JP2002517710A - Method and apparatus for confocal interference microscopy using wavenumber domain reflectometer and background amplitude reduction and compensation - Google Patents

Method and apparatus for confocal interference microscopy using wavenumber domain reflectometer and background amplitude reduction and compensation

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JP2002517710A JP2000552462A JP2000552462A JP2002517710A JP 2002517710 A JP2002517710 A JP 2002517710A JP 2000552462 A JP2000552462 A JP 2000552462A JP 2000552462 A JP2000552462 A JP 2000552462A JP 2002517710 A JP2002517710 A JP 2002517710A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 対象(112)内及び又は該対象上の領域の焦点内画像は、広帯域点光源(90)からプローブビーム(P22B)及び参照ビーム(R22B)生成することにより対象の画像情報の誤差を減少するように焦点外画像から識別される。このとき、参照ビーム(R32B)に反対称空間特性を生成し、プローブビームを該領域のラインに合焦したビームに変換し、焦合戻りプローブビームを生成し、該焦合戻りプローブビーム(P32B)に反対称空間特性を生成する。次に、焦合戻りプローブビームは、空間フィルター処理され(P42A)、検出器システム(114)の検出器平面内のラインにそれ(P42A)を合焦するため分散エレメントを通過される。参照ビームは、空間フィルター処理され(R42A)、検出器平面内のラインにそれ(R42A)を合焦するため分散エレメントを通過される。焦点外画像点からのビームが空間フィルター処理され(P62A)、分散エレメント(P62C)を通過される。検出器平面内で空間フィルター処理された参照ビーム(R42C)は、検出器平面内で空間フィルター処理された、焦点外画像点からのビーム(P62C)及び焦合戻りプローブビーム(P42C)と干渉される。空間フィルター処理された焦合戻りプローブビーム(P42C)の振幅は、検出器平面内で空間フィルター処理された、焦合戻りプローブビーム(P42C)及び参照ビーム(R42C)の間の干渉項として検出器システム(114)により検出される。これによって検出器平面内で空間フィルター処理された、焦点外画像ビーム(P62C)及び参照ビーム(R42C)の振幅の間の干渉項の振幅は実質的に減少され、対象の画像情報を表すため検出器システム(114)により生成されたデータの誤差を減少させる。 (57) Abstract: An in-focus image of an object (112) and / or an area on the object is obtained by generating a probe beam (P22B) and a reference beam (R22B) from a broadband point light source (90). It is identified from the out-of-focus image to reduce errors in the image information of interest. At this time, an antisymmetric spatial characteristic is generated in the reference beam (R32B), the probe beam is converted into a beam focused on a line in the region, a focus return probe beam is generated, and the focus return probe beam (P32B) is generated. ) To generate an antisymmetric spatial characteristic. Next, the refocused probe beam is spatially filtered (P42A) and passed through a dispersive element to focus it (P42A) on a line in the detector plane of the detector system (114). The reference beam is spatially filtered (R42A) and passed through a dispersive element to focus it (R42A) on a line in the detector plane. The beam from the out-of-focus image point is spatially filtered (P62A) and passed through a dispersive element (P62C). The spatially filtered reference beam (R42C) in the detector plane is interfered with the spatially filtered beam from the out-of-focus image point (P62C) and the in-focus probe beam (P42C) in the detector plane. You. The amplitude of the spatially filtered focused return probe beam (P42C) is calculated as the interference term between the spatially filtered focused return probe beam (P42C) and the reference beam (R42C) in the detector plane. Detected by system (114). This substantially reduces the amplitude of the interference terms between the amplitudes of the out-of-focus image beam (P62C) and the reference beam (R42C), which are spatially filtered in the detector plane, and are detected to represent image information of interest. Error in the data generated by the detector system (114).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、光学的および音響学的画像形成に関し、こうした画像を使用して、
光データの記憶および検索、並びに生物サンプル、ウエーハ、集積回路、光ディ
スクおよびその他のサンプルの精密測定を行うことを含む。
The present invention relates to optical and acoustic imaging, and uses such images to
Includes storing and retrieving optical data, and performing precision measurements on biological samples, wafers, integrated circuits, optical disks, and other samples.

【0002】[0002]

【従来技術】[Prior art]

本発明は、物体または物体断面の焦点内画像を迅速かつ正確に生成する技術で
あって、焦点外前景および/または背景光源からの光信号の影響が、統計的およ
び系統的誤差の両方に関して最も排除される技術に関する。共焦および共焦干渉
顕微鏡は、たとえば生命科学、生物サンプルの研究、工業的検査、および半導体
測定学の分野に多くの用途を見出しつつある。これは、これらの技術道具の独自
の画像形成能力の故である。
The present invention is a technique for quickly and accurately generating an in-focus image of an object or an object cross-section, wherein the effects of light signals from out-of-focus foreground and / or background light sources are the best with respect to both statistical and systematic errors. Regarding technologies to be excluded. Confocal and confocal interference microscopes are finding many applications, for example, in the fields of life sciences, biological sample research, industrial inspection, and semiconductor metrology. This is due to the unique imaging capabilities of these technical tools.

【0003】 おそらくは、焦点外画像からの背景が焦合画像からの信号より有意に大きくな
ったとき、最も難しい多次元の画像処理に直面させられる。そのような環境は、
厚いサンプルの研究中、特に共焦システムの伝播モードとは対照的な反射モード
で作業するときに、頻繁に発生する。
[0003] Probably the most difficult multidimensional image processing is faced when the background from the out-of-focus image becomes significantly larger than the signal from the focused image. Such an environment
It frequently occurs during the study of thick samples, especially when working in the reflection mode as opposed to the propagation mode of a confocal system.

【0004】 3次元の顕微鏡的標本の体積特性(volume property)を決定するため2つの
一般的なアプローチが存在する。そのようなアプローチは、従来の顕微鏡及び共
焦顕微鏡に基づいている。一般には、従来の顕微鏡に関するアプローチは、共焦
顕微鏡に関するアプローチと比較して、データを得る時間がより少なくて済むが
、3次元画像のためのデータを処理する時間がより多く必要となる。
[0004] There are two general approaches for determining the volume properties of a three-dimensional microscopic specimen. Such an approach is based on conventional and confocal microscopes. In general, conventional microscopy approaches require less time to acquire data than approaches to confocal microscopes, but require more time to process data for a three-dimensional image.

【0005】 従来の画像処理システムでは、画像化されるべき対象の一部分がその最良の焦
点位置から光軸上に変位されたとき、その画像コントラストが減少するが、その
明るさは一定に保たれ、該画像の変位された焦点外部分は、該対象の焦合部分の
視野と干渉する。
In conventional image processing systems, when a portion of the object to be imaged is displaced on its optical axis from its best focus position, its image contrast decreases, but its brightness remains constant. , The displaced out-of-focus portion of the image interferes with the field of focus of the object.

【0006】 システムの点拡散関数(point-spread function)が知られており、対象の独
立した各々の区画に対して画像が得られた場合、焦点外の光により寄与された信
号を効率的に除去し、焦点の合ったデータのみを含む画像を生成するため、周知
のコンピュータアルゴリズムをそのような画像に適用することができる。そのよ
うなアルゴリズムは、いくつかの別個のタイプからなり、「コンピュータ−デコ
ンボルーション(deconvolutions)」と称され、一般に、高価なコンピュータ設
備、並びに、所望の統計的精度を得るために、かなりのコンピュータ処理時間と
相当量のデータとを必要とする。
[0006] The point-spread function of the system is known, and if an image is obtained for each independent section of the object, the signal contributed by out-of-focus light can be efficiently reduced. Well-known computer algorithms can be applied to such images to remove them and produce images containing only in-focus data. Such algorithms consist of several distinct types, termed "computer-deconvolutions", and are generally expensive in computer equipment, as well as considerable in order to obtain the desired statistical accuracy. Requires computer processing time and a significant amount of data.

【0007】 ワイドフィールド法(wide field method :WFM)(proc. Soc. PhotoOpt.
Instrum. Eng., SPIE, 1980年 264号の110頁〜117頁 D.A.アガード及びJ
.W.セダットによる「画像処理技術を利用した生体標本の3次元解析」、Anal
. Biochem. 1981年 111号の257頁〜268頁 D.A.アガード、R.A.シュタイ
ンバーグによる「電気泳動(Electrophoretograms)の定量解析:超分解能への
数学的アプローチ」、Methods Cell Biol. 1989年 30号の353頁〜377頁 D.A
.アガード、Y.ヒラオカ、P.ショー、及びJ.W.セダットによる「3次元
の蛍光顕微鏡」、Annue. Rev. Biophys. Bioeng. 1984年 13号の191頁〜219頁D
.A.アガードによる「光学的に区画する顕微鏡」、Sci. 1987年 238号の36頁
〜41頁 Y.ヒラオカ、J.W.セダット及びD.A.アガードによる「生体構
造の定量的光学顕微鏡に対する電荷結合素子の使用」、Sci. 1990年 248号の73
頁〜76頁 W.デンク、J.H.ストリンクラー及びW.W.ウェブによる「2
光子レーザ走査型蛍光顕微鏡」を参照)では、従来の顕微鏡を使用して、関心の
対象となっている容積全体に亘って隣接する焦点面の画像からなる組を、順次獲
得していく。各々の画像は、冷却された電荷結合素子(CCD)の画像センサ(
Sci. Am.1982年 247号の67頁〜74頁 J.クリスチャン及びM.ブルーケによ
る「天文学における電荷結合素子」)を使用することによって記録され、焦合画
像平面及び焦点外画像平面の両方からのデータを含んでいる。
The wide field method (WFM) (proc. Soc. PhotoOpt.
Instrum. Eng., SPIE, 1980, 264, pp. 110-117. A. Agard and J
. W. "3D Analysis of Biological Specimens Using Image Processing Technology" by Sedat, Anal
Biochem. 1981, 111, pp. 257-268. A. Agard, R.A. A. Steinberg, "Quantitative Analysis of Electrophoretograms: A Mathematical Approach to Superresolution", Methods Cell Biol. 1989, 30 pp. 353-377. A
. Agard, Y. Hiraoka, p. Shaw and J.C. W. "3D Fluorescence Microscopy" by Sedat, Annue. Rev. Biophys. Bioeng.
. A. Agard, "Optically Comparted Microscopes", Sci. 1987, 238, pp. 36-41. Hiraoka, J.M. W. Sedat and D.S. A. Agard, "Use of Charge-Coupled Devices for Quantitative Light Microscopy of Biological Structures," Sci. 1990 248 No. 73.
Page to page 76 Denk, J.C. H. Strinkler and W.C. W. "2
In a "photon laser scanning fluorescence microscope"), conventional microscopes are used to sequentially acquire sets of images of adjacent focal planes over the volume of interest. Each image is a cooled charge-coupled device (CCD) image sensor (
Sci. Am. 1982 247, pp. 67-74 Christian and M.S. It is recorded by using the "Charge Coupled Device in Astronomy" by Bruke) and contains data from both the in-focus and out-of-focus image planes.

【0008】 レーザを使用したコンピュータ演算断層撮影技術が、従来の顕微鏡を使用して
実行される。応用光学(Appl.Opt.)29号の3805頁〜3809頁(1990)に記
載された、S.カワタ、O.ナカムラ、T.ノダ、H.オオキ、K.オギノ、Y
.クロイワ及びS.ミナミによる「レーザを使用したコンピュータ演算断層撮影
用の顕微鏡」により論じられたシステムは、X線を使用したコンピュータ演算断
層放射線撮影の技術に密接に関連しているが、2次元スライスの再構成というよ
りも、3次元容積の再構成を用いている。厚い3次元サンプルの投影画像は、斜
め照明光学系で変更された従来の伝播顕微鏡で収集され、サンプル内部の3次元
構成はコンピュータによって再構成される。ここで、このデータは、3次元画像
用のデータを処理するのに要する時間と比較して短時間内に得られる。カワタな
ど(上記引用例)による一つの実験では、80×80×36−ボクセル(voxel
)の再構成は、全ての投影データを収集し、それらを小型コンピュータに送出す
るのに数分間を要した。次に、毎秒20メガ浮動小数点演算(MFLOPS)の
演算速度でベクトル演算プロセッサを使用したにも係わらず、画像のデジタル再
構成のために約30分間を要した。
[0008] Laser computed tomography techniques are performed using a conventional microscope. Supplied in Appl. Opt. No. 29, pp. 3805-3809 (1990). Kawata, O. Nakamura, T. Noda, H .; Ohki, K. Ogino, Y
. Kleiwa and S.A. The system discussed by Minami in "Microscopes for Computed Tomography Using Lasers" is closely related to the technology of computed tomography radiography using X-rays, but it is called reconstruction of two-dimensional slices. Rather, a three-dimensional volume reconstruction is used. Projection images of the thick three-dimensional sample are collected with a conventional propagation microscope modified with oblique illumination optics, and the three-dimensional configuration inside the sample is reconstructed by a computer. Here, this data is obtained within a short time as compared with the time required to process data for a three-dimensional image. In one experiment by Kawata et al. (Cited above), an 80 × 80 × 36-voxel was used.
Reconstruction required several minutes to collect all projection data and send them to a small computer. Next, digital reconstruction of the image took about 30 minutes, despite the use of a vector operation processor at an operation speed of 20 mega-floating point operations per second (MFLOPS).

【0009】 従来における、点即ちピンホール型式の共焦顕微鏡では、点光源からの光は、
いわゆるスポットとして知られる非常に小さい空間内に焦点を結ばれる。この顕
微鏡は、散乱されてスポットから反射された光か、或いは、該点検出器の上にス
ポットを通って伝播される光を焦点として結ぶ。反射点−共焦顕微鏡では、入射
光は、スポット中のサンプルのその部分によって反射、即ち、後方散乱される。
スポットの外側のサンプルによって反射即ち後方散乱される光は、検出器上に良
好には焦点を結ばれず、かくして、該光は拡散し、その結果、該検出器がそのよ
うな反射即ち後方散乱された光の小部分のみを受け取ることになる。伝播点−共
焦顕微鏡では、入射光がスポット中のサンプルのその部分により散乱又は吸収さ
れない限り、入射光は伝播される。一般には、点光源及び点検出器は、従来の光
源及び従来の検出器の前にピンホールを備えたマスクを各々配置することによっ
て、それに近いものが作られる。
In a conventional point or pinhole type confocal microscope, light from a point light source
It is focused in a very small space known as a so-called spot. The microscope focuses light scattered and reflected from the spot, or light propagating through the spot over the point detector. In a reflection point-confocal microscope, the incident light is reflected, or backscattered, by that portion of the sample in the spot.
Light reflected or backscattered by the sample outside the spot is not well focused on the detector, and thus the light is diffused so that the detector is not reflected or backscattered. Only a small portion of the light will be received. In a propagating point-confocal microscope, incident light is propagated unless it is scattered or absorbed by that portion of the sample in the spot. Generally, point light sources and point detectors are made closer by placing a mask with a pinhole in front of the conventional light source and the conventional detector, respectively.

【0010】 同様に、従来のスリット共焦顕微鏡システムでは、線光源からの光は、スポッ
トとしても周知されている非常に狭い長形空間内に集束する。スリット共焦顕微
鏡は、スポットから反射されるか、スポットによって散乱するかまたはスポット
を透過する光を線検出器上に集束させる。線光源および線検出器は、それぞれ従
来の光源の前面のスリットおよび従来の検出器の列を使用して近似させることが
できる。あるいは、線光源は、画像形成または検査される物体全体に集束したレ
ーザビームを掃引して近似させることができる。
[0010] Similarly, in a conventional slit confocal microscope system, light from a line light source is focused into a very narrow elongated space, also known as a spot. Slit confocal microscopes focus light on a line detector that is reflected from, scattered by, or transmitted through a spot. The line light source and line detector can be approximated using a slit on the front of a conventional light source and an array of conventional detectors, respectively. Alternatively, the line light source can sweep and approximate a laser beam focused over the object to be imaged or inspected.

【0011】 対象の小部分のみが共焦顕微鏡によって画像化されるので、対象の完全な2次
元像又は3次元像を生成するように十分な画像データを得るためには、画像化さ
れるべき対象を移動するか、或いは、光源及び検出器を移動するかのいずれかを
なさなければならない。以前のスリット共焦システムは、2次元画像データの連
続的な直線部分を得るため、スリットに対して垂直方向に対象を直線に沿って動
かしていた。他方において、ただ一つだけのピンホールを持つ点共焦システムは
、2次元画像データを得るためには2次元の仕方で動かされ、3次元画像データ
の組を得るためには3次元の仕方で動かさなければならない。未加工の画像デー
タは、典型的には格納されており、その後で検査即ち画像化される対象の2次元
断面又は3次元画像を形成するために処理される。従来の顕微鏡に対して焦点外
画像への感度を減少させることは、与えられた量のデータに対する統計的精度を
改善することにつながり、この処理操作は、従来の顕微鏡のアプローチで得られ
たデータを処理するとき要求される操作と比較して、かなり簡単になる。
Since only a small part of the object is imaged by the confocal microscope, it must be imaged in order to obtain enough image data to produce a complete two-dimensional or three-dimensional image of the object You must either move the object or move the light source and detector. Previous slit confocal systems have moved an object along a straight line perpendicular to the slit to obtain a continuous linear portion of the two-dimensional image data. On the other hand, point confocal systems with only one pinhole are moved in a two-dimensional manner to obtain two-dimensional image data and three-dimensional in order to obtain a set of three-dimensional image data. Must be moved. Raw image data is typically stored and subsequently processed to form a two-dimensional cross-section or three-dimensional image of the object to be inspected or imaged. Reducing the sensitivity to out-of-focus images relative to conventional microscopes leads to improved statistical accuracy for a given amount of data, and this processing operation is based on the data obtained with the conventional microscope approach. Is much simpler than the operations required when processing

【0012】 タンデム走査光学顕微鏡(TSOM)として知られたシステムでは、照明の螺
旋パターン及び検出器ピンホールがニプコー円板(Nipkow disk)の中に、その
円板が回転するとき食刻され、完全に固定された対象が2次元内で走査される[J
. Opt. Soc. A. 58号(5) 661頁〜664頁(1968)に記載されたM.ペトラン及
びG.S.キノによる「タンデム走査反射光式顕微鏡」と、Appl. Phys. Lett.
53号 716頁〜718頁(1988)に記載されたG.Q.キシアノ、T.R.コルレ、
及びG.S.キノによる「実時間共焦走査式光学顕微鏡」とを参照せよ]。光学
処理の点に関して、TSOMは、基本的に、2次元区画を一時刻に1点だけ効率
的に走査する手段を備えた単一点の共焦顕微鏡である。
In a system known as a tandem scanning optical microscope (TSOM), the helical pattern of illumination and the detector pinholes are etched into a Nipkow disk as the disk rotates and are completely etched. The object fixed to is scanned in two dimensions [J
Opt. Soc. A. 58 (5), pages 661 to 664 (1968). Petlan and G.E. S. "Tandem scanning reflected light microscope" by Kino and Appl. Phys. Lett.
No. 53, pages 716 to 718 (1988). Q. Kisiano, T.A. R. Corle,
And G. S. See Kino's "Real-time confocal scanning optical microscope." In terms of optical processing, the TSOM is basically a single-point confocal microscope with means for efficiently scanning a two-dimensional section one point at a time.

【0013】 共焦構成で2次元画像を得るとき要求される走査量を減少するため実行される
2つの技術例が、応用光学(Appl. Opt.)33号(4)、567頁〜572頁(
1994)に記載されたH.J.ティジアニ及びH.−M.ウーデによる「マイ
クロレンズ配列の共焦構成による3次元解析」の仕事と、J.カーステンズ、J
.R.マンデビレ及びF.Y.ウーによる「異なる高さにおける焦点容積を備え
たタンデム直線状走査型共焦画像処理システム」という標題の特許(1993年
9月に登録された米国特許番号5,248,876)との中に見出される。上記
引用したティジアニ及びウーデのマイクロレンズ配列共焦構成は、多数ピンホー
ル源及び共焦形状で多数要素を持つ検出器を使用したときと同じ焦点外画像識別
能力を有する。そのようなシステムは、多数の点を同時に検査することを可能に
するが、焦点外画像に対する識別で妥協している。マイクロレンズの密度を高く
すればするほど、焦点外画像に対して識別するシステムの能力はより低下し、そ
の結果として、3次元画像を生成するため要求されるコンピュータ−デコンボル
ーションの複雑さ及びコストを増加させる。更に、上記引用したティジアニ及び
ウーデのシステムは、軸範囲に重大な制限を持っている。この範囲は、マイクロ
レンズの焦点の長さを超えることができず、この焦点長さは、与えられた数字上
の開口に対して定められたマイクロレンズの直径に比例する。従って、マイクロ
レンズの数が増大するとき、これに関連して許される軸範囲が減少する。
Two techniques implemented to reduce the amount of scanning required when obtaining a two-dimensional image in a confocal configuration are described in Appl. Opt. No. 33 (4), pp. 567-572. (
1994). J. Tiziani and H.E. -M. Ude's work on "3D analysis by confocal construction of microlens array" Kirstens, J
. R. Mandeville and F.M. Y. U.S. Pat. No. 5,248,876, issued to Wu, entitled "Tandem Linear Scanning Confocal Imaging System with Focal Volumes at Different Heights", issued in September 1993. It is. The above-referenced Tiziani and Oude microlens array confocal configurations have the same out-of-focus image discrimination capability as when using a multiple pinhole source and a detector with multiple elements in a confocal configuration. Such a system allows a large number of points to be examined simultaneously, but compromises on identification for out-of-focus images. The higher the density of the microlenses, the lower the ability of the system to discriminate against out-of-focus images, and consequently the complexity of the computer-deconvolution required to generate three-dimensional images and Increase costs. Furthermore, the Tiziani and Oude systems cited above have significant limitations on axial range. This range cannot exceed the microlens focal length, which is proportional to the microlens diameter defined for a given numerical aperture. Thus, as the number of microlenses increases, the axial range allowed in this connection decreases.

【0014】 上記引用したカーステンズ等によるシステムは、多数のピンホールを組み込み
、多数の点を同時に検査することを可能にするため共焦構成の検出器を正確な位
置に合わせている。しかしながら、先のパラグラフで説明したように、このゲイ
ンは、焦点外画像に対する識別で妥協しており、その結果として、要求される継
時的なコンピュータ−デコンボルーションの複雑さ及びコストを増加させる。ピ
ンホールの密度を高くすればするほど、焦点外画像に対して識別するシステムの
能力はより低下する。最高の識別能力は、たった一つのピンホールを使用すると
き達成されよう。
The above-cited Kirstains et al. System incorporates a large number of pinholes and precisely aligns the detector in a confocal configuration to allow multiple points to be examined simultaneously. However, as explained in the previous paragraph, this gain compromises on identification for out-of-focus images, thereby increasing the required time-consuming computer-deconvolution complexity and cost. . The higher the density of pinholes, the lower the system's ability to discriminate against out-of-focus images. The best discrimination will be achieved when using only one pinhole.

【0015】 電子工学の検査に共焦顕微鏡を適用することは、マイクロエレクトロニクス−
エンジニアリング 5号、573頁〜580頁(1986)に記載されたT.ザ
ッフェ及びR.W.ウィンナエンヅ−フォン−レザンヅによる「極微小構造測定
のための共焦レーザ顕微鏡」及びSPIE、565号、81頁〜87頁(198
5)に記載されたJ.T.リンドウ、S.D.ベネット及びI.R.スミスによ
る「集積回路の計測学(Metrology)のための走査式レーザ画像処理」で提案さ
れている。共焦システムにより提供される軸上識別は、半導体製造環境において
役立つ。例えば、そのようなシステムは、層間剥離、気泡、及び構造体やコーテ
ィングの厚さなど、高さに依存する特徴の検査を改善するため提供することがで
きよう。しかしながら、電子工学の検査のため共焦画像処理システムを用いるこ
とに関連していくつかの問題がある。例えば、単一のピンホールシステムは、2
次元上で対象を走査するため非常に多大な時間を要する。対象上にレーザビーム
を走査するための光学システムは非常に複雑である。そして、前記したTSOM
で使用される回転するディスクを用いたアプローチは、整合及び維持において問
題を発生させる。
[0015] Applying a confocal microscope to the inspection of electronics requires microelectronics
Engineering No. 5, pages 573 to 580 (1986). Zaffe and R.A. W. "Confocal Laser Microscope for Microstructural Measurement" by Wiener En-Von-Lessan and SPIE, 565, pp. 81-87 (198
J. described in 5). T. Gentian, S. D. Bennett and I.S. R. Proposed in Smith, "Scanning laser image processing for integrated circuit metrology". The on-axis identification provided by the confocal system is useful in a semiconductor manufacturing environment. For example, such a system could be provided to improve inspection of height dependent features such as delamination, air bubbles, and thickness of structures and coatings. However, there are some problems associated with using confocal imaging systems for electronics inspection. For example, a single pinhole system would have 2
It takes a very long time to scan an object in a dimension. Optical systems for scanning a laser beam onto an object are very complex. And the above-mentioned TSOM
The approach with a rotating disk used in the above creates problems in alignment and maintenance.

【0016】 必要とされる異なる深さのスライスの数(及び従って収集される画像データの
量)は、測定されなければならない高さの範囲に依存し、必要とされる光学シス
テムの高さ解像度及び性能にも依存する。典型的な電子工学の検査では、10乃
至100の異なる深さのスライス画像が必要とされよう。更に、いくつかの色彩
バンドのデータが材料を識別するために必要とされ得る。共焦画像処理システム
では、別個の2次元走査が各々所望の高さに対して必要とされる。多数の色彩バ
ンドのデータが望まれる場合、各々の高さにおいて多数の2次元走査が必要とさ
れる。焦点レベルをシフトすることによって、同様のデータを隣接する平面から
得ることができ、そして3次元強度データのセットを獲得することができる。
The number of slices of different depths required (and thus the amount of image data collected) depends on the range of heights that have to be measured, and the required height resolution of the optical system And performance. In a typical electronics inspection, slice images of 10 to 100 different depths would be required. In addition, some color band data may be needed to identify the material. In confocal imaging systems, a separate two-dimensional scan is required for each desired height. If multiple color band data is desired, multiple two-dimensional scans at each height are required. By shifting the focus level, similar data can be obtained from adjacent planes and a set of three-dimensional intensity data can be obtained.

【0017】 かくして、従来技術の共焦顕微鏡システムのいずれも、特に検査又は画像化分
野において、迅速及び又は信頼性の高い3次元断層放射線撮影画像処理システム
を構成することができない。
Thus, none of the prior art confocal microscope systems can constitute a rapid and / or reliable three-dimensional tomography image processing system, especially in the field of inspection or imaging.

【0018】 共焦アプローチは、より直接的でより良好に作動するけれども、例えば共焦の
蛍光作用において、まだら構造の濃度が高いときには、従来の顕微鏡を用いたア
プローチは、それでもなお、いくつかの利点を持っている。これらのうち最も重
要なものは、後者が、紫外線(UV)の領域で励起される染料を利用することが
でき、該染料は、しばしば可視領域で励起される染料と比べてよりロバストで効
率的であるように思われるということである。紫外線レーザを、共焦顕微鏡の光
源として組み込むことができる[J.Microsc(Oxford) 1991年 163号(Pt.2), 201頁
〜210頁 M.モンタグ、J.クルリィーズ、R.ヨルゲンズ、H.グンドラッハ
、M.F.トレンデレンブルグ及びH.スプリングによる「共焦走査式紫外線レ
ーザ顕微鏡を用いた作業:高感度及び多数パラメータ蛍光で特定のDNAの位置
決定」; ニューロサイエンス(Neurosci).Res. 1991年10号の245頁〜259頁 K
.クバ、S.−Y.フア及びM.ノーミによる「ウシガエルの交換神経節細胞で
共焦レーザ走査式顕微鏡により測定された細胞間のCa2+の空間的及び動的変化
」;マイクロサイエンスジャーナル(J.Microsc)1993年169号(Pt.1),15頁〜26
頁 C.ブリットン、J.レヒライター及びD.E.クラッファムによる「紫外
波長の光及び可視波長の光により励起された染料で同時に共焦結像を可能にした
光学的変更」]、或いは、紫外線染料を「2光子」技術(上記引用したW.デン
クなどの技術)を用いた赤外(IR)光で励起することができる。これらの技術
は、相当高価であり、実際上の困難さを有している。
Although the confocal approach works better and more directly, for example in the case of confocal fluorescence, when the density of mottled structures is high, the approach using a conventional microscope is still Have advantages. The most important of these is that the latter can utilize dyes that are excited in the ultraviolet (UV) range, which are often more robust and efficient than dyes that are excited in the visible range. That seems to be. Ultraviolet lasers can be incorporated as light sources for confocal microscopes [J. Microsc (Oxford) 1991 163 (Pt. 2), pp. 201-210. Montag, J.M. Cruise, R.A. Jorgens, H.C. Gundrach, M .; F. Trendelenburg and H.E. Spring "Working with a Confocal Scanning Ultraviolet Laser Microscope: Positioning Specific DNA with High Sensitivity and Multiparameter Fluorescence"; Neurosci. Res. 1991, 10 pp. 245-259 K
. Kuba, S.M. -Y. Hua and M.S. "Spatial and dynamic changes in Ca2 + between cells measured by confocal laser scanning microscopy in bullfrog exchanged ganglion cells"; Microscience Journal (J. Microsc) 1993, 169 (Pt. 1), pp. 15-26
Page C. Britton, J.M. Relighters and D.I. E. FIG. "Optical modification enabling simultaneous confocal imaging with dyes excited by ultraviolet and visible wavelength light" by Clappham], or UV dyes in "two-photon" technology (W. Denck cited above). , Etc.) can be excited with infrared (IR) light. These techniques are rather expensive and have practical difficulties.

【0019】 更に、従来の顕微鏡システムで使用される冷却CCD検出器は、共焦顕微鏡シ
ステムで光電子増倍管(PMT)が行うように、直列というより並列にデータを
収集する。その結果、CCDを、その性能を低下させることなく、より迅速に読
み出すように作ることができる場合、従来の顕微鏡システムの3次元データ記録
率は、たとえコンピュータ−デコンボルーション演算に要する時間によって、そ
のデータが実際に3次元画像として見ることができる前に遅延時間が追加された
としても共焦顕微鏡システムの記録率よりも有意に高くなることが判明した。
Furthermore, cooled CCD detectors used in conventional microscope systems collect data in parallel rather than in series, as does a photomultiplier tube (PMT) in a confocal microscope system. As a result, if a CCD can be made to read more quickly without degrading its performance, the three-dimensional data recording rate of a conventional microscope system will depend on the time required for the computer-deconvolution operation, It has been found that even if the delay time is added before the data can be actually viewed as a three-dimensional image, it is significantly higher than the recording rate of the confocal microscope system.

【0020】 2次元データ列を並列に記録するために使用されるCCD検出器と、スリット
又はピンホール共焦顕微鏡との間で選択するとき、統計的精度に関連したS/N
比もまた考慮に入れなければならない。2次元CCDピクセルの良好な容量は、
200,000電子のオーダーを持つ。このことは、例えばPMTのもの又は光
発電装置などの他の光放射検出器で達成可能な統計的精度と比較して、単一露出
で達成し得る統計的精度を制限する。その結果、焦点の外れた背景の寄与が焦合
画像信号より有意に大きくなる、それらの応用に対して、S/N比の考慮は、他
の全ての考慮は等価な中で、スリット共焦顕微鏡におけるデータの1次元並列記
録は標準顕微鏡におけるデータの2次元記録より良好に働くと共に、単一のピン
ホール共焦顕微鏡におけるデータの外形に沿った即ち各点での逐一の記録は、ス
リット共焦顕微鏡におけるデータの1次元並列記録よりも良好に働くという結論
に導く。
When selecting between a CCD detector used to record a two-dimensional data stream in parallel and a slit or pinhole confocal microscope, the S / N associated with statistical accuracy
The ratio must also be taken into account. The good capacity of a two-dimensional CCD pixel is
It has an order of 200,000 electrons. This limits the statistical accuracy that can be achieved with a single exposure, as compared to the statistical accuracy that can be achieved with other optical radiation detectors, such as those of the PMT or photovoltaic devices. As a result, the contribution of the out-of-focus background is significantly greater than the focused image signal. For those applications, the S / N ratio consideration is the same as the slit confocal, while all other considerations are equivalent. The one-dimensional parallel recording of data in a microscope works better than the two-dimensional recording of data in a standard microscope, and the single recording of the data along a single pinhole confocal microscope, i. It leads to the conclusion that it works better than one-dimensional parallel recording of data in a focus microscope.

【0021】 S/N比により測定されたような統計的精度の考慮が、例えば標準顕微鏡を超
えたスリット共焦顕微鏡又はスリット共焦顕微鏡を超えた単一のピンホール共焦
顕微鏡などのシステムの選択に影響を及ぼすとき、選択されたシステムのための
焦点外画像からの残りの信号は、焦点の合っている信号と比べられるか或いはよ
り大きくなり得る。そのような場合には、例えば光学的放射の散乱が吸収を超え
て支配的であるところの光学的波長において生体サンプル中の深いところを検査
するときなどがある。この場合には、非常に長い、即ち、データを獲得するのに
要する時間と比べて長い、コンピュータ−デコンボルーションの必要性が残され
ている。このことは、残りの焦点外画像信号より遥かに小さい焦合画像信号を探
すとき、概して単一のピンホール共焦顕微鏡並びにスリット共焦顕微鏡にとって
事実である。
[0021] Consideration of statistical accuracy as measured by the S / N ratio is important for systems such as slit confocal microscopes over standard microscopes or single pinhole confocal microscopes over slit confocal microscopes. When affecting the selection, the remaining signal from the out-of-focus image for the selected system may be compared to or larger than the in-focus signal. Such cases include, for example, examining deep within biological samples at optical wavelengths where scattering of optical radiation is dominant over absorption. In this case, there remains a need for computer-deconvolution which is very long, i.e. longer than the time required to acquire the data. This is generally true for a single pinhole confocal microscope as well as a slit confocal microscope when looking for a focused image signal that is much smaller than the rest of the out-of-focus image signal.

【0022】 PMTからの信号よりもCCD検出器からの信号を正確にデジタル化すること
の方がより容易であるけれども(Scanning 1994年13号の184頁〜198頁 J.B.
パーレーによる「共焦光顕微鏡における根本的且つ実際的な制限」)、PMTは
高精度で特徴付けすることができる単一の装置であるが、その一方でCCDは実
際に個別の検出器からなる大きい配列であり、その動作を特徴付ける感度及びオ
フセットにおけるピクセル間の変動に対する修正操作が追加のノイズに係わる(
Y.ヒラオカなどの上記引用;Methods Cell Biol. 1989年29号 239頁〜267頁の
J.E.ワンプラー及びK.クッツによる「光電子増倍管及び画像検出器を使用
する定量蛍光顕微鏡」;Methods Cell Biol. 1989年30号 47頁〜83頁のZ.ジェリ
セビック、B.ウィーゼ、J.ブリアン及びL.C.スミスによる「画像システ
ムの妥当性:定量的研究のための顕微鏡画像システムを評価し有効にするための
ステップ」)。
Although it is easier to accurately digitize the signal from the CCD detector than the signal from the PMT (Scanning 1994, 13: 184-198, J.B.
"Radical and practical limitations in confocal light microscopy" by Parlay), the PMT is a single device that can be characterized with high accuracy, while the CCD actually consists of separate detectors Correction operations for pixel-to-pixel variations in sensitivity and offset that characterize the behavior of large arrays involve additional noise (
Y. Hiraoka et al., Supra; Methods Cell Biol. 1989, 29, pp. 239-267. E. FIG. Wampler and K. "Quantitative Fluorescence Microscopy Using a Photomultiplier Tube and an Image Detector" by Kutz; Methods Cell Biol. 1989 30, pp. 47-83; Weeze, J.M. Brian and L.M. C. "Validity of imaging systems: steps to evaluate and validate microscopic imaging systems for quantitative studies" by Smith).

【0023】 3次元顕微鏡の2つの方法で使用された光検出器間の上記識別は、完全である
とみなすべきではないことを記しておくべきである。冷却CCD検出器は、回転
ディスクの孔を使用することにより走査機能を達成する、それらの共焦顕微鏡の
ための最も適切な光検出器であるからである(ペトランなどの上記引用;キシア
ノなどの上記引用)。
It should be noted that the above discrimination between the photodetectors used in the two methods of the three-dimensional microscope should not be considered complete. Because cooled CCD detectors are the most suitable photodetectors for their confocal microscopes, which achieve the scanning function by using the holes of a rotating disk (cited above, such as Petran; Quoted above).

【0024】 「光学コヒーレンス−ドメインの反射率計(reflectmetry)(OCDR)とし
て知られた別の技術が、システムの3次元特性についての情報を得るために使用
されてきた。この方法は、次の論文に説明されている。(1)Opt. Lett. 1987
年 12(3)号 158頁〜160頁 R.C.ヤングクイスト、S.カー及びD.E.N.デービ
スによる「光学コヒーレンス−ドメインのレフレクター:新しい光学評価技術」
;(2)Appl.Opt. 1987年 26(9)号 1603頁〜1606頁 K.タカダ、I.ヨコハマ
、K.チバ及びJ.ノダによる「干渉計技術に基づく光学波案内装置における誤
った配置のための新しい測定システム」;(3)Appl.Opt. 1987年 26(14)号 28
36頁〜2842頁 B.L.ダニエルソン及びC.D.ウィッテンベルグによる「マ
イクロメートルの解像度を備えた波案内の反射学(Guided-Wave Reflectometry
with Micrometer Resolution)」; OCDR方法は、パルス化された光源の代
わりに、短いコヒーレンス長を備えた広帯域連続波の光源を使用するという点に
おいて、コヒーレント光学時間領域反射率計(OTDR)技術とは異なっている
。光源ビームは、一つのアームが可動ミラーを有する干渉計に入り、このミラー
から反射された光が参照ビームを提供し、他のアームがテストされる光学システ
ムを包含する。2つのアームからコヒーレントに混合されて反射された光におけ
る干渉信号は、通常のヘテロダイン法によって検出され、光学システムに関する
所望の情報を与える。
“Another technique, known as optical coherence-domain reflectometry (OCDR), has been used to obtain information about the three-dimensional properties of the system. (1) Opt. Lett.
Year 12 (3), pp. 158-160 C. Young Quest, S.M. "Optical Coherence-Domain Reflector: New Optical Evaluation Technology" by Kerr and DEN Davis
(2) Appl. Opt. 1987, 26 (9), pp. 1603 to 1606; Takada, I. Yokohama, K.K. Ciba and J.M. Noda, "New measurement system for misplacement in optical waveguides based on interferometer technology"; (3) Appl. Opt. 1987 26 (14) 28
Pages 36 to 2842 B. L. Danielson and C.I. D. "Guided-Wave Reflectometry with micrometer resolution" by Wittenberg
The OCDR method is a coherent optical time-domain reflectometer (OTDR) technique in that a pulsed light source is replaced by a broadband continuous wave light source with a short coherence length. Is different. The source beam enters the interferometer, one arm having a movable mirror, the light reflected from the mirror providing the reference beam, and the other arm encompassing the optical system being tested. Interference signals in the light coherently mixed and reflected from the two arms are detected by conventional heterodyne techniques and provide the desired information about the optical system.

【0025】 OCDR技術において後方散乱された信号のヘテロダイン検出は、「白色光イ
ンターフェロメトリの方法によって達成される。該方法では、ビームが干渉計の
2つのアームの中に分割され、調整可能なミラー及び後方散乱するサイトによっ
て反射され、コヒーレントに再結合される。この方法は、2つのアーム間の光学
経路の長さの差がビームのコヒーレンス長より短いときのみ、干渉縞が、再結合
されたビーム中に現れるという事実を利用している。上記参照文献(1)及び(
3)で説明されたOCDRシステムは、この原理を使用し、参考文献(3)は、
調整可能なミラーを走査し、再結合される信号の強度を測定することによって得
られる、テストシステムにおけるファイバーギャップ(fiber gaps)のインター
フェログラム(Interferograms)を示している。参考文献(1)は、参照アーム
のミラーが制御された周波数及び振幅で振動して基準信号にドップラーシフトを
引き起こし、再結合された信号がビート周波数信号を検出するためフィルター処
理回路に供給される、変更された方法も説明している。
Heterodyne detection of backscattered signals in OCDR technology is achieved by a method of “white light interferometry, in which the beam is split into two arms of an interferometer and is adjustable. Reflected by the mirror and the backscattering site and recombined coherently, the interference fringes are recombined only when the difference in optical path length between the two arms is less than the coherence length of the beam. (1) and (1).
The OCDR system described in 3) uses this principle and reference (3)
Fig. 3 shows Interferograms of fiber gaps in a test system, obtained by scanning an adjustable mirror and measuring the strength of the recombined signal. Reference (1) discloses that the mirror of the reference arm oscillates at a controlled frequency and amplitude to cause a Doppler shift in the reference signal, and the recombined signal is provided to a filtering circuit to detect the beat frequency signal. It also describes the modified method.

【0026】 この技術の別のバリエーションは、参照文献(2)で示されており、この技術
では、参照アームミラーが固定位置にあり、2つのアームの光学経路長の差がコ
ヒーレント長を超えている。次に、結合された信号は、一方が所定位置に固定さ
れ他方が移動可能である2つのミラーを備えた第2のマイケルソン干渉計の中に
導入される。この移動可能なミラーが走査され、第2の干渉計のアーム間の経路
長の差は、散乱するサイトに対応する移動可能なミラーの個々の位置において後
方散乱信号と基準信号との間の遅延を補償する。実際には、一定周波数で振動す
る位相変化は、このサイトに導くファイバー内の圧電変換モデュレータの手段に
よって後方散乱するサイトからの信号に課される。第2のマイケルソン干渉計か
らの出力信号は、内部に設置された増幅器に供給され、該増幅器は圧電変換モデ
ュレーション及び走査するミラーの運動により引き起こされるドップラーシフト
の両方から生じるビート周波数信号を検出する。この技術は、15μm程度の短
い分解能を備えたガラス製波案内手段の不規則性を測定するため使用されてきた
[Opt. Lett. 14(13)号 706頁〜708頁(1989) T.タカダ、N.タカト、J.ノダ
及びY.ノグチによる「1.3μm波長の超発光ダイオードを使用する干渉光学
時間領域反射率計システムを備えたシリカベースの波案内手段の特徴付け」]。
Another variation of this technique is shown in reference (2) where the reference arm mirror is in a fixed position and the difference in optical path length of the two arms exceeds the coherent length. I have. The combined signal is then introduced into a second Michelson interferometer with two mirrors, one fixed in position and the other movable. The movable mirror is scanned and the difference in path length between the arms of the second interferometer causes the delay between the backscattered signal and the reference signal at each position of the movable mirror corresponding to the scattered site. To compensate. In practice, a phase change that oscillates at a constant frequency is imposed on the signal from the site that is backscattered by means of a piezoelectric conversion modulator in the fiber leading to this site. The output signal from the second Michelson interferometer is provided to an internally located amplifier that detects a beat frequency signal resulting from both the piezoelectric conversion modulation and the Doppler shift caused by the movement of the scanning mirror. I do. This technique has been used to measure the irregularity of glass wave guides with resolutions as short as 15 μm.
[Opt. Lett. No. 14 (13), pp. 706-708 (1989) Takada, N.M. Takato, J.C. Noda and Y. Noguchi, "Characterization of silica-based wave guides with an interferometric optical time-domain reflectometer system using 1.3 μm wavelength superluminescent diodes"].

【0027】 OCDRの別のバリエーションは、眼底部層の厚さを測定するため使用されて
きた二重ビームの部分コヒーレンスの干渉計(PCI)である[Opt. Eng. 34(3)
号 701頁〜710頁(1995年) W.ドレクサー、C.K.ヒッツェンバーガー、H.
サットマン及びA.F.ファーチャーによる「部分コヒーレンス断層放射線撮影
法による眼底層の厚さの測定」]。ドレクサーなどにより使用されるPCIでは
、外部のマイケルソン干渉計が、高い空間コヒーレンスではあるが15μmの非
常に短いコヒーレンス長さの光ビームを、参照ビーム(1)と測定ビーム(2)
との2つの部分に分割する。干渉計の出口では、これら2つの構成要素が共軸二
重ビームを形成するため再び結合される。この2つのビーム構成要素は、干渉計
アーム長の差の2倍の経路差を持ち、眼を照明し、眼内部に存在するいくつかの
境界面で反射されて異なる屈折率の媒体を分離する。従って、各々のビーム構成
要素(1及び2)は、これらの境界面での反射によって更に下位の構成要素に分
解される。反射された下位の構成要素は、光検出器上に重ね合わせられる。眼内
部の2つの境界の間の光学距離が干渉計アーム長さの差の2倍に等しい場合、同
じ全経路長さに亘って走り、その結果干渉するであろう2つの下位構成要素が存
在する。干渉パターンが観察されるところの干渉アーム長さの差の各値は、眼内
部の光学距離に等しい。すぐ近くで他の強い反射が存在しない場合、これらの境
界面の絶対位置を、生体内で5μmの正確さを持って決定することができる。し
かしながら、PCIは、3次元走査に必要とされる時間の間の対象運動の故に、
制限を被る。
Another variation of the OCDR is a dual beam partial coherence interferometer (PCI) that has been used to measure fundus layer thickness [Opt. Eng. 34 (3)
No. 701-710 (1995) Drexer, C.I. K. Hitzenberger, H.E.
Satman and A.S. F. "Measurement of fundus layer thickness by partial coherence tomography" by Farcher]. In the PCI used by Drexer et al., An external Michelson interferometer emits a light beam of high spatial coherence but very short coherence length of 15 μm with reference beam (1) and measurement beam (2).
Into two parts. At the exit of the interferometer, the two components are recombined to form a coaxial double beam. The two beam components have a path difference of twice the difference in interferometer arm length, illuminate the eye and reflect off some interfaces present inside the eye to separate media of different refractive indices . Thus, each beam component (1 and 2) is decomposed into further components by reflection at these interfaces. The reflected subordinate components are superimposed on the photodetector. If the optical distance between the two boundaries inside the eye is equal to twice the difference in interferometer arm length, there are two sub-components that will run over the same full path length and will therefore interfere I do. Each value of the interference arm length difference where the interference pattern is observed is equal to the optical distance inside the eye. In the absence of other strong reflections in the immediate vicinity, the absolute position of these interfaces can be determined in vivo with an accuracy of 5 μm. However, PCI is subject to object motion during the time required for a three-dimensional scan,
Subject to restrictions.

【0028】 光学コヒーレント断層放射線撮影法(OCT)と呼ばれたOCDRの別のバー
ジョンは、Opt. Lett. 18(21)号 1864頁〜1866頁(1993年)のE.A.スワ
ンソン、J.A.イザット、M.R.ヒー、D.ヒュアング、C.P.リン、J
.S.シューマン、C.A.ピュリアフィト及びJ.G.フジモトによる「網膜
中における光学コヒーレンス断層放射線撮影法による画像」と、1994年6月
14日に登録された米国特許番号5,321,501号のE.A.スワンソン、
D.ヒュアング、J.G.フジモト、C.A.ピュリアフィト、C.P.リン、
及びJ.S.シューマンによる「サンプルの長さ方向の範囲を制御する手段で光
学画像を画像化するための方法及び装置」とによって、生体内の網膜の画像化処
理に対して報告されてきた。上記に参照された特許は、サンプル上で光学画像の
結像を実行するための方法及び装置を説明しており、そこではサンプル中の長さ
方向の走査又は位置決めは、サンプルへ、そして参照反射鏡へと導く光学経路の
ための相対光学経路長を変化させるか、或いは、装置に適用される光源からの出
力の光学特性を変化させることのいずれかによって提供される。1又は2次元の
横断走査は、そのような方向におけるサンプルとプローブモジュールとの間の制
御された相対運動を提供することによって、及び又は、プローブモジュールの光
学放射を選択された横断位置に向けることによってサンプル上に提供される。報
告された空間分解能は,高感度(100dBダイナミックレンジ)で20μmよ
り小さい。しかしながら、OTCは、3次元走査のため要求される時間の間、対
象の運動故の制限を被る。
Another version of OCDR, called Optical Coherent Tomography (OCT), is described in Opt. Lett. 18 (21) 1864-1866 (1993). A. Swanson, J.M. A. Isat, M.S. R. Hey, D. Huang, C.I. P. Lin, J
. S. Schumann, C.I. A. Puriaphyto and J.M. G. FIG. "Optical coherence tomography imaging in the retina" by Fujimoto and E. U.S. Pat. No. 5,321,501, issued Jun. 14, 1994. A. Swanson,
D. Huang, J.M. G. FIG. Fujimoto, C.I. A. Puriaphyto, C.I. P. Rin,
And J. S. "Methods and apparatus for imaging optical images by means of controlling the longitudinal extent of a sample" by Schumann, has been reported for in vivo retina imaging. The above referenced patent describes a method and apparatus for performing imaging of an optical image on a sample, wherein longitudinal scanning or positioning in the sample is performed on the sample and on the reference reflection. It is provided either by changing the relative optical path length for the optical path leading to the mirror, or by changing the optical properties of the output from the light source applied to the device. One or two-dimensional transverse scanning may provide controlled relative movement between the sample and the probe module in such a direction and / or direct the optical radiation of the probe module to a selected transverse position. Provided on the sample by. The reported spatial resolution is less than 20 μm with high sensitivity (100 dB dynamic range). However, OTC suffers from subject motion limitations during the time required for a three-dimensional scan.

【0029】 光学干渉計の観測記録装置は非接触層法が要求されるとき表面の3次元輪郭抽
出のために幅広く使用されている。これらの観測記録装置は、典型的には、位相
シフトの干渉計(PSI)技術を使用し、高速で正確、その上再現可能であるが
、光源の中間波長と比較して表面が滑らかであるという要請を受ける。1/4波
長(典型的には150nm)より大きい表面の不連続性は、干渉の周期的性質の
ため単一波長の測定では、曖昧さなく分解することができない。多数波長の測定
がこの範囲を拡大することができるが、波長の精度に課された制約及び環境の安
定性が厳しくなり得る(「地形表面の測定用の光学システム」という標題で、N
.バラスブラマニアンに対して1982年7月20日に登録された米国特許No
.4,340,306号) 白色光で走査する干渉計学(SWLI)に基づく観測記録装置は、荒い不連続
的な表面の測定に対する従来のPSI観測記録装置における多くの限界を克服す
る。多くの論文がこの技術を詳細に説明している(応用光学(Appl.Opt.)33
号(31)、7334頁〜7338頁(1994年) L.デック及びP.ダ・
グルートにおける参考文献2−7を参照せよ)。典型的には、これらの観測記録
装置は、広帯域光源で照明された等しい経路の干渉計の一つのアームを軸上に中
継している間に、視野内の各点に対するコントラスト基準特徴(即ち、ピークコ
ントラスト又はピーク励起(peak fit))の位置を記録する。この技術に関する
共通の問題は、実時間で各点のコントラストを演算するために要する莫大な演算
量である。しばしば、コントラスト演算のみが個別のサンプリング間隔のために
精度が不十分となり、サンプリング密度を増加させるか、或いは、補間技術を導
入することのいずれかを余儀なくさせる。これらの技術はいずれもデータ獲得プ
ロセスを更に遅くさせてしまう。コヒーレンスプローブ顕微鏡(CPM)は、こ
のクラスの観測記録装置手段の一例である(「集積回路及びその他の検査のため
2ビーム干渉顕微鏡を使用する方法並びに装置」という標題で、M.デビッドソ
ンに対して1989年4月4日に登録された米国特許No.4,818、110
号; SPIE 775号,233頁〜247頁(1987年) M.デビッドソン、K.カウフマン、
I.メーザー及びF.コーエンによる「集積回路の検査及び計測学への干渉顕微
鏡の応用」; 「集積回路計測学への応用を持ったコヒーレンスプローブ顕微鏡
のための画像強調方法」という標題で、M.デビッドソン、K.カウフマン及び
I.メーザーに対して1992年5月12日に登録された米国特許No.5,1
12、129号)。一般に観測記録装置手段、特にCPMは、3次元対象では働
くことができず、従来の干渉顕微鏡に典型的な背景を持ち、変動に対して敏感で
あり、強力なコンピュータ解析を必要とする。
[0029] Observation recorders of optical interferometers are widely used for the extraction of three-dimensional contours of surfaces when a non-contact layer method is required. These observation recorders typically use phase-shifting interferometer (PSI) technology and are fast, accurate, and reproducible, but have a smooth surface compared to the intermediate wavelength of the light source. Is requested. Surface discontinuities greater than 1/4 wavelength (typically 150 nm) cannot be resolved unambiguously in single wavelength measurements due to the periodic nature of the interference. Multi-wavelength measurements can extend this range, but the constraints imposed on wavelength accuracy and environmental stability can be severe (see the title "Optical system for terrain surface measurement", N
. US Patent No. issued July 20, 1982 to Barras Bramanian
. No. 4,340,306) Observation recorders based on interferometry (SWLI) scanning with white light overcome many of the limitations of conventional PSI observation recorders for measuring rough, discontinuous surfaces. Many papers have described this technique in detail (Appl. Opt. 33)
No. (31), pp. 7334-7338 (1994). Deck and P.E. Da
See references 2-7 in Groot). Typically, these observation recorders provide a contrast reference feature for each point in the field of view (ie, while relaying on-axis one arm of an equal-path interferometer illuminated by a broadband light source). Record the position of peak contrast or peak fit. A common problem with this technique is the enormous amount of computation required to compute the contrast at each point in real time. Often, only the contrast operation becomes inaccurate due to the individual sampling intervals, forcing either to increase the sampling density or to introduce interpolation techniques. Both of these techniques make the data acquisition process even slower. A coherence probe microscope (CPM) is an example of this class of observation and recording equipment means (titled "Methods and Apparatus for Using a Two-Beam Interferometric Microscope for Integrated Circuits and Other Inspections"). U.S. Patent No. 4,818,110, issued April 4, 1989.
No. SPIE 775, pages 233 to 247 (1987). Davidson, K.C. Kauffman,
I. Maser and F.S. Cohen, entitled "Application of Interference Microscopy to Integrated Circuit Inspection and Metrology";"Image Enhancement Method for Coherence Probe Microscope with Application to Integrated Circuit Metrology". Davidson, K.C. Kaufman and I.S. U.S. Pat. 5,1
12, 129). In general, observation recorder means, especially CPM, cannot work with three-dimensional objects, have the background typical of conventional interference microscopes, are sensitive to fluctuations, and require powerful computer analysis.

【0030】 三角測量に基づく観測記録装置も、従来のPSI観測記録装置の制約の多くを
克服するが、高さおよび側方空間の解像度が低下し、画像外に大きい背景形状が
あるという欠点がある。この技術の応用は、1993年発行の「応用光学」32
(35)号、7164〜7169ページに記載されているG.ホイスラーおよび
D.リッター著の「カラーコード付き三角測量による平行3次元探知」という表
題の論文に見られる。ホイスラーおよびリッターが同じ箇所に使用している方法
は、以下の原理に基づく:白色光源のカラースペクトルは、ある特定の方向から
照射することにより、物体上に画像形成される。物体は、カラーTVカメラによ
って、照射方向とは異なる観察方向から観察される。各々のピクセルの色(色相
)は、基準平面からの距離の測定単位である。この距離は、電荷結合素子(CC
D)カメラの3種類(赤−緑−青)の出力チャネルによって評価することができ
、この評価は、TVのリアルタイム内で実施することができる。しかし、高さお
よびある側方空間次元の解像度は、PSIおよびSWLTを使って可能な解像度
より著しく低く、大きい背景があり、三角測量観測記録装置は、干渉計を使用し
ない測定技術のノイズ特性を有する。さらに、三角測量観測記録装置は、表面の
観測記録に限られる。
Observation recorders based on triangulation also overcome many of the limitations of conventional PSI observation recorders, but have the disadvantage of reduced height and lateral space resolution and large background shapes outside the image. is there. This technology is applied in “Applied Optics” published in 1993.
(35), pages 7164-7169. Heusler and D.W. It can be found in a paper by Ritter entitled "Parallel 3D Detection by Color Coded Triangulation". The method used by Heusler and Ritter in the same area is based on the following principle: The color spectrum of a white light source is imaged on an object by illuminating it from a certain direction. The object is observed by the color TV camera from an observation direction different from the irradiation direction. The color (hue) of each pixel is a unit of measure for distance from the reference plane. This distance depends on the charge coupled device (CC
D) It can be evaluated by the three (red-green-blue) output channels of the camera, and this evaluation can be performed in real time of the TV. However, the resolution of the height and some lateral spatial dimensions is significantly lower than that possible using PSI and SWLT, and with a large background, the triangulation observation recorder has the noise characteristics of interferometerless measurement techniques. Have. Furthermore, triangulation observation recorders are limited to surface observation records.

【0031】 白色干渉計学(WLI)で出会う問題の一つは、位相の曖昧さである。位相の
曖昧さに関して注意を払った観測記録装置法が、Opt. Lett.19(13)号、995頁〜9
97頁(1994年)に掲載された「分散干渉計観測記録装置(Dispersive Interferome
tric Profilometer)」という標題の論文でJ.シュウィダー及びL.ゾウによ
って提案された分散干渉計観測記録装置(DIP)である。WLIに対する同様
のアプローチは、Pure Appl.Opt. 4号, 643頁〜651頁(1995年)に掲載された「
同期サンプルされた白色光周波数帯スペクトル干渉計を用いた絶対距離測定」と
いう標題の論文でU.シュネル、E.ズィマーマン及びR.デンドリンカーによ
っても報告された。
One of the problems encountered with white light interferometry (WLI) is phase ambiguity. Observation recorder method paying attention to phase ambiguity is described in Opt. Lett. 19 (13), 995-9
"Dispersive Interferome Observation Recorder (Dispersive Interferome)
tric Profilometer). Schweider and L.W. It is a distributed interferometer observation recorder (DIP) proposed by Elephant. A similar approach to WLI is described in Pure Appl. Opt. 4, pp. 643-651 (1995).
In the article entitled "Absolute Distance Measurement Using Synchronously Sampled White Light Frequency Band Spectrum Interferometer". Schnell, E. Zimmerman and R.A. Also reported by Dendlinker.

【0032】 一般に、位相の曖昧さの問題は、DIPを使用して完全に避けることができる
。DIP装置では、白色光源の平行ビームがアポクロマート顕微鏡の対物レンズ
の前でフィゾー干渉計の実像ウェッジ(real wedge)上に垂直に当たる。フィゾ
ー干渉計は、基準プレートのより内側の表面と対象の表面とによって形成される
。次に、光が格子分光計のスリット上に後方散乱される。該格子分光計は、ソフ
ァー(sofar)の不可視の縞パターンを分散し、そのスペクトルを線形アレー検
出器の上に投影する。検出器上において、分光計のスリットにより選択された表
面の各点は、フィゾー干渉計における空気ギャップの分散されたスペクトルを与
える。ウェッジ型式のインターフェログラム(Interferogram)の強度分布から
位相情報を得るためフーリエ変換及びフィルター処理法を使用することによって
縞パターンを数値的に評価することができる。
In general, the problem of phase ambiguity can be completely avoided using DIP. In a DIP device, a collimated beam of a white light source impinges vertically on the real wedge of a Fizeau interferometer in front of the objective of an apochromat microscope. The Fizeau interferometer is formed by the inner surface of the reference plate and the surface of the object. Next, the light is backscattered onto the slit of the grating spectrometer. The grating spectrometer disperses the invisible fringe pattern of the sofa and projects its spectrum onto a linear array detector. On the detector, each point on the surface selected by the slit in the spectrometer gives a dispersed spectrum of the air gap in the Fizeau interferometer. The fringe pattern can be evaluated numerically by using a Fourier transform and a filtering method to obtain phase information from the intensity distribution of the wedge type interferogram.

【0033】 位相の曖昧さの問題はDIPの使用で避けることができるけれども、DIPは
3次元対象の検査を必要とする応用には不適である。これは、焦点外画像からD
IPで生成される比較的大きい本質的な背景の結果である。この背景に関する問
題は、標準干渉顕微鏡を使用して3次元画像を生成しようとするとき直面する背
景の問題と比較することができる。
Although the problem of phase ambiguity can be avoided with the use of DIP, DIP is not suitable for applications requiring inspection of three-dimensional objects. This is because D from the out-of-focus image
This is the result of the relatively large intrinsic background generated by IP. This background problem can be compared to the background problem encountered when trying to generate a three-dimensional image using a standard interference microscope.

【0034】 サンプルから反射、放出または散乱する光をスペクトル分解する装置および方
法は、A.E.ディクソン、S.ダマスキノスおよびJ.W.バウロンが、19
93年3月9日に発行された「空間およびスペクトル分解のための装置および方
法」という表題の米国特許第5,192,980号で開示した。ディクソンらの
装置および方法の一連の実施例では、サンプルの特性は、サンプルから反射、放
出または散乱する光の強度の点で特徴付けられ、装置および方法は、非干渉およ
び非共焦タイプであり、検出器の前に分散的な素子を使用する。ディクソン等の
一連の実施例は、標準顕微鏡に固有の焦点外画像からの大きい背景を有するので
、非共焦タイプである。
An apparatus and method for spectrally resolving light that is reflected, emitted or scattered from a sample is described in E. FIG. Dickson, S.M. Damaskinos and J.M. W. Bauron, 19
No. 5,192,980, issued March 9, 1993, entitled "Apparatus and Method for Spatial and Spectral Decomposition". In a series of examples of the Dickson et al device and method, the properties of the sample are characterized in terms of the intensity of light reflected, emitted or scattered from the sample, and the device and method are of the non-interfering and non-confocal type. , Use dispersive elements before the detector. The series of examples of Dickson et al. Are of the non-confocal type because they have a large background from out-of-focus images inherent in standard microscopes.

【0035】 ディクソン等の装置および方法は、背景が少ない状態で測定を可能にする非干
渉共焦実施例をさらに含む。しかし、非干渉技術を使用する結果生じる共焦実施
例および非共焦実施例の強度測定に関する制約は、反射光または散乱光から得ら
れるサンプルに関する情報に重大な制約を与える。強度の測定では、サンプルの
反射光または散乱光の振幅の大きさの二乗に関する情報は生成されるが、反射光
または散乱光の大きさの位相に関する情報は失われる。ディクソン等のフーリエ
変換分光計実施例は、非共焦画像形成システムに固有の焦点外画像からの大きい
背景があるという欠点を有する。
The devices and methods of Dickson et al. Further include non-coherent confocal embodiments that allow measurements with low background. However, the constraints on intensity measurements of confocal and non-confocal embodiments resulting from the use of non-interfering techniques place significant constraints on information about the sample obtained from reflected or scattered light. In the intensity measurement, information about the square of the magnitude of the reflected or scattered light of the sample is generated, but information about the phase of the magnitude of the reflected or scattered light is lost. The Fourier transform spectrometer embodiment of Dickson et al. Has the disadvantage that there is a large background from out-of-focus images inherent in non-confocal imaging systems.

【0036】 非干渉共焦画像形成システムを使用して同時に複数の波長を測定する装置は、
G.クシアオが、1996年6月に発行された「単一開口共焦画像形成システム
」という表題の米国特許第5,537,247号で開示した。クシアオの装置は
、光源からの入射光および物体からの反射光の両方に1つの装置のみを使用する
共焦走査画像形成システム、並びに様々な波長の反射光を一連の検出器にそれぞ
れ選択的に方向付ける一連のビームスプリッタおよび光波長フィルタから成る。
クシアオの装置は、異なる波長で同時に測定を行う利点、および焦点外画像から
の背景が少ない共焦画像形成システムの長所を有する。しかし、非干渉技術を使
用する結果生じる強度測定上の制約は、反射光または散乱光から得られるサンプ
ルに関する情報に重大な制約を与える。強度の測定では、サンプルの反射光また
は散乱光の振幅の大きさの二乗に関する情報は生成されるが、反射光または散乱
光の大きさの位相に関する情報は失われる。
An apparatus for measuring multiple wavelengths simultaneously using a non-coherent confocal imaging system includes:
G. FIG. Kusiao disclosed in U.S. Pat. No. 5,537,247, issued Jun. 1996, entitled "Single Aperture Confocal Imaging System". Kusiao's device is a confocal scanning imaging system that uses only one device for both incident light from the light source and reflected light from the object, as well as selectively reflecting different wavelengths of reflected light to a series of detectors, respectively. It consists of a series of directing beam splitters and optical wavelength filters.
The Xuiao device has the advantage of making measurements at different wavelengths simultaneously and the advantage of a confocal imaging system with less background from out-of-focus images. However, the limitations on intensity measurements that result from using non-interfering techniques place significant constraints on the information about the sample obtained from reflected or scattered light. In the intensity measurement, information about the square of the magnitude of the reflected or scattered light of the sample is generated, but information about the phase of the magnitude of the reflected or scattered light is lost.

【0037】 G.O.クシアオ、T.R.コールおよびG.S.キノは、1988年発行の
「応用物理学報告書」、53(8)号、716〜718ページに記載の「リアル
タイム共焦走査光学顕微鏡」という表題の論文で、共焦顕微鏡に白色光を使用す
ると、対物レンズの色収差により、サンプル内の異なる高さからの画像がすべて
存在し、すべて焦点内だが、色は異なる状態にできると指摘している。クシアオ
等は、4種類の波長でシリコン集積回路の画像を生成して、この見解を実証した
。H.J.ティツィアニおよびH.M.ウーデは、1994年発行の「応用光学
」、33(10)号、1838〜1843ページに記載の「色共焦顕微鏡による
3次元画像探知」という表題の論文に、物体を物理的に走査することなく高さの
情報を取得するために、色収差が意図的に顕微鏡の対物レンズに組み込まれてい
る白色光、非干渉共焦顕微鏡について記載している。白黒フィルムを使用するカ
メラは、選択された3つの色フィルタを使って、各物点の色の強度および色調を
順次結合する。共焦顕微鏡は、クシアオ等並びにティツィアニおよびウーデが記
載している両方の研究に使用され、焦点外画像からの背景を減少させたが、強度
の測定を行うのに限定される。非干渉技術を使用する直接的な結果である強度の
測定を行う上での制約は、ディクソン等およびクシアオの特許に関して記載され
ているように、反射光または散乱光から得られるサンプルに関する情報に制約を
与える。
G. O. Kusiao, T .; R. Cole and G.C. S. Kino used white light for the confocal microscope in a paper entitled "Real-time confocal scanning optical microscope" described in the 1988 Applied Physics Report, No. 53 (8), pp. 716-718. He points out that due to the chromatic aberration of the objective lens, there are all images from different heights in the sample, all in focus, but with different colors. Kusiao et al. Demonstrated this view by generating images of silicon integrated circuits at four different wavelengths. H. J. Tiziani and H.S. M. Ude et al. Published a paper entitled "3D Image Detection by Color Confocal Microscope" in "Applied Optics", No. 33 (10), pp. 1838-1843, published in 1994. It describes a white light, non-coherent confocal microscope in which chromatic aberration is intentionally incorporated into the objective lens of the microscope to obtain height information. A camera using black and white film uses the selected three color filters to sequentially combine the color intensity and tone of each object point. Confocal microscopy was used in both the studies described by Kusiao et al. And Tiziani and Uude, which reduced background from out-of-focus images, but were limited to making intensity measurements. The limitations in making intensity measurements that are a direct consequence of using non-interfering techniques are those that limit the information about the sample obtained from reflected or scattered light, as described with respect to the Dixon et al. And Kusiao patents. give.

【0038】 干渉顕微鏡については、1990年発行の「応用光学」、26(26)号、3
775〜3783ページのG.S.キノ及びS.C.チムの「ミラウ相関顕微鏡
」という論文、並びに1992年発行の「応用光学」31(14)号、2550
〜2553ページのS.S.C.チム及びG.S.キノの「干渉顕微鏡における
3次元画像の実現」という論文に記載されており、後者はミラウ干渉計構成に基
づいている。キノ及びチムの装置は、空間的かつ一時的にインコヒーレントな光
源を含む干渉非共焦顕微鏡を使用し、それぞれ対象から反射されるビームと鏡か
ら反射されるビームとの間の相関信号を検出出力として使用する。キノ及びチム
の装置を使用すると、対象から反射されるビームの振幅及び位相の両方を測定す
ることができる。しかし、キノ及びチムの干渉装置には、重大な背景の問題、つ
まり焦点外画像からの背景レベルが標準の干渉非共焦顕微鏡システムに一般に見
られるレベルであるという欠点がある。
As for the interference microscope, “Applied Optics”, No. 26 (26),
G. pp. 775-3783. S. Kino and S.M. C. Chim's paper entitled "Mirau Correlation Microscope" and "Applied Optics" 31 (14), 2550
Page 2553 S. C. Chim and G.C. S. It is described in Keno's paper entitled "Realization of Three-Dimensional Images in Interferometric Microscopy", the latter being based on the Mirau interferometer configuration. The Kino and Chim instruments use an interference non-confocal microscope that includes a spatially and temporarily incoherent light source to detect the correlation signal between the beam reflected from the object and the beam reflected from the mirror, respectively. Use as output. Using the Kino and Chim devices, both the amplitude and phase of the beam reflected from the object can be measured. However, the Kino and Chim interferometers suffer from a significant background problem: the background level from out-of-focus images is the level commonly found in standard interferometric non-confocal microscope systems.

【0039】 干渉装置については、A.クヌッテルが、1996年10月15日に発行され
た「様々な光波長を有する光の特殊な光集束及び信号検出による、混濁した対象
内における静止光学的分光による画像形成」という表題の米国特許第5,565
,986号で、対象の分光画像を取得して、側方の空間的解像度及び深度方向の
視野の両方を表示する方法を記載している。クヌッテルが記載した装置は、非共
焦画像形成システムを有し、一般に、干渉計のアーム内の分散的な光学素子と、
着色対物レンズとを備える。分散的な素子により、異なる光波長における散乱光
の振幅に関する情報を記録することができ、干渉計を使用することにより、反射
光又は散乱光の振幅及び振幅の位相に関する情報を記録することができ、着色対
物レンズを使用することにより、深度方向の視野に関する情報を記録することが
できる。しかし、クヌッテルの干渉装置には、重大な背景の問題、つまり背景レ
ベルが標準の干渉非共焦顕微鏡システムに一般に見られるレベルであるという欠
点がある。
Regarding the interference device, A.I. U.S. Pat. No. 5,897,098 issued to Knuttel on Oct. 15, 1996, entitled "Imaging by Static Optical Spectroscopy in a Cloudy Object by Special Light Focusing and Signal Detection of Light with Various Light Wavelengths". 5,565
, 986, describe a method of acquiring a spectral image of an object and displaying both lateral spatial resolution and depth field of view. The apparatus described by Knuttel has a non-confocal imaging system and generally includes dispersive optics in an arm of an interferometer;
A colored objective lens. Dispersive elements can record information about the amplitude of scattered light at different light wavelengths, and by using an interferometer, can record information about the amplitude of reflected or scattered light and the phase of the amplitude. By using a colored objective lens, information on the visual field in the depth direction can be recorded. However, Knuttel's interferometer has a significant background problem, namely, the background level is the level commonly found in standard interferometric non-confocal microscope systems.

