发明名称 透镜之评价方法及其装置、光学单元与透镜之调整方法及装置
摘要 透镜之评价方法系含有:(a)将透镜之射出光予以衍射,由不同次数之两衍射光(例如O次衍射光31与+l次衍射光32)互相干涉而获得共用干涉像50之工程,与(b)变换衍射光相位之工程,与(c)在共用干涉像,于通过两衍射光光轴连结线段中点之测线上多数测点求出光强度变化相位之工程,以及(d)依据相位求出透镜特性(散焦量,彗形像差,像散性,球面像差,高次像差)之工程。
申请公布号 TW459150 申请公布日期 2001.10.11
申请号 TW089109717 申请日期 2000.05.19
申请人 松下电器产业股份有限公司 发明人 高田和政;中城正裕;西井完治
分类号 G02B7/00 主分类号 G02B7/00
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;陈文郎 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种透镜之评价方法,其特征系在具有:(a)将评价对象射出之光予以衍射,促使相异次数之两个衍射光互相干涉以获得共用干涉像之工程;(b)将前述衍射光之相位予以变化之工程;(c)在前述共用干涉像,于横过前述两个衍射光之光轴连接线段或该线段之测线上多数测点求出光强度变化相位之工程;及(d)依据前述相位而求前述透镜特性之工程。2.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将光源发射之光以评价对象透镜予以聚光,并将经聚光之光投射于反射型衍射光栅,且将该反射型衍射光栅所反射相异次数之两个衍射光于前述评价对象透镜形成为略平行光,复以聚光透镜将该略平行光予以聚光,又将该经聚光之光成像于显像面,而在该显像面获得前述两个衍射光之共用干涉像。3.如申请专利范围第2项之透镜之评价方法,其中前述工程(b)系将前述衍射光栅移动于具有与格子方向呈直交方向之方向成分之方向,促使前述衍射光相位变化。4.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将光源发射之光以评价对象透镜予以聚光,交将经聚光之光投射于透过型衍射光栅,且将透过该透过型衍射光栅之相异次数之两个衍射光于准直透镜形成为略平行光,复以聚光透镜将该略平行光予以聚光,又将该经聚光之光成像于显像面,而在该显像面获得前述两个衍射光之共用干涉像。5.如申请专利范围第4项之透镜之评价方法,其中前述工程(b)系将前述衍射光栅移动于具有与格子方向呈直交方向之方向成分之方向,促使前述衍射光相位变化。6.如申请专利范围第1.2.3.4或5项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系设前述测点位置为X,前述相位为Y时,将前述相位Y以测定位置X之函数予以近似,且以该函数之系数値评价前述评价对象透镜之特性。7.如申请专利范围第1.2.3.4或5项之透镜之评价方法,其中前述两个衍射光系为0次折射光与1次衍射光之任一方,或为+1次衍射光与-1次衍射光。8.如申请专利范围第1.2.3.4或5项之透镜之评价方法,其中前述欲评价之透镜特性为散焦量,彗性像差,球面像并,像散性,或该等像差以外像差之任一者。9.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将评价对象透射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍光之任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像;前述工程(c)系在前述共用干涉像,于通过前述衍射光之光轴之线段上多数测点求出该测点之光强度变化相位;前述工程(d)系具有设前述测点位置为X,前述相位为Y时,将前述相位Y以具有测定位置X之一之或一之以上次数之函数予以近似,而以该近似一次函数之系数値评价前述评价对像透镜之焦量的工程。10.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将评价对象透镜射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍射光之任一方,或1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像;前述工程(c)系在前述共用干涉像,以前述衍射光轴连结线段之垂直二等分线上的多数测点求出该测点之光强度变化的相位;前述工程(d)系将前述测点位置设为X,前述相位设为Y,且将前述相位Y以测定位置X之二次函数予以近似,而以该二次函数之二次系数値评价前述评价对象透镜之彗形像差。