JP7233536B2 - 各々入力光フィールドの入力位相及び/又は入力振幅を測定する方法、干渉計及び信号処理装置 - Google Patents
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Description
a)入力光フィールドを第一光フィールドと第二光フィールドとに振幅分割すること;
b)伝搬第一光フィールドに対して伝搬第二光フィールドを焦点ぼかしさせるように第一光フィールド及び第二光フィールドを伝搬すること;
c)各場合に伝搬第一光フィールドの第一スポットと伝搬第二光フィールドの第二スポットとが検出器で干渉して出力光フィールドの共通の出力スポットを形成しそして出力光フィールドが検出器に干渉パターンを発生するようにして、伝搬第一光フィールド及び伝搬第二光フィールドの振幅重ね合せ及び像形成を行うこと;
を含み、
出力光フィールドの共通出力スポットと干渉する第一光フィールドのそれぞれの第一スポット及び第二光フィールドのそれぞれの第二スポットが入力光フィールドの同じ入力スポットから生じ、また、出力光フィールドが、
(i) 出力光フィールドが少なくとも三つの出力スポットの異なる出力スポットにおいて相互のコヒーレンスがなく、
(ii) 出力光フィールドが少なくとも三つの出力スポットの異なる出力スポット内で少なくとも部分的に空間的なコヒーレンスを示すこと
に適用する少なくとも三つの出力スポットをもち、
さらに、
a)検出器で干渉パターンの少なくとも一部分を測定し、そして測定した干渉パターンから複素干渉項を測定すること;
b)複素干渉項から入力位相及び/又は入力振幅を少なくとも部分的に測定すること;
を含む。
- 電子集束
- 像の補正、特に像のシャープ化
- 光学システムの収差の補正
- 三次元物体の表面構造の測定
- 一時的に部分的に非コヒーレント光源及び/又はフォトルミネセンスによる物体の測定
- 薄膜の構造の測定
- 位相物体の測定、特に位相感応性ブライトフィールド測定又はダークフィールド顕微鏡法
- 三次元空間における物体の位置の測定。
デフォーカシングユニットを設計し及び/又は調整する際に、第一干渉計アームと第二干渉計アームとの間の光学通路長さは特に変えられない。例えば、光学通路長さは一定に保たれ或いはほぼ光学通路差ゼロにされる。ここで“ほぼゼロ”は、光学通路差がコヒーレンスな長さより小さいことを意味している。使用した光フィールドのコヒーレンスな長さはせいぜい1m(又はせいぜい1mm、又はせいぜい100μm、又はせいぜい10μm、又はせいぜい1μm)であり得る。
(i) 格子スペーシングで間隔を置いた、二次元格子のようなマイクロレンズの格子
(ii) 伝搬方向に対して直交する変換不変性をもつ回析光学要素(DOE)
(i) 出力光フィールドが少なくとも三つの出力スポットの異なる出力スポットにおいて相互コヒーレンスなしであること;また、
(ii)出力光フィールドが少なくとも三つの出力スポットの一つの出力スポット内において少なくとも部分的空間的にコヒーレンスであることを示すこと
が適用される。
12: 第二干渉計アーム
100: 干渉計
101: 分割装置
102: デフォーカシングユニット
1021: デフォーカシングユニット
1022: デフォーカシングユニット
103: 像形成装置
201: 第一ミラー
202: 第二ミラー
203: ピエゾ素子
300: 検出器
600: 信号処理装置
601: 入力モジュール
602: メモリモジュール
603: 評価モジュール
1011: 振幅分割器
1012: 振幅重畳器
1021: 第一光学システム
1022: 第二光学システム
1031: レンズ
1032: アレイ物質
2031: 移相器
Claims (18)
- 入力光フィールド(Ei)の入力位相及び/又は入力振幅を決定する方法であって、
a)入力光フィールド(Ei)を第一光フィールド(E1)と第二光フィールド(E2)とに振幅分割すること;
b)伝搬した第一光フィールド(E1)に対して伝搬した第二光フィールド(E2)をデフォーカスさせ、かつ前記第一光フィールド(E1)と前記第二光フィールド(E2)とが異なる幾何学的伝搬距離と同一の光学的伝播長さを横切るように、第一光フィールド(E1)及び第二光フィールド(E2)を伝搬すること;
c)各場合に伝搬した第一光フィールド(E1)の第一スポット(x11,x21,x31)と伝搬した第二光フィールド(E2)の第二スポット(x12,x22,x32)とが検出器(300)で干渉して出力光フィールド(Ef)の共通の出力スポット(x1,x2,x3)を形成しそして出力光フィールド(Ef)が検出器(300)に干渉パターンを発生するようにして、伝搬した第一光フィールド(E1)及び伝搬した第二光フィールド(E2)の振幅重ね合せ及び像形成を行うこと;
の各ステップを含み、
