JP4667965B2 - Light beam measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象とされる光ビームの波面測定や該光ビームの集光スポットにおける各種の測定を行なう光ビーム測定装置に関し、特に、低可干渉性の光ビームの測定に適した光ビーム測定装置に関する。 The present invention relates to a light beam measuring apparatus that performs wavefront measurement of a light beam to be measured and various measurements at a focused spot of the light beam, and in particular, a light beam suitable for measuring a low coherence light beam. It relates to a measuring device.
従来、測定する光ビームを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(点像強度分布)や重心座標等の測定(これらを総称して「スポット特性測定」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 imaging a light beam to be measured on an imaging surface such as a CCD to form a spot image, and the shape and size of the spot image, intensity distribution (point image intensity distribution), barycentric coordinates, etc. An apparatus (also referred to as “beam profiler”) that performs measurement (collectively referred to as “spot characteristic measurement”) is known (see Patent Document 1 below).
また、光ビームの波面測定を行なう装置としては、マッハツェンダ型干渉計の光学系配置を備えたものがこれまで一般的に知られているが、近年、フィゾー型干渉計の光学系配置を備えたものが本願出願人により提案され、特許庁に対し既に開示されている(下記特許文献2参照)。 Further, as a device for measuring the wavefront of a light beam, an apparatus having an optical system arrangement of a Mach-Zehnder interferometer has been generally known so far, but in recent years, an optical system arrangement of a Fizeau interferometer has been provided. This has been proposed by the present applicant and has already been disclosed to the Patent Office (see Patent Document 2 below).
マッハツェンダタイプの波面測定装置では、被検光束から分離された基準光束作成用光束の一部を、ピンホールを透過させることにより波面整形しているのに対し、フィゾータイプの波面測定装置では、基準光束作成用光束の一部を入射方向と逆向きに反射させて波面整形する光学素子(以下「反射回折部」と称する)が用いられている。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3参照)、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4参照)などが知られている。 In the Mach-Zehnder type wavefront measuring device, a part of the reference beam forming light beam separated from the test light beam is shaped by transmitting the pinhole, whereas in the Fizeau type wavefront measuring device, the reference light beam measuring device An optical element (hereinafter referred to as a “reflection diffractive section”) that reflects a part of a light beam for forming a light beam in the direction opposite to the incident direction to shape the wavefront is used. Such a reflection diffraction part is also referred to as a reflection type pinhole or the like, in which a minute reflection region is formed on a glass substrate, or in which a minute reflection region is formed at the tip of a needle-like member (Patent Document 3 below) For example) (see the following Patent Document 4).
上述したようなビームプロファイラや波面測定装置は、例えば、光ピックアップ装置の出力光の測定に用いられる。この光ピックアップ装置の中には、高調波が重畳された低可干渉性の半導体レーザ光を照射ビームとして用いるものがあり、このような低可干渉性の光ビームの波面測定を行なうためには、被検光束の光路長と基準光束の光路長とを互いに略一致させる必要がある。 The beam profiler and the wavefront measuring apparatus as described above are used, for example, for measuring the output light of the optical pickup device. Some of these optical pickup devices use a low-coherence semiconductor laser beam on which harmonics are superimposed as an irradiation beam. In order to perform the wavefront measurement of such a low-coherence light beam, It is necessary to make the optical path length of the test light beam and the optical path length of the reference light beam substantially coincide with each other.
前掲の特許文献2に開示されたフィゾータイプの波面測定装置は、被検光束と基準光束の各光路長が互いに異なるように設定されているので、測定する光ビームが低可干渉性の光束である場合には、波面測定を実施し難いという一面がある。 The Fizeau type wavefront measuring apparatus disclosed in the above-mentioned Patent Document 2 is set so that the optical path lengths of the test light beam and the reference light beam are different from each other, so that the light beam to be measured is a low coherence light beam. In some cases, it is difficult to perform wavefront measurements.
一方、マッハツェンダタイプの波面測定装置は、被検光束と基準光束の各光路長を互いに略一致させることが可能となっているので、低可干渉性の光ビームの波面測定にも対応できるが、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、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。 On the other hand, since the Mach-Zehnder type wavefront measuring apparatus can substantially match the optical path lengths of the test light beam and the reference light beam, it can cope with the wavefront measurement of a light beam with low coherence. There is a problem that adjustment of the optical system is very difficult because the number of parts of the optical system is large and there are various adjustment points. In addition, there are problems such as being easily affected by vibration and difficult to install a phase shift mechanism.
