专利名称：光学元件及干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件及干涉仪。
背景技术：
目前已知有可以通过把来自光源的光分成測量光(物体光)和參考光，使透过测量对象或反射了的測量光和參考光重合引起干渉，并解析干渉的状态，来对测量对象的凹凸以及相位变化进行测量的马赫-增德尔干涉仪。而且还已知有对马赫-增德尔干涉仪附加调制测量光频率声光元件，使被调频的測量光和參考光干涉并发生光差拍的外差干涉仪(例如，特开2003-90704号公报)。图16示出外差干涉仪的结构例。在图16示出的干涉仪100包括光源110、第一及第二准直透镜120、122、第一 第三1/4波长板130、132、134、偏光板136、第一 第四偏光束分离器140、142、144、146、声光元件150、反射板160、光接收部170。从光源110射出的光(线性偏光)透过第一 1/4波长板130变成圆偏光,射入第一偏光束分离器140,所射入的光的P偏光分量(相对射入面平行方向的偏光分量)透过第一偏光束分离器140, S偏光分量在第一偏光束分离器140反射。透过第一偏光束分离器140的光(測量光)因为是P偏光所以透过透过第二偏光束分离器142,透过第二 1/4波长板132变成圆偏光,被声光兀件150调频,在反射板160反射，再次被声光元件150调频，透过第二 1/4波长板132变成S偏光，在第二及第三偏光束分离器142、144反射，透过第三1/4波长板134变成圆偏光照射到测量对象200。来自测量对象200的反射光，透过第三1/4波长板134变成P偏光，透过第三及第四偏光束分离器144、146射入偏光板136。在第一偏光束分离器140反射的光(參考光)因为是S偏光所以在第四偏光束分离器146反射并射入偏光板136。透过第四偏光束分离器的测量光和在第四偏光束分离器反射的參考光在偏光板136合并偏光方向，通过第二准直透镜122射入光接收部170。光接收部170输出通过被调频的测量光和參考光干涉而得到的光差拍信号。发明要解决的问题图16示出的现有的干涉仪存在的问题点是由于在构成干涉仪的各光学元件间有光路长调整用的空气间隙，所以在各光学元件的光轴调整上耗费大量时间的问题点，以及因外来振动等引起的各光学元件的光轴偏离，对检测时的光強度造成影响的问题点。还有问题点是由于在光路上存在多个反射面及透过面，所以因表面反射等造成检测时的光强度变小的问题点。本发明是鉴于以上问题的，目的在于提供不需要光轴调整、减轻振动影响且可小型化的光学元件及干涉仪。
发明内容
(I)本发明光学元件的特征在于
具有多个光学薄膜，该多个光学薄膜具有把射入光分割成透过光和反射光的特性，把n个(n为3以上的整数)多角形棱镜的相应面通过所述光学薄膜粘合，在一个所述光学薄膜的第一位置分割光路，在一个所述光学薄膜的第二位置把被分割的光路合成。根据本发明，把n个多角形棱镜相互粘合一体化，可以实现小型化，不需要光轴调整，并且可以减轻因振动造成的影响。而且，通过一体化可以减少反射面、透过面的数量，抑制检测时光强度的減少。(2)而且，在本发明光学元件中，所述多个光学薄膜可以具有把射入光根据其偏光状态来透过或反射的特性。在本发明中，所述光学薄膜可以是电介质多层膜或金属膜。根据本发明，可以抑制检测时光强度的減少。(3)而且，在本发明光学元件中，可以在所述多角形棱镜的至少I个面的至少I部分接合1/4波长板或1/2波长板，所述光学薄膜把透过所述1/4波长板或所述1/2波长板并射入所述光学薄膜的光透过或反射。根据本发明，例如，通过把线性偏光射入结合了 1/4波长板或1/2波长板的面，而射入光在1/4波长板或1/2波长板变成圆偏光，可以把该圆偏光在所述光学薄膜分割成P偏光分量和S偏光分量。(4)本发明的干涉仪包含光源；光学兀件,把来自所述光源的光分割成测量光和參考光，合成被测量对象反射的所述测量光和所述參考光井射出；光接收部，接收从所述光学元件射出的光，该干涉仪的特征在于所述光学元件，具有多个光学薄膜，该多个光学薄膜具有把射入光分割成透过光和反射光的特性，把n个(n为3以上的整数)多角形棱镜的相应面通过所述光学薄膜粘合，在一个所述光学薄膜的第一位置，把来自所述光源的光分割成所述测量光和所述參考光，在一个所述光学薄膜的第二位置，合成所述测量光和所述參考光。根据本发明，把n个多角形棱镜相互粘合一体化来构成所述光学元件，由此可以提供可小型化、不需要光轴调整、减轻因振动造成的影响、且可抑制检测时光强度减少的马赫-增德尔型的干涉仪。(5)而且，在本发明的干涉仪中，还可以包含调制所述测量光频率的声光元件。根据本发明，把n个多角形棱镜相互粘合一体化来构成所述光学元件，由此可以提供可小型化、不需要光轴调整、减轻因振动造成的影响、且可抑制检测时光強度減少的外差型的干涉仪。