【0040】 クヌッテルの装置の実施例の主な目的の1つは、ゾーンプレートの一部に含ま
れる2つの異なる等級の着色対物レンズを使用することにより、深度次元に分離
された対象の2つの領域を同時に画像形成することができた。その結果、この実
施例の検出器により記録された信号は、対象内の2つの分離された深度位置から
の重畳画像から構成される。したがって、上記のように焦点外画像からの高度な
背景の存在のほかに、複雑な反転の計算をコンピュータで行って、重畳焦点内画
像から特定の深度の画像を抽出する。クヌッテルの参照実施例で取得した重畳画
像に必要な反転の計算の形式に重大な問題が生じた。つまり、反転の計算の結果
は、対象の表面付近では比較的正確だが、サンプルの深度が増すと急速に悪化す
る。この問題は、検出器の焦点内に対象の1点のみが存在する反転の計算では、
一般に生じない。
One of the main objectives of the Knuttel apparatus embodiment is that by using two different grades of colored objectives contained in a portion of the zone plate, two objects of the depth dimension separated. Regions could be imaged simultaneously. As a result, the signal recorded by the detector of this embodiment consists of superimposed images from two separate depth positions in the object. Therefore, in addition to the presence of the high-level background from the out-of-focus image as described above, a complicated inversion calculation is performed by a computer to extract an image at a specific depth from the superimposed in-focus image. Significant problems have arisen in the form of inversion calculations required for the superimposed images acquired in the Knuttel reference example. That is, the result of the inversion calculation is relatively accurate near the surface of interest, but deteriorates rapidly as the sample depth increases. The problem is that in the reversal calculation, where only one point of interest is in the focus of the detector,
Generally does not occur.

【0041】 干渉顕微鏡で生じる上記の背景の問題は、1982年発行の「Optica
Acta」、29(12)号、1573〜1577ページにD.K.ハミルトン
及びC.J.R.シェパードが記載した「共焦干渉顕微鏡」という表題の論文に
見られる干渉型の共焦顕微鏡で減少する。このシステムは、集束レーザスポット
に対して対象が走査され、レーザスポットが点検出器の背景画像に一致するよう
に配置される共焦顕微鏡に基づく。反射共焦顕微鏡の干渉形態は、1つのビーム
が対象上に集束するマイケルソン干渉計に基づく。このシステムは、共焦顕微鏡
システムに固有の焦点外画像からの減少した背景の重要な特性を有する。しかし
、同じ箇所に記載されているハミルトン及びシェパードの共焦干渉顕微鏡は、3
次元対象内で一度に1点のみの反射信号を測定する。一度に対象の1点を走査す
ることにより、システムはさらに、必要なデータ取得時の走査に関係ないサンプ
ルの運動に敏感に反応する。
The above background problem that arises with interference microscopes is discussed in “Optica,” published in 1982.
Acta ", No. 29 (12), pp. 1573-1577. K. Hamilton and C.I. J. R. It is reduced by an interferometric confocal microscope as seen in the article entitled "Confocal Interferometric Microscope" described by Shepard. The system is based on a confocal microscope in which the object is scanned for a focused laser spot and the laser spot is positioned so as to match the background image of the point detector. The interferometric form of a reflection confocal microscope is based on a Michelson interferometer where one beam is focused on an object. This system has the important property of reduced background from out-of-focus images inherent in confocal microscope systems. However, the confocal interference microscope of Hamilton and Shepard described in the same place
Measure only one reflected signal at a time in the dimensional object. By scanning one point of interest at a time, the system is also more sensitive to sample movements that are unrelated to the scan in acquiring the required data.

【0042】 高性能コンピュータの効果的な利用に重要な主な要素は、メモリである。こう
した機器には、巨大なデータ記憶装置が必要なので、並列計算で提供される多量
のデータを処理するために、小型かつ低価格で非常に高容量かつ高速度のメモリ
素子が必要になる。
A key factor in the effective use of high performance computers is memory. Such equipment requires a huge data storage device, and therefore requires a small, low-cost, very high-capacity, high-speed memory element to process a large amount of data provided by parallel computing.

【0043】 2次元メモリの場合、理論上の最大記憶密度(1/λ2に比例)は、λ=53
2nmでは3.5×108ビット/cm2台であり、3次元メモリの場合、6.5
×1012ビット/cm3台である。これら最大値は、1ビットバイナリ形式を各
記憶場所で使用する場合の記憶装置容量の上限を表す。これら上限は、異なるレ
ベルの振幅情報又は振幅及び位相情報を記録する記録媒体を使用して増加するこ
とができる。位相記録媒体のホログラフィック記録は、後者のモードの一例であ
る。
In the case of a two-dimensional memory, the theoretical maximum storage density (proportional to 1 / λ 2 ) is λ = 53
At 2 nm, it is 3.5 × 10 8 bits / cm 2 , and in the case of a three-dimensional memory, it is 6.5.
× 10 12 bits / cm 3 . These maximum values represent the upper limit of storage capacity when 1-bit binary format is used in each storage location. These upper limits can be increased using recording media that records different levels of amplitude information or amplitude and phase information. Holographic recording on a phase recording medium is an example of the latter mode.

【0044】 異なるモードの記録では、1ビットバイナリ形式モード、各記憶場所における
ベースN形式の振幅及び(ベースN)×(ベースM)形式の位相、使用できる記憶
場所のボクセル、ひいては記憶密度は、取得できるS/N比、ボクセルの容量に
ほぼ逆比例するS/N比によって制限される。特に、振幅記録モード又は振幅及
び位相記録モードの場合、ボクセル内に記憶できる情報の個々の断片の数も、取
得できるS/N比によって制限される。
In the recording of the different modes, the 1-bit binary mode, the amplitude of the base N format and the phase of the (base N) × (base M) format at each storage location, the voxels of the available storage locations and thus the storage density are: It is limited by the S / N ratio that can be obtained, which is almost inversely proportional to the voxel capacity. In particular, in the case of amplitude recording mode or amplitude and phase recording mode, the number of individual pieces of information that can be stored in a voxel is also limited by the S / N ratio that can be obtained.

【0045】 必要とされているものは、焦点外画像に対する画像データの感度が、先行技術
の共焦顕微鏡及び共焦干渉顕微鏡に固有の感度より小さく減少されていること、
系統的誤差及び統計的誤差の両方に関して画像データの感度が減少されること、
焦点外画像に対する感度の減少に関連してコンピュータデコンボリューションに
対する要件が低下すること、共焦干渉顕微鏡システムに固有の高いS/N比の可
能性、軸線方向又は横断方向に関するデータを並列記録する能力、並びに散乱及
び/又は反射光ビームの複素振幅を測定する可能性とを兼ね備えたシステムであ
る。
What is needed is that the sensitivity of the image data to out-of-focus images be reduced to less than the sensitivity inherent in prior art confocal and confocal interference microscopes;
The sensitivity of the image data is reduced with respect to both systematic and statistical errors,
Reduced requirements for computer deconvolution in connection with reduced sensitivity to out-of-focus images, the potential for high signal-to-noise ratio inherent in confocal interference microscopy systems, and the ability to record axial or transverse data in parallel And the possibility to measure the complex amplitude of the scattered and / or reflected light beam.

【0046】[0046]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

したがって、本発明の目的は、光ディスク内の深度が異なる位置から情報を読
み取る方法及び装置を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reading information from positions at different depths in an optical disc.

【0047】 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度の位置から情報を読み取る方法及び
装置を提供することである。 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度の位置から同時に情報を読み取る方
法および装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for reading information from a plurality of depth positions on an optical disc. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for simultaneously reading information from a plurality of depth positions in an optical disc.

【0048】 本発明の目的は、光ディスク上又は光ディスク内の複数トラックの位置から情
報を読み取る方法及び装置を提供することである。 本発明の目的は、光ディスク上又は光ディスク内の複数トラックの位置から同
時に情報を読み取る方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for reading information from a plurality of tracks on or on an optical disc. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for simultaneously reading information from a plurality of tracks on or in an optical disc.

【0049】 本発明の目的は、光ディスク上又は光ディスク内の複数トラックの位置及び複
数の位置から同時に情報を読み取る方法及び装置を提供することである。 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度及び複数トラックの位置から同時に
情報を読み取る方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for simultaneously reading information from a plurality of tracks and positions on a plurality of tracks on or in an optical disk. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for simultaneously reading information from a plurality of depths and a plurality of tracks in an optical disc.

【0050】 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度の位置に情報を書き込む方法及び装
置を提供することである。 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度の位置に同時に情報を書き込む方法
及び装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for writing information at a plurality of depth positions in an optical disc. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information simultaneously at a plurality of depths in an optical disc.

【0051】 本発明の目的は、光ディスク上又は光ディスク内の複数トラックの位置に情報
を書き込む方法及び装置を提供することである。 本発明の目的は、光ディスク上又は光ディスク内の複数トラックの位置に同時
に情報を書き込む方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information on an optical disk or at a plurality of tracks on an optical disk. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for simultaneously writing information on a plurality of tracks on or in an optical disc.

【0052】 本発明の目的は、光ディスク内の複数深度及び複数トラックの位置に同時に情
報を書き込むことである。 本発明の目的は、比較的高密度の光ディスク内の複数深度の位置に情報を書き
込む方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to simultaneously write information at a plurality of depths and a plurality of track positions on an optical disc. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information at a plurality of depths in a relatively high density optical disc.

【0053】 本発明の目的は、比較的高密度の光ディスク内の複数深度の位置に同時に情報
を書き込む方法及び装置を提供することである。 本発明の目的は、比較的高密度の光ディスク上又は光ディスク内の複数トラッ
クの位置に情報を書き込む方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information simultaneously at a plurality of depth positions in a relatively high-density optical disc. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information at a plurality of tracks on or within a relatively high density optical disc.

【0054】 本発明の目的は、比較的高密度の光ディスク上又は光ディスク内の複数トラッ
クの位置に同時に情報を書き込む方法及び装置を提供することである。 本発明の目的は、比較的高密度の光ディスク内の複数深度及び複数トラックの
位置に同時に書き込む方法及び装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for writing information at a plurality of tracks simultaneously on or on a relatively high-density optical disc. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for simultaneously writing data at a plurality of depths and a plurality of tracks in a relatively high-density optical disc.

【0055】 本発明の目的は、迅速かつ信頼性の高い1次元、2次元及び3次元の、複素振
幅の断層画像撮像法を提供することである。 本発明の目的は、上記先行技術の欠点を避けるため、複素振幅の断層画像撮像
技術を改善することである。
An object of the present invention is to provide a one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional, complex-amplitude tomographic imaging method of complex amplitude, which is quick and reliable. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve complex amplitude tomographic imaging techniques in order to avoid the disadvantages of the prior art.

【0056】 本発明のもう1つの目的は、焦点外画像点からの光の統計的誤差による影響を
都合よく減少させるか又は排除する、複素振幅の断層画像撮像技術を提供するこ
とである。
It is another object of the present invention to provide a complex amplitude tomographic imaging technique that advantageously reduces or eliminates the effects of statistical errors in light from out-of-focus image points.

【0057】 本発明のもう1つの目的は、焦点外光画像の系統的誤差の影響が著しく減少ま
たは排除する、複素振幅の断層画像撮像技術を改善することである。 本発明のもう1つの目的は、対象の画像を複数の画像点に実質的に同時に形成
することを可能にする、複素振幅の断層画像撮像技術を提供することである。
Another object of the present invention is to improve a complex amplitude tomographic imaging technique in which the effects of systematic errors in out-of-focus light images are significantly reduced or eliminated. It is another object of the present invention to provide a complex amplitude tomographic imaging technique that allows an image of an object to be formed at a plurality of image points substantially simultaneously.

【0058】 本発明のもう1つの目的は、干渉システムで達成可能な画像に対するS/N比
を得るための手段を使って、1次元、2次元および3次元における複素振幅の断
層画像撮像を行うのに好都合な技術を提供することである。
Another object of the present invention is to perform one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional complex amplitude tomographic imaging using means for obtaining an S / N to image achievable with an interferometric system. It is to provide a convenient technology.

【0059】 本発明のもう1つの目的は、非線形微分方程式を解くという計算上の難しさを
回避した複素振幅の断層画像撮像システム及び技術を提供することである。 本発明のもう1つの目的は、対象の運動に関係なく、対象内の線部分又は2次
元部分の複素振幅断層撮像に好都合な技術を提供することである。
It is another object of the present invention to provide a complex amplitude tomographic imaging system and technique that avoids the computational difficulties of solving a nonlinear differential equation. It is another object of the present invention to provide a technique that is advantageous for complex amplitude tomography of a line portion or a two-dimensional portion within an object, regardless of the motion of the object.

【0060】[0060]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

以下に記載する実施例及びその変形例は、以下のとおり5種類の実施例群に分
類される。第1群の実施例及びその変形例の特定の1つは、1次元画像の情報が
、背景の縮小及び補償と同時に得られる第2群の実施例及びその変形例の対応す
る1つによって生成される1次元画像に実質的に直行する1次元画像を生成する
。第1群の実施例のその他実施例の特定の1つは、2次元画像の情報が、背景の
縮小及び補償と同時に得られる第2群の実施例及びその変形例の対応する1つに
よって生成される2次元画像に実質的に直行する2次元画像を生成する。
The embodiments and modifications thereof described below are classified into five types of embodiment groups as follows. A particular one of the first group of embodiments and its variants is that the one-dimensional image information is generated by a corresponding one of the second group of embodiments and its variants in which the background reduction and compensation are obtained simultaneously. A one-dimensional image substantially orthogonal to the one-dimensional image to be generated is generated. A particular one of the other embodiments of the first group of embodiments is that the information of the two-dimensional image is generated by a corresponding one of the second group of embodiments and its variants wherein the information is obtained simultaneously with the background reduction and compensation. A two-dimensional image substantially orthogonal to the two-dimensional image to be generated is generated.

【0061】 第3群の実施例及びその変形例の特定の1つは、1次元画像の情報が背景の縮
小及び補償を行うのと同時には得られない第4群の実施例及びその変形例の対応
する1つによって生成される1次元画像に実質的に直行する1次元画像を生成す
る。第3実施例及びその変形例の特定の1つは、2次元画像の情報が背景の縮小
及び補償と同時には得られない第4実施例及びその変形例の対応する1つに実質
的に直行する2次元画像を生成する。
One particular example of the third group of embodiments and variations thereof is the fourth group of embodiments and variations thereof in which the information of the one-dimensional image is not obtained at the same time as performing background reduction and compensation. Generate a one-dimensional image substantially orthogonal to the one-dimensional image generated by the corresponding one of A particular one of the third embodiment and its variants is substantially orthogonal to the corresponding one of the fourth embodiment and its variants where the information of the two-dimensional image is not obtained at the same time as the background reduction and compensation. A two-dimensional image is generated.

【0062】 第5群の実施例及びその変形例は、背景の縮小及び補償によって得られる単一
点画像の連続として多次元画像を生成する。 簡単に説明すると、本発明により、広帯域で空間的にインコヒーレントな点光
源から光源ピンホールへの光線を集束させることにより、焦点内画像の複素振幅
と焦点外画像の複素振幅とを識別するための第1群の実施例による方法及び装置
を提供する。光源ピンホールから発散した光線は、コリメートされて第1の位相
シフターに方向付けられる。コリメートされた光線の第1部分の位相は、第1の
量の位相シフトされた光線を生成するための位相シフターによってシフトされ、
コリメートされた光線の第2部分の位相は、第2の量の位相シフトされた光線を
生成するための位相シフターによってシフトされる。第1及び第2の量の位相シ
フトされた光線は、第1スポットに集束する。
The fifth group of embodiments and variations thereof generate a multidimensional image as a sequence of single point images obtained by background reduction and compensation. Briefly, the present invention distinguishes between the complex amplitude of the in-focus image and the complex amplitude of the out-of-focus image by focusing light rays from a broadband and spatially incoherent point light source to the light source pinhole. A method and apparatus according to a first group of embodiments. Light rays emanating from the light source pinhole are collimated and directed to the first phase shifter. The phase of the first portion of the collimated beam is shifted by a phase shifter to produce a first amount of the phase-shifted beam;
The phase of the second portion of the collimated beam is shifted by a phase shifter to produce a second amount of the phase-shifted beam. The first and second amounts of the phase shifted light beams are focused on a first spot.

【0063】 第1のスポットから発散した位相シフトされた光線の第1量の光線は、コリメ
ートされてビームスプリッターに方向付けられる。コリメートされた光線の第1
部分は、ビームスプリッタを通過して第1の量のプローブビームを形成し、コリ
メートされた光線の第2部分は、ビームスプリッタによって反射されて第1の量
の参照ビームを形成する。第1スポットから発散して位相シフトされた光線の第
2の量の光線は、コリメートされてビームスプリッタに方向付けられる。コリメ
ートされた光線の第1部分は、ビームスプリッタを通過して第2の量のプローブ
ビームを形成し、コリメートされた光線の第2部分は、ビームスプリッタによっ
て反射されて第2の量の参照ビームを形成する。
[0063] A first amount of the phase shifted light rays emanating from the first spot are collimated and directed to the beam splitter. The first of the collimated rays
The portion passes through the beam splitter to form a first amount of the probe beam, and a second portion of the collimated light beam is reflected by the beam splitter to form a first amount of the reference beam. A second amount of rays diverging from the first spot and phase shifted are collimated and directed to the beam splitter. A first portion of the collimated light beam passes through the beam splitter to form a second amount of the probe beam, and a second portion of the collimated light beam is reflected by the beam splitter to form a second amount of the reference beam. To form

【0064】 プローブビームの第1および第2の量の光線は、第2位相シフターに向かって
方向付けられる。プローブビームの第1の量の光線は、位相シフトされて第3の
量のプローブビームを形成し、プローブビームの第2の量の光線は位相シフトさ
れて、第4の量のプローブビームを形成し、第1及び第2の位相シフターによっ
て第3及び第4の量のプローブビームに対して生成される正味位相シフトの量は
同じである。第3及び第4の量のプローブビームは、第1のプローブレンズによ
って集束し、対象材料内に線画像を形成し、対象材料を照明する。線画像は、第
1プローブレンズの光軸に沿って近接して整合配置され、光軸に沿った線画像の
長さは、調節可能な第1プローブレンズの焦点の深度及び色収差、並びに光源の
光帯域幅などのような要素の組合せによって決まる。
The first and second amounts of light of the probe beam are directed toward a second phase shifter. A first amount of the beam of the probe beam is phase shifted to form a third amount of the probe beam, and a second amount of the beam of the probe beam is phase shifted to form the fourth amount of the probe beam. However, the amount of net phase shift generated by the first and second phase shifters for the third and fourth amounts of the probe beam is the same. The third and fourth amounts of the probe beam are focused by the first probe lens to form a line image in the target material and illuminate the target material. The line image is closely aligned along the optical axis of the first probe lens, the length of the line image along the optical axis is adjustable, the depth of focus and chromatic aberration of the first probe lens, and the light source It depends on a combination of factors such as optical bandwidth.

【0065】 参照ビームのうち第1及び第2の量の光線は、第3の位相シフターに向けられ
る。参照ビームのうち第1の量の光線は、第3の量の参照ビームを形成するため
位相シフトされ、参照ビームのうち第2の量の光線は、第4の量の参照ビームを
形成するため位相シフトされる。ここで、第3及び第4の量の参照ビームに対し
て、前記第1及び第3の位相シフターによって生成される正味の位相シフト量は
同じである。第3及び第4の量の参照ビームは、基準レンズによって基準ミラー
のスポット上に焦合される。
The first and second amounts of the reference beam are directed to a third phase shifter. A first amount of the reference beam is phase shifted to form a third amount of the reference beam, and a second amount of the reference beam is formed to form a fourth amount of the reference beam. Phase shifted. Here, for the third and fourth amounts of the reference beam, the net phase shift generated by the first and third phase shifters is the same. The third and fourth amounts of the reference beam are focused by the reference lens onto the spot of the reference mirror.

【0066】 被照射対象からプローブレンズに向かって発散されたプローブビームのうち、
第3と第4の量に相当する反射光線または散乱光線は、散乱プローブビームを形成
し、プローブレンズによりコリメートされて第2位相シフターに向けられる。コ
リメートされた光線のうち第1の部分について位相シフトが行われ、シフト後、
形成された光線が位相シフト後散乱プローブビーム第1量となる。また、コリメ
ートされた光線のうち第2の部分について位相シフトが行われ、これが位相シフ
ト後散乱プローブビーム第2量となる。この散乱プローブビームの第1量と第2量
の光線は、ビームスプリッターに向けられる。ここで、散乱プローブビームの第
1量と第2量のうちその一部がそれぞれ、ビームスプリッターによる反射を経て、
位相シフト後散乱プローブビーム第3量と第4量を形成する。この後、散乱プロー
ブビーム第3量および第4量の平行光線は、空間フィルターレンズにより空間フィ
ルターピンホールで焦点を結ぶ。
Of the probe beams diverged from the irradiation target toward the probe lens,
The reflected or scattered light corresponding to the third and fourth quantities forms a scattered probe beam, which is collimated by a probe lens and directed to a second phase shifter. A phase shift is performed on a first portion of the collimated light beam, and after the shift,
The formed light beam becomes the first amount of the scattering probe beam after the phase shift. Further, a phase shift is performed on a second portion of the collimated light beam, and this is the second amount of the scattering probe beam after the phase shift. The first and second quantities of the scattered probe beam are directed to a beam splitter. Where the scattered probe beam
Some of the first and second quantities are each reflected by the beam splitter,
After the phase shift, a third quantity and a fourth quantity of the scattering probe beam are formed. Thereafter, the third and fourth amounts of the parallel rays of the scattered probe beam are focused by the spatial filter lens at the spatial filter pinhole.

【0067】 参照鏡上のスポットから参照レンズに対して発せられる反射光線は、反射参照
ビームを形成し、この反射光線は参照レンズによりコリメートされ第3位相シフ
ターに向けられる。コリメートされた反射光線のうち第1の部分について位相シ
フトが行われ、ここで形成された光線を位相シフト後反射参照ビーム第1量と呼
ぶ。また、コリメートされた反射光線のうち第2の部分について位相シフトが行
われ、これが位相シフト後反射参照ビーム第2量となる。反射参照ビームの第1量
および第2量の光線は、ビームスプリッターに向けられる。反射参照ビームの第1
量と第2量のうち、その一部がそれぞれビームスプリッターによって送られ、反
射参照ビームの第3量と第4量を形成する。この後、反射参照ビームの第3量と第4
量の平行光線は、空間フィルターレンズによって空間フィルターピンホール上に
焦点を結ぶ。
The reflected light emitted from the spot on the reference mirror to the reference lens forms a reflected reference beam, which is collimated by the reference lens and directed to the third phase shifter. The first portion of the collimated reflected light beam is phase-shifted, and the light beam formed here is referred to as the first amount of the phase-shifted reflected reference beam first. Further, a phase shift is performed on the second portion of the collimated reflected light, and this is the second amount of the reflected reference beam after the phase shift. The first and second amounts of rays of the reflected reference beam are directed to a beam splitter. First of the reflected reference beam
A portion of the quantity and the second quantity are respectively sent by the beam splitter to form a third quantity and a fourth quantity of the reflected reference beam. After this, the third and fourth quantities of the reflected reference beam
A quantity of collimated rays is focused by a spatial filter lens onto a spatial filter pinhole.

【0068】 散乱プローブビームの第3量の一部、また第4量の一部はそれぞれ、空間フィル
ターピンホールを通過した後、それぞれ空間フィルター処理された散乱プローブ
ビーム第3量、空間フィルター処理された散乱プローブビーム第4量を形成する。
この空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量および第4量はどちらも
、分散エレメントレンズによりコリメートされて分散エレメントに向けられる。
この場合、分散エレメントとしては反射型回折格子を使うのが望ましい。
A part of the third amount of the scattered probe beam and a part of the fourth amount are respectively passed through the spatial filter pinhole and then subjected to the spatially filtered scattered probe beam third amount and the spatially filtered scattered probe beam, respectively. Forming a fourth quantity of the scattered probe beam.
Both the third and fourth quantities of the spatially filtered scattered probe beam are collimated by the dispersive element lens and directed to the dispersive element.
In this case, it is desirable to use a reflection type diffraction grating as the dispersion element.

【0069】 反射参照ビーム第3量の一部、また第4量の一部はそれぞれ、空間フィルターピ
ンホールを通過した後、それぞれ空間フィルター処理された反射参照ビーム第3
量、空間フィルター処理された反射参照ビーム第4量を形成する。この空間フィ
ルター処理された反射参照ビーム第3量および第4量はどちらも、分散エレメント
レンズによりコリメートされて分散エレメントに向けられる。
A part of the third quantity of the reflected reference beam and a part of the fourth quantity respectively pass through the spatial filter pinhole and then are respectively subjected to the spatially filtered reflected reference beam third quantity.
The quantity forms a fourth quantity of the spatially filtered reflected reference beam. Both the third and fourth quantities of the spatially filtered reflected reference beam are collimated by a dispersive element lens and directed to the dispersive element.

【0070】 分散エレメントから発散された空間フィルター処理された散乱プローブビーム
第3量および空間フィルター処理された散乱プローブビーム第4量はどちらもその
一部が検出器レンズを通過し、それぞれ、波数フィルター処理され空間フィルタ
ー処理された散乱プローブビーム第3量、波数フィルター処理され空間フィルタ
ー処理された散乱プローブビーム第4量となる。この波数フィルター処理され空
間フィルター処理された散乱プローブビームの第3量および第4量は、検出器レン
ズにより集束され、複数の検出器ピンホールが直線状に配置されている平面上に
線画像を形成する。また、分散エレメントから発散された空間フィルター処理さ
れた反射参照ビーム第3量および空間フィルター処理された反射参照ビーム第4量
はどちらもその一部が検出器レンズを通過し、それぞれ波数フィルター処理され
空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量、波数フィルター処理された空
間フィルター処理された反射参照ビーム第4量となる。この波数フィルター処理
され空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量および第4量は検出器レンズ
によって集束され、複数の検出器ピンホールが直線状に配置されている平面上に
、反射参照ビーム第3量および第4量による線画像を形成する。
The third quantity of the spatially filtered scattered probe beam emanating from the dispersive element and the fourth quantity of the spatially filtered scattered probe beam both pass partially through the detector lens, A processed and spatially filtered scattered probe beam third quantity and a wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam fourth quantity. The third and fourth quantities of this wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam are focused by a detector lens and form a line image on a plane where a plurality of detector pinholes are linearly arranged. Form. Also, both the third spatially filtered reflected reference beam and the fourth spatially filtered reflected reference beam emanating from the dispersive element partially pass through the detector lens and are each wavenumber filtered. A spatially filtered reflected reference beam third quantity and a wave number filtered spatially filtered reflected reference beam fourth quantity are obtained. The wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam third and fourth quantities are focused by a detector lens, and the plurality of detector pinholes are linearly arranged on a plane where the reflected reference beam is reflected. A line image is formed by the third and fourth amounts.

【0071】 波数フィルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量
と第4量、および波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参照ビ
ーム第3量と第4量は、部分的に重なり合った形で検出器ピンホールによって転送
されるが、この部分の強度が多ピクセル検出器によって測定される。多ピクセル
検出器には複数のピクセルが直線状に配置されており、この検出器により測定さ
れた値が測定強度値第1アレイとなる。また、波数フィルター処理され空間フィ
ルター処理された反射参照ビーム第3量および第4量の位相が第4位相シフターに
よりラジアンを使ってシフトされ、それぞれ第1位相シフト後波数フィルター処
理され空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量、第4量が形成される。こ
の後、波数フィルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビーム第
3量と第4量、および第1位相シフト後波数フィルター処理され空間フィルター処
理された反射参照ビーム第3量と第4量が部分的に重なり合った形で検出器ピンホ
ールによって転送され、重なって送られる部分の強度が多ピクセル検出器によっ
て測定される。ここで測定された値が測定強度値第2アレイとなる。
The third and fourth quantities of the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam and the third and fourth quantities of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam were partially overlapped. Transmitted in the form of a detector pinhole, the intensity of which is measured by a multi-pixel detector. A plurality of pixels are linearly arranged in the multi-pixel detector, and a value measured by the detector becomes a first array of measured intensity values. In addition, the phases of the third and fourth amounts of the wave number-filtered and spatially-filtered reflected reference beam are shifted using radians by a fourth phase shifter, and the first and second phase-shifted wave numbers are filtered and spatially filtered. The third and fourth quantities of the reflected reference beam are formed. This is followed by a wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam.
The third and fourth quantities, and the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam after the first phase shift, the third and fourth quantities are transferred by the detector pinhole in a partially overlapping fashion and overlap The intensity of the transmitted portion is measured by a multi-pixel detector. The value measured here is the second array of measured intensity values.

【0072】 さらに波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参照ビーム第3
量および第4量の位相が第4位相シフターにより再度、ラジアンを使ってシフトさ
れ、第2位相シフト後波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参
照ビーム第3量および第4量がそれぞれ形成される。この後、波数フィルター処理
され空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量および第4量と、第2位
相シフト後波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参照ビーム第
3量および第4量が部分的に重なり合った形で検出器ピンホールによって転送され
、重なって送られる部分の強度が多ピクセル検出器によって測定される。ここで
測定された値が測定強度値第3アレイとなる。
The wave number-filtered and spatially filtered reflected reference beam third
The phases of the quantity and the fourth quantity are again shifted using radians by the fourth phase shifter to form third and fourth quantities of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam after the second phase shift, respectively. You. Thereafter, the wavefront-filtered and spatially filtered scattered probe beam third and fourth quantities and the second phase-shifted wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam
The third and fourth quantities are transferred by the detector pinholes in a partially overlapping manner, and the intensity of the overlapping sections is measured by a multi-pixel detector. The value measured here becomes the third array of measured intensity values.

【0073】 同様にして、さらに波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参
照ビーム第3および第4量の位相が第4位相シフターにより再度、ラジアンを使っ
てシフトされ、第3位相シフト後波数フィルター処理され空間フィルター処理さ
れた反射参照ビーム第3量および第4量がそれぞれ形成される。この後、波数フィ
ルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量および第4量
と、第3位相シフト後波数フィルター処理され空間フィルター処理された反射参
照ビーム第3量および第4量が部分的に重なり合った形で検出器ピンホールによっ
て転送され、重なって送られる部分の強度が多ピクセル検出器によって測定され
る。ここで測定された値が測定強度値第4アレイとなる。
Similarly, the phases of the third and fourth quantities of the reflected reference beam, which are further subjected to wave number filtering and spatial filtering, are again shifted using radians by the fourth phase shifter, and the third phase shifted wave number filter The processed and spatially filtered reflected reference beam third and fourth quantities are formed, respectively. After this, the third and fourth quantities of the wavenumber-filtered and spatially filtered scattered probe beam and the third and fourth quantities of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam after the third phase shift are partially The intensity of the portion transmitted by the detector pinhole in an overlapping manner and transmitted in an overlapping manner is measured by the multi-pixel detector. The value measured here becomes the fourth array of measured intensity values.

【0074】 次のステップでは、測定強度値である第1、第2、第3、第4アレイがコンピュー
タに送られ処理される。コンピュータでは、測定強度値第1アレイの要素から測
定強度値第2アレイの対応する要素が差し引かれ、測定値である成分値第1アレイ
が算出される。この成分値第1アレイは、検出器ピンホールの平面上に集束した
散乱プローブビームの複素振幅を表しており、焦点外画像による光線の影響は大
幅に排除されている。同様に、コンピュータでは、測定強度値第3アレイの要素
から測定強度値第4アレイの対応する要素が差し引かれ、この測定値が成分値第2
アレイとなる。成分値第2アレイは、検出器ピンホールの平面上に集束した散乱
プローブビームの複素振幅を表しており、焦点外画像による光線の影響は大幅に
排除されている。
In the next step, the first, second, third and fourth arrays of measured intensity values are sent to a computer for processing. The computer subtracts the corresponding elements of the second array of measured intensity values from the elements of the first array of measured intensity values to calculate a first array of component values that are the measured values. This first array of component values represents the complex amplitude of the scattered probe beam focused on the plane of the detector pinhole, and the effects of light rays due to out-of-focus images are largely eliminated. Similarly, the computer subtracts the corresponding element of the fourth array of measured intensity values from the element of the third array of measured intensity values, and this measurement is referred to as the second component value.
It becomes an array. The second array of component values represents the complex amplitude of the scattered probe beam focused on the plane of the detector pinhole and the effects of light rays due to out-of-focus images are largely eliminated.

【0075】 散乱プローブビームの複素振幅を示す成分値第1アレイと成分値第2アレイは直
交成分の値であり、したがって検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点
外画像による光線の影響が大幅に排除されている散乱プローブビームの複素振幅
について、複素定数の範囲内で正確な測定値を示すものである。コンピュータや
、現在技術的に知られているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料
の直線部分については、対象材料を走査しなくても正確な1次元表現が得られる
。これは直線部分の方向がプローブレンズの光軸の方向と一致するためである。
つまり、直線部分は通常、対象材料の単一もしくは複数の表面を通過する形にな
っているか、または単一の表面自体が直線を形成しているため、この処理が可能
である。同じく、コンピュータや技術的に知られているコンピュータアルゴリズ
ムを使うことにより、対象材料の2次元表現と3次元表現も2次元アレイと3次元ア
レイをもとにそれぞれ正確に取得される。この場合、2次元アレイは対象材料を1
次元で走査して得られた測定強度値の第1、第2、第3、第4アレイで、3次元アレ
イは対象材料を2次元で走査して得られた測定強度値の第1、第2、第3、第4アレ
イで構成される。対象材料の直線部分のほか、平面部分や容積部分も通常、単一
もしくは複数の表面を通過する形か、または取り込まれる形で存在している。こ
ういった部分の走査は、コンピュータにより制御される並進器を使って対象材料
を1次元と2次元で体系的に動かすことで達成される。この場合、コンピュータア
ルゴリズムとしては、現在、技術的に知られているデコンボルーションや整数等
式逆転手法を使っても良い。本発明である散乱プローブビームの振幅の成分値第
1、第2アレイでも既に焦点外画像の補正は行われているが、デコンボルーション
手法などを使うことでさらに補正を行うことができる。
The first array of component values and the second array of component values, which indicate the complex amplitude of the scattered probe beam, are orthogonal component values, and are therefore focused on the plane of the detector pinhole, and the effect of light rays due to out-of-focus images Figure 4 shows an accurate measurement of the complex amplitude of the scattered probe beam, where is greatly excluded, within complex constants. By using a computer or a computer algorithm known in the art, an accurate one-dimensional representation can be obtained for a straight line portion of the target material without scanning the target material. This is because the direction of the linear portion matches the direction of the optical axis of the probe lens.
That is, this process is possible because the straight section typically passes through one or more surfaces of the subject material, or the single surface itself forms a straight line. Similarly, by using a computer or a computer algorithm known in the art, the two-dimensional and three-dimensional representations of the target material can be accurately obtained based on the two-dimensional array and the three-dimensional array, respectively. In this case, the two-dimensional array is
The first, second, third and fourth arrays of the measured intensity values obtained by scanning in two dimensions, the three-dimensional array is the first and second of the measured intensity values obtained by scanning the target material in two dimensions. It consists of a second, third and fourth array. In addition to the straight portions of the material of interest, the flat portions and the volume portions are also present, usually passing through or being taken up by one or more surfaces. Scanning these parts is accomplished by systematically moving the target material in one and two dimensions using a computer controlled translator. In this case, as a computer algorithm, a deconvolution or an integer equality inversion method which is currently known in the art may be used. The amplitude component value of the scattering probe beam
Although the out-of-focus image has already been corrected in the first and second arrays, further correction can be performed by using a deconvolution method or the like.

【0076】 次に2番目の実施例を説明する。この2番目の実施例は、焦点内画像の複素振幅
と焦点外画像の複素振幅を識別するための方法と装置であり、その方法は、広帯
域、空間的に拡張され、空間的にインコヒーレントであるという特性を持つ線光
源からの光学的放射をもとに、直線状アレイの光源ピンホールに対してイメージ
ングを行うというものである。この2番目の実施例では、装置と電子処理方法は
、上記の最初の実施例とは異なるものを使う。つまり、最初の実施例の光源ピン
ホールの代わりに直線状アレイの光源ピンホールを使う。また、最初の実施例の
空間フィルターピンホールの代わりに直線状アレイの空間フィルターピンホール
を、さらに最初の実施例の直線状アレイの検出器ピンホールと多ピクセル検出器
の代わりに、2次元アレイの検出器ピンホールと2次元アレイのピクセルを持つ多
ピクセル検出器を使用する。直線状アレイの光源ピンホールと直線状アレイの空
間フィルターピンホールの方向はどちらも、分散エレメントによって定義される
平面に対して垂直である。2次元アレイの検出器ピンホールと2次元アレイの多ピ
クセル検出器はいずれも、その2次元アレイは、多ピクセル検出器の焦点平面に
作成される直線状アレイの光源ピンホールの画像に向けられている。
Next, a second embodiment will be described. This second embodiment is a method and apparatus for identifying the complex amplitude of an in-focus image and the complex amplitude of an out-of-focus image, the method being broadband, spatially extended, and spatially incoherent. In this method, imaging is performed on a linear array of light source pinholes based on optical radiation from a linear light source having certain characteristics. In this second embodiment, the apparatus and the electronic processing method are different from those of the first embodiment. That is, a linear array of light source pinholes is used instead of the light source pinholes of the first embodiment. Also, a linear array of spatial filter pinholes is used instead of the spatial filter pinholes of the first embodiment, and a two-dimensional array is used instead of the linear array of detector pinholes and multi-pixel detectors of the first embodiment. Use a multi-pixel detector with a detector pinhole and a two-dimensional array of pixels. The directions of both the linear array light source pinholes and the linear array spatial filter pinholes are perpendicular to the plane defined by the dispersive elements. Both the two-dimensional array of detector pinholes and the two-dimensional array of multi-pixel detectors are oriented at the image of a linear array of light source pinholes created at the focal plane of the multi-pixel detector. ing.

【0077】 波数フィルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビームの振幅
の第1成分値と第2成分値は、その測定アレイの要素は直交成分値であり、したが
って、2次元直線状アレイの検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点外
画像による光線の影響が大幅に排除されている散乱プローブビームの複素振幅に
ついて、複素定数の範囲内で正確な測定値を示すものである。現在技術的に知ら
れているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の2次元部分につい
ては、ほとんどの場合、対象材料を走査しなくても正確な2次元表現が得られる
。これは2次元部分は、光源ピンホールの直線状アレイの方向とプローブレンズ
の光軸の方向をもとに選択されるためである。つまり、2次元部分は通常、対象
材料の単一もしくは複数の表面を通過する形になっているか、または単一の表面
自体が2次元部分を形成しているため、この処理が可能である。また、現在技術
的に知られているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の3次元表
現は、対象を主に1次元で走査し、そこで得られた第1、第2、第3、第4強度値の3
次元アレイを使って正確に取得される。これは対象材料の3次元表現は通常、対
象材料の単一もしくは複数の表面に関する表現であるためである。この場合、コ
ンピュータアルゴリズムとしては、現在、技術的に知られているデコンボルーシ
ョンや整数等式逆転手法を使っても良い。本発明である散乱プローブビームの振
幅の成分値第1、第2アレイでも既に焦点外画像の補正は行われているが、デコン
ボルーション手法などを使うことでさらに補正を行うことができる。
The first and second component values of the amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam are based on the fact that the elements of the measurement array are quadrature component values and therefore the detection of a two-dimensional linear array. It provides an accurate measurement of the complex amplitude of the scattered probe beam within the complex constants, focused on the plane of the detector pinhole and greatly eliminating the effects of light rays due to out-of-focus images. Using computer algorithms now known in the art, an accurate two-dimensional representation of the two-dimensional portion of the target material can often be obtained without scanning the target material. This is because the two-dimensional portion is selected based on the direction of the linear array of light source pinholes and the direction of the optical axis of the probe lens. That is, this process is possible because the two-dimensional portion typically passes through one or more surfaces of the target material, or the single surface itself forms the two-dimensional portion. Also, by using computer algorithms currently known in the art, the three-dimensional representation of the target material can be obtained by scanning the target mainly in one dimension and obtaining the first, second, third, and fourth Intensity value 3
Accurately acquired using a dimensional array. This is because the three-dimensional representation of the target material is typically a representation of one or more surfaces of the target material. In this case, as a computer algorithm, a deconvolution or an integer equality inversion method which is currently known in the art may be used. The out-of-focus image has already been corrected in the first and second arrays of the component values of the amplitude of the scattered probe beam according to the present invention, but can be further corrected by using a deconvolution technique or the like.

【0078】 次に上記の2番目の実施例の変形例を説明する。この変形例は、焦点内画像と
焦点外画像を識別するための方法と装置であり、その方法は、広帯域、空間的に
拡張され、空間的にインコヒーレントであるという特性を持つ線光源からの光学
的放射をもとに、光源スリットに対してイメージングを行うというものである。
この変形例では、装置と電子処理方法は、上記の2番目の実施例とは異なるもの
を使う。つまり、2番目の実施例の直線状アレイの光源ピンホールの代わりに光
源スリットを使う。また、2番目の実施例の直線状アレイの空間フィルターピン
ホールの代わりに空間フィルタースリットを使用する。光源スリットと空間フィ
ルタースリットの方向はどちらも、分散エレメントによって定義される平面に対
して垂直である。
Next, a modification of the second embodiment will be described. This variation is a method and apparatus for distinguishing in-focus and out-of-focus images, the method comprising a broadband, spatially extended and spatially incoherent line source. This is to image the light source slit based on the optical radiation.
In this modification, an apparatus and an electronic processing method different from those of the second embodiment are used. That is, a light source slit is used instead of the light source pinhole of the linear array of the second embodiment. Also, a spatial filter slit is used instead of the linear array spatial filter pinhole of the second embodiment. The directions of the light source slit and the spatial filter slit are both perpendicular to the plane defined by the dispersive element.

【0079】 波数フィルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビームの振幅
の第1成分値と第2成分値は、その測定アレイの要素は直交成分値である。その性
質上、2次元アレイの検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点外画像に
よる光線の影響が大幅に排除されている波数フィルター処理された空間フィルタ
ー処理された散乱プローブビームの複素振幅について、複素定数の範囲内で正確
な測定値を示すものである。現在技術的に知られているコンピュータアルゴリズ
ムを使うことで、対象材料の2次元部分については、対象材料を走査しなくても
正確な2次元表現が得られる。これは2次元部分は、光源スリットの方向とプロー
ブレンズの光軸の方向をもとに選択されるためである。また、現在技術的に知ら
れているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の3次元表現は、対
象を1次元で走査し、そこで得られた第1、第2、第3、第4強度値の3次元アレイを
使って正確に取得される。対象材料の走査は、コンピュータにより制御される並
進器を使って対象材料を1次元で体系的に動かすことで達成される。この場合、
コンピュータアルゴリズムとしては、現在、技術的に知られているデコンボルー
ションや整数等式逆転手法を使っても良い。本発明の装置でも焦点外画像の補正
は行われるが、デコンボルーション手法などを使うことでさらに補正を行うこと
ができる。
The first component value and the second component value of the amplitude of the scattered probe beam subjected to the wave number filtering process and the spatial filtering process, the elements of the measurement array are orthogonal component values. By its nature, the complex amplitude of a wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam that is focused on the plane of the detector pinhole in a two-dimensional array, while greatly eliminating the effects of light rays due to out-of-focus images Shows an accurate measurement value within the range of the complex constant. Using computer algorithms known in the art, an accurate two-dimensional representation of the two-dimensional portion of the target material can be obtained without having to scan the target material. This is because the two-dimensional part is selected based on the direction of the light source slit and the direction of the optical axis of the probe lens. Also, using a computer algorithm known in the art, the three-dimensional representation of the target material is obtained by scanning the target in one dimension and obtaining the first, second, third, and fourth intensity values obtained therefrom. Is accurately obtained using a three-dimensional array of. Scanning of the target material is accomplished by systematically moving the target material in one dimension using a translator controlled by a computer. in this case,
As the computer algorithm, a deconvolution or an integer equation inversion method which is currently known in the art may be used. Although the out-of-focus image is also corrected by the apparatus of the present invention, the correction can be further performed by using a deconvolution method or the like.

【0080】 上記の最初と2番目の実施例では、S/N比の向上または最適化、もしくは両方を
達成することもできる。これは、追加の光学手法を使うことで達成でき、使用す
る電子処理手法は、本発明の最初と2番目の実施例の装置の場合とほぼ同じであ
る。追加の光学手法の内容は、参照ビームとプローブビームのパスを修正すると
いうものである。この方法の場合、最初と2番目の実施例のどちらでも、選択し
た検出器ピンホールにイメージングされる波数フィルター処理された空間フィル
ター処理された散乱プローブビームの振幅と、その選択された検出器ピンホール
に集束する波数フィルター処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム
の振幅の割合を調整できる。
In the first and second embodiments described above, it is also possible to improve or optimize the S / N ratio, or both. This can be achieved by using additional optical techniques, and the electronic processing techniques used are approximately the same as for the devices of the first and second embodiments of the present invention. An additional optical approach is to modify the path of the reference and probe beams. For this method, in both the first and second embodiments, the amplitude of the wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam imaged to the selected detector pinhole and its selected detector pin The ratio of the amplitude of the wave number filtered spatially filtered reflected reference beam focusing on the hole can be adjusted.

【0081】 次に3番目の実施例について説明する。この3番目の実施例は、焦点内画像の複
素振幅と焦点外画像の複素振幅を識別するための方法と装置であり、この実施例
では、S/N比の調整または向上もしくは最適化という方法を使う。装置は最初の
実施例と同じであるが、光学手法を用いて、選択した検出器ピンホールにイメー
ジングされる波数フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プローブ
ビームの振幅と、その選択された検出器ピンホールに集束する波数フィルター処
理された空間フィルター処理された反射参照ビームの振幅の割合を調整する。こ
の場合、広帯域で空間的にインコヒーレントな点光源からの光線は光源ピンホー
ルに集束する。その後、光源ピンホールから発散された光線はコリメートされ第
1位相シフターに向けられる。コリメートされた光線のうち最初の部分の位相が
シフトされ、これが位相シフト後光線の第1量となる。また、コリメートされた
光線のうち2番目の部分の位相がシフトされ、位相シフト後光線の第2量となる。
Next, a third embodiment will be described. This third embodiment is a method and apparatus for identifying the complex amplitude of the in-focus image and the complex amplitude of the out-of-focus image. In this embodiment, the method of adjusting or improving or optimizing the S / N ratio is used. use. The apparatus is the same as the first embodiment, but using optical techniques, the amplitude of the wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam imaged to the selected detector pinhole and its selected detection The amplitude ratio of the wave number filtered spatially filtered reflected reference beam focused on the detector pinhole is adjusted. In this case, light from a broadband, spatially incoherent point light source is focused on the light source pinhole. After that, the rays diverging from the light source pinhole are collimated and
Pointed to one phase shifter. The phase of the first part of the collimated light beam is shifted, which is the first quantity of the light beam after the phase shift. Also, the phase of the second part of the collimated light beam is shifted, and becomes the second amount of the light beam after the phase shift.

【0082】 位相シフト後光線の第1量と第2量は、第1ビームスプリッター上に届く。この
後、位相シフト後光線の第1量の最初の部分が第1ビームスプリッターを通過し、
プローブビーム第1量となる。位相シフト後光線の第1量の2番目の部分は、第1ビ
ームスプリッターにより反射させられ、参照ビーム第1量を形成する。同様に、
位相シフト後光線の第2量の最初の部分が第1ビームスプリッターを通過し、プロ
ーブビーム第2量となる。位相シフト後光線の第2量の2番目の部分は、第1ビーム
スプリッターにより反射させられ、参照ビーム第2量を形成する。プローブビー
ム第1量と第2量は、第1プローブビームスポットに焦点を結ぶ。参照ビーム第1量
と第2量は、第1参照ビームスポットに焦点を結ぶ。
After the phase shift, the first and second quantities of the light beam reach the first beam splitter. After this, the first part of the first quantity of the light after the phase shift passes through the first beam splitter,
This is the first amount of the probe beam. The second portion of the first quantity of the phase shifted light ray is reflected by the first beam splitter to form a reference beam first quantity. Similarly,
The first part of the second quantity of the light beam after the phase shift passes through the first beam splitter to become the second quantity of the probe beam. The second part of the second quantity of the phase shifted light ray is reflected by the first beam splitter to form a reference beam second quantity. The first and second quantities of the probe beam focus on the first probe beam spot. The reference beam first quantity and the second quantity focus on the first reference beam spot.

【0083】 第1プローブビームスポットから発散されるプローブビーム第1量の光線は、コ
リメートされて第2ビームスプリッターに向けられる。コリメートされた光線の
うち一部は第2ビームスプリッターを通過し、これがプローブビーム第3量となる
。第1プローブビームスポットから発散されるプローブビーム第2量の光線も、コ
リメートされて第2ビームスプリッターに向けられる。コリメートされた光線の
うち一部は第2ビームスプリッターを通過し、プローブビーム第4量となる。プロ
ーブビーム第3量と第4量の光線は、第2位相シフターに向けられる。プローブビ
ーム第3量の光線は、第2位相シフターを通過した後、位相シフトされ、プローブ
ビーム第5量となる。プローブビーム第4量の光線は、第2位相シフターを通過し
た後、位相シフトされ、プローブビーム第6量となる。プローブビーム第5量と第
6量が形成される際、第2位相シフターによって実行される位相シフトの程度は、
第1位相シフターの場合と同じである。
A first amount of the probe beam diverging from the first probe beam spot is collimated and directed to a second beam splitter. Some of the collimated light beams pass through the second beam splitter, which becomes the third amount of the probe beam. A second amount of light from the probe beam diverging from the first probe beam spot is also collimated and directed to the second beam splitter. Some of the collimated light beams pass through the second beam splitter and become the fourth amount of the probe beam. The third and fourth rays of the probe beam are directed to a second phase shifter. After passing through the second phase shifter, the third beam of the probe beam is phase-shifted to a fifth beam of the probe beam. After passing through the second phase shifter, the fourth beam of the probe beam is phase-shifted to a sixth beam of the probe beam. Probe beam 5th and 4th
When 6 quantities are formed, the degree of phase shift performed by the second phase shifter is
This is the same as the case of the first phase shifter.

【0084】 第1参照ビームスポットから発散される参照ビーム第1量の光線は、コリメート
されて第3位相シフターに向けられ、これが参照ビーム第3量となる。第1参照ビ
ームスポットから発散される参照ビーム第2量の光線も、コリメートされて第3位
相シフターに向けられ、これが参照ビーム第4量となる。参照ビーム第3量と第4
量が形成される際、第3位相シフターによって実行される位相シフトの程度は、
第1位相シフターの場合と同じである。参照ビーム第3量の一部は、第3ビームス
プリッターによって反射させられ、参照ビーム第5量となる。同じく、参照ビー
ム第4量の一部が、第3ビームスプリッターによって反射させられ、参照ビーム第
6量となる。コリメートされた参照ビーム第5量と第6量は、参照レンズによって
参照鏡上の第2参照ビームスポットに集束させられる。
The first amount of reference beam rays diverging from the first reference beam spot are collimated and directed to a third phase shifter, which becomes the third amount of reference beam. The second beam of reference beam diverging from the first reference beam spot is also collimated and directed to the third phase shifter, which becomes the fourth beam of reference beam. Reference beam 3rd and 4th
When the quantity is formed, the degree of phase shift performed by the third phase shifter is
This is the same as the case of the first phase shifter. A part of the third reference beam quantity is reflected by the third beam splitter to become the fifth reference beam quantity. Similarly, a portion of the reference beam fourth quantity is reflected by the third beam splitter and the reference beam
It becomes 6 quantities. The fifth and sixth quantities of the collimated reference beam are focused by the reference lens to a second reference beam spot on the reference mirror.

【0085】 コリメートされたプローブビーム第5量と第6量は、プローブレンズによって集
束させられ、対象材料に線画像を形成、つまり対象材料を照らす。この線画像は
、ほぼプローブレンズの光軸に沿って形成され、光軸上の線画像の長さは、プロ
ーブレンズの焦点深度や色収差、光源の光学的帯域などの各種因子の組み合わせ
によって決まる。
The fifth and sixth quantities of the collimated probe beam are focused by the probe lens and form a line image on the target material, ie illuminate the target material. The line image is formed substantially along the optical axis of the probe lens, and the length of the line image on the optical axis is determined by a combination of various factors such as the depth of focus of the probe lens, chromatic aberration, and the optical band of the light source.

【0086】 被照射対象からプローブレンズに向かって発散されたプローブビームのうち、
第5量と第6量に相当する反射光線または散乱光線は、散乱プローブビームを形成
する。この散乱プローブビームは、プローブレンズによりコリメートされて第2
位相シフターに向けられる。コリメートされた光線のうち第1の部分について位
相シフトが行われ、このシフトにより形成された光線が位相シフト後散乱プロー
ブビーム第1量となる。また、コリメートされた光線のうち第2の部分について位
相シフトが行われ、これが位相シフト後散乱プローブビーム第2量となる。この
散乱プローブビームの第1量と第2量の光線は、第2ビームスプリッターに向けら
れる。ここで、散乱プローブビームの第1量と第2量のうちその一部がそれぞれ、
第2ビームスプリッターによる反射を経て、散乱プローブビーム第3量と第4量を
形成する。この後、散乱プローブビーム第3量および第4量の平行光線は、空間フ
ィルターレンズにより空間フィルターピンホールで焦点を結ぶ。
[0086] Of the probe beams diverged from the irradiation target toward the probe lens,
The reflected or scattered light corresponding to the fifth and sixth quantities forms a scattered probe beam. This scattered probe beam is collimated by the probe lens and
Pointed to the phase shifter. A phase shift is performed on the first portion of the collimated light beam, and the light beam formed by this shift becomes the first amount of the scattering probe beam after the phase shift. Further, a phase shift is performed on a second portion of the collimated light beam, and this is the second amount of the scattering probe beam after the phase shift. The first and second quantities of the scattered probe beam are directed to a second beam splitter. Here, a part of each of the first amount and the second amount of the scattering probe beam is
A third quantity and a fourth quantity of the scattered probe beam are formed through reflection by the second beam splitter. Thereafter, the third and fourth amounts of the parallel rays of the scattered probe beam are focused by the spatial filter lens at the spatial filter pinhole.

【0087】 参照鏡上の第2参照ビームスポットから参照レンズに向かって発散された反射
光線は、反射参照ビームを形成する。この反射参照ビームは、参照レンズにより
コリメートされて第3ビームスプリッターに向けられる。反射参照ビームの一部
は、第3ビームスプリッターによって伝播され第4位相シフターに届く。ここで第
4位相シフターにより、伝播された反射参照ビームの第1の部分の位相がシフトさ
れ、これが位相シフト後反射参照ビーム第1量となる。また、伝播された反射参
照ビームの第2の部分の位相がシフトされ、これが位相シフト後反射参照ビーム
第2量となる。位相シフト後反射参照ビーム第1量と第2量の光線はいずれも、第2
ビームスプリッターに向けられる。ここで第2ビームスプリッターにより、反射
参照ビーム第1量と第2量の光線のうち一部が伝播され、それぞれ反射参照ビーム
第3量、第4量となる。この後、コリメートされた反射参照ビーム第3量、第4量の
光線は、空間フィルターレンズにより空間フィルターピンホール上に集束される
The reflected rays diverging from the second reference beam spot on the reference mirror towards the reference lens form a reflected reference beam. This reflected reference beam is collimated by the reference lens and directed to the third beam splitter. Part of the reflected reference beam is propagated by the third beam splitter and reaches the fourth phase shifter. Where the
The four phase shifter shifts the phase of the first portion of the propagated reflected reference beam, which becomes the phase-shifted first amount of the reflected reference beam. In addition, the phase of the second portion of the propagated reflected reference beam is shifted, and this is the phase-shifted second amount of the reflected reference beam. Both the first and second rays of the phase-shifted reflected reference beam are
Pointed to the beam splitter. Here, the second beam splitter propagates a part of the first reference amount and the second amount of the reflected reference beam, and becomes the third and fourth amounts of the reflected reference beam, respectively. After this, the third and fourth rays of the collimated reflected reference beam are focused on the spatial filter pinhole by the spatial filter lens.

【0088】 散乱プローブビームの第3量の一部、また第4量の一部はそれぞれ、空間フィル
ターピンホールを通過した後、それぞれ空間フィルター処理された散乱プローブ
ビーム第3量、空間フィルター処理された散乱プローブビーム第4量を形成する。
この空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量および第4量はどちらも
、分散エレメントレンズによりコリメートされて分散エレメントに向けられる。
この場合、分散エレメントとしては反射型回折格子を使うのが望ましい。
A part of the third quantity of the scattered probe beam and a part of the fourth quantity are respectively passed through the spatial filter pinhole and then subjected to the spatially filtered third quantity of the scattered probe beam and spatially filtered. A fourth quantity of the scattered probe beam is formed.
Both the third and fourth quantities of the spatially filtered scattered probe beam are collimated by the dispersive element lens and directed to the dispersive element.
In this case, it is desirable to use a reflection type diffraction grating as the dispersion element.

【0089】 反射参照ビーム第3量の一部、また第4量の一部はそれぞれ、空間フィルターピ
ンホールを通過した後、それぞれ空間フィルター処理された反射参照ビーム第3
量、空間フィルター処理された反射参照ビーム第4量を形成する。この空間フィ
ルター処理された反射参照ビーム第3量および第4量はどちらも、分散エレメント
レンズによりコリメートされて分散エレメントに向けられる。
A part of the third quantity of the reflected reference beam and a part of the fourth quantity respectively pass through the spatial filter pinhole and then are respectively subjected to the spatially filtered reflected reference beam third quantity.
The quantity forms a fourth quantity of the spatially filtered reflected reference beam. Both the third and fourth quantities of the spatially filtered reflected reference beam are collimated by a dispersive element lens and directed to the dispersive element.

【0090】 分散エレメントから発散された空間フィルター処理された散乱プローブビーム
第3量および空間フィルター処理された散乱プローブビーム第4量はどちらも、そ
の一部が検出器レンズを通過し、それぞれ、波数フィルター処理された空間フィ
ルター処理された散乱プローブビーム第3量、波数フィルター処理された空間フ
ィルター処理された散乱プローブビーム第4量となる。この波数フィルター処理
された空間フィルター処理された散乱プローブビームの第3量および第4量は、検
出器レンズにより集束され、複数の検出器ピンホールが直線状に配置されている
平面上に線画像を形成する。また、分散エレメントから発散された空間フィルタ
ー処理された反射参照ビーム第3量および空間フィルター処理された反射参照ビ
ーム第4量はどちらも、その一部が検出器レンズを通過し、それぞれ波数フィル
ター処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量、波数フィルタ
ー処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム第4量となる。この波数
フィルター処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量および第4
量は検出器レンズによって集束され、複数の検出器ピンホールが直線状に配置さ
れている平面上に線画像を形成する。
The third spatially filtered scattered probe beam quantity emanating from the dispersive element and the fourth spatially filtered scattered probe beam quantity both pass through the detector lens and have respective wavenumbers A filtered spatially filtered scattered probe beam third quantity, and a wavenumber filtered spatially filtered scattered probe beam fourth quantity. The third and fourth quantities of this wavenumber filtered spatially filtered scattered probe beam are focused by a detector lens and a line image on a plane where a plurality of detector pinholes are linearly arranged. To form In addition, both the third spatially filtered reflected reference beam and the fourth spatially filtered reflected reference beam emanating from the dispersive element partially pass through the detector lens and are each subjected to wavenumber filtering. The third amount of the spatially filtered reflected reference beam and the fourth amount of the wave number filtered spatially filtered reflected reference beam are obtained. This wavenumber filtered spatially filtered reflected reference beam third quantity and fourth
The quantities are focused by a detector lens to form a line image on a plane where a plurality of detector pinholes are linearly arranged.

【0091】 波数フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3
量と第4量、および波数フィルター処理された空間フィルター処理された反射参
照ビーム第3量と第4量は、部分的に重なり合った形で検出器ピンホールによって
転送されるが、この部分の強度が多ピクセル検出器によって測定される。多ピク
セル検出器には複数のピクセルが直線状に配置されており、この検出器により測
定された値が測定強度値第1アレイとなる。また、波数フィルター処理された空
間フィルター処理された反射参照ビーム第3量および第4量の位相が第5位相シフ
ターによりラジアンを使ってシフトされ、それぞれ第1位相シフト後波数フィル
ター処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム第3量、第4量が形成さ
れる。この後、波数フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プロー
ブビーム第3量と第4量、および第1位相シフト後波数フィルター処理された空間
フィルター処理された反射参照ビーム第3量と第4量が部分的に重なり合った形で
検出器ピンホールによって転送され、重なって送られる部分の強度が多ピクセル
検出器によって測定される。ここで測定された値が測定強度値第2アレイとなる
Wave Number Filtered Spatial Filtered Scattering Probe Beam Third
The third and fourth quantities, the quantity and fourth quantity, and the wavenumber-filtered spatially filtered reflected reference beam, are transmitted by the detector pinhole in partially overlapping form, but the intensity of this part Is measured by a multi-pixel detector. A plurality of pixels are linearly arranged in the multi-pixel detector, and a value measured by the detector becomes a first array of measured intensity values. In addition, the phase of the third and fourth quantities of the spatially filtered reflected reference beam, which has been subjected to wave number filtering, are shifted using radians by a fifth phase shifter, and the first and second phase shifted spatially filtered wave filters, respectively. The third and fourth quantities of the processed reflected reference beam are formed. This is followed by a wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam third and fourth quantities, and a wavenumber-filtered spatially filtered reflected reference beam third and fourth quantities after the first phase shift. Are transferred by the detector pinholes in a partially overlapping manner, and the intensity of the overlapped portion is measured by a multi-pixel detector. The value measured here is the second array of measured intensity values.

【0092】 さらに波数フィルター処理された空間フィルター処理された反射参照ビーム第
3量および第4量の位相が第5位相シフターにより再度、ラジアンを使ってシフト
され、第2位相シフト後波数フィルター処理された空間フィルター処理された反
射参照ビーム第3量および第4量がそれぞれ形成される。この後、波数フィルター
処理された空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量および第4量と、
第2位相シフト後波数フィルター処理された空間フィルター処理された反射参照
ビーム第3量および第4量が部分的に重なり合った形で検出器ピンホールによって
転送され、重なって送られる部分の強度が多ピクセル検出器によって測定され、
ここで測定された値が測定強度値第3アレイとなる。
Further, the wave number filtered spatially filtered reflected reference beam
The phases of the third and fourth quantities are again shifted using radians by the fifth phase shifter, and the third and fourth quantities of the spatially filtered reflected reference beam after the second phase shift are filtered, respectively. It is formed. Thereafter, a wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam third and fourth quantities,
After the second phase shift, the wavenumber-filtered spatially filtered reflected reference beam is transmitted by the detector pinhole in a partially overlapping manner with the third and fourth quantities, and the intensity of the overlapping section is high. Measured by a pixel detector,
The value measured here becomes the third array of measured intensity values.

【0093】 同様にして、さらに波数フィルター処理された空間フィルター処理された反射
参照ビーム第3および第4量の位相が第5位相シフターにより再度、ラジアンを使
ってシフトされ、第3位相シフト後波数フィルター処理された空間フィルター処
理された反射参照ビーム第3量および第4量がそれぞれ形成される。この後、波数
フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プローブビーム第3量およ
び第4量と、第3位相シフト後波数フィルター処理された空間フィルター処理され
た反射参照ビーム第3量および第4量が部分的に重なり合った形で検出器ピンホー
ルによって転送され、重なって送られる部分の強度が多ピクセル検出器によって
測定される。ここで測定された値が測定強度値第4アレイとなる。
Similarly, the phase of the spatially filtered reflected reference beam third and fourth quantities, further wavenumber filtered, are again shifted using radians by a fifth phase shifter, and the wavenumber after the third phase shift A filtered spatially filtered reflected reference beam third quantity and fourth quantity are respectively formed. This is followed by the third and fourth quantities of wavenumber filtered spatially filtered scattered probe beams and the third and fourth quantities of wavenumber filtered spatially filtered reflected reference beams after the third phase shift. Are transferred by the detector pinholes in a partially overlapping manner, and the intensity of the overlapped portion is measured by a multi-pixel detector. The value measured here becomes the fourth array of measured intensity values.

【0094】 次のステップでは、測定強度値である第1、第2、第3、第4アレイがコンピュー
タに送られ処理される。コンピュータでは、測定強度値第1アレイの要素から測
定強度値第2アレイの対応する要素が差し引かれ、測定値である成分値第1アレイ
が算出される。この成分値第1アレイは、検出器ピンホールの平面上に集束した
散乱プローブビームの複素振幅を表しており、焦点外画像による光線の影響は大
幅に排除されている。同様に、コンピュータでは、測定強度値第3アレイの要素
から測定強度値第4アレイの対応する要素が差し引かれ、この測定値が成分値第2
アレイとなる。成分値第2アレイは、検出器ピンホールの平面上に集束した散乱
プローブビームの複素振幅を表しており、焦点外画像による光線の影響は大幅に
排除されている。
In the next step, the first, second, third and fourth arrays of measured intensity values are sent to a computer for processing. The computer subtracts the corresponding elements of the second array of measured intensity values from the elements of the first array of measured intensity values to calculate a first array of component values that are the measured values. This first array of component values represents the complex amplitude of the scattered probe beam focused on the plane of the detector pinhole, and the effects of light rays due to out-of-focus images are largely eliminated. Similarly, the computer subtracts the corresponding element of the fourth array of measured intensity values from the element of the third array of measured intensity values, and this measurement is referred to as the second component value.
It becomes an array. The second array of component values represents the complex amplitude of the scattered probe beam focused on the plane of the detector pinhole and the effects of light rays due to out-of-focus images are largely eliminated.

【0095】 波数フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プローブビームの複
素振幅を示す成分値第1アレイと成分値第2アレイは、直交成分の値であり、した
がって検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点外画像による光線の影響
が大幅に排除されている散乱プローブビームの複素振幅について、複素定数の範
囲内で正確な測定値を示すものである。コンピュータや、現在技術的に知られて
いるコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の直線部分については、
対象材料を走査しなくても正確な1次元表現が得られる。これは直線部分の方向
がプローブレンズの光軸の方向と一致するためである。また、コンピュータや技
術的に知られているコンピュータアルゴリズムを使うことにより、対象材料の2
次元表現と3次元表現もそれぞれ2次元アレイと3次元アレイをもとにそれぞれ正
確に取得される。この場合、2次元アレイは、コンピュータにより制御される並
進器を使って対象材料を1次元で走査して得られた測定強度値の第1、第2、第3、
第4アレイで、3次元アレイは対象材料を2次元で走査して得られた測定強度値の
第1、第2、第3、第4アレイで構成される。この場合、コンピュータアルゴリズム
としては、現在、技術的に知られているデコンボルーションや整数等式逆転手法
を使っても良い。本発明である散乱プローブビームの振幅の成分値第1、第2アレ
イでも既に焦点外画像の補正は行われているが、デコンボルーション手法などを
使うことでさらに補正を行うことができる。
The first array of component values and the second array of component values, which indicate the complex amplitude of the wavenumber filtered spatially filtered scattered probe beam, are the values of the quadrature components, and are therefore on the plane of the detector pinhole. It provides an accurate measurement of the complex amplitude of the scattered probe beam, which is focused and largely free of the effects of light rays due to out-of-focus images, within complex constants. Using a computer or computer algorithms now known in the art,
An accurate one-dimensional representation can be obtained without scanning the target material. This is because the direction of the linear portion matches the direction of the optical axis of the probe lens. By using a computer or a computer algorithm known in the art,
The dimensional representation and the three-dimensional representation are also accurately obtained based on the two-dimensional array and the three-dimensional array, respectively. In this case, the two-dimensional array is a computer controlled translator that scans the target material in one dimension to obtain the first, second, third, and third measured intensity values.
In the fourth array, the three-dimensional array includes first, second, third, and fourth arrays of measured intensity values obtained by scanning the target material in two dimensions. In this case, as a computer algorithm, a deconvolution or an integer equality inversion method which is currently known in the art may be used. The out-of-focus image has already been corrected in the first and second arrays of the component values of the amplitude of the scattered probe beam according to the present invention, but can be further corrected by using a deconvolution technique or the like.

【0096】 この3番目の実施例では、複素振幅の測定S/N比の調整や向上、最適化も可能で
あり、こういった処理により目的の複素振幅を測定できる。S/N比の最適化は、
選択した検出器ピンホールに集束する波数フィルター処理された空間フィルター
処理された散乱プローブビーム第3量、第4量の振幅の割合と、その選択された検
出器ピンホールに集束する波数フィルター処理された空間フィルター処理された
反射参照ビーム第3量、第4量の振幅の割合を調整することで行う。この割合の調
整は、第1、第2、第3ビームスプリッターの反射伝播プロパティを変更すること
で可能である。
In the third embodiment, it is possible to adjust, improve, and optimize the measurement S / N ratio of the complex amplitude, and the target complex amplitude can be measured by such processing. Optimization of S / N ratio
Wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam to be focused on the selected detector pinhole Ratio of the third and fourth amplitudes and wavenumber filtered to focus on the selected detector pinhole This is performed by adjusting the ratio of the amplitudes of the third and fourth amounts of the reflected reference beam subjected to the spatial filtering. This ratio can be adjusted by changing the reflection and propagation properties of the first, second, and third beam splitters.