また、上記光ピックアップ装置では、その製造段階において、照射レーザ光の波面測定とスポット特性測定との2つの測定が行なわれることがあるが、従来これら2つの測定は、それぞれ別の測定装置を用いて別個に行なわれていた。このため、2つの測定を行なうのに多くの時間を要するという問題があった。 In the optical pickup device, two measurements, that is, a wavefront measurement and a spot characteristic measurement of irradiated laser light are sometimes performed in the manufacturing stage. Conventionally, these two measurements are performed using different measurement devices. It was done separately. Therefore, there is a problem that it takes a lot of time to perform two measurements.
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、低可干渉性の光ビームの波面測定にも対応でき、かつ光学系の調整や位相シフト機構の設置を容易に行なうことが可能な波面測定用の光ビーム測定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 can be used for wavefront measurement of a light beam with low coherence, and can easily adjust an optical system and install a phase shift mechanism. A first object is to provide a light beam measuring apparatus for measurement.
また、低可干渉性の光ビームの波面測定にも対応でき、かつ光ビームのスポット特性測定も行なうことが可能な光ビーム測定装置を提供することを第2の目的とする。 It is a second object of the present invention to provide a light beam measuring apparatus that can cope with wavefront measurement of a light beam having low coherence and can also perform spot characteristic measurement of the light beam.
上記第1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を被検光束と基準光束作成用光束とに分離する被検/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波面整形手段と、前記被検光束と前記基準光束とを互いに合波して干渉光を得る合波手段と、得られた前記干渉光により前記光ビームの波面情報を担持した干渉縞を結像させて撮像する干渉縞結像/撮像手段と、を有してなる光ビーム測定装置であって、
前記波面整形手段は、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、入射され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反射型波面整形ユニットにより構成され、
前記被検/基準光束分離手段および前記合波手段は、前記基準光束作成用光束と分離した前記被検光束を反射面に入射せしめるとともに、該反射面から戻る前記被検光束を前記波面整形手段からの前記基準光束と合波させる光束分離/合波面により構成されており、
少なくとも前記光ビームが低可干渉性の光束である場合に、前記光束分離/合波面から前記反射面を経て前記光束分離/合波面に戻る第1の光路長と、前記光束分離/合波面から前記反射型波面整形ユニットを経て前記光束分離/合波面に戻る第2の光路長とを互いに略一致させる光路長調整手段と、
前記光束分離/合波面に入射する前の前記光ビーム、前記光束分離/合波面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いずれか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、前記スポット作成用光束により前記光ビームのスポット像を結像させて撮像するスポット像結像/撮像手段と、
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の解析手段と、
前記スポット像を解析することにより、前記光ビームのスポット特性測定結果として点像強度分布を得る第2の解析手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the first object, the light beam measuring apparatus of the present invention is configured as follows. That is, the light beam measuring apparatus according to the present invention includes a test / reference light beam separating means for separating a light beam to be measured into a test light beam and a reference light beam forming light beam, and a wavefront of the reference light beam forming light beam. Wavefront shaping means for shaping and converting to a reference light beam, multiplexing means for combining the test light beam and the reference light beam with each other to obtain interference light, and wavefront information of the light beam by the obtained interference light An interference fringe imaging / imaging means for imaging by imaging an interference fringe carrying
The wavefront shaping means includes a converging lens for converging the reference light beam forming light beam, and a minute reflection diffraction portion arranged at a convergence point of the converging lens. A reflection wavefront shaping unit configured to convert a part of the wavefront into the reference light beam, and to emit the reference light beam toward the test / reference light beam separating unit.
