(57)【要約】【課題】従来に比べて少ない測定回数で測定対象の偏光情報を取得可能な光計測装置を提供すること。【解決手段】光源１０１から出射された光を測定対象１０７に照射する検査光と測定対象に照射しない参照光とに分岐し、検査光が測定対象によって反射もしくは散乱されることによって得られる信号光を互いに直交する２つの偏光成分である第一の分岐信号光と第二の分岐信号光に分離し、第一の分岐信号光と参照光とを第一の干渉光学系１１３ａに入力して干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成し、第二の分岐信号光と前記参照光と第二の干渉光学系１１３ｂに入力して干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成し、第一の干渉光学系によって生成された干渉光と、第二の干渉光学系によって生成された干渉光を検出する構成とした。【選択図】図５
2014109556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を測定対象に照射する検査光と測定対象に照射しない参照光とに分岐する光分岐手段と、
前記検査光の偏光状態を調整可能な偏光調整手段と、
前記検査光が測定対象によって反射もしくは散乱されることによって得られる信号光を互いに直交する２つの偏光成分である第一の分岐信号光と第二の分岐信号光に分離する偏光分離手段と、
前記第一の分岐信号光と前記参照光とを干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第一の干渉光学系と、
前記第二の分岐信号光と前記参照光とを干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第二の干渉光学系と、
前記第一の干渉光学系によって生成された干渉光を検出する第一の検出部と、
前記第二の干渉光学系によって生成された干渉光を検出する第二の検出部と、
前記第一の検出部と第二の検出部から出力された信号に対して演算を行う信号処理部と、
を有することを特徴とする光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記検査光の前記測定対象に対する照射位置を走査する検査光走査手段を有することを特徴とする光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記第一の干渉光学系によって生成される干渉光の数と、前記第二の干渉光学系によって生成される干渉光の数の少なくとも一方は４つであり、
前記第一の干渉光学系あるいは前記第二の干渉光学系により生成された４つの干渉光は互いに干渉の位相がほぼ９０度ずつ異なり、位相がほぼ１８０度異なる干渉光の対が電流差動型の差動検出器によって検出される
ことを特徴とする光計測装置。
【請求項４】
光源と、光観察ユニットと、光検出ユニットを有し、
前記光観察ユニットは、
前記光源から出射された光を測定対象に照射する検査光と測定対象に照射しない参照光とに分岐する光分岐手段と、
前記検査光の偏光状態を調整可能な偏光調整手段と、
前記検査光の前記測定対象に対する照射位置を走査する検査光走査手段と、
前記検査光が測定対象によって反射もしくは散乱されることによって得られる信号光を互いに直交する２つの偏光成分である第一の分岐信号光と第二の分岐信号光に分離する偏光分離手段と、
を有し、
前記光検出ユニットは、
前記第一の分岐信号光と前記参照光と干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第一の干渉光学系と、
前記第二の分岐信号光と前記参照光と干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第二の干渉光学系と、
前記第一の干渉光学系によって生成された干渉光を検出する第一の検出部と、
前記第二の干渉光学系によって生成された干渉光を検出する第二の検出部と、
前記第一の検出部と第二の検出部から出力された信号に対して演算を行う信号処理部と、
を有し、
前記光観察ユニットと前記光検出ユニットは互いに２本以上の偏波保持光ファイバによって接続されていることを特徴とする光計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記光分岐手段と前記偏光分離手段は１つの偏光分離素子によって実現され、
