JPH05232384A

JPH05232384A - 干渉顕微鏡

Info

Publication number: JPH05232384A
Application number: JP4031062A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Tabata; 誠一郎田端
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-10
Also published as: US5420717A

Abstract

(57)【要約】【目的】干渉像のコントラスト設定及び調整を容易且つ
スムーズに行える。【構成】可干渉光を発する光源１７と、この光のｘ偏波
とｙ偏波の位相差を変える偏波可変素子１８とを有す
る。微分干渉顕微鏡では、光源からの光をウォラストン
プリズム２でｘ偏波とｙ偏波に分離し、試料５を通過さ
せてウォラストンプリズム７で合成する。位相差顕微鏡
では、試料５で分離する透過光と回折光を複合偏光板６
８で夫々ｘ偏波とｙ偏波だけを透過させる。そして、夫
々偏光板８によりＣＣＤ９上に干渉像を結像させる。偏
波制御装置２８で偏波可変素子１８を制御して光の偏波
状態を変えて、像の明暗を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉を利用して試
料の位相分布を観測する、微分干渉顕微鏡や位相差顕微
鏡から成る干渉顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の干渉を利用して試料の位相分布を観
察する顕微鏡として、位相差顕微鏡や微分干渉顕微鏡が
ある。従来の微分干渉顕微鏡の構成例を示すと、図２４
の構成図で示すようになる。図中、光源１から発せられ
た光はウォラストンプリズム２に入射され、互いに直角
な方向に振動する２つの光束に分割される。これらの光
束は、コンデンサーレンズ３を通過してスライドガラス
４上の試料５を照射する。そして、試料５を透過して対
物レンズ６に入射し、対物レンズ６を通過した各光束は
再びウォラストンプリズム７に入射される。このウォラ
ストンプリズム７は、結晶の組み合わせがウォラストン
プリズム２とは逆になっているため、このプリズム７に
入射した２つの光束は再び重ね合わされる。そして、重
ね合わされた光束は、入射するこれら２つの光束の振動
方向に対して方位方向が４５°傾いている偏光板８を透
過することにより、ＣＣＤ９上で干渉する。この干渉像
は、試料の位相分布の微分を表している。従って、この
微分干渉顕微鏡によれば、透明な試料でもその様子を観
察することができる。

【０００３】次に、位相差顕微鏡の構成図を示すと、図
２５のようになる。光源１から射出された光は、その一
部がリング状の開口から成る輪体開口部１１から射出さ
れ、この光はコンデンサーレンズ１２で集光されてスラ
イドガラス４上の試料５に照射される。ここで、この光
は透過光と回折光とに分かれ、透過光はλ／４のリタデ
ーションを持つ位相膜１３そして位相膜１３が取り付け
られた透明基板１４を透過する。又、回折光はこの透明
基板１４全体を通過することになる。そして、これら透
過光と回折光はＣＣＤ９上で干渉する。ここで得られる
干渉像は、試料５のフーリエ変換像を表している。従っ
て、この位相差顕微鏡では、微分干渉顕微鏡と同様に透
明な試料でもその像を観察することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら顕微
鏡において、最も見やすい明暗の像を生成するために幾
つかの工夫が成されている。例えば、微分干渉顕微鏡の
場合には、ウォラストンプリズム７が横移動できるよう
な機構を備えたものがある。即ち、ユーザーは像を見な
がら手動でねじを回してウォラストンプリズム７を移動
させることにより、干渉する２光の位相差を変化させる
ことができる。これによって最適なコントラスト像を設
定することができる。しかしながら、合波手段であるウ
ォラストンプリズム７を移動させると光軸も変化するた
め、コントラスト以外の結像関係にも影響を与えること
になる。これを抑制するためには、ウォラストンプリズ
ム７の移動軌跡の真直度の精度を高くする必要がある
が、これは極めて煩雑で困難であった。

【０００５】又、位相差顕微鏡の場合には、位相膜１３
をλ／４の位相差を持つように設定することで、コント
ラストが最良の像が生成されている。しかしながら、コ
ントラストは位相膜１３の厚さで決定されるため、一度
決定されたらユーザーがコントラストを変えることはで
きない。そのため、ユーザー等が観察時や検査時等に干
渉像のコントラストを調整したいという場合があって
も、変化させることができないという欠点がある。

【０００６】本発明は、このような課題に鑑みて、コン
トラストを容易且つスムーズに設定できて、しかも適宜
調整することができるようにした、微分干渉顕微鏡，位
相差顕微鏡から成る干渉顕微鏡を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による干渉顕微鏡
は、光源と、この光源からの光を常光と異常光とに分離
する分波手段と、常光と異常光とが試料から射出された
後で常光と異常光とを重ね合わせる合波手段と、偏光軸
が常光と異常光の偏波方向に対して所定の角度を以て配
置された偏光板と、偏光板を透過した光を検出する検出
手段とを備えた微分干渉顕微鏡において、光源から分光
手段までの光路上、又は合波手段から検出手段までの光
路上に、偏波状態を変化させる偏波状態可変手段を配置
したことを特徴とするものである。又、光源は射出す
る光の波長を変化させる波長可変機能を有するか、又は
光源とは別個に波長可変手段を備えていると共に、常光
と異常光について異なる光路長を有する光路長差生成手
段が該光源から検出手段までの間に配置されていること
を特徴とするものである。

