JPS6379002A

JPS6379002A - 投影機

Info

Publication number: JPS6379002A
Application number: JP22465586A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kitajima; 北島　博愛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-04-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、回折格子と被検物の像を同時にスクリーン
に映し出す投影機に関する。

〈従来の技術〉投影機には、非テレセントリック系とテレセントリック
系とがあるが、非テレセントリック系では、ピントがず
れるとスクリーンに映る像の拡大率までが変化して像が
ぼけるという特性があり、焦点に深さのある場合には焦
点合せが困難になるため、一般にはテレセントリック系
が多く用いられている。

すなわち、テレセンドリンク系では、投光レンズの後方
の焦点の位置が瞳位置になるように設計されるので、ピ
ントがずれてもスクリーンに映る像の大きさはあまり変
化しないのである。このため、対物レンズの焦点の位置
や照明装置のコンデンサ系の焦点の位置に絞りを設けた
り、あるいはフィラメントが小さく点光源に近い光源を
用いたものなどが、例えば投影機や工具顕微鏡として用
いられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかし、従来の方式によるテレセントリック系では口径
比が小さく、分解能もそれだけ低下するので、解像度の
限界は、普通の光学顕微鏡が０．４μｍのオーダーであ
るのに対して、投影機では中心部でも４μｍのオーダー
であり、拡大された像を大きなスクリーンに鮮明に映し
出すには一定の限度があった。しかも、像の拡大率は、
固定された位置にあるスクリーンに結像するように定め
られた投影レンズの倍率によって一定の範囲内に限定さ
れており、拡大率を任意に変化させることができない。

また目盛を付けたスクリーンが用いられることもあるが
、投影された像の拡大率が異なるため、目盛からは被検
物の実際の寸法を知ることができないなどの問題点があ
った。

この発明はこのような問題点に着目し、解像度が高く、
被検物と目盛の像を同時に投影でき、しかも像の拡大率
を任意に変化させることが可能な投影機を得ることを目
的としてなされたものである。

〈問題点を解決するための手段〉上記の目的を達成するために、この発明の投影機は、平
行光線を出射するレーザー光源と、目盛用としての回折
格子と、投影レンズとして屈折率分布円筒レンズとを用
い、平行なレーザー光線で回折格子を照射して得られる
回折格子のフーリエイメージの位置に被検物を配置し、
このフーリエイメージと被検物の双方に焦点を合わせて
屈折率分布円筒レンズを配置し、この屈折率分布円筒レ
ンズにより回折格子と被検物の像をスクリーンに拡大し
て投影するようにしている。

〈作用〉平行なレーザー光線が回折格子に入射すると、その周期
性により拡大率が１の回折格子像、すなわちフーリエイ
メージが複数の焦点面にできる。

従って、回折格子と被検物との距離がフーリエイメージ
ができる一つの焦点面までの距離と一致する時、回折格
子と被検物とに同時に焦点を合せることが可能となる。

この発明はこの性質を利用して回折格子と被検物の双方
に同時に焦点を合せ、平行なレーザー光線で得られる回
折格子のフーリエイメージと被検物の像を屈折率分布円
筒レンズを通して拡大照射しており、屈折率分布円筒レ
ンズを透過したレーザー光は、ビームウェイストを経て
所定の開口角で出射される。この時、波長による収差が
ないので、射出瞳におけるビームウェイストのスポット
サイズが非常に小さくなり、焦点の位置に光量を制限す
る絞りを用いる必要がなくなる。しかもピンホール写真
機と同様にレンズによる結像系を用いていないため、任
意の離れた位置にあるスクリーンに明るく鮮明で焦点の
合った回折格子と被検物の像を投影でき、スクリーンの
位置を変えても像がぼけることがない、従って、スクリ
ーンの位置を変えて拡大率を自由に変えることが可能で
あり、しかも回折格子と被検物の像は常に同じ拡大率で
同時に変化するから、回折格子の像を目盛として用いる
ことができるのである。

〈実施例〉次に１図示の実施例により基本的な構成と原理について
説明する。

図において、１は平行光線を出射するレーザー光源、２
は屈折率分布円筒レンズ、３はスクリーン、４は回折格
子、５は被検物である。平行光線６は回折格子４を経て
被検物５を照射し、屈折率分布円筒レンズ２を透過し、
その焦点位置におけるビームウェイスト７から距離りだ
け離れた位置にあるスクリーン３に被検物５の投影像８
が投影される。

ここで、回折格子４の格子周期をａとし、レーザー光の
波長をλとするとき、格子面からの複数の焦点面までの
距離ｇはｇ＝＝ｍａ”／λ　（ｍ＝１．２．３・・・・・・）で
与えられ、そのフーリエイメージの倍率ＭはＭ＝１であ
る。従って、回折格子４からその一つの焦点面までの距
離が被検物５までの距離ｇと一致し、被検物５からレン
ズ２の端面までの距離ｄがレンズ２からビームウェイス
ト７までの距離ｆと等しくなるとき、回折格子４と被検
物５の二つの独立した像がスクリーン３に鮮明に投影さ
れることになる。

