JPH09138350A - Surface observing device - Google Patents

Surface observing device

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JPH09138350A
JPH09138350A JP7321098A JP32109895A JPH09138350A JP H09138350 A JPH09138350 A JP H09138350A JP 7321098 A JP7321098 A JP 7321098A JP 32109895 A JP32109895 A JP 32109895A JP H09138350 A JPH09138350 A JP H09138350A
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JP
Japan
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image
light
polarizer
linearly polarized
polarized light
Prior art date
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Application number
JP7321098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Publication of JPH09138350A publication Critical patent/JPH09138350A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily adjust a contrast according to the phase change rate of a phase object by simple optical constitution. SOLUTION: The phase difference of two linearly polarized light components orthogonal with each other among the light rays from an object 14 are arbitarily made adjustable by a polarizer 18 and a quarter-wave plate 20. The phase difference α applied to the output light of this quarter-wave plate 20 is expressed by α=201-π/2. The linearly polarized light component parallel with a y- direction is extracted with respect to zero order light in a ring band polarizing plate 22 and the linearly polarized light component parallel with an x-direction is extracted for the diffracted light in this plate. Coherent rays i1 transmit an analyzer 24 respectively from the zero order light and the diffracted light and the coherent rays i2 transmit the analyzer. The bright and dark images are observed by these coherent rays.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は位相差顕微鏡など
の表面観察装置にかかり、更に具体的には、そのコント
ラスト調整機能の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface observation device such as a phase contrast microscope, and more specifically, to improvement of its contrast adjusting function.

【0002】[0002]

【背景技術と発明が解決しようとする課題】位相差顕微
鏡は、光の位相差を明暗の差に変換して、物体の厚さや
屈折率などの差を肉眼で観察できるようにしたものであ
る。その基本的な構成は、例えば図8に示すようになっ
ており、コンデンサレンズ100の前焦点位置にリング
状の絞り(リング絞り)102が設けられており、対物
レンズ104の後焦点位置に輪帯偏光板(位相板)10
6が設けられている。
2. Description of the Related Art A phase contrast microscope converts a phase difference of light into a difference between light and dark so that a difference in thickness or refractive index of an object can be visually observed. . The basic configuration thereof is, for example, as shown in FIG. 8, a ring-shaped diaphragm (ring diaphragm) 102 is provided at the front focal position of the condenser lens 100, and a ring diaphragm is provided at the rear focal position of the objective lens 104. Polarizing plate (phase plate) 10
6 are provided.

【0003】リング絞り102を透過したリング状の光
は、コンデンサレンズ100で集光された後、観察対象
の位相物体108に入射する。位相物体108を透過し
た光は、輪帯偏光板(位相板)106に入射するが、輪
帯偏光板106はリング絞り102と像が重なる大きさ
となっており、位相物体108を直接透過した光に対し
て一定の大きさ(λ/4,λは光の波長)の位相変化が
与えられる。接眼レンズ110には、この位相変化を受
けた直接透過光(0次光)と、位相物体108で回折さ
れた回折光とが入射し、両者の干渉によって明暗の像が
形成される。これによって、位相物体108によって生
ずる光の位相差が振幅差となり、肉眼112で明暗とし
て観察できるようになる。
The ring-shaped light transmitted through the ring diaphragm 102 is condensed by the condenser lens 100 and then enters the phase object 108 to be observed. The light transmitted through the phase object 108 enters the annular polarization plate (phase plate) 106, and the annular polarization plate 106 has such a size that the image overlaps with the ring diaphragm 102, and the light directly transmitted through the phase object 108. A phase change of a certain magnitude (λ / 4, λ is the wavelength of light) is given to. Directly transmitted light (0th order light) that has undergone this phase change and diffracted light diffracted by the phase object 108 enter the eyepiece lens 110, and a bright and dark image is formed by the interference between the two. As a result, the phase difference of the light generated by the phase object 108 becomes the amplitude difference, and the naked eye 112 can observe it as bright and dark.

【0004】ところで、1995年度「光計測シンポジ
ウム」論文集のp.90〜93には、上述した固定の輪
帯偏光板106の代わりに液晶による可変輪帯偏光板を
使用した位相差顕微鏡が記載されている。図9(A)に
は可変輪帯偏光板120の側面が示されており、同図
(B)には平面が示されている。可変輪帯偏光板120
は、全体が液晶セル構成となっており、中央付近であっ
て0次光の透過位置にリング状透明電極122a,12
2bが形成されている。セル内の液晶124としては、
ホモジニアス配列したネマチック液晶が用いられてい
る。透明電極122a,122b間に電圧を印加する
と、液晶124の分子配向が変化してその屈折率が変化
する。これにより、対物レンズ104(図8参照)側か
らの入射光のうち、0次光にのみ位相変調が与えられ
る。
By the way, p. 90 to 93, a phase contrast microscope using a variable annular polarizing plate made of liquid crystal instead of the fixed annular polarizing plate 106 described above is described. 9A shows the side surface of the variable annular polarizing plate 120, and FIG. 9B shows the plane thereof. Variable annular polarization plate 120
Has a liquid crystal cell structure as a whole, and the ring-shaped transparent electrodes 122a and
2b is formed. As the liquid crystal 124 in the cell,
A nematic liquid crystal with a homogeneous alignment is used. When a voltage is applied between the transparent electrodes 122a and 122b, the molecular orientation of the liquid crystal 124 changes and its refractive index changes. As a result, of the incident light from the objective lens 104 (see FIG. 8) side, only the 0th-order light is phase-modulated.

【0005】しかしながら、以上のような背景技術で
は、可変輪帯偏光板として複雑な構造の液晶セルを必要
とするとともに、その制御系も複雑なものが必要であ
る。この発明は、以上の点に着目したもので、単純な光
学的構成によって位相物体の位相変化量に応じたコント
ラスト調整を簡便に行うことができる位相差顕微鏡など
の表面観察装置を提供することを、その目的とするもの
である。
However, in the background art as described above, a liquid crystal cell having a complicated structure is required as a variable annular polarizing plate, and a control system thereof is also required to be complicated. The present invention focuses on the above points, and provides a surface observation device such as a phase contrast microscope capable of easily performing contrast adjustment according to the phase change amount of a phase object by a simple optical configuration. , That is the purpose.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【発明の開示】前記目的を達成するため、この発明の一
つは、観察対象の物体(14)からの光を集光するための
対物レンズ(16);物体を照明して、対物レンズの瞳近
傍に選択的にフィルタリング可能な光像を得るための照
明手段(12,40,42,44,46,48);回転可能なポラライザ
(18)及び1/4波長板(20)を含み、対物レンズから
の入射光の直交する2つの直線偏光成分の位相差を任意
に調整するための位相差調整手段(18,20);この位相
差調整手段からの入射光の0次光及び回折光に対し、そ
れらの直線偏光成分を異なる方向で抽出するための第1
フィルタ手段(22);この第1フィルタ手段からの入射
光から、第1及び第2の異なる方向において可干渉な偏
光成分をそれぞれ得るための第2フィルタ手段(24,5
0);この第2フィルタ手段によって得られた第1の方
向の可干渉な偏光成分に基づいて第1の像の強度分布を
光電変換し、画像信号を得るための第1の撮像手段(5
4);第2フィルタ手段によって得られた第2の方向の
可干渉な偏光成分に基づいて第2の像の強度分布を光電
変換し、画像信号を得るための第2の撮像手段(58);
これらの撮像手段によって得られた第1及び第2の画像
信号の差画像信号を得るための差画像信号生成手段(6
0);を備えたことを特徴とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to achieve the above object, one of the inventions is to provide an objective lens (16) for condensing light from an object (14) to be observed; Illuminating means (12,40,42,44,46,48) for obtaining a selectively filterable light image near the pupil; including a rotatable polarizer (18) and a quarter wave plate (20), Phase difference adjusting means (18, 20) for arbitrarily adjusting the phase difference between two orthogonal linearly polarized light components of the incident light from the objective lens; 0th order light and diffracted light of the incident light from the phase difference adjusting means To extract those linearly polarized light components in different directions.
Filter means (22); second filter means (24,5, respectively) for obtaining coherent polarization components in the first and second different directions from the incident light from the first filter means.
0); first image pickup means (5) for photoelectrically converting the intensity distribution of the first image based on the coherent polarization component in the first direction obtained by the second filter means to obtain an image signal.
4); Second image pickup means (58) for photoelectrically converting the intensity distribution of the second image based on the coherent polarization component in the second direction obtained by the second filter means to obtain an image signal. ;
Difference image signal generation means (6) for obtaining a difference image signal of the first and second image signals obtained by these image pickup means (6
0); is provided.

