JPH09145308A - 物体観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の振幅分布に不感であって、微分位相像
あるいは絶対位相像のみを観察する。 【解決手段】 照明光ｉ00は、ポラライザ１０，１／４
波長板１２によって所定の位相差が与えられた直交する
２つの直線偏光成分の光は、ノマルスキープリズム１４
によってシャーしコンデンサレンズ１６に入射する。シ
ャーした照明光ＥＯ，ＯＥは、物体面Ｓ上の物体を透過
し、対物レンズ１８，ノマルスキープリズム２０を透過
して１つの照明光に合成され、アナライザ２２に入射す
る。アナライザ２２を透過した可干渉な照明光ｉ1によ
る像と、反射された可干渉な照明光ｉ2による像から差
画像が演算される。この差画像を異なる位相差で得ると
ともに、差画像比を演算すると、物体の振幅成分を含ま
ない微分位相量のみの像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は物体観察装置にか
かり、更に具体的には、物体からの光の位相微分を観察
する物体観察装置に関するものである。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】観察対象で
ある物体からの透過光あるいは反射光の位相微分を観察
する物体観察装置としては、微分干渉顕微鏡がある。こ
の微分干渉顕微鏡では、複屈折素子などを利用して複数
の可干渉光が生成される。そして、これらの光の物体か
らの透過光あるいは反射光を偏光干渉させることで、物
体の位相微分像を観察するようにしたものである。

【０００３】ところで、従来の微分干渉顕微鏡では、光
の振幅と位相の両方が位置によって変化するような物体
の像を観察する場合に、振幅微分の影響によって、位相
微分成分のみを抽出した純粋な位相微分像又は絶対位相
像を観察することができない。つまり、位相微分像と振
幅微分像とが重なって観察されるため、得られた画像が
何を意味するものか必ずしも明瞭とはいえないという不
都合がある。

【０００４】この発明は、以上の点に着目したもので、
物体の振幅（の絶対値）分布に不感であって、微分位相
像あるいは絶対位相像のみを簡便な構成で観察すること
ができる物体観察装置を提供することを、その目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

【発明の開示】前記目的を達成するため、この発明は、
物体を照明するための光を供給する照明手段（30〜3
8）；これによって供給された光のうち、直交する第１
及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
の位相差調整手段（10,12）；これによって位相差が調
整された第１の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光
軸を相対的にシャーして観察対象の物体に照射する光分
離手段（14）；物体を透過又は反射した前記第１の偏光
方向の光と第２の偏光方向の光を合成する光合成手段
（20）；この光合成手段から供給された光による画像を
得るための撮像手段（46）；前記位相差調整手段によっ
て第１，第２，第３，第４の異なる位相差を与えたとき
に前記撮像手段でそれぞれ得られた第１，第２，第３，
第４の画像を格納するための画像格納手段（64）；これ
に格納された画像のうち、位相差の差がπの整数倍とな
る画像間で信号強度の差を求めて、第１及び第２の差画
像を得るための差画像生成手段（56）；これによって得
られた差画像の比を算出するための差画像比算出手段
（56）；これによって算出された差画像比に基づいて物
体の位相微分像を得るための位相差分算出手段（56）；
を備えたことを特徴とする。

【０００６】他の発明は、前記光合成手段から供給され
た光から、第３及び第４の異なる偏光方向において前記
第１，第２の偏光成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ
得るためのフィルタ手段（22）；このフィルタ手段によ
って得られた第３の方向の可干渉な偏光成分に基づいて
第１の像を得るとともに、前記第１，第２の偏光方向の
成分から第４の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第２
の像を得るための撮像手段（46,50）；この撮像手段に
よって得られた第１及び第２の像の信号強度の差を示す
差画像を得るための差画像生成手段（52）；前記位相差
調整手段によって第１の位相差が与えられたときに得ら
れた第１の差画像と、第２の位相差が与えられたときに
得られた第２の差画像との信号強度の比を算出する差画
像比算出手段（56）；これによって算出された差画像比
に基づいて物体の位相差分像を得るための位相差分算出
手段（56）；とを備えたことを特徴とする。

【０００７】更に他の発明は、前記光合成手段から供給
された光を第１及び第２の光に振幅分割する光分割手段
（100）；前記第１又は第２の光のうちの一方の光をな
す、直交する偏波面の２つの直線偏光の成分の位相差に
対して、更にπの整数倍にπ／２を加えた位相差を加え
る、位相差付加手段；分割後の第１の光から、第３及び
第４の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏光方
向の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るための第
１のフィルタ手段（22）；分割後の第２の光から、第５
及び第６の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏
光方向の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るため
の第２のフィルタ手段（102,104）；これら第１及び第
２のフィルタ手段によって得られた第３，第４，第５，
第６の方向の偏光成分に基づいてそれぞれ像を得るため
の撮像手段（124,126,132,134）；これらによって得ら
れた画像のうち、前記第１，第２の偏光方向の成分の位
相差の相対的な差がπの整数倍となる２対の画像間でそ
れぞれ信号強度の差を求めて、第１及び第２の差画像を
得るための差画像生成手段（136,138）；これによって
得られた２つの差画像の信号強度の比を算出するための
差画像比算出手段（140）；これによって算出された差
画像比に基づいて物体の位相差分像を得るための位相差
分算出手段（142）；とを備えたことを特徴とする。

【０００８】更に他の発明は、前記差画像生成手段によ
って生成された差画像に基づいて物体の位相微分像を得
るための位相差分算出手段；を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】更に他の発明は、回転可能なアナライザ手
段を備えるとともに、前記画像格納手段（64）に格納さ
れた画像のうち、位相差の差がπの整数倍となる画像間
で信号強度の差を求めて、第１の差画像を得るための差
画像生成手段；アナライザ手段を２つの角度に設定し、
第１，第２の明視野像を得る明視野像生成手段；これら
の１つの差画像と２つの明視野像に基づいて物体の位相
差分像を得るための位相差分算出手段；を備えたことを
特徴とする。

【００１０】更に他の発明は、前記光合成手段から供給
された光から、前記第１，第２の偏光方向及び他の第３
及び第４の異なる偏光方向において偏光成分をそれぞれ
得るためのフィルタ手段；このフィルタ手段によって得
られた第３の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第１の
像を得、第４の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第２
の像を得、第１の方向の第３の像と第２の方向の第４の
像を得るための撮像手段；この撮像手段によって得られ
た第１及び第２の像の信号強度の差を示す差画像を得る
ための差画像生成手段；前記位相差調整手段によって第
１の位相差が与えられたときに得られた第１の差画像
と、前記第３，第４の像に基づいて物体の位相差分像を
得るための位相差分算出手段；を備えたことを特徴とす
る。

【００１１】主要な態様によれば、前記位相差調整手段
は、回転可能なポラライザ及び１／４波長板を含む。ま
た、前記位相差調整手段は、電圧によって屈折率が制御
可能な液晶で構成される。更に、前記位相差調整手段
は、光軸を横切る方向に前記光分離手段及び前記光合成
手段の少なくとも一方を移動させる手段（152）で構成
される。

【００１２】他の態様によれば、前記光分離手段及び光
合成手段の少なくとも一方は複屈折性プリズムで構成さ
れる。また、前記フィルタ手段は偏光ビームスプリッタ
を含む。

【００１３】更に他の態様によれば、前記照明手段は、
レーザ光源（110）と、これから出力されたレーザビー
ムを走査する走査手段（116）を含む。また、前記走査
手段は物体を透過又は正反射した光の光路中に配置さ
れ、物点と共役な位置にピンホール（210,212,214,21
6）が設けられる。

【００１４】この発明の態様には、以下のものもある。 （A-0）光透過性の物体を観察する物体観察装置であっ
て、第１の光を射出する光源と、該光源からの第１の光
をポラライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポ
ラライザと、ポラライザを透過した第１の光を、第１の
偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、
互いに異なる方向に進行する光に分離する光分離手段
と、前記２つの直線偏光の光を集光し、光透過性の物体
内の第１の領域内を一括して透過照明するコンデンサレ
ンズと、前記光透過性の物体から透過方向に発生する光
を集光し得る対物レンズと、前記光透過性の物体を透過
し、前記対物レンズによって屈折された前記２つの直線
偏光の光を第３の偏光状態の第２の光に合成する光合成
手段と、前記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの
直線偏光の光の相対的な位相差量を調整する位相差調整
手段と、前記第３の偏光状態の第２の光を、第４の偏光
状態と第５の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離する
偏光分離手段と、前記第４の偏光状態の光を光電変換す
る第１の撮像素子と、前記第５の偏光状態の光を光電変
換する第２の撮像素子と、前記第１の撮像素子と前記第
２の撮像素子の各々の光電変換信号の信号強度の差であ
る差画像信号を生成する差画像生成手段と、前記差画像
信号を読み出し可能な状態で格納する差画像格納手段
と、前記差画像格納手段から、同一物体の差画像であっ
て、前記位相差調整手段による前記第１の偏光状態と前
記第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相
差量が、第１の位相差の場合の第１の差画像と第２の位
相差の場合の第２の差画像を読み出し、これらの信号強
度の比である差画像比を算出する差画像比算出手段と、
前記差画像比の逆正接を計算することで位相差分像を生
成する位相差分算出手段とを有し、前記第１の位相差は
πの整数倍にπ/２を加えた値であって、前記第２の位
相差はπの整数倍であることを特徴とする物体観察装
置。

【００１５】（A-1）差画像比の代わりに、差画像の信
号強度を用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段
を有することを特徴とする物体観察装置。

【００１６】（A-2）前記偏光分離手段を回転可能とす
るとともに、差画像比の代わりに、差画像の信号強度を
用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段を有する
ことを特徴とする物体観察装置。

