KR100903264B1 - 파면 수차 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파면 수차 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 입사되는 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 생성하는 간섭계 및 상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 파면 수차 해석부를 포함한다. 본 발명에 따르면 적어도 2개의 간섭무늬를 통해 레이저빔의 파면 수차를 측정함으로써 단일 측정으로 정밀하게 파면 수차를 측정할 수 있다.
레이저 빔, 파면, 수차, 경로, arm, 빔스플리터

Description

파면 수차 측정 장치 및 방법{Apparatus and Method for measuring wavefront aberrations}
도 1은 종래기술에 따른 파면 수차 측정을 위한 간섭계를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파면 수차 측정 장치의 상세 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 파면 수차 해석부의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 간섭계를 이용하여 파면 수차의 방향을 결정하는 과정의 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
200: 조명계 202: 간섭계
204: 영상 수집부 206: 파면 수차 해석부
210,212,214,216: 빔스플리터 220,222: 미러
230: 빔축소기 232,234: 빔확대기
240,242: 전하결합소자
본 발명은 파면 수차 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 부품이나 레이저 빔 자체의 파면 수차를 단일 측정(single measurement)으로 정밀하게 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 기술이 급속하게 발전하면서 광학 기술의 응용 및 필요성이 점점 커지고 있다.
일반적으로 광학 기술에 사용되는 광(레이저 빔)의 성능은 파면 수차로 통해 측정될 수 있다. 여기서 파면 수차(wavefront aberration)는 이상적 구면파와 실제 파면과의 차이로서, 이는 주광선과 유한광선(finite ray)의 광로정(ray path) 차에 의해 발생한다.
일반적으로 파면 수차 측정은 파면 측정기(wavefront sensor) 또는 간섭계(interferometer)를 이용하여 수행된다.
파면 측정기는 레이저 빔이 입사되는 쪽에 마이크로렌즈 어레이(microlens array)와 그 초점거리 부분에 위치한 CCD(전하결합소자)를 포함한다. 평행한 레이저 빔이 입사되었을 경우에 각 마이크로렌즈에 의해 맺은 초점들의 위치를 기준초점위치(reference focal point)로 지정하게 되고, 이를 기준으로 하여 측정하고자 하는 레이저 빔이 들어왔을 때 맺는 초점들의 위치가 기준(reference)으로부터 벗어난 정도를 이용하여 각각 파면의 기울기를 알아낼 수 있다.
파면 측정기를 이용한 파면 수차의 측정은 단일 측정(single measurement)으로 광의 파면 수차를 측정할 수 있는 장점이 있다. 그러나 간섭계를 이용한 파면 수차 측정에 비해 정확도(accuracy) 및 공간 분해능(spatial resolution)이 좋지 않은 단점이 있다.
간섭계(interferometer)는 광의 간섭현상을 이용한 측정기로서, 빔스플리터, 미러 및 렌즈로 구성되며 이를 통해 입사된 레이저 빔의 간섭무늬를 얻어 레이저 빔의 파면 수차를 측정할 수 있도록 한다.
도 1은 종래기술에 따른 파면 수차 측정을 위한 간섭계를 도시한 도면으로서, 마흐-젠더형 방사형 층밀림 간섭계(radial shear interferometer)의 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 간섭계는 제1 빔스플리터(Beam splitter: BS1,100), 제1 미러(Mirror: M1, 102), 제2 빔스플리터(BS2, 104) 및 제2 미러(M2, 106)를 포함한다.
제1 빔스플리터(100)는 입사되는 레이저 빔을 arm1 방향과 arm2 방향으로 분할한다.
arm1의 경로를 지나는 레이저 빔은 볼록 렌즈(L1) 및 오목 렌즈(L2)로 구성된 빔 축소기(108)를 이용하여 축소되며, 제2 빔스플리터(104)에서 반사되어 스크린 또는 전하결합소자(CCD)와 같은 영상 수집부(120)에 도달한다.
arm2의 경로를 지나는 레이저 빔은 오목 렌즈(L3) 및 볼록 렌즈(L4)로 구성되는 빔 확대기(110)를 통해 확대되며, 제2 빔스플리터(104)를 통과하여 스크린 또는 전하결합소자(CCD)에 도달한다.
