KR20060080878A - 광학부품의 검사방법 및 검사장치 - Google Patents

광학부품의 검사방법 및 검사장치 Download PDF

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KR20060080878A
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

고정밀도로 광학부품의 성능을 평가할 수 있는 검사방법을 제공한다. 검사방법에서는, 광학부품(18)을 통과한 광(16)으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광(24, 26)을 형성하고, 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭영역(30)을 형성한다. 간섭영역(30)에 직선(66, 70, 72)을 설정하고, 각 직선(72) 위에서 광 강도의 분포를 구한다. 또한, 최대 광 강도에 대응하는 주파수를 구한다. 또한, 직선(72)의 각각에 대해서 구한 복수의 주파수로부터 근사 직선 또는 근사 곡선을 구한다. 그리고 근사된 직선 또는 곡선의 계수를 바탕으로 광학부품의 수차를 평가한다.
광학부품, 검사장치, 간섭영역, 광 강도

Description

광학부품의 검사방법 및 검사장치{METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTION OF OPTICAL COMPONENT}
도 1은 본 발명에 따른 검사장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 검사장치의 회절격자로부터 출사되는 광의 간섭 상태를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 검사장치에서 형성되는 간섭상(干涉像) 및 간섭 줄무늬를 나타내는 도면.
도 4는 도 1의 해석장치에서의 처리를 나타내는 흐름도.
도 5는 코마 수차(X)에 기인하는 간섭 줄무늬를 나타내는 도면.
도 6은 코마 수차(Y)에 기인하는 간섭 줄무늬를 나타내는 도면.
도 7은 비점 수차에 기인하는 간섭 줄무늬를 나타내는 도면.
도 8은 구면 수차에 기인하는 간섭 줄무늬를 나타내는 도면.
도 9는 해석장치의 처리를 설명하는 도면.
도 10은 제3 직선상에서의 광 강도 분포를 나타내는 도면.
도 11은 도 10에서의 광 강도 분포를 주파수 해석해서 얻어진 주파수와 광 강도의 관계를 나타내는 그래프를 표시한 도면.
도 12는 도 10에서의 광 강도 분포를 위상 해석해서 얻어진 주파수와 위상의 관계를 나타내는 그래프를 표시한 도면.
도 13은 복수의 제3 직선상에서 얻어진 최대 주파수의 분포를 나타내는 주파수 특성 및 이것에 직선 회귀된 1차 함수를 나타내는 그래프의 도면.
도 14는 복수의 제3 직선상에서 얻어진 최대 주파수의 분포를 나타내는 주파수 특성 및 이것에 곡선 회귀된 2차 함수를 나타내는 그래프의 도면.
도 15는 도 13과 마찬가지로, 복수의 제3 직선상에서 얻어진 최대 주파수의 분포를 나타내는 주파수 특성 및 이것에 직선 회귀된 1차 함수를 나타내는 그래프의 도면.
도 16은 도 14와 마찬가지로, 복수의 제3 직선상에서 얻어진 최대 주파수의 분포를 나타내는 주파수 특성 및 이것에 곡선 회귀된 2차 함수를 나타내는 그래프의 도면.
도 17은 코마 수차(X)의 주파수 특성과 위상 특성을 나타내는 도면.
도 18은 코마 수차(Y)의 주파수 특성과 위상 특성을 나타내는 도면.
도 19는 비점 수차의 주파수 특성과 위상 특성을 나타내는 도면.
도 20은 구면 수차의 주파수 특성과 위상 특성을 나타내는 도면.
도 21은 실시형태 2에 따른 검사장치의 구성을 나타내는 도면.
도 22는 실시형태 3에 따른 검사장치의 구성을 나타내는 도면.
도 23은 마하젠더(Mach Zehnder)형 방사상 층밀리기 간섭계(Radial Shearing Interferometer)의 구성을 나타내는 도면.
도 24(A)∼도 24(D)는, 도 23의 간섭계에서, 미러(mirror)를 광축 방향에 광 파장의 1/4 파장씩 이동시켰을 때에 촬상 소자가 수상(受像)하는 간섭상(干涉像)의 밝기를 나타내는 도면.
도 25는 위상 시프트법에 이용되는 2개의 파면을 나타내는 도면.
도 26은 위상 시프트법에서 위상이 진행하는 한쪽의 파면이 진행하는 상태를 나타내는 도면[도 26(A)]과, 이 진행하는 한쪽의 파면상의 2점을 나타내는 도면[도 26(B)].
도 27은 위상 시프트법에서 위상이 고정된 다른 쪽의 파면이 진행하는 상태를 나타내는 도면[도 27(A)]과, 이 위상이 고정된 다른 쪽의 파면상의 2점을 나타내는 도면[도 27(B)].
도 28은 파면의 위상 진행량과 간섭상(干涉像)에서의 2점의 광 강도의 변화를 나타내는 도면.
(부호의 설명)
10: 검사장치, 12: 광원, 14: 광축, 16: 오리지널 광, 18: 렌즈,
20: 간섭상 형성 수단, 22: 회절격자, 24: 0차 회절광, 26: +1차 회절광,
28: -1차 회절광, 30, 32: 간섭영역(간섭상), 34: 렌즈, 36: 홀더,
38: 이동 기구, 40: 렌즈, 42: 촬상 소자, 44: 해석장치, 46: 케이블,
48: 디스플레이, 50: 간섭 줄무늬, 52, 54, 56, 58: 간섭 줄무늬 패턴,
60, 62: 중심, 66: 제1 직선(X축), 68: 중점, 70: 제2 직선(Y축),
71: 제3 점, 72: 제3 직선 , 74: 계측점, 76: 광 강도의 분포,
78: 주파수와 광 강도의 관계, 80: 주파수와 위상의 관계,
82: 주파수 특성, 84: 위상 특성, 100, 200: 검사장치
본 발명은 광학부품의 검사방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 정보기록 매체(예를 들면, 광 디스크)에 정보를 기록하거나 그 정보기록 매체에 기록된 정보를 판독하거나 혹은 그 양쪽을 실행하는 광학계에서의 광학부품의 광학적 특성검사에 적절하게 이용할 수 있는 방법과 장치에 관한 것이다.
렌즈나 프리즘 등의 광학부품의 광학적 특성을 평가하기 위해서, 광학부품에 포함되어 있는 수차를 검사하는 방법이 있고, 거기에서는 광의 간섭을 이용한 계측을 이용하고 있다.
