JPH05141915A - 位相差可変素子 - Google Patents
位相差可変素子Info
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- JPH05141915A JPH05141915A JP3307886A JP30788691A JPH05141915A JP H05141915 A JPH05141915 A JP H05141915A JP 3307886 A JP3307886 A JP 3307886A JP 30788691 A JP30788691 A JP 30788691A JP H05141915 A JPH05141915 A JP H05141915A
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- Japan
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- light
- wavelength
- interferometer
- optical path
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 干渉する偏波間の位相差可変素子を提供し、
干渉計の光路長差が微量であっても、偏波間の位相差を
変化さすことが出来て、位相シフト法を実現できるよう
にする。 【構成】 互いに直交する偏光間に屈折率差を与える複
屈折部材と、光の波長を時間的に変えて偏波間の位相差
を変化させる波長可変手段とからなる位相差可変素子で
ある。
干渉計の光路長差が微量であっても、偏波間の位相差を
変化さすことが出来て、位相シフト法を実現できるよう
にする。 【構成】 互いに直交する偏光間に屈折率差を与える複
屈折部材と、光の波長を時間的に変えて偏波間の位相差
を変化させる波長可変手段とからなる位相差可変素子で
ある。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光源の波長シフトを用
いた位相シフト干渉計に関する。
いた位相シフト干渉計に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、干渉計によって位相測定を行う
場合には、位相シフト法と呼ばれている手法を用いて高
分解化を図ることが出来る。実際に位相シフトを行う技
術としては、参照面を移動させて位相差を変化させる方
法や、光源の波長をシフトして位相差を変化させる方法
ある。特に後者は、光学素子の位置変動がないため前者
に比べ高精度の測定が可能になる。
場合には、位相シフト法と呼ばれている手法を用いて高
分解化を図ることが出来る。実際に位相シフトを行う技
術としては、参照面を移動させて位相差を変化させる方
法や、光源の波長をシフトして位相差を変化させる方法
ある。特に後者は、光学素子の位置変動がないため前者
に比べ高精度の測定が可能になる。
【0003】図9に波長シフトを利用した位相シフト法
トワイマングリーン干渉計を示す。この干渉計は被検面
の位相分布を測定するものである。 石井行弘、『半導
体レーザ位相測定干渉計を利用した波面測定』、光技術
コンタクトVol.26 No.2p.116(1988)
トワイマングリーン干渉計を示す。この干渉計は被検面
の位相分布を測定するものである。 石井行弘、『半導
体レーザ位相測定干渉計を利用した波面測定』、光技術
コンタクトVol.26 No.2p.116(1988)
【0004】半導体レーザ光源1からの光はコリメート
レンズ2で平行となり、偏光ビームスプリッタ3に入射
する。そして、この光は偏光ビームスプリッタ3で透過
光と反射光に分かれる。これらの光はそれぞれ参照面4
と被検面5で反射して再び偏光ビームスプリッタ3に入
射する。このとき2光はλ/4板 6を2度通過しているた
め、参照面4からの被検面は透過、被検面5からの光は
反射する。そして、偏光板7により同一偏波成分だけが
取り出されてCCDセンサ等の検出器8上で干渉する。
この干渉計における光路長差は、偏光ビームスプリッタ
3からそれぞれの面までの距離の差の2倍である。今、
この干渉計の平均光路長差をdとすると、検出器8上に
結合する干渉強度分布はI(x,y,d)は、次式で与えられ
る。 ここで、A(x,y)は平均光強度、B(x,y)は干渉強度、λは
光源の発振波長、ωは被検面5 の位相分布を表してい
る。
レンズ2で平行となり、偏光ビームスプリッタ3に入射
する。そして、この光は偏光ビームスプリッタ3で透過
光と反射光に分かれる。これらの光はそれぞれ参照面4
と被検面5で反射して再び偏光ビームスプリッタ3に入
射する。このとき2光はλ/4板 6を2度通過しているた
め、参照面4からの被検面は透過、被検面5からの光は
反射する。そして、偏光板7により同一偏波成分だけが
取り出されてCCDセンサ等の検出器8上で干渉する。
この干渉計における光路長差は、偏光ビームスプリッタ
3からそれぞれの面までの距離の差の2倍である。今、
この干渉計の平均光路長差をdとすると、検出器8上に
