JP3441292B2 - 位相物体の測定装置 - Google Patents
位相物体の測定装置Info
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- JP3441292B2 JP3441292B2 JP08777196A JP8777196A JP3441292B2 JP 3441292 B2 JP3441292 B2 JP 3441292B2 JP 08777196 A JP08777196 A JP 08777196A JP 8777196 A JP8777196 A JP 8777196A JP 3441292 B2 JP3441292 B2 JP 3441292B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子や液体、
気体等の位相物体の測定装置に関するもので、特に、干
渉縞の解析により光学レンズその他の光学素子の屈折率
分布の測定に適したものである。
気体等の位相物体の測定装置に関するもので、特に、干
渉縞の解析により光学レンズその他の光学素子の屈折率
分布の測定に適したものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザプリンタ、カメラなどの光
学機器に使用される光学レンズその他の光学素子とし
て、プラスチック材料による成形品が普及している。こ
のプラスチック成形レンズは、ガラス研磨レンズに比し
て非球面レンズの製作性に優れ、安価であるが、製造上
の屈折率の分布が不安定で、レンズ内部に不均一性を生
じることが多い。レンズ内部の屈折率の不均一性は、光
学特性に大きく影響を及ぼし、画質、解像度の劣化やボ
ケといった原因につながる。このようなことから、光学
レンズ内部の屈折率の分布を高精度に測定し、光学レン
ズの均質性を評価する必要がある。
学機器に使用される光学レンズその他の光学素子とし
て、プラスチック材料による成形品が普及している。こ
のプラスチック成形レンズは、ガラス研磨レンズに比し
て非球面レンズの製作性に優れ、安価であるが、製造上
の屈折率の分布が不安定で、レンズ内部に不均一性を生
じることが多い。レンズ内部の屈折率の不均一性は、光
学特性に大きく影響を及ぼし、画質、解像度の劣化やボ
ケといった原因につながる。このようなことから、光学
レンズ内部の屈折率の分布を高精度に測定し、光学レン
ズの均質性を評価する必要がある。
【０００３】光学レンズの屈折率を測定する方法として
は、精密示差屈折計などを使用してＶブロック法などに
より屈折角を計測して屈折率を求める方法や、トワイマ
ン・グリーン干渉計などの二光束干渉計を使用して干渉
縞より屈折率を測定する方法などがあり、また、光学的
均質性の測定方法として、フィゾ干渉計、マハツェンダ
干渉計などの二光束干渉計を使用し、干渉縞の解析より
透過波面を測定し、屈折率分布から光学的均質性を求め
る方法が知られている。
は、精密示差屈折計などを使用してＶブロック法などに
より屈折角を計測して屈折率を求める方法や、トワイマ
ン・グリーン干渉計などの二光束干渉計を使用して干渉
縞より屈折率を測定する方法などがあり、また、光学的
均質性の測定方法として、フィゾ干渉計、マハツェンダ
干渉計などの二光束干渉計を使用し、干渉縞の解析より
透過波面を測定し、屈折率分布から光学的均質性を求め
る方法が知られている。
【０００４】しかしながら、上述の何れの方法において
も、被検物、すなわち測定対象である光学素子を所定の
形状に高精度に加工する必要があり、測定対象である光
学素子を破壊しなければならない。また、透過波面より
求められる屈折率分布は光路進行方向に積算された平均
値となり、３次元空間的な屈折率分布を測定することは
できない。よって、屈折率の不均一部分を３次元空間的
に特定することができない。
も、被検物、すなわち測定対象である光学素子を所定の
形状に高精度に加工する必要があり、測定対象である光
学素子を破壊しなければならない。また、透過波面より
求められる屈折率分布は光路進行方向に積算された平均
値となり、３次元空間的な屈折率分布を測定することは
できない。よって、屈折率の不均一部分を３次元空間的
に特定することができない。
【０００５】そこで、本出願人は、光学素子の屈折率分
布を、形状にかかわらず、非破壊で、３次元空間的な屈
折率分布として効率よく高精度に測定することができ、
屈折率の不均一部分を３次元空間的に特定することが可
能な屈折率分布の測定方法およびその装置を開発した。
これは、同一光源からの可干渉光を用い、これを基準と
なる参照波と、屈折率がほぼ同一の試液中に浸した測定
対象の光学素子よりなる被検物を透過する被検波とに分
割し、参照波と被検波との重畳による干渉縞像を形成
し、被検物を試液中に浸した状態にて被検波の光軸に対
して直交する軸線周りに回転させ、少なくとも二つの回
転角位置のそれぞれにて上記干渉縞の解析により透過波
