KR101806049B1 - Method for light wavefront curvature measuring - Google Patents

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이석목
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Abstract

The present invention relates to a method for measuring a curvature radius of a wave front of light and, specifically, to a method for measuring a curvature radius of a wave front of light emitted from a light source. According to the present invention, a curvature radius measuring device includes: the light source; a diffraction grid spaced from the light source; and an image measuring device measuring an image of the light source passing through the diffraction grid by being spaced from the diffraction grid. The method for measuring a curvature radius of a wave front of light by using the curvature radius measuring device includes: a) a step of changing a distance between the diffraction grid and the image measuring device until the light passes through the diffraction grid and a formed diffracted pattern is shown in a same shape as that of the diffraction grid after the light is emitted from the light source, and measuring a period (p) of the diffracted pattern; b) a step of moving the image measuring device or the diffraction grid; c) a step of measuring the changed diffracted pattern by using the image measuring device after the image measuring device or the diffraction grid moves, and measuring one among the period (p) of the changed diffracted pattern, a moving distance (Sz) of the diffraction grid, and a distance change amount (Dz) between the diffraction grid and the image measuring device; and d) a step of repeating the step b) and the step c) n times (n is a whole number) and calculating a wave front curvature radius (z_0_) by using one or more data among the measured n number of the period (p) of the diffracted pattern, the moving distance (Sz) of the diffraction grid, and the distance change amount (Dz) between the diffraction grid and the image measuring device.

Description

광의 파면 곡률 반지름 측정 방법{Method for light wavefront curvature measuring}[0001] The present invention relates to a method for measuring a wavefront curvature radius,

본 발명은 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 발광되는 광의 파면이 갖는 곡률 반지름을 측정하고 이를 이용하여 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring a radius of curvature of a light, and more particularly, to a method of measuring a radius of curvature of a light by measuring a radius of curvature of a wavefront of light emitted from a light source.

파면 센서는 광학계를 통과한 광의 파면이 이상적인 구면파와의 차이에 의한 수차를 측정하는 장비 또는 부품을 뜻하며, 대표적인 장비로 간섭계(Interferometer)를 들 수 있다. The wavefront sensor is a device or part for measuring the aberration caused by the difference between the wavefront of the light passing through the optical system and the ideal spherical wave. An interferometer is a typical device.

간섭계는 빛의 파장 단위로 측정하는 기기로, 고가의 비용과 장비의 설치 및 관리가 어려워 쉽게 사용할 수 없는 단점을 갖고 있다. 따라서, 간섭계보다 정밀도가 낮지만 비용이나 관리적인 면에서 장점을 갖는 샥 하트만 파면 센서(Shack-Hartmann wavefront sensor)가 사용되고 있다. An interferometer is a device that measures in terms of wavelength of light. It has a disadvantage that it is not easy to use because it is expensive and expensive to install and manage equipment. Therefore, a Shack-Hartmann wavefront sensor, which is less accurate than an interferometer but has advantages in terms of cost and management, is being used.

상기와 같은 간섭계와 샥 하트만 파면 센서는 파면의 수차를 측정하기 위해 먼저 측정하고자 하는 광을 콜리메이터(collimator)를 통해 평면파로 만들어야 하는 문제점을 갖고 있을뿐 만 아니라, 평면파를 만드는 콜리메이터의 완벽성에 따라 측정 결과 역시 달라질 수 있는 단점을 갖고 있다.In order to measure the wavefront aberration, the interferometer and the Hartmann wavefront sensor have a problem that the light to be measured is first made into a plane wave through a collimator, The result also has the disadvantage that it can be changed.

이런 문제점을 원천적으로 제거하기 위해서는 광원에서 나오는 빛을 그대로 사용하며 보조 광학계를 전혀 사용하지 않는 것이다. 이런 방법에 가장 근접한 방법 중 하나는 단순히 회절격자를 이용하는 것이다.In order to eliminate such a problem, the light from the light source is used as it is, and the auxiliary optical system is not used at all. One of the closest approaches to this approach is to use a diffraction grating.

도 1은 종래의 회절격자를 이용한 기술에 따른 파면 수차 측정을 설명하는 도면이다. 1 is a view for explaining a wavefront aberration measurement according to a conventional technique using a diffraction grating.

