特許 7451547 偏光分離装置、かかる装置を含む差動式干渉計及び微分干渉光学顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-08

(45)【発行日】2024-03-18

(54)【発明の名称】偏光分離装置、かかる装置を含む差動式干渉計及び微分干渉光学顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20240311BHJP

   G02B 21/00 20060101ALI20240311BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240311BHJP

   G01B 9/02 20220101ALI20240311BHJP

   G01B 9/04 20060101ALI20240311BHJP

【ＦＩ】

G02B27/28 Z

G02B21/00

G02B5/30

G01B9/02

G01B9/04

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021549206

(86)(22)【出願日】2020-03-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-20

(86)【国際出願番号】 FR2020050500

(87)【国際公開番号】W WO2020183107

(87)【国際公開日】2020-09-17

【審査請求日】2023-02-03

(31)【優先権主張番号】1902638

(32)【優先日】2019-03-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】520356906

【氏名又は名称】オリバ フランス エス．アー．エス．

(74)【代理人】

【識別番号】100074734

【弁理士】

【氏名又は名称】中里 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100086265

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100076451

【弁理士】

【氏名又は名称】三嶋 景治

(72)【発明者】

【氏名】アシェ オリヴィエ

(72)【発明者】

【氏名】リシャール シモン

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１５６７８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２１０２２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０８８０３０３１（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００２－５４１５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１９３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００９０４４９１０（ＤＥ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／００４２９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１９４０１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－０２８４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１８６７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

Ｇ０２Ｂ ２１／００

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０１Ｂ ９／０２

Ｇ０１Ｂ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射光ビーム（１００）を受けることを意図された偏光分離装置（１）であって、第一の光学中心（Ｏ_１）、第一の光軸（Ｚ_１）並びに第一の円偏光状態について正の第一の焦点距離（Ｆ_１）及び前記第一の円偏光状態と直交する他の円偏光状態について反対の焦点距離（－Ｆ_１）を有する第一の幾何学的位相レンズ（Ｌ_１）と、第二の光学中心（Ｏ_２）、第二の光軸（Ｚ_２）並びに前記第一の円偏光状態について正の第二の焦点距離（Ｆ_２）及び前記他の円偏光状態について反対の焦点距離（－Ｆ_２）を有する第二の幾何学的位相レンズ（Ｌ_２）とを含み、前記第一の光軸（Ｚ_１）と前記第二の光軸（Ｚ_２）とは、数度未満の角度を形成し、前記第一及び第二の幾何学的位相レンズは、前記第一の光軸（Ｚ_１）に従って第一の距離（Ｄ）だけ相互に分離され、
前記装置（１）は、前記第二の幾何学的位相光学レンズ（Ｌ_２）上への前記第一の光軸（Ｚ_１）に従った前記第一の光学中心（Ｏ_１）の投射（Ｐ_１）が前記第二の光学中心（Ｏ_２）から非ゼロの第二の距離（ｅ）に配置されるように構成され且つ方向付けられ、前記第一の距離（Ｄ）は、前記第一の焦点距離（Ｆ_１）及び前記第二の焦点距離（Ｆ_２）より小さい、偏光分離装置（１）。

【請求項2】

前記第一の焦点距離（Ｆ_１）と前記第二の焦点距離（Ｆ_２）とは、１０％以下の差を有する、請求項１に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項3】

前記第二の光軸（Ｚ_２）は、前記第一の光軸（Ｚ_１）に対して第二の距離（ｅ）だけオフセットされる、請求項１又は２に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項4】

前記第一及び第二の幾何学的位相レンズ間の並進移動手段（５）を含み、前記並進移動手段（５）は、前記第二の光学中心（Ｚ_２）を、前記第一の光軸（Ｚ_１）を横断する方向に従って前記第一の光学中心（Ｏ_１）に対してオフセットするように適合される、請求項３に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項5】

前記第一の光軸（Ｚ_１）は、前記装置（１）への前記入射光ビームの伝搬軸に対して角度（θ）を形成する、請求項１～４の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項6】

前記第一及び第二の幾何学的位相レンズを回転させるための手段（７）を含み、前記第一の幾何学的位相レンズ（Ｌ_１）と前記第二の幾何学的位相レンズ（Ｌ_２）とは、相互に平行に保持され、前記回転手段（７）は、前記第一及び第二の幾何学的位相レンズを前記入射光ビーム（１００）に対して同時に傾斜させるように適合される、請求項５に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項7】

前記第一の距離（Ｄ）は、前記第一の焦点距離（Ｆ_１）及び前記第二の焦点距離（Ｆ_２）の２０％未満である、請求項１～６の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項8】

前記第一の幾何学的位相レンズ（Ｌ_１）及び前記第二の幾何学的位相レンズ（Ｌ_２）は、球面又は円柱屈折力を有する、請求項１～７の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項9】

発散光学レンズ（９）を含む、請求項１～８の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項10】

１／４波長遅延板（１１）を含む、請求項１～９の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項11】

第三の光学中心（Ｏ_３）、第三の光軸（Ｚ_３）及び第三の焦点距離（Ｆ_３）を有する第三の幾何学的位相レンズ（Ｌ_３）と、第四の光学中心（Ｏ_４）、第四の光軸（Ｚ_４）及び第四の焦点距離（Ｆ_４）を有する第四の幾何学的位相レンズ（Ｌ_４）とを含み、前記第三の幾何学的位相レンズ（Ｌ_３）と前記第四の幾何学的位相レンズ（Ｌ_４）とは、前記第一の円偏光状態について同じ符号の、且つ前記他の直交する円偏光状態について反対の符号の屈折力を有するように配置され、前記第三の光軸（Ｚ_３）及び前記第四の光軸（Ｚ_４）は、前記第一の光軸（Ｚ_１）と数度未満の角度を形成し、前記第三及び第四の幾何学的位相レンズは、前記第三の光軸（Ｚ_３）に従って第三の距離（Ｄ’）だけ相互に分離され、前記第四の幾何学的位相レンズ（Ｌ_４）上への前記第三の光軸（Ｚ_３）に従った前記第三の光学中心（Ｏ_３）の投射は、前記第四の光学中心（Ｏ_４）から非ゼロの第四の距離（ｅ’）に配置され、前記第三の距離（Ｄ’）は、前記第三の焦点距離（Ｆ_３）及び前記第四の焦点距離（Ｆ_４）より小さい、請求項１～１０の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）を含む差動式干渉計（５０、５２）。

