(57)【要約】【課題】  光軸調整が不要で、振動の影響が軽減され、小型化が可能な光学素子及び干渉計を提供すること。【解決手段】  光学素子２０は、第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４のそれぞれの頂角をなす面同士を貼り合わせて構成され、第１及び第２の三角プリズムの両接合面２１ａ、２２ｂ、及び第２及び第３の三角プリズムの両接合面２２ａ、２３ｂ、及び第３及び第４の三角プリズムの両接合面２３ａ、２４ｂ、及び第４及び第１の三角プリズムの両接合面２４ａ、２１ｂのそれぞれが、光学薄膜を介して接合され、各光学薄膜は、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有する。光学素子２０は、光学薄膜における第１の位置Ｐ１で光路を分割し、光学薄膜における第２の位置Ｐ２で光路を合成する。【選択図】  図１
2012002616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を透過光と反射光に分割する特性を有する複数の光学薄膜を有し、
ｎ個（ｎは３以上の整数）の多角形プリズムの面同士を前記光学薄膜を介して貼り合わせて構成され、
いずれかの前記光学薄膜における第１の位置で、光路を分割し、
いずれかの前記光学薄膜における第２の位置で、分割された光路を合成することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の光学薄膜は、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記多角形プリズムの少なくとも１つの面の少なくとも１部に１／４波長板又は１／２波長板が接合され、
前記光学薄膜は、前記１／４波長板又は前記１／２波長板を透過して前記光学薄膜に入射した光を透過又は反射することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光に分割し、測定対象により反射された前記測定光と、前記参照光とを合成して出射する光学素子と、
前記光学素子から出射された光を受光する受光部とを含む干渉計であって、
前記光学素子は、
入射光を透過光と反射光に分割する特性を有する複数の光学薄膜を有し、
ｎ個（ｎは３以上の整数）の多角形プリズムの面同士を前記光学薄膜を介して貼り合わせて構成され、
いずれかの前記光学薄膜における第１の位置で、前記光源からの光を前記測定光と前記参照光に分割し、
いずれかの前記光学薄膜における第２の位置で、前記測定光と前記参照光を合成することを特徴とする干渉計。
【請求項５】
請求項４において、
前記測定光の周波数を変調する音響光学素子を更に含むことを特徴とする干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、及び干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源からの光を測定光（物体光）と参照光に分け、測定対象を透過又は反射した測定光と参照光を重ね合わせて干渉を起させ、干渉の状態を解析することで、測定対象の凹凸や位相変化を測定することが可能なマッハツェンダー干渉計が知られている。また、マッハツェンダー干渉計に、測定光の周波数を変調する音響光学素子を付加し、周波数変調された測定光と参照光を干渉させてビートを発生させるヘテロダイン干渉計が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図１６に、ヘテロダイン干渉計の構成の一例を示す。図１６に示す干渉計１００は、光源１１０、第１及び第２のコリメートレンズ１２０、１２２、第１〜第３の１／４波長板１３０、１３２、１３４、偏光板１３６、第１〜第４の偏光ビームスプリッタ１４０、１４２、１４４、１４６、音響光学素子１５０、反射板１６０、受光部１７０を備える。
【０００４】
光源１１０から出射された光（直線偏光）は、第１の１／４波長板１３０を透過して円偏光となり、第１の偏光ビームスプリッタ１４０に入射し、入射した光のＰ偏光成分（入射面に対して平行方向の偏光成分）は、第１の偏光ビームスプリッタ１４０を透過し、Ｓ偏光成分は第１の偏光ビームスプリッタ１４０で反射する。
【０００５】
第１の偏光ビームスプリッタ１４０を透過した光（測定光）は、Ｐ偏光であるから第２の偏光ビームスプリッタ１４２を透過し、第２の１／４波長板１３２を透過して円偏光となり、音響光学素子１５０により周波数変調され、反射板１６０で反射し、再び音響光学素子１５０により周波数変調され、第２の１／４波長板１３２を透過してＳ偏光となり、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ１４２、１４４で反射し、第３の１／４波長板１３４を透過して円偏光となり測定対象２００に照射される。測定対象２００からの反射光は、第３の１／４波長板１３４を透過してＰ偏光となり、第３及び第４の偏光ビームスプリッタ１４４、１４６を透過し、偏光板１３６に入射する。
【０００６】
第１の偏光ビームスプリッタ１４０で反射した光（参照光）は、Ｓ偏光であるから第４の偏光ビームスプリッタ１４６で反射し、偏光板１３６に入射する。第４の偏光ビームスプリッタを透過した測定光と、第４の偏光ビームスプリッタで反射した参照光は、偏光板１３６で偏光方向が合わせられ、第２のコリメートレンズ１２２を介して受光部１７０に入射する。受光部１７０は、周波数変調された測定光と参照光が干渉することで得られるビート信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−９０７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１６に示す従来の干渉計では、干渉計を構成する各光学素子間には光路長調整のための空気間隙があるため、各光学素子の光軸調整に多くの時間が費やされるといった問題点や、外来振動等により各光学素子の光軸がずれてしまい、検出時の光強度に影響を与えるといった問題点があった。また、光路上に反射面や透過面が多数存在するため、表面反射等により検出時の光強度が小さくなってしまうといった問題点があった。
