JPH0432392B2 - - Google Patents

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JPH0432392B2
JPH0432392B2 JP11981889A JP11981889A JPH0432392B2 JP H0432392 B2 JPH0432392 B2 JP H0432392B2 JP 11981889 A JP11981889 A JP 11981889A JP 11981889 A JP11981889 A JP 11981889A JP H0432392 B2 JPH0432392 B2 JP H0432392B2
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phase
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moire
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 観測対象物の試料を電子線あるいは荷電粒子線
が透過したときの透過度の分布を、参照波と照明
波との間の干渉縞の位相シフト量で表した2光束
イメージホログラム像を作成し、さらにこの2光
束イメージホログラム像にモアレマスクを重ね合
わせてモアレ法により干渉縞の位相シフト量を位
相等高線に変換して観察する。その際参照波の位
相を照明波に対して連続変化させ、同時にその位
相変化に同調させて、モアレマスクを同期ごとに
オフセツト量を変えながら移動させる。この間の
画像情報を積分することにより、コントラストが
高くアーテイフアクトのない、また低域通過フイ
ルタを用いずにきれいな位相等高線線を実時間で
再生することができる。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The distribution of transmittance when an electron beam or a charged particle beam passes through a sample of an observation target is expressed by the amount of phase shift of interference fringes between a reference wave and an illumination wave. A two-beam image hologram image is created, and a moiré mask is superimposed on the two-beam image hologram image, and the amount of phase shift of the interference fringes is converted into phase contour lines by the moire method for observation. At this time, the phase of the reference wave is continuously changed with respect to the illumination wave, and at the same time, the moiré mask is moved in synchronization with the phase change while changing the offset amount at each synchronization. By integrating the image information during this time, it is possible to reproduce in real time clear phase contour lines with high contrast and no artifacts, and without using a low-pass filter.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、電子線あるいは荷電粒子線を照射光
として生成された2光束イメージホログラム像か
ら、観察対象物の複素振幅透過度(絶対振幅と位
相)に関する情報の実時間再生を行う装置に関す
るものである。
The present invention relates to a device that performs real-time reproduction of information regarding the complex amplitude transmittance (absolute amplitude and phase) of an observation target from a two-beam image hologram image generated using an electron beam or a charged particle beam as irradiation light. be.

〔従来の技術と発明が解決しようする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

レーザー光あるいは干渉性の高い電子線を用い
た2光束イメージホログラムにおいては、対象物
の複素振幅透過度に関する情報は、干渉縞の強度
変化と乱れとして観察される。特に対象物が透明
に近く、かつ位相ずれ量が大きくなるい場合に
は、対象物の位相情報は等間隔の微細干渉縞の局
所的に位置シフトとして現れる。
In a two-beam image hologram using a laser beam or a highly coherent electron beam, information regarding the complex amplitude transmittance of an object is observed as intensity changes and disturbances of interference fringes. In particular, when the object is nearly transparent and the amount of phase shift is large, the phase information of the object appears as a local position shift of equally spaced fine interference fringes.

第8図にこのような電子線ホログラム撮影用の
電子光学系の従来例を示す。
FIG. 8 shows a conventional example of such an electron optical system for electron beam hologram photography.

第8図において、平行電子線1の入射波は、試
料2を通過する参照波と試料2を通過しない参照
波とに分かれて、それぞれ対物レンズ3で集束さ
れ、第1結像面6に結像される。
In FIG. 8, the incident wave of the parallel electron beam 1 is divided into a reference wave that passes through the sample 2 and a reference wave that does not pass through the sample 2, each of which is focused by the objective lens 3 and focused on the first imaging plane 6. imaged.

ここで対物レンズ3と第1結像面6の間に設け
られている電子線バイブリズム4が、照明波と参
照波とをそれぞれ光軸寄りに折り曲げて第1結像
面6上で重ね合わせ、干渉縞を形成させる。
Here, an electron beam vibrism 4 provided between the objective lens 3 and the first imaging surface 6 bends the illumination wave and the reference wave toward the optical axis and superimposes them on the first imaging surface 6. , forming interference fringes.

この第1結像面6上に形成された干渉縞には、
第9図に示されるように、試料内を透過する照明
波の伝播速度を低下することに基づく位相シフト
が現れ、これが拡大レンズ7で写真フイルムの第
2結像面8に投影されて、ホログラムとして焼き
つけられる。このような干渉縞の位相シフトを等
高線として可視化するためには、写真フイルムに
焼きつけられたホログラムにレーザー光を照射し
て、適切な光学系を通し再生像を得る方法が一般
にとられている。
The interference fringes formed on this first imaging plane 6 include
As shown in FIG. 9, a phase shift occurs due to the reduction in the propagation speed of the illumination wave passing through the sample, and this is projected onto the second imaging plane 8 of the photographic film by the magnifying lens 7, forming a hologram. It is burned as. In order to visualize the phase shift of such interference fringes as contour lines, a method is generally used in which a hologram printed on photographic film is irradiated with laser light and a reconstructed image is obtained through an appropriate optical system.

