JP3254465B2 - Photothermal displacement signal detection method and device - Google Patents

Photothermal displacement signal detection method and device

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JP3254465B2
JP3254465B2 JP09449993A JP9449993A JP3254465B2 JP 3254465 B2 JP3254465 B2 JP 3254465B2 JP 09449993 A JP09449993 A JP 09449993A JP 9449993 A JP9449993 A JP 9449993A JP 3254465 B2 JP3254465 B2 JP 3254465B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、空間分解能が向上され
た状態で、しかも高速にして試料の表面および内部につ
いての情報が検出され得る光熱変位信号検出方法とその
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photothermal displacement signal detection method and apparatus capable of detecting information on the surface and the inside of a sample at a high speed with improved spatial resolution.

【0002】[0002]

【従来の技術】光音響効果(Photoacoustic Effect)は
1881年に、チンダル(Tyndall)やベル(Bell)、
レントゲン(Rentogen)等によって発見された。光音響
効果とは、図17に示すように、予め強度変調された光
(断続光)19が励起光として、レンズ5を介し集光さ
れた状態で試料7表面上に照射される場合には、光吸収
領域(Vop)21において熱が周期的に発生した上、熱
拡散長(μs )22で与えられる熱拡散領域(Vth)2
3内を周期的に拡散され、この熱歪波によって弾性波
(超音波)が発生する現象である。その超音波、即ち、
光音響信号をマイクロホン(音響電気変換器)や圧電素
子、あるいは光干渉計を用い検出した上、励起光の変調
周波数と同期した信号成分を求めることによって、試料
7の表面およびその内部での情報が得られるものとなっ
ている。因みに、熱拡散長(μs )22は、励起光19
の変調周波数をfL として、試料7の熱伝導率k、密度
ρおよび比熱cより、以下の数式1として与えられるも
のとなっている。
2. Description of the Related Art The photoacoustic effect was created in 1881 by Tyndall, Bell,
Discovered by Rentogen and others. The photoacoustic effect means that, as shown in FIG. 17, light (intermittent light) 19 whose intensity has been modulated in advance is irradiated as excitation light onto the surface of the sample 7 while being condensed via the lens 5. , Heat is periodically generated in the light absorption region (V op ) 21, and the heat diffusion region (V th ) 2 given by the heat diffusion length (μ s ) 22
3 is a phenomenon that elastic waves (ultrasonic waves) are periodically generated by the thermal strain waves. The ultrasound,
By detecting a photoacoustic signal using a microphone (acoustoelectric transducer), a piezoelectric element, or an optical interferometer, and obtaining a signal component synchronized with the modulation frequency of the excitation light, information on the surface of the sample 7 and the inside thereof is obtained. Is obtained. Incidentally, the thermal diffusion length (μ s ) 22 depends on the excitation light 19.
Is given by the following formula 1 from the thermal conductivity k, the density ρ, and the specific heat c of the sample 7 where f L is the modulation frequency.

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】なお、光音響信号の検出方法に関しては、
例えば文献「光音響顕微鏡について」(非破壊検査;第
36巻第10号,頁730〜736(昭和62年10
月))や、「アイ・イー・イー・イー 1986 ウルト
ラソニックス・シンポジウム;頁515〜526(19
86年)(IEEE 1986 ULTRASONICS
SYMPOSIUM;p.515〜526(198
6)」において論じられている。
[0004] Regarding the method of detecting a photoacoustic signal,
For example, the document “Photoacoustic microscope” (Non-destructive inspection; Vol. 36, No. 10, pp. 730-736 (October 1987)
Mon)) and “IEE 1986 Ultrasonics Symposium; pp. 515-526 (19)
1986) (IEEE 1986 ULTRASONICS)
SYMPOSUM; p. 515-526 (198
6) ".

【0005】ここで、従来技術に係る光音響信号検出装
置について説明すれば、図18はその一例での構成を示
したものである。図示のように、レーザ発振器1からの
平行レーザ光は先ず音響光学変調素子(AO変調器)2
で強度変調されることで、断続光として得られるものと
なっている、この断続光は励起光として、ビームエキス
パンダ3を介し所望のビーム径の平行レーザ光19とさ
れた後、ハーフミラー4で反射され、更にレンズ5で集
光された状態で、XYステージ6上に載置されている試
料7表面上に照射されるものとなっている。この結果、
試料7上の集光部21から生じた熱歪波により超音波が
発生し、同時に試料7表面には微小変位が生じるが、例
えばこの微小変位は、以下に述べるマイケルソン干渉計
で検出可とされているものである。図示のように、レー
ザ発振器8からの平行レーザ光はビームエキスパンダ9
を介し所望のビーム径拡大平行レーザ光20とされた
後、ハーフミラー10で2つの光路に分岐され、一方は
プローブ光24としてレンズ5を介し集光された状態で
試料7上の集光部21に照射される一方では、他方は参
照ミラー11に照射されるものとなっている。試料7か
らの、プローブ光24に対する反射光と、参照ミラー1
1からの反射光とはハーフミラー10上で互いに干渉す
るが、その干渉光がレンズ12を介し集光された状態で
ホトダイオード等の光電変換素子13で検出されること
で、干渉強度信号として得られるものである。その後、
その干渉強度信号はプリアンプ14を介しロックインア
ンプ16で、音響光学変調素子2の駆動に用いる発振器
15からの強度変調周波数信号を参照信号として、干渉
強度信号に含まれている強度変調周波数成分だけが抽出
されるものとなっている。この強度変調周波数成分にそ
の周波数に応じた、試料7の表面、あるいは内部での情
報が含まれているものである。その際、計算機17によ
り強度変調周波数を変更することによっては、熱拡散長
(μs )21もそれに応じて変更され得ることから、試
料7についての様々な深さでの情報が得られるものであ
る。もしも、熱拡散領域(Vth)23内にクラック等の
欠陥があれば、干渉強度信号中の強度変調周波数成分の
振幅と、変調周波数信号に対する位相が変化することか
ら、その存在が知れるものである。
Here, a photoacoustic signal detecting apparatus according to the prior art will be described. FIG. 18 shows an example of the configuration. As shown in the figure, a parallel laser beam from a laser oscillator 1 firstly receives an acousto-optic modulator (AO modulator) 2
The intermittent light is obtained as an intermittent light by the intensity modulation by the laser beam. The intermittent light is converted into a parallel laser beam 19 having a desired beam diameter via the beam expander 3 as the excitation light. In the state where the light is reflected by the lens 5 and further condensed by the lens 5, the light is irradiated onto the surface of the sample 7 placed on the XY stage 6. As a result,
Ultrasonic waves are generated by the thermostrictive wave generated from the condensing section 21 on the sample 7, and at the same time, a minute displacement is generated on the surface of the sample 7. For example, this minute displacement is detected by a Michelson interferometer described below. Is what is being done. As shown, the parallel laser light from the laser oscillator 8 is applied to a beam expander 9.
The laser beam 20 is made into a desired beam diameter enlarged parallel laser beam 20 through the laser beam, then split into two optical paths by a half mirror 10, one of which is condensed as a probe beam 24 via a lens 5, and condensed on a sample 7. One is irradiated to the reference mirror 11 while the other is irradiated to the reference mirror 11. The reflected light from the sample 7 with respect to the probe light 24 and the reference mirror 1
The reflected light from the light source 1 interferes with each other on the half mirror 10, and the interference light is detected by a photoelectric conversion element 13 such as a photodiode in a state where the interference light is condensed via a lens 12, thereby obtaining an interference intensity signal. It is something that can be done. afterwards,
The interference intensity signal is supplied to the lock-in amplifier 16 via the preamplifier 14, and only the intensity modulation frequency component included in the interference intensity signal is used as an intensity modulation frequency signal from the oscillator 15 used for driving the acousto-optic modulator 2. Is to be extracted. This intensity modulation frequency component contains information on the surface or inside of the sample 7 corresponding to the frequency. At this time, by changing the intensity modulation frequency by the computer 17, the heat diffusion length (μ s ) 21 can be changed accordingly, so that information on the sample 7 at various depths can be obtained. is there. If there is a defect such as a crack in the heat diffusion region (V th ) 23, the presence of the defect is known because the amplitude of the intensity modulation frequency component in the interference intensity signal and the phase with respect to the modulation frequency signal change. is there.

【0006】さて、試料7上でのレーザ光照射位置はX
Yステージ6を介し計算機17によって更新可として制
御され、また、計算機17では実レーザ光照射位置はX
Yステージ6からの位置検出信号より知れるが、試料7
にレーザ光が照射される度に、ロックインアンプ16か
らの強度変調周波数成分を実レーザ光照射位置に対応づ
けて計算機17で処理するようにすれば、試料7上の実
レーザ光照射位置各々における光音響信号がモニタテレ
ビジョン等の表示器18に2次元画像情報として表示さ
れ得るものである。
The irradiation position of the laser beam on the sample 7 is X
The computer 17 controls the update via the Y stage 6 so that it can be updated.
Although known from the position detection signal from the Y stage 6, the sample 7
When the computer 17 processes the intensity-modulated frequency component from the lock-in amplifier 16 in correspondence with the actual laser light irradiation position each time the laser light is irradiated on the sample 7, Can be displayed as two-dimensional image information on a display 18 such as a monitor television.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に光干
渉計を用いた光音響検出光学系によって、試料の2次元
内部情報を得ようとする場合には、光音響効果を発生さ
せるための励起光と、光音響効果によって生じた試料表
面の微小変位を検出するためのプローブ光とによって、
試料上はそれぞれ相対的に2次元的に走査される必要が
あるものとなっている。しかしながら、この2次元走査
は1点ずつ情報を検出していくポイント走査であり、試
料の全面について走査する場合には、多くの時間が要さ
れるものとなっている。実に、この不具合が、これまで
光音響検出技術を生産ラインにおける試料内部欠陥検査
に適用し得ない理由とされていたものである。
Generally, when two-dimensional internal information of a sample is to be obtained by a photoacoustic detection optical system using an optical interferometer, an excitation light for generating a photoacoustic effect is required. And the probe light for detecting the minute displacement of the sample surface caused by the photoacoustic effect,
The sample must be relatively two-dimensionally scanned on each sample. However, this two-dimensional scanning is a point scanning in which information is detected one point at a time, and it takes much time to scan the entire surface of the sample. Indeed, this inconvenience has been the reason why photoacoustic detection technology cannot be applied to inspection of defects inside a sample in a production line.

【0008】さて、光音響信号を高速に検出するために
は、励起光およびプローブ光をシートビーム(線状スポ
ット光として定義)として構成した上、CCD1次元セ
ンサ等の固体撮像素子を検出器として用いることが考え
られる。これによる場合、1点ずつ情報を検出するポイ
ント走査に比し、高速に光音響信号を検出する上で極め
て有効ではあるが、その反面、1次元センサの長手方向
での解像度が劣化されるものとなっており、これがため
に、試料の内部情報を高分解能に、しかも安定に検出す
ることが困難となっているのが現状である。
In order to detect a photoacoustic signal at high speed, excitation light and probe light are formed as sheet beams (defined as linear spot light), and a solid-state image sensor such as a CCD one-dimensional sensor is used as a detector. It can be used. In this case, it is extremely effective in detecting a photoacoustic signal at high speed as compared with point scanning in which information is detected one by one, but on the other hand, the resolution in the longitudinal direction of the one-dimensional sensor is deteriorated. This makes it difficult to detect the internal information of the sample with high resolution and stably at present.

【0009】この事情をより詳細に説明すれば、例えば
図19に示すように、試料347の内部情報として、試
料347の熱的性質、即ち、熱的インピーダンスが左右
で異なり、左側部分332が右側部分333に比し熱的
インピーダンスが低い場合を想定する。これからも判る
ように、ポイント走査の場合には、励起光19の照射と
これのx方向への移動に伴い、励起光19照射位置各々
における熱拡散領域23に存在する熱的インピーダンス
の分布によって熱歪波の振幅と位相が変化し、その変化
が試料347表面での微小変位として現れるが、この微
小変位を干渉計のプローブ光24で干渉強度信号として
検出したものが光音響信号である。したがって、励起光
19照射位置各々で得られる光音響信号は、熱拡散領域
23内の熱的インピーダンス情報を積分したものとな
る。これら励起光19照射位置各々における光音響信号
が熱拡散領域23内の情報であるとして、光音響画像が
構成されるわけであるが、この熱拡散領域23での積分
効果によって、試料347の境界位置での光音響信号も
平滑化されるというものである。図18には光音響画像
のx方向での振幅分布432が併せて示されているが、
上記積分効果によって試料347の熱的インピーダンス
境界位置での光音響信号は比較的緩やかに変化してお
り、平滑化されていることが判る。一方、図20に示す
ように、励起光46およびプローブ光145が、x方向
にある大きさの幅をもち、y方向には収束されたシート
ビームとして構成されている場合に、励起光46が試料
347上に左側部分332と右側部分333に跨がる状
態で照射された場合には、光吸収領域105は左側部分
332と右側部分333に跨がったものとなり、したが
って、熱拡散領域106もそのシートビーム長手方向に
広がることは明らかである。既述したように、励起光4
6照射位置、即ち、シートビーム内の任意の励起光46
照射点における光音響信号は熱拡散領域106内の熱的
インピーダンス情報が積分されたものとなるため、得ら
れる光音響画像はセンサ長手方向に解像度が大幅に劣化
された、いわゆるぼけた画像として得られるものとなっ
ている。この現象は図19に検出光音響画像のx方向で
の振幅分布433として併せて示されているが、その振
幅分布433は図18に示した振幅分布(図19では破
線表示)432に比し大幅に平滑化されており、したが
って、その分、センサ長手方向での解像度が劣化されて
いることが判る。
To explain this situation in more detail, for example, as shown in FIG. 19, as the internal information of the sample 347, the thermal property of the sample 347, that is, the thermal impedance is different between the left and right, and the left portion 332 is It is assumed that the thermal impedance is lower than that of the portion 333. As can be seen from the above, in the case of the point scanning, the irradiation of the excitation light 19 and the movement of the excitation light 19 in the x direction cause the distribution of the thermal impedance existing in the thermal diffusion region 23 at each irradiation position of the excitation light 19. The amplitude and the phase of the distorted wave change, and the change appears as a minute displacement on the surface of the sample 347. A photoacoustic signal is obtained by detecting the minute displacement as an interference intensity signal with the probe light 24 of the interferometer. Therefore, the photoacoustic signal obtained at each irradiation position of the excitation light 19 is obtained by integrating the thermal impedance information in the heat diffusion region 23. A photoacoustic image is constructed on the assumption that the photoacoustic signal at each of the irradiation positions of the excitation light 19 is information in the heat diffusion region 23. The integration effect in the heat diffusion region 23 causes the boundary of the sample 347 to be formed. The photoacoustic signal at the position is also smoothed. FIG. 18 also shows the amplitude distribution 432 of the photoacoustic image in the x direction,
It can be seen that the photoacoustic signal at the thermal impedance boundary position of the sample 347 changes relatively gently and is smoothed due to the integration effect. On the other hand, as shown in FIG. 20, when the excitation light 46 and the probe light 145 have a certain width in the x direction and are configured as a sheet beam converged in the y direction, the excitation light 46 When the sample 347 is irradiated while straddling the left portion 332 and the right portion 333, the light absorption region 105 is straddling the left portion 332 and the right portion 333, and therefore, the heat diffusion region 106 It is clear that the sheet also spreads in the longitudinal direction of the sheet beam. As described above, the excitation light 4
6 irradiation position, that is, any excitation light 46 in the sheet beam
Since the photoacoustic signal at the irradiation point is obtained by integrating the thermal impedance information in the thermal diffusion region 106, the obtained photoacoustic image is obtained as a so-called blurred image in which the resolution is significantly deteriorated in the longitudinal direction of the sensor. It is something that can be done. This phenomenon is also shown in FIG. 19 as the amplitude distribution 433 in the x direction of the detected photoacoustic image, and the amplitude distribution 433 is different from the amplitude distribution 432 shown in FIG. It can be seen that the image is greatly smoothed, and the resolution in the longitudinal direction of the sensor is accordingly deteriorated.

