KR20080096979A - Apparatus and method for measuring wavefront aberrations - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 파면 수차 측정을 위한 간섭계를 도시한 도면. 1 is a diagram illustrating an interferometer for measuring wavefront aberration according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파면 수차 측정 장치의 상세 구성을 도시한 도면. 2 is a view showing a detailed configuration of the wavefront aberration measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 파면 수차 해석부의 블록도.3 is a block diagram of a wavefront aberration analyzer according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 간섭계를 이용하여 파면 수차의 방향을 결정하는 과정의 도시한 도면. 4 is a diagram illustrating a process of determining the direction of wavefront aberration using an interferometer according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200: 조명계 202: 간섭계200: illuminator 202: interferometer
204: 영상 수집부 206: 파면 수차 해석부204: Image collector 206: Wavefront aberration analyzer
210,212,214,216: 빔스플리터 220,222: 미러210,212,214,216: beam splitter 220,222: mirror
230: 빔축소기 232,234: 빔확대기230: beam reducer 232,234: beam expander
240,242: 전하결합소자240,242: charge coupled device
본 발명은 파면 수차 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 부품이나 레이저 빔 자체의 파면 수차를 단일 측정(single measurement)으로 정밀하게 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring wavefront aberration, and more particularly, to an apparatus and method capable of precisely measuring wavefront aberration of an optical component or a laser beam itself by a single measurement.
최근 기술이 급속하게 발전하면서 광학 기술의 응용 및 필요성이 점점 커지고 있다. With the recent rapid development of technology, the application and necessity of optical technology is increasing.
일반적으로 광학 기술에 사용되는 광(레이저 빔)의 성능은 파면 수차로 통해 측정될 수 있다. 여기서 파면 수차(wavefront aberration)는 이상적 구면파와 실제 파면과의 차이로서, 이는 주광선과 유한광선(finite ray)의 광로정(ray path) 차에 의해 발생한다. In general, the performance of light (laser beams) used in optical technology can be measured through wavefront aberration. Here, wavefront aberration is the difference between the ideal spherical wave and the actual wavefront, which is caused by the difference in the ray path of the chief and finite rays.
일반적으로 파면 수차 측정은 파면 측정기(wavefront sensor) 또는 간섭계(interferometer)를 이용하여 수행된다. In general, wavefront aberration measurement is performed using a wavefront sensor or an interferometer.
파면 측정기는 레이저 빔이 입사되는 쪽에 마이크로렌즈 어레이(microlens array)와 그 초점거리 부분에 위치한 CCD(전하결합소자)를 포함한다. 평행한 레이저 빔이 입사되었을 경우에 각 마이크로렌즈에 의해 맺은 초점들의 위치를 기준초점위치(reference focal point)로 지정하게 되고, 이를 기준으로 하여 측정하고자 하는 레이저 빔이 들어왔을 때 맺는 초점들의 위치가 기준(reference)으로부터 벗어난 정도를 이용하여 각각 파면의 기울기를 알아낼 수 있다. The wavefront meter includes a microlens array on the side from which the laser beam is incident and a CCD (charge coupled device) positioned at a focal length portion thereof. When the parallel laser beam is incident, the positions of the focal points formed by each microlens are designated as a reference focal point, and the focal points formed when the laser beam to be measured are input based on the reference focal point. The deviation from the reference can be used to determine the slope of each wavefront.
그러나 파면 측정기를 이용한 파면 수차의 측정은 단일 측정(single measurement)으로 광의 파면 수차를 측정할 수 있는 장점이 있다. 그러나 간섭계를 이용한 파면 수차 측정에 비해 정확도(accuracy) 및 공간 분해능(spatial resolution)이 좋지 않은 단점이 있다. However, the measurement of the wavefront aberration using the wavefront measuring instrument has the advantage of measuring the wavefront aberration of light with a single measurement. However, there is a disadvantage in that accuracy and spatial resolution are poor compared to wavefront aberration measurement using an interferometer.
간섭계(interferometer)는 광의 간섭현상을 이용한 측정기로서, 빔스플리터, 미러 및 렌즈로 구성되며 이를 통해 입사된 레이저 빔의 간섭무늬를 얻어 레이저 빔의 파면 수차를 측정할 수 있도록 한다. An interferometer is a measuring device that uses an interference phenomenon of light. The interferometer is composed of a beam splitter, a mirror, and a lens to obtain an interference fringe of an incident laser beam, thereby measuring wavefront aberration of the laser beam.