しかしながらこのような2段階再生方式は、実
時間性に欠けている。このような対象に対し比較
的容易に実時間再生を行いうる一つの手段は、
TV撮像装置によりホログラム像を撮像、標本化
し、デイジタル演算処理後再生像を表示する方式
である。しかしこの方式は、多量の画像データを
標本化するとともに、フーリエ変換をともなう多
数回の演算を必要とするため、多量のメモリを要
する事に加え、秒オーダーの実時間処理はかなり
困難である。
However, such a two-stage reproduction method lacks real-time performance. One way to relatively easily perform real-time playback of such objects is to
This is a method in which a hologram image is captured and sampled using a TV imaging device, and the reconstructed image is displayed after digital calculation processing. However, this method requires a large amount of image data to be sampled and multiple calculations involving Fourier transform, so it requires a large amount of memory and is extremely difficult to perform real-time processing on the order of seconds.

また先に述べた干渉縞の位相シフト量を等高線
の形で直接可視化しうる他の再生手段に、モアレ
縞を利用する方法がある。この方法は、ホログラ
ムの干渉縞と同一のピツチを有するマスクパター
ンをホログラム像に直接重ね、結果として生じる
モアレ像が丁度位相等高線に対応する事を利用す
るものである。
Another reproduction method that can directly visualize the amount of phase shift of interference fringes in the form of contour lines is a method that uses moiré fringes. This method utilizes the fact that a mask pattern having the same pitch as the interference fringes of the hologram is directly superimposed on the hologram image, and the resulting moiré image exactly corresponds to the phase contour lines.

このようなモアレ法は、本来超高速直接再生が
可能であるが、特に電子線ホログラムに対しては
以下のような問題がある。
Although such a moiré method is originally capable of ultra-high-speed direct reproduction, it has the following problems, especially for electron beam holograms.

(1) ホログラム観察用蛍光面における干渉縞のコ
ントラストは実際上かなり小さいため、再生さ
れる位相等高線のコントラストが低下してしま
うこと。
(1) The contrast of the interference fringes on the phosphor screen for hologram observation is actually quite small, so the contrast of the reproduced phase contour lines is reduced.

(2) 得られる位相等高線中に断点をつくるモアレ
マスクの格子像を除去して、位相等高線を連続
線に見えるようにするため、光学的な低域通過
フイルターが通常使用されるが、これにより試
料からの高い空間周波数の情報が欠落するこ
と。
(2) An optical low-pass filter is usually used to remove the moiré mask grating image that creates breaks in the resulting phase contours, making them appear as continuous lines. This results in the loss of high spatial frequency information from the sample.

(3) 電子線ホログラムの場合、適切な減光手段が
無いので照明波と参照波の強度比を変えること
ができず、その結果、本来不必要な、観察試料
からの強い散乱波相互の干渉によつて生じるア
ーテイフアクトが除去できないこと。
(3) In the case of electron beam holograms, it is not possible to change the intensity ratio of the illumination wave and the reference wave because there is no appropriate light attenuation means, and as a result, unnecessary mutual interference between strong scattered waves from the observation sample occurs. Artifacts caused by this cannot be removed.

本発明は、電子線あるいは荷電粒子線を用いた
2光束イメージホログラム再生装置における上記
の諸問題を解決することを目的としている。
The present invention aims to solve the above-mentioned problems in a two-beam image hologram reproduction device using an electron beam or a charged particle beam.

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

本発明は、参照波の位相を連続的にに変化させ
るとともに、モアレ発生用マスクパターンを参照
波の位相変化と逐次オフセツト量を変えながら同
調して移動させ、その1周期分あるいは複数周期
分の画像を積分する事により、位相等高線のコン
トラストを向上させ、また位相等高線中のモアレ
マスクの格子像の除去とアーテイフアクトの除去
とを行うものである。
The present invention continuously changes the phase of the reference wave, and moves the moiré generation mask pattern in synchronization with the phase change of the reference wave while sequentially changing the offset amount, and generates one cycle or multiple cycles of the moiré generation mask pattern. By integrating the image, the contrast of the phase contour lines is improved, and the grating image of the moiré mask and artifacts in the phase contour lines are removed.

これにより具体化された本発明の電子線または
荷電粒子線を用いた2光束イメージホログラムの
実時間再生装置の基本的構成を例示的方法により
第1図に示す。なお第1図では便宜上電子線を用
いたものについて示しているが、荷電粒子線を用
いた場合も原理的には同じである。
The basic configuration of a real-time reproduction device for a two-beam image hologram using an electron beam or a charged particle beam according to the present invention, which has been embodied in this manner, is shown in FIG. 1 by way of example. Although FIG. 1 shows an example using an electron beam for convenience, the principle is the same when a charged particle beam is used.