結合する干渉強度分布はI(x,y,d)は、次式で与えられ
る。 ここで、A(x,y)は平均光強度、B(x,y)は干渉強度、λは
光源の発振波長、ωは被検面5 の位相分布を表してい
る。
【0005】次に駆動装置9 により注入電流を変化させ
る。このとき波長がλ+△λに変化したとすると、この
ときの干渉強度分布I'は次式で与えられる。 この式は、光源の波長が△λシフトすると干渉縞の強度
分布は位相成分が△φだけ変化することを表している。 即ち、波長を線形にシフトさせて行くと、干渉強度分布
の明暗はCos 函数状に変化する。位相シフト法では、干
渉強度分布の明暗を線形またはステップ状に1周期移動
させ、結局、位相差を2π変化させ、このときの干渉強
度分布の明暗の変化を検出器8で取り込む。いま、位相
差△φが、0、π/2、π、3π/2と変化するよう
に、コンピュータ10で半導体レーザ駆動装置9の制御
を行って波長を変化させると、そのときの干渉強度分布
はそれぞれ次の通りとなる。 これらの画像を光検出器8で取り込みコンピュータ10
へ伝送する。そして、コンピュータ10で、 の計算を行えば、位相分布ωの情報だけを得ることが出
来る。
る。このとき波長がλ+△λに変化したとすると、この
ときの干渉強度分布I'は次式で与えられる。 この式は、光源の波長が△λシフトすると干渉縞の強度
分布は位相成分が△φだけ変化することを表している。 即ち、波長を線形にシフトさせて行くと、干渉強度分布
の明暗はCos 函数状に変化する。位相シフト法では、干
渉強度分布の明暗を線形またはステップ状に1周期移動
させ、結局、位相差を2π変化させ、このときの干渉強
度分布の明暗の変化を検出器8で取り込む。いま、位相
差△φが、0、π/2、π、3π/2と変化するよう
に、コンピュータ10で半導体レーザ駆動装置9の制御
を行って波長を変化させると、そのときの干渉強度分布
はそれぞれ次の通りとなる。 これらの画像を光検出器8で取り込みコンピュータ10
へ伝送する。そして、コンピュータ10で、 の計算を行えば、位相分布ωの情報だけを得ることが出
来る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】(3)式より、位相変
化量△φ=2πを得るために必要な波長シフト量△λは
次の式で与えられる。 この(6)式は波長シフト量△λが光路長差(2ω+
d)に反比例することを表している。つまり、光路長差
の少ない干渉計では2πだけ位相差を変化させるために
必要な波長変化量はかなり大きくなる。この波長シフト
量△λの増大は光学材料における色分散の問題を招く。
また、波長シフト量△λが波長λに対して無視できない
大きさになると、(2)式の近似式は成り立たなくなり
位相変化は波長変化に対して線形ではなくなる。従っ
て、(5)式を用いて得た結果には誤差が含まれること
になる。また、光源として半導体レーザを用いる場合に
は、波長が突然大きく変化するモードホッピングと呼ば
れる現象が生じる。このとき波長は不安定かつ不連続的
に大きく変化し、このため波長制御が困難になる。ま
た、注入電流の変化量が大きいため発振光強度も大きく
変化してしまい、位相分布ω(x,y)の情報だけを得
ることは出来なくなる。これらのことを考慮すると、波
長シフト量△λを少ない値に、つまり光路長差(2ω+
d)を大きくしなくてはならない。
化量△φ=2πを得るために必要な波長シフト量△λは
次の式で与えられる。 この(6)式は波長シフト量△λが光路長差(2ω+
d)に反比例することを表している。つまり、光路長差
の少ない干渉計では2πだけ位相差を変化させるために
必要な波長変化量はかなり大きくなる。この波長シフト
量△λの増大は光学材料における色分散の問題を招く。
また、波長シフト量△λが波長λに対して無視できない
大きさになると、(2)式の近似式は成り立たなくなり
位相変化は波長変化に対して線形ではなくなる。従っ
て、(5)式を用いて得た結果には誤差が含まれること
になる。また、光源として半導体レーザを用いる場合に
は、波長が突然大きく変化するモードホッピングと呼ば
れる現象が生じる。このとき波長は不安定かつ不連続的
に大きく変化し、このため波長制御が困難になる。ま
た、注入電流の変化量が大きいため発振光強度も大きく
変化してしまい、位相分布ω(x,y)の情報だけを得
ることは出来なくなる。これらのことを考慮すると、波
長シフト量△λを少ない値に、つまり光路長差(2ω+
d)を大きくしなくてはならない。
【0007】然しながら、従来の干渉計のなかには光路
長差が殆ど無いものがあるので例示すると、 参照面と被検面をできる限り偏光ビームスプリッタ等
の光分割素子に近付けることにより、参照面と被検面へ
の光路を包む環境を等しくして、測定誤差を少なくした
干渉計。 狭小な領域での測定を可能にするために光学系の小型
化を図った干渉計ICとよばれる微小光学系による干渉
計。 サリング干渉計のように2光束の光軸ずらしを行った
干渉計。 等である。これらの光路長差の少ない干渉計に、波長シ
フトによる位相シフト法を適用しようとすると、波長シ