【0007】他の発明は、観察対象の物体からの光を集
光するための対物レンズ(16);物体を照明して、対物
レンズの瞳近傍に選択的にフィルタリング可能な光像を
得るための照明手段(12,40,42,44,46,48);回転可能
なポラライザ(18)及び1/4波長板(20)を含み、対
物レンズからの入射光の直交する2つの直線偏光成分の
位相差を任意に調整するための位相差調整手段(18,2
0);この位相差調整手段からの入射光の0次光及び回
折光に対し、それらの直線偏光成分を異なる方向で抽出
するための第1フィルタ手段(22);このフィルタ手段
からの入射光から、可干渉な偏光成分を得るための第2
フィルタ手段(24,50);この第2フィルタ手段によっ
て得られた偏光成分によって形成される像の強度分布を
光電変換し、画像信号を得るための撮像手段(54);前
記ポラライザ又は第2フィルタ手段を第1の偏光方向と
したときに撮像された第1の像の画像信号と、ポラライ
ザ又は第2フィルタ手段を第1の偏光方向と異なる第2
の偏光方向としたときに撮像された第2の像の画像信号
との差画像信号を得るための差画像信号生成手段(60,7
0,72,74);を備えたことを特徴とする。
Another invention is an objective lens (16) for collecting light from an object to be observed; for illuminating the object to obtain a light image that can be selectively filtered near the pupil of the objective lens. Illumination means (12,40,42,44,46,48); including a rotatable polarizer (18) and a quarter-wave plate (20), and two linearly polarized components of incident light from the objective lens which intersect at right angles. Phase difference adjusting means (18, 2) for adjusting the phase difference of
0); First filter means (22) for extracting the linearly polarized light components of the incident light from the phase difference adjusting means in different directions, and the incident light from the filter means. From the second to obtain coherent polarization components from
Filtering means (24, 50); Imaging means (54) for photoelectrically converting the intensity distribution of the image formed by the polarization component obtained by the second filtering means to obtain an image signal; the polarizer or the second filter The image signal of the first image taken when the means is set to the first polarization direction, and the polarizer or second filter means for setting the second polarization direction different from the first polarization direction.
Difference image signal generation means (60, 7) for obtaining a difference image signal from the image signal of the second image captured when the polarization direction is set to
0,72,74) ;.

【0008】更に他の発明は、前記(1)又は(2)の発
明において、前記照明手段が、照明光を集光するための
コンデンサレンズ(12)を含み;前記ポラライザ(18)
を前記コンデンサレンズ(12)の瞳近傍に配置したこと
を特徴とする。
Still another invention is the invention of the above (1) or (2), wherein the illuminating means includes a condenser lens (12) for converging illumination light; the polarizer (18).
Is arranged near the pupil of the condenser lens (12).

【0009】本発明には、次のような態様も含まれる。 (1)物体を照明する照明手段と、該物体からの光線を
集光し、瞳平面近傍に選択的にフィルタリングし得る空
間周波数スペクトルを生成する、光軸に沿って配置され
た対物レンズと、前記瞳平面近傍を通過する光線を前記
光軸に対して第1方位の偏波面の直線偏光にする、回転
可能なポラライザと、前記瞳平面近傍に位置し、前記の
直線偏光が通過し得る1/4波長板と、前記1/4波長
板を通過した光線のうち物体により回折されない空間周
波数成分のみを包含可能な面積を有し、第2方位の偏波
面の直線偏光の成分のみを透過させる第1空間フィルタ
と、前記1/4波長板を通過した光線のうち前記第1フ
ィルタに包含されない空間周波数成分を包含可能な面積
を有し、第2方位と直交する第3方位の偏波面の直線偏
光の成分のみを透過させる第2空間フィルタと、前記第
1空間フィルタと前記第2空間フィルタを通過した光線
のうち、第4方位の偏波面の直線偏光のみを透過させ、
これと直交する第5方位の偏波面の直線偏光を反射させ
る偏光ビームスプリッタと、前記第4方位の偏波面の直
線偏光の光線による第1の物体像を光電変換する第2光
電変換素子と、前記第1、第2の光電変換素子の信号の
差信号を生成する差動回路を有し、該差信号を用いて画
像を形成し、前記1/4波長板の光学軸の方位と前記第
2方位は90°の整数倍の角度に45°を加えた角度を
なし、前記アナライザのなす第4方位は、前記1/4波
長板の光学軸の方位に対して90°の整数倍に45°を
加えた角度をなすことを特徴とする表面観察装置。
The present invention also includes the following aspects. (1) Illuminating means for illuminating an object, an objective lens arranged along the optical axis, which collects light rays from the object and generates a spatial frequency spectrum that can be selectively filtered in the vicinity of the pupil plane, A rotatable polarizer that converts a light beam passing near the pupil plane into a linearly polarized light of a polarization plane in a first direction with respect to the optical axis, and the linearly polarized light that is located near the pupil plane and can pass through 1 / 4 wavelength plate and an area that can include only spatial frequency components that are not diffracted by the object among the light rays that have passed through the ¼ wavelength plate, and transmit only the linearly polarized component of the polarization plane in the second direction. The first spatial filter and the polarization plane of the third azimuth orthogonal to the second azimuth having an area capable of including the spatial frequency component not included in the first filter among the rays that have passed through the quarter wavelength plate. Transmits only linearly polarized light component Of the light rays that have passed through the second spatial filter, the first spatial filter, and the second spatial filter, only linearly polarized light in the polarization plane of the fourth direction is transmitted,
A polarization beam splitter that reflects linearly polarized light having a polarization plane in a fifth azimuth direction orthogonal thereto, and a second photoelectric conversion element that photoelectrically converts the first object image by the light beam of linearly polarized light having a polarization plane in the fourth azimuth, A differential circuit that generates a difference signal between the signals of the first and second photoelectric conversion elements is provided, and an image is formed using the difference signal. The two azimuths form an angle obtained by adding 45 ° to an integer multiple of 90 °, and the fourth azimuth formed by the analyzer is an integer multiple of 90 ° with respect to the azimuth of the optical axis of the quarter wavelength plate. A surface observation device characterized by forming an angle with the addition of °.