【0010】本発明の目的は、空間分解能が向上された
状態で、しかも高速、安定にして試料の表面および内部
についての情報が検出され得る光熱変位信号検出方法と
その装置を供するにある。
An object of the present invention is to provide a photothermal displacement signal detection method and apparatus capable of detecting information on the surface and the inside of a sample at high speed and in a stable manner with improved spatial resolution.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、基本的に
は、所望の強度変調周波数で強度変調された光を第1の
方向に移動する試料表面上に該試料が移動する第1の
方向に対して直角な方向に直線状に形成した第1の直線
状スポット光の状態として集光照射し、該第1の直線状
スポット光照射領域の表面、あるいは内部に光音響効
果、あるいは光熱効果を発生させると同時に、上記第1
直線状スポット光照射領域に第2の直線状スポット光
を照射し、該第2の直線状スポット光による上記第1の
直線状スポット光照射領域からの反射光参照光と干渉
させて干渉光を形成し、該干渉光を上記試料表面と共役
な関係にある位置で一次元光電変換素子アレイセンサに
より検出し、該検出された干渉光強度信号から上記
1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記強度変調
周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検出し、該
微小熱膨張変位にもとづき光熱変位画像が得られるに際
しては、該光熱変位画像に対しては画像処理が所定に施
されることによって、画像上での空間分解能の劣化が修
復された2次元の空間分解能を有する状態として得るこ
とで達成される。また、装置構成としては、第1の光源
と、該第1の光源からの光を所望の強度変調周波数で強
度変調する強度変調手段と、試料を載置して少なくとも
1方向に移動可能なテーブル手段と、上記強度変調され
た光を上記テーブル手段により1方向に移動する試料
表面上に該試料が移動する第1の方向に対して直角な方
向に直線状に形成した第1の直線状スポット光の状態と
して集光照射することによって該第1の直線状スポット
光照射領域の表面、あるいは内部に光音響効果、あるい
は光熱効果を発生させる励起手段と、第2の光源と、該
第2の光源からの光を上記第1の直線状スポット光照射
領域に第2の直線状スポット光の状態として集光照射し
た上、該第1の直線状スポット光照射領域からの上記第
2の直線状スポット光の照射による反射光と上記第2の
光源からの光から作成した参照光とを干渉させる光干渉
手段と、該光干渉手段からの干渉光を上記試料表面と共
役な関係にある位置で検出する一次元光電変換素子アレ
イセンサとしての干渉光検出手段と、該干渉光検出手段
からの干渉光強度信号から上記第1の直線状スポット光
照射領域にて生じた上記強度変調周波数と同一周波数成
分の微小熱膨張変位を検出して該検出した微小熱膨張変
位にもとづき2次元の空間分解能を有する光熱変位画像
を構成する画像構成手段と、該画像構成手段からの光熱
変位画像に対し画像処理を所定に施すことによって画像
上での空間分解能の劣化を修復する分解能劣化修復手段
と、該分解能劣化修復手段からの劣化修復済みの2次元
の空間分解能を有する光熱変位画像より試料の表面およ
び内部についての2次元の情報を検出する情報検出手段
と、を含むべく構成することで達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is basically to provide a light intensity-modulated at a desired intensity modulation frequency by a first light .
A first movement of the sample on the surface of the sample moving in the first direction;
First focusing irradiated as the state of the linear spot light, said first linear spot light surface of the irradiated region or inside the photoacoustic effect, which is linearly formed in a direction perpendicular to the direction or photothermal, and at the same time generating effect, the first
A second linear spot light irradiating linearly spot light irradiation region, and the reference light reflected from the said by the second linear spot light first <br/> linear spot light irradiation area interference
To form an interference light, the interference light is detected by a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor at a position conjugate with the sample surface, and the intensity signal of the detected interference light is used to detect the interference light .
When detecting a minute thermal expansion displacement of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the linear spot light irradiation area of 1 and obtaining a photothermal displacement image based on the minute thermal expansion displacement, On the other hand, by performing image processing in a predetermined manner, the deterioration of the spatial resolution on the image is obtained as a state having the restored two-dimensional spatial resolution . Further, as the apparatus configuration, a first light source, intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency, and at least a sample mounted thereon
A movable table means in one direction, the direction which perpendicular to the first direction the sample is moved over <br/> surface of the sample to be moved in one direction by the table means the intensity-modulated light
Excitation that generates a photoacoustic effect or a photothermal effect on the surface or inside the first linear spot light irradiation area by condensing and irradiating the first linear spot light in the state of being linearly formed in the first direction . means and, a second light source, on the focused irradiation light from the second light source as the state of the second linear spot light to the first linear spot light irradiation region, wherein said first straight line from Jo spot light irradiation area and the second linear spot light irradiated by the reflected light and the second of
A light interference unit that interferes with reference light generated from light from the light source , and interference as a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor that detects the interference light from the light interference unit at a position conjugate with the sample surface. a light detecting means detects a small thermal expansion displacement of the intensity modulation frequency and the same frequency components generated from the interference light intensity signal from the interference light detecting means in said first linear spot light irradiation region said detected Image forming means for forming a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution based on the obtained minute thermal expansion displacement, and spatially resolving the image by performing predetermined image processing on the photothermal displacement image from the image forming means. Resolution degradation repairing means for repairing the degradation of the image, and two-dimensional degradation-repaired from the resolution degradation repairing means
Information detecting means for detecting two-dimensional information on the surface and inside of the sample from a photothermal displacement image having a spatial resolution of

【0012】[0012]

【作用】要は、光音響信号(光熱変位画像)を高速に検
出すべく、励起光およびプローブ光にシートビームを用
い、また、干渉光検出にCCD1次元センサ等を用いる
ようにしたものである。その際、1次元センサ長手方向
での解像度が劣化されるが、この解像度劣化が画像処理
によって修復されるべく考慮されたものである。即ち、
検出された干渉光強度信号から、直線状スポット光照射
領域にて生じた、強度変調周波数と同一周波数成分の微
小熱膨張変位を検出した上、この微小熱膨張変位にもと
づき光熱変位画像が得られるに際して、その光熱変位画
像に対しては画像処理が所定に施されることによって、
その光熱変位画像が画像上での空間分解能の劣化が修復
された状態として得られるようにしたものである。しか
も、空間分解能が劣化されている光熱変位画像は各種修
復方法によって、その劣化が修復されているものであ
る。
In essence, in order to detect a photoacoustic signal (photothermal displacement image) at high speed, a sheet beam is used for excitation light and probe light, and a CCD one-dimensional sensor or the like is used for interference light detection. . At this time, the resolution in the longitudinal direction of the one-dimensional sensor is deteriorated, and this resolution deterioration is considered to be restored by image processing. That is,
From the detected interference light intensity signal, a small thermal expansion displacement having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the linear spot light irradiation area is detected, and a photothermal displacement image is obtained based on the small thermal expansion displacement. At that time, the photothermal displacement image is subjected to predetermined image processing,
The photothermal displacement image is obtained as a state in which the deterioration of the spatial resolution on the image has been restored. Moreover, the photothermal displacement image whose spatial resolution has been deteriorated has its deterioration restored by various restoration methods.

【0013】[0013]

【実施例】本発明を図1から図16により説明する。先
ず本発明による光熱変位信号検出装置について説明すれ
ば、図2はその一例での構成を示したものである。これ
による場合、その光熱変位信号検出装置は、励起光学系
201、光音響信号検出用テロダイン形トワイマン・グ
リーン干渉光学系202および信号処理系203を主構
成要素として構成されたものとなっている。先ず励起光
学系201から説明すれば、Arレーザ31(波長51
5nm)から出射された平行ビーム32は音響光学変調
素子33に入射された上、信号合成器88からの変調信
号によって強度変調されるものとなっている。信号合成
器88では、図3(a)に示す発振器86からの周波数
C0の正弦波信号98と、図3(b)に示す発振器87
からの周波数fL (fL <fC0)の矩形波信号99との
積として、図3(c)に示す変調信号100が作成され
た上、音響光学変調素子33に入力されているものであ
る。その結果、音響光学変調素子33からは、fC0だけ
周波数シフトされた1次回折光35が周波数fL で断続
的に出力される。即ち、音響光学変調素子33からは、
励起光として、fC0だけ周波数シフトされた変調周波数
L の強度変調ビームが得られるものである。因みに、
その際、併せて出力される0次光34は絞り36で遮光
される。さて、音響光学変調素子33からの強度変調ビ
ーム35はその後、ビームスプリッタ37を介しビーム
エキスパンダ38によりそのビーム径が所望に拡大さ
れ、更にシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)39によ
り楕円ビーム40に変換された状態で、ダイクロイック
プリズム(波長600nm以下は反射、600nm以上
は透過)41で対物レンズ42方向に反射されるものと
なっている。その強度変調ビーム35は対物レンズ42
の瞳43、即ち、後側焦点位置44にx方向には集光さ
れた状態として、また、y方向には平行光のままで入射
されるものとなっている。y方向に関しては、シリンド
リカルレンズ39は曲率を持たない単なる板ガラスと見
做せるので、対物レンズ42の後側焦点位置44には平
行光のままで入射されているものである。その結果、図
4(a),(b)に示すように、対物レンズ42の前側
焦点位置、即ち、試料47の表面上には、励起ビームと
して、x方向に幅を持ちy方向に集束された状態の1本
のストライプビーム101が得られるものである。因み
に、ビームスプリッタ37では、強度変調ビーム35の
一部(10%程度)がフィードバック制御用としてビー
ム光49として反射された上、ホトダイオード等の光電
変換素子50で検出された後、増幅回路89を介し発振
器87に送られている。発振器87では、変調信号制御
回路90からの設定周波数fL と、光電変換素子502
からの検出測定周波数fL ’とが比較されており、両者
が一致するように、その発振周波数が微調整されている
ものである。発振器87は、具体的には、いわゆるPL
L(Phase Locked Loop)回路等を以て構成されている
わけである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to FIGS. First, the photothermal displacement signal detecting device according to the present invention will be described. FIG. 2 shows an example of the configuration. In this case, the photothermal displacement signal detection device is configured such that the excitation optical system 201, the telodyne-type Twyman-Green interference optical system 202 for photoacoustic signal detection, and the signal processing system 203 are the main components. First, starting from the excitation optical system 201, the Ar laser 31 (wavelength 51
5 nm) is incident on the acousto-optic modulator 33 and is intensity-modulated by a modulation signal from the signal combiner 88. In the signal synthesizer 88, a sine wave signal 98 having a frequency f C0 from an oscillator 86 shown in FIG. 3A and an oscillator 87 shown in FIG.
A modulation signal 100 shown in FIG. 3C is created as a product of a square wave signal 99 having a frequency f L (f L <f C0 ) from is there. As a result, the first-order diffracted light 35 frequency-shifted by f C0 is output intermittently at the frequency f L from the acousto-optic modulation element 33. That is, from the acousto-optic modulation element 33,
As the excitation light, in which the intensity-modulated beam modulation frequency f L which is frequency shifted by f C0 is obtained. By the way,
At this time, the 0-order light 34 output together is blocked by the stop 36. The beam diameter of the intensity-modulated beam 35 from the acousto-optic modulator 33 is then expanded as desired by a beam expander 38 via a beam splitter 37, and further converted to an elliptical beam 40 by a cylindrical lens (cylindrical lens) 39. In this state, the light is reflected in the direction of the objective lens 42 by a dichroic prism (reflection at a wavelength of 600 nm or less, transmission at a wavelength of 600 nm or more) 41. The intensity modulated beam 35 is
The pupil 43, that is, the rear focal point 44, is focused in the x direction, and is incident as parallel light in the y direction. In the y direction, since the cylindrical lens 39 can be regarded as a mere plate glass having no curvature, the light is incident on the rear focal position 44 of the objective lens 42 as parallel light. As a result, as shown in FIGS. 4A and 4B, on the front focal position of the objective lens 42, that is, on the surface of the sample 47, the excitation beam is focused in the y direction and having a width in the x direction. Thus, one striped beam 101 is obtained. Incidentally, in the beam splitter 37, a part (about 10%) of the intensity-modulated beam 35 is reflected as a beam light 49 for feedback control, and is detected by a photoelectric conversion element 50 such as a photodiode. The signal is sent to the oscillator 87 via the oscillator 87. In the oscillator 87, the set frequency fL from the modulation signal control circuit 90 and the photoelectric conversion element 502
Is compared with the detected measurement frequency fL ', and the oscillation frequency is finely adjusted so that the two coincide with each other. Specifically, the oscillator 87 has a so-called PL
It is configured with an L (Phase Locked Loop) circuit and the like.