第1図において、 1は破源の平行電子線であり、予め照明用と参
照用とに2分割した領域が定められている。な
お、以後の説明では電子線を波動として扱い、照
明用と参照用の各領域の電子線を照明波と参照波
と呼ぶ。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a parallel electron beam as a source of destruction, and two areas are defined in advance, one for illumination and one for reference. In the following description, the electron beam will be treated as a wave, and the electron beams in each area for illumination and reference will be referred to as an illumination wave and a reference wave.

2は試料であり、照明用領域内に置かれ、照明
波により透過される。
2 is a sample placed within the illumination area and transmitted by the illumination wave.

3は対物レンズであり、入力された平行の照明
波と参照波とを集束する。
3 is an objective lens that focuses the input parallel illumination wave and reference wave.

4は電子線バイプリズムであり、照明波と参照
波とを互いに相手側に向けて折り曲げ、それぞれ
の領域を重なり合わせるようにする。
Reference numeral 4 denotes an electron beam biprism, which bends the illumination wave and the reference wave toward each other so that their respective regions overlap.

5は位相可変手段であり、電子線バイプリズム
4に作用して、参照波の位相を照明波に対し相対
的に連続可変にする。
Reference numeral 5 denotes a phase variable means, which acts on the electron beam biprism 4 to continuously vary the phase of the reference wave relative to the illumination wave.

6は第1結像面であり、照明波と参照波の間の
位相差に応じた干渉縞が面上に形成される。この
とき照明波が試料2を透過したときに生じた位相
変化が干渉縞の歪み(シフト)となつて現れる。
6 is a first imaging surface, and interference fringes are formed on the surface according to the phase difference between the illumination wave and the reference wave. At this time, a phase change that occurs when the illumination wave passes through the sample 2 appears as a distortion (shift) of the interference fringes.

7は拡大レンズであり、第1結像面6の像を拡
大投影する。
A magnifying lens 7 enlarges and projects the image on the first imaging surface 6.

8第2結像面であり、蛍光面が設けられて、ホ
ログラム像が形成される。
8 is a second imaging surface, and is provided with a fluorescent screen to form a hologram image.

9はモアレマスクであり、周期格子をもつ。 9 is a moire mask having a periodic grating.

10はモアレマスク移動手段であり、モアレマ
スク9をその周期格子と直角方向に移動するよう
に制御される。
Reference numeral 10 denotes a moire mask moving means, which is controlled to move the moire mask 9 in a direction perpendicular to its periodic grating.

11は撮像手段であり、モアレマスク9の周期
格子を通して第2結像面8のホログラム像を撮像
し、ビデオ信号に変換する。
Reference numeral 11 denotes an imaging means that images a hologram image of the second imaging plane 8 through the periodic grating of the moiré mask 9 and converts it into a video signal.

12はコントローラであり、位相可変手段5お
よびモアレマスク移動手段10を制御して、参照
波の位相変化に種々のオフセツト量で同調させて
モアレマスクの追従移動を行わせる。
Reference numeral 12 denotes a controller which controls the phase variable means 5 and the moire mask moving means 10 to synchronize with the phase change of the reference wave with various offset amounts and to move the moire mask to follow.

13は画像積分器であり、コントローラ12の
制御に基づき参照波の位相変化とこれに種々のオ
フセツト量で同調するモアレマスクの移動のn周
期(nは1以上の整数)分について、入力画像を
正負荷重付けで積分する。
13 is an image integrator which, under the control of the controller 12, inputs the input image for n periods (n is an integer of 1 or more) of the phase change of the reference wave and the movement of the moiré mask that synchronizes with this with various offset amounts. Integrate with positive load weighting.

14はCRT表示装置であり、画像積分器13
から出力される位相等高線情報を画面表示する。
14 is a CRT display device, and an image integrator 13
The phase contour information output from is displayed on the screen.

〔作用〕[Effect]

第1図に示されている本発明の原理的構成で
は、参照波の位相を変化させるとともに、これに
同調してモアレマスクの移動とを行わせて、その
間の画像を積分することにより、等高線に含まれ
るモアレマスクのパターンを消去できるので、従
来の直切モアレマスク法の欠点であつた低域フイ
ルタと使用による高域画情報の欠落の問題を解決
している。
The basic configuration of the present invention shown in FIG. 1 changes the phase of the reference wave, moves the moiré mask in synchrony with this, and integrates the image during that time to create contour lines. Since the moire mask pattern included in the image can be erased, the problem of missing high-frequency image information due to the use of a low-pass filter, which was a drawback of the conventional direct-cut moire mask method, is solved.