도 1을 참조하면, 소정의 위치에 광원(2)이 배치되고, 광원(2)과 소정 거리 이격된 위치에 회절 격자(3)가 배치된다.Referring to FIG. 1, a light source 2 is disposed at a predetermined position, and a diffraction grating 3 is disposed at a position separated from the light source 2 by a predetermined distance.

도 1에서, 광원(2)은 소정의 발광원에서 발광되어 확산되는 광을 콜리메이터를 통해 평면파로 만든 후 출광한다. In FIG. 1, the light source 2 emits light emitted from a predetermined light emitting source into a plane wave through a collimator, and then outputs the light.

광원(2)에서 출광된 광은 소정의 회절격자(3)를 통과하여 소정의 평면상에 영상(I)을 형성한다. 여기서, 영상(I)은 회절격자의 회절 무늬 형태이다. 회절 무늬는 회절격자 너머로 후속으로 반복되는 평면들에서 계속 생성되고, 이는 "탈보트 효과(Talbot Effect)"라고 한다. The light emitted from the light source 2 passes through a predetermined diffraction grating 3 to form an image I on a predetermined plane. Here, the image (I) is a diffraction pattern of the diffraction grating. The diffraction grating continues to be generated in successive repeated planes beyond the diffraction grating, which is called the "Talbot Effect ".

사용자는 소정의 평면상에 형성된 회절 무늬에 대하여 파면 센서 등을 사용하여 필요로 하는 측정을 실시한다. The user performs a necessary measurement using a wavefront sensor or the like for a diffraction pattern formed on a predetermined plane.

여기서, 회절격자(3)를 통과하여 초점을 맺은 이미지는 탈보트 회절 이미지이다. Here, the focused image passing through the diffraction grating 3 is a talbot diffraction image.

여기서, 초점상의 영상이 회절격자(3)의 형태와 동일한 경우, 이를 탈보트 셀프 이미지(Talbot self image)라 하고, 이때의 회절격자(3)와 영상(I)간의 거리(a)를 탈보트 거리(Talbot distance)라고 한다. Here, if the image on the focal point is the same as the shape of the diffraction grating 3, this is called a Talbot self image, and the distance a between the diffraction grating 3 and the image I at this time is referred to as Talbot distance Talbot distance.

여기서, 탈보트 거리(Talbot distance)는 다음의 [수학식 1]에 의해 구할 수 있다. Here, the Talbot distance can be obtained by the following equation (1).

Figure 112016117460426-pat00001
Figure 112016117460426-pat00001

(p는 회절격자의 간격, λ는 빛의 파장)(p is the spacing of the diffraction grating, and lambda is the wavelength of light)

탈보트 거리는 빛의 파면이 평면인 경우에는 상기한 [수학식 1]에 의해 환산가능하지만, 빛의 파면이 곡면인 경우에는 파면의 곡률반지름을 이용하여 탈보트 거리를 예상하여야 한다. 빛의 파면이 곡면인 경우에는 빛의 파면이 평면인 경우의 식을 이용하여 근사값을 구할 뿐 정확한 탈보트 거리를 구하지 못하는 문제점이 있으며, 이에 따라 정확한 탈보트 거리를 알 수 없음으로써 빛의 파면 곡률반지름을 측정하기가 어렵다는 문제점이 발생한다. 또한, 회절격자와 영상측정기 사이의 실제거리와 측정치의 오차 및 회절무늬의 주기결정에 있어서의 오차가 있는 경우, 모두 파면의 곡률반지름에 영향을 주어 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다. The Talbot distance can be converted by Equation (1) above when the wavefront of the light is plane. However, if the wavefront of the light is a curved surface, the Talbot distance should be estimated using the radius of curvature of the wavefront. If the wavefront of the light is a curved surface, the approximate value can be obtained by using the equation when the wavefront of the light is flat, but there is a problem that the accurate Talbot distance can not be obtained. Accordingly, the accurate Talbot distance is not known, There arises a problem that measurement is difficult. In addition, when there is an error in the determination of the actual distance between the diffraction grating and the image measuring device, the measurement error, and the determination of the period of the diffraction pattern, there is a problem that the accuracy is deteriorated by affecting the radius of curvature of the wavefront.

