JP2009015180A - 干渉対物レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】干渉縞のコントラストを下げることなく、大きな開口数で被検物体を観察することができる干渉対物レンズを提供する。
【解決手段】干渉対物レンズ1を、光源31からの照明光を被検物体面33に集光させる対物レンズ2と、この対物レンズ2から被検物体面33側へ射出する照明光を分割するハーフミラー5と、ハーフミラー5で分割された照明光を反射し、再びハーフミラー5を介して被検物体面33からの戻り光と同一光路上に合成する参照ミラー3と、ハーフミラー5及び参照ミラー3の間の光路上に配置され、参照ミラー3に照射される分割された照明光の光束径を絞るリング絞り4とから構成する。
【選択図】図1
【解決手段】干渉対物レンズ1を、光源31からの照明光を被検物体面33に集光させる対物レンズ2と、この対物レンズ2から被検物体面33側へ射出する照明光を分割するハーフミラー5と、ハーフミラー5で分割された照明光を反射し、再びハーフミラー5を介して被検物体面33からの戻り光と同一光路上に合成する参照ミラー3と、ハーフミラー5及び参照ミラー3の間の光路上に配置され、参照ミラー3に照射される分割された照明光の光束径を絞るリング絞り4とから構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、干渉顕微鏡に用いられる干渉対物レンズに関する。
干渉顕微鏡に用いられる干渉対物レンズは、対物レンズ、ハーフミラー及び参照ミラーを備えて構成されており、この干渉顕微鏡は、対物レンズを透過した照明光をハーフミラーで分割し、このハーフミラーを透過した光を被検物体面に照射し、また、ハーフミラーで反射した光を参照ミラーで反射させた後、被検物体面で反射した光はハーフミラーを透過させ、さらに、参照ミラーで反射された光はハーフミラーで反射させて対物レンズで集光することにより、これらの光を干渉させて、干渉像と物体像とを形成して被検物体面を観察するとともに凹凸を測定するものである。このような干渉対物レンズとしては、ミロー型やマイケルソン型が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−150163号公報
近年、干渉顕微鏡を用いて、微小物体の段差を測定する要望が増えているが、開口数(NA)が小さい対物レンズでは解像力が足りず、物体を確認することができない。そのため、開口数の大きい対物レンズを有する干渉対物レンズが望まれている。しかしながら、干渉対物レンズにより形成される干渉縞は、次数が高くなるにつれてコントラストが低下してくるが、対物レンズの開口数が大きくなると、このコントラストの低下の度合いが急激に大きくなり、干渉縞(干渉像)の観察が困難になるという課題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、干渉縞のコントラストを下げることなく、大きな開口数で被検物体を観察することができる干渉対物レンズを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために本発明に係る干渉対物レンズは、光源からの照明光を被検物体上(例えば、実施形態における被検物体面33)に集光させる機能を有した対物レンズと、この対物レンズから被検物体側へ射出する照明光を、被検物体上に集光するように進む光と被検物体とは異なる方向に進む光とに分割する光路分割部材(例えば、実施形態におけるハーフミラー5)と、光路分割部材で被検物体とは異なる方向に分割された光を反射し、当該反射光の光路が光路分割部材を介してこの光路分割部材で分割されて被検物体に集光し被検物体により反射されて光路分割部材へ戻る光の光路と同一光路となるように配置された参照ミラーと、光路分割部材と参照ミラーの間の光路上に配置され、参照ミラーへ入射する分割された光の光束径を制限するリング絞りとから構成される。
このような本発明に係る干渉対物レンズは、対物レンズと光路分割部材の間に配置される平板状の第1の光学部材を有し、参照ミラーが当該第1の光学部材の対物レンズ側の面に取り付けられ、リング絞りが当該第1の光学部材の光路分割部材側の面に取り付けられて構成され、リング絞りの開口部の内径をr1とし、実視野をΦとし、対物レンズの開口数をNAとし、第1の光学部材の光軸方向厚さをd1とし、第1の光学部材の屈折率をn1とし、対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線が第1の光学部材を透過するときの光軸に対する角度をθ1としたとき、次式
