JPH0431745A - ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置 - Google Patents
ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置Info
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- JPH0431745A JPH0431745A JP13789190A JP13789190A JPH0431745A JP H0431745 A JPH0431745 A JP H0431745A JP 13789190 A JP13789190 A JP 13789190A JP 13789190 A JP13789190 A JP 13789190A JP H0431745 A JPH0431745 A JP H0431745A
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は散乱成分であるインコヒーレント光から分離し
て振幅像及び位相像を同時に検出する装置に関し、特に
、そのためにヘテロダイン検波受光系を用いる装置に関
する。
て振幅像及び位相像を同時に検出する装置に関し、特に
、そのためにヘテロダイン検波受光系を用いる装置に関
する。
Ｘ線の発見以来、生体（人体）内部を外部より損傷を与
えずに観察する技術（非観血的、あるいは無侵襲的計測
法）は、生物学、特に医学の分野で強く求められ発達し
てきた。この技術は電磁波として見ると最も波長の短い
ガンマ線やＸ線と、最も波長の長いラジオ波が使用され
ている。前者はＸ線ＣＴとして、後者はＮＭＲ−ＣＴ
（Ｍａ ｇｎｅｔｊｃ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ Ｉｍ
ａｇｉｎｇＳＭＲＩ）として実用化されている。
えずに観察する技術（非観血的、あるいは無侵襲的計測
法）は、生物学、特に医学の分野で強く求められ発達し
てきた。この技術は電磁波として見ると最も波長の短い
ガンマ線やＸ線と、最も波長の長いラジオ波が使用され
ている。前者はＸ線ＣＴとして、後者はＮＭＲ−ＣＴ
（Ｍａ ｇｎｅｔｊｃ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ Ｉｍ
ａｇｉｎｇＳＭＲＩ）として実用化されている。
一方、物理や化学の分野で広く用いられている紫外−可
視一近赤外一赤外の領域の分光学を“丸ごと”生体（ｉ
ｎ ｖｉｖｏ）へ応用する試みは比較的少ない。これ
は光を用いた生体計測、特に吸収や発光の過程を利用す
るものにおいて、もっとも基本的な“定量性”に関し多
くの問題が解決されずに残されているからである。現在
、固体素子を用いた反射スペクトルの測定装置や高感度
Ｔ■カメラ等による計測が試みられているが、再現性や
得られた絶対値に対し信頼性が少ないのはこの理由によ
る。
視一近赤外一赤外の領域の分光学を“丸ごと”生体（ｉ
ｎ ｖｉｖｏ）へ応用する試みは比較的少ない。これ
は光を用いた生体計測、特に吸収や発光の過程を利用す
るものにおいて、もっとも基本的な“定量性”に関し多
くの問題が解決されずに残されているからである。現在
、固体素子を用いた反射スペクトルの測定装置や高感度
Ｔ■カメラ等による計測が試みられているが、再現性や
得られた絶対値に対し信頼性が少ないのはこの理由によ
る。
生体組織のような散乱体に光を照射した際、１８０°向
かい合わせで受光すればある程度直進光を取り出すこと
ができるが、今のところ、その空間分解能はあまり良い
とはいえない。
かい合わせで受光すればある程度直進光を取り出すこと
ができるが、今のところ、その空間分解能はあまり良い
とはいえない。
Ｘ線と光とでの空間分離能の差は今のところ埋めること
はできない。しかしながら光、特に近赤外光を用いると
、血液中のヘモグロビンから組織酸素濃度のイメージン
グができるはずである。これらは他のＮＭＲ−ＣＴやＸ
１ｉｌＣＴと異なった情報を与えてくれるであろう。
はできない。しかしながら光、特に近赤外光を用いると
、血液中のヘモグロビンから組織酸素濃度のイメージン
グができるはずである。これらは他のＮＭＲ−ＣＴやＸ
１ｉｌＣＴと異なった情報を与えてくれるであろう。
３〜５ｃｍの厚さの組織ならば、われわれは透過してき
た光を検出することができる。このことは“光−レント
ゲン写真”を診断に使えることを意味する。女性の乳房
は組織が比較的均一であり光が透過しやすく、またその
形状から透過光の検出（厚さ二〜３ｃｍ程度）が容易で
あり、古くから乳ガンの診断に、Ｄｉａｐｈａｎｏｇｒ
ａｐｈｙ （Ｌｉｇｈｔｓｃａｎｎｉｎｇ）という名で
用いられてきた。
た光を検出することができる。このことは“光−レント
ゲン写真”を診断に使えることを意味する。女性の乳房
は組織が比較的均一であり光が透過しやすく、またその
形状から透過光の検出（厚さ二〜３ｃｍ程度）が容易で
あり、古くから乳ガンの診断に、Ｄｉａｐｈａｎｏｇｒ
ａｐｈｙ （Ｌｉｇｈｔｓｃａｎｎｉｎｇ）という名で
用いられてきた。
このような状況の下で、本発明者は、特願昭６３−３０
４６９１号、特願平１−２５００３６号において、試料
を透過してその吸収情報を含み散乱光が混入しているコ
ヒーレント光成分を分離して検出するのに、このコヒー
レント光成分と周波数の異なるコヒーレント光を合成し
て、合成光のビード成分を検出する光ヘテロダイン検波
受光系を用いることを提案した。しかしながら、上記の
提案によるものは試料の吸収像又は振幅像のみを検出す
るものであり、試料の振幅透過率に基づく振幅像とその
屈折率、厚さの分布に基づく位相像を同時に検出するこ
とができるものではない。
４６９１号、特願平１−２５００３６号において、試料
を透過してその吸収情報を含み散乱光が混入しているコ
ヒーレント光成分を分離して検出するのに、このコヒー
レント光成分と周波数の異なるコヒーレント光を合成し
て、合成光のビード成分を検出する光ヘテロダイン検波
受光系を用いることを提案した。しかしながら、上記の
提案によるものは試料の吸収像又は振幅像のみを検出す
るものであり、試料の振幅透過率に基づく振幅像とその
屈折率、厚さの分布に基づく位相像を同時に検出するこ
とができるものではない。
ところで、物体の位相像を観察する方法としては、従来
、シュリーレン法、位相差法等が知られているが、これ
らの方法は、位相像の位相差が小さい場合の適用される
もので、比較的広い範囲の位相分布を有するものには適
さないものであった。
、シュリーレン法、位相差法等が知られているが、これ
らの方法は、位相像の位相差が小さい場合の適用される
もので、比較的広い範囲の位相分布を有するものには適
さないものであった。
この点をもう少し説明すると、シュリーレン法も位相差
法も再回折法における空間フィルタリングの手法として
説明できる。再回折法は、第１４図に示すように、焦点
距離ｆの２枚の凸レンズＬ１、Ｌ２を共焦点に配置しく
両レンズの焦点距離は等しい必要はない。）、第１のレ
ンズＬ１の前側焦点面Ｐ１に入力画像を配置してコヒー
レント光で照明した場合、第１のレンズＬ１の後側焦点
面（第シのレンズＬ、の前側焦点面）Ｐ２ （スペクト
ル面）に入力画像の複素振幅像が２次元フーリエ変換さ
れてその空間周波数分布が得られるので、この面Ｐ、に
空間フィルターを配置してフィルタリングし、その情報
を再度第２のレンズＬ２によって２次元フーリエ変換し
、第２レンズＬ２の後側焦点面Ｐ、に空間フィルタリン
グ処理した像を再現する方法である。シュリーレン法は
、第１３図のスペクトル面Ｐ、に空間周波数の０吹成分
をカットするフィルターを配置して試料の位相の２乗に
比例した明るさの像を得ようとする方法であり、位相差
法は、スペクトル面Ｐ２に空間周波数の０吹成分の位相
をπ／２進めたり遅らせるフィルターを配置して試料の
位相に比例した明るさの像を得ようとする方法である。
法も再回折法における空間フィルタリングの手法として
説明できる。再回折法は、第１４図に示すように、焦点
距離ｆの２枚の凸レンズＬ１、Ｌ２を共焦点に配置しく
両レンズの焦点距離は等しい必要はない。）、第１のレ
ンズＬ１の前側焦点面Ｐ１に入力画像を配置してコヒー
レント光で照明した場合、第１のレンズＬ１の後側焦点
面（第シのレンズＬ、の前側焦点面）Ｐ２ （スペクト
ル面）に入力画像の複素振幅像が２次元フーリエ変換さ
れてその空間周波数分布が得られるので、この面Ｐ、に
空間フィルターを配置してフィルタリングし、その情報
を再度第２のレンズＬ２によって２次元フーリエ変換し
、第２レンズＬ２の後側焦点面Ｐ、に空間フィルタリン
グ処理した像を再現する方法である。シュリーレン法は
、第１３図のスペクトル面Ｐ、に空間周波数の０吹成分
をカットするフィルターを配置して試料の位相の２乗に
比例した明るさの像を得ようとする方法であり、位相差
法は、スペクトル面Ｐ２に空間周波数の０吹成分の位相
をπ／２進めたり遅らせるフィルターを配置して試料の
位相に比例した明るさの像を得ようとする方法である。
しかしながら、上記従来の何れの方法も、試料の位相差
が小さく、そのスペクトル分布が低次の成分に偏ってい
