JP4542108B2 - セグメントグレーティングアライメント装置 - Google Patents

Description

この発明は、２枚以上の反射型平面グレーティング（以下、これを平面グレーティングという）に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすようアライメントするセグメントグレーティングアライメント装置に関するものである。

高強度のレーザ光を利用する分野では、レーザ光の伝播時における光学系の損傷を防ぐために、単位断面積あたりで伝搬させるレーザ光の強度を制限する必要がある。このため、ビーム径の大きなレーザ光が用いられる。レーザ光の伝播時に平面グレーティングを使用する場合には面積の大きな平面グレーティングを使用する必要がある。

面積の大きな平面グレーティングを達成する装置の先行例として、１枚の大きな平面グレーティングを作成する方法が用いられている。例えば、２枚のレプリカを使用して１枚の大きな平面グレーティングを作成する装置がある（例えば、非特許文献１参照）。

クリストファ・パルマ（Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｐａｌｍｅｒ）著、「ディフラクション・グレーティング・ハンドブック第５版（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｉｆｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ）」、スペクトラ・フィジクス・リチャードソン・グレーティング・ラボラトリ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）刊行、２００２年２月、第１５１頁−第１５３頁

従来の面積の大きな平面グレーティングは上述したように構成されているが、２枚以上のレプリカを使用して１枚の大きな平面グレーティングを作成する方法では、使用するレプリカの枚数が増えるにつれて、個々のレプリカの相対的な角度と相対的な位置を合わせるための技術的な難易度が増していくという課題があった。更に、このようにしてできあがった１枚の大きな平面グレーティングについても、熱の影響で平面グレーティングが変形することで、平面グレーティングの表面精度が落ちるという課題があった。

これらの課題を解決するため、面積の小さな平面グレーティングを２枚以上並べて面積の大きな平面グレーティングと同等の性能を出す方法が有効であると考えられる。ただし、この方法では、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすようアライメントするセグメントグレーティングアライメント装置が必要であるという課題があった。

図２８は、２枚の平面グレーティングにおける、平面グレーティングの回折面内にあって平面グレーティングの持つ溝の方向に垂直な軸（以下、これをＸ軸という）のまわりの回転に対応する角度（以下、これを角度Ａという）の相対的な角度ずれを示す図である。図２９は、２枚の平面グレーティングにおける、平面グレーティングの回折面内にあって平面グレーティングの持つ溝の方向に平行な軸（以下、これをＹ軸という）のまわりの回転に対応する角度（以下、これを角度Ｂという）の相対的な角度ずれを示す図である。図３０は、２枚の平面グレーティングにおける、平面グレーティングの回折面に垂直な軸（以下、これをＺ軸という）のまわりの回転に対応する角度（以下、これを角度Ｃという）の相対的な角度ずれを示す図である。２枚の平面グレーティングにおける角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃの相対的な角度ずれは、入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光に相対的な角度ずれが生じる要因となる。

図３１は、２枚の平面グレーティングにおける、Ｚ軸方向の座標（以下、これを座標Ｚという）の相対的な座標ずれを示す図である。図３２は、２枚の平面グレーティングにおける、Ｘ軸方向の座標（以下、これを座標Ｘという）の座標差を示す図である。２枚の平面グレーティングにおける座標Ｚの相対的な座標ずれと座標Ｘの座標差は、入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光に相対的な位相ずれが生じる要因となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、２枚以上の平面グレーティングにおける角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃの相対的な角度ずれに起因する、入射光が各々の平面グレーティングによって生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすよう調整することができるセグメントグレーティングアライメント装置を得るものである。

また、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第２の目的は、２枚以上の平面グレーティングにおける座標Ｚの相対的な座標ずれと座標Ｘの座標差に起因する、入射光が各々の平面グレーティングによって生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすよう調整することができるセグメントグレーティングアライメント装置を得るものである。

この発明に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすようアライメントするグレーティングアライメント装置を備え、前記グレーティングアライメント装置は、入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを検出する位相ずれ検出手段と、前記位相ずれ検出手段によって検出した位相ずれを無くすよう調整する位相ずれ調整手段とを有するものである。

この発明に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、２枚以上の平面グレーティングにおける角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃの相対的な角度ずれに起因する、入射光が各々の平面グレーティングによって生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすよう調整することができるという効果を奏する。また、２枚以上の平面グレーティングにおける座標Ｚの相対的な座標ずれと座標Ｘの座標差に起因する、入射光が各々の平面グレーティングによって生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすよう調整することができるという効果を奏する。

この発明の実施例１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 平面グレーティングに入射する入射光の進行方向と、入射光が平面グレーティングによって回折されて生じる回折光の進行方向との関係を示す図である。 ２枚の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合を基準として、片方の平面グレーティングの角度ＡをｄＡ［μｒａｄ］だけ変化させたときに、１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］、ＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］、ＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。 ２枚の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合を基準として、片方の平面グレーティングの角度ＢをｄＢ［μｒａｄ］だけ変化させたときに、１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］、ＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］、ＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。 ２枚の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合を基準として、片方の平面グレーティングの角度ＣをｄＣ［μｒａｄ］だけ変化させたときに、１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］、ＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］、ＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。 ２枚の平面グレーティングの角度ＣがｄＣ［μｒａｄ］だけ異なっているときに、角度Ａと角度Ｂを調整して、各々の１次回折光の相対的な角度ずれを無くせるｄＡ［μｒａｄ］とｄＢ［μｒａｄ］の値をプロットした結果を示す。 入射光の１０５３［ｎｍ］の波長成分で各々の１次回折光の相対的な角度ずれを無くした場合に、入射光の１０５０［ｎｍ］と１０５６［ｎｍ］の波長成分に対して、各々の１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］、ＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］、ＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。 この発明の実施例７に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例８に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例９に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 ２つの平面グレーティングの座標Ｘの座標差ｄＸを０として、座標Ｚの座標ずれｄＺ［μｍ］に対して、１次回折光の相対的な位相ずれｄＰ［ｒａｄ］をプロットした結果を示す。 ２つの平面グレーティングの座標Ｚの座標ずれｄＺを０として、座標Ｘの座標差ｄＸ［μｍ］を平面グレーティングの溝間隔Ｄ［μｍ］で規格化した値ｄＸ／Ｄに対して、１次回折光の相対的な位相ずれｄＰ［ｒａｄ］をプロットした結果を示す。 １０５３［ｎｍ］の波長成分に対して座標差ｄＸによる位相ずれを無くすことができる座標ずれｄＺをプロットした結果と、そのように座標差ｄＸと座標ずれｄＺとを選んだ場合に、入射光の１０５０［ｎｍ］と１０５６［ｎｍ］の波長成分に対しての各々の１次回折光の相対的な位相ずれｄＰをプロットした結果を示す。 この発明の実施例１０に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。 この発明の実施例１７に係るセグメントグレーティングアライメントシステムの構成を示す図である。 この発明の実施例１８に係るパルス圧縮装置の構成を示す図である。 Ｘ軸のまわりの回転に対応する角度Ａの相対的な角度ずれを示す図である。 Ｙ軸のまわりの回転に対応する角度Ｂの相対的な角度ずれを示す図である。 Ｚ軸のまわりの回転に対応する角度Ｃの相対的な角度ずれを示す図である。 Ｚ軸方向の座標Ｚの相対的な座標ずれを示す図である。 Ｘ軸方向の座標Ｘの座標差を示す図である。