r1 ≧ 0.48×(Φ/2 + d1×tan(θ1))
但し、θ1=sin-1(NA/n1)
を満足することが好ましい。
r1 ≧ 0.48×(Φ/2 + d1×tan(θ1))
但し、θ1=sin-1(NA/n1)
を満足することが好ましい。
さらに、本発明に係る干渉対物レンズは、参照ミラー及びリング絞りが、対物レンズと光路分割部材との間の光路上に配置され、光路分割部材が、平板状の第2の光学部材の光源側の面に設けられて構成され、リング絞りの全体の外径をr2とし、第2の光学部材の光軸方向厚さをd2とし、第2の光学部材の屈折率をn2とし、第1の光学部材と第2の光学部材との光軸上の距離をL1とし、第2の光学部材と被検物体面との光軸上の距離をL2とし、対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線の光軸に対する角度をθ2とし、対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線が第2の光学部材を透過するときの光軸に対する角度をθ3としたとき、次式
r2 ≦ 0.26×(Φ/2 + (L1+L2)×tan(θ2)
+ d2×tan(θ3))
但し、θ2=sin-1(NA)
θ3=sin-1(NA/n2)
を満足することが好ましい。
r2 ≦ 0.26×(Φ/2 + (L1+L2)×tan(θ2)
+ d2×tan(θ3))
但し、θ2=sin-1(NA)
θ3=sin-1(NA/n2)
を満足することが好ましい。
あるいは、本発明に係る干渉対物レンズは、リング絞りが、光路分割部材の参照ミラー側の端面に取り付けられて構成され、リング絞りの開口部の内径をr1とし、実視野をΦとし、対物レンズの開口数をNAとし、参照ミラーと光路分割部材の光軸上の距離をL3とし、前記対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線の光軸に対する角度をθ4としたとき、次式
r1 ≧ (Φ/2 + L3×tan(θ4))×0.3
但し、θ4=sin-1(NA)
を満足することが好ましい。
r1 ≧ (Φ/2 + L3×tan(θ4))×0.3
但し、θ4=sin-1(NA)
を満足することが好ましい。
本発明に係る干渉対物レンズを以上のように構成すると、対物レンズの開口数を大きくしても干渉縞のコントラストが落ちることがなく、被検物体の像の解像度を高くすることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて本発明に係る干渉対物レンズ及びこの干渉対物レンズを備える干渉顕微鏡の構成について説明する。図1に示す干渉顕微鏡は、被検物体の物体面33から順に、干渉対物レンズ1及び照明用ハーフミラー32が光軸上に並んで配置されており、さらに、照明用ハーフミラー32の側方に光源31が配置されて構成されている。ここで、この干渉対物レンズ1は、ミロー型干渉対物レンズであり、光源側から順に、対物レンズ2、参照ミラー3、リング絞り4及びハーフミラー5が光軸上に並んで配置されている。なお、参照ミラー3及びリング絞り4は、平板状の第1の光学部材6の上下の面に設けられており、ハーフミラー5は、平板状の第2の光学部材7の上面に設けられている。そのため、参照ミラー3、リング絞り4及び物体面33は略平行に並んで配置されている。
このような干渉顕微鏡によると、光源31から放射された照明光は、照明用ハーフミラー32に照射され、一部の光がこの照明用ハーフミラー32を透過し、残りの光が物体側に反射される。そして、この照明用ハーフミラー32で反射された照明光は対物レンズ2で集光され第1の光学部材6を透過してハーフミラー5に照射される。このハーフミラー5も一部の光を透過し、残りの光を反射するように構成されており、ハーフミラー5を透過した照明光は第2の光学部材7を透過して物体面33に照射される。また、ハーフミラー5で反射された照明光は、リング絞り4の開口部を通過し、さらに第1の光学部材6を透過して参照ミラー3で反射される。
