JP2006023279A - Wave front measuring interferometer unit, and light beam measuring instrument and method - Google Patents

Wave front measuring interferometer unit, and light beam measuring instrument and method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wave front measuring interferometer unit provided with a compact optical system of simple constitution, and capable of regulating easily the optical system, and a light beam measuring instrument and method capable of measuring a wave front of a light beam and measuring a characteristic of a light beam spot. <P>SOLUTION: This light beam measuring instrument 10A is provided with a beam splitter 13 for splitting the light beam emitted from a light source part 11 into two beams, a semi-transparent reflection face 15a for reflecting one portion of the separated one light beam as a inspected light beam to a direction reverse to an incident direction, and a reflection type reference light generating means 23 for converting one portion of the transmitted light beam transmitted through the semi-transparent reflection face 15a into a wave front-faired reference light beam to be output. The wave front of the light beam, and the characteristic of the light beam spot are measured by such a manner. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、測定対象とされる光ビームの波面測定を行なう波面測定用干渉計装置、および光ビームの波面測定と該光ビームの集光スポットにおける各種の測定とを行なう光ビーム測定装置および方法に関するものである。   The present invention relates to a wavefront measuring interferometer apparatus that performs wavefront measurement of a light beam to be measured, and a light beam measuring apparatus and method that perform wavefront measurement of the light beam and various measurements at a focused spot of the light beam. It is about.

従来、測定対象とされる光ビームをCCD等の撮像面上に点状に結像させてスポット像を形成し、そのスポット像の形状や大きさ、あるいは強度分布や重心座標等の測定(以下、これらを総称して「光ビームスポットの特性測定」という)を行なう装置(ビームプロファイラとも称される)が知られている(下記特許文献1参照)。   Conventionally, a spot image is formed by forming a light beam to be measured in a dot shape on an imaging surface such as a CCD, and measuring the shape and size of the spot image, intensity distribution, barycentric coordinates, etc. An apparatus (also referred to as a beam profiler) that collectively refers to these as “light beam spot characteristic measurement” is known (see Patent Document 1 below).

一方、光ビームの波面測定を行なう装置としては、図8に示すようなマッハツェンダ型干渉計の光学系配置を備えた波面測定用干渉計装置が知られている。   On the other hand, as an apparatus for measuring the wavefront of a light beam, a wavefront measuring interferometer apparatus having an optical system arrangement of a Mach-Zehnder interferometer as shown in FIG. 8 is known.

図8に示された波面測定用干渉計装置では、光源部101から出射された光ビームが、ビームスプリッタ102により2つの光束に分離される。この2つの光束の一方は、収束レンズ103により収束せしめられ、その収束点に配置されたピンホール104に入射する。このピンホール104は収束した光束の回折限界よりも小径に構成されており、ピンホール104の裏面側からは波面整形された理想的な球面波が射出されるようになっている。この球面波はコリメータレンズ105に入射して平面波に変換され、その後ミラー106により直角に反射されて、基準光としてビームスプリッタ107に入射する。   In the wavefront measurement interferometer device shown in FIG. 8, the light beam emitted from the light source unit 101 is separated into two light beams by the beam splitter 102. One of the two light beams is converged by the converging lens 103 and enters the pinhole 104 disposed at the convergence point. The pinhole 104 is configured to have a smaller diameter than the diffraction limit of the converged light beam, and an ideal spherical wave whose wavefront is shaped is emitted from the back surface side of the pinhole 104. The spherical wave enters the collimator lens 105 and is converted into a plane wave, and then is reflected at a right angle by the mirror 106 and enters the beam splitter 107 as reference light.

上記ビームスプリッタ102で分離された他方の光束は、ミラー108により直角に反射された後、収束レンズ109により収束されるが、その収束点にピンホールは配置されていない。このため波面整形は行なわれず、収束レンズ109を透過した光束は一旦収束した後に発散しながらコリメータレンズ110に入射して平行光とされ、その後ビームスプリッタ107に被検光として入射する。   The other light beam separated by the beam splitter 102 is reflected by the mirror 108 at a right angle and then converged by the converging lens 109, but no pinhole is disposed at the convergence point. For this reason, wavefront shaping is not performed, and the light beam that has passed through the converging lens 109 is once converged and then diverges to enter the collimator lens 110 to be parallel light, and then enters the beam splitter 107 as test light.

上記基準光と上記被検光とがビームスプリッタ107において合波されることにより干渉光が得られ、この干渉光が結像レンズ111を介して撮像カメラ112内に取り込まれる。この撮像カメラ112により撮像された干渉縞に基づき、上記光ビームの波面測定が行なわれるようになっている。   Interference light is obtained by combining the reference light and the test light in the beam splitter 107, and the interference light is taken into the imaging camera 112 through the imaging lens 111. Based on the interference fringes picked up by the image pickup camera 112, the wavefront of the light beam is measured.

上述したようなピンホールは理想的な球面波を形成する機能を備えているが、形成された球面波はピンホールの裏面側に射出されるようになっている。これに対し、入射光束の一部を理想的な球面波に変換して、これを入射方向と逆向きに反射させる機能を備えたもの(以下、「反射回折部」と称する)も知られている。このような反射回折部は、反射型ピンホール等とも称され、ガラス基板上に微小な反射領域を形成したものや、針状部材の先端に微小な反射領域を形成したもの(下記特許文献2参照)、あるいは通常のピンホールの裏面側直近に反射面を配置したもの(下記特許文献3参照)などが知られている。   The pinhole as described above has a function of forming an ideal spherical wave, but the formed spherical wave is emitted to the back side of the pinhole. On the other hand, a device having a function of converting a part of an incident light beam into an ideal spherical wave and reflecting the reflected light in the direction opposite to the incident direction (hereinafter referred to as “reflection diffractive portion”) is also known. Yes. Such a reflection diffraction part is also referred to as a reflection type pinhole or the like, and has a minute reflection region formed on a glass substrate, or a minute reflection region formed at the tip of a needle-like member (Patent Document 2 below) For example) (see the following Patent Document 3).

特開2004−45327号公報JP 2004-45327 A 特開2000−97612号公報JP 2000-97612 A 特開昭58−60590号公報JP 58-60590 A

上述したような従来のマッハツェンダ型の波面測定用干渉計装置は、ビームスプリッタやミラー等の光学素子の配置が対称的であり、干渉させる2つの光束はこれらの光学素子をそれぞれの光路において対称的に1回ずつ通過するようになっているため、対称配置される光学素子の光学特性を揃えれば、各々が有する収差等が測定結果に悪影響を及ぼし難いという特徴を有している。このため、マッハツェンダ型の波面測定用干渉計装置は、光ビームの波面測定において汎用性の高い測定装置として一般的に用いられている。   The conventional Mach-Zehnder interferometer for wavefront measurement as described above has a symmetrical arrangement of optical elements such as a beam splitter and a mirror, and the two light beams that interfere with each other are symmetrical with respect to each optical path. Therefore, if the optical characteristics of the optical elements arranged symmetrically are made uniform, the aberrations and the like of each optical element hardly have an adverse effect on the measurement result. For this reason, the Mach-Zehnder type wavefront measuring interferometer apparatus is generally used as a highly versatile measuring apparatus for measuring the wavefront of a light beam.

しかしながら、マッハツェンダ型の波面測定用干渉計装置は、光学系の部品点数が多く調整箇所も多岐にわたるため、光学系の調整が非常に難しいという問題がある。また、基準光の光路と被検光の光路を空間的に離して配置しなければならないため、装置が大型化するという問題もある。また、基準光と被検光が別々の光路を通過する構成のため振動の影響を受けやすいことや、位相シフト機構の設置が難しいなどの問題もある。   However, the Mach-Zehnder type interferometer for wavefront measurement has a problem that the adjustment of the optical system is very difficult because the number of parts of the optical system is large and the adjustment points are various. In addition, since the optical path of the reference light and the optical path of the test light have to be arranged spatially apart, there is a problem that the apparatus becomes large. In addition, since the reference light and the test light pass through separate optical paths, there are problems such as being easily affected by vibration and the difficulty of installing a phase shift mechanism.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、構成簡易でコンパクトな光学系を備え、かつ光学系の調整を容易に行なうことが可能な実用性の高い波面測定用干渉計装置を提供することを第1の目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a highly practical wavefront measurement interferometer device that includes a compact optical system with a simple configuration and can easily adjust the optical system. This is the first purpose.

また、これまで光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定を、同時に実施し得る測定装置は知られていない。2つの測定を1つの測定装置を用いて同時に行なうことができれば、2つの測定結果をリアルタイムで比較して分析したり、測定コストを大幅に低減したりすることが可能になるなど多くの利点がある。   In addition, no measuring apparatus capable of simultaneously measuring the wavefront of the light beam and measuring the characteristics of the light beam spot has been known. If two measurements can be performed at the same time using a single measuring device, it is possible to compare and analyze the two measurement results in real time, and to greatly reduce the measurement cost. is there.

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを同時に行なうことが可能な光ビーム測定装置および方法を提供することを第2の目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is a second object of the present invention to provide a light beam measuring apparatus and method capable of simultaneously measuring the wavefront of a light beam and measuring the characteristics of a light beam spot. And

上記第1の目的を達成するため本発明の波面測定用干渉計装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明に係る波面測定用干渉計装置は、測定対象とされる光ビームの一部を、被検光束として入射方向と逆向きに反射する半透過反射面、前記半透過反射面を透過した透過光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記半透過反射面より入射した前記透過光束の一部を波面整形された基準光束に変換し、該基準光束を前記半透過反射面に向けて射出する基準光生成手段、および前記基準光束と前記被検光束とが合波されてなる干渉光を検出面に導き、該検出面上に干渉縞を形成する結像部を備え、前記検出面上に形成された前記干渉縞に基づき、前記光ビームの波面測定を行なうように構成されていることを特徴とするものである。   In order to achieve the first object, the wavefront measuring interferometer apparatus of the present invention is configured as follows. That is, the interferometer apparatus for wavefront measurement according to the present invention transmits a part of a light beam to be measured as a test light beam in a direction opposite to the incident direction, and transmits through the transflective surface. A converging lens for converging the transmitted light flux and a minute reflection diffraction portion disposed at the convergence point of the converging lens, and a part of the transmitted light beam incident from the semi-transmissive reflection surface is wavefront shaped. A reference light generating means for converting the reference light beam into the semi-transmissive reflection surface, and guiding the interference light formed by combining the reference light beam and the test light beam to the detection surface, An image forming unit for forming interference fringes on the detection surface is provided, and the wavefront measurement of the light beam is performed based on the interference fringes formed on the detection surface. It is.

また、本発明の波面測定用干渉計装置において、前記半透過反射面および前記基準光生成手段の少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより、これらの間の光学距離を調整する光路長調整手段を備えたり、基準光生成手段が互いに大きさの異なる複数の反射回折部を保持し、それらのうちの1つを選択的に前記収束点に配置し得るように構成したりすることもできる。   In the interferometer for wavefront measurement according to the present invention, at least one of the transflective surface and the reference light generating means is moved in the optical axis direction, thereby adjusting an optical path length adjusting means for adjusting an optical distance therebetween. Or the reference light generating means may be configured to hold a plurality of reflection diffraction portions having different sizes and selectively place one of them at the convergence point.