【００１７】（B-0）光透過性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出する光源と、該光源か
らの第１の光をポラライザ角に平行な直線偏光にする、
回転可能なポラライザと、ポラライザを透過した第１の
光を、第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏
光であって、互いに異なる方向に進行する光に分離する
光分離手段と、前記２つの直線偏光の光を集光し、光透
過性の物体内の第１の領域内を一括して透過照明するコ
ンデンサレンズと、前記光透過性の物体から透過方向に
発生する光を集光し得る対物レンズと、前記光透過性の
物体を透過し、前記対物レンズによって屈折された前記
２つの直線偏光の光を第３の偏光状態の第２の光に合成
する光合成手段と、前記第１の偏光状態と第２の偏光状
態の２つの直線偏光の光の相対的な位相差量を調整する
位相差調整手段と、前記第３の偏光状態の第２の光を第
４の偏光状態の光にするアナライザと、前記第４の偏光
状態の光を光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の出
力する画像信号を読み出し可能な状態で格納する画像格
納手段と、前記画像格納手段から同一物体の画像であっ
て、前記位相差調整手段による前記第１の偏光状態と前
記第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相
差量が、第１の位相差の場合の第１の画像と第２の位相
差の場合の第２の画像と第３の位相差の場合の第３の画
像と第４の位相差の場合の第４の画像を読み出し、第１
の画像と第２の画像の信号強度の差を表す第１の差画像
と、第３の画像と第４の画像の信号強度の差を表す第２
の差画像を算出する差画像算出手段と、前記差画像信号
を読み出し可能な状態で格納する差画像格納手段と、前
記差画像格納手段から、同一物体の第１の差画像と第２
の差画像を読みだし、これらの信号強度の比である差画
像比を算出する差画像比算出手段と、前記差画像比の逆
正接を計算することで位相差分像を生成する位相差分算
出手段を有し、任意の整数ｍ，ｎに対し、前記第１の位
相差はｎπ＋π／２であって前記第２の位相差はｎπ−
π／２であって、前記第３の位相差はｍπであって前記
第４の位相差はｍπ−πであることを特徴とする物体観
察装置。 （B-1）差画像比の代わりに、前記差画像の信号強度を
用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段を有し、
第１，第２の位相差の差と第３，第４の位相差の差がπ
の整数倍，第１，第３の位相差の差がπの整数倍にπ／
２を加えた値であることを特徴とする物体観察装置。 （B-2）光透過性の物体を観察する物体観察装置であっ
て、第１の光を射出する光源と、該光源からの第１の光
をポラライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポ
ラライザと、ポラライザを透過した第１の光を、第１の
偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、
互いに異なる方向に進行する光に分離する光分離手段
と、前記２つの直線偏光の光を集光し、光透過性の物体
内の第１の領域内を一括して透過照明するコンデンサレ
ンズと、前記光透過性の物体から透過方向に発生する光
を集光し得る対物レンズと、前記光透過性の物体を透過
し、前記対物レンズによって屈折された前記２つの直線
偏光の光を第３の偏光状態の第２の光に合成する光合成
手段と、前記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの
直線偏光の光の相対的な位相差量を調整する位相差調整
手段と、前記第３の偏光状態の第２の光を第４と前記第
１，第２の偏光状態の光にする回転可能なアナライザ
と、前記第４の偏光状態の光を光電変換する撮像素子
と、前記撮像素子の出力する画像信号を読み出し可能な
状態で格納する画像格納手段と、前記画像格納手段から
同一物体の画像であって、前記位相差調整手段による前
記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態の２つの直線偏
光の光の相対的な位相差量が、第１の位相差の場合の第
４の偏光状態の光の像である第１の画像と、第１，第２
の偏光状態の光の像である第３，第４の画像を読み出
し、第１の画像と第２の画像の信号強度の差を表す第１
の差画像を算出する画像算出手段と、前記画像信号を読
み出し可能な状態で格納する画像格納手段と、前記画像
格納手段から、同一物体の第１の差画像と第３，第４の
画像を読み出し、これらを用いて位相差分像を生成する
位相差分算出手段を有し、第１，第２の位相差の差がπ
の整数倍であることを特徴とする物体観察装置。

【００１８】（C-0）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出する光源と、前記光反
射性の物体から反射方向に発生する光を集光し得る光軸
に沿って配置された対物レンズと、前記第１の光をポラ
ライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポラライ
ザと、前記第１の光を、前記光軸に沿って配置された前
記対物レンズに向けて反射させるハーフミラーと、この
ハーフミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態
と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、互いに異
なる方向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前
記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光で
あって、互いに異なる方向に進行する光は、前記対物レ
ンズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射さ
れ、再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再び
入射し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離手
段を射出し、前記ハーフミラーを透過し、更に、前記第
１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の
相対的な位相差量を調整する位相差調整手段と、前記第
３の偏光状態の第２の光を、第４の偏光状態と第５の偏
光状態の２つの直線偏光の光に分離する偏光分離手段
と、前記第４の偏光状態の光を光電変換する第１の撮像
素子と、前記第５の偏光状態の光を光電変換する第２の
撮像素子と、前記第１の撮像素子と、前記第２の撮像素
子の各々の光電変換信号の信号強度の差である差画像信
号を生成する差画像生成手段と、前記差画像信号を読み
出し可能な状態で格納する差画像格納手段と、前記差画
像格納手段から、同一物体の差画像であって、前記位相
差調整手段による前記第１の偏光状態と前記第２の偏光
状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相差量が、第１
の位相差の場合の第１の差画像と第２の位相差の場合の
第２の差画像を読み出し、これらの信号強度の比である
差画像比を算出する差画像比算出手段と、前記差画像比
の逆正接を計算することで位相差分像を生成する位相差
分算出手段を有し、前記第１の位相差はπの整数倍にπ
/２を加えた値であって、前記第２の位相差はπの整数
倍であることを特徴とする物体観察装置。

【００１９】（C-1）差画像比の代わりに、差画像を用
いて位相差分像を生成する位相差分算出手段を有し、第
１，第２の位相差の差はπの整数倍であることを特徴と
する物体観察装置。

【００２０】（C-2）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出する光源と、前記光反
射性の物体から反射方向に発生する光を集光し得る光軸
に沿って配置された対物レンズと、前記第１の光をポラ
ライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポラライ
ザと、前記第１の光を、前記光軸に沿って配置された前
記対物レンズに向けて反射させるハーフミラーと、この
ハーフミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態
と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、互いに異
なる方向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前
記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光で
あって、互いに異なる方向に進行する光は、前記対物レ
ンズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射さ
れ、再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再び
入射し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離手
段を射出し、前記ハーフミラーを透過し、更に、前記第
１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の
相対的な位相差量を調整する位相差調整手段と、前記第
３の偏光状態の第２の光を、前記第１，第２の２つの偏
光状態もしくは新たな第４の偏光状態と第５の偏光状態
の２つの直線偏光の光に分離する回転可能な偏光分離手
段と、前記第１又は第４の偏光状態の光を光電変換する
第１の撮像素子と、前記第２又は第５の偏光状態の光を
光電変換する第２の撮像素子と、前記第１の撮像素子
と、前記第２の撮像素子の各々の光電変換信号の信号強
度の差である差画像信号を生成する差画像生成手段と、
前記第１，第２の撮像素子の信号強度である第１，第２
の画像を出力する画像生成手段と、前記差画像信号と第
１，第２の画像の信号を読み出し可能な状態で格納する
画像格納手段と、前記画像格納手段から、同一物体の差
画像であって、前記位相差調整手段による前記第１の偏
光状態と前記第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相
対的な位相差量が、第１の位相差の場合の第１の差画像
と前記第１，第２の画像を読み出し、これらを用いて位
相差分像を生成する位相差分算出手段を有することを特
徴とする物体観察装置。

【００２１】（D-0）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出する光源と、前記光反
射性の物体から反射方向に発生する光を集光し得る光軸
に沿って配置された対物レンズと、前記第１の光をポラ
ライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポラライ
ザと、前記第１の光を、前記光軸に沿って配置された前
記対物レンズに向けて反射させるハーフミラーと、この
ハーフミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態
と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、互いに異
なる方向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前
記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光で
あって互いに異なる方向に進行する光は、前記対物レン
ズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射され、
再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再び入射
し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離手段を
射出し、前記ハーフミラーを透過し、更に、前記第１の
偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対
的な位相差量を調整する位相差調整手段と、前記第３の
偏光状態の第２の光を、第４の偏光状態の光にするアナ
ライザと、前記第４の偏光状態の光を光電変換する撮像
素子と、前記撮像素子の出力する画像信号を読み出し可
能な状態で格納する画像格納手段と、前記画像格納手段
から、同一物体の画像であって、前記位相差調整手段に
よる前記第１の偏光状態と前記第２の偏光状態の２つの
直線偏光の光の相対的な位相差量が、第１の位相差の場
合の第１の画像と第２の位相差の場合の第２の画像と第
３の位相差の場合の第３の画像と第４の位相差の場合の
第４の画像を読み出し、第１の画像と第２の画像の信号
強度の差を表す第１の差画像と、第３の画像と第４の画
像の信号強度の差を表す第２の差画像を算出する差画像
算出手段と、前記差画像信号を読み出し可能な状態で格
納する差画像格納手段と、前記差画像格納手段から、同
一物体の第１の差画像と第２の差画像を読み出し、これ
らの信号強度の比である差画像比を算出する差画像比算
出手段と、前記差画像比の逆正接を計算することで位相
差分像を生成する位相差分算出手段を有し、任意の整数
ｍ，ｎに対し、前記第１の位相差はｎπ+π／２であっ
て、前記第２の位相差はｎπ-π／２であって、前記第
３の位相差はｍπであって、前記第４の位相差はｍπ-
πであることを特徴とする物体観察装置。

【００２２】（D-1）差画像比の代わりに前記差画像を
用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段を有し、
第１，第２の位相差の差と第３，第４の位相差の差がπ
の整数倍であって、第１，第３の位相差の差がπの整数
倍にπ／２を加えた値であることを特徴とする物体観察
装置。

【００２３】（D-2）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出する光源と、前記光反
射性の物体から反射方向に発生する光を集光し得る光軸
に沿って配置された対物レンズと、前記第１の光をポラ
ライザ角に平行な直線偏光にする、回転可能なポラライ
ザと、前記第１の光を、前記光軸に沿って配置された前
記対物レンズに向けて反射させるハーフミラーと、この
ハーフミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態
と第２の偏光状態の２つの直線偏光であって、互いに異
なる方向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前
記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光で
あって互いに異なる方向に進行する光は、前記対物レン
ズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射され、
再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再び入射
し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離手段を
射出し、前記ハーフミラーを透過し、更に、前記第１の
偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対
的な位相差量を調整する位相差調整手段と、前記第３の
偏光状態の第２の光を、前記第１，第２の偏光状態もし
くは新たな第４の偏光状態の光にする回転可能なアナラ
イザと、前記第１，第２もしくは第４の偏光状態の光を
光電変換する撮像素子と、前記撮像素子の出力する画像
信号を読み出し可能な状態で格納する画像格納手段と、
前記画像格納手段から、同一物体の画像であって、前記
位相差調整手段による前記第１の偏光状態と前記第２の
偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相差量が、
第１の位相差の場合の第４の偏光状態の像である第１の
画像と、第２の位相差の場合の第２の画像と、第１，第
２の偏光状態の光の像である第３，第４の画像を読み出
し、第１の画像と第２の画像の信号強度の差を表す第１
の差画像、を算出する画像算出手段と、前記画像信号を
読み出し可能な状態で格納する差画像格納手段と、前記
画像格納手段から、同一物体の第１の差画像と第３，第
４の画像を読み出し、これらを用いて位相差分像を生成
する位相差分算出手段を有し、第１，第２の位相差の差
がπの整数倍であることを特徴とする物体観察装置。

【００２４】（E）前記光線分離手段と前記光線合成手
段のどちらか一方、または両方が複屈折性プリズムであ
ることを特徴とする、（A）〜（D）のいずれかに記載の
物体観察装置。

【００２５】（F）前記位相差調整手段は、１/４波長板
と、光軸を中心として回転可能なポラライザとの組み合
わせであることを特徴とする（A）〜（E）のいずれかに
記載の物体観察装置。

【００２６】（G）前記位相調整手段は前記光線分離手
段と前記光線合成手段のどちらか一方、または両方を光
軸を横切る方向に移動させることによって位相差を調整
し得ることを特徴とする、（A）〜（F）のいずれかに記
載の物体観察装置。

