JP2006017494A - Microscope observation method, microscope device, and image processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体等の工業部品、生物の細胞等の生体などの被検物を光学顕微鏡で観察する顕微鏡観察方法、それに適用される顕微鏡装置、及び画像処理装置に関する。 The present invention relates to a microscope observation method for observing a test object such as an industrial part such as a semiconductor or a living body such as a biological cell with an optical microscope, a microscope apparatus applied thereto, and an image processing apparatus.
光学顕微鏡の中に、干渉顕微鏡がある。例えば、干渉顕微鏡の1種であるミロー型干渉顕微鏡(非特許文献1など参照。)は、対物レンズと被検物との中間に半透過鏡を配置し、対物レンズと半透過鏡との間に反射鏡を配置している。
このミロー型干渉顕微鏡では、対物レンズ、半透過鏡、被検物、半透過鏡、対物レンズを順に経由する光束(被検光束)と、対物レンズ、半透過鏡、反射鏡、半透過鏡、対物レンズを順に経由する光束(参照光束)とが干渉して干渉像を形成する。
Among optical microscopes is an interference microscope. For example, a Milo interference microscope (see Non-Patent
In this Miro type interference microscope, an objective lens, a semi-transmission mirror, a test object, a semi-transmission mirror, a light beam (test light beam) that passes through the objective lens in turn, an objective lens, a semi-transmission mirror, a reflection mirror, a semi-transmission mirror, A light beam (reference light beam) sequentially passing through the objective lens interferes to form an interference image.
この干渉顕微鏡の光源は白色光源であり、被検光束の光路長と参照光束の光路長とは被検物無しの状態で予め厳密に一致させてあるので、干渉像上では、両者の光路長が一致した点のみに干渉縞が生じ、その点の近傍に特定の色の変化が現れる。したがって、被検物内の要素の分布が色の分布で表現される。
ところで、仮に、上述した干渉を実際に生起させることなく、通常の顕微鏡による観察像を演算で干渉像に変換できれば、便利である。
その場合、干渉を生起させるための構成(光学素子や特殊な光学系)が不要となり、また、同じ被検物の同じタイミングの状態を、通常観察と干渉観察との双方で観察することもできる。
By the way, it is convenient if an observation image obtained by a normal microscope can be converted into an interference image by calculation without actually causing the above-described interference.
In this case, a configuration (optical element or special optical system) for causing interference is unnecessary, and the same timing state of the same specimen can be observed by both normal observation and interference observation. .
そこで本発明は、実際の干渉を生起させることなく干渉像を得ることのできる顕微鏡観察方法、顕微鏡装置、及び画像処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a microscope observation method, a microscope apparatus, and an image processing apparatus that can obtain an interference image without causing actual interference.
請求項1に記載の顕微鏡観察方法は、照明された被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系を有し、その結像光学系の結像面に生起する被検光波の複素振幅分布を測定可能な顕微鏡装置を用いた顕微鏡観察方法であって、前記被検光波の複素振幅分布のデータを取得する被検データ取得手順と、前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータを取得する参照データ取得手順と、前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成する画像作成手順とを含むことを特徴とする。
The microscope observation method according to
請求項2に記載の顕微鏡観察方法は、請求項1に記載の顕微鏡観察方法において、前記顕微鏡装置は、前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段とを備えていることを特徴とする。
The microscope observation method according to
請求項3に記載の顕微鏡観察方法は、請求項2に記載の顕微鏡観察方法において、前記パルス光は、テラヘルツパルス光であることを特徴とする。
請求項4に記載の顕微鏡観察方法は、請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の顕微鏡観察方法において、前記被検データ取得手順では、前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、前記参照データ取得手順では、前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、前記画像作成手順では、前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成することを特徴とする。
The microscope observation method according to claim 3 is the microscope observation method according to
The microscope observation method according to claim 4 is the microscope observation method according to any one of
請求項5に記載の顕微鏡観察方法は、請求項4に記載の顕微鏡観察方法において、前記画像作成手順では、前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換することを特徴とする。
請求項6に記載の顕微鏡装置は、被検物をパルス光で照明する照明手段と、前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記被検光波の複素振幅分布のデータと、前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータとを取得し、前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成することを特徴とする。
The microscope observation method according to claim 5 is the microscope observation method according to claim 4, wherein in the image creation procedure, the spectral image data is converted into data for expressing the interference image as a single color image. It is characterized by doing.