上記第2の目的を達成するため本発明の光ビーム測定装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明に係る光ビーム測定装置は、測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポットの特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定装置であって、
前記光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離する被検/基準光束分離手段と、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する基準光生成手段と、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を結像させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞の結像面に設けられた第1の光検出器と、を有してなる波面測定部と、
前記被検/基準光束分離手段に入射する前の前記光ビーム、前記被検/基準光束分離手段により分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束の一部をスポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段と、該スポット作成用光束分離手段により分離された前記スポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段と、前記スポット像の結像面に設けられた第2の光検出器と、を有してなるスポット特性測定部と、を備えてなることを特徴とするものである。
In order to achieve the second object, the light beam measuring apparatus of the present invention is configured as follows. That is, the light beam measurement apparatus according to the present invention is a light beam measurement apparatus capable of measuring both the wavefront measurement of the light beam to be measured and the spot characteristic measurement of the light beam,
A test / reference beam separating means for separating the light beam into two light beams, a test light beam for wavefront measurement and a reference light beam, and a reference light beam by shaping the wave surface of the reference light beam and converting it to a reference light beam A reference light generating means that interferes with the test light beam and the reference light beam to form an interference fringe image that carries the wavefront information of the test light beam, and an imaging surface of the interference fringe A first light detector provided, and a wavefront measuring unit comprising:
The light beam before entering the test / reference beam separation unit, the test beam after being separated by the test / reference beam separation unit, or the reference beam creation beam before wavefront shaping. A spot creating light beam separating means for separating a part of the spot creating light beam as a spot creating light beam, a spot image generating means for forming the spot creating light beam separated by the spot creating light beam separating means as a spot image, and the spot image And a spot characteristic measuring section having a second photodetector provided on the imaging plane.

前記被検/基準光束分離手段は、入射した前記光ビームの一部分を前記被検光束として入射方向と逆向きに反射し、該光ビームのその余の部分を前記基準光束作成用光束として透過させる半透過反射面とすることができる。   The test / reference light beam separating means reflects a part of the incident light beam as the test light beam in a direction opposite to the incident direction, and transmits the remaining part of the light beam as the reference light beam. It can be a transflective surface.

また、前記基準光生成手段は、前記基準光束作成用光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記被検/基準光束分離手段より入射した前記基準光束作成用光束の一部を波面整形して前記基準光束に変換し、該基準光束を前記被検/基準光束分離手段に向けて射出するものとすることができる。   Further, the reference light generating means includes a converging lens that converges the reference light beam forming light beam, and a minute reflection diffraction portion disposed at a convergence point of the converging lens. A part of the reference beam forming light beam incident from the separating unit may be wavefront shaped and converted into the reference light beam, and the reference light beam may be emitted toward the test / reference light beam separating unit.

また、本発明に係る光ビーム測定装置は、測定対象とされる光ビームを、2つの光束に分離する光束分離手段、前記光束分離手段により分離された前記2つの光束のうちの一方の光束の一部を、被検光束として入射方向と逆向きに反射する半透過反射面、前記半透過反射面を透過した透過光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記半透過反射面より入射した前記透過光束の一部を波面整形された基準光束に変換し、該基準光束を前記半透過反射面に向けて射出する基準光生成手段、前記基準光束と前記被検光束とが合波されてなる干渉光を第1の検出面に導き、該第1の検出面上に干渉縞を形成する第1の結像部、および前記光束分離手段により分離された前記2つの光束のうちの他方の光束のスポット像を、第2の検出面上に形成する第2の結像部を備え、前記第1の検出面上に形成された前記干渉縞に基づき前記光ビームの波面測定を行なうとともに、前記第2の検出面上に形成された前記スポット像に基づき光ビームスポットの特性測定を行なうように構成されていることを特徴とするものである。   The light beam measuring apparatus according to the present invention includes a light beam separating unit that separates a light beam to be measured into two light beams, and one of the two light beams separated by the light beam separating unit. A semi-transmissive reflecting surface that reflects a part of the light beam as a test light beam in the direction opposite to the incident direction, a converging lens that converges the transmitted light beam that has passed through the semi-transmissive reflecting surface, and a minute lens disposed at the convergence point of the converging lens A reference diffracting unit, which converts a part of the transmitted light beam incident from the transflective surface into a reference light beam whose wavefront is shaped, and emits the reference light beam toward the transflective surface A first image forming unit for guiding interference light formed by combining the reference light beam and the test light beam to a first detection surface and forming an interference fringe on the first detection surface; And the two luminous fluxes separated by the luminous flux separation means A second image forming unit that forms a spot image of the other light beam on the second detection surface, and measures the wavefront of the light beam based on the interference fringes formed on the first detection surface. And measuring the characteristics of the light beam spot based on the spot image formed on the second detection surface.

上記「微小な反射回折部」とは、該反射回折部に集光(収束)する収束光束の回折限界により大きさが決められ(望ましくは回折限界よりも小さく構成され)、該収束光束の少なくとも一部を波面整形された球面波として反射する機能を有するものをいう。このような反射回折部としては、種々の構成のものを用いることが可能であるが、具体的態様として例えば、基板上に微小な反射領域を形成したもの、針状部材の先端に微小な反射領域を形成したもの、あるいはピンホールの裏面側直近に反射面を配置したものなどを挙げることができる。   The “fine reflection diffractive part” is determined by the diffraction limit of the convergent light beam condensed (converged) on the reflection diffractive part (preferably configured to be smaller than the diffraction limit). It has a function of reflecting a part of it as a spherical wave having a wavefront shape. As such a reflection diffractive section, it is possible to use various configurations, but as a specific aspect, for example, a micro reflection region formed on a substrate, or a micro reflection at the tip of a needle-like member An example in which a region is formed, or a case in which a reflective surface is arranged in the immediate vicinity of the back side of a pinhole can be cited.

なお、このような反射回折部の周辺領域は、前記収束レンズを介して該周辺領域に入射した前記透過光束が前記収束レンズへ向けて反射されることを抑制し得る形状に構成されていることが好ましい。   In addition, the peripheral region of such a reflection diffraction part is configured to have a shape that can suppress the transmission light beam incident on the peripheral region through the converging lens from being reflected toward the converging lens. Is preferred.

また、本発明の光ビーム測定装置において、前記干渉光が前記ビームスプリッタを介して前記第1の検出面に導かれるように構成したり、前記半透過反射面および前記基準光生成手段の少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより、これらの間の光学距離を調整する光路長調整手段を備えたりすることができる。   In the light beam measurement apparatus of the present invention, the interference light may be guided to the first detection surface via the beam splitter, or at least one of the transflective surface and the reference light generation unit Can be provided with an optical path length adjusting means for adjusting the optical distance between them.

また、半透過反射面と基準光生成手段との間の光路を遮断する遮光手段を備えたり、前記反射回折部を光路から外れた位置に移動し得るように構成したり、基準光生成手段が互いに大きさの異なる複数の反射回折部を保持し、それらのうちの1つを選択的に前記収束点に配置し得るように構成したり、前記光源部から出射される光ビームの光強度を測定するパワーメータを備えたりすることもできる。   In addition, a light shielding unit that blocks an optical path between the transflective reflecting surface and the reference light generation unit, a configuration that can move the reflection diffraction unit to a position off the optical path, or a reference light generation unit A plurality of reflection diffractive parts having different sizes can be held, and one of them can be selectively placed at the convergence point, or the light intensity of the light beam emitted from the light source part can be A power meter to measure can also be provided.

また、前記干渉縞を解析して前記光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手段と、前記スポット像を解析して前記光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る第2の解析手段と、を備えるようにすることもできる。   A first analyzing unit for analyzing the interference fringes to obtain a wavefront measurement result of the light beam; and a second analyzing unit for analyzing the spot image to obtain a characteristic measurement result of the light beam spot of the light beam. Can also be provided.

また、本発明の光ビーム測定方法は、測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポットの特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定方法であって、前記光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離し、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換した後、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を結像させる干渉縞生成手順と、前記被検光束と前記基準光束作成用光束との2つの光束に分離される前の前記光ビーム、分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束の一部をスポット像作成用光束として分離し、該スポット像作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手順と、前記干渉縞を解析して前記光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手順と、前記スポット像を解析して前記光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る第2の解析手順と、を行なうことを特徴とするものである。   The light beam measurement method of the present invention is a light beam measurement method capable of measuring both the wavefront measurement of the light beam to be measured and the spot characteristic measurement of the light beam, After splitting into two light beams, a test light beam for wavefront measurement and a reference light beam, and converting the reference light beam to a reference light beam after wavefront shaping, the test light beam and the reference light beam Interference fringe generation procedure for forming an interference fringe that forms the interference fringe carrying the wavefront information of the test light beam, and the light before being separated into two light beams of the test light beam and the reference light beam The beam, the test light beam after being separated, or a part of the reference light beam for beam shaping before wavefront shaping is separated as a spot image light beam, and the spot image light beam is formed as a spot image. A spot image generation procedure, and A first analysis procedure for obtaining a wavefront measurement result of the light beam by analyzing a fringe pattern; and a second analysis procedure for obtaining a characteristic measurement result of the light beam spot of the light beam by analyzing the spot image. It is characterized by doing.

本発明に係る波面測定用干渉計装置によれば、従来のマッハツェンダ型のものにおいては、2つのビームスプリッタがそれぞれ担っていた別個の機能、すなわち光源部からの光ビームを基準光と被検光とに分波する機能と、これらを合波する機能とを1つの半透過反射面が担っているため、光学系を構成簡易かつコンパクトに配置することが可能であり、また光学系の調整も容易に行なうことができる。したがって、レーザ光等のコヒーレント光に対してその波面測定を容易に実施することができるとともに、装置の設置スペースの確保が容易であるなど実用性が極めて高い。   According to the interferometer for wavefront measurement according to the present invention, in the conventional Mach-Zehnder type, the two beamsplitters have different functions, that is, the light beam from the light source unit is used as the reference light and the test light. Since the single transflective surface is responsible for the function of demultiplexing and combining these functions, the optical system can be arranged in a simple and compact configuration, and the optical system can also be adjusted. It can be done easily. Therefore, the wavefront measurement can be easily performed on the coherent light such as laser light, and the practicality is extremely high such as easy installation space for the apparatus.

また、本発明に係る光ビーム測定装置および方法によれば、上記構成を備えたことにより、光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを同時に行なうことが可能である。   In addition, according to the light beam measuring apparatus and method of the present invention, the above-described configuration makes it possible to simultaneously perform the wavefront measurement of the light beam and the characteristic measurement of the light beam spot.

また、被検/基準光束分離手段を半透過反射面により構成したものでは、光学系を構成簡易かつコンパクトに配置することが可能であり、光学系の調整も容易に行なうことができる。   Further, when the test / reference beam separation means is constituted by a semi-transmissive reflection surface, the optical system can be arranged in a simple and compact configuration, and the adjustment of the optical system can be easily performed.

〈波面測定用干渉計装置〉
以下、本発明に係る波面測定用干渉計装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態に係る波面測定用干渉計装置の概略構成図である。
<Interferometer device for wavefront measurement>
Hereinafter, embodiments of a wavefront measuring interferometer device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a wavefront measuring interferometer device according to an embodiment of the present invention.