【請求項13】

求項１～１１の何れか一項に記載の偏光分離装置（１）を含む微分干渉光学顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、偏光分離光学部品の分野に関する。

【0002】

より詳細には、本発明は、偏光分離装置並びにかかる装置を含む差動式干渉計及び微分干渉顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0003】

偏光分離装置は、入射光ビームを異なる偏光状態に従って２つの偏光成分に分離することを可能にする光学部品である。

【0004】

例えば、既知の偏光分離装置は、ロションプリズム及びウォラストンプリズムを含む。これらは、複屈折材料で製作された２つのプリズムの使用に基づく。これらのプリズムは、入射光ビームを、それぞれ直線偏光を有する２つの射出光ビームに分離し、２つの射出光ビームの偏光は、直交する。２つの射出光ビーム間の角度は、プリズムを形成する材料の複屈折特性、複屈折軸のプリズム面に対する方位及びプリズムの角度に依存する。

【0005】

ノマルスキプリズムは、ウォラストンプリズムの変形である。これらにより、入射光ビームの２つの直線偏光への角度分離が得られるだけでなく、相互に直交する方向に偏光された２つの射出光ビームの交点を空間的に画定することもできる。

【0006】

偏光分離キューブ（「マクニールキューブ」とも呼ばれる）は、他のタイプの偏光分離装置である。これらは、異方性材料で製作された２つのプリズムを含み、これらは、それぞれの斜辺により接続されている。斜辺は、入射偏光に応じて反射及び透過特性を有するコーティングを含む。

【0007】

しかしながら、これらの偏光分離装置の全てについて、射出光ビームの分離角度は、構造によって与えられる。部品が製造されると、この分離角度を調整することができない。加えて、プリズムに基づくこれらの部品は、入射光ビームに対して斜めの表面を含むため、かなりの厚さを有する。プリズムに基づくこれらの部品の断面は、限定されているため、射出光ビームの断面も限定的な大きさを有する。最後に、これらの部品の射出側では、射出光ビームは、直線偏光を有する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

従来技術の上述の欠点を克服するために、本発明は、分離角度を容易に調整できる薄型の偏光分離装置を提供する。

【0009】

より具体的には、本発明によれば、入射光ビームを受けるための偏光分離装置が提供される。本発明によれば、装置は、第一の光学中心、第一の光軸並びに第一の円偏光状態について正の第一の焦点距離及び第一の円偏光状態と直交する他の円偏光状態について反対の焦点距離を有する第一の幾何学的位相レンズと、第二の光学中心、第二の光軸並びに第一の円偏光状態について正の第二の焦点距離及び他の円偏光状態について反対の焦点距離を有する第二の幾何学的位相レンズとを含み、第一の光軸と第二の光軸とは、数度未満の角度を形成し、第一及び第二の幾何学的位相レンズは、第一の光軸に従って第一の距離だけ相互に分離される。本発明によれば、装置は、第二の幾何学的位相光学レンズ上への第一の光軸に従った第一の光学中心の投射が第二の光学中心から非ゼロの第二の距離に配置されるように構成され且つ方向付けられ、前記第一の距離は、前記第一の焦点距離及び前記第二の焦点距離より小さい。

【0010】

したがって、本発明によれば、第一の幾何学的位相レンズの第一の光学中心と、第二の幾何学的位相レンズの第二の光学中心との間に横方向のオフセットが導入される。それらの特性から、２つの幾何学的位相レンズは、光ビームの左右２つの円偏光成分を分離できる。構成時、これらの２つの成分は、本発明による装置の射出側において、２つの光学中心間の横方向のオフセットに依存する特定の分離角度で発散される。本発明によれば、このオフセットは、調整可能であり、したがって第二の幾何学的位相レンズを、光軸を横断する方向に変位させることにより、２つの円偏光成分に対応する２つのビーム間の分離角度を調整できる。本発明によれば、２つの幾何学的位相レンズの組合せは、したがって、装置の射出側における偏光の分離角度を調整するのに有利である。加えて、幾何学的位相レンズの厚さがより薄いため、薄型装置を得ることができる。

【0011】

個別に又は何れの技術的に実現可能な組合せでも考えられる、本発明による偏光分離装置の他の非限定的で有利な特徴は、以下のとおりである：
－ 第一焦点距離と第二の焦点距離とは、１０％以下の差を有し；
－ 第二の光軸は、第一の光軸に対して第二の距離だけオフセットされ；
－ 第一及び第二の幾何学的位相レンズ間の並進移動手段が提供され、前記並進移動手段は、第二の光学中心を、第一の光軸を横断する方向に従って第一の光学中心に対してオフセットするように適合され；
－ 第一の光軸は、前記装置への入射光ビームの伝搬軸に対して角度を形成し；
－ 第一及び第二の幾何学的位相レンズを回転させるための手段が提供され、第一の幾何学的位相レンズと第二の幾何学的位相レンズとは、相互に平行に保持され、前記回転手段は、前記第一及び第二の幾何学的位相レンズを入射光ビームに対して同時に傾斜させるように適合され；
－ 第一の距離は、第一の焦点距離及び第二の焦点距離の２０％未満であり；
－ 第一の幾何学的位相レンズ及び／又は第二の幾何学的位相レンズは、球面又は円柱屈折力を有し；
－ 発散光学レンズが提供され；
－ １／４波長遅延板が提供され；及び
－ 第三の光学中心、第三の光軸及び第三の焦点距離を有する第三の幾何学的位相レンズが提供され、且つ第四の光学中心、第四の光軸及び第四の焦点距離を有する第四の幾何学的位相レンズが提供され、第三の幾何学的位相レンズと第四の幾何学的位相レンズとは、第一の円偏光状態について同じ符号の、且つ他の円偏光状態について反対の符号の屈折力を有するように配置され、第三の光軸及び第四の光軸は、第一の光軸と数度未満の角度を形成し、第三及び第四の幾何学的位相レンズは、第三の光軸に従って第三の距離だけ相互に分離され、第四の幾何学的位相レンズ上への第三の光軸に従った第三の光学中心の投射は、第四の光学中心から非ゼロの第四の距離に配置され、前記第三の距離は、前記第三の焦点距離及び前記第四の焦点距離より小さい。