【0014】引続き励起光学系201について図4
(a),(b)により詳細に説明すれば、シリンドリカ
ルレンズ39の焦点位置と対物レンズ42の後側焦点位
置44とは一致しており、また、対物レンズ42の前側
焦点位置は試料47の表面と一致している。したがっ
て、図4(a)に示すように、x方向に関して、シリン
ドリカルレンズ39からのビーム40は対物レンズ42
の後側焦点位置44に集光するため、対物レンズ42か
らのビーム46は平行光とされた状態で試料47表面上
に入射されるものとなっている。一方、図4(b)に示
すように、y方向に関しては、シリンドリカルレンズ3
9は曲率を持たない板ガラスと見做せるので、シリンド
リカルレンズ39からのビーム40は対物レンズ42に
平行光の状態で入射されることから、対物レンズ42か
らのビーム46は試料47表面上に集光状態で入射され
るものとなっている。その結果、図5に示すように、試
料47表面上には、励起ビームとして、x方向に幅を持
ちy方向に集束された1本のストライプビーム101が
照射されるものである。今、図5に示すように、中心部
の熱的性質が周辺と比し異なる試料47を考える。試料
47はシリコンウェハ上の中心部103に、Arイオン
を加速エネルギー300keV、電流密度10mA/c
2 の条件下で1015個/cm2 打ち込みパターン形成
したものである。図6はその際での試料47の内部構造
と、励起ビームによって生じた熱拡散領域とを断面とし
て示したものである。ここで、重要な点は、Arイオン
打ち込み領域としての中心部103とそれ以外の非打ち
込み領域102との熱的性質の違いである。例えば励起
光の強度変調周波数fL を88.235kHz として、
既述の数式1にシリコンの熱物性定数、即ち、シリコン
Siの熱伝導率k=168(J・m-1・K-1・s-1)、
密度ρ=2.34(×10g6・m-3)、比熱c=0.7
61(J・g-1・K-1)をその強度変調周波数fL とと
もに代入すれば、非打ち込み領域102における熱拡散
長(μs )は約18μmであるが、Arイオン打ち込み
領域においては非打ち込み領域102に比し熱伝導率が
およそ2〜3桁小さいため、熱拡散長は大幅に小さくな
っている。その結果、図6に示すように、ストライプ状
の励起ビーム101によって形成されたストライプ状の
光吸収領域105においては、与えられた熱が非打ち込
み領域102では大きく拡散しているが、Arイオン打
ち込み領域では小さく拡散するような状態で、熱拡散領
域106が形成されるものである。その結果、図5,図
6に示すように、ストライプ状の励起ビーム101をA
rイオン打ち込み領域を含むように照射すれば、光吸収
領域105に沿って光音響効果、あるいは光熱効果にも
とづいて生じた熱歪波により超音波(熱弾性波)が発生
し、試料47表面には、その内部情報を反映している微
小変位分布(破線表示)110が生じるものとなってい
る。即ち、ストライプ状の励起ビーム101を試料47
表面に照射すれば、試料の2次元内部情報を高速に検出
することが可能となるものである。
FIG. 4 shows the excitation optical system 201.
More specifically, the focal position of the cylindrical lens 39 coincides with the rear focal position 44 of the objective lens 42, and the front focal position of the objective lens 42 is Coincide with the surface. Therefore, as shown in FIG. 4A, in the x direction, the beam 40 from the cylindrical lens 39 is
The beam 46 from the objective lens 42 is incident on the surface of the sample 47 in a state of being made into parallel light in order to condense the light to the rear focal position 44. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the y direction, the cylindrical lens 3
9 can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the beam 40 from the cylindrical lens 39 is incident on the objective lens 42 in a parallel light state, so that the beam 46 from the objective lens 42 is collected on the surface of the sample 47. It is incident in a light state. As a result, as shown in FIG. 5, one stripe beam 101 having a width in the x direction and being focused in the y direction is irradiated as an excitation beam on the surface of the sample 47. Now, as shown in FIG. 5, consider a sample 47 in which the thermal properties at the center are different from those at the periphery. The sample 47 is formed by applying Ar ions to the central portion 103 on a silicon wafer at an acceleration energy of 300 keV and a current density of 10 mA / c.
The pattern was formed by implanting 10 15 / cm 2 under the condition of m 2 . FIG. 6 is a cross-sectional view showing the internal structure of the sample 47 and the thermal diffusion region generated by the excitation beam. Here, an important point is a difference in thermal properties between the central portion 103 as the Ar ion implanted region and the other non-implanted region 102. For example, assuming that the intensity modulation frequency f L of the excitation light is 88.235 kHz,
In Equation 1 described above, the thermophysical constant of silicon, that is, the thermal conductivity of silicon Si, k = 168 (J · m −1 · K −1 · s −1 ),
Density ρ = 2.34 (× 10 g 6 · m −3 ), specific heat c = 0.7
If 61 (J · g −1 · K −1 ) is substituted together with the intensity modulation frequency f L , the thermal diffusion length (μs) in the non-implanted region 102 is about 18 μm, but in the Ar ion implanted region, non-implanted Since the thermal conductivity is approximately two to three orders of magnitude lower than in the region 102, the thermal diffusion length is significantly reduced. As a result, as shown in FIG. 6, in the stripe-shaped light absorption region 105 formed by the stripe-shaped excitation beam 101, the applied heat is largely diffused in the non-implanted region 102, but the Ar ion implantation is performed. The heat diffusion region 106 is formed in such a state that the heat diffusion region 106 is diffused small in the region. As a result, as shown in FIG. 5 and FIG.
If the irradiation is performed so as to include the r ion implantation region, ultrasonic waves (thermoelastic waves) are generated along the light absorption region 105 due to the photoacoustic effect or the thermostrictive wave generated based on the photothermal effect, and the ultrasonic wave is generated on the surface of the sample 47. Indicates that a minute displacement distribution (indicated by a broken line) 110 reflecting the internal information is generated. That is, the stripe-shaped excitation beam 101 is
By irradiating the surface, it is possible to detect the two-dimensional internal information of the sample at high speed.

【0015】次に、光音響効果にもとづく試料47表面
の微小変位分布110を検出するためのヘテロダイン形
トワイマン・グリーン干渉光学系202について説明す
れば、図2に示すように、He−Neレーザ(波長63
3nm)51から出射される直線偏光ビーム52は、そ
の偏光方向が、図7(a)に示すように、x軸、y軸に
対しそれぞれ45°となる偏光方向111に設定される
ものとなっている(図2の紙面に対し垂直方向をy軸、
それと直交する方向をx軸とする)。その直線偏光ビー
ム52は偏光ビームスプリッタ53に入射されるが、偏
光ビームスプリッタ53では、直線偏光ビーム52のう
ち、図6(a)で112として示されているp偏光成分
54は偏光ビームスプリッタ53をそのまま透過された
上、音響光学変調素子62に入射される一方、図6
(a)で113として示されているs偏光成分55はミ
ラー56方向に反射されるものとなっている。さて、発
振器91からは、図3(a)に示すものと同様な、周波
数fC1の正弦波が変調信号として音響光学変調素子62
に入力されることによって、0次光63が絞り65で遮
光された状態で、fC1だけ周波数シフトされたp偏光の
1次回折光64が得られるものとなっている。このp偏
光の1次回折光64はミラー66で反射された後、偏光
ビームスプリッタ61をそのまま通過されるものとなっ
ている。一方、偏光ビームスプリッタ53で反射された
s偏光成分55はミラー56で反射された後、音響光学
変調素子57に入射された状態で、発振器91から、図
3(a)に示すものと同様な、周波数fC2(fC1
C2)の正弦波を変調信号として変調されるものとなっ
っている。これにより音響光学変調素子57からは、0
次光58が絞り60で遮光された状態で、fC2だけ周波
数シフトされたs偏光の1次回折光59が得られた上、
偏光ビームスプリッタ61で反射されることで、偏光ビ
ームスプリッタ61を通過してきたp偏光の1次回折光
64と合成されるものとなっている。この合成光67は
2周波直交偏光、即ち、図7(b)に偏光方向112,
113として示すように、相互に直交し、かつ互いにf
C1−fC2の周波数差を持った2つのビーム光から構成さ
れているわけである。その合成光67はビームスプリッ
タ68を通過された後、ビームエキスパンダ70により
所望のビーム径に拡大され、更にシリンドリカルレンズ
(円筒レンズ)71により楕円ビームに変換された状態
で、偏光ビームスプリッタ73でp偏光ビーム72とs
偏光ビーム74に分離されるものとなっている。このう
ち、p偏光ビーム72はfC1だけ周波数シフトされてお
りダイクロイックプリズム41を通過された後、対物レ
ンズ42の瞳43、即ち、後側焦点位置44にx方向に
は集光された状態として、また、y方向には平行光のま
まで入射されるものとなっている。y方向に関しては、
シリンドリカルレンズ71は曲率を持たない単なる板ガ
ラスと見做せるので、対物レンズ42の後側焦点位置4
4には平行光のままで入射されているものである。対物
レンズ42から出射されたビームはλ/4板45を通過
後、円偏光ビーム145とされた状態でプローブビーム
145として、図5に示すように、対物レンズ42の前
側焦点位置、即ち、試料47表面上に励起ビーム101
と同一位置に照射されているものである。試料47表面
上では、プローブビーム145はx方向に幅を持ち、y
方向には集束された1本のストライプビーム190とし
て得られるものである。図6に示すように、試料47か
らの反射光は、光音響効果により試料47表面で生じた
微小変位分布110を位相分布情報として持っている
が、試料47からのその反射光はλ/4板45を通過
後、s偏光ビームとされた状態で対物レンズ42を介
し、再び同一光路を経て偏光ビームスプリッタ73でC
CD1次元センサ82方向に反射されるものとなってい
る。
Next, the heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 for detecting the minute displacement distribution 110 on the surface of the sample 47 based on the photoacoustic effect will be described. As shown in FIG. Wavelength 63
The linearly polarized light beam 52 emitted from the (3 nm) 51 has a polarization direction set to a polarization direction 111 of 45 ° with respect to the x-axis and the y-axis as shown in FIG. (The direction perpendicular to the plane of FIG. 2 is the y-axis,
The direction orthogonal to this is the x-axis). The linearly polarized light beam 52 is incident on the polarization beam splitter 53. In the polarization beam splitter 53, of the linearly polarized light beam 52, the p-polarized light component 54 shown as 112 in FIG. 6 as it is and transmitted to the acousto-optic modulation element 62, while FIG.
The s-polarized light component 55 shown as 113 in (a) is reflected in the mirror 56 direction. Now, from the oscillator 91, a sine wave having a frequency f C1 similar to that shown in FIG.
When the zero-order light 63 is blocked by the stop 65, the p-polarized first-order diffracted light 64 frequency-shifted by f C1 is obtained. The p-polarized first-order diffracted light 64 is reflected by the mirror 66 and then passes through the polarization beam splitter 61 as it is. On the other hand, the s-polarized light component 55 reflected by the polarization beam splitter 53 is reflected by a mirror 56 and then incident on an acousto-optic modulation element 57, and is output from an oscillator 91 in the same manner as that shown in FIG. , Frequency f C2 (f C1
f C2 ) is modulated as a modulation signal. Thus, the acousto-optic modulation element 57 outputs 0
In a state where the next light 58 is shielded by the stop 60, the s-polarized first-order diffracted light 59 frequency-shifted by f C2 is obtained.
By being reflected by the polarization beam splitter 61, it is combined with the p-polarized first-order diffracted light 64 that has passed through the polarization beam splitter 61. This combined light 67 is a two-frequency orthogonally polarized light, that is, as shown in FIG.
As shown as 113, mutually orthogonal and f
It is not made up of two light beams having a frequency difference between C1 -f C2. After passing through the beam splitter 68, the combined light 67 is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 70, and further converted to an elliptical beam by a cylindrical lens (cylindrical lens) 71. p-polarized beam 72 and s
It is separated into a polarized beam 74. Of these, the p-polarized beam 72 is frequency-shifted by f C1 , passes through the dichroic prism 41, and is then focused on the pupil 43 of the objective lens 42, that is, the rear focal position 44 in the x direction. In the y direction, the light is incident as parallel light. For the y direction,
Since the cylindrical lens 71 can be regarded as a mere plate glass having no curvature, the rear focal position 4 of the objective lens 42 can be considered.
No. 4 is incident as parallel light. The beam emitted from the objective lens 42, after passing through the λ / 4 plate 45, is converted into a circularly polarized light beam 145 as a probe beam 145, as shown in FIG. Excitation beam 101 on 47 surfaces
And the same position. On the surface of the sample 47, the probe beam 145 has a width in the x direction and y
It is obtained as one striped beam 190 focused in the direction. As shown in FIG. 6, the reflected light from the sample 47 has a small displacement distribution 110 generated on the surface of the sample 47 by the photoacoustic effect as phase distribution information, and the reflected light from the sample 47 is λ / 4. After passing through the plate 45, the s-polarized beam is passed through the objective lens 42, again through the same optical path, and
The light is reflected in the direction of the CD one-dimensional sensor 82.

【0016】一方、偏光ビームスプリッタ73により分
離されたs偏光ビーム74はfC2だけ周波数シフトされ
ており、λ/4板75を通過後は円偏光とされた状態
で、参照ミラー76で反射されるものとなっている。参
照ミラー76からの反射円偏光ビームは再びλ/4板7
5を通過され、p偏光とされた状態で、参照光として偏
光ビームスプリッタ73を通過されるものとなってい
る。さて、図8には、偏光ビームスプリッタ73で反射
された、試料47からの反射光の偏光方向114が、参
照ミラー76からの反射光の偏光方向115とともに示
されているが、両者は互いに直交関係にあるので、この
ままの偏光状態では両者は干渉しないことは明らかであ
る。そこで、結像レンズ78の後に偏光板79を挿入
し、その偏光方向を図8に示す45°方向の偏光方向1
16とすることによって、両反射光の干渉結果として、
B =fC1−fC2のビート周波数を持ったヘテロダイン
干渉光80が得られるものである。このヘテロダイン干
渉光80には、光音響効果により試料47表面で生じた
微小変位のx方向での1次元分布が光位相分布情報とし
て含まれているが、この干渉光80はその中心波長が6
33nmの干渉フィルタ81により迷光が除去された
後、結像レンズ78によりCCD1次元センサ等の蓄積
形固体撮像素子82上に結像されるものとなっている。
蓄積形固体撮像素子82の撮像面と試料47の表面とは
結像関係にあるので、当然のことながら、その撮像面に
は試料47の表面に形成されたプローブビームと同様、
ストライプ状の干渉光が結像されるものである。なお、
ビームスプリッタ68では、2周波直交偏光の合成光6
7の一部(10%程度)が反射されており、この反射ビ
ーム光の両偏光成分は、偏光方向が図8に偏光方向11
6として示すように、45°方向とされた偏光板83に
より互いに干渉し合い干渉光84が発生されるが、その
干渉光84はホトダイオード等の光電変換素子85で検
出されるものとなっている。干渉光84は光電変換素子
85で、fB’=fC1’−fC2’のビート信号として検
出された上、増幅回路92を介しCCD1次元センサ駆
動制御回路93にフィードバック制御用として送られて
いるものである。駆動制御回路93では、計算機96か
らの設定ビート周波数fBと、光電変換素子85で実際
に検出された測定周波数fB’とが比較され、両者が一
致するように、計算機96、変調信号制御回路90を介
し、発振器(PLL(Phase Locked Loop)回路等から
構成)91から出力される正弦波の周波数fC1、あるい
は周波数fC2が微調整されているものである。
On the other hand, the s-polarized beam 74 separated by the polarizing beam splitter 73 is frequency-shifted by f C2 , and after passing through the λ / 4 plate 75, is reflected by the reference mirror 76 in a state of being circularly polarized. It has become something. The reflected circularly polarized beam from the reference mirror 76 is again applied to the λ / 4 plate 7.
5 and p-polarized light is passed through the polarizing beam splitter 73 as reference light. FIG. 8 shows the polarization direction 114 of the reflected light from the sample 47 reflected by the polarization beam splitter 73 together with the polarization direction 115 of the reflected light from the reference mirror 76, but both are orthogonal to each other. It is clear that the two do not interfere with each other in this state of polarization. Therefore, a polarizing plate 79 is inserted after the imaging lens 78, and its polarization direction is changed to the 45 ° polarization direction 1 shown in FIG.
By setting it to 16, as an interference result of both reflected lights,
heterodyne interference light 80 having a beat frequency f B = f C1 -f C2 are those obtained. The heterodyne interference light 80 includes, as optical phase distribution information, a one-dimensional distribution in the x direction of a minute displacement generated on the surface of the sample 47 due to the photoacoustic effect.
After the stray light is removed by an interference filter 81 of 33 nm, an image is formed on an accumulation type solid-state image sensor 82 such as a CCD one-dimensional sensor by an imaging lens 78.
Since the imaging surface of the storage-type solid-state imaging device 82 and the surface of the sample 47 are in an image-forming relationship, it is natural that the imaging surface thereof has the same shape as the probe beam formed on the surface of the sample 47.
The stripe-shaped interference light is imaged. In addition,
In the beam splitter 68, the combined light 6 of the two-frequency orthogonal polarization
7 (about 10%) is reflected, and the polarization direction of both polarization components of the reflected beam light is as shown in FIG.
As shown by reference numeral 6, interference light 84 is generated by interfering with each other by a polarizing plate 83 oriented at 45 °, and the interference light 84 is detected by a photoelectric conversion element 85 such as a photodiode. . The interference light 84 is detected by the photoelectric conversion element 85 as a beat signal of f B ′ = f C1 ′ −f C2 ′, and is sent to the CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93 via the amplifier circuit 92 for feedback control. Is what it is. The drive control circuit 93, and set the beat frequency f B from the computer 96, and the actually detected measured frequency fB 'in the photoelectric conversion element 85 is compared, as they match, the computer 96, the modulation signal control circuit The frequency f C1 or the frequency f C2 of a sine wave output from an oscillator (configured from a PLL (Phase Locked Loop) circuit) 91 via a 90 is finely adjusted.

