CN104040286A - 利用不对称偏振的干涉仪及利用其的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干涉仪及利用其的光学装置，现有的光学装置的干涉图样不鲜明并且光源与干涉仪的距离存在制约，因此存在需要精密的控制装置。对此本发明进行了改善，控制干涉仪的波长板，将根据偏振分束器分割的目标光与基准光的振幅不对称，进而可调节干涉图样的明暗。另一方面，以光学装置的光源使用可调激光适用频率扫描方式，进而不使光源与干涉仪之间的距离受到制约。根据本发明的干涉仪及光学装置，包括：波长板，其可控制入射偏振分束器的线偏振的光的偏振方向；偏振分束器；波长板及偏振板，其使目标光与基准光可在图像拾取设备干涉变换偏振。

Description

利用不对称偏振的干涉仪及利用其的光学装置

技术领域

本发明涉及干涉仪及利用其的光学装置，更详细地说涉及的干涉仪及利用其的光学装置，根据到达图像拾取设备的干涉光可调节干涉图样的明暗比。

背景技术

在现有的技术中公知的干涉仪是，利用半波长板(half-wave plate)，可调节射入偏振分束器的光的P-偏振成分与S-偏振成分的大小。

另外公知地，为了测量光程差，波长扫描干涉仪(Wavelength ScanningInterferometer)，其变更入射光的波长的同时测量检查光(inspection beam)与基准光(reference beam)的干涉图样个数的变化。

在专利文献1公开了“干涉仪”，其根据偏振分束器干涉从入射光分割的基准光与采样光。在专利文献1的干涉仪，根据半波长板以入射光的进行方向为轴旋转，可调节以镜面及采样方向入射的光的大小，并且在所述镜面反射的基准光与在采样反射的采样光，根据通过1/4波长板可进行干涉(参照专利文献1的识别号码【0012】的记载)，通过成像透镜及偏振板在成像面形成干涉图样。但是，在专利文献1公开的装置是在镜面反射的基准光与在采样反射的采样光通过1/4波长板变成圆偏振之后，重新通过成像透镜及偏振板在成像面形成干涉图样，因此由于基准光与采样光的偏振方向旋转，通过偏振板的平均光量缩减，从而存在在成像面形成的干涉图样平均变暗的问题。

在专利文献2公开了“波长扫描干涉仪”，其变化入射光的波长的同时，从形成检查光与基准光的干涉图样的个数变化与所述入射光的波长变化量的关系计算光程差。例如，在波长λ检测出n个干涉图样，将波长逐渐变大波长加大Δλ时，若检测出干涉图样是n-1个则光程差是没有变化，因此λ·n＝(λ+Δλ)·(n-1)是成立的，由于n＝(λ+Δλ)/Δλ因此可求得光程差

l＝λ·n＝λ·(λ+Δλ)/Δλ。但是，在专利文献2公开的装置不能控制检查光与基准光的大小，存在不能调节干涉图样明暗的问题。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)JP平8-285697(1996.11.1.)

(专利文献2)US4759628B1(1988.7.26)

发明内容

(要解决的课题)

在本发明中提供干涉仪及利用其的光学装置，要解决的问题是，控制入射偏振分束器的光的偏振，进而可调节在图像拾取设备形成目标光与基准光的干涉图样的明暗。

在本发明中提供无需精密的控制装置的频率扫描型干涉仪(FrequencyScanning Inteferometer，FSI)及利用其的光学装置，要解决的另一问题是，以可控制入射所述偏振分束器的光的偏振的干涉仪，光源使用可调激光(tunable laser)，扫描所述可调激光的频率(frequency scanning)，进而不使光源与干涉仪的距离受到影响。

在本发明提供干涉仪及利用其的光学装置，要解决的其他另一问题是，在控制入射所述偏振分束器的光的偏振的干涉仪，控制波长板的光轴，进而选择漫反射面或镜面可明亮的显示。

(解决问题的手段)