【０００９】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光軸調整が不要で、振動の影響が軽減され、小型化が可能な光学素子及び干渉計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る光学素子は、
入射光を透過光と反射光に分割する特性を有する複数の光学薄膜を有し、
ｎ個（ｎは３以上の整数）の多角形プリズムの面同士を前記光学薄膜を介して貼り合わせて構成され、
いずれかの前記光学薄膜における第１の位置で、光路を分割し、
いずれかの前記光学薄膜における第２の位置で、分割された光路を合成することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ｎ個の多角形プリズムを互いに貼り合わせて一体化することで、小型化が可能で、光軸調整を不要とし、且つ振動による影響を軽減することができる。また、一体化することで、反射面、透過面の数を減らすことができ、検出時の光強度の減少を抑制することができる。
【００１２】
（２）また本発明に係る光学素子では、
前記複数の光学薄膜は、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有するようにしてもよい。
【００１３】
本発明において、前記光学薄膜を、誘電体多層膜又は金属膜としてもよい。
【００１４】
本発明によれば、検出時の光強度の減少を抑制することができる。
【００１５】
（３）また本発明に係る光学素子では、
前記多角形プリズムの少なくとも１つの面の少なくとも１部に１／４波長板又は１／２波長板が接合され、
前記光学薄膜は、前記１／４波長板又は前記１／２波長板を透過して前記光学薄膜に入射した光を透過又は反射するようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、例えば、１／４波長板又は１／２波長板が接合された面に直線偏光を入射させることで、入射光を１／４波長板又は１／２波長板で円偏光とし、この円偏光を前記光学薄膜でＰ偏光成分とＳ偏光成分に分割することができる。
【００１７】
（４）本発明に係る干渉計は、
光源と、
前記光源からの光を測定光と参照光に分割し、測定対象により反射された前記測定光と、前記参照光とを合成して出射する光学素子と、
前記光学素子から出射された光を受光する受光部とを含む干渉計であって、
前記光学素子は、
入射光を透過光と反射光に分割する特性を有する複数の光学薄膜を有し、
ｎ個（ｎは３以上の整数）の多角形プリズムの面同士を前記光学薄膜を介して貼り合わせて構成され、
いずれかの前記光学薄膜における第１の位置で、前記光源からの光を前記測定光と前記参照光に分割し、
いずれかの前記光学薄膜における第２の位置で、前記測定光と前記参照光を合成することを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、ｎ個の多角形プリズムを互いに貼り合わせて一体化して前記光学素子を構成することで、小型化が可能で、光軸調整を不要とし、振動による影響を軽減し、且つ検出時の光強度の減少を抑制することが可能なマッハツェンダー型の干渉計を提供することができる。
【００１９】
（５）また本発明に係る干渉計では、
前記測定光の周波数を変調する音響光学素子を更に含むようにしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、ｎ個の多角形プリズムを互いに貼り合わせて一体化して前記光学素子を構成することで、小型化が可能で、光軸調整を不要とし、振動による影響を軽減し、且つ検出時の光強度の減少を抑制することが可能なヘテロダイン型の干渉計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の光学素子を備えたマッハツェンダー干渉計の構成の一例を示す図。
【図２】本実施形態の光学素子を備えたヘテロダイン干渉計の構成の一例を示す図。
【図３】１／４波長板、反射板、偏光板を異なる位置に接合した場合のマッハツェンダー干渉計の構成の一例を示す図。
【図４】入射光を１：１の比率で透過光と反射光に分割する特性を有する光学薄膜を各接合面に形成した場合のマッハツェンダー干渉計の構成の一例を示す図。
【図５】頂角が９０°以外の三角プリズムを用いた光学素子の構成の一例を示す図。
【図６】断面形状が台形の台形プリズムを貼り合わせた光学素子の構成の一例を示す図。
【図７】５個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図８】７個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図９】９個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図１０】７個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図１１】８個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図１２】３個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図１３】１２個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図。