11.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将评价对象透镜所射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍射光之任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像;前述工程(c)系在前述共用干涉像之通过前述衍射光光轴连结线段之中点且针对该线段正,负方向呈一定角度之两斜线上多数测点求出该测点之光强度变化之相位;前述工程(d)系就前述各别的两斜线,将前述测点位置设为X,前述相位设为Y,且将前述相位Y以测定位置X之二次函数或三次函数予以近似求得二次函数或三次函数之二次系数値,使用此等计算値之差而评价前述评价对象之彗形像差。12.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中包含有将前述共用干涉像之共用方向予以旋转之工程(e);且前述工程(a)系将自评价对象透镜射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍射光之任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像;前述工程(b)系将前述衍射光栅移动于具有与光栅方向呈直交方向之方向成分的方向而变化前述衍射光的相位;前述工程(c)系在前述共用干涉像之前述衍射光光轴连结线段垂直二等分线上之多数测点求出该油点之光强度弯化相位;前述工程(d)系设前述测点位置为X,前述相位为Y时,将前述相位Y以测定位置X之一次函数或具一次以上次数之函数予以近似,而以该近似函数之一次系数値评价前述评价对象透镜之像散性。13.如申请专利范围第12项之透镜之评价方法,其中前述工程(e)系包含有将前述衍射光栅予以旋转一定角度之工程。14.如申请专利范围第12项之透镜之评价方法,其中前述工程(e)系包含有将前述透镜予以旋转一定角度之工程。15.如申请专利范围第12项之透镜之评价方法,其中前述工程(e)具有:使用第一方向形成有光栅槽之第一衍射光栅促使光衍射之工程;及使用与第一方向相异方向形成有光栅槽之第二衍射光栅促使光衍射之工程。16.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将自透镜射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍射光任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像;前述工程(c)系在前述共用干涉像之通过前述衍光光轴连结线段上多数测点求出该测点之光强度变化相位;前述工程(d)系设前述测点位置为X,前述相位为Y时,且将前述相位Y以测定位置X之三次函数或四次函数予以近似,而以该三次函数或四次函数之三次系数値评价前述评价对象透镜之球面像差。17.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(a)系将自透镜射出之光予以衍射,且在显像面获得0次衍射光与1次衍射光任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光之共用干涉像之工程;前述工程(c)系在前述共用干涉像,.于前述两个衍射光光轴连结线段上之多数第一测点求出该第一测点之光强度变化之第一相位,.于前述线段垂直二等分线上之多数第二测点求出该第二测点之光强度变化之第二相位,.于通于前述线段中点且对该线段天方向呈所定角度第三斜线上之多数第三测点求出该第三测点之光强度变化之第三相位,.