JP5220345B2 - Diffraction grating design program - Google Patents
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Description
本発明は回折格子設計プログラム、特にホログラフィック回折格子の設計手法の改良に関する。 The present invention relates to a diffraction grating design program, and more particularly to improvement of a design method of a holographic diffraction grating.
従来より、例えば分光器の波長分散素子として、回折光学素子が用いられている。回折光学素子としては、例えばホログラフィにより製作された回折格子が用いられている。 Conventionally, for example, a diffractive optical element has been used as a wavelength dispersion element of a spectroscope. As the diffractive optical element, for example, a diffraction grating manufactured by holography is used.
ホログラフィック回折格子は、以下のようにして作られる。すなわち、回折格子を構成する基材の表面に感光性樹脂を塗布する。この素子に二つの点光源からコヒーレントな光を照射し、干渉縞を樹脂に焼き付け、現像によって感光していない部分を取り除いて格子を形成し、その上にアルミ等の反射膜を蒸着して形成する。
図7はその露光を表す模式図であり、点光源S1,S2からの球面波が素子G表面で干渉して干渉縞が生じ、感光性樹脂に焼き付けられる。この配置以外に、図8のように点光源S1,S2からの光を一旦、球面鏡M1,M2で反射させて素子Gに照射する非球面露光と呼ばれる方法も知られている(例えば特許文献1参照)。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the exposure. The spherical waves from the point light sources S 1 and S 2 interfere with each other on the surface of the element G to generate interference fringes, which are printed on the photosensitive resin. In addition to this arrangement, there is also known a method called aspherical exposure in which light from point light sources S 1 and S 2 is once reflected by spherical mirrors M 1 and M 2 and applied to element G as shown in FIG. For example, see Patent Document 1).
ところで、回折格子を設計するということは、作ろうとする分光器の特性、すなわち光学配置(回折格子と入出射スリットの位置関係)、波長分散能などを決め、これに適切に機能する回折格子となるように、その曲率半径、露光用の点光源の位置などの露光パラメータを決めることである。逆に、ある基準に基づいて作成した回折格子を組み込んだ分光器の素子の配置(回折格子に対する入出射スリットの相対的な位置)の最適値を求める場合もあり得る。 By the way, designing a diffraction grating determines the characteristics of the spectrometer to be made, that is, the optical arrangement (positional relationship between the diffraction grating and the entrance / exit slit), the wavelength dispersion ability, and the like. In other words, the exposure parameters such as the radius of curvature and the position of the point light source for exposure are determined. Conversely, there may be a case where the optimum value of the arrangement of the elements of the spectroscope incorporating the diffraction grating created based on a certain standard (relative position of the entrance / exit slit with respect to the diffraction grating) is obtained.
露光において、素子表面にどのような干渉縞が生じるかは、素子表面各点で、二つの光源から素子表面各点に到達する光の間の位相差が、波長の整数倍であれば明、半整数倍であれば暗と、極めて単純な物理現象による。また、回折格子を組み込んだ分光器において、入射光源(入射スリット)からの光が、回折格子でどのように分光され、出射スリット面上に集まり、出射スリットから取り出されるかも、周知の物理法則に基づくものである。 In the exposure, what kind of interference fringes occur on the element surface is clear if the phase difference between the light reaching the element surface points from the two light sources is an integral multiple of the wavelength at each point on the element surface, If it is a half-integer multiple, it will be dark and very simple physical phenomena. Also, in a spectroscope incorporating a diffraction grating, how light from an incident light source (incidence slit) is split by the diffraction grating, gathers on the exit slit surface, and is extracted from the exit slit is also in accordance with well-known physical laws. Is based.
しかしながら、回折格子の形状と曲率半径、露光パラメータ、分光器の配置と結像状態を結びつける関数関係は、極めて単純な系(回折格子が平面で、そこに刻まれる格子が直線平行で等間隔、そして入射スリットと出射スリットの位置が無限遠、すなわち入射光と回折光とが平行光)を除いて極めて複雑であり、そこから数学的な解として最適値を定めることは到底不可能である。 However, the functional relationship that links the shape and radius of curvature of the diffraction grating, the exposure parameters, the arrangement of the spectrometer and the imaging state is an extremely simple system (the diffraction grating is a plane, and the gratings engraved there are linearly parallel and equally spaced, The positions of the entrance slit and the exit slit are extremely complicated except for infinity, that is, incident light and diffracted light are parallel light), and it is impossible to determine an optimum value as a mathematical solution therefrom.
従来は、試行錯誤で回折格子を設計していた。すなわち、露光により回折格子を試作し、その回折格子を分光器に組み込み、回折、結像の様子を評価していた。そして、露光パメータ等を経験則に基づいて試行錯誤で変えて、回折格子を設計していた。 Conventionally, diffraction gratings have been designed by trial and error. That is, a diffraction grating was prototyped by exposure, and the diffraction grating was incorporated into a spectroscope to evaluate the state of diffraction and imaging. Then, the diffraction grating is designed by changing the exposure parameters and the like based on empirical rules by trial and error.
しかしながら、回折格子、それを用いる分光器の設計は、深い経験と莫大な時間がかかり、かつそれが最適である根拠もないのが現状である。この問題は、従来方式、つまり試行錯誤で回折格子を設計する手法では、より深刻となる。
このため、ホログラフィック回折格子の設計において、迅速化、最適化の点に関しては、より一層の改善が求められていたが、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、最適な回折格子の設計を、自動かつ迅速に行うことのできる回折格子設計プログラムを提供することにある。
However, the design of a diffraction grating and a spectroscope using the diffraction grating requires deep experience and enormous amount of time, and there is no basis for its optimality. This problem becomes more serious in the conventional method, that is, a method of designing a diffraction grating by trial and error.
For this reason, in the design of holographic diffraction gratings, further improvement has been demanded in terms of speeding up and optimization, but conventionally, there has been no appropriate technology that can solve this. .
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a diffraction grating design program capable of automatically and quickly designing an optimum diffraction grating.
本発明者がホログラフィック回折格子の設計について検討を進めた結果、シミュレーションによる設計に着目した。
ここで、コンピュータ上において、露光による回折格子の試作をシミュレーションし、その回折格子を適当な光線追跡プログラムに持ち込み、そこで回折・結像の様子をシミュレーションし、その結果を評価し(結像が良いとか悪いとか)、それを経験則に基づいて露光パメータにフィードバックし、試行錯誤を繰り返して回折格子を設計していたのでは、回折格子、それを用いる分光器の設計には、深い経験と莫大な時間が必要となり、かつそれが最適である根拠もない。
これに対し、本発明者は、最適な回折格子の設計を迅速に行うためには、パラメータの最適化を以下のようにして自動に行うことが極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
As a result of studying the design of the holographic diffraction grating by the present inventor, attention was paid to the design by simulation.
Here, a prototype of a diffraction grating by exposure is simulated on a computer, the diffraction grating is brought into an appropriate ray tracing program, where the state of diffraction / imaging is simulated, and the result is evaluated (the imaging is good) It was fed back to the exposure parameters based on empirical rules, and the diffraction grating was designed by repeated trial and error. Time is needed and there is no reason for it to be optimal.
On the other hand, the present inventor found that it is extremely effective to automatically optimize the parameters as follows in order to quickly design the optimum diffraction grating, and completed the present invention. It came to do.
すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかる回折格子設計プログラムは、コンピュータに、パラメータ設定手順、露光シミュレーション手順、光線追跡シミュレーション手順、およびパラメータ最適化手順を実行させるための回折格子設計プログラムであって、
前記パラメータ設定手順では、分光器の中での回折格子の光学配置を規定するアライメントパラメータ、回折格子をホログラフィック露光法で作る際の露光条件を規定する露光パラメータ、回折格子素子の形状を規定する形状パラメータの各初期値を設定し、
前記露光シミュレーション手順では、前記形状パラメータにより規定される前記回折格子素子の曲面形状データ及び前記露光パラメータにより規定される露光条件を使ってホログラフィック回折格子データをシミュレーションし、
前記光線追跡シミュレーション手順では、前記アライメントパラメータにより規定される光学配置で、分光器の入射スリット及び出射スリットに対して前記ホログラフィック回折格子データを配置して、前記出射スリット面上での回折像データをシミュレーションし、
前記パラメータ最適化手順では、前記光線追跡シミュレーション手順で得られた前記回折像データのスポット形状データを評価対象とするシンプレックス法を用いて、前記スポット形状データが小となるように、前記アライメントパラメータ、前記露光パラメータ及び前記形状パラメータの各設定値を最適化し、
前記パラメータ最適化手順は、前記アライメントパラメータの各設定値を対象とする第1階層の最適化手順と、前記露光パラメータの各設定値を対象とする第2階層の最適化手順とを含み、第1階層の最適化の結果に基づいて前記コンピュータに第2階層の最適化を階層的に実行させることを特徴とする。
That is, to achieve the above object, a diffraction grating design program according to the present invention is a diffraction grating design program for causing a computer to execute a parameter setting procedure, an exposure simulation procedure, a ray tracing simulation procedure, and a parameter optimization procedure. There,
In the parameter setting procedure, an alignment parameter that defines the optical arrangement of the diffraction grating in the spectroscope, an exposure parameter that defines the exposure conditions for making the diffraction grating by the holographic exposure method, and the shape of the diffraction grating element are defined. Set each initial value of the shape parameter,
In the exposure simulation procedure, holographic diffraction grating data is simulated using curved surface shape data of the diffraction grating element defined by the shape parameter and exposure conditions defined by the exposure parameter,
In the ray tracing simulation procedure, the holographic diffraction grating data is arranged with respect to the entrance slit and the exit slit of the spectrometer in the optical arrangement defined by the alignment parameter, and diffraction image data on the exit slit surface Simulate the
In the parameter optimization procedure, using the simplex method for evaluating the spot shape data of the diffraction image data obtained in the ray tracing simulation procedure, the alignment parameter, so that the spot shape data is small, Optimize each setting value of the exposure parameter and the shape parameter,
The parameter optimization procedure includes a first-layer optimization procedure for each setting value of the alignment parameter and a second-layer optimization procedure for each setting value of the exposure parameter, characterized Rukoto hierarchically to perform the optimization of the second hierarchy to the computer based on the one level of optimization results.
なお、本発明においては、前記パラメータ最適化手順は、さらに前記形状パラメータの各設定値を対象とする第3階層の最適化手順を含み、前記第2階層の最適化の結果に基づいて前記コンピュータに第3階層の最適化を階層的に実行させることが好適である。 In the present invention, the parameter optimization procedure further includes a third hierarchy optimization procedure for each set value of the shape parameter, and the computer is based on the optimization result of the second hierarchy. Rukoto hierarchically to perform the optimization of the third hierarchy is suitable.
本発明においては、前記パラメータ最適化手順では、前記コンピュータに、最適化したいN個の設定値をそれぞれ1つの座標軸とするN次元空間内に、(N+1)個の頂点をもつシンプレックスを自動に設定させて、前記シンプレックスの1つの頂点座標を構成するN個の設定値を用いて前記露光シミュレーションおよび光線追跡シミュレーションを自動に行わせて、(N+1)個の全頂点についてのシミュレーション結果から前記スポット形状データが最大となった頂点をその鏡像点で置き換えさせることにより前記シンプレックスを自動に移行させることで、前記スポット形状データが小さくなる方向にN個の各設定値を自動に変更させることが特に好適である。 In the present invention, in the parameter optimization procedure, a simplex having (N + 1) vertices is automatically set in the computer in an N-dimensional space with each of N set values to be optimized as one coordinate axis. by, the exposure simulation and ray tracing simulation using N setting values constituting one vertex coordinates of the simplex Te row Align automatic, (N + 1) pieces of the spot shape simulation results for all vertices data by shifting the simplex by Rukoto is replaced with its mirror image point vertices becomes maximum automatic, is Rukoto is changed automatically the N each setting value in a direction in which the spot shape data is reduced Particularly preferred.
本発明の分光器としては、入射スリットと、回折格子と、出射スリットと、を含むものが一例として挙げられる。本発明のアライメントパラメータとしては、例えば回折格子中心から入射スリットまでの距離、回折格子中心から出射スリットまでの距離、入射スリット−回折格子の中心−出射スリット間の角度等が一例として挙げられる。
本発明の露光パラメータとしては、例えば露光用光源S1の位置(回折格子素子中心からの距離と傾き角)、露光用光源S2の位置(回折格子素子中心からの距離と傾き角)、露光用光源S1のための露光用反射鏡M1の曲率半径、位置(回折格子素子中心までの距離と傾き角)、露光用光源S2のための露光用反射鏡M2の曲率半径、位置(回折格子素子中心までの距離と傾き角)等が一例として挙げられる。
本発明の形状パラメータとしては、例えば回折格子素子の曲率半径等が一例として挙げられる。
An example of the spectrometer of the present invention includes an incident slit, a diffraction grating, and an exit slit. Examples of the alignment parameter of the present invention include a distance from the center of the diffraction grating to the entrance slit, a distance from the center of the diffraction grating to the exit slit, an angle between the entrance slit and the center of the diffraction grating, and the exit slit.
The exposure parameters of the present invention, for example, the position of the exposure light source S 1 (distance and inclination angle from the diffraction grating element center), (distance and inclination angle from the diffraction grating element center) position of the exposure light source S 2, exposure curvature of the exposure reflector M 1 for use light sources S 1 radial position (distance and angle of inclination to the diffraction grating element center), the radius of curvature, the position of the exposure reflector M 2 for the exposure light source S 2 (Distance to the center of the diffraction grating element and tilt angle) and the like are examples.
An example of the shape parameter of the present invention is the radius of curvature of the diffraction grating element.
ここにいう回折格子素子とは、基材に感光性樹脂を設けたものをいう。
ここにいうバーチャルに回折格子を作るとは、例えば回折格子素子の表面に感光性樹脂を設け、そこに二点からコヒーレントな光を照射して干渉縞を発生させて露光し、それを現像し、さらにその上に反射材を設けて回折格子を形成することを、コンピュータ上で行うことをいう。
As used herein, the diffraction grating element refers to a substrate provided with a photosensitive resin.
Making a diffraction grating virtually here means, for example, providing a photosensitive resin on the surface of a diffraction grating element, irradiating it with coherent light from two points, generating interference fringes, and developing it. Further, it means that the formation of a diffraction grating by providing a reflective material thereon is performed on a computer.
ここにいう回折格子の回折及び結像をシミュレーションとは、分光器の入射スリットからの光を回折格子に入射して出射スリット面上で得られる回折像の結像状態を、コンピュータ上でシミュレーションすることをいう。 Simulation of diffraction and imaging of the diffraction grating here refers to simulating on the computer the imaging state of the diffraction image obtained on the exit slit surface when light from the entrance slit of the spectrometer enters the diffraction grating. That means.
