JPH09281402A - Object observing device - Google Patents

Object observing device

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JPH09281402A
JPH09281402A JP8119726A JP11972696A JPH09281402A JP H09281402 A JPH09281402 A JP H09281402A JP 8119726 A JP8119726 A JP 8119726A JP 11972696 A JP11972696 A JP 11972696A JP H09281402 A JPH09281402 A JP H09281402A
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JP
Japan
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light
phase difference
image
polarization
polarization direction
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Application number
JP8119726A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneyuki Hagiwara
恒幸 萩原
Tatsuro Otaki
達朗 大瀧
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the rotation of a phase remaining in an optical system and to observe the differential interference image of ideal contrast in arbitrary size of the aperture diaphragm of an illuminating system. SOLUTION: The phase difference of light beams EO and OE in orthogonal polarization directions is adjusted by a polarizer 10 and a 1/4 wavelength plate 12, and is sheared by a Nomarski prism 14 to irradiate an object. Transmitted or reflected light through/by the object is synthesized by the Nomarski prism 20, and a coherent polarization component is taken out by a polarizing beam splitter 22. The adjustment of an intensity ratio is performed for the first and second images of the coherent polarized light component in first and second directions obtained, and also a differential interference image is obtained from a difference signal. Thus, the rotation of the remaining phase of the optical system is eliminated, so that the differential interference image of the ideal contrast is observed by the arbitrary size of the aperture diaphragm.

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、微分干渉顕微鏡
などの物体観察装置にかかり、更に具体的には、光学系
に残留する位相回転や開口絞りに対するコントラストの
改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an object observing device such as a differential interference microscope, and more specifically to improving the contrast with respect to phase rotation and aperture stop remaining in an optical system.

【0002】[0002]

【背景技術と発明が解決しようとする課題】物体観察装
置,例えば微分干渉顕微鏡において、観察対象の物体が
存在しないときの理想的な光学系による干渉像の強度
は、一般的にゼロとなる。しかし、主光線以外の光線に
対しては、対物レンズなどによる付加的な位相差が残留
する。このような光学系に残留する位相の回転を除去す
るための一つの手法としては、光学式レクチファイアが
ある。また、かかる残留位相の回転は、照明系の開口絞
りを絞ることによっても改善される。
2. Description of the Related Art In an object observing apparatus, for example, a differential interference microscope, the intensity of an interference image by an ideal optical system when an object to be observed does not exist is generally zero. However, for light rays other than the chief ray, an additional phase difference due to the objective lens or the like remains. An optical rectifier is one method for removing the phase rotation remaining in such an optical system. The rotation of the residual phase is also improved by narrowing the aperture stop of the illumination system.

【0003】しかしながら、光学的レクチファイアを用
いる手法は、落射照明の微分干渉顕微鏡には利用するこ
とが困難であるという不都合がある。また、開口絞りを
絞る手法は、照明系の全開口を利用するレーザ走査式の
顕微鏡には適用が不可能であり、結果的に良好なコント
ラストを得ることができない。また、照明系の開口絞り
を絞ると光量の損失が大きくなってしまうという不都合
もある。
However, the method using an optical rectifier has a disadvantage that it is difficult to use it for a differential interference microscope of epi-illumination. Further, the method of narrowing the aperture stop cannot be applied to a laser scanning microscope that uses the entire aperture of the illumination system, and as a result, good contrast cannot be obtained. Further, there is also a disadvantage that the loss of the amount of light becomes large when the aperture stop of the illumination system is narrowed down.

【0004】この発明は、以上の点に着目したもので、
光学系に残留する位相の回転を除去するとともに、任意
の照明系の開口絞りの大きさで理想的なコントラストの
微分干渉像を観察することができ、結像式やレーザー走
査式の顕微鏡を単純な光学系によって構成することがで
きる物体観察装置を提供することを、その目的とするも
のである。
The present invention focuses on the above points,
It is possible to remove the phase rotation remaining in the optical system and observe the differential interference image of ideal contrast with the size of the aperture stop of the arbitrary illumination system, which simplifies the imaging and laser scanning microscopes. The object of the present invention is to provide an object observing device that can be configured by a simple optical system.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、物体を照明す
るための光を供給する照明手段(50,54);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
向の光の位相差を調整するための位相差調整手段(10,1
2,14,20,24);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(14,2
4);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(20,2
4);この光合成手段から供給された光から、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
得るためのフィルタ手段(22);これによって得られた
第1及び第2の方向の可干渉な偏光成分に基づいて第1
及び第2の画像を得る撮像手段(70,74);これによっ
て得られた第1及び第2の画像に対し、強度調整を行っ
て微分干渉像を得る演算手段(76,78);を備えたこと
を特徴とする。
The present invention relates to an illumination means (50, 54) for supplying light for illuminating an object; first and second polarization directions orthogonal to each other of the light supplied thereby. Difference adjusting means (10,1
2,14,20,24); The light that irradiates the object to be observed by relatively shading the optical axes of the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction whose phase difference is adjusted by this. Separation means (14,2
4); Light combining means (20, 2) for combining the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction transmitted or reflected by the object.
4); Filter means (22) for respectively obtaining coherent polarization components in the first and second different directions from the light supplied from the light combining means; the first and second directions obtained thereby. First based on the coherent polarization components of
And image pickup means (70, 74) for obtaining a second image; arithmetic means (76, 78) for adjusting the intensity of the first and second images obtained thereby to obtain a differential interference image. It is characterized by that.