于通过前述线段中点且对该线段负方向呈所定角度第四斜线上之多数第四测点求出该第四测点之光强度变化之第四相位;前述工程(d)系设前述第一测点位置为X,前述第一相位为Y,并将前述第一相位Y以第一测定位置X之第一函数F予以近似,设前述第二测点位置为X,前述第二相位为Y,并将前述第二相位Y以第二测定位置X之第二函数F予以近似,设前述第三测点位置为X,前述第三相位为Y,并将前述第三相位Y以第三测定位置X之第三函数F予以近似,设前述第四测点位置为X,前述第四相位为Y,并将前述第四相位Y以第四测定位置X之第四函数F予以近似,且依据前述第一函数F与第一相位Y之残差,前述第二函数F与第二相位Y之残差,前述第三函数F与第三相位Y之残差,及前述第四函数F与第四相位Y之残差而评价前述评价对象透镜之高次像差。18.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(c)系在前述共用干涉像之不通过前述两衍射光光轴连结中点,而在前述两光轴连结直线与垂直线段上之多数测点求出光强度变化相位;前述工程(d)系设前述测点位置为Y,前述相位为时,且将前述相位以测定位置Y之函数予以近似,而以该函数之系数値评价前述透镜之球面像差。19.如申请专利范围第18项之透镜之评价方法,其中前述两衍射光系0次衍射光与1次衍射光任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光。20.如申请专利范围第18项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系将前述相位以二次函数或三次函数予以近似,而以该函数之二次系数値评价前述透镜之球面像差。21.如申请专利范围第18项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系将前述相位以四次函数或五次函数予以近似,而以该函数之四次系数値评价前述透镜之五次之球面像差。22.如申请专利范围第18项之透镜之评价方法,其中前述工程(c)系于不通过前述两个衍射光光轴连结中心却位于前述两个光轴连结线段之垂直二等分线两侧取垂直于前述两个光轴连接直线之线段,且在该各线段上多数测点求出光强度变化之相位;前述工程(d)系设前述测点位置为Y1,Y2,前述相位为1,2时,将前述相位1,2以测定位置Y1,Y2之四次函数或五次函数予以近似,且设两个函数之四次系数値分别为a4,b4时,以a4与b4之差评价前述透镜之五次球面像差。23.如申请专利范围第18项之透镜之评价方法,其中前述工程(c)系在前述共用干涉像,于不通过前述两个衍射光光轴连结中心却位于前述两个光轴连结线段之垂直二等分线两侧取垂直于前述两个光轴连结直线之线段,且在该各线段上多数测点求出光强度变化之相位;前述工程(d)系设前述测点位置为Y1,Y2,前述相位为1,2时,将前述相位1,2以测定位置Y1,Y2之六次函数或七次函数予以近似,且设两个函数之六次系数値分别为a6,b6时,以a6与b6之差而评价前述透镜之七次球面像差。24.如申请专利范围第1项之透镜之评价方法,其中前述工程(c)系在前述共用干涉像之通过前述两衍射光光轴连结中点,而在与前述两光轴连结直线成一定角度之线段上之多数测点求出光强度变化相位;前述工程(d)系设前述测点位置为Z(Y),前述相位为时,且将前述相位以测定位置Z之函数予以近似,而以该函数之系数値评价前述透镜之球面像差。25.如申请专利范围第24项之透镜之评价方法,其中前述两衍射光系0次衍射光与1次衍射光任一方,或+1次衍射光与-1次衍射光。26.如申请专利范围第24项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系将前述相位以测定位置Z之三次函数或四次函数予以近似,且以该函数之三次系数値评价前述透镜之球面像差。27.如申请专利范围第24项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系将前述相位以测定位置Z之一次函数或二次函数予以近似,且以该函数之一次系数値评价前述透镜之散焦。28.如申请专利范围第24项之透镜之评价方法,其中前述工程(d)系将前述相位以测定位置Y之六次函数或七次函数予以近似,且以该函数之六次系数値评价前述透镜之七次球面像差。29.一种透镜之调整方法,系使用申请专利范围第1项之透镜之评价方法而调整前述评价对象透镜之位置,其特征在于具有:(a)将穿过前述聚光透镜之光于衍射光栅予以衍射,且射出次数相异两个衍射光之共用干涉光之工程;(b)使前述衍射光栅朝向具有与光栅方向直交方向之方向成分的方向移动之工程;(c)将前述共用干涉光于显像体予以显像之工程;(d)在前述显像体显像之共用干涉光之干涉像,于通过前述两个衍射光光轴连结线段中点之测线上多数测点求出光强度变化之相位,并依据前述相位以特性检出器检出前述聚光透镜特性之工程;及(e)根据前述特性检出器之检出结果而以调整机构调整前述聚光透镜位置之工程。