【0010】(2)物体を照明する照明手段と、該物体
からの光線を集光し、瞳平面近傍に選択的にフィルタリ
ングし得る空間周波数スペクトルを生成する、光軸に沿
って配置された対物レンズと、前記瞳平面近傍を通過す
る光線を前記光軸に対して第1方位の偏波面の直線偏光
にする、回転可能なポラライザと、前記瞳平面近傍に位
置し、前記の直線偏光が通過し得る1/4波長板と、前
記1/4波長板を通過した光線のうち物体により回折さ
れない空間周波数成分のみを包含可能な面積を有し、第
2方位の偏波面の直線偏光の成分のみを透過させる第1
空間フィルタと、前記1/4波長板を通過した光線のう
ち前記第1フィルタに包含されない空間周波数成分を包
含可能な面積を有し、第2方位と直交する第3方位の偏
波面の直線偏光の成分のみを透過させる第2空間フィル
タと、前記第1空間フィルタと前記第2空間フィルタを
通過した光線のうち、第4方位の偏波面の直線偏光のみ
を透過させる、アナライザと、前記第4方位の偏波面の
直線偏光の光線による物体像の強度分布を光電変換し、
画像信号を出力する光電変換素子と、前記第1方位を第
5方位に一致させたときに得られる光学像の強度分布を
示す画像信号をデータに変換し、これを第1画像データ
として格納する第1画像格納手段と、前記第1方位を、
第5方位に直交する、第6方位に一致させたときに得ら
れる光学像の強度分布を示す画像信号をデータに変換
し、これを第2画像データとして格納する第2画像格納
手段と、前記第1画像格納手段と第2画像格納手段から
前記第1画像データと第2画像データを取り出し、これ
らの強度の差を示す差画像を生成する差画像生成手段
と、差画像を用いて画像を表示する画像表示手段を有
し、前記1/4波長板の光学軸の方位と前記第二方位は
90°の整数倍の角度に45°を加えた角度をなし、前
記アナライザのなす第4方位は、前記1/4波長板の光
学軸の方位に対して90°の整数倍に45°を加えた角
度をなすことを特徴とする表面観察装置。
(2) Illuminating means for illuminating an object and an objective arranged along the optical axis for condensing light rays from the object and generating a spatial frequency spectrum which can be selectively filtered near the pupil plane. A lens, a rotatable polarizer for converting a light beam passing near the pupil plane into a linearly polarized light in a polarization plane in a first azimuth with respect to the optical axis, and a linearly polarized light located near the pupil plane and passing through the linearly polarized light. And a possible quarter wave plate, and an area that can include only the spatial frequency component that is not diffracted by the object in the light beam that has passed through the quarter wave plate, and only the linearly polarized light component of the polarization plane in the second direction. Through the first
Linear polarization of a polarization plane of a third azimuth direction orthogonal to the second azimuth having an area capable of including the spatial frequency component not included in the first filter among the light rays that have passed through the spatial filter and the ¼ wavelength plate. A second spatial filter that transmits only the component of the first spatial filter, an analyzer that transmits only the linearly polarized light of the polarization plane of the fourth direction among the light rays that have passed through the first spatial filter and the second spatial filter, The intensity distribution of the object image by the linearly polarized light of the azimuth polarization plane is photoelectrically converted,
A photoelectric conversion element that outputs an image signal and an image signal indicating the intensity distribution of an optical image obtained when the first azimuth direction is matched with the fifth azimuth direction are converted into data and stored as first image data. The first image storage means and the first orientation,
Second image storing means for converting an image signal, which is orthogonal to the fifth azimuth and showing the intensity distribution of the optical image obtained when the sixth azimuth is matched, into data and storing the data as second image data; A difference image generation unit that extracts the first image data and the second image data from the first image storage unit and the second image storage unit, and generates a difference image indicating the difference between these intensities, and an image using the difference image. An image display means for displaying is provided, and the azimuth of the optical axis of the quarter-wave plate and the second azimuth form an angle obtained by adding 45 ° to an integer multiple of 90 °. Is an integer multiple of 90 ° plus 45 ° with respect to the azimuth of the optical axis of the quarter-wave plate.

【0011】(3)物体を照明する照明手段と、該物体
からの光線を集光し、瞳平面近傍に選択的にフィルタリ
ングし得る空間周波数スペクトルを生成する、光軸に沿
って配置された対物レンズと、前記瞳平面近傍を通過す
る光線を前記光軸に対して第1方位の偏波面の直線偏光
にする、ポラライザと、前記瞳平面近傍に位置し、前記
の直線偏光が通過し得る1/4波長版と、前記1/4波
長板を通過した光線のうち物体により回折されない空間
周波数成分のみを包含可能な面積を有し、第2方位の偏
波面の直線偏光の成分のみを透過させる第1空間フィル
タと、前記1/4波長板を通過した光線のうち前記第1
フィルタに包含されない空間周波数成分を包含可能な面
積を有し、第2方位と直交する第3方位の偏波面の直線
偏光の成分のみを透過させる第2空間フィルタと、前記
第1空間フィルタと前記第2空間フィルタを通過した光
線のうち、第4方位の偏波面の直線偏光のみを透過させ
る、回転可能なアナライザと、前記第4方位の偏波面の
直線偏光の光線による物体像の強度分布を光電変換し、
画像信号を出力する光電変換素子と、前記第4方位を第
5方位に一致させたときに得られる光学像の強度分布を
示す画像信号をデータに変換し、これを第1画像データ
として格納する第1画像格納手段と、前記第4方位を、
第5方位に直交する第6方位に一致させたときに得られ
る光学像の強度分布を示す画像信号をデータに変換し、
これを第2画像データとして格納する第2画像格納手段
と、前記第1画像格納手段と第2画像格納手段から前記
第1画像データと第2画像データを取り出し、これらの
強度の差を示す差画像を生成する差画像生成手段と、差
画像を用いて画像を表示する画像表示手段を有し、前記
1/4波長板の光学軸の方位と前記第2方位は90°の
整数倍の角度に45°を加えた角度をなし、前記ポララ
イザのなす第1方位は、前記1/4波長板の光学軸の方
位に対して90°の整数倍に45°を加えた角度をなす
ことを特徴とする表面観察装置。
(3) Illuminating means for illuminating an object, and an objective arranged along the optical axis for collecting light rays from the object and generating a spatial frequency spectrum which can be selectively filtered in the vicinity of the pupil plane. A lens and a polarizer that converts a light beam that passes through the vicinity of the pupil plane into a linearly polarized light having a polarization plane in a first direction with respect to the optical axis, and a polarizer that is located near the pupil plane and that can pass the linearly polarized light 1 / 4 wavelength plate and an area that can include only the spatial frequency component that is not diffracted by the object among the light rays that have passed through the ¼ wavelength plate, and transmits only the linearly polarized light component of the polarization plane in the second direction. The first spatial filter and the first of the light rays that have passed through the quarter-wave plate.
A second spatial filter having an area capable of including a spatial frequency component not included in the filter and transmitting only a linearly polarized component of a polarization plane of a third azimuth orthogonal to the second azimuth; Among the light rays that have passed through the second spatial filter, a rotatable analyzer that transmits only the linearly polarized light of the polarization plane of the fourth azimuth and the intensity distribution of the object image by the linearly polarized light of the polarization plane of the fourth azimuth Photoelectric conversion,
A photoelectric conversion element that outputs an image signal and an image signal indicating the intensity distribution of the optical image obtained when the fourth azimuth are matched with the fifth azimuth are converted into data and stored as first image data. The first image storage means and the fourth orientation,
An image signal showing the intensity distribution of the optical image obtained when the sixth azimuth orthogonal to the fifth azimuth is matched is converted into data,
Second image storage means for storing this as the second image data, and the first image data and the second image data are taken out from the first image storage means and the second image storage means, and a difference indicating a difference between these intensities is obtained. It has a difference image generating means for generating an image and an image display means for displaying the image using the difference image, and the azimuth of the optical axis of the quarter wavelength plate and the second azimuth are angles that are integral multiples of 90 °. And the first azimuth formed by the polarizer is an angle obtained by adding 45 ° to an integer multiple of 90 ° with respect to the azimuth of the optical axis of the quarter wavelength plate. Surface observation device.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明によれば、回転可能なポラライザ
及び1/4波長板によって、位相物体からの光の直交偏
光成分の位相差が調整される。そして、調整後の光か
ら、フィルタ手段によって異なる偏光方向で可干渉な偏
光成分が抽出されるとともに、各偏光方向の画像から差
画像が求められる。この差画像のコントラストは、位相
物体の位相変化量に応じて変化し、前記位相差を調整す
ることによって変化する。これにより、コントラストが
調整可能な位相差顕微鏡などの表面観察装置を単純な光
学構成によって得ることが可能となる。
According to the present invention, the phase difference of the orthogonal polarization components of the light from the phase object is adjusted by the rotatable polarizer and the quarter-wave plate. Then, a coherent polarization component in different polarization directions is extracted from the adjusted light by the filter means, and a difference image is obtained from the image in each polarization direction. The contrast of the difference image changes according to the amount of phase change of the phase object, and changes by adjusting the phase difference. This makes it possible to obtain a surface observation device such as a phase contrast microscope whose contrast can be adjusted with a simple optical configuration.

【0013】この発明の前記及び他の目的,特徴,利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
The above and other objects, features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to Examples.