도 1은 종래기술에 따른 파면 수차 측정을 위한 간섭계를 도시한 도면으로서, 마흐-젠더형 방사형 층밀림 간섭계(radial shear interferometer)의 구성을 도시한 것이다. 1 is a diagram illustrating an interferometer for measuring wavefront aberration according to the prior art, and illustrates a configuration of a Mach-gender radial radial interferometer.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 간섭계는 제1 빔스플리터(Beam splitter: BS1,100), 제1 미러(Mirror: M1, 102), 제2 빔스플리터(BS2, 104) 및 제2 미러(M2, 106)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a conventional interferometer includes a first beam splitter BS1, 100, a first mirror M1, 102, a second beam splitter BS2, 104, and a second mirror splitter. M2, 106).
제1 빔스플리터(100)는 입사되는 레이저 빔을 arm1 방향과 arm2 방향으로 분할한다. The
arm1의 경로를 지나는 레이저 빔은 볼록 렌즈(L1) 및 오목 렌즈(L2)로 구성된 빔 축소기(108)를 이용하여 축소되며, 제2 빔스플리터(104)에서 반사되어 스크린 또는 전하결합소자(CCD)와 같은 영상 수집부(120)에 도달한다. The laser beam passing through the path of arm1 is reduced by using the
arm2의 경로를 지나는 레이저 빔은 오목 렌즈(L3) 및 볼록 렌즈(L4)로 구성되는 빔 확대기(110)를 통해 확대되며, 제2 빔스플리터(104)를 통과하여 스크린 또는 전하결합소자(CCD)에 도달한다. The laser beam passing through the path of arm2 is enlarged through the beam expander 110 composed of the concave lens L3 and the convex lens L4, and passes through the
상기와 같이 서로 다른 경로(arm1 및 arm2)를 갖는 두 개의 레이저 빔은 레이저 빔 자체의 파면 수차에 의하여 간섭무늬(interferogram)를 생성하며, 스크린 또는 전하결합소자에 기록된 영상을 수학적으로 해석하여 레이저 빔의 파면 수차를 계산하게 된다. As described above, two laser beams having different paths (arm1 and arm2) generate an interferogram by wavefront aberration of the laser beam itself, and mathematically interpret an image recorded on a screen or a charge coupled device to laser The wavefront aberration of the beam is calculated.
이와 같은 종래의 간섭계는 간섭무늬를 이용하여 파면 수차를 측정한다는 점에서 파면 측정기에 비해 정확도 및 공간 분해능이 좋다. 그러나 하나의 간섭무늬를 통해 레이저 빔의 파면 수차를 측정하기 때문에 단일 측정으로 레이저 빔의 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 측정하지 못하는 단점이 있다.Such conventional interferometers have better accuracy and spatial resolution than wavefront meters in that they measure wavefront aberration using interference fringes. However, since the wave front aberration of the laser beam is measured through one interference fringe, the size and direction of the wave front aberration of the laser beam cannot be simultaneously measured by a single measurement.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 단일 측정으로 광학 부품 또는 레이저 빔 자체의 파면 수차의 방향 및 크기를 동시에 결정할 수 있는 파면 수차 측정 방법 및 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to propose a method and apparatus for measuring wavefront aberration, which can simultaneously determine the direction and magnitude of wavefront aberration of an optical component or a laser beam itself by a single measurement. .