るとの前提に立った方法であるので、位相差が大きくス
ペクトル分布が高次にわたる場合には高いコントラスト
が得られず、余り有効な方法とは必ずしも言えない。す
なわち、所定の空間周波数の位相回折格子を例にとった
場合、第１５図に示すように、格子の位相差が大きくな
ると、スペクトルの大部分は高次成分に分布しており、
低次成分に処理を施して、処理されたスペクトルを逆フ
ーリエ変換しても、元の画像と余り違わないコントラス
トの低い画像しか再現されないことが理解されよう。さ
らに、上記のような従来のシュリーレン法、位相差法等
において、試料の位相分布に加えて振幅分布を同時に検
出することは、全く不可能であった。
が小さく、そのスペクトル分布が低次の成分に偏ってい
るとの前提に立った方法であるので、位相差が大きくス
ペクトル分布が高次にわたる場合には高いコントラスト
が得られず、余り有効な方法とは必ずしも言えない。す
なわち、所定の空間周波数の位相回折格子を例にとった
場合、第１５図に示すように、格子の位相差が大きくな
ると、スペクトルの大部分は高次成分に分布しており、
低次成分に処理を施して、処理されたスペクトルを逆フ
ーリエ変換しても、元の画像と余り違わないコントラス
トの低い画像しか再現されないことが理解されよう。さ
らに、上記のような従来のシュリーレン法、位相差法等
において、試料の位相分布に加えて振幅分布を同時に検
出することは、全く不可能であった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、上記のような従来の振幅像、位相像の検出
方法の問題点を解決して、光ヘテロダイン検波受光系を
用いて散乱成分であるインコヒーレント光から分離して
広い範囲の位相差を有する位相像のみならず振幅像を同
時にを検出することができる全く新規な装置を提供する
ことである。
その目的は、上記のような従来の振幅像、位相像の検出
方法の問題点を解決して、光ヘテロダイン検波受光系を
用いて散乱成分であるインコヒーレント光から分離して
広い範囲の位相差を有する位相像のみならず振幅像を同
時にを検出することができる全く新規な装置を提供する
ことである。
上記目的を達成する本発明の第１のヘテロダイン検波受
光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置は、コヒ
ーレント光を試料に照射し、その透過光と該コヒーレン
ト光と周波数の異なる参照コヒーレント光とを合成して
、光ヘテロダイン検波により試料の振幅像及び位相像を
同時に検出する装置において、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレン
ト光とを合成して、合成光束断面における１次元又は２
次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出す
ることにより、試料の振幅像及び位相像を同時に求める
ように構成したことを特徴とするものである。
光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置は、コヒ
ーレント光を試料に照射し、その透過光と該コヒーレン
ト光と周波数の異なる参照コヒーレント光とを合成して
、光ヘテロダイン検波により試料の振幅像及び位相像を
同時に検出する装置において、試料全面に均一な平行コ
ヒーレント光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレン
ト光とを合成して、合成光束断面における１次元又は２
次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出す
ることにより、試料の振幅像及び位相像を同時に求める
ように構成したことを特徴とするものである。
この場合、試料を透過した光束の断面全面において参照
コヒーレント光と透過光とを合成して、合成光束断面の
１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相
分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を
同時に求めるように構成することができ、また、その際
、試料の透過光と参照コヒーレント光との合成後に、高
指向゛性光学系を介して合成光束断面の１次元又は２次
元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出する
ように構成することもでき、さらに、試料を照射する光
束の断面を小領域に分割し、各分割領域に集光レンズを
配置してその集光点に試料が位置するように試料を配置
し、試料を透過した各発散光束を平行光束に変換するレ
ンズを各集光レンズに対応させて配置し、変換された平
行光束と参照コヒーレント光とを合成して、合成光束断
面の１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び
位相分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相
像を同時に求めるように構成することもできる。
コヒーレント光と透過光とを合成して、合成光束断面の
１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相
分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を
同時に求めるように構成することができ、また、その際
、試料の透過光と参照コヒーレント光との合成後に、高
指向゛性光学系を介して合成光束断面の１次元又は２次
元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出する
ように構成することもでき、さらに、試料を照射する光
束の断面を小領域に分割し、各分割領域に集光レンズを
配置してその集光点に試料が位置するように試料を配置
し、試料を透過した各発散光束を平行光束に変換するレ
ンズを各集光レンズに対応させて配置し、変換された平
行光束と参照コヒーレント光とを合成して、合成光束断
面の１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び
位相分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相
像を同時に求めるように構成することもできる。
その代わりに、合成光束断面内でビード成分のみを検出
するヘテロダイン受信器を走査することにより、試料の
振幅像及び位相像を同時に求めるように構成することも
できる。
するヘテロダイン受信器を走査することにより、試料の
振幅像及び位相像を同時に求めるように構成することも
できる。
本発明の第２のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像
及び位相像の同時検出装置は、コヒーレント光を試料に
照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の異な
る参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイン検
波により試料の振幅像及び位相像を同時に検出する装置
において、試料の一部に平行コヒーレント光を照射し、
試料の透過光と参照コヒーレント光とを合成してそのビ
ード成分の振幅及び位相を同時に検出するように構成し
、試料を照射光に対して相対的に走査可能に配置して、
試料に沿う面における１次元又は２次元方向のビード成
分の振幅分布及び位相分布を検出することにより、試料
の振幅像及び位相像を同時に求めるように構成したこと
を特徴とするものである。
及び位相像の同時検出装置は、コヒーレント光を試料に
照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の異な
る参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイン検
波により試料の振幅像及び位相像を同時に検出する装置
において、試料の一部に平行コヒーレント光を照射し、
試料の透過光と参照コヒーレント光とを合成してそのビ
ード成分の振幅及び位相を同時に検出するように構成し
、試料を照射光に対して相対的に走査可能に配置して、
試料に沿う面における１次元又は２次元方向のビード成
分の振幅分布及び位相分布を検出することにより、試料
の振幅像及び位相像を同時に求めるように構成したこと
を特徴とするものである。
この場合、平行コヒーレント光束中に集光レンズを配置
してその集光点に試料が位置するように試料を配置し、
試料を透過した発散光束を平行光束に変換するレンズを
配置し、変換された平行光束と参照コヒーレント光とを
合成してそのビード成分の振幅及び位相を同時に検出す
るように構成することもできる。
してその集光点に試料が位置するように試料を配置し、
試料を透過した発散光束を平行光束に変換するレンズを
配置し、変換された平行光束と参照コヒーレント光とを
合成してそのビード成分の振幅及び位相を同時に検出す
るように構成することもできる。