A microscope apparatus according to a sixth aspect includes an illuminating unit that illuminates a test object with pulsed light, an imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from the test object, and a connection between the imaging optical system. Detection means for detecting the electric field intensity distribution of the test light wave generated on the image plane, and control of the emission timing of the pulsed light and the detection timing to detect temporal changes in the intensity distribution within one emission period. Control means for calculating a complex amplitude distribution of the test light wave based on the time change data, and the control means removes the data of the complex amplitude distribution of the test light wave and the test object from the optical path. Data of the complex amplitude distribution of the reference light wave generated on the imaging plane is obtained, and the complex amplitude distribution data of the test light wave and the complex amplitude distribution data of the reference light wave are overlapped between the same coordinates. Together, square the absolute value, Characterized by creating the image data of the interference image of the test object.
請求項7に記載の顕微鏡装置は、請求項6に記載の顕微鏡装置において、前記パルス光は、テラヘルツパルス光であることを特徴とする。
請求項8に記載の顕微鏡装置は、請求項6又は請求項7に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータと、前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータとを取得し、前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成することを特徴とする。
The microscope apparatus according to claim 7 is the microscope apparatus according to claim 6, wherein the pulsed light is terahertz pulsed light.
The microscope apparatus according to claim 8 is the microscope apparatus according to claim 6 or claim 7, wherein the control means includes data of a complex amplitude distribution of each wavelength component of the reference light wave, and each of the test light waves. The complex amplitude distribution data of the wavelength component is acquired, the superposition and the square of the absolute value are performed for each wavelength component, and spectral image data of the interference image is created.
請求項9に記載の顕微鏡装置は、請求項8に記載の顕微鏡装置において、前記制御手段は、前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換することを特徴とする。
請求項10に記載の画像処理装置は、照明された被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系を有し、その結像光学系の結像面に生起する被検光波の複素振幅分布を測定可能な顕微鏡装置に適用される画像処理装置であって、前記被検光波の複素振幅分布のデータを取得する被検データ取得手段と、前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータを取得する参照データ取得手段と、前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成する画像作成手段とを含むことを特徴とする。
The microscope apparatus according to claim 9 is the microscope apparatus according to claim 8, wherein the control unit converts the spectral image data into data for expressing the interference image as a single color image. Features.
The image processing apparatus according to claim 10 has an imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from an illuminated test object, and a test light wave that is generated on an imaging surface of the imaging optical system. An image processing apparatus applied to a microscope apparatus capable of measuring the complex amplitude distribution of the test object, wherein test data acquisition means for acquiring data of the complex amplitude distribution of the test light wave and the test object are removed from the optical path Reference data acquisition means for acquiring data of a complex amplitude distribution of a reference light wave that sometimes occurs on the imaging plane, and data of the complex amplitude distribution of the test light wave and the data of the complex amplitude distribution of the reference light wave at the same coordinate And an image creating means for creating an image of an interference image of the test object by superimposing them and squaring an absolute value.
請求項11に記載の画像処理装置は、請求項10に記載の画像処理装置において、前記顕微鏡装置は、前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段とを備えていることを特徴とする。 The image processing apparatus according to claim 11 is the image processing apparatus according to claim 10, wherein the microscope apparatus includes an illuminating unit that illuminates the test object with pulsed light, and a test emitted from the test object. An imaging optical system that forms an image of a light beam, a detecting means that detects an electric field intensity distribution of a test light wave generated on an imaging surface of the imaging optical system, an emission timing of the pulsed light, and a timing of the detection Control means for detecting a time change of the intensity distribution within one light emission period and calculating a complex amplitude distribution of the test light wave based on the data of the time change.
請求項12に記載の画像処理装置は、請求項11に記載の画像処理装置において、前記パルス光は、テラヘルツパルス光であることを特徴とする。
請求項13に記載の画像処理装置は、請求項10〜請求項12の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記被検データ取得手段は、前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、前記参照データ取得手段は、前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、前記画像作成手段は、前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成することを特徴とする。
An image processing apparatus according to a twelfth aspect is the image processing apparatus according to the eleventh aspect, wherein the pulsed light is terahertz pulsed light.
