干渉計
【課題】 被波面測定物の全領域の波面を一度に測定することができる干渉計を提供する。
【解決手段】 干渉計１において、波面変調前の光２１の経路に沿って、偏光ビームスプリッタ２、ファラデーローテータ３、立方体型ハーフミラー４、波面変調器５をこの順に設ける。また、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、シャッタ６及び参照ミラー７をこの順に設ける。更に、波面変調器５により反射され、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、チューブレンズ１０、結像レンズ１１及びカメラ１２をこの順に設ける。参照ミラー７は、金属板の表面に、空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する深さの溝を複数本、相互に平行に形成したものである。これにより、参照ミラー７の凸部により反射された光の位相と凹部により反射された光の位相とが、相互に（π／２）だけ異なる。
【解決手段】 干渉計１において、波面変調前の光２１の経路に沿って、偏光ビームスプリッタ２、ファラデーローテータ３、立方体型ハーフミラー４、波面変調器５をこの順に設ける。また、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、シャッタ６及び参照ミラー７をこの順に設ける。更に、波面変調器５により反射され、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、チューブレンズ１０、結像レンズ１１及びカメラ１２をこの順に設ける。参照ミラー７は、金属板の表面に、空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する深さの溝を複数本、相互に平行に形成したものである。これにより、参照ミラー７の凸部により反射された光の位相と凹部により反射された光の位相とが、相互に（π／２）だけ異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面変調器等の光学素子の波面を測定する干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計とは、光波の干渉を利用して波面を測定することにより、被測定物の光学的特性及び形状等を測定するものであり、例えば、製造中又は使用中の光学素子の検査等に用いられている。干渉計の原理は、単一の光源から出射された光を２つの光路に分け、一方の光路に被波面測定物を介在させ、他方の光路に参照部材を介在させて、各光路の光に被波面測定物及び参照部材を透過させるか又は被波面測定物及び参照部材により反射させた後、２つの光を合成して相互に干渉させ、その干渉縞を観察することによって、被波面測定物の波面を測定するものである。
【０００３】
干渉計には、例えば、トワイマングリーン型干渉計及びマッハツェンダー型干渉計がある（例えば、非特許文献１参照。）。トワイマングリーン型干渉計は被波面測定物及び参照部材において光を反射させるものであり、マッハツェンダー型干渉計は被波面測定物及び参照部材において光を透過させるものである。図８は従来のトワイマングリーン型干渉計を示すブロック図であり、図９は従来のマッハツェンダー型干渉計を示すブロック図である。
【０００４】
図８に示すように、従来のトワイマングリーン型干渉計においては、単色光源１０１が設けられており、この単色光源１０１から出射される単色光の光路に沿って、集光レンズ１０２、アパーチャ１０３、集光レンズ１０４、立方体型ハーフミラー１０５がこの順に設けられており、立方体型ハーフミラー１０５の後方に被波面測定物１０６が配置されるようになっている。アパーチャ１０３には、ほぼ回折限界のサイズの穴が形成されており、この穴を単色光源１０１から出射された光が通過するようになっている。立方体型ハーフミラー１０５は、２つの二等辺直角三角柱を貼り合わせた立方体の光学部材であり、単色光源１０１から出射された光の略半量を被波面測定物１０６に向けて透過させ、残りの略半量を反射させると共に、被波面測定物１０６により反射された光の略半量を反射させ、残りの略半量を透過させるものである。
【０００５】
単色光源１０１から出射され、立方体型ハーフミラー１０５によって反射された光の光路上には、参照ミラー１０７が設けられている。また、波面測定物１０６により反射され、立方体型ハーフミラー１０５によって反射された光の光路上には、チューブレンズ１０８、結像レンズ１０９及びカメラ１１０がこの順に配置されている。なお、被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７はいずれもチューブレンズ１０８の焦点に位置し、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置している。
【０００６】
次に、図８に示す従来のトワイマングリーン型干渉計の動作について説明する。単色光源１０１から出射された光は、集光レンズ１０２でアパーチャ１０３に集光される。上述の如く、アパーチャ１０３には略回折限界のサイズの穴が形成されているため、アパーチャ１０３に入射した光は、空間可干渉性を劣化させる成分が取り除かれて、アパーチャ１０３を出射する。アパーチャ１０３を通過した光は、集光レンズ１０４でコリメートされる。集光レンズ１０４によりコリメートされた光は、立方体型ハーフミラー１０５により光量が略等分され、光の一部は立方体型ハーフミラー１０５を透過して被波面測定物１０６に向かい、残部は立方体型ハーフミラー１０５により反射されて参照ミラー１０７に向かう。
【０００７】
被波面測定物１０６に向かった光は、被波面測定物１０６により反射されて再び立体型ハーフミラー１０５に入射し、その一部が立体型ハーフミラー１０５により反射されてチューブレンズ１０８に向かい、残部が立体型ハーフミラー１０５を透過して集光レンズ１０４に向かう。一方、参照ミラー１０７に向かった光は、参照ミラー１０７により反射されて再び立体型ハーフミラー１０５に入射し、その一部が立体型ハーフミラー１０５を透過して、チューブレンズ１０８に向かい、残部が立体型ハーフミラー１０５により反射されて集光レンズ１０４に向かう。
【０００８】
被波面測定物１０６の反射光のうち立体型ハーフミラー１０５により反射された光と、参照ミラー１０７の反射光のうち立体型ハーフミラー１０５を透過した光は、チューブレンズ１０８及び結像レンズ１０９により構成される像転送光学系を経てカメラ１１０に到達する。被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７はいずれもチューブレンズ１０８の焦点に位置し、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置しているため、カメラ１１０は被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７の双方を重ねて観察できる。
【０００９】
なお、単色光源１０１の空間可干渉性が十分に高い場合は、アパーチャ１０３を設けないこともある。また、集光レンズ１０２の焦点距離と集光レンズ１０４の焦点距離との比の値を調節することにより、立方体型ハーフミラー１０５に入射するビームのサイズを自由に拡大縮小できるが、単色光源１０１のビームサイズが必要十分なサイズであれば、集光レンズ１０２及び集光レンズ１０４も設けないこともある。更に、立方体型ハーフミラー１０５の形状は二等辺直角三角柱を貼り合わせた形の立方体であるが、板型のハーフミラーで代用できる。但し、被波面測定物１０６の波面に集光性又は発散性の顕著な曲率が認められる場合は、板型のハーフミラーと同じ硝材で同じ厚さの基板に両面反射防止コーティングを施した補償板を設置することにより、被波面測定物１０６側の光路と参照ミラー１０７側の光路とを均衡させることもある。更にまた、立方体型ハーフミラー１０５が、チューブレンズ１０８側だけでなく集光レンズ１０４側にも光を戻すことにより、単色光源１０１の動作が不安定になる場合は、単色光源１０１と立方体型ハーフミラー１０５との間にファラデーアイソレータ等を設け、往路光と復路光を分離することもある。
【００１０】
被波面測定物１０６の反射光と参照ミラー１０７の反射光とが光学的にほぼ平行である場合は、両反射光は相互に干渉し、カメラ１１０により干渉縞を観察することができる。即ち、角周波数をω、時間をｔ、係数をｋ、位置をｘ、位相をα及びβとするとき、被波面測定物１０６による反射光Ｅａを下記数式１のように表し、参照ミラー１０７による反射光Ｅｂを下記数式２のように表すと、カメラ１１０により観察される干渉縞の強度Ｉは下記数式３のように表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】
【数３】
【００１４】
干渉縞の強度Ｉの最大値として（２×Ｉ０）を定義すると、下記数式４のようになるため、上記数式３は下記数式５のように書ける。
【００１５】
【数４】
【００１６】
【数５】
【００１７】
干渉縞の変調度は、下記数式６に示す値の大きさで決まるが、Ａは０乃至√（２×Ｉ０）の範囲の値を取るため、干渉縞の変調度は、Ａ＝√（Ｉ０／２）のとき、即ち、Ａ＝Ｂのときに最大となる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
但し、集光レンズ１０４からチューブレンズ１０８に到る光路において、被波面測定物１０６により反射された光も、参照ミラー１０７により反射された光も、共に立方体型ハーフミラーにおける１回の透過及び１回の反射を経ているため、被波面測定物１０６の反射率と参照ミラー１０７の反射率が等しい限りは、自動的にＡ＝Ｂの関係が満たされる。このとき、干渉縞の強度Ｉは下記数式７のようになる。
【００２０】
【数７】
【００２１】
位相αと位相βとの間の位相差をχ（＝α−β）とすると、波面を干渉縞により測定する場合、その感度（ｄＩ／ｄχ）は、下記数式８により与えられる。
【００２２】
【数８】
【００２３】
ゆえに、測定の感度（ｄＩ／ｄχ）は、位相差χが０又はπに近い値を取ると小さくなり、位相差χが（π／２）又は（３π／２）に近い値を取ると大きくなる。
【００２４】
次に、従来のマッハツェンダー型干渉計について説明する。なお、図９において、図８に示した従来のトワイマングリーン型干渉計と同じ機能を備えた構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。図９に示すように、従来のマッハツェンダー型干渉計においては、単色光源１０１が設けられており、単色光源１０１から出射される単色光の光路に沿って、集光レンズ１０２、アパーチャ１０３、集光レンズ１０４、板型ハーフミラー１１１がこの順に設けられている。
【００２５】
単色光源１０１から出射された光は、板型ハーフミラー１１１により光量が略等分されて２つの光路に分離されるようになっている。一方の光路、即ち、板型ハーフミラー１１１を透過した光の光路に沿って、ミラー１１２、参照プレート１１３及び板型ハーフミラー１１６がこの順に設けられている。また、他方の光路、即ち、板型ハーフミラー１１１により反射された光の光路上にはミラー１１４が設けられており、ミラー１１４により反射された光が板型ハーフミラー１１６に入射され、前記一方の光路と結合するようになっている。
【００２６】
即ち、板型ハーフミラー１１６の一方の面には板型ハーフミラー１１１を透過しミラー１１２により反射された光が照射されるようになっており、板型ハーフミラー１１６の他方の面には板型ハーフミラー１１１により反射されミラー１１４により反射された光が照射されるようになっている。また、板型ハーフミラー１１１により分離され板型ハーフミラー１１６により結合される２つの光路により長方形が形成されており、２つの光路の長さは相互に等しくなっている。そして、前記他方の光路における前記一方の光路の参照プレート１１３が配置された位置に相当する位置に、被波面測定物１１５が配置されるようになっている。
【００２７】
また、板型ハーフミラー１１１を透過し板型ハーフミラー１１６により反射された光及び板型ハーフミラー１１１により反射され板型ハーフミラー１１６を透過した光の光路に沿って、チューブレンズ１０８、結像レンズ１０９及びカメラ１１０がこの順に設けられている。参照プレート１１３及び被波面測定物１１５は、共にチューブレンズ１０８の焦点に位置しており、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置している。
【００２８】
次に、図９に示す従来のマッハツェンダー型干渉計の動作について説明する。集光レンズ１０４によってコリメートされた光は、板型ハーフミラー１１１で光量が略等分され、透過光は、ミラー１１２により反射され、参照プレート１１３を透過して、板型ハーフミラー１１６の一方の面に入射し、反射光は、ミラー１１４により反射され、被波面測定物１１５を透過して、板型ハーフミラー１１６の他方の面に入射する。参照プレート１１３を透過して板型ハーフミラー１１６により反射された光と、被波面測定物１１５を透過して板型ハーフミラー１１６を透過した光は、共にチューブレンズ１０８及び結像レンズ１０９により構成される像転送光学系を経て、カメラ１１０において結像する。このとき、参照プレート１１３及び被波面測定物１１５は共にチューブレンズ１０８の焦点に位置しており、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置しているため、カメラ１１０により参照プレート１１３及び被波面測定物１１５の双方を一緒に重ねて観察できる。このとき、測定の感度（ｄＩ／ｄχ）の位相差χに対する依存性は、上記数式８のようになる。
【００２９】
なお、参照プレート１１３は、板型ハーフミラー１１１と板型ハーフミラー１１６の間に形成された２つの光路の光路長が均衡するように、被波面測定物１１５を介在させることによる光路長の増減を補正している。ゆえに、単色光源１０１の時間可干渉性が十分に高い場合、又は別の方法で２つの光路の光路長を均衡させられる場合は、参照プレート１１３は設けなくても構わない。
【００３０】
【非特許文献１】田幸敏治、他編「光学的測定ハンドブック」、朝倉書店、初版（１９８１年７月２５日発行）、ｐ．２２７−２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。上述の如く、従来のトワイマングリーン型干渉計及びマッハツェンダー型干渉計は、被波面測定物を経た（透過又は反射した）光と参照部材を経た光の位相差が０又はπに近い値をとると、波面を測定することができない。従って、被波面測定物の各領域を経た光の位相が相互に異なる場合、被波面測定物の全ての領域について、この領域を経た光と参照部材を経た光との間で（π／２）又は（３π／２）の位相差をとるように、被波面測定物又は参照部材の光路上の位置を調整することはできない。このため、被波面測定物において波面を測定することができない領域が不可避的に発生する。
【００３２】
波面を測定する目的が被波面測定物の定常状態を測定することにある場合は、被波面測定物を経た光と参照部材を経た光の位相差が、被波面測定物の全領域で順番に（π／２）又は（３π／２）に近い値をとるように被波面測定物又は参照部材を光路上の前後に移動させることによって、全領域の波面を測定することができる。しかし、この場合は測定に時間がかかる。一方、波面を測定する目的が被波面測定物の経時変化を測定することにある場合は、被波面測定物又は参照部材を光路上の前後に移動させる速さが被波面測定物の経時変化よりも遅いと、測定が全くできない。
【００３３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被波面測定物の全領域の波面を一度に測定することができる干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明に係る干渉計は、入射された光を相互に異なる第１及び第２の光路に分岐すると共に前記第１及び第２の光路を結合して合流させた光を出射する光路分岐結合手段と、前記第１の光路に介在するように配置された被波面測定物と、前記第２の光路に介在するように配置された参照部材と、前記合流させた光が入射され前記被波面測定物の像及び前記参照部材の像が結像される結像手段と、を有し、前記参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することを特徴とする。
