KR101219384B1 - 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 - Google Patents

편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광된 광을 발생시키는 광 발생부와, 상기 광 발생부에 의해 발생된 광이 통과되는 아이솔레이터(isolator)와, 상기 아이솔레이터를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 분할하여 측정 샘플로 조사하는 광 분할기(beam splitter)와, 상기 측정 샘플에 조사된 후 반사되는 광을 검출하는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 파면 오차 측정장치의 광로 상에 반 파장판 및 사분의 일 파장판을 선택적으로 배치함으로써 선편광 및 원평광된 광을 측정 샘플에 모두 조사하여 측정할 수 있게 되어 측정 샘플의 정확한 파면 오차를 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 {WAVEFRONT ERROR MEASUREMENT DEVICE SENSITIVE TO POLARIZATION EFFECT AND MEASUREMENT METHOD USING THE SAME}
본 발명은 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파면 오차 측정장치의 광로 상에 반 파장판 및 사분의 일 파장판을 선택적으로 배치함으로써 선편광 및 원평광된 광을 측정 샘플에 모두 조사하여 측정할 수 있게 되어 측정 샘플의 정확한 파면 오차를 측정할 수 있는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학기기의 핵심소자인 광학계나 광학면의 성능 측정을 하기 위해서는 간섭계나 WFS(wavefront sensor)와 같은 파면 오차(wavefront error) 측정장비를 이용한다.
이들 측정장비들은 측정원리는 서로 다르지만 광학계의 파면 오차를 측정할 수 있도록 장비 내부에 광원(source)과 광 검출소자(detector)를 갖추고 있으며, 측정 대상이 되는 광학계의 제조 및 정렬 상태에 다른 광학 성능을 측정할 수 있다는 공통점이 있다.
상기와 같은 파면 오차 측정장비 중 WFS는, 도 1에 도시된 바와 같이, 편광된 광을 발생시키는 광원(10)과, 광원(10)에서 발생된 광을 집광시키는 집광렌즈(20)와, 집광된 광을 분할하는 편광 분할기(polarizing beam splitter)(30)와, 분할된 광의 편광상태를 변화시켜 측정 샘플(50)로 조사하는 사분의 일 파장판(quarter wave plate)(40)과, 측정 샘플(50)에 조사된 후 반사되는 광을 검출하는 광 검출기(60)으로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래 WFS의 작동을 도 2를 참조하여 살펴보면, 먼저 광원(10)이 ①의 y축 방향으로 선편광된 광을 발생시키면 집광렌즈(20)가 이를 전달받아 집광한다.
그 후, 집광된 광은 편광 분할기(30)에 의해 분할되고, 분할된 광은 사분의 일 파장판(40)을 통과하면서 ②의 시계방향 원편광으로 변화되어 측정 샘플(50)에 조사된다.
조사된 광은 ②의 반 시계방향 원편광으로 측정 샘플(50)에 의해 반사되고, 반사된 광은 사분의 일 파장판(40)을 통과하면서 ③의 x축 방향으로 선편광된 광으로 변화된다.
여기서, 사분의 일 파장판(40)은 선편광과 원편광을 서로 전환할 때 사용되는 것으로, 주로 석영판 또는 운모판으로 마련된다.
그 후, 사분의 일 파장판(40)을 통과한 광은 편광 분할기(30)를 거쳐 광 검출기(60)로 도달되어 검출됨으로써 측정 샘플(50)의 파면 오차를 측정하게 된다.
이때 사용되는 광검출기는 WFS에서 일반적으로 사용되는 Shack-Hartmann 센서를 사용하게 된다. Shack-Hartmann 센서는 광검출기 앞에 마이크로 렌즈 어레이가 배열되는 형태로 구성되어 있으며, 일반적으로 널리 사용되는 소자이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 WFS는 그 구성상 측정 샘플(50)과 실제 접촉하고 반사되는 광이 원편광된 광뿐이므로, 측정 샘플(50)에 편광 의존성이 민감한 코팅처리가 되어 있을 경우 측정 샘플(50)에서 편광상태에 따른 반사율 차이가 발생되고 측정장비 내부에 있는 편광소자에 의한 광원감소 효과를 유발하게 되어 정확한 파면 오차를 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 파면 오차 측정장치의 광로 상에 반 파장판 및 사분의 일 파장판을 선택적으로 배치함으로써 선편광 및 원평광된 광을 측정 샘플에 모두 조사하여 측정할 수 있게 되어 측정 샘플의 정확한 파면 오차를 측정할 수 있는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 편광된 광을 발생시키는 광 발생부와, 상기 광 발생부에 의해 발생된 광이 통과되는 아이솔레이터(isolator)와, 상기 아이솔레이터를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 분할하여 측정 샘플로 조사하는 광 분할기(beam splitter)와, 상기 측정 샘플에 조사된 후 반사되는 광을 검출하는 광 검출기에 의해 달성된다.