为解决如上所述的问题，根据本发明的干涉仪，包括：第1波长板，其设置在在光源产生的光的进行方向；第1偏振分束器，其以第1方向反射通过所述第1波长板的光的一部分，以第2方向透射光的一部分；第2波长板，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；第3波长板，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；测量目标物，其配置在通过所述第2波长板的光的进行方向；基准镜面，其配置在通过所述第3波长板的光的进行方向；及第1偏振板，在所述测量目标物反射的光通过所述第2波长板之后，透射所述第1偏振分束器的光及在所述基准镜面反射的光通过所述第3波长板之后，其配置在所述第1偏振分束器反射的光的进行方向。

另外，根据本发明的干涉仪，包括：第1波长板，其设置在在光源产生的光进行方向；第1偏振分束器，其以第1方向反射通过所述第1波长板的光的一部分，以第2方向透射光的一部分；测量目标物，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；基准镜面，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；第4波长板，其配置在在所述测量目标物反射的光的进行方向；第5波长板，其配置在在所述基准镜面反射的光的进行方向；第2偏振分束器，其配置在通过所述第4波长板及第5波长板的光的进行方向；及第1偏振板，其配置在透射所述第2偏振分束器的光的进行方向。

另外，根据本发明的干涉仪的特征在于，旋转波长板的光轴来区分测量目标物的漫反射面与镜面。

另外，根据本发明的光学装置的特征在于，包括光源、所述干涉仪及图像拾取设备。

另外，根据本发明的光学装置的特征在于，光源是可调激光，在图像拾取设备以离散数据(discrete data)测量干涉图样。

(发明的效果)

根据本发明的干涉仪及光学装置，旋转干涉仪的波长板的光轴，进而控制入射偏振分束器的光的偏振方向使干涉光只通过偏振板，从而可调节在图像拾取设备形成目标光与基准光的干涉图样的明暗。

另外，在干涉仪扫描可调激光的频率，进而就算光源位于干涉仪外部的任意位置也可测量光程差，不需要在现有的为了微调光源与干涉仪位置而需要的用于精密控制的构成要素，进而使装置的构造简单可节减费用。

另外，没有导入追加性的构成要素而只旋转干涉仪内部的波长板，选择漫反射面或镜面进而可明亮的显示。

附图说明

图1是根据本发明第1实施例的迈克尔逊干涉仪。

图2是图示两个光的干涉现象的概念图。

图3是将入射第1偏振分束器的光以向量图示的概念图。

图4是根据在图1的光学装置旋转半波长板，图示在垂直于光进行方向的平面上可以任意方向旋转线偏振的光偏振方向的概念图。

图5是根据本发明第2实施例的马赫增德尔干涉仪。

图6是干涉仪的光源使用可调激光的频率扫描型光学装置。

图7是频率扫描型干涉仪的原理图。

图8是在图像拾取设备测量的干涉图样数据。

图9是在具有曲折的测量目标物适用的频率扫描型干涉仪。

图10是在图7的频率扫描型干涉仪测量的干涉图样数据。

图11是根据在图1的迈克尔逊干涉仪旋转第2波长板，图示可选择性的强调漫反射面与镜面的概念图。

(附图标记说明)

100：光源 200：波宽扩张部

210：凹透镜 220：凸透镜

300：马克尔逊干涉仪 310：第1偏振分束器

311：第2偏振分束器 320：测量目标物

330：基准镜面 340：第2波长板

341：第4波长板 350：第3波长板

351：第5波长板 360：第1偏振板

370：第1波长板 400：图像拾取设备

410：图像传感器 420：摄像头

600：第2偏振板 700：马赫增德尔干涉仪

具体实施例方式

以下，参照附图详细说明根据本发明的优选实施例。

【实施例1】

图1是根据本发明第1实施例，利用迈克尔逊干涉仪300的光学装置。根据第1实施例的光学装置，包括光源100、波宽扩张部200、迈克尔逊干涉仪300及图像拾取设备400。迈克尔逊干涉仪300，包括：第1波长板370，其设置在在光源发生的光的进行方向；第1偏振分束器310，其以第1方向反射通过所述第1波长板370的光的一部分，以第2方向反射光的一部分；第2波长板340，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；第3波长板350，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；测量目标物320，其配置在通过所述第2波长板340的光的进行方向；基准镜面330，其配置在通过所述第3波长板350的光的进行方向；及第1偏振板360，在所述测量目标物320反射的光通过所述第2波长板340之后，透射所述第1偏振分束器310的光及在所述基准镜面330反射的光通过所述第3波长板350之后，其配置在在所述第1偏振分束器310反射的光的进行方向。