상기와 같이 서로 다른 경로(arm1 및 arm2)를 갖는 두 개의 레이저 빔은 레이저 빔 자체의 파면 수차에 의하여 간섭무늬(interferogram)를 생성하며, 스크린 또는 전하결합소자에 기록된 영상을 수학적으로 해석하여 레이저 빔의 파면 수차를 계산하게 된다.
이와 같은 종래의 간섭계는 간섭무늬를 이용하여 파면 수차를 측정한다는 점에서 파면 측정기에 비해 정확도 및 공간 분해능이 좋다. 그러나 하나의 간섭무늬를 통해 레이저 빔의 파면 수차를 측정하기 때문에 단일 측정으로 레이저 빔의 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 측정하지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 단일 측정으로 광학 부품 또는 레이저 빔 자체의 파면 수차의 방향 및 크기를 동시에 결정할 수 있는 파면 수차 측정 방법 및 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 파면 수차 측정 장치에 있어서, 입사되는 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 생성하는 간섭계; 및 상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 파면 수차 해석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬를 생성하는 장치에 있어서, 입사되는 레이저 빔의 경로를 적어도 k개(k는 3)로 분할하는 복수의 빔스플리터; 상기 k개의 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 확대 또는 축소하는 하나 이상의 렌즈를 포함하되, 상기 복수의 빔스플리터는 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 형성하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬 생성 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파면 수차 측정 방법에 있어서, 레이저 빔을 입사하는 단계; 상기 입사한 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 형성하는 단계; 및 상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치가 제공된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도 면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파면 수차 측정 장치의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파면 수차 측정 장치는 조명계(200), 간섭계(202), 영상 수집부(204) 및 파면 수차 해석부(206)를 포함할 수 있다.
조명계(200)는 임의의 파장을 가지며 파면 수차 측정의 대상이 되는 레이저 빔을 입사한다. 여기서 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔일 수 있다.
간섭계(202)는 입사되는 레이저 빔을 분할 및 반사시켜 간섭무늬를 생성하는 것으로서, 바람직하게는 방사형 층밀림 간섭계일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭계(202)는 레이저 빔의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 복수의 빔스플리터(beam splitter: 광분할기, 210 내지 218), 복수의 미러(220,222) 및 복수의 렌즈(L1 내지 L7)를 포함할 수 있다.
도 2에서 P1은 측정 대상이 되는 파면의 평면이며, P2 내지 P4는 P1의 공액면(conjugate plane)이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 간섭계(202)는 적어도 k(k는 3)개 이상의 레이저 빔 경로를 포함하며, 이를 통해 적어도 n(n은 2)개 이상의 간섭무늬를 생성한다.
하기에서는 3개의 레이저 빔 경로를 통해 2개의 간섭무늬를 생성하는 것을 중심으로 설명할 것이나 이에 한정됨이 없이 그 이상의 경로를 통해 더 많은 간섭 무늬를 생성하는 것도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 빔스플리터(210)는 입사되는 레이저 빔을 분할한다.
제1 빔스플리터(BS1,210)를 통해 분할된 레이저 빔은 제1 경로(arm1) 및 제2 경로(arm2)를 따라 이동한다.
이때 제1 경로를 따라 이동하는 제1 레이저 빔은 제1 미러(M1,220)에서 반사되고 볼록 렌즈(L1) 및 오목 렌즈(L2)로 구성되는 빔 축소기(230)에서 소정 크기로 축소된다.
상기와 같이 축소된 레이저 빔의 일부는 제2 빔스플리터(BS2,212)에서 반사되어 영상 수집부(204)에 도달한다.
여기서 영상 수집부(204)는 영상을 수집할 수 있는 장치로서, 생성된 간섭무늬를 캡쳐하는 스크린 또는 전하결합소자(Charge Coupled Device)일 수 있다. 본 발명에 따른 간섭계(202)는 복수의 간섭무늬를 생성한다는 점에서 영상 수집부(204)는 생성되는 간섭무늬의 수에 상응하는 스크린 또는 전하결합소자를 포함할 수 있다.
