CN100451580C - 波面测定用干涉仪装置、光束测定装置及方法 - Google Patents

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CN100451580C CNB2005100759056A CN200510075905A CN100451580C CN 100451580 C CN100451580 C CN 100451580C CN B2005100759056 A CNB2005100759056 A CN B2005100759056A CN 200510075905 A CN200510075905 A CN 200510075905A CN 100451580 C CN100451580 C CN 100451580C
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Abstract

本发明提供一种具有构成简单且小型的光学系统,并且能够容易进行光学系统调节的波面测定用干涉仪装置及能够进行光束的波面测定和光束点的特性测定的光束测定装置及方法。该光束测定装置(10A),具备将从光源部(11)射出的光束分离为2个光束的分光器(13)、将被分离的一个光束的一部分作为被检光束向与入射方向相反方向反射的半透过反射面(15a)和将透过半透过反射面(15a)的一部分光束转换成进行了波面整形的基准光束并射出的反射型基准光生成装置(23),能够进行光束的波面测定和光束点的特性测定。

Description

波面测定用干涉仪装置、光束测定装置及方法
技术领域
本发明涉及一种对作为测定对象的光束进行波面测定的波面测定用 干涉仪装置、及进行光束的波面测定和该光束的聚光点的各种测定的光束 测定装置及方法。
背景技术
现有,已知一种装置(也称作"光束轮廓测量仪"),是使作为测定对
象的光束在CCD等摄像面上点状成像且形成点像,对其点像的形状和大 小等或强度分布和重心座标等进行测定(以下,把这些总称为"光束点的 特性测定")(参照下述专利文献l)。
另一方面,作为进行光束的波面测定的装置,已知一种如图8所示的 具备马赫一策德尔干涉仪的光学系统配置的波面测定用干涉仪装置。
图8所示的波面测定用干涉仪装置中,从光源部101射出的光束,经 由分光器102而被分离为2个光束。该2个光束的之一,经由会聚透镜103 被会聚、且向配置在其会聚点的针孔104入射。该针孔104的直径比会聚 光束的衍射临界值小,从针孔104的里面侧射出进行了波面整形的理想的 球面波。该球面波向准直透镜105入射而转换成平面波,其后,经由反射 镜106呈直角反射,作为基准光向分光器107入射。
由上述分光器102分离的另一光束,经由反射镜108呈直角反射后, 经由会聚透镜109被会聚,不过在其会聚点不配置针孔。因此,没有进行 波面整形,透过会聚透镜109的光束暂时被会聚后即发散、且向准直透镜 110入射成为平行光,其后作为被检光向分光器107入射。
上述基准光和上述被检光在分光器107被合成从而得到干涉光,该干 涉光介由成像透镜111被摄入拍摄相机112内。根据由该拍摄相机112拍 摄的干涉条纹,进行上述光束的波面测定。
如上所述的针孔具备形成理想的球面波的功能,而形成的球面波向针 孔的里面侧射出。与此相对,还已知一种装置(以下,称为"反射衍射部") 具有将部分入射光束转换成理想的球面波,使之向与入射方向相反方向反 射的功能。这种反射衍射部,也称为反射型针孔等,已知在玻璃基板上形 成微小反射区域的、在针状构件的尖端形成微小反射区域的(参照下述专 利文献2)或在靠近通常的针孔的里面侧配置反射面的(参照下述专利文
献3)等等。
专利文献1:特开2004—45327号公报 专利文献2:特开2000—97612号公报 专利文献3:特开昭58 — 60950号公报
如上所述的现有的马赫一策德尔型波面测定用干涉仪装置,具有以下 特征:分光器和反光镜等光学元件的配置是对称的,受干涉的2个光束在 各自的光路上对称地逐次通过这些光学元件,因而若使对称配置的光学元 件的光学特性成对,则各自具有的色差等很难对测定结果造成不好影响。 从而,马赫一策德尔型波面测定用干涉仪装置,在光束的波面测定中作为 通用性高的测定装置而被普遍采用。
不过,马赫一策德尔型波面测定用干涉仪装置,光学部件数多且调节 部位也多,因而,存在光学系统调节非常困难的问题。另外,必须使基准 光的光路和被检光的光路在空间上分隔开配置,因而还存在装置大型化的 问题。另外,其构成是使基准光和被检光通过各自的光路,因而还存在的 问题是容易受到振动的影响和相位移动机构的设置困难等。
发明内容
本发明即是鉴于这些事情而产生的,其第l目的在于提供一种具有构 成简单且小型的光学系统且能够容易进行光学系统调节的实用性高的波 面测定用干涉仪装置。