面を測定し、この複数方向からの透過波面の測定結果か
ら光学素子の屈折率分布を測定することを特徴としてい
る。
布を、形状にかかわらず、非破壊で、３次元空間的な屈
折率分布として効率よく高精度に測定することができ、
屈折率の不均一部分を３次元空間的に特定することが可
能な屈折率分布の測定方法およびその装置を開発した。
これは、同一光源からの可干渉光を用い、これを基準と
なる参照波と、屈折率がほぼ同一の試液中に浸した測定
対象の光学素子よりなる被検物を透過する被検波とに分
割し、参照波と被検波との重畳による干渉縞像を形成
し、被検物を試液中に浸した状態にて被検波の光軸に対
して直交する軸線周りに回転させ、少なくとも二つの回
転角位置のそれぞれにて上記干渉縞の解析により透過波
面を測定し、この複数方向からの透過波面の測定結果か
ら光学素子の屈折率分布を測定することを特徴としてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本出願人による上記光
学素子の屈折率分布の測定方法および装置によれば、屈
折率差がわずかに生じている場合でも高精度に計測が可
能であるという利点を有している。
学素子の屈折率分布の測定方法および装置によれば、屈
折率差がわずかに生じている場合でも高精度に計測が可
能であるという利点を有している。
【０００７】本発明は、上記光学素子の屈折率分布の測
定方法および装置の利点に加えて、光学素子の屈折率差
が大きい場合でも、高精度にかつ高分解能で測定するこ
とが可能であり、かつ、光学素子数を少なくすることに
より、素子自身による透過波面の乱れの影響を小さくす
ることが可能な位相物体の測定装置を提供することを目
的とする。
定方法および装置の利点に加えて、光学素子の屈折率差
が大きい場合でも、高精度にかつ高分解能で測定するこ
とが可能であり、かつ、光学素子数を少なくすることに
より、素子自身による透過波面の乱れの影響を小さくす
ることが可能な位相物体の測定装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
同一光源からの可干渉光を用いて、参照波と被検波とに
分割し、参照波と被検物を透過または反射した被検波と
を再び重畳する干渉計と、重畳する前に被検波を分割す
る手段を設け、その分割した一方の波面を横ずらしして
重畳し干渉縞を形成する干渉計とを用いた２種類の干渉
計測が可能であることを特徴とする。
同一光源からの可干渉光を用いて、参照波と被検波とに
分割し、参照波と被検物を透過または反射した被検波と
を再び重畳する干渉計と、重畳する前に被検波を分割す
る手段を設け、その分割した一方の波面を横ずらしして
重畳し干渉縞を形成する干渉計とを用いた２種類の干渉
計測が可能であることを特徴とする。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、参照波と被検物を透過または反射する被検
波とに分割する偏光ビームスプリッタと、被検波を二分
割するビームスプリッタ又はハーフミラーと、一方の参
照波と被検波を重畳して干渉縞を形成する偏光ビームス
プリッタと、もう一方の被検波を、わずかにずらして重
畳して干渉縞を形成する手段を有することを特徴とす
る。
明において、参照波と被検物を透過または反射する被検
波とに分割する偏光ビームスプリッタと、被検波を二分
割するビームスプリッタ又はハーフミラーと、一方の参
照波と被検波を重畳して干渉縞を形成する偏光ビームス
プリッタと、もう一方の被検波を、わずかにずらして重
畳して干渉縞を形成する手段を有することを特徴とす
る。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、被検物を回転させながら次々に透過波面を
測定し、ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）解析を用い
て再構成することを特徴とする。
明において、被検物を回転させながら次々に透過波面を
測定し、ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）解析を用い
て再構成することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
にかかる位相物体の測定装置の実施の形態について説明
する。図１に示す実施の形態は、請求項１記載の発明に
対応するもので、マハツェンダ干渉計とシェアリング干
渉計の組み合わせで構成されている。図１に示す測定装
置は、レーザー光を図において左右方向（ｘ方向）に出
射するレーザ光源１と、ビームエキスパンダ３と、光束
分離用のビームスプリッタＢＳ１と、このビームスプリ
ッタＢＳ１でｙ方向に反射された光束をｘ方向に反射す
る高反射ミラー９と、ビームスプリッタＢＳ１を透過
し、かつ、位相物体からなる被検物Ａを透過し又は反射
した光束を二分割するビームスプリッタＢＳ２と、この