本発明の第３のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像
及び位相像の同時検出装置は、平行コヒーレント光を試
料に照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の
異なる参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイ
ン検波により試料の振幅像及び位相像を同時に検出する
装置において、試料全面に均一な平行コヒーレント光を
照射するように構成し、試料の透過光の振幅分布及び位
相分布をフーリエ変換する第１のフーリエ変換光学系と
、そのスペクトル面における分布をさらにフーリエ変換
する第２のフーリエ変換光学系とを配置し、第２のフー
リエ変換光学系の変換面において参照コヒーレント光と
再変換光とを合成して、第２のフーリエ変換光学系の変
換面における１次元又は２次元方向のビード成分の振幅
分布及び位相分布を検出することにより、試料の振幅像
及び位相像を同時に求めるように構成したことを特徴と
するものである。
及び位相像の同時検出装置は、平行コヒーレント光を試
料に照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の
異なる参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイ
ン検波により試料の振幅像及び位相像を同時に検出する
装置において、試料全面に均一な平行コヒーレント光を
照射するように構成し、試料の透過光の振幅分布及び位
相分布をフーリエ変換する第１のフーリエ変換光学系と
、そのスペクトル面における分布をさらにフーリエ変換
する第２のフーリエ変換光学系とを配置し、第２のフー
リエ変換光学系の変換面において参照コヒーレント光と
再変換光とを合成して、第２のフーリエ変換光学系の変
換面における１次元又は２次元方向のビード成分の振幅
分布及び位相分布を検出することにより、試料の振幅像
及び位相像を同時に求めるように構成したことを特徴と
するものである。
その場合、スペクトル面に空間フィルターを配置し、該
空間フィルターを通過した光と参照コヒーレント光との
１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相
分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を
同時に求めるように構成することもできる。
空間フィルターを通過した光と参照コヒーレント光との
１次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相
分布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を
同時に求めるように構成することもできる。
本発明の何れの振幅像及び位相像の同時検出装置におい
ても、試料を透過して試料の振幅透過率と位相差の情報
を有する光と、その透過光と周波数の異なる参照光とを
合成して、合成光のビード成分の試料に沿う１次元又は
２次元方向の振幅分布及び位相分布を同時に検出するこ
とにより、試料の振幅像と位相像を求めるようにしてい
るので、散乱成分であるインコヒーレント光から分離し
て物体の振幅像と広い範囲の位相差を有するその位相像
を確実にかつ正確に検出することができる。
ても、試料を透過して試料の振幅透過率と位相差の情報
を有する光と、その透過光と周波数の異なる参照光とを
合成して、合成光のビード成分の試料に沿う１次元又は
２次元方向の振幅分布及び位相分布を同時に検出するこ
とにより、試料の振幅像と位相像を求めるようにしてい
るので、散乱成分であるインコヒーレント光から分離し
て物体の振幅像と広い範囲の位相差を有するその位相像
を確実にかつ正確に検出することができる。
ヘテロダイン検波受光系の基本的な形は、第２図に示す
ように、周波数ω１の測定光Ｉと周波数が僅かに異なる
ω、の光（これを局発光と言う。
ように、周波数ω１の測定光Ｉと周波数が僅かに異なる
ω、の光（これを局発光と言う。
）Ｉ′とをハーフミラ−ＨＭにより合成して、その合成
光を検出器りにより光電変換し、その信号中の周波数の
差ω１−ω２の成分のみを通すバンドパスフィルターＦ
を通して交流成分のみを取り出すものである。以後の説
明の簡単化のために、検出器りとバンドパスフィルター
Ｆの組み合せをヘテロダイン受信器ＨＤと呼ぶことにす
る。測定光ＩをＶ’、局発光Ｉ′をＶ、とし、それぞれ
の光を次のように表現する。
光を検出器りにより光電変換し、その信号中の周波数の
差ω１−ω２の成分のみを通すバンドパスフィルターＦ
を通して交流成分のみを取り出すものである。以後の説
明の簡単化のために、検出器りとバンドパスフィルター
Ｆの組み合せをヘテロダイン受信器ＨＤと呼ぶことにす
る。測定光ＩをＶ’、局発光Ｉ′をＶ、とし、それぞれ
の光を次のように表現する。
Ｖ ＋ ＝ Ａ ＋ ｅＸＰ［−１（ω＋ ｔ＋φ１）
］、Ｖ２ ＝Ａｌ ｅｘｐ［ｌ（ａ＋２ｊ＋φ、）］こ
れらの２つの光波Ｖ＋、Ｖ＊を重ね合わせて検出器りに
より検出すると、その検出信号Ｓは次のようになる。
］、Ｖ２ ＝Ａｌ ｅｘｐ［ｌ（ａ＋２ｊ＋φ、）］こ
れらの２つの光波Ｖ＋、Ｖ＊を重ね合わせて検出器りに
より検出すると、その検出信号Ｓは次のようになる。
Ｓ＝ Ｖｌ ＋Ｖ２
＝ｖ、 ・Ｖ、” ＋Ｖ２ ・Ｖ２＋Ｖ＋ −Ｖ
＋＋ ” ＋Ｖ＋ ” ・Ｖ２ところで、 Ｖｌ ・Ｖ ＋ ” ＝ＡＨ” ％ Ｖ ２ ・Ｖ
２ ” ＝ Ａ ２であり、 Ｖｌ ・Ｖ２ ” ＝Ａ＋ Ａｌ ｅＸｆｌ［＋（（
Ｌｌ＋−（ＩＪｉ）ｊ−ｉ（φ１−φ２）］、 Ｖ １ ” ・ Ｖ２ ＝Ａ＋ Ａ２ ｅｘｐ
［＋ｉ（Ｑｌ 、−Ｑｌ２）ｔ＋１（φ１−φ２）コ ■１ ・ｖ２ ” ＋Ｖ＋ ” ・Ｖ。
＋＋ ” ＋Ｖ＋ ” ・Ｖ２ところで、 Ｖｌ ・Ｖ ＋ ” ＝ＡＨ” ％ Ｖ ２ ・Ｖ
２ ” ＝ Ａ ２であり、 Ｖｌ ・Ｖ２ ” ＝Ａ＋ Ａｌ ｅＸｆｌ［＋（（
Ｌｌ＋−（ＩＪｉ）ｊ−ｉ（φ１−φ２）］、 Ｖ １ ” ・ Ｖ２ ＝Ａ＋ Ａ２ ｅｘｐ
［＋ｉ（Ｑｌ 、−Ｑｌ２）ｔ＋１（φ１−φ２）コ ■１ ・ｖ２ ” ＋Ｖ＋ ” ・Ｖ。
＝ ２ Ａ ＋ Ａ ｚｃｏｓ［（ω、−ω２）ｔ＋
（φ １−φ、）コであるので、 Ｓ”Ａ＋ ” ＋Ａ２ ＋２Ａ＋ Ａｚｃｏｓ［（ω、−ω、）ｔ＋（φ１−
φ、）コとなる。ところで、ω２＝ωｌ−Δω（△ωを
ビード周波数と言う。）と書けるので、Ａ、 、Ａ。
（φ １−φ、）コであるので、 Ｓ”Ａ＋ ” ＋Ａ２ ＋２Ａ＋ Ａｚｃｏｓ［（ω、−ω、）ｔ＋（φ１−
φ、）コとなる。ところで、ω２＝ωｌ−Δω（△ωを
ビード周波数と言う。）と書けるので、Ａ、 、Ａ。
を時間に関して一定とすると、フィルターＦからは、周
波数Δωで位相がφ１−φ２の一定の大きさの信号が得
られる。φ１は測定光Ｉの位相であり、その光路中に挿
入する物体○ｂの屈折率、厚さによって変化し、物体の
位相を表しているものである。これに対して、局発光重
′の位相φ２は一定の基準の値を有しているので、ヘテ
ロダイン受信器ＨＤからは、物体ｏｂの位相に応じた位
相を有するビード信号が得られることになる。また、そ
のビード信号の振幅はＡ＋に比例するが、測定光■の振
幅Ａ１は物体の振幅透過率に比例するのであるから、ヘ
テロダイン受信器ＨＤからは、物体ｏｂの位相に応じた
位相とその振幅透過率に応じた振幅を有するビード周波
数の交流信号が得られることになる。したがって、ヘテ
ロダイン受信器ＨＤから得られる交流信号の振幅と位相
を測定することにより、物体ｏｂの振幅と位相を検出す
ることができる。
波数Δωで位相がφ１−φ２の一定の大きさの信号が得
られる。φ１は測定光Ｉの位相であり、その光路中に挿
入する物体○ｂの屈折率、厚さによって変化し、物体の
位相を表しているものである。これに対して、局発光重
′の位相φ２は一定の基準の値を有しているので、ヘテ
ロダイン受信器ＨＤからは、物体ｏｂの位相に応じた位
相を有するビード信号が得られることになる。また、そ
のビード信号の振幅はＡ＋に比例するが、測定光■の振
幅Ａ１は物体の振幅透過率に比例するのであるから、ヘ
テロダイン受信器ＨＤからは、物体ｏｂの位相に応じた
位相とその振幅透過率に応じた振幅を有するビード周波
数の交流信号が得られることになる。したがって、ヘテ
ロダイン受信器ＨＤから得られる交流信号の振幅と位相
を測定することにより、物体ｏｂの振幅と位相を検出す
ることができる。
ところで、上記のようなヘテロダイン検波受光系におい
て、検出器りの受光面の径（集光させてその集光点でビ
ードをとるときは、集光光学系の開口径）をｄ１検出し
ようとする光の波長をλとすると、その角度分解能は略
ｄ／λである。したがって、検出器りの受光面の径ｄを
検出しようとする光の波長λに比較して十分に大きくす
れば、ヘテロダイン検波受光系は高指向性の受光系であ
ると言うことができる。
て、検出器りの受光面の径（集光させてその集光点でビ
ードをとるときは、集光光学系の開口径）をｄ１検出し
ようとする光の波長をλとすると、その角度分解能は略
ｄ／λである。したがって、検出器りの受光面の径ｄを
検出しようとする光の波長λに比較して十分に大きくす