광의 간섭을 이용한 특성검사 방법의 하나로서, 도 23에 나타낸 마하젠더형 방사상 층밀리기 간섭계(Mach Zehnder type Radial Shearing Interferometer:1000)가 알려져 있다. 도면을 참조하면, 이 간섭계(1000)에서는 도시하지 않는 광원으로부터 출사된 광(1002)이 피검사 렌즈(1004)와 렌즈(1006)를 투과한 후, 하프 미러(half mirror:1008)에서 2개의 광 성분(1010, 1012)으로 분해된다. 하프 미러(1008)를 투과한 광 성분(1010)은 미러(1014)와 하프 미러(1016)에서 반사하여, 렌즈(1018)에 입사된다. 한편, 하프 미러(1008)에서 반사한 광 성분(1012)은 하프 미러(1020)에서 반사한 후, 집광 렌즈(1022), 핀홀(1024), 렌즈(1026), 하프 미러(1016)를 통과해서 렌즈(1018)에 입사된다. 이와 같이, 2개의 광 성분(1010, 1012) 은 렌즈(1018) 위에서 서로 중첩되어서 간섭상(干涉像)을 생성한다. 그리고 간섭상이 렌즈(1018)로부터 촬상 소자(1028)에 투사된다. 촬상 소자(1028)가 수상(受像)한 간섭상(干涉像)의 정보는 전자신호의 형태로 해석장치(1030)에 송신되어, 거기서 간섭상에 포함되는 간섭 줄무늬가 해석되어서, 광학부품인 피검사 렌즈(1004)의 광학적 특성인 파면 수차가 계측된다.
간섭계(1000)에서는 또한, 미러(1014)를 화살표(1032) 방향으로 이동시키는 이동 기구(1034)에 미러(1014)가 연결되어 있다. 보통, 이동 기구(1034)는 광 파장의 수십 분의 일의 짧은 거리마다 간헐적으로 미러(1014)를 이동시킬 수 있다. 이 이동 기구(1034)를 이용해서 미러(1014)를 광축 방향(광의 진행방향)으로 광 파장의 사분의 일 파장(λ/4)씩 이동시켰을 때, 촬상 소자(1028)가 수상(受像)하는 간섭상의 밝기를 도 24(A)∼도 24(D)에 모식적으로 나타내었다. 도시한 바와 같이, 2개의 광 성분의 광로 길이 차이가 nλ[n: 정수]인 경우, 가장 밝은 간섭상을 얻을 수 있다[도 24(D)]. 또한, 2개의 광 성분의 광로 길이 차이가 (1/2+n)λ인 경우, 가장 어두운 간섭상을 얻을 수 있다[도 24(B)]. 그리고 2개의 광 성분의 광로 길이 차이가 (1/4+n)λ, (3/4+n)λ인 경우, 중간 밝기의 간섭상을 얻을 수 있다[도 24(A), 도 24(C)]. 이 관계를 이하의 표 1에 나타내었다.
광로 길이 차이와 간섭상의 밝기의 관계
광로 길이 차이 (1/4+n)λ (1/2+n)λ (3/4+n)λ (n)λ
간섭상의 밝기 중간 어두움 중간 밝음
대응하는 도면 도 24A 도 24B 도 24C 도 24D
n :정수 λ :광의 파장
이러한 특성을 이용해서 해석장치(1030)는 소정의 위상차를 가지는 2개의 광 성분에 의해 형성되는 복수의 간섭상으로부터 정보를 받아들이고, 그 정보를 제르니케(Zernike)의 다항식으로 전개하고, 그 다항식의 계수를 가지고 수차를 평가한다.
광의 간섭을 이용한 다른 평가방법으로서, 위상 시프트법을 이용한 것이 비특허문헌 1, 2에 나타나 있다. 도 25∼도 28을 참조해서 위상 시프트법을 설명한다. 도 25, 도 26A, 도 26B, 도 27A, 도 27B, 도 28에 나타낸 바와 같이, 간섭시키는 2개의 파면 중 한쪽의 파면(1100)을 다른 쪽 파면(1102)에 대하여 상대적으로 진행시키면, 이 한쪽의 파면(1100)의 진행과 함께 간섭 조건이 변화되고, 간섭상의 밝기 및 광 강도가 정현파적으로 변화된다. 지금, 광학계에 수차가 없을 경우, 간섭상 중의 떨어진 2점(X, Y)에서의 광 강도가 각각 정현파적으로 변화되고, 양쪽 광 강도의 변화 사이에 위상차는 없다. 그러나 광학계에 수차가 존재한다면, 2개의 정현파 사이에 위상차(△)가 발생한다.
[비특허문헌 1] 야타가이 토요히코: 응용 광학 광계측 입문, 마루젠(丸善), (1988), p.131
[비특허문헌 2] M. Born, E. Wolf: 광학의 원리 Ⅱ, 토카이(東海) 대학 출판, (1995), p.69
통상적으로, 간섭상 또는 간섭 줄무늬의 광 강도 변화는 간섭에 기인하는 광 강도 변화뿐만 아니라, 예를 들면 카메라의 감도 얼룩이나 오리지널 파면의 강도분포 등에 기인하는 다른 강도 변화도 포함되어 있지만, 이들 다른 강도 변화는 위상 시프트법에 의해 평가되어, 간섭에 기인하는 광 강도 변화만을 위상변화(위상 패턴)의 형태로 추출할 수 있다. 구체적으로, 위상 패턴은 이산 푸리에 변환을 이용해서 2개의 광 성분의 파면의 차이를 1파장으로 했을 때의 간섭화상을 받아들임으로써 구할 수 있다. 또한, 간섭시키는 2개의 파면의 한쪽의 위상 진행량과 받아들인 화상 매수를 적당히 조합함으로써, 푸리에 변환을 이용하지 않고 위상 패턴을 얻을 수도 있다.
그러나 위상 시프트법을 이용한 간섭계는 2 가지의 큰 문제가 있다. 하나는 압전(piezo) 소자 등의 미동 기구(微動 機構)에서 미러 등의 광학부품을 정밀하게 보내야 한다는 점이다. 또 하나의 문제는 간섭시키는 2개의 파면 사이에 큰 광로 길이 차이를 설치할 필요가 있다는 점이다.
