JP3396284B2 - Phase and amplitude measurement device - Google Patents

Phase and amplitude measurement device

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JP3396284B2
JP3396284B2 JP00651294A JP651294A JP3396284B2 JP 3396284 B2 JP3396284 B2 JP 3396284B2 JP 00651294 A JP00651294 A JP 00651294A JP 651294 A JP651294 A JP 651294A JP 3396284 B2 JP3396284 B2 JP 3396284B2
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phase
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reference light
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民樹 竹森
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状などを反映
した位相振幅分布を有する光が担った情報を測定する位
相振幅測定装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase / amplitude measuring device for measuring information carried by light having a phase / amplitude distribution reflecting the shape of an object.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光の干渉を利用して、被測定物の表面形
状など測定する装置が知られている。こうした装置は、
被測定物に光を照射した結果得られる被測定物の表面形
状などを位相に反映した被測定光と、参照光とを干渉さ
せ、その結果発生する干渉縞を観測することにより、被
測定光の位相分布を求め、被測定物の表面形状など測定
する。こうした干渉縞から被測定光の位相分布を求める
方法として、干渉縞解析法と縞走査法が使用されてい
る。2. Description of the Related Art An apparatus for measuring the surface shape of an object to be measured by utilizing light interference is known. These devices
The measured light that reflects the surface shape of the measured object obtained as a result of irradiating the measured object with the phase is interfered with the reference light, and the resulting interference fringes are observed to measure the measured light. The phase distribution of is measured and the surface shape of the object to be measured is measured. The interference fringe analysis method and the fringe scanning method are used as a method for obtaining the phase distribution of the measured light from the interference fringes.

【０００３】干渉縞解析法は、例えば、「Mitsuo Taked
a et.al.“Fourier-transformmethod of fringe-patter
n analysis for computer-based topography andinterf
erometry”, J.Opt.Soc.Am.1, pp156-160(1982) 」など
に開示されている。この干渉縞解析法では、まず、干渉
縞画像をフーリエ変換する。次に、干渉縞画像のフーリ
エ変換結果から必要とする成分を取り出して、原点に移
動後、逆フーリエ変換を施す。次いで、逆フーリエ変換
結果を複素対数変換を行い、その虚部から被測定の位相
分布を求める。The interference fringe analysis method is, for example, "Mitsuo Taked".
a et.al. “Fourier-transform method of fringe-patter
n analysis for computer-based topography and interf
erometry ”, J.Opt.Soc.Am.1, pp156-160 (1982)” and the like. In this interference fringe analysis method, first, the Fourier transform of the interference fringe image is performed. Next, necessary components are extracted from the Fourier transform result of the interference fringe image, moved to the origin, and then inverse Fourier transform is performed. Next, the inverse Fourier transform result is subjected to complex logarithmic transformation, and the phase distribution of the measured object is obtained from the imaginary part thereof.

【０００４】縞走査法は、例えば、「J.H.Bruning et.a
l.“Digital Wavefront MeasuringInterferometer for
Testing Optical Surface and Lenses ”, Appl. Opt.1
1,pp2693-2703(1974) 」などに開示されている。この縞
走査法では、まず、参照光の位相（φ）を１波長に対し
て少なくとも３以上変化させて、干渉縞を計測する。次
に、夫々の位相で検出した各撮像素子（座標（ｘ，ｙ）
に位置する）の計測光強度（Ｉ（ｘ，ｙ，φi ））に、
計測時の位相変化分（φi ）の正弦（ｓｉｎ）および余
弦（ｃｏｓ）を重みとして乗じ、以下のように各撮像素
子ごとに夫々の重みに関して和Ｃ（ｘ，ｙ）、Ｓ（ｘ，
ｙ）を計算する。The fringe scanning method is described, for example, in "JH Bruning et.a.
l. “Digital Wavefront Measuring Interferometer for
Testing Optical Surface and Lenses ”, Appl. Opt.1
1, pp2693-2703 (1974) "and the like. In this fringe scanning method, first, the phase (φ) of the reference light is changed by at least 3 or more per wavelength, and the interference fringes are measured. Next, each image sensor (coordinate (x, y) detected at each phase
Located at), the measurement light intensity (I (x, y, φ i )),
The sine (sin) and cosine (cos) of the phase change (φ i ) at the time of measurement are multiplied as weights, and the sum C (x, y), S (x,
Calculate y).

【０００５】[0005]

【数１】 [Equation 1]

【０００６】[0006]

【数２】 [Equation 2]

【０００７】次いで、Ｓ（ｘ，ｙ）／Ｃ（ｘ，ｙ）を求
め、逆正接を計算することで、撮像素子（ｘ，ｙ）の面
積内の平均的な被測定光の位相を求める。また、参照光
の光強度が既知であれば、被測定光の振幅も求めること
ができる。Next, S (x, y) / C (x, y) is calculated, and the arc tangent is calculated to calculate the average phase of the measured light within the area of the image pickup device (x, y). . Further, if the light intensity of the reference light is known, the amplitude of the light under measurement can also be obtained.

【０００８】また、被測定光と撮像素子との相対的な位
置関係を微小変位させながら、各変位位置において干渉
縞を観測し、この観測結果に補間を施すことにより撮像
素子の大きさで決まる空間分解能を向上して受光強度を
求めた後、縞走査法により被測定光の位相を求める方法
および装置が、「特開平１−１５６６０６」に開示され
ている。Further, while slightly displacing the relative positional relationship between the light to be measured and the image pickup device, interference fringes are observed at each displacement position, and the observation result is interpolated to determine the size of the image pickup device. Japanese Patent Laid-Open No. 1-156606 discloses a method and apparatus for obtaining the phase of the measured light by the fringe scanning method after obtaining the received light intensity by improving the spatial resolution.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来の干渉縞解析法あ
るいは縞走査法を使用した装置は、被測定光の位相を１
撮像素子の大きさの空間分解能で測定するものであり、
撮像素子の大きさより小さな領域での位相の分布を測定
することができなかった。空間分解能を向上する方法と
して、撮像素子の大きさを小さくすることが考えられる
が、撮像素子の製造上の限界があり、飛躍的な分解能の
向上は望めない。In the conventional apparatus using the interference fringe analysis method or the fringe scanning method, the phase of the measured light is set to 1
It measures with the spatial resolution of the size of the image sensor,
It was not possible to measure the phase distribution in a region smaller than the size of the image sensor. As a method of improving the spatial resolution, it is conceivable to reduce the size of the image pickup device, but there is a limit in manufacturing the image pickup device, and a dramatic improvement in the resolution cannot be expected.

【００１０】また、物体と撮像素子との相対的な位置関
係を微小変位させながら、各変位位置において干渉縞を
観測し、この観測結果に補間を施すことにより撮像素子
の大きさで決まる空間分解能を向上する方法では、撮像
素子の端部への入射光に関しても検出することが必須で
ある。一般的に、撮像素子の端部での光検出は精度の維
持が困難であるので、この方法での測定精度の向上は必
ずしも保証されない。Further, while slightly displacing the relative positional relationship between the object and the image sensor, interference fringes are observed at each displacement position, and the observation result is interpolated to determine the spatial resolution determined by the size of the image sensor. In order to improve the above, it is essential to detect the incident light on the end portion of the image sensor. In general, it is difficult to maintain the accuracy of light detection at the edge of the image sensor, and therefore the improvement of measurement accuracy by this method is not always guaranteed.

【００１１】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、光の検出単位である撮像素子の物理的な大きさより
も空間分解能を向上するとともに、精度の良い測定が可
能な位相振幅測定装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above, and improves the spatial resolution more than the physical size of the image pickup device, which is a unit for detecting light, and at the same time enables a phase-amplitude measuring device capable of accurate measurement. The purpose is to provide.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の位相振幅測定装
置は、位相または振幅の空間分布に情報が反映された被
測定光と、被測定光と可干渉な参照光との干渉によって
発生する干渉縞を観測して被測定光の位相および振幅を
測定する位相振幅測定装置であって、（ａ）被測定光と
参照光との干渉によって発生する干渉縞を撮像する、複
数の撮像素子が周期的に配列された撮像手段と、（ｂ）
被測定光を発生する被測定光発生手段と、（ｄ）外部か
らの指示により、撮像手段において撮像素子の配列周期
で位相周期の第１の整数倍の位相が線形に変化し、か
つ、被測定光の位相分布に対する撮像素子への到達時点
の相対位相を、初期相対位相から位相周期の３以上の第
２の整数分の１を単位として、該単位の第３の整数倍だ
け変化した参照光を生成する参照光生成手段と、（ｅ）
参照光生成手段に第１の整数と第２の整数とを通知する
とともに、夫々の第１の整数と第２の整数との組み合わ
せごとに撮像手段が撮像した干渉縞データを収集し、収
集した干渉縞データに基づいて被測定光の位相および振
幅を測定する処理演算部と、を備えることを特徴とす
る。The phase-amplitude measuring device of the present invention is generated by the interference between the measured light whose information is reflected in the spatial distribution of the phase or the amplitude and the interference of the measured light and the coherent reference light. A phase-amplitude measuring device for observing interference fringes to measure the phase and amplitude of light under measurement, comprising: (a) a plurality of image pickup elements for picking up images of interference fringes generated by interference between light under measurement and reference light. Imaging means arranged periodically (b)
The measured light generating means for generating the measured light and (d) an instruction from the outside cause the phase of the first integer multiple of the phase cycle to change linearly in the array period of the image pickup device in the image pickup means, and Reference in which the relative phase at the time of reaching the image sensor with respect to the phase distribution of the measurement light is changed from the initial relative phase by a third integer multiple of 3 or more of the phase period as a unit, by a third integer multiple of the unit. Reference light generating means for generating light, and (e)
The reference light generation unit is notified of the first integer and the second integer, and the interference fringe data imaged by the imaging unit is collected and collected for each combination of the first integer and the second integer. And a processing operation unit that measures the phase and amplitude of the measured light based on the interference fringe data.

【００１３】ここで、参照光生成手段は、入力した可干
渉光の撮像手段までの光路長を入力した可干渉光の波長
の第２の整数分の１を単位として変更することにより、
被測定光の位相分布に対する撮像素子への到達時点の位
相を位相周期の第２の整数分の１ごとに変化させる、こ
とを特徴としてもよい。Here, the reference light generation means changes the optical path length of the input coherent light to the image pickup means in units of the second integer fraction of the wavelength of the input coherent light.
The phase at the time of reaching the image sensor with respect to the phase distribution of the measured light may be changed in every second integer of the phase period.

【００１４】また、前記参照光生成手段が、参照光の光
路中に配置され、外部からの指示により屈折率が変化す
る屈折率可変器を備える、ことを特徴としてもよい。Further, the reference light generating means may be provided with a refractive index varying device which is arranged in the optical path of the reference light and whose refractive index changes according to an instruction from the outside.

【００１５】また、被測定光発生手段は、平行可干渉
光を出力する光源手段と、光源手段から出力された光
を２つに分岐する光分岐手段と、光分岐手段から出力
された第１の光を被測定体に照射する照射手段と、を備
え、参照光生成手段は、光分岐手段から出力された第２
の光を入力して第２の光から参照光を生成する、ことを
特徴としてもよい。Further, the measured light generating means includes a light source means for outputting parallel coherent light, a light branching means for branching the light output from the light source means into two, and a first light output by the light branching means. Irradiating means for irradiating the light to be measured to the object to be measured, and the reference light generating means outputs the second light output from the light splitting means.
May be input to generate the reference light from the second light.

【００１６】また、撮像手段の撮像素子の配列は１次元
状配列または２次元状配列とすることができる。The array of the image pickup devices of the image pickup means may be a one-dimensional array or a two-dimensional array.

【００１７】また、撮像手段の夫々の撮像素子の大きさ
は略同一であり、撮像素子の配列周期は配列方向におけ
る撮像素子の大きさと略一致する、ことが好適である。It is preferable that the image pickup devices of the image pickup means have substantially the same size, and the array period of the image pickup devices substantially matches the size of the image pickup devices in the array direction.