フト量が増大するという問題が生じる。例えば、光路長
差(2ω+d) =2 mm、光源の波長λ=0.78μm である干
渉計を考えると、必要な波長シフト量は 600pmとなるの
で、この装置で位相シフト法を適用することが出来な
い。
長差が殆ど無いものがあるので例示すると、 参照面と被検面をできる限り偏光ビームスプリッタ等
の光分割素子に近付けることにより、参照面と被検面へ
の光路を包む環境を等しくして、測定誤差を少なくした
干渉計。 狭小な領域での測定を可能にするために光学系の小型
化を図った干渉計ICとよばれる微小光学系による干渉
計。 サリング干渉計のように2光束の光軸ずらしを行った
干渉計。 等である。これらの光路長差の少ない干渉計に、波長シ
フトによる位相シフト法を適用しようとすると、波長シ
フト量が増大するという問題が生じる。例えば、光路長
差(2ω+d) =2 mm、光源の波長λ=0.78μm である干
渉計を考えると、必要な波長シフト量は 600pmとなるの
で、この装置で位相シフト法を適用することが出来な
い。
【0008】本発明は上記問題に鑑み、これを解決すべ
く創案されたものであって、干渉する偏波間の位相差可
変素子を提供することを目的とするものであって、この
素子を用いることによって、少ない光路長差をもつ干渉
計装置であっても位相シフト法を適用するできるように
したものである。
く創案されたものであって、干渉する偏波間の位相差可
変素子を提供することを目的とするものであって、この
素子を用いることによって、少ない光路長差をもつ干渉
計装置であっても位相シフト法を適用するできるように
したものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑み、これらの欠点を一掃することができる位相差
可変素子であって、光源と、該光源から発し互いに直交
する偏光に対して異なる屈折率を持つ複屈折部材と、前
記光源から発する光の波長を時間的に変化せしめて前記
直交する偏波間の位相差を変化せしめる波長可変手段と
を備えたことを特徴とするものである。
情に鑑み、これらの欠点を一掃することができる位相差
可変素子であって、光源と、該光源から発し互いに直交
する偏光に対して異なる屈折率を持つ複屈折部材と、前
記光源から発する光の波長を時間的に変化せしめて前記
直交する偏波間の位相差を変化せしめる波長可変手段と
を備えたことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】以上要するに、本発明は叙述の如く構成された
ものであるから、互いに直交する偏光間に屈折率差を与
える複屈折部材を配置し波長を変化させることにより、
前記部材を透過した直交偏波間の位相が変化する。つま
り、干渉計の光路長差が微量であったとしても、この屈
折率差を与える部材を干渉計の共通光路上に配置するこ
とによって、干渉する偏波間の位相差を変化することが
できるので、位相シフト法を実現することが可能とな
る。
ものであるから、互いに直交する偏光間に屈折率差を与
える複屈折部材を配置し波長を変化させることにより、
前記部材を透過した直交偏波間の位相が変化する。つま
り、干渉計の光路長差が微量であったとしても、この屈
折率差を与える部材を干渉計の共通光路上に配置するこ
とによって、干渉する偏波間の位相差を変化することが
できるので、位相シフト法を実現することが可能とな
る。
【0011】この複屈折部材内において2光束が殆ど同
一の光路長差(2ω+d)を通るため環境憂乱などが起
こった場合でも、2光が同じ影響を受けるので、干渉強
度に強いと云う利点がある。
一の光路長差(2ω+d)を通るため環境憂乱などが起
こった場合でも、2光が同じ影響を受けるので、干渉強
度に強いと云う利点がある。
【0012】
【0013】本発明の第1の実施例を図1に基づいて説
明する。光源である半導体レーザ1から発する光はコリ
メートレンズ2によって平行光となった後、戻り光を除
去するために設けてあるアイソレータ12を通過する。
本実施例では、水晶や方解石やルチルなどの複屈折部材
11を用い、この複屈折部材11を光源から干渉計に至
る光路の途中に挿入する。複屈折部材11は、光軸に垂
直な面内において直交する2方向の屈折率が異なる。
今、この方向をx方向、y方向とする。そして、x、y
方向の偏光に対する屈折率をそれぞれnx、nyとし、
複屈折部材11の厚さをLとする。x方向、y方向に対
して45°だけ傾いた直線偏光または円偏光がこの複屈
折部材11に入射する。x方向の偏光成分とy方向の偏
光成分とは等しく、この複屈折部材11を通過した後の
x偏波とy偏波の光路長差はL(nx−ny)となる。
これらx偏波とy偏波は、ビームエクスパンダ43によ
り適当なビーム径に広がって、偏光ビームスプリッタ
3、λ/4波長板 6、参照面4および被検面5によって構
成されているトワイマングリーン干渉計18に入射す
る。ここで偏光ビームスプリッタ3は、入射するx偏波
とy偏波のうち、どちらか一方は透過し、他方は反射す
るよう軸調整してある。これら光はそれぞれ参照面4と