The test / reference light beam separating unit and the combining unit cause the test light beam separated from the reference light beam forming light beam to be incident on a reflecting surface, and the test light beam returning from the reflecting surface is the wavefront shaping unit. A beam separation / combination surface for combining with the reference beam from
When at least the light beam is a low-coherence light beam, a first optical path length returning from the light beam separation / combination surface to the light beam separation / combination surface through the reflection surface, and from the light beam separation / combination surface Optical path length adjusting means for making the second optical path lengths that return to the light beam separation / combining surface through the reflective wavefront shaping unit substantially coincide with each other ;
One of the light beam before entering the light beam separation / combination surface, the test light beam after being separated by the light beam separation / combination surface, or the reference light beam preparation light beam before wavefront shaping. A spot creating light beam separating means for separating a portion as a spot creating light beam, a spot image imaging / imaging means for imaging a spot image of the light beam by the spot creating light beam,
First analysis means for analyzing the interference fringes and obtaining a wavefront measurement result of the light beam;
And a second analysis means for obtaining a point image intensity distribution as a result of spot characteristic measurement of the light beam by analyzing the spot image .
また、前記光ビームの平行波面の強度を示す画像データをフーリエ変換演算することにより、前記光ビームの点像強度分布を求める点像強度分布演算手段と、前記第2の解析手段によって得られた点像強度分布と前記点像強度分布演算手段により求められた点像強度分布を比較解析する比較解析手段と、を備えることが好ましい。 Further, the image data indicating the intensity of the parallel wavefront of the light beam is subjected to a Fourier transform operation to obtain the point image intensity distribution calculating means for obtaining the point image intensity distribution of the light beam and the second analyzing means. It is preferable to include a point image intensity distribution and comparison analysis means for comparing and analyzing the point image intensity distribution obtained by the point image intensity distribution calculation means.
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.
本発明に係る光ビーム測定装置によれば、反射型波面整形ユニットにより構成される波面整形手段と、光束分離/合波面により構成される被検/基準光束分離手段および合波手段とを備えていることにより、マイケルソンタイプの光学系配置を採ることが可能となるので、従来のマッハツェンダタイプのものに比べ、光学系の調整や位相シフト機構の設置を容易に行なうことができる。 According to the light beam measuring apparatus of the present invention, the apparatus includes a wavefront shaping unit configured by a reflective wavefront shaping unit, a test / reference beam separation unit configured by a beam separation / combining surface, and a multiplexing unit. Therefore, it is possible to adopt a Michelson type optical system arrangement, so that the optical system can be easily adjusted and the phase shift mechanism can be installed as compared with the conventional Mach-Zehnder type.
また、光路長調整手段を備えていることにより、被検光束と基準光束の各光路長を互いに略一致させることが可能となるので、低可干渉性の光ビームの波面測定にも対応することができる。 In addition, since the optical path length adjustment means is provided, the optical path lengths of the test light beam and the reference light beam can be made substantially equal to each other, so that it can cope with the wavefront measurement of a light beam with low coherence. Can do.
また、スポット作成用光束分離手段と、スポット像結像/撮像手段とを備えてなる態様のものによれば、光ビームの波面測定と光ビームのスポット特性測定との2つの測定を行なうことが可能である。 Further, according to the aspect including the spot creating light beam separating means and the spot image forming / imaging means, two measurements, that is, the wavefront measurement of the light beam and the spot characteristic measurement of the light beam can be performed. Is possible.
〈第1の実施形態〉
以下、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1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り、図2は図1に示す解析装置の概略構成図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of a light beam measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the light beam measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the analysis apparatus shown in FIG.
