JP2022118395A - Optical measuring device and data operation method of optical measuring device - Google Patents

Optical measuring device and data operation method of optical measuring device Download PDF

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Abstract

To obtain an optical measuring device capable of not only simultaneously acquiring intensity and information of optical distance and accurately dividing both on the basis of a signal acquired from a light receiving element but also executing differential operation only of intensity, differential operation only of a phase and differential operation to polarization.SOLUTION: A laser light source 21, a two-dimensional scanning device 26, and the like are arranged in a line, and an objective lens 31 faces a measuring object G1. Signals from light receiving elements 29A, 29B receiving light from the measuring object G1 and a signal to be reference for scanning by the two-dimensional scanning device 26 are sent to a data processing part 34 through a signal comparator 33. The data processing part 34 creates a first data group obtained by adding a plurality of pieces of data and a second data group obtained by adding a plurality of pieces of data deviated from the plurality of pieces of data of the first data group. Not only intensity information and phase information but also differential operation only of intensity and differential operation only of a phase are executed from an output of difference between two kinds of the data groups.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザー光の照射により測定対象物の表面状態のプロフィルの計測、細胞等の表面状態および内部状態の計測や観察に対して、透過度、反射度、吸光度等の強度情報と光学的距離情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離する光学計測装置に関し、顕微鏡等の光学機器の性能を向上させる装置に好適なものである。 The present invention provides intensity information such as transmittance, reflectance, and absorbance for measurement of the profile of the surface state of an object to be measured, measurement and observation of the surface state and internal state of cells, etc. by irradiating laser light, and optical The present invention relates to an optical measuring device that simultaneously obtains distance information and accurately separates both, and is suitable for devices that improve the performance of optical instruments such as microscopes.

従来の光学的顕微鏡では、光学的距離等の3次元の計測が困難であることに加え、位相情報と強度情報を正確に分離することはできなかった。例えば、位相差顕微鏡は、コントラストの低い生物細胞等を明瞭に観察するために、位相板を用いて、位相情報を強度情報に変換して観察していた。したがって、位相情報を可視化できるが、強度情報も観察されていた。
このように従来の位相差顕微鏡は、純粋に位相情報あるいは強度情報だけを分離して、観察する顕微鏡ではなかった。また、位相情報を可視化する微分干渉顕微鏡においても、同様であった。特に、3次元計測を可能にするためには、位相情報である光学的距離情報と強度情報は明確に分離する必要性がある。
In conventional optical microscopes, three-dimensional measurement such as optical distance is difficult, and phase information and intensity information cannot be separated accurately. For example, in a phase-contrast microscope, a phase plate is used to convert phase information into intensity information for observation in order to clearly observe low-contrast biological cells and the like. Thus, although phase information could be visualized, intensity information was also observed.
Thus, the conventional phase-contrast microscope was not a microscope for purely separating and observing phase information or intensity information. The same applies to a differential interference contrast microscope that visualizes phase information. In particular, in order to enable three-dimensional measurement, it is necessary to clearly separate optical distance information and intensity information, which are phase information.

この一方、従来の光学的な行路差を検出する手段としては、共焦点顕微鏡やデジタルホログラム顕微鏡等が知られている。
前者の共焦点顕微鏡は、測定対象物にスポット光を照射しそのスポット光に対してピンホールを介して共焦点位置に配置した受光素子にて受光した光量が最大になるように、対物レンズまたは測定対象物を動かすことにより、測定対象物の高さ情報や行路差情報を取得していた。
On the other hand, confocal microscopes, digital hologram microscopes, and the like are known as conventional means for detecting optical path differences.
In the former confocal microscope, the object to be measured is irradiated with spot light, and the objective lens or By moving the measurement object, height information and path difference information of the measurement object are acquired.

また、後者のデジタルホログラム顕微鏡は、測定対象物に対して略平行なレーザー光を照射し、測定対象物で回折された光を対物レンズにて集光し、レファランスとなる平面波とCCD等のエリアセンサ上にて干渉させてホログラムを作成するものである。そして、この干渉縞を計算にて解析することにより元の測定対象物からの波面を復元して、行路差情報を取得していた。 In addition, the latter digital hologram microscope irradiates a laser beam substantially parallel to the object to be measured, collects the light diffracted by the object with an objective lens, and uses a plane wave as a reference and an area such as a CCD A hologram is created by causing interference on the sensor. Then, by analyzing the interference fringes by calculation, the wavefront from the original object to be measured is restored, and path difference information is obtained.

ところが、前者の共焦点顕微鏡では、基本的にスポット光内に位相分布があるとビームが変形し誤情報となる。特に測定対象物が細胞等の屈折率変化など波面が位相的に変化するようなものに対しては、その値の信頼性は乏しいと言わざるを得ない。また、受光した光量が最大になるように対物レンズや測定対象物を動かす必要性があるので、リアルタイム性に欠けている。さらに、測定対象物が吸収率変化や反射率変化により強度むらの生じるようなものである場合、強度の変化が生じる点においては当然に受光した光量が変化するので、ピンホールを通過する光量は、合焦点で強度が強くなったのか、強度むらにより強くなったのか判断することはできず、誤った光学的距離を算出することになる。 However, in the former confocal microscope, if there is a phase distribution in the spot light, the beam is basically deformed, resulting in erroneous information. In particular, it must be said that the reliability of the value is poor when the measurement object is such that the wavefront changes in terms of phase, such as changes in the refractive index of cells or the like. Moreover, since it is necessary to move the objective lens and the object to be measured so as to maximize the amount of received light, real-time performance is lacking. Furthermore, if the object to be measured has intensity unevenness due to changes in absorptance or reflectance, the amount of light received will naturally change at the point where the intensity changes, so the amount of light passing through the pinhole will be , it is not possible to determine whether the intensity is increased at the in-focus point or due to unevenness in intensity, and an erroneous optical distance is calculated.

後者のデジタルホログラム顕微鏡では、対物レンズで回折された光を集光し、参照平面波と干渉させて、その明暗パターンをCCD等で取り入れ、計算機においてその波面を再生して情報としている。ところが、参照平面波はいくつもの光学素子を通過した平面波なので、平面波とはいえ微視的に見れば、波長の1/10程度は面内で凹凸がある。この波面の凸凹状態を何らかのキャリブレーション用の平面等で記憶しておいても、温度の揺らぎや空気密度の揺らぎ等で、実効的に揺らいでしまう。このために、異なる行路を通過した平面波と物体波との干渉パターンは厳密な意味では、物体波を再生しているとは言い難かった。 In the latter digital hologram microscope, the light diffracted by the objective lens is condensed and interfered with a reference plane wave, the light and dark pattern is taken in by a CCD or the like, and the wavefront is reproduced by a computer as information. However, since the reference plane wave is a plane wave that has passed through a number of optical elements, even though it is a plane wave, if viewed microscopically, there is unevenness within the plane for about 1/10 of the wavelength. Even if the uneven state of the wavefront is stored in some kind of calibration plane or the like, it will effectively fluctuate due to temperature fluctuations, air density fluctuations, and the like. Therefore, in a strict sense, it is difficult to say that the interference pattern between the plane wave and the object wave that have passed through different paths reproduces the object wave.

また、従来のホログラム顕微鏡では、結像レンズ等を用いているものが多く、レンズのNAによる空間周波数領域での位相情報や強度情報はMTFにより変化があり、正しく空間周波数を再現されているとは言いがたかった。したがって、光学的距離情報も正しい値を計算しているとみなすことは困難であった。 In addition, many conventional hologram microscopes use an imaging lens or the like, and the phase information and intensity information in the spatial frequency domain due to the NA of the lens vary depending on the MTF. was hard to say. Therefore, it was difficult to assume that the optical distance information also calculated a correct value.

他方、従来の微分干渉顕微鏡では、測定対象物に異なる偏光を有する光をわずかに空間的にシフトして照射することで、測定対象物に照射された2つの偏光の光は行路差に違いが生じるのに伴って、偏光にリターデーションを与え、これを再び合成することにより、測定対象物のわずかな屈折率差や高さの位相差を可視化するものである。なお、この空間的にシフトして偏光の光を照射する際のシフト量をシェア量という。 On the other hand, in a conventional differential interference contrast microscope, by irradiating the measurement object with light beams having different polarizations with a slight spatial shift, there is no difference in path difference between the two polarized light beams irradiated onto the measurement object. Retardation is given to the polarized light as it occurs, and by synthesizing this again, a slight refractive index difference and a phase difference in height of the object to be measured can be visualized. The amount of shift when irradiating polarized light with this spatial shift is referred to as the amount of shear.

特開2020-27096号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-27096 特開2015-075340号公報JP 2015-075340 A

このような微分干渉顕微鏡の長所としては、高い空間周波数成分を光学的に増幅するので、見た目には分解能が高くなったように見える。しかしながら、測定対象物に複屈折性や旋光性を有する物質等が含まれる場合、微分干渉顕微鏡では複屈折により偏光面が回転するのに伴い、像が変わって見え非常に扱いづらい欠点を有していた。 An advantage of such a differential interference microscope is that it optically amplifies high spatial frequency components, so that the resolution appears to be high. However, when the object to be measured contains a substance with birefringence or optical rotation, the differential interference microscope has the drawback that the image appears to change as the plane of polarization rotates due to the birefringence, making it extremely difficult to handle. was

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、受光素子から取得された信号に基づき、強度情報と光学的距離とされる位相情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離するだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行し得る光学的計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above background. It is an object of the present invention to provide an optical measuring device and a data computing method for the optical measuring device that can perform a differential operation of only the phase, a differential operation of only the phase, and a differential operation of the polarized light.

請求項1に係る光学計測装置は、コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各1つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも2つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値を得ると共に、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第2データ群を作成し、これら2種のデータ群間の差の出力により、測定対象物についての微分演算を実行する計測部と、
を含む。
The optical measurement device according to claim 1 comprises a light source that emits coherent irradiation light,
a scanning element that scans the irradiation light from the light source and sends it to the measurement object;
At least two light-receiving elements positioned on each side with a boundary line perpendicular to the direction of the optical axis of the illuminating light, and receiving and photoelectrically converting the illuminating light modulated by the object to be measured during scanning. ,
The measurement values of the sum signal and the difference signal for the object to be measured are obtained from the signals of the basic basic data photoelectrically converted and output by these light receiving elements, and the basic data are obtained from the signals photoelectrically converted and output. A first data group obtained by adding values of data and a plurality of data extracted at predetermined intervals; a measuring unit that creates a second data group obtained by adding the values of a plurality of extracted data, and executes a differential operation on the object to be measured by outputting the difference between these two data groups;
including.

請求項1に係る光学計測装置の作用を以下に説明する。
本発明においては、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送る。さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線とした両側に各1つ位置した2つの受光素子が、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する。これに伴い、2つの受光素子でそれぞれ光電変換された基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値により、測定対象物の強度情報と位相情報が得られる。
The operation of the optical measuring device according to claim 1 will be described below.
In the present invention, coherent illuminating light is emitted from a light source and a scanning element scans the illuminating light into a scanning beam onto a measurement object. Further, two light-receiving elements, one on each side of the boundary line perpendicular to the optical axis of the irradiated light, receive the irradiated light modulated by the object to be measured during scanning, Convert. Along with this, intensity information and phase information of the measurement object can be obtained from the measurement values of the sum signal and the difference signal for the measurement object obtained from the basic data signals photoelectrically converted by the two light receiving elements.

そして、これら2つの受光素子でそれぞれ光電変換された信号から基本データ及び所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出された複数のデータの値を加算して得られた第2データ群とを、計測部にて作成する。さらに、これら2種のデータ群間の差の出力から、測定対象物についての和信号と差信号の計測値だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。 Then, a first data group obtained by adding the values of the basic data and a plurality of data extracted at predetermined intervals from the signals photoelectrically converted by these two light receiving elements, and the plurality of data of the first data group. A second data group obtained by adding a plurality of data values extracted by shifting a predetermined amount corresponding to the share amount from each other is created by the measurement unit. Furthermore, from the output of the difference between these two types of data groups, not only the measured values of the sum signal and the difference signal for the measurement object, but also the differential operation of only the intensity, the differential operation of only the phase, and the differential operation with respect to the polarization Each can perform an operation.

すなわち、微分情報を得るのに偏光のリターデーションを用いている従来の微分干渉顕微鏡に対して、本請求項の光学計測装置は偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。 That is, in contrast to conventional differential interference microscopes that use retardation of polarized light to obtain differential information, the optical measuring device of the present invention obtains differential information based on electrical signals without using polarized light. Therefore, correct differential interference information can be generated even if the object to be measured has birefringence or optical rotation.

したがって、従来の微分干渉顕微鏡の欠点を克服し、更に従来から用いていた強度や位相を得る手法に加えて、微分干渉顕微鏡の機能を付加した本請求項に係る光学計測装置の手法を追加することにより、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができ、従来の装置や方法では得られない新たな情報が得られる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。 Therefore, to overcome the drawbacks of conventional differential interference microscopes, and in addition to the conventionally used method of obtaining the intensity and phase, the method of the optical measurement apparatus according to the present claim is added with the function of a differential interference microscope. As a result, it is possible to perform a differential operation of only intensity, a differential operation of only phase, and a differential operation of polarized light, and obtain new information that cannot be obtained by conventional devices and methods. Note that the differential operation of only the phase is almost synonymous with the conventional differential interference. However, it differs in that it is not affected by polarization.

以上の結果として、本発明が適用された顕微鏡等では、走査ビームの照射位置から同時に微分演算を施した強度情報と光学的距離情報を取得することができるので、生きたままの細胞やマイクロマシーンなどの状態変化などの空間周波数の高い部分を強調表現できるので、細部の強度観察と位相観察が容易にできることとなる。しかも、複数のCCD等により取得する複数のデータではなく、同一観測点からの情報となるので、画素ズレによる位置合わせとは無縁な処理となり、確実に同一箇所から異なる情報を取得することができる。 As a result of the above, in a microscope or the like to which the present invention is applied, it is possible to obtain intensity information and optical distance information simultaneously subjected to a differential operation from the irradiation position of the scanning beam. Since it is possible to emphatically express a portion with a high spatial frequency such as a state change such as , intensity observation and phase observation of details can be easily performed. Moreover, since the information is obtained from the same observation point rather than multiple data obtained by a plurality of CCDs or the like, the processing is unrelated to alignment due to pixel deviation, and different information can be reliably obtained from the same location. .

さらに、本発明を透過型の顕微鏡に適用した場合、簡単な装置になるのに伴い、細胞や微小生物等を生きたままで蛍光着色せず、高い分解能であって簡易且つ高速度に可視化して観察できる。しかも、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができるので、極めて容易に観察対象の細部の構造を強調することができるといった大きな特徴を有することになる。 Furthermore, when the present invention is applied to a transmission microscope, as the apparatus becomes simpler, live cells, micro-organisms, etc. are not fluorescently colored, and can be easily and quickly visualized with high resolution. Observable. In addition, since it is possible to perform differential calculations of only intensity, differential calculation of phase only, and differential calculation with respect to polarized light, it has a great feature that it is possible to emphasize the detailed structure of the observation object very easily. become.