また同じ参照波の位相変化とモアレマスク移動
との間のオフセツト量を変化させるから正負荷重
付けで画像積分を行つていることにより、参照波
の位相変化に対して変化しない画像成分が消去さ
れるため、位相等高線のコントラストの改善と観
察試料からの強い散乱波相互の干渉によるアーテ
イフアクトを除去することができる。
In addition, since the offset amount between the phase change of the same reference wave and the movement of the moiré mask is changed, image components that do not change with respect to the phase change of the reference wave are eliminated by performing image integration with positive load weighting. Therefore, it is possible to improve the contrast of phase contour lines and remove artifacts due to mutual interference of strong scattered waves from the observation sample.

第2図に、参照波の位相を照明波に対して変化
されたときの干渉縞の移動の様子を示す。図にお
いて、Δφは参照波と照明波との間の位相差を表
し、ある1本の縞について、Δφ=0、π/2、
π、3π/2それぞれの場合の縞の移動位置を示
している。
FIG. 2 shows how the interference fringes move when the phase of the reference wave is changed with respect to the illumination wave. In the figure, Δφ represents the phase difference between the reference wave and the illumination wave, and for one fringe, Δφ=0, π/2,
The movement positions of the stripes in the cases of π and 3π/2 are shown.

イメージホログラムでは、干渉縞と同時に対象
試料の外形(入射波による像)も観察できるが、
参照波の位相差Δφの変化に対してこの外形は全
く変化しない。同時に、試料から放射される強い
散乱波相互の干渉によつて生じるアーテイフアク
トもまた、参照波の位相差Δφの変化に対しては
変化しない。
With an image hologram, the outer shape of the target sample (image created by the incident wave) can be observed at the same time as the interference fringes.
This outer shape does not change at all in response to a change in the phase difference Δφ of the reference wave. At the same time, artifacts caused by interference between strong scattered waves emitted from the sample also do not change with respect to changes in the phase difference Δφ of the reference waves.

モアレ方式による位相等高線再生の原理は、得
られたホログラムにその干渉縞間隔と同一の縞間
隔のモアレマスクを重ねると、縞シフトのある部
分がモアレマスクの格子線と交差して、モアレ像
として等高線が出現することによつている。
The principle of phase contour reconstruction using the moire method is that when a moire mask with the same fringe spacing as the interference fringe spacing is superimposed on the obtained hologram, the portion with fringe shifts intersects the lattice lines of the moire mask, resulting in a moire image. It depends on the appearance of contour lines.

〔実施例〕〔Example〕

以下は本発明の詳細を実施例にしたがつて説明
する。
The details of the present invention will be explained below with reference to examples.

第3図は本発明の1実施例の構成図である。第
1図に示されている原理的構成を具体化したもの
である。
FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of the present invention. This is a concrete embodiment of the basic configuration shown in FIG.

第3図において、20は平行電子線、21は試
料、22は対物レンズ、23は電子線バイプリズ
ム、24および24′は電極板、25は電極線、
26は電極線25の移動機構、27は像シフト補
正用の可変電圧源、28は第1結像面、29は拡
大レンズ、30は第2結像面を構成するストライ
プ状蛍光面、31はストライプ状蛍光面30の移
動機構、32は撮像カメラ、33はコントロー
ラ、34および35はD/AコンバータDAC、
36は画像積分器、37はCRT表示装置、38
はデータ処理装置である。
In FIG. 3, 20 is a parallel electron beam, 21 is a sample, 22 is an objective lens, 23 is an electron beam biprism, 24 and 24' are electrode plates, 25 is an electrode wire,
26 is a moving mechanism for the electrode wire 25, 27 is a variable voltage source for image shift correction, 28 is a first image forming surface, 29 is a magnifying lens, 30 is a striped fluorescent screen constituting a second image forming surface, and 31 is a striped fluorescent screen. A moving mechanism for the striped fluorescent screen 30, 32 an imaging camera, 33 a controller, 34 and 35 a D/A converter DAC,
36 is an image integrator, 37 is a CRT display device, 38
is a data processing device.

第3図の実施例では、参照波の位相変化を電子
線バイプリズム23で行う。電子線バイプリズム
23は、2枚の電極板24,24′と細い金属の
電極線(通常1μm以下)25との間に電界をつ
くり、電極線25を圧電素子等を用いた移動機構
26により矢印方向に往復駆動るする。これは光
学的バイプリズムを横方向に移動させたのと同等
であり、参照波と照明波との間の位相を相対的に
変化させる。
In the embodiment shown in FIG. 3, the phase change of the reference wave is performed by an electron beam biprism 23. The electron beam biprism 23 creates an electric field between two electrode plates 24, 24' and a thin metal electrode wire (usually 1 μm or less) 25, and moves the electrode wire 25 by a moving mechanism 26 using a piezoelectric element or the like. Drive back and forth in the direction of the arrow. This is equivalent to moving the optical biprism laterally, and changes the relative phase between the reference wave and the illumination wave.