【0097】 次に4番目の実施例について説明する。この3番目の実施例は、焦点内画像の複
素振幅と焦点外画像の複素振幅を識別するための方法と装置であり、S/N比の調
整または向上もしくは最適化という手法を使う。この実施例では、広帯域で空間
的にインコヒーレントな線光源からの光学的放射を直線状アレイの光源ピンホー
ルにイメージングさせる。この実施例で使う装置と電子処理手法は、先の3番目
の実施例とは多少異なる。つまり、3番目の実施例の光源ピンホールの代わりに
直線状アレイの光源ピンホールを使う。また、3番目の実施例の空間フィルター
ピンホールの代わりに直線状アレイの空間フィルターピンホールを使う。また、
3番目の実施例の直線状アレイの検出器ピンホールと多ピクセル検出器ではなく
、2次元直線状アレイの検出器ピンホールと2次元アレイピクセルを持つ多ピクセ
ル検出器を使用する。直線状アレイの光源ピンホールの方向と直線状アレイの空
間フィルターピンホールの方向はいずれも、分散エレメントによって定義される
平面に対して垂直である。2次元直線状アレイの検出器ピンホールと多ピクセル
検出器のピクセルは、多ピクセル検出器の焦点平面にイメージングされる直線状
アレイの光源ピンホールの画像に対して向けられている。
Next, a fourth embodiment will be described. This third embodiment is a method and apparatus for distinguishing between the complex amplitude of an in-focus image and the complex amplitude of an out-of-focus image, using a technique of adjusting or improving or optimizing the S / N ratio. In this embodiment, optical radiation from a broadband, spatially incoherent line source is imaged onto a linear array of source pinholes. The apparatus and electronic processing method used in this embodiment are slightly different from those in the third embodiment. That is, a linear array of light source pinholes is used instead of the light source pinholes of the third embodiment. Also, a linear array of spatial filter pinholes is used instead of the spatial filter pinholes of the third embodiment. Also,
Instead of the linear array of detector pinholes and multi-pixel detectors of the third embodiment, a multi-pixel detector having a two-dimensional linear array of detector pin holes and two-dimensional array pixels is used. Both the direction of the light source pinholes in the linear array and the direction of the spatial filter pinholes in the linear array are perpendicular to the plane defined by the dispersive element. The two-dimensional linear array of detector pinholes and the pixels of the multi-pixel detector are directed against an image of the linear array of light source pinholes imaged in the focal plane of the multi-pixel detector.

【0098】 波数フィルター処理され空間フィルター処理された散乱プローブビームの振幅
の第1成分値と第2成分値は、その測定アレイの要素は直交成分値であり、したが
って、2次元直線状アレイの検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点外
画像による光線の影響が大幅に排除されている散乱プローブビームの複素振幅に
ついて、複素定数の範囲内で正確な測定値を示すものである。現在技術的に知ら
れているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の2次元部分につい
ては、ほとんどの場合、対象材料を走査しなくても正確な2次元表現が得られる
。これは2次元部分は、光源ピンホールの直線状アレイの方向とプローブレンズ
の光軸の方向をもとに選択されるためである。また、現在技術的に知られている
コンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の3次元表現は、対象を主に1
次元で走査し、そこで得られた第1、第2、第3、第4強度値の3次元アレイを使っ
て正確に取得される。この場合、コンピュータアルゴリズムとしては、現在、技
術的に知られているデコンボルーションや整数等式逆転手法を使っても良い。本
発明である散乱プローブビームの振幅の成分値第1、第2アレイでも既に焦点外画
像の補正は行われているが、デコンボルーション手法などを使うことでさらに補
正を行うことができる。
The first and second component values of the amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam are based on the fact that the elements of the measurement array are quadrature component values and therefore the detection of a two-dimensional linear array. It provides an accurate measurement of the complex amplitude of the scattered probe beam within the complex constant, focused on the plane of the detector pinhole and greatly eliminating the effects of light rays due to out-of-focus images. Using computer algorithms now known in the art, an accurate two-dimensional representation of the two-dimensional portion of the target material can often be obtained without scanning the target material. This is because the two-dimensional portion is selected based on the direction of the linear array of light source pinholes and the direction of the optical axis of the probe lens. In addition, by using computer algorithms currently known in the art, the three-dimensional representation of the target material
It is scanned in two dimensions and is obtained exactly using a three-dimensional array of the first, second, third and fourth intensity values obtained therefrom. In this case, as a computer algorithm, a deconvolution or an integer equality inversion method which is currently known in the art may be used. The out-of-focus image has already been corrected in the first and second arrays of the component values of the amplitude of the scattered probe beam according to the present invention, but can be further corrected by using a deconvolution technique or the like.

【0099】 この4番目の実施例では、複素振幅の測定S/N比の調整や向上、最適化も可能で
あり、こういった処理により目的の複素振幅を測定できる。S/N比の最適化は、
選択した検出器ピンホールに集束する波数フィルター処理された空間フィルター
処理された散乱プローブビーム第3量、第4量の振幅の割合と、その選択された検
出器ピンホールに集束する波数フィルター処理された空間フィルター処理された
反射参照ビーム第3量、第4量の振幅の割合を調整することで行う。この割合の調
整は、第1、第2、第3ビームスプリッターの反射伝播プロパティを変更すること
で可能である。
In the fourth embodiment, it is possible to adjust, improve, and optimize the measurement S / N ratio of the complex amplitude, and the target complex amplitude can be measured by such processing. Optimization of S / N ratio
Wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam to be focused on the selected detector pinhole Ratio of the third and fourth amplitudes and wavenumber filtered to focus on the selected detector pinhole This is performed by adjusting the ratio of the amplitudes of the third and fourth amounts of the reflected reference beam subjected to the spatial filtering. This ratio can be adjusted by changing the reflection and propagation properties of the first, second, and third beam splitters.

【0100】 次に上記の4番目の実施例の変形例を説明する。この変形例は、焦点内画像と
焦点外画像を識別するための方法と装置であり、その方法は、広帯域、空間的に
拡張され、空間的にインコヒーレントであるという特性を持つ線光源からの光学
的放射をもとに、光源スリットに対してイメージングを行うというものである。
この変形例では、装置と電子処理方法は、上記の4番目の実施例とは多少異なる
ものを使う。つまり、4番目の実施例の直線状アレイの光源ピンホールの代わり
に光源スリットを使う。また、4番目の実施例の直線状アレイの空間フィルター
ピンホールの代わりに空間フィルタースリットを使用する。光源スリットと空間
フィルタースリットの方向はどちらも、分散エレメントによって定義される平面
に対して垂直である。
Next, a modification of the fourth embodiment will be described. This variation is a method and apparatus for distinguishing in-focus and out-of-focus images, the method comprising a broadband, spatially extended and spatially incoherent line source. This is to image the light source slit based on the optical radiation.
In this modification, an apparatus and an electronic processing method which are slightly different from those of the fourth embodiment are used. That is, a light source slit is used instead of the light source pinhole of the linear array of the fourth embodiment. Also, a spatial filter slit is used in place of the linear array spatial filter pinhole of the fourth embodiment. The directions of the light source slit and the spatial filter slit are both perpendicular to the plane defined by the dispersive element.

【0101】 波数フィルター処理された空間フィルター処理された散乱プローブビームの振
幅の第1成分値と第2成分値は、その測定アレイの要素は直交成分値である。その
性質上、2次元アレイの検出器ピンホールの平面上に集束し、しかも焦点外画像
による光線の影響が大幅に排除されている波数フィルター処理された空間フィル
ター処理された散乱プローブビームの複素振幅について、複素定数の範囲内で正
確な測定値を示すものである。現在技術的に知られているコンピュータアルゴリ
ズムを使うことで、対象材料の2次元部分については、対象材料を走査しなくて
も正確な2次元表現が得られる。これは2次元部分は、光源スリットの方向とプロ
ーブレンズの光軸の方向をもとに選択されるためである。また、現在技術的に知
られているコンピュータアルゴリズムを使うことで、対象材料の3次元表現は、
対象を1次元で走査し、そこで得られた第1、第2、第3、第4強度値の3次元アレイ
を使って正確に取得される。対象材料の走査は、コンピュータにより制御される
並進器を使って対象材料を1次元で体系的に動かすことで達成される。この場合
、コンピュータアルゴリズムとしては、現在、技術的に知られているデコンボル
ーションや整数等式逆転手法を使っても良い。本発明の装置でも焦点外画像の補
正は行われるが、デコンボルーション手法などを使うことでさらに補正を行うこ
とができる。
The first and second component values of the amplitude of the spatially filtered scattered probe beam subjected to wavenumber filtering, the elements of the measurement array are orthogonal component values. By its nature, the complex amplitude of a wavenumber-filtered spatially filtered scattered probe beam that is focused on the plane of the detector pinhole in a two-dimensional array, while greatly eliminating the effects of light rays due to out-of-focus images Shows an accurate measurement value within the range of the complex constant. Using computer algorithms known in the art, an accurate two-dimensional representation of the two-dimensional portion of the target material can be obtained without having to scan the target material. This is because the two-dimensional part is selected based on the direction of the light source slit and the direction of the optical axis of the probe lens. In addition, by using computer algorithms that are currently known in the art, the three-dimensional representation of the target material is
The object is scanned in one dimension and is accurately acquired using the resulting three-dimensional array of first, second, third and fourth intensity values. Scanning of the target material is accomplished by systematically moving the target material in one dimension using a translator controlled by a computer. In this case, as a computer algorithm, a deconvolution or an integer equality inversion method which is currently known in the art may be used. Although the out-of-focus image is also corrected by the apparatus of the present invention, the correction can be further performed by using a deconvolution method or the like.

【0102】 本発明の装置では、1番目、2番目、3番目、4番目の実施例、また変形例のいず
れの場合でもプローブレンズを使っている。プローブレンズは、波長をもとに焦
点範囲を拡張できる。焦点範囲を拡張したときでも、各周波数成分の横方向の空
間解像度は高く保たれる。プローブレンズでは、単一の波長を前提とした場合、
焦点範囲は、その開口数によって定義される領域に限定されるが、この領域は、
焦点距離が波長を考慮して設計されているレンズを使うことで拡張が可能である
。この種の波長をもとにしたレンズは、現在知られている技術を使うことで設計
できる。設計手法としては例えば、波長分散が異なる屈折材料を複数組み込んだ
レンズマルチプレットがある。また、ゾーンプレートを用いたレンズ設計もある
。ゾーンプレートを使う場合、プローブレンズユニットは、任意の波長での光学
ビーム成分のほとんどが、ゾーンプレートの順番どおりに焦点を結ぶように設計
することが望ましい。ゾーンプレートは、ホログラフィー技術を使って作成でき
る。上のような方法で焦点範囲を拡張する場合、光源からのビームのプロパティ
がプローブレンズのプロパティと一致するように、つまり波長帯域がプローブレ
ンズの波長範囲と同じになるようにしなければならない。
In the apparatus of the present invention, a probe lens is used in any of the first, second, third, and fourth embodiments and the modifications. The probe lens can extend the focal range based on the wavelength. Even when the focus range is extended, the horizontal spatial resolution of each frequency component is kept high. With a probe lens, assuming a single wavelength,
The focus range is limited to an area defined by its numerical aperture,
Expansion is possible by using a lens whose focal length is designed in consideration of the wavelength. Lenses based on this type of wavelength can be designed using currently known techniques. As a design method, for example, there is a lens multiplet incorporating a plurality of refractive materials having different wavelength dispersions. There is also a lens design using a zone plate. When a zone plate is used, it is desirable to design the probe lens unit such that most of the optical beam components at any wavelength are focused in the order of the zone plate. Zone plates can be created using holographic techniques. When extending the focal range by the above method, the properties of the beam from the light source must be matched with the properties of the probe lens, that is, the wavelength band must be the same as the wavelength range of the probe lens.

【0103】 上記の1番目、2番目、3番目、4番目の実施例およびその変形例は、実施例の第
1グループである。加えて、5番目、6番目、7番目、8番目の実施例およびその変
形例を実施例の第2グループとする。5番目、6番目、7番目、8番目の実施例およ
びその変形例はそれぞれ、プローブレンズを除き、1番目、2番目、3番目、4番目
の実施例およびその変形例に対応する。つまり、実施例の第1グループでは、プ
ローブレンズとしては、その色収差が軸方向すなわち縦方向のレンズを使うが、
第2グループの場合、色収差が横方向のプローブレンズを使用する。色収差が横
方向のプローブレンズを使うことにより、第2グループの各実施例では、対象材
料にプローブレンズの光軸に対してほぼ垂直に線画像が形成される。また、線画
像の画像ポイントはほぼ同時に取得される。
The above-described first, second, third, and fourth embodiments and their modifications are the same as those of the first embodiment.
One group. In addition, the fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments and their modifications are referred to as a second group of the embodiments. The fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments and their modifications correspond to the first, second, third, and fourth embodiments and their modifications, respectively, except for the probe lens. In other words, in the first group of the embodiments, as the probe lens, a lens whose chromatic aberration is in the axial direction, that is, the vertical direction is used,
In the case of the second group, a probe lens having chromatic aberration in the horizontal direction is used. By using a probe lens having a lateral chromatic aberration, in each embodiment of the second group, a line image is formed on the target material substantially perpendicular to the optical axis of the probe lens. Also, the image points of the line image are obtained almost simultaneously.

【0104】 プローブレンズの光軸に対して垂直に形成される線画像の長さは、プローブレ
ンズの焦点距離や横方向の色収差の大きさ(両者とも調整可能)、光源の光学的
帯域などの各種因子の組み合わせによって決まる。
The length of the line image formed perpendicular to the optical axis of the probe lens is determined by the focal length of the probe lens, the magnitude of lateral chromatic aberration (both can be adjusted), the optical band of the light source, and the like. It depends on the combination of various factors.

【0105】 また、9番目、10番目、11番目、12番目の実施例およびその変形例を実施例の
第3グループとする。この9番目、10番目、11番目、12番目の実施例およびその変
形例は、1番目、2番目、3番目、4番目の実施例およびその変形例を一部修正した
ものである。つまり、第3グループでは、多要素位相シフターは使用しない。し
たがって、第3グループの実施例と変形例では、焦点外画像に起因する背景の制
限と補正の程度は減少する。また、第3グループでは、第1グループと同じく、色
収差が光軸方向のプローブレンズを使用する。色収差が光軸方向のプローブレン
ズを使うことにより、第3グループの各実施例では、対象材料にほぼプローブレ
ンズの光軸に沿って線画像が形成される。また、線画像の画像ポイントはほぼ同
時に取得される。
The ninth, tenth, eleventh, and twelfth embodiments and their modifications are referred to as a third group of the embodiments. The ninth, tenth, eleventh, and twelfth embodiments and their modifications are partially modified from the first, second, third, and fourth embodiments and their modifications. That is, the third group does not use a multi-element phase shifter. Therefore, in the third group of embodiments and modifications, the degree of background limitation and correction due to an out-of-focus image is reduced. In the third group, as in the first group, a probe lens having chromatic aberration in the optical axis direction is used. By using the probe lens having the chromatic aberration in the optical axis direction, in each embodiment of the third group, a line image is formed on the target material substantially along the optical axis of the probe lens. Also, the image points of the line image are obtained almost simultaneously.

【0106】 さらに、13番目、14番目、15番目、16番目の実施例およびその変形例を実施例
の第4グループとする。この13番目、14番目、15番目、16番目の実施例およびそ
の変形例は、5番目、6番目、7番目、8番目の実施例およびその変形例を一部修正
したものである。この第4グループの場合、多要素位相シフターは使用しない。
したがって、第4グループの実施例と変形例では、焦点外画像に起因する背景の
制限と補正の程度は減少することになる。また、第4グループでは、第2グループ
と同じく、色収差が横方向のプローブレンズを使用して、対象材料に線画像を形
成する。色収差が横方向のプローブレンズを使用した場合、対象材料にプローブ
レンズの光軸に対してほぼ直交する形で(垂直に)線画像が形成される。また、
線画像の画像ポイントはほぼ同時に取得される。
Further, the thirteenth, fourteenth, fifteenth, and sixteenth embodiments and their modifications are referred to as a fourth group of the embodiments. The thirteenth, fourteenth, fifteenth, and sixteenth embodiments and their modifications are obtained by partially modifying the fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments and their modifications. For this fourth group, no multi-element phase shifters are used.
Therefore, in the fourth group of embodiments and modifications, the degree of background limitation and correction due to an out-of-focus image is reduced. In the fourth group, as in the second group, a line image is formed on the target material using a probe lens having chromatic aberration in the horizontal direction. When a probe lens having a lateral chromatic aberration is used, a line image is formed on a target material in a form substantially perpendicular to (vertically) the optical axis of the probe lens. Also,
The image points of the line image are acquired almost simultaneously.

【0107】 また、17番目、18番目、19番目、20番目の実施例およびその変形例を実施例の
第5グループとする。この17番目、18番目、19番目、20番目の実施例およびその
変形例は、1番目、2番目、3番目、4番目の実施例およびその変形例のもう一つの
修正バージョンである。つまり、第5グループでは、プローブレンズの種類は第1
グループと同じく色収差が軸方向のプローブレンズであるが、軸方向の色収差が
ほとんどないレンズを用いる。したがって、第5グループの場合、対象材料に生
成される画像は名目上、点画像になる。また、第1グループと同様に多要素位相
シフターを用いるため、第5グループでは、焦点外画像による背景の制限と補正
の程度は、第1グループの焦点外画像による背景の制限と補正の程度と同じであ
る。第5グループの場合、画像ポイントは、時間の経過ととも順次取得される。
Further, the seventeenth, eighteenth, nineteenth, and twentieth embodiments and their modified examples constitute a fifth group of the embodiments. The seventeenth, eighteenth, nineteenth, and twentieth embodiments and their modifications are another modified version of the first, second, third, and fourth embodiments and their modifications. In other words, in the fifth group, the type of the probe lens is the first
Similar to the group, a probe lens having chromatic aberration in the axial direction is used, but a lens having almost no chromatic aberration in the axial direction is used. Therefore, in the case of the fifth group, the image generated on the target material is nominally a point image. Further, since the multi-element phase shifter is used similarly to the first group, in the fifth group, the degree of restriction and correction of the background by the out-of-focus image is equal to the degree of restriction and correction of the background by the out-of-focus image of the first group. Is the same. In the case of the fifth group, the image points are sequentially acquired as time elapses.

【0108】 最初の4つのグループの実施例の実施例及びその変形態様によると、S/N比
は、その光源の複数の光周波数成分に対して調整及び又は最適化することもでき
る。これは、参照及び又は反射参照ビームの経路に、好ましくは及び又はプロー
ブ及び又は散乱プローブビームの経路に波長フィルターを配置し、波長フィルタ
ーを透過するように構成して、所定の波長依存性を有し、異なる波長に対して個
々の検出器ピンホールを通過させ、波数的にフィルターされ、空間的にフィルタ
ーされた反射参照ビームと、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされ
た散乱プローブビームの比を調整及び又は最適化することによって実現される。
この特徴は、対象材料を通過する際に、プローブ及び散乱プローブビームが大き
く減衰する場合に特に有効である。
According to the embodiments of the first four groups of embodiments and variants thereof, the S / N ratio can also be adjusted and / or optimized for a plurality of optical frequency components of the light source. This involves placing a wavelength filter in the path of the reference and / or reflected reference beam, preferably and / or in the path of the probe and / or scattered probe beam, and configured to transmit through the wavelength filter to have a predetermined wavelength dependence. Then, pass through the individual detector pinholes for different wavelengths and generate a wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam and a wave number filtered and spatially filtered scattering probe beam. This is achieved by adjusting and / or optimizing the ratio.
This feature is particularly useful where the probe and scattered probe beams are greatly attenuated as they pass through the material of interest.

【0109】 5つのグループの実施例の実施例及びその変形態様の各々に対して、記録媒体
を有する対象材料に情報を書き込む、対応する実施例又は変形態様がある。情報
を書き込む実施例及びその変形態様は各々、構成内の次の変更を除いて、対応す
る実施例又は変形態様の方法及び装置を有する。その光源及び参照鏡サブシステ
ムは交換され、検出器及び検出器ピンホールは鏡と置き換えられ、ここで鏡は、
その鏡に衝突する光源からの光を、それ自体の実質的な後方に導き、時間的、空
間的に依存する反射の度合いと、時間的、空間的に依存する位相シフトは、位相
シフト手段と共に配置した鏡によってもたらされ、対象材料内に所望の画像を生
成する。この位相シフト手段は、波数的にフィルターされ、空間的にフィルター
された反射参照ビーム内の一連の位相シフトをもたらす手段と同様の機能を実現
し、5つのグループの実施例の実施例及びその変形態様に対して、第1、第2、
第3、及び第4測定強度値を得る。
For each of the five groups of embodiments of the embodiments and variations thereof, there is a corresponding embodiment or variation of writing information to a target material having a recording medium. Each of the embodiments for writing information and its variants have the corresponding method or apparatus of the embodiment or variant, except for the following changes in the configuration. The light source and reference mirror subsystem are replaced, and the detector and detector pinhole are replaced with a mirror, where the mirror is
Directing light from the light source impinging on the mirror substantially behind itself, the degree of temporally and spatially dependent reflection and the temporally and spatially dependent phase shift together with the phase shifting means Produced by the placed mirror, it produces the desired image in the target material. The phase shifting means performs the same function as the means for providing a series of phase shifts in the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam, and is an embodiment of the five groups of embodiments and variants thereof. For the embodiment, the first, second,
Obtain third and fourth measured intensity values.

【0110】 ここで説明した実施例及びその変形態様の所定のものに対して、単一ビットバ
イナリ形式を利用して、対象材料内の所定の位置に情報を格納する。ここで説明
した実施例及びその変形態様の所定の他のものにおいて、実施例及びその変形態
様の所定のもので実現可能な以上の高密度の情報格納は、振幅記録媒体、又は振
幅及び位相記録媒体の各データ格納場所において、振幅に対するベースN形式、
又は振幅及び位相情報に対する(ベースN)×(ベースM)形式で記録すること
によって得られる。
For certain of the embodiments and variations thereof described herein, information is stored at predetermined locations within the target material using a single bit binary format. In certain of the embodiments and variations thereof described herein, higher density information storage than is achievable with certain embodiments and variations thereof may be achieved with an amplitude recording medium or amplitude and phase recording. At each data storage location on the medium, a base N format for amplitude,
Alternatively, it is obtained by recording in (base N) × (base M) format for amplitude and phase information.

【0111】 当業者には明らかなように、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターさ
れた反射参照ビームにおいて、一連の位相シフトをもたらし、前述の実施例及び
変形態様に対して第1、第2、第3、及び第4測定強度値を得る手段も、本発明
の範囲と精神から逸脱することなく、位相弁別検出及びヘテロダイン検出技術に
よって実現される。例えば、0、 、 、及び ラジアンの4つの離散的な位相
シフト値からなる位相シフト手段は、周波数 における振幅 の正弦波位相変化
と置き換えられる。波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プ
ローブビームの複素振幅の第1及び第2成分は、位相弁別検出によって、 の第
1及び第2調波として各々検出される。振幅 は、第1及び第2調波の両方の検
出に対して高感度となるように選択される。第2の例において、参照ビームの周
波数は、プローブビームの周波数に対してシフトされ、例えば音響光学変調器に
よって、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビー
ムの複素振幅第1及び第2成分値は、ヘテロダイン検出によって得られる。
As will be apparent to those skilled in the art, in the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam, a series of phase shifts is provided, and the first, second, and third embodiments are modified with respect to the foregoing embodiments and variations. Means for obtaining the second, third, and fourth measured intensity values are also implemented by phase discrimination detection and heterodyne detection techniques without departing from the scope and spirit of the invention. For example, a phase shifting means consisting of four discrete phase shift values of 0,,, and radians is replaced by a sinusoidal phase change of amplitude at frequency. The first and second components of the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam are detected as first and second harmonics, respectively, by phase discrimination detection. The amplitude is chosen to be sensitive to detection of both the first and second harmonics. In a second example, the frequency of the reference beam is shifted with respect to the frequency of the probe beam, and the complex amplitudes of the scattered probe beam are filtered, e.g., by an acousto-optic modulator. The second component value is obtained by heterodyne detection.

【0112】 当業者には明らかなように、光ディスクに情報を書き込む実施例及びその変形
態様は、単一ビットバイナリ形式で記憶位置に情報を書き込むことができる。さ
らに当業者には明らかなように、光ディスクに情報を書き込む実施例及びその変
形態様は、ある記憶位置に振幅に対するベースN形式、又は振幅及び位相に対す
る(ベースN)×(ベースM)形式の形態で情報を書き込むことができ、格納さ
れる情報を(ベースN)×(ベースM)形式に変換する際、フーリエ変換又はヒ
ルベルト変換等で変換する。
As will be apparent to those skilled in the art, embodiments and variations thereof for writing information to an optical disc may write information to storage locations in a single bit binary format. Further, as will be apparent to those skilled in the art, embodiments and variations thereof for writing information to an optical disc may be based on a base N format for amplitude or a (base N) × (base M) format for amplitude and phase at certain storage locations. When the stored information is converted into the (base N) × (base M) format, the information is converted by Fourier transform, Hilbert transform, or the like.

【0113】 当業者には明らかなように、情報は磁気光学効果によって媒体に格納され、格
納された情報は、対象材料で散乱又は透過させたプローブビームの偏光状態の変
化を測定することによって読み出される。
As will be apparent to those skilled in the art, information is stored on the medium by magneto-optical effects and the stored information is read out by measuring changes in the state of polarization of the probe beam scattered or transmitted through the material of interest. It is.

【0114】 当業者には明らかなように、5つのグループの実施例と、関連した書き込み実
施例及びその変形態様の実施例及びその変形態様において、対象材料の所望の走
査は、対象材料は静止させたままで、対象材料内の各光源ピンホール、光源ピン
ホールの直線状アレイ又は光源スリットの像を走査することによっても実現され
る。
As will be apparent to those skilled in the art, in the five groups of embodiments and associated writing embodiments and variations thereof, and variations thereof, the desired scan of the target material is such that the target material is stationary. It is also realized by scanning the image of each light source pinhole, a linear array of light source pinholes, or a light source slit in the target material while keeping it as it is.

【0115】 当然のことながら、本発明の「許可技術」は、あらゆる電磁波、例えば電子顕
微鏡内で利用される電子ビーム、又は音波に対してさえ適用し、そのために、適
切なコリメータレンズ、結像レンズ、位相シフター、及び記録媒体が提供される
。ビームの振幅を強度の代わりに検出する用途の場合、振幅の平方を生成する機
能は、検出器の次の電子演算処理で行われなければならない。
It will be appreciated that the "licensing technique" of the present invention applies to any electromagnetic wave, for example an electron beam or sound wave used in an electron microscope, and therefore has the appropriate collimator lens, imaging A lens, a phase shifter, and a recording medium are provided. For applications where the amplitude of the beam is detected instead of intensity, the function of generating the square of the amplitude must be performed in the next electronic processing of the detector.

【0116】 同様に当然のことながら、対象材料内の直線状画像の長さは、光源の光学的帯
域幅を必要に応じて変えながら、例えばプローブレンズの焦点深度及び又は軸方
向の色収差、又はプローブレンズの横方向の色収差を変えることによって変更さ
れる。
[0116] It will also be appreciated that the length of the linear image in the material of interest can be varied, for example, by changing the optical bandwidth of the light source as needed, for example, the depth of focus and / or axial chromatic aberration of the probe lens, or It is changed by changing the lateral chromatic aberration of the probe lens.

【0117】 空間的にインコヒーレントな直線状源を使用すると、系統的誤差は一般により
低くなるが、直線状源は、第2又は第4の好ましい実施例、又はそれらの変形態
様の場合、系統的誤差を低減するために、その直線状源の方向において空間的に
インコヒーレントである必要はない。
The use of a spatially incoherent linear source generally results in lower systematic errors, but the linear source is, in the case of the second or fourth preferred embodiment, or a variant thereof, a systematic error. It is not necessary to be spatially incoherent in the direction of the linear source to reduce the target error.

【0118】 多層マルチトラック光ディスクの読み出しに関する第1及び第3グループの実
施例の所定のものの利点は、光ディスクの深さ方向における直線状区分を実質的
に同時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用
した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を有意に
減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。光ディ
スクの深さ方向における直線状区分を同時に結像すると、光ディスクの回転、光
ディスクの非平坦性、及び又は光ディスクの振動によって生じる、深さ方向にお
ける光ディスクの動きに対する感度を大幅に減少できる。光ディスクの深さ方向
における直線状区分を同時に結像するとさらに、多層膜から同時に得られる情報
と共に、光ディスクの参照面を識別でき、この参照層は位置合わせ用として機能
する。
The advantages of certain of the first and third groups of embodiments for reading multi-layer multi-track optical discs are that the linear sections in the depth direction of the optical disc can be imaged substantially simultaneously and the conventional single pinhole It means that statistical errors are significantly reduced and background from out-of-focus images is significantly reduced compared to that obtained by a series of measurements using a confocal interference microscope or holography, or the like. Simultaneously imaging the linear sections in the depth direction of the optical disk can greatly reduce the sensitivity to optical disk movement in the depth direction caused by rotation of the optical disk, unevenness of the optical disk, and / or vibration of the optical disk. Simultaneously imaging the linear sections in the depth direction of the optical disc also allows the reference surface of the optical disc to be identified, together with the information simultaneously obtained from the multilayer film, this reference layer serving for alignment.

【0119】 集積回路の製造で使用されるウェーハの複雑な断層の振幅画像の提供に関する
第1及び第3グループの実施例の所定のものの利点は、ウェーハの深さ方向にお
ける直線状区分を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡
又はホログラフィを使用した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べ
て、統計的誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させると
いうことである。ウェーハの深さ方向における直線状区分を同時に結像すると、
例えばウェーハの平行移動、走査、又は振動によって生じる、深さ方向における
ウェーハの動きに対する感度を大幅に減少できる。ウェーハの深さ方向における
直線状区分を同時に結像するとさらに、多数の深さから同時に得られる情報と共
に、ウェーハ面、及び又は内部の面を識別できる。
An advantage of certain of the first and third groups of embodiments in providing amplitude images of complex slices of a wafer used in the manufacture of integrated circuits is that a linear section in the depth direction of the wafer is substantially reduced. And significantly reduce statistical errors compared to those obtained by a series of measurements using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography, or the like, and reduce the out-of-focus image from the out-of-focus image. Is significantly reduced. Simultaneously imaging linear sections in the depth direction of the wafer,
The sensitivity to wafer movement in the depth direction, for example, caused by translation, scanning, or vibration of the wafer, can be greatly reduced. Simultaneous imaging of linear sections in the depth direction of the wafer further allows identification of the wafer surface and / or internal surfaces, with information obtained simultaneously from multiple depths.

【0120】 生体内の生物学的試料の複雑な断層の振幅画像、例えば生物学的試料の非侵襲
性生検で使用される画像の提供に関する第1及び第3グループの実施例の所定の
ものの利点は、生物学的試料の深さ方向における直線状区分を実質的に同時に結
像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一連の
測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を有意に減少させ、
焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。生物学的試料の深
さ方向における直線状区分を同時に結像すると、例えば生物学的試料の平行移動
、走査、又は振動によって生じる、深さ方向における生物学的試料の動きに対す
る感度を大幅に減少できる。生物学的試料の深さ方向における直線状区分を同時
に結像するとさらに、多数の深さから同時に得られる情報と共に、生物学的試料
面、及び又は内部の面を識別できる。
[0120] Certain of the first and third groups of embodiments of the present invention relate to providing amplitude images of complex slices of a biological sample in vivo, such as images used in non-invasive biopsy of a biological sample. The advantage is that a linear section in the depth direction of the biological sample is imaged substantially simultaneously and is obtained in a series of measurements using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography, or similar. Significantly reduce the statistical error compared to
This means that background from out-of-focus images is significantly reduced. Simultaneous imaging of a linear section in the depth direction of a biological sample greatly reduces sensitivity to movement of the biological sample in the depth direction, for example, caused by translation, scanning, or vibration of the biological sample. it can. Simultaneously imaging the linear sections in the depth direction of the biological sample also allows the identification of the biological sample surface and / or the interior surface, with information obtained simultaneously from multiple depths.

【0121】 多層マルチトラック光ディスクの読み出しに関する第1及び第3グループの実
施例の所定の他のものの別の利点は、光ディスクの深さ方向における2次元状区
分を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微鏡
又はホログラフィを使用した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べ
て、統計的誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させると
いうことである。光ディスクの2次元状区分の軸の1つは、光ディスクの深さ方
向と平行であり、光ディスクの2次元状区分の直交する方向の軸は、光ディスク
の半径方向と平行であっても、光ディスクのトラックの接線方向と平行であって
もよい。光ディスクの2次元状区分を同時に結像すると、光ディスクの回転、光
ディスクの非平坦性、及び又は光ディスクの振動によって生じる、深さ方向と半
径方向における光ディスクの動きに対する感度を大幅に減少できる。光ディスク
の2次元状区分を同時に結像するとさらに、光ディスク上又は光ディスク内の参
照面、つまり参照層、及び参照トラックを識別でき、多層膜と多数のトラックで
同時に得られる情報と共に、トラック識別用に使用され、この参照層と参照トラ
ックは位置合わせ用として機能する。
Another advantage of certain other advantages of the first and third groups of embodiments for reading a multi-layer multi-track optical disc is that two-dimensional sections in the depth direction of the optical disc can be imaged substantially simultaneously. Significantly reduce statistical errors and significantly reduce background from out-of-focus images compared to those obtained with a series of measurements using a single pinhole and slit confocal interference microscope or holography, or the like. That is to decrease. One of the axes of the two-dimensional section of the optical disk is parallel to the depth direction of the optical disk, and the axis of the two-dimensional section of the optical disk in the orthogonal direction is parallel to the radial direction of the optical disk. It may be parallel to the tangential direction of the track. Simultaneously imaging two-dimensional sections of the optical disk can greatly reduce sensitivity to optical disk movement in the depth and radial directions caused by optical disk rotation, optical disk non-planarity, and / or optical disk vibration. Simultaneous imaging of the two-dimensional sections of the optical disc further allows identification of the reference surface, or reference layer, and reference tracks on or within the optical disc, along with information obtained simultaneously on the multilayer and multiple tracks, for track identification. Used, this reference layer and reference track function for alignment.

【0122】 多層マルチトラック光ディスクの読み出しに関する第2及び第4グループの実
施例の所定のものの利点は、光ディスク内又は光ディスク上の層に接する直線状
区分を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログ
ラフィを使用した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的
誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということで
ある。光ディスク内又は光ディスク上の層に接する直線状区分を同時に結像する
と、光ディスクの回転及び又は光ディスクの振動によって生じる光ディスクの動
きに対する感度を大幅に減少できる。光ディスク内又は光ディスク上の層に接す
る2次元状区分を同時に結像するとさらに、多数のトラックから同時に得られる
情報と共に、光ディスク内の参照トラックを識別でき、この参照トラックは位置
合わせ用として機能する。
The advantages of certain of the second and fourth groups of embodiments for reading a multi-layer multi-track optical disc are that the linear sections in the optical disc or adjacent to the layers on the optical disc are imaged substantially simultaneously, and the conventional single Significantly reduce statistical errors and significantly reduce background from out-of-focus images compared to a series of measurements using a single pinhole confocal interference microscope or holography, or the like. It is. Simultaneous imaging of linear sections within or on a layer on an optical disk can greatly reduce sensitivity to optical disk movement caused by optical disk rotation and / or optical disk vibration. Simultaneous imaging of the two-dimensional sections in or on the layer on the optical disc also allows identification of a reference track on the optical disc, together with information obtained from a number of tracks, which serves as an alignment.

【0123】 集積回路の製造で使用されるウェーハの複雑な断層の振幅画像の提供に関する
第2及び第4グループの実施例の所定のものの利点は、ウェーハ面又はウェーハ
内の面上に接する直線状区分を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール共
焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一連の測定で得られるもの、又は同様
のものに比べて、統計的誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に
減少させるということである。ウェーハ面又はウェーハ内の面に接する直線状区
分を同時に結像すると、ウェーハの平行移動、走査、及び又は振動によって生じ
るウェーハの動きに対する感度を大幅に減少できる。ウェーハ内又はウェーハ上
の面に接する2次元状区分を同時に結像するとさらに、複数の位置から同時に得
られる情報と共に、ウェーハ内又はウェーハ上の参照位置を識別でき、この参照
位置は位置合わせ用として機能する。
The advantages of certain of the second and fourth groups of embodiments in providing amplitude images of complex slices of a wafer used in the manufacture of integrated circuits are that the straight lines tangent to the wafer surface or to a surface within the wafer. Imaging the sections substantially simultaneously, significantly reducing statistical errors compared to those obtained with a series of measurements using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography, or the like, This means that background from out-of-focus images is significantly reduced. Simultaneous imaging of linear sections tangent to the wafer surface or surfaces within the wafer can greatly reduce the sensitivity to wafer movement caused by translation, scanning, and / or vibration of the wafer. Simultaneous imaging of two-dimensional sections in contact with a surface in or on the wafer can further identify the reference position in the wafer or on the wafer, along with information obtained simultaneously from multiple locations, and this reference position is used for alignment. Function.

【0124】 集積回路の製造で使用されるウェーハの複雑な断層の振幅画像の提供に関する
第1及び第3グループの実施例の所定のものの別の利点は、ウェーハの2次元状
区分を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微
鏡又はホログラフィを使用した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比
べて、統計的誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させる
ということである。ウェーハの2次元状区分の軸の1つは、そのウェーハの深さ
方向と平行である。ウェーハの2次元状区分を同時に結像すると、ウェーハの平
行移動、走査、及び又は振動によって生じる、深さ方向及び横方向におけるウェ
ーハの動きに対する感度を大幅に減少できる。ウェーハの2次元状区分を同時に
結像するとさらに、他の複数の位置から同時に得られる情報と共に、ウェーハ面
又は内部の面を識別でき、この面及び又は内部の面は位置合わせ用として機能す
ることができる。
Another advantage of certain of the first and third groups of embodiments for providing an amplitude image of a complex slice of a wafer used in the manufacture of integrated circuits is that the two-dimensional sectioning of the wafer is substantially reduced. Simultaneously imaged, significantly reduced statistical errors compared to those obtained with a series of measurements using conventional single pinhole and slit confocal interference microscopy or holography, or the like, out-of-focus images Is significantly reduced. One of the axes of the two-dimensional section of the wafer is parallel to the depth direction of the wafer. Simultaneous imaging of two-dimensional sections of the wafer can greatly reduce sensitivity to depth and lateral movement of the wafer caused by translation, scanning, and / or vibration of the wafer. Simultaneous imaging of a two-dimensional section of the wafer can further identify the wafer or internal surface, along with information obtained simultaneously from multiple other locations, which surface and / or internal surface can serve as an alignment. Can be.

【0125】 生体内の生物学的試料の複雑な断層の振幅画像、例えば生物学的試料の非侵襲
性生検で使用される画像の提供に関する第1及び第3グループの実施例の所定の
他のものの別の利点は、生物学的試料の2次元状区分を実質的に同時に結像し、
従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した
一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を有意に減少
させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。生物学的試
料の2次元区分の軸の1つは、そのウェーハの深さ方向と平行である。そのウェ
ーハの2次元状区分を同時に結像すると、生物学的試料の平行移動、走査、及び
又は振動によって生じる生物学的試料の動きに対する感度を大幅に減少できる。
生物学的試料の2次元状区分を同時に結像するとさらに、他の複数の位置から同
時に得られる情報と共に、生物学的試料面又は内部の面を識別でき、その面及び
又は内部の面は位置合わせ用として機能することができる。
[0125] Certain other of the first and third groups of embodiments relating to providing amplitude images of complex slices of a biological sample in vivo, such as those used in non-invasive biopsy of biological samples. Another advantage of the one is that it images substantially two-dimensional sections of a biological sample substantially simultaneously,
Significantly reduce statistical errors and significantly reduce background from out-of-focus images compared to those obtained with a series of measurements using conventional single pinhole and slit confocal interference microscopy or holography, or the like. That is to reduce it. One of the axes of the two-dimensional section of the biological sample is parallel to the depth direction of the wafer. Simultaneous imaging of the two-dimensional section of the wafer can greatly reduce the sensitivity to biological sample movement caused by translation, scanning, and / or vibration of the biological sample.
Simultaneous imaging of a two-dimensional section of a biological sample can further identify the surface or interior surface of the biological sample, along with information obtained simultaneously from multiple other locations, where the surface and / or interior surface is located. It can function as a match.

【0126】 生体内の生物学的試料の複雑な断層の振幅画像、例えば生物学的試料の非侵襲
性生検で使用される画像の提供に関する第2及び第4グループの実施例の所定の
ものの利点は、その試料内の面又は試料上の面に接する直線状区分を実質的に同
時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した
一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を有意に減少
させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。その試料内
の面又は試料上の面に接する直線状区分を同時に結像すると、その試料の平行移
動、走査、及び又は振動によって生じるその試料の動きに対する感度を大幅に減
少できる。その試料内の面又は試料上の面に接する2次元状区分を同時に結像す
るとさらに、複数の位置から同時に得られる情報と共に、その試料内の参照位置
を識別でき、その参照位置は位置合わせ用として機能する。
[0126] Certain of the examples of the second and fourth groups of embodiments relating to providing amplitude images of complex tomography of a biological sample in vivo, such as those used in non-invasive biopsy of a biological sample. The advantage is that it images substantially simultaneously a linear section that touches a surface within or on the sample, and that can be obtained with a series of measurements using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography, Or significantly reduce statistical errors and significantly reduce background from out-of-focus images as compared to the like. Simultaneous imaging of a linear section that touches a surface within the sample or a surface on the sample can greatly reduce the sensitivity to movement of the sample caused by translation, scanning, and / or vibration of the sample. Simultaneously imaging a two-dimensional section in contact with a surface in the sample or a surface on the sample further enables identification of a reference position in the sample along with information obtained simultaneously from a plurality of positions, and the reference position is used for positioning. Function as

【0127】 多層マルチトラック光ディスクの読み出しに関する第2及び第4グループの実
施例の所定の他のものの別の利点は、光ディスクの2次元状区分を実質的に同時
に結像し、従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微鏡又はホログラフィ
を使用した一連の測定で得られるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を
有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。
光ディスクの2次元状区分の軸の1つは、その光ディスクの半径方向と平行にす
ることができ、光ディスクの2次元状区分の直交する方向の軸は、光ディスク内
又は光ディスク上のトラックの接線方向と平行にすることができる。光ディスク
の2次元状区分を同時に結像すると、光ディスクの回転及び又は光ディスクの振
動によって生じる、半径方向における光ディスクの動きに対する感度を大幅に減
少できる。光ディスク内又は光ディスク上の2次元状区分を同時に結像するとさ
らに、多数のトラック及びその多数のトラック上の多数の位置から同時に得られ
る情報と共に、トラック識別用と所与のトラックの読み出し誤差用の参照トラッ
クを識別でき、この参照トラックは位置合わせ用として機能する。
Another advantage of certain other aspects of the second and fourth groups of embodiments for reading multi-layer multi-track optical discs is that the two-dimensional sections of the optical disc can be imaged substantially simultaneously and a conventional single pin Significantly reduce statistical errors and significantly reduce background from out-of-focus images compared to those obtained by a series of measurements using a hole and slit confocal interference microscope or holography, or the like. It is.
One of the axes of the two-dimensional section of the optical disc may be parallel to the radial direction of the optical disc, and the orthogonal axis of the two-dimensional section of the optical disc may be the tangential direction of the tracks in or on the optical disc. And can be parallel. Simultaneously imaging two-dimensional sections of the optical disk can greatly reduce the sensitivity to optical disk movement in the radial direction caused by optical disk rotation and / or optical disk vibration. Simultaneous imaging of a two-dimensional section within or on an optical disc further provides information simultaneously obtained from multiple tracks and multiple locations on the multiple tracks, as well as for track identification and read error of a given track. A reference track can be identified and this reference track serves for alignment.

【0128】 多層マルチトラック光ディスクの読み出しに関する第5グループの実施例の利
点は、多層マルチトラック光ディスクの1次元、2次元、或いは3次元画像を生
成し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一連の
測定で得られるものに比べて、焦点外画像からの背景を有意に減少させるという
ことである。
An advantage of the fifth group of embodiments for reading multi-layer multi-track optical discs is that they produce one-, two-, or three-dimensional images of multi-layer multi-track optical discs and use a conventional single pinhole confocal interference microscope or This means that background from out-of-focus images is significantly reduced as compared to that obtained with a series of measurements using holography.

【0129】 集積回路の製造で使用されるウェーハの複雑な断層の振幅画像の提供に関する
第5グループの実施例の利点は、ウェーハの1次元、2次元、或いは3次元画像
を生成し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一
連の測定で得られるものに比べて、焦点外画像からの背景を有意に減少させると
いうことである。
The advantages of the fifth group of embodiments for providing amplitude images of complex slices of a wafer used in the manufacture of integrated circuits are that one-, two-, or three-dimensional images of the wafer can be generated This means that background from out-of-focus images is significantly reduced compared to that obtained with a series of measurements using a single pinhole confocal interference microscope or holography.

【0130】 生体内の生物学的試料の複雑な断層の振幅画像、例えば生物学的試料の非侵襲
性生検で使用される画像の提供に関する第5グループの実施例の利点は、その試
料の1次元、2次元、或いは3次元画像を生成し、従来の単一ピンホール共焦干
渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一連の測定で得られるものに比べて、焦点
外画像からの背景を有意に減少させるということである。
An advantage of the fifth group of embodiments for providing amplitude images of complex tomography of a biological sample in vivo, such as those used in non-invasive biopsy of a biological sample, is that Generates one-, two-, or three-dimensional images and significantly reduces background from out-of-focus images compared to those obtained with a series of measurements using conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography That is.

【0131】 本発明の実施例の最初の4つのグループの利点は、直線状区分を実質的に同時
に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡を使用した一連の測定で得られ
るもの、又は同様のものに比べて、焦点外画像からの背景を有意に減少させると
いうことである。この実質的に同時に結像する機能は、「光学的波数領域反射計
」(OWDR)と呼ばれる技術の導入によって可能となる。背景の低減は、干渉
計測システムにピンホール共焦顕微鏡の基本的な原理を適用することによって可
能となる。この実質的に同時に結像する機能によって、1次元、2次元、及び3
次元画像を生成し、計測プロセス中の対象の動きに対する感度を大幅に減少でき
る。この動くという問題は、生物学的システムの生体内測定の場合に一般に用い
られている技術に大きな制限をもたらす。ここに開示した技術が組み込まれてい
ないPSI及びSCLIでは、振動によって引き起こされる動きによって、大き
な制限に遭遇する。また、トラックされていない動きの問題は、多層マルチトラ
ック光ディスクの読み出し及び又は書き込みに大きな制限をもたらす。
The advantages of the first four groups of embodiments of the present invention are that the linear sections are imaged substantially simultaneously and are obtained in a series of measurements using a conventional single pinhole confocal interference microscope. , Or the like, to significantly reduce the background from out-of-focus images. This substantially simultaneous imaging capability is made possible by the introduction of a technique called "optical wavenumber domain reflectometer" (OWDR). Background reduction is made possible by applying the basic principles of a pinhole confocal microscope to an interferometric measurement system. This substantially simultaneous imaging capability allows one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional
A two-dimensional image can be generated, greatly reducing the sensitivity to movement of the object during the measurement process. This problem of movement places great limitations on commonly used techniques for in vivo measurements of biological systems. PSI and SCLI, which do not incorporate the techniques disclosed herein, encounter significant limitations due to motion caused by vibration. Also, the problem of untracked motion places a great limitation on reading and / or writing of a multilayer multi-track optical disc.

【0132】 本発明の別の利点は、2次元状区分を実質的に同時に結像し、従来のスリット
共焦干渉顕微鏡を使用した一連の測定で得られるものに比べて、焦点外画像から
の背景を有意に減少させるということである。この実質的に同時に結像する機能
は、OWDR技術の導入によって可能となる。背景の低減は、干渉計測システム
にスリット共焦顕微鏡の基本的な原理を適用することによって可能となる。この
実質的に同時に結像する機能によって、2次元及び3次元画像を生成し、計測プ
ロセス中の対象の動きに対する感度を大幅に減少できる。既に示したように、こ
の動くという問題は、生物学的システムの生体内測定の場合に一般に用いられて
いる技術において、PSI及びSCLIでは振動によって引き起こされる動きに
よって、多層マルチトラック光ディスクの読み出し及び又は書き込みでは、トラ
ックされていない動きによって大きな制限をもたらす。
Another advantage of the present invention is that the two-dimensional sections are imaged substantially simultaneously, and from the out-of-focus image compared to those obtained with a series of measurements using a conventional slit confocal interference microscope. That is to significantly reduce the background. This substantially simultaneous imaging capability is made possible by the introduction of OWDR technology. The background can be reduced by applying the basic principle of the slit confocal microscope to the interferometer system. This substantially simultaneous imaging capability can produce two-dimensional and three-dimensional images and greatly reduce the sensitivity to movement of the object during the measurement process. As already indicated, this motion problem is a problem commonly used in the in vivo measurement of biological systems, in PSI and SCLI due to the movement caused by vibration, the reading and / or reading of multi-layer multi-track optical discs. In writing, untracked movement places great restrictions.

【0133】 多層マルチトラック光ディスクに書き込むための実施例とその変形態様、つま
り第1及び第3グループの実施例の所定のものに対応する実施例とその変形態様
の所定のものの利点は、光ディスク内の深さ方向における直線状区分を実質的に
同時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィ結像を使
用した一連の画像内に生成されるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を
有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。
光ディスクの深さ方向における直線状区分を同時に結像すると、光ディスクの回
転、光ディスクの非平坦性、及び又は光ディスクの振動によって生じる、深さ方
向における光ディスクの動きに対する感度を大幅に減少できる。光ディスクの深
さ方向における直線状区分を同時に結像するとさらに、多数の層に情報を同時に
書き込むと共に、光ディスク内に参照面を生成でき、この参照層は位置合わせ用
として機能する。
The advantages of the embodiment for writing on the multi-layer multi-track optical disk and its modifications, that is, the embodiment corresponding to the predetermined one of the first and third groups of the embodiments and the predetermined one of the modifications, are as follows. Imaging substantially simultaneously a straight section in the depth direction of the image, compared to what is produced in a series of images using conventional single pinhole confocal interference microscopy or holographic imaging, or the like. Thus, statistical errors are significantly reduced and background from out-of-focus images is significantly reduced.
Simultaneously imaging the linear sections in the depth direction of the optical disk can greatly reduce the sensitivity to optical disk movement in the depth direction caused by rotation of the optical disk, unevenness of the optical disk, and / or vibration of the optical disk. Simultaneously imaging the linear sections in the depth direction of the optical disc also allows simultaneous writing of information to multiple layers and the creation of a reference plane within the optical disc, which serves as an alignment.

【0134】 多層マルチトラック光ディスクに書き込むための実施例とその変形態様、つま
り第1及び第3グループの実施例の所定のものに対応する実施例とその変形態様
の所定の他のものの別の利点は、光ディスクの2次元状区分を実質的に同時に結
像し、従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使
用した一連の画像内に生成されるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤差を
有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである。
光ディスクの2次元状区分の軸の1つは、その光ディスクの深さ方向と実質的に
平行にし、光ディスクの2次元状区分の直交する方向の軸は、その光ディスクの
半径方向と実質的に平行にするか、又は光ディスクのトラックの接線と実質的に
平行にするか、又はそれらの間の方向のいずれかにすることができる。光ディス
クの2次元状区分を同時に結像すると、光ディスクの回転、光ディスクの非平坦
性、及び又は光ディスクの振動によって生じる、深さ方向及び直交する方向にお
ける光ディスクの動きに対する感度を大幅に減少できる。光ディスクの2次元状
区分を同時に結像するとさらに、多数の層及び多数のトラックに同時に結像され
る情報と共に、その光ディスク内又は光ディスク上に、参照面、つまり参照層、
及び参照トラックを生成でき、この参照層及び参照トラックは位置合わせ用とし
て機能する。
Further advantages of the embodiment for writing on a multilayer multi-track optical disc and its variants, ie an embodiment corresponding to certain of the first and third groups of embodiments and certain other of its variants. Image two-dimensional sections of an optical disk at substantially the same time, compared to those produced in a series of images using a conventional single pinhole and slit confocal interference microscope or holography, or the like. Thus, statistical errors are significantly reduced and background from out-of-focus images is significantly reduced.
One of the axes of the two-dimensional section of the optical disk is substantially parallel to the depth direction of the optical disk, and the orthogonal axis of the two-dimensional section of the optical disk is substantially parallel to the radial direction of the optical disk. Or substantially parallel to the tangents of the tracks on the optical disc, or in a direction therebetween. Simultaneously imaging two-dimensional sections of the optical disk can greatly reduce sensitivity to optical disk movement in the depth and orthogonal directions caused by optical disk rotation, optical disk non-planarity, and / or optical disk vibration. Simultaneously imaging a two-dimensional section of an optical disc further includes a reference surface, ie, a reference layer, within or on the optical disc, along with information that is simultaneously imaged on multiple layers and multiple tracks.
And a reference track can be generated, and the reference layer and the reference track function for alignment.

【0135】 多層マルチトラック光ディスクに書き込むための実施例とその変形態様、つま
り第2及び第4グループの実施例の所定のものに対応する実施例とその変形態様
の所定のものの利点は、光ディスク内又は光ディスク上の層に接する直線状区分
を実質的に同時に結像し、従来の単一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフ
ィを使用した一連の画像内に生成されるもの、又は同様のものに比べて、統計的
誤差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということで
ある。光ディスク内又は光ディスク上の層に接する直線状区分を実質的に同時に
結像すると、光ディスクの回転及び又は光ディスクの振動によって生じる、光デ
ィスクの動きに対する感度を大幅に減少できる。
The advantages of the embodiment for writing on the multi-layer multi-track optical disk and its modifications, that is, the embodiment corresponding to the predetermined one of the embodiments of the second and fourth groups and the predetermined one of the modifications, are as follows. Or image a linear section tangent to a layer on an optical disc substantially simultaneously and produce a series of images using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography or similar. Thus, statistical errors are significantly reduced and background from out-of-focus images is significantly reduced. Imaging substantially simultaneously the linear sections within or on the layer on the optical disk can significantly reduce sensitivity to optical disk movement caused by optical disk rotation and / or optical disk vibration.

【0136】 多層マルチトラック光ディスクに書き込むための実施例とその変形態様、つま
り第2及び第4グループの実施例の所定の他のものに対応する実施例とその変形
態様の所定の他のものの別の利点は、光ディスクの2次元状区分を実質的に同時
に結像し、従来の単一ピンホール及びスリット共焦干渉顕微鏡又はホログラフィ
を使用した一連の画像内に生成されるもの、又は同様のものに比べて、統計的誤
差を有意に減少させ、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということであ
る。光ディスクの2次元状区分の軸の1つは、その光ディスク上の半径方向と実
質的に平行にし、光ディスクの2次元状区分の直交する方向の軸は、その光ディ
スク内又は光ディスク上のトラックの接線方向と実質的に平行にすることができ
る。光ディスクの2次元状区分を同時に結像すると、光ディスクの回転及び又は
光ディスクの振動によって生じる、半径方向における光ディスクの動きに対する
感度を大幅に減少できる。光ディスクの2次元状区分を同時に結像するとさらに
、多数のトラック及び多数のトラック上の多数の位置に情報を同時に書き込むの
と共に、トラック識別用の参照トラックを生成でき、この参照層及び参照トラッ
クは位置合わせ用として機能する。
An embodiment for writing on a multi-layer multi-track optical disc and its modifications, ie, an embodiment corresponding to another predetermined embodiment of the second and fourth groups, and another predetermined embodiment of its modifications The advantage is that two-dimensional sections of an optical disc are imaged substantially simultaneously and are produced in a series of images using a conventional single pinhole and slit confocal interference microscope or holography, or the like. , The statistical error is significantly reduced, and the background from the out-of-focus image is significantly reduced. One of the axes of the two-dimensional section of the optical disc is substantially parallel to the radial direction on the optical disc, and the axis of the orthogonal direction of the two-dimensional section of the optical disc is tangent to a track in or on the optical disc. It can be substantially parallel to the direction. Simultaneously imaging two-dimensional sections of the optical disk can greatly reduce the sensitivity to optical disk movement in the radial direction caused by optical disk rotation and / or optical disk vibration. Simultaneously imaging the two-dimensional section of the optical disk further allows writing information to multiple tracks and multiple locations on multiple tracks simultaneously, as well as generating a reference track for track identification, wherein the reference layer and the reference track are Functions for alignment.

【0137】 多層マルチトラック光ディスクに書き込むための実施例とその変形態様、つま
り第5グループの実施例に対応する実施例とその変形態様の利点は、多層マルチ
トラック光ディスク上に1次元、2次元、或いは3次元画像を生成し、従来の単
一ピンホール共焦干渉顕微鏡又はホログラフィを使用した一連の画像内に生成さ
れるものに比べて、焦点外画像からの背景を有意に減少させるということである
Embodiments for writing on a multi-layer multi-track optical disc and its modifications, that is, embodiments corresponding to the fifth group of embodiments and the advantages of the modifications thereof are described below. Alternatively, generating a three-dimensional image and significantly reducing the background from the out-of-focus image compared to that generated in a series of images using a conventional single pinhole confocal interference microscope or holography. is there.

【0138】 本発明の利点は、対象の複素散乱振幅が、PCI及びOCTの場合のおいて散
乱振幅の大きさの代わりに得られるということである。これは、対象材料の与え
られた型式の1次元、2次元或いは3次元画像を得るために必要とされるコンピ
ュータ解析量に関して特に重要である。
An advantage of the present invention is that the complex scatter amplitude of the object is obtained instead of the magnitude of the scatter amplitude in the case of PCI and OCT. This is particularly important with respect to the amount of computer analysis required to obtain a one, two or three dimensional image of a given type of material of interest.

【0139】 別の利点は、1次元、2次元、及び3次元画像化処理において複素散乱振幅を
得るために必要とされるコンピュータ処理が、一般に用いられる従来の共焦シス
テムで必要とされる処理と比べて大幅に減少させるということである。
Another advantage is that the computer processing required to obtain complex scattering amplitudes in one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional imaging processing is less than the processing required in commonly used conventional confocal systems. It means that it is greatly reduced compared to.

【0140】 別の利点は、本発明の装置で既に大幅に減少された焦点外画像に対して修正が
必要である場合、所与のレベルの修正を達成するために本発明の装置に関して必
要とされるコンピュータ処理が、従来の走査型単一ピンホール及び走査スリット
共焦干渉顕微鏡で必要とされるコンピュータ処理に比べて、有意に減少されると
いうことである。
Another advantage is that if a correction is needed for an out-of-focus image that has already been greatly reduced in the device of the present invention, it is necessary for the device of the present invention to achieve a given level of correction. That is, the computer processing required is significantly reduced as compared to the computer processing required with conventional scanning single pinhole and scanning slit confocal interference microscopes.

【0141】 別の利点は、単一源ピンホールの場合、対象材料における所与の横方向の距離
上で、所与の測定時間間隔毎に測定された複素散乱振幅における統計的ノイズへ
の背景放射の寄与が、本発明の各実施例及び変形態様において、従来の走査型単
一ピンホール共焦干渉顕微鏡で同様の時間間隔で得られるものより、軸方向の像
距離上の独立な測定位置の数の平方根に、実質的に比例する因子だけ低減される
ことであり、その位置は、測定された複素散乱振幅に対して独立である。同様の
利点は、対応する低減因子が、対象材料の結像された2次元区分じょうの独立な
測定位置の数の平方根に実質的に比例するスリット共焦干渉顕微鏡に対しても提
供される。
Another advantage is that for a single source pinhole, on a given lateral distance in the material of interest, background to statistical noise in the complex scattering amplitude measured at a given measurement time interval The independent measurement positions on the axial image distance are better than those obtained at similar time intervals with conventional scanning single pinhole confocal interference microscopy in each embodiment and variant of the invention, in each embodiment and variant of the invention. And the position is independent of the measured complex scattering amplitude. A similar advantage is provided for a slit confocal interference microscope in which the corresponding reduction factor is substantially proportional to the square root of the number of independent measurement positions of the imaged two-dimensional section of the target material.

【0142】 別の利点は、所与の測定時間間隔毎に、所与の結像された軸方向の距離上で測
定された複素散乱振幅における統計的ノイズへの背景放射の寄与が、複素散乱振
幅それ自体のサイズから主要に派生する放射にまで減少させることができるとい
うことで、特に、背景放射の振幅が複素散乱振幅のサイズと比べて比較的大きい
場合に対して有効である。これは、従来の走査型単一ピンホール又はスリット共
焦顕微鏡では達成できない。
Another advantage is that for a given measurement time interval, the contribution of background radiation to statistical noise at the complex scattering amplitude measured over a given imaged axial distance is The fact that the amplitude can be reduced to a radiation mainly derived from the size of the amplitude itself is particularly useful when the amplitude of the background radiation is relatively large compared to the size of the complex scattering amplitude. This cannot be achieved with conventional scanning single pinhole or slit confocal microscopes.

【0143】 別の利点は、最初の4つのグループの実施例の所定の実施例及びその変形態様
の場合、実質的に1次元の走査のみが2次元画像を生成するために必要とされ、
実質的に2次元の走査のみが3次元の画像を生成するために必要とされるという
ことである。
Another advantage is that, for certain embodiments of the first four groups of embodiments and variants thereof, substantially only a one-dimensional scan is required to generate a two-dimensional image,
That is, substantially only a two-dimensional scan is required to generate a three-dimensional image.

【0144】 別の利点は、最初の4つのグループの実施例の所定の他の実施例及びその変形
態様の場合、実質的に1次元の走査のみが3次元画像を生成するために必要とさ
れるということである。
Another advantage is that, for certain other embodiments of the first four groups of embodiments and variants thereof, substantially only a one-dimensional scan is required to generate a three-dimensional image. That is.

【0145】 本発明の装置は、要約すると、(1)系統的誤差を減じ、(2)統計的誤差を
減じ、(3)検出器、電子演算処理、及び記録媒体に対するダイナミックレンジ
の要求を減じ、(4)光ディスクに格納されるデータ密度を増加させ、(5)1
次元、2次元、或いは3次元画像のいずれかを生成するために必要とされるコン
ピュータ処理を減じ、(6)焦点外画像の系統的誤差の影響を修正するために必
要とされるコンピュータ処理を減じ、(7)混濁した媒体を介して結像するとき
でも動作できる。一般に、これらの特徴の1又はそれ以上は、並列動作に対して
実装できる。
The device of the present invention, in summary, (1) reduces systematic errors, (2) reduces statistical errors, and (3) reduces the dynamic range requirements for detectors, electronic processing, and recording media. (4) increasing the data density stored on the optical disc;
(6) reduce the computer processing required to generate either a two-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional image; (7) It can operate even when an image is formed through a turbid medium. Generally, one or more of these features can be implemented for parallel operation.

【0146】 図面において、類似の参照特徴は、いくつかの図面に亘って同様の構成要素を
指し示している。
In the drawings, similar reference features indicate similar components throughout the several views.

【0147】[0147]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、添付図面を参照して本発明の各実施形態を説明する。 本発明は、立体的画像空間即ち領域の容積エレメントによって反射された光及
び/又は散乱された光の複素振幅を、検査を受ける容積エレメントと重なったこ
のエレメントの前方、後方、及び側方の構造の焦点外画像が発する背景光の複素
振幅から分離できる。ここに説明した断層放射線撮影技術は、画像平面内の所望
の複素振幅信号を、様々な機構で発生した「背景」複素振幅信号及び「前景」複
素振幅信号から分離できる。これらの背景複素振幅信号及び前景複素振幅信号は
、(1)対象材料の画像化されるスライス以外の区分の焦点外画像、(2)所望
の振幅信号の散乱、(3)画像化されるスライス以外の光源から発せられた信号
の散乱、及び/又は(4)熱放射である。散乱場所及び熱放射源は、検査を受け
る対象物のスライスの前方、後方、及び/又は内部の空間に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention provides a method for reducing the complex amplitude of the light reflected and / or scattered by a volume element in a stereoscopic image space or area, by anterior, posterior and lateral structures of this element overlapping the volume element to be examined. Can be separated from the complex amplitude of the background light emitted by the out-of-focus image. The tomography technique described herein can separate the desired complex amplitude signal in the image plane from the "background" and "foreground" complex amplitude signals generated by various mechanisms. These background and foreground complex amplitude signals are: (1) an out-of-focus image of a section of the target material other than the imaged slice; (2) the desired amplitude signal scatter; and (3) the imaged slice. And / or (4) thermal radiation of signals emitted from other light sources. The scattering location and the thermal radiation source are located in a space in front of, behind, and / or inside the slice of the object to be examined.

【0148】 本発明の技術は、焦点外画像に対し、一つ又は二つの異なる識別レベルで実施
される。第1レベル(レベル1)では、本発明の装置の夫々のサブシステムの瞳
での一次位相パターンの変化を導入することによって、画像化サブシステムのイ
ンパルス応答機能を一つの平面内で操作する。第2レベル(レベル2)では、夫
々のサブシステムの瞳での二次位相パターンの変化を導入することによって画像
化サブセクションのインパルス応答機能を二つの直交平面内で操作する。レベル
2を実施すると、焦点内画像からの焦点外画像の識別が、レベル1を実施する場
合よりも効果的に行われる。しかしながら、本発明の第2実施例、第4実施例、
及び第6実施例のいずれかでレベル1識別を使用する場合、直線状光源ピンホー
ルアレイをスリットとして形成するのがよいが、これに対し、第2実施例、第4
実施例、及び第6実施例でレベル2識別を使用する場合、光源ピンホール間の間
隔は、下記の式(38)による最小値よりも大きくなければならない。レベル1
及びレベル2の識別は、以下に説明する好ましい実施例のいずれについても実施
できる。
The technique of the present invention is implemented at one or two different levels of discrimination for out-of-focus images. At the first level (Level 1), the impulse response function of the imaging subsystem operates in one plane by introducing a change in the primary phase pattern at the pupil of each subsystem of the device of the present invention. At the second level (Level 2), the impulse response function of the imaging subsection operates in two orthogonal planes by introducing changes in the secondary phase pattern at the pupil of each subsystem. Implementing level 2 provides more effective identification of out-of-focus images from in-focus images than implementing level 1. However, the second and fourth embodiments of the present invention,
In the case where the level 1 identification is used in any one of the sixth and sixth embodiments, the linear light source pinhole array is preferably formed as a slit.
When the level 2 identification is used in the embodiment and the sixth embodiment, the interval between the light source pinholes must be larger than the minimum value according to the following equation (38). Level 1
And Level 2 identification can be performed for any of the preferred embodiments described below.

【0149】 レベル1識別又はレベル2識別のいずれかに関して形成された本発明の装置の
好ましい実施例の各々に共通である、本発明の可能化技術を、以下にレベル1識
別に関する好ましい実施例についてのみ説明する。レベル1識別は、直交平面の
特別の方向に基づいており、その方向では、イメージングサブシステムのインパ
ルス応答関数が巧みに操作される。イメージングサブシステムのインパルス応答
関数が巧みに操作される直交平面上の方向の選択は、本発明の装置で達成される
統計的誤差に関する背景ビームの効果の減少度合いに影響を与える。
The enabling techniques of the present invention, which are common to each of the preferred embodiments of the device of the present invention formed for either Level 1 or Level 2 identification, are described below for the preferred embodiments for Level 1 identification. I will explain only. Level 1 identification is based on a special direction in the orthogonal plane, in which the impulse response function of the imaging subsystem is manipulated. The choice of direction on the orthogonal plane where the impulse response function of the imaging subsystem is manipulated will affect the degree to which the effect of the background beam on the statistical error achieved with the device of the present invention is reduced.

【0150】 添付図面を詳細に説明すると、第1a図乃至第1n図には、本発明の第1の好
ましい実施例の現在の好ましい態様が概略に示してある。第1a図乃至第1n図
に示すように、本発明の好ましい実施例は、ビームスプリッター100、対象材
料112、xyz並進器116、参照鏡120、分散検出器エレメント130a
、130b及び検出器114を含む干渉計である。この形体は、当該技術分野に
おいて、マイケルソン干渉計として周知であり、簡単な例として示してある。偏
光マイケルソン干渉計、及びC.ザノリの「距離及び角度を計測するための微分
干渉計装置の原理、利点、及び用途」という標題の文献(VDR Berich
te NR.749,93−106,1989)等の当該技術分野で周知の他の
形態の干渉計を、本発明の好ましい第1実施例の精神及び範囲から大幅に逸脱す
ることなく、第1a図乃至第1n図の装置に組み込むことができる。
Referring to the accompanying drawings in detail, FIGS. 1a to 1n schematically illustrate the presently preferred aspects of the first preferred embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1a through 1n, a preferred embodiment of the present invention comprises a beam splitter 100, a target material 112, an xyz translator 116, a reference mirror 120, and a dispersion detector element 130a.
, 130b and a detector 114. This configuration is known in the art as a Michelson interferometer and is shown as a simple example. Polarization Michelson interferometer, and C.I. Zanori's document entitled "Principles, Benefits, and Applications of Differential Interferometer Devices for Measuring Distances and Angles" (VDR Berich
te NR. 749, 93-106, 1989) and other forms of interferometers known in the art without significantly departing from the spirit and scope of the first preferred embodiment of the present invention. It can be incorporated into the device shown.

【0151】 第一の実施形態において、画像化サブシステムのインパルス応答関数が操作さ
れる平面の向きは、図1aの平面に対しては直角であり、画像化サブシステムの
光軸と平行である。
In the first embodiment, the orientation of the plane on which the impulse response function of the imaging subsystem is manipulated is perpendicular to the plane of FIG. 1a and parallel to the optical axis of the imaging subsystem. .