ビームスプリッタＢＳ２でｙ方向に反射された光束と高
反射ミラー９からの光束とを重畳するビームスプリッタ
ＢＳ３と、重畳された光束を収束させる結像レンズ１３
と、この結像レンズ１３によって受光面に像が結ばれる
ＣＣＤなどのエリアイメージセンサによる干渉縞検出器
１５とを有する。
にかかる位相物体の測定装置の実施の形態について説明
する。図１に示す実施の形態は、請求項１記載の発明に
対応するもので、マハツェンダ干渉計とシェアリング干
渉計の組み合わせで構成されている。図１に示す測定装
置は、レーザー光を図において左右方向（ｘ方向）に出
射するレーザ光源１と、ビームエキスパンダ３と、光束
分離用のビームスプリッタＢＳ１と、このビームスプリ
ッタＢＳ１でｙ方向に反射された光束をｘ方向に反射す
る高反射ミラー９と、ビームスプリッタＢＳ１を透過
し、かつ、位相物体からなる被検物Ａを透過し又は反射
した光束を二分割するビームスプリッタＢＳ２と、この
ビームスプリッタＢＳ２でｙ方向に反射された光束と高
反射ミラー９からの光束とを重畳するビームスプリッタ
ＢＳ３と、重畳された光束を収束させる結像レンズ１３
と、この結像レンズ１３によって受光面に像が結ばれる
ＣＣＤなどのエリアイメージセンサによる干渉縞検出器
１５とを有する。
【００１２】さらに、上記ビームスプリッタＢＳ２を透
過した他方の光束をｙ方向に反射させる２枚の平行平板
８１、８２からなるシェアリング発生部８０と、このシ
ェアリング発生部８０からの光束を収束させる結像レン
ズ７３と、この結像レンズ７３によって受光面に像が結
ばれるＣＣＤなどのエリアイメージセンサによる干渉縞
検出器７５とを有してなる。
過した他方の光束をｙ方向に反射させる２枚の平行平板
８１、８２からなるシェアリング発生部８０と、このシ
ェアリング発生部８０からの光束を収束させる結像レン
ズ７３と、この結像レンズ７３によって受光面に像が結
ばれるＣＣＤなどのエリアイメージセンサによる干渉縞
検出器７５とを有してなる。
【００１３】レーザ光源１より出射される可干渉光とし
てのレーザ光は、ビームエキスパンダ３によって光束径
を拡大され、ビームスプリッタＢＳ１によって図の下方
ｙ方向に反射される参照波ａと、上記ビームスプリッタ
ＢＳ１を直進する被検波ｂとに分離される。上記参照波
ａは、高反射ミラー９により図の右方ｘ方向に反射さ
れ、被検物Ａを透過することなくビームスプリッタＢＳ
２に至る。上記被検波ｂは、被検物Ａを透過したあとビ
ームスプリッタＢＳ２で二分割され、ビームスプリッタ
ＢＳ２で図の下方に直角に反射された光束は上記ビーム
スプリッタＢＳ３に至る。
てのレーザ光は、ビームエキスパンダ３によって光束径
を拡大され、ビームスプリッタＢＳ１によって図の下方
ｙ方向に反射される参照波ａと、上記ビームスプリッタ
ＢＳ１を直進する被検波ｂとに分離される。上記参照波
ａは、高反射ミラー９により図の右方ｘ方向に反射さ
れ、被検物Ａを透過することなくビームスプリッタＢＳ
２に至る。上記被検波ｂは、被検物Ａを透過したあとビ
ームスプリッタＢＳ２で二分割され、ビームスプリッタ
ＢＳ２で図の下方に直角に反射された光束は上記ビーム
スプリッタＢＳ３に至る。
【００１４】上記高反射ミラー９は、ピエゾ素子などか
らなる電気−変位変換素子１９によって支持され、位相
シフト法による干渉縞解析を行うために、被検波ｂの光
路長を波長オーダーで可変設定すべく光路方向に微動変
位可能に配置されている。ビームスプリッタＢＳ２で反
射された上記被検波ｂはビームスプリッタＢＳ３で参照
波ａと重畳され、結像レンズ１３を通過後、検出器１５
上に干渉縞を形成する。この干渉縞を形成する光学系は
マハツェンダ干渉計を構成している。
らなる電気−変位変換素子１９によって支持され、位相
シフト法による干渉縞解析を行うために、被検波ｂの光
路長を波長オーダーで可変設定すべく光路方向に微動変
位可能に配置されている。ビームスプリッタＢＳ２で反
射された上記被検波ｂはビームスプリッタＢＳ３で参照
波ａと重畳され、結像レンズ１３を通過後、検出器１５
上に干渉縞を形成する。この干渉縞を形成する光学系は
マハツェンダ干渉計を構成している。
【００１５】一方、上記ビームスプリッタＢＳ２を透過
した被検波は、ある一定の間隔をあけて配置された前記
２枚の平行平板８１、８２によって反射される。この平
行平板８１、８２の内側の２面は面精度の高い研磨面で
あり、外側の２面は無反射面となっている。この構成に
より平行平板８１、８２の内側の面によって光路が分割
され、内側の２面の距離に比例して横シフトした２つの
被検波が干渉するシェアリング干渉計となっている。干
渉縞に応じた強度信号は、結像レンズ７３によって収束
され、検出器７５に取り込まれる。各検出器１５、７５
は、リニアＣＣＤや２次元ＣＣＤといったアレイ状のセ
ンサを用いる。また、参照波ａ側の光路に減衰板を用い
るとコントラストの良い干渉縞を得やすい利点がある。
した被検波は、ある一定の間隔をあけて配置された前記
