JP2918992B2 - Detector of amplitude image using heterodyne detection light receiving system - Google Patents

Detector of amplitude image using heterodyne detection light receiving system

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JP2918992B2
JP2918992B2 JP13789090A JP13789090A JP2918992B2 JP 2918992 B2 JP2918992 B2 JP 2918992B2 JP 13789090 A JP13789090 A JP 13789090A JP 13789090 A JP13789090 A JP 13789090A JP 2918992 B2 JP2918992 B2 JP 2918992B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は散乱成分、インコヒーレント光信号から分離
して振幅像を検出する装置に関し、特に、そのためにヘ
テロダイン検波受光系を用いる装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting an amplitude image separated from a scattered component and an incoherent optical signal, and more particularly to an apparatus using a heterodyne detection light-receiving system for that purpose.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

X線の発見以来、生体(人体)内部を外部より損傷を
与えずに観察する技術(悲観血的、あるいは無侵襲的計
測法)は、生物学、特に医学の分野で強く求められ発達
してきた。この技術は電磁波として見ると最も波長の短
いガンマ線やX線と、最も波長の長いラジオ波が使用さ
れている。前者はX線CTとして、後者はNMR−CT(Magne
tic Resonance Imaging、MRI)として実用化されてい
る。
Since the discovery of X-rays, techniques for observing the inside of a living body (human body) from outside without damaging it (pessimistic or non-invasive measurement methods) have been strongly sought and developed in biology, especially in the field of medicine. . In this technique, gamma rays and X-rays having the shortest wavelengths and radio waves having the longest wavelengths are used as electromagnetic waves. The former is an X-ray CT, and the latter is an NMR-CT (Magnet
tic Resonance Imaging (MRI).

一方、物理や化学の分野で広く用いられている紫外−
可視−近赤外−赤外の領域の分光学を“丸ごと”生体
(in vivo)へ応用する試みは比較的少ない。これは光
を用いた生体計測、特に吸収や発光の過程を利用するも
のにおいて、もっとも基本的な“定量性”に関し多くの
問題が解決されずに残されているからである。現在、固
体素子を用いた反射スペクトルの測定装置や高感度TVカ
メラ等による計測が試みられているが、再現性や得られ
た絶対値に対し信頼性が少ないのはこの理由による。
On the other hand, ultraviolet, which is widely used in the fields of physics and chemistry,
There are relatively few attempts to apply spectroscopy in the visible-near-infrared-infrared region to "whole" organisms (in vivo). This is because many problems concerning the most basic "quantitative property" remain without being solved in biological measurement using light, particularly in those utilizing absorption and emission processes. At present, measurement using a reflection spectrum measuring device using a solid-state element, a high-sensitivity TV camera, or the like is being attempted, but it is for this reason that the reproducibility and the obtained absolute value are less reliable.

生体組織のような散乱体に光を照射した際、180゜向
かい合わせで受光すればある程度直進光を取り出すこと
ができるが、今のところ、その空間分解能はあまり良い
とはいえない。
When illuminating a scatterer such as a living tissue with light, it is possible to extract a certain amount of straight light by receiving the light in a 180-degree face-to-face relationship, but at present the spatial resolution is not very good.

X線と光とでの空間分離能の差は今のところ埋めるこ
とはできない。しかしながら光、特に近赤外光を用いる
と、血液中のヘモグロビンから組織酸素濃度のイメージ
ングができるはずである。これらは他のNMR−CTやX線C
Tと異なった情報を与えてくれるであろう。
At present, the difference in spatial resolution between X-rays and light cannot be bridged. However, the use of light, especially near-infrared light, should allow imaging of tissue oxygen concentration from hemoglobin in blood. These are other NMR-CT and X-ray C
Will give you different information than T.

3〜5cmの厚さの組織ならば、われわれは透過してき
た光を検出することができる。このことは“光−レント
ゲン写真”を診断に使えることを意味する。女性の乳房
は組織が比較的均一であり光が透過しやすく、またその
形状から透過光の検出(厚さ:〜3cm程度)が容易であ
り、古くから乳ガンの診断に、Diaphanography(Lights
canning)という名で用いられてきた。
With a tissue 3-5 cm thick, we can detect transmitted light. This means that "light-radiography" can be used for diagnosis. Women's breasts have relatively uniform tissue and are easy to transmit light, and their shape makes it easy to detect transmitted light (thickness: about 3 cm). Diaphanography (Lights
canning).

このような状況の下で、本発明者は、特願昭63−3046
91号、特願平1−250036号において、試料を透過してそ
の吸収情報を含み散乱光が混入しているコヒーレント光
成分を分離して検出するのに、このコヒーレント光成分
と周波数の異なるコヒーレント光を合成して、合成光の
ビート成分を検出する光ヘテロダイン検波受光系を用い
ることを提案した。
Under such circumstances, the present inventor has made Japanese Patent Application No. 63-3046.
No. 91, Japanese Patent Application No. 1-250036, the coherent light component having a different frequency from the coherent light component is used to separate and detect the coherent light component containing the absorption information and containing the scattered light. We propose to use an optical heterodyne detection and reception system that combines the light and detects the beat component of the combined light.

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

しかしながら、上記の提案によるものは、試料の2次
元振幅像を得るためには、試料に対して相対的にコヒー
レント照射光を走査しなければならず、また、2つの光
を合成する前又はその後に散乱成分をカットする高指向
性光学系を挿入するものであり、しかも、試料を透過し
た光の直後の物体面又はその近傍で2つの光のビート成
分を検出するものであった。
However, according to the above proposal, in order to obtain a two-dimensional amplitude image of the sample, it is necessary to scan the sample with coherent irradiation light relative to the sample, and before or after combining the two lights. A high directivity optical system that cuts the scattered component is inserted into the sample, and the beat component of the two lights is detected at or near the object plane immediately after the light transmitted through the sample.

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、光ヘテロダイン検波受光系を用いて散
乱成分、インコヒーレント光信号から分離して振幅像を
検出する装置であって、上記した先の提案による装置を
補完する装置を提供することである。
The present invention has been made in view of such a situation, and its object is a device that detects an amplitude image by separating it from a scattered component and an incoherent optical signal using an optical heterodyne detection light receiving system. It is an object of the present invention to provide a device that complements the device proposed in the previous proposal.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成する本発明の第1のヘテロダイン検波
受光系を用いた振幅像の検出装置は、コヒーレント光を
試料に照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数
の異なる参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダ
イン検波により試料の振幅像を検出する装置であって、
試料全面に均一な平行コヒーレント光を照射し、試料の
透過光と参照コヒーレント光とを合成して、合成光束断
面における1次元又は2次元方向のビート成分を検出す
ることにより、試料の振幅像を求めるように構成したヘ
テロダイン検波受光系を用いた振幅像の検出装置におい
て、試料を透過した光束の断面全面において参照コヒー
レント光と透過光とを合成し、その合成光束断面内に1
次元又は2次元配列の光検出素子アレイを配置して各光
検出素子により対応する光検出素子位置のビート成分を
検出することにより、試料の振幅像を求めるように構成
したことを特徴とするものである。
To achieve the above object, a first apparatus for detecting an amplitude image using a heterodyne detection light-receiving system according to the present invention irradiates a sample with coherent light and combines the transmitted light with the reference coherent light having a different frequency from the coherent light. An apparatus for detecting an amplitude image of a sample by optical heterodyne detection,
By irradiating uniform parallel coherent light onto the entire surface of the sample, combining the transmitted light of the sample and the reference coherent light, and detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component in the cross section of the synthesized light beam, the amplitude image of the sample is obtained. In the amplitude image detection apparatus using the heterodyne detection light receiving system configured to obtain the reference coherent light and the transmitted light over the entire cross section of the light beam transmitted through the sample, one is included in the combined light beam cross section.
One or more two-dimensional photodetector arrays are arranged and each photodetector detects a beat component at a corresponding photodetector element position, thereby obtaining an amplitude image of the sample. It is.

その場合に、合成光束断面を小領域に分割し、各分割
領域に集光レンズを配置し、各集光レンズの集光位置に
光検出素子アレイの各光検出素子を配置して各光検出素
子により対応する各分割領域のビート成分を検出するこ
とにより、試料の振幅像を求めるようにしてもよい。
In such a case, the cross section of the combined light beam is divided into small areas, a condenser lens is arranged in each divided area, and each light detection element of the light detection element array is arranged at the condensing position of each condenser lens, and each light detection is performed. An amplitude image of the sample may be obtained by detecting a beat component of each corresponding divided region by an element.