【0152】 第1b図は、第1a図に示すサブシステム80の一実施例を概略の形態で示す
。第1の好ましい実施例について、光源10は、好ましくは点光源であるか或い
は光源の表面に亘って空間的にインコヒーレントな放射線源、好ましくはレーザ
ー又は同様のコヒーレントな又は部分的にコヒーレントな放射線源であり、好ま
しくは偏光光源である。光源10は、サブシステム80の光軸3と整合した入力
ビーム2を放出する。第1b図に示すように、入力ビーム2は焦合レンズ6に進
入し、画像平面7のピンホール8に焦合する。複数の光線ビーム12−1、12
−2、12−3、12−4を含む光線ビーム12は、ピンホール8から発散し、
光軸がサブシステム80の光軸3と整合したレンズ16に進入する。光線ビーム
12は、光線ビーム12A−1、12A−2、12A−3、12A−4を含むコ
リメートされた光線ビーム12Aとしてレンズ16から出て、位相シフター14
に進入する。位相シフター14は、夫々の光軸がサブシステム80の光軸3と平
行であるように配置された矩形の位相シフター14−1、14−2、14−3、
14−4を含む。位相シフターの数は、整数である2m、m等の任意の適当な数
であるのがよい。第1b図に示す例では、m=2の場合についてであり、本発明
の装置の構成要素間の関係を明らかに示す上で四つの位相シフターで十分である
。平行な光線ビーム12A−1、12A−2、12A−3、12A−4は、位相
シフター14−1、14−2、14−3、14−4を夫々通過し、夫々、光線ビ
ーム12B−1、12B−2、12B−3、12B−4として位相シフター14
を出る。これらの光線ビームは、光線ビーム12Bを構成する。位相シフター1
4−2及び14−4の各々は、位相シフター14−1及び14−3の各々によっ
て導入される位相シフトよりもπラジアン大きい位相シフトを導入する。位相シ
フター14−1及び14−3によって導入された位相シフトは同じである。
FIG. 1b shows, in schematic form, one embodiment of the subsystem 80 shown in FIG. 1a. For the first preferred embodiment, the light source 10 is preferably a point light source or a radiation source spatially incoherent over the surface of the light source, preferably a laser or similar coherent or partially coherent radiation. Source, preferably a polarized light source. The light source 10 emits an input beam 2 aligned with the optical axis 3 of the subsystem 80. As shown in FIG. 1b, the input beam 2 enters a focusing lens 6 and focuses on a pinhole 8 in an image plane 7. A plurality of light beams 12-1, 12
The light beam 12 including -2, 12-3, 12-4 diverges from the pinhole 8,
The optical axis enters the lens 16 which is aligned with the optical axis 3 of the subsystem 80. The light beam 12 exits the lens 16 as a collimated light beam 12A including the light beams 12A-1, 12A-2, 12A-3, 12A-4, and a phase shifter 14A.
To enter. The phase shifters 14 are rectangular phase shifters 14-1, 14-2, 14-3, arranged such that their respective optical axes are parallel to the optical axis 3 of the subsystem 80.
14-4. The number of phase shifters may be any suitable number, such as an integer 2m, m, etc. In the example shown in FIG. 1b, where m = 2, four phase shifters are sufficient to clearly show the relationship between the components of the device of the invention. The parallel light beams 12A-1, 12A-2, 12A-3, and 12A-4 pass through the phase shifters 14-1, 14-2, 14-3, and 14-4, respectively, and the light beams 12B-1 respectively. , 12B-2, 12B-3 and 12B-4 as phase shifters 14
Exit. These light beams constitute the light beam 12B. Phase shifter 1
Each of 4-2 and 14-4 introduces a phase shift π radians greater than the phase shift introduced by each of phase shifters 14-1 and 14-3. The phase shifts introduced by phase shifters 14-1 and 14-3 are the same.

【0153】 第1a図では、光線ビーム12Bはサブシステム80を出てサブシステム81
に進入する。第1c図では、光線ビーム12Bはレンズ26に進入し、光線ビー
ム12C−1、12C−2、12C−3、12C−4を含む光線ビーム12Cと
して出る。レンズ26は、光線ビーム12Cを焦合画像平面17の点画像18に
焦合する。光線ビーム12Cは、光線ビーム22−1、22−2、22−3、2
2−4を含む光線ビーム22として点画像18から出る。光線ビーム22は、光
軸がサブシステム81の光軸3と整合したレンズ36に進入する。光線ビーム2
2は、光線ビーム22A−1、22A−2、22A−3、22A−4を含むコリ
メートされた光線ビーム22Aとしてレンズ36を出て、サブシステム81から
出る。
In FIG. 1a, light beam 12B exits subsystem 80 and exits subsystem 81
To enter. In FIG. 1c, light beam 12B enters lens 26 and exits as light beam 12C, which includes light beams 12C-1, 12C-2, 12C-3, and 12C-4. The lens 26 focuses the light beam 12C on the point image 18 on the focused image plane 17. The light beam 12C includes the light beams 22-1, 22-2, 22-3, and 2
Exits point image 18 as light beam 22 containing 2-4. Light beam 22 enters lens 36 whose optical axis is aligned with optical axis 3 of subsystem 81. Light beam 2
2 exits lens 36 as a collimated light beam 22A including light beams 22A-1, 22A-2, 22A-3, 22A-4 and exits subsystem 81.

【0154】 第1a図に示すように、光線ビーム22Aは、一部がビームスプリッター10
0を透過し、光線ビームP22B−1、P22B−2、P22B−3、P22B
−4を含む光線ビームP22Bとなり、第1d図に示すサブシステム82に進入
する。
As shown in FIG. 1a, the light beam 22A is partially
0, and the light beams P22B-1, P22B-2, P22B-3, P22B
-4, and enters the subsystem 82 shown in FIG. 1d.

【0155】 第1d図では、光線ビームP22Bは、位相シフター24−1、24−2、2
4−3、24−4を含む位相シフター24に当る。位相シフター24は、位相シ
フター14と同数の2m個の素子を含み、第1d図にm=2で示す。光線ビーム
P22B−1、P22B−2、P22B−3、P22B−4は位相シフター24
−1、24−2、24−3、24−4を夫々通過し、光線ビームP22C−1、
P22C−2、P22C−3、P22C−4を夫々含む光線ビームP22Cとし
て出る。位相シフター24−1及び24−3が導入する位相シフトの値は同じで
あり、位相シフター24−2又は24−4のいずれかによって導入される位相シ
フトよりもπラジアン大きい。位相シフター24−2及び24−4によって導入
された位相シフトの値は同じである。
In FIG. 1d, the light beam P22B is divided into the phase shifters 24-1, 24-2,
4-3 and 24-4. The phase shifter 24 includes the same number of 2m elements as the phase shifter 14, and is indicated by m = 2 in FIG. 1d. The light beams P22B-1, P22B-2, P22B-3, and P22B-4 are phase shifters 24.
-1, 24-2, 24-3, and 24-4, respectively, and the light beam P22C-1,
It emerges as a light beam P22C that includes P22C-2, P22C-3, and P22C-4, respectively. The values of the phase shifts introduced by phase shifters 24-1 and 24-3 are the same and are π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 24-2 or 24-4. The values of the phase shifts introduced by the phase shifters 24-2 and 24-4 are the same.

【0156】 各位相シフター対14−1及び24−1、14−2及び24−2、14−2及
び24−2、及び14−4及び24−4によって導入された位相シフトの和は、
πラジアンである。かくして、光線ビームP22C−1、P22C−2、P22
C−3、P22C−4のうちの任意の二つの光線ビーム間には正味の相対的位相
シフトはない。光線ビームP22Cは、光線ビームP22D−1、P22D−2
、P22D−3、P22D−4を含む光線ビームP22Dとしてレンズ46を通
過し、これらの光線ビームは、対象材料112の焦合画像平面27の点画像28
に焦合される。レンズ46の光軸は、サブシステム82の光軸3と整合している
。ライン画像の軸は画像化サブシステム82の光軸3と実質的に平行である。ラ
イン画像の長さは、プローブ・レンズ46の焦点深度及び色収差や、光源10の
光学的帯域幅などの因子の組み合わせによって決まる。ライン・セクションは、
対象材料の一つ以上の表面に切り込むことも、対象材料の表面に載ることもある
。レンズ46の光軸はサブシステム82の光軸3と整合している。
The sum of the phase shifts introduced by each phase shifter pair 14-1 and 24-1, 14-2 and 24-2, 14-2 and 24-2, and 14-4 and 24-4 is
π radians. Thus, the light beams P22C-1, P22C-2, P22
There is no net relative phase shift between any two light beams of C-3 and P22C-4. The light beam P22C includes the light beams P22D-1 and P22D-2.
, P22D-3, P22D-4, pass through the lens 46 as light beams P22D, which are converted to point images 28 on a focused image plane 27 of the target material 112.
Is focused on. The optical axis of lens 46 is aligned with optical axis 3 of subsystem 82. The axis of the line image is substantially parallel to the optical axis 3 of the imaging subsystem 82. The length of the line image is determined by a combination of factors such as the depth of focus and chromatic aberration of the probe lens 46 and the optical bandwidth of the light source 10. The line section is
It may cut into one or more surfaces of the target material or may rest on the surface of the target material. The optical axis of lens 46 is aligned with optical axis 3 of subsystem 82.

【0157】 第1a図では、光線ビーム22Aの一部は、ビームスプリッター100によっ
て、光線ビームR22B−1、R22B−2、R22B−3、R22B−4を含
む光線ビームR22Bとして反射される。光線ビームR22Bは、第1e図に示
すサブシステム83に進入する。第1e図に示すように、光線ビームR22Bは
、位相シフター34−1、34−2、34−3、34−4を含む位相シフター3
4に当たる。位相シフター34には、位相シフター14と同数の2m個の素子が
含まれており、第1e図にm=2で示してある。光線ビームR22Bは、位相シ
フター34を通過した後に位相シフター44を通過し、光線ビームR22C−1
、R22C−2、R22C−3、R22C−4を含む光線ビームR22Cとして
出る。位相シフター44によって導入された位相シフトは、コンピューター11
8からの信号132によって制御される。位相シフター34−1及び34−3に
よって導入された位相シフトの値は等しく、位相シフター34−2又は34−4
のいずれかによって導入された位相シフトよりもπラジアン大きい。位相シフタ
ー34−2又は34−4によって導入された位相シフトの値は等しい。かくして
、光線ビームR22C−1、R22C−2、R22C−3、R22C−4のうち
の任意の二つの光線ビーム間には正味の相対的位相シフトはない。光線ビームR
22Cは、光線ビームR22D−1、R22D−2、R22D−3、R22D−
4を含む光線ビームR22Dとしてレンズ56を通過する。光線ビームR22D
は、反射鏡120の焦合画像平面37の点画像38にレンズ56によって焦合さ
れる。レンズ56の光軸は、サブシステム83の光軸3aと整合している。
In FIG. 1a, a part of the light beam 22A is reflected by the beam splitter 100 as a light beam R22B including the light beams R22B-1, R22B-2, R22B-3, R22B-4. Light beam R22B enters subsystem 83 shown in FIG. 1e. As shown in FIG. 1e, the light beam R22B is transmitted to the phase shifter 3 including the phase shifters 34-1, 34-2, 34-3, and 34-4.
Four hits. The phase shifter 34 includes the same number of 2m elements as the phase shifter 14, and is indicated by m = 2 in FIG. 1e. The light beam R22B passes through the phase shifter 44 after passing through the phase shifter 34, and the light beam R22C-1
, R22C-2, R22C-3, R22C-4. The phase shift introduced by the phase shifter 44
8 is controlled by the signal 132. The values of the phase shifts introduced by the phase shifters 34-1 and 34-3 are equal and the phase shifters 34-2 or 34-4
Π radians greater than the phase shift introduced by any of The value of the phase shift introduced by the phase shifter 34-2 or 34-4 is equal. Thus, there is no net relative phase shift between any two of the light beams R22C-1, R22C-2, R22C-3, R22C-4. Light beam R
22C is a light beam R22D-1, R22D-2, R22D-3, R22D-.
4 pass through the lens 56 as a light beam R22D. Light beam R22D
Is focused by the lens 56 on the point image 38 on the focused image plane 37 of the reflecting mirror 120. The optical axis of the lens 56 is aligned with the optical axis 3a of the subsystem 83.

【0158】 第1f図では、光線ビームP22Dの一部(第1d図参照)が対象材料によっ
て、点画像28のところで反射され及び/又は散乱され、光線ビームP32を構
成する複数の光線ビームP32−1、P32−2、P32−3、P32−4とな
る。光線ビームP32は、焦合画像平面27の点画像28から発散し、レンズ4
6に進入する。第1f図でわかるように、光線ビームP32は、光線ビームP3
2A−1、P32A−2、P32A−3、P32A−4を含むコリメートされた
光線ビームP32Aとしてレンズ46から出る。光線ビームP32A−1、P3
2A−2、P32A−3、P32A−4は、位相シフター24−4、24−3、
24−2、24−1を夫々通過し、光線ビームP32B−1、P32B−2、P
32B−3、P32B−4として夫々出る。光線ビームP32B−1、P32B
−2、P32B−3、P32B−4は、光線ビームP32Bを構成し、この光線
ビームはサブシステム82を出る。位相シフター24−1及び24−3によって
導入された位相シフトの値は等しく、位相シフター24−2又は24−4によっ
て導入された位相シフトよりもπラジアン大きい。これらの位相シフター24−
2又は24−4によって導入された位相シフトの値は等しい。
In FIG. 1f, a part of the light beam P22D (see FIG. 1d) is reflected and / or scattered by the target material at the point image 28, and a plurality of light beams P32- constituting the light beam P32 are formed. 1, P32-2, P32-3, and P32-4. The light beam P32 diverges from the point image 28 on the focused image plane 27,
Enter 6. As can be seen in FIG. 1f, the light beam P32 is
Exits lens 46 as a collimated light beam P32A including 2A-1, P32A-2, P32A-3, and P32A-4. Light beam P32A-1, P3
2A-2, P32A-3, and P32A-4 are phase shifters 24-4, 24-3,
24-2 and 24-1, respectively, and the light beams P32B-1, P32B-2, P
32B-3 and P32B-4 respectively appear. Light beam P32B-1, P32B
-2, P32B-3, P32B-4 comprise a light beam P32B, which exits subsystem 82. The value of the phase shift introduced by the phase shifters 24-1 and 24-3 is equal and π radians greater than the phase shift introduced by the phase shifters 24-2 or 24-4. These phase shifters 24-
The value of the phase shift introduced by 2 or 24-4 is equal.

【0159】 第1g図では、光線ビームR22D(第1e図参照)は、反射鏡120によっ
て反射され、光線ビームR32−1、R32−2、R32−3、R32−4を含
む光線ビームR32となる。光線ビームR32は、焦合画像平面37の点画像3
8から発散し、レンズ56に進入する。第1g図に示すように、光線ビームR3
2は、レンズ56から、光線ビームR32A−1、R32A−2、R32A−3
、R32A−4を含むコリメートされた光線ビームR32Aとして出る。光線ビ
ームR32A−1、R32A−2、R32A−3、R32A−4は、先ず最初に
位相シフター44を通過した後、位相シフター34−4、34−3、34−2、
34−1を夫々通過し、光線ビームR32B−1、R32B−2、R32B−3
、R32B−4として夫々出る。位相シフター44によって導入される位相シフ
トは、コンピューター118からの信号132によって制御される。位相シフタ
ー34−1及び34−3によって導入された位相シフトの値は等しく、位相シフ
ター34−2又は34−4のいずれかによって導入された位相シフトよりもπラ
ジアン大きい。位相シフター34−2及び34−4によって導入された位相シフ
トの値は等しい。光線ビームR32B−1、R32B−2、R32B−3、R3
2B−4は、サブシステム83を出る光線ビームR32Bを構成する。
In FIG. 1g, the light beam R22D (see FIG. 1e) is reflected by the reflecting mirror 120 to become a light beam R32 including the light beams R32-1, R32-2, R32-3, and R32-4. . The light beam R32 is a point image 3 on the focused image plane 37.
8 diverges and enters the lens 56. As shown in FIG. 1g, the light beam R3
2 is a light beam R32A-1, R32A-2, R32A-3 from the lens 56.
, R32A-4, as a collimated light beam R32A. The light beams R32A-1, R32A-2, R32A-3, and R32A-4 first pass through the phase shifter 44, and then pass through the phase shifters 34-4, 34-3, and 34-2.
34-1 and the light beams R32B-1, R32B-2, R32B-3
, R32B-4. The phase shift introduced by phase shifter 44 is controlled by signal 132 from computer 118. The values of the phase shifts introduced by phase shifters 34-1 and 34-3 are equal and π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 34-2 or 34-4. The values of the phase shifts introduced by the phase shifters 34-2 and 34-4 are equal. Light beams R32B-1, R32B-2, R32B-3, R3
2B-4 comprises ray beam R32B exiting subsystem 83.

【0160】 散乱プローブビームP32Bの一部は、ビームスプリッター 100によって
反射されて光ビームP32C-1,-2,-3,-4から成る散乱プローブビームP
32Cになることが第1a図に示されている。散乱プローブビームP32Cは、
第1h図に示されるサブシステム81aに進入する。第1h図の平面は第1a図
の平面と直交している。第1h図で、散乱プローブビームP32Cは、サブシス
テム81aの光軸3aと整合した光軸を有するレンズ26aに進入し、光ビーム
P32D-1,-2,-3,-4から成る散乱プローブビームP32Dとして出る。
レンズ26aは散乱プローブビームP32Dを画像平面17aのピンホール18
aに焦合する。散乱プローブビームP32Dの一部は、光ビームP42-1,-2
,-3,-4から成る空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42として
ピンホール18aから出る。散乱プローブビームP42は、サブシステム81a
の光軸3aと整合した光軸を有するレンズ36aに進入する。空間的にフィルタ
ーされた散乱プローブビームP42は、レンズ36aから出て、サブシステム8
1aを、光ビームP42A-1,-2,-3,-4から成るコリメートされた空間的
にフィルターされた散乱プローブビームP42Aとして出て行く。
A part of the scattered probe beam P32B is reflected by the beam splitter 100 and is composed of the light beams P32C-1, -2, -3, and -4.
1C is shown in FIG. 1a. The scattering probe beam P32C is
The subsystem 81a shown in FIG. 1h is entered. The plane in FIG. 1h is orthogonal to the plane in FIG. 1a. In FIG. 1h, the scattered probe beam P32C enters the lens 26a having an optical axis aligned with the optical axis 3a of the subsystem 81a, and the scattered probe beam P32D is composed of the light beams P32D-1, -2, -3, and -4. Exit as P32D.
The lens 26a transmits the scattered probe beam P32D to the pinhole 18 in the image plane 17a.
Focus on a. A part of the scattered probe beam P32D is divided into light beams P42-1 and -2.
, -3, -4 exit the pinhole 18a as a spatially filtered scattered probe beam P42. The scattered probe beam P42 is transmitted to the subsystem 81a.
Enters the lens 36a having an optical axis aligned with the optical axis 3a. The spatially filtered scattered probe beam P42 exits the lens 36a and enters subsystem 8
1a exits as a collimated spatially filtered scattering probe beam P42A consisting of light beams P42A-1, -2, -3, -4.

【0161】 第1a図に示されているように、反射参照ビームR32B は、一部分、光ビ
ームR32C-1,-2,-3,-4から成る反射参照ビームR32Cとしてビーム
スプリッター100によって透過される。反射参照ビームR32Cは、第1i図
に示されるサブシステム81aに進入する。第1i図の平面は第1a図の平面と
直交している。第1i図で、反射参照ビームR32Cはレンズ26aに進入し、
光ビームR32D-1,-2,-3,-4から成る反射参照ビームR32Dとして出
る。レンズ26aは、反射参照ビームR32Dを画像平面17aのピンホール1
8aに焦合する。反射参照ビームR32Dの一部は、光ビームR42-1,-2,
-3,-4から成る空間的にフィルターされた反射参照ビームR42としてピンホ
ール18aから出る。空間的にフィルターされた反射参照ビームR42は、レン
ズ36aに進入する。空間的にフィルターされた反射参照ビームR42は、レン
ズ36aから出て、光ビームR42A-1,-2,-3,-4から成るコリメートさ
れた空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Aとしてサブシステム81
aを出て行く。
As shown in FIG. 1a, the reflected reference beam R32B is transmitted by the beam splitter 100 as a reflected reference beam R32C partially composed of the light beams R32C-1, -2, -3, -4. . Reflected reference beam R32C enters subsystem 81a shown in FIG. 1i. The plane in FIG. 1i is orthogonal to the plane in FIG. 1a. In FIG. 1i, the reflected reference beam R32C enters the lens 26a,
It emerges as a reflected reference beam R32D consisting of light beams R32D-1, -2, -3, -4. The lens 26a transmits the reflected reference beam R32D to the pinhole 1 on the image plane 17a.
Focus on 8a. A part of the reflected reference beam R32D is a part of the light beams R42-1, -2,
Exits pinhole 18a as a spatially filtered reflected reference beam R42 consisting of -3, -4. The spatially filtered reflected reference beam R42 enters the lens 36a. The spatially filtered reflected reference beam R42 exits the lens 36a and is subsystemed as a collimated spatially filtered reflected reference beam R42A consisting of light beams R42A-1, -2, -3, -4. 81
Go out of a.

【0162】 第1a図には、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42Aが、好
ましくは反射回折格子である分散エレメント130aに入射することが示されて
いる。空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42Aの一部は、第1a
図の平面内で、第一の分散検出器エレメント130aによって散乱プローブビー
ムP42Bとして回折される。散乱プローブビームP42Bは、好ましくは透過
回折格子である第二の分散検出器エレメント130bに入射する。散乱プローブ
ビームP42Bの一部は、第1a図の平面内で、第二の分散検出器エレメント1
30bによって波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プロー
ブビームP42Cとして回折される。ビームP42B及びP42Cは、光学周波
数成分のスペクトルから成り、従って第1a図の平面内で角度的に分散するが、
第1a図にはビームP42B及びP42Cの一つの周波数成分の経路だけが示さ
れている。示された経路は典型的なものである。ビームP42B及びP42Cの
一つの周波数成分だけを図示することで、波数的にフィルターされ、空間的にフ
ィルターされた散乱プローブビームP42Cに関するサブシステム84の重要な
性質を表示することができ、本発明の精神又は範囲から逸脱することもなく、又
第1a図及びそれ以後の図に不当な複雑さを持ち込むこともなくなる。
FIG. 1a shows that a spatially filtered scattering probe beam P42A is incident on a dispersive element 130a, preferably a reflective diffraction grating. Part of the spatially filtered scattering probe beam P42A is
In the plane of the figure, it is diffracted by the first dispersion detector element 130a as a scattered probe beam P42B. The scattered probe beam P42B is incident on a second dispersion detector element 130b, which is preferably a transmission diffraction grating. Part of the scattered probe beam P42B is located in the plane of FIG.
The wave number is filtered by 30b and diffracted as a spatially filtered scattering probe beam P42C. Beams P42B and P42C consist of a spectrum of optical frequency components and are therefore angularly dispersed in the plane of FIG.
FIG. 1a shows only the path of one frequency component of the beams P42B and P42C. The paths shown are typical. By illustrating only one frequency component of the beams P42B and P42C, one can indicate the important properties of the subsystem 84 for the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42C. It does not depart from the spirit or scope and does not introduce undue complexity to FIG. 1a and subsequent figures.

【0163】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Cは、第1
j図に示されるサブシステム84に進入する。第1j図の平面は第1a図の平面
と直交している。第1j図に示されているように、波数的にフィルターされ、空
間的にフィルターされたビームP42Cは、サブシステム84の光軸3dと整合
した光軸を有するレンズ66を通過して、光ビームP42D-1,-2,-3,-4
から成る波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Dと
して出て行く。ただ一つの光学周波数成分によって図示された波数的にフィルタ
ーされ、空間的にフィルターされたビームP42Dは、レンズ66によって画像
平面47の点画像48に焦合される。画像平面47の中の点画像48の位置、従
って、画像平面47の中に配置された検出器ピンホールの直線状アレイにおける
点画像48の位置、は、分散的な検出器エレメント130a及び130bによる
、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Dの光学周
波数に依存する。光ビームのうち検出器ピンホールの直線状アレイを通過する部
分は、多ピクセル検出器によって、好ましくは直線アレイCCDなどのピクセル
の直線状アレイから成る検出器によって、検出される。
The wavenumber filtered and spatially filtered beam P42C is
Enter the subsystem 84 shown in FIG. The plane in FIG. 1j is orthogonal to the plane in FIG. 1a. As shown in FIG. 1j, the wavenumber-filtered and spatially-filtered beam P42C passes through a lens 66 having an optical axis aligned with the optical axis 3d of the subsystem 84 to form a light beam. P42D-1, -2, -3, -4
Exits as a wavenumber filtered and spatially filtered beam P42D consisting of The wavenumber-filtered and spatially-filtered beam P42D illustrated by a single optical frequency component is focused by a lens 66 onto a point image 48 on an image plane 47. The position of the point image 48 in the image plane 47, and thus the position of the point image 48 in the linear array of detector pinholes located in the image plane 47, is due to the distributed detector elements 130a and 130b. , Wave number filtered and spatially filtered depending on the optical frequency of the beam P42D. The portion of the light beam that passes through the linear array of detector pinholes is detected by a multi-pixel detector, preferably by a detector comprising a linear array of pixels, such as a linear array CCD.

【0164】 第1a図には、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Aが分散的な
検出器エレメント130aに入射することが示されている。空間的にフィルター
された反射参照ビームR42Aの一部は、第1a図の平面内で、分散的な検出器
エレメント130aによって反射参照ビームR42Bとして回折される。反射参
照ビームR42Bは、第二の分散的な検出器エレメント130bに入射する。反
射参照ビームR42Bの一部は、第1a図の平面内で、第二の分散的な検出器エ
レメント130bによって波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
反射参照ビームR42Cとして回折される。ビームR42B及びR42Cは、光
学周波数成分のスペクトルから成り、従って第1a図の平面内で角度的に分散す
るが、第1a図にはビームR42B及びR42Cの一つの周波数成分の経路だけ
が示されている。示された経路は典型的なものである。ビームR42B及びR4
2Cの一つの周波数成分だけを図示することで、波数的にフィルターされ、空間
的にフィルターされた散乱プローブビームR42Cに関するセクション84の重
要な性質を表示することができ、本発明の精神又は範囲から逸脱することもなく
、又第1a図及びそれ以後の図に不当な複雑さを持ち込まずに済む。
FIG. 1a shows that a spatially filtered reflected reference beam R42A is incident on a dispersive detector element 130a. A portion of the spatially filtered reflected reference beam R42A is diffracted in the plane of FIG. 1a by the dispersive detector element 130a as a reflected reference beam R42B. The reflected reference beam R42B is incident on a second dispersive detector element 130b. A portion of the reflected reference beam R42B is wavenumber filtered in the plane of FIG. 1a by a second dispersive detector element 130b and diffracted as a spatially filtered reflected reference beam R42C. Beams R42B and R42C consist of a spectrum of optical frequency components and are therefore angularly dispersed in the plane of FIG. 1a, but FIG. 1a shows only the path of one frequency component of beams R42B and R42C. I have. The paths shown are typical. Beams R42B and R4
By showing only one frequency component of 2C, one can indicate the important properties of section 84 with respect to the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam R42C, from the spirit or scope of the present invention. It does not deviate and does not introduce undue complexity into FIG. 1a and subsequent figures.

【0165】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42C
は、第1k図に示されるサブシステム84に進入する。第1k図の平面は第1a
図の平面と直交している。第1k図において、波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた反射参照ビームR42Cは、レンズ66を通過して、光ビー
ムR42D-1,-2,-3,-4から成る波数的にフィルターされ、空間的にフィ
ルターされた反射参照ビームR42Dとして出て行く。第1k図にただ一つの光
学周波数成分によって図示された波数的にフィルターされ、空間的にフィルター
された反射参照ビームR42Dは、レンズ66によって画像平面47の点画像4
8に焦合される。画像平面47の中の点画像48の位置、従って、画像平面47
の中に配置された検出器ピンホールの直線状アレイにおける点画像48の位置、
は波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームR42Dの光学周
波数に依存する。光ビームのうち検出器ピンホールの直線状アレイを通過する部
分は、多ピクセル検出器114によって検出される。
The wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42C
Enters the subsystem 84 shown in FIG. 1k. The plane in FIG. 1k is 1a
It is orthogonal to the plane of the figure. In FIG. 1k, a wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42C passes through a lens 66 to a wave number filtered light beam R42D-1, -2, -3, -4. And exits as a spatially filtered reflected reference beam R42D. The wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D illustrated by only one optical frequency component in FIG.
Focused on 8. The position of the point image 48 in the image plane 47 and thus the image plane 47
Position of the point image 48 in a linear array of detector pinholes located in
Depends on the optical frequency of the wavenumber filtered and spatially filtered beam R42D. The portion of the light beam that passes through the linear array of detector pinholes is detected by multi-pixel detector 114.

【0166】 第1l図において、光ビームP22(第1d図参照)の一部は、焦点外画像平
面57の”焦点外”点画像58で対象材料によって、光ビームB52-1,-2,
-3,-4から成る背景ビームB52として反射及び/又は散乱される。第1l図
の平面は第1a図の平面と直交している。背景ビームB52は、焦点外点画像5
8から発散してレンズ46に進入する。第1l図に示されているように、背景ビ
ームB52は、光ビームB52A-1,-2,-3,-4から成る実質的にコリメー
トされた背景ビームB52Aとしてレンズ46から出る。光ビームB52A-1
,-2,-3,-4は、それぞれ、位相シフター24−4、24−3、24−2、
及び24−1を通過して、それぞれ、光ビームB52B-1,-2,-3,-4とし
て出る。光ビームB52B-1,-2,-3,-4は背景ビームB52Bを構成する
。位相シフター24−1及び24−3によって導入される位相シフトは、等しい
値で、これは位相シフター24−2及び24−4によって導入される位相シフト
よりもπラジアン大きく、位相シフター24−2及び24−4によって導入され
る位相シフトは等しい値である。
In FIG. 11, a part of the light beam P22 (see FIG. 1d) is partially changed by the target material in the “out of focus” point image 58 on the out of focus image plane 57, depending on the target material.
The light is reflected and / or scattered as a background beam B52 composed of -3 and -4. The plane in FIG. 11 is orthogonal to the plane in FIG. 1a. The background beam B52 has an out-of-focus point image 5
The light diverges from 8 and enters the lens 46. As shown in FIG. 11, background beam B52 exits lens 46 as a substantially collimated background beam B52A consisting of light beams B52A-1, -2, -3, -4. Light beam B52A-1
, -2, -3, -4 are the phase shifters 24-4, 24-3, 24-2,
And light beams B52B-1, -2, -3, and -4, respectively. The light beams B52B-1, -2, -3, and -4 constitute a background beam B52B. The phase shifts introduced by phase shifters 24-1 and 24-3 are of equal value, which is π radian greater than the phase shifts introduced by phase shifters 24-2 and 24-4, The phase shift introduced by 24-4 is of equal value.

【0167】 第1a図に示されているように、背景ビームB52Bは、一部分、ビームスプ
リッター100によって、光ビームB52C-1,-2,-3,-4から成る背景ビ
ームB52Cとして反射される。背景ビームB52Cは、第1m図に示されるサ
ブシステム81aに進入し、レンズ26aを通過して背景ビームB52Dとして
出る。背景ビームB52Dは、光ビームB52D-1,-2,-3,-4から構成さ
れる。第1m図の平面は第1a図の平面と直交している。背景ビームB52Dは
、レンズ26aによって、画像平面17aからずれた焦点外画像平面67の点画
像68に焦合される。背景ビームB52Dは、画像平面17aでは焦点から外れ
ており、従って背景ビームB52Dのどの周波数成分に関しても、焦点外背景ビ
ームB52Dのうちほんの小さな部分だけがピンホール18aによって透過され
る。焦点外背景ビームB52Dのうちのこの小さな部分は、ピンホール18aに
よって、光ビームB62-1,-2,-3,-4から成る空間的にフィルターされた
背景ビームB62として透過される。空間的にフィルターされた背景ビームB6
2の一部は、レンズ36aに入射し、光ビームB62A-1,-2,-3,-4から
成る実質的にコリメートされた空間的にフィルターされた背景ビームB62Aと
して出る。空間的にフィルターされた背景ビームB62Aは、空間的にフィルタ
ーされた背景ビームB62Aとしてサブシステム81aを出て行く。
As shown in FIG. 1a, the background beam B52B is partially reflected by the beam splitter 100 as a background beam B52C composed of light beams B52C-1, -2, -3, -4. Background beam B52C enters subsystem 81a shown in FIG. 1m and exits through lens 26a as background beam B52D. The background beam B52D includes the light beams B52D-1, -2, -3, and -4. The plane in FIG. 1m is orthogonal to the plane in FIG. 1a. The background beam B52D is focused by the lens 26a on a point image 68 on an out-of-focus image plane 67 that is offset from the image plane 17a. The background beam B52D is out of focus at the image plane 17a, so that for any frequency component of the background beam B52D, only a small portion of the out-of-focus background beam B52D is transmitted by the pinhole 18a. This small portion of the out-of-focus background beam B52D is transmitted by the pinhole 18a as a spatially filtered background beam B62 consisting of the light beams B62-1, -2, -3, -4. Spatially filtered background beam B6
A portion of 2 enters lens 36a and exits as a substantially collimated spatially filtered background beam B62A consisting of light beams B62A-1, -2, -3, -4. Spatially filtered background beam B62A exits subsystem 81a as spatially filtered background beam B62A.

【0168】 第1a図には、空間的にフィルターされた背景ビームB62Aが分散的な検出
器エレメント130aに入射することが示されている。空間的にフィルターされ
た背景ビームB62Aの一部は、第1a図の平面内で、分散的な検出器エレメン
ト130aによって背景ビームB62Bとして回折される。背景ビームB62B
は、第二の分散的な検出器エレメント130bに入射する。背景ビームB62B
の一部は、第1a図の平面内で、第二の分散的な検出器エレメント130bによ
って波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Cと
して回折される。ビームB62B及びB62Cは、光学周波数成分のスペクトル
から成り、従って第1a図の平面内で角度的に分散するが、第1a図にはビーム
B62B及びB62Cの一つの周波数成分の経路だけが示されている。波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Cは、第1n図に
示されるサブシステム84に進入する。第1n図において、波数的にフィルター
され、空間的にフィルターされた背景ビームB62Cは、レンズ66を通過し、
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dとして
出る。第1n図においてただ一つの光学周波数成分によって図示された波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dは、レンズ66
によって画像平面47の点画像48に焦合される。画像平面47における点画像
48の位置は、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビーム
B62Dの光学周波数に依存する。光ビームのうち検出器ピンホールの直線状ア
レイを通過する部分は多ピクセル検出器114によって検出される。
FIG. 1a shows that a spatially filtered background beam B62A is incident on a dispersive detector element 130a. A portion of the spatially filtered background beam B62A is diffracted as a background beam B62B by the dispersive detector element 130a in the plane of FIG. 1a. Background beam B62B
Are incident on a second dispersive detector element 130b. Background beam B62B
Are wave number filtered in the plane of FIG. 1a by a second dispersive detector element 130b and diffracted as a spatially filtered background beam B62C. Beams B62B and B62C consist of a spectrum of optical frequency components and are therefore angularly dispersed in the plane of FIG. 1a, but FIG. 1a shows only the path of one frequency component of beams B62B and B62C. I have. The wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62C enters the subsystem 84 shown in FIG. 1n. In FIG. 1n, the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62C passes through lens 66,
Exits as a wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D. The wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam B62D illustrated by only one optical frequency component in FIG.
Is focused on the point image 48 on the image plane 47. The position of the point image 48 in the image plane 47 depends on the optical frequency of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam B62D. The portion of the light beam that passes through the linear array of detector pinholes is detected by multi-pixel detector 114.

【0169】 画像平面47における波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背
景ビームB62Dでは(第1n図を参照)、共焦点干渉システム特性の結果とし
て、強度の差I1−I2及びI3−I4は、波数的にフィルターされ、空間的にフィ
ルターされた散乱背景ビームB62Dの複素振幅と波数的にフィルターされ、空
間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉項
しか含まない。しかし、画像平面47における波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅と波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉
項の大きさは、従来の共焦点干渉顕微鏡における対応する相互干渉項に比べて、
ピクセル毎の比較では大きく減少する。
For the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam B62D in the image plane 47 (see FIG. 1n), the intensity differences I1-I2 and I3-I4 as a result of the confocal interference system characteristics. Contains only the mutual interference terms between the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered scattered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. Absent. However, wave number filtered and wave number filtered at the image plane 47 with the complex amplitude of the spatially filtered background beam B62D,
The magnitude of the cross-interference term with the complex amplitude of the spatially filtered reflected reference beam R42D is smaller than the corresponding cross-interference term in a conventional confocal interference microscope.
The comparison for each pixel greatly decreases.

【0170】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた焦合散乱プローブビーム
P42D及び波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB
62Dの両方が同時に存在する一般的な場合には、強度の差I1−I2及びI3
4には、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた焦合散乱プロー
ブビームP42Dの複素振幅と波数的にフィルターされ、空間的にフィルターさ
れた反射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉項、並びに、波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅及び
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの
複素振幅との間の相互干渉項の二つの相互干渉項が存在する。波数的にフィルタ
ーされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅及び波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅
との間の相互干渉項は、共焦干渉計システム特性の結果として、強度の差I1
2及びI3−I4を相殺する。
The wavenumber-filtered and spatially-filtered focused scattering probe beam P42D and the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam B
In the general case where both 62D are present simultaneously, the intensity differences I 1 -I 2 and I 3-
I 4 includes the difference between the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered focused scattering probe beam P42D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. Mutual interference terms and the mutual interference between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D There are two mutual interference terms. The mutual interference term between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D is confocal interference The intensity difference I 1
To offset the I 2 and I 3 -I 4.

【0171】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複
素振幅及び波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた画像平面47内
の反射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉項は、焦点外画像からの
背景を示すものである。本発明の装置を従来技術の干渉共焦顕微鏡システムと比
較すると、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB6
2Dの複素振幅及び波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた画像平
面47内の反射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉項は、その大き
さが画像平面47内で小さくなるのに対し、波数的にフィルターされ、空間的に
フィルターされた焦合散乱プローブビームP42Dの複素振幅と波数的にフィル
ターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅との間
の相互干渉項の大きさは実質的に減少しない。波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅及び波数的にフィルターされ
、空間的にフィルターされた画像平面47内の反射参照ビームR42Dの複素振
幅との間の相互干渉項の減少は、部分的には、画像平面までの距離が増大するに
従ってビームの振幅が減少するためである。この特性は、従来技術の共焦干渉顕
微鏡で背景を減少する上での基礎である。しかしながら、本発明の装置では、波
数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振
幅及び波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた画像平面47内の反
射参照ビームR42Dの複素振幅との間の相互干渉項の大きさの減少が、従来技
術の共焦干渉顕微鏡で得られたのと比較して高められる。
[0171] Between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the reflected reference beam R42D in the wavenumber-filtered and spatially filtered image plane 47. The mutual interference term indicates the background from the out-of-focus image. Comparing the device of the present invention with a prior art interference confocal microscope system, the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B6
The mutual interference term between the 2D complex amplitude and the complex amplitude of the reflected reference beam R42D in the wavenumber-filtered and spatially filtered image plane 47 is reduced in magnitude in the image plane 47. The mutual interference between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered focused scattering probe beam P42D and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D The term size does not decrease substantially. Mutual interference term between the complex amplitude of wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of reflected reference beam R42D in wavenumber-filtered and spatially filtered image plane 47 In part because the beam amplitude decreases as the distance to the image plane increases. This property is the basis for reducing background in prior art confocal interference microscopes. However, in the device of the present invention, the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the reflected reference beam R42D in the wavenumber-filtered and spatially filtered image plane 47 are shown. The reduction in the magnitude of the cross-interference term between the amplitude is enhanced compared to that obtained with prior art confocal interference microscopes.

【0172】 上文中で言及した大きさの減少は、位相シフター14、24、及び34を設け
ることによって高められる。位相シフター14、24、及び34は、波数的にフ
ィルターされ、空間的にフィルターされた焦合散乱プローブビームP42Dの複
素振幅、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた画像平面47内の
反射参照ビームR42Dの複素振幅及び波数的にフィルターされ、空間的にフィ
ルターされた背景ビームB62Dの複素振幅の複素振幅の空間的特性を焦合画像
平面47のところで変化させる。波数的にフィルターされ、空間的にフィルター
された焦合散乱プローブビームP42Dの複素振幅、及び、波数的にフィルター
され、空間的にフィルターされた画像平面47内の反射参照ビームR42Dの複
素振幅の複素振幅の空間的特性は、両方とも、位相シフター14、24、及び3
4によって変化されるけれども、夫々の画像平面47内での複素振幅の変化した
空間的分布は実質的に同じである。この特徴は、波数的にフィルターされ、空間
的にフィルターされた焦合散乱プローブビームP42Dの複素振幅と波数的にフ
ィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅と
の間の相互干渉項に対する強度の差I1−I2及びI3−I4の感度の議論に関して
上文中に説明してある。
The magnitude reduction mentioned above is enhanced by providing phase shifters 14, 24 and 34. The phase shifters 14, 24 and 34 are the complex amplitudes of the wavenumber-filtered and spatially-filtered focused scattering probe beam P42D, the reflections in the wavenumber-filtered and spatially-filtered image plane 47. The spatial characteristics of the complex amplitude of the reference beam R42D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D are varied at the focused image plane 47. The complex of the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered focused scattering probe beam P42D and the complex amplitude of the reflected reference beam R42D in the wavenumber-filtered and spatially filtered image plane 47 The spatial properties of the amplitudes are both phase shifters 14, 24 and 3
4, the changed spatial distribution of the complex amplitude in each image plane 47 is substantially the same. This feature distinguishes between the complex amplitude of the wave number filtered and spatially filtered focused scattering probe beam P42D and the complex amplitude of the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. A discussion of the sensitivity of the intensity differences I 1 -I 2 and I 3 -I 4 to the interference terms has been described above.

【0173】 しかしながら、画像平面47における、波数的にフィルターされ、空間的にフ
ィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅、及び波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅のそれぞれの変更
された空間的分布は明らかに異なっている。波数的にフィルターされ、空間的に
フィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅は、画像平面47において
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの
中心のまわりで反対称関数である。これとは対照的に、後で波数的にフィルター
され、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅と干渉する
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dは、第
1m図に示されているように、主として光ビームB52D-1,-2,-3,又は
B52D-4の一つと関連した複素振幅であり、それは一般に画像平面47にお
ける波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42
Dの画像のスペースでは比較的小さな相対変化しか示さない。従って、画像平面
47における、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビーム
B62Dの複素振幅と、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反
射参照ビームR42Dの複素振幅の間の相互干渉項の空間的分布は、主として画
像平面47における波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参
照ビームR42Dの中心のまわりの反対称分布で構成される。
However, at the image plane 47, the wavenumber filtered and spatially filtered complex amplitude of the background beam B62D, and the wavenumber filtered,
Each modified spatial distribution of the complex amplitude of the spatially filtered reflected reference beam R42D is distinctly different. The complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam R42D is an antisymmetric function about the center of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam R42D in the image plane 47. is there. In contrast, the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D, which is later wavenumber-filtered and interferes with the complex amplitude of the spatially-filtered reflected reference beam R42D, is the first m As shown, the complex amplitude is primarily associated with one of the light beams B52D-1, -2, -3, or B52D-4, which is generally wavenumber filtered at image plane 47 and spatially. Filtered reference beam R42
The space in the image of D shows only a relatively small relative change. Thus, in the image plane 47, the mutual difference between the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. The spatial distribution of the interference terms is mainly composed of an antisymmetric distribution around the center of the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D in the image plane 47.

【0174】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複
素振幅と、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビーム
R42Dの複素振幅の間の相互干渉項からの、検出器114の単一ピクセルが記
録する強度値への寄与は画像平面47における波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた反射参照ビームR42Dによって形成される画像のスペース
にわたる相互干渉項の積分である。この関数の反対称の軸を中心とするスペース
区間での反対称関数の積分は恒等的にゼロである。従って、波数的にフィルター
され、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅と、波数的にフ
ィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅の
間の相互干渉項からの、検出器114の単一ピクセルが記録する強度値への正味
の寄与は、従来技術の共焦干渉顕微鏡で得られる寄与を大幅に超えて減少する。
The cross-interference term between the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. , The contribution to the intensity values recorded by a single pixel of the detector 114 is integrated in the image plane 47 with the wave interference filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D, the mutual interference term over the space of the image. It is. The integral of the antisymmetric function in a space section centered on the antisymmetric axis of this function is identically zero. Thus, from the mutual interference terms between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D, The net contribution to the intensity value recorded by a single pixel of the detector 114 is greatly reduced over that obtained with prior art confocal interference microscopes.

【0175】 画像平面47における、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
背景ビームB62Dの複素振幅と、波数的にフィルターされ、空間的にフィルタ
ーされた反射参照ビームR42Dの複素振幅の間の相互干渉項の減少は、系統的
な誤差ならびに統計的な誤差の減少につながるということに注意しておくことが
重要である。統計的誤差が減少するというのは、画像平面47における、波数的
にフィルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅と
、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42D
の複素振幅の間の相互干渉項の減少が、従来技術に比べて検出器の各ピクセルで
生成される光電子の数を減らすことになるからである。積分された電荷の統計的
な不確かさ、したがって出力信号の統計的な不確かさ、は、検出器の各ピクセル
で生成される光電子の積分された数の平方根と関係しているので、出力信号の統
計的誤差は第1a−1n図の装置では大きく減少する。
In the image plane 47, between the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D. It is important to note that reducing the mutual interference term leads to a reduction in systematic as well as statistical errors. The reduced statistical error is due to the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam B62D at the image plane 47 and the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam. R42D
Reduces the number of photoelectrons generated at each pixel of the detector compared to the prior art. The statistical uncertainty of the integrated charge, and thus the statistical uncertainty of the output signal, is related to the square root of the integrated number of photoelectrons generated at each pixel of the detector, so that Statistical errors are greatly reduced in the apparatus of FIGS. 1a-1n.

【0176】 このように、本発明の装置で得られる対象材料の画像ライン・セクションの各
点画像あたりの統計的誤差は、従来技術の共焦干渉顕微鏡で同じ時間区間で得ら
れるものと比べて、二つの理由により実質的に小さくなる。第一の理由は、従来
技術の共焦干渉顕微鏡では、画像ライン・セクションをその時間区間で走査しな
ければならず、同じ時間区間で本発明の装置では同時に取得される強度差のアレ
イに対応する強度差のアレイを取得するために画像ライン・セクションの点画像
の数だけ各点画像に費やす時間が短くなるということである。これによって、画
像ライン・セクションの点画像で構成される画像の統計的精度が、従来技術の共
焦干渉顕微鏡で得られるものに比べて、本発明の装置では画像ライン・セクショ
ンの独立な点画像の数の平方根に比例する因子だけ改善される。第二の理由の根
拠は、上述のパラグラフで注意したように、画像平面47における波数的にフィ
ルターされ、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの複素振幅と、波数
的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素
振幅の間の相互干渉項の大きさは、従来技術の共焦干渉顕微鏡での対応する相互
干渉項について得られるものに比べて実質的に減少するということである。これ
ら二つの理由が、焦点外画像の振幅によって導入される統計的な誤差が、本発明
の装置では、同一の時間区間で取得される対象材料のライン・セクションの画像
の統計的精度を考えた場合に従来技術の共焦干渉顕微鏡で焦点外画像の振幅によ
って導入される統計的誤差に比べて大きく減少するという結論の根拠を成してい
る。
Thus, the statistical error per point image of the image line section of the target material obtained with the apparatus of the present invention is compared to that obtained with the prior art confocal interference microscope in the same time interval. Substantially smaller for two reasons. The first reason is that in prior art confocal interference microscopes, an image line section had to be scanned in that time interval, corresponding to an array of intensity differences acquired simultaneously by the device of the present invention in the same time interval. This means that the time spent on each point image is reduced by the number of point images in the image line section in order to obtain an array of intensity differences. Thereby, the statistical accuracy of the image composed of the point images of the image line sections is higher in the device according to the invention than in the prior art confocal interference microscope with the independent point images of the image line sections. Is improved by a factor proportional to the square root of the number The basis for the second reason is that, as noted in the above paragraph, the wavenumber filtered and spatially filtered complex amplitude of the background beam B62D in the image plane 47 and the wavenumber filtered and spatially filtered The magnitude of the cross-interference terms between the complex amplitudes of the filtered reflected reference beam R42D is substantially reduced compared to that obtained for the corresponding cross-interference terms in a prior art confocal interference microscope. is there. These two reasons are due to the statistical error introduced by the amplitude of the out-of-focus image, and the apparatus of the present invention considered the statistical accuracy of the image of the line section of the target material acquired in the same time interval. This is the basis for the conclusion that in the case of prior art confocal interference microscopes there is a significant reduction compared to the statistical error introduced by the amplitude of the out-of-focus image.

【0177】 第一の実施形態の装置で達成される補償を超えた焦点外画像の影響の、すなわ
ち系統的な誤差の、補正は、当業者には公知のコンピュータ及びコンピューター
デコンボルーション、及び後で設定される第四の式、(32a)と(32b)、
に従って積分方程式を反転する積分方程式反転法を用いて行うことができる。
The correction of the effects of out-of-focus images beyond the compensation achieved with the device of the first embodiment, ie of the systematic errors, is performed by computer and computer deconvolution, known to those skilled in the art, and later. A fourth equation set by (32a) and (32b),
Can be performed using an integral equation inversion method in which the integral equation is inverted according to the following equation.

【0178】 S/N比は、光源の光学周波数成分の波長の関数として調整して、例えば一次
近似では波長と無関係なS/N比を生成するようにすることもできる。一般に、
対象材料112への進入以前のプローブビームP22Dの振幅の対応する光学周
波数成分で規格化された、波長的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
散乱プローブビームP42Dは、対象材料112におけるプローブビームP22
D及び散乱プローブビームP32の透過率の波長依存性により、又、対象材料1
12の中への点画像28の深度が増大したときのプローブ・レンズ46の開口数
の変化により、波長と共に変化する。また、 波長的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた散乱プローブビームP42Dの振幅の、波長的にフィルター
され、空間的にフィルターされた背景ビームB62Dの振幅に対する比は、一般
に、対象材料112の中への点画像28の深度が増大したときに減少する。S/
N比の変化が一般に、対象材料112への進入以前のプローブビームP22Dの
振幅の対応する光学周波数成分で規格化された、波長的にフィルターされ、空間
的にフィルターされた散乱プローブビームP42Dの振幅の変化に伴う。これら
の因子がS/N比に及ぼす影響は、波長フィルターを参照鏡サブシステム83及
び/又はプローブビーム・サブシステム82に、好ましくは参照鏡サブシステム
83に、入れて、いろいろな波長でのそれぞれの検出器ピンホールを透過した、
波長的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42
Dと波長的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42
Dの比を、後で設定される第四の式(39)によって、調整及び/又は最適化す
るような特定の波長依存性を有するように波長フィルターの透過率を構成するこ
とによって部分的に補償することができる。
The S / N ratio can also be adjusted as a function of the wavelength of the optical frequency component of the light source, for example to produce a wavelength independent S / N ratio in a first order approximation. In general,
The wavelength-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42D, normalized with the corresponding optical frequency component of the amplitude of the probe beam P22D prior to entry into the target material 112, becomes the probe beam P22 at the target material 112.
D and the wavelength dependence of the transmittance of the scattering probe beam P32,
Changes with wavelength due to changes in the numerical aperture of the probe lens 46 as the depth of the point image 28 into 12 increases. Also, the ratio of the amplitude of the wavelength-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42D to the amplitude of the wavelength-filtered and spatially-filtered background beam B62D is generally less than the target material 112. Decreases as the depth of the point image 28 increases. S /
The change in the N-ratio is generally the amplitude of the wavelength-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42D normalized to the corresponding optical frequency component of the amplitude of the probe beam P22D prior to entry into the target material 112. With the change of. The effect of these factors on the signal-to-noise ratio is due to the fact that the wavelength filters are placed in the reference mirror subsystem 83 and / or the probe beam subsystem 82, preferably in the reference mirror subsystem 83, and each at various wavelengths. Through the detector pinhole,
Wavelength-filtered and spatially-filtered scattering probe beam P42
D and a wavelength-filtered, spatially-filtered reflected reference beam R42
By configuring the transmittance of the wavelength filter to have a particular wavelength dependence such that the ratio of D is adjusted and / or optimized by a fourth equation (39) set later, in part. Can compensate.

【0179】 第一の実施形態の詳細な記述において、光ビームP22C-1,-2,-3,-4
のどの二つの間にも正味の相対位相シフトはないということが注意された。この
特徴によって、第一の実施形態の詳細な記述において言明された次の目標を達成
することが可能になる:すなわち、対象材料112における画像平面27と、参
照鏡120での画像平面37で、それぞれ、位相シフター14と24及び位相シ
フター14と34の存在によって実質的に変化しないが、対象材料112におけ
る点画像28及び参照鏡120での点画像38と共役な画像平面17a及び47
における画像には実質的な変化を生ずる、ピンホール8の共役画像を生成すると
いう目標である。
In the detailed description of the first embodiment, the light beam P22C-1, -2, -3, -4
It has been noted that there is no net relative phase shift between any two of. This feature makes it possible to achieve the following goals stated in the detailed description of the first embodiment: the image plane 27 in the target material 112 and the image plane 37 in the reference mirror 120, The image planes 17a and 47, which are not substantially changed by the presence of the phase shifters 14 and 24 and the phase shifters 14 and 34, respectively, but are conjugate to the point image 28 on the target material 112 and the point image 38 on the reference mirror 120, respectively.
The goal is to generate a conjugate image of the pinhole 8 that produces a substantial change in the image at.

【0180】 更に、第1実施例から位相シフター14を取り除くと何が起こるのかを考える
ことによって、位相シフター14、24、及び34の間の相互関係を得ることが
できる。この場合、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参
照ビームR42Dは、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた画像
平面47内の背景ビームB62Dの空間特性の変化を実質的に伴わずに反対称関
数から画像平面47内の対称関数に変化する。かくして、波数的にフィルターさ
れ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの複素振幅と、波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた画像平面47内の背景ビームB62
Dの複素振幅との間の相互干渉項の空間的分布は、主として、画像平面47内の
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Dの
の中心を中心とした対称分布をなす。しかし、対称関数の、この関数の対称軸線
を中心とした空間間隔に亘る積分は、一般的にはゼロでなく、単ピクセル検出器
114が画像点48のところに記録した強度の値は、従来技術の共焦干渉顕微鏡
で達成された値を越えて減少することが実質的にない。
Further, by considering what happens when the phase shifter 14 is removed from the first embodiment, the correlation between the phase shifters 14, 24 and 34 can be obtained. In this case, the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D substantially changes the spatial properties of the background beam B62D in the wave number filtered and spatially filtered image plane 47. Instead, it changes from an antisymmetric function to a symmetric function in the image plane 47. Thus, the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam R42D and the background beam B62 in the wavenumber-filtered and spatially-filtered image plane 47
The spatial distribution of the cross-interference terms with the complex amplitude of D is primarily a symmetric distribution about the center of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D in the image plane 47. Eggplant However, the integration of the symmetric function over a spatial interval about the axis of symmetry of the function is generally not zero, and the intensity values recorded by single-pixel detector 114 at image point 48 are conventionally There is virtually no reduction beyond the value achieved with the confocal interference microscope of the technology.

【0181】 以上の説明は、対象材料112の特定の部分の特定の焦合画像点28に関する
が、コンピューター118は、対象材料112の他の部分を焦合画像点28に位
置決めし、システムが対象材料112の所望の線区分、平面区分、又は容積区分
を「走査」できるように並進器116に制御信号133を加えることができる。
対象材料の所望の線区分、平面区分、又は容積区分は、対象材料の一つ以上の表
面を切ったり、含んだりすることがある。
Although the above description relates to a particular focused image point 28 of a particular portion of the target material 112, the computer 118 locates another portion of the target material 112 at the focused image point 28 and the system A control signal 133 can be applied to the translator 116 so that a desired line, plane, or volume section of the material 112 can be “scanned”.
The desired line section, planar section, or volume section of the target material may cut or include one or more surfaces of the target material.

【0182】 本発明の第一の実施形態におけるレベル1識別は、本発明の装置の画像化サブ
システムのインパルス応答関数を分散的な検出器エレメント130a及び130
bで定められる平面に直交する平面内で操作することによって達成される。レベ
ル1タイプの識別は、また、第一の好ましい実施形態の一変型でも達成されるが
、そこでは、この変型の装置及び電子処理手段は実質的に第一の好ましい実施形
態の場合と同じであり、位相シフター14,24及び34がそれぞれの光軸のま
わりにπ/2ラジアンだけ回転している。第一の好ましい実施形態のこの変型に
おける焦点外画像の系統的な影響の減少は、第一の好ましい実施形態におけるも
のと同じである。 第一の好ましい実施形態のこの変型における焦点外画像によ
る統計的な影響も、従来技術の共焦干渉顕微鏡において達成されたものより小さ
くなっているが、一般に、第一の好ましい実施形態の装置で達成されるほど効果
的ではない。
The level 1 identification in the first embodiment of the present invention is performed by distributing the impulse response functions of the imaging subsystem of the device of the present invention to the distributed detector elements 130a and 130a.
This is achieved by operating in a plane perpendicular to the plane defined by b. Level 1 type identification is also achieved in a variant of the first preferred embodiment, wherein the apparatus and electronic processing means of this variant are substantially the same as in the first preferred embodiment. Yes, the phase shifters 14, 24 and 34 are rotated by π / 2 radians around their respective optical axes. The reduction of the systematic effects of out-of-focus images in this variant of the first preferred embodiment is the same as in the first preferred embodiment. The statistical effect of out-of-focus images in this variant of the first preferred embodiment is also less than that achieved in prior art confocal interference microscopes, but generally with the device of the first preferred embodiment. Not as effective as achieved.

【0183】 次ぎに第2a−2f図を参照して説明すると、第2a図は、光源サブシステム
80a、サブシステム81b、及び検出器サブシステム84aが好ましくは近似
スリット式共焦顕微鏡用に形成されている、第一のグループの実施形態及びその
変型のうちから、本発明の第二の実施形態が概略図で示されている。第2a−2
f図において、第1a−1n図に関連して既に記述された同様な要素には、同様
な参照符号が用いられている。第2b図に示されているサブシステム80aにお
ける変更は、光源10aの領域に施されている。この実施例では、この光源は好
ましくは、広帯域の空間的にインコヒーレントな線光源、好ましくはランプフィ
ラメント又はレーザーダイオードアレイである。変更はまた、第一の実施形態の
ピンホール8の領域にもあり、この実施例では、ピンホールは好ましくはレンズ
6によって形成された線光源10aの画像と整合した直線状光源ピンホールアレ
イ8aで構成される。第2c及び2d図に示されているサブシステム81bの変
更は、第一の実施形態のサブシステム81aにおけるピンホール18aをサブシ
ステム81bにおける空間フィルター・ピンホール18bの直線状アレイで置き
換えたことにある。第2e及び2f図に示されているサブシステム84aの変更
は、検出器114の領域にあり、第一の実施形態の画像平面47におけるピンホ
ールの直線状アレイは、この実施例では好ましくは検出器ピンホールの二次元ア
レイになっており、第一の実施形態における、ピクセルの直線状アレイを有する
検出器は、この実施例では好ましくはピクセルの二次元アレイから成る検出器1
14aになっている。
Referring now to FIGS. 2a-2f, FIG. 2a shows a light source subsystem 80a, a subsystem 81b, and a detector subsystem 84a preferably formed for an approximate slit confocal microscope. From the first group of embodiments and variants thereof, a second embodiment of the invention is shown schematically. 2a-2
In Figure f, like reference numerals have been used for like elements already described in connection with Figures 1a-1n. The changes in subsystem 80a shown in FIG. 2b have been made in the area of light source 10a. In this embodiment, the light source is preferably a broadband, spatially incoherent line light source, preferably a lamp filament or laser diode array. The modification also lies in the area of the pinhole 8 of the first embodiment, in which the pinhole is preferably a linear light source pinhole array 8a aligned with the image of the line light source 10a formed by the lens 6. It consists of. The modification of the subsystem 81b shown in FIGS. 2c and 2d is that the pinhole 18a in the subsystem 81a of the first embodiment is replaced by a linear array of spatial filter pinholes 18b in the subsystem 81b. is there. A modification of the subsystem 84a shown in FIGS. 2e and 2f is in the area of the detector 114, wherein a linear array of pinholes in the image plane 47 of the first embodiment is preferably detected in this example. The detector having a two-dimensional array of detector pinholes and having a linear array of pixels in the first embodiment, the detector 1 in this example preferably comprising a two-dimensional array of pixels
14a.

【0184】 第2b図において、直線状光源ピンホール・アレイ8a及び光源10aは、第
2b図の平面に対して垂直に整合しており、第2b図の平面は第2a図の平面と
直交している。第2c図及び第2d図では、空間フィルター・ピンホールの直線
状アレイ18bは、第2c図及び第2d図の平面に対して垂直に整合しており、
第2c図及び第2d図の平面は第2a図の平面と直交している。第2e図及び第
2f図では、検出器ピンホールの二次元アレイ及び検出器ピクセルの二次元アレ
イは、第2e図及び第2f図の平面に対して垂直に整合している。
In FIG. 2b, the linear light source pinhole array 8a and light source 10a are aligned vertically with respect to the plane of FIG. 2b, the plane of FIG. 2b being orthogonal to the plane of FIG. 2a. ing. 2c and 2d, the linear array of spatial filter pinholes 18b is vertically aligned with the plane of FIGS. 2c and 2d,
The planes in FIGS. 2c and 2d are orthogonal to the plane in FIG. 2a. 2e and 2f, the two-dimensional array of detector pinholes and the two-dimensional array of detector pixels are aligned perpendicular to the plane of FIGS. 2e and 2f.

【0185】 第2a図乃至第2f図に示されている第二の実施形態の残りの部分は、好まし
くは、第1a図乃至第1n図の記述における第一の実施形態の対応する側面につ
いて記述したものと同じである。
The remaining parts of the second embodiment shown in FIGS. 2a to 2f preferably describe the corresponding aspects of the first embodiment in the description of FIGS. 1a to 1n. Same as what you did.

【0186】 本発明の第二の実施形態におけるレベル1識別は、本発明の装置の画像化サブ
システムのインパルス応答関数を分散的な検出器エレメント130a及び130
bで定められる平面に直交する平面内で操作することによって達成される。レベ
ル1タイプの識別は、また、第二の好ましい実施形態の第一の変型でも達成され
るが、そこでは、第二の好ましい実施形態の第一の変型による装置及び電子処理
手段は実質的に第二の好ましい実施形態の場合と同じであり、位相シフター14
,24及び34がそれぞれの光軸のまわりにπ/2ラジアンだけ回転している。
第二の好ましい実施形態の第一の変型における焦点外画像の系統的な影響の減少
は、第二の好ましい実施形態におけるものと同じである。 第二の好ましい実施
形態の第一の変型における焦点外画像による統計的な影響も、従来技術の共焦干
渉顕微鏡において達成されたものより小さくなっているが、一般に、第二の好ま
しい実施形態の装置で達成されるほど効果的ではない。
The level 1 identification in the second embodiment of the present invention is performed by distributing the impulse response function of the imaging subsystem of the device of the present invention to the distributed detector elements 130a and 130a.
This is achieved by operating in a plane perpendicular to the plane defined by b. Level 1 type identification is also achieved in a first variant of the second preferred embodiment, wherein the device and the electronic processing means according to the first variant of the second preferred embodiment are substantially As in the second preferred embodiment, the phase shifter 14
, 24 and 34 are rotated about their respective optical axes by π / 2 radians.
The reduction of the systematic effects of out-of-focus images in the first variant of the second preferred embodiment is the same as in the second preferred embodiment. The statistical effects of out-of-focus images in the first variant of the second preferred embodiment are also less than those achieved in prior art confocal interference microscopes, but generally, of the second preferred embodiment. Not as effective as achieved with the device.

【0187】 第二の好ましい実施形態の第二の変型が記述されるが、その中で、第二の変型
の装置及び電子処理手段は実質的に第二の好ましい実施形態の場合と同じであり
、異なる点は、第二の好ましい実施形態における光源ピンホールの直線状アレイ
8a及び空間フィルター・ピンホール18aが光源スリット及び空間フィルター
・スリットに置き換えられているということだけである。第二の好ましい実施形
態の第二の変型における焦点外画像の系統的な影響の減少は、本発明の第二の好
ましい実施形態において達成されるものと同じである。 第二の好ましい実施形
態の第二の変型における焦点外画像による統計的な影響も、従来技術の共焦干渉
顕微鏡において達成されたものより小さくなっているが、一般に、第二の好まし
い実施形態の装置で達成されるほど効果的ではない。
A second variant of the second preferred embodiment is described, in which the apparatus and the electronic processing means of the second variant are substantially the same as in the second preferred embodiment. The only difference is that the linear array of light source pinholes 8a and the spatial filter pinholes 18a in the second preferred embodiment are replaced by light source slits and spatial filter slits. The reduction of the systematic effects of out-of-focus images in the second variant of the second preferred embodiment is the same as that achieved in the second preferred embodiment of the present invention. The statistical effect of out-of-focus images in the second variant of the second preferred embodiment is also less than that achieved in prior art confocal interference microscopes, but generally, of the second preferred embodiment. Not as effective as achieved with the device.

【0188】 第二の好ましい実施形態及び第二の好ましい実施形態の第一の変型におけるよ
うに、光源ピンホールの直線状アレイ及び空間的ピンホールの直線状アレイをそ
れぞれのスリットの代わりに用いることは、対象材料の区分の二次元表現を生成
するために対象材料の制限された走査という必要を生み出す。制限された走査の
方向は、対象材料における光源ピンホールの直線状アレイの画像の方向である。
制限された走査は、対象材料における光源ピンホールの直線状アレイの画像の方
向でのピンホールの間隔のために生ずる。さらに、波数的にフィルターされ、空
間的にフィルターされたプローブビームはに対する高い感度は、対象材料におけ
る光源ピンホールの直線状アレイの画像の方向でのピンホールの間隔が後で式(
54)で示される条件に合致するときには維持される。
As in the second preferred embodiment and the first variant of the second preferred embodiment, using a linear array of light source pinholes and a linear array of spatial pinholes instead of respective slits Creates the need for a limited scan of the target material to generate a two-dimensional representation of the section of the target material. The limited scan direction is the direction of the image of the linear array of light source pinholes in the target material.
Limited scanning occurs because of the pinhole spacing in the direction of the image of the linear array of light source pinholes in the target material. Furthermore, the high sensitivity to the wavenumber-filtered and spatially-filtered probe beam is such that the pinhole spacing in the direction of the image of the linear array of light source pinholes in the target material is later determined by the formula (
It is maintained when the condition indicated by 54) is met.

【0189】 制限された走査のステップの数は、対象材料における二つの連続した光源ピン
ホールの画像の間の間隔とそれぞれの画像化サブシステムの角度分解能の比によ
って決定される。実際には、制限された走査におけるステップの数は、光源ピン
ホール及び空間フィルター・ピンホールの直線状アレイのピンホールの数よりも
相当に少ない。このように、光源ピンホールと空間フィルター・ピンホールによ
る第二の好ましい実施形態及び第二の好ましい実施形態の第一の変型を用いるこ
とによって、対象材料のあるセクションの二次元表現が実質的には何も走査をせ
ずに取得することができる。
[0189] The number of limited scanning steps is determined by the ratio between the spacing between the images of two consecutive light source pinholes in the target material and the angular resolution of each imaging subsystem. In practice, the number of steps in a limited scan is significantly less than the number of pinholes in a linear array of light source pinholes and spatial filter pinholes. Thus, by using the second preferred embodiment with the light source pinhole and the spatial filter pinhole and the first variant of the second preferred embodiment, the two-dimensional representation of a section of the material of interest is substantially reduced. Can be obtained without scanning anything.

【0190】 次ぎに、第3a図乃至第3l図を参照すると、そこには、第一の好ましい実施
形態の参照ビーム及びプローブビームの経路がS/N比を改善し最適化するため
に変更された実施形態の第一のグループから、本発明の別の第三の実施形態が示
されている。この第三の実施形態の装置及び電子処理手段は、実質的に第一の好
ましい実施形態の場合と同じであり、反射参照ビーム及び散乱プローブビームの
振幅の比を調節できるように第一の実施形態の干渉計を再構成する光学手段が追
加されている。この第三の実施形態の光学素子は第一の好ましい実施形態で同様
に表示された素子と同様な動作をし、第三の実施形態の電子処理手段は第一の好
ましい実施形態で同様に表示された電子的な動作と同様な動作をする。波数的に
フィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームと散乱プローブビー
ムの振幅の比は、第3a図乃至第3l図に示されているビームスプリッター10
0,100a、及び100bの透過/反射係数を変更することによって調節され
る。
Reference is now made to FIGS. 3a to 31 where the paths of the reference and probe beams of the first preferred embodiment have been modified to improve and optimize the S / N ratio. Another first embodiment of the invention is shown from the first group of the above embodiments. The device and the electronic processing means of this third embodiment are substantially the same as in the first preferred embodiment, the first implementation being such that the ratio of the amplitudes of the reflected reference beam and the scattered probe beam can be adjusted. Optical means to reconfigure the interferometer in form have been added. The optical element of this third embodiment behaves similarly to the element similarly displayed in the first preferred embodiment, and the electronic processing means of the third embodiment is similarly displayed in the first preferred embodiment. An operation similar to the performed electronic operation is performed. The ratio of the amplitudes of the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam and the scattered probe beam is determined by the beam splitter 10 shown in FIGS. 3a-3l.
It is adjusted by changing the transmission / reflection coefficients of 0, 100a, and 100b.

【0191】 第3a図乃至第3l図に示されているように、本発明の第三の好ましい実施形
態は、ビームスプリッター100,100a、及び100b、対象材料112,
並進器116,参照鏡120,分散的な検出器エレメント130a及び130b
、及び検出器114から構成される干渉計である。この形態は当業者にはマイケ
ルソン干渉計の一形態として知られており、簡単な例として示されている。当業
者には偏光マイケルソン干渉計として知られており、“距離及び角度を測定する
ための微分干渉計装置:原理、利点及び応用”という表題のC.Zanoni、
ibid、の論文に記述されているような他の形態の干渉計も、第3a図乃至第3l
図に取り込むことができ、それによって本発明の第三の好ましい実施形態の精神
と範囲からそれほど逸脱することはない。
As shown in FIGS. 3a to 3l, a third preferred embodiment of the present invention includes beam splitters 100, 100a and 100b, target materials 112,
Translator 116, reference mirror 120, distributed detector elements 130a and 130b
, And a detector 114. This configuration is known to those skilled in the art as one type of Michelson interferometer and is shown as a simple example. Known to those skilled in the art as a polarization Michelson interferometer, C.I. Zanoni,
Other forms of interferometers, such as those described in the article of ibid, are also shown in FIGS.
It can be incorporated into the figures, without departing much from the spirit and scope of the third preferred embodiment of the invention.

