JP2004086148A - ミロー型顕微干渉計用照明光学系およびこれを備えたミロー型顕微干渉計装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】ミロー型顕微干渉計用照明光学系において、対物レンズ系に入射させる照明光をリング状とすることにより、参照ミラー裏面での照明光の反射等を防止し、鮮明度の高い干渉縞を得られるようにする。
【解決手段】照明光学系６０の光源部１３０からリング状照明光が出力される。このリング状照明光は、照明光入射光学系１４０およびビームスプリッタ１５０を介して、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射される。入射されたリング状照明光は、参照ミラー１１２に遮られることなく、被検体４００に対して光軸Ｌ１の全周囲方向から光軸Ｌ１に近づくように斜めに入射する。
【選択図】 図１
【解決手段】照明光学系６０の光源部１３０からリング状照明光が出力される。このリング状照明光は、照明光入射光学系１４０およびビームスプリッタ１５０を介して、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射される。入射されたリング状照明光は、参照ミラー１１２に遮られることなく、被検体４００に対して光軸Ｌ１の全周囲方向から光軸Ｌ１に近づくように斜めに入射する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられるフェルール等の微小な被検体の表面形状や内部屈折率分布などの位相情報を測定解析するために用いられるミロー型の顕微干渉計装置（「干渉顕微鏡装置」とも称される）およびその照明光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信に用いられる光ファイバの研究開発が盛んに進められている。この種の光ファイバは、例えば外径１０μｍ程度のコアと、その外周に設けた例えば外径１２５μｍ程度のクラッド層からなり、光ファイバ同士を接続するためにその接続端部にフェルールを備えたものが知られている。
【０００３】
フェルールとは、光ファイバを接続するために光ファイバの端部を保持固定する、光コネクタを構成する円筒状の部品である。フェルールは、その外径の中心部に光ファイバが挿入され接着剤等で固定された後、その先端を鏡面状に研磨されており、２つのフェルールの先端面を突き合わせることによって、それぞれに保持された２つの光ファイバを接続できるように構成されている。
【０００４】
このフェルールの先端面は、光軸に対して直交する平面に研磨されたものや、光軸に対して斜交する平面に研磨されたものが知られているが、最近、フェルールの先端面を突き合わせる際の押圧力により先端面が弾性変形して、フェルール先端面同士の密着性を高め得るように、先端面を球面形状にするＰＣ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）研磨が施されたものも注目されている。
【０００５】
ところで、光ファイバ接続に伴う光損失を低減するため、フェルールには高精度な種々の規格がＪＩＳにより定められており、上記ＰＣ研磨が施されたフェルールに対しては、先端面の曲率半径の寸法誤差、フェルールの球状先端面の頂点と光ファイバのコアの中心（ファイバの外形中心）との位置ずれ誤差など、６項目に及ぶμｍオーダの規格が定められている。
【０００６】
作製されたフェルールが、規格に適合しているかどうかを検査するために、ミロー型顕微干渉計装置が用いられることがある。このミロー型顕微干渉計装置は、ミロー型干渉対物レンズを備えている点に特徴がある。ミロー型干渉対物レンズは、対物レンズ系と、この対物レンズ系と被検体との間に配された参照ミラーと、この参照ミラーと被検体との中間位置に配されたハーフミラー等のビームスプリッタとを有しており、光源部から対物レンズ系に入射した照明光を、ビームスプリッタを介して分離し、その一方を被検体へ照射して物体光とすると共に、他方を参照ミラーへ照射して参照光とし、これら物体光と参照光とを互いに干渉させて干渉縞を得るようになっている。ミロー型顕微干渉計装置では、この得られた干渉縞を撮像し、その形状や変化を測定解析することにより、被検体の位相情報を得るように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ミロー型顕微干渉計装置は、参照光と物体光との光路長が等しいため、白色光のような低コヒーレント光を照明光として用いることが可能である。また、一般的な顕微鏡装置（特に、金属顕微鏡装置）と比較した場合、対物レンズがミロー型干渉対物レンズになっている点を除くと、両者の光学系の構成が似ているため、このような顕微鏡装置に用いられる照明光学系と同様のものを、ミロー型顕微干渉計用照明光学系として用いることが可能である。
【０００８】
しかし、ミロー型顕微干渉計装置では、対物レンズ系と被検体との間に参照ミラーが配されるため、一般的な顕微鏡装置に用いられる照明光学系をそのまま適用した場合、次のような問題が生じる。
【０００９】
すなわち、一般的な顕微鏡装置の照明光学系では、対物レンズ系の光軸を中心とした光束径を有する一様な照明光を、この光軸に沿って対物レンズ系に入射させるようにしているが、ミロー型顕微干渉計用照明光学系において、このような照明光を用いると、対物レンズ系を通過した照明光の中心部分が参照ミラーの裏面によって遮られてしまう。この、参照ミラーによって遮られた照明光は、干渉縞のノイズとなって、干渉縞のビジリティを低下させるため、干渉縞の測定解析に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１０】
このような問題が生じないようにするために、対物レンズ系の光軸から離れた位置に照明光を入射させて、対物レンズ系を通過した照明光が参照ミラーによって遮られることなく、被検体に対して所定の斜め方向から入射するように構成することが考えられる。
【００１１】
しかし、照明光を被検体に対して所定の一方向から斜めに入射させる場合、被検体の形状によっては、被検体表面に影が生じてしまう。被検体表面の形状を測定する場合、この影が干渉縞のノイズとなり、干渉縞の鮮明度を低下させるため、干渉縞の測定解析に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能なミロー型顕微干渉計用照明光学系およびミロー型顕微干渉計装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系は、対物レンズ系、該対物レンズ系と被検体との間に配置された参照ミラー、および該参照ミラーと前記被検体との中間に配置されたビームスプリッタを有してなるミロー型干渉対物レンズユニットと、光源部と、該光源部からの照明光を前記対物レンズ系に入射させる照明光入射光学系とを備え、前記対物レンズ系を通過後、前記ビームスプリッタを介して前記被検体へ照射された前記照明光が該被検体から反射されてなる物体光と、前記ビームスプリッタを介して前記参照ミラーへ照射された前記照明光が該参照ミラーで反射してなる参照光とを互いに干渉させるミロー型顕微干渉計用照明光学系において、前記対物レンズ系に入射する前記照明光が、該対物レンズ系の光軸を中心としたリング状となるようにし、このリング状照明光が、前記ミロー型干渉対物レンズユニットを介して、前記光軸の全周囲方向から該光軸に近づくように斜めに前記被検体に入射して該被検体の観察領域内に集光するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記被検体を前記対物レンズ系の物体側焦点位置に配すると共に、前記照明光入射光学系によって前記対物レンズ系の前記光源側焦点位置に前記光源部の像を形成するようにすることが好ましい。
【００１５】
前記光源部は、点光源と、該点光源から出力された光を前記リング状照明光に変換して出力する変換用光学素子とを備えてなるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明のミロー型顕微干渉計装置は、上記特徴を備えた本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系と、該ミロー型顕微干渉計用照明光学系において得られた干渉縞を撮像するための撮像光学系とを備えてなることを特徴とする特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
＜ミロー型顕微干渉計装置の全体構成＞
まず、図４を参照しながら、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の全体的な構成について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の一部を破断して示す斜視図である。
【００１９】