30.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中具有(f)前述聚光镜之反射光或透过光以第2显像体显像之工程,及(g)依据前述第二显像体所显像之光资讯而以透镜调整机构调整前述聚光透镜位置之工程。31.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中前述聚光透镜于透镜面周围具有科伐(铁镍结合金)面,且前述第二显像体可显像前述科伐面之反射光或穿透光。32.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中前述衍射光栅系反射型衍射光栅,将反射型衍射光栅反射之不同次数之两衍射光的共用干涉光射入前述聚光镜,并将前述聚光镜射出之前述共用干涉光以成像镜予以成像,而以显像体将前述成像之共用干涉光予以显像。33.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中前述衍射光栅系穿透型衍射光栅,将穿透该穿透型衍射光栅之不同次数之两衍射光的共用干涉光射入第2聚光镜,并将前述聚光镜射出之前述第2聚光镜射出之前述共用干涉光予以成像,而以显像体将前述成像之共用干涉光予以显像。34.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中前述特性检出器系:在前述共用干涉像之前述衍射光光轴连结线段上多数测点求出该测点之光强度变化相位,设前述测点位置为X,前述相位Y,且将前述相位Y以测定位置X之一次函数予以近似,而藉该一次函数之一次系数値以评价前述光学系统之散焦量。35.如申请专利范围第29项之透镜之调整方法,其中前述特性检出器系:在前述共用干涉像,于通过前述衍射光光轴连结线段中点且与该线段正,负方向呈所定角度之两斜线上多数测点求出该测点之光强度变化之相位,且就前述两斜线分别将前述测点位置设为X,前述相位设为Y,并将前述相位Y以测点位置X之二次函数或三次函数予以近似,而利用该二次函数或三次函数之二次系数値以评价彗形像差。36.一种光学单元之调整方法,系使用申请专利范围第1项之透镜之评价方法而调整光学单元,其特征系在具有:(a)隔离一定间隔形成有多数平行透光窗,且被横过前述光学单元射出光之光轴予以配置,而可反射所射入之前述光同时,亦可衍射穿过前述多数透光窗之光,再使次数相异两个衍射光互相干涉可得共用干涉像之反射穿透性衍射光栅之工程;(b)将前述衍射光栅移动于具与格子方向呈直交方向之方向成份的方向之工程;(c)自前述共用干涉像检出前述光学单元特性之工程;(d)依据前述检出结果以调整前述光学单元之工程;(e)促使前述反射穿透性衍射光栅移动于前述光轴方向之工程;(f)将前述衍射光栅所反射之光于受光元件予以显像之工程;及(g)依据前述受光元件受光之光强度以调整前述受光元件位置之工程。37.如申请专利范围第36项之光学单元之调整方法,其中前述反射.穿透性衍射光栅具有由反射性材料所构成之层,并间隔一定间隔而形成前述透光窗。38.如申请专利范围第36项之光学单元之调整方法,其中前述反射.穿透性衍射光栅于由透光性材料所构成之板的表面,间隔一定间隔而形成前述透光窗。39.一种光学单元之调整方法,系使用申请专利范围第1项之透镜之评价方法而调整光学单元,其特征系在于具有:(a)准备一具透明板与可衍射前述光学单元射出光并形成次数相异衍射光之共同干涉像之穿透型衍射光栅的保持件之工程;(b)将前述衍射光栅移动于横过前述透镜穿透光光轴之作动位置之工程;(c)自穿过配置于前述作动位置之衍射光栅之前述共用干涉像检出前述光学单元特性之工程;(d)依据前述检出之光学单元之特性以调整前述光学单元之工程;(e)将前述透明板移动于横过前述透镜穿透光光轴之作动位置之工程;(f)自配置于前述作动位置之透明板穿透光之像检出光强度分布中心及与前述透镜中心之位置错开之工程;及(g)依据前述检出之位置错开以调整前述透镜之工程。图式简单说明:第一图习知透镜像差检出方法(跳动法)及装置之概略构造及其原理说明图。第二图使用图所示装置以说明像素调整方法之电线图。第三图习知另外透镜像差检出方法(光强度测定法)及装置之概略构造以及其原理之说明图。