【図１４】光源からの光の入射角θをθ≠９０°とした場合のマッハツェンダー干渉計の構成の一例を示す図。
【図１５】光源からの光の入射角θをθ≠９０°とした場合の構成の一例を示す図。
【図１６】従来のヘテロダイン干渉計の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２３】
１．マッハツェンダー干渉計の構成
図１は、本実施形態の光学素子を備えたマッハツェンダー干渉計の構成の一例を示す図である。
【００２４】
図１に示すマッハツェンダー型の干渉計１は、光源１０と、光学素子２０と、光学素子２０から出射された光を受光する受光部６０とを含む。
【００２５】
光源１０は、所定の波長帯域の光を出射するものであり、その機能は、例えば、レーザダイオードや、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）により実現することができる。本実施形態では、測定光と参照光の光路長が異なるため、光源１０として、可干渉性の高い（可干渉距離の長い）Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いている。
【００２６】
受光部６０（光検出部）は、光学素子２０から出射された光を受光し、受光した光の強度を電流若しくは電圧に変換して出力するものであり、その機能は、例えば、光電センサ（フォトディテクタ）や２次元イメージセンサ（例えば、ＣＣＤイメージセンサ）により実現することができる。
【００２７】
光学素子２０は、光源１０からの光を測定光と参照光に分割し、測定光を測定対象７０に照射し、測定対象７０で反射した測定光と参照光を合成（合波）して出射するものであり、第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４（ｎ個の多角形プリズムの一例）と、第１及び第２の１／４波長板４１、４２と、偏光板４３（偏光子）と、反射板５０（ミラー）とから構成される。
【００２８】
第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４は、それぞれ断面形状が略直角二等辺三角形の三角プリズムであり、それぞれの頂角αをなす面同士が貼り合わされており、平面視で矩形をなしている。第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４のそれぞれの頂角部（３個以上の多角形プリズムの突合せ部分）は、面取り加工が施されている。このように、３個以上の多角形プリズムを突き合わせたときの突合せ部分を面取り加工することで、調整の自由度を高め、また、多角形プリズムの面同士をオプティカルコンタクトで貼り合わせる際の組み立て精度を向上させることができる。なお、図１に示す光学素子２０は、参照光及び測定光の光路が光学素子２０の中心位置からずれているため、中心部が空洞となるように構成することができる。
【００２９】
また、第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４のそれぞれの頂角をなす面（接合面）には、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有する誘電体多層膜（光学薄膜の一例）が形成（コーティング）されている。すなわち、第１の三角プリズム２１の頂角をなす面２１ａ、２１ｂには、それぞれ誘電体多層膜３１ａ、３１ｂが形成され、第２の三角プリズム２２の頂角をなす面２２ａ、２２ｂには、それぞれ誘電体多層膜３２ａ、３２ｂが形成され、第３の三角プリズム２３の頂角をなす面２３ａ、２３ｂには、それぞれ誘電体多層膜３３ａ、３３ｂが形成され、第４の三角プリズム２４の頂角をなす面２４ａ、２４ｂには、それぞれ誘電体多層膜３４ａ、３４ｂが形成されている。なお本実施形態では、入射光のＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射する特性を有する誘電体多層膜を用いた場合について説明するが、Ｓ偏光成分を透過しＰ偏光成分を反射する特性を有する誘電体多層膜層を用いるようにしてもよい。また、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有する金属膜を用いるようにしてもよい。
【００３０】
そして、第１及び第２の三角プリズム２１、２２の両接合面２１ａ、２２ｂは、誘電体多層膜３１ａ、３２ｂ（第１の光学薄膜）を介して接合され、第２及び第３の三角プリズム２２、２３の両接合面２２ａ、２３ｂは、誘電体多層膜３２ａ、３３ｂ（第２の光学薄膜に対応）を介して接合され、第３及び第４の三角プリズム２３、２４の両接合面２３ａ、２４ｂは、誘電体多層膜３３ａ、３４ｂ（第３の光学薄膜）を介して接合され、第４及び第１の三角プリズム２４、２１の両接合面２４ａ、２１ｂは、誘電体多層膜３４ａ、３１ｂ（第４の光学薄膜）を介して接合されている。なお、ここでは、貼り合わされる２つの三角プリズムの両接合面のそれぞれに誘電体多層膜を形成しているが、両接合面のいずれか一方に誘電体多層膜を形成するようにしてもよい。
【００３１】
第１の１／４波長板４１は、光源１０から出射された光（直線偏光）を円偏光にするものであり、第１の三角プリズム２１の底面において、光源１０の光軸（光路）と交わる位置に接合されている。
【００３２】