본 발명에 대한 선행기술로는 등록특허 10-0996739호를 예시할 수 있다. As a prior art to the present invention, it is possible to exemplify the registered patent 10-0996739.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 탈보트 거리를 모른다는 가정하에서도 파면의 곡률반지름을 얻을 수 있는 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of measuring a radius of curvature of a waveguide of a light, which can obtain a radius of curvature of a wavefront even under the assumption that the Talbot distance is unknown.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광원과, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되는 회절격자와, 상기 회절격자와 이격되어 배치되어 상기 회절격자를 통과한 광원의 영상을 측정하는 영상측정기를 포함하는 곡률 반지름 측정장치를 이용하는 광의 파면 곡률 반지름 측정방법에 있어서, a) 광원에서 광이 발광되도록 한 후, 광이 회절격자(Grating)을 통과하고 발현시키는 회절무늬가 상기 회절격자와 동일한 모양으로 나타날 때까지 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리를 변화시키고, 상기 회절무늬의 주기(p')를 측정하는 단계; b) 상기 영상측정기 또는 상기 회절격자를 이동하는 단계; c) 상기 영상측정기 또는 상기 회절격자의 이동 후, 변화된 회절무늬를 상기 영상측정기로 측정하고, 변화된 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz) 중 하나 이상을 측정하는 단계; d) 상기 b),c) 단계를 n회(n은 정수) 반복하고, 측정된 n개의 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz) 중 하나 이상의 데이터를 이용하여, 광의 파면 곡률반지름(z0)을 산출하는 단계를 포함하는 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including a light source, a diffraction grating disposed apart from the light source, and an image measuring device disposed apart from the diffraction grating and measuring an image of a light source passing through the diffraction grating Wherein the diffraction grating has the same shape as the diffraction grating through which the light passes through the diffraction grating after the light is emitted from the light source, Changing the distance between the diffraction grating and the image measuring device until the period (p ') of the diffraction grating is measured; b) moving the image measuring device or the diffraction grating; c) measuring a changed diffraction pattern after the movement of the image measuring instrument or the diffraction grating is measured by the image measuring instrument, calculating a period (p ') of the diffraction grating, a moving distance (Sz) of the diffraction grating, A distance change Dz between the first and second electrodes; d) repeating the steps b) and c) n times (n is an integer) and calculating the period (p ') of the n diffraction gratings measured, the moving distance Sz of the diffraction grating, And calculating a wavefront curvature radius (z o ) of the light by using at least one of the distance change amount (Dz) of the light amount and the distance change amount (Dz) of the light amount.

상기 b)단계는, 상기 영상측정기를 상기 회절무늬가 상기 회절격자 모양과 동일하게 되는 위치까지 이동하는 단계 및, 상기 영상측정기와 상기 회절격자를 동시에 일정간격 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. The step b) may include moving the image measuring device to a position where the diffraction grating is the same as the diffraction grating shape, and moving the image measuring device and the diffraction grating at a predetermined interval.

상기 d)단계는, [수학식 2]를 이용하여, 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 산출하는 단계일 수 있다. The step d) may be a step of calculating the period p of the diffraction grating, the radius of curvature of the wavefront of the light z 0 , and the initial distance d 0 of the diffraction grating and the image measuring device using the equation 2 have.

[수학식 2]&Quot; (2) "

p’이론=p(1-(d0+Dz)/(z0+Sz))p 'theory = p (1- (d 0 + Dz) / (z 0 + Sz))

p': 탈보트 회절무늬의 주기 p ': period of Talbot diffraction pattern

p : 회절격자의 격자 주기p: grating period of the diffraction grating

d0 : 회절격자와 영상측정기의 초기거리d 0: initial distance of diffraction grating and image measuring instrument

dz : 회절격자와 영상측정기 사이의 거리변화dz: distance between diffraction grating and imager

z0 : 광의 파면 곡률반지름z 0 : radius of curvature of wavefront of light

Sz : 회절격자의 이동거리Sz: Moving distance of the diffraction grating

상기 d)단계에서 비선형최소자승법이 사용될 수 있으며, 상기 비선형최소자승법은, 측정을 통해 얻은 실험적인 회절무늬(p')의 주기들과 수학식 2를 통해 얻은 이론적인 회절무늬의 주기(p'이론)들의 차이가 최소가 되는 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 얻는 수치적인 방법일 수 있다. The nonlinear least squares method can be used in the step d), wherein the nonlinear least squares method is a method in which the periods of the experimental diffraction grating (p ') obtained through measurement and the theoretical period of the diffraction grating (p' the difference of the theoretical) of obtaining the initial distance (d 0) of the diffraction grating period (p), the light wave-front radius of curvature (z 0) and the diffraction grating and the image of the meter is minimum can be a numerical method.