２枚の平行平板８１、８２によって反射される。この平
行平板８１、８２の内側の２面は面精度の高い研磨面で
あり、外側の２面は無反射面となっている。この構成に
より平行平板８１、８２の内側の面によって光路が分割
され、内側の２面の距離に比例して横シフトした２つの
被検波が干渉するシェアリング干渉計となっている。干
渉縞に応じた強度信号は、結像レンズ７３によって収束
され、検出器７５に取り込まれる。各検出器１５、７５
は、リニアＣＣＤや２次元ＣＣＤといったアレイ状のセ
ンサを用いる。また、参照波ａ側の光路に減衰板を用い
るとコントラストの良い干渉縞を得やすい利点がある。
【００１６】図１に示す実施の形態によれば、マハツェ
ンダ干渉とシェアリング干渉の同時計測が可能である。
波長をλとしたとき透過波面量が数λ程度以下というよ
うに比較的小さい位相物体を計測する場合は、検出器１
５で位相シフト法により縞解析を行う。透過波面量が大
きい位相物体を計測する場合には干渉縞の本数が多く検
出器１５の分解能を越えてしまうことがある。この場合
は、シェアリング干渉により解析する。シェアリング干
渉は被検波ｂ同士の干渉であるため感度を落とす効果が
ある。すなわち検出器７５上での透過波面量は小さくな
り、検出器１５では縞解析できない位相物体であっても
計測可能となる。
ンダ干渉とシェアリング干渉の同時計測が可能である。
波長をλとしたとき透過波面量が数λ程度以下というよ
うに比較的小さい位相物体を計測する場合は、検出器１
５で位相シフト法により縞解析を行う。透過波面量が大
きい位相物体を計測する場合には干渉縞の本数が多く検
出器１５の分解能を越えてしまうことがある。この場合
は、シェアリング干渉により解析する。シェアリング干
渉は被検波ｂ同士の干渉であるため感度を落とす効果が
ある。すなわち検出器７５上での透過波面量は小さくな
り、検出器１５では縞解析できない位相物体であっても
計測可能となる。
【００１７】次に、請求項２記載の発明に対応した実施
の形態について図２を参照しながら説明する。図２に示
す実施の形態は、図１に示す実施の形態におけるビーム
スプリッタＢＳ１を偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に置
き換え、ビームスプリッタＢＳ３を偏光ビームスプリッ
タＰＢＳ２に置き換え、また、ビームスプリッタＢＳ３
と結像レンズ１３との間に偏光子５１を配置した点が図
１に示す実施の形態と異なる点である。図２において、
ビームエキスパンダ３によって広げられたレーザ光は偏
光ビームスプリッタＰＢＳ１によって参照波ａと被検波
ｂの比がほぼ２対１になるように直線偏光面の入射角度
が調整されている。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１で反
射された光は参照波ａとなり、その光路を波長オーダで
可変設定可能な駆動素子（例えばピエゾ素子）１９がつ
いたミラー９で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
２に至る。
の形態について図２を参照しながら説明する。図２に示
す実施の形態は、図１に示す実施の形態におけるビーム
スプリッタＢＳ１を偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に置
き換え、ビームスプリッタＢＳ３を偏光ビームスプリッ
タＰＢＳ２に置き換え、また、ビームスプリッタＢＳ３
と結像レンズ１３との間に偏光子５１を配置した点が図
１に示す実施の形態と異なる点である。図２において、
ビームエキスパンダ３によって広げられたレーザ光は偏
光ビームスプリッタＰＢＳ１によって参照波ａと被検波
ｂの比がほぼ２対１になるように直線偏光面の入射角度
が調整されている。偏光ビームスプリッタＰＢＳ１で反
射された光は参照波ａとなり、その光路を波長オーダで
可変設定可能な駆動素子（例えばピエゾ素子）１９がつ
いたミラー９で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
２に至る。
【００１８】一方、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を透
過した光は被検物Ａを透過しビームスプリッタＢＳ２に
よって二分割される。このＢＳ２で反射された被検波ｂ
と、上記参照波ａは偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で重
ね合わされる。このとき被検波ａの光量と参照波ｂの光
量はほぼ１対１の関係にある。また、偏光面と偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２の効果で光量のロスな
く参照波ａと被検波ｂが偏光子５１側に達する。参照波
ａと被検波ｂは偏光子５１と結像レンズ１３を通過後検
出器１５上に干渉縞を形成する。一方、ビームスプリッ