図1に示す波面測定用干渉計装置10は、光源部11から出射される光ビームの波面測定を実施するものであり、光源部11より図中右方に延びる光路上に配置された、ビームスプリッタ13,半透過反射板15,基準光生成手段23、ビームスプリッタ13の図中下方に配置された結像レンズ25,撮像カメラ27を備えている。また、波面測定用干渉計装置10は、撮像カメラ27からの画像信号に基づき各種解析を行なうコンピュータ33,該コンピュータ33による解析結果や画像を表示する表示装置34,およびキーボードやマウス等からなる入力装置35を備えている。なお、本実施形態においては、ビームスプリッタ13,結像レンズ25,撮像カメラ27により、本発明における結像部が構成されている。   A wavefront measuring interferometer device 10 shown in FIG. 1 performs wavefront measurement of a light beam emitted from a light source unit 11, and is disposed on an optical path extending rightward in the drawing from the light source unit 11. A splitter 13, a transflective plate 15, a reference light generating means 23, an imaging lens 25 and an imaging camera 27 arranged below the beam splitter 13 in the figure are provided. The wavefront measuring interferometer device 10 also includes a computer 33 that performs various analyzes based on image signals from the imaging camera 27, a display device 34 that displays analysis results and images by the computer 33, and a keyboard and mouse. A device 35 is provided. In the present embodiment, the beam splitter 13, the imaging lens 25, and the imaging camera 27 constitute an imaging unit in the present invention.

また、本実施形態において上記光源部11は、固体レーザや半導体レーザまたはガスレーザ等からなる光源本体11aと、ビームエクスパンダ,コリメータレンズ,シリンドリカルレンズ等のいくつかを適宜に組み合わせてなる(単独で用いることが可能なものについては、単独で用いる場合を含む)ビーム光学系11bとを備え、単一縦モードやマルチ縦モードの光ビームを平行光として図中右方に出射するように構成されている。なお、光源本体11aとして、例えば、固体レーザ等からのレーザ光を、光ファイバを介して出力するように構成されたものを用いることもできる。また、この光源部11は、レーザ光出力装置として各種装置に組み込まれて用いられるものであり、光ビーム測定装置10の構成要素ではない。   In the present embodiment, the light source unit 11 is formed by appropriately combining a light source body 11a made of a solid laser, a semiconductor laser, a gas laser, or the like with a beam expander, a collimator lens, a cylindrical lens, or the like (used alone). A beam optical system 11b (including a case where it can be used alone), and configured to emit a single longitudinal mode or multi-longitudinal mode light beam as parallel light to the right in the figure. Yes. As the light source body 11a, for example, a light source configured to output laser light from a solid laser or the like via an optical fiber can be used. The light source unit 11 is used as a laser light output device incorporated in various devices, and is not a constituent element of the light beam measurement device 10.

以下、上述した波面測定用干渉計装置10の構成要素の詳細について説明する。上記半透過反射板15は、光路長調整手段としてのフリンジスキャンアダプタ36に保持されている。このフリンジスキャンアダプタ36は、ホルダ37および圧電素子38からなり、該圧電素子38の駆動により上記半透過反射板15を光軸方向に移動させ、該半透過反射板15と上記基準光生成手段23との間の光学距離を調整するように構成されている。なお、上記圧電素子38の駆動はドライバ39を介してコンピュータ33により制御されるようになっている。   Details of the components of the wavefront measuring interferometer device 10 will be described below. The transflective plate 15 is held by a fringe scan adapter 36 as optical path length adjusting means. The fringe scan adapter 36 includes a holder 37 and a piezoelectric element 38, and the transflective plate 15 is moved in the optical axis direction by driving the piezoelectric element 38, so that the transflective plate 15 and the reference light generating unit 23 are moved. The optical distance between the two is adjusted. The driving of the piezoelectric element 38 is controlled by the computer 33 via the driver 39.

また、上記基準光生成手段23は、図中左方より入射した平行光束を1点に収束させる収束レンズ17と、この収束レンズ17の収束点に配置された反射回折部19とを備えてなる。この反射回折部19は、例えば、基板21上に蒸着等により形成された、金,アルミニューム,クロム等の金属膜からなり、反射回折部19の大きさは、入射する収束光束の回折限界よりも小さく構成されている。   The reference light generating means 23 includes a converging lens 17 for converging a parallel light beam incident from the left in the figure to one point, and a reflection diffraction unit 19 disposed at the converging point of the converging lens 17. . The reflection diffractive portion 19 is made of a metal film such as gold, aluminum, or chromium formed on the substrate 21 by vapor deposition or the like, for example, and the size of the reflection diffractive portion 19 is smaller than the diffraction limit of the incident convergent light beam. Is also made smaller.

以下、波面測定用干渉計装置10の測定時における作用を説明する。上記光源部11から図中右方に射出された光ビームの一部は、上記ビームスプリッタ13を介して半透過反射板15に向かい、該半透過反射板15の半透過反射面15aにおいて、入射方向と逆向きに反射される被検光束と、該半透過反射板15を透過して上記基準光生成手段23に向かう透過光束とに分離され、該透過光束は上記基準光生成手段23の上記収束レンズ17に入射する。   Hereinafter, the operation of the wavefront measurement interferometer device 10 during measurement will be described. A part of the light beam emitted to the right in the drawing from the light source unit 11 is directed to the semi-transmissive reflection plate 15 via the beam splitter 13, and is incident on the semi-transmissive reflection surface 15 a of the semi-transmissive reflection plate 15. The test light beam reflected in the direction opposite to the direction and the transmitted light beam that passes through the semi-transmissive reflector 15 and travels toward the reference light generation unit 23 are separated. The light enters the converging lens 17.

この収束レンズ17に入射した上記透過光束は、該収束レンズ17により収束せしめられ、その収束点に配置された上記反射回折部19に入射する。この反射回折部19に入射した上記透過光束の一部は、該反射回折部19において波面整形された球面波に変換され、上記収束レンズ17に向けて反射される。この球面波は、収束レンズ17において平面波に変換され、基準光束として上記半透過反射板15に向けて射出される。   The transmitted light beam incident on the converging lens 17 is converged by the converging lens 17 and is incident on the reflection diffraction unit 19 disposed at the convergence point. A part of the transmitted light beam incident on the reflection diffraction unit 19 is converted into a spherical wave whose wavefront is shaped by the reflection diffraction unit 19, and reflected toward the convergence lens 17. The spherical wave is converted into a plane wave by the converging lens 17 and is emitted toward the transflective plate 15 as a reference light beam.

この基準光束が半透過反射板15を透過し、上記半透過反射面15aで反射された上記被検光束と合波されることにより干渉光が得られる。この干渉光は、上記ビームスプリッタ13を介して上記結像レンズ25に入射し、該結像レンズ25を介して上記撮像カメラ27に取り込まれる。この撮像カメラ27は、例えばCCDやCMOS等の固体撮像素子で構成される検出面27aを備えており、上記結像レンズ25を介して該検出面27a上に形成された干渉縞を撮像するように構成されている。撮像された干渉縞の画像情報は上記コンピュータ33に入力され、この画像情報に基づき上記光ビームの波面測定が行なわれる。なお、上記フリンジスキャンアダプタ36により上記半透過反射面15aを光軸方向に微動させ、上記基準光束と上記被検光束との光路長差を少しずつ変動させながら干渉縞を撮像する、いわゆるフリンジスキャン測定を実施することにより、より詳細な波面測定結果を得ることができる。   The reference light beam passes through the semi-transmissive reflecting plate 15 and is combined with the test light beam reflected by the semi-transmissive reflecting surface 15a, whereby interference light is obtained. The interference light enters the imaging lens 25 via the beam splitter 13 and is taken into the imaging camera 27 via the imaging lens 25. The imaging camera 27 includes a detection surface 27a composed of a solid-state image sensor such as a CCD or CMOS, for example, and images the interference fringes formed on the detection surface 27a via the imaging lens 25. It is configured. The image information of the captured interference fringes is input to the computer 33, and the wavefront measurement of the light beam is performed based on the image information. The fringe scan adapter 36 finely moves the transflective surface 15a in the optical axis direction to pick up an interference fringe while gradually changing the optical path length difference between the reference light beam and the test light beam. By performing the measurement, a more detailed wavefront measurement result can be obtained.

上述したように本実施形態の波面測定用干渉計装置10によれば、従来のマッハツェンダ型のものにおいては、2つのビームスプリッタがそれぞれ担っていた別個の機能、すなわち光源部からの光ビームを基準光と被検光とに分波する機能と、これらを合波する機能とを1つの半透過反射面が担っているため、光学系を構成簡易かつコンパクトに配置することが可能であり、また光学系の調整も容易に行なうことができる。したがって、上記光源部11から出射されるレーザ光等のコヒーレント光に対してその波面測定を容易に実施することができるとともに、装置の設置スペースの確保が容易である。   As described above, according to the wavefront measuring interferometer apparatus 10 of the present embodiment, in the conventional Mach-Zehnder type, the separate functions that the two beam splitters respectively performed, that is, the light beam from the light source unit is used as a reference. Since one transflective surface is responsible for the function of demultiplexing light into the test light and the function of combining them, the optical system can be arranged in a simple and compact configuration. Adjustment of the optical system can be easily performed. Therefore, the wavefront measurement can be easily performed on the coherent light such as laser light emitted from the light source unit 11, and the installation space for the apparatus can be easily secured.

また、これまで可干渉距離の極めて短いマルチ縦モードレーザ光の波面測定は、基準光束および被検光束の2つの光束の光路長差を高精度に調整しなければ、コントラストが良好な干渉縞を得ることができないため、光学系の調整が難しい従来の波面測定用干渉計装置による実施が困難であった。これに対し、上記波面測定用干渉計装置10では、フリンジスキャンアダプタ36を用いて半透過反射面15aの位置を変えることにより、2つの光束の光路長差の調整を容易に行なうことができる。このため、マルチ縦モードレーザ光の波面測定も高精度に実施することが可能である。   In addition, until now, the wavefront measurement of multi-longitudinal mode laser light with a very short coherence distance has been used to produce interference fringes with good contrast unless the optical path length difference between the two light beams of the reference light beam and the test light beam is adjusted with high accuracy. Since it cannot be obtained, it has been difficult to adjust the optical system using a conventional interferometer apparatus for wavefront measurement. On the other hand, in the wavefront measuring interferometer apparatus 10 described above, the optical path length difference between the two light beams can be easily adjusted by changing the position of the transflective surface 15a using the fringe scan adapter 36. For this reason, the wavefront measurement of multi-longitudinal mode laser light can also be performed with high accuracy.

なお、図1に示す態様では、ビームスプリッタ13の紙面内右側に半透過反射板15および基準光生成手段23が配置され、光源部11からビームスプリッタ13に入射した光ビームのうち分離面13aを透過した光束が半透過反射面15aに向かうように構成されているが、ビームスプリッタ13の紙面内上側に半透過反射板15および基準光生成手段23を配置して、光源部11からビームスプリッタ13に入射した光ビームのうち分離面13aで直角に反射された光束が半透過反射面15aに向かうように構成してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 are arranged on the right side of the beam splitter 13 in the drawing, and the separation surface 13a of the light beam incident on the beam splitter 13 from the light source unit 11 is arranged. Although the transmitted light beam is directed to the semi-transmissive reflection surface 15a, the semi-transmissive reflection plate 15 and the reference light generating means 23 are arranged on the upper side of the beam splitter 13 in the drawing, and the light splitter 11 to the beam splitter 13 are arranged. Of the light beam incident on the light beam, the light beam reflected at a right angle by the separation surface 13a may be directed toward the transflective surface 15a.