【００１８】また、撮像手段の夫々の撮像素子は、撮像
素子の配列方向の周期を第２の数の最大値分の１の領域
ごとに分割した場合の夫々の領域の中央点付近以外の領
域は遮光マスクが形成されている、ことを特徴としても
よい。Further, each of the image pickup devices of the image pickup means has a region other than the vicinity of the center point of each region when the period in the array direction of the image pickup devices is divided into regions each of which is a maximum value of the second number. May have a light-shielding mask formed thereon.

【００１９】[0019]

【作用】本発明の位相振幅測定装置では、まず、被測定
光を撮像手段に照射されるとともに、処理演算手段が参
照光生成手段に参照光の初期位相条件を指示し、この指
示に従って参照光生成手段で生成された参照光が撮像素
子に照射される。この参照光の初期位相条件は、撮像手
段において撮像素子の配列周期で変化する位相周期の整
数倍を指示する第１の整数値（ｍ＝０〜Ｍ−１）と、被
測定光の位相分布に対して撮像素子への到達時点の位相
を位相周期の第２の整数（Ｄ；Ｄ≧３）分の１ごとの変
化における変化量を示す第３の整数値（ｄ＝０〜Ｄ−
１）とである。例えば、初期の第１の整数値として「ｍ
＝０」が、初期の第３の整数値として「ｄ＝０」が選択
される。この状態で撮像手段は、被測定光と参照光との
干渉によって発生する干渉縞を撮像し、各撮像素子の撮
像データを処理演算手段に通知する。処理演算手段は、
この各撮像データを、（ｍ，ｄ）の組の値とともに格納
する。In the phase amplitude measuring apparatus of the present invention, first, the light to be measured is applied to the image pickup means, and the processing / calculation means instructs the reference light generation means to set the initial phase condition of the reference light. The image sensor is irradiated with the reference light generated by the generation means. The initial phase condition of the reference light is a first integer value (m = 0 to M-1) that indicates an integer multiple of the phase cycle that changes with the array cycle of the image sensor in the image capturing device, and the phase distribution of the measured light. On the other hand, a third integer value (d = 0 to D−) indicating the amount of change in the phase at the time of reaching the image sensor in increments of the second integer (D; D ≧ 3) of the phase period.
1) and. For example, as the initial first integer value, "m
= 0 ”and“ d = 0 ”is selected as the initial third integer value. In this state, the imaging means images the interference fringes generated by the interference between the measured light and the reference light, and notifies the processing calculation means of the imaging data of each imaging element. The processing calculation means is
The respective image pickup data are stored together with the values of the set (m, d).

【００２０】次に、被測定光はそのままにしつつ、処理
演算手段が参照光生成手段に第１の整数値あるいは第３
の整数値の変更を順次指示する。参照光生成手段は指示
値（ｍ，ｄ）に応じた参照光を生成し、この参照光が被
測定光とともに撮像手段に照射される。夫々の指示値
（ｍ，ｄ）の状態で、撮像手段は、被測定光と参照光と
の干渉によって発生する干渉縞を撮像し、各撮像素子の
撮像データを処理演算手段に通知する。処理演算手段
は、この各撮像データを、夫々の（ｍ，ｄ）の組の値と
ともに格納する。Next, while keeping the measured light as it is, the processing calculation means causes the reference light generation means to have the first integer value or the third integer value.
Change the integer value of. The reference light generation means generates reference light according to the indicated value (m, d), and this reference light is irradiated to the imaging means together with the measured light. In each state of the indicated values (m, d), the image pickup means images the interference fringes generated by the interference between the measured light and the reference light, and notifies the processing calculation means of the image pickup data of each image pickup element. The processing / calculation means stores each of the image pickup data together with the value of each (m, d) set.

【００２１】処理演算手段は、格納した干渉縞のデータ
を使用し、各撮像素子ごとの光強度検出値相互の連立関
係に基づいて、撮像素子の配列方向について撮像素子を
Ｍ等分した場合の各領域における被測定光の位相および
振幅の分布を演算して求める。この結果、撮像素子の配
列方向について撮像素子の大きさの１／Ｍの空間分解能
で、被測定光の位相および振幅の分布を測定する。The processing calculation means uses the stored interference fringe data and divides the image pickup elements into M equal parts in the array direction of the image pickup elements based on the mutual relationship between the light intensity detection values of the respective image pickup elements. The distribution of the phase and amplitude of the measured light in each region is calculated and obtained. As a result, the phase and amplitude distributions of the measured light are measured with a spatial resolution of 1 / M of the size of the image sensor in the array direction of the image sensor.

【００２２】なお、配列方向は１方向とは限らず、２方
向とすることも可能である。この場合、各方向について
夫々上記と同様の動作を行うことで、２次元的に空間分
解能を向上して、被測定光の位相および振幅の分布を測
定する。The arranging direction is not limited to one direction, but may be two directions. In this case, the same operation as described above is performed for each direction to improve the spatial resolution two-dimensionally and measure the phase and amplitude distribution of the measured light.

【００２３】[0023]

【実施例】本発明の実施例の説明に先立って、本発明で
利用する原理について概要（簡単のため、１次元の場合
について）を説明する。図１は、本発明で利用する原理
の説明図である。図示のように、光検出単位である受光
素子ＰＤには、被測定光（被測定物体の形状などを反映
した位相振幅分布を有する物体光など）と参照光とが同
時に入力している。参照光には、被測定光と同一波長を
有し、可干渉な光を用いる。こうした、被測定光と参照
光との関係を実現するには、同一のレーザ光源から出力
されて２つに分岐された光の一方を用いて被測定光を生
成し、他方を用いて参照光を生成すればよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the embodiments of the present invention, an outline (for simplification, a one-dimensional case) of the principle used in the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle used in the present invention. As shown in the figure, the measured light (such as object light having a phase amplitude distribution reflecting the shape of the measured object) and the reference light are simultaneously input to the light receiving element PD which is a light detection unit. As the reference light, coherent light having the same wavelength as the measured light is used. In order to realize such a relationship between the measured light and the reference light, one of the lights output from the same laser light source and branched into two is used to generate the measured light, and the other is used to generate the reference light. Should be generated.

【００２４】被測定光Ｑ（ｘ，ｔ）は、一般に、 Ｑ（ｘ，ｔ）＝ＱAP（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝ＡQ （ｘ）・ｅｘｐ（ｊＰQ （ｘ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（３） ここで、ＡQ （ｘ）：被測定光の位置ｘにおける振幅 ＰQ （ｘ）：被測定光の位置ｘにおける位相 と表せる。本発明の装置の測定対象は、このＡQ （ｘ）
およびＰQ （ｘ）である。一方、参照光Ｒ（ｘ，ｔ）
は、一般に、 Ｒ（ｘ，ｔ）＝ＲAP（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝ＡR （ｘ）・ｅｘｐ（ｊＰR （ｘ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（４） ここで、ＡR （ｘ）：参照光の位置ｘにおける振幅 ＰR （ｘ）：参照光の位置ｘにおける位相 と表せる。したがって、受光素子ＰＤが被測定光Ｑ
（ｘ，ｔ）と参照光Ｒ（ｘ，ｔ）とを受光して出力する
光検出信号ＩT は、次の通りとなる。The light to be measured Q (x, t) is generally Q (x, t) = Q AP (x) · exp (−jωt) = A Q (x) · exp (jP Q (x)) exp (−jωt) (3) Here, A Q (x) can be expressed as an amplitude P Q (x) at the position x of the measured light and a phase at the position x of the measured light. The measurement target of the device of the present invention is this A Q (x)
And P Q (x). On the other hand, the reference light R (x, t)
Is, generally, R (x, t) = R AP (x) · exp (-jωt) = A R (x) · exp (jP R (x)) · exp (-jωt) ... (4) here, A R (x): Amplitude at the position x of the reference light P R (x): It can be expressed as a phase at the position x of the reference light. Therefore, the light receiving element PD is measured by the measured light Q.
(X, t) and the reference light R (x, t) and the light detection signal I T to be output by receiving becomes as follows.

【００２５】[0025]

【数３】 [Equation 3]

【００２６】ここで、Ｗ：受光素子の大きさ （５）式から明らかなように、光検出信号ＩT を対象と
した場合、時間ｔに関する依存性を考慮しなくてもよい
ので、位置ｘの関数であるＱAP（ｘ）とＲAP（ｘ）とを
考えればよい。Here, W: size of light receiving element As is apparent from the equation (5), when the photodetection signal I T is targeted, it is not necessary to consider the dependency on the time t, and therefore the position x Consider Q AP (x) and R AP (x), which are functions of

【００２７】以上は受光素子の光検出する受光領域を連
続的としたが、受光領域をＭ等分し、各領域（ｍ：ｍ＝
０〜Ｍ−１）の中点付近での受光に関してのみ光検出す
る場合を考える。以後、Ｌ等分した受光領域の各中点の
ｘ座標を単にｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）と記す。また、同時
に、参照光ＲAP（ｍ）を、 ＲAP（ｍ，Ｌ）＝ＡR ｅｘｐ（ｊ（（（２πＬ）／Ｍ）ｍ＋α）） …（６） ここで、ＡR ：参照光の振幅（一定値） Ｌ ：同時刻における受光素子の両端での２πを単位と
した位相のずれ（自然数） α ：位相調整量 と設定する。更に、位相調整量αの調整単位を２π／Ｄ
（Ｄ≧３）とする。この結果、受光素子上の参照光はｍ
とＬとｄ（＝０〜Ｄ−１）との関数であり、 ＲAP（ｍ，Ｌ，ｄ）＝ＡR ｅｘｐ（ｊ２π（Ｌ（ｍ／Ｍ）＋ｄ／Ｄ）） …（７） となる。このとき、光検出信号ＩT はＬとｄとの関数で
あり、次の通りである。Although the light receiving area of the light receiving element for detecting light is continuous in the above, the light receiving area is divided into M equal parts and each area (m: m =
Consider a case where light detection is performed only for light reception near the midpoint of 0 to M-1). Hereinafter, the x-coordinate of each midpoint of the light-receiving region divided into L equal parts will be simply referred to as m (m = 0 to M-1). At the same time, the reference light R AP (m), R AP (m, L) = A R exp (j (((2πL) / M) m + α)) ... (6) wherein, A R: reference light Amplitude (constant value) L: Phase shift in units of 2π at both ends of the light receiving element at the same time (natural number) α: Set as a phase adjustment amount. Furthermore, the adjustment unit of the phase adjustment amount α is 2π / D
(D ≧ 3). As a result, the reference light on the light receiving element is m
And L and d (= 0 to D−1), and R AP (m, L, d) = A R exp (j2π (L (m / M) + d / D)) (7) Become. At this time, the light detection signal I T is a function of L and d, and is as follows.

【００２８】[0028]

【数４】 [Equation 4]

【００２９】位相調整量α、すなわちｄを変化させてＩ
T （Ｌ，０）〜ＩT （Ｌ，Ｄ−１）のＤ個の測定値を得
て、これらの測定値から次の２つの量（ＩC ，ＩS ）を
求める。By changing the phase adjustment amount α, that is, d, I
To obtain T (L, 0) ~I T (L, D-1) D number of measurements of the two quantities of the following from these measurements (I C, I S) determined.

【００３０】[0030]

【数５】 [Equation 5]

【００３１】[0031]

【数６】 [Equation 6]

【００３２】（９）および（１０）式は、未知数がＣQ
（ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）の連立方程
式である。In equations (9) and (10), the unknown number is C Q.
(M) and S Q (m) (m = 0 to M−1) are simultaneous equations.