参照图1，在光源100产生的光(入射光)在通过凹透镜210的同时波束宽度变大，并且没有通过凸透镜220的同时光扩散或收敛的情况，平行的进行。所述凹透镜210与凸透镜220起到扩张波束宽度的作用称为波束扩张部200。如果光源100的波束宽度充分以操作干涉仪，即如果入射光以预定的波束从光源射出，可省略所述波束扩张部200。另外，光源本身也可以是激光与所述波宽扩张部200结合的形状。

这种扩张波束宽度的入射光通过第1波长板370到达第1偏振分束器310，在波宽扩张部200与第1波长板370之间设置第2偏振板600，也可使到达第1偏振分束器310的光确实具有线偏振。但是，所述第2偏振板600，若光源的线偏振性充分的良好，则为了简单的构造干涉仪也可省略其该构成要素。

第1偏振分束器310，沿着偏振方向透射或反射通过所述第1波长板370的光，一部分向测量目标物(object)320射出，一部分向基准镜面(reference mirror)330射出。出于方便，在图1通过第1波长板370的光向第1偏振分束器310进行的方向定义为Z轴方向，在图1的下侧向上侧的方向定义为x轴方向，穿破图1的纸面而射出的方向定义为Y轴方向。到达第1偏振分束器310的光以Z轴方向进行，因此入射光的偏振成分位于x-y平面上。从而，所述偏振成分可分离以x轴方向偏振的成分，与以y轴方向偏振的成分，假设在第1偏振分束器310反射以x轴方向振动的成分(P波)，成为射向测量目标物320的目标光，则以y轴方向振动的成分(S波)透射第1偏振分束器310，成为射向基准镜面330的基准光。

如上述分成的目标光通过第2波长板340入射测量目标物320，基准光通过第3波长板350入射基准镜面330。在这里，所述第2波长板340及第3波长板350起到调节目标光与基准光的偏振的作用，第2波长板340与第3波长板350优选为都是1/4波长板。

目标光在射向测量目标物320之前经过第2波长板340，基准光射向基准镜面330之前经过第3波长板350，其理由是如果没有第2波长板320，则在测量目标物320反射P波目标光之后依然只具有P波成分，因此在第1偏振分束器310重新反射之后以第1波长板370方向(-z方向)消失，在基准镜面330反射S波基准光之后依然只具有S波成分，因此透射第1偏振分束器310以第1波长板370方向(-z)消失，因此不能在图像拾取设备400干涉目标光与基准光。

因此，在第1偏振分束器310反射的目标光，其在测量目标物320反射重新到达第1偏振分束器310时，应透射第1偏振分束器310，因此应具有S波成分。透射第1偏振分束器310的基准光，其在基准镜面330反射重新到达第1偏振分束器310时，其应在第1偏振分束器310反射，因此应具有P成分。

但是，目标光可具有最多的S波成分的条件是，第2波长板340是1/4波长时。基准光可具有最多P波成分的条件是，第3波长板350是1/4波长板时。因此，在以下对第2波长板340与第3波长板350都是1/4波长板的情况进行说明。第1偏振分束器310与测量目标物320之间及第1偏振分束器310与基准镜面330之间设置1/4波长板的具体作用如下。1/4波长板将线偏振的光变换为圆偏振的光变换偏振状态，将圆偏振的光变换为线偏振变换偏振状态。从而，在第1偏振分束器310反射的目标光在到达测量目标物320的过程中，通过一次1/4波长板第2波长板340，其在测量目标物320反射之后重新到达第1偏振分束器310的过程中，再一次通过1/4波长板第2波长板340。即，在光的观点通过2次1/4波长板，实际上是受到通过一次半波长板的效果，半波长板的光轴与光的偏振方向构成45°的情况，通过半波长板的光的偏振将旋转90°，因此P波目标光根据位于第1偏振分束器310与测量目标物320之间的1/4波长板340成为S波，S波基准光根据位于第1偏振分束器310与基准镜面330之间的1/4波长板350成为P波，分别向图像拾取设备400方向进行。