〈光ビーム測定装置(第1の実施形態)〉
次に、本発明に係る光ビーム測定装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図2は本発明の第1の実施形態に係る光ビーム測定装置の概略構成図である。
<Light Beam Measuring Device (First Embodiment)>
Next, an embodiment of a light beam measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the light beam measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

図2に示す光ビーム測定装置10Aは、測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポットの特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定装置であって、波面測定部とスポット特性測定部とを備えてなる。   A light beam measuring apparatus 10A shown in FIG. 2 is a light beam measuring apparatus capable of measuring both a wavefront measurement of a light beam to be measured and a characteristic measurement of a spot of the light beam. And a spot characteristic measuring unit.

波面測定部は、光源部11より出射された光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離する被検/基準光束分離手段(15)と、基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する基準光生成手段(23)と、被検光束と基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を結像させる干渉縞生成手段(25)と、干渉縞の結像面に設けられた第1の光検出器(27a)とを有してなる。   The wavefront measuring unit includes a test / reference beam separation means (15) for separating the light beam emitted from the light source unit 11 into two beams, a test beam for wavefront measurement and a reference beam generation beam, and a reference A reference light generating means (23) for wavefront shaping the light beam for forming a light beam and converting it into a reference light beam, and an interference fringe carrying the wavefront information of the test light beam are formed by causing the test light beam and the reference light beam to interfere with each other. Interference fringe generating means (25) and a first photodetector (27a) provided on the image plane of the interference fringes are provided.

一方、スポット特性測定部は、被検/基準光束分離手段(15)に入射する前の光ビームの一部を、スポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段(13)と、該スポット作成用光束分離手段(13)により分離されたスポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段(29)と、スポット像の結像面に設けられた第2の光検出器(31a)とを有してなる。   On the other hand, the spot characteristic measuring unit includes a spot creating light beam separating means (13) for separating a part of the light beam before entering the test / reference light beam separating means (15) as a spot creating light beam, and the spot. Spot image generating means (29) for forming the spot forming light beam separated by the generating light beam separating means (13) as a spot image, and a second photodetector (31a) provided on the image plane of the spot image ).

より具体的には、光ビーム測定装置10Aは、光源部11より図中右方に延びる光路上に配置された、光束分離手段としてのビームスプリッタ13,被検/基準光束分離手段としての半透過反射板15,遮光板16,基準光生成手段23、ビームスプリッタ13の図中下方に配置された第1の結像レンズ25,第1の撮像カメラ27、およびビームスプリッタ13の図中上方に配置された第2の結像レンズ29,第2の撮像カメラ31を備えている。また、光ビーム測定装置10は、第1および第2の撮像カメラ27,31からの画像信号に基づき各種解析を行なうコンピュータ33,該コンピュータ33による解析結果や画像を表示する表示装置34,およびキーボードやマウス等からなる入力装置35を備えている。コンピュータ33は、干渉縞を解析して光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手段と、スポット像を解析して前記光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る第2の解析手段とを、メモリ等に格納されたプログラムや該プログラムを実行する演算回路等として備えている。   More specifically, the light beam measuring apparatus 10A is arranged on an optical path extending to the right in the drawing from the light source unit 11, and includes a beam splitter 13 as a light beam separating unit and a semi-transmissive as a test / reference light beam separating unit. The reflecting plate 15, the light shielding plate 16, the reference light generating means 23, the first imaging lens 25, the first imaging camera 27, and the beam splitter 13 arranged below the beam splitter 13 in the figure are arranged above the figure. The second imaging lens 29 and the second imaging camera 31 are provided. The light beam measuring apparatus 10 includes a computer 33 that performs various analyzes based on image signals from the first and second imaging cameras 27 and 31, a display device 34 that displays analysis results and images by the computer 33, and a keyboard. And an input device 35 such as a mouse. The computer 33 includes first analysis means for analyzing the interference fringes and obtaining a wavefront measurement result of the light beam, and second analysis means for analyzing the spot image and obtaining a characteristic measurement result of the light beam spot of the light beam; Are provided as a program stored in a memory or the like, an arithmetic circuit for executing the program, or the like.

なお、本実施形態においては、ビームスプリッタ13,第1の結像レンズ25,第1の撮像カメラ27により、第1の結像部が構成され、ビームスプリッタ13,第2の結像レンズ29,第2の撮像カメラ31により、第2の結像部が構成されている。   In the present embodiment, the beam splitter 13, the first imaging lens 25, and the first imaging camera 27 constitute a first imaging unit, and the beam splitter 13, the second imaging lens 29, The second imaging camera 31 constitutes a second imaging unit.

また、図2に示す光ビーム測定装置10Aにおいて、図1に示す波面測定用干渉計装置10と共通の構成要素については共通の番号を用いており、これらについては重複を避けるため詳細な説明は省略し、以下では異なる点についてのみ詳細に説明する。   Further, in the light beam measuring apparatus 10A shown in FIG. 2, the same reference numerals are used for the same components as those of the wavefront measuring interferometer apparatus 10 shown in FIG. 1, and a detailed description thereof will be omitted to avoid duplication. Omitted and only the differences will be described in detail below.

本実施形態において上記光源部11は、図1に示すものと同様に構成されており、また上記波面測定用干渉計装置10と同様、レーザ光出力装置として各種装置に組み込まれて用いられるものであり、光ビーム測定装置10Aの構成要素ではない。   In the present embodiment, the light source unit 11 is configured in the same manner as that shown in FIG. 1, and is used by being incorporated in various devices as a laser light output device, like the wavefront measuring interferometer device 10. Yes, it is not a component of the light beam measuring apparatus 10A.

上記遮光板16は開閉可能なシャッタ等からなり、光学系の調整を行なう際に上記半透過反射板15と上記基準光生成手段23との間の光路を遮断し、測定時には該光路を開放するように構成されている。なお、この遮光板16の開閉は電動モータ41により行なわれ、該電動モータ41の駆動はドライバ43を介してコンピュータ33により制御されるようになっている。   The light shielding plate 16 is composed of an openable / closable shutter or the like, and blocks the optical path between the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 when adjusting the optical system, and opens the optical path during measurement. It is configured as follows. The light shielding plate 16 is opened and closed by an electric motor 41, and the driving of the electric motor 41 is controlled by a computer 33 via a driver 43.

以下、光ビーム測定装置10Aの測定時における作用を説明する。上記光源部11から図中右方に射出された光ビームは、上記ビームスプリッタ13の分離面13aにおいて、上記半透過反射板15に向かう光束と、上記第2の結像レンズ29に向かう光束(スポット像作成用光束)との2つの光束に分離される。2つの光束のうち上記半透過反射板15に向かう一方の光束は、該半透過反射板15の半透過反射面15aにおいて、入射方向と逆向きに反射される被検光束と、該半透過反射板15を透過して上記基準光生成手段23に向かう透過光束(基準光束作成用光束)とに分離される。なお、測定時において上記遮光板16は開放されており、上記透過光束は該遮光板16に遮られることなく、上記基準光生成手段23の上記収束レンズ17に入射する。   Hereinafter, the operation at the time of measurement by the light beam measuring apparatus 10A will be described. The light beam emitted from the light source unit 11 to the right in the drawing is a light beam traveling toward the transflective plate 15 and a light beam traveling toward the second imaging lens 29 (on the separation surface 13a of the beam splitter 13). The light beam is separated into two light beams (spot light for creating a spot image). Of the two light beams, one of the light beams traveling toward the transflective plate 15 is reflected on the transflective surface 15a of the transflective plate 15 in the direction opposite to the incident direction, and the transflective light is reflected. The light is separated into a transmitted light beam (reference light beam forming light beam) that passes through the plate 15 and travels toward the reference light generation means 23. During the measurement, the light shielding plate 16 is open, and the transmitted light beam is incident on the converging lens 17 of the reference light generating unit 23 without being blocked by the light shielding plate 16.

この収束レンズ17に入射した上記透過光束は、該収束レンズ17により収束せしめられ、その収束点に配置された上記反射回折部19に入射する。この反射回折部19に入射した上記透過光束の一部は、該反射回折部19において波面整形された球面波に変換され、上記収束レンズ17に向けて反射される。この球面波は、収束レンズ17において平面波に変換され、基準光束として上記半透過反射板15に向けて射出される。   The transmitted light beam incident on the converging lens 17 is converged by the converging lens 17 and is incident on the reflection diffraction unit 19 disposed at the convergence point. A part of the transmitted light beam incident on the reflection diffraction unit 19 is converted into a spherical wave whose wavefront is shaped by the reflection diffraction unit 19, and reflected toward the convergence lens 17. The spherical wave is converted into a plane wave by the converging lens 17 and is emitted toward the transflective plate 15 as a reference light beam.

この基準光束が半透過反射板15を透過し、上記半透過反射面15aで反射された上記被検光束と合波されることにより干渉光が得られる。この干渉光は、上記ビームスプリッタ13を介して上記第1の結像レンズ25に入射し、該第1の結像レンズ25を介して上記第1の撮像カメラ27内の第1の検出面27aに結像されて干渉縞が撮像される。撮像された干渉縞の画像情報は上記コンピュータ33に入力され、この画像情報に基づき上記光ビームの波面測定が行なわれる。   The reference light beam passes through the semi-transmissive reflecting plate 15 and is combined with the test light beam reflected by the semi-transmissive reflecting surface 15a, whereby interference light is obtained. The interference light is incident on the first imaging lens 25 via the beam splitter 13, and the first detection surface 27 a in the first imaging camera 27 is transmitted via the first imaging lens 25. The interference fringes are imaged. The image information of the captured interference fringes is input to the computer 33, and the wavefront measurement of the light beam is performed based on the image information.

一方、上記ビームスプリッタ13において分離された2つの光束のうち、上記第2の結像レンズ29に向けて射出された光束は、該第2の結像レンズ29を介して上記第2の撮像カメラ31内の第2の検出面31a(例えば、CCDやCMOS等の固体撮像素子で構成される)に集光せしめられ、該第2の検出面31a上に上記光ビームのスポット像を形成する。第2の撮像カメラ31は、形成されたスポット像を撮像して、その画像情報を上記コンピュータ33に出力するように構成されている。そして、コンピュータ33に入力されたスポット像の画像情報に基づき、光ビームスポットの強度分布や半値幅、断面形状や輝度分散等の各種の特性測定が行なわれる。   On the other hand, of the two light beams separated by the beam splitter 13, the light beam emitted toward the second imaging lens 29 passes through the second imaging lens 29 and the second imaging camera. A light beam spot image is formed on the second detection surface 31a by being condensed on a second detection surface 31a (for example, a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS). The second imaging camera 31 is configured to capture the formed spot image and output the image information to the computer 33. Based on the image information of the spot image input to the computer 33, various characteristics such as intensity distribution, half width, cross-sectional shape and luminance dispersion of the light beam spot are measured.

なお、上記光ビーム測定装置10Aにおける光学系の調整は、まず、上記遮光板16により上記半透過反射板15と上記基準光生成手段23との間の光路が遮断された状態で行なわれる。この状態で、上記光源部11から光ビームを出射し、上記ビームスプリッタ13を経由して上記第2の撮像カメラ31に至る光路上に配される各光学部材の調整と、上記光源部11から上記ビームスプリッタ13を経由して上記半透過反射面15aに至り、該半透過反射面15aで反射され再びビームスプリッタ13を経由して上記第1の撮像カメラ27に至る光路上に配される各光学部材の調整とが行なわれる。この調整後、上記遮光板16が開放され、上記基準光生成手段23の調整が行なわれる。   The adjustment of the optical system in the light beam measuring apparatus 10A is first performed in a state where the light path between the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 is blocked by the light shielding plate 16. In this state, a light beam is emitted from the light source unit 11, adjusted for each optical member arranged on the optical path reaching the second imaging camera 31 via the beam splitter 13, and from the light source unit 11. Each beam reaches the semi-transmissive reflection surface 15a via the beam splitter 13, is reflected by the semi-transmissive reflection surface 15a, and is disposed on the optical path reaching the first imaging camera 27 via the beam splitter 13 again. Adjustment of the optical member is performed. After this adjustment, the light shielding plate 16 is opened, and the reference light generating means 23 is adjusted.