【００２７】（H）前記偏光分離手段は、偏光ビームス
プリッタであることを特徴とする（A）〜（G）のいずれ
かに記載の物体観察装置。

【００２８】（I-0）光透過性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出するレーザー光源と、
第１の光を、第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの
直線偏光であって互いに異なる方向に進行する光に分離
する光分離手段と、前記２つの直線偏光の光を集光し、
光透過性の物体内の第１の領域内で２つのビームスポッ
トを形成するコンデンサレンズと、前記２つのビームス
ポットを前記第１の領域内で１次元もしくは２次元走査
する走査手段と、前記光透過性の物体から透過方向に発
生する光を集光し得る対物レンズと、前記光透過性の物
体を透過し、前記対物レンズによって屈折された前記２
つの直線偏光の光を第３の偏光状態の第２の光に合成す
る、光合成手段と、前記第２の光の第１の偏光状態と第
２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相差量
である第１の位相差を調整する第１の位相差調整手段
と、前記第２の光を第３の光と第４の光に振幅分割する
ハーフミラーと、前記第３の光を、第４の偏光状態と第
５の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離する第１の偏
光分離手段と、前記第４の光を、第６の偏光状態と第７
の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離する、第２の偏
光分離手段と、前記第４の光の成分であって、前記第１
の偏光状態に平行な直線偏光の成分と第２の偏光状態に
平行な直線偏光の成分の間の相対的な位相差量である第
２の位相差を調整する第２の位相差調整手段と、前記第
４の偏光状態の光を光電変換する第１の光電変換素子
と、前記第５の偏光状態の光を光電変換する第２の光電
変換素子と、前記第６の偏光状態の光を光電変換する第
３の光電変換素子と、前記第７の偏光状態の光を光電変
換する第４の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子
と、前記第２の光電変換素子の各々の光電変換信号の信
号強度の差である第１の差画信号を生成する第１の差信
号生成手段と、前記第３の光電変換素子と、前記第４の
光電変換素子の各々の光電変換信号の信号強度の差であ
る第２の差信号を生成する第２の差信号生成手段と、前
記第１の差信号と前記第２の差信号の比である差信号比
を算出する割算器と、前記差信号比の逆正接を計算する
ことで位相差分像を生成する位相差分算出手段を有する
ことを特徴とする物体観察装置。

【００２９】（I-1）差信号比の代わりに、前記２つの
差信号を用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段
を有することを特徴とする物体観察装置。

【００３０】（I-2）光透過性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出するレーザー光源と、
第１の光を、第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの
直線偏光であって互いに異なる方向に進行する光に分離
する光分離手段と、前記２つの直線偏光の光を集光し、
光透過性の物体内の第１の領域内で２つのビームスポッ
トを形成するコンデンサレンズと、前記２つのビームス
ポットを前記第１の領域内で１次元もしくは２次元走査
する走査手段と、前記光透過性の物体から透過方向に発
生する光を集光し得る対物レンズと、前記光透過性の物
体を透過し、前記対物レンズによって屈折された前記２
つの直線偏光の光を第３の偏光状態の第２の光に合成す
る、光合成手段と、前記第２の光の第１の偏光状態と第
２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的な位相差量
である第１の位相差を調整する第１の位相差調整手段
と、前記第２の光を第３の光と第４の光に振幅分割する
ハーフミラーと、前記第３の光を、第４の偏光状態と第
５の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離する第１の偏
光分離手段と、前記第４の光を、第１の偏光状態と前記
第２の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離する、第２
の偏光分離手段と、前記第４の偏光状態の光を光電変換
する第１の光電変換素子と、前記第５の偏光状態の光を
光電変換する第２の光電変換素子と、前記第１の偏光状
態の光を光電変換する第３の光電変換素子と、前記第２
の偏光状態の光を光電変換する第４の光電変換素子と、
前記第１の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子の
各々の光電変換信号の信号強度の差である第１の差画信
号を生成する第１の差信号生成手段と、前記第３の光電
変換素子と、前記第４の光電変換素子の各々の光電変換
信号である第３，第４の信号を生成する信号生成手段
と、前記差信号と第３，第４の信号を用いて位相差分像
を生成する位相差分算出手段を有することを特徴とする
物体観察装置。

【００３１】（J-0）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出するレーザー光源と、
前記光反射性の物体から反射方向に発生する光を集光し
得る光軸に沿って配置された対物レンズと、前記第１の
光を、前記光軸に沿って配置された前記対物レンズに向
けて反射させる第１のハーフミラーと、前記第１のハー
フミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態と第
２の偏光状態の２つの直線偏光であって互いに異なる方
向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前記対物
レンズは前記２つの直線偏光の光を集光し、光反射性の
物体内の第１の領域内で２つのビームスポットを形成
し、前記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線
偏光であって互いに異なる方向に進行する光は、前記対
物レンズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射
され、再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再
び入射し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離
手段を射出し、前記第１のハーフミラーを透過し、更
に、前記２つのビームスポットを前記第１の領域内で１
次元もしくは２次元走査する走査手段と、前記第１の偏
光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的
な位相差量である第１の位相差を調整する第１の位相差
調整手段と、前記第２の光を第３の光と第４の光に振幅
分割する第２のハーフミラーと、前記第３の光を、第４
の偏光状態と第５の偏光状態の２つの直線偏光の光に分
離する第１の偏光分離手段と、前記第４の光を、第６の
偏光状態と第７の偏光状態の２つの直線偏光の光に分離
する第２の偏光分離手段と、前記第４の光の成分であっ
て、前記第１の偏光状態に平行な直線偏光の成分と第２
の偏光状態に平行な直線偏光の成分の間の相対的な位相
差量である第２の位相差を調整する第２の位相差調整手
段と、前記第４の偏光状態の光を光電変換する第１の光
電変換素子と、前記第５の偏光状態の光を光電変換する
第２の光電変換素子と、前記第６の偏光状態の光を光電
変換する第３の光電変換素子と、前記第７の偏光状態の
光を光電変換する第４の光電変換素子と、前記第１の光
電変換素子と、前記第２の光電変換素子の各々の光電変
換信号の信号強度の差である第１の差画信号を生成する
第１の差信号生成手段と、前記第３の光電変換素子と、
前記第４の光電変換素子の各々の光電変換信号の信号強
度の差である第２の差画信号を生成する第２の差信号生
成手段と、前記第１の差信号と前記第２の差信号の比で
ある差信号比を算出する割算器と、前記差信号比の逆正
接を計算することで位相差分像を生成する位相差分算出
手段を有することを特徴とする物体観察装置。

【００３２】（J-1）差信号比の代わりに、前記２つの
差信号を用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段
を有することを特徴とする物体観察装置。

【００３３】（J-2）光反射性の物体を観察する物体観
察装置であって、第１の光を射出するレーザー光源と、
前記光反射性の物体から反射方向に発生する光を集光し
得る光軸に沿って配置された対物レンズと、前記第１の
光を、前記光軸に沿って配置された前記対物レンズに向
けて反射させる第１のハーフミラーと、前記第１のハー
フミラーで反射された第１の光を、第１の偏光状態と第
２の偏光状態の２つの直線偏光であって互いに異なる方
向に進行する光に分離する光分離手段を有し、前記対物
レンズは前記２つの直線偏光の光を集光し、光反射性の
物体内の第１の領域内で２つのビームスポットを形成
し、前記第１の偏光状態と第２の偏光状態の２つの直線
偏光であって互いに異なる方向に進行する光は、前記対
物レンズを通過し、前記光反射性の物体に衝突し、反射
され、再び該対物レンズに入射し、前記光分離手段に再
び入射し、第３の偏光状態の第２の光になって該光分離
手段を射出し、前記第１のハーフミラーを透過し、更
に、前記２つのビームスポットを前記第１の領域内で１
次元もしくは２次元走査する走査手段と、前記第１の偏
光状態と第２の偏光状態の２つの直線偏光の光の相対的
な位相差量である第１の位相差を調整する第１の位相差
調整手段と、前記第２の光を第３の光と第４の光に振幅
分割する第２のハーフミラーと、前記第３の光を、第４
の偏光状態と第５の偏光状態の２つの直線偏光の光に分
離する第１の偏光分離手段と、前記第４の光を、前記第
１の偏光状態と前記第２の偏光状態の２つの直線偏光の
光に分離する第２の偏光分離手段と、前記第４の偏光状
態の光を光電変換する第１の光電変換素子と、前記第５
の偏光状態の光を光電変換する第２の光電変換素子と、
前記第１の偏光状態の光を光電変換する第３の光電変換
素子と、前記第２の偏光状態の光を光電変換する第４の
光電変換素子と、前記第１の光電変換素子と、前記第２
の光電変換素子の各々の光電変換信号の信号強度の差で
ある第１の差画信号を生成する第１の差信号生成手段
と、前記第３の光電変換素子と、前記第４の光電変換素
子の各々の光電変換信号である第３，第４の信号を生成
する信号生成手段と、前記差信号と第３，第４の信号を
用いて位相差分像を生成する位相差分算出手段を有する
ことを特徴とする物体観察装置。

【００３４】（K）前記第１の位相差はπの整数倍にπ/
２を加えた値であって、前記第２の位相差はπの整数倍
であることを特徴とする（I）〜（J）のいずれかに記載
の物体観察装置。

【００３５】（L）前記第２の位相差はπの整数倍にπ/
２を加えた値であって、前記第１の位相差はπの整数倍
であることを特徴とする（I）〜（J）のいずれかに記載
の物体観察装置。

【００３６】（M）前記光線分離手段と前記光線合成手
段のどちらか一方、又は両方が複屈折性プリズムである
ことを特徴とする（I）〜（L）のいずれかに記載の物体
観察装置。

【００３７】（N）前記第１の位相差調整手段は、１/４
波長板と、光軸を中心として回転可能なポラライザとの
組み合わせであることを特徴とする（I）〜（M）のいず
れかに記載の物体観察装置。

【００３８】（O）前記第２の位相差調整手段は、１/４
波長板であることを特徴とする（I）〜（M）のいずれか
に記載の物体観察装置。

【００３９】（P）前記第１の位相差調整手段は、前記
光線分離手段と前記光線合成手段のどちらか一方、又は
両方を光軸を横切る方向に移動させることによって位相
差を調整し得ることを特徴とする（I）〜（O）のいずれ
かに記載の物体観察装置。

【００４０】（Q）前記第１，第２の少なくとも一方の
偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタであることを特
徴とする（I）〜（P）のいずれかに記載の物体観察装
置。

【００４１】（R）前記第４，第５，第６，第７の少な
くとも１つの偏光状態は、直線偏光であって、前記第１
の偏光状態の直線偏光の偏波面に対して45゜の角度をな
すことを特徴とする（I）〜（Q）のいずれかに記載の物
体観察装置。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、シャーして物体を照明
する２つの偏光光の位相差を変更して複数の画像が撮像
され、更にこれらから差画像，そして差画像比が演算さ
れ、この差画像比から微分位相像が求められる。求めら
れた微分位相像には、物体の強度もしくは振幅成分は含
まれず、微分位相のみを観察することができる。

【００４３】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。

【００４４】

【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。

【００４５】

【実施例の基本的構成１】最初に、第１の基本的な構成
について図１を参照しながら説明する。同図において、
図示しない光源から出力された照明光ｉ00の光路上に
は、 入射光から直線偏光を得るための回転可能ポラライザ
１０， 直線偏光の光を透過する１／４波長板１２， 偏光干渉する２つの光を生成するための第１のノマル
スキープリズム１４， コンデンサレンズ１６ 対物レンズ１８， シャーした２つの光を合成するための第２のノマルス
キープリズム２０， 入射光から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）２２， が順に配置されている。

【００４６】これらのうち、ポラライザ１０，１／４波
長板１２，ノマルスキープリズム１４は、コンデンサレ
ンズ１６の瞳位置近傍に位置しており、ノマルスキープ
リズム２０は、対物レンズ１８の瞳位置近傍に位置して
いる。また、２つのノマルスキープリズム１４，２０の
間でシャーした２つの照明光に与えられる位相差が２π
の整数倍になるように、光軸ＡＸを横切る方向にノマル
スキープリズム１４，２０が位置調整されている。