图1是表示具备本实施方式光学元件的马赫-增德尔干渉仪结构的一例图。图2是表示具备本实施方式光学元件的外差干渉仪结构的一例图。图3是表示把1/4波长板、反射板、偏光板结合在不同位置情况下的马赫-增德尔干渉仪结构的一例图。图4是表示在各接合面形成具有把射入光以1:1的比率分割成透过光和反射光的特性的光学薄膜情况下的马赫-增德尔干渉仪结构的一例图。图5是表不米用了顶角为90°以外的三角棱镜的光学兀件结构的一例图。图6是表示粘合了剖面形状为梯形的梯形棱镜的光学元件结构的一例图。图7A是表示粘合5个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图7B是表示粘合5个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图8A是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图SB是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图SC是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图9A是表示粘合9个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图9B是表示粘合9个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图9C是表示粘合9个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1OA是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1OB是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1OC是表示粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1lA是表示粘合8个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1lB是表示粘合8个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图1lC是表示粘合8个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图12A是表示粘合3个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图12B是表示粘合3个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图13A是表示粘合12个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图13B是表示粘合12个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图13C是表示粘合12个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图14是表示来自光源的光的射入角0为0デ90°情况下的马赫-增德尔干渉仪结构的一例图。图15是表示来自光源的光的射入角0为0デ90°情况下的结构的一例图。图16是表示现有的外差干涉仪结构的一例图。
具体实施例方式以下对本实施方式进行说明。但以下说明的本实施方式并非是不适当限定在权利要求书中记载的本发明的内容。而且本实施方式所说明的构成的全部也不一定是本发明的必须构成要件。
1.马赫-增德尔干涉仪的结构图1是表示具备本实施方式光学元件的马赫-增德尔干渉仪结构的一例图。图1所示的马赫-增德尔型的干涉仪I包含光源10、光学元件20、接收从光学元件20射出的光的光接收部60。光源10射出规定波段的光，其功能可以由例如激光二极管以及SLD(SuperLuminescent Diode)来实现。在本实施方式中，由于测量光和參考光的光路长不同，因此作为光源10采用了可干渉性高(可干渉距离长)的He-Ne激光。光接收部60 (光检测部)接收从光学元件20射出的光，并把接收的光的强度转换成电流或电压进行输出，其功能可以由例如光电传感器(光电探测器)以及ニ维图像传感器(例如CXD图像传感器)来实现。光学元件20把来自光源10的光分割成測量光和參考光，向测量对象70照射測量光，对在测量对象70反射的測量光和參考光进行合成(合波)并射出，由第一 第四三角棱镜21、22、23、24(n个多角形棱镜的一例)、第一及第ニ 1/4波长板41、42、偏光板43 (偏光片)、反射板50 (镜)构成。