上述したように第1の実施形態に係る光ビーム測定装置10Aによれば、上記光源部11から出射される光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを同時に行なうことが可能である。また、フィゾー型の光学系配置を採用しているので、構成が簡易かつコンパクトであり、光学系の調整も容易に行なうことが可能である。   As described above, according to the light beam measuring apparatus 10A according to the first embodiment, the wavefront measurement of the light beam emitted from the light source unit 11 and the characteristic measurement of the light beam spot can be performed simultaneously. Further, since the Fizeau type optical system arrangement is adopted, the configuration is simple and compact, and the optical system can be easily adjusted.

なお、図2に示す態様では、ビームスプリッタ13の図中右側に半透過反射板15,遮光板16および基準光生成手段23が配置され、ビームスプリッタ13の図中上側に第2の結像レンズ29および第2の撮像カメラ31が配置されているが、これらの配置位置を交換する、すなわち、ビームスプリッタ13の右側に第2の結像レンズ29および第2の撮像カメラ31を配置し、ビームスプリッタ13の上側に半透過反射板15,遮光板16および基準光生成手段23を配置するようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 2, the transflective plate 15, the light shielding plate 16 and the reference light generating means 23 are arranged on the right side of the beam splitter 13 in the drawing, and the second imaging lens is on the upper side of the beam splitter 13 in the drawing. 29 and the second imaging camera 31 are arranged, but the arrangement positions thereof are exchanged, that is, the second imaging lens 29 and the second imaging camera 31 are arranged on the right side of the beam splitter 13, and the beam You may make it arrange | position the transflective plate 15, the light-shielding plate 16, and the reference light production | generation means 23 above the splitter 13. FIG.

また、図2に示す態様では、半透過反射板15側から戻る干渉光がビームスプリッタ13を介して第1の結像レンズ25に導かれるように構成されているが、ビームスプリッタ13と半透過反射板15との間に他のビームスプリッタを配置しておき、半透過反射板15側から戻る干渉光が、この他のビームスプリッタを介して第1の結像レンズ25に導かれるように構成してもよい。   In the mode shown in FIG. 2, the interference light returning from the transflective reflector 15 side is guided to the first imaging lens 25 via the beam splitter 13. Another beam splitter is disposed between the reflecting plate 15 and the interference light returning from the semi-transmissive reflecting plate 15 side is guided to the first imaging lens 25 through the other beam splitter. May be.

また、図2に示す態様では、光学系の調整を行なう際に、基準光生成手段23より半透過反射板15に光束が戻らないようにするために、半透過反射板15と基準光生成手段23との間の光路を遮断する遮光板16を備えているが、このような遮光板を備える代わりに、反射回折部を光路から外れた位置に移動(傾動を含む)し得るように構成し、反射回折部19を光路から外れた位置に移動させることによって、基準光生成手段23より半透過反射板15に光束が戻らないようにしてもよい。反射回折部19を光軸から外れた位置に移動させる態様としては、基準光生成手段23全体を光路外に移動させる態様や、反射回折部19のみを光路外に移動させる態様などがあるが、反射回折部19を図6に示す態様のもの(詳しくは後述する)に替えるようにした場合には、その基板21Aを回転させることにより、容易に反射回折部19A〜19Dを光路外に移動させることができる。   Further, in the embodiment shown in FIG. 2, when adjusting the optical system, in order to prevent the light beam from returning to the semi-transmissive reflector 15 from the reference light generator 23, the semi-transmissive reflector 15 and the reference light generator are used. Is provided with a light shielding plate 16 that interrupts the optical path to the optical path 23. Instead of providing such a light shielding plate, the reflection diffractive portion can be moved to a position off the optical path (including tilting). The light beam may not be returned from the reference light generating means 23 to the transflective plate 15 by moving the reflection diffraction portion 19 to a position off the optical path. As a mode of moving the reflection diffraction unit 19 to a position off the optical axis, there are a mode of moving the entire reference light generation unit 23 out of the optical path, a mode of moving only the reflection diffraction unit 19 out of the optical path, etc. When the reflection diffractive portion 19 is changed to the one shown in FIG. 6 (details will be described later), the reflection diffractive portions 19A to 19D are easily moved out of the optical path by rotating the substrate 21A. be able to.

〈光ビーム測定装置(第2の実施形態)〉
次に、本発明に係る光ビーム測定装置の第2の実施形態について説明する。図3は本発明の第2の実施形態に係る光ビーム測定装置10Bの概略構成図である。なお、図3に示す光ビーム測定装置10Bにおいて、図2に示す光ビーム測定装置10Aと共通の構成要素については共通の番号を用いており、これらについては重複を避けるため詳細な説明は省略し、以下では異なる点についてのみ詳細に説明する。
<Light Beam Measuring Device (Second Embodiment)>
Next, a second embodiment of the light beam measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a light beam measuring apparatus 10B according to the second embodiment of the present invention. In the light beam measurement apparatus 10B shown in FIG. 3, the same reference numerals are used for the same components as those in the light beam measurement apparatus 10A shown in FIG. 2, and detailed descriptions thereof are omitted to avoid duplication. Hereinafter, only different points will be described in detail.

図3に示す光ビーム測定装置10Bは、図2に示す光ビーム測定装置10Aの構成要素に加えて、以下の構成要素を備えている。すなわち、図3に示すように光ビーム測定装置10Bは、光源部11から出射される光ビームの光強度を測定する際に、光源部11とビームスプリッタ13との間の光路上に配置され、該光ビームを平行光束状態のまま図中下方に直角に反射させて導く反射ミラー51と、該反射ミラー51からの光ビームの光強度を測定するパワーメータ52とを備えている。このパワーメータ52は、光検出面52aを備えており、該光検出面52aに略平行光束状態で入射した光ビームの強度を測定し、その測定情報を上記コンピュータ33に出力するように構成されている。なお、反射ミラー51とパワーメータ52との間の光路上にビームエクスパンダを配設して、パワーメータ52に入射する平行光束の径の大きさを必要に応じて変えるようにしてもよい。また、上記反射ミラー51は、光ビームの光強度を測定する際のみ光路上に配置されるものであり、通常時すなわち光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを行なう際には光路上から退避されるように構成されている。   The light beam measuring apparatus 10B shown in FIG. 3 includes the following constituent elements in addition to the constituent elements of the light beam measuring apparatus 10A shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3, the light beam measuring device 10B is disposed on the optical path between the light source unit 11 and the beam splitter 13 when measuring the light intensity of the light beam emitted from the light source unit 11. A reflection mirror 51 that guides the light beam by reflecting it at a right angle downward in the figure in a parallel light beam state and a power meter 52 that measures the light intensity of the light beam from the reflection mirror 51 are provided. The power meter 52 includes a light detection surface 52a. The power meter 52 is configured to measure the intensity of a light beam incident on the light detection surface 52a in a substantially parallel light flux state and output the measurement information to the computer 33. ing. A beam expander may be provided on the optical path between the reflection mirror 51 and the power meter 52 so that the diameter of the parallel light beam incident on the power meter 52 may be changed as necessary. The reflection mirror 51 is disposed on the optical path only when measuring the light intensity of the light beam, and is normally used when measuring the wavefront of the light beam and measuring the characteristics of the light beam spot. It is configured to be evacuated from the road.

また、光ビーム測定装置10Bは、光源部11とビームスプリッタ13との間において、光源部11から出射される光ビームの一部を、図中下方に直角に反射させて導くビームスプリッタ53と、該ビームスプリッタ53により導かれた光ビームの光路上に配されたアライメント用の結像レンズ54と、同じくアライメント用の撮像カメラ55とを備えている。結像レンズ54は、入射した上記光ビームを上記撮像カメラ55内の検出面55a(例えば、CCDやCMOS等の固体撮像素子で構成される)に集光させ、該検出面55a上に光ビームのスポット像を形成する。撮像カメラ55は、形成されたスポット像を撮像して、その画像情報を上記コンピュータ33に出力するように構成されている。   In addition, the light beam measuring apparatus 10B includes a beam splitter 53 that guides a part of the light beam emitted from the light source unit 11 by reflecting the light beam downward at right angles in the figure between the light source unit 11 and the beam splitter 13; An imaging lens 54 for alignment disposed on the optical path of the light beam guided by the beam splitter 53 and an imaging camera 55 for alignment are also provided. The imaging lens 54 condenses the incident light beam on a detection surface 55a (for example, a solid-state image sensor such as a CCD or a CMOS) in the imaging camera 55, and the light beam is formed on the detection surface 55a. The spot image is formed. The imaging camera 55 is configured to capture the formed spot image and output the image information to the computer 33.

上記撮像カメラ55により撮像された上記スポット像は、上記光源部11の傾き等をアライメントするために利用される。すなわち、コンピュータ33に入力されたスポット像の上記検出面55a上での位置情報に基づき、上記光源部11のアライメント調整が行なわれるようになっている。   The spot image captured by the imaging camera 55 is used for aligning the inclination of the light source unit 11 and the like. That is, the alignment adjustment of the light source unit 11 is performed based on the position information of the spot image input to the computer 33 on the detection surface 55a.

また、光ビーム測定装置10Bは、上記ビームスプリッタ13と上記半透過反射板15との間において、上記半透過反射面15aから反射される光ビームの一部を、図中下方に直角に反射させて導くビームスプリッタ56と、該ビームスプリッタ56により導かれた光ビームの光路上に配されたアライメント用の結像レンズ57と、同じくアライメント用の撮像カメラ58とを備えている。結像レンズ57は、入射した上記光ビームを上記撮像カメラ58内の検出面58a(例えば、CCDやCMOS等の固体撮像素子で構成される)に集光させ、該検出面58a上に光ビームのスポット像を形成する。撮像カメラ58は、形成されたスポット像を撮像して、その画像情報を上記コンピュータ33に出力するように構成されている。   Further, the light beam measuring apparatus 10B reflects a part of the light beam reflected from the transflective surface 15a between the beam splitter 13 and the transflective plate 15 at a right angle downward in the figure. And an alignment imaging lens 57 disposed on the optical path of the light beam guided by the beam splitter 56, and an alignment imaging camera 58. The imaging lens 57 condenses the incident light beam on a detection surface 58a (for example, a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS) in the imaging camera 58, and the light beam is formed on the detection surface 58a. The spot image is formed. The imaging camera 58 is configured to capture the formed spot image and output the image information to the computer 33.

上記撮像カメラ58により撮像された上記スポット像は、上記半透過反射板15および上記基準光生成手段23の傾き等をアライメントするために利用される。すなわち、コンピュータ33に入力されたスポット像の上記検出面55a上での位置情報に基づき、上記半透過反射板15および上記基準光生成手段23のアライメント調整が行なわれるようになっている。   The spot image captured by the imaging camera 58 is used for aligning the inclination and the like of the transflective plate 15 and the reference light generator 23. That is, the alignment adjustment of the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 is performed based on the position information of the spot image input to the computer 33 on the detection surface 55a.