经过如上所述的过程，从第1偏振分束器310射出的目标光与基准光经过第1偏振板360，在图像拾取设备400形成干涉图样。在这里，重新经过第1偏振板360的理由是，从所述偏振分束器310放出的目标光与基准光是，由于P波与S波相互垂直因此看不到其干涉的现象。干涉现象是，两个以上的光产生相互作用而产生，定义为两个光的内积(inner product)，因此相互垂直的两个光之间的干涉是0。例如，E₁是一个光的向量，E2是另一个光的向量的情况，两个光的干涉是E₁·E₂＝∣E₁∣∣E₂∣cosθ，在θ是90°的情况可以知道干涉是0(θ是两个向量之间的角度)。

因此，目标光与基准光到达图像拾取设备400之前，应不使目标光与基准光相互垂直，做到其作用的是位于第1偏振分束器310与图像拾取设备400之间的第1偏振板360。若光通过第1偏振板360，则只通过与第1偏振板360的偏振方向平行的成分，因此若不使目标光与基准光的偏振方向与第1偏振板360的偏振方向一致而设置第1偏振板360，则通过第1偏振板360的光只具有相互平行的成分，因此在图像拾取设备400可测量一定亮度的干涉现象。

通常的图像拾取设备400，由图像传感器410与摄像头420构成，但是对本发明的主要技术思想影响不大，因此省略其详细说明。

图2是图示了两个光的干涉现象的概念图。在这里，要说明的主要内容是如何比例根据第1偏振分束器310分割的目标光与基准光的大小，最终在图像拾取设备400干涉图样的明暗比才最好。

假设在光源产生的光(入射光)的每单位时间的能量是固定的，最终到达图像拾取设备400的目标光与基准光的干涉图样就越鲜明，即干涉的能量越大，干涉仪的性能就越好。

两个光的干涉与两个光的内积相同，是与上述说明相同。在以下，说明如何将每单位时间具有固定能量的入射光分为目标光与基准光，才使目标光与基准光的内积最大。

出于便利，在第1偏振分束器310射出的目标光定义为E₁、基准光定义为E₂，E1与第1偏振板360的偏振方向构成角度定义为φ(E₁及E₂是向量)。这样，E₁与E₂相互垂直，因此E₂与第1偏振板360的偏振方向构成的角度是90°-φ。E₁与E₂通过第1偏振板360的同时分别只剩下∣E₁∣cosφ与∣E2∣cos(90°-φ)大小的成分，由于通过了相同的第1偏振板360，因此两个光之间的角度θ是0°。因此，最终在图像拾取设备400的干涉是∣E₁∣cosφ·∣E₂∣cos(90°-φ)·cos0°＝∣E₁∣∣E₂∣cosφ·sinφ＝1/2∣E₁∣∣E₂∣sin2φ。即，在这里可以知道目标光向量与第1偏振板360的偏振方向构成的角度是45°时干涉效率最好，在此条件基准光向量也是与第1偏振板360的偏振方向构成45°角度。另一方面，若要偏振效率好则∣E₁∣∣E₂∣的值也应该大，其值意味着目标光向量的大小与基准光向量的大小的乘积。

图3是图示了可将入射第1偏振分束器310的入射光分为P波成分与S波成分。出于便利，若将P波成分称为E_p，将S波成分称为E_s，则入射光是E＝E_p+E_s(E、E_p及E_s是向量)。

首先，E_S是射向基准镜面330的基准光，因此其透射第1偏振分束器310通过1/4波长板第3波长板350在基准镜面330反射，重新通过1/4波长板第3波长板350之后在第1偏振分束器310反射，其向图像拾取设备400侧进行。这时，基准镜面330大部分反射入射光，因此反射率接近1。