れば、ヘテロダイン検波受光系は高指向性の受光系であ
ると言うことができる。
さて、以上のようなヘテロダイン検波受光系を並列して
配置することにより、振幅及び位相分布を有する物体の
振幅像及び位相像を同時に検出することができる。その
基本的構成を第１図に示す。
配置することにより、振幅及び位相分布を有する物体の
振幅像及び位相像を同時に検出することができる。その
基本的構成を第１図に示す。
第１偏光器Ｐｉ（照明光Ａが直線偏光している場合は、
必要ない。）を介して振幅及び位相の分布を有する試料
Ｓにコヒーレントな透過照明光Ａを当て、試料Ｓによっ
て空間的に振幅及び位相変調を受けた１次元又は２次元
的な測定光Ｉをハーフミラ−ＨＭに入射させる。一方、
例えば照明光Ａの一部を分割した光を超音波変調器等か
らなる周波数シフターＡＯに入射させ、照明光Ａの周波
数から多少周波数をシフトさせて一定強度の局発光１′
とし、ハーフミラ−ＨＭに入射させ、ここで測定光Ｉと
合成する。合成光は、第１偏光器Ｐ１と協働してノイズ
を除去しＳ／Ｎ比を上げるために挿入された第２偏光器
Ｐを介して、２次元的にマトリックス状に配置したヘテ
ロダイン受信器ＨＤ１１・・ＨＤｌｊ・・ＨＤｌｎ・・
ＨＭｍｎ等に入射するようになっている。このマトリッ
クス状に配置したヘテロダイン受信器ＨＤＩＩ・・ＨＤ
ｌｊ・・ＨＤｌｎ・・ＨＭｍｎは、以後の説明の便のた
め、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤと呼ぶことにする
。各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎからは、上記したよう
に、それが対応する位置の試料Ｓの振幅及び位相に応じ
た振幅及び位相を有するビード信号が出力される。各ヘ
テロダイン受信器ＨＭｍｎにはロックインアンプＲＡｍ
ｎが接続されてふり、各ロックインアンプＲＡｍｎには
基準信号発生器Ｒ５から基準ビード周波数信号が与えら
れている。したがって、各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎ
から出力されるビード信号の位相の値は、ロックインア
ンプＲＡ ｍ ｎによって強度信号に変換される。この
マトリックス状のＲＡＩＬ・・ＲＡｌ」・・ＲＡｌｎ・
・ＲＡｍｎは、以下の説明の便のため、２次元位相分布
検出器２ＰＤと呼ぶことにする。２次元位相分布検出器
２ＰＤからの信号を、例えば位相像表示装置ＤＰの対応
する２次元表示面に表示することにより、位相分布像が
得られる。また、各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎには例
えば振幅検波器ＡＤｍｎが接続されており、各ヘテロダ
イン受信器ＨＭｍｎから出力されるビード信号の振幅の
値は振幅検波器ＡＤｍｎによって強度信号に変換される
。このマトリックス状のＡＤｌｌ・ＡＤｌｊ・・ＡＤｌ
ｎ・・ＡＤｍｎは、以下の説明の便のため、２次元振幅
分布検出器２ＡＤと呼ぶことにする。２次元振幅分布検
出器２ＡＤからの信号を、例えば振幅像表示装置ＤＡの
対応する２次元表示面に表示することにより、振幅分布
像が得られる。以上のようにして、試料Ｓの振幅分布及
び位相分布がヘテロダイン受信器ＨＤｍｎの配置間隔で
２次元的にサンプリングされて検出される。これに対し
て、試料Ｓ及びその周辺で散乱された光は、局発光■′
と合成されてもビード成分を生じないので、このような
ヘテロダイン検波受光系を用いることによって除去され
、試料Ｓの振幅像及び位相像のみが精度よく検出される
。以上の構成において、基準信号発生器Ｒ３から基準ビ
ード周波数信号を各ロックインアンプに与えて２次元ヘ
テロダイン受信器２ＨＤの各チャンネル（各ヘテロダイ
ン受信器）からの信号の位相を検出しているが、この代
わりに、何れか１つのチャンネルのビード信号を基準信
号にして、それ以外のチャンネルからの信号の位相を検
出するように構成してもよい（第３図、第１３図参照）
。なお、第１図の配置において、２次元ヘテロダイン受
信器２）（Ｄと試料Ｓの間の距離が離れる程、各ヘテロ
ダイン受信器による検出像の最小空間サンプリング面積
は大きくなる。
必要ない。）を介して振幅及び位相の分布を有する試料
Ｓにコヒーレントな透過照明光Ａを当て、試料Ｓによっ
て空間的に振幅及び位相変調を受けた１次元又は２次元
的な測定光Ｉをハーフミラ−ＨＭに入射させる。一方、
例えば照明光Ａの一部を分割した光を超音波変調器等か
らなる周波数シフターＡＯに入射させ、照明光Ａの周波
数から多少周波数をシフトさせて一定強度の局発光１′
とし、ハーフミラ−ＨＭに入射させ、ここで測定光Ｉと
合成する。合成光は、第１偏光器Ｐ１と協働してノイズ
を除去しＳ／Ｎ比を上げるために挿入された第２偏光器
Ｐを介して、２次元的にマトリックス状に配置したヘテ
ロダイン受信器ＨＤ１１・・ＨＤｌｊ・・ＨＤｌｎ・・
ＨＭｍｎ等に入射するようになっている。このマトリッ
クス状に配置したヘテロダイン受信器ＨＤＩＩ・・ＨＤ
ｌｊ・・ＨＤｌｎ・・ＨＭｍｎは、以後の説明の便のた
め、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤと呼ぶことにする
。各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎからは、上記したよう
に、それが対応する位置の試料Ｓの振幅及び位相に応じ
た振幅及び位相を有するビード信号が出力される。各ヘ
テロダイン受信器ＨＭｍｎにはロックインアンプＲＡｍ
ｎが接続されてふり、各ロックインアンプＲＡｍｎには
基準信号発生器Ｒ５から基準ビード周波数信号が与えら
れている。したがって、各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎ
から出力されるビード信号の位相の値は、ロックインア
ンプＲＡ ｍ ｎによって強度信号に変換される。この
マトリックス状のＲＡＩＬ・・ＲＡｌ」・・ＲＡｌｎ・
・ＲＡｍｎは、以下の説明の便のため、２次元位相分布
検出器２ＰＤと呼ぶことにする。２次元位相分布検出器
２ＰＤからの信号を、例えば位相像表示装置ＤＰの対応
する２次元表示面に表示することにより、位相分布像が
得られる。また、各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎには例
えば振幅検波器ＡＤｍｎが接続されており、各ヘテロダ
イン受信器ＨＭｍｎから出力されるビード信号の振幅の
値は振幅検波器ＡＤｍｎによって強度信号に変換される
。このマトリックス状のＡＤｌｌ・ＡＤｌｊ・・ＡＤｌ
ｎ・・ＡＤｍｎは、以下の説明の便のため、２次元振幅
分布検出器２ＡＤと呼ぶことにする。２次元振幅分布検
出器２ＡＤからの信号を、例えば振幅像表示装置ＤＡの
対応する２次元表示面に表示することにより、振幅分布
像が得られる。以上のようにして、試料Ｓの振幅分布及
び位相分布がヘテロダイン受信器ＨＤｍｎの配置間隔で
２次元的にサンプリングされて検出される。これに対し
て、試料Ｓ及びその周辺で散乱された光は、局発光■′
と合成されてもビード成分を生じないので、このような
ヘテロダイン検波受光系を用いることによって除去され
、試料Ｓの振幅像及び位相像のみが精度よく検出される
。以上の構成において、基準信号発生器Ｒ３から基準ビ
ード周波数信号を各ロックインアンプに与えて２次元ヘ
テロダイン受信器２ＨＤの各チャンネル（各ヘテロダイ
ン受信器）からの信号の位相を検出しているが、この代
わりに、何れか１つのチャンネルのビード信号を基準信
号にして、それ以外のチャンネルからの信号の位相を検
出するように構成してもよい（第３図、第１３図参照）
。なお、第１図の配置において、２次元ヘテロダイン受
信器２）（Ｄと試料Ｓの間の距離が離れる程、各ヘテロ
ダイン受信器による検出像の最小空間サンプリング面積
は大きくなる。
また、各ヘテロダイン受信器の大きさを小さくして密度
を高めると、サンプリング面積が大きくなるだけでなく
、サンプリング面積がオーバラップするため、オーバラ
ップ分を考慮した像再現をする必要がある。オーバラッ
プ分を差し引くことにより、最小空間分解面積は小さく
なり、高分解になる。
を高めると、サンプリング面積が大きくなるだけでなく
、サンプリング面積がオーバラップするため、オーバラ
ップ分を考慮した像再現をする必要がある。オーバラッ
プ分を差し引くことにより、最小空間分解面積は小さく
なり、高分解になる。
なお、以上の第１図のものにおいて、測定光Ｉと局発光
１′はハーフミラ−ＨＭによって合成してから直ぐに２
次元ヘテロダイン受信器２ＨＤに入射させてビード成分
を発生させているが、第３図に示すように、２次元ヘテ
ロダイン受信器２ＨＤの検出面前面に、特願平１−６２
８９８号、特願平１−２５００３４号、特願平２−７７
６９０号等において提案した高指向性光学系１０を配置
して、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤの各単位検出器
に入射する光の方向を制限してノイズを低減するように
することもできる。
１′はハーフミラ−ＨＭによって合成してから直ぐに２
