KR100769214B1

KR100769214B1 - 광빔 측정장치

Info

Publication number: KR100769214B1
Application number: KR1020060050712A
Authority: KR
Inventors: 종타오 게; 타카유키 사이토; 미노루 쿠로세; 히데오 칸다; 카즈히사 아라카와
Original assignee: 후지논 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-10-22
Also published as: TW200706830A; JP4667965B2; JP2006343121A; TWI287619B; KR20060127803A; CN1877270A; CN100565142C

Abstract

저(低) 가간섭성의 광빔의 파면 측정에도 대응할 수 있고, 또한 광학계의 조정이나 위상 시프트 기구의 설치를 용이하게 행하는 것이 가능한 광빔 측정장치를 얻는다.

광빔 측정장치(1A)는, 파면 측정부(10A)와 스폿특성 측정부(10B)를 구비하고 있고, 파면 측정부(10A)는, 반사형 파면정형 유닛(20)과, 광속분리/합파면(15)과, 반사판(17)과, 광로길이 조정수단을 갖는 마이켈슨 타입의 광학계 배치로 이루어져 있다. 광속분리/합파면(15)으로부터 반사면(17a)을 거쳐서 광속분리/합파면(15)으로 되돌아오는 제 1 광로길이와, 광속분리/합파면(15)으로부터 반사형 파면정형 유닛(20)을 거쳐서 광속분리/합파면(15)으로 되돌아오는 제 2 광로길이를 서로 대략 일치시킴으로써, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정과 광빔의 스폿특성 측정의 2개의 측정을 행할 수 있다.

Description

광빔 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING LIGHT BEAM}

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광빔 측정장치의 개략 구성도

도 2는 도 1에 나타내는 해석장치의 개략 구성도

도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광빔 측정장치의 개략 구성도

[부호의 설명]

1A 광빔 측정장치(제 1 실시형태)

1B 광빔 측정장치(제 2 실시형태)

10A, 10A' 파면 측정부

10B 스폿특성 측정부

11, 52 콜리메이터 렌즈

12 광속분리면(스폿 작성용 광속 분리수단)

13, 18 결상렌즈

14 제 2 촬상 카메라

14a, 19a 촬상면

15 광속분리/합파면(피검/기준광속 분리수단)

16 차광수단

17 반사판

17a 반사면

20 반사형 파면정형 유닛

21 수속렌즈

22 반사 회절부

23 기판

31 해석장치

32 표시장치

33 입력장치

34 화상 생성부

35 스트라이프 해석부(제 1 해석수단)

36 스폿상 해석부(제 2 해석수단)

37 점상 강도분포 연산부

38 비교해석부

50 광픽업 모듈

51 반도체 레이저

53 집광렌즈

본 발명은, 측정대상으로 되는 광빔의 파면 측정이나 상기 광빔의 집광스폿 에 있어서의 각종의 측정을 행하는 광빔 측정장치에 관한 것으로, 특히, 저 가간섭성의 광빔의 측정에 적합한 광빔 측정장치에 관한 것이다.

종래, 측정하는 광빔을 CCD 등의 촬상면상에 점상으로 결상시켜서 스폿상을 형성하고, 그 스폿상의 형상이나 크기, 혹은 강도분포(점상 강도분포)나 중심좌표 등의 측정(이들을 총칭해서 「스폿특성 측정」이라고 한다)을 행하는 장치(「빔 프로파일러」라고도 칭해진다)가 알려져 있다(하기 특허문헌1 참조).

또한, 광빔의 파면 측정을 행하는 장치로서는, 마하젠더형 간섭계의 광학계 배치를 구비한 것이 지금까지 일반적으로 알려져 있지만, 최근, 피조형 간섭계의 광학계 배치를 구비한 것이 본원 출원인에 의해 제안되어, 특허청에 대하여 이미 개시되어 있다(하기 특허문헌2참조).

마하젠더 타입의 파면 측정장치에서는, 피검광속으로부터 분리된 기준광속 작성용 광속의 일부를, 핀홀을 투과시킴으로써 파면정형하고 있는 것에 대해, 피조 타입의 파면 측정장치에서는, 기준광속 작성용 광속의 일부를 입사방향과 반대방향으로 반사시켜서 파면정형하는 광학소자(이하 「반사 회절부」라고 칭한다)가 이용되고 있다. 이러한 반사 회절부는, 반사형 핀홀 등이라고도 칭해지고, 유리 기판상에 미소한 반사영역을 형성한 것이나, 침상 부재의 선단에 미소한 반사영역을 형성한 것(하기 특허문헌3 참조), 혹은 통상의 핀홀의 이면측 부근에 반사면을 배치한 것(하기 특허문헌4 참조) 등이 알려져 있다.