本発明の第2のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅
像の検出装置は、コヒーレント光を試料に照射し、その
透過光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒー
レント光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料
の振幅像を検出する装置において、試料全面に均一な平
行コヒーレント光を照射し、試料の透過光の振幅分布を
フーリエ変換するフーリエ変換光学系を配置し、そのス
ペクトル面において参照コヒーレント光と透過光の振幅
分布のスペクトルとを合成して、スペクトル面における
1次元又は2次元方向のビート成分を検出することによ
り、試料の振幅像を求めるように構成したことを特徴と
するものである。
An amplitude image detecting apparatus using the second heterodyne detection light receiving system of the present invention irradiates a sample with coherent light, combines the transmitted light with the reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and performs optical heterodyne. In a device for detecting an amplitude image of a sample by detection, a uniform Fourier transform optical system that irradiates uniform parallel coherent light to the entire surface of the sample and Fourier-transforms the amplitude distribution of the transmitted light of the sample is arranged. And an amplitude distribution spectrum of the transmitted light, and a beat component in a one-dimensional or two-dimensional direction on a spectrum surface is detected to obtain an amplitude image of the sample. .

この場合も、参照コヒーレント光と透過光の振幅分布
のスペクトルとの合成には、スペクトル面全面において
参照コヒーレント光と透過光の振幅分布のスペクトルと
を合成して、合成光束断面の1次元又は2次元方向のビ
ート成分を検出するようにするか、スペクトル面の一部
の位置で参照コヒーレント光と透過光の振幅分布のスペ
クトルとを合成して、その合成光のビート成分を検出す
ることにより、合成した位置に対応するスペクトル成分
を検出するように構成し、前記合成位置をスペクトル面
内で走査することにより、試料の振幅像を求めるように
構成することができる。
Also in this case, in order to combine the reference coherent light and the spectrum of the amplitude distribution of the transmitted light, the reference coherent light and the spectrum of the amplitude distribution of the transmitted light are combined over the entire spectrum surface, and one-dimensional or two-dimensional By detecting the beat component in the dimensional direction or by synthesizing the reference coherent light and the spectrum of the amplitude distribution of the transmitted light at a part of the spectral surface, and detecting the beat component of the synthesized light, It is possible to configure so as to detect a spectral component corresponding to the combined position, and to scan the combined position in a spectrum plane to obtain an amplitude image of the sample.

そして、スペクトル面に空間フィルターを配置し、該
空間フィルターを通過した合成光束の1次元又は2次元
方向のビート成分を検出するようにするか、スペクトル
面における1次元又は2次元方向のビート成分を検出
し、検出されたスペクトル成分毎にフィルタリング処理
を施すようにすることにより、検出される振幅像に画像
処理を施すことができる。
Then, a spatial filter is arranged on the spectral surface, and a one-dimensional or two-dimensional beat component of the combined light beam that has passed through the spatial filter is detected, or a one-dimensional or two-dimensional beat component on the spectral surface is detected. By performing the filtering process for each detected and detected spectral component, image processing can be performed on the detected amplitude image.

また、本発明の第3のヘテロダイン検波受光系を用い
た振幅像の検出装置は、コヒーレント光を試料に照射
し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の異なる参
照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイン検波に
より試料の振幅像を検出する装置において、試料全面に
均一な平行コヒーレント光を照射するように構成し、試
料の透過光の振幅分布をフーリエ変換する第1のフーリ
エ変換光学系と、そのスペクトル面における分布をさら
にフーリエ変換する第2のフーリエ変換光学系とを配置
し、第2のフーリエ変換光学系の変換面において参照コ
ヒーレント光と再変換光とを合成して、第2のフーリエ
変換光学系の変換面における1次元又は2次元方向のビ
ート成分を検出することにより、試料の振幅像を求める
ように構成したことを特徴とするものである。
Further, the amplitude image detecting apparatus using the third heterodyne detection light receiving system of the present invention irradiates the sample with coherent light, synthesizes the transmitted light and the reference coherent light having a different frequency from the coherent light, In a device for detecting an amplitude image of a sample by optical heterodyne detection, a first Fourier transform optical system configured to irradiate uniform parallel coherent light to the entire surface of the sample and to perform a Fourier transform on an amplitude distribution of transmitted light of the sample, A second Fourier transform optical system for further Fourier transforming the distribution on the spectrum plane is arranged, and the reference coherent light and the re-converted light are combined on the transform plane of the second Fourier transform optical system to form a second Fourier transform. A configuration in which an amplitude image of the sample is obtained by detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component on the conversion surface of the conversion optical system. It is an butterfly.

この配置の場合、スペクトル面に空間フィルターを配
置し該空間フィルターを通過した光と参照コヒーレント
光との1次元又は2次元方向のビート成分を検出するよ
うにして、検出される振幅像に画像処理を施すようにす
ることが望ましい。
In the case of this arrangement, a spatial filter is arranged on the spectrum plane, and a one-dimensional or two-dimensional direction beat component between the light passing through the spatial filter and the reference coherent light is detected. It is desirable to apply.

この場合も、参照コヒーレント光と再変換光との合成
には、第2のフーリエ変換光学系の変換面全面において
参照コヒーレント光と再変換光とを合成して、合成光束
断面の1次元又は2次元方向のビート成分を検出するよ
うにするか、第2のフーリエ変換光学系の変換面の一部
の位置で参照コヒーレント光と再変換光とを合成して、
その合成光のビート成分を検出することにより、合成し
た位置に対応する試料の振幅透過率を検出するように構
成し、前記合成位置を変換面内で走査することにより、
試料の振幅像を求めるように構成することができる。
Also in this case, to combine the reference coherent light and the re-converted light, the reference coherent light and the re-converted light are combined over the entire conversion surface of the second Fourier transform optical system, and the one-dimensional or two-dimensional cross section of the combined light flux is obtained. The beat component in the dimensional direction is detected, or the reference coherent light and the re-converted light are combined at a part of the conversion surface of the second Fourier transform optical system,
By detecting the beat component of the combined light, it is configured to detect the amplitude transmittance of the sample corresponding to the combined position, and by scanning the combined position in the conversion plane,
It can be configured to obtain an amplitude image of the sample.

〔作用〕[Action]

第1の発明によると、試料を透過した光束の断面全面
において参照コヒーレント光と透過光とを合成し、その
合成光束断面内に1次元又は2次元配列の光検出素子ア
レイを配置して各光検出素子により対応する光検出素子
位置のビート成分を検出することにより、試料の振幅像
を求めるように構成しているので、試料を走査のために
移動させなくとも、散乱成分、インコヒーレント光信号
から分離して試料の振幅像を高精度で簡単に検出するこ
とができる。
According to the first invention, the reference coherent light and the transmitted light are combined over the entire cross section of the light beam transmitted through the sample, and a one-dimensional or two-dimensional array of photodetector elements is arranged in the cross section of the combined light beam. By detecting the beat component at the corresponding light detection element position by the detection element, the amplitude image of the sample is obtained, so that the scattering component and the incoherent light signal can be obtained without moving the sample for scanning. And the amplitude image of the sample can be easily detected with high accuracy.

また、第2発明によると、試料全面に均一な平行コヒ
ーレント光を照射し、試料の透過光の振幅分布をフーリ
エ変換するフーリエ変換光学系を配置し、そのスペクト
ル面において参照コヒーレント光と透過光の振幅分布の
スペクトルとを合成して、スペクトル面における1次元
又は2次元方向のビート成分を検出するようにしている
ので、試料を走査のために移動させなくとも、散乱成
分、インコヒーレント光信号から分離して試料の振幅像
を高精度で簡単に検出することができ、さらに、検出さ
れる振幅像に画像処理を施してコントラスト向上等を図
ることができる。
According to the second aspect of the present invention, a uniform Fourier transform optical system for irradiating uniform parallel coherent light to the entire surface of the sample and Fourier transforming the amplitude distribution of the transmitted light of the sample is arranged. By combining the amplitude distribution spectrum and the one-dimensional or two-dimensional beat component on the spectrum plane, it is possible to detect the beat component from the scattered component and the incoherent optical signal without moving the sample for scanning. The separated amplitude image of the sample can be easily detected with high accuracy, and furthermore, image processing can be performed on the detected amplitude image to improve contrast and the like.