物体面33で反射された光(これを「観察光」と呼ぶ)は、再び第2の光学部材7を透過し、さらに、ハーフミラー5に入射して一部の光がこのハーフミラー5を透過する。一方、参照ミラー3で反射された光(これを「参照光」と呼ぶ)は第1の光学部材6を透過し、さらに、リング絞り4の開口部を通過して、ハーフミラー5に入射し、一部の光がこのハーフミラー5で反射される。そして、物体面33で反射してハーフミラー5を透過した観察光と、参照ミラー3で反射してハーフミラー5で反射された参照光とはその光路が一致し、第1の光学部材6を透過し、対物レンズ2に入射し、照明用ハーフミラー32に照射され、一部の光がこの照明用ハーフミラー32を透過して、像面34に物体面33の像として結像される。このとき、像面34には、物体面33の像(物体像)だけでなく、物体面33で反射した観察光と、参照ミラー3で反射した参照光とが干渉して干渉縞(干渉像)も形成される。
図2は、上述のリング絞り4が設けられていない従来のミロー型干渉対物レンズ1′を示している。このような干渉対物レンズ1′を有する干渉顕微鏡において、この図2に示すように、参照ミラー3、ハーフミラー5及び物体面33が干渉対物レンズ1′の光軸に対して直交し、略平行となるように配置されている場合、この物体面33からの観察光と参照ミラー3からの参照光の光路差はゼロになり、像面に形成される干渉縞は一様な視野になる。ところが、例えば物体面33が光軸に対して傾いている場合は、物体面33からの観察光と参照ミラー3からの参照光に光路差が生じてしまう。そのため、図3に示すように、光路差が大きくなるほど、干渉縞の強度が弱くなってしまう。特に、この図3から明らかなように、対物レンズ2の開口数が大きくなるほど、この強度の低下の度合い(この干渉縞の包絡線の低下の度合い)が大きくなってしまう。なお、図3では、物体面33を傾けた場合について説明したが、実際の干渉対物レンズにおいては、観察光と参照光との光路差は、ハーフミラー5による光路分割後に配置された光学部材(例えば、第1及び第2の光学部材6,7)のガラス厚の相互誤差量によっても発生する。
そのため、本実施例においては、上述のように、ハーフミラー5と参照ミラー3との間にリング絞り4を配置し、参照ミラー3で反射される参照光の開口数を制限する(絞る)ように構成されている。すなわち、照明光と参照光の光路差により干渉縞の強度を下げる開口数の大きな参照光を制限して、強度の高い干渉縞が形成されるように構成されている。ここで、リング絞り4の開口部(内円)の径を小さくすると、参照ミラー3で反射される光が絞られてしまうため、干渉縞の強度の低下の度合いは緩くすることができるが、干渉縞全体のコントラストが落ちてしまう。そのため、リング絞り4の内円の半径r1は、次式(1)に示す条件を満足することが好ましい。なお、この条件式(1)において、Φは実視野であり、d1は第1の光学部材6の光軸方向の厚さであり、θ1は最大開口数を有する光束の最も外側の光(対物レンズ2の開口数に対応する光)が第1の光学部材6を透過するときの光軸に対する角度であり、n1は第1の光学部材6の屈折率であり、NAは対物レンズ2の開口数である(これらの関係を図4に示す)。
r1 ≧ 0.48×(Φ/2 + d1×tan(θ1)) (1)
但し、θ1=sin-1(NA/n1)
但し、θ1=sin-1(NA/n1)
また、ハーフミラー5で反射されて参照ミラー3に入射する照明光は、開口数最大の光線がすべてリング絞り4で遮光される必要があるが、このリング絞り4の全体の大きさ(外円の径)を大きくしすぎると、観察光のうち、小さい開口数の光も遮光してしまうため、観察像のコントラストが低下してしまう。そのため、リング絞り4の外円の半径r2は次式(2)に示す条件を満足することが好ましい。なお、この条件式(2)において、d2は第2の光学部材7の光軸方向の厚さであり、L1は第1の光学部材6と第2の光学部材7との光軸上の距離であり、L2は第2の光学部材7と物体面33との光軸上の距離であり、θ2は最大開口数を有する光束の最も外側の光の光軸に対する角度であり、θ3は最大開口数を有する光束の最も外側の光が第2の光学部材7を透過するときの光軸に対する角度であり、n2は第2の光学部材7の屈折率である。
r2 ≦ 0.26×(Φ/2
+ (L1+L2)×tan(θ2)
