JP2015172549A - 干渉観察装置及び干渉観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】横分解能の向上とイメージ深度の拡張との双方を同時に達成可能な干渉観察装置及び干渉観察方法を提供する。
【解決手段】測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを経由した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉計と、干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報へと変換する検出部と、測定アームに配置された対物レンズによる測定光の集光点で物体の基準面を走査する走査部と、対物レンズの互いに異なるＮ個の部分開口を個別に通過するＮ種類の測定光の間に互いに異なる光路長オフセットを付与するオフセット部２４，２５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉観察装置及び干渉観察方法に関する。

生物試料などの三次元構造を観察するには、ＯＣＴ（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）と呼ばれる干渉観察装置が有効である。

なお、対物レンズのＮＡが大きく横分解能の高いＯＣＴをＯＣＭ（ＯＣＭ：Optical Coherence Microscopy）と呼ぶこともあるが、ここでは横分解能の高さに依らず全ての干渉観察装置を「ＯＣＴ」と呼ぶこととする。

特開平１１−３２５８４９号公報

ここで、ＯＣＴにおいて横分解能を向上させるためには対物レンズのＮＡを大きくする必要があるが、ＮＡを大きくすると構造データ（試料中の散乱強度分布）を一括で取得できる深さ方向の幅（イメージ深度）が狭くなる。つまり、ＯＣＴには、横分解能の向上とイメージ深度の拡張との双方を同時に達成できないという本質的な問題がある。

そこで本発明は、横分解能の向上とイメージ深度の拡張との双方を同時に達成することの可能な干渉観察装置及び干渉観察方法を提供する。

本発明を例示する干渉観察装置の一態様は、測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを経由した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉計と、前記干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報へと変換する検出部と、前記測定アームに配置された対物レンズによる前記測定光の集光点で前記物体の基準面を走査する走査部と、前記対物レンズの互いに異なる複数個の部分開口を個別に通過する複数種類の前記測定光の間に互いに異なる光路長オフセットを付与するオフセット部とを備える。

本発明を例示する干渉観察方法の一態様は、測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを往復した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉手順と、前記干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報へと変換する検出手順と、前記測定アームに配置された対物レンズによる前記測定光の集光点で前記物体の基準面を走査する走査手順と、前記対物レンズの互いに異なる複数個の部分開口を個別に通過する複数種類の前記測定光の間に互いに異なる光路長のオフセットを付与するオフセット手順とを有する。

本発明によれば、横分解能の向上とイメージ深度の拡張との双方を同時に達成することの可能な干渉観察装置及び干渉観察方法が実現する。

第１実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの構成図である。 第１オフセット部材２４、第２オフセット部２５を説明する図である 領域Ａ_０〜Ａ_６の光路長オフセット量、領域Ｂ_０〜Ｂ_６の光路長オフセット量、４９種類の測定光に付与される光路長オフセット量、演算装置４０が取得する散乱ポテンシャルデータＵ’を説明する図である。 散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_４を説明する図である。 基準面Ｐにおける集光点の走査ピッチを説明する図である。 三次元構造データの作成原理を説明する図（前半）である。 三次元構造データの作成原理を説明する図（後半）である。 第１実施形態の実効的ＣＴＦ（ＣＴＦ：coherent transfer function）の範囲を示す図である。 第１実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの横分解能を説明する図である。 第２実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの構成図である。 ビーム分離部材３０、スリットマスク２３ａ、イメージセンサ２３ｆを説明する図である。 ７種類の散乱ポテンシャルデータＵ_０’〜Ｕ_６ ’の各々に寄与する測定光を、光路長オフセット量によって表した図である。 第２実施形態の演算装置４０の動作を説明する図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態として合成開口型ＳＤ−ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ：Spectral Domain Optical Coherence Tomography）を説明する。

図１は、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの構成図である。図１に示すとおり合成開口型ＳＤ−ＯＣＴには、白色レーザ光源１１と、コリメートレンズ１２と、ビームスプリッタ１３、１４、１９、２１と、第１オフセット部材２４と、第２オフセット部材２5と、リレーレンズ１６と、ガルバノスキャナ１５と、対物レンズ１７と、試料１８と、参照面２０と、集光レンズ２２と、分光器２３と、制御装置３９と、演算装置４０とが配置される。また、分光器２３には、スリットマスク２３ａと、コリメートミラー２３ｂと、反射回折格子２３ｃと、集光ミラー２３ｄと、ラインセンサ２３ｅとが配置される。

白色レーザ光源１１から射出した白色レーザ光は、コリメートレンズ１２にて径の太い平行光束となり、ビームスプリッタ１３へ入射する。ビームスプリッタ１３へ入射した白色レーザ光は、ビームスプリッタ１３を反射する白色レーザ光と、ビームスプリッタ１３を透過する白色レーザ光とに分岐される。

ここでは、ビームスプリッタ１３を反射した白色レーザ光は測定光として使用され、ビームスプリッタ１３を透過した白色レーザ光は参照光として使用されると仮定する。

また、ここでは光源として白色レーザ光源を使用したが、白色レーザ光源の代わりに白色ＳＬＤ（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）を使用してもよい。

ビームスプリッタ１３を反射した白色レーザ光（測定光）は、第１オフセット部材２４、ビームスプリッタ１４、リレーレンズ１６を順に透過してガルバノスキャナ１５へ入射する。

ガルバノスキャナ１５へ入射した測定光は、ガルバノスキャナ１５の２つのミラーで順に反射すると、対物レンズ１７の瞳側へ入射する。対物レンズ１７の瞳側へ入射した測定光は、対物レンズ１７の先端側から射出すると、試料１８の基準面Ｐの１点に向かって集光する。

なお、ガルバノスキャナ１５の配置先は、対物レンズ１７の瞳の近傍である。また、試料１８の光軸方向（ｚ方向）の位置は、試料１８の基準面Ｐが対物レンズ１７の焦点面に位置するよう不図示の上下動機構によって予め調整されている。

測定光の集光点の近傍では、試料１８の構造（位相分布）に応じて測定光が各方向へ散乱する。散乱した測定光のうち、対物レンズ１７の先端側に向かったものは、対物レンズ１７によって捉えられる。対物レンズ１７の先端で捉えられた測定光は、集光点に照射された測定光の光路を逆方向に辿り、ガルバノスキャナ１５、リレーレンズ１６を順に介してビームスプリッタ１４へ再び入射する。

ビームスプリッタ１４へ再び入射した測定光は、ビームスプリッタ１４を反射すると、第２オフセット部材２５を通過してビームスプリッタ２１へ入射する。ビームスプリッタ２１へ入射した測定光は、ビームスプリッタ２１を透過する。

一方、ビームスプリッタ１３を透過した白色レーザ光（参照光）は、ビームスプリッタ１９で反射すると、滑らかな平面である参照面２０へ正面から入射する。参照面２０へ入射した参照光は、参照面２０を反射すると、ビームスプリッタ１９へ戻り、ビームスプリッタ１９を透過する。ビームスプリッタ１９を透過した参照光は、ビームスプリッタ２１へ入射してビームスプリッタ２１を反射すると、ビームスプリッタ２１を透過した測定光と互いの光路を統合させる。光路を統合させた測定光及び参照光は、互いに干渉する。以下、互いの光路を統合させた測定光及び参照光からなる光を「干渉光」と称す。

ビームスプリッタ２１から射出した干渉光は、集光レンズ２２へ入射すると、集光レンズ２２の集光作用を受け、分光器２３のスリットマスク２３ａのスリット上の１点に集光する。集光した干渉光のうち、スリットマスク２３ａのスリットを通過した干渉光は、コリメートミラー２３ｂへ入射するとコリメートミラー２３ｂで反射して平行光束となり、反射回折格子２３ｃへ入射する。

反射回折格子２３ｃへ入射した干渉光に含まれる複数の波長成分は、互いに異なる角度で反射回折格子２３ｃを反射し、互いに異なる角度で集光ミラー２３ｄへ入射する（なお、図１では、集光ミラー２３ｄで反射する複数の波長成分を代表して基準波長成分のみを描いた。）。

