JPH0431746A - Apparatus for detecting phase image using heterodyne-detecting light receiving device - Google Patents

Apparatus for detecting phase image using heterodyne-detecting light receiving device

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JPH0431746A
JPH0431746A JP13789290A JP13789290A JPH0431746A JP H0431746 A JPH0431746 A JP H0431746A JP 13789290 A JP13789290 A JP 13789290A JP 13789290 A JP13789290 A JP 13789290A JP H0431746 A JPH0431746 A JP H0431746A
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phase image
coherent light
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市村 勉
Fumio Inaba
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Abstract

PURPOSE:To ensure the accurate detection of the phase image of a body having the phase difference in a broad range by synthesizing sample-transmitted light and reference light having the different frequency, detecting the phase distribution of the sample beat component in the one-dimensional direction or the two-dimensional direction along the sample, obtaining the phase image of the sample, and separating the image from incoherent light. CONSTITUTION:Measuring light I having a frequency omega1 and light I' having a frequency omega2 which is slightly different are combined by a half mirror HM. Photoelectric conversion is performed in a detector D. Only the component of the difference omega1 - omega2 is made to pass a band BPF, and only the AC component is taken out. When the amplitude is constant, the signal having the frequency DELTAomega, the phase phi1 - phi2 and the constant magnitude is obtained from the filter F. In the expression, phi1 is the phase of the measuring light I. The phase is changed depending on the refractive index and the thickness of a body Ob which is inserted into a light path. The phase represents the phase of the body. The phase phi2 of the local oscillated light I' has the value of the constant reference. Therefore, the phase of the body Ob can be detected by measuring the phase of the AC signal obtained from the receiver HD.

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
て位相像を検出する装置に関し、特に、そのためにヘテ
ロダイン検波受光系を用いる装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for detecting a phase image by separating it from incoherent light, which is a scattered component, and particularly relates to an apparatus using a heterodyne detection light receiving system for this purpose.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

X線の発見以来、生体(人体)内部を外部より損傷を与
えずに観察する技術(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 gnetic  Re5onance  Im
agingSMRI)として実用化されている。
Since the discovery of X-rays, technology for observing the inside of living organisms (human bodies) from the outside without causing damage (non-invasive or non-invasive measurement methods) has been strongly sought after and developed in the field of biology, especially medicine. Ta. This technology uses gamma rays and X-rays, which have the shortest wavelengths of electromagnetic waves, and radio waves, which have the longest wavelengths. The former is an X-ray CT, the latter is an NMR-CT
(Magnetic Re5onance Im
agingSMRI).

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
TVカメラ等による計測が試みられているが、再現性や
得られた絶対値に対し信頼性が少ないのはこの理由によ
る。
On the other hand, spectroscopy in the ultraviolet-visible, near-infrared, and infrared regions, which are widely used in the fields of physics and chemistry, can be applied to the entire living body (i.e.
There have been relatively few attempts to apply it to n vivo. This is because many problems regarding the most basic "quantitativeness" remain unsolved in biological measurements using light, especially those that utilize absorption and luminescence processes. At present, attempts are being made to measure reflection spectra using solid-state devices, high-sensitivity TV cameras, etc., but this is the reason why the reproducibility and reliability of the obtained absolute values is low.

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

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

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。
If the tissue is 3 to 5 cm thick, we can detect the light that passes through it. This means that "optical radiography" can be used for diagnosis. The tissue of the female breast is relatively uniform, allowing light to easily pass through it, and its shape makes it easy to detect transmitted light (approximately 2 to 3 cm thick).
It has been used under the name aphy (Lightscanning).

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を検出するも
のであり、試料の屈折率、厚さの分布に基づく位相像を
検出することができるものではない。
Under these circumstances, the present inventor filed a patent application filed in 1986-30.
No. 4691 and Japanese Patent Application No. 1-250036, in order to separate and detect a coherent light component that has transmitted through a sample and contains its absorption information and is mixed with scattered light, a coherent light component that has a different frequency from this coherent light component is used. We proposed the use of an optical heterodyne detection system that combines light and detects the bead component of the combined light. However, the above proposal detects an absorption image or an amplitude image of the sample, and cannot detect a phase image based on the refractive index and thickness distribution of the sample.

このような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。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13図に示
すように、焦点距離fの2枚の凸レンズL、、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L、の前側焦点面P+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
L+の後側焦点面(第2のレンズL、の前側焦点面)P
2 (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ノン
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、イルタリング処理した像を再現する方法である。
Schlieren method, phase difference method, etc. are conventionally known methods for observing such phase images, but these methods are applied when the phase difference of the phase image is small and are relatively slow. It was not suitable for those having a wide range of phase distribution. To explain this point a little more, both the Schlieren method and the phase difference method can be explained as spatial filtering methods in the re-diffraction method. In the re-diffraction method, as shown in FIG. 13, two convex lenses L, . ), when an input image is placed on the front focal plane P+ of the first lens L and illuminated with coherent light, the rear focal plane P of the first lens L+ (the front focal plane of the second lens L) is
2 (spectral plane), the complex amplitude image of the input image is subjected to two-dimensional Fourier transform to obtain its spatial frequency distribution, so a spatial filter is placed on this plane P, filtered, and the information is retransmitted into the second This is a method of performing two-dimensional Fourier transformation using the second lens L2, and reproducing an image subjected to spatial filtering processing on the rear focal plane P of the second lens L2.