전자(前者)의 과제를 해결하는 간섭 줄무늬 해석방법이 특허문헌 1에 나타나있다. 이 간섭 줄무늬 해석방법에 따르면, 평행 광이 그 평행 광의 진행방향에 대하여 비스듬히 배치된 하프 미러에 입사되어, 하프 미러를 투과하는 제1 광 성분과 하프 미러에서 반사되는 제2 광 성분으로 분할된다. 투과한 제1 광 성분은 피측정 부재에서 반사한 후, 다시 하프 미러에 입사되고, 또한 그 하프 미러에서 반사해서 촬상 소자에서 수상(受像)된다. 또한, 반사한 제2 광 성분은 참조면(參照面)에서 반사한 후, 다시 하프 미러에 입사되고, 또한 그 하프 미러를 투과해서 촬상 소자에서 수상된다. 촬상 소자는 제1 및 제2 광 성분의 간섭상을 촬상한다. 촬상된 간섭상의 정보는 전자정보의 형태로 화상입력 기판에 입력되어, 거기에서 푸리에 변환을 이용해서 간섭 줄무늬 해석이 실행되고, 피측정 부재의 수차가 평가된다.
[특허문헌 1] 일본 특개 2001-227907호 공보
또한, 후자의 과제를 해결하는 층밀리기 간섭 광학계가 특허문헌 2에 나타나 있다. 이 층밀리기 간섭 광학계에 따르면, 피계측 부품인 렌즈를 투과한 광이 회절격자에 입사되어, 거기에서 출사된 다른 차수의 회절광(예를 들면, 0차 회절광 및 +1차 회절광, 0차 회절광 및 -1차 회절광)의 간섭상이 촬상 소자에 투영된다. 촬영 중, 회절격자는 그 격자홈과 직교하는 방향으로 이동된다. 그 결과, 간섭하는 2개의 회절광의 파면간 거리가 변화함으로써, 간섭상에서의 광 강도가 변화된다. 그리고, 이 광 강도의 변화를 위상 시프트법에 의해 평가함으로써, 렌즈의 수차가 평가된다.
[특허문헌 2] 일본 특개 2000-329648호 공보
그러나, 마하젠더형 방사상 층밀리기 간섭계나, 간섭 줄무늬 해석방법을 채용한 간섭계는 2개의 광 성분 사이에 충분한 크기의 광로 길이 차이를 설정해야 하고, 그 때문에 공기의 교란(굴절률의 변화)의 영향을 받을 수 있다. 그 때문에, 실내 온도가 엄밀하게 관리된 방 안 이외에서는 렌즈를 평가할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 층밀리기 간섭 광학계를 이용한 간섭계에서는 광학부품을 미동시키면서 복수의 간섭 화상이 취득된다. 그 때문에, 화상 취득시, 예를 들면 외부로부터의 진동에서 미러 등의 광학부품이 이동되면 정확한 화상이 얻어지지 않고, 평가 결과의 신뢰성이 낮아지는 문제가 있었다. 또한, 외부로부터의 진동을 받지 않도록, 예를 들면 간섭계의 전체를 제진대(除振臺) 위로 올려놓는 대책이 필요했다.
그래서, 본 발명은 공기 교란이나 외부 진동의 영향을 받지 않고 광학부품의 광학적 특성을 평가할 수 있는 새로운 광학부품의 검사방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 광학부품의 검사방법은
광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하고,
상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭영역을 형성하고,
상기 제1 광의 제1 중심과 상기 제2 광의 제2 중심을 연결하는 제1 직선과, 상기 제1 및 제2 중심의 중점을 통과하여 상기 제1 직선과 직교하는 제2 직선을 설정하고,
상기 간섭영역 내에서 상기 제2 직선 위에 복수의 제3 점(点)을 설정하고,
상기 복수의 제3 점을 통과하여 상기 제1 직선에 평행한 복수의 제3 직선을 설정하고,
상기 복수의 제3 직선 위로 복수의 평가점(評價点)을 설정하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점으로 광 강도의 분포를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터, 최대의 광 강도에 대응하는 주파수를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 주파수를 바탕으로 함수를 근사시키고,
상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가한다.
이 검사방법에서는 상기 함수로서 1차 함수를 설정하고, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로, 상기 제1 직선 방향에 관한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가한다. 또한, 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로, 상기 광학부품의 구면 수차를 평가한다.
본 발명에 따른 검사방법의 다른 형태는,
광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하고,
상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭영역을 형성하고,
상기 제1 광의 제1 중심과 상기 제2 광의 제2 중심을 연결하는 제1 직선과, 상기 제1 및 제2 중심의 중점을 통과하여 상기 제1 직선과 직교하는 제2 직선을 설정하고,
상기 간섭영역 내에서 상기 제2 직선 위에 복수의 제3 점을 설정하고,
상기 복수의 제3 점을 통과하여 상기 제1 직선에 평행한 복수의 제3 직선을 설정하고,
상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점으로 광 강도의 분포를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계와 "주파수 - 위상"의 관계를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대의 광 강도에 대응하는 주파수를 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 위상"의 관계로부터 상기 최대의 광 강도에 대응하는 주파수에 대응한 위상을 구하고,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 위상에 대하여 함수를 근사시키고,
상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 것을 특징으로 한다.
이 검사방법에서는 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로, 상기 제2 직선 방향에 관한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가한다. 또한, 상기 함수로서 1차 함수를 설정하고, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 비점 수차를 평가한다.
본 발명에 따른 광학부품의 검사장치는
광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하는 제1 수단과,
상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭상을 형성하는 제2 수단과,
상기 간섭상을 수상(受像)하는 제3 수단과,
상기 제3 수단으로 수상한 간섭상으로부터 상기 광학부품의 광학적 특성을 평가하는 제4 수단을 가지며,
상기 제4 수단은
상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대의 광 강도에 대응하는 주파수를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 주파수를 바탕으로 함수를 근사시키는 수단과,
상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단을 가진다.
이 검사장치에 있어서, 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은 상기 함수로서 1차 함수를 설정하고, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로 상기 제1 직선의 방향에 관한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가한다.
이 검사장치에 있어서, 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 2차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 구면 수차를 평가한다.
본 발명의 다른 형태의 광학부품의 검사장치는
광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하는 제1 수단과,
상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭상을 형성하는 제2 수단과,
상기 간섭상을 수상하는 제3 수단과,
상기 제3 수단으로 수상한 간섭상으로부터 상기 광학부품의 광학적 특성을 평가하는 제4 수단을 가지며,
상기 제4 수단은
상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계와 "주파수 - 위상"의 관계를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대의 광 강도에 대응하는 주파수를 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 위상"의 관계로부터 상기 최대의 광 강도에 대응하는 주파수에 대응한 위상을 구하는 수단과,
상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 위상에 대하여 함수를 근사시키는 수단과,
상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단을 구비하고 있다.
이 검사장치에 있어서, 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로 상기 제2 직선 방향에 관한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가한다.