なおこれにより第1結像面28で若干の像の移
動が生じるため、電極板24,24′を偏向板と
して利用し、可変電圧源27から適当な電圧を印
加して、像の移動を補償する。この結果、第2図
に示すように、像の移動なしに干渉縞のみの移動
が可能となる。
Note that this causes a slight movement of the image on the first imaging plane 28, so the electrode plates 24, 24' are used as deflection plates and an appropriate voltage is applied from the variable voltage source 27 to compensate for the movement of the image. do. As a result, as shown in FIG. 2, only the interference fringes can be moved without moving the image.

また第3図の実施例では、特別のモアレマスク
を設けずに、ストライプ状蛍光面30によりモア
レマスクの機能を果させている。
Further, in the embodiment shown in FIG. 3, a striped phosphor screen 30 functions as a moire mask without providing a special moire mask.

このストライプ状蛍光面30上で干渉縞の移動
を観察すると、モアレによつて生じた位相等高線
の縞が連続的に移動して行くように見える。
When observing the movement of interference fringes on this striped phosphor screen 30, it appears that the phase contour fringes caused by moiré move continuously.

ここで参照波の位相変化による干渉縞の移動を
追従する方向に、ストライプ状蛍光面30を追従
して移動させると、今度はモアレによつて生じた
位相等高線は移動しなくなる。ただし蛍光面のス
トライプは移動する。
If the striped phosphor screen 30 is moved in a direction that follows the movement of the interference fringes due to the phase change of the reference wave, the phase contour lines caused by moiré will no longer move. However, the stripes on the fluorescent screen move.

したがつて、参照波の位相変化を0〜2π(又は
その整数倍)に選び、連続変化させるとともにス
トライプ状蛍光面30も同調して移動させその間
連続的に画像積分すればストライプ状蛍光面30
は1周期分(又はその整数倍)移動するので、積
分の結果一様に背影成分に変化し、位相等高線は
残留する。すなわちストライプパターンを除去す
るために従来用いていた低域フイルタが不必要に
なることがわかる。
Therefore, if the phase change of the reference wave is selected from 0 to 2π (or an integer multiple thereof) and is continuously changed, the striped fluorescent screen 30 is also moved in synchrony and the image is continuously integrated during that time.
moves by one period (or an integral multiple thereof), so as a result of integration, it uniformly changes to the background component, and the phase contour line remains. In other words, it can be seen that the low-pass filter conventionally used to remove the stripe pattern becomes unnecessary.

上述した参照位相とモアレマスクとの同調移動
法によつて、低域フイルタが不要となるが、なお
再生像中には、位相等高線のみでなく、なお入射
のみによつて形成された試料像、ならびに強い散
乱波相互の干渉によつて生じるアーテイフアクト
が残留しており、特に電子線ホログラムの場合こ
れらは重大な問題を生じることがある。これらの
除去を目的として、二重移動方式を利用する。
Although the above-mentioned method of synchronized movement of the reference phase and Moiré mask eliminates the need for a low-pass filter, the reproduced image contains not only the phase contour lines but also the sample image formed by only the incident light, In addition, artifacts caused by mutual interference between strong scattered waves remain, and these can cause serious problems, especially in the case of electron beam holograms. For the purpose of removing these, a double movement method is used.

まず参照波の位相変化を0〜2π、対応するモ
アレマスクの移動量を位相に換算して、0〜2π
と連続変化させて撮影した像を像とする。
First, convert the phase change of the reference wave from 0 to 2π, and convert the amount of movement of the corresponding moiré mask to the phase, and convert it to 0 to 2π.
An image is an image taken by changing continuously.

次に参照波の位相を0〜2πとするが、モアレ
マスクの移動量をπ〜3πと連続変化させた像を
像とする。像と像の違いは参照波の位相変
化に応答する部分で、位相等高線のみが反転す
る。
Next, the phase of the reference wave is set to 0 to 2π, and an image is obtained by continuously changing the movement amount of the moire mask from π to 3π. The difference between the images is that they respond to changes in the phase of the reference wave, and only the phase contour lines are reversed.

入射波による試料像ならびに散乱波相互の干渉
像は、参照波の位相には無関係であり、像、像
では変化しない。したがつて像より像を減
算して、位相等高線の画像成分のみが抽出でき
る。
The sample image due to the incident wave and the mutual interference image of the scattered waves are unrelated to the phase of the reference wave and do not change from image to image. Therefore, by subtracting the image from the image, only the image component of the phase contour line can be extracted.