シュリーレン法は、第13図のスペクトル面P2に空間
周波数のO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P、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14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。
The Schlieren method is a method that attempts to obtain an image whose brightness is proportional to the square of the phase of the sample by placing a filter that cuts the O component of the spatial frequency on the spectral plane P2 in Fig. 13, and the phase difference This method attempts to obtain an image with brightness proportional to the phase of the sample by placing a filter on the spectral plane P that advances or delays the phase of the zero component of the spatial frequency by π/2. However, all of the above conventional methods are based on the assumption that the phase difference of the sample is small and the spectral distribution is biased toward lower-order components.
If the phase difference is large and the spectral distribution is of high order, high contrast cannot be obtained, and this method cannot necessarily be said to be very effective. In other words, if we take a phase diffraction grating with a predetermined spatial frequency as an example, as shown in Fig. 14, as the phase difference of the grating increases, most of the spectrum is distributed in high-order components, and low-order components are distributed. It will be understood that even if the processed spectrum is subjected to inverse Fourier transform after processing, only a low-contrast image that is not much different from the original image will be reproduced.

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

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を検出する全く新規な装置を提
供することである。
The present invention was made in view of this situation, and
The purpose of this is to solve the problems of the conventional phase image detection method as described above, and to separate the incoherent light, which is the scattered component, using an optical heterodyne detection light receiving system, and to detect the phase having a wide range of phase differences. The object of the present invention is to provide a completely new device for detecting images.

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

上記目的を達成する本発明の第1のヘテロダイン検波受
光系を用いた位相像の検出装置は、コヒーレント光を試
料に照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の
異なる参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイ
ン検波により試料の位相像を検出する装置において、試
料全面に均一な平行コヒーレント光を照射し、試料の透
過光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位相分布
を検出することにより、試料の位相像を求めるように構
成したことを特徴とするものである。
A phase image detection device using a first heterodyne detection light receiving system of the present invention that achieves the above object irradiates a sample with coherent light and synthesizes the transmitted light and a reference coherent light having a frequency different from that of the coherent light. In a device that detects the phase image of a sample using optical heterodyne detection, the entire surface of the sample is irradiated with uniform parallel coherent light, the transmitted light of the sample and the reference coherent light are combined, and one-dimensional or The present invention is characterized in that it is configured to obtain a phase image of a sample by detecting the phase distribution of bead components in two-dimensional directions.

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、合成光東断面の
1次元又は2次元方向のビード成分の位相分布を検出す
ることにより、試料の位相像を求めるように構成するこ
とができ、また、その際、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、合成光東断面の1次元
又は2次元方向のビード成分の位相分布を検出すること
により、試料の位相像を求めるように構成することもで
きる。
In this case, the reference coherent light and the transmitted light are combined over the entire cross-section of the light beam that has passed through the sample, and the phase distribution of the bead component in the one-dimensional or two-dimensional direction of the east cross section of the composite light is detected. It can be configured to obtain an image, and in this case, the cross section of the light beam that irradiates the sample is divided into small areas, a condenser lens is placed in each divided area, and the sample is located at the condensed point. Arrange the sample as shown below, place a lens that converts each divergent light beam that has passed through the sample into a parallel light beam in correspondence with each converging lens, and combine the converted parallel light beams with the reference coherent light to create a composite light. It can also be configured to obtain a phase image of the sample by detecting the phase distribution of bead components in one-dimensional or two-dimensional directions of the east section.

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
位相像を求めるように構成することもできる。
Alternatively, the phase image of the sample can be determined by scanning a heterodyne receiver that detects only the bead component within the composite beam cross section.

本発明の第2のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置は、コヒーレント光を試料に照射し、その透
過光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレ
ント光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の
位相像を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位相を検出するように
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
ード成分の位相分布を検出することにより、試料の位相
像を求めるように構成したことを特徴とするものである
The phase image detection device using the second heterodyne detection light receiving system of the present invention irradiates a sample with coherent light, synthesizes the transmitted light and a reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and generates an optical heterodyne. In an apparatus for detecting a phase image of a sample by wave detection, a part of the sample is irradiated with parallel coherent light, the transmitted light of the sample and the reference coherent light are combined, and the phase of the bead component is detected, The sample was arranged so as to be scannable relative to the irradiation light, and the phase image of the sample was obtained by detecting the phase distribution of the bead component in a one-dimensional or two-dimensional direction on a plane along the sample. It is characterized by this.

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位相を検出するように構成す
ることもできる。
In this case, a condensing lens is placed in the parallel coherent beam, and the sample is placed at the condensing point.
It is also possible to arrange a lens that converts the divergent light beam that has passed through the sample into a parallel light beam, and to combine the converted parallel light beam and the reference coherent light to detect the phase of the bead component.