【０００８】又、本発明による干渉顕微鏡は、試料を照
射する光源と、この試料から射出される透過光と回折光
とを観察面上に導いて干渉像を得る干渉像生成手段と、
該干渉像を検出する検出手段とを有する位相差顕微鏡に
おいて、光源から検出手段までの間に配置されていて光
の偏波状態を変化させる偏波状態可変手段と、透過光か
ら特定の偏波成分を摘出する第一の偏波摘出手段と、該
第一の偏波摘出手段が摘出する偏光方向と交差する偏光
成分を回折光から摘出する第二の偏波摘出手段とを備え
たことを特徴とするものである。又、試料を照射する光
源と、試料から射出される透過光と回折光とを観察面上
に導いて干渉像を得る干渉像生成手段とを有する位相差
顕微鏡において、光源は射出する光の波長を変化させる
波長可変機能を有するか、又は光源とは別個に波長可変
手段を備えていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】微分干渉顕微鏡においては、試料を透過した常
光と異常光が重ね合わされ、その干渉像は検出手段で検
出され、しかも光の偏波状態を変えることのできる素子
や波長可変手段等を作動することによって偏波状態や波
長を変化させ、結像関係に影響を与えることなくコント
ラスト設定及びその調整を行うことができる。又、位相
差顕微鏡においては、偏波状態可変手段又は波長可変手
段を作動させること等によって偏波光の位相差又は波長
を変化させ、容易にコントラストの設定及び調整を行う
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の各実施例
を説明する。図１及び図２は本発明の第一実施例を示す
ものであり、図１は微分干渉顕微鏡の構成図、図２は偏
光の各偏波状態を示す図である。又、図３乃至図６は第
一実施例に用いられる光源システムの構成例を示すもの
である。図１に示す微分干渉顕微鏡において、光源シス
テム１６は射出する光の偏波状態を変化させることがで
きるようになっている。これらの偏波状態は振動する方
向が互いに直角である２つの直線偏波に分解して考える
ことができる。これら２つの直線偏波を夫々ｘ偏波及び
ｙ偏波と呼ぶことにすると、偏波状態の変化はｘ偏波と
ｙ偏波の位相差の変化によって得られると考えることが
できる。例えば図２に示すように、位相差を９０°づつ
変えることによって偏波状態を直線偏光や円偏光や楕円
偏光に変えることができるものである。そして、光源シ
ステム１６はこのような偏波状態の変化を連続的又は離
散的に制御できるものである。

【００１１】このような光源システム１６の構成例を図
３により説明する。図中、光源システム１６は、可干渉
光を発する光源１７と偏波可変素子１８とから成ってい
る。偏波可変素子１８内には、光源からの可干渉光が入
射される回転制御可能な１／２波長板１９と、その後方
に固定配置された１／４波長板２０とが設けられてい
る。１／２波長板１９はホルダー２１に保持されてお
り、このホルダー２１は歯車２２に結合されている。歯
車２２は噛合する小歯車２３を介してモータ２４に連結
されており、回転制御回路２５で駆動制御されるモータ
２４によって、１／２波長板１９を回転制御させるよう
になっている。又、１／２波長板１９の回転角はモータ
軸に連結された角度センサ２６によって検出されるよう
になっている。

【００１２】又、図１の走査型顕微鏡において、光源シ
ステム１６（の回転制御回路２５）に電気的に接続され
た偏波制御装置２８によって、光源システム１６から射
出される光の偏波状態を変えることができるようになっ
ている。次に、光源システム１６の後方に位置する光学
系の構成は、図２４における走査型顕微鏡のものと同様
である。即ち、ｘ偏波とｙ偏波が分離するように角度調
整されたウォラストンプリズム２，コンデンサーレンズ
３，スライドガラス４に載置された試料５、対物レンズ
６，ウォラストンプリズム７，偏光板８，ＣＣＤ９が配
設されている。尚、本実施例においてはウォラストンプ
リズム７は横移動しないように構成されている。偏光板
８はその偏光軸がｘ偏波とｙ偏波に対して所定の角度を
以て配置されている。所定の角度とはＣＣＤ９で得られ
る干渉像のコントラストが高くなる偏光軸方向を表して
おり、ｘ偏波とｙ偏波が同じ光強度を持つならばその角
度はおよそ４５°である。そして、ＣＣＤ９で撮像され
た干渉像はフレームメモリー２９に取り込まれ、フレー
ムメモリー２９と偏波制御装置２８に接続されているコ
ンピュータ３０において、フレームメモリー２９から入
力される干渉像に基づいて演算され、試料５の位相分布
の情報が得られるようになっている。