[특허문헌1] 일본 특허공개 2004-45327호 공보

[특허문헌2] 일본 특허출원 2004-168965호 명세서

[특허문헌3] 일본 특허공개 2000-97612호 공보

[특허문헌4] 일본 특허공개 소 58-60590호 공보

상술한 바와 같은 빔 프로파일러나 파면 측정장치는, 예를 들면, 광픽업 장치의 출력광의 측정에 이용된다. 이 광픽업 장치 중에는, 고조파가 중첩된 저 가간섭성의 반도체 레이저 광을 조사빔으로서 이용하는 것이 있고, 이러한 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정을 행하기 위해서는, 피검광속의 광로길이와 기준광속의 광로길이를 서로 대략 일치시킬 필요가 있다.

상술의 특허문헌2에 개시된 피조 타입의 파면 측정장치는, 피검광속과 기준광속의 각 광로길이가 서로 다르도록 설정되어 있으므로, 측정하는 광빔이 저 가간섭성의 광속인 경우에는, 파면 측정을 실시하기 어렵다는 일면이 있다.

한편, 마하젠더 타입의 파면 측정장치는, 피검광속과 기준광속의 각 광로길이를 서로 대략 일치시키는 것이 가능해지고 있으므로, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정에도 대응할 수 있지만, 광학계의 부품점수가 많고 조정개소도 다방면에 걸치기 때문에, 광학계의 조정이 매우 어렵다는 문제가 있다. 또한, 진동의 영향을 받기 쉬운 일이나, 위상 시프트 기구의 설치가 어렵다는 등의 문제도 있다.

또한, 상기 광픽업 장치에서는, 그 제조단계에 있어서, 조사 레이저 광의 파면 측정과 스폿특성 측정의 2개의 측정이 행해지는 일이 있지만, 종래 이들 2개의 측정은, 각각 다른 측정장치를 이용해서 별개로 행해지고 있었다. 이 때문에, 2개의 측정을 행하는 것에 많은 시간을 필요로 한다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것이며, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정에도 대응할 수 있고, 또한 광학계의 조정이나 위상 시프트 기구의 설치를 용이하게 행하는 것이 가능한 파면 측정용의 광빔 측정장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정에도 대응할 수 있고, 또한 광빔의 스폿특성 측정도 행하는 것이 가능한 광빔 측정장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

상기 제 1 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 광빔 측정장치는, 이하와 같이 구성되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 광빔 측정장치는, 측정대상으로 되는 광빔을 피검광속과 기준광속 작성용 광속으로 분리하는 피검/기준광속 분리수단과, 상기 기준광속 작성용 광속을 파면정형해서 기준광속으로 변환하는 파면정형 수단과, 상기 피검광속과 상기 기준광속을 서로 합파해서 간섭광을 얻는 합파수단과, 얻어진 상기 간섭광에 의해 상기 광빔의 파면정보를 담지한 간섭 스트라이프를 결상시켜서 촬상하는 간섭 스트라이프 결상/촬상수단을 가지고 이루어지는 광빔 측정장치로서,

상기 파면정형 수단은, 상기 기준광속 작성용 광속을 수속시키는 수속렌즈와, 상기 수속렌즈의 수속점에 배치된 미소한 반사 회절부를 가지고 이루어지고, 입사된 상기 기준광속 작성용 광속의 일부를 파면정형해서 상기 기준광속으로 변환하고, 상기 기준광속을 상기 피검/기준광속 분리수단을 향해서 출사시키는 반사형 파면정형 유닛에 의해 구성되고,

상기 피검/기준광속 분리수단 및 상기 합파수단은, 상기 기준광속 작성용 광속과 분리된 상기 피검광속을 반사면에 입사시킴과 아울러, 상기 반사면으로부터 되돌아오는 상기 피검광속을 상기 파면정형 수단으로부터의 상기 기준광속과 합파시키는 광속분리/합파면에 의해 구성되어 있고,