本発明の第3のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置は、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
料の位相像を検出する装置において、試料全面に均一な
平行コヒーレント光を照射するように構成し、試料の透
過光の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
分の位相分布を検出することにより、試料の位相像を求
めるように構成したことを特徴とするものである。
The phase image detection device using the third heterodyne detection light receiving system of the present invention irradiates a sample with parallel coherent light, combines the transmitted light with a reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and generates an optical signal. An apparatus for detecting a phase image of a sample by heterodyne detection includes a first Fourier transform optical system that is configured to irradiate the entire surface of the sample with uniform parallel coherent light and that Fourier transforms the phase distribution of light transmitted through the sample; A second Fourier transform optical system that further Fourier transforms the distribution on the spectral plane is arranged, and the reference coherent light and the re-converted light are combined on the transformation plane of the second Fourier transform optical system to perform the second Fourier transform. The present invention is characterized in that it is configured to obtain a phase image of a sample by detecting the phase distribution of bead components in a one-dimensional or two-dimensional direction on a conversion surface of an optical system.

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位相分布を検出す
ることにより、試料の位相像を求めるように構成するこ
ともできる。
In that case, a phase image of the sample is obtained by arranging a spatial filter on the spectral plane and detecting the phase distribution of the bead component in one or two dimensions between the light passing through the spatial filter and the reference coherent light. It can also be configured as

〔作用〕[Effect]

本発明の何れの位相像の検出装置においても、試料を透
過して試料の位相情報を有する光と、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次元方向の位相分布を検出する
ことにより、試料の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広い
範囲の位相差を有する物体の位相像を確実にかつ正確に
検出することができる。
In any of the phase image detection devices of the present invention, light transmitted through a sample and having phase information of the sample is combined with a reference light having a frequency different from that transmitted light, and the bead component of the synthesized light is synthesized into the sample. The phase image of the sample is obtained by detecting the phase distribution in the one-dimensional or two-dimensional direction along the line, so it is possible to separate the phase image of an object with a wide range of phase differences by separating it from the incoherent light that is the scattered component. can be detected reliably and accurately.

〔実施例〕〔Example〕

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ω、の測定光Iと周波数が僅かに異なる
ω2の光(これを局発光と言う。
As shown in FIG. 2, the basic form of the heterodyne detection light receiving system is that of the measurement light I of frequency ω and the light of ω2 having a slightly different frequency (this is called local light).

)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Vl、局発光I′をV2とし、それぞれ
の光を次のように表現する。
)I' by a half mirror HM, the combined light is photoelectrically converted by a detector, and a bandpass filter F passes only the frequency difference ω1-ω2 component in the signal.
Only the alternating current component is taken out through the filter. To simplify the explanation hereinafter, the combination of the detector and bandpass filter F will be referred to as a heterodyne receiver HD. Assuming that the measurement light I is Vl and the local light I' is V2, the respective lights are expressed as follows.

V、 =A+ exp[−i(a+、t*φ、)]、V
2 =A2 eXp[−1((L12j+φ2)]これ
らの2つの光波V1、■、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。
V, =A+ exp[-i(a+, t*φ,)], V
2 = A2 eXp[-1((L12j+φ2)] When these two light waves V1, 2 are superimposed and detected by a detector, the detection signal S is as follows.

S=  Vl +¥2 =V+  ・Vl ” +V2 ・Vs+V+  HV
2 ” +V+ ”  ・Vsところで、 Vl   ’  Vl  ”  =A  1    、
  V2   ’  V2  ”   =Azであり、 V +  ’ V2 ” =A+ Aa E!Xp[−
1((11+ a+2)j−i(φ1−φ2)]、 V、 ”  ・V2 =A、 A2 exp[+i(ω
、−a+、)を十i(φ、−φ、)コ Vl −V2 ” +V+ ” ・V2= 2 A +
 A 2cos[(ω1−ω2)t+(φ1−φ2)]
であるので、 S=A+ 2+A2 + 2 A + A zcos[(ω1−ω2)t+(
φ、−φ、)]となる。ところで、ω2=ω1−△ω(
△ωをビード周波数と言う。)と書けるので、AI、A
4を一定とすると、フィルターFからは、周波数△ωで
位相がφ1−φ2の一定の大きさの信号が得られる。φ
1は測定光■の位相であり、その光路中に挿入する物体
ob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φ
、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
位相を測定することにより、物体○bの位相を検出する
ことができる。
S= Vl +¥2 =V+ ・Vl ” +V2 ・Vs+V+ HV
2 ” +V+ ” ・Vs By the way, Vl 'Vl '' = A 1 ,
V2'V2''=Az, and V+'V2''=A+Aa E! Xp[-
1((11+a+2)j-i(φ1-φ2)], V, ” ・V2 =A, A2 exp[+i(ω
, -a+,) to 10i(φ, -φ,) Vl -V2 ” +V+ ” ・V2= 2 A +
A 2cos [(ω1-ω2)t+(φ1-φ2)]
Therefore, S=A+ 2+A2 + 2 A + A zcos[(ω1-ω2)t+(
φ, −φ, )]. By the way, ω2=ω1−△ω(
△ω is called the bead frequency. ), so AI, A
4 is constant, a signal of a constant magnitude with a frequency Δω and a phase of φ1−φ2 is obtained from the filter F. φ
1 is the phase of the measurement light (2), which changes depending on the refractive index and thickness of the object ob inserted into the optical path, and represents the phase of the object. On the other hand, the phase φ of the local light weight′
, has a constant reference value, so the heterodyne receiver HD obtains an AC signal at the bead frequency having a phase corresponding to the phase of the object ob. Therefore, by measuring the phase of the AC signal obtained from the heterodyne receiver HD, the phase of the object ○b can be detected.