出力光フィールド(Ef)の共通出力スポット(x1,x2,x3)を形成するように干渉する第一光フィールド(E1)のそれぞれの第一スポット(x11,x21,x31)及び第二光フィールド(E2)のそれぞれの第二スポット(x12,x22,x32)が入力光フィールド(Ei)の同じ入力スポットから生じ、
出力光フィールド(Ef)は、少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3)を有し、当該三つの出力スポットに対して、
(i) 出力光フィールド(Ef)が少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3,…)の異なる出力スポットにおいて相互の干渉性がないことと、
(ii)出力光フィールド(Ef)が少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3,…)の異なる出力スポット内で少なくとも部分的に空間的な干渉性を示すこと、が適用され、
前記方法はさらに、
d)検出器(300)で干渉パターンの少なくとも一部分を測定し、そして測定した干渉パターンから複素干渉項(IF)を決定すること;
e)複素干渉項(IF)から入力位相及び/又は入力振幅を少なくとも部分的に決定すること;
を含む方法。 - 伝搬した第二光フィールド(E2)が光学軸に沿って伝搬した第一光フィールド(E1)に対してシフトされる、請求項1に記載の方法。
- 第一光フィールド(E1)と第二光フィールド(E2)との間の経路差が付加的な調整装置で設定され、該経路差が入力光フィールド(Ei)の波長の少なくとも四分の一である、請求項1又は2に記載の方法。
- 入力光フィールド(Ei)が像形成光学システムを備えた物体から放出され、また入力光フィールド(Ei)がセクション平面に対して入力光フィールド(Ei)の相互に非コヒーレントな入力スポットの重ね合せであり、セクション平面が前記物体の入力光学システムの少なくともほぼ共役平面である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 複素スポット干渉項(IF1,IF2,IF3)が各出力スポット(x1,x2,x3)に対して決定され、複素干渉項(IF)が複素スポット干渉項(IF1,IF2,IF3)の重ね合せとして表されること、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 各出力スポットが検出器(300)の複数のピクセルにマッピングされ、複素ピクセル干渉項が各ピクセルに対して決定され、複素スポット干渉項(IF1、IF2、IF3)が複素ピクセル干渉項の値から成る、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 伝搬した第一光フィールド(E1)及び伝搬した第二光フィールド(E2)は、検出器(300)が像のほぼ像平面にあるようにして、検出器(300)に像形成される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 干渉パターンの測定が干渉パターンの位相及び振幅の測定を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 下記の応用の少なくとも一つに使用される、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法の使用。
- 電子集束;
- 像の補正、特に像のシャープ化;
- 光学システムの収差の補正;
- 三次元物体の表面構造の測定;
- 一時的に部分的に非コヒーレント光源、及び/又は、フォトルミネセンスによる物体の測定;
- 薄膜の構造の測定;
- 位相物体の測定、特に位相感応性ブライトフィールド測定又はダークフィールド顕微鏡法;
- 三次元空間における物体の位置の決定 - 方法が像の補正及び/又は像の電子集束に用いられ、補正すべき像が像形成装置で捕捉され、補正すべき像が像形成装置の焦点ではなく像形成装置の焦点近くで捕捉される、請求項9に記載の使用。
- 入力光フィールド(Ei)の入力位相及び/又は入力振幅を決定する干渉計(100)であって、
分割装置(101,1011,1012)、像形成装置(103)及び検出器(300)を備え、
分割装置(101,1011,1012)は、第一干渉計アーム(11)と、デフォーカシングユニット(101,1011,1012)を備えた第二干渉計アーム(12)と、を画定し、
分割装置(101,1011,1012)が、振幅分割によって入力光フィールド(Ei)を第一光フィールド(E1)と第二光フィールド(E2)とに分割するように配置され、