【0006】他の発明は、物体を照明するための光を供
給する照明手段(100);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
調整するための位相差調整手段(10,12,14,20,24);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(14,24);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(20,24);この光合成手段か
ら供給された光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(110);これによって得られた可干
渉な偏光成分に基づいて画像を得る撮像手段(114);
これによって得られた画像を格納するための画像格納手
段(116);前記位相差調整手段によって第1の位相に
調整されたときに格納された第1の画像と、第2の位相
に調整されたときに格納された第2の画像に対し、強度
調整を行って微分干渉像を得る演算手段(66);を備え
たことを特徴とする。
Another invention is an illumination means (100) for supplying light for illuminating an object; out of the light supplied by this means, the phase difference between the light in the first and second polarization directions orthogonal to each other is adjusted. Phase difference adjusting means (10, 12, 14, 20, 24) for adjusting the phase difference of the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction relative to each other. And a light separating means (14, 24) for irradiating the object to be observed; a light combining means (20, 24) for combining the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction transmitted or reflected by the object. A filter means (110) for obtaining coherent polarization components from the light supplied from the photosynthesis means; an image pickup means (114) for obtaining an image based on the coherent polarization components thus obtained;
Image storage means (116) for storing the image obtained by the above; the first image stored when adjusted to the first phase by the phase difference adjusting means, and the second image adjusted to the second phase The second image stored at this time is provided with a calculating means (66) for performing intensity adjustment to obtain a differential interference image.

【0007】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(10)及び1/4波長板(1
2),電圧によって屈折率が制御可能な液晶,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(64),のいずれかで構成さ
れる。
According to a main mode, the phase difference adjusting means includes a rotatable polarizer (10) and a quarter wave plate (1).
2) A liquid crystal whose refractive index is controllable by a voltage, and means (64) for moving at least one of the light separating means and the light combining means in a direction crossing the optical axis.

【0008】前記光分離手段及び光合成手段の少なくと
も一方は、例えば、複屈折性プリズム(14,20,24)によ
って構成される。前記フィルタ手段は、例えば、偏光ビ
ームスプリッタ(22)又はアナライザ(110)で構成さ
れる。前記照明手段は、例えば、レーザ光源(50)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
(54)を含む。走査手段は、例えば、物体を透過又は反
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(90,92)が設けられる。また、前記演算手段
は、前記第一及び第二の画像の信号強度比を調整する信
号比調整手段(76);これによって所定の強度比に調整
された二つの信号の差信号を得る差信号演算手段(7
8);を備えたことを特徴とする。信号比調整手段は、
主光線以外の光線の付加的な位相差に相当する強度比調
整を行う。
At least one of the light separating means and the light synthesizing means is constituted by, for example, a birefringent prism (14, 20, 24). The filter means is composed of, for example, a polarization beam splitter (22) or an analyzer (110). The illumination means is, for example, a laser light source (50),
It includes a scanning means (54) for scanning the laser beam outputted therefrom. The scanning means is arranged, for example, in the optical path of light transmitted or reflected by the object, and pinholes (90, 92) are provided at positions conjugate with the object point. Further, the arithmetic means is a signal ratio adjusting means (76) for adjusting a signal intensity ratio of the first and second images; a difference signal for obtaining a difference signal of the two signals adjusted to have a predetermined intensity ratio by the signal ratio adjusting means (76). Calculation means (7
8); is provided. The signal ratio adjusting means is
The intensity ratio adjustment corresponding to the additional phase difference of the rays other than the principal ray is performed.

【0009】本発明の主要な態様には、次のようなもの
もある。 (1)光透過性の物体を観察する物体観察装置であっ
て、第一の光線を射出するレーザー光源と、第一の光線
を第一の偏光状態と第二の偏光状態の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線に分離する光線
分離手段と、前記2つの直線偏光の光線を集光し、光透
過性の物体内の第一の領域内で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
トを前記第一の領域内で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線を集光し
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
線を第三の偏光状態の第二の光線に合成する、光線合成
手段と、前記第二の光線の第一の偏光状態と第二の偏光
状態の二つの直線偏光の光線の相対的な位相差量で有る
第一の位相差を調整する位相差調整手段と、前記第二の
光線を、第四の偏光状態と第五の偏光状態の二つの直線
偏光の光線に分離する、偏光分離手段と、前記第四の偏
光状態の光線を光電変換する第一の光電変換素子と、前
記第五の偏光状態の光線を光電変換する第二の光電変換
素子と、前記第一の光電変換素子と、前記第二の光電変
換素子の各々の光電変換信号の信号強度の比を調整する
信号比調整手段と、前記信号比調整手段によって所定の
強度比になった二つの信号の差である差信号を出力する
差信号出力手段を有することを特徴とする物体観察装
置。
The main aspects of the present invention include the following. (1) An object observation device for observing a light-transmissive object, wherein a laser light source that emits a first light beam and two linearly polarized light beams having a first polarization state and a second polarization state And a light beam splitting means for splitting the light beam into light beams traveling in different directions, and collecting the two linearly polarized light beams to form two beam spots in the first region in the light transmissive object. A condenser lens, a scanning means for two-dimensionally scanning the two beam spots in the first region, an objective lens capable of condensing light rays generated in the transmission direction from the light-transmissive object, and the light transmission Ray combining means for transmitting the two linearly polarized light rays that have been transmitted through a transparent object and are refracted by the objective lens into a second light ray having a third polarization state, and a first light ray combining means for the second light ray. Two linear polarizations of polarization state and second polarization state The phase difference adjusting means for adjusting the first phase difference which is the relative phase difference amount of the light ray, and the second light ray, two linearly polarized light rays of the fourth polarization state and the fifth polarization state. To separate the polarized light separation means, a first photoelectric conversion element photoelectrically converting the light beam of the fourth polarization state, a second photoelectric conversion element photoelectrically converting the light beam of the fifth polarization state, A first photoelectric conversion element, a signal ratio adjusting means for adjusting a ratio of signal strengths of photoelectric conversion signals of each of the second photoelectric conversion elements, and two of which have a predetermined intensity ratio by the signal ratio adjusting means. An object observation apparatus having a difference signal output means for outputting a difference signal which is a signal difference.