이 검사장치에 있어서, 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 2차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 비점 수차를 평가한다.
이 검사장치의 구체적인 형태에 있어서, 상기 제1 수단은 회절격자를 구비하고 있고, 상기 제1 및 제2 광이 상기 오리지널 광을 회절격자로 회절해서 얻어진 회절광이다.
이 검사장치의 다른 구체적인 형태에 있어서, 상기 제1 수단은 상기 오리지널 광을 2개의 광으로 분할하는 분할 수단과, 상기 분할 수단으로 분할된 한쪽의 광의 위상을 변조하는 위상변조 수단을 구비하고 있다.
이 검사장치의 다른 구체적인 형태에 있어서,
상기 제1 수단은
상기 오리지널 광을 반사해서 제1 광을 형성하는 제1 반사면(反射面)과,
상기 제1 반사면과 다른 장소에 설치되어 있고, 상기 오리지널 광을 반사해서 제2 광을 형성하는 제2 반사면을 구비하고 있으며,
상기 제1 반사면과 제2 반사면이 상기 제1 및 제2 광을 상기 제2 수단에 제공하도록 배치되어 있다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명에 따른 광학부품의 검사방법 및 그 장치의 실시형태를 설명한다. 또한 복수의 도면에 있어서, 동일한 부호는 동일 또는 유사 부품 또는 부재를 나타낸다.
《1. 검사장치의 개략적인 구성 및 동작》
도 1은 본 발명에 따른 검사장치의 개략 구성을 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 검사장치(10)에서, 광원(12)은 검사장치(10)의 광축(14)에 따라 광(오리지널 광:16)을 출사한다. 검사 대상의 광학부품은 광축(14) 위에 배치된다. 실시형태에서는 광학부품은 볼록렌즈(18)이며, 렌즈(18)의 중심축을 광축(14)에 거의 일치시켜서 배치한다. 검사 대상은 볼록렌즈에 한정되는 것이 아니라, 오목 렌즈, 비구면 렌즈, 원통형(cylindrical) 렌즈 등의 여러 가지 렌즈가 대상이 될 수 있다. 또한, 검사 대상은 렌즈에 한정되는 것이 아니라, 다른 광학부품, 예를 들면 조합 렌즈, 미러, 애퍼쳐 플레이트(aperture plate), 프리즘도 포함될 수 있다.
간섭 줄무늬 형성 수단(20)은 렌즈(18)를 투과한 광(16)이 통과하는 경로 위에 배치되어 있고, 렌즈(18)의 초점위치 또는 대략적인 초점위치에 오리지널 광(16)으로부터 서로 다른 위상을 가지는 복수의 광(광 컴포넌트)을 형성하는 수단으로서, 회절격자(22)를 구비하고 있다. 실시형태에서 회절격자(22)는 광축(14)과 직교하는 평면을 가지고, 거기에 광축(14)과 직교하는 복수의 평행한 홈을 구비하고 있다. 따라서, 회절격자(22)는 입사된 광(16)으로부터 복수의 광 컴포넌트인 회절광을 형성한다. 예를 들면, 도 2는 회절격자(22)에 의해 형성되는 3개의 광(0차 회절광(24), +1차 회절광(26), -1차 회절광(28))을 나타내고 있다. 도시한 바와 같 이, 실시형태에서는 0차 회절광(24)과 +1차 회절광(26)이 간섭해서 하나의 간섭상(30)을 형성하고, 0차 회절광(24)과 -1차 회절광(28)이 간섭해서 다른 간섭상(32)을 형성하도록 되어 있다.
도 1에 되돌아가서, 간섭 줄무늬 형성 수단(20)은 또한, 회절격자(22)에 의해 형성된 하나 또는 복수의 간섭상이 입사되는 렌즈(34)를 구비하고 있다. 실시형태에서 렌즈(34)는 2개의 간섭영역(간섭상:30, 32)이 입사되도록 배치되어 있으며, 입사된 광(16)을 평행 또는 거의 평행한 광으로 변환한다.
회절격자(22)와 렌즈(34)는 지지부재인 홀더(36)에 일체적으로 유지되어 있다. 홀더(36)는 이동기구(38)에 연결되어 있으며, 회절격자(22) 및 렌즈(34)와 함께 광축(14)을 따라 이동하도록 되어 있다. 바람직한 실시형태에서 이동기구(38)는 홀더를 미동시킬 수 있는 압전 구동소자가 사용된다.
렌즈(40)는 렌즈(34)로부터의 평행 또는 거의 평행한 광을 받도록 배치되어 있으며, 렌즈(38)로부터 송출된 광을 집광한다.
촬상소자(42)는 렌즈(40)로부터의 광을 간섭영역(30, 32)과 함께 수상(受像)하도록 배치되어 있다. 바람직한 실시형태에서 촬상소자(42)는 전하 촬상소자(CCD)로 구성되어 있다.
해석장치(44)는 촬상소자(42)와 통신라인 또는 케이블(46)을 통해서 접속되어 있으며, 촬상소자(42)가 촬상한 화상 데이터가 케이블(46)을 통해서 입력되도록 되어 있다. 바람직한 실시형태에서 해석장치(44)는 디스플레이(48)를 구비하고 있으며, 촬상소자(42)가 촬영한 화상과, 뒤에 설명하는 것과 같이 해석장치(44)가 해 석한 결과를 표시하도록 되어 있다.
이러한 구성을 구비한 검사장치(10)에 따르면, 광원(12)으로부터 출사된 광(16)은 검사 대상의 렌즈(18)에 입사된 후, 집광되어 회절격자(22)에 입사된다. 회절격자(22)는 입사된 광(16)을 회절하고, 복수의 회절광(0차 회절광(24), +1차 회절광(26), -1차 회절광(28))을 생성한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 0차 회절광(24)과 +1차 회절광(26)이 간섭해서 하나의 간섭영역(30)을 형성하고 있으며, 0차 회절광(24)과 -1차 회절광(28)이 간섭해서 다른 간섭영역(32)을 형성한다. 각 간섭영역(30, 32)에는 간섭 줄무늬(50: 도 3 참조)가 포함되어 있다. 렌즈(34)에 입사된 광은 평행한 광으로 변환된 후, 렌즈(40)로 집광되어 촬상소자(42)에 투영된다. 촬상소자(42)는 수상(受像)한 화상(간섭영역(30, 32)을 포함)의 정보를 케이블(46)을 통해서 해석장치(44)에 송신한다. 해석장치(44)는 뒤에 설명하는 해석방법을 따라서 화상을 처리하고, 렌즈(34)의 광학적 특성인 수차를 평가한다.