【００３５】
本発明においては、結像手段において被波面測定物の像及び参照部材の像が結像されることにより、これらの像の干渉縞が発生するため、この干渉縞を観察することにより、被波面測定物の波面を測定することができる。このとき、参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することにより、被波面測定物から出射した光と参照部材から出射した光の位相差が０又はπに近い値をとり波面の測定ができない領域が分断されるため、この領域の波面をこの領域の周囲の領域の波面から補間することにより、被波面測定物全体の波面を測定することができる。
【００３６】
また、隣接する前記領域における位相差が（π／２）であることが好ましい。これにより、被波面測定物の波面がどのような状態にあっても、隣接する領域のうち少なくとも一方の領域において、波面を測定することができる。
【００３７】
更に、前記被波面測定物が、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射する波面変調器であってもよく、このとき、前記光路分岐結合手段が、前記結像手段に向かう方向とは異なる方向にも前記波面変調器から出射した光を出射するものであることが好ましい。これにより、波面変調器によって波面が変調された光を、結像手段に向かう方向とは異なる方向に取り出し、利用することができる。
【００３８】
また、前記被波面測定物が波面変調器であるとき、前記第２の光路に光を通過させるか遮断するかを切り替えるシャッタを有することが好ましい。これにより、波面変調器の波面を測定しないときに、波面変調器によって波面が変調された光に参照部材から出射した光が混入することを防止できる。
【００３９】
更にまた、前記光路分岐結合手段が、第１の方向から入射された光を第２及び第３の方向に分離して出射すると共に、前記第２及び第３の方向から入射した光を合流させて前記第１の方向及び第４の方向に出射するものであり、前記被波面測定物は、前記光路分岐結合手段から前記第２の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記参照部材は、前記光路分岐結合手段から前記第３の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記結像手段は、前記光路分岐結合手段から前記第４の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置されていてもよい。これにより、光を反射する被波面測定物の波面を測定することができる。
【００４０】
このとき、前記参照部材が第１及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第１の誘電体層と、その屈折率が前記第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第２の誘電体層とが交互に積層された領域であり、前記第２の領域は、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第３の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第４の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第５の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第６の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第７の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第８の誘電体層とがこの順に繰り返し積層された領域であることが好ましい。これにより、第１の領域において反射された光と第２の領域において反射された光との間の位相差が（π／２）となる。そして、参照部材を誘電体のみにより形成することができるため、光の反射率が向上すると共に、光に対する耐久性を向上させることができる。
【００４１】
また、前記被波面測定物が、画素回路を備え変調したい波面に応じた光学画像を表示する液晶ライトバルブと、前記光学画像を電荷画像に変換する光電変換パネルと、画素回路を備えず前記電荷画像に基づいて光学画像を形成して表示する液晶パネルと、を有し、前記液晶パネルに入射された光の波面が前記液晶パネルに表示された光学画像に応じて変調される波面変調器であってもよい。これにより、液晶ライトバルブの画素回路が波面の変調に影響を及ぼすことを防止できる。
【００４２】
又は、前記被波面測定物及び前記参照部材が入射された光を透過させるものであり、前記光路分岐結合手段が、前記入射された光を前記被波面測定物及び前記参照部材に向けて夫々出射する光路分岐部材と、前記被波面測定物及び前記参照部材を透過した光を合流させて少なくとも前記結像手段に向けて出射する光路結合部材と、を有していてもよい。これにより、光を透過させる被波面測定物の波面を測定することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、参照部材から出射した光が、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することにより、被波面測定物から出射した光と参照部材から出射した光の位相差が０又はπに近い値をとり波面の測定ができない領域が分断されるため、被波面測定物全体の波面を一度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る干渉計を示すブロック図であり、図２は図１に示す参照ミラーを示す斜視図であり、図３は図１に示す波面変調器を示す斜視図である。本実施形態に係る干渉計は、波面変調器用の干渉計である。波面変調器とは、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射するものであり、例えば、光束の中央部の位相と周辺部の位相とを相互に半波長分ずらすことによって、この光束の集光性を向上させ、小さなビームスポットを形成できるようにするものである。
【００４５】
このような波面変調器を例えば光ディスクの再生装置に組み込むことにより、再生装置が小さなビームスポットを形成できるようになり、データが高密度で記録された光ディスクから、このデータ読み出すことができるようになる。又は、波面変調を行うことによって、光ディスクに照射するビームスポットを小さくし、データが高密度に記録された光ディスクの読出動作を行い、波面変調を行わないことによって、光ディスクに照射するビームスポットを大きくし、データが低密度に記録された光ディスクから低ノイズで読出動作を行うというように、光ディスクの種類に応じて動作を切り替えることができる。
【００４６】
本実施形態に係る波面変調器用干渉計は、このような波面変調器を含む光学系として設けられており、波面変調器に本来の動作を実行させながら、適宜、波面変調器の動作をモニタするものである。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る干渉計１においては、偏光ビームスプリッタ２が設けられている。この偏光ビームスプリッタ２は、ｐ偏光を透過させると共にｓ偏光を反射するものである。なお、この偏光ビームスプリッタ２には波面変調前の光２１が入射されるようになっているが、この光２１は、例えば、単色光源（図示せず）から出射され、レンズ、アパーチャ（図示せず）等により平行化された光である。また、偏光ビームスプリッタ２を透過した光の光路に沿って、ファラデーローテータ３、光路分岐結合手段としての立方体型ハーフミラー４、波面変調器５がこの順に設けられている。ファラデーローテータ３は、入射した光の偏光方向を（π／４）回転させるものである。偏光ビームスプリッタ２及びファラデーローテータ３により、ファラデーアイソレータが構成されている。
【００４８】
立方体型ハーフミラー４は、図８に示す立体型ハーフミラー１０５と同じものであり、２つの二等辺直角三角柱を貼り合わせた立方体の光学部材であり、立方体の各側面から入射した光の略半量を透過させ、残りの略半量を反射することにより、入射した光を略等分するものである。波面変調器５は入射した光の波面を変調して反射するものであり、その詳細な構成は後述する。
【００４９】
また、ファラデーローテータ３を透過し、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、シャッタ６及び参照ミラー７がこの順に設けられている。シャッタ６は光を通過させるか遮断するかを切り替えるものであり、例えば、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータである。そして、立方体型ハーフミラー４から出射しシャッタ６を通過した光は、参照ミラー７により反射されて再びシャッタ６を通過して立方体型ハーフミラー４に入射するようになっている。
【００５０】
図２に示すように、参照ミラー７は、アルミニウム、クロム又は金等の金属からなる金属板８の表面に、空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する深さの溝９が複数本、相互に平行に形成されたものである。また、その表面は機械的な強度及び酸化に対する耐性を向上させるために、誘電体（図示せず）によりコーティングされている。参照ミラー７は溝９が形成された面にシャッタ６を通過した光が照射されるように配置されており、溝９のピッチは、入射した光が複数本の溝に照射されるようなピッチとなっている。なお、金属板８の表面において、溝９間の領域が凸部８ａになっており、溝９の底面が凹部８ｂとなっている。
【００５１】
更に、図１に示すように、波面変調器５により反射され、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、チューブレンズ１０、結像レンズ１１及びカメラ１２がこの順に設けられている。そして、波面変調器５及び参照ミラー７は、共にチューブレンズ１０の焦点に位置している。このため、干渉計１において、波面変調器５及び参照ミラー７は光学的に相互に等価な位置にある。また、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置している。
【００５２】
即ち、立方体型ハーフミラー４から見ると、各側面に垂直な相互に９０°ずつ異なる４つの方向に、夫々、ファラデーローテータ３、参照ミラー７、波面変調器５及びカメラ１２が設けられている。そして、立方体型ハーフミラー４は、ファラデーローテータ３から入射された光を参照ミラー７に向かう方向及び波面変調器５に向かう方向に分離して出射すると共に、参照ミラー７及び波面変調器５から入射した光を合流させてファラデーローテータ３に向かう方向及びカメラ１２に向かう方向に出射するものである。
【００５３】
図３に示すように、波面変調器５においては、入射される光の光路に沿って、液晶パネル１３、ミラー１４、遮光板１５、光電変換パネル１６、像転送光学部１７、液晶ライトバルブ１８及びレーザダイオード１９がこの順に設けられている。レーザダイオード１９は、液晶ライトバルブ１８に対してレーザ光を照射する光源である。液晶ライトバルブ１８は画素回路を備え、変調したい波面に応じた光学画像を表示するものであり、例えば、位相を（−π）とする領域を黒色とし、位相を（＋π）とする領域を白色とし、位相を（−π）と（＋π）との間の中間の値とする領域を灰色とする白黒画像を表示するものであり、例えば、入射された光束の中央部と周辺部とで位相を半波長分異ならせる場合は、光束の中央部に相当する領域に黒色の円を表示し、周辺部に相当する領域に白色の環を表示するものである。
【００５４】
像転送光学部１７は例えば複数のレンズからなり、液晶ライトバルブ１８に表示された光学画像を光電変換パネル１６において結像するものである。光電変換パネル１６は、像転送光学部１７により結像された光学画像を電荷画像に変換するものである。また、液晶パネル１３は、２枚のガラス基板（図示せず）及びその間に配置された液晶層（図示せず）を備えており、画素回路は設けられておらず、光電変換パネル１６により形成された電荷画像に応じて、液晶層の液晶分子が回転し、光学画像を形成するようになっている。更に、遮光板１５は、レーザダイオード１９から出射し液晶ライトバルブ１８を透過して光電変換パネル１６に照射された光を吸収し、この光が液晶パネル１３側に漏洩することを防止するものである。ミラー１４は、液晶パネル１３を透過した光を液晶パネル１３に向けて反射するものである。
【００５５】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る干渉計の動作について説明する。先ず、通常の波面変調動作について説明する。通常の波面変調動作時には、図１に示すシャッタ６を閉じておく。また、図３に示す液晶ライトバルブ１８に変調したい波面に応じた画像を表示させ、レーザダイオード１９にレーザ光を出射させる。これにより、レーザダイオード１９から出射されたレーザ光が、液晶ライトバルブ１８を透過することにより光学画像が付加され、像転送光学部１７によりこの光学画像が光電変換パネル１６において結像する。なお、光電変換パネル１６を透過した光は、遮光板１５に到達して吸収される。そして、光電変換パネル１６がこの光学画像を電荷画像に変換し、この電荷画像に起因する電位により、液晶パネル１３の液晶分子が回転し、光学画像を形成する。
【００５６】
一方、図１に示すように、外部から干渉計１に入射した波面偏光前の光２１が、偏光ビームスプリッタ２にｐ偏光として入射されると、この光２１は偏光ビームスプリッタ２を透過し、ファラデーローテータ３を透過することによりその偏光方向が（π／４）回転し、立方体型ハーフミラー４に入射する。そして、この光２１は、立方体型ハーフミラー４により光量が略等分され、光の略半量は立方体型ハーフミラー４を透過して波面変調器５に向かい、残りの略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されてシャッタ６に向かう。このとき、シャッタ６は閉じているため、立方体型ハーフミラー４により反射された光は、シャッタ６により遮断される。
【００５７】
一方、立方体型ハーフミラー４を透過して波面変調器５に入射した光２１は、図３に示す液晶パネル１３を透過し、ミラー１４により反射されて再び液晶パネル１３を透過し、立方体型ハーフミラー４に向かう。このとき、光２１は液晶パネル１３の液晶分子の角度に応じて異なる屈折率を感受する。これにより、波面変調前の光２１は、液晶ライトバルブ１８に表示された画像に応じて変調され、波面変調後の光２２となる。
【００５８】
図１に示すように、波面変調器５において反射された波面変調後の光２２は、再び立方体型ハーフミラー４に入射し、立方体型ハーフミラー４によって光量が略等分される。即ち、光２２の略半量は立方体型ハーフミラー４を透過してファラデーローテータ３に向かい、残りの略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されてチューブレンズ１０に向かう。チューブレンズ１０に向かった光は、チューブレンズ１０及び結像レンズ１１により集光されてカメラ１２に到達する。このとき、波面変調器５はチューブレンズ１０の焦点に位置し、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置するため、波面変調器５の像はカメラ１２において結像する。
【００５９】