請求項2のように、基本データ間の所定間隔で抽出されたデータの数をkとしたときに、
第1データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
第2データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n+m番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n+m番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
nが0を含む自然数とされ、mが0を含まない自然数とすることで、請求項1の光学計測装置による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を確実に実行できるようになる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。
As in claim 2, when the number of data extracted at predetermined intervals between basic data is k,
The data extracted from the first data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n-th sample point by shifting the extraction position one by one from the (k+1)n-th sample point,
The data extracted from the second data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n+m-th sample point by shifting the extraction position by one from the (k+1)n+m-th sample point,
By setting n to be a natural number including 0 and m to be a natural number not including 0, the optical measurement device according to claim 1 can reliably perform a differential operation of only intensity, a differential operation of only phase, and a differential operation of polarized light. will be able to run Note that the differential operation of only the phase is almost synonymous with the conventional differential interference. However, it differs in that it is not affected by polarization.

請求項3のように、第1データ群が抽出するデータをサンプル点sxとした複数のデータの値を加算したものとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点s(x+m)とした複数のデータの値を加算したものとし、
sをデータ抽出間隔とし、xを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、mをシェア量とすることで、請求項1の光学計測装置による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を請求項2と同様に、確実に実行できるようになる。
As in claim 3, the data extracted by the first data group is the sample point sx, and the values of the plurality of data are added, and the data extracted by the second data group is the sample point s(x+m). is the sum of the data values of
With s as the data extraction interval, x as the acquired data position within each data extraction interval, and m as the share amount, the optical measurement device of claim 1 can perform the differential operation of only the intensity, the differential operation of only the phase, and the polarization , can be reliably executed in the same manner as in claim 2.

請求項4では、2つの受光素子に受光素子を2つ追加して、4つの受光素子として偏光を検出可能としたことで、4つの受光素子からの信号に対して、上記のような2種のデータ群を用いた演算を行うことにより、従来の微分偏光顕微鏡等の光学系では不可能な偏光微分干渉的な情報も得ることが出来る。 In claim 4, two light receiving elements are added to the two light receiving elements, and the polarized light can be detected using the four light receiving elements. By performing calculations using the data group of , it is possible to obtain polarization differential interference information that cannot be obtained with an optical system such as a conventional differential polarization microscope.

この一方、請求項5のように、走査素子が、照射光を相互に直交する2方向にそれぞれ走査させる2次元走査素子とされ、この2方向の内の少なくとも1方向の走査により測定対象物に照射された照射光が変調されることが考えられる。さらに請求項6のように、前記走査素子にコントローラを接続し、このコントローラが走査素子の動作を操作して走査速度及び走査範囲を調整することが考えられる。このようにすれば、2次元の画像が単に得られるだけでなく、コントローラの設定を変更するだけで、任意の変調量かつ任意の範囲にて計測が可能となる。 On the other hand, as in claim 5, the scanning element is a two-dimensional scanning element that scans the irradiation light in two mutually orthogonal directions. It is conceivable that the irradiated illumination light is modulated. Further, as in claim 6, it is conceivable that a controller is connected to the scanning element and the controller operates the operation of the scanning element to adjust the scanning speed and scanning range. In this way, not only can a two-dimensional image be simply obtained, but measurement can be made with any modulation amount and any range by simply changing the settings of the controller.

請求項7に係る光学計測装置のデータ演算方法は、コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各1つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも2つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から測定対象物についての計測値を得る計測部と、
を有した光学計測装置のデータ演算方法であって、
計測部において、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第2データ群を作成し、
測定対象物についての計測値を得る他、計測部でこれら2種のデータ群間の差の出力により測定対象物についての微分演算を実行する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a data calculation method for an optical measurement device, comprising:
a scanning element that scans the irradiation light from the light source and sends it to the measurement object;
At least two light-receiving elements positioned on each side with a boundary line perpendicular to the direction of the optical axis of the illuminating light, and receiving and photoelectrically converting the illuminating light modulated by the object to be measured during scanning. ,
a measurement unit that obtains a measurement value of an object to be measured from signals of basic basic data photoelectrically converted and output by these light receiving elements;
A data calculation method for an optical measuring device comprising:
A first data group obtained by adding basic data and a plurality of data values extracted at predetermined intervals from a signal photoelectrically converted and output in a measurement unit; Creating a second data group obtained by adding the values of a plurality of data extracted by shifting each of the plurality of data by a predetermined amount,
In addition to obtaining measured values for the object to be measured, the measurement section executes differential operation for the object to be measured by outputting the difference between these two types of data groups.

請求項7に係る光学計測装置のデータ演算方法の作用を以下に説明する。
本発明においては、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送る。さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線とした両側に各1つ位置した2つの受光素子が、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換することは請求項1と同様である。
The operation of the data calculation method for the optical measuring device according to claim 7 will be described below.
In the present invention, coherent illuminating light is emitted from a light source and a scanning element scans the illuminating light into a scanning beam onto a measurement object. Further, two light-receiving elements, one on each side of the boundary line perpendicular to the optical axis of the irradiated light, receive the irradiated light modulated by the object to be measured during scanning, Converting is the same as in claim 1.

そして、これら2つの受光素子でそれぞれ光電変換された信号から基本データ及び所定間隔抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出した複数のデータを加算して得られた第2データ群とを、計測部にて作成する。さらに、これら2種のデータ群間の差の出力から、測定対象物についての和信号と差信号の計測値に基づく、強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。 Then, a first data group obtained by adding basic data and a plurality of data values extracted at predetermined intervals from signals photoelectrically converted by these two light receiving elements, and a plurality of data in the first data group. A second data group obtained by adding a plurality of data extracted by shifting a predetermined amount corresponding to each share amount is created by the measurement unit. Furthermore, from the output of the difference between these two types of data groups, not only the intensity information and phase information, but also the differential operation of only the intensity and the differential operation of only the phase based on the measured values of the sum signal and the difference signal for the measurement object Calculations and differential calculations with respect to polarized light can be executed.

請求項8のように、基本データ間の所定間隔で抽出されたデータの数をkとしたときに、
第1データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
第2データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n+m番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n+m番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
nが0を含む自然数とされ、mが0を含まない自然数とすることで、請求項7の光学計測装置のデータ演算方法による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を確実に実行できるようになる。
As in claim 8, when the number of data extracted at predetermined intervals between basic data is k,
The data extracted from the first data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n-th sample point by shifting the extraction position one by one from the (k+1)n-th sample point,
The data extracted from the second data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n+m-th sample point by shifting the extraction position by one from the (k+1)n+m-th sample point,
By setting n to be a natural number including 0 and m to be a natural number not including 0, differential calculation of intensity only, differential calculation of phase only, and polarization calculation by the data calculation method of the optical measurement device according to claim 7 can be performed. It becomes possible to reliably execute differential calculations and the like.

請求項9のように、第1データ群が抽出するデータをサンプル点sxとした複数のデータの値を加算したものとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点s(x+m)とした複数のデータの値を加算したものとし、
sをデータ抽出間隔とし、xを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、mをシェア量
とすることで、請求項7の光学計測装置のデータ演算方法による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を請求項8と同様に、確実に実行できるようになる。
As in claim 9, the data extracted by the first data group is the sample point sx, and the values of the plurality of data are added, and the data extracted by the second data group is the sample point s(x+m). is the sum of the data values of
By setting s as the data extraction interval, x as the acquired data position within each data extraction interval, and m as the share amount, the differential calculation of only the intensity and the calculation of only the phase are performed by the data calculation method of the optical measurement device according to claim 7. Differential calculation, differential calculation with respect to polarized light, etc. can be reliably executed in the same manner as in claim 8.

上記に示したように、本発明の光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法は、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送ることで、この照射光を変調する。
さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各1つ位置した受光素子でそれぞれ光電変換された信号自体の和の信号より強度情報を、また、信号の差の出力のヒルベルト変換した信号より位相情報を取得する。そして、第1データ群と第2データ群との間の差の出力を求める。このことにより、測定対象物の強度情報と位相情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離するだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を実行できるという優れた効果を奏する。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, in the optical measurement apparatus and the data calculation method of the optical measurement apparatus of the present invention, coherent irradiation light is irradiated from the light source, and the scanning element scans the irradiation light to form a scanning beam to be measured. Sending it to an object modulates this illuminating light.
Furthermore, the intensity information is obtained from the sum of the signals themselves photoelectrically converted by the light receiving elements positioned on each side of the boundary in the direction perpendicular to the optical axis direction of the irradiated light, and the difference between the signals is obtained. Phase information is obtained from the output Hilbert transformed signal. An output of the difference between the first data group and the second data group is then obtained. As a result, not only can the intensity information and phase information of the object to be measured be obtained at the same time and the two can be accurately separated, but also the differentiation operation of only the intensity, the differentiation operation of only the phase, the differentiation operation of the polarized light, etc. can be performed. It has an excellent effect of being able to Note that the differential operation of only the phase is almost synonymous with the conventional differential interference. However, it differs in that it is not affected by polarization.

本発明に係る光学計測装置の実施例1とされる反射光学系の装置のブロック図である。1 is a block diagram of a device of a reflecting optical system as a first embodiment of an optical measuring device according to the present invention; FIG. 図1の反射光学系の受光素子上における光照射領域を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a light irradiation region on a light receiving element of the reflective optical system of FIG. 1; レーザー光の繰り返し走査を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining repeated scanning of a laser beam. 実施例1の強度及び位相に関するMTF曲線を表すグラフを示す図であって、図4(A)に通常の強度情報のMTF曲線を示し、図4(B)に微分的な情報を加味する手法による強度情報のMTF曲線を示し、図4(C)に通常の位相情報のMTF曲線を示し、図4(D)に微分的な情報を加味する手法による位相情報のMTF曲線を示す。FIG. 4 shows graphs representing MTF curves for intensity and phase in Example 1, wherein FIG. 4A shows the MTF curve of normal intensity information, and FIG. 4B shows a method of adding differential information FIG. 4(C) shows the MTF curve of normal phase information, and FIG. 4(D) shows the MTF curve of phase information by the method of adding differential information. 本発明に係る光学計測装置の実施例2とされる透過光学系の装置のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a transmission optical system as a second embodiment of the optical measuring device according to the present invention; 実施例2の変形例とされる透過光学系の装置のブロック図である。FIG. 11 is a block diagram of a transmission optical system device as a modified example of the second embodiment; 本発明に係る光学計測装置の実施例3とされる装置の受光素子上における光照射領域を表す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a light irradiation region on a light receiving element of an optical measuring device according to a third embodiment of the present invention; 本発明の光学計測装置に係る実施例4を示す光学系のブロック図である。It is a block diagram of the optical system which shows Example 4 based on the optical measuring device of this invention. 実施例4の対物レンズの光軸、集光レンズの光軸に対する0次回折光と1次回折光の関係を示す。10 shows the relationship between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light with respect to the optical axis of the objective lens and the optical axis of the condensing lens in Example 4. FIG. 実施例4の強度及び位相に関するMTF曲線を表すグラフを示す図であって、図10(A)に通常の強度情報のMTF曲線を示し、図10(B)に微分的な情報を加味する手法による強度情報のMTF曲線を示し、図10(C)に通常の位相情報のMTF曲線を示し、図10(D)に微分的な情報を加味する手法による位相情報のMTF曲線を示す。FIG. 10A is a graph showing MTF curves for intensity and phase in Example 4, FIG. 10A shows the MTF curve for normal intensity information, and FIG. 10B is a method of adding differential information. FIG. 10(C) shows the MTF curve of the normal phase information, and FIG. 10(D) shows the MTF curve of the phase information by the method of adding differential information. 本発明の光学計測装置に係る実施例5を示す光学系のブロック図である。It is a block diagram of the optical system which shows Example 5 based on the optical measuring device of this invention.

以下に、本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例1から実施例4を各図面に基づき、詳細に説明する。 Embodiments 1 to 4 of the optical measuring device and the data calculation method for the optical measuring device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

本発明に係る光学計測装置の実施例1を以下に図1及び図2を参照しつつ説明する。本実施例は、走査ビームを測定対象物で反射する反射光学系の装置とされている。図1は、実施例に係る反射光学系の装置の構成を示すブロック図である。 A first embodiment of an optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. This embodiment is an apparatus of a reflecting optical system that reflects a scanning beam on an object to be measured. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a reflective optical system apparatus according to an embodiment.

この図1に示すように、コヒーレントな照射光であるレーザー光が照射(出射)される光源であるレーザー光源21と、このレーザー光から平行光を得られるように収差補正されたコリメーターレンズ22とが順に配置されている。従って、本実施例では、レーザー光源21から出射されたレーザー光が、コリメーターレンズ22により平行光とされる。 As shown in FIG. 1, a laser light source 21 is a light source that irradiates (emits) laser light, which is coherent light, and a collimator lens 22 is aberration-corrected so that parallel light can be obtained from the laser light. are arranged in order. Therefore, in this embodiment, the laser light emitted from the laser light source 21 is collimated by the collimator lens 22 .

また、このコリメーターレンズ22に対して、2群のレンズからなる瞳伝達レンズ系25、入力されたレーザー光を2次元走査する2次元走査素子である2次元走査デバイス26、入力されたレーザー光を本来的には分離して出射するためのものであるビームスプリッター27が、さらに順に並んで配置されている。そして、図1に示すように瞳伝達レンズ系25に向かう側のレーザー光の光路を光軸Lとしている。なお、この2次元走査デバイス26には、レーザー光を2次元走査する走査範囲や走査速度を調整する電圧等を変更するための制御手段であるコントローラ23が接続されている。 Further, for this collimator lens 22, a pupil transmission lens system 25 consisting of two groups of lenses, a two-dimensional scanning device 26 which is a two-dimensional scanning element for two-dimensionally scanning the input laser light, and the input laser light A beam splitter 27, which is originally intended to separate and emit the light, is further arranged in series. As shown in FIG. 1, the optical axis L is the optical path of the laser beam toward the pupil transmission lens system 25 . The two-dimensional scanning device 26 is connected to a controller 23, which is control means for changing a scanning range for two-dimensional scanning with laser light and a voltage for adjusting the scanning speed.

さらに、ビームスプリッター27に隣り合って、2群のレンズからなる瞳伝達レンズ系30が位置し、この隣に対物レンズ31が測定対象物G1と対向して配置されている。つまり、これら部材も光軸Lに沿って並んでいることになる。以上より、レーザー光がこの光軸Lに沿って、瞳伝達レンズ系25、2次元走査デバイス26、ビームスプリッター27、瞳伝達レンズ系30、対物レンズ31を順に経て、測定対象物G1に照射される。この際、2次元走査デバイス26の動作により、このレーザー光が走査ビームとなって測定対象物G1上で2次元的に走査される。 Further, adjacent to the beam splitter 27, a pupil transfer lens system 30 consisting of two groups of lenses is positioned, and next to this, an objective lens 31 is arranged to face the object G1 to be measured. In other words, these members are also arranged along the optical axis L. As described above, the laser beam passes through the pupil transfer lens system 25, the two-dimensional scanning device 26, the beam splitter 27, the pupil transfer lens system 30, and the objective lens 31 in order along the optical axis L, and is irradiated onto the measurement object G1. be. At this time, the operation of the two-dimensional scanning device 26 causes this laser light to become a scanning beam and two-dimensionally scan the object G1 to be measured.