本発明にかかる回折格子設計プログラムによれば、コンピュータを前記パラメータ設定手段、前記シミュレーション手段、前記評価手段、前記パラメータ変更手段として機能させることとしたので、最適な回折格子の設計を、自動かつ迅速に行うことができる。
本発明においては、前記パラメータ変更手段が、前記シミュレーションによる回折像が小となる方向に、最適化したいパラメータを自動に変更することにより、最適値を迅速に探索することができるので、前記最適な回折格子の設計を、より迅速に行うことができる。
According to the diffraction grating design program of the present invention, since the computer is caused to function as the parameter setting means, the simulation means, the evaluation means, and the parameter changing means, the optimum diffraction grating design can be performed automatically and quickly. Can be done.
In the present invention, the parameter changing means can quickly search for the optimum value by automatically changing the parameter to be optimized in the direction in which the diffraction image obtained by the simulation becomes smaller. The design of the diffraction grating can be performed more quickly.
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図1には本発明の一実施形態にかかる回折格子設計装置の概略構成が示されている。
同図に示す回折格子設計装置10は、コンピュータよりなり、コンピュータ本体(コンピュータ)12と、入力デバイス14と、ディスプレイ16と、を含む。
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a diffraction grating design apparatus according to an embodiment of the present invention.
The diffraction
コンピュータ本体12は、プログラム記憶手段18を備える。プログラム記憶手段18
に回折格子設計プログラム20を記憶している。回折格子設計プログラム20は、コンピュータ本体12をパラメータ設定手段22、シミュレーション手段24、評価手段25、パラメータ変更手段26、比較手段27として機能させるためのとする。
The computer
The diffraction
パラメータ設定手段22は、アライメントパラメータ設定部28と、露光パラメータ設定部30と、形状パラメータ設定部32と、を含む。
アライメントパラメータ設定部28は、アライメントパラメータの初期値を設定する。アライメントパラメータは、分光器の中での、入射スリット及び出射スリットに対する回折格子の光学配置を規定する。
露光パラメータ設定部30は、露光パラメータの初期値を設定する。露光パラメータは、回折格子素子から、回折格子をホログラフィク露光法により作る際の露光条件を規定する。
形状パラメータ設定部32は、形状パラメータの初期値を設定する。形状パラメータは、回折格子素子の形状、曲率半径等を規定する。
The parameter setting unit 22 includes an alignment
The alignment
The exposure
The shape
シミュレーション手段24は、形状パラメータにより規定される回折格子素子、露光パラメータにより規定される露光条件で、回折格子をバーチャルに作る。バーチャルに作られた回折格子を、アライメントパラメータにより規定される光学配置で、分光器の中にバーチャルに組み込む。バーチャルに組み込まれた回折格子の回折像の出射スリットでの結像状態をシミュレーションする。
評価手段25は、シミュレーション手段24で得られた回折像の結像状態を、出射スリットでの回折像が小となるに従って高い評価点で評価する。
The simulation means 24 virtually creates a diffraction grating under the diffraction grating element defined by the shape parameter and the exposure condition defined by the exposure parameter. A virtually created diffraction grating is virtually incorporated into a spectrometer with an optical arrangement defined by alignment parameters. The imaging state at the exit slit of the diffraction image of the diffraction grating virtually incorporated is simulated.
The evaluation means 25 evaluates the image formation state of the diffraction image obtained by the simulation means 24 at a higher evaluation point as the diffraction image at the exit slit becomes smaller.
パラメータ変更手段26は、アライメントパラメータ、露光パラメータ及び形状パラメータのうち、最適化したいパラメータを順次変更する。
本実施形態においては、パラメータ変更手段26が、評価点が高くなる方向、つまりシミュレーションによる出射スリット上での回折像のスポット形状が小となる方向に、最適化したいパラメータを自動に変更する。これを、シミュレーション手段24に出力する。
The
In the present embodiment, the
シミュレーション手段24は、パラメータ変更手段26から送られてくるパラメータ値で、前記シミュレーションを行う。
シミュレーションされたパラメータは、評価手段25によって評価点が比較される。評価手段25は、評価点が高くなる方向にパラメータの変更を行うように、パラメータ変更方向をパラメータ変更手段26に指示する。
The
Evaluation points of the simulated parameters are compared by the
本実施形態においては、パラメータ変更手段26からのパラメータでのシミュレーション手段24によるシミュレーション、評価手段25による回折像の結像状態の評価、及びパラメータ変更手段26によるパラメータの変更を自動に繰り返し、シミュレーションによる出射スリットでの回折像のスポット形状が最小となるパラメータ最適値を探索する。
比較手段27は、評価点を比較し、評価点が最高となるパラメータ最適値、つまり出射スリットでの回折像のスポットサイズが最小となるパラメータ最適値を出力する。
In this embodiment, the simulation by the
The
入力デバイス14は、例えばキーボード、マウス等よりなり、パラメータの初期値等を入力する。
ディスプレイ16は、例えばパラメータの設定値、シミュレーションの結果、パラメータの最適値等を表示する。
The input device 14 includes, for example, a keyboard and a mouse, and inputs initial values of parameters.
The
本実施形態にかかる回折格子設計装置10は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
本実施形態にかかる回折格子設計装置10によれば、回折格子設計プログラム20により、コンピュータ本体12を、パラメータ設定手段22、シミュレーション手段24、評価手段25、パラメータ変更手段26、比較手段27として機能させることができる。
The diffraction
According to the diffraction
すなわち、本実施形態では、回折格子をバーチャルに作って、該回折格子での光の回折、結像をシミュレーションし、出射スリット面上にどのような回折像が得られるかを、ディスプレイ16の画面上に表示することができる。
特に本実施形態では、出射スリットでの回折像が小となる方向にパラメータを自動に変えることができるので、パラメータの最適化を自動に行うことができる。これにより、本実施形態は、従来方式、つまり試行錯誤でパラメータを求めていたものに比較し、最適な回折格子の設計を、自動かつ迅速に行うことができる。
That is, in the present embodiment, a diffraction grating is virtually created, light diffraction and imaging at the diffraction grating are simulated, and what kind of diffraction image can be obtained on the exit slit surface is displayed on the screen of the
In particular, in the present embodiment, the parameter can be automatically changed in the direction in which the diffraction image at the exit slit becomes smaller, so that the parameter can be optimized automatically. As a result, the present embodiment can automatically and quickly design an optimum diffraction grating as compared with the conventional method, that is, a method for obtaining parameters by trial and error.
以下、前記作用について、図2を参照しつつ、具体的に説明する。
すなわち、同図(A)に示されるような露光シミュレーションでは、曲面形状(例えば球面、楕円体面、トロイダル面等)を有する回折格子素子(母材)G´の表面に、二つの点光源S1,S2からコヒーレントな光38を球面球M1,M2を経由して照射し、面上で干渉させてホログラフィック回折格子G´´を形成することができる。
同図(B)に示されるような光線追跡シミュレーションでは、露光シミュレーションで作られた回折格子G´´に入射光源(又はスリット)40から単色光42を入射させたときの回折、結像の様子をシミュレートすることができる。
Hereinafter, the operation will be specifically described with reference to FIG.