【００１３】本実施例は上述のように構成させており、
次に作用を説明する。光源システム１６において、光源
１７から射出された可干渉光は偏波可変素子１８内の１
／２波長板１９を透過する（図３参照）が、その際光の
振動方向は回転制御される１／２波長板１９の方位方向
に従って変化する。そして、１／４波長板２０に入射す
ると、振動方向によって直線偏波になったり円偏波にな
ったりする。これは、上述のように互いに直角に振動す
るｘ偏波とｙ偏波との位相差が変化するためと考えるこ
とができる。ここで、１／２波長板１９の回転速度をθ
とすると、１／４波長板２０を射出したｘ偏波とｙ偏波
の位相差は４θで変化する。従って、角度センサ２６で
１／２波長板１９の角度を検出しながら、コンピュータ
３０によって回転制御回路２５を通して所定の角度まで
１／２波長板１９を回転させる。

【００１４】このようにして、光源システム１６から所
要の偏波状態で射出された光は、従来の微分干渉計と同
様に、ウォラストンプリズム２に入射すると、互いに直
角な方向に振動するｘ偏波とｙ偏波に分離される。これ
らの光はコンデンサーレンズ３を通して試料５に入射し
て、試料５を透過した後対物レンズ６を介してウォラス
トンプリズム７で再び重ね合わされる。そして、偏光軸
がｘ偏波とｙ偏波に対して干渉像のコントラストが高く
なるような所定の角度を以て配置された偏光板８を介し
て、２つの偏波はＣＣＤ９上で干渉する。このＣＣＤ９
で撮像された干渉像を、ユーザーはモニター等で観察す
ることができる。次に、偏波制御装置２８によって、光
源システム１６から発する光の偏波状態を変えると、ｘ
偏波とｙ偏波の位相差が変化して観察している試料５の
像の明暗か変化する。そのため、ユーザーは像が一番見
やすいコントラストになるように調整することができ
る。

【００１５】又、本発明では、干渉する２光の位相差を
高精度で変化させることができるため、干渉計装置等で
用いられている縞走査法を干渉顕微鏡による観察に取り
入れることができる。この縞走査法を用いれば、試料５
の位相分布を定量的に知ることができる。例えば、半導
体メモリーのリソグラフィには位相シフトと呼ばれる手
法が用いられているが、ここで使用する位相膜の位相分
布はパターンの精度に大きな影響を与える。本発明によ
れば、この位相膜の位相分布を定量的に測定することが
可能になる。

【００１６】次に、その具体的な測定方法を説明する。
まず、光源システム１６から射出される光の偏波状態を
ｘ偏波とｙ偏波とで特定の位相差に設定した状態の下
で、ＣＣＤ９で得られた像をフレームメモリー２９に取
り込み、この像を第一干渉像とする。次に、ｘ偏波とｙ
偏波の位相差が第一干渉像の場合よりも９０°だけ変化
するように、偏波制御装置２８によって光源システム１
６から発せられる光の偏波状態を変えるようにする。こ
れにより、ＣＣＤ９で得られる干渉像の明暗が変化す
る。この像をフレームメモリー２９で取り込み、これを
第二干渉像とする。このようにして、ｘ偏波とｙ偏波の
位相差を９０°づつ変化させて、第三，第四干渉像を取
り込むようにする。

【００１７】次に縞走査法のアルゴリズムを用いて、こ
れら４枚の干渉像から試料５の位相分布を計算する。Ｃ
ＣＤ９の受光平面をｘｙ座標平面として、４パターンの
干渉強度分布Ｉｎ（ｘ，ｙ）は次式で表される。Ｉ₁(x,y,d)＝Ａ(x,y) ＋Ｂ(x,y) ｃｏｓ〔（２π／λ）ω(x,y) 〕Ｉ₂(x,y,d)＝Ａ(x,y) −Ｂ(x,y) ｓｉｎ〔（２π／λ）ω(x,y) 〕Ｉ₃(x,y,d)＝Ａ(x,y) −Ｂ(x,y) ｃｏｓ〔（２π／λ）ω(x,y) 〕Ｉ₄(x,y,d)＝Ａ(x,y) ＋Ｂ(x,y) ｓｉｎ〔（２π／λ）ω(x,y) 〕（１）ここで、Ａ(x,y) は平均光強度、Ｂ(x,y) は干渉強度、
λは波長、ω(x,y) は干渉光の位相差であり、微分干渉
顕微鏡の場合は試料５の位相分布を微分したものにな
る。

【００１８】これらの画像に基づき、コンピュータ３０
によって、 ω(x,y) ＝（λ／２π）ｔａｎ^-1〔（Ｉ₄−Ｉ₂）／（Ｉ₁−Ｉ₃）〕（２）の計算をＣＣＤ９の１画素づつ行えば、位相分布ωの情
報だけを得ることができる。次に、ｘ偏波とｙ偏波の分
離幅でωを積分すれば試料５の位相分布を求めることが
できる。尚、この例では、４パターンの画像を用いる場
合について示したが、これに限定されることなく少なく
とも３パターンの画像を用いれば位相分布の情報を得る
ことができる。