なお、このアライメント調整は、まず、上記遮光板16により上記半透過反射板15と上記基準光生成手段23との間の光路が遮断された状態で行なわれる。この状態で、上記半透過反射板15のアライメント調整が行なわれ、この調整後、上記遮光板16が開放され、上記基準光生成手段23のアライメント調整が行なわれる。   This alignment adjustment is first performed in a state where the light path between the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 is blocked by the light shielding plate 16. In this state, alignment adjustment of the transflective plate 15 is performed, and after this adjustment, the light shielding plate 16 is opened, and alignment adjustment of the reference light generating means 23 is performed.

また、光ビーム測定装置10Bは、上記ビームスプリッタ13の図中上方位置において、アライメント用の光束を出力するアライメント用光源61と、該アライメント用光源61から図中右方に出力された発散光束をコリメートするコリメータレンズ62と、後述する平行平板状の光学素子をアライメントする際に、上記ビームスプリッタ13と上記第2の結像レンズ29との間の光路上に配置され、上記コリメータレンズ62からの平行光束を図中下方に直角に反射させて上記ビームスプリッタ13に導く反射ミラー63とを備えている。   The light beam measuring apparatus 10B also includes an alignment light source 61 that outputs an alignment light beam at the upper position of the beam splitter 13 in the figure, and a divergent light beam that is output from the alignment light source 61 to the right in the figure. When aligning the collimating lens 62 to be collimated with the parallel plate-shaped optical element described later, the collimating lens 62 is disposed on the optical path between the beam splitter 13 and the second imaging lens 29, and from the collimating lens 62. A reflection mirror 63 is provided that reflects the parallel light beam at a right angle downward in the figure and guides it to the beam splitter 13.

上記アライメント用光源61は、上記光源部11と上記ビームスプリッタ53との間に上記平行平板状の光学素子(例えば、カバーガラスや各種フィルタ。図示略)が配されるような場合において、該光学素子の傾き等をアライメント調整する際に利用される。すなわち、上記光学素子のアライメント調整をする際に、上記ビームスプリッタ13と上記第2の結像レンズ29との間の光路上に上記反射ミラー63が配置され、アライメント用光源61から出力されたアライメント用の光束が、上記コリメータレンズ62および上記反射ミラー63を介して上記ビームスプリッタ13に導かれる。該ビームスプリッタ13に導かれたアライメント用の平行光束は、該ビームスプリッタ13の分離面13aにおいて、その一部が図中左方に直角にされて上記光学素子に導かれる。   The alignment light source 61 is configured so that the parallel plate-like optical element (for example, a cover glass or various filters, not shown) is disposed between the light source unit 11 and the beam splitter 53. It is used when adjusting the alignment of the inclination of the element. That is, when the alignment of the optical element is adjusted, the reflection mirror 63 is disposed on the optical path between the beam splitter 13 and the second imaging lens 29, and the alignment output from the alignment light source 61 is performed. The light beam for use is guided to the beam splitter 13 through the collimator lens 62 and the reflection mirror 63. A part of the alignment parallel light beam guided to the beam splitter 13 is guided to the optical element at a part of the separation surface 13a of the beam splitter 13 at a right angle to the left in the drawing.

この、光学素子に導かれたアライメント用の平行光束は、該光学素子においてその一部が反射され、その反射光束の一部が上記ビームスプリッタ53により図中下方に直角に反射され、さらに上記結像レンズ54により、上記撮像カメラ55内の検出面55aに集光されて該検出面55a上にそのスポット像が形成される。このスポット像は、撮像カメラ55により撮像され、その画像情報が上記コンピュータ33に出力される。そして、コンピュータ33に入力されたスポット像の上記検出面55a上での位置情報に基づき、上記光学素子のアライメント調整が行なわれるようになっている。   A part of this parallel light beam for alignment led to the optical element is reflected by the optical element, and a part of the reflected light beam is reflected by the beam splitter 53 at a right angle downward in the figure, and further the above-mentioned connection is made. The image lens 54 collects the light on the detection surface 55a in the imaging camera 55 and forms a spot image on the detection surface 55a. The spot image is picked up by the image pickup camera 55, and the image information is output to the computer 33. Based on the positional information on the detection surface 55a of the spot image input to the computer 33, alignment adjustment of the optical element is performed.

なお、上述した反射ミラー51およびパワーメータ52は、所定の集光レンズ(例えば、光ピックアップレンズ)の光透過率や、該集光レンズを介して出力された光ビームの光強度を測定する場合にも利用することが可能である。図4に、このような光ピックアップレンズの透過率を測定するために用いられる測定ユニット70を示す。   The above-described reflection mirror 51 and power meter 52 measure the light transmittance of a predetermined condenser lens (for example, an optical pickup lens) and the light intensity of a light beam output through the condenser lens. It can also be used. FIG. 4 shows a measurement unit 70 used for measuring the transmittance of such an optical pickup lens.

図4に示す測定ユニット70は、測定対象とされる光ピックアップ用の第1レンズ71と、該第1レンズ71に図中左方より入射し該第1レンズ71により収束、発散せしめられた光ビームをコリメートする第2レンズ(光透過率が既知のもの)とを、互いに所定距離を置いて保持するように構成されている。この測定ユニット70は、本願出願人により提案されている光透過率測定方法(特願2004−379449号明細書、特願2004−379450号明細書参照)を用いて、第1レンズ71の光透過率や該第1レンズ71を介して出力された上記光ビームの光強度を測定する際に、図3に示す光源部11と反射ミラー51との間の光路上に配置される。   A measurement unit 70 shown in FIG. 4 includes a first lens 71 for an optical pickup to be measured, and light that is incident on the first lens 71 from the left in the drawing and is converged and diverged by the first lens 71. A second lens (having a known light transmittance) for collimating the beam is held at a predetermined distance from each other. The measurement unit 70 uses the light transmittance measurement method proposed by the applicant of the present application (see Japanese Patent Application Nos. 2004-379449 and 2004-379450) to transmit light of the first lens 71. When measuring the rate and the light intensity of the light beam output through the first lens 71, the light beam is disposed on the optical path between the light source unit 11 and the reflection mirror 51 shown in FIG.

すなわち、図3に示す光源部11と反射ミラー51との間の光路上に上記測定ユニット70が配置された状態で、光源部11から測定ユニット70を介して出力された光ビームの最大光量データを上記パワーメータ52により求め、これを、測定ユニット70が配置されない状態で測定された光源部11からの光ビームの光量データと比較、演算することにより、上記第1レンズ71の光透過率および該第1レンズ71のみを介して出力された際の光ビームの光強度を求めることができる(詳細は、上記各明細書参照)。   That is, the maximum light amount data of the light beam output from the light source unit 11 through the measurement unit 70 in a state where the measurement unit 70 is disposed on the optical path between the light source unit 11 and the reflection mirror 51 shown in FIG. Is calculated by the power meter 52, and this is compared with the light amount data of the light beam from the light source unit 11 measured in a state where the measurement unit 70 is not arranged, thereby calculating the light transmittance of the first lens 71 and The light intensity of the light beam output through only the first lens 71 can be obtained (for details, see the above specifications).

また、第2レンズの光透過率が既知で無い場合でも、上記第1および第2レンズ71,72の他に第3のレンズを被測定レンズに加え、これら3つのレンズにより、3つの異なるレンズペアを構成し、これらのレンズペアについて順次最大光量データを求め、各レンズの光透過率を未知数とした3元連立方程式を演算することによって、各被測定レンズの光透過率を求めるようにしてもよい。   Further, even when the light transmittance of the second lens is not known, a third lens is added to the lens to be measured in addition to the first and second lenses 71 and 72, and three different lenses are obtained by these three lenses. A pair is formed, the maximum light quantity data is sequentially obtained for these lens pairs, and the light transmittance of each lens to be measured is obtained by calculating a ternary simultaneous equation with the light transmittance of each lens as an unknown. Also good.

なお、第1レンズ71の光透過率等を測定する際には、図3に示す被検用の光源部11に替えて、より高い波面精度を持つ光ビームを出力し得る測定用の基準光源(図示略)を用いることが好ましい。   When measuring the light transmittance or the like of the first lens 71, a reference light source for measurement capable of outputting a light beam having higher wavefront accuracy instead of the light source unit for test 11 shown in FIG. (Not shown) is preferably used.

上述したように第2の実施形態に係る光ビーム測定装置10Bによれば、上記光源部11から出射される光ビームの波面測定と光ビームスポットの特性測定とを同時に行なうことが可能であるとともに、光源部11から出射される光ビームの光強度測定や光ピックアップレンズの光透過率等の測定等も行なうことが可能である。また、アライメント用の光学系を備えているので、システム全体の調整もさらに容易に行なうことが可能である。   As described above, according to the light beam measuring apparatus 10B according to the second embodiment, it is possible to simultaneously perform the wavefront measurement of the light beam emitted from the light source unit 11 and the characteristic measurement of the light beam spot. It is also possible to measure the light intensity of the light beam emitted from the light source unit 11 and measure the light transmittance of the optical pickup lens. In addition, since the alignment optical system is provided, the entire system can be adjusted more easily.

なお、図3に示す態様では、半透過反射板15(被検/基準光束分離手段)に入射する前の光ビームの一部を、ビームスプリッタ13(光束分離手段)によりスポット作成用光束として分離するようにしているが、半透過反射板15(被検/基準光束分離手段)により分離された後の被検光束の一部を、ビームスプリッタ56によりスポット作成用光束として分離するようにしたり、半透過反射板15と基準光生成手段23との間に他のビームスプリッタを設置し、波面整形される前の基準光束作成用光束の一部を、スポット作成用光束として分離するようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIG. 3, a part of the light beam before entering the transflective plate 15 (test / reference light beam separating means) is separated as a spot forming light beam by the beam splitter 13 (light beam separating means). However, a part of the test light beam after being separated by the transflective reflector 15 (test / reference light beam separating means) is separated by the beam splitter 56 as a spot forming light beam, Another beam splitter may be installed between the transflective plate 15 and the reference light generating means 23 so that a part of the reference beam generating beam before wavefront shaping is separated as a spot generating beam. Good.

〈光ビーム測定方法〉
以下、本発明の一実施形態に係る光ビーム測定方法について説明する。この光ビーム測定方法は、上述した光ビーム測定装置10Aまたは10Bを用いて行われる。
<Light beam measurement method>
Hereinafter, a light beam measuring method according to an embodiment of the present invention will be described. This light beam measurement method is performed using the above-described light beam measurement apparatus 10A or 10B.

すなわち、まず、測定対象とされる光ビーム(光源部11から出射される光ビーム)を、半透過反射面15aにおいて、波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離し、分離された基準光束作成用光束を、基準光生成手段23により、波面整形して基準光束に変換した後、被検光束と基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を、第1の撮像カメラ27内の第1の検出面27aに結像させる(干渉縞生成手順)。   That is, first, a light beam to be measured (a light beam emitted from the light source unit 11) is subjected to two light beams of a test light beam for wavefront measurement and a reference light beam forming light beam on the transflective surface 15a. The reference beam generation light beam 23 is subjected to wavefront shaping and converted into a reference light beam by the reference light generation unit 23, and then the test light beam and the reference light beam are caused to interfere with each other to obtain wavefront information of the test light beam. Is formed on the first detection surface 27a in the first imaging camera 27 (interference fringe generation procedure).