또한, 상기 광 발생부와 광 분할기의 사이에 배치되되, 구동수단에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 반 파장판(half wave palte)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 분할기와 측정 샘플의 사이에 배치되되, 구동수단에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 사분의 일 파장판(quarter wave plate)를 더 포함할 수 있다.
또한, 광 발생부에 의해 편광된 광을 발생시키는 단계와, 광 발생부에 의해 발생된 광이 아이솔레이터를 통과하는 단계와, 아이솔레이터를 통과한 광이 집광렌즈에 의해 집광되는 단계와, 집광된 광이 광 분할기에 의해 분할되어 측정 샘플로 조사되는 단계와, 측정 샘플로 조사된 광이 측정 샘플에 의해 반사되는 단계와, 반사된 광이 광 분할기를 통해 광 검출기로 도달되는 단계와, 광 검출기에 도달된 광을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계(c) 후, 구동수단에 의해 반 파장판이 광 발생부와 광 분할기의 사이에 배치되는 단계와, 집광된 광의 편광상태를 반 파장판에 의해 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계(d) 후, 구동수단에 의해 사분의 일 파장판이 광 분할기와 측정샘플 사이에 배치되는 단계와, 분할된 광의 편광상태를 사분의 일 파장판에 의해 변화시키는 단계와, 상기 단계(e) 후, 반사된 광의 편광상태를 사분의 일 파장판에 의해 변화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 파면 오차 측정장치의 광로 상에 반 파장판 및 사분의 일 파장판을 선택적으로 배치함으로써 선편광 및 원평광된 광을 측정 샘플에 모두 조사하여 측정할 수 있게 되어 측정 샘플의 정확한 파면 오차를 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 구성도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 각 측정방법에 대한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 편광된 광을 발생시키는 광 발생부(100)와, 광 발생부(100)에 의해 발생된 광이 통과되는 아이솔레이터(isolator)(200)와, 아이솔레이터(200)를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈(300)와, 집광렌즈(300)에 의해 집광된 광을 분할하여 측정 샘플(800)로 조사하는 광 분할기(beam splitter)(400)와, 측정 샘플(800)에 조사된 후 반사되는 광을 검출하는 광 검출기(500)으로 구성된다.
여기서, 광 발생부(100), 아이솔레이터(200), 집광렌즈(300), 광 분할기(400) 및 광 검출기(500)는 일반적으로 널리 사용되는 것으로 자세한 설명은 생략한다.
또한, 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 구동수단(610)에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 반 파장판(half wave plate)(600)이 설치된다.
반 파장판(600)은 선편광 상태의 광을 90°틀어진 선평광 상태의 광으로 변화시키는 것으로, 일반적으로 널리 사용되므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 구동수단(610)은 반 파장판(600)과 연결되는 스텝모터로 구성되어 스텝모터의 구동에 따라 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치되거나 제거된다.
본 실시예에서는 구동수단(610)을 스텝모터로 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 반 파장판(600)을 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치시키거나 제거시킬 수 있는 모든 수단을 포함한다.
또한, 본 실시예에서는 반 파장판(600)이 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치되는 것으로 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 광 발생부(100)와 광 분할기(400) 사이 어느 영역에나 배치될 수 있다.
예를 들어 설명하면, 반 파장판(600)은 광 발생부(100)와 아이솔레이터(200)의 사이 또는 아이솔레이터(200)와 집광렌즈(300)의 사이에도 배치될 수 있다.
왜냐하면, 반 파장판(600)은 광 발생부(100)에서 발생된 광이 광 분할기(400)로 보내지는 과정에서 광의 편광상태를 변화시키는 것이 주된 역할이므로, 광 발생부(100)와 광 분할기(400)의 사이에만 배치되면 되기 때문이다.