적어도 상기 광빔이 저 가간섭성의 광속인 경우에, 상기 광속분리/합파면으로부터 상기 반사면을 거쳐서 상기 광속분리/합파면으로 되돌아오는 제 1 광로길이와, 상기 광속분리/합파면으로부터 상기 반사형 파면정형 유닛을 거쳐서 상기 광속분리/합파면으로 되돌아오는 제 2 광로길이를 서로 대략 일치시키는 광로길이 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 2 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 광빔 측정장치는, 광속분리/합파면에 입사되기 전의 광빔, 광속분리/합파면에 의해 분리된 후의 피검광속, 또는 파면정형되기 전의 기준광속 작성용 광속 중 어느 하나의 일부를 스폿 작성용 광속으로서 분리하는 스폿 작성용 광속 분리수단과, 스폿 작성용 광속에 의해 광빔의 스폿상을 결상시켜서 촬상하는 스폿상 결상/촬상수단을 구비해서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 간섭 스트라이프를 해석해서 광빔의 파면 측정결과를 얻는 제 1 해석수단을 구비할 수 있다. 또한, 스폿 작성용 광속 분리수단과 스폿상 결상/촬상수단을 구비한 것에 있어서는, 제 1 해석수단에 추가해서, 스폿상을 해석해서 광빔의 스폿특성 측정결과를 얻는 제 2 해석수단을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 「미소한 반사 회절부」란, 상기 반사 회절부에 집광(수속)되는 수속광속의 회절한계에 의해 크기가 결정되고(바람직하게는 회절한계보다 작게 구성되고), 상기 수속광속의 적어도 일부를 파면정형된 구면파로서 반사하는 기능을 갖는 것을 말한다. 이러한 반사 회절부로서는, 여러가지의 구성의 것을 이용하는 것이 가능하지만, 구체적 형태로서 예를 들면, 기판상에 미소한 반사영역을 형성한 것, 침상 부재의 선단에 미소한 반사영역을 형성한 것, 혹은 핀홀의 이면측 부근에 반사면을 배치한 것 등을 들 수 있다.

<제 1 실시형태>

이하, 본 발명에 따른 광빔 측정장치의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 광빔 측정장치의 개략 구성도이며, 도 2는 도 1에 나타내는 해석장치의 개략 구성도이다.

도 1에 나타내는 광빔 측정장치(1A)는, 광픽업 모듈(50)로부터 출력되는 광빔의 파면 측정과 스폿특성 측정의 쌍방의 측정을 행하는 것이며, 우선, 이 광픽업 모듈(50)에 대해서 설명한다.

도 1에 나타내는 광픽업 모듈(50)은, 고조파가 중첩된 저 가간섭성의 광빔을 출력하는 반도체 레이저(51)와, 상기 반도체 레이저(51)로부터 발산광으로서 출력된 광빔을 콜리메이트하는 콜리메이터 렌즈(52)와, 상기 콜리메이터 렌즈(52)에 의해 콜리메이트된 광빔을 집광시키는 집광렌즈(53)를 구비해서 이루어지고, 측정대상으로 되는 저 가간섭성의 광빔을 도면 중 오른쪽을 향해서 출사시키도록 구성되어 있다. 또한, 이 광픽업 모듈(50)은, 도면에 나타내지 않은 광픽업 장치에 탑재 되어 사용되는 것이며, 광빔 측정장치(1A)의 구성요소는 아니다.

다음에, 광빔 측정장치(1A)에 대해서 설명한다. 도 1에 나타내는 광빔 측정장치(1A)는, 도면 중 1점쇄선으로 나타내는 광축상에 배치된 각종 광학부재에 의해 구성되는 광학계의 부분과, 해석장치(31)를 중심으로 해서 구성되는 측정 해석계의 부분으로 대별되고, 광학계의 부분은 또한, 상기 광픽업 모듈(50)로부터의 광빔을 광학계 내에 도입하는 콜리메이터 렌즈(11)와, 도입된 광빔의 파면 측정을 행하기 위한 파면 측정부(10A)와, 도입된 광빔의 스폿특성 측정을 행하기 위한 스폿특성 측정부(10B)로 구분된다.

우선, 상기 광학계의 부분에 대해서 설명한다. 상기 파면 측정부(10A)는, 도입된 광빔을 파면 측정을 위한 피검광속과 기준광속 작성용 광속으로 분리하는 피검/기준광속 분리수단(15)과, 상기 기준광속 작성용 광속을 파면정형해서 기준광속으로 변환하는 파면정형 수단(20)과, 상기 피검광속과 상기 기준광속을 서로 합파해서 간섭광을 얻는 합파수단(15)과, 얻어진 상기 간섭광에 의해 광빔의 파면정보를 담지한 간섭 스트라이프를 결상시켜서 촬상하는 간섭 스트라이프 결상/촬상수단(18,19)을 가지고 이루어진다.