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 파면 수차 측정 장치에 있어서, 입사되는 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2이상의 자연수)의 간섭무늬를 생성하는 간섭계; 및 상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 파면 수차 해석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object, a wavefront aberration measuring apparatus, comprising: an interferometer for generating at least n (n is a natural number of two or more) interference fringes by splitting the incident laser beam; And a wavefront aberration analyzer for simultaneously determining the magnitude and direction of the laser beam wavefront aberration using the n interference fringes.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬를 생성하는 장치에 있어서, 입사되는 레이저 빔의 경로를 적어도 k개(k는 3이상의 자연수)로 분할하는 복수의 빔스플리터; 상기 k개의 경로를 따라 이동하는 레이저 빔을 확대 또는 축소하는 하나 이상의 렌즈를 포함하되, 상기 복수의 빔스플리터는 적어도 n 개(n은 2이상의 자연수)의 간섭무늬를 형성하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정을 위한 간섭무늬 생성 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating an interference fringe for wavefront aberration measurement, the apparatus comprising: a plurality of beam splitters for dividing a path of an incident laser beam into at least k (k is a natural number of 3 or more); And at least one lens for enlarging or reducing the laser beam moving along the k paths, wherein the plurality of beamsplitters form at least n interference fringes, where n is a natural number of two or more. An interference fringe generating apparatus for measurement is provided.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 파면 수차 측정 방법에 있어서, 레이저 빔을 입사하는 단계; 상기 입사한 레이저 빔을 분할하여 적어도 n개(n은 2이상의 자연수)의 간섭무늬를 형성하는 단계; 및 상기 n개의 간섭무늬를 이용하여 상기 레이저 빔 파면 수차의 크기 및 방향을 동시에 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파면 수차 측정 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wavefront aberration measuring method, comprising: incident a laser beam; Dividing the incident laser beam to form at least n (n is a natural number of two or more) interference fringes; And simultaneously determining the magnitude and direction of the laser beam wave front aberration using the n interference fringes.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도 면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, in order to facilitate the overall understanding, the same reference numerals will be used for the same means regardless of the drawing numbers.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파면 수차 측정 장치의 블록도이다. 2 is a block diagram of a wavefront aberration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파면 수차 측정 장치는 조명계(200), 간섭계(202), 영상 수집부(204) 및 파면 수차 해석부(206)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the wavefront aberration measuring apparatus according to the present invention may include an
조명계(200)는 임의의 파장을 가지며 파면 수차 측정의 대상이 되는 레이저 빔을 입사한다. 여기서 레이저 빔은 펄스형 레이저 빔일 수 있다.The
간섭계(202)는 입사되는 레이저 빔을 분할 및 반사시켜 간섭무늬를 생성하는 것으로서, 바람직하게는 방사형 층밀림 간섭계일 수 있다. The
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭계(202)는 레이저 빔의 일부는 투과하고 일부는 반사하는 복수의 빔스플리터(beam splitter: 광분할기, 210 내지 218), 복수의 미러(220,222) 및 복수의 렌즈(L1 내지 L7)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 2, the
도 2에서 P1은 측정 대상이 되는 파면의 평면이며, P2 내지 P4는 P1의 공액면(conjugate plane)이다. In FIG. 2, P1 is a plane of the wavefront to be measured, and P2 to P4 are conjugate planes of P1.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 간섭계(202)는 적어도 k(k는 3이상의 자연수)개 이상의 레이저 빔 경로를 포함하며, 이를 통해 적어도 n(n은 2이상의 자연수)개 이상의 간섭무늬를 생성한다. According to one preferred embodiment of the present invention, the
하기에서는 3개의 레이저 빔 경로를 통해 2개의 간섭무늬를 생성하는 것을 중심으로 설명할 것이나 이에 한정됨이 없이 그 이상의 경로를 통해 더 많은 간섭 무늬를 생성하는 것도 본 발명의 범주에 포함될 수 있다는 점을 당업자는 이해하여야 할 것이다. The following description will focus on the generation of two interference fringes through three laser beam paths, but the present invention is not limited thereto, and the generation of more interference fringes through more paths may be included in the scope of the present invention. Should be understood.
도 2를 참조하면, 제1 빔스플리터(210)는 입사되는 레이저 빔을 분할한다. Referring to FIG. 2, the
제1 빔스플리터(BS1,210)를 통해 분할된 레이저 빔은 제1 경로(arm1) 및 제2 경로(arm2)를 따라 이동한다. The laser beam split through the first beam splitter BS1 and 210 moves along the first path arm1 and the second path arm2.
