TWI334018B - Method and apparatus for estimating bandwidth of laser output light - Google Patents
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1334018 0年"月#曰修(更)正替換頁 九、發明說明: 【發明所屬技術領域j 發明領域 本發明係有關具有一用以測量一雷射系統之輸出的帶 5 寬之光偵測器陣列之成像光譜儀。亦可藉由此裝置來測量 波長。 相關申請案之交互參照 本申請案係對於2006年3月31曰提申標題為“用於高脈 衝重複率脈衝雷射之帶寬測量裝置”之美國專利申請案號 10 11/394,513作優先權主張。本申請案亦有關2〇〇1年8月16曰 提申標題為“用以測量雷射帶寬之迴旋方法,,之共同審查中 美國專利申請案號09/931,726 ; 2003年6月26日提申標題為 “用以測量一雷射之一光學輸出的帶寬之方法及裝備,,之 10/609,223 ; 2004年2月27曰提申標題為“改良的帶寬估計” 15之10/789,328 ; 2005年3月25日提申標題為“用於氣體放電雷 射之測波計”之11/091,005 ;及2005年10月4日發證的標題為 用以測篁一雷射輸出的帶寬之方法及裝備,,之美國專利案 號6,952,267 ; 2005年6月28日發證的標題為“氣體放電主振 盘器功率放大器(ΜΟΡΑ)雷射光譜分析模組,,之6,9丨2,〇52 ; 20 2005年5月17日發證的標題為“氣體放電主振盪器功率放大 器(ΜΟΡΑ)雷射光譜分析模組”之6 894,785 ; 2004年3月30曰 發證的標題為“高解析度光譜測量裝置,,之6,713,770,其揭 示合併於本文中以供參考。 t先前技術3 5 ^年"月ίί曰修(更)正替換頁 發明背景 L-------- 在一帶寬計發展專案期間,申請人的公司決定特定產 品(譬如,ELS-7000 WSM測波計)在特定波長使用時具有不 足的像素取樣解析度。此不足係導致特定的測量誤差,其 根源成因係為標準具光譜儀邊紋影像相對於偵測器元件 (譬如,一光電二極體的線性陣列)的週期性格柵之假訊效 應。為了降低與光譜儀邊紋影像之取樣不足相關連之特定 測量誤差的位準,申請人提出對於測波計技術之特定改 良。可譬如在測量經線窄化DUV(深紫外線)雷射系統輸出 雷射光脈衝之光譜純度中(譬如,受激準分子及/或分子氟氣 體放電雷射)利用此測波計技術。
JenaOptik(Zeiss)在其用於顯微鏡術之CCD(電荷耦合裝 置)攝影機中使用一類似技術(?!*〇81^8產品)。 班艾斯拉(Ben-Esra)等人“顫動攝影機:來自一低解析 度偵測器之高解析度視訊,’,IEE (2000),及刊行於 Descour/Schen, Imaging Spectrometry VII, Proc. SPIE, Vol 4480 (2002) pp.334-344的兀替格(Wuttig)等人“雙重陣列格 柵光譜儀之次像素分析”係討論根據本發明的實施例態樣 可能有用之影像解析度技術態樣之態樣,其等之揭示合併 於本文中以供參考。 為了更好地瞭解本前後文中之假訊及取樣不足相關聯 的問題之態樣,參照第5圖。第5a圖中,顯示一線性陣列10〇 的光電二極體之一範例,其各代表一已知中心波長/帶寬偵 測器的一範例之輸出影像中的一像素及一成像像素,諸如 1334018 ^4/;邮日修祕替換頁j 上述專利案及申請案中參照者。像素基於方便以參考符號 X、X+1、X+2、X+3、X+4及X+5標示。假設光子能的兩正 方波所代表之一光源的一影像,如第5b圖所示的A及B,入 射在陣列100上藉以只照射兩像素X+2及X+3,亦即,並沒 5 有足以在部分強度感測整合期間,對齊任何經偵測強度之 外溢至左側的相鄰像素X+1或右側的相鄰像素X+4内的作 用。如第5e圖所示,使用典型強度感測電路之偵測器的輸 出,可被詮釋為第5e圖的實線所勾勒之完全相同的兩正方 波脈衝1及Γ。 10 參照第允圖,代表經空間性相移位約1/2像素寬度之相 同的兩正方波脈衝A及B。此事件中,像素χ+2以外的整合 強度僅將為上述第一範例中者之一半,如第5e圖由一界定 一輸出2之虛線所示。對於像素χ+3之輸出將保持相同,如 對於輸出2’之虛線所示,且此時像素χ+4將在先前未有之處 15具有一輸出,處於約為像素Χ+3輸出者的1/2之一位準。對 於藉由線性陣列100中光電二極體χ+2、Χ+3及χ+4所整合 的此一輸入之偵測器的輸出係可被詮釋為如第56圖中虛線 三角形所顯示之一鋸齒形影像。 最後,對於如第5d圖所示的一對準,像素χ+2的照射係 20降低至第5b圖的對準中者之約3〇%,而像素χ+4的照射係約 為像素Χ+3的照射之70%。這些係由對於像素%+2及乂+5之 強度的虚線輪廊及第5e圖的虛線三角形代表。 一類似版本的這些現象係造成藉由第2及3圖範例所顯 示之輸出的差異。