一方、立方体型ハーフミラー４からファラデーローテータ３に向かった光は、ファラデーローテータ３によってその偏光方向が（π／４）だけ回転し、即ち、往復で（π／２）だけ回転し、偏光ビームスプリッタ２に対してｓ偏光として入射する。このため、この光は偏光ビームスプリッタ２により反射され、波面変調後の光２２として干渉計１から出射する。この波面変調後の光２２は、例えば、光ディスクの再生等に利用される。
【００６０】
次に、波面変調器をモニタするための動作について説明する。モニタ動作時においては、シャッタ６を開く。これにより、上述の通常の波面変調動作に加えて、以下の動作が発生する。即ち、偏光ビームスプリッタ２及びファラデーローテータ３を透過し、立方体型ハーフミラー４により反射された波面変調前の光２１が、シャッタ６を通過して参照ミラー７に到達する。このとき、図２に示すように、参照ミラー７の凹部８ｂは、凸部８ａよりも空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する長さだけ凹んだ位置にあるため、凸部８ａにおいて反射された光と、凹部８ｂにおいて反射された光との間には、往復で光の波長の（１／４）の光路差が生じる。この結果、参照ミラー７の凸部８ａ及び凹部８ｂにおいて反射された光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた光となる。
【００６１】
参照ミラー７において反射された光は、再びシャッタ６を通過し、立方体型ハーフミラー４に入射する。そして、立方体型ハーフミラー４により略等分され、光の略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されて、ファラデーローテータ３及び偏光ビームスプリッタ２を透過して、波面変調後の光２２と共に干渉計１から出射する。一方、光の残りの略半量は立方体型ハーフミラー４を透過し、チューブレンズ１０及び結像レンズ１１を介して、カメラ１２に到達する。このとき、参照ミラー７はチューブレンズ１０の焦点に位置し、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置するため、参照ミラー７の像はカメラ１２において結像する。
【００６２】
このため、カメラ１２においては、波面変調器５及び参照ミラー７の双方の像が結像することになる。これにより、波面変調器５により反射された光と、参照ミラー７により反射された光との間で干渉縞が発生し、この干渉縞を観察することによって、波面変調器５の波面を測定し、波面変調器５の動作をモニタすることができる。なお、上述の通常動作時においては、カメラ１２には参照ミラー７により反射された光は到達しないため、干渉縞は発生しない。
【００６３】
図４（ａ）は従来の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、及び縦軸にＡ−Ａ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は本実施形態の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、並びに縦軸にＢ−Ｂ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図及び縦軸にＣ−Ｃ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示す干渉縞は、波面変調器及び参照ミラーにおいて同じ波面が形成された場合の干渉縞である。なお、図４（ａ）及び（ｂ）においては、図示を簡略化するため、波面が縦方向にのみ歪み横方向に歪んでいない例を示しており、相対的に暗い領域を図示の左上から右下に延びる斜線で表しており、相対的に明るい領域を図示の左下から右上に延びる斜線で表している。
【００６４】
発明が解決しようとする課題の項において説明したように、これらの斜線で表した領域２３においては、波面変調器からの光と参照ミラーからの光との位相差が０又はπに近い値となっているため、波面を測定することができない。このため、従来の干渉計においては、図４（ａ）に示すように、例えば領域２４は全て領域２３に含まれてしまうため、波面の測定が全くできない。
【００６５】
これに対して、本実施形態においては、参照ミラー７（図２参照）により反射された光においては、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域が形成されているため、図４（ｂ）に示すように、カメラ１２によって観察される干渉縞においても、参照ミラー７からの反射光のうち、第１の位相をもつ領域によって形成された領域２５ａと、この第１の位相と（π／２）だけ異なる第２の位相をもつ領域によって形成された領域２５ｂとが、交互に配列されることになる。このため、波面を測定することができない領域２３は、領域２５ａと領域２５ｂとの境界線により分断される。従って、領域２５ａ及び２５ｂを、波面の歪の周期の半分以下の周期で分割すれば、波面変調器５のどの領域についても、領域２５ａ及び２５ｂのうち少なくとも一方の領域においては、波面を測定することができる。例えば、領域２４についても、その一部の領域において波面を測定することができる。そして、シャノンの情報定理（Shannon's sampling theorem）により、一部の領域において波面を測定することができれば、これらの領域の波面からこれらの領域間の領域の波面を補間することにより、波面変調器の全領域の波面を測定することができる。なお、図４（ｂ）においては、図を簡略化するために、領域２５ａ及び２５ｂの幅を広く描いているが、領域２５ａ及び２５ｂを十分に狭く形成すれば、波面変調器の全領域について、波面を精度良く測定できる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、参照ミラー７に溝９を形成することにより、参照ミラー７の反射光を、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた光とすることができる。これにより、波面変調器５のどの領域についても、いずれかの領域により干渉縞を形成することができ、波面を測定することができる。この結果、波面変調器５の全領域の波面を一度に測定することができる。このため、特に、波面変調器５の経時変化を測定することができ、波面変調器５の動作をモニタすることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、シャッタ６が設けられており、波面変調器の通常動作時、即ち、波面変調器の動作モニタを行わない場合には、シャッタ６を閉じている。これにより、波面変調器の通常動作時には、参照ミラー７を波面変調のための光学系から光学的に切り離すことにより、参照ミラー７の反射光が波面変調後の光２２に混入することを防止し、波面変調後の光２２として、高品質な光を出力することができる。
【００６８】
更に、本実施形態においては、液晶ライトバルブ１８が表示した光学画像を、光電変換パネル１６により一旦電荷画像に変換し、それを液晶パネル１３において再び光学画像に変換し、この光学画像を使用して波面を変調している。これにより、液晶ライトバルブ１８の回路パターンが、波面変調後の光２２に対して影響を及ぼすことを防止できる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、波面変調器５を上述の如く構成し、液晶ライトバルブ１８が表示した光学画像を一旦電荷画像に変換した後、再度光学画像に変換する例を示したが、本発明はこれに限定されず、液晶ライトバルブの後方にミラーのみを設けて波面変調器を構成してもよい。これにより、波面変調後の光が液晶ライトバルブの回路パターンの影響を受けてしまうものの、波面変調器の構成を簡略化することができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、シャッタ６を電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータにより構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、シャッタは、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーローテータでもよく、また、光路に遮光板を介在させる機械式のシャッタでもよい。但し、電磁石式のシャッタを使用すれば、機械式のシャッタよりも高速でオンとオフとを切り替えることができる。なお、シャッタとしてファラデーローテータを使用する場合は、通常の波面変調動作時には偏光方向を往復で（π／２）回転させ、波面変調器の波面を測定する際には偏光方向を回転させないで使用する。
【００７１】
更に、波面変調器５及び参照ミラー７の位置は、相互に入れ替えてもよい。更にまた、本実施形態においては、波面変調前の光２１が偏光ビームスプリッタ２に対してｐ偏光で入射し、この光がファラデーローテータ３を往復することによりその偏光方向が（π／２）回転し、波面変調後の光２２が偏光ビームスプリッタ２に対してｓ偏光で入射する例を示したが、本発明はこれに限定されず、往路の光をｓ偏光として偏光ビームスプリッタ２により反射させ、復路の光をｐ偏光として偏光ビームスプリッタ２を透過させてもよい。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は本実施形態における参照ミラーを示す側面図である。本実施形態に係る干渉計は、前述の第１の実施形態に係る干渉計と比較して、参照ミラーが異なっている。即ち、前述の第１の実施形態における参照ミラー７（図１参照）の替わりに、図５（ａ）に示す参照ミラー２７が設けられている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７３】
図５（ａ）に示すように、本実施形態における参照ミラー２７においては、第１の誘電体からなる基板２８が設けられている。基板２８の表面上の領域は、領域２９ａ及び２９ｂに分割されており、夫々複数の領域２９ａ及び２９ｂが、一方向に沿って交互に配列されている。そして、領域２９ａにおいては、誘電体層３０及び３１が交互に積層されている。誘電体層３０は、その屈折率が前述の第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなり、その厚さが波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３０中における波長の（１／２）に相当する厚さとなっている。また、誘電体層３１は、その屈折率が前述の第１及び第２の誘電体の屈折率とは異なる第３の誘電体からなり、その厚さが波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３１中における波長の（１／２）に相当する厚さとなっている。
【００７４】
また、領域２９ｂにおいては、誘電体層３２乃至３７が基板２８側からこの順に繰り返し積層されている。誘電体層３２は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３２中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３３は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３３中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３４は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３４中における波長の（１／４）に相当する厚さとなっている。
【００７５】
また、誘電体層３４上には誘電体層３５乃至３７が設けられている。誘電体層３５は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３５中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３６は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３６中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３７は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３７中における波長の（１／４）に相当する厚さとなっている。従って、領域２９ａにおける各１層の誘電体層３０及び３１の合計の膜厚は、領域２９ｂにおける各１層の誘電体層３２乃至３７の合計の膜厚と等しく、光２１の誘電体中の１波長に略相当する厚さとなっている。
【００７６】
次に、本実施形態の動作について説明する。基板２８側から参照ミラー２７に入射された光は、異なる誘電体層同士が接する界面で生じたミクロな反射光が積算されてマクロな反射光となる。往復で層中の波長に相当する光路長を経たミクロな反射光同士は強め合い、往復で層中の波長の（１／２）に相当する光路長を経たミクロな反射光同士は弱め合う。ゆえに、何層かの光路長を足し合わせた際に、その往復の光路長が層中の波長に相当する層の組を考えると、その組のミクロな反射光の積算がマクロな反射光を形成すると考えて構わない。
【００７７】
領域２９ａにおいては、誘電体層３０と誘電体層３１が各々単層で、往復の光路長が層中の波長に相当する。ゆえに、各界面における反射光同士が強め合い、誘電体層を積み重ねれば積み重ねるほど、反射率が指数関数的に増加し、誘電体層３０及び３１の組を何組か積層すると、全体の反射率は略１００％になる。
【００７８】
領域２９ｂにおいては、誘電体層３２乃至３４の３層で１組の積層膜を形成し、誘電体層３５乃至３７の３層で１組の積層膜を形成し、各積層膜中を往復する光路は層中の波長に相当する。ゆえに、積層膜間の界面のミクロな反射光の積算がマクロな反射光を形成する。誘電体層３４と誘電体層３５との界面３８と、誘電体層３５と誘電体層３６との界面３９と、誘電体層３６と誘電体層３７との界面４０とに注目すると、界面３９の反射光は、界面３８の反射光に対して、往復で層中の波長の（１／４）に相当する光路長の差が生じる。また、界面４０の反射光は、界面３８の反射光に対して、往復で層中の波長の（１／２）に相当する光路長の差が生じる。ゆえに、界面３８の反射光と界面４０の反射光とは相殺され、界面３９の反射光のみがマクロな反射光として残る。また、誘電体層３７とその上層の誘電体層３２との界面の反射光と、誘電体層３３と誘電体層３４との界面の反射光も相殺される。この結果、領域２９ｂにおいても、層を積み重ねれば積み重ねるほど、反射率が指数関数的に増加し、誘電体層３２乃至３７の組を何組か積層すると、全体の反射率は略１００％になる。
【００７９】
また、領域２９ｂにおける界面３９における反射光は、領域２９ａにおける誘電体層３０と誘電体層３１との界面における反射光に対して、往復で層中の波長の（１／４）に相当する光路差が生じる。従って、領域２９ｂにおける反射光の位相は、領域２９ａに対する反射光の位相に対して、（π／２）だけずれる。
【００８０】
なお、各界面における反射率をＲとすると、図５（ｂ）に示すように、１つの誘電体層内でｋ回反射する光については、その合計の反射率はＲｋとなる。通常、各界面における反射率Ｒは数％程度であるため、反射回数ｋが３以上である場合は、合計の反射率Ｒｋは各界面における反射率Ｒに比べて無視することができる。
【００８１】
このように、本実施形態においては、誘電体のみにより形成した参照ミラーを使用して、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた反射光を得ることができる。これにより、前述の第１の実施形態における金属からなる参照ミラーと比較して、反射率が高く、光に対する耐久性が高い参照ミラーを得ることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は本実施形態に係る干渉計を示すブロック図であり、図７は図６に示す参照プレートを示す斜視図である。本実施形態に係る干渉計も、前述の第１の実施形態と同様に、例えば光ディスクの再生装置に使用される波面変調器用の干渉計である。