보다 구체적으로는, 상기 파면정형 수단은 반사형 파면정형 유닛(20)으로 이루어진다. 이 반사형 파면정형 유닛(20)은, 기준광속 작성용 광속을 수속시키는 수속렌즈(21)와, 상기 수속렌즈(21)의 수속점에 배치된 미소한 반사 회절부(22)를 가지고 이루어지고, 입사된 기준광속 작성용 광속의 일부를 파면정형해서 기준광속으로 변환하고, 상기 기준광속을 피검/기준광속 분리수단을 향해서 출사시키도록 구 성되어 있다.

상기 반사 회절부(22)는, 예를 들면, 기판(23)상에 증착 등에 의해 형성된, 금, 알루미늄, 크롬 등의 금속막으로 이루어지고, 그 크기는, 수속광속으로서 입사되는 광빔의 회절한계보다 작게 구성되어 있다. 그리고, 수속광속으로서 입사되는 기준광속 작성용 광속의 일부를 파면정형된 이상적인 구면파로서 반사하도록 구성되어 있다. 또한, 기판(23)의 수속렌즈(21)와 마주보는 면에는, 광빔의 파장에 대응한 반사방지 코트처리가 실시되어 있어, 파면정형되어 있지 않은 기준광속 작성용 광속이 수속렌즈(21)로 되돌아가지 않도록 되어 있다.

또한, 상기 피검/기준광속 분리수단 및 상기 합파수단은, 광속분리/합파면(15)으로 이루어진다. 이 광속분리/합파면(15)은, 큐브 프리즘형의 빔 스플리터나 판상의 하프미러 등에 의해 형성되고, 기준광속 작성용 광속과 분리된 피검광속을 반사판(17)의 반사면(17a)(입사된 광속의 파면을 유지할 수 있도록 고정밀도로 평활화되어 있다)에 입사시키도록 하는 동시에, 상기 반사면(17a)으로부터 되돌아오는 피검광속을 상기 반사형 파면정형 유닛(20)으로부터의 기준광속과 합파시키도록 구성되어 있다.

상기 반사판(17)에는, 상기 반사판(17)을 광축방향(도면 중 상하방향)으로 이동가능하게 유지하는 1축 스테이지와, 압전소자 등을 가지고 이루어지는 프린지 스캔 어댑터가 설치되어 있다(모두 도시생략). 이들은, 광속분리/합파면(15)으로부터 반사면(17a)을 거쳐서 광속분리/합파면(15)으로 되돌아오는 제 1 광로길이와, 광속분리/합파면(15)으로부터 반사형 파면정형 유닛(20)을 거쳐서 광속분리/합파 면(15)으로 되돌아오는 제 2 광로길이를 서로 대략 일치시키는 광로길이 조정수단을 구성하는 것이다. 또한, 프린지 스캔 어댑터는, 위상 시프트 기구를 구성하는 것이며, 예를 들면, 위상 시프트법을 이용한 서브 프린지 계측 등을 행할 때에, 압전소자의 구동에 의해 반사판(17)을 광축방향으로 미동시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 간섭 스트라이프 결상/촬상수단은, 결상렌즈(18)와 제 1 촬상 카메라(19)로 이루어진다. 결상렌즈(18)는, 광속분리/합파면(15)으로부터의 간섭광으로부터 얻어지는 간섭 스트라이프를, 제 1 촬상 카메라(19)의 촬상면(19a)(예를 들면, CCD나 CMOS 등의 촬상면으로 이루어진다)상에 결상시키도록 구성되어 있고, 제 1 촬상 카메라(19)는, 촬상면(19a)상에 결상된 간섭 스트라이프를 촬상하고, 그 화상신호를 출력하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 광속분리/합파면(15)과 상기 반사형 파면정형 유닛(20) 사이의 광로상에는, 차광수단(16)이 배치되어 있다. 이 차광수단(16)은 개폐가능한 셔터 등으로 이루어지고, 후술하는, 연산에 의해 광빔의 점상 강도분포를 구할 때에는 광속분리/합파면(15)과 반사형 파면정형 유닛(20) 사이의 광로를 차단하고, 파면 측정시에는 상기 광로를 개방하도록 구성되어 있다.

한편, 상기 스폿특성 측정부(10B)는, 상기 광속분리/합파면(15)에 입사되기 전의 광빔의 일부를 스폿 작성용 광속으로서 분리하는 스폿 작성용 광속 분리수단(12)과, 분리된 스폿 작성용 광속에 의해 광빔의 스폿상을 결상시켜서 촬상하는 스폿상 결상/촬상수단(13,14)을 가지고 이루어진다.