對於第6圖示範用途示意地顯示一非常簡 7 #年"月日修(更)正替換頁 化版本之第2及3圖所示類型的一干涉邊紋影像之取樣。第6 圖顯示一典型已知帶寬债測器中來自一干涉圖案之—邊紋 的取樣之一很簡化方式。一線性陣列的一光偵測器中之代 表性像素為方便起見再度標示為X至X+5。如示範所示,譬 如位於邊紋圖案的強度之一峰值的一側上之譬如點A、B及 C等對於邊紋之強度曲線上的點係可藉由像素X、χ+1及 X+2作取樣。其平均而言係可整合用以指示邊紋峰值曲線 上的近似各別點之一強度。 取樣不足之數個問題係示範且示意地顯示於第6圖中 且未依實際比例。首先,邊紋峰值的最大值可決定為C或為 D,或者其如果強度相等則為兩者而將其真實最大值標為 MAX。藉此決定某閾值強度帶寬測量,因為真實峰值未被 偵測’譬如80%最大值全寬(FW80%M)可發生於第6圖中標 為FW80%M’的強度值處。並且,可看出真實峰值所位居之 處及經偵測峰值之間的誤差係隨著像素數相對於邊紋的影 像所覆蓋之場增大而變。 部分先前技藝測波計已經採用峰值估計演算法,譬如 取得對於像素Χ+1、X+2及X+3、邊紋曲線上的點B、c及D 之數值’及作出曲線的實際形狀之一拋物性估計以衍生出 更接近實際強度最大值MAX之物,其如圖所示亦可具有誤 差’譬如藉由此拋物性估計演算法決定為INTMAX(内插最 大值)。並且,如示範且示意地顯示且未依實際比例,第7 圖中’假設偵測器電路決定出INT MAX很接近於實際 MAX ’線性陣列中藉由像素之取樣不足的空間分佈之偵測 1334018 ?抨"月彳曰修(更)正替換頁 器輸出讀數的本質’係會導致以選定閾值強度偵測寬度時 之一誤差。用以決定處於一選定FWX%M譬如1?〜8〇%]^的 寬度之典型已知的演算法係在邊紋曲線的取樣點譬如點B 與C之間使用一内插。内插可為線性,如第7圖所示,該事 5件中’每當沿著讀取電子件所決定的點B及點C之間的線發 生諸如最大值的80%等閾值強度之處,除了上述有限像素 陣列的限制所造成之可能誤差外,内插線上的點係與曲線 上的實際點分離一誤差AFWXM(在最大值之—選定百分比 X處之全寬度)。如第7圖的示範代表可看出,如果像素數加 10倍(像素寬度減半)’此誤差可降低,但仍存在。 這些誤差可由於使用一有限像素計數之取樣不足的影 響及光偵測器的線性陣列格柵上之影像的移動而加劇,如 上述。 部分先前技藝測波計已經採用較精細的内插演算法, 15 4如利用一多項式,譬如Ax2+bx來模擬譬如B與C:等取樣點 之間的曲線’以啤酒估計(beei· estimate)沿著發生閾值的邊 紋強度曲線點處之邊紋強度曲線的寬度,但即使其亦受到 上述類型的誤差。 有甚於此,邊紋強度曲線的寬度係在邊紋圖案被取樣 20之極端處改變(變窄),所以例如第8圖所示,申請人已經發 現,沿著用以取樣一給定邊紋的邊紋強度之一光電二極體 的線性陣列,所照射像素數係減少。因此,譬如處於譬如 FW20%M之某閾值的視帶寬距離係在較接近線性陣列1 〇〇 的一極端之邊紋中增大。申請人已經發現此趨勢略為可被 9 1334018 _ |μ年//月V日修(更)正替換頁 忍受並可對於-給定測波計決定且藉由減去自第8圖所* 趙勢所決定之一量值而被橋正(部分演算法係模擬實際趨 · 勢曲線而部分使用-簡單線性矮正,在較老系統中其可能 已經足夠)。然而,即使藉由此矯正應用已經發現,申請人 5在此時可能未完全認識或瞭解部分地由於取樣不足及=等 的所產生假訊(tie resultant aliasing)所導致之部 差及其他負面影響係造成第8圖中的較淡圖形代表之視邊 紋寬度的嚴重起伏。 申請人提出對於如上述處於所需要閾值之邊紋寬度的 馨 10讀取及取樣之特定改良。 【明内3 發明概要 u 本發明揭露-種方法及裝置,其可包含藉由下述步驟 - 利用一光偵測元件之陣列來偵測—脈衝雷射之雷射輸出光 15脈衝的帶寬,該步驟可包含令脈衝雷射所產生的雷射輸出 光的一部分通至該光偵測元件之陣列,使得該雷射束的部 分移位橫越該光偵測元件之陣列以避免光偵測陣列的輸出 # 中之假訊假象(aliasing artifacts)。雷射輸出光所形成之影像 的部分在,譬如空間域或時域中,可為取樣不足。被取樣 20之一邊紋圖案產生元件的一輸出之一影像的相關特性尺寸 可包含相對於該光偵測元件之陣列中之個別光偵測元件尺 寸為小型的一尺寸。該方法及裝置可進一步包括含有一光 偵測器的線性陣列之光偵測元件。該方法及裝置可包含刺 用一光偵測元件之陣列來偵測一脈衝雷射之雷射輸出雷射 10 寬,其包含使用一顏動式影像對齊來降低雷射 出:=請儀測量中的假訊假象。用以偵測雷射輸 衝的寬之方法及裝置係可包含1射輸出光選擇 2 ’其將雷射輸出麵—部分通人該裝置内光偵測元 件之陣列;-移位元件,其令雷射輸出光的部分移位至該 光谓測7L件之陣列,使得該雷射束的部分移位橫越該光谓 測元件之陣列以避免光偵測陣列之輸出中的假訊假象。該 =法及裝置可進-步包含在一光譜儀中進行一散佈式光譜 像的夕重測里,其中該等多重測量係'在光講儀中之一光 貞測器70件之格柵中之各別光偵測器元件與散佈式影像之 間的不同對齊相位取得,且亦可包含將邊紋寬度的平均化 施加至各多重測量。