【００３３】さて、以上では、Ｌを固定値としてきた
が、Ｌは参照光の属性であり、任意に変化させることが
できる。そこで、Ｌを０〜Ｍ−１の整数に設定して、順
次、（９）および（１０）式のＩC （Ｌ）およびＩ
S （Ｌ）を求める。この結果、未知数が２Ｍ個（Ｃ
Q （ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１））であ
り、式が２Ｍ個（ＩC （Ｌ）がＭ個、ＩS （Ｌ）がＭ
個）の連立方程式が得られる。この連立関係を整理する
と次のようになる。Although L is a fixed value in the above, L is an attribute of the reference light and can be arbitrarily changed. Therefore, L is set to an integer from 0 to M-1, and I C (L) and I of the equations (9) and (10) are sequentially calculated.
Find S (L). As a result, the unknown number is 2M (C
Q (m) and S Q (m) (m = 0 to M-1)), and 2M expressions (M for I C (L) and M for I S (L)).
Individual equations) are obtained. The coalition relationship is summarized as follows.

【００３４】[0034]

【数７】 [Equation 7]

【００３５】この（１１）式の行列Ｘ（Ｘij）は正則で
ある。したがって、ＩC （Ｌ）およびＩS （Ｌ）（Ｌ＝
０〜Ｍ−１）を（７）および（８）式で測定値Ｉ
T （Ｌ，ｄ）から求め、（１１）式を未知数ＣQ （ｍ）
およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）について解けば、
ＣQ （ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を算出
することができる。The matrix X (X ij ) of the equation (11) is regular. Therefore, I C (L) and I S (L) (L =
0 to M-1) are measured values I by the equations (7) and (8).
Obtained from T (L, d), the equation (11) is unknown C Q (m)
And S Q (m) (m = 0 to M-1)
C Q (m) and S Q (m) (m = 0 to M−1) can be calculated.

【００３６】算出したＣQ （ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ
＝０〜Ｍ−１）を用いて、 ＳQ （ｍ）／ＣQ （ｍ） ＝ＢQ （ｍ）ｓｉｎＰQ （ｍ）／ＢQ （ｍ）ｃｏｓＰQ （ｍ） ＝ｔａｎＰQ （ｍ） …（１２） より、被測定光の位相ＰQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）が
求まる。また、位相ＰＱ（ｍ）が求まると、 ＡＱ （ｍ）＝ＣQ （ｍ）／ＡR ｃｏｓＰQ （ｍ） …（１３） または、 ＡQ （ｍ）＝ＳQ （ｍ）／ＡR ｓｉｎＰQ （ｍ） …（１４） より、被測定光の振幅ＡQ （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）が
求まる。Calculated C Q (m) and S Q (m) (m
= 0 to M-1) using a, S Q (m) / C Q (m) = B Q (m) sinP Q (m) / B Q (m) cosP Q (m) = tanP Q (m) From (12), the phase P Q (m) of the light under measurement (m = 0 to M−1) is obtained. Further, when the phase P Q (m) is obtained, A Q (m) = C Q (m) / A R cosP Q (m) (13) or A Q (m) = S Q (m) / A From R sinP Q (m) (14), the amplitude A Q (m) (m = 0 to M−1) of the measured light can be obtained.

【００３７】以上のようにして、受光素子の大きさで決
まる空間分解能のｍ倍の空間分解能で、被測定光の受光
素子の受光面における位相および振幅の分布を測定する
ことができる。As described above, the distribution of the phase and the amplitude of the measured light on the light receiving surface of the light receiving element can be measured with a spatial resolution that is m times the spatial resolution determined by the size of the light receiving element.

【００３８】また、以上では説明の便宜上、撮像素子を
１次元として取り扱ったが、２次元の場合も同様にし
て、受光素子の大きさで決まる空間分解能のｍ×ｎ倍の
空間分解能で、被測定光の受光素子の受光面における位
相および振幅の分布を測定することができる。Further, in the above description, the image pickup element is treated as one-dimensional for the sake of convenience of description, but in the case of two-dimensional image pickup, the spatial resolution of m × n times the spatial resolution determined by the size of the light receiving element is similarly applied. It is possible to measure the distribution of the phase and the amplitude of the measurement light on the light receiving surface of the light receiving element.

【００３９】被測定光Ｑ（ｘ，ｙ，ｔ）は、一般に、 Ｑ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ＱAP（ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝ＡQ （ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（ｊＰQ （ｘ，ｙ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（１５） ここで、ＡQ （ｘ，ｙ）：被測定光の位置（ｘ，ｙ）に
おける振幅 ＰQ （ｘ，ｙ）：被測定光の位置（ｘ，ｙ）における位
相 と表せる。本発明の装置の測定対象は、このＡQ （ｘ，
ｙ）およびＰQ （ｘ，ｙ）である。一方、参照光Ｒ
（ｘ，ｙ，ｔ）は、一般に、 Ｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝ＲAP（ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝ＡR （ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（ｊＰR （ｘ，ｙ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（１６） ここで、ＡR （ｘ，ｙ）：参照光の位置（ｘ，ｙ）にお
ける振幅 ＰR （ｘ，ｙ）：参照光の位置（ｘ，ｙ）における位相 と表せる。したがって、受光素子ＰＤが被測定光Ｑ
（ｘ，ｙ，ｔ）と参照光Ｒ（ｘ，ｙ，ｔ）とを受光して
出力する光検出信号ＩT は、次の通りとなる。The light to be measured Q (x, y, t) is generally Q (x, y, t) = Q AP (x, y) · exp (−jωt) = A Q (x, y) · exp (JP Q (x, y)) · exp (−jωt) (15) where A Q (x, y): amplitude P Q (x, y) at the position (x, y) of the measured light: It can be expressed as the phase at the position (x, y) of the measured light. The measurement target of the device of the present invention is this A Q (x,
y) and P Q (x, y). On the other hand, the reference light R
(X, y, t) is typically, R (x, y, t ) = R AP (x, y) · exp (-jωt) = A R (x, y) · exp (jP R (x, y )). Exp (-j.omega.t) (16) where A R (x, y): Amplitude P R (x, y) at the reference light position (x, y): Reference light position (x, y) ) Can be represented as a phase. Therefore, the light receiving element PD is measured by the measured light Q.
The photo detection signal I T that receives and outputs (x, y, t) and the reference light R (x, y, t) is as follows.

【００４０】[0040]

【数８】 [Equation 8]

【００４１】 ここで、Ｗ1 ：ｘ方向の受光素子の大きさ Ｗ2 ：ｙ方向の受光素子の大きさ （１７）式から明らかなように、光検出信号ＩT を対象
とした場合、時間ｔに関する依存性を考慮しなくてもよ
いので、位置ｘの関数であるＱAP（ｘ，ｙ）とＲ
AP（ｘ，ｙ）とを考えればよい。Here, W 1 : the size of the light receiving element in the x direction W 2 : the size of the light receiving element in the y direction As is clear from the equation (17), when the photodetection signal I T is targeted, Since it is not necessary to consider the dependence on t, Q AP (x, y) and R which are functions of position x
Think of it as AP (x, y).

【００４２】以上は受光素子の光検出する受光領域を連
続的としたが、第１の配列方向について受光領域をＭ等
分するとともに、第２の配列方向について受光領域をＮ
等分し、各領域（（ｍ，ｎ）：ｍ＝０〜Ｍ−１，ｎ＝０
〜Ｎ−１）の中点付近での受光に関してのみ光検出する
場合を考える。以後、Ｌ等分した受光領域の各中点のｘ
座標を単に（ｍ，ｎ）と記すとともに、第１の配列方向
をｍ方向、第２の配列方向をｎ方向と呼ぶ。また、同時
に、参照光ＲAP（ｍ，ｎ）を、 RAP(m,n,L,K)= AR exp(j(2π(Lm/M+Kn/N)+α)) …（１８・１） ここで、ＡR ：参照光の振幅（一定値） Ｌ ：同時刻における受光素子のｍ方向両端での２πを
単位とした位相のずれ（自然数） Ｋ ：同時刻における受光素子のｎ方向両端での２πを
単位とした位相のずれ（自然数） α ：位相調整量 と設定する。更に、位相調整量αの調整単位を２π／Ｄ
（Ｄ≧３）とする。この結果、受光素子上の参照光は
ｍ，ｎ，Ｌ，Ｋ，ｄ（＝０〜Ｄ−１）の関数であり、
RAP(m,n,L,K,d)= AR exp(j2π((Lm/M+Kn/N)+d/D))
…（１８・２）となる。このとき、光検出信号ＩT
はＬ、Ｋ、およびｄの関数であり、次の通りである。Although the light receiving area of the light receiving element for detecting light is continuous, the light receiving area is divided into M equal parts in the first array direction, and the light receiving area is divided into N parts in the second array direction.
Each region ((m, n): m = 0 to M-1, n = 0)
-N-1) Consider the case where light detection is performed only for light reception near the midpoint. After that, x at each midpoint of the light receiving area divided into L equal parts
The coordinates are simply described as (m, n), and the first arrangement direction is called the m direction and the second arrangement direction is called the n direction. At the same time, the reference light R AP (m, n) is changed to R AP (m, n, L, K) = A R exp (j (2π (Lm / M + Kn / N) + α)) (18 · 1) where A R : amplitude of the reference light (constant value) L: phase shift in 2π units at both ends of the light receiving element at the same time (natural number) K: n of light receiving element at the same time Phase shift in units of 2π at both ends in the direction (natural number) α: Set as the phase adjustment amount. Furthermore, the adjustment unit of the phase adjustment amount α is 2π / D
(D ≧ 3). As a result, the reference light on the light receiving element is a function of m, n, L, K, d (= 0 to D-1),
R AP (m, n, L, K, d) = A R exp (j2π ((Lm / M + Kn / N) + d / D))
(18 ・ 2) At this time, the light detection signal I T
Is a function of L, K, and d, as follows:

【００４３】[0043]

【数９】 [Equation 9]

【００４４】位相調整量α、すなわちｄを変化させてＩ
T （Ｌ，Ｋ，０）〜ＩT （Ｌ，Ｋ，Ｄ−１）のＤ個の測
定値を得て、これらの測定値から次の２つの量（ＩC ，
ＩS）を求める。By changing the phase adjustment amount α, that is, d, I
T (L, K, 0) ~I T (L, K, D-1) to obtain D number of measurements of the two quantities of the following from these measurements (I C,
I S ).

【００４５】[0045]

【数１０】 [Equation 10]

【００４６】[0046]

【数１１】 [Equation 11]

【００４７】（１９）および（２０）式は、未知数がＣ
Q （ｍ，ｎ）およびＳQ （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−１，
ｎ＝０〜Ｎ−１）の連立方程式である。In equations (19) and (20), the unknown number is C
Q (m, n) and S Q (m, n) (m = 0 to M-1,
It is a simultaneous equation of n = 0 to N-1).

【００４８】さて、以上では、ＬおよびＫを固定値とし
てきたが、ＬおよびＫは参照光の属性であり、任意に変
化させることができる。そこで、Ｌを０〜Ｍ−１の整数
に、Ｋを０〜Ｎ−１の整数に設定して、順次、（１９）
および（２０）式のＩC （Ｌ，Ｋ）およびＩS （Ｌ，
Ｋ）を求める。この結果、未知数が２ＭＮ個（Ｃ
Q （ｍ，ｎ）およびＳQ （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−１，
ｎ＝０〜Ｎ−１））であり、式が２ＭＮ個（ＩC （Ｌ，
Ｋ）がＭＮ個、ＩS （Ｌ，Ｋ）がＭＮ個）の連立方程式
が得られる。この連立関係を整理すると次のようにな
る。In the above, L and K are fixed values, but L and K are attributes of the reference light and can be arbitrarily changed. Therefore, L is set to an integer of 0 to M-1, K is set to an integer of 0 to N-1, and (19)
And I C (L, K) and I S (L,
K). As a result, the unknown number is 2MN (C
Q (m, n) and S Q (m, n) (m = 0 to M-1,
n = 0 to N−1)), and the formula is 2MN (I C (L,
K) is MN, and I S (L, K) is MN). The coalition relationship is summarized as follows.