他方、光軸Lが通過する方向に対して直交する方向であってビームスプリッター27の隣の位置には、複数の光センサにより構成される受光素子群29が配置されている。そして、図1に示す測定対象物G1にて反射した走査ビームは回折光となり、対物レンズ31、瞳伝達レンズ系30及びビームスプリッター27の順で戻って平行光となる。これに伴いこのビームスプリッター27で反射して、本来の光軸Lに対して直交する照射光の光軸Lに沿って受光素子群29に入射される。 On the other hand, a light-receiving element group 29 composed of a plurality of optical sensors is arranged at a position adjacent to the beam splitter 27 in a direction perpendicular to the direction in which the optical axis L passes. The scanning beam reflected by the measurement object G1 shown in FIG. 1 becomes diffracted light, returns to the objective lens 31, the pupil transfer lens system 30 and the beam splitter 27 in that order, and becomes parallel light. Along with this, the light is reflected by the beam splitter 27 and is incident on the light receiving element group 29 along the optical axis L of the irradiation light orthogonal to the original optical axis L.

尚、この受光素子群29は、測定対象物G1のファーフィールド(遠視野)面に配置されているだけでなく、本実施例では2つの受光素子29A、29Bにより構成されている。但し、図2に示すように、走査ビームLAのスポットの中心となる光軸Lに沿った方向に対して略垂直な面上であってこの光軸Lを通る境界線Sを挟んで、これら受光素子29A、29Bがそれぞれ配置されている。つまり、境界線Sの片側にずれて受光素子29Aが位置し、これと境界線Sの反対側にずれて受光素子29Bが位置していて、測定対象物G1で反射することで経由した走査ビームLAをこれら各受光素子29A、29Bが受光する。 The light receiving element group 29 is not only arranged on the far field plane of the measurement object G1, but also consists of two light receiving elements 29A and 29B in this embodiment. However, as shown in FIG. 2, on a plane substantially perpendicular to the direction along the optical axis L, which is the center of the spot of the scanning beam LA, and across a boundary line S passing through the optical axis L, these Light receiving elements 29A and 29B are arranged respectively. That is, the light-receiving element 29A is positioned on one side of the boundary line S, and the light-receiving element 29B is positioned on the opposite side of the boundary line S. These light receiving elements 29A and 29B receive LA.

さらに、各受光素子29A、29Bは図示しない光電変換部を有した構造とされていて、各受光素子29A、29Bが走査ビームLAを受光してそれぞれ光電変換することになる。
この各受光素子29A、29B及び、2次元走査デバイス26の動作を操作する前述のコントローラ23は、信号比較器33にそれぞれ接続されている。これに伴って、信号比較器33が各受光素子29A、29Bからの信号及びコントローラ23からの信号により測定対象物G1の強度情報および位相情報を得ることになる。そして、この信号比較器33が、最終的にデータを処理して測定対象物G1のプロフィル等の計測値を得るデータ処理部34に繋がっている。このため、本実施例では、これら信号比較器33及びデータ処理部34が計測部とされている。尚、このデータ処理部34は図示しないものの、アナログデータをデジタルデータに変換するためのADコンバータを内蔵している。
Furthermore, each of the light receiving elements 29A and 29B has a structure having a photoelectric conversion portion (not shown), and each of the light receiving elements 29A and 29B receives the scanning beam LA and photoelectrically converts it.
The light receiving elements 29A and 29B and the controller 23 that operates the two-dimensional scanning device 26 are connected to a signal comparator 33, respectively. Along with this, the signal comparator 33 obtains intensity information and phase information of the measuring object G1 from the signals from the light receiving elements 29A and 29B and the signal from the controller 23. FIG. This signal comparator 33 is connected to a data processing section 34 that finally processes the data to obtain measured values such as the profile of the measurement object G1. Therefore, in this embodiment, the signal comparator 33 and the data processing section 34 are used as the measurement section. Although not shown, the data processing unit 34 incorporates an AD converter for converting analog data into digital data.

また、レーザー光源21は半導体レーザーであり、コヒーレントなレーザー光を発生する。このレーザー光をコリメーターレンズ22により平行光束にし、瞳伝達レンズ系25に入射させる。このとき、レーザー光の入射ビーム径は、瞳伝達レンズ系25との兼ね合いより、絞り機構(図示せず)等を用いて適正化しておくことにする。 The laser light source 21 is a semiconductor laser and generates coherent laser light. This laser beam is collimated by a collimator lens 22 and made incident on a pupil transmission lens system 25 . At this time, the incident beam diameter of the laser light is optimized by using a diaphragm mechanism (not shown) or the like in consideration of the pupil transmission lens system 25 .

ここで、コリメーターレンズ22と2次元走査デバイス26との間に配置されている瞳伝達レンズ系25は、コリメーターレンズ22の出射面位置を次の2次元走査デバイス26に共役に伝達するための光学系である。この瞳伝達レンズ系25を通過したレーザー光は、2次元走査デバイス26を経由して走査ビームとなってビームスプリッター27に送られるが、このビームスプリッター27からの走査ビームは、対物レンズ31の瞳位置に共役にする瞳伝達レンズ系30を介して対物レンズ31に入射する。 Here, the pupil transmission lens system 25 arranged between the collimator lens 22 and the two-dimensional scanning device 26 conjugately transmits the output surface position of the collimator lens 22 to the next two-dimensional scanning device 26. is the optical system. The laser light passing through this pupil transmission lens system 25 passes through a two-dimensional scanning device 26 and is sent to a beam splitter 27 as a scanning beam. It enters the objective lens 31 via the pupil transfer lens system 30 which is conjugated to the position.

以上より、本実施例では、変調されていない状態のレーザー光がレーザー光源21より照射されるものの、2次元走査デバイス26により走査ビームとされたレーザー光が測定対象物G1に入射されてパターンを有する強度変化と光学的距離変化により実質的に変調されると共に測定対象物G1で反射された結果として、測定対象物G1のフーリエ変換の変調信号を受光素子群29が最終的に検出する。 As described above, in this embodiment, although the laser light source 21 irradiates the laser light in a non-modulated state, the laser light converted into a scanning beam by the two-dimensional scanning device 26 is incident on the measurement object G1 to form a pattern. The light-receiving element group 29 finally detects the modulated signal of the Fourier transform of the measurement object G1 as a result of being substantially modulated by the intensity change and the optical distance change and reflected by the measurement object G1.

また、図3に示すように、2次元走査デバイス26は、水平方向Xに沿ってレーザー光を繰り返して光軸Lを移動しつつ測定対象物G1上で走査する。但し、この繰り返しに際して図3における1、2、3、4・・・のように垂直方向Yに沿って順次走査位置を変更していくことで、2次元走査を可能としている。そして、この2次元走査デバイス26の動作を調整するコントローラ23は、本装置の視野範囲を変更可能としている。つまり、コントローラ23が2次元走査デバイス26の水平方向の走査範囲をコントロールする電圧を変更したり、垂直方向の走査範囲を変更したりすることで、自由に3次元画像を拡大縮小して視野範囲を調整可能となる。尚この際、コントローラ23は横分解能を一定に保ったまま、視野範囲だけを変更できる。 Further, as shown in FIG. 3, the two-dimensional scanning device 26 repeats the laser beam along the horizontal direction X to scan the measurement object G1 while moving the optical axis L. As shown in FIG. However, two-dimensional scanning is made possible by sequentially changing the scanning positions along the vertical direction Y as indicated by 1, 2, 3, 4, . . . in FIG. A controller 23 that adjusts the operation of the two-dimensional scanning device 26 can change the visual field range of the apparatus. In other words, the controller 23 changes the voltage for controlling the horizontal scanning range of the two-dimensional scanning device 26 and the vertical scanning range, thereby freely enlarging or reducing the three-dimensional image to obtain the visual field range. can be adjusted. At this time, the controller 23 can change only the visual field range while keeping the horizontal resolution constant.

従って、本実施例によれば、図3に示すように測定対象物G1の表面に凸部Cが存在するような凹凸があったり、高濃度の箇所Dが存在するような濃淡があったりした場合でも、2次元走査デバイス26により走査されて照射されたレーザー光の回折量や反射量の変化により、これら凸部Cや高濃度の箇所Dを正確に再現可能となる。 Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the surface of the object G1 to be measured has irregularities such as the presence of convex portions C, and shading such as the presence of high-concentration portions D. Even in this case, the convex portion C and the high-density portion D can be accurately reproduced by changing the amount of diffraction and the amount of reflection of the laser beam scanned and irradiated by the two-dimensional scanning device 26 .

このようにレーザー光源21から変調されていないレーザー光が照射されるが、2次元走査デバイス26による走査により走査ビームとされたこのレーザー光は、測定対象物G1を経て回折を生じて実質的に回折光となる。この回折光のうち、0次回折光及び1次回折光自体は無変調光であり、これら回折光の強度信号は無変調信号となる。
この一方、0次回折光と1次回折光が重なった部分は、0次回折光に対して1次回折光が位相差を有した信号なので、変調された強度信号となる。なぜならば、強度ないし光学的距離のそれぞれは、ある空間周波数の集合体とみなせ、照射光であるビームの走査により0次回折光と1次回折光の重なった部分は、1次回折光に対応した空間周波数で変調される。
In this way, the laser light source 21 emits an unmodulated laser beam, which is scanned by the two-dimensional scanning device 26 and converted into a scanning beam. diffracted light. Of these diffracted lights, the 0th order diffracted light and the 1st order diffracted light themselves are non-modulated lights, and the intensity signals of these diffracted lights are non-modulated signals.
On the other hand, the portion where the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light overlap is a signal in which the 1st-order diffracted light has a phase difference with respect to the 0th-order diffracted light, so that it becomes a modulated intensity signal. This is because each of the intensity and the optical distance can be regarded as an aggregate of a certain spatial frequency, and the overlapped portion of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light due to the scanning of the irradiation light beam is the spatial frequency corresponding to the 1st-order diffracted light. is modulated by

この変調された光は受光素子29A、29Bによって、空間周波数に対応した周波数の電流に強度信号として変換され、この受光素子29A、29B内の光電変換部の電流電圧変換回路等により、この電流を電圧に変換する。したがって、無変調光である0次回折光及び1次回折光自体はDC信号となり、変調光である0次回折光と1次回折光の重なった部分はAC信号となる。 The modulated light is converted by the light receiving elements 29A and 29B into a current having a frequency corresponding to the spatial frequency as an intensity signal. Convert to voltage. Therefore, the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, which are non-modulated light, become a DC signal, and the overlapping portion of the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, which are modulated light, becomes an AC signal.

次に、本実施の形態に係る光学計測装置のデータ処理について以下に具体的に説明する。ただし、反射光学系のみならず透過光学系においてもデータ処理については同様なので、以下に一括して説明する。 Next, the data processing of the optical measuring device according to this embodiment will be specifically described below. However, since data processing is the same not only in the reflective optical system but also in the transmissive optical system, it will be collectively described below.

各受光素子29A、29Bにてそれぞれ光電変換されて出力された各信号が信号比較器33においてコントローラ23からの信号と比較されて、測定対象物G1の信号情報を得ることになる。そして、この信号比較器33からこの信号情報が送り込まれたデータ処理部34においてヒルベルト変換される。そしてこの信号情報自体及びヒルベルト変換された信号それぞれをデータ処理部34にて、離散的な複数個のデータからなる計測データとする。 Each signal photoelectrically converted and output by each of the light receiving elements 29A and 29B is compared with the signal from the controller 23 in the signal comparator 33 to obtain the signal information of the measuring object G1. Then, in the data processing section 34 to which the signal information is sent from the signal comparator 33, Hilbert transform is performed. Then, the signal information itself and the Hilbert-transformed signal are processed by the data processing unit 34 into measurement data consisting of a plurality of discrete data.

例えば、データ処理部34の一部を構成しているADコンバータのサンプリング周波数を480MHzとし、走査ビームの走査速度をv=3.0m/sとした場合、240MHzの周波数は12.5nmの間隔に相当し、30MHzの周波数は100nmの間隔に相当する。
これに対して、例えば使用しているレーザー光源21のレーザー波長を488nmとし、対物レンズ31のNAを0.95とすると、カットオフの空間周波数は256nmとなるので、100nmの間隔でデータを取得すれば、十分ということになる。ただし、本発明の実施例4に示すような横分解能を向上させる光学的においては、さらに取得する周波数の上限を高くし、例えば60MHzまでにすればよい。
For example, when the sampling frequency of the AD converter constituting part of the data processing unit 34 is 480 MHz and the scanning speed of the scanning beam is v=3.0 m/s, the frequency of 240 MHz is spaced at intervals of 12.5 nm. , and a frequency of 30 MHz corresponds to a spacing of 100 nm.
On the other hand, for example, if the laser wavelength of the laser light source 21 being used is 488 nm and the NA of the objective lens 31 is 0.95, the cutoff spatial frequency is 256 nm, so data is acquired at intervals of 100 nm. That would be enough. However, in the optical system for improving the lateral resolution as shown in the fourth embodiment of the present invention, the upper limit of the frequency to be acquired may be increased, for example, up to 60 MHz.

本実施の形態の場合、測定対象物G1上における走査ビームの走査速度との関係から、ヒルベルト変換後において上記AC信号をAD変換した離散的なデータからなる計測データとして、30MHzの周波数で16個のデータを得ることにする。 In the case of this embodiment, from the relationship with the scanning speed of the scanning beam on the measurement object G1, 16 measurement data at a frequency of 30 MHz are obtained as discrete data obtained by AD-converting the AC signal after the Hilbert transform. data will be obtained.

次に、受光素子29A、29Bで検出される信号がどのようになるかを以下に具体的に示す。反射光学系のみならず透過光学系においても、また、高分解能化された透過光学系においても、信号処理としては同様なので、ここで以下の実施例において一括して説明する。 Next, how the signals detected by the light receiving elements 29A and 29B will be concretely described below. Since the signal processing is the same not only in the reflection optical system but also in the transmission optical system, and also in the transmission optical system with high resolution, it will be collectively described in the following embodiments.

測定対象物G1の状態は、強度パターンと光学的距離パターンの積で一般的に表され、測定対象物G1によって照射光は回折される。
簡単のために、強度パターンの複素振幅E0はピッチdiの余弦波パターンとし、光学的距離パターンの位相Θはピッチdpの正弦波パターンとする。照射光の波長をλ、強度の変調度をm、媒体と測定対象物の屈折率差をδn、厚さをhとすると、以下の数式のように表すことができる。
The state of the measurement object G1 is generally represented by the product of the intensity pattern and the optical distance pattern, and the irradiation light is diffracted by the measurement object G1.
For simplicity, the complex amplitude E 0 of the intensity pattern is assumed to be a cosine pattern of pitch di, and the phase Θ of the optical range pattern is assumed to be a sinusoidal pattern of pitch dp. Assuming that the wavelength of the irradiation light is λ, the intensity modulation is m, the refractive index difference between the medium and the object to be measured is δn, and the thickness is h, it can be expressed by the following formula.