分割装置(101,1011,1012)及び像形成装置(103)が、第一干渉計アーム(11)に沿って伝搬される第一光フィールド(E1)と第二干渉計アーム(12)に沿って伝搬される第二光フィールド(E2)とを振幅重ね合せによって重ね合わせ、そしてそれを検出器(300)上に像形成するように設置され、かつ調整され、それは、各場合に第一光フィールド(E1)の第一スポット(x11,x21,x31)及び第二光フィールド(E2)の第二スポット(x12,x22,x32)を検出器(300)で干渉させて出力光フィールド(Ef)の共通出力スポット(x1、x2、x3)を形成させ、出力光フィールド(Ef)が検出器(300)に干渉パターンを発生するような方法で行われ、
検出器(300)が、複数のスポットピクセルを有し、干渉パターンの少なくとも一部分を測定するようにされ、
デフォーカシングユニット(102,1021,1022)が、前記第一光フィールド(E1)と前記第二光フィールド(E2)とが異なる幾何学的伝搬距離と同一の光学的伝播長さを横切るように、前記第二光フィールド(E2)の幾何学的伝播距離を変更するように構成され、かつ第一光フィールド(E1)に対して、第二干渉計アーム(12)に沿って伝搬する第二光フィールド(E2)をデフォーカスさせるように構成され、
デフォーカシングユニット(102,1021,1022)、分割装置(101,1011,1012)、像形成装置(103)、及び検出器(300)が、出力スポット(x1,x2,x3)を前記複数のスポットピクセルに入射させるように設置され、かつ調整され、
スポットピクセルの少なくとも10%に対して、第一光フィールド(E1)と第二光フィールド(E2)との間の2πによる剰余位相差がスポットピクセルの位置で0.1π以上変化する、干渉計(100)。 - デフォーカシングユニット(102,1021,1022)が、誘電体媒体、特に誘電体プレート、屈折システム、特にレンズ、変換対称性をもつ回析システム、特に格子、調整可能なミラー、特にピエゾ調整可能なミラーの少なくとも一つの構成要素から成る、請求項11に記載の干渉計(100)。
- デフォーカシングユニット(102,1021,1022)、分割装置(101,1011,1012)、像形成装置(103)及び検出器(300)は、出力光フィールド(Ef)が少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3)を有するように設置され、かつ調整され、
前記少なくとも三つの出力スポットに対して、
(i) 出力光フィールド(Ef)が前記少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3)のうち異なる出力スポット(x1,x2,x3))において相互にコヒーレントなしであること、及び、
(ii)出力光フィールド(Ef)が前記少なくとも三つの出力スポット(x1,x2,x3)のうち一つの出力スポット(x1,x2,x3)内において少なくとも部分的空間的にコヒーレントであることを示すこと、が適用される、請求項11又は12に記載の干渉計(100)。 - デフォーカシングユニット(102,1021,1022)が、第二干渉計アーム(12)の光学経路長さを変えるように構成される、請求項11~13のいずれか一項に記載の干渉計(100)。
- 第二干渉計アーム(12)の幾何学的伝搬距離が第一干渉計アーム(11)の幾何学的伝搬距離と少なくとも0.1mm異なる、請求項14に記載の干渉計(100)。
- 干渉計(100)が請求項1~8のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成される、請求項11~15のいずれか一項に記載の干渉計(100)。
- 入力光フィールド(Ei)の入力位相及び/又は入力振幅を測定する信号処理装置(600)であって、
請求項11に記載された干渉計の検出器(300)から生ずる信号(S1,S2,S3,…)によって複素干渉項(IF)を決定する入力モジュール(601);
伝搬マッピング(U)及び/又は点広がり関数を備えるメモリモジュール(602);
を備え、
伝搬マッピング(U)は、光学経路長さに沿って伝搬される第一光フィールド(E1)の、前記光学経路長さに沿って伝搬される第二光フィールド(E2)への伝搬を記述するものであり、
伝搬される第二光フィールド(E2)が、伝搬される第一光フィールド(E1)に対してデフォーカスさせられ、
前記信号処理装置はさらに、
複素干渉項(IF)及び伝搬マッピング(U)及び/又はポイント広がり関数によって入力光フィールド(Ei)の入力位相及び/又は入力振幅を決定するように配置された評価モジュール(603);
を備えた、信号処理装置(600)。 - メモリモジュール(602)がさらに基準データベースを有し、基準データベースが複素比較干渉項を備え、複素比較干渉項が計算及び/又はキャリブレーションによって決定され、評価モジュール(603)が前記複素比較干渉項との比較によって信号(S1,S2,S3,…)から複素干渉項(IF)を決定するように構成される、請求項17に記載の信号処理装置(600)。
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