상기 광원의 출광부는 공간 필터(Spatial filter)를 포함할 수 있다. The light emitting portion of the light source may include a spatial filter.

상기와 같은 본 발명은, 탈보트거리에 대한 정보 없이도 광원에서 발광되는 광을 회절격자를 통해 촬영한 회절무늬 및 비선형최소자승법을 이용하여 광의 파면이 갖는 정확한 곡률 반지름을 측정할 수 있다는 장점을 가진다. The present invention has the advantage that the accurate radius of curvature of the wavefront of light can be measured using the diffraction pattern and the nonlinear least squares method in which the light emitted from the light source is photographed through the diffraction grating, without information on the Talbot distance.

도 1은 종래의 기술에 따른 파면 수차 측정을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파면 반지름 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파면 반지름 측정 방법의 흐름도이다.1 is a view for explaining wavefront aberration measurement according to a conventional technique.
2 is a view illustrating a configuration of a wavefront radius measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart of a wavefront radius measurement method according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파면 곡률반지름 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing a configuration of a wavefront curvature radius measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파면 곡률 측정 장치(100)는 광원(110), 회절격자(120) 및 영상측정기(130)를 포함한다. 2, an apparatus 100 for measuring a wavefront curvature according to an embodiment of the present invention includes a light source 110, a diffraction grating 120, and an image measurer 130.

상기 광원(110)은 소정의 광을 발광한다. 이때, 광원(110)에서 발광되는 광은 헬륨-네온 레이저(He-Ne laser)일 수 있으며, 파장은 0.6328 ㎛ 일 수 있다. The light source 110 emits a predetermined light. At this time, the light emitted from the light source 110 may be a He-Ne laser, and the wavelength may be 0.6328 mu m.

또한, 광원(110)의 출광부 상에는 소정의 공간 필터(Spatial filter)를 배치하여 레이저광을 사용자가 필요로 하는 광원의 형태로 형성할 수도 있다. 여기서, 공간 필터는 현미경의 대물렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 광원의 출광부에는 직경 5 ㎛의 핀홀(pinhole)이 형성될 수 있다.In addition, a predetermined spatial filter may be disposed on the light emitting unit of the light source 110 to form laser light in the form of a light source required by the user. Here, the spatial filter may include an objective lens of a microscope. A pinhole having a diameter of 5 占 퐉 may be formed in the light emitting portion of the light source.

사용자는 회절격자(120)와 영상측정기(130)를 준비한다.The user prepares the diffraction grating 120 and the image measurer 130.

상기 회절격자(Grating)(120)는 광원(110)과 소정 거리 이격되어 배치되되, 상기 광원과 상기 영상측정기(130) 사이에 배치된다. 본 실시예에서, 회절격자(120)는 광원(110)의 전방(도면에서 우측)으로 약 116mm 이격된 위치에 배치될 수 있다. The diffraction grating 120 is disposed between the light source 110 and the image measuring device 130 at a predetermined distance from the light source 110. In this embodiment, the diffraction grating 120 may be disposed at a position spaced about 116 mm from the front of the light source 110 (right side in the figure).

상기 회절격자(120)는 소정의 면적을 갖는 투명한 평판 형태로서, 소정의 폭을 갖는 격자가 일정한 간격으로 표시되어 있다. 본 실시예에서는 미국 에드몬드(Edmund)사에서 제작한 회절격자(제품번호 #58-777)를 사용하기로 한다. 사용되는 회절격자는 한 변의 길이가 25 mm인 정사각형 면적에 0.05mm 간격으로 격자가 표시되어 있다. 사용자의 필요에 따라 다른 규격의 회절격자를 사용할 수도 있다. The diffraction grating 120 is in the form of a transparent flat plate having a predetermined area, and gratings having a predetermined width are displayed at regular intervals. In this embodiment, a diffraction grating (product number # 58-777) manufactured by Edmund, USA is used. The diffraction grating used is a square area of 25 mm in length on one side and a grid in 0.05 mm intervals. Different gratings of different sizes may be used depending on the needs of the user.