光源方向に戻った前記信号光と前記参照光を前記第一の干渉光学系あるいは前記第二の干渉光学系へ導く戻り光利用手段をさらに有する
ことを特徴とする光計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記第一の干渉光学系と前記第二の干渉光学系は１つの干渉光学系によって実現されることを特徴とする光計測装置。
【請求項７】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記第一の検出部と前記第二の検出部は同一の検出部であり、
前記第一の干渉光学系によって生成された干渉光が前記検出部へ入射する時間帯と、前記第二の干渉光学系によって生成された干渉光が前記検出部へ入射する時間帯を異ならしめる光切り替え手段をさらに有することを特徴とする光計測装置。
【請求項８】
光源と、光源からの光を偏波保持光ファイバによって外部に出力する光出力部と、
偏波保持光ファイバによって外部から第一の入力光と第二の入力光が入力される光入力部と、
前記第一の入力光のｐ偏光成分とｓ偏光成分を干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第一の干渉光学系と、
前記第二の入力光のｓ偏光成分とｐ偏光成分を干渉させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する第二の干渉光学系と、
前記第一の干渉光学系によって生成された３つ以上の干渉光を検出する第一の検出部と、
前記第二の干渉光学系によって生成された３つ以上の干渉光を検出する第二の検出部と、
前記第一の検出部と第二の検出部から出力された信号に対して演算を行う信号処理部と、
を有することを特徴とする光検出ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の光検出ユニットにおいて、
前記信号処理部は、前記第一の検出部で検出された３つ以上の干渉光の検出信号を演算して前記第一の入力光のｐ偏光成分の振幅と前記第一の入力光のｓ偏光成分の位相を基準とした当該ｐ偏光成分の位相の情報を取得し、前記第二の検出部で検出された３つ以上の干渉光の検出信号を演算して前記第二の入力光のｓ偏光成分の振幅と前記第二の入力光のｐ偏光成分の位相を基準とした当該ｓ偏光成分の位相の情報を取得することを特徴とする光検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光感受型光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いて測定対象の表面構造や内部構造を反映した画像を取得する光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）が注目を集めている（非特許文献１，非特許文献２）。ＯＣＴは人体に対する侵襲性を持たないことから、特に医療分野や生物学分野への応用が期待されており、眼科分野においては眼底や角膜等の画像を形成する装置が実用化段階に入っている。
【０００３】
生体組織は複屈折性を有していることがあり、例えば人の眼球の水晶体は複屈折方向の異なった複数の層が積み重なった層構造を有している。しかしこれらの層は同じ屈折率を有しているため、生体組織の屈折率分布を測定している通常のＯＣＴではその構造を可視化することができない。このような構造を可視化するための技術として、偏光感受型ＯＣＴの開発が行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８９７０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Medical Photonics No.1 (2010), pp.29-33
【非特許文献２】Medical Photonics No.7 (2011), pp.58-64