【００１９】上述のように本実施例によれば、微分干渉
顕微鏡において、ウォラストンプリズム７を横移動させ
ず、偏波可変素子１８によって結像関係に影響を与える
ことなくコントラスト設定を行うことができる。又、光
源システム１６内に偏波制御手段を有しているから、光
源システム１６に取り外し機能を設ければ、多種の微分
干渉顕微鏡にも適用させることが可能である。又、フレ
ームメモリー２９やコンピュータ３０を接続すること
で、試料の位相分布を定量的に測定することができる。

【００２０】次に、光源システム１６の別の構成例を図
４乃至図１０によって説明する。図４に示す光源システ
ム１６では、１／２波長板１９等に代えてファラデー素
子３２を配置し、その旋光性によって光源１７から入射
する直線偏光の振動方向を変えるようにしたものであ
る。又、ファラデー素子３２の周囲に配置された磁界発
生器３３は磁界制御回路３４に接続されており、磁界制
御回路３４で磁界発生器３３が生じる磁界の強さを調節
することで、偏波の振動方向を制御できるようになって
いる。

【００２１】図５に示す光源システム１６は、１／２波
長板１９等に代えて旋光性液晶を一対配設したものであ
る。光源１７側に位置する液晶３６は偏波の振動方向を
９０°変えることができるものであり、１／４波長板２
０側に位置する液晶３７は振動方向を４５°変えること
ができるものである。これらの液晶３６，３７は夫々両
側に設けられた透明電極３８への通電をＯＮ，ＯＦＦ制
御することで、入射する直線偏光の振動方向を０°，４
５°，９０°，１３５°と変えることができる。

【００２２】次に、図６に示す光源システム１６は、偏
波可変素子１８としてバビネソレイユ板３９を使用した
ものであり、バビネソレイユ板３９のくさび型結晶を光
軸に対して垂直に移動させることによって、ｘ偏波とｙ
偏波の位相差を直接変えることができる。図６では、ピ
エゾ素子４０によって一つのくさび型結晶３９ａの位置
移動を行うようになっており、ピエゾ素子４０は電圧制
御回路４１に接続されていて、この回路４１によって駆
動されるようになっている。

【００２３】図７に示す光源システム１６は、偏波可変
素子１８として電気光学効果を持つＫＤＰ等の結晶４３
を用いて、複屈折率を変えることで位相差を変えるよう
にしたものである。結晶４３は一対の電極４４で挟ま
れ、電圧制御回路４１で結晶４３に印加する電界強度を
制御するようになっている。又、図８に示す光源システ
ム１６は、偏波可変素子１８としてネマティック液晶４
５を用いたものである。液晶４５に印加する電界強度を
変化させることで、液晶の配光方向を代えて複屈折率を
変えるようにしている。

【００２４】図９に示す光源システム１６の偏波可変素
子１８では、光軸上に偏光ビームスプリッター４６を配
置し、光軸を挟んで偏光ビームスプリッター４６の両側
に、１／４波長板４７及びミラー４８と、１／４波長板
４７，ミラー４８及びピエゾ素子４０とが夫々配置され
ている。そのため、光源１７から射出された光の内、Ｐ
波は偏光ビームスプリッター４６を透過するが、Ｓ波は
反射される。そして、Ｓ波は１／４波長板４７を通過し
てミラー４８で反射され再び１／４波長板４７を通過す
ることで、Ｐ波に変換される。このため、反射光は偏光
ビームスプリッター４６を透過して同様に１／４波長板
４７を通過してミラー４８で反射され、再び１／４波長
板４７を通過してＳ波となって偏光ビームスプリッター
４６で反射されて射出することになる。一方のミラー４
８の裏面にはピエゾ素子４０が固定接着されており、電
圧制御回路４１によってミラー４８を光軸方向に移動さ
せることができる。これによって、Ｐ波とＳ波との位相
差を変化させることができる。

【００２５】図１０に示す光源システム１６は、光源と
してゼーマンレーザ５０を用いて位相差を変化させるよ
うにしたものである。ゼーマンレーザ５０は、周波数が
異なり且つ互いに直角に振動する直線偏光を発する。つ
まり、この偏光は時間と共に位相差が変化しているｘ偏
波とｙ偏波として射出されており、ゼーマンレーザ５０
に内蔵されている発振器からタイミングパルスを生成し
てこのパルスを基に画像取り込みを行うようになってい
る。上述した各構成例により、本実施例では、干渉する
２光の共通光路上に位相差を変える光学素子が設置され
ているから、温度変化や振動等の外乱の影響を受けにく
いという利点を有する。