상기 영상측정기(130)는 회절격자(120)에 이격되어 배치되며, 상기 영상측정기는 상기 회절격자를 통과한 광의 회절무늬를 측정한다. 본 실시예에서, 상기 영상측정기는 1024x1280의 화소수를 갖는 CMOS 소자를 사용하는 디지털 카메라로서, 8비트(bit) 심도를 갖는 256 레벨의 흑백 촬영물을 출력한다. 사용되는 디지털 카메라의 화소수와 심도는 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다. The image measuring device 130 is spaced apart from the diffraction grating 120, and the image measuring device measures the diffraction pattern of the light passing through the diffraction grating. In the present embodiment, the image measuring device is a digital camera using a CMOS device having a pixel number of 1024x1280, and outputs 256-level black and white photographs having 8-bit depth. The number and depth of pixels of the digital camera to be used can be changed according to the needs of the user.

상기 영상측정기(130)는 회절격자(120)와 소정 거리로 이격되어 배치된다. 여기서, 상기 영상측정기(130)와 회절격자(120)의 이격거리는 8.18mm 일 수 있다. The image measuring device 130 is spaced apart from the diffraction grating 120 by a predetermined distance. Here, the separation distance between the image measuring device 130 and the diffraction grating 120 may be 8.18 mm.

상기 광원(110), 회절격자(120) 및 영상측정기(130)는 이동 스테이지(102) 상에 소정의 지지대를 이용하여 배치되어 있고, 이동 스테이지(102) 상에서 상기 영상측정기(130)과 회절격자(120)는 그 위치가 변경될 수 있다. 여기서, 광원(110), 회절격자(120) 및 영상측정기(130)는 0.01mm 의 이동 정밀도를 갖는 마이크로미터(micro meter)의 조절에 의해 이동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. The light source 110, the diffraction grating 120 and the image measuring device 130 are arranged on the moving stage 102 using a predetermined support and the image measuring device 130 and the diffraction grating 130, (120) can be changed in position. Here, the light source 110, the diffraction grating 120, and the image measuring device 130 are preferably configured to be movable by adjusting a micrometer having a movement accuracy of 0.01 mm.

이와 같은 광의 파면 곡률 반지름을 측정하는 장비를 이용하여, 다음과 같이 광의 파면 곡률 반지름을 측정한다. Using such a device to measure the radius of curvature of the light, the radius of curvature of the wavefront of the light is measured as follows.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 파면 반지름 측정 방법의 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart of a wavefront radius measurement method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파면 반지름 측정 방법은 a) 회절무늬 측정 및 상기 회절무늬이 주기를 측정하는 단계(S100), b) 영상측정기 또는 회절격자를 이동하는 단계(S200), 회절무늬의 주기(p'), c) 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz)을 측정하는 단계(S300), d) 측정된 n개의 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량에 기초하여, 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 산출하는 단계(S400)를 포함한다. Referring to FIG. 3, a method for measuring a wavefront radius according to the present invention includes the steps of: a) measuring a diffraction pattern and measuring a period of the diffraction pattern; b) moving an image measuring device or a diffraction grating (S200) (D) measuring a distance (d ') between the diffraction grating and the image measuring instrument, (d) measuring a period (p') of the measured n diffraction gratings (p) of the diffraction grating, the radius of curvature of the wavefront (z 0 ) of the light, and the diffraction grating and the image of the diffraction grating, on the basis of the diffraction grating movement distance Sz, the movement distance Sz of the diffraction grating, And calculating an initial distance d 0 of the measuring instrument (S400).

사용자는 이동 스테이지상에서 영상측정기(130)를 이동시키며, 상기 영상측정기에서 측정된 회절무늬의 주기(p') 및 영상측정기의 이동거리(Dz)를 측정한다.The user moves the image measuring device 130 on the moving stage and measures the period (p ') of the diffraction pattern measured by the image measuring device and the moving distance (Dz) of the image measuring device.