【００４９】[0049]

【数１２】 [Equation 12]

【００５０】この（２１）式の行列Ｙ（Ｙij）は正則で
あり。したがって、ＩC （Ｌ，Ｋ）およびＩS （Ｌ，
Ｋ）（Ｌ＝０〜Ｍ−１，Ｋ＝０〜Ｎ−１）を（１９）お
よび（２０）式で測定値ＩT （Ｌ，ｄ）から求め、（２
１）式を未知数ＣQ （ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０〜
Ｍ−１）について解けば、ＣQ （ｍ，ｎ）およびＳ
Q （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−１，ｎ＝０〜Ｎ−１）を算
出することができる。The matrix Y (Y ij ) of the equation (21) is regular. Therefore, I C (L, K) and I S (L, K)
K) (L = 0 to M−1, K = 0 to N−1) is calculated from the measured value I T (L, d) by the equations (19) and (20), and (2)
1) Equation C unknown ( Q ) and SQ (m) (m = 0 to
Solving for M-1), C Q (m, n) and S
Q (m, n) (m = 0 to M-1, n = 0 to N-1) can be calculated.

【００５１】算出したＣQ （ｍ，ｎ）およびＳQ （ｍ，
ｎ）を用いて、 ＳQ （ｍ，ｎ）／ＣQ （ｍ，ｎ） ＝ＢQ （ｍ，ｎ）ｓｉｎＰQ （ｍ，ｎ） ／ＢQ （ｍ，ｎ）ｃｏｓＰQ （ｍ，ｎ） ＝ｔａｎＰQ （ｍ，ｎ） …（２２） より、被測定光の位相ＰQ （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−
１，ｎ＝０〜Ｎ−１）が求まる。また、位相ＰQ （ｍ，
ｎ）が求まると、 ＡQ （ｍ，ｎ）＝ＣQ （ｍ，ｎ）／ＡR ｃｏｓＰQ （ｍ，ｎ） …（２３） または、 ＡQ （ｍ，ｎ）＝ＳQ （ｍ，ｎ）／ＡR ｓｉｎＰQ （ｍ，ｎ） …（２４） より、被測定光の振幅ＡQ （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−
１，ｎ＝０〜Ｎ−１）が求まる。Calculated C Q (m, n) and S Q (m,
using n), S Q (m, n) / C Q (m, n) = B Q (m, n) sinP Q (m, n) / B Q (m, n) cosP Q (m, n ) = TanP Q (m, n) (22), the phase P Q (m, n) of the measured light (m = 0 to M−
1, n = 0 to N-1) is obtained. Also, the phase P Q (m,
n) is obtained, A Q (m, n) = C Q (m, n) / A R cosP Q (m, n) (23) or A Q (m, n) = S Q (m, n) / A R sinP Q (m, n) (24), the amplitude A Q (m, n) of the light under measurement (m = 0 to M−
1, n = 0 to N-1) is obtained.

【００５２】以上のようにして、受光素子の大きさで決
まる空間分解能のｍ倍の空間分解能で、被測定光の受光
素子の受光面における位相および振幅の分布を測定する
ことができる。As described above, the distribution of the phase and the amplitude of the measured light on the light receiving surface of the light receiving element can be measured with a spatial resolution that is m times the spatial resolution determined by the size of the light receiving element.

【００５３】以下、添付図面を参照して、本発明の位相
振幅分布測定装置の実施例を説明する。なお、図面の説
明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複す
る説明は省略する。An embodiment of the phase amplitude distribution measuring apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

【００５４】（第１実施例）図２は、本発明の第１実施
例の位相振幅測定装置の構成図である。この装置は、１
次元構造を有する被測定体（シリンドリカルレンズ、光
ファイバ、光導波路の屈折率分布など）の複素ホログラ
ムを、光の検出単位である撮像素子の大きさによる空間
分解能の２倍の空間分解能で測定する。図４に示すよう
に、本実施例の装置は、（ａ）平行可干渉光を発生する
光源部１００と、（ｂ）光源装置１００から出力された
平行可干渉光を２分岐するハーフミラー２００と、
（ｃ）ハーフミラー２００で分岐された一方の光を被測
定体９００に照射して発生した、被測定体９００の１次
元構造を位相および振幅の１次元空間分布に反映する被
測定光と、ハーフミラー２００で分岐された他方の光か
ら生成された参照光とを受光し、被測定光と参照光との
干渉により発生する干渉像を撮像する、位相および振幅
の１次元空間分布の方向に連続的に配列された同種の撮
像素子を備えた撮像器３００と、（ｄ）外部からの指示
に応じて、位相および振幅の１次元空間分布の方向につ
いて位相が変化しない参照光と、位相および振幅の１次
元空間分布方向について撮像素子の配列周期と同周期で
位相が変化する参照光とを選択して生成するとともに、
これらの参照光の撮像器３００への到達時の位相を１／
３周期を単位として変化させる参照光生成部４００と、
（ｅ）参照光生成部４００に使用する参照光の撮像器３
００への到達時の位相を半周期だけ変化させる指示を通
知するとともに、撮像器３００が撮像した干渉縞像の各
撮像素子ごとの光強度データを収集し、この収集データ
間で成立する連立関係から、撮像素子の大きさの１／２
の空間分解能で被測定光の位相および振幅の分布を求め
る処理演算部５００と、を備える。(First Embodiment) FIG. 2 is a block diagram of the phase amplitude measuring apparatus of the first embodiment of the present invention. This device is 1
Measures a complex hologram of a DUT with a three-dimensional structure (such as a cylindrical lens, an optical fiber, and a refractive index distribution of an optical waveguide) with a spatial resolution that is twice the spatial resolution depending on the size of the image sensor that is the unit for detecting light. . As shown in FIG. 4, the apparatus of this embodiment includes (a) a light source unit 100 that generates parallel coherent light and (b) a half mirror 200 that splits the parallel coherent light output from the light source apparatus 100 into two. When,
(C) Light under measurement that reflects the one-dimensional structure of the object under measurement 900 in one-dimensional spatial distribution of phase and amplitude, which is generated by irradiating the object under measurement 900 with one of the lights branched by the half mirror 200; In the direction of the one-dimensional spatial distribution of phase and amplitude, the reference light generated from the other light branched by the half mirror 200 is received, and the interference image generated by the interference between the measured light and the reference light is captured. An image pickup device 300 including image pickup devices of the same type continuously arranged, and (d) a reference light whose phase does not change in the direction of the one-dimensional spatial distribution of the phase and the amplitude in response to an instruction from the outside, and the phase and A reference light whose phase changes in the same cycle as the array period of the image pickup element is selected and generated in the one-dimensional spatial distribution direction of the amplitude, and
The phase when these reference lights reach the image pickup device 300 is 1 /
A reference light generation unit 400 that changes in units of three cycles;
(E) Reference light imager 3 used in the reference light generator 400
00 is notified by an instruction to change the phase by half a period, light intensity data of each image pickup element of the interference fringe image picked up by the image pickup device 300 is collected, and the simultaneous relationship established between the collected data. To 1/2 of the size of the image sensor
And a processing operation unit 500 that obtains the distribution of the phase and amplitude of the measured light with the spatial resolution of.

【００５５】ここで、光源部１００は、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザを有し、０．６３２８μｍの波長の光を発生するレ
ーザ光源１１０と、レーザ光源１１０から出力された
レーザ光を広がった略平行光にするコリメータ１２０
と、を備える。Here, the light source section 100 has a He—Ne laser and generates a laser light source 110 which emits light having a wavelength of 0.6328 μm, and a laser light output from the laser light source 110, which is spread into substantially parallel light. Collimator 120
And

【００５６】また、撮像器３００は２次元状に配列され
た複数の撮像素子を有するＣＣＤカメラを使用し、撮像
素子の配列ピッチは１１μｍとした。As the image pickup device 300, a CCD camera having a plurality of image pickup devices arranged two-dimensionally was used, and the arrangement pitch of the image pickup devices was set to 11 μm.

【００５７】また、参照光生成部４００は、ハーフミ
ラー２００を透過した光に一部を入力して、撮像器３０
０への到達時点で撮像素子の配列方向について撮像素子
の両端で位相差が「０」の参照光を生成する位相調整器
４１０と、ハーフミラー２００を透過した光に一部を
入力して、撮像器３００への到達時点で撮像素子の配列
方向について撮像素子の両端で位相差が「２π」の参照
光を生成する位相調整器４２０と、を備える。ここで、
位相調整器４１０は、（ｉ）入力した光を反射する反射
鏡４１１と、（ii）処理演算部５００の指示に従って、
反射鏡４１１の位置を調節するピエゾ素子４１２と、(i
ii) 処理演算部５００の指示に従って、反射鏡４１１で
反射された光を遮るシャッタ４１３と、を備える。ま
た、位相調整器４２０は、（ｉ）入力した光を反射する
反射鏡４２１と、（ii）処理演算部５００の指示に従っ
て、反射鏡４２１の位置を調節するピエゾ素子４２２
と、(iii) 処理演算部５００の指示に従って、反射鏡４
２１で反射された光を遮るシャッタ４２３と、を備え
る。位相調整器４１０の反射鏡４１１で生成された参照
光は、撮像素子に対して垂直に入射し、撮像素子上では
全て等位相となる。また、位相調整器４２０の反射鏡４
２１で生成された参照光は、撮像素子に対して垂直から
３．２９２４゜傾いて入射し、撮像素子の配列周期で位
相差が１波長に設定される。この入射角度を満足させる
ため、反射鏡４１１および反射鏡４２１から撮像器３０
０の撮像面までの光路長を３４．７６ｃｍとするととも
に、反射鏡４１１と反射鏡４２１とは２ｃｍの間隔で配
置した。Further, the reference light generating section 400 inputs a part of the light transmitted through the half mirror 200 to the image pickup device 30.
A phase adjuster 410 that generates reference light with a phase difference of “0” at both ends of the image sensor in the array direction of the image sensor when reaching 0, and a part of the light transmitted through the half mirror 200 is input, A phase adjuster 420 that generates reference light having a phase difference of “2π” at both ends of the image sensor in the array direction of the image sensor at the time of reaching the image sensor 300. here,
The phase adjuster 410 includes (i) a reflecting mirror 411 that reflects the input light, and (ii) an instruction from the processing operation unit 500.
A piezo element 412 for adjusting the position of the reflecting mirror 411, and (i
ii) A shutter 413 that blocks light reflected by the reflecting mirror 411 according to an instruction from the processing calculation unit 500. In addition, the phase adjuster 420 includes (i) a reflecting mirror 421 that reflects input light, and (ii) a piezo element 422 that adjusts the position of the reflecting mirror 421 according to an instruction from the processing calculation section 500.
And (iii) according to the instruction from the processing calculation section 500, the reflecting mirror 4
And a shutter 423 that blocks the light reflected by 21. The reference light generated by the reflecting mirror 411 of the phase adjuster 410 is incident on the image pickup element perpendicularly, and all have the same phase on the image pickup element. In addition, the reflecting mirror 4 of the phase adjuster 420
The reference light generated in 21 is incident on the image sensor at an angle of 3.2924 ° from the vertical, and the phase difference is set to one wavelength at the array period of the image sensor. In order to satisfy this incident angle, the reflection mirror 411 and the reflection mirror 421 form the image pickup device 30
The optical path length to the image pickup surface of 0 was 34.76 cm, and the reflecting mirror 411 and the reflecting mirror 421 were arranged at a distance of 2 cm.