集光ミラー２３ｄで反射した複数の波長成分は、ラインセンサ２３ｅの互いに異なる受光部へ入射する（なお、図１では、ラインセンサ２３ｃへ入射する複数の波長成分を代表して基準波長成分のみを描いた。）。

ラインセンサ２３ｅへ入射した複数の波長成分は、ラインセンサ２３ｅの複数の受光部で個別に電気信号へと変換される。複数の受光部が個別に生成する複数の電気信号は、干渉光の波長ごとの強度（光スペクトル）を表す。よって、以下では、複数の受光部が個別に生成する複数の電気信号の全体を「光スペクトル信号」と称す。この光スペクトル信号は、制御装置３９を介して演算装置４０へ取り込まれる。

演算装置４０は、取り込んだ光スペクトル信号に対して波数方向のフーリエ変換を施すことにより、試料１８の各ｚ位置に対応した散乱ポテンシャルデータ（複素振幅分布からなる）を取得する。

なお、ガルバノスキャナ１５の２つのミラーの一方である主走査ミラーが駆動されると、基準面Ｐにおける測定光の集光点の形成先が主走査方向（＝ｘ方向）にかけて変位（走査）する。また、ガルバノスキャナ１５の２つのミラーの他方である副走査ミラーが駆動されると、基準面Ｐにおける測定光の集光点の形成先が副走査方向（＝ｙ方向）にかけて変位（走査）する。

そこで、制御装置３９は、ガルバノスキャナ１５の主走査ミラー及び副走査ミラーを適当なパターンで駆動することにより、基準面Ｐにおける測定光の集光点の形成先をｘｙ方向に走査する。

また、制御装置３９は、集光点の形成先が基準面Ｐの各座標にあるときに、白色レーザ光源１１を点灯し、かつラインセンサ２３ｃを駆動することにより、各座標から光スペクトル信号をサンプリングする。以下、光スペクトル信号のサンプリングタイミングにおける集光点の座標を「サンプリング座標」と称す。

よって、演算装置４０には、複数のサンプリング座標の各々に対応する光スペクトル信号が蓄積される。演算装置４０は、蓄積された複数の光スペクトル信号の各々を散乱ポテンシャルデータへと変換し、複数の散乱ポテンシャルデータの各々に基づき試料１８の三次元構造データを作成する（詳細は後述）。

ここで、ビームスプリッタ１３、第１オフセット部材２４、ビームスプリッタ１４、リレーレンズ１６、ガルバノスキャナ１５、対物レンズ１７、試料１８、対物レンズ１７、ガルバノスキャナ１５、リレーレンズ１６、ビームスプリッタ１４、第２オフセット部材２５、ビームスプリッタ２１を順に経由する測定光の光路を「測定アーム」と称す。

また、ビームスプリッタ１３、ビームスプリッタ１９、参照面２０、ビームスプリッタ１９、ビームスプリッタ２１を順に経由する参照光の光路を「参照アーム」と称す。

また、測定アームのうち、試料１８に向かう測定光の光路を「測定アームの往路」と称し、測定アームのうち、試料１８から射出した測定光の光路を「測定アームの復路」と称す。

以上の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴでは、ビームスプリッタ１４により測定アームの往路と復路とが部分的に分離されており、第１オフセット部材２４の配置先は、往路の単独光路とされ、第２オフセット部材２５の配置先は、復路の単独光路とされている。

また、第１オフセット部材２４の配置面は、リレーレンズ１６によって対物レンズ１７の瞳と共役に結ばれており、第２オフセット部材２５の配置面からビームスプリッタ１４までの距離は、第１オフセット部材２４の配置面からビームスプリッタ１４までの距離に一致している。よって、第２オフセット部材２４の配置面も、対物レンズ１７の瞳と共役である。

また、参照面２０のｚ方向の位置は適切に設定されており、これによって測定光と参照光との間には所定の光路長差ＳＲが付与されている。この光路長差ＳＲの値は、散乱ポテンシャルデータ（＝光スペクトルをフーリエ変換したもの）における正の領域のデータと負の領域のデータとが互いに重複しないような適切な値である。なお、正の領域のデータと負の領域のデータとは対称な関係であるので、以下では負の領域のデータを無視する。

図２（Ａ）は、第１オフセット部材２４を説明する図である。第１オフセット部材２４は、厚さ分布を有したガラス板などの位相板である。図２（Ａ）に示すとおり、第１オフセット部材２４は、対物レンズ１７の瞳と共役な領域（点線円枠）内に、ｘｙ方向のサイズが等しくｚ方向の厚さの異なる７つの円形の領域Ａ_０〜Ａ_６を密に配列してなり、第１オフセット部材２４のうち領域Ａ_０〜Ａ_６以外の領域は遮光部となっている。

領域Ａ_０〜Ａ_６のうち、領域Ａ_０の中心は光軸に一致しており、領域Ａ_１〜Ａ_６は、領域Ａ_０の周りに等間隔で配置されている。ここでは、領域Ａ_１、Ａ_４の配列方向がｘ方向であると仮定する。

また、領域Ａ_０の厚さと、領域Ａ_１の厚さと、領域Ａ_２の厚さと、領域Ａ_３の厚さと、領域Ａ_４の厚さと、領域Ａ_５の厚さと、領域Ａ_６の厚さとの関係は、図３（Ａ）に示すような関係になっている。なお、図３（Ａ）では、領域の厚さを、領域が測定光に付与する光路長オフセット量で表した。ここでは、ｉ番目の領域Ａ_ｉ（ｉ＝０〜６）の光路長オフセット量を（ｉ×ΔＡ）としたので、ｉ番目の領域Ａ_ｉの光路長オフセット量と（ｉ＋１）番目の領域Ａ_ｉ＋１の光路長オフセット量との差（ピッチ）は、ΔＡである。

図２（Ｂ）は、第２オフセット部材２５を説明する図である。第２オフセット部材２５は、厚さ分布を有したガラス板などの位相板である。図２（Ｂ）に示すとおり、第２オフセット部材２５は、対物レンズ１７の瞳と共役な領域（点線円枠）内に、ｘｙ方向のサイズが等しくｚ方向の厚さの異なる７つの円形の領域Ｂ_０〜Ｂ_６を密に配列してなり、第２オフセット部材２５のうち領域Ｂ_０〜Ｂ_６以外の領域は遮光部となっている。

領域Ｂ_０〜Ｂ_６のうち、領域Ｂ_０の中心は光軸に一致しており、領域Ｂ_１〜Ｂ_６は、領域Ｂ_０の周りに等間隔で配置されている。ここでは、領域Ｂ_１、Ｂ_４の配列方向がｘ方向であると仮定する。よって、試料１８の基準面Ｐから見ると、第２オフセット部材２５の領域Ｂ_０〜Ｂ_６は、第１オフセット部材２４の領域Ａ_０〜Ａ_６にそれぞれ対応する。

また、領域Ｂ_０の厚さと、領域Ｂ_１の厚さと、領域Ｂ_２の厚さと、領域Ｂ_３の厚さと、領域Ｂ_４の厚さと、領域Ｂ_５の厚さと、領域Ｂ_６の厚さとの関係は、図３（Ｂ）に示すような関係になっている。なお、図３（Ｂ）では、領域の厚さを、領域が測定光に付与する光路長オフセット量で表した。ここでは、ｉ番目の領域Ｂ_ｉ（ｉ＝０〜６）の光路長オフセット量を（ｉ×ΔＢ）としたので、ｉ番目の領域Ｂ_ｉの光路長オフセット量と（ｉ＋１）番目の領域Ｂ_ｉ＋１の光路長オフセット量との差（ピッチ）は、ΔＢである。但し、ΔＢ≠ΔＡであり、ここでは７×ΔＢ＝ΔＡとした。

したがって、前述した干渉光には、以下の７×７＝４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６が含まれることになる。

・測定光Ｌ_００：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_００に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_００はゼロである。

・測定光Ｌ_０１：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_０１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０１はΔＢである。