【００８３】
図６に示すように、本実施形態に係る干渉計５１においては、波面変調前の光２１が入射される位置に、光路分岐部材としての板型ハーフミラー５２が設けられている。板型ハーフミラー５２は、入射された波面変調前の光２１を略等分し、２つの光路に分岐するものである。一方の光路、即ち、板型ハーフミラー５２を透過した光の光路に沿って、シャッタ５３、ミラー５４、参照プレート５５、光路結合部材としての板型ハーフミラー５６がこの順に設けられている。シャッタ５３は、電磁石によりオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータである。また、他方の光路、即ち、板型ハーフミラー５２により反射された光の光路に沿って、ミラー５７及び波面変調器５８がこの順に設けられており、ミラー５７により反射され波面変調器５８を透過した光が板型ハーフミラー５６に入射され、この他方の光路が前記一方の光路と結合するようになっている。波面変調器５８は液晶ライトバルブにより構成されている。
【００８４】
即ち、板型ハーフミラー５６の一方の面には、板型ハーフミラー５２を透過し、シャッタ５３を通過し、ミラー５４により反射され、参照プレート５５を透過した光が照射されるようになっており、板型ハーフミラー５６の他方の面には、板型ハーフミラー５２により反射され、ミラー５７により反射され、波面変調器５８を透過した光が照射されるようになっている。また、板型ハーフミラー５２により分岐され板型ハーフミラー５６により結合される２つの光路により長方形が形成されており、２つの光路の長さは相互に等しくなっている。
【００８５】
また、板型ハーフミラー５２を透過し板型ハーフミラー５６により反射された光及び板型ハーフミラー５２により反射され板型ハーフミラー５６を透過した光の光路に沿って、チューブレンズ５９、結像レンズ６０及びカメラ６１がこの順に設けられている。参照プレート５５及び被波面測定物５８は、共にチューブレンズ５９の焦点に位置している。従って、参照プレート５５及び被波面測定物５８は、光学的に相互に等価な位置に配置されている。また、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置している。
【００８６】
図７に示すように、参照プレート５５においては、屈折率がｎのガラスからなる透明基板６２の表面に、複数本の溝６３が相互に平行に形成されている。溝６３の深さｄは、空気中における光２１の波長をλとすると、ｄ＝λ／｛４×（ｎ−１）｝により表すことができる。参照プレート５５は溝６３が形成された面にミラー５４により反射された光が照射されるように配置されており、溝６３のピッチは、入射した光が複数本の溝に照射されるようなピッチとなっている。なお、透明基板６２の表面において、溝６３間の領域が凸部６２ａになっており、溝６３の底面が凹部６２ｂとなっている。
【００８７】
次に上述の如く構成された本実施形態に係る干渉計の動作について説明する。先ず、通常の波面変調動作について、図６を参照して説明する。通常の波面変調動作時にはシャッタ５３を閉じておく。また、波面変調器５８の液晶ライトバルブ（図示せず）に変調したい波面に応じた画像を表示させる。そして、図６に示すように、波面変調前の光２１が板型ハーフミラー５２に入射すると、この光２１は板型ハーフミラー５２により光量が略等分され、略半量の光は、板型ハーフミラー５２を透過して、シャッタ５３に到達する。このとき、シャッタ５３は閉じているため、シャッタ５３に到達した光はシャッタ５３により遮断される。そして、残りの略半量の光は、板型ハーフミラー５２により反射されてミラー５７に向かう。
【００８８】
ミラー５７に向かった光は、ミラー５７によって反射され、波面変調器５８に到達する。このとき、波面変調器５８には画像が表示されているため、この光は波面変調器５８を透過することによって、画像に応じて波面が変調される。そして、波面変調器５８を透過した光は、板型ハーフミラー５６に到達し、略半量が板型ハーフミラー５６によって反射され、波面変調後の光２２として干渉計５１から出射され、残りの略半量が板型ハーフミラー５６を透過して、チューブレスレンズ５９、結像レンズ６０により集光されて、カメラ６１に到達する。このとき、波面変調器５８はチューブレンズ５９の焦点に位置し、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置するため、波面変調器５８の像はカメラ６１において結像する。なお、板型ハーフミラー５６によって反射された波面変調後の光２２は、例えば、光ディスクの再生等に利用される。
【００８９】
次に、波面変調器をモニタするための動作について説明する。モニタ動作時においては、シャッタ５３を開く。これにより、上述の通常の波面変調動作に加えて、以下の動作が発生する。即ち、板型ハーフミラー５２を透過した波面変調前の光２１が、シャッタ５３を通過し、ミラー５４により反射され、参照プレート５５に到達する。このとき、上述の如く、図７に示す参照プレート５５の凹部６２ｂの深さｄは、ｄ＝λ／｛４×（ｎ−１）｝となっているため、凸部６２ａを透過した光と、凹部６２ｂを透過した光との間には、光の波長の（１／４）の光路差が生じる。この結果、参照プレート５５の凸部６２ａ及び凹部６２ｂを透過した光は、位相が相互に（π／２）だけ異なる。
【００９０】
参照プレート５５を透過した光は、板型ハーフミラー５６に入射する。そして、板型ハーフミラー５６により略等分され、光の略半量は板型ハーフミラー５６を透過して、波面変調後の光２２と共に干渉計５１から出射する。一方、光の残りの略半量は板型ハーフミラー５６により反射されて、チューブレンズ５９及び結像レンズ６０を介して、カメラ６１に到達する。このとき、参照プレート５５はチューブレンズ５９の焦点に位置し、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置するため、参照プレート５５の像はカメラ６１において結像する。このため、カメラ６１においては、波面変調器５８及び参照プレート５５の双方の像が結像することになる。これにより、波面変調器５８を透過した光と、参照プレート５５を透過した光との間で干渉縞が発生し、この干渉縞を観察することによって、波面変調器５８の波面を測定し、波面変調器５８の動作をモニタすることができる。なお、上述の通常動作時においては、カメラ６１には参照プレート５５を透過した光は到達しないため、干渉縞は発生しない。
【００９１】
そして、本実施形態においては、参照プレート５５を透過した光が、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えるため、カメラ６１によって観察される干渉縞においても、参照プレート５５の透過光のうち、位相が相互に異なる領域によって形成された領域が、交互に配列されることになる。このため、これらの領域を波面の歪の周期の半分以下の周期で配列すれば、波面変調器５８のどの領域についても、波面を測定することができる。この原理は、前述の第１の実施形態において説明した原理と同様である。
【００９２】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、参照プレート５５に溝６３を形成することにより、参照プレート５５の透過光を、その光軸に垂直な面において、位相が相互に（π／２）異なる２種類の領域が交互に配列された光とすることができる。これにより、波面変調器５８のどの領域についても、いずれかの位相の領域により干渉縞を形成することができ、波面を測定することができる。この結果、波面変調器５８の全領域の波面を一度に測定することができる。これにより、波面変調器５８の経時変化を測定することができ、波面変調器５８の動作をモニタすることができる。
【００９３】
また、本実施形態においては、シャッタ５３が設けられており、波面変調器の通常動作時、即ち、波面変調器の動作モニタを行わない場合には、シャッタ５３を閉じることにより、参照プレート５５の透過光が波面変調後の光２２に混入することを防止することができる。これにより、波面変調後の光２２として、高品質な光を出力することができる。
【００９４】
なお、本実施形態においては、シャッタ５３を電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータにより構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、シャッタは、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーローテータでもよく、また、光路に遮光板を介在させる機械式のシャッタでもよい。但し、電磁石式のシャッタを使用すれば、機械式のシャッタよりも高速でオンとオフとを切り替えることができる。
【００９５】
また、上述の各実施形態においては、被波面測定物が波面変調器であり、この波面変調器の動作をモニタする例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば被波面測定物がレンズ等の光学素子であり、この光学素子の検査を行ってもよい。また、上述の各実施形態においては、参照ミラー又は参照プレートから出射した光が、その光軸に垂直な面において、位相が（π／２）異なる２種類の領域が交互に配列された光である例を示したが、領域間の位相差は必ずしも（π／２）には限定されず、また、位相の種類は３種類以上であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る干渉計は、波面変調器の動作のモニタ等に好適に利用することができ、例えば、光ディスクの再生装置等に組み込まれる波面変調器の動作をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る干渉計を示すブロック図である。
【図２】図１に示す参照ミラーを示す斜視図である。
【図３】図１に示す波面変調器を示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は従来の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、及び縦軸にＡ−Ａ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は本実施形態の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、並びに縦軸にＢ−Ｂ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図及び縦軸にＣ−Ｃ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態における参照ミラーを示す側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る干渉計を示すブロック図である。
【図７】図６に示す参照プレートを示す斜視図である。
【図８】従来のトワイマングリーン型干渉計を示すブロック図である。
【図９】従来のマッハツェンダー型干渉計を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９８】
１；干渉計
２；偏光ビームスプリッタ
３；ファラデーローテータ
４；立方体型ハーフミラー
５；波面変調器
６；シャッタ
７；参照ミラー
８；金属板
８ａ；凸部
８ｂ；凹部
９；溝
１０；チューブレンズ
１１；結像レンズ
１２；カメラ
１３；液晶パネル
１４；ミラー
１５；遮光板
１６；光電変換パネル
１７；像転送光学部
１８；液晶ライトバルブ
１９；レーザダイオード
２１；波面変調前の光
２１；波面変調後の光
２３、２４、２５ａ、２５ｂ、２９ａ、２９ｂ；領域
２７；参照ミラー
２８；基板
３０乃至３７；誘電体層
３８、３９、４０；界面
５１；干渉計
５２、５６；板型ハーフミラー
５３；シャッタ
５４、５７；ミラー
５５；参照プレート
５８；波面変調器
５９；チューブレンズ
６０；結像レンズ
６１；カメラ
６２；透明基板
６２ａ；凸部
６２ｂ；凹部
６３；溝
１０１；単色光源
１０２；集光レンズ
１０３；アパーチャ
１０４；集光レンズ
１０５；立方体型ハーフミラー
１０６；被波面測定物
１０７；参照ミラー
１０８；チューブレンズ
１０９；結像レンズ
１１０；カメラ
１１１、１１６；板型ハーフミラー
１１２、１１４；ミラー
１１３；参照プレート
１１５；被波面測定物
ｄ；溝の深さ
Ｒ；反射率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面変調器等の光学素子の波面を測定する干渉計に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計とは、光波の干渉を利用して波面を測定することにより、被測定物の光学的特性及び形状等を測定するものであり、例えば、製造中又は使用中の光学素子の検査等に用いられている。干渉計の原理は、単一の光源から出射された光を２つの光路に分け、一方の光路に被波面測定物を介在させ、他方の光路に参照部材を介在させて、各光路の光に被波面測定物及び参照部材を透過させるか又は被波面測定物及び参照部材により反射させた後、２つの光を合成して相互に干渉させ、その干渉縞を観察することによって、被波面測定物の波面を測定するものである。
【０００３】
干渉計には、例えば、トワイマングリーン型干渉計及びマッハツェンダー型干渉計がある（例えば、非特許文献１参照。）。トワイマングリーン型干渉計は被波面測定物及び参照部材において光を反射させるものであり、マッハツェンダー型干渉計は被波面測定物及び参照部材において光を透過させるものである。図８は従来のトワイマングリーン型干渉計を示すブロック図であり、図９は従来のマッハツェンダー型干渉計を示すブロック図である。
【０００４】
図８に示すように、従来のトワイマングリーン型干渉計においては、単色光源１０１が設けられており、この単色光源１０１から出射される単色光の光路に沿って、集光レンズ１０２、アパーチャ１０３、集光レンズ１０４、立方体型ハーフミラー１０５がこの順に設けられており、立方体型ハーフミラー１０５の後方に被波面測定物１０６が配置されるようになっている。アパーチャ１０３には、ほぼ回折限界のサイズの穴が形成されており、この穴を単色光源１０１から出射された光が通過するようになっている。立方体型ハーフミラー１０５は、２つの二等辺直角三角柱を貼り合わせた立方体の光学部材であり、単色光源１０１から出射された光の略半量を被波面測定物１０６に向けて透過させ、残りの略半量を反射させると共に、被波面測定物１０６により反射された光の略半量を反射させ、残りの略半量を透過させるものである。
【０００５】
単色光源１０１から出射され、立方体型ハーフミラー１０５によって反射された光の光路上には、参照ミラー１０７が設けられている。また、波面測定物１０６により反射され、立方体型ハーフミラー１０５によって反射された光の光路上には、チューブレンズ１０８、結像レンズ１０９及びカメラ１１０がこの順に配置されている。なお、被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７はいずれもチューブレンズ１０８の焦点に位置し、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置している。
【０００６】
次に、図８に示す従来のトワイマングリーン型干渉計の動作について説明する。単色光源１０１から出射された光は、集光レンズ１０２でアパーチャ１０３に集光される。上述の如く、アパーチャ１０３には略回折限界のサイズの穴が形成されているため、アパーチャ１０３に入射した光は、空間可干渉性を劣化させる成分が取り除かれて、アパーチャ１０３を出射する。アパーチャ１０３を通過した光は、集光レンズ１０４でコリメートされる。集光レンズ１０４によりコリメートされた光は、立方体型ハーフミラー１０５により光量が略等分され、光の一部は立方体型ハーフミラー１０５を透過して被波面測定物１０６に向かい、残部は立方体型ハーフミラー１０５により反射されて参照ミラー１０７に向かう。