하기에서는 영상 수집부(204)가 두 개의 간섭무늬에 상응하는 제1 및 제2 전하결합소자(240,242)를 포함하는 것으로 설명한다.
한편, 제1 경로를 따르는 레이저 빔 중 일부는 제1 빔스플리터(210)에 의해 분할되어 제2 경로를 따라 이동한다. 여기서 제2 경로는 제1 빔스플리터(210)를 통과하고 제3 빔스플리터(BS3,214)를 통해 반사되는 경로이다.
상기한 제2 경로를 따라 이동하는 제2 레이저 빔의 일부는 제3 빔스플리터(214)를 통해 반사된 후 오목 렌즈(L3) 및 볼록 렌즈(L4)로 구성되는 제1 빔 확대기(232)에서 확대되며, 제2 빔스플리터(212)를 통과하여 제1 전하결합소자(240)에 도달한다.
이때 제2 경로를 따라 이동한 제2 레이저 빔은 상기한 제1 경로를 따라 이동한 제1 레이저 빔과 제1 간섭무늬(interferogram1)를 형성한다.
본 발명에 따르면 제3 빔스플리터(214)에 의해 형성된 제3 경로를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제3 빔스플리터(214)에 도달한 레이저 빔의 일부는 제3 빔스플리터(214)를 통과하여 제3 경로를 따라 이동한다.
여기서 제3 경로는 제3 빔스플리터(214)를 통과하여 제2 미러(222)에서 반사되는 경로이다.
제3 경로를 따라 이동하는 제3 레이저 빔은 볼록 렌즈(L7)를 통과한 후 제2 미러(222)를 통해 반사되며, 오목 렌즈(L5) 및 볼록 렌즈(L6)로 구성되는 제2 빔 확대기(234)를 지나 제2 전하결합소자(242)에 도달한다.
이때 제2 빔 확대기(234)를 통과하는 제3 레이저 빔은 제4 빔스플리터(216)를 통과하여 제2 전하결합소자(242)에 도달한다.
한편, 제1 경로를 따라 이동하는 제1 레이저 빔의 일부는 제2 빔스플리터(212)를 통과하여 제4 빔스플리터(216)로 이동하며, 제4 빔스플리터(216)에서 반사되어 제2 전하결합소자(242)에 도달한다.
이와 같이 도달된 제1 레이저 빔은 상기한 제3 레이저 빔과 제2 간섭무늬를 형성한다.
본 발명에 따르면, 영상 수집부(204)의 제1 전하결합소자(240)는 제1 및 제2 레이저 빔에 의해 형성되는 제1 간섭무늬를 캡쳐하며, 제2 전하결합소자(242)는 제1 및 제3 레이저 빔에 의해 형성되는 제2 간섭무늬를 캡쳐한다.
이와 같이 캡쳐된 복수의 간섭무늬는 파면 수차 해석부(206)에 제공된다.
파면 수차 해석부(206)는 소정 프로그램을 이용하여 복수의 간섭무늬를 통해 레이저 빔의 파면 수차의 크기 및 방향을 한번에 측정한다.
도 3은 본 발명에 따른 파면 수차 해석부의 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파면 수차 해석부(206)는 간섭무늬 수신부(300), 파면 수차 크기 계산부(302), 디포커스 수차 계산부(304) 및 파면 수차 방향 결정부(306)를 포함할 수 있다.
간섭무늬 수신부(300)는 영상 수집부(204)에 캡쳐되는 복수의 간섭무늬를 수신한다.
본 발명에 따르면 레이저 빔의 파면 수차 크기 및 방향을 동시에 측정하기 위해 간섭무늬 수신부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상의 간섭무늬(400,402)를 수신할 수 있다.
파면 수차 크기 계산부(302)는 복수의 간섭무늬 각각에 대해 파면 수차의 크기를 결정한다. 파면 수차 크기 결정 방법은 하기에서 상세하게 설명할 것이다.
이와 같이 파면 수치 크기를 계산하는 경우에 서로 다른 부호를 갖는 두 가 지 해가 존재할 수 있다. 여기서 두 가지 해는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 간섭무늬(400)에 대한 두 가지 해(410,412) 및 제2 간섭무늬(402)에 대한 두 가지 해(414,416)와 같이 각각 파면 수차의 방향이 서로 다르다는 것을 의미한다.