ところで、上言己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d、検出
しようとする光の波長をλとすると、その角度分解能は
略d/λである。したがって、検出器りの受光面の径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。
By the way, in a heterodyne detection light receiving system like the one mentioned above, the diameter of the light receiving surface of the detector (the aperture diameter of the focusing optical system when condensing light and taking a bead at the focal point) is d, the detection If the wavelength of the light to be measured is λ, then the angular resolution is approximately d/λ. Therefore, the diameter d of the light-receiving surface of the detector
If the wavelength λ of the light to be detected is made sufficiently large compared to the wavelength λ of the light to be detected, the heterodyne detection light receiving system can be said to be a highly directional light receiving system.

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、位相物体の位相像を検出すること
ができる。その基本的構成を第1図に示す。位相試料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
空間的に位相変調を受けた1次元又は2次元的な測定光
重をハーフミラ−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局発光重′とし、ハーフミラ−H
Mに入射させ、ここで測定光重と合成する。合成光は、
ノイズを除去しS/N比を上げるたtに挿入した偏光器
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・・・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・・・HDln・・
HM m n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の位相に応じた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RAmnが接続されており、各ロックイン
アンプRAmnには制御装置CO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HM m n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RAmnによって強度信号に変換
される。このマトリックス状のRAll・・・RAln
・・RAmnは、以下の説明の便のため、並列位相差処
理装置PRと呼ぶことにする。並列位相差処理装置PR
からの信号を、例えば表示装置DYの対応する2次表示
面に表示することにより、位相分布像が得られる。以上
のようにして、位相試料Sの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1′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の位相像のみが精度
よく検出される。以上の構成において、制御装置CO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してもよい。なお、第1図の配置
において、2次元ヘテロダイン受信器2HD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。
Now, by arranging the heterodyne detection light receiving systems as described above in parallel, it is possible to detect a phase image of a phase object. Its basic configuration is shown in Figure 1. Phase sample S
A coherent transmitted illumination light A is applied to the sample S, and one-dimensional or two-dimensional measurement light weight that has been spatially phase-modulated by the sample S is made incident on the half mirror HM. On the other hand, for example, light obtained by dividing a part of the illumination light A is inputted to a frequency shifter AO consisting of an ultrasonic modulator, etc., and the frequency is shifted somewhat from the frequency of the illumination light A to make it a local light beam.
It is made incident on M, where it is combined with the measured light weight. The synthetic light is
In order to remove noise and increase the S/N ratio, the light enters the heterodyne receivers HD11...HDln...HMmn, etc. arranged two-dimensionally in a matrix through a polarizer P inserted at t to remove noise and increase the S/N ratio. There is. The heterodyne receivers HDII...HDln... arranged in a matrix form
HM m n will be referred to as a two-dimensional heterodyne receiver 2HD for convenience of explanation hereinafter. As described above, each heterodyne receiver HMmn outputs a bead signal having a phase corresponding to the phase of the sample S at its corresponding position. A lock-in amplifier RAmn is connected to each heterodyne receiver HMmn, and a reference bead frequency signal is given to each lock-in amplifier RAmn from the control device CO. Therefore, the phase value of the bead signal output from each heterodyne receiver HM m n is converted into an intensity signal by the lock-in amplifier RAmn. This matrix-like RAll...RAln
...RAmn will be referred to as a parallel phase difference processing device PR for convenience of explanation below. Parallel phase difference processing device PR
A phase distribution image can be obtained by displaying the signals from, for example, on a corresponding secondary display surface of the display device DY. As described above, the phase distribution of the phase sample S is two-dimensionally sampled and detected at the arrangement interval of the heterodyne receiver HDmn. On the other hand, since the light scattered in and around the sample S does not generate a bead component even when combined with the local light 1', it is removed by using such a heterodyne detection light receiving system, and the light scattered around the sample S is removed. Only the phase image is detected with high accuracy. In the above configuration, the reference bead frequency signal is applied from the control device CO to each lock-in amplifier to detect the phase of the signal from each channel (each heterodyne receiver) of the two-dimensional heterodyne receiver 2HD. Alternatively, the bead signal of any one channel may be used as a reference signal, and the phases of signals from other channels may be detected. Note that in the arrangement shown in FIG. 1, the greater the distance between the two-dimensional heterodyne receiver 2HD and the sample S, the larger the minimum spatial sampling area of the detected image by each heterodyne receiver. Furthermore, if the size of each heterodyne receiver is reduced to increase the density, not only will the sampling area become larger, but also the sampling areas will overlap, so it is necessary to perform image reproduction in consideration of the overlap. By subtracting the overlap, the minimum spatial resolution area becomes smaller, resulting in higher resolution.