該方法及裝置可包含光伯測器元件的 有限尺寸之效應被實際與經測量帶寬之間差異的所觀察趨 勢之一多項式模型所補償。該裝置及方法可包含對於各影 像的分析使用—内插技術以在平均前獲得散佈式影像之Γ 邊紋寬度的-估計。内插技術可包含在接近邊紋影像的峰 值處内插以獲得邊紋影像的峰值強度及位置之_次像素估 計Ο 圖式簡單說明 波▲十第1圖示意地顯示根據本發明的一實施例之態樣的測 第2圖以圖形顯示對於瞭解本發明的實施例之態樣有 用之對於—光偵測器之陣列之逐—像素基礎之強度位準; 第3圖以圖形顯示對於瞭解本發明的實施例之態樣有 1334018 μ年"月//日修^幻正替換頁 用之對於一光偵測器之陣列之逐一像素基礎之強度位準; 第4圖以圖形顯示利用根據本發明的一實施例之態樣 之一裝備及方法的利益; 第5圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素格柵 5中的一有限像素數之一強度影像的取樣不足相關聯之問題; 第6圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素格柵 中的一有限像素數之一強度影像的取樣不足相關聯之問題; 第7圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素格柵 中的一有限像素數之一強度影像的取樣不足相關聯之問題; 鲁 10 第8圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素格栅 中的一有限像素數之一強度影像的取樣不足相關聯之問題。 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 — 根據本發明的一實施例之態樣,申請人提出使用一顫 15動式景>像對齊來降低光譜儀測量中的假訊假象 。為此,申 請人提出利用一方法以將一雷射輸出光帶寬及中心波長測 量光譜儀的光學件所形成之影像來回移動橫越包含—祕 φ 偵測器之一偵測器陣列的像素格柵。可譬如藉由將偵測器 來回移動橫越靜態影像、或藉由譬如以如下所示的一(多) 20個可移式面鏡導向該景多像來達成此作用。亦可插入一傾斜 補償器或平板以達成類似效果。 依據雷射輪出光脈衝光譜在何處落於像素格栅上而 定可對於相同影像測量不同形狀,如第2及3圖所示。這 疋因為s如相較於被測量影像的特性尺寸而言像素為大型 12 所致’譬如-FWXM(在最大值之__選定百分比χ處之全寬 度)或-ΕΧ%(含有一選定百分比X之脈衝能量之波長間隔) 帶寬’亦即處於最大值的某百分比之全寬,譬如全寬一半 最大值(FWHM)或最大值任—側上之光譜的某百分比能量 之能量積分,譬如95%。第2及3圖顯示一譬如具有一相同 邊紋圖案之讀影像,該邊紋圖案被投射在—陣列譬如一 線性陣列的像素格栅上、但譬如位移了—像素的1/2。 可看出此效應會造成影像的視測量寬度之某種誤差, 譬如因為依據影像在像素陣列上的空間分佈、陣列中的尺 寸及間距等㈣’譬如―用以處理資料以蚊fwxn^/或 EX%寬度之演算法將接收對於譬如線⑽列巾之像素強度 的不同值,譬如對於投射在像料列上之光制影像之像 素30-35。像素上之影像的此空間分佈亦可隨著帶寬偵測器 的陣列上之影像位置而振盪。因為位置係依據譬如標準具 等散佈性光學元件巾的操作波長等因素來決定,而該標準 具係,譬如韓產生-可在光職巾由其生成光譜影像的 邊紋圖案,所以此振盪誤差可呈現為光譜儀中波長之一函 數^如,在由申请人之受讓人塞瑪公司(Cymer,Inc.)所製 售之如ELS 7XXX及XLA ΐχχχ、2XXX、3XXX型單及多室 式雷射系統等雷射系統中,用於偵測機載式中心波長及帶 寬者。其亦可依據如溫度等標準具操作條件及年歲等而改 變,譬如,在一成像標準具光譜儀或具有一短自由光譜範 圍的其他儀器中,如果光譜儀的線性散佈橫越偵測器陣列 產生變化,則此振盪誤差的週期及幅度亦將依據雷射的操 I334〇18 10 15 20 " 1 1 ^ιι 11« I ·ι^ m»m I ! ^11 ·ι-^···.ι^0年"月"日修(£)正替換頁 作波長及帶寬而定 根據本發明的_實施例之態樣,申請人提 =變與像素格拇之影像對齊(空間相位),一 丄位移)可施加數學技術以收回有關原本將被取樣不 賴歡散佈式縣之資訊(譬如,標準具光譜儀邊紋)。 /出未仰賴各影像之空間相位(位置)的詳細知 j而疋譬如利用具有如橫越π弧度⑽像素)的充分均句相 ^分佈等多重測量之簡化技術。巾請人提出為了決定取樣 數P=W2V_(其中心為影像頻率内容之一特徵截止而 、為_器陣列或格栅上之像素的間隔)的—數值範圍 、線性地有關於影像的真正寬度之—數字(譬如,處於一光 譜儀邊紋的—半最大值之全寬),其足崎於譬如分佈橫越 —度之複數個不同對齊來計算視(譬如取樣不^的)寬度及 %成平均結果。此外,對於各影像對齊,可施加一内插以 =良好地逼近一完美解析的影像,譬如,拋物性内插譬如 "、有最间強度之三點以逼近具有次像素解析度之峰值幅 度,及線性内插在寬度測量閾值(譬如,一半最大值)任一側 上之點以逼近具有次像素度解析度之寬度。 此製程可譬如移除所測量寬度中之次像素位置因變性 振盪。依據偵測元件格柵或線性陣列中的充填因子及參數p 的數值而定,由於有限像素尺寸上之空間平均化,可保留 身為位置的函數之寬度中之一顯著系統性但平坦且單調性 趨勢。申請人亦提出一藉由影像位置的一多項式函數將 "作杈型模擬來補償此後者效應、且利用此模型來矯正結