【００２６】次に、本発明の第二実施例を図１１により
説明する。本実施例は落射型の微分干渉顕微鏡に関する
ものである。第一実施例と同様の構成を有する光源シス
テム１６から射出された光は、ハーフミラー５２で一部
反射されてウォラストンプリズム２に入射し、ここでｘ
偏波とｙ偏波に分離されてコンデンサーレンズ３を介し
て試料５に照射される。試料５から反射した光は再びウ
ォラストンプリズム２に入射して重ね合わされ、ハーフ
ミラー５２を透過した後偏光板８を介してＣＣＤ９上で
干渉することになる。その後の作用は第一実施例と同様
であり、偏波制御装置２８によって光源システム１６か
らの光の偏波状態を変えることができ、これによって干
渉像の明暗を調整することができる。又、異なったパタ
ーンの干渉像から、コンピュータ３０で表面形状を測定
することもできる。本実施例の構造では、ウォラストン
プリズム２は分波手段と合波手段に兼用されるため、光
学素子の数を削減できる利点がある。

【００２７】又、図１２は本発明の第三実施例を示すも
のである。本実施例では、図３乃至図９に示す光源シス
テム１６の一部である偏波可変素子１８は、ウォラスト
ンプリズム７と偏光板８の間に設置されている。この構
成では、光源１７から発せられた可干渉光はウォラスト
ンプリズム２で等分に分割されるが、これらのｘ偏波と
ｙ偏波は試料５を透過した後にウォラストンプリズム７
で重ね合わされ、偏波可変素子１８によってｘ偏波とｙ
偏波の位相差が変えられる。そして、ＣＣＤ９で最適な
干渉像が得られる。又、第一実施例と同様な計算を行う
ことで試料５の位相分布を求めることもできる。

【００２８】次に、本発明の第四実施例を図１３によっ
て説明する。本実施例では、ウォラストンプリズム２の
前方に光源１７が配設されている。又、偏光板８を回転
可能に配置すると共に、偏光板８とウォラストンプリズ
ム７との間に１／４波長板２０が配設されている。偏光
板８の回転手段は第一実施例の１／２波長板１９の回転
手段と同様であり、偏光板８を保持するホルダー２１に
対して歯車２２，２３及びモーター２４が連結され、回
転制御回路２５及び角度センサ２６が接続されている。
１／４波長板２０に入射するｘ偏波とｙ偏波は、この波
長板２０によって互いに逆回転する円偏波に変換され、
これら光の位相差は偏光板８の偏光軸によって変化する
ことになる。具体的には、偏光軸が４５°変化すると位
相差は９０°変化する。よって、位相分布測定の場合に
は、偏光板８をある角度に対して０°，４５°，９０
°，１３５°と回転させると、位相差が９０°づつ異な
るパターンの干渉像を得ることができる。

【００２９】本実施例は、図３に示された偏波可変素子
１８を用いる第一実施例と比較して、光学素子の数が少
なくて済み、そのために偏光軸調整の工程が簡単になる
という利点を有する。

【００３０】図１４は本発明の第五実施例を示すもので
ある。本実施例においては、光源システム１６に代え
て、射出する偏光の波長を変化させることができる波長
可変光源５４と、この光源５４から射出された偏光に関
して、互いに直角な振動方向を持つ偏波について異なる
光路長を持つ光路長差生成部５５とが備えられている。
この互いに直角な偏波をｘ偏波とｙ偏波とする。又、波
長可変光源５４は波長制御装置５６に接続されていて、
この波長制御装置５６によって波長可変光源５４からの
偏光の波長を変化させ得るようになっている。

【００３１】ここで、図１５により光路長差生成部５５
の構成例を説明する。図１５において、光軸上に偏光ビ
ームスプリッター５７を配置し、光軸を挟んで偏光ビー
ムスプリッター５７の両側に、夫々１／４波長板５８及
びミラー５９が配置されている。そのため、波長可変光
源５４から射出された光の内、Ｐ波は偏光ビームスプリ
ッター５７を透過するが、Ｓ波は反射される。そして、
Ｓ波は１／４波長板５８を通過してミラー５９で反射さ
れ再び１／４波長板５８を通過することで、Ｐ波に変換
される。このため、偏光ビームスプリッター５７を透過
して同様に１／４波長板５８を通過してミラー５９で反
射され、再び１／４波長板５８を通過してＳ波となって
偏光ビームスプリッター５７で反射されて射出すること
になる。このようにして、光路長差生成部５５でＰ波と
Ｓ波との間に偏光ビームスプリッター５７の２往復分の
光路長差が生じることになる。このＰ波とＳ波をｘ偏波
とｙ偏波として使用する。そして、光路長差生成部５５
を伝播した偏光は、ｘ偏波とｙ偏波の位相に変化が与え
られており、これらの光は上述した各実施例と同様にウ
ォラストンプリズム２に入射するようになっている。