【0017】ここで、ヘテロダイン形トワイマン・グリ
ーン干渉光学系202についてより詳細に説明すれば、
図4(a),(b)に示すように、励起光学系201と
同様、シリンドリカルレンズ71の焦点位置と対物レン
ズ42の後側焦点位置44とは一致しており、また、対
物レンズ42の前側焦点位置は試料47表面と一致して
いる。したがって、図4(a)に示すように、x方向に
関しては、シリンドリカルレンズ71からのp偏光ビー
ム72は、対物レンズ42の後側焦点位置44で一旦集
光されることから、対物レンズ42から出たビーム14
5は平行光の状態で試料47表面に照射されるものであ
る。一方、図4(b)に示すように、y方向に関して
は、シリンドリカルレンズ71は曲率を持たない単なる
板ガラスと見做せるので、シリンドリカルレンズ71か
らのビーム72は対物レンズ42に平行光の状態で入射
され、対物レンズ42から出たビーム145は試料47
表面上に集光状態で照射されるものとなっている。その
結果、図5に示すように、試料47表面上には、励起ビ
ーム101と同一位置に、励起ビーム101と同様にし
て、x方向に幅を持ちy方向には集束された1本のスト
ライプビーム190が照射されるものである。一方、図
4(a),(b)に示すように、シリンドリカルレンズ
71の焦点位置と参照ミラー76の位置とは一致してい
る。したがって、図4(a)に示すように、x方向に関
して、シリンドリカルレンズ71から出たs偏光ビーム
74は参照ミラー76上で集光し、また、図4(b)に
示すように、y方向に関しては平行光の状態で入射され
るものとなっている。
Here, the heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 will be described in more detail.
As shown in FIGS. 4A and 4B, similarly to the excitation optical system 201, the focal position of the cylindrical lens 71 coincides with the rear focal position 44 of the objective lens 42. The front focal position coincides with the surface of the sample 47. Therefore, as shown in FIG. 4A, in the x direction, the p-polarized beam 72 from the cylindrical lens 71 is once collected at the rear focal position 44 of the objective lens 42, Beam 14
Reference numeral 5 denotes a light beam which is irradiated on the surface of the sample 47 in a parallel light state. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the y direction, since the cylindrical lens 71 can be regarded as a mere plate glass having no curvature, the beam 72 from the cylindrical lens 71 is parallel to the objective lens 42. The beam 145 that is incident and exits from the objective lens 42
The light is irradiated on the surface in a condensed state. As a result, as shown in FIG. 5, on the surface of the sample 47, at the same position as the excitation beam 101, similarly to the excitation beam 101, one stripe having a width in the x direction and focused in the y direction The beam 190 is irradiated. On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 4B, the focal position of the cylindrical lens 71 and the position of the reference mirror 76 match. Therefore, as shown in FIG. 4A, in the x direction, the s-polarized beam 74 emitted from the cylindrical lens 71 is condensed on the reference mirror 76, and as shown in FIG. Is incident in a parallel light state.

【0018】さて、x,y方向におけるヘテロダイン干
渉光学系の干渉光検出については、図9(a),(b)
に示すように、対物レンズ42の前側焦点位置は試料4
7表面と一致しており、また、対物レンズ42の後側焦
点位置44は結像レンズ78の前側焦点位置と一致して
おり、更に結像レンズ78の後側焦点位置はCCD1次
元センサ82の撮像面と一致している。即ち、この光学
系は両テレセントリック結像光学系となっている。した
がって、図9(a)に示すように、x方向に関しては、
試料47表面からの平行反射光は対物レンズ42通過
後、その後側焦点位置44で一旦集束し、結像レンズ7
8通過後に再び平行光となりCCD1次元センサ82に
入射されるものとなっている。一方、図9(b)に示す
ように、y方向に関しては、試料47表面からの発散反
射光は対物レンズ42通過後、平行光となり、結像レン
ズ78通過後はその後側焦点位置、即ち、CCD1次元
センサ82上に集束されるものとなっている。その結
果、CCD1次元センサ82上には、試料47上のプロ
ーブビーム190と同様にして、x方向に幅を持ちy方
向に集束された1本のストライプビームが得られるもの
である。また、図9(a),(b)に示すように、参照
ミラー76の位置と結像レンズ78の前側焦点位置とは
一致している。したがって、図9(a)に示すように、
x方向に関しては、参照ミラー76からの発散反射光は
結像レンズ78通過後に平行光となり、CCD1次元セ
ンサ82に入射され、また、図9(b)に示すように、
y方向に関しては、結像レンズ78通過後にその後側焦
点位置、即ち、CCD1次元センサ82上に集束される
ものとなっている。したがって、試料47からの反射光
と参照ミラー76からの参照光とによって得られるヘテ
ロダイン干渉光は、CCD1次元センサ82上でプロー
ブビーム光72と同じストライプビームとなり、x方向
での1次元光干渉信号が検出されているものである。
FIGS. 9A and 9B show the detection of interference light by the heterodyne interference optical system in the x and y directions.
As shown in the figure, the front focal position of the objective lens 42 is
7, the rear focal position 44 of the objective lens 42 coincides with the front focal position of the imaging lens 78, and the rear focal position of the imaging lens 78 is It matches the imaging plane. That is, this optical system is a double telecentric imaging optical system. Therefore, as shown in FIG.
After passing through the objective lens 42, the parallel reflected light from the surface of the sample 47 is once focused at the rear focal position 44, and
After eight passes, the light becomes parallel light again and is incident on the CCD one-dimensional sensor 82. On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the y direction, the divergent reflected light from the surface of the sample 47 becomes parallel light after passing through the objective lens 42, and after passing through the imaging lens 78, the rear focal position, that is, The light is focused on the CCD one-dimensional sensor 82. As a result, a single stripe beam having a width in the x direction and focused in the y direction is obtained on the CCD one-dimensional sensor 82 in the same manner as the probe beam 190 on the sample 47. Also, as shown in FIGS. 9A and 9B, the position of the reference mirror 76 and the front focal position of the imaging lens 78 match. Therefore, as shown in FIG.
In the x direction, the divergent reflected light from the reference mirror 76 becomes parallel light after passing through the imaging lens 78, enters the CCD one-dimensional sensor 82, and as shown in FIG.
In the y direction, the light is focused on the rear focal point, that is, on the CCD one-dimensional sensor 82 after passing through the imaging lens 78. Therefore, the heterodyne interference light obtained by the reflected light from the sample 47 and the reference light from the reference mirror 76 becomes the same stripe beam as the probe beam light 72 on the CCD one-dimensional sensor 82, and the one-dimensional optical interference signal in the x direction Are detected.

【0019】ここで、CCD1次元センサ82からの出
力信号から、光音響効果にもとづいて生じた試料47表
面の微小変位の振幅および位相を、試料47表面での反
射率分布や凹凸分布による影響を受けることなく、抽出
する方法について説明すれば以下のようである。今、試
料47表面に入射されるプローブビーム光72の波長を
λ、その振幅を1、試料47表面での反射係数をas
参照光路での反射係数をar、試料47表面での凹凸に
よる位相変化を含めたプローブ光の光路と参照光路との
間の光位相差をφ、光音響効果による試料47表面での
微小変位をA、また、強度変調信号に対する位相変化量
をθとすれば、CCD1次元センサ82上の1画素に入
射されるヘテロダイン干渉光Iは数式2として表される
ものとなっている。
Here, from the output signal from the CCD one-dimensional sensor 82, the amplitude and phase of the minute displacement on the surface of the sample 47 generated based on the photoacoustic effect can be determined by the influence of the reflectance distribution and the unevenness distribution on the surface of the sample 47. The method of extraction without receiving is described as follows. Now, the wavelength of the probe beam light 72 incident on the surface of the sample 47 is λ, its amplitude is 1, the reflection coefficient on the surface of the sample 47 is a s ,
The reflection coefficient in the reference optical path is a r , the optical phase difference between the optical path of the probe light including the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47 and the reference optical path is φ, and the minute displacement on the surface of the sample 47 due to the photoacoustic effect. Assuming that A is the phase change amount with respect to the intensity modulation signal and θ is the heterodyne interference light I that is incident on one pixel on the CCD one-dimensional sensor 82, is represented by Expression 2.

【0020】[0020]

【数2】 (Equation 2)

【0021】更に、Aよりλが相当大きいとすれば、数
式2は近似的に数式3の形に改められる。
Further, if λ is considerably larger than A, Equation 2 is approximately changed to Equation 3.

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】ここで、A・cos(2πfLt+θ)が
光音響効果にもとづいて生じた試料47表面での微小変
位の複素振幅を表す項である。また、CCD1次元セン
サ82上の1画素から出力される検出信号ID(n+
i)((n+i)はCCD1次元センサ82の蓄積・出
力回数)は、センサの蓄積時間をα/fBとして数式4
で与えられる。
[0023] Here, a term representing the complex amplitude of the micro displacement at A · cos (2πf L t + θ) is the sample 47 surface generated based on the photoacoustic effect. Further, the detection signal I D (n +
i) ((n + i) is the number of times of accumulation / output of the CCD one-dimensional sensor 82) is expressed by the following equation (4), where α / f B is the accumulation time of the sensor.
Given by

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】ここで、数式4について、以下の各項目
(1)〜(5)、即ち、(1)第2項≠0、(2)第2
項における蓄積・出力回数iに対する位相シフト量=π
/2、またはπ/4、(3)第3項≠0、(4)第3項
における蓄積・出力回数iに対する位相シフト量=π/
2、(5)第4項=0、という各項目を満足する条件を
求めれば、その条件はp、sを整数、αを非整数とし
て、数式5,6として求められるものとなっている。
Here, with respect to Equation 4, the following items (1) to (5), ie, (1) second term ≠ 0, (2) second
Phase shift amount with respect to the number of accumulation / output times i in the term = π
/ 2, or π / 4, (3) the third term ≠ 0, (4) the phase shift amount with respect to the accumulation / output number i in the third term = π /
2. If a condition that satisfies each item of (5) fourth term = 0 is obtained, the condition is obtained as Expressions 5 and 6, where p and s are integers and α is a non-integer.

【0026】[0026]

【数5】 (Equation 5)

【0027】[0027]

【数6】 (Equation 6)

【0028】例えばs=6、p=2とすれば、α=21
/8、fL=50kHz、fB=210kHzと設定し得る
ものであり、数式5,6から、数式4は数式7の形に書
き改められるものとなっている。
For example, if s = 6 and p = 2, α = 21
/ 8, f L = 50 kHz, f B = 210 kHz, and from Equations 5 and 6, Equation 4 is rewritten as Equation 7.

【0029】[0029]

【数7】 (Equation 7)

【0030】なお、上記パラーメータα=21/8、f
L=50kHz、fB=210kHzは全て計算機96で設
定された上、変調信号制御回路90およびCCD1次元
センサ駆動制御回路93に送られ、各パラメータの値に
基づいてCCD1次元センサ駆動と発振器87,91各
々での駆動が制御される。センサの蓄積時間α/fB
設定方法は、CCD1次元センサ駆動制御回路93に
て、計算機96からの設定ビート周波数fBと上記パラ
メータαから、周波数fB/αのCCD1次元センサ用
読出しシフトパルスを作り出し、これによりCCD1次
元センサ82を駆動することにより実現されている。
Note that the above parameter α = 21/8, f
L = 50 kHz and f B = 210 kHz are all set by the computer 96 and sent to the modulation signal control circuit 90 and the CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93, and based on the values of the parameters, drive the CCD one-dimensional sensor and the oscillator 87, Driving in each of 91 is controlled. The sensor accumulation time α / f B is set by the CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93 based on the set beat frequency f B from the computer 96 and the above-mentioned parameter α and the read shift for the CCD one-dimensional sensor at the frequency f B / α. This is realized by generating a pulse and driving the CCD one-dimensional sensor 82 by this.

【0031】さて、数式7において、第1項は直流成
分、第2項は蓄積・出力回数iに対する位相シフト量が
π/4で、試料47表面の凹凸による位相変化を含めた
プローブ光の光路と参照光路との間の光位相差φに関す
る変調成分、第3項は蓄積・出力回数iに対する位相シ
フト量がπ/2で、試料47表面の凹凸による位相変化
を含めたプローブ光の光路と参照光路との間の光位相差
φ、光音響信号の振幅Aおよび位相θに関する変調成分
とされる。ここで、数式7に関して、i=1からi=8
まで、即ち、第2項に関して1周期分、第3項に関して
2周期分の信号を求めれば数式8〜15のようになる。
In Equation 7, the first term is a DC component, the second term is a phase shift amount of π / 4 with respect to the number of accumulation / output times i, and the optical path of the probe light including the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47. The third term is a modulation component relating to the optical phase difference φ between the probe light path and the reference light path. The third term is that the phase shift amount with respect to the number of accumulation / output times i is π / 2, and the optical path of the probe light including the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47. It is a modulation component related to the optical phase difference φ with the reference optical path, the amplitude A and the phase θ of the photoacoustic signal. Here, regarding Equation 7, i = 1 to i = 8
, That is, if signals for one cycle for the second term and two cycles for the third term are obtained, equations 8 to 15 are obtained.