【0010】(2)光反射性の物体を観察する物体観察
装置であって、第一の光線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線を集光
し得る光軸に沿って配置された対物レンズと、前記第一
の光線を、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一のハーフミラーと、前記第一の
ハーフミラーで反射された第一の光線を、第一の偏光状
態と第二の偏光状態の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線に分離する光線分離手段を有
し、前記対物レンズは前記2つの直線偏光の光線を集光
し、光反射性の物体内の第一の領域内で2つのビームス
ポットを形成し、前記第一の偏光状態と第二の偏光状態
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
光線は、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
光線分離手段に二再び入射し、第三の偏光状態の第二の
光線になって該光線分離手段を射出し、前記第一のハー
フミラーを透過し、更に、前記2つのビームスポットを
前記第一の領域内で2次元走査する走査手段と、前記第
一の偏光状態と第二の偏光状態の二つの直線偏光の光線
の相対的な位相差量である第一の位相差を調整する位相
差調整手段と、前記第二の光線を第四の偏光状態と第五
の偏光状態の2つの直線偏光の光線に分離する、第一の
偏光分離手段と、前記第四の偏光状態の光線を光電変換
する第一の光電変換素子と、前記第五の偏光状態の光線
を光電変換する第二の光電変換素子と、前記第一の光電
変換素子と、前記第二の光電変換素子の各々の光電変換
信号の信号強度の比を調整する信号比調整手段と、前記
信号比調整手段によって所定の強度比となった二つの信
号の差である差信号を出力する差信号出力手段を有する
ことを特徴とする物体観察装置。
(2) An object observation device for observing a light-reflecting object, wherein a laser light source for emitting a first light beam,
An objective lens arranged along an optical axis capable of condensing a light beam generated in the reflection direction from the light-reflecting object, and the first light beam to the objective lens arranged along the optical axis. A first half-mirror for reflecting the first half-mirror and a first light ray reflected by the first half-mirror in two directions of linearly polarized light having a first polarization state and a second polarization state, which are different from each other. The objective lens collects the two linearly polarized light rays to form two beam spots in a first region in a light-reflecting object, The two linearly polarized light beams of the first polarization state and the second polarization state, which travel in different directions, pass through the objective lens, collide with the light reflective object, are reflected, and are again reflected. It is incident on the objective lens and is re-entered by the beam separating means. The light beam is incident, becomes a second light beam having a third polarization state, exits the light beam separating means, is transmitted through the first half mirror, and further, the two beam spots are reflected by the second beam spot in the first region. A scanning means for dimensionally scanning, a phase difference adjusting means for adjusting a first phase difference which is a relative phase difference amount of two linearly polarized light rays of the first polarization state and the second polarization state, and A first polarization separation means for separating the second light ray into two linearly polarized light rays having a fourth polarization state and a fifth polarization state, and a first polarization separation means for photoelectrically converting the light ray having the fourth polarization state. A photoelectric conversion element, a second photoelectric conversion element that photoelectrically converts the light beam in the fifth polarization state, the first photoelectric conversion element, and the signal strength of each photoelectric conversion signal of the second photoelectric conversion element. Signal ratio adjusting means for adjusting the ratio of the Object observation apparatus characterized by having a difference signal output means for outputting a difference signal which is the difference between the two signals becomes.

【0011】(3)前記第一の位相差はπの整数倍であ
ることを特徴とする(1)又は(2)記載の物体観察装
置。 (4)前記第四の偏光状態は直線偏光であって、前記第
一の偏光状態の直線偏光の偏波面に対して90゜の整数
倍をなすことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記
載の物体観察装置。 (5)前記第五の偏光状態は直線偏光であって、前記第
四の偏光状態の直線偏光の偏波面に対して直交すること
を特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の物体観察
装置。
(3) The object observation apparatus according to (1) or (2), wherein the first phase difference is an integral multiple of π. (4) The fourth polarization state is linearly polarized light, and is an integral multiple of 90 ° with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light in the first polarization state (1) to (3) The object observation device according to any one of 1. (5) The fifth polarization state is linearly polarized light, and is orthogonal to the plane of polarization of the linearly polarized light of the fourth polarization state (1) to (4) Object observation device.