14 1334018 ”年0月π曰修(更)正替換頁 - &之技術,例如第8圖所示,其有利效應亦例如顯示於第4 ® ’其巾已經施加多項式模型以供所謂模糊橋正, correction)。即使實際寬度之絕對值的偵測並未根據本發明 的一實施例之此態樣顯著地改良,仍可以大許多的解析度 5 來測量影像變異。 • 譬如,從脈衝至脈衝、或在一迸發之脈衝内,如同對 於前述等雷射系統用來作為其中例如光譜純度等輸出雷射 光脈衝參數之脈衝至脈衝及迸發内的脈衝穩定度對於有效 操作的需求而言很重要之積體電路微影術D uv光源或其他 10應用所測量,影像穩定度可被顯著地改良,故可達成光譜 純度的相同穩定度。因此,即若譬如測量出略微偏移真實 雷射品質參數,譬如FWXM或EX%,可遠為更精密地測量 相距譬如光譜純度、脈衝至脈衝、或逬發内等之此或許略 微不精確的輸出光脈衝參數測量之變異。 15 利用雷射輸出光作為譬如積體電路光微影術中的光源 # 之系統比起譬如脈衝至脈衝或脈衝内所輸出之測量的穩定 度之變異而言可遠為更易能夠適應於譬如自測波計輸出之 譬如光譜純度等實際參數測量之略微偏移。因此,顯著地 改良脈衝至脈衝及/或逬發内之被測量的譬如光譜純度等 2〇雷射輪出脈衝參數品質的穩定度之能力係可對於一遠為更 穩定之譬如雷射系統或譬如步進機或步進機_掃描機、或兩 者一起等光微影術工具的操作控制提供度量方式,以符合 譬如微影術工具操作期間之譬如光譜純度等譬如對於雷射 輸出脈衝參數品質之更高要求。 15 1334018 修正日期:99年06月10日 現在參照第1圖,示意地顯示本發明的一實施例之態 樣。第1圖示意地且以範例顯示根據本發明的一實施例之態 樣之一雷射輸出脈衝品質度量工具1〇,譬如使用於譬如上 述應用種類所使用的上述雷射類型之一機載式中心波長/ 5帶寬測量次系統上之一測波計,如讓渡予本申請案共同所 有人之上述共同審查中的專利申請案所討論。測波計10可 接收譬如自雷射系統(圖未示)的輸出所分割之雷射輪出光 束脈衝12之一樣本,譬如,該雷射系統的輸出係在一單室 雷射系統中離開雷射系統或離開主振盪器及/或一放大增 10益媒體者。譬如,該主振盪器及/或一放大增益媒體係在一 如一ΜΟΡΑ(主振盪器功率放大器)或m〇P〇(主振盪器功率 振盪器)雷射系統等多室雷射系統中的一功率放大器/振盪 器。 雷射輸出之此經分割的樣本12可形成對於測波計1〇之 15 一輸入。測波計10亦可包括一光學元件20,譬如一散佈性 光學元件,其譬如包含一傳輸性散佈性標準具22,譬如用 以形成如上述的一邊紋圖案。光學元件20可進一步包含相 關聯的光學件,譬如透鏡40及42,其分開或合作地用來譬 如將標準具22的邊紋圖案輸出成像至一陣列50的光偵測器 20 52上,譬如一線性陣列50中的個別偵測器52,諸如一線性 陣列’譬如在時脈最高達到適當速度的20μηι間距及0.5mm 高度上具有一線性光電二極體陣列。譬如光電二極體之個 別的陣列偵測器52,係可整合打擊於各別光電二極體52之 光子的強度,其各形成於譬如線性陣列50中譬如一像素。 16 1334018 修正曰期:99年06月10日 如此技藝所热知,在部分時間上整合之此測量係可形成一 強度圖案’其—部分以範例顯示於第2及3圖中。 一譬如用以橫越㈣5 G的像素5 2雜f彡像之機構5 8,譬 如傾斜面鏡60且譬如連同-轉動面鏡62係可用來提供譬 5如影像形成的時間及空間性平均化,譬如陣列%的光電二 極體52上之邊紋圖案,作為一提供上述優點之示範性裝備 及方法。根據本發明的一實施例之態樣,面鏡6〇可安裝在
一經機械加工撓曲件(鉸鏈)上且利用一 PZT(壓電轉換器)致 動器(未圖示)被傾斜以推押在與撓曲件相對之面鏡60背部 10上(或者,面鏡60可安裝在一可被定位為朝向面鏡6〇縱向範 圍的一端之樞轴點(未圖示)上)。目此,面鏡可在樞轴點或 敍接撓曲件上樞轉用以產生頁面中的箭頭方向之動作如 第1圖所示。用於pzt元件(未圖示)之致動器可能譬如為自 由運轉式。其可被供應一斜坡波形,譬如以掃描ρζτ的長度 15且因此均句地傾斜面鏡的角度。可選擇掃描的位移(ρζτ電