【0032】[0032]

【数8】 (Equation 8)

【0033】[0033]

【数9】 (Equation 9)

【0034】[0034]

【数10】 (Equation 10)

【0035】[0035]

【数11】 [Equation 11]

【0036】[0036]

【数12】 (Equation 12)

【0037】[0037]

【数13】 (Equation 13)

【0038】[0038]

【数14】 [Equation 14]

【0039】[0039]

【数15】 (Equation 15)

【0040】実際には、CCD1次元センサ82からの
検出信号ID(n+i)は増幅回路94で増幅された
後、図10に示すように、信号のSN比等を考慮の上、
数式7に関してi=1からi=8までのデータセットを
10セット、計80個の蓄積・出力データセットが2次
元メモリ95に格納される。例えばCCD1次元センサ
82での画素数を256とすれば、256×80個のデ
ータが2次元メモリ95に格納されるものである。ここ
で、(n+i)回目の蓄積・出力時におけるw画素目の
データを(n+i,w)で表すとすれば、2次元メモリ
95に格納される順序は以下のようになる。
Actually, the detection signal I D (n + i) from the CCD one-dimensional sensor 82 is amplified by the amplifier circuit 94 and then, as shown in FIG.
Regarding Equation 7, ten sets of data sets from i = 1 to i = 8, that is, a total of 80 accumulated / output data sets are stored in the two-dimensional memory 95. For example, if the number of pixels in the CCD one-dimensional sensor 82 is 256, 256 × 80 data is stored in the two-dimensional memory 95. Here, if the data of the w-th pixel at the time of the (n + i) -th accumulation / output is represented by (n + i, w), the order in which the data is stored in the two-dimensional memory 95 is as follows.

【0041】 (n+1,1)、 (n+1,2)、 (n+1,3) … …… … … …… … … …… … (n+1,256)、 (n+2,1)、 (n+2,2)、 (n+2,3) … …… … … …… … … …… … (n+2,256)、 (n+3,1)、 (n+3,2)、 (n+3,3) … … …… … … …… … … … …(n+3,256)、 … … … … … … … … … … (n+80,1)、 (n+80,2)、 (n+80,3) … … …… … … …… … … … (n+80,256) 一方、2次元メモリ95から読み出す際には、以下のよ
うに、1画素毎に80個の蓄積・出力データセットが順
次読み出された上、計算機96に送られるものとなって
いる。
(N + 1,1), (n + 1,2), (n + 1,3)… ……………………… (n + 1,256), (n + 2,1) ), (N + 2,2), (n + 2,3)… ………… ………… ……… (n + 2,256), (n + 3,1), (n + 3,2) , (N + 3,3)…… ……… ……………… (n + 3,256),………………………… (n + 80,1), (n + 80,2 ), (N + 80,3)…… ……… …………… (n + 80,256) On the other hand, when reading out from the two-dimensional memory 95, 80 pixels per pixel are accumulated as follows. The output data sets are sequentially read and sent to the computer 96.

【0042】 (n+1,1)、 (n+2,1)、 (n+3,1) … …… … … …… … … …… … …(n+80,1)、 (n+1,2)、 (n+2,2)、 (n+3,2) … …… … … …… … … …… … …(n+80,2)、 (n+1,3)、 (n+2,3)、 (n+3,3) … … …… … … …… … … … ……(n+80,3)、 … … … … … … … … … … (n+1,256)、 (n+2,256)、 (n+3,256) … … …… … … …… … … (n+80,256) 計算機96では、1画素毎に80個の蓄積・出力データ
セットを用い、以下の計算処理を行い、試料47表面の
反射率as 2、試料47表面での凹凸による位相変化を含
めたプローブ光の光路と参照光路との間の光位相差φ、
試料47表面での反射率を補正した光音響信号の振幅
A、試料47表面での凹凸による位相変化を補正した光
音響信号の位相θが求められているものである。先ず試
料47表面での反射率as 2は数式8〜15までの和をと
ることにより、数式16として与えられる。
(N + 1,1), (n + 2,1), (n + 3,1)… ……… …………… ……… (n + 80,1), (n + (1,2), (n + 2,2), (n + 3,2)… ………… ………… ……… (n + 80,2), (n + 1,3), ( (n + 2,3), (n + 3,3)…………………………… (n + 80,3),……………………… (n + 1,256) , (N + 2,256), (n + 3,256)…… ………………… (n + 80,256) The computer 96 uses 80 accumulation / output data sets for each pixel, and performs the following calculation processing The reflectance a s 2 of the surface of the sample 47, the optical phase difference φ between the optical path of the probe light and the reference optical path including the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47,
The amplitude A of the photoacoustic signal whose reflectance on the surface of the sample 47 has been corrected and the phase θ of the photoacoustic signal whose phase change due to unevenness on the surface of the sample 47 has been corrected are obtained. First reflectance a s 2 at the sample 47 surface is by summing up equations 8-15, is given as Equation 16.

【0043】[0043]

【数16】 (Equation 16)

【0044】また、光位相差φは数式8,10,12,
14より数式17として与えられるものとなっている。
The optical phase difference φ is given by the following formulas 8, 10, 12,
14, which is given as Expression 17.

【0045】[0045]

【数17】 [Equation 17]

【0046】更に、光音響信号の振幅A、即ち、試料4
7表面での微小変位は数式8,9,12,13,16よ
り、試料47表面での反射率を補正した形として数式1
8として与えられる。
Further, the amplitude A of the photoacoustic signal, that is, the sample 4
The small displacement on the surface 7 is obtained by correcting the reflectance on the surface of the sample 47 from Expressions 8, 9, 12, 13, and 16 as shown in Expression 1.
Given as 8.

【0047】[0047]

【数18】 (Equation 18)

【0048】更にまた、光音響信号の位相θ、即ち、励
起光の強度変調信号に対する位相変化θは数式8,9,
12,13,16,17より、試料47表面での凹凸に
よる位相変化を補正した形として数式19として与えら
れるものとなっている。
Further, the phase θ of the photoacoustic signal, that is, the phase change θ of the excitation light with respect to the intensity-modulated signal is given by the following equations 8, 9,
Based on 12, 13, 16, and 17, the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47 is corrected and given as Expression 19.

【0049】[0049]

【数19】 [Equation 19]

【0050】したがって、xyステージ48により試料
47をxy方向に逐次走査しながら、上記CCD1次元
センサ82からの検出信号を計算機96で処理すること
によって、試料47全面についての2次元光音響画像
(2次元光熱変位画像)が得られるものである。図11
に示すように、励起光101aおよびプローブ光190
aをシートビーム長手方向と直交する方向、即ち、y軸
方向に走査することによって、図12(a),(b)に
示されているように、水平(x)方向にぼけた光音響画
像(光熱変位画像)iH(x,y)が得られる。同様にし
て、上記励起・プローブ光101a、190aとは相対
的に90゜回転された状態の励起光101bおよびプロ
ーブ光190bをx軸方向に走査することによって、図
13(a),(b)に示されるように、垂直(y)方向
のぼけが顕著な光音響画像(光熱変位画像)iV(x,
y)が得られるものとなっている。本例では、直交した
2方向各々に励起光を走査することで2つの光音響画像
を得た上、これら光音響画像を入力データとして、反復
演算アルゴリズムにもとづいて光音響画像の解像度向上
が図られたものとなっている。本発明に係るぼけ画像修
復の原理について以下説明すれば以下のようである。
Therefore, the detection signal from the CCD one-dimensional sensor 82 is processed by the computer 96 while the sample 47 is sequentially scanned in the xy directions by the xy stage 48, so that the two-dimensional photoacoustic image (2 (A two-dimensional photothermal displacement image). FIG.
As shown in FIG.
By scanning a in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the sheet beam, that is, in the y-axis direction, a photoacoustic image blurred in the horizontal (x) direction as shown in FIGS. (Photothermal displacement image) i H (x, y) is obtained. Similarly, by scanning in the x-axis direction the excitation light 101b and the probe light 190b, which are rotated by 90 ° relative to the excitation / probe light 101a and 190a, FIGS. 13 (a) and 13 (b) As shown in FIG. 2, a photoacoustic image (photothermal displacement image) i V (x,
y) is obtained. In this example, two photoacoustic images are obtained by scanning excitation light in each of two orthogonal directions, and these photoacoustic images are used as input data to improve the resolution of the photoacoustic image based on an iterative operation algorithm. It has been done. The principle of blurred image restoration according to the present invention will be described below.

【0051】即ち、実際に検出される光音響画像(光熱
変位画像)i(x,y)は数式20として与えられる。
That is, the photoacoustic image (photothermal displacement image) i (x, y) actually detected is given as Expression 20.

【0052】[0052]

【数20】 (Equation 20)

【0053】但し、o(x,y):理想的な光音響画像 b(x,y):試料の熱的インパルス応答 である。光音響効果における熱的インパルス応答b
(x,y)はシートビームによって試料に注入された熱
が、試料表面の微小熱膨張変位に変換されるまでの伝達
関数であり、点広がり関数(ぼけを表す関数)として知
られ、一般にはガウス分布、またはそれに近い形となる
ことが多い。本例では、試料の熱弾性的インパルス応答
b(x,y)をガウス分布関数により近似する。既述した
ように、上記光学系によって検出された光音響画像はシ
ートビーム長手方向にぼけが顕著であることから、1次
元のぼけ関数を考える。即ち、それぞれ数式21、22
を満たすような水平方向のぼけ関数bH(x)と垂直方向
のぼけ関数bV(y)をガウス分布により求める。
Where o (x, y) is an ideal photoacoustic image b (x, y) is a thermal impulse response of the sample. Thermal impulse response b in photoacoustic effect
(x, y) is a transfer function until the heat injected into the sample by the sheet beam is converted into a small thermal expansion displacement on the surface of the sample, and is known as a point spread function (a function representing blur). It often has a Gaussian distribution or something similar. In this example, the thermoelastic impulse response b (x, y) of the sample is approximated by a Gaussian distribution function. As described above, since the photoacoustic image detected by the optical system is significantly blurred in the longitudinal direction of the sheet beam, a one-dimensional blur function is considered. That is, equations 21 and 22, respectively.
Then, a horizontal blur function b H (x) and a vertical blur function b V (y) satisfying the above are obtained by Gaussian distribution.

【0054】[0054]

【数21】 (Equation 21)

【0055】[0055]

【数22】 (Equation 22)

【0056】次に、修復すべき光熱変位画像のk番目の
反復出力データをok(x,y)とし、データ初期値o
0(x,y)を光熱変位画像iH(x,y)とiV(x,y)に
もとづいて数式23のように選ぶ。
Next, the k-th repetitive output data of the photothermal displacement image to be repaired is set to o k (x, y), and the data initial value o
0 (x, y) is selected as in Expression 23 based on the photothermal displacement images i H (x, y) and i V (x, y).

【0057】[0057]

【数23】 (Equation 23)

【0058】以上の入力データおよび数式20にもとづ
いて、水平、垂直方向についての反復演算式はそれぞれ
数式24、25として表される。
Based on the above input data and Expression 20, the repetitive arithmetic expressions in the horizontal and vertical directions are expressed as Expressions 24 and 25, respectively.

【0059】[0059]

【数24】 (Equation 24)

【0060】[0060]

【数25】 (Equation 25)

【0061】但し、α、βはそれぞれ水平、垂直方向の
補正係数で、α≦1,β≦1であることが収束条件であ
る。即ち、数式24,25の第2項では、k−1番目の
反復出力画像データok-1(x,y)にぼけ関数による畳
み込み演算を行うことにより求めた光熱変位画像と、実
際に入力された光熱変位画像との差を画像修復誤差とし
て求め、これに補正係数を乗算し、第1項の上記反復出
力画像データに積算することで、次ステップ反復出力画
像データを求め、漸近的に解像度の修復が図られている
ものである。計算機96では、図1に示すフローに従
い、検出された光音響画像iH(x,y)とiV(x,y)の
修復処理を行う。先ず計算機96で入力されたガウス分
布の標準偏差σを用いぼけ関数bH(x)とbV(y)を求め
る。次に反復演算の画像初期値o0(x,y)を検出した
光熱変位画像iH(x,y)とiV(x,y)の平均画像とし
て求める。ブロック260a、260b各々において、
水平方向、垂直方向についての画像修復演算を交互にk
回繰返し実行した後、修復された光熱変位画像ok(x,
y)がTVモニタ97に表示されているものである。図
14(a)に示される画像は、k=5として上記反復演算
アルゴリズムを実行した結果である。また、図14
(b),(c)はそれぞれ図14(a)に示すA−A’
線、B−B’線に係る画像信号ok(x,y)を示したも
のであり、解像度の劣化が修復されていることが判る。
Here, α and β are correction coefficients in the horizontal and vertical directions, respectively, and the convergence condition is that α ≦ 1, β ≦ 1. That is, in the second term of Expressions 24 and 25, the photothermal displacement image obtained by performing the convolution operation with the blur function on the ( k-1 ) -th repeated output image data ok -1 (x, y), and the actual input The difference from the obtained photothermal displacement image is obtained as an image restoration error, multiplied by a correction coefficient, and integrated with the repetitive output image data of the first term, to obtain the next step repetitive output image data. The resolution is to be restored. In the computer 96, the detected photoacoustic images i H (x, y) and i V (x, y) are restored according to the flow shown in FIG. First, the blur function b H (x) and b V (y) are obtained by using the standard deviation σ of the Gaussian distribution inputted by the computer 96. Next, the image initial value o 0 (x, y) of the iterative operation is obtained as an average image of the detected photothermal displacement images i H (x, y) and i V (x, y). In each of blocks 260a and 260b,
Alternate image restoration operations in the horizontal and vertical directions
After times repeatedly executed, repaired photothermal displacement image o k (x,
y) is displayed on the TV monitor 97. The image shown in FIG. 14A is the result of executing the above iterative operation algorithm with k = 5. FIG.
(B) and (c) respectively show AA ′ shown in FIG.
Line, which shows line B-B 'image signal according to o k (x, y), and it is understood that the deterioration of resolution is restored.