+ d2×tan(θ3)) (2)
但し、θ2=sin-1(NA)
θ3=sin-1(NA/n2)
+ (L1+L2)×tan(θ2)
+ d2×tan(θ3)) (2)
但し、θ2=sin-1(NA)
θ3=sin-1(NA/n2)
以上説明したように、ハーフミラー5と参照ミラー3との間にリング絞り4を設け、参照光の開口数だけを絞ることにより、物体を観察する場合には大きな開口数の観察光で観察することができ、これまで確認できなかったような微小物体まで観察することができ、さらに、干渉縞のコントラストが低下することがない。また、照明光の光路分割後に配置された光学部材(第1及び第2の光学部材6,7)のガラス厚の相互誤差量を大きく取ることができる。
なお、以上の実施例においては、ミロー型の干渉対物レンズにリング絞り4を設けた場合について説明したが、図5に示すようにマイケルソン型の干渉対物レンズ11に適用することも可能である。この干渉対物レンズ11は、光源側から順に対物レンズ12とハーフミラー15とが設けられ、このハーフミラー15の透過・反射面は光軸に対して斜めに配置されている。そして、このハーフミラー15の側方にリング絞り14及び参照ミラー13がこの順で配置されている。なお、図5に示すように、ハーフミラー15をハーフプリズムで構成し、このハーフプリズムの側面にリング絞り14を取り付けるように構成することも可能である。
このような構成の干渉対物レンズ11において、光源31から放射され、照明用ハーフミラー32で反射された照明光は、対物レンズ12に入射して集光されてハーフミラー15に照射され、一部の照明光がこのハーフミラー15を透過し、残りの照明光が反射される。さらに、ハーフミラー15を透過した照明光は被検物体面33に照射され、ハーフミラー15で反射された照明光はリング絞り14の開口部を通過して参照ミラー13に照射される。そして、物体面33で反射された光(観察光)は、再びハーフミラー15に入射して一部の光がこのハーフミラー15を透過する。一方、参照ミラー13で反射された光(参照光)はリング絞り14の開口部を通過して、ハーフミラー15に入射し、一部の光がこのハーフミラー15で反射される。そして、物体面33で反射してハーフミラー15を透過した観察光と、参照ミラー13で反射されてハーフミラー15で反射された参照光とは、対物レンズ2に入射し、ハーフミラー32を透過して、像面34に物体面33の物体像及び干渉像(干渉縞)として結像される。
このように、マイケルソン型干渉対物レンズ11においても、リング絞り14を設けて参照光を絞ることにより、上述のミロー型干渉対物レンズ1と同様の効果を得ることができる。このマイケルソン型干渉対物レンズ11においても、リング絞り14の内円の半径r1は、次式(3)に示す条件を満足することが好ましい。ここで、この条件式(3)において、Φは実視野であり、NAは対物レンズ12の開口数であり、L3は参照ミラー13とハーフミラー15の光軸上の距離であり、θ4は対物レンズ12の開口数を有する光束の最も外側の光の光軸に対する角度である。しかし、このリング絞り14は観察光の光路上に配置されておらずこの観察光には影響しないため、条件式(2)は適用されない。
r1 ≧ (Φ/2 + L3×tan(θ4))×0.3 (3)
但し、θ4=sin-1(NA)
但し、θ4=sin-1(NA)
1,11 干渉対物レンズ 2,12 対物レンズ 3,13 参照ミラー
4,14 リング絞り 5,15 ハーフミラー(光路分割部材)
6 第1の光学部材 7 第2の光学部材
31 光源 33 被検物体面(被検物)
4,14 リング絞り 5,15 ハーフミラー(光路分割部材)
6 第1の光学部材 7 第2の光学部材
31 光源 33 被検物体面(被検物)
Claims (4)
- 光源からの照明光を被検物体上に集光させる機能を有した対物レンズと、
前記対物レンズから前記被検物体側へ射出する照明光を、前記被検物体上に集光するように進む光と前記被検物体とは異なる方向に進む光とに分割する光路分割部材と、
前記光路分割部材で前記被検物体とは異なる方向に分割された光を反射し、当該反射光の光路が前記光路分割部材を介して、前記光路分割部材で分割されて前記被検物体上に集光し前記被検物体により反射されて前記光路分割部材へ戻る光の光路と同一光路となるように配置された参照ミラーと、