The image processing device according to
請求項14に記載の画像処理装置は、請求項13に記載の画像処理装置において、前記画像作成手段は、前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換することを特徴とする。
The image processing device according to
本発明によれば、実際の干渉を生起させることなく干渉像を得ることのできる顕微鏡観察方法、顕微鏡装置、及び画像処理装置が実現する。 According to the present invention, a microscope observation method, a microscope apparatus, and an image processing apparatus that can obtain an interference image without causing actual interference are realized.
以下、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態は、顕微鏡システム及びそのシステムによる顕微鏡観察方法の実施形態である。
先ず、本システムの構成を説明する。
図1に示すように、本システムには、テラヘルツ分光イメージング装置(符号11〜20)、コンピュータ30、ディスプレイ40などが備えられる。テラヘルツ分光イメージング装置が請求項の顕微鏡装置などに対応し、コンピュータが請求項の画像処理装置などに対応する。
Embodiments of the present invention will be described below.
This embodiment is an embodiment of a microscope system and a microscope observation method using the system.
First, the configuration of this system will be described.
As shown in FIG. 1, the system includes a terahertz spectroscopic imaging apparatus (reference numerals 11 to 20), a
テラヘルツ分光イメージング装置には、フェムト秒パルスレーザ11、ビームエキスパンダ12、テラヘルツ光源となる半導体基板13、特殊プラスチックでできた結像光学系14、電気光学結晶15、偏光板16、CCDカメラ17、遅延装置18、高圧電源19、制御回路20などが備えられる。符号HM,Mで示すのは、ハーフミラー、ミラー、符号1で示すのは、被検物である。なお、テラヘルツ分光イメージング装置の詳細は、例えば、特開2003−295104号公報、特開2002−5828号公報などに開示されている。また、図1では、遅延装置18が光学系によって構成されているかのごとく表したが、同じ機能を有した別の構成の遅延装置18を利用してもよい。
The terahertz spectroscopic imaging apparatus includes a femtosecond pulse laser 11, a beam expander 12, a
コンピュータ30には、予め、本観察方法(後述)を実現するために必要なプログラムがインストールされている。なお、以下に説明する制御回路20の処理の一部又は全部は、コンピュータ30によって実行されてもよく、また、以下に説明するコンピュータ30の処理の一部又は全部は、制御回路20によって実行されてもよい。
次に、本システムの基本動作を説明する。
The
Next, the basic operation of this system will be described.
フェムト秒パルスレーザ11は、制御回路20から指示されたタイミングでフェムト秒パルスレーザ光を発光する。このレーザ光は、ビームエキスパンダ12にて径の太い光束となり、ハーフミラーHMで二分岐される。
二分岐された一方のレーザ光は、ミラーMを経て、電極の形成された半導体基板13に入射する。その電極には電源19により常時電圧が印加されており、レーザ光が入射した瞬間に電極間で放電が生じ、これが双極子となってテラヘルツ領域のパルス光(テラヘルツパルス光)を放射する。このテラヘルツパルス光は、被検物1を照明する。
The femtosecond pulse laser 11 emits femtosecond pulse laser light at a timing instructed by the
One of the two branched laser beams passes through the mirror M and enters the
テラヘルツパルス光によって照明された被検物1から射出する光(テラヘルツパルス光である。)は、結像光学系14によって結像される。その結像面Iには、電気光学結晶15が配置される。電気光学結晶15内では、結像面Iに生起する光波の電場強度分布に応じて、複屈折率の変調が生じる。
一方、前記二分岐された他方のレーザ光は、遅延装置18、ミラーM、ハーフミラーHMを経て電気光学結晶15に入射する。遅延装置18は、レーザ光が電気光学結晶15に入射するタイミングを、制御回路20から指示された時間(遅延時間)だけ遅延させる。
Light emitted from the
On the other hand, the other bifurcated laser beam enters the electro-optic crystal 15 through the
電気光学結晶15に入射したレーザ光の偏光状態は、その電気光学結晶15内の複屈折分布により変調される。そのレーザ光の偏光状態の分布は、偏光板16を介することによって、CCDカメラ17が画像として認識可能である。
CCDカメラ17は、制御回路20から指示されたタイミングで撮像を行い、画像データを取得する。その画像データは、レーザ光が電気光学結晶15に入射した瞬間に結像面Iに入射したテラヘルツ光の光波の電場強度分布を示す。