第一 第四三角棱镜21、22、23、24分别是剖面形状大致为等腰直角三角形的三角棱镜，构成各个顶角a的相应面粘合，平面视图呈矩形。第一 第四三角棱镜21、22、23、24的各个顶角部(3个以上的多角形棱镜的对接部分)实施倒角加工。由此,通过倒角加工对接3个以上的多角形棱镜时的对接部分，可以提高调整的自由度，并且可以改善用光学接触粘合多角形棱镜的相应面时的组合精度。另外，图1所示的光学元件20由于參考光及測量光的光路从光学元件20的中心位置偏移，所以可构成为中心部为空洞。而且，在第一 第四三角棱镜21、22、23、24的各个构成顶角的面(接合面)形成(涂布)有电介质多层膜(光学薄膜的一例)，该电介质多层膜具有根据其偏光状态透过或反射射入光的特性。就是说在第一三角棱镜21的构成顶角的面21a、21b分别形成有电介质多层膜31a、31b，在第二三角棱镜22的构成顶角的面22a、22b分别形成有电介质多层膜32a、32b，在第三三角棱镜23的构成顶角的面23a、23b分别形成有电介质多层膜33a、33b，在第四三角棱镜24的构成顶角的面24a、24b分别形成有电介质多层膜34a、34b。在本实施方式中，是对采用具有透过射入光的P偏光分量反射S偏光分量的特性的电介质多层膜的情况进行说明，但也可以采用具有透过S偏光分量反射P偏光分量的特性的电介质多层膜。而且也可以采用具有根据其偏光状态透过或反射射入光的特性的金属膜。而且,第一及第二三角棱镜21、22的两接合面2la、22b通过电介质多层膜31a、32b (对应第一光学薄膜)接合，第二及第三三角棱镜22、23的两接合面22a、23b通过电介质多层膜32a、33b (对应第二光学薄膜)接合，第三及第四三角棱镜23、24的两接合面23a、24b通过电介质多层膜33a、34b (对应第三光学薄膜)接合，第四及第一三角棱镜24、21的两接合面24a、21b通过电介质多层膜34a、31b (对应第四光学薄膜)接合。这里，虽然是在被粘合的2个三角棱镜的两接合面的各方形成了电介质多层膜，但也可以在两接合面的任何一方形成电介质多层膜。第一 1/4波长板41是把从光源10射出的光(线性偏光)变成圆偏光，在第一三角棱镜21的底面，接合在与光源10的光轴(光路)相交的位置。第二 1/4波长板42是把透过了形成于第二及第三三角棱镜22、23的两接合面的电介质多层膜32a、33b的光(P偏光)变成圆偏光,而且把来自反射板50的反射光(圆偏光)变成S偏光，把在形成于第三及第四三角棱镜23、24的两接合面的电介质多层膜33a、34b反射的光(S偏光)变成圆偏光，把来自测量对象70的反射光(圆偏光)变成P偏光，并且接合在第三三角棱镜23的底面。反射板50是反射透过了第二 1/4波长板42的光，接合在第二 1/4波长板42的与第三三角棱镜23相接合的面的相反侧的面。另外，取代接合反射板50，也可以在第二 1/4波长板42的与第三三角棱镜23相接合的面的相反侧的面气相沉积金属膜等的反射膜。偏光板43(分析仪)是把透过了形成于第四及第一三角棱镜24、21的两接合面的电介质多层膜34a、31b的测量光(P偏光)和在电介质多层膜34a、31b反射的參考光(S偏光)的偏光方向合并，在第一三角棱镜21的底面，接合在与光接收部60的光轴相交的位置。偏光板43被设定为其透过轴的方向相对P偏光、S偏光的偏光方向呈45°的角度。另外，构成光学元件20的各元件由未图示的粘着剂(例如光学用粘着剤)或光学接触来相互接合。而且，在第一 1/4波长板41的射入面、第一 1/4波长板41与第一三角棱镜21的两接合面、第二三角棱镜23与第二 1/4波长板42的两接合面、第二 1/4波长板42与反射板50的两接合面、第二 1/4波长板42的测量对象70侧的面、第一三角棱镜21与偏光板43的两接合面、偏光板43的射出面都分别形成有未图示的防反射膜。从光源10射出的光(P偏光)透过第一 1/4波长板41成为圆偏光,其P偏光分量透过形成于第一及第二三角棱镜21、22的两接合面的电介质多层膜31a、32b (第一光学薄膜)，其S偏光分量在第一光学薄膜反射。