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3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。
By the way, in the case of FIG. 1, the light irradiated onto the sample S can be made into a condensed light, so that the resolution at the measurement point can be increased, although the sampling gap remains the same. For this purpose, as shown in Fig. 3, a heterodyne receiver H
Microlens arrays MLI and ML2 are prepared which are composed of condensing lenses arranged corresponding to the matrix of Mmn, and these two microlens arrays ML1 and ML2 are arranged so that each lens sandwiches the sample on the measurement sample S so that it becomes confocal. M
L2 is arranged so that parallel illumination light A is applied from one microlens array MLI side.

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、′1fJ1図の場合のように、サンプリング領域
の平均位相を求めるものに対し、位相の厳密なズレを測
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。
In this way, the illumination light is focused on a minute measurement point on the sample S, so it is possible to measure the exact phase shift compared to the case where the average phase of the sampling area is determined, as in the case of the '1fJ1 diagram. . If necessary, fine sampling gaps are also possible by scanning the sample S.

第1図、第3図に示したものは、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
ダイン受信器及びそれ付属した1個のロックインアンプ
により、試料Sの位相分布を検出するようにすることも
可能である。
The systems shown in Figures 1 and 3 used multiple unit heterodyne receivers and multiple lock-in amplifiers attached to each unit, but instead, one heterodyne receiver and its attached units were used. It is also possible to detect the phase distribution of the sample S using one lock-in amplifier.

その例を第4図から第6図に示す。第4図に示すものは
、第1図のものにおける2次元ヘテロダイン受信器2H
Dと並列位相差処理装置PRの代わりに、1個のヘテロ
ダイン受信器HD及びそれ付属した1個のロックインア
ンプRA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、照明先人と局発光■′の2次
元方向の位相差が変化しない限り、試料Sの位相分布を
測定することができる。第5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を測定光
I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I′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。
Examples are shown in FIGS. 4 to 6. The one shown in FIG. 4 is a two-dimensional heterodyne receiver 2H in the one shown in FIG.
In place of D and the parallel phase difference processing device PR, one heterodyne receiver HD and one lock-in amplifier RA attached to it are used, and the heterodyne receiver HD is scanned in the X-Y direction across the measurement light I. It was made movable for this reason. Even in this case, the phase distribution of the sample S can be measured as long as the two-dimensional phase difference between the illumination source and the local light source ■' does not change. In the example shown in FIG. 5, the heterodyne receiver HD is fixed, and instead, the measurement sample S is moved in the X-Y direction across the measurement light I for scanning. In this case, the beam diameters of both the illumination light A and the local light I' can be made narrower, which is advantageous both in terms of resolution and in that an optical system for expanding the beam is not required.

第6図のものは、走査のためいX−Y方向(こ移動され
る試料SにレンズL1によって集光された集光光を当て
、分解能をさらに高給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Iに変
換され、局発光1′と合成される。ところで、第6図に
おいて、照明光及び局発光として同じレーザー1からの
光を用いている。
The one in Fig. 6 is one in which the focused light focused by the lens L1 is applied to the sample S, which is moved in the X-Y direction (in this direction) for scanning, to further increase the resolution. The light from the measurement point is converted into parallel light I by another lens L2 and combined with the local light 1'.By the way, in Fig. 6, the light from the same laser 1 is used as the illumination light and the local light. .

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を経て局発光として用いら
れる。なお、第6図にはロックインアンプRA、表示装
置DYは図示していない。
That is, the coherent light from the laser 1 is split into two by the beam splitter BS, one beam is used to illuminate the sample S, and the other beam passes through the mirror M1 and enters the frequency shifter AO such as an ultrasonic modulator. , the frequency is shifted to some extent, and it is used as local light via mirror M2. Note that the lock-in amplifier RA and display device DY are not shown in FIG.

次に、以上第1図、第3図から第6図に示したような原
理の位相像検出装置を用いて、試料の位相像を検出する
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、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6図に示した
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
Next, an example of the configuration of a specific device for detecting a phase image of a sample will be explained using a phase image detection device based on the principle shown in FIGS. 1 and 3 to 6. . In the following, the configuration shown in Figure 1 will be adopted as the arrangement for detecting the phase distribution by the heterodyne detection light receiving system, but instead, the configuration shown in Figures 3 to 6 will be used. It is clear that you can also use