보다 구체적으로는, 상기 스폿 작성용 광속 분리수단은, 큐브 프리즘형의 빔 스플리터나 판상의 하프미러 등에 의해 형성된 광속분리면(12)으로 이루어지고, 상기 스폿상 결상/촬상수단은, 결상렌즈(13)와 제 2 촬상 카메라(14)로 이루어져 있다. 즉, 광속분리면(12)은, 콜리메이터 렌즈(11)로부터 출사된 광빔의 일부를 스폿 작성용 광속으로서 분리하여, 결상렌즈(13)에 도입하도록 구성되어 있고, 결상렌즈(13)는, 스폿 작성용 광속으로부터 생성되는 스폿상을, 제 2 촬상 카메라(14)의 촬상면(14a)(CCD나 CMOS 등의 촬상으로 이루어진다)상에 결상시키도록 구성되어 있다. 또한, 제 2 촬상 카메라(14)는, 촬상면(14a)상에 결상된 스폿상을 촬상하고, 그 화상신호를 출력하도록 구성되어 있다.

다음에, 상기 측정 해석계의 부분에 대해서 설명한다. 이 측정 해석계의 부분은, 제 1 및 제 2 촬상 카메라(19, 14)로부터의 화상신호에 기초해서 각종 해석을 행하는 해석장치(31), 상기 해석장치(31)에 의한 해석결과나 화상을 표시하는 표시장치(32), 및 키보드나 마우스 등으로 이루어지는 입력장치(33)를 구비하고 있다.

상기 해석장치(31)는 컴퓨터 등으로 구성되고, 도 2에 나타내는 것처럼, 제 1 및 제 2 촬상 카메라(19, 14)로부터의 화상신호에 기초해서, 간섭 스트라이프의 화상 데이터 및 스폿상의 화상 데이터를 생성하는 화상 생성부(34)와, 간섭 스트라이프의 화상 데이터를 해석해서 광빔의 파면 측정결과를 얻는 제 1 해석수단으로서의 스트라이프 해석부(35)와, 스폿상의 화상 데이터를 해석해서 광빔 스폿의 형상이나 크기, 혹은 점상 강도분포나 중심좌표 등의 스폿특성 측정결과를 얻는 제 2 해석수단으로서의 스폿상 해석부(36)를 구비하고 있다.

또한, 이 해석장치(31)는, 연산에 의해 광빔의 점상 강도분포를 구하는 점상 강도분포 연산부(37)와, 상기 점상 강도분포 연산부(37) 및 상기 스폿상 해석부(36)에 의해 각각 구해진 2개의 점상 강도분포 결과를 서로 비교해석하는 비교해석부(38)를 구비하고 있다. 또한, 이들 각 부(34~38)는, 구체적으로는, 메모리 등에 격납된 처리 프로그램이나 상기 처리 프로그램을 실행하는 연산회로 등에 의해 구성된다.

상기 점상 강도분포 연산부(37)는, 도 1에 나타내는 차광수단(16)이 광속분리/합파면(15)과 반사형 파면정형 유닛(20) 사이의 광로를 차단했을 때에, 제 1 촬상 카메라(19)로부터의 화상신호에 기초해서 상기 화상 생성부(34)에 있어서 생성된, 광빔의 평행 파면의 강도분포를 나타내는 화상 데이터를 푸리에 변환 연산함으로써, 광빔의 점상 강도분포를 구하도록 구성되어 있다. 이렇게, 광빔의 평행 파면의 강도분포로부터 그 점상 강도분포를 구하는 방법으로서는, 예를 들면, 하기 문헌(1), (2)에 기재되어 있는 것이 알려져 있다.