図1に示す光ビーム測定装置1Aは、光ピックアップモジュール50から出力される光ビームの波面測定とスポット特性測定との双方の測定を行なうものであり、まず、この光ピックアップモジュール50について説明する。
A light beam measuring apparatus 1A shown in FIG. 1 measures both the wavefront measurement and spot characteristic measurement of a light beam output from the
図1に示す光ピックアップモジュール50は、高調波が重畳された低可干渉性の光ビームを出力する半導体レーザ51と、該半導体レーザ51より発散光として出力された光ビームをコリメートするコリメータレンズ52と、該コリメータレンズ52によりコリメートされた光ビームを集光させる集光レンズ53とを備えてなり、測定対象とされる低可干渉性の光ビームを図中右方に向けて射出するように構成されている。なお、この光ピックアップモジュール50は、不図示の光ピックアップ装置に搭載されて使用されるものであり、光ビーム測定装置1Aの構成要素ではない。
An
次に、光ビーム測定装置1Aについて説明する。図1に示す光ビーム測定装置1Aは、図中1点鎖線で示す光軸上に配置された各種光学部材により構成される光学系の部分と、解析装置31を中心として構成される測定解析系の部分とに大別され、光学系の部分はさらに、上記光ピックアップモジュール50からの光ビームを光学系内に導くコリメータレンズ11と、導かれた光ビームの波面測定を行なうための波面測定部10Aと、導かれた光ビームのスポット特性測定を行なうためのスポット特性測定部10Bとに区分される。
Next, the light beam measuring apparatus 1A will be described. A light beam measuring apparatus 1A shown in FIG. 1 includes a measurement analysis system that is configured around an optical system portion constituted by various optical members arranged on an optical axis indicated by a one-dot chain line in the drawing, and an
まず、上記光学系の部分について説明する。上記波面測定部10Aは、導か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に分離する被検/基準光束分離手段(15)と、上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波面整形手段(20)と、上記被検光束と上記基準光束とを互いに合波して干渉光を得る合波手段(15)と、得られた前記干渉光により光ビームの波面情報を担持した干渉縞を結像させて撮像する干渉縞結像/撮像手段(18,19)とを有してなる。 First, the part of the optical system will be described. The wavefront measuring unit 10A includes a test / reference beam separation means (15) for separating the guided light beam into a test beam for measuring the wavefront and a reference beam generation beam, and the reference beam generation beam. Wavefront shaping means (20) for wavefront shaping and converting to a reference light beam, multiplexing means (15) for combining the test light beam and the reference light beam to obtain interference light, and the obtained interference light And interference fringe imaging / imaging means (18, 19) for imaging by imaging the interference fringes carrying the wavefront information of the light beam.
より具体的には、上記波面整形手段は反射型波面整形ユニット20からなる。この反射型波面整形ユニット20は、基準光束作成用光束を収束させる収束レンズ21と、該収束レンズ21の収束点に配置された微小な反射回折部22とを有してなり、入射された基準光束作成用光束の一部を波面整形して基準光束に変換し、該基準光束を被検/基準光束分離手段に向けて射出するように構成されている。
More specifically, the wavefront shaping means includes a reflective
上記反射回折部22は、例えば、基板23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、その大きさは、収束光束として入射する光ビームの回折限界よりも小さく構成されている。そして、収束光束として入射する基準光束作成用光束の一部を波面整形された理想的な球面波として反射するように構成されている。なお、基板23の収束レンズ21と対向する面には、光ビームの波長に対応した反射防止コート処理が施されており、波面整形されていない基準光束作成用光束が収束レンズ21に戻らないようになっている。
The
また、上記被検/基準光束分離手段および上記合波手段は、光束分離/合波面15からなる。この光束分離/合波面15は、キューブプリズム型のビームスプリッタや板状のハーフミラー等により形成され、基準光束作成用光束と分離した被検光束を反射板17の反射面17a(入射した光束の波面を維持し得るように高精度に平滑化されている)に入射せしめるとともに、該反射面17aから戻る被検光束を上記反射型波面整形ユニット20からの基準光束と合波させるように構成されている。
The test / reference beam separation means and the multiplexing means comprise a beam separation /
上記反射板17には、該反射板17を光軸方向(図中上下方向)に移動可能に保持する1軸ステージと、圧電素子等を有してなるフリンジスキャンアダプタとが設けられている(いずれも図示略)。これらは、光束分離/合波面15から反射面17aを経て光束分離/合波面15に戻る第1の光路長と、光束分離/合波面15から反射型波面整形ユニット20を経て光束分離/合波面15に戻る第2の光路長とを互いに略一致させる光路長調整手段を構成するものである。また、フリンジスキャンアダプタは、位相シフト機構を構成するものであり、例えば、位相シフト法を用いたサブフリンジ計測等を行なう際に、圧電素子の駆動により反射板17を光軸方向に微動させるように構成されている。
The reflecting
また、上記干渉縞結像/撮像手段は、結像レンズ18と第1の撮像カメラ19とからなる。結像レンズ18は、光束分離/合波面15からの干渉光より得られる干渉縞を、第1の撮像カメラ19の撮像面19a(例えば、CCDやCMOS等の撮像面からなる)上に結像させるように構成されており、第1の撮像カメラ19は、撮像面19a上に結像された干渉縞を撮像し、その画像信号を出力するように構成されている。