第7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M1を
経て超音波変調器等の周波数シフターA○に入射して周
波数が多少シフトされ、ミラーM2を経て局発光I′に
なる。なお、レーザー1からの光束の径を拡大するため
に、ビームスプリッタ−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により照明光重と
は多少周波数の異なる一定強度のコヒーレント局発光I
′と合成され、偏光器P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。これらのビード信号は、試料Sを透過してその
サンプリング位置の厚さ、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ド信
号の位相は、並列位相差処理装置PRにおいて制御装置
CO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、それを表示器DY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1′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
の信号には何らの影響も与えず、試料Sによって位相変
位が与えられた直進光成分の光のみの位相分布を指向性
高く取り出して検出することができる。
FIG. 7 simply embodies the basic configuration of FIG. 1. That is, the coherent parallel light of a predetermined frequency oscillated from the laser 1 is split into two by the beam splitter BS, one beam is used as illumination light A to illuminate the sample S from behind, and the other beam is used to illuminate the mirror M1. After that, the light enters a frequency shifter A, such as an ultrasonic modulator, and its frequency is shifted to some extent, and then passes through a mirror M2 to become a local light I'. Note that in order to expand the diameter of the light beam from the laser 1, a beam expander may be inserted before the beam splitter BS. The illumination light A illuminates the measurement sample S and the scatterer N located around it. Transmits sample S and scatterer N,
The measurement light I, which includes the scattered component by the scatterer N and the phase distribution information of the sample S, is converted into a coherent local light I with a constant intensity that has a frequency slightly different from that of the illumination light by the half mirror HM.
', the noise component is reduced by polarizer P,
The signal enters the two-dimensional heterodyne receiver 2HD, and a two-dimensional bead signal having a phase corresponding to each sampling position is obtained. These bead signals transmit through the sample S and have a phase equal to the phase determined by the thickness and refractive index of the sampling position, so the phase of the bead signal of each channel is determined by the parallel phase difference processing device PR. By comparing the phase with a reference signal from the control device CO, it is converted into an intensity signal, and by outputting it to a display device DY or the like, the phase distribution is visualized. Even if the component scattered by the scatterer N is mixed with the local light 1', it does not generate a bead component on the two-dimensional heterodyne receiver 2HD, but simply becomes a DC component, so it is not included in the signal from the two-dimensional heterodyne receiver 2HD. does not have any influence, and it is possible to extract and detect the phase distribution of only the light of the rectilinear light component to which the phase shift is given by the sample S with high directivity.

第8図のものは、第7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、BF2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。
The device shown in Fig. 8 is the same as the apparatus shown in Fig. 7, but similar beam expanders BEI and BF2 are inserted in the optical path of the light transmitted through the sample S and in the optical path of the local light, and a two-dimensional heterodyne receiver 2HD is installed. The diameter of the incident light beam is enlarged to enlarge the obtained phase image, and this arrangement is suitable for the small sample S.

第9図のものは、逆に、両光路にビーム縮小器BC1、
BC2を挿入し、得られる位相像を縮小するようにした
ものである。
The one in Fig. 9, on the contrary, has a beam condenser BC1 in both optical paths.
BC2 is inserted to reduce the obtained phase image.

ところで、試料Sの測定点において、その位相は方向依
存性を有するのが通常である。このような試料Sの特定
の測定点の位相の方向依存性を測定するには、第10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1
′と合成し、2次元ヘテロダイン受信器2HDによりそ
のビード成分の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11図に示す
。第7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。。
By the way, at the measurement point of the sample S, the phase usually has direction dependence. In order to measure the directional dependence of the phase at a specific measurement point on the sample S, as shown in FIG. The diverging light of is converted into parallel light by the convex lens L2, and the local light 1
' and visualize the phase distribution of the bead component using the two-dimensional heterodyne receiver 2HD. Furthermore, components scattered in directions other than the straight direction from the sample S may have coherence with the incident light. The device can be modified so that it can detect the phase distribution of components other than straight light having such coherence. An example is shown in FIG. The only difference from the device shown in Fig. 7 is that the two-dimensional heterodyne receiver 2HD is placed at a position that captures the scattered components in the direction to be detected other than the straight forward light, and the half mirror HM is placed so that the local light is also incident at this position. This is the point where . .

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位相像を検出す
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
面に位相試料Sの像S′を結像させ、この像面で位相分
布を検出するようにすることもできる。その例を第12
図に示す。この場合、レンズL1の焦点距離f、とレン
ズL2の焦点距離f、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。r、 >f、の場合、縮小像
になり、f+<f2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。
Now, the above method detects the phase image by detecting the two bead components of the light at or near the object plane immediately after the light that has passed through the sample, but the sample is first Fourier transformed using the convex lens L1. It is also possible to perform Fourier transformation again using another convex lens L2 to form an image S' of the phase sample S on the image plane, and to detect the phase distribution on this image plane. The 12th example is
As shown in the figure. In this case, the focal length f of the lens L1 and the focal length f of the lens L2 do not need to be equal, and by making them different sizes, the reconstructed image can be enlarged or reduced with respect to the sample. When r, > f, the image becomes a reduced image, and when f+<f2, it becomes an enlarged image. Furthermore, various spatial filters can be placed on the spectral plane P of the lens L1 to perform image processing.