タＢＳ２を透過した被検波ｂはシェアリング干渉を起こ
し、結像レンズ７３を経て検出器７５上に受光される。
各検出器１５、７５上の干渉縞に応じた強度信号は、図
示されないＡ−Ｄ変換器でデジタル信号に変換され演算
装置で処理される。
過した光は被検物Ａを透過しビームスプリッタＢＳ２に
よって二分割される。このＢＳ２で反射された被検波ｂ
と、上記参照波ａは偏光ビームスプリッタＰＢＳ２で重
ね合わされる。このとき被検波ａの光量と参照波ｂの光
量はほぼ１対１の関係にある。また、偏光面と偏光ビー
ムスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２の効果で光量のロスな
く参照波ａと被検波ｂが偏光子５１側に達する。参照波
ａと被検波ｂは偏光子５１と結像レンズ１３を通過後検
出器１５上に干渉縞を形成する。一方、ビームスプリッ
タＢＳ２を透過した被検波ｂはシェアリング干渉を起こ
し、結像レンズ７３を経て検出器７５上に受光される。
各検出器１５、７５上の干渉縞に応じた強度信号は、図
示されないＡ−Ｄ変換器でデジタル信号に変換され演算
装置で処理される。
【００１９】図２に示す実施の形態によれば、マハツェ
ンダ干渉とシェアリング干渉の同時計測が可能である。
透過波面量が比較的小さい位相物体を計測する場合は、
検出器１５で位相シフト法により縞解析を行う。透過波
面量が大きい位相物体を計測する場合は、シェアリング
干渉により解析する。前述のように、シェアリング干渉
は被検波ｂ同士の干渉であるため感度を落とす効果があ
る。すなわち検出器７５上での透過波面量は小さくな
り、検出器１５では縞解析できない位相物体であっても
計測可能となる。
ンダ干渉とシェアリング干渉の同時計測が可能である。
透過波面量が比較的小さい位相物体を計測する場合は、
検出器１５で位相シフト法により縞解析を行う。透過波
面量が大きい位相物体を計測する場合は、シェアリング
干渉により解析する。前述のように、シェアリング干渉
は被検波ｂ同士の干渉であるため感度を落とす効果があ
る。すなわち検出器７５上での透過波面量は小さくな
り、検出器１５では縞解析できない位相物体であっても
計測可能となる。
【００２０】次に、請求項３記載の発明に対応した実施
の形態について図３を参照しながら説明する。図３に示
す実施の形態は、ＣＴ解析を用いて計測するようにした
もので、図２に示す実施の形態における被検物Ａを、図
３に示すように、屈折率が被検物Ａとほぼ一致した試液
Ｂを満たした容器２１中に浸したものである。光束の入
射窓２５及び出射窓２７は面精度の良いオプティカルフ
ラット２９、３１を用いて密閉している。被検物Ａは光
軸に対して垂直、図３において紙面に垂直な回転軸を持
つ被検台２３上に設置されており、容器２１は固定の状
態で被検物Ａが上記回転軸を中心に回転可能な構造にな
っている。その他の構成は図２に示す実施の形態と同じ
である。
の形態について図３を参照しながら説明する。図３に示
す実施の形態は、ＣＴ解析を用いて計測するようにした
もので、図２に示す実施の形態における被検物Ａを、図
３に示すように、屈折率が被検物Ａとほぼ一致した試液
Ｂを満たした容器２１中に浸したものである。光束の入
射窓２５及び出射窓２７は面精度の良いオプティカルフ
ラット２９、３１を用いて密閉している。被検物Ａは光
軸に対して垂直、図３において紙面に垂直な回転軸を持
つ被検台２３上に設置されており、容器２１は固定の状
態で被検物Ａが上記回転軸を中心に回転可能な構造にな
っている。その他の構成は図２に示す実施の形態と同じ
である。
【００２１】ビームエキスパンダ３によって広げられた
レーザ光は偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって、参
照波ａと、被検物を透過する被検波ｂとなる。参照波ａ
は光路が波長オーダで可変設定可能なピエゾ素子等から
なる駆動素子１９のついたミラー９で反射され、偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳ２に至る。被検波ｂは被検物Ａを
透過した後ビームスプリッタＢＳ２によって二分割され
る。ビームスプリッタＢＳ２で反射された光束は、偏光
ビームスプリッタＰＢＳ２で参照波ａと重ね合わされ、
結像レンズ１３を通過後検出器１５上に干渉縞を形成す
る。よって、この光学系はマハツェンダ干渉計を構成し
ている。一方、ビームスプリッタＢＳ２を透過した被検
波ｂは、ある一定の間隔をあけて配置された２枚の平行
平板８１、８２からなるシェアリング発生部８０で反射
され、この平行平板８１、８２の内側の２面の距離に比
例して横シフトした２つの被検波が干渉する。よって、
この光学系はシェアリング干渉計を構成している。
レーザ光は偏光ビームスプリッタＰＢＳ１によって、参
照波ａと、被検物を透過する被検波ｂとなる。参照波ａ
は光路が波長オーダで可変設定可能なピエゾ素子等から
