KR101011227B1

KR101011227B1 - 트리래터럴 변이형의 무채색 및 콤팩트 광학 간섭계

Info

Publication number: KR101011227B1
Application number: KR1020087020398A
Authority: KR
Inventors: 제롬 프리모; 니꼴라 게르노; 사브리나 벨쥐
Original assignee: 오네라 (오피스 내셔널 드뚜드데 에 드 르셰세 에어로스페시알르)
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2011-01-26
Also published as: FR2896583B1; US20090201512A1; FR2896583A1; US7826066B2; JP2009524038A; WO2007083061A1; CN101389938B; KR20080099277A; CA2636881A1; EP1974194A1; CN101389938A; CA2636881C; JP4862051B2; EP1974194B1

Abstract

트리래터럴 변이형의 무채색 및 콤팩트 광학 간섭계

회절 격자는, 분석되고 파면의 분석면에 광학적으로 결합된, 라이트 빔에 수직한 면에 배치되는, 라이트 빔의 파면을 분석하는 방법 및 시스템. 격자의 상이한 이머징 빔은 분석되는 파면의 성분에 링크된 변형을 구비한 이미지를 발생시키도록 간섭한다.

상기 방법은 육각형 메싱에 배치된 다수의 이머징 빔으로 분석되도록 빔의 라이트를 전송하는 표면 S의 육각형 메싱을 구비하는 2차원 격자에 의해 구현되는 광도 함수, 2개의 인접 2차 빔 사이의 2π/3(모듈로 2π)에 가까운 값의 위상 변이를 도입하는 표면 S의 육각형 메싱을 구비한 2차원 격자에 의해 구현되는 위상 함수를 증가하는 것을 특징으로 한다.

Description

트리래터럴 변이형의 무채색 및 콤팩트 광학 간섭계{ACHROMATIC AND COMPACT OPTICAL INTERFEROMETER OF THE TRILATERAL SHIFT TYPE}

본 발명은 라이트 빔(light beam)의 파면(wavefront)의 분석용으로 제공되는 것이다.

이러한 분석 타입은 광학 소자를 테스트하기, 광학 장치를 인증하기, 액티브(active) 또는 어댑티브(adaptive) 광학에 사용되는 변형가능한 광 구성요소를 조정하는 것을 가능하게 한다. 아울러, 풍동(blower)의 베인(vein)에서 뿐 아니라, 지구 대기를 지날 때 만날 수 있는 난류 매체(turbulent media) 내의 광 인덱스(optical index)의 편차(variation)와 같은 직접 측정할 수 없는 물리 현상의 연구를 가능하게 한다. 또한 파워 레이저 빔을 형상화할 뿐 아니라, 예를 들어, 매트릭스 초점면(matrix focal plane)과 같이, 전자 구성요소(electronic components)의 평탄도(planarity)을 테스트하는데 사용된다.

본 발명에 따른 파면의 분석 타입은 분석되는 빔의 경로에 배치된 회절 격자의 사용에 기반을 둔다.

이하의 내용을 더욱 잘 이해하기 위해, 그러한 격자는 위상(phase), 광도(intensity) 또는 위상 및 광도의 주기적인 편차를 도입하는 광학 시스템으로 한정된다. 그러므로 어떤 회절 격자도 두 가지 기능의 조합을 특징으로 한다. 전자는, 위상 함수으로 인용되며, 상기 격자에 의해 도입되는 위상의 주기적 편차를 표시한다. 후자는, 광도 함수으로 인용되며, 상기 격자에 의해 도입되는 광도의 주기적 편차를 표시한다.

출원인의 프랑스 특허 2 712 978에 따라, 출원인은 2차원 격자의 구조 및 한정(definition)의 모드를 일깨운다. 일련의 규칙적으로 배열된 점들은, 2가지 방향을 따라 평탄한 메싱(meshing)을 구성한다. 이러한 점들은 기본 메시(elementary mesh)를 한정한다. 상기 기본 메시는 후자를 한정하는 양방향에 따라 도달되는 평면의 빈틈이 없는(non-lacunary) 포장을 허여하는 가장 작은 표면이다. 상기 기본 메시의 폴리곤(polygon)은 가장 가까운 이웃의 일련의 점을 연결하는 세그먼트의 수직이등분선에 의해 지지되는 측면부를 구비한 최소의 표면 폴리곤이다. 2차원 격자는 평탄한 메싱에 따라 배치된 기본 패턴의 자유 반복이다. 하나의 평탄한 메싱은 육각형 또는 직사각형으로 된 기본 메시를 한정할 수 있다(정사각형 메시는 단지 후자의 특별한 경우이다).

회절 격자가 입사 빔으로 인용되는, 라이트 빔으로 비추어지면, 격자에 의해 회절되는 라이트 빔은 이머징(emerging) 빔으로 불리우기도 하며, 두가지 동등한 방식을 이용하여 설명될 수 있다.