一方、被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離される前の光ビームの一部を、ビームスプリッタ13によりスポット作成用光束として分離し、分離されたスポット作成用光束を、第2の撮像カメラ31内の第1の検出面31aにスポット像として結像させる(スポット像生成手順)。   On the other hand, a part of the light beam before being separated into two light fluxes, that is, a test light flux and a reference light flux, is separated as a spot light flux by the beam splitter 13, and the separated spot light flux is separated, A spot image is formed on the first detection surface 31a in the second imaging camera 31 (spot image generation procedure).

そして、コンピュータ33において、干渉縞を解析して光ビームの波面測定結果を得る(第1の解析手順)とともに、スポット像を解析して光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る(第2の解析手順)。   Then, in the computer 33, the interference fringes are analyzed to obtain a light beam wavefront measurement result (first analysis procedure), and the spot image is analyzed to obtain a light beam spot characteristic measurement result of the light beam (second analysis procedure). Analysis procedure).

〈態様の変更〉
図2に示す光ビーム測定装置10A、および図3に示す光ビーム測定装置10Bは、干渉縞を得るための光学系の配置がフィゾー型とされているが、フィゾー型に替えて、マイケルソン型の光学系配置を採ることも可能である。その場合、上述のようにフィゾー型の光学系配置を採用したものにおける特徴、すなわち光学系の構成が簡易かつコンパクトであり、光学系の調整が容易であるという特徴は低下するが、干渉縞を得るための被検光束と基準光束との光路長が互いに略等しくなるように設定することができるので、波面測定の対象とされる光ビームが低可干渉性の光束である場合でも、測定が可能となるという利点がある。
<Change of mode>
The optical beam measurement device 10A shown in FIG. 2 and the optical beam measurement device 10B shown in FIG. 3 have a Fizeau type arrangement of the optical system for obtaining interference fringes, but instead of the Fizeau type, a Michelson type It is also possible to adopt the following optical system arrangement. In such a case, the characteristics of the arrangement employing the Fizeau-type optical system as described above, that is, the characteristic that the configuration of the optical system is simple and compact and the adjustment of the optical system is easy, but the interference fringes are reduced. Since the optical path lengths of the test light beam and the reference light beam to be obtained can be set to be substantially equal to each other, measurement can be performed even when the light beam to be subjected to wavefront measurement is a low-coherence light beam. There is an advantage that it becomes possible.

また、図3に示す光ビーム測定装置10Bの反射ミラー51およびパワーメータ52を、図1に示す波面測定用干渉計装置10に設けることにより、この波面測定用干渉計装置10において、光ビームの光強度測定等を行なえるように構成することも可能である。その場合は、光源部11とビームスプリッタ13との間の光路上に、反射ミラー51を出し入れ可能に配置すればよい。さらに、図4に示す測定ユニット70を用いることにより、図1に示す波面測定用干渉計装置10において、光ピックアップレンズの光透過率等の測定を行なえるように構成することも可能である。   Also, by providing the reflection mirror 51 and the power meter 52 of the light beam measuring apparatus 10B shown in FIG. 3 in the wavefront measuring interferometer apparatus 10 shown in FIG. It is also possible to configure so that light intensity measurement or the like can be performed. In that case, the reflection mirror 51 may be disposed on the optical path between the light source unit 11 and the beam splitter 13 so that it can be taken in and out. Furthermore, by using the measurement unit 70 shown in FIG. 4, the wavefront measurement interferometer apparatus 10 shown in FIG. 1 can be configured to measure the light transmittance and the like of the optical pickup lens.

また、図1に示す波面測定用干渉計装置10、図2および図3に示す光ビーム測定装置10A,10Bにおいて共通に用いられている反射回折部19の態様を種々に変更することも可能である。   It is also possible to variously change the aspect of the reflection diffraction section 19 that is commonly used in the wavefront measurement interferometer device 10 shown in FIG. 1 and the light beam measurement devices 10A and 10B shown in FIGS. is there.

以下、反射回折部19の態様の変形例について、図5〜図7を参照しながら説明する。図5に示す反射回折部19Eは、例えば、球面等の曲面状に形成された基板21B上に蒸着等により形成された金属膜からなる。この態様のものでは、基板21Bが曲面状に形成されていることにより、図中左方に配置される収束レンズ(図示略)から該基板21B上に入射した収束光束が上記収束レンズに向けて反射されることを抑制し得るようになっており、これによりノイズ光発生の抑制が図られている。   Hereinafter, modifications of the aspect of the reflection diffraction unit 19 will be described with reference to FIGS. The reflection diffraction portion 19E shown in FIG. 5 is made of, for example, a metal film formed by vapor deposition or the like on a substrate 21B formed in a curved surface shape such as a spherical surface. In this embodiment, since the substrate 21B is formed in a curved shape, the convergent light beam incident on the substrate 21B from the converging lens (not shown) arranged on the left side in the drawing is directed toward the converging lens. The reflection can be suppressed, and the generation of noise light is thereby suppressed.

図6に示す反射回折部19A〜19Dは、例えば、円板状に形成された基板21A上に蒸着等により形成された金属膜からなり、各反射回折部19A〜19Dの大きさが互いに異なるように構成されている。また、基板21Aは回転軸44を中心として紙面に沿って回転可能に構成されている。この態様のものでは、紙面手前側に配置される収束レンズのNA等に応じて、該収束レンズの収束点に上記反射回折部19A〜19Dのうちの1つを選択的に配置し得るようになっている。   The reflection diffraction portions 19A to 19D shown in FIG. 6 are made of, for example, a metal film formed by vapor deposition or the like on a substrate 21A formed in a disc shape, and the sizes of the reflection diffraction portions 19A to 19D are different from each other. It is configured. The substrate 21 </ b> A is configured to be rotatable along the paper surface about the rotation shaft 44. In this embodiment, one of the reflection diffraction units 19A to 19D can be selectively arranged at the convergence point of the convergent lens according to the NA of the convergent lens arranged on the front side of the sheet. It has become.

図7に示す反射回折部19Fは、入射する収束光束の回折限界よりも小さく形成されたピンホール45と、該ピンホール45の裏面側直近に配置された反射面47とから構成されている。この態様のものでは、ピンホール45と反射面47との相対的位置を該反射面47に沿ってずらしても波面整形の機能が変わらない。このため、反射面47の、ピンホール45から臨む部分が破損してその機能が損なわれた場合に、ピンホール45と反射面47とを相対的にずらすことにより、容易に機能の修復が図れるという利点がある。   The reflection diffraction portion 19F shown in FIG. 7 includes a pinhole 45 formed smaller than the diffraction limit of the incident convergent light beam, and a reflection surface 47 arranged in the immediate vicinity of the back surface side of the pinhole 45. In this embodiment, even if the relative positions of the pinhole 45 and the reflecting surface 47 are shifted along the reflecting surface 47, the function of wavefront shaping does not change. Therefore, when the portion of the reflective surface 47 facing the pinhole 45 is damaged and its function is impaired, the function can be easily repaired by relatively shifting the pinhole 45 and the reflective surface 47. There is an advantage.

本発明に係る波面測定用干渉計装置の一実施形態を示す図The figure which shows one Embodiment of the interferometer apparatus for wavefront measurement which concerns on this invention 本発明に係る光ビーム測定装置の第1の実施形態を示す図The figure which shows 1st Embodiment of the light beam measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る光ビーム測定装置の第2の実施形態を示す図The figure which shows 2nd Embodiment of the light beam measuring apparatus which concerns on this invention. 光透過率測定用の測定ユニットを示す図The figure which shows the measurement unit for light transmittance measurement 反射回折部の変形例を示す図The figure which shows the modification of a reflection diffraction part 反射回折部の他の変形例を示す図The figure which shows the other modification of a reflection diffraction part 反射回折部のその他の変形例を示す図The figure which shows the other modification of a reflection diffraction part 従来の波面測定用干渉計装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional wavefront measurement interferometer device

符号の説明Explanation of symbols

10 波面測定用干渉計装置
10A,10B 光ビーム測定装置
11,101 光源部
11a 光源本体
11b ビーム光学系
13 ビームスプリッタ(光束分離手段、スポット作成用光束分離手段)
53,56,102,107 ビームスプリッタ
13a 分離面
15 半透過反射板(被検/基準光束分離手段)
15a 半透過反射面
17,103,109 収束レンズ
16 遮光板
19,19A〜19F 反射回折部
21,21A,21B 基板
23 基準光生成手段
25 結像レンズ(第1の結像レンズ、干渉縞生成手段)
27 撮像カメラ(第1の撮像カメラ)
27a 検出面(第1の検出面、第1の光検出器)
29 第2の結像レンズ
31 第2の撮像カメラ
31a 第2の検出面(第2の光検出器)
33 コンピュータ
34 表示装置
35 入力装置
36 フリンジスキャンアダプタ
37 ホルダ
38 圧電素子
39,43 ドライバ
41 電動モータ
44 回転軸
45,104 ピンホール
47 反射面
51,63 反射ミラー
52 パワーメータ
52a 光検出面
54,57 アライメント用の結像レンズ
55,58 アライメント用の撮像カメラ
55a,58a 検出面
61 アライメント用光源
62,105,110 コリメータレンズ
71 第1レンズ
72 第2レンズ
106,108 ミラー
111 結像レンズ
112 撮像カメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Interferometer apparatus for wavefront measurement 10A, 10B Light beam measuring apparatus 11, 101 Light source part 11a Light source main body 11b Beam optical system 13 Beam splitter (Flux separation means, Spot creation light flux separation means)
53, 56, 102, 107 Beam splitter 13a Separation surface 15 Transflective plate (test / reference beam separation means)
15a transflective surface 17, 103, 109 converging lens 16 light shielding plate 19, 19A-19F reflection diffractive parts 21, 21A, 21B substrate 23 reference light generating means 25 imaging lens (first imaging lens, interference fringe generating means) )
27 Imaging camera (first imaging camera)
27a Detection surface (first detection surface, first photodetector)
29 Second imaging lens 31 Second imaging camera 31a Second detection surface (second photodetector)
33 Computer 34 Display Device 35 Input Device 36 Fringe Scan Adapter 37 Holder 38 Piezoelectric Element 39, 43 Driver 41 Electric Motor 44 Rotating Shaft 45, 104 Pinhole 47 Reflecting Surface 51, 63 Reflecting Mirror 52 Power Meter 52a Photodetecting Surface 54, 57 Imaging lens for alignment 55, 58 Imaging camera for alignment 55a, 58a Detection surface 61 Light source for alignment 62, 105, 110 Collimator lens 71 First lens 72 Second lens 106, 108 Mirror 111 Imaging lens 112 Imaging camera

Claims (17)