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示されているような従来の偏光感受型ＯＣＴ装置においては、測定対象の偏光情報（ミュラー行列）を取得するために測定対象に入射させる検査光の偏光状態を４通り、参照光の偏光状態４通り変えて測定する必要があり、合計１６回の測定を行わなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光源から出射された光を光分岐手段によって測定対象に照射する検査光と測定対象に照射しない参照光に２分岐し、λ／２板等の偏光調整手段により検査光の偏光状態をｐ偏光又はｓ偏光状態に調整し、測定対象によって反射もしくは散乱された検査光（以下、信号光と称する）を偏光分離手段によってp偏光成分とs偏光成分に分離し、第一の干渉光学系により信号光のp偏光成分と参照光から互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成し、第二の干渉光学系により信号光のs偏光成分と参照光から互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成し、第一の干渉光学系により生成された干渉光を第一の検出部により検出し、第二の干渉光学系により生成された干渉光を第二の検出部により検出することとした。
【０００８】
これにより、一度の測定で信号光電場のp偏光成分とs偏光成分の振幅の絶対値、及びp偏光成分とs偏光成分の位相差を取得することができるため、従来よりも少ない測定回数で測定対象の偏光情報を取得することができる。
【０００９】
検査光走査部を備え、測定対象に対する検査光の照射位置を走査しながら各位置で測定対象の偏光情報を取得することにより、検査対象の検査ラインに沿った一次元像あるいは検査面の二次元像を取得することができる。検査光走査部は、ガルバノミラーや対物レンズを駆動するアクチュエータを利用して構成することができる。
【００１０】
別の手段として、第一の干渉光学系あるいは第二の干渉光学系により生成される干渉光は４つであり、４つの干渉光は互いに干渉の位相がほぼ９０度ずつ異なり、位相がほぼ１８０度ずつ異なる干渉光の対を電流差動型の差動検出器によって検出することとした。
【００１１】
これにより、検出器が飽和しにくくなるため参照光の強度を大きくすることが可能になり、高いＳＮ比を確保することができる。
【００１２】
別の手段として、光分岐手段と偏光調整手段と偏光分離手段とを有する光観察ユニットと、光源と第一，第二の干渉光学系と第一，第二の検出部とを有する光検出ユニットを、取り外し可能な２本以上の偏波保持光ファイバによって接続することとした。
【００１３】
これにより、人体などの大きな測定対象を測定する場合に、光観察ユニットだけを測定対象に近づけることで測定が可能になるため、測定が容易になる。
【００１４】
別の手段として、光分岐手段と偏光分離手段を１つの偏光分離素子によって実現し、光源方向に戻った信号光と参照光を光サーキュレータ等の戻り光利用手段によって第一の干渉光学系あるいは第二の干渉光学系へ導くこととした。
【００１５】
これにより、光計測装置の部品点数を削減することができ、より簡素な構成で信号光と参照光を合波することが可能になる。
【００１６】
別の手段として、第一の干渉光学系と、第二の干渉光学系を一つの干渉光学系により実現することとした。
これにより、光計測装置の部品点数をさらに削減することができる。
【００１７】
別の手段として、第一の検出部と、第二の検出部を同一の検出部とし、光スイッチや光シャッター等の光切り替え手段を用いて第一の干渉光学系によって生成された干渉光が検出部へ入射する時間帯と、第二の干渉光学系によって生成された干渉光が検出部へ入射する時間帯を異ならしめることとした。
これにより、光計測装置の検出器の数を削減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来に比べて少ない測定回数で測定対象の偏光情報を取得可能な、偏光感受型光計測装置を提供することができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の光計測装置の例を表す図。
【図２】本発明に用いられる干渉光学系の例を表す図。
【図３】本発明に用いられる干渉光学系の例を表す図。
【図４】本発明の光計測装置の例を表す図。
【図５】本発明の光計測装置の例を表す図。
【図６】本発明の光計測装置の例を表す図。
【図７】本発明の光計測装置の例の断面図。
【図８】本発明の光計測装置の例を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１は本発明の基本的な実施例を示す模式図である。
