JP2019132638A - 光画像計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態1に係る光画像計測装置100の構成を示す模式図である。光源101から直線偏光状態で出射されたレーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換される。ガルバノミラー103と104は、反射面の角度を走査することにより、レーザ光の光軸方向を走査することができる。λ/2板105は、結晶軸方向を調整することにより、レーザ光の偏光状態を調整する。偏光ビームスプリッタ106は、レーザ光を信号光と参照光に分岐する。信号光と参照光の分岐比は、λ/2板105により自由に調整することができ、典型的な強度比は1対1である。ガルバノミラー103と104は、レーザ光が信号光と参照光に分岐される前に、レーザ光の光軸方向を走査する。これにより、対物レンズ108による信号光の集光位置と、参照光レンズ112による参照光の集光位置は、光軸に垂直な平面内で2次元的に同期して走査される。
光画像計測装置100の光軸方向(サンプル110の深さ方向)における空間分解能および信号強度について説明する。本実施形態1において、信号光に含まれる対物レンズ108の焦点以外からの反射光成分は、デフォーカス収差を有している。したがって信号光の波面形状は、参照光の波面形状と一致しないので、信号光と参照光は空間的に一様に干渉することはない。これにより、検出器の受光面上で干渉縞が多数形成される。このような干渉縞が形成されると、検出される干渉光の強度を受光面内で積分した値は、信号光と参照光の強度和とほぼ等しくなる。すなわち、対物レンズ108の焦点以外からの反射光成分に対応する差動出力信号129と130は、ほぼ0になる。このような原理により、対物レンズ108の焦点以外からの反射光成分は実効的に参照光と干渉しなくなり、対物レンズ108の焦点からの反射光成分だけが選択的に検出され、高いz分解能を達成することができる。
干渉光学系126の機能について数式を用いて説明する。干渉光学系126へ入射する時点における合成光のジョーンズベクトルを下記式1で表すこととする。式1において、Esigは対物レンズ108の焦点から反射した信号光の複素振幅、Erefは参照光の複素振幅で、rは光軸に垂直な方向の位置座標、tは時刻である。
本実施形態1に係る光画像計測装置100は、サンプル容器109が信号光に対して付与する収差とほぼ同一の収差を、光学部材113によって参照光に対して付与する。これにより、参照光を通常の平面ミラーに照射する場合(参照光に収差を付与しない場合)と比べると、信号光の波面形状と参照光の波面形状が一致しないことによる信号強度の低下やz分解能の低下を大幅に抑制することができる。したがって、曲面を有するサンプル容器109越しに正確な測定結果を得ることができる。
図4は、本発明の実施形態2に係る光画像計測装置100の構成を示す模式図である。図1に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態2においては、信号光の集光位置を走査するためにガルバノミラー401と402を用い、参照光の集光位置を走査するためにガルバノミラー403と404を用いる。すなわち信号光と参照光それぞれを走査するために個別の光学素子を用いる。さらに光学部材113と反射部114は空間的に離間して形成されており、参照光は光学部材113を透過して反射部114に入射する。その他の構成は実施形態1と概ね同様であるので、以下では差異点について主に説明する。
本実施形態2に係る光画像計測装置100は、信号光の集光位置と参照光の集光位置をそれぞれ独立した走査部により走査し、さらに光学部材113と反射部114を空間的に離間して形成した。これにより、サンプル容器109で発生する収差の影響を実施形態1よりも高精度に抑制し、正確な計測結果を得ることができる。
図5は、本発明の実施形態3に係る光画像計測装置100の構成を示す模式図である。図1に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態3においては、サンプル容器109からの反射光を参照光として利用している点が、実施形態1と異なる。以下では主に実施形態1との差異点について説明する。
本実施形態3に係る光画像計測装置100は、サンプル容器109からの反射光を参照光として利用する。これにより、サンプル容器109で発生する収差の影響を実施形態1よりも高精度に抑制し、正確な計測結果を得ることができる。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
102:コリメートレンズ
103,104:ガルバノミラー
106:偏光ビームスプリッタ
105,120:λ/2板
107,111,123:λ/4板
108:対物レンズ
109:サンプル容器
110:サンプル
112:参照光レンズ
113:光学部材
114:反射部
116:ハーフビームスプリッタ
121,124:集光レンズ
122,125:ウォラストンプリズム