【0192】 第三の好ましい実施形態において画像化サブシステムのインパルス応答関数が
操作される平面の向きは、第3a図の平面と直交する。 第3bは、第3a図に示すサブシステム80の実施例を概略の形態で示す。第
3の好ましい実施例について、光源10は、好ましくは、点光源又は光源の表面
に亘って空間的にインコヒーレントな放射線源、レーザー又は同様のコヒーレン
トな又は部分的にコヒーレントな放射線源、及び好ましくは偏光光源である。光
源10は、サブシステム80の光軸3と整合した入力ビーム2を発する。第3b
図に示すように、光線ビーム2は焦合レンズ6に進入し、画像平面7のピンホー
ル8に焦合される。複数の光線ビーム12−1、12−2、12−3、12−4
を含む光線ビーム12は、ピンホール8から発散し、サブシステム80の光軸3
と整合した光軸を持つレンズ16に進入する。光線ビーム12は、光線ビーム1
2A−1、12A−2、12A−3、12A−4を含むコリメートされた光線ビ
ーム12Aとしてレンズ16から出て、位相シフター14に進入する。位相シフ
ター14は、矩形の位相シフター14−1、14−2、14−3、14−4を含
む。これらの位相シフターは、夫々の光軸がサブシステム80の光軸3と平行で
あるように配置されている。位相シフターの数は、整数である任意の適当な数2
m、mであるのがよい。第3b図に示す例は、m=2の場合についてであり、本
発明の装置の構成要素間の関係を明瞭に示す上で4つの位相シフターで十分な場
合である。平行な光線ビーム12A−1、12A−2、12A−3、12A−4
が位相シフター14−1、14−2、14−3、14−4を夫々通過し、位相シ
フター14から光線ビーム12B−1、12B−2、12B−3、12B−4と
して夫々出る。これらの光線ビームが光線ビーム12Bを構成する。位相シフタ
ー14−2及び14−4の各々は、位相シフター14−1及び14−3の各々が
導入する位相シフトよりも大きなπラジアンの位相シフトを導入する。位相シフ
ター14−1及び14−3が導入する位相シフトは同じである。
In the third preferred embodiment, the orientation of the plane in which the impulse response function of the imaging subsystem is manipulated is orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3b shows, in schematic form, an embodiment of the subsystem 80 shown in FIG. 3a. For the third preferred embodiment, the light source 10 is preferably a point light source or a radiation source spatially incoherent over the surface of the light source, a laser or similar coherent or partially coherent radiation source, and preferably Is a polarized light source. Light source 10 emits an input beam 2 that is aligned with optical axis 3 of subsystem 80. 3b
As shown, the light beam 2 enters a focusing lens 6 and is focused on a pinhole 8 in an image plane 7. A plurality of light beams 12-1, 12-2, 12-3, 12-4
Is divergent from the pinhole 8 and the optical axis 3 of the subsystem 80
And enters a lens 16 having an optical axis aligned with. The light beam 12 is the light beam 1
The light exits the lens 16 and enters the phase shifter 14 as a collimated light beam 12A including 2A-1, 12A-2, 12A-3, and 12A-4. The phase shifter 14 includes rectangular phase shifters 14-1, 14-2, 14-3, and 14-4. These phase shifters are arranged such that their respective optical axes are parallel to the optical axis 3 of the subsystem 80. The number of phase shifters can be any suitable number 2 that is an integer.
m and m are preferred. The example shown in FIG. 3b is for the case where m = 2, where four phase shifters are sufficient to clearly show the relationships between the components of the device of the invention. Parallel light beams 12A-1, 12A-2, 12A-3, 12A-4
Pass through the phase shifters 14-1, 14-2, 14-3, and 14-4, respectively, and exit from the phase shifter 14 as light beams 12B-1, 12B-2, 12B-3, and 12B-4, respectively. These light beams constitute the light beam 12B. Each of phase shifters 14-2 and 14-4 introduces a phase shift of π radians greater than the phase shift introduced by each of phase shifters 14-1 and 14-3. The phase shifts introduced by the phase shifters 14-1 and 14-3 are the same.

【0193】 第3a図では、サブシステム80を出た光線ビーム12Bは、一部が、光線ビ
ームP12B−1、P12B−2、P12B−3、P12B−4を含む光線ビー
ムP12Bとしてビームスプリッター100aを透過する。光線ビームP12B
は、サブシステム81aに進入する。第3c図では、光線ビームP12Bはレン
ズ26aに進入し、光線ビームP12C−1、P12C−2、P12C−3、P
12C−4を含む光線ビームP12Cとして出る。レンズ26aは、焦合画像平
面17aの画像点18aに光線ビームP12Cを焦合する。光線ビームP12C
は、点画像18aから光線ビームP22−1、P22−2、P22−3、P22
−4を含む光線ビームP22として出る。光線ビームP22は、光軸がサブシス
テム81aの光軸3と整合したレンズ36aに進入する。光線ビームP22は、
光線ビームP22A−1、P22A−2、P22A−3、P22A−4を含むコ
リメートされた光線ビームP22Aとしてレンズ36aを出てサブシステム81
aを出る。
In FIG. 3a, the light beam 12B exiting the subsystem 80 is partially split by the beam splitter 100a as a light beam P12B including the light beams P12B-1, P12B-2, P12B-3, and P12B-4. To Penetrate. Light beam P12B
Enters the subsystem 81a. In FIG. 3c, light beam P12B enters lens 26a, and light beams P12C-1, P12C-2, P12C-3, P
It emerges as a light beam P12C containing 12C-4. The lens 26a focuses the light beam P12C on the image point 18a on the focused image plane 17a. Light beam P12C
Are the light beams P22-1, P22-2, P22-3, and P22 from the point image 18a.
-4. Light beam P22 enters lens 36a whose optical axis is aligned with optical axis 3 of subsystem 81a. The light beam P22 is
Subsystem 81 exits lens 36a as a collimated light beam P22A including light beams P22A-1, P22A-2, P22A-3, and P22A-4.
Exit a.

【0194】 第3a図に示すように、光線ビームP22Aは、一部が、光線ビームP22B
−1、P22B−2、P22B−3、P22B−4を含む光線ビームP22Bと
してビームスプリッター100を透過し、第3d図に示すサブシステム82に進
入する。第3d図の平面は第3a図の平面と直交する。
As shown in FIG. 3a, the light beam P22A partially becomes the light beam P22B.
-1, P22B-2, P22B-3, and P22B-4 pass through the beam splitter 100 as a light beam P22B and enter the subsystem 82 shown in FIG. 3d. The plane in FIG. 3d is orthogonal to the plane in FIG. 3a.

【0195】 第3d図において、光ビームP22Bはエレメント24-1,-2,-3,-4か
ら成る位相シフター24に入射する。位相シフター24は、位相シフター14と
同数の2m個のエレメントから構成され、第3d図ではm=2で示してある。光
ビームP22B-1,-2,-3,-4は、それぞれ、位相シフター24-1,-2,
-3,-4を通過し、それぞれ光ビームP22C-1,-2,-3,-4から成る光ビ
ームP22Cとして出る。位相シフター24-1及び24-3によって導入される
位相シフトは等しい値であり、それは位相シフター24−2又は24−4のいず
れかによって導入される位相シフトよりもπラジアン大きく、位相シフター24
−2及び24−4によって導入される位相シフトの値は等しい。このように、光
ビームP22C-1,-2,-3,-4のどの二つの間にも正味の相対的位相シフト
はない。光ビームP22Cは、光ビームP22D-1,-2,-3,-4から成る光
ビームP22Dとしてプローブレンズ46を通過し、対象材料112の画像平面
27の点画像28に中心があるライン画像を形成するように焦合される。このラ
イン画像の軸は、画像化サブシステム82の光軸3と実質的に平行である。この
ライン画像の長さはプローブレンズ46の焦点深度や色収差(両方共調節できる
)及び光源10の光学的帯域幅などの因子の組み合わせによって決定される。こ
のライン・セクションは対象材料の一つ以上の表面を切ることもあり、対象材料
のある表面に載ることもある。レンズ46の光軸はサブシステム82の光軸3と
整合している。
In FIG. 3D, the light beam P22B is incident on a phase shifter 24 composed of elements 24-1, -2, -3, -4. The phase shifter 24 is composed of the same number of 2m elements as the phase shifter 14, and is indicated by m = 2 in FIG. 3d. The light beams P22B-1, -2, -3, -4 are respectively phase shifters 24-1, -2,
After passing through -3, -4, the light beam P22C emerges as a light beam P22C composed of light beams P22C-1, -2, -3, -4. The phase shifts introduced by phase shifters 24-1 and 24-3 are of equal value, which is π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 24-2 or 24-4, and
The values of the phase shift introduced by -2 and 24-4 are equal. Thus, there is no net relative phase shift between any two of the light beams P22C-1, -2, -3, -4. The light beam P22C passes through the probe lens 46 as a light beam P22D composed of the light beams P22D-1, -2, -3, and -4, and a line image centered on the point image 28 on the image plane 27 of the target material 112 is formed. Focused to form. The axis of this line image is substantially parallel to the optical axis 3 of the imaging subsystem 82. The length of the line image is determined by a combination of factors such as the depth of focus of the probe lens 46, chromatic aberration (both can be adjusted), and the optical bandwidth of the light source 10. This line section may cut one or more surfaces of the target material, or may rest on a surface with the target material. The optical axis of lens 46 is aligned with optical axis 3 of subsystem 82.

【0196】 第3a図では、光線ビーム12Bは、一部が、ビームスプリッター100aに
よって、光線ビームR12B−1、R12B−2、R12B−3、R12B−4
を含む光線ビームR12Bとして反射される。この光線ビームR12Bは、第3
e図に示すサブシステム81cに進入する。第3e図の平面は第3a図の平面と
平行である。
In FIG. 3a, the light beam 12B is partially split by the beam splitter 100a into light beams R12B-1, R12B-2, R12B-3, R12B-4.
Is reflected as a light beam R12B including This light beam R12B is the third light beam.
The subsystem 81c shown in FIG. The plane in FIG. 3e is parallel to the plane in FIG. 3a.

【0197】 第3e図において、光ビームR12Bはレンズ26Cに進入し、光ビームR1
2C-1,-2,-3,-4から成る光ビームR12Cとして出る。光ビームR12
B-1,-2,-3,-4は、第3e図の平面と直交する平面内で空間的に分離され
ているが、第3e図に示された図では重なって同じ拡がりに見える。レンズ26
cはサブシステム81cの光軸3bと整合した光軸を有する。レンズ26cは、
平面鏡120cと一緒に、光ビームR12Cを画像平面17cの点画像18cに
焦合する。光ビームR12Cは、点画像18cから、光ビームR22-1,-2,
-3,-4から成る光ビームR22として出る。光ビームR22-1,-2,-3,-
4は、第3e図の平面と直交する平面内で空間的に分離されているが、第3e図
に示された図では重なって同じ拡がりに見える。光ビームR22は、サブシステ
ム81cの光軸3cと整合した光軸を有するレンズ36cに進入する。光ビーム
R22は、レンズ36cから出て、光ビームR22A-1,-2,-3,-4から成
る光ビームR22Aとしてサブシステム81cを出る。光ビームR22A-1,-
2,-3,-4は、第3e図の平面と直交する平面内で空間的に分離されているが
、第3e図に示された図では重なって同じ拡がりに見える。
In FIG. 3e, the light beam R12B enters the lens 26C and the light beam R1
It emerges as a light beam R12C composed of 2C-1, -2, -3, -4. Light beam R12
B-1, -2, -3, and -4 are spatially separated in a plane orthogonal to the plane of FIG. 3e, but in the view shown in FIG. 3e they overlap and appear to be of the same extent. Lens 26
c has an optical axis aligned with the optical axis 3b of the subsystem 81c. The lens 26c is
The light beam R12C is focused on the point image 18c on the image plane 17c together with the plane mirror 120c. The light beam R12C is obtained from the point image 18c by using the light beams R22-1, -2,
It emerges as a light beam R22 composed of -3 and -4. Light beam R22-1, -2, -3,-
4 are spatially separated in a plane orthogonal to the plane of FIG. 3e, but in the view shown in FIG. Light beam R22 enters lens 36c having an optical axis aligned with optical axis 3c of subsystem 81c. Light beam R22 exits lens 36c and exits subsystem 81c as light beam R22A comprising light beams R22A-1, -2, -3, -4. Light beam R22A-1,-
2, -3, -4 are spatially separated in a plane orthogonal to the plane of FIG. 3e, but in the figure shown in FIG. 3e they overlap and appear to be of the same extent.

【0198】 第3a図に示されているように、光ビームR22Aはサブシステム81cを出
た後、サブシステム83aに進入する。第3f図に示されるサブシステム83a
は、レンズ56a、参照鏡120,ビームスプリッター100b、及び位相シフ
ター34,34a、及び44から成っている。第3f図の平面は第3a図の平面
と平行である。位相シフター・エレメント34-1,-2,-3,-4から成る位相
シフター34と位相シフター・エレメント34a-1,-2,-3,-4から成る位
相シフター34aが、第3f図に、それぞれ光軸3a及び3cのまわりにπ/2ラ
ジアン回転して図示されている。これは、サブシステム83aを通る光線ビーム
R22A、R22B、R22C、及びR22Dの記述と追跡を容易にして、しか
も本発明の第三の実施形態の精神と範囲から逸脱しないようにするためである。
従って、光ビームR22A-1,-2,-3,-4から成る光ビームR22A及び光
ビームR22B-1,-2,-3,-4から成る光ビームR22Bは、第3f図で、
光軸3cのまわりにπ/2ラジアン回転して図示されており、光ビームR22C-
1,-2,-3,-4から成る光ビームR22C及び光ビームR22D-1,-2,-
3,-4から成る光ビームR22Dは、第3f図で、光軸3aのまわりにπ/2ラ
ジアン回転して図示されている。サブシステム83aにおいて、光ビームR22
Aは、位相シフター14と同数の、2m個のエレメントを含む位相シフター34
aに入射する。光ビームR22Aは、位相シフター34aを光ビームR22Bと
して通過する。光ビームR22Bは、一部分、光ビームR22Cとして反射され
る。位相シフター34a-1及び34a-3によって導入される位相シフトは値が
等しく、それは位相シフター34a-2又は34a-4のいずれかによって導入さ
れる位相シフトよりもπラジアン大きく、位相シフター34a-2と34a-4に
よって導入される位相シフトの値は等しい。従って、光ビームR22C-1,-2
,-3,-4のどの二つをとっても、その間に正味の相対的位相シフトはない。光
ビームR22Cは、レンズ56aを光ビームR22Dとして通過する。光ビーム
R22Dは、レンズ56aによって参照鏡120の画像平面37の点画像38に
焦合される。レンズ56aの光軸はサブシステム83aの光軸3aと整合してい
る。
As shown in FIG. 3a, light beam R22A exits subsystem 81c before entering subsystem 83a. Subsystem 83a shown in FIG. 3f
Consists of a lens 56a, a reference mirror 120, a beam splitter 100b, and phase shifters 34, 34a and 44. The plane in FIG. 3f is parallel to the plane in FIG. 3a. The phase shifter 34 comprising the phase shifter elements 34-1, -2, -3, -4 and the phase shifter 34a comprising the phase shifter elements 34a-1, -2, -3, -4 are shown in FIG. They are shown rotated by π / 2 radians around the optical axes 3a and 3c, respectively. This is to facilitate the description and tracking of the light beams R22A, R22B, R22C, and R22D passing through the subsystem 83a without departing from the spirit and scope of the third embodiment of the present invention.
Accordingly, the light beam R22A composed of the light beams R22A-1, -2, -3, -4 and the light beam R22B composed of the light beams R22B-1, 2-2, -3, -4 are shown in FIG.
It is shown rotated by π / 2 radian about the optical axis 3c, and the light beam R22C-
Light beam R22C composed of 1, -2, -3, -4 and light beam R22D-1, 2-2,-
The light beam R22D composed of 3 and -4 is illustrated in FIG. 3f with a rotation of π / 2 radian about the optical axis 3a. In subsystem 83a, light beam R22
A is a phase shifter 34 including the same number of phase shifters 14 and 2m elements.
a. The light beam R22A passes through the phase shifter 34a as a light beam R22B. Light beam R22B is partially reflected as light beam R22C. The phase shifts introduced by phase shifters 34a-1 and 34a-3 are equal in value, which is π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 34a-2 or 34a-4. And the value of the phase shift introduced by 34a-4 is equal. Therefore, the light beams R22C-1, -2
, -3, -4, there is no net relative phase shift between them. The light beam R22C passes through the lens 56a as a light beam R22D. The light beam R22D is focused on the point image 38 on the image plane 37 of the reference mirror 120 by the lens 56a. The optical axis of lens 56a is aligned with optical axis 3a of subsystem 83a.

【0199】 第3g図において、光ビームP22Dの一部は(第3d図を参照)点画像28
で対象材料112によって反射及び/又は散乱されて散乱プローブビームP32
を構成する複数の光ビームP32-1,-2,-3,-4となる。第3g図の平面は
第3a図の平面と直交する。散乱プローブビームP32は、画像平面27の点画
像28から発散して、レンズ46に進入する。第3g図に示されているように、
散乱プローブビームP32は、光ビームP32A-1,-2,-3,-4から成るコ
リメートされた散乱プローブビームP32Aとしてレンズ46から出る。光ビー
ムP32A-1,-2,-3,-4は、それぞれ、位相シフター24-4、−3、−
2、−1を通過し、それぞれ、光ビームP32B-1,-2,-3,-4として出る
。光ビームP32B-1,-2,-3,-4は散乱プローブビームP32Bを構成し
サブシステム82を出る。位相シフター24-1及び24-3によって導入される
位相シフトは値が等しく、それは位相シフター24-2又は24-4のいずれかに
よって導入される位相シフトよりもπラジアン大きく、位相シフター24-2と
24-4によって導入される位相シフトの値は等しい。
In FIG. 3g, a part of the light beam P22D is a point image 28 (see FIG. 3d).
Is reflected and / or scattered by the target material 112 at
Are composed of a plurality of light beams P32-1, -2, -3, -4. The plane in FIG. 3g is orthogonal to the plane in FIG. 3a. The scattered probe beam P32 diverges from the point image 28 on the image plane 27 and enters the lens 46. As shown in FIG. 3g,
The scattered probe beam P32 exits the lens 46 as a collimated scattered probe beam P32A consisting of light beams P32A-1, -2, -3, -4. The light beams P32A-1, -2, -3, -4 are respectively phase shifters 24-4, -3,-
2 and -1, and exit as light beams P32B-1, -2, -3, and -4, respectively. Light beams P32B-1, -2, -3, -4 constitute scattered probe beam P32B and exit subsystem 82. The phase shifts introduced by phase shifters 24-1 and 24-3 are equal in value, which is π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 24-2 or 24-4, and phase shifters 24-2 And the value of the phase shift introduced by 24-4 is equal.

【0200】 第3h図において、光ビームR22Dは(第3f図を参照)参照鏡120によ
って光ビームR32-1,-2,-3,-4から成る反射参照ビームR32として反
射される。第3h図に示されているサブシステム83aは、レンズ56a、参照
鏡120,ビームスプリッター100b、及び位相シフター34,34a、及び
44から構成される。位相シフター・エレメント34-1,-2,-3,-4から成
る位相シフター34と位相シフター・エレメント34a-1,-2,-3,-4から
成る位相シフター34aは、第3h図に、それぞれ光軸3a及び3cのまわりで
π/2ラジアン回転して図示されている。これは、サブシステム83aを通る光
線ビームR32、R32A、及びR32Bの記述と追跡を容易にして、しかも本
発明の第三の実施形態の精神と範囲から逸脱しないようにするためである。従っ
て、光ビームR32A、R32B-1,-2,-3,-4から成る光ビームR32B
及び光ビームR32C-1,-2,-3,-4から成る光ビームR32Cは、第3h
図で、光軸3aのまわりにπ/2ラジアン回転して図示されている。第3h図の平
面は第3a図の平面と平行である。反射参照ビームR32は画像平面37の点画
像38から発散して、レンズ56aに進入する。第3h図に示されているように
、反射参照ビームR32は、コリメートされた光ビームR32Aとしてレンズ5
6aから出る。光ビームR32A-1,-2,-3,-4は、まず位相シフター44
を通過し、次ぎに位相シフター34-4、-3、-2、-1を、それぞれ通過して、
それぞれ光ビームR32B-1,-2,-3,-4として出る。位相シフター44に
よって導入される位相シフトは、コンピュータ118からの信号132によって
制御される。位相シフター34-1及び34-3によって導入される位相シフトは
値が等しく、それは位相シフター34-2又は34-4のいずれかによって導入さ
れる位相シフトよりもπラジアン大きく、位相シフター34-2と34-4によっ
て導入される位相シフトの値は等しい。反射参照ビームR32Bはサブシステム
83aを出る。
In FIG. 3h, the light beam R22D is reflected by the reference mirror 120 (see FIG. 3f) as a reflected reference beam R32 composed of the light beams R32-1, -2, -3, -4. The subsystem 83a shown in FIG. 3h comprises a lens 56a, a reference mirror 120, a beam splitter 100b, and phase shifters 34, 34a, and 44. The phase shifter 34 comprising the phase shifter elements 34-1, -2, -3, -4 and the phase shifter 34a comprising the phase shifter elements 34a-1, -2, -3, -4 are shown in FIG. It is shown rotated by π / 2 radians around the optical axes 3a and 3c, respectively. This is to facilitate the description and tracking of the light beams R32, R32A, and R32B passing through the subsystem 83a without departing from the spirit and scope of the third embodiment of the present invention. Therefore, the light beam R32B composed of the light beams R32A and R32B-1, -2, -3, and -4
And the light beam R32C composed of the light beams R32C-1, -2, -3, and -4 is the third h
In the figure, the rotation is shown by π / 2 radians around the optical axis 3a. The plane in FIG. 3h is parallel to the plane in FIG. 3a. The reflected reference beam R32 diverges from the point image 38 on the image plane 37 and enters the lens 56a. As shown in FIG. 3h, the reflected reference beam R32 is converted to a lens 5 as a collimated light beam R32A.
Exit from 6a. The light beams R32A-1, -2, -3, -4 are firstly transmitted to the phase shifter 44.
, And then pass through the phase shifters 34-4, -3, -2, and -1 respectively.
The beams exit as light beams R32B-1, -2, -3, and -4, respectively. The phase shift introduced by phase shifter 44 is controlled by signal 132 from computer 118. The phase shifts introduced by phase shifters 34-1 and 34-3 are equal in value, which is π radians greater than the phase shifts introduced by either phase shifters 34-2 or 34-4, and phase shifters 34-2 And the value of the phase shift introduced by 34-4 is equal. Reflected reference beam R32B exits subsystem 83a.

【0201】 第3a図において、散乱プローブビームP32Bの一部は、ビームスプリッタ
ー100によって、散乱プローブビームP32Cを構成する複数の光ビームP3
2C-1,-2,-3,-4として反射される。散乱プローブビームP32Cは、第
3i図に示されるサブシステム81aに進入する。第3i図で、散乱プローブビ
ームP32Cは、レンズ26aに進入し、光ビームP32D-1,-2,-3,-4
から成る散乱プローブビームP32Dとして出る。第3i図の平面は第3a図の
平面と直交する。レンズ36aは光軸がサブシステム81aの光軸3aと整合し
ている。レンズ26aは、散乱プローブビームP32Dを画像平面17aの空間
フィルターピンホール18aに焦合する。散乱プローブビームP32Dの一部は
、空間フィルター・ピンホール18aから、光ビームP42-1,-2,-3,-4
から成る空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42として出る。空間
的にフィルターされた散乱プローブビームP42は、サブシステム81aの光軸
3aと整合している光軸を有するレンズ36aに進入する。空間的にフィルター
された散乱プローブビームP42は、レンズ36aから出て、光ビームP42A
-1,-2,-3,-4から成るコリメートされた空間的にフィルターされた散乱プ
ローブビームP42Aとしてサブシステム81aを出る。
In FIG. 3A, a part of the scattering probe beam P32B is divided by the beam splitter 100 into a plurality of light beams P3 constituting the scattering probe beam P32C.
It is reflected as 2C-1, -2, -3, -4. The scattered probe beam P32C enters the subsystem 81a shown in FIG. 3i. In FIG. 3i, the scattering probe beam P32C enters the lens 26a, and the light beams P32D-1, -2, -3, -4
As a scattered probe beam P32D. The plane in FIG. 3i is orthogonal to the plane in FIG. 3a. The optical axis of the lens 36a is aligned with the optical axis 3a of the subsystem 81a. The lens 26a focuses the scattered probe beam P32D on the spatial filter pinhole 18a on the image plane 17a. A part of the scattering probe beam P32D is transmitted from the spatial filter pinhole 18a to the light beams P42-1, -2, -3, -4.
As a spatially filtered scattered probe beam P42 consisting of The spatially filtered scattered probe beam P42 enters a lens 36a having an optical axis that is aligned with the optical axis 3a of subsystem 81a. The spatially filtered scattered probe beam P42 exits the lens 36a and forms a light beam P42A.
Exit subsystem 81a as a collimated spatially filtered scattered probe beam P42A consisting of -1, -2, -3, -4.

【0202】 第3a図に示されているように、反射参照ビームR32Bは、一部分、ビーム
スプリッター100によって、光ビームR32C-1,-2,-3,-4から成る反
射参照ビームR32Cとして透過される。反射参照ビームR32Cは第3j図に
示されるサブシステム81aに進入する。第3j図において、反射参照ビームR
32Cはレンズ26aに進入し、光ビームR32D-1,-2,-3,-4から成る
反射参照ビームR32Dとして出る。レンズ26aは、反射参照ビームR32D
を画像平面17aの空間フィルター・ピンホール18aに焦合する。反射参照ビ
ームR32Dの一部は、光ビームR42-1,-2,-3,-4から成る空間的にフ
ィルターされた反射参照ビームR42として空間フィルター・ピンホール18a
を出る。空間的にフィルターされた反射参照ビームR42は、レンズ36aに進
入する。空間的にフィルターされた反射参照ビームR42は、レンズ36aを出
て、光ビームR42A-1,-2,-3,-4から成るコリメートされた空間的にフ
ィルターされた反射参照ビームR42Aとしてサブシステム81aを出る。
As shown in FIG. 3a, the reflected reference beam R32B is transmitted in part by the beam splitter 100 as a reflected reference beam R32C composed of light beams R32C-1, -2, -3, -4. You. Reflected reference beam R32C enters subsystem 81a shown in FIG. 3j. In FIG. 3j, the reflected reference beam R
32C enters the lens 26a and exits as a reflected reference beam R32D consisting of light beams R32D-1, -2, -3, -4. The lens 26a has a reflected reference beam R32D
Is focused on the spatial filter pinhole 18a on the image plane 17a. A portion of the reflected reference beam R32D is converted to a spatially filtered pinhole 18a as a spatially filtered reflected reference beam R42 consisting of light beams R42-1, -2, -3, -4.
Exit. The spatially filtered reflected reference beam R42 enters the lens 36a. The spatially filtered reflected reference beam R42 exits lens 36a and is subsystemed as a collimated spatially filtered reflected reference beam R42A consisting of light beams R42A-1, -2, -3, -4. Exit 81a.

【0203】 第3a図には、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42Aが、好
ましくは反射回折格子である分散的エレメント130aに入射することが示され
ている。空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42Aの一部は、第3
a図の平面内で、分散的な検出器エレメント130aによって、散乱プローブビ
ームP42Bとして回折される。散乱プローブビームP42Bは、好ましくは透
過回折格子である第二の分散的な検出器ビーム・エレメント130bに入射する
。散乱プローブビームP42Bの一部は、第3a図の平面内で、第二の分散的な
検出器ビーム・エレメント130bによって、波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた散乱プローブビームP42Cとして回折される。ビームP4
2B及びP42Cは、光学周波数成分のスペクトルから成り、従って第3a図の
平面内で角度的に分散されるが、第3a図にはビームP42B及びP42Cの一
つの周波数成分の経路だけが示されている。示されている経路は典型的なもので
ある。ビームP42B及びP42Cの一つの周波数成分だけを図示することで、
波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42
Cに関するサブシステム84の重要な性質を表示することができ、本発明の精神
又は範囲から逸脱することもなく、又第3a図及びそれ以後の図に不当な複雑さ
を持ち込まずに済む。
FIG. 3a shows that a spatially filtered scattered probe beam P42A is incident on a dispersive element 130a, preferably a reflective diffraction grating. Part of the spatially filtered scattering probe beam P42A
In the plane of the figure, it is diffracted by the dispersive detector element 130a as a scattered probe beam P42B. The scattered probe beam P42B is incident on a second dispersive detector beam element 130b, preferably a transmission grating. A portion of the scattered probe beam P42B is diffracted in the plane of FIG. 3a by a second dispersive detector beam element 130b as a wavenumber filtered and spatially filtered scattered probe beam P42C. You. Beam P4
2B and P42C consist of a spectrum of optical frequency components and are therefore angularly dispersed in the plane of FIG. 3a, but FIG. 3a shows only the path of one frequency component of beams P42B and P42C. I have. The paths shown are typical. By showing only one frequency component of the beams P42B and P42C,
Wave number filtered and spatially filtered scattering probe beam P42
Significant properties of subsystem 84 for C can be displayed without departing from the spirit or scope of the present invention and without introducing undue complexity to FIG. 3a and subsequent figures.

【0204】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Cは、第3
k図に示されるサブシステム84に進入する。第3k図の平面は第3a図の平面
と直交している。第3k図に示されているように、波数的にフィルターされ、空
間的にフィルターされたビームP42Cは、サブシステム84の光軸3dと整合
した光軸を有するレンズ66を通過して、光ビームP42D-1,-2,-3,-4
から成る波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Dと
して出て行く。ただ一つの光学周波数成分によって図示された波数的にフィルタ
ーされ、空間的にフィルターされたビームP42Dは、レンズ66によって画像
平面47の点画像48に焦合される。画像平面47の中の点画像48の位置、従
って、画像平面47の中に配置された検出器ピンホールの直線状アレイにおける
点画像48の位置、は、分散的な検出器エレメント130a及び130bによる
、波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされたビームP42Dの光学周
波数に依存する。光ビームのうち検出器ピンホールの直線状アレイを通過する部
分は、検出器114によって、好ましくは直線状アレイCCDなどのピクセルの
直線状アレイから成る検出器によって、検出される。
[0204] The wavenumber filtered and spatially filtered beam P42C is
The subsystem 84 shown in FIG. The plane in FIG. 3k is orthogonal to the plane in FIG. 3a. As shown in FIG. 3k, the wavenumber-filtered and spatially-filtered beam P42C passes through a lens 66 having an optical axis aligned with the optical axis 3d of subsystem 84 to form a light beam. P42D-1, -2, -3, -4
Exits as a wavenumber filtered and spatially filtered beam P42D consisting of The wavenumber-filtered and spatially-filtered beam P42D illustrated by a single optical frequency component is focused by a lens 66 onto a point image 48 on an image plane 47. The position of the point image 48 in the image plane 47, and thus the position of the point image 48 in the linear array of detector pinholes located in the image plane 47, is due to the distributed detector elements 130a and 130b. , Wave number filtered and spatially filtered depending on the optical frequency of the beam P42D. The portion of the light beam that passes through the linear array of detector pinholes is detected by detector 114, preferably by a detector comprising a linear array of pixels, such as a linear array CCD.

【0205】 第3a図には、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42Aが分散的な
検出器エレメント130aに入射することが示されている。空間的にフィルター
された反射参照ビームR42Aの一部は、第3a図の平面内で、分散的な検出器
エレメント130aによって反射参照ビームR42Bとして回折される。反射参
照ビームR42Bは、第二の分散的な検出器エレメント130bに入射する。反
射参照ビームR42Bの一部は、第3a図の平面内で、第二の分散的な検出器エ
レメント130bによって波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
反射参照ビームR42Cとして回折される。ビームR42B及びR42Cは、光
学周波数成分のスペクトルから成り、従って第3a図の平面内で角度的に分散す
るが、第3a図にはビームR42B及びR42Cの一つの周波数成分の経路だけ
が示されている。示されている経路は典型的なものである。ビームR42B及び
R42Cの一つの周波数成分だけを図示することで、波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた散乱プローブビームR42Cに関するセクション84
の重要な性質を表示することができ、本発明の精神又は範囲から逸脱することも
なく、又第1a図及びそれ以後の図に不当な複雑さを持ち込まずに済む。
[0205] FIG. 3a shows that a spatially filtered reflected reference beam R42A is incident on a dispersive detector element 130a. A portion of the spatially filtered reflected reference beam R42A is diffracted in the plane of FIG. 3a by the dispersive detector element 130a as a reflected reference beam R42B. The reflected reference beam R42B is incident on a second dispersive detector element 130b. A portion of the reflected reference beam R42B is wavenumber filtered by the second dispersive detector element 130b in the plane of FIG. 3a and diffracted as a spatially filtered reflected reference beam R42C. Beams R42B and R42C consist of a spectrum of optical frequency components and are therefore angularly dispersed in the plane of FIG. 3a, but FIG. 3a shows only the path of one frequency component of beams R42B and R42C. I have. The paths shown are typical. By only showing one frequency component of the beams R42B and R42C, it is filtered wave number,
Section 84 for spatially filtered scattered probe beam R42C
Can be displayed without departing from the spirit or scope of the present invention and without introducing undue complexity to FIGS. 1a and subsequent figures.

【0206】 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42C
は、第3l図に示されるサブシステム84に進入する。第3l図の平面は第3a
図の平面と直交している。第3l図において、波数的にフィルターされ、空間的
にフィルターされた反射参照ビームR42Cは、レンズ66を通過して、光ビー
ムR42D-1,-2,-3,-4から成る波数的にフィルターされ、空間的にフィ
ルターされた反射参照ビームR42Dとして出て行く。第3l図にただ一つの光
学周波数成分によって図示された波数的にフィルターされ、空間的にフィルター
された反射参照ビームR42Dは、レンズ66によって画像平面47の点画像4
8に焦合される。画像平面47の中の点画像48の位置、従って、画像平面47
の中に配置された検出器ピンホールの直線状アレイにおける点画像48の位置、
は波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR42D
の光学周波数に依存する。光ビームのうち検出器ピンホールの直線状アレイを通
過する部分は、検出器114によって検出される。
A wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42C
Enters the subsystem 84 shown in FIG. The plane in FIG.
It is orthogonal to the plane of the figure. In FIG. 31 the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42C passes through lens 66 and is wave number filtered consisting of light beams R42D-1, -2, -3 and -4. And exits as a spatially filtered reflected reference beam R42D. A wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam R42D, illustrated by only one optical frequency component in FIG.
Focused on 8. The position of the point image 48 in the image plane 47 and thus the image plane 47
Position of the point image 48 in a linear array of detector pinholes located in
Is a wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D
Optical frequency. The portion of the light beam that passes through the linear array of detector pinholes is detected by detector 114.

【0207】 第3a図乃至第3l図に示されている第三の実施形態の残りは、好ましくは、
第1a図乃至第1n図に記載されている第一の好ましい実施形態の対応する側面
と同じであり、再び説明しない。
The remainder of the third embodiment shown in FIGS. 3a to 31 is preferably
It is the same as the corresponding aspect of the first preferred embodiment described in FIGS. 1a to 1n and will not be described again.

【0208】 本発明の第三の好ましい実施形態におけるレベル1識別は、本発明の装置の画
像化サブシステムのインパルス応答関数を分散的な検出器エレメント130a及
び130bで定められる平面に直交する平面内で操作することによって達成され
る。レベル1タイプの識別は、また、第三の好ましい実施形態の一変型でも達成
されるが、そこでは、その変型による装置及び電子処理手段は実質的に第三の好
ましい実施形態の場合と同じであり、位相シフター14,24及び34がそれぞ
れの光軸のまわりにπ/2ラジアンだけ回転している。第三の実施形態のこの一
変型の残りは、好ましくは本発明の第一の好ましい実施形態の変型についての記
載で記述されているものと同じである。
The level 1 identification in the third preferred embodiment of the present invention is to perform the impulse response function of the imaging subsystem of the device of the present invention in a plane orthogonal to the plane defined by the distributed detector elements 130a and 130b. Is achieved by operating with Level 1 type identification is also achieved in a variant of the third preferred embodiment, wherein the equipment and electronic processing means according to that variant are substantially the same as in the third preferred embodiment. Yes, the phase shifters 14, 24 and 34 are rotated by π / 2 radians around their respective optical axes. The remainder of this variant of the third embodiment is preferably the same as that described in the description of the variant of the first preferred embodiment of the invention.

【0209】 次ぎに、第4a図乃至第4f図を参照して説明する。第4a図乃至第4f図は
、第一のグループの実施形態から本発明の第四の実施形態を概略図の形で示して
おり、そこでは光源サブシステム80a、サブシステム81b、及び検出器サブ
システム84aが、好ましくは、近似スリット式共焦点顕微鏡用に構成されてい
る。第4a図乃至第4f図では、第3a図乃至第3l図に関連して前に記述され
た同様なエレメントには同じ参照符号が用いられている。第4b図に示されてい
るサブシステム80aの変更は、光源10aの領域にあり、この実施形態ではそ
れは、好ましくは、広帯域の空間的にインコヒーレントな線光源、好ましくはラ
ンプ・フィラメント又はレーザーダイオードアレイ、で構成される。変更はまた
、第三の実施形態のピンホール8の領域にあり、この実施形態ではそれは、好ま
しくは、レンズ6によって形成される線光源10aの画像と整合している直線状
光源ピンホールアレイ8aで構成される。第4c図及び第4d図に示されている
サブシステム81bにおける変更は、第三の実施形態のサブシステム81aにお
けるピンホール18aを、サブシステム81bにおける空間フィルターピンホー
ルの直線状アレイ18bで置き換えたことにある。第4e図及び第4f図に示さ
れているサブシステム84aにおける変更は、検出器114aの領域にあり、第
三の実施形態の画像平面47におけるピンホールの直線状アレイがこの実施形態
では、好ましくは、検出器ピンホールの二次元あれいであり、第三の実施形態の
ピクセルの直線状アレイを有する検出器114がこの実施形態では、好ましくは
、ピクセルの二次元アレイから成る検出器114aである。
Next, description will be made with reference to FIGS. 4A to 4F. 4a to 4f show in schematic form a first embodiment of the group to a fourth embodiment of the invention, in which a light source subsystem 80a, a subsystem 81b and a detector subsystem are shown. System 84a is preferably configured for an approximate slit confocal microscope. 4a-4f, like elements described previously in connection with FIGS. 3a-3l have been given the same reference numerals. A modification of the subsystem 80a shown in FIG. 4b lies in the area of the light source 10a, which in this embodiment is preferably a broadband, spatially incoherent line light source, preferably a lamp filament or laser diode. An array. The modification is also in the area of the pinhole 8 of the third embodiment, in which it is preferably a linear light source pinhole array 8a that is aligned with the image of the line light source 10a formed by the lens 6. It is composed of The modification in subsystem 81b shown in FIGS. 4c and 4d replaces pinhole 18a in subsystem 81a of the third embodiment with a linear array 18b of spatial filter pinholes in subsystem 81b. It is in. The change in the subsystem 84a shown in FIGS. 4e and 4f is in the area of the detector 114a, and a linear array of pinholes in the image plane 47 of the third embodiment is preferably used in this embodiment. Is a two-dimensional detector pinhole, and the detector 114 having a linear array of pixels of the third embodiment is in this embodiment a detector 114a, which preferably comprises a two-dimensional array of pixels. .

【0210】 第4b図において、光源ピンホールの直線状アレイ8a及び光源10aは第4
b図の平面と直角方向に整合し、第4b図の平面は第4a図の平面と直交してい
る。第4c図及び第4d図において、空間フィルター・ピンホールの直線状アレ
イ18bは、第4c図及び第4d図の平面と直角に整合し、第4c図及び第4d
図の平面は第4a図の平面と直交している。第4e図及び第4f図において、検
出器ピンホールの二次元アレイ及び検出器ピクセルの二次元アレイは、第4e図
及び第4f図の平面と直角に整合している。
In FIG. 4b, the linear array 8a of light source pinholes and the light source
The plane in FIG. 4b is orthogonal to the plane in FIG. 4a, aligned perpendicular to the plane in FIG. 4c and 4d, the linear array 18b of spatial filter pinholes is aligned perpendicular to the plane of FIGS. 4c and 4d, and
The plane in the figure is orthogonal to the plane in FIG. 4a. 4e and 4f, the two-dimensional array of detector pinholes and the two-dimensional array of detector pixels are aligned perpendicular to the plane of FIGS. 4e and 4f.

【0211】 第4a図乃至第4f図に示されている第四の実施形態の残りは、好ましくは、
第3a図乃至第3l図に記載されている第三の好ましい実施形態の対応する側面
と同じであり、再び説明しない。
The remainder of the fourth embodiment shown in FIGS. 4a to 4f is preferably
It is the same as the corresponding aspect of the third preferred embodiment described in FIGS. 3a to 31 and will not be described again.

【0212】 本発明の第4実施例のレベル1識別は、分散的検出器素子130aおよび130bで限定
する平面に直交する平面で本発明による装置の画像化サブシステムのインパルス
応答関数を操作することによって実現する。レベル1タイプ識別は、第4実施例の
第1変形例でも実現可能で、ここでは第1変形例の装置および電子的処理手段は第
4実施例と実質的に同じで、位相シフター14、24、および34をそれぞれの光学軸
周囲にπ/2ラジアン回転させる。第4実施例の第1変形例の残りは、本発明の第2
実施例の第1変形例の対応する側面についての説明と同じであるのが望ましい。
The level 1 identification of the fourth embodiment of the present invention is to manipulate the impulse response function of the imaging subsystem of the device according to the invention in a plane perpendicular to the plane defined by the dispersive detector elements 130a and 130b. It is realized by. Level 1 type identification can also be realized in the first modification of the fourth embodiment, and here, the device and the electronic processing means of the first modification are the second modification.
Substantially the same as in the fourth embodiment, the phase shifters 14, 24, and 34 are rotated by π / 2 radians about their respective optical axes. The remainder of the first modification of the fourth embodiment is the second modification of the present invention.
Desirably, the description is the same as that for the corresponding aspect of the first modification of the embodiment.

【0213】 第4実施例の第2変形例を説明するが、ここで第2変形例の装置および電子的処
理手段は第4実施例のものと実質的に同じであるが、第4実施例の源ピンホール8a
の直線状アレイと空間フィルターピンホール18aが源スリットおよび空間フィル
タースリットに置き換えられる。第4実施例の第2変形例の残りは、本発明の第4
実施例の対応する側面についての説明と同じであるのが望ましい。
A second modification of the fourth embodiment will be described. Here, the device and the electronic processing means of the second modification are substantially the same as those of the fourth embodiment. Source pinhole 8a
The linear array and the spatial filter pinhole 18a are replaced with a source slit and a spatial filter slit. The remainder of the second modification of the fourth embodiment is the fourth modification of the present invention.
Preferably, it is the same as the description of the corresponding aspects of the embodiment.

【0214】 第4実施例の第2変形例の焦点外画像の系統的効果の減少は、先行技術のスリッ
ト共焦干渉顕微鏡で実現されるものと実質的に同じである。しかしながら、第4
実施例の第2変形例の焦点外画像による統計的効果は先行技術のスリット共焦干
渉顕微鏡で実現されるものより下がるが、一般に、第4実施例および第4実施例の
第1変形例の装置で実現されるほど効果的ではない。
The reduction of the systematic effect of the out-of-focus image of the second modification of the fourth embodiment is substantially the same as that realized by the prior art slit confocal interference microscope. However, the fourth
Although the statistical effect due to the out-of-focus image of the second modification of the embodiment is lower than that realized by the slit confocal interference microscope of the prior art, in general, the fourth embodiment and the first modification of the fourth embodiment. It is not as effective as can be achieved with a device.

【0215】 第4実施例と第4実施例の第1変形例のようにそれぞれのスリットの代わりの源
ピンホールの直線状アレイと空間ピンホールの直線状アレイの利用は、対象材料
の断面の二次元的表現を生成するため対象材料の制限的スキャン要件を生む。制
限的スキャンの方向は対象材料の源ピンホールの直線状アレイの画像の方向であ
る。制限的スキャンは、対象材料の源ピンホールの直線状アレイの画像の方向の
ピンホール間の間隔のために生じる。さらに、対象材料の源ピンホールの直線状
アレイの画像の方向にピンホール間の間隔が式(54)に記載する条件と一致する時
は波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームに対
する高感度を維持する。
The use of a linear array of source pinholes and a linear array of spatial pinholes instead of the respective slits as in the fourth embodiment and the first modification of the fourth embodiment is based on the cross section of the target material. Generates a limited scanning requirement of the target material to produce a two-dimensional representation. The direction of the restrictive scan is the direction of the image of the linear array of source pinholes of the material of interest. Restrictive scanning occurs because of the spacing between pinholes in the direction of the image of the linear array of source pinholes of the material of interest. Further, when the distance between the pinholes in the direction of the image of the linear array of source pinholes of the target material matches the condition described in equation (54), the scattering probe is wavenumber filtered and spatially filtered. Maintain high sensitivity to the beam.

【0216】 制限的スキャンのステップ数は、対象材料の2つの連続する源ピンホールの画
像間の間隔ととそれぞれの画像化サブシステムの角解像度との比率で決定する。
実際には、制限的スキャンのステップ数は源ピンホールと空間的フィルターピン
ホールの直線状アレイのピンホール数よりかなり少ない。そのため、第4実施例
および第4実施例の第1変形例の装置を源ピンホールおよび空間的フィルターピン
ホールの直線状アレイと用いることで、対象材料の断面の2次元的表現を実質的
にスキャンなしに取得することができる。
The number of limited scan steps is determined by the ratio between the spacing between two successive source pinhole images of the target material and the angular resolution of the respective imaging subsystem.
In practice, the number of limiting scan steps is significantly less than the number of pinholes in a linear array of source and spatial filter pinholes. Therefore, by using the device of the fourth embodiment and the first modified example of the fourth embodiment with a linear array of the source pinholes and the spatial filter pinholes, the two-dimensional representation of the cross section of the target material is substantially reduced. Can be obtained without scanning.

【0217】 実施例および5グループの実施例の変形例の説明において、対象材料に散乱お
よび/または反射された散乱プローブビームの振幅と複素振幅の位相は、実施例
およびその変形例のそれぞれによって取得すると記される。実施例およびその変
形例のそれぞれで散乱プローブビームの複素振幅の決定において大幅に減少され
た統計的誤差および減少された系統的誤差は、光学ディスクの記録媒体に保存お
よび取り出しができる最大密度データに関連するプロパティで、記録媒体は対象
材料である。
In the description of the embodiment and the variants of the five groups of embodiments, the amplitude and the phase of the complex amplitude of the scattered probe beam scattered and / or reflected on the target material are obtained by the embodiment and its variants, respectively. It is written. In each of the embodiments and variants thereof, the statistical error and the systematic error greatly reduced in the determination of the complex amplitude of the scattered probe beam result in the maximum density data that can be stored and retrieved from the optical disk recording medium. In a related property, the recording medium is the target material.

【0218】 メモリサイトに保存されるデータの形式は一般に1ビットを利用可能なバイナ
リである。実施例および5グループの実施例の変形例で統計的誤差および系統的
誤差が減少した前述のプロパティによって可能になるS/N比の増加で、光学ディ
スクの記録媒体に保存できる最大データ密度を増加できる。メモリサイトに保存
するデータは(ベースN)x(ベースM)形式で表現でき、ベースNは複素振幅の
振幅を比較する振幅ウィンドウの数N、ベースMは複素振幅の位相を比較する位相
ウィンドウの数Mである。
The format of the data stored in the memory site is generally a binary that can use one bit. Reduced statistical and systematic errors in the embodiment and variants of the five-group embodiment. Increased S / N ratio enabled by the above property increases the maximum data density that can be stored on optical disk recording media. it can. The data stored in the memory site can be expressed in the form of (base N) x (base M), where base N is the number N of amplitude windows that compare the amplitude of complex amplitude, and base M is the number of phase windows that compare the phase of complex amplitude. It is several M.

【0219】 実施例と5グループの実施例の変形例では、複素振幅の振幅を一連のNウィンド
ウ・コンパレータ電子プロセッサで処理し、どのNウィンドウに振幅があるかを
判断する。同様に、複素振幅の位相を一連のMウィンドウ・コンパレータ電子プ
ロセッサで処理し、どのMウィンドウに位相があるか判断する。使用できるNおよ
びMの値は、S/N比実現および必要処理時間等の因子で決定される。5グループの
実施例の1つを利用して光学メモリに保存される最大データ密度の増加はNxMの積
に比例する。
In a variation of the embodiment and the five groups of embodiments, the amplitude of the complex amplitude is processed by a series of N window comparator electronic processors to determine which N window has the amplitude. Similarly, the complex amplitude phase is processed by a series of M window comparator electronic processors to determine which M window has the phase. The values of N and M that can be used are determined by factors such as the S / N ratio realization and the required processing time. Using one of the five groups of embodiments, the increase in maximum data density stored in optical memory is proportional to the NxM product.

【0220】 第2グループの実施例から現在好ましい本発明の第5の実施例は、第1グループ
の実施例の第1実施例の同じ番号の素子に似た機能を実行する多くの素子を持つ
。図1aに示す共焦顕微鏡システムにおいては、図1aaに示すように、サブシステ
ム82をサブシステム82aa、分散的素子130cおよび130dおよびサブシステム85に、
サブシステム83をサブシステム83aa、鏡120a、サブシステム95に置き換え、本発
明の第5実施例を提供する。第5実施例は、ビームスプリッター100、対象材料112
、並進器116、反射鏡120、分散的プローブビーム素子130cおよび130d、分散的検
出器素子130aおよび130b、検出器114からなるMichelson干渉計を含む。
The fifth embodiment of the present invention, which is presently preferred from the second group of embodiments, has many elements that perform functions similar to the same numbered elements of the first embodiment of the first group of embodiments. . In the confocal microscope system shown in FIG.1a, as shown in FIG.1aa, subsystem 82 into subsystem 82aa, dispersive elements 130c and 130d and subsystem 85,
Subsystem 83 is replaced with subsystem 83aa, mirror 120a, and subsystem 95 to provide a fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, the beam splitter 100, the target material 112,
, A translator 116, a reflector 120, a dispersive probe beam element 130c and 130d, a dispersive detector element 130a and 130b, and a Michelson interferometer consisting of a detector 114.

【0221】 図1aaに示すように、光ビーム22Aはビームスプリッター100によって光ビームP
22B−1、−2、−3、−4を含む光ビームP22Bとして部分的に透過し、図1dに示す
サブシステム82aaに進入する。
As shown in FIG. 1aa, the light beam 22A is
Partially transmitted as a light beam P22B containing 22B-1, -2, -3, -4 and enters subsystem 82aa shown in FIG. 1d.

【0222】 図1aaにおいて、光ビームP22Bは位相シフター24−1、−2、−3、−4を含む位
相シフター24に当たる。図1abの平面は図1aaの平面に直交する。位相シフター24
は位相シフター14と同数の2m個の素子からなり、図1abにm=2で示してある。光
ビームP22B−1、−2、−3、−4はそれぞれ位相シフター24−1、−2、−3、−4を
通過し、それぞれ光ビームP22C−1、−2、−3、−4を含む光ビームP22Cとして出
る。位相シフター24−1および24−3による位相シフトの値は等しく、位相シフタ
ー24−2または24−4によって導入された位相シフトよりπラジアン大きく、位相
シフター24−2および24−4が導入する位相シフトの値は等しい。
In FIG. 1aa, the light beam P22B impinges on the phase shifter 24 including the phase shifters 24-1, -2, -3 and -4. The plane in FIG. 1ab is orthogonal to the plane in FIG. 1aa. Phase shifter 24
Is composed of the same number of 2m elements as the phase shifter 14, and is indicated by m = 2 in FIG. 1ab. Light beams P22B-1, -2, -3, -4 pass through phase shifters 24-1, -2, -3, -4, respectively, and light beams P22C-1, -2, -3, -4, respectively. Includes a light beam P22C. The values of the phase shifts by phase shifters 24-1 and 24-3 are equal, π radians greater than the phase shift introduced by phase shifters 24-2 or 24-4, and the phase introduced by phase shifters 24-2 and 24-4. The shift values are equal.

【0223】 位相シフター14−1および24−1、14−2および24−2、14−3および24−3、14−
4および24−4の各組が生成する位相シフトの合計はπラジアンである。かくして
、光ビームP22C−1、−2、−3、−4のうちの任意の2つの間には正味の相対的位
相シフトはない。光ビームP22Cは、焦点内画像平面17の点画像18で第1中間プロ
ーブビームスポットに焦合する光ビームP22D−1、−2、−3、−4を含む光ビーム
P22Dとしてレンズ26を通過する。光ビームP22Dは、光ビームP32−1、−2、−3、
−4を含む光ビームP32として点画像18から出る。光ビームP32は、サブシステム8
2aaの光軸3と整合した光軸を有するレンズ36に進入する。光ビームP32は、光ビ
ームP32A−1、−2、−3、−4を含むコリメートされた光ビームP22Aとしてレンズ
36を出てサブシステム82aaを出る。
The phase shifters 14-1 and 24-1, 14-2 and 24-2, 14-3 and 24-3, 14-
The sum of the phase shifts generated by each set of 4 and 24-4 is π radians. Thus, there is no net relative phase shift between any two of the light beams P22C-1, -2, -3, -4. The light beam P22C is a light beam including the light beams P22D-1, -2, -3, -4 focused on the first intermediate probe beam spot at the point image 18 on the in-focus image plane 17.
The light passes through the lens 26 as P22D. The light beam P22D includes the light beams P32-1, -2, -3,
Exits point image 18 as light beam P32 containing −4. Light beam P32 is connected to subsystem 8
The light enters a lens 36 having an optical axis aligned with the optical axis 3 of 2aa. The light beam P32 is a lens as a collimated light beam P22A including the light beams P32A-1, -2, -3, -4.
Exit 36 and exit subsystem 82aa.

【0224】 図1aaにおいて、プローブビームP32Aは第3分散的素子、分散的プローブビーム
素子130cに当たるが、これは透過回折格子であるのが望ましい。プローブビーム
P32Aの一部が第3分散的素子130cによってそれぞれ光ビームP32B−1、−2、−3、
−4を含むプローブビームP32Bとして図1aaの平面で回折される。プローブビーム
P32Bは第4分散的素子、分散的プローブビーム素子130dに当たるが、これは透過
回折格子であるのが望ましい。プローブビームP32Bの一部が第4分散的素子130d
によってそれぞれ光ビームP32C−1、−2、−3、−4を含むプローブビームP32Cと
して図1aaの平面で回折される。プローブビームP32BおよびP32Cは光学周波数成
分のスペクトルからなり、図1aaの平面に角度を持って分散するが、プローブビ
ームP32BおよびP32Cの1つの周波数成分のみ図1aaに示す。図示の経路は代表的な
ものである。プローブビームP32BおよびP32Cの光学周波数成分を1つのみの経路
を示すことで、プローブビームP32Cに関して図1acに示すサブシステム85の重要
な特性を本発明の精神または範囲から逸脱することなく、図1aaおよびそれ以降
の図面に不当な複雑さを導入することなく示すことができる。
In FIG. 1aa, the probe beam P32A impinges on a third dispersive element, the dispersive probe beam element 130c, which is preferably a transmission diffraction grating. Probe beam
A part of P32A is the light beam P32B-1, -2, -3, respectively by the third dispersive element 130c.
The light is diffracted in the plane of FIG. 1aa as the probe beam P32B including −4. Probe beam
P32B corresponds to the fourth dispersive element, dispersive probe beam element 130d, which is preferably a transmission diffraction grating. Part of the probe beam P32B is the fourth dispersive element 130d
Is diffracted in the plane of FIG. 1aa as a probe beam P32C including the light beams P32C-1, -2, -3 and -4, respectively. The probe beams P32B and P32C are composed of spectra of optical frequency components and are dispersed at an angle in the plane of FIG. 1aa, but only one frequency component of the probe beams P32B and P32C is shown in FIG. 1aa. The paths shown are representative. By showing only one path for the optical frequency components of the probe beams P32B and P32C, the important characteristics of the subsystem 85 shown in FIG. And subsequent drawings without introducing undue complexity.

【0225】 図1acにおいて、プローブビームP32Cはサブシステム85に進入し、レンズ46を
通過してそれぞれ光ビームP32D−1、−2、−3、−4を含むプローブビームP32Dを
形成する。プローブビームP32Dはレンズ46によって焦合され対象材料112の焦点
内画像平面27に線画像を形成し、これによって対象材料112を照明する。焦点内
画像平面27の線画像は、点画像28を含む。線画像の軸は画像化サブシステム85の
光軸3aに実質的に直交する。線画像の長さは、レンズ46の焦点距離およびいずれ
も調整可能な分散的プローブビーム素子130cおよび130dの分散力、および源10の
光学帯域などの因子の組み合わせによって決定される。線部分は対象材料の1個
以上の表面を切断するか、対象材料の表面に横たわることができる。レンズ46の
光軸はサブシステム85の光軸3aと整合する。
In FIG. 1ac, probe beam P32C enters subsystem 85 and passes through lens 46 to form a probe beam P32D that includes light beams P32D-1, -2, -3, and -4, respectively. The probe beam P32D is focused by the lens 46 to form a line image on the in-focus image plane 27 of the target material 112, thereby illuminating the target material 112. The line image on the in-focus image plane 27 includes a point image 28. The axis of the line image is substantially orthogonal to the optical axis 3a of the imaging subsystem 85. The length of the line image is determined by a combination of factors such as the focal length of the lens 46 and the dispersive power of the dispersive probe beam elements 130c and 130d, both of which are adjustable, and the optical bandwidth of the source 10. The line portion can cut one or more surfaces of the target material or lie on the surface of the target material. The optical axis of lens 46 is aligned with optical axis 3a of subsystem 85.

【0226】 図1aaで、光ビーム22Aは、光ビームR22B−1、−2、−3、−4を含む光ビームR2
2Bとしてビーム・スプリッター100に部分的に反射される。光ビームR22Bは、図1
adに示すサブシステム83aaに進入する。図1adの平面は図1aaの平面に直交する。
図1adに示すように、光ビームR22Bは、位相シフター34−1、−2、−3、−4を含
む位相シフター34に当たる。位相シフター34は位相シフター14と同数の2m個の素
子からなり、図1adにm=2で示してある。光ビームR22Bはそれぞれ位相シフター3
4を通過してから位相シフター44を通過し、光ビームR22C−1、−2、−3、−4を
含む光ビームR22Cとして出る。位相シフター44が導入する位相シフトはコンピュ
ータ118からの信号132が制御する。
In FIG. 1aa, the light beam 22A is a light beam R2 including the light beams R22B-1, −2, −3, and −4.
Partially reflected by the beam splitter 100 as 2B. The light beam R22B is shown in FIG.
The subsystem 83aa indicated by ad enters. The plane of FIG. 1ad is orthogonal to the plane of FIG. 1aa.
As shown in FIG. 1ad, the light beam R22B impinges on the phase shifter 34 including the phase shifters 34-1, -2, -3, -4. The phase shifter 34 includes the same number of 2m elements as the phase shifter 14, and is indicated by m = 2 in FIG. 1ad. Each of the light beams R22B is a phase shifter 3
After passing through 4, the light passes through the phase shifter 44 and exits as a light beam R22C including the light beams R22C-1, -2, -3, and -4. The phase shift introduced by phase shifter 44 is controlled by signal 132 from computer 118.

【0227】 位相シフター34−1および34−3によって導入された位相シフトの値は等しく、
位相シフター34−2または34−4によって導入された位相シフトよりπラジアン大
きく、位相シフター34−2および34−4が導入する位相シフトの値は等しい。かく
して、光ビームR22C−1、−2、−3、−4のうちの任意の2つの間には正味の相対
的位相シフトはない。光ビームR22Cは、光ビームR22D−1、−2、−3、−4を含む
光ビームR22Dとしてレンズ56を通過する。光ビームR22Dは、レンズ56によって焦
点内画像平面37の点画像38で第1中間参照ビームスポットに焦合する。レンズ56
の光軸はサブシステム83の光軸3bと整合する。参照ビームR22Dは、それぞれ光R2
2D−1、−2、−3、−4を含む参照ビームR32として点画像38で中間参照ビームス
ポットから出る。参照ビームR32は、サブシステム83aaの光軸3bと整合した光軸
を有するレンズ66に進入する。参照ビームR32は、それぞれ光ビームR32A−1、−
2、−3、−4を含むコリメートされた参照ビームR32Aとしてレンズ66を出てサブ
システム83aaを出る。
The values of the phase shift introduced by the phase shifters 34-1 and 34-3 are equal,
The phase shift introduced by the phase shifters 34-2 or 34-4 is π radians greater, and the values of the phase shifts introduced by the phase shifters 34-2 and 34-4 are equal. Thus, there is no net relative phase shift between any two of the light beams R22C-1, -2, -3, -4. The light beam R22C passes through the lens 56 as a light beam R22D including the light beams R22D-1, -2, -3, and -4. The light beam R22D is focused by the lens 56 on the first intermediate reference beam spot at the point image 38 on the in-focus image plane 37. Lens 56
Is aligned with the optical axis 3b of the subsystem 83. The reference beam R22D is the light R2
The point image 38 exits the intermediate reference beam spot as a reference beam R32 containing 2D-1, -2, -3, -4. Reference beam R32 enters lens 66 having an optical axis aligned with optical axis 3b of subsystem 83aa. The reference beam R32 is a light beam R32A-1,
Exits lens 66 and exits subsystem 83aa as collimated reference beam R32A containing 2, -3, -4.

【0228】 図1aaで、参照ビームR32Aは鏡120aに反射され、それぞれ光ビームR32B−1、−
2、−3、−4を含む参照ビームR32Bとしてサブシステム95に向けられるのを示す
。図1aeで、参照ビームR32Bはそれぞれ光ビームR32C−1、−2、−3、−4を含む
参照ビームR32Cとしてレンズ76を通過する。参照ビームR32Cはレンズ76によって
参照鏡120で焦点内画像平面47で点画像48に焦合される。レンズ76の光軸はサブ
システム95の光軸3cと整合する。
In FIG. 1aa, the reference beam R32A is reflected by the mirror 120a, and the light beams R32B-1 and −32, respectively.
Shown as being directed to subsystem 95 as a reference beam R32B containing 2, -3, -4. In FIG. 1ae, reference beam R32B passes through lens 76 as reference beam R32C including light beams R32C-1, -2, -3 and -4, respectively. The reference beam R32C is focused by the lens 76 on the reference mirror 120 to the point image 48 on the in-focus image plane 47. The optical axis of lens 76 is aligned with optical axis 3c of subsystem 95.

【0229】 図1afで、プローブビームP32D(図1ac参照)の一部は、光ビームP42−1、−2
、−3、−4を含む散乱プローブビームP42として焦点内画像平面27の線画像領域
で照明された対象材料によって反射および/または散乱される。散乱プローブビ
ームP42は焦点内画像平面27の線画像から分岐し、レンズ46に進入する。図1afに
示すように、散乱プローブビームP42はそれぞれ光ビームP42A−1、−2、−3、−
4を含むコリメートされた散乱プローブビームP42Aとしてレンズ46を出てサブシ
ステム85を出る。
In FIG. 1af, a part of the probe beam P32D (see FIG. 1ac) is changed to the light beams P42-1 and -2.
, -3, -4, reflected and / or scattered by the illuminated target material in the line image area of the in-focus image plane 27 as a scattered probe beam P42. The scattered probe beam P 42 branches off the line image on the in-focus image plane 27 and enters the lens 46. As shown in FIG. 1af, the scattered probe beam P42 is a light beam P42A-1, -2, -3,-
Exiting lens 46 exits subsystem 85 as a collimated scattered probe beam P42A containing 4.

【0230】 図1aaに示すように、散乱プローブビームP42Aは第4分散的プローブビーム素子
130dに当たる。散乱プローブビームP42Aの一部は、それぞれ光ビームP42B−1、
−2、−3、−4を含む散乱プローブビームP42Bとして分散的プローブビーム素子1
30dによって図1aaの平面で回折される。散乱プローブビームP42Bは第3分散的プ
ローブビーム素子130cに当たる。散乱プローブビームP42Bの一部は、それぞれ光
ビームP42C−1、−2、−3、−4を含む散乱プローブビームP42Cとして図1aaの平
面で回折される。散乱プローブビームP42BおよびP42Cは光学周波数成分のスペク
トルからなり、図1aaの平面に角度を持って分散するが、散乱プローブビームP42
BおよびP42Cの1つの周波数成分のみの経路を図1aaに示す。散乱プローブビームP
42BおよびP42Cの成分経路の光学周波数は、図1aaに示すプローブビームP32Bおよ
びP32Cの成分経路と同じ光学周波数である。
As shown in FIG. 1aa, the scattered probe beam P42A is a fourth dispersive probe beam element.
It corresponds to 130d. A part of the scattering probe beam P42A is a light beam P42B-1, respectively.
Dispersive probe beam element 1 as scattered probe beam P42B including -2, -3, -4
Diffracted by 30d in the plane of FIG. 1aa. The scattered probe beam P42B impinges on the third dispersive probe beam element 130c. A part of the scattering probe beam P42B is diffracted in the plane of FIG. 1aa as the scattering probe beam P42C including the light beams P42C-1, -2, -3, and -4, respectively. Scattering probe beams P42B and P42C consist of spectra of optical frequency components and are dispersed at an angle in the plane of FIG.
The path of only one frequency component of B and P42C is shown in FIG. 1aa. Scattering probe beam P
The optical frequencies of the component paths of 42B and P42C are the same as the component paths of the probe beams P32B and P32C shown in FIG. 1aa.

【0231】 散乱プローブビームP42Cは図1agに示すサブシステム82aa(図1aa参照)に進入
する。図1agで、散乱プローブビームP42Dはレンズ36に進入し、それぞれP42D−1
、−2、−3、−4を含む散乱プローブビームP42Dとして出る。レンズ36は焦点内
画像平面17の点画像18で中間散乱プローブビームスポットに散乱プローブビーム
P42Dを焦合する。図1agには散乱プローブビームP42Dの1つの光学周波数成分の
経路しか示さないが、散乱プローブビームP42Dの全ての光学周波数成分の点画像
は図1agに略図的に示すものと同じで、光学系はレンズ36、分散的プローブビー
ム素子130cおよび130d、レンズ46、対象材料112は共焦画像化システムであり、
点画像18はビームP32の光学周波数成分のスペクトル全体についてその共役点画
像である。
The scattered probe beam P42C enters the subsystem 82aa (see FIG. 1aa) shown in FIG. 1ag. In FIG. 1ag, the scattered probe beam P42D enters the lens 36, where P42D-1
, -2, -3, -4. The lens 36 has a scattered probe beam at the intermediate scattered probe beam spot at the point image 18 on the in-focus image plane 17.
Focus P42D. Although only the path of one optical frequency component of the scattering probe beam P42D is shown in FIG. 1ag, the point images of all the optical frequency components of the scattering probe beam P42D are the same as those schematically shown in FIG. Lens 36, dispersive probe beam elements 130c and 130d, lens 46, target material 112 are confocal imaging systems,
The point image 18 is a conjugate point image of the entire spectrum of the optical frequency component of the beam P32.

【0232】 図1agで続けると、散乱プローブビームP42Dはそれぞれ光ビームP52−1、−2、
−3、−4を含む散乱プローブビームP52として点画像18を出る。散乱プローブビ
ームP52はレンズ26に進入し、コリメートされてそれぞれ光ビームP52A−1、−2
、−3、−4を含む散乱プローブビームP52Aを形成する。光ビームP52A−1、−2、
−3、−4はそれぞれ位相シフター24−4、−3、−2、−1を通過し、それぞれ光ビ
ームP52b−1,−2、−3、−4として出る。光ビームP32B−1、−2、−3、−4はサ
ブシステム82aaを出る散乱プローブビームP52Bからなる。位相シフター24−1お
よび24−3によって導入された位相シフトの値は等しく、位相シフター24−2また
は24−4によって導入された位相シフトよりπラジアン大きく、位相シフター24
−2および24−4が導入する位相シフトの値は等しい。
Continuing with FIG. 1ag, the scattered probe beam P42D has the light beams P52-1, -2,
The point image 18 exits as a scattering probe beam P52 including −3 and −4. The scattered probe beam P52 enters the lens 26, is collimated, and the light beams P52A-1 and -52, respectively.
, -3, -4 are formed. Light beam P52A-1, -2,
−3 and −4 pass through the phase shifters 24-4, −3, −2 and −1, respectively, and exit as light beams P52b-1, −2, −3 and −4, respectively. Light beams P32B-1, -2, -3, -4 consist of scattered probe beam P52B exiting subsystem 82aa. The value of the phase shift introduced by the phase shifters 24-1 and 24-3 is equal, π radians greater than the phase shift introduced by the phase shifters 24-2 or 24-4, and
The values of the phase shift introduced by −2 and 24-4 are equal.

【0233】 図1ahで、参照ビームR32D(図1ae参照)はそれぞれ光ビームR42−1、−2、−3
、−4を含む反射参照ビームR42として参照鏡120によって反射される。反射参照
ビームR42は焦点内画像平面47の点画像48から分岐してレンズ76に進入する。図1
ahに示すように、反射参照ビームR42はそれぞれ光ビームR42A−1、−2、−3、−
4を含む反射参照ビームR42Aとしてコリメートされレンズ76を出る。
In FIG. 1ah, the reference beam R32D (see FIG. 1ae) is a light beam R42-1, -2, -3, respectively.
-4 are reflected by the reference mirror 120 as a reflected reference beam R42. The reflected reference beam R42 branches off from the point image 48 on the in-focus image plane 47 and enters the lens 76. Figure 1
As shown in ah, the reflected reference beam R42 is a light beam R42A-1, -2, -3,-
Exiting lens 76 is collimated as a reflected reference beam R42A containing four.