光源１０１から出射された光はコリメートレンズ１０２によって平行光に変換された後、ハーフビームスプリッタ１０３によって検査光と参照光に２分岐される。検査光は結晶軸方向が調整可能なλ／２板１０４によって偏光状態をｐ偏光もしくはｓ偏光に調整された後、対物レンズ１０５によって集光されて測定対象１０７に照射される。ここで、測定対象物への集光位置はアクチュエイター１０６によって対物レンズ１０５の位置を動かすことにより走査される。測定対象から反射された検査光（以下、信号光と称する）は対物レンズ１０５によって平行光に変換され、λ／２板１０４とハーフビームスプリッタ１０３を透過して偏光ビームスプリッタ１１１に導かれる。ここで、信号光の強度はハーフビームスプリッタ１０３を透過する際に半分になる。
【００２２】
一方参照光は、ミラー１０８とミラー１０９反射した後、λ／２板１１０によって偏光状態を４５度直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１１１に入射する。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ１１１へ入射する時点での信号光のｐ偏光成分と参照光のｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、第一の合成光となる。当該第一の合成光はハーフビームスプリッタ１１４ａ，λ／２板１１５ａ，λ／４板１１５ｂ，集光レンズ１１６ａ，１１６ｂ，ウォラストンプリズム１１７ａ，１１７ｂから成る第一の干渉光学系１１３ａへ導かれる。同様にして、偏光ビームスプリッタ１１１へ入射する時点での信号光のｓ偏光成分と参照光のｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、第二の合成光となる。当該第二の合成光はミラー１１２を反射した後ハーフビームスプリッタ１１４ｂ，λ／２板１１５ｃ，λ／４板１１５ｄ，集光レンズ１１６ｃ，１１６ｄ，ウォラストンプリズム１１７ｃ，１１７ｄから成る第二の干渉光学系１１３ｂへ導かれる。
【００２４】
第一の干渉光学系１１３ａと第二の干渉光学系１１３ｂの構成は同一であるから、以下では第一の干渉光学系の構成についてのみ説明する。
【００２５】
第一の干渉光学系１１３ａへ入射した第一の合成光は、ハーフビームスプリッタ１１４ａによって透過光と反射光に２分岐される。第一の合成光の透過光は光学軸が水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／２板１１５ａを透過した後集光レンズ１１６ａによって集光されると共にウォラストンプリズム１１７ａによって２分岐されることにより互いに位相関係が１８０度異なる第一の干渉光と第二の干渉光が生成され、電流差動型の検出器１１８ａによって検出され、それらの強度の差に比例した信号１１９ａが出力される。
【００２６】
第一の合成光の反射光は光学軸が水平方向に対して約４５度に設定されたλ／４板１１５ｂを透過した後集光レンズ１１６ｂによって集光されると共にウォラストンプリズム１１７ｂによって２分岐されることにより互いに位相関係が１８０度異なる第三の干渉光と第四の干渉光が生成され、電流差動型の検出器１１８ｂによって検出され、それらの強度の差に比例した信号１１９ｂが出力される。
【００２７】
同様にして、第二の干渉光学系１１３ｂによって第二の合成光から生成された４つの干渉光は検出器１１８ｃ，１１８ｄによって検出され、信号１１９ｃと信号１１９ｄが生成される。
【００２８】
このようにして生成された信号１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄは信号処理部１２０に入力され、演算されることにより測定対象物の偏光情報（ミュラー行列）が可視化される。
【００２９】
以下、本実施例の光計測装置によって測定対象のミュラー行列を求める原理について数式を用いて説明する。
【００３０】
まずは信号光のジョーンズベクトルを求める方法について述べる。
偏光ビームスプリッタ１１１へ入射する時点での信号光と参照光（以下では単に信号光，参照光と称する）のジョーンズベクトルをそれぞれ以下のように表すこととする。
【００３１】
【数１】
2014109556.tif 000003
【００３２】