이때 제1 경로를 따라 이동하는 제1 레이저 빔은 제1 미러(M1,220)에서 반사되고 볼록 렌즈(L1) 및 오목 렌즈(L2)로 구성되는 빔 축소기(230)에서 소정 크기로 축소된다. At this time, the first laser beam traveling along the first path is reduced to a predetermined size in the
상기와 같이 축소된 레이저 빔의 일부는 제2 빔스플리터(BS2,212)에서 반사되어 영상 수집부(204)에 도달한다. A portion of the laser beam reduced as described above is reflected by the second
여기서 영상 수집부(204)는 영상을 수집할 수 있는 장치로서, 생성된 간섭무늬를 캡쳐하는 스크린 또는 전하결합소자(Charge Coupled Device)일 수 있다. 본 발명에 따른 간섭계(202)는 복수의 간섭무늬를 생성한다는 점에서 영상 수집부(204)는 생성되는 간섭무늬의 수에 상응하는 스크린 또는 전하결합소자를 포함할 수 있다. The
하기에서는 영상 수집부(204)가 두 개의 간섭무늬에 상응하는 제1 및 제2 전하결합소자(240,242)를 포함하는 것으로 설명한다. Hereinafter, the
한편, 제1 경로를 따르는 레이저 빔 중 일부는 제1 빔스플리터(210)에 의해 분할되어 제2 경로를 따라 이동한다. 여기서 제2 경로는 제1 빔스플리터(210)를 통과하고 제3 빔스플리터(BS3,214)를 통해 반사되는 경로이다. Meanwhile, some of the laser beams along the first path are divided by the
상기한 제2 경로를 따라 이동하는 제2 레이저 빔의 일부는 제3 빔스플리터(214)를 통해 반사된 후 오목 렌즈(L3) 및 볼록 렌즈(L4)로 구성되는 제1 빔 확대기(232)에서 확대되며, 제2 빔스플리터(212)를 통과하여 제1 전하결합소자(240)에 도달한다. A portion of the second laser beam traveling along the second path is reflected by the
이때 제2 경로를 따라 이동한 제2 레이저 빔은 상기한 제1 경로를 따라 이동한 제1 레이저 빔과 제1 간섭무늬(interferogram1)를 형성한다.In this case, the second laser beam moved along the second path forms the first laser beam moved along the first path and a first interference fringe 1.
본 발명에 따르면 제3 빔스플리터(214)에 의해 형성된 제3 경로를 포함할 수 있다. According to the present invention, it may include a third path formed by the
도 2에 도시된 바와 같이, 제3 빔스플리터(214)에 도달한 레이저 빔의 일부는 제3 빔스플리터(214)를 통과하여 제3 경로를 따라 이동한다. As shown in FIG. 2, a portion of the laser beam that reaches the
여기서 제3 경로는 제3 빔스플리터(214)를 통과하여 제2 미러(222)에서 반사되는 경로이다. Here, the third path is a path that passes through the
제3 경로를 따라 이동하는 제3 레이저 빔은 볼록 렌즈(L7)를 통과한 후 제2 미러(222)를 통해 반사되며, 오목 렌즈(L5) 및 볼록 렌즈(L6)로 구성되는 제2 빔 확대기(234)를 지나 제2 전하결합소자(242)에 도달한다. The third laser beam moving along the third path is reflected through the
이때 제2 빔 확대기(234)를 통과하는 제3 레이저 빔은 제4 빔스플리터(216)를 통과하여 제2 전하결합소자(242)에 도달한다. At this time, the third laser beam passing through the
한편, 제1 경로를 따라 이동하는 제1 레이저 빔의 일부는 제2 빔스플리터(212)를 통과하여 제4 빔스플리터(216)로 이동하며, 제4 빔스플리터(216)에서 반사되어 제2 전하결합소자(242)에 도달한다. Meanwhile, a portion of the first laser beam moving along the first path passes through the
이와 같이 도달된 제1 레이저 빔은 상기한 제3 레이저 빔과 제2 간섭무늬를 형성한다. The first laser beam thus reached forms the second interference fringe with the third laser beam.