第3図の実施例の装置では、電子線バイプリズ
ム23の移動機構26、像シフト補正用の可変電
圧源27、ならびにモアレマスクとなるストライ
プ状蛍光面30の移動機構31については、すべ
てコントローラ33が管理し、DAC34,35
を通じてそれらを設定する。バイリズムや蛍光面
の移動量は微量は微小であるので、TVシステム
の1フレーム(1/30秒)に1周期(あるいは整
数倍)の移動を完了させることは十分可能であ
る。したがつて、画像積分器36によつてフレー
ム単位で画像を積分するとともに、コントローラ
33からの制御により、先の像に対しては正
に、像に対しては負に荷重付けをすれば、2フ
レーム時間(〜1/15秒)でCRT上に位相等高
線を実時間で表示することが可能となる。このよ
うに二重移動方式と画像の正負荷重付積分を利用
することにより、電子線イメージホログラムから
不必要な画像情報を除去して、きわめて高速に位
相等高線を再生することが可能となる。
In the apparatus of the embodiment shown in FIG. 3, the moving mechanism 26 for the electron beam biprism 23, the variable voltage source 27 for image shift correction, and the moving mechanism 31 for the striped fluorescent screen 30 serving as a moiré mask are all controlled by a controller 33. Managed by DAC34,35
Configure them through. Since the amount of movement of the birhythm and the fluorescent screen is minute, it is quite possible to complete one period (or integral multiple) of movement in one frame (1/30 second) of the TV system. Therefore, if the image is integrated frame by frame by the image integrator 36, and the previous image is weighted positively and the previous image is weighted negatively under the control of the controller 33, It is possible to display phase contour lines in real time on a CRT in two frame times (~1/15 seconds). In this way, by using the double shift method and the positively loaded weighted integral of the image, unnecessary image information can be removed from the electron beam image hologram and phase contour lines can be reproduced at extremely high speed.

以上の手法に高感度位相差検出法として知られ
ている縞走査干渉法の原理を組み込むことによ
り、試料の複素振幅透過率の定量的情報を得ると
ともに、位相差増幅した位相差等高線を再生する
ことができる。このためには 像;参照波位相変化 0〜2π モアレマスク移動 0〜2π 像;参照波位相変化 0〜2π モアレマスク移動 0〜3π 像;参照波位相変化 0〜2π モアレマスク移動 π/2〜2π+π/2 像;参照波位相変化 0〜2π モアレマスク移動 π+π/2〜3π+π/2 の4枚の画像を得、データ処理装置(一般にデイ
ジタルコンピユータ)38に転送して以下の画像
演算を行う。まず I〓r(x、y)=(像−像) I〓I(x、y)=(像−像) を得る。このそれぞれのプロセスは画像積分器3
6の正負荷重付積分であらかじめ実行する事も可
能である。対象物の複素振幅透過率の位相遅れの
空間分布をφ(x、y)、絶対振幅透過率をA(x、
y)とすると、 A(x、y)=k√2 r(、)+2(、)
(k:比例定数) φ(x、y)=tan-1(I〓r(x、y)/I〓I(x、y
)) により求められる。先に示した位相等高線は、 I〓r(x、y)すなわち1/K・A(x、y)・cos
(φ (x、y))を表したものである。このような画素
単位の演算で複素振幅透過率が定量的に求まると
ともに、 n・tan-1(I〓r(x、y)/I〓I(x、y)) を計算し、cos(nφ(x、y))求める事でn倍の
位相増幅像を得ることも可能である。
By incorporating the principle of fringe scanning interferometry, known as a high-sensitivity phase difference detection method, into the above method, quantitative information on the complex amplitude transmittance of the sample can be obtained, and the phase difference contour lines obtained by amplifying the phase difference can be reproduced. be able to. For this purpose, image; reference wave phase change 0~2π Moire mask movement 0~2π Image; reference wave phase change 0~2π Moire mask movement 0~3π Image; reference wave phase change 0~2π Moire mask movement π/2~ 2π+π/2 image; reference wave phase change 0 to 2π Moiré mask movement π+π/2 to 3π+π/2 Four images are obtained and transferred to a data processing device (generally a digital computer) 38 to perform the following image calculations. First, we obtain I〓 r (x, y) = (image - image) I〓 I (x, y) = (image - image). Each of these processes is performed by the image integrator 3.
It is also possible to perform this in advance using the positive load weighted integral of 6. The spatial distribution of the phase delay of the complex amplitude transmittance of the object is φ(x, y), and the absolute amplitude transmittance is A(x,
y), then A(x, y)=k√ 2 r (,)+ 2 (,)
(k: proportionality constant) φ (x, y) = tan -1 (I〓 r (x, y) / I〓 I (x, y
)). The phase contour line shown earlier is I〓 r (x, y) or 1/K・A(x,y)・cos
(φ (x, y)). In addition to quantitatively finding the complex amplitude transmittance through such pixel-by-pixel calculations, we also calculate n・tan -1 (I〓 r (x, y)/I〓 I (x, y)), and calculate cos (nφ (x, y)), it is also possible to obtain an n-times phase amplified image.

