JP2013507647A - 軸外し干渉計 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
‐干渉計の光軸に垂直な記録面と、
‐前記記録面に入射する第1光路および第2光路を画定する光学手段と、
を備え、前記第1および第2光路は非平行であり、
前記光学手段は、前記第1および第2光路に沿って伝搬する部分的時間的コヒーレント光線が干渉して、記録面の位置とは無関係の干渉縞コントラストを生成することができることを特徴とする。
‐前記光学手段は、回折光線を生成するために、前記記録面と光学的に共役な格子を含む。
‐格子は、ロンキ格子、ブレーズ回折格子、および厚い位相型ホログラフィック格子から成る群から選択される。
‐光学手段はさらに第1レンズを含み、前記格子は前記第1レンズの後焦点面に位置する。
‐光学手段は第2レンズを含み、格子は前記第2レンズの前焦点面に位置する。
‐干渉計はさらに、前記第2レンズに光学的に結合された第3レンズを備え、記録面は前記第3レンズの後焦点面に位置する。
‐干渉計は、微分干渉縞パターンを生成するために、第1および第2光路の少なくとも1つを伝搬する光線によって記録面上に生じるパターンのシフトを誘発するように、第1および第2光路の少なくとも1つに位置するウェッジをさらに備える。
‐干渉計は、過剰な回折光線を阻止するために光学絞りをさらに備える。
‐記録面と、
‐前記記録面と光学的に共役な面内に位置する格子と、
を備え、前記格子は第1および第2光路を画定し、前記光路は異なる回折次数に対応する。
ここでθmは回折光線と格子法線との間の角度であり、θiは入射光線と格子法線との間の角度であり、λは光波長であり、mは「回折次数」と呼ばれる整数である。直接透過(または反射格子の場合、正反射)に対応する光は零次と呼ばれ、m=0と表わされる。他の光線は、非零の整数mで表わされる角度に発生する。mは正数または負数とすることができ、結果として零次光線の両側に回折次数になることに留意されたい。
‐上述した干渉計と、
‐顕微鏡対物と、
‐前記顕微鏡対物の前焦点面に位置する、検査対象の試料を保持することのできる対物セルであって、前記記録面と光学的に共役する前記対物セルと、
‐第1の部分的コヒーレント光線を生成することのできる部分的コヒーレント光源と、
を備えたデジタルホログラフィック顕微鏡に関する。
‐対物セルは第1光線によって照明され、前記顕微鏡対物は干渉計の前に位置する。
‐デジタルホログラフィック顕微鏡はさらに以下を含む。
○第1ビームスプリッタおよび第2ビームスプリッタを含むマッハツェンダ干渉計。前記第1ビームスプリッタは前記第1光線を第2光線および第3光線に分割することができる。
○前記第3光線を前記格子に集束させるために前記第3光線の光路に位置する第1レンズ。
○第1レンズと同一光軸を有し、少なくとも1つの非零次の回折光線を生成するために格子の焦点距離に位置する第2レンズ、および前記第2光線および前記回折光線を再結合して再結合ビームにするように構成された前記第2ビームスプリッタ。
○前記第3光線の零次回折光を阻止するための光学絞り。
○第2光線と回折光線との間の相互作用によって生じる干渉信号を記録することのできる記録手段であって、前記干渉計の記録面に位置する前記記録手段。
○上述の通り干渉計を形成する、前記再結合ビームを前記記録手段上に集束されるための集束手段、第1レンズ、第2レンズ、および格子、ならびに本質的に同等(格子および光学絞りを除く)の第2および第3光線の光路。
‐試料ホルダおよび顕微鏡対物は第1ビームスプリッタの前に位置し、差動ホログラフィック構成を画定する。
‐試料ホルダおよび顕微鏡対物は第2光線の光路内に位置する。
‐第2顕微鏡対物は第3光線の光路内に位置する。
‐デジタルホログラフィック顕微鏡は、第2光線および第3光線の光路を等しくするための補償手段をさらに備える。
‐前記補償手段は、試料ホルダを補償するための手段、ならびに/または第1レンズおよび第2レンズを補償するための2つのレンズを含む。
