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公開番号2025108788
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2025077221,2020202168
出願日2025-05-07,2020-12-04
発明の名称干渉画像取得装置および干渉画像取得方法
出願人浜松ホトニクス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01B 9/0209 20220101AFI20250715BHJP(測定;試験)
要約【課題】対象物の干渉画像を取得する際に対象物におけるフォーカス面の位置を容易に安定して設定することができる装置を提供する。
【解決手段】干渉画像取得装置1は、光源11、ビームスプリッタ12、参照側ミラー13、ピエゾ素子14、ステージ15、対物レンズ16、焦点可変レンズ17、撮像器18、筐体30、支持部31および演算部40を備える。焦点可変レンズ17は、ビームスプリッタ12から撮像器18の撮像面までの干渉光の光路上に設けられ、分岐部としてのビームスプリッタ12から合波部としてのビームスプリッタ12までの第1光束の光路上において撮像器18の撮像面に対して共役となるフォーカス面Fの位置を調整する。筐体30は、ビームスプリッタ12および支持部31の間の相対的位置関係を固定して、これらを機械的に一体化する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
光源から出力されたインコヒーレントな光を分岐部により第１光束と第２光束とに分岐し、底部の内側または外側に物体側ミラーが配置された支持部により支持されて前記第１光束の光路上に配置された対象物を透過し前記物体側ミラーで反射した前記第１光束と、参照側ミラーで反射された前記第２光束とを合波部により合波して、干渉光を出力する二光束干渉計と、
前記二光束干渉計から出力された干渉光を受光する撮像面を有し、前記対象物の干渉画像を取得する撮像器と、
前記合波部から前記撮像面までの前記干渉光の光路上に設けられた焦点距離が可変である焦点可変レンズにより、前記分岐部から前記合波部までの前記第１光束の光路上において前記撮像面に対して共役となるフォーカス面の位置を調整するフォーカス面位置調整部と、
を備える干渉画像取得装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記二光束干渉計は、前記物体側ミラーで反射される前記第１光束の光路長と、前記参照側ミラーで反射される前記第２光束の光路長との間の光路長差が、前記光源から出力される光のコヒーレント長以下である、
請求項１に記載の干渉画像取得装置。
【請求項３】
前記参照側ミラーの反射面に垂直な方向における前記参照側ミラーの位置を調整する参照側ミラー位置調整部を更に備える、
請求項１又は２に記載の干渉画像取得装置。
【請求項４】
前記フォーカス面位置調整部により前記フォーカス面が一定の位置に調整された状態において、前記参照側ミラー位置調整部により前記参照側ミラーが複数の位置それぞれに調整されたときに前記撮像器により取得された干渉画像に基づいて前記対象物の位相画像または強度画像を求める演算部を更に備える、
請求項３に記載の干渉画像取得装置。
【請求項５】
前記フォーカス面位置調整部は、前記第１光束の光路に沿って前記フォーカス面の位置を走査し、
前記撮像器は、前記フォーカス面の走査の各位置において干渉画像を取得し、
前記演算部は、前記フォーカス面の走査の各位置において前記干渉画像に基づいて位相画像または強度画像を求め、これら位相画像または強度画像に基づいて前記対象物の３次元像を求める、
請求項４に記載の干渉画像取得装置。
【請求項６】
二光束干渉計において、光源から出力されたインコヒーレントな光を分岐部により第１光束と第２光束とに分岐し、底部の内側または外側に物体側ミラーが配置された支持部により支持されて前記第１光束の光路上に配置された対象物を透過し前記物体側ミラーで反射した前記第１光束と、参照側ミラーで反射された前記第２光束とを合波部により合波して、干渉光を出力する干渉ステップと、
前記二光束干渉計から出力された干渉光を受光する撮像面を有する撮像器により、前記対象物の干渉画像を取得する撮像ステップと、
前記合波部から前記撮像面までの前記干渉光の光路上に設けられた焦点距離が可変である焦点可変レンズにより、前記分岐部から前記合波部までの前記第１光束の光路上において前記撮像面に対して共役となるフォーカス面の位置を調整するフォーカス面位置調整ステップと、
を備える干渉画像取得方法。
【請求項７】
前記干渉ステップは、前記二光束干渉計において、前記物体側ミラーで反射される前記第１光束の光路長と、前記参照側ミラーで反射される前記第２光束の光路長との間の光路長差を、前記光源から出力される光のコヒーレント長以下とする、
請求項６に記載の干渉画像取得方法。
【請求項８】
前記参照側ミラーの反射面に垂直な方向における前記参照側ミラーの位置を調整する参照側ミラー位置調整ステップを更に備える、
請求項６又は７に記載の干渉画像取得方法。
【請求項９】
前記フォーカス面位置調整ステップで前記フォーカス面が一定の位置に調整された状態において、前記参照側ミラー位置調整ステップで前記参照側ミラーが複数の位置それぞれに調整されたときに前記撮像ステップで取得された干渉画像に基づいて前記対象物の位相画像または強度画像を求める演算ステップを更に備える、
請求項８に記載の干渉画像取得方法。
【請求項１０】
前記フォーカス面位置調整ステップは、前記第１光束の光路に沿って前記フォーカス面の位置を走査し、
前記撮像ステップは、前記フォーカス面の走査の各位置において干渉画像を取得し、