另外,讫今为止还没有听说一种测定装置能够同时实施光束的波面测 定和光束点的特性测定。若能够采用1个测定装置同时进行2个测定,则具 有能够实时比较分析2个测定结果、或大幅地降低测定成本等很多优点。
本发明即是鉴于这些事情而产生的,其第2目的在于提供一种能够同
时进行光束的波面测定和光束点的特性测定的光束测定装置及方法。
为了实现上述第l目的,本发明的波面测定用干涉仪装置,如以下构 成。即,本发明的波面测定用干涉仪装置,其特征在于:具备使部分作为 测定对象的光束作为被检光束向与入射方向相反方向反射的半透过反射 面,具有会聚透过上述半透过反射面的透过光束的会聚透镜和配置在该会 聚透镜的会聚点的微小衍射部、使经由上述半透过反射面入射的部分上述 透过光束转换成进行了波面整形的基准光束并将该基准光束向上述半透 过反射面射出的基准光生成装置,及将上述基准光束和上述被检光束合成 形成的干涉光导出检测面并在该检测面上形成干涉条纹的成像部;根据在 上述检测面上形成的上述干涉条纹,进行上述光束的波面测定。
另外,本发明的波面测定用干涉仪装置中,或者是具备使上述半透过 反射面及上述基准光生成装置至少一个在光轴上移动从而调节它们间的 光学距离的光程调节装置,或者是使基准光生成装置保持有大小相互不同 的多个反射衍射部、能够选择它们中的一个配置在上述会聚点这样构成。
为了实现上述第2目的,本发明的波面测定用干涉仪装置,如以下构 成。即,本发明的波面测定用干涉仪装置,是一种能够对成为测定对象的 光束的波面测定和该光束点的特性测定二者进行测定的光束测定装置,其 特征在于:具备波面测定部和点特性测定部;上述波面测定部,具有将上 述光束分离成用于波面测定的被检光束和基准光束生成用光束2个光束的 被检/基准光束分离装置、对上述基准光束生成用光束进行波面整形转换成 基准光束的基准光生成装置、使上述被检光束和上述基准光束发生干涉并 成像为担载了该被检光束的波面信息的干涉条纹的干涉条纹生成装置和 设置在上述干涉条纹的成像面的第l光检测器;上述点特性测定部,具有 将向上述被检/基准光束分离装置入射前的上述光束、经上述被检/基准光 束分离装置分离后的上述被检光束、或进行波面整形前的部分上述基准光 束生成用光束分离为点生成用光束的点生成用光束分离装置和将经该点 生成用光束分离装置分离的上述点生成用光束成像为点像的点像生成装 置、设置在上述点像的成像面的第2光检测器。
上述被检/基准光束分离装置,能够形成将入射的部分上述光束作为 上述被检光束向与入射方向相反方向反射、将该光束的其余部分作为上述
基准光束生成用光束透过的半透过反射面。
另外,上述基准光束生成装置,具有会聚上述基准光束生成用光束的 会聚透镜和配置在该会聚透镜的会聚点的微小反射衍射部,能够将经由上 述被检/基准光束分离装置入射的部分上述基准光束生成用光束进行波面 整形而转换成上述基准光束,并将该基准光束向上述被检/基准光束分离装 置射出。
另外,本发明的光束测定装置,其特征在于:具备将作为测定对象的 光束分离为2个光束的分光器,将经上述分光器分离的上述2个光束中的部 分一个光束作为被检光束向与入射方向相反方向反射的半透过反射面,具 有会聚透过上述半透过反射面的透过光束的会聚透镜和配置在该会聚透 镜的会聚点的微小反射衍射部、使经由上述半透过反射面入射的部分上述 透过光束转换成进行了波面整形的基准光束并将该基准光束向上述半透 过反射面射出的基准光生成装置,将上述基准光束和上述被检光束合成形 成的干涉光经由上述分光器导出第l检测面并在该第l检测面上形成干涉 条纹的第l成像部,及将经上述光分光器分离的上述2个光束中的另一个光
束的点像形成在经2检测面上的第2成像部;根据在上述第l检测面上形成
的上述干涉条纹,进行上述光束的波面测定,同时根据在上述第2检测面
上形成的上述点像,进行光束点的特性测定。
上述所谓的"微小的反射衍射部",是一种由聚光(会聚)在该反射 衍射部的会聚光束的衍射临界值决定其大小(期望是小于衍射临界值而构 成)、具有使该会聚光束至少部分作为进行了波面整形的球面波反射的功 能的装置。作为这种反射衍射部,可以采用各种构成,而作为具体状态, 可以列举出例如在基板上形成微小反射区域的、在针状构件的尖端形成微 小反射区域的或在靠近针孔的里面侧配置反射面的等等。
还有,优选是这种反射衍射部的周边区域,形成能够抑制介由上述会 聚透镜入射到该周边区域的上述透过光束向上述会聚透镜反射的形状。
另外,本发明的光束测定装置中,可以是具备使上述半透过反射面及 上述基准光生成装置中至少一个在光轴上移动、从而调节它们之间的光学 距离的光程调节装置。
另外,也可以是具备隔断半透过反射面和基准光生成装置之间光路的遮光装置,或者其构成是使上述反射衍射部能够移动到脱离光路的位置, 或者其构成是基准光生成装置保持有大小相互不同的多个反射衍射部、能 够选择它们中的一个配置在上述会聚点,或者是具备测定从上述光源部射 出的光束的光强度的瓦特表。
