光瞳的中心的位置；和，通過使光瞳的中心的位 置作為原點而利用多項式展開波前像差。 在用于測量波前像差的方法中，優選的是用于在孔徑光闌縮小的狀態中測量被測 鏡頭的光瞳的中心位置的步驟在用于在被測鏡頭的孔徑光闌完全打開的狀態中測量波前 像差的步驟之后執行。否則，用于在被測鏡頭的孔徑光闌完全打開的狀態中測量波前像差 的步驟可以在用于在孔徑光闌縮小的狀態中測量被測鏡頭的光瞳的中心位置的步驟之后 執行。 在用于測量波前像差的方法中，優選的是多項式是澤爾尼克圓多項式。 在用于測量波前像差的方法中，優選的是從光源發出的光是單色光或者其半高全 寬（full width at half maximum)是IOnm或者更小的準單色光。 在用于測量波前像差的方法中，優選的是從光源發出的光是其波長從400nm到 700nm的可見光。 根據本專利技術的第二方面，提供一種波前像差測量設備，該波前像差測量設備包括： 二維成像裝置，該二維成像裝置檢測由從光源發出的、透射通過被測鏡頭的光形成的被測 鏡頭的光瞳的像；和信息處理器，該信息處理器通過使用用于測量波前像差的上述方法根 據由二維成像裝置檢測的光瞳的像計算被測鏡頭的波前像差。 在該波前像差測量設備中，優選的是該設備進一步包括：微透鏡陣列，其中多個 微透鏡被二維地設置，并且通過使透射通過被測鏡頭的光被分割和透射而在二維成像裝置 上形成光瞳的斑點像，并且其中該信息處理器利用夏克-哈特曼方法計算波前像差，在夏 克-哈特曼方法中，根據由二維成像裝置檢測的斑點像的橫向移位計算波前的局部傾斜， 并且推導整體上的波前像差。 在該波前像差測量設備中，優選的是該信息處理器控制被測鏡頭的孔徑光闌的打 開和關閉。 通過以此方式構造根據本專利技術的、用于測量波前像差的方法和波前像差測量設 備，增加波前像差測量的準確度成為可能。 根據本專利技術的第三方面，提供一種用于測量波前像差的方法，該波前像差通過檢 測從光源發出的、在被測鏡頭上入射并且透射通過被測鏡頭的光而被測量，該方法包括以 下步驟：通過離散地改變從光源發出的光的波長而在多個離散的波長的每一個波長中測量 波前像差；通過將在該多個離散的波長的每一個之中測量的波前像差擬合至多項式而計算 在每一個波長中的波前像差系數；通過在每一種波前像差系數中在該多個離散的波長的每 一個之中將波前像差系數擬合至多項式而計算擬合系數；和，通過使用擬合系數在未被用 于測量的波長下計算波前像差系數。 在根據第三方面的、用于測量波前像差的方法中，優選的是在用于計算擬合系數 的步驟中，用于在該多個離散的波長的每一個之中擬合波前像差系數的多項式包括至少一 項，該項在該項的分母中包括波長。 在根據第三方面的、用于測量波前像差的方法中，優選的是在用于計算波前像差 系數的步驟中，用于擬合波前像差系數的多項式是包括澤爾尼克圓多項式的正交函數。 在根據第三方面的、用于測量波前像差的方法中，優選的是從光源發出的光是單 色光或者其半高全寬是IOnm或本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于測量波前像差的方法，該波前像差通過檢測從光源發出的、在被測鏡頭上入射并且透射通過所述被測鏡頭的光而被測量，所述方法包括以下步驟：在所述被測鏡頭的孔徑光闌完全打開的狀態中測量波前像差；在所述孔徑光闌縮小的狀態中測量所述被測鏡頭的光瞳的中心的位置；和通過使所述光瞳的中心的位置作為原點而利用多項式展開波前像差。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：田中一政，
申請(專利權)人：株式會社尼康，
類型：發明
國別省市：日本;JP