‐デジタルホログラフィック顕微鏡は、反射物体を照明するために第2光線光路に位置する第3ビームスプリッタ、および参照ミラーを照明するために第3光線光路に位置する第4ビームスプリッタをさらに備え、マッハツェンダのジオメトリを画定する。
‐部分的コヒーレント光源は、LED、ガス放電ランプ、およびパルスレーザから成る群から選択された照明手段を含む。
‐部分的コヒーレント光源は、好ましくはそのスペクトル幅を低減させるためにフィルタリングされた、熱光源を含む。
‐部分的コヒーレント光源は、第1照明レンズ、スクリーンにおける針穴、部分的コヒーレント光線を生成するための第2照明レンズをさらに含む。
‐前記記録手段は感色性記録手段であり、光源はカラー・ホログラフィック・インターフェログラムを記録するために少なくとも3つの別個の波長を同時に生成し、好ましくは、別個の波長は色再現のためのシアン、マゼンタ、およびイエロ(CMY)、または赤・緑・青(RGB)に対応する。
‐前記光源は異なる波長の少なくとも3つのLEDを含む。
‐デジタルホログラフィック顕微鏡は、前記試料ホルダに光学的に結合された蛍光励起源をさらに備える。
‐デジタルホログラフィック顕微鏡は、励起源に由来する光が透過して記録面に達するのを防止するバリアフィルタをさらに備える。
‐部分的時間的コヒーレントである入射光線を提供するステップと、
‐少なくとも2つの回折光線を生成するために、前記入射光線を格子上に集束させるステップと、
‐入射光線に平行な平行回折光線を得るために、前記回折光線を無限遠に集束させるステップと、
‐前記平行回折光線を前記記録面上に集束させ、記録面内の位置に関係なく干渉縞コントラストを生成するステップと、
を含む。
‐第1の部分的コヒーレント光線を生成する部分的コヒーレント光源を提供するステップと、
‐第1の部分的コヒーレント光線を第2光線および第3光線に分割するステップと、
‐前記第3光線を非零次回折光線および零次回折光線に分割するために第3光線を格子に集束させるステップと、
‐平行かつ空間的に分離された非零回折光線および零次回折光線を得るために、非零次回折光線および零次回折光線を無限遠に集束させるステップと、
‐零次回折光線を阻止するステップと、
‐非零回折光線を第2光線と結合して再結合ビームを生成するステップと、
‐再結合ビームを記録手段上に集束させて、軸外しインターフェログラムを得るステップと、
を含む、軸外しデジタルホログラムを記録するための方法に関する。
ここでλは光波長であり、Δλは光源のスペクトル幅であり、nは伝搬屈折率である。典型的なLED光源の場合、これは数波長ないし数十波長を表わす。例えば、650nmの波長および15nmのスペクトルバンド幅(市販のLEDの典型値)を有するLEDの場合、コヒーレンス長は約20λである。これは、軸外し参照光が記録面内のどの場所でもコヒーレンス時間より大きい位相シフトを持つことができないことを意味する。これはまた、参照光と物体光との間の角度差によって誘発される縞の数が約20を超えることができないことをも意味し、それは強い制限である。
式中、Bは重要な役割を果たさない定数であり、j=√−1であり、νは光周波数であり、cは真空中の光の速度であり、f6、f7はL6およびL7の焦点距離である。記録面における1回折光線のみの寄与を計算すると、方程式(1)は次のようになる。
式中、Κ=2π/Λであり、Λは格子の空間的周期である。B′は重要な役割を果たさない定数である。
式中、tは時間であり、方程式(3)は、L6の前焦点面の空間的に均一な光パルスが、
位置(x,y)によって異なる時間間隔無しに、L7の後焦点面のあらゆる位置に同時に到達することを表わす。指数部は、光線が光軸に対して傾斜角度でセンサ面に入射することを表わす。本発明の干渉計の光路が均等化されたとき、したがってセンサの面全体で物体光と参照光との間の干渉パターンを記録することが可能になる。参照光の傾斜角度は軸外し構成をもたらす。
本発明の好適な実施形態
マッハツェンダ構成
部分的空間および時間コヒーレンスの光源による軸外し記録を可能にする、マッハツェンダ構成に基づくデジタルホログラフィック顕微鏡のスキームを図4に示す。