另外,也可以具备解析上述干涉条纹获得上述光束的波面测定结果的 第l解析装置和解析上述点像获得上述光束的光束点的特性测定结果的第 2解析装置。
另外,本发明的光束测定方法,是一种通过上述的光束测定装置对作 为测定对象的光束的波面测定和该光束点的特性测定双方进行测定的光 束测定方法,其特征在于:包括分离程序、干涉条纹生成程序、点像生成 程序和第1解析程序和第2解析程序;分离程序,由上述分光器将成为测 定对象的光束分离成2个光束;干涉条纹生成程序,是将经上述分光器分 离的上述2个光束之一光束通过上述半透过反射面分离成用于波面测定的 被检光束和基准光束生成用光束2个光束,通过上述基准光生成部对上述 基准光束生成用光束进行波面整形转换成基准光束后,使上述被检光束和 上述基准光束发生干涉并在上述第1成像部成像为担载了该被检光束的波
面信息的干涉条纹;点像生成程序,是将经上述分光器分离的上述2个光 束中的另一个光束在上述第2成像部成像为点像;第1解析程序,解析上 述干涉条纹获得上述光束的波面测定结果;第2解析程序,解析上述点像 获得上述光束的光束点的特性测定结果。
根据本发明的波面测定干涉仪装置,由l个半透过反射面来承担在现 有的马赫一策德尔型装置中2个分光器各自承担的单独功能、即将来自光 源部的光束分离成基准光和被检光的功能和把它们合成的功能,因此,能 够使光学系统构成简单且配置小型化,另外,也能够容易进行光学系统的 调节。因此,相对于激光等相干光能够容易实施其波面测定,同时容易确 保装置的设置空间等实用性极高。
另外,根据本发明的光束测定装置及方法,由于具备上述构成从而能 够同时进行光束的波面测定和光束点的特性测定。
另外,由半透过反射面构成被检/基准光束装置,能够简单地构成光 学系统且配置小型化,光学系统的调节也能够容易地进行。 附图说明
图1是表示本发明的波面测定干涉仪装置的一实施方式的图。
图2是表示本发明的光束测定装置的第1实施方式的图。
图3是表示本发明的光束测定装置的第2实施方式的图。
图4是表示用于光透过率测定的测定组件的图。
图5是表示反射衍射部的变形例的图。
图6是表示反射衍射部的其他变形例的图。
图7是表示反射衍射部的再一变形例的图。
图8是现有的波面测定用干涉仪装置的概略构成图。
图中,IO—波面测定用干涉仪装置;IOA、 10B—光束测定装置;11、
101—光源部;lla—光源主体;lib —光束光学系统;13 —分光器(光束
分离装置、点生成用光束分离装置);53、 56、 102、 107—分光器;13a— 分离面;15 —半透过反射板(被检/基准光束分离装置);15a—半透过反身t
面;17、 103、 109 —会聚透镜;16 —遮光板;19、 19A〜19F —反射衍射部;
21、 21A、 21B—基板;23—基准光生成装置;25—成像透镜(第1成像 透镜、干涉条纹生成装置);27—拍摄相机(第1拍摄相机);27a—检测 面(第1检测面、第l光检测器);29—第2成像透镜;31—第2拍摄相 机;31a—第2检测面(第2光检测器);33—计算机;34—显示装置;35 一输入装置;36—干涉条纹扫描拾波.器;37—托架;38 —压电元件;39、 43—驱动器;41 —电动马达;44—旋转轴;45、 104—针孔;47—反射面; 51、 63 —反射镜;52—瓦特表;52a—光检测面;54、 57—校准用成像透 镜;55、 58—校准用拍摄相机;55a、 58a—检测面;61—校准用光源;62、
105、 110 —准直透镜;71 —第1透镜;72 —第2透镜;106—107 —反射镜;
lll一成像透镜;112 —拍摄相机。 具体实施方式
下面,关于本发明的波面测定用干涉仪装置的实施方式,参照附图进 行详细说明。图1是本发明的一实施方式的波面测定用干涉仪装置的概略 构成图。
图1所示的波面测定用千涉仪装置10是对从光源部11射出的光束进行 波面测定的装置,其具备配置在从光源部ll向图中右方延伸的光路上的分
光器13、半透过反射板15、基准光生成装置23和配置在分光器13的图中下 方的成像透镜25、拍摄相机27。另外,波面测定用干涉仪装置IO,具备根 据从拍摄相机27输出的图像信号进行各种解析的计算机33、显示由该计算 机33产生的解析结果和图像等的显示装置34及由键盘和鼠标等构成的输 入装置35。还有,本实施方式中,由分光器13、成像透镜25、拍摄相机27 构成的本发明的成像部。
另外,本实施方式中,上述光源部ll,其构成是具备由固体激光和半 导体激光或气体激光等构成的光源主体lla、将光束扩展器、准直透镜、 圆柱形透镜等这几个适当组合而成的(能够单独使用的,也包换单独使用 的情形)光束光学系统llb,使单一纵向模式和多纵向模式的光束成为平 行光向图中右方射出。还有,作为光源主体lla,例如可以采用将由固体 激光器等构成的激光介由光纤输出的构成。另外,该光源部ll,是作为激 光输出装置而被装入各种装置中使用的,不是光束测定装置iO的构成要 素。