以上、本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置のいくつかの実施例について説明してきたが
、本発明はこれらに実施例に限定されず、各種の変形が
可能である。例えば、周波数シフターとしては、超音波
変調器等の超音波光回折を用いたものばかりでなく、波
長板の組合せ及び回転格子のほか、結晶の電気光学効果
を利用することもできる。また、反射鏡を一定速度で移
動させるか又は鋸歯状波で振動させてもよい。
Although several embodiments of the phase image detection device using the heterodyne detection light receiving system of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. For example, as a frequency shifter, not only one using ultrasonic light diffraction such as an ultrasonic modulator, but also a combination of wave plates, a rotating grating, and the electro-optic effect of a crystal can be used. Alternatively, the reflector may be moved at a constant speed or oscillated with a sawtooth wave.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた何れの位相像
の検出装置においても、試料を透過して試料の位相情報
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次元方向の位相分布を検出することにより、試料の位
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広い範囲の位相差を有する
物体の位相像を確実にかつ正確に検出することができる
In any phase image detection device using the heterodyne detection light receiving system of the present invention, light transmitted through a sample and having phase information of the sample is combined with a reference light having a frequency different from that transmitted light. The phase image of the sample is obtained by detecting the phase distribution of the bead component of light along the sample in one or two dimensions. A phase image of an object having a phase difference can be detected reliably and accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はヘテロダイン検波受光系を並列に配置して位相
像を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図は第1図の変形例の構成を示す図、第4
図、第5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6図は第3図のものを走査型に変形した
ものの構成を示す図、第7図は試料の位相像を検出する
ための具体的な装置の構成の1例を示す図、第8図は第
7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9図は第7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10図は測定点
の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11図は直進光以外の成分の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12図は試料
の像面で位相分布を検出できるようにした装置の構成を
示す図、第13図は従来の再回折法による位相像検出方
法を説明するた約の図、第14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、■・・・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、HD・・・ヘテロダイン受信器
、Ob・・・物体、S・・・試料、A・・・照明光、A
O・・・周波数シフタ、P・・・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、CO・・・制御装置、PR・・・並列位相差処理装
置、DY・・・表示装置、MLl、ML2・・・マイク
ロレンズアレイ、Ll、L2・・・レンズ、BS・・・
ビームスフリツタ−1M1、M2・・・ミラー、N・・
・散乱体、P・・・偏光器、BEI、BF2・・・ビー
ム拡大器、BCl、BC2・・・ビーム縮小器、P2・
・・スペクトル面 第1図 第2図 出  願  人 新技術事業団(外2名)代理人 弁理
士 蛭 川 昌 慣 M5図 第6図 M7図 第8図 第14図 (精相笈り梠暫)
FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration for detecting a phase image by arranging heterodyne detection light receiving systems in parallel, FIG. 2 is a diagram explaining the basic configuration and operation of the heterodyne detection light receiving system, Figure 3 is a diagram showing the configuration of a modification of Figure 1;
Figure 5 shows the configuration of the one in Figure 1 modified into a scanning type, Figure 6 shows the configuration of the one in Figure 3 modified into a scanning type, and Figure 7 shows the configuration of the sample in Figure 3. A diagram showing an example of the configuration of a specific device for detecting a phase image, FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a modified version of the one in FIG. 7 so that an enlarged image can be obtained, and FIG. A diagram showing the configuration of the one in Figure 7 modified to obtain a reduced image, Figure 10 is a diagram showing the configuration of an apparatus for measuring the directional dependence of the phase of the measurement point, and Figure 11 is a diagram showing the configuration of a device for measuring the directional dependence of the phase of the measurement point. Figure 12 is a diagram showing the configuration of a device modified to be able to detect the phase distribution of components other than FIG. 14 is a diagram illustrating the phase image detection method using the re-diffraction method, and is a diagram showing the relationship between the phase difference of the phase diffraction grating and the distribution of spectral components. 1... Laser, ■... Measuring light, I'... Local light, HM... Half mirror 1D... Detector, F...
Bandpass filter, HD...heterodyne receiver, Ob...object, S...sample, A...illumination light, A
O...Frequency shifter, P...Polarizer, 2HD...
Two-dimensional heterodyne receiver, RA...lock-in amplifier, CO...control device, PR...parallel phase difference processing device, DY...display device, MLl, ML2...microlens array, Ll, L2...lens, BS...
Beams Fritter-1M1, M2...Mirror, N...
・Scatterer, P...Polarizer, BEI, BF2...Beam expander, BCl, BC2...Beam condenser, P2・
...Spectral surface Figure 1 Figure 2 Applicant New Technology Corporation (2 others) Agent Patent attorney Masa Hirukawa M5 Figure 6 M7 Figure 8 Figure 14 )