【００４７】各素子に対して、それぞれ直交座標（Ｘ
1，Ｙ1）〜（Ｘ4，Ｙ4）を、光軸ＡＸに対して直交し、
かつ同じ方位となるように設定する。また、同様に直交
座標（Ｘ5，Ｙ5）を、アナライザ２２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）〜（Ｘ4，Ｙ4）と同じ方位となるように設定す
る。つまり、ポラライザ１０側から見たときに、各座標
軸が重なるように座標を設定する。以下、それらの方位
を単に（ｘ，ｙ）と表現する。

【００４８】物体を照明する一定面積の照明光ｉ00は、
まずポラライザ１０に入射する。ポラライザ１０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１
０を回転させることで変化する。１／４波長板１２は光
学軸が＋４５゜となっており、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π／４（４
５゜），遅い軸ｎoの方位角はｘ軸に対して−π／４
（−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（π／２，
９０゜）の位相遅れが生じる。

【００４９】例えば、ポラライザ１０の方位角θ1が１
／４波長板１２の早い軸ｎeと一致しているときは、照
明光ｉ00のうちの早い軸ｎe方向の偏光光がそのまま透
過してノマルスキープリズム１４に入射する。ポラライ
ザ１０の方位角θ1が１／４波長板１２の遅い軸ｎoと一
致しているときは、照明光ｉ00のうちの遅い軸ｎo方向
の偏光光が１／４波長板１２による９０゜位相遅れの後
にノマルスキープリズム１４に入射する。

【００５０】すなわち、１／４波長板１２を透過した光
線の偏光状態は、図２（D）に示すように、ポラライザ
角θ1によって変化する。偏光状態は、直線偏光から，
楕円偏光，円偏光と様々に変化する。図２（C）に示す
ように、この状況を、１／４波長板１２の次に入射する
ノマルスキープリズム１４により分離されるん，ｘ，ｙ
軸に平行で同じ振幅を持つ直線偏光成分ＯＥ，ＥＯの間
の位相差αで考えることもできる。つまり、２つの同じ
く振幅をもつ直線偏光成分ＯＥ，ＥＯの間の位相差αと
θ1の関係は、α＝２θ1−π／２となっており、ノマル
スキープリズム１４に入射する際の偏光状態は位相差α
を表わしていることになる。

【００５１】また、図２（D）には、アナライザの透過
軸（＋４５゜方向）とそれ垂直な反アナライザ透過軸
（−４５゜方向）も示されている。本発明の一部の実施
例では、αをある値から１８０゜だけ変化させるために
アナライザ角と反アナライザ角を用いているが、これら
を透過する直線偏光成分の振幅を同図（D）で考えれ
ば、αを１８０゜だけ変化させたことと等価であること
が明らかとなろう。このように、１／４波長板１２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。

【００５２】ポラライザ１０，１／４波長板１２による
位相変調を受けた照明光は、楔の向きが例えば０゜のノ
マルスキープリズム１４に入射して微小量シャー（横ず
れ）し、コンデンサレンズ１６によって照明光ＥＯ，Ｏ
Ｅとなる。これら照明光ＥＯ，ＯＥは、物体面Ｓ（座標
Ｘ3，Ｙ3上の平面）上で２δシャーしており、更に、照
明光ＥＯはＹ3軸に平行な偏波面の直線偏光であり、照
明光ＯＥはＸ3軸に平行な偏波面の直線偏光である。

【００５３】ここで、理解を容易にするため、以下の説
明では主光束のみを用いる。実際の光学装置において
は、主光束以外の照明光も結像に必要であるが、一つの
像点に衝突する任意の１つの照明光は物体面Ｓ上で２δ
シャーした、Ｙ3軸に平行な偏波面の直線偏光とＸ3軸に
平行な偏波面の直線偏光のペアに対応するので、主光束
だけの説明で全く差し支えない。

【００５４】シャーした照明光ＥＯと照明光ＯＥの相対
的な位相差αは、ポラライザ角θ1を変化させることで
変化させることができる。物体面Ｓ上の物体を透過した
光は、対物レンズ１８，ノマルスキープリズム２０を透
過し、再び１つの照明光に合成されてアナライザ２２に
入射する。ここで、アナライザ２２のアナライザ角θ2
は４５゜に設定されており、反アナライザ角θ3はアナ
ライザ角θ2に垂直な１３５゜に設定されている。アナ
ライザ角θ2に平行な偏波面の成分は透過されて照明光
ｉ1となり、反アナライザ角θ3に平行な偏波面の成分は
反射されて照明光ｉ2となる。なお図中、直交座標（Ｘ
4,Ｙ4）及び（Ｘ5,Ｙ5）に示した矢印は偏波面の向きを
示す。

【００５５】アナライザ２２を透過した可干渉な照明光
ｉ1は、対物レンズ１８の像面上で干渉像Ｉθ2（ｘ,θ
1）を形成する。アナライザ２２で反射された可干渉な
照明光ｉ2は、対物レンズ１８の像面上で干渉像Ｉθ3
（ｘ,θ2＝θ1＋π／２）を形成する。このようにして
位相干渉像が観察される。しかし、本実施例では、更に
異なる位相条件で得た干渉像を用いて一定の演算が行わ
れ、差分位相量のみの像が観察される。

【００５６】次に、このような演算処理について説明す
る。なお、以下の説明では、結像系のＯＴＦの影響は考
慮しないものとする。また、観察対象の物体の段差は基
本的に１次元の構造であるので、以下の説明では光学系
を含めてすべて１次元として扱う。実際の光学系では２
次元であるが、以下の議論では１次元と仮定しても全く
差し支えない。

【００５７】図１に示した微分干渉顕微鏡によって物体
の段差位置における微分干渉像の強度を求めることとす
る。微分干渉顕微鏡によって得られる座標（Ｘ4，Ｙ
4），（Ｘ5，Ｙ5）上の一つの像点には、シャーによる
間隔2δだけ互いに離れた、２つの物点がそれぞれ対応
する。これらをＯ（x+δ），Ｏ（x-δ）とし、両者の相
対的な位相差をψとすれば、次の（1）式のように表わ
される。

【００５８】

【数１】

【００５９】微分干渉顕微鏡によってさらに付加される
位相差をαとすれば、照明光ｉ1に対応した像点におけ
る強度Ｉi1（x,α）は、ＣAを定数として（2）式のよう
になり、ポラライザ角度θ1とαの関係は（3）式で示す
ようになる。

【００６０】

【数２】

【数３】

【００６１】また、アナライザ２２の透過側と反射側の
照明光ｉ1，ｉ2に対応した２つの像平面上での強度分布
Ｉθ2（x,θ1），Ｉθ3（x,θ1）は、それぞれ（4），
（5）式で示される。

【００６２】

【数４】

【数５】

【００６３】ここで、差動出力Ｓ+（x,θ1），Ｓ-（x,
θ1）を（6）式のように定義する。これに、前記
（4），（5）式を代入すると、次の（7），（8）式を得
る。

【００６４】

【数６】

【数７】

【数８】

【００６５】以上のようにして求められた差動出力Ｓ+
（x,θ1），Ｓ-（x,θ1）に対し、次の（9）式で与えら
れる差動出力比Ｓｒを求める。

【００６６】

【数９】

【００６７】この（9）式において、θ1がπの整数倍，
すなわちθ1＝ｎπを代入すると、（10）式に示すよう
に差動出力比Ｓｒは差分位相量ψのみの関数となる。そ
して、（9）式の逆正接をとると、（11）式のように差
分位相量ψに比例した値が得られる。

【００６８】

【数１０】

【数１１】

【００６９】このように、ポラライザ角θ1を所定値と
したときの差動出力比Ｓｒは、微分位相量ψにのみ関係
し、振幅成分には関係しない。つまり、物体の透過光に
強度分布があったとしても、その影響を受けることなく
微分位相像のみが観察可能となる。また、リアルタイム
で、＋π／２から−π／２までの位相微分量の観察が可
能である。

【００７０】また、（9）式の左辺は、（7），（8）式
に示すように、ｓｉｎ，ｃｏｓの成分が別々に計測され
るので、ｓｉｎ，ｃｏｓの符号を考慮すれば−πから＋
πまでの位相差分値を測定できる。一般に、ｔａｎ（２
θ1−ψ）＝ｔａｎ（２θ1−ψ＋π）で、ｔａｎ（２θ
1−ψ）は−π≦２θ1−ψ≦πの間に異なる２θ1−ψ
に２つの同じ値が存在する。しかし、（9）式の値が正
のとき、０≦２θ1−ψ≦πでｓｉｎ（２θ1−ψ）は正
となり、このときｃｏｓ（２θ1−ψ）は正であるはず
で、−π／２≦２θ1−ψ≦π／２となり、結局０≦２
θ1−ψ≦π／２となる。この範囲では、ｔａｎ（２θ1
−ψ）は１つの２θ1−ψの値に決まる。また、ｓｉｎ
（２θ1−ψ）が負であれば、ｃｏｓ（２θ1−ψ）も負
で、−π≦２θ1−ψ≦π／２となる。ｓｉｎ，ｃｏ
ｓ，ｔａｎの符号の関係を示すと、以下の表１のように
なる。

【００７１】

【表１】

【００７２】従って、ｔａｎ（２θ1−ψ）の値と、ｓ
ｉｎ（２θ1−ψ），ｃｏｓ（２θ1−ψ）の符号が分れ
ば、−π≦２θ1−ψ≦πの間で２θ1−ψを特定でき
る。つまり、本発明の主要な実施例のように、ｓｉｎ
（２θ1−ψ）とｃｏｓ（２θ1−ψ）の両方を計測可能
とすれば、−π〜＋π，すなわち１波長分の幅で位相差
分を測定可能となる。ｃｏｓ（２θ1−ψ）又はｓｉｎ
（２θ1−ψ）の一方だけを測定するような本発明の別
の実施例では、半波長分の幅で位相差分の測定をするこ
とができる。

【００７３】なお、微分干渉顕微鏡においては、視野内
の任意のｘについての差分位相量ψの分布が得られる
が、これを積分するとともに適当な初期位相量を用いれ
ば、容易に絶対位相量の分布に変換することが可能であ
る。積分の方法について説明すると、微分干渉を用いて
いるので、真の高さの関数ｈ（ｘ）に対して次の（20）
式の関係となる。ここで、δの絶対値が十分小さいとき
は、（21），（22）式のようになる。これら（20），
（21），（22）式から、ψ（ｘ）は（23）式のようにな
る。

【００７４】

【数２０】

【数２１】

【数２２】

【数２３】

【００７５】この（23）式から、例えば基準高さがｈ
（ｘ1）で既知のときのｘ＝ｘ2における高さｈ（ｘ2）
は、次の（24）式で計算される。

【００７６】

【数２４】

【００７７】なお、光学的なシミュレーションによれ
ば、差分位相変化量もしくは微分位相変化量よりも、段
差の絶対値は、これを積分して得られる位相分布像を用
いて求めた方が正確である。また、インコヒーレント照
明では、空間周波数特性（ＯＴＦ）が平坦でなく、高周
波ほど減衰するため、測定値に誤差を生じることがあ
る。このときは、ＯＴＦがゼロとならない空間周波数領
域内の通過特性が平坦となるように、得られた光学像を
ＯＴＦの逆特性を有する電気的なフィルタを通過させ
て、高周波の減衰を補うことが望ましい。コヒーレント
照明では、空間周波数特性が平坦なため、測定値は非常
に高精度となる。

【００７８】次に、（2）式に戻って、差動出力Ｓ+（x,
θ1），Ｓ-（x,θ1）の位相差αを考える。前記（7），
（8）式で示される差動出力Ｓ+（x,θ1），Ｓ-（x,θ
1）においてθ1＝ｎπの条件を代入すると、（12），
（13）式のようになる。これらによれば、必ずしもアナ
ライザ２２，すなわち偏光ビームスプリッタを必要とし
なくても、ポラライザ１０の角度θ1を適宜設定するこ
とで、同様の結果を得ることが可能となる。