【0012】

本発明は、上述の偏光分離装置を含む差動式干渉計も提供する。

【0013】

本発明は、上述の偏光分離装置を含む微分干渉光学顕微鏡も提供する。

【0014】

非限定的な例として提供される添付の図面に関する以下の説明は、本発明の目的及びそれを実行する方法を示す。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明による偏光分離装置の様々な要素の概略的表現である。

【図2】本発明による偏光分離装置の第一の例の概略的表現である。

【図3】本発明による偏光分離装置の第二の例の概略的表現である。

【図4】本発明による第一又は第二の偏光分離装置の変形形態の概略的表現である。

【図5】本発明による偏光分離装置の他の例の概略的表現である。

【図6】本発明による偏光分離装置を含む差動式干渉計の第一の例の概略的表現である。

【図7】本発明による偏光分離装置を含む差動式干渉計の第二の例の概略的表現である。

【図8】例えば、微分干渉顕微鏡に組み込まれるように意図された本発明による偏光分離装置の概略的表現である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、偏光分離装置１（以下では装置１とも呼ばれる）に関する。

【0017】

この説明では、「幾何学的位相レンズ」と呼ばれる光学部品が導入される。幾何学的位相レンズは、幾何学的位相ホログラム及び／又は液晶から製作される。幾何学的位相レンズの製作については、Ｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈｅｒｉｃ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ－ｐｈａｓｅ ｌｅｎｓｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗ，Ｋａｔｈｒｙｎ Ｊ．Ｈｏｒｎｂｕｒｇ ｅｔ ａｌ．（ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌｕｍｅ １０７４３，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｅｄｉｃｉｏｎｓ Ｘ：１０７４３０５，２０１８）に記載されている。

【0018】

幾何学的位相レンズは、液晶から製造される。液晶の配向レイアウトから部品の各点において異なる位相が画定される。

【0019】

これらの部品の動作に関して、これらの幾何学的位相レンズの１つを通る光ビームを考える。知られているように、光ビームは、右円偏光成分と左円偏光成分とに分解され得る。その設計から、円偏光の１つ（例えば、右円偏光）では、幾何学的位相レンズは、焦点距離＋ｆの収束レンズのように動作する。他の偏光（ここでは左円偏光）では、幾何学的位相レンズは、焦点距離－ｆの発散レンズのように動作する。換言すれば、幾何学的位相レンズは、１つの円偏光で正の屈折力を有し、且つ他の円偏光で負の屈折力を有する。加えて、幾何学的位相レンズを通ると、右円偏光状態は、左円偏光に変換され、その逆でもある。

【0020】

１つの単独の幾何学的位相レンズでは、２つの直交する円偏光を空間的に分離できない。一般に、幾何学的位相レンズは、所与の波長範囲、例えば４５０～６００ｎｍで動作する。

【0021】

例えば、本発明で使用される幾何学的位相レンズは、Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ社又はＩｍａｇｉｎｅＯｐｔｉｘ社により「偏光ディレクトフラットレンズ」の名称で市販されている部品の種類のものである。

【0022】

実際に、幾何学的位相レンズは、平坦面を有し、すなわち物理的な曲率半径を有さない。幾何学的位相レンズの厚さは、薄く、典型的には０．４ミリメートル（ｍｍ）の範囲内である。幾何学的位相レンズの直径は、典型的には２５ｍｍの範囲内である。例えば、幾何学的位相レンズの表面積は、１２０×１２０ｍｍ^２である。

【0023】

図１は、入射光ビーム１００を受けるように意図された本発明による偏光分離装置１の様々な要素を表す。一般に、この入射光ビーム１００は、コリメートされる。代替的に、入射光ビーム１００は、装置１の入射側でコリメートされない。

【0024】

装置１は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と、第二の幾何学的位相レンズＬ_２とを含む。任意選択により、装置１は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間の並進移動手段５及び／又は第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とを回転させるための手段７と、レンズ９及び／又は１／４波長遅延板１１とを含む。

【0025】

図２～４に示されているように、第一の幾何学的位相レンズＬ_１は、第一の光学中心Ｏ_１、第一の光軸Ｚ_１及び第一の焦点距離Ｆ_１を有する。第一の光軸Ｚ_１は、第一の幾何学的位相レンズＬ１の平坦面と直交し、第一の光学中心Ｏ_１を通る。第二の幾何学的位相レンズＬ_２は、第二の光学中心Ｏ_２、第二の光軸Ｚ_２及び第二の焦点距離Ｆ_２を有する。第二の光軸Ｚ_２は、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の平坦面と直交し、第二の光学中心Ｏ_２を通る。好ましくは、第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２は、焦点距離Ｆと等しく、ビームは、コリメートされた状態に保たれる。装置は、第一の焦点距離Ｆ_１と第二の焦点距離Ｆ_２とが異なるが、例えば１０％以下の差で近接している場合にも動作する。

【0026】

ここで、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、球面屈折力を有する。第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、１つの円偏光で収束し、他の円偏光で発散する。この場合、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、それぞれ第一の光軸Ｚ_１上の焦点Ｆ_１及び－Ｆ_１並びに第二の光軸Ｚ_２上の焦点Ｆ_２及び－Ｆ_２で合焦する。代替的に、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、円柱屈折力を有し、１つの円偏光で収束し、他の円偏光で発散する。円柱屈折力を有するレンズの場合、例えば第一の幾何学的位相レンズＬ_１が円柱屈折力を有する場合、第一の光軸Ｚ_１に平行な軸を有するコリメートされた入射光ビームは、１つの円偏光では、焦点Ｆ_１を通る第一の光軸Ｚ_１と直交する線分に従って、且つ他の円偏光では、焦点－Ｆ_１を通る第一の光軸Ｚ_１と直交する他の線分に従って合焦する。これらが球面屈折力を有するか又は円柱屈折力を有するかを問わず、これらの幾何学的位相レンズは、従来の球面又はシリンドリカルレンズが非球面又は非球面シリンドリカルレンズと呼ばれる場合にあり得るように異なる幾何学収差を有する。その設計に応じて、幾何学的位相レンズの幾何学収差は、より小さいことができる。幾何学的位相レンズは、所定のスペクトルバンドにわたる色収差についても補正され得る。