【0234】 図1aaで、反射参照ビームR42Aは鏡120aに反射され、それぞれ光ビームR42B−1
、−2、−3、−4を含む反射参照ビームR42Bとしてサブシステム83aaに向けられ
る。図1aiで、反射参照ビームR42Bはそれぞれ光ビームR42C−1、−2、−3、−4
を含む反射参照ビームR42Cとしてレンズ66を通過する。反射参照ビームR42Cはレ
ンズ66によって焦点内画像平面37の点画像38で中間反射参照ビーム画像スポット
に焦合される。反射参照ビームR42Cはそれぞれ光ビームR52−1、−2、−3、−4
を含む参照ビームR52として点画像38で中間反射参照ビームスポットを出る。参
照ビームR52はレンズ56に進入し、それぞれ光ビームR52A−1、−2、−3、−4を
含む参照ビームR52Aとしてレンズ56から出る。図1aiに示すように、反射参照ビ
ームR52はそれぞれ光ビームR52A−1、−2、−3、−4を含むコリメートされた反
射参照ビームR52Aとしてレンズ56を出る。光ビームR52A−1、−2、−3、−4はま
ず位相シフター44を通過してから、位相シフター34−4、−3、−2、−1をそれぞ
れ通過し、それぞれ光ビームR32B−1、−2、−3、−4を含む反射参照ビームR32B
として出る。位相シフター44が導入する位相シフトはコンピュータ118からの信
号132が制御する。位相シフター34−1および34−3による位相シフトの値は等し
く、位相シフター34−2または34−4によって導入された位相シフトよりπラジア
ン大きく、位相シフター34−2および34−4が導入する位相シフトの値は等しい。
光ビームR32Bを構成する光ビームR32B−1、−2、−3、−4はサブシステム83aaを
出る。
In FIG. 1aa, the reflected reference beam R42A is reflected by the mirror 120a, and the respective light beams R42B-1
, -2, -3, -4, as reflected reference beam R42B to subsystem 83aa. In FIG. 1ai, the reflected reference beam R42B is a light beam R42C-1, -2, -3, -4, respectively.
And passes through the lens 66 as a reflected reference beam R42C. The reflected reference beam R42C is focused by the lens 66 at the point image 38 on the in-focus image plane 37 to the intermediate reflected reference beam image spot. The reflected reference beam R42C is the light beam R52-1, -2, -3, -4, respectively.
Exits the intermediate reflected reference beam spot at the point image 38 as a reference beam R52 containing The reference beam R52 enters the lens 56 and exits the lens 56 as a reference beam R52A including light beams R52A-1, -2, -3, -4, respectively. As shown in FIG. 1ai, the reflected reference beam R52 exits the lens 56 as a collimated reflected reference beam R52A including light beams R52A-1, -2, -3, -4, respectively. The light beams R52A-1, -2, -3, -4 first pass through the phase shifter 44, and then pass through the phase shifters 34-4, -3, -2, -1 respectively, and the light beams R32B-1 respectively. , -2, -3, -4 reflected reference beam R32B
Get out as. The phase shift introduced by phase shifter 44 is controlled by signal 132 from computer 118. The values of the phase shifts by phase shifters 34-1 and 34-3 are equal, π radians greater than the phase shifts introduced by phase shifters 34-2 or 34-4, and the phase introduced by phase shifters 34-2 and 34-4. The shift values are equal.
Light beams R32B-1, -2, -3, -4, which make up light beam R32B, exit subsystem 83aa.

【0235】 第5実施例の残りの説明は第1実施例の説明の対応する部分と同じである。 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42D
の複素振幅と第1実施例の波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
反射参照ビームR42Dの複素振幅の間の相互干渉項と、波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた散乱プローブビームP62Dの複素振幅と第5実施例の波
数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR62Dの複素振
幅の間の相互干渉項には、対象材料112の2本の実質的に直行する線部分に関する
情報が入っており、それぞれの線部分の点画像は同時に取得する。第1実施例に
ついては、対象材料112の線部分はサブシステム82の光軸3と実質的に平行で、第
5実施例については、対象材料112の線部分はサブシステム85の光軸3aと実質的に
垂直である。
The remaining description of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment. Wavelength-filtered and spatially-filtered scattering probe beam P42D
And the mutual interference term between the complex amplitude of the first embodiment and the complex amplitude of the spatially filtered reflected reference beam R42D of the first embodiment, and wavenumber filtered,
The mutual interference term between the complex amplitude of the spatially filtered scattered probe beam P62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R62D of the fifth embodiment includes the target material 112. The information about the two substantially orthogonal line portions is included, and the point images of each line portion are acquired at the same time. For the first embodiment, the line portion of the target material 112 is substantially parallel to the optical axis 3 of the subsystem 82,
For the five embodiment, the line portion of the target material 112 is substantially perpendicular to the optical axis 3a of the subsystem 85.

【0236】 本発明の第5実施例のレベル1識別は、分散的プローブビーム素子130cおよび13
0dおよび分散的検出器素子130aおよび130bで限定する平面に直交する平面で本発
明による装置の画像化サブシステムのインパルス応答関数を操作することによっ
て実現する。レベル1タイプ識別は、第5実施例の第1変形例でも実現可能で、こ
こでは変形例の装置および電子的処理手段は第5実施例と実質的に同じで、位相
シフター14、24、および34をそれぞれの光学軸周囲にπ/2ラジアン回転させる。
第5実施例の変形例の焦点外画像の系統的効果の減少は、第5実施例のそれと同じ
である。第5実施例の変形例の焦点外画像による統計的効果も先行技術の共焦干
渉顕微鏡で実現されるものより下がるが、一般に、第5実施例の装置で実現され
るほど効果的ではない。
[0236] The level 1 identification of the fifth embodiment of the present invention is based on the distributed probe beam elements 130c and 13c.
This is achieved by manipulating the impulse response function of the imaging subsystem of the device according to the invention in a plane perpendicular to the plane defined by Od and the dispersive detector elements 130a and 130b. Level 1 type identification can also be realized in a first modification of the fifth embodiment, where the apparatus and electronic processing means of the modification are substantially the same as in the fifth embodiment, and the phase shifters 14, 24, and Rotate 34 around each optical axis by π / 2 radians.
The reduction of the systematic effect of the out-of-focus image of the modification of the fifth embodiment is the same as that of the fifth embodiment. The statistical effect of the out-of-focus image of the modification of the fifth embodiment is also lower than that realized by the prior art confocal interference microscope, but is generally not as effective as that realized by the device of the fifth embodiment.

【0237】 第2グループの実施例からの本発明のこの第6実施例は、第1グループの実施例
からの第2実施例の同じ番号の素子と似た機能を実行する素子を多く持ち、第6実
施例はほぼスリット共焦顕微鏡のために構成される。図2aに示す共焦顕微鏡シス
テムでは、サブシステム82をサブシステム82aa、分散的素子130cおよび130d、サ
ブシステム85で置き換え、図2aaに示すように、サブシステム83をサブシステム8
3aa、鏡120a、およびサブシステム95に置き換え、本発明の第6実施例を提供する
。第6実施例は、ビームスプリッター 100、対象材料112、並進器116、参照鏡120、分散的プローブビーム素子130cおよ
び130d、分散的検出器素子130aおよび130b、検出器114aからなるMichelson干渉
計を含む。
This sixth embodiment of the invention from the second group of embodiments has many elements that perform similar functions as the same numbered elements of the second embodiment from the first group of embodiments, The sixth embodiment is configured almost for a slit confocal microscope. In the confocal microscope system shown in FIG.
Substituting 3aa, mirror 120a, and subsystem 95 provides a sixth embodiment of the present invention. The sixth embodiment includes a Michelson interferometer consisting of a beam splitter 100, a target material 112, a translator 116, a reference mirror 120, dispersive probe beam elements 130c and 130d, dispersive detector elements 130a and 130b, and a detector 114a. .

【0238】 第6実施例の残りの説明は第2および第5実施例の説明の対応する部分と同じで
ある。 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42D
の複素振幅と第2実施例の波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
反射参照ビームR42Dの複素振幅の間の相互干渉項と、波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた散乱プローブビームP62Dの複素振幅と第6実施例の波
数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR62Dの複素振
幅の間の相互干渉項には、対象材料112の2本の実質的に直行する二次元の部分に
関する情報が入っており、それぞれの二次元部分の点画像は同時に取得する。第
2実施例については、対象材料112の二次元部分への法線はサブシステム82の光軸
3と実質的に直交で、第6実施例については、対象材料112の二次元部分への法線
はサブシステム85の光軸3aと実質的に平行である。
The rest of the description of the sixth embodiment is the same as the corresponding parts of the description of the second and fifth embodiments. Wavelength-filtered and spatially-filtered scattering probe beam P42D
A mutual interference term between the complex amplitude of the second embodiment and the complex amplitude of the spatially filtered reflected reference beam R42D of the second embodiment, and wavenumber filtered;
The mutual interference term between the complex amplitude of the spatially filtered scattered probe beam P62D and the complex amplitude of the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam R62D of the sixth embodiment includes the target material 112. The information about the two substantially orthogonal two-dimensional portions is included, and the point images of each two-dimensional portion are acquired simultaneously. No.
For two embodiments, the normal to the two-dimensional portion of the target material 112 is the optical axis of subsystem 82.
Substantially orthogonal to 3, and for the sixth embodiment, the normal to the two-dimensional portion of the target material 112 is substantially parallel to the optical axis 3a of the subsystem 85.

【0239】 第2グループの実施例から現在の本発明の第7の実施例は、第1グループの実施
例の第3実施例の同じ番号の素子に似た機能を実行する素子を多く持つ。図3aに
示す共焦顕微鏡システムにおいては、図3aaに示すように、サブシステム82をサ
ブシステム82aa、分散的素子130cおよび130dおよびサブシステム85に、サブシス
テム83aをサブシステム83ab、鏡120a、サブシステム95に置き換え、本発明の第7
実施例を提供する。第7実施例は、ビームスプリッター100、対象材料112、並進
器116、反射鏡120、分散的プローブビーム素子130cおよび130d、分散的検出器素
子130aおよび130b、検出器114aからなるMichelson干渉計を含む。
From the second group of embodiments to the present seventh embodiment of the present invention, there are many elements that perform functions similar to the same numbered elements of the third embodiment of the first group of embodiments. In the confocal microscope system shown in FIG.3a, as shown in FIG.3aa, subsystem 82 is subsystem 82aa, dispersive elements 130c and 130d and subsystem 85, subsystem 83a is subsystem 83ab, mirror 120a, The system 95 is replaced with the seventh embodiment of the present invention.
Examples are provided. The seventh embodiment includes a Michelson interferometer consisting of a beam splitter 100, a target material 112, a translator 116, a reflector 120, dispersive probe beam elements 130c and 130d, dispersive detector elements 130a and 130b, and a detector 114a. .

【0240】 第7実施例の残りの説明は第3および第6実施例の説明の対応する部分と同じで
ある。 波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた散乱プローブビームP42D
の複素振幅と第3実施例の波数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた
反射参照ビームR42Dの複素振幅の間の相互干渉項と、波数的にフィルターされ、
空間的にフィルターされた散乱プローブビームP62Dの複素振幅と第7実施例の波
数的にフィルターされ、空間的にフィルターされた反射参照ビームR62Dの複素振
幅の間の相互干渉項には、対象材料112の2本の実質的に直行する線部分に関する
情報が入っており、それぞれの線部分の点画像は同時に取得する。第3実施例に
ついては、対象材料112の線部分はサブシステム82の光軸3と実質的に平行で、第
7実施例については、対象材料112の線部分はサブシステム85の光軸3aと実質的に
垂直である。
The rest of the description of the seventh embodiment is the same as the corresponding portions of the description of the third and sixth embodiments. Wavelength-filtered and spatially-filtered scattering probe beam P42D
And the mutual interference term between the complex amplitude of the third embodiment and the complex amplitude of the spatially filtered reflected reference beam R42D of the third embodiment,
The mutual interference term between the complex amplitude of the spatially filtered scattered probe beam P62D and the complex amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam R62D of the seventh embodiment includes the target material 112. The information about the two substantially orthogonal line portions is included, and the point images of each line portion are acquired at the same time. For the third embodiment, the line portion of the target material 112 is substantially parallel to the optical axis 3 of the subsystem 82,
For the seven embodiments, the line portion of the target material 112 is substantially perpendicular to the optical axis 3a of the subsystem 85.

【0241】 第2グループの実施例からの本発明のこの第8実施例は、第1グループの実施例
からの第4実施例の同じ番号の素子と似た機能を実行する素子を多く持つ。図4a
に示す共焦顕微鏡システムでは、サブシステム82をサブシステム82aa、分散的素
子130cおよび130d、サブシステム85で置き換え、図4aaに示すように、サブシス
テム83aをサブシステム83ab、鏡120a、およびサブシステム95に置き換え、本発
明の第8実施例を提供する。第8実施例は、ビームスプリッター100、対象材料112
、並進器116、参照鏡120、分散的プローブビーム素子130cおよび130d、分散的検
出器素子130aおよび130b、検出器114aからなるマイケルソン干渉計を含む。
This eighth embodiment of the invention from the second group of embodiments has many elements that perform similar functions as the same numbered elements of the fourth embodiment from the first group of embodiments. Figure 4a
In the confocal microscope system shown in FIG. 4, the subsystem 82 is replaced by the subsystem 82aa, the dispersive elements 130c and 130d, and the subsystem 85, and as shown in FIG. 95 provides an eighth embodiment of the present invention. In the eighth embodiment, the beam splitter 100, the target material 112
, A translator 116, a reference mirror 120, a dispersive probe beam element 130c and 130d, a dispersive detector element 130a and 130b, and a Michelson interferometer comprising a detector 114a.

【0242】 実施例8の他の部分について説明は実施例4、7の対応する部分と同様である。 実施例4の波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱ブローブビ
ームP42Dの複素振幅と、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射
参照ビームR42Dの複素振幅間の相互干渉項と、実施例8の波数的にフィルターさ
れ空間的にフィルターされた散乱ブローブビームP62Dの複素振幅と、波数的にフ
ィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームR62Dの複素振幅間の相互
干渉項は、対象材料112の実質的に直交するふたつの二次元領域に関する情報を
含んでいる。なお、各二次元領域の画像ポイントは同時に採取される。実施例4
では、対象材料112の二次元領域の法線とサブシステム82の光軸3とは実質的に直
交し、実施例8では、対象材料112の二次元領域の法線とサブシステム85の光軸3a
とが実質的に直交する。
The description of the other portions of the eighth embodiment is the same as that of the corresponding portions of the fourth and seventh embodiments. A cross-interference term between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42D of Example 4 and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam R42D, and The mutual interference term between the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered scattered probe beam P62D of Example 8 and the complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially filtered reflected reference beam R62D is the target material It contains information about 112 two substantially orthogonal two-dimensional regions. Note that the image points of each two-dimensional region are collected simultaneously. Example 4
Then, the normal of the two-dimensional region of the target material 112 and the optical axis 3 of the subsystem 82 are substantially orthogonal, and in the eighth embodiment, the normal of the two-dimensional region of the target material 112 and the optical axis of the subsystem 85 3a
Are substantially orthogonal.

【0243】 この実施例の第3のグループにある好ましい形態の実施例9,10,11,12とそれら
の変形例は、位相シフター14,24,34,34aが省略されていることを除いて、それぞ
れ実施例1,2,3,4と同様の部品およびサブシステムから構成されている。第3のグ
ループの実施例およびその変形例に関わるその他の部分の記述は、与えられた時
間内で得られた画像の統計的精度のレベルに関する点を除き、第1の実施例のグ
ループにある実施例と変形例に対応した記述部分と同様である。
The preferred embodiments 9, 10, 11, 12 and their variants in the third group of this embodiment, except that the phase shifters 14, 24, 34, 34a are omitted. , And are composed of components and subsystems similar to those of the first, second, third, and fourth embodiments. The description of the third group of embodiments and other parts related to its variants is in the group of the first embodiment, except for the level of statistical accuracy of the images obtained in a given time. This is the same as the description part corresponding to the embodiment and the modification.

【0244】 第1の実施例のグループにある実施例と変形例における与えられた時間内で得
られた画像の統計的精度は、同じ時間内で得られた第3の実施例のグループにあ
る実施例と変形例にある画像の統計的精度より優れている。しかしながら、焦点
外画像の振幅により生ずる統計的誤差は、従来の共焦干渉顕微鏡において焦点外
画像から生ずる統計的誤差と比較し、第3の実施例および変形例で示した装置を
使えば大幅に減少させることができる。
The statistical accuracy of the images obtained in a given time in the embodiment and the modification in the group of the first embodiment is in the group of the third embodiment obtained in the same time. It is superior to the statistical accuracy of the images in the embodiment and the modification. However, the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image is significantly larger than the statistical error caused by the out-of-focus image in the conventional confocal interference microscope, using the apparatus described in the third embodiment and the modification. Can be reduced.

【0245】 第3のグループの実施例と変形例にある検出画像面における波数的にフィルタ
ーされ空間的にフィルターされた背景ビームの複素振幅と、波数的にフィルター
され空間的にフィルターされた反射参照ビームの複素振幅間の相互干渉項の大き
さは、画素毎に比較すれば、従来の共焦干渉顕微鏡の対応する相互干渉項の大き
さと実質的に同等である。しかしながら、与えられた時間内では、第3のグルー
プにある実施例と変形例にある装置で得られた対象材料の線画像領域にある画像
ポイント毎の統計的誤差は、おなじ時間内で得られる従来の共焦点顕微鏡の画像
ポイント1点の統計的誤差と実質的に同等である。これは対象材料の二次元領域
の画像処理にも当てはまる。この相違は、同一の時間で得られる対象材料の線領
域あるいは二次元領域の画像の統計的精度を考慮すれば、従来の共焦顕微鏡方式
において焦点外画像の振幅から生じる統計的誤差と比較し、第3のグループの実
施例と変形例では焦点外画像の振幅から生じる統計的誤差が大きく低減されると
結論できる根拠となっている。
The complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam at the detection image plane in the third group of embodiments and variants and the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflection reference The magnitude of the mutual interference term between the complex amplitudes of the beams is substantially equal to the magnitude of the corresponding mutual interference term of the conventional confocal interference microscope when compared on a pixel-by-pixel basis. However, within a given time, the statistical error for each image point in the line image region of the target material obtained with the device in the embodiment and the modification in the third group is obtained in the same time. This is substantially equivalent to the statistical error of one image point of a conventional confocal microscope. This also applies to image processing of a two-dimensional area of the target material. This difference can be compared with the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image in the conventional confocal microscope method, considering the statistical accuracy of the image of the line region or the two-dimensional region of the target material obtained at the same time. On the other hand, the third group of the embodiments and the modified examples are grounds for concluding that the statistical error resulting from the amplitude of the out-of-focus image is greatly reduced.

【0246】 この実施例の第4のグループにある好ましい形態の実施例13,14,15,16とそれら
の変形例は、位相シフター14,24,34,34aが省略されていることを除いて、それぞ
れ実施例5,6,7,8と同様の部品およびサブシステムから構成されている。第4のグ
ループの実施例およびその変形例に関わるその他の部分の記述は、焦点外画像か
らの背景の低減および補償のレベルに関する点を除き、第2の実施例のグループ
にある実施例と変形例に対応した記述部分と同様である。
[0246] Preferred embodiments 13, 14, 15, 16 and their variants in the fourth group of this embodiment, except that the phase shifters 14, 24, 34, 34a are omitted. , And are composed of the same components and subsystems as those of the fifth, sixth, seventh, and eighth embodiments. The description of the fourth group of embodiments and other parts related to the modifications thereof is different from the examples in the second embodiment group except for the level of background reduction and compensation from out-of-focus images. This is the same as the description part corresponding to the example.

【0247】 第2の実施例のグループにある実施例と変形例における焦点外画像からの背景
の低減および補償のレベルは、第4の実施例のグループにある実施例と変形例の
焦点外画像からの背景の低減および補償のレベルより優れている。しかしながら
、焦点外画像の振幅により生ずる統計的誤差は、従来の共焦干渉顕微鏡において
焦点外画像の振幅から生ずる統計的誤差と比較し、第4の実施例のグループにあ
る実施例および変形例で示した装置を使えば大幅に減少させることができる。
The level of background reduction and compensation from the out-of-focus image in the embodiment and the modification in the second embodiment group is different from the out-of-focus image in the embodiment and the modification in the fourth embodiment group. Better than background reduction and compensation levels. However, the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image is compared with the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image in the conventional confocal interference microscope. Significant reductions can be made with the equipment shown.

【0248】 第4のグループの実施例と変形例にある検出画像面における波数的にフィルタ
ーされ空間的にフィルターされた背景ビームの複素振幅と、波数的にフィルター
され空間的にフィルターされた反射参照ビームの複素振幅間の相互干渉項の大き
さは、画素毎に比較すれば、従来の共焦干渉顕微鏡の対応する相互干渉項の大き
さと実質的に同等である。しかしながら、与えられた時間内では、第4のグルー
プにある実施例と変形例にある装置で得られた対象材料の線画像領域にある画像
ポイント毎の統計的誤差は、おなじ時間内で得られる従来の共焦顕微鏡の画像ポ
イント1点の統計的誤差と実質的に同等である。これは対象材料の二次元領域の
画像処理にも当てはまる。この相違は、同一の時間で得られる対象材料の線領域
あるいは二次元領域の画像の統計的精度を考慮すれば、従来の共焦顕微鏡方式に
おいて焦点外画像の振幅から生じる統計的誤差と比較し、第4のグループの実施
例と変形例では焦点外画像の振幅から生じる統計的誤差が大きく低減されると結
論できる根拠となっている。
The complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam at the detection image plane in the fourth group of embodiments and variants and the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflection reference The magnitude of the mutual interference term between the complex amplitudes of the beams is substantially equal to the magnitude of the corresponding mutual interference term of the conventional confocal interference microscope when compared on a pixel-by-pixel basis. However, within a given time, the statistical error for each image point in the line image area of the target material obtained with the device in the embodiment and the variant in the fourth group is obtained in the same time This is substantially equivalent to the statistical error of one image point of a conventional confocal microscope. This also applies to image processing of a two-dimensional area of the target material. This difference can be compared with the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image in the conventional confocal microscope method, considering the statistical accuracy of the image of the line region or the two-dimensional region of the target material obtained at the same time. In the fourth group of the embodiments and the modified examples, the grounds for concluding that the statistical error resulting from the amplitude of the out-of-focus image is greatly reduced.

【0249】 この実施例の第5のグループにある好ましい形態の実施例17,18,19,20とそれら
の変形例は、第1のグループの実施例と変形例にある色収差を補正しないプロー
ブレンズを色収差を補正するプローブレンズに置き換えることを除いて、それぞ
れ実施例1,2,3,4と同様の部品およびサブシステムから構成されている。第5のグ
ループの実施例およびその変形例に関わるその他の部分の記述は、与えられた時
間間隔で得られた画像の統計的精度のレベルに関する点を除き、第1の実施例の
グループにある実施例と変形例に対応した記述部分と同様である。
Embodiments 17, 18, 19, and 20 of the preferred embodiments in the fifth group of this embodiment and their modified examples are the probe lenses that do not correct the chromatic aberration in the embodiments and modified examples of the first group. Are respectively composed of the same components and subsystems as in Examples 1, 2, 3, and 4, except that is replaced by a probe lens for correcting chromatic aberration. The description of the fifth group of embodiments and other parts related to its variants is in the group of the first embodiment, except for the level of statistical accuracy of the images obtained at a given time interval. This is the same as the description part corresponding to the embodiment and the modification.

【0250】 第5の実施例のグループにある実施例と変形例における焦点外画像からの背景
の低減および補償のレベルは、第1の実施例のグループにある実施例と変形例の
焦点外画像からの背景の低減および補償のレベルと同等である。しかしながら、
焦点外画像の振幅により生ずる統計的誤差は、第5の実施例と変形例の共焦干渉
顕微鏡において焦点外画像の振幅から生ずる統計的誤差と比較し、第1の実施例
のグループにある実施例および変形例で示した装置を使えば減少させることがで
きる。なお、この第5の実施例のグループでは、画像ポイントは時間とともに連
続的に採取される。
The level of background reduction and compensation from the out-of-focus image in the embodiment and the modification in the fifth embodiment group is different from the out-of-focus image in the embodiment and the modification in the first embodiment group. Equivalent to the level of background reduction and compensation. However,
The statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image is compared with the statistical error caused by the amplitude of the out-of-focus image in the confocal interference microscopes of the fifth embodiment and the modified example. This can be reduced by using the devices shown in the examples and modifications. In the group of the fifth embodiment, image points are continuously collected with time.

【0251】 第5の実施例のグループにある実施例と変形例における焦点外画像からの背景
の低減および補償のレベルは、従来の共焦干渉顕微鏡方式で得られる焦点外画像
からの背景の低減および補償のレベルと比較してかなり高い。第5のグループの
実施例と変形例にある検出画像面における波数的にフィルターされ空間的にフィ
ルターされた背景ビームの複素振幅と、波数的にフィルターされ空間的にフィル
ターされた反射参照ビームの複素振幅間の相互干渉項の大きさは、画素毎に比較
すれば、従来の共焦干渉顕微鏡の対応する相互干渉項の大きさと比較して、大幅
に減少される。したがって、特定の時間内で得られた画像に対する第5の実施例
のグループにある実施例と変形例における統計的精度と系統的誤差は、従来の焦
点干渉顕微鏡方式で得られる画像の統計的精度と系統的誤差と比較してかなり改
善されている。
The level of background reduction and compensation from out-of-focus images in the embodiments and modifications in the fifth embodiment group is the same as the background reduction from out-of-focus images obtained by the conventional confocal interference microscope method. And considerably higher than the level of compensation. The complex amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam and the complex of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam in the detected image plane in the fifth group of embodiments and variants. The magnitude of the mutual interference term between the amplitudes is significantly reduced when compared on a pixel-by-pixel basis, as compared to the corresponding mutual interference term of a conventional confocal interference microscope. Therefore, the statistical accuracy and systematic error in the embodiment and the modification in the fifth embodiment group for the image obtained in a specific time are the statistical accuracy of the image obtained by the conventional focus interference microscope method. And compared with the systematic error is much improved.

【0252】 本発明の趣旨から外れることなく、焦点外画像の低減幅と空間的解像力の大き
さに関し、位相シフター14,24,34,34aをアポダイスして本発明による装置の性質
を変化させることができる。さらに、本発明の趣旨から外れることなく、位相シ
フター14,24,34,34aの機能は、同心円状の小リングやその他の形状のものから成
る部品、あるいは位相シフターのその他の組合わせによっても実現することがで
きる。
Without departing from the spirit of the invention, apodizing the phase shifters 14, 24, 34, 34a to vary the properties of the device according to the invention with respect to the extent of the reduction of the out-of-focus image and the magnitude of the spatial resolution Can be. Furthermore, without departing from the spirit of the invention, the function of the phase shifters 14, 24, 34, 34a can also be realized by components consisting of concentric small rings or other shapes, or by other combinations of phase shifters. can do.

【0253】 位相シフター14,24,34,34a,44は電気光学式でも分散光学式のタイプでもよい
。次のバラグラフで広帯域動作と関連した分散光学式の例を示している。また、
位相シフター44で得られる位相シフトは、ミラーの反射面に垂直な方向に設置し
た参照ミラー120のようなミラーでも実現できる。
The phase shifters 14, 24, 34, 34a, 44 may be of an electro-optical type or a dispersive optical type. The following paragraph shows an example of a dispersive optical system associated with broadband operation. Also,
The phase shift obtained by the phase shifter 44 can also be realized by a mirror such as the reference mirror 120 installed in a direction perpendicular to the reflection surface of the mirror.

【0254】 位相シフター14,24,34,34a,44によって生じる位相シフトが波長に依存しない
場合は、本発明による装置は広帯域における性能が向上する。位相シフター14,2
4,34,34a,44を上手に設計することにより、広帯域用のニーズに即した位相シフ
ターが得られる。これは例えば、A.Hill, J.W.Figoski, P.T.Ballardらの1980年
7月出願の米国特許4,213,706、「背景補償干渉計」、またA.Hill, J.W.Figoski,
P.T.Ballardらの1981年12月出願の米国特許4,304,464、「背景補償干渉計」に
開示されている。
If the phase shift caused by the phase shifters 14, 24, 34, 34a, 44 is independent of the wavelength, the device according to the invention has improved performance over a wide band. Phase shifter 14,2
By properly designing 4,34,34a, 44, a phase shifter that meets the needs for wideband can be obtained. This is for example the case of A. Hill, JWFigoski, PT Ballall et al., 1980.
U.S. Pat.No. 4,213,706, filed in July, `` Background Compensated Interferometer '';
It is disclosed in PTBallard et al., U.S. Pat. No. 4,304,464, filed December 1981, entitled "Background Compensated Interferometer."

【0255】 5つの実施例とその変形例には、それぞれに対応した、記録媒体から成る対象
材料に情報を書き込むための実施例と変形例がある。5つの実施例と変形例にそ
れぞれ対応する実施例と変形例は、情報を書き込むための方法および装置から成
るが、以下の点でそれぞれ構成上の相違点がある。すなわち、主鏡と参照鏡サブ
システムは交換可能である点および、検知器および検知器ピンホールは実質的に
背面から入射する光源からの光の方向を決める書き込みミラーで代替される点で
ある。書き込みミラーの反射率と書き込みミラーによってもたらされる位相シフ
トは、対象材料に所望の画像を形成するための位相シフト生成用の手続に対応し
て配置された書き込みミラーの位置の関数となる。この位相シフト生成のための
手続によって、第5のグループの実施例と変形例にある1,2,3,4の測定光強度を得
るため波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた参照ビームに一連の位
相シフトを導入するための手続で得られる機能と類似した機能が実現される。
The five embodiments and the modified examples include an embodiment and a modified example for writing information on a target material made of a recording medium, respectively. The embodiments and the modifications corresponding to the five embodiments and the modifications respectively comprise a method and an apparatus for writing information, but have the following structural differences in the following points. That is, the primary mirror and reference mirror subsystems are interchangeable, and the detector and detector pinhole are replaced by a write mirror that directs light from a light source incident substantially from the back. The reflectivity of the write mirror and the phase shift introduced by the write mirror will be a function of the position of the write mirror, which is positioned in correspondence with the procedure for generating the phase shift to form the desired image on the target material. By the procedure for generating the phase shift, a reference beam that is wave-number-filtered and spatially-filtered to obtain 1, 2, 3, and 4 measurement light intensities in the fifth embodiment and the modification example is obtained. Functions similar to those obtained in the procedure for introducing a series of phase shifts are realized.

【0256】 ここで述べる書き込みのための実施例においては、書き込み手続は多くの異な
ったメカニズムから構成され、光学ディスクである記録媒体も多くの異なる材料
とそれらの組合わせから構成されている。記録方式としては例えばファラデー回
転やカー効果、光化学的穴あけ効果など電気光学的効果や磁気光学的効果を利用
したものがある。
In the embodiment for writing described here, the writing procedure consists of many different mechanisms, and the recording medium, which is an optical disc, also consists of many different materials and their combinations. As a recording method, there is a method utilizing an electro-optical effect or a magneto-optical effect such as a Faraday rotation, a Kerr effect, and a photochemical drilling effect.

【0257】 磁気光学的効果が、散乱あるいは照射プローブビームの偏光状態の変化を検知
することによって保存された情報を読み出す記録プロセスに利用される場合は、
散乱プローブビームの複素振幅に加えて、散乱プローブビームの偏光状態も検出
するよう、第5のグループの実施例が構成される。第5のグループの実施例では、
偏光ビームスプリッターなどの分析器に散乱プローブビームを通して散乱プロー
ブビームの偏光状態を測定したり、分析器で分離された散乱プローブビームの偏
光状態の複素振幅を測定することにより、散乱プローブビームの偏光状態を測定
するような構成をとっている。
If the magneto-optical effect is used in a recording process for reading stored information by detecting scattering or changes in the state of polarization of the illuminated probe beam,
A fifth group of embodiments is configured to detect the polarization state of the scattered probe beam in addition to the complex amplitude of the scattered probe beam. In a fifth group of embodiments,
The polarization state of the scattered probe beam can be measured by measuring the polarization state of the scattered probe beam by passing the scattered probe beam through an analyzer such as a polarizing beam splitter, or by measuring the complex amplitude of the polarization state of the scattered probe beam separated by the analyzer. Is measured.

【0258】 ここで述べる実施例で振幅記録媒体、非線形振幅記録媒体、また/もしくは位
相記録媒体を使用する場合は、記憶領域に保存されたデータ密度はNxM(ただしN
とMは第5の実施例のグループの読みだし実施例のところで述べたものと同様の意
味)に比例し、記録媒体中の画像に関連した統計的誤差や系統的誤差を減少させ
るという実施例の特徴が得られる。特定の記憶領域に保存された情報の内容は、
反射率の空間的分布と、書き込み実施例とその変形例にある書き込みミラーによ
ってもたらされる位相シフトの空間的分布によって制御される。書き込みミラー
によって生じた選択された反射率と位相シフトはミラーの前に位置した位相シフ
ターと電気光学的振幅変調器によって制御される。なお、電気光学的振幅変調器
と位相シフターの状態はコンピューターによって制御される。反射率と位相シフ
トの選択は、第5のグループの実施例において、測定された複素散乱振幅の振幅
と位相の選択で用いられた電気的プロセスと類似した電気的プロセスによって行
なわれる。
In the case where an amplitude recording medium, a non-linear amplitude recording medium, and / or a phase recording medium are used in the embodiment described here, the data density stored in the storage area is N × M (N
And M have the same meaning as described in the reading example of the group of the fifth embodiment), and an example of reducing statistical errors and systematic errors related to images in a recording medium. Is obtained. The content of the information stored in a specific storage area,
It is controlled by the spatial distribution of the reflectivity and by the spatial distribution of the phase shift caused by the writing mirror in the writing embodiment and its variants. The selected reflectivity and phase shift produced by the write mirror are controlled by a phase shifter and an electro-optic amplitude modulator located in front of the mirror. The states of the electro-optic amplitude modulator and the phase shifter are controlled by a computer. The choice of reflectivity and phase shift is made by an electrical process similar to that used in the selection of the magnitude and phase of the measured complex scattering amplitude in the fifth group of embodiments.

【0259】 第1と3のグループの実施例と変形例でプローブレンズの軸方向に測定された波
数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビームと波数的に
フィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビーム間の干渉項は、対象材
料の画像領域の複素散乱振幅をフーリエ変換した値に比例する。同様に、実施例
と変形例の書き込み方法で記憶領域に保存された情報は、第1と3のグループの実
施例と変形例と対応して、書き込みミラー上の各領域の複素反射率をフーリエ変
換した値に比例した波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プロ
ーブビームと波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビーム
間の干渉項に比例する。
In the first and third groups of embodiments and variants, the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattering probe beam measured in the axial direction of the probe lens and the wavenumber-filtered and spatially-filtered The interference term between the reflected reference beams is proportional to the Fourier-transformed value of the complex scattering amplitude in the image region of the target material. Similarly, the information stored in the storage area by the writing method of the embodiment and the modified example corresponds to the embodiment and the modified example of the first and third groups, and the Fourier transform of the complex reflectance of each area on the writing mirror. It is proportional to the interference term between the wave number filtered and spatially filtered scattering probe beam and the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam proportional to the transformed value.

【0260】 書き込みミラーで反射された波数的にフィルターされ空間的にフィルターされ
たビームと波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビーム間
の干渉項が、記憶領域に保存される情報のフーリエ逆変換に比例するように、書
き込みミラーの複素反射率を設定する場合は、波数的にフィルターされ空間的に
フィルターされた散乱プローブビームと、波数的にフィルターされ空間的にフィ
ルターされた反射参照ビーム間の第1と3のグループの実施例と変形例に示すプロ
ーブレンズの軸方向に測定された干渉項は、保存された元情報に比例することは
明らかである。したがって本例では、保存済みの元情報を読み出すのに、第1と3
のグループの実施例と変形例に示すプローブレンズの軸方向に測定された複素散
乱振幅のフーリエ変換を実施する必要がない。
The interference term between the wavenumber-filtered and spatially-filtered beam reflected by the writing mirror and the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam is the information term stored in the storage area. When setting the complex reflectivity of the write mirror to be proportional to the inverse Fourier transform, a wavenumber-filtered and spatially-filtered scattering probe beam and a wavenumber-filtered and spatially-filtered reflection reference Obviously, the interference terms measured in the axial direction of the probe lens shown in the first and third groups of embodiments and variants between the beams are proportional to the stored original information. Therefore, in this example, the first and third
It is not necessary to perform a Fourier transform of the complex scattering amplitude measured in the axial direction of the probe lens shown in the embodiments and the modifications of the group.

【0261】 第1と3のグループの実施例におけるひとつの利点は、従来の単一ピンホール共
焦干渉顕微鏡法あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、ウ
ェーハの深さ方向の線領域を実質的に同時に画像処理することによって、統計的
誤差を大きく低減し、焦点外画像からの背景を大きく低減あるいは同等レベルで
、集積回路の製造にて使用されるウェーハの断層的複素振幅画像が得られる点で
ある。ウェーハの深さ方向の線領域を同時に画像処理すれば、たとえばウェーハ
の移動、走査、振動などから生ずるウェーハの深さ方向の位置移動に対する感度
を大きく下げることができる。また、ウェーハの深さ方向の線領域を同時に画像
処理すれば、異なる深度から同時に得られた情報をもとに、ウェーハの表面並び
に/または内面の位置を認識することも可能となる。
One advantage of the first and third group of embodiments is that, compared to a series of measurements obtained by conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography, the line area in the depth direction of the wafer is reduced. Substantially simultaneously, greatly reducing statistical errors and greatly reducing or at the same level the background from out-of-focus images, to produce a tomographic complex amplitude image of a wafer used in the manufacture of integrated circuits. It is a point that can be obtained. Simultaneous image processing of the line area in the depth direction of the wafer can greatly reduce the sensitivity to the position movement in the depth direction of the wafer caused by, for example, movement, scanning, and vibration of the wafer. In addition, if image processing is performed on line regions in the depth direction of the wafer at the same time, it is possible to recognize the position of the surface and / or the inner surface of the wafer based on information obtained simultaneously from different depths.

【0262】 第1と3のグループの実施例における他の利点は、従来の単一ピンホール式、共
焦干渉顕微鏡あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、ウェ
ーハの深さ方向の二次元領域を実質的に同時に画像処理することによって、統計
的誤差を大きく低減し、焦点外画像からの背景を大きく低減あるいは同等レベル
で、集積回路の製造にて使用されるウェーハの断層的複素振幅画像が得られる点
である。ウェーハの二次元領域のひとつの軸は、ウェーハの深さ方向と平行であ
る。ウェーハの深さ方向の二次元領域を同時に画像処理すれば、たとえばウェー
ハの移動、走査、振動などから生ずるウェーハの深さおよび横方向の位置移動に
対する感度を大きく下げることができる。また、ウェーハの二次元領域を同時に
画像処理すれば、他の領域から同時に得られた情報をもとに、登録目的に使用で
きるウェーハの表面並びに/または内面の位置を認識することも可能となる。
Another advantage of the first and third group of embodiments is that compared to a series of measurements obtained by conventional single pinhole, confocal interference microscopy or holography, the depth of the wafer can be reduced. By substantially simultaneously processing the dimensional domain, the statistical error is greatly reduced, and the background from out-of-focus images is greatly reduced or at the same level, the tomographic complex amplitude of the wafer used in the manufacture of integrated circuits. The point is that an image is obtained. One axis of the two-dimensional area of the wafer is parallel to the depth direction of the wafer. Simultaneous image processing of the two-dimensional region in the depth direction of the wafer can greatly reduce the sensitivity to the depth and lateral position movement of the wafer resulting from, for example, wafer movement, scanning, and vibration. Further, if the two-dimensional area of the wafer is simultaneously image-processed, it is possible to recognize the position of the surface and / or the inner surface of the wafer which can be used for the registration purpose, based on the information obtained simultaneously from the other areas. .

【0263】 さらに第1と3のグループの実施例における他の利点は、従来の単一ピンホール
式焦点干渉顕微鏡あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、
たとえば生化学試料の非侵襲性生検で利用できる生体内試料の深さ方向の線領域
を実質的に同時に画像処理することによって、統計的誤差を大きく低減し、焦点
外画像からの背景を大きく低減あるいは同等レベルで、生体内試料の断層的複素
振幅画像が得られる点である。生化学試料の深さ方向の線領域を同時に画像処理
すれば、たとえば生化学試料の移動、走査、振動などから生ずる生化学試料の深
さ方向の位置移動に対する感度を大きく下げることができる。また、生化学試料
の深さ方向の線領域を同時に画像処理すれば、異なる深度から同時に得られた情
報をもとに、生化学試料の表面並びに/または内面の位置を認識することも可能
となる。
Yet another advantage of the first and third groups of embodiments is that compared to a series of measurements obtained with a conventional single pinhole focus interference microscope or holography,
For example, by substantially simultaneously imaging depth line regions of an in vivo sample that can be used in a non-invasive biopsy of a biochemical sample, statistical errors are greatly reduced and background from out-of-focus images is greatly increased. The point is that a tomographic complex amplitude image of the in-vivo sample can be obtained at a reduced or equivalent level. If image processing is performed simultaneously on the line regions in the depth direction of the biochemical sample, the sensitivity to the position shift in the depth direction of the biochemical sample caused by movement, scanning, vibration, or the like of the biochemical sample can be greatly reduced. Also, if image processing is performed simultaneously on the line regions in the depth direction of the biochemical sample, it is possible to recognize the position of the surface and / or the inner surface of the biochemical sample based on information obtained simultaneously from different depths. Become.

【0264】 また第1と3のグループの実施例における他の利点は、従来の単一ピンホール式
、スリット式焦点干渉顕微鏡あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果
と比較し、生化学試料の深さ方向の二次元領域を実質的に同時に画像処理するこ
とによって、統計的誤差を大きく低減し、焦点外画像からの背景を大きく低減あ
るいは同等レベルで、たとえば生化学試料の非侵襲性生検で利用できる、生体内
試料の断層的複素振幅画像が得られる点である。生化学試料の二次元領域のひと
つの軸は、生化学試料の深さ方向と平行である。生化学試料の深さ方向の二次元
領域を同時に画像処理すれば、たとえば生化学試料の移動、走査、振動などから
生ずる生化学試料の深さおよび横方向の位置移動に対する感度を大きく下げるこ
とができる。また、生化学試料の二次元領域を同時に画像処理すれば、他の領域
から同時に得られた情報をもとに、登録目的に使用できる生化学試料の表面並び
に/または内面の位置を認識することが可能となる。
Another advantage of the first and third groups of embodiments is that the depth of the biochemical sample can be compared with a series of measurement results obtained by a conventional single pinhole type, slit type focus interference microscope or holography. By simultaneously imaging two-dimensional regions in the vertical direction, statistical errors are greatly reduced, and background from out-of-focus images is greatly reduced or at the same level, for example, in non-invasive biopsy of biochemical samples. The point is that a tomographic complex amplitude image of the in vivo sample that can be used is obtained. One axis of the two-dimensional region of the biochemical sample is parallel to the depth direction of the biochemical sample. Simultaneous image processing of two-dimensional regions in the depth direction of a biochemical sample can greatly reduce the sensitivity to biochemical sample depth and lateral position shifts caused by, for example, biochemical sample movement, scanning, and vibration. it can. In addition, if the two-dimensional area of the biochemical sample is image-processed simultaneously, the position of the surface and / or the inner surface of the biochemical sample that can be used for registration purposes can be recognized based on the information obtained simultaneously from other areas. Becomes possible.

【0265】 第2と4のグループの実施例におけるひとつの利点は、従来の単一ピンホール共
焦干渉顕微鏡法あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、ウ
ェーハ表面と接するかもしくはウェーハ表面の線領域を実質的に同時に画像処理
することによって、統計的誤差を大きく低減し、焦点外画像からの背景を大きく
低減あるいは同等レベルで、集積回路の製造にて使用されるウェーハの断層的複
素振幅画像が得られる点である。ウェーハ表面と接するかもしくはウェーハ表面
の線領域を同時に画像処理すれば、たとえばウェーハの移動、走査、振動などか
ら生ずるウェーハの位置移動に対する感度を大きく下げることができる。また、
ウェーハ表面と接するかもしくはウェーハ表面の二次元領域を同時に画像処理す
れば、異なる場所から同時に得られた情報をもとに、登録目的に利用できるウェ
ーハ内部の参照領域の位置を認識することも可能となる。
One advantage of the second and fourth group of embodiments is that it compares with a series of measurements obtained by conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography and can either touch the wafer surface or Image processing of the line regions substantially simultaneously, greatly reducing statistical errors and greatly reducing, or at the same level, background from out-of-focus images, with the tomographic complexities of wafers used in integrated circuit manufacturing. The point is that an amplitude image can be obtained. If image processing is performed on the line area on the wafer surface or at the same time, the sensitivity to the movement of the wafer position caused by, for example, the movement, scanning, and vibration of the wafer can be greatly reduced. Also,
By simultaneously processing the two-dimensional area of the wafer surface or in contact with the wafer surface, it is possible to recognize the position of the reference area inside the wafer that can be used for registration purposes based on information obtained simultaneously from different places Becomes

【0266】 第2と4のグループの実施例におけるさらなる利点のひとつは、従来の単一ピン
ホール共焦干渉顕微鏡法あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比
較し、生化学試料と接するかもしくは生化学試料表面の線領域を実質的に同時に
画像処理することによって、統計的誤差を大きく低減し、焦点外画像からの背景
を大きく低減あるいは同等レベルで、たとえば生化学試料の非侵襲性生検で利用
できる、生体内試料の断層的複素振幅画像が得られる点である。生化学試料と接
するかもしくは生化学試料表面の線領域を実質的に同時に画像処理すれば、たと
えば生化学試料の移動、走査、振動などから生ずる生化学試料の位置移動に対す
る感度を大きく下げることができる。また、生化学試料表面と接するかもしくは
生化学試料表面の二次元領域を同時に画像処理すれば、異なる場所から同時に得
られた情報をもとに、登録目的に利用できる生化学試料内部の参照領域の位置を
認識することも可能となる。
One of the further advantages of the second and fourth group of embodiments is that compared to a series of measurements obtained by conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography, the contact with biochemical samples or By substantially simultaneously imaging line areas on the biochemical sample surface, statistical errors are greatly reduced and background from out-of-focus images is greatly reduced or at the same level, for example, non-invasive biopsy of biochemical samples. The point is that a tomographic complex amplitude image of an in-vivo sample can be obtained. Imaging a line region of a biochemical sample in contact with or substantially simultaneously with the biochemical sample can greatly reduce the sensitivity to biochemical sample position shifts resulting from, for example, biochemical sample movement, scanning, or vibration. it can. Also, if the two-dimensional area of the biochemical sample surface is in contact with the biochemical sample surface or the two-dimensional area of the biochemical sample surface is image-processed at the same time, the reference area inside the biochemical sample can be used for registration purposes based on information obtained simultaneously from different places Can be recognized.

【0267】 第5のグループの実施例におけるひとつの利点は、従来の単一ピンホール共焦
干渉顕微鏡法あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、焦点
外画像からの背景を大きく低減しながら集積回路の製造にて使用されるウェーハ
の断層的複素振幅画像、ウェーハの一次元、二次元、三次元画像が生成される点
である。
One advantage of the fifth group of embodiments is that it significantly reduces background from out-of-focus images when compared to a series of measurements obtained by conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography. However, the point is that a tomographic complex amplitude image of a wafer used in the manufacture of an integrated circuit and one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional images of the wafer are generated.

【0268】 第5のグループの実施例におけるひとつの利点は、従来の単一ピンホール共焦
干渉顕微鏡法あるいはホログラフィーで得られる一連の測定結果と比較し、焦点
外画像からの背景を大きく低減しながらたとえば生化学試料の非侵襲性生検で利
用できる生体内試料の断層的複素振幅画像、生化学試料の一次元、二次元、三次
元画像が生成される点である。
One advantage of the fifth group of embodiments is that compared to a series of measurements obtained by conventional single pinhole confocal interference microscopy or holography, the background from out-of-focus images is greatly reduced. However, for example, a tomographic complex amplitude image of an in-vivo sample that can be used in a non-invasive biopsy of a biochemical sample, and one-, two-, and three-dimensional images of the biochemical sample are generated.

【0269】 上述した共焦干渉顕微鏡システムは、コンピューター用チップその他の大規模
集積回路の製造に用いられるリソグラフィー用ステッパーあるいはスキャナー上
の位置合わせ用マークを認識する場合、またステッパーあるいはスキャナーの重
ね合わせ性能を評価するための独立した計測システムにおいて特に有用である。
また、上述した共焦干渉顕微鏡システムは、ステッパーあるいはスキャナーで使
用されるマスクの検査や、大規模集積回路製造の様々な段階におけるウェーハの
検査に特に有用である。リソグラフィーは半導体産業を牽引するキーテクノロジ
ーである。
The confocal interference microscope system described above is used for recognizing alignment marks on a lithography stepper or scanner used in the manufacture of computer chips or other large-scale integrated circuits, and is also useful for superposition performance of the stepper or scanner. It is particularly useful in an independent metrology system for assessing
Also, the confocal interference microscope system described above is particularly useful for inspecting masks used in steppers or scanners and for inspecting wafers at various stages of large-scale integrated circuit manufacturing. Lithography is a key technology driving the semiconductor industry.

【0270】 重ね合わせ精度の向上は、たとえば「半導体産業ロードマップ」、p.82(1997
年)にあるように、100nm以下の線幅(デザインルール)を実現する上で解決すべ
き最も困難な5つの課題のひとつである。リソグラフィー装置を使用して、年間$
50〜100Mの製品が製造されるので、リソグラフィー装置の性能向上(性能維持)
がもたらす経済的価値は莫大である。リソグラフィーに於ける1%の歩留まり向上
(低下)が、集積回路メーカーにとって年間約$1Mの経済的メリット(損失)につな
がり、リソグラフィー装置のメーカーにとっても重大な競争力の向上や低下とな
る。
[0270] Improvement of overlay accuracy is described in, for example, "Semiconductor Industry Roadmap", p.82 (1997).
This is one of the five most difficult issues to be solved in order to achieve a line width (design rule) of 100 nm or less. $$ / year using lithography equipment
Production of 50-100M products improves the performance of lithography equipment (maintains performance)
The economic value it brings is enormous. 1% yield improvement in lithography
This translates into an economic benefit (loss) of about $ 1 million per year for integrated circuit manufacturers and a significant increase or decrease in competitiveness for lithography equipment manufacturers.

【0271】 重ね合わせ精度は、ウェーハのあるレベルとこれに続く次のレベル上にパター
ンを印刷し、独立した計測システムでそのふたつのパターンの位置、方向、ねじ
れの差異を測定することによって評価される。
Overlay accuracy is assessed by printing the pattern on one level of the wafer and the next level following it, and measuring the difference in position, orientation, and twist of the two patterns with an independent metrology system. You.

【0272】 この独立した計測システムは、パターンの相対的位置を計測するためのレーザ
ーゲージ制御式ステージに接続された上述の共焦干渉顕微鏡などのパターン読取
り顕微鏡システムと、ウェーハ取り扱いシステムから構成される。
This independent measurement system comprises a pattern reading microscope system, such as the confocal interference microscope described above, connected to a laser gauge controlled stage for measuring the relative position of the pattern, and a wafer handling system. .

【0273】 リソグラフィー装置の役割は、フォトレジストが塗布されたウェーハに、空間
的なパターンをもつ光を照射することである。このプロセスでは、ウェーハのど
の部分に光を照射するか(位置合わせ)が決定され、その位置に光が照射される。
The role of the lithography apparatus is to irradiate a photoresist-coated wafer with light having a spatial pattern. In this process, it is determined which part of the wafer is irradiated with light (alignment), and the position is irradiated with light.

【0274】 ウェーハの位置決めを正しく行なうため、ウェーハ上には位置合わせ用のマー
クがあり、上述したような共焦干渉顕微鏡などの専用センサーによって位置計測
される。位置合わせ用マークの計測結果により、ウェーハが装置内のどこに位置
しているかが規定される。この位置情報と、ウェーハ表面の所望のパターン仕様
により、空間的なパターンをもつ光の照射に対応してウェーハの位置合わせの指
針が与えられる。このような情報に基づいて、フォトレジストが塗布されたウェ
ーハを支持した移動ステージがウェーハを動かして、ウェーハの正しい位置に光
が照射されるようにする。
In order to correctly position the wafer, there are alignment marks on the wafer, and the position is measured by a dedicated sensor such as a confocal interference microscope as described above. The measurement result of the alignment mark defines where the wafer is located in the apparatus. Based on this position information and the desired pattern specification on the wafer surface, a guide for wafer positioning is given in response to irradiation with light having a spatial pattern. Based on such information, the moving stage supporting the wafer coated with the photoresist moves the wafer so that the correct position of the wafer is irradiated with light.

【0275】 露光の際、空間的なパターンをもつように照射光を分散させるためのレチクル
に、光源から光が照射される。レチクルはマスクとも呼ばれ、以下では同じ意味
の用語として使用される。縮小リソグラフィーでは、縮小レンズにより散乱光が
集められ、レチクルパターンの縮小パターンが形成される。あるいは、近接印刷
の場合なら、散乱光はウェーハに到達するまでにごく短い距離(通常、数ミクロ
ン)しか進まず、レチクルパターンと1:1の画像が生成される。この光照射によっ
て、照射パターンをレジスト中の潜像に転換する光化学反応がレジスト中で開始
される。
At the time of exposure, light is irradiated from a light source to a reticle for dispersing irradiation light so as to have a spatial pattern. The reticle is also called a mask, and is used hereinafter as a term having the same meaning. In reduction lithography, scattered light is collected by a reduction lens to form a reduction pattern of a reticle pattern. Alternatively, in the case of proximity printing, the scattered light travels only a short distance (typically a few microns) before reaching the wafer, producing a 1: 1 image with the reticle pattern. This light irradiation initiates a photochemical reaction in the resist that converts the irradiation pattern into a latent image in the resist.

【0276】 マスクは無欠陥でなければならず、パターン中に欠陥があると、そのマスクを
もとに製造された半導体回路の機能に障害が出てしまう。半導体製造ラインにマ
スクが搬送される前に、マスクはパターンに欠陥がないか調べるマスク検査機を
通る。マスクの検査法には2種類あり、ダイとデータベースの照合、ダイ同志を
照合する方法が知られている。最初の方法には、マスク生成に使用したコンピュ
ーターデータとマスクパターンを直接比較する自動走査顕微鏡がある。この方法
では、マスク描画に必要なデータ処理能力と同様な高いデータ処理能力が要求さ
れる。検査対象のマスクとそれを生成するために使用されたデータセットに食い
違いがあれば、エラーと見なされる。上述の共焦干渉顕微鏡システムは、背景の
低減効果と一次元領域と二次元領域の画像が実質的に同時に得られるという利点
を有するため、自動マスク検査に特に適している。
[0276] The mask must be defect-free, and if there is a defect in the pattern, the function of a semiconductor circuit manufactured based on the mask will be impaired. Before the mask is transported to the semiconductor manufacturing line, the mask passes through a mask inspection machine that checks the pattern for defects. There are two types of mask inspection methods. There are known methods of matching a die with a database and matching die dies. The first method involves an automatic scanning microscope that directly compares the mask pattern with the computer data used to generate the mask. In this method, high data processing capability similar to the data processing capability required for mask drawing is required. Any discrepancy between the mask being inspected and the data set used to generate it is considered an error. The confocal interference microscope system described above is particularly suitable for automatic mask inspection because it has the advantage of reducing the background and obtaining images of the one-dimensional region and the two-dimensional region substantially simultaneously.

【0277】 一般的に、リソグラフィーシステム、これはまた露光システムとも呼ばれるが
、これには光照射システムとウェーハ位置決めシステムが含まれている。光照射
システムには紫外線、可視光線、エックス線、電子線あるいはイオンビームなど
を照射するための光源と、照射ビームにパターンを与え、空間的パターンをもつ
ビーム照射を行なうためのレチクルあるいはマスクが含まれている。さらに、縮
小リソグラフィーの場合には、光照射システムにはウェーハに空間的なパターン
を焼き付けるレンズ類が含まれている。このパターン情報をもつビームがウェー
ハ上に塗布されたレジストを感光させる。照射システムにはさらに、マスクを支
持するマスクステージと、マスクを通じて照射される光の位置にマスクステージ
の位置を合わせるための位置決めシステムが含まれる。ウェーハ位置決めシステ
ムには、ウェーハを支持するウェーハステージと、照射光とウェーハステージの
位置合わせをするための位置決めシステムが含まれる。集積回路の製造には、複
数の露光ステップが存在する。リソグラフィーに関する一般的な参考文献として
、たとえばJ.R.Sheats, B.W.Smithによる「科学と技術」(Mercel Dekker社, New
York, 1998年)のマイクロリソグラフィーの章が参考になる。その内容は、ここ
でも参考として引用している。
Generally, a lithography system, also referred to as an exposure system, includes a light illumination system and a wafer positioning system. The light irradiation system includes a light source for irradiating ultraviolet light, visible light, X-rays, electron beams, or ion beams, and a reticle or mask for applying a pattern to the irradiation beam and performing beam irradiation with a spatial pattern. ing. In addition, in the case of reduced lithography, the illumination system includes lenses that print a spatial pattern on the wafer. The beam having this pattern information exposes the resist applied on the wafer. The illumination system further includes a mask stage for supporting the mask, and a positioning system for aligning the mask stage with the position of light illuminated through the mask. The wafer positioning system includes a wafer stage that supports a wafer, and a positioning system that aligns the irradiation light with the wafer stage. There are multiple exposure steps in the manufacture of integrated circuits. General references on lithography include, for example, “Science and Technology” by JRSheats, BWSmith (Mercel Dekker, New
York, 1998). The contents are cited here for reference.

【0278】 図8aは(図示しない)共焦干渉顕微鏡を利用したリソグラフィースキャナー800
の例である。共焦干渉顕微鏡システムは、露光システムの中で(図示しない)ウェ
ーハ上の位置合わせ用マークがどこにあるか、正確に知るため使用される。ここ
でステージ822は、露光ステーションの中でウェーハを位置決めすると共に支持
する目的で使用される。スキャナー800にはフレーム802があるが、これは他の支
持構造やそれに付随する様々な部品を備えている。レンズ支持枠806の上部には
露光台804があり、その上端部にはレチクルあるいはマスクを支持するためのレ
チクルあるいはマスクステージ816が備えられている。部品817は、露光ステーシ
ョンに対してマスクの位置を決める位置決めシステムを模式的に図示したもので
ある。位置決めシステム817には、たとえば圧電素子やその制御用電子回路が備
わっている。ここで示す実施例には記載されていないが、リソグラフィー装置の
構造としては上述のJ.R.Sheats, B.W.Smithによる「科学と技術」のマイクロリ
ソグラフィーの章にあるように、マスクステージあるいは正確に位置決めが必要
なその他可動部品の位置を正確に測定するのに、ひとつあるいは複数の干渉計シ
ステムが使用される。
FIG. 8a shows a lithography scanner 800 using a confocal interference microscope (not shown).
This is an example. Confocal interference microscopy systems are used in the exposure system to know exactly where the alignment marks on the wafer (not shown) are. Here, the stage 822 is used for positioning and supporting the wafer in the exposure station. The scanner 800 has a frame 802, which includes other support structures and various associated components. An exposure table 804 is provided above the lens support frame 806, and a reticle or mask stage 816 for supporting a reticle or mask is provided at the upper end thereof. Part 817 schematically illustrates a positioning system that positions the mask with respect to the exposure station. The positioning system 817 includes, for example, a piezoelectric element and an electronic circuit for controlling the piezoelectric element. Although not described in the examples shown here, the structure of the lithographic apparatus may be a mask stage or other type that requires precise positioning, as described in the microlithography section of Science and Technology by JRSheats, BWSmith, above. One or more interferometer systems are used to accurately determine the position of the moving part.

【0279】 露光台804の下に吊り下げられているのは支持台813であり、ウェーハステージ
822を備えている。ステージ822には、干渉計システム826によってステージに照
射される測定ビーム854を反射するための平面鏡828がある。干渉計システム826
に対してステージ822の位置を決めるための位置決めシステムが部品819であり、
模式図で示されている。位置決めシステム819には、たとえば圧電素子やその制
御用電子回路が備わっている。露光台804に取り付けられている干渉計システム
に、反射された測定ビームが照射される。
A support 813 suspended below the exposure table 804 is a wafer stage.
It has 822. Stage 822 has a plane mirror 828 for reflecting a measurement beam 854 illuminated by the interferometer system 826 onto the stage. Interferometer system 826
The component 819 is a positioning system for determining the position of the stage 822 with respect to
This is shown in a schematic diagram. The positioning system 819 includes, for example, a piezoelectric element and an electronic circuit for controlling the piezoelectric element. The interferometer system mounted on the exposure table 804 is irradiated with the reflected measurement beam.

【0280】 動作時には、たとえば(図示しない)紫外線レーザーからの紫外線(UV)などの照
射ビーム810がビーム整形用光学装置を通過し、ミラー814で反射された後、下方
に進む。その後、照射ビームはマスクステージ816にある(図示しない)マスクを
通過する。ビームはレンズ支持枠806に備えられたレンズ群808を介して照射され
、(図示しない)マスクのパターンがウェーハステージ上の(図示しない)ウェーハ
に焼き付けられる。露光台804やそれに支持された種々の部品は、バネ820で図示
された制振システムにより、周囲の振動の影響を受けないようになっている。
In operation, an irradiation beam 810 such as, for example, ultraviolet (UV) from an ultraviolet laser (not shown) passes through the beam shaping optics, is reflected by a mirror 814, and proceeds downward. Thereafter, the irradiation beam passes through a mask (not shown) on the mask stage 816. The beam is irradiated through a lens group 808 provided on a lens support frame 806, and a pattern of a mask (not shown) is printed on a wafer (not shown) on a wafer stage. The exposure table 804 and various components supported by the exposure table 804 are not affected by ambient vibration by a vibration damping system illustrated by a spring 820.

【0281】 周知のごとく、リソグラフィーは半導体素子の製作上、重要な製造方法のひと
つである。たとえば、米国特許5,483,343はこの製造方法の概要について説明し
ている。これら製造ステップを図8b、8cを参照しながら以下に説明する。図8bは
、半導体チップ(例えばICやLSI)、液晶パネルやCCDなどの一連の製造プロセスを
示したフローチャートである。ステップ851は半導体素子の回路を設計するため
の設計プロセスである。ステップ852は回路パターン設計に基づいたマスクの製
造プロセスである。ステップ853はシリコンなどの材料を用いてウェーハを製造
するプロセスである。
As is well known, lithography is one of the important manufacturing methods in manufacturing a semiconductor device. For example, U.S. Pat. No. 5,483,343 outlines this manufacturing method. These manufacturing steps are described below with reference to FIGS. 8b and 8c. FIG. 8b is a flowchart showing a series of manufacturing processes for a semiconductor chip (for example, an IC or an LSI), a liquid crystal panel, a CCD, or the like. Step 851 is a design process for designing a circuit of a semiconductor element. Step 852 is a mask manufacturing process based on the circuit pattern design. Step 853 is a process for manufacturing a wafer using a material such as silicon.

【0282】 ステップ854は前処理とよばれているウェーハプロセスで、いわゆる前処理さ
れたマスクとウェーハを使い、リソグラフィーによってウェーハ上に回路が形成
される。ウェーハ上にマスクのパターンを十分な解像度で形成するためには、干
渉計を用いたウェーハの位置決めが必要となる。上述の共焦干渉顕微鏡方式のシ
ステムは、ウェーハ表面およびウェーハプロセスで形成された内部層を検査し、
ウェーハプロセスでのリソグラフィーの有効性をチェックおよび監視するのにき
わめて有用である。ステップ855は組み立てステップであり、後処理と呼ばれる
工程で、ステップ854で処理されたウェーハを半導体チップ仕上げる工程である
。これには組み立て(ダイシングとボンディング)およびパッケージング(チップ
の封止)工程が含まれる。ステップ856は検査工程で、動作チェック、耐性チェッ
クなど、ステップ855で製作された半導体素子のチェックが行なわれる。これら
プロセスによって、半導体素子が完成し、出荷される(ステップ857)。
Step 854 is a wafer process called pre-processing, in which a circuit is formed on the wafer by lithography using a so-called pre-processed mask and wafer. In order to form a mask pattern on a wafer with sufficient resolution, it is necessary to position the wafer using an interferometer. The confocal interference microscope system described above inspects the wafer surface and the inner layers formed in the wafer process,
It is extremely useful for checking and monitoring the effectiveness of lithography in wafer processing. Step 855 is an assembling step, a step called post-processing, which is a step of finishing the semiconductor chips on the wafer processed in step 854. This includes assembly (dicing and bonding) and packaging (chip sealing) steps. Step 856 is an inspection step in which the semiconductor device manufactured in step 855 is checked, such as an operation check and a tolerance check. Through these processes, the semiconductor device is completed and shipped (step 857).

【0283】 ウェーハプロセスの詳細を図8cのフローチャートに示す。ステップ861はウェ
ーハ表面を酸化する酸化プロセスである。ステップ862はCVDプロセスで、ウェー
ハ表面に絶縁膜を形成する工程である。ステップ863は電極形成プロセスで、蒸
着によってウェーハ上に電極が形成される。ステップ864はウェーハにイオンを
打ち込むためのイオンインプラントプロセスである。ステップ865はレジストプ
ロセスで、ウェーハにレジスト(感光性材料)を塗布する工程である。ステップ86
6は露光プロセスで、露光(リソグラフィー)によりマスクの回路パターンが上述
の露光装置を通してウェーハ上に印刷される。繰返すが、上述したように共焦干
渉顕微鏡方式のシステムは、このリソグラフィープロセスの精度、解像度、保守
性を向上させることができる。
The details of the wafer process are shown in the flowchart of FIG. 8C. Step 861 is an oxidation process for oxidizing the wafer surface. Step 862 is a step of forming an insulating film on the wafer surface by a CVD process. Step 863 is an electrode forming process in which electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. Step 864 is an ion implant process for implanting ions into the wafer. Step 865 is a resist process in which a resist (photosensitive material) is applied to the wafer. Step 86
Reference numeral 6 denotes an exposure process in which a circuit pattern of a mask is printed on a wafer by exposure (lithography) through the above-described exposure apparatus. Again, as described above, confocal interference microscopy systems can improve the accuracy, resolution, and maintainability of this lithographic process.

【0284】 ステップ867は露光したウェーハを現像する工程である。ステップ868は露光さ
れたレジスト像以外の部分を除去するためのエッチングプロセスである。ステッ
プ869はエッチングプロセスを経た後のウェーハ上に残ったレジスト材料を剥離
するためのレジスト剥離工程である。これらの工程を繰返すことにより、回路パ
ターンがウェーハ上に形成され、写し取られる。
Step 867 is a step of developing the exposed wafer. Step 868 is an etching process for removing portions other than the exposed resist image. Step 869 is a resist peeling step for peeling the resist material remaining on the wafer after the etching process. By repeating these steps, a circuit pattern is formed on the wafer and copied.

【0285】 ここで述べた共焦干渉顕微鏡方式のシステムの重要な用途は、前述したリソグ
ラフィープロセスで用いられたマスクとレチクルの検査である。たとえば、図9
はマスク検査システム900を模式的に表わした図である。光源910から元ビーム91
2が発生され、可動ステージ918によって支持された基板916に、共焦干渉顕微鏡
装置914によってこの光が照射される。ステージの相対的位置を決定するため、
ビーム絞り部品914の上に設置されたミラー924に向け、干渉計システム920から
参照ビーム922が照射され。また、測定ビーム926がステージ918に取り付けられ
たミラー928に向けて照射される。干渉計システムによって測定された位置変化
に応じて、基板916上での書き込みビーム912の照射位置も変わる。干渉計システ
ム920から、基板上916上の検査ビーム912の相対的位置を示すコントローラー930
に向け、測定信号932が送信される。コントローラー930からステージ918を支持
し位置決めするベース936に向け、出力信号934が送信される。
An important application of the confocal interference microscopy system described herein is the inspection of masks and reticles used in the lithography process described above. For example, Figure 9
FIG. 1 is a diagram schematically showing a mask inspection system 900. Original beam 91 from light source 910
2 is generated, and the substrate 916 supported by the movable stage 918 is irradiated with this light by the confocal interference microscope 914. To determine the relative position of the stage,
The reference beam 922 is emitted from the interferometer system 920 toward the mirror 924 installed on the beam stop component 914. Further, the measurement beam 926 is emitted toward the mirror 928 attached to the stage 918. The irradiation position of the writing beam 912 on the substrate 916 also changes according to the position change measured by the interferometer system. From the interferometer system 920, a controller 930 indicating the relative position of the inspection beam 912 on the substrate 916.
, A measurement signal 932 is transmitted. An output signal 934 is transmitted from the controller 930 to a base 936 that supports and positions the stage 918.

【0286】 共焦干渉顕微鏡装置914はコントローラー930により制御され、基板領域にたと
えば信号944をもとに検査ビームが走査される。その結果、コントローラー930か
ら他のシステム部品に基板を検査するよう指令が出される。マスク検査では、マ
スクパターンがマスク生成に使用されたコンピューターデータと直接比較される
The confocal interference microscope 914 is controlled by the controller 930, and scans the substrate area with the inspection beam based on, for example, the signal 944. As a result, the controller 930 instructs other system components to inspect the board. In mask inspection, the mask pattern is compared directly with the computer data used to generate the mask.

【0287】 理論 背景の識別 好ましい実施例に記載した装置は全て、ピンホール共焦干渉顕微鏡検査システ
ム又はスリット式共焦顕微鏡検査システムのいずれかの例である。共焦顕微鏡検
査システムの背景減少力(background reduction cap
acity)は、その最も重要な属性の一つであり、共焦顕微鏡検査の強力な光
学的区分分け特性(optical sectioning property
)により得られる。これは、被写界深度を制限する従来の顕微鏡検査とは性質が
全く異なる。相違点は、従来の顕微鏡では焦点外情報をぼやけさせるのに過ぎな
いのに対し、共焦システムでは遙かに弱い強度で実際に検出し、焦点平面から軸
線方向に離間された場所で散乱された光は、検出器平面でデフォーカスされ、及
び従って、検出器平面に置かれたマスクを効率的に通過できない(1990年に
ロンドンのアカデミックプレス社から刊行された、T.ウィルソンが編集した、
共焦顕微鏡検査という文献の、C.J.R.シェパード及びC.J.コズウェル
の「共焦顕微鏡検査における立体的画像」を参照されたい)。例えばDIPに使用
されるフィゾー干渉計には、従来の顕微鏡と同等レベルの焦点外画像に対する感
度がある。
Theory Discrimination of Background The devices described in the preferred embodiment are all examples of either a pinhole confocal interference microscopy system or a slit confocal microscopy system. Background reduction cap of confocal microscopy systems
activity is one of its most important attributes, and is a powerful optical sectioning property of confocal microscopy.
). This is quite different in nature from conventional microscopy, which limits the depth of field. The difference is that conventional microscopes only blur out-of-focus information, whereas confocal systems actually detect at much weaker intensity and are scattered at locations axially spaced from the focal plane. Light is defocused at the detector plane and therefore cannot pass efficiently through masks located at the detector plane (edited by T. Wilson, published by The Academic Press, London, 1990;
In the literature called confocal microscopy, C.I. J. R. Shepard and C.I. J. See Koswell, "Stereoscopic images in confocal microscopy"). For example, Fizeau interferometers used in DIP have a level of sensitivity to out-of-focus images that is comparable to that of conventional microscopes.