한편, 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 구동수단(710)에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 사분의 일 파장판(quarter wave plate)이 설치된다.
사분의 일 파장판(700)은 선편광과 원편광을 서로 전환할 때 사용되는 것으로, 일반적으로 널리 사용되므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 구동수단(710)은 사분의 일 파장판(700)과 연결되는 스텝모터로 구성되어 스텝모터의 구동에 따라 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 배치되거나 제거된다.
본 실시예에서는 구동수단(710)을 스텝모터로 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 사분의 일 파장판(700)을 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 배치시키거나 제거시킬 수 있는 모든 수단을 포함한다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 측정방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 제1 측정방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광 발생부(100)가 편광된 광(①의 y축 방향으로 선편광된 광)을 발생시키면, 발생된 빛은 아이솔레이터(200)와 집광렌즈(300)를 차례로 통과하여 집광되고, 집광된 광은 광 분할기(400)로 전달된다.
이때, 반 파장판(600)은 구동수단(610)에 의해 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치되지 않으므로, 광은 ①의 y축 방향으로 선편광된 상태로 광 분할기(400)로 전달된다.
광 분할기(400)로 전달된 광은 광 분할기(400)에 의해 분할되어 측정 샘플(800)로 조사된다.
이때, 사분의 일 파장판(700)은 구동수단(710)에 의해 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 배치되지 않으므로, 광은 ②의 y축 방향 그대로 선평광된 상태를 유지한다.
그 후, 측정 샘플(800)에 의해 반사된 광은 측정 샘플(800)의 반사에 의해 ③의 x축 방향으로 선편광된 상태로 변화되고, 반사된 광은 광 분할기(400)를 거쳐 광 검출기(500)로 도달되어 검출됨으로써 측정 샘플(800)의 파면 오차를 측정하게 된다.
이때, 아이솔레이터(200)에 의해 반사된 광이 광 발생부(100) 측으로 전달되는 것을 방지하여 반사된 광의 전부가 광 검출기(500)로 도달될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 제2 측정방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광 발생부(100)가 편광된 광(①의 y축 방향으로 선편광된 광)을 발생시키면, 발생된 빛은 아이솔레이터(200)와 집광렌즈(300)를 차례로 통과하여 집광되고, 집광된 광은 광 분할기(400)로 전달된다.
이때, 반 파장판(600)은 구동수단(610)에 의해 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치되므로, 집광된 광이 반 파장판(600)을 통과함에 따라 광은 ①의 x축 방향으로 선편광된 상태로 변화되어 광 분할기(400)로 전달된다.
광 분할기(400)로 전달된 광은 광 분할기(400)에 의해 분할되어 측정 샘플(800)로 조사된다.
이때, 사분의 일 파장판(700)은 구동수단(710)에 의해 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 배치되지 않으므로, 편광된 광은 ②의 x축 방향 그대로 선평광된 상태를 유지한다.
그 후, 측정 샘플(800)에 의해 반사된 광은 측정 샘플(800)의 반사에 의해 ③의 y축 방향으로 선편광된 상태로 변화되고, 반사된 광은 광 분할기(400)를 거쳐 광 검출기(500)로 도달되어 검출됨으로써 측정 샘플(800)의 파면 오차를 측정하게 된다.
이때, 아이솔레이터(200)에 의해 반사된 광이 광 발생부(100) 측으로 전달되는 것을 방지하여 반사된 광의 전부가 광 검출기(500)로 도달될 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명에 따른 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치의 제3 측정방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 광 발생부(100)가 편광된 광(①의 y축 방향으로 선편광된 광)을 발생시키면, 발생된 빛은 아이솔레이터(200)와 집광렌즈(300)를 차례로 통과하여 집광되고, 집광된 광은 광 분할기(400)로 전달된다.
이때, 반 파장판(600)은 구동수단(610)에 의해 집광렌즈(300)와 광 분할기(400)의 사이에 배치되지 않으므로, 광은 ①의 y축 방향으로 선편광된 상태로 광 분할기(400)로 전달된다.
광 분할기(400)로 전달된 광은 광 분할기(400)에 의해 분할되어 측정 샘플(800)로 조사된다.