以下、実施例１〜実施例１８を説明する。

この発明の実施例１に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

この実施例１では、セグメントグレーティングアライメント装置を用いて５枚の反射型平面グレーティングをアライメントする場合を説明する。

図１において、この実施例１に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、平面グレーティング１〜５をアライメントの対象とするグレーティングアライメント装置１０と、移動ステージ１１とが設けられている。

この実施例１では、移動ステージ１１を用いて、グレーティングアライメント装置１０を移動させて、１枚ずつ順にアライメントを行う。なお、移動ステージ１１に限らず、グレーティングアライメント装置１０を移動させる手段であれば、何を用いても良い。また、グレーティングアライメント装置１０を複数台用いても良い。

つぎに、この実施例１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

グレーティングアライメント装置１０は、平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃ、座標Ｚ、座標Ｘを適切に調整し、入射光が平面グレーティング１と平面グレーティング２とによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれのうち少なくとも１つを無くすようアライメントする（１）。

移動ステージ１１では、グレーティングアライメント装置１０を用いて平面グレーティング１を基準とした平面グレーティング２のアライメントを終えた後、平面グレーティング２を基準とした平面グレーティング３のアライメントを行える位置までグレーティングアライメント装置１０を移動させる（２）。

続いて、グレーティングアライメント装置１０で、平面グレーティング３の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃ、座標Ｚ、座標Ｘを適切に調整し、入射光が平面グレーティング２と平面グレーティング３とによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれのうち少なくとも１つを無くすようアライメントする（３）。以下同様にして、平面グレーティング４、平面グレーティング５の順にアライメントを行う。

この実施例１は、以上に述べたように構成されているので、２枚以上の平面グレーティングに対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれのうち少なくとも１つを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例１は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例２に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施例２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２において、この実施例２に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、平面グレーティング１〜２の角度ずれを検出する角度ずれ検出手段２０と、平面グレーティング１〜２の角度ずれを調整する角度ずれ調整手段２１とが設けられている。

つぎに、この実施例２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

角度ずれ検出手段２０は、入射光が平面グレーティング１と平面グレーティング２とによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを検出する（１）。また、角度ずれ検出手段２０は、検出した角度ずれの情報を角度ずれ調整手段２１へ伝達する（２）。角度ずれ調整手段２１は、角度ずれ検出手段２０によって検出された各々の回折光の角度ずれの情報をもとに、平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを適切に調整し（３）、各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすようアライメントする。

この実施例２は、以上に述べたように構成されているので、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例２は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例３に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施例３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図３において、この実施例３に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、平面グレーティング１〜２の位相ずれを検出する位相ずれ検出手段３０と、平面グレーティング１〜２の位相ずれを調整する位相ずれ調整手段３１とが設けられている。

つぎに、この実施例３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

位相ずれ検出手段３０は、入射光が平面グレーティング１と平面グレーティング２とによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを検出する（１）。また、位相ずれ検出手段３０は、検出した位相ずれの情報を位相ずれ調整手段３１へ伝達する（２）。位相ずれ調整手段３１は、位相ずれ検出手段３０によって検出された各々の回折光の位相ずれの情報をもとに、平面グレーティング２の座標Ｚ、座標Ｘを適切に調整し（３）、各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすようアライメントする。

この実施例３は、以上に述べたように構成されているので、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例３は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例４に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施例４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図４において、この実施例４に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５とが設けられている。なお、凸レンズ４４とＣＣＤカメラ４５によって、遠視野像結像位置測定手段が構成される。

光照射手段４０によって、平面グレーティング１と平面グレーティング２とに入射光４１が照射される。平面グレーティング１によって、入射光４１が回折されて回折光４２が生じる。また、平面グレーティング２によって、入射光４１が回折されて回折光４３が生じる。遠視野像結像位置測定手段は、凸レンズ４４とＣＣＤカメラ４５の組み合わせに限られるものではなく、遠視野像の結像位置を測定する機能を持つものであれば何を用いても良い。

つぎに、この実施例４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０は、平面グレーティング１と平面グレーティング２に入射光４１を照射する。凸レンズ４４は、入射光４１が平面グレーティング１によって回折されて生じる回折光４２と、入射光４１が平面グレーティング２によって回折されて生じる回折光４３を集光する。そして、ＣＣＤカメラ４５は、集光された回折光４２の遠視野像の結像位置と、集光された回折光４３の遠視野像の結像位置を測定する。回折光４２と回折光４３に相対的な角度ずれがある場合には、各々の回折光の遠視野像の結像位置が異なるため、各々の回折光の遠視野像の結像位置から回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを検出することができる。