(1) Warren J. Smith: Optical Engineering, SPIE Press, McGraw-Hill 3rd Edition

(2) Max Born & Emil Wolf: Principle of Optics, Pergamon Press 6th Edition

이렇게 광빔 측정장치(1A)에 있어서는, 광빔의 점상 강도분포를 2개의 방법, 즉, 스폿특성 측정부(10B) 및 화상 생성부(34)에 의해 얻어진 광빔의 스폿상에 기초해서, 스폿상 해석부(36)에 있어서 점상 강도분포를 구하는 방법과, 파면 측정 부(10A) 및 화상 생성부(34)에 의해 얻어진 광빔의 평행 파면의 강도분포에 기초해서, 점상 강도분포 연산부(37)에 있어서 점상 강도분포를 구하는 방법에 의해, 각각 구할 수 있다. 이 2종류의 점상 강도분포는, 1대의 광빔 측정장치(1A)에 의해 얻어진 것이므로, 서로 상관을 취하는 것도 용이하게 가능하다(각각의 측정장치를 이용해서 2종류의 점상 강도분포를 얻었다고 해도, 이들의 상관을 취하는 것은 매우 어렵다). 따라서, 상기 비교해석부(38)에 의해 얻어진 비교해석 결과를, 광빔 측정장치(1A)에 의해 얻어진 파면 측정결과나 스폿특성 측정결과의 정밀도 판정에 이용하는 일이나, 광빔 측정장치(1A)가 갖는 수차 등의 시스템 오차를 구하는 일에 이용하는 것이 가능하다.

이하, 상술한 광빔 측정장치(1A)의 측정시에 있어서의 작용을 설명한다.

도 1에 나타내는 것처럼, 상기 광픽업 모듈(50)로부터 도면 중 오른쪽으로 출사된 저 가간섭성의 광빔은, 콜리메이터 렌즈(11)에 의해 평행광속으로 변환된 후, 광속분리면(12)에 있어서 도면 중 오른쪽을 향하는 파면 측정용의 광속과, 도면 중 아래쪽을 향하는 빔스폿 작성용 광속으로 분리된다.

분리된 빔스폿 작성용 광속은, 결상렌즈(13)를 통해서 제 2 촬상 카메라(14) 내의 촬상면(14a)에 집광되고, 상기 촬상면(14a)상에 광빔의 스폿상을 형성한다. 형성된 스폿상은 제 2 촬상 카메라(14)에 의해 촬상되고, 그 화상신호가 해석장치(31)에 출력된다. 출력된 화상신호에 기초해서, 해석장치(31)의 화상 생성부(34)에 있어서 스폿상의 화상 데이터가 생성되고, 이 스폿상의 화상 데이터가 스폿상 해석부(36)에 해석되어, 광빔 스폿의 점상 강도분포나 반값폭, 단면형상이나 휘도 분산 등의 각종의 스폿특성 측정결과가 얻어진다.

한편, 광속분리면(12)으로부터 도면 중 오른쪽을 향하는 파면 측정용의 광속은, 광속분리/합파면(15)에 입사되고, 상기 광속분리/합파면(15)에 있어서, 도면 중 위쪽으로 반사되는 피검광속과, 상기 광속분리/합파면(15)을 투과해서 반사형 파면정형 유닛(20)을 향하는 기준광속 작성용 광속으로 분리되고, 기준광속 작성용 광속은 개방상태의 차광수단(16)을 통과해서 수속렌즈(21)에 입사된다.

이 수속렌즈(21)에 입사된 기준광속 작성용 광속은, 상기 수속렌즈(21)에 의해 수속되고, 그 수속점에 배치된 반사 회절부(22)에 입사된다. 이 반사 회절부(22)에 입사된 기준광속 작성용 광속의 일부는, 상기 반사 회절부(22)에 있어서 파면정형된 구면파로 변환되고, 수속렌즈(21)를 향해서 반사된다. 이 구면파는, 수속렌즈(21)에 있어서 평면파로 변환되고, 기준광속으로서 광속분리/합파면(15)을 향해서 출사된다. 또한, 이 기준광속의 일부가 광속분리/합파면(15)에 있어서, 도면 중 아래쪽으로 반사된다.

한편, 광속분리/합파면(15)으로부터 도면 중 위쪽으로 반사된 피검광속은, 반사판(17)의 반사면(17a)에 있어서 반대방향으로 반사되어 광속분리/합파면(15)으로 되돌아오고, 그 일부가 광속분리/합파면(15)을 투과해서 도면 중 아래쪽으로 출사된다.

이 피검광속이 광속분리/합파면(15)에서 반사된 기준광속과 합파됨으로써 간섭광이 얻어진다. 이 간섭광은, 결상렌즈(18)를 통해서 제 1 촬상 카메라(19) 내의 촬상면(19a)에 입사되고, 상기 촬상면(19a)상에 광빔의 파면정보를 담지한 간섭 스 트라이프상을 형성한다. 형성된 간섭 스트라이프상은 제 1 촬상 카메라(19)에 의해 촬상되고, 그 화상신호가 해석장치(31)에 출력된다. 출력된 화상신호에 기초해서, 해석장치(31)의 화상 생성부(34)에 간섭 스트라이프상 화상 데이터가 생성되고, 이 간섭 스트라이프상의 화상 데이터가 스트라이프 해석부(35)에 해석되어, 광빔의 파면 측정결과가 얻어진다.