《2. 해석장치 및 해석방법》
해석장치(44)는 도 4의 흐름도에 나타낸 처리를 실행한다. 이 처리에서, 해석장치(44)는 간섭영역(30, 32)에 나타나는 간섭 줄무늬(50:도 3 참조)의 수를 조정한다(S1). 간섭 줄무늬의 밀도(단위 길이당 수)는 디포커스(defocus)의 크기에 의존하므로, 이동기구(38)를 구동해서 회절격자(22)와 렌즈(34)를 광축(14)에 따라 이동시켜서 간섭 줄무늬의 수를 조정한다(S1). 뒤에서 설명하는 푸리에 해석의 정밀도를 향상시키기 위해서, 간섭 줄무늬(50)의 수는 될 수 있는 한 많은 것이 바람직하다. 간섭 줄무늬(50)의 수는 간섭영역을 형성하고 있는 2개의 회절광의 중심을 연결하는 선 또는 그것과 평행한 선상에서 광 강도의 분포를 계측함으로써 계량할 수 있다. 또는, 디스플레이(48)에 표시되는 간섭 줄무늬(50)의 수를 오퍼레이터가 시각적으로 확인하는 것으로 계측할 수도 있다.
간섭 줄무늬(50)의 패턴은 렌즈(18)에 포함되는 수차에 의존한다. 예를 들면, 렌즈(18)가 X방향(회절격자의 홈과 직교하는 방향)의 코마 수차(X), Y방향(회절격자의 홈과 평행한 방향)의 코마 수차(Y)을 포함할 경우, 각각 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같은 줄무늬 패턴(52, 54)이 나타난다. 또한, 렌즈(18)가 비점 수차, 구면 수차를 포함할 경우, 각각 도 7, 도 8에 나타낸 줄무늬 패턴(56, 58)이 나타난다.
해석장치(44)는 촬상소자(42)가 수상(受像)한 화상을 해석한다. 구체적으로, 도 9에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 간섭영역(30)에서, 2개의 회절광(24, 26)의 중심(62, 64)을 연결하는 제1 직선(66)을 설정한다(S2). 제1 직선(66)은 회절격자(22)의 홈과 직교하는 X방향에 일치한다. 이하, 제1 직선을 "X축"이라고 한다. 다음으로, 회절광(24, 26)의 중심(60, 62)의 중점(68)을 통과하여, X축(66)과 직교하는 제2 직선(70)을 설정한다(S3). 제2 직선(70)은 회절격자(22)의 홈과 평행한 Y방향에 일치한다. 이하, 제2 직선을 "Y축"이라고 한다. 이어서, 간섭영역(30)에서, 제2 직선상(70) 위로 복수의 제3 점(71)을 설정한다(S4). 또한, 복수의 제3 점(71)을 통과하여, X축(66)과 평행한 복수의 제3 직선(72)을 설정한다(S5). 복수의 제3 점(71)은 뒤에 실행하는 수학적 해석을 쉽게 하기 위해서, Y축(70) 위에 등간격으로 배치하는 것이 바람직하다.
해석장치(44)는 각 직선(72) 위의 복수의 계측점(74)에서 광 강도를 계측한다(S6). 계측점(74)은 뒤에 설명하는 푸리에 해석의 정밀도를 높이기 위해서, 각 직선(72) 위에 될 수 있는 한 많이, 즉 될 수 있는 한 작은 일정 간격을 두고 설정하는 것이 바람직하다. 각 직선(72)의 계측점(74)에서 측량된 광 강도의 분포(76)에 대한 일례를 도 10에 나타내었다. 도시한 바와 같이, 광 강도는 간섭 줄무늬(50)의 분포에 따른 파형으로 나타난다.
해석장치(44)는 각 직선(72)에 대해서, 그 직선(72) 위의 계측점(74)에서 취득한 광 강도의 값을 푸리에 해석하고, 도 11에 나타낸 주파수 - 광 강도의 관계(78)와, 도 12에 나타낸 주파수 - 위상의 관계(80)를 취득한다(S7). 다음으로, 도 11에 나타낸 주파수 - 광 강도의 관계(78)로부터, 최대 광 강도(Imax)에 대응하는 주파수(fk)를 구한다(S8). 또한, 도 12에 나타낸 주파수 - 위상의 관계(80)로부터, 주파수(fk)에 대응하는 위상(Pk)을 구한다(S9). 이상의 처리는 각 직선(72)에 대해서 실행되고, 각 직선(72)에 대해서 주파수(fk)와 위상(Pk)이 구해진다. 이어서, 도 13, 14에 나타내는 바와 같이, 구한 주파수(fk)는 주파수를 가로축, Y축을 세로축으로 하는 주파수 좌표(81)에 전개되어, 주파수 특성(82)을 얻을 수 있다. 또한, 도 15, 16에 나타내는 바와 같이, 구한 위상(Pk)은 위상을 가로축, Y축을 세로축으로 하는 위상 좌표(83)에 전개되어, 위상 특성(84)을 얻을 수 있다. 또한, 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 실시형태에서는 도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 실제로 그래프 위에 주파수나 위상을 좌표로 나타내고 있지만(plotting), 반드시 그래프 위에 주파수나 위상을 좌표로 나타낼 필요는 없고, 주파수 및 위상과 Y축 좌 표와의 관계(도 13, 도 14에 나타낸 주파수, 위상과 Y축 좌표와의 관계)를 컴퓨터의 기억부에 기억할 수도 있다.
주파수 특성(82)과 위상 특성(84)은 렌즈(18)에 포함되는 각종 수차와 관련되어 있다. 전형적으로는 렌즈(18)에 코마 수차(X), 코마 수차(Y), 비점 수차, 구면 수차가 포함되어 있을 경우, 각각 도 17(A)∼도 20(A)에 나타낸 주파수 특성과 도 17(B)∼도 20(B)에 나타낸 위상 특성이 그려진다. 구체적으로, 코마 수차(X)가 존재할 경우, 주파수 특성은 fk가 일정한 직선을 그리고[도 17(A)], 위상 특성은 위상(Pk)에 관해서 2차 함수의 곡선을 그린다[도 17(B)]. 코마 수차(Y)가 존재할 경우, 주파수 특성은 주파수(fk)에 관해서 1차 함수의 직선을 그리고[도 18(A)], 위상 특성은 Pk가 일정한 직선을 그린다[도 18(B)]. 비점 수차가 존재할 경우, 주파수 특성은 fk가 일정한 직선을 그리고[도 19(A)], 위상 특성은 위상(Pk)에 관해서 1차 함수의 곡선을 그린다[도 19(B)]. 구면 수차가 존재할 경우, 주파수 특성은 주파수(fk)에 관해서 2차 함수의 곡선을 그리고[도 20(A)], 위상 특성은 Pk가 일정한 직선을 그린다[도 20(B)].