본 발명에 따르면, 영상 수집부(204)의 제1 전하결합소자(240)는 제1 및 제2 레이저 빔에 의해 형성되는 제1 간섭무늬를 캡쳐하며, 제2 전하결합소자(242)는 제1 및 제3 레이저 빔에 의해 형성되는 제2 간섭무늬를 캡쳐한다. According to the present invention, the first
이와 같이 캡쳐된 복수의 간섭무늬는 파면 수차 해석부(206)에 제공된다. The plurality of interference fringes thus captured are provided to the
파면 수차 해석부(206)는 소정 프로그램을 이용하여 복수의 간섭무늬를 통해 레이저 빔의 파면 수차의 크기 및 방향을 한번에 측정한다. The
도 3은 본 발명에 따른 파면 수차 해석부의 블록도이다. 3 is a block diagram of a wavefront aberration analyzer according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파면 수차 해석부(206)는 간섭무늬 수신부(300), 파면 수차 크기 계산부(302), 디포커스 수차 계산부(304) 및 파면 수차 방향 결정부(306)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
간섭무늬 수신부(300)는 영상 수집부(204)에 캡쳐되는 복수의 간섭무늬를 수신한다. The interference
본 발명에 따르면 레이저 빔의 파면 수차 크기 및 방향을 동시에 측정하기 위해 간섭무늬 수신부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상의 간섭무늬(400,402)를 수신할 수 있다. According to the present invention, in order to simultaneously measure the wavefront aberration magnitude and direction of the laser beam, the interference
파면 수차 크기 계산부(302)는 복수의 간섭무늬 각각에 대해 파면 수차의 크기를 결정한다. 파면 수차 크기 결정 방법은 하기에서 상세하게 설명할 것이다. The wavefront
이와 같이 파면 수치 크기를 계산하는 경우에 서로 다른 부호를 갖는 두 가 지 해가 존재할 수 있다. 여기서 두 가지 해는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 간섭무늬(400)에 대한 두 가지 해(410,412) 및 제2 간섭무늬(402)에 대한 두 가지 해(414,416)와 같이 각각 파면 수차의 방향이 서로 다르다는 것을 의미한다. Thus, when calculating the wavefront numerical magnitude, there may be two solutions with different signs. Here, the two solutions are directions of wavefront aberration, as shown in FIG. 4, as two
서로 방향이 다른 파면 수차 중 하나를 결정하기 위해 본 발명에 따른 디포커스 수차 계산부(304)는 복수의 간섭무늬에 대한 디포커스 수차를 계산하며, 파면 수차 방향 결정부(306)는 계산된 디포커스 수차의 비교를 통해 측정 대상이 되는 레이저 빔의 파면 수차 방향(420)을 결정하게 된다. In order to determine one of wavefront aberrations different from each other, the
이와 같이 추가적인 레이저 빔 이동 경로를 제공하여 얻어진 적어도 2개 이상의 간섭무늬를 통해 파면 수차를 계산하는 경우에는 단일 측정으로 레이저 빔의 파면 수차 방향 및 크기를 결정할 수 있다. When calculating wavefront aberration through at least two interference fringes obtained by providing an additional laser beam travel path, a single measurement may determine the direction and magnitude of the wavefront aberration of the laser beam.
하기에서는 파면 수차 해석부(206)에서 복수의 간섭무늬를 통해 파면 수차를 측정하는 과정을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a process of measuring the wave front aberration through the plurality of interference fringes in the wave
우선, 제1 간섭무늬에 대해 레이저 빔의 파면 수차 크기를 결정하는 방법을 설명한다. First, a method of determining the magnitude of the wave front aberration of the laser beam with respect to the first interference fringe is described.
도 2를 참조하면, 제1 경로를 따라 진행하는 제1 레이저 빔의 전기장을 , 제2 경로를 따라 진행하는 제2 레이저 빔의 전기장을 라 할 때 제1 전하결합소자에서의 각각의 전기장 세기는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다. Referring to FIG. 2, when the electric field of the first laser beam traveling along the first path is referred to as the electric field of the second laser beam traveling along the second path, each electric field strength of the first charge coupling device is It is expressed as Equation 1 below.
여기서, 는 측정하고자 하는 레이저 빔의 파면 수차이고, 는 축소된 레이저 빔 크기에서 확대된 레이저 빔이 파면 수차이다. here, Is the wave front aberration of the laser beam to be measured, Is the wave front aberration of the enlarged laser beam at the reduced laser beam size.
여기서, 도 2를 참조하여 설명하면, 제 1 간섭무늬의 (스크린 상에서의) 크기는 제 1 경로를 따라서 진행한 빔의 크기와 같은 크기를 갖는다. 이 크기는 제 2 경로를 따라서 진행한 빔의 크기보다는 작게 되고, 제 1 간섭무늬를 형성하기 위해서 제 2 경로를 따라 진행한 레이저 빔의 일부 즉 파면의 일부가 사용된다. 이 빔의 파면 수차는 더이상 이 아니게 되고 다른 파면 수차 로 표현해야 한다. 이 때, 빔 확대기 및 빔 축소기를 통과한 빔들(제 1경로를 따라서 진행한 빔과 제 2 경로를 따라서 진행한 빔)의 크기비가 하기에서와 같이 S로 주어지게 된다.Here, referring to FIG. 2, the size of the first interference fringe (on the screen) has the same size as the beam traveling along the first path. This size becomes smaller than the size of the beam traveling along the second path, and part of the laser beam traveling along the second path, i.e., part of the wavefront, is used to form the first interference fringe. The wavefront aberration of this beam is no longer This will not be and other wavefront aberration Should be expressed as In this case, the size ratio of the beams (the beam traveling along the first path and the beam traveling along the second path) passing through the beam expander and the beam reducer is given as S as follows.