The interference fringe imaging / imaging means comprises an
また、上記光束分離/合波面15と上記反射型波面整形ユニット20との間の光路上には、遮光手段16が配されている。この遮光手段16は開閉可能なシャッタ等からなり、後述する、演算により光ビームの点像強度分布を求める際には光束分離/合波面15と反射型波面整形ユニット20との間の光路を遮断し、波面測定時には該光路を開放するように構成されている。
A light shielding means 16 is disposed on the optical path between the light beam separation / combining
一方、上記スポット特性測定部10Bは、上記光束分離/合波面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(12)と、分離されたスポット作成用光束により光ビームのスポット像を結像させて撮像するスポット像結像/撮像手段(13,14)とを有してなる。
On the other hand, the spot characteristic measuring unit 10B includes a spot creating light beam separating means (12) for separating a part of the light beam before entering the light beam separating / combining
より具体的には、上記スポット作成用光束分離手段は、キューブプリズム型のビームスプリッタや板状のハーフミラー等により形成された光束分離面12からなり、上記スポット像結像/撮像手段は、結像レンズ13と第2の撮像カメラ14とからなっている。すなわち、光束分離面12は、コリメータレンズ11から出射された光ビームの一部をスポット作成用光束として分離し、結像レンズ13に導くように構成されており、結像レンズ13は、スポット作成用光束から生成されるスポット像を、第2の撮像カメラ14の撮像面14a(CCDやCMOS等の撮像面からなる)上に結像させるように構成されている。また、第2の撮像カメラ14は、撮像面14a上に結像されたスポット像を撮像し、その画像信号を出力するように構成されている。
More specifically, the spot creating light beam separating means comprises a light
次に、上記測定解析系の部分について説明する。この測定解析系の部分は、第1および第2の撮像カメラ19,14からの画像信号に基づき各種解析を行なう解析装置31、該解析装置31による解析結果や画像を表示する表示装置32,およびキーボードやマウス等からなる入力装置33を備えている。
Next, the part of the measurement analysis system will be described. The measurement analysis system includes an
上記解析装置31はコンピュータ等で構成され、図2に示すように、第1および第2の撮像カメラ19,14からの画像信号に基づき、干渉縞の画像データおよびスポット像の画像データを生成する画像生成部34と、干渉縞の画像データを解析して光ビームの波面測定結果を得る第1の解析手段としての縞解析部35と、スポット像の画像データを解析して光ビームスポットの形状や大きさ、あるいは点像強度分布や重心座標等のスポット特性測定結果を得る第2の解析手段としてのスポット像解析部36を備えている。
The
また、この解析装置31は、演算により光ビームの点像強度分布を求める点像強度分布演算部37と、該点像強度分布演算部37および上記スポット像解析部36によりそれぞれ求められた2つの点像強度分布結果を互いに比較解析する比較解析部38とを備えている。なお、これら各部34〜38は、具体的には、メモリ等に格納された処理プログラムや該処理プログラムを実行する演算回路等により構成される。
The
上記点像強度分布演算部37は、図1に示す遮光手段16が光束分離/合波面15と反射型波面整形ユニット20との間の光路を遮断した際に、第1の撮像カメラ19からの画像信号に基づき上記画像生成部34において生成された、光ビームの平行波面の強度分布を示す画像データをフーリエ変換演算することにより、光ビームの点像強度分布を求めるように構成されている。このように、光ビームの平行波面の強度分布からその点像強度分布を求める手法としては、例えば、下記文献(1)、(2)に記載されているものが知られている。
The point image intensity
(1)Warren J. Smith: Optical Engineering, SPIE Press, McGraw-Hill 3rd Edition
(2)Max Born & Emil Wolf: Principle of Optics, Pergamon Press 6th Edition
このように光ビーム測定装置1Aにおいては、光ビームの点像強度分布を2つの方法、すなわち、スポット特性測定部10Bおよび画像生成部34により得られた光ビームのスポット像に基づき、スポット像解析部36において点像強度分布を求める方法と、波面測定部10Aおよび画像生成部34により得られた光ビームの平行波面の強度分布に基づき、点像強度分布演算部37において点像強度分布を求める方法とにより、それぞれ求めることができる。この2種類の点像強度分布は、1台の光ビーム測定装置1Aにより得られたものであるので、互いに相関を取ることも容易に可能である(別々の測定装置を用いて2種類の点像強度分布を得たとしても、それらの相関を取ることは極めて難しい)。したがって、上記比較解析部38により得られた比較解析結果を、光ビーム測定装置1Aにより得られた波面測定結果やスポット特性測定結果の精度判定に利用することや、光ビーム測定装置1Aが有する収差等のシステム誤差を求めることに利用することが可能である。
(1) Warren J. Smith: Optical Engineering, SPIE Press, McGraw-Hill 3rd Edition
(2) Max Born & Emil Wolf: Principle of Optics, Pergamon Press 6th Edition
As described above, in the light beam measuring apparatus 1A, the spot image analysis is performed on the point image intensity distribution of the light beam based on two methods, that is, the spot image of the light beam obtained by the spot characteristic measuring unit 10B and the image generating unit 34. Based on the method of obtaining the point image intensity distribution in the
以下、上述した光ビーム測定装置1Aの測定時における作用を説明する。
図1に示すように、上記光ピックアップモジュール50から図中右方に射出された低可干渉性の光ビームは、コリメータレンズ11により平行光束に変換された後、光束分離面12において図中右方に向かう波面測定用の光束と、図中下方に向かうビームスポット作成用光束とに分離される。
Hereinafter, the operation at the time of measurement of the above-described light beam measuring apparatus 1A will be described.