なる駆動素子１９のついたミラー９で反射され、偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳ２に至る。被検波ｂは被検物Ａを
透過した後ビームスプリッタＢＳ２によって二分割され
る。ビームスプリッタＢＳ２で反射された光束は、偏光
ビームスプリッタＰＢＳ２で参照波ａと重ね合わされ、
結像レンズ１３を通過後検出器１５上に干渉縞を形成す
る。よって、この光学系はマハツェンダ干渉計を構成し
ている。一方、ビームスプリッタＢＳ２を透過した被検
波ｂは、ある一定の間隔をあけて配置された２枚の平行
平板８１、８２からなるシェアリング発生部８０で反射
され、この平行平板８１、８２の内側の２面の距離に比
例して横シフトした２つの被検波が干渉する。よって、
この光学系はシェアリング干渉計を構成している。
【００２２】図３に示す実施の形態では、あらかじめ被
検物Ａを被検台２３にセットしない状態で透過波面を測
定することにより、装置自身の定常的な誤差成分を排除
する。次に、被検物Ａを被検台２３にセットし透過波面
を測定する。このとき被検物Ａの屈折率が完全に均一で
試液の屈折率と等しい場合、縞解析結果は０となる。し
かし、被検物が試液の屈折率よりわずかにずれている場
合、以下の関係式が成り立つ。 φ（ｙ）＝（２π／λ）∫Δｎ（ｘ，ｙ）ｄｘ ただし φ（ｙ）：透過波面（ｒａｄ） Δｎ（ｘ，ｙ）：被検物と試液との屈折率差 λ：レーザ光の波長 である。
検物Ａを被検台２３にセットしない状態で透過波面を測
定することにより、装置自身の定常的な誤差成分を排除
する。次に、被検物Ａを被検台２３にセットし透過波面
を測定する。このとき被検物Ａの屈折率が完全に均一で
試液の屈折率と等しい場合、縞解析結果は０となる。し
かし、被検物が試液の屈折率よりわずかにずれている場
合、以下の関係式が成り立つ。 φ（ｙ）＝（２π／λ）∫Δｎ（ｘ，ｙ）ｄｘ ただし φ（ｙ）：透過波面（ｒａｄ） Δｎ（ｘ，ｙ）：被検物と試液との屈折率差 λ：レーザ光の波長 である。
【００２３】屈折率分布が一様でない被検物に光を透過
し、検出器上に生じた干渉縞を取り込み縞解析を行うこ
とで、得られた透過波面から屈折率分布を求めることが
できる。しかし、一度の測定で得られる結果は、被検物
Ａの厚み方向（ｘ方向）に積算された透過波面である。
従って不均一部分の空間的な位置を決定するためには被
検物Ａを回転させ、同様の縞解析を複数回行う必要があ
る。すなわち被検物Ａを干渉計の光軸に対して相対的に
Ｚ軸の回りに回転させ、入射方向に対して１８０゜（あ
るいは３６０゜）にわたる範囲で測定し、コンピュータ
上で再合成する。これにより、被検物Ａの３次元屈折率
分布を測定することができる。
し、検出器上に生じた干渉縞を取り込み縞解析を行うこ
とで、得られた透過波面から屈折率分布を求めることが
できる。しかし、一度の測定で得られる結果は、被検物
Ａの厚み方向（ｘ方向）に積算された透過波面である。
従って不均一部分の空間的な位置を決定するためには被
検物Ａを回転させ、同様の縞解析を複数回行う必要があ
る。すなわち被検物Ａを干渉計の光軸に対して相対的に
Ｚ軸の回りに回転させ、入射方向に対して１８０゜（あ
るいは３６０゜）にわたる範囲で測定し、コンピュータ
上で再合成する。これにより、被検物Ａの３次元屈折率
分布を測定することができる。
【００２４】コンピュータ上の処理方法としては、Ｘ線
ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）解析
と同様の手法を用いる。ＣＴ解析の手法の一例としてフ
ーリエ変換法があり、その演算の手順を図４に、フーリ
エ変換法の概念を図５に示す。図４、図５において、角
度φの方向から入射した透過波面データＰ（ｙ，φ）
（０≦φ＜２π（またはπでも可））を１次元フーリエ
変換する。フーリエ変換された各断面の極座標のデータ
を直交座標に変換した後、２次元逆フーリエ変換を施す
ことにより、被検物の２次元屈折率分布を再構成するこ
とができる。この再構成された２次元屈折率分布をディ
スプレイ等に出力させて表示することにより、あるいは
適宜の出力手段を用いて出力させることにより、被検物
の屈折率分布を測定することができる。
ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）解析
と同様の手法を用いる。ＣＴ解析の手法の一例としてフ
ーリエ変換法があり、その演算の手順を図４に、フーリ
エ変換法の概念を図５に示す。図４、図５において、角
度φの方向から入射した透過波面データＰ（ｙ，φ）
（０≦φ＜２π（またはπでも可））を１次元フーリエ
変換する。フーリエ変換された各断面の極座標のデータ
を直交座標に変換した後、２次元逆フーリエ変換を施す
ことにより、被検物の２次元屈折率分布を再構成するこ
とができる。この再構成された２次元屈折率分布をディ
スプレイ等に出力させて表示することにより、あるいは