以下,关于上述波面测定用干涉仪装置10的构成要素详细说明。上述 半透过反射板15被保持在作为光程调节装置的干涉条纹扫描拾波器36。该 干涉条纹扫描拾波器36,由托架37及压电元件38构成,利用该压电元件38 的驱动而使上述半透过反射板15沿光轴方向移动,调节该半透过反射板15 和上述基准生成装置23之间的光学距离。还有,上述压电元件38的驱动介 由驱动器39由计算机33控制。
另外,上述基准光生成装置23,具备将从图中左方入射的平行光束会 聚成1点的会聚透镜17和配置在该会聚透镜17的会聚点的反射衍射部19。 该反射衍射部19,其构成是例如由利用蒸镀形成在基板21上的金、铝、铬 等金属膜形成,反射衍射部19的大小小于入射的会聚光束的衍射临界值。
下面,说明波面测定用干涉仪装置10在测定时的作用。从上述光源部 ll向图中右方射出的部分光束,介由上述分光器13朝向半透过反射板15, 在该半透过反射板15的半透过反射面15a上,被分离为向与入射方向相反 方向反射的被检光束和透过该半透过反射板15朝向上述基准光生成装置
23的透过光束,该透过光束向上述基准光生成装置23的上述会聚透镜l7入 射。
入射到该会聚透镜17的上述透过光束,由该会聚透镜17会聚,向配置 在其会聚点的上述反射衍射部19入射。入射到上述反射衍射部19的部分上 述透过光束,在该反射衍射部19被转换成进行了波面整形的球面波,向上 述会聚透镜17反射。该球面波,在会聚透镜17被转换成平面波,作为基7隹 光束向上述半透过反射板15射出。
该基准光束透过半透过反射板15,在上述半透过反射面15a与被反身才 的上述被检测光束合成从而得到千涉光。该干涉光,介由上述分光器13向 上述成像透镜25入射,介由该成像透镜25摄入上述拍摄相机27。该拍摄相 机27,具备由例如CCD或CMOS等固体摄像元件构成的检测面27a,拍摄 介由上述成像透镜25在该检测面27a上形成的干涉条纹,拍摄的干涉条纹 的图像信息被输入到上述计算机33,根据该图像信息进行上述光束的波面 测定。还有,利用上述干涉条纹扫描拾波器36使上述半透过反射面15a在 光轴方向微动,使上述基准光束与上述被检光束的光程差一点一点地变 动,并对干涉条纹拍摄、实施所谓的条纹扫描测定,从而能够获得更详细 的波面测定结果。
如上所述,根据本实施方式的波面测定用干涉仪装置IO,由l个半透 过反射面来承担在现有的马赫一策德尔型装置中2个分光器各自承担的单 独功能,即将来自光源部的光束分成基准光与被检光的功能、和把它们合 成的功能,因此,能够使光学系统构成简单且配置小型化,另夕卜,也能够 容易进行光学系统的调节。因此,相对于从上述光源部ll射出的激光等相 干光能够容易实施其波面测定,同时容易确保装置的设置空间等。
另外,讫今为止,在可干涉距离极短的多纵向模式激光的波面测定中, 若不能高精度地调节基准光束及被检光束2个光束的光程差,则不能获得 对比度良好的干涉条纹,因此,由光学系统调节困难的现有的波面测定用 干涉仪装置进行的实施是很困难的。与之相对,上述波面测定用干涉仪装 置10中,通过采用干涉条纹扫描拾波器36变化半透过反射面15a的位置, 从而,能够容易进行2个光束的光程差的调节。从而,多纵向模式激光的 波面测定也能够高精度地实施。
还有,图l所示的形态中,其构成是在分光器13的纸面内右侧配置半 透过反射板15及基准光生成装置23 ,使从光源部11向分光器13入射的光束 中透过分离面13a的光束朝向半透过反射面15a,不过也可以采用以下构 成,在分光器13的纸面内上侧配置半透过反射板15及基准光生成装置23, 使从光源部ll向分光器13入射的光束中在分离面13a呈直角被反射的光束 朝向半透过反射面15a。
〈光束测定装置〈第1实施方式〉〉
下面,关于本发明的光束测定装置的实施方式,参照附图进行详细说 明。图2是本发明的第1实施方式的光束测定装置的概略构成图。
图2所示的光束测定装置10A,是一种能够对作为测定对象的光束的波 面测定和该光束点的特性测定双方进行测定的光束测定装置,具备波面测 定部和点特性测定部。
波面测定部,具有将从光源部ll射出的光束分离成用于波面测定的被 检光束和基准光束生成用光束2个光束的被检/基准光束分离装置15、对基 准光束生成用光束进行波面整形转换成基准光束的基准光生成装置23、使 被检光束和基准光束发生干涉并成像为担载了该被检光束的波面信息的 干涉条纹的干涉条纹生成装置25和设置在干涉条纹的成像面的第1光检测 器27a。
另一方面,点特性测定部,具有将向被检/基准光束分离装置15入射前 的部分光束分离为点生成用光束的点生成用光束分离装置13和将经该点 生成用光束分离装置13分离的点生成用光束成像为点像的点像生成装置 29和设置在点像的成像面的第2光检测器31a。