第四图第三图所示透镜像差检出方法所获像之显示图,(A)为调整前,(B)为调整后之像。第五图本发明有关透镜像差评价装置之概略构成显示图。第六图自反射型衍射光栅所发生之衍射光示意图。第七图形成于撮像器件上之共用干涉像示意图。第八图共用干涉像上之测点示意图。第九图第八图所示共用干涉像上测定之光强度变化显示图。第十图是像差形状显示图,(A)为散焦量,(B)为彗形像差,(C)为像散性,(D)为球面像差之波面。第十一图出现于共用干涉像上之干涉条纹显示图,(A)为散焦量,(B)为彗形像差(彗形R成份),(C)为彗形像差(彗形T成份),(D)为像散性,(E)为球面像差之干涉条纹。第十二图散焦量评价方法之说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为将相位以测点座标之一次函数予以拟合之曲线图。第十三图彗形R成份评价方法之说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为将相位以测点座标之二次函数予以拟合之曲线图。第十四图彗形T成份评价方法之说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为相位以测点座标之二次函数予以拟合之曲线图。第十五图像散性评价方法说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为相位以测点座标之一次函数予以拟合之曲线图。第十六图球面像差评价方法说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为相位以测点座标之三次函数予以拟合之曲线图。第十七图高次像差评价方法说明图,(A)为共用干涉像上之测点,(B)为将相位以测点座标之函数予以拟合之曲线图。第十八图其他实施例有关透镜像差评价装置之概略构成显示图。第十九图其他实施例有关透镜像差评价装置之概略构成显示图。第二十图其他实施例有关透镜调整装置之概略构成显示图。第二十一图其他实施例有关透镜调整装置之概略构成显示图。第二十二图其他实施例有关透镜像差评价装置之概略构成显示图。第二十三图其他实施例有关透镜像差评价装置之概略构成显示图。第二十四图其他实施例有关透镜调整装置之概略构成显示图。第二十五图其他实施例有关透镜调整装置之概略构成显示图。第二十六图衍射光栅之部份扩大断面图。第二十七图0次衍射光与+1次及-1次衍射光之共用干涉像示意图。第二十八图+1次及-1次衍射光之共用干涉像示意图。第二十九图将格子槽沿特定方向予以形成之衍射光栅,与将格子槽沿该特定方向呈45之斜向予以形成之衍射光栅之示意图。第三十图将光学单元之透镜系统(物镜)之像差予以评价并补正之装置构造显示图。第三十一图含于光学单元之光学系统剖面图。第三十二图自显像元件所输出信号电压差随光碟之光轴方向变移而变化之模样显示图。第三十三图光学单元调整装置之构造显示图。第三十四图自穿透反射型衍射光栅所出衍射光互相干涉之模样显示图。第三十五图显示装置所显示衍射光干涉像示意图。第三十六图透镜模型制作情形示意图。第三十七图所制成模型之剖面图。第三十八图0次与1次衍射光干涉状态示意图。第三十九图干涉领域所设定测点之例示图。第四十图将光强度以一次函数予以拟合之状态显示图。第四十一图将光强度以三次函数予以拟合之状态显示图。第四十二图本发明透镜评价装置之概略构成或显示图。第四十三图为求出球面条差而设定于干涉领域之测点与在各测点所测定相位以二次函数予以拟合之状态显示图。第四十四图为求出散焦而设定于干涉领域之测点与在各测点所测定相位以一次函数予以拟合之状态显示图。第四十五图透镜评价装置之其他形态显示图。第四十六图为求出球面像差而设于干涉领域之测点与在各测点所测定相位以三次函数予以拟合之状态显示图。第四十七图习知五次,七次球面像差之测定装置概略构造图。第四十八图本发明有关七次球面像差之检出方法显示图。第四十九图本发明有关像差检出装置之实施例之概略构造图。第五十图说明波面形状所需座标系统显示图。第五十一图五次,七次球面像差所形成干涉条纹之显示图。第五十二图本发明有关五次球面像差检出方法示意图。第五十三图本发明有关五次球面像差检出方法示意图。第五十四图本发明有关五次球面像差检出方法示意图。第五十五图本发明有关像差检出装置之第二实施例之概略构造图。
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