・測定光Ｌ_０２：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_０２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０２は２ΔＢである。

・測定光Ｌ_０３：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_０３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０３は３ΔＢである。

・測定光Ｌ_０４：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_０４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０４は４ΔＢである。

・測定光Ｌ_０５：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_０５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０５は５ΔＢである。

・測定光Ｌ_０６：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_０６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０６は６ΔＢである。

・測定光Ｌ_１０：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_１０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１０は７ΔＢである。

・測定光Ｌ_１１：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_１１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１１は８ΔＢである。

・測定光Ｌ_１２：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_１２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１２は９ΔＢである。

・測定光Ｌ_１３：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_１３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１３は１０ΔＢである。

・測定光Ｌ_１４：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_１４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１４は１１ΔＢである。

・測定光Ｌ_１５：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_１５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１５は１２ΔＢである。

・測定光Ｌ_１６：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_１６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１６は１３ΔＢである。

・測定光Ｌ_２０：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_２０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２０は１４ΔＢである。

・測定光Ｌ_２１：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_２１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２１は１５ΔＢである。

・測定光Ｌ_２２：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_２２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２２は１６ΔＢである。

・測定光Ｌ_２３：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_２３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２３は１７ΔＢである。

・測定光Ｌ_２４：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_２４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２４は１８ΔＢである。

・測定光Ｌ_２５：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_２５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２５は１９ΔＢである。

・測定光Ｌ_２６：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_２６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２６は２０ΔＢである。

・測定光Ｌ_３０：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_３０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３０は２１ΔＢである。

・測定光Ｌ_３１：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_３１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３１は２２ΔＢである。

・測定光Ｌ_３２：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_３２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３２は２３ΔＢである。

・測定光Ｌ_３３：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_３３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３３は２４ΔＢである。

・測定光Ｌ_３４：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_３４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３４は２５ΔＢである。

・測定光Ｌ_３５：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_３５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３５は２６ΔＢである。

・測定光Ｌ_３６：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_３６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３６は２７ΔＢである。

・測定光Ｌ_４０：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_４０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４０は２８ΔＢである。

・測定光Ｌ_４１：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_４１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４１は２９ΔＢである。

・測定光Ｌ_４２：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_４２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４２は３０ΔＢである。

・測定光Ｌ_４３：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_４３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４３は３１ΔＢである。

・測定光Ｌ_４４：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_４４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４４は３２ΔＢである。

・測定光Ｌ_４５：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_４５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４５は３３ΔＢである。

・測定光Ｌ_４６：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_４６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４６は３４ΔＢである。

・測定光Ｌ_５０：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_５０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５０は３５ΔＢである。

・測定光Ｌ_５１：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_５１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５１は３６ΔＢである。

・測定光Ｌ_５２：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_５２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５２は３７ΔＢである。

・測定光Ｌ_５３：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_５３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５３は３８ΔＢである。

・測定光Ｌ_５４：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_５４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５４は３９ΔＢである。

・測定光Ｌ_５５：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_５５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５５は４０ΔＢである。

・測定光Ｌ_５６：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_５６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５６は４１ΔＢである。

・測定光Ｌ_６０：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_６０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６０は４２ΔＢである。

・測定光Ｌ_６１：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_６１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６１は４３ΔＢである。

・測定光Ｌ_６２：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_６２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６２は４４ΔＢである。

・測定光Ｌ_６３：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_６３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６３は４５ΔＢである。

・測定光Ｌ_６４：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_６４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６４は４６ΔＢである。

・測定光Ｌ_６５：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_６５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６５は４７ΔＢである。

・測定光Ｌ_６６：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_６６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６６は４８ΔＢである。

図３（Ｃ）は、以上の４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６の各々を、測定光に与えられたトータルの光路長オフセット量で表したものである。

したがって、本実施形態の演算装置４０が生成する散乱ポテンシャルデータＵ’には、図３（Ｄ）に模式的に示したとおり、４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６が個別に寄与した４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６が、互いにずれた位置に現れる。４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６の間の発現位置のズレは、４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６の光路長オフセット量の差異に相当する。

すなわち、本実施形態の第１オフセット部材２４及び第２オフセット部材２５には、４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６に固有の４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６を、全体の散乱ポテンシャルデータＵ’上で互いに分離するという機能がある。

なお、図３（Ｄ）では、４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６の相違を可視化しなかったが、４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６に寄与する測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６は互いに異なる種類の測定光であるので、４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６の形状は、実際には若干ずつ相違している。

ここで、本実施形態の演算装置４０は、図３（Ｄ）に示すような全体の散乱ポテンシャルデータＵ’から、点線枠で囲った７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００、Ｕ_１１、Ｕ_２２、Ｕ_３３、Ｕ_４４、Ｕ_５５、Ｕ_６６をそれぞれ抽出する。

そして、本実施形態の演算装置４０は、抽出した７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００、Ｕ_１１、Ｕ_２２、Ｕ_３３、Ｕ_４４、Ｕ_５５、Ｕ_６６のみに基づき、試料１８の三次元構造データを作成する。

以下、簡単のため、三次元構造データの作成に使用される７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００、Ｕ_１１、Ｕ_２２、Ｕ_３３、Ｕ_４４、Ｕ_５５、Ｕ_６６を、部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６と表す。

なお、全体の散乱ポテンシャルデータＵ’における部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６の各々の抽出枠のサイズは、ΔＢに設定され、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの抽出枠の中心位置は、測定光Ｌ_ｉｉの光路長オフセット量と同じ値、すなわち８ｉ×ΔＢに設定される（なお、ここでは部分散乱ポテンシャルデータＵ_０の発現位置を原点とした）。

次に、三次元構造データの作成に使用される７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６が如何なるものであるかを説明する。ここでは、７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６を代表して３つの部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_４を説明するが、他の部分散乱ポテンシャルデータＵ_２、Ｕ_３、Ｕ_５、Ｕ_６は部分散乱ポテンシャルデータＵ_１、Ｕ_４と同様である。

先ず、部分散乱ポテンシャルデータＵ_０は、図４（Ａ）に示すような測定光Ｌ_００に固有の散乱ポテンシャルデータである。この測定光Ｌ_００は、対物レンズ１７の部分開口１７−０を往復する測定光である。部分開口１７−０とは、対物レンズ１７の瞳（開口１７ａ）のうち前述した領域Ａ_０、Ｂ_０に対応する領域のことである。

この部分開口１７−０から試料１８に向かった測定光は、例えば点線で示すとおり試料１８において様々な方向に散乱するが、その散乱光のうち、部分開口１７−０に戻れた測定光のみが、部分開口１７−０を往復する測定光Ｌ_００である。つまり、本実施形態では、部分開口１７−０から試料１８に向かった測定光のうち、部分開口１７−０に戻った散乱角度の小さい光のみが、三次元構造データの作成に使用される。

次に、部分散乱ポテンシャルデータＵ_１は、図４（Ｂ）に示すような測定光Ｌ_１１に固有の散乱ポテンシャルデータである。この測定光Ｌ_１１は、対物レンズ１７の部分開口１７−１を往復する測定光である。部分開口１７−１とは、対物レンズ１７の瞳（開口１７ａ）のうち前述した領域Ａ_１、Ｂ_１に対応する領域のことである。

この部分開口１７−１から試料１８に向かった測定光は、例えば点線で示すとおり試料１８において様々な方向に散乱するが、その散乱光のうち、部分開口１７−１に戻れた測定光のみが、部分開口１７−１を往復する測定光Ｌ_１１である。つまり、本実施形態では、部分開口１７−１から試料１８に向かった測定光のうち、部分開口１７−１に戻った散乱角度の小さい光のみが、三次元構造データの作成に使用される。

次に、部分散乱ポテンシャルデータＵ_４は、図４（Ｃ）に示すような測定光Ｌ_４４に固有の散乱ポテンシャルデータである。この測定光Ｌ_４４は、対物レンズ１７の部分開口１７−４を往復する測定光である。部分開口１７−４とは、対物レンズ１７の瞳（開口１７ａ）のうち前述した領域Ａ_４、Ｂ_４に対応する領域のことである。