之后，E_p是射向测量目标物320的目标光，因此其在第1偏振分束器310反射通过1/4波长板第2波长板340在测量目标物320反射之后，其重新通过1/4波长板第2波长板340之后透射第1偏振分束器310，其向图像拾取设备400侧进行。但是，测量目标物320与镜面不同其反射率可具有0与1之间的任意值，因此在测量目标物320反射之后的目标光是在反射之前的目标光乘以反射率r的值。即，在第1偏振分束器310入射的目标光及基准光的大小分别是r∣E_p∣与∣E_s∣。

但是，一般地说为了使干涉效果最大化两个光的振幅应相同，因此在本发明中在目标光与基准光的大小应有r∣E_p∣＝∣E_s∣的相关关系，若x轴与入射光E构成角度是α，在满足tanα＝∣E_s∣/∣E_p∣＝r的关系式时，则可以知道在图像拾取设备400构成的干涉效果会极大化。

即，根据测量目标物320的反射率r决定入射光E与x轴构成角度，如果测量目标物320有各种种类而随时变动r，则为了变动入射光E与x轴构成的角度，在波宽扩张部200与第1波长板370之间设置第2偏振板600，使其匹配于入射光E的方向旋转或旋转光源100本身。但是若旋转第2偏振板600，由于通过的光亮少因此会降低整体效率，若旋转光源100则不仅需要可精密控制的构成要素，而且在稳定性上也存在问题。

因此，需要以维持通过的光亮只更换入射光E的偏振方向的装置，而这就是第1波长板370，并且第1波长板370优选为是半波长板。

在图4图示了线偏振的入射光与第1波长板370。包括第1波长板370的波长板根据方向具有不同的曲折率，为了便利将以x方向偏振的光感觉到的曲折率定义为n_e，以y方向偏振的光感觉到的曲折率定义为n_o。这时，n_e＜n_o因此x轴是快轴(fast axis)而y轴是慢轴(slow axis)。

入射光的偏振方向与x轴可构成任意的角度，将其角度定义为η。这样，入射光的偏振方向不是x轴或y轴，因此入射光的x轴方向成分E_x沿着快轴进行，y轴方向成分E_y沿着慢轴进行。入射光脱离第1波长板370时，快轴成分与慢轴成分之间发生位相差，沿着慢轴进行的y轴方向成分E y以位相差延迟，因此与入射第1波长板370时更换偏振方向。图4尤其图示了第1波长板370是半波长板的情况，第1波长板370优选为半波长板的理由是，入射光E通过半波长板之后，偏振方向以顺时针方向旋转2η成为E’。

在这里可以知道的是，第1波长板370是半波长板的情况，为了以2η旋转入射光E的偏振方向，只要调节入射光E的偏振方向与快轴之间的角度η。这是，以固定入射光E的偏振方向以入射光的进行方向为轴旋转第1波长板370。

【实施例2】

图5是根据本发明第2实施例，利用马赫增德尔干涉仪700的光学装置。根据第2实施例的光学装置，包括光源100、波宽扩张部200、马克增德尔干涉仪700及图像拾取设备400。马克增德尔干涉仪700，包括：第1波长板370，其设置在在光源产生的光的进行方向；第1偏振分束器310，其以第1方向反射通过所述第1波长板370的光的一部分，以第2方向透射光的一部分；测量目标物320，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；基准镜面330，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；第4波长板341，其配置在在所述测量目标物320反射的光的进行方向；第5波长板351，其配置在在所述基准镜面330反射的光的进行方向；第2偏振分束器311，其配置在通过所述第4波长板341及第5波长板351的光的进行方向；及第1偏振板360，其配置在透射所述第2偏振分束器311的光的进行方向。

马克增德尔干涉仪700与迈克尔逊干涉仪300相同，扩张波束宽度的入射光通过第1波长板370使其到达第1偏振分束器310。在第1偏振分束器310入射光沿着偏振方向，反射一部分向测量目标物320射出，一部向基准镜面330透射。在测量目标物320反射的光经过第4波长板341入射第2偏振分束器311，在基准镜面330反射的光经过第5波长板351入射第2偏振分束器311。