第２の１／４波長板４２は、第２及び第３の三角プリズム２２、２３の両接合面に形成された誘電体多層膜３２ａ、３３ｂを透過した光（Ｐ偏光）を円偏光にし、また、反射板５０からの反射光（円偏光）をＳ偏光にし、また、第３及び第４の三角プリズム２３、２４の両接合面に形成された誘電体多層膜３３ａ、３４ｂで反射した光（Ｓ偏光）を円偏光にし、測定対象７０からの反射光（円偏光）をＰ偏光にするものであり、第３の三角プリズム２３の底面に接合されている。
【００３３】
反射板５０は、第２の１／４波長板４２を透過した光を反射するものであり、第２の１／４波長板４２の、第３の三角プリズム２３と接合する面の反対側の面に接合されている。なお、反射板５０を接合することに代えて、第２の１／４波長板４２の、第３の三角プリズム２３と接合する面の反対側の面に、金属膜等の反射膜を蒸着するようにしてもよい。
【００３４】
偏光板４３（検光子）は、第４及び第１の三角プリズム２４、２１の両接合面に形成された誘電体多層膜３４ａ、３１ｂを透過した測定光（Ｐ偏光）と、誘電体多層膜３４ａ、３１ｂで反射した参照光（Ｓ偏光）の偏光方向を合わせるものであり、第１の三角プリズム２１の底面において、受光部６０の光軸と交わる位置に接合されている。偏光板４３は、その透過軸の方向が、Ｐ偏光、Ｓ偏光の偏光方向に対して４５°の角度をなすように設定されている。
【００３５】
なお、光学素子２０を構成する各素子は、図示しない接着層（例えば、光学用接着剤）、又はオプティカルコンタクトにより互いに接合されている。また、第１の１／４波長板４１の入射面、第１の１／４波長板４１と第１の三角プリズム２１の両接合面、第２の三角プリズム２３と第２の１／４波長板４２の両接合面、第２の１／４波長板４２と反射板５０の両接合面、第２の１／４波長板４２の測定対象７０側の面、第１の三角プリズム２１と偏光板４３の両接合面、偏光板４３の出射面には、それぞれ図示しない反射防止膜が形成されている。
【００３６】
光源１０から出射された光（Ｐ偏光）は、第１の１／４波長板４１を透過して円偏光となり、そのＰ偏光成分は、第１及び第２の三角プリズム２１、２２の両接合面に形成された誘電体多層膜３１ａ、３２ｂ（第１の光学薄膜）を透過し、そのＳ偏光成分は第１の光学薄膜で反射する。すなわち、第１の光学薄膜は、光源１０からの光を測定光と参照光に分割する機能（光路を分割する機能）を有する。このように、図１に示す光学素子２０では、第１の光学薄膜における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割している。
【００３７】
第１の光学薄膜を透過した光（測定光）は、Ｐ偏光であるから第２及び第３の三角プリズム２２、２３の両接合面に形成された誘電体多層膜３２ａ、３３ｂ（第２の光学薄膜）を透過し、第２の１／４波長板４２を透過して円偏光となり、反射板５０で反射し、第２の１／４波長板４２を透過してＳ偏光となり、第２の光学薄膜で反射し、第３及び第４の三角プリズム２３、２４の両接合面に形成された誘電体多層膜３３ａ、３４ｂ（第３の光学薄膜）で反射し、第２の１／４波長板４２を透過して円偏光となり、測定対象７０に照射される。測定対象７０からの反射光（円偏光）は、第２の１／４波長板４２を透過してＰ偏光となり、第３の光学薄膜を透過し、第４及び第１の三角プリズム２４、２１の両接合面に形成された誘電体多層膜３４ａ、３１ｂ（第４の光学薄膜）を透過し、偏光板４３に入射する。
【００３８】
第１の光学薄膜で反射した光（参照光）は、Ｓ偏光であるから第４の光学薄膜で反射し、偏光板４３に入射する。すなわち、第４の光学薄膜は、測定対象７０で反射した測定光（物体光）と、参照光とを合成（合波）する機能（光路を合成する機能）を有する。このように、図１に示す光学素子２０では、第４の光学薄膜における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。
【００３９】
第４の光学薄膜を透過した測定光と第４の光学薄膜で反射した参照光は、偏光板４３で、偏光方向がＰ偏光、Ｓ偏光の偏光方向に対して４５°の角度をなす直線偏光となり受光部６０に入射する。
【００４０】
このように本実施形態の光学素子２０は、光源１０からの光を測定光と参照光に分割し、測定光を測定対象７０に照射し、測定対象７０で反射した測定光と参照光を合成して出射するというマッハツェンダー型の干渉計において必要な複数の機能を、単体で実現することができる。また、複数の光学素子（第１〜第４の三角プリズム２１、２２、２３、２４、及び第１及び第２の１／４波長板４１、４２、偏光板４３、反射板５０）を接合して一体的に構成することで、剛性を向上させ小型化できるだけでなく、各光学素子の光軸調整を不要とし、振動による影響を軽減することができ、また、光学素子間の空気間隙をなくすことにより、反射面、透過面を減らして検出時の光強度の減少を最小限に抑えることができる。
【００４１】
２．ヘテロダイン干渉計の構成
図２は、本実施形態の光学素子を備えたヘテロダイン干渉計の構成の一例を示す図である。以下、図１に示した構成と共通するものには同符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
図２に示すヘテロダイン型の干渉計２は、第２の１／４波長板４２と反射板５０との間に、電圧を印加することで光の周波数を変調する音響光学素子８０（ＡＯＭ）を備える。従って、図２に示す光学素子２０は、第２の１／４波長板４２に反射板５０が接合されていない構成となっている。
【００４３】
第２の光学薄膜（第２及び第３の三角プリズム２２、２３の両接合面に形成された誘電体多層膜３２ａ、３３ｂ）を透過し、第２の１／４波長板４２を透過して円偏光となった光（測定光）は、音響光学素子８０の周波数分変調され、反射板５０で反射し、再び音響光学素子８０で周波数変調される。光源１０の周波数をもつ参照光と、音響光学素子８０で変調された測定光が干渉するとビートが発生し、受光部６０は、周波数変調された測定光と参照光が干渉することで得られるビート信号を出力する。