【００７９】

【数１２】

【数１３】

【００８０】以上のように、簡便な構成と演算によっ
て、強度変化の影響を受けることなく、純粋な差分位相
像を観察することができる。以下、この基本構成に相当
する実施例について説明する。なお、図１と対応する構
成要素については、同一の符号を用いることとする。

【００８１】

【実施例１】まず、図３を参照しながら実施例１につい
て説明する。同図において、光源３０としては水銀ラン
プが用いられている。この光源３０から射出された照明
光は干渉フィルタ３２に入射し、これによって最適な波
長の光が選択される。干渉フィルタ３２を透過した光
は、コレクタレンズ３４，第１リレーレンズ３６，第２
リレーレンズ３８を順に経て、コンデンサレンズ１６の
瞳位置近傍に配置されたポラライザ１０に入射する。更
に、ポラライザ１０，１／４波長板１２によって所定の
位相差が付与された偏光光は、ノマルスキープリズム１
４により互いの偏光方向が直交する２つの直線偏光であ
って、僅かな相対角度を有する照明光に分離されて進行
する。そして更に、コンデンサレンズ１６によって屈折
し、スライドガラス４０上の物体４２を透過照明する。

【００８２】物体４２を透過した照明光は、対物レンズ
１８に入射して屈折し、対物レンズ１８の瞳位置近傍の
ノマルスキープリズム２０を透過して、アナライザに相
当する偏光ビームスプリッタ２２に入射する。入射光の
うち、一部は偏光ビームスプリッタ２２を透過して照明
光ｉ1となり、残りは偏光ビームスプリッタ２２で反射
されて照明光ｉ2となる。これらのうち、照明光ｉ1は、
偏光ビームスプリッタ２２のアナライザ角θ2に平行な
偏波面の直線偏光であり、光線ｉ2は偏光ビームスプリ
ッタ２２のアナライザ角θ2に垂直な偏波面の直線偏光
である。

【００８３】照明光ｉ1は、レンズ４４によって屈折し
た後、対物レンズ１８の物平面に共役な像平面に干渉像
を形成する。この像平面上には、２次元撮像素子４６の
光検知面が位置しており、これにより干渉像が光電変換
されて、２次元撮像素子４６から映像信号が出力され
る。他方、照明光ｉ2は、レンズ４８によって屈折した
後、対物レンズ１８の物平面に共役な像平面に干渉像を
形成する。この像平面上には、２次元撮像素子５０の光
検知面が位置しており、これにより干渉像が光電変換さ
れて、２次元撮像素子５０から映像信号が出力される。

【００８４】２次元撮像素子４６，５０から出力された
２つの映像信号は差動増幅器５２に入力され、差動増幅
器５２から差動信号が出力される。この差動信号は、画
像蓄積部５４に入力されて格納蓄積される。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、２つの
２次元撮像素子４２，４６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。

【００８５】ところで、ポラライザ１０の方位角θ1
は、コンピュータ５６の指示に基づいてアクチュエータ
５８により切り換えることができるようになっている。
ポラライザ１０の方位角θ1をｘ方向に対し、θ1＝０゜
に設定すると、差動増幅器５２によって前記（7）式に
示した第１の差画像Ｓ+（x,θ1）が得られる。次に、ポ
ラライザ１０の方位角θ1を−４５゜（−π／４）に設
定すると、差動増幅器５２によって前記（8）式に示し
た第２の差画像Ｓ-（x,θ1）が得られる。

【００８６】これらの差画像は、一度画像蓄積部５４内
に蓄積され、その後、コンピュータ５６に読み込まれて
差画像の比，つまり（9）式に示した差動出力比Ｓｒが
演算される。コンピュータ５６では、続いて（10）式に
示した差動出力比Ｓｒの逆正接，すなわち物体４２の微
分位相分布が演算され、演算結果がＤ/Ａ変換されて画
像表示部６０に出力表示される。なお、観察者は、イン
ターフェイス６２を介してコンピュータ５６に必要な情
報，例えば画像取り込みの指示，蓄積された画像データ
の呼出し，画像の表示，他の演算の指示などを入力ある
いは選択できる。例えば、コンピュータ５６で差分位相
分布を積分する演算を行い、この結果に観察者がインタ
ーフェース６２を介して入力する適当な初期位相値を加
えることで、絶対位相分布を演算することができる。演
算された結果をＤ/Ａ変換して画像表示部６０に出力す
ることもできる。差動増幅器５２で得られた差画像を表
示するようにしてもよい。

【００８７】

【実施例２】次に、図４を参照しながら実施例２につい
て説明する。この実施例は、偏光ビームスプリッタによ
る偏光分割と２つの撮像素子を用いた光電変換による差
画像の生成を行わない例であり、（12），（13）式に従
って差画像Ｓ+, Ｓ-を得るようにしたものである。

【００８８】光源３０からアナライザ２２に至る構成部
分は、上述した実施例１と同様である。本実施例では、
２次元撮像素子４６のみが設けられている。本実施例で
は、ポラライザ１８のポラライザ角θ1の方位が、アク
チュエータ５６によって以下のように切り換えられる。

【００８９】まず、ポラライザ１０の方位角を、θ1＝
０（α＝−π／２）及びθ1＝−π／２（α＝−３π／
２）にそれぞれ切り換え、２つの画像をそれぞれ得る。
これらの画像は、Ａ／Ｄ変換の後、画像格納部６４に一
度格納されるとともにコンピュータ５６に読み込まれ、
第１の差画像Ｓ+（x,θ1）が（12）式に基づいて演算さ
れる。演算結果は、差画像蓄積部５４に格納される。

【００９０】次に、ポラライザ１０の方位角θ1を、θ1
＝−π／４（α＝−π）及びθ1＝π／４（α＝０）に
それぞれ切り換え、２つの画像をそれぞれ得る。これら
の画像は、Ａ／Ｄ変換の後、画像格納部６４に一度格納
されるとともにコンピュータ５６に読み込まれ、第２の
差画像Ｓ-（x,θ1）が（13）式に基づいて演算される。
演算結果は、差画像蓄積部５４に格納される。

【００９１】その後、これらの差画像の比、つまり差動
出力比Ｓｒがコンピュータ５６で演算され、続いて（1
0）式に示す逆正接，すなわち物体の微分位相分布が演
算される。この結果は、Ｄ/Ａ変換されて画像表示部６
０に出力表示される。このように、４つのポラライザ角
に対応してそれぞれ得られた画像から差画像が演算され
るとともに、差動出力比が演算されて差分位相像が得ら
れる。

【００９２】

【実施例の基本的構成２】次に、図５を参照しながら、
他の基本的構成について説明する。上述した図１は透過
照明法に基づく装置構成であるが、この図５は落射照明
法に基づく装置構成となっている。この落射照明方法で
は、コンデンサレンズと対物レンズが共用されるととも
に、ノマルスキープリズムも一つになる。また、物体か
らの反射光はハーフミラーによって照明光学系の光軸と
別の方向に取り出される。

【００９３】同図において、光軸ＡＸ0に沿って進行す
る照明光ｉ00は、ポラライザ１０，１／４波長板１２を
順に通過してハーフミラー７０に入射し、これにより光
軸ＡＸに沿ってノマルスキープリズム７２方向に反射さ
れる。この照明光は、ノマルスキープリズム７２及び対
物レンズ７４の作用により、物体面Ｓ（座標Ｘ3,Ｙ3の
平面）上で２δシャーした照明光ＥＯ，ＯＥになる。照
明光ＥＯはｙ軸に平行な偏波面の直線偏光であり、照明
光ＯＥはｘ軸に平行な偏波面の直線偏光である。前記
（3）式に示したように、これら照明光ＥＯ，ＯＥの相
対的な位相差αは、ポラライザ角θ1を変化させること
で可変である。物体によって反射された照明光は、対物
レンズ７４，ノマルスキープリズム７２によって再び１
つの照明光に合成され、アナライザ２２に入射する。以
後は、上述した図１の装置と同様である。

【００９４】この装置構成によれば、照明光を反射する
物体に対して適用できるとともに、コンデンサレンズ及
び対物レンズ，あるいはノマルスキープリズムを共用で
きるという利点がある。以下、この基本構成に対応する
実施例を説明する。

【００９５】

【実施例３】最初に、図６を参照しながら実施例３につ
いて説明する。この実施例は、図３に示した実施例１を
落射照明法で構成した例である。光源３０から射出され
た照明光は、干渉フィルタ３２，コレクタレンズ３４，
第１リレーレンズ３６，第２リレーレンズ３８を順に経
て、瞳投影レンズ７６の瞳面と共役な面の近傍に位置す
るポラライザ１０，１／４波長板１２をそれぞれ通過
し、瞳投影レンズ７６による屈折の後、ハーフミラー７
０に入射する。ハーフミラー７０によって光軸ＡＸに沿
って反射された照明光は、対物レンズ７４の瞳位置近傍
に位置するノマルスキープリズム７２，対物レンズ７４
による分離，屈折作用の後に、スライドガラス４０上の
物体４２を落射照明する。

【００９６】物体４２で反射された照明光は、対物レン
ズ７４，ノマルスキープリズム７２を再度通過し、合成
された照明光がハーフミラー７０に入射する。そして、
ハーフミラー７０を透過した照明光が偏光ビームスプリ
ッタ２２に入射する。以後の動作は、実施例１と同様で
ある。

【００９７】

【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。この実施例は、図４に示した実施例２を落
射照明法で構成した例である。光源３０から偏光ビーム
スプリッタ２２に至る各部の構成は、前記実施例３と同
様である。また、レンズ４４からインターフェース６２
に至る各部の構成は、前記実施例２と同様である。な
お、画像格納部６４，差画像蓄積部５４は、いずれもメ
モリであるため、本実施例では１つのブロックにまとめ
て表示されている。

【００９８】

【実施例の基本的構成３】次に、第３の基本的な構成に
ついて図８を参照しながら説明する。同図の光学系は、
紙面の都合上、光軸ＡＸを二分割して表示している。点
Ａと点Ａ’は本来連続しており、矢印は光線の進行方向
を示している。また、各光学素子近傍に表示した直交座
標も前記実施例と同様であり、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ている。

【００９９】同図において、照明用の光線ｉ00はポララ
イザ１０に入射するが、このポラライザ１０からノマル
スキープリズム２０までは、前記実施例と同様の構成と
なっている。ノマルスキープリズム２０から射出された
光線ｉ0は、ハーフミラー１００に入射し、これによっ
て全振幅の５０％は透過し、５０％は反射する。透過光
線は、光軸ＡＸに沿って進行して第１のアナライザ２２
に至り、反射光線は光軸ＡＸ2に沿って進行する。そし
て、１／４波長板１０２を通過して、偏光ビームスプリ
ッタによって構成された第２のアナライザ１０４に至
る。

【０１００】各光学素子の光軸ＡＸを中心としたｘ軸に
対する方位角は、ｙ軸方向を正とすると、１／４波長板
１２の光軸は＋４５゜，１／４波長板１０２の光軸は０
゜，ノマルスキープリズム１４，２０の楔の向きは０
゜，アナライザ２２のアナライザ角θ2，アナライザ１
０４のアナライザ角θ4は＋４５゜にそれぞれ設定され
ている。また、１／４波長板１０２は、光学軸である早
い軸ｎeとこれに直交する遅い軸ｎoを有しており、遅い
軸ｎoの方位はｘ軸に対して平行，早い軸ｎeの方位はｙ
軸に対して平行となっている。従って、ｘ軸に平行な偏
波面の成分には、ｙ軸に平行な偏波面の成分に対して−
π／２の位相差が与えることとなる。