前記光路分割部材と前記参照ミラーの間の光路上に配置され、前記参照ミラーへ入射する前記分割された光の光束径を制限するリング絞りとから構成された干渉対物レンズ。 - 前記対物レンズと前記光路分割部材の間に配置される平板状の第1の光学部材を有し、前記参照ミラーが当該第1の光学部材の前記対物レンズ側の面に取り付けられ、前記リング絞りが当該第1の光学部材の前記光路分割部材側の面に取り付けられて構成され、
前記リング絞りの開口部の内径をr1とし、実視野をΦとし、前記対物レンズの開口数をNAとし、前記第1の光学部材の光軸方向厚さをd1とし、前記第1の光学部材の屈折率をn1とし、前記対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線が前記第1の光学部材を透過するときの光軸に対する角度をθ1としたとき、次式
r1 ≧ 0.48×(Φ/2 + d1×tan(θ1))
但し、θ1=sin-1(NA/n1)
を満足する請求項1に記載の干渉対物レンズ。 - 前記参照ミラー及び前記リング絞りが、前記対物レンズと前記光路分割部材との間の光路上に配置され、
前記光路分割部材が、平板状の第2の光学部材の光源側の面に設けられて構成され、
前記リング絞りの全体の外径をr2とし、前記第2の光学部材の光軸方向厚さをd2とし、前記第2の光学部材の屈折率をn2とし、前記第1の光学部材と前記第2の光学部材との光軸上の距離をL1とし、前記第2の光学部材と前記被検物体面との光軸上の距離をL2とし、前記対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線の光軸に対する角度をθ2とし、前記対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線が前記第2の光学部材を透過するときの光軸に対する角度をθ3としたとき、次式
r2 ≦ 0.26×(Φ/2 + (L1+L2)×tan(θ2)
+ d2×tan(θ3))
但し、θ2=sin-1(NA)
θ3=sin-1(NA/n2)
を満足する請求項2に記載の干渉対物レンズ。 - 前記リング絞りが、前記光路分割部材の前記参照ミラー側の端面に取り付けられて構成され、
前記リング絞りの開口部の内径をr1とし、実視野をΦとし、前記対物レンズの開口数をNAとし、前記参照ミラーと前記光路分割部材の光軸上の距離をL3とし、前記対物レンズの開口数を有する光束の最も外側の光線の光軸に対する角度をθ4としたとき、次式
r1 ≧ (Φ/2 + L3×tan(θ4))×0.3
但し、θ4=sin-1(NA)
を満足する請求項1に記載の干渉対物レンズ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007179166A JP2009015180A (ja) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | 干渉対物レンズ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007179166A JP2009015180A (ja) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | 干渉対物レンズ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009015180A true JP2009015180A (ja) | 2009-01-22 |
Family
ID=40356108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007179166A Pending JP2009015180A (ja) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | 干渉対物レンズ |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
2007
- 2007-07-09 JP JP2007179166A patent/JP2009015180A/ja active Pending
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