The polarization state of the laser light incident on the electro-optic crystal 15 is modulated by the birefringence distribution in the electro-optic crystal 15. The distribution of the polarization state of the laser light can be recognized as an image by the
The
制御回路20は、フェムト秒パルスレーザ11の発光のタイミングと、遅延装置18の遅延時間と、CCDカメラ17の撮像のタイミングとを制御する。制御回路20は、遅延時間を微小量ずつずらしながら発光及び撮像を行い、パルス発光期間における各瞬間に結像面Iに生起した光波の電場強度分布の画像データ(画像データ群)を取得する。
その画像データ群は、制御回路20を介してコンピュータ30に取り込まれる。コンピュータ30は、画像データ群が示している電場強度分布の時間変化をフーリエ変換(時間フーリエ変換)し、結像面Iに生起した光波の各波長成分の複素振幅分布をそれぞれ求める。
The
The image data group is taken into the
次に、本観察方法を説明する。
図2に示すように、本観察方法は、ステップS1〜ステップS5からなる。
ステップS1は、被検物1の観察の度に実行される必要はなく、例えば、本システムの出荷前に製造者によって実行される。ステップS2以降は、被検物1の観察の度に実行される。以下、これらのステップを順に説明する。
(ステップS1)
ステップS1では、図3(a)に示すように、被検物1が光路から外される。この状態で結像光学系14の結像面Iに生起する光波を、参照光波LRとする。
Next, this observation method will be described.
As shown in FIG. 2, the present observation method includes steps S1 to S5.
Step S1 does not need to be executed every time the
(Step S1)
In step S1, as shown in FIG. 3A, the
この状態で制御回路20は、画像データ群X1,X2,・・・を取得する(図3(b))。コンピュータ30は、画像データX1,X2,・・・が示している電場強度分布の時間変化をフーリエ変換(時間フーリエ変換)して複素振幅分布のデータA1(i,j),A2(i,j),・・・,An(i,j)を求め、それらを記憶する(図3(c))。
これらのデータA1(i,j),A2(i,j),・・・,An(i,j)は、参照光波LRの各波長成分の複素振幅分布を示す。
(ステップS2)
ステップS2では、図4(a)に示すように、被検物1が光路に配置される。この状態で結像光学系14の結像面Iに生起する光波を、被検光波L0とする。
In this state, the
These data A 1 (i, j), A 2 (i, j),..., A n (i, j) indicate the complex amplitude distribution of each wavelength component of the reference light wave L R.
(Step S2)
In step S2, as shown in FIG. 4A, the
この状態で制御回路20は、画像データ群Y1,Y2,・・・を取得する(図4(b))。コンピュータ30は、画像データY1,Y2,・・・が示している電場強度分布の時間変化をフーリエ変換(時間フーリエ変換)して複素振幅分布のデータB1(i,j),B2(i,j),・・・Bn(i,j)を求める(図4(c))。
これらのデータB1(i,j),B2(i,j),・・・Bn(i,j)は、被検光束L0の各波長成分の複素振幅分布を示す。
(ステップS3)
コンピュータ30は、データA1(i,j)とデータB1(i,j)との同一ピクセル同士の値の和又は差をとり(図5(a))、その和又は差からなるデータをC1(i,j)とおく。
In this state, the
These data B 1 (i, j), B 2 (i, j),... B n (i, j) indicate the complex amplitude distribution of each wavelength component of the test light beam L 0 .
(Step S3)
The
同様に、コンピュータ30は、データA2(i,j),・・・,An(i,j)のそれぞれとデータB2(i,j),・・・,Bn(i,j)のそれぞれとの同一ピクセル同士の値の和又は差をとり、和又は差からなるデータを、それぞれC2(i,j),・・・,Cn(i,j)とおく。
これらのコンピュータ30の処理を式にすると、次式(1)となる。
Similarly,
When the processing of these
よって、データCk(i,j)は、参照光束LRと被検光束L0とによる仮想的な干渉光波の複素振幅分布を示す。なお、各データC1(i,j),C2(i,j),・・・,Cn(i,j)は、その仮想的な干渉光波の各波長成分を示す。
(ステップS4)
コンピュータ30は、データC1(i,j)の各ピクセルの値の絶対値二乗をとり(図5(b))、その絶対値二乗からなるデータを、I1(i,j)とおく。
Therefore, the data C k (i, j) represents a complex amplitude distribution of a virtual interference light wave by the reference light beam L R and the test light beam L 0 . Each data C 1 (i, j), C 2 (i, j),..., C n (i, j) represents each wavelength component of the virtual interference light wave.