壓)及頻率藉以在平均化時間期間將譬如大於π弧度的空 間相位覆蓋至少一次,其亦即為譬如線性陣列中的光電二 修正日期:99年〇6月10日Κ列中各像素提供一取樣強度之 期間的時間。 20 根據本發明的一實施例之態樣,可以譬如以相同增量 在相對方向中掃描回去期間譬如於部分取樣窗口上方(譬 衝)對於雷射光的各像素譬如以_像素的—比例部 分^量(譬如―像素的64分之—)使影像移位—半像素至尊 如一又二分之-像素(譬如,在-實施例中為-像素)之速率 17 1334018 修正日期:99年06月10日 作出邊紋的影像之掃描。可譬如對於每250 ms —步之以 4kHz操作之一雷射達成此作用,且取樣窗口可能在各方向 中譬如為64樣本。根據本發明的一實施例之態樣可達成如 上述未採用不同影像對齊者等雷射系統上的測波計上目前 5所作的目前使用之陣列中的各像素之強度偵測及所進行用 來獲得一帶寬輸出之内插及其他信號處理演算法。利用樣 本時間譬如64個不同對齊作為一滾進的樣本窗口,在第一 樣本窗口之後則系統可繼續利用先前63個對齊輸出譬如以 一逐一脈衝基礎在最後64個對齊上更新平均化以在新的64 10對齊窗口上作平均化。系統可在迸發的脈衝之間被重設, 譬如用以在一微影術掃描器上的一照射窗口中照射一晶粒 或一晶粒的一部分且因此只在該逬發的初始64個雷射脈衝 之後提供經精製的帶寬讀取,或可保留對於先前迸發之經 平均值至下一者以自開端平均化下個迸發中之對準。此 15外,系統可在譬如一光微影製程中照射一整體晶圓之一系 列近發之後重新開始,且只在譬如更換晶圓時、或當雷射 發射中的有些其他選定較長延遲之後將一新批次的晶圓裝 載至掃描器内時等—比迸發内延遲更長的延遲之後才被重 如^亦將瞭解除使賴外可使用其他的對齊,且掃描速度 20可增大或減小藉以依據雷射脈衝反覆速率及其他因素使得 7描可在示紐64對想本f 口巾於陣列上來回發生一或 多次。譬如每隔或具有至少多種不同可能取樣相位之平均 系可用來防止由於既有技藝的規則操作中的取樣相位變 化所發生之變異,譬如由於邊紋位置的一移位所致,馨如 18 1334018 修正日期:99年06月10日 由於波長變化或其他成因導致取樣相位的變化所致。
將瞭解空間域中來自譬如標準具22等邊紋圖案生成光 學元件之信號輸出的取樣不足,亦即由於邊紋圖案的影像 尺寸譬如其寬度相對於光電二極體52尺寸及/或間距之間 5 的關係所致,係會導致來自光偵測器陣列之輸出信號的假 訊。本發明的一實施例之態樣亦可用來顯著地消除此假訊 之有害效應。譬如,經成像邊紋圖案可在譬如超過約五或 六像素之寬度中被成像例如第2及3圖所示,對應於數十皮 米級數之一實際帶寬。本發明的一實施例之態樣亦可延伸 10 至時域内而面對於移位橫越譬如被譬如每10皮秒週期性取
樣的一單像素之雷射光束部分,譬如當此一掃描相對於掃 描所建構影像的特性尺寸為大型時,譬如其中特性尺寸相 對於對於時域(單一像素的讀取與重設之間的間隔,可供在 下個樣本時間被讀取之前整合影像的有些部分)中像素的 15 解析度具有一特徵。此特徵關係譬如可隨著邊紋圖案變化 而改變,譬如位於像素的時間性尺寸之級數,其中在一試 圖解析的特定特性上所需要的像素掃描數約為三。時域中 的此效應係很類似於一線性陣列的空間掃描。 第4圖顯示用以示範偵測器陣列上方的此影像動作之 20 部分實驗性資料,譬如光偵測器52的線性陣列50及所生成 之寬度值的平均化係可用來抑制譬如隨著既有此等機載式 光譜儀及類似物之操作中的時間且隨著位置而振盪之誤差 項。如圖表左方尺度所測量之第4圖中的繪圖70係顯示偵測 器10輸出影像的所測量寬度之表現而無影像對齊的調變。 19 1334018 修正日期:99年06月10日 對於大於約450的一直徑之資料的快速振盪(亦即?1)八5〇上 的位置)係為所想要移除之效應的一知例。如圖表右方尺度 上所測量之繪圖7 2係顯示譬如當將影像位置調變譬如士約 1/2像素且取得所利用光譜純度寬度的許多測量之平均數 5時所可發生者。繪圖70所示的負面效應可譬如基本上被完 全地抑制,且所有留存者係為其他誤差來源。 熟習該技術者將從上文瞭解,揭露一利用一光偵測元件 之陣列來偵測一脈衝雷射之雷射輸出光脈衝的帶寬之裝備 及方法,其可包含令脈衝雷射產生的雷射輸出光的一部分 10通至該光偵測元件之陣列,使得雷射束的部分移位橫越該 光偵測元件之陣列以避免光偵測陣列的輸出中之假訊假象 之方式藉由一束分割器。亦即一種譬如在如一光電二極體 之線性陣列等陣列的上方將譬如一邊紋圖案產生元件譬如 一標準具之影像的定位予以平均之方式,其可用來避免偵 15測及測量一經成像邊紋圖案的一態樣譬如其帶寬之假訊問 題且具有其他作用。譬如因為相對於陣列中個別像素尺寸 而言諸如帶寬等受測量參數的尺寸為小型,雷#輸出光的 部分可能譬如在空間域中為取樣不足。譬如,影像可只延 伸於數個像素上方,譬如最高達到約五或六個。脈衝/雷射 2〇可包含譬如以35〇〇赫兹或更高操作譬如最高達到及高於約 6000Hz但亦可適用於低達約2〇〇112之一受激準分子或分子 氟氣體放電雷射,並在譬如其中受測量帶寬譬如為— Η% 值且脈衝至脈衝的測量穩定度可能很重要之 可特別有用。光偵測元件亦可包含-光偵測器的 20 I334U18 __ T%//月α曰修(Jb正替換頁 • ^射法及裝備可包含㈣—顫動式影像對齊來充分地 • ㈣雷射輸出光所構成的光譜儀測量中之假訊假象,也就 是說經調變對齊係充分地面對於個別偵測器元件以實質地 消除偵測器的輸出上之假訊效應。 