この実施例４は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを検出できる効果を持つ。また、この実施例４は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例５に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施例５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図５において、この実施例５に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズアレー５０と、回折光の遠視野像のパターンを測定するＣＣＤカメラ５１とが設けられている。なお、凸レンズアレー５０とＣＣＤカメラ５１によって、波面測定手段が構成される。この波面測定手段は、凸レンズアレー５０とＣＣＤカメラ５１の組み合わせに限られるものではなく、波面を測定する機能を持つものであれば何を用いても良い。

つぎに、この実施例５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０の動作は、上記実施例４の場合と同様である。凸レンズアレー５０は、回折光４２と回折光４３を２次元に配列された凸レンズによって集光する。ＣＣＤカメラ５１では、集光された回折光４２と回折光４３の遠視野像のパターンを測定し、回折光断面における波面の２次元分布を得る。この回折光断面における波面の２次元分布から、信号処理によって角度ずれ成分のみを分離抽出することができ、上記実施例４における遠視野像の結像位置よりも回折光の進行方向について精密な情報が得られる。したがって、回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを上記実施例４よりも精密に検出できる。

この実施例５は、以上に述べたように構成されているので、上記実施例４よりも精密に、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを検出できる効果を持つ。また、この実施例５は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例６に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図６から図１２までを参照しながら説明する。図６は、この発明の実施例６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図６において、この実施例６に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、３軸角度駆動手段６０とが設けられている。

ここで、平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃと、平面グレーティングによって回折されて生じる回折光の進行方向との関係について説明する。図７は、平面グレーティングに入射する入射光の進行方向と、入射光が平面グレーティングによって回折されて生じる回折光の進行方向との関係を示す図である。以下、Ｚ軸とＸ軸とがなす面をＸＺ面という。図７において、角度ＰはＺ軸と入射光とがなす角、角度ＲはＸＺ面と入射光とがなす角、角度ＱはＺ軸と回折光とがなす角である。このとき、ＸＺ面と回折光とがなす角も角度Ｒとなる。入射光の波長がＬであり、平面グレーティングの溝間隔がＤである場合、入射光の進行方向と回折光の進行方向の関係は次の式（１）で表される。この式（１）において、ｎは整数であり回折光の次数を表す。

ｎ・Ｌ＝Ｄ・ｃｏｓＲ・（ｓｉｎＰ＋ｓｉｎＱ） 式（１）

回折光の次数ｎが０である回折光（以下、これを０次回折光という）の場合、式（１）から、入射光のすべての波長Ｌに対してと、すべての角度Ｒに対して、角度ＱがＱ＝−Ｐとなり、０次回折光の進行方向は平面グレーティングを鏡と見なした場合における反射光の進行方向と同じである。一方、回折光の次数ｎが０でない回折光（以下、これをｎ次回折光という）の場合、式（１）から、ｎ次回折光の角度Ｑが、入射光の波長Ｌ、角度Ｐ、角度Ｒのすべてに依存する。したがって、入射光をある一定の方向から入射させて平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを変化させた場合、０次回折光の進行方向は角度Ｃには依存せず角度Ａと角度Ｂのみに依存し、ｎ次回折光の進行方向は角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃのすべてに依存する。

次に、図６のように、入射光４１が２枚の平面グレーティング１、２によって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれについて考える。回折光が０次回折光の場合は、入射光のすべての波長Ｌに対して、２枚の平面グレーティング１、２の角度Ａと角度Ｂが一致するときのみ、各々の０次回折光の相対的な角度ずれが無くなる。

一方、回折光がｎ次回折光の場合には、２枚の平面グレーティング１、２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致するときは、すべての波長Ｌに対して、各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれが無くなる。ここで、２枚の平面グレーティング１、２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致して各々のｎ次回折光に相対的な角度ずれが無い場合を基準として、片方の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを変化させたときの、各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれについて考える。例として、２枚の平面グレーティング１、２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合に、平面グレーティングの溝間隔Ｄが５７４．７［ｎｍ］であり、入射光の波長Ｌが１０５３［ｎｍ］であり、入射光の角度Ｐが１．２６４［ｒａｄ］であり、入射光の角度Ｒが０［ｒａｄ］であるときの回折光の次数ｎが１である回折光（以下、これを１次回折光という）について考える。

図８は、２枚の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合を基準として、片方の平面グレーティングの角度ＡをｄＡ［μｒａｄ］だけ変化させたときに、１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］と、ｄＤのうちＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］と、ｄＤのうちＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。図９は、片方の平面グレーティングの角度ＢをｄＢ［μｒａｄ］だけ変化させたときの図８と同様の結果を示す。図１０は、片方の平面グレーティングの角度ＣをｄＣ［μｒａｄ］だけ変化させたときの図８と同様の結果を示す。図８〜図１０から、ｄＡとｄＣはｄＤｏｕｔの方向に１次回折光の相対的な角度ずれを生じさせ、ｄＢはｄＤｉｎの方向に１次回折光の相対的な角度ずれを生じさせることがわかる。

図１１は、２枚の平面グレーティングの角度ＣがｄＣ［μｒａｄ］だけ異なっているときに、角度Ａと角度Ｂを調整して、各々の１次回折光の相対的な角度ずれを無くせるｄＡ［μｒａｄ］とｄＢ［μｒａｄ］の値をプロットした結果を示す。すなわち、ある波長Ｌに対しては、２枚の平面グレーティングの角度Ｃが異なっているときでも、角度Ａと角度Ｂを適切に調整すれば２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれを無くすことができる。これと同様に、ある波長Ｌに対しては、２枚の平面グレーティングの角度Ａが異なっているときでも、角度Ｂと角度Ｃを適切に調整すれば２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれを無くすことができる。