(Step S4)
The
同様に、コンピュータ30は、データC2(i,j),・・・,Cn(i,j)の各ピクセルの値の絶対値二乗をとり、その絶対値二乗からなるデータを、それぞれI2(i,j),・・・,In(i,j)とおく。
このように、データC1(i,j)の各ピクセルの値の絶対値二乗をとることは、仮想的な干渉光波による被検物1の像(干渉像)を求めることを意味する。
Similarly, the
Thus, taking the square of the absolute value of each pixel value of the data C 1 (i, j) means obtaining an image (interference image) of the
よって、データIk(i,j)は、干渉像の強度分布を示す。なお、各データI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)は、干渉像の各波長成分(各分光画像)を示す。
これら各分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)の概念を図にしたのが、図6(a)である。
(ステップS5)
コンピュータ30は、各分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)の或るピクセルの値I1,I2,・・・,In(図6(b))に対し適当な重み係数r1,r2,・・・,rn(図6(c))を個別に乗算して和をとり、その和をデータR(i,j)の同じピクセルの値に選定する。この選定を各ピクセルについて同様に行い、データR(i,j)を完成させる。
Therefore, the data I k (i, j) indicates the intensity distribution of the interference image. Each data I 1 (i, j), I 2 (i, j),..., I n (i, j) represents each wavelength component (each spectral image) of the interference image.
FIG. 6A shows the concept of the data I 1 (i, j), I 2 (i, j),..., I n (i, j) of each spectral image.
(Step S5)
また、コンピュータ30は、各分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)の或るピクセルの値I1,I2,・・・,In(図6(b))に対し適当な重み係数g1,g2,・・・,gn(図6(d))を個別に乗算して和をとり、その和をデータG(i,j)の同じピクセルの値に選定する。この選定を各ピクセルについて同様に行い、データG(i,j)を完成させる。
Further,
また、コンピュータ30は、各分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)の或るピクセルの値I1,I2,・・・,In(図6(b))に対し適当な重み係数b1,b2,・・・,bn(図6(e))を個別に乗算して和をとり、その和をデータB(i,j)の同じピクセルの値に選定する。この選定を各ピクセルについて同様に行い、データB(i,j)を完成させる。
Further,
これらのコンピュータ30の処理を式にすると、次式(2)となる。
When the processing of these
コンピュータ30は、それらのデータR(i,j),G(i,j),B(i,j)をディスプレイ40に送出する。ディスプレイ40は、それらのデータR(i,j),G(i,j),B(i,j)に基づき、画像を表示する。ディスプレイ40上には、被検物1の干渉像が表示される(図1参照)。
因みに、図6(c),(d),(e)に示した重み係数rk,gk,bkのカーブは、図7に示すような一般のRGB表色系の等色関数のカーブと同じ形状をしている。
The
Incidentally, the curves of the weight coefficients r k , g k , and b k shown in FIGS. 6C, 6D, and 6E are curves of color matching functions of a general RGB color system as shown in FIG. Has the same shape.
次に、本観察方法の効果を説明する。
本観察方法では、被検光波L0の複素振幅分布のデータB1(i,j),B2(i,j),・・・,Bn(i,j)を取得し、それを参照光波LRの複素振幅分布のデータA1(i,j),A2(i,j),・・・,An(i,j)に重ね合わせて絶対値二乗をとる。
この演算によって、被検光波L0と参照光波LRとによる干渉像の各分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)が得られる。
Next, the effect of this observation method will be described.
In this observation method, data B 1 (i, j), B 2 (i, j),..., B n (i, j) of the complex amplitude distribution of the test light wave L 0 are obtained and referred to. Superimposed on the data A 1 (i, j), A 2 (i, j),..., A n (i, j) of the complex amplitude distribution of the light wave L R , takes the absolute value square.
By this calculation, data I 1 (i, j), I 2 (i, j),..., I n (i, j) of each spectral image of the interference image by the test light wave L 0 and the reference light wave L R. ) Is obtained.