同様に、第3発明によると、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射するように構成し、試料の透過光の
振幅分布をフーリエ変換する第1のフーリエ変換光学系
と、そのスペクトル面における分布をさらにフーリエ変
換する第2のフーリエ変換光学系とを配置し、第2のフ
ーリエ変換光学系の変換面において参照コヒーレント光
と再変換光とを合成して、第2のフーリエ変換光学系の
変換面における1次元又は2次元方向のビート成分を検
出するようにしているので、試料を走査のために移動さ
せなくとも、散乱成分、インコヒーレント光信号から分
離して試料の振幅像を高精度で簡単に検出することがで
き、さらに、検出される振幅像に空間フィルタリング画
像処理を施してコントラスト向上等を図ることができ
る。
Similarly, according to the third aspect, a first Fourier transform optical system configured to irradiate uniform parallel coherent light to the entire surface of the sample and Fourier-transforming the amplitude distribution of the transmitted light of the sample, and the distribution on the spectrum surface And a second Fourier transform optical system that further performs Fourier transform of the second Fourier transform optical system, and combines the reference coherent light and the re-converted light on the conversion surface of the second Fourier transform optical system to convert the second Fourier transform optical system. Since the one-dimensional or two-dimensional beat component on the surface is detected, the amplitude image of the sample can be separated with high precision by separating the sample from the scattering component and the incoherent optical signal without moving the sample for scanning. Detection can be easily performed, and furthermore, the detected amplitude image can be subjected to spatial filtering image processing to improve contrast and the like.

〔実施例〕〔Example〕

ヘテロダイン検波受光系において、検出器の受光面の
径(集光点でビートをとるときは、集光光学系の開口
径)をd、検出しようとする光の波長をλとすると、そ
の角度分解能は略d/λである。したがって、検出器の受
光面の径dを検出しようとする光の波長λに比較して十
分に大きくすれば、高指向性光学系を併用しなくとも、
高指向性の受光系を構成できる。その例を第1図から第
3図に示す。第1図において、透過率が場所によって変
化している試料S(図面では位相分布のような波形で示
してあるが、透過率分布を示すものとする。)とその周
囲に位置する散乱体Nにレーザー光のような平行コヒー
レント光Iで照明する。その透過光光路中にハーフミラ
ーHMを挿入して、照明光Iとは多少周波数の異なる一定
強度のコヒーレント局発光I′と合成する。合成光はレ
ンズLにより集光され、検出器Dにより光電変換され
て、照明光Iと局発光I′の周波数差のビート成分が直
流成分に重畳されてなる信号が得られる。このビート成
分の強度は、試料Sを透過して吸収された光の振幅に比
例するので、試料Sの照明領域内の平均振幅透過率を求
めることができる。これに対して、散乱体Nによって散
乱された点線で表したような光と局発光I′が混合して
も検出器D上ではビート成分を生ぜず、単に直流成分に
なるので、検出器Dからの信号のビート成分を分離して
検出することにより、直進光方向の光のみの振幅強度を
指向性高く取り出して検出することができる。試料Sの
2次元的な振幅透過率分布(試料の振幅像)を求めるに
は、試料Sを光軸と垂直な方向に2次元的に走査しなが
ら、上記のような検知を行えばよい。なお、レンズLは
必ずしも必要なものではなく、また、検出器Dの前に散
乱光等をカットするピンホールPを配置してもよい。第
2図の場合は、照明光Iを一旦集光レンズL1により試料
S上に集光し、その透過球面波と球面波局発光I1′とを
ハーフミラーHM1によって合成して、そのビート成分を
検出器D1により検知するようにするか、試料Sを透過し
た光をレンズL2によって平行光に変換してから、平面波
局発光I2′とハーフミラーHM2によって合成して検出器D
2によって検知するようにするものである。これは、レ
ンズにより平面波に変換してヘテロダイン検出するの
と、球面波によりヘテロダイン検出するのが等しいビー
ト成分が得られ、波面整合に要求される条件が等しいこ
とによる。なお、その他は第1図の場合と同様である。
次に、第3図に示したものは、走査のために試料Sを移
動させるのではなく、光学系の一部を移動させて試料S
を走査したのと同様な作用を得るための配置である。レ
ーザー1からのコヒーレント光はビームスプリッターBS
により2分され、一方はビーム拡大器BEにより試料Sの
径以上のビームに拡大されて試料Sを照明する。2分さ
れた他方のビームは、ミラーM1を経て超音波変調器等の
周波数シフターAOに入射し、周波数が多少シフトされ
て、図の両矢符方向及び紙面に垂直方向の2次元方向に
走査される走査ミラーM2により2次元的に走査される。
ハーフミラーHMにより合成された2つのビームは、走査
ミラーM2と同期して図の両矢符方向及び紙面に垂直方向
の2次元方向に走査される検出器Dにより光電変換さ
れ、ビート成分が求められ、それに基づいて試料Sの2
次元的な振幅像が求められる。検出器Dの前に配置した
符号POは偏光器を示しており、ノイズを低減させてS/N
を向上させるためのものであり、挿入すると感度が向上
する。なお、ビーム拡大器BEによって他方のビームを拡
大し、照明光を走査するように変更することもできる。
In the heterodyne detection light receiving system, if the diameter of the light receiving surface of the detector (when taking a beat at the light condensing point, the aperture diameter of the light condensing optical system) is d, and the wavelength of the light to be detected is λ, the angular resolution is Is approximately d / λ. Therefore, if the diameter d of the light receiving surface of the detector is made sufficiently large compared to the wavelength λ of the light to be detected, the high directivity optical system can be used without using it.
A light receiving system with high directivity can be configured. Examples are shown in FIG. 1 to FIG. In FIG. 1, a sample S whose transmittance changes depending on the location (in the drawing, a waveform such as a phase distribution is shown, but it is assumed that the transmittance distribution is shown) and a scatterer N located around the sample S Is illuminated with parallel coherent light I such as laser light. A half mirror HM is inserted into the transmitted light optical path, and is synthesized with a coherent local light I ′ having a constant intensity slightly different in frequency from the illumination light I. The combined light is condensed by the lens L, photoelectrically converted by the detector D, and a signal is obtained in which the beat component of the frequency difference between the illumination light I and the local light I 'is superimposed on the DC component. Since the intensity of the beat component is proportional to the amplitude of the light transmitted through and absorbed by the sample S, the average amplitude transmittance in the illumination area of the sample S can be obtained. On the other hand, even if the light scattered by the scatterer N and represented by the dotted line are mixed with the local light I ', no beat component is generated on the detector D, but a direct current component. By separating and detecting the beat component of the signal from the light source, it is possible to extract and detect the amplitude intensity of only the light in the straight traveling light direction with high directivity. In order to obtain a two-dimensional amplitude transmittance distribution (amplitude image of the sample) of the sample S, the above-described detection may be performed while scanning the sample S two-dimensionally in a direction perpendicular to the optical axis. Note that the lens L is not always necessary, and a pinhole P for cutting scattered light or the like may be arranged in front of the detector D. In the case of FIG. 2, the illumination light I is once condensed on the sample S by the condensing lens L1, the transmitted spherical wave and the spherical wave local light I1 'are combined by the half mirror HM1, and the beat component is Detector D1 is used for detection, or light transmitted through sample S is converted into parallel light by lens L2, and then combined with plane wave local light I2 'and half mirror HM2 to detect detector D.
2 is to be detected. This is due to the fact that a beat component is obtained which is equivalent to the case where the lens is converted into a plane wave by the lens for heterodyne detection and the case where the heterodyne detection is performed by the spherical wave, and the conditions required for wavefront matching are equal. The rest is the same as in FIG.
Next, the one shown in FIG. 3 does not move the sample S for scanning, but moves a part of the optical system to move the sample S.
This is an arrangement for obtaining the same operation as scanning. Coherent light from laser 1 is beam splitter BS
, One of which is expanded into a beam larger than the diameter of the sample S by the beam expander BE to illuminate the sample S. The other beam split into two beams enters a frequency shifter AO such as an ultrasonic modulator via a mirror M1 and is slightly shifted in frequency, and is scanned in two-dimensional directions in the direction indicated by the double arrow and the direction perpendicular to the plane of the drawing. The scanning is performed two-dimensionally by the scanning mirror M2.
The two beams combined by the half mirror HM are photoelectrically converted by a detector D which is scanned in two-dimensional directions in the directions indicated by both arrows and perpendicular to the paper in synchronization with the scanning mirror M2, and a beat component is obtained. And the sample 2
A dimensional amplitude image is required. The symbol PO arranged before the detector D indicates a polarizer, and reduces noise to reduce S / N.
The sensitivity is improved by inserting. The other beam can be expanded by the beam expander BE so as to scan the illumination light.