測定対象とされる光ビームの一部を、被検光束として入射方向と逆向きに反射する半透過反射面、
前記半透過反射面を透過した透過光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記半透過反射面より入射した前記透過光束の一部を波面整形された基準光束に変換し、該基準光束を前記半透過反射面に向けて射出する基準光生成手段、
および前記基準光束と前記被検光束とが合波されてなる干渉光を検出面に導き、該検出面上に干渉縞を形成する結像部を備え、
前記検出面上に形成された前記干渉縞に基づき、前記光ビームの波面測定を行なうように構成されていることを特徴とする波面測定用干渉計装置。
A transflective surface that reflects part of the light beam to be measured as a test light beam in the direction opposite to the incident direction;
The transmitted light beam having a converging lens for converging the transmitted light beam transmitted through the semi-transmissive reflective surface and a minute reflection diffraction portion disposed at a convergence point of the convergent lens, and incident from the semi-transmissive reflective surface A reference light generation means for converting a part of the reference light beam into a wavefront-shaped reference light beam and emitting the reference light beam toward the transflective surface,
And an imaging unit that guides interference light formed by combining the reference light beam and the test light beam to a detection surface and forms interference fringes on the detection surface,
A wavefront measurement interferometer device configured to perform wavefront measurement of the light beam based on the interference fringes formed on the detection surface.
前記半透過反射面および前記基準光生成手段の少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより、これら半透過反射面および基準光生成手段の間の光学距離を調整する光路長調整手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の波面測定用干渉計装置。   Optical path length adjusting means is provided for adjusting an optical distance between the semi-transmissive reflecting surface and the reference light generating means by moving at least one of the semi-transmissive reflecting surface and the reference light generating means in the optical axis direction. The wavefront measuring interferometer device according to claim 1. 前記基準光生成手段が、互いに大きさの異なる複数の反射回折部を保持し、これら複数の反射回折部のうちの1つを選択的に前記収束点に配置し得るように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の波面測定用干渉計装置。   The reference light generating means is configured to hold a plurality of reflection diffractive parts having different sizes and to selectively arrange one of the plurality of reflection diffractive parts at the convergence point. The wavefront measuring interferometer device according to claim 1 or 2. 前記反射回折部の周辺領域が、前記収束レンズを介して該周辺領域に入射した前記透過光束が前記収束レンズへ向けて反射されることを抑制し得る形状に構成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の波面測定用干渉計装置。   The peripheral region of the reflection diffraction part is configured to have a shape capable of suppressing reflection of the transmitted light beam incident on the peripheral region through the converging lens toward the converging lens. The interferometer device for wavefront measurement according to any one of claims 1 to 3. 測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポットの特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定装置であって、
前記光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離する被検/基準光束分離手段と、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換する基準光生成手段と、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を結像させる干渉縞生成手段と、前記干渉縞の結像面に設けられた第1の光検出器と、を有してなる波面測定部と、
前記被検/基準光束分離手段に入射する前の前記光ビーム、前記被検/基準光束分離手段により分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束の一部をスポット作成用光束として分離するスポット作成用光束分離手段と、該スポット作成用光束分離手段により分離された前記スポット作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手段と、前記スポット像の結像面に設けられた第2の光検出器と、を有してなるスポット特性測定部と、
を備えてなることを特徴とする光ビーム測定装置。
A light beam measuring apparatus capable of measuring both a wavefront measurement of a light beam to be measured and a characteristic measurement of a spot of the light beam,
A test / reference beam separating means for separating the light beam into two light beams, a test light beam for wavefront measurement and a reference light beam, and a reference light beam by shaping the wave surface of the reference light beam and converting it to a reference light beam A reference light generating means that interferes with the test light beam and the reference light beam to form an interference fringe image that carries the wavefront information of the test light beam, and an imaging surface of the interference fringe A first light detector provided, and a wavefront measuring unit comprising:
The light beam before entering the test / reference beam separation unit, the test beam after being separated by the test / reference beam separation unit, or the reference beam creation beam before wavefront shaping. A spot creating light beam separating means for separating a part of the spot creating light beam as a spot creating light beam, a spot image generating means for forming the spot creating light beam separated by the spot creating light beam separating means as a spot image, and the spot image A second photo detector provided on the imaging plane of
A light beam measuring apparatus comprising:
前記被検/基準光束分離手段は、入射した前記光ビームの一部分を前記被検光束として入射方向と逆向きに反射し、該光ビームのその余の部分を前記基準光束作成用光束として透過させる半透過反射面であることを特徴とする請求項5記載の光ビーム測定装置。   The test / reference light beam separating means reflects a part of the incident light beam as the test light beam in a direction opposite to the incident direction, and transmits the remaining part of the light beam as the reference light beam. 6. The light beam measuring apparatus according to claim 5, wherein the light beam measuring apparatus is a transflective surface. 前記基準光生成手段は、前記基準光束作成用光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記被検/基準光束分離手段より入射した前記基準光束作成用光束の一部を波面整形して前記基準光束に変換し、該基準光束を前記被検/基準光束分離手段に向けて射出するものであることを特徴とする請求項5または6記載の光ビーム測定装置。   The reference light generating means includes a converging lens for converging the reference light beam forming light beam, and a minute reflection diffracting portion arranged at a convergence point of the converging lens, and the test / reference light beam separating means A part of the incident light beam for generating the reference light beam is wavefront shaped and converted into the reference light beam, and the reference light beam is emitted toward the test / reference light beam separating means. Item 7. The light beam measuring apparatus according to Item 5 or 6. 測定対象とされる光ビームを、2つの光束に分離する光束分離手段、
前記光束分離手段により分離された前記2つの光束のうちの一方の光束の一部を、被検光束として入射方向と逆向きに反射する半透過反射面、
前記半透過反射面を透過した透過光束を収束させる収束レンズと、該収束レンズの収束点に配置された微小な反射回折部とを有してなり、前記半透過反射面より入射した前記透過光束の一部を波面整形された基準光束に変換し、該基準光束を前記半透過反射面に向けて射出する基準光生成手段、
前記基準光束と前記被検光束とが合波されてなる干渉光を第1の検出面に導き、該第1の検出面上に干渉縞を形成する第1の結像部、
および前記光束分離手段により分離された前記2つの光束のうちの他方の光束のスポット像を、第2の検出面上に形成する第2の結像部を備え、
前記第1の検出面上に形成された前記干渉縞に基づき前記光ビームの波面測定を行なうとともに、前記第2の検出面上に形成された前記スポット像に基づき光ビームスポットの特性測定を行なうように構成されていることを特徴とする光ビーム測定装置。
A light beam separating means for separating a light beam to be measured into two light beams,
A transflective surface that reflects a part of one of the two light beams separated by the light beam separating means as a test light beam in a direction opposite to the incident direction;
The transmitted light beam having a converging lens for converging the transmitted light beam transmitted through the semi-transmissive reflective surface and a minute reflection diffraction portion disposed at a convergence point of the convergent lens, and incident from the semi-transmissive reflective surface A reference light generation means for converting a part of the reference light beam into a wavefront-shaped reference light beam and emitting the reference light beam toward the transflective surface,
A first imaging unit that guides interference light formed by combining the reference light beam and the test light beam to a first detection surface and forms interference fringes on the first detection surface;
And a second imaging unit that forms a spot image of the other of the two light beams separated by the light beam separating unit on a second detection surface,
The wavefront of the light beam is measured based on the interference fringes formed on the first detection surface, and the characteristics of the light beam spot are measured based on the spot image formed on the second detection surface. A light beam measuring device configured as described above.
前記干渉光が前記光束分離手段を介して前記第1の検出面に導かれるように構成されていることを特徴とする請求項8記載の光ビーム測定装置。   9. The light beam measuring apparatus according to claim 8, wherein the interference light is configured to be guided to the first detection surface through the light beam separating unit. 前記半透過反射面および前記基準光生成手段の少なくとも一方を光軸方向に移動させることにより、これら半透過反射面および基準光生成手段の間の光学距離を調整する光路長調整手段を備えていることを特徴とする請求項8または9記載の光ビーム測定装置。   Optical path length adjusting means is provided for adjusting an optical distance between the semi-transmissive reflecting surface and the reference light generating means by moving at least one of the semi-transmissive reflecting surface and the reference light generating means in the optical axis direction. 10. The light beam measuring apparatus according to claim 8 or 9, wherein: 前記基準光生成手段が、互いに大きさの異なる複数の反射回折部を保持し、これら複数の反射回折部のうちの1つを選択的に前記収束点に配置し得るように構成されていることを特徴とする請求項8〜10のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   The reference light generating means is configured to hold a plurality of reflection diffractive parts having different sizes and to selectively arrange one of the plurality of reflection diffractive parts at the convergence point. The light beam measuring apparatus according to claim 8, wherein 前記半透過反射面と前記基準光生成手段との間の光路を遮断する遮光手段を備えていることを特徴とする請求項8〜11のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   The light beam measuring apparatus according to claim 8, further comprising a light blocking unit that blocks an optical path between the transflective surface and the reference light generating unit. 前記反射回折部を光路から外れた位置に移動し得るように構成されていることを特徴とする請求項8〜11のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   The light beam measuring apparatus according to claim 8, wherein the reflection diffraction unit is configured to be moved to a position out of the optical path. 前記反射回折部の周辺領域が、前記収束レンズを介して該周辺領域に入射した前記透過光束が前記収束レンズへ向けて反射されることを抑制し得る形状に構成されていることを特徴とする請求項8〜13のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   The peripheral region of the reflection diffraction part is configured to have a shape capable of suppressing reflection of the transmitted light beam incident on the peripheral region through the converging lens toward the converging lens. The light beam measuring apparatus of any one of Claims 8-13. 前記光ビームの光強度を測定するパワーメータを備えていることを特徴とする請求項5〜14のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   The light beam measuring apparatus according to claim 5, further comprising a power meter that measures light intensity of the light beam. 前記干渉縞を解析して前記光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手段と、前記スポット像を解析して前記光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る第2の解析手段と、を備えていることを特徴とする請求項5〜15のうちいずれか1項記載の光ビーム測定装置。   A first analysis unit that analyzes the interference fringes to obtain a wavefront measurement result of the light beam; a second analysis unit that analyzes the spot image to obtain a light beam spot characteristic measurement result of the light beam; The light beam measuring device according to claim 5, comprising: 測定対象とされる光ビームの波面測定と該光ビームのスポットの特性測定との双方の測定が可能な光ビーム測定方法であって、
前記光ビームを波面測定のための被検光束と基準光束作成用光束との2つの光束に分離し、前記基準光束作成用光束を波面整形して基準光束に変換した後、前記被検光束と前記基準光束とを干渉させて該被検光束の波面情報を担持した干渉縞を結像させる干渉縞生成手順と、
前記被検光束と前記基準光束作成用光束との2つの光束に分離される前の前記光ビーム、分離された後の前記被検光束、または波面整形される前の前記基準光束作成用光束の一部をスポット像作成用光束として分離し、該スポット像作成用光束をスポット像として結像させるスポット像生成手順と、
前記干渉縞を解析して前記光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手順と、
前記スポット像を解析して前記光ビームの光ビームスポットの特性測定結果を得る第2の解析手順と、
を行なうことを特徴とする光ビーム測定方法。

A light beam measurement method capable of measuring both a wavefront measurement of a light beam to be measured and a characteristic measurement of a spot of the light beam,
The light beam is separated into two light beams, a test light beam for wavefront measurement and a reference light beam, and the reference light beam is shaped into a reference beam and converted into a reference light beam. An interference fringe generation procedure for forming an interference fringe that forms an interference fringe carrying the wavefront information of the test light flux by interfering with the reference light flux;
The light beam before being separated into two light beams, that is, the test light beam and the reference light beam, or the test light beam after being separated, or the reference light beam light beam before being wavefront shaped. A spot image generation procedure in which a part is separated as a spot image creation light beam, and the spot image creation light beam is formed as a spot image;
A first analysis procedure for analyzing the interference fringes and obtaining a wavefront measurement result of the light beam;
A second analysis procedure for analyzing the spot image and obtaining a characteristic measurement result of the light beam spot of the light beam;
A method of measuring a light beam, comprising:

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