As shown in FIG. 1, a low-coherence light beam emitted from the
分離されたビームスポット作成用光束は、結像レンズ13を介して第2の撮像カメラ14内の撮像面14aに集光せしめられ、該撮像面14a上に光ビームのスポット像を形成する。形成されたスポット像は第2の撮像カメラ14により撮像され、その画像信号が解析装置31に出力される。出力された画像信号に基づき、解析装置31の画像生成部34においてスポット像の画像データが生成され、このスポット像の画像データがスポット像解析部36において解析されて、光ビームスポットの点像強度分布や半値幅、断面形状や輝度分散等の各種のスポット特性測定結果が得られる。
The separated light beam for creating a beam spot is condensed on the imaging surface 14a in the
一方、光束分離面12から図中右方に向かう波面測定用の光束は、光束分離/合波面15に入射し、該光束分離/合波面15において、図中上方に反射される被検光束と、該光束分離/合波面15を透過して反射型波面整形ユニット20に向かう基準光束作成用光束とに分離され、基準光束作成用光束は開放状態の遮光手段16を通過して収束レンズ21に入射する。
On the other hand, a wavefront measuring light beam directed from the light
この収束レンズ21に入射した基準光束作成用光束は、該収束レンズ21により収束せしめられ、その収束点に配置された反射回折部22に入射する。この反射回折部22に入射した基準光束作成用光束の一部は、該反射回折部22において波面整形された球面波に変換され、収束レンズ21に向けて反射される。この球面波は、収束レンズ21において平面波に変換され、基準光束として光束分離/合波面15に向けて射出される。さらに、この基準光束の一部が光束分離/合波面15において、図中下方に反射される。
The reference light beam forming light beam incident on the converging
一方、光束分離/合波面15から図中上方に反射された被検光束は、反射板17の反射面17aにおいて逆向きに反射されて光束分離/合波面15に戻り、その一部が光束分離/合波面15を透過して図中下方に出射される。
On the other hand, the test light beam reflected upward from the light beam separation /
この被検光束が光束分離/合波面15で反射された基準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、結像レンズ18を介して第1の撮像カメラ19内の撮像面19aに入射し、該撮像面19a上に光ビームの波面情報を担持した干渉縞像を形成する。形成された干渉縞像は第1の撮像カメラ19により撮像され、その画像信号が解析装置31に出力される。出力された画像信号に基づき、解析装置31の画像生成部34において干渉縞像の画像データが生成され、この干渉縞像の画像データが縞解析部35において解析されて、光ビームの波面測定結果が得られる。
Interference light is obtained by combining this test light beam with the reference light beam reflected by the light beam separation /
上述したように光ビーム測定装置1Aによれば、波面測定部10Aとスポット特性測定部10Bとを備えるとともに、波面測定部10Aが、反射型波面整形ユニット20と、光束分離/合波面15と、反射板17と、光路長調整手段とを有するマイケルソンタイプの光学系配置を採っているので、低可干渉性の光ビームの波面測定と光ビームのスポット特性測定との2つの測定を行なうことができるとともに、従来のマッハツェンダタイプのものに比べ、光学系の調整や位相シフト機構の設置を容易に行なうことが可能である。
As described above, according to the light beam measuring apparatus 1A, the wavefront measuring unit 10A and the spot characteristic measuring unit 10B are provided, and the wavefront measuring unit 10A includes the reflective
〈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1Bの概略構成図である。なお、図3に示す光ビーム測定装置1Bにおいて、図1に示す光ビーム測定装置1A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。
<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 1B according to the second embodiment of the present invention. In the light beam measurement apparatus 1B shown in FIG. 3, the same reference numerals are used for the same components as those in the light beam measurement apparatus 1A shown in FIG. 1, 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1Bは、光ピックアップモジュール50から出力される光ビームの波面測定を行なうものであり、スポット特性測定部を備えていない点が、図1に示す光ビーム測定装置1Aと異なっている。また、スポット特性測定部を備えていないことにより、図1に示す遮光手段16や、図2に示すスポット像解析部36、点像強度分布演算部37および比較解析部38等も省かれている。
The light beam measuring apparatus 1B shown in FIG. 3 measures the wavefront of the light beam output from the
なお、図3に示す波面測定部10A´が、反射型波面整形ユニット20と、光束分離/合波面15と、反射板17とを有するマイケルソンタイプの光学系配置となっており、また、反射板17が、1軸ステージおよびフリンジスキャンアダプタからなる光路長調整手段を有している点は、先の第1の実施形態と同様である。
したがって、この光ビーム測定装置1Bによれば、低可干渉性の光ビームの波面測定を行なうことができるとともに、従来のマッハツェンダタイプのものに比べ、光学系の調整や位相シフト機構の設置を容易に行なうことが可能となっている。
The wavefront measuring unit 10A ′ shown in FIG. 3 has a Michelson-type optical system arrangement that includes a reflective