次に、前述した場合と同様に、平面グレーティングの溝間隔Ｄが５７４．７［ｎｍ］であり、入射光の角度Ｐが１．２６４［ｒａｄ］であり、入射光の角度Ｒが０［ｒａｄ］である場合に、入射光が１０５０［ｎｍ］、１０５３［ｎｍ］、１０５６［ｎｍ］の３つの波長成分を持つときの１次回折光について考える。ここでは、２枚の平面グレーティングの角度Ｃが異なっているときに、角度Ａと角度Ｂを適切に調整して、入射光の１０５３［ｎｍ］の波長成分に対して各々の１次回折光の相対的な角度ずれを無くした場合を考える。図１２は、入射光の１０５３［ｎｍ］の波長成分で各々の１次回折光の相対的な角度ずれを無くした場合に、入射光の１０５０［ｎｍ］と１０５６［ｎｍ］の波長成分に対して、各々の１次回折光の相対的な角度ずれｄＤ［μｒａｄ］と、ｄＤのうちＸＺ面内の成分ｄＤｉｎ［μｒａｄ］と、ｄＤのうちＸＺ面外の成分ｄＤｏｕｔ［μｒａｄ］をプロットした結果を示す。図１２から、２枚の平面グレーティングの角度Ｃが異なっている場合に、角度Ａと角度Ｂを適切に調整して、ある波長Ｌに対して各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれを無くしたときでも、その他の波長に対しては各々のｎ次回折光に相対的な角度ずれが残ることがわかる。以上から、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な角度ずれを完全に無くすには、平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃをすべて調整して、２枚の平面グレーティングの角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを一致させる必要があることがわかる。

つぎに、この実施例６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０、凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５の動作は、上記実施例４の場合と同様である。回折光４２と回折光４３との相対的な角度ずれの検出手段には、上記の実施例４、５等の手段を用いる。３軸角度駆動手段６０は、平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを駆動させる。回折光が０次回折光の場合は、０次回折光の進行方向は平面グレーティング２の角度Ｃには依存しないため、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂを平面グレーティング１の角度Ａと角度Ｂに一致するよう調整して、回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を一致させると、すべての波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。

一方、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が単色光のときは、平面グレーティング２の角度Ｃを調整せず固定して、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を一致させると、その波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。また、平面グレーティング２の角度Ａを調整せず固定して、平面グレーティング２の角度Ｂと角度Ｃを適切に調整しても、その波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃを平面グレーティング１の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃに一致するよう調整して、回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を一致させると、すべての波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。

この実施例６は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例６は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例７に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図１３を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施例７に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図１３において、この実施例７に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、２軸角度駆動手段７０とが設けられている。

つぎに、この実施例７に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０、凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５の動作は、上記実施例４の場合と同様である。回折光４２と回折光４３との相対的な角度ずれの検出手段には、上記の実施例４、５等の手段を用いる。２軸角度駆動手段７０は、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂ、または角度Ｂと角度Ｃを駆動させる。ただし、回折光が０次回折光の場合は、０次回折光の進行方向は角度Ｃには依存しないため、駆動させる軸を角度Ａと角度Ｂの２軸にする必要がある。回折光が０次回折光の場合は、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂを平面グレーティング１の角度Ａと角度Ｂに一致するよう調整して、回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を一致させると、すべての波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。

一方、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が単色光のときは、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂ、または、角度Ｂと角度Ｃを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を一致させると、その波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができる。回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、平面グレーティング２の角度Ａと角度Ｂ、または、角度Ｂと角度Ｃを適切に調整して、その中の１つの波長に対しては回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無くすことができるが、その他の波長に対しては各々のｎ次回折光に相対的な角度ずれが残る。角度Ｃの調整を行わない場合、平面グレーティング１と平面グレーティング２の角度Ｃの相対的な角度ずれが十分に小さければ、角度Ａと角度Ｂを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無視できる程度まで小さくすることができる。また、角度Ａの調整を行わない場合、平面グレーティング１と平面グレーティング２の角度Ａの相対的な角度ずれが十分に小さければ、角度Ｂと角度Ｃを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれを無視できる程度まで小さくすることができる。この実施例７による２軸角度駆動手段７０は、上記の実施例６による３軸角度駆動手段６０に比べると、角度ずれの調整性能は若干劣るが、駆動させる軸が少ないゆえに安価で軽量な装置であるという利点を持つ。

この実施例７は、以上に述べたように構成されているので、上記の実施例６よりも安価で軽量な装置にして、２枚の平面グレーティングに対して、以下の効果を持つ。回折光が０次回折光の場合と、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が単色光のときは、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、２枚の平面グレーティングの調整を行わない角度についての相対的な角度ずれが十分に小さければ、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無視できる程度まで小さくするよう調整できる効果を持つ。この実施例７は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例８に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図１４を参照しながら説明する。図１４は、この発明の実施例８に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図１４において、この実施例８に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ８０と、回折光の遠視野像の干渉光の強度を測定するＣＣＤカメラ８１とが設けられている。なお、凸レンズ８０とＣＣＤカメラ８１は、遠視野像強度測定手段を構成している。この遠視野像強度測定手段は、凸レンズ８０とＣＣＤカメラ８１の組み合わせに限られるものではなく、遠視野像の干渉光の強度を測定する機能を持つものであれば何を用いても良い。

つぎに、この実施例８に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０の動作は、上記実施例４の場合と同様である。ここでは、上記の実施例４、５等の手段を用いて、回折光４２と回折光４３との相対的な角度ずれを無くすよう既に調整してある場合を考える。このとき、回折光４２の遠視野像の結像位置と回折光４３の遠視野像の結像位置が一致し、回折光４２と回折光４３は遠視野像の結像位置で互いに干渉する。

凸レンズ８０は、回折光４２と回折光４３とを集光する。ＣＣＤカメラ８１は、集光された回折光４２の遠視野像と、集光された回折光４３の遠視野像の干渉光の強度を測定する。このとき、回折光４２と回折光４３に相対的な位相ずれがある場合は、干渉光の強度が最大とならない。回折光４２と回折光４３に相対的な位相ずれが無い場合には、干渉光の強度が最大となる。この性質を用いて、干渉光の強度から回折光４２と回折光４３との相対的な位相ずれを検出できる。