差動構成
マッハツェンダ構成は、物体によって導入される光路の変動が制限される用途に適している。物体の厚さが非常に変動する場合、干渉縞の密度が高くなりすぎて、センサによって記録することができない。
2.第2光線
3.第3光線
4.記録手段
5.回折光線(非零次回折)
6.非零次回折平行光線
6′.零次回折平行光線
7.非回折光線(または零次回折)
8.光学絞り
9.入射光線
10.記録面
11.ウェッジを補償するための補償手段
12.2*コヒーレンス長
13.干渉領域
14.コヒーレンシ面
15.本発明の干渉計
16.参照ミラー
17.蛍光励起光源
BSl,BS2,BS3およびBS4:ビームスプリッタ
EF:励起フィルタ
G:格子
LI,L2,L3,L4,L5,L6およびL7:レンズ
Ml1およびMl2:顕微鏡対物
Ml,M2およびM3:ミラー
P:スクリーンの針穴
Sa:透過型試料または試料ホルダ
SF:スペクトルフィルタ
So:照明光源
RA:回転アセンブリ
Rs:反射試料または試料ホルダ
W:ウェッジ
Claims (18)
- 軸外しデジタルホログラフィック顕微鏡観察用の干渉計(15)であって、前記干渉計(15)が
‐記録面(10)と、
‐前記記録面(10)と光学的に共役な面内に位置される格子(G)と、
を備え、前記格子(G)は第1および第2光路を画定し、前記光路は異なる回折次数に対応する、干渉計。 - 前記干渉計は第1レンズ(L5)をさらに備え、前記格子(G)は前記第1レンズの後焦点面に位置される、請求項1に記載の干渉計。
- 前記干渉計は第2レンズ(L6)をさらに備え、前記格子(G)は前記第2レンズ(L6)の前焦点面に位置され、前記干渉計は前記第2レンズ(L6)に光学的に結合された第3レンズ(L7)をさらに備え、前記記録面(10)は前記第3レンズ(L7)の後焦点面に位置される、請求項2に記載の干渉計。
- 前記干渉計は、使用中に、格子(G)によって生じる過剰な光線を阻止することができる光学絞り(8)をさらに備える、請求項1〜3のいずれかに記載の干渉計。
- ‐請求項1〜4のいずれかに記載の干渉計(15)と、
‐顕微鏡対物(ML1)と、
‐前記顕微鏡対物(ML1)の前焦点面に位置される、検査対象の試料を保持することのできる対物セル(Sa)であって、前記記録面(10)と光学的に共役される前記対物セル(Sa)と、
‐第1の部分的コヒーレント光線(1)を生成することのできる部分的コヒーレント光源と、
を備えたデジタルホログラフィック顕微鏡。 - 対物セル(Sa)は第1光線(1)によって照明され、前記顕微鏡対物(ML1)は干渉計(15)の前に位置され、ウェッジ(W)は差動ホログラムを生成するために前記干渉計の第2光路に位置される、請求項5に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- ‐第1ビームスプリッタ(BS1)および第2ビームスプリッタ(BS2)を含むマッハツェンダ干渉計であって、前記第1ビームスプリッタ(BS1)は前記第1光線を第2光線(2)および第3光線(3)に分割することができる;
‐前記第3光線(3)を前記格子(G)に集束させるために前記第3光線(3)の光路に位置される第1レンズ(L5);
‐第1レンズ(L5)と同一光軸を有し、かつ少なくとも1つの非零次の回折光線を生成するために格子(G)の焦点距離に位置される第2レンズ(L6)であって、前記第2ビームスプリッタ(BS2)が前記第2光線および前記回折光線を再結合して再結合ビームにするように構成される;
‐前記第3光線の零次回折光を阻止するための光学絞り;
‐第2光線と回折光線との間の相互作用によって生じる干渉信号を記録することのできる記録手段であって、前記記録手段は前記干渉計(15)の記録面に位置される;
‐前記再結合ビームを前記記録手段上に集束するための集束(L7)手段、
