JPWO2012018017A1 - 回折光学素子及び計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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または、
−0.02θ+0.6<D<0.475
(但し、36.3°<θ<90°)
であることを特徴とする。
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.475、かつ、
D>−0.02θ+0.625
であることを特徴とする。
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.55、かつ、
D>−0.02θ+0.65
であることを特徴とする。
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.525、かつ、
D>−0.02θ+0.675
であることを特徴とする。
(2段の段数を有する回折光学素子)
第1の実施の形態における回折光学素子について、図3に基づき説明する。本実施の形態における回折光学素子10は、図3(a)の平面図に示されるように、基本ユニット20が2次元的に配列されているものである。基本ユニット20はX軸方向におけるピッチPx、Y軸方向におけるピッチPyからなるものであり、回折光学素子10において2次元的に配列される基本ユニット20は、いずれも同一のパターンである。回折光学素子10の基本ユニット20におけるパターンは、ガラス等の光を透過する透明基板である基板30の表面に凸部31と凹部32が形成されている。尚、この場合における凹部32とは凸部31が形成されている部分以外をいう。凸部31は、基板30と同一材料により形成してもよく、また、基板30とは異なる材料により形成してもよい。
次に、本実施の形態における回折光学素子において、3段以上の段数を有する回折光学素子について説明する。本実施の形態における回折光学素子としては、3段以上、例えば、2M段の段数を有する回折光学素子(M≧2の整数)、また、表面が滑らかな形状で形成されており段数を特定することのできない回折光学素子を含むものである。このような場合においても、回折光学素子の最も高い位置と最も低い位置との中間を基準として、便宜上、基準となる中間の高さよりも高い部分を凸部とし、基準となる中間の高さよりも低い部分を凹部とすることにより、上述した場合と同様に規定することができる。
回折光学素子10の凹凸形状は、切削加工や、電子ビーム加工、リソグラフィ加工、射出成型などを用いて形成することができる。また、凸部の材料としては樹脂、無機材料、有機無機複合材料、複屈折材料などを用いることができ、凹部の材料としては凸部よりも屈折率の低い材料であれば樹脂、無機材料、有機無機複合材料、複屈折材料、空気などを用いることができる。尚、無機材料としては、SiO2、SnO2、Ta2O5、TiO2、HfO2、ZrO2、Al2O5、Si3N4、HfON、SiONやこの混合物などが挙げられる。
(A) 式CF2=CR1−Q−CR2=CH2で表される化合物(ただし、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜3のアルキル基、または炭素数1〜3のフルオロアルキル基を示し、Qは酸素原子、式−NR3−(R3は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、アルキルカルボニル基またはトシル基を示す。)で表される基、または官能基を有していてもよい2価有機基を示す。以下同様)、
(B) 式(CH2=CXCOO)nRFで表される化合物(ただし、nは1〜4の整数を、Xは水素原子、フッ素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を、RFは炭素数1〜30のn価含フッ素有機基を、示す。)、
が好ましい。
CF2=CFCH2CH(C(CF3)2OH)CH2CH=CH2、
CF2=CFCH2CH(C(CF3)2OH)CH=CH2、
CF2=CFCH2CH(C(CF3)2OH)CH2CH2CH=CH2、
CF2=CFCH2CH(CH2C(CF3)2OH)CH2CH2CH=CH2、
CF2=CFCH2C(CH3)(CH2SO2F)2CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OCH2OCH2)CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OH)CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OH)CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OCH2OCH2CF3)CH2CH=CH2、
CF2=CFCF2C(CF3)(OCH2OCH3)CH2CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(O(CF2)3OC2H5)CH2CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(OCF2CF2CH2NH2)CH2CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(O(CF2)3CN)CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(OCF2CF2SO2F)CH2CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(O(CF2)3PO(OC2H5)2)CH2CH=CH2、