図４に示すミロー型顕微干渉計装置１（以下「顕微干渉計装置１」と略称することがある）は、底板２、前板３（一部破断して図示）、後板４、隔壁板５およびカバーケース６（一部破断して図示）からなる本体筐体内に、電源部７、コントロールボックス８および干渉計本体部１０を備えている。
【００２０】
この干渉計本体部１０は、ミロー型干渉対物レンズユニット１１（以下「対物レンズユニット１１」と略称することがある）、ピエゾユニット１２、ハーフミラー・光源ユニット１３、結像レンズユニット１４、ミラーボックス１５およびＣＣＤカメラユニット１６を備えている。これらのうち、結像レンズユニット１４、ミラーボックス１５およびＣＣＤカメラユニット１６は、隔壁板５に固定された固定台１７に取り付けられており、対物レンズユニット１１、ピエゾユニット１２およびハーフミラー・光源ユニット１３は、フォーカス台１８（一部破断して図示）に取り付けられている。
【００２１】
このフォーカス台１８は、前板３と固定台１７との間において前後方向（図中の矢印ＦおよびＢ方向）に互いに平行な状態で延設された上下２本のガイド軸１９Ａ，１９Ｂ（一部破断して図示）に、前後方向にスライド移動可能に支持されている。また、上記固定台１７と上記フォーカス台１８との間には、コイルバネ９が配されており、上記フォーカス台１８は、このコイルバネ９の弾性により前方（図中の矢印Ｆ方向）に向けて付勢されている。
【００２２】
また、上記前板３には、上記フォーカス台１８を移動させて干渉計本体部１０のフォーカス調整を行なうためのフォーカス調整ネジ２０が設けられている。このフォーカス調整ネジ２０は、前板３に形成された不図示のネジ孔に、自身の軸周りの回転により前後方向に移動可能に螺合するネジ軸部２１と、このネジ軸部２１を回転させるためのツマミ部２２とを備えてなる。このネジ軸部２１の先端面はフォーカス台１８の前面部に設けられた半球状の凸部１８ａに当接している。このためフォーカス調整ネジ２０は、ツマミ部２２を回転させてネジ軸部２１の前板３からの突出長を変えることにより、フォーカス台１８をガイド軸１９Ａ，１９Ｂに沿って前後方向に移動させることが可能となっており、これによりフォーカス調整を行なえるようになっている。
【００２３】
上述したような構成を有する干渉計本体部１０は、対物レンズユニット１１の前方の所定位置に保持された微小な被検体（図４では不図示）に、不図示の光源からのレーザ光を参照光と分割して照射し、被検体から反射してきた物体光を参照光と干渉させ、その干渉光を結像レンズユニット１４内の結像レンズ系（図４では不図示）を通した後、不図示のＣＣＤ上に干渉縞を結像させる。そして、得られた干渉縞の形状や変化を測定解析することにより、被検体の表面形状の三次元計測や物性の測定を行なえるようになっている。
【００２４】
また、上記前板３には、傾斜調整装置５０が配されている。この傾斜調整装置５０は、前板３に固定されたＬ字状の第１の基部材５１と、この第１の基部材５１と同様のＬ字状をなし、第１の基部材５１に対向配置された第２の基部材５２とを備えている。第２の基部材５２は、支点部５３を支点に第１の基部材５１に対して傾動可能に支持されており、第１および第２の調整部５４，５５により、第１の基部材５１に対する傾きを調整できるようになっている。
【００２５】
この傾斜調整装置５０の第２の基部材５２には、クランプ装置保持具２００が取り付けられている。クランプ装置保持具２００は、前段部２１０と後段部２２０とそれらを繋ぐ連結部２３０とを有してなり、その前段部２１０を３個の取付ネジ２４０により上記第２の基部材５２に固定されている。クランプ装置保持具２００の後段部２２０は、対物レンズユニット１１の前面側に位置し、その中央部には、保持用凹部２２１が形成されており、この保持用凹部２２１内に、クランプ装置３００を保持している。このクランプ装置３００は、不図示の光コネクタ用プラグ内に収容されたフェルールを、図４に示す顕微干渉計装置１の対物レンズユニット１１前の所定位置に保持するためのものである。なお、この他に前板３には、顕微干渉計装置１の電源をオンオフする電源スイッチ３０が設けられている。
【００２６】
＜ミロー型顕微干渉計用照明光学系＞
次に、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系の構成を示す概略図、図２はその光源部の一例を示す図、図３はそのレンズ配置の一例を示す図である。
【００２７】
図１に示すミロー型顕微干渉計用照明光学系６０（以下「照明光学系６０」と略称することがある）は、上記対物レンズユニット１１と上記ハーフミラー・光源ユニット１３とからなり、上記干渉計本体部１０内に撮像光学系７０と共に配されている。上記対物レンズユニット１１は、１枚あるいは複数枚の光学レンズで構成される対物レンズ系１１１と、この対物レンズ系１１１の物体側焦点位置に配置されたフェルール等の被検体４００と対物レンズ系１１１との間において、その反射面を被検体４００に向けて配置される参照ミラー１１２と、この参照ミラー１１２と被検体４００との中間位置に配置されるビームスプリッタ１１３とを備えてなる。なお、参照ミラー１１２は、反射防止コート処理を施された透明板１１４によって保持され、その反射面が対物レンズ系１１１の光軸Ｌと直交するように配置されている。また、ビームスプリッタ１１３は、ハーフミラーで構成されており、その反射面が対物レンズ系１１１の光軸Ｌと直交するように配置されている。
【００２８】
一方、上記ハーフミラー・光源ユニット１３は、リング状の照明光を出力する光源部１３０と、１枚あるいは複数枚の光学レンズで構成される照明光入射光学系１４０と、ハーフミラー等で構成されるビームスプリッタ１５０とを備えてなる。
【００２９】
上記光源部１３０は、図２に示すような構成とすることができる。すなわち、図２に示す光源部１３０は、レーザ光を出力する点光源１３１と、この点光源１３１から出力されたレーザ光を発散させる発散レンズ１３２と、この発散レンズ１３２を介して入射されたレーザ光をリング状の照明光に変換して出力する変換用光学素子１３３とを備えてなる。この変換用光学素子１３３は、ドーナッツ状凸レンズをフレネル化してなるものであり、発散レンズ１３２によって発散されたレーザ光の周縁部のみをリング状に透過すると共に、透過したリング状の照明光による線リング状の照明光像Ｉ１を、その被検体側焦点位置において形成した後、このリング状の照明光を照明光入射光学系１４０に入射させるようになっている。
【００３０】
また、上記照明光入射光学系１４０は、図３に示すような構成とすることができる。すなわち、図３に示す照明光入射光学系１４０は、その光軸Ｌ２上に図中左側より順次配置された、第１照明レンズ１４１、第２照明レンズ１４２、視野絞り１４４、第３照明レンズ１４３を備えてなる。上記第１照明レンズ１４１は、その光源側焦点位置に上記線リング状の照明光像Ｉ１が形成されるように配置されており、上記第２照明レンズ１４２は、上記第１照明レンズ１４１から、この第１照明レンズ１４１の焦点距離ｆ１に距離ａ２を加えた距離だけ図中右方に離れた位置に配置されている。また、上記視野絞り１４４は、上記第２照明レンズ１４２から距離ｂ２だけ図中右方に離れた、上記第３照明レンズ１４３の光源側焦点位置に配置されており、上記第３照明レンズ１４３は、上記第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置から距離ａ３だけ図中右方に離れた位置に配置されている。
【００３１】
このように構成された照明光入射光学系１４０は、上記光源部１３０から出力されたリング状の照明光により、上記第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ２を形成し、さらに上記第３照明レンズ１４３から距離ｂ３だけ図中右方に離れた、上記対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、このリング状の照明光を対物レンズ系１１１に入射させるようになっている。なお、上記各照明レンズ１４１〜１４３および視野絞り１４４の配置位置は、下式（１），（２）の関係を満たしている。
【００３２】
【数１】
【００３３】
＜干渉計本体部の作用＞
以下、上述の如く構成された干渉計本体部１０の作用について、図１を用いて説明する。上記光源部１３０から出力されたリング状の照明光は、照明光入射光学系１４０を通過後、ビームスプリッタ１５０において図中下方に反射され、上記対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射する。
【００３４】
対物レンズ系１１１に入射したリング状照明光は、この対物レンズ系１１１を通過後、上記参照ミラー１１２に遮られることなく、上記透明板１１４を通過して上記ビームスプリッタ１１３に入射して、このビームスプリッタ１１３において２つに分割される。分割されたリング状照明光の一方は、ビームスプリッタ１１３を透過した後、被検体４００に光軸Ｌ１の全周囲方向からこの光軸Ｌ１に近づくように斜めに入射し、この被検体４００の観察領域内に集光する。さらに、被検体４００に入射した照明光は、この被検体４００の表面形状等の位相情報を担持した物体光として反射される。