【００４４】
このように本実施形態の光学素子２０は、マッハツェンダー型の干渉計において、音響光学素子を導入したヘテロダイン型の干渉計を構成する光学素子としても使用することができる。
【００４５】
３．変形例
なお、本発明の適用は上述した実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、第１の三角プリズム２１の底面に第１の１／４波長板４１と偏光板４３を接合し、第３の三角プリズム２３の底面全面に第２の１／４波長板４２を接合する場合について説明したが、１／４波長板や偏光板の接合位置はこの場合に限られない。すなわち、１／４波長板は、三角プリズムの底面において、光源からの光が入射する位置、及び測定光が測定対象、反射板又は音響光学素子（ＡＯＭ）に向けて出射する位置に接合されていればよく、偏光板は、三角プリズムの底面において、測定光及び参照光が受光部に向けて出射する位置に接合されていればよい。例えば、図３に示す干渉計の構成例では、第１の三角プリズム２１の底面全面に第１の１／４波長板４１が接合され、第３の三角プリズム２３の底面に第２の１／４波長板４２と偏光板４３が接合されている。図３に示す構成例では、第３の光学薄膜（第３及び第４の三角プリズム２３、２４の両接合面に形成された誘電体多層膜３３ａ、３４ｂ）が、測定対象７０で反射した測定光（物体光）と、参照光とを合成する機能を有する光学薄膜となっている。すなわち、図３に示す光学素子２０では、第１の光学薄膜における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第３の光学薄膜における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。また、図３に示す構成例では、測定光と参照光の光路差が図１に示す場合と比べてより短くなっている。
【００４７】
また上記実施形態では、光源１０からの光を第１の１／４波長板４１により円偏光とする場合について説明したが、光源１０からの光を１／２波長板によって、その偏光方向がＰ偏光、Ｓ偏光の偏光方向に対して４５°の角度をなす直線偏光とするようにしてもよい。その場合には、三角プリズムの底面において光源からの光が入射する位置に、その主軸方向がＰ偏光の偏光方向に対して４５／２°の角度をなすように設定された１／２波長板を接合するようにすればよい。
【００４８】
また上記実施形態では、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有する光学薄膜を、第１〜第４の三角プリズムのそれぞれの頂点をなす面（接合面）に形成する場合について説明したが、入射光を１：１の比率で透過光と反射光に分割する特性を有する（ハーフミラーとして機能する）光学薄膜を各接合面に形成するようにしてもよい。この場合には、図４に示すように、第１及び第３の三角プリズム２１、２３の底面には、１／４波長板や偏光板を接合せず、第３の三角プリズム２３の底面の一部に反射板５０を接合して光学素子２０を構成すればよい。また図４に示す構成では、検出時の測定光の強度が光源１０からの入射光の１／６４にまで低下するため、入射光の強度を十分に大きくすることが好ましい。
【００４９】
また上記実施形態では、光学素子２０を構成する第１〜第４の三角プリズムとして、断面形状が直角二等辺三角形（頂角が９０°）の三角プリズムを用いる場合について説明したが、頂角が９０°以外の三角プリズムを用いて光学素子を構成するようにしてもよい。例えば、図５に示すように、頂角がαの第１及び第３の三角プリズム２１、２３と、頂角がβ（β＞α）の第２及び第４の三角プリズム２２、２４を貼り合わせて光学素子２０を構成し、隣接する三角プリズムの頂角の合計α＋βが１８０°となるように構成してもよい。
【００５０】
また上記実施形態では、第１〜第４の三角プリズムを貼り合わせて光学素子を構成する場合について説明したが、断面形状が三角形以外の形状のｎ個の多角形プリズムを貼り合わせるようにしてもよい。
【００５１】
例えば、図６に示すように、第１〜第４の多角形プリズム２１〜２４を、断面形状が台形の台形プリズムとするようにしてもよい。図６に示す光学素子２０では、第１〜第４の台形プリズム２１〜２４のそれぞれの面同士が貼り合わされており、外形が平面視で矩形をなし、第１及び第２の台形プリズム２１、２２の両接合面は光学薄膜３１ａ、３２ｂを介して接合され、第２及び第３の台形プリズム２２、２３の両接合面は光学薄膜３２ａ、３３ｂを介して接合され、第３及び第４の台形プリズム２３、２４の両接合面は光学薄膜３３ａ、３４ｂを介して接合され、第４及び第１の台形プリズム２４、２１の両接合面は光学薄膜３４ａ、３１ｂを介して接合されている。
【００５２】
また、ｎ個（ｎは３以上の整数）の多角形プリズムを貼り合わせて本発明に係る光学素子を構成するようにしてもよい。
【００５３】
図７（Ａ）は、５個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子の構成の一例を示す図である。図７（Ａ）に示す光学素子２０は、図１に示す光学素子２０の第１の三角プリズム２１を２つの三角プリズム２５、２６に分割した構成となっており、光学薄膜の形成される位置や参照光及び測定光の光路は図１に示す光学素子２０と同様である。図７（Ａ）に示す光学素子２０では、三角プリズム２５の１つの面２５ａの全面に第１の１／４波長板４１が接合され、三角プリズム２６の１つの面２６ａの全面に偏光板４３が接合されている。従って、光学素子を図７（Ａ）に示すように構成することで、図１に示す光学素子２０のように第１の三角プリズム２１の底面に第１の１／４波長板４１と偏光板４３とを接合する場合に比べて光学素子の組み立て性が向上する。なお、図１に示す光学素子２０の第３の三角プリズム２３についても、図７（Ａ）に示す場合と同様に２つの三角プリズムに分割し、計６個の多角形プリズムを貼り合わせて光学素子を構成するようにしてもよい。