即第一光学薄膜具有把来自光源10的光分割成测量光和參考光的功能(分割光路的功能)。这样，在图1所不的光学兀件20中，在第一光学薄膜的位置Pl (第一位置)，射入光的光路分割成了測量光的光路和參考光的光路。透过第一光学薄膜的光(測量光)因为是P偏光，所以透过形成于第二及第三三角棱镜22、23的两接合面的电介质多层膜32a、33b (第二光学薄膜)，透过第二 1/4波长板42变成圆偏光,在反射板5 0反射,透过第二 1/4波长板42变成S偏光,在第二光学薄膜反射，在形成于第三及第四三角棱镜23、24的两接合面的电介质多层膜33a、34b (第三光学薄膜)反射，透过第二 1/4波长板42变成圆偏光，照射到测量对象70。来自测量对象70的反射光(圆偏光)透过第二 1/4波长板42变成P偏光，透过第三光学薄膜，透过形成于第四及第一三角棱镜24、21的两接合面的电介质多层膜34a、31b (第四光学薄膜)，射入偏光板43。在第一光学薄膜反射的光(參考光)因为是S偏光,所以在第四光学薄膜反射,射入偏光板43。即第四光学薄膜具有合成(合波)在测量对象70反射的測量光(物体光)和參考光的功能(合成光路的功能)。这样，在图1所示的光学元件20中，在第四光学薄膜的位置P2(第二位置)，合成了測量光的光路和參考光的光路。透过第四光学薄膜的测量光和在第四光学薄膜反射的參考光在偏光板43变成偏光方向相对P偏光、S偏光的偏光方向呈45°角度的线性偏光,射入光接收部60。这样，本实施方式的光学元件20可以单体实现把来自光源10的光分割成测量光和參考光，向测量对象70照射測量光，合成在测量对象70反射的測量光和參考光井射出的马赫-增德尔型干涉仪所必要的多个功能。而且，通过接合多个光学元件(第一 第四三角棱镜21、22、23、24、第一及第ニ 1/4波长板41、42、偏光板43、反射板50) —体构成，不仅可以提高刚性实现小型化，还不需要各光学元件的光轴调整，可减轻因振动造成的影响，而且通过消除光学元件间的空气间隙，消减反射面、透过面，可以把检测时光強度的減少抑制在最小限度。2.外差干涉仪的结构图2是表示具备本实施方式光学元件的外差干渉仪结构的一例图。以下，对与图1所示的结构共通的部分用相同符号并省略其说明。图2所示的外差型的干涉仪2是在第二 1/4波长板42和反射板50之间具备通过外加电压来调制光频率的声光元件80 (AOM)。因此，图2所示的光学元件20成为在第二 1/4波长板42未接合反射板50的结构。透过第二光学薄膜(形成于第二及第三三角棱镜22、23的两接合面的电介质多层膜32a、33b)，透过第二 1/4波长板42并变成圆偏光的光(测量光)在声光元件80调频，在反射板50反射，再次在声光元件80调频。具有光源10频率的參考光和在声光元件80被调频的測量光干涉后产生光差拍，光接收部60输出由被调频的測量光和參考光干涉而得到的光差拍信号。这样，本实施方式的光学元件20也可以作为构成在马赫-增德尔型的干涉仪中导入声光元件的外差型的干涉仪的光学元件来使用。3.变形例另外，本发明的应用并不限于上述的实施例，可以有各种变形。例如，在上述实施方式中，说明了在第一三角棱镜21的底面接合第一 1/4波长板41和偏光板43，在第三三角棱镜23的底面全部接合第二 1/4波长板42的情况，但1/4波长板以及偏光板的接合位置并不限于此情況。就是说1/4波长板在三角棱镜的底面中，只要接合在来自光源的光射入的位置，以及测量光向测量对象、反射板或声光元件(AOM)射出的位置即可，偏光板在三角棱镜的底面中，只要接合在測量光及參考光向光接收部射出的位置即可。例如，在图3所示的干渉仪结构例中，在第一三角棱镜21的底面全部接合第一 1/4波长板41，在第三三角棱镜23的底面接合第二 1/4波长板42和偏光板43。在图3所示的结构例中，第三光学薄膜(形成于第三及第四三角棱镜23、24的两接合面的电介质多层膜33a、34b)成为具有把在测量对象70反射的測量光(物体光)和參考光合成的功能的光学薄膜。就是说在图3所示的光学元件20中，在第一光学薄膜的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第三光学薄膜的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。而且，在图3所示的结构例中，測量光与參考光的光路差与图1所示的情况相比更短。