被検面5を反射して検出器8の面上で干渉する。この干
渉強度分布の情報をコンピユ ータ10へ伝送する。次
に、この状態に対してx偏波とy偏波の位相差がπ/
2、π、3π/2と変化するように、コンピユ ータ10
で半導体レーザ駆動装置9の制御を行って波長を変化さ
せ、そしてその度毎に干渉強度分布の情報をコンピユ ー
タ10へ伝送する。そして、これらI1、I2、I3、I4の4
枚の2次元情報を基に(4)、(5)式を実行すると、
今、求めたい被検面5の位相分布2ω( x,y)を得ること
が出来る。結果として、偏光ビームスプリッタ3からの
距離が参照面4と被検面5とで、殆ど等しい場合でも、
2光の光路長差は、複屈折部材11を伝播したときに生
じたd(nx─ny)だけあることになる。また、複屈
折部材11内に伝播する2光は同一の光路を通るため、
従来の干渉計と異なり、環境憂乱が起こった場合であっ
ても、2光が受ける環境の影響は殆ど等しく、干渉強度
には何ら影響を来さない。
明する。光源である半導体レーザ1から発する光はコリ
メートレンズ2によって平行光となった後、戻り光を除
去するために設けてあるアイソレータ12を通過する。
本実施例では、水晶や方解石やルチルなどの複屈折部材
11を用い、この複屈折部材11を光源から干渉計に至
る光路の途中に挿入する。複屈折部材11は、光軸に垂
直な面内において直交する2方向の屈折率が異なる。
今、この方向をx方向、y方向とする。そして、x、y
方向の偏光に対する屈折率をそれぞれnx、nyとし、
複屈折部材11の厚さをLとする。x方向、y方向に対
して45°だけ傾いた直線偏光または円偏光がこの複屈
折部材11に入射する。x方向の偏光成分とy方向の偏
光成分とは等しく、この複屈折部材11を通過した後の
x偏波とy偏波の光路長差はL(nx−ny)となる。
これらx偏波とy偏波は、ビームエクスパンダ43によ
り適当なビーム径に広がって、偏光ビームスプリッタ
3、λ/4波長板 6、参照面4および被検面5によって構
成されているトワイマングリーン干渉計18に入射す
る。ここで偏光ビームスプリッタ3は、入射するx偏波
とy偏波のうち、どちらか一方は透過し、他方は反射す
るよう軸調整してある。これら光はそれぞれ参照面4と
被検面5を反射して検出器8の面上で干渉する。この干
渉強度分布の情報をコンピユ ータ10へ伝送する。次
に、この状態に対してx偏波とy偏波の位相差がπ/
2、π、3π/2と変化するように、コンピユ ータ10
で半導体レーザ駆動装置9の制御を行って波長を変化さ
せ、そしてその度毎に干渉強度分布の情報をコンピユ ー
タ10へ伝送する。そして、これらI1、I2、I3、I4の4
枚の2次元情報を基に(4)、(5)式を実行すると、
今、求めたい被検面5の位相分布2ω( x,y)を得ること
が出来る。結果として、偏光ビームスプリッタ3からの
距離が参照面4と被検面5とで、殆ど等しい場合でも、
2光の光路長差は、複屈折部材11を伝播したときに生
じたd(nx─ny)だけあることになる。また、複屈
折部材11内に伝播する2光は同一の光路を通るため、
従来の干渉計と異なり、環境憂乱が起こった場合であっ
ても、2光が受ける環境の影響は殆ど等しく、干渉強度
には何ら影響を来さない。
【0014】本実施例では位相差を2πに変化させるた
めには以下の式を満足すれば良い。 また、必要な波長シフト量△λは次式により与えられ
る。 即ち、このシフト量△λだけ光源の波長を連続的、また
はステップ状に変化させれば、位相シフト法を適用する
ことができる。
めには以下の式を満足すれば良い。 また、必要な波長シフト量△λは次式により与えられ
る。 即ち、このシフト量△λだけ光源の波長を連続的、また
はステップ状に変化させれば、位相シフト法を適用する
ことができる。
【0015】図1においては、光源から干渉計18に至
る光路の途中に複屈折部材11を配置しているが、この
複屈折部材11は干渉計18から偏光板7に至る光路の
途中に配置してもよい。また波長可変光源としては、半
導体レーザ1の他にも色素レーザを使用することもでき
る。また、白色光源と可変波長フィルタを組み合わせる
方式もある。これらのことは他の実施例においても同様
である。
る光路の途中に複屈折部材11を配置しているが、この
複屈折部材11は干渉計18から偏光板7に至る光路の
途中に配置してもよい。また波長可変光源としては、半
導体レーザ1の他にも色素レーザを使用することもでき
る。また、白色光源と可変波長フィルタを組み合わせる
方式もある。これらのことは他の実施例においても同様
である。
【0016】このような本発明では、少ない波長シフト
量で偏光間の位相差を変化させることができるが、この
ことは、複屈折部材11を透過後の光の偏波状態を変化
させていると換言できる。x偏波とy偏波の位相差が0
からπ/2、π、3π/2と変化するときの偏波状態
は、直線偏波から楕円偏波を経て円偏波へ、そして垂直
方向への直線偏波となり、更に逆回転の円偏波となって
基の直線偏波の状態に戻る。よって、本発明によれば、