この実施例８は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを検出できる効果を持つ。また、この実施例８は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例９に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図１５から図１８までを参照しながら説明する。図１５は、この発明の実施例９に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図１５において、この実施例９に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ８０と、回折光の遠視野像の干渉光の強度を測定するＣＣＤカメラ８１と、２軸位相駆動手段９０とが設けられている。

ここで、平面グレーティングの座標Ｚ、座標Ｘと、平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれとの関係について説明する。上記の実施例６の場合と同様、波長Ｌの光が溝間隔Ｄの平面グレーティングに入射する場合を考える。入射光としては、正弦波等の２πの周期を持つ波を考える。Ｚ軸と入射光がなす角を角度Ｐとし、Ｚ軸と回折光がなす角を角度Ｑとし、入射光とＸＺ平面がなす角を角度Ｒとし、角度Ｒを０［ｒａｄ］とする。平面グレーティング１と平面グレーティング２の座標Ｚの座標ずれをｄＺ、平面グレーティング１と平面グレーティング２の座標Ｘの座標差をｄＸとすると、回折光の相対的な位相ずれｄＰは次の式（２）で表される。

ｄＰ＝２π・ｍｏｄ｛ｄＺ・（ｃｏｓＰ＋ｃｏｓＱ）／Ｌ
−ｄＸ・（ｓｉｎＰ＋ｓｉｎＱ）／Ｌ｝ 式（２）

ここで、Ｒを実数とすると、ｍｏｄ｛Ｒ｝は、Ｒを１で割ったときの剰余を表す関数である。Ｒ＞０の場合には、Ｒを１で割った剰余をｍｏｄ｛Ｒ｝とし、Ｒ＜０の場合には、（−Ｒ）を１で割った剰余に負の符号を付け足したものをｍｏｄ｛Ｒ｝とする。さて、式（１）を用いると、式（２）は次の式（３）のように変形される。式（３）において、ｎは回折光の次数である。

ｄＰ＝２π・ｍｏｄ｛ｄＺ・（ｃｏｓＰ＋ｃｏｓＱ）／Ｌ
−ｄＸ・ｎ／Ｄ｝ 式（３）

式（３）において、相対的な位相ずれｄＰが０になるとき、２枚の平面グレーティング１、２によって回折されて生じる各々の回折光の位相ずれが無くなる。回折光が０次回折光の場合、式（３）において右辺の第２項の寄与が０となり、２枚の平面グレーティングの座標Ｘの座標差ｄＸの値にかかわらず、２枚の平面グレーティングの座標Ｚの座標ずれがｄＺ＝ｓ・Ｌ／（２・ｃｏｓＰ）（ｓは整数）であるときに、各々の回折光の位相ずれが無くなる。回折光がｎ次回折光の場合、例えば、ｄＸ＝ｔ・Ｄ／ｎ（ｔは整数）であるときには、式（３）において右辺の第２項の寄与が０となり、ｄＺ＝ｓ・Ｌ／（ｃｏｓＰ＋ｃｏｓＱ）（ｓは整数）であるときに各々の回折光の位相ずれが無くなる。

例として、平面グレーティング１と平面グレーティング２の角度Ａ、角度Ｂ、角度Ｃがすべて一致している場合に、平面グレーティングの溝間隔Ｄが５７４．７［ｎｍ］であり、入射光の角度Ｐが１．２６４［ｒａｄ］であり、入射光の角度Ｒが０［ｒａｄ］であるときに、入射光が１０５０［ｎｍ］、１０５３［ｎｍ］、１０５６［ｎｍ］の３つの波長成分を持つ場合の１次回折光について考える。図１６は、平面グレーティング１と平面グレーティング２の座標Ｘの座標差ｄＸを０として、座標Ｚの座標ずれｄＺ［μｍ］に対して、１次回折光の相対的な位相ずれｄＰ［ｒａｄ］をプロットした結果を示す。図１６から、座標ずれｄＺに対する位相ずれｄＰの大きさが、波長Ｌによって異なることがわかる。

図１７は、平面グレーティング１と平面グレーティング２の座標Ｚの座標ずれｄＺを０として、座標Ｘの座標差ｄＸ［μｍ］を平面グレーティングの溝間隔Ｄ［μｍ］で規格化した値ｄＸ／Ｄに対して、１次回折光の相対的な位相ずれｄＰ［ｒａｄ］をプロットした結果を示す。図１７から、座標差ｄＸに対する位相ずれｄＰの大きさは、すべての波長Ｌで同じになることがわかる。また、図１７から、座標差ｄＸに対する位相ずれｄＰの周期は、すべての波長Ｌに対して、溝間隔Ｄであることがわかる。以上から、ある波長Ｌに対しては、２枚の平面グレーティングの座標Ｘの座標差ｄＸによる位相ずれがある場合でも、座標Ｚの座標ずれｄＺを適切に調整すれば２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な位相ずれを無くすことができる。これと同様に、ある波長Ｌに対しては、２枚の平面グレーティングの座標Ｚの座標ずれｄＺによる位相ずれがある場合でも、座標Ｘの座標差ｄＸを適切に調整すれば２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な位相ずれを無くすことができる。