【００３２】本実施例において、波長制御装置５６によ
って波長可変光源５４から射出される偏光の波長を変化
させると、光路長差生成部５５で生じる位相差も変化す
る。この位相差の変化量Δθは、 Δθ＝２πΔλ・ｄ／λ² （３）で表される。ここで、Δλは波長シフト量、ｄは光路長
差である。よって、位相差の変化量Δθを２πにするた
めには、次式の波長シフト量Δλだけ波長を変えてやれ
ばよい。 Δλ＝λ²／ｄ（４）従って、ｘ偏波とｙ偏波との位相差が９０°づつ変化す
るように波長を線形的又はステップ状に変えることによ
って、明暗の異なる干渉像を得ることができる。位相分
布の測定の場合の処理方法は上述の実施例と同様であ
る。

【００３３】尚、式（４）から理解できるように、光路
長差生成部５５で生じる光路長差ｄが大きければ大きい
ほど、少ない波長シフト量Δλで大きく明暗を変えるこ
とができる。波長シフト量Δλが大きいと、色分散の影
響により誤差や位相の変化量Δθが非線形になり、位相
分布測定では大きな誤差が生じる。光路長差生成部５５
はこの問題を解決するために使用するものであり、この
ような問題が生じない場合には、光路長差生成部５５は
取り除いてもよい。尚、波長可変光源５４としては、半
導体レーザや色素レーザやＦセンターレーザを使用する
ことができる。又、白色光源と可変波長フィルタを組み
合わせる方法を採用してもよい。特に半導体レーザは、
注入電流の増減によって波長を容易に変えることができ
る。

【００３４】上述のように本実施例は、機械的可動部が
存在しないために可動部の駆動による振動等を発生させ
ることもなく、安定的に優れているという利点を有す
る。尚、上述の実施例では光源を波長可変光源５４とし
て、光源が波長可変機能を有するものとしたが、これに
代えて光源を白色光源とすると共に、その前方にフィル
ター等の波長可変手段を配設して、波長を変化させるよ
うに構成してもよい。

【００３５】次に、光路長差生成部５５の他の構成例に
ついて、図１６乃至図１８により説明する。図１６に示
す光路長差生成部５５は、複屈折素子を６１を用いたも
のであり、この複屈折素子６１の方位軸をｘ軸とｙ軸と
すると、波長可変光源５４で射出された直線偏波の振動
方向を４５°傾けて入射させると、複屈折素子６１を伝
播することによってｘ偏波とｙ偏波との間に光路長差を
設定することができる。複屈折素子６１としては、水晶
や方解石やルチルを用いることができる。図１７に示す
光路長差生成部５５は、２つの偏光プリズム６２，６３
から構成されている。これら偏光プリズム６２，６３の
結晶軸は、図中矢印で示すように光軸に対して互いに反
対方向に４５°傾いており、互いの結晶軸は９０°異な
る方向に向いている。よって、紙面に対して垂直な偏光
成分は常光、平行な偏光成分は異常光となって、第一の
偏光プリズム６２で一方の光軸が横ずれする。そして、
第二の偏光プリズム６３によってその光軸は再び他方の
光軸に一致する。この２つの偏光プリズム６２，６３に
よって、常光と異常光との間に光路長差が付与される。

【００３６】図１８に示す他の光路長差生成部５５は、
偏波面保存光ファイバ６４によって構成されている。偏
波面保存光ファイバ６４は一般に複屈折性を持ってお
り、図１６の構成例と同等であると考えてよい。しかし
ながら、本構成例においては、偏波面保存光ファイバ６
４は光伝達手段としても機能するため、光源５４と試料
５との間の距離を遠くに離して設定したい場合には有効
である。

【００３７】次に、本発明の第六実施例を図１９に基づ
いて説明する。本実施例は本発明を第二実施例と同様な
落射型微分干渉顕微鏡に応用した例である。本実施例で
は、光路長差生成部５５がハーフミラー５２とウォラス
トンプリズム２との間に配置されている。本実施例で
は、波長可変光源５４からの光はハーフミラー５２で反
射されて光路長差生成部５５を透過し、ｘ偏波とｙ偏波
との間に光路長差が生じる。これら偏波はウォラストン
プリズム２に入射して、ｘ偏波とｙ偏波に光軸分離して
試料５を照射する。そして、その反射光は再びウォラス
トンプリズム２に入射して重ね合わされ、光路長差生成
部５５を再度透過する。本実施例の場合、干渉する２つ
の光が光路長差生成部５５を２度通過するために光路長
差が２倍になる。そのため、その分波長シフト量は少な
い値で済むという利点がある。尚、光路長差生成部５５
は光源５４から偏光板８に至る光路のいづれの位置に配
設してもよいが、光路長差を２倍にするためには、試料
５とハーフミラー５２の間に配設する必要がある。