제1 방식은 이머징 빔을 입사빔의 레플리카(replicas)로서 이머징 빔으로 구성한다. 이는 각각 격자의 회절 차수에 대응되는 서브-빔(sub-beams)으로 불리워진다. 이러한 서브-빔 중에서, 두가지 카테고리가 구분될 수 있다. 우선적으로, 본 발명에 따라 사용되는 회절 차수에 대응되는 메인 빔으로 인용되는, 구분되는 서브-빔이 있다. 다른 순서로는, 분석에 유용하지 않은 것으로, 2차 서브-빔으로 인용된다. 상기 격자는 메인 서브-빔의 발생을 촉진하고 2차 서브-빔의 존재를 최소화하도록 한정될 것이다.

제2 방식은 격자의 각각 메시에 의해 회절되는 빔과 같이 이머징 빔으로 구성한다. 이것은 2차 빔으로 불리운다.

격자에 의해 광도 함수(intensity function)가 도입되는 경우, 각각 2차 빔은 서브-퓨필(sub-pupil)로 불리우는 광도 격자의 메시에서 생긴다.

프랑스 특허 2 712 978에서 이미 언급 한대로 출원인은 2차원 위상 및/또는 광도 격자 및 공간 필터링 시스템(spatial filtering system)을 구현하는 3-파동 측방 전단(three-wave lateral shearing) 간섭계를 설명한다. 서브-빔으로 분해(decomposition)를 통한 방식에 따라, 상기 격자는 입사 빔을 광학적으로 나누어 디펙트(defect)의 결합면(conjugated plane)에서 다수의 서브-빔으로 분석되도록 한다. 상기 서브-빔을 공간 필터링용 시스템은 분석용으로 사용되는 3가지 메인 서브-빔을 선택하도록 의도된다. 이와 같은 방식으로 얻은 상기 3가지 메인 서브-빔의 특별한 광학 처리는 선택된 관찰 면이 무엇이든, 불변성(invariant)이 되는 콘트라스트(contrast)를 구비한 광점(light spots)의 육각형 메싱으로 만들어진 간섭도(interferogram)을 관찰하는 것을 가능하게 한다. 이러한 간섭도는 파면의 성분(기울기)과 역학 및 감도(sensitivity)용 연속 보정 가능성을 구비한 파면에 민감하다. 관측 거리(observation distance)는 소위 영점 감도면(zero sensitivity plane)으로 불리우는 것으로부터 선택된 관측면을 분리하는 거리로 한정되고, 후자는 공간 필터링에 다운 스트림을 배치한 격자의 상기 면에 결합된 결합면이다. 발생된 간섭도의 주파수 순도(frequency purity)로 인해, 이러한 간섭계는 중요한 계량 품질(metrological qualities)을 표시하는 이점을 구비한다. 아울러, 측정 에러(measurement error)는 측정 자체로부터 예측가능하다. 마지막으로, 검출되는 디펙트의 경로 차이가 파장에 의존하지 않는다면, 이러한 간섭계는 다색광(polychromatic light)에 작용할 수 있다.

반면, 간섭 무늬 시스템(interference fringe system)의 격자 및 관측면 사이의 메인 서브-빔을 선택하기 위한 공간 필터링 시스템의 삽입 때문에, 그것은 구현되는 것이 복잡하다. 더욱이, 공간 필터링 시스템은 강하게 교란된 라이트 빔 또는 매우 큰 스펙트럼 폭을 구비한 라이트 빔을 측정하는 데에 제한을 가져온다.

프랑스 특허 2 795 175에서, 출원인은 4-파동 측방 전단형의 간섭계는 앞에서 설명한 3-파동 측방 전단형의 간섭계의 발전(development)이 되는 것을 개시한다. 이러한 간섭계의 기저에서 격자는 디펙트의 결합면(conjugated plane)에서, 광학적으로 나누어져서, 입사 빔은 분석용으로 유용한 4개의 메인 서브-빔으로 분석된다. 2차 서브-빔은 저진폭(low amplitude)을 구비하고 중요하지 않듯, 공간 필터링 시스템으로 이를 제거하는 것은 필요한 것이 아니다. 상기 간섭도는 선택된 관측면이 무엇이든, 불변성이 되는 콘트라스트인, 광점의 직사각형 메싱을 포함한다. 3-파동 측방 전단형의 간섭계와 같이, 이런 간섭계는 다색광과 동작 가능하고 소위 영점 감도면으로 불리우는 것에 관하여 관측면의 단순한 전이(simple translation)에 의한 지속적으로 설정된 민감도 및 역학을 제공한다. 더욱이, 3-파동 측방 전단 간섭계와 반대로, 공간 필터링 시스템의 부재(absence)는 더 나은 편리성의 구현을 제공하고 강하게 교란된 라이트 빔 또는 매우 큰 스펙트럼 폭을 구비한 라이트 빔을 측정 가능하게 한다. 이러한 간섭계를 통해서 에러를 예측하는 것 또한 가능하지만, 높은 역학 디펙트의 측정의 경우에는 견고하지 않을 수 있다. 또한, 4-파동 측방 전단형 간섭계에서 분석되는 파면의 샘플링 지오메트리(sampling geometry)는 3-파동 측방 전단형 간섭계에서 얻어진 것보다 최적화되지 않는다.