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (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位相像を
検出する装置において、試料全面に均一な平行コヒーレ
ント光を照射し、試料の透過光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
向のビード成分の位相分布を検出することにより、試料
の位相像を求めるように構成したことを特徴とするヘテ
ロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装置。
(1) A device that irradiates a sample with coherent light, combines the transmitted light with a reference coherent light having a different frequency, and detects a phase image of the sample using optical heterodyne detection. The phase image of the sample is obtained by irradiating parallel coherent light, combining the transmitted light of the sample with the reference coherent light, and detecting the phase distribution of the bead component in one or two-dimensional directions in the cross section of the combined beam. What is claimed is: 1. A phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system.
(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位相分布を検出するこ
とにより、試料の位相像を求めるように構成したことを
特徴とする請求項1記載のヘテロダイン検波受光系を用
いた位相像の検出装置。
(2) A phase image of the sample is obtained by combining the reference coherent light and the transmitted light over the entire cross-section of the light beam that has passed through the sample, and detecting the phase distribution of the bead component in one-dimensional or two-dimensional directions of the combined light beam cross-section. 2. A phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system according to claim 1, wherein the phase image detection device is configured to obtain the following.
(3)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
ード成分の位相分布を検出することにより、試料の位相
像を求めるように構成したことを特徴とする請求項2記
載のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装置
(3) Divide the cross section of the light flux that irradiates the sample into small regions, place a condenser lens in each divided region, and place the sample so that the sample is located at the focal point, and each divergence that passes through the sample A lens that converts a light beam into a parallel light beam is placed in correspondence with each condenser lens, and the converted parallel light beam and reference coherent light are combined to calculate the phase of the bead component in one or two-dimensional direction of the cross section of the combined light beam. 3. The phase image detection apparatus using a heterodyne detection light receiving system according to claim 2, characterized in that the phase image of the sample is obtained by detecting the distribution.
(4)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、試料の位相像を
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位相像の検出装
置。
(4) Claim 2 or 3 characterized in that the phase image of the sample is obtained by scanning a heterodyne receiver that detects only the bead component within the cross section of the composite beam.
A phase image detection device using the heterodyne detection light receiving system described above.
(5)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位相像を
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位相を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
の位相分布を検出することにより、試料の位相像を求め
るように構成したことを特徴とするヘテロダイン検波受
光系を用いた位相像の検出装置。
(5) In a device that irradiates a sample with coherent light, combines the transmitted light with a reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and detects a phase image of the sample by optical heterodyne detection, a part of the sample is detected. It is configured to irradiate parallel coherent light, combine the transmitted light of the sample and the reference coherent light, and detect the phase of the bead component.
The sample was arranged so as to be scannable relative to the irradiation light, and the phase image of the sample was obtained by detecting the phase distribution of the bead component in a one-dimensional or two-dimensional direction on a plane along the sample. A phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system.
(6)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位相を検出するように構成したこ
とを特徴とする請求項5記載のヘテロダイン検波受光系
を用いた位相像の検出装置。
(6) Place a condensing lens in the parallel coherent beam, place the sample so that the sample is located at the condensing point, place a lens that converts the divergent beam that has passed through the sample into a parallel beam, and 6. The phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system according to claim 5, wherein the phase image detection device uses a heterodyne detection light receiving system, and is configured to combine the parallel light beam and the reference coherent light and detect the phase of a bead component thereof.
(7)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位相
像を検出する装置において、試料全面に均一な平行コヒ
ーレント光を照射するように構成し、試料の透過光の位
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位相
分布を検出することにより、試料の位相像を求めるよう
に構成したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
用いた位相像の検出装置。
(7) In a device that irradiates a sample with parallel coherent light, combines the transmitted light with a reference coherent light having a different frequency from the coherent light, and detects a phase image of the sample by optical heterodyne detection, it is uniform over the entire surface of the sample. a first Fourier transform optical system configured to irradiate parallel coherent light and Fourier transform the phase distribution of the transmitted light of the sample; and a second Fourier transform optical system that further Fourier transform the distribution in the spectral plane. The reference coherent light and the re-converted light are combined on the conversion surface of the second Fourier transformation optical system, and the phase of the bead component in the one-dimensional or two-dimensional direction on the conversion surface of the second Fourier transformation optical system is determined. 1. A phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system, characterized in that it is configured to obtain a phase image of a sample by detecting distribution.
(8)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位相分布を検出するこ
とにより、試料の位相像を求めるように構成したことを
特徴とする請求項7記載のヘテロダイン検波受光系を用
いた位相像の検出装置。
(8) A phase image of the sample is obtained by arranging a spatial filter on the spectral plane and detecting the phase distribution of the bead component in one-dimensional or two-dimensional directions between the light passing through the spatial filter and the reference coherent light. 8. A phase image detection device using a heterodyne detection light receiving system according to claim 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07270313A (en) * 1994-03-31 1995-10-20 Agency Of Ind Science & Technol Measuring method for refractive index and that for nature characteristic
JPH10260131A (en) * 1997-03-19 1998-09-29 Seitai Hikarijoho Kenkyusho:Kk Light measuring apparatus
JP2018537247A (en) * 2015-11-24 2018-12-20 ヴェリリー ライフ サイエンシズ エルエルシー Real-time laser Doppler imaging system and method

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