JPH08261728A - 光学的界面間寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超短パルス光をビームスプリッタにより被検
体へのプローブ光とポンプ光に分離し、プローブ光の被
検体の各界面からの反射光とポンプ光の両パルスが同期
したときのポンプ光の光路長を測定することにより、測
定操作を簡易とし、被検体の厚みに拘わらず高精度な界
面間寸法測定を可能とする。 【構成】 超短パルス光２ａがプローブ光２ｂとポンプ
光２ｃに分離され、このプローブ光２ｂの被検体３の各
レンズ界面からの反射光と、ポンプ光２ｃの光遅延量可
変手段５からの反射光が合致パルス発生手段８に入射さ
れる。上記両反射光のパルスの合致パルス発生手段８へ
の入射タイミングが合致したとき合致パルスが出力さ
れ、これに応じて検出電気信号12ａが光学的寸法算出手
段14に入力され、このときの光遅延量可変手段５の移動
位置を移動位置検出手段13から読み取り、これに基づい
て上記各レンズ界面の光学寸法を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、複数の界面を有する
被検体の該界面間の光学寸法を光学的に測定する光学的
界面間寸法測定装置に関し、特に、例えば多数枚構成の
レンズ系におけるこれら各レンズの厚みやレンズ間距
離、さらにはコーナーキューブ等の複雑な光学系の界面
間の光学寸法を測定する測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、収差が小さく、高精度なレンズ系は多数枚のレンズ
を組み合わせることにより構成されており、これら各レ
ンズの厚みやレンズ間隔を高精度に設定することが必要
となる。

【０００３】従来、このようなレンズ系を製造する際の
検査工程では、各レンズの厚みはマイクロメータやノギ
ス等を用いて、またレンズ間隔はダイヤルゲージ等を用
いて機械的に測定していたため、極めて労力と時間を要
する作業となっており、また測定精度の点で必ずしも充
分ではなかった。また、一旦レンズ鏡胴内に組み込まれ
た各レンズを取りはずしてから測定する必要があり、製
造技術の面でも効率的であるとはいえなかった。

【０００４】また、干渉計等を用いた長さの光学測定に
おいては、通常コーナーキューブが反射鏡として用いら
れるが、このコーナーキューブの所定位置間の光学的寸
法を測定し光学中心を精密に見積もることが長さの光学
測定を高精度で行なうためのポイントとなる。しかしな
がら、このようなコーナーキューブは通常面取りがなさ
れており、この面取り部分について仮想エッジを設定し
た上で、面の寸法や角度を測定しなければならず、機械
的手段を用いた直接測定は困難であった。

【０００５】さらに、光学部材の厚みを非接触で測定す
る手法として、顕微鏡を用いて、光学部材の各面にピン
トが合うレンズ鏡胴の各位置を測定し、これら各測定位
置の間隔に屈折率を乗じた値を光学部材の厚みとして得
るものが知られている。しかし、このような顕微鏡を用
いた手法では、ワーキングディスタンスに限界があり、
厚みの薄い光学部材しか測定することが困難であり、ま
た測定精度の点でも問題がある。

【０００６】このような、機械的にあるいは顕微鏡を用
いて界面間距離を測定する手法に対し、連続発振レーザ
光（ＣＷ光）をプローブ光とした光学的測長法も知られ
ている。このような光学的測長法を用いれば、非接触で
測長することが可能であり、上述した従来技術のような
面倒さは改善されるものの、多数枚レンズからなるレン
ズ系やコーナーキューブのような複雑な光学系では多面
からの反射光が互いに重畳してしまい精密な界面間寸法
の測定は困難であった。

【０００７】本願発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであって、測定操作が簡易で、被検体の厚みに拘わ
らず高精度な界面間寸法測定が可能な光学的界面間寸法
測定装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の光学的
界面間寸法測定装置は、パルス光出力手段と、このパル
ス光出力手段からのパルス光を２系に分離し、一方を複
数の界面を有する被検体へのプローブ光として、他方を
参照光として出力するビームスプリッタと、該参照光を
反射せしめる、該参照光の光路長を変化させるように移
動可能な光遅延量可変手段と、前記プローブ光の前記被
検体の各界面からの反射光と前記参照光の前記光遅延量
可変手段からの反射光を入射され、これら両反射光のパ
ルスの入射タイミングが合致したときに合致パルスを発
生する合致パルス発生手段と、該合致パルス発生手段か
ら、前記各界面の各々に応じた合致パルスが出力された
ときにおける、該各合致パルスに対応する前記光遅延量
可変手段の移動位置の間隔に基づき前記被検体の各界面
間の光学的寸法を算出する光学的寸法算出手段を備えた
ことを特徴とするものである。