【0027】

第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、同じ方向に位置付けられる。

【0028】

第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、第一の光軸Ｚ_１に従って相互に接触するか又は第一の距離Ｄだけ分離される。実際に、この第一の距離Ｄは、第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２より小さい。例えば、第一の距離Ｄは、第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２の２０％未満である。好ましくは、第一の距離Ｄは、例えば、第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２の１０％未満である。換言すれば、第一の距離Ｄは、できるだけ小さい。第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２が焦点距離Ｆと等しい場合、第一の距離Ｄは、焦点距離Ｆより小さく、実際には焦点距離Ｆの２０％未満である。好ましくは、第一の距離Ｄは、焦点距離Ｆの１０％未満である。好ましくは、第一の距離Ｄは、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間の干渉の形成を回避するために非ゼロである。図２において、第一の距離Ｄは、例えば、０．５ｍｍの範囲内である。

【0029】

一般に、第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とは、数度未満の角度を形成する。以下において、第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とは、例えば、平行である。

【0030】

装置１は、第二の光学中心Ｏ_２が、第一の光軸Ｚ_１に従い、図２～４に表される正規直交準拠枠ＸＹＺにより画定される軸Ｚを横断するように、第二の幾何学的位相レンズＬ_２上への第一の光学中心Ｏ_１の投射Ｐ１に対して第二の距離ｅだけオフセットされる（したがって、この場合、第二の距離ｅは、固定される）ように構成される。

【0031】

例えば、第二の距離ｅは、装置１の製造時に固定され得る。

【0032】

任意選択により、装置１は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間の並進移動手段５をさらに含む。並進移動手段５は、第一の光軸Ｚ_１を（及び例えば第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とが平行である場合、第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とが平行である場合には第二の光軸Ｚ_２も）横断する方向に従って第二の距離ｅを調整するように適合される。実際に、並進移動手段５は、したがって、第二の幾何学的位相レンズＬ_２を、第一の光軸Ｚ_１を横断する方向に従って第二の距離ｅだけオフセットするように適合される。この例において、第二の幾何学的位相レンズＬ_２上への第一の光軸Ｚ_１に従った第一の光学中心Ｏ_１の投射Ｐ_１は、第二の光学中心Ｏ_２から第二の距離ｅに配置される。この場合、第二の距離ｅは、例えば、５ｍｍの範囲内である。

【0033】

任意選択により、装置１は、いわゆる補償レンズ（その機能については、後に説明する）を含む。例えば、このレンズ９は、従来の発散レンズである。図５に表されているように、レンズ９は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２の後に位置付けられる。代替的に、レンズ９は、装置１の入射側に位置付けられ得る。

【0034】

さらに任意選択により、装置１は、１／４波長遅延板１１を含む。図６及び７に表されているように、１／４波長遅延板１１は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２の後、ここでは補償レンズ９の後に位置付けられる。

【0035】

図２は、本発明による偏光分離装置１の第一の実施形態を表す。好ましくは、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、同じ焦点距離Ｆを有する。例えば、焦点距離Ｆは、４０～１００ｍｍ、典型的には５０ｍｍの範囲内である。

【0036】

ここで、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、相互に接触して又は近接して設置される。したがって、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間の第一の距離Ｄは、焦点距離Ｆと比較して小さい。例えば、第一の距離Ｄは、３ｍｍの範囲内である。

【0037】

この第一の実施形態において、入射光ビーム１００の伝搬方向は、第一の光軸Ｚ_１及び第二の光軸Ｚ_２に平行である。

【0038】

この第一の実施形態によれば、第二の光学中心Ｏ_２は、第一の光軸Ｚ_１及び第二の光軸Ｚ_２に平行な入射光ビーム１００の伝搬軸を横断する方向において、第一の光軸Ｚ_１に対して第二の距離ｅだけオフセットされている。第二の距離ｅは、１００μｍ～数ミリメートルである。

【0039】

例えば、図２に示されているように、並進移動手段により又は第二の距離が構成時に固定される場合、構成時、第二の光軸Ｚ_２は、第一の光軸Ｚ_１に対して第二の距離ｅだけオフセットされる。第一の光軸Ｚ_１に対する第二の光軸Ｚ_２のオフセット方向は、正規直交準拠枠ＸＹＺにおいて第一の光軸Ｚ_１に対する第二の光学中心Ｏ_２の位置からも画定される。例えば、オフセット方向は、軸Ｚと直交する平面ＸＹ内の第二の光学中心Ｏ_２の位置から画定される。代替的に、オフセット方向は、入射光ビーム１００の伝搬軸に対する第二の光学中心Ｏ_２の位置から画定され得る。

【0040】

実際に、例えば入射光ビーム１００の右円偏光成分を考えると、その動作及びその方位により、第一の幾何学的位相レンズＬ_１は、例えば、焦点距離Ｆの収束レンズのように動作する。他方では、第二の幾何学的位相レンズＬ_２は、左円入射偏光で焦点距離－Ｆの発散レンズのように動作するように方向付けられる。換言すれば、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、第一の円偏光状態について同じ符号の屈折力及び第一の円偏光状態と直交する他の円偏光状態について反対の符号の屈折力を有するように配置される。

【0041】

第一の幾何学的位相レンズＬ_１の射出側において、入射光ビーム１００の右円偏光成分は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１の特性により左円偏光を有する第一の中間光ビーム１１５に変換される。第一の中間光ビーム１１５は、焦点Ｆ_１の平面内で合焦される。焦点Ｆ_１は、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の焦点Ｆ_２に近いため、後者は、第二の偏光ビーム１２０を形成し、これは、一般に、コリメートされる。焦点Ｆ_１と焦点Ｆ_２との間に第二の距離ｅのオフセットが存在するため、第二の偏光ビーム１２０は、軸Ｏ_２Ｆ_１に従って角度的に発散する。したがって、この第一の中間光ビーム１１５は、第二の偏光ビーム１２０に変換され、これは、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の特性により右円偏光を有する。