次元ヘテロダイン受信器２ＨＤに入射させてビード成分
を発生させているが、第３図に示すように、２次元ヘテ
ロダイン受信器２ＨＤの検出面前面に、特願平１−６２
８９８号、特願平１−２５００３４号、特願平２−７７
６９０号等において提案した高指向性光学系１０を配置
して、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤの各単位検出器
に入射する光の方向を制限してノイズを低減するように
することもできる。
ところで、第１図のものにおいて、試料Ｓに照射される
光を集光光にし、サンプリング間隙は変わらないが、測
定点での分解能を上げるようにすることもできる。その
ためには、第４図に示すように、ヘテロダイン受信器Ｈ
Ｍｍｎのマトリックスに対応する配列の集光レンズから
なるマイクロレンズアレイＭＬＩ、ＭＬ２を用意し、各
レンズが測定試料Ｓ上で試料を挟むようにして共焦点に
なるようにこの２枚にマイクロレンズアレイＭＬ１、Ｍ
Ｌ２を配置し、一方のマイクロレンズアレイＭＬＩ側か
ら平行照明光Ａを当てるようにする。
光を集光光にし、サンプリング間隙は変わらないが、測
定点での分解能を上げるようにすることもできる。その
ためには、第４図に示すように、ヘテロダイン受信器Ｈ
Ｍｍｎのマトリックスに対応する配列の集光レンズから
なるマイクロレンズアレイＭＬＩ、ＭＬ２を用意し、各
レンズが測定試料Ｓ上で試料を挟むようにして共焦点に
なるようにこの２枚にマイクロレンズアレイＭＬ１、Ｍ
Ｌ２を配置し、一方のマイクロレンズアレイＭＬＩ側か
ら平行照明光Ａを当てるようにする。
こうすると、照明光は試料Ｓの微小な測定点に集光する
ので、第１図の場合のように、サンプリング領域の平均
振幅及び位相を求めるものに対し、振幅及び位相差を厳
密に測定することができる。
ので、第１図の場合のように、サンプリング領域の平均
振幅及び位相を求めるものに対し、振幅及び位相差を厳
密に測定することができる。
必要なら、試料Ｓを走査することにより、細かいサンプ
リング間隙も可能である。
リング間隙も可能である。
′ｉＪ１図、第３図、第４１！ｌにに示したものは、複
数の単位ヘテロダイン受信器及びそれぞれに付属した複
数のロックインアンプ及び振幅検波器を用いるものであ
ったが、その代わりに１個のヘテロダイン受信器、それ
付属した１個のロックインアンプ及び１個の振幅検波器
により、試料Ｓの振幅分布及び位相分布を検出するよう
にすることも可能である。その例を第５図から第７図に
示す。第５図に示すものは、第」図のものにあける２次
元ヘテロダイン受信器２ＨＤ、２次元位相分布検出器２
ＰＤ、２次元振幅分布検出器２ＡＤの代わりに、それぞ
れ１個のヘテロダイン受信器ＨＤ、１個のロックインア
ンプＲＡ、’１個の振幅検波器ＡＤを用い、ヘテロダイ
ン受信器ＨＤを測定光Ｉを横切るＸ−Ｙ方向に走査のた
めに移動可能にしたものである。このようにしても、照
明光Ａと局発光Ｉ′の２次元方向の振幅及び位相差が変
化しない限り、試料Ｓの振幅分布及び位相分布を測定す
ることができる。第６図のものは、ヘテロダイン受信器
ＨＤを固定し、その代わりに測定試料Ｓを照明先人を横
切るＸ−Ｙ方向に走査のために移動させるようにしたも
のである。この場合は、照明光Ａも局発光１′もビーム
径を細くでき、分解能の点からも、ビームを拡大する光
学系を必要としない点からもメリットが大きい。第７図
のものは、走査のためいＸ−Ｙ方向に移動される試料Ｓ
にレンズＬ１によって集光された集光光を当て、分解能
をさらに高めるようにしたものである。試料の測定点か
らの光は別のレンズＬ２によって平行光■に変換され、
局発光１′と合成される。ところで、第７図において、
照明光及び局発光として同じレーザーｌからの光を用い
ている。すなわち、レーザー１からのコヒーレント光は
ビームスプリッタ−ＢＳにより２分され、一方は試料Ｓ
を照明するのに用いられ、他方のビームはミラーＭ１を
経て超音波変調器等の周波数シフターＡＯに入射し、周
波数が多少シフトされて、ミラーＭ２を経て局発光Ｉ′
として用いられる。なお、第７図にはロックインアンプ
ＲＡ、振幅検波器ＡＤ、表示装置ＤＰＳＤＡは図示して
いない。
数の単位ヘテロダイン受信器及びそれぞれに付属した複
数のロックインアンプ及び振幅検波器を用いるものであ
ったが、その代わりに１個のヘテロダイン受信器、それ
付属した１個のロックインアンプ及び１個の振幅検波器
により、試料Ｓの振幅分布及び位相分布を検出するよう
にすることも可能である。その例を第５図から第７図に
示す。第５図に示すものは、第」図のものにあける２次
元ヘテロダイン受信器２ＨＤ、２次元位相分布検出器２
ＰＤ、２次元振幅分布検出器２ＡＤの代わりに、それぞ
れ１個のヘテロダイン受信器ＨＤ、１個のロックインア
ンプＲＡ、’１個の振幅検波器ＡＤを用い、ヘテロダイ
ン受信器ＨＤを測定光Ｉを横切るＸ−Ｙ方向に走査のた
めに移動可能にしたものである。このようにしても、照
明光Ａと局発光Ｉ′の２次元方向の振幅及び位相差が変
化しない限り、試料Ｓの振幅分布及び位相分布を測定す
ることができる。第６図のものは、ヘテロダイン受信器
ＨＤを固定し、その代わりに測定試料Ｓを照明先人を横
切るＸ−Ｙ方向に走査のために移動させるようにしたも
のである。この場合は、照明光Ａも局発光１′もビーム
径を細くでき、分解能の点からも、ビームを拡大する光
学系を必要としない点からもメリットが大きい。第７図
のものは、走査のためいＸ−Ｙ方向に移動される試料Ｓ
にレンズＬ１によって集光された集光光を当て、分解能
をさらに高めるようにしたものである。試料の測定点か
らの光は別のレンズＬ２によって平行光■に変換され、
局発光１′と合成される。ところで、第７図において、
照明光及び局発光として同じレーザーｌからの光を用い
ている。すなわち、レーザー１からのコヒーレント光は
ビームスプリッタ−ＢＳにより２分され、一方は試料Ｓ
を照明するのに用いられ、他方のビームはミラーＭ１を
経て超音波変調器等の周波数シフターＡＯに入射し、周
波数が多少シフトされて、ミラーＭ２を経て局発光Ｉ′
として用いられる。なお、第７図にはロックインアンプ
ＲＡ、振幅検波器ＡＤ、表示装置ＤＰＳＤＡは図示して
いない。
次に、以上第１図、第３図から第７図に示したような原
理の振幅像及び位相像検出装置を用いて、試料の振幅像
と位相像を同時に検出するための具体的な装置の構成の
例を説明する。以下において、振幅分布及び位相分布を
ヘテロダイン検波受光系により検出する配置として、第
１図に示した構成のものを採用するものとしているが、
その代わりに第３図から第７ｒＸＪに示したような構成
のものを用いてもよいことは明らかであろう。
理の振幅像及び位相像検出装置を用いて、試料の振幅像
と位相像を同時に検出するための具体的な装置の構成の
例を説明する。以下において、振幅分布及び位相分布を
ヘテロダイン検波受光系により検出する配置として、第
１図に示した構成のものを採用するものとしているが、
その代わりに第３図から第７ｒＸＪに示したような構成
のものを用いてもよいことは明らかであろう。
第８図は単純に第１図の基本構成のものを具体化したも
のである。すなわち、レーザー１から発振された所定周
波数のコヒーレント平行光は第１偏光器Ｐ１を経てビー
ムスプリッタ−ＢＳにより２分され、一方のビームは試
料Ｓを背後から照明する照明光Ａに使用され、他方のビ
ームは、ミラーＭｌを経て超音波変調器等の周波数シフ
ターＡＯに入射して周波数が多少シフトされ、ミラーＭ
２を経て局発光Ｉ′になる。なお、レーザー１からの光
束の径を拡大するために、ビームスプリッタ−ＢＳの前
にビーム拡大器を挿入してもよい。
のである。すなわち、レーザー１から発振された所定周
波数のコヒーレント平行光は第１偏光器Ｐ１を経てビー
ムスプリッタ−ＢＳにより２分され、一方のビームは試
料Ｓを背後から照明する照明光Ａに使用され、他方のビ
ームは、ミラーＭｌを経て超音波変調器等の周波数シフ
ターＡＯに入射して周波数が多少シフトされ、ミラーＭ
２を経て局発光Ｉ′になる。なお、レーザー１からの光
束の径を拡大するために、ビームスプリッタ−ＢＳの前
にビーム拡大器を挿入してもよい。
照明光Ａは、測定試料Ｓとその周囲に位置する散乱体Ｎ
を照明する。試料Ｓと散乱体Ｎを透過し、散乱体Ｎによ
る散乱成分を含み試料Ｓの振幅分布及び位相分布情報を
含んだ測定光Ｉは、ハーフミラ−ＨＭにより照明光Ｉと
は多少周波数の異なる一定強度のコヒーレント局発光重
′と合成され、第２偏光器Ｐ２によりノイズ成分が低減
され、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤに入射して、各
サンプリング位置に応じた振幅と位相を有する２次元ビ
ード信号が得られる。これらのビー）ｆｆ号は、試料Ｓ
を透過してそのサンプリング位置の振幅透過率に比例し
た振幅及びその位置の厚さ、屈折率のよって決まる位相
に等しい位相を有しているので、各チャンネルのビー１
号の振幅は、２次元振幅分布検出器２ＡＤにおいて強度
信号として出力され、それを振幅像表示装置ＤＡ等に入
力することにより、振幅像として可視化される。他方こ
のビード信号の位相は、２次元位相分布検出器２ＰＤに
おいて基準信号発生器Ｒ３からの基準信号と位相を比較