126:干渉光学系
127,128:電流差動型の光検出器
131:画像生成部
132:画像表示部
Claims (13)
- 対象物の画像を取得する光画像計測装置であって、
レーザ光を出射する光源、
前記光源が出射した前記レーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐部、
前記信号光の集光位置と前記参照光の集光位置を互いに同期させて走査する集光位置走査部、
前記対象物から反射した前記信号光と、前記参照光とを合波することにより干渉光を生成する干渉光学系、
を備え、
前記対象物は、前記信号光の集光位置に応じて異なる収差量を発生させる容器のなかに収容されており、
前記光画像計測装置はさらに、光路の途中に配置され、前記容器によって生じる前記収差量の影響を低減させる光学部材を備える
ことを特徴とする光画像計測装置。 - 前記光分岐部は、前記信号光を前記対象物に対して向かう信号光光路へ向かわせるとともに、前記参照光を前記信号光光路とは異なる参照光光路へ向かわせ、
前記光学部材は、前記参照光光路の途中に配置されており、
前記光画像計測装置はさらに、前記信号光を前記対象物に対して集光する第1対物レンズと、前記参照光を前記光学部材に対して集光する第2対物レンズとを備える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記容器は、前記信号光が集光される部位において曲面を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光学部材は、前記参照光が集光される部位において曲面を有する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記容器は、前記信号光が集光される部位において曲面を有し、
前記光学部材は、前記参照光が集光される部位において曲面を有し、
前記容器が有する前記曲面と前記光学部材が有する前記曲面は同じ形状である
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光学部材は、前記参照光を反射して前記光分岐部へ戻し、
前記光分岐部は、前記光学部材から反射された前記参照光を前記干渉光学系へ導く
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光学部材は、前記参照光を反射して前記光分岐部へ戻す反射部を備え、
前記光学部材は、前記参照光を透過させる透過部位を有し、
前記反射部は、前記透過部位から離れた位置に配置されており、前記透過部位を透過した前記参照光を反射する
ことを特徴とする請求項6記載の光画像計測装置。 - 前記集光位置走査部は、前記光源と前記光分岐部との間に配置されており、
前記集光位置走査部は、前記光源が出射した前記レーザ光の光軸の角度を変化させることにより、前記信号光の集光位置と前記参照光の集光位置を互いに同期させて走査する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記集光位置走査部は、
前記光分岐部と前記対象物との間に配置され、前記信号光の集光位置を走査する、第1走査部、
前記光分岐部と前記光学部材との間に配置され、前記参照光の集光位置を変化させる第2走査部、
を備える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光画像計測装置はさらに、
前記干渉光の一部を分岐する干渉光分岐部、
前記分岐された前記干渉光の強度分布を監視するモニタ、
前記光学部材の位置を調整する光学部材駆動部、
を備える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光学部材駆動部は、前記モニタによる監視結果に基づき前記光学部材の位置を調整することにより、前記信号光の波面と前記参照光の波面を一致させる
ことを特徴とする請求項10記載の光画像計測装置。 - 前記干渉光学系は、互いに位相関係が異なる3つ以上の前記干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。 - 前記光画像計測装置はさらに、前記光分岐部が出力する前記信号光と前記参照光を同一の光路経由で前記対象物に対して照射する照射光学系を備え、
前記光学部材は、
前記光分岐部が分岐した前記信号光に対して、前記信号光が前記対象物に対して照射される前にデフォーカス収差を付与する、デフォーカス収差付与部、
前記デフォーカス収差を付与された前記信号光を、前記照射光学系の光路上を伝搬する前記参照光と合波する、光合波部、
前記対象物から反射した前記信号光が有する前記デフォーカス収差を補正することにより、前記信号光と波面と前記参照光の波面との間の差分を減少させる、デフォーカス収差補正部、
を備える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
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