상기한 전기장들에 의해 형성되는 간섭무늬의 세기는 아래의 수학식 2와 같다.The intensity of the interference fringe formed by the electric fields is expressed by Equation 2 below.
여기서, 위상차 는 제1 및 제2 레이저 빔의 파면 수차로부터 아래의 수학식 3과 같이 표현된다. Where the phase difference Is expressed by Equation 3 below from wavefront aberration of the first and second laser beams.
여기서, 는 제1 전하결합소자(240)에서 캡쳐된 간섭무늬로부터 계산되는 파면 수차이다.here, Is a wavefront aberration calculated from the interference fringe captured by the first
이 계산된 파면 수차로부터 실제 레이저 빔의 파면 수차 을 구하는 방법은 아래와 같다. Wavefront aberration of the actual laser beam from this calculated wavefront aberration How to obtain is as follows.
각각의 파면 수차 , , 을 Zernike polynomial 로 표현하면 아래의 수학식 4와 같다.Each wavefront aberration , , Zernike polynomial When expressed as shown in Equation 4 below.
수학식 4를 상기한 수학식 3에 대입하면 간섭무늬로부터 계산되는 파면 수차는 아래의 수학식 5와 같다.Substituting Equation 4 into Equation 3 above, the wavefront aberration calculated from the interference fringe is expressed by Equation 5 below.
이때, 제1 경로 및 제2 경로를 따라 진행하는 빔의 크기 비율(빔의 크기 비 율이 무엇인지 간략한 추가 설명 바랍니다)이 라면(여기서 =1/S S: magnification) 축소된 레이저 빔의 크기에서 레이저 빔의 파면 수차 는 아래의 수학식 6과 같다. At this time, the size ratio of the beam traveling along the first path and the second path (please briefly explain what the size ratio of the beam is) Ramen (where = 1 / SS: magnification) Wavefront aberration of the laser beam at the size of the reduced laser beam Is the same as Equation 6 below.
여기서, 는 Zernike polynomial의 radial 성분이고 는 azimuthal 성분이다. here, Is the radial component of Zernike polynomial Is an azimuthal component.
이 때, 는 Zernike polynomial 전개를 통해서 아래의 수학식 7과 같이 정리할 수 있다. At this time, Can be summarized as in Equation 7 through the Zernike polynomial expansion.
수학식 7을 같은 radial 차수 n과 azimuthal 차수 m을 갖는 Zernike polynomial끼리 묶어서 정리하고 이를 행렬식을 이용하여 표현하면, 아래의 수학식 8과 같다.Equation (7) is summarized by grouping Zernike polynomials having the same radial order n and azimuthal order m and expressed by using a determinant, Equation 8 below.
상기한 행렬식을 수학식 5에 대입하고, 수학식 5를 행렬식으로 다시 표현하면 아래의 수학식 9와 같다. Substituting the determinant into Equation 5 and reexpressing Equation 5 as a determinant is shown in Equation 9 below.
여기서 의 각각은 얻어진 제1 간섭무늬 1(interferogram1)로부터 계산된 Zernike 계수들이다. here Each of are Zernike coefficients calculated from the obtained first interferogram 1.
수학식 9에 따르면, 얻어진 제1 간섭무늬1로부터 Zernike 계수를 계산하고, 그 계산된 Zernike 계수를 가지고, 수학식 9를 이용하여 원래 레이저 빔 파면 수차의 Zernike 계수, 즉 파면 수차의 크기를 계산할 수 있다. According to Equation 9, Zernike coefficients are calculated from the obtained first interference fringe 1, and with the calculated Zernike coefficients, Equation 9 can be used to calculate Zernike coefficients of the original laser beam wavefront aberration, that is, the magnitude of the wavefront aberration. have.
파면 수차의 크기를 계산할 수 있다는 의미는 간섭무늬로부터 구해진 는 양과 음의 부호를 갖는 두 가지 해가 존재한다는 것을 의미한다. 양과 음의 부호는 파면 수차의 방향이 다름을 의미한다. The magnitude of the wavefront aberration can be calculated from the interference fringe. Means that there are two solutions with positive and negative signs. Positive and negative signs mean that the direction of the wavefront aberration is different.