この部分開口１７−４から試料１８に向かった測定光は、例えば点線で示すとおり試料１８において様々な方向に散乱するが、その散乱光のうち、部分開口１７−４に戻れた測定光のみが、部分開口１７−４を往復する測定光Ｌ_４４である。つまり、本実施形態では、部分開口１７−４から試料１８に向かった測定光のうち、部分開口１７−４に戻った散乱角度の小さい光のみが、三次元構造データの作成に使用される。

したがって、本実施形態の演算装置４０は、全体の散乱ポテンシャルデータＵ’から７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６を切り出すことにより、試料１８で発生した測定光の散乱角度範囲を制限するのと同等の効果を得ることができる。

したがって、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴは、対物レンズ１７の焦点深度より深いイメージ深度を実現することができる。

なお、光路長オフセット量のピッチΔＢの値（図３を参照）は、全体の散乱ポテンシャルデータＵ’において４９種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_００〜Ｕ_６６が確実に分離されるよう、部分開口の単体が実現する焦点深度より十分に大きく設定される。例えば、ピッチΔＢの値は、部分開口の単体が実現する焦点深度の６倍以上に設定される。

次に、基準面Ｐにおけるサンプリング座標の配列パターンを説明する。

図５（Ａ）は、部分開口１７−０〜１７−６の配列パターンを示し、図５（Ｂ）は、サンプリング座標の配列パターンを示す。これらの図５（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、サンプリング座標のｘ方向の配列ピッチ（＝ｘ方向の走査ピッチ）と、サンプリング座標のｙ方向の配列ピッチ（＝ｙ方向の走査ピッチ）との比は、部分開口１７−０〜１７−６のｘ方向の最小配列ピッチとｙ方向の最小配列ピッチとの比（＝１：√３）に一致する。

ｘ方向の走査ピッチとｙ方向の走査ピッチとの比をこのように設定すれば、三次元構造データを効率よく作成することができる（詳細は後述）。

因みに、三次元構造データのｘ方向の画素数（解像度）は、ｘ方向の走査ピッチによって決まり、三次元構造データのｙ方向の画素数（解像度）は、ｙ方向の走査ピッチによって決まる。また、三次元構造データのｚ方向の画素数（解像度）は、ｘｙ方向の走査ピッチによって決まる（詳細は後述）。

次に、三次元構造データの作成原理を説明する。

ここでは、図６（Ａ）に示すとおり基準面Ｐ上の或るサンプリング座標（ｘ，ｙ）に向けて照射された３つの測定光Ｌ_００（ｘ，ｙ）、Ｌ_１１（ｘ，ｙ）、Ｌ_４４（ｘ，ｙ）に着目する。図６では、サンプリング座標（ｘ，ｙ）に向かって集光する測定光を、サンプリング座標（ｘ，ｙ）に頂点を有した二等辺三角形で表している。

このうち、測定光Ｌ_００（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１７の瞳中央の部分開口１７−０を往復する光であるので、測定光Ｌ_００（ｘ，ｙ）の主光線（＝部分開口１７−０の中央を通過する光線）は、図６（Ｂ）に点線で示すとおりｚ軸と平行である。

よって、測定光Ｌ_００（ｘ，ｙ）には、ｚ軸と平行な直線上の構造（散乱強度分布）が反映される。したがって、測定光Ｌ_００（ｘ，ｙ）に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０（ｘ，ｙ）は、ｚ軸と平行な直線上の構造を表す。

次に、測定光Ｌ_１１（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１７の瞳周辺の部分開口１７−１を往復する光であるので、測定光Ｌ_１１（ｘ，ｙ）の主光線（＝部分開口１７−１の中央を通過する光線）は、図６（Ｃ）に点線で示すとおりｚ軸から傾斜している。

よって、測定光Ｌ_１１（ｘ，ｙ）には、ｚ軸から傾斜した直線上の構造（散乱強度分布）が反映される。したがって、測定光Ｌ_１１（ｘ，ｙ）に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_１（ｘ，ｙ）は、ｚ軸から傾斜した直線上の構造を表す。

次に、測定光Ｌ_４４（ｘ，ｙ）は、対物レンズ１７の瞳周辺の部分開口１７−４を往復する光であるので、測定光Ｌ_４４（ｘ，ｙ）の主光線（＝部分開口１７−４の中央を通過する光線）は、図６（Ｄ）に点線で示すとおりｚ軸から傾斜している。

よって、測定光Ｌ_４４（ｘ，ｙ）には、ｚ軸から傾斜した直線上の構造（散乱強度分布）が反映される。したがって、測定光Ｌ_４４（ｘ，ｙ）に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_４（ｘ，ｙ）は、ｚ軸から傾斜した直線上の構造を表す。

したがって、互いに同じサンプリング座標（ｘ，ｙ）からサンプリングされた部分散乱ポテンシャルデータＵ_０（ｘ，ｙ）、Ｕ_１（ｘ，ｙ）、Ｕ_４（ｘ，ｙ）の間では、データ範囲（図６（Ｂ）〜（Ｄ）の点線）が完全には重ならず、部分散乱ポテンシャルデータＵ_０（ｘ，ｙ）のデータ範囲（図６（Ｂ）点線）と、部分散乱ポテンシャルデータＵ_１（ｘ，ｙ）のデータ範囲（図６（Ｃ）点線）と、部分散乱ポテンシャルデータＵ_４（ｘ，ｙ）のデータ範囲（図６（Ｄ）点線）とは、基準面Ｐ上の座標（ｘ，ｙ，０）で交差するに過ぎない。

また、以上の部分散乱ポテンシャルデータＵ_１（ｘ，ｙ）、Ｕ_４（ｘ，ｙ）に関する説明は、他の部分散乱ポテンシャルデータＵ_２（ｘ，ｙ）、Ｕ_３（ｘ，ｙ）、Ｕ_５（ｘ，ｙ）、Ｕ_６（ｘ，ｙ）にも同様に当てはまる。

そこで、本実施形態の演算装置４０は、試料１８の三次元構造データのうち、基準面Ｐ上の構造データを生成する際には、図７（Ａ）に示すとおり、互いに同じサンプリング座標からサンプリングされた部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、…、Ｕ_６を使用するのに対して、基準面Ｐから外れた面の構造データを生成する際には、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおり、互いに異なるサンプリング座標からサンプリングされた部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、…、Ｕ_６を使用する。

なお、図７の上段は、構造データの生成先となる座標をｚ方向から見た図であり、図７の下段は、構造データの生成先となる座標をｙ方向から見た図である。図７において四角マークで示したのが構造データの生成先となる座標である。また、図７においてドットマークで示したのがデータ生成に使用される部分散乱ポテンシャルデータのサンプリング座標である。

図７（Ａ）は、基準面Ｐの構造データを生成する場合を示しており、図７（Ｂ）は、基準面Ｐに最も近い面の構造データを生成する場合を示しており、図７（Ｃ）は、基準面Ｐに次に近い面の構造データを生成する場合を示している。

なお、図７（Ｂ）、（Ｃ）の下段を参照すると、構造データの生成先座標のｚ方向のピッチΔｚが、ｘ方向の走査ピッチΔｘとｙ方向の走査ピッチΔｙとによって決まることは明らかである。ピッチΔｚは、ピッチΔｘ、Δｙが小さいときほど小さくなる。

次に、三次元構造データの生成手順を演算式で説明する。

先ず、演算装置４０は、基準面Ｐ上の座標（ｘ，ｙ，０）における構造データＵ（ｘ，ｙ，０）を生成する際には、互いに同じサンプリング座標からサンプリングされた７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、…、Ｕ_６を以下の式に当てはめる。

一方、演算装置４０は、基準面Ｐからｚだけ離れた外れた面上の座標（ｘ，ｙ，ｚ）の構造データＵ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する際には、互いに異なるサンプリング座標からサンプリングされた７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、…、Ｕ_６を以下の式に当てはめる。