【００３８】次に、本発明を位相差顕微鏡に適用した実
施例について説明する。図２０は本発明の第七実施例を
示す位相差顕微鏡の構成図であり、光源として第一実施
例と同様に光源システム１６が設けられている。その後
方には、図２５に示す従来例と同様に輪体開口部１１，
コンデンサーレンズ１２が設けられており、光が試料５
に照射されることで、透過光と回折光とに分かれるよう
になっている。その後方には、偏光軸が互いに直角方向
に異なる２枚の偏光板６６，６７から成る例えば円形の
複合偏光板６８が配設されており、一方の偏光板６６は
ドーナツ型に、他方の偏光板６７はその前後領域を占め
るリング及び円形状に構成されている（図２１（Ａ）参
照）。ドーナツ型偏光板６６の偏光軸をｘ軸とし、他方
の偏光板６７の偏光軸をｘ軸に直交するｙ軸として、試
料５の透過光はドーナツ型偏光板６６に入射し、回折光
は他方の偏光板６７に入射するように構成する。そのた
め、試料５の透過光はｘ偏波だけが偏光板６６を透過
し、回折光はｙ偏波だけが偏光板６７を透過することに
なる。複合偏光板６８とＣＣＤ９との間に位置する偏光
板８は、複合偏光板６８のｘ軸とｙ軸に対して４５°だ
け傾いた偏光軸を有している（図２１（Ｂ）参照）。そ
のため、透過光と回折光はＣＣＤ９で干渉する。

【００３９】ＣＣＤ９上で最適な像を設定するために
は、第一実施例と同様に偏波制御装置２８によって光源
システム１６から発せられる光の偏波を変えればよい。
又、位相分布測定の場合には、明暗の異なった複数枚の
干渉像をメモリフレーム２９に取り込み、そして上述の
式（２）の計算をコンピュータ３０によって行う。位相
差顕微鏡の場合、ここで得られる結果は試料５の位相分
布をフーリエ変換したものであり、よって、逆フーリエ
変換することによって試料５の位相分布を定量的に求め
ることができる。

【００４０】尚、本実施例では、複合偏光板６８を構成
する２枚の偏光板６６，６７の偏光軸が互いに直交する
場合について示したが、偏波状態の変化のしかたによっ
ては必ずしも直交している必要はない。又、透過光と回
折光の強度差の値によっては後方の偏光板８も４５°で
ある必要はない。又、光源システム１６は図３乃至図１
０に示された構成のものを使用することができる。これ
らの光源システム１６の内、偏波可変素子１８は光源１
７とは分離して光源１７から偏光板８に至る光路のいづ
れの位置に挿入配置するようにしてもよい。或いは、偏
波可変素子１８として、上述した第四実施例のように、
偏光板８を回転可能として偏光板８と複合偏光板６８と
の間に１／４波長板２０を挿入配置してもよい。

【００４１】又、図２２は本発明の第八実施例である位
相差顕微鏡の構成図を示すものである。本実施例では、
第五実施例と同様に波長可変光源５４と光路長差生成部
５５が配設されている。波長可変光源５４を発した偏光
は光路長差生成部５５を透過して試料５で透過光と回折
光とに分離させられる。そして、複合偏光板６８を通過
することでｘ偏波とｙ偏波に成り、偏光板８によってＣ
ＣＤ９上で干渉する。本実施例において、光路長差生成
部５５はｘ偏波とｙ偏波とに光路長差を設けるものであ
り、波長可変光源５４から発せられる光の波長を変える
と、ｘ偏波とｙ偏波との位相差が変化して明暗が変化す
ることになる。本実施例においても、光路長差生成部５
５は光源５４から偏光板８までの光路上のどの位置に挿
入配置してもよい。

【００４２】又、光路長差生成部５５は、ｘ偏波とｙ偏
波との光路長差を増大させるためのものである。従っ
て、従来の位相差顕微鏡に用いられる位相膜６９の厚さ
を十分厚くすることによってｘ偏波とｙ偏波との光路長
差を設定するようにしてもよく、これを第九実施例とし
て図２３に示す。勿論、この場合は光路長差生成部５５
は必要ない。

【００４３】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る干渉顕微鏡
は、微分干渉顕微鏡においては結像関係に影響を与える
ことなく容易且つスムーズにコントラスト設定及び調整
を行うことができ、又位相差顕微鏡においてもユーザー
等が容易にコントラスト設定及び調整を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例である微分干渉顕微鏡の構
成図である。