ここで、Esig(p)，Esig(s)はそれぞれ信号光電場のｐ偏光成分とｓ偏光成分である。
【００３３】
参照光は４５度直線偏光であるから、ｐ偏光成分とｓ偏光成分は等しくなっている。このとき、第一の合成光及び第二の合成光のジョーンズベクトルはそれぞれ以下のように表すことができる。
【００３４】
【数２】
2014109556.tif 000004
【００３５】
第一の合成光から４つの干渉光が生成されるプロセスと第二の合成光から４つの干渉光が生成されるプロセスは同じであるから、以下では第一の合成光から４つの干渉光が生成されるプロセスについてのみ説明する。
【００３６】
ハーフビームスプリッタ１１４ａを透過し、さらにλ／２板１１５ａを透過した後の第一の合成光のジョーンズベクトルは以下のようになる。
【００３７】
【数３】
2014109556.tif 000005
【００３８】
ウォラストンプリズム１１７ａによって、式(5)で示される第一の合成光はｐ偏光成分とｓ偏光成分に２分岐された後、検出器１１８ａによって差動検出されるので、検出信号１１９ａは以下の様に表される。
【００３９】
【数４】
2014109556.tif 000006
【００４０】
ここで、θsig(p)，θrefはそれぞれ複素数Esig(p)，Erefを極座標表示で表した際の位相である。簡単のため検出器の変換効率は１とした。
【００４１】
一方、ハーフビームスプリッタ１１４ａを反射し、さらにλ／４板１１５ｂを透過した後の第一の合成光のジョーンズベクトルは次のようになる。
【００４２】
【数５】
2014109556.tif 000007
【００４３】
ウォラストンプリズム１１７ｂによって、式(7)で示される第一の合成光はｐ偏光成分とｓ偏光成分に２分岐された後、検出器１１８ｂによって差動検出されるので、検出信号１１９ｂは以下の様に表される。
【００４４】
【数６】
2014109556.tif 000008
【００４５】
これらの出力に対して以下の演算を行うことにより、信号光のｐ偏光成分の振幅の絶対値に比例した信号が得られる。
【００４６】
【数７】
2014109556.tif 000009
【００４７】
また、以下の演算を行うことにより参照光の位相を基準とした信号光のｐ偏光成分の位相を取得することができる。
【００４８】
【数８】
2014109556.tif 000010
【００４９】
全く同様にして、第二の合成光から信号光のｓ偏光成分の振幅の絶対値と位相が取得される。このようにすることにより、信号光の各偏光成分の振幅の絶対値と位相、すなわち信号光のジョーンズベクトルを１度の測定で得ることができる。
【００５０】
次に、得られた信号光のジョーンズベクトルから測定対象のミュラー行列を求める方法について述べる。
信号光のジョーンズベクトルはλ／２板１０４を透過直後の検査光（以下では単に検査光と称する）のジョーンズベクトルと以下の関係によって結ばれている。
【００５１】
【数９】
2014109556.tif 000011
【００５２】
ここで、Esig，E0はそれぞれ信号光と検査光のジョーンズベクトル，JHWPは復路でのλ／２板１０４のジョーンズ行列，JHBSはハーフビームスプリッタ１０３のジョーンズ行列，J0は測定対象のジョーンズ行列，Jは全体のジョーンズ行列である。
【００５３】
式(11)より、検査光の偏光状態をｐ偏光，ｓ偏光とした場合の、信号光のジョーンズベクトルはそれぞれ以下のように表される。
【００５４】
【数１０】
2014109556.tif 000012
【００５５】
これにより、検査光の偏光状態をｐ偏光，ｓ偏光としたそれぞれの場合の信号光のジョーンズベクトルを求めることにより全体のジョーンズ行列Jが得られることが分かる。上で述べた様に、本実施例の光計測装置は１度の測定で信号光のジョーンズベクトルを求めることができるため、合計２度の測定で全体のジョーンズ行列が得られる。
【００５６】
λ／２板１０４とハーフビームスプリッタ１０３のジョーンズ行列JHWP,JHBSはいずれも事前に測定可能（あるいは設計値を用いても良い）であるため、全体のジョーンズ行列Jが分かれば以下の演算により測定対象のジョーンズ行列を求めることができる。
【００５７】
【数１１】
2014109556.tif 000013
【００５８】
さらに以下の演算を行うことにより、測定対象物のミュラー行列M0が求められる。