【0062】以上のように、光熱変位画像の解像度の劣
化が修復されるため、安定にして、かつ高分解能に光熱
変位画像を検出することが可能となり、したがって、試
料の内部情報が高精度に検出可能となっている。なお、
以上の例では、水平方向のぼけ修復演算式(数式24)
と垂直方向のぼけ修復演算式(数式25)を交互にk回
繰返し計算することで修復を行ったが、水平方向にp
回、垂直方向にq回の繰返し演算をr回交互に繰返すこ
とによって実行することも可能である。また、以上の例
では、熱弾性的インパルス応答をガウス分布関数にもと
づいて近似したが、理論解析により熱弾性的インパルス
応答を求め、上記反復演算アルゴリズムを実行すること
も可能である。更に、以上の例では、水平および垂直方
向のぼけ関数を1次元の関数として求めたが、標準偏差
がxy方向で異なる2次元ぼけ関数による反復演算アル
ゴリズムを導き、ぼけ画像の修復を実行することも可能
である。更にまた、以上の例によれば、試料表面での反
射率分布や凹凸分布、光路のゆらぎが補正された光熱変
位信号の検出が可能となり、試料の表面および内部の情
報が高感度にして、かつ安定に検出可能となる。しか
も、光熱変位画像に対する解像度劣化の修復は、光熱変
位信号検出装置において検出された光熱変位信号のみに
対して行われるので、従来技術に係る既存の光学系がそ
のまま使用可となっている。
As described above, since the degradation of the resolution of the photothermal displacement image is repaired, it is possible to detect the photothermal displacement image stably and with high resolution, and therefore, the internal information of the sample can be accurately detected. It can be detected. In addition,
In the above example, the horizontal blur correction equation (Equation 24)
And the vertical blur correction equation (Equation 25) is alternately and repeatedly calculated k times.
It is also possible to execute by repeating the repetition operation q times in the vertical direction r times. In the above example, the thermoelastic impulse response is approximated based on the Gaussian distribution function. However, it is also possible to obtain the thermoelastic impulse response by theoretical analysis and execute the above iterative operation algorithm. Further, in the above example, the horizontal and vertical blur functions are obtained as one-dimensional functions. However, it is necessary to derive an iterative operation algorithm based on a two-dimensional blur function having standard deviations different in the xy directions to execute the restoration of a blur image. Is also possible. Furthermore, according to the above example, it is possible to detect a photothermal displacement signal in which the reflectance distribution and the unevenness distribution on the sample surface and the optical path fluctuation are corrected, and the information on the sample surface and inside is made highly sensitive, And it becomes possible to detect stably. Moreover, since the resolution degradation of the photothermal displacement image is repaired only for the photothermal displacement signal detected by the photothermal displacement signal detection device, the existing optical system according to the prior art can be used as it is.

【0063】最後に、以上とは異なる例を図15,図1
6により説明する。本例でも、図2に示す光音響検出光
学系が用いられるが、異なるところは、ぼけ画像修復の
原理である。このぼけ画像修復の原理を以下説明すれ
ば、実際に検出される光熱変位画像i(x,y)は数式2
0に示した通りである。本例では、先の例で述べたぼけ
関数b(x,y)は2次元のガウス分布関数によって近似
されており、数式20を2次元フーリエ変換することに
よって、数式26が得られるものとなっている。
Finally, an example different from the above is shown in FIGS.
6 will be described. Also in this example, the photoacoustic detection optical system shown in FIG. 2 is used, but the difference is the principle of blurred image restoration. The principle of this blurred image restoration will be described below. The photothermal displacement image i (x, y) actually detected is expressed by the following equation (2).
0. In this example, the blur function b (x, y) described in the previous example is approximated by a two-dimensional Gaussian distribution function, and the following equation (26) is obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the equation (20). ing.

【0064】[0064]

【数26】 (Equation 26)

【0065】但し、I(u,v):i(x,y)のフーリエ
変換像 O(u,v):o(x,y)のフーリエ変換像 B(u,v):b(x,y)のフーリエ変換像 u,v:x,y方向の空間周波数 である。
Where I (u, v): Fourier transform image of i (x, y) O (u, v): Fourier transform image of o (x, y) B (u, v): b (x, y) Fourier transform image u, v: spatial frequency in x, y directions.

【0066】したがって、1/B(u,v)を逆フィルタ
として、数式26の両辺に乗じれば数式27が得られる
ものとなっている。
Therefore, Expression 27 can be obtained by multiplying both sides of Expression 26 by using 1 / B (u, v) as an inverse filter.

【0067】[0067]

【数27】 [Equation 27]

【0068】数式27を2次元フーリエ変換すれば、最
終的に理想的な光熱変位画像o(x,y)が得られるもの
である。
By performing a two-dimensional Fourier transform on Expression 27, an ideal photothermal displacement image o (x, y) is finally obtained.

【0069】以上の原理にもとづき、信号処理系203
の計算機96では、図15に示すフローに従い、検出し
た光熱変位信号i(x,y)の処理が行われる。本例で
は、図16で示した振幅分布433の解像度劣化を修復
する。先ず2次元ガウス分布関数によって熱的インパル
ス応答b(x,y)を近似的に求める。次に、b(x,
y)、検出された光熱変位画像i(x,y)を2次元フー
リエ変換し、それぞれのフーリエ変換像B(u,v)、I
(u,v)を計算する。逆フィルタ1/B(u,v)によ
り理想的な光熱変位画像のフーリエ変換像O(u,v)を
求め、2次元逆フーリエ変換すれば、ぼけが修復された
理想的な光熱変位画像o(x,y)が得られるものであ
る。図16はその逆フィルタ1/B(u,v)を光熱変
位画像に作用させることで得られる効果を示したもので
ある。これからも判るように、図20で示される光熱変
位信号に比し、熱的インピーダンス分布上の境界部での
信号がより鮮明化されたものとなっている。なお、本例
では、熱的インパルス応答はガウス分布によって近似さ
れているが、理論解析より熱的インパルス応答を求め、
上記反復演算アルゴリズムを実行することも可能であ
る。
Based on the above principle, the signal processing system 203
The computer 96 processes the detected photothermal displacement signal i (x, y) in accordance with the flow shown in FIG. In this example, the resolution degradation of the amplitude distribution 433 shown in FIG. 16 is restored. First, a thermal impulse response b (x, y) is approximately obtained by a two-dimensional Gaussian distribution function. Next, b (x,
y), the detected photothermal displacement image i (x, y) is subjected to two-dimensional Fourier transform, and the respective Fourier transform images B (u, v), I
Calculate (u, v). The Fourier transform image O (u, v) of the ideal photothermal displacement image is obtained by the inverse filter 1 / B (u, v), and the two-dimensional inverse Fourier transform is performed. (x, y) is obtained. FIG. 16 shows the effect obtained by applying the inverse filter 1 / B (u, v) to the photothermal displacement image. As can be seen from this, the signal at the boundary on the thermal impedance distribution is sharper than the photothermal displacement signal shown in FIG. In this example, the thermal impulse response is approximated by a Gaussian distribution.
It is also possible to execute the above iterative algorithm.

【0070】以上のように、熱的インパルス応答をガウ
ス分布関数にもとづく近似によって逆フィルタを求め、
これを、得られた光音響画像に作用させることによっ
て、光熱変位画像の解像度劣化を修復し得、安定にし
て、かつ高分解能に光熱変位画像を検出可能となり、試
料の内部情報が高精度に検出可能となる。しかも、光熱
変位画像に対する解像度劣化の修復は、光熱変位信号検
出装置において検出された光熱変位信号のみに対して行
われるので、従来技術に係る既存の光学系がそのまま使
用可となっている。
As described above, an inverse filter is obtained from the thermal impulse response by approximation based on a Gaussian distribution function.
By applying this to the obtained photoacoustic image, the degradation of the resolution of the photothermal displacement image can be repaired, and the photothermal displacement image can be detected stably and with high resolution. It becomes detectable. Moreover, since the resolution degradation of the photothermal displacement image is repaired only for the photothermal displacement signal detected by the photothermal displacement signal detection device, the existing optical system according to the prior art can be used as it is.

【0071】[0071]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1〜12
によれば、空間分解能が向上された状態で、しかも高
速、安定にして試料の表面および内部についての情報が
検出され得る光熱変位信号検出方法とその装置が得られ
るものとなっている。
As described above, claims 1 to 12 are provided.
According to the method, a photothermal displacement signal detection method and device capable of detecting information on the surface and the inside of a sample at high speed and in a stable manner with an improved spatial resolution can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明に係わる、光熱変位画像の反復
演算による分解能劣化修復フローを示す図
FIG. 1 is a diagram showing a resolution degradation repair flow by iterative calculation of a photothermal displacement image according to the present invention.

【図2】図2は、本発明による光熱変位信号検出装置の
一例での構成を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an example of a photothermal displacement signal detection device according to the present invention.

【図3】図3(a)〜(c)は、その励起光学系におけ
る音響光学変調素子に入力される変調信号の作成方法を
説明するための図
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining a method of creating a modulation signal input to an acousto-optic modulator in the excitation optical system.

【図4】図4(a),(b)は、x,y方向における励
起光学系とヘテロダイン干渉光学系との関係を示す図
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a relationship between an excitation optical system and a heterodyne interference optical system in x and y directions.

【図5】図5は、試料の一例での平面構造と、それに入
射される励起ビームとプローブビームとの関係を示す斜
視図
FIG. 5 is a perspective view showing a planar structure of an example of a sample and a relationship between an excitation beam and a probe beam incident thereon;

【図6】図6は、その際での試料の内部構造と、励起ビ
ームによって生じた熱拡散領域とを断面として示す図
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of the internal structure of the sample and a thermal diffusion region generated by the excitation beam at that time.

【図7】図7(a),(b)は、ヘテロダイン干渉光学
系における入射レーザビームの偏光方向と、二周波直交
偏光状態とを説明するための図
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a polarization direction of an incident laser beam and a two-frequency orthogonal polarization state in a heterodyne interference optical system.

【図8】図8は、参照光と試料からの反射光とを干渉せ
しめる方法を説明するための図
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of causing reference light and reflected light from a sample to interfere with each other.

【図9】図9(a),(b)は、x,y方向におけるヘ
テロダイン干渉光学系の検出部の構成を示す図
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a configuration of a detection unit of a heterodyne interference optical system in x and y directions.

【図10】図10は、信号処理系における2次元メモリ
への画素格納順序とそれからの読出し順序を説明するた
めの図
FIG. 10 is a diagram for explaining the order in which pixels are stored in a two-dimensional memory and the order in which pixels are read from the two-dimensional memory in the signal processing system;

【図11】図11は、x,y方向に光熱変位画像を検出
する場合を説明するための図
FIG. 11 is a diagram for explaining a case where a photothermal displacement image is detected in x and y directions.

【図12】図12(a),(b)は、x方向(水平方
向)に解像度が劣化している光熱変位画像を示す図
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing a photothermal displacement image in which the resolution is degraded in the x direction (horizontal direction).

【図13】図13(a),(b)は、y方向(水平方
向)に解像度が劣化している光熱変位画像を示す図
FIGS. 13A and 13B are diagrams showing a photothermal displacement image in which the resolution is deteriorated in the y direction (horizontal direction).

【図14】図14(a)〜(c)は、ぼけ光熱変位画像
に対する、本発明によるぼけ修復効果を示す図
FIGS. 14A to 14C are diagrams showing a blur repair effect according to the present invention on a blur photothermal displacement image.

【図15】図15は、本発明に係わる、光熱変位画像の
逆フィルタによる分解能劣化修復フローを示す図
FIG. 15 is a diagram showing a resolution degradation repair flow of the photothermal displacement image using an inverse filter according to the present invention;

【図16】図16は、その逆フィルタによる分解能劣化
修復効果を示す図
FIG. 16 is a diagram showing a resolution degradation repair effect by the inverse filter;

【図17】図17は、光音響効果の原理を一般的に説明
するための図
FIG. 17 is a diagram for generally explaining the principle of the photoacoustic effect;

【図18】図18は、従来技術に係る光音響信号検出装
置の一例での構成を示す図
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an example of a photoacoustic signal detection device according to the related art.

【図19】図19は、ポイント走査が行われる場合に、
熱的インピーダンス境界位置で光音響信号が如何に変化
するかを説明するための図
FIG. 19 is a diagram illustrating a case where point scanning is performed;
Diagram for explaining how a photoacoustic signal changes at a thermal impedance boundary position

【図20】図20は、シートビーム照射が行われる場合
に、熱的インピーダンス境界位置で光音響信号が如何に
変化するかを説明するための図
FIG. 20 is a diagram for explaining how a photoacoustic signal changes at a thermal impedance boundary position when sheet beam irradiation is performed;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…Arレーザ、51…He−Neレーザ、33、5
7、62…音響光学変調素子、39、71…シリンドリ
カルレンズ、42…対物レンズ、82…CCD1次元セ
ンサ、50、85…光電変換素子、96…計算機、47
…試料
31: Ar laser, 51: He-Ne laser, 33, 5
7, 62: acousto-optic modulator, 39, 71: cylindrical lens, 42: objective lens, 82: CCD one-dimensional sensor, 50, 85: photoelectric conversion element, 96: computer, 47
…sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二宮 隆典 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所 生産技術研究所 内 (56)参考文献 特開 平3−282253(JP,A) 特開 昭64−46644(JP,A) 特開 昭57−97416(JP,A) 特開 平3−156362(JP,A) 特開 昭60−85363(JP,A) 特開 平3−286750(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takanori Ninomiya 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Within Hitachi, Ltd. Production Engineering Laboratory (56) References JP-A-3-282253 (JP, A) JP-A-64-46644 (JP, A) JP-A-57-97416 (JP, A) JP-A-3-156362 (JP, A) JP-A-60-85363 (JP, A) JP-A-3-286750 (JP JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 29/00-29/28