【００５８】また、処理演算部５００は、撮像器３０
０が撮像した干渉縞データを保持するフレームメモリ５
１０と、参照光生成部４００への生成参照光の指示を
発するとともに、フレームメモリ５１０から干渉縞デー
タを読み出し、格納し、演算して被測定光の位相および
振幅の分布を求めるデータ処理器５２０と、データ処
理器５２０から発せられた生成参照光の指示を参照光生
成手段４００へ通知するインタフェース５３０と、デ
ータ処理器５２０から指定された像データを表示する表
示器５４０と、を備える。Further, the processing calculation section 500 is provided with the image pickup device 30.
Frame memory 5 for holding interference fringe data captured by 0
10 and a reference light generation unit 400 to generate generated reference light, and read, store, and calculate interference fringe data from the frame memory 510 to obtain a distribution of the phase and amplitude of the measured light. And an interface 530 for notifying the reference light generation means 400 of an instruction of the generated reference light emitted from the data processor 520, and a display 540 for displaying the image data designated by the data processor 520.

【００５９】本実施例の位相振幅分布測定装置は、次の
ようにして被測定光の位相および振幅の分布を測定す
る。The phase-amplitude distribution measuring apparatus of this embodiment measures the phase and amplitude distribution of the light under measurement as follows.

【００６０】測定に先立ち、反射鏡４１１および反射鏡
４２１で反射され撮像器に照射される夫々の光が、各撮
像素子の特定の位置で同位相となるように、ピエゾ素子
４１２およびピエゾ素子４２２を調整する。この調整の
実施は次の様にして実施される。まず、最低１つの撮像
素子に対して、特定の位置に照射された光のみを通過さ
せるマスクを施す。この状態でシャッタ４１３およびシ
ャッタ４２３の双方を開け、ハーフミラー２００を介
し、反射鏡４１１および反射鏡４２１で反射された夫々
の光を同時に該撮像素子に照射する。そして、双方の光
を干渉させ、該撮像素子の光検出出力が最大（または最
小）となるようにピエゾ素子４１２およびピエゾ素子４
２２を調整し、位相合わせを行う。処理演算部５００
は、こうして得たピエゾ素子４１２およびピエゾ素子４
２２の調整値を初期位置として格納する。Prior to the measurement, the piezo element 412 and the piezo element 422 are arranged so that the respective lights reflected by the reflecting mirror 411 and the reflecting mirror 421 and emitted to the image pickup device have the same phase at a specific position of each image pickup device. Adjust. The adjustment is performed as follows. First, at least one image sensor is provided with a mask that allows only the light emitted to a specific position to pass through. In this state, both the shutter 413 and the shutter 423 are opened, and the light reflected by the reflecting mirror 411 and the respective light reflected by the reflecting mirror 421 are simultaneously applied to the image pickup device via the half mirror 200. The piezo element 412 and the piezo element 4 are caused to interfere with each other so that the light detection output of the image pickup device becomes maximum (or minimum).
22 is adjusted and the phase is adjusted. Processing operation unit 500
Is the piezo element 412 and the piezo element 4 thus obtained.
The adjustment value of 22 is stored as the initial position.

【００６１】以上の準備が終了した後、まず、データ処
理器５２０がインタフェース５３０を介して、シャッタ
４１３を開け、シャッタ４２３を閉じ、反射鏡４１１お
よび反射鏡４２１が初期位置となるようにピエゾ素子４
１２およびピエゾ素子４２２に指示を通知する。これと
同時に、レーザ光源１１０からレーザ光を出力する。こ
のレーザ光はコリメータ１２０により広がった平行光と
なり、ハーフミラー２００に入力して反射光と透過光と
に分岐される。反射した光は被測定体９１０に照射さ
れ、透過光は参照光生成部４００に入力する。被測定体
９１０で反射された光はハーフミラー２００に到達し、
このうちハーフミラー２００を透過した光が被測定光と
して撮像器３００に照射される。また、参照光生成部４
００に入力した光の内、反射鏡４１１で反射された光が
ハーフミラー２００に到達し、このうちハーフミラー２
００で反射された光が参照光として撮像器３００に照射
される。After the above preparation is completed, first, the data processor 520 opens the shutter 413 and closes the shutter 423 via the interface 530 so that the reflecting mirror 411 and the reflecting mirror 421 are at their initial positions. Four
12 and the piezo element 422 are notified of the instruction. At the same time, laser light is output from the laser light source 110. The laser light becomes parallel light that is spread by the collimator 120, enters the half mirror 200, and is split into reflected light and transmitted light. The reflected light is applied to the measured object 910, and the transmitted light is input to the reference light generation unit 400. The light reflected by the DUT 910 reaches the half mirror 200,
Of these, the light transmitted through the half mirror 200 is applied to the image pickup device 300 as the light to be measured. In addition, the reference light generator 4
Of the light input to 00, the light reflected by the reflecting mirror 411 reaches the half mirror 200, of which the half mirror 2
The light reflected at 00 is applied to the image pickup device 300 as reference light.

【００６２】撮像器３００に到達する被測定光と参照光
とは干渉し、撮像器３００の撮像素子上で干渉縞を形成
する。撮像器３００はこの干渉縞を撮像し、各撮像素子
の光強度検出データを演算処理部５００へ通知する。演
算処理部５００では、各撮像素子の光強度検出データ
を、まず、フレームメモリ５１０に格納する。データ処
理器５２０は、フレームメモリ５１０から干渉縞データ
を読み出し、反射鏡４１１を選択し、反射鏡４１１は初
期位置であった、という参照光の生成情報のデータとと
もに、データ処理器５２０内に格納する。The measured light and the reference light reaching the image pickup device 300 interfere with each other to form interference fringes on the image pickup device of the image pickup device 300. The imager 300 images this interference fringe and notifies the arithmetic processing unit 500 of the light intensity detection data of each image pickup element. In the arithmetic processing unit 500, the light intensity detection data of each image sensor is first stored in the frame memory 510. The data processor 520 reads the interference fringe data from the frame memory 510, selects the reflecting mirror 411, and stores it in the data processor 520 together with the data of the reference light generation information that the reflecting mirror 411 was at the initial position. To do.

【００６３】次に、データ処理器５２０がインタフェー
ス５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光源部
１００から撮像器３００までの参照光の光路長が反射鏡
４１１の初期位置の場合から（１／３）波長（すなわ
ち、位相が「２π／３」）だけ変化するように反射鏡４
１１の位置を調整する。以後、上記と同様にして、撮像
器３００が干渉縞を撮像し、データ処理器５２０が、反
射鏡４１１を選択したこと、および反射鏡４１１の位置
の初期位置からのずれという参照光の生成情報のデータ
とともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に格納
する。Next, from the case where the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530 and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is the initial position of the reflecting mirror 411 ( 1/3) The reflecting mirror 4 is arranged so that it changes by a wavelength (that is, the phase is "2π / 3").
Adjust the position of 11. Thereafter, in the same manner as described above, the image pickup device 300 picks up the interference fringes, the data processor 520 selects the reflecting mirror 411, and the reference light generation information indicating that the position of the reflecting mirror 411 deviates from the initial position. And the interference fringe data are stored in the data processor 520.

【００６４】引き続き、データ処理器５２０がインタフ
ェース５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光
源部１００から撮像器３００までの参照光の光路長が反
射鏡４１１の初期位置の場合から（２／３）波長（すな
わち、位相が「４π／３」）だけ変化するように反射鏡
４１１の位置を調整する。以後、上記と同様にして、撮
像器３００が干渉縞を撮像し、データ処理器５２０が、
反射鏡４１１を選択したこと、および反射鏡４１１の位
置の初期位置からのずれという参照光の生成情報のデー
タとともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に格
納する。Subsequently, the data processor 520 instructs the reference light generator 400 via the interface 530, and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is the initial position of the reflecting mirror 411 (2 / 3) The position of the reflecting mirror 411 is adjusted so that the wavelength (that is, the phase is “4π / 3”) is changed. Thereafter, in the same manner as above, the image pickup device 300 picks up an image of the interference fringes, and the data processor 520
The interference fringe data is stored in the data processor 520 together with the data of the reference light generation information indicating that the reflecting mirror 411 is selected and the position of the reflecting mirror 411 is displaced from the initial position.

【００６５】次いで、データ処理器５２０がインタフェ
ース５３０を介して、シャッタ４１３を閉じ、シャッタ
４２３を開け、反射鏡４２１が初期位置となるようにピ
エゾ素子４２２に指示を通知する。以後、上記と同様に
して、撮像器３００が干渉縞を撮像し、データ処理器５
２０が、反射鏡４２１を選択し、反射鏡４２１は初期位
置であった、という参照光の生成情報のデータととも
に、干渉縞データをデータ処理器５２０内に格納する。Next, the data processor 520 closes the shutter 413 and opens the shutter 423 via the interface 530, and notifies the piezo element 422 of an instruction so that the reflecting mirror 421 is in the initial position. After that, in the same manner as above, the image pickup device 300 picks up an image of the interference fringes,
20 selects the reflecting mirror 421, and stores the interference fringe data in the data processor 520 together with the data of the reference light generation information that the reflecting mirror 421 was at the initial position.

【００６６】次に、データ処理器５２０がインタフェー
ス５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光源部
１００から撮像器３００までの参照光の光路長が反射鏡
４１１の初期位置の場合から（１／３）波長（すなわ
ち、位相が「２π／３」）だけ変化するように反射鏡４
２１の位置を調整する。以後、上記と同様にして、撮像
器３００が干渉縞を撮像し、データ処理器５２０が、反
射鏡４２１を選択したこと、および反射鏡４２１の位置
の初期位置からのずれという参照光の生成情報のデータ
とともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に格納
する。Next, from the case where the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530 and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is the initial position of the reflecting mirror 411 ( 1/3) The reflecting mirror 4 is arranged so that it changes by a wavelength (that is, the phase is "2π / 3").
Adjust the position of 21. Thereafter, in the same manner as described above, the image pickup device 300 picks up the interference fringes, the data processor 520 selects the reflecting mirror 421, and the reference light generation information that the position of the reflecting mirror 421 deviates from the initial position. And the interference fringe data are stored in the data processor 520.

【００６７】引き続き、データ処理器５２０がインタフ
ェース５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光
源部１００から撮像器３００までの参照光の光路長が反
射鏡４１１の初期位置の場合から（２／３）波長（すな
わち、位相が「４π／３」）だけ変化するように反射鏡
４２１の位置を調整する。以後、上記と同様にして、撮
像器３００が干渉縞を撮像し、データ処理器５２０が、
反射鏡４２１を選択したこと、および反射鏡４２１の位
置の初期位置からのずれという参照光の生成情報のデー
タとともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に格
納する。Subsequently, the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530, and when the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is the initial position of the reflecting mirror 411 (2 / 3) The position of the reflecting mirror 421 is adjusted so that the wavelength (that is, the phase is “4π / 3”) is changed. Thereafter, in the same manner as above, the image pickup device 300 picks up an image of the interference fringes, and the data processor 520
The interference fringe data is stored in the data processor 520 together with the data of the reference light generation information indicating that the reflecting mirror 421 is selected and the position of the reflecting mirror 421 is displaced from the initial position.

【００６８】本実施例は、撮像素子の大きさの１／２の
空間分解能で測定する装置であり、上述の原理説明にお
ける（７）〜（１４）式において、Ｌ＝０〜１，Ｍ＝
２，ｍ＝０〜１，Ｄ＝３，ｄ＝０〜２となる。すなわ
ち、１つの撮像素子に着目して、その撮像素子を撮像素
子の配列方向に関して２等分した２つの領域の中央点の
座標を夫々、ｍ＝０およびｍ＝１で表現する。そして、
これらの領域での受光は、夫々の領域の中央点での受光
と推定する。この推定は、夫々の領域における被測定光
の位相および振幅の変化がなだらかで略線形である場合
に成立する。The present embodiment is an apparatus for measuring with a spatial resolution of 1/2 of the size of the image pickup device, and in the expressions (7) to (14) in the above description of the principle, L = 0 to 1 and M =
2, m = 0 to 1, D = 3, d = 0 to 2. That is, focusing on one image sensor, the coordinates of the center point of two regions obtained by dividing the image sensor into two halves in the array direction of the image sensors are expressed by m = 0 and m = 1, respectively. And
Light reception in these areas is estimated to be light reception at the center point of each area. This estimation is established when the changes in the phase and amplitude of the measured light in each region are gentle and approximately linear.