上記の計算は通常オフライン形式で実現する
が、画素単位の演算なので専用のハードウエアに
より、テーブル・ルツクアツプ方式を用いて高速
化が図りうる。また多量の高速RAMを用いれ
ば、ビデオレートでオンライン表示することも可
能である。
The above calculation is normally realized in an off-line format, but since it is a pixel-by-pixel calculation, it can be sped up using dedicated hardware and a table lookup method. With a large amount of high-speed RAM, it is also possible to display online at video rates.

次に本発明に適用可能な参照波位相可変手段の
他の実施例を第4図に示す。この実施では電子線
バイプリズム40は固定とし、その前後に設けら
れている偏向板39,41をそれぞれ逆方向にバ
イアスして、相対的に電子バイプリズムが移動し
ているのでと同等の作用が生じるようにしてい
る。
Next, another embodiment of the reference wave phase variable means applicable to the present invention is shown in FIG. In this implementation, the electron beam biprism 40 is fixed, and the deflection plates 39 and 41 provided before and after it are biased in opposite directions, so that the electron biprism moves relatively, so that the same effect as that of the electron biprism can be obtained. I'm trying to make it happen.

次に本発明に適用可能なモアレマスクの他の実
施例(その1)、(その2)、(その3)を、第5図
ないし第7図に示す。
Next, other embodiments (part 1), (part 2), and (part 3) of moire masks applicable to the present invention are shown in FIGS. 5 to 7.

第5図の実施例(その1)は、蛍光物質43を
塗布するガラス板42に、予め不透明マスクパタ
ターン44を焼付けておくものであり、第3図の
実施例におけるストライプ状蛍光面と同等の機能
をもつ。
In the embodiment (part 1) of FIG. 5, an opaque mask pattern 44 is printed in advance on a glass plate 42 on which a fluorescent substance 43 is applied, and is equivalent to the striped fluorescent screen in the embodiment of FIG. It has the following functions.

第6図の実施例(その2)は、蛍光板45から
離れた鏡体外に縮小モアレマスク48を設け、蛍
光板45の光を窓46から取り出し、これを結像
レンズ47で縮小モアレマスク48上に結像さ
せ、縮小モアレマスク48を通つた光をリレーレ
ンズ49を介して撮像管40へ投影する。縮小モ
アレマスク48を移動させることによつて、上述
した各実施例と同等に機能する。
In the embodiment (part 2) of FIG. 6, a reduction moiré mask 48 is provided outside the mirror body away from the fluorescent screen 45, and the light from the fluorescent screen 45 is taken out through a window 46, and is directed onto the reduction moiré mask 48 using an imaging lens 47. An image is formed, and the light passing through the reduction moiré mask 48 is projected onto the image pickup tube 40 via the relay lens 49. By moving the reduction moiré mask 48, it functions similarly to each of the embodiments described above.

第7図の実施例(その3)は、光学的なモアレ
マスクを用いる代わりに電子的なマスクパターン
を使用するものであり、電子的マスクパターンジ
エネレータ51が撮像管50のラスタ走査と同期
してマスクパターン信号を発生し、これを乗算器
52においてビデオ信号と乗算させるものであ
る。
The embodiment (part 3) of FIG. 7 uses an electronic mask pattern instead of using an optical moiré mask, and the electronic mask pattern generator 51 is synchronized with the raster scanning of the image pickup tube 50. The multiplier 52 generates a mask pattern signal, which is multiplied by the video signal in a multiplier 52.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したごとに本発明によれば、電子線あ
るいは荷電粒子線を照明光として生成された2光
束イメージホログラムの像から、直接的に実時間
で対象物の複素振幅透過度に関する情報、特に位
相等高線を容易に得ることができる。この結果、
従来フイルムの現像と光学系での再生の後にのみ
結果が判明した電子線ホログラムにおいて、その
場で結果を見ることが可能となり、薄膜材料にお
ける開発、研究、評価を著しく効率化できる効果
がある。
As described above, according to the present invention, information regarding the complex amplitude transmittance of an object, especially the phase information, can be obtained directly in real time from the image of a two-beam image hologram generated using an electron beam or a charged particle beam as illumination light. Contour lines can be easily obtained. As a result,
Conventionally, the results of electron beam holograms were known only after developing the film and reproducing it with an optical system, but now it is possible to see the results on the spot, which has the effect of significantly streamlining the development, research, and evaluation of thin film materials.