상기 영상측정기는, 상기 영상측정기에서 측정되는 회절무늬가 회절격자(120)의 격자 모양과 동일한 모양으로 나타날 때까지 이동된다. 즉, 사용자는 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리가 탈보트 거리와 유사하게 될 때 까지 상기 영상측정기를 이동시키며, 그 때의 회절무늬의 주기(p')를 측정한다.(S100) The image measuring device is moved until the diffraction grating measured by the image measuring device appears in the same shape as the grating of the diffraction grating 120. That is, the user moves the image measuring unit until the distance between the diffraction grating and the image measuring unit becomes similar to the Talbot distance, and measures the period (p ') of the diffraction grating at that time.

상기 회절무늬의 주기를 측정한 후, 상기 영상측정기를 다시 이동시킨다.(S200) 상기 영상측정기는, 상기 영상측정기에서 측정되는 회절무늬가 회절격자(120)의 격자 모양과 동일한 모양으로 다시 나타날 때까지 이동된다. 상기 영상측정기의 이동이 종료되면, 상기 회절무늬의 주기(p') 및, 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리변화량(Dz)을 측정한다.(S300)After the period of the diffraction grating is measured, the image measuring instrument is moved again (S200). In the image measuring instrument, when the diffraction grating measured by the image measuring instrument appears again in the same shape as the grating of the diffraction grating 120 . When the movement of the image measuring instrument is completed, the period (p ') of the diffraction grating and the distance variation (Dz) between the diffraction grating and the image measuring instrument are measured (S300)

다음으로, 상기 영상측정기에서 측정되는 회절무늬가 회절격자(120)의 격자 모양과 동일한 모양으로 나타난 상태에서 상기 영상측정기와 상기 회절격자의 간격을 고정시킨 상태로, 상기 영상측정기 및 상기 회절격자를 동시에 소정간격으로 함께 이동시킨다. 이를 위하여 본 실시예는 상기 회절격자와 영상측정기를 함께 이동시킬 수 있는 이동스테이지를 이용한다.Next, in a state where the diffraction grating measured by the image measuring device is in the same shape as the grating of the diffraction grating 120, the distance between the image measuring device and the diffraction grating is fixed, At the same time, they are moved together at a predetermined interval. To this end, the present embodiment uses a moving stage capable of moving the diffraction grating and the image measuring device together.

상기 영상측정기 및 상기 회절격자를 소정간격으로 이동시킨 후, 상기 영상측정기(130)는 변화된 회절무늬의 주기(p') 및 회절격자의 이동거리(Sz)를 측정한다.(S300) After moving the image measuring device and the diffraction grating at predetermined intervals, the image measuring device 130 measures the period (p ') of the changed diffraction grating and the moving distance Sz of the diffraction grating (S300).

상기 영상측정기 및 상기 회절격자를 다시 소정간격으로 이동시킨 후, 상기 영상측정기(130)는 변화된 회절무늬의 주기(p') 및 회절격자의 이동거리(Sz)를 측정한다. 이와 같은 영상측정기 및 회절격자의 이동, 그리고 변화된 회절무늬의 주기(p') 및 회절격자의 이동거리(Sz)를 측정하는 단계를 n회 반복 수행하고, 회절무늬의 주기(p') 및 회절격자의 이동거리(Sz)에 대한 데이터를 수집한다. After moving the image measuring device and the diffraction grating again at predetermined intervals, the image measuring device 130 measures the period (p ') of the diffraction grating and the movement distance Sz of the diffraction grating. The step of measuring the movement of the image measuring device and the diffraction grating, the period (p ') of the changed diffraction grating and the moving distance (Sz) of the diffraction grating are repeated n times and the period (p') and diffraction And collects data on the movement distance Sz of the grating.