【0012】(6)光透過性の物体を観察する物体観察
装置であって、第一の光線を射出する光源と、該光源か
らの第一の光線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
一の光線を、第一の偏光状態と第二の偏光状態の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線に分
離する光線分離手段と、 前記2つの直線偏光の光線を
集光し、光透過性の物体内の第一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線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つの直線偏光の光線を第三の偏光状態
の第二の光線に合成する、光線合成手段と、前記第一の
偏光状態と第二の偏光状態の二つの直線偏光の光線の相
対的な位相差量を調整する位相差調整手段と、前記第三
の偏光状態の第二の光線を、第四の偏光状態の光線にす
る、アナライザと、前記第四の偏光状態の光線を光電変
換する撮像素子と、前記撮像素子の出力する画像信号を
読みだし可能な状態で格納する、画像格納手段を有し、
同一物体の画像であって、前記位相差調整手段による前
記第一の偏光状態と前記第二の偏光状態の二つの直線偏
光の光線の相対的な位相差量が、第一の位相差の場合の
第一の画像と第二の位相差の場合の第二の画像を前記画
像格納手段に格納し、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一の偏
光状態と前記第二の偏光状態の二つの直線偏光の光線の
相対的な位相差量が、第一の位相差の場合の第一の画像
と第二の位相差の場合の第二の画像を読みだし、さら
に、前記第一の画像と第二の画像の信号強度の比を調整
する信号比調整手段と、前記信号比調整手段によって所
定の強度比になった二つの画像信号の差である差画像を
出力する差画像出力手段を有することを特徴とする物体
観察装置。
(6) An object observation device for observing a light-transmissive object, wherein a light source for emitting a first light beam and a first light beam from the light source are linearly polarized light parallel to the polarizer angle. A rotatable polarizer, and a light beam separating means for separating the first light beam transmitted through the polarizer into two linearly polarized light beams having a first polarization state and a second polarization state and traveling in mutually different directions, A condenser lens that collects the two linearly polarized light rays and collectively transmits and illuminates the first region inside the light transmissive object, and a light ray that is generated in the transmission direction from the light transmissive object. An objective lens capable of emitting light,
A light beam combining means for transmitting the two linearly polarized light beams that have been transmitted through the light transmissive object and refracted by the objective lens into a second light beam having a third polarization state, and the first polarization state. And a phase difference adjusting means for adjusting the relative phase difference amount of the two linearly polarized light rays of the second polarization state, the second light beam of the third polarization state into a light beam of the fourth polarization state. An analyzer, an image pickup device for photoelectrically converting the light beam in the fourth polarization state, and an image storage means for storing the image signal output from the image pickup device in a readable state,
In the case of images of the same object, when the relative phase difference amount of the two linearly polarized light rays of the first polarization state and the second polarization state by the phase difference adjusting means is the first phase difference A first image and a second image in the case of a second phase difference are stored in the image storage means, and are images of the same object from the image storage means, and the first image by the phase difference adjustment means. Relative phase difference amount of the two linearly polarized light of the polarization state and the second polarization state, the first image in the case of the first phase difference and the second image in the case of the second phase difference Further, the signal ratio adjusting means for adjusting the signal intensity ratio of the first image and the second image, and the difference between the two image signals having a predetermined intensity ratio by the signal ratio adjusting means. An object observation apparatus having a difference image output means for outputting a certain difference image.

【0013】(7)光反射性の物体を観察する物体観察
装置であって、第一の光線を射出する光源と、前記光反
射性の物体から反射方向に発生する光線を集光し得る光
軸に沿って配置された対物レンズと、前記第一の光線を
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、前記第一の光線を、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、ハーフミラーで反射された第一の光線を、第一の偏
光状態と第二の偏光状態の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線に分離する光線分離手段を
有し、前記第一の偏光状態と第二の偏光状態の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線は、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、前記光線分離手
段に再び入射し、第三の偏光状態の第二の光線になって
該光線分離手段を射出し、前記ハーフミラーを透過し、
更に、前記第一の偏光状態と第二の偏光状態の2つの直
線偏光の光線の相対的な位相差量を調整する位相差調整
手段と、前記第三の偏光状態の第二の光線を、第四の偏
光状態の光線にする、アナライザと、前記第四の偏光状
態の光線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
格納手段を有し、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一の偏光状態と前記第二の偏光状
態の2つの直線偏光の光線の相対的な位相差量が、第一
の位相差の場合の第一の画像と第二の位相差の場合の第
二の画像を前記画像格納手段に格納し、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
よる前記第一の偏光状態と前記第二の偏光状態の2つの
直線偏光の光線の相対的な位相差量が、第一の位相差の
場合の第一の画像と第二の位相差の場合の第二の画像を
読み出し、更に、前記第一の画像と第二の画像の信号強
度の比を調整する信号比調整手段と、前記信号比調整手
段によって所定の強度比になった2つの画像信号の差で
ある差画像を出力する差画像出力手段を有することを特
徴とする物体観察装置。
(7) An object observing device for observing a light-reflective object, the light source emitting a first light beam and light capable of condensing a light beam generated in the reflection direction from the light-reflective object. An objective lens disposed along an axis, a rotatable polarizer that makes the first light beam linearly polarized parallel to a polarizer angle, and the first light beam that is arranged along the optical axis. The half mirror that reflects toward the objective lens and the first light beam reflected by the half mirror are converted into two linearly polarized light beams of a first polarization state and a second polarization state that travel in different directions. Rays having a ray splitting means for splitting, the rays of the two linearly polarized light of the first polarization state and the second polarization state, which travel in different directions, pass through the objective lens and Hit an object,
It is reflected, again enters the objective lens, enters the light beam separating means again, becomes a second light beam of a third polarization state, exits the light beam separating means, and passes through the half mirror,
Further, a phase difference adjusting means for adjusting the relative amount of phase difference between the two linearly polarized light beams of the first polarization state and the second polarization state, and the second light beam of the third polarization state, An analyzer for converting the light into a light beam in a fourth polarization state, an image sensor for photoelectrically converting the light beam in the fourth polarization state, and an image storage means for storing the image signal output from the image sensor in a readable state. In the images of the same object, the relative phase difference amount of the two linearly polarized light beams of the first polarization state and the second polarization state by the phase difference adjusting means is the first position. The first image in the case of a phase difference and the second image in the case of a second phase difference are stored in the image storage means, and the images of the same object from the image storage means are stored by the phase difference adjusting means. Of the two linearly polarized rays of the first polarization state and the second polarization state The relative phase difference amount is the first image in the case of the first phase difference and the second image in the case of the second phase difference are read out, and further the signals of the first image and the second image. An object comprising: a signal ratio adjusting means for adjusting a ratio of intensities; and a difference image output means for outputting a difference image which is a difference between two image signals having a predetermined intensity ratio by the signal ratio adjusting means. Observation device.