본 발명에 따르면, 제1 간섭무늬의 두 가지의 방향이 다른 해중에서 어떤 해가 실제 레이저 빔 파면 수차의 해인지 구하기 위해서 도 2에서 설명한 바와 같이 하나의 경로(arm3)를 추가하여 얻어진 제2 간섭무늬를 이용한다. According to the present invention, the second interference obtained by adding one path arm3 as described in FIG. 2 to find out which solution is the solution of the actual laser beam wavefront aberration in two different directions of the first interference fringe Use patterns.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 간섭무늬는 볼록 렌즈 L7을 이용하여 임의로 알려진 수차가 더해진 제3 레이저 빔으로부터 생성된다. As shown in Fig. 2, the second interference fringe is generated from the third laser beam to which arbitrarily known aberration is added using the convex lens L7.
이와 같은 방법을 이용하면, 제2 간섭무늬(interferogram2)를 이용하여 새로 계산된 defocus(디포커스) 수차를 아래의 수학식 10을 통해 얻을 수 있다. Using this method, the newly calculated defocus (defocus) aberration using the second interference fringe (interferogram2) can be obtained through Equation 10 below.
여기서 디포커스 수차는 렌즈나 집속 거울의 초점에 관계되는 수차이다. 아무 수차가 없는 파면(즉 공간적으로 레이저 빔의 위상이 일정한 면)이 렌즈나 집속 거울을 통과하게 되면 공간 위상(즉 파면)이 2차 함수(quadratic function) 형태로 변형이 일어나는데 이를 디포커스 수차라 한다. The defocus aberration is an aberration related to the focus of the lens or the focusing mirror. When a wavefront without any aberration (that is, a plane with a constant phase of the laser beam) passes through the lens or focusing mirror, the spatial phase (that is, the wavefront) is transformed into a quadratic function, which is called defocus aberration. do.
수학식 10을 통해 얻어진 제2 간섭무늬의 디포커스 수차의 값을 상기한 수학식 9에 따라 계산된 제1 간섭무늬의 디포커스 수차의 값을 비교하면 레이저 빔의 파면 수차 방향을 결정할 수 있다. By comparing the defocus aberration value of the second interference fringe obtained through Equation 10 with the value of the defocus aberration of the first interference fringe calculated by Equation 9, the wavefront aberration direction of the laser beam can be determined.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 간섭계를 이용하는 경우에 적어도 2개의 간섭무늬를 얻고, 이를 통해 파면 수차의 크기를 계산함과 동시에 각 간섭무늬에 대해 얻어지는 디포커스 수차와의 비교를 통해 파면 수차의 방향을 결정할 수 있기 때문에 한번에 레이저 빔의 파면 수차를 측정할 수 있게 된다. As described above, in the case of using the interferometer according to the present invention, at least two interference fringes are obtained, thereby calculating the magnitude of the wavefront aberration, and at the same time comparing the defocus aberrations obtained for each interference fringe, Because the direction can be determined, the wave front aberration of the laser beam can be measured at one time.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 간섭계에 하나의 광 경로를 추가함으로서 적어도 2 개 이상의 간섭무늬를 얻고, 얻어진 간섭무늬에 대해 파면 수차를 계산하기 때문에 정확한 파면 수차 계산이 가능하다는 장점이 있다. As described above, according to the present invention, at least two or more interference fringes are obtained by adding one optical path to the interferometer, and the wavefront aberration is calculated for the obtained interference fringes.
또한 본 발명에 따르면, 2개 이상의 간섭무늬를 얻기 때문에 단일 측정을 통해 레 이저 빔의 파면 수차 크기뿐만 아니라 방향까지 한번에 결정할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, since two or more interference fringes are obtained, it is possible to determine not only the wavefront aberration magnitude but also the direction of the laser beam at a time through a single measurement.
또한 본 발명에 따르면 단 한번의 측정으로 레이저 빔의 파면 수차를 정확하게 측정할 수 있어 펄스형 레이저 빔의 파면을 측정하고 보정하는 장치에 적용되어 펄스형 레이저 빔의 품질을 개선할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to accurately measure the wave front aberration of the laser beam with a single measurement, which is applied to an apparatus for measuring and correcting the wave front of the pulsed laser beam, thereby improving the quality of the pulsed laser beam. .
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