【０００９】また、本願発明の第２の光学的界面間寸法
測定装置は、前記第１の光学的界面間寸法測定装置にお
いて、前記ビームスプリッタと前記被検体との間に、該
被検体の界面の形状に応じてこの界面に前記プローブ光
が垂直に入射するように調整し得る、光軸方向に移動可
能な集光方向調整レンズ系が配設されてなることを特徴
とするものである。

【００１０】また、本願発明の第３の光学的界面間寸法
測定装置は、前記第１の光学的界面間寸法測定装置にお
いて、前記ビームスプリッタと前記被検体との間に、前
記プローブ光を前記被検体の界面に集束させ得る集束レ
ンズが配設されてなることを特徴とするものである。

【００１１】さらに、本願発明の第４の光学的界面間寸
法測定装置は、前記第１〜第３の光学的界面間寸法測定
装置のうちいずれかの装置において、前記ビームスプリ
ッタが偏光ビームスプリッタであり、前記プローブ光お
よび前記参照光のうち前記偏光ビームスプリッタにより
反射される光の往復両光路中にλ／４光学位相板が配設
され、前記プローブ光の被検体からの反射光および前記
参照光の光遅延量可変手段からの反射光のうちいずれか
一方を他方の進行方向と同一方向に反射する反射手段が
配設されてなることを特徴とするものである。

【００１２】また、本願発明の第５の光学的界面間寸法
測定装置は、前記第１〜第３の光学的界面間寸法測定装
置のうちいずれかの装置において、前記ビームスプリッ
タが偏光ビームスプリッタであり、前記プローブ光と前
記参照光の両者の往復両光路中にλ／４光学位相板が配
設され、該プローブ光の被検体からの反射光および該参
照光の光遅延量可変手段からの反射光の両者が前記偏光
ビームスプリッタに戻るように構成されてなることを特
徴とするものである。

【００１３】また、本願発明の第６の光学的界面間寸法
測定装置は、パルス光出力手段と、このパルス光出力手
段からのパルス光の大部分を被検体へのプローブ光とし
て反射し、該パルス光のその余の部分を参照光として透
過する高反射膜を少なくとも一部に施されたビームスプ
リッタと、該ビームスプリッタと前記被検体の間の前記
プローブ光の往復両光路中に配されたλ／４光学位相板
と、前記ビームスプリッタと該λ／４光学位相板の間の
前記プローブ光の光路中に配され、該ビームスプリッタ
からのプローブ光を透過するとともに、このプローブ光
の前記被検体からの反射光を反射せしめて、該被検体か
らの反射光の前記高反射膜が施された部分への入射を回
避させ得る偏光ビームスプリッタと、該参照光を反射せ
しめる、該参照光の光路長を変化させるように移動可能
な光遅延量可変手段と、前記プローブ光の前記被検体の
各界面からの反射光と前記参照光の前記光遅延量可変手
段からの反射光を入射され、これら両反射光のパルスの
入射タイミングが合致したときに合致パルスを発生する
合致パルス発生手段と、該合致パルス発生手段から、前
記各界面の各々に応じた合致パルスが出力されたときに
おける、該各合致パルスに対応する前記光遅延量可変手
段の移動位置の間隔に基づき前記被検体の各界面間の光
学的寸法を算出する光学的寸法算出手段を備えたことを
特徴とするものである。

【００１４】なお、上記「光学寸法」とは、物理的な界
面間距離に、その界面間に介在する物質の屈折率を乗じ
たものである。

【００１５】

【作用および発明の効果】上記第１の光学的界面間寸法
測定装置によれば、測定光をビームスプリッタによりプ
ローブ光と参照光の２系に分離し、プローブ光の被検体
各界面からの反射光と、参照光の光遅延量可変手段から
の反射光を同時に観察し、これらプローブ光と参照光の
光路長が一致した際の光遅延量可変手段の移動位置に基
づいて上記各界面間の光学寸法を測定しているので、非
接触で界面間の光学寸法を測定することができる。

【００１６】また、測定光としてパルス光を用いている
ので、プローブ光および参照光が共にパルス光となって
おり、これら両パルス光の合致パルス発生手段への入射
タイミングが合致したときにこの合致パルス発生手段か
ら合致パルスが出力されるようになっている。このよう
に、測定光としてパルス光を用いることにより、多数枚
のレンズを有するレンズ系やコーナーキューブ等の複雑
な光学系を被検体とした場合に、空間的に重畳する多面
からの反射光を時間的に分離することが可能となり、被
検体の各界面毎にプローブ光と参照光の光路長が相等し
くなる光遅延量可変手段の移動位置を高精度で求めるこ
とができ、これら移動位置の差を求めることにより、容
易にかつ高精度で界面間の光学寸法を測定することが可
能となる。