したがって、本システムでは、干渉を実際に生起させていないにも拘わらず、被検物1の干渉像を観察することが可能となった。
また、本観察方法では、分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)を、1枚のカラー画像で表現するためのデータR(i,j),G(i,j),B(i,j)に変換するので、ディスプレイ40上の干渉像は、被検物1内の要素の分布が眼で見える色の分布で表現される。
Therefore, in this system, it is possible to observe an interference image of the
In this observation method, the spectral image data I 1 (i, j), I 2 (i, j),..., I n (i, j) are represented by a single color image. Since the data R (i, j), G (i, j), and B (i, j) are converted, the interference image on the
ところで、本観察方法では、テラヘルツ分光イメージング装置が用いられたので、分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)が示しているのは、テラヘルツ領域の干渉像である。
しかし、本観察方法では、それら分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)をデータR(i,j),G(i,j),B(i,j)に変換する際に、等色関数のカーブ(図7参照)と同じカーブを描く重み係数rk,gk,bkを用いるので、ディスプレイ40上の干渉像は、従来の干渉顕微鏡による干渉像(つまり、可視光領域の干渉像)と似た傾向で表色される。
Incidentally, in this observation method, because a terahertz spectral imaging device is used, the data I 1 of the spectral image (i, j), I 2 (i, j), ···, n (i, j) represents What is shown is an interference image in the terahertz region.
However, in this observation method, the data I 1 (i, j), I 2 (i, j),..., I n (i, j) of these spectral images are converted into data R (i, j), G ( When converting to i, j), B (i, j), the weighting coefficients r k , g k , b k that draw the same curve as the curve of the color matching function (see FIG. 7) are used. The interference image is colored with a tendency similar to an interference image obtained by a conventional interference microscope (that is, an interference image in the visible light region).
なお、本観察方法では、ステップS1が本システムの出荷前に実行されるとしたが、出荷後に実行されてもよい。例えば、被検物1の観察の度に、或いは本システムの測定条件や環境などが変化する毎に実行されてもよい。
このように参照光波LRのデータA1(i,j),A2(i,j),・・・,An(i,j)が頻繁に更新されれば、参照光波LRのデータA1(i,j),A2(i,j),・・・,An(i,j)を実測するときのシステムの状態と、被検光波L0のデータB1(i,j),B2(i,j),・・・,Bn(i,j)を実測するときのシステムの状態とが近づくので、干渉像の算出誤差(分光画像のデータI1(i,j),I2(i,j),・・・,In(i,j)の算出誤差)を小さく抑えることができる。よって、観察精度が高まる。
In this observation method, step S1 is executed before shipment of the system, but may be executed after shipment. For example, it may be executed each time the
Data A 1 of the thus reference light wave L R (i, j), A 2 (i, j), ···, A n (i, j) if frequently updated, reference light wave L R data A 1 (i, j), A 2 (i, j),..., A n (i, j) state of the system and data B 1 (i, j) of the test light wave L 0 ), B 2 (i, j),..., B n (i, j) are close to the state of the system, so that an interference image calculation error (spectral image data I 1 (i, j ), I 2 (i, j),..., I n (i, j)) can be kept small. Therefore, the observation accuracy is increased.
また、本観察方法では、参照光波LRのデータは実測された(ステップS1参照)が、シミュレーション(本システムの光学設計データに基づく)により算出されてもよい。但し、実測をした方が、観察精度が高まる。
また、本観察方法では、同一の被検物1について1種類の干渉像しか取得しなかったが、同一の被検物1について干渉条件(参照光波と被検光波との強度比など)を演算上で変化させて2種類以上の干渉像を取得してもよい。演算によれば、互いに異なる干渉条件の2種類以上の干渉像を簡単に得ることができる。また、多数の干渉像を得ることも簡単である。
Further, in the present observation method, data of the reference optical wave L R was measured (see step S1), it may be calculated by simulation (based on optical design data of the system). However, the observation accuracy increases when the measurement is performed.
Further, in this observation method, only one type of interference image is acquired for the
また、演算によれば、干渉条件のみを変化させることができるので、互いに同じタイミングの同じ被検物1の状態を、2種類以上の干渉条件下で観察することが可能になる。これは、実際に干渉を生起させる干渉顕微鏡では原理的に不可能である。
また、本観察方法では、顕微鏡装置として、テラヘルツ領域の光を照明光としたテラヘルツ分光イメージング装置を用いたが、テラヘルツ領域からずれた領域の光を照明光とする同様の分光イメージング装置を用いてもよい。
Further, according to the calculation, only the interference condition can be changed, so that the state of the
In this observation method, a terahertz spectroscopic imaging apparatus using terahertz region light as illumination light is used as a microscope apparatus. Also good.