【００５４】
また図７（Ｂ）に示すように、２つの三角プリズム２５、２６が隣接する位置にＮＤフィルタ（減光フィルタ）９０を設けるようにしてもよい。図１、図７（Ａ）に示す光学素子２０では、測定光の光路長が参照光の光路長と比べて長いため、受光部６０で受光される測定光の光量が参照光の光量と比べて小さくなってしまう。そこで、図７（Ｂ）に示すように、参照光の光路上にＮＤフィルタ９０を設けて参照光を減光することで、受光部６０で受光される測定光の光量と参照光の光量を等しくすることができる。
【００５５】
図８（Ａ）は、７個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子２００の斜視図であり、図８（Ｂ）は、光学素子２００の平面図（上面図）であり、図８（Ｃ）は、光学素子２００の側面図である。図８に示す光学素子２００は、第１〜第７のプリズム２０１〜２０７のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第４及び第５のプリズム２０４、２０５の両接合面、第１及び第２のプリズム２０１、２０２の両接合面、第２及び第３のプリズム２０２、２０３の両接合面、及び第６及び第７のプリズム２０６、２０７の両接合面が、それぞれ第１〜第４の光学薄膜２１１〜２１４を介して接合されている。図８（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜２１１、２１２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２及び第３の光学薄膜２１２、２１３で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第３及び第４の光学薄膜２１３、２１４を透過して受光部に入射する。一方、図８（Ｃ）に示すように、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１の光学薄膜２１１で反射し、光ファイバー２１０の一端から入射して他端から出射し、第４の光学薄膜２１４で反射して受光部に入射する。すなわち、図８に示す光学素子２００では、第１の光学薄膜２１１が、光源からの光を測定光と参照光に分割する機能を有し、第４の光学薄膜２１４が、測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能を有する。言い換えると、図８に示す光学素子２００では、第１の光学薄膜２１１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第４の光学薄膜２１４における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。また、図８に示す光学素子２００では、光ファイバー２１０の長さを調節することで、参照光の光路長を調節することができ、測定光の光路長と参照光の光路長を等しくすることができる。
【００５６】
図９（Ａ）は、９個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子３００の斜視図であり、図９（Ｂ）は、光学素子３００の平面図（上面図）であり、図９（Ｃ）は、光学素子３００の側面図である。図９に示す光学素子３００は、第１〜第９のプリズム３０１〜３０９のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第４及び第１のプリズム３０４、３０１の両接合面、第１及び第２のプリズム３０１、３０２の両接合面、第２及び第３のプリズム３０２、３０３の両接合面、第３及び第９のプリズム３０３、３０９の両接合面、第５及び第６のプリズム３０５、３０６の両接合面、及び第７及び第８のプリズム３０７、３０８の両接合面が、それぞれ第１〜第６の光学薄膜３１１〜３１６を介して接合されている。図９（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜３１１、３１２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２及び第３の光学薄膜３１２、３１３で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第３及び第４の光学薄膜３１３、３１４を透過して受光部に入射する。一方、図９（Ｃ）に示すように、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１及び第５の光学薄膜３１１、３１５で反射し、上側の反射板（反射膜）で反射し、第５の光学薄膜３１５を透過し、下側の反射板で反射し、第５及び第６の光学薄膜３１５、３１６で反射し、下側の反射板で反射し、第６の光学薄膜３１６を透過し、上側の反射板で反射し、第６及び第４の光学薄膜３１６、３１４で反射して受光部に入射する。すなわち、図９に示す光学素子３００では、第１の光学薄膜３１１が、光源からの光を測定光と参照光に分割する機能を有し、第４の光学薄膜３１４が、測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能を有する。言い換えると、図９に示す光学素子３００では、第１の光学薄膜３１１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第４の光学薄膜３１４における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。