【００６９】上記の動作でデータ処理器５２０に格納さ
れた１つの撮像素子における光強度検出値（ＩT （Ｌ，
ｄ）＝ＩT （Ｌ，ｄ，ｍ＝０）＋ＩT （Ｌ，ｄ，ｍ＝
１））は、上記の６つの状態（（Ｌ＝０，ｄ＝０）、
（Ｌ＝０，ｄ＝１）、（Ｌ＝０，ｄ＝２）、（Ｌ＝１，
ｄ＝０）、（Ｌ＝１，ｄ＝１）、および（Ｌ＝１，ｄ＝
２）の状態）に応じた６つの値（ＩT （０，０）、ＩT
（０，１）、ＩT （０，２）、ＩT （１，０）、Ｉ
T （１，１）、およびＩT （１，２））である。By the above-mentioned operation, the light intensity detection value ( IT (L, L,
d) = IT (L, d, m = 0) + IT (L, d, m =
1)) is the above six states ((L = 0, d = 0),
(L = 0, d = 1), (L = 0, d = 2), (L = 1,
d = 0), (L = 1, d = 1), and (L = 1, d =
6 values (I T (0,0), I T
(0,1), I T (0,2), I T (1,0), I
T (1,1) and I T (1,2)).

【００７０】以後、上述の本発明の原理に従って、デー
タ処理器５２０が以下の演算を行う。まず、（９）式お
よび（１０）式に従って、ＩC （Ｌ）およびＩS （Ｌ）
（Ｌ＝０〜１）を次のように演算する。After that, the data processor 520 performs the following calculation according to the above-described principle of the present invention. First, according to the equations (9) and (10), I C (L) and I S (L)
(L = 0 to 1) is calculated as follows.

【００７１】[0071]

【数１３】 [Equation 13]

【００７２】[0072]

【数１４】 [Equation 14]

【００７３】[0073]

【数１５】 [Equation 15]

【００７４】[0074]

【数１６】 [Equation 16]

【００７５】したがって、ＩC （Ｌ）およびＩS （Ｌ）
（Ｌ＝０〜１）とＣQ （ｍ）およびＳQ （ｍ）（ｍ＝０
〜１）との関係は、次の通りとなる。Therefore, I C (L) and I S (L)
(L = 0 to 1) and C Q (m) and S Q (m) (m = 0
The relationship with 1) is as follows.

【００７６】[0076]

【数１７】 [Equation 17]

【００７７】（２９）式で表される４元１次連立方程式
を解いて、ＣQ （０）、ＳQ （０）、ＣQ （１）、およ
びＳQ （１）を求める。こうして求めたＣQ （０）、Ｓ
Q （０）、ＣQ （１）、およびＳQ （１）には（１２）
式の関係があるので、 ＰQ （０）＝ｔａｎ-1（ＳQ （０）／ＣQ （０）） …（３０） ＰQ （１）＝ｔａｎ-1（ＳQ （１）／ＣQ （１）） …（３１） により、撮像素子の大きさの１／２の空間分解能で被測
定光の位相分布を求める。[0077] (29) by solving the quaternion primary simultaneous equations of the formula, C Q (0), S Q (0), C Q (1), and obtains the S Q (1). C Q (0), S obtained in this way
(12) for Q (0), C Q (1), and S Q (1)
Since there is an equation relationship, P Q (0) = tan −1 (S Q (0) / C Q (0)) (30) P Q (1) = tan −1 (S Q (1) / C Q (1)) (31) is used to obtain the phase distribution of the measured light with a spatial resolution of 1/2 the size of the image sensor.

【００７８】更に、（１３）式を使用して、 ＡQ （０）＝ＣQ （０）／ＡR ｃｏｓＰQ （０） …（３２） ＡQ （１）＝ＣQ （１）／ＡR ｃｏｓＰQ （１） …（３３） により、撮像素子の大きさの１／２の空間分解能で被測
定光の振幅分布を求める。Further, using the equation (13), A Q (0) = C Q (0) / A R cosP Q (0) (32) A Q (1) = C Q (1) / A From R cosP Q (1) (33), the amplitude distribution of the measured light is obtained with a spatial resolution of ½ of the size of the image sensor.

【００７９】以後、データ処理器５２０は、上記と同様
の演算を全撮像素子について実施し、全撮像素子に関し
て、撮像素子の大きさの１／２の空間分解能で被測定光
の位相および振幅の分布を求める。Thereafter, the data processor 520 carries out the same calculation as that described above for all the image pickup elements, and with respect to all the image pickup elements, the phase and amplitude of the measured light are measured with a spatial resolution of ½ of the size of the image pickup elements. Find the distribution.

【００８０】なお、上記の装置では、各撮像素子を２等
分した夫々の領域において、被測定光の位相および振幅
の変化がなだらかで略線形であることを仮定して、夫々
の領域の中央点での受光と推定したが、図３に示すよう
に各撮像領域の中央点付近のみで受光がなされるように
遮光マスクを形成すれば、推定の必要が無くなり精度良
く計測が可能となる。また、こうした遮光マスクを形成
すれば、各撮像素子の端部での受光がなくなるので、更
に精度良く計測が可能となる。In the above apparatus, assuming that the phase and amplitude changes of the light under measurement are gentle and approximately linear in the respective regions obtained by dividing each image pickup device into two equal parts, the center of each region is assumed. Although it is estimated that the light is received at the point, if the light-shielding mask is formed so that the light is received only near the central point of each imaging region as shown in FIG. 3, the need for the estimation is eliminated and the measurement can be performed with high accuracy. Further, if such a light-shielding mask is formed, light reception at the end of each image pickup element is eliminated, and therefore, more accurate measurement can be performed.

【００８１】また、説明を簡単にするため、上記の装置
は、１次元構造の物体の複素ホログラムの場合に適用さ
れるものとした。しかし、上記の本発明の原理で説明し
たように、２次元構造の物体（平面鏡、ポリゴンミラ
ー、放物面鏡、半導体ウエハなど）の複素ホログラムの
場合に適用できる装置への拡張が可能である。この場合
は、撮像器として撮像素子の配列が２次元状のものを用
意し、参照光の生成を夫々の配列方向について上記の装
置と同様に行い、干渉縞を観測する。そして、上記の本
発明の原理の演算を２次元に拡張して実施することによ
り、被測定光の位相および振幅の２次元分布を空間分解
能を向上して測定する。Further, in order to simplify the explanation, it is assumed that the above apparatus is applied to the case of a complex hologram of an object having a one-dimensional structure. However, as described in the above-mentioned principle of the present invention, it is possible to expand the apparatus applicable to the complex hologram of an object having a two-dimensional structure (plane mirror, polygon mirror, parabolic mirror, semiconductor wafer, etc.). . In this case, a two-dimensional image pickup device array is prepared as the image pickup device, and the reference light is generated in the respective array directions in the same manner as the above-described device, and the interference fringes are observed. The two-dimensional distribution of the phase and amplitude of the light under measurement is measured by improving the spatial resolution by performing the above-described calculation of the principle of the present invention in a two-dimensional manner.

【００８２】（第２実施例）図４は、本発明の第２実施
例の位相振幅測定装置の構成図である。この装置は、第
１実施例と同様に、１次元構造を有する被測定体の複素
ホログラムを、光の検出単位である撮像素子の大きさに
よる空間分解能の２倍の空間分解能で測定する。図４に
示すように、本実施例の装置は、参照光生成部を除いて
は第１実施例と同様の構成される。(Second Embodiment) FIG. 4 is a block diagram of the phase amplitude measuring apparatus of the second embodiment of the present invention. Similar to the first embodiment, this apparatus measures the complex hologram of the object to be measured having a one-dimensional structure with a spatial resolution that is twice the spatial resolution depending on the size of the image sensor that is the unit for detecting light. As shown in FIG. 4, the apparatus of this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the reference light generator.

【００８３】本実施例の参照光生成部４５０は、ハー
フミラー２００を透過した光に一部を入力して、撮像器
３００への到達時点で撮像素子の配列方向について撮像
素子の両端で位相差が「０」の参照光を生成する位相調
整器４６０と、ハーフミラー２００を透過した光に一
部を入力して、撮像器３００への到達時点で撮像素子の
配列方向について撮像素子の両端で位相差が「２π」の
参照光を生成する位相調整器４７０と、を備える。ここ
で、位相調整器４１０は、（ｉ）入力した光を反射する
反射鏡４１１と、（ii）処理演算部５００の指示に従っ
て、屈折率が変化し経由する光の光路長を変化させる液
晶素子４１４と、(iii) 処理演算部５００の指示に従っ
て、反射鏡４１１で反射された光を遮るシャッタ４１３
と、を備える。また、位相調整器４７０は、（ｉ）入力
した光を反射する反射鏡４２１と、（ii）処理演算部５
００の指示に従って、屈折率が変化し経由する光の光路
長を変化させる液晶素子４２４と、(iii) 処理演算部５
００の指示に従って、反射鏡４２１で反射された光を遮
るシャッタ４２３と、を備える。The reference light generator 450 of this embodiment inputs a part of the light transmitted through the half mirror 200, and when it reaches the image pickup device 300, the phase difference between the two ends of the image pickup device in the arrangement direction of the image pickup device is reached. Is input to the phase adjuster 460 that generates the reference light of “0” and a part of the light that has passed through the half mirror 200 and reaches the image pickup device 300 at both ends of the image pickup device in the array direction of the image pickup device. And a phase adjuster 470 that generates reference light having a phase difference of “2π”. Here, the phase adjuster 410 includes (i) a reflecting mirror 411 that reflects the input light, and (ii) a liquid crystal element that changes the refractive index and changes the optical path length of the passing light according to an instruction from the processing calculation unit 500. 414, and (iii) a shutter 413 that blocks the light reflected by the reflecting mirror 411 according to the instruction from the processing calculation unit 500.
And Further, the phase adjuster 470 includes (i) a reflecting mirror 421 that reflects the input light, and (ii) the processing calculation section 5
00, a liquid crystal element 424 that changes the optical path length of light passing through by changing the refractive index, and (iii) the processing operation unit 5
The shutter 423 that blocks the light reflected by the reflecting mirror 421 according to the instruction 00.

【００８４】すなわち、第１実施例では反射鏡の位置を
機械的に変化させて参照光の光路長を調整したが、本実
施例では光路中の一部の媒質の屈折率を変化させて参照
光の光路長を調整する。That is, in the first embodiment, the position of the reflecting mirror is mechanically changed to adjust the optical path length of the reference light, but in the present embodiment, the refractive index of a part of the medium in the optical path is changed to perform the reference. Adjust the light path length.

【００８５】本実施例の位相振幅分布測定装置は、次の
ようにして被測定光の位相および振幅の分布を測定す
る。The phase / amplitude distribution measuring apparatus of this embodiment measures the phase and amplitude distribution of the light under measurement as follows.