이때, 사분의 일 파장판(700)은 구동수단(710)에 의해 광 분할기(400)와 측정 샘플(800)의 사이에 배치되므로, 광이 사분의 일 파장판(700)을 통과함에 따라 광은 ②의 시계방향 원편광으로 변화되어 측정 샘플(800)에 조사된다.
그 후, 측정 샘플(800)에 의해 반사된 광은 측정 샘플(800)의 반사에 의해 ②의 반 시계방향 원편광 상태로 변화되고, 광은 사분의 일 파장판(700)을 재차 통과함으로써 ③의 x축 방향으로 선편광된 상태로 광 분할기(400)를 거쳐 광 검출기(500)로 도달되어 검출됨으로써 측정 샘플(800)의 파면 오차를 측정하게 된다.
이때, 아이솔레이터(200)에 의해 반사된 광이 광 발생부(100) 측으로 전달되는 것을 방지하여 반사된 광의 전부가 광 검출기(500)로 도달될 수 있다.
상기와 같은 3가지의 방법을 모두 수행하여 측정 샘플(800)의 파면 오차를 측정하게 되면, x축 y축 각각의 방향으로 선평광된 광과, 원편광된 광을 모두 이용하여 측정 샘플(800)의 파면 오차를 측정하기 때문에, 측정 샘플(800)에 편광 의존성이 민감한 코팅처리가 되어 있더라도 측정 샘플(800)의 정확한 파면 오차를 측정할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
10 : 광원 20 : 집광렌즈
30 : 편광 분할기 40 : 사분의 일 파장판
50 : 측정 샘플 60 : 광 검출기
100 : 광 발생부 200 : 아이솔레이터
300 : 집광렌즈 400 : 광 분할기
500 : 광 검출기 600 : 반 파장판
610 : 구동부 700 : 사분의 일 파장판
710: 구동부 800 : 측정 샘플

Claims (6)

  1. 광학계나 광학면의 성능 측정을 하기 위한 WFS(wavefront sensor) 파면 오차 측정장치에 있어서,
    편광된 광을 발생시키는 광 발생부와;
    상기 광 발생부에 의해 발생된 광이 통과되는 아이솔레이터(isolator)와;
    상기 아이솔레이터를 통과한 광을 집광하는 집광렌즈와;
    상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 분할하여 측정 샘플로 조사하는 광 분할기(beam splitter)와;
    상기 측정 샘플에 조사된 후 반사되는 광을 검출하는 광 검출기와;
    상기 광발생부와 광 분할기의 사이에 배치되되, 구동수단에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 반 파장판(half wave palte)을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광 분할기와 측정 샘플의 사이에 배치되되, 구동수단에 의해 선택적으로 배치되어 광의 편광상태를 변화시키는 사분의 일 파장판(quarter wave plate)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치.
  4. 광학계나 광학면의 성능 측정을 하기 위한 WFS(wavefront sensor) 파면 오차 측정장치를 이용한 측정방법에 있어서,
    (a) 광 발생부에 의해 편광된 광을 발생시키는 단계와;
    (b) 광 발생부에 의해 발생된 광이 아이솔레이터를 통과하는 단계와;
    (c) 아이솔레이터를 통과한 광이 집광렌즈에 의해 집광되는 단계와;
    (d) 집광된 광이 광 분할기에 의해 분할되어 측정 샘플로 조사되는 단계와;
    (e) 측정 샘플로 조사된 광이 측정 샘플에 의해 반사되는 단계와;
    (f) 반사된 광이 광 분할기를 통해 광 검출기로 도달되는 단계와;
    (g) 광 검출기에 도달된 광을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치를 이용한 측정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(c) 후,
    (h) 구동수단에 의해 반 파장판이 광발생부와 광 분할기의 사이에 배치되는 단계와;
    (i) 집광된 광의 편광상태를 반 파장판에 의해 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치를 이용한 측정방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단계(d) 후,
    (j) 구동수단에 의해 사분의 일 파장판이 광 분할기와 측정샘플 사이에 배치되는 단계와;
    (k) 분할된 광의 편광상태를 사분의 일 파장판에 의해 변화시키는 단계와;
    상기 단계(e) 후,
    (l) 반사된 광의 편광상태를 사분의 일 파장판에 의해 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광효과에 민감한 파면 오차 측정장치를 이용한 측정방법.
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