따라서, 한편으로, 4-파동 측방 전단형 간섭계의 고도로 교란된 저광도 라이트 소스(light source) 또는 매우 큰 스펙트럼 폭을 구비한 라이트 소스로부터, 단순성의 구현 및 동작 수용력(operating capacity), 그리고, 다른 한편으로, 측정 에러를 견고하게 예측할 수 있는 가능성과 3-파동 측방 전단형 간섭계의 분석되는 파면의 최적 샘플링 지오메트리를 연합(combining) 하는 간섭계를 제공하는 것은 매우 바람직하다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 이 점에 있어서 발전을 제공하는 것이다.

본 발명은 방법 또는 시스템의 형태로 고찰할 수 있다.

제공되는 방법은 다음과 같다:

a) 2차원 메싱을 구비한 회절 격자는 배치되고,

a1) 분석될 광빔을 육각형 메싱(meshing)의 서브-퓨필들(sub-pupils)에 배치된 다수의 2차 빔으로 전송하는 상기 육각형 메싱(meshing)의 상기 서브-퓨필들에 의해 정의되는 광도 함수(

)와,

a2) 상이한 이머징 빔으로의 빔의 회절을 야기하도록, 분석될 광빔에 수직이고, 파면의 분석면(P_D)에 광학적으로 결합되는 평면(P_C)의 내부 또는 주변에 있어, 빔을 상이한 이머징 빔으로 회절시키는 위상 함수(FP)를 곱셈을 수행하고,

b) 이머징 빔의 간섭에 의해 형성된 이미지가 생성되어 제1 면으로부터 선택된 거리에 위치한 면에서 관측되며, 상기 이미지는 분석되는 파면의 기울기에 관련된 변형(deformation)을 구비한다.

본 발명의 하나의 측면에 따라, a2)의 위상 함수는 2개의 인접 2차 빔들 사이에 2π/3(모듈로(modulo) 2π)에 가까운 값의 위상 변이(phase shift)를 도입한다.

그러므로, 이렇게 한정된 두 개의 함수의 곱셈을 수행하는 회절 격자는, 격자면에 평행인 임의의 관측면에서, 광점의 육각형 메싱의 형태인 이미지를, 발생하도록 전파하여 서로 간섭하는 2차 빔의 육각형 메싱을 회절시키고, 광점의 콘트라스트(contrast)는 관찰거리 뿐 아니라 파장으로부터 실질적으로 비의존적이다.

이머징 빔을 입사 빔과 동일한 것으로 간주하는 것을 포함하는 상기 방식에서, 상기 위상 함수는 3가지 메인 서브-빔 및 2차 서브-빔을 포함하는 다수의 서브-빔을 회절한다. 광도 함수에 의한 증가는 2차 서브-빔에서 회절될 수 있는 상기 에너지를 최소화하는 것이 가능하여 분석용으로 유용한 오직 3가지 메인 서브-빔이 필수적으로 남게 된다.

광점의 상기 육각형 메싱은 격자면, 즉, 영점 감도면(zero sensitivity plane)에서 관찰가능하다. 상기 메싱은 분석되는 파면의 성분 및 바람직한 역학의 기능으로서 사용자에 의해 선택된 관측 거리에 위치한 면으로부터 유용하게 관찰된다.

이러한 방법은 다색광와 동작하며, 관측 거리를 조정하는 동안, 상기 시스템의 감도 및 역학의 지속 설정(continuous setting)을 통해, 고도로 교란된 라이트 빔을 측정하는 것을 가능하게 한다.

그러므로, 공간 필터링 시스템의 삽입에 관련된 제약조건(constraints)을 구현하지 않고, 3-파동 측방 전단형 간섭계용 역학에서 지속적인 설정 유연성(flexibility)이 가능하다.

또한, 본 발명은 상기 제안된 방법을 구현하는 것을 허용하기 쉬운 시스템을 제공한다. 이러한 시스템은 다음의 형태를 포함한다:

α) 상기 파면이 분석되는 면과 기준면(reference plane)을 결합하는 입력 광학,

β) 육각형 기본 메시를 구비한 광도 격자 및 육각형 기본 메시를 구비한 위상 격자를 포함하며, 기준면에 배치되고, 상기 빔에 직교하여(perpendicularly), 2차 빔으로 인용되는 상이한 이머징 빔 내의 빔의 회절을 야기시키는 회절 격자와,

γ) 상기 이머징 빔의 간섭에 의해 형성되고, 분석된 파면의 기울기와 연관된 변형을 구비한 상기 이미지를 관측하는 수단(means).