【００１７】なお、上記パルス光はパルス幅が短いほど
測定の分解能を高くすることが可能であり、測定精度を
高くすることができる。特に、近年注目されつつあるフ
ェムト秒パルスレーザ等の超短パルスレーザを用いるこ
とにより、本願発明の効果をより大きなものとすること
ができる。

【００１８】また、上記本願発明の第２の光学的界面間
寸法測定装置によれば、前記ビームスプリッタと前記被
検体との間に、集光方向調整レンズ系を配設し、このレ
ンズ系を光軸方向に移動可能とすることで被検体の界面
の形状に応じてこの界面にプローブ光が垂直に入射する
ようにしており、プローブ光のこの界面からの反射光が
この入射光と同一経路を戻るように設定し得るから、こ
のプローブ光の反射光を効率的に合致パルス発生手段に
入射せしめることが可能である。

【００１９】また、上記本願発明の第３の光学的界面間
寸法測定装置によれば、前記ビームスプリッタと前記被
検体との間に集束レンズを配設して、前記プローブ光を
この被検体の界面に集束させ得るようにしており、該界
面が小さい凹凸形状を有していてもこの界面からの散乱
光の割合を小さくすることができ、このプローブ光の反
射光を効率的に合致パルス発生手段に入射せしめること
ができる。

【００２０】さらに、本願発明の第４の光学的界面間寸
法測定装置によれば、パルス光を偏光ビームスプリッタ
によりＳ偏光とＰ偏光に分離して一方をプローブ光、他
方を参照光とし、この偏光ビームスプリッタから反射さ
れたＳ偏光の光路上にλ／４光学位相板を配設してこの
Ｓ偏光の戻り光が再び偏光ビームスプリッタに入射され
る際にはＰ偏光に変換されるようにしており、しかも、
このＰ偏光と前記光遅延量可変手段から反射されたＰ偏
光のうち一方の進行方向を他方の進行方向に反射手段を
用いてそろえているから、上記偏光ビームスプリッタに
おける入射光の光量の損失が少なくプローブ光および参
照光を効率的に合致パルス発生手段に入射せしめること
ができる。

【００２１】また、本願発明の第５の光学的界面間寸法
測定装置によれば、偏光ビームスプリッタにより分離さ
れたＳ偏光とＰ偏光の両光路上に各々λ／４光学位相板
を配設し、この偏光ビームスプリッタにより反射された
Ｓ偏光の戻り光はＰ偏光に変換されてこの偏光ビームス
プリッタを透過可能とされ、一方この偏光ビームスプリ
ッタを透過したＰ偏光の戻り光はＳ偏光に変換されてこ
の偏光ビームスプリッタで反射され、この後両偏光は進
行方向を同一方向にそろえられて合致パルス発生手段に
入射されるから、上述した第４の光学的界面間寸法測定
装置に比べてプローブ光の戻り光または参照光の戻り光
のうち一方の進行方向を他方の進行方向にそろえる反射
手段が不要となる。