상기 수집된 복수개의 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz)의 데이터를 이용하여 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 산출한다.(S400) The period (p) of the diffraction grating is calculated by using data of the collected period (p ') of the plurality of diffraction gratings, the movement distance (Sz) of the diffraction grating, and the distance variation amount (Dz) between the diffraction grating and the image measuring device, The wavefront curvature radius (z o ) of the light and the initial distance (d 0 ) of the diffraction grating and the image measuring device are calculated (S400)

본 실시예에서 상기 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)는 [수학식 2] 및 비선형최소자승법을 이용하여 산출한다. In the present embodiment, the period p of the diffraction grating, the radius of curvature of the wavefront of the light z 0 , and the initial distance d 0 of the diffraction grating and the image measuring device are calculated using Equation 2 and the nonlinear least squares method.

Figure 112016117460426-pat00002
Figure 112016117460426-pat00002

p': 탈보트 회절무늬의 주기 p ': period of Talbot diffraction pattern

p : 회절격자의 격자 주기p: grating period of the diffraction grating

d0 : 회절격자와 영상측정기의 초기거리d 0: initial distance of diffraction grating and image measuring instrument

Dz : 회절격자와 영상측정기 사이의 거리변화Dz: Distance change between diffraction grating and imager

z0 : 광의 파면 곡률반지름z 0 : radius of curvature of wavefront of light

Sz : 회절격자의 이동거리Sz: Moving distance of the diffraction grating

[수학식 2]에 기재된 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)의 가장 적절한 값을 얻는 데는 여러 가지 방법이 있으며 그 중 한 가지는 비선형최소자승법이다. There are various methods for obtaining the most appropriate values of the period (p) of the diffraction grating, the radius of curvature of the wavefront of the light (z 0 ) and the initial distance (d 0 ) of the diffraction grating and the image measuring instrument described in the formula (2) One is the nonlinear least squares method.

상기 비선형자승법은, 측정으로 통해 얻은 실험적인 회절격자들의 주기들과 [수학식 2]를 통하여 얻은 이론적인 회절격자의 주기들의 차이가 최소가 되는 3개의 변수값(회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0))을 구하는 수치적인 방법이다. The nonlinear square method includes three variable values (a period (p) of the diffraction grating, a period of the diffraction grating, and a period of the diffraction grating) in which the difference between the periods of the experimental diffraction gratings obtained through measurement and the theoretical diffraction gratings obtained through [ (Z 0 ) of the wavefront curvature of the light, and the initial distance (d 0 ) of the diffraction grating and the image measuring instrument).

상기 비선형자승법은 이미 알려진 공지의 방법이므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Since the nonlinear square method is a well-known method, a detailed description thereof will be omitted.

본 실시예에서 비선형최소자승값을 통하여 얻은 p, z0 및 d0 최적값은 각각 0.05mm, 116.56 mm, 8.182 mm 로 산출된다. In this embodiment, p, z 0 and d 0 optimum values obtained through the nonlinear least squares values are calculated as 0.05 mm, 116.56 mm, and 8.182 mm, respectively.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 파면 곡률 측정 장치 110: 광원
120: 회절격자 130: 영상측정기100: wavefront curvature measuring device 110: light source
120: diffraction grating 130: image measuring instrument

Claims (7)