Figure 2022118395000002
Figure 2022118395000002

これらのパターンに波長λの光を照射し、ファーフィールドであるフーリエ変換面に配置した受光素子29A、29Bで受光する。振幅部分の測定対象物G1のパターンにおける、強度パターンの複素振幅E0のフーリエ変換面では、光軸Lに対して片側でかつ1次回折光と-1次回折光が重ならない領域、すなわち、空間周波数が比較的高い領域を考えると、1次回折光側では以下の数式のようになる。 These patterns are irradiated with light of wavelength λ and received by the light receiving elements 29A and 29B arranged on the far-field Fourier transform plane. On the Fourier transform plane of the complex amplitude E 0 of the intensity pattern in the pattern of the measurement object G1 in the amplitude portion, the area on one side of the optical axis L where the 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light do not overlap, that is, the spatial frequency Considering a region where is relatively high, the following formula is obtained on the side of the first-order diffracted light.

Figure 2022118395000003
Figure 2022118395000003

同様に、位相部分のフーリエ変換面では、光軸に対して片側でかつ1次回折光と-1次回折光が重ならない空間周波数が比較的高い部分を考える。1次回折光側では以下の数式で空間周波数が比較的高い部分が与えられる。 Similarly, on the Fourier transform surface of the phase portion, consider a portion on one side of the optical axis where the spatial frequency is relatively high where the 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light do not overlap. On the 1st-order diffracted light side, a portion with a relatively high spatial frequency is given by the following formula.

Figure 2022118395000004
Figure 2022118395000004

このため、1次回折光側では、光の振幅分布ERは以下の数式のようになる。 Therefore, on the side of first-order diffracted light, the amplitude distribution E R of light is expressed by the following formula.

Figure 2022118395000005
Figure 2022118395000005

ここで、aは光学的距離の位相情報を表し、bは光学的距離の位相情報の1次ベッセル関数と0次ベッセル関数の比を表している。また、上記したようにmは強度の変調度を表している。したがって、1次回折光側で受光する光量の出力IRは以下の数式で求められる。 Here, a represents the phase information of the optical distance, and b represents the ratio of the first-order Bessel function and the zeroth-order Bessel function of the phase information of the optical distance. Also, as described above, m represents the degree of intensity modulation. Therefore, the output I R of the amount of light received on the 1st-order diffracted light side can be obtained by the following formula.

Figure 2022118395000006
Figure 2022118395000006

同様にして、光軸Lに対して片側でかつ1次回折光と-1次回折光が重ならない周波数が比較的高い部分を考える。-1次回折光側では、光の振幅分布ELは以下の数式のようになる。 Similarly, consider a portion on one side of the optical axis L where the 1st-order diffracted light and the −1st-order diffracted light do not overlap and the frequency is relatively high. On the -1st order diffracted light side, the amplitude distribution E L of the light is given by the following formula.

Figure 2022118395000007
Figure 2022118395000007

したがって、-1次回折光側で受光する光量の出力ILは以下の数式のようになる。 Therefore, the output I L of the amount of light received on the -1st order diffracted light side is given by the following formula.

Figure 2022118395000008
Figure 2022118395000008

なお、1次回折光側と-1次回折光側で多少の回路ゲインの違い等が生じている可能性を考慮して、係数値K1、K2を入れて検出される信号レベルA1、A2に違いを持たせ一般化した。 Considering the possibility that there is a slight difference in circuit gain between the 1st-order diffracted light side and the −1st - order diffracted light side , the signal levels A 1 and A 2 was generalized with a difference.

上記のように強度部は同相であり、位相部は逆相となる。
詳細は割愛するが、光軸Lを境界として、対物レンズのNAと同じ領域の光を受光する受光素子を用いた場合でかつ、測定対象物G1上でのスポット径に対して、スポット径の大きさと同じ空間周波数に対して、上記数式となる。
As described above, the intensity portion is in phase and the phase portion is in opposite phase.
Although the details are omitted, when using a light receiving element that receives light in the same area as the NA of the objective lens with the optical axis L as the boundary, and with respect to the spot diameter on the measurement object G1, the spot diameter For the same spatial frequency as the magnitude, the above formula is obtained.

さて、走査ビームを速さvで走査した場合、空間周波数に相当した変調信号が走査ビームに乗るので、上記θとηはそれぞれ検出される周波数をfi,fpとすると、以下の数式で実効的に表すことができる。つまり、以下のように空間周波数の位相は、変調を受けることになる。 Now, when the scanning beam is scanned at a speed v, a modulated signal corresponding to the spatial frequency is carried on the scanning beam. can be expressed as That is, the spatial frequency phase is modulated as follows.

Figure 2022118395000009
Figure 2022118395000009

次に、各受光素子で1次回折光と-1次回折光からそれぞれ得られた信号を第1の信号とするが、この第1の信号の交流成分の変調信号を2回続けてヒルベルト変換するものとする。この際、1回目のヒルベルト変換した第2の信号をH1(IR)やH1(IL) で表し、2回目のヒルベルト変換した第3の信号をH2(IR)やH2(IL)で表すものとする。そして、1次回折光側の受光素子で得られた出力と-1次回折光側の受光素子で、得られた信号のそれぞれのヒルベルト変換は下記の式となる。 Next, the signals obtained from the 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light at each light receiving element are used as the first signal, and the modulated signal of the AC component of the first signal is successively subjected to Hilbert transform twice. and At this time, the second signals after the first Hilbert transform are represented by H1( IR ) and H1( IL ), and the third signals after the second Hilbert transform are H2( IR ) and H2( IL ). shall be represented by Then, the Hilbert transform of the output obtained by the light-receiving element on the 1st-order diffracted light side and the signal obtained by the light-receiving element on the -1st-order diffracted light side is given by the following equation.

Figure 2022118395000010
Figure 2022118395000010

ここで、まず光量の現信号IR及び現信号ILである第1の信号と2回のヒルベルト変換された第3の信号H2(IR)やH2(IL)との和の出力か、現信号IR、ILのDC出力を取り出すと、以下のようになる。 Here, first, the output of the sum of the first signal that is the current signal I R and the current signal I L of the light amount and the third signals H2(I R ) and H2(I L ) that have been Hilbert-transformed twice. , the current signals I R and I L are taken as follows.

Figure 2022118395000011
Figure 2022118395000011

つまり、信号比較器33が、前述の測定対象物G1で反射された走査ビームを光電変換した信号と走査ビームの基となるコントローラ23の走査を指示する信号とにより、測定対象物G1の強度情報と位相情報を得て、この信号比較器33と接続されたCPUやメモリ等からなるデータ処理部34にこの強度情報と位相情報を送り込むことになる。
これに伴い、データ処理部34でこの強度情報と位相情報を平面に対する走査情報とともに記録していき、測定対象物G1の表面についての強度情報とプロフィル情報等の位相情報の計測値を簡単に導くことができる。この場合、上記した強度情報は、反射率を反映したような情報となる。
In other words, the signal comparator 33 outputs the intensity information of the measurement object G1 based on the signal obtained by photoelectrically converting the scanning beam reflected by the measurement object G1 and the signal instructing the scanning of the controller 23, which is the basis of the scanning beam. Then, the intensity information and the phase information are sent to the data processing section 34 including a CPU, a memory, etc. connected to the signal comparator 33 .
Accompanying this, the data processing unit 34 records the intensity information and the phase information together with the scanning information for the plane, so that the measured values of the intensity information and the phase information such as the profile information about the surface of the measurement object G1 can be easily derived. be able to. In this case, the intensity information described above becomes information that reflects the reflectance.

次に、本実施例をレーザー走査微分干渉型顕微鏡として応用した光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法に関して以下に説明する。
上記と同様のデータ処理部34の一部を構成しているADコンバータのサンプリング周波数を走査ビームの走査速度との兼ね合いで30MHzの周波数としたとき、上記と異なってサンプリングの間隔を90nmとする。
Next, an optical measuring device to which the present embodiment is applied as a laser scanning differential interference microscope and a data calculation method of the optical measuring device will be described below.
When the sampling frequency of the AD converter forming part of the data processing unit 34 similar to the above is set to 30 MHz in consideration of the scanning speed of the scanning beam, the sampling interval is set to 90 nm.

ただし、90nmの間隔でサンプリングした基本的なデータを基本データとすれば、各基本データのサンプリング間でオーバーサンプリングし、実際のサンプリング周波数を480MHzとし、90nm毎に16個のデータを取得する。この際、各データのサンプリングの間隔は5.625nmとなる。 However, if basic data sampled at intervals of 90 nm is used as basic data, oversampling is performed between samplings of each basic data, the actual sampling frequency is set to 480 MHz, and 16 data are acquired every 90 nm. At this time, the sampling interval of each data is 5.625 nm.

そして、サンプリング周波数を480MHzとして得たデータから16個ごとのデータを元にして、データ処理部34内で処理を行うが、その処理の手順を以下に説明する。
まず、サンプル点16n番目からサンプル点15+16n番目までの各サンプル点のデータである16個のデータの値を加算したものを第1データ群とする。また、サンプル点16n+m番目からサンプル点15+16n+m番目までの各サンプル点のデータである16個のデータの値を加算したものを第2データ群とする。この際、nは0を含む自然数とされ、mはこの手法のシェア量に相当するが0を含まない自然数とされる。
Based on the data obtained at a sampling frequency of 480 MHz, every 16 pieces of data are processed in the data processing unit 34. The procedure of the processing will be described below.
First, a first data group is obtained by adding the values of 16 data, which are the data of each sample point from the 16nth sample point to the 15+16nth sample point. A second data group is obtained by adding 16 data values of each sample point from the 16n+m-th sample point to the 15+16n+m-th sample point. At this time, n is a natural number including 0, and m is a natural number that does not include 0 but corresponds to the share amount of this method.

そして、各データのサンプリングの間隔は5.625nmとなるのに伴い、各データ群内のもっとも離れた2つのデータ間では15個分のデータだけ離れていることになるので、84.375nmだけ離れていることになる。これに伴い、例えばシェア量を2とするm=2とした時に、第1データ群の複数のデータと第2データ群の複数のデータにおける各サンプル点間では、それぞれ相互に二つずつずれた個所のデータとなり、各データ群においては、これらのデータを加え合わせたものとなる。なお、m=1の時にはそれぞれ一つずつずれた個所のデータとなり、m=3の時にはそれぞれ三つずつずれた個所のデータとなる。 Then, as the sampling interval of each data is 5.625 nm, the two most distant data in each data group are separated by 15 data, so the separation is 84.375 nm. It means that Accordingly, for example, when the share amount is 2 and m=2, the sample points in the plurality of data in the first data group and the plurality of data in the second data group are shifted by two from each other. Each data group is the sum of these data. When m=1, the data are shifted by one, and when m=3, the data are shifted by three.

ただし、上記説明は一例であり、一般的には、所定間隔で抽出されたデータの数をkとし、第1データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n番目からサンプル点k+(k+1)n番目までとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n+m番目からサンプル点k+(k+1)n+m番目までとできる。そして、上記説明においては、90nm毎に16個のデータを取得するのに伴い、kを15とし、k+1を16とした。 However, the above description is only an example, and in general, the number of data extracted at predetermined intervals is k, and the data extracted by the first data group is sampled from sample point (k+1)n-th to sample point k+(k+1). The data extracted by the second data group can be from the (k+1)n+mth sample point to the k+(k+1)n+mth sample point. In the above description, k is set to 15 and k+1 is set to 16 as 16 data are obtained every 90 nm.

以上に伴い、2つの受光素子29A、29Bでそれぞれ光電変換された信号から求まる測定対象物G1についての和信号と差信号の計測値により、測定対象物G1の強度情報と位相情報が得られるが、これら2つの受光素子29A、29Bでそれぞれ光電変換された信号から所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第2データ群とを、データ処理部34にて作成する。 Along with the above, intensity information and phase information of the measurement object G1 can be obtained from the measured values of the sum signal and the difference signal of the measurement object G1 obtained from the signals photoelectrically converted by the two light receiving elements 29A and 29B. , a first data group obtained by adding values of a plurality of data extracted at predetermined intervals from the signals photoelectrically converted by the two light receiving elements 29A and 29B, and a plurality of data in the first data group. On the other hand, the data processing unit 34 creates a second data group obtained by adding a plurality of data values extracted with a predetermined shift corresponding to the share amount.

さらに、これら2種のデータ群間の差の出力から、測定対象物G1についての和信号と差信号の計測値に基づく強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。 Furthermore, from the output of the difference between these two types of data groups, not only the intensity information and phase information based on the measured values of the sum signal and the difference signal for the measurement object G1, but also the differential operation of only the intensity and the differential operation of only the phase are obtained. Calculations and differential calculations with respect to polarized light can be executed. Note that the differential operation of only the phase is almost synonymous with the conventional differential interference. However, it differs in that it is not affected by polarization.

他方、光学的にはシェア量を適当な大きさにしないとコントラストが十分に生じないが、本実施例の方法では、データを電気信号に変換しているので、極めて接近させた5.625nm(シェア量m=1の時)というわずかな変化であってもS/N比さえ取れれば、コントラストを検出できる。また、例えば本実施例の光学計測装置に対する設定数値の入力によりmはいくらでも簡易に調整できるので、光学系によるシェア調整を行う必要性もない。 On the other hand, optically, sufficient contrast cannot be produced unless the amount of shear is set to an appropriate size. If the S/N ratio is obtained, the contrast can be detected even with a slight change such as when the share amount is m=1. Further, for example, m can be easily adjusted by inputting a set numerical value to the optical measuring apparatus of this embodiment, so there is no need to perform shear adjustment by the optical system.

以下に、強度パターン及び位相パターンの具体的な値の求め方を説明する。
強度パターンの場合、測定対象物G1自体のプロフィルをf(x)=1+mcos(kx)とすると、2つの受光素子29A、29Bの和の出力のAC信号とDC信号の比で得られる情報は、mcos(kx)となる。
また、位相パターンの場合、測定対象物G1自体のプロフィルを下記(11)式とすると、2つの受光素子29A、29Bの差の出力のAC信号のヒルベルト変換とDC信号の比で得られる情報は位相でθ(x)とすると、下記(12)式となる。これに伴い、隣接したデータ間の差の出力は、強度では下記(13)式となり、位相では下記(14)式となる。
How to obtain specific values of the intensity pattern and the phase pattern will be described below.
In the case of the intensity pattern, if the profile of the measurement object G1 itself is f(x)=1+mcos(kx), the information obtained from the ratio of the AC signal to the DC signal of the output of the sum of the two light receiving elements 29A and 29B becomes mcos(kx).
In the case of the phase pattern, if the profile of the measurement object G1 itself is represented by the following equation (11), the information obtained from the ratio of the Hilbert transform of the AC signal output from the difference between the two light receiving elements 29A and 29B to the DC signal is When the phase is θ(x), the following equation (12) is obtained. Accompanying this, the output of the difference between adjacent data is given by the following formula (13) for intensity and given by the following formula (14) for phase.