5 S習該技術者亦將瞭解,已揭露者係、為-用以抑制估 - 料如上義型等—雷射光_帶寬之系紐誤差之方法 及裂備’其可包含在一光譜儀中進行—散佈式光譜影像的 乡重測量’其巾料多重測量係在料式影像與光譜儀中 攀 之一光伯測器元件之格柵中的個別光積測器元件(或一影 Π)像上方於時域中對齊之單一光偵測器中)之間的不同對準 相位取得,其可能發生於一取樣期間中,譬如來自此一雷 • 射光源系統之一迸發的雷射輸出光之脈衝之間。該方法及 t備可進-步包含如施加至多重測量的各者之邊紋寬度的 平均化。該方法及裝備可進-步包含受到實際與測量帶寬 15之間差異的所觀察趨勢之一多項式模型所補償之光偵測器 元件的有限尺寸之效應。該方法及裝備可進一步包含一用 以分析各影像之内插技術以獲得平均前之散佈式影像的一 邊紋寬度之-估計。内插技術可包含譬如在對於所取樣邊 紋之-峰值的任-側上利用像素樣本值在接近邊紋影像的 20峰值處内插以獲得邊紋影像的位置及峰值強度之一次像素 估叶,或可包含譬如在諸如FW80%M、FWHM或FW20%M 或類似物等-隨強度值任-側上_像素樣本值在接近 寬度測量閾值處内插以獲得在峰值強度的某閾值處之影像 全寬的一次像素估計。 21 1334018 作年"月汝日修(更)正替換頁 熟習該技術者亦瞭解,揭露一方法及裝置,其可包含 藉由下述步驟利用一陣列的光偵測元件來偵測一脈衝雷射 光之雷射輸出光脈衝的帶寬,該步驟可包含令脈衝雷射所 產生之雷射輸出光的一部分通至該光偵測元件之陣列,使 5得雷射束的部分移位橫越該光偵測元件之陣列以避免光偵 測陣列之輸出中的假訊假象。雷射輸出光所形成之影像的 部分可能譬如在空間域或時域中為取樣不足且可能包括被 取樣之-邊紋圖案產生元件之一輪出的一影像之一相關特 性尺寸,譬如一光譜寬度,其可包含一相對於該陣列的光 H)偵測元件中之個別光_元件的尺寸(或相對於具有在複 數個時間間隔上掃描影像之單一偵測器之-實施例中的取 樣時程)為小型之尺寸。該方法及裝備可進-步包含含有一 線性陣列的光偵測器之光偵測元件。該方法及裝置可包含 利用一光偵測元件之陣列㈣測一脈衝雷射的雷射輸出二 射光脈衝之帶寬,其包含使用一顏動式影像對齊來降低雷 射輸出光所構成之光譜儀測量中的假訊假象。用以福測雷 ^出光脈動的帶寬之方法及裝置係可包含一雷射輸出光 選擇器,其將雷射輸出光的一部分通入該裝置内;一光偵 之陣列…移位元件,其令雷射輸出光的部分移位 -至_測元件之陣列,使得雷射束的部分移位橫越該光谓 測疋件之陣列以避免光伯測陣列之輸出中的假訊假象。亨 ^及裝備可進—步包含在-光譜儀中進行-散佈式光譜 多重測量,其中該等多重測量係在散佈式影像與光 "曰之-的光谓測器疋件格柵中之個別光谓測器元件之 22 Μ年// U日修(幻正替換頁 間的不同對齊相位取得,且亦可包含將邊紋寬度之平均化 施加至各多重測量。該方法及裝備可包含光偵測器元件的 有限尺寸之效應被實際與經測量帶寬之間差異的所觀察趨 勢之一多項式模型所補償。該裝置及方法可包含對於各影 像的分析使用一内插技術以在平均前獲得散佈式影像之一 邊紋寬度的一估計。内插技術可包含在接近邊紋影像的峰 值處之内插以獲得邊紋影像的位置及峰值強度之一次像素 估計。 Μ 雖然需滿足說明書之法定要求之此專利申請案所詳細 描述及顯不的“用以高脈衝反覆速率脈衝雷射之測波計,,實 施例的特定態樣係完全能夠達成對於一上述實施例的態樣 之任何上述用途'所解決問題、或任何其他理由或目的, 熟習該技術者可瞭解,本發明的所描述實施例之目前描述 的態樣係只為本發明所廣泛包含的主體物之範例性'示範 性及代表性用途。實施例的目前所描述及主張之態樣的範 圍完全地涵蓋了糾可能為或可能變成為熟習該技術者以 說明書教導絲礎所明瞭之其他實施例。目前的“用於高反 覆速率脈衝雷射之測波計”係單單且完全地只受限於申請 專利範圍而毫無超過申請專利範圍的引述。此等申請專利 範圍中以單數提及4件時除非另行明述否則無意代表或 將代表將此主張元件詮釋為‘‘一且唯一”,而是“一或多,,。 一般熟習該技術者所已知或稍後得知之對於實施例的上述 態樣之任何元件的所有結構性及魏性均等物係明示地合 併於本文中以供參考且狀被中請專利範圍所涵蓋。說; 1334018 ftf年"月日哆〔更)正替換頁 書中及/或申請專利範圍中使用且在說明書及/或本說明書 的申請專利範圍中明顯提供意義之任㈣語將具有該意 義’而不論對於此用語之任何字典或其他常用意義。對於 作為-實施例的任何態樣之在說明書中所討論的一裝置或 5方法並無意或不需要解決此說明#所揭露的實關之祕 中所尋找解決的各個及每_題,因為其被本巾料職 圍所涵蓋。本揭示中並無元件、組件、或方法步驟預定貢 獻予公眾’不論該元件 '組件、或方法步驟是否在申請專 利範圍中明示引述皆然。申請專利範圍中無一元件被解釋 # H)為手段(或步驟)功能用tf,除非該元件利用“用以之部件 —ns㈣’’聽被明示引述、或在方法請求項的案例中該 元件以一“步驟”而非一“作用,,被引述。 