但し、式（１）、式（２）の右辺において、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの第１引数「ｘ」及び第２引数「ｙ」は、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉのサンプリング座標（ｘ，ｙ）を表しており、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの第３引数「ｚ」は、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの距離座標を表している。部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの距離座標は、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉに寄与した測定光Ｌ_ｉｉの主光線方向（図６の点線参照）の距離を、参照光との光路長差で表したものであって、測定光Ｌ_ｉｉの主光線が基準面Ｐと交差する点からの距離と、全ての測定光に共通する光路長差ＳＲと、測定光Ｌ_ｉｉに固有の光路長オフセット量Ｓ_ｉｉとの和に相当する。

また、式（２）の右辺におけるθ’は、測定光Ｌ_１１、Ｌ_２２、…、Ｌ_６６の主光線が測定光Ｌ_００の主光線に対して成す角度（図７（Ｃ）の下段を参照）である。

ここで、本実施形態の各部の数値例を以下に示す。

・対物レンズ１７の媒質の屈折率≒１．３３（水と略同じ、水が主成分）
・対物レンズ１７のタイプ：水浸対物レンズ
・光源波長範囲：０．７５〜０．８５μｍ（中心波長０．８μm）
・部分開口の単体のＮＡ：０．２５
・部分開口の単体の焦点深度：全幅で１７μｍ
・光路長オフセットのピッチΔＢ：６×１７×１．３３＝１３６μｍ
次に、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴが伝達可能な構造の空間周波数範囲、すなわち、本実施形態の実効的ＣＴＦ（ＣＴＦ：coherent transfer function）の範囲を説明する。ここでいう「実効的ＣＴＦの範囲」とは、試料１８の構造に含まれる空間周波数のうち、三次元構造データに反映可能な空間周波数範囲のことである。

図８（Ａ）に斜線で示す範囲が、ｘ方向及びｙ方向における実効的ＣＴＦの範囲であり、図８（Ｂ）に斜線で示す範囲が、ｙ方向及びｚ方向における実効的ＣＴＦの範囲である。μｘはｘ方向の空間周波数であり、μｙはｙ方向の空間周波数であり、μｚはｚ方向の空間周波数である。

なお、図８（Ａ）において、細い実線で囲った範囲Ａｒは、測定光の長波長成分による実効的ＣＴＦの範囲であり、細かい点線で囲った範囲Ａｇは、測定光の中間波長成分による実効的ＣＴＦの範囲であり、粗い点線で囲った範囲Ａｂは、測定光の短波長成分による実効的ＣＴＦの範囲である。

また、図示省略したが、ｘ方向及びｚ方向における実効的ＣＴＦの範囲は、ｙ方向及びｚ方向における実効的ＣＴＦの範囲（図８（Ｂ））と同様である。

したがって、本実施形態の実効的ＣＴＦの範囲は、従来のＳＤ−ＯＣＴ（本実施形態において対物レンズの大きな開口全体を用いるもの）のＣＴＦの範囲とほぼ同じである。つまり、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴは、従来のＳＤ−ＯＣＴと同等の横分解能を得ることが可能である。

なお、本実施形態では、部分開口１７−０〜１７−６の配列パターン（図５（Ａ）参照）がｘ方向とｙ方向との間で相違するので、三次元構造データには異方性が生じてしまう。

そこで、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴには、以下の（１）〜（５）のような平均化機能が付加されることが望ましい。

（１）オフセット部材２４、２５の双方を光軸の周りに少なくとも３０ｄｅｇだけ回転させる回転機構が備えられる。

（２）制御装置３９は、回転機構を駆動してオフセット部材２４、２５の双方を光軸の周りに３０ｄｅｇだけ回転させると共に、回転の前後の各々のタイミングで、各サンプリング座標から光スペクトル信号をサンプリングする。但し、制御装置３９は、ｘ方向の走査ピッチとｙ方向の走査ピッチとを、回転の前後で反転させる。

（３）演算装置４０は、回転前にサンプリングされた光スペクトル信号に基づき第１の三次元構造データを生成すると共に、回転後にサンプリングされた光スペクトル信号に基づき第２の三次元構造データを生成する。但し、演算装置４０は、第１の三次元構造データの作成時には式（１）、式（２）を使用し、第２の三次元構造データの生成時には、式（１）、式（３）を使用する（つまり、式（２）の代わりに式（３）を使用する。）。

（４）演算装置４０は、第１の三次元構造データと第２の三次元構造データとを平均操作することにより、詳細な三次元構造データを作成する。但し、演算装置４０は、第１の三次元構造データと第２の三次元構造データとの間で座標の共通しない点の構造データを、補間演算によって生成する。

図９は、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの横分解能を説明する図である。図９は、試料１８における点物体の観察像（＝点物体の構造データに反映される点物体の散乱振幅分布）を示すシミュレーション結果であり、図９の「合成開口型」が本実施形態の観察像を示し、図９の「単一小開口型」が本実施形態において対物レンズの開口を単一の部分開口のみとした場合の観察像を示している。図９からは、「合成開口型」の方が「単一小開口型」よりも横分解能が高いことがわかる。

すなわち、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴは、「単一小開口型」と同等のイメージ深度を有しながらも「単一小開口型」より高い横分解能を達成できる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であるので、第１実施形態との相違点のみを説明する。

図１０は、本実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴの構成図である（なお、図１０では、制御装置及び演算装置の図示を省略した。）。

先ず、本実施形態では、第２オフセット部材２５は省略される。

また、本実施形態では、第１オフセット部材２４における光路長オフセット量のピッチΔＡの値は、対物レンズ１７の部分開口の単体が実現する焦点深度より十分に大きく設定される。例えば、ピッチΔＡの値は、対物レンズ１７の部分開口の単体が実現する焦点深度の６倍以上に設定される。

また、本実施形態では、分光器２３の手前における干渉光の光路に、ビーム分離部材３０が配置される。ビーム分離部材３０の詳細は後述する。

また、本実施形態では、ビーム分離部材３０の配置先を対物レンズ１７の瞳面と共役にするためにリレーレンズ１６’が配置される。

また、本実施形態の分光器２３には、ラインセンサ２３ｅの代わりにイメージセンサ２３ｆが配置される。

図１０において、白色レーザ光源１１から射出した白色レーザ光は、コリメートレンズ１２にて径の太い平行光束となり、ビームスプリッタ１３へ入射する。ビームスプリッタ１３へ入射した白色レーザ光は、ビームスプリッタ１３を透過する白色レーザ光と、ビームスプリッタ１３を反射する白色レーザ光とに分岐される。

ここでは、ビームスプリッタ１３を透過した白色レーザ光は測定光として使用され、ビームスプリッタ１３を反射した白色レーザ光は参照光として使用されると仮定する。

ビームスプリッタ１３を透過した白色レーザ光（測定光）は、第１オフセット部材２４、リレーレンズ１６を順に透過してガルバノスキャナ１５へ入射する。

ガルバノスキャナ１５へ入射した測定光は、ガルバノスキャナ１５の２つのミラーで順に反射すると、対物レンズ１７の瞳側へ入射する。対物レンズ１７の瞳側へ入射した測定光は、対物レンズ１７の先端側から射出すると、試料１８の基準面Ｐの１点に向かって集光する。

測定光の集光点の近傍で散乱した測定光のうち、対物レンズ１７の先端側に向かったものは、対物レンズ１７によって捉えられる。対物レンズ１７の先端で捉えられた測定光は、集光点に照射された測定光の光路を逆方向に辿り、ガルバノスキャナ１５、リレーレンズ１６、第１オフセット部材２４を順に介してビームスプリッタ１３へ入射し、ビームスプリッタ１３を反射する。

一方、ビームスプリッタ１３を反射した白色レーザ光（参照光）は、滑らかな平面である参照面２０へ正面から入射する。参照面２０へ入射した参照光は、参照面２０を反射すると、ビームスプリッタ１３へ戻り、ビームスプリッタ１３を透過する。ビームスプリッタ１３を透過した参照光は、ビームスプリッタ１３を反射した測定光と互いの光路を統合させる。光路を統合させた測定光及び参照光は、互いに干渉する。以下、互いの光路を統合させた測定光及び参照光からなる光を「干渉光」と称す。