次に、２枚の平面グレーティングの座標Ｘの座標差ｄＸによる位相ずれがある場合に、座標Ｚの座標ずれｄＺを適切に調整して、入射光の１０５３［ｎｍ］の波長成分に対して各々の１次回折光の相対的な位相ずれを無くした場合を考える。図１８は、１０５３［ｎｍ］の波長成分に対して座標差ｄＸによる位相ずれを無くすことができる座標ずれｄＺをプロットした結果と、そのように座標差ｄＸと座標ずれｄＺとを選んだ場合に、入射光の１０５０［ｎｍ］と１０５６［ｎｍ］の波長成分に対しての各々の１次回折光の相対的な位相ずれｄＰをプロットした結果を示す。図１８でも、座標Ｘの座標差として、座標Ｘの座標差ｄＸ［μｍ］を平面グレーティングの溝間隔Ｄ［μｍ］で規格化した値ｄＸ／Ｄを用いている。また、座標Ｘの座標差ｄＸによる位相ずれの周期が平面グレーティングの溝間隔Ｄであることから、図１８では、ｄＸとして０からＤまで、すなわち、ｄＸ／Ｄとして０から１までをプロットしてある。図１８から、２枚の平面グレーティングの座標Ｘの座標差ｄＸによる位相ずれがある場合に、座標Ｚの座標ずれｄＺを適切に調整して、ある波長Ｌに対して各々のｎ次回折光の相対的な位相ずれを無くした場合でも、その他の波長に対しては各々のｎ次回折光に相対的な位相ずれが残ることがわかる。以上から、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、２枚の平面グレーティングによって回折されて生じた各々のｎ次回折光の相対的な位相ずれを完全に無くすには、平面グレーティング２の座標Ｚと座標Ｘを両方とも調整して、ｄＸをｄＸ＝ｔ・Ｄ／ｎ（ｔは整数）、ｄＺをｄＺ＝０にする必要があることがわかる。

つぎに、この実施例９に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０、凸レンズ８０、ＣＣＤカメラ８１の動作は、上記実施例８の場合と同様である。回折光４２と回折光４３との相対的な位相ずれの検出手段には、上記実施例８等の手段を用いる。２軸位相駆動手段９０は、平面グレーティング２の座標Ｚ、座標Ｘを駆動させる。回折光が０次回折光の場合で入射光４１が単色光のときは、０次回折光の相対的な位相ずれは平面グレーティング２の座標Ｘには依存しないため、平面グレーティング２の座標Ｚを調整して、ｄＺがｄＺ＝ｓ・Ｌ／（２・ｃｏｓＰ）（ｓは整数）の関係を満たすと、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。回折光が０次回折光の場合で入射光４１が複数の波長成分を持つときは、０次回折光の相対的な位相ずれは平面グレーティング２の座標Ｘには依存しないため、平面グレーティング２の座標Ｚを調整して、ｄＺをｄＺ＝０にした場合のみ、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。

一方、回折光がｎ次回折光の場合で入射光４１が単色光のときは、平面グレーティング２の座標Ｘと座標Ｚとのどちらか一方を調整せず固定して、平面グレーティング２の座標Ｘと座標Ｚとのうちもう一方を適切に調整して、式（３）でｄＰ＝０となるｄＸとｄＺの関係を満たすと、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、その波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。回折光がｎ次回折光の場合で入射光４１が複数の波長成分を持つときは、平面グレーティング２の座標Ｚと座標Ｘを適切に調整して、ｄＸをｄＸ＝ｔ・Ｄ／ｎ（ｔは整数）、ｄＺをｄＺ＝０にした場合のみ、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。

この実施例９は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、２枚の平面グレーティング１、２に対して、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例９は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１０に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図１９を参照しながら説明する。図１９は、この発明の実施例１０に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図１９において、この実施例１０に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ８０と、回折光の遠視野像の干渉光の強度を測定するＣＣＤカメラ８１と、１軸位相駆動手段１００とが設けられている。

つぎに、この実施例１０に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０、凸レンズ８０、ＣＣＤカメラ８１の動作は、上記実施例８の場合と同様である。回折光４２と回折光４３との相対的な位相ずれの検出手段には、上記実施例８等の手段を用いる。１軸位相駆動手段１００は、平面グレーティング２の座標Ｚ、または座標Ｘを駆動させる。ただし、回折光が０次回折光の場合は、０次回折光の相対的な位相ずれは座標Ｘには依存しないため、駆動させる軸を座標Ｚにする必要がある。回折光が０次回折光の場合で入射光が単色光のときは、平面グレーティング２の座標Ｚを調整して、ｄＺがｄＺ＝ｓ・Ｌ／（２・ｃｏｓＰ）（ｓは整数）の関係を満たすと、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。回折光が０次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、平面グレーティング２の座標Ｚを調整して、ｄＺをｄＺ＝０にした場合のみ、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。

一方、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が単色光のときは、平面グレーティング２の座標Ｚまたは座標Ｘのうちどちらか一方を適切に調整して、式（３）でｄＰ＝０となるｄＸとｄＺの関係を満たすと、回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度が最大となり、その波長に対して回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができる。一方、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、平面グレーティング２の座標Ｚまたは座標Ｘのうちどちらか一方を適切に調整して、その中の１つの波長に対しては回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無くすことができるが、その他の波長に対しては各々のｎ次回折光に相対的な位相ずれが残る。座標Ｚの調整を行わない場合、平面グレーティング１と平面グレーティング２との角度Ｚの相対的な座標ずれが十分に小さければ、座標Ｘを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無視できる程度まで小さくすることができる。また、座標Ｘの調整を行わない場合、平面グレーティング１と平面グレーティング２との座標Ｘの相対的な座標差による位相ずれは波長依存性を持たないので、座標Ｚを適切に調整して、回折光４２と回折光４３の相対的な位相ずれを無視できる程度まで小さくすることができる。この実施例１０による１軸位相駆動手段１００は、上記実施例９による２軸位相駆動手段９０に比べると、位相ずれの調整性能は若干劣るが、駆動させる軸が少ないゆえに安価で軽量な装置であるという利点を持つ。

この実施例１０は、以上に述べたように構成されているので、上記実施例９よりも安価で軽量な装置にして、２枚の平面グレーティング１、２に対して、以下の効果を持つ。回折光が０次回折光の場合と、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が単色光のときは、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、回折光がｎ次回折光の場合で入射光が複数の波長成分を持つときは、２枚の平面グレーティングの調整を行わない座標についての相対的な座標ずれが十分に小さければ、入射光が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無視できる程度まで小さくするよう調整できる効果を持つ。また、この実施例１０は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１１に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２０を参照しながら説明する。図２０は、この発明の実施例１１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２０において、この実施例１１に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に、複数の波長成分を持ち、時間的にコヒーレントな略平行光１１１を照射する光源１１０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、３軸角度駆動手段６０とが設けられている。