波長を制御することによって任意に偏波状態を変化させ
ることが出来、この特徴を活かしてエリプソメータのよ
うに光の偏波状態から測定物の物理量を測定するよな光
学装置にも本発明は利用できる。
量で偏光間の位相差を変化させることができるが、この
ことは、複屈折部材11を透過後の光の偏波状態を変化
させていると換言できる。x偏波とy偏波の位相差が0
からπ/2、π、3π/2と変化するときの偏波状態
は、直線偏波から楕円偏波を経て円偏波へ、そして垂直
方向への直線偏波となり、更に逆回転の円偏波となって
基の直線偏波の状態に戻る。よって、本発明によれば、
波長を制御することによって任意に偏波状態を変化させ
ることが出来、この特徴を活かしてエリプソメータのよ
うに光の偏波状態から測定物の物理量を測定するよな光
学装置にも本発明は利用できる。
【0017】本発明の第2の実施例を図2に示す。本実
施例では、複屈折部材として偏波面保存ファイバ(以
下、PMFと略す)14を用いる。半導体レーザ1から
の光はコリメートレンズ2、アイソレータ12を通過し
た後、結合レンズ13によりPMF14に入射する。図
3にPMF14の断面図を示す。PMF14は、通常の
シングルモードファイバのコア15の周辺に応力付与部
16を設けてx方向とy方向の屈折率に差を生じさせた
ものである。今、x方向、y方向に対し45°だけ傾い
た直線偏光または円偏波がこのPMF14に入射する
と、PMF14を伝播後にはx偏光成分とy偏光成分と
の間に位相差が生じている。PMF14を伝播した光は
射出レンズ17により射出し、第1の実施例と同様にト
ワイマングリーン干渉計18に入射し光検出器8上で干
渉する。そして波長シフトを行うと、干渉縞をx偏波と
y偏波間の位相差が変化し、干渉強度の明暗が変化す
る。この干渉強度を検出器8で取り込みコンピュータ1
0で解析すると、被検物の位相分布が分かる。
施例では、複屈折部材として偏波面保存ファイバ(以
下、PMFと略す)14を用いる。半導体レーザ1から
の光はコリメートレンズ2、アイソレータ12を通過し
た後、結合レンズ13によりPMF14に入射する。図
3にPMF14の断面図を示す。PMF14は、通常の
シングルモードファイバのコア15の周辺に応力付与部
16を設けてx方向とy方向の屈折率に差を生じさせた
ものである。今、x方向、y方向に対し45°だけ傾い
た直線偏光または円偏波がこのPMF14に入射する
と、PMF14を伝播後にはx偏光成分とy偏光成分と
の間に位相差が生じている。PMF14を伝播した光は
射出レンズ17により射出し、第1の実施例と同様にト
ワイマングリーン干渉計18に入射し光検出器8上で干
渉する。そして波長シフトを行うと、干渉縞をx偏波と
y偏波間の位相差が変化し、干渉強度の明暗が変化す
る。この干渉強度を検出器8で取り込みコンピュータ1
0で解析すると、被検物の位相分布が分かる。
【0018】今、PMF14の屈折率差(nx−ny)
=3×10-4、波長λ=0.78μm 、ファイバ長d=50m
として(8)式に代入すると、必要な波長シフト量△λ
=40pmとなる。この値は先に示した従来例の場合ときの
値に比べ、かなり小さな値であり、かつ半導体レーザの
モードホッピン現象が起こらない程度の値である。
=3×10-4、波長λ=0.78μm 、ファイバ長d=50m
として(8)式に代入すると、必要な波長シフト量△λ
=40pmとなる。この値は先に示した従来例の場合ときの
値に比べ、かなり小さな値であり、かつ半導体レーザの
モードホッピン現象が起こらない程度の値である。
【0019】本発明の第3の実施例を図4に示す。本実
施例では、複屈折部材として偏光プリズム21、22を
用いる。これら偏光プリズム21、22の結晶軸は図中
の矢印に示したように光軸に対し45°傾いており、第
1の偏光プリズム21と第2の偏光プリズム22の結晶
軸は90°異なっている。従って、入射面、つまり紙面
に対して45°傾いた直線偏波または円偏波が第1の偏
光プリズム21に入射すると、垂直な偏光成分は平常
光、平行な偏光成分は異常光となって、両偏光の光軸は
平行にずれるが、第2の偏光プリズム22により2光の
光軸は一致する。そして、第1の実施例と同様に干渉光
を得る。
施例では、複屈折部材として偏光プリズム21、22を
用いる。これら偏光プリズム21、22の結晶軸は図中
の矢印に示したように光軸に対し45°傾いており、第
1の偏光プリズム21と第2の偏光プリズム22の結晶
軸は90°異なっている。従って、入射面、つまり紙面
に対して45°傾いた直線偏波または円偏波が第1の偏
光プリズム21に入射すると、垂直な偏光成分は平常
光、平行な偏光成分は異常光となって、両偏光の光軸は
平行にずれるが、第2の偏光プリズム22により2光の
光軸は一致する。そして、第1の実施例と同様に干渉光
を得る。
【0020】この2枚の偏光プリズム21、22で生じ
る光路長差は、平常光に対する屈折率をno 、異常光に
対する屈折率をne 、2枚の偏光プリズムの厚さをeと
するとした場合、△Lは次式で与えられる。 今、偏光プリズムの材料を方解石として考え、no =1.