【００３５】
一方、ビームスプリッタ１１３において分離されたリング状照明光の他方は、このビームスプリッタ１１３で反射された後、参照ミラー１１２に入射して参照光として反射される。この参照光は、ビームスプリッタ１１３において上記物体光と再合波されて、上記位相情報を担持したリング状干渉光として、対物レンズ系１１１に戻る。そして、対物レンズ系１１１に戻ったリング状干渉光は、この対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の干渉光像Ｉ４を形成した後、上記ビームスプリッタ１５０を介して上記撮像光学系７０内の結像レンズ系７１に入射し、さらに、この結像レンズ系７１によって、この結像レンズ系７１の撮像面側焦点位置に配置されたＣＣＤ撮像面７２に入射する。これにより、ＣＣＤ撮像面７２に形成された干渉縞像が撮像され、その形状や変化を測定解析することにより、被検体４００の位相情報が得られるようになっている。
【００３６】
上述のように本実施形態では、光源部１３０においてレーザ光をリング状照明光に変換して出力し、このリング状照明光を対物レンズ系１１１に入射させることにより、リング状照明光が参照ミラー１１２に遮られることなく、上記光軸Ｌ１の全周囲方向からこの光軸Ｌ１に近づくように被検体４００に斜めに入射して、被検体４００の観察領域内に集光するようにしている。このため、参照ミラー１１２の裏面で反射された照明光が干渉縞のノイズとなったり、被検体４００に所定の一方向からのみ照明光を斜めに入射させたことにより被検体４００表面に影が生じてしまって、干渉縞のノイズとなったりすることを抑制することができるので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能となっている。
【００３７】
しかも、本実施形態では、リング状の照明光が、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射するようにしているので、対物レンズ系１１１の被検体側焦点位置に配された被検体４００を一様に照明することが可能となっている。このため、明るく解像度の高い縞画像を得ることが可能である。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限られず、種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、点光源１３１から出力された照明光をリング状照明光に変換するための変換用光学素子１３３として、ドーナッツ状のフレネルレンズを用いているが、一般的なドーナッツ型レンズや、ホログラム素子を用いることも可能である。
【００３９】
また、図５に示すように、頂点に開口部を設けた円錐ミラー素子８１（内面８２が鏡面とされている）の底面側から、光源９０の光を入射させ、その周辺光を円錐ミラー素子８１の内面８２（光軸Ｌを含む平面による断面形状を示す）で反射させ、その反射光を上記開口部を通して所定の角度範囲に拡がるようになしてリング状照明光に変換してもよい。なお、図５においては、円錐ミラー素子８１から出力された光が、光軸Ｌ上に配置された照明レンズ（コンデンサレンズ）８３に入射した後、リング状の照明光像Ｉ（便宜的に楕円で表す）を構成する様子を概念的に示している。また、光源９０としては、後述するような、リング状の照明光を発光する配光特性を有する発光ダイオードで、特に光の発散角度が５度〜１０度程度のものを用いるのが好ましい。これらのことは、以下の図６においても同様である。
【００４０】
上記円錐ミラー素子８１に代えて、図６に示すような円錐台状の中実な光学素子８４（ガラスやプラスチックからなるプリズム）を用い、光源９０からの光のうちの周辺光を該光学素子８４の側面部分で内面反射させることによってリング状照明光に変換するようにしてもよい。なお、光学素子８４においては、光の入射端面および出射端面において、実際には光が屈折することになるが、図６では便宜的に、上記両端面において光が屈折していないように図示している。また、円錐レンズ（コニカルレンズ）と称される円錐状の中実な光学素子を用いてリング状照明光に変換するようにしてもよい。また、上述した円錐ミラー素子８１や光学素子８４，８５と光源９０とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００４１】
なお、上述した円錐ミラー素子８１や光学素子８４の内面は、断面直線状のものに限られない。図７に円錐ミラー素子８１の変形例を示す。同図（ａ）に示す円錐ミラー素子８１Ａは、内面８２Ａの断面形状が内方に向かって凹状に、同図（ｂ）に示す円錐ミラー素子８１Ｂは、内面８２Ｂの断面形状が内方に向かって凸状に、それぞれ形成されている。光学素子８４の内面の断面形状についても、このような凹状または凸状とすることが可能である。
【００４２】
次に、上述した円錐ミラー素子８１および光源９０の実施例について、図８を用いて説明する。図８は円錐ミラー素子８１および光源９０の一実施例を示す図である。なお、図８においては、光源９０がその発光部（例えばフィラメント）において光軸Ｌを中心とする線リング９１（便宜的に楕円で表す）状の光を発生し、その線リング９１上の各点が点光源Ｐ０とみなせることを想定している。
【００４３】
この実施例では、上記線リング９１上の点光源Ｐ０から光軸Ｌに平行に出力された光線Ｂ１が、円錐ミラー素子８１の内面８２上の反射点Ｐ１で反射した後、照明レンズ８３の光源側焦点Ｆ０を通過して照明レンズ８３に入射するように、また、点光源Ｐ０からの有効な拡散光束のうち最も光軸Ｌから離れる位置を通過する光線Ｂ２と、最も光軸Ｌに近づく位置を通過する光線Ｂ３とが、上記内面８２上の反射点Ｐ２、Ｐ３でそれぞれ反射した後、照明レンズ８３に入射し、さらに照明レンズ８３を通過した各光線Ｂ１〜Ｂ３により、照明レンズ８３から距離ｂだけ対物レンズ系（不図示）側に離れた位置に、上記線リング９１のリング状の照明光像Ｉが形成されるように設定されている。
【００４４】
通常、上記距離ｂおよび照明光像Ｉの直径Ｄは、対物レンズ系の光学特性および照明レンズ８３の光学特性に応じて決定される。そこで、円錐ミラー素子８１および光源９０を用いて、上記距離ｂの位置に直径Ｄの照明光像Ｉを得るためには、上記線リング９１の直径ｄや円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θ、さらには円錐ミラー素子８１および光源９０の配置位置をどのように設定すればよいかが問題となる。以下、本実施例における設定方法について説明する。
【００４５】
本実施例では、図８に示すように、円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θを、上記光線Ｂ１と光軸Ｌとのなす角度２θの２分の１に設定している。また、上記光線Ｂ３の上記内面８２上での反射点Ｐ３から照明レンズ８３までの光軸Ｌ方向の距離が、照明レンズ８３の光源側焦点距離ｆと一致するように設定している。このとき、上記焦点距離ｆ、上記直径Ｄ、および上記角度２θの間には下式（３）の関係が成立し、また、上記反射点Ｐ１から上記反射点Ｐ３までの光軸Ｌ方向の距離ｔ、上記直径ｄ、および上記角度２θの間には下式（４）の関係が成立する。これにより、下式（５）の関係が得られるので、上記距離ｔおよび上記直径ｄのどちらか一方の値を決定すれば、他方の値を求めることができる。
【００４６】
【数２】
【００４７】
また、図８において、線リング９１上の点光源Ｐ０の、上記内面８３による鏡像点Ｐ０´から上記焦点Ｆ０までの光軸Ｌ方向の距離ｓ、上記焦点距離ｆ、および上記距離ｂとの間には、下式（６）の関係が成立する。これにより、上記距離ｓは、上記焦点距離ｆおよび上記距離ｂを用いて下式（７）で表すことができる。
【００４８】
【数３】
【００４９】
さらに、上記鏡像点Ｐ０´から上記点光源Ｐ０までの光軸Ｌに垂直な方向の距離ｈは、上記距離ｓ、上記距離ｔ、および上記角度２θを用いて、下式（８）で表すことができ、上記鏡像点Ｐ０´から上記点光源Ｐ０までの光軸Ｌ方向の距離Δは、上記鏡像点Ｐ０´と上記点光源Ｐ０とを結ぶ、上記内面８２に対する垂線８５と上記光線Ｂ１との間の角度θ´、および上記距離ｈを用いて、下式（９）で表すことができる。
【００５０】
【数４】
【００５１】
また、図８に示される三角形Ｐ１Ｐ０Ｐ０´は、辺Ｐ０Ｐ０´を底辺とする二等辺三角形であり、その頂角Ｐ０Ｐ１Ｐ０´の大きさは、上記角度２θと等しくなるので、上記角度θ´（二等辺三角形Ｐ１Ｐ０Ｐ０´の底角と等しい）と上記角度θとの間には下式（１０）の関係が成立する。したがって、上式（８），（９）および下式（１０）により、上記距離Δは、上記距離ｓ、上記距離ｔ、および上記角度θを用いて下式（１１）で表すことができる。