而且，在上述实施方式中，说明了通过第一 1/4波长板41把来自光源10的光变成圆偏光的情况，但也可以通过1/2波长板把来自光源10的光变成其偏光方向相对P偏光、S偏光的偏光方向呈45°角度的线性偏光。在此情况下，在三角棱镜的底面，可以把其主轴方向被设定为相对P偏光的偏光方向呈45/2°角度的1/2波长板接合在来自光源的光射入的位置。而且，在上述实施方式中，说明了在构成第一 第四三角棱镜的各个顶点的面(接合面)形成具有把射入光根据其偏光状态透过或反射的特性的光学薄膜的情况，但也可以在各接合面形成具有把射入光以1:1的比率分割成透过光和反射光的特性(起半反射镜作用)的光学薄膜。在此情况下，如图4所示，可以不在第一及第三三角棱镜21、23的底面接合1/4波长板以及偏光板，而在第三三角棱镜23底面的一部分接合反射板50来构成光学元件20。并且在图4所示的结构中，由于检测时的测量光強度降到来自光源10的射入光的1/64，所以最好是把射入光的強度充分増大。而且，在上述实施方式中，说明了采用剖面形状为等腰直角三角形(顶角为90° )的三角棱镜来作为构成光学元件20的第一及第四三角棱镜的情况，但也可以采用顶角为90°以外的三角棱镜来构成光学元件。例如。如图5所示，可以粘合顶角为a的第一及第三三角棱镜21、23和顶角为￠(0 > a)的第二及第四三角棱镜22、24来构成光学元件20，可以构成为邻接的三角棱镜顶角的合计a+P为180°。而且，在上述实施方式中，说明了粘合第一 第四三角棱镜来构成光学元件的情况，但也可以粘合剖面形状为三角形以外的形状的n个多角形棱镜。例如，如图6所示，第一 第四多角形棱镜21 24可以是剖面形状为梯形的梯形棱镜。在图6所不的光学兀件20中，粘合第一 第四梯形棱镜21 24的各个相应面,夕卜形在平面视图呈矩形，第一及第ニ梯形棱镜21、22的两接合面通过光学薄膜31a、32b接合，第二及第三梯形棱镜22、23的两接合面通过光学薄膜32a、33b接合，第三及第四梯形棱镜23、24的两接合面通过光学薄膜33a、34b接合，第四及第一梯形棱镜24、21的两接合面通过光学薄膜34a、3Ib接合。而且，也可以粘合n个(n为3以上整数)多角形棱镜来构成本发明相关的光学元件。
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图7A是表示粘合5个多角形棱镜而构成的光学元件结构的一例图。图7A所示的光学兀件20是把图1所不的光学兀件20的第一三角棱镜21分割成了 2个三角棱镜25、26的结构，光学薄膜的形成位置和參考光及測量光的光路与图1所示的光学元件20相同。在图7A所示的光学元件20中，在三角棱镜25的I个面25a的全部接合第一 1/4波长板41，在三角棱镜26的I个面26a的全部接合偏光板43。由此，通过如图7A所示那样构成光学元件，相比图1所示的光学元件20那样在第一三角棱镜21的底面接合第一 1/4波长板41和偏光板43的情况，光学元件的组装性得到提高。另外，关于图1所示的光学元件20的第三三角棱镜23，也可以与图7A所示的情况相同分割成2个三角棱镜，粘合共计6个多角形棱镜来构成光学兀件。而且如图7B所示，也可以在2个三角棱镜25、26邻接的位置设置ND滤镜(减光滤镜)90。在图1、图7A所示的光学元件20中，由于测量光的光路长与參考光的光路长相比较长，所以在光接收部60接收的测量光的光量与參考光的光量相比较小。于是，如图7B所示，通过在參考光的光路上设置ND滤镜90把參考光减光，可以使在光接收部60接收的測量光的光量与參考光的光量相等。图8A是粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件200的立体图，图8B是光学元件200的平面图(俯视图)，图8C是光学元件200的侧视图。图8A C所示的光学元件200由粘合第一 第七棱镜201 207的各个相应面而构成，第四及第五棱镜204、205的两接合面、第一及第ニ棱镜201、202的两接合面、第二及第三棱镜202、203的两接合面和第六及第七棱镜206、207的两接合面分别通过第一 第四光学薄膜211 214接合。如图SB所示，从光源射出的光的一部分(測量光)透过第一及第ニ光学薄膜211、212，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二及第三光学薄膜212、213反射，照射测量对象。来自测量对象的反射光透过第三及第四光学薄膜213、214射入光接收部。