することにより、強度信号に変換され、それを位相像表
示装置ＤＰ等に出力することにより、位相分布が可視化
される。散乱体Ｎによって散乱された成分は、局発光Ｉ
′と混合しても２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤ上では
ビード成分を生ぜず、単に直流成分になるので、２次元
ヘテロダイン受信器２ＨＤからの交流信号には何らの影
響も与えず、試料Ｓによって振幅変化及び位相変位が与
えられた直進光成分の光のみの振幅分布及び位相分布を
指向性高く取り出して検出することができる。
を照明する。試料Ｓと散乱体Ｎを透過し、散乱体Ｎによ
る散乱成分を含み試料Ｓの振幅分布及び位相分布情報を
含んだ測定光Ｉは、ハーフミラ−ＨＭにより照明光Ｉと
は多少周波数の異なる一定強度のコヒーレント局発光重
′と合成され、第２偏光器Ｐ２によりノイズ成分が低減
され、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤに入射して、各
サンプリング位置に応じた振幅と位相を有する２次元ビ
ード信号が得られる。これらのビー）ｆｆ号は、試料Ｓ
を透過してそのサンプリング位置の振幅透過率に比例し
た振幅及びその位置の厚さ、屈折率のよって決まる位相
に等しい位相を有しているので、各チャンネルのビー１
号の振幅は、２次元振幅分布検出器２ＡＤにおいて強度
信号として出力され、それを振幅像表示装置ＤＡ等に入
力することにより、振幅像として可視化される。他方こ
のビード信号の位相は、２次元位相分布検出器２ＰＤに
おいて基準信号発生器Ｒ３からの基準信号と位相を比較
することにより、強度信号に変換され、それを位相像表
示装置ＤＰ等に出力することにより、位相分布が可視化
される。散乱体Ｎによって散乱された成分は、局発光Ｉ
′と混合しても２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤ上では
ビード成分を生ぜず、単に直流成分になるので、２次元
ヘテロダイン受信器２ＨＤからの交流信号には何らの影
響も与えず、試料Ｓによって振幅変化及び位相変位が与
えられた直進光成分の光のみの振幅分布及び位相分布を
指向性高く取り出して検出することができる。
第９図のものは、第８図の装置において、試料Ｓを透過
した光の光路中及び局発光の光路中に同様なビーム拡大
器ＢＥＩ、ＢＨ３を挿入して、２次元ヘテロダイン受信
器２ＨＤに入射する光束の径を拡大し、得られる振幅像
及び位相像を拡大するようにしたものであり、微小な試
料Ｓに適した配置である。第１０図のものは、逆に、両
光路にビーム縮小器ＢＣＩ、ＢＣ２を挿入し、得られる
振幅像及び位相像を縮小するようにしたものである。
した光の光路中及び局発光の光路中に同様なビーム拡大
器ＢＥＩ、ＢＨ３を挿入して、２次元ヘテロダイン受信
器２ＨＤに入射する光束の径を拡大し、得られる振幅像
及び位相像を拡大するようにしたものであり、微小な試
料Ｓに適した配置である。第１０図のものは、逆に、両
光路にビーム縮小器ＢＣＩ、ＢＣ２を挿入し、得られる
振幅像及び位相像を縮小するようにしたものである。
ところで、試料Ｓの測定点において、その振幅と位相は
方向依存性を有するのが通常である。このような試料Ｓ
の特定の測定点の振幅と位相の方向依存性を測定するに
は、第１１図に示すように、レーザー１からの光を凸レ
ンズＬ１によって試料Ｓの測定点に絞り、その点からの
発散光を凸レンズＬ２によって平行光に変換し、以下同
様に局発光Ｉ′と合成し、２次元ヘテロダイン受信器２
ＨＤによりそのビード成分の振幅分布及び位相分布を可
視化すればよい。また、試料Ｓから直進方向以外の方向
に散乱される成分が入射光と可干渉性を有することもあ
る。このような可干渉性を有する直進光以外の成分の振
幅分布及び位相分布を検出できるように装置を変形する
ことができる。その例を第１２図に示す。第８図の装置
との唯一の違いは、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤの
配置位置を直進光以外の検出したい方向の散乱成分を取
り込む位置にし、この位置に局発光も入射するようにハ
ーフミラ−ＨＭを配置した点である。。
方向依存性を有するのが通常である。このような試料Ｓ
の特定の測定点の振幅と位相の方向依存性を測定するに
は、第１１図に示すように、レーザー１からの光を凸レ
ンズＬ１によって試料Ｓの測定点に絞り、その点からの
発散光を凸レンズＬ２によって平行光に変換し、以下同
様に局発光Ｉ′と合成し、２次元ヘテロダイン受信器２
ＨＤによりそのビード成分の振幅分布及び位相分布を可
視化すればよい。また、試料Ｓから直進方向以外の方向
に散乱される成分が入射光と可干渉性を有することもあ
る。このような可干渉性を有する直進光以外の成分の振
幅分布及び位相分布を検出できるように装置を変形する
ことができる。その例を第１２図に示す。第８図の装置
との唯一の違いは、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤの
配置位置を直進光以外の検出したい方向の散乱成分を取
り込む位置にし、この位置に局発光も入射するようにハ
ーフミラ−ＨＭを配置した点である。。
さて、以上は試料を透過した光の直後の物体面又はその
近傍で２つの光のビード成分を検出して振幅像と位相像
を同時に検出するものであったが、試料を一旦凸しンズ
Ｌ１でフーリエ変換し、別の凸レンズＬ２で再度フーリ
エ変換して、像面に試料Ｓの像を結像させ、この像面で
振幅分布及び位相分布を検出するようにすることもでき
る。その例を第１３図に示す。この場合、レンズＬ１の
焦点距離ｆ１とレンズＬ２の焦点距離ｆ２とは等しい必
要はなく、異なる大きさにすることにより、再生像を試
料に対して拡大したり縮小することができる。ｆｒ ＞
ｒ、の場合、縮小像になり、ｆＩ＜ｆ、の場合、拡大像
になる。また、レンズＬ１のスペクトル面Ｐ、に種々の
空間フィルターを配置し、画像処理を施すこともできる
。さらに、照明光Ａの試料Ｓに対する照射方向は、図の
ような光軸方向に平行な方向に限らず、光軸に対して傾
いた方向から照射するようにしてもよい。これは顕微鏡
におけるコヒーレント照明の斜入射に相当し、試料Ｓの
高周波空間スペクトルを検出するのに適している。斜入
射の角度が大きくなる程、空間分解能が高くなり、微細
な像が検出できる。
近傍で２つの光のビード成分を検出して振幅像と位相像
を同時に検出するものであったが、試料を一旦凸しンズ
Ｌ１でフーリエ変換し、別の凸レンズＬ２で再度フーリ
エ変換して、像面に試料Ｓの像を結像させ、この像面で
振幅分布及び位相分布を検出するようにすることもでき
る。その例を第１３図に示す。この場合、レンズＬ１の
焦点距離ｆ１とレンズＬ２の焦点距離ｆ２とは等しい必
要はなく、異なる大きさにすることにより、再生像を試
料に対して拡大したり縮小することができる。ｆｒ ＞
ｒ、の場合、縮小像になり、ｆＩ＜ｆ、の場合、拡大像
になる。また、レンズＬ１のスペクトル面Ｐ、に種々の
空間フィルターを配置し、画像処理を施すこともできる
。さらに、照明光Ａの試料Ｓに対する照射方向は、図の
ような光軸方向に平行な方向に限らず、光軸に対して傾
いた方向から照射するようにしてもよい。これは顕微鏡
におけるコヒーレント照明の斜入射に相当し、試料Ｓの
高周波空間スペクトルを検出するのに適している。斜入
射の角度が大きくなる程、空間分解能が高くなり、微細
な像が検出できる。
以上、本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像
及び位相像の同時検出装置のいくつかの実施例について
説明してきたが、本発明はこれらに実施例に限定されず
、各種の変形が可能である。
及び位相像の同時検出装置のいくつかの実施例について
説明してきたが、本発明はこれらに実施例に限定されず
、各種の変形が可能である。
例えば、周波数シフターとしては、超音波変調器等の超
音波光回折を用いたものばかりでなく、波長板の組合せ
及び回転格子のほか、結晶の電気光学効果を利用するこ
ともできる。また、反射鏡を一定速度で移動させるか又
は鋸歯状波で振動させてもよい。
音波光回折を用いたものばかりでなく、波長板の組合せ
及び回転格子のほか、結晶の電気光学効果を利用するこ
ともできる。また、反射鏡を一定速度で移動させるか又
は鋸歯状波で振動させてもよい。
本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた何れの振幅像
及び位相像の同時検出装置においても、試料を透過して
試料の振幅透過率と位相差の情報を有する光と、その透
過光と周波数の異なる参照光とを合成して、合成光のビ
ード成分の試料に沿う１次元又は２次元方向の振幅分布
及び位相分布を同時に検出することにより、試料の振幅
像と位相像を求めるようにしているので、散乱成分であ
るインコヒーレント光から分離して物体の振幅像と広い
範囲の位相差を有するその位相像を確実にかつ正確に検
出することができる。
及び位相像の同時検出装置においても、試料を透過して
試料の振幅透過率と位相差の情報を有する光と、その透