【００５９】
【数１２】
2014109556.tif 000014
ここで、・はクロネッカーのテンソル積を表す。
このように、本実施例によれば、従来のよりも少ない測定回数で測定対象のミュラー行列を求めることができる。
【００６０】
なお、第一の干渉光学系１１３ａもしくは第二の干渉光学系１１３ｂとしては図１に示したもの以外に、例えば図２に示す干渉光学系を用いることができる。図２示す干渉光学系２０１において、信号光と参照光が合波された合成光は、まず回折格子２０２によって±１次の回折光に分岐され、第一の分岐合成光と第二の分岐合成光が生成される。これらの合成光は、第一の分岐合成光のｓ偏光成分とｐ偏光成分の位相差と、第二の分岐合成光のｓ偏光成分とｐ偏光成分の位相差が、９０度異なるように配置された位相板２０３を通過する。その後、水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／２板２０４にて偏光方向が回転され、ウォラストンプリズム２０５によって偏光分離されることにより、互いに干渉の位相がほぼ９０度ずつ異なる４つの干渉光が生成される。これらの干渉光は集光レンズ２０６によって集光され、検出器２０７によって位相関係が１８０度異なる干渉光の対が差動検出される。
【００６１】
また、本実施例では４つの干渉光の強度から信号光の各偏光成分の振幅と位相の情報を取得したが、干渉光強度を決めるパラメータは(1)信号光強度,(2)参照光強度,(3)信号光と参照光の位相差、の３つであるため、原理的には３つの以上の異なる位相の干渉光強度を検出することにより振幅と位相の情報を取得可能である。
【００６２】
これにより、例えば第一の干渉光学系１１３ａもしくは第二の干渉光学系１１３ｂの代わりに図３に示す干渉光学系３０１を用いることができる。以下、干渉光学系３０１の機能について説明する。無偏光ビームスプリッタ３０２，３０３によって第一の分岐合成光，第二の分岐合成光及び第三の分岐合成光に３分割され、そのうち第一の分岐合成光はｓ偏光がｐ偏光に対して１２０度の位相差を生じる位相板３０４を, 第二の分岐合成光はｓ偏光がｐ偏光に対して２４０度の位相差を生じる位相板３０５を通過し、３つの分岐合成光のいずれも４５度直線偏光のみを透過する偏光子３０６,３０７,３０８を透過し、集光レンズ３０９，３１０，３１１によって集光され、検出器３１２，３１３,３１４によって検出される。これらの検出器の出力３１５，３１６，３１７は、次のように表される。
【００６３】
【数１３】
2014109556.tif 000015
【００６４】
これらの出力に対して、次の演算を行うことにより、各偏光成分の振幅と位相の情報が得られる。
【００６５】
【数１４】
2014109556.tif 000016
【００６６】
［実施例２］
図４は本発明の別の実施例を示す模式図である。
以下、本実施例を図４に基づいて説明する。なお、図１に記載されているものと同一の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
光検出ユニット４０１内の光源１０１から出力された光は偏波保持光ファイバ４０２及び偏波保持光ファイバ４０３を伝搬し光観察ユニット４０４へ入力される。ここで、偏波保持光ファイバ４０３は光検出ユニット４０１及び光観察ユニット４０４から取り外し可能になっている。光観察ユニットに入力された光は、実施例１の場合と同様にハーフビームスプリッタ１０３によって２分岐された後、偏光ビームスプリッタ１１１によって合波され、第一の合成光と第二の合成光が生成される。第一の合成光と第二の合成光はそれぞれ集光レンズ４０６と集光レンズ４０７によって偏波保持光ファイバ４０８と偏波保持光ファイバ４０９に結合され、光検出ユニット４０１へ入力される。ここで、偏波保持光ファイバ４０８と偏波保持光ファイバ４０９は光検出ユニット４０１及び光観察ユニット４０４から取り外し可能になっている。光検出ユニット４０１へ入力された第一の合成光及び第二の合成光は、それぞれ偏波保持光ファイバ４１０と偏波保持光ファイバ４１１を伝搬した後、コリメートレンズ４１２とコリメートレンズ４１３によって平行光に変換され、第一の干渉光学系１１３ａ及び第二の干渉光学系１１３ｂへ入射される。その後の処理は実施例１と全く同様であるため説明を省略する。
【００６８】