광원과, 상기 광원으로부터 이격되어 배치되는 회절격자와, 상기 회절격자와 이격되어 배치되어 상기 회절격자를 통과한 광원의 영상을 측정하는 영상측정기를 포함하는 곡률 반지름 측정장치를 이용하는 광의 파면 곡률 반지름 측정방법에 있어서,
a) 광원에서 광이 발광되도록 한 후, 광이 회절격자(Grating)을 통과하고 발현시키는 회절무늬가 상기 회절격자와 동일한 모양으로 나타날 때까지 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리를 변화시키고, 상기 회절무늬의 주기(p')를 측정하는 단계;
b) 상기 영상측정기 또는 상기 회절격자를 이동하는 단계;
c) 상기 영상측정기 또는 상기 회절격자의 이동 후, 변화된 회절무늬를 상기 영상측정기로 측정하고, 변화된 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz) 중 하나 이상을 측정하는 단계;
d) 상기 b),c) 단계를 n회(n은 정수) 반복하고, 측정된 n개의 회절무늬의 주기(p'), 회절격자의 이동거리(Sz) 및 상기 회절격자와 상기 영상측정기 사이의 거리 변화량(Dz) 중 하나 이상의 데이터를 이용하여, 광의 파면 곡률반지름(z0)을 산출하는 단계를 포함하는 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법.
A method for measuring a radius of curvature of a wavefront of a light using a curvature radius measuring apparatus including a light source, a diffraction grating disposed away from the light source, and an image measuring device spaced apart from the diffraction grating and measuring an image of a light source passing through the diffraction grating In the method,
a) changing the distance between the diffraction grating and the image measuring unit until the diffraction grating in which the light passes through the diffraction grating and appears in the same shape as the diffraction grating after the light is emitted from the light source, Measuring a period (p ') of the diffraction grating;
b) moving the image measuring device or the diffraction grating;
c) measuring a changed diffraction pattern after the movement of the image measuring instrument or the diffraction grating is measured by the image measuring instrument, calculating a period (p ') of the diffraction grating, a moving distance (Sz) of the diffraction grating, A distance change Dz between the first and second electrodes;
d) repeating the steps b) and c) n times (n is an integer) and calculating the period (p ') of the n diffraction gratings measured, the moving distance Sz of the diffraction grating, Calculating a wavefront curvature radius (z o ) of the light by using at least one of a distance change amount (Dz) of the light flux and a distance change amount (Dz) of the light flux.
청구항 1에 있어서,
상기 b)단계는,
상기 영상측정기를, 상기 영상측정기가 측정하는 상기 회절무늬가 상기 회절격자의 격자 모양과 동일하게 되는 위치까지 이동시키는 단계를 포함하는 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법.
The method according to claim 1,
The step b)
And moving the image measuring device to a position where the diffraction grating measured by the image measuring device is the same as the grating shape of the diffraction grating.
청구항 1에 있어서,
상기 b)단계는, 상기 영상측정기와 상기 회절격자를 동시에 일정간격 이동시키는 단계를 포함하는 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step b) includes simultaneously moving the image measuring device and the diffraction grating at a constant interval.
청구항 1에 있어서,
상기 d)단계는, [수학식 2]를 이용하여, 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 산출하는 단계인 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법.
[수학식 2]
p'이론=p(1-(d0+Dz)/(z0+Sz))
p': 탈보트 회절무늬의 주기
p : 회절격자의 격자 주기
d0 : 회절격자와 영상측정기의 초기거리
Dz : 회절격자와 영상측정기 사이의 거리변화
z0 : 광의 파면 곡률반지름
Sz : 회절격자의 이동거리
The method according to claim 1,
The step d) includes the steps of calculating the period p of the diffraction grating, the radius of curvature of the light surface z 0 , and the initial distance d 0 of the diffraction grating and the image measuring device, using Equation 2 Method of measuring radius of curvature of curvature.
&Quot; (2) "
p 'theory = p (1- (d 0 + Dz) / (z 0 + Sz))
p ': period of Talbot diffraction pattern
p: grating period of the diffraction grating
d 0: initial distance of diffraction grating and image measuring instrument
Dz: Distance change between diffraction grating and imager
z 0 : radius of curvature of wavefront of light
Sz: Moving distance of the diffraction grating
청구항 4에 있어서,
상기 d)단계에서 비선형최소자승법이 사용되는 광의 파면 곡률반지름 측정방법. The method of claim 4,
Wherein the nonlinear least squares method is used in step (d). 청구항 5에 있어서,
상기 비선형최소자승법은, 측정을 통해 얻은 실험적인 회절무늬(p')의 주기들과 수학식 2를 통해 얻은 이론적인 회절무늬의 주기(p'이론)들의 차이가 최소가 되는 회절격자의 주기(p), 광의 파면 곡률반지름(z0) 및 회절격자와 영상측정기의 초기거리(d0)를 얻는 수치적인 방법인 광의 파면 곡률 반지름 측정 방법.
The method of claim 5,
The nonlinear least squares method is a method in which the difference between the periods of the experimental diffraction grating (p ') obtained through the measurement and the theoretical diffraction grating period (p' theories ) obtained through the equation (2) p is the numerical method of obtaining the wavefront curvature radius (z 0 ) of the light, and the initial distance (d 0 ) of the diffraction grating and the image measuring device.
청구항 1에 있어서,
상기 광원의 출광부는 공간 필터(Spatial filter)를 포함하는 파면 곡률 반지름 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the light emitting portion of the light source includes a spatial filter.
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