過光と周波数の異なる参照光とを合成して、合成光のビ
ード成分の試料に沿う１次元又は２次元方向の振幅分布
及び位相分布を同時に検出することにより、試料の振幅
像と位相像を求めるようにしているので、散乱成分であ
るインコヒーレント光から分離して物体の振幅像と広い
範囲の位相差を有するその位相像を確実にかつ正確に検
出することができる。
第１図はヘテロダイン検波受光系を並列に配置して振幅
像と位相像を同時に検出するための基本的構成を示す図
、第２図はヘテロダイン検波受光系の基本的な構成と作
用を説明するための図、第３図、第４図は第１図の変形
例の構成を示す図、第５図、第６図は第１図のものを走
査型に変形したものの構成を示す図、第７図は第４図の
ものを走査型に変形したものの構成を示す図、第８図は
試料の振幅像と位相像を同時に検出するための具体的な
装置の構成の１例を示す図、第９図は第８図のものを拡
大像が得られるように変形したものの構成を示す図、第
１０図は第８図のものを縮小像が得られるように変形し
たものの構成を示す図、第１１図は測定点の振幅及び位
相の方向依存性を測定するための装置の構成を示す図、
第１２図は直進光以外の成分の振幅分布と位相分布を検
出できるように変形した装置の構成を示す図、第１３図
は試料の像面で振幅分布及び位相分布を同時に検出でき
るようにした装置の構成を示す図、第１４図は従来の再
回折法による位相像検出方法を説明するための図、第１
５図は位相回折格子の位相差とスペクトル成分の分布の
関係を示す図である。 １・・・レーザー、１０・・・高指向性光学系、■・・
・測定光、Ｉ′・・・局発光、ＨＭ・・・ハーフミラ−
１Ｄ・・・検出器、Ｆ・・・バンドパスフィルター、Ｈ
Ｄ・・・ヘテロダイン受慣器、Ｏｂ・・・物体、Ｓ・・
・試料、Ａ・・・照明光、ＡＯ・・・周波数シフター、
Ｐｌ・・・第１偏光器、Ｒ２・・・第１偏光器、２ＨＤ
・・・２次元ヘテロダイン受信器、ＲＡ・・・ロックイ
ンアンプ、ＡＤ・・・振幅検波器、Ｒ５・・・基準信号
発生器、２ＰＤ・・・２次元位相分布検出器、２ＡＤ・
・・２次元振幅分布検出器、ＤＰ・・・位相像表示装置
、ＤＡ・・・振幅像表示装置、ＭＬＩ、ＭＬ２・・・マ
イクロレンズアレイ、Ｌｌ、Ｒ２・・・レンズ、ＢＳ・
・・ビームスプリッ９−１Ｍ１、Ｍ２・・・ミラー、Ｎ
・・・散乱体、Ｐ・・・偏光器、ＢＥＩ、ＢＥ２・・・
ビーム拡大器、ＢＣＩ、ＢＣ２・・・ビーム縮小器、Ｒ
２・・・スペクトル面 出 願 人 新技術事業団（外２名）代理人 弁理
士 蛭 川 昌 信 第４ｗｉ 第５図 第６図 第７図
像と位相像を同時に検出するための基本的構成を示す図
、第２図はヘテロダイン検波受光系の基本的な構成と作
用を説明するための図、第３図、第４図は第１図の変形
例の構成を示す図、第５図、第６図は第１図のものを走
査型に変形したものの構成を示す図、第７図は第４図の
ものを走査型に変形したものの構成を示す図、第８図は
試料の振幅像と位相像を同時に検出するための具体的な
装置の構成の１例を示す図、第９図は第８図のものを拡
大像が得られるように変形したものの構成を示す図、第
１０図は第８図のものを縮小像が得られるように変形し
たものの構成を示す図、第１１図は測定点の振幅及び位
相の方向依存性を測定するための装置の構成を示す図、
第１２図は直進光以外の成分の振幅分布と位相分布を検
出できるように変形した装置の構成を示す図、第１３図
は試料の像面で振幅分布及び位相分布を同時に検出でき
るようにした装置の構成を示す図、第１４図は従来の再
回折法による位相像検出方法を説明するための図、第１
５図は位相回折格子の位相差とスペクトル成分の分布の
関係を示す図である。 １・・・レーザー、１０・・・高指向性光学系、■・・
・測定光、Ｉ′・・・局発光、ＨＭ・・・ハーフミラ−
１Ｄ・・・検出器、Ｆ・・・バンドパスフィルター、Ｈ
Ｄ・・・ヘテロダイン受慣器、Ｏｂ・・・物体、Ｓ・・
・試料、Ａ・・・照明光、ＡＯ・・・周波数シフター、
Ｐｌ・・・第１偏光器、Ｒ２・・・第１偏光器、２ＨＤ
・・・２次元ヘテロダイン受信器、ＲＡ・・・ロックイ
ンアンプ、ＡＤ・・・振幅検波器、Ｒ５・・・基準信号
発生器、２ＰＤ・・・２次元位相分布検出器、２ＡＤ・
・・２次元振幅分布検出器、ＤＰ・・・位相像表示装置
、ＤＡ・・・振幅像表示装置、ＭＬＩ、ＭＬ２・・・マ
イクロレンズアレイ、Ｌｌ、Ｒ２・・・レンズ、ＢＳ・
・・ビームスプリッ９−１Ｍ１、Ｍ２・・・ミラー、Ｎ
・・・散乱体、Ｐ・・・偏光器、ＢＥＩ、ＢＥ２・・・
ビーム拡大器、ＢＣＩ、ＢＣ２・・・ビーム縮小器、Ｒ
２・・・スペクトル面 出 願 人 新技術事業団（外２名）代理人 弁理
士 蛭 川 昌 信 第４ｗｉ 第５図 第６図 第７図
Claims (9)
- （１）コヒーレント光を試料に照射し、その透過光と該
コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント光と
を合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振幅像及
び位相像を同時に検出する装置において、試料全面に均
一な平行コヒーレント光を照射し、試料の透過光と参照
コヒーレント光とを合成して、合成光束断面における１
次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分
布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を同
時に求めるように構成したことを特徴とするヘテロダイ
ン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置
。 - （２）試料を透過した光束の断面全面において参照コヒ
ーレント光と透過光とを合成して、合成光束断面の１次
元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布
を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を同時
に求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載
のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の
同時検出装置。 - （３）試料の透過光と参照コヒーレント光との合成後に
、高指向性光学系を介して合成光束断面の１次元又は２
次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出す
るように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載
のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の
同時検出装置。 - （４）試料を照射する光束の断面を小領域に分割し、各
分割領域に集光レンズを配置してその集光点に試料が位
置するように試料を配置し、試料を透過した各発散光束
を平行光束に変換するレンズを各集光レンズに対応させ
て配置し、変換された平行光束と参照コヒーレント光と
を合成して、合成光束断面の１次元又は２次元方向のビ
ード成分の振幅分布及び位相分布を検出することにより
、試料の振幅像及び位相像を同時に求めるように構成し
たことを特徴とする請求項２又は３記載のヘテロダイン
検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置。 - （５）合成光束断面内でビード成分のみを検出するヘテ
ロダイン受信器を走査することにより、試料の振幅像及
び位相像を同時に求めるように構成したことを特徴とす
る請求項２から４の何れか１項記載のヘテロダイン検波
受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置。 - （６）コヒーレント光を試料に照射し、その透過光と該
コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント光と
を合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振幅像及
び位相像を同時に検出する装置において、試料の一部に
平行コヒーレント光を照射し、試料の透過光と参照コヒ
ーレント光とを合成してそのビード成分の振幅及び位相
を同時に検出するように構成し、試料を照射光に対して
相対的に走査可能に配置して、試料に沿う面における１
次元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分
布を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を同
時に求めるように構成したことを特徴とするヘテロダイ
ン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置
。 - （７）平行コヒーレント光束中に集光レンズを配置して
その集光点に試料が位置するように試料を配置し、試料
を透過した発散光束を平行光束に変換するレンズを配置
し、変換された平行光束と参照コヒーレント光とを合成