【００５２】
【数５】
【００５３】
以上説明した各式の関係を満たすように、円錐ミラー素子８１および光源９０を設定することによって、上記照明光像Ｉを得ることが可能となる。なお、上記実施例では、円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θを、上記光線Ｂ１と光軸Ｌとのなす角度２θの２分の１に設定しているが、他の大きさに設定することも可能である。また、図８において、上記反射点Ｐ３から照明レンズ８３までの光軸Ｌ方向の距離を、照明レンズ８３の光源側焦点距離ｆとは異なる距離に設定することも可能である。
【００５４】
また、光源部においてリング状照明光を出力するための構成は、上記実施形態のものに限られない。例えば、１つのレーザ光を多数の光ファイバで分割し、各光ファイバの一端をリング状に配置することにより、リング状照明光を得るようにしてもよい。あるいは、多数のレーザ光源をリング状に配置することも可能である。さらには、光源に発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する）を用いるようにしてもよい。ＬＥＤには、リング状の照明光を発光する配光特性を有するものが知られている。本発明者が市販のＬＥＤ数種を対象にその配光特性を調べたところ、ＬＥＤのフランジ位置から前方に２０ｃｍ離れた位置においては、内径５５ｍｍ、外径７４ｍｍのリング状照明光が得られ、同１０ｃｍの位置においては、内径２５ｍｍ、外径３０ｍｍのリング状照明光が得られるＬＥＤや、同様に２０ｃｍの位置においては、内径３６ｍｍ、外径５５ｍｍのリング状照明光が得られ、同１０ｃｍの位置においては、内径１６ｍｍ、外径２６ｍｍのリング状照明光が得られるＬＥＤがあることが確かめられた。このようなＬＥＤの配光特性を利用して、上記実施形態におけるのと同様なリング状照明光を得ることも可能である。なお、光源として、ハロゲンランプ等の低コヒーレント光源を用いることも可能である。
【００５５】
また、リング状照明光を得る方法としては、光源部においてリング状照明光を形成するものに限られない。例えば、光源部においてはリング状でない一般的な照明光を出力して、この照明光をリング状のスリットを有するアパーチャを通過させることにより、リング状照明光を得るようにしてもよい。このようなアパーチャを入れる位置としては、例えば図３において、第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置や、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置が考えられる。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、照明光学系の構成の一例として、照明光入射光学系１４０において３枚の照明レンズと視野絞りを用いたものを説明しているが、視野絞りを用いない構成とすることも可能であり、照明レンズの枚数も適宜変更することが可能である。また、上記実施形態では、図３に示すように、第１照明レンズ１４１と第２照明レンズ１４２とを、第１照明レンズ１４１の焦点距離ｆ１に上記距離ａ２を加えた距離分互いに離して配置する照明光学系６０（本来のケラー照明型）を用いているが、第１照明レンズ１４１を焦点距離ｆ１に相当する距離だけ図中右方にずらして配置して、レンズ系の全長を短くするようにした照明光学系（一般に使用されているケラー照明型）を用いることも可能である。ただし、このような一般的に使用される照明光学系は、第１照明レンズの像が被検体上に形成されるため、レンズに傷や塵埃が付着した場合に、これらの傷や塵埃が被検体上に結像されてしまうという欠点がある。上記実施形態の照明光学系６０では、このような問題は生じない。
【００５７】
また、上記実施形態においては、ミロー型顕微干渉計装置は光コネクタ用プラグ内のフェルールの測定解析を行なうものとして説明しているが、本発明はフェルール以外の被検体の測定解析を行なうミロー型顕微干渉計装置に適用することが可能である。なお、本発明の、リング状照明光を対物レンズ系に入射させるという構成は、ミロー型の顕微干渉計装置に限らず、マイケルソン型やリニーク型など種々のタイプの干渉計装置に適用することが可能であり、それらにおいて縞画像の解像度を高めることが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系によれば、対物レンズ系に入射する照明光を、対物レンズ系の光軸を中心としたリング状となるようにし、このリング状照明光がミロー型干渉対物レンズユニットを介して、被検体に対して光軸の全周囲方向から光軸に近づくように斜めに入射して、被検体の観察領域内に集光するようにしたことにより、以下のような効果を奏する。
【００５９】
すなわち、従来のミロー型顕微干渉計用照明光学系において発生する問題、すなわち、参照ミラーの裏面で反射された照明光が干渉縞のノイズとなったり、被検体に所定の一方向からのみ照明光を斜めに入射させたことにより被検体表面に影が生じてしまって、干渉縞のノイズとなったりするという問題が発生することを抑制することができるので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能である。
【００６０】
また、本発明によるミロー型顕微干渉計装置によれば、上記特徴を備えた本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系を備えているので、鮮明度の高い干渉縞を撮像することが可能であり、これにより、フェルール等の微小な被検体の測定解析を高精度に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系の概略構成図
【図２】図１に示す光源部の一例を示す図
【図３】図１に示す照明レンズ系のレンズ配置の一例を示す図
【図４】発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の斜視図
【図５】光源部の一実施形態を示す図
【図６】光源部の他の実施形態を示す図
【図７】図５に示す光源部の変形例を示す図
【図８】図５に示す光源部の実施例を示す図
【符号の説明】
１ ミロー型顕微干渉計装置
２ 底板
３ 前板
４ 後板
５ 隔壁板
６ カバーケース
７ 電源部
８ コントロールボックス
９ コイルバネ
１０ 干渉計本体部
１１ ミロー型干渉対物レンズユニット
１２ ピエゾユニット
１３ ハーフミラー・光源ユニット
１４ 結像レンズユニット
１５ ミラーボックス
１６ ＣＣＤカメラユニット
１７ 固定台
１８ フォーカス台
１８ａ 凸部
１９Ａ，１９Ｂ ガイド軸
２０ フォーカス調整ネジ
２１ ネジ軸部
２２ ツマミ部
３０ 電源スイッチ
５０ 傾斜調整装置
５１ 第１の基部材
５２ 第２の基部材
５３ 支点部
５４ 第１の調整部
５５ 第２の調整部
６０ 照明光学系
７０ 撮像光学系
７１ 結像レンズ系
７２ ＣＣＤ撮像面
８１，８１Ａ，８１Ｂ 円錐ミラー素子
８２，８２Ａ，８２Ｂ 内面
８３ 照明レンズ（コンデンサレンズ）
８４ 光学素子
８５ 垂線
９０ 光源
９１ 線リング
１１１ 対物レンズ系
１１２ 参照ミラー
１１３ ビームスプリッタ
１１４ 透明板
１３０ 光源部
１３１ 点光源
１３２ 発散レンズ
１３３ 変換用光学素子
１４０ 照明光入射光学系
１４１ 第１照明レンズ
１４２ 第２照明レンズ
１４３ 第３照明レンズ
１４４ 視野絞り
１５０ ビームスプリッタ
２００ クランプ装置保持具
２１０ 前段部
２２０ 後段部
２２１ 保持用凹部
２３０ 連結部
２４０ 取付ネジ
３００ クランプ装置
４００ 被検体
Ｆ，Ｂ 方向を示す矢印
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 光軸
Ｉ，Ｉ１〜Ｉ３ 照明光像
Ｉ４ 干渉光像
Ｆ０ 焦点位置
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 光線
Ｐ０ 点光源
Ｐ２，Ｐ３ 反射点
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられるフェルール等の微小な被検体の表面形状や内部屈折率分布などの位相情報を測定解析するために用いられるミロー型の顕微干渉計装置（「干渉顕微鏡装置」とも称される）およびその照明光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信に用いられる光ファイバの研究開発が盛んに進められている。この種の光ファイバは、例えば外径１０μｍ程度のコアと、その外周に設けた例えば外径１２５μｍ程度のクラッド層からなり、光ファイバ同士を接続するためにその接続端部にフェルールを備えたものが知られている。
【０００３】