以上のようにして、ヘテロダイン検波受光系を用い、
試料Sを相対的に走査して、その2次元的な振幅像を検
出することができるが、試料S、光学系の何れも移動さ
せないで、試料Sの2次元的ないし1次元的振幅像を検
出することができる。そのための基本的配置を第4図に
示す。この場合、試料Sを背後から照明する平行なコヒ
ーレント光Iは、試料Sの径以上のビームに拡大されて
おり、同様に局発光I′も拡大されている。試料Sを透
過した直進光と局発光I′は広い面積のハーフミラーHM
によって合成されるが、この合成光を検知する検出器2
は、この場合、単なる入射光の強度を検出する検出器で
はなく、1次元方向又は2次元方向に多数の単位検出素
子DOを配置してなる1次元又は2次元検出器で構成され
る。したがって、各単位検出素子DOに入射する光は、そ
の単位検出素子DOに対応する試料Sの領域を透過した光
と局発光I′の対応する部分の合成光であり、そのビー
ト成分は、試料Sのその領域の振幅透過率に比例するも
のである。なお、この場合、1次元又は2次元検出器2
と試料S面の間の距離が離れる程、単位検出素子DOによ
る検出像の最小空間サンプリング面積は大きくなる。ま
た、単位検出素子DOの大きさを小さくして密度を高める
と、サンプリング面積が大きくなるだけでなく、サンプ
リング面積がオーバラップするため、オーバラップ分を
考慮した像再現をする必要がある。オーバラップ分を差
し引くことにより、最小空間分解面積は小さくなり、高
分解になる。第5図の場合は、第4図の場合と異なり、
各単位検出素子DOに対応する試料Sの後ろの位置にマイ
クロレンズMLを配置し、試料を透過した光をマイクロレ
ンズMLにより空間的にサンプリングして各単位検出素子
DOに入射させるようにしたものである。局発光I′は図
のように平面波のまま単位検出素子DOに入射させてもよ
く、第2図の局発光I1′のように、レンズMLからの光と
同様な球面波に変換して入射させるようにしてもよい。
As described above, using the heterodyne detection light receiving system,
The two-dimensional or one-dimensional amplitude image of the sample S can be obtained by relatively scanning the sample S and detecting the two-dimensional amplitude image of the sample S without moving any of the sample S and the optical system. Can be detected. The basic arrangement for that is shown in FIG. In this case, the parallel coherent light I illuminating the sample S from behind is expanded to a beam larger than the diameter of the sample S, and the local light I 'is expanded similarly. The straight light and the local light I ′ transmitted through the sample S are a half mirror HM having a large area.
Detector 2 that detects the combined light.
In this case, is not a detector that simply detects the intensity of incident light, but a one-dimensional or two-dimensional detector in which a number of unit detection elements DO are arranged in one-dimensional or two-dimensional directions. Therefore, the light incident on each unit detecting element DO is the combined light of the light transmitted through the region of the sample S corresponding to the unit detecting element DO and the corresponding part of the local light I ′, and the beat component thereof is the sample. S is proportional to the amplitude transmittance of that region. In this case, the one-dimensional or two-dimensional detector 2
As the distance between the sample and the surface of the sample S increases, the minimum spatial sampling area of the image detected by the unit detection element DO increases. Further, when the density is increased by reducing the size of the unit detection element DO, not only the sampling area is increased, but also the sampling area is overlapped. Therefore, it is necessary to reproduce an image in consideration of the overlap. By subtracting the overlap, the minimum spatial resolution area becomes smaller, resulting in higher resolution. In the case of FIG. 5, unlike the case of FIG. 4,
A micro-lens ML is arranged at a position behind the sample S corresponding to each unit detecting element DO, and light transmitted through the sample is spatially sampled by the micro-lens ML and each unit detecting element
It is designed to be incident on DO. The local light I 'may be incident on the unit detection element DO as a plane wave as shown in the figure, and converted into a spherical wave similar to the light from the lens ML and incident as the local light I1' in FIG. You may make it do.

以上のような可動部分の代わりに1次元又は2次元検
出器を用いたヘテロダイン検波受光系により、散乱光が
混入した試料の振幅像を検出する装置のいくつかの具体
例を説明する。第6図の装置は、第4図に示した原理の
ものを具体化する装置の構成を示すもので、レーザー1
から発振された所定周波数のコヒーレント平行光はビー
ムスプリッターBSにより2分され、一方のビームは試料
Sを背後から照明する照明光Iに使用され、他方のビー
ムは、ミラーM1を経て超音波変調器等の周波数シフター
AOに入射して周波数が多少シフトされ、ミラーM2を経て
局発光I′になる。なお、レーザー1からの光束の径を
拡大するために、ビームスプリッターBSの前にビーム拡
大器を挿入してもよい。ハーフミラーHMにより合成され
た2つのビームI、I′は、偏光器POを介して1次元又
は2次元検出器2に入射し、その単位検出素子の大きさ
でサンプリング面積が、その間隙でサンプリング間隙が
決まってサンプリングされて、試料Sの各サンプリング
領域の平均振幅透過率に比例するビート成分が直流成分
に重畳してなる信号が各単位検出素子から得られる。各
単位検出素子からの信号は、周波数シフターAOのシフト
周波数に中心周波数が設定されるバンドパスフィルター
3を介してビート成分のみが取り出され、それらの信号
から、表示装置4に試料Sの1次元又は2次元振幅像が
表示される。第7図のものは、第6図の装置において、
試料Sを透過した光の光路中及び局発光の光路中に同様
なビーム拡大器BE1、BE2を挿入して、1次元又は2次元
検出器2に入射する光束の径を拡大し、得られる振幅像
を拡大するようにしたものであり、微小な試料Sに適し
た配置である。第8図のものは、逆に、両光路にビーム
縮小器BC1、BC2を挿入し、得られる振幅像を縮小するよ
うにしたものである。
Some specific examples of an apparatus for detecting an amplitude image of a sample mixed with scattered light by a heterodyne detection light receiving system using a one-dimensional or two-dimensional detector instead of the movable part as described above will be described. The apparatus shown in FIG. 6 shows the structure of an apparatus for realizing the principle shown in FIG.
Is split into two by a beam splitter BS, one beam is used as illumination light I for illuminating the sample S from behind, and the other beam is transmitted through a mirror M1 to an ultrasonic modulator. Etc. frequency shifter
The light is incident on AO, the frequency is slightly shifted, and becomes the local light I ′ via the mirror M2. Note that a beam expander may be inserted before the beam splitter BS in order to increase the diameter of the light beam from the laser 1. The two beams I and I 'synthesized by the half mirror HM are incident on the one-dimensional or two-dimensional detector 2 via the polarizer PO, and the sampling area is sampled by the size of the unit detecting element, and the sampling is performed by the gap. The gap is fixedly sampled, and a signal in which a beat component proportional to the average amplitude transmittance of each sampling region of the sample S is superimposed on the DC component is obtained from each unit detection element. From the signals from each unit detection element, only the beat component is extracted through the band-pass filter 3 in which the center frequency is set to the shift frequency of the frequency shifter AO. Alternatively, a two-dimensional amplitude image is displayed. The thing of FIG. 7 is the device of FIG.
Similar beam expanders BE1 and BE2 are inserted in the optical path of the light transmitted through the sample S and in the optical path of the local light to enlarge the diameter of the light beam incident on the one-dimensional or two-dimensional detector 2, and obtain the obtained amplitude. The arrangement is such that the image is enlarged, and is an arrangement suitable for a minute sample S. In FIG. 8, conversely, beam reducers BC1 and BC2 are inserted in both optical paths to reduce the obtained amplitude image.