更具体地说,光束测定装置10A,具有配置在从光源部ll向图中右方 延伸的光路上的作为光束分离装置的分光器13、作为被检/基准光束分离装 置的半透过反射板15、遮光板16、基准光生成装置23和配置在分光器13的 图中下方的第1成像透镜25、第1拍摄相机27及配置在分光器13的图中上方 的第2成像透镜29、第2拍摄相机31。另外,光束测定装置10A,具备根据 来自第1及第2拍摄相机27、 31的图像信号进行各种解析的计算机33、显示 由该计算机33产生的解析结果和图像等的显示装置34及由键盘和鼠标等 构成的输入装置35。计算机33,具备解析干涉条纹获得上述光束的波面测
定结果的第l解析装置和解析点像获得上述光束的光束点的特性测定结果 的第2解析装置,来作为存储在存储器等中的程序和执行该程序的运算回 路等。
还有,本实施方式中,由分光器13、第1成像透镜25、第1拍摄相机27 构成第l成像部,由分光器13、第2成像透镜29、第2拍摄相机31构成第2成 像部。
另外,在图2所示的光束测定装置10A中,关于与图l所示的波面测定 用干涉仪装置10共通的构成要素采用共通的号码,为了避免重复对它们省 略详细的说明,以下只对不同点进行详细说明。
本实施方式中上述光源ll,与图l所示的具有同样构成,另外,也与 上述波面测定用干涉仪装置10同样是作为激光输出装置而被装入各种装 置中使用的,不是光束测定装置10A的构成要素。
上述遮光板16由可以开闭的快门等形成,其构成是在进行光学系统的 调节时,隔断上述半透过反射板15与上述基准光生成装置23之间的光路, 而在测定时开放该光路。还有,该遮光板16的开闭由电动马达41进行,该 电动马达41的驱动介由驱动器43由计算机33控制。
以下,说明光束测定装置10A在测定时的作用。从上述光源部ll向图 中右方射出的部分光束,在上述分光器13的分离面13a,被分离为朝向上 述半透过反射板15的光束和朝向上述第2成像透镜29的光束(点像生成用 光束)2个光束。2个光束中朝向上述半透过反射板15的一光束,在该半透 过反射板15的半透过反射面15a,被分离为向与入射方向相反方向反射的 被检光束和透过该半透过反射板15朝向上述基准光生成装置23的透过光 束(基准光束生成用光束)。还有,测定时上述遮光板16被开放,上述透 过光束不会被该遮光板16隔断而向上述基准光生成装置23的上述会聚透 镜17入射。
入射到该会聚透镜17的上述透过光束,由该会聚透镜17会聚,向配置 在其会聚点的上述反射衍射部19入射。入射到该反射衍射部19的部分上述 透过光束,在该反射衍射部19被转换成进行了波面整形的球面波,向上述 会聚透镜17反射。该球面波,在会聚透镜17被转换成平面波,作为基准光 束向上述半透过反射板15射出。
该基准光束透过半透过反射板15,在上述半透过反射面15a与被反射 的上述被检测光束合成从而得到干涉光。该千涉光,介由上述分光器13向 上述第1成像透镜25入射,介由该第1成像透镜25在上述第l拍摄相机27内 的第l检测面27a成像并拍摄干涉条纹。拍摄的干涉条纹的图像信息被输入 到上述计算机33,根据该图像信息进行上述光束的波面测定。
另一方面,在上述分光器13被分离的2个光束中向上述第2成像透镜29 射出的光束,介由该第2成像透镜29聚光在上述第2拍摄相机31内的第2检 测面31a (例如,由CCD或CMOS等固体摄像元件构成),在该第2检测面 31a上形成上述光束的点像。第2拍摄相机31,其构成是拍摄形成的点像, 将其图像信息输入到上述计算机33。并且,根据输入到计算机33中的点《象 的图像信息,进行光束点的强度分布和半幅值、截面形状和亮度分散等各 种特性测定。
还有,上述光束测定装置10A的光学系统的调节,首先,是在由上述 遮光板16隔断上述半透过反射板15与上述基准光生成装置23之间光路的 状态下进行。在该状态,进行配置在从上述光源部ll射出光束、经由上述 分光器13、至上述第2拍摄相机31的光路上的各光学部件的调节和配置在 从上述光源部11经由上述分光器13至上述半透过反射板15、在该半透过反 射面15a被反射再经由分光器13至上述第l拍摄相机27的光路上的各光学 部件的调节。在这些调节后,上述遮光板16被开放,进行上述基准光生成 装置23的调节。
如上所述,根据第1实施方式的光束测定装置10A,能够同时进行从上 述光源部ll射出的光束的波面测定和光束点的特性测定。另外,由于采用 斐索型光学系统配置,因而构成简单且小型,还能够容易进行光学系统的 调节。
还有,图2所示的形态中,在分光器13的图中右侧配置半透过反射板 15、遮光板16及基准光生成装置23,在分光器13的图中上侧配置第2成像 透镜29及第2拍摄相机31,不过也可以交换它们的配置位置,即在分光器 13的右侧配置第2成像透镜29及第2拍摄相机31,在分光器13的上侧半透过 反射板15、遮光板16及基准光生成装置23。