Figure 2022118395000012
Figure 2022118395000012

このように元の各パターンに対して、k倍された強度パターンと位相パターンを得ることができる。つまり、元の測定対象物G1におけるパターンの微分となっている。したがって、これまで行ってきた2つの受光素子29A、29Bの和信号と差信号の出力を用いて導いたフーリエ変換面での強度と位相の演算の他に、上記のようにオーバーサンプリングして微分的な演算を施すことで、空間周波数に比例した強度情報と位相情報を個々に導くことが出来る。さらに、偏光光学系により微分偏光顕微鏡と同様の機能を有するようにもなる。 Thus for each original pattern, k times the intensity and phase patterns can be obtained. That is, it is the differential of the pattern on the original measurement object G1. Therefore, in addition to the calculation of the intensity and phase on the Fourier transform plane derived using the output of the sum signal and the difference signal of the two light receiving elements 29A and 29B, as described above, oversampling and differentiation Intensity information and phase information proportional to the spatial frequency can be individually derived by performing a similar calculation. Furthermore, the polarizing optical system provides the same function as a differential polarizing microscope.

すなわち、従来の微分干渉顕微鏡は、微分情報を得るのに偏光のリターデーションを用いているので、サンプルである測定対象物に複屈折性や旋光性を有する物質等が含まれている場合、偏光面を回転するのに伴い、複屈折により像が変わって見え非常に扱いづらく、正しい観察結果が得られにくい欠点を有していた。
これに対して本実施例の光学計測装置による方法によれば、偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。
In other words, conventional differential interference microscopes use the retardation of polarized light to obtain differential information. As the surface is rotated, the image appears to change due to birefringence, making it very difficult to handle and difficult to obtain correct observation results.
On the other hand, according to the method using the optical measurement apparatus of the present embodiment, differential information can be obtained based on the electrical signal without using polarized light. correct DIC information can be generated even if

以上より、従来の微分干渉顕微鏡の欠点を克服し、更に従来から用いていた強度や位相を得る手法に加えて、微分干渉顕微鏡の機能を付加した本実施例に係る光学計測装置の手法を加味することにより、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができ、従来の装置や方法では得られない新たな情報が得られる。 As described above, the method of the optical measuring device according to the present embodiment, which overcomes the drawbacks of the conventional differential interference microscope and adds the function of the differential interference microscope in addition to the method of obtaining the intensity and phase that have been used conventionally, is added. By doing so, it is possible to perform a differential operation of only intensity, a differential operation of only phase, and a differential operation of polarized light, and obtain new information that cannot be obtained by conventional devices and methods.

本実施例によれば、強度及び位相に関するMTF曲線Mが、図4に示す各グラフのようになる。なお、これらのグラフにおいて、縦軸の変調度をyとし、横軸の空間周波数をfとし、カットオフ周波数をfcとする。
この内の単なる強度情報のMTF曲線Mを表す図4(A)のグラフにおいては、下記(15)式に示すように空間周波数fが0における変調度1からMTF曲線Mが直線的に低下し、カットオフ周波数fcで変調度は0となる。
According to the present embodiment, the MTF curve M regarding intensity and phase becomes like each graph shown in FIG. In these graphs, y is the degree of modulation on the vertical axis, f is the spatial frequency on the horizontal axis, and fc is the cutoff frequency.
In the graph of FIG. 4A, which represents the MTF curve M of simple intensity information, the MTF curve M linearly decreases from the modulation degree 1 at the spatial frequency f of 0 as shown in the following equation (15). , the degree of modulation becomes 0 at the cutoff frequency fc.

Figure 2022118395000013
Figure 2022118395000013

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、強度情報に関して、上記(16)式に基づき図4(B)に示すグラフのように、空間周波数fが0における変調度の値が0となり、空間周波数fが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加し、カットオフ周波数fcの1/2空間周波数fにおいて変調度が最大値の1となる。この後、曲線的に変調度は低下してカットオフ周波数fcで変調度は0となる。 On the other hand, according to the method of adding differential information of the present embodiment, the intensity information at the spatial frequency f is 0 as shown in the graph of FIG. 4B based on the above equation (16). The value of the degree of modulation becomes 0, and as the spatial frequency f increases, the degree of modulation increases curvilinearly, reaching a maximum value of 1 at the spatial frequency f half the cutoff frequency fc. After that, the degree of modulation decreases curvilinearly and becomes 0 at the cutoff frequency fc.

他方、単なる位相情報のMTF曲線Mを表す図4(C)のグラフにおいては、下記(17)式と(18)式に示すように空間周波数fが0における変調度0からMTF曲線Mが直線的に増加し、カットオフ周波数fcの1/2の周波数で変調度は最大値の1となる。この後、変調度は直線的に低下してカットオフ周波数fcで変調度は0となる。この場合、曲線は上に凸の2次曲線となる。 On the other hand, in the graph of FIG. 4C, which represents the MTF curve M of simple phase information, the MTF curve M is a straight line from the modulation degree 0 at the spatial frequency f of 0, as shown in the following equations (17) and (18). increases exponentially, and the degree of modulation reaches a maximum value of 1 at a frequency half the cutoff frequency fc. After that, the degree of modulation decreases linearly and becomes 0 at the cutoff frequency fc. In this case, the curve becomes an upwardly convex quadratic curve.

Figure 2022118395000014
Figure 2022118395000014

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、位相情報に関して、上記(19)式と(20)式に基づき図4(D)に示すグラフのように、空間周波数fが0における変調度の値が0となり、空間周波数fが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加する。この区間では、下に凸の2次曲線となる。そして、カットオフ周波数fcの1/2の空間周波数fにおいて最大値の1となる。この後、曲線的に変調度はゆっくり低下してカットオフ周波数fcで変調度は0となる。この区間では、下に凸の2次曲線となる。 On the other hand, according to the method of adding differential information of the present embodiment, the spatial The value of the degree of modulation when the frequency f is 0 is 0, and the degree of modulation increases curvilinearly as the spatial frequency f increases. In this section, a downward convex quadratic curve is formed. Then, it has a maximum value of 1 at a spatial frequency f that is half the cutoff frequency fc. After that, the degree of modulation slowly decreases in a curvilinear manner until the degree of modulation becomes 0 at the cutoff frequency fc. In this section, a downward convex quadratic curve is formed.

すなわち、強度部及び位相部のいずれにおいても、本実施例の微分的な情報を加味する手法を用いれば、カットオフ周波数fcの1/2において最大の変調度となる情報が得られるだけでなく、高周波領域が強調されることになる。 That is, in both the intensity part and the phase part, if the method of adding differential information of the present embodiment is used, it is possible not only to obtain information with the maximum degree of modulation at 1/2 of the cutoff frequency fc, but also , the high frequency region will be emphasized.

次に、本実施例を応用した光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の変形例に関して以下に説明する。
本変形例においても上記と同様に、サンプリング周波数を480MHzとして得たデータから16個ごとのデータを元にして、以下の処理をデータ処理部34内で行う。
Next, an optical measuring device to which the present embodiment is applied and a modified example of the data calculation method of the optical measuring device will be described below.
In this modified example, the following processing is performed in the data processing unit 34 based on every 16 pieces of data from the data obtained with the sampling frequency of 480 MHz in the same manner as described above.

まず初めに、各サンプル点sx番目のデータを第1データ群とし、サンプル点s(x+m) 番目のデータを第2データ群とする。この際、sをデータ抽出間隔とし、xを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、mをシェア量とする。具体的には、上記の90nm毎に例えば合計10個のデータを取得する場合、sを16とし、xを0~15のいずれかの取得データ位置とし、mを例えば1とする。 First, the data of each sample point sx-th is taken as the first data group, and the data of the s(x+m)-th sample point is taken as the second data group. At this time, let s be the data extraction interval, x be the acquisition data position within each data extraction interval, and m be the share amount. Specifically, when acquiring, for example, a total of 10 pieces of data every 90 nm, s is 16, x is any acquired data position from 0 to 15, and m is 1, for example.

これにより、第1データ群では、90nm毎に10個だけサンプルデータを取得し、これら取得したサンプルデータの値を加算する。また、第2データ群では、第1データ群のサンプルデータの位置の次の位置のサンプルデータを取得する。つまり上記と同じく90nm毎に10個だけサンプルデータを取得し、これら取得したサンプルデータの値を加算する。ただし、シェア量mを例えば2とすれば、第2データ群において、第1データ群のサンプルデータの位置に対して二つだけずれた位置のサンプルデータを取得することになる。 As a result, in the first data group, 10 pieces of sample data are obtained every 90 nm, and the values of the obtained sample data are added. Also, in the second data group, the sample data at the position next to the position of the sample data in the first data group is obtained. In other words, 10 pieces of sample data are obtained every 90 nm as in the above, and the values of the obtained sample data are added. However, if the share amount m is set to 2, for example, in the second data group, sample data at a position shifted by two from the position of the sample data in the first data group is acquired.

以上に伴い、実施例1と同様に、2つの受光素子29A、29Bでそれぞれ光電変換された信号から所定間隔の複数のデータを加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらした複数のデータを加算して得られた第2データ群とを、データ処理部34にて作成する。さらに、これら2種のデータ群間の差の出力から、測定対象物G1についての和信号と差信号の計測値に基づく強度情報や位相情報が得られるだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。 Along with the above, similarly to the first embodiment, a first data group obtained by adding a plurality of data at predetermined intervals from the signals photoelectrically converted by the two light receiving elements 29A and 29B, and this first data group The data processing unit 34 creates a second data group obtained by adding a plurality of data shifted by a predetermined amount corresponding to the share amount to the plurality of data of . Furthermore, from the output of the difference between these two types of data groups, not only is it possible to obtain intensity information and phase information based on the measured values of the sum signal and the difference signal for the measurement object G1, but also the differential operation of only the intensity, the phase It is possible to perform a differential operation of only , and a differential operation with respect to polarized light, respectively. Note that the differential operation of only the phase is almost synonymous with the conventional differential interference. However, it differs in that it is not affected by polarization.

次に、本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例2を以下に図5を参照しつつ説明する。本実施例は、走査ビームが測定対象物を透過する透過光学系の装置とされている。
図5は、本実施例に係る透過光学系の装置を示すブロック図である。主要な光学系は前記反射光学系の装置と同じなので説明を割愛するが、この透過光学系の装置では、実施例1と比較して対物レンズ31で集光された光が測定対象物G2を透過することになる。
Next, Embodiment 2 of the optical measuring device and the data calculation method for the optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIG. This embodiment is a transmission optical system in which a scanning beam is transmitted through an object to be measured.
FIG. 5 is a block diagram showing a transmission optical system apparatus according to this embodiment. The main optical system is the same as that of the reflective optical system, so the explanation is omitted. will pass through.

また、本実施例では、透過光学系であることからビームスプリッター27が不要になり、これに合わせて測定対象物G2を介した対物レンズ31と反対側の位置に、受光素子群29が配置されている。但し、実施例1と同様にこの受光素子群29は、測定対象物G2のファーフィールド面に配置されているだけでなく、実施例1の2つの受光素子29A、29Bと同様な構造の受光素子29E、29Fにより構成されている。 In this embodiment, since the transmission optical system is used, the beam splitter 27 is not required, and accordingly, the light receiving element group 29 is arranged on the opposite side of the objective lens 31 with respect to the measurement object G2. ing. However, as in the first embodiment, the light receiving element group 29 is not only arranged on the far-field surface of the measurement object G2, but also has the same structure as the two light receiving elements 29A and 29B in the first embodiment. 29E and 29F.

つまり、透過光学系の本装置の場合、図5に示すように対物レンズ31の光軸Lの延長線上に受光素子群29が配置されている。さらに、実施例1と同様に、走査ビームLAのスポットの中心となる光軸Lに沿った方向に対して略垂直な面上であってこの光軸Lを通る境界線Sを挟んで、受光素子29E、29Fがそれぞれ位置している。このことから、境界線Sの片側にずれて受光素子29Eが位置し、これと境界線Sの反対側にずれて受光素子29Fが位置していることになる。これに伴い、図5の透過光学系の装置でも、図1の反射光学系の装置と同様に受光素子群29上において空間的にほぼ等位相になる。 That is, in the case of this device of a transmission optical system, the light receiving element group 29 is arranged on the extension line of the optical axis L of the objective lens 31 as shown in FIG. Furthermore, as in the first embodiment, light is received on a plane substantially perpendicular to the direction along the optical axis L, which is the center of the spot of the scanning beam LA, with a boundary line S passing through the optical axis L interposed therebetween. Elements 29E and 29F are located respectively. Accordingly, the light receiving element 29E is positioned on one side of the boundary line S, and the light receiving element 29F is positioned on the opposite side of the boundary line S. As a result, even in the transmission optical system apparatus shown in FIG. 5, the light beams are spatially substantially equiphase on the light receiving element group 29 in the same manner as in the reflection optical system apparatus shown in FIG.

さらに、信号比較器33が、前述の測定対象物G2で透過された走査ビームを光電変換した信号と走査ビームの基となるコントローラ23の走査を指示する信号により、測定対象物G2の強度情報と位相情報を得て、この信号比較器33と接続されたCPUやメモリ等からなるデータ処理部34にこの強度情報と位相情報を送り込むことになる。これに伴い、データ処理部34でこの強度情報と位相情報を平面に対する走査情報とともに記録していき、測定対象物G2の表面や内部についての強度情報とプロフィル情報等の位相情報の計測値を簡単に導くことができる。この場合、上記した強度情報は、反射率を反映したような情報となる。 Further, the signal comparator 33 outputs the intensity information of the measurement object G2 and the intensity information of the measurement object G2 based on the signal obtained by photoelectrically converting the scanning beam transmitted through the measurement object G2 and the signal for instructing the scanning of the controller 23 which is the basis of the scanning beam. Phase information is obtained, and this intensity information and phase information are sent to a data processing section 34 comprising a CPU, a memory, etc., connected to the signal comparator 33 . Along with this, the data processing unit 34 records the intensity information and the phase information along with the scanning information for the plane, and easily obtains the measured values of the intensity information and the phase information such as the profile information about the surface and inside of the measurement object G2. can lead to In this case, the intensity information described above becomes information that reflects the reflectance.