【0015】[0015]

【実施例の基本的形態】最初に、実施例の基本的な形態
について図1を参照しながら説明する。図示しない光源
から出力された光は、リング絞り10によってリング状
に絞られた後、コンデンサレンズ12に入射する。そし
て、このコンデンサレンズ12で集光されて透過した光
が位相物体14に入射し、位相物体14を透過した光が
対物レンズ16に入射する。この対物レンズ16の瞳位
置近傍には、 入射光から任意の偏波面の方向であって、常に同じ振
幅の直線偏光を得るための回転可能なポラライザ18, 直線偏光の光を透過する1/4波長板20, 入射光のうち、位相物体14によって回折されない0
次スペクトル成分と他のスペクトル成分を直交する直線
偏光に分離するための輪帯偏光板22, 入射光から同一偏光方向の可干渉の光を抽出するため
のアナライザ(偏光ビームスプリッタ)24, が、その順で光軸AXに沿って設けられている。
First, the basic form of the embodiment will be described with reference to FIG. The light output from a light source (not shown) is focused into a ring shape by the ring diaphragm 10 and then enters the condenser lens 12. The light condensed and transmitted by the condenser lens 12 enters the phase object 14, and the light transmitted through the phase object 14 enters the objective lens 16. In the vicinity of the pupil position of the objective lens 16, a rotatable polarizer 18 for obtaining linearly polarized light of an arbitrary polarization plane from the incident light and always having the same amplitude, 1/4 which transmits linearly polarized light Wave plate 20, out of incident light, not diffracted by phase object 14
An annular polarization plate 22 for separating the next spectral component and other spectral components into orthogonal linearly polarized light, an analyzer (polarizing beam splitter) 24 for extracting coherent light in the same polarization direction from the incident light, They are provided in that order along the optical axis AX.

【0016】これらの素子に対して、それぞれ直交座標
(X1,Y1)〜(X5,Y5)は光軸AXに対して直交
し、かつ同じ方位となるように設定される。また、同様
に直交座標(X6,Y6)を、アナライザ24の光軸AX
を折り返した反射側光軸AX1に直交し、かつ直交座標
(X1,Y1)〜(X5,Y5)と同じ方位となるように設
定する。つまり、リング絞り10側から見たときに、各
座標軸が重なるように座標が設定される。以下、それら
の方位を単に(x,y)と表現する。
For these elements, the Cartesian coordinates (X1, Y1) to (X5, Y5) are set so as to be orthogonal to the optical axis AX and have the same orientation. Similarly, the Cartesian coordinates (X6, Y6) are set to the optical axis AX of the analyzer 24.
Is set so as to be orthogonal to the reflection-side optical axis AX1 folded back and to have the same orientation as the orthogonal coordinates (X1, Y1) to (X5, Y5). That is, the coordinates are set so that the coordinate axes overlap when viewed from the ring diaphragm 10 side. Hereinafter, those directions will be simply expressed as (x, y).

【0017】次に、これらの座標軸と各素子の偏光方向
との関係を説明する。まず、ポラライザ18は、図2
(A)に示すように、x軸に対する方位角θ1が透過する
光の偏光方向であり、この角度θ1は、ポラライザ18
を回転させることで変更可能となっている。1/4波長
板20は、図2(B)に示すように、光学軸である早い
軸neとこれに直交する遅い軸noを有し、早い軸neの
方位角はx軸に対して45゜,遅い軸noの方位角はx
軸に対して−45゜に設定されている。入射光のうち、
遅い軸noに平行な偏波面の直線偏光成分は、早い軸ne
に平行な偏波面の直線偏光成分に対して1/4波長(9
0゜)の位相遅れが生じる。
Next, the relationship between these coordinate axes and the polarization direction of each element will be described. First, the polarizer 18 is shown in FIG.
As shown in (A), the azimuth angle θ1 with respect to the x-axis is the polarization direction of the transmitted light, and this angle θ1 is the polarization direction of the polarizer 18.
It can be changed by rotating. As shown in FIG. 2B, the quarter-wave plate 20 has a fast axis ne as an optical axis and a slow axis no orthogonal to the fast axis ne, and the azimuth angle of the fast axis ne is 45 with respect to the x axis.゜, slow axis no azimuth is x
It is set at -45 ° to the axis. Of the incident light
The linear polarization component of the plane of polarization parallel to the slow axis no is fast axis ne
1/4 wavelength (9
0 °) phase delay occurs.

【0018】例えば、ポラライザ18の方位角θ1が1
/4波長板20の早い軸neと一致しているときは、対
物レンズ16の透過光のうちの早い軸ne方向の偏光光
がそのまま輪帯偏光板22に入射する。ポラライザ18
の方位角θ1が1/4波長板20の遅い軸noと一致して
いるときは、対物レンズ16の透過光のうちの遅い軸n
o方向の偏光光が1/4波長板20による90゜位相遅
れの後に輪帯偏光板22に入射する。このようにして、
ポラライザ18と1/4波長板20とによって物体14
からの光のうちの直交する2つの直線偏光成分の位相差
を任意に調整可能であり、1/4波長板20の出力光に
与えられる位相差αは、α=2θ1−π/2で表わされ
る。
For example, the azimuth angle θ1 of the polarizer 18 is 1
When it coincides with the fast axis ne of the / 4 wave plate 20, the polarized light in the fast axis ne direction of the transmitted light of the objective lens 16 enters the annular polarization plate 22 as it is. Polarizer 18
When the azimuth angle .theta.1 of the object coincides with the slow axis no of the quarter-wave plate 20, the slow axis n of the transmitted light of the objective lens 16 is transmitted.
The polarized light in the o direction is incident on the annular polarization plate 22 after a phase delay of 90 ° due to the quarter-wave plate 20. In this way,
The object 14 is formed by the polarizer 18 and the quarter-wave plate 20.
It is possible to arbitrarily adjust the phase difference between the two linearly polarized light components orthogonal to each other out of the light from, and the phase difference α given to the output light of the quarter-wave plate 20 is represented by α = 2θ1−π / 2. Be done.

【0019】輪帯偏光板22は、輪帯部22aと、それ
以外の部分22bによって構成されている。輪帯部22
aは、図2(C)に矢印で示すように、x軸に平行な偏
波面の直線偏光成分のみを透過させ、それ以外の部分2
2bはy軸に平行な偏波面の直線偏光成分のみを透過さ
せる。また、輪帯偏光板22の輪帯部22aの大きさ
は、位相物体14の位置に設計された所定の厚みのスラ
イドガラスなどの光透過性の平行平板以外の物体が存在
しないときに、対物レンズ16の瞳位置近傍に形成され
るリング絞り10の空間像の大きさに一致させるように
する。つまり、位相物体14によって回折されない直接
光(0次光)の大きさに一致させる。このような構成に
よって、0次光についてはx方向に平行な直線偏光成分
X0が抽出され、回折光についてはy方向に平行な直線
偏光成分Ydが抽出される。
The ring-shaped polarizing plate 22 is composed of a ring-shaped portion 22a and a portion 22b other than that. Zone 22
As indicated by an arrow in FIG. 2 (C), a transmits only the linearly polarized light component of the plane of polarization parallel to the x-axis, and the other part 2
2b transmits only the linearly polarized component of the plane of polarization parallel to the y-axis. Further, the size of the ring portion 22a of the ring-shaped polarizing plate 22 is set so that when there is no object other than the light-transmissive parallel flat plate such as a slide glass having a predetermined thickness, which is designed at the position of the phase object 14, there is no objective. The size of the aerial image of the ring diaphragm 10 formed near the pupil position of the lens 16 is made to match. That is, the magnitude of the direct light (0th-order light) that is not diffracted by the phase object 14 is matched. With this configuration, the linearly polarized light component X0 parallel to the x direction is extracted for the 0th order light, and the linearly polarized light component Yd parallel to the y direction is extracted for the diffracted light.