つぎに、この実施例１１に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光源１１０は、平面グレーティング１と平面グレーティング２に時間的にコヒーレントな略平行光１１１を照射する。凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５、３軸角度駆動手段６０の動作は、上記実施例４、６の場合と同様である。時間的にコヒーレントな略平行光１１１は複数の波長成分を持つため、複数の波長成分に対して、回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすよう調整できる。

この実施例１１は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、複数の波長成分に対して、入射光が各々の平面グレーティング１、２によって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれとを無くすよう調整できる効果を持つ。また、この実施例１１は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１２に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２１を参照しながら説明する。図２１は、この発明の実施例１２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２１において、この実施例１２に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する波長可変光源１２０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、３軸角度駆動手段６０とが設けられている。なお、複数の波長成分を持ち、時間的にコヒーレントな、略平行光を照射する光源としては、波長可変光源１２０でなく、発振波長の異なる複数のレーザ光源を用いても良い。

つぎに、この実施例１２に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

波長可変光源１２０は、平面グレーティング１と平面グレーティング２に時間的にコヒーレントな略平行光１１１を照射する。凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５、３軸角度駆動手段６０の動作は、上記実施例４、６の場合と同様である。この実施例１２の動作は、上記実施例１１の動作に準じる。

この実施例１２は、以上に述べたように構成されているので、小型で安価な装置にして、比較的容易に、上記実施例１１に記載の効果を実現できる効果を持つ。また、この実施例１２は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１３に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２２を参照しながら説明する。図２２は、この発明の実施例１３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２２において、この実施例１３に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に、複数の波長成分を持ち、時間的に低コヒーレントな略平行光１３１を照射する光源１３０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、３軸角度駆動手段６０とが設けられている。

つぎに、この実施例１３に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光源１３０は、平面グレーティング１と平面グレーティング２に時間的に低コヒーレントな略平行光１３１を照射する。凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５、３軸角度駆動手段６０の動作は、上記実施例４、６の場合と同様である。時間的に低コヒーレントな略平行光１３１は複数の波長成分を持つため、複数の波長成分に対して、回折光４２と回折光４３の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすよう調整できる。また、時間的に低コヒーレントな略平行光１３１は、時間的なコヒーレント長が短いため、平面グレーティング１と平面グレーティング２とによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを低コヒーレントな略平行光１３１のコヒーレンス長の範囲内に収まるように調整できる。

この実施例１３は、以上に述べたように構成されているので、比較的容易に、複数の波長成分に対して、入射光が各々の平面グレーティング１、２によって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすよう調整できる効果を持つ。また、各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを低コヒーレントな略平行光１３１のコヒーレンス長の範囲内に収まるように調整できる効果を持つ。さらに、この実施例１３は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１４に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２３を参照しながら説明する。図２３は、この発明の実施例１４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２３において、この実施例１４に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する超短パルス光源１４０と、回折光を集光する凸レンズ４４と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ４５と、３軸角度駆動手段６０とが設けられている。なお、複数の波長成分を持ち、時間的に低コヒーレントな、略平行光１３１を照射する光源としては、超短パルス光源１４０でなく、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）を用いても良い。

つぎに、この実施例１４に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

超短パルス光源１４０は、平面グレーティング１と平面グレーティング２に時間的に低コヒーレントな略平行光１３１を照射する。凸レンズ４４、ＣＣＤカメラ４５、３軸角度駆動手段６０の動作は、上記実施例４、６の場合と同様である。この実施例１４の動作は、上記実施例１３の動作に準じる。

この実施例１４は、以上に述べたように構成されているので、小型で安価な装置にして、比較的容易に、上記実施例１３に記載の効果を実現できる効果を持つ。また、この実施例１４は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１５に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２４を参照しながら説明する。図２４は、この発明の実施例１５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２４において、この実施例１５に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ１５０と、回折光の遠視野像の結像位置を測定するＣＣＤカメラ１５１とが設けられている。

つぎに、この実施例１５に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０の動作は、上記実施例４の場合と同様である。凸レンズ１５０は、回折光４２と回折光４３を集光する。また、ＣＣＤカメラ１５１は、集光された回折光４２と回折光４３の遠視野像の結像位置を測定する。

この実施例１５は、以上に述べたように構成されているので、小型で安価な装置にして、比較的容易に、上記実施例４に記載の効果を実現できる効果を持つ。また、この実施例１５は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１６に係るセグメントグレーティングアライメント装置について図２５を参照しながら説明する。図２５は、この発明の実施例１６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の構成を示す図である。

図２５において、この実施例１６に係るセグメントグレーティングアライメント装置は、アライメントの対象とする平面グレーティング１〜２に光を照射する光照射手段４０と、回折光を集光する凸レンズ１６０と、回折光の遠視野像の干渉光の強度を測定するＣＣＤカメラ１６１とが設けられている。

つぎに、この実施例１６に係るセグメントグレーティングアライメント装置の動作について図面を参照しながら説明する。

光照射手段４０の動作は、上記実施例４の場合と同様である。凸レンズ１６０は、回折光４２と回折光４３を集光する。また、ＣＣＤカメラ１６１は、集光された回折光４２と回折光４３の遠視野像の干渉光の強度を測定する。

この実施例１６は、以上に述べたように構成されているので、小型で安価な装置にして、比較的容易に、上記実施例８に記載の効果を実現できる効果を持つ。また、この実施例１６は、反射型平面グレーティングに限らず、透過型平面グレーティングに対しても同様の効果を持つ。

この発明の実施例１７に係るセグメントグレーティングアライメントシステムについて図２６を参照しながら説明する。図２６は、この発明の実施例１７に係るセグメントグレーティングアライメントシステムの構成を示す図である。