CF2=CFOCF2CF(OCF2CF2SO2F)CH2CH=CH2、
が挙げられる。
CH2=CHCOO2(CH2)2(CF2)8F、
CH2=CHCOO2(CH2)2(CF2)6F、
CH2=C(CH3)COO2(CH2)2(CF2)8F、
CH2=C(CH3)COO2(CH2)2(CF2)6F、
CH2=CHCOOCH2(CF2)7F、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)7F、
CH2=CHCOOCH2CF2CF2H、
CH2=CHCOOCH2(CF2CF2)4H、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2CF2H、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2CF2)4H、
CH2=CHCOOCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=CHCOOCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=CHCOOCH2(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3CF、
CH2=C(CH3)COOCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3CF、
CH2=CHCOOCH2CF2O(CF2CF2O)6CF2CH2OCOCH=CH2、
CH2=C(CH3)COOCH2CF2O(CF2CF2O)6CF2CH2OCOC(CH3)=CH2、
CH2=CHCOOCH2(CF2)4CH2OCOCH=CH2、
CH2=C(CH3)COOCH2(CF2)4CH2OCOC(CH3)=CH2、
が挙げられる。
最初に例示する回折光学素子A1、A2、A3は、8×6点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子は、基板として石英基板を用いており、基板表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域における基板表面をRIE等によりエッチングすることにより形成する。尚、この後、レジストパターンは除去される。
次に例示する回折光学素子B1及びB2は、4×3点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子C1、C2及びC3は、2×2点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子D1、D2及びD3は、回折方向が1次元となる1次元回折光学素子であり、8点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。尚、後述する例示5及び例示6についても同様に1次元回折光学素子に関するものであるが、1次元の回折方向についての基本ユニットパターンに基づき、2次元的に回折する基本ユニットパターンへ展開できる。つまり、これら1次元の回折を得る回折光学素子の基本ユニットのパターンにおける0次回折効率及び回折角度範囲を求めることで、2次元的に凹凸を有する基本ユニットを設計する指標となり得る。そのため、1次元回折光学素子で得られる0次回折効率及び回折角度範囲の値について評価することは重要である。また、この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子E1及びE2も、1次元回折光学素子であり、8点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子F1及びF2も、1次元回折光学素子であり、8点の規則配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子G1、G2及びG3は、8×6点の規則配列の光スポットを発生させることのできる8段の回折光学素子(3段以上の回折光学素子)である。この回折光学素子は、基板として石英基板を用いており、基板表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、レジストパターンを形成し、レジストパターンの形成されていない領域における基板表面をRIE等によりエッチングすることにより形成する。尚、この後、レジストパターンは除去される。この工程を繰り返すことにより、1段あたりの段差が0.18μmとなる8段の回折光学素子を形成することができる。
次に例示する回折光学素子H1、H2及びH3は、200×150点の規則配列の光スポットを発生させることのできる8段の回折光学素子(3段以上の回折光学素子)である。この回折光学素子は、基板として石英基板を用いており、例示7と同様の製造方法に基づき、1段あたりの段差が0.18μmとなる8段の回折光学素子を形成する。
次に例示する回折光学素子I1、I2及びI3は、30000点の分散型配列の光スポットを発生させることのできる8段の回折光学素子(3段以上の回折光学素子)である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示7と同様の製造方法に基づき、1段あたりの段差が0.28μmとなる8段の回折光学素子を形成する。