5 、ne =1.34、プリズムの厚さe=2cmを(9) 式に代
入すると、光路長差△d=3.5mm となる。よって、位相
シフトするために必要な波長シフト量は170 pmとなる。
この第2の実施例では、PMF14を使用する構成に比
べ、安価な光学素子で複屈折部材を構成することがで
き、従来のように恒温槽等を設置する必要もないと云う
利点がある。
る光路長差は、平常光に対する屈折率をno 、異常光に
対する屈折率をne 、2枚の偏光プリズムの厚さをeと
するとした場合、△Lは次式で与えられる。 今、偏光プリズムの材料を方解石として考え、no =1.
5 、ne =1.34、プリズムの厚さe=2cmを(9) 式に代
入すると、光路長差△d=3.5mm となる。よって、位相
シフトするために必要な波長シフト量は170 pmとなる。
この第2の実施例では、PMF14を使用する構成に比
べ、安価な光学素子で複屈折部材を構成することがで
き、従来のように恒温槽等を設置する必要もないと云う
利点がある。
【0021】本発明の第4の実施例を図5に示す。本実
施例は、本発明を投影型表面形状計測装置に応用したも
のである。この装置は、直線形の干渉縞を生成し、その
干渉縞を被測定物の表面に投影して、その表面の凹凸を
測定するものである。半導体レーザ1からの光は、第2
の実施例と同様にPMF14を伝播する。そして、コリ
メートレンズ2で平行光となった後、ウオ ラストンプリ
ズムなどの偏光プリズム23に入射する。このプリズム
23の結晶軸は、入射する2光のどちらか一方の偏光と
一致している。よって、プリズム23の異常光に相当す
る偏光は光軸がずれる。そして、第1の実施例と同様に
偏光板7を通過することによって、直線型の干渉縞がで
きる。この干渉縞を投影レンズ33で被測定物表面に投
影し、ある所定角度を持って配置したCCDカメラ等の
撮像装置24でこの干渉縞を観察すると、表面の凹凸に
従って歪んだ像を得ることが出来る。そして、これまで
の実施例と同様に波長シフトを行うと、干渉縞を造って
いる2つの光の位相差が変化し、干渉縞が移動する。こ
のときの画像を撮像装置24で取り込み、コンピュータ
10で解析すると、被検物表面の凹凸が分かる。この干
渉計装置は、元来光路長差が殆どなく、波長シフトによ
る位相シフト法を適用することはできなかったが、本発
明によって、それが可能となった。
施例は、本発明を投影型表面形状計測装置に応用したも
のである。この装置は、直線形の干渉縞を生成し、その
干渉縞を被測定物の表面に投影して、その表面の凹凸を
測定するものである。半導体レーザ1からの光は、第2
の実施例と同様にPMF14を伝播する。そして、コリ
メートレンズ2で平行光となった後、ウオ ラストンプリ
ズムなどの偏光プリズム23に入射する。このプリズム
23の結晶軸は、入射する2光のどちらか一方の偏光と
一致している。よって、プリズム23の異常光に相当す
る偏光は光軸がずれる。そして、第1の実施例と同様に
偏光板7を通過することによって、直線型の干渉縞がで
きる。この干渉縞を投影レンズ33で被測定物表面に投
影し、ある所定角度を持って配置したCCDカメラ等の
撮像装置24でこの干渉縞を観察すると、表面の凹凸に
従って歪んだ像を得ることが出来る。そして、これまで
の実施例と同様に波長シフトを行うと、干渉縞を造って
いる2つの光の位相差が変化し、干渉縞が移動する。こ
のときの画像を撮像装置24で取り込み、コンピュータ
10で解析すると、被検物表面の凹凸が分かる。この干
渉計装置は、元来光路長差が殆どなく、波長シフトによ
る位相シフト法を適用することはできなかったが、本発
明によって、それが可能となった。
【0022】本発明の第5の実施例を図6に示す。本実
施例は、本発明を表面粗さ計に応用したものである。第
2、4実施例と同様にPMF14を伝播した被検面5
は、明るさ絞り34と視野絞り35を通過した後、ハー
フミラー25で反射して対物レンズ26に入射する。そ
して、偏光ビームスプリッタ3で参照面4と被検面5に
向かう光に分かれる。そして、それぞれの面で反射した
後、偏光ビームスプリッタ3で重なり合い上方の検出器
8へと向かう。従って、検出器8上では被検面5と参照
面4との光路長差に従った干渉強度分布が生成される。
そして、これまでの実施例と同様に波長シフトを行って
位相シフトを行い、コンピュータ10で解析すると、被
検物表面の凹凸が分かる。
施例は、本発明を表面粗さ計に応用したものである。第
2、4実施例と同様にPMF14を伝播した被検面5
は、明るさ絞り34と視野絞り35を通過した後、ハー
フミラー25で反射して対物レンズ26に入射する。そ
して、偏光ビームスプリッタ3で参照面4と被検面5に
向かう光に分かれる。そして、それぞれの面で反射した
後、偏光ビームスプリッタ3で重なり合い上方の検出器
8へと向かう。従って、検出器8上では被検面5と参照
面4との光路長差に従った干渉強度分布が生成される。
そして、これまでの実施例と同様に波長シフトを行って