また、本システムには、結像面Iの電場強度分布の画像データを一括して取得する非走査型の顕微鏡装置が適用されたが、その電場強度分布の画像データを1点ずつ取得する走査型の顕微鏡装置を適用することもできる。 Further, in this system, a non-scanning microscope apparatus that collects image data of the electric field intensity distribution on the imaging plane I is applied, but scanning that acquires image data of the electric field intensity distribution point by point. A type of microscope device can also be applied.
1 被検物、
11 フェムト秒パルスレーザ、
12 ビームエキスパンダ、
13 半導体基板、
14 結像光学系、
15 電気光学結晶、
16 偏光板、
17 CCDカメラ、
18 遅延装置、
19 高圧電源、
20 制御回路、
HM ハーフミラー、
M ミラー、
I 結像面
1 Test object,
11 femtosecond pulse laser,
12 beam expander,
13 Semiconductor substrate,
14 imaging optical system,
15 electro-optic crystal,
16 Polarizing plate,
17 CCD camera,
18 delay device,
19 High voltage power supply,
20 control circuit,
HM half mirror,
M mirror,
I Imaging surface
Claims (14)
前記被検光波の複素振幅分布のデータを取得する被検データ取得手順と、
前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータを取得する参照データ取得手順と、
前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成する画像作成手順と
を含むことを特徴とする顕微鏡観察方法。 A microscope apparatus having an imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from an illuminated test object and capable of measuring a complex amplitude distribution of a test light wave generated on an imaging surface of the imaging optical system. A microscope observation method used,
A test data acquisition procedure for acquiring data of a complex amplitude distribution of the test light wave;
A reference data acquisition procedure for acquiring data of a complex amplitude distribution of a reference light wave generated in the imaging plane when the test object is removed from the optical path;
Image creation procedure for creating image data of an interference image of the test object by superimposing the complex amplitude distribution data of the test light wave and the data of the complex amplitude distribution of the reference light wave between the same coordinates and squaring the absolute value A microscope observation method comprising: and.
前記顕微鏡装置は、
前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、
前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、
前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段と
を備えていることを特徴とする顕微鏡観察方法。 In the microscope observation method according to claim 1,
The microscope apparatus is
Illuminating means for illuminating the test object with pulsed light;
An imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from the test object;
Detecting means for detecting an electric field intensity distribution of a test light wave generated on an imaging surface of the imaging optical system;
By controlling the emission timing of the pulsed light and the detection timing to detect a temporal change in the intensity distribution within one emission period, the complex amplitude distribution of the test light wave is calculated based on the data of the temporal change. And a control means.
前記パルス光は、
テラヘルツパルス光である
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。 The microscope observation method according to claim 2,
The pulsed light is
A microscope observation method characterized by being terahertz pulse light.
前記被検データ取得手順では、
前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、
前記参照データ取得手順では、
前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、
前記画像作成手順では、
前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成する
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。 In the microscope observation method according to any one of claims 1 to 3,
In the test data acquisition procedure,
Acquire data of complex amplitude distribution of each wavelength component of the test light wave,
In the reference data acquisition procedure,
Obtaining data of a complex amplitude distribution of each wavelength component of the reference light wave;
In the image creation procedure,
A method for observing a microscope, wherein the superposition and the square of the absolute value are performed for each wavelength component to generate spectral image data of the interference image.
前記画像作成手順では、
前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換する
ことを特徴とする顕微鏡観察方法。 The microscope observation method according to claim 4,
In the image creation procedure,
A microscope observation method, comprising: converting the spectral image data into data for expressing the interference image as a single color image.
前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、
前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記被検光波の複素振幅分布のデータと、前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータとを取得し、
前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成する
ことを特徴とする顕微鏡装置。 Illuminating means for illuminating the test object with pulsed light;
An imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from the test object;
Detecting means for detecting an electric field intensity distribution of a test light wave generated on an imaging surface of the imaging optical system;
By controlling the emission timing of the pulsed light and the detection timing to detect a temporal change in the intensity distribution within one emission period, the complex amplitude distribution of the test light wave is calculated based on the data of the temporal change. Control means,
The control means includes
Data of the complex amplitude distribution of the test light wave, and data of the complex amplitude distribution of the reference light wave generated on the imaging plane when the test object is removed from the optical path,
The data of the complex amplitude distribution of the test light wave and the data of the complex amplitude distribution of the reference light wave are superimposed between the same coordinates and squared with an absolute value to create image data of an interference image of the test object. Microscope device.