次に例示する回折光学素子J1、J2及びJ3は、30000点の分散型配列の光スポットを発生させることのできる8段の回折光学素子(3段以上の回折光学素子)である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示7と同様の製造方法に基づき、1段あたりの段差が0.21μmとなる8段の回折光学素子を形成する。
次に例示する回折光学素子K1、K2及びK3は、24212点の分散型配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子L1、L2及びL3は、24914点の分散型配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に例示する回折光学素子M1及びM2は、4×4点の分散型配列の光スポットを発生させることのできる2段の回折光学素子である。この回折光学素子も、基板として石英基板を用いており、例示1と同様の製造方法に基づき、パターンを形成する。
次に、第2の実施の形態として、反射型の回折光学素子について説明する。第1の実施の形態では、透明基板を用いて入射光を透過させることにより回折光を発生させるものであったが、本実施の形態は、基板に反射膜を形成し、反射膜において光を反射させることにより回折光を発生させるものである。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における回折光学素子を用いた計測装置であり、図55に基づき、本実施の形態における計測装置について説明する。尚、この計測装置としては、計測対象の3次元形状等を計測する3次元計測装置などとして考えることができる。
本出願は、2010年8月6日出願の日本特許出願(特願2010-177944)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
20: 基本ユニット
30、311: 基板
31、31a、31b、312: 凸部
32、32a、32b、313: 凹部
40: 入射光の光束
41: 回折光
50: 投影面
210: 計測装置
220: 光源
221: 入射光
222: 回折光
230: 撮像素子
241、242: 測定対象物
Claims (11)
- 凹凸を有し、入射した光を2次元的に回折して、回折光を発生させる回折光学素子であって、
前記入射した光の光軸を基準とする最大の回折角を角度範囲θとするとき、前記角度範囲θは、7.5°以上であり、かつ、0次回折光における回折効率が、5%以下であることを特徴とする回折光学素子。 - 前記凹凸は2段であることを特徴とする請求項1に記載の回折光学素子。
- 前記凹凸は3段以上であることを特徴とする請求項1に記載の回折光学素子。
- 前記凹凸は2m段(mは2以上の整数)であることを特徴とする請求項3に記載の回折光学素子。
- 前記凹凸において、前記凹凸の高さ方向と異なる所定の軸方向における凸部の長さと凹部の長さのうち、前記光の波長をλとした場合に、λ/8から6λの範囲内に入る、前記凸部の長さの平均をとった値、前記凹部の長さの平均をとった値を、それぞれμ1、μ2とした場合、前記回折角θ及びD=μ1/(μ1+μ2)の値が、
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.5、かつ、
−0.02θ+0.6<D<−0.00133θ+0.5233
(但し、7.5°<θ<36.3°)
または、
−0.02θ+0.6<D<0.475
(但し、36.3°<θ<90°)
であることを特徴とする請求項2に記載の回折光学素子。 - 前記回折角θ及びDの値が、
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.475、かつ、
D>−0.02θ+0.625
であることを特徴とする請求項5に記載の回折光学素子。 - 前記凹凸において、凸部と凹部の中間の高さを基準として、前記中間の高さよりも高い部分を凸部、前記中間の高さよりも凹部とした場合、前記凹凸の高さ方向と異なる所定の軸方向における凸部の長さと凹部の長さのうち、前記光の波長をλとした場合に、λ/8から6λの範囲内に入る、前記凸部の長さの平均をとった値、前記凹部の長さの平均をとった値を、それぞれμ1、μ2とした場合、前記回折角θ及びD=μ1/(μ1+μ2)の値が、
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.55、かつ、
D>−0.02θ+0.65
であることを特徴とする請求項3または4に記載の回折光学素子。 - 前記回折角θ及びDの値が、
7.5°<θ<90°、かつ、
0<D<0.525、かつ、
D>−0.02θ+0.675
であることを特徴とする請求項7に記載の回折光学素子。 - 前記回折光学素子により生じる0次回折光における回折効率が、3%以下であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の回折光学素子。
- 前記回折光学素子は、光を反射する材料からなる反射層を有することを特徴とする請求項1から9いずれかに記載の回折光学素子。
- 光を発する光源と、
前記光が入射し回折光が出射される請求項1から10のいずれかに記載の回折光学素子と、
前記回折光が照射された測定対象物の画像を撮像する撮像部と、
を有することを特徴とする計測装置。
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