適宜の出力手段を用いて出力させることにより、被検物
の屈折率分布を測定することができる。
【００２５】この測定装置では、前記二つの検出器１
５、７５を用いたマハツェンダ干渉計とシェアリング干
渉計による同時計測が可能である。干渉縞の本数が少な
い場合は検出器１５で位相シフト法により計測する。干
渉縞の本数が多く検出器１５の分解能を越えている場合
には、検出器７５を用いてシェアリング干渉により解析
する。２つの干渉計を組み合わせることで屈折率差の大
きい被検物を高分解能に計測することができる。
５、７５を用いたマハツェンダ干渉計とシェアリング干
渉計による同時計測が可能である。干渉縞の本数が少な
い場合は検出器１５で位相シフト法により計測する。干
渉縞の本数が多く検出器１５の分解能を越えている場合
には、検出器７５を用いてシェアリング干渉により解析
する。２つの干渉計を組み合わせることで屈折率差の大
きい被検物を高分解能に計測することができる。
【００２６】なお、図１に示すビームスプリッタＢＳ
１、図１、図２、図３に示すビームスプリッタＢＳ２
は、それぞれ半透過プリズムで構成されているが、これ
に代えてハーフミラーで構成しても差し支えない。
１、図１、図２、図３に示すビームスプリッタＢＳ２
は、それぞれ半透過プリズムで構成されているが、これ
に代えてハーフミラーで構成しても差し支えない。
【００２７】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、同一光源
からの可干渉光を用いて、参照波と被検波とに分割し、
参照波と被検物を透過または反射した被検波とを再び重
畳するシェアリング干渉計による計測と、重畳する前に
被検波を分割する手段を設け、その分割した一方の波面
を横ずらしして重畳し、干渉縞を形成するマハツェンダ
干渉計による計測の２種類の干渉計測を同時に行うこと
を可能にしたため、１つの装置で高分解能かつ高ダイナ
ミックレンジの計測が可能となり、屈折率差が大きい場
合でも屈折率分布の測定が可能となった。また光学素子
数が少ないため光学素子による波面の乱れが小さく精度
の高い計測が可能になる利点もある。
からの可干渉光を用いて、参照波と被検波とに分割し、
参照波と被検物を透過または反射した被検波とを再び重
畳するシェアリング干渉計による計測と、重畳する前に
被検波を分割する手段を設け、その分割した一方の波面
を横ずらしして重畳し、干渉縞を形成するマハツェンダ
干渉計による計測の２種類の干渉計測を同時に行うこと
を可能にしたため、１つの装置で高分解能かつ高ダイナ
ミックレンジの計測が可能となり、屈折率差が大きい場
合でも屈折率分布の測定が可能となった。また光学素子
数が少ないため光学素子による波面の乱れが小さく精度
の高い計測が可能になる利点もある。
【００２８】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、参照波と被検波とに分割するビーム
スプリッタを偏光ビームスプリッタとし、一方の参照波
と被検波を重畳して干渉縞を形成するビームスプリッタ
を偏光ビームスプリッタとしたため、参照波と被検波の
分割比を適正量に調整することができ、非常にコントラ
ストの良い干渉縞を容易に得ることができる。また、光
量のロスが小さく、光利用効率が高くなる利点もある。
載の発明において、参照波と被検波とに分割するビーム
スプリッタを偏光ビームスプリッタとし、一方の参照波
と被検波を重畳して干渉縞を形成するビームスプリッタ
を偏光ビームスプリッタとしたため、参照波と被検波の
分割比を適正量に調整することができ、非常にコントラ
ストの良い干渉縞を容易に得ることができる。また、光
量のロスが小さく、光利用効率が高くなる利点もある。
【００２９】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明において、被検物を回転させながら次々に透過
波面を測定し、ＣＴ解析を用いて再構成するようにした
ため、被検物の屈折率分布を容易に測定することができ
る。
載の発明において、被検物を回転させながら次々に透過
波面を測定し、ＣＴ解析を用いて再構成するようにした
ため、被検物の屈折率分布を容易に測定することができ
る。
【図１】本発明にかかる位相物体の測定装置の実施の形
態を示す光学配置図である。
態を示す光学配置図である。
【図２】本発明にかかる位相物体の測定装置の別の実施
の形態を示す光学配置図である。
の形態を示す光学配置図である。
【図３】本発明にかかる位相物体の測定装置のさらに別
の実施の形態を示す光学配置図である。
の実施の形態を示す光学配置図である。
【図４】本発明に適用可能なＣＴ解析法の例を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図５】同上ＣＴ解析法の概念図である。
１ 光源
ａ 参照波
ｂ 被検波
Ａ 被検物 ＢＳ１ ビームスプリッタ
ＢＳ２ ビームスプリッタ