ビームスプリッタ１３から射出した干渉光は、リレーレンズ１６’を透過してビームスプリッタ１９へ入射すると、ビームスプリッタ１９を透過し、ビーム分離部材３０へ入射する。

ビーム分離部材３０へ入射した干渉光は、ビーム分離部材３０で反射すると、ビームスプリッタ１９に戻り、ビームスプリッタ１９で反射する。ビームスプリッタ１９で反射した干渉光は、集光レンズ２２へ入射すると、集光レンズ２２の集光作用を受け、分光器２３のスリットマスク２３ａのスリット上に集光する。集光した干渉光のうち、スリットマスク２３ａを通過した干渉光は、コリメートミラー２３ｂへ入射すると、コリメートミラー２３ｂで反射して平行光束となり、反射回折格子２３ｃへ入射する。

反射回折格子２３ｃへ入射した干渉光に含まれる複数の波長成分は、互いに異なる角度で反射回折格子２３ｃを反射し、互いに異なる角度で集光ミラー２３ｄへ入射する（なお、図１０では、集光ミラー２３ｄで反射する複数の波長成分を代表して基準波長成分のみを描いた）。

集光ミラー２３ｄで反射した複数の波長成分は、イメージセンサ２３ｆの互いに異なる受光部へ入射する（なお、図１０では、イメージセンサ２３ｆへ入射する複数の波長成分を代表して基準波長成分のみを描いた。）。

イメージセンサ２３ｆへ入射した複数の波長成分は、イメージセンサ２３ｆの複数の受光部で個別に電気信号へと変換される。

なお、第１オフセット部材２４の配置面は、リレーレンズ１６によって対物レンズ１７の瞳と共役に結ばれており、ビーム分離部材３０の配置面は、リレーレンズ１６’、１６によって対物レンズ１７の瞳と共役に結ばれている。

また、以上の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴでは、ビームスプリッタ１３、第１オフセット部材２４、リレーレンズ１６、ガルバノスキャナ１５、対物レンズ１７、試料１８、対物レンズ１７、ガルバノスキャナ１５、リレーレンズ１６、第１オフセット部材２４、ビームスプリッタ１３を順に経由する測定光の光路が「測定アーム」である。

また、以上の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴでは、ビームスプリッタ１３、参照面２０、ビームスプリッタ１３を順に経由する参照光の光路が「参照アーム」である。

このように、本実施形態では、測定アームの往路と復路とが部分的に分離されておらず、第１オフセット部材２４の配置先は、測定アームの往路と復路との共通光路となっている。

なお、本実施形態においても第１実施形態と同様、ガルバノスキャナ１５の主走査ミラーによる集光点の移動方向を「ｘ方向」とし、ガルバノスキャナ１５の副走査ミラーによる集光点の移動方向を「ｙ方向」とする。

図１１（Ａ）は、ビーム分離部材３０を説明する図である。ビーム分離部材３０は、対物レンズ１７の瞳と共役な領域（点線円枠）内に、ｘｙ方向のサイズが等しく配置姿勢の異なる７つの円形の反射面Ｃ_０〜Ｃ_６を密に配列してなり、ビーム分離部材３０のうち反射面Ｃ_０〜Ｃ_６以外の部分は遮光部となっている。

反射面Ｃ_０〜Ｃ_６のうち、反射面Ｃ_０の中心は光軸に一致しており、反射面Ｃ_１〜Ｃ_６は、反射面Ｃ_０の周りに等間隔で配置されている。ここでは、反射面Ｃ_１、Ｃ_４の配列方向がｘ方向であると仮定する。よって、試料１８の基準面Ｐから見ると、ビーム分離部材３０の反射面Ｃ_０〜Ｃ_６は、第１オフセット部材２４の領域Ａ_０〜Ａ_６（図２参照）にそれぞれ対応する。

但し、反射面Ｃ_０〜Ｃ_６の各々の姿勢は、図１１（Ｂ）に示すとおり、スリットマスク２３ａのスリット上で集光点Ｄ_０〜Ｄ_６が空間的に分離されるように設定される。

集光点Ｄ_０は、反射面Ｃ_０で反射した干渉光ＬＣ_０の集光点であり、集光点Ｄ_１は、反射面Ｃ_１で反射した干渉光ＬＣ_１の集光点であり、集光点Ｄ_２は、反射面Ｃ_２で反射した干渉光ＬＣ_２の集光点であり、集光点Ｄ_３は、反射面Ｃ_３で反射した干渉光ＬＣ_３の集光点であり、集光点Ｄ_４は、反射面Ｃ_４で反射した干渉光ＬＣ_４の集光点であり、集光点Ｄ_５は、反射面Ｃ_５で反射した干渉光ＬＣ_５の集光点であり、集光点Ｄ_６は、反射面Ｃ_６で反射した干渉光ＬＣ_６の集光点である。

したがって、メージセンサ２３ｆ上では、図１１（Ｃ）に示すとおり、干渉光ＬＣ_０の入射領域Ｅ_０と、干渉光ＬＣ_１の入射領域Ｅ_１と、干渉光ＬＣ_２の入射領域Ｅ_２と、干渉光ＬＣ_３の入射領域Ｅ_３と、干渉光ＬＣ_４の入射領域Ｅ_４と、干渉光ＬＣ_５の入射領域Ｅ_５と、干渉光ＬＣ_６の入射領域Ｅ_６とが空間的に分離される。

したがって、イメージセンサ２３ｆは、図１１（Ｃ）に示すとおり、干渉光ＬＣ_０の光スペクトル信号Ｓ_０と、干渉光ＬＣ_１の光スペクトル信号Ｓ_１と、干渉光ＬＣ_２の光スペクトル信号Ｓ_２と、干渉光ＬＣ_３の光スペクトル信号Ｓ_３と、干渉光ＬＣ_４の光スペクトル信号Ｓ_４と、干渉光ＬＣ_５の光スペクトル信号Ｓ_５と、干渉光ＬＣ_６の光スペクトル信号Ｓ_６とを個別に生成することができる。

そして、本実施形態の演算装置は、光スペクトル信号Ｓ_０をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_０’と、光スペクトル信号Ｓ_１をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_１’と、光スペクトル信号Ｓ_２をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_２’と、光スペクトル信号Ｓ_３をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_３’と、光スペクトル信号Ｓ_４をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_４’と、光スペクトル信号Ｓ_５をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_５’と、光スペクトル信号Ｓ_５をフーリエ変換したものである散乱ポテンシャルデータＵ_６’とを個別に生成する。

ここで、散乱ポテンシャルデータＵ_０’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_１’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_２’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_３’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_４’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_５’に寄与する測定光と、散乱ポテンシャルデータＵ_６’に寄与する測定光とを説明する。

図１２（Ｂ）、（Ｃ）、…、（Ｈ）は、散乱ポテンシャルデータＵ_０’、Ｕ_１’、…、Ｕ_６’の各々に寄与する測定光を、測定光に与えられる光路長オフセット量によって表した図である。なお、図１２（Ａ）は、第１オフセット部材２４の領域Ａ_０〜Ａ_６の各々の光路長オフセット量を示している。

先ず、図１２（Ｂ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_０’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_００：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_００に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_００はゼロである。

・測定光Ｌ_０１：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_０１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０１はΔＡである。

・測定光Ｌ_０２：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_０２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０２は２ΔＡである。

・測定光Ｌ_０３：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_０３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０３は３ΔＡである。

・測定光Ｌ_０４：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_０４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０４は４ΔＡである。

・測定光Ｌ_０５：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_０５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０５は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_０６：測定アームの往路で領域Ａ_０を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_０６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_０６は６ΔＡである。

次に、図１２（Ｃ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_１’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_１０：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_１０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１０はΔＡである。

・測定光Ｌ_１１：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_１１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１１は２ΔＡである。