Therefore, according to this light beam measuring apparatus 1B, it is possible to measure the wavefront of a low-coherence light beam, and it is easier to adjust the optical system and install a phase shift mechanism than the conventional Mach-Zehnder type. It is possible to do it.
〈態様の変更〉
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。
<Change of mode>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to this embodiment, A mode can be variously changed.
例えば、上述した実施形態のものでは、測定する光ビームの波長が変化しないことを前提としているため、反射型波面整形ユニット20が1種類のみであったが、測定する光ビームが複数あって、それらの波長が互いに異なるような場合に対応し得るように、各波長にそれぞれ対応した複数種類の反射型波面整形ユニットを具備し、測定する光ビームの波長が変化した際に、それらを互いに切り替えて使用するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, since it is assumed that the wavelength of the light beam to be measured does not change, the reflection type
また、図1に示す態様では、光束分離/合波面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、光束分離面12(スポット作成用光束分離手段)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、光束分離/合波面15と反射板17との間に他の光束分離面を設置し、光束分離/合波面15により分離された後の被検光束の一部を、スポット作成用光束として分離するようにすることや、光束分離/合波面15と波面整形ユニット20との間に他の光束分離面を設置し、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. 1, a part of the light beam before entering the light beam separation / combining surface 15 (test / reference light beam separation means) is spotted by the light beam separation surface 12 (spot creation light beam separation means). Although the light beam is separated as a preparation light beam, another light beam separation surface is provided between the light beam separation / combining
また、上述した態様のものでは、光ピックアップモジュール50から出力される光ビームを測定対象としているため、通常の干渉計装置とは異なり、光源装置を構成要素として備えていないが、高精度な波面を持つ基準ビームを出力可能な基準光源装置を備えるようにしてもよい。このような基準光源装置を備えた場合には、基準光源装置からの基準ビームを、測定対象とされる被検レンズを介して出力させ、その波面測定を行なうことにより、被検レンズの屈折率分布等を計測することも可能となる。
Further, in the above-described aspect, since the light beam output from the
また、波面整形ユニット20に用いられている反射回折部22についても、前掲の特許文献2に開示された種々の態様のものを用いることが可能である。
Further, as the
1A 光ビーム測定装置(第1の実施形態)
1B 光ビーム測定装置(第2の実施形態)
10A,10A´ 波面測定部
10B スポット特性測定部
11,52 コリメータレンズ
12 光束分離面(スポット作成用光束分離手段)
13,18 結像レンズ
14 第2の撮像カメラ
14a,19a 撮像面
15 光束分離/合波面(被検/基準光束分離手段)
16 遮光手段
17 反射板
17a 反射面
20 反射型波面整形ユニット
21 収束レンズ
22 反射回折部
23 基板
31 解析装置
32 表示装置
33 入力装置
34 画像生成部
35 縞解析部(第1の解析手段)
36 スポット像解析部(第2の解析手段)
37 点像強度分布演算部
38 比較解析部
50 光ピックアップモジュール
51 半導体レーザ
53 集光レンズ
1A Light Beam Measuring Device (First Embodiment)
1B Light Beam Measuring Device (Second Embodiment)
10A, 10A 'Wavefront measuring unit 10B Spot
13, 18
DESCRIPTION OF
36 Spot image analysis unit (second analysis means)
37 Point Image Intensity
Claims (2)
前記波面整形手段は、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、入射され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反射型波面整形ユニットにより構成され、
前記被検/基準光束分離手段および前記合波手段は、前記基準光束作成用光束と分離した前記被検光束を反射面に入射せしめるとともに、該反射面から戻る前記被検光束を前記波面整形手段からの前記基準光束と合波させる光束分離/合波面により構成されており、
少なくとも前記光ビームが低可干渉性の光束である場合に、前記光束分離/合波面から前記反射面を経て前記光束分離/合波面に戻る第1の光路長と、前記光束分離/合波面から前記反射型波面整形ユニットを経て前記光束分離/合波面に戻る第2の光路長とを互いに略一致させる光路長調整手段と、
前記光束分離/合波面に入射する前の前記光ビーム、前記光束分離/合波面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いずれか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、前記スポット作成用光束により前記光ビームのスポット像を結像させて撮像するスポット像結像/撮像手段と、
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の解析手段と、
