JPH07208953A - 位相振幅測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 被測定光を撮像手段３００に照射されるとと
もに、処理演算手段５００が参照光生成手段４００に参
照光の位相条件を指示し、この指示に従って参照光生成
手段４００で生成された参照光が撮像素子に照射され
る。夫々の位相条件ごとに、撮像手段３００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５００に通知す
る。処理演算手段５００は、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の大きさより
も小さな空間分解能で、被測定光の位相および振幅の分
布を演算して求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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，φ_i ））に、
計測時の位相変化分（φ_i ）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。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００２４】被測定光Ｑ（ｘ，ｔ）は、一般に、 Ｑ（ｘ，ｔ）＝Ｑ_AP（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝Ａ_Q （ｘ）・ｅｘｐ（ｊＰ_Q （ｘ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（３） ここで、Ａ_Q （ｘ）：被測定光の位置ｘにおける振幅 Ｐ_Q （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Ａ_Q （ｘ）
およびＰ_Q （ｘ）である。一方、参照光Ｒ（ｘ，ｔ）
は、一般に、 Ｒ（ｘ，ｔ）＝Ｒ_AP（ｘ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝Ａ_R （ｘ）・ｅｘｐ（ｊＰ_R （ｘ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（４） ここで、Ａ_R （ｘ）：参照光の位置ｘにおける振幅 Ｐ_R （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Ｉ_T は、次の通りとなる。

【００２５】

【数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Ｉ_T 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Ｑ_AP（ｘ）とＲ_AP（ｘ）とを
考えればよい。

【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Ｒ_AP（ｍ）を、 Ｒ_AP（ｍ，Ｌ）＝Ａ_R ｅｘｐ（ｊ（（（２πＬ）／Ｍ）ｍ＋α）） …（６） ここで、Ａ_R ：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、 Ｒ_AP（ｍ，Ｌ，ｄ）＝Ａ_R ｅｘｐ（ｊ２π（Ｌ（ｍ／Ｍ）＋ｄ／Ｄ）） …（７） となる。このとき、光検出信号Ｉ_T はＬとｄとの関数で
あり、次の通りである。

【００２８】

【数４】

【００２９】位相調整量α、すなわちｄを変化させてＩ
_T （Ｌ，０）〜Ｉ_T （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（Ｉ_C ，Ｉ_S ）を
求める。

【００３０】

【数５】

【００３１】

【数６】

【００３２】（９）および（１０）式は、未知数がＣ_Q
（ｍ）およびＳ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）の連立方程
式である。

【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Ｉ_C （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Ｓ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１））であ
り、式が２Ｍ個（Ｉ_C （Ｌ）がＭ個、Ｉ_S （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。

【００３４】

【数７】

【００３５】この（１１）式の行列Ｘ（Ｘ_ij）は正則で
ある。したがって、Ｉ_C （Ｌ）およびＩ_S （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Ｃ_Q （ｍ）
およびＳ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）について解けば、
Ｃ_Q （ｍ）およびＳ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を算出
することができる。

【００３６】算出したＣ_Q （ｍ）およびＳ_Q （ｍ）（ｍ
＝０〜Ｍ−１）を用いて、 Ｓ_Q （ｍ）／Ｃ_Q （ｍ） ＝Ｂ_Q （ｍ）ｓｉｎＰ_Q （ｍ）／Ｂ_Q （ｍ）ｃｏｓＰ_Q （ｍ） ＝ｔａｎＰ_Q （ｍ） …（１２） より、被測定光の位相Ｐ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）が
求まる。また、位相Ｐ_Ｑ（ｍ）が求まると、 Ａ_Ｑ （ｍ）＝Ｃ_Q （ｍ）／Ａ_R ｃｏｓＰ_Q （ｍ） …（１３） または、 Ａ_Q （ｍ）＝Ｓ_Q （ｍ）／Ａ_R ｓｉｎＰ_Q （ｍ） …（１４） より、被測定光の振幅Ａ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）が
求まる。

【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。

【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。

【００３９】被測定光Ｑ（ｘ，ｙ，ｔ）は、一般に、 Ｑ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｑ_AP（ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝Ａ_Q （ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（ｊＰ_Q （ｘ，ｙ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（１５） ここで、Ａ_Q （ｘ，ｙ）：被測定光の位置（ｘ，ｙ）に
おける振幅 Ｐ_Q （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Ａ_Q （ｘ，
ｙ）およびＰ_Q （ｘ，ｙ）である。一方、参照光Ｒ
（ｘ，ｙ，ｔ）は、一般に、 Ｒ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｒ_AP（ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（−ｊωｔ） ＝Ａ_R （ｘ，ｙ）・ｅｘｐ（ｊＰ_R （ｘ，ｙ）） ・ｅｘｐ（−ｊωｔ） …（１６） ここで、Ａ_R （ｘ，ｙ）：参照光の位置（ｘ，ｙ）にお
ける振幅 Ｐ_R （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Ｉ_T は、次の通りとなる。