ところで、試料Sから直進方向以外の方向に散乱され
る成分が入射光と可干渉性を有することもある。このよ
うな可干渉性を有する直進光以外の成分の振幅分布を検
出できるように装置を変形することができる。その例を
第9図に示す。第6図の装置との唯一の違いは、1次元
又は2次元検出器2の配置位置を直進光以外の検出した
い方向の散乱成分を取り込む位置にし、この位置に局発
光も入射するようにハーフミラーHMを配置した点であ
る。また、照明光の試料S中の集光点からの可干渉光の
振幅が方向依存性を有することがある。このような場
合、第10図に示すように、第2図と同様な光路を経て、
検出器として1次元又は2次元検出器2を配置して、各
方向の振幅分布を検出するようにすればよい。
Incidentally, a component scattered from the sample S in a direction other than the straight traveling direction may have coherence with the incident light. The apparatus can be modified so that the amplitude distribution of components other than the straight-coupling light having such coherence can be detected. An example is shown in FIG. The only difference from the apparatus shown in FIG. 6 is that the position of the one-dimensional or two-dimensional detector 2 is set to a position for taking in a scattered component in a direction to be detected other than the straight light, and a half-wave is set so that local light is also incident on this position. This is the point where the mirror HM is arranged. In addition, the amplitude of the coherent light of the illumination light from the focal point in the sample S may have direction dependency. In such a case, as shown in FIG. 10, through the same optical path as in FIG.
A one-dimensional or two-dimensional detector 2 may be arranged as a detector to detect the amplitude distribution in each direction.

さて、以上は試料を透過した光の直後の物体面又はそ
の近傍で2つの光のビート成分を検出して振幅像を検出
するものであったが、振幅像のフーリエ変換スペクトル
信号を物体のスペクトル面で検出するようにすることも
できる。周知のように、レンズの前側焦点面に物体を配
置し、コヒーレント光で照明すると、レンズの後側焦点
面には物体の振幅分布のフーリエ変換が得られ、同様
に、インコヒーレント光で照明した場合、及び、物体か
らのインコヒーレントな散乱光により、物体のパワース
ペクトルが得られる。その様子を模式的に第11図に示
す。このようなスペクトル面でヘテロダイン検波してビ
ートをとろうとして照明光の周波数と異なる周波数の局
発光を同時に入射させると、コヒーレント照明光による
フリーリエ変換信号はその振幅に比例するビート成分を
生じるが、インコヒーレントなパワースペクトルは局発
光と合成してもビートを生じないので、スペクトル面で
両者を分離して、コヒーレント光による信号のみを取り
出すことが可能になる。そのための基本構成を第12図に
示す。試料Sを凸レンズLの前側焦点面に配置し、その
後側焦点面であるスペクトル面Fに1次元又は2次元検
出器2の検出面を配置し、試料Sをコヒーレント光Iに
て照明すると、スペクトル面Fには、試料Sの振幅像を
2次元的にフーリエ変換したスペクトルが得られる。こ
のスペクトル面FにハーフミラーHMを介して局発光I′
を同時に入射させると、1次元又は2次元検出器2の各
単位検出素子からその位置の振幅の大きさに比例するビ
ート成分を含んだ信号が得られるので、各単位検出素子
についてこのビート成分のみを取り出すことにより、試
料Sの振幅像のフーリエ変換成分のみを検出することが
できる。この検出信号は試料Sの振幅像の空間周波数分
布を表しているが、直接試料Sの振幅像を得るために
は、この検出信号を電気的に再度フーリエ変換してやれ
ばよい。なお、図中、1次元又は2次元検出器2の検出
面前面に配置した素子10は、特願平1−62898号、特願
平1−250034号、特願平2−77690号等において提案し
た高指向性光学系を示しており、1次元又は2次元検出
器2の各単位検出素子に入射する光の方向を制限してノ
イズを低減するために用いている。この高指向性光学系
10は必ずしも必要なものではない。ところで、試料Sの
振幅分布の空間的フーリエ変換を得るのに、コヒーレン
ト光Iによる照明は、第12図に示したような光軸方向か
らの透過照明である必要は必ずしもない。第13図に示す
ように、光軸に対して斜め方向から照明することもでき
る。なお、第13図の右には、スペクトル面Fに表れるイ
ンコヒーレント光によるスペクトルとそのスペクトルに
隠れたコヒーレント光によるスペクトルを示してある
が、本発明の原理によれば、このような場合でも、コヒ
ーレント光によるスペクトルのみを分離して取り出すこ
とができる。
In the above description, an amplitude image is detected by detecting the beat components of two lights at or near the object surface immediately after the light transmitted through the sample. The Fourier transform spectrum signal of the amplitude image is converted to the spectrum of the object. It is also possible to detect by surface. As is well known, when an object is placed on the front focal plane of a lens and illuminated with coherent light, a Fourier transform of the amplitude distribution of the object is obtained on the rear focal plane of the lens, and similarly illuminated with incoherent light. In this case, and the incoherent scattered light from the object, the power spectrum of the object is obtained. This is schematically shown in FIG. If local light having a frequency different from the frequency of the illumination light is made incident simultaneously to try to take a beat by heterodyne detection on such a spectral plane, the free-lier transformed signal by the coherent illumination light produces a beat component proportional to the amplitude, Since the incoherent power spectrum does not generate a beat even when combined with the local light, it is possible to separate them from each other on the spectrum surface and extract only the signal based on the coherent light. The basic configuration for that is shown in FIG. When the sample S is arranged on the front focal plane of the convex lens L, the detection plane of the one-dimensional or two-dimensional detector 2 is arranged on the spectrum plane F which is the rear focal plane, and the sample S is illuminated with the coherent light I, the spectrum becomes On the surface F, a spectrum obtained by two-dimensionally Fourier-transforming the amplitude image of the sample S is obtained. A local light I ′ is applied to this spectrum plane F via a half mirror HM.
At the same time, a signal containing a beat component proportional to the amplitude of the position is obtained from each unit detecting element of the one-dimensional or two-dimensional detector 2, so that only this beat component is obtained for each unit detecting element. , Only the Fourier transform component of the amplitude image of the sample S can be detected. Although this detection signal represents the spatial frequency distribution of the amplitude image of the sample S, in order to directly obtain the amplitude image of the sample S, the detection signal may be electrically subjected to Fourier transform again. In the figure, the element 10 arranged in front of the detection surface of the one-dimensional or two-dimensional detector 2 is proposed in Japanese Patent Application Nos. 1-62898, 1-250034 and 2-77690. 1 shows a highly directional optical system, which is used to reduce noise by limiting the direction of light incident on each unit detection element of the one-dimensional or two-dimensional detector 2. This highly directional optical system
10 is not necessary. By the way, in order to obtain a spatial Fourier transform of the amplitude distribution of the sample S, the illumination with the coherent light I does not necessarily need to be a transmitted illumination from the optical axis direction as shown in FIG. As shown in FIG. 13, illumination can be performed from an oblique direction with respect to the optical axis. The right side of FIG. 13 shows the spectrum due to the incoherent light appearing on the spectrum plane F and the spectrum due to the coherent light hidden in the spectrum. According to the principle of the present invention, even in such a case, Only the spectrum due to the coherent light can be separated and extracted.

ところで、1次元又は2次元検出器の代わりに単なる
検出器を用いても、スペクトル面で振幅像のフーリエ変
換スペクトル信号を検出することができる。その例を第
14図に示す。レンズLでフーリエ変換されたスペクトル
は、紙面の両矢符方向及び紙面に垂直方向に移動するハ
ーフミラーHMによってスペクトル面F上で位置が移動さ
れる局発光I′と合成され、検出器Dによりビート成分
を含む信号に変換され、そのビート成分の2次元的な分
布を求めることにより、スペクトル面Fで試料Sの振幅
のフーリエ変換を検出することができる。
By the way, even if a simple detector is used instead of a one-dimensional or two-dimensional detector, a Fourier transform spectrum signal of an amplitude image can be detected on a spectrum surface. Example
It is shown in Figure 14. The spectrum Fourier-transformed by the lens L is combined with the local light I ′ whose position is moved on the spectrum plane F by the half mirror HM moving in the directions of both arrows on the plane of the drawing and the direction perpendicular to the plane of the drawing. By converting the signal into a signal including a beat component and obtaining a two-dimensional distribution of the beat component, a Fourier transform of the amplitude of the sample S can be detected on the spectrum plane F.