前記スポット像を解析することにより、前記光ビームのスポット特性測定結果として点像強度分布を得る第2の解析手段と、
を備えることを特徴とする光ビーム測定装置。 A test / reference beam separating unit that separates a light beam to be measured into a test beam and a reference beam generation beam; and a wavefront shaping unit that wave-shapes the reference beam generation beam into a reference beam. , A means for combining the test light beam and the reference light beam to obtain interference light, and imaging the interference fringes carrying the wavefront information of the light beam with the obtained interference light A light beam measuring device comprising: interference fringe imaging / imaging means;
The wavefront shaping means includes a converging lens for converging the reference light beam forming light beam, and a minute reflection diffraction portion arranged at a convergence point of the converging lens. A reflection wavefront shaping unit configured to convert a part of the wavefront into the reference light beam, and to emit the reference light beam toward the test / reference light beam separating unit.
The test / reference light beam separating unit and the combining unit cause the test light beam separated from the reference light beam forming light beam to be incident on a reflecting surface, and the test light beam returning from the reflecting surface is the wavefront shaping unit. A beam separation / combination surface for combining with the reference beam from
When at least the light beam is a low-coherence light beam, a first optical path length returning from the light beam separation / combination surface to the light beam separation / combination surface through the reflection surface, and from the light beam separation / combination surface Optical path length adjusting means for making the second optical path lengths that return to the light beam separation / combining surface through the reflective wavefront shaping unit substantially coincide with each other ;
One of the light beam before entering the light beam separation / combination surface, the test light beam after being separated by the light beam separation / combination surface, or the reference light beam preparation light beam before wavefront shaping. A spot creating light beam separating means for separating a portion as a spot creating light beam, a spot image imaging / imaging means for imaging a spot image of the light beam by the spot creating light beam,
First analysis means for analyzing the interference fringes and obtaining a wavefront measurement result of the light beam;
Analyzing the spot image, thereby obtaining a point image intensity distribution as a spot characteristic measurement result of the light beam;
Light beam measurement apparatus comprising: a.
前記第2の解析手段によって得られた点像強度分布と前記点像強度分布演算手段により求められた点像強度分布を比較解析する比較解析手段と、 Comparative analysis means for comparing and analyzing the point image intensity distribution obtained by the second analysis means and the point image intensity distribution obtained by the point image intensity distribution calculation means;
を備えることを特徴とする請求項1に記載の光ビーム測定装置。The light beam measuring apparatus according to claim 1, further comprising:
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