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所望の強度変調周波数で強度変調された
光を第1の方向に移動する試料表面上に該試料が移動
する第1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した
第1の直線状スポット光の状態として集光照射し、該
1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは内部に
光音響効果、あるいは光熱効果を発生させると同時に、
上記第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状ス
ポット光を照射し、該第2の直線状スポット光による
記第1の直線状スポット光照射領域からの反射光参照
光と干渉させて干渉光を形成し、該干渉光を上記試料表
面と共役な関係にある位置で一次元光電変換素子アレイ
センサにより検出し、該検出された干渉光強度信号か
ら上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記
強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検
出し、該微小熱膨張変位にもとづき光熱変位画像が得ら
れるに際しては、該光熱変位画像に対しては画像処理が
所定に施されることによって、画像上での空間分解能の
劣化が修復された2次元の空間分解能を有する状態とし
て得られるようにした光熱変位信号検出方法。
1. A sample on the surface of the sample to move a desired intensity modulation frequency intensity-modulated light to a first direction movement
Formed linearly in a direction perpendicular to the first direction.
As the state of the first linear spot light irradiating condenser, said first
1 linear spot light irradiation area surface, or internal to the photoacoustic effect, or when to generate photothermal effect simultaneously,
Above first linear spot light irradiation region irradiated with the second linear spot light, on by said second linear spot light
The interference light is formed by interfering the reflected light from the first linear spot light irradiation area with the reference light , and the interference light is detected by the one-dimensional photoelectric conversion element array sensor at a position conjugate with the sample surface. Detecting a small thermal expansion displacement of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation region from the detected intensity signal of the interference light ; When a photothermal displacement image is obtained based on the photothermal displacement image, the image processing is performed in a predetermined manner, so that a state having a two-dimensional spatial resolution in which the deterioration of the spatial resolution on the image is restored is restored. A photothermal displacement signal detection method that can be obtained.
【請求項2】 第1の光源と、該第1の光源からの光を
所望の強度変調周波数で強度変調する強度変調手段と、
試料を載置して少なくとも1方向に移動可能なテーブル
手段と、上記強度変調された光を上記テーブル手段によ
り1方向に移動する試料表面上に該試料が移動する第
1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した第1の
直線状スポット光の状態として集光照射することによっ
該第1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは
内部に光音響効果、あるいは光熱効果を発生させる励起
手段と、第2の光源と、該第2の光源からの光を上記
1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状スポット
光の状態として集光照射した上、該第1の直線状スポッ
ト光照射領域からの上記第2の直線状スポット光の照射
による反射光と上記第2の光源からの光から作成した
照光とを干渉させる光干渉手段と、該光干渉手段からの
干渉光を上記試料表面と共役な関係にある位置で検出す
る一次元光電変換素子アレイセンサとしての干渉光検出
手段と、該干渉光検出手段からの干渉光強度信号から上
第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記強度
変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検出し
て該 検出した微小熱膨張変位にもとづき2次元の空間分
解能を有する光熱変位画像を構成する画像構成手段と、
該画像構成手段からの光熱変位画像に対し画像処理を所
定に施すことによって画像上での空間分解能の劣化を修
復する分解能劣化修復手段と、該分解能劣化修復手段か
らの劣化修復済みの2次元の空間分解能を有する光熱変
位画像より試料の表面および内部についての2次元の
報を検出する情報検出手段と、を含む光熱変位信号検出
装置。
2. A first light source, and intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency;
A table on which a sample can be placed and movable in at least one direction
Means for transmitting said intensity-modulated light to said table means.
Ri second sample is moved over the surface of the sample to be moved in one direction
The first linear spot light irradiation area is condensed and radiated as a first linear spot light state linearly formed in a direction perpendicular to the direction of the first direction, thereby forming a surface or inside of the first linear spot light irradiation area. An excitation means for generating a photoacoustic effect or a photothermal effect, a second light source, and the light from the second light source .
The second linear spot in the first linear spot light irradiation area
After having focused irradiation as the state of the light, generated from light from said second linear spot light reflected light and the second light source by irradiation <br/> of from the first linear spot light irradiation area Interference means for interfering with the reference light, and interference light detection as a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting interference light from the light interference means at a position conjugate with the sample surface Means for detecting a small thermal expansion displacement having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the interference light intensity signal from the interference light detection means.
Two-dimensional spatial content based on small thermal expansion displacement and the detected Te
Image forming means for forming a photothermal displacement image having resolution ,
Resolution degradation repairing means for repairing the spatial resolution degradation on the image by subjecting the photothermal displacement image from the image construction means to predetermined image processing; and a two-dimensional repaired degradation repairing means from the resolution degradation repairing means . An information detecting means for detecting two-dimensional information on the surface and inside of the sample from a photothermal displacement image having a spatial resolution ;
【請求項3】 所望の強度変調周波数で強度変調された
光を第1の方向に移動する試料表面上に該試料が移動
する第1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した
第1の直線状スポット光の状態として集光照射し、該
1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは内部に
光音響効果、あるいは光熱効果を発生させると同時に、
上記第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状ス
ポット光を照射し、該第2の直線状スポット光による
記第1の直線状スポット光照射領域からの反射光と参照
光とを干渉させて干渉光を形成し、該干渉光を上記試料
表面と共役な関係にある位置で蓄積型一次元光電変換素
子アレイセンサにより検出し、該検出された干渉光
度信号から上記第1の直線状スポット光照射領域にて生
じた上記強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張
変位を検出し検出した微小熱膨張変位にもとづき光
熱変位画像が得られるに際しては、該光熱変位画像に対
しては画像処理が所定に施されることによって、画像上
での空間分解能の劣化が修復された2次元の空間分解能
を有する状態として得られるようにした光熱変位信号検
出方法。
3. A sample on the surface of the sample to move a desired intensity modulation frequency intensity-modulated light to a first direction movement
Formed linearly in a direction perpendicular to the first direction.
As the state of the first linear spot light irradiating condenser, said first
1 linear spot light irradiation area surface, or internal to the photoacoustic effect, or when to generate photothermal effect simultaneously,
Above first linear spot light irradiation region irradiated with the second linear spot light, on by said second linear spot light
The reflected light from the first linear spot light irradiation region and the reference light interfere with each other to form interference light , and the interference light is accumulated at a position conjugate with the sample surface. Detecting a minute thermal expansion displacement having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the detected intensity signal of the interference light detected by the array sensor; and, when the photothermal displacement image based on small thermal expansion displacement and the detected is obtained by image processing for photothermal displacement image is subjected to a predetermined deterioration of the spatial resolution in the image is repaired 2D spatial resolution
A photothermal displacement signal detection method that is obtained as a state having :
【請求項4】 第1の光源と、該第1の光源からの光を
所望の強度変調周波数で強度変調する強度変調手段と、
試料を載置して少なくとも1方向に移動可能なテーブル
手段と、上記強度変調された光を上記テーブル手段によ
り1方向に移動する試料表面上に該試料が移動する第
1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した第1の
直線状スポット光の状態として集光照射することによっ
該第1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは
内部に光音響効果、あるいは光熱効果を発生させる励起
手段と、第2の光源と、該第2の光源からの光を上記
1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状スポット
光の状態として集光照射した上、該第1の直線状スポッ
ト光照射領域からの上記第2の直線状スポット光 の照射
による反射光と上記第2の光源からの光から作成した
照光とを干渉させる光干渉手段と、該光干渉手段からの
干渉光を上記試料表面と共役な関係にある位置で検出す
る蓄積型一次元光電変換素子アレイセンサとしての干渉
光検出手段と、該干渉光検出手段からの干渉光強度信号
から上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上
記強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を
検出して該検出した微小熱膨張変位にもとづき2次元の
空間分解能を有する光熱変位画像を構成する画像構成手
段と、該画像構成手段からの光熱変位画像に対し画像処
理を所定に施すことによって、画像上での空間分解能の
劣化を修復する分解能劣化修復手段と、該分解能劣化修
復手段からの劣化修復済みの2次元の空間分解能を有す
光熱変位画像より試料の表面および内部についての
次元の情報を検出する情報検出手段と、を含む光熱変位
信号検出装置。
4. A first light source, and intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency;
A table on which a sample can be placed and movable in at least one direction
Means for transmitting said intensity-modulated light to said table means.
Ri second sample is moved over the surface of the sample to be moved in one direction
The first linear spot light irradiation area is condensed and radiated as a first linear spot light state linearly formed in a direction perpendicular to the direction of the first direction, thereby forming a surface or inside of the first linear spot light irradiation area. An excitation means for generating a photoacoustic effect or a photothermal effect, a second light source, and the light from the second light source .
The second linear spot in the first linear spot light irradiation area
After having focused irradiation as the state of the light, generated from light from said second linear spot light reflected light and the second light source by irradiation <br/> of from the first linear spot light irradiation area A light interfering means for interfering with the reference light, and an interference as a storage type one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting the interference light from the light interfering means at a position conjugate with the sample surface. a light detecting means detects a small thermal expansion displacement of the intensity modulation frequency and the same frequency components generated from the interference light intensity signal from the interference light detecting means in said first linear spot light irradiation region said detected 2D based on the small thermal expansion displacement
Image constructing means for constructing a photothermal displacement image having a spatial resolution , and resolution degradation repairing means for repairing degradation of the spatial resolution on the image by performing predetermined image processing on the photothermal displacement image from the image constructing means And a two-dimensional spatial resolution whose deterioration has been repaired by the resolution deterioration repairing means.
2 than photothermal displacement images for the surface and inside of the sample that
A photothermal displacement signal detection device, comprising: information detection means for detecting dimensional information.
【請求項5】 初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料が設定される度に、所望の
強度変調周波数で強度変調された光を第1の方向に移動
する試料表面上に該試料が移動する第1の方向に対し
て直角な方向に直線状に形成した第1の直線状スポット
光の状態として集光照射し、該第1の直線状スポット光
照射領域の表面、あるいは内部に光音響効果、あるいは
光熱効果を発生させると同時に、上記第1の直線状スポ
ット光照射領域に第2の直線状スポット光を照射し、該
第2の直線状スポット光による上記第1の直線状スポッ
ト光照射領域からの反射光参照光と干渉させて干渉光
を形成し、該干渉光を上記試料表面と共役な関係にある
位置で一次元光電変換素子アレイセンサにより検出し、
該検出された干渉光の強度信号から上記第1の直線状ス
ポット光照射領域にて生じた上記強度変調周波数と同一
周波数成分の微小熱膨張変位を検出し、該微小熱膨張変
位にもとづき光熱変位画像が得られるに際しては、上記
初期回転状態、該初期回転状態より90度回転された状
態各々に対応した光熱変位画像に対しては画像処理が所
定に施されることによって、画像上での空間分解能の劣
化が修復された2次元の空間分解能を有する状態として
得られるようにした光熱変位信号検出方法。
5. An initial rotation state, and 90 degrees from the initial rotation state.
Each time the sample is set in each rotated state, the light intensity-modulated at the desired intensity modulation frequency is moved in the first direction
With respect to a first direction in which the sample moves on the surface of the sample
First linear spot formed linearly in a direction perpendicular to
Irradiating light collecting a state of the light, the first linear spot light irradiation area surface, or internal to the photoacoustic effect, or when to generate photothermal effect simultaneously, the above first linear spot light irradiation area Irradiate the linear spot light of No. 2
The reflected light from the first linear spot light irradiation area by the second linear spot light is made to interfere with the reference light so that the interference light
Is formed, and the interference light is detected by a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor at a position conjugate with the sample surface,
A minute thermal expansion displacement having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation region is detected from the detected intensity signal of the interference light, and a photothermal displacement based on the minute thermal expansion displacement is detected. When an image is obtained, image processing is performed on the photothermal displacement image corresponding to each of the initial rotation state and the state rotated by 90 degrees from the initial rotation state, so that a space on the image is obtained. A method for detecting a photothermal displacement signal, wherein a degradation in resolution is obtained as a state having a two-dimensional spatial resolution in which the resolution has been restored.
【請求項6】 初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料を設定する手段と、第1の
光源と、該第1の光源からの光を所望の強度変調周波数
で強度変調する強度変調手段と、試料を載置して少なく
とも1方向に移動可能なテーブル手段と、上記強度変調
された光を上記テーブル手段により1方向に移動する
表面上に該試料が移動する第1の方向に対して直角
な方向に直線状に形成した第1の直線状スポット光の
態として集光照射することによって該第1の直線状スポ
ット光照射領域の表面、あるいは内部に光音響効果、あ
るいは光熱効果を発生させる励起手段と、第2の光源
と、該第2の光源からの光を上記第1の直線状スポット
光照射領域に第2の直線状スポット光の状態として集光
照射した上、該第1の直線状スポット光照射領域からの
上記第2の直線状スポット光の照射による反射光と上記
第2の光源からの光から作成した参照光とを干渉させる
光干渉手段と、該光干渉手段からの干渉光を上記試料表
面と共役な関係にある位置で検出する一次元光電変換素
子アレイセンサとしての干渉光検出手段と、該干渉光検
出手段からの干渉光強度信号から上記第1の直線状スポ
ット光照射領域にて生じた上記強度変調周波数と同一周
波数成分の微小熱膨張変位を検出して該検出した微小熱
膨張変位にもとづき2次元の空間分解能を有する光熱変
位画像を、上記初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料が設定された状態に対応し
て構成する画像構成手段と、該画像構成手段からの2つ
の回転状態対応の光熱変位画像に対し画像処理を所定に
施すことによって、画像上での空間分解能の劣化を修復
する分解能劣化修復手段と、該分解能劣化修復手段から
の劣化修復済みの2次元の空間分解能を有する光熱変位
画像より試料の表面および内部についての2次元の情報
を検出する情報検出手段と、を含む光熱変位信号検出装
置。
6. An initial rotation state, and 90 degrees from the initial rotation state.
Means for setting a sample in each of the rotated states, a first light source, intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency, and
A table means movable in one direction, and a surface perpendicular to the first direction in which the sample moves on the surface of the sample in which the intensity-modulated light is moved in one direction by the table means.
First linear spotlight Jo <br/> the first by irradiating light collecting a state linear spot light irradiation area surface of or inside the photoacoustic effect, which is formed linearly in a direction or, Exciting means for generating a photothermal effect, a second light source, and condensing and irradiating light from the second light source onto the first linear spot light irradiation area as a second linear spot light state , said first of said second linear spot light the reflected light due to the irradiation of the linear spot light irradiation area
Light interference means for interfering with reference light generated from light from the second light source, and a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting interference light from the light interference means at a position conjugated with the sample surface Detecting the minute thermal expansion displacement of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the interference light intensity signal from the interference light detection means. Based on the detected small thermal expansion displacement, a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution is obtained from the initial rotational state and the initial rotational state by 90%.
Image forming means configured corresponding to the state where the sample is set in each state rotated by degrees, and by performing a predetermined image processing on the photothermal displacement image corresponding to the two rotation states from the image forming means, Resolution degradation repairing means for repairing the spatial resolution degradation on the image, and two-dimensional information on the surface and inside of the sample from a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution that has been repaired from the resolution degradation repairing means. A photothermal displacement signal detection device comprising:
【請求項7】 初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料が設定される度に、所望の
強度変調周波数で強度変調された光を第1の方向に移動
する試料表面上に該試料が移動する第1の方向に対し
て直角の方向に直線状に形成した第1の直線状スポット
光の状態として集光照射し、該第1の直線状スポット光
照射領域の表面、あるいは内部に光音響効果、あるいは
光熱効果を発生させると同時に、上記第1の直線状スポ
ット光照射領域に第2の直線状スポット光を照射し、該
第2の直線状スポット光による上記第1の直線状スポッ
ト光照射領域からの反射光参照光と干渉させて干渉光
を形成し、該干渉光を上記試料表面と共役な関係にある
位置で一次元光電変換素子アレイセンサにより検出し、
該検出された干渉光強度信号から、上記第1の直線状