【００５７】
図１０（Ａ）は、７個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子４００の斜視図であり、図１０（Ｂ）は、光学素子４００の平面図（上面図）の一部（第６及び第７のプリズム４０６、４０７の図示を省略）であり、図１０（Ｃ）は、光学素子４００の側面図である。図１０に示す光学素子４００は、第１〜第７のプリズム４０１〜４０７のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第１及び第２のプリズム４０１、４０２の両接合面、第３及び第４のプリズム４０３、４０４の両接合面、及び第４及び第５のプリズム４０４、４０５の両接合面が、それぞれ第１〜第３の光学薄膜４１１〜４１３を介して接合されている。図１０（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜４１１、４１２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２及び第３の光学薄膜４１２、４１３で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第３及び第１の光学薄膜４１３、４１１を透過して受光部に入射する。一方、図１０（Ｃ）に示すように、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１の光学薄膜４１１で反射し、２つの反射板（反射膜）で反射し、第１の光学薄膜４１１で反射して受光部に入射する。すなわち、図１０に示す光学素子４００では、第１の光学薄膜４１１が、光源からの光を測定光と参照光に分割する機能と、測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能とを有する。言い換えると、図１０に示す光学素子４００では、第１の光学薄膜４１１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第１の光学薄膜４１１における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。なお、図１０に示す光学素子４００では、第６のプリズム４０６の長さ（参照光の光路に沿った方向の長さ）を調節することで、参照光の光路長を調節することができ、測定光の光路長と参照光の光路長を等しくすることができる。
【００５８】
図１１（Ａ）は、８個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子５００の斜視図であり、図１１（Ｂ）は、光学素子５００の平面図の一部（第６〜第８のプリズム５０６〜５０８の図示を省略）であり、図１１（Ｃ）は、光学素子５００の平面図である。図１１に示す光学素子５００は、第１〜第８のプリズム５０１〜５０８のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第１及び第２のプリズム５０１、５０２の両接合面、第３及び第４のプリズム５０３、５０４の両接合面、及び第４及び第５のプリズム５０４、５０５の両接合面が、それぞれ第１〜第３の光学薄膜５１１〜５１３を介して接合されている。図１１（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜５１１、５１２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２及び第３の光学薄膜５１２、５１３で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第３及び第１の光学薄膜５１３、５１１を透過して受光部に入射する。一方、図１１（Ｃ）に示すように、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１の光学薄膜５１１で反射し、第６のプリズム５０６の底面と第８のプリズム５０８の面とに設けられた反射板（反射膜）で反射し、第１の光学薄膜５１１で反射して受光部に入射する。すなわち、図１１に示す光学素子５００では、第１の光学薄膜５１１が、光源からの光を測定光と参照光に分割する機能と、測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能とを有する。言い換えると、図１１に示す光学素子５００では、第１の光学薄膜５１１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第１の光学薄膜５１１における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。なお、図１１に示す光学素子５００では、第７のプリズム５０７の長さ（参照光の光路に沿った方向の長さ）を調節することで、参照光の光路長を調節することができ、測定光の光路長と参照光の光路長を等しくすることができる。
【００５９】