根据本发明的马赫增德尔干涉仪700，调节根据第1波长板370向测量目标物320射出的光与向基准镜面330射出的光的大小这一点，与迈克尔逊干涉仪的情况相同，但是在构造上存在差异，在测量目标物320与基准镜面330反射的光不会重新入射第1偏振分束器310，因此第2偏振分束器311位于光程上，使在测量目标物320反射的光与在基准镜面330反射的光干涉。另外，在马赫增德尔干涉仪700入射测量目标物320的光与入射基准镜面330的光，分别在测量目标物320与基准镜面330反射之后不会重新返回入射路程，而是其与入射路程构成90°角度的同时弯曲进行，因此代替第1波长板或第2波长板位于光程上，第4波长板341或第5波长板351位于光程上。只是在马赫增德尔干涉仪700光只通过一次第4波长板341或第5波长板351，因此根据第4波长板341或第5波长板351的相位延迟应是分别根据第1波长板或第2波长板的相位延迟的2倍，因此第4波长板341及第5波长板351优选为半波长板。

在测量目标物320反射的光与在基准镜面330反射的光应在图像拾取设备400引起干涉，因此使半波长板341、351的光轴与光的偏振方向构成45°将光的偏振每旋转90°，进而透射第1偏振分束器310的基准光使其在第2偏振分束器311反射，在第1偏振分束器310反射的目标光使其在第2偏振分束器311透射。

【实施例3】

图6是图示了以干涉仪的光源100使用可调激光的频率扫描型光学装置。频率扫描型光学装置是，以干涉仪的光源使用可调激光，在所述可调激光放出的光的频率变化的同时，测量干涉信号测量光程差的装置。

图7是图示了频率扫描型干涉仪(Frequency Scanning Interferometer)的原理。频率与波长有反比例关系，因此出于便利，以波长为基准进行记述。入射光是以λ₀为基准波长，以Δλ为间隔可变化波长，即第k次波长λ_k＝λ₀+k(Δλ)。

一般地说，是根据在图像拾取设备400形成的干涉图样的强度I_ccd＝I₀+I₁cosφ的形状，这时两个光的相位差φ是目标光经过的光程L₁与基准光经过的光程L₂的关系如下【数学式1】。

数学式1

$\mathrm{\φ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}(L_1-L_1)=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{(L_1-L_2)}}\mathrm{\λ}$

在与此相同的系统，若变化入射光的频率，则会获取如下【数学式2】的离散性干涉图样强度I_ccd,k，并且如【数学式3】可近似地求得两个光的相位差φ_k。

数学式2

I_ccd，k＝I_o+I₁cosφ_k

数学式3

${\mathrm{\φ}}_k=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{{({\mathrm{\λ}}_0+k\left(\mathrm{\Δ\λ}\right))}^2}{(L_1-L_2)}}({\mathrm{\λ}}_0+K\left(\mathrm{\Δ\λ}\right))=\frac{2\mathrm{\π}}{\frac{{\mathrm{\λ}}_2^0}{(L_1-L_2)}}({\mathrm{\λ}}_0+K\left(\mathrm{\Δ\λ}\right))$

只是，【数学式3】的近似是在Δλ＜＜λ₀的情况成立的公式，但是通常的可调激光满足Δλ＜＜λ₀，因此为了便于计算以如下的近似公式为基础进行说明。

图8是图示了图像拾取设备400，例如图示了在CCD的像素拍照的干涉图样的数据。在这里可以知道φ_k为了相当于0～2π的1周期，在第k次干涉图样的强度(intensity)示意图有效波长值λ_eff应与【数学式4】相同。

数学式4

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{eff}}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{(L_1-L_2)}$

图9是图示了在具有曲折的测量目标物320适用频率扫描型干涉仪的情况。若在a与b同时适用频率扫描型干涉仪，会获取如图10的图像数据。想知道的是，各个三角函数波形的有效波长值是λ_eff，因此活用根据CCD等测量的离散数据，求得各三角函数的波形的频率。

求得所述各三角函数波形的频率的方法代表性的是快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)。FFT方法是惯用公知的因此省略其详细说明。为了便利若利用FFT等求得的个各三角函数波形的λ_eff分别称为λ_a及λ_b，则λ_a及λ_b根据上述【数学式4】如下【数学式5】进行对应。