フェルールとは、光ファイバを接続するために光ファイバの端部を保持固定する、光コネクタを構成する円筒状の部品である。フェルールは、その外径の中心部に光ファイバが挿入され接着剤等で固定された後、その先端を鏡面状に研磨されており、２つのフェルールの先端面を突き合わせることによって、それぞれに保持された２つの光ファイバを接続できるように構成されている。
【０００４】
このフェルールの先端面は、光軸に対して直交する平面に研磨されたものや、光軸に対して斜交する平面に研磨されたものが知られているが、最近、フェルールの先端面を突き合わせる際の押圧力により先端面が弾性変形して、フェルール先端面同士の密着性を高め得るように、先端面を球面形状にするＰＣ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）研磨が施されたものも注目されている。
【０００５】
ところで、光ファイバ接続に伴う光損失を低減するため、フェルールには高精度な種々の規格がＪＩＳにより定められており、上記ＰＣ研磨が施されたフェルールに対しては、先端面の曲率半径の寸法誤差、フェルールの球状先端面の頂点と光ファイバのコアの中心（ファイバの外形中心）との位置ずれ誤差など、６項目に及ぶμｍオーダの規格が定められている。
【０００６】
作製されたフェルールが、規格に適合しているかどうかを検査するために、ミロー型顕微干渉計装置が用いられることがある。このミロー型顕微干渉計装置は、ミロー型干渉対物レンズを備えている点に特徴がある。ミロー型干渉対物レンズは、対物レンズ系と、この対物レンズ系と被検体との間に配された参照ミラーと、この参照ミラーと被検体との中間位置に配されたハーフミラー等のビームスプリッタとを有しており、光源部から対物レンズ系に入射した照明光を、ビームスプリッタを介して分離し、その一方を被検体へ照射して物体光とすると共に、他方を参照ミラーへ照射して参照光とし、これら物体光と参照光とを互いに干渉させて干渉縞を得るようになっている。ミロー型顕微干渉計装置では、この得られた干渉縞を撮像し、その形状や変化を測定解析することにより、被検体の位相情報を得るように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ミロー型顕微干渉計装置は、参照光と物体光との光路長が等しいため、白色光のような低コヒーレント光を照明光として用いることが可能である。また、一般的な顕微鏡装置（特に、金属顕微鏡装置）と比較した場合、対物レンズがミロー型干渉対物レンズになっている点を除くと、両者の光学系の構成が似ているため、このような顕微鏡装置に用いられる照明光学系と同様のものを、ミロー型顕微干渉計用照明光学系として用いることが可能である。
【０００８】
しかし、ミロー型顕微干渉計装置では、対物レンズ系と被検体との間に参照ミラーが配されるため、一般的な顕微鏡装置に用いられる照明光学系をそのまま適用した場合、次のような問題が生じる。
【０００９】
すなわち、一般的な顕微鏡装置の照明光学系では、対物レンズ系の光軸を中心とした光束径を有する一様な照明光を、この光軸に沿って対物レンズ系に入射させるようにしているが、ミロー型顕微干渉計用照明光学系において、このような照明光を用いると、対物レンズ系を通過した照明光の中心部分が参照ミラーの裏面によって遮られてしまう。この、参照ミラーによって遮られた照明光は、干渉縞のノイズとなって、干渉縞のビジリティを低下させるため、干渉縞の測定解析に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１０】
このような問題が生じないようにするために、対物レンズ系の光軸から離れた位置に照明光を入射させて、対物レンズ系を通過した照明光が参照ミラーによって遮られることなく、被検体に対して所定の斜め方向から入射するように構成することが考えられる。
【００１１】
しかし、照明光を被検体に対して所定の一方向から斜めに入射させる場合、被検体の形状によっては、被検体表面に影が生じてしまう。被検体表面の形状を測定する場合、この影が干渉縞のノイズとなり、干渉縞の鮮明度を低下させるため、干渉縞の測定解析に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能なミロー型顕微干渉計用照明光学系およびミロー型顕微干渉計装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系は、対物レンズ系、該対物レンズ系と被検体との間に配置された参照ミラー、および該参照ミラーと前記被検体との中間に配置されたビームスプリッタを有してなるミロー型干渉対物レンズユニットと、光源部と、該光源部からの照明光を前記対物レンズ系に入射させる照明光入射光学系とを備え、前記対物レンズ系を通過後、前記ビームスプリッタを介して前記被検体へ照射された前記照明光が該被検体から反射されてなる物体光と、前記ビームスプリッタを介して前記参照ミラーへ照射された前記照明光が該参照ミラーで反射してなる参照光とを互いに干渉させるミロー型顕微干渉計用照明光学系において、前記対物レンズ系に入射する前記照明光が、該対物レンズ系の光軸を中心としたリング状となるようにし、このリング状照明光が、前記ミロー型干渉対物レンズユニットを介して、前記光軸の全周囲方向から該光軸に近づくように斜めに前記被検体に入射して該被検体の観察領域内に集光するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記被検体を前記対物レンズ系の物体側焦点位置に配すると共に、前記照明光入射光学系によって前記対物レンズ系の前記光源側焦点位置に前記光源部の像を形成するようにすることが好ましい。
【００１５】
前記光源部は、点光源と、該点光源から出力された光を前記リング状照明光に変換して出力する変換用光学素子とを備えてなるものとすることができる。
【００１６】
また、本発明のミロー型顕微干渉計装置は、上記特徴を備えた本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系と、該ミロー型顕微干渉計用照明光学系において得られた干渉縞を撮像するための撮像光学系とを備えてなることを特徴とする特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
＜ミロー型顕微干渉計装置の全体構成＞
まず、図４を参照しながら、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の全体的な構成について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の一部を破断して示す斜視図である。
【００１９】
図４に示すミロー型顕微干渉計装置１（以下「顕微干渉計装置１」と略称することがある）は、底板２、前板３（一部破断して図示）、後板４、隔壁板５およびカバーケース６（一部破断して図示）からなる本体筐体内に、電源部７、コントロールボックス８および干渉計本体部１０を備えている。
【００２０】
この干渉計本体部１０は、ミロー型干渉対物レンズユニット１１（以下「対物レンズユニット１１」と略称することがある）、ピエゾユニット１２、ハーフミラー・光源ユニット１３、結像レンズユニット１４、ミラーボックス１５およびＣＣＤカメラユニット１６を備えている。これらのうち、結像レンズユニット１４、ミラーボックス１５およびＣＣＤカメラユニット１６は、隔壁板５に固定された固定台１７に取り付けられており、対物レンズユニット１１、ピエゾユニット１２およびハーフミラー・光源ユニット１３は、フォーカス台１８（一部破断して図示）に取り付けられている。
【００２１】
このフォーカス台１８は、前板３と固定台１７との間において前後方向（図中の矢印ＦおよびＢ方向）に互いに平行な状態で延設された上下２本のガイド軸１９Ａ，１９Ｂ（一部破断して図示）に、前後方向にスライド移動可能に支持されている。また、上記固定台１７と上記フォーカス台１８との間には、コイルバネ９が配されており、上記フォーカス台１８は、このコイルバネ９の弾性により前方（図中の矢印Ｆ方向）に向けて付勢されている。
【００２２】
また、上記前板３には、上記フォーカス台１８を移動させて干渉計本体部１０のフォーカス調整を行なうためのフォーカス調整ネジ２０が設けられている。このフォーカス調整ネジ２０は、前板３に形成された不図示のネジ孔に、自身の軸周りの回転により前後方向に移動可能に螺合するネジ軸部２１と、このネジ軸部２１を回転させるためのツマミ部２２とを備えてなる。このネジ軸部２１の先端面はフォーカス台１８の前面部に設けられた半球状の凸部１８ａに当接している。このためフォーカス調整ネジ２０は、ツマミ部２２を回転させてネジ軸部２１の前板３からの突出長を変えることにより、フォーカス台１８をガイド軸１９Ａ，１９Ｂに沿って前後方向に移動させることが可能となっており、これによりフォーカス調整を行なえるようになっている。
【００２３】