본 발명에 따라, 상기 시스템은 β)의 격자는,

- 영역(S)를 갖춘 기본 광도 메시(MEI)를 구비하는 광도 격자(

), 여기서, 기본 광도 패턴은 상기 영역(S)를 지니도록 배치되고, 및

- 상기 기본 광도 메시 영역(S)의 3배와 같은 영역(3S)을 지닌육각형 기본 위상 메시(MEP)를 구비하는 위상 격자(GP), 여기서, 기본 위상 패턴이 상기 기본 광도 메시 영역(S)의 3배와 같은 영역을 지니도록 배치되고,

3개의 인접 광도 메시의 6개의 작은 대각선(diagonals)의 일단에 위치한 정점(apexes)에 대응하는 모든 6개 정점의 위상 메시와, 이때, 상기 작은 대각선들의 타단은 상기 3개의 인접 광도 메시의 공통 정점에 위치하고,

기본 광도 패턴의 중앙에서의 최대 광도와 상기 기본 광도 패턴의 정점들 상에서의 최소 광도 사이를 놓인 값을 교차하는 2차 빔으로부터 광도의 편차를 유도하는 기본 광도 패턴, 및

2개의 인접 기본 광도 패턴을 교차하는 2개의 2차 빔 사이에 2π/3 (모듈로 2π)에 근접한 위상 변이를 유도하는 기본 위상 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 광도 2차원 격자는 육각형 기본 광도 패턴을 구비하며 이것의 전송 표면은 기본 광도 메시 표면의 66%에 근접한다.

본 발명의 다른 특성 및 이점은 다음의 상세한 설명 및 부가된 도면을 통해 분명하게될 것이다.

도 1A는 광학 구성요소 체크용 본 발명을 구현하는 시스템의 이론 광학 도표;

도 1B는 별과 같은 다색원(polychromatic source)으로부터 빔에 의해 교차되는 지구 대기와 같은 난류 매체 측정용 본 발명을 구현하는 시스템의 이론 광학 도표;

도 2A는 표면 S를 갖춘 육각형 메싱을 구비한 2차원 격자

를 도시한 도면;

도 2B는 표면 S를 갖춘 육각형 메싱을 구비한 2차원 격자 GP를 도시한 도면;

도 2C는 본 발명에 따른 기본 광도 메시

및 기본 위상 메시 MEP의 상대 위치를 도시한 도면;

도 3A는 본 발명의 유용한 광도 격자의 기본 패턴의 제1 실시예를 도시한 도면;

도 3B는 본 발명의 유용한 광도 격자의 기본 패턴의 제2 실시예를 도시한 도면;

도 4A는 본 발명의 유용한 육각형 메싱을 구비한 위상 격자의 일실시예를 도시한 도면;

도 4B는 기본 위상 메시 및 대응 위상 패턴의 상대 위치를 표시하는 도면;

도 5A는 본 발명에 따른 회절 격자의 제1 실시예를 도시한 도면;

도 5B는 본 발명에 따른 회절 격자 GR의 제2 실시예를 도시한 도면.

도 1A, 1B는 본 발명을 구현하는 시스템의 2가지 실시예를 도시한다.

도 1A에서, 다색광의 소스 S_O는 조준 렌즈(collimating lens) O₁의 촛점에 위치한다. 렌즈 O₁로부터 나온 평행 라이트 빔은 테스트될 샘플을 비추는데, 면 P_D에 배치되며, 평탄도 디펙트 P_D를 구비하는, 평행 페이스(faces)를 구비한 플레이트(plate) LA로 도시되어 표현된다. 상기 샘플은 다른 광학 시스템(렌즈 또는 거울, 상세하게는 망원경 거울), 또는 예를 들어, 유체에 의해 교란되는 가스 매체(gas medium)에서 단지 한 영역도 될 수 있다.

천문학 분야에 응용되는 경우, 본 발명을 구현하는 시스템은 도 1B에 도시되어 있다. 예를 들어, 별과 같은, 매우 먼 거리의 소스로부터 나오는 평면파는 인덱스 편차(index variations)가 물결 모양의 라인에 의해 표현되는 난류 매체를 교차한다.

입력 배치는 본 발명에 따른 구현 방법에 필요한 광학 적응을 수행한다.

이러한 적응은 중개 위치(intermediary position)에서 필드 렌즈(field lens)를 구비한, 2개의 렌즈 O₂ 및 O₄을 포함하는 무한 초점 시스템에 의해 바람직하게 달성된다. 이러한 무한 초점 시스템은 면 P_C에 배치된 2차원 격자의 크기(dimensions)에 면 P_D에서 분석되는 빔의 직경을 매칭하는 기능과, 면 P_C와 함께 광학 분석되는 디펙트를 지닌 면 P_D를 결합하기의 기능을 구비한다.