【0288】 第1,2,5の実施例のグループにある実施例と変形例で述べた共焦干渉顕微鏡の
特徴は、反射参照ビームと散乱プローブビームは共に瞳孔関数によって焦点内画
像ポイント48で実質的に変更が加えられる。ただし、焦点外ビームは焦点内画像
ポイント48では実質的に変化しない。ここで述べた実施例と変形例では、従来の
共焦干渉顕微鏡と比較して焦点外画像から受ける影響が軽減されていることが、
本発明の特徴となっている。
The features of the confocal interference microscope described in the embodiments and variants in the first, second and fifth embodiments are that both the reflected reference beam and the scattered probe beam are at the in-focus image point 48 by the pupil function. Substantial changes are made. However, the out-of-focus beam does not change substantially at the in-focus image point 48. In the embodiment and the modified example described here, the influence from the out-of-focus image is reduced as compared with the conventional confocal interference microscope,
This is a feature of the present invention.

【0289】 第1,2,3,4のグループの実施例と変形例にある装置は、さらに分散干渉計の形
態を備えている。光学時間領域反射法(OTDR)は、ファイバーのような対象に強い
短パルス光を投入し、時間に依存した光信号の背景による散乱を測定する。光学
周波数領域反射法(OFDR)では、周波数が既知のパターンで変化する単色光を対象
に照射し、周波数に依存した光信号の背景による散乱を測定する。ここで述べた
実施例と変形例では、波数依存の背景による散乱が波数kの関数として測定され
る。OTDRやOFDRの定義にならえば、本発明による分散干渉計の形態は、光学波数
領域反射法(OWRD)に分類できる。
The devices in the embodiments and the modifications of the first, second, third and fourth groups further have the form of a dispersive interferometer. Optical time domain reflection (OTDR) measures the scattering of a time-dependent light signal by a background by injecting a strong short pulse of light into an object such as a fiber. In the optical frequency domain reflection method (OFDR), a target is irradiated with monochromatic light whose frequency changes in a known pattern, and the scattering of the frequency-dependent optical signal due to the background is measured. In the embodiments and variants described here, the scattering due to the wavenumber-dependent background is measured as a function of the wavenumber k. According to the definitions of OTDR and OFDR, the form of the dispersive interferometer according to the present invention can be classified into optical wave number domain reflection method (OWRD).

【0290】 OWRD法を用いれば、露光時の全ての軸位置に対し、第1,3のグループの実施例
と変形例にある焦点内画像の振幅に対する感度が実質上同時に得られる。同じく
OWRD法を用いれば、第2,4のグループの実施例と変形例では、露光時に対象材料
画像処理サブシステムの光軸と実質的に直交する線領域の全水平位置に対し、焦
点内画像の振幅に対する感度が実質上同時に得られる。標準的な共焦干渉顕微鏡
システムの場合、焦点内画像の振幅に対して等価な感度を得るためには、対象材
料の軸あるいは水平方向で各々スキャンを行なわねばならない。
If the OWRD method is used, the sensitivity to the amplitude of the in-focus image in the first and third embodiments and the modified examples can be obtained substantially simultaneously for all the axial positions at the time of exposure. Same
Using the OWRD method, in the second and fourth embodiments and modifications, at the time of exposure, the horizontal position of the line region substantially orthogonal to the optical axis of the target material image processing subsystem is set to the horizontal position of the in-focus image. Sensitivity to amplitude is obtained substantially simultaneously. In the case of a standard confocal interference microscope system, in order to obtain equivalent sensitivity to the amplitude of the in-focus image, each scan must be performed in the axis or horizontal direction of the target material.

【0291】 第1,2のグループの実施例と変形例にある共焦干渉顕微鏡システムの際立った
特徴は、画像内の点アレイの情報が実質上同時に得られる点であり、従来の共焦
干渉顕微鏡に比べ、焦点外画像からの影響が抑制されている。共焦干渉顕微鏡は
、焦点外画像からの影響を抑制することによって対象の一次元、二次元、三次元
画像を採取するための光学的区分け手法として知られており、顕微鏡用の瞳孔関
数[M.Born, E.Wolfによる「光学の基礎」、第8.6.3章、423〜427ページ(Pergamo
n Press, New York), 1959年を参照]は特定用途においてコントラストを向上さ
せる手法として知られ、またDIPで用いるOWRDは位相の曖昧さを低減する手法と
して知られている。しかしながら、背景から生ずる系統的誤差と統計的誤差の両
方を低減する目的で、共焦干渉顕微鏡と瞳孔関数による補正とOWRDを同じシステ
ムで組合わせるというのは、本発明で初めて提示されたものと本発明者は理解し
ている。
A distinguishing feature of the confocal interference microscopy systems of the first and second groups of embodiments and variants is that the information of the point array in the image can be obtained substantially simultaneously and the conventional confocal interference The influence from the out-of-focus image is suppressed as compared with the microscope. Confocal interference microscopy is known as an optical segmentation technique for acquiring one-, two-, and three-dimensional images of an object by suppressing the effects of out-of-focus images, and a pupil function [M Born, E. Wolf, `` Basics of Optics, '' Chapter 8.6.3, pp. 423-427 (Pergamo
n Press, New York), 1959] is known as a technique for improving contrast in specific applications, and OWRD used in DIP is known as a technique for reducing phase ambiguity. However, in order to reduce both systematic and statistical errors arising from the background, combining confocal interference microscopy, pupil function correction and OWRD in the same system is the first presented in the present invention. The inventor understands.

【0292】 第3,4のグループの実施例と変形例にある共焦干渉顕微鏡の際立った特徴は、
画像内の各点アレイの情報が実質上同時に得られる点であり、従来の共焦干渉顕
微鏡に比べ、焦点外画像からの影響が抑制されている。共焦干渉顕微鏡は、焦点
外画像からの影響を抑制する手法として知られており、またDIPで用いるOWRDは
位相の不明瞭さを低減する手法として知られている。しかしながら、背景から生
ずる系統的誤差と統計的誤差を低減する目的で、共焦干渉顕微鏡とOWRDを同じシ
ステムで組合わせるというのは、本発明で初めて提示されたものと本発明者は理
解している。
The salient features of the confocal interference microscopes in the third and fourth embodiments and variants are:
This is a point at which information of each point array in the image can be obtained substantially simultaneously, and the influence from an out-of-focus image is suppressed as compared with the conventional confocal interference microscope. The confocal interference microscope is known as a technique for suppressing the influence from an out-of-focus image, and the OWRD used in DIP is known as a technique for reducing phase ambiguity. However, the inventor understands that combining a confocal interference microscope and an OWRD in the same system for the purpose of reducing systematic errors and statistical errors caused by the background was first presented in the present invention. I have.

【0293】 第5のグループの実施例と変形例にある共焦干渉顕微鏡の際立った特徴は、第1
,2のグループの実施例と変形例にある共焦干渉顕微鏡システムの際立った特徴と
同様で、画像内の各点アレイの情報が実質上同時に得られる点であり、従来の共
焦干渉顕微鏡に比べ、焦点外画像からの影響が抑制されている。
A distinguishing feature of the confocal interference microscopes in the fifth group of embodiments and variants is that
, Similar to the distinguishing features of the confocal interference microscope systems in the embodiment and the modification of the group 2 in that the information of each point array in the image can be obtained substantially at the same time. In comparison, the influence from the out-of-focus image is suppressed.

【0294】 このように、背景から生ずる系統的誤差と統計的誤差の両方を低減する目的で
、共焦干渉顕微鏡と瞳孔関数による補正を同じシステムで組合わせるというのは
、本発明で初めて提示されたものと本発明者は理解している。
Thus, the combination of confocal interference microscopy and pupil function correction in the same system for the purpose of reducing both systematic errors and statistical errors caused by the background is presented for the first time in the present invention. The inventor understands that

【0295】 焦点内画像のインパルス応答関数: 軸方向OWDR 図1aから1nに示す第一の実施形態は、前のセクションで述べた特徴の基本原理
を示すシステムとして選ばれたものであるが、この基本原理は、この明細書に開
示する第一の実施形態グループ4種すべての実施形態、ならびにその変形すべて
に適用できるものである。図1bに示すピンホール8と、図1h、1i、1mに示す空間
的フィルターピンホール18aは、光ビームのすべての光周波数に対する共焦干渉
システムの共役ピンホールであり、一方、図1j、1k、1nに示した検知器114の各
ピクセルは、図1aに示す分散的な検知器エレメント130aおよび130bの結果として
、光ビームのただ一つの光周波数成分のみを感知することができる。従来の技術
により得られる、アクセス可能な各軸方向の位置に適応した共焦シグナルと実質
的に同等なシグナルを、1組4個の露光に対する光周波数の関数として検知器114
が記録した強度から再構築することができる。これについて、以下の記述におい
て理論的に示す。このことは、この発明による装置によって、従来の技術による
焦点内共焦シグナルと同等のシグナルを軸方向位置の関数として同時に得ること
を実質的に意味する。これに反し、標準的な共焦顕微鏡システムでは、従来の技
術による共焦信号を軸方向位置の関数として得るためには、図1bおよび1cに示し
た対象物112の軸方向の物理的な走査を行なうことが必要である。
Impulse Response Function of In-Focus Image: Axial OWDR The first embodiment shown in FIGS. 1a to 1n was chosen as a system showing the basic principle of the features described in the previous section. The basic principle can be applied to all the four embodiments of the first embodiment group disclosed in this specification, as well as all of the modifications. The pinhole 8 shown in FIG.1b and the spatial filter pinhole 18a shown in FIGS.1h, 1i, 1m are conjugate pinholes of the confocal interference system for all optical frequencies of the light beam, while FIGS. 1j, 1k , 1n can sense only one optical frequency component of the light beam as a result of the dispersive detector elements 130a and 130b shown in FIG. 1a. A signal substantially equivalent to the confocal signal adapted for each accessible axial position obtained by the prior art is obtained as a function of the light frequency for a set of four exposures.
Can be reconstructed from the recorded intensities. This is shown theoretically in the following description. This substantially means that the device according to the invention simultaneously obtains a signal equivalent to the in-focus confocal signal according to the prior art as a function of the axial position. In contrast, in a standard confocal microscope system, to obtain the confocal signal according to the prior art as a function of the axial position, an axial physical scan of the object 112 shown in FIGS. It is necessary to perform

【0296】 非蛍光共焦走査顕微鏡には有用なモードとして、反射モードおよび透過モード
の2種類がある。[C.J.R. Sheppard, 「走査型光学顕微鏡」、Advances in optical
and electron microscopy, 10, (Academic, London, 1987):C.J.R. Sheppard,
A. Choudhury, Optica Acta, 24 (10), 1051-1073 ページ(1977)]。 実作業に於いて、反射モード顕微鏡により対象を軸方向に走査することにより、
光学的な切断をに行ない、3次元の画像を形成することは容易である。[C.J.R. S
heppard, C.J. Cogswell, J. Microscopy, 159 (Pt2), 179-194 ページ(1990):
C.J.R. Sheppard, T. Wilson, Optics Lett., 3, 115-117 ページ(1978):C.J.R
. Sheppard, D.K. Hamilton, I.J. Cox, Proc. R. Soc. Lond., A 387, 171-186
ページ(1983)]。
The non-fluorescent confocal scanning microscope has two useful modes, a reflection mode and a transmission mode. [CJR Sheppard, "Scanning Optical Microscope", Advances in optical
and electron microscopy, 10, (Academic, London, 1987): CJR Sheppard,
A. Choudhury, Optica Acta, 24 (10), 1051-1073 (1977)]. In actual operation, by scanning the object in the axial direction with a reflection mode microscope,
It is easy to make an optical cut to form a three-dimensional image. [CJR S
heppard, CJ Cogswell, J. Microscopy, 159 (Pt2), pp. 179-194 (1990):
CJR Sheppard, T. Wilson, Optics Lett., 3, 115-117 (1978): CJR
Sheppard, DK Hamilton, IJ Cox, Proc. R. Soc. Lond., A 387, 171-186.
Page (1983)].

【0297】 図5に示した3個の画像切断面を持つ共焦顕微鏡について考察する。図1aから1n
に示した源10、対象112、およびプローブビームならびに散乱プローブビームを
検知する検知器114を有するサブシステムの組合わせに対して、図5のレンズ1は
、図1bに示したサブシステム80のレンズ16、図1cに示したサブシステム81のレン
ズ26および36、ならびに図1cに示したサブシステム82のレンズ46の組合わせと同
等であり、図5のレンズ2は、図1fに示したサブシステム82のレンズ46と図1hに示
したサブシステム81aのレンズ26aの組合わせと同等であり、図5のレンズ3は、図
1hに示したサブシステム81aのレンズレンズ36aと図1jに示したサブシステム84の
レンズ66との組み合わせと同等である。図1aから1nに示した源10、対象112、お
よび参照ビームならびに反射参照ビームを検知する検知器114を含むサブシステ
ムの組合わせに対して、図5のレンズ1は、図1bに示したサブシステム80のレンズ
16、図1cに示したサブシステム81のレンズ26および36、ならびに図1eに示したサ
ブシステム83のレンズ56の組合わせと同等であり、図5のレンズ2は、図1gに示し
たサブシステム83のレンズ56と図1iに示したサブシステム81aのレンズ26aの組合
わせと同等であり、図5のレンズ3は、図1iに示したサブシステム81aのレンズレ
ンズ36aと図1kに示したサブシステム84のレンズ66との組み合わせと同等である
Consider a confocal microscope having three image sections as shown in FIG. Figures 1a to 1n
For the combination of the source 10, the object 112, and the subsystem shown in FIG. 5 having the detector 114 for detecting the probe beam and the scattered probe beam, the lens 1 of FIG. 5 is replaced by the lens of the subsystem 80 shown in FIG. 16, is equivalent to the combination of lenses 26 and 36 of subsystem 81 shown in FIG.1c, and lens 46 of subsystem 82 shown in FIG.1c, and lens 2 of FIG. The lens 46 of FIG. 5 is equivalent to the combination of the lens 46 of 82 and the lens 26a of the subsystem 81a shown in FIG.
This is equivalent to the combination of the lens 36a of the subsystem 81a shown in 1h and the lens 66 of the subsystem 84 shown in FIG. 1j. For the combination of the source 10 shown in FIGS. 1a to 1n, the object 112, and the subsystem including the detector 114 for detecting the reference beam and the reflected reference beam, the lens 1 of FIG. System 80 lens
16, equivalent to the combination of lenses 26 and 36 of subsystem 81 shown in FIG. 1c, and lens 56 of subsystem 83 shown in FIG. 1e, and lens 2 of FIG. 1 is equivalent to the combination of the lens 56 of FIG. 83 and the lens 26a of the subsystem 81a shown in FIG. 1i, and the lens 3 of FIG. 5 is the same as the lens 36a of the subsystem 81a shown in FIG. This is equivalent to the combination of the system 84 with the lens 66.

【0298】 ここで、4つの空間の光学的座標(υi、wi、ui)をそれぞれ、画像平面空間7A、
対象物112の空間あるいは参照鏡120の空間のいずれか、画像平面17aAの空間、な
らびに、i=1、0、2、3の検知器114の画像空間47Aと定義する。
Here, the optical coordinates (υi, wi, ui) of the four spaces are respectively represented by image plane spaces 7A,
Either the space of the object 112 or the space of the reference mirror 120, the space of the image plane 17aA, and the image space 47A of the detector 114 of i = 1, 0, 2, and 3 are defined.

【0299】[0299]

【数1】 (Equation 1)

【0300】 ここで、 sinαiは、i番目の空間の開口数であり、波数は、k=2π/λで
あり、λは真空中の放射線の波長であり、xi、yi、ziは、i番目の空間での
光路距離である。これらの光路距離は、以下のように定義される。
Here, sin α i is the numerical aperture of the i-th space, the wave number is k = 2π / λ, λ is the wavelength of radiation in vacuum, x i , y i , z i Is the optical path distance in the i-th space. These optical path distances are defined as follows.

【0301】[0301]

【数2】 (Equation 2)

【0302】 ここで、積分は夫々の光の光路に沿って行われ、n(xi' 、yi' 、zi' )
は、位置(xi' 、yi' 、zi' )での屈折率である。 共焦顕微鏡での画像は、画像を干渉性伝達関数によって記載できる干渉性顕微鏡
(coherent microscope)(シェパード及びチョウドハリー
、op.citを参照されたい)として挙動する。干渉性伝達関数は、インパル
ス応答関数のフーリエ変換である。かくして、第7図のシステムについての有効
な立体的インパルス応答関数he(v3,v0,v2,v1)は、以下のように表現できる。
Here, the integration is performed along the optical path of each light, and n (x i ′, y i ′, z i ′)
Is the refractive index at the position (x i ′, y i ′, z i ′). The image on the confocal microscope behaves as a coherent microscope (see Shepard and Chow Harry, op.cit), which can describe the image by a coherent transfer function. The coherent transfer function is a Fourier transform of the impulse response function. Thus, FIG. 7 effective steric impulse response function of the system h e (v 3, v 0 , v 2, v 1) can be expressed as follows.

【0303】[0303]

【数3】 (Equation 3)

【0304】 ここで、Here,

【0305】[0305]

【数4】 (Equation 4)

【0306】[0306]

【数5】 (Equation 5)

【0307】 であり、hi、Pi、Wiは、夫々、i番目の等価のレンズについてのインパルス
応答関数、瞳孔関数、及び波面収差関数である(1992年の応用光学誌第31
号(14)の第2541頁乃至第2549頁に記載されたM.グー及びC.J.
R.シェパードの論文の10乃至12を参照されたい)。jは、(−1)1/2
ある。インパルス応答関数は、点光源対象物に応じた画像bでの振幅である。位
相シフター14、24、24a、34、34a、及び44の関数を適当な瞳孔関
数Pi に組み込む。位相シフター14、24、24a、34、34a、及び44
の任意のアポダイゼイションの機能もまた、適当なPiに組み込まれている。
And h i , P i , and W i are the impulse response function, pupil function, and wavefront aberration function for the i-th equivalent lens, respectively (Applied Optics Journal 31st, 1992).
No. (14), pp. 2541 to 2549. Goo and C.I. J.
R. See Shepard's article 10-12). j is (-1) 1/2 . The impulse response function is the amplitude in the image b corresponding to the point light source target. Phase shifter 14,24,24a, 34,34a, and incorporates functions 44 in a suitable pupil function P i. Phase shifters 14, 24, 24a, 34, 34a, and 44
Function of any apodization of are also incorporated into the appropriate P i.

【0308】 立体的対象物が散乱分布t(v0)によって特徴付けられると仮定すると(19
89年の光学会誌Am.a,6(9)のC.J.R.シェパード及びX.Q.マ
オの論文を参照されたい)、単位容積当りの散乱は、以下の式によって屈折率n
に関連付けられるということが示される(1969年の光学誌の第1コラムの第
153頁乃至第156頁に記載されたE.ウルフの文献を参照されたい)。
Assuming that the three-dimensional object is characterized by a scattering distribution t (v 0 ) (19)
1989, Optical Journal Am. a, C. of 6 (9). J. R. Shepard and X. Q. (See Mao's paper), the scattering per unit volume is calculated by the following equation:
(See E. Wolf's reference in the first column of the Optical Magazine of 1969, pp. 153 to 156).

【0309】[0309]

【数6】 (Equation 6)

【0310】 n及びtは、一般的には複素数であり、式(5)のjは、無損失媒体中では散
乱波は直接波に対して位相が1/4周期(90°)ずれていることを考慮する。
多重散乱の効果は無視できるものと仮定する。更に、散乱していない放射線を無
視する。これは、直接的(散乱していない)放射線が画像に影響を及ぼさないた
め、反射モード顕微鏡について有効な仮定である。画像振幅は、対象物を構成す
る画素(elemental)スライスに亘って加算できる。これは、重ね合わ
せの原理が有効であるためである。更に、振幅分布A(v1)のインコヒーレント
な光源に亘って積分しなければならない。対象物への入射放射線及び対象物によ
って反射/散乱された放射線の両方について、対象物での放射線の減衰を考慮に
入れた減衰関数a(v0)もまた含まれていなければならない。
[0310] n and t are generally complex numbers, and j in equation (5) indicates that in a lossless medium, the scattered wave has a phase shifted by 1/4 cycle (90 °) with respect to the direct wave. Consider that.
It is assumed that the effects of multiple scattering are negligible. In addition, it ignores unscattered radiation. This is a valid assumption for reflection mode microscopy because direct (non-scattered) radiation does not affect the image. The image amplitude can be added over the elemental slices that make up the object. This is because the principle of superposition is effective. Furthermore, integration must be performed over the incoherent light source of the amplitude distribution A (v 1 ). For both radiation incident on the object and radiation reflected / scattered by the object, an attenuation function a (v 0 ) must also be included that takes into account the attenuation of the radiation at the object.

【0311】 分散検出器エレメント130a及び130bを含むレンズのインパルス応答関
数は、以下の式によって与えられる。
[0311] The impulse response function of the lens including the dispersion detector elements 130a and 130b is given by:

【0312】[0312]

【数7】 (Equation 7)

【0313】 ここで、Here,

【0314】[0314]

【数8】 (Equation 8)

【0315】[0315]

【数9】 (Equation 9)

【0316】 そしてG3(k, v3)は、図1aに示す散乱検知器エレメント130aおよび130bに対する
分散的瞳孔関数である。式(7a)のu項との対応に関連して生じる式(7b)および(7c
)のuの符号の変化は、v0空間において発生する反射が原因である。 したがって、空間的フィルターピンホール18aの画像平面17a内の散乱プローブビ
ームUSの振幅は、次のようになる。
G3 (k, v3) is the distributed pupil function for the scatter detector elements 130a and 130b shown in FIG. 1a. Equations (7b) and (7c) that occur in relation to the correspondence with the u term in equation (7a)
The change in the sign of u in) is due to reflection occurring in the v0 space. Therefore, the amplitude of the scattered probe beam U S in the image plane 17a of the spatial filter pinhole 18a is:

【0317】[0317]

【数10】 (Equation 10)

【0318】 ここで、R1とT1はそれぞれビームスプリッター100の反射係数および透過係数で
ある。 式(6a)および式(6b)を式(8)に代入すれば、US(v2)は次式により表される。
Here, R1 and T1 are a reflection coefficient and a transmission coefficient of the beam splitter 100, respectively. By substituting Equations (6a) and (6b) into Equation (8), US (v 2 ) is represented by the following equation.

【0319】[0319]

【数11】 [Equation 11]

【0320】 振幅US(v2)は、この発明による装置において図1hに示す空間的フィルターピンホ
ール18aにおける複素散乱振幅を表す。式(3)により与えられるインパルス応答関
数、he((v3,v2,v0,v1)の性質から、図1jに示す検知器114における画像平面47内
の複素散乱振幅US(v3)は、それぞれ図1hおよび1jに示すレンズ36aとレンズ66の
組合わせに対するインパルス応答関数、h3(v3‐v2)ならびに図1aに示す検知器エ
レメント130aおよび130bに対するUS(v2)の畳み込み演算により求めることができ
る。画像平面47の光学的座標はv3により与えられる。
The amplitude US (v2) represents the complex scattering amplitude at the spatial filter pinhole 18a shown in FIG. 1h in the device according to the invention. From the properties of the impulse response function given by equation (3), he ((v3, v2, v0, v1), the complex scattering amplitude US (v3) in the image plane 47 in the detector 114 shown in FIG. The impulse response function for the combination of the lens 36a and the lens 66 shown in 1h and 1j, h3 (v3-v2), and the convolution operation of US (v2) for the detector elements 130a and 130b shown in FIG. 1a can be obtained. The optical coordinates of plane 47 are given by v3.

【0321】[0321]

【数12】 (Equation 12)

【0322】 ここで、t2(v2)は空間的フィルターピンホール18aの透過関数である。透過モー
ドの共焦顕微鏡のUS(v3)に適する式は、z0=0、すなわちexp(j2kz0)=1とおいて、
式(10)から求めることができる。
Here, t2 (v2) is a transmission function of the spatial filter pinhole 18a. An equation suitable for US (v3) of a transmission mode confocal microscope is z0 = 0, that is, exp (j2kz0) = 1,
It can be obtained from equation (10).

【0323】 この発明による装置を使用した場合に、対象の平面横方向断面による散乱より
求められる干渉シグナル振幅の観測値を吟味することにより余分な煩雑さを伴う
ことなく、OWDRの重要な特徴を容易に示すことができる。このことを考慮に入れ
、先ず、任意の3次元散乱対象の平面横方向断面に対する共焦干渉顕微鏡の応答
について考える。ここで、参照鏡は横方向平面反射体で、点光源を持ち、領域1
、2、3、4における屈折率は1であるものとする。
When using the apparatus according to the present invention, by examining the observed values of the amplitude of the interference signal obtained from the scattering by the plane transverse cross section of the object, the important features of the OWDR can be obtained without extra complexity. Can be easily shown. Taking this into account, first consider the response of the confocal interference microscope to a plane transverse section of any three-dimensional scattering object. Here, the reference mirror is a horizontal plane reflector, has a point light source,
, 2, 3, and 4 have a refractive index of 1.

【0324】 参照鏡の軸方向位置および散乱対象の横方向断面を、それぞれz0,Rおよびz0,s
とし、図1kに示す検知器114における画像平面内の反射された参照ビームの振幅
をURとする。URは、式(10)の変数を適当に変化させることに求めることができる
。散乱対象物体の与えられた横方向断面に対する検知器114からの出力電流Iは、
次の形となる。
The axial position of the reference mirror and the transverse cross section of the scattering object are denoted by z0, R and z0, s, respectively.
Let UR be the amplitude of the reflected reference beam in the image plane at detector 114 shown in FIG. 1k. UR can be obtained by appropriately changing the variables in equation (10). The output current I from the detector 114 for a given transverse section of the object to be scattered is
It has the following form:

【0325】[0325]

【数13】 (Equation 13)

【0326】 これを展開すれば、By expanding this,

【0327】[0327]

【数14】 [Equation 14]

【0328】 f3は検知器の領域3の焦点距離であり、m3は分散的検知器エレメント130aおよび1
30bに使用する回折オーダーに特有の空間周波数のυ3成分であり、(Φs−Φr)は
z0,s=z0,RにおけるUSとUR間の位相差であり、χは図1eおよび1gに示したサブシ
ステム83の干渉計の参照レッグの位相シフターによりもたらされる位相シフトで
ある。 式(11b)を検討することにより、スケールおよび位相のファクターが一定であれ
ば、式(11b)の散乱振幅US(z0,S,υ3,w3)に比例する項は、χの異なる4点の値に
おけるI(z0,R,z0,S,υ3,w3,χ)を測定することにより求めることができる。χの
望ましい4点の値の値としては、χ=χ0、χ0+π、χ+(π/2)およびχ0+(3π/2)
である。i=1、2、3、4それぞれに対応する4個の出力電流Iiの値の組合わせは、
次の式により求められる。
F3 is the focal length of detector area 3 and m3 is the dispersive detector elements 130a and 1
Υ3 component of the spatial frequency specific to the diffraction order used for 30b, and (Φs−Φr) is
is the phase difference between US and UR at z0, s = z0, R, and χ is the phase shift caused by the phase shifter of the reference leg of the interferometer of subsystem 83 shown in FIGS. 1e and 1g. By examining equation (11b), if the scale and phase factors are constant, the term proportional to the scattering amplitude US (z0, S, υ3, w3) in equation (11b) is It can be obtained by measuring I (z0, R, z0, S, υ3, w3, χ) in the value.望 ま し い = 望 ま し い 0, χ0 + π, χ + (π / 2) and χ0 + (3π / 2)
It is. The combination of the values of the four output currents Ii corresponding to i = 1, 2, 3, and 4, respectively, is
It is obtained by the following equation.

【0329】[0329]

【数15】 (Equation 15)

【0330】[0330]

【数16】 (Equation 16)

【0331】 ΔIに対する複素式は次のように定義される。The complex expression for ΔI is defined as follows.

【0332】[0332]

【数17】 [Equation 17]

【0333】 或いは、式(13a)および(13b)を代入すると次のようになる。Alternatively, the following is obtained by substituting the expressions (13a) and (13b).

【0334】[0334]

【数18】 (Equation 18)

【0335】 軸方向の厚みが有限である散乱対象物体に対して、対応するシグナルΔI(z0,R,
υ3,w3)は、ΔI(z0,R,z0,S,υ3,w3,)をz0,Sについて積分することにより求めら
れる。式(15)を用いて、ΔI(z0,R,υ3,ω3)は軸方向の厚みが有限である散乱対
象物体に対して次のように表すことができる。
For a scattering target object having a finite axial thickness, the corresponding signal ΔI (z0, R,
υ3, w3) is obtained by integrating ΔI (z0, R, z0, S, υ3, w3,) with respect to z0, S. Using equation (15), ΔI (z0, R, υ3, ω3) can be expressed as follows for a scattering target object having a finite axial thickness.

【0336】[0336]

【数19】 [Equation 19]

【0337】 結果として得られるシグナルΔI(z0,R,υ3,w3)は、ΔI(z0,,R,υ3,w3)をυ3の関
数として測定することにより波数kの関数として測定される。 式(16)を吟味することにより次のことが分かる。すなわち、スケールファクター
を一定とすれば、観測される量ΔIは、散乱振幅USと反射された参照振幅URの積
のフーリエ変換である。従来の技術による共焦干渉顕微鏡でも対象物体に関する
同様の情報を獲得することができる。この発明による装置によれば、z0方向の軸
方向位置のアレイにおける対象物体に関し、ΔI(z0,R,υ3,w3)により表される情
報は、対象物体の走査を必要とせず、独立して時系列的に獲得される4点の測定
値のセットから求めることができる。これに対して、従来の技術による共焦干渉
顕微鏡で同様の4点の独立した測定を行なうためには、z0方向の軸方向位置アレ
イの各軸方向の位置に対して、対象物体を走査しなければならない。したがって
、この発明による装置を使用すれば、対象物体に関するΔI(z0,R,υ3,w3)により
表される情報を、従来の技術による干渉共焦顕微鏡よりも迅速に得ることができ
るのである。この発明のこのような特徴により、一つには電流の測定に際して統
計的な制度を上げることができ、また、対象物体の運動による影響の度合を軽減
することができる。
The resulting signal ΔI (z0, R, υ3, w3) is measured as a function of wavenumber k by measuring ΔI (z0,, R, υ3, w3) as a function of υ3. Examination of equation (16) reveals the following. That is, given a constant scale factor, the observed quantity ΔI is the Fourier transform of the product of the scattering amplitude U S and the reflected reference amplitude U R. Similar information about the target object can also be obtained with a confocal interference microscope according to the prior art. According to the device according to the invention, for the target object in the array of axial positions in the z0 direction, the information represented by ΔI (z0, R, υ3, w3) does not require scanning of the target object and independently It can be determined from a set of four measurements taken in chronological order. On the other hand, in order to perform the same four independent measurements with a confocal interference microscope according to the conventional technology, the target object is scanned for each position in the axial direction of the axial position array in the z0 direction. There must be. Therefore, by using the apparatus according to the present invention, information represented by ΔI (z0, R, υ3, w3) regarding the target object can be obtained more quickly than the conventional interference confocal microscope. These features of the present invention, in part, can increase the statistical accuracy of the current measurement and reduce the effect of movement of the target object.

【0338】 フーリエ変換した散乱振幅の性質「 焦点内画像のインパルス応答関数」のセクションに示したように、測定された強
度Iiから、式(16)によりΔIを求めることができる。式(16)は、散乱振幅USと反
射された参照振幅URの積のフーリエ変換である。したがって、散乱対象物体その
ものに関する情報は、波数kについてΔI(z0,R,υ3,w3)の逆フーリエ変換F-1(ΔI
)を計算することにより求められる。すなわち、
As shown in the section “Impulse Response Function of In-Focus Image” on the nature of the Fourier-transformed scattering amplitude, ΔI can be obtained from the measured intensity Ii according to equation (16). Equation (16) is a Fourier transform of the product of reference amplitude U R which is reflected and scattered amplitude US. Therefore, the information on the scattering target object itself is based on the inverse Fourier transform F-1 (ΔI (z0, R, υ3, w3) of the wavenumber k.
) Is calculated. That is,

【0339】[0339]

【数20】 (Equation 20)

【0340】 式(16)により与えられるΔIの式を式(17)に代入することにより、次のような散
乱振幅USと反射された参照振幅URの積が得られる。
By substituting the equation for ΔI given by equation (16) into equation (17), the following product of the scattering amplitude U S and the reflected reference amplitude UR is obtained.

【0341】[0341]

【数21】 (Equation 21)

【0342】 | US|exp(-jΦS)を式(18)に基づくF-1(ΔI)から計算するには、[F-1(ΔI)]/4に
[| UR|exp(jΦR)]-1を乗ずるのが好ましく、ここで、反射振幅| UR|exp(jΦR)は
独立した測定値のセットにより求められる。参照した計算において、ΦSおよび
ΦS,0に対する対象物体以外によるすべての影響と関連づけてΦRの値を知ること
が重要である。| UR|exp[j(ΦR-ΦS,0)]を決定する方法は3種類の異なるタイプ
の測定からなっている。第一のタイプの測定は、対象物体112をを既知の反射性
質を持つ平らな反射表面で置き換え、対応する複素量ΔIを測定する方法である
。第一のタイプの測定方法で得られた対応する複素量ΔIから、|UR||US,0| exp[
j(ΦR-ΦS,0)]の測定値が求められる。ここで、|US,0|は|US|に対する対象物体
以外のすべての影響を表している。第二のタイプの測定は、対象物体が存在しな
い状態で、Iiの一つを測定する方法である。対象物体が存在しない状況で測定さ
れたIiから、|UR|2の測定値が求められる。第三のタイプの測定は、参照鏡が存
在しない状態で、対象物体112を既知の反射性質を持つ平らな反射表面で置き換
えて測定する方法である。参照鏡がない状態で、対象物体112を既知の反射性質
を持つ平らな反射表面で置き換えて測定して得られたIiから、|US,0|2の測定値
が求められる。3個の測定値、|UR||US,0| exp[j(ΦR-ΦS,0)]、|UR|2、および|U
S,0|2は、F-1(ΔI)から|US|exp(‐jΦS)を計算する時に使用される[|UR| exp[j(
ΦR-ΦS,0)]]-1を決定するために必要な情報を含んでいる。
| U s | exp (-jΦS) is calculated from F-1 (ΔI) based on equation (18) by [F-1 (ΔI)] / 4
Preferably, it is multiplied by [| U R | exp (jΦR)]-1, where the reflection amplitude | U R | exp (jΦR) is determined by a set of independent measurements. In the referenced calculations, it is important to know the value of ΦR in relation to Φ S and Φ S, 0 with all effects other than the target object. The method for determining | U R | exp [j (ΦR-ΦS, 0)] consists of three different types of measurements. The first type of measurement is a method in which the target object 112 is replaced by a flat reflective surface with known reflective properties and the corresponding complex quantity ΔI is measured. From the corresponding complex quantity ΔI obtained by the first type of measurement method, | UR || US, 0 | exp [
j (ΦR−ΦS, 0)]. Here, | US, 0 | represents all effects other than the target object on | US |. The second type of measurement is a method of measuring one of Ii in the absence of a target object. The | UR | 2 measurement value is obtained from Ii measured in a situation where the target object does not exist. A third type of measurement is a method in which the target object 112 is replaced with a flat reflective surface having known reflective properties in the absence of a reference mirror. | I, 0 | 2 is obtained from Ii obtained by replacing the target object 112 with a flat reflective surface having known reflective properties in the absence of a reference mirror. | UR || US, 0 | exp [j (ΦR-ΦS, 0)], | UR | 2, and | U
S, 0 | 2 is used when calculating | US | exp (-jΦS) from F-1 (ΔI) [| UR | exp [j (
ΦR-ΦS, 0)]]-1 contains the information needed to determine.

【0343】 上述した手順により決定される|UR| exp[j(ΦR-ΦS,0)]の精度は、一つには、
この発明による装置が持つ固有のバックグランド、すなわち、対象物体には関係
なく装置そのものによるバックグラウンドのレベルにより影響される。上述の方
法は、|US,0|2、したがって、この発明による装置の干渉計の対象物体アームに
対するインパルス応答関数のキャラクタライズにも活用することができることに
注意する必要がある。
The accuracy of | UR | exp [j (ΦR−ΦS, 0)] determined by the above-described procedure is, in part,
It is affected by the inherent background of the device according to the invention, ie the background level of the device itself irrespective of the target object. It should be noted that the method described above can also be used to characterize the impulse response function for the target object arm of the interferometer of the device according to the invention, | US, 0 | 2.

【0344】 この発明による装置の軸方向の解像度は、軸方向の解像度が、与えられた波長
に対してこの発明による装置の開口数により定められる値を超える場合には、容
易に評価することができる。このような条件に対して、画像を乱したり混乱させ
たりすることのないような、本質的ではない細部を無視して、軸方向の解像度を
評価するために以下のような仮定を行なうことにより簡略化する。|UR||US|およ
び(ΦS-ΦR)がk-からk+の区間での変動が無視できる程度のものであると仮定し
、さらに、源のスペクトルが、この範囲Λ(k,k+,k-)において三角関数であると
仮定すれば、式(17)のk'についての積分は次のようなクローズドフォームとして
算出される。
The axial resolution of the device according to the invention can easily be evaluated if the axial resolution exceeds the value defined by the numerical aperture of the device according to the invention for a given wavelength. it can. For these conditions, make the following assumptions to evaluate axial resolution, ignoring non-essential details that will not disturb or confuse the image: To simplify. | UR || US | and (ΦS-ΦR) are assumed to have negligible fluctuations in the interval from k- to k +, and furthermore, if the spectrum of the source is in this range Λ (k, k +, k Assuming a trigonometric function in-), the integral for k 'in equation (17) is calculated as a closed form as follows.

【0345】[0345]

【数22】 (Equation 22)

【0346】 ここで、Here,

【0347】[0347]

【数23】 (Equation 23)

【0348】 式(19)より、|US|は軸方向空間解像度に基づいて次のように表せる。[0348] From Expression (19), | US | can be expressed as follows based on the axial spatial resolution.

【0349】[0349]

【数24】 (Equation 24)

【0350】 または、波長に基づいて次のように表せる。Alternatively, it can be expressed as follows based on the wavelength.

【0351】[0351]

【数25】 (Equation 25)

【0352】 ここで、Here,

【0353】[0353]

【数26】 (Equation 26)

【0354】 白色光線フリンジパターン 単一の反射表面である散乱対象の例として、与えられた波長に対するこの発明に
よる装置の開口数により決定される軸方向解像度を超える時には、ΔIは典型的
な白色光線フリンジパターンを示す。したがって、このような状況では、参照反
射面と対象反射面の相対的な位置は、式(22a)または式(22b)により与えられる軸
方向解像度と同等の軸方向解像度により容易に識別することができる。これは、
フリンジパターンのピークを最大振幅の位置に持って行くか、白色光線フリンジ
パターン包絡線に持って行くか、あるいは、その他のコントラストの参照となる
位置に持って行くことにより直接実現することができる。(前掲のL. Deck およ
びP. de Grootによる参照文書を参照。) 焦点内画像に対するインパルス応答関数: 横断OWDR 実施形態の第二のグループの第五の実施形態は、「バックグラウンドの補償」とい
う題名のセクションに記述された基本的特徴を示すシステムとして選ばれたもの
であるが、この基本は第二グループの実施形態ならびにその変形のすべてに対し
て適用されるものである。第五の実施形態である、OWDRを使用する共焦干渉顕微
鏡システムのインパルス応答関数は、第一の実施形態に関する前述のセクション
で導いたインパルス応答関数から容易に求めることができる。第一の実施形態に
おける瞳孔関数Piを対応する第五の実施形態の瞳孔関数で置き換えればよく、こ
の第五の実施形態の瞳孔関数Piは、分散的なエレメント130a、130b、130c、なら
びに130dを含んでいる。(図1aa、2aa、3aa、4aa参照。) 式(16)を吟味することにより次のことが分かる。すなわち、スケールファクター
を一定とすれば、観測される量ΔIは、散乱振幅USと反射された参照振幅URの積
のフーリエ変換である。従来の技術による共焦干渉顕微鏡でも対象物体に対する
同様の情報を獲得することができる。この発明による装置によれば、横方向断面
平面の横方向位置のアレイにおける対象物体に関する、ΔI(z0,S, z0,R,υ3,w3)
により表される情報は、対象物体の走査を必要とせず、独立して時系列的に獲得
される4点の測定値のセットから求めることができる。これに対して、従来の技
術による共焦干渉顕微鏡で同様の4点の独立した測定を行なうには、横方向断面
平面の横方向位置のアレイの各横方向位置にに対して、対象物体を走査しなけれ
ばならない。したがって、この発明による装置を使用すれば、対象物体に関する
ΔI(z0,S, z0,R,υ3,w3)により表される情報を、従来の技術による干渉共焦顕微
鏡よりも迅速に得ることができるのである。この発明のこのような特徴により、
一つには、電流の測定に際して、統計的な精度を上げ、対象物体の運動による影
響の度合を軽減することができるのである。
White Light Fringe Pattern As an example of a single reflective surface scattering object, ΔI exceeds a typical white light when exceeding the axial resolution determined by the numerical aperture of the device according to the invention for a given wavelength. 3 shows a fringe pattern. Therefore, in such a situation, the relative positions of the reference reflecting surface and the target reflecting surface can be easily identified by an axial resolution equivalent to the axial resolution given by equation (22a) or (22b). it can. this is,
This can be directly realized by taking the peak of the fringe pattern to the position of the maximum amplitude, to the fringe pattern envelope of the white light beam, or to another reference position for contrast. (See reference document by L. Deck and P. de Groot, supra.) Impulse Response Function for In-Focus Images: A fifth embodiment of the second group of transverse OWDR embodiments is referred to as "background compensation". Although selected as a system exhibiting the basic features described in the title section, this basic applies to all of the second group of embodiments and variations thereof. The impulse response function of the fifth embodiment, a confocal interference microscope system using OWDR, can be easily determined from the impulse response function derived in the previous section on the first embodiment. The pupil function Pi of the first embodiment may be replaced by the corresponding pupil function of the fifth embodiment, and the pupil function Pi of the fifth embodiment replaces the dispersive elements 130a, 130b, 130c, and 130d. Contains. (See FIGS. 1aa, 2aa, 3aa, and 4aa.) Examining equation (16) reveals the following. That is, given a constant scale factor, the observed quantity ΔI is the Fourier transform of the product of the scatter amplitude U S and the reflected reference amplitude U R. Similar information on the target object can be obtained even with a confocal interference microscope according to the related art. According to the device according to the invention, ΔI (z0, S, z0, R, υ3, w3) for the object in the array of lateral positions in the transverse cross-sectional plane
The information represented by can be determined from a set of four measurement values that are acquired independently and in chronological order without the need to scan the target object. On the other hand, in order to perform a similar independent measurement of four points using a confocal interference microscope according to the related art, the target object must be positioned at each lateral position of the array of lateral positions on the lateral sectional plane. Must be scanned. Therefore, by using the apparatus according to the present invention, the information represented by ΔI (z0, S, z0, R, υ3, w3) regarding the target object can be obtained more quickly than the conventional interference confocal microscope. You can. With such features of the invention,
For one thing, when measuring the current, the statistical accuracy can be increased and the degree of the influence of the movement of the target object can be reduced.

【0355】 焦点外画像の振幅 検出器焦合画像平面47での焦点外ビームUBの振幅は、フレネル積分C(z
)及びS(z)に関して表現できる。これらの積分は以下のように定義される。
[0355] The amplitude of the out-of-focus beam U B of out of focus amplitude detector-focus image plane 47 of the image Fresnel integral C (z
) And S (z). These integrals are defined as follows:

【0356】[0356]

【数27】 [Equation 27]

【0357】 [Abramowitz、Stegun、Handbook of Mathematical Functons、(Nat. Bur. of St
andards、 Appl. Math. Ser. 55)、セクション7.3. 300-302ページ、1964参照
。] v1=(0,0,0)の位置にある点光源8に対して、UBは次のように書き表せる。
[Abramowitz, Stegun, Handbook of Mathematical Functons, (Nat. Bur. Of St.
andards, Appl. Math. Ser. 55), section 7.3. pages 300-302, 1964. For a point light source 8 at v1 = (0,0,0), UB can be written as:

【0358】[0358]

【数28】 [Equation 28]

【0359】 ここで、f2は図5に示した領域2の焦点距離はであり、(x2, y2, zB)は画像平面57
における焦点外座標、(AB/f2)はレンズ2の出口瞳孔における焦点外ビームの振幅
である。
Here, f2 is the focal length of the area 2 shown in FIG. 5, and (x2, y2, zB) is the image plane 57.
, And (AB / f2) is the amplitude of the out-of-focus beam at the exit pupil of the lens 2.

【0360】[0360]

【数29】 (Equation 29)

【0361】 ξ2およびη2はレンズ2の出口瞳孔の座標である(BornおよびWolfによる前掲書の
セクション8.8.1に記載される回折の理論から導かれる)。レベル2の判別、m=2、
位相シフター14、24、34の位相シフターエレメントのアポダイゼイションはない
という条件で、ξ2からη2まで積分した結果は、
Ξ2 and η2 are the coordinates of the exit pupil of lens 2 (derived from the theory of diffraction described in section 8.8.1 of Born and Wolf, supra). Level 2 discrimination, m = 2,
Under the condition that there is no apodization of the phase shifter elements of phase shifters 14, 24 and 34, the result of integration from ξ2 to η2 is

【0362】[0362]

【数30】 [Equation 30]

【0363】 ここで、Here,

【0364】[0364]

【数31】 (Equation 31)

【0365】 aはξ2およびη2方向における位相シフトエレメントの幅である。例えば、υ2方
向、m=2、位相シフター14、24、34の位相シフターエレメントのアポダイゼイシ
ョンはないという条件でレベル1判別を行なった結果は、
A is the width of the phase shift element in the ξ2 and η2 directions. For example, in the υ2 direction, m = 2, the result of performing the level 1 determination under the condition that there is no apodization of the phase shifter elements of the phase shifters 14, 24, 34 is as follows.

【0366】[0366]

【数32】 (Equation 32)

【0367】 ビームB52D-1、‐2、‐3、‐4の各々に対するレベル1判別のための|UB(V2)|2の
例を、Y2=0、Z2=50λ(f2/d0)2の時の(x2d0/λf2)の関数として図6に示す。 図6を吟味すれば、この発明による装置は、従来の技術による干渉共焦顕微鏡
に比べて焦点外画像からのバックグラウンドに対する感受性が減少する理由は明
らかとなる。従来の技術による干渉共焦顕微鏡が、UBに対して敏感であるのに反
し、この発明による装置では、UBのx2およびy2に関する導関数を1次的な影響
を受ける。これは、画像平面17aにおけるURの空間的性質が逆対称であること
による。フレネルインターナルの性質を利用して[Abramowitx、Stegunによる前
掲書参照]、空間的フィルターピンホール18aにおける(URB *+U* RB)の光周
波数の成分の積分が、従来の技術による共焦干渉顕微鏡の場合も、ここに開示す
る発明の場合も共に、表1に記述した通りに行動することを証明することが可能
である。なお、この積分値は対応する検知器ピンホールについて対応する(UR B * +U* RB)を積分した値に充分近似している。
| UB (V2) | 2 for level 1 discrimination for each of beams B52D-1, -2, -3, and -4
An example is shown in FIG. 6 as a function of (x2d0 / λf2) when Y2 = 0 and Z2 = 50λ (f2 / d0) 2. Examination of FIG. 6 shows that the apparatus according to the present invention is an interference confocal microscope according to the prior art.
The reason why the sensitivity to background from out-of-focus images is reduced compared to
Become clear. While conventional interference confocal microscopes are sensitive to UB,
However, in the device according to the present invention, UBFirst-order effects on derivatives of x2 and y2
Receive. This is because U in the image plane 17aRThat the spatial properties of are antisymmetric
by. Utilizing the nature of Fresnel Internals [Abramowitx, formerly by Stegun
See the book], in the spatial filter pinhole 18a (URUB *+ U* RUB)
The integration of the wave number components is also shown here for the confocal interference microscope according to the prior art.
In both cases, it is possible to prove that they act as described in Table 1.
It is. Note that this integrated value corresponds to the corresponding detector pinhole (URU B * + U* RUB) Is sufficiently close to the integrated value.

【0368】[0368]

【表1】 [Table 1]

【0369】 U*はUの複素共役を示し、積分は、URがレベル1の判別に対してx2に関して逆
対称であり、レベル2の判別に対してはx2およびy2両者が逆対称である位置を中
心とした区間の積分である。
U * indicates the complex conjugate of U, and the integration is such that U R is anti-symmetric with respect to x 2 for level 1 discrimination, and x 2 and y 2 are anti-symmetric for level 2 discrimination. This is the integral of a section around a certain position.

【0370】 位相シフター14、24、34の位相シフターエレメントのアポダイゼイションを行
ない、UBのx2およびy2についての導関数の大きさを減少させれば、この発明に
よる装置を使用して、焦点外画像からのバックグラウンドに対する判別が表1に
示したれべるを超えるように改良することができる。アポダイゼイション数T2(
ξ2, η2)を考えて、
[0370] subjected to apodization of the phase shifter elements of phase shifters 14, 24, 34, if reducing the magnitude of the derivative of the x2 and y2 of the U B, using the apparatus according to the invention, The discrimination against the background from the out-of-focus image can be improved so as to exceed that shown in Table 1. Apodization number T2 (
ξ2, η2),

【0371】[0371]

【数33】 [Equation 33]

【0372】 レベル2判別、m=2に対してξ2およびη2について積分した結果は、The result of integrating the 22 and η2 for the level 2 discrimination and m = 2 is

【0373】[0373]

【数34】 (Equation 34)

【0374】 ここで、Here,

【0375】[0375]

【数35】 (Equation 35)

【0376】 フレネルインターナルの性質を利用して[Abramowitx、Stegunによる前掲書参
照]、空間的フィルターピンホール18aにおける(URB *+U* RB)の光周波数の
成分の積分が、ここに開示する発明の式(31)により与えられるアポダイゼイショ
ンを行なうレベル2の判別ならびに、|sin(ξ2π /a)|のξ2に依存するアポダイ
ゼイションは行なうががη2方向のアポダイゼイションは行なわないレベル2の判
別に対する表1の記述通りの結果が得られることを証明することが可能である。
この積分値は対応する検知器ピンホールについて対応する(URB *+U* RB)を
積分した値に充分近似している。
[0376] Using the properties of Fresnel internals [Abramowitx, see ibid according Stegun], the integral component of the optical frequency of the spatial filter pinhole 18a (U R U B * + U * R U B) The discrimination of level 2 for performing the apodization given by the equation (31) of the invention disclosed herein, and the apodization depending on ξ2 of | sin (ξ2π / a) | It is possible to prove that the result as described in Table 1 is obtained for the level 2 discrimination without apodization.
This integration value is sufficiently approximate to the value obtained by integrating the corresponding for the corresponding detector pinholes (U R U B * + U * R U B).

【0377】 この発明を実施する装置の重要な特徴は、画像平面67で検知される、波数的に
フィルターされ、空間的にされ、反射された参照ビームと波数的にフィルターさ
れ、空間的にされたバックグラウンドビームの干渉項を、焦点外画像の源の独立
した体積エレメントの各々に対し強力に低減する効果があるということである。
したがって、上記低減の結果、統計的な誤差と共に焦点外画像からのバックグラ
ウンドにより発生する系統誤差も大幅に削減できるのである。
An important feature of the apparatus embodying the present invention is that it is wavenumber filtered, spatially filtered, wavenumber filtered and spatially filtered with the reflected reference beam detected at image plane 67. The effect of this is to strongly reduce the background beam interference term for each independent volume element of the source of the out-of-focus image.
Therefore, as a result of the reduction, the systematic error generated by the background from the out-of-focus image can be significantly reduced as well as the statistical error.

【0378】 また、この発明による装置によれば、焦点外画像にからのバックグラウンドに
対する感度が、従来の技術による干渉共焦顕微鏡に比較して減少することができ
るという効果については、横方向の切断力という観点からも評価することができ
る。従来の技術による干渉共焦顕微鏡においては、反射された参照振幅と焦点外
画像からのバックグラウンドとの間の交差項に起因するエラーシグナルがzBによ
り影響される度合は、焦点外画像の強度に対して検知されされるバックグラウン
ドに起因するエラーシグナルが影響される度合に比較して、1桁低いのである。
Further, according to the apparatus according to the present invention, the effect that the sensitivity to the background from the out-of-focus image can be reduced as compared with the interference confocal microscope according to the related art is described in the horizontal direction. It can also be evaluated from the viewpoint of cutting force. In prior art interference confocal microscopy, the degree to which the error signal due to the cross term between the reflected reference amplitude and the background from the out-of-focus image is affected by zB depends on the intensity of the out-of-focus image. This is an order of magnitude lower than the degree to which the background detected error signal is affected.

【0379】 統計的誤差 随意の立体走査対象物112の平らな横方向区分に対する本発明の装置の応答
を考える。所与の走査対象物112の平らな横方向区分についての検出器のピク
セルからの出力電流Iは、以下の式に示す形態である。
Statistical Error Consider the response of the device of the present invention to an optional flat lateral section of the stereoscopic scanned object 112. The output current I from the detector pixel for a given lateral section of the scanned object 112 is of the form:

【0380】[0380]

【数36】 [Equation 36]

【0381】 ここで、積分∬pは、ピクセルの領域に亘って実行され、χは、位相シフター4
4によって導入された位相シフトである。強度の差I1−I2及びI3−I4は以下
の通りである。
Here, the integration ∬ p is performed over the area of the pixel, and χ is the phase shifter 4
4 is the phase shift introduced by FIG. The intensity differences I 1 -I 2 and I 3 -I 4 are as follows.

【0382】[0382]

【数37】 (37)

【0383】 ここで、Ipは、以下の式によって定義される。Here, I p is defined by the following equation.

【0384】[0384]

【数38】 (38)

【0385】 ∬p(URS *+UR *S)dx3dy3及びj∬p(URS *−UR *S)dx3dy3 についての統計的誤差は、夫々、以下のように表現できる。[0385] Statistical error for ∬ p (U R U S * + U R * U S) dx 3 dy 3 and j∬ p (U R U S * -U R * U S) dx 3 dy 3 , respectively , Can be expressed as follows.

【0386】[0386]

【数39】 [Equation 39]

【0387】 式(37a)及び(37b)の導出においてはσ2(∬p|UR2dx3dy3)=
p|UR2dx3dy3及びσ2(∬p|UB2dx3dy3)=∬p|UB2dx3
dy3、即ちシステムの統計的ノイズは、検出された光電子放出電子数のポアソ
ン分布によって決定され、∬p|UR2dx3dy3及び∬p|UB2dx3dy3
、両方とも、光電子放出電子の大きな数に相当すると仮定された。∬p|UR2
dx3dy3≫∬p|US2dx3dy3及び∬p|UB2dx3dy3≫∬p|US2
dx3dy3である場合については、式(37a)及び(37b)の右辺側のUS
に依存する項を無視でき、この場合、以下の簡単な式となる。
In deriving equations (37a) and (37b), σ 2 (∬ p | U R | 2 dx 3 dy 3 ) =
p | U R | 2 dx 3 dy 3 and σ 2 (∬ p | U B | 2 dx 3 dy 3 ) = ∬ p | U B | 2 dx 3
dy 3 , the statistical noise of the system, is determined by the Poisson distribution of the number of detected photoemission electrons, and ∬ p | U R | 2 dx 3 dy 3 and ∬ p | U B | 2 dx 3 dy 3 are: Both were assumed to correspond to a large number of photoemitted electrons. ∬ p | U R2
dx 3 dy 3 »∬ p | U S | 2 dx 3 dy 3 and ∬ p | U B | 2 dx 3 dy 3 »∬ p | U S | 2
For the case of dx 3 dy 3 , U S on the right side of equations (37a) and (37b)
Can be ignored, and in this case, the following simple expression is obtained.

【0388】[0388]

【数40】 (Equation 40)

【0389】 ∬p|UR2dx3dy3=2∬p|UB2dx3dy3から∬p|UR2dx3dy 3 ≫∬p|UB2dx3dy3に移行するときに得られる、∬p(URS *+UR *S
)dx3dy3及びj∬p(URS *−UR *S)dx3dy3についてのS/N比の
追加のゲインは、約(3/2)の因子である。しかしながら、この後者のゲイン
は、光源の出力及び信号処理電子装置のダイナミックレンジの大幅な増大を代償
として得られた値である。従って、|UR|についての最適の選択は、代表的に
は、以下の式に示す条件で行われる。
p| UR|TwodxThreedyThree= 2∬p| UB|TwodxThreedyThreeFromp| UR|TwodxThreedy Three ≫∬p| UB|TwodxThreedyThreeObtained when moving to 移行p(URUS *+ UR *US
) DxThreedyThreeAnd j∬p(URUS *-UR *US) DxThreedyThreeOf the S / N ratio for
The additional gain is a factor of about (3/2). However, this latter gain
Compensates for significant increase in dynamic range of light source output and signal processing electronics
Is the value obtained as Therefore, | URThe best choice for | is typically
Is performed under the conditions shown in the following equation.

【0390】[0390]

【数41】 [Equation 41]

【0391】 式(39)によって表現された条件が満たされた場合には、式(38a)及び
(38b)によって与えられた統計的誤差は、以下の不等式に表現したように示
される。
When the condition expressed by the expression (39) is satisfied, the statistical error given by the expressions (38a) and (38b) is expressed as expressed by the following inequality.

【0392】[0392]

【数42】 (Equation 42)

【0393】 式(37a)及び(37b)又は式(38a)及び(38b)を調査すると、
焦点外画像からの背景を減少させる、本発明を具体化した装置は、所与の作動値
S及びURについての統計的誤差が、従来技術の共焦干渉顕微鏡検査システムと
比較して低い。代表的には、本発明を具体化した装置を使用した場合に得られる
S/N比は、本明細書中に開示した本発明を使用しない共焦干渉顕微鏡によって
得られた値よりも(3/2)1/2 の係数だけ大きい。
When investigating equations (37a) and (37b) or equations (38a) and (38b),
An apparatus embodying the present invention that reduces background from out-of-focus images has a lower statistical error for a given operating value U S and U R compared to prior art confocal interference microscopy systems. . Typically, the S / N ratio obtained when using an apparatus embodying the present invention is (3) higher than the value obtained by a confocal interference microscope without using the present invention disclosed herein. / 2) Larger by a factor of 1/2 .

【0394】 式(37a)及び(37b)、式(38a)及び(38b)、式(40a)及
び(40b)の解釈は以下の通りである。本明細書中に開示した本発明では、一
組の4つの強度の計測値から複素散乱振幅の成分を得ることができ、これは、対
象物の独立した位置の各々について、推論された複素散乱振幅の各成分について
の統計的誤差が、代表的には、複素散乱振幅の統計分布自体によって定められた
限定された統計的誤差の係数の(3/2)1/2 内にあるように行われ、ここに言
及した統計的誤差は、光源の比較的低い作動出力レベル及び信号処理電子装置で
必要なダイナミックレンジ容量を従来技術の共焦干渉顕微鏡と比較して比較的低
くして得ることができる。項と独立した位置(term independen
t position)を使用することは、計測された四つの強度からなる関連
した組が統計学的に独立した組であるということを意味する。
The interpretation of Expressions (37a) and (37b), Expressions (38a) and (38b), and Expressions (40a) and (40b) are as follows. With the invention disclosed herein, a set of four intensity measurements can provide a component of the complex scatter amplitude, which for each independent location of the object is the inferred complex scatter component. The statistical error for each component of the amplitude is typically set to be within (3/2) 1/2 of the coefficient of the limited statistical error defined by the statistical distribution of the complex scattering amplitude itself. The statistical errors referred to herein can be obtained with relatively low operating power levels of the light source and relatively low dynamic range capacity in the signal processing electronics as compared to prior art confocal interference microscopes. it can. Term independent
Using (t position) means that the related set of four measured intensities is a statistically independent set.

【0395】 第1a図乃至第1n図、及び第2a図乃至第2f図に示す第1及び第2の実施
例について、位相シフター24の透過度を低下させて散乱プローブビーム及び焦
点外画像ビームを画像平面47のところで同時に減衰させることによって、式(
39)によって表現された条件を得ることができる。所与のS/N比を得るため
には、この減衰手順は、位相シフター24での減衰の増大時に光源10の強度を
増大する必要がある。第3a図乃至第3l図、及び第4a図乃至第4f図に示す
本発明の第3及び第4の実施例は、ビームスプリッター100、100a、及び
100bの互いに対する透過/反射性を調節することによって、式(39)が与
える条件を満たすことができる。代表的には、第3又は第4の実施例のいずれか
を使用して式(39)によって表現された条件を満たす場合には、光源10又は
10aは、一般的には、ビームスプリッター24の透過度の減少に基づく上述の
減衰手順によって必要とされるよりも低い出力レベルで作動できる。
In the first and second embodiments shown in FIGS. 1a to 1n and FIGS. 2a to 2f, the transmittance of the phase shifter 24 is reduced to reduce the scattering probe beam and the out-of-focus image beam. By simultaneously attenuating at the image plane 47, the equation (
39) can be obtained. To obtain a given signal-to-noise ratio, this attenuation procedure requires an increase in the intensity of the light source 10 as the attenuation in the phase shifter 24 increases. The third and fourth embodiments of the present invention, shown in FIGS. 3a-3l and 4a-4f, adjust the transmission / reflection of beam splitters 100, 100a, and 100b with respect to each other. Thus, the condition given by Expression (39) can be satisfied. Typically, if either of the third or fourth embodiments is used to satisfy the condition expressed by equation (39), the light source 10 or 10a will generally be It can operate at lower power levels than required by the above described attenuation procedure based on transmission reduction.

【0396】 S/N比は、、例えば、波長に対して1次的に独立であるように、光源の光周波数
成分の関数として調整することができる。このような特性については、第一の実
施形態を詳細に説明したセクションにおいて既に述べた。そこで既に述べたよう
に、対象物体112に侵入する前にプローブビームP22Dの振幅の対応する光周波数
成分に対して基準化された、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた
散乱プローブビームP42Dの振幅は、一般的に、提示された要因の影響により波長
と共に変化する。また、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされたバッ
クグラウンドビームB62Dの振幅に対する波数的にフィルターされ空間的にフィル
ターされた散乱プローブビームP42Dの振幅の比は、画像点28の対象物体112中へ
の深度が増加するにつれて、一般的に減少する。このような要因のS/N比に対す
る効果は、波長フィルターを参照鏡サブシステム83もしくはプローブビームサブ
システム82にに設置することにより部分的に補償することができる。好ましくは
、参照鏡サブシステム83に波長フィルターを設置し、波数的にフィルターされ空
間的にフィルターされた散乱プローブビームP42Dと、異なる波長に対してそれぞ
れの検知器のピンホールを透過した波数的にフィルターされ空間的にフィルター
された反射参照ビームR42Dとの比率が式(39)により示される条件を満足するよう
に、波長フィルターが波長に応じて光を透過するように調整することが望ましい
The S / N ratio can be adjusted, for example, as a function of the optical frequency component of the light source so that it is linearly independent of wavelength. Such characteristics have already been described in the section describing the first embodiment in detail. Therefore, as already mentioned, before entering the target object 112, the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam P42D, normalized to the corresponding optical frequency component of the amplitude of the probe beam P22D. Amplitude generally varies with wavelength due to the effects of the factors presented. Also, the ratio of the amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered scattering probe beam P42D to the amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered background beam B62D is into the target object 112 at image point 28. Generally decreases as the depth increases. The effect of such factors on the S / N ratio can be partially compensated for by installing a wavelength filter in the reference mirror subsystem 83 or the probe beam subsystem 82. Preferably, a wavelength filter is installed in the reference mirror subsystem 83, and the scattered probe beam P42D, which is wave number filtered and spatially filtered, and the wave number transmitted through the pinhole of each detector for different wavelengths. It is desirable to adjust the wavelength filter to transmit light according to the wavelength such that the ratio of the filtered and spatially filtered reflected reference beam R42D satisfies the condition shown by equation (39).

【0397】 焦点外画像による系統的誤差 |UR|が計測されている限り、ΔI1、ΔI2及び|UR|exp[j(ΦR−Φ S,0 )]の計測値と関連して式(35a)及び(35b)を使用し、フェーザーU S の実部と虚数部の計測値を得ることができる。量|UR|exp[j(ΦR−ΦS, 0 )]は、例えば「フーリエ変換した散乱振幅の性質」という表題の章で説明した
方法によって決定することができる。以下の潜在的系統的誤差項が残っている。
Systematic error due to out-of-focus image | URAs long as | is measured, ΔI1, ΔITwoAnd | UR| Exp [j (ΦR−Φ S, 0 )] Using equations (35a) and (35b) in conjunction with the measured values of S Of the real part and the imaginary part can be obtained. Amount | UR| Exp [j (ΦR−ΦS, 0 )] Was described in the section entitled, for example, "Properties of Fourier-transformed scattering amplitudes."
Can be determined by the method. The following potential systematic error terms remain.

【0398】[0398]

【数43】 [Equation 43]

【0399】 これらの系統的誤差項は、|UB|≫|US|である場合に顕著である。従って
、式(41a)及び(41b)によって表現される干渉項を受入れることのでき
るレベルに補償するのが望ましい。
[0399] These systematic error terms, | U B | »| is conspicuous in the case of | U S. Therefore, it is desirable to compensate for the interference terms represented by equations (41a) and (41b) to an acceptable level.

【0400】 本明細書中に開示した本発明での、項∬p(URB *+UR *B)dx3dy3
び項∬p(URB *−UR *B)dx3dy3に対する補償は、コンピューター処理
方法で行われ、従来技術の共焦干渉顕微鏡検査で必要とされるよりも簡単である
。これは、UBの空間特性が、検査を受ける立体的対象物112の散乱特性及び
従ってUSの積分式で決まるためである。これらの積分方程式(35a)及び(
35b)は、第2種のフレドホルム型積分方程式である。本発明を具体化した装
置等で項∬p(URB *+UR *B)dx3dy3及び項∬p(URB *−UR *B)d
3dy3を減少させるとき、夫々の積分方程式を反転させてUSを減少させるの
にコンピューター処理が必要とされる。一般的には、必要なコンピューター処理
における減少速度は、項∬p(URB *+UR *B)dx3dy3及び項∬p(URB * −UR *B)dx3dy3の減少速度よりも速い。
[0400] in the present invention disclosed herein, the term ∬ p (U R U B * + U R * U B) dx 3 dy 3 and claim ∬ p (U R U B * -U R * U B ) Compensation for dx 3 dy 3 is done in a computerized way and is simpler than required by prior art confocal interference microscopy. This is because the spatial characteristics of U B are determined by the scattering characteristics of the three-dimensional object 112 under inspection and, therefore, by the integral expression of U S. These integral equations (35a) and (35a)
35b) is a Fredholm-type integral equation of the second kind. Claim ∬ p in a device embodying such a present invention (U R U B * + U R * U B) dx 3 dy 3 and claim ∬ p (U R U B * -U R * U B) d
As x 3 dy 3 is reduced, computer processing is required to invert each integral equation to reduce U S. In general, reduction rate in the required computational, Section ∬ p (U R U B * + U R * U B) dx 3 dy 3 and claim ∬ p (U R U B * -U R * U B) It is faster than the reduction rate of dx 3 dy 3 .

【0401】 干渉計によるこれらの計測値について、相互干渉項即ち∬p(USB *+US * B )dx3dy3の項は、本発明を具体化した装置における項とは対照的に補償さ
れない。式(35a)及び(35b)と対応する積分方程式は、非線型積分方程
式である。これらの積分方程式は、USについて2次の積分方程式である。非線
型積分方程式は、それらの解を得る上で、コンピューターのハードウェア及びソ
フトウェアに関し、一般的には、線型積分方程式の場合よりもかなり精緻である
ことを必要とする。かくして、本発明を具体化した装置を、項∬p(USB *+U S *B)dx3dy3で作動する態様から、項∬p(URB *+UR *B)dx3dy3 及び項∬p(URB *−UR *B)dx3dy3で作動する態様に変換することによ
り、従来技術のピンホール共焦顕微鏡検査に関し、本発明の重要な特徴を提供す
る。
For these measurements by the interferometer, the mutual interference term or ∬p(USUB *+ US *U B ) DxThreedyThreeIs compensated in contrast to the term in the device embodying the invention.
Not. The integral equations corresponding to Equations (35a) and (35b) are:
It is an expression. These integral equations are given by USIs a second-order integral equation. Non-linear
In order to obtain their solutions, the type integral equations require computer hardware and software.
Software is generally much more sophisticated than linear integral equations
Need that. Thus, an apparatus embodying the present invention is described in itemp(USUB *+ U S * UB) DxThreedyThreeFrom the aspect that operates inp(URUB *+ UR *UB) DxThreedyThree And item ∬p(URUB *-UR *UB) DxThreedyThreeBy converting to a mode that operates with
Provide important features of the present invention with respect to prior art pinhole confocal microscopy.
You.

【0402】 更に、背景信号∬p|UB2dx3dy3に起因した系統的誤差の減少は、本発
明を具体化した装置で完全であり、これは、従来技術のピンホール共焦顕微鏡で
得られるのとは対照的であるということに着目されたい。
Furthermore, the reduction of systematic errors caused by the background signal ∬ p | U B | 2 dx 3 dy 3 is complete with the device embodying the present invention, which is the same as the prior art pinhole confocal. Note that this is in contrast to what can be obtained with a microscope.