従って、実施例1と同様に、受光素子群29を構成する受光素子29E、29Fでそれぞれ光電変換した信号及び、コントローラ23からの2次元走査デバイス26による走査を指示する信号により、信号比較器33が測定対象物G2の強度情報と位相情報を得ることになる。
そして、実施例1と同様に、元信号とヒルベルト変換を行うことにより、最終的にデータを処理してデータ処理部34が測定対象物G2のプロフィル等の光学的距離と透過度や透過率等の計測値を実質的に得ることができる。この結果として、本実施例によっても、透過光による強度情報と光学的距離情報を完全に分離することが可能となる。
Therefore, as in the first embodiment, the signals photoelectrically converted by the light receiving elements 29E and 29F constituting the light receiving element group 29 and the signal from the controller 23 instructing the scanning by the two-dimensional scanning device 26 are used by the signal comparator 33. obtains the intensity information and phase information of the measuring object G2.
Then, as in the first embodiment, the original signal is subjected to Hilbert transform, and the data is finally processed, and the data processing unit 34 converts the optical distance, transmittance, transmittance, etc. of the profile of the object G2 to be measured. can be obtained substantially. As a result, this embodiment also makes it possible to completely separate the transmitted light intensity information and the optical distance information.

また、上記した実施例1で示したC0、C1を測定対象物のない状態で測定しておき、測定対象物G2のある状態でbを得たのち、C0、C1を測定すれば、実効上、強度の変調度mに係る強度情報を得ることができる。このようにすれば、この強度情報を透過率等の物理量にすることが可能となる。 In addition, C 0 and C 1 shown in the above-described Example 1 are measured in the absence of the measurement object, and b is obtained in the presence of the measurement object G2, and then C 0 and C 1 are measured. , it is possible to effectively obtain intensity information related to the degree of modulation m of intensity. In this way, it becomes possible to convert this intensity information into a physical quantity such as transmittance.

特に、本実施例のように透過光学系の装置では、無染色、非侵襲で生きたままの細胞の状態変化を強度情報と光学的距離情報に分離してリアルタイムに観察できるので、iPS、ES細胞等の細胞が正常か否かの検査やがん細胞の有無検査等に大きな役割を果たすことができる。これは、電子顕微鏡のような高倍率であっても生体を殺した状態でないと観測できない測定器とは大きく異なる特徴である。
さらに、本実施例の光学計測装置による方法によれば、偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、実施例1と同様に複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。
In particular, in the apparatus of the transmission optical system as in this embodiment, changes in the state of unstained, non-invasive living cells can be separated into intensity information and optical distance information and observed in real time. It can play a major role in testing whether cells such as cells are normal or not, testing for the presence of cancer cells, and the like. This is a feature that is significantly different from a measuring instrument such as an electron microscope, which can only observe a living body in a dead state even at high magnification.
Furthermore, according to the method using the optical measurement apparatus of the present embodiment, differential information can be obtained based on the electrical signal without using polarized light. Even if an object has it, it can generate correct DIC information.

他方、本実施例の変形例として、測定対象物G2を挟んで対物レンズ31と反対側となる測定対象物G2の背後であって受光素子群29の手前にレンズ40を図6に示すように配置することが考えられる。つまり、測定対象物G2からの回折光となる走査ビームをこのレンズ40にて平行光としたのち、受光素子群29に導く形となる。このため、本変形例では、図6に示すように測定対象物G2を透過した走査ビームのフーリエ変換パターンがレンズ40により平行光とされて受光素子群29で受光される。但し、このレンズ40により集光して受光素子群29に走査ビームを導いてもよい。 On the other hand, as a modification of this embodiment, a lens 40 is placed behind the measurement object G2 on the opposite side of the measurement object G2 to the objective lens 31 and in front of the light receiving element group 29 as shown in FIG. It is conceivable to place That is, the scanning beam, which is the diffracted light from the measurement object G2, is collimated by the lens 40, and then led to the light receiving element group 29. FIG. Therefore, in this modification, the Fourier transform pattern of the scanning beam transmitted through the measurement object G2 is collimated by the lens 40 and received by the light receiving element group 29 as shown in FIG. However, the scanning beam may be guided to the light receiving element group 29 by condensing the light with this lens 40 .

次に、本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例3を以下に図7を参照しつつ説明する。本実施例は、反射光学系の装置及び透過光学系の装置に適用できるものである。 Next, Embodiment 3 of the optical measuring device and the data calculation method for the optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIG. This embodiment can be applied to a reflective optical system device and a transmissive optical system device.

実施例1、2では、受光素子群29を構成する受光素子29A、29Bあるいは受光素子29E、29Fが、走査ビームLAの光軸Lに沿った方向に対して略垂直な面上であってこの光軸Lを通る境界線Sを挟んで、2分割された領域にそれぞれ位置されている。これに対して本実施例では、測定対象物G1、G2の面内の水平方向及び垂直方向でそれぞれの情報を取得可能なように、図7に示す4分割された受光素子29A~29Dとした。 In Embodiments 1 and 2, the light receiving elements 29A and 29B or the light receiving elements 29E and 29F constituting the light receiving element group 29 are on a plane substantially perpendicular to the direction along the optical axis L of the scanning beam LA. A boundary line S passing through the optical axis L is interposed between them, and they are located in two divided areas. On the other hand, in this embodiment, the light receiving elements 29A to 29D divided into four shown in FIG. .

つまり、境界線Sとこの境界線Sに対して照射光の光軸L上で交差する交差境界線KSとで区画された各領域内に受光素子29A~29Dを配置することとした。そして、測定対象物G1、G2の面内の水平方向及び垂直方向それぞれの情報をこれら4つの受光素子29A~29Dで個々に取得することにより、より詳細なデータが得られることになる。 In other words, the light-receiving elements 29A to 29D are arranged in each area defined by the boundary line S and the intersecting boundary line KS that intersects the boundary line S on the optical axis L of the irradiation light. More detailed data can be obtained by individually acquiring information in the horizontal and vertical directions within the surfaces of the measurement objects G1 and G2 with these four light receiving elements 29A to 29D.

さらにこれだけで無く、これら4つの受光素子29A~29Dの内の境界線Sを挟んで対向する2つのもの(例えば受光素子29Aと受光素子29B)や、交差境界線KSを挟んで対向する2つのもの(例えば受光素子29Aと受光素子29C)とされる、それぞれ対となる2つの受光素子を用いて、上記した演算により、強度情報と光学的距離情報を取得する。 In addition to this, two of the four light receiving elements 29A to 29D facing each other across the boundary line S (for example, the light receiving element 29A and the light receiving element 29B), The intensity information and the optical distance information are obtained by the above-described calculations using two light receiving elements that form a pair (for example, the light receiving element 29A and the light receiving element 29C).

具体的には、それぞれ対となる受光素子の出力は、同相信号が強度情報であり、逆相信号が光学的距離情報であるので、上記したように強度と光学的距離情報を分離できる。これに伴い、より小型で低コストの受光素子を採用しても良くなり、この小型の受光素子が受光した僅かな位相情報であっても、計測部が必要な観測値を得ることができる。尚、本実施例では4分割の領域に分けたが、4分割以上の領域に分けて4つ以上の受光素子を採用した構造としても良い。 Specifically, the outputs of the paired light-receiving elements have the in-phase signal as the intensity information and the opposite-phase signal as the optical distance information, so that the intensity and the optical distance information can be separated as described above. Along with this, it is possible to use a smaller, lower-cost light receiving element, and even a small amount of phase information received by this small light receiving element can provide the necessary observation value for the measurement unit. In this embodiment, the area is divided into four areas, but the area may be divided into four or more areas and four or more light receiving elements may be employed.

さらに、これら4つの受光素子29A~29Dで検出した偏光の信号に対して、前述のような2つのデータ群を用いた演算を行うと、従来の微分偏光顕微鏡等の光学系では不可能な偏光微分干渉的な情報をも得ることが出来る。 Furthermore, when the polarization signals detected by these four light-receiving elements 29A to 29D are subjected to calculations using the two data groups as described above, polarized light that cannot be obtained by conventional optical systems such as differential polarizing microscopes can be obtained. Differential interference information can also be obtained.

本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例4を以下に図8を参照しつつ説明する。この図8は、本実施例の光学計測装置の構成を示す概略図である。
この図8に示すように、光を照射する光源であって半導体レーザーとされるレーザー光源21が、図示しない光学装置を介して対物レンズ31と対向して配置されている。このレーザー光源21から出射された光は、図示しないコリメーターレンズにより平行光となり、対物レンズ31に入射される。そして、対物レンズ31を透過した光が、透過物の測定対象物である試料Sに収束して照射される。
A fourth embodiment of the optical measuring device and the data calculation method for the optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the optical measuring device of this embodiment.
As shown in FIG. 8, a laser light source 21, which is a light source for emitting light and is a semiconductor laser, is arranged to face an objective lens 31 via an optical device (not shown). The light emitted from the laser light source 21 is collimated by a collimator lens (not shown) and enters the objective lens 31 . Then, the light transmitted through the objective lens 31 converges and irradiates the sample S, which is the measurement object of the transmitted object.

本実施例においては、図8に示すように試料Sを透過して回折された光束を平行な光束に集光するための集光レンズ36を0次回折光の光軸L0に対して傾斜して設置している。このことで、0次回折光の一部だけでなく、同じレンズを用いた場合に比較してより高い空間周波数を有した1次回折光の一部を取り入れることができる。つまり、本実施例においては、試料Sに照射された光が試料Sを透過するのに伴い回折されて0次回折光と1次回折光とになる。さらに、これら0次回折光の一部と1次回折光の一部とが、0次回折光と1次回折光との間の中間的な傾き角を有した光軸L3だけ傾けた状態の集光レンズ36に入射される。この集光レンズ36は実質的にフーリエ変換レンズであり、試料Sのフーリエ変換パターンがこの集光レンズ36により伝達される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the condenser lens 36 for condensing the diffracted light flux through the sample S into a parallel light flux is tilted with respect to the optical axis L0 of the zero-order diffracted light. installed. This makes it possible to capture not only a portion of the 0th order diffracted light, but also a portion of the 1st order diffracted light having a higher spatial frequency than if the same lens were used. That is, in the present embodiment, the light irradiated onto the sample S is diffracted as it passes through the sample S into 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light. Further, a part of the 0th-order diffracted light and a part of the 1st-order diffracted light are inclined by the optical axis L3 having an inclination angle intermediate between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light. is incident on This condenser lens 36 is substantially a Fourier transform lens, and the Fourier transform pattern of the sample S is transmitted by this condenser lens 36 .

具体的に本実施例では、図8に示すように、対物レンズ31のNAと同じNAを有する集光レンズ36を対物レンズ31の0次回折光の終端を軸とする位置に、上記のように0次回折光と1次回折光との間の中間的な傾き角を有して配置する。なお、集光レンズ36は試料Sから十分に離れたファーフィールド上に配置されている。 Specifically, in this embodiment, as shown in FIG. 8, a condenser lens 36 having the same NA as that of the objective lens 31 is placed at a position centering on the terminal end of the 0th-order diffracted light of the objective lens 31 as described above. It is arranged with an intermediate tilt angle between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light. Note that the condenser lens 36 is arranged in the far field sufficiently away from the sample S.

この集光レンズ36の下方の光軸L3上には、集光レンズ36から出射された平行な光束を右方向に分割するための分離素子であるビームスプリッター38が配置されている。そして、光束が直進して送られる光路B1とビームが直角に曲がって送られる光路B2とに、このビームスプリッター38により光束であるビームを2つの光路に分岐する。 A beam splitter 38, which is a separation element for splitting the parallel light flux emitted from the condenser lens 36 in the right direction, is arranged below the condenser lens 36 on the optical axis L3. The beam splitter 38 splits the beam into two optical paths, an optical path B1 along which the light beam is sent straight and an optical path B2 along which the beam is bent at right angles.

光軸L3に沿った光路B1上には、ロンボイドプリズム39が配置されている。このロンボイドプリズム39の一面が半透鏡39Aとされ、この半透鏡39Aと反対の面が半透鏡39Bとされていて、それぞれの面を通過あるいは反射して光を受光する位置には、受光素子40、41が配置されている。これに対して、光軸L3に対して直交する光路B2上には、ロンボイドプリズム39と同様のロンボイドプリズム49が配置されている。このロンボイドプリズム49の一面が半透鏡49Aとされ、この半透鏡49Aと反対の面が半透鏡49Bとされていて、それぞれの面を通過あるいは反射して光を受光する位置には、受光素子50、51が同じく配置されている。 A rhomboid prism 39 is arranged on the optical path B1 along the optical axis L3. One surface of the rhomboid prism 39 is a semi-transmissive mirror 39A, and the opposite surface to the semi-transmissive mirror 39A is a semi-transmissive mirror 39B. 40 and 41 are arranged. On the other hand, a rhomboid prism 49 similar to the rhomboid prism 39 is arranged on the optical path B2 perpendicular to the optical axis L3. One surface of the rhomboid prism 49 is a semi-transmissive mirror 49A, and the opposite surface to the semi-transmissive mirror 49A is a semi-transmissive mirror 49B. 50, 51 are also arranged.

ここで、ロンボイドプリズム39により合成された光路B1の半円ビームBA、BBは、第1の受光素子である受光素子40に送られる。また、ロンボイドプリズム49により合成された半円ビームBC、BDは、第2の受光素子である受光素子50に送られる。尚、この受光素子50はビームスプリッター38により分岐されたもう一つの光路B2における受光素子40に対応する受光素子である。他方、受光素子40は、紙面を境界として紙面垂直方向に2分割されている分割受光素子40A、40Bにより形成されている。つまり、受光素子40の上側部分を分割受光素子40Aとし、下側部分を分割受光素子40Bとする。同様に、受光素子50の上側部分を分割受光素子50Aとし、下側部分を分割受光素子50Bとしている。 Here, the semicircular beams BA and BB on the optical path B1 synthesized by the rhomboid prism 39 are sent to the light receiving element 40 which is the first light receiving element. The semicircular beams BC and BD synthesized by the rhomboid prism 49 are sent to a light receiving element 50 as a second light receiving element. The light receiving element 50 is a light receiving element corresponding to the light receiving element 40 on another optical path B2 branched by the beam splitter 38. FIG. On the other hand, the light-receiving element 40 is formed of divided light-receiving elements 40A and 40B which are divided into two in the direction perpendicular to the paper with the paper as a boundary. In other words, the upper portion of the light receiving element 40 is designated as the divided light receiving element 40A, and the lower portion is designated as the divided light receiving element 40B. Similarly, the upper portion of the light receiving element 50 is designated as a divided light receiving element 50A, and the lower portion is designated as a divided light receiving element 50B.

さらに、前述の分割受光素子40A、40Bや分割受光素子50A、50Bが、これら分割受光素子40A、40Bや分割受光素子50A、50Bからの信号を比較するための比較器7にそれぞれ接続されている。そして、この比較器7が、最終的にデータを処理して試料Sのプロフィル等を得るデータ処理部8に繋がっている。このため、比較器7及びデータ処理部8が、受光素子40の分割受光素子40A、40B間の出力和や出力差および、受光素子50の分割受光素子50A、50B間の出力和や出力差を検出する出力和差検出部とされている。 Further, the divided light receiving elements 40A and 40B and the divided light receiving elements 50A and 50B are connected to a comparator 7 for comparing the signals from the divided light receiving elements 40A and 40B and the divided light receiving elements 50A and 50B, respectively. . The comparator 7 is connected to a data processing section 8 that finally processes the data to obtain the profile of the sample S and the like. Therefore, the comparator 7 and the data processing unit 8 calculate the output sum and the output difference between the divided light receiving elements 40A and 40B of the light receiving element 40 and the output sum and output difference between the divided light receiving elements 50A and 50B of the light receiving element 50. It is an output sum/difference detection unit for detecting.