이런 2개의 면 사이의 광학 결합을 달성하는 다른 수단도 적합할 수 있다.

광도 및 위상 함수의 조합을 달성하도록 적응되는 회절 격자 GR는 분석 면 P_C에 배치된다. 구체적으로, 이러한 격자는 도 5A 또는 도 5B의 실시예와 같이 구성 될 수 있다. 상세한(particular) 실시예 보다 본 발명의 격자를 특징으로 하는 것은 기능의 상세한 조합이다.

상기 실시예에 도시된 바, 회절 격자 GR은 2차원 광도 격자

및 2차원 위상 격자 GP로 구성된다.

광도 격자

는 다수의 2차 빔으로 분석되도록 상기 빔으로부터 라이트를 전송하는 서브-퓨필의 육각형 메싱을 한정하는 광도 함수

를 구현한다.

위상 격자 GP는 2π/3 (모듈로 2π)에 근접한 2개의 인접 2차 빔 사이의 위상 변이를 도입하는 위상 함수 FP를 구현한다.

상기 2가지 함수의 상기 면에서 영향을 받는 순서는 중요하지 않다.

본 발명에 따라, 간섭도는 스팟의 육각형 메싱을 구성한다.

상기 면 P_C는 영점 감도면이다.

관찰은 면 P_C으로부터 선택된 관측 거리 d에 위치한 면 P_S에서 영향을 받는다.

상기 시스템의 역학 및 감도는 상기 관측 거리에 따라 변한다. 그러므로 d가 0이면, 관측면 P_S는 상기 격자가 위치하고 감도가 0인 분석면 P_C과 일치한다.

일반적으로, 상기 면 P_S 관찰의 추가적인 수단은, 예를 들어, 렌즈를 포함하는데, 이는 상기 면 PS 및 더욱 접근가능한 작동면(working plane)을 광학적으로 결합한다.

도 2A 및 2B는 2차원 격자의 기본 메시를 도시하며, 패턴은 도시한 바대로 표시된다. 본 발명의 패턴은 도 3A, 3B 및 도 4A, 4B에 도시한다.

도 2A는 표면 S를 구비한 육각형 기본 메시에 의해 특징되는 육각형 메싱을 구비하는 2차원 광도 격자

를 도시한다. 도 2B는 표면 3S를 구비한 육각형 기본 메시에 의해 특징되는 육각형 메싱을 구비하는 2차원 위상 격자 GP를 도시한다. 상기 메싱는, 점선으로 표시되고, 파이널 격자(final grating)에 보일 필요가 없다.

의 각각 메시에서, 광도 편차를 입사 라이트 빔으로 도입하는 패턴

를 도시한다. GP의 각각 메시에서, 위상 편차를 입사 라이트 빔으로 도입하는 패턴 MOP를 도시한다.

도 2C는 양 격자(both gratings) 사이의 기본 메시의 상대 위치를 도시한다. 이러한 위치는 본 발명의 우수한 동작을 위해 필수적이다. 기본 위상 메시 MEP의 표면은 기본 광도 메시 MEI의 표면의 3배와 동일하다. 육각형 기본 메시의 상대 위치의 설명이 용이하도록, 육각형의 큰 대각선은 2개의 대향 정점을 연결하는 것으로 한정되고 작은 대각선은 2개의 비인접 및 비대향 정점을 연결하는 것으로 한정된다. 상기 위상 메시 MEP는 3개의 인접 광도 메시 MEI의 공통 정점의 중앙에 있다. 위상 메시 MEP의 정점은 3개의 인접 광도 메시 MEI의 6개의 작은 대각선의 일단에 위치한 상기 정점과 매치한다. 상기 작은 대각선의 타단은 상기 3개의 인접 광도 메시의 공통 정점, 즉, 상기 위상 메시 MEP의 중앙에 위치한다.

도 3A, 3B는 본 발명의 방법에 따른 광도 함수의 수행을 허용하는 도 2A의 상기

2차원 광도 격자용 기본 패턴의 실시예를 도시한다.

도 3A는 지속 가변 불투명성(continuously variable opacity)을 구비한 표면 S의 육각형 메싱

를 갖춘 격자

의 기본 패턴

를 도시한다. 상기 패턴의 중심에서 가장 밝은 영역은 투명성이 가장 높고, 주변의 어두운 영역이 높은 불투명성인 것을 특징으로 한다. 여기서 서브-퓨필의 영역은 전송이 격자 전송의 최대값의 33% 더 높은 영역으로 한정될 수 있다. 이러한 격자를 특징으로 하는 수단은 작은 대각선 Pd 및 중앙 Me의 방향을 따른 구간 T, 및 광도 메시의 큰 대각선 Gd의 방향을 따른 구간 T′의 전송 프로파일을 한정하는 것을 포함한다. 대응값(corresponding values)은 상세한 설명의 마지막에 부가된 표에 나타난다. 이러한 기본 패턴으로부터 얻어진 상기 광도 격자 GI는 이상적인 광도 격자이다. 프랑스 특허 2 712 978에서 설명한 공간 필터링과 함께 얻어진 것에 등가이지만 훨씬 단순한 구현의 계량 품질을 구비한 간섭계를 만드는 것이 가능하다.
도 3B는 표면 S를 갖춘 육각형 메싱