この発明に用いられる屈折率分布円筒レンズ２は、例え
ば長さＺが２〜３１ＴＩ１１、直径２ｎｉｎ弱程度の小
型な二乗屈折率分布円筒レンズであるが、一般に光ディ
スクのピックアップなどに多く用いられているような、
はぼ０に近い極めて短い焦点距離を持ったものではなく
、もう少し大きな０．１〜１胴程度の焦点距離のものが
適している。ここで、中心部の屈折率をｎ。、半径をｒ
、定数をＡとおくと、円筒レンズ内の任意の位置の屈折
率ｎ　（ｒ）は、ｎ（ｒ）＝　ｎｏ（Ｉ　　Ａ　ｒ２）で与えられるもので、その半径ｒが十分小さく、半径の
４乗の項に関連した屈折率変化の影響が無視できる場合
は、メリディオナル光線とヘリカル光線についてともに
光路長を一致させることができる。また、屈折率分布円
筒レンズ２を光ファイバーとみなした時の波動光学とし
ての伝送姿態の位相速度を調べてみると、１０次以上の
高次姿態の波までそれらの相対位相速度がほとんど等し
いことがわかる。従って、光源１からの平行光線が屈折
率分布円筒レンズ２を透過して出射し、開口角２θで広
がって行く時の波面は位相のそろったものとなっており
、しかも、この間口角２θが、従来の顕＊鏡の例えば倍
率５０倍の対物レンズよりもはるかに大きなものとなる
。

今、ビームウェイスト７におけるスポットサイズを２ｗ
、波長をλとおくと、開口角２θとスポットサイズ２ｗ
の関係は近似的に２θ＝λ／πＷとなる。そこで、開口角２θ＝１８”　＝０．３１４ラ
ジアンの場合について、波長λ＝０．６μｍとしてスポ
ットサイズ２ｗを求めると、２ｗ＝１．２μｍとなる。

このように、スポットサイズが非常に小さいので、ビー
ムウェイスト７の位置に非常に小さなピンホールを置い
たことと実質的には等価となり。

ピンホール写真機と同様にレンズによる結像系を用いな
いで、スクリーン３に投影像を得ることができるのであ
る。しかも、解像度は屈折率分布円筒レンズ２の開口数
によって定まるので、解像度は従来のテレセンドリンク
系よりもはるかに向上し、解像限界値としては１μｍ以
下のものが容易に得られ、更に、ビームウェイスト７の
位置には実際にはピンホールは置かれていないため光量
が制限されることがなく、千倍以上に拡大しても十分に
明るく鮮明な投影像を得ることができる。

この時の投影像の拡大率は、開口角２θと、スクリーン
３までの距離りによって定まるが、レン、ズによる結像
系を用いた場合とは異なって距離りを変えてもピントが
ずれて像がぼけることがない。

従って、スクリーン３までの距離りを自由に変えること
ができ、目盛として用いられる回折格子４と共に任意の
倍率で拡大された被検物５の鮮明な投影像を得ることが
できるのであり、被検物の動的な微小変位などの精密な
評価も可能となるのである。

そこで、屈折率分布円筒レンズ２と光源１との間に被検
物４を置き、屈折率分布円筒レンズ２と被検物４との距
離ｄを円筒レンズ２の焦点距１ｌｉｌｌｔｆとほぼ等し
くすると、間口角２θとスクリーン３までの距離りによ
って定まる倍率で拡大された被検物５の投影像８が、同
じ倍率で拡大された回折格子４の像と共に得られること
になる。この時、屈折率分布円筒レンズ２と被検物５と
の距離ｄを円筒レンズ２の焦点距ｔｌｌｆとほぼ等しく
なるように被検物５の位置を調整する必要があるが、そ
の調整範囲はかなり裕度のあるものとなる。すなわち、
例えば通常の顕微鏡で鮮明な像を得るには、被検物の位
置を１μｍ余りの誤差内に抑える必要があり、千倍の拡
大率であれば更に１桁高い精度が要求されるのであるが
、この発明では数１０μｍの精度で十分となるため、被
検物５の位置調整を極めて容易に行うことが可能となる
のである。

また、回折格子４と被検物５との距離ｇ＋Ｊ調節する必
要があるが、例えば波長λ＝０．６３μｍで格子周期ａ
＝１μｍであればｇ＝１．５８μｍの整数倍の間隔で、
ａ＝１０μｍであればｇ＝１５８μｍの整数倍の間隔で
それぞれフーリエイメージのできる焦点面が現われるの
で１回折格子４の位置調整も容易である。

〈発明の効果〉上述の説明からも明らかなように、この発明では、平行
なレーザー光線で回折格子と被検物とを照射して屈折率
分布円筒レンズを経て所定の開口角で出射し、レンズに
よる結像系を用いず、また光量を制限するような絞りを
用いないで、回折格子と被検物の像をスクリーンに投影
するようにしている。従って、得られる投影像は明るく
、しかもスクリーンの位置が変ってもピントがずれるよ
うなことがなく、任意の拡大率で目盛としての回折格子
と被検物の鮮明な像を投影することができ、また回折格
子や被検物の位置調整も容易で焦点合せが行いやすいな
どの特長があり、高性能で使いやすく、動的な微小変位
などの精密な評価が可能な投影機を得ることができるの
である。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例の概略構造図である。１・・・レーザー光源、２・・・屈折率分布円筒レンズ
、３・・・スクリーン、４・・・回折格子、５・・・被
検物、６・・・平行光線、７・・・ビームウェイスト、
８・・・投影像。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平行なレーザー光線で回折格子を照射することに
よって得られる回折格子のフーリエイメージの位置に被
検物を配置し、このフーリエイメージと被検物の双方に
焦点を合わせて配置された屈折率分布円筒レンズにより
、回折格子と被検物の像をスクリーンに拡大して投影す
ることを特徴とする投影機。