前記パルス光は、
テラヘルツパルス光である
ことを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 6, wherein
The pulsed light is
A microscope apparatus characterized by being terahertz pulsed light.
前記制御手段は、
前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータと、前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータとを取得し、
前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成する
ことを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 6 or 7,
The control means includes
Data of complex amplitude distribution of each wavelength component of the reference light wave, and data of complex amplitude distribution of each wavelength component of the test light wave,
The superposition and the square of the absolute value are performed for each wavelength component, and spectral image data of the interference image is created.
前記制御手段は、
前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換する
ことを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 8, wherein
The control means includes
The microscope apparatus, wherein the spectral image data is converted into data for expressing the interference image as a single color image.
前記被検光波の複素振幅分布のデータを取得する被検データ取得手段と、
前記被検物を光路から外したときに前記結像面に生起する参照光波の複素振幅分布のデータを取得する参照データ取得手段と、
前記被検光波の複素振幅分布のデータと前記参照光波の複素振幅分布のデータとを同一座標間で重ね合わせて絶対値二乗し、前記被検物の干渉像の画像データを作成する画像作成手段と
を含むことを特徴とする画像処理装置。 A microscope apparatus having an imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from an illuminated test object and capable of measuring the complex amplitude distribution of the test light wave generated on the imaging surface of the imaging optical system An image processing apparatus to be applied,
Test data acquisition means for acquiring data of a complex amplitude distribution of the test light wave;
Reference data acquisition means for acquiring data of a complex amplitude distribution of a reference light wave generated on the imaging plane when the test object is removed from the optical path;
Image creation means for creating the image data of the interference image of the test object by superimposing the complex amplitude distribution data of the test light wave and the data of the complex amplitude distribution of the reference light wave between the same coordinates and squaring the absolute value An image processing apparatus comprising:
前記顕微鏡装置は、
前記被検物をパルス光で照明する照明手段と、
前記被検物から射出する被検光束を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の結像面に生起する被検光波の電場強度分布を検出する検出手段と、
前記パルス光の発光タイミングと前記検出のタイミングとを制御して1発光期間内における前記強度分布の時間変化を検出すると共に、前記時間変化のデータに基づき前記被検光波の複素振幅分布を算出する制御手段と
を備えていることを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 10.
The microscope apparatus is
Illuminating means for illuminating the test object with pulsed light;
An imaging optical system that forms an image of a test light beam emitted from the test object;
Detecting means for detecting an electric field intensity distribution of a test light wave generated on an imaging surface of the imaging optical system;
By controlling the emission timing of the pulsed light and the detection timing to detect a temporal change in the intensity distribution within one emission period, the complex amplitude distribution of the test light wave is calculated based on the data of the temporal change. An image processing apparatus comprising: a control unit.
前記パルス光は、
テラヘルツパルス光である
ことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 11.
The pulsed light is
An image processing apparatus characterized by being terahertz pulsed light.
前記被検データ取得手段は、
前記被検光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、
前記参照データ取得手段は、
前記参照光波の各波長成分の複素振幅分布のデータを取得し、
前記画像作成手段は、
前記重ね合わせ及び絶対値二乗を各波長成分毎に行い、前記干渉像の分光画像データを作成する
ことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to any one of claims 10 to 12,
The test data acquisition means includes
Acquire data of complex amplitude distribution of each wavelength component of the test light wave,
The reference data acquisition means includes
Obtaining data of a complex amplitude distribution of each wavelength component of the reference light wave;
The image creating means includes
The superposition and the square of the absolute value are performed for each wavelength component, and spectral image data of the interference image is created.
前記画像作成手段は、
前記干渉像を1枚のカラー画像で表現するためのデータに前記分光画像データを変換する
ことを特徴とする画像処理装置。
The image processing apparatus according to claim 13.
The image creating means includes
An image processing apparatus that converts the spectral image data into data for expressing the interference image as a single color image.
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