【０００７】
被波面測定物１０６に向かった光は、被波面測定物１０６により反射されて再び立体型ハーフミラー１０５に入射し、その一部が立体型ハーフミラー１０５により反射されてチューブレンズ１０８に向かい、残部が立体型ハーフミラー１０５を透過して集光レンズ１０４に向かう。一方、参照ミラー１０７に向かった光は、参照ミラー１０７により反射されて再び立体型ハーフミラー１０５に入射し、その一部が立体型ハーフミラー１０５を透過して、チューブレンズ１０８に向かい、残部が立体型ハーフミラー１０５により反射されて集光レンズ１０４に向かう。
【０００８】
被波面測定物１０６の反射光のうち立体型ハーフミラー１０５により反射された光と、参照ミラー１０７の反射光のうち立体型ハーフミラー１０５を透過した光は、チューブレンズ１０８及び結像レンズ１０９により構成される像転送光学系を経てカメラ１１０に到達する。被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７はいずれもチューブレンズ１０８の焦点に位置し、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置しているため、カメラ１１０は被波面測定物１０６及び参照ミラー１０７の双方を重ねて観察できる。
【０００９】
なお、単色光源１０１の空間可干渉性が十分に高い場合は、アパーチャ１０３を設けないこともある。また、集光レンズ１０２の焦点距離と集光レンズ１０４の焦点距離との比の値を調節することにより、立方体型ハーフミラー１０５に入射するビームのサイズを自由に拡大縮小できるが、単色光源１０１のビームサイズが必要十分なサイズであれば、集光レンズ１０２及び集光レンズ１０４も設けないこともある。更に、立方体型ハーフミラー１０５の形状は二等辺直角三角柱を貼り合わせた形の立方体であるが、板型のハーフミラーで代用できる。但し、被波面測定物１０６の波面に集光性又は発散性の顕著な曲率が認められる場合は、板型のハーフミラーと同じ硝材で同じ厚さの基板に両面反射防止コーティングを施した補償板を設置することにより、被波面測定物１０６側の光路と参照ミラー１０７側の光路とを均衡させることもある。更にまた、立方体型ハーフミラー１０５が、チューブレンズ１０８側だけでなく集光レンズ１０４側にも光を戻すことにより、単色光源１０１の動作が不安定になる場合は、単色光源１０１と立方体型ハーフミラー１０５との間にファラデーアイソレータ等を設け、往路光と復路光を分離することもある。
【００１０】
被波面測定物１０６の反射光と参照ミラー１０７の反射光とが光学的にほぼ平行である場合は、両反射光は相互に干渉し、カメラ１１０により干渉縞を観察することができる。即ち、角周波数をω、時間をｔ、係数をｋ、位置をｘ、位相をα及びβとするとき、被波面測定物１０６による反射光Ｅａを下記数式１のように表し、参照ミラー１０７による反射光Ｅｂを下記数式２のように表すと、カメラ１１０により観察される干渉縞の強度Ｉは下記数式３のように表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】
【数３】
【００１４】
干渉縞の強度Ｉの最大値として（２×Ｉ０）を定義すると、下記数式４のようになるため、上記数式３は下記数式５のように書ける。
【００１５】
【数４】
【００１６】
【数５】
【００１７】
干渉縞の変調度は、下記数式６に示す値の大きさで決まるが、Ａは０乃至√（２×Ｉ０）の範囲の値を取るため、干渉縞の変調度は、Ａ＝√（Ｉ０／２）のとき、即ち、Ａ＝Ｂのときに最大となる。
【００１８】
【数６】
【００１９】
但し、集光レンズ１０４からチューブレンズ１０８に到る光路において、被波面測定物１０６により反射された光も、参照ミラー１０７により反射された光も、共に立方体型ハーフミラーにおける１回の透過及び１回の反射を経ているため、被波面測定物１０６の反射率と参照ミラー１０７の反射率が等しい限りは、自動的にＡ＝Ｂの関係が満たされる。このとき、干渉縞の強度Ｉは下記数式７のようになる。
【００２０】
【数７】
【００２１】
位相αと位相βとの間の位相差をχ（＝α−β）とすると、波面を干渉縞により測定する場合、その感度（ｄＩ／ｄχ）は、下記数式８により与えられる。
【００２２】
【数８】
【００２３】
ゆえに、測定の感度（ｄＩ／ｄχ）は、位相差χが０又はπに近い値を取ると小さくなり、位相差χが（π／２）又は（３π／２）に近い値を取ると大きくなる。
【００２４】
次に、従来のマッハツェンダー型干渉計について説明する。なお、図９において、図８に示した従来のトワイマングリーン型干渉計と同じ機能を備えた構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。図９に示すように、従来のマッハツェンダー型干渉計においては、単色光源１０１が設けられており、単色光源１０１から出射される単色光の光路に沿って、集光レンズ１０２、アパーチャ１０３、集光レンズ１０４、板型ハーフミラー１１１がこの順に設けられている。
【００２５】
単色光源１０１から出射された光は、板型ハーフミラー１１１により光量が略等分されて２つの光路に分離されるようになっている。一方の光路、即ち、板型ハーフミラー１１１を透過した光の光路に沿って、ミラー１１２、参照プレート１１３及び板型ハーフミラー１１６がこの順に設けられている。また、他方の光路、即ち、板型ハーフミラー１１１により反射された光の光路上にはミラー１１４が設けられており、ミラー１１４により反射された光が板型ハーフミラー１１６に入射され、前記一方の光路と結合するようになっている。
【００２６】
即ち、板型ハーフミラー１１６の一方の面には板型ハーフミラー１１１を透過しミラー１１２により反射された光が照射されるようになっており、板型ハーフミラー１１６の他方の面には板型ハーフミラー１１１により反射されミラー１１４により反射された光が照射されるようになっている。また、板型ハーフミラー１１１により分離され板型ハーフミラー１１６により結合される２つの光路により長方形が形成されており、２つの光路の長さは相互に等しくなっている。そして、前記他方の光路における前記一方の光路の参照プレート１１３が配置された位置に相当する位置に、被波面測定物１１５が配置されるようになっている。
【００２７】
また、板型ハーフミラー１１１を透過し板型ハーフミラー１１６により反射された光及び板型ハーフミラー１１１により反射され板型ハーフミラー１１６を透過した光の光路に沿って、チューブレンズ１０８、結像レンズ１０９及びカメラ１１０がこの順に設けられている。参照プレート１１３及び被波面測定物１１５は、共にチューブレンズ１０８の焦点に位置しており、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置している。
【００２８】
次に、図９に示す従来のマッハツェンダー型干渉計の動作について説明する。集光レンズ１０４によってコリメートされた光は、板型ハーフミラー１１１で光量が略等分され、透過光は、ミラー１１２により反射され、参照プレート１１３を透過して、板型ハーフミラー１１６の一方の面に入射し、反射光は、ミラー１１４により反射され、被波面測定物１１５を透過して、板型ハーフミラー１１６の他方の面に入射する。参照プレート１１３を透過して板型ハーフミラー１１６により反射された光と、被波面測定物１１５を透過して板型ハーフミラー１１６を透過した光は、共にチューブレンズ１０８及び結像レンズ１０９により構成される像転送光学系を経て、カメラ１１０において結像する。このとき、参照プレート１１３及び被波面測定物１１５は共にチューブレンズ１０８の焦点に位置しており、カメラ１１０は結像レンズ１０９の焦点に位置しているため、カメラ１１０により参照プレート１１３及び被波面測定物１１５の双方を一緒に重ねて観察できる。このとき、測定の感度（ｄＩ／ｄχ）の位相差χに対する依存性は、上記数式８のようになる。
【００２９】
なお、参照プレート１１３は、板型ハーフミラー１１１と板型ハーフミラー１１６の間に形成された２つの光路の光路長が均衡するように、被波面測定物１１５を介在させることによる光路長の増減を補正している。ゆえに、単色光源１０１の時間可干渉性が十分に高い場合、又は別の方法で２つの光路の光路長を均衡させられる場合は、参照プレート１１３は設けなくても構わない。
【００３０】
【非特許文献１】田幸敏治、他編「光学的測定ハンドブック」、朝倉書店、初版（１９８１年７月２５日発行）、ｐ．２２７−２３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。上述の如く、従来のトワイマングリーン型干渉計及びマッハツェンダー型干渉計は、被波面測定物を経た（透過又は反射した）光と参照部材を経た光の位相差が０又はπに近い値をとると、波面を測定することができない。従って、被波面測定物の各領域を経た光の位相が相互に異なる場合、被波面測定物の全ての領域について、この領域を経た光と参照部材を経た光との間で（π／２）又は（３π／２）の位相差をとるように、被波面測定物又は参照部材の光路上の位置を調整することはできない。このため、被波面測定物において波面を測定することができない領域が不可避的に発生する。
【００３２】
波面を測定する目的が被波面測定物の定常状態を測定することにある場合は、被波面測定物を経た光と参照部材を経た光の位相差が、被波面測定物の全領域で順番に（π／２）又は（３π／２）に近い値をとるように被波面測定物又は参照部材を光路上の前後に移動させることによって、全領域の波面を測定することができる。しかし、この場合は測定に時間がかかる。一方、波面を測定する目的が被波面測定物の経時変化を測定することにある場合は、被波面測定物又は参照部材を光路上の前後に移動させる速さが被波面測定物の経時変化よりも遅いと、測定が全くできない。
【００３３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被波面測定物の全領域の波面を一度に測定することができる干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明に係る干渉計は、入射された光を相互に異なる第１及び第２の光路に分岐すると共に前記第１及び第２の光路を結合して合流させた光を出射する光路分岐結合手段と、前記第１の光路に介在するように配置された被波面測定物と、前記第２の光路に介在するように配置された参照部材と、前記合流させた光が入射され前記被波面測定物の像及び前記参照部材の像が結像される結像手段と、を有し、前記参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することを特徴とする。
【００３５】
本発明においては、結像手段において被波面測定物の像及び参照部材の像が結像されることにより、これらの像の干渉縞が発生するため、この干渉縞を観察することにより、被波面測定物の波面を測定することができる。このとき、参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することにより、被波面測定物から出射した光と参照部材から出射した光の位相差が０又はπに近い値をとり波面の測定ができない領域が分断されるため、この領域の波面をこの領域の周囲の領域の波面から補間することにより、被波面測定物全体の波面を測定することができる。
【００３６】
また、隣接する前記領域における位相差が（π／２）であることが好ましい。これにより、被波面測定物の波面がどのような状態にあっても、隣接する領域のうち少なくとも一方の領域において、波面を測定することができる。
【００３７】
更に、前記被波面測定物が、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射する波面変調器であってもよく、このとき、前記光路分岐結合手段が、前記結像手段に向かう方向とは異なる方向にも前記波面変調器から出射した光を出射するものであることが好ましい。これにより、波面変調器によって波面が変調された光を、結像手段に向かう方向とは異なる方向に取り出し、利用することができる。
【００３８】
また、前記被波面測定物が波面変調器であるとき、前記第２の光路に光を通過させるか遮断するかを切り替えるシャッタを有することが好ましい。これにより、波面変調器の波面を測定しないときに、波面変調器によって波面が変調された光に参照部材から出射した光が混入することを防止できる。
【００３９】
更にまた、前記光路分岐結合手段が、第１の方向から入射された光を第２及び第３の方向に分離して出射すると共に、前記第２及び第３の方向から入射した光を合流させて前記第１の方向及び第４の方向に出射するものであり、前記被波面測定物は、前記光路分岐結合手段から前記第２の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記参照部材は、前記光路分岐結合手段から前記第３の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記結像手段は、前記光路分岐結合手段から前記第４の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置されていてもよい。これにより、光を反射する被波面測定物の波面を測定することができる。
【００４０】
このとき、前記参照部材が第１及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第１の誘電体層と、その屈折率が前記第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第２の誘電体層とが交互に積層された領域であり、前記第２の領域は、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第３の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第４の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第５の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第６の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第７の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第８の誘電体層とがこの順に繰り返し積層された領域であることが好ましい。これにより、第１の領域において反射された光と第２の領域において反射された光との間の位相差が（π／２）となる。そして、参照部材を誘電体のみにより形成することができるため、光の反射率が向上すると共に、光に対する耐久性を向上させることができる。
【００４１】
また、前記被波面測定物が、画素回路を備え変調したい波面に応じた光学画像を表示する液晶ライトバルブと、前記光学画像を電荷画像に変換する光電変換パネルと、画素回路を備えず前記電荷画像に基づいて光学画像を形成して表示する液晶パネルと、を有し、前記液晶パネルに入射された光の波面が前記液晶パネルに表示された光学画像に応じて変調される波面変調器であってもよい。これにより、液晶ライトバルブの画素回路が波面の変調に影響を及ぼすことを防止できる。
【００４２】