를 구비한 론치형(Ronchi type) 격자

의 기본 패턴

를 도시한다. 블랙 영역(black areas)은 영 전송(zero transmission)을 구비하고 라이트 영역은 투명하다. 기본 패턴은 정점이 기본 광도 메시의 육각형의 측면의 미들에 위치하는 중앙 투명 육각형 영역 및 6개의 불투명 주변 이등변삼각형을 포함한다. 각 이등변삼각형의 정점들은 2개의 인접면의 중앙들과, 및 상기 2개의 면에 대한 공통 정점이다. 그러므로, 상기 서브-퓨필의 최대 전송 표면은 기본 메시의 표면의 67%에 근접한다. 상기 라이트 수율(light yield)은 직사각형 또는 육각형의 메시와 비교하여 실질적으로 증가하는데, 프랑스 특허 2　712　978의 도 8에서 보다 상세하게 도시되어 있다. 이전의 것보다 비싸지 않은 이러한 실시예는 공통 어플리케이션(common applications)에 특별하게 유효하며, 다색광에 보다 특별하게 유효하다.

상기 기본 광도 패턴은 표면 S의 기본 패턴의 중앙에서 100%의 최대값 및 상기 패턴의 정점에서 0%의 최소값 사이를 교차하는 2차 빔의 광도 편차를 도입한다.

도 4A는 본 발명의 방법에 따른 위상 함수를 구현하는 단순한 수단을 제공하는 2차원 위상 격자 GP의 일실시예를 도시한다. 도 4B는 상기 격자의 면에 축 수직을 따라 관찰되는, 상기 동일한 격자 GP를 도시하는 데, 표면 3S를 구비한 상기 기본 메싱은 블랙 점선으로 표시된다. 체커보드형(checkerboard type)의 격자 GP는 주기적 두께 편차를 단차지게 하여 2개의 인접 단차(step)의 두께 차이 e는 다음의 수식을 만족되도록 한다.

여기서, λ는 동작하는 파장이며, n은 위상 격자가 전송 모드에서 사용될 경우 물질의 굴절률이고, k는 정수이다.

도 4B에서, 위상 격자 GP에서 육각형 체커보드형의 패턴 MOP는 광도 격자의 메싱을 오버랩하는 것을 볼 수 있다. 이 도면에서 격자 GP의 체커보드의 그레이(grey)의 다양한 레벨은 격자의 다양한 단차의 두께 편차를 도시할 뿐이며, 단차 사이의 전송 편차를 의미하지는 않는다. 이 격자는 전송 모드에서 투명하다.

2차원 격자

및 GP의 구현의 이로운 수단은 반도체 산업에서 널리 사용되 는 마스킹 및 포토리소그래피(photolithography) 에칭 기술을 사용하는 것이다. 그러므로 GI는 기판 웨이퍼(substrate wafer)에 금속 마스크(metallic mask)를 적치(depositing)함으로 구현될 수 있으며 GP는 기판 웨이퍼를 에칭함으로 구현할 수 있다. 이러한 기술로 단일 기판 웨이퍼로부터,

및 GP의

및 FP 함수를 각각 조합하는 2차원 위상 및 광도 격자를 사용하는 것이 가능하다.

아울러, 포토리소그래피 분야의 최근의 발전은 광도 함수의 그레이 레벨의 코딩(coding)을 고려하는 것이 허용된다. 이런 그레이의 다양한 레벨은 메탈릭 마스크의 다양한 두께의 코딩 또는 분석 평균 파장보다 적은 크기의 작은 개구를 구비한 후자의 드릴링에 의해 얻어질 수 있다.

예를 들어, 홀로그래픽(holographic) 격자의 생산을 달성하기 위해 광감성(photosensitive) 판에 간섭도를 등록하는 원리로, 격자

및 GP에 의해 함수

및 FP 모두를 구현하는 다른 방법이 고려될 수 있다. 유사하게, 본 발명의 설명은 전송 모드에서 동작하는 격자의 스코프(scope) 내에 제공되었다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명을 반사(reflection) 모드에 동작하는 격자에 적용할 수 있다.