【００２２】さらに、本願発明の第６の光学的界面間寸
法測定装置によれば、ビームスプリッタの高反射膜が施
された部分からの反射光をプローブ光として、透過光を
参照光として使用し、各界面からの反射光量を確保する
上でより大きな光量が必要となるプローブ光の光量割合
を高めているので測定精度を上げることが可能である。
さらに、ビームスプリッタにより反射されたプローブ光
を、λ／４光学位相板および偏光ビームスプリッタを用
いて往路と復路の経路を変えるようにして、このプロー
ブ光の被検体からの反射光が前記ビームスプリッタの高
反射膜部分に入射するのを回避するようにしているの
で、該高反射膜部分の存在によりこの被検体からの反射
光が合致パルス発生手段に入射するのを妨げられること
がなく、したがってプローブ光を効率的に合致パルス発
生手段に入射せしめることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施例に係る光学的界
面間寸法測定装置を示す概略図である。この装置は、励
起用のＡｒ⁺ レーザ１と、超短パルス光２ａを出力する
モードロックチタンサファイアレーザ２と、この超短パ
ルス光２ａの入射角が45°となるように配された、被検
体３へのプローブ光２ｂと参照光２ｃを分離するビーム
スプリッタ４と、この参照光（後述する合致パルス発生
手段８のポンプ光；以下単にポンプ光と称する）２ｃを
180 °向きを変えて反射する、この光進行方向に移動可
能なコーナーキューブ状の光遅延量可変手段５とを備え
ている。また、このポンプ光２ｃの光遅延量可変手段５
からの反射光の進行方向を、上記ビームスプリッタ４を
透過したプローブ光を被検体３の各界面からの反射光の
進行方向にそろえる全反射ミラー６と、上記両反射光を
同一位置に集束せしめる集束レンズ７と、この集束レン
ズ７により上記両反射光が集束される位置に配され、上
記２つの反射光のパルスが同一タイミングで入射したと
きのみ、合致パルス光２ｄを出力する非線形結晶である
合致パルス発生手段８と、この合致パルス光２ｄを透過
し、他の外乱光をカットするアパーチャ部材９および外
乱光カットフィルタ10と、この合致パルス光２ｄを検出
し、それに応じて検出電気信号12ａを出力するフォトダ
イオード11と、上記光遅延量可変手段５の移動量を検出
し、それに応じた検出電気信号12ｂを出力する移動位置
検出手段13と、被検体３の各界面からの反射光に応じた
合致パルス２ｄの検出と上記光遅延量可変手段５の移動
量に基づき、各界面間の光学的寸法を算出し、この算出
結果を出力する光学的寸法算出手段14を備えている。

【００２５】上記Ａｒ⁺ レーザ１は６Ｗの励起光を出力
するように設定されており、この励起光を入力されたチ
タンサファイアレーザ２は自己モード同期法により、い
わゆるフェムト秒光と称される超短パルス光２ａを出力
する。この超短パルス光２ａとしては、例えばパルス幅
117 ｆｓ、繰り返し周波数76ＭＨｚ、平均出力500 ｍ
Ｗ、中心波長780 ｎｍのものが出力される。

【００２６】また、上記合致パルス発生手段８は１ｍｍ
厚のＬＢＯからなる非線形結晶であって、プローブ光２
ｂの被検体３の各界面からの反射光とポンプ光２ｃの光
遅延量可変手段５からの反射光のパルスが同時に入射さ
れたときに、両反射光の和周波パルス（合致パルス）を
発生するようになっている。

【００２７】また、光遅延量可変手段５は光反射体であ
るコーナーキューブ状の全反射ミラーをパルスステージ
からなる移動位置検出手段13上で矢印Ａ方向に移動可能
に形成したものであり、この移動位置検出手段13から
は、該全反射ミラーの移動位置に応じて検出パルス信号
１２ｂが出力されるようになっている。

【００２８】なお、この被検体３は複数枚のレンズから
構成されてなるズームレンズ系であって、本実施例装置
においては、これら各レンズの界面間寸法を検出するこ
とになる。

【００２９】以下、上記実施例装置の作用について説明
する。

【００３０】チタンサファイアレーザ２から出力された
超短パルス光２ａはハーフミラーからなるビームスプリ
ッタ４でプローブ光２ｂとポンプ光２ｃに分離される。
このプローブ光２ｂとポンプ光２ｃも超短パルス光とな
っている。プローブ光２ｂは被検体３の各レンズ界面に
おいて反射され、その界面毎に反射光が形成される。こ
の各界面で反射されたプローブ光２ｂはビームスプリッ
タ４に戻り、このビームスプリッタ４を透過し、集束レ
ンズ７により合致パルス発生手段８を構成する非線形結
晶の所定位置に入射する。一方、ポンプ光２ｃは所定の
移動位置に配された光遅延量可変手段５により反射さ
れ、ポンプ光２ｄとして全反射ミラー６および集束レン
ズ７を介して上記非線形結晶の上記所定位置に入射す
る。

【００３１】この非線形結晶である合致パルス発生手段
８においてはプローブ光２ｂのパルスとポンプ光２ｃの
パルスとが同時に入射したときのみ合致パルス２ｄを発
生する。

【００３２】すなわち、図２（ａ）に示すように、プロ
ーブ光２ｂが時刻ｔ₁ のタイミングで、一方ポンプ光２
ｃが時刻ｔ₂ のタイミングで各々上記合致パルス発生手
段８に入射した場合には合致パルス２ｄは出力されず、
図２（ｂ）に示すようにプローブ光２ｂとポンプ光２ｃ
が共に時刻ｔ₃ のタイミングで上記合致パルス発生手段
８に入射した場合にのみこの時刻ｔ₃ のタイミングで合
致パルス２ｄが出力される。