・測定光Ｌ_１２：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_１２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１２は３ΔＡである。

・測定光Ｌ_１３：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_１３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１３は４ΔＡである。

・測定光Ｌ_１４：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_１４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１４は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_１５：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_１５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１５は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_１６：測定アームの往路で領域Ａ_１を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_１６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_１６は７ΔＡである。

次に、図１２（Ｄ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_２’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_２０：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_２０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２０は２ΔＡである。

・測定光Ｌ_２１：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_２１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２１は３ΔＡである。

・測定光Ｌ_２２：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_２２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２２は４ΔＡである。

・測定光Ｌ_２３：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_２３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２３は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_２４：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ｂ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_２４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２４は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_２５：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_２５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２５は７ΔＡである。

・測定光Ｌ_２６：測定アームの往路で領域Ａ_２を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_２６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_２６は８ΔＡである。

次に、図１２（Ｅ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_３’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_３０：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_３０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３０は３ΔＡである。

・測定光Ｌ_３１：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_３１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３１は４ΔＡである。

・測定光Ｌ_３２：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_３２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３２は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_３３：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_３３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３３は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_３４：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_３４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３４は７ΔＡである。

・測定光Ｌ_３５：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_３５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３５は８ΔＡである。

・測定光Ｌ_３６：測定アームの往路で領域Ａ_３を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_３６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_３６は９ΔＡである。

次に、図１２（Ｆ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_４’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_４０：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_４０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４０は４ΔＡである。

・測定光Ｌ_４１：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_４１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４１は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_４２：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_４２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４２は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_４３：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_４３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４３は７ΔＡである。

・測定光Ｌ_４４：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_４４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４４は８ΔＡである。

・測定光Ｌ_４５：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_４５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４５は９ΔＡである。

・測定光Ｌ_４６：測定アームの往路で領域Ａ_４を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_４６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_４６は１０ΔＡである。

次に、図１２（Ｇ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_５’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_５０：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_５０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５０は５ΔＡである。

・測定光Ｌ_５１：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_５１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５１は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_５２：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_５２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５２は７ΔＡである。

・測定光Ｌ_５３：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_５３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５３は８ΔＡである。

・測定光Ｌ_５４：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_５４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５４は９ΔＡである。

・測定光Ｌ_５５：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_５５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５５は１０ΔＡである。

・測定光Ｌ_５６：測定アームの往路で領域Ａ_５を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_５６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_５６は１１ΔＡである。

次に、図１２（Ｈ）に示すとおり、散乱ポテンシャルデータＵ_６’に寄与する測定光は、以下の７種類である。

・測定光Ｌ_６０：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_０を経由した測定光。この測定光Ｌ_６０に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６０は６ΔＡである。

・測定光Ｌ_６１：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_１を経由した測定光。この測定光Ｌ_６１に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６１は７ΔＡである。

・測定光Ｌ_６２：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_２を経由した測定光。この測定光Ｌ_６２に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６２は８ΔＡである。

・測定光Ｌ_６３：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_３を経由した測定光。この測定光Ｌ_６３に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６３は９ΔＡである。

・測定光Ｌ_６４：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_４を経由した測定光。この測定光Ｌ_６４に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６４は１０ΔＡである。

・測定光Ｌ_６５：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_５を経由した測定光。この測定光Ｌ_６５に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６５は１１ΔＡである。

・測定光Ｌ_６６：測定アームの往路で領域Ａ_６を通過し、かつ測定アームの復路で領域Ａ_６を経由した測定光。この測定光Ｌ_６６に付与されるトータルの光路長オフセット量Ｓ_６６は１２ΔＡである。

そして、以上の４９種類の測定光Ｌ_００〜Ｌ_６６のうち、図１２において点線で囲った７種類の測定光Ｌ_００、Ｌ_１１、Ｌ_２２、Ｌ_３３、Ｌ_４４、Ｌ_５５、Ｌ_６６は、第１実施形態における７種類の測定光Ｌ_００、Ｌ_１１、Ｌ_２２、Ｌ_３３、Ｌ_４４、Ｌ_５５、Ｌ_６６と同様、対物レンズ１７の部分開口１７−０、１７−１、１７−２、１７−３、１７−４、１７−５、１７−６を個別に往復した測定光である（図４を参照）。

本実施形態では、これら７種類の測定光Ｌ_００、Ｌ_１１、Ｌ_２２、Ｌ_３３、Ｌ_４４、Ｌ_５５、Ｌ_６６は、図１２（Ｂ）〜（Ｈ）に示すとおり７種類の散乱ポテンシャルデータＵ_０’、Ｕ_１’、Ｕ_２’、Ｕ_３’、Ｕ_４’、Ｕ_５’、Ｕ_６’へ個別に反映されている。

よって、７種類の散乱ポテンシャルデータＵ_０’、Ｕ_１’、Ｕ_２’、Ｕ_３’、Ｕ_４’、Ｕ_５’、Ｕ_６’には、７種類の測定光Ｌ_００、Ｌ_１１、Ｌ_２２、Ｌ_３３、Ｌ_４４、Ｌ_５５、Ｌ_６６に固有の７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６が図１３（Ａ）〜（Ｇ）に示すとおり個別に割り振られる。

しかも、図１３（Ａ）に示すとおり測定光Ｌ_００に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０は、散乱ポテンシャルデータＵ_０’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｂ）に示すとおり測定光Ｌ_１１に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_１は、散乱ポテンシャルデータＵ_１’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｃ）に示すとおり測定光Ｌ_２２に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_２は、散乱ポテンシャルデータＵ_２’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｄ）に示すとおり測定光Ｌ_３３に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_３は、散乱ポテンシャルデータＵ_３’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｅ）に示すとおり測定光Ｌ_４４に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_４は、散乱ポテンシャルデータＵ_４’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｆ）に示すとおり測定光Ｌ_５５に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_５は、散乱ポテンシャルデータＵ_５’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。また、図１３（Ｇ）に示すとおり測定光Ｌ_６６に固有の部分散乱ポテンシャルデータＵ_６は、散乱ポテンシャルデータＵ_６’上で他の部分散乱ポテンシャルデータから分離されている。

そこで、本実施形態の演算装置は、散乱ポテンシャルデータＵ_０’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_０を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_１’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_１を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_２’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_２を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_３’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_３を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_４’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_４を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_５’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_５を抽出し、散乱ポテンシャルデータＵ_６’から部分散乱ポテンシャルデータＵ_６を抽出する。

但し、散乱ポテンシャルデータＵ_ｉ’における部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉの抽出枠のサイズはΔＡに設定され、部分散乱ポテンシャルデータＵ_ｉを抽出するための抽出枠の中心位置は、測定光Ｌ_ｉｉの光路長オフセット量と同じ値、すなわち（２ｉΔＡ）に設定される（なお、ここでは部分散乱ポテンシャルデータＵ_０の発現位置を原点とした）。

そして、本実施形態の演算装置は、抽出した７種類の部分散乱ポテンシャルデータＵ_０、Ｕ_１、Ｕ_２、Ｕ_３、Ｕ_４、Ｕ_５、Ｕ_６に対して第１実施形態と同じ演算処理を施すことにより、試料１８の三次元構造データを作成する。これによって、本実施形態でも第１実施形態と同じ効果を得ることができる。

また、本実施形態で検出すべき散乱ポテンシャルデータＵ_０’ 、Ｕ_１’ 、Ｕ_２’ 、Ｕ_３’ 、Ｕ_４’ 、Ｕ_５’ 、Ｕ_６’の各々の距離範囲（図１３の横軸）は、第１実施形態で検出すべき散乱ポテンシャルデータＵ’の距離範囲（図３の横軸）より狭い。よって、本実施形態のイメージセンサ２３ｆの波数方向の画素ピッチ（受光部の配列ピッチ）は、第１実施形態のラインセンサ２３ｅの波数方向の画素ピッチ（受光部の配列ピッチ）より広くても構わない。
［実施形態の補足］
なお、上述した実施形態では、対物レンズ１７の瞳（開口）の分割数（＝オフセット部材における領域数）を７としたが、７以外の数としてもよい。対物レンズ１７の瞳（開口）の分割数を多くするほど、対物レンズ１７の部分開口のサイズが小さくなるので、演算量は増えるものの、イメージ深度は拡大される。