スポット光照射領域にて生じた上記強度変調周波数と同
一周波数成分の微小熱膨張変位を検出し、該微小熱膨張
変位にもとづき光熱変位画像が得られるに際しては、上
記初期回転状態、該初期回転状態より90度回転された
状態各々に対応した光熱変位画像の平均値画像を初期画
像として、画像修復誤差が最小になるように、反復演算
を該初期画像の水平方法および垂直方向に対し交互に行
われることによって、画像上での空間分解能の劣化が修
復された2次元の空間分解能を有する状態として得られ
るようにした光熱変位信号検出方法。
7. An initial rotation state, and 90 degrees from the initial rotation state.
Each time the sample is set in each rotated state, the light intensity-modulated at the desired intensity modulation frequency is moved in the first direction
With respect to a first direction in which the sample moves on the surface of the sample
First linear spot formed linearly at right angles
Irradiating light collecting a state of the light, the first linear spot light irradiation area surface, or internal to the photoacoustic effect, or when to generate photothermal effect simultaneously, the above first linear spot light irradiation area Irradiate the linear spot light of No. 2
The reflected light from the first linear spot light irradiation area by the second linear spot light is caused to interfere with the reference light so as to cause interference light.
Is formed, and the interference light is detected by a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor at a position conjugate with the sample surface,
From the detected intensity signal of the interference light , a minute thermal expansion displacement having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area is detected, and a photothermal displacement based on the minute thermal expansion displacement is detected. When a displacement image is obtained, the initial rotation state, the average value image of the photothermal displacement images corresponding to each of the states rotated 90 degrees from the initial rotation state as the initial image, so that the image restoration error is minimized. A photothermal displacement signal obtained by performing an iterative operation alternately in the horizontal direction and the vertical direction of the initial image to obtain a state having a two-dimensional spatial resolution in which deterioration of the spatial resolution on the image has been restored. Detection method.
【請求項8】 初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料を設定する手段と、第1の
光源と、該第1の光源からの光を所望の強度変調周波数
で強度変調する強度変調手段と、試料を載置して少なく
とも1方向に移動可能なテーブル手段と、上記強度変調
された光を上記テーブル手段により1方向に移動する
表面上に該試料が移動する第1の方向に対して直角
な方向に直線状に形成した第1の直線状スポット光の
態として集光照射することによって該第1の直線状スポ
ット光照射領域の表面、あるいは内部に光音響効果、あ
るいは光熱効果を発生させる励起手段と、第2の光源
と、該第2の光源からの光を上記第1の直線状スポット
光照射領域に第2の直線状スポット光の状態として集光
照射した上、該第1の直線状スポット光照射領域からの
上記第2の直線状スポット光の照射による反射光と上記
第2の光源からの光から作成した参照光とを干渉させる
光干渉手段と、該光干渉手段からの干渉光を上記試料表
面と共役な関係にある位置で検出する一次元光電変換素
子アレイセンサとしての干渉光検出手段と、該干渉光検
出手段からの干渉光強度信号から上記第1の直線状スポ
ット光照射領域にて生じた上記強度変調周波数と同一周
波数成分の微小熱膨張変位を検出して該検出した微小熱
膨張変位にもとづき2次元の空間分解能を有する光熱変
位画像を、上記初期回転状態、該初期回転状態より90
度回転された状態各々に試料が設定された状態に対応し
て構成する画像構成手段と、該画像構成手段からの2つ
の回転状態対応の光熱変位画像の平均値画像を初期画像
として、画像修復誤差が最小になるように、反復演算を
該初期画像の水平方法および垂直方向に対し交互に行わ
れることによって、画像上での空間分解能の劣化が修復
する分解能劣化修復手段と、該分解能劣化修復手段から
の劣化修復済みの2次元の空間分解能を有する光熱変位
画像より試料の表面および内部についての2次元の情報
を検出する情報検出手段と、を含む光熱変位信号検出装
置。
8. An initial rotation state, and 90 degrees from the initial rotation state.
Means for setting a sample in each of the rotated states, a first light source, intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency, and
A table means movable in one direction, and a surface perpendicular to the first direction in which the sample moves on the surface of the sample in which the intensity-modulated light is moved in one direction by the table means.
First linear spotlight Jo <br/> the first by irradiating light collecting a state linear spot light irradiation area surface of or inside the photoacoustic effect, which is formed linearly in a direction or, Exciting means for generating a photothermal effect, a second light source, and condensing and irradiating light from the second light source onto the first linear spot light irradiation area as a second linear spot light state , said first of said second linear spot light the reflected light due to the irradiation of the linear spot light irradiation area
Light interference means for interfering with reference light generated from light from the second light source, and a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting interference light from the light interference means at a position conjugated with the sample surface Detecting the minute thermal expansion displacement of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the interference light intensity signal from the interference light detection means. Based on the detected small thermal expansion displacement, a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution is obtained from the initial rotational state and the initial rotational state by 90%.
Image restoration means configured to correspond to the state in which the sample is set in each of the rotated states, and an average value image of the photothermal displacement images corresponding to the two rotation states from the image formation means as an initial image, image restoration. Resolution degradation repairing means for repairing spatial resolution degradation on an image by performing iterative operations alternately in the horizontal and vertical directions of the initial image so as to minimize errors; An information detecting means for detecting two-dimensional information on the surface and inside of the sample from a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution whose deterioration has been repaired from the means.
【請求項9】 所望の強度変調周波数で強度変調された
光を第1の方向に移動する試料表面上に該試料が移動
する第1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した
第1の直線状スポット光の状態として集光照射し、該
1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは内部に
光音響効果、あるいは光熱効果を発生させると同時に、
上記第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状ス
ポット光を照射し、該第2の直線状スポット光による
記第1の直線状スポット光照射領域からの反射光参照
光と干渉させて干渉光を形成し、該干渉光を上記試料表
面と共役な関係にある位置で一次元光電変換素子アレイ
センサにより検出し、該検出された干渉光の強度信号か
ら上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記
強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検
出した上、該微小熱膨張変位にもとづき光熱変位画像が
得られるに際しては、上記試料の熱弾性的インパルス応
答にもとづいて逆フィルタを求めた上、該光熱変位画像
に作用せしめることによって、画像上での空間分解能の
劣化が修復された2次元の空間分解能を有する状態とし
て得られるようにした光熱変位信号検出方法。
9. sample on the surface of the sample to move a desired intensity modulation frequency intensity-modulated light to a first direction movement
Formed linearly in a direction perpendicular to the first direction.
As the state of the first linear spot light irradiating condenser, said first
1 linear spot light irradiation area surface, or internal to the photoacoustic effect, or when to generate photothermal effect simultaneously,
Above first linear spot light irradiation region irradiated with the second linear spot light, on by said second linear spot light
The interference light is formed by interfering the reflected light from the first linear spot light irradiation area with the reference light , and the interference light is detected by the one-dimensional photoelectric conversion element array sensor at a position conjugate with the sample surface. Detecting a minute thermal expansion displacement of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the detected intensity signal of the interference light, When a photothermal displacement image is obtained based on the above, an inverse filter is obtained based on the thermoelastic impulse response of the sample, and by acting on the photothermal displacement image, deterioration of the spatial resolution on the image is repaired. And a photothermal displacement signal detection method which can be obtained as a state having two-dimensional spatial resolution .
【請求項10】 第1の光源と、該第1の光源からの光
を所望の強度変調周波数で強度変調する強度変調手段
と、試料を載置して少なくとも1方向に移動可能なテー
ブル手段と、上記強度変調された光を上記テーブル手段
により1方向に移動する試料表面上に該試料が移動す
る第1の方向に対して直角な方向に直線状に形成した第
1の直線状スポット光の状態として集光照射することに
よって該第1の直線状スポット光照射領域の表面、ある
いは内部に光音響効果、あるいは光熱効果を発生させる
励起手段と、第2の光源と、該第2の光源からの光を上
第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状スポ
ット光の状態として集光照射した上、該第1の直線状ス
ポット光照射領域からの上記第2の直線状スポット光の
照射による反射光と上記第2の光源からの光から作成し
参照光とを干渉させる光干渉手段と、該光干渉手段か
らの干渉光を上記試料表面と共役な関係にある位置で検
出する一次元光電変換素子アレイセンサとしての干渉光
検出手段と、該干渉光検出手段からの干渉光強度信号か
ら上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記
強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検
出して該検出した微小熱膨張変位にもとづき2次元の空
間分解能を有する光熱変位画像を構成する画像構成手段
と、該画像構成手段からの光熱変位画像に対し上記試料
の熱弾性的インパルス応答にもとづいて逆フィルタを求
めた上、作用せしめることによって、画像上での空間分
解能の劣化をが修復する分解能劣化修復手段と、該分解
能劣化修復手段からの劣化修復済みの2次元の空間分解
能を有する光熱変位画像より試料の表面および内部につ
いての2次元の情報を検出する情報検出手段と、を含む
光熱変位信号検出装置。
10. A first light source, intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency, and a table on which a sample is placed and which can move in at least one direction.
And Bull unit, the intensity-modulated above table means the light
Moves the sample on the surface of the sample moving in one direction .
Formed in a straight line in a direction perpendicular to the first direction.
First linear spot light irradiation area surface by focused irradiation as the state of the first linear spot light or internal to the photoacoustic effect, or an excitation means for generating the photothermal effect, a second light source , after having focused irradiation light from the second light source as the state of the second linear spot light to the first linear spot light irradiation region, above the said first linear spot light irradiation area Of the second linear spot light
Created from the light from the reflected light and the second light source by irradiation
Light interference means for causing interference with the reference light, interference light detection means as a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting interference light from the light interference means at a position conjugate with the sample surface, to detect and small thermal expansion displacement the detected minute thermal expansion displacement of the intensity modulation frequency and the same frequency component from the interference light intensity signal generated by the first linear spot light irradiation area from the interference light detecting means Based on the two-dimensional sky
Image forming means for forming a photothermal displacement image having an inter-resolution , and obtaining an inverse filter based on the thermoelastic impulse response of the sample with respect to the photothermal displacement image from the image forming means, thereby allowing the image to act. Resolution degradation repairing means for repairing the spatial resolution degradation on the above, and two-dimensional spatial decomposition having been repaired from the resolution degradation repairing means.
An information detecting means for detecting two-dimensional information on the surface and inside of the sample from a photothermal displacement image having a function .
【請求項11】 所望の強度変調周波数で強度変調され
た光を第1の方向に移動する試料表面上に該試料が移
動する第1の方向に対して直角な方向に直線状に形成し
た第1の直線状スポット光の状態として集光照射し、該
第1の直線状スポット光照射領域の表面、あるいは内部
に光音響効果、あるいは光熱効果を発生させると同時
に、上記第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線
状スポット光を照射し、該第2の直線状スポット光によ
上記第1の直線状スポット光照射領域からの反射光
参照光と干渉させて干渉光を形成し、該干渉光を上記試
料表面と共役な関係にある位置で一次元光電変換素子ア
レイセンサにより検出し、該検出された干渉光強度信
号から上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた
上記強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位
を検出し、該微小熱膨張変位にもとづき光熱変位画像が
得られるに際しては、上記試料の熱弾性的インパルス応
答はガウス分布として近似され、該近似された熱弾性的
インパルス応答にもとづいて逆フィルタを求めた上、該
光熱変位画像に作用せしめることによって、画像上での
空間分解能の劣化が修復された2次元の空間分解能を有
する状態として得られるようにした光熱変位信号検出方
法。
11. A light source, the light of which intensity is modulated at a desired intensity modulation frequency is transferred onto a surface of the sample moving in a first direction.
Linearly in a direction perpendicular to the first direction of movement.
The first linear spot light is focused and irradiated.
At the same time as generating a photoacoustic effect or a photothermal effect on the surface or inside the first linear spot light irradiation area, irradiating the first linear spot light irradiation area with a second linear spot light, the reflected light from the first linear spot light irradiation area by the second linear spot light to interfere with <br/> reference light interference light formed by, for the sample surface and the conjugate the interference light A one-dimensional photoelectric conversion element array sensor is used to detect the intensity of the detected interference light at a relevant position, and a minute frequency component having the same frequency component as the intensity modulation frequency generated in the first linear spot light irradiation area from the detected interference light intensity signal. When a thermal expansion displacement is detected and a photothermal displacement image is obtained based on the small thermal expansion displacement, the thermoelastic impulse response of the sample is approximated as a Gaussian distribution, and the approximated thermoelastic impulse response is obtained. Based in after having determined the inverse filter, perforated by exerting a light-to-heat-shifted image, the two-dimensional spatial resolution degradation has been repaired the spatial resolution in the image
A photothermal displacement signal detection method is provided which is obtained as a state in which the thermal displacement signal is obtained.
【請求項12】 第1の光源と、該第1の光源からの光
を所望の強度変調周波数で強度変調する強度変調手段
と、試料を載置して少なくとも1方向に移動可能なテー
ブル手段と、上記強度変調された光を上記テーブル手段
により1方向に移動する試料表面上に該試料が移動す
る第1の方向に対して直角な方向に直線 状に形成した第
1の直線状スポット光の状態として集光照射することに
よって該第1の直線状スポット光照射領域の表面、ある
いは内部に光音響効果、あるいは光熱効果を発生させる
励起手段と、第2の光源と、該第2の光源からの光を上
第1の直線状スポット光照射領域に第2の直線状スポ
ット光の状態として集光照射した上、該第1の直線状ス
ポット光照射領域からの上記第2の直線状スポット光の
照射による反射光と上記第2の光源からの光から作成し
参照光とを干渉させる光干渉手段と、該光干渉手段か
らの干渉光を上記試料表面と共役な関係にある位置で検
出する一次元光電変換素子アレイセンサとしての干渉光
検出手段と、該干渉光検出手段からの干渉光強度信号か
ら上記第1の直線状スポット光照射領域にて生じた上記
強度変調周波数と同一周波数成分の微小熱膨張変位を検
して該検出した微小熱膨張変位にもとづき2次元の空
間分解能を有する光熱変位画像を構成する画像構成手段
と、該画像構成手段からの光熱変位画像に対し、ガウス
分布として近似された熱弾性的インパルス応答にもとづ
いて逆フィルタを求めた上、該光熱変位画像に作用せし
めることによって、画像上での空間分解能の劣化を修復
する分解能劣化修復手段と、該分解能劣化修復手段から
の劣化修復済みの2次元の空間分解能を有する光熱変位
画像より試料の表面および内部についての2次元の情報
を検出する情報検出手段と、を含む光熱変位信号検出装
置。
12. A first light source, intensity modulation means for intensity-modulating light from the first light source at a desired intensity modulation frequency, and a table on which a sample is placed and which can move in at least one direction.
And Bull unit, the intensity-modulated above table means the light
Moves the sample on the surface of the sample moving in one direction .
Formed in a straight line in a direction perpendicular to the first direction .
And excitation means for generating the first linear spot light surface of the irradiated region or inside the photoacoustic effect or photothermal effect by focused irradiation as the state of the first linear spot light, a second light source , after having focused irradiation light from the second light source as the state of the second linear spot light to the first linear spot light irradiation region, above the said first linear spot light irradiation area Of the second linear spot light
Created from the light from the reflected light and the second light source by irradiation
Light interference means for causing interference with the reference light, interference light detection means as a one-dimensional photoelectric conversion element array sensor for detecting interference light from the light interference means at a position conjugate with the sample surface, to detect and small thermal expansion displacement the detected minute thermal expansion displacement of the intensity modulation frequency and the same frequency component from the interference light intensity signal generated by the first linear spot light irradiation area from the interference light detecting means Based on the two-dimensional sky
Image forming means for forming a photothermal displacement image having an inter-resolution, and for the photothermal displacement image from the image forming means, an inverse filter is obtained based on a thermoelastic impulse response approximated as a Gaussian distribution. A resolution degradation repairing means for repairing the spatial resolution degradation on the image by acting on the displacement image, and a photothermal displacement image having a two-dimensional spatial resolution from the resolution degradation repairing means having been repaired from the resolution degradation repairing means; And an information detecting means for detecting two-dimensional information about the inside.
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