位相シフトを行い、コンピュータ10で解析すると、被
検物表面の凹凸が分かる。
【0023】従来の干渉装置では、対物レンズの開口式
(NA)を大きくしようとすると逆に干渉計部を小さく
しなくてはならないと云う問題があった。また、光路長
差を大きくするために、参照面をずらすと、焦点位置か
らもずれてしまい、適切な干渉分布を得ることが出来な
くなる不便さがあった。そのために干渉計部での光路長
差は非常に小さくて波長シフトによる位相シフト法を適
用できなかったが、本発明により、これらの欠点が解消
され、この装置の使用が可能となった。
(NA)を大きくしようとすると逆に干渉計部を小さく
しなくてはならないと云う問題があった。また、光路長
差を大きくするために、参照面をずらすと、焦点位置か
らもずれてしまい、適切な干渉分布を得ることが出来な
くなる不便さがあった。そのために干渉計部での光路長
差は非常に小さくて波長シフトによる位相シフト法を適
用できなかったが、本発明により、これらの欠点が解消
され、この装置の使用が可能となった。
【0024】本発明の第6の実施例を図7に示す。本実
施例は、レンズの収差を測定するために用いるシアリン
グ干渉計に応用した例である。半導体レーザ1からの光
は、第3の実施例と同様に2枚の偏光プリズム21、2
2を通過して偏光間の位相差を設ける。そして無収差レ
ンズ27を通過した後、被検レンズ28を通過する。こ
こで無収差レンズ27と被検レンズ28間の距離は、被
検レンズ28を通過した光が平行光となるように調整し
てある。また、この光は、ミラー29を反射して再び被
検レンズ28、無収差レンズ27を通過してハーフミラ
ー30で反射する。そして偏光プリズム31でこの波面
から光軸が平行にずれた2つの波面を生成して、この波
面を干渉させる。ここで得られた干渉強度分布は、被検
レンズ28の波面をずらし方向に微分したものに相当し
ており、コンピュータ10で解析することにより被検レ
ンズ28の波面を知ることができる。
施例は、レンズの収差を測定するために用いるシアリン
グ干渉計に応用した例である。半導体レーザ1からの光
は、第3の実施例と同様に2枚の偏光プリズム21、2
2を通過して偏光間の位相差を設ける。そして無収差レ
ンズ27を通過した後、被検レンズ28を通過する。こ
こで無収差レンズ27と被検レンズ28間の距離は、被
検レンズ28を通過した光が平行光となるように調整し
てある。また、この光は、ミラー29を反射して再び被
検レンズ28、無収差レンズ27を通過してハーフミラ
ー30で反射する。そして偏光プリズム31でこの波面
から光軸が平行にずれた2つの波面を生成して、この波
面を干渉させる。ここで得られた干渉強度分布は、被検
レンズ28の波面をずらし方向に微分したものに相当し
ており、コンピュータ10で解析することにより被検レ
ンズ28の波面を知ることができる。
【0025】本発明の第7の実施例を図8に示す。本実
施例は、2枚の平行平面板を用いたシアリング干渉計に
応用した例である。前方の平面板40の裏面には入射す
る光のうちS波だけが反射する誘導体多層膜41が張り
つけられている。また後方の平面板42の表面はミラー
になっている。よって、被検レンズ28を通過した光の
うちS波はこの誘導体多層膜41を反射し、P波は透過
して後方の平面板42を反射した後、再び前方の平面板
40を透過する。入射光は、2枚の平面板40、42間
の距離に対応してシアされ、そして偏光板7を通過して
検出器8上で干渉する。従来、この型の干渉計では後方
の平面板42に圧電素子を取り付けて平面板間の距離を
変化させることによって、位相シフトを行ってきた。し
かし、2枚の平面板の平行度を保ちながら平面板を移動
させるこの手法は、非常に精度を要するものであった。
これに対し、本実施例によれば、複屈折部材により、光
路長が長くなるので、波長シフトによる位相シフト法を
適用できるため、従来の問題を解決することが出来る。
尚、上記実施例の第4〜7に使用する複屈折部材は第1
〜3の実施例に示されたの装置のいずれを使用してもよ
い。
施例は、2枚の平行平面板を用いたシアリング干渉計に
応用した例である。前方の平面板40の裏面には入射す
る光のうちS波だけが反射する誘導体多層膜41が張り
つけられている。また後方の平面板42の表面はミラー
になっている。よって、被検レンズ28を通過した光の
うちS波はこの誘導体多層膜41を反射し、P波は透過
して後方の平面板42を反射した後、再び前方の平面板
40を透過する。入射光は、2枚の平面板40、42間
の距離に対応してシアされ、そして偏光板7を通過して
検出器8上で干渉する。従来、この型の干渉計では後方
の平面板42に圧電素子を取り付けて平面板間の距離を
変化させることによって、位相シフトを行ってきた。し
かし、2枚の平面板の平行度を保ちながら平面板を移動
させるこの手法は、非常に精度を要するものであった。
これに対し、本実施例によれば、複屈折部材により、光