【0014】(8)前記第一の位相差と第二の位相差は
πの奇数倍であることを特徴とする前記(6)又は(7)
記載の物体観察装置。 (9)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
とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の物体観察装
置。 (10)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合せであることを
特徴とする前記(1)〜(9)のいずれかに記載の物体観
察装置。 (11)前記位相差調整手段は、前記光線分離手段と前記
光線合成手段のどちらか一方、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
とを特徴とする前記(1)〜(9)のいずれかに記載の物
体観察装置。
(8) In the above (6) or (7), the first phase difference and the second phase difference are odd multiples of π.
The object observation device described. (9) The object observation device according to any one of (1) to (8), wherein one or both of the light beam splitting unit and the light beam combining unit is a birefringent prism. (10) The object according to any one of (1) to (9), wherein the phase difference adjusting means is a combination of a quarter-wave plate and a polarizer rotatable about an optical axis. Observation device. (11) The phase difference adjusting means can adjust the phase difference by moving one or both of the light beam separating means and the light beam combining means in a direction crossing the optical axis. The object observation device according to any one of 1) to (9).

【0015】(12)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前記(1)〜(11)のい
ずれかに記載の物体観察装置。
(12) The object observation device according to any one of (1) to (11), wherein the polarized light separating means is a polarized beam splitter.

【0016】本発明によれば、照明手段から供給された
光のうち、直交する第1及び第2の偏光方向の光の位相
差が、位相差調整手段によって調整される。調整後の第
1の偏光方向の光と第2の偏光方向の光の光軸は、光分
離手段によってを相対的にシャーして観察対象の物体に
照射される。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の偏光方向の光は、光合成手段によって合
成され、更に第1及び第2の異なる方向において可干渉
な偏光成分がフィルタ手段によって取り出される。
According to the present invention, of the light supplied from the illuminating means, the phase difference between the light in the first and second polarization directions orthogonal to each other is adjusted by the phase difference adjusting means. The adjusted optical axes of the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction are applied to the object to be observed while being relatively sheared by the light separating means. The light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction transmitted or reflected by the object are combined by the light combining means, and the coherent polarization components in the first and second different directions are extracted by the filter means. Be done.

【0017】撮像手段では、得られた第1及び第2の方
向の可干渉な偏光成分に基づいて第1及び第2の画像が
得られる。これによって得られた第1及び第2の画像に
対し、演算手段で強度調整を行って微分干渉像を得る。
これにより、光学系に残留する位相の回転が除去され、
理想的なコントラストの微分干渉像が任意の照明系の開
口絞りの大きさで観察可能となる。
The image pickup means obtains the first and second images based on the obtained coherent polarization components in the first and second directions. The first and second images thus obtained are subjected to intensity adjustment by the calculating means to obtain a differential interference image.
This removes the phase rotation that remains in the optical system,
A differential interference contrast image with ideal contrast can be observed with any aperture size of the illumination system.

【0018】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.

【0019】[0019]

【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。本発明にか
かる物体観察装置は、例えば微分干渉顕微鏡,特にレー
ザ走査型の顕微鏡に好適である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to Examples. The object observation device according to the present invention is suitable for, for example, a differential interference microscope, particularly a laser scanning microscope.

【0020】[0020]

【第1の基本的形態】最初に、実施例の第1の基本的な
形態について図1を参照しながら説明する。なお、同図
中の各素子に対して、それぞれ直交座標(X1,Y1)〜
(X4,Y4)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(X
5,Y5)を、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、照明側から見た
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。
[First Basic Form] First, a first basic form of the embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that, for each element in the figure, the Cartesian coordinates (X1, Y1) to
(X4, Y4) are set so as to be orthogonal to the optical axis AX and have the same azimuth. Similarly, the Cartesian coordinates (X
5 and Y5) are set so as to be orthogonal to the reflection side optical axis AX1 obtained by folding the optical axis AX and have the same azimuth as the orthogonal coordinates (X1, Y1) to (X4, Y4). That is, the coordinates are set so that the coordinate axes overlap when viewed from the illumination side. Hereinafter, those directions will be simply expressed as (x, y).