【０１０１】アナライザ２２に達した光線のうち、ｘ軸
に対してアナライザ角θ2＝４５゜の方位に平行な偏波
面の成分は、アナライザ２２を透過して光線ｉ1とな
り、光軸ＡＸに沿って進行する。また、ｘ軸に対して反
アナライザ角θ3＝１３５゜の方位に平行な偏波面の成
分は、アナライザ２２で反射されて光線ｉ2となり、光
軸ＡＸ1に沿って進行する。

【０１０２】他方、アナライザ１０４に達した光線のう
ち、ｘ軸に対してアナライザ角θ4＝４５゜の方位に平
行な偏波面の成分は、アナライザ１０４を透過して光線
ｉ11となり、光軸ＡＸ2に沿って進行する。また、ｘ軸
に対して反アナライザ角θ5＝１３５゜の方位に平行な
偏波面の成分は、アナライザ１０４で反射されて光線ｉ
22となり、光軸ＡＸ3に沿って進行する。なお、図中、
直交座標（Ｘ4,Ｙ4）〜（Ｘ7,Ｙ7）に示した矢印は偏波
面の向きを示す。このようにして得られた４つの光線ｉ
1，ｉ2，ｉ11，ｉ22の画像から前記（6）式に示す演算
を行い、更に（9），（10）式の演算を行うことで、上
述した実施例と同様に差分位相像を得ることができる。

【０１０３】次に、物体の段差位置における光線ｉ1，
光線ｉ2，光線ｉ11，光線ｉ22による各微分干渉像の強
度を求める。前記実施例と同様に、レンズのＯＴＦの影
響は考慮しないものとし、観察対象の物体の段差や光学
系は１次元で扱うこととする。また、以下の説明では、
結像型の微分干渉顕微鏡の結像面における点像の強度を
もって説明するが、後述する実施例のようなレーザ走査
光学系の微分干渉顕微鏡によっても焦点深度が異なる以
外、結像型の微分干渉顕微鏡における照明系のσ値を適
当に設定すれば、全く同一の微分干渉像が得られる。

【０１０４】微分干渉顕微鏡によって得られる（Ｘ4,Ｙ
4）〜（Ｘ7,Ｙ7）の各座標上の一つの像点には、シャー
による間隔2δだけ互いに離れた、２つの物点がそれぞ
れ対応する。これらをＯ（x+δ），Ｏ（x-δ）とし、相
対的な位相差をψとすれば、前記（1）式のようにな
る。微分干渉顕微鏡によって付加される位相差をα1，
α2，α11，α22とすれば、光線ｉ1，ｉ2，ｉ11，ｉ22
に対応した像点における強度Ｉi1（x,α1），Ｉi2（x,
α2），Ｉi11（x,α11），Ｉi22（x,α22）は、ＣBを定
数として（14）式のようになる。なお、ポラライザ角度
θ1と位相差α1，α2，α11，α22の関係は、（15）式
で示される。

【０１０５】

【数１４】

【数１５】

【０１０６】（14）式のＩi1（x,α1），Ｉi2（x,α
2），Ｉi11（x,α11），Ｉi22（x,α22）に（15）式を
代入すると、（16）式のようになる。

【０１０７】

【数１６】

【０１０８】ここで、前記実施例と同様に、差動出力Ｓ
+（x,θ1），Ｓ-（x,θ1）を（17）式のように定義す
る。これに、前記（16）式を代入すると、次の（18）式
が得られる。

【０１０９】

【数１７】

【数１８】

【０１１０】差動出力比Ｓｒを前記実施例と同様に定義
し、これに前記（17），（18）式を代入すると、同様に
（9）式を得る。この（9）式において、特にポラライザ
角θ1がπの整数倍のときは、（10）式に示すように差
動出力比Ｓｒは微分位相量ψのみの関数となる。従っ
て、（9）式の逆正接をとれば、（11）式に示したよう
に微分位相量ψに比例した値が得られる。このようにし
て、本実施例でも前記実施例と同様の効果が得られる。
なお、前記実施例ではポラライザ１０を回転したが、本
実施例では、一度に異なる位相量の４つの画像を得るこ
とができる構成となっているため、ポラライザ１０は所
定の角度でよい。微分干渉顕微鏡視野内の任意のｘにつ
いての差分位相量ψの分布を積分して絶対位相量の分布
を求める点も、前記実施例と同様である。以下、この基
本構成に相当する実施例について説明する。

【０１１１】

【実施例５】次に、図９を参照しながら実施例５につい
て説明する。同図において、レーザー光源１１０から射
出される光線は、例えば紙面に平行な直線偏光であると
する。この光線は、ビームエキスパンダー１１２によっ
て平行光となった後に反射ミラー１１４で反射され、Ｘ
Ｙ走査部１１６に入射する。そして、このＸＹ走査部１
１６で走査されて空間的に偏向された光線は、第１リレ
ーレンズ３６，第２リレーレンズ３８を経て、コンデン
サーレンズ１６の瞳位置近傍に位置する１／４波長板１
２，ノマルスキープリズム１４を通過し、互いの偏光方
向が直交する２つの直線偏光であって僅かな相対角度を
なす光線に分離して進行する。偏光分離された光線は、
コンデンサーレンズ１２による屈折の後、スライドガラ
ス４０上の物体４２上でビームスポットを形成する。

【０１１２】物体４２上では、ノマルスキープリズム１
４の働きによってわずかに位置がずれた２つのスポット
が近接して形成され、これらの各スポットはＸＹ走査部
１１６の働きによって物体４２上を２次元走査する。物
体４２を透過した光線は、対物レンズ１８，ノマルスキ
ープリズム２０を通過して１つの平行光束に合成され、
ハーフミラー１００に入射する。

【０１１３】ハーフミラー１００を透過した光線はアナ
ライザ２２に達する。アナライザ２２を透過した光線ｉ
1は、ｘ軸に４５゜の方位の直線偏光となり、反射され
た光線ｉ2はｘ軸に１３５゜の方位の直線偏光となる。
他方、ハーフミラー１００で反射された残りの光束は、
１／４波長板１０２を通過し、アナライザ１０４に達す
る。アナライザ１０４透過した光線ｉ11はｘ軸に４５゜
の方位の直線偏光となり、反射された光線ｉ22はｘ軸に
１３５゜の方位の直線偏光となる。

【０１１４】この場合において、スライドガラス４０上
の２つのビーム間に位相差を生じるような物体４２など
が全くないときに、２つのノマルスキープリズム１４，
２０の間で２つの光線に与えられる位相差の初期値が２
πの整数倍になるように、ノマルスキープリズム１４を
光軸ＡＸを横切る方向にアクチェータ１５２によって位
置調整している。なお、アクチェータ１５２は、コンピ
ュータ１４８によって制御されている。

【０１１５】光線ｉ1，ｉ2は、レンズ１２０，１２２に
よってそれぞれ屈折され、光電変換素子（あるいは撮像
素子）１２４，１２６によってそれぞれ光電変換され
る。一方、光線ｉ11，ｉ22は、レンズ１２８，１３０に
よってそれぞれ屈折され、光電変換素子１３２，１３４
によってそれぞれ光電変換される。光電変換素子１２
４，１２６からそれぞれ出力された１組の映像信号は、
差動増幅器１３６に供給されて差動信号が出力される。
また、光電変換素子１３２，１３４からそれぞれ出力さ
れた１組の映像信号は、差動増幅器１３８に供給されて
差動信号が出力される。

【０１１６】これらの差動信号は除算器１４０に供給さ
れ、ここで差動信号の比，すなわち差動出力比Ｓｒが演
算される。続いて、差動出力比Ｓｒの逆正接，すなわち
物体の微分位相分布が逆正接演算器１４２で演算され、
これが同期装置１４４を介して画像表示部１４６に供給
されて差分位相分布が表示される。なお、同期装置１４
４は、差画像演算，除算，や逆正接演算などの処理と、
ＸＹ走査部１１６とのビーム走査とが同期して行われる
ように制御するための回路で、コンピュータ１４８の指
示に基づいて動作している。

【０１１７】他方、コンピュータ１４８では、逆正接演
算器１４２の出力がＤ／Ａ変換され、画像データとして
蓄積される。観察者は、インターフェース１５０から蓄
積された画像データの画像表示部１４６への表示や他の
画像演算の実行を選択できる。前記実施例と同様に、コ
ンピュータ１４８により、微分位相分布をシャー方向に
ついて積分し、観察者が入力する適当な初期位相値を加
えることで、絶対位相分布を演算し、その結果をＤ／Ａ
変換して画像表示部１４６に出力するようにしてもよ
い。あるいは、差動増幅器１３６，１３８で得られた差
画像を表示するようにしてもよい。更に、観察者は、イ
ンターフェース１５０を介してコンピュータ１４８に必
要な情報，例えば画像取り込みの指示や蓄積された画像
データの呼び出しなどをインプットできる。

【０１１８】なお、本実施例は、微分干渉顕微鏡の光学
系を踏襲したレーザ走査顕微鏡の構成となっているた
め、光線分離手段（ノマルスキープリズム１４）によっ
て生ずる物体上の２つのビームの振幅や位相情報は、光
線合成手段（ノマルスキープリズム２０）における２つ
の光波の干渉によって生じる１つの光線に保存される。
このため、像平面以外の位置，例えば瞳共役平面近傍な
どに設置された光電変換素子によっても微分干渉像は得
られる。従って、光電変換素子の設置位置は、光線合成
手段以降ならばどこでもよい。以下の実施例についても
同様である。

【０１１９】また、本実施例では、図８の装置と比較し
て、ポラライザが存在しないが、これは、レーザ光源１
１０の出力が、一定偏光方向の直線偏光となっているた
めであり、基本的な作用は前記図８の装置と同様であ
る。また、前記図１〜図７に示した実施例でも、アクチ
ュエータ１１８による調整作業を行うようにしてよい。

【０１２０】

【実施例の基本的構成４】次に、図１０を参照しながら
他の基本的構成について説明する。上述した図８は透過
照明法に基づく装置構成であるが、この図１０は落射照
明法に基づく装置構成となっている。この落射照明方法
では、上述したように、コンデンサレンズと対物レンズ
が共用されるとともに、ノマルスキープリズムも一つに
なる。また、物体からの反射光はハーフミラーによって
照明光学系の光軸と別の方向に取り出される。

【０１２１】同図において、光軸ＡＸ0に沿って進行す
る照明光ｉ00は、ポラライザ１０，１／４波長板１２を
順に通過してハーフミラー２００に入射し、これにより
光軸ＡＸに沿ってノマルスキープリズム２０２方向に反
射される。この照明光は、ノマルスキープリズム２０２
及び対物レンズ２０４の作用により、物体面Ｓ（座標Ｘ
3,Ｙ3の平面）上で２δシャーした照明光ＥＯ，ＯＥに
なる。照明光ＥＯはｙ軸に平行な偏波面の直線偏光であ
り、照明光ＯＥはｘ軸に平行な偏波面の直線偏光であ
る。前記（3）式に示したように、これら照明光ＥＯ，
ＯＥの相対的な位相差αは、ポラライザ角θ1を変化さ
せることで可変である。物体によって反射された照明光
は、対物レンズ２０４，ノマルスキープリズム２０２に
よって再び１つの照明光に合成され、ハーフミラー２０
０を透過してハーフミラー１００に入射する。以後は、
上述した図８の装置と同様である。