서로 방향이 다른 파면 수차 중 하나를 결정하기 위해 본 발명에 따른 디포커스 수차 계산부(304)는 복수의 간섭무늬에 대한 디포커스 수차를 계산하며, 파면 수차 방향 결정부(306)는 계산된 디포커스 수차의 비교를 통해 측정 대상이 되는 레이저 빔의 파면 수차 방향(420)을 결정하게 된다.
이와 같이 추가적인 레이저 빔 이동 경로를 제공하여 얻어진 적어도 2개 이상의 간섭무늬를 통해 파면 수차를 계산하는 경우에는 단일 측정으로 레이저 빔의 파면 수차 방향 및 크기를 결정할 수 있다.
하기에서는 파면 수차 해석부(206)에서 복수의 간섭무늬를 통해 파면 수차를 측정하는 과정을 보다 상세하게 설명한다.
우선, 제1 간섭무늬에 대해 레이저 빔의 파면 수차 크기를 결정하는 방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 제1 경로를 따라 진행하는 제1 레이저 빔의 전기장을 , 제2 경로를 따라 진행하는 제2 레이저 빔의 전기장을 라 할 때 제1 전하결합소자에서의 각각의 전기장 세기는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112007032504230-pat00001
여기서,
Figure 112007032504230-pat00002
는 측정하고자 하는 레이저 빔의 파면 수차이고,
Figure 112007032504230-pat00003
는 축소된 레이저 빔 크기에서 확대된 레이저 빔이 파면 수차이다.
여기서, 도 2를 참조하여 설명하면, 제 1 간섭무늬의 (스크린 상에서의) 크기는 제 1 경로를 따라서 진행한 빔의 크기와 같은 크기를 갖는다. 이 크기는 제 2 경로를 따라서 진행한 빔의 크기보다는 작게 되고, 제 1 간섭무늬를 형성하기 위해서 제 2 경로를 따라 진행한 레이저 빔의 일부 즉 파면의 일부가 사용된다. 이 빔의 파면 수차는 더이상
Figure 112007032504230-pat00004
이 아니게 되고 다른 파면 수차
Figure 112007032504230-pat00005
로 표현해야 한다. 이 때, 빔 확대기 및 빔 축소기를 통과한 빔들(제 1경로를 따라서 진행한 빔과 제 2 경로를 따라서 진행한 빔)의 크기비가 하기에서와 같이 S로 주어지게 된다.
상기한 전기장들에 의해 형성되는 간섭무늬의 세기는 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112007032504230-pat00006
여기서, 위상차
Figure 112007032504230-pat00007
는 제1 및 제2 레이저 빔의 파면 수차로부터 아래의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112007032504230-pat00008
여기서,
Figure 112007032504230-pat00009
는 제1 전하결합소자(240)에서 캡쳐된 간섭무늬로부터 계산되는 파면 수차이다.
이 계산된 파면 수차로부터 실제 레이저 빔의 파면 수차
Figure 112007032504230-pat00010
을 구하는 방법은 아래와 같다.
각각의 파면 수차
Figure 112007032504230-pat00011
,
Figure 112007032504230-pat00012
,
Figure 112007032504230-pat00013
을 Zernike polynomial
Figure 112007032504230-pat00014
로 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112007032504230-pat00015
수학식 4를 상기한 수학식 3에 대입하면 간섭무늬로부터 계산되는 파면 수차는 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112007032504230-pat00016
이때, 제1 경로 및 제2 경로를 따라 진행하는 빔의 크기 비율(빔의 크기 비 율이 무엇인지 간략한 추가 설명 바랍니다)이
Figure 112007032504230-pat00017
라면(여기서
Figure 112007032504230-pat00018
=1/S S: magnification) 축소된 레이저 빔의 크기에서 레이저 빔의 파면 수차
Figure 112007032504230-pat00019
는 아래의 수학식 6과 같다.
Figure 112007032504230-pat00020
여기서,
Figure 112007032504230-pat00021
는 Zernike polynomial의 radial 성분이고
Figure 112007032504230-pat00022
는 azimuthal 성분이다.