That is, in the exposure simulation as shown in FIG. 6A, two point light sources S 1 are formed on the surface of a diffraction grating element (base material) G ′ having a curved surface shape (for example, a spherical surface, an ellipsoidal surface, a toroidal surface, etc.). , S 2 and the
In the ray tracing simulation as shown in FIG. 5B, the state of diffraction and imaging when the
そして、同図(C)に示されるような出射スリット面44上での回折像46のスポット形状[10x(水平方向の幅)+垂直方向の幅]]を最小にするように、アライメントパラメータ(回折格子G´´の中心から入射スリット40までの距離と出射スリット44までの距離)、露光パラメータ(露光用光源S1と露光用光源S2の位置)、形状パラメータ(回折格子素子G´の曲率半径)を自動で最適化することができる。
ここで、本実施形態は、パラメータ変更手段が、シンプレックス法を用いて、最適化したいパラメータを、出射スリット面44上での回折像46のスポット形状を小にする方向にパラメータを自動に変更することにより、最適値の探索を自動に行うことができる。このため、本実施形態は、試行錯誤でパラメータを変更するものに比較し、最適値の探索を迅速に行うことができる。
Then, the alignment parameters (10x (horizontal width) + vertical width]) of the
Here, in this embodiment, the parameter changing unit automatically changes the parameter to be optimized in the direction of reducing the spot shape of the
以下、前記パラメータ変更手段の作用について、具体的に説明する。
本実施形態の設計においては、最適化しようとするN個のパラメータに対して、各パラメータをそれぞれ1つの座標軸とするN次元空間を考え、そこに適当な辺長をもつN+1個の頂点を有するシンプレックスを設定している。
次に各頂点の座標値をパラメータ値としてN+1通りの試験を行い、各点での評価点を求めている。
こうして求めた各評価点を順に並べ、最悪評価点を与える頂点を他のN個の頂点で張る面に対して反対側に移し、そこで試験をし、評価点を求める。先の最悪の点を捨て、それを反対側に移して得た点を加えたN+1個の点について、あらためて最悪値を求めてその点を反対側に移す、という操作を繰り返す。
この操作で、最終的にこのシンプレックスは最良の点を含む位置に移動する。
この結果、本実施形態は、パラメータ最適値の探索を、試行錯誤で行うものに比較し、迅速に行うことができる。
Hereinafter, the operation of the parameter changing means will be specifically described.
In the design of the present embodiment, for N parameters to be optimized, an N-dimensional space with each parameter as one coordinate axis is considered, and there are N + 1 vertices with appropriate side lengths. A simplex is set up.
Next, N + 1 tests are performed using the coordinate value of each vertex as a parameter value, and an evaluation score at each point is obtained.
The evaluation points thus obtained are arranged in order, and the vertex giving the worst evaluation point is moved to the opposite side with respect to the surface extending with the other N vertices. For the N + 1 points obtained by discarding the previous worst point and adding the points obtained by moving it to the opposite side, the operation of obtaining the worst value again and moving the point to the opposite side is repeated.
This operation eventually moves the simplex to the position containing the best point.
As a result, according to the present embodiment, the search for the optimum parameter value can be quickly performed as compared with a case where the search is performed by trial and error.
前記作用について、図3を参照しつつ、より具体的に説明する。
同図では、アライメントパラメータとして、回折格子中心からの、入射スリットの距離x1と出射スリットの距離x2を最適化する場合について説明する。
同図(A)に示される初期値の設定では、最適化しようとする2個のパラメータ(x1,x2)をそれぞれ1つの座標軸とする2次元空間を考え、そこに適当な辺長をもつ3個の頂点P1,P2,P3を有するシンプレックスを設定する。
次に各頂点P1,P2,P3の座標値をパラメータ値として3通りのシミュレーションを行い、各頂点P1,P2,P3での評価点を求める。
こうして求めた各評価点のうち、同図(B)に示されるように最悪の評価点を与える頂点P1を他の2個の頂点P2,P3で張る線に対して反対側の頂点P4(鏡像点)に移し(パラメータ変更)、頂点P4に対応するパラメータ値でシミュレーションをし、評価点を求める。
先の最悪の頂点P1を捨て、それを反対側(鏡像点)に移して得た頂点P4を加えた3個の頂点P2,P3,P4について、あらためて最悪値を求めて、その頂点P2を反対側(鏡像点)の頂点P5に移す(パラメータ変更)、という操作を繰り返す。この操作で、最終的にこのシンプレックスは最良の頂点を含む位置に移動する。
このため、最終的なシンプレックスの頂点の中から、評価点が最良な頂点を求めれば、頂点から、対応するパラメータ最適値を求めることができる。
The operation will be described more specifically with reference to FIG.
In the figure, the case where the distance x 1 of the entrance slit and the distance x 2 of the exit slit from the diffraction grating center are optimized as alignment parameters will be described.
In the initial value setting shown in FIG. 5A, a two-dimensional space having two coordinate parameters (x 1 , x 2 ) to be optimized as one coordinate axis is considered, and an appropriate side length is set there. A simplex having three vertices P 1 , P 2 , and P 3 is set.
Next, three kinds of simulations are performed using the coordinate values of the vertices P 1 , P 2 , and P 3 as parameter values, and evaluation points at the vertices P 1 , P 2 , and P 3 are obtained.
Among the evaluation points thus obtained, as shown in FIG. 4B, the vertex P 1 that gives the worst evaluation point is the vertex opposite to the line extending with the other two vertices P 2 and P 3. Move to P 4 (mirror image point) (parameter change), and perform a simulation with the parameter value corresponding to the vertex P 4 to obtain an evaluation point.
For the three vertices P 2 , P 3 , and P 4 obtained by discarding the worst vertex P 1 and adding the vertex P 4 obtained by moving it to the opposite side (mirror image point), the worst value is obtained again. transfer the vertex P 2 to the vertex P 5 on the opposite side (Kagamizoten) (parameter change), repeated operation of. This operation eventually moves the simplex to the position containing the best vertex.
For this reason, if the vertex having the best evaluation point is obtained from the vertices of the final simplex, the corresponding parameter optimum value can be obtained from the vertex.
本実施形態においては、パラメータの最適化を階層的に行っている。以下にその方法について、説明する。
第一の階層として、分光器の光学配置(アライメントパラメータ)の最適化を考える。 形状パラメータの初期値で規定される形状の回折格子素子に、露光パラメータの初期値で規定される露光条件で露光して形成された回折格子を想定する。この回折格子を用いたときの最適の光学配置(アライメントパラメータ)を次の手順で最適化する。
最適化するアライメントパラメータとして、回折格子中心から入射スリットまでの距離、回折格子から出射スリットまでの距離、そして入射スリット−回折格子の中心−出射スリットの間の角度を取り上げる。
これらの3つのアライメントパラメータを座標軸とし、適当な値を当てはめた4つの点からなるシンプレックスを構成する。そのシンプレックスの各頂点座標の値をもつ光学配置に対して、光線追跡を行い、出射スリット面上にできる入射スリットの像を計算する。その像を適当な評価関数に当てはめ、評価点を算出する。この評価点が最善となるように、シンプレックス法の手順に従って最適化を進め、最善の点とその評価点を求める。この最善の点は、想定した回折格子に対する最善の光学配置となる。
なお、光学配置を決める3つのアライメントパラメータについて、例えば角度を一定に固定するとか、入射スリットと出射スリットの間の距離を一定に固定するなど、適当な制約を課すことも可能である。
In the present embodiment, parameter optimization is performed hierarchically. The method will be described below.