上述したような構成を有する干渉計本体部１０は、対物レンズユニット１１の前方の所定位置に保持された微小な被検体（図４では不図示）に、不図示の光源からのレーザ光を参照光と分割して照射し、被検体から反射してきた物体光を参照光と干渉させ、その干渉光を結像レンズユニット１４内の結像レンズ系（図４では不図示）を通した後、不図示のＣＣＤ上に干渉縞を結像させる。そして、得られた干渉縞の形状や変化を測定解析することにより、被検体の表面形状の三次元計測や物性の測定を行なえるようになっている。
【００２４】
また、上記前板３には、傾斜調整装置５０が配されている。この傾斜調整装置５０は、前板３に固定されたＬ字状の第１の基部材５１と、この第１の基部材５１と同様のＬ字状をなし、第１の基部材５１に対向配置された第２の基部材５２とを備えている。第２の基部材５２は、支点部５３を支点に第１の基部材５１に対して傾動可能に支持されており、第１および第２の調整部５４，５５により、第１の基部材５１に対する傾きを調整できるようになっている。
【００２５】
この傾斜調整装置５０の第２の基部材５２には、クランプ装置保持具２００が取り付けられている。クランプ装置保持具２００は、前段部２１０と後段部２２０とそれらを繋ぐ連結部２３０とを有してなり、その前段部２１０を３個の取付ネジ２４０により上記第２の基部材５２に固定されている。クランプ装置保持具２００の後段部２２０は、対物レンズユニット１１の前面側に位置し、その中央部には、保持用凹部２２１が形成されており、この保持用凹部２２１内に、クランプ装置３００を保持している。このクランプ装置３００は、不図示の光コネクタ用プラグ内に収容されたフェルールを、図４に示す顕微干渉計装置１の対物レンズユニット１１前の所定位置に保持するためのものである。なお、この他に前板３には、顕微干渉計装置１の電源をオンオフする電源スイッチ３０が設けられている。
【００２６】
＜ミロー型顕微干渉計用照明光学系＞
次に、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系について詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系の構成を示す概略図、図２はその光源部の一例を示す図、図３はそのレンズ配置の一例を示す図である。
【００２７】
図１に示すミロー型顕微干渉計用照明光学系６０（以下「照明光学系６０」と略称することがある）は、上記対物レンズユニット１１と上記ハーフミラー・光源ユニット１３とからなり、上記干渉計本体部１０内に撮像光学系７０と共に配されている。上記対物レンズユニット１１は、１枚あるいは複数枚の光学レンズで構成される対物レンズ系１１１と、この対物レンズ系１１１の物体側焦点位置に配置されたフェルール等の被検体４００と対物レンズ系１１１との間において、その反射面を被検体４００に向けて配置される参照ミラー１１２と、この参照ミラー１１２と被検体４００との中間位置に配置されるビームスプリッタ１１３とを備えてなる。なお、参照ミラー１１２は、反射防止コート処理を施された透明板１１４によって保持され、その反射面が対物レンズ系１１１の光軸Ｌと直交するように配置されている。また、ビームスプリッタ１１３は、ハーフミラーで構成されており、その反射面が対物レンズ系１１１の光軸Ｌと直交するように配置されている。
【００２８】
一方、上記ハーフミラー・光源ユニット１３は、リング状の照明光を出力する光源部１３０と、１枚あるいは複数枚の光学レンズで構成される照明光入射光学系１４０と、ハーフミラー等で構成されるビームスプリッタ１５０とを備えてなる。
【００２９】
上記光源部１３０は、図２に示すような構成とすることができる。すなわち、図２に示す光源部１３０は、レーザ光を出力する点光源１３１と、この点光源１３１から出力されたレーザ光を発散させる発散レンズ１３２と、この発散レンズ１３２を介して入射されたレーザ光をリング状の照明光に変換して出力する変換用光学素子１３３とを備えてなる。この変換用光学素子１３３は、ドーナッツ状凸レンズをフレネル化してなるものであり、発散レンズ１３２によって発散されたレーザ光の周縁部のみをリング状に透過すると共に、透過したリング状の照明光による線リング状の照明光像Ｉ１を、その被検体側焦点位置において形成した後、このリング状の照明光を照明光入射光学系１４０に入射させるようになっている。
【００３０】
また、上記照明光入射光学系１４０は、図３に示すような構成とすることができる。すなわち、図３に示す照明光入射光学系１４０は、その光軸Ｌ２上に図中左側より順次配置された、第１照明レンズ１４１、第２照明レンズ１４２、視野絞り１４４、第３照明レンズ１４３を備えてなる。上記第１照明レンズ１４１は、その光源側焦点位置に上記線リング状の照明光像Ｉ１が形成されるように配置されており、上記第２照明レンズ１４２は、上記第１照明レンズ１４１から、この第１照明レンズ１４１の焦点距離ｆ１に距離ａ２を加えた距離だけ図中右方に離れた位置に配置されている。また、上記視野絞り１４４は、上記第２照明レンズ１４２から距離ｂ２だけ図中右方に離れた、上記第３照明レンズ１４３の光源側焦点位置に配置されており、上記第３照明レンズ１４３は、上記第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置から距離ａ３だけ図中右方に離れた位置に配置されている。
【００３１】
このように構成された照明光入射光学系１４０は、上記光源部１３０から出力されたリング状の照明光により、上記第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ２を形成し、さらに上記第３照明レンズ１４３から距離ｂ３だけ図中右方に離れた、上記対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、このリング状の照明光を対物レンズ系１１１に入射させるようになっている。なお、上記各照明レンズ１４１〜１４３および視野絞り１４４の配置位置は、下式（１），（２）の関係を満たしている。
【００３２】
【数１】
＜干渉計本体部の作用＞
以下、上述の如く構成された干渉計本体部１０の作用について、図１を用いて説明する。上記光源部１３０から出力されたリング状の照明光は、照明光入射光学系１４０を通過後、ビームスプリッタ１５０において図中下方に反射され、上記対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射する。
【００３４】
対物レンズ系１１１に入射したリング状照明光は、この対物レンズ系１１１を通過後、上記参照ミラー１１２に遮られることなく、上記透明板１１４を通過して上記ビームスプリッタ１１３に入射して、このビームスプリッタ１１３において２つに分割される。分割されたリング状照明光の一方は、ビームスプリッタ１１３を透過した後、被検体４００に光軸Ｌ１の全周囲方向からこの光軸Ｌ１に近づくように斜めに入射し、この被検体４００の観察領域内に集光する。さらに、被検体４００に入射した照明光は、この被検体４００の表面形状等の位相情報を担持した物体光として反射される。
【００３５】
一方、ビームスプリッタ１１３において分離されたリング状照明光の他方は、このビームスプリッタ１１３で反射された後、参照ミラー１１２に入射して参照光として反射される。この参照光は、ビームスプリッタ１１３において上記物体光と再合波されて、上記位相情報を担持したリング状干渉光として、対物レンズ系１１１に戻る。そして、対物レンズ系１１１に戻ったリング状干渉光は、この対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の干渉光像Ｉ４を形成した後、上記ビームスプリッタ１５０を介して上記撮像光学系７０内の結像レンズ系７１に入射し、さらに、この結像レンズ系７１によって、この結像レンズ系７１の撮像面側焦点位置に配置されたＣＣＤ撮像面７２に入射する。これにより、ＣＣＤ撮像面７２に形成された干渉縞像が撮像され、その形状や変化を測定解析することにより、被検体４００の位相情報が得られるようになっている。
【００３６】
上述のように本実施形態では、光源部１３０においてレーザ光をリング状照明光に変換して出力し、このリング状照明光を対物レンズ系１１１に入射させることにより、リング状照明光が参照ミラー１１２に遮られることなく、上記光軸Ｌ１の全周囲方向からこの光軸Ｌ１に近づくように被検体４００に斜めに入射して、被検体４００の観察領域内に集光するようにしている。このため、参照ミラー１１２の裏面で反射された照明光が干渉縞のノイズとなったり、被検体４００に所定の一方向からのみ照明光を斜めに入射させたことにより被検体４００表面に影が生じてしまって、干渉縞のノイズとなったりすることを抑制することができるので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能となっている。
【００３７】