してそのビード成分の振幅及び位相を同時に検出するよ
うに構成したことを特徴とする請求項６記載のヘテロダ
イン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装
置。 - （８）平行コヒーレント光を試料に照射し、その透過光
と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント
光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の振幅
像及び位相像を同時に検出する装置において、試料全面
に均一な平行コヒーレント光を照射するように構成し、
試料の透過光の振幅分布及び位相分布をフーリエ変換す
る第１のフーリエ変換光学系と、そのスペクトル面にお
ける分布をさらにフーリエ変換する第２のフーリエ変換
光学系とを配置し、第２のフーリエ変換光学系の変換面
において参照コヒーレント光と再変換光とを合成して、
第２のフーリエ変換光学系の変換面における１次元又は
２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布を検出
することにより、試料の振幅像及び位相像を同時に求め
るように構成したことを特徴とするヘテロダイン検波受
光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置。 - （９）スペクトル面に空間フィルターを配置し、該空間
フィルターを通過した光と参照コヒーレント光との１次
元又は２次元方向のビード成分の振幅分布及び位相分布
を検出することにより、試料の振幅像及び位相像を同時
に求めるように構成したことを特徴とする請求項８記載
のヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の
同時検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2137891A JP2644609B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2137891A JP2644609B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0431745A true JPH0431745A (ja) | 1992-02-03 |
| JP2644609B2 JP2644609B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=15209095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2137891A Expired - Fee Related JP2644609B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | ヘテロダイン検波受光系を用いた振幅像及び位相像の同時検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644609B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8326549B2 (en) | 2009-01-09 | 2012-12-04 | Ricoh Company, Ltd. | Control device, image forming device, wear detecting method, program, and storage device |
| JP2013200125A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 蛍光検出装置及び蛍光検出方法 |
| JP2013200128A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 蛍光検出装置及び蛍光検出方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56117106A (en) * | 1980-02-20 | 1981-09-14 | Dainippon Printing Co Ltd | Inspecting device for pattern defect |
| JPS58140338A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-20 | シ・エツセ・エ・エレ・チ・セントロ・ステユデイ・エ・ラボラトリ・テレコミニカチオ−ニ・エツセ・ピ−・ア− | 光フアイバおよび母材の屈折率プロフイルを決定する方法および装置 |
| JPS6213067A (ja) * | 1985-07-11 | 1987-01-21 | Nippon Texas Instr Kk | レンズ領域を有する固体撮像装置 |
| JPS62208784A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-14 | Canon Inc | 赤外撮像装置 |
| JPH0267986A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Hitachi Ltd | 光ヘテロダイン検出装置 |
| JPH02105773A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 画像読取り装置 |
| JPH02110345A (ja) * | 1988-10-20 | 1990-04-23 | Res Dev Corp Of Japan | 機能画像化装置 |
| JPH02140338A (ja) * | 1989-10-11 | 1990-05-30 | Mk Seiko Co Ltd | 洗浄装置用ノズル |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP2137891A patent/JP2644609B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56117106A (en) * | 1980-02-20 | 1981-09-14 | Dainippon Printing Co Ltd | Inspecting device for pattern defect |
| JPS58140338A (ja) * | 1982-02-10 | 1983-08-20 | シ・エツセ・エ・エレ・チ・セントロ・ステユデイ・エ・ラボラトリ・テレコミニカチオ−ニ・エツセ・ピ−・ア− | 光フアイバおよび母材の屈折率プロフイルを決定する方法および装置 |
| JPS6213067A (ja) * | 1985-07-11 | 1987-01-21 | Nippon Texas Instr Kk | レンズ領域を有する固体撮像装置 |
| JPS62208784A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-14 | Canon Inc | 赤外撮像装置 |
| JPH0267986A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Hitachi Ltd | 光ヘテロダイン検出装置 |
| JPH02105773A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 画像読取り装置 |
| JPH02110345A (ja) * | 1988-10-20 | 1990-04-23 | Res Dev Corp Of Japan | 機能画像化装置 |
| JPH02140338A (ja) * | 1989-10-11 | 1990-05-30 | Mk Seiko Co Ltd | 洗浄装置用ノズル |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8326549B2 (en) | 2009-01-09 | 2012-12-04 | Ricoh Company, Ltd. | Control device, image forming device, wear detecting method, program, and storage device |
| JP2013200125A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 蛍光検出装置及び蛍光検出方法 |
| JP2013200128A (ja) * | 2012-03-23 | 2013-10-03 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 蛍光検出装置及び蛍光検出方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2644609B2 (ja) | 1997-08-25 |
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