另ー方面，如图SC所示，从光源射出的光的一部分(參考光)在第一光学薄膜211反射，从光纤210的一端射入从另一端射出，在第四光学薄膜214反射射入光接收部。也就是说在图8A C所示的光学元件200中，第一光学薄膜211具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能，第四光学薄膜214具有把在测量对象反射的測量光和參考光合成的功能。换句话说就是在图8A C所示的光学元件200中，在第一光学薄膜211的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第四光学薄膜214的位置P2(第二位置)把测量光的光路和參考光的光路合成。而且，在图8A C所不的光学兀件200中，通过调节光纤210的长度，可以调节參考光的光路长，使測量光的光路长和參考光的光路长相等。图9A是粘合9个多角形棱镜而构成的光学元件300的立体图，图9B是光学元件300的平面图(俯视图)，图9C是光学元件300的侧视图。图9A C所示的光学元件300由粘合第一 第九棱镜301 309的各个相应面而构成，第四及第ー棱镜304、301的两接合面、第一及第ニ棱镜301、302的两接合面、第二及第三棱镜302、303的两接合面、第三及第九棱镜303、309的两接合面、第五及第六棱镜305、306的两接合面和第七及第八棱镜307、308的两接合面分别通过第一 第六光学薄膜311 316接合。如图9B所示，从光源射出的光的一部分(测量光)透过第一及第ニ光学薄膜311、312，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二及第三光学薄膜312、313反射，照射测量对象。来自测量对象的反射光透过第三及第四光学薄膜313、314射入光接收部。另ー方面，如图9C所示，从光源射出的光的一部分(參考光)在第一及第五光学薄膜311、315反射，在上侧的反射板(反射膜)反射，透过第五光学薄膜315,在下侧的反射板反射,在第五及第六光学薄膜315、316反射，在下侧的反射板反射，透过第六光学薄膜316，在上侧的反射板反射，在第六及第四光学薄膜316、314反射射入光接收部。也就是说在图9A C所不的光学兀件300中，第一光学薄膜311具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能，第四光学薄膜314具有把在测量对象反射的測量光 和參考光合成的功能。换句话说就是在图9A C所示的光学元件300中，在第一光学薄膜311的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第四光学薄膜314的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。图1OA是粘合7个多角形棱镜而构成的光学元件400的立体图，图1OB是光学元件400的平面图(俯视图)的一部分(省略第六及第七棱镜406、407的图示)，图1OC是光学兀件400的侧视图。图1OA C所不的光学兀件400由粘合第一 第七棱镜401 407的各个相应面而构成，第一及第ニ棱镜401、402的两接合面、第三及第四棱镜403、404的两接合面和第四及第五棱镜404、405的两接合面分别通过第一 第三光学薄膜411 413接合。如图1OB所示，从光源射出的光的一部分(測量光)透过第一及第ニ光学薄膜411、412，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二及第三光学薄膜412、413反射，照射测量对象。来自测量对象的反射光透过第三及第一光学薄膜413、411射入光接收部。另ー方面，如图1OC所不,从光源射出的光的一部分(參考光)在第一光学薄膜411反射,在2个反射板(反射膜)反射，在第一光学薄膜411反射射入光接收部。也就是说在图1OA C所示的光学元件400中，第一光学薄膜411具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能和把在测量对象反射的測量光和參考光合成的功能。换句话说就是在图1OA C所示的光学元件400中，在第一光学薄膜411的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成测量光的光路和參考光的光路，在第一光学薄膜411的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。