【００３３】この合致パルス２ｄ以外の外乱光（プロー
ブ光２ｂ、ポンプ光２ｃや他のノイズ光成分）はアパー
チャ部材９や外乱光カットフィルタ10で除去され、この
合致パルス２ｄのみがフォトダイオード11により検出さ
れる。このフォトダイオード11は合致パルス２ｄの受光
タイミングに基づき検出電気信号12ａを光学的寸法算出
手段14に出力する。

【００３４】光学的寸法算出手段14においては、各界面
からのプローブ光２ｂに応じた検出電気信号12ａをトリ
ガパルスとして、光遅延量可変手段５の位置情報を有す
る移動位置検出手段13からの各検出電気信号12ｂをホー
ルドし、このホールドされた各移動位置情報の差に基づ
いて被検体３のレンズ界面間の光学的寸法を算出し、こ
の算出結果を測定値として出力する。

【００３５】すなわち、光学的寸法算出手段14に検出電
気信号12ａが入力されたタイミングにおいては、プロー
ブ光２ｂとポンプ光２ｃの光路長が等しい値となってお
り、各レンズ界面同志の光路差、すなわち界面間光学寸
法がポンプ光２ｃの光路長の変化量により測定されるこ
ととなる。なお、光学遅延量可変手段５の移動量の２倍
が参照光２ｃの変化量に相当するので、このことも考慮
して光学的寸法算出手段14の算出処理が行なわれる。

【００３６】上記実施例装置によれば、光遅延量可変手
段５を矢印Ａ方向に移動させながら、プローブ光２ｂと
ポンプ光２ｃを合致パルス発生手段８に入射せしめるこ
とにより、この合致パルス発生手段８から各レンズ界面
に応じた合致パルス２ｄが次々と発生するため、該光遅
延量可変手段５の矢印Ａ方向の１スキャン操作により被
検体３の全ての界面間の光学寸法を得ることができ、寸
法測定を極めて迅速に行なうことができる。しかも、プ
ローブ光２ｂとポンプ光２ｃの光パルス幅が極めて短い
ので、合致パルス２ｄのパルス幅も短くなり、上記光学
寸法の分解能を上げることができる。

【００３７】次に図３は、上記実施例装置においてビー
ムスプリッタ４と被検体３との間に、凸レンズ21と凹レ
ンズ22からなる光垂直入射光学系を挿入した場合につい
て示すものである。すなわち、ビームスプリッタ４から
のプローブ光２ｂは凹レンズ22および凸レンズ21を順に
通過して被検体３のレンズ界面（曲率中心３ｂを中心と
する球面）３ａに入射する。この凸レンズ21を矢印Ｂ方
向に移動させ、プローブ光２ｂがこのレンズ界面３ａに
垂直に入射するように調整すれば、このプローブ光２ｂ
のレンズ界面３ａからの反射光も、このプローブ光２ｂ
の入射経路と同一の経路をたどってビームスプリッタ４
に戻されることとなる。これにより、プローブ光２ｂを
効率的にビームスプリッタ４に戻すことが可能となる。

【００３８】なお、凸レンズ21を、このレンズ界面３ａ
の形状に応じて矢印Ｂ方向に移動させ、プローブ光２ｂ
の集束方向を変化させることにより種々の形状の球面レ
ンズに対応することが可能である。

【００３９】さらに、レンズ界面が凹面の場合には凸レ
ンズ21と凹レンズ22の位置を入れ替えて凹レンズ22を矢
印Ｂ方向に移動可能とすればよい。

【００４０】次に、図４は上記実施例装置において、ビ
ームスプリッタ４と被検体３の界面３ｃとの間に集束レ
ンズ31を配設した場合について示すものである。

【００４１】すなわち、集束レンズ31を用いてプローブ
光２ｂを界面３ｃ上の一点に集束せしめることにより、
このプローブ光２ｂの界面３ｃからの反射光もこの一点
からプローブ光の入射経路をたどってビームスプリッタ
４に戻すことが可能となり、これにより、被検体３の界
面３ｃに微小な凹凸が形成されていても、プローブ光２
ｂがこの界面３ｃで乱反射する割合が小さくなり、プロ
ーブ光２ｂを効率的にビームスプリッタ４に戻すことが
可能となる。

【００４２】次に図５は、図１に示す実施例装置におい
て、ハーフミラーからなるビームスプリッタ４に代えて
偏光ビームスプリッタ４ａを用いた場合について示すも
のである。