熟習該技術者將瞭解,上文所揭露的本發明的實施例 之態樣預定只是較佳實施例而未以任何方式來限制本發明 15的揭不且尤其不單限於一特定較佳實施例。可對於所揭露 發明的實施例之所揭露態樣作出許多改變及修改且其將被 热習該技術者所理解及瞭解。附屬的申請專利範圍預定纟 鲁 範圍及義上不〜函蓋本發明的實施例之所揭露態樣亦 包括如熟習該技術者所瞭解之均等物及其他修改及變化。 2〇除了上述本發明的實施例之所揭露及主張的態樣外,可實 行其他者。譬如,可採用另-掃描機構,譬如-可致動光 學兀件’譬如—聲m或磁.光元件,其譬如各別藉 由一聲學、電或磁場以激勵位準所決定的一量值被刺激時 將改變其折射率及折射係數,以藉此將束掃描橫越該光侦 24 1334018 贷年"月亇曰修⑻正替換頁 測器之陣列。-----—_ - C闽式簡單說明】 波計 第1圖示意地顯示根據本發明的一實施例之態樣的則 第2圖以圖形顯示對於瞭解本發明的實施例之離樣有 用之對於一光偵測器的陣列之逐一像素基礎之強度位=;
10 之一裝備及方法的利益; 第3圖以圖形顯示對於瞭解本發明的實施例之熊樣 用之對於-光侧㈣陣列之逐—像素基礎之強度位有 第4圖以圖形顯示利用根據本發明的一實施例之熊樣
第5圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素柊 中的-有限像素數之-強度影像的取樣不足綱聯之問題柵 第6圖示意且未依實際比例地顯示與具有—像素格 中的-有限像素數之-強度影像的取樣不足相關聯之問題柵 第7圖示意且未依實際比例地顯示與具有一像素格’ 中的一有限像素數之-強度影像的取樣不^相關聯之問題柵 第8圖示意且未依實際比例地顯示與具有― , 令的一有限像素數之-強度影像的取樣不足相關門顏柵 【主要元件符號說明】 °〗畸。 1,r ’ A,B...正方波脈衝 2 ’ 2’·..輸出 10...雷射輸出脈衝品質度量工具,測波計 12…雷射輸出之此經分割的樣本 20…光學元件 25 1334018
22…傳輸性散佈性標準具 30-35…像素 40,42...透鏡 50,100...線性陣列 52.. .光偵測器,光電二極體 58.. .用以橫越陣列50的像素52掃描影像之機構 60.. .傾斜面鏡
62.. .轉動面鏡 70,72,79...繪圖 A,B,C,D...點 MAX...實際強度最大值 X,X+1,X+2,X+3,X+4,X+5…像素
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Claims (1)
1334018 10 广年f月>0日修(更)正替換頁 第96107345號申請案申請專利範圍修正本 99年08月20曰 十、申請專利範圍: 1. 一種用以估計雷射輸出光的帶寬之方法,包含: 將該雷射輸出光的至少一部分傳送至一光譜儀以 產生數個表示該輸出光光譜的光譜影像; 將該等光譜影像導至一光偵測元件之陣列; 判定該等光譜影像與光偵測元件間對齊的不同相 位的至少二光譜影像的寬度;以及 均分該等寬度以估計一雷射輸出帶寬。 2. 如申請專利範圍第1項之方法,更包含: 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而為低取 樣。 3.如申請專利範圍第2項之方法,更包含: 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而在時域 為低取樣。 15 4.如申請專利範圍第3項之方法,更包含: 其中該光譜儀包含產生具有一邊紋寬度之一邊紋 圖案的一標準具及影像光學件。 5.如申請專利範圍第4項之方法,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 20 6.如申請專利範圍第2項之方法,更包含: 其中該光譜儀包含產生具有一邊紋寬度之一邊紋 圖案的一標準具及影像光學件。 7.如申請專利範圍第6項之方法,更包含: 該等光彳貞測元件包含一光偵測器的線性陣列。 27 5 .如申請專利 其中》亥等寬度係藉由該偵測元件之陣 域為低取樣。 在工間 9. 如申請專利範圍第8項之方法,更包含: 其令該光譜儀包含產生具有一邊紋寬度之—邊紋 圖案的一標準具及影像光學件。 10. 如申請專利範圍第9項之方法,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 10 11.如申請專利範圍第1項之方法更包含: 其中該光譜儀包含產生具有一邊紋寬度之—邊紋 圖案的一標準具及影像光學件。 12·如申凊專利範圍第11項之方法,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器之線性陣列。 13.如申請專利範圍第1項之方法,更包含: 15 其中各該寬度係含有該個別光譜影像之一選定能 里百分比之該波長間隔之一測量。 14.如申請專利範圍第1項之方法,更包含: 其中該選定能量百分比係百分之九十五。 15.