As the first level, consider optimizing the optical arrangement (alignment parameters) of the spectrometer. Assume a diffraction grating formed by exposing a diffraction grating element having a shape defined by an initial value of a shape parameter under exposure conditions defined by an initial value of an exposure parameter. The optimum optical arrangement (alignment parameter) when this diffraction grating is used is optimized by the following procedure.
As alignment parameters to be optimized, the distance from the diffraction grating center to the entrance slit, the distance from the diffraction grating to the exit slit, and the angle between the entrance slit—the center of the diffraction grating—the exit slit are taken up.
Using these three alignment parameters as coordinate axes, a simplex consisting of four points fitted with appropriate values is constructed. Ray tracing is performed for the optical arrangement having the value of each vertex coordinate of the simplex, and an image of the entrance slit formed on the exit slit surface is calculated. The image is applied to an appropriate evaluation function, and an evaluation score is calculated. Optimization is carried out according to the procedure of the simplex method so that this evaluation point is the best, and the best point and its evaluation point are obtained. This best point is the best optical arrangement for the assumed diffraction grating.
For the three alignment parameters that determine the optical arrangement, for example, it is possible to impose appropriate restrictions such as fixing the angle constant or fixing the distance between the entrance slit and the exit slit constant.
第二の階層として、露光パラメータを取り上げる。
露光パラメータは、球面露光の場合は露光用光源S1の位置座標(回折格子の中心からの距離と傾き角)と露光用光源S2の位置座標(回折格子の中心からの距離と傾き角)の4個となる。
非球面露光を検討するときには、露光用光源S1のための露光用反射鏡(球面鏡を用いる)M1の曲率半径、それを置く位置(回折格子素子から鏡までの距離)と鏡を傾ける角度の3個、あるいは露光用光源S2のための露光用反射鏡M2の3個、あるいは両方の6個が加わり、それぞれ7個、7個、10個となる(したがって、4個、7個、7個、10個の4通りがある)。
これら4通りの各場合について、それぞれ4次元、7次元、7次元、10次元の座標系を考え、ここに5個、8個、8個、11個の頂点と適当な辺の長さをもつシンプレックスを考える。
シンプレックスのそれぞれの頂点座標に対応するパラメータ(露光パラメータ)に従って露光シミュレーションを行い、回折格子を作成する。作成した回折格子の評価点は、第1の階層の最適化を行い、その最適な分光器の光学配置(アライメントパラメータ)の評価点とする。この評価点が最善になるようシンプレックス法による露光パラメータの最適化を進め、最善の点とその評価点を求める。この最善の点は、想定した形状の素子に対する最善の露光パラメータとなる。同時に最善の光学配置(アライメントパラメータ)も求まることになる。
なお、第二の階層の最適化において、分光器の光学配置(アライメントパラメータ)は固定のものとしてその最適化は行わず、1回の光線追跡の結果をもって評価点とすることもありえる。
The exposure parameter is taken up as the second layer.
Exposure parameters in the case of spherical exposure position coordinates of the exposure light source S 1 (distance and inclination angle from the center of the diffraction grating) and the position coordinates of the exposure light source S 2 (distance and inclination angle from the center of the diffraction grating) It becomes four.
When considering aspherical exposure, the radius of curvature of the exposure mirror (using a spherical mirror) M 1 for the exposure light source S 1 , the position where it is placed (distance from the diffraction grating element to the mirror), and the angle at which the mirror is tilted Or three of the reflecting mirrors M 2 for the exposure light source S 2 or 6 of both are added to 7, 7, and 10 respectively (therefore, 4 and 7). , 7 and 10).
For each of these four cases, consider a four-dimensional, seven-dimensional, seven-dimensional, and ten-dimensional coordinate system, which has five, eight, eight, and eleven vertices and an appropriate side length. Think simplex.
An exposure simulation is performed according to a parameter (exposure parameter) corresponding to each vertex coordinate of the simplex to create a diffraction grating. The evaluation point of the created diffraction grating is optimized for the first layer, and is used as the evaluation point for the optimal optical arrangement (alignment parameter) of the spectrometer. The optimization of exposure parameters by the simplex method is advanced so that this evaluation point becomes the best, and the best point and its evaluation point are obtained. This best point is the best exposure parameter for the assumed shape of the element. At the same time, the best optical arrangement (alignment parameter) is obtained.
In the optimization of the second layer, the optical arrangement (alignment parameter) of the spectroscope is fixed and the optimization is not performed, and the result of one ray tracing may be used as the evaluation point.
第三の階層として、回折格子素子の形状(形状パラメータ)を取り上げる。
球面回折格子を考えるときには、その曲率半径(1個)、トロイダル素子を考える時にはそれを規定する2つの曲率半径、楕円体素子の場合、一般的には3個であるが、実際上、回転楕円体なるので、2個が最適化するパラメータとなる。
この階層の場合も同様に、それぞれ1次元、2次元、2次元の座標系を考え、それぞれ2個、3個、3個の頂点と適当な辺の長さをもつシンプレックスを構成する。各頂点の座標に相当する形状の素子に対して、第二階層での露光パラメータの最適化を行い、その評価点を形状パラメータの評価点とし、それが最善となるようシンプレックス法による形状パラメータの最適化を進め、最善の点とその評価点を求める。
この最善の点が、最善の回折格子素子の形状となり、同時に最善の露光パラメータと光学配置(アライメントパラメータ)とも求まることになる。
As the third layer, the shape (shape parameter) of the diffraction grating element is taken up.
When considering a spherical diffraction grating, the radius of curvature (one piece), when considering a toroidal element, there are two curvature radii that define it, and in the case of an ellipsoidal element, there are generally three pieces. 2 are the parameters to be optimized.
Similarly in the case of this hierarchy, a one-dimensional, two-dimensional, and two-dimensional coordinate system is considered, and simplexes having two, three, and three vertices and appropriate side lengths are formed. For the elements with the shape corresponding to the coordinates of each vertex, the exposure parameter at the second level is optimized, and the evaluation point is set as the evaluation point of the shape parameter. Advance optimization and find the best points and their evaluation points.
This best point becomes the best shape of the diffraction grating element, and at the same time, the best exposure parameter and optical arrangement (alignment parameter) are obtained.
このように本実施形態によれば、パラメータ変更手段がシンプレックス法を用いて最適化したいパラメータの変更方向を決め、この方向にパラメータを変更しながら、最適値を探索することにより、前記最適な回折格子の設計を、より迅速に行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the parameter changing means determines the parameter changing direction to be optimized using the simplex method, and searches for the optimum value while changing the parameter in this direction, whereby the optimum diffraction is performed. The grid design can be done more quickly.
なお、評価点を求めるための評価関数としては、スリット像(出射スリット上での回折像)の波長方向の幅、波長方向の標準偏差値、波長に垂直方向の像の広がり、波長に垂直方向の像の広がりに相当する標準偏差、これらに適当な重みをつけた平均など、場合によって使い分けるのが適当である。 The evaluation function for obtaining the evaluation points includes the width in the wavelength direction of the slit image (diffracted image on the exit slit), the standard deviation value in the wavelength direction, the spread of the image in the direction perpendicular to the wavelength, and the direction perpendicular to the wavelength. It is appropriate to use a standard deviation corresponding to the spread of the image, an average with an appropriate weight, etc.