격자

및 GP의 오버랩(overlap)은 2차원 격자 GR의 생산을 허용한다. 도 5A는 도 3A의 패턴을 구비한 광도 격자 및 도 4B의 위상 격자를 오버래핑함으로 GR1을 얻는 것을 도시한다. 도 5B는 도 3B의 패턴을 구비한 광도 격자 및 도 4B의 위상 격자를 오버래핑함으로 격자 GR2을 얻는 것을 도시한다. 도 5A의 적합한 이해 를 위해, 격자 GI에 링크된 GP 격자 체커보드 오버래핑의 다양한 그레이 레벨에 링크된 효과를 고려해야 한다. 도 5B에서는, 격자 GI의 불투명 부분을 도시하는 블랙 삼각형, GP 격자 단차의 다양한 두께를 표현하는 화이트(white) 육각형 및 그레이 육각형을 통해, 더 이해하기 쉽다.

격자

및 GP의 연합은 콘트라스트가 관측 거리 d 및 사용된 파장에 실질적으로 비의존하는 광점의 메싱을 발생하는 것을 허용한다. 기본 패턴이 도 3B에 도시된 론치형의 광도 격자

에 의해 도입된 급격한 광도 편차 때문에, 광점의 고주파수 로컬 변형를 야기하는 전파(propagation) 기간에 콘트라스트가 발생한다. 이러한 바람직하지 않은 변형은 2차원에서 관찰된 사인곡선의 광도 변조에 비교하여 작으며 파면의 분석을 혼란시키지 않는다. 2차 서브 빔에 회절된 잔류 에너지에 기인한 이런 작은 변동을 줄이는 수단은, 디지털 신호 처리에서 공통적으로 생기는 해닝 윈도우형(Hanning window type)의 무족화(apodization) 표면에 따라, 광도 격자를 사용하는 광도 함수의 코딩, 표면 S를 구비한 메시의 중앙에 100% 및 에지에서 0% 사이에 지속적으로 가변적인 전송을 포함한다.

프랑스 특허 출원 2　682　761에서, 출원자는 유닛(unit) UT를 처리하는 UT에 의해 파면의 성분에 도달하기 위해 얻어진 간섭 이미지의 획득 및 분석을 위한 기술을 제안했다. 이런 기술은 본 발명에 따른 광점의 메싱에 바로 적용가능하다.

어펜딕스(Appendix):

전송 인덱스 값 표

구간별 순서	큰 대각선 인덱스 Gd	작은 대각선 인덱스 Pd	평균 인덱스 Me
1	0.000	0.000	0.327
2	0.069	0.052	0.334
3	0.147	0.091	0.352
4	0.230	0.131	0.378
5	0.314	0.171	0.411
6	0.399	0.210	0.448
7	0.483	0.249	0.488
8	0.564	0.286	0.530
9	0.642	0.323	0.573
10	0.714	0.358	0.616
11	0.781	0.391	0.658
12	0.840	0.423	0.699
13	0.891	0.454	0.739
14	0.933	0.482	0.776
15	0.965	0.509	0.811
16	0.987	0.533	0.844
17	0.998	0.556	0.875
18	1.000	0.576	0.902
19	0.988	0.593	0.926
20	0.967	0.609	0.947
21	0.935	0.622	0.965
22	0.893	0.632	0.979
23	0.843	0.640	0.990
24	0.784	0.645	0.997
25	0.718	0.647	1.000

구간별 순서	큰 대각선 인덱스 Gd	작은 대각선 인덱스 Pd	평균 인덱스 Me
26	0.646	0.647	1.000
27	0.568	0.645	0.996
28	0.487	0.639	0.989
29	0.403	0.631	0.978
30	0.318	0.621	0.964
31	0.234	0.608	0.946
32	0.151	0.592	0.924
33	0.073	0.574	0.900
34	0.000	0.554	0.873
35	0.079	0.532	0.842
36	0.141	0.507	0.809
37	0.197	0.480	0.774
38	0.244	0.452	0.736
39	0.282	0.421	0.696
40	0.310	0.389	0.655
41	0.327	0.355	0.613
42	0.334	0.320	0.570
43	0.330	0.284	0.527
44	0.315	0.246	0.485
45	0.290	0.208	0.445
46	0.254	0.168	0.408
47	0.209	0.129	0.376
48	0.156	0.088	0.350
49	0.086	0.049	0.334
50	0.000	0.000	0.327

Claims

a1) 분석될 광빔을 육각형 메싱(meshing)의 서브-퓨필들(sub-pupils)에 배치된 다수의 2차 빔으로 전송하는 상기 육각형 메싱(meshing)의 상기 서브-퓨필들에 의해 정의되는 광도 함수(
)와,

a2) 분석될 광빔에 수직이고, 파면의 분석면(P_D)에 광학적으로 결합되는 평면(P_C)의 내부 또는 주변에 있어, 빔을 상이한 이머징 빔으로 회절시키는 위상 함수(FP)를 곱셈시키는 2차원 메싱을 구비한 회절 격자를 배치하는 단계(a); 및