【００４３】すなわち、チタンサファイアレーザ２から
は目的に応じた楕円偏光である超短パルス光２ａが出力
され、偏光ビームスプリッタ４ａによりＳ偏光であるプ
ローブ光２ｂとＰ偏光であるポンプ光２ｃに分離され
る。

【００４４】なお、超短パルス光２ａを構成するＳ偏光
とＰ偏光の強度比は、偏光ビームスプリッタ４ａにおい
て分離された２偏光２ｂ，２ｃのうちＳ偏光の割合が多
くなるような値に調整されている。

【００４５】Ｓ偏光であるプローブ光２ｂはλ／４光学
位相板41を透過して円偏光とされる。この後、被検体３
の各レンズ界面において逆向きの円偏光とされたプロー
ブ光２ｂは、λ／４光学位相板41を透過してＰ偏光に変
換され、偏光ビームスプリッタ４ａを透過し集束レンズ
７を介して合致パルス発生手段８に入射する。

【００４６】一方、Ｐ偏光であるポンプ光２ｃは光遅延
量可変手段５により反射され、全反射ミラー６および集
束レンズ７を介して合致パルス発生手段８に入射する。

【００４７】このように、偏光ビームスプリッタ４ａお
よびλ／４光学位相板41を用いることにより、プローブ
光２ｂが偏光ビームスプリッタ４ａにおいて反射される
のを防止することができ、プローブ光２ｂを効率的に合
致パルス発生手段８に入射させることが可能となる。

【００４８】次に図６は、図１に示す実施例装置におい
て、ハーフミラーからなるビームスプリッタ４に代えて
偏光ビームスプリッタ４ｂを用い、さらにこの偏光ビー
ムスプリッタ４ｂにより分離されたプローブ光２ｂおよ
びポンプ光２ｃの両光路内に各々λ／４光学位相板41
ａ，41ｂを配設した場合について示すものである。

【００４９】すなわち、プローブ光２ｂについては上記
図５に示す光学系と同様の経路をたどることとなるが、
ポンプ光２ｃについては偏光ビームスプリッタ４ｂから
出力されたＰ偏光がλ／４光学位相板41ｂを２回通過す
ることによりＳ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ
４ｂに戻るように構成されている点で図５に示す光学系
と異なっている。ポンプ光２ｃは偏光ビームスプリッタ
４ｂに入射する際にはＳ偏光に変換されているので、こ
の偏光ビームスプリッタ４ｂにおいて全反射され、偏光
ビームスプリッタ４ｂを透過したプローブ光２ｂの進行
方向にそろえられる。

【００５０】この図６に示す光学系のように、ポンプ光
２ｃの経路内にもλ／４光学位相板41ｂを挿入すれば、
図５に示す光学系において用いられているような全反射
ミラー６が不用となる。

【００５１】次に図７に示す光学系では、図１の光学系
におけるビームスプリッタ４に代えて、一部に高反射膜
を有するハーフミラーからなるビームスプリッタ４ｃを
用いており、さらにプローブ光２ｂの経路を往路と復路
で変えるようにしている。

【００５２】すなわち、チタンサファイアレーザ２から
出力された超短パルス光２ａは、ビームスプリッタ４ｃ
の高反射膜が施された部分４ｄにおいて、プローブ光２
ｂがポンプ光２ｃよりもその光量割合が大きくなるよう
に両光に分離される。

【００５３】ビームスプリッタ４ｃからのプローブ光２
ｂは偏光ビームスプリッタ51においてＰ偏光成分のみが
選択的に透過せしめられる。このＰ偏光であるプローブ
光２ｂはλ／４光学位相板41ｃを往復計２回通過するこ
とによりＳ偏光に変換されることとなるので、被検体３
からの反射光は偏光ビームスプリッタ51において側方に
反射され、プローブ光２ｂの経路が往路と復路で異なる
こととなる。

【００５４】偏光ビームスプリッタ51で反射されたプロ
ーブ光２ｂは全反射ミラー52で反射され、ビームスプリ
ッタ４ｃの透明部分（反射膜が付されていない部分）４
ｅを透過し、この後、全反射ミラー６で反射されたポン
プ光２ｃとその進行方向をそろえられ、集束レンズ７を
介して合致パルス発生手段８に入射する。