【0042】

幾何光学の法則により、入射光ビーム１００の右円偏光成分の展開をプロットして、右円偏光を有する第二の偏光ビーム１２０を得ることができる。右円偏光成分の経路は、図２において実線で示されている。

【0043】

対称的に、入射光ビーム１００の左円偏光成分を考えると、第一の幾何学的位相レンズＬ_１は、焦点距離－Ｆの発散レンズのように動作する。他方では、第二の幾何学的位相レンズＬ_２は、焦点距離Ｆの収束レンズのように動作する。

【0044】

第一の幾何学的位相レンズＬ_１の射出側において、入射光ビーム１００の左円偏光成分は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１の特性により右円偏光を有する第二の中間光ビーム１０５に変換され、焦点－Ｆ_１の平面に合焦される。その後、この第二の中間光ビーム１０５は、第一の偏光ビーム１１０に変換され、これは、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の特性により左円偏光を特徴とする。第二の中間光ビーム１０５は、焦点－Ｆ_１の平面内に合焦される。焦点－Ｆ_１は、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の焦点－Ｆ_２に近いため、後者は、第一の偏光ビーム１１０を形成し、これは、一般に、コリメートされる。焦点－Ｆ_１と焦点－Ｆ_２との間に第二の距離ｅのオフセットがあるため、第一の偏光ビーム１１０は、平面ＹＺ内の軸－Ｆ_１Ｏ_２に従って角度的に発散する。偏光角度

【数1】

は、ｅ／Ｆの範囲内である。

【0045】

幾何光学の法則により、左円成分の展開をプロットして、左円偏光を有する第一の偏光ビーム１１０を得ることができる。左円偏光成分の経路は、図２において点線で表されている。

【0046】

図２に示されるように、本発明によれば、有利には、入射光ビーム１００は、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０とに角度的に分離される。本発明によれば、有利には、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０とは、直交する偏光を有する。本明細書では、例えば、第一の偏光ビーム１１０は、左円偏光を有し、第二の偏光ビーム１２０は、右円偏光を有する。分離角度δは、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０との間に画定される。この分離角度δは、第二の距離ｅ及び焦点距離Ｆに依存する。第一の距離Ｄが焦点距離Ｆと比較して短すぎ、第二の距離ｅが焦点距離Ｆと比較して短すぎる場合、分離角度δは、以下の関係により近似的に与えられる。
［式１］

【数2】

【0047】

本発明によれば、入射光ビーム１００の右円偏光及び左円偏光の分離面は、入射光ビーム１００の伝搬軸及び第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２とを結ぶ線に平行である。

【0048】

焦点距離Ｆが５０ｍｍの範囲内である例において、したがって角度分離の法則により、４０ｍｒａｄ／ｍｍ（すなわち２．３度／ｍｍ）の範囲内である、２つの偏光ビーム間のオフセットδ／ｅが得られる。

【0049】

したがって、分離角度δは、第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２との間の第二の距離ｅを変化させることによって調整可能である。実際に、分離角度δは、第二の幾何学的位相レンズＬ_２を変位させて第二の距離ｅを変化させることによって調整可能である。本発明によれば、２つの幾何学的位相レンズの組合せは、固定された分離角度を有する既知の偏光分離器と対照的に、装置１の射出側における偏光の分離角度を調整できる。第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２の相対位置に対する平面ＸＹ内の第二の距離ｅの方位によっても偏光ビーム１１０、１２０の分離平面を方向付けることができる。実際に、偏光ビーム１１０、１２０の分離は、第一の光軸Ｚ_１及び第二の光軸Ｚ_２を含む平面において見られる。加えて、偏光分離装置１は、幾何学的位相レンズの嵩が小さいため、薄型である。例えば、装置１の厚さは、１．５ｍｍ未満、典型的には１．３ｍｍの範囲内である（既知の装置の約２０ｍｍと対照的）。

【0050】

本発明による装置１は、厚さを増大させずに、イメージング応用に有益な大径光ビームを操作するように適合される。例えば、０．５ｍｍに距離において且つ光軸を５ｍｍオフセットして設置された直径２５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの幾何学的位相レンズを含み、したがって全体の厚さが１．３ｍｍの本発明による偏光分離装置により、直径２０ｍｍのビームの偏光分離を行うことができる。一般に、この種の光ビームを処理できる既知の偏光分離器の厚さは、２０ｍｍの範囲内である。

【0051】

図３は、本発明による偏光分離装置１の第二の実施形態を表す。

【0052】

任意選択により、装置１は表して第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とを回転させるための手段７も含む。回転手段７は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とを同時に傾斜させるように適合され、それにより、第一の光軸Ｚ_１は、入射光ビーム１００の伝搬軸に対して角度θを形成する。回転手段７は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とを同時回転中に相互に平行に保つ。

【0053】

この第二の実施形態によれば、第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２との間に導入されるオフセットは、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との共同傾斜のみで得ることができる。図３に示される例において、第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とは、一致している。第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、例えば、回転手段７を介して同時に傾斜され、それにより入射光ビーム１００の伝搬軸と第一の光軸Ｚ_１（本明細書では第二の光軸Ｚ_２と一致している）との間に傾斜角度θ_１が導入される。したがって、入射光ビーム１００の伝搬方向は、第一の光軸Ｚ_１及び第二の光軸Ｚ_２に対して傾斜角度θ_１だけ傾斜される。傾斜角度θ_１は、０～９０度（すなわち０～１．５７ラジアン）であり、好ましくは２０度未満である（傾斜角度が小さい場合）。

【0054】

第二の光学中心Ｏ_２は、第二の幾何学的位相レンズＬ_２上への第一の光軸Ｚ_１に従った第一の光学中心Ｏ_１の投射Ｐ_１に対して、正規直交準拠枠ＸＹＺにより画定される軸Ｚを横断する方向に第二の距離ｅだけオフセットされる。