ＢＳ３ ビームスプリッタ
ＰＢＳ１ 偏光ビームスプリッタ
ＰＢＳ２ 偏光ビームスプリッタ
１５ 検出器
７５ 検出器
８０ シェアリング発生部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 11/00 - 11/08
G01B 9/00 - 9/10
G01N 21/17 - 21/61
G01J 3/00 - 4/04
G01J 7/00 - 9/04
G01B 11/00 - 11/30
Claims (3)
- 【請求項１】 同一光源からの可干渉光を用いて、参照
波と被検波とに分割し、参照波と被検物を透過または反
射した被検波とを再び重畳する干渉計と、重畳する前に
被検波を分割する手段を設け、その分割した一方の波面
を横ずらしして重畳し干渉縞を形成する干渉計とを用い
た２種類の干渉計測が可能であることを特徴とする位相
物体の測定装置。 - 【請求項２】 参照波と被検物を透過または反射する被
検波とに分割する偏光ビームスプリッタと、被検波を二
分割するビームスプリッタ又はハーフミラーと、一方の
参照波と被検波を重畳して干渉縞を形成する偏光ビーム
スプリッタと、もう一方の被検波を、わずかにずらして
重畳して干渉縞を形成する手段を有することを特徴とす
る請求項１記載の位相物体の測定装置。 - 【請求項３】 被検物を回転させながら次々に透過波面
を測定し、ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）解析を用
いて再構成することを特徴とする請求項１記載の位相物
体の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08777196A JP3441292B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 位相物体の測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08777196A JP3441292B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 位相物体の測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09281003A JPH09281003A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3441292B2 true JP3441292B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=13924245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08777196A Expired - Fee Related JP3441292B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 位相物体の測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441292B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103630336B (zh) * | 2013-12-02 | 2016-04-20 | 南京理工大学 | 基于随机快轴方位角延迟阵列的动态干涉测量方法 |
| JP2018048899A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 株式会社日立製作所 | レーザ計測装置及びレーザ超音波装置 |
| WO2020022252A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Nikon Corporation | Shearing interferometry measurement device for microscopy |
| US12045008B2 (en) | 2020-12-28 | 2024-07-23 | Korea Photonics Technology Institute | Holographic microscope |
| KR102622627B1 (ko) * | 2020-12-30 | 2024-01-09 | 한국광기술원 | 홀로그래픽 현미경 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP08777196A patent/JP3441292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09281003A (ja) | 1997-10-31 |
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