상술한 바와 같이 광빔 측정장치(1A)에 의하면, 파면 측정부(10A)와 스폿특성 측정부(10B)를 구비하는 동시에, 파면 측정부(10A)가 반사형 파면정형 유닛(20)과, 광속분리/합파면(15)과, 반사판(17)과, 광로길이 조정수단을 갖는 마이켈슨 타입의 광학계 배치를 채용하고 있으므로, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정과 광빔의 스폿특성 측정의 2개의 측정을 행할 수 있는 동시에, 종래의 마하젠더 타입의 것에 비해서, 광학계의 조정이나 위상 시프트 기구의 설치를 용이하게 행하는 것이 가능하다.

<제 2 실시형태>

다음에, 본 발명에 따른 광빔 측정장치의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 광빔 측정장치(1B)의 개략 구성도이다. 또한, 도 3에 나타내는 광빔 측정장치(1B)에 있어서, 도 1에 나타내는 광빔 측정장치(1A)와 공통의 구성요소에 대해서는 공통의 번호를 이용하고 있고, 이들에 대해서는 중복을 피하기 위해서 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 다른 점에 대해서만 상세하게 설명한다.

도 3에 나타내는 광빔 측정장치(1B)는, 광픽업 모듈(50)로부터 출력되는 광 빔의 파면 측정을 행하는 것이며, 스폿특성 측정부를 구비하고 있지 않은 점이, 도 1에 나타내는 광빔 측정장치(1A)와 다르다. 또한, 스폿특성 측정부를 구비하고 있지 않음으로써, 도 1에 나타내는 차광수단(16)이나, 도 2에 나타내는 스폿상 해석부(36), 점상 강도분포 연산부(37) 및 비교해석부(38) 등도 생략되어 있다.

또한, 도 3에 나타내는 파면 측정부(10A')가, 반사형 파면정형 유닛(20)과, 광속분리/합파면(15)과, 반사판(17)을 갖는 마이켈슨 타입의 광학계 배치로 이루어져 있고, 또한, 반사판(17)이, 1축 스테이지 및 프린지 스캔 어댑터로 이루어지는 광로길이 조정수단을 갖고 있는 점은, 앞의 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

따라서, 이 광빔 측정장치(1B)에 의하면, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정을 행할 수 있는 동시에, 종래의 마하젠더 타입의 것에 비해서, 광학계의 조정이나 위상 시프트 기구의 설치를 용이하게 행하는 것이 가능해지고 있다.

<형태의 변경>

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 형태를 변경하는 것이 가능하다.

예를 들면, 상술한 실시형태의 것에서는, 측정하는 광빔의 파장이 변화되지 않는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 반사형 파면정형 유닛(20)이 1종류뿐이었지만, 측정하는 광빔이 복수이고, 이들의 파장이 서로 다른 경우에 대응할 수 있도록, 각 파장에 각각 대응된 복수종류의 반사형 파면정형 유닛을 구비하고, 측정하는 광빔의 파장이 변화되었을 때에, 이들을 서로 전환해서 사용하도록 해도 좋다.

또한, 도 1에 나타내는 형태에서는, 광속분리/합파면(15)(피검/기준광속 분 리수단)에 입사되기 전의 광빔의 일부를, 광속분리면(12)(스폿 작성용 광속 분리수단)에 의해 스폿 작성용 광속으로서 분리하도록 하고 있지만, 광속분리/합파면(15)과 반사판(17) 사이에 다른 광속분리면을 설치하여, 광속분리/합파면(15)에 의해 분리된 후의 피검광속의 일부를, 스폿 작성용 광속으로서 분리하도록 하는 일이나, 광속분리/합파면(15)과 파면정형 유닛(20) 사이에 다른 광속분리면을 설치하여, 파면정형되기 전의 기준광속 작성용 광속의 일부를, 스폿 작성용 광속으로서 분리하도록 해도 좋다.