をさらに備え、第1レンズ(L5)、第2レンズ(L6)、および格子(G)が請求項1〜4のいずれかに記載の干渉計を形成し、第2光線(2)および第3光線(3)の光路が本質的に同等である、請求項5に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。 - 試料ホルダ(Sa)および顕微鏡対物は第1ビームスプリッタ(BS1)の前に位置され、差動ホログラフィック構成を画定する、請求項7に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 試料ホルダおよび顕微鏡対物(Ml1)は第2光線(2)の光路内に位置される、請求項7に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 第2顕微鏡対物(Ml2)は第3光線(3)の光路内に位置される、請求項9に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 反射物体(Ra)を照明するために第2光線の光路に位置される第3ビームスプリッタ(BS3)、および参照ミラー(16)を照明するために第3光線の光路に位置される第4ビームスプリッタ(BS4)をさらに備え、マッハツェンダのジオメトリを画定する、請求項7に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 部分的コヒーレント光源は、LED、ガス放電ランプ、熱光源およびパルスレーザから成る群から選択された照明手段(So)を含む、請求項6〜12のいずれかに記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 前記記録手段は感色性記録手段であり、光源はカラー・ホログラフィック・インターフェログラムを記録するために少なくとも3つの別個の波長を同時に生成する、請求項5〜12のいずれかに記載のデジタルホログラフィック顕微鏡
- 前記光源は異なる波長の少なくとも3つのLEDを含む、請求項13に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 別個の波長は色再現のためのシアン、マゼンタ、およびイエロ(CMY)、または赤・緑・青(RGB)に対応する、請求項13または14に記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 前記試料ホルダに光学的に結合された蛍光励起源(17)をさらに備える、請求項5〜15のいずれかに記載のデジタルホログラフィック顕微鏡。
- 2つの非平行の部分的時間的コヒーレント光線の間で干渉縞コントラストを生成するための方法であって、前記方法は、
‐部分的時間的コヒーレントである入射光線(9)を提供するステップと、
‐少なくとも2つの回折光線(5,7)を生成するために、前記入射光線を格子(G)上に集束させるステップと、
‐入射光線(9)に平行な平行回折光線(6,6′)を得るために、前記回折光線を無限遠に集束させるステップと、
‐前記平行回折光線を前記記録面上に集束させ、記録面内の位置に関係なく干渉縞コントラストを生成するステップと、
を含む、方法。 - 軸外しデジタルホログラムを記録するための方法であって、前記方法は、
‐第1の部分的コヒーレント光線(1)を生成する部分的コヒーレント光源を提供するステップと、
‐第1の部分的コヒーレント光線を第2光線(2)および第3光線(3)に分割するステップと、
‐前記第3光線(3)を非零次回折光線(5)および零次回折光線(7)に分割するために第3光線(3)を格子(G)に集束させるステップと、
‐平行かつ空間的に分離された非零回折光線(6)および零次回折光線(6′)を得るために、非零次回折光線および零次回折光線を無限遠に集束させるステップと、
‐零次回折光線を阻止するステップと、
‐非零回折光線(6)を第2光線(2)と結合して再結合ビームを生成するステップと、
‐再結合ビームを記録手段上に集束させて、軸外しインターフェログラムを得るステップと、
を含む、方法。
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