【０１２２】なお、物体が位相差のない完全な鏡面であ
る場合に、物体とノマルスキープリズム２０２の間で、
照明光ＥＯ，ＯＥ間に与えられる位相差が２πの整数倍
になるように、ノマルスキープリズム２０２が光軸ＡＸ
を横切る方向に位置調整される。

【０１２３】この装置構成によれば、前記実施例３，４
と同様に、照明光を反射する物体に対して適用できると
ともに、コンデンサレンズ及び対物レンズ，あるいはノ
マルスキープリズムを共用できるという利点がある。以
下、この基本構成に対応する実施例を説明する。

【０１２４】

【実施例６】最初に、図１１を参照しながら実施例６に
ついて説明する。この実施例は、図９に示した実施例５
を落射照明法で構成した例である。レーザ光源１１０か
ら射出された光線は、ビームエキスパンダー１１２，Ｘ
Ｙ走査部１１６，第１リレーレンズ３６，第２リレーレ
ンズ３８を順に経て、対物レンズ２０４の瞳面と共役な
面の近傍に位置する１／４波長板１２をそれぞれ通過
し、瞳投影レンズ７６による屈折の後、ハーフミラー２
００に入射する。ハーフミラー２００によって光軸ＡＸ
に沿って反射された光線は、対物レンズ２０４の瞳位置
近傍に位置するノマルスキープリズム２０２，対物レン
ズ２０４による分離，屈折作用の後に、スライドガラス
４０上の物体４２を落射照明する。

【０１２５】物体４２上ではノマルスキープリズム２０
２の働きによってわずかに位置がずれた２つのスポット
が近接して形成され、これらのスポットがＸＹ走査部１
１６の働きによって物体４２上を２次元走査する。物体
４２で反射された光線は、対物レンズ２０４，ノマルス
キープリズム２０２を再度通過し、合成された光線がハ
ーフミラー２００に入射する。そして、ハーフミラー２
００を透過した光線がハーフミラー１００に入射する。
以後の動作は、実施例５と同様である。

【０１２６】

【実施例７】次に、図１２を参照しながら実施例７につ
いて説明する。この実施例７は、上述した実施例６とほ
ぼ同様の光学構成となっている。本実施例では、ＸＹ走
査部１１６が物体４２からの反射光がもう一度通過する
ような配置，すなわちハーフミラー２００と物体４２と
の間に配置されており、いわゆるコンフォーカル顕微鏡
の光学構成となっている。従って、光電変換素子１２
４，１２６，１３２，１３４に入射する光線は、物体４
２上におけるレーザビームの２次元走査にかかわらず常
に静止するので、レンズ１２０，１２２，１２８，１３
０によってこれらを集光し、集光点（物点と共役な点）
にピンホール２１０，２１２，２１４，２１６をそれぞ
れ設けて不必要なフレアーなどの光を減少させている。

【０１２７】なお、コンフォーカル顕微鏡でピンホール
のサイズを十分小さくすると、得られる光学像はインコ
ヒーレント照明によって得られる像と同一となり、レー
ザ光源を用いてもコヒーレント照明よりも解像限界を向
上させることができる。

【０１２８】

【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、位相差の調整手段を１／４波長
板と回転可能なポラライザによって構成したが、ノマル
スキープリズムを光軸を横切る方向に出し入れすること
でも同様の効果を達成可能であり、かかる手法を適用し
てもよい。また、）液晶などの屈折率を可変な素子を用
いることも可能である。

【０１２９】（2）実施例１〜４においてビーム状の照
明光を走査するようにしてもよいし、実施例５〜７にお
いて一定面積の照明光を用いるようにしてもよい。

【０１３０】（3）前記実施例では、光を２次元走査し
たが、ライン状の光を１次元走査するようにしてもよ
い。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。

【０１３１】（4）前記実施例では、光をシャーするた
めの手段として複屈折性プリズムであるノマルスキープ
リズムを用いたが、同様の作用を奏する他の手段を用い
てもよい。 （5）以上の説明では、（18）式のθ1がゼロである場合
であるとしたが、θ1は測定可能であるので、例えば
（9）式より次の（25）式を得れば、簡単にψが算出可
能である。

【０１３２】

【数２５】

【０１３３】他の方法で位相差分像を求めるようにして
もよい。前記実施例では、微分干渉像から物体の振幅分
布に起因する成分を除去することに主眼を置いている。
このことは、（9），（10），（11），（12）式を用い
ると簡単であったが、これに限るものではなく、例えば
（7）式からａ（x）ｂ（x）を除去することは別の方法
でも可能である。

【０１３４】図４，図５において、偏光ビームスプリッ
タ又はアナライザ２２のアナライザ角を、ノマルスキー
プリズム２０を出射する直線偏光の光線ＯＥもしくはＥ
Ｏの偏光方向に平行とすれば、ａ2（x）に比例した像も
しくはｂ2（x）に比例した像が、光線ｉ1とｉ2により形
成される。これらの像の強度の平方根を用いれば、ａ
（x），ｂ（x）に比例した像ができ、これによりａ
（x）ｂ（x）を（7）式から消去することも可能であ
る。

【０１３５】他の方法として、例えば（18）式を用いれ
ば、次の（26）式から容易に求めることができる。これ
ら（18），（26）式から、（27）式が得られる。ここ
で、ＡＳＮは逆正弦関数であり、ＡＣＳＮは逆余弦関数
である。この（27）式の方法を用いれば、ａ2（x），ｂ
2（x）に比例した像を別々に形成する必要はなく、上述
した光学系のいずれもが使用可能である。

【０１３６】

【数２６】

【数２７】

【０１３７】更に、（12）式の応用の他の例としては、
θ1を色々に変化させて、そのときの段差ψを前記（2
5）式から複数求め、それら複数の測定値の平均値から
段差ψを求める方法が考えられる。例えば、θ1＝０
゜，２２．５゜，４５゜，６７．５゜，９０゜に設定す
れば、段差ψの平均値ψmは、次の（28）式で示され
る。

【０１３８】

【数２８】

【０１３９】このように、平均的な段差ψmを求めるこ
とで、電気的，光学的な誤差を平均化することができ
る。また、光学的な伝達関数を周波数領域で考えたと
き、伝達関数の周波数特性を平均化する作用があって望
ましい。

【０１４０】次に、段差位相差分量を測定したいポイン
トｘ＝ｘpとすれば、その位置での段差ψpは、（25）式
の左辺がゼロとなるように、ポラライザ角θ1をθ1pに
調整し、そのときのポラライザ角からψp＝２θ1pとし
てψpが求められる。（25）式をゼロとすると、逆正接
の演算を行うときの誤算の影響を回避することができ、
測定精度をより向上できる。また、（25）式から位相分
布を求める際に、２θ1＝４５゜とすると、物体の反射
率の分布による電気的な非線形性による測定誤差を小さ
くできる。これは、正反射光の影響が２つの差画像で同
じになり、４つの位相差の像の明るさが同等になるため
である。

【０１４１】（6）本発明は、上述したように位相物体
の観察に適するものであるが、例えば半導体製造などの
分野で使用されるマスクに付着した異物などを検査する
装置などの物体観察全般に適用できる。

【０１４２】図１３は、反射式の本発明の顕微鏡をレチ
クル３０２上の位相シフタ３００の膜厚測定に応用した
例である。図（B），（C）のように、位相差分量ψ
（x）から位相分布ｈ（x）を算出すれば、信号強度と基
準膜厚を比較して容易に膜厚の検査を行うことができ
る。

【０１４３】図１４は、透過式の本発明のレーザ走査式
顕微鏡によってレチクル３０２０上の光透過性の異物３
０１０を検出する例である。レチクル３０２０上にはク
ロム遮光パターン３０００が描画されている。なお、レ
チクルは、通常光を透過させるガラス基板３０２１でで
きており、クロム遮光パターン上の異物は実用上問題な
く検出する必要もない。この場合も、図１４の（B），
（C）のように位相差分量ψ（x）から位相分布ｈ（x）
を算出でき、容易に異物３０１０を検出できる。

【０１４４】閾値処理は、ψ（x）を用いるときは２つ
のレベル，基準レベル１又は２を、ｈ（x）を用いると
きは基準レベル３を、それぞれ用意する。なお、図１４
（A）の位置Ｐ２，Ｐ３をレーザ光が照明しても、ψ
（x）はゼロである。 （7）図１５は、本発明の実施例８であって、前記実施
例６とほぼ同じである。相違点は、１／２波長板１０３
が追加されたことである。１／２波長板１０３は、アク
チュエータ１１９を介してコンピュータ１４８により制
御され、相対的な角度調整がなされる。１／２波長板１
０３の回転角度は、偏光ビームスプリッタ２２のアナラ
イザ角の２倍に等しい。従って、１／２波長板１０３の
角度を調整することで、偏光ビームスプリッタ２２のア
ナライザ角を任意に設定できる。

【０１４５】アナライザ角をノマルスキープリズム２０
２のシャー方向と９０゜に合致させれば、光電変換素子
１３２には図５におけるＥＯ線の成分のみが到達し、光
電変換素子１３４にはＯＥ線の成分のみが到達する。従
って、光電変換素子１３２は、ｂ2（x）に比例した像を
出力し、光電変換素子１３４はａ2（x）に比例した像を
出力する。これらの強度信号の平方根を信号処理回路１
３９で計算し、信号処理回路１４０内で差動増幅器１３
６の出力である（7）式のＳ+（x,θ1）からａ（x）ｂ
（x）を除去する。

【０１４６】そして、この逆正接を求めると、位相微分
値ψ（x）を求めることが可能である。また、同様に、
光電変換素子１２４又は１２６の出力から、ａ2（x），
ｂ2（x），ａ（x）ｂ（x）の３つの係数を別々に除去す
ることが可能である。 （8）図１６は、本発明の実施例９であり、実施例６に
１／２波長板１１とアクチュエータ１５３を追加した。
位相微分分布の測定方法が異なる。本実施例では、２θ
1＝４５゜として、位相微分値ψ（x）を測定する。この
ため、１／２波長板１１を透過した直線偏光の偏波面の
角度θ1は２２．５゜となる。この条件では、物体が鏡
面のとき、２つの差動出力，（6）式のＳ+，Ｓ-の値が
同一の強度となる。つまり、正反射光の影響がＳ+，Ｓ-
で同一となるため、測定精度が向上する。なお、１／２
波長板１１は、アクチュエータ１５３を介して角度の調
整が行われる。

【０１４７】（9）前記実施例９において、異なる方法
で位相微分値を計測することも可能である。１／２波長
板のポラライザ角２θ1を基本構成のところで説明した
ように、複数の値に設定し、その都度（12）式等により
位相微分値ψ（X）を求め、それらの平均値を求めるこ
とで、位相微分値の測定精度の向上を図ることができ
る。

【０１４８】（10）図１３の（A），（C）の関係から明
らかなように、位相分布像は垂直な傾きのエッジ部分で
も（段差／シャー量）の傾き（＝位相微分値）として再
生される。このため、実物と差異を生じることになる。
これを緩和するには、次の２つの方法がある。

【０１４９】シャー量は、ノマルスキープリズムを取
り替えれば可変できる。従って、物体の傾きによって最
適なシャー量を選択する。位相差分値ψは（11）式波長
をλとすれば、（＋λ／４〜−λ／４）のψ（x）（＝
差分値＝段差＝シャー量×位相微分値）まで測定可能で
ある。従って、シャー量と測定範囲は、次の表２のよう
になる。この表２より、シャー量を小さくすれば、大き
な傾きを測定可能となる。しかし、小さな傾きのコント
ラストが悪化する。