路長が長くなるので、波長シフトによる位相シフト法を
適用できるため、従来の問題を解決することが出来る。
尚、上記実施例の第4〜7に使用する複屈折部材は第1
〜3の実施例に示されたの装置のいずれを使用してもよ
い。
【発明の効果】上述したように本発明は、この構成によ
って、干渉計部における光路長差が少ない干渉計でも、
少ない波長シフト量で位相シフトを行うことが出来る。
って、干渉計部における光路長差が少ない干渉計でも、
少ない波長シフト量で位相シフトを行うことが出来る。
【図1】本発明の第1の実施例による構成図
【図2】本発明の第2の実施例による構成図
【図3】図2の偏波面保存ファイバ(PMF)の断面図
である。
である。
【図4】本発明の第3の実施例による構成図
【図5】本発明の第4の実施例による構成図
【図6】本発明の第5の実施例による構成図
【図7】本発明の第6の実施例による構成図
【図8】本発明の第7の実施例による構成図
【図9】干渉計を用いた波面測定の従来の構成図
【符号の説明】 1 半導体レーザ(光源) 2 コリメートレンズ 3 偏光ビームスプリッタ 4 参照面 5 被検面 6 λ/4波長板 7 偏光板 8 検出器 9 半導体レーザ駆動装置 10 コンピュータ 11 複屈折部材 12 アイソレータ 13 結合レンズ 14 PMF 15 コア 16 応力付与部 17 射出レンズ 18 トワイマングリーン干渉計 21 偏光プリズム 22 偏光プリズム 23 ウオ ラストンプリズム 24 撮像装置 25 ハーフミラー 26 対物レンズ 27 無収差レンズ 28 被検レンズ 29 ミラー 30 ハーフミラー 31 偏光プリズム 33 投影レンズ 34 明るさ絞り 35 視野絞り 40 前方の平面板 41 誘導体多層膜 42 後方の平面板 43 ビームエクスパンダ
Claims (2)
- 【請求項1】 光源と、該光源から発し互いに直交する
偏光に対して異なる屈折率を持つ複屈折部材と、前記光
源から発する光の波長を時間的に変化せしめて前記直交
する偏波間の位相差を変化せしめる波長可変手段とを備
えたことを特徴とする位相差可変素子。 - 【請求項2】 光源と、該光源から発し互いに直交する
偏光に対して異なる屈折率を持つ複屈折部材と、前記偏
光を空間的に分割する偏光分割と、前記偏光を干渉せし
める偏光子と、前記偏光より生成した干渉強度分布を検
出する光検出手段と、前記光源から発する光の波長を時
間的に変化せしめて前記直交する偏光間の位相差を変化
せしめる波長可変手段とを備えたことを特徴とする位相
シフト干渉計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3307886A JPH05141915A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 位相差可変素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3307886A JPH05141915A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 位相差可変素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05141915A true JPH05141915A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17974351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3307886A Pending JPH05141915A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 位相差可変素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05141915A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010038695A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Mitsutoyo Corp | 形状測定装置および形状測定装置の校正方法 |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3307886A patent/JPH05141915A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010038695A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Mitsutoyo Corp | 形状測定装置および形状測定装置の校正方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020423 |