따라서, 해석장치(44)는 도 13에 나타내는 바와 같이, 주파수 좌표(81)로 그려진 주파수 특성(82)에 수학식 1의 1차 함수 F1(y)를 피팅(fitting)하고, 이 1차 함수 F1(y)의 1차 계수(y의 계수 a1)를 코마 수차(Y)의 평가치로 한다(S1O).
F1(y) = a1·y + c1
또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 주파수 특성(82)에 수학식 2의 2차 함수 F2(y)을 피팅하고, 이 2차 함수 F2(y)의 ２차 계수(y2의 계수 a2)를 구면 수차의 평가치로 한다(S1O).
F2(y) = a2·y2 + b2·y + c2
또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 위상 좌표(83)로 그려진 위상 특성(84)에 수학식 3의 1차 함수 F3(y)를 피팅하고, 이 1차 함수 F3(y)의 1차 계수(y의 계수 a3)를 비점 수차의 평가치로 한다(S1O).
F3(y) = a3·y + c3
그리고, 도 16에 나타내는 바와 같이, 위상 특성에 수학식 4의 2차 함수 F4(y)를 피팅하고, 이 2차 함수 F4(y)의 ２차 계수(y2의 계수 a4)를 코마 수차(X)의 평가치로 한다(S1O).
F4(y) = a4·y2 + b4·y + c4
또한 직선 및 곡선의 피팅은 주지(周知)의 직선 회귀(回歸) 및 곡선 회귀에 의해 실행한다.
마지막으로, 해석장치(44)는 이상과 같이 해서 얻어진 코마 수차(X), 코마 수차(Y), 비점 수차, 구면 수차의 평가치(a1∼a4)를 디스플레이(48)에 표시한다(S11).
《3. 검사장치의 제2 실시형태)
도 21은 실시형태 2에 따른 검사장치(100)의 구성을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 광원(102)은 검사장치(100)의 광축(104)에 따라 광(오리지널 광: 106)을 출사하고, 렌즈(108)를 통해서 검사대상의 광학부품(110)에 입사된다. 검사대상의 광학부품은 광축(104) 위로 배치된다. 실시형태에서 광학부품은 볼록 렌즈(108)이며, 렌즈(108)의 중심축을 광축(104)에 거의 일치시켜 배치한다. 실시형태 1과 마찬가지로, 검사대상은 볼록 렌즈에 한정되는 것이 아니라, 오목렌즈, 비구면 렌즈, 원통형 렌즈 등의 여러 가지 렌즈가 대상이 될 수 있고, 검사대상은 렌즈에 한정되는 것이 아니라, 다른 광학부품, 예를 들면 조합렌즈, 미러, 애퍼쳐 플레이트, 프리즘도 포함될 수 있다.
간섭 줄무늬 형성 수단(111)은 렌즈(110)를 투과한 광(106)이 통과하는 경로 위에 배치되어 있고, 오리지널 광(106)으로부터 다른 위상을 가지는 2개의 광(광 컴포넌트)을 형성하는 수단을 구비하고 있다. 실시형태에서, 간섭 줄무늬 형성 수단(111)은 렌즈(110)를 투과한 광(106)의 진행 경로 위에, 광(106)을 제1 광(114)과 제2 광(116)으로 분할하는 하프 미러(112)를 가진다.
제1 광(114)의 진행 경로 위에는 위상변조 유닛(위상변조 수단:118)이 배치되어 있다. 위상변조 유닛(118)은 거기에 입사되는 광의 위상을 변경할 수 있으므로, 예를 들면, 하마마쯔 호토니크스 주식회사(소재지: 시즈오카현 하마마쓰시 스나야마쵸 325-6)로부터 판매되고 있는 광 어드레스형 평행 배향 액정공간 광변조기 PAL-SLM 시리즈, 프로그램 가능 위상 모듈레이터(Programmable Phase Modulator) Ⅹ8077 시리즈, Ⅹ8267 시리즈를 적절하게 이용할 수 있다. 따라서, 위상변조 유닛(118)에 입사된 광(114)은 그 위상이 변조되어서 출력되어, 뒤에 설명하는 것과 같이, 제2 광(116)의 진행 경로 위로 배치된 하프 미러(128)에 입사된다.
제2 광(116)의 진행 경로 위로는 미러(120), 집광 렌즈(122), 애퍼쳐 플레이트(124), 렌즈(126) 및 하프 미러(128)가 배치되어 있으며, 하프 미러(128) 위에서 오리지널 광(106)과 동일한 위상을 가지는 제2 광(116)과, 상기한 바와 같이 위상변조된 제1 광(114)이 서로 중첩되게 되어 있다. 하프 미러(128)에서 서로 중첩된 2개의 광(114, 116)은 렌즈(130)에서 집광되어서 촬상소자(130)에 입사된다. 바람직한 실시형태에서, 촬상소자(130)는 전하 촬상소자(CCD)로 구성되어 있다.
해석장치(134)는 촬상소자(132)와 통신라인 또는 케이블(136)을 통해서 접속되어 있고, 촬상소자(132)가 촬상한 화상 데이터가 케이블(136)을 통해서 입력되도록 되어 있다. 바람직한 실시형태에서, 해석장치(134)는 디스플레이(138)에 접속되어 있고, 촬상소자(132)가 촬영한 화상(위상변조된 광(114)과 위상변조되지 않은 광(116)의 간섭상)과 뒤에 설명하는 것과 같이 해석장치(134)의 해석 결과를 표시하도록 되어 있다.
실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 촬상소자(132)가 수상하는 간섭상에 포함되는 간섭 줄무늬의 수를 조정하기 위해서, 검사장치(100)는 렌즈(110)를 광축(104)과 평행한 방향으로 이동시키기 위한 이동기구(140)를 가진다. 이동기구(140)는 렌즈(110)를 유지하는 홀더(142)와, 이 홀더(142)를 렌즈(110)와 함께 광축 방향으로 이동시키는 구동원(144)을 가진다.