そして、図8に示す横分解能向上光学系の本実施例に対して実施例1と同様なデータ演算方法を用いると、更に微分による高周波領域の強調が顕著になる。具体的には、対物レンズ31の光軸X1、集光レンズ36の光軸X2に対する0次回折光と1次回折光の関係を図9に示す。 If the same data calculation method as in Example 1 is applied to the present example of the lateral resolution improving optical system shown in FIG. Specifically, FIG. 9 shows the relationship between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light with respect to the optical axis X1 of the objective lens 31 and the optical axis X2 of the condenser lens .

ここで、R1は対物レンズ31の0次回折光の広がりの範囲であり、aは対物レンズ31の0次回折光の端部を表す。R2は集光レンズ36の開口により回折光を受け入れられる範囲であり、2aは集光レンズ36の0次回折光の端部を表す。また、R3は対物レンズ31自身の開口により1次回折光の受け入れられる範囲であり、3aは対物レンズ31の1次回折光の端部を表す。R4は集光レンズ36自身の開口により1次回折光の受け入れられる範囲であり、4aは集光レンズ36の1次回折光の端部を表す。 Here, R1 is the spread range of the 0th-order diffracted light of the objective lens 31, and a represents the edge of the 0th-order diffracted light of the objective lens 31. FIG. R2 is the range in which diffracted light can be received by the aperture of the condenser lens 36, and 2a represents the edge of the 0th-order diffracted light of the condenser lens 36. FIG. Also, R3 is the range in which the first-order diffracted light is received by the aperture of the objective lens 31 itself, and 3a represents the edge of the first-order diffracted light of the objective lens 31. FIG. R4 is the range in which the first-order diffracted light is received by the aperture of the condenser lens 36 itself, and 4a represents the edge of the first-order diffracted light of the condenser lens 36. FIG.

対物レンズ31の焦点距離をf、開口数をNAとすると、ピッチdの正弦波状の観察対象とされる試料Sを波長λの光で照射した際の空間周波数fsを下記(21)式に示す。 Let f be the focal length of the objective lens 31 and NA be the numerical aperture. .

Figure 2022118395000015
Figure 2022118395000015

この空間周波数fsと強度及び位相とにおけるMTFの関係は、以下のようになる。
0<fs≦a/λ\ochfにおける 0次回折光と±1次回折光が重なる領域1
a/λ\ochf´<fs≦3a/λ\ochf´における 0次回折光と+1次回折光が重なる領域2
MTFは変調度を表すが、一般的に0次回折光と±1次回折光との重なり具合で、MTFが決定され、強度パターンの場合、±1次回折光は同じ符号を有し、位相パターンの場合、±1次回折光は異符号となる。
The relationship of the MTF between this spatial frequency fs and the intensity and phase is as follows.
Area 1 where 0th order diffracted light and ±1st order diffracted light overlap at 0<fs≦a/λ\ochf
Area 2 where the 0th order diffracted light and the +1st order diffracted light overlap at a/λ\ochf'<fs≤3a/λ\ochf'
The MTF represents the degree of modulation. In general, the MTF is determined by the degree of overlap between the 0th order diffracted light and the ±1st order diffracted light. In the case of the intensity pattern, the ±1st order diffracted lights have the same sign, and , and ±1st-order diffracted lights have opposite signs.

したがって、強度パターンの場合、領域1では、+1次回折光が増える分だけ-1次回折光が減るので、相殺されてMTFは一定となる。領域2では、集光レンズ36の開口において1次回折光は線形的に漸減していくので、MTFは線形的に減少する。 Therefore, in the case of the intensity pattern, in region 1, the -1st order diffracted light decreases as the +1st order diffracted light increases. In region 2, the 1st-order diffracted light linearly decreases at the aperture of the condenser lens 36, so the MTF decreases linearly.

一方、位相パターンの場合、領域1では、±1次回折光の重なり具合が減って、1次回折光と0次回折光との重なりが線形的に増えるので、MTFは線形的に増加する。領域2では、強度パターンと同様に+1次回折光は線形的に漸減していくので、MTFは線形的に減少する。 On the other hand, in the case of the phase pattern, in region 1, the degree of overlapping of the ±1st-order diffracted lights decreases, and the overlap between the 1st-order diffracted lights and the 0th-order diffracted lights increases linearly, so the MTF increases linearly. In region 2, the +1st-order diffracted light gradually decreases linearly in the same way as the intensity pattern, so the MTF decreases linearly.

以上より、空間周波数を横軸に取り、変調度を縦軸に取ると、対物レンズ31のカットオフ周波数fcはfc=2NA/λとなり、空間周波数fは下記(22)式となる。但し、下記式において、yは対物レンズ31の光軸からの距離とされる。 From the above, if the spatial frequency is plotted on the horizontal axis and the degree of modulation is plotted on the vertical axis, the cutoff frequency fc of the objective lens 31 is fc=2NA/λ, and the spatial frequency f is given by the following equation (22). However, in the following formula, y is the distance from the optical axis of the objective lens 31 .

Figure 2022118395000016
Figure 2022118395000016

本実施例によれば、強度及び位相に関するMTF曲線Mが、図10に示す各グラフのようになる。なお、これらのグラフにおいて、縦軸の変調度をyとし、横軸の空間周波数をfとし、カットオフ周波数をfcとする。
この内の強度情報のMTF曲線を表す図10(A)のグラフにおいては、下記の(23)式と(24)式に示すように空間周波数fが0における変調度1からMTF曲線Mがカットオフ周波数fc/2までそのまま変調度1となる。そして、ここから直線的に低下し、3fc/2で0となる。
According to the present embodiment, the MTF curve M regarding intensity and phase becomes like each graph shown in FIG. In these graphs, y is the degree of modulation on the vertical axis, f is the spatial frequency on the horizontal axis, and fc is the cutoff frequency.
In the graph of FIG. 10A representing the MTF curve of the intensity information, the MTF curve M is cut from the modulation degree 1 at the spatial frequency f of 0 as shown in the following equations (23) and (24). The degree of modulation is 1 as it is up to the off frequency fc/2. Then, it decreases linearly from here and becomes 0 at 3fc/2.

Figure 2022118395000017
Figure 2022118395000017

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、強度情報に関して、上記(25)式と(26)式に基づき図10(B)に示すグラフのように、空間周波数fが0における変調度の値が0となり、空間周波数fが高くなるにつれて直線的に変調度がカットオフ周波数fc/2まで増加する。さらに、空間周波数fが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加し、3fc/4の空間周波数で最大の変調度1となる。この後、曲線的に変調度は低下して3fc/2で変調度は0となる。 On the other hand, according to the method of adding differential information of the present embodiment, the intensity information is expressed as the graph shown in FIG. When the frequency f is 0, the value of the degree of modulation is 0, and as the spatial frequency f increases, the degree of modulation increases linearly up to the cutoff frequency fc/2. Furthermore, as the spatial frequency f increases, the modulation increases curvilinearly, reaching a maximum modulation of 1 at a spatial frequency of 3fc/4. After that, the degree of modulation decreases curvilinearly and becomes 0 at 3fc/2.

他方、位相情報のMTF曲線を表す図10(C)のグラフにおいては、下記(27)式と(28)式に示すように空間周波数fが0における変調度0からMTF曲線Mが直線的に増加し、カットオフ周波数fc/2で変調度は最大値の1となる。この後、変調度は直線的に低下して3fc/2で変調度は0となる。 On the other hand, in the graph of FIG. 10(C) representing the MTF curve of the phase information, the MTF curve M linearly changes from the modulation degree 0 at the spatial frequency f of 0 as shown in the following equations (27) and (28). The degree of modulation reaches the maximum value of 1 at the cutoff frequency fc/2. After that, the modulation index decreases linearly and becomes 0 at 3fc/2.

Figure 2022118395000018
Figure 2022118395000018

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、位相情報に関して、上記(29)式と(30)式に基づき図10(D)に示すグラフのように、空間周波数fが0における変調度の値が0となり、空間周波数fが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加する。そして、カットオフ周波数fc/2で変曲点を有するものの3fc/4の空間周波数で最大の変調度1となる。この後、曲線的に変調度は低下して3fc/2で変調度は0となる。 On the other hand, according to the method of adding differential information of the present embodiment, the phase information is expressed as the graph shown in FIG. The value of the degree of modulation when the frequency f is 0 is 0, and the degree of modulation increases curvilinearly as the spatial frequency f increases. Although there is an inflection point at the cutoff frequency fc/2, the maximum modulation degree is 1 at the spatial frequency of 3fc/4. After that, the degree of modulation decreases curvilinearly and becomes 0 at 3fc/2.

以上のように、本実施例に係る横分解能向上の光学系において上記の微分演算を用いることにより、より空間周波数の高い領域のコントラストが強調できるので、微細構造をより鮮明に表示することができる。 As described above, by using the differential operation in the optical system for improving the lateral resolution according to the present embodiment, the contrast in the region with higher spatial frequency can be emphasized, so that the fine structure can be displayed more clearly. .

本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例5を以下に図11を参照しつつ説明する。本実施例は、高分解能を有する光学系に本発明を適用する例であり、図11は、この実施例の構成を示す概略図である。
本実施例は測定対象物G2を透過した走査ビームに対して横分解能を向上させつつ処理するために、例えば実施例2の透過光学系の装置の下部にこの図に示す傾けた光学系を配置するものである。尚、図11において、コリメーターレンズ22、瞳伝達レンズ系25、30、2次元走査デバイス26等の光学系は図示を省略している。
A fifth embodiment of the optical measuring device and the data calculation method for the optical measuring device according to the present invention will be described below with reference to FIG. This embodiment is an example of applying the present invention to an optical system having high resolution, and FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of this embodiment.
In this embodiment, in order to improve the lateral resolution of the scanning beam that has passed through the measurement object G2, the tilted optical system shown in this figure is arranged below the apparatus of the transmission optical system of the second embodiment, for example. It is something to do. In FIG. 11, optical systems such as the collimator lens 22, the pupil transfer lens systems 25 and 30, and the two-dimensional scanning device 26 are omitted.

そして、本実施例では、対物レンズ31の光軸とされる0次回折光の光軸Lに対して傾斜して、測定対象物G2より回折された光を平行光とするレンズ61が設置されている。これにより、測定対象物G2を透過した0次回折光の一部と1次回折光の一部とを、0次回折光の光軸Lと1次回折光の光軸L1との間の中間的な傾き角を有した光軸L3だけ傾けた状態のレンズ61に、測定対象物G2を透過した0次回折光の一部と1次回折光の一部とを取り入れることができる。 In the present embodiment, a lens 61 is installed at an angle to the optical axis L of the 0th-order diffracted light, which is the optical axis of the objective lens 31, and converts the light diffracted by the measurement object G2 into parallel light. there is As a result, part of the 0th-order diffracted light and part of the 1st-order diffracted light transmitted through the measurement object G2 are arranged at an intermediate tilt angle between the optical axis L of the 0th-order diffracted light and the optical axis L1 of the 1st-order diffracted light. A part of the 0th-order diffracted light and part of the 1st-order diffracted light transmitted through the measurement object G2 can be taken into the lens 61 tilted by the optical axis L3.

このことで、0次回折光の一部だけでなく、同じレンズを用いた場合に比較してより高い空間周波数を有した1次回折光の一部を取り入れて、これら0次回折光と1次回折光の干渉を実現している。 In this way, not only a part of the 0th-order diffracted light but also a part of the 1st-order diffracted light having a higher spatial frequency than when the same lens is used is taken in, and the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light are combined. achieves interference.

また、図11に示すように、このレンズ61を通過して光束を受ける光学素子が対向して配置されている。つまり、ビームスプリッタ12、偏光子3、4、受光素子群7、8のセットがレンズ61と対向して配置されている。このように、レンズ61を傾けることで0次回折光の一部と1次回折光の一部を取得し、このレンズ61により平行光束にした回折光同士が光学素子のセットに導かれるようになっている。 Also, as shown in FIG. 11, an optical element that receives a light beam passing through this lens 61 is arranged to face each other. That is, a set of the beam splitter 12, the polarizers 3 and 4, and the light receiving element groups 7 and 8 is arranged facing the lens 61. FIG. In this way, by tilting the lens 61, part of the 0th order diffracted light and part of the 1st order diffracted light are acquired, and the diffracted lights converted into parallel beams by the lens 61 are guided to a set of optical elements. there is

この一方、本実施例では対物レンズ31の光軸Lに対して光軸L1と対称な位置に、-1次回折光の光軸L2がある。そして、0次回折光の光軸Lと-1次回折光の光軸L2との間の中間的な傾き角を有した光軸L4だけ傾けた状態で配置したレンズ61に、測定対象物G2を透過した0次回折光の一部と-1次回折光の一部とを取り入れることができる。 On the other hand, in this embodiment, the optical axis L2 of the −1st order diffracted light is located symmetrically with respect to the optical axis L of the objective lens 31 with respect to the optical axis L1. Then, the measurement object G2 is transmitted through the lens 61 arranged in a state inclined by the optical axis L4 having an inclination angle intermediate between the optical axis L of the 0th-order diffracted light and the optical axis L2 of the -1st-order diffracted light. A portion of the 0th order diffracted light and a portion of the −1st order diffracted light can be captured.

このことで、0次回折光の一部だけでなく、前記同様に同じレンズを用いた場合に比較してより高い空間周波数を有した-1次回折光の一部を取り入れて、これら0次回折光と-1次回折光の干渉を実現している。 As a result, not only a part of the 0th-order diffracted light but also a part of the -1st-order diffracted light having a higher spatial frequency than when the same lens is used is taken in, and these 0th-order diffracted lights and Interference of −1st order diffracted light is realized.

そして、図11に示すように、このレンズ61を通過して光束を受ける光学素子のセットが前記と同様に対向して配置されている。但し、光軸L4上では、ビームスプリッタ11、偏光子1、2、受光素子群5、6のセットがレンズ61と対向して配置されている。このことで傾けられたレンズ61が0次回折光の一部と-1次回折光の一部を取得し、このレンズ61により平行光束にした回折光同士が各光学素子のセットに導かれるようになっている。 Then, as shown in FIG. 11, a set of optical elements that receive the light beam passing through this lens 61 are arranged facing each other in the same manner as described above. However, a set of the beam splitter 11, the polarizers 1 and 2, and the light receiving element groups 5 and 6 is arranged facing the lens 61 on the optical axis L4. As a result, the tilted lens 61 obtains a part of the 0th order diffracted light and a part of the -1st order diffracted light, and the diffracted lights made into parallel beams by this lens 61 are guided to the sets of the respective optical elements. ing.