【0055】

この場合、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との共同回転により導入されるオフセットは、第二の幾何学的位相レンズＬ_２上への第一の光軸Ｚ_１に従った第一の光学中心Ｏ_１の投射Ｐ_１に対応し、Ｄ．ｔａｎ（θ１）と等しい。最後に、分離角度δは、以下の近似関係により与えられる。
［式２］

【数3】

【0056】

３ｍｍの範囲内の第一の距離Ｄ及び傾斜角度θ_１の小さい値（数度の範囲内であり、実際には２０度未満）の場合、角度分離の法則δ／θ_１は、０．１２の範囲内である。

【0057】

この例において、入射光ビーム１００の右円偏光及び左円偏光の分離平面は、入射光ビーム１００の伝搬軸及び第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２とにつながる線に平行である。

【0058】

代替的に、第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２との間に導入されるオフセットは、前述のような横方向のオフセット及び入射光ビーム１００に対する第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との共同傾斜の組合せによって得ることができる。第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、回転手段７によって同時に傾斜され、それにより入射光ビーム１００の伝搬軸と第一の光軸Ｚ_１との間に傾斜角度θ_１が導入される。第一の光軸Ｚ_１と第二の光軸Ｚ_２とは、平行であるため、入射光ビーム１００の伝搬軸と第二の光軸Ｚ_２との間に同じ角度θ_１が見られる。傾斜角度θ_１は、０～９０°（すなわち０～１．５７ラジアン）、好ましくは２０°未満（小さい傾斜角度の場合）である。

【0059】

図４は、本発明による偏光分離装置１のこの変形形態を示す。これは、第一の実施形態の変形形態に対応し、第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２によって形成されるセットが傾けられる。換言すれば、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２とは、入射光ビーム１００の伝搬軸を横断する方向に第二の距離ｅ_１だけオフセットされ、その後、例えば回転手段７によって傾けられ、それにより、入射光ビーム１００の伝搬軸と第一の光軸Ｚ_１とは、他の傾斜角度θ_２を形成する。したがって、入射光ビーム１００の伝搬方向は、第一の光軸Ｚ_１及び第二の光軸Ｚ_２に対して他方の傾斜角度θ_２だけ傾けられる。実際に、傾斜角度θ_２は、２０°未満である。

【0060】

この場合、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との共同回転により導入される、第一の光学中心Ｏ_１の投射Ｐ_１と第二の光学中心Ｏ_２との間のオフセットは、Ｄ．ｔａｎ（θ_２）と等しい。また、最後に、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０との間の分離角度δは、以下の関係により与えられる。
［式３］

【数4】

【0061】

第二の距離ｅ_１は、構成時に固定され得る。有利には、この変形形態では、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との共同傾斜により、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間において、横断方向への調整可能なオフセットをより低コストで導入できる。

【0062】

前述のように且つまた図５に示されるように、装置１は、任意選択により、レンズ９を含み得る。このレンズ９は、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間において、第一の距離Ｄにより定量化される長さ方向の距離を空けることから生じるデフォーカス現象を補償するように適合される。したがって、このレンズ９により、偏光ビームもコリメートされること、すなわちその曲率半径が無限大となることが確実となる。レンズ９は、装置１の射出側における収差の導入を限定するように選択される。例えば、レンズ９は、従来の発散レンズである。

【0063】

実際に、第一の幾何学的位相レンズＬ_１と第二の幾何学的位相レンズＬ_２との間の第一の距離Ｄは、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０との間の焦点ずれの原因となり得る。

【0064】

２つの偏光ビーム間の相対的焦点ずれΔは、各偏光に関連する曲率半径に依存し、２つの対応する屈折力間の偏差として表現される。

【0065】

実際に、入射光ビーム１００（例えば、図５に示される光源２により発せられる）の右円偏光成分に関して、関連する曲率半径は、以下の関係により与えられる。
［式４］

【数5】

【0066】

入射光ビーム１００の左円偏光成分に関して、関連する曲率半径は、以下の関係により与えられる。
［式５］

【数6】

【0067】

したがって、場合により補償される相対的焦点ずれΔは、以下の関係により与えられる。
［式６］

【数7】

【0068】

レンズ９の焦点距離は、特定された相対的焦点ずれΔを縮小するように特定される。ここで、レンズ９は、偏光ビームの偏光及び角度分離δに影響を与えない。

【0069】

例えば、幾何学的位相レンズの焦点距離がＦ＝５０ｍｍと等しく、２つの幾何学的位相レンズ間の長さ方向の距離がＤ＝３ｍｍと等しい場合、２つの偏光に関連する曲率半径は、Ｒ_１＝－７８３ｍｍ、Ｒ_２＝－８８３ｍｍの範囲内である。関連する相対的焦点ずれΔは、Δ＝０．１４６ディオプトリの範囲である。例えば、焦点距離ｆ＝－１０００ｍｍの発散レンズ９が射出側において第二の幾何学的位相レンズＬ_２を背景にして位置付けられる。したがって、補正された曲率半径は、Ｒ_１＝－３６０８ｍｍ、Ｒ_２＝－７５４７ｍｍと推定される。

【0070】

代替的に、第一の距離Ｄの値を、相対的焦点ずれΔを補償するように特定することができる。この目的のために、平均曲率半径Ｒ_ａｖの値が事前に固定され得る。この固定値は、選択されたレンズによって補償できるように選択される。平均曲率半径は、以下の関係により与えられる。
［式７］

【数8】

【0071】

第一の距離Ｄは、平均曲率半径Ｒ_ａｖの固定値から特定される。例えば、平均曲率半径Ｒ_ａｖがＲ_ａｖ＝１０００ｍｍに固定され、幾何学的位相レンズの焦点距離がＦ＝５０ｍｍと等しい場合、得られる第一の距離Ｄは、Ｄ＝２．５ｍｍと等しい。２つの偏光に関連する曲率半径は、したがって、Ｒ_１＝９５０ｍｍ、Ｒ_２＝１０５０ｍｍと等しくなる。焦点距離がｆ＝－１０００ｍｍと等しい発散レンズ９が導入され、変更された曲率半径がＲ_１＝－１９０００ｍｍ、Ｒ_２＝２１０００ｍｍと等しいと、相対的焦点ずれΔ）を軽減させることができる。