【００５５】上記ビームスプリッタ４ｃの高反射膜４ｄ
が施された部分は、例えば反射率が90〜95％程度となる
ように形成されており、多層構成とするのが好ましい。

【００５６】なお、上記ビームスプリッタ４ｃの高反射
膜が施されていない透明部分４ｅには反射防止膜を施す
ようにすればなお好ましい。

【００５７】この図７に示す光学系によれば、超短パル
ス光２ａを、ビームスプリッタ４ｃの高反射膜が施され
た部分４ｄにおいて分離してプローブ光２ｂの光量割合
を大きくし、しかもこのプローブ光２ｂの被検体３から
の戻り光はビームスプリッタ４ｃの透明部分４ｅを透過
せしめているので、光量が多数の界面の反射光に分割さ
れるためにプローブ光２ｂとして大きな光量が必要とさ
れる本実施例の如き光学的界面間寸法測定装置において
は特に有用である。

【００５８】なお、偏光ビームスプリッタ51で反射され
たプローブ光２ｂの戻り光は、ビームスプリッタ４ｃの
高反射膜が施された部分４ｄをう回するような経路とす
ればよいので、この戻り光がビームスプリッタ４ｃの外
部を通過するように構成することも可能である。

【００５９】なお、上記偏光ビームスプリッタ51に入射
するプローブ光２ｂは楕円偏光とされていてもよいが、
光量の損失を少なくするためにこの偏光ビームスプリッ
タ51の前段においてＰ偏光としておくのが好ましい。

【００６０】さらに、上記実施例装置においてプローブ
光２ｂが微弱となっている場合には、ポンプ光２ｃの散
乱除去のためにプローブ光２ｂの光路中にチョッパを挿
入し、このチョッパからの出力信号をリファレンスとし
てロックインアンプでフォトダイオード11からの検出電
気信号１２ａを検出するのが好ましい。

【００６１】なお、本願発明の光学的界面間寸法測定装
置としては上記実施例のものに限られるものではなく、
種々の態様に変更可能である。

【００６２】例えば、前述した実施例装置においては、
ビームスプリッタからの反射光をプローブ光とし、透過
光をポンプ光としているが、この両光は反射光と透過光
を入れ替えることも可能である。

【００６３】また、パルス光出力手段としては超短パル
ス光を安定して出力できるものであればよく、例えばＡ
ｒ⁺ レーザ励起によるＣｒ：ＬｉＳＡＦ、ＣＰＭ，ＫＬ
Ｍ等の各レーザやＮｄ：ＹＡＧレーザ励起によるＫＬＭ
レーザ等を用いることも可能である。

【００６４】さらに、超短パルス光のビームスプリッタ
への入射角度は45°に限られるものではなく、適宜その
値を変更することが可能である。

【００６５】また、ポンプ光の光遅延量可変手段への往
復経路は上記実施例の如く互いに平行とするのがポンプ
光の光路長を算出する上で有利であるが、ポンプ光の光
路長を特定できるものであれば必ずしも互いに平行とな
る場合に限られない。

【００６６】さらに、本願発明の合致パルス発生手段と
しても上記実施例のものに限られるものではなく、プロ
ーブ光とポンプ光のパルスが同一タイミングで入射した
ときに所定のパルス信号を発生できるものであればよ
い。

【００６７】また、上記実施例における被検体は多数枚
のレンズを組み合わせたレンズ系であるが、本発明装置
による測定対象はこれに限られないことは勿論であり、
複数の界面を有する透明体（固体，液体）であれば測定
対象とし得る。

【００６８】例えば、コーナーキューブの光学中心を測
定するためにコーナーキューブの光入射位置と光射出位
置の間のコーナーキューブ内の光路長を測定する場合に
も本願発明装置を用いることが可能である。さらには光
ファイバの結合状態や破断点を遠隔測定する場合や、動
物の皮膚の厚みを測定する場合等にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例に係る光学的界面間寸法測定
装置を示す概略図

【図２】プローブ光とポンプ光のパルスのタイミングが
合致したときに合致パルスが発生する様子を示すタイミ
ングチャート

【図３】図１に示す装置のビームスプリッタと被検体と
の間に挿入する光学系を示す概略図

【図４】図１に示す装置のビームスプリッタと被検体と
の間に挿入する光学系を示す概略図

【図５】図１に示す装置の一部変形例を示す概略図

【図６】図１に示す装置の一部変形例を示す概略図

【図７】図１に示す装置の一部変形例を示す概略図

【符号の説明】

１ Ａｒ⁺ レーザ ２ チタンサファイアレーザ ２ａ 超短パルス光 ２ｂ プローブ光 ２ｃ ポンプ光 ２ｄ 合致パルス ３ 被検体 ４，４ｃ ビームスプリッタ ４ａ，４ｂ，51 偏光ビームスプリッタ ５ 光遅延量可変手段 ６，52 全反射ミラー ７，31 集束レンズ ８ 合致パルス発生手段 ９ アパーチャ部材 10 外乱光カットフィルタ 11 フォトダイオード 12ａ，12ｂ 検出電気信号 13 移動位置検出手段 14 光学的寸法算出手段 21 凸レンズ 22 凹レンズ 41，41ａ，41ｂ，41ｃ…λ／４光学位相板