図１２（Ａ）は、３個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子６００の斜視図であり、図１２（Ｂ）は、光学素子６００の平面図である。図１２に示す光学素子６００は、断面形状が台形の第１及び第２のプリズム６０１、６０２と、断面形状が直角二等辺三角形の第３のプリズム６０３のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第１及び第２のプリズム６０１、６０２の両接合面、及び第２及び第３のプリズム６０２、６０３の両接合面が、それぞれ第１及び第２の光学薄膜６１１、６１２を介して接合されている。図１２（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜６１１、６１２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２の光学薄膜６１２で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第２及び第１の光学薄膜６１２、６１１を透過して受光部に入射する。一方、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１の光学薄膜６１１で反射し、反射板で反射し、再び第１の光学薄膜６１１で反射して受光部に入射する。すなわち、図１２に示す光学素子６００では、第１の光学薄膜６１１が、光源からの光を測定光と参照光に分割する機能と、測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能とを有する。言い換えると、図１２に示す光学素子６００では、第１の光学薄膜６１１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第１の光学薄膜６１１における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。
【００６０】
図１３（Ａ）は、１２個の多角形プリズムを貼り合わせて構成した光学素子７００の斜視図であり、図１３（Ｂ）は、光学素子７００の平面図（上面図）の一部（第１１及び第１２のプリズム７１１、７１２の図示を省略）であり、図１３（Ｃ）は、光学素子７００の側面図である。図１３に示す光学素子７００は、第１〜第１２のプリズム７０１〜７１２のそれぞれの面同士を貼り合わせて構成され、第４及び第５のプリズム７０４、７０５の両接合面、第１及び第２のプリズム７０１、７０２の両接合面、第２及び第３のプリズム７０２、７０３の両接合面、第６及び第７のプリズム７０６、７０７の両接合面、第７及び第８のプリズム７０７、７０８の両接合面、及び第９及び第１０のプリズム７０９、７１０の両接合面が、それぞれ第１〜第６の光学薄膜７２１〜７２６を介して接合されている。図１３（Ｂ）に示すように、光源から出射された光の一部（測定光）は、第１及び第２の光学薄膜７２１、７２２を透過し、反射板で反射し（又は、ＡＯＭで変調されて反射板で反射し）、第２及び第３の光学薄膜７２２、７２３で反射し、測定対象に照射される。測定対象からの反射光は第３及び第６の光学薄膜７２３、７２６を透過して受光部に入射する。一方、図１３（Ｃ）に示すように、光源から出射された光の一部（参照光）は、第１光学薄膜７２１で反射し、反射板（反射膜）で反射し、第４及び第５の光学薄膜７２４、７２６で反射し、反射板で反射し、第６の光学薄膜７２６で反射して受光部に入射する。すなわち、図１３に示す光学素子７００では、第１の光学薄膜７２１が光源からの光を測定光と参照光に分割する機能を有し、第６の光学薄膜７２６が測定対象で反射した測定光と参照光とを合成する機能を有する。言い換えると、図１３に示す光学素子７００では、第１の光学薄膜７２１における位置Ｐ１（第１の位置）で、入射光の光路を測定光の光路と参照光の光路とに分割し、第６の光学薄膜７２６における位置Ｐ２（第２の位置）で、測定光の光路と参照光の光路とを合成している。
【００６１】
なお、図８〜図１３に示した各光学素子において、光学薄膜として、入射光をその偏光状態に応じて透過又は反射する特性を有する光学薄膜を用いる場合には、光源からの光が入射する位置に１／４波長板又は１／２波長板（その主軸方向がＰ偏光の偏光方向に対して４５／２°の角度をなすように設定されたもの）を接合し、測定光又は参照光が測定対象、反射板又は音響光学素子（ＡＯＭ）に向けて出射する位置に１／４波長板を接合し、測定光及び参照光が受光部に向けて出射する位置に偏光板を接合すればよい。
【００６２】
また上記実施形態では、光源からの光を光学素子の入射面に対して垂直に入射させる場合について説明したが、図１４に示すように、平面視において、光源１０からの光の入射角θがθ≠９０°となるように構成してもよい。このようにすると、表面反射によるゴーストの発生を防止することができる。なお、図１４に示す例では、反射板５０を第２の１／４波長板４２に接合せずに、第２の１／４波長板４２に対して傾けて配置することで、第２の１／４波長板４２を透過した測定光が反射板５０に垂直入射するようにしている。また、図１５に示すように、光学素子２０を設置面に対して傾けて配置することで、側面視において、光源１０からの光の入射角θがθ≠９０°となるように構成してもよい。このようにすると、光学素子２０を構成する各プリズムの形状を変更することなく、表面反射によるゴーストの発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  マッハツェンダー干渉計、２  ヘテロダイン干渉計、１０  光源、２０  光学素子、２１  第１の三角プリズム、２２  第２の三角プリズム、２３  第３の三角プリズム、２４  第４の三角プリズム、４１  第１の１／４波長板、４２  第２の１／４波長板、４３  偏光板、５０  反射板、６０  受光部、７０  測定対象、８０  音響光学素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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