【0072】

偏光分離装置２は、任意選択により、１／４波長遅延板１１も含み得る。１／４波長遅延板は、第二の幾何学的位相レンズＬ_２の射出側に位置付けられる。１／４波長遅延板１１により、直交円偏光を直交直線偏光に変換できる。したがって、入射光ビームを、直交直線偏光を有する２つの光ビームに角度的に分離する偏光分離装置が得られる。したがって、２つの幾何学的位相レンズ及び１／４波長遅延板の組合せにより、薄型装置の形態でウォラストンプリズムを再現できる。

【0073】

差動式干渉計の応用では、１／４波長遅延板により、偏光ビームを、例えばこれらのビームが検査対象の表面で反射する場合に再結合することができる。

【0074】

これは、特に偏光分離装置１が差動式干渉計システムに組み込まれる場合（図６及び７）に当てはまる。この技術により、２つの光路の相対的ばらつきを測定することができる。例えば、表面２０のプラズマエッチング又はエロージョンの場合、偏光ビームの一方は、腐食領域２２によって反射され、他方の偏光ビームは、保護された領域２５により反射される。

【0075】

この場合、装置１は、反射ビームのコンバイナの役割を果たし、これらが装置１によって再び分離されないように、１／４波長遅延板１１により、順方向と逆方向とで偏光を反転させることができる。

【0076】

図６に示される差動式干渉計システム５０の第一の例によれば、装置１は、前述の第一の実施形態により製作される。差動式干渉計システム５０は、光源２、（非偏光型）分離装置３０及び検出ユニット４０を含む。これらの要素は、従来使用されているものと同じであり、ここで詳細に説明しない。

【0077】

装置１において、１／４波長遅延板１１は、例えば、焦点ずれを補償するためにレンズ９の後に位置付けられる。したがって、１／４波長板１１により、入射ビームの直線偏光への変換及び反射ビームの円偏光への変換が可能となる。

【0078】

図７に示される差動式干渉計システム５２の第二の例によれば、装置１は、第二の実施形態により製作され、この場合、幾何学的位相レンズの横方向のオフセットは見られず、２つの幾何学的位相レンズの共同回転のみで第一の光学中心Ｏ_１と第二の光学中心Ｏ_２との間のオフセットが得られる。

【0079】

さらに代替的に（図示せず）、差動式干渉計システムは、図４に示されるような偏光分離装置１を含み得る。

【0080】

図８は、本発明による偏光分離装置１の他の実施形態を表す。この他の実施形態によれば、装置１は、幾何学的レンズの２つの対、すなわち一方では第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２並びに他方では第三の幾何学的位相レンズＬ_３及び第四の幾何学的位相レンズＬ_４を含む。幾何学的位相レンズＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３及びＬ_４は、入射光ビーム１００の伝搬軸上で直列に位置付けられ、第二の幾何学的位相レンズＬ_２と第三の幾何学的位相レンズＬ_３との間に第五の距離Ｓ_１が空けられている。

【0081】

例えば、第三の幾何学的位相レンズＬ_３は、第三の光学中心Ｏ_３、第三の光軸Ｚ_３及び第三の焦点距離Ｆ_３を有する。第四の幾何学的位相レンズＬ_４は、第四の光学中心Ｏ_４、第四の光軸Ｚ_４及び第四の焦点距離Ｆ_４を有する。好ましくは、第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４は、焦点距離Ｆと等しい（第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２と同様）。代替的に、第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４は、焦点距離Ｆ（第一の焦点距離Ｆ_１及び第二の焦点距離Ｆ_２がこれと等しい）と異なる他の焦点距離Ｆ_Ａと等しいことができる。装置は、第三の焦点距離Ｆ_３と第四の焦点距離Ｆ_４とが相互に異なるが、依然として例えば１０％以下の差で近い場合にも動作する。

【0082】

ここで、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、球面屈折力を有する。第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、それぞれ１つの円偏光で収束し、他の円偏光で発散するように方向付けられる。この場合、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、それぞれ第三の光軸Ｚ_３上の焦点Ｆ_３及び－Ｆ_３並びにまた第四の光軸Ｚ_４上の焦点Ｆ_４及び－Ｆ_４で合焦する。代替的に、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、円柱屈折力を有し、１つの円偏光で収束し、他の円偏光で発散する。円柱屈折力を有するレンズの場合、例えば第三の幾何学的位相レンズＬ_３が円柱屈折力を有する場合、第三の光軸Ｚ_３と平行な軸を有するコリメートされた入射光ビームは、円偏光について焦点Ｆ_３を通る第三の光軸Ｚ_３と直交する線分に従って、且つまた他の円偏光では、焦点－Ｆ_３を通る第三の光軸Ｚ_３と直交する他の線分に従って合焦される。これらが球面屈折力を有するか又は円柱屈折力を有するかを問わず、これらの幾何学的位相レンズは、従来の球面又はシリンドリカルレンズが非球面又は非球面シリンドリカルレンズと呼ばれる場合にあり得るように異なる幾何学的収差について補正できる。

【0083】

第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、同じ方向に位置付けられる。例えば、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２と同じ方向に位置付けられる。代替的に、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、第一の幾何学的位相レンズＬ_１及び第二の幾何学的位相レンズＬ_２と反対方向に位置付けられ得る。

【0084】

一般に、第三の光軸Ｚ_３と第四の光軸Ｚ_４とは、数度未満の角度を形成する。以下において、第三の光軸Ｚ_３と第四の光軸Ｚ_４とは、平行である。代替的に、第三の光軸Ｚ_３と第四の光軸Ｚ_４とは、一致している。

【0085】

第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、第一の光軸Ｚ_１に従って接触するか又は第三の距離Ｄ’だけ相互に分離される。実際に、この第三の距離Ｄ’は、第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４より小さい。第三の距離Ｄ’は、第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４の２０％未満である。好ましくは、第三の距離Ｄ’は、例えば、第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４の１０％未満である。換言すれば、第三の距離Ｄ’は、できるだけ小さい。第三の焦点距離Ｆ_３及び第四の焦点距離Ｆ_４が焦点距離Ｆと等しい場合、第三の距離Ｄ’は、焦点距離Ｆより小さい。