【００８６】測定に先立ち、反射鏡４１１および反射鏡
４２１で反射され撮像器に照射される夫々の光が、各撮
像素子の特定の位置で同位相となるように、液晶素子４
１４および液晶素子４２４を調整する。この調整の実施
は次の様にして実施される。まず、最低１つの撮像素子
に対して、特定の位置に照射された光のみを通過させる
マスクを施す。この状態でシャッタ４１３およびシャッ
タ４２３の双方を開け、ハーフミラー２００を介し、反
射鏡４１１および反射鏡４２１で反射された夫々の光を
同時に該撮像素子に照射する。そして、双方の光を干渉
させ、該撮像素子の光検出出力が最大（または最小）と
なるように液晶素子４１４および液晶素子４２４を調整
し、位相合わせを行う。処理演算部５００は、こうして
得た液晶素子４１４および液晶素子４２４の調整値を初
期屈折率として格納する。Prior to the measurement, the liquid crystal element 4 is arranged so that the respective lights reflected by the reflecting mirror 411 and the reflecting mirror 421 and applied to the image pickup device have the same phase at a specific position of each image pickup device.
14 and the liquid crystal element 424 are adjusted. The adjustment is performed as follows. First, at least one image sensor is provided with a mask that allows only the light emitted to a specific position to pass through. In this state, both the shutter 413 and the shutter 423 are opened, and the light reflected by the reflecting mirror 411 and the respective light reflected by the reflecting mirror 421 are simultaneously applied to the image pickup device via the half mirror 200. Then, both lights are caused to interfere with each other, and the liquid crystal element 414 and the liquid crystal element 424 are adjusted so that the light detection output of the image pickup element becomes maximum (or minimum), and the phase is adjusted. The processing calculation section 500 stores the adjustment values of the liquid crystal element 414 and the liquid crystal element 424 thus obtained as the initial refractive index.

【００８７】以上の準備が終了した後、まず、データ処
理器５２０がインタフェース５３０を介して、シャッタ
４１３を開け、シャッタ４２３を閉じ、初期屈折率とな
るように液晶素子４１４および液晶素子４２４に指示を
通知する。これと同時に、レーザ光源１１０からレーザ
光を出力する。このレーザ光はコリメータ１２０により
広がった平行光となり、ハーフミラー２００に入力して
反射光と透過光とに分岐される。反射した光は被測定体
９１０に照射され、透過光は参照光生成部４００に入力
する。被測定体９１０で反射された光はハーフミラー２
００に到達し、このうちハーフミラー２００を透過した
光が被測定光として撮像器３００に照射される。また、
参照光生成部４００に入力した光の内、反射鏡４１１で
反射された光がハーフミラー２００に到達し、このうち
ハーフミラー２００で反射された光が参照光として撮像
器３００に照射される。After the above preparation is completed, first, the data processor 520 opens the shutter 413 and closes the shutter 423 via the interface 530 to instruct the liquid crystal element 414 and the liquid crystal element 424 so that the initial refractive index is reached. To notify. At the same time, laser light is output from the laser light source 110. The laser light becomes parallel light that is spread by the collimator 120, enters the half mirror 200, and is split into reflected light and transmitted light. The reflected light is applied to the measured object 910, and the transmitted light is input to the reference light generation unit 400. The light reflected by the DUT 910 is the half mirror 2.
00, of which the light transmitted through the half mirror 200 is applied to the image pickup device 300 as the light to be measured. Also,
Of the light input to the reference light generation unit 400, the light reflected by the reflecting mirror 411 reaches the half mirror 200, and the light reflected by the half mirror 200 is applied to the image pickup device 300 as reference light.

【００８８】撮像器３００に到達する被測定光と参照光
とは干渉し、撮像器３００の撮像素子上で干渉縞を形成
する。撮像器３００はこの干渉縞を撮像し、各撮像素子
の光強度検出データを演算処理部５００へ通知する。演
算処理部５００では、各撮像素子の光強度検出データ
を、まず、フレームメモリ５１０に格納する。データ処
理器５２０は、フレームメモリ５１０から干渉縞データ
を読み出し、反射鏡４１１を選択したこと、および液晶
素子の屈折率という参照光の生成情報のデータととも
に、データ処理器５２０内に格納する。The measured light and the reference light reaching the image pickup device 300 interfere with each other to form interference fringes on the image pickup device of the image pickup device 300. The imager 300 images this interference fringe and notifies the arithmetic processing unit 500 of the light intensity detection data of each image pickup element. In the arithmetic processing unit 500, the light intensity detection data of each image sensor is first stored in the frame memory 510. The data processor 520 reads out the interference fringe data from the frame memory 510, and stores it in the data processor 520 together with the selection light of the reflecting mirror 411 and the data of the reference light generation information such as the refractive index of the liquid crystal element.

【００８９】次に、データ処理器５２０がインタフェー
ス５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光源部
１００から撮像器３００までの参照光の光路長が（１／
３）波長（すなわち、位相が「２π／３」）だけ変化す
るように液晶素子４１４の屈折率を調整する。以後、上
記と同様にして、撮像器３００が干渉縞を撮像し、デー
タ処理器５２０が、反射鏡４１１を選択したこと、およ
び液晶素子４１４の屈折率という参照光の生成情報のデ
ータとともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に
格納する。Next, the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530, and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is (1 /
3) The refractive index of the liquid crystal element 414 is adjusted so that the wavelength (that is, the phase is “2π / 3”) is changed. Thereafter, in the same manner as described above, the imager 300 images the interference fringes, the data processor 520 selects the reflecting mirror 411, and the data of the reference light generation information such as the refractive index of the liquid crystal element 414, together with the interference. The stripe data is stored in the data processor 520.

【００９０】引き続き、データ処理器５２０がインタフ
ェース５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光
源部１００から撮像器３００までの参照光の光路長が
（２／３）波長（すなわち、位相が「４π／３」）だけ
変化するように液晶素子４１４の屈折率を調整する。以
後、上記と同様にして、撮像器３００が干渉縞を撮像
し、データ処理器５２０が、反射鏡４１１を選択したこ
と、および液晶素子４１４の屈折率という参照光の生成
情報のデータとともに、干渉縞データをデータ処理器５
２０内に格納する。Subsequently, the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530, and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is (2/3) wavelength (that is, the phase is The refractive index of the liquid crystal element 414 is adjusted so that it changes by “4π / 3”). Thereafter, in the same manner as described above, the imager 300 images the interference fringes, the data processor 520 selects the reflecting mirror 411, and the data of the reference light generation information such as the refractive index of the liquid crystal element 414, together with the interference. Stripe data to data processor 5
It stores in 20.

【００９１】次いで、データ処理器５２０がインタフェ
ース５３０を介して、シャッタ４１３を閉じ、シャッタ
４２３を開け、初期屈折率となるように液晶素子４２４
に指示を通知する。以後、上記と同様にして、撮像器３
００が干渉縞を撮像し、データ処理器５２０が、反射鏡
４２１を選択し、液晶素子４２４は初期屈折率であっ
た、という参照光の生成情報のデータとともに、干渉縞
データをデータ処理器５２０内に格納する。Next, the data processor 520, via the interface 530, closes the shutter 413 and opens the shutter 423, and the liquid crystal element 424 so that the initial refractive index is obtained.
Notify the instructions. Thereafter, in the same manner as above, the image pickup device 3
00 images the interference fringes, the data processor 520 selects the reflecting mirror 421, and the liquid crystal element 424 has the initial refractive index. Store in.

【００９２】次に、データ処理器５２０がインタフェー
ス５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光源部
１００から撮像器３００までの参照光の光路長が（１／
３）波長（すなわち、位相が「２π／３」）だけ変化す
るように液晶素子４２４の屈折率を調整する。以後、上
記と同様にして、撮像器３００が干渉縞を撮像し、デー
タ処理器５２０が、反射鏡４２１を選択したこと、およ
び液晶素子４２４の屈折率という参照光の生成情報のデ
ータとともに、干渉縞データをデータ処理器５２０内に
格納する。Next, the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530, and the optical path length of the reference light from the light source 100 to the image pickup device 300 is (1 /
3) The refractive index of the liquid crystal element 424 is adjusted so that the wavelength (that is, the phase is “2π / 3”) is changed. Thereafter, in the same manner as described above, the imager 300 images the interference fringes, and the data processor 520 selects the reflecting mirror 421 and the data of the reference light generation information such as the refractive index of the liquid crystal element 424, together with the interference. The stripe data is stored in the data processor 520.

【００９３】引き続き、データ処理器５２０がインタフ
ェース５３０を介して参照光生成部４００へ指示し、光
源部１００から撮像器３００までの参照光の光路長が
（２／３）波長（すなわち、位相が「４π／３」）だけ
変化するように液晶素子４２４の屈折率を調整する。以
後、上記と同様にして、撮像器３００が干渉縞を撮像
し、データ処理器５２０が、反射鏡４２１を選択したこ
と、および液晶素子４２４の屈折率という参照光の生成
情報のデータとともに、干渉縞データをデータ処理器５
２０内に格納する。Subsequently, the data processor 520 gives an instruction to the reference light generator 400 via the interface 530, and the optical path length of the reference light from the light source unit 100 to the image pickup device 300 is (2/3) wavelength (that is, the phase is The refractive index of the liquid crystal element 424 is adjusted so that it changes by “4π / 3”). Thereafter, in the same manner as described above, the imager 300 images the interference fringes, and the data processor 520 selects the reflecting mirror 421 and the data of the reference light generation information such as the refractive index of the liquid crystal element 424, together with the interference. Stripe data to data processor 5
It stores in 20.

【００９４】以後、データ処理器５２０が、第１実施例
と同様の演算を実行して、全撮像素子に関して、撮像素
子の大きさの１／２の空間分解能で被測定光の位相およ
び振幅の分布を求める。After that, the data processor 520 executes the same calculation as that of the first embodiment to obtain the phase and amplitude of the measured light with a spatial resolution of ½ of the size of the image pickup device for all the image pickup devices. Find the distribution.

【００９５】なお、本実施例でも第１実施例と同様に、
図３に示すように各撮像領域の中央点付近のみで受光が
なされるように遮光マスクを形成すれば、第１実施例と
同様の効果を奏する。In this embodiment, as in the first embodiment,
As shown in FIG. 3, if the light-shielding mask is formed so that light is received only near the central point of each imaging region, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【００９６】また、本実施例においても、第１実施例と
同様にして、２次元測定への拡張が可能である。Also in the present embodiment, the extension to the two-dimensional measurement is possible in the same manner as the first embodiment.

【００９７】（第３実施例）図５は、本発明の第３実施
例の位相振幅測定装置の構成図である。この装置は、１
次元構造を有する被測定体の形状などを、光の検出単位
である撮像素子の大きさによる空間分解能の２倍の空間
分解能で測定する。図４に示すように、本実施例の装置
は、光源部１００、撮像器３００、参照光生成部４０
０、および処理演算部５００は第１実施例と同様の構成
される。第１実施例と異なる点は、被測定体９００と撮
像器３００とを結像関係とするためにレンズ２４０が配
置されたことに伴い、光路設定用の部品が付加されたこ
とである。(Third Embodiment) FIG. 5 is a block diagram of a phase amplitude measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. This device is 1
The shape or the like of the object to be measured having a dimensional structure is measured with a spatial resolution twice as high as the spatial resolution depending on the size of the image sensor, which is a unit for detecting light. As shown in FIG. 4, the apparatus of this embodiment includes a light source unit 100, an imager 300, and a reference light generation unit 40.
0 and the processing operation unit 500 are configured similarly to the first embodiment. The difference from the first embodiment is that a component for setting an optical path is added as the lens 240 is arranged in order to form the object to be measured 900 and the image pickup device 300 in an image forming relationship.

【００９８】本実施例の位相振幅分布測定装置は、次の
ようにして被測定光の位相および振幅の分布を測定す
る。The phase / amplitude distribution measuring apparatus of this embodiment measures the phase and amplitude distribution of the light under measurement as follows.

【００９９】測定に先立ち、第１実施例と同様に、反射
鏡４１１および反射鏡４２１で反射され撮像器に照射さ
れる夫々の光が、各撮像素子の特定の位置で同位相とな
るように、ピエゾ素子４１２およびピエゾ素子４２２を
調整する。そして、処理演算部５００は、こうして得た
ピエゾ素子４１２およびピエゾ素子４２２の調整値を初
期位置として格納する。Prior to the measurement, as in the first embodiment, the respective lights reflected by the reflecting mirror 411 and the reflecting mirror 421 and radiated to the image pickup device have the same phase at a specific position of each image pickup device. , The piezo element 412 and the piezo element 422 are adjusted. Then, the processing calculation section 500 stores the adjustment values of the piezo element 412 and the piezo element 422 thus obtained as the initial position.