図２６において、この実施例１７に係るセグメントグレーティングアライメントシステムは、複数の平面グレーティングから構成されるセグメントグレーティング１７１をアライメントする、実施例１〜１６に記載のセグメントグレーティングアライメント装置１７０が設けられている。

つぎに、この実施例１７に係るセグメントグレーティングアライメントシステムの動作について図面を参照しながら説明する。

セグメントグレーティングアライメント装置１７０は、セグメントグレーティング１７１に対して、入射光１７２が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光１７３の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすようアライメントする。この結果、この実施例１７では、入射光１７２に対して生じる回折光１７３が、面積の大きな平面グレーティングによって回折される場合と同等になる。

この実施例１７は、以上に述べたように構成されているので、面積の小さな平面グレーティングを２枚以上並べて面積の大きな平面グレーティングと同等の性能を持たせる効果を持つ。

この発明の実施例１８に係るパルス圧縮装置について図２７を参照しながら説明する。図２７は、この発明の実施例１８に係るパルス圧縮装置の構成を示す図である。

図２７において、この実施例１８に係るパルス圧縮装置は、複数の平面グレーティングから構成されるセグメントグレーティング１８０〜１８３をアライメントする、実施例１〜１６に記載のセグメントグレーティングアライメント装置１７０が設けられている。

つぎに、この実施例１８に係るパルス圧縮装置の動作について図面を参照しながら説明する。

セグメントグレーティングアライメント装置１７０は、セグメントグレーティング１８０〜１８３に対して、入射光１８４が各々の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれを無くすようアライメントする。この結果、セグメントグレーティング１８０〜１８３は、入射光１８４に対して生じる回折光が、面積の大きな平面グレーティングによって回折される場合と同等になる。したがって、この実施例１８では、入射光１８４に対して生じる出射光１８５が、面積の大きな平面グレーティングで構成されたパルス圧縮装置を用いる場合と同等になる。

この実施例１８は、以上に述べたように構成されているので、面積の小さな平面グレーティングを２枚以上並べて構成されたパルス圧縮装置で、面積の大きな平面グレーティングで構成されたパルス圧縮装置と同等の性能を持たせる効果を持つ。

Claims (10)

1. 入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを無くすようアライメントするグレーティングアライメント装置を備え、
   前記グレーティングアライメント装置は、
   入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な位相ずれを検出する位相ずれ検出手段と、
   前記位相ずれ検出手段によって検出した位相ずれを無くすよう調整する位相ずれ調整手段とを有する、
   セグメントグレーティングアライメント装置。
2. 入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすようアライメントするグレーティングアライメント装置を備え、
   前記グレーティングアライメント装置は、
   入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを検出する角度ずれ検出手段と、
   前記角度ずれ検出手段によって検出した角度ずれを無くすよう調整する角度ずれ調整手段とを有し、
   前記角度ずれ検出手段は、
   ２枚の平面グレーティングに対して光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段によって照射された入射光が前記２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の遠視野像の結像位置を測定する遠視野像結像位置測定手段とを含む、
   セグメントグレーティングアライメント装置。
3. 入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを無くすようアライメントするグレーティングアライメント装置を備え、
   前記グレーティングアライメント装置は、
   入射光が２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれを検出する角度ずれ検出手段と、
   前記角度ずれ検出手段によって検出した角度ずれを無くすよう調整する角度ずれ調整手段とを有し、
   前記角度ずれ検出手段は、
   ２枚の平面グレーティングに対して光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段によって照射された入射光が前記２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の波面を測定する波面測定手段とを含む、
   セグメントグレーティングアライメント装置。
4. 前記角度ずれ調整手段は、
   ２枚の平面グレーティングのうち少なくとも１枚に対して、平面グレーティングの回折面に垂直な軸と、前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に垂直な軸と、前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に平行な軸の３軸のまわりの角度を可変する３軸角度駆動手段である
   請求項２又は３記載のセグメントグレーティングアライメント装置。
5. 前記角度ずれ調整手段は、
   ２枚の平面グレーティングのうち少なくとも１枚に対して、平面グレーティングの回折面に垂直な軸、または前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に垂直な軸のうちどちらかの１軸と、前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に平行な軸の２軸のまわりの角度を可変する２軸角度駆動手段である
   請求項２又は３記載のセグメントグレーティングアライメント装置。
6. 前記位相ずれ検出手段は、
   ２枚の平面グレーティングに対して光を照射する光照射手段と、
   前記光照射手段によって照射された入射光が前記２枚の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の遠視野像の干渉光の強度を測定する遠視野像強度測定手段とを含む
   請求項１記載のセグメントグレーティングアライメント装置。
7. 前記位相ずれ調整手段は、
   ２枚の平面グレーティングのうち少なくとも１枚に対して、平面グレーティングの回折面に垂直な軸と、前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に垂直な軸の２軸の方向の位置移動を可能とする２軸位相駆動手段である
   請求項６記載のセグメントグレーティングアライメント装置。
8. 前記位相ずれ調整手段は、
   ２枚の平面グレーティングのうち少なくとも１枚に対して、平面グレーティングの回折面に垂直な軸、または前記平面グレーティングの回折面内にあって前記平面グレーティングの持つ溝の方向に垂直な軸のうちどちらかの１軸の方向の位置移動を可能とする１軸位相駆動手段である
   請求項６記載のセグメントグレーティングアライメント装置。
9. 複数の平面グレーティングから構成されるセグメントグレーティングに対して、入射光が複数の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれのうち少なくとも１つを無くすようアライメントする、請求項１から請求項８までのいずれかに記載のセグメントグレーティングアライメント装置
   を備えたセグメントグレーティングアライメントシステム。
10. 複数の平面グレーティングから構成される複数のセグメントグレーティングに対して、入射光が複数の平面グレーティングによって回折されて生じる各々の回折光の相対的な角度ずれと位相ずれのうち少なくとも１つを無くすようアライメントする、請求項１から請求項８までのいずれかに記載のセグメントグレーティングアライメント装置
    を備えたパルス圧縮装置。

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