ところで、コヒーレント光による光学的2次元フーリ
エ変換法によると、スペクトル面Fの0次成分は、像の
明るさの情報のみを担うものであり、画像情報は含んで
いないが、0次成分をカットして像再生を行うと、2倍
の空間周波数の像となり、画像が縮小されたのと等価な
像になる。しかしながら、像の直流分がなくなるので、
像を再生するとコントラストがよくなる。また、特定の
周波数のスペクトル成分のみを通過させたり、逆にカッ
トしたり、さらには、周波数毎に減衰率を変える等し
て、再生像の特性を変更することができる。このような
処理は空間フィルタリングと呼ばれるが、そのために
は、スペクトル面Fに所望の特性の空間フィルターを挿
入すればよい。第15図(a)に、1次元又は2次元検出
器2の検出面前面に0次成分カットフィルター7を挿入
して、検出する試料のスペクトルの中の0次成分をカッ
トするようにしたものである。この場合の像再生の処理
順序を図の(b)に示してある。像再現は、コヒーレン
ト光によるスペクトルから0次成分カットフィルター7
により0次成分をカットして、1次元又は2次元検出器
2とバンドパスフィルター3によりヘテロダイン検波し
て2次元ビート成分を検出し、その信号を計算器5によ
り2次元フーリエ変換し、再現像を得る。再現像は、前
記したように、コントラストが向上したものとなってい
る。このように、光学的な空間フィルターをスペクトル
面に挿入する代わりに、電気的に同様のことが可能であ
る。すなわち、第15図(a)において、フィルター7を
用いないで、電気的に図の(c)に示したような手順の
処理を行う。スペクトル面のコヒーレント光による信号
をそのままヘテロダイン検波により2次元ビート成分と
して検出し、計算器5によりその0次成分をカットし、
その後に2次元フーリエ変換して再現像を得るものであ
る。なお、以上においては、スペクトル面Fにおいてヘ
テロダイン検波により検出したスペクトル信号をフーリ
エ変換して像を再現するものとしたが、スペクトル面で
の試料Sの振幅像のフーリエ変換スペクトル信号をその
まま利用するようにしても良いのはもちろんである。
By the way, according to the optical two-dimensional Fourier transform method using coherent light, the zero-order component of the spectrum plane F carries only information on the brightness of the image and does not include image information. Then, when the image is reproduced, an image having a spatial frequency twice as high is obtained, and an image equivalent to a reduced image is obtained. However, since the DC component of the image disappears,
Reconstructing the image improves the contrast. Further, it is possible to change the characteristics of the reproduced image by passing only the spectral component of a specific frequency, cutting the spectrum component in reverse, or changing the attenuation factor for each frequency. Such processing is called spatial filtering. For that purpose, a spatial filter having desired characteristics may be inserted into the spectral plane F. In FIG. 15 (a), a zero-order component cut filter 7 is inserted in front of the detection surface of the one-dimensional or two-dimensional detector 2 so as to cut the zero-order component in the spectrum of the sample to be detected. It is. The processing order of image reproduction in this case is shown in FIG. The image reproduction is performed by using the zero-order component cut filter 7 from the spectrum of the coherent light.
, And the one-dimensional or two-dimensional detector 2 and the band-pass filter 3 perform heterodyne detection to detect a two-dimensional beat component. The signal is subjected to two-dimensional Fourier transform by the calculator 5 and re-developed. Get. In the re-development, the contrast is improved as described above. Thus, instead of inserting an optical spatial filter into the spectral plane, it is possible to do the same electrically. That is, in FIG. 15 (a), without using the filter 7, the processing of the procedure as shown in FIG. 15 (c) is performed electrically. A signal based on the coherent light on the spectrum surface is directly detected as a two-dimensional beat component by heterodyne detection, and the zero-order component is cut by a calculator 5,
Thereafter, two-dimensional Fourier transform is performed to obtain redevelopment. In the above description, the spectrum signal detected by the heterodyne detection on the spectrum plane F is Fourier-transformed to reproduce the image. However, the Fourier-transformed spectrum signal of the amplitude image of the sample S on the spectrum plane is used as it is. Of course, you can.

さて、以下のように、スペクトル面で振幅像のフーリ
エ変換スペクトルを本発明のヘテロダイン検波受光系に
より検出し、その信号を電気的にフーリエ変換してフィ
ルタリング処理を施した像を再現する代わりに、第16図
に示すように、第2の凸レンズL2により像再現のための
フーリエ変換を光学的に行わせ、像面でヘテロダイン検
波することにより、散乱体によるインコヒーレント光に
よる成分を除いて、試料Sの画像処理した振幅像が得ら
れる。なお、レンズL1の焦点距離f1とレンズL2の焦点距
離f2とを異なる大きさにすることにより、再生像を試料
に対して拡大したり縮小することができる。f1>f2の場
合、縮小像になり、f1<f2の場合、拡大像になる。ま
た、第3図、第14図の場合と同様1次元又は2次元検出
器の代わりに単なる検出器を用い、検出面で合成する局
発光を走査するようにして1次元又は2次元のビート成
分の分布を求めることができる。
Now, instead of detecting the Fourier transform spectrum of the amplitude image on the spectrum surface by the heterodyne detection light receiving system of the present invention and electrically reproducing the signal and performing a filtering process on the signal, instead of reproducing the image, As shown in FIG. 16, the Fourier transform for image reproduction is optically performed by the second convex lens L2, and heterodyne detection is performed on the image plane to remove components due to incoherent light due to scatterers. An amplitude image obtained by performing image processing on S is obtained. Note that by the focal length f 2 and the different sizes of the focal length f 1 and the lens L2 of the lens L1, can be reduced or enlarged reproduced image with respect to the sample. When f 1 > f 2 , the image is reduced, and when f 1 <f 2 , the image is enlarged. Also, as in the case of FIGS. 3 and 14, a simple detector is used instead of the one-dimensional or two-dimensional detector, and the local light to be synthesized is scanned on the detection surface so that the one-dimensional or two-dimensional beat component is scanned. Can be obtained.

以上、本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅
像の検出装置のいくつかの実施例について説明してきた
が、本発明はこれらに実施例に限定されず、各種の変形
が可能である。例えば、周波数シフターとしては、超音
波変調器等の超音波光回折を用いたものばかりでなく、
波長板の組合せ及び回転格子のほか、結晶の電気光学効
果を利用することもできる。また、反射鏡を一定速度で
移動させるか又は鋸歯状波で振動させてもよい。さら
に、以上の議論は、光を前提として説明してきたが、赤
外、紫外、マイクロ波領域についても同様に適用できる
ことはもちろんである。
The embodiments of the amplitude image detecting apparatus using the heterodyne detection light receiving system of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. For example, as a frequency shifter, not only those using ultrasonic light diffraction such as an ultrasonic modulator,
In addition to the combination of the wave plates and the rotating grating, the electro-optic effect of the crystal can be used. Further, the reflecting mirror may be moved at a constant speed or vibrated by a sawtooth wave. Furthermore, although the above discussion has been described on the assumption that light is used, it goes without saying that the same can be applied to infrared, ultraviolet, and microwave regions.

〔発明の効果〕 本発明の第1のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅
像の検出装置においては、試料を透過した光束の断面全
面において参照コヒーレント光と透過光とを合成し、そ
の合成光束断面内に1次元又は2次元配列の光検出素子
アレイを配置して各光検出素子により対応する光検出素
子位置のビート成分を検出することにより、試料の振幅
像を求めるように構成しているので、試料を走査のため
に移動させなくとも、散乱成分、インコヒーレント光信
号から分離して試料の振幅像を高精度で簡単に検出する
ことができる。
[Effect of the Invention] In the amplitude image detecting apparatus using the first heterodyne detection light receiving system of the present invention, the reference coherent light and the transmitted light are combined over the entire cross section of the light beam transmitted through the sample, and the cross section of the synthesized light beam is obtained. A one-dimensional or two-dimensional array of photodetector elements is arranged in the device, and a beat component at a corresponding photodetector element position is detected by each photodetector element to obtain an amplitude image of the sample. Even if the sample is not moved for scanning, the amplitude image of the sample can be easily detected with high precision by separating it from the scattered component and the incoherent optical signal.

また、本発明の第2のヘテロダイン検波受光系を用い
た振幅像の検出装置においては、試料全面に均一な平行
コヒーレント光を照射し、試料の透過光の振幅分布をフ
ーリエ変換するフーリエ変換光学系を配置し、そのスペ
クトル面において参照コヒーレント光と透過光の振幅分
布のスペクトルとを合成して、スペクトル面における1
次元又は2次元方向のビート成分を検出するようにして
いるので、試料を走査のために移動させなくとも、散乱
成分、インコヒーレント光信号から分離して試料の振幅
像を高精度で簡単に検出することができ、さらに、検出
された振幅像に画像処理を施してコントラスト向上等を
図ることができる。
Further, in the amplitude image detecting apparatus using the second heterodyne detection light receiving system of the present invention, a Fourier transform optical system for irradiating uniform parallel coherent light over the entire surface of the sample and Fourier transforming the amplitude distribution of the transmitted light of the sample. Are arranged in the spectrum plane, and the spectrum of the amplitude distribution of the reference coherent light and the transmitted light is synthesized in the spectrum plane, and 1 in the spectrum plane is synthesized.
One-dimensional or two-dimensional beat components are detected, so even if the sample is not moved for scanning, the amplitude image of the sample can be easily detected with high precision by separating it from the scatter component and the incoherent optical signal. In addition, image processing can be performed on the detected amplitude image to improve the contrast and the like.