이 때,
Figure 112007032504230-pat00023
는 Zernike polynomial 전개를 통해서 아래의 수학식 7과 같이 정리할 수 있다.
Figure 112007032504230-pat00024
Figure 112007032504230-pat00025
Figure 112007032504230-pat00026
Figure 112007032504230-pat00027
Figure 112007032504230-pat00028
Figure 112007032504230-pat00029
수학식 7을 같은 radial 차수 n과 azimuthal 차수 m을 갖는 Zernike polynomial끼리 묶어서 정리하고 이를 행렬식을 이용하여 표현하면, 아래의 수학식 8과 같다.
Figure 112007032504230-pat00030
상기한 행렬식을 수학식 5에 대입하고, 수학식 5를 행렬식으로 다시 표현하면 아래의 수학식 9와 같다.
Figure 112007032504230-pat00031
여기서
Figure 112007032504230-pat00032
의 각각은 얻어진 제1 간섭무늬 1(interferogram1)로부터 계산된 Zernike 계수들이다.
수학식 9에 따르면, 얻어진 제1 간섭무늬1로부터 Zernike 계수를 계산하고, 그 계산된 Zernike 계수를 가지고, 수학식 9를 이용하여 원래 레이저 빔 파면 수차의 Zernike 계수, 즉 파면 수차의 크기를 계산할 수 있다.
파면 수차의 크기를 계산할 수 있다는 의미는 간섭무늬로부터 구해진
Figure 112007032504230-pat00033
는 양과 음의 부호를 갖는 두 가지 해가 존재한다는 것을 의미한다. 양과 음의 부호는 파면 수차의 방향이 다름을 의미한다.
본 발명에 따르면, 제1 간섭무늬의 두 가지의 방향이 다른 해중에서 어떤 해가 실제 레이저 빔 파면 수차의 해인지 구하기 위해서 도 2에서 설명한 바와 같이 하나의 경로(arm3)를 추가하여 얻어진 제2 간섭무늬를 이용한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 간섭무늬는 볼록 렌즈 L7을 이용하여 임의로 알려진 수차가 더해진 제3 레이저 빔으로부터 생성된다.
이와 같은 방법을 이용하면, 제2 간섭무늬(interferogram2)를 이용하여 새로 계산된 defocus(디포커스) 수차를 아래의 수학식 10을 통해 얻을 수 있다.
여기서 디포커스 수차는 렌즈나 집속 거울의 초점에 관계되는 수차이다. 아무 수차가 없는 파면(즉 공간적으로 레이저 빔의 위상이 일정한 면)이 렌즈나 집속 거울을 통과하게 되면 공간 위상(즉 파면)이 2차 함수(quadratic function) 형태로 변형이 일어나는데 이를 디포커스 수차라 한다.
Figure 112007032504230-pat00034
수학식 10을 통해 얻어진 제2 간섭무늬의 디포커스 수차의 값을 상기한 수학식 9에 따라 계산된 제1 간섭무늬의 디포커스 수차의 값을 비교하면 레이저 빔의 파면 수차 방향을 결정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭계를 이용하는 경우에 적어도 2개의 간섭무늬를 얻고, 이를 통해 파면 수차의 크기를 계산함과 동시에 각 간섭무늬에 대해 얻어지는 디포커스 수차와의 비교를 통해 파면 수차의 방향을 결정할 수 있기 때문에 한번에 레이저 빔의 파면 수차를 측정할 수 있게 된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 간섭계에 하나의 광 경로를 추가함으로서 적어도 2 개 이상의 간섭무늬를 얻고, 얻어진 간섭무늬에 대해 파면 수차를 계산하기 때문에 정확한 파면 수차 계산이 가능하다는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 2개 이상의 간섭무늬를 얻기 때문에 단일 측정을 통해 레 이저 빔의 파면 수차 크기뿐만 아니라 방향까지 한번에 결정할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면 단 한번의 측정으로 레이저 빔의 파면 수차를 정확하게 측정할 수 있어 펄스형 레이저 빔의 파면을 측정하고 보정하는 장치에 적용되어 펄스형 레이저 빔의 품질을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 파면 수차 측정 장치에 있어서,
    입사되는 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 생성하는 간섭계; 및
    상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 파면 수차 해석부를 포함하며,
    상기 간섭계는,
    상기 입사되는 레이저 빔을 제1 및 제2 경로로 분할하는 제1 빔스플리터;
    상기 제1 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 반사하고, 상기 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 통과시켜 제1 간섭무늬가 형성되도록 하는 제2 빔스플리터;
    상기 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 제3 경로로 통과시키는 제3 빔스플리터; 및