数学式5

${\mathrm{\λ}}_a=\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{L_1-L_{2a}},{\mathrm{\λ}}_b=\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{L_1-L_{2b}}$

要求得的光程差1是(L_2a-L_2b)，因此最终如【数学式6】可求得光程差1(L_2a是在a面反射的情况的光程，L_2b是在b面反射情况的光程)。

数学式6

$l=L_{2a}-L_{2b}={\mathrm{\λ}}_0^2(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_b}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_a})$

利用其，在图9目标物b的高度h是1/2，如【数学式7】。

数学式7

$h=\frac{l}{2}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{2}(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_b}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_a})$

【实施例4】

在本发明的实施例1记载的马克尔逊干涉仪300，若旋转在第1偏振分束器310与测量目标物320之间的1/4波长板第2波长板340，可选择性的强调显示漫反射面与镜面，其原理如下。

图11是图示了将第2波长板340的光轴与从第1偏振分束器310入射的光的偏振方向平行时，与其有45°角度的差异时的图面。在测量目标物320区域c，100％产生漫反射丢失偏振，在测量目标物320区域d完全没有漫反射而产生镜面反射维持偏振。

首先，参照图11(a)说明在将1/4波长板第2波长板340的光轴，与从第1偏振分束器310入射的光的偏振方向平行的情况。散反射在测量目标物320区域c反射的光通过1/4波长板第2波长板340，因此具有通过第1偏振分束器310的成分，从而在图像拾取设备400形成干涉图样。相反，在测量目标物320区域d反射的光，由于1/4波长板第2波长板340的光轴与光的偏振方向一致因此其维持线偏振状态。从而，在第1偏振分束器310反射向半波长板第1波长板370侧进行，因此不能在图像拾取设备400形成干涉图样。即，将1/4波长板第2波长板340的光轴，与从第1偏振分束器310入射的光的偏振方向平行的情况，只突出(highlight)漫反射面。

以下，参照图11(b)说明1/4波长板第2波长板340的光轴，与从第1偏振分束器310入射的光的偏振方向有45°差异。这时，散反射在测量目标物320区域c反射的光通过1/4波长板第2波长板340，因此具有通过第1偏振分束器310的成分，从而在图像拾取设备400形成干涉图样。但是在测量目标物320区域d反射镜面的圆偏振的光往返通过1/4波长板第2波长板340，同时与从第1偏振分束器310入射时以90°旋转偏振方向，通过第1偏振分束器310在图像拾取设备400形成干涉图样。这时，散反射的光通过第1偏振分束器310的光量，小于反射镜面的光通过第1偏振分束器310光量，因此1/4波长板第2波长板340的光轴，与从第1偏振分束器310入射的光的偏振方向有45°差异时，抑制漫反射面较强形成干涉图样突出镜面。

即，可以知道在马赫增德尔干涉仪300，适当旋转在第1偏振分束器310与测量目标物320之间的1/4波长板第2波长板340的光轴，进而可选择性的突出漫反射面与镜面。

【实施例5】

在本发明的实施例2记载的马赫增德尔干涉仪700，旋转在第2偏振分束器311与测量目标物320之间的半波长板第4波长板341，则选择性的强调显示漫反射面与镜面，其原理与迈克尔逊干涉仪相同因此将简单说明。

与迈克尔逊干涉仪300情况相同，若将在第1偏振分束器310反射的光入射测量目标物320，则在漫反射面反射的光丢失偏振，在镜面反射的光直接具有线偏振。因此若在第2偏振分束器311与测量目标物320之间的半波长板第4波长板341的光轴与在镜面反射的光平行，则只有在漫反射面反射的光的一部分通过第2偏振分束器311形成干涉图样，因此突出漫反射面。相反，若使在第2偏振分束器311与测量目标物320之间的半波长板第4波长板341的光轴与在镜面反射的光构成45°而旋转，虽然在漫反射面反射的光也通过第2偏振分束器311的一部分，但是在镜面反射的光大部分通过第2偏振分束器311形成干涉图样，因此突出镜面。