【0086】

ここで、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４とは、相互に近接して設置される（第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４との間の距離Ｄ’は、したがって、焦点距離Ｆと比較して小さい）。例えば、第三の距離Ｄ’は、３ｍｍの範囲内である。

【0087】

この第三の実施形態によれば、第四の光学中心Ｏ_４は、入射光ビーム１００の伝搬軸を横断する方向に第一の光軸Ｚ_１に対して非ゼロの第四の距離ｅ’だけオフセットされる。実際に、ここで、装置１は、例えば、第三の幾何学的位相レンズＬ_３と第四の幾何学的位相レンズＬ_４との間の他の並進移動手段を含む。第四の距離ｅ’は、１００μｍ～数ミリメートルである。構成時、第四の幾何学的位相レンズＬ_４上への第三の光軸Ｚ_３に従った第三の光学中心Ｏ_３の投射Ｐ_３は、第四の光学中心Ｏ_４から第四の距離ｅ’に配置される。

【0088】

他の並進移動手段は、第四の光学中心Ｏ_４を、第一の光軸Ｚ_１を横断する方向に従って第三の光学中心Ｏ_３に対して第四の距離ｅ’だけオフセットするように適合される。実際に、他の並進移動手段は、したがって、第四の幾何学的位相レンズＬ_４を、第一の光軸Ｚ_１を横断する方向に従って第四の距離ｅ’だけオフセットするように適合される。実際に、線分Ｐ_１Ｏ_２は、軸Ｚに直交する平面ＸＹ内に含まれ、線分Ｐ_３Ｏ_４は、軸Ｚと直交する他の平面ＺＹ内に含まれる。構成時、線分Ｐ_１Ｏ_２は、線分Ｐ_３Ｏ_４と反対の方向を有する。

【0089】

例えば、図８に示されるように、他の並進移動手段により、第四の光軸Ｚ_４は、第三の光軸Ｚ_３に対して第四の距離ｅ’だけオフセットされる。第三の光軸Ｚ_３に対する第四の光軸Ｚ_４の他のオフセット方向は、第一の光軸Ｚ_１に対する第四の光学中心Ｏ_４の位置から画定される。例えば、他のオフセット方向は、第三の光軸Ｚ_３に対する平面ＸＹ内の第四の光学中心Ｏ_４の位置から画定される。代替的に、他のオフセット方向は、入射光ビーム１００の伝搬軸に対する第四の光学中心Ｏ_４の位置から画定され得る。

【0090】

図８に示されるように、幾何学的位相レンズ（Ｌ_１、Ｌ_２）の第一の対は、幾何学的位相レンズ（Ｌ_３、Ｌ_４）の第二の対から第五の距離Ｓ_１だけ分離される。実際に、第一の光学中心Ｏ_１と第四の光学中心Ｏ_４とは、第五の距離Ｓ_１だけ分離される。

【0091】

図８に示されるように、本発明によれば、有利には、入射光ビーム１００は、まず、角度的に第一の偏光ビーム１１０及び第二の偏光ビーム１２０への偏光に分離される。本発明によれば、有利には、第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０とは、直交する円偏光を有する。第一の分離角度δ_１は、コリメートされた第一の偏光ビーム１１０と第二の偏光ビーム１２０との間に画定される。その後、第一の偏光ビーム１１０は、したがって、第二の分離角度δ_２だけ発散されて、第三の偏光ビーム１１４を形成する。第一の偏光ビーム１１０と第三の偏光ビーム１１４とは、同じ偏光を有する。第二の分離角度δ_２は、第一の偏光ビーム１１０と第三の偏光ビーム１１４との間に画定される。

【0092】

対称的に、第二の偏光ビーム１２０は、したがって、第二の分離角度δ_２／２だけ発散されて、第四の偏光ビーム１２２を形成する。第四の偏光ビーム１２２と第二の偏光ビーム１２０とは、同じ偏光を有する。同様に、第二の分離角度δ_２／２は、第四の偏光ビーム１２２と第二の偏光ビーム１２０とを分離する。

【0093】

図８に示される装置１の射出側の全体的な角度分離δ_３は、したがって、δ_３＝δ_１＋δ_２と等しい。

【0094】

図８に示されるように、第三の偏光ビーム１１４及び第四の偏光ビーム１２２の軸は、装置１の射出側で第六の距離Ｓ_２の点Ｉにおいて光学中心Ｏ_４と交差する。第六の距離Ｓ_２は、以下の関係により与えられる。
［式８］

【数9】

【0095】

したがって、第三の偏光ビーム１１４と第四の偏光ビーム１２２との交差は、一方では第一及び第二の幾何学的位相レンズ間の横方向のオフセット、他方では第三及び第四の幾何学的位相レンズ間の横方向のオフセット及び幾何学的位相レンズの２つの対を分離する第五の距離Ｓ_１に依存する。

【0096】

有利には、この第三の実施形態は、微分干渉光学顕微鏡に関連して使用され得る。この技術は、低い異質性を強調するために使用される。この目的のために、入射光ビームを角度的に分離することの他に、分離された２つの偏光が分離装置の外で交差することを確実にすることも興味深い。このような既知の装置は、ノマルスキプリズムに基づく。この既知の装置と比較して、本発明による偏光分離装置１の第三の実施形態は、より小型である。加えて、それは、偏光ビームの分離角度及び射出ビームの交差位置の調整が可能になるという利点を有する。また、顕微鏡の対物レンズが交換されるとき又は倍率可変対物レンズが使用されるとき、微分干渉モードの品質を保持できる。最後に、一種類の幾何学的位相レンズのみで複数の分離角度及び交差位置を実現できるため、製造が簡単になる。

【0097】

代替的に、装置１は、幾何学的位相レンズＬ_１の一部及び幾何学的位相レンズＬ_２の一部を含み得る。この場合、幾何学的位相レンズのそれらの部分は、フレネルレンズのように動作する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】