【0021】図示しない光源から射出された照明用の光
線i00は、回転可能なポラライザ10,1/4波長板1
2,ノマルスキープリズム14を順に透過してコンデン
サレンズ16に入射する。ポラライザ10は、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10を回転させることで変更可能
となっている。1/4波長板12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、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。1/4波長板12を透過し
た光線は、ノマルスキープリズム14とコンデンサレン
ズ16によって、物体面Sである(X3,Y3)座標平面
上で2σシャーした光線EO,OEとなる。光線EO
は、Y3軸に平行な偏波面の直線偏光となり、光線OE
はX3軸に平行な偏波面の直線偏光となる。
A light ray i00 for illumination emitted from a light source (not shown) is rotatable by a polarizer 10 and a quarter-wave plate 1
2. The light passes through the Nomarski prism 14 in order and enters the condenser lens 16. The polarizer 10 is a polarization direction of the transmitted light with an azimuth angle θ1 with respect to the x-axis, and this angle θ1 can be changed by rotating the polarizer 10. The quarter-wave plate 12 has a fast axis ne as an optical axis and a slow axis no orthogonal to the optical axis ne. The azimuth angle of the fast axis ne is 45 ° with respect to the x axis, and the azimuth angle of the slow axis no 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. The rays that have passed through the quarter-wave plate 12 are rays EO and OE that are sheared by 2σ on the (X3, Y3) coordinate plane that is the object plane S by the Nomarski prism 14 and the condenser lens 16. Ray EO
Is a linearly polarized light with a plane of polarization parallel to the Y3 axis, and the ray OE
Is a linearly polarized light having a plane of polarization parallel to the X3 axis.

【0022】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、光
線i00のうちの早い軸ne方向の偏光光がそのまま透過
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、光線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
゜位相遅れの後に透過する。このように、ポラライザ1
0と1/4波長板12の作用によって、直交する2つの
直線偏光成分EO,OEの位相差が任意に調整可能とな
っている。具体的には、光線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、後述す
る(2)式のように可変できる。
For example, the azimuth angle θ1 of the polarizer 10 is 1
When it coincides with the fast axis ne of the / 4 wave plate 12, the polarized light in the fast axis ne direction of the light ray i00 is transmitted as it is. The azimuth angle θ1 of the polarizer 10 is a quarter wave plate 12
Of the ray i00, the polarized light in the slow axis no direction of the ray i00 is 90% by the ¼ wavelength plate 12.
Transmitted after phase delay. In this way, the Polarizer 1
By the action of the 0 and 1/4 wavelength plates 12, the phase difference between the two linearly polarized light components EO and OE orthogonal to each other can be arbitrarily adjusted. Specifically, the relative phase difference α between the light rays EO and OE can be changed as shown in Expression (2) described below by changing the polarizer angle θ1.

【0023】次に、物体面S上の物体を透過した光線
は、対物レンズ18,ノマルスキープリズム20の作用
により再び1つの光線に合成される。なお、物体が位相
差の無い完全な平行平板である場合に、2つのノマルス
キープリズム14,20の間で照明光EO,OE間に与
えられる位相差が2πの整数倍となるように、ノマルス
キープリズム14,20の位置が光軸AXを横切る方向
に調整される。
Next, the light rays transmitted through the object on the object surface S are again combined into one light ray by the action of the objective lens 18 and the Nomarski prism 20. When the object is a perfect parallel plate having no phase difference, the Nomarski prism is adjusted so that the phase difference given between the illumination lights EO and OE between the two Nomarski prisms 14 and 20 is an integral multiple of 2π. The positions of 14 and 20 are adjusted in the direction crossing the optical axis AX.

【0024】ノマルスキープリズム20によって再び1
つになった光線は、偏光ビームスプリッタ22に入射す
る。偏光ビームスプリッタ22に達した光線のうち、x
軸に対してθ2=45゜の方位に平行な偏波面の成分は
透過して光線i1となり、x軸に対してθ3=135゜の
方位に平行な偏波面の成分は反射されて光線i2とな
り、光軸AX1に沿って進行する。これにより、照明光
OE,EOからそれぞれ振幅干渉成分が取り出される。
そして、後述するように、2つの干渉成分の差から微分
干渉像が得られる。
The Nomarski prism 20 again sets 1
The combined light rays enter the polarization beam splitter 22. Of the light rays reaching the polarization beam splitter 22, x
The component of the plane of polarization parallel to the azimuth of θ2 = 45 ° with respect to the axis is transmitted and becomes the ray i1, and the component of the plane of polarization parallel to the azimuth of θ3 = 135 ° with respect to the x-axis is reflected to the ray i2. , Along the optical axis AX1. As a result, the amplitude interference components are extracted from the illumination lights OE and EO.
Then, as will be described later, a differential interference image is obtained from the difference between the two interference components.

【0025】次に、レンズのOTFの影響は考えないも
のとし、物体,例えばレチクルなどの段差位置における
光線i1,i2による微分干渉像の強度を求める。なお、
観察対象の物体の段差は、基本的に1次元の構造である
ので以下の解析では光学系を含めてすべての1次元で行
うこととする。実際の光学系は2次元であるが、以下の
議論では1次元の仮定で全く差し支えない。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、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は、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ので、走査型の
ものにも基本的に適用可能である。
Next, assuming that the influence of the OTF of the lens is not taken into consideration, the intensity of the differential interference image by the light rays i1 and i2 at the step position of the object such as the reticle is obtained. In addition,
Since the step of the object to be observed is basically a one-dimensional structure, the following analysis will be performed in all one-dimensional including the optical system. Although the actual optical system is two-dimensional, in the following discussion, one-dimensional assumption is perfectly acceptable. Further, in the following description, the intensity of the point image on the image plane of the image-forming differential interference microscope will be described. However, except that the depth of focus also differs depending on the differential interference microscope of the laser scanning optical system, the image-forming differential If the σ value of the illumination system in the interference microscope is appropriately set, the same differential interference contrast image can be obtained, so that it is basically applicable to the scanning type.