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

第1図は本発明の原理的構成図、第2図は参照
波の位相変化と縞の移動の説明図、第3図は本発
明の1実施例の構成図、第4図は参照波位相可変
手段の他の実施例の説明図、第5図はモアレマス
クの他の実施例(その1)の構成図、第6図はモ
アレマスクの他の実施例(その2)の構成図、第
7図はモアレマスクの他の実施例(その3)の構
成図、第8図は電子線ホログラム撮影用電子光学
系の従来例の構成図、第9図は試料による干渉縞
の位相シフトの説明図である。 第1図中、1:平行電子線、2:試料、3:対
物レンズ、4:電子線バイプリズム、5:位相可
変手段、6:第1結像面、7:拡大レンズ、8:
第2結像面、9:モアレマスク、10:モアレマ
スク移動手段、11:撮像手段、12:コントロ
ーラ、13:画像積分器、14:CRT表示装置。
Fig. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the phase change of the reference wave and movement of the fringe, Fig. 3 is a block diagram of one embodiment of the present invention, and Fig. 4 is the phase of the reference wave. An explanatory diagram of another embodiment of the variable means, FIG. 5 is a block diagram of another embodiment of the moire mask (part 1), FIG. 6 is a block diagram of another embodiment of the moire mask (part 2), and FIG. Fig. 7 is a block diagram of another example (part 3) of the moire mask, Fig. 8 is a block diagram of a conventional example of an electron optical system for electron beam hologram photography, and Fig. 9 is an explanation of the phase shift of interference fringes due to the sample. It is a diagram. In Fig. 1, 1: parallel electron beam, 2: sample, 3: objective lens, 4: electron beam biprism, 5: phase variable means, 6: first imaging plane, 7: magnifying lens, 8:
Second imaging plane, 9: moire mask, 10: moire mask moving means, 11: imaging means, 12: controller, 13: image integrator, 14: CRT display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平行な電子線または荷電粒子線の一部からな
る照明波と、また他の一部からなる参照波と、 試料を透過した照明波と参照波とを集束する対
物レンズと、 集束された照明波および参照波を結像させる第
1結像面と、 照明波および参照波を第1結像面において重ね
合わせ干渉縞を生成させるため、対物レンズと第
1結像面との中間に設けられたバイプリズムと、 第1結像面に結像された干渉縞像を拡大投影す
る拡大レンズと、 蛍光面で構成され、拡大された干渉縞像を投影
させてホログラム像として表示する第2結像面
と、 周期格子をもち、その周期格子を第2結像面の
ホログラム像に重ね合わせてモアレ像を生成する
モアレマスクと、 生成されたモアレ像を撮像し、画像信号に変換
する撮像手段と、 画像信号を蓄積する画像記憶手段と、画像信号
を指示された期間積分する画像積分手段と、 バイプリズムに作用して照明波に対する参照波
の位相を変化させる位相可変手段と、 モアレマスクをその周期格子と直角方向に移動
させるモアレマスク移動手段と、 位相可変手段とモアレマスク移動手段とを制御
し、その際照明波に対する参照波の位相変化とモ
アレマスクの移動との間のオフセツト量を変化さ
せるとともに、画像積分手段に位相変化の1周期
分あるいは複数周期分の期間と画像信号の極性と
を指示して画像信号を積分させる制御手段とをそ
なえていることを特徴とする電子線または荷電粒
子線を用いた2光束イメージホログラムの実時間
再生装置。
[Claims] 1. An illumination wave consisting of a part of a parallel electron beam or charged particle beam, a reference wave consisting of another part, and an objective lens that focuses the illumination wave and reference wave that have passed through the sample. a first imaging plane for forming an image of the focused illumination wave and the reference wave; and an objective lens and the first imaging plane for superimposing the illumination wave and the reference wave on the first imaging plane to generate interference fringes. It consists of a biprism installed between the two, a magnifying lens that magnifies and projects the interference fringe image formed on the first imaging plane, and a fluorescent screen, and projects the magnified interference fringe image to create a hologram image. a second imaging surface that displays a hologram image as a moire image; An imaging means for converting into a signal, an image storage means for accumulating the image signal, an image integration means for integrating the image signal over a designated period, and a phase variable means for changing the phase of the reference wave with respect to the illumination wave by acting on the biprism. means, a moire mask moving means for moving the moire mask in a direction perpendicular to the periodic grating thereof, a phase changing means and a moire mask moving means; and control means for integrating the image signal by instructing the image integration means to change the amount of offset between the images and the image signal, and to instruct the image integration means to specify one period or a plurality of periods of phase change and the polarity of the image signal. A real-time reproduction device for a two-beam image hologram using an electron beam or a charged particle beam.
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