また、本実施例では、前記した偏光子3、4と受光素子群7、8間にレンズ63をそれぞれ挿入する形で配置し、受光素子群7、8の受光面がほぼレンズ63の焦点位置となるようにする。しかし、受光素子群7、8の受光面が測定対象物G2の結像面である必要性は必ずしもなく、デフォーカス気味でも0次回折光と1次回折光は十分に干渉するので、この場合でも問題ない。 In this embodiment, the lenses 63 are inserted between the polarizers 3 and 4 and the light receiving element groups 7 and 8, respectively, so that the light receiving surfaces of the light receiving element groups 7 and 8 are positioned substantially at the focal point of the lens 63. so that However, the light-receiving surfaces of the light-receiving element groups 7 and 8 are not necessarily required to be the imaging surface of the object G2 to be measured. do not have.

同様に偏光子1、2と受光素子群5、6間にもレンズ63をそれぞれ挿入する形で配置し、受光素子群5、6の受光面がほぼレンズ63の焦点位置となるようにする。しかし、受光素子群5、6の受光面が測定対象物G2の結像面である必要性は必ずしもなく、デフォーカス気味でも0次回折光と1次回折光は十分に干渉するので、この場合でも問題ない。 Similarly, lenses 63 are also inserted between the polarizers 1 and 2 and the light receiving element groups 5 and 6 so that the light receiving surfaces of the light receiving element groups 5 and 6 are almost at the focal position of the lens 63 . However, the light-receiving surfaces of the light-receiving element groups 5 and 6 do not necessarily have to be the imaging surface of the measurement object G2. do not have.

以上より、本実施例も実施例1から実施例4と同様に、面内の分解能が高く、しかも面外において高さや屈折率分布に対する分解能が高く、また、通常の結像光学系では取得不可能な細胞等の厚みを持った生体試料の3次元的な情報を生きた状態でリアルタイムに得ることのできる光学計測装置が提供されるようになる。 As described above, in this embodiment, as in the first to fourth embodiments, the in-plane resolution is high, and the out-of-plane resolution for height and refractive index distribution is high. An optical measuring device is provided that can obtain three-dimensional information of a living biological sample having a thickness such as a cell in a living state in real time.

以上の様にすれば、極めて簡単に空間周波数の高い領域まで、情報を取得することができ、MTF特性の改善が図れる。このことで、横分解能を高くする必要のあるような測定対象物G2に対しても、信頼度の高い光学的距離を測定することが可能となる。尚、本実施例の場合、レンズ63を用いているので、このレンズ63に入射される0次回折光と1次回折光の位相差や0次回折光と-1次回折光の位相差がそのまま反映される程度の波面収差は許容される。このため、高額なレンズを用いる必要性はない。 By doing so, it is possible to acquire information even in a region with a high spatial frequency in a very simple manner, and to improve the MTF characteristics. This makes it possible to measure the optical distance with high reliability even for the measuring object G2 that requires high lateral resolution. In the case of this embodiment, since the lens 63 is used, the phase difference between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light and the phase difference between the 0th-order diffracted light and the -1st-order diffracted light incident on the lens 63 are reflected as they are. A certain amount of wavefront aberration is acceptable. Therefore, there is no need to use an expensive lens.

また、図11に示す光学系は紙面内に描かれているが、紙面に対して垂直な方向に同様な光学系を追加して配置することとしても良い。このようにすることで、検出する偏光軸を相互に異なる4つの向きに配置できることとなり、方向性のない検出が行えるようになる。また、各偏光軸の向きについては、配置および計算を簡単にするために45°ずつ軸を相互に異ならせるようにすると良い。 Also, although the optical system shown in FIG. 11 is drawn within the plane of the paper, a similar optical system may be additionally arranged in a direction perpendicular to the plane of the paper. By doing so, the polarization axes to be detected can be arranged in four directions different from each other, and directivityless detection can be performed. Moreover, it is preferable that the directions of the respective polarization axes are different from each other by 45 degrees in order to simplify the arrangement and calculation.

以上の結果として本実施例においては、相互に異なる4つの偏光軸における強度情報を各受光素子群7、8及び受光素子群5、6が検出することができる。このため、本実施例も実施例1から実施例4と同様に、面内の分解能が高く、しかも面外において高さや屈折率分布に対する分解能が高く、また、通常の結像光学系では取得不可能な細胞等の厚みを持った生体試料の3次元的な情報を生きた状態でリアルタイムに得ることのできる光学計測装置が提供されるようになる。さらに、本実施例においても、2種のデータ群間の差の出力から、測定対象物G2についての和信号と差信号の計測値に基づく強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。 As a result of the above, in this embodiment, the light receiving element groups 7 and 8 and the light receiving element groups 5 and 6 can detect intensity information on four mutually different polarization axes. For this reason, as in the first to fourth embodiments, this embodiment also has a high in-plane resolution and a high out-of-plane resolution for height and refractive index distribution. An optical measuring device is provided that can obtain three-dimensional information of a living biological sample having a thickness such as a cell in a living state in real time. Furthermore, in this embodiment as well, from the output of the difference between the two types of data groups, not only the intensity information and phase information based on the measured values of the sum signal and the difference signal for the measurement object G2, but also the differential operation of only the intensity , phase only, and polarization.

但し、本実施例では、光軸L3上に存在する光学系のセットの偏光子3、4の偏光方向に対して光軸L4上に存在する光学系のセットの偏光子1、2の偏光方向を45度傾けている。但し、ビームスプリッタ及び偏光子の替わりに偏光ビームスプリッタを採用することができ、この場合には、一方の偏光ビームスプリッタに対して他方の偏光ビームスプリッタを45度傾けて配置すればよい。 However, in this embodiment, the polarization directions of the polarizers 1 and 2 of the optical system set on the optical axis L4 are different from the polarization directions of the polarizers 3 and 4 of the optical system set on the optical axis L3. is tilted 45 degrees. However, a polarizing beam splitter can be employed instead of the beam splitter and the polarizer. In this case, the other polarizing beam splitter can be arranged at an angle of 45 degrees with respect to the other polarizing beam splitter.

なお、上記各実施例において、抽出すべきサンプルの終端をサンプル点k+(k+1)n番目である「サンプル点15+16n番目」や、サンプル点k+(k+1)n+m番目である「サンプル点15+16n+m番目」としたことから、抽出されるデータの数を16としたが、例えば4や8等の他のデータの数としても良い。また、シェア量mとしては、1や2以外の他の数として良い。 In each of the above embodiments, the end of the sample to be extracted is the k+(k+1)n-th sample point "sample point 15+16n" or the k+(k+1)n+m-th sample point "sample point 15+16n+m". Therefore, the number of data to be extracted is set to 16, but other number of data such as 4 or 8 may be used. Also, the share amount m may be a number other than 1 or 2.

さらに、第1データ群が抽出するデータをサンプル点sxとした複数のデータを加算したものとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点s(x+m)とした複数のデータを加算したものとしたときに、複数のデータとして2以上のデータ数とすれば良く、データ数が増えれば、より正しい微分干渉的な情報を生成することが可能となる。 Furthermore, the data extracted by the first data group is the sum of a plurality of data with sample point sx, and the data extracted by the second data group is the sum of a plurality of data with sample point s(x+m). , the number of data may be two or more as the plurality of data, and as the number of data increases, it becomes possible to generate more accurate differential interference-like information.

本発明の光学計測装置は、測定対象物である試料との間の距離や試料の形状を計測できるだけでなく、強度情報を光学的距離情報と分離できるので、反射率、透過率、吸収率等の物理量の測定も可能となる。このように顕微鏡等のさまざまな種類の測定機器に適用可能となる。
また、本発明の光学計測装置は、顕微鏡だけでなく、さまざまな種類の光学機器や波動を有する電磁波を用いた計測機に適用でき、これら光学機器や波動を有する電磁波を用いた計測機の強度と高さ等の3次元プロフィル情報とを分離できるものである。
The optical measuring device of the present invention can measure not only the distance to the sample, which is the object to be measured, and the shape of the sample, but also the intensity information can be separated from the optical distance information. It is also possible to measure the physical quantity of In this way, the present invention can be applied to various types of measuring instruments such as microscopes.
In addition, the optical measuring apparatus of the present invention can be applied not only to microscopes but also to various types of optical instruments and measuring instruments using electromagnetic waves having waves. and three-dimensional profile information such as height can be separated.

21 レーザー光源(光源)
22 コリメーターレンズ
23 コントローラ
25 瞳伝達レンズ系
26 2次元走査デバイス(走査素子、2次元走査素子)
27 ビームスプリッター
29 受光素子群
29A~29D 受光素子
30 瞳伝達レンズ系
31 対物レンズ
33 信号比較器(計測部)
34 データ処理部(計測部)
G1、G2 測定対象物
L 光軸
LA 走査ビーム
S 境界線
KS 交差境界線
21 laser light source (light source)
22 collimator lens 23 controller 25 pupil transfer lens system 26 two-dimensional scanning device (scanning element, two-dimensional scanning element)
27 beam splitter 29 light receiving element group 29A to 29D light receiving element 30 pupil transfer lens system 31 objective lens 33 signal comparator (measurement unit)
34 Data processing unit (measurement unit)
G1, G2 object to be measured L optical axis LA scanning beam S boundary line KS cross boundary line

Claims (9)

コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各1つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも2つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値を得ると共に、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第2データ群を作成し、これら2種のデータ群間の差の出力により、測定対象物についての微分演算を実行する計測部と、
を含む光学計測装置。
a light source that emits coherent illuminating light;
a scanning element that scans the irradiation light from the light source and sends it to the measurement object;
At least two light-receiving elements positioned on each side with a boundary line perpendicular to the direction of the optical axis of the illuminating light, and receiving and photoelectrically converting the illuminating light modulated by the object to be measured during scanning. ,
The measurement values of the sum signal and the difference signal for the object to be measured are obtained from the signals of the basic basic data photoelectrically converted and output by these light receiving elements, and the basic data are obtained from the signals photoelectrically converted and output. A first data group obtained by adding values of data and a plurality of data extracted at predetermined intervals; a measuring unit that creates a second data group obtained by adding the values of a plurality of extracted data, and executes a differential operation on the object to be measured by outputting the difference between these two data groups;
an optical metrology device including
基本データ間における所定間隔で抽出されたデータの数をkとしたときに、
第1データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
第2データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n+m番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n+m番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
nが0を含む自然数とされ、mが0を含まない自然数とされた請求項1に記載の光学計測装置。
When the number of data extracted at predetermined intervals between basic data is k,
The data extracted from the first data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n-th sample point by shifting the extraction position one by one from the (k+1)n-th sample point,
The data extracted from the second data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n+m-th sample point by shifting the extraction position by one from the (k+1)n+m-th sample point,
2. The optical measuring device according to claim 1, wherein n is a natural number including 0 and m is a natural number not including 0.
第1データ群が抽出するデータをサンプル点sxとした複数のデータの値を加算したものとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点s(x+m)とした複数のデータの値を加算したものとし、
sをデータ抽出間隔とし、xを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、mをシェア量とした請求項1に記載の光学計測装置。
The values of a plurality of data with the data extracted by the first data group as the sample point sx are added, and the values of the plurality of data with the data extracted by the second data group as the sample point s(x+m) are added. shall be
2. The optical measuring device according to claim 1, wherein s is the data extraction interval, x is the acquisition data position within each data extraction interval, and m is the share amount.
2つの受光素子に受光素子を2つ追加して、4つの受光素子として偏光を検出可能とした請求項1から請求項3の何れかに記載の光学計測装置。 4. The optical measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein two light receiving elements are added to the two light receiving elements so that polarized light can be detected with four light receiving elements. 前記走査素子が、照射光を相互に直交する2方向にそれぞれ走査させる2次元走査素子とされ、この2方向の内の少なくとも1方向の走査により測定対象物に照射された照射光が変調される請求項1から請求項4の何れかに記載の光学計測装置。 The scanning element is a two-dimensional scanning element that scans the irradiation light in two mutually orthogonal directions, and the irradiation light applied to the object to be measured is modulated by scanning in at least one of the two directions. The optical measuring device according to any one of claims 1 to 4. 前記走査素子にコントローラを接続し、このコントローラが走査素子の動作を操作して走査速度及び走査範囲を調整する請求項1から請求項5の何れかに記載の光学計測装置。 6. An optical metrology apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a controller is connected to said scanning element, said controller manipulating operation of said scanning element to adjust scanning speed and scanning range. コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各1つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも2つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から測定対象物についての計測値を得る計測部と、
を有した光学計測装置のデータ演算方法であって、
計測部において、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第1データ群と、この第1データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第2データ群を作成し、
測定対象物についての計測値を得る他、計測部でこれら2種のデータ群間の差の出力により測定対象物についての微分演算を実行する、光学計測装置のデータ演算方法。
a light source that emits coherent illuminating light;
a scanning element that scans the irradiation light from the light source and sends it to the measurement object;
At least two light-receiving elements positioned on each side with a boundary line perpendicular to the direction of the optical axis of the illuminating light, and receiving and photoelectrically converting the illuminating light modulated by the object to be measured during scanning. ,
a measurement unit that obtains a measurement value of an object to be measured from signals of basic basic data photoelectrically converted and output by these light receiving elements;
A data calculation method for an optical measuring device comprising:
A first data group obtained by adding values of basic data and a plurality of data extracted at predetermined intervals from a signal photoelectrically converted and output in a measurement unit; Creating a second data group obtained by adding the values of a plurality of data extracted by shifting a predetermined amount from each of the plurality of data,
A data calculation method for an optical measuring device, in which, in addition to obtaining measured values for the object to be measured, a differential operation is performed on the object to be measured by outputting a difference between these two types of data groups in a measurement unit.
基本データ間における所定間隔で抽出されたデータの数をkとしたときに、
第1データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
第2データ群が抽出するデータをサンプル点(k+1)n+m番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点k+(k+1)n+m番目までの(k+1)個のデータの値を加算したものとし、
nが0を含む自然数とされ、mが0を含まない自然数とされた請求項7に記載の光学計測装置のデータ演算方法。
When the number of data extracted at predetermined intervals between basic data is k,
The data extracted from the first data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n-th sample point by shifting the extraction position one by one from the (k+1)n-th sample point,
The data extracted from the second data group is obtained by adding the values of (k+1) pieces of data up to the k+(k+1)n+m-th sample point by shifting the extraction position by one from the (k+1)n+m-th sample point,
8. The data calculation method for an optical measuring device according to claim 7, wherein n is a natural number including 0 and m is a natural number not including 0.
第1データ群が抽出するデータをサンプル点sxとした複数のデータの値を加算したものとし、第2データ群が抽出するデータをサンプル点s(x+m)とした複数のデータの値を加算したものとし、
sをデータ抽出間隔とし、xを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、mをシェア量とした請求項7に記載の光学計測装置のデータ演算方法。
The values of a plurality of data with the data extracted by the first data group as the sample point sx are added, and the values of the plurality of data with the data extracted by the second data group as the sample point s(x+m) are added. shall be
8. The data calculation method for an optical measuring device according to claim 7, wherein s is the data extraction interval, x is the acquisition data position within each data extraction interval, and m is the share amount.
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