【０１００】以上の準備が終了した後、まず、データ処
理器５２０がインタフェース５３０を介して、シャッタ
４１３を開け、シャッタ４２３を閉じ、反射鏡４１１が
初期位置となるようにピエゾ素子４１２に指示を通知す
る。これと同時に、レーザ光源１１０からレーザ光を出
力する。このレーザ光はコリメータ１２０により広がっ
た平行光となり、ハーフミラー２１０に入力して反射光
と透過光とに分岐される。反射した光は被測定体９１０
に照射され、透過光は反射鏡２３０で反射された後、参
照光生成部４００に入力する。被測定体９１０で反射さ
れた光はハーフミラー２１０に到達し、このうちハーフ
ミラー２１０を透過した光がレンズ２４０を経由した
後、ハーフミラー２２０を透過し、被測定光として撮像
器３００に照射される。また、参照光生成部４００に入
力した光の内、反射鏡４１１で反射された光がハーフミ
ラー２００に到達し、このうちハーフミラー２００で反
射された光が参照光として撮像器３００に照射される。After the above preparation is completed, first, the data processor 520 opens the shutter 413 and closes the shutter 423 via the interface 530, and instructs the piezo element 412 so that the reflecting mirror 411 is in the initial position. Notice. At the same time, laser light is output from the laser light source 110. This laser light becomes parallel light that is spread by the collimator 120, enters the half mirror 210, and is split into reflected light and transmitted light. The reflected light is the object to be measured 910.
The transmitted light is reflected by the reflecting mirror 230 and then input to the reference light generation unit 400. The light reflected by the object to be measured 910 reaches the half mirror 210, and the light that has passed through the half mirror 210 passes through the lens 240 and then passes through the half mirror 220 to irradiate the image pickup device 300 as the light to be measured. To be done. Further, of the light input to the reference light generation unit 400, the light reflected by the reflecting mirror 411 reaches the half mirror 200, and the light reflected by the half mirror 200 is applied to the image pickup device 300 as the reference light. It

【０１０１】以後、第１実施例と同様に動作して、全撮
像素子に関して、撮像素子の大きさの１／２の空間分解
能で被測定光の位相および振幅の分布を測定する。な
お、本実施例の装置でも、第１実施例に対する第２実施
例と同様の変形が可能である。また、本実施例において
も、第１実施例と同様にして、２次元測定への拡張が可
能である。After that, the same operation as that of the first embodiment is performed, and the phase and amplitude distributions of the light under measurement are measured for all the image pickup devices with a spatial resolution of ½ of the size of the image pickup devices. The device of this embodiment can also be modified similarly to the second embodiment with respect to the first embodiment. Further, also in the present embodiment, it is possible to extend to the two-dimensional measurement as in the first embodiment.

【０１０２】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく変形が可能である。例えば、上記実施例では、
参照光の撮像器への到達時の位相を１／３周期を単位と
して変化させたが、位相を等分し且つ３以上の等分であ
れば、何等分としてもよい。等分数が多ければ、測定値
の精度が向上する（標準偏差が小さくなる）。但し、干
渉縞の撮像回数が増え、演算にも時間を要することにな
る。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified. For example, in the above embodiment,
The phase when the reference light reaches the image pickup device is changed in units of 1/3 cycle. However, if the phase is equally divided and equal to or more than 3, it may be divided into any equal portions. The greater the number of equal fractions, the more accurate the measured value (the smaller the standard deviation). However, the number of times the interference fringes are picked up increases, and the calculation also takes time.

【０１０３】[0103]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の位
相振幅測定装置によれば、被測定光と参照光との干渉縞
を観測するにあったて、参照光の強度を一定とし且つ参
照光の被測定光に対する位相を変化させ、各位相関係ご
とに干渉縞を撮像して、演算処理するので、被測定体と
撮像器の位置関係を固定したままで空間分解能を向上し
て、被測定光の位相および振幅の分布を精度よく測定が
できる。この結果、従来困難であった、ＣＣＤカメラに
よる物体のホログラム撮像に留まらず、従来の干渉計測
における空間分解能の向上を、視野を狭くすることなく
達成することができる。As described above in detail, according to the phase amplitude measuring apparatus of the present invention, the intensity of the reference light is kept constant when observing the interference fringes between the measured light and the reference light. The phase of the reference light with respect to the measured light is changed, the interference fringes are imaged for each phase relationship, and the arithmetic processing is performed. Therefore, the spatial resolution is improved while the positional relationship between the object to be measured and the image pickup device is fixed, The distribution of the phase and amplitude of the measured light can be measured accurately. As a result, it is possible to improve the spatial resolution in the conventional interferometric measurement without narrowing the field of view, in addition to the conventional hologram imaging of the object by the CCD camera.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の原理の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.

【図２】本発明の第１実施例の位相振幅測定装置の構成
図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a phase amplitude measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図３】撮像素子の遮光マスクの形成例の説明図であ
る。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of forming a light-shielding mask of an image sensor.

【図４】本発明の第２実施例の位相振幅測定装置の構成
図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a phase amplitude measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図５】本発明の第３実施例の位相振幅測定装置の構成
図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a phase amplitude measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１００…光源部、１１０…レーザ光源、１２０…コリメ
ータ、２００，２１０，２２０…ハーフミラー、２４０
…レンズ、２３０…反射鏡、３００…撮像器、３１０…
撮像素子、３２０…遮光マスク、４００，４５０…参照
光生成部、４１０，４２０，４６０，４７０…位相調整
器、４１１，４１２…反射鏡、４１２，４２２…ピエゾ
素子、４１３，４２３…シャッタ、４１４，４２４…液
晶素子、５００…処理演算部、５１０…フレームメモ
リ、５２０…データ処理器、５３０…インタフェース、
５４０…表示器。100 ... Light source part, 110 ... Laser light source, 120 ... Collimator, 200, 210, 220 ... Half mirror, 240
... Lens, 230 ... Reflector, 300 ... Imager, 310 ...
Image pickup element 320 ... Shading mask 400, 450 ... Reference light generator, 410, 420, 460, 470 ... Phase adjuster, 411, 412 ... Reflector, 412, 422 ... Piezo element, 413, 423 ... Shutter, 414 , 424 ... Liquid crystal element, 500 ... Processing operation unit, 510 ... Frame memory, 520 ... Data processor, 530 ... Interface,
540 ... Indicator.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 位相または振幅の空間分布に情報が反映
された被測定光と、前記被測定光と可干渉な参照光との
干渉によって発生する干渉縞を観測して被測定光の位相
および振幅を測定する位相振幅測定装置であって、 前記被測定光と前記参照光との干渉によって発生する干
渉縞を撮像する、複数の撮像素子が周期的に配列された
撮像手段と、 前記被測定光を発生する被測定光発生手段と、 外部からの指示により、前記撮像手段において前記撮像
素子の配列周期で位相周期の第１の整数倍の位相が線形
に変化し、かつ、前記被測定光の位相分布に対する前記
撮像素子への到達時点の相対位相を、初期相対位相から
位相周期の３以上の第２の整数分の１を単位として、該
単位の第３の整数倍だけ変化した参照光を生成する参照
光生成手段と、 前記参照光生成手段に前記第１の整数と前記第３の整数
との情報を通知するとともに、夫々の前記第１の整数と
前記第３の整数との組み合わせごとに前記撮像手段が撮
像した干渉縞データを収集し、収集した前記干渉縞デー
タに基づいて被測定光の位相および振幅を測定する処理
演算部と、 を備えることを特徴とする位相振幅測定装置。1. The phase of the measured light is measured by observing interference fringes generated by interference between the measured light whose information is reflected in a spatial distribution of phase or amplitude and interference of the measured light and coherent reference light. A phase-amplitude measuring device for measuring an amplitude, which captures an interference fringe generated by interference between the measured light and the reference light, and an imaging unit in which a plurality of imaging elements are arranged periodically, The light to be measured generating means for generating light and a phase from the first integer multiple of the phase period in the array period of the image pickup elements linearly change in the image pickup means according to an instruction from the outside, and the light to be measured is The reference phase obtained by changing the relative phase at the time of arrival at the image sensor with respect to the phase distribution of 1 by a third integer multiple of the unit from the initial relative phase in units of a second integer of 3 or more of the phase period. A reference light generating means for generating The reference light generation means is notified of the information of the first integer and the third integer, and the interference imaged by the imaging means for each combination of the first integer and the third integer. A phase / amplitude measuring apparatus comprising: a processing operation unit that collects fringe data and that measures a phase and an amplitude of light to be measured based on the collected interference fringe data. 【請求項２】 前記参照光生成手段は、入力した可干渉
光の前記撮像手段までの光路長を前記入力した可干渉光
の波長の前記第２の整数分の１を単位として変更するこ
とにより、前記被測定光の位相分布に対する前記撮像素
子への到達時点の位相を位相周期の第２の整数分の１ご
とに変化させる、ことを特徴とする請求項１記載の位相
振幅測定装置。2. The reference light generation means changes the optical path length of the input coherent light to the imaging means in units of the second integer fraction of the wavelength of the input coherent light. The phase amplitude measuring apparatus according to claim 1, wherein the phase at the time of reaching the image pickup element with respect to the phase distribution of the measured light is changed in every second integer of the phase period. 【請求項３】 前記参照光生成手段は、前記参照光の光
路中に配置され、外部からの指示により屈折率が変化す
る屈折率可変器を備える、ことを特徴とする請求項１記
載の位相振幅測定装置。3. The phase according to claim 1, wherein the reference light generation means includes a refractive index variator that is arranged in an optical path of the reference light and that changes a refractive index according to an instruction from the outside. Amplitude measuring device. 【請求項４】 前記被測定光発生手段は、 平行可干渉光を出力する光源手段と、 前記光源手段から出力された光を２つに分岐する光分岐
手段と、 前記光分岐手段から出力された第１の光を被測定体に照
射する照射手段と、 を備え、前記参照光生成手段は、前記光分岐手段から出
力された第２の光を入力して前記第２の光から参照光を
生成する、ことを特徴とする請求項１記載の位相振幅測
定装置。4. The light-to-be-measured generating means outputs a parallel coherent light, a light branching means for branching the light output from the light source means into two, and an output from the light branching means. Irradiating means for irradiating the object to be measured with the first light, and the reference light generating means inputs the second light output from the light splitting means and outputs the reference light from the second light. The phase-amplitude measuring device according to claim 1, wherein 【請求項５】 前記撮像手段の前記撮像素子の配列は１
次元状配列または２次元状配列である、ことを特徴とす
る請求項１記載の位相振幅測定装置。5. The array of the image pickup device of the image pickup means is one.
The phase amplitude measuring apparatus according to claim 1, wherein the phase amplitude measuring apparatus is a two-dimensional array or a two-dimensional array. 【請求項６】 前記撮像手段の夫々の前記撮像素子の大
きさは略同一であり、前記撮像素子の配列周期は配列方
向における前記撮像素子の大きさと略一致する、ことを
特徴とする請求項１記載の位相振幅測定装置。6. The size of each of the image pickup devices of the image pickup means is substantially the same, and the arrangement period of the image pickup devices is substantially the same as the size of the image pickup devices in the arrangement direction. 1. The phase amplitude measuring device according to 1. 【請求項７】 前記撮像手段の夫々の前記撮像素子は、
前記撮像素子の配列方向の周期を前記第２の数の最大値
分の１の領域ごとに分割した場合の夫々の前記領域の中
央点付近以外の領域は遮光マスクが形成されている、こ
とを特徴とする請求項１記載の位相振幅測定装置。7. The image pickup device of each of the image pickup means,
A light-shielding mask is formed in a region other than near the center point of each of the regions when the period in the array direction of the image sensor is divided into regions each of which is a maximum value of the second number. The phase amplitude measuring device according to claim 1, which is characterized in that.
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