また、第一階層の光学配置の最適化を、選択したある1つの波長について行うほか、適当に選択した複数の波長について行い、各波長の場合の像から評価関数に従って算出する評価点の和や重みを考慮した平均値を全体の評価点とすることもできる。ある波長の光に対して最善の回折格子と配置が、別の波長の光に対して必ずしも最善ではないので、むしろ複数の波長の光で最適化を行う方が実際的である。 In addition to optimizing the optical arrangement of the first layer for one selected wavelength, it is also performed for a plurality of appropriately selected wavelengths, and the sum of evaluation points calculated from the image for each wavelength according to the evaluation function An average value considering the weight can also be used as the overall evaluation score. Since the best diffraction grating and arrangement for light of one wavelength is not necessarily the best for light of another wavelength, it is more practical to optimize with multiple wavelengths of light.
本実施形態の最適化手法によって達成した最適化の例を、以下に示す。図4は、最適化を実行する前の850nmの光の回折の様子と像を示す。図5は、最適化を実行した後の850nmの光の回折の様子と像を示す。各パラメータの最適化の前後を、表1に示す。 An example of optimization achieved by the optimization method of this embodiment is shown below. FIG. 4 shows the state and image of diffraction of 850 nm light before performing optimization. FIG. 5 shows the diffraction pattern and image of light at 850 nm after optimization. Table 1 shows before and after optimization of each parameter.
(表1)
パラメータ 最適化前 最適化後
球面回折格子の曲率半径(nm) 139 142.356
露光波長(nm) 441.67 441.67
光源1の距離(mm) 148 139.973
角度(°) −8 −45.262
光源2の距離(mm) 154 145.017
角度(°) 40 4.857
入射スリット−回折格子の距離(mm) 150 150
出射スリット−回折格子の距離(mm) 130 130
開き角(°) 30 30
スリット像の波長方向の幅(nm) 1.12
偏差標準(nm) 0.18
(Table 1)
Parameter Before optimization After optimization
Radius of curvature of spherical diffraction grating (nm) 139 142.356
Exposure wavelength (nm) 441.67 441.67
Distance of light source 1 (mm) 148 139.973
Angle (°) −8 −45.262
Distance of light source 2 (mm) 154 145.017
Angle (°) 40 4.857
Entrance slit-diffraction grating distance (mm) 150 150
Output slit-diffraction grating distance (mm) 130 130
Opening angle (°) 30 30
Width of slit image in wavelength direction (nm) 1.12.
Deviation standard (nm) 0.18
表1の最適化前に示すような条件で回折格子を作成し、それを固定の配置において回折の様子を光線追跡すると、図4のように出射スリット44での回折像46は全く集光しない状態で、分光器をなしていない。
これに対し、曲率半径と露光パラメータとの最適化を本実施形態の最適化方法で行うと、表1の最適化後となり、そのときの回折の様子の光線追跡は図5のようになる。その結果、スリットの像(出射スリット44での回折像46)は極めてよく集光し、そのピーク幅は波長方向で1.12nm、標準偏差で0.18nmとなる。
なお、両方の図中の左上の図形は、出射スリット面上に各光線が集光するスポットを図示したものである。
When a diffraction grating is created under the conditions shown in Table 1 before optimization and the state of diffraction is traced with a fixed arrangement, the
In contrast, when the radius of curvature and the exposure parameters are optimized by the optimization method of the present embodiment, after the optimization in Table 1, ray tracing of the state of diffraction at that time is as shown in FIG. As a result, the slit image (diffracted
The upper left figure in both figures shows the spot where each light beam is condensed on the exit slit surface.
このように本実施形態にかかる回折格子設計装置によれば、本実施形態の最適化を行うことにより、本実施形態の最適化の考慮がないものに比較し、回折格子の設計を、より最適かつ迅速に行うことができる。 As described above, according to the diffraction grating design apparatus according to the present embodiment, the optimization of the present embodiment makes it possible to optimize the design of the diffraction grating compared to the case where the optimization of the present embodiment is not considered. And can be done quickly.
設計の更なる迅速化
ところで、本実施形態においては、回折格子設計の更なる迅速化のために、下記のディスプレイ表示を行うことも非常に好ましい。
<ディスプレイ表示画面>
図6には本実施形態にかかる回折格子設計装置10のディスプレイの表示画面の一例が示されている。
同図において、画面50には、選択エリア52、設定エリア54、実行指示エリア56、表示エリア58を含む。そして、使用者は、設定したいエリアにマウスのカーソル(図示省略)を合わせ、選択、設定、指示する。
以下、前記選択エリア52、設定エリア54、実行指示エリア56、表示エリア58について、具体的に説明する。
By the way, in the present embodiment, in order to further speed up the design of the diffraction grating, it is also very preferable to perform the following display display.
<Display screen>
FIG. 6 shows an example of a display screen of the display of the diffraction
In the figure, the
Hereinafter, the
<選択エリア>
選択エリア52は、形状選択エリア60と、方向選択エリア62と、露光光源1選択エリア64と、露光光源2選択エリア66と、シミュレーション選択エリア68を備える。
<Selection area>
The
形状選択エリア60では、回折格子素子の形状を球面、楕円、トロイダルの中から選択する。
ここで、球面は曲率半径Rzの球面とした。
また、楕円は、下記の数式f(x,y,z)=x2/Rx2+y2/Ry2+(z−Rz)2/Rz2−1=0で表せる曲面とした。
トロイダルX−>Yは、Y=0のXZ平面上、半径Rxの(原点に接する)円が、X軸に平行な回転軸の周りに半径Ryで回転してできる曲面である。
トロイダルY−>Xは、X=0のYZ平面上、半径Ryの(原点に接する)円が、Y軸に平行な回転軸の周りに半径Ryで回転してできる曲面である。
In the
Here, the spherical surface was a spherical surface having a curvature radius Rz.
The ellipse is a curved surface that can be expressed by the following formula f (x, y, z) = x 2 / Rx 2 + y 2 / Ry 2 + (z−Rz) 2 / Rz 2 −1 = 0.
Toroidal X-> Y is a curved surface formed by rotating a circle having a radius Rx (contacting the origin) with a radius Ry around a rotation axis parallel to the X axis on the XZ plane of Y = 0.
Toroidal Y-> X is a curved surface formed by rotating a circle having a radius Ry (contacting the origin) with a radius Ry around a rotation axis parallel to the Y axis on the YZ plane where X = 0.
方向選択エリア62では、できた回折格子をそのまま使うか(図中、逆)、上下反転して使うか(図中、正)を選択する。
露光光源1選択エリア64では、露光用光源S1から光を回折格子素子に、球面鏡M1を経由して照射するか、球面鏡M1を介さずに直接照射するかを選択する。
露光光源2選択エリア66では、露光用光源S2から光を回折格子素子に、球面鏡M2を経由して照射するか、球面鏡M2を介さずに直接照射するかを選択する。
シミュレーション選択エリア68では、回折をシミュレーションするとき、光源の1点から回折格子上の1点に入射する光の状況(1点/1点)を見るか、該光源の1点から回折格子上の全部の点に入射する光の状況(1点/Full)を見るか、入射スリットの全部の点から回折格子上の全部の点に入射する光の状況(Full/Full)を見るかを選択する。
In the
The exposure light source 1 selection area 64, the diffraction grating element light from the exposure light source S 1, or irradiation through a spherical mirror M 1, choose to irradiate directly without going through the spherical mirror M 1.