フロントページの続き (72)発明者 美濃島 薫 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院 計量研究所内 (72)発明者 宇田川 哲夫 埼玉県大宮市植竹町１丁目324番地 富士 写真光機株式会社内 (72)発明者 小林 富美男 埼玉県大宮市植竹町１丁目324番地 富士 写真光機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス光出力手段と、 このパルス光出力手段からのパルス光を２系に分離し、
   一方を複数の界面を有する被検体へのプローブ光とし
   て、他方を参照光として出力するビームスプリッタと、 該参照光を反射せしめる、該参照光の光路長を変化させ
   るように移動可能な光遅延量可変手段と、 前記プローブ光の前記被検体の各界面からの反射光と前
   記参照光の前記光遅延量可変手段からの反射光を入射さ
   れ、これら両反射光のパルスの入射タイミングが合致し
   たときに合致パルスを発生する合致パルス発生手段と、 該合致パルス発生手段から、前記各界面の各々に応じた
   合致パルスが出力されたときにおける、該各合致パルス
   に対応する前記光遅延量可変手段の移動位置の間隔に基
   づき前記被検体の各界面間の光学的寸法を算出する光学
   的寸法算出手段を備えたことを特徴とする光学的界面間
   寸法測定装置。
2. 【請求項２】 前記ビームスプリッタと前記被検体との
   間に、該被検体の界面の形状に応じてこの界面に前記プ
   ローブ光が垂直に入射するように調整し得る、光軸方向
   に移動可能な集光方向調整レンズ系が配設されてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光学的界面間寸法測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記ビームスプリッタと前記被検体との
   間に、前記プローブ光を前記被検体の界面に集束させ得
   る集束レンズが配設されてなることを特徴とする請求項
   １記載の光学的界面間寸法測定装置。
4. 【請求項４】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであり、 前記プローブ光および前記参照光のうち前記偏光ビーム
   スプリッタにより反射される光の往復両光路中にλ／４
   光学位相板が配設され、 前記プローブ光の被検体からの反射光および前記参照光
   の光遅延量可変手段からの反射光のうちいずれか一方を
   他方の進行方向と同一方向に反射する反射手段が配設さ
   れてなることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか
   １項記載の光学的界面間寸法測定装置。
5. 【請求項５】 前記ビームスプリッタが偏光ビームスプ
   リッタであり、 前記プローブ光と前記参照光の両者の往復両光路中にλ
   ／４光学位相板が配設され、 該プローブ光の被検体からの反射光および該参照光の光
   遅延量可変手段からの反射光の両者が前記偏光ビームス
   プリッタに戻るように構成されてなることを特徴とする
   請求項１〜３のうちいずれか１項記載の光学的界面間寸
   法測定装置。
6. 【請求項６】 パルス光出力手段と、 このパルス光出力手段からのパルス光の大部分を被検体
   へのプローブ光として反射し、該パルス光のその余の部
   分を参照光として透過する高反射膜を少なくとも一部に
   施されたビームスプリッタと、 該ビームスプリッタと前記被検体の間の前記プローブ光
   の往復両光路中に配されたλ／４光学位相板と、 前記ビームスプリッタと該λ／４光学位相板の間の前記
   プローブ光の光路中に配され、該ビームスプリッタから
   のプローブ光を透過するとともに、このプローブ光の前
   記被検体からの反射光を反射せしめて、該被検体からの
   反射光の前記高反射膜が施された部分への入射を回避さ
   せ得る偏光ビームスプリッタと、 該参照光を反射せしめる、該参照光の光路長を変化させ
   るように移動可能な光遅延量可変手段と、 前記プローブ光の前記被検体の各界面からの反射光と前
   記参照光の前記光遅延量可変手段からの反射光を入射さ
   れ、これら両反射光のパルスの入射タイミングが合致し
   たときに合致パルスを発生する合致パルス発生手段と、 該合致パルス発生手段から、前記各界面の各々に応じた
   合致パルスが出力されたときにおける、該各合致パルス
   に対応する前記光遅延量可変手段の移動位置の間隔に基
   づき前記被検体の各界面間の光学的寸法を算出する光学
   的寸法算出手段を備えたことを特徴とする光学的界面間
   寸法測定装置。