【0020】次に、アナライザ24は、図2(D)に示
すように、アナライザ角θ2に平行な偏波面の直線偏光
成分の光線i1を光軸AXの方向に透過し、反アナライ
ザ角θ3=θ2+90°に平行な偏波面の直線偏光成分の
光線i2を光軸AX1の方向の反射させる機能を有して
いる。例えば、アナライザ角θ2は45°に設定され、
反アナライザ角θ3は45+90=135°に設定され
る。アナライザ24を透過する可干渉な光線i1は、対
物レンズ16の像面上で干渉像Iθ2(x,y,θ1)を形成
する。アナライザ24によって反射される可干渉な光線
i2は、対物レンズ16の像面上で干渉像Iθ3(x,y,θ
2=θ1+π/2)を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, the analyzer 24 transmits the ray i1 of the linearly polarized light component of the plane of polarization parallel to the analyzer angle θ2 in the direction of the optical axis AX, and the anti-analyzer angle θ3 = It has a function of reflecting a light ray i2 of a linearly polarized component having a plane of polarization parallel to θ2 + 90 ° in the direction of the optical axis AX1. For example, the analyzer angle θ2 is set to 45 °,
The anti-analyzer angle θ3 is set to 45 + 90 = 135 °. The coherent ray i1 that passes through the analyzer 24 forms an interference image Iθ2 (x, y, θ1) on the image plane of the objective lens 16. The coherent ray i2 reflected by the analyzer 24 is an interference image Iθ3 (x, y, θ) on the image plane of the objective lens 16.
2 = θ1 + π / 2) is formed.

【0021】このアナライザ24によって、物体の0次
スペクトル成分とそれ以外のスペクトル成分の間に付加
される位相差がπだけ異なる2つの干渉像を形成する可
干渉の偏光成分が取り出される。詳述すると、輪帯偏光
板22からは、図2(C)に示したように、0次光につ
いてはx方向の偏光成分X0, 回折光についてはy方向
の偏光成分Ydがそれぞれ出力される。これに対し、ア
ナライザ24では、図2(D)に示すi1方向の偏光成分
が透過し、i2方向の偏光成分が反射される。従って、
0次光については、図3(A)に示すように、i1方向成
分X01が透過され、i2方向成分X02が反射される。回
折光についても同様であり、同図(B)に示すように、
i1方向成分Yd1が透過され、i2方向成分Yd2が反射さ
れる。
The analyzer 24 extracts coherent polarization components forming two interference images having a phase difference of π added between the 0th-order spectral component of the object and the other spectral components. More specifically, as shown in FIG. 2C, the annular polarization plate 22 outputs a polarization component X0 in the x direction for the 0th order light and a polarization component Yd in the y direction for the diffracted light. . On the other hand, in the analyzer 24, the polarized component in the i1 direction shown in FIG. 2D is transmitted and the polarized component in the i2 direction is reflected. Therefore,
As for the 0th-order light, as shown in FIG. 3A, the i1 direction component X01 is transmitted and the i2 direction component X02 is reflected. The same applies to diffracted light, as shown in FIG.
The i1 direction component Yd1 is transmitted and the i2 direction component Yd2 is reflected.

【0022】i1方向の透過成分は、図3(A)のX01と
同図(B)のYd1であり、両者は平行な直線偏光であ
る。このため、両者が干渉して明暗の画像が観察される
ようになる。i2方向の透過成分は、図3(A)のX02と
同図(B)のYd2であり、両者は平行な直線偏光であ
る。このため、両者が干渉して明暗の画像が観察される
ようになる。この場合において、ポラライザ18を回転
させて1/4波長板20に入射する直線偏光の偏波面を
選択すると、その向きに応じて様々な長径,短径比を有
する楕円偏光が1/4波長板20から出射する。この楕
円偏光は、θ1の値によらず、長径と短径は直交し、な
おかつx,y座標に45゜の向きとなる。また、θ1=
0゜又は90゜のとき、1/4波長板20から出射する
光線は円偏光となり、θ1=±45゜のとき直線偏光と
なる。つまり、これらの円偏光,直線偏光を含む楕円偏
光は、x,y方向に平行であって、振幅の等しい2つの
直線偏光の位相差αがポラライザ角θ1によって決定さ
れることに等しい。
The transmission components in the i1 direction are X01 in FIG. 3 (A) and Yd1 in FIG. 3 (B), both of which are parallel linearly polarized light. For this reason, the two interfere with each other and a bright and dark image is observed. The transmission component in the i2 direction is X02 in FIG. 3 (A) and Yd2 in FIG. 3 (B), both of which are parallel linearly polarized light. For this reason, the two interfere with each other and a bright and dark image is observed. In this case, when the polarizer 18 is rotated to select the plane of polarization of the linearly polarized light that enters the quarter-wave plate 20, the elliptically-polarized light having various major and minor diameter ratios depending on the orientation is converted into the quarter-wave plate. Emit from 20. In this elliptically polarized light, the major axis and the minor axis are orthogonal to each other regardless of the value of θ1, and the orientation is 45 ° in the x and y coordinates. Also, θ1 =
At 0 ° or 90 °, the light beam emitted from the quarter-wave plate 20 becomes circularly polarized light, and at θ1 = ± 45 °, it becomes linearly polarized light. That is, elliptically polarized light including these circularly polarized light and linearly polarized light is equivalent to that the phase difference α between two linearly polarized lights that are parallel to the x and y directions and have the same amplitude is determined by the polarizer angle θ1.

【0023】次に、以上のような光学系を利用して純粋
な位相分布像を得るための手法を、数式を用いて説明す
る。なお、位相差顕微鏡の伝達関数を考慮せずに説明す
るが、光学,第20巻9号(1991年9月)p590
〜p591「位相差顕微鏡の像コントラストに関する考
察」大木裕史,あるいは1995年光計測シンポジウム
論文集,p90〜p93によれば、以下の各条件で得ら
れる強度分布すなわち干渉像から位相差顕微鏡の伝達関
数を画像処理により除去し、ハロなどの影響を取り除く
ことは容易である。観察対象である位相物体14の透過
光分布O(x,y)は、例えば次の(1)式で表わされる。
Next, a method for obtaining a pure phase distribution image using the above optical system will be described using mathematical expressions. The description will be made without considering the transfer function of the phase contrast microscope. Optics, Vol. 20, No. 9 (September 1991) p590
~ P591 "Consideration on image contrast of phase contrast microscope" According to Hirofumi Oki, or Proc. Is easily removed by image processing to remove the influence of halo and the like. The transmitted light distribution O (x, y) of the phase object 14 that is the observation target is expressed by the following equation (1), for example.

【0024】[0024]

【数1】 (Equation 1)

【0025】この(1)式は複素表示であり、ρ(x,y)
は振幅成分を表わしexp[jφ(x,y)]は位相成分を表
わす。「j」は虚数単位である。ここで、位相物体14
の大きさが、(x,y)=(2g,2h)であるとすると、物体
の平均振幅bは、それらの範囲で積分を行って全面積で
割ればよいから、次の(2)式で示される。
This equation (1) is a complex representation, and ρ (x, y)
Represents an amplitude component, and exp [jφ (x, y)] represents a phase component. “J” is an imaginary unit. Here, the phase object 14
If the magnitude of is (x, y) = (2g, 2h), the average amplitude b of the object can be integrated in these ranges and divided by the total area. Indicated by.

【0026】[0026]

【数2】 (Equation 2)

【0027】次に、輪帯偏光板22の輪帯部22aで
は、入射光に対して一定の振幅変化a1と位相変化αが
与えられるので、その透過特性は(3)式によって示さ
れる。
Next, in the annular portion 22a of the annular polarizing plate 22, a constant amplitude change a1 and a constant phase change α are given to the incident light, so that the transmission characteristic is expressed by the equation (3).

【0028】[0028]

【数3】 (Equation 3)

【0029】次に、光線I1に対応した強度分布Iθ2
(x,y,θ1)は、次の(4)式で示される(例えば、東海
大出版会「光学の原理II」P.639参照)。なお、同式
中、Aは振幅透過率,CはC1*b,C1は定数である。
この(4)式に前記(1)式を代入して整理すると、
(5)式となる。
Next, the intensity distribution Iθ2 corresponding to the ray I1
(X, y, θ1) is represented by the following equation (4) (for example, see Tokai Univ., "Principle of Optics II" P.639). In the equation, A is the amplitude transmittance, C is C1 * b, and C1 is a constant.
Substituting equation (1) into equation (4) and rearranging
Equation (5) is obtained.