이러한 구성을 구비한 검사장치(100)에 따르면, 광원(102)으로부터 출사된 광(106)은 렌즈(108)를 통해서 검사대상 렌즈(110)에 입사된 후, 간섭 줄무늬 형성 수단(111)에 입사된다. 간섭 줄무늬 형성 수단(111)에서, 광(106)은 하프 미러(112)에서 제1 광(114)과 제2 광(116)으로 분할된다. 다음으로, 제1 광(114)은 위상변조 유닛(118)에 입사되어, 거기서 위상이 변조된 후, 하프 미러(128)에 입사된다. 한편, 제2 광(116)은 미러(120)에서 반사되어, 렌즈(122)에서 집광되어서 애퍼쳐 플레이트(124)을 투과한 후, 렌즈(126)를 통해서 하프 미러(128)에 입사된다. 하프 미러(128)에 입사된 제1 위상(변조 후의 위상)을 가지는 제1 광(114)과 제2 위상(변조 전의 위상)을 가지는 2개의 광(116)은 하프 미러(128) 위에서 서로 중첩된 간섭상을 형성한다. 그리고, 그 간섭상이 렌즈(130)를 통해서 촬상소자(132)에 수상(受像)된다. 촬상소자(132)는 수상(受像)한 화상(간섭상)의 정보를 케이블(136)을 통해서 해석장치(134)에 송신한다. 해석장치(134)는 상기 해석방법에 따라서 화상을 처리하고, 렌즈(108)의 광학적 특성인 수차를 평가한다. 광학적 특성을 평가하는 방법은 실시형태 1과 관련하여 설명한 바와 같이, 평가 결과인 코마 수차 (X), 코마 수차(Y), 비점 수차, 구면 수차의 평가치(a1∼a4)가 디스플레이(138)에 표시된다. 또한, 필요에 따라, 이동 기구(140)를 구동해서 렌즈(110)의 위치를 조정하여 간섭 줄무늬의 수가 조정된다.
《4. 검사장치의 제3 실시형태)
도 22는 실시형태 3에 따른 검사장치(200)의 구성을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 광원(202)은 검사장치(200)의 광축(204)에 따라 광(오리지널 광:206)을 검사대상의 광학부품에 출사한다. 검사대상의 광학부품은 광축(204) 위로 배치된다. 실시형태에서 광학부품은 볼록 렌즈(208)이며, 렌즈(208)의 중심축을 광축(204)에 거의 일치시켜 배치한다. 실시형태 1, 2와 마찬가지로, 검사대상은 볼록 렌즈에 한정되는 것이 아니라, 오목 렌즈, 비구면 렌즈, 원통형 렌즈 등의 여러 가지 렌즈가 대상이 될 수 있고, 검사대상은 렌즈에 한정되는 것이 아니라, 다른 광학부품, 예를 들면 조합 렌즈, 미러, 애퍼쳐 플레이트, 프리즘도 포함될 수 있다.
렌즈(208)를 투과한 광의 경로 위에는, 렌즈(210)가 배치되어 있다. 실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 촬상소자가 수상하는 간섭상에 포함되는 간섭 줄무늬의 수를 조정하기 위해서, 검사장치(200)는 렌즈(210)를 광축(204)과 평행한 방향으로 이동시키기 위한 이동기구(212)를 가진다. 이동기구(212)는 렌즈(210)를 유지하는 홀더(214)와, 이 홀더(214)를 렌즈(210)와 함께 광축 방향으로 이동시키는 구동원(216)을 가진다.
렌즈(210)를 투과한 광의 진행 경로 위에는 간섭 줄무늬 형성 수단(218)이 배치되어 있다. 간섭 줄무늬 형성 수단(218)은 소정의 두께(t)를 가지는 미러(220)로 형성되어 있다. 미러(220)의 두께(t)는 이것에 입사된 광으로부터 간섭상을 얻기 위해, 이하의 수학식 5의 관계를 가지는 것이 바람직하다.
0 ＜ √2·t ＜ φ
t : 미러의 두께
φ： 미러에 입사하는 광속의 지름
미러(220)는 투광성 재료로 이루어지는 기판(222)과, 기판(222)의 전면에 설치된 제1 반사층(224)과, 기판(222)의 배면에 설치된 제2 반사층(226)을 가진다. 기판(222)은 입사한 광을 손실 없이 투과할 수 있는 재료(예를 들면, 유리)로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 반사층(224)과 제2 반사층(226)은 예를 들면, 제1 반사층(224)이 미러(220)에 입사된 광의 일부를 반사해서 제1 광(광 성분: 228)을 형성하고, 제2 반사층(226)이 미러(220)에 입사된 광의 일부를 반사해서 제2 광(광 성분: 230)을 형성하도록 설계되어 있다. 이러한 반사층(224, 226)은 기판(222)의 전면과 배면에 각각 알루미늄 등의 고반사성 재료를 증착시켜서 형성되며, 그 두께를 조정함으로써 반사율이 조정된다. 바람직하게는, 반사층(224, 226)의 두께는 미러(220)로부터 출력되는 제1 광(228)의 광 강도와 제2 광의 광 강도가 거의 동등하게 되도록 선택된다.
도시한 바와 같이, 미러(220)로부터 반사된 제1 광(228)과 제2 광(230)은 예를 들면, 미러(220)가 광축(204)에 대하여 45°의 각도를 가지고 경사지게 배치되 어 있을 경우, 양자의 광로 길이 차이 L(＝√2·t)에 대응하는 위상차를 가진다. 따라서, 미러(220)로부터 출사한 광(228, 230)은 서로 중첩된 간섭상을 형성한다.
간섭상을 포함하는 광(228, 230)은 렌즈(232)에서 집광되어서 촬상소자(234)에 입사된다. 바람직한 실시형태에서, 촬상소자(234)는 전하 촬상소자(CCD)로 구성되어 있다.
해석장치(236)는 촬상소자(234)에서 통신라인 또는 케이블(238)을 통해서 접속되어 있으며, 촬상소자(234)가 촬상한 화상 데이터가 케이블(238)을 통해서 입력되도록 되어 있다. 바람직한 실시형태에서, 해석장치(236)는 디스플레이(240)에 접속되어 있으며, 촬상소자(234)가 촬영한 화상(위상이 다른 광(228, 230)의 간섭상) 과 뒤에 설명하는 것과 같이 해석장치(236)가 해석한 결과를 표시하도록 되어 있다.