【００４０】

【数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Ｉ_T 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Ｑ_AP（ｘ，ｙ）とＲ
_AP（ｘ，ｙ）とを考えればよい。

【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Ｒ_AP（ｍ，ｎ）を、 R_AP(m,n,L,K)= A_R exp(j(2π(Lm/M+Kn/N)+α)) …（１８・１） ここで、Ａ_R ：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、
R_AP(m,n,L,K,d)= A_R exp(j2π((Lm/M+Kn/N)+d/D))
…（１８・２）となる。このとき、光検出信号Ｉ_T
はＬ、Ｋ、およびｄの関数であり、次の通りである。

【００４３】

【数９】

【００４４】位相調整量α、すなわちｄを変化させてＩ
_T （Ｌ，Ｋ，０）〜Ｉ_T （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（Ｉ_C ，
Ｉ_S）を求める。

【００４５】

【数１０】

【００４６】

【数１１】

【００４７】（１９）および（２０）式は、未知数がＣ
_Q （ｍ，ｎ）およびＳ_Q （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−１，
ｎ＝０〜Ｎ−１）の連立方程式である。

【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Ｉ_C （Ｌ，Ｋ）およびＩ_S （Ｌ，
Ｋ）を求める。この結果、未知数が２ＭＮ個（Ｃ
_Q （ｍ，ｎ）およびＳ_Q （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−１，
ｎ＝０〜Ｎ−１））であり、式が２ＭＮ個（Ｉ_C （Ｌ，
Ｋ）がＭＮ個、Ｉ_S （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。

【００４９】

【数１２】

【００５０】この（２１）式の行列Ｙ（Ｙ_ij）は正則で
あり。したがって、Ｉ_C （Ｌ，Ｋ）およびＩ_S （Ｌ，
Ｋ）（Ｌ＝０〜Ｍ−１，Ｋ＝０〜Ｎ−１）を（１９）お
よび（２０）式で測定値Ｉ_T （Ｌ，ｄ）から求め、（２
１）式を未知数Ｃ_Q （ｍ）およびＳ_Q （ｍ）（ｍ＝０〜
Ｍ−１）について解けば、Ｃ_Q （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。

【００５１】算出したＣ_Q （ｍ，ｎ）およびＳ_Q （ｍ，
ｎ）を用いて、 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） より、被測定光の位相Ｐ_Q （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−
１，ｎ＝０〜Ｎ−１）が求まる。また、位相Ｐ_Q （ｍ，
ｎ）が求まると、 Ａ_Q （ｍ，ｎ）＝Ｃ_Q （ｍ，ｎ）／Ａ_R ｃｏｓＰ_Q （ｍ，ｎ） …（２３） または、 Ａ_Q （ｍ，ｎ）＝Ｓ_Q （ｍ，ｎ）／Ａ_R ｓｉｎＰ_Q （ｍ，ｎ） …（２４） より、被測定光の振幅Ａ_Q （ｍ，ｎ）（ｍ＝０〜Ｍ−
１，ｎ＝０〜Ｎ−１）が求まる。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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（Ｉ_T （Ｌ，
ｄ）＝Ｉ_T （Ｌ，ｄ，ｍ＝０）＋Ｉ_T （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（Ｉ_T （０，０）、Ｉ_T
（０，１）、Ｉ_T （０，２）、Ｉ_T （１，０）、Ｉ
_T （１，１）、およびＩ_T （１，２））である。

【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、Ｉ_C （Ｌ）およびＩ_S （Ｌ）
（Ｌ＝０〜１）を次のように演算する。

【００７１】

【数１３】

【００７２】

【数１４】

【００７３】

【数１５】

【００７４】

【数１６】

【００７５】したがって、Ｉ_C （Ｌ）およびＩ_S （Ｌ）
（Ｌ＝０〜１）とＣ_Q （ｍ）およびＳ_Q （ｍ）（ｍ＝０
〜１）との関係は、次の通りとなる。

【００７６】

【数１７】

【００７７】（２９）式で表される４元１次連立方程式
を解いて、Ｃ_Q （０）、Ｓ_Q （０）、Ｃ_Q （１）、およ
びＳ_Q （１）を求める。こうして求めたＣ_Q （０）、Ｓ
_Q （０）、Ｃ_Q （１）、およびＳ_Q （１）には（１２）
式の関係があるので、 Ｐ_Q （０）＝ｔａｎ^-1（Ｓ_Q （０）／Ｃ_Q （０）） …（３０） Ｐ_Q （１）＝ｔａｎ^-1（Ｓ_Q （１）／Ｃ_Q （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。

【００７８】更に、（１３）式を使用して、 Ａ_Q （０）＝Ｃ_Q （０）／Ａ_R ｃｏｓＰ_Q （０） …（３２） Ａ_Q （１）＝Ｃ_Q （１）／Ａ_R ｃｏｓＰ_Q （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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理の説明図である。

【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。

【図３】撮像素子の遮光マスクの形成例の説明図であ
る。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。