【0030】[0030]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【0031】更に、a1=a2=1/√2,α=2θ1−π/2
であるから、これを代入すると、(6)式となる。ま
た、θ2=θ1+π/2を代入すると、光線i2に対応した
強度分布Iθ3(x,y,θ2=θ1+π/2)が(7)式のよう
に求められる。
Further, a1 = a2 = 1 / √2, α = 2θ1−π / 2
Therefore, substituting this gives equation (6). Further, by substituting θ2 = θ1 + π / 2, the intensity distribution Iθ3 (x, y, θ2 = θ1 + π / 2) corresponding to the light ray i2 can be obtained by the equation (7).

【0032】[0032]

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【0033】ここで、両者の差画像を得ると、次の
(8)式のようになる。これに、(6)式及び(7)式を
代入すると、(9)式に示すようになる。
Here, when the difference image between the two is obtained, the following equation (8) is obtained. By substituting equations (6) and (7) into this, equation (9) is obtained.

【0034】[0034]

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【0035】この(9)式は、二つのベクトルの内積を
示しており、(10)式を満たすポラライザ角θ1のとき
差画像Sの強度が最大になる。反対に、ポラライザ角θ
1が(10)式の値からπ/4ずれたとき、差画像Sの強
度が最小(ゼロ)になる。従って、ポラライザ18を回
転させると、45゜毎に差画像の強度が増大したり、低
下したりすることとなる。
This equation (9) shows the inner product of the two vectors, and the intensity of the difference image S is maximized when the polarizer angle θ1 that satisfies the equation (10). On the contrary, the polarizer angle θ
When 1 deviates from the value of the expression (10) by π / 4, the intensity of the difference image S becomes the minimum (zero). Therefore, when the polarizer 18 is rotated, the intensity of the difference image is increased or decreased every 45 °.

【0036】[0036]

【数10】 (Equation 10)

【0037】ところで、一般に位相物体14の振幅分布
は平坦であって、ρ(x,y)≒bと見做せる。これを前
記(9)式に代入すると、次の(11)式となる。
By the way, in general, the amplitude distribution of the phase object 14 is flat and can be regarded as ρ (x, y) ≈b. Substituting this into the equation (9) gives the following equation (11).

【0038】[0038]

【数11】 [Equation 11]

【0039】この式のcosの項に着目すると、(12)式
の条件を満たすポラライザ角θ1のとき差動出力Sは最
大になる。また、(12)式を満たす角度からπ/4(4
5゜)ずれた角度で差動出力Sは最小(ゼロ)となる。
このように、ポラライザ角を調整することで、位相物体
14の差画像のコントラストを調整できる。また、この
ときのアナライザ角θ1の値から、位相物体14によっ
て生ずる位相変化量φ(x,y )を(12)式から求めるこ
とが可能である。
Focusing on the term of cos in this equation, the differential output S is maximized when the polarizer angle θ1 satisfies the condition of equation (12). Also, from the angle satisfying the expression (12), π / 4 (4
The differential output S becomes the minimum (zero) at an angle deviated by 5 °.
In this way, the contrast of the difference image of the phase object 14 can be adjusted by adjusting the polarizer angle. Further, from the value of the analyzer angle θ1 at this time, the amount of phase change φ (x, y) caused by the phase object 14 can be obtained from the equation (12).

【0040】上述したように、背景技術によれば、液晶
セルという複雑な構成の可変位相手段が必要とされるの
に対し、本発明では、ポラライザと1/4波長板という
極めて一般的な光学素子を用いるのみで簡単に可変位相
手段が実現されている。
As described above, according to the background art, a variable phase means having a complicated structure called a liquid crystal cell is required, whereas in the present invention, a polarizer and a quarter wavelength plate which are very general optical elements are used. The variable phase means is easily realized only by using the element.

【0041】[0041]

【実施例1】次に、図4を参照しながら実施例1につい
て説明する。光源40としては水銀ランプが用いられて
おり、これから射出された光線は干渉フィルタ42によ
って最適な波長が選択される。干渉フィルタ42を透過
した光は、コレクタレンズ44,第一リレーレンズ4
6,第2リレーレンズ48を順に経て、コンデンサレン
ズ12の瞳位置近傍に位置するリング絞り10に入射す
る。
First Embodiment Next, a first embodiment will be described with reference to FIG. A mercury lamp is used as the light source 40, and the optimum wavelength of the light beam emitted from this is selected by the interference filter 42. The light transmitted through the interference filter 42 is collected by the collector lens 44 and the first relay lens 4
6, through the second relay lens 48 in this order, and enters the ring diaphragm 10 located near the pupil position of the condenser lens 12.

【0042】リング絞り10を通過した光は、コンデン
サレンズ12によって屈折し、スライドガラス13上の
位相物体14を透過照明する。位相物体14を透過した
光は対物レンズ16に入射する。この対物レンズ16の
瞳位置近傍には、回転可能なポラライザ18,1/4波
長板20,輪帯偏光板22,及び偏光ビームスプリッタ
50が配置されている。対物レンズ16で屈折した光
は、それらポラライザ18,1/4波長板20,輪帯偏
光板22を順に通過し、更に偏光ビームスプリッタ50
に入射する。そして、一部の光は偏光ビームスプリッタ
50を透過して光線i1となり、残りは反射されて光線
i2となる。
The light passing through the ring diaphragm 10 is refracted by the condenser lens 12 and illuminates the phase object 14 on the slide glass 13 by transmission. The light transmitted through the phase object 14 enters the objective lens 16. A rotatable polarizer 18, a quarter-wave plate 20, an annular polarizing plate 22, and a polarization beam splitter 50 are arranged near the pupil position of the objective lens 16. The light refracted by the objective lens 16 sequentially passes through the polarizer 18, the quarter-wave plate 20, and the annular polarizing plate 22, and further the polarization beam splitter 50.
Incident on. Then, a part of the light passes through the polarization beam splitter 50 to become a light ray i1 and the rest is reflected to become a light ray i2.

【0043】ポラライザ18の方位角(θ1)は可変で
あり、偏光ビームスプリッタ50のアナライザ角は1/
4波長板20の光学軸に対して45°の方位となってい
る。輪帯偏光板22は輪帯部Rpとそれ以外の部分Ro
によって形成されており、輪帯部Rpは1/4波長板2
0の光学軸に対して45°の方位の平行な偏波面の直線
偏光成分のみを透過させ、それ以外の部分Roは輪帯部
Rpを透過する直線偏光成分の偏波面に垂直な偏波面の
直線偏光成分のみを透過させる。
The azimuth angle (θ1) of the polarizer 18 is variable, and the analyzer angle of the polarization beam splitter 50 is 1 /.
The azimuth is 45 ° with respect to the optical axis of the four-wave plate 20. The ring-shaped polarizing plate 22 includes the ring-shaped portion Rp and the other portion Ro.
And the annular zone Rp is a quarter wavelength plate 2
Only the linear polarization component of the polarization plane parallel to the optic axis of 0 with respect to the optical axis of 0 is transmitted, and the other part Ro is the polarization plane of the polarization plane perpendicular to the polarization plane of the linear polarization component transmitted through the annular zone Rp. Only the linearly polarized light component is transmitted.

【0044】光線i1は、偏光ビームスプリッタ50の
アナライザ角に平行な偏波面の直線偏光であり、光線i
2は偏光ビームスプリッタ50のアナライザ角に垂直な
偏波面の直線偏光である。
The light ray i1 is linearly polarized light having a plane of polarization parallel to the analyzer angle of the polarization beam splitter 50.
Reference numeral 2 is linearly polarized light having a plane of polarization perpendicular to the analyzer angle of the polarization beam splitter 50.

【0045】光線i1はレンズ52によって屈折され、
対物レンズ16の物平面に共役な像平面に干渉像が形成
される。そして、像平面上に光検知面が位置する2次元
撮像素子54によって光学像が光電変換され、2次元撮
像素子54から映像信号が出力される。他方、光線i2
はレンズ56によって屈折され、対物レンズ16の物平
面に共役な像平面に干渉像が形成される。そして、像平
面上に光検知面が位置する2次元撮像素子58によって
光学像が光電変換され、2次元撮像素子58から映像信
号が出力される。
The ray i1 is refracted by the lens 52,
An interference image is formed on an image plane conjugate with the object plane of the objective lens 16. Then, the optical image is photoelectrically converted by the two-dimensional image pickup device 54 whose light detection surface is located on the image plane, and a video signal is output from the two-dimensional image pickup device 54. On the other hand, ray i2
Is refracted by the lens 56, and an interference image is formed on an image plane conjugate with the object plane of the objective lens 16. Then, the optical image is photoelectrically converted by the two-dimensional image pickup device 58 whose light detection surface is located on the image plane, and a video signal is output from the two-dimensional image pickup device 58.