又は、前記被波面測定物及び前記参照部材が入射された光を透過させるものであり、前記光路分岐結合手段が、前記入射された光を前記被波面測定物及び前記参照部材に向けて夫々出射する光路分岐部材と、前記被波面測定物及び前記参照部材を透過した光を合流させて少なくとも前記結像手段に向けて出射する光路結合部材と、を有していてもよい。これにより、光を透過させる被波面測定物の波面を測定することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、参照部材から出射した光が、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することにより、被波面測定物から出射した光と参照部材から出射した光の位相差が０又はπに近い値をとり波面の測定ができない領域が分断されるため、被波面測定物全体の波面を一度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る干渉計を示すブロック図であり、図２は図１に示す参照ミラーを示す斜視図であり、図３は図１に示す波面変調器を示す斜視図である。本実施形態に係る干渉計は、波面変調器用の干渉計である。波面変調器とは、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射するものであり、例えば、光束の中央部の位相と周辺部の位相とを相互に半波長分ずらすことによって、この光束の集光性を向上させ、小さなビームスポットを形成できるようにするものである。
【００４５】
このような波面変調器を例えば光ディスクの再生装置に組み込むことにより、再生装置が小さなビームスポットを形成できるようになり、データが高密度で記録された光ディスクから、このデータ読み出すことができるようになる。又は、波面変調を行うことによって、光ディスクに照射するビームスポットを小さくし、データが高密度に記録された光ディスクの読出動作を行い、波面変調を行わないことによって、光ディスクに照射するビームスポットを大きくし、データが低密度に記録された光ディスクから低ノイズで読出動作を行うというように、光ディスクの種類に応じて動作を切り替えることができる。
【００４６】
本実施形態に係る波面変調器用干渉計は、このような波面変調器を含む光学系として設けられており、波面変調器に本来の動作を実行させながら、適宜、波面変調器の動作をモニタするものである。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る干渉計１においては、偏光ビームスプリッタ２が設けられている。この偏光ビームスプリッタ２は、ｐ偏光を透過させると共にｓ偏光を反射するものである。なお、この偏光ビームスプリッタ２には波面変調前の光２１が入射されるようになっているが、この光２１は、例えば、単色光源（図示せず）から出射され、レンズ、アパーチャ（図示せず）等により平行化された光である。また、偏光ビームスプリッタ２を透過した光の光路に沿って、ファラデーローテータ３、光路分岐結合手段としての立方体型ハーフミラー４、波面変調器５がこの順に設けられている。ファラデーローテータ３は、入射した光の偏光方向を（π／４）回転させるものである。偏光ビームスプリッタ２及びファラデーローテータ３により、ファラデーアイソレータが構成されている。
【００４８】
立方体型ハーフミラー４は、図８に示す立体型ハーフミラー１０５と同じものであり、２つの二等辺直角三角柱を貼り合わせた立方体の光学部材であり、立方体の各側面から入射した光の略半量を透過させ、残りの略半量を反射することにより、入射した光を略等分するものである。波面変調器５は入射した光の波面を変調して反射するものであり、その詳細な構成は後述する。
【００４９】
また、ファラデーローテータ３を透過し、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、シャッタ６及び参照ミラー７がこの順に設けられている。シャッタ６は光を通過させるか遮断するかを切り替えるものであり、例えば、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータである。そして、立方体型ハーフミラー４から出射しシャッタ６を通過した光は、参照ミラー７により反射されて再びシャッタ６を通過して立方体型ハーフミラー４に入射するようになっている。
【００５０】
図２に示すように、参照ミラー７は、アルミニウム、クロム又は金等の金属からなる金属板８の表面に、空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する深さの溝９が複数本、相互に平行に形成されたものである。また、その表面は機械的な強度及び酸化に対する耐性を向上させるために、誘電体（図示せず）によりコーティングされている。参照ミラー７は溝９が形成された面にシャッタ６を通過した光が照射されるように配置されており、溝９のピッチは、入射した光が複数本の溝に照射されるようなピッチとなっている。なお、金属板８の表面において、溝９間の領域が凸部８ａになっており、溝９の底面が凹部８ｂとなっている。
【００５１】
更に、図１に示すように、波面変調器５により反射され、立方体型ハーフミラー４により反射された光の光路に沿って、チューブレンズ１０、結像レンズ１１及びカメラ１２がこの順に設けられている。そして、波面変調器５及び参照ミラー７は、共にチューブレンズ１０の焦点に位置している。このため、干渉計１において、波面変調器５及び参照ミラー７は光学的に相互に等価な位置にある。また、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置している。
【００５２】
即ち、立方体型ハーフミラー４から見ると、各側面に垂直な相互に９０°ずつ異なる４つの方向に、夫々、ファラデーローテータ３、参照ミラー７、波面変調器５及びカメラ１２が設けられている。そして、立方体型ハーフミラー４は、ファラデーローテータ３から入射された光を参照ミラー７に向かう方向及び波面変調器５に向かう方向に分離して出射すると共に、参照ミラー７及び波面変調器５から入射した光を合流させてファラデーローテータ３に向かう方向及びカメラ１２に向かう方向に出射するものである。
【００５３】
図３に示すように、波面変調器５においては、入射される光の光路に沿って、液晶パネル１３、ミラー１４、遮光板１５、光電変換パネル１６、像転送光学部１７、液晶ライトバルブ１８及びレーザダイオード１９がこの順に設けられている。レーザダイオード１９は、液晶ライトバルブ１８に対してレーザ光を照射する光源である。液晶ライトバルブ１８は画素回路を備え、変調したい波面に応じた光学画像を表示するものであり、例えば、位相を（−π）とする領域を黒色とし、位相を（＋π）とする領域を白色とし、位相を（−π）と（＋π）との間の中間の値とする領域を灰色とする白黒画像を表示するものであり、例えば、入射された光束の中央部と周辺部とで位相を半波長分異ならせる場合は、光束の中央部に相当する領域に黒色の円を表示し、周辺部に相当する領域に白色の環を表示するものである。
【００５４】
像転送光学部１７は例えば複数のレンズからなり、液晶ライトバルブ１８に表示された光学画像を光電変換パネル１６において結像するものである。光電変換パネル１６は、像転送光学部１７により結像された光学画像を電荷画像に変換するものである。また、液晶パネル１３は、２枚のガラス基板（図示せず）及びその間に配置された液晶層（図示せず）を備えており、画素回路は設けられておらず、光電変換パネル１６により形成された電荷画像に応じて、液晶層の液晶分子が回転し、光学画像を形成するようになっている。更に、遮光板１５は、レーザダイオード１９から出射し液晶ライトバルブ１８を透過して光電変換パネル１６に照射された光を吸収し、この光が液晶パネル１３側に漏洩することを防止するものである。ミラー１４は、液晶パネル１３を透過した光を液晶パネル１３に向けて反射するものである。
【００５５】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る干渉計の動作について説明する。先ず、通常の波面変調動作について説明する。通常の波面変調動作時には、図１に示すシャッタ６を閉じておく。また、図３に示す液晶ライトバルブ１８に変調したい波面に応じた画像を表示させ、レーザダイオード１９にレーザ光を出射させる。これにより、レーザダイオード１９から出射されたレーザ光が、液晶ライトバルブ１８を透過することにより光学画像が付加され、像転送光学部１７によりこの光学画像が光電変換パネル１６において結像する。なお、光電変換パネル１６を透過した光は、遮光板１５に到達して吸収される。そして、光電変換パネル１６がこの光学画像を電荷画像に変換し、この電荷画像に起因する電位により、液晶パネル１３の液晶分子が回転し、光学画像を形成する。
【００５６】
一方、図１に示すように、外部から干渉計１に入射した波面偏光前の光２１が、偏光ビームスプリッタ２にｐ偏光として入射されると、この光２１は偏光ビームスプリッタ２を透過し、ファラデーローテータ３を透過することによりその偏光方向が（π／４）回転し、立方体型ハーフミラー４に入射する。そして、この光２１は、立方体型ハーフミラー４により光量が略等分され、光の略半量は立方体型ハーフミラー４を透過して波面変調器５に向かい、残りの略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されてシャッタ６に向かう。このとき、シャッタ６は閉じているため、立方体型ハーフミラー４により反射された光は、シャッタ６により遮断される。
【００５７】
一方、立方体型ハーフミラー４を透過して波面変調器５に入射した光２１は、図３に示す液晶パネル１３を透過し、ミラー１４により反射されて再び液晶パネル１３を透過し、立方体型ハーフミラー４に向かう。このとき、光２１は液晶パネル１３の液晶分子の角度に応じて異なる屈折率を感受する。これにより、波面変調前の光２１は、液晶ライトバルブ１８に表示された画像に応じて変調され、波面変調後の光２２となる。
【００５８】
図１に示すように、波面変調器５において反射された波面変調後の光２２は、再び立方体型ハーフミラー４に入射し、立方体型ハーフミラー４によって光量が略等分される。即ち、光２２の略半量は立方体型ハーフミラー４を透過してファラデーローテータ３に向かい、残りの略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されてチューブレンズ１０に向かう。チューブレンズ１０に向かった光は、チューブレンズ１０及び結像レンズ１１により集光されてカメラ１２に到達する。このとき、波面変調器５はチューブレンズ１０の焦点に位置し、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置するため、波面変調器５の像はカメラ１２において結像する。
【００５９】
一方、立方体型ハーフミラー４からファラデーローテータ３に向かった光は、ファラデーローテータ３によってその偏光方向が（π／４）だけ回転し、即ち、往復で（π／２）だけ回転し、偏光ビームスプリッタ２に対してｓ偏光として入射する。このため、この光は偏光ビームスプリッタ２により反射され、波面変調後の光２２として干渉計１から出射する。この波面変調後の光２２は、例えば、光ディスクの再生等に利用される。
【００６０】
次に、波面変調器をモニタするための動作について説明する。モニタ動作時においては、シャッタ６を開く。これにより、上述の通常の波面変調動作に加えて、以下の動作が発生する。即ち、偏光ビームスプリッタ２及びファラデーローテータ３を透過し、立方体型ハーフミラー４により反射された波面変調前の光２１が、シャッタ６を通過して参照ミラー７に到達する。このとき、図２に示すように、参照ミラー７の凹部８ｂは、凸部８ａよりも空気中における光２１の波長の（１／８）に相当する長さだけ凹んだ位置にあるため、凸部８ａにおいて反射された光と、凹部８ｂにおいて反射された光との間には、往復で光の波長の（１／４）の光路差が生じる。この結果、参照ミラー７の凸部８ａ及び凹部８ｂにおいて反射された光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた光となる。
【００６１】
参照ミラー７において反射された光は、再びシャッタ６を通過し、立方体型ハーフミラー４に入射する。そして、立方体型ハーフミラー４により略等分され、光の略半量は立方体型ハーフミラー４により反射されて、ファラデーローテータ３及び偏光ビームスプリッタ２を透過して、波面変調後の光２２と共に干渉計１から出射する。一方、光の残りの略半量は立方体型ハーフミラー４を透過し、チューブレンズ１０及び結像レンズ１１を介して、カメラ１２に到達する。このとき、参照ミラー７はチューブレンズ１０の焦点に位置し、カメラ１２は結像レンズ１１の焦点に位置するため、参照ミラー７の像はカメラ１２において結像する。
【００６２】
このため、カメラ１２においては、波面変調器５及び参照ミラー７の双方の像が結像することになる。これにより、波面変調器５により反射された光と、参照ミラー７により反射された光との間で干渉縞が発生し、この干渉縞を観察することによって、波面変調器５の波面を測定し、波面変調器５の動作をモニタすることができる。なお、上述の通常動作時においては、カメラ１２には参照ミラー７により反射された光は到達しないため、干渉縞は発生しない。
【００６３】
図４（ａ）は従来の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、及び縦軸にＡ−Ａ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は本実施形態の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、並びに縦軸にＢ−Ｂ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図及び縦軸にＣ−Ｃ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示す干渉縞は、波面変調器及び参照ミラーにおいて同じ波面が形成された場合の干渉縞である。なお、図４（ａ）及び（ｂ）においては、図示を簡略化するため、波面が縦方向にのみ歪み横方向に歪んでいない例を示しており、相対的に暗い領域を図示の左上から右下に延びる斜線で表しており、相対的に明るい領域を図示の左下から右上に延びる斜線で表している。
【００６４】
発明が解決しようとする課題の項において説明したように、これらの斜線で表した領域２３においては、波面変調器からの光と参照ミラーからの光との位相差が０又はπに近い値となっているため、波面を測定することができない。このため、従来の干渉計においては、図４（ａ）に示すように、例えば領域２４は全て領域２３に含まれてしまうため、波面の測定が全くできない。
【００６５】
これに対して、本実施形態においては、参照ミラー７（図２参照）により反射された光においては、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域が形成されているため、図４（ｂ）に示すように、カメラ１２によって観察される干渉縞においても、参照ミラー７からの反射光のうち、第１の位相をもつ領域によって形成された領域２５ａと、この第１の位相と（π／２）だけ異なる第２の位相をもつ領域によって形成された領域２５ｂとが、交互に配列されることになる。このため、波面を測定することができない領域２３は、領域２５ａと領域２５ｂとの境界線により分断される。従って、領域２５ａ及び２５ｂを、波面の歪の周期の半分以下の周期で分割すれば、波面変調器５のどの領域についても、領域２５ａ及び２５ｂのうち少なくとも一方の領域においては、波面を測定することができる。例えば、領域２４についても、その一部の領域において波面を測定することができる。そして、シャノンの情報定理（Shannon's sampling theorem）により、一部の領域において波面を測定することができれば、これらの領域の波面からこれらの領域間の領域の波面を補間することにより、波面変調器の全領域の波面を測定することができる。なお、図４（ｂ）においては、図を簡略化するために、領域２５ａ及び２５ｂの幅を広く描いているが、領域２５ａ及び２５ｂを十分に狭く形成すれば、波面変調器の全領域について、波面を精度良く測定できる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、参照ミラー７に溝９を形成することにより、参照ミラー７の反射光を、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた光とすることができる。これにより、波面変調器５のどの領域についても、いずれかの領域により干渉縞を形成することができ、波面を測定することができる。この結果、波面変調器５の全領域の波面を一度に測定することができる。このため、特に、波面変調器５の経時変化を測定することができ、波面変調器５の動作をモニタすることができる。