In the exposure light source 2
In the
<設定エリア>
設定エリア54は、サイズ設定エリア70と、Rxyz設定エリア72と、露光波長設定エリア74と、中心刻線数エリア76と、光源1のL,θ,Yの設定エリア78と、参照球面の半径と中心のXYZ設定エリア80と、光源2のL,θ,Yの設定エリア82と、参照球面の半径と中心のXYZの設定エリア84と、波長設定エリア86と、角度設定エリア88と、回折次数設定エリア90と、入射スリットのL,α,Y設定エリア92と、スリットのW,H,ピッチ設定エリア94と、出射スリットのL,β設定エリア96と、回折点のXY設定エリア98と、直径とピッチ設定エリア100とを含む。
そして、設定エリア54は、設定するパラメータの内容を示す。
<Setting area>
The setting area 54 includes a size setting area 70, an Rxyz setting area 72, an exposure wavelength setting area 74, a center
And the setting area 54 shows the content of the parameter to set.
サイズ設定エリア70では、回折格子素子のサイズ(X×Y)を設定する。Divは露光状態を計算するピッチの大きさを設定する。(X又はY)/Divが200以下であるように設定する。
Rxyz設定エリア72では、回折格子素子の曲率半径(mm単位)を設定する。球面の場合はRz、トロイダルの場合はRxとRyとが使われる。
露光波長設定エリア74では、露光に用いるコヒーレントな光の波長を設定する。
中心刻線数エリア76では、回折格子素子の中心(平均)での刻線数を設定する。
光源1のL,θ,Yの設定エリア78では、露光用光源S1の、回折格子素子中心からの距離(mm)と法線からの傾きとで設定する。Yの値(面からの浮き分)も設定可能である。
参照球面の半径と中心のXYZ設定エリア80では、反射鏡M1の曲率半径と設置位置とを設定する。
光源2のL,θ,Yの設定エリア82では、露光用光源S2の、回折格子素子の中心からの距離(mm)と法線からの傾きとで設定する。Yの値(面からの浮き分)も設定可能である。
参照球面の半径と中心のXYZ設定エリア84では、反射鏡M2の曲率半径と設置位置とを設定する。
波長設定エリア86、角度設定エリア88では、回折をシミュレートする単色光の波長と、そのときの回折格子の回転角を設定する。
回折次数設定エリア90では、回折をシミュレートする回折次数を設定する。
入射スリットのL,α,Y設定エリア92では、入射スリットの中心位置を、回折格子の中心からの距離と法線からの傾きで設定する。
スリットのW,H,ピッチ設定エリア94では、入射スリットのサイズの、そこをスキャンするときのピッチを設定する。
出射スリットのL,β設定エリア96では、出射スリットの中心位置を、回折格子の中心からの距離と法線からの傾きとで設定する。
回折点のXY設定エリア98では、入射スリット(1点)から回折格子上の1点に入射する光線の回折方向をシミュレートするときの、回折格子上の点の座標を設定する。
直径とピッチ設定エリア100では、回折状態を、回折格子全面に亘ってシミュレートするときの、回折格子面の刻みを設定する。
In the size setting area 70, the size (X × Y) of the diffraction grating element is set. Div sets the size of the pitch for calculating the exposure state. (X or Y) / Div is set to be 200 or less.
In the Rxyz setting area 72, the radius of curvature (in mm) of the diffraction grating element is set. Rz is used for a spherical surface, and Rx and Ry are used for a toroid.
In the exposure wavelength setting area 74, the wavelength of coherent light used for exposure is set.
In the center
In the L, θ, Y setting area 78 of the light source 1 , the exposure light source S 1 is set by the distance (mm) from the diffraction grating element center and the inclination from the normal line. The value of Y (floating from the surface) can also be set.
In the reference spherical surface radius and center of the XYZ setting area 80, setting the radius of curvature and the installation position reflector M 1.
In the L, θ, Y setting area 82 of the light source 2 , the exposure light source S2 is set by the distance (mm) from the center of the diffraction grating element and the inclination from the normal line. The value of Y (floating from the surface) can also be set.
In the reference spherical surface radius and center of the
In the wavelength setting area 86 and the
In the diffraction
In the L, α, Y setting area 92 of the entrance slit, the center position of the entrance slit is set by the distance from the center of the diffraction grating and the inclination from the normal line.
In the slit W, H and pitch setting area 94, the pitch of the incident slit size when scanning is set.
In the L and β setting area 96 of the exit slit, the center position of the exit slit is set by the distance from the center of the diffraction grating and the inclination from the normal line.
In the XY setting area 98 of the diffraction point, the coordinates of the point on the diffraction grating when simulating the diffraction direction of the light ray incident on one point on the diffraction grating from the incident slit (one point) is set.
In the diameter and pitch setting
<実行指示エリア>
実行指示エリア56は、露光シミュレーションボタン102と、回折シミュレーションボタン104と、アライメント最適化ボタン106と、露光+アライメント最適化ボタン108と、形状+露光+アライメント最適化ボタン110と、露光条件最適化ボタン112と、形状+露光最適化ボタン114と、を含む。
<Execution instruction area>
The
露光シミュレーションボタン102をクリックすると、シミュレーション手段による露光をシミュレートする。
回折シミュレーションボタン104をクリックすると、シミュレーション手段による露光で作成した回折格子での回折をシミュレートする。
アライメント最適化ボタン106をクリックすると、前記回折格子で回折をシミュレートし、回折像が最小になるよう、にアライメントパラメータ、例えば入射スリットの位置(距離だけ)と出射スリット(距離だけ)を最適化する。
露光+アライメント最適化ボタン108をクリックすると、露光条件(露光パラメータ)を変えながら、回折をシミュレートし、回折像が最小になるように、露光条件(露光パラメータ)と、入射スリット(距離だけ)と出射スリット(距離だけ)を最適化する。
形状+露光+アライメント最適化ボタン110をクリックすると、回折格子の曲率半径(形状パラメータ)と露光条件(露光パラメータ)を変えながら、回折をシミュレートし、回折像が最小になるように、曲率半径(形状パラメータ)と露光条件(露光パラメータ)と、アライメントパラメータである入射スリット(距離だけ)及び出射スリット(距離だけ)を最適化する。
露光条件最適化ボタン112をクリックすると、露光条件(露光パラメータ)を変えながら、回折をシミュレートし、回折像が最小になるように、露光条件(露光パラメータ)だけを最適化する。
形状+露光最適化ボタン114をクリックすると、露光条件(露光パラメータ)を変えながら、回折をシミュレートし、回折像が最小になるように、曲率半径(形状パラメータ)と露光条件(露光パラメータ)を最適化する。
When the
When the diffraction simulation button 104 is clicked, the diffraction at the diffraction grating created by the exposure by the simulation means is simulated.
Clicking on the
Clicking the exposure +
Clicking the shape + exposure +
When the exposure
Clicking the shape +
<表示エリア>
表示エリア58では、入射光源(又は入射スリット)40の中心、回折格子G´´、出射スリット44、回折格子G´´の法線、出射スリット44面上での回折像46、シミュレーションの結果等を表示可能である。
<Display area>
In the
このように本実施形態にかかる回折格子設計装置によれば、設計に際しての極めて多くのパラメータ、結果を画面上に表示しつつ、そのシミュレーション、探索を行うことが可能となるので、所望の設計作業の設定、確認を容易に行うことができる。このため、最適な回折格子の設計を、より迅速に行うことができる。 As described above, according to the diffraction grating design apparatus according to the present embodiment, it is possible to perform simulation and search while displaying an extremely large number of parameters and results on the screen on the screen. Can be easily set and confirmed. For this reason, the optimal diffraction grating design can be performed more quickly.