【0046】撮像素子54,58から出力された2つの
映像信号は、差動増幅器60に入力され、差動増幅器6
0から差動信号が出力される。この差動信号は、画像表
示部62に出力され、ここで位相物体の像が表示され
る。なお、対物レンズ16の視野内の任意の位置の物点
と、これと共役な2つの像点に対応する映像信号内の位
置の情報(例えばクロックパルスの数)が完全に一致す
るように、(つまり、もし物体が振幅分布のみで示され
る場合に、差動信号がゼロになるように)、2つの2次
元撮像素子54,58の光軸を横切る方向の位置や信号
の出力タイミングなどが調整されている。画像表示部6
2の観察者は、回転可能なポラライザ18の光軸AXに
対する方位を調整することで、差動出力の大きさを調整
できる。
The two video signals output from the image pickup devices 54 and 58 are input to the differential amplifier 60, and the differential amplifier 6
A differential signal is output from 0. This differential signal is output to the image display unit 62, where an image of the phase object is displayed. It should be noted that an object point at an arbitrary position within the field of view of the objective lens 16 and information on the position (for example, the number of clock pulses) in the video signal corresponding to the two image points conjugate with the object point are completely matched. (That is, if the object is represented by only the amplitude distribution, the differential signal becomes zero.) The positions of the two two-dimensional image pickup elements 54 and 58 in the direction crossing the optical axis, the signal output timing, and the like are Has been adjusted. Image display section 6
The second observer can adjust the magnitude of the differential output by adjusting the orientation of the rotatable polarizer 18 with respect to the optical axis AX.

【0047】[0047]

【実施例2】次に、図5を参照しながら実施例2につい
て説明する。光源40から対物レンズ16に至る部分
は、前記実施例1と同様である。本実施例では、ポララ
イザ18のポラライザ角が、θ1の方位と、これに直角
な方位(θ1+90°)にアクチュエータ70によって
切り替えられるようになっている。また、アナライザ5
0のアナライザ角が、1/4波長板20の光学軸に対し
て45°の方位となっている。
Second Embodiment Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The part from the light source 40 to the objective lens 16 is the same as in the first embodiment. In this embodiment, the polarizer angle of the polarizer 18 can be switched by the actuator 70 between the azimuth of θ1 and the azimuth (θ1 + 90 °) perpendicular thereto. Also, analyzer 5
The analyzer angle of 0 has an azimuth of 45 ° with respect to the optical axis of the quarter-wave plate 20.

【0048】コンピュータ74によってアクチュエータ
70の動作が制御され、ポラライザ18のポラライザ角
が45°となったときは、実施例1の直線偏光の光i1
が偏光ビームスプリッタ50から出力され、ポラライザ
角が135°となったときは、実施例1の直線偏光の光
i2がアナライザ50から出力される。
When the operation of the actuator 70 is controlled by the computer 74 and the polarizer angle of the polarizer 18 becomes 45 °, the linearly polarized light i1 of the first embodiment is used.
Is output from the polarization beam splitter 50, and when the polarizer angle becomes 135 °, the linearly polarized light i 2 of the first embodiment is output from the analyzer 50.

【0049】これら光線i1又は光線i2は、レンズ52
によって屈折され、対物レンズ16の物平面に共役な像
平面に干渉像が形成される。そして、像平面上に光検知
面が位置する2次元撮像素子54によって光学像が光電
変換され、2次元撮像素子54から映像信号が出力され
る。前記2つのポラライザ角に対応して得られる2つの
画像信号は、画像格納部72でA/D変換され、2つの
画像データとして格納される。これらの画像データは、
コンピュータ74に供給される。
The light ray i1 or the light ray i2 is transmitted to the lens 52.
Is refracted by, and an interference image is formed on an image plane conjugate with the object plane of the objective lens 16. Then, the optical image is photoelectrically converted by the two-dimensional image pickup device 54 whose light detection surface is located on the image plane, and a video signal is output from the two-dimensional image pickup device 54. The two image signals obtained corresponding to the two polarizer angles are A / D converted by the image storage unit 72 and stored as two image data. These image data are
It is supplied to the computer 74.

【0050】コンピュータ74では、画像格納部72内
の2つの画像データから、それら像の差に等しい差画像
データが算出され、これがD/A変換の後、画像表示部
62に出力されて差画像が表示される。観察者は、イン
ターフェース76を介してコンピュータ74に必要な情
報,例えばば画像取り込みの指示,記憶された画像デー
タの呼出しなどを指示することができる。
In the computer 74, difference image data equal to the difference between the two images is calculated from the two image data in the image storage section 72, and after this D / A conversion, the difference image data is output to the image display section 62 to obtain the difference image. Is displayed. The observer can instruct the computer 74 through the interface 76 about necessary information, for example, an instruction to capture an image and a call to stored image data.

【0051】この実施例2によれば、実施例1と比較し
て、1つの撮像素子のみを用いて差画像を得ることがで
きるという利点がある。
According to the second embodiment, compared with the first embodiment, there is an advantage that a difference image can be obtained by using only one image pickup device.

【0052】[0052]

【実施例3】次に、図6を参照しながら実施例3につい
て説明する。前記実施例2とほぼ同様の構成であるが、
ポラライザ18の設置箇所が異なる。すなわち、本実施
例では、ポラライザ18がコンデンサレンズ12の瞳平
面近傍に配置されている。光学的には実施例2と等価で
あるが、ポラライザ18の平面度が良好でないときや、
ポラライザ18の回転軸が光軸AXに対して完全に垂直
でないときに本実施例は有効である。このような状況で
アクチュエータ70によってポラライザ18を回転させ
た場合でも、像平面で像が移動することがなく、位置が
完全に一致した2つの画像を2つのポラライザ角に対応
させて得ることができる。従って、差画像が容易に得ら
れる。
Third Embodiment Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Although the configuration is almost the same as that of the second embodiment,
The installation location of the polarizer 18 is different. That is, in this embodiment, the polarizer 18 is arranged near the pupil plane of the condenser lens 12. Although it is optically equivalent to the second embodiment, when the flatness of the polarizer 18 is not good,
This embodiment is effective when the rotation axis of the polarizer 18 is not completely perpendicular to the optical axis AX. Even when the polarizer 18 is rotated by the actuator 70 in such a situation, the image does not move on the image plane, and two images whose positions are completely matched can be obtained corresponding to two polarizer angles. . Therefore, a difference image can be easily obtained.

【0053】[0053]

【実施例4】次に、図7を参照しながら実施例4につい
て説明する。この実施例4は、前記実施例2の変形例で
ある。実施例2では、アクチュエータ70によってポラ
ライザ18が回転するが、本実施例ではアナライザ50
が回転する構成となっている。すなわち、アナライザ角
が1/4波長板20の光学軸に対して45°,135°
となるように、アクチュエータ70によってアナライザ
50が回転駆動される。そして、各アナライザ角に対応
する2つの画像がそれぞれ2次元撮像素子54で光電変
換により取り込まれる。なお、ポラライザ18の方位は
45°に設定されている。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is a modification of the second embodiment. In the second embodiment, the polarizer 70 is rotated by the actuator 70, but in this embodiment, the analyzer 50 is rotated.
Is configured to rotate. That is, the analyzer angle is 45 °, 135 ° with respect to the optical axis of the quarter-wave plate 20.
The analyzer 50 is rotationally driven by the actuator 70 so that Then, the two images corresponding to the respective analyzer angles are captured by the two-dimensional image pickup device 54 by photoelectric conversion. The azimuth of the polarizer 18 is set to 45 °.