【００６７】
また、本実施形態においては、シャッタ６が設けられており、波面変調器の通常動作時、即ち、波面変調器の動作モニタを行わない場合には、シャッタ６を閉じている。これにより、波面変調器の通常動作時には、参照ミラー７を波面変調のための光学系から光学的に切り離すことにより、参照ミラー７の反射光が波面変調後の光２２に混入することを防止し、波面変調後の光２２として、高品質な光を出力することができる。
【００６８】
更に、本実施形態においては、液晶ライトバルブ１８が表示した光学画像を、光電変換パネル１６により一旦電荷画像に変換し、それを液晶パネル１３において再び光学画像に変換し、この光学画像を使用して波面を変調している。これにより、液晶ライトバルブ１８の回路パターンが、波面変調後の光２２に対して影響を及ぼすことを防止できる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、波面変調器５を上述の如く構成し、液晶ライトバルブ１８が表示した光学画像を一旦電荷画像に変換した後、再度光学画像に変換する例を示したが、本発明はこれに限定されず、液晶ライトバルブの後方にミラーのみを設けて波面変調器を構成してもよい。これにより、波面変調後の光が液晶ライトバルブの回路パターンの影響を受けてしまうものの、波面変調器の構成を簡略化することができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、シャッタ６を電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータにより構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、シャッタは、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーローテータでもよく、また、光路に遮光板を介在させる機械式のシャッタでもよい。但し、電磁石式のシャッタを使用すれば、機械式のシャッタよりも高速でオンとオフとを切り替えることができる。なお、シャッタとしてファラデーローテータを使用する場合は、通常の波面変調動作時には偏光方向を往復で（π／２）回転させ、波面変調器の波面を測定する際には偏光方向を回転させないで使用する。
【００７１】
更に、波面変調器５及び参照ミラー７の位置は、相互に入れ替えてもよい。更にまた、本実施形態においては、波面変調前の光２１が偏光ビームスプリッタ２に対してｐ偏光で入射し、この光がファラデーローテータ３を往復することによりその偏光方向が（π／２）回転し、波面変調後の光２２が偏光ビームスプリッタ２に対してｓ偏光で入射する例を示したが、本発明はこれに限定されず、往路の光をｓ偏光として偏光ビームスプリッタ２により反射させ、復路の光をｐ偏光として偏光ビームスプリッタ２を透過させてもよい。
【００７２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は本実施形態における参照ミラーを示す側面図である。本実施形態に係る干渉計は、前述の第１の実施形態に係る干渉計と比較して、参照ミラーが異なっている。即ち、前述の第１の実施形態における参照ミラー７（図１参照）の替わりに、図５（ａ）に示す参照ミラー２７が設けられている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００７３】
図５（ａ）に示すように、本実施形態における参照ミラー２７においては、第１の誘電体からなる基板２８が設けられている。基板２８の表面上の領域は、領域２９ａ及び２９ｂに分割されており、夫々複数の領域２９ａ及び２９ｂが、一方向に沿って交互に配列されている。そして、領域２９ａにおいては、誘電体層３０及び３１が交互に積層されている。誘電体層３０は、その屈折率が前述の第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなり、その厚さが波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３０中における波長の（１／２）に相当する厚さとなっている。また、誘電体層３１は、その屈折率が前述の第１及び第２の誘電体の屈折率とは異なる第３の誘電体からなり、その厚さが波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３１中における波長の（１／２）に相当する厚さとなっている。
【００７４】
また、領域２９ｂにおいては、誘電体層３２乃至３７が基板２８側からこの順に繰り返し積層されている。誘電体層３２は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３２中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３３は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３３中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３４は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１（図１参照）の誘電体層３４中における波長の（１／４）に相当する厚さとなっている。
【００７５】
また、誘電体層３４上には誘電体層３５乃至３７が設けられている。誘電体層３５は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３５中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３６は前述の第２の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３６中における波長の（１／８）に相当する厚さとなっている。誘電体層３７は前述の第３の誘電体からなり、その厚さは波面変調前の光２１の誘電体層３７中における波長の（１／４）に相当する厚さとなっている。従って、領域２９ａにおける各１層の誘電体層３０及び３１の合計の膜厚は、領域２９ｂにおける各１層の誘電体層３２乃至３７の合計の膜厚と等しく、光２１の誘電体中の１波長に略相当する厚さとなっている。
【００７６】
次に、本実施形態の動作について説明する。基板２８側から参照ミラー２７に入射された光は、異なる誘電体層同士が接する界面で生じたミクロな反射光が積算されてマクロな反射光となる。往復で層中の波長に相当する光路長を経たミクロな反射光同士は強め合い、往復で層中の波長の（１／２）に相当する光路長を経たミクロな反射光同士は弱め合う。ゆえに、何層かの光路長を足し合わせた際に、その往復の光路長が層中の波長に相当する層の組を考えると、その組のミクロな反射光の積算がマクロな反射光を形成すると考えて構わない。
【００７７】
領域２９ａにおいては、誘電体層３０と誘電体層３１が各々単層で、往復の光路長が層中の波長に相当する。ゆえに、各界面における反射光同士が強め合い、誘電体層を積み重ねれば積み重ねるほど、反射率が指数関数的に増加し、誘電体層３０及び３１の組を何組か積層すると、全体の反射率は略１００％になる。
【００７８】
領域２９ｂにおいては、誘電体層３２乃至３４の３層で１組の積層膜を形成し、誘電体層３５乃至３７の３層で１組の積層膜を形成し、各積層膜中を往復する光路は層中の波長に相当する。ゆえに、積層膜間の界面のミクロな反射光の積算がマクロな反射光を形成する。誘電体層３４と誘電体層３５との界面３８と、誘電体層３５と誘電体層３６との界面３９と、誘電体層３６と誘電体層３７との界面４０とに注目すると、界面３９の反射光は、界面３８の反射光に対して、往復で層中の波長の（１／４）に相当する光路長の差が生じる。また、界面４０の反射光は、界面３８の反射光に対して、往復で層中の波長の（１／２）に相当する光路長の差が生じる。ゆえに、界面３８の反射光と界面４０の反射光とは相殺され、界面３９の反射光のみがマクロな反射光として残る。また、誘電体層３７とその上層の誘電体層３２との界面の反射光と、誘電体層３３と誘電体層３４との界面の反射光も相殺される。この結果、領域２９ｂにおいても、層を積み重ねれば積み重ねるほど、反射率が指数関数的に増加し、誘電体層３２乃至３７の組を何組か積層すると、全体の反射率は略１００％になる。
【００７９】
また、領域２９ｂにおける界面３９における反射光は、領域２９ａにおける誘電体層３０と誘電体層３１との界面における反射光に対して、往復で層中の波長の（１／４）に相当する光路差が生じる。従って、領域２９ｂにおける反射光の位相は、領域２９ａに対する反射光の位相に対して、（π／２）だけずれる。
【００８０】
なお、各界面における反射率をＲとすると、図５（ｂ）に示すように、１つの誘電体層内でｋ回反射する光については、その合計の反射率はＲｋとなる。通常、各界面における反射率Ｒは数％程度であるため、反射回数ｋが３以上である場合は、合計の反射率Ｒｋは各界面における反射率Ｒに比べて無視することができる。
【００８１】
このように、本実施形態においては、誘電体のみにより形成した参照ミラーを使用して、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えた反射光を得ることができる。これにより、前述の第１の実施形態における金属からなる参照ミラーと比較して、反射率が高く、光に対する耐久性が高い参照ミラーを得ることができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００８２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は本実施形態に係る干渉計を示すブロック図であり、図７は図６に示す参照プレートを示す斜視図である。本実施形態に係る干渉計も、前述の第１の実施形態と同様に、例えば光ディスクの再生装置に使用される波面変調器用の干渉計である。
【００８３】
図６に示すように、本実施形態に係る干渉計５１においては、波面変調前の光２１が入射される位置に、光路分岐部材としての板型ハーフミラー５２が設けられている。板型ハーフミラー５２は、入射された波面変調前の光２１を略等分し、２つの光路に分岐するものである。一方の光路、即ち、板型ハーフミラー５２を透過した光の光路に沿って、シャッタ５３、ミラー５４、参照プレート５５、光路結合部材としての板型ハーフミラー５６がこの順に設けられている。シャッタ５３は、電磁石によりオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータである。また、他方の光路、即ち、板型ハーフミラー５２により反射された光の光路に沿って、ミラー５７及び波面変調器５８がこの順に設けられており、ミラー５７により反射され波面変調器５８を透過した光が板型ハーフミラー５６に入射され、この他方の光路が前記一方の光路と結合するようになっている。波面変調器５８は液晶ライトバルブにより構成されている。
【００８４】
即ち、板型ハーフミラー５６の一方の面には、板型ハーフミラー５２を透過し、シャッタ５３を通過し、ミラー５４により反射され、参照プレート５５を透過した光が照射されるようになっており、板型ハーフミラー５６の他方の面には、板型ハーフミラー５２により反射され、ミラー５７により反射され、波面変調器５８を透過した光が照射されるようになっている。また、板型ハーフミラー５２により分岐され板型ハーフミラー５６により結合される２つの光路により長方形が形成されており、２つの光路の長さは相互に等しくなっている。
【００８５】
また、板型ハーフミラー５２を透過し板型ハーフミラー５６により反射された光及び板型ハーフミラー５２により反射され板型ハーフミラー５６を透過した光の光路に沿って、チューブレンズ５９、結像レンズ６０及びカメラ６１がこの順に設けられている。参照プレート５５及び被波面測定物５８は、共にチューブレンズ５９の焦点に位置している。従って、参照プレート５５及び被波面測定物５８は、光学的に相互に等価な位置に配置されている。また、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置している。
【００８６】
図７に示すように、参照プレート５５においては、屈折率がｎのガラスからなる透明基板６２の表面に、複数本の溝６３が相互に平行に形成されている。溝６３の深さｄは、空気中における光２１の波長をλとすると、ｄ＝λ／｛４×（ｎ−１）｝により表すことができる。参照プレート５５は溝６３が形成された面にミラー５４により反射された光が照射されるように配置されており、溝６３のピッチは、入射した光が複数本の溝に照射されるようなピッチとなっている。なお、透明基板６２の表面において、溝６３間の領域が凸部６２ａになっており、溝６３の底面が凹部６２ｂとなっている。
【００８７】
次に上述の如く構成された本実施形態に係る干渉計の動作について説明する。先ず、通常の波面変調動作について、図６を参照して説明する。通常の波面変調動作時にはシャッタ５３を閉じておく。また、波面変調器５８の液晶ライトバルブ（図示せず）に変調したい波面に応じた画像を表示させる。そして、図６に示すように、波面変調前の光２１が板型ハーフミラー５２に入射すると、この光２１は板型ハーフミラー５２により光量が略等分され、略半量の光は、板型ハーフミラー５２を透過して、シャッタ５３に到達する。このとき、シャッタ５３は閉じているため、シャッタ５３に到達した光はシャッタ５３により遮断される。そして、残りの略半量の光は、板型ハーフミラー５２により反射されてミラー５７に向かう。
【００８８】
ミラー５７に向かった光は、ミラー５７によって反射され、波面変調器５８に到達する。このとき、波面変調器５８には画像が表示されているため、この光は波面変調器５８を透過することによって、画像に応じて波面が変調される。そして、波面変調器５８を透過した光は、板型ハーフミラー５６に到達し、略半量が板型ハーフミラー５６によって反射され、波面変調後の光２２として干渉計５１から出射され、残りの略半量が板型ハーフミラー５６を透過して、チューブレスレンズ５９、結像レンズ６０により集光されて、カメラ６１に到達する。このとき、波面変調器５８はチューブレンズ５９の焦点に位置し、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置するため、波面変調器５８の像はカメラ６１において結像する。なお、板型ハーフミラー５６によって反射された波面変調後の光２２は、例えば、光ディスクの再生等に利用される。
【００８９】
次に、波面変調器をモニタするための動作について説明する。モニタ動作時においては、シャッタ５３を開く。これにより、上述の通常の波面変調動作に加えて、以下の動作が発生する。即ち、板型ハーフミラー５２を透過した波面変調前の光２１が、シャッタ５３を通過し、ミラー５４により反射され、参照プレート５５に到達する。このとき、上述の如く、図７に示す参照プレート５５の凹部６２ｂの深さｄは、ｄ＝λ／｛４×（ｎ−１）｝となっているため、凸部６２ａを透過した光と、凹部６２ｂを透過した光との間には、光の波長の（１／４）の光路差が生じる。この結果、参照プレート５５の凸部６２ａ及び凹部６２ｂを透過した光は、位相が相互に（π／２）だけ異なる。
【００９０】
参照プレート５５を透過した光は、板型ハーフミラー５６に入射する。そして、板型ハーフミラー５６により略等分され、光の略半量は板型ハーフミラー５６を透過して、波面変調後の光２２と共に干渉計５１から出射する。一方、光の残りの略半量は板型ハーフミラー５６により反射されて、チューブレンズ５９及び結像レンズ６０を介して、カメラ６１に到達する。このとき、参照プレート５５はチューブレンズ５９の焦点に位置し、カメラ６１は結像レンズ６０の焦点に位置するため、参照プレート５５の像はカメラ６１において結像する。このため、カメラ６１においては、波面変調器５８及び参照プレート５５の双方の像が結像することになる。これにより、波面変調器５８を透過した光と、参照プレート５５を透過した光との間で干渉縞が発生し、この干渉縞を観察することによって、波面変調器５８の波面を測定し、波面変調器５８の動作をモニタすることができる。なお、上述の通常動作時においては、カメラ６１には参照プレート５５を透過した光は到達しないため、干渉縞は発生しない。