しかも、本実施形態では、リング状の照明光が、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置において、線リング状の照明光像Ｉ３を形成した後、対物レンズ系１１１に入射するようにしているので、対物レンズ系１１１の被検体側焦点位置に配された被検体４００を一様に照明することが可能となっている。このため、明るく解像度の高い縞画像を得ることが可能である。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限られず、種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、点光源１３１から出力された照明光をリング状照明光に変換するための変換用光学素子１３３として、ドーナッツ状のフレネルレンズを用いているが、一般的なドーナッツ型レンズや、ホログラム素子を用いることも可能である。
【００３９】
また、図５に示すように、頂点に開口部を設けた円錐ミラー素子８１（内面８２が鏡面とされている）の底面側から、光源９０の光を入射させ、その周辺光を円錐ミラー素子８１の内面８２（光軸Ｌを含む平面による断面形状を示す）で反射させ、その反射光を上記開口部を通して所定の角度範囲に拡がるようになしてリング状照明光に変換してもよい。なお、図５においては、円錐ミラー素子８１から出力された光が、光軸Ｌ上に配置された照明レンズ（コンデンサレンズ）８３に入射した後、リング状の照明光像Ｉ（便宜的に楕円で表す）を構成する様子を概念的に示している。また、光源９０としては、後述するような、リング状の照明光を発光する配光特性を有する発光ダイオードで、特に光の発散角度が５度〜１０度程度のものを用いるのが好ましい。これらのことは、以下の図６においても同様である。
【００４０】
上記円錐ミラー素子８１に代えて、図６に示すような円錐台状の中実な光学素子８４（ガラスやプラスチックからなるプリズム）を用い、光源９０からの光のうちの周辺光を該光学素子８４の側面部分で内面反射させることによってリング状照明光に変換するようにしてもよい。なお、光学素子８４においては、光の入射端面および出射端面において、実際には光が屈折することになるが、図６では便宜的に、上記両端面において光が屈折していないように図示している。また、円錐レンズ（コニカルレンズ）と称される円錐状の中実な光学素子を用いてリング状照明光に変換するようにしてもよい。また、上述した円錐ミラー素子８１や光学素子８４，８５と光源９０とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００４１】
なお、上述した円錐ミラー素子８１や光学素子８４の内面は、断面直線状のものに限られない。図７に円錐ミラー素子８１の変形例を示す。同図（ａ）に示す円錐ミラー素子８１Ａは、内面８２Ａの断面形状が内方に向かって凹状に、同図（ｂ）に示す円錐ミラー素子８１Ｂは、内面８２Ｂの断面形状が内方に向かって凸状に、それぞれ形成されている。光学素子８４の内面の断面形状についても、このような凹状または凸状とすることが可能である。
【００４２】
次に、上述した円錐ミラー素子８１および光源９０の実施例について、図８を用いて説明する。図８は円錐ミラー素子８１および光源９０の一実施例を示す図である。なお、図８においては、光源９０がその発光部（例えばフィラメント）において光軸Ｌを中心とする線リング９１（便宜的に楕円で表す）状の光を発生し、その線リング９１上の各点が点光源Ｐ０とみなせることを想定している。
【００４３】
この実施例では、上記線リング９１上の点光源Ｐ０から光軸Ｌに平行に出力された光線Ｂ１が、円錐ミラー素子８１の内面８２上の反射点Ｐ１で反射した後、照明レンズ８３の光源側焦点Ｆ０を通過して照明レンズ８３に入射するように、また、点光源Ｐ０からの有効な拡散光束のうち最も光軸Ｌから離れる位置を通過する光線Ｂ２と、最も光軸Ｌに近づく位置を通過する光線Ｂ３とが、上記内面８２上の反射点Ｐ２、Ｐ３でそれぞれ反射した後、照明レンズ８３に入射し、さらに照明レンズ８３を通過した各光線Ｂ１〜Ｂ３により、照明レンズ８３から距離ｂだけ対物レンズ系（不図示）側に離れた位置に、上記線リング９１のリング状の照明光像Ｉが形成されるように設定されている。
【００４４】
通常、上記距離ｂおよび照明光像Ｉの直径Ｄは、対物レンズ系の光学特性および照明レンズ８３の光学特性に応じて決定される。そこで、円錐ミラー素子８１および光源９０を用いて、上記距離ｂの位置に直径Ｄの照明光像Ｉを得るためには、上記線リング９１の直径ｄや円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θ、さらには円錐ミラー素子８１および光源９０の配置位置をどのように設定すればよいかが問題となる。以下、本実施例における設定方法について説明する。
【００４５】
本実施例では、図８に示すように、円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θを、上記光線Ｂ１と光軸Ｌとのなす角度２θの２分の１に設定している。また、上記光線Ｂ３の上記内面８２上での反射点Ｐ３から照明レンズ８３までの光軸Ｌ方向の距離が、照明レンズ８３の光源側焦点距離ｆと一致するように設定している。このとき、上記焦点距離ｆ、上記直径Ｄ、および上記角度２θの間には下式（３）の関係が成立し、また、上記反射点Ｐ１から上記反射点Ｐ３までの光軸Ｌ方向の距離ｔ、上記直径ｄ、および上記角度２θの間には下式（４）の関係が成立する。これにより、下式（５）の関係が得られるので、上記距離ｔおよび上記直径ｄのどちらか一方の値を決定すれば、他方の値を求めることができる。
【００４６】
【数２】
また、図８において、線リング９１上の点光源Ｐ０の、上記内面８３による鏡像点Ｐ０´から上記焦点Ｆ０までの光軸Ｌ方向の距離ｓ、上記焦点距離ｆ、および上記距離ｂとの間には、下式（６）の関係が成立する。これにより、上記距離ｓは、上記焦点距離ｆおよび上記距離ｂを用いて下式（７）で表すことができる。
【００４８】
【数３】
さらに、上記鏡像点Ｐ０´から上記点光源Ｐ０までの光軸Ｌに垂直な方向の距離ｈは、上記距離ｓ、上記距離ｔ、および上記角度２θを用いて、下式（８）で表すことができ、上記鏡像点Ｐ０´から上記点光源Ｐ０までの光軸Ｌ方向の距離Δは、上記鏡像点Ｐ０´と上記点光源Ｐ０とを結ぶ、上記内面８２に対する垂線８５と上記光線Ｂ１との間の角度θ´、および上記距離ｈを用いて、下式（９）で表すことができる。
【００５０】
【数４】
また、図８に示される三角形Ｐ１Ｐ０Ｐ０´は、辺Ｐ０Ｐ０´を底辺とする二等辺三角形であり、その頂角Ｐ０Ｐ１Ｐ０´の大きさは、上記角度２θと等しくなるので、上記角度θ´（二等辺三角形Ｐ１Ｐ０Ｐ０´の底角と等しい）と上記角度θとの間には下式（１０）の関係が成立する。したがって、上式（８），（９）および下式（１０）により、上記距離Δは、上記距離ｓ、上記距離ｔ、および上記角度θを用いて下式（１１）で表すことができる。
【００５２】
【数５】
以上説明した各式の関係を満たすように、円錐ミラー素子８１および光源９０を設定することによって、上記照明光像Ｉを得ることが可能となる。なお、上記実施例では、円錐ミラー素子８１の内面８２の傾斜角度θを、上記光線Ｂ１と光軸Ｌとのなす角度２θの２分の１に設定しているが、他の大きさに設定することも可能である。また、図８において、上記反射点Ｐ３から照明レンズ８３までの光軸Ｌ方向の距離を、照明レンズ８３の光源側焦点距離ｆとは異なる距離に設定することも可能である。
【００５４】
また、光源部においてリング状照明光を出力するための構成は、上記実施形態のものに限られない。例えば、１つのレーザ光を多数の光ファイバで分割し、各光ファイバの一端をリング状に配置することにより、リング状照明光を得るようにしてもよい。あるいは、多数のレーザ光源をリング状に配置することも可能である。さらには、光源に発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と略称する）を用いるようにしてもよい。ＬＥＤには、リング状の照明光を発光する配光特性を有するものが知られている。本発明者が市販のＬＥＤ数種を対象にその配光特性を調べたところ、ＬＥＤのフランジ位置から前方に２０ｃｍ離れた位置においては、内径５５ｍｍ、外径７４ｍｍのリング状照明光が得られ、同１０ｃｍの位置においては、内径２５ｍｍ、外径３０ｍｍのリング状照明光が得られるＬＥＤや、同様に２０ｃｍの位置においては、内径３６ｍｍ、外径５５ｍｍのリング状照明光が得られ、同１０ｃｍの位置においては、内径１６ｍｍ、外径２６ｍｍのリング状照明光が得られるＬＥＤがあることが確かめられた。このようなＬＥＤの配光特性を利用して、上記実施形態におけるのと同様なリング状照明光を得ることも可能である。なお、光源として、ハロゲンランプ等の低コヒーレント光源を用いることも可能である。
【００５５】