另外,图2所示的形态中,其构成是从半透过反射板15侧返回的干涉光介由分光器13被导向第1成像透镜25,不过也可以采用以下构成,在分 光器13与半透过反射板15之间配置其他分光器,从半透过反射板15侧返回 的干涉光介由该其他分光器被导向第1成像透镜25 。
另外,图2所示的形态中,具备隔断半透过反射板15与基准光生成装 置23间光路的遮光板16,以使进行光学系统调节时,不会从基准光生成装 置23向半透过反射板15返回光束,不过,取代具备这种遮光板,可以采用 使反射衍射部移动(包括倾动)到脱离光路的位置的构成,通过使反射存f 射部19移动到脱离光路的位置,从而,不会从基准光生成装置23向半透过 反射板15返回光束。作为使反射衍射部19移动到脱离光路的位置的形态, 有使基准光生成装置23全体移动光路外的形态和只使反射衍射部19移动 到光路外的形态等,而在将反射衍射部19替换为图6所示的形态(详细情 形后述)时,通过使其基板21A旋转,从而能够容易地将反射衍射部 19A〜19D移动到光路外。
〈光束测定装置〈第2实施方式〉〉
下面,关于本发明的光束测定装置的第2实施方式进行说明。图3是本 发明的第2实施方式的光束测定装置10B的概略构成图。还有,在图3所示 的光束测定装置10B中,关于与图2所示的光束测定装置10A共通的构成要 素采用共通的号码,为了避免重复对它们省略详细的说明,以下只对不同 点进行详细说明。
图3所示的光束测定装置10B,除了图2所示的光束测定装置10A的构 成要素之外,还具备以下构成要素。即,如图3所示,光束测定装置10B, 用于测定从光源部11射出的光束的光强度时配置在光源部11与分光器13
之间的光路上,其具备使该光束以平行光束状态向图中下方呈直角反射并 导出的反射镜51和测定从该反射镜51出来的光束的光强度的瓦特表52。该
瓦特表52,其构成是具备光检测面52a,测定以大致平行光束状态入射到 该光检测面52a的光束的强度,将其测定信息向上述计算机33输出。还有, 还可以在反射镜51和瓦特表52之间的光路上配置光束扩展器,根据需要变 化向瓦特表52入射的平行光束直径的大小。另外,上述反射镜51只是在测 定光束的光强度时配置在光路上,通常时即进行光束的波面测定和光束点 的特性测定时从光路上避开。另外,光束测定装置10B,在光源部11与分光器13之间,具备将从光 源部11射出的部分光束向图中下方呈直角反射并导出的分光器53、配置在 经由该分光器53导出的光束的光路上的用于校准的成像透镜54和同样用 于校准的拍摄相机55。成像透镜54,将入射的上述光束聚光在上述拍摄相 机55内的检测面55a (例如,由CCD或CMOS等固体摄像元件构成),在该 检测面55a上形成光束的点像。拍摄相机55其构成是拍摄形成的点像,将 其图像信息向上述计算机33输出。
经由上述拍摄相机55拍摄的上述点像,被利用于校准上述光源部ll的 倾斜等。S卩,根据输入到计算机33中的点像在上述检测面55a上的位置信 息,进行上述光源部ll的校准调节。
另外,光束测定装置10B,在上述分光器13和上述半透过反射板15之 间,具备将从上述半透过反射面15a反射的部分光束向图中下方呈直角反 射并导出的分光器56、配置在经由该分光器56导出的光束的光路上的用于 校准的成像透镜57和同样用于校准的拍摄相机58。成像透镜57,将入射的 上述光束聚光在上述拍摄相机58内的检测面58a (例如,由CCD或CMOS 等固体摄像元件构成),在该检测面58a上形成光束的点像。拍摄相机58其 构成是拍摄形成的点像,将其图像信息向上述计算机33输出。
经由上述拍摄相机58拍摄的上述点像,被利用于校准上述半透过反射 板15及上述基准光生成装置23的倾斜等。即,根据输入到计算机33中的点 像在上述检测面58a上的位置信息,进行上述半透过反射板15及上述基准 光生成装置23的校准调节。
还有,该校准调节,首先,是在由上述遮光板16隔断上述半透过反射 板15与上述基准光生成装置23之间光路的状态下进行。在该状态,进行上 述半透过反射板15的校准调节,在该调节后,上述遮光板16被开放,进行 上述基准光生成装置23的校准调节。
另外,光束测定装置10B,在上述分光器13的图中上方位置,具备校 准用光源61、准直透镜62和反射镜63;校准用光源61发出校准用光束;准 直透镜62使从该校准用光源61向图中右方输出的发散光束平行;反射镜63 在校准后述平行平板状光学元件时配置在上述分光器13和上述第2成像透 镜29之间的光路上,将从上述准直透镜62发出的平行光束向图中下方呈直角反射、再向上述分光器13导出。
上述校准用光源61,在上述光源部11和上述分光器53之间配置上述平 行平板状光学元件(例如,玻璃盖和各种滤光片等。图示略)时,被利用 于调节该光学元件的倾斜等。即,校准调节上述光学元件等时,在上述分 光器13和上述第2成像透镜29之间的光路上配置上述反射镜63,从校准用 光源61发出的校准用光束介由上述准直透镜62及上述反射镜63而被导向 上述分光器13。导到上述分光器13的校准用平行光束,在该分光器13的分 离面13a,其一部分向图中左方呈直角被导向上述光学元件。