【0403】 広帯域作動 この発明の重要な特徴の一つは、プローブレンズ46の軸方向に複数の画像位置の
画像をを同時に取得することが必要な時に源10が広がりのあるものとした場合に
にも、焦点外画像からのバックグラウンドの影響が大幅に削減されることである
。この特徴についてこの開示で論ずるに際し、議論を簡単にするために、収差関
数がWi=1であり、瞳孔関数Piのアポダイゼイションは行わない、すなわち、位相
シフター14、24、34、34a、44のアポダイゼイションは行わないと仮定する。例
えば、解像度を改善するためにアポダイゼイションを適用すれば、結果として得
られるUS(v3)の式はより複雑なものになるが、例えば、対称あるいは逆対称の空
間的な性質は一般的に保たれるということは、当業者には容易に理解できるであ
ろう。
Broadband Operation One of the important features of the present invention is that the source 10 can be extended when it is necessary to simultaneously acquire images at a plurality of image positions in the axial direction of the probe lens 46. In addition, the effect of background from out-of-focus images is greatly reduced. In discussing this feature in this disclosure, for simplicity of discussion, the aberration function is Wi = 1, and no apodization of the pupil function Pi is performed, i.e., the phase shifters 14, 24, 34, 34a, Assume no apodization of 44 is performed. For example, if apodization is applied to improve the resolution, the resulting US (v3) equation will be more complex, but for example, the spatial properties of symmetric or antisymmetric Will be easily understood by those skilled in the art.

【0404】 上記の説明で述べた簡略化のための仮定を行なった場合、レベル1の判別に対
して式(9)を積分すると次のようになる。
In the case where the assumption for simplification described in the above description is made, when Expression (9) is integrated with respect to the discrimination of level 1, the following is obtained.

【0405】[0405]

【数44】 [Equation 44]

【0406】 ここで、z0はzSにより置き換えられ、a'およびd0はそれぞれ、位相シフター14、
24、34、34aのエレメントおよびsinc≡(sinx)/xの幅ならびに中心から中心まで
の距離を示す。ここで、wiの影響は抑制されている。というのは、レベル1の判
別では、wiは焦点外画像によるバックグラウンドの削減には関係がなく、また、
υ2方向のUS(v2)の空間的な性質は、使用範囲の拡大に制約を与える原因となる
、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされたバックグラウンドビームが
大幅に減少するように調整されているからである。
Here, z0 is replaced by zS, and a ′ and d0 are respectively the phase shifter 14,
The elements 24, 34, 34a and the width of sinc≡ (sinx) / x and the distance from center to center are shown. Here, the influence of wi is suppressed. This is because in the level 1 discrimination, wi has nothing to do with background reduction due to out-of-focus images,
空間 The spatial nature of the two-way US (v2) is tuned so that the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam, which limits the expansion of the range of use, is greatly reduced. Because there is.

【0407】 対応する反射された参照ビームUR(v2)の式は以下のようになる。The equation for the corresponding reflected reference beam UR (v2) is as follows:

【0408】[0408]

【数45】 [Equation 45]

【0409】 ここで、z0はzRにより置き換えられている。 次に、a'=d0という特殊な場合について考える。この特殊な条件に対して、式(
42)と式(43)はそれぞれ次のようになる。
Here, z0 is replaced by zR. Next, consider the special case of a '= d0. For this special condition, the expression (
42) and Equation (43) are as follows, respectively.

【0410】[0410]

【数46】 [Equation 46]

【0411】 式(45)をυ0について積分すると次のような結果が得られる。When the equation (45) is integrated with respect to υ0, the following result is obtained.

【0412】[0412]

【数47】 [Equation 47]

【0413】 例として、y2=0、z2=0、υ1=2とした時の、2エレメント位相シフターシステム
(m=1)に対するUR(v2)を (x2kd0/f)の関数として図7に示す。 υの周辺のUR(v2)の逆対称の空間的分布が、sin[(1/2)(υ2-υ1)]要因により、
式(46)に明確に表される。US(v2)の空間的分布は、一般的に同様の行動を示す。
というのは、式(44)は式(45)と同じ数学的構造を持っているからである。この逆
対称の空間的な分布を利用して、焦点外画像からのバックグラウンドの振幅を周
辺部で減少させることができる。 式(46)により示されるシステムの特性からして、位相(υ2-υ1)が次の条件を満
たす限り、式(44)により与えられるUS(v2)は焦点内画像に対する高い感度を維持
することができることは明らかである。
As an example, a two-element phase shifter system when y2 = 0, z2 = 0, υ1 = 2
FIG. 7 shows UR (v2) for (m = 1) as a function of (x2kd0 / f). The inverse symmetric spatial distribution of UR (v2) around υ is due to sin [(1/2) (υ2-υ1)]
This is clearly shown in equation (46). The spatial distribution of US (v2) generally shows similar behavior.
Equation (44) has the same mathematical structure as equation (45). By utilizing the spatial distribution of the inverse symmetry, the amplitude of the background from the out-of-focus image can be reduced at the peripheral portion. From the characteristics of the system shown by equation (46), US (v2) given by equation (44) should maintain high sensitivity to in-focus images, as long as phase (υ2-υ1) satisfies the following condition: Obviously you can do that.

【0414】[0414]

【数48】 [Equation 48]

【0415】 ここで、[σ(q)]2は独立変数qの分散である。 (υ2−υ1)の所与の値についての信号に対する寄与率は、(x2−x1)/f
とkとの間に双曲線相関を有し、(υ2−υ1)はk(x2−x1)/fに比例する
。従って、k及び(x2−x1)/fの対応する許容された値が式(47)を満た
すことができ、検出器で画像が得られるようにkに制限が加えられ、これにより
S/N比が(焦点外信号の強度に対する焦合信号の強度に関する)改善される。
式(47)から、以下の関係が得られる。
Here, [σ (q)] 2 is the variance of the independent variable q. The contribution to the signal for a given value of (υ 21 ) is (x 2 -x 1 ) / f
And k have a hyperbolic correlation, and (υ 21 ) is proportional to k (x 2 -x 1 ) / f. Thus, k and the corresponding allowed values of (x 2 −x 1 ) / f can satisfy equation (47), and k is limited so that an image is obtained at the detector, which results in S The / N ratio is improved (with respect to the strength of the focus signal relative to the strength of the out-of-focus signal).
From Equation (47), the following relationship is obtained.

【0416】[0416]

【数49】 [Equation 49]

【0417】 式(48)の左側の二つの項の各々が左側に等しく寄与するモードで作動する
ように選択すると、
If one selects each of the two terms on the left side of equation (48) to operate in a mode that contributes equally to the left side,

【0418】[0418]

【数50】 [Equation 50]

【0419】 及びAnd

【0420】[0420]

【数51】 (Equation 51)

【0421】 が得られる。 式(50)から、(σk/k)について以下の式が得られる。Is obtained. From equation (50), the following equation is obtained for (σ k / k).

【0422】[0422]

【数52】 (Equation 52)

【0423】 ここで、rπは、以下の式で表す因子のピークを与える(υ2−υ1)の値の部分
集合を表す。
Here, rπ represents a subset of the value of (υ 2 −υ 1 ) that gives the peak of the factor represented by the following equation.

【0424】[0424]

【数53】 (Equation 53)

【0425】 その結果、As a result,

【0426】[0426]

【数54】 (Equation 54)

【0427】 となる。 本発明を具体化した装置は、λでの比較的広帯域の作動について有効であるこ
とが式(53)から明らかである。例えば、m=1及びr=1である場合には、
(σk/k)0.35であり、m=2及びr=1である場合には、(σk/k) 0.18である。
The following is obtained. Devices embodying the present invention are effective for relatively broadband operation at λ.
Is clear from equation (53). For example, if m = 1 and r = 1,
k/ K)<0.35, and if m = 2 and r = 1, then (σk/ K) < 0.18.

【0428】 効果的に使用できるrの値の範囲は制限されている。この制限は、S/N比を
考慮に入れることによる。観察された信号に寄与する式(52)によって与えら
れた係数の各ピークでは、信号の強度が改善されている。しかしながら、含まれ
るピークの数が増大し、及びかくしてrの最大値即ちrmaxが増大するに従って
、kについての帯域幅を式(53)に従って減少させなければならない。
The range of values of r that can be used effectively is limited. This limitation is due to taking into account the S / N ratio. At each peak of the coefficient given by equation (52) that contributes to the observed signal, the signal strength is improved. However, as the number of included peaks increases, and thus the maximum value of r, ie, r max , the bandwidth for k must be reduced according to equation (53).

【0429】 本発明の第2、第4、又は第6の実施例のいずれかでレベル2識別を使用する
場合には、光源ピンホール間の間隔もまた制限されている。この制限は、広帯域
作動の区分の分析と同様の種類の分析を使用して得ることができる。第14図に
示すようなシステム特性から、以下の式(46)が成立する限り、焦合画像につ
いて、US(v2)に関して高い感度が維持されるということが明らかである。
When using level 2 identification in any of the second, fourth or sixth embodiments of the present invention, the spacing between light source pinholes is also limited. This limitation can be obtained using a similar type of analysis as the analysis of the broadband operating section. It is clear from the system characteristics as shown in FIG. 14 that as long as the following equation (46) holds, high sensitivity is maintained with respect to U S (v 2 ) for the focused image.

【0430】[0430]

【数55】 [Equation 55]

【0431】 ここで、δv1は、直線状光源ピンホールアレイの夫々の隣接したピンホール間
の間隔である。 式(49)及び(50)によって表現された制限の右側は、x1又はy1に左右
されないということは明らかである。かくして、本発明を具体化した装置は、点
状光源の作用を受け、x1及びy1についての値の範囲には制限が本来的に及ぼさ
れない。
Here, δv 1 is the distance between each adjacent pinhole of the linear light source pinhole array. Right limit expressed by equation (49) and (50), it is clear that does not depend on x 1 or y 1. Thus, apparatus embodying the present invention, subjected to the action of the point light sources, the range of values for x 1 and y 1 are not inherently exerted limit.

【0432】 混濁した媒体を通した観察 本明細書中に開示した本発明の別の顕著な特徴は、混濁した媒体を通して観察
を行うた場合に焦点外画像から背景の効果を大幅に減少することである。混濁し
た媒体を通して観察を行うためのインパルス応答関数hA,Mは、以下の通りであ
る。
Observation through turbid media Another salient feature of the invention disclosed herein is that it significantly reduces the effect of background from out-of-focus images when observed through turbid media. It is. The impulse response function h A, M for performing observation through a turbid medium is as follows.

【0433】[0433]

【数56】 [Equation 56]

【0434】 ここで、hAは、非乱流媒体を通して観察を行う場合の装置のインパルス応答関
数であり、hMは、乱流媒体に対するインパルス応答関数であり、*は、hA及び
Mのたたみこみ演算を意味する。hA*hMのフーリエ変換F(hA*hM)は以
下の式で表される。
Here, h A is an impulse response function of the apparatus when observation is performed through a non-turbulent medium, h M is an impulse response function for a turbulent medium, and * is h A and h M Means convolution operation. h A * h M Fourier transform F (h A * h M) of can be expressed by the following equation.

【0435】[0435]

【数57】 [Equation 57]

【0436】 インパルス応答関数hMは、以下の式で示すガウス分布によって非常に良好に
示される。
The impulse response function h M is very well represented by a Gaussian distribution given by:

【0437】[0437]

【数58】 [Equation 58]

【0438】 ここで、σ2はhMの分散である。 hMのフーリエ変換F(hM)は、以下の式によって与えられる。Here, σ 2 is the variance of h M. h M Fourier transform F of (h M) is given by the following equation.

【0439】[0439]

【数59】 [Equation 59]

【0440】 ここで、qは、vに対して共役の空間角振動数ベクトル(angular sp
atial frequency vector)である。hAの最も低い振動
数ピークは、以下の式で示す振動数のところにある。
Here, q is a spatial angular frequency vector (angular sp
atomic frequency vector). The lowest frequency peak of h A is at the frequency indicated by the following equation.

【0441】[0441]

【数60】 [Equation 60]

【0442】 次式が成立する場合、q=(d0/λ)でhA,Mについて比較的大きな値が維持さ
れることが式(56)及び(58)から明らかである。
It is clear from equations (56) and (58) that when q = (d 0 / λ) holds, a relatively large value for h A, M is maintained when the following equation holds.

【0443】[0443]

【数61】 [Equation 61]

【0444】 又は[0444] Or

【0445】[0445]

【数62】 (Equation 62)

【0446】 式(59)及び(61)を使用する場合、使用できるd0の値は以下の条件に
よって制限される。
When using equations (59) and (61), the value of d 0 that can be used is limited by the following conditions.

【0447】[0447]

【数63】 [Equation 63]

【0448】 かくして、本発明を具体化した断層放射線画像システムは、hMによって与え
られた除去振動数以下の空間周波数に対して比較的高い感度を維持するように形
成できる。
Thus, a tomographic radiation imaging system embodying the present invention can be configured to maintain relatively high sensitivity to spatial frequencies below the ablation frequency provided by h M.

【0449】 本発明によれば、随意の空間特性の参照ビーム振幅について、背景光(即ち焦
点外戻りプローブビーム)の振幅と参照ビームの振幅との間の干渉項は、望まし
からぬ系統的誤差の発生を制御し、望ましからぬ統計的誤差の発生で重要である
。本発明の上述の実施例では、背景光の振幅と参照ビームの振幅との間の干渉項
は、位相シフトによって参照ビームに反対称空間特性が生じるために減少する。
この干渉項が減少するため、単ピクセル検出器によって発生されたデータに、受
入れられない程大きな系統的誤差や統計的誤差を発生させることがない。
According to the present invention, for a reference beam amplitude of arbitrary spatial characteristics, an interference term between the amplitude of the background light (ie, the out-of-focus returning probe beam) and the amplitude of the reference beam may be undesirably systematic. It is important in controlling the occurrence of errors and in generating unwanted statistical errors. In the above embodiment of the present invention, the interference term between the amplitude of the background light and the amplitude of the reference beam is reduced because the phase shift causes the reference beam to have an antisymmetric spatial characteristic.
Because this interference term is reduced, the data generated by the single pixel detector does not introduce unacceptably large systematic or statistical errors.

【0450】 また、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームの振
幅と、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームと波数
的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビーム(すなわち必
要なシグナル)との交差項との間には関係があることが認識される。参照ビーム
は、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームの振幅の
2乗として検知される。波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱
プローブビームは、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照
ビームと波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビーム
との交差項、すなわち、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱
プローブビームの振幅に波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射
参照ビームの振幅を乗じた値として検知される。したがって、検知される、波数
的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームと波数的にフィル
ターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビームとの間には相互に関係が
ある。というのは、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照
ビームの振幅はそれぞれに含まれるからである。この関係により、このような交
差項を利用して対象物体の性質を求めれば統計的な正確さを増すことができる。
その結果、波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた反射参照ビームと
波数的にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビームとの交差
項を検知する多重ピクセル検知器により得られたデータに基づいて、対象物体の
正確なキャラクタリゼイションを行なうことができるのである。その理由は、多
重ピクセル検知器の与えられたピクセルに対して得られる統計的正確度は波数的
にフィルターされ空間的にフィルターされた散乱プローブビームに反応してピク
セル内に生成される光電子の数により制約されるが、波数的にフィルターされ空
間的にフィルターされた反射参照ビームの振幅の2乗や波数的にフィルターされ
空間的にフィルターされたバックグラウンドビームの振幅の2乗に対応するもの
ではないからである。
Also, the amplitude of the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam and the wave number filtered and spatially filtered reflected reference beam and the wave number filtered and spatially filtered scattering It will be appreciated that there is a relationship between the probe beam (ie, the required signal) and the cross term. The reference beam is the amplitude of the wavenumber filtered and spatially filtered reflected reference beam.
Detected as a square. The wavenumber-filtered and spatially-filtered scattering probe beam is the cross-term of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam and the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam, That is, it is detected as the value obtained by multiplying the amplitude of the wave number-filtered and spatially filtered scattering probe beam by the amplitude of the wave number-filtered and spatially filtered reflected reference beam. Thus, there is a correlation between the detected wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam and the wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam. This is because the amplitudes of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beams are each included. Due to this relationship, statistical accuracy can be increased if the properties of the target object are determined using such cross terms.
As a result, based on data obtained by a multi-pixel detector that detects the cross term of a wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam and a wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam. Thus, accurate characterization of the target object can be performed. The reason is that the statistical accuracy obtained for a given pixel of a multi-pixel detector is based on the number of photoelectrons generated in the pixel in response to a wavenumber-filtered and spatially-filtered scattered probe beam. But not corresponding to the square of the amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered reflected reference beam or the square of the amplitude of the wavenumber-filtered and spatially-filtered background beam. Because there is no.

【0451】 更に、別の及び/又は追加の光学素子及び検出器を、本発明の開示の実施例の
1つに組み込むことができるということは当業者には理解されよう。例えば、変
形例では、対象材料を探るために使用される放射線の特性を変えるため、偏光ビ
ームスプリッターを使用でき、又は追加の位相シフト素子とともに使用できる。
別の例は、光源の強度を監視するために検出器を加える。本発明の精神及び範囲
から逸脱することなく、これらの及び他の明らかな変更を導入できる。
Further, those skilled in the art will appreciate that additional and / or additional optics and detectors can be incorporated into one of the disclosed embodiments of the present invention. For example, in a variation, a polarizing beam splitter can be used, or used with additional phase shifting elements, to change the properties of the radiation used to probe the material of interest.
Another example adds a detector to monitor the intensity of the light source. These and other obvious changes can be introduced without departing from the spirit and scope of the invention.

【0452】 第1a図乃至第1n図の例について位相シフター34を省略できるということ
は理解されるべきである。その場合、焦合画像平面37の画像点38のところに
生ぜしめられた点光源8の画像は、反射参照ビームが焦合画像平面47の画像点
48のところに発生した点光源8の画像が上文中に説明した画像と実質的に代わ
らないけれども、上文中に説明した画像と異なる。同様に、第2a図乃至第2f
図で位相シフター34を省略でき、第3a図乃至第3l図及び第4a図乃至第4
f図で位相シフター34及び34aを省略できる。
It should be understood that the phase shifter 34 can be omitted for the examples of FIGS. 1a through 1n. In this case, the image of the point light source 8 generated at the image point 38 of the focused image plane 37 is the image of the point light source 8 at which the reflected reference beam is generated at the image point 48 of the focused image plane 47. It differs from the image described above, though it does not substantially replace the image described above. Similarly, FIGS. 2a to 2f
In the drawings, the phase shifter 34 can be omitted, and FIGS. 3a to 31 and 4a to 4
The phase shifters 34 and 34a can be omitted in FIG.

【0453】 更に、単ピクセル検出器平面での反射参照ビームの振幅の空間的分布が空間的
に実質的に反対称な分布を生じる限り、位相シフター14、24、24a、34
、及び34aの位相シフト素子の空間的形体を、上文中に説明した形体とは異な
る形体にでき、及び/又はアポダイズできるということは理解されるべきである
。しかしながら、単ピクセル検出器が発生した画像データは、対象材料112の
所望の断層放射線画像を発生するため、上文中に説明した本発明の実施例とは僅
かに異なる方法で処理されなければならない。
Further, as long as the spatial distribution of the amplitude of the reflected reference beam at the single-pixel detector plane results in a spatially substantially anti-symmetric distribution, the phase shifters 14, 24, 24a, 34
, And 34a, it should be understood that the spatial features of the phase shifting elements can be different from and / or apodized to the features described above. However, the image data generated by the single-pixel detector must be processed in a slightly different manner from the above-described embodiments of the present invention to generate the desired tomographic image of the target material 112.

【0454】 この明細書に実施形態として述べてきた干渉計およびその変形は、この発明の
範囲と精神から逸脱することなく、透過モードで機能する共焦干渉型顕微鏡とし
ても構成できることは、当業者には容易に理解できるであろう。透過モードは、
プローブビームの分極状態の変化を検知する場合のような、ある種の読み出しや
書込みモードでこの発明による装置を使用する場合には、望ましいモードであろ
う。
It will be appreciated by those skilled in the art that the interferometer and variations thereof described herein as embodiments may be configured as a confocal interference microscope operating in transmission mode without departing from the scope and spirit of the invention. Will be easy to understand. The transmission mode is
This would be a desirable mode when using the device according to the invention in certain read and write modes, such as detecting changes in the polarization state of the probe beam.

【0455】 更に、上文中に説明した実施例の干渉計は、例えば、対象材料112を偏光で
探る目的で、又は干渉計を通って単ピクセル検出器又は多ピクセル検出器に至る
光の処理量を増大するため、偏光型であってもよいということは理解されるべき
である。しかしながら、反射された参照ビームと散乱されたプローブビームとを
単ピクセル検出器又は多ピクセル検出器のところで混合する目的で偏光ビームス
プリッター等の追加の光学素子を上述の装置に加える必要がある。
Further, the interferometers of the above-described embodiments can be used, for example, to probe the material of interest 112 with polarized light, or through the interferometer to a single or multi-pixel detector. It should be understood that the polarization type may be used to increase the power. However, additional optical elements, such as polarizing beam splitters, need to be added to the above-described apparatus for the purpose of mixing the reflected reference beam and the scattered probe beam at a single pixel detector or a multi-pixel detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 共に関連付けられた図1a乃至1nは、本発明の現時点での好ましい第1の実
施例を概略形態で示している。第1グループの実施例において図1aは、サブシ
ステム80及び81、81及び82、81及び83、83及び81a、81a及
び84との間の光学経路、コンピュータ118から並進器116及びサブシステ
ム83の位相シフター44への電気信号の経路、並びに、サブシステム84の検
出器114からコンピュータ118への電気信号の経路を示している。 図1bは、サブシステム80を示しており、図1bの面は図1aの面と直交す
る。 図1cは、サブシステム81を示しており、図1cの面は図1aの面と直交す
る。 図1dは、サブシステム82にプローブビームが入る場合のサブシステム82
を示しており、図1dの面は図1aの面と直交する。 図1eは、サブシステム83に参照ビームが入る場合のサブシステム83を示
しており、図1eの面は図1aの面と直交する。 図1fは、サブシステム82からプローブビームが出る場合のサブシステム8
2を示しており、図1fの面は図1aの面と直交する。 図1gは、サブシステム83から参照ビームが出る場合のサブシステム83を
示しており、図1gの面は図1aの面と直交する。 図1hは、サブシステム81aにプローブビームが入る場合のサブシステム8
1aを示しており、図1hの面は図1aの面と直交する。 図1iは、サブシステム81aに参照ビームが入る場合のサブシステム81a
を示しており、図1iの面は図1aの面と直交する。 図1jは、サブシステム84にプローブビームが入る場合のサブシステム84
を示しており、図1jの面は図1aの面と直交する。 図1kは、サブシステム84に参照ビームが入る場合のサブシステム84を示
しており、図1kの面は図1aの面と直交する。 図1lは、サブシステム82の焦点外ビームがサブシステム82での光の散乱
及び又は反射から発生する場合のサブシステム82を示しており、図1lの面は
図1aの面と直交する。 図1mは、サブシステム81aの焦点外ビームがサブシステム82での光の散
乱及び又は反射から発生する場合のサブシステム81aを示しており、図1mの
面は図1aの面と直交する。 図1nは、サブシステム84に背景光ビームが入る場合のサブシステム84を
示しており、図1nの面は図1aの面と直交する。 共に関連付けられた図1aa乃至1aiは、図1a乃至1nの所定のものと関
連し、本発明の現時点での好ましい第5の実施例を概略形態で示している。第2
グループの実施例において図1aaは、ビームスプリッター100及びサブシス
テム82aa、ビームスプリッター100及びサブシステム83aa、サブシス
テム82aa及び85、サブシステム83aa及び95との間の光学経路、並進
器116及びサブシステム83aaの位相シフター44への電気信号132及び
133の経路を各々示している。 図1abは、サブシステム82aaにプローブビームが入る場合のサブシステ
ム82aaを示しており、図1abの面は図1aaの面と直交する。 図1acは、サブシステム85にプローブビームが入る場合のサブシステム8
5を示しており、図1acの面は図1aaの面と直交する。 図1adは、サブシステム83aaに参照ビームが入る場合のサブシステム8
3aaを示しており、図1adの面は図1aaの面と直交する。 図1aeは、サブシステム95に参照ビームが入る場合のサブシステム95を
示しており、図1aeの面は図1aaの面と直交する。 図1afは、サブシステム85からプローブビームが出る場合のサブシステム
85を示しており、図1afの面は図1aaの面と直交する。 図1agは、サブシステム82aaから散乱プローブビームが出る場合のサブ
システム82aaを示しており、図1agの面は図1aaの面と直交する。 図1ahは、サブシステム95から反射参照ビームが出る場合のサブシステム
95を示しており、図1ahの面は図1aaの面と直交する。 図1aiは、サブシステム83aaから反射参照ビームが出る場合のサブシス
テム83aaを示しており、図1aiの面は図1aaの面と直交する。
1a to 1n, which are associated together, show in schematic form a presently preferred first embodiment of the invention. In a first group of embodiments, FIG. 1a shows the optical path between subsystems 80 and 81, 81 and 82, 81 and 83, 83 and 81a, 81a and 84, from computer 118 to translator 116 and subsystem 83. The path of the electrical signal to the phase shifter 44 and the path of the electrical signal from the detector 114 of the subsystem 84 to the computer 118 are shown. FIG. 1b shows the subsystem 80, the plane of FIG. 1b being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1c shows the subsystem 81, the plane of FIG. 1c being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1 d shows the subsystem 82 when the probe beam enters the subsystem 82.
And the plane of FIG. 1d is orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1e shows the subsystem 83 when the reference beam enters the subsystem 83, the plane of FIG. 1e being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1f shows subsystem 8 when the probe beam exits from subsystem 82.
2 and the plane of FIG. 1f is orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1g shows the subsystem 83 when the reference beam exits from the subsystem 83, the plane of FIG. 1g being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1h shows the subsystem 8 when the probe beam enters the subsystem 81a.
1a, wherein the plane of FIG. 1h is orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1i shows the subsystem 81a when the reference beam enters the subsystem 81a.
And the plane of FIG. 1i is orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1j shows the subsystem 84 when the probe beam enters the subsystem 84.
And the plane of FIG. 1j is orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1k shows the subsystem 84 when the reference beam enters the subsystem 84, the plane of FIG. 1k being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 11 shows subsystem 82 where the out-of-focus beam of subsystem 82 results from scattering and / or reflection of light at subsystem 82, the plane of FIG. 11 being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1m shows subsystem 81a where the out-of-focus beam of subsystem 81a results from light scattering and / or reflection at subsystem 82, the plane of FIG. 1m being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIG. 1n shows the subsystem 84 when the background light beam enters the subsystem 84, the plane of FIG. 1n being orthogonal to the plane of FIG. 1a. FIGS. 1aa to 1ai, associated together, relate to certain ones of FIGS. 1a to 1n and show in schematic form a fifth currently preferred embodiment of the invention. Second
In a group embodiment, FIG. 1aa shows beam splitter 100 and subsystem 82aa, beam splitter 100 and subsystem 83aa, subsystems 82aa and 85, optical paths between subsystems 83aa and 95, translator 116 and subsystem 83aa. Of the electric signals 132 and 133 to the phase shifter 44 of FIG. FIG. 1ab shows the subsystem 82aa when the probe beam enters the subsystem 82aa, and the plane of FIG. 1ab is orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ac shows the subsystem 8 when the probe beam enters the subsystem 85.
5 and the plane of FIG. 1ac is orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ad illustrates the subsystem 8 when the reference beam enters the subsystem 83aa.
3aa, the plane of FIG. 1ad being orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ae shows the subsystem 95 when the reference beam enters the subsystem 95, the plane of FIG. 1ae being orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1af shows the subsystem 85 when the probe beam exits from the subsystem 85, the plane of FIG. 1af being orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ag shows the subsystem 82aa when the scattered probe beam exits from the subsystem 82aa, the plane of FIG. 1ag being orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ah shows the subsystem 95 when the reflected reference beam exits from the subsystem 95, the plane of FIG. 1ah being orthogonal to the plane of FIG. 1aa. FIG. 1ai shows subsystem 83aa when the reflected reference beam exits from subsystem 83aa, with the plane of FIG. 1ai orthogonal to the plane of FIG. 1aa.

【図2】 共に関連付けられた図2a乃至2fは、本発明の現時点での好ましい第2の実
施例を概略形態で示している。図2aは、サブシステム80a及び81、81及
び82、81及び83、82及び81b、83及び81b、81b及び84aと
の間の光学経路、コンピュータ118から並進器116及びサブシステム83の
位相シフター44への電気信号の経路、並びに、サブシステム84aの検出器1
14aからコンピュータ118への電気信号の経路を示している。 図2bは、サブシステム80aを示しており、図2bの面は図2aの面と直交
し、直線状源の方向とピンホール8aの直線状アレイは図2aの面内にある。 図2cは、サブシステム81bにプローブビームが入る場合のサブシステム8
1bを示しており、図2cの面は図2aの面と直交し、ピンホール18bの直線
状アレイは図2aの面内にある。 図2dは、サブシステム81bに参照ビームが入る場合のサブシステム81b
を示しており、図2dの面は図2aの面と直交し、ピンホール18bの直線状ア
レイは図2aの面内にある。 図2eは、サブシステム84aにプローブビームが入る場合のサブシステム8
4aを示しており、図2eの面は図2aの面と直交する。 図2fは、サブシステム84aに参照ビームが入る場合のサブシステム84a
を示しており、図2fの面は図2aの面と直交する。 図2aaは、図2a乃至2fの所定のものと関連し、本発明の現時点での好ま
しい第6の実施例を概略形態で示している。第2グループの実施例において図2
aaは、ビームスプリッター100及びサブシステム82aa、ビームスプリッ
ター100及びサブシステム83aa、サブシステム82aa及び85、サブシ
ステム83aa及び95との間の光学経路、並進器116及びサブシステム83
aaの位相シフター44への電気信号132及び133の経路を各々示している
FIGS. 2a to 2f, which are associated together, show in a schematic form a second currently preferred embodiment of the invention. FIG. 2a shows an optical path between subsystems 80a and 81, 81 and 82, 81 and 83, 82 and 81b, 83 and 81b, 81b and 84a, a translator 116 from computer 118 and a phase shifter 44 of subsystem 83. Signal path to the detector and detector 1 of subsystem 84a
The path of the electrical signal from 14a to the computer 118 is shown. FIG. 2b shows the subsystem 80a, the plane of FIG. 2b being orthogonal to the plane of FIG. 2a, the direction of the linear source and the linear array of pinholes 8a being in the plane of FIG. 2a. FIG. 2c illustrates subsystem 8 when the probe beam enters subsystem 81b.
1b, the plane of FIG. 2c is orthogonal to the plane of FIG. 2a, and the linear array of pinholes 18b is in the plane of FIG. 2a. FIG. 2d shows the subsystem 81b when the reference beam enters the subsystem 81b.
2d is orthogonal to the plane of FIG. 2a, and the linear array of pinholes 18b is in the plane of FIG. 2a. FIG. 2e shows subsystem 8 when the probe beam enters subsystem 84a.
4a, wherein the plane of FIG. 2e is orthogonal to the plane of FIG. 2a. FIG. 2f shows the subsystem 84a when the reference beam enters the subsystem 84a.
And the plane of FIG. 2f is orthogonal to the plane of FIG. 2a. FIG. 2aa, in connection with certain of FIGS. 2a to 2f, shows in a schematic form a sixth currently preferred embodiment of the invention. FIG. 2 in the embodiment of the second group.
aa is the beam splitter 100 and subsystem 82aa, beam splitter 100 and subsystem 83aa, subsystems 82aa and 85, the optical path between subsystems 83aa and 95, translator 116 and subsystem 83
The paths of electrical signals 132 and 133 to aa phase shifter 44 are shown, respectively.

【図3】 共に関連付けられた図3a乃至3lは、本発明の現時点での好ましい第3の実
施例を概略形態で示している。図3aは、サブシステム80及び81、80及び
81c、81及び82、81c及び83a、82及び81a、83a及び81a
、81a及び84との間の光学経路、コンピュータ118から並進器116及び
サブシステム83aの位相シフター44への電気信号の経路、並びに、サブシス
テム84の検出器114からコンピュータ118への電気信号の経路を示してい
る。 図3bは、サブシステム80を示しており、図3bの面は図3aの面と直交す
る。 図3cは、サブシステム81を示しており、図3cの面は図3aの面と直交す
る。 図3dは、サブシステム82にプローブビームが入る場合のサブシステム82
を示しており、図3dの面は図3aの面と直交する。 図3eは、サブシステム81cを示しており、図3eの面は図3aの面と平行
である。 図3fは、サブシステム83aに参照ビームが入る場合のサブシステム83a
を示しており、図3fの面は図3aの面と平行であり、位相シフター34及び3
4aは、図示するためだけに、軸3a及び3cの周りに90度回転して示してい
る。 図3gは、サブシステム82からプローブビームが出る場合のサブシステム8
2を示しており、図3gの面は図3aの面と直交する。 図3hは、サブシステム83aから参照ビームが出る場合のサブシステム83
aを示しており、図3hの面は図3aの面と直交し、位相シフター34及び34
aは、図示するためだけに、軸3a及び3cの周りに90度回転して示している
。 図3iは、サブシステム81aにプローブビームが入る場合のサブシステム8
1aを示しており、図3iの面は図3aの面と直交する。 図3jは、サブシステム81aに参照ビームが入る場合のサブシステム81a
を示しており、図3jの面は図3aの面と直交する。 図3kは、サブシステム84にプローブビームが入る場合のサブシステム84
を示しており、図3kの面は図3aの面と直交する。 図3lは、サブシステム84に参照ビームが入る場合のサブシステム84を示
しており、図3lの面は図3aの面と直交する。 図3aa及び3abは、図3a乃至3lの所定のものと関連し、本発明の現時
点での好ましい第7の実施例を概略形態で示している。第2グループの実施例に
おいて図3aaは、ビームスプリッター100及びサブシステム82aa、ビー
ムスプリッター100及びサブシステム83ab、サブシステム82aa及び8
5、サブシステム83ab及び95との間の光学経路、並進器116及びサブシ
ステム83abの位相シフター44への電気信号132及び133の経路を各々
示している。 図3abは、サブシステム83abから反射参照ビームが出る場合のサブシス
テム83abを示しており、図3abの面は図3aaの面と平行であり、位相シ
フター34及び34aは、図示するためだけに、軸3b及び3fの周りに90度
回転して示している。
FIGS. 3a to 3l, which are associated together, show in a schematic form a third currently preferred embodiment of the invention. FIG. 3a shows subsystems 80 and 81, 80 and 81c, 81 and 82, 81c and 83a, 82 and 81a, 83a and 81a.
, 81a and 84, the path of the electrical signal from the computer 118 to the translator 116 and the phase shifter 44 of the subsystem 83a, and the path of the electrical signal from the detector 114 of the subsystem 84 to the computer 118. Is shown. FIG. 3b shows the subsystem 80, the plane of FIG. 3b being orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3c shows the subsystem 81, the plane of FIG. 3c being orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3d illustrates the subsystem 82 when the probe beam enters the subsystem 82.
And the plane of FIG. 3d is orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3e shows subsystem 81c, the plane of FIG. 3e being parallel to the plane of FIG. 3a. FIG. 3f shows the subsystem 83a when the reference beam enters the subsystem 83a.
3f, the plane of FIG. 3f is parallel to the plane of FIG. 3a and the phase shifters 34 and 3
4a is shown rotated 90 degrees about axes 3a and 3c for illustrative purposes only. FIG. 3g illustrates subsystem 8 when the probe beam exits from subsystem 82.
2 and the plane of FIG. 3g is orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3h shows the subsystem 83 when the reference beam exits from the subsystem 83a.
3h, the plane of FIG. 3h is orthogonal to the plane of FIG. 3a and the phase shifters 34 and 34
a is shown rotated 90 degrees about axes 3a and 3c for illustration only. FIG. 3i shows subsystem 8 when the probe beam enters subsystem 81a.
1a, the plane of FIG. 3i being orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3j shows the subsystem 81a when the reference beam enters the subsystem 81a.
And the plane of FIG. 3j is orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 3k shows the subsystem 84 when the probe beam enters the subsystem 84.
And the plane of FIG. 3k is orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIG. 31 shows the subsystem 84 when the reference beam enters the subsystem 84, the plane of FIG. 31 being orthogonal to the plane of FIG. 3a. FIGS. 3aa and 3ab, in connection with certain ones of FIGS. 3a to 31, show in a schematic form a currently preferred seventh embodiment of the invention. In the second group of embodiments, FIG. 3aa illustrates the beam splitter 100 and subsystem 82aa, the beam splitter 100 and subsystem 83ab, the subsystems 82aa and 8aa.
5, the optical path between subsystems 83ab and 95, the path of electrical signals 132 and 133 to translator 116 and phase shifter 44 of subsystem 83ab, respectively. FIG. 3ab shows subsystem 83ab when the reflected reference beam exits from subsystem 83ab, the plane of FIG. 3ab being parallel to the plane of FIG. 3aa, and phase shifters 34 and 34a are only shown It is shown rotated 90 degrees about axes 3b and 3f.

【図4】 共に関連付けられた図4a乃至4fは、本発明の現時点での好ましい第4の実
施例を概略形態で示している。図4aは、サブシステム80a及び81、80a
及び81c、81及び82、81c及び83a、82及び81b、83a及び8
1b、81b及び84aとの間の光学経路、コンピュータ118から並進器11
6及びサブシステム83aの位相シフター44への電気信号の経路、並びに、サ
ブシステム84aの検出器114aからコンピュータ118への電気信号の経路
を示している。 図4bは、サブシステム80aを示しており、図4bの面は図4aの面と直交
する。 図4cは、サブシステム81bに散乱プローブビームが入る場合のサブシステ
ム81bを示しており、図4cの面は図4aの面と直交する。 図4dは、サブシステム81bに反射参照ビームが入る場合のサブシステム8
1bを示しており、図4dの面は図4aの面と直交する。 図4eは、サブシステム84aに散乱プローブビームが入る場合のサブシステ
ム84aを示しており、図4eの面は図4aの面と直交する。 図4fは、サブシステム84aに反射参照ビームが入る場合のサブシステム8
4aを示しており、図4fの面は図4aの面と直交する。 図4aaは、図4a乃至4fの所定のものと関連し、本発明の現時点での好ま
しい第8の実施例を概略形態で示している。第2グループの実施例において図4
aaは、ビームスプリッター100及びサブシステム82aa、ビームスプリッ
ター100及びサブシステム83ab、サブシステム82aa及び85、サブシ
ステム83ab及び95との間の光学経路、並進器116及びサブシステム83
abの位相シフター44への電気信号132及び133の経路を各々示している
FIGS. 4a to 4f, which are associated together, show in schematic form a fourth currently preferred embodiment of the invention. FIG. 4a shows subsystems 80a and 81, 80a
And 81c, 81 and 82, 81c and 83a, 82 and 81b, 83a and 8
1b, 81b and 84a, the optical path between the computer 118 and the translator 11
6 illustrates the path of the electrical signal to the phase shifter 44 of the subsystem 83a and the path of the electrical signal from the detector 114a of the subsystem 84a to the computer 118. FIG. 4b shows subsystem 80a, the plane of FIG. 4b being orthogonal to the plane of FIG. 4a. FIG. 4c shows subsystem 81b when the scattered probe beam enters subsystem 81b, the plane of FIG. 4c being orthogonal to the plane of FIG. 4a. FIG. 4d shows subsystem 8 when subsystem 81b receives a reflected reference beam.
1b, the plane of FIG. 4d being orthogonal to the plane of FIG. 4a. FIG. 4e shows subsystem 84a when the scattered probe beam enters subsystem 84a, the plane of FIG. 4e being orthogonal to the plane of FIG. 4a. FIG. 4f illustrates subsystem 8 when subsystem 84a receives a reflected reference beam.
4a, wherein the plane of FIG. 4f is orthogonal to the plane of FIG. 4a. FIG. 4aa, in connection with certain ones of FIGS. 4a to 4f, shows in a schematic form a currently preferred eighth embodiment of the invention. FIG. 4 in the embodiment of the second group.
aa is the beam splitter 100 and subsystem 82aa, beam splitter 100 and subsystem 83ab, subsystem 82aa and 85, the optical path between subsystems 83ab and 95, translator 116 and subsystem 83
The paths of the electrical signals 132 and 133 to the ab phase shifter 44 are shown, respectively.

【図5】 図5は、4つの結像区分を備えた反射型共焦顕微鏡の幾何学を表している。FIG. 5 shows the geometry of a reflection confocal microscope with four imaging sections.

【図6】 図6は、4つの好ましい実施例と本発明の好ましい実施例の変形態様に従い、
空間的にフィルターされたピンホール面の焦点外画像の振幅を表すグラフである
FIG. 6 shows four preferred embodiments and variants of the preferred embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating the amplitude of a spatially filtered out-of-focus image of a pinhole plane.

【図7】 図7は、4つの好ましい実施例と本発明の好ましい実施例の変形態様に従い、
空間的にフィルターされたピンホール面の反射参照ビーム振幅を表すグラフであ
る。
FIG. 7 shows four preferred embodiments and variants of the preferred embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating the spatially filtered pinhole surface reflected reference beam amplitude.

【図8】 図8a乃至8cは、リソグラフィ及び集積回路の製造への適用に関する。ここ
で、図8aは、この共焦顕微鏡システムを利用するリソグラフィ露光システムの
概略図である。 図8b及び8cは、集積回路の製造における手順を説明するフローチャートで
ある。
8a to 8c relate to applications in lithography and in the manufacture of integrated circuits. Here, FIG. 8a is a schematic diagram of a lithographic exposure system utilizing this confocal microscope system. 8b and 8c are flowcharts illustrating a procedure in manufacturing an integrated circuit.

【図9】 図9は、この共焦顕微鏡システムを利用するマスク検査システムの概略図であ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram of a mask inspection system using the confocal microscope system.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 21/27 G01N 21/27 E G02B 21/00 G02B 21/00 G03F 9/00 G03F 9/00 H G11B 7/0065 G11B 7/0065 H01L 21/027 H01L 21/30 525R (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),CA ,CN,JP,KR,MX,SG 【要約の続き】 た、焦点外画像点からのビーム(P62C)及び焦合戻 りプローブビーム(P42C)と干渉される。空間フィ ルター処理された焦合戻りプローブビーム(P42C) の振幅は、検出器平面内で空間フィルター処理された、 焦合戻りプローブビーム(P42C)及び参照ビーム (R42C)の間の干渉項として検出器システム(11 4)により検出される。これによって検出器平面内で空 間フィルター処理された、焦点外画像ビーム(P62 C)及び参照ビーム(R42C)の振幅の間の干渉項の 振幅は実質的に減少され、対象の画像情報を表すため検 出器システム(114)により生成されたデータの誤差 を減少させる。──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 21/27 G01N 21/27 E G02B 21/00 G02B 21/00 G03F 9/00 G03F 9/00 H G11B 7/0065 G11B 7/0065 H01L 21/027 H01L 21/30 525R (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), CA, CN, JP, KR, MX, SG The beam from the out-of-focus image point (P62C) and the refocusing probe beam (P42C) interfere. The amplitude of the spatially filtered focused return probe beam (P42C) is detected as an interference term between the spatially filtered focused return probe beam (P42C) and the reference beam (R42C) in the detector plane. Detector system (114). This substantially reduces the amplitude of the interference term between the amplitudes of the out-of-focus image beam (P62C) and the reference beam (R42C), spatially filtered in the detector plane, representing the image information of interest. This reduces errors in the data generated by the detector system (114).

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及び
又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための方法におい
て、 (a)単色点光源からプローブビーム及び参照ビームを発生する工程と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (c)前記プローブビームを前記領域内又は該領域上の焦合画像点に差し向ける
ことによって焦合戻りプローブビームを発生する工程と、 (d)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (e)工程(b)の参照ビームを焦点外画像点からのビームと干渉させる工程と
、 (f)工程(b)の参照ビームを工程(d)の焦合戻りプローブビームと干渉さ
せる工程と、 (g)検出器システムの手段によって、工程(b)の参照ビーム及び工程(d)
の焦合戻りプローブビームの間の干渉項として焦合戻りプローブビームの振幅を
検出し、焦点外画像ビームの振幅及び工程(b)の参照ビームの振幅との間の干
渉項が、前記検出器システムにより生成されたデータの誤差を減少させて画像情
報を表すため実質的に減少する、工程と、 を含む方法。
1. A method for identifying a focused image of an area within and / or on an object from an out-of-focus image to reduce errors in image information of the object, comprising: Generating a probe beam and a reference beam; (b) generating an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) directing the probe beam to a focused image point within or on the region. Generating a focusing return probe beam by: (d) generating an antisymmetric spatial characteristic to the focusing return probe beam; and (e) replacing the reference beam of step (b) with a beam from an out-of-focus image point. Interfering; (f) interfering the reference beam of step (b) with the refocusing probe beam of step (d); and (g) by means of a detector system, the reference beam of step (b). Arm and the step (d)
Detecting the amplitude of the focused return probe beam as an interference term between the focused return probe beams, and determining the interference term between the amplitude of the out-of-focus image beam and the amplitude of the reference beam in step (b). Reducing the error in the data generated by the system to substantially reduce it to represent image information.
【請求項2】 前記点光源は単色線光源上の一点である、請求項1に記載の
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the point light source is a point on a monochromatic line light source.
【請求項3】 前記対象は半導体ウェーハである、請求項1に記載の方法。3. The method of claim 1, wherein the object is a semiconductor wafer. 【請求項4】 前記対象は生体である、請求項1に記載の方法。4. The method of claim 1, wherein said subject is a living organism. 【請求項5】 前記対象は光ディスクであり、前記領域は該光ディスク内及
び又は該光ディスク上の情報担持領域である、請求項1に記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the object is an optical disc, and the area is an information-carrying area in and / or on the optical disc.
【請求項6】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及び
又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための方法におい
て、 (a)広帯域点光源からプローブビーム及び参照ビームを発生する工程と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (c)前記プローブビームを前記対象内及び又は該対象上のラインに合焦される
ビームに変換するため、該プローブビームを第1の分散エレメントに通過させる
工程と、 (d)焦合戻りプローブビームを発生する工程と、 (e)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (f)ステップ(e)の焦合戻りプローブビームを空間フィルター処理する工程
と、 (g)空間フィルター処理された前記焦合戻りプローブビームを検出器平面内の
ラインに合焦されたビームに変換するため該焦合戻りプローブビームを第2の分
散エレメントに通過させる工程と、 (h)ステップ(b)の参照ビームを空間フィルター処理する工程と、 (i)空間フィルター処理された前記参照ビームを検出器平面内のラインに合焦
されたビームに変換するため該参照ビームを前記第2の分散エレメントに通過さ
せる工程と、 (j)焦点外画像点からのビームを空間フィルター処理する工程と、 (k)空間フィルター処理された前記焦点外画像点からのビームを検出器平面内
のラインに合焦されたビームに変換するため該焦点外画像点からのビームを前記
第2の分散エレメントに通過させる工程と、 (l)工程(i)の空間フィルター処理され合焦された前記参照ビームを、前記
焦点外画像点からの工程(k)の空間フィルター処理され合焦された前記ビーム
と干渉させる工程と、 (m)工程(i)の空間フィルター処理され合焦された前記参照ビームを、工程
(g)の空間フィルター処理され合焦された戻りプローブビームと干渉させる工
程と、 (n)検出器システムの手段によって、工程(i)の空間フィルター処理され合
焦された前記参照ビーム及び工程(g)の空間フィルター処理され合焦された焦
合戻りプローブビームの間の干渉項を検出し、工程(k)の空間フィルター処理
され合焦された前記ビームの振幅及び工程(i)の空間フィルター処理され合焦
された前記参照ビームの振幅の間の干渉項の振幅が前記検出器システムにより生
成されたデータの誤差を減少させて画像情報を表すため実質的に減少する、工程
と、 を含む方法。
6. A method for identifying a focused image of a region within and / or on an object from an out-of-focus image so as to reduce errors in image information of the object, comprising: Generating a probe beam and a reference beam; (b) generating an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) a beam focused on the probe beam to a line in and / or on the object. Passing the probe beam through a first dispersive element to convert the probe beam to: (d) generating a focus-return probe beam; and (e) producing an anti-symmetric spatial characteristic in the focus-return probe beam. (F) spatially filtering the focused return probe beam of step (e); and (g) detecting the spatially filtered focused return probe beam. Passing the refocused probe beam through a second dispersive element to convert it into a beam focused to a line in the plane of the vessel; and (h) spatially filtering the reference beam in step (b). (I) passing the reference beam through the second dispersive element to convert the spatially filtered reference beam into a beam focused on a line in the detector plane; and (j) out of focus. (K) spatially filtering the beam from the image point; and (k) the out-of-focus image to convert the spatially filtered beam from the out-of-focus image point to a beam focused on a line in the detector plane. Passing a beam from a point through the second dispersive element; (l) applying the spatially filtered and focused reference beam of step (i) to the out-of-focus image (K) interfering with the spatially filtered and focused beam of step (k); and (m) transforming the spatially filtered and focused reference beam of step (i) into the space of step (g). Interfering with the filtered and focused return probe beam; and (n) by means of a detector system the spatially filtered and focused reference beam of step (i) and the spatial filter of step (g). Detecting interference terms between the processed and focused refocused probe beams, the spatially filtered and focused beam amplitudes of step (k) and the spatially filtered and focused of step (i). The amplitude of the interference term between the amplitude of the reference beam and the error in the data generated by the detector system is reduced substantially to represent image information. , Including.
【請求項7】 前記点光源は広帯域の線光源の一点である、請求項6に記載
の方法。
7. The method of claim 6, wherein the point light source is a point of a broadband line light source.
【請求項8】 前記工程(c)は、前記プローブビームを少なくとも一つの
回折格子に通過させる工程を備え、前記ラインは、前記対象の表面に実質的に平
行である、請求項6に記載の方法。
8. The method of claim 6, wherein step (c) comprises passing the probe beam through at least one diffraction grating, wherein the lines are substantially parallel to a surface of the object. Method.
【請求項9】 前記ラインは、前記対象の表面に実質的に垂直である、請求
項6に記載の方法。
9. The method of claim 6, wherein the line is substantially perpendicular to a surface of the object.
【請求項10】 前記検出器システムにより生成されたデータ上でフーリエ
変換を実行する工程を含む、請求項6に記載の方法。
10. The method according to claim 6, comprising performing a Fourier transform on the data generated by the detector system.
【請求項11】 前記対象は半導体ウェーハである、請求項6に記載の方法
11. The method according to claim 6, wherein the object is a semiconductor wafer.
【請求項12】 前記対象は生体である、請求項6に記載の方法。12. The method according to claim 6, wherein the subject is a living body. 【請求項13】 前記対象は光ディスクであり、前記領域は該光ディスク内
及び又は該光ディスク上の情報担持領域である、請求項6に記載の方法。
13. The method according to claim 6, wherein the object is an optical disk and the area is an information-carrying area within and / or on the optical disk.
【請求項14】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及
び又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための方法にお
いて、 (a)広帯域点光源からプローブビーム及び参照ビームを発生する工程と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (c)前記プローブビームを前記対象内及び又は該対象上のラインに合焦される
ビームに変換する工程と、 (d)焦合戻りプローブビームを発生する工程と、 (e)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じる工程と、 (f)ステップ(e)の焦合戻りプローブビームを空間フィルター処理する工程
と、 (g)空間フィルター処理された前記焦合戻りプローブビームを検出器システム
の検出器平面内のラインに合焦されたビームに変換するため該焦合戻りプローブ
ビームを分散エレメントに通過させる工程と、 (h)ステップ(b)の参照ビームを空間フィルター処理する工程と、 (i)空間フィルター処理された前記参照ビームを検出器平面内のラインに合焦
されたビームに変換するため該参照ビームを前記分散エレメントに通過させる工
程と、 (j)焦点外画像点からのビームを空間フィルター処理する工程と、 (k)空間フィルター処理された前記焦点外画像点からのビームを検出器システ
ムのラインに合焦されたビームに変換するため該焦点外画像点からのビームを前
記分散エレメントに通過させる工程と、 (l)工程(i)の空間フィルター処理され合焦された前記参照ビームを、前記
焦点外画像点からの工程(k)の空間フィルター処理され合焦された前記ビーム
と干渉させる工程と、 (m)工程(i)の空間フィルター処理され合焦された前記参照ビームを、工程
(g)の空間フィルター処理され合焦された焦合戻りプローブビームと干渉させ
る工程と、 (n)検出器システムの手段によって、工程(i)の空間フィルター処理され合
焦された前記参照ビーム及び工程(g)の空間フィルター処理され合焦された焦
合戻りプローブビームの間の干渉項を検出し、工程(k)の空間フィルター処理
され合焦された前記ビームの振幅及び工程(i)の空間フィルター処理され合焦
された前記参照ビームの振幅の間の干渉項の振幅が前記検出器システムにより生
成されたデータの誤差を減少させて画像情報を表すため実質的に減少する、工程
と、 を含む方法。
14. A method for identifying a focused image of an area within and / or on an object from an out-of-focus image so as to reduce errors in image information of the object, comprising: Generating a probe beam and a reference beam; (b) generating an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) a beam focused on the probe beam to a line in and / or on the object. (D) generating a focus-return probe beam; (e) generating an antisymmetric spatial characteristic in the focus-return probe beam; and (f) focus return in step (e). Spatially filtering a probe beam; and (g) converting the spatially filtered defocused probe beam to a beam focused on a line in the detector plane of a detector system. (H) spatially filtering the reference beam of step (b); and (i) detecting the spatially filtered reference beam by a detector. Passing the reference beam through the dispersive element to convert it to a beam focused on a line in a plane; (j) spatially filtering the beam from an out-of-focus image point; (L) passing the beam from the out-of-focus image point through the dispersive element to convert the processed beam from the out-of-focus image point into a beam focused on a line of a detector system; the spatially filtered and focused reference beam of i) from the out of focus image point before the spatially filtered and focused step of step (k) (M) interfering the spatially filtered and focused reference beam of step (i) with the spatially filtered and focused focusing return probe beam of step (g). And (n) between the spatially filtered and focused reference beam of step (i) and the spatially filtered and focused return probe beam of step (g) by means of a detector system. Detecting an interference term, wherein the amplitude of the interference term between the amplitude of the spatially filtered and focused beam of step (k) and the amplitude of the spatially filtered and focused reference beam of step (i) is Reducing the error in the data generated by said detector system to substantially reduce it to represent image information.
【請求項15】 前記点光源は広帯域の線光源の一点である、請求項14に
記載の方法。
15. The method of claim 14, wherein the point light source is a point of a broadband line light source.
【請求項16】 前記対象は半導体ウェーハである、請求項14に記載の方
法。
16. The method of claim 14, wherein said object is a semiconductor wafer.
【請求項17】 前記対象は生体である、請求項14に記載の方法。17. The method according to claim 14, wherein the subject is a living organism. 【請求項18】 前記対象は光ディスクであり、前記領域は該光ディスク内
及び又は該光ディスク上の情報担持領域である、請求項14に記載の方法。
18. The method according to claim 14, wherein the object is an optical disk, and the area is an information-carrying area within and / or on the optical disk.
【請求項19】 前記工程(c)は、前記プローブビームを少なくとも一つ
の回折格子に通過させる工程を備え、前記ラインは、前記対象の主表面に実質的
に平行である、請求項14に記載の方法。
19. The method of claim 14, wherein step (c) comprises passing the probe beam through at least one diffraction grating, wherein the lines are substantially parallel to a main surface of the object. the method of.
【請求項20】 前記工程(c)のラインは、前記対象の主表面に実質的に
垂直である、請求項14に記載の方法。
20. The method of claim 14, wherein the line of step (c) is substantially perpendicular to a main surface of the object.
【請求項21】 前記検出器システムにより生成されたデータ上でフーリエ
変換を実行する工程を含む、請求項14に記載の方法。
21. The method according to claim 14, comprising performing a Fourier transform on the data generated by the detector system.
【請求項22】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及
び又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための干渉計シ
ステムにおいて、 (a)プローブビーム及び参照ビームを発生する点光源と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じさせる第1の位相シフターと、 (c)前記プローブビームを前記領域内又は該領域上の焦合画像点に差し向ける
ことによって焦合戻りプローブビームを発生する第1のビーム案内装置と、 (d)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じさせる第2の位相シ
フターと、 (e)前記反対称参照ビームを焦点外画像点からのビームと干渉させ、該反対称
参照ビームを反対称焦合戻りプローブビームと干渉させるため、該反対称参照ビ
ーム及び該反対称焦合戻りプローブビームを案内する第2のビーム案内装置と、 (f)前記反対称参照ビーム及び前記反対称焦合戻りプローブビームの間の干渉
項を検出する検出器システムと、 を含み、 前記焦点外画像ビームの振幅及び前記反対称参照ビームの振幅との間の干渉項
の振幅が、前記検出器システムにより生成されたデータの誤差を減少させて画像
情報を表すため実質的に減少する、干渉計システム。
22. An interferometer system for identifying a focused image of an area within and / or on an object from an out-of-focus image so as to reduce errors in image information of the object, comprising: (a) a probe beam; And a point light source for generating a reference beam; (b) a first phase shifter for producing an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) a focused image point in or on the area of the probe beam. (D) a second phase shifter for producing an anti-symmetric spatial characteristic in the focus returning probe beam; and (e) the opposite. The anti-symmetric reference beam and the anti-symmetric focus beam to cause the reference beam to interfere with the beam from the out-of-focus image point and the anti-symmetric reference beam to interfere with the anti-symmetric focusing return probe beam. A second beam guiding device for guiding a return probe beam; and (f) a detector system for detecting an interference term between the anti-symmetric reference beam and the anti-symmetric focusing return probe beam; An interferometer, wherein the amplitude of an interference term between the amplitude of the image beam and the amplitude of the anti-symmetric reference beam is substantially reduced to reduce errors in data generated by the detector system and to represent image information. system.
【請求項23】 前記点光源は線光源の一点である、請求項22に記載の干
渉計システム。
23. The interferometer system according to claim 22, wherein the point light source is a point of a line light source.
【請求項24】 前記点光源は単色点光源の一点である、請求項22に記載
の干渉計システム。
24. The interferometer system according to claim 22, wherein the point light source is a single point light source.
【請求項25】 前記点光源は広帯域点光源の一点である、請求項22に記
載の干渉計システム。
25. The interferometer system according to claim 22, wherein the point light source is a point of a broadband point light source.
【請求項26】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及
び又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための干渉計シ
ステムにおいて、 (a)プローブビーム及び参照ビームを発生する点光源と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じさせる第1の位相シフターと、 (c)第1の分散エレメント、並びに、前記プローブビームを前記対象内及び又
は該対象上のラインに合焦されるビームに変換し、これによって焦合戻りプロー
ブビームを生成するため、該プローブビームを前記第1の分散エレメントに通過
させる第1のビーム案内装置と、 (d)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じさせる第2の位相シ
フターと、 (e)前記反対称焦合戻りプローブビームを空間フィルター処理する空間フィル
ターと、 (f)第2の分散エレメント、並びに、空間フィルター処理された前記反対称焦
合戻りプローブビームを検出器システムの検出器平面内のラインに合焦されたビ
ームに変換するため該焦合戻りプローブビームを前記第2の分散エレメントに通
過させる第2のビーム案内装置と、 (g)前記空間フィルターは更に前記反対称参照ビームを空間フィルター処理し
、 (h)前記第2のビーム案内装置は、空間フィルター処理された前記反対称参照
ビームを前記検出器平面内のラインに合焦されたビームに変換するため該参照ビ
ームを前記第2の分散エレメントに通過させ、 (i)前記空間フィルターは更に焦点外画像点からのビームを空間フィルター処
理し、 (j)前記第2のビーム案内装置は更に空間フィルター処理された前記焦点外画
像点からのビームを検出器平面内のラインに合焦されたビームに変換するため該
焦点外画像点からのビームを前記第2の分散エレメントに通過させ、 (k)前記検出器システムは、空間フィルター処理され合焦された前記反対称参
照ビーム及び空間フィルター処理され合焦された前記反対称焦合戻りプローブビ
ームの間の干渉項を検出し、 空間フィルター処理され合焦された前記焦点外ビームの振幅及び空間フィルタ
ー処理され合焦された前記反対称参照ビームの振幅の間の干渉項の振幅が前記検
出器システムにより生成されたデータの誤差を減少させて前記対象の画像を表す
ため実質的に減少する、干渉計システム。
26. An interferometer system for identifying a focused image of an area within and / or on an object from an out-of-focus image to reduce errors in image information of the object, comprising: (a) a probe beam; A point light source for generating a reference beam; and (b) a first phase shifter for producing an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) a first dispersive element, and the probe beam in the object and Or a first beam guide for passing the probe beam through the first dispersive element to convert it into a beam focused on a line on the object, thereby producing a refocused probe beam; d) a second phase shifter for producing an anti-symmetric spatial characteristic in the focusing return probe beam; and (e) spatial filtering the anti-symmetric focusing return probe beam. (F) a second dispersive element, and a spatially filtered antisymmetric focusing return probe beam to convert the beam into a beam focused to a line in the detector plane of a detector system. (G) the spatial filter further spatially filters the antisymmetric reference beam, and (h) the second beam guiding device for passing the focus returning probe beam through the second dispersive element. A beam guide for passing the reference beam through the second dispersive element to convert the spatially filtered antisymmetric reference beam into a beam focused on a line in the detector plane; The spatial filter further spatially filters the beam from the out-of-focus image point; and (j) the second beam guide further spatially filters the beam. Passing the beam from the out-of-focus image point through the second dispersive element to convert the beam from the out-of-focus image point into a beam focused on a line in the detector plane; A detector system detects an interference term between the spatially filtered and focused anti-symmetric reference beam and the spatially filtered and focused anti-symmetrically focused return probe beam, and spatially filtered and focused. The amplitude of the interference term between the amplitude of the out-of-focus beam and the amplitude of the spatially filtered and focused anti-symmetric reference beam reduces errors in the data generated by the detector system and An interferometer system that is substantially reduced to represent an image.
【請求項27】 前記点光源は線光源の一点である、請求項26に記載の干
渉計システム。
27. The interferometer system according to claim 26, wherein the point light source is a point of a line light source.
【請求項28】 前記点光源は単色点光源の一点である、請求項26に記載
の干渉計システム。
28. The interferometer system according to claim 26, wherein the point light source is a single point light source.
【請求項29】 前記点光源は広帯域点光源である、請求項26に記載の干
渉計システム。
29. The interferometer system according to claim 26, wherein said point light source is a broadband point light source.
【請求項30】 対象の画像情報における誤差を減少するように該対象内及
び又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための干渉計シ
ステムにおいて、 (a)プローブビーム及び参照ビームを発生する点光源と、 (b)前記参照ビームに反対称空間特性を生じさせる第1の位相シフターと、 (c)焦合戻りプローブビームを生成するため前記プローブビームを前記対象内
及び又は該対象上のラインに合焦されるビームに変換する合焦装置と、 (d)前記焦合戻りプローブビームに反対称空間特性を生じさせる第2の位相シ
フターと、 (e)前記反対称焦合戻りプローブビームを空間フィルター処理する空間フィル
ターと、 (f)分散エレメント、並びに、空間フィルター処理された前記反対称焦合戻り
プローブビームを検出器システムの検出器平面内のラインに合焦されたビームに
変換するため該焦合戻りプローブビームを前記分散エレメントに通過させるビー
ム案内装置と、 (g)前記空間フィルターは更に前記反対称参照ビームを空間フィルター処理し
、 (h)前記ビーム案内装置は、更に空間フィルター処理された前記反対称参照ビ
ームを前記検出器平面内のラインに合焦されたビームに変換するため該参照ビー
ムを前記分散エレメントに通過させ、 (i)前記空間フィルターは更に焦点外画像点からのビームを空間フィルター処
理し、 (j)前記ビーム案内装置は空間フィルター処理された前記焦点外画像点からの
ビームを前記検出器平面内のラインに合焦されたビームに変換するため該焦点外
画像点からのビームを前記分散エレメントに通過させ、 (k)前記検出器システムは、空間フィルター処理され合焦された前記反対称参
照ビーム及び空間フィルター処理され合焦された前記反対称焦合戻りプローブビ
ームの間の干渉項を検出し、 空間フィルター処理され合焦された前記焦点外ビームの振幅及び空間フィルタ
ー処理され合焦された前記反対称参照ビームの振幅の間の干渉項の振幅が前記検
出器システムにより生成されたデータの誤差を減少させて前記対象の画像を表す
ため実質的に減少する、干渉計システム。
30. An interferometer system for identifying a focused image of an area within and / or on an object from an out-of-focus image so as to reduce errors in image information of the object, comprising: (a) a probe beam; A point light source for generating a reference beam; (b) a first phase shifter for producing an antisymmetric spatial characteristic in the reference beam; and (c) placing the probe beam within the object to generate a focus returning probe beam. And / or a focusing device for converting the beam into a beam focused on a line on the object; (d) a second phase shifter for producing an anti-symmetric spatial characteristic in the focus returning probe beam; A spatial filter for spatially filtering the nominally focused return probe beam; (f) a dispersive element; and the spatially filtered antisymmetrically focused return probe beam. A beam guiding device for passing the refocused probe beam through the dispersive element to convert the beam into a beam focused on a line in the detector plane of the detector system; and (g) the spatial filter further comprises the anti-symmetric Spatially filtering the reference beam; (h) the beam director further converts the spatially filtered antisymmetric reference beam into a beam focused to a line in the detector plane. (I) the spatial filter further spatially filters the beam from the out-of-focus image point; and (j) the beam guide device directs the spatially filtered beam from the out-of-focus image point. A beam from the out-of-focus image point is passed through the dispersive element to convert it to a beam focused on a line in the detector plane. (K) the detector system detects an interference term between the spatially filtered and focused antisymmetric reference beam and the spatially filtered and focused antisymmetric focusing return probe beam; The amplitude of the interference term between the spatially filtered and focused out-of-focus beam amplitude and the spatially filtered and focused anti-symmetric reference beam amplitude determines the error in the data generated by the detector system. An interferometer system, wherein the interferometer system is substantially reduced to represent an image of the object.
【請求項31】 前記点光源は線光源の一点である、請求項30に記載の干
渉計システム。
31. The interferometer system according to claim 30, wherein the point light source is a point of a line light source.
【請求項32】 前記点光源は広帯域点光源である、請求項30に記載の干
渉計システム。
32. The interferometer system according to claim 30, wherein the point light source is a broadband point light source.
【請求項33】 ウェーハ上で集積回路を製造するとき使用するためのリソ
グラフィーシステムであって、 (a)前記ウェーハを支持するためのステージと、 (b)前記ウェーハ上に空間的にパターン化された放射を画像形成するための照
明システムと、 (c)前記ウェーハ内及び又は該ウェーハ上にアライメント用領域を備えたウェ
ーハと、 (d)前記画像形成された放射に対して前記ステージの位置を調整するためのレ
ーザーゲージ制御位置決めシステムと、 (e)前記アライメント用領域の相対位置を測定するため前記レーザーゲージ制
御位置決めシステムに接続された対象の画像情報における誤差を減少するように
該対象内及び又は該対象上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するため
の干渉計システムと、 を含むリソグラフィーシステム。
33. A lithographic system for use in manufacturing integrated circuits on a wafer, comprising: (a) a stage for supporting the wafer; and (b) a spatially patterned substrate on the wafer. An illumination system for imaging the emitted radiation; (c) a wafer with an alignment area within and / or on the wafer; and (d) positioning the stage with respect to the imaged radiation. A laser gauge control positioning system for adjusting; and (e) within and within the object to reduce errors in image information of the object connected to the laser gauge control positioning system for measuring a relative position of the alignment area. Or an interferometer system for identifying a focused image of a region on the object from an out-of-focus image. Raffy system.
【請求項34】 請求項22の干渉計システムを備える、請求項33に記載
のリソグラフィーシステム。
34. A lithographic system according to claim 33, comprising the interferometer system of claim 22.
【請求項35】 請求項26の干渉計システムを備える、請求項33に記載
のリソグラフィーシステム。
35. A lithographic system according to claim 33, comprising the interferometer system of claim 26.
【請求項36】 請求項30の干渉計システムを備える、請求項33に記載
のリソグラフィーシステム。
36. A lithographic system according to claim 33, comprising the interferometer system of claim 30.
【請求項37】 集積回路の製造中にウェーハ上の集積回路パターンを検査
するとき使用するための度量衡システムであって、 (a)前記ウェーハを支持するためのステージと、 (b)前記パターン内及び又は該パターン上の領域の相対位置を調整するための
レーザーゲージ制御位置決めシステムと、 (c)前記パターンの画像情報における誤差を減少するように該パターン内及び
又は該パターン上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための干渉計
システムと、 を含む度量衡システム。
37. A metrology system for use in inspecting an integrated circuit pattern on a wafer during the manufacture of an integrated circuit, comprising: (a) a stage for supporting the wafer; And / or a laser gauge controlled positioning system for adjusting the relative position of regions on the pattern; and (c) focusing of regions within and / or on the pattern to reduce errors in image information of the pattern. A metrology system comprising: an interferometer system for distinguishing the combined image from the out-of-focus image.
【請求項38】 請求項22の干渉計システムを備える、請求項37に記載
の度量衡システム。
38. A metrology system according to claim 37, comprising the interferometer system of claim 22.
【請求項39】 請求項26の干渉計システムを備える、請求項37に記載
の度量衡システム。
39. A metrology system according to claim 37, comprising the interferometer system of claim 26.
【請求項40】 請求項30の干渉計システムを備える、請求項37に記載
の度量衡システム。
40. A metrology system according to claim 37, comprising the interferometer system of claim 30.
【請求項41】 集積回路の製造中に使用されるマスク内のパターンを検査
するとき使用するための度量衡システムであって、 (a)前記マスクを支持するためのステージと、 (b)前記マスク内及び又は該マスク上の領域の相対位置を調整するためのレー
ザーゲージ制御位置決めシステムと、 (c)前記パターンの画像情報における誤差を減少するように前記マスク内及び
又は該マスク上にある領域の焦合画像を焦点外画像から識別するための干渉計シ
ステムと、 を含む度量衡システム。
41. A metrology system for use in inspecting a pattern in a mask used during the manufacture of an integrated circuit, comprising: (a) a stage for supporting the mask; and (b) the mask. A laser gauge controlled positioning system for adjusting the relative position of an area within and / or on the mask; and (c) an area within and / or on the mask to reduce errors in image information of the pattern. An interferometer system for distinguishing the focused image from the out-of-focus image; and a metrology system comprising:
【請求項42】 請求項22の干渉計システムを備える、請求項41に記載
の度量衡システム。
42. A metrology system according to claim 41, comprising the interferometer system of claim 22.
【請求項43】 請求項26の干渉計システムを備える、請求項41に記載
の度量衡システム。
43. A metrology system according to claim 41, comprising the interferometer system of claim 26.
【請求項44】 請求項30の干渉計システムを備える、請求項41に記載
の度量衡システム。
44. A metrology system according to claim 41, comprising the interferometer system of claim 30.
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