さらに、本発明の第3のヘテロダイン検波受光系を用
いた振幅像の検出装置においては、試料全面に均一な平
行コヒーレント光を照射するように構成し、試料の透過
光の振幅分布をフーリエ変換する第1のフーリエ変換光
学系と、そのスペクトル面における分布をさらにフーリ
エ変換する第2のフーリエ変換光学系とを配置し、第2
のフーリエ変換光学系の変換面において参照コヒーレン
ト光と再変換光とを合成して、第2のフーリエ変換光学
系の変換面における1次元又は2次元方向のビート成分
を検出するようにしているので、試料を走査のために移
動させなくとも、散乱成分、インコヒーレント光信号か
ら分離して試料の振幅像を高精度で簡単に検出すること
ができ、さらに、検出される振幅像に空間フィルタリン
グ画像処理を施してコントラスト向上等を図ることがで
きる。
Further, in the amplitude image detecting apparatus using the heterodyne detection light receiving system according to the third aspect of the present invention, the entire surface of the sample is irradiated with uniform parallel coherent light, and the amplitude distribution of the transmitted light of the sample is Fourier transformed. A first Fourier transform optical system and a second Fourier transform optical system for further Fourier transforming the distribution on the spectral surface thereof are arranged.
Since the reference coherent light and the re-converted light are combined on the conversion surface of the Fourier transform optical system to detect a one-dimensional or two-dimensional beat component on the conversion surface of the second Fourier transform optical system. Even if the sample is not moved for scanning, the amplitude image of the sample can be easily detected with high accuracy by separating it from the scattered component and the incoherent optical signal. Processing can be performed to improve contrast and the like.

【図面の簡単な説明】 第1図は平行照明光を用いて試料の振幅強度を検出する
ヘテロダイ検波受光系を説明するための図、第2図は集
光照明光を用いて試料の振幅強度を検出するヘテロダイ
検波受光系を説明するための図、第3図は拡大平行照明
光を用いて試料の振幅強度を検出するヘテロダイ検波受
光系を説明するための図、第4図は1次元又は2次元検
出器を用いて試料の振幅像を検出するヘテロダイ検波受
光系の基本的配置を示す図、第5図は第4図の変形を示
す図、第6図は第4図に示した原理のものを具体化する
装置の構成を示す図、第7図は第6図の装置において得
られる振幅像を拡大するように変形したものの構成を示
す図、第8図は第6図の装置において得られる振幅像を
縮小するように変形したものの構成を示す図、第9図は
直進光以外の成分の振幅分布を検出できるように変形し
た装置の構成を示す図、第10図は照明光の集光点からの
可干渉光の振幅が方向依存性を有する場合にその依存性
を検出できるように変形した装置の構成を示す図、第11
図はレンズの後側焦点面に表れるスペクトルを説明する
ための模式図、第12図はスペクトル面でヘテロダイ検波
する振幅像検出装置の基本構成示す図、第13図は照明方
向の変形を説明するための図、第14図は第12図の装置の
変形例の構成を示す図、第15図はスペクトル面でヘテロ
ダイ検波する振幅像検出装置において画像処理を導入し
たときの像再現原理を説明するための図、第16図は像面
でヘテロダイ検波する振幅像検出装置の基本構成示す図
である。 1……レーザー、2……1次元又は2次元検出器、3…
…バンドパスフィルター、4……表示装置、5……計算
器、7……空間フィルター、10……高指向性光学系、S
……試料、N……散乱体、I……照明光、I′、I1′、
I2′……局発光、HM、HM1、HM2……ハーフミラー、L、
L1、L2……凸レンズ、D、D1、D2……検出器、P……ピ
ンホール、BS……ビームスプリッター、BE、BE1、BE2…
…ビーム拡大器、M1、M2……ミラー、AO……周波数シフ
ター、PO……偏光器、DO……単位検出素子、ML……マイ
クロレンズ、BC1、BC2……ビーム縮小器、F……スペク
トル面
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining a hetero-die detection light-receiving system for detecting the amplitude intensity of a sample using parallel illumination light, and FIG. 2 is a diagram illustrating the amplitude intensity of the sample using condensed illumination light. FIG. 3 is a diagram for explaining a hetero-die detection light-receiving system for detection, FIG. 3 is a diagram for explaining a hetero-die detection light-receiving system for detecting the amplitude intensity of a sample using expanded parallel illumination light, and FIG. 4 is one-dimensional or two-dimensional. FIG. 5 is a diagram showing a basic arrangement of a hetero dye detection light receiving system for detecting an amplitude image of a sample using a dimensional detector, FIG. 5 is a diagram showing a modification of FIG. 4, and FIG. 6 is a diagram showing the principle shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an apparatus embodying the present invention, FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a device modified so as to enlarge the amplitude image obtained in the device of FIG. 6, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an image obtained by deforming an amplitude image to be reduced, The figure shows the configuration of a device modified to detect the amplitude distribution of components other than straight light, and FIG. 10 shows the case where the amplitude of coherent light from the focal point of the illumination light has direction dependency. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a device modified so that dependency can be detected,
The figure is a schematic diagram for explaining the spectrum appearing on the rear focal plane of the lens, FIG. 12 is a diagram showing the basic configuration of an amplitude image detecting device for hetero-dy detection on the spectrum surface, and FIG. 13 is for explaining the deformation of the illumination direction. FIG. 14 is a view showing a configuration of a modification of the apparatus of FIG. 12, and FIG. 15 is a view for explaining an image reproduction principle when image processing is introduced in an amplitude image detection apparatus for hetero-dy detection on a spectrum plane. FIG. 16 is a diagram showing a basic configuration of an amplitude image detecting apparatus for performing hetero-dy detection on an image plane. 1 ... laser, 2 ... one-dimensional or two-dimensional detector, 3 ...
... band pass filter, 4 ... display device, 5 ... calculator, 7 ... spatial filter, 10 ... high directivity optical system, S
... sample, N ... scatterer, I ... illumination light, I ', I1',
I2 ': Local light, HM, HM1, HM2: Half mirror, L,
L1, L2: convex lens, D, D1, D2: detector, P: pinhole, BS: beam splitter, BE, BE1, BE2 ...
… Beam expander, M1, M2… Mirror, AO… Frequency shifter, PO… Polarizer, DO… Unit detection element, ML… Micro lens, BC1, BC2… Beam reducer, F… Spectrum surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲場 文男 宮城県仙台市太白区八木山南1―13―1 (56)参考文献 特開 昭58−140338(JP,A) 特開 昭62−263427(JP,A) 特開 平2−110346(JP,A) 特開 平2−110348(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 A61B 10/00 JOIS──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Fumio Inaba 1-13-1 Minami Yagiyama, Taishiro-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (56) References JP-A-58-140338 (JP, A) JP-A-62-263427 ( JP, A) JP-A-2-110346 (JP, A) JP-A-2-110348 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 21/00-21/01 G01N 21/17-21/61 A61B 10/00 JOIS