また、上述した実施形態では、対物レンズ１７の部分開口の形状（＝オフセット部材における複数の領域の形状）を円形としたが、多角形など他の形状としてもよいことはいうまでもない。

また、上述した実施形態では、透過型のオフセット部材を使用したが、透過型のオフセット部材の代わりに反射型のオフセット部材を使用してもよい。反射型のオフセット部材は、厚さの異なる複数の位相領域の代わりに、高さの異なる複数の反射面が形成された部材である。
［実施形態の作用効果］
上述した実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴは、測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを経由した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉計（ビームスプリッタ１３、１４、１９、２１）と、前記干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報（散乱ポテンシャルデータＵ’）へと変換する検出部（分光器２３、演算装置４０、）と、前記測定アームに配置された対物レンズ（１７）による前記測定光の集光点で前記物体（試料１８）の基準面（Ｐ）を走査する走査部（ガルバノスキャナ１５）と、前記対物レンズ（１７）の互いに異なる複数個の部分開口（１７−０〜１７−６）を個別に通過する複数種類の前記測定光の間に互いに異なる光路長オフセットを付与するオフセット部（第１オフセット部材２４、第２オフセット部材２５、ビーム分離部材３０）とを備える。

このようなオフセット部（第１オフセット部材２４、第２オフセット部材２５、ビーム分離部材３０）によれば、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）の各々に固有の部分散乱ポテンシャル情報（部分散乱ポテンシャルデータＵ_０〜Ｕ_６）を前記散乱ポテンシャル情報（散乱ポテンシャルデータＵ’）上で互いに分離することが可能となる。

そして、分離されたこれらの部分散乱ポテンシャル情報（部分散乱ポテンシャルデータＵ_０〜Ｕ_６）を抽出して合成すれば、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）の合成開口と同等の横分解能を有し、かつ前記部分開口（１７−０〜１７−６）の単体と同等のイメージ深度を有した構造データを作成することが可能である。

したがって、上述した実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴのオフセット部（第１オフセット部材２４、第２オフセット部材２５）によれば、横分解能の向上とイメージ深度の拡張との双方が可能となる。

また、第１実施形態の前記オフセット部（第１オフセット部材２４、第２オフセット部材２５）には、前記測定アームの往路の単独光路のうち、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域（Ａ_０〜Ａ_６）を個別に配置した第１オフセット部材（２４）と、前記測定アームの復路の単独光路のうち、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域（Ｂ_０〜Ｂ_６）を個別に配置した第２オフセット部材（２５）とが含まれ、前記第１オフセット部材（２４）における複数種類の前記オフセット領域（Ａ_０〜Ａ_６）のオフセットピッチ（ΔＡ）と、前記第２オフセット部材（２５）における複数種類の前記オフセット領域（Ｂ_０〜Ｂ_６）のオフセットピッチ（ΔＢ）とは、互いに異なる。

また、第２実施形態の前記オフセット部（第１オフセット部材２４、ビーム分離部材３０）には、前記測定アームの往復と復路との共通光路のうち、複数個の前記部分開口に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域（Ａ_０〜Ａ_６）を個別に配置したオフセット部材（第１オフセット部材２４）と、前記干渉光のうち、複数種類の前記オフセット領域（Ａ_０〜Ａ_６）に個別に対応する複数種類の部分干渉光を空間的に分離する分離部材（ビーム分離部材３０）とが含まれる。

また、上述した実施形態において、前記走査の第１方向の走査ピッチと第２方向の走査ピッチとの比は、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）の前記第１方向の最小配列ピッチと前記第２方向の最小配列ピッチとの比と同じに設定される。

また、上述した実施形態の合成開口型ＳＤ−ＯＣＴは、前記基準面（Ｐ）の各座標について検出された前記散乱ポテンシャル情報（散乱ポテンシャルデータＵ’）から、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）の各々に固有の部分散乱ポテンシャル情報（部分散乱ポテンシャルデータＵ_０〜Ｕ_６）を抽出し、１座標につき複数個ずつ抽出された前記部分散乱ポテンシャル情報（部分散乱ポテンシャルデータＵ_０〜Ｕ_６）を合成することにより、複数個の前記部分開口（１７−０〜１７−６）の合成開口と同等の横分解能を有し、かつ、前記部分開口（１７−０〜１７−６）の単体と同等のイメージ深度を有した三次元構造データを作成する演算部（演算装置４０）を更に備える。

１１…白色レーザ光源、１２…コリメートレンズ、１３、１４、１９、２１…ビームスプリッタ、２４…第１オフセット部材、２５…第２オフセット部材、１６…リレーレンズ、１５…ガルバノスキャナ、１７…対物レンズ、１８…試料、２０…参照面、２２…集光レンズ、２３…分光器、３９…制御装置、４０…演算装置、２３ａ…スリットマスク、２３ｂ…コリメートミラー、２３ｃ…反射回折格子、２３ｄ…集光ミラー、２３ｅ…ラインセンサ

Claims (6)

1. 測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを経由した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉計と、
   前記干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報へと変換する検出部と、
   前記測定アームに配置された対物レンズによる前記測定光の集光点で前記物体の基準面を走査する走査部と、
   前記対物レンズの互いに異なる複数個の部分開口を個別に通過する複数種類の前記測定光の間に互いに異なる光路長オフセットを付与するオフセット部と、
   を備えることを特徴とする干渉観察装置。
2. 請求項１に記載の干渉観察装置において、
   前記オフセット部には、
   前記測定アームの往路の単独光路のうち、複数個の前記部分開口に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域を個別に配置した第１オフセット部材と、
   前記測定アームの復路の単独光路のうち、複数個の前記部分開口に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域を個別に配置した第２オフセット部材とが含まれ、
   前記第１オフセット部材における複数種類の前記オフセット領域のオフセットピッチと、前記第２オフセット部材における複数種類の前記オフセット領域のオフセットピッチとは、互いに異なる
   ことを特徴とする干渉観察装置。
3. 請求項１に記載の干渉観察装置において、
   前記オフセット部には、
   前記測定アームの往復と復路との共通光路のうち、複数個の前記部分開口に対応する複数個の領域に複数種類のオフセット領域を個別に配置したオフセット部材と、
   前記干渉光のうち、複数種類の前記オフセット領域に個別に対応する複数種類の部分干渉光を空間的に分離する分離部材とが含まれる
   ことを特徴とする干渉観察装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の干渉観察装置において、
   前記走査の第１方向の走査ピッチと第２方向の走査ピッチとの比は、複数個の前記部分開口の前記第１方向の最小配列ピッチと前記第２方向の最小配列ピッチとの比と同じに設定される
   ことを特徴とする干渉観察装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の干渉観察装置において、
   前記基準面の各座標について検出された前記散乱ポテンシャル情報から、複数個の前記部分開口の各々に固有の部分散乱ポテンシャル情報を抽出し、１座標につき複数個ずつ抽出された前記部分散乱ポテンシャル情報を合成することにより、複数個の前記部分開口の合成開口と同等の分解能を有し、かつ、前記部分開口の単体と同等のイメージ深度を有した三次元構造データを作成する演算部を更に備える
   ことを特徴とする干渉観察装置。
6. 測定アームを経由した複数波長の測定光と参照アームを往復した複数波長の参照光とを互いに干渉させることにより干渉光を生成する干渉手順と、
   前記干渉光を物体の散乱ポテンシャル情報へと変換する検出手順と、
   前記測定アームに配置された対物レンズによる前記測定光の集光点で前記物体の基準面を走査する走査手順と、
   前記対物レンズの互いに異なる複数個の部分開口を個別に通過する複数種類の前記測定光の間に互いに異なる光路長のオフセットを付与するオフセット手順と
   を有することを特徴とする干渉観察方法。

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