이러한 구성을 구비한 검사장치(200)에 따르면, 광원(202)으로부터 출사된 광(206)은 검사대상 렌즈(208)를 통해서 렌즈(210)에 입사된 후, 간섭 줄무늬 형성 수단의 미러(218)에 입사된다. 미러(218)는 전면의 제1 반사층(224)에 입사한 광의 일부를 반사해서 제1 광(228)을 형성한다. 제1 반사층(224)을 투과한 광은 기판(222)을 투과한 후, 배면의 제2 반사층(226)에 입사되고, 거기서 거의 완전히 반사해서 제2 광(230)을 형성한다. 제2 반사층(226)에서 반사된 제2 광(230)은 기판(222), 제1 반사층(224)을 투과하고, 제1 광(228)과 서로 중첩되어서 간섭상(242)을 형성한다. 그리고, 그 간섭상이 렌즈(232)를 통해서 촬상소자(234)에 수상(受像)된다. 촬상소자(234)는 수상(受像)한 화상(간섭상)의 정보를 케이블(238)을 통 해서 해석장치(236)에 송신한다. 해석장치(236)는 상기의 해석방법을 따라서 화상을 처리하고, 렌즈(208)의 광학적 특성인 수차를 평가한다. 광학적 특성을 평가하는 방법은, 실시형태 1과 관련하여 설명한 것과 같이, 평가 결과인 코마 수차(X), 코마 수차(Y), 비점 수차, 구면 수차의 평가치(a1∼a4)가 디스플레이(240)에 표시된다. 이때, 이동 기구(212)를 구동해서 렌즈(208)의 위치를 조정하고, 간섭 줄무늬의 수가 조정된다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 검사방법 및 검사장치에 의하면, 회절격자를 광축과 직교방향으로 정밀하게 이동시키는 기구가 필요 없고, 외부의 진동이나 환경의 혼란에 의한 외란을 받기 어려우므로, 고정밀도로 광학부품의 성능을 평가할 수 있다.
이러한 구성을 구비한 본 발명에 따르면, 검사장치에서의 광로 길이를 짧게 할 수 있고, 광학부품을 이동시킬 필요가 없다. 또한, 소형으로 내진동성이 우수한 렌즈 검사장치를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭영역을 형성하고,
    상기 제1 광의 제1 중심과 상기 제2 광의 제2 중심을 연결하는 제1 직선과, 상기 제1 및 제2 중심의 중점을 통과하여 상기 제1 직선과 직교하는 제2 직선을 설정하고,
    상기 간섭영역 내에서, 상기 제2 직선 위에 복수의 제3 점(点)을 설정하고,
    상기 복수의 제3 점을 통과하여 상기 제1 직선에 평행한 복수의 제3 직선을 설정하고,
    상기 복수의 제3 직선 위로 복수의 평가점(平價点)을 설정하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대 광 강도에 대응하는 주파수를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 주파수에 대하여 함수를 근사시키고,
    상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 함수는 1차 함수이며, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로 상기 제1 직선의 방향에 대한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 함수는 2차 함수이며, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 구면 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  4. 광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭영역을 형성하고,
    상기 제1 광의 제1 중심과 상기 제2 광의 제2 중심을 연결하는 제1 직선과, 상기 제1 및 제2 중심의 중점을 통과하여 상기 제1 직선과 직교하는 제2 직선을 설정하고,
    상기 간섭영역 내에서, 상기 제2 직선 위로 복수의 제3 점을 설정하고,
    상기 복수의 제3 점을 통과하여 상기 제1 직선에 평행한 복수의 제3 직선을 설정하고,
    상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계와 "주파수 - 위상"의 관계를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대 광 강도에 대응하는 주파수를 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 위상"의 관계로부터, 상기 최대 광 강도에 대응하는 주파수에 대응한 위상을 구하고,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 위상을 바탕으로 함수를 근사시키고,
    상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 함수는 2차 함수이며, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로, 상기 제2 직선의 방향에 대한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 함수는 1차 함수이며, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로, 상기 광학부품의 비점 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사방법.
  7. 광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하는 제1 수단과,
    상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭상(干涉像)을 형성하는 제2 수단과,
    상기 간섭상을 수상(受像)하는 제3 수단과,
    상기 제3 수단으로 수상한 간섭상으로부터 상기 광학부품의 광학적 특성을 평가하는 제4 수단을 포함하며,
    상기 제4 수단은
    상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대 광 강도에 대응하는 주파수를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 주파수에 대하여 함수를 근사시키는 수단과,
    상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은, 상기 함수로서 1차 함수를 설정하고, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로 상기 제1 직선의 방향에 대한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은, 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 구면 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  10. 광학부품을 통과한 오리지널 광으로부터, 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 광을 형성하는 제1 수단과,
    상기 제1 및 제2 광을 간섭시켜서 간섭상을 형성하는 제2 수단과,
    상기 간섭상을 수상하는 제3 수단과,
    상기 제3 수단으로 수상한 간섭상으로부터 상기 광학부품의 광학적 특성을 평가하는 제4 수단을 포함하며,
    상기 제4 수단은
    상기 복수의 제3 직선 위에 복수의 평가점을 설정하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 복수의 평가점에서 광 강도의 분포를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 광 강도의 분포로부터 "주파수 - 광 강도"의 관계와 "주파수 - 위상"의 관계를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 광 강도"의 관계로부터 최대 광 강도에 대응하는 주파수를 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서, 상기 "주파수 - 위상"의 관계로부터 상기 최대 광 강도에 대응하는 주파수에 대응한 위상을 구하는 수단과,
    상기 복수의 제3 직선의 각각에 대해서 구한 상기 복수의 위상을 바탕으로 함수를 근사시키는 수단과,
    상기 근사된 함수의 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은, 상기 함수로서 2차 함수를 설정하고, 상기 2차 함수의 ２차 계수를 바탕으로 상기 제2 직선의 방향에 대한 상기 광학부품의 코마 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광학부품의 수차를 평가하는 수단은, 상기 함수로서 1차 함수를 설정하고, 상기 1차 함수의 1차 계수를 바탕으로 상기 광학부품의 비점 수차를 평가하는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 수단은 회절격자를 포함하고 있으며, 상기 제1 및 제2 광은 상기 오리지널 광을 회절격자로 회절해서 얻어진 회절광인 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  14. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 수단은 상기 오리지널 광을 2개의 광으로 분할하는 분할수단과, 상기 분할수단으로 분할된 한쪽의 광의 위상을 변조하는 위상변조 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
  15. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 수단은
    상기 오리지널 광을 반사해서 제1 광을 형성하는 제1 반사면과,
    상기 제1 반사면과 다른 장소에 설치되어 있으며, 상기 오리지널 광을 반사해서 제2 광을 형성하는 제2 반사면을 포함하고 있고,
    상기 제1 반사면과 제2 반사면은 상기 제1 및 제2 광을 상기 제2 수단에 제 공하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학부품의 검사장치.
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