【０１５０】

【表２】

【０１５１】シャーによる影響は１方向なので、シャ
ーの方向を物体に対して複数設定し、複数の位相差分
（微分）像を得、これを合成することも効果的である。
この場合、合成の方法としては、複数の位相差分（微
分）値の絶対値の中から最大値を採用して１つの位相差
分（微分）値のデータを作成し、これから位相分布像を
得ればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の第１の基本的な構成を示す
斜視図である。

【図２】図１の主要構成要素の基本的な作用を示す図で
ある。

【図３】この発明の実施例１を示す図である。

【図４】この発明の実施例２を示す図である。

【図５】この発明の実施例の第２の基本的な構成を示す
斜視図である。

【図６】この発明の実施例３を示す図である。

【図７】この発明の実施例４を示す図である。

【図８】この発明の実施例の第３の基本的な構成を示す
斜視図である。

【図９】この発明の実施例５を示す図である。

【図１０】この発明の実施例の第４の基本的な構成を示
す斜視図である。

【図１１】この発明の実施例６を示す図である。

【図１２】この発明の実施例７を示す図である。

【図１３】レチクル上のパターンと位相量との関係を示
す図である。

【図１４】レチクル上のパターンと位相量との関係を示
す図である。

【図１５】この発明の実施例８を示す図である。

【図１６】この発明の実施例９を示す図である。

【符号の説明】

１０…ポラライザ １２，１０２…１／４波長板 １４，２０，７２，２０２…ノマルスキープリズム １６…コンデンサレンズ １８，７４，２０４…対物レンズ ２２，１０４…アナライザ（偏光ビームスプリッタ） ３０…水銀ランプ ３２…干渉フィルタ ３４…コレクタレンズ ３６，３８…リレーレンズ ４０…スライドガラス ４２…物体 ４４，４８，１２０，１２２，１２８，１３０…レンズ ４６，５０…２次元撮像素子 ５２，１３６，１３８…差動増幅器 ５４…画像蓄積部 ５６，１４８…コンピュータ ５８，１１８，１５２…アクチュエータ ６０，１４６…画像表示部 ６２，１５０…インターフェース ６４…画像格納部 ７０，１００，２００…ハーフミラー ７６…瞳投影レンズ １１０…レーザ光源 １１２…ビームエキスパンダ １１４…反射ミラー １１６…ＸＹ走査部 １２４，１２６，１３２，１３４…光電変換素子 １４０…除算器 １４２…逆正接演算器 １４４…同期装置 ２１０，２１２，２１４，２１６…ピンホール

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光による画像を得るための撮像手段；前記
   位相差調整手段によって第１，第２，第３，第４の異な
   る位相差を与えたときに前記撮像手段でそれぞれ得られ
   た第１，第２，第３，第４の画像を格納するための画像
   格納手段；これに格納された画像のうち、位相差の差が
   πの整数倍となる画像間で信号強度の差を求めて、第１
   及び第２の差画像を得るための差画像生成手段；これに
   よって得られた差画像の比を算出するための差画像比算
   出手段；これによって算出された差画像比に基づいて物
   体の位相差分像を得るための位相差分算出手段；を備え
   たことを特徴とする物体観察装置。
2. 【請求項２】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光から、第３及び第４の異なる偏光方向に
   おいて可干渉な偏光成分をそれぞれ得るためのフィルタ
   手段；このフィルタ手段によって得られた第３の方向の
   可干渉な偏光成分に基づいて第１の像を得るとともに、
   第４の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第２の像を得
   るための撮像手段；この撮像手段によって得られた第１
   及び第２の像の信号強度の差を示す差画像を得るための
   差画像生成手段；前記位相差調整手段によって第１の位
   相差が与えられたときに得られた第１の差画像と、第２
   の位相差が与えられたときに得られた第２の差画像との
   比を算出する差画像比算出手段；これによって算出され
   た差画像比に基づいて物体の位相差分像を得るための位
   相差分算出手段；とを備えたことを特徴とする物体観察
   装置。
3. 【請求項３】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光を第１及び第２の光に振幅分割する光分
   割手段；前記第１又は第２の光のうちの一方の光をな
   す、直交する偏波面の２つの直線偏光の成分の位相差に
   対して、更にπの整数倍にπ／２を加えた位相差を加え
   る、位相差付加手段；分割後の第１の光から、第３及び
   第４の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏光方
   向の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るための第
   １のフィルタ手段；分割後の第２の光から、第５及び第
   ６の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏光方向
   の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るための第２
   のフィルタ手段；これら第１及び第２のフィルタ手段に
   よって得られた第３，第４，第５，第６の方向の偏光成
   分に基づいてそれぞれ像を得るための撮像手段；これに
   よって得られた画像のうち、前記第１，第２の偏光方向
   の成分の位相差の相対的な差がπの整数倍となる２対の
   画像間でそれぞれ信号強度の差を求めて、第１及び第２
   の差画像を得るための差画像生成手段；これによって得
   られた差画像の信号強度の比を算出するための差画像比
   算出手段；これによって算出された差画像比に基づいて
   物体の位相差分像を得るための位相差分算出手段；とを
   備えたことを特徴とする物体観察装置。
4. 【請求項４】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光による画像を得るための撮像手段；前記
   位相差調整手段によって第１，第２，第３，第４の異な
   る位相差を与えたときに前記撮像手段でそれぞれ得られ
   た第１，第２，第３，第４の画像を格納するための画像
   格納手段；これに格納された画像のうち、位相差の差が
   πの整数倍となる画像間で信号強度の差を求めて、第１
   及び第２の差画像を得るための差画像生成手段；これら
   の差画像に基づいて物体の位相差分像を得るための位相
   差分算出手段；を備えたことを特徴とする物体観察装
   置。
5. 【請求項５】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光から、第３及び第４の異なる偏光方向に
   おいて可干渉な偏光成分をそれぞれ得るためのフィルタ
   手段；このフィルタ手段によって得られた第３の方向の
   可干渉な偏光成分に基づいて第１の像を得るとともに、
   第４の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第２の像を得
   るための撮像手段；この撮像手段によって得られた第１
   及び第２の像の信号強度の差を示す差画像を得るための
   差画像生成手段；これらの差画像に基づいて物体の位相
   差分像を得るための位相差分算出手段；とを備えたこと
   を特徴とする物体観察装置。
6. 【請求項６】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光を第１及び第２の光に振幅分割する光分
   割手段；前記第１又は第２の光のうちの一方の光をな
   す、直交する偏波面の２つの直線偏光の成分の位相差に
   対して、更にπの整数倍にπ／２を加えた位相差を加え
   る、位相差付加手段；分割後の第１の光から、第３及び
   第４の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏光方
   向の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るための第
   １のフィルタ手段；分割後の第２の光から、第５及び第
   ６の異なる偏光方向において前記第１，第２の偏光方向
   の成分から可干渉な偏光成分をそれぞれ得るための第２
   のフィルタ手段；これら第１及び第２のフィルタ手段に
   よって得られた第３，第４，第５，第６の方向の偏光成
   分に基づいてそれぞれ像を得るための撮像手段；これに
   よって得られた画像のうち、前記第１，第２の偏光方向
   の成分の位相差の相対的な差がπの整数倍となる２対の
   画像間でそれぞれ信号強度の差を求めて、第１及び第２
   の差画像を得るための差画像生成手段；これらの差画像
   に基づいて物体の位相差分像を得るための位相差分算出
   手段；とを備えたことを特徴とする物体観察装置。
7. 【請求項７】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光による画像を得るための撮像手段；前記
   位相差調整手段によって第１，第２の異なる位相差を与
   えたときに前記撮像手段でそれぞれ得られた第１，第２
   の画像を格納するための画像格納手段；回転可能なアナ
   ライザ手段；これに格納された画像のうち、位相差の差
   がπの整数倍となる画像間で信号強度の差を求めて、第
   １の差画像を得るための差画像生成手段；アナライザ手
   段を２つの角度に設定し、第１，第２の明視野像を得る
   明視野像生成手段；これらの１つの差画像と２つの明視
   野像に基づいて物体の位相差分像を得るための位相差分
   算出手段；を備えたことを特徴とする物体観察装置。
8. 【請求項８】 物体を照明するための光を供給する照明
   手段；これによって供給された光のうち、直交する第１
   及び第２の偏光方向の光の位相差を任意に調整するため
   の位相差調整手段；これによって位相差が調整された第
   １の偏光方向の光と第２の偏光方向の光の光軸を相対的
   にシャーして観察対象の物体に照射する光分離手段；物
   体を透過又は反射した前記第１の偏光方向の光と第２の
   偏光方向の光を合成する光合成手段；この光合成手段か
   ら供給された光から、前記第１，第２の偏光方向及び他
   の第３及び第４の異なる偏光方向において偏光成分をそ
   れぞれ得るためのフィルタ手段；このフィルタ手段によ
   って得られた第３の方向の可干渉な偏光成分に基づいて
   第１の像を得、第４の方向の可干渉な偏光成分に基づい
   て第２の像を得、第１の方向の第３の像と第２の方向の
   第４の像を得るための撮像手段；この撮像手段によって
   得られた第１及び第２の像の信号強度の差を示す差画像
   を得るための差画像生成手段；前記位相差調整手段によ
   って第１の位相差が与えられたときに得られた第１の差
   画像と、前記第３，第４の像に基づいて物体の位相差分
   像を得るための位相差分算出手段；とを備えたことを特
   徴とする物体観察装置。
9. 【請求項９】 前記位相差調整手段が、回転可能なポラ
   ライザ及び１／４波長板を含むことを特徴とする請求項
   １，２，３，４，５，６，７，又は８記載の物体観察装
   置。
10. 【請求項１０】 前記位相差調整手段が、電圧によって
    屈折率が制御可能な液晶であることを特徴とする請求項
    １，２，３，４，５，６，７又は８記載の物体観察装
    置。
11. 【請求項１１】 前記位相差調整手段が、光軸を横切る
    方向に前記光分離手段及び前記光合成手段の少なくとも
    一方を移動させる手段であることを特徴とする請求項
    １，２，３，４，５，６，７，又は８記載の物体観察装
    置。
12. 【請求項１２】 前記光分離手段及び光合成手段の少な
    くとも一方が複屈折性プリズムであることを特徴とする
    請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は
    １１記載の物体観察装置。
13. 【請求項１３】 前記フィルタ手段が偏光ビームスプリ
    ッタを含むことを特徴とする請求項１，２，３，４，
    ５，６，７，８，９，１０，１１又は１２記載の物体観
    察装置。
14. 【請求項１４】 前記照明手段が、レーザ光源と、これ
    から出力されたレーザビームを走査する走査手段を含む
    ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１，１２又は１３記載の物体観察装
    置。
15. 【請求項１５】 前記走査手段を、物体を透過又は反射
    した光の光路中に配置するとともに、物点と共役な位置
    にピンホールを設けたことを特徴とする請求項１４記載
    の物体観察装置。
16. 【請求項１６】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１，１２，１３，１４又は１５記載の
    物体観察装置であって、位相微分像，位相分布像，位相
    差分像の少なくとも１つを表示することを特徴とする物
    体観察装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の物体観察装置であっ
    て、複数の異なる光軸のシャー方向によって得られる複
    数の位相差分像を用いて、位相微分像，位相分布像，位
    相差分像の少なくとも１つを表示することを特徴とする
    物体観察装置。
18. 【請求項１８】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６又
    は１７記載の物体観察装置であって、光軸のシャー量を
    可変としたことを特徴とする物体観察装置。