【0026】また、この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。こ
のため、光線分離手段であるノマルスキープリズム14
にって生じる物体上の2つのビームの振幅や位相情報
は、光線合成手段であるノマルスキープリズム20内に
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。従って、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
渉像を得ることができる。干渉像を得るための撮像手段
(例えば光電変換素子)の設置位置は、光線合成手段以
降ならばどこでもよい。
Further, this embodiment has a structure of a laser scanning microscope which follows the optical system of the differential interference microscope. Therefore, the Nomarski prism 14 which is the light beam separating means
Amplitude and phase information of the two beams on the object generated by the above are stored in one light beam generated by the interference of the two light waves in the Nomarski prism 20, which is the light beam combining means. Therefore, the differential interference contrast image can be obtained also by a photoelectric conversion element installed at a position other than the image plane, for example, near the pupil conjugate plane. The image pickup means (for example, a photoelectric conversion element) for obtaining the interference image may be installed at any position after the light beam combining means.

【0027】図1に示す微分干渉顕微鏡によって得られ
る一つの像点には、ノマルスキープリズム14のシャー
による間隔2σだけ互いに離れた2つの物点が対応す
る。これらをO(+δ),O(−δ)として両者の相対
的な位相差をΨとすれば、次の(1)式のようになる。
なお、この(1)式は複素表示であり、a,bは振幅成
分を表わし、exp(jΨ)は位相成分を表わす。「j」は
虚数単位である。
One image point obtained by the differential interference microscope shown in FIG. 1 corresponds to two object points which are separated from each other by the interval 2σ due to the shear of the Nomarski prism 14. If these are O (+ δ) and O (−δ) and the relative phase difference between them is Ψ, the following equation (1) is obtained.
The expression (1) is a complex representation, where a and b represent amplitude components and exp (jΨ) represent phase components. “J” is an imaginary unit.

【0028】[0028]

【数1】 [Equation 1]

【0029】微分干渉顕微鏡によって付加される位相差
をα1,α2とすれば、ポラライザ10の方位角θ1との
関係は、次の(2)式のようになる。そして、光線i1,
i2に対応した理想的な光学系における干渉像の強度Ii
1(α1),Ii2(α2)は、Cを定数として次の(3)式
のようになる。
Assuming that the phase difference added by the differential interference microscope is α1 and α2, the relationship with the azimuth angle θ1 of the polarizer 10 is given by the following equation (2). And the ray i1,
Intensity Ii of the interference image in an ideal optical system corresponding to i2
1 (α1) and Ii2 (α2) are expressed by the following equation (3) with C as a constant.

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【数3】 (Equation 3)

【0031】ここで、ポラライザ10の方位角θ1=−
π/4とすると、光線i1,i2に対応した2つの像平面
上での理想的な光学系による干渉像の強度Ii1(α
1),Ii2(α2)は、次の(4),(5)式でそれぞれ示
される。
Here, the azimuth angle θ1 of the polarizer 10 = −
Assuming π / 4, the intensity Ii1 (α of the interference image by the ideal optical system on the two image planes corresponding to the rays i1 and i2
1) and Ii2 (α2) are expressed by the following equations (4) and (5), respectively.

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【0033】(4)式からすると、物体がない場合は、
a=b,Ψ=0であるから、理想的な光学系による干渉
像の強度Ii1(α1)はゼロとなる。しかし、主光線以
外の光線には対物レンズ18などによる付加的な位相差
が残留する。例えば、透過照明型の微分干渉顕微鏡で、
物体が存在しないときに照明系の開口絞りを小さくする
ことによって主光線のみを干渉させて、前記(4)式の
干渉像強度Ii1(α1)を、ほとんどゼロにすることが
できる。しかし、開口絞りを開けていくと、背景(バッ
クグラウンド)が徐々に明るくなるという現象が実験的
に観察できる。これは、上述した付加的な位相差の残留
が原因である。
From the equation (4), when there is no object,
Since a = b and Ψ = 0, the intensity Ii1 (α1) of the interference image by the ideal optical system becomes zero. However, an additional phase difference due to the objective lens 18 and the like remains in the rays other than the chief ray. For example, in a transillumination type differential interference microscope,
By reducing the aperture stop of the illumination system when there is no object, only the chief rays are made to interfere, and the interference image intensity Ii1 (α1) in the equation (4) can be made almost zero. However, as the aperture stop is opened, the phenomenon that the background gradually becomes brighter can be observed experimentally. This is due to the residual residual phase difference described above.

【0034】ここで、残留している主光線以外の光線の
付加的な位相差を、物体の位置によらない位相物体O0
として考慮し、次の(6)式にのように定義する。この
式で、「a0」は照明光の振幅を示し、Φは主光線以外
の光線の付加的な位相差の平均値である。なお、「j」
は、前記(1)式と同様に虚数単位である。
Here, the additional phase difference of the remaining rays other than the principal ray is determined by the phase object O0 which does not depend on the position of the object.
And then define as in the following equation (6). In this equation, "a0" represents the amplitude of the illumination light, and Φ is the average value of the additional phase difference of the rays other than the principal ray. Note that "j"
Is an imaginary unit as in the equation (1).