【図２】ｘ偏波とｙ偏波の位相差が９０°づつ異なる場
合の偏波状態を示す図である。

【図３】第一実施例による光源システムの構成の一例を
示す図である。

【図４】他の光源システムの構成を示す図である。

【図５】他の光源システムの構成を示す図である。

【図６】他の光源システムの構成を示す図である。

【図７】他の光源システムの構成を示す図である。

【図８】他の光源システムの構成を示す図である。

【図９】他の光源システムの構成を示す図である。

【図１０】他の光源システムの構成を示す図である。

【図１１】本発明の第二実施例である微分干渉顕微鏡の
構成図である。

【図１２】本発明の第三実施例である微分干渉顕微鏡の
構成図である。

【図１３】本発明の第四実施例である微分干渉顕微鏡の
構成図である。

【図１４】本発明の第五実施例である微分干渉顕微鏡の
構成図である。

【図１５】第五実施例の波長可変光源と光路長差生成部
との構成例を示す図である。

【図１６】波長可変光源と他の光路長差生成部との構成
を示す図である。

【図１７】波長可変光源と他の光路長差生成部との構成
を示す図である。

【図１８】波長可変光源と他の光路長差生成部との構成
を示す図である。

【図１９】本発明の第六実施例である微分干渉顕微鏡の
構成図である。

【図２０】本発明の第七実施例である位相差顕微鏡の構
成図である。

【図２１】（Ａ）は複合偏光板の構成を示す平面図、
（Ｂ）は偏光板の平面図である。

【図２２】本発明の第八実施例である位相差顕微鏡の構
成図である。

【図２３】本発明の第九実施例である位相差顕微鏡の構
成図である。

【図２４】従来の微分干渉顕微鏡の構成図である。

【図２５】従来の位相差顕微鏡の構成図である。

【符号の説明】

５……試料、８……偏光板、９……ＣＣＤ、１７……光
源、１８……偏波可変素子、２０……１／４波長板、２
８……偏波制御装置、５４……波長可変光源、５５……
光路長差生成部、６８……複合偏光板、６９……位相
膜。

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】又、図１の微分干渉顕微鏡において、光源
システム１６（の回転制御回路２５）に電気的に接続さ
れた偏波制御装置２８によって、光源システム１６から
射出される光の偏波状態を変えることができるようにな
っている。次に、光源システム１６の後方に位置する光
学系の構成は、図２４における微分干渉顕微鏡のものと
同様である。即ち、ｘ偏波とｙ偏波が分離するように角
度調整されたウォラストンプリズム２，コンデンサーレ
ンズ３，スライドガラス４に載置された試料５、対物レ
ンズ６，ウォラストンプリズム７，偏光板８，ＣＣＤ９
が配設されている。尚、本実施例においてはウォラスト
ンプリズム７は横移動しないように構成されている。偏
光板８はその偏光軸がｘ偏波とｙ偏波に対して所定の角
度を以て配置されている。所定の角度とはＣＣＤ９で得
られる干渉像のコントラストが高くなる偏光軸方向を表
しており、ｘ偏波とｙ偏波が同じ光強度を持つならばそ
の角度はおよそ４５°である。そして、ＣＣＤ９で撮像
された干渉像はフレームメモリー２９に取り込まれ、フ
レームメモリー２９と偏波制御装置２８に接続されてい
るコンピュータ３０において、フレームメモリー２９か
ら入力される干渉像に基づいて演算され、試料５の位相
分布の情報が得られるようになっている。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２０】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を常光と異常光と
に分離する分波手段と、該常光と異常光とが試料から射
出された後で該常光と異常光とを重ね合わせる合波手段
と、偏光軸が常光と異常光の偏波方向に対して所定の角
度を以て配置された偏光板と、該偏光板を透過した光を
検出する検出手段とを有する微分干渉顕微鏡において、前記光源から分光手段までの光路上又は前記合波手段か
ら検出手段までの光路上、に偏波状態を変化させる偏波
状態可変手段を配置したことを特徴とする微分干渉顕微
鏡。
【請求項２】光源と、該光源からの光を常光と異常光と
に分離する分波手段と、該常光と異常光とが試料から射
出された後で該常光と異常光とを重ね合わせる合波手段
と、偏光軸が常光と異常光の偏波方向に対して所定の角
度を以て配置された偏光板と、該偏光板を透過した光を
検出する検出手段とを有する微分干渉顕微鏡において、前記光源は射出する光の波長を変化させる波長可変機能
を有するか、又は前記光源とは別個に波長可変手段が備
えられていると共に、常光と異常光の偏波方向について
異なる光路長を有する光路長差生成手段が該光源から検
出手段までの間に配置されていることを特徴とする微分
干渉顕微鏡。
【請求項３】試料を照射する光源と、該試料から射出さ
れる透過光と回折光とを干渉像が得られるように観察面
上に導くための干渉像生成手段と、該干渉像を検出する
検出手段とを有する位相差顕微鏡において、前記光源から検出手段までの間に配置されていて光の偏
波状態を変化させる偏波状態可変手段と、前記透過光か
ら特定の偏波成分を摘出する第一の偏波摘出手段と、該
第一の偏波摘出手段が摘出する偏光方向と交差する偏光
成分を回折光から摘出する第二の偏波摘出手段とを備え
たことを特徴とする位相差顕微鏡。
【請求項４】試料を照射する光源と、該試料から射出さ
れる透過光と回折光とを干渉像が得られるように観察面
上に導くための干渉像生成手段とを有する位相差顕微鏡
において、前記光源は射出する光の波長を変化させる波長可変機能
を有するか、又は前記光源とは別個に波長可変手段が備
えられていることを特徴とする位相差顕微鏡。