如申請專利範圍第1項之方法,更包含: 20 年汐月扣日修(更)正替換頁 其中各光譜影像具有一最大強度且各該寬度係於 該最大強度之一選定強度百分比之該個別光譜影像的 該完整寬度的一測量。 16· —種用以估計雷射輸出光的帶寬之裝置,包含·· 用以自該雷射輸出光之至少一部分產生數個光譜 28 1334018 __ y?年#月:《曰修(史)正替換頁 ^ 影像之裝置; . 用以將該等光譜影像導至一光偵測元件之陣列之 裝置; 用以判定該等光譜影像與光偵測元件間對齊之不 - 5 同相位之至少二光譜影像的寬度的裝置;以及 - 用以均分該等寬度以估計一雷射輸出帶寬的裝置。 17.如申請專利範圍第16項之裝置,更包含: 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而為低取 0 樣。 10 18.如申請專利範圍第17項之裝置: 其中用以產生數個光譜影像之該裝置包含產生具 有一邊紋寬度之一邊紋圖案的一標準具及影像光學件。 19.如申請專利範圍第18項之裝置,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 15 20.如申請專利範圍第16項之裝置,更包含: 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而於空間 .· 域為低取樣。 " 21.如申請專利範圍第20項之裝置,更包含: 其中用以產生數個光譜影像之該裝置包含產生具 20 有一邊紋寬度之一邊紋圖案的一標準具及影像光學件。 22. 如申請專利範圍第21項之裝置,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 23. 如申請專利範圍第16項之裝置,更包含: 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而於時域 29 1334018 巧年P月》曰修(更)正替換頁 為低取樣。 24.如申請專利範圍第23項之裝置,更包含: 其中用以產生數個光譜影像之該裝置包含產生具 有一邊紋寬度之一邊紋圖案的一標準具及影像光學件。 5 25.如申請專利範圍第24項之裝置,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 26.如申請專利範圍第16項之裝置,更包含: 其中用以產生數個光譜影像之該裝置包含產生具 有一邊紋寬度之一邊紋圖案的一標準具及影像光學件。 10 27.如申請專利範圍第26項之裝置,更包含: 該等光偵測元件包含一光偵測器的線性陣列。 28. —種用以估計雷射輸出光的帶寬之裝置,包含: 一光學元件,用以自該雷射輸出光之至少一部分產 生具有數個光譜影像的一散佈式輸出; 15 一用以接收該散佈式輸出之光偵測元件之陣列; 一移位機構,其將該陣列及該散佈式輸出中之至少 一者相對於另一者移動;以及 電子元件,用以判定該等光譜影像與光偵測元件間 對齊之不同相位之至少二光譜影像的寬度及均分該等 20 寬度以估計一雷射輸出帶寬。 29. 如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: 其中該光學元件包含一標準具及一影像光學件。 30. 如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: 其中該移位機構包括一傾斜面鏡。 30 1334018 __ 7?年β月%日修®正替換頁 • 31.如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: - 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而為低取 樣。 32. 如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: 5 其中該等寬度係藉由該偵測元件之陣列而於空間 : 域為低取樣。 33. 如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: . 其中該等寬度係由藉該偵測元件之陣列而於時域 籲 為低取樣。 10 34.如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: 其中各該寬度係含有該個別光譜影像之一選定能 量百分比的該波長間隔之一測量。 35.如申請專利範圍第34項之裝置,更包含: 其中該選定能量百分比係為百分之九十五。 15 36.如申請專利範圍第28項之裝置,更包含: 其中各光譜影像具有一最大強度且各該寬度係於 :® 該最大強度之一選定強度百分比之該個別光譜影像的 該完整寬度的一測量。 37.如申請專利範圍第36項之裝置,更包含: 20 其中該選定能量百分比係百分之五十。 31
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