제1 면(P_C)으로부터 선택된 거리에 위치한 면(P_S)에서 이머징 빔의 간섭에 의해 형성되며, 분석되는 파면의 위상 기울기에 관련된 광점들의 메싱의 변형들을 구비하는 이미지를 생성 및 관찰하는 단계(b);를 포함하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 방법에 있어서,

a2)의 위상 함수(FP)는 2개의 인접 2차 빔 사이의 2π/3(모듈로 2π)에 가까운 값의 위상 변이를 유도하기 위해, 주기적인 두께 편차를 지닌 육각형 메싱에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 방법.
α) 파면이 분석되는 면(P_D)과 기준면(P_C)을 광학적으로 결합하는 입력 광학(O₂,O₃,O₄);

β) 육각형 기본 메시(MEI)를 구비한 광도 격자(
) 및 육각형 기본 메시(MEP)를 구비한 위상 격자(GP)를 포함하며, 기준면(P_C)에 배치되고, 2차 빔으로 인용되는 상이한 이머징 빔 내의 빔의 회절을 야기하는 회절 격자(GR); 및

γ) 이머징 빔의 간섭에 의해 형성되고, 분석된 파면의 위상 기울기에 연관된 광점들의 메싱의 변형들을 구비한 이미지를 관찰하는 수단;

을 포함하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 시스템으로서, β)의 격자에서:

- 영역(S)를 갖춘 기본 광도 메시(MEI)를 구비하는 광도 격자(
), 여기서, 기본 광도 패턴은 상기 영역(S)를 지니도록 배치되고, 및

- 상기 기본 광도 메시 영역(S)의 3배와 같은 영역(3S)을 지닌육각형 기본 위상 메시(MEP)를 구비하는 위상 격자(GP), 여기서, 기본 위상 패턴이 상기 기본 광도 메시 영역(S)의 3배와 같은 영역을 지니도록 배치되고,

3개의 인접한 기본 광도 메시의 6개의 작은 대각선(diagonals)의 일단에 위치한 정점(apexes)에 대응하는 모든 6개 정점의 기본 위상 메시와, 이때, 상기 작은 대각선들의 타단은 상기 3개의 인접한 기본 광도 메시의 공통 정점에 위치하고,

기본 광도 패턴의 중앙에서의 최대 광도와 상기 기본 광도 패턴의 정점들 상에서의 최소 광도 사이를 놓인 값을 교차하는 2차 빔으로부터 광도의 편차를 유도하는 기본 광도 패턴, 및

2개의 인접 기본 광도 패턴을 교차하는 2개의 2차 빔 사이에 2π/3 (모듈로 2π)에 근접한 위상 변이를 유도하는 기본 위상 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 시스템.

제2항에 있어서,

상기 광도 격자(GP)의 기본 광도 패턴(

)은 상기 기본 광도 메시의 작은 대각선(Pd) 및 중앙(Me)의 방향을 따른 구간 T에 대한 전송 프로파일과, 기본 광도 메시의 큰 대각선(Gd)의 방향을 따른 구간 T'에 대한 전송 프로파일을 구비하고 전송 프로파일들의 인덱스 값은 하기와 같은 것을 특징으로 하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 시스템.

구간별 순서 큰 대각선 인덱스
Gd 작은 대각선 인덱스
Pd 평균 인덱스
Me 1 0.000 0.000 0.327 2 0.069 0.052 0.334 3 0.147 0.091 0.352 4 0.230 0.131 0.378 5 0.314 0.171 0.411 6 0.399 0.210 0.448 7 0.483 0.249 0.488 8 0.564 0.286 0.530 9 0.642 0.323 0.573 10 0.714 0.358 0.616 11 0.781 0.391 0.658 12 0.840 0.423 0.699 13 0.891 0.454 0.739 14 0.933 0.482 0.776 15 0.965 0.509 0.811 16 0.987 0.533 0.844 17 0.998 0.556 0.875 18 1,000 0.576 0.902 19 0.988 0.593 0.926 20 0.967 0.609 0.947 21 0.935 0.622 0.965 22 0.893 0.632 0.979 23 0.843 0.640 0.990 24 0.784 0.645 0.997 25 0.718 0.647 1.000

제2항에 있어서,

기본 광도 패턴은 정점이 기본 광도 메시의 육각형의 측면의 미들(middle)에 위치하는 중앙 투명 육각형 영역, 및 정점이 기본 광도 메시의 육각형의 2개의 인접면 및 상기 2개의 인접면의 공통 정점의 중앙인 6개의 불투명 주변 이등변삼각형을 포함하는 것을 특징으로 하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 시스템.
제2항에 있어서,

2차원 위상 격자(GP)는 광도 메싱을 오버래핑(overlapping)하며 주기적인 편차들을 지닌 체커보드(checkerboard) 패턴을 구비하여, 2개의 인접 단차 사이의 두께 차이(e)는:

을 충족하고, 이때 λ는 동작하는 파장이며, n은 물질의 굴절률이고, k는 정수인 수식인 것을 특징으로 하는 라이트 빔의 파면을 분석하는 시스템.