なお、前記構成では、本発明のパラメータ最適化を、階層的に行った例について説明したが、次のように行うことも好ましい。
パラメータ設定手段が、初期値として適当な回折格子素子の曲率半径(形状パラメータ)、露光パラメータ、分光器におけるスリットの位置座標(アライメントパラメータ)を設定する。その総数をNとし、これら全部まとめて1組のパラメータと呼ぶことにする。このN個1組のパラメータに適当な変化分を適宜加えてN個(N+1)組のパラメータ群を作る。
シミュレーション手段が、続いて各パラメータ群について、該パラメータを用いて露光して回折格子を作り、それを組み込んで分光器の光線追跡を行い、評価手段が、出射スリット面上にできる回折像を計算し、例えばそのヨコ幅(波長分散幅)を求め、これを小さくなる方を良とする評価点とする。
そして、この一連の操作をシンプレックス法の試験として、シンプレックス法の手順に従って繰り返し実行する。
このようにして本発明のパラメータ最適化を行っても、最適化したいパラメータを自動に変更し、その最適値を自動に探索することができるので、最適な回折格子の設計を、より迅速に行うことができる。
In the above-described configuration, the example in which the parameter optimization of the present invention is performed hierarchically has been described. However, it is also preferable to perform as follows.
The parameter setting means sets an appropriate radius of curvature (shape parameter) of the diffraction grating element, exposure parameter, and slit position coordinates (alignment parameter) in the spectroscope as initial values. The total number is N, and all these are collectively called a set of parameters. Appropriate changes are appropriately added to the N set of parameters to create N (N + 1) set of parameters.
The simulation means subsequently exposes each parameter group using the parameters to create a diffraction grating, and incorporates it to perform ray tracing of the spectrometer, and the evaluation means calculates a diffraction image formed on the exit slit surface. For example, the horizontal width (wavelength dispersion width) is obtained, and the smaller one is set as a good evaluation point.
Then, this series of operations is repeated as a test of the simplex method according to the procedure of the simplex method.
Even when the parameter optimization of the present invention is performed in this way, the parameter to be optimized can be automatically changed and the optimum value can be automatically searched, so that the optimum diffraction grating can be designed more quickly. be able to.
10 回折格子設計装置
12 コンピュータ本体
14 入力デバイス
16 ディスプレイ
20 回折格子設計プログラム
22 パラメータ設定手段
24 シミュレーション手段
25 評価手段
26 パラメータ変更手段
27 比較手段
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記パラメータ設定手順では、分光器の中での回折格子の光学配置を規定するアライメントパラメータ、回折格子をホログラフィック露光法で作る際の露光条件を規定する露光パラメータ、回折格子素子の形状を規定する形状パラメータの各初期値を設定し、
前記露光シミュレーション手順では、前記形状パラメータにより規定される前記回折格子素子の曲面形状データ及び前記露光パラメータにより規定される露光条件を使ってホログラフィック回折格子データをシミュレーションし、
前記光線追跡シミュレーション手順では、前記アライメントパラメータにより規定される光学配置で、分光器の入射スリット及び出射スリットに対して前記ホログラフィック回折格子データを配置して、前記出射スリット面上での回折像データをシミュレーションし、
前記パラメータ最適化手順では、前記光線追跡シミュレーション手順で得られた前記回折像データのスポット形状データを評価対象とするシンプレックス法を用いて、前記スポット形状データが小となるように、前記アライメントパラメータ、前記露光パラメータ及び前記形状パラメータの各設定値を最適化し、
前記パラメータ最適化手順は、前記アライメントパラメータの各設定値を対象とする第1階層の最適化手順と、前記露光パラメータの各設定値を対象とする第2階層の最適化手順とを含み、第1階層の最適化の結果に基づいて前記コンピュータに第2階層の最適化を階層的に実行させることを特徴とする回折格子設計プログラム。 A diffraction grating design program for causing a computer to execute a parameter setting procedure, an exposure simulation procedure, a ray tracing simulation procedure, and a parameter optimization procedure,
In the parameter setting procedure, an alignment parameter that defines the optical arrangement of the diffraction grating in the spectroscope, an exposure parameter that defines the exposure conditions for making the diffraction grating by the holographic exposure method, and the shape of the diffraction grating element are defined. Set each initial value of the shape parameter,
In the exposure simulation procedure, holographic diffraction grating data is simulated using curved surface shape data of the diffraction grating element defined by the shape parameter and exposure conditions defined by the exposure parameter,
In the ray tracing simulation procedure, the holographic diffraction grating data is arranged with respect to the entrance slit and the exit slit of the spectrometer in the optical arrangement defined by the alignment parameter, and diffraction image data on the exit slit surface Simulate the
In the parameter optimization procedure, using the simplex method for evaluating the spot shape data of the diffraction image data obtained in the ray tracing simulation procedure, the alignment parameter, so that the spot shape data is small, Optimize each setting value of the exposure parameter and the shape parameter,
The parameter optimization procedure includes a first-layer optimization procedure for each setting value of the alignment parameter and a second-layer optimization procedure for each setting value of the exposure parameter, grating design program characterized Rukoto hierarchically to perform the optimization of the second hierarchy to the computer based on the one level of optimization results.
前記パラメータ最適化手順は、さらに前記形状パラメータの各設定値を対象とする第3階層の最適化手順を含み、前記第2階層の最適化の結果に基づいて前記コンピュータに第3階層の最適化を階層的に実行させることを特徴とする回折格子設計プログラム。 The diffraction grating design program according to claim 1,
The parameter optimization procedure further includes a third hierarchy optimization procedure for each set value of the shape parameter, and the computer optimizes the third hierarchy based on the optimization result of the second hierarchy. hierarchically to execute the diffraction grating design program characterized Rukoto.
前記パラメータ最適化手順では、前記コンピュータに、最適化したいN個の設定値をそれぞれ1つの座標軸とするN次元空間内に、(N+1)個の頂点をもつシンプレックスを自動に設定させて、前記シンプレックスの1つの頂点座標を構成するN個の設定値を用いて前記露光シミュレーションおよび光線追跡シミュレーションを自動に行わせて、(N+1)個の全頂点についてのシミュレーション結果から前記スポット形状データが最大となった頂点をその鏡像点で置き換えさせることにより前記シンプレックスを自動に移行させることで、前記スポット形状データが小さくなる方向にN個の各設定値を自動に変更させることを特徴とする回折格子設計プログラム。 In the diffraction grating design program according to claim 1 or 2,
Wherein in the parameter optimization procedure, the computer, the N-dimensional space and optimizing want the N setting value with each one of the coordinate axes, by setting the automatic simplex with (N + 1) number of vertices, the simplex Te line Align automatic the exposure simulation and ray tracing simulation using N setting values constituting one vertex coordinates, a (N + 1) pieces of the spot shape data up from the simulation results for all vertices vertex thereof by is replaced Rukoto mirror images point by shifting the simplex to automatic, diffraction grating, characterized in Rukoto is changed automatically the N each setting value in a direction in which the spot shape data is reduced Design program.
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