또한, 상술한 형태의 것에서는, 광픽업 모듈(50)로부터 출력되는 광빔을 측정대상으로 하고 있기 때문에, 통상의 간섭계 장치와는 달리, 광원장치를 구성요소로서 구비하고 있지 않지만, 고정밀도한 파면을 갖는 기준 빔을 출력가능한 기준 광원장치를 구비하도록 해도 좋다. 이러한 기준 광원장치를 구비한 경우에는, 기준 광원장치로부터의 기준 빔을, 측정대상으로 되는 피검렌즈를 통해서 출력시키고, 그 파면 측정을 행함으로써, 피검렌즈의 굴절율 분포 등을 계측하는 것도 가능해진다.

또한, 파면정형 유닛(20)에 이용되고 있는 반사 회절부(22)에 대해서도, 상술의 특허문헌 2에 개시된 여러가지의 형태의 것을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 광빔 측정장치에 의하면, 반사형 파면정형 유닛에 의해 구성되는 파면정형 수단과, 광속분리/합파면에 의해 구성되는 피검/기준광속 분리수단 및 합파수단을 구비하고 있음으로써, 마이켈슨 타입의 광학계 배치를 채용하는 것 이 가능해지므로, 종래의 마하젠더 타입의 것에 비해서, 광학계의 조정이나 위상 시프트 기구의 설치를 용이하게 행할 수 있다.

또한, 광로길이 조정수단을 구비하고 있음으로써, 피검광속과 기준광속의 각 광로길이를 서로 대략 일치시키는 것이 가능해지므로, 저 가간섭성의 광빔의 파면 측정에도 대응할 수 있다.

또한, 스폿 작성용 광속 분리수단과, 스폿상 결상/촬상수단을 구비해서 이루어지는 형태의 것에 의하면, 광빔의 파면 측정과 광빔의 스폿특성 측정의 2개의 측정을 행하는 것이 가능하다.

Claims

측정대상으로 되는 광빔을 피검광속과 기준광속 작성용 광속으로 분리하는 피검/기준광속 분리수단과, 상기 기준광속 작성용 광속을 파면정형해서 기준광속으로 변환하는 파면정형 수단과, 상기 피검광속과 상기 기준광속을 서로 합파해서 간섭광을 얻는 합파수단과, 얻어진 상기 간섭광에 의해 상기 광빔의 파면정보를 담지한 간섭 스트라이프를 결상시켜서 촬상하는 간섭 스트라이프 결상/촬상수단을 가지고 이루어지는 광빔 측정장치로서,

상기 파면정형 수단은 상기 기준광속 작성용 광속을 수속시키는 수속렌즈와, 상기 수속렌즈의 수속점에 배치된 미소한 반사 회절부를 가지고 이루어지고, 입사된 상기 기준광속 작성용 광속의 일부를 파면정형해서 상기 기준광속으로 변환하고, 상기 기준광속을 상기 피검/기준광속 분리수단을 향해서 출사시키는 반사형 파면정형 유닛에 의해 구성되고,

상기 피검/기준광속 분리수단 및 상기 합파수단은 상기 기준광속 작성용 광속과 분리된 상기 피검광속을 반사면에 입사시키는 동시에, 상기 반사면으로부터 되돌아오는 상기 피검광속을 상기 파면정형 수단으로부터의 상기 기준광속과 합파시키는 광속분리/합파면에 의해 구성되어 있고,

적어도 상기 광빔이 저 가간섭성의 광속인 경우에, 상기 광속분리/합파면으로부터 상기 반사면을 거쳐서 상기 광속분리/합파면으로 되돌아오는 제 1 광로길이와, 상기 광속분리/합파면으로부터 상기 반사형 파면정형 유닛을 거쳐서 상기 광속분리/합파면으로 되돌아오는 제 2 광로길이를 서로 일치시키는 광로길이 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광빔 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 광속분리/합파면에 입사되기 전의 상기 광빔, 상기 광속분리/합파면에 의해 분리된 후의 상기 피검광속, 또는 파면정형되기 전의 상기 기준광속 작성용 광속 중 어느 하나의 일부를 스폿 작성용 광속으로서 분리하는 스폿 작성용 광속 분리수단과, 상기 스폿 작성용 광속에 의해 상기 광빔의 스폿상을 결상시켜서 촬상하는 스폿상 결상/촬상수단을 구비해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광빔 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 간섭 스트라이프를 해석해서 상기 광빔의 파면 측정결과를 얻는 제 1 해석수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광빔 측정장치.
제 2항에 있어서, 상기 간섭 스트라이프를 해석해서 상기 광빔의 파면 측정결과를 얻는 제 1 해석수단과, 상기 스폿상을 해석해서 상기 광빔의 스폿특성 측정결과를 얻는 제 2 해석수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광빔 측정장치.