本実施例によれば、光検出ユニット４０１と光観察ユニット４０４が偏波保持光ファイバ４０３，４０８，４０９によって接続されているため、人体などの大きな測定対象を測定する場合に、光観察ユニット４０４だけを測定対象に近づけることで測定が可能になり、測定が容易になる。
【００６９】
［実施例３］
図５は本発明の別の実施例を示す模式図である。
以下、本実施例を図５に基づいて説明する。なお、図１〜４に記載されているものと同一の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７０】
光検出ユニット４０１内の光源１０１から出力された光は光サーキュレータ５０１によって偏波保持光ファイバ４０２へ導かれ、偏波保持光ファイバ４０２と偏波保持光ファイバ４０３を伝搬した後、光観察ユニット４０４へ入力される。光観察ユニット４０４に入力された光はコリメートレンズ１０２によって平行光に変換された後、偏光ビームスプリッタ５０２によって検査光と参照光に分離される。検査光はλ／２板１０４によってｐ偏光もしくはｓ偏光に変換された後、対物レンズ１０５によって集光されて測定対象１０７に照射される。測定対象から反射された検査光（以下、信号光と称する）は対物レンズ１０５によって平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ５０２に入射する。
【００７１】
一方参照光は、光学軸方向が水平方向に対して約２２．５に設定されたλ／４板５０３を透過後ミラー５０４によって反射され、再びλ／４板５０３を透過した後、偏光ビームスプリッタ５０２に入射する。このとき、参照光はλ／４を二度通過することによりｐ偏光から４５度直線偏光に変換されている。
【００７２】
偏光ビームスプリッタ５０２へ入射する時点での信号光のｐ偏光成分と参照光のｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ５０２によって合波され、第一の合成光となる。当該第一の合成光は、集光レンズ５０５によって偏波保持光ファイバ５０６に結合され、光検出ユニット４０１へ入力される。ここで、偏波保持光ファイバ５０６は光検出ユニット４０１と光観察ユニット４０４からは取り外し可能になっている。
【００７３】
同様にして、偏光ビームスプリッタ５０２へ入射する時点での信号光のｓ偏光成分と参照光のｐ偏光成分は偏光ビームスプリッタ５０２によって合波され、第二の合成光となる。当該第二の合成光は、コリメートレンズ１０２によって偏波保持光ファイバ４０３に結合され、光検出ユニット４０１へ入力される。
【００７４】
光検出ユニット４０１へ入力された第一の合成光は、偏波保持光ファイバ４１０を伝搬した後、コリメートレンズ４１２によって平行光に変換されて干渉光学系１１３ａに入射する。
【００７５】
光検出ユニット４０１に入射された第二の合成光は偏波保持光ファイバ４０２を伝搬した後、光サーキュレータ５０１によって偏波保持光ファイバ５０７へ導かれ、コリメートレンズ４１３によって平行光に変換されて第二の干渉光学系１１３ｂに入射する。その後の処理は実施例１と全く同様であるため説明を省略する。
【００７６】
本実施例によれば、光源からの光を検査光と参照光に分離する手段と、信号光の偏光分離手段と、信号光と参照光の合波手段が１つの偏光ビームスプリッタによって実現されているため、実施例２に比べて光観察ユニットをより簡素でより小型にすることができる。
【００７７】
［実施例４］
図６は本発明の別の実施例を示す模式図である。
以下、本実施例を図６に基づいて説明する。なお、図１〜５に記載されているものと同一の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
実施例３の場合と同様に、光検出ユニット４０１内の光源１０１から生成された光は光観察ユニット４０４へ入射され、そこで第一の合成光と第二の合成光が生成される。第一の合成光は偏波保持光ファイバ５０６を伝搬して光検出ユニット４０１に入力され、さらに偏波保持光ファイバ４１０を伝搬した後コリメートレンズ４１２に入射する。
【００７９】
第二の合成光は偏波保持光ファイバ４０３と偏波保持光ファイバ４０２を伝搬後に光サーキュレータ５０１によって偏波保持光ファイバ５０７に導かれ、同様にコリメートレンズ４１３に入射する。コリメートレンズ４１２に入射した第一の合成光と第二の合成光は、平行光に変換された後に干渉光学系１１３ａへ入射される。