这些被导到光学元件的校准用平行光束在该光学元件其部分被反射, 其部分反射光束经由上述分光器53向图中下方呈直角反射,再经由上述成 像透镜54聚光在上述拍摄相机55内的检测面55a,并在该检测面55a形成它 的点像。该点像由拍摄相机55拍摄,其图像信息被输出到上述计算机33。 并且,根据输入到计算机33中的点像在上述检测面55a上的位置信息,进 行上述光学元件的校准调节。
还有,上述反射镜51及瓦特表52,也可以利用于测定规定的聚光透镜 (例如,光拾波透镜)的光透过率和介由该聚光透镜输出的光束的光强度。 图4表示用于测定这种光拾波透镜的透过率的测定组件70。
图4所示的测定组件70,其构成是将作为测定对象的用于光拾波的第l 透镜71和使从图中左方入射到该第1透镜71并经由该第1透镜71会聚、发散 的光束平行的第2透镜(光透过率为已知)保持着相互隔开规定距离。该 测定组件70,在采用由本案申请人提出的光透过率测定方法(参照特愿 2004—379449号说明书、特愿2004—379450号说明书)、测定第1透镜71的 光透过率和介由该第1透镜71输出的上述光束的光强度等时,配置在图3所 示的光源部11和反射镜51之间的光路上。
艮P,在图3所示的光源部11与反射镜51之间的光路上配置上述测定组 件70的状态下,利用瓦特表52求得从光源部11介由测定组件70输出的光束 的最大光量数据,把它与在不配置测定组件70的状态下测定的从光源部11 发出的光束的光量数据相比较、运算,从而,能够求得上述第1透镜71的 光透过率和只介由该第1透镜71输出的上述光束的光强度(详细情况参照 上述各说明书)。
另外,在第2透镜的光透过率不为已知的情况下,除了上述第1及第2
透镜71、 72外还在被测定透镜中加上第3透镜,由它们3个透镜构成3个不 同的透镜对,对这些透镜对,顺次求得最大光量数据,对以各透镜的光透 过率作为未知数的三元联立方程式进行运算,从而求得各被测定透镜的光 透过率即可。
还有,测定第1透镜71的光透过率等时,优选是取代图3所示的被检用 光源部ll,采用能够输出具有更高波面精度的光束的测定用基准光源(图 示略)。
如上所述,根据第2实施方式的光束测定装置10B,能够同时进行从上 述光源部ll射出的光束的波面测定和光束点的特性测定,同时还能够进行 从光源部ll射出的光束的光强度测定和光拾波透镜的光透过率等测定等。 另外,由于具备校准用光学系统,因此,还能够更容易进行光学系统全体 的调节。
还有,图3所示的形态中,将向半透过反射板15 (被检/基准光束分离 装置)入射前的部分光束,经由分光器13 (光束分离装置)分离为点生成 用光束,而将经由半透过反射板15 (被检/基准光束分离装置)分离后的部 分被检光束,经由分光器56分离为点生成用光束,或者也可以在半透过反 射板15和基准光生成装置23之间设置其他分光器,将进行波面整形前的部 分基准光束生成用光束分离为点生成用光束。 〈光束测定方法〉
下面,关于本发明的一实施方式的光束测定方法进行说明。该光束测 定方法,采用上述光束测定装置10A或10B进行。
艮P,首先,将作为测定对象的光束(从光源部ll射出的光束),在半 透过反射面15a分离成用于波面测定的被检光束和基准光束生成用光束2 个光束,经由基准光生成装置23对被分离的基准光束生成用光束进行波面 整形并转换成基准光束后,使被检光束和基准光束发生干涉并在第l拍摄 相机27内的第l检测面27a成像为担载了该被检光束的波面信息的干涉条 纹(干涉条纹生成程序)
另一方面,经由分光器13将分离成被检光束和基准光束生成用光束2 个光束前的部分光束分离为点生成用光束,使分离的点生成用光束在第2 拍摄相机31内的第2检测面3la成像为点像(点像生成程序)。
并且,在计算机33中,解析干涉条纹获得光束的波面测定结果(第l 解析程序),同时解析点像获得光束的光束点的特性测定结果(第2解析禾呈 序)。
〈形态的变更〉
图2所示的光束测定装置10A及图3所示的光束测定装置10B,其用于 获得干涉条纹的光学系统的配置是斐索型的,而也可以取代斐索型采用迈 克尔逊型的光学系统配置。那时,如上所述采用斐索型光学系统配置时的 特征、即光学系统的构成简单且小型、容易调节光学系统这些特征降低, 不过能够将用于获得干涉条纹的被检光束和基准光束的光程设定为相互 大致相等,因此,具有的优点是即使作为波面测定对象的光束为低可干涉 性的光束时也能够进行测定。
另外,将图3所示的光束测定装置10B的反射镜51及瓦特表52设在图1 所示的波面测定用干涉仪装置10上,从而,该波面测定用干涉仪装置IO, 也能够进行光束的光强度测定等这样构成。那时,也可以在光源部ll与分 光器13之间的光路上可以取出放入地配置反射镜51。再有,通过采用图4 所示的测定组件70,从而,图1所示的波面测定用干涉仪装置10也能够进 行光拾波透镜的光透过率等测定这样构成。