【0054】[0054]

【他の実施例】この発明には数多くの実施の形態があ
り、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能で
ある。例えば、次のようなものも含まれる。 (1)前記実施例では、CCDなどの2次元撮像素子を
用いたが、撮像手段であれば、どのようなものを用いて
もよい。また、アナライザ出力を光学的に観察するよう
にしてもよい。 (2)その他、必要に応じてリレー光学系やミラーを用
いてよい。光源も、水銀ランプの他、各種のものを用い
てよい。 (3)前記実施例は、本発明を主として顕微鏡に適用し
たものであるが、物体の表面観察装置全般に本発明は適
用可能である。例えば、物体の段差測定,磁気ヘッド,
ウエハ,レチクルなどの欠陥検査,物体の表面形状を加
味した位置測定に有効である。
Other Embodiments The present invention has many embodiments and can be variously modified based on the above disclosure. For example, the following is also included. (1) In the above embodiment, a two-dimensional image pickup device such as a CCD was used, but any image pickup means may be used. Also, the analyzer output may be optically observed. (2) In addition, a relay optical system or a mirror may be used if necessary. As the light source, various ones other than the mercury lamp may be used. (3) In the above-described embodiment, the present invention is mainly applied to a microscope, but the present invention is applicable to all object surface observing apparatuses. For example, step measurement of an object, magnetic head,
It is effective for defect inspection of wafers, reticles, etc., and position measurement taking into consideration the surface shape of the object.

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

【図1】この発明の実施例の基本的な構成を示す斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の各構成要素の基本的な作用を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a basic operation of each component of FIG.

【図3】図1の装置の基本的な動作を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a basic operation of the apparatus of FIG.

【図4】本発明の実施例1を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例2を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例3を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例4を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】位相差顕微鏡の一般的な構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a general configuration of a phase contrast microscope.

【図9】背景技術の位相板の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a phase plate of the background art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…リング絞り 12…コンデンサレンズ 14…位相物体 16…対物レンズ 18…ポラライザ 20…1/4波長板 22…輪帯偏向板 22a…輪帯部 22b…他の部分 24…アナライザ 40…光源 42…干渉フィルタ 44…コレクタレンズ 46…第1リレーレンズ 48…第2リレーレンズ 50…偏光ビームスプリッタ(アナライザ) 52,56…レンズ 54,58…2次元撮像素子 60…差動増幅器 62…画像表示部 70…アクチュエータ 72…画像格納部 74…コンピュータ 76…インターフェース Reference numeral 10 ... Ring diaphragm 12 ... Condenser lens 14 ... Phase object 16 ... Objective lens 18 ... Polarizer 20 ... Quarter wavelength plate 22 ... Ring zone deflector 22a ... Ring zone 22b ... Other part 24 ... Analyzer 40 ... Light source 42 ... Interference filter 44 ... Collector lens 46 ... First relay lens 48 ... Second relay lens 50 ... Polarization beam splitter (analyzer) 52, 56 ... Lens 54, 58 ... Two-dimensional imaging device 60 ... Differential amplifier 62 ... Image display unit 70 ... Actuator 72 ... Image storage 74 ... Computer 76 ... Interface

【数12】 (Equation 12)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成7年11月28日[Submission date] November 28, 1995

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0038[Correction target item name] 0038

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0038】 S=2│C│[sin2θ−sin{2θ−φ(x,y))}] =2│C│[sinφ(x,y)/2}cos{2θ−φ(x,y) /2}] ……(11) 2θ−φ(x,y)/2=nπ[│n│=0,1,2,3,……] ……(12)S = 2 | C | 2 [sin2θ 1 −sin {2θ 1 −φ (x, y))}] = 2 | C | 2 [sin φ (x, y) / 2} cos {2θ 1 −φ (X, y) / 2}] (11) 2θ 1 -φ (x, y) / 2 = nπ [| n | = 0, 1, 2, 3, ...] (12)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 観察対象の物体からの光を集光するため
の対物レンズ;物体を照明して、対物レンズの瞳近傍に
選択的にフィルタリング可能な光像を得るための照明手
段;回転可能なポラライザ及び1/4波長板を含み、対
物レンズからの入射光の直交する2つの直線偏光成分の
位相差を任意に調整するための位相差調整手段;この位
相差調整手段からの入射光の0次光及び回折光に対し、
それらの直線偏光成分を異なる方向で抽出するための第
1フィルタ手段;この第1フィルタ手段からの入射光か
ら、第1及び第2の異なる方向において可干渉な偏光成
分をそれぞれ得るための第2フィルタ手段;この第2フ
ィルタ手段によって得られた第1の方向の可干渉な偏光
成分に基づいて第1の像を得るための第1の撮像手段;
第2フィルタ手段によって得られた第2の方向の可干渉
な偏光成分に基づいて第2の像を得るための第2の撮像
手段;これらの撮像手段によって得られた第1及び第2
の像の差画像を得るための差画像生成手段;を備えたこ
とを特徴とする表面観察装置。
1. An objective lens for collecting light from an object to be observed; illumination means for illuminating the object to obtain a selectively filterable light image in the vicinity of the pupil of the objective lens; rotatable. Phase difference adjusting means for arbitrarily adjusting the phase difference between two linearly polarized light components orthogonal to each other of the incident light from the objective lens, including a polarizer and a quarter wave plate; For 0th order light and diffracted light,
First filter means for extracting the linearly polarized light components in different directions; second for obtaining coherent polarized light components in the first and second different directions from the incident light from the first filter means, respectively. Filter means; first imaging means for obtaining a first image based on the coherent polarization component in the first direction obtained by the second filter means;
Second image pickup means for obtaining a second image based on the coherent polarization component in the second direction obtained by the second filter means; first and second image pickup means obtained by these image pickup means
Image observation means for obtaining a difference image of the image of the surface observation device.
【請求項2】 観察対象の物体からの光を集光するため
の対物レンズ;物体を照明して、対物レンズの瞳近傍に
選択的にフィルタリング可能な光像を得るための照明手
段;回転可能なポラライザ及び1/4波長板を含み、対
物レンズからの入射光の直交する2つの直線偏光成分の
位相差を任意に調整するための位相差調整手段;この位
相差調整手段からの入射光の0次光及び回折光に対し、
それらの直線偏光成分を異なる方向で抽出するための第
1フィルタ手段;このフィルタ手段からの入射光から、
可干渉な偏光成分を得るための第2フィルタ手段;この
第2フィルタ手段によって得られた偏光成分による像を
得るための撮像手段;前記ポラライザ又は第2フィルタ
手段を第1の偏光方向としたときに撮像された第1の像
と、ポラライザ又は第2フィルタ手段を第1の偏光方向
と異なる第2の偏光方向としたときに撮像された第2の
像とを格納するためのメモリ手段;このメモリ手段に格
納された第1及び第2の像の差画像を得るための差画像
生成手段;を備えたことを特徴とする表面観察装置。
2. An objective lens for condensing light from an object to be observed; an illumination means for illuminating the object to obtain a selectively filterable optical image in the vicinity of the pupil of the objective lens; rotatable. Phase difference adjusting means for arbitrarily adjusting the phase difference between two linearly polarized light components orthogonal to each other of the incident light from the objective lens, including a polarizer and a quarter wave plate; For 0th order light and diffracted light,
First filter means for extracting those linearly polarized light components in different directions; from incident light from this filter means,
Second filter means for obtaining a coherent polarization component; image pickup means for obtaining an image by the polarization component obtained by the second filter means; when the polarizer or the second filter means is set to the first polarization direction Memory means for storing the first image captured in the second image and the second image captured when the polarizer or the second filter means has a second polarization direction different from the first polarization direction; A surface observation apparatus comprising: a difference image generating means for obtaining a difference image of the first and second images stored in the memory means.
【請求項3】 前記照明手段は、照明光を集光するため
のコンデンサレンズを含み;前記ポラライザを前記コン
デンサレンズの瞳近傍に配置したことを特徴とする請求
項1又は2記載の表面観察装置。
3. The surface observation apparatus according to claim 1, wherein the illuminating unit includes a condenser lens for condensing illumination light; and the polarizer is arranged near a pupil of the condenser lens. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103852458A (en) * 2014-02-28 2014-06-11 浙江大学 Microscopic method based on wide field stimulated emission difference and microscopic device based on wide field stimulated emission difference
CN106873141A (en) * 2017-04-10 2017-06-20 广州粤显光学仪器有限责任公司 A kind of modulated dispersion dyeing microcobjective

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