另外，在图1OA C所示的光学元件400中，通过调节第六棱镜406的长度(沿參考光光路方向的长度)，可以调节參考光的光路长，使測量光的光路长和參考光的光路长相等。 图1lA是粘合8个多角形棱镜而构成的光学元件500的立体图，图1lB是光学元件500的平面图的一部分(省略第六 第八棱镜506 508的图示)，图1lC是光学元件500的平面图。图1lA C所示的光学元件500由粘合第一 第八棱镜501 508的各个相应面而构成，第一及第ニ棱镜501、502的两接合面、第三及第四棱镜503、504的两接合面和第四及第五棱镜504、505的两接合面分别通过第一 第三光学薄膜511 513接合。如图1lB所示，从光源射出的光的一部分(測量光)透过第一及第ニ光学薄膜511、512，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二及第三光学薄膜512、513反射，照射測量对象。来自测量对象的反射光透过第三及第一光学薄膜513、511射入光接收部。另ー方面，如图1lC所不,从光源射出的光的一部分(參考光)在第一光学薄膜511反射,在设置于第六棱镜506的底面和第八棱镜508的面的反射板(反射膜)反射，在第一光学薄膜511反射射入光接收部。也就是说在图1lA C所示的光学元件500中，第一光学薄膜511具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能和把在测量对象反射的測量光和參考光合成的功能。换句话说就是在图1lA C所示的光学元件500中，在第一光学薄膜511的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第一光学薄膜511的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。另外，在图1lA C所示的光学元件500中，通过调节第七棱镜507的长度(沿參考光光路方向的长度)，可以调节參考光的光路长，使測量光的光路长和參考光的光路长相等。图12A是粘合3个多角形棱镜而构成的光学兀件600的立体图，图12B是光学兀件600的平面图。图12A、B所示的光学元件600由粘合剖面形状为梯形的第一及第ニ棱镜601、602和剖面形状为等腰直角三角形的第三棱镜603的各个相应面而构成，第一及第ニ棱镜601、602的两接合面和第二及第三棱镜602、603的两接合面分别通过第一及第ニ光学薄膜611、612接合。如图12B所示，从光源射出的光的一部分(測量光)透过第一及第ニ光学薄膜611、612，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二光学薄膜612反射，照射测量对象。来自测量对象的反射光透过第二及第一光学薄膜612、611射入光接收部。另ー方面，从光源射出的光的一部分(參考光)在第一光学薄膜611反射，在反射板反射，再在第一光学薄膜611反射射入光接收部。也就是说在图12A、B所不的光学兀件600中，第一光学薄膜611具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能和把在测量对象反射的測量光和參考光合成的功能。换句话说就是在图12A、B所示的光学元件600中，在第一光学薄膜611的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第一光学薄膜611的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。图13A是粘合12个多角形棱镜而构成的光学元件700的立体图，图13B是光学元件700的平面图(俯视图)的一部分(省略第i^一及第十二棱镜711、712的图示)，图13C是光学元件700的侧视图。图13A C所示的光学元件700由粘合第一 第十二棱镜701 712的各个相应面而构成，第四及第五棱镜704、705的两接合面、第一及第ニ棱镜701、702的两接合面、第二及第三棱镜702、703的两接合面、第六及第七棱镜706、707的两接合面、第七及第八棱镜707、708的两接合面和第九及第十棱镜709、710的两接合面分别通过第一 第六光学薄膜721 726接合。如图13B所示，从光源射出的光的一部分(測量光)透过第一及第ニ光学薄膜721、722，在反射板反射(或在AOM调制在反射板反射)，在第二及第三光学薄膜722、723反射，照射测量对象。来自测量对象的反射光透过第三及第六光学薄膜723、726射入光接收部。