从而，可以知道在马赫增德尔干涉仪700，适当地旋转在第2偏振分束器311与测量目标物320之间的半波长板第4波长板341的光轴，进而可选择性的突出漫反射面与镜面。

Claims (15)

1.一种干涉仪，其特征在于，包括：

第1波长板(370)，其设置在光源产生的光的进行方向；

第1偏振分束器(310)，其以第1方向反射通过所述第1波长板(370)的光的一部分，以第2方向透射光的一部分；

第2波长板(340)，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；

第3波长板(350)，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；

测量目标物(320)，其配置在通过所述第2波长板(340)的光的进行方向；

基准镜面(330)，其配置在通过所述第3波长板(350)的光的进行方向；及

第1偏振板(360)，在所述测量目标物(320)反射的光通过所述第2波长板(340)之后，透射所述第1偏振分束器(310)的光及在所述基准镜面(330)反射的光通过所述第3波长板(350)之后，其

配置在在所述第1偏振分束器(310)反射的光的进行方向。

2.一种干涉仪，其特征在于，包括：

第1波长板(370)，其设置在在光源产生的光进行方向；

第1偏振分束器(310)，其以第1方向反射通过所述第1波长板(370)的光的一部分，以第2方向透射光的一部分；

测量目标物(320)，其配置在以所述第1方向反射的光的进行方向；

基准镜面(330)，其配置在以所述第2方向透射的光的进行方向；

第4波长板(341)，其配置在在所述测量目标物(320)反射的光的进行方向；

第5波长板(351)，其配置在在所述基准镜面(330)反射的光的进行方向；

第2偏振分束器(311)，其配置在通过所述第4波长板(341)及第5波长板(351)的光的进行方向；及

第1偏振板(360)，其配置在透射所述第2偏振分束器(311)的光的进行方向。

3.根据权利要求1或2所述的干涉仪，其特征在于，

根据所述第1偏振分束器(310)透射的光与反射的光，其光量相互不同。

4.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，

所述第1波长板(370)是半波长板，所述第2波长板(340)及第3波长板(350)是1/4波长板。

5.根据权利要求1所述的干涉仪，其特征在于，

所述第2波长板(340)，为了区分所述测量目标物(320)的漫反射面与镜面其旋转光轴。

6.根据权利要求2所述的干涉仪，其特征在于，

所述第1波长板(370)、第4波长板(341)及第5波长板(351)是半波长板。

7.根据权利要求2所述的干涉仪，其特征在于，

所述第4波长板(341)，其为了区分所述测量目标物(320)的漫反射面与镜面可旋转光轴。

8.一种光学装置，其特征在于，包括：

光源(100)；

根据权利要求1或2所述的干涉仪；及

图像拾取设备(400)，拍摄在所述干涉仪射出的光获取干涉图样。

9.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，

在所述光源(100)与所述干涉仪之间配置第2偏振板(600)。

10.根据权利要求9所述的光学装置，其特征在于，

所述光源(100)与所述第2偏振板(600)之间，配置波宽扩张部(200)。

11.根据权利要求10所述的光学装置，其特征在于，

所述光源(100)是激光，所述激光与所述波宽扩张部(200)形成一体。

12.根据权利要求10或11所述的光学装置，其特征在于，

所述波宽扩张部(200)，其构成包括凹透镜(210)与凸透镜(220)。

13.根据权利要求8所述的光学装置，其特征在于，

所述光源(100)是可调激光，所述图像拾取设备(400)以离散数据(discrete data)测量所述干涉图样。

14.根据权利要求13所述的光学装置，其特征在于，

根据所述干涉仪产生的高度不同的测量目标物之间的光程差1，是根据快速傅立叶变换(FFT)所述离散数据的结果来测量。

15.根据权利要求14所述的光学装置，其特征在于，

所述高度不同的测量目标物之间的光程差1，是根据以下【数学式】求得的(在这里，λ₀是平行光的基准波长，λ_a及λ_b是在快速傅立叶变换从高度分别不同的测量目标物测量的离散数据而分别获取的波长值，但λ_a＞λ_b)。

【数学式】

$l={\mathrm{\λ}}_0^2(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_b}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_a})$