    상기 제3 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 통과시키고, 상기 제2 빔스플리터에서 통과시킨 레이저 빔을 반사하여 제2 간섭무늬가 형성되도록 하는 제4 빔스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는 상기 레이저 빔을 적어도 k개(k는 3)의 경로로 분할하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는 제1 및 제2 간섭무늬를 생성하는 복수의 빔스플리터, 미러 및 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    상기 제3 빔스플리터를 통과한 레이저 빔의 미리 설정된 수차가 더해지도록 하는 렌즈; 및
    상기 렌즈를 통과한 레이저 빔을 확대하는 빔확대기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    상기 제1 빔스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사하는 제1 미러; 및
    상기 제3 빔스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사하는 제2 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 간섭무늬를 캡쳐하는 n개의 촬상소자를 구비하는 영상 수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파면 수차 해석부는,
    상기 영상 수집부로부터 n개의 간섭무늬를 수신하는 간섭무늬 수신부;
    상기 n개 간섭무늬 각각에 대한 파면 수차 크기를 계산하는 파면 수차 크기 계산부;
    상기 n개 간섭무늬 각각에 대한 디포커스 수차를 계산하는 디포커스 수차 계산부 및
    상기 n개의 간섭무늬 각각에 대한 디포커스 수차를 비교하여 파면 수차의 방향을 결정하는 파면 수차 방향 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치.
  10. 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬를 생성하는 장치에 있어서,
    입사되는 레이저 빔의 경로를 적어도 k개(k는 3)로 분할하는 복수의 빔스플리터;
    상기 k개의 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 확대 또는 축소하는 하나 이상의 렌즈를 포함하되,
    상기 복수의 빔스플리터는 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 형성하며,
    상기 복수의 빔스플리터는,
    상기 입사되는 레이저 빔을 제1 및 제2 경로로 분할하는 제1 빔스플리터;
    상기 제1 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 반사하고, 상기 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 통과시켜 제1 간섭무늬가 형성되도록 하는 제2 빔스플리터;
    상기 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 제3 경로로 통과시키는 제3 빔스플리터; 및
    상기 제3 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 통과시키고, 상기 제2 빔스플리터에서 통과한 레이저 빔을 반사하여 제2 간섭무늬가 형성되도록 하는 제4 빔스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬 생성 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제3 빔스플리터를 통과한 레이저 빔의 미리 설정된 수차가 더해지도록 하는 렌즈; 및
    상기 렌즈를 통과한 레이저 빔을 확대하는 빔확대기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬 생성 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 빔스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사하는 제1 미러; 및
    상기 제3 빔스플리터를 통과한 레이저 빔을 반사하는 제2 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬 생성 장치.
  15. 제1 내지 제4 빔스플리터를 포함하는 파면 수차 측정 장치에서 파면 수차를 측정하는 방법에 있어서,
    레이저 빔을 입사하는 단계;
    상기 입사한 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2)의 간섭무늬를 형성하는 단계; 및
    상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 간섭무늬를 형성하는 단계는,
    상기 제1 빔스플리터를 이용하여 입사되는 레이저 빔을 제1 및 제2 경로로 분할하는 단계;
    상기 제2 빔스플리터를 이용하여 제1 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 반사하고, 상기 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 통과시켜 제1 간섭무늬가 형성되도록 하는 단계;
    상기 제3 빔스플리터를 이용하여 제2 경로를 따라 이동하는 레이저 빔의 일부를 제3 경로로 통과시키는 단계; 및
    상기 제4 빔스플리터를 이용하여 상기 제3 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 통과시키고, 상기 제2 빔스플리터에서 통과시킨 레이저 빔을 반사하여 제2 간섭무늬가 형성되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 방법.
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