另ー方面,如图13C所不,从光源射出的光的一部分(參考光)在第一光学薄膜721反射,在反射板(反射膜)反射，在第四及第五光学薄膜724、726反射，在反射板反射，在第六光学薄膜726反射射入光接收部。也就是说在图13A C所示的光学元件700中，第一光学薄膜721具有把来自光源的光分割成測量光和參考光的功能，第六光学薄膜726具有把在测量对象反射的測量光和參考光合成的功能。换句话说就是在图13A C所示的光学元件700中，在第一光学薄膜721的位置Pl (第一位置)把射入光的光路分割成測量光的光路和參考光的光路，在第六光学薄膜726的位置P2(第二位置)把測量光的光路和參考光的光路合成。而且，在图8A 图13C所示的各光学元件中，在作为光学薄膜采用具有把射入光根据其偏光状态透过或反射的特性的光学薄膜的情况下，可以在来自光源的光射入的位置接合1/4波长板或1/2波长板(其主轴方向设定为相对P偏光的偏光方向呈45/2°的角度)，在測量光或參考光向测量对象、反射板或声光元件(AOM)射出的位置接合1/4波长板，在测量光及參考光向光接收部射出的位置接合偏光板。而且在上述实施方式中，说明了使来自光源的光相对光学元件的射入面垂直射入的情况，但如图14所示，在平面视图，来自光源10的光的射入角0可以为0デ90°。如此ー来，可以防止因表 面反射造成的重影的发生。另外，在图14所示的例子中，不是把反射板50接合于第二 1/4波长板42，而是对第二 1/4波长板42倾斜配置，由此使透过第二 1/4波长板42的測量光垂直射入反射板50。而且，如图15所示，通过把光学元件20对设置面倾斜配置，可以构成为在侧面视图，来自光源10的光的射入角0为0デ90°。如此ー来，不需变更构成光学元件20的各棱镜的形状而可以防止因表面反射造成的重影的发生。符号说明I马赫-增德尔干涉仪；2外差干涉仪；10光源；20光学元件；21第一三角棱镜；22第二三角棱镜；23第三三角棱镜；24第四三角棱镜；41第一 1/4波长板；42第二 1/4波长板；43偏光板；50反射板；60光接收部；70测量对象；80声光元件。
权利要求
1.ー种光学元件，其特征在干 具有多个光学薄膜，该多个光学薄膜具有把射入光分割成透过光和反射光的特性， 把n个多角形棱镜的相应面通过所述光学薄膜粘合，该n为3以上整数， 在一个所述光学薄膜的第一位置分割光路， 在一个所述光学薄膜的第二位置把被分割的光路合成。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于 所述多个光学薄膜具有把射入光根据其偏光状态来透过或反射的特性。
3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于 在所述多角形棱镜的至少I个面的至少I部分接合1/4波长板或1/2波长板， 所述光学薄膜把透过所述1/4波长板或所述1/2波长板并射入所述光学薄膜的光透过或反射。
4.ー种干涉仪，包含 光源； 光学元件，把来自所述光源的光分割成測量光和參考光，合成被测量对象反射的所述測量光和所述參考光井射出； 光接收部，接收从所述光学元件射出的光， 该干涉仪的特征在于 所述光学元件， 具有多个光学薄膜，该多个光学薄膜具有把射入光分割成透过光和反射光的特性， 把n个多角形棱镜的相应面通过所述光学薄膜粘合，该n为3以上整数， 在一个所述光学薄膜的第一位置，把来自所述光源的光分割成所述测量光和所述參考光， 在一个所述光学薄膜的第二位置，合成所述测量光和所述參考光。
5.根据权利要求4所述的干涉仪，其特征在于 还包含调制所述测量光频率的声光元件。
全文摘要
光学元件20通过粘合第一～第四三角棱镜21、22、23、24的各个构成顶角的相应面来构成，第一及第二三角棱镜的两接合面21a、22b、第二及第三三角棱镜的两接合面22a、23b、第三及第四三角棱镜的两接合面23a、24b和第四及第一三角棱镜的两接合面24a、21b分别通过光学薄膜接合，各光学薄膜具有把射入光根据其偏光状态透过或反射的特性。光学元件20在光学薄膜的第一位置P1分割光路，在光学薄膜的第二位置P2合成光路。
文档编号G01B9/02GK103038600SQ20118002772
公开日2013年4月10日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年6月16日
发明者井上朝美, 平田和也, 伊藤大辅, 原口康史, 坂本繁 申请人:西格玛光机株式会社, 浜松光子学株式会社