【００９１】
そして、本実施形態においては、参照プレート５５を透過した光が、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が（π／２）異なる複数の領域を備えるため、カメラ６１によって観察される干渉縞においても、参照プレート５５の透過光のうち、位相が相互に異なる領域によって形成された領域が、交互に配列されることになる。このため、これらの領域を波面の歪の周期の半分以下の周期で配列すれば、波面変調器５８のどの領域についても、波面を測定することができる。この原理は、前述の第１の実施形態において説明した原理と同様である。
【００９２】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、参照プレート５５に溝６３を形成することにより、参照プレート５５の透過光を、その光軸に垂直な面において、位相が相互に（π／２）異なる２種類の領域が交互に配列された光とすることができる。これにより、波面変調器５８のどの領域についても、いずれかの位相の領域により干渉縞を形成することができ、波面を測定することができる。この結果、波面変調器５８の全領域の波面を一度に測定することができる。これにより、波面変調器５８の経時変化を測定することができ、波面変調器５８の動作をモニタすることができる。
【００９３】
また、本実施形態においては、シャッタ５３が設けられており、波面変調器の通常動作時、即ち、波面変調器の動作モニタを行わない場合には、シャッタ５３を閉じることにより、参照プレート５５の透過光が波面変調後の光２２に混入することを防止することができる。これにより、波面変調後の光２２として、高品質な光を出力することができる。
【００９４】
なお、本実施形態においては、シャッタ５３を電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーアイソレータにより構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、シャッタは、電磁石でオンとオフとを切り替えるファラデーローテータでもよく、また、光路に遮光板を介在させる機械式のシャッタでもよい。但し、電磁石式のシャッタを使用すれば、機械式のシャッタよりも高速でオンとオフとを切り替えることができる。
【００９５】
また、上述の各実施形態においては、被波面測定物が波面変調器であり、この波面変調器の動作をモニタする例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば被波面測定物がレンズ等の光学素子であり、この光学素子の検査を行ってもよい。また、上述の各実施形態においては、参照ミラー又は参照プレートから出射した光が、その光軸に垂直な面において、位相が（π／２）異なる２種類の領域が交互に配列された光である例を示したが、領域間の位相差は必ずしも（π／２）には限定されず、また、位相の種類は３種類以上であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る干渉計は、波面変調器の動作のモニタ等に好適に利用することができ、例えば、光ディスクの再生装置等に組み込まれる波面変調器の動作をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る干渉計を示すブロック図である。
【図２】図１に示す参照ミラーを示す斜視図である。
【図３】図１に示す波面変調器を示す斜視図である。
【図４】図４（ａ）は従来の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、及び縦軸にＡ−Ａ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図であり、（ｂ）は本実施形態の干渉計により観察される干渉縞を示す平面図、並びに縦軸にＢ−Ｂ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図及び縦軸にＣ−Ｃ’線における位置をとり、横軸に光量をとって、干渉縞の光量分布を示す模式的グラフ図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態における参照ミラーを示す側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る干渉計を示すブロック図である。
【図７】図６に示す参照プレートを示す斜視図である。
【図８】従来のトワイマングリーン型干渉計を示すブロック図である。
【図９】従来のマッハツェンダー型干渉計を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９８】
１；干渉計
２；偏光ビームスプリッタ
３；ファラデーローテータ
４；立方体型ハーフミラー
５；波面変調器
６；シャッタ
７；参照ミラー
８；金属板
８ａ；凸部
８ｂ；凹部
９；溝
１０；チューブレンズ
１１；結像レンズ
１２；カメラ
１３；液晶パネル
１４；ミラー
１５；遮光板
１６；光電変換パネル
１７；像転送光学部
１８；液晶ライトバルブ
１９；レーザダイオード
２１；波面変調前の光
２１；波面変調後の光
２３、２４、２５ａ、２５ｂ、２９ａ、２９ｂ；領域
２７；参照ミラー
２８；基板
３０乃至３７；誘電体層
３８、３９、４０；界面
５１；干渉計
５２、５６；板型ハーフミラー
５３；シャッタ
５４、５７；ミラー
５５；参照プレート
５８；波面変調器
５９；チューブレンズ
６０；結像レンズ
６１；カメラ
６２；透明基板
６２ａ；凸部
６２ｂ；凹部
６３；溝
１０１；単色光源
１０２；集光レンズ
１０３；アパーチャ
１０４；集光レンズ
１０５；立方体型ハーフミラー
１０６；被波面測定物
１０７；参照ミラー
１０８；チューブレンズ
１０９；結像レンズ
１１０；カメラ
１１１、１１６；板型ハーフミラー
１１２、１１４；ミラー
１１３；参照プレート
１１５；被波面測定物
ｄ；溝の深さ
Ｒ；反射率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を相互に異なる第１及び第２の光路に分岐すると共に前記第１及び第２の光路を結合して合流させた光を出射する光路分岐結合手段と、前記第１の光路に介在するように配置された被波面測定物と、前記第２の光路に介在するように配置された参照部材と、前記合流させた光が入射され前記被波面測定物の像及び前記参照部材の像が結像される結像手段と、を有し、前記参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記隣接する領域間の位相差は（π／２）であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記被波面測定物が、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射する波面変調器であり、前記光路分岐結合手段が、前記結像手段に向かう方向とは異なる方向にも前記波面変調器から出射した光を出射するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記第２の光路に光を通過させるか遮断するかを切り替えるシャッタを有することを特徴とする請求項３に記載の干渉計。
【請求項５】
前記光路分岐結合手段が、第１の方向から入射された光を第２及び第３の方向に分離して出射すると共に、前記第２及び第３の方向から入射した光を合流させて前記第１の方向及び第４の方向に出射するものであり、前記被波面測定物は、前記光路分岐結合手段から前記第２の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記参照部材は、前記光路分岐結合手段から前記第３の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記結像手段は、前記光路分岐結合手段から前記第４の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の干渉計。
【請求項６】
前記参照部材が第１及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第１の誘電体層と、その屈折率が前記第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第２の誘電体層とが交互に積層された領域であり、前記第２の領域は、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第３の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第４の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第５の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第６の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第７の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第８の誘電体層とがこの順に繰り返し積層された領域であることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。
【請求項７】
前記被波面測定物が、画素回路を備え変調したい波面に応じた光学画像を表示する液晶ライトバルブと、前記光学画像を電荷画像に変換する光電変換パネルと、画素回路を備えず前記電荷画像に基づいて光学画像を形成して表示する液晶パネルと、を有し、前記液晶パネルに入射された光の波面が前記液晶パネルに表示された光学画像に応じて変調される波面変調器であることを特徴とする請求項５又は６に記載の干渉計。
【請求項８】
前記被波面測定物及び前記参照部材が入射された光を透過させるものであり、前記光路分岐結合手段が、前記入射された光を前記被波面測定物及び前記参照部材に向けて夫々出射する光路分岐部材と、前記被波面測定物及び前記参照部材を透過した光を合流させて少なくとも前記結像手段に向けて出射する光路結合部材と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の干渉計。
【請求項１】
入射された光を相互に異なる第１及び第２の光路に分岐すると共に前記第１及び第２の光路を結合して合流させた光を出射する光路分岐結合手段と、前記第１の光路に介在するように配置された被波面測定物と、前記第２の光路に介在するように配置された参照部材と、前記合流させた光が入射され前記被波面測定物の像及び前記参照部材の像が結像される結像手段と、を有し、前記参照部材から出射した光は、その光軸に垂直な面において隣接する領域間で位相が異なる複数の領域を有することを特徴とする干渉計。
【請求項２】
前記隣接する領域間の位相差は（π／２）であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
【請求項３】
前記被波面測定物が、入射した光を複数の領域に区画し各領域毎に前記光の波面を変調して出射する波面変調器であり、前記光路分岐結合手段が、前記結像手段に向かう方向とは異なる方向にも前記波面変調器から出射した光を出射するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉計。
【請求項４】
前記第２の光路に光を通過させるか遮断するかを切り替えるシャッタを有することを特徴とする請求項３に記載の干渉計。
【請求項５】
前記光路分岐結合手段が、第１の方向から入射された光を第２及び第３の方向に分離して出射すると共に、前記第２及び第３の方向から入射した光を合流させて前記第１の方向及び第４の方向に出射するものであり、前記被波面測定物は、前記光路分岐結合手段から前記第２の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記参照部材は、前記光路分岐結合手段から前記第３の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置され、入射された光を前記光路分岐結合手段に向けて反射するものであり、前記結像手段は、前記光路分岐結合手段から前記第４の方向に向けて出射した光が入射される位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の干渉計。
【請求項６】
前記参照部材が第１及び第２の領域を有し、前記第１の領域は、第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第１の誘電体層と、その屈折率が前記第１の誘電体の屈折率とは異なる第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の２分の１である第２の誘電体層とが交互に積層された領域であり、前記第２の領域は、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第３の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第４の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第５の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第６の誘電体層と、前記第１の誘電体からなりその膜厚が前記第１の誘電体中における前記光の波長の８分の１である第７の誘電体層と、前記第２の誘電体からなりその膜厚が前記第２の誘電体中における前記光の波長の４分の１である第８の誘電体層とがこの順に繰り返し積層された領域であることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。
【請求項７】
前記被波面測定物が、画素回路を備え変調したい波面に応じた光学画像を表示する液晶ライトバルブと、前記光学画像を電荷画像に変換する光電変換パネルと、画素回路を備えず前記電荷画像に基づいて光学画像を形成して表示する液晶パネルと、を有し、前記液晶パネルに入射された光の波面が前記液晶パネルに表示された光学画像に応じて変調される波面変調器であることを特徴とする請求項５又は６に記載の干渉計。
【請求項８】
前記被波面測定物及び前記参照部材が入射された光を透過させるものであり、前記光路分岐結合手段が、前記入射された光を前記被波面測定物及び前記参照部材に向けて夫々出射する光路分岐部材と、前記被波面測定物及び前記参照部材を透過した光を合流させて少なくとも前記結像手段に向けて出射する光路結合部材と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の干渉計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１５３５７３（Ｐ２００６−１５３５７３Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２４８７（Ｐ２００４−３４２４８７）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（３０４０１７１４４）レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（３０４０１７１４４）レーザーフロントテクノロジーズ株式会社 (24)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]