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コヒーレント光を試料に照射し、その透過
光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレン
ト光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振
幅像を検出する装置であって、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレン
ト光とを合成して、合成光束断面における1次元又は2
次元方向のビート成分を検出することにより、試料の振
幅像を求めるように構成したヘテロダイン検波受光系を
用いた振幅像の検出装置において、 試料を透過した光束の断面全面において参照コヒーレン
ト光と透過光とを合成し、その合成光束断面内に1次元
又は2次元配列の光検出素子アレイを配置して各光検出
素子により対応する光検出素子位置のビート成分を検出
することにより、試料の振幅像を求めるように構成した
ことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を用いた振幅
像の検出装置。
An apparatus for irradiating a sample with coherent light, combining the transmitted light with reference coherent light having a different frequency from that of the coherent light, and detecting an amplitude image of the sample by optical heterodyne detection, comprising: The entire surface is irradiated with uniform parallel coherent light, the transmitted light of the sample and the reference coherent light are combined, and one-dimensional or two-dimensional
In an amplitude image detecting apparatus using a heterodyne detection light receiving system configured to obtain an amplitude image of a sample by detecting a beat component in a dimensional direction, the reference coherent light and the transmitted light are transmitted over the entire cross section of the light beam transmitted through the sample. And a one-dimensional or two-dimensional array of photodetector elements arranged in the cross section of the synthesized light beam, and a beat component at the corresponding photodetector element position is detected by each of the photodetector elements, thereby obtaining an amplitude image of the sample. An amplitude image detection apparatus using a heterodyne detection light receiving system, wherein the amplitude image is detected.
【請求項2】前記合成光束断面を小領域に分割し、各分
割領域に集光レンズを配置し、各集光レンズの集光位置
に前記光検出素子アレイの各光検出素子を配置して各光
検出素子により対応する各分割領域のビート成分を検出
することにより、試料の振幅像を求めるように構成した
ことを特徴とする請求項1記載のヘテロダイン検波受光
系を用いた振幅像の検出装置。
2. A method according to claim 1, wherein the cross section of the combined light beam is divided into small areas, a condenser lens is arranged in each divided area, and each light detection element of the light detection element array is arranged at a light condensing position of each condenser lens. 2. The amplitude image detection using a heterodyne detection light receiving system according to claim 1, wherein the amplitude component of the sample is obtained by detecting the beat component of each corresponding divided region by each light detection element. apparatus.
【請求項3】コヒーレント光を試料に照射し、その透過
光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレン
ト光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振
幅像を検出する装置において、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射し、試料の透過光の振幅分布をフー
リエ変換するフーリエ変換光学系を配置し、そのスペク
トル面において参照コヒーレント光と透過光の振幅分布
のスペクトルとを合成して、スペクトル面における1次
元又は2次元方向のビート成分を検出することにより、
試料の振幅像を求めるように構成したことを特徴とする
ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像の検出装置。
3. An apparatus for irradiating a sample with coherent light, combining the transmitted light with reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and detecting an amplitude image of the sample by optical heterodyne detection. A uniform parallel coherent light is irradiated, a Fourier transform optical system for Fourier transforming the amplitude distribution of the transmitted light of the sample is arranged, and the reference coherent light and the amplitude distribution spectrum of the transmitted light are combined on the spectrum surface, and the spectrum is synthesized. By detecting the one-dimensional or two-dimensional beat component on the surface,
An amplitude image detection apparatus using a heterodyne detection light receiving system, wherein the amplitude image detection apparatus is configured to obtain an amplitude image of a sample.
【請求項4】スペクトル面全面において参照コヒーレン
ト光と透過光の振幅分布のスペクトルとを合成して、合
成光束断面の1次元又は2次元方向のビート成分を検出
することにより、試料の振幅像を求めるように構成した
ことを特徴とする請求項3記載のヘテロダイン検波受光
系を用いた振幅像の検出装置。
4. An amplitude image of a sample is synthesized by synthesizing a reference coherent light and a spectrum of an amplitude distribution of transmitted light over the entire spectrum surface and detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component of a cross section of the synthesized light beam. 4. An amplitude image detecting apparatus using a heterodyne detection light-receiving system according to claim 3, wherein the amplitude image is detected.
【請求項5】スペクトル面の一部の位置で参照コヒーレ
ント光と透過光の振幅分布のスペクトルとを合成して、
その合成光のビート成分を検出することにより、合成し
た位置に対応するスペクトル成分を検出するように構成
し、前記合成位置をスペクトル面内で走査することによ
り、試料の振幅像を求めるように構成したことを特徴と
する請求項3記載のヘテロダイン検波受光系を用いた振
幅像の検出装置。
5. A method of combining a reference coherent light and a spectrum of a transmitted light amplitude distribution at a part of a spectral plane,
It is configured to detect a spectral component corresponding to a synthesized position by detecting a beat component of the synthesized light, and to scan an amplitude image of a sample by scanning the synthesized position in a spectrum plane. An apparatus for detecting an amplitude image using a heterodyne detection light receiving system according to claim 3.
【請求項6】スペクトル面に空間フィルターを配置し該
空間フィルターを通過した合成光束の1次元又は2次元
方向のビート成分を検出することにより、試料の振幅像
を求めるように構成したことを特徴とする請求項3から
5の何れか1項記載のヘテロダイン検波受光系を用いた
振幅像の検出装置。
6. An amplitude image of a sample is obtained by arranging a spatial filter on a spectrum surface and detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component of a combined light beam passing through the spatial filter. An amplitude image detecting apparatus using the heterodyne detection light receiving system according to any one of claims 3 to 5.
【請求項7】スペクトル面における1次元又は2次元方
向のビート成分を検出し、検出されたスペクトル成分毎
にフィルタリング処理を施すように構成したことを特徴
とする請求項3から5の何れか1項記載のヘテロダイン
検波受光系を用いた振幅像の検出装置。
7. The apparatus according to claim 3, wherein a beat component in a one-dimensional or two-dimensional direction on a spectral plane is detected, and filtering processing is performed for each detected spectral component. An amplitude image detection apparatus using the heterodyne detection light receiving system described in the above item.
【請求項8】コヒーレント光を試料に照射し、その透過
光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレン
ト光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振
幅像を検出する装置において、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射するように構成し、試料の透過光の
振幅分布をフーリエ変換する第1のフーリエ変換光学系
と、そのスペクトル面における分布をさらにフーリエ変
換する第2のフーリエ変換光学系とを配置し、第2のフ
ーリエ変換光学系の変換面において参照コヒーレント光
と再変換光とを合成して、第2のフーリエ変換光学系の
変換面における1次元又は2次元方向のビート成分を検
出することにより、試料の振幅像を求めるように構成し
たことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を用いた振
幅像の検出装置。
8. An apparatus for irradiating a sample with coherent light, combining the transmitted light with the reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and detecting an amplitude image of the sample by optical heterodyne detection. A first Fourier transform optical system configured to irradiate uniform parallel coherent light and Fourier-transformed the amplitude distribution of the transmitted light of the sample, and a second Fourier transform optical system configured to further Fourier-transform the distribution on its spectral plane And the reference coherent light and the re-converted light are combined on the conversion surface of the second Fourier transform optical system, and the one-dimensional or two-dimensional beat component on the conversion surface of the second Fourier transform optical system is calculated. An amplitude image detecting apparatus using a heterodyne detection light receiving system, wherein an amplitude image of a sample is obtained by detecting.
【請求項9】スペクトル面に空間フィルターを配置し、
該空間フィルターを通過した光と参照コヒーレント光と
の1次元又は2次元方向のビート成分を検出することに
より、試料の振幅像を求めるように構成したことを特徴
とする請求項8記載のヘテロダイン検波受光系を用いた
振幅像の検出装置。
9. A spatial filter arranged on a spectral plane,
9. The heterodyne detection system according to claim 8, wherein an amplitude image of the sample is obtained by detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component between the light passing through the spatial filter and the reference coherent light. An amplitude image detection device using a light receiving system.
【請求項10】第2のフーリエ変換光学系の変換面全面
において参照コヒーレント光と再変換光とを合成して、
合成光束断面の1次元又は2次元方向のビート成分を検
出することにより、試料の振幅像を求めるように構成し
たことを特徴とする請求項8又は9記載のヘテロダイン
検波受光系を用いた振幅像の検出装置。
10. The reference coherent light and the reconverted light are combined over the entire conversion surface of the second Fourier transform optical system,
10. An amplitude image using the heterodyne detection light receiving system according to claim 8, wherein an amplitude image of the sample is obtained by detecting a one-dimensional or two-dimensional beat component of the cross section of the combined light beam. Detection device.
【請求項11】第2のフーリエ変換光学系の変換面の一
部の位置で参照コヒーレント光と再変換光とを合成し
て、その合成光のビート成分を検出することにより、合
成した位置に対応する試料の振幅透過率を検出するよう
に構成し、前記合成位置を変換面内で走査することによ
り、試料の振幅像を求めるように構成したことを特徴と
する請求項8又は9記載のヘテロダイン検波受光系を用
いた振幅像の検出装置。
11. A combination of reference coherent light and re-converted light at a position on a part of a conversion surface of a second Fourier transform optical system, and detection of a beat component of the combined light to obtain a combined position. 10. The apparatus according to claim 8, wherein the apparatus is configured to detect an amplitude transmittance of a corresponding sample, and to scan an amplitude image of the sample by scanning the combined position in a conversion plane. An amplitude image detection device using a heterodyne detection light receiving system.
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