【００８０】
ここで、干渉光学系１１３ａへ入射した第一の合成光と第二の合成光の光軸位置は、高さ方向（ハーフビームスプリッタ１１４ａやλ／２板１１５ａ等が配置されている平面に対してほぼ垂直な方向）に対して異なる。図７は、第一の合成光と第二の合成光が偏波保持光ファイバ４１０と偏波保持光ファイバ５０７から出射されてから検出器１１８ａ，１１８ｃによって検出されるまでの経路を示す、図６の断面図である。このように第一の合成光と第二の合成光の光軸位置を高さ方向に異ならしめることにより、ハーフビームスプリッタ１１４ａ、λ／２板１１５ａ，１１５ｂ、λ／４板１１５ｂ及びウォラストンプリズム１１７ａ，１１７ｂ等を共用化することができる。
【００８１】
本実施例によれば、１つの干渉光学系によって第一の合成光と第二の合成光から干渉光を生成することが可能となるため、部品点数を削減し光計測装置をより簡素でより小型にすることができる。
【００８２】
［実施例５］
図８は本発明の別の実施例を示す模式図である。
以下、本実施例を図８に基づいて説明する。なお、図１〜７に記載されているものと同一の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
実施例３の場合と同様に、光検出ユニット４０１内の光源１０１から生成された光は光観察ユニット４０４へ入射され、そこで第一の合成光と第二の合成光が生成される。第一の合成光は偏波保持光ファイバ５０６を伝搬して光検出ユニット４０１に入力され、さらに偏波保持光ファイバ４１０を伝搬した後、光スイッチ８０１に入射される。
【００８４】
第二の合成光は偏波保持光ファイバ４０３と偏波保持光ファイバ４０２を伝搬後に光サーキュレータ５０１によって偏波保持光ファイバ５０７に導かれ、光スイッチ８０１に入射する。
【００８５】
光スイッチ８０１に入射した第一の合成光と第二の合成光は、ある時間間隔で交互に光スイッチ８０１から出射され、コリメートレンズ４１２により平行光に変換された後に干渉光学系１１３ａへ入射される。
【００８６】
本実施例においては、信号光のｐ偏光成分とｓ偏光成分それぞれに関する情報は、光スイッチ８０１を切り替える時間間隔に従って検出器１１８ａと検出器１１８ｂによって交互に検出されることとなる。
【００８７】
本実施例によれば、１つの干渉光学系及びそれに対応した検出部によって第一の合成光と第二の合成光から干渉光を生成し検出することが可能となるため、部品点数を削減し光計測装置をより簡素でより小型にすることができる。
【００８８】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１０１：光源、１０２，４１２，４１３：コリメートレンズ、１０３，１１４ａ，１１４ｂ：ハーフビームスプリッタ、１０４，１１０，１１５ａ，１１５ｃ：λ／２板、１０５：対物レンズ、１０７：測定対象、１０８，１０９，１１２，４０５，５０４：ミラー、１１１，５０２：偏光ビームスプリッタ、１１３ａ，１１３ｂ，２０１，３０１：干渉光学系、１１５ｂ，１１５ｄ，５０３：λ／４板、１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄ，３０９，３１０，３１１，４０６，４０７，５０５：集光レンズ、１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃ，１１７ｄ：ウォラストンプリズム、１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ，１１８ｄ，３１２，３１３，３１４：検出器、１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，３１５，３１６，３１７：出力信号、１２０：信号処理部、３０２，３０３：無偏光ビームスプリッタ、３０４，３０５：偏光板、３０６，３０７，３０８：偏光子、４０１：光検出ユニット、４０２，４０３，４０８，４０９，４１０，４１１，５０６，５０７：偏波保持光ファイバ、４０４：光観察ユニット、５０１：光サーキュレータ、８０１：光スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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