另外,也可以对图I所示的波面测定用干涉仪装置IO、图2及图3所示 的光束测定装置10A、 10B中通用的反射衍射部19的形态作各种变更。
以下,关于反射衍射部19的形态的变形例,参照图5〜图7进行说明。 图5所示的反射衍射部19E,例如由利用蒸镀等在形成球面等曲面状的基板 21B上形成的金属膜构成。这种形态的装置中,由于基板21B形成曲面状, 从而,能够抑制从配置在图中左方的会聚透镜(图示略)入射到该基板21B 上的会聚光束向上述会聚透镜反射,从而谋求抑制噪声光的发生。
图6所示的反射衍射部19A〜19D,例如由利用蒸镀等在形成圆板状的 基板21A上形成的金属膜构成,各反射衍射部19A〜19D的大小相互不同而 构成。另夕卜,基板21A以旋转轴44为中心沿纸面可以旋转地构成。这种形 态的装置中,与配置在纸面面前侧的会聚透镜的NA等对应,可以选择反 射衍射部19A〜19D中的一个配置在该会聚透镜的会聚点。
图7所示的反射衍射部19F,由小于入射的会聚光束的衍射临界值而形 成的针孔45和配置在靠近该针孔45的里面侧的反射面47构成。这种形态的 装置中,即使针孔45和反射面47的相对位置沿该反射面47偏移,波面整形 的功能也不变化。从而,具有的优点是:在反射面47的面向针孔45部分发 生破损而有损其功能时,由针孔45与反射面47不会相对偏移,从而谋求容 易修复功能。

Claims (9)

1. 一种光束测定装置,其特征在于,具备:分光器(13),其将成为测定对象的光束分离成2个光束,半透过反射面,其将经上述分光器分离的上述2个光束中之一光束的一部分作为被检光束向与入射方向相反方向反射,基准光生成部,其具有会聚透过了上述半透过反射面的透过光束的 会聚透镜和配置在该会聚透镜的会聚点的微小反射衍射部,使由上述半透 过反射面入射的部分上述透过光束转换成进行了波面整形的基准光束、并 将该基准光束向上述半透过反射面射出,第1成像部,其将上述基准光束和上述被检光束合成得到的干涉光 经由上述分光器导至第1检测面并在该第1检测面上形成干涉条纹,以及第2成像部,其将经上述分光器分离的上述2个光束中的另一个光束的点像形成在第2检测面上;根据在上述第1检测面上形成的上述干涉条纹,进行上述光束的波面测定,同时根据在上述第2检测面上形成的上述点像,进行光束点的特性
2. 根据权利要求l所述的光束测定装置,其特征在于:具备光程调节部,该光程调节部通过使上述半透过反射面及上述基准光生成部中的至少 一个在光轴上移动,从而调节这些半透过反射面及基准光生成部之间的光学距离。
3. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:上述基准光 生成部保持大小相互不同的多个反射衍射部,能够选择这些多个反射衍射 部中的一个配置在上述会聚点。
4. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:具备隔断上 述半透过反射面和上述基准光生成部之间光路的遮光部。
5. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:构成上能够 使上述反射衍射部移动到脱离光路的位置。
6. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:上述反射衍 射部的周边区域被构成为:能够抑制经由上述会聚透镜入射到该周边区域 的上述透过光束向上述会聚透镜反射的形状。
7. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:还具备测定 上述光束的光强度的瓦特表。
8. 根据权利要求1所述的光束测定装置,其特征在于:还具备解析 上述干涉条纹获得上述光束的波面测定结果的第1解析部和解析上述点像 获得上述光束的光束点的特性测定结果的第2解析部。
9. 一种光束测定方法,其通过权利要求1所述的光束测定装置对作 为测定对象的光束的波面测定和该光束点的特性测定二者进行测定,其特 征在于:进行以下程序:分离程序,由上述分光器将成为测定对象的光束分离成2个光束, 干涉条纹生成程序,将经上述分光器分离的上述2个光束之一光束通 过上述半透过反射面分离成用于波面测定的被检光束和基准光束生成用 光束2个光束,通过上述基准光生成部对上述基准光束生成用光束进行波 面整形转换成基准光束后,使上述被检光束和上述基准光束发生干涉并在 上述第1成像部成像担载了该被检光束的波面信息的干涉条纹;点像生成程序,将经上述分光器分离的上述2个光束中的另一个光束 在上述第2成像部成像为点像;第1解析程序,解析上述干涉条纹获得上述光束的波面测定结果; 第2解析程序,解析上述点像获得上述光束的光束点的特性测定结果。
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