【0035】[0035]

【数6】 (Equation 6)

【0036】主光線以外の光線の付加的な位相差は、実
際には一つの値ではなく、光線が対物レンズ18の瞳平
面を通過するときの瞳平面上の位置によって変化する。
従って、ノマルスキープリズム20などでその位相差を
調整しても、開口絞りを開けた状態における物体がない
ときの強度Ii1(α1)(前記(4)式)を完全にゼロと
することはできない。しかし、主光線以外の光線の付加
的な位相差は一般に小さな値であるので、平均値で代表
しても差し支えない。そこで、位相物体O0を理想的な
光学系で観察したときの強度,つまり開口絞りを開けた
状態における背景強度Ii1(O0,α1),Ii2(O0,α
2)を、次の(7),(8)式のように得る。これらは、
前記(4),(5)式に前記(6)式の振幅及び位相を代
入して得られる。
The additional phase difference of the rays other than the chief ray is not actually a single value but varies depending on the position on the pupil plane of the objective lens 18 as it passes through the pupil plane.
Therefore, even if the phase difference is adjusted by the Nomarski prism 20 or the like, the intensity Ii1 (α1) (equation (4)) when there is no object in the state where the aperture stop is opened cannot be made completely zero. However, since the additional phase difference of rays other than the principal ray is generally a small value, it may be represented by an average value. Therefore, the intensity when observing the phase object O0 with an ideal optical system, that is, the background intensities Ii1 (O0, α1) and Ii2 (O0, α when the aperture stop is opened.
2) is obtained by the following equations (7) and (8). They are,
It is obtained by substituting the amplitude and phase of the equation (6) into the equations (4) and (5).

【0037】[0037]

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【0038】次に、背景の強度の差動出力S0を、kを
定数として次の(9)式で定義する。この(9)式に前記
(7),(8)式を代入すると、次の(10)式が得られ
る。この式から、背景強度の差動出力S0=0とすれ
ば、背景を完全にゼロとすることができる。このときの
cosΦと定数kとの関係を求めると、次の(11)式のよ
うになる。このようにして、主光線以外の光線の付加的
な位相差,別言すれば光学系に残留する位相の回転が消
去されるのと同等の効果を、画像として得ることができ
る。
Next, the differential output S0 of the background intensity is defined by the following equation (9), where k is a constant. By substituting the equations (7) and (8) into the equation (9), the following equation (10) is obtained. From this equation, if the differential output of background intensity S0 = 0, the background can be made completely zero. At this time
When the relationship between cosΦ and the constant k is obtained, the following expression (11) is obtained. In this way, it is possible to obtain, as an image, an effect equivalent to that when the additional phase difference of light rays other than the principal ray, in other words, the rotation of the phase remaining in the optical system is eliminated.

【0039】[0039]

【数9】 [Equation 9]

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【0040】次に、前記(1)式で示した物体を開口絞
りを開けた状態で観察する場合、付加的な位相差の平均
値Φを考慮した物体をOrと表現すれば、次の(12)式
のようになる。このときの前記(9)式に対応する差動
信号Srは、(9)式と同じ定数kによって次の(13)式
で示される。
Next, when observing the object represented by the above formula (1) with the aperture stop open, if the object considering the average value Φ of the additional phase difference is expressed as Or, the following ( It becomes like the formula 12). The differential signal Sr corresponding to the equation (9) at this time is represented by the following equation (13) by the same constant k as in the equation (9).

【0041】[0041]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【0042】他方、前記(4),(5)式に前記(12)式
を代入すると、次の(14),(15)式が得られる。これ
らを前記(13)式に代入すると、次の(16)式が得られ
る。この(16)式の近似は、対物レンズ18などによる
付加的な位相差の平均値Φが通常1〜2゜程度であるこ
とからすると、精度よく成り立つ。従って、以上の観察
手法によれば、光学系に残留する位相の回転が良好に消
去されるとともに、開口絞りを開けた状態でも、(4)
式で示される理想的な光学系の干渉像Ii1(α1)と等
価な像を得ることができる。
On the other hand, by substituting the equation (12) into the equations (4) and (5), the following equations (14) and (15) are obtained. By substituting these into the equation (13), the following equation (16) is obtained. The approximation of the equation (16) is accurately established, since the average value Φ of the additional phase difference due to the objective lens 18 or the like is usually about 1 to 2 °. Therefore, according to the above observation method, the rotation of the phase remaining in the optical system is satisfactorily eliminated, and even when the aperture stop is opened, (4)
An image equivalent to the ideal interference image Ii1 (α1) of the optical system shown by the formula can be obtained.

【0043】[0043]

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【0044】[0044]

【数16】 (Equation 16)

【0045】[0045]

【第2の基本的形態】次に、図2を参照しながら第2の
基本的形態について説明する。この形態は、上述した第
1の形態を落射照明法で実施するようにしたものであ
る。この落射照明法では、前記コンデンサーレンズ16
と対物レンズ18が対物レンズ26によって共用されて
おり、ノマルスキープリズム14,20もノマルスキー
プリズム24一つになる。また、物体からの反射光は、
ハーフミラー28によって照明光学系