また、リング状照明光を得る方法としては、光源部においてリング状照明光を形成するものに限られない。例えば、光源部においてはリング状でない一般的な照明光を出力して、この照明光をリング状のスリットを有するアパーチャを通過させることにより、リング状照明光を得るようにしてもよい。このようなアパーチャを入れる位置としては、例えば図３において、第２照明レンズ１４２の被検体側焦点位置や、対物レンズ系１１１の光源側焦点位置が考えられる。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、照明光学系の構成の一例として、照明光入射光学系１４０において３枚の照明レンズと視野絞りを用いたものを説明しているが、視野絞りを用いない構成とすることも可能であり、照明レンズの枚数も適宜変更することが可能である。また、上記実施形態では、図３に示すように、第１照明レンズ１４１と第２照明レンズ１４２とを、第１照明レンズ１４１の焦点距離ｆ１に上記距離ａ２を加えた距離分互いに離して配置する照明光学系６０（本来のケラー照明型）を用いているが、第１照明レンズ１４１を焦点距離ｆ１に相当する距離だけ図中右方にずらして配置して、レンズ系の全長を短くするようにした照明光学系（一般に使用されているケラー照明型）を用いることも可能である。ただし、このような一般的に使用される照明光学系は、第１照明レンズの像が被検体上に形成されるため、レンズに傷や塵埃が付着した場合に、これらの傷や塵埃が被検体上に結像されてしまうという欠点がある。上記実施形態の照明光学系６０では、このような問題は生じない。
【００５７】
また、上記実施形態においては、ミロー型顕微干渉計装置は光コネクタ用プラグ内のフェルールの測定解析を行なうものとして説明しているが、本発明はフェルール以外の被検体の測定解析を行なうミロー型顕微干渉計装置に適用することが可能である。なお、本発明の、リング状照明光を対物レンズ系に入射させるという構成は、ミロー型の顕微干渉計装置に限らず、マイケルソン型やリニーク型など種々のタイプの干渉計装置に適用することが可能であり、それらにおいて縞画像の解像度を高めることが可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系によれば、対物レンズ系に入射する照明光を、対物レンズ系の光軸を中心としたリング状となるようにし、このリング状照明光がミロー型干渉対物レンズユニットを介して、被検体に対して光軸の全周囲方向から光軸に近づくように斜めに入射して、被検体の観察領域内に集光するようにしたことにより、以下のような効果を奏する。
【００５９】
すなわち、従来のミロー型顕微干渉計用照明光学系において発生する問題、すなわち、参照ミラーの裏面で反射された照明光が干渉縞のノイズとなったり、被検体に所定の一方向からのみ照明光を斜めに入射させたことにより被検体表面に影が生じてしまって、干渉縞のノイズとなったりするという問題が発生することを抑制することができるので、鮮明度の高い干渉縞を得ることが可能である。
【００６０】
また、本発明によるミロー型顕微干渉計装置によれば、上記特徴を備えた本発明のミロー型顕微干渉計用照明光学系を備えているので、鮮明度の高い干渉縞を撮像することが可能であり、これにより、フェルール等の微小な被検体の測定解析を高精度に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計用照明光学系の概略構成図
【図２】図１に示す光源部の一例を示す図
【図３】図１に示す照明レンズ系のレンズ配置の一例を示す図
【図４】発明の一実施形態に係るミロー型顕微干渉計装置の斜視図
【図５】光源部の一実施形態を示す図
【図６】光源部の他の実施形態を示す図
【図７】図５に示す光源部の変形例を示す図
【図８】図５に示す光源部の実施例を示す図
【符号の説明】
１ ミロー型顕微干渉計装置
２ 底板
３ 前板
４ 後板
５ 隔壁板
６ カバーケース
７ 電源部
８ コントロールボックス
９ コイルバネ
１０ 干渉計本体部
１１ ミロー型干渉対物レンズユニット
１２ ピエゾユニット
１３ ハーフミラー・光源ユニット
１４ 結像レンズユニット
１５ ミラーボックス
１６ ＣＣＤカメラユニット
１７ 固定台
１８ フォーカス台
１８ａ 凸部
１９Ａ，１９Ｂ ガイド軸
２０ フォーカス調整ネジ
２１ ネジ軸部
２２ ツマミ部
３０ 電源スイッチ
５０ 傾斜調整装置
５１ 第１の基部材
５２ 第２の基部材
５３ 支点部
５４ 第１の調整部
５５ 第２の調整部
６０ 照明光学系
７０ 撮像光学系
７１ 結像レンズ系
７２ ＣＣＤ撮像面
８１，８１Ａ，８１Ｂ 円錐ミラー素子
８２，８２Ａ，８２Ｂ 内面
８３ 照明レンズ（コンデンサレンズ）
８４ 光学素子
８５ 垂線
９０ 光源
９１ 線リング
１１１ 対物レンズ系
１１２ 参照ミラー
１１３ ビームスプリッタ
１１４ 透明板
１３０ 光源部
１３１ 点光源
１３２ 発散レンズ
１３３ 変換用光学素子
１４０ 照明光入射光学系
１４１ 第１照明レンズ
１４２ 第２照明レンズ
１４３ 第３照明レンズ
１４４ 視野絞り
１５０ ビームスプリッタ
２００ クランプ装置保持具
２１０ 前段部
２２０ 後段部
２２１ 保持用凹部
２３０ 連結部
２４０ 取付ネジ
３００ クランプ装置
４００ 被検体
Ｆ，Ｂ 方向を示す矢印
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 光軸
Ｉ，Ｉ１〜Ｉ３ 照明光像
Ｉ４ 干渉光像
Ｆ０ 焦点位置
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ 光線
Ｐ０ 点光源
Ｐ２，Ｐ３ 反射点
Claims (4)
- 対物レンズ系、該対物レンズ系と被検体との間に配置された参照ミラー、および該参照ミラーと前記被検体との中間に配置されたビームスプリッタを有してなるミロー型干渉対物レンズユニットと、光源部と、該光源部からの照明光を前記対物レンズ系に入射させる照明光入射光学系とを備え、前記対物レンズ系を通過後、前記ビームスプリッタを介して前記被検体へ照射された前記照明光が該被検体から反射されてなる物体光と、前記ビームスプリッタを介して前記参照ミラーへ照射された前記照明光が該参照ミラーで反射してなる参照光とを互いに干渉させるミロー型顕微干渉計用照明光学系において、
前記対物レンズ系に入射する前記照明光が、該対物レンズ系の光軸を中心としたリング状となるようにし、このリング状照明光が、前記ミロー型干渉対物レンズユニットを介して、前記光軸の全周囲方向から該光軸に近づくように斜めに前記被検体に入射して該被検体の観察領域内に集光するようにしたことを特徴とするミロー型顕微干渉計用照明光学系。 - 前記被検体を前記対物レンズ系の物体側焦点位置に配すると共に、前記照明光入射光学系によって前記対物レンズ系の前記光源側焦点位置に前記光源部の像を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のミロー型顕微干渉計用照明光学系。
- 前記光源部が、点光源と、該点光源から出力された光を前記リング状照明光に変換して出力する変換用光学素子とを備えてなることを特徴とする請求項１または２記載のミロー型顕微干渉計用照明光学系。
- 請求項１から３までのいずれか１項記載のミロー型顕微干渉計用照明光学系と、該ミロー型顕微干渉計用照明光学系において得られた干渉縞を撮像するための撮像光学系とを備えてなることを特徴とするミロー型顕微干渉計装置。
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| JP2003087982A JP2004086148A (ja) | 2002-07-01 | 2003-03-27 | ミロー型顕微干渉計用照明光学系およびこれを備えたミロー型顕微干渉計装置 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011164382A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Mitsutoyo Corp | ミロー型干渉対物レンズ、及び光学機器 |
| CN102385151A (zh) * | 2010-08-30 | 2012-03-21 | 徕卡显微系统复合显微镜有限公司 | 包括显微物镜和微距物镜的显微镜 |
| JP2012530901A (ja) * | 2009-06-19 | 2012-12-06 | ザイゴ コーポレーション | 等光路干渉計 |
| KR101442770B1 (ko) * | 2012-09-07 | 2014-09-23 | 주식회사 힘스 | 기판 검사 장치 |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003087982A patent/JP2004086148A/ja not_active Withdrawn
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