前記演算ステップは、前記フォーカス面の走査の各位置において前記干渉画像に基づいて位相画像または強度画像を求め、これら位相画像または強度画像に基づいて前記対象物の３次元像を求める、
請求項９に記載の干渉画像取得方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉画像取得装置および干渉画像取得方法に関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１および非特許文献２に、対象物の干渉画像を取得することができる干渉画像取得装置の様々な構成例が紹介されている。干渉画像取得装置は、光源と、この光源から出力された光を二光束に分岐した後に該二光束を合波して干渉光を出力する二光束干渉計と、この二光束干渉計から出力された干渉光を受光する撮像面を有する撮像器とを備える。二光束干渉計において二光束のうちの何れか一方の光束の光路上に対象物が配置される。撮像器は、撮像面に対して共役となるフォーカス面における対象物の干渉画像を取得することができる。
【０００３】
また、この干渉画像取得装置は、対象物の干渉画像に基づいて、位相シフト法により対象物の位相画像等を求めることもできる。干渉画像取得装置は、二光束干渉計における二光束の間の光路長差を互いに異なる複数の設定値とした状態とし、各状態において対象物の干渉画像を撮像器により取得し、これら取得した複数の干渉画像に基づいて位相画像等を求める。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
深津拡也、「光学式輪郭測定技術を用いた工業表面のトポグラフィ測定」、精密工学会誌、Vol.76, No.9, 2010
Timothy R. Corle, Gordon S. Kino,“Confocal Scanning Optical Microscopy and RelatedImaging Systems,” Academic Press, 1996, Chapter2
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の干渉画像取得装置は、対象物におけるフォーカス面の位置（すなわち、対象物とフォーカス面との間の相対的位置関係）を設定する為に、二光束干渉計と対象物との間の物理的な距離を調整する。二光束干渉計と対象物との間の物理的な距離の調整は、二光束干渉計を移動させることにより可能である。しかし、二光束干渉計を移動させる為のＺステージは大きく高価であり、また、Ｚステージを駆動する為の消費電力は大きい。また、片持ち梁方式で二光束干渉計をＺステージに取り付けて二光束干渉計を移動させる場合には、機械的振動が大きい。
【０００６】
干渉画像取得装置において、撮像器が干渉画像を取得する際に機械的振動があると、対象物に対するフォーカス面の相対的位置が変動して、取得される干渉画像がノイズを含むことになる。非特許文献１には、対象物に対するフォーカス面の相対的位置を安定化する為の構成については記載されていない。非特許文献２には、機械的振動による光路長差の変動を波長より小さくするように厳密に制御することが必要である旨が記載されているが、その為の具体的な構成については記載されていない。
【０００７】
また、干渉画像取得装置において、二光束干渉計を移動させることなく、対象物を移動させることも考えられる。しかし、この場合も、対象物を移動させる為のＺステージは大きく高価であり、また、Ｚステージを駆動する為の消費電力は大きい。また、例えば、生細胞に薬液を注入しながら繰り返し生細胞の干渉画像を取得する場合や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子の微細な動きを測定する為にＭＥＭＳの干渉画像を取得する場合のように、対象物（生細胞、ＭＥＭＳ素子）を移動させることが好ましくない場合がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、対象物の干渉画像を取得する際に対象物におけるフォーカス面の位置を容易に安定して設定することができる装置および方法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】
【０００９】
本発明の干渉画像取得装置は、(1) 光源から出力されたインコヒーレントな光を分岐部により第１光束と第２光束とに分岐し、支持部により支持されて第１光束の光路上に配置された対象物で反射または透過した第１光束と、参照側ミラーで反射された第２光束とを合波部により合波して、干渉光を出力する二光束干渉計と、(2) 二光束干渉計から出力された干渉光を受光する撮像面を有し、対象物の干渉画像を取得する撮像器と、(3) 合波部から撮像面までの干渉光の光路上に設けられ、分岐部から合波部までの第１光束の光路上において撮像面に対して共役となるフォーカス面の位置を調整するフォーカス面位置調整部と、を備える。さらに、分岐部、合波部および支持部の間の相対的位置関係が固定されている。
【００１０】
本発明の干渉画像取得装置の一側面において、二光束干渉計は、フォーカス面の位置で反射される第１光束の光路長と、参照側ミラーで反射される第２光束の光路長との間の光路長差が、光源から出力される光のコヒーレント長以下であるのが好適である。或いは、二光束干渉計は、対象物を透過した第１光束を反射させる物体側ミラーが設けられ、物体側ミラーで反射される第１光束の光路長と、参照側ミラーで反射される第２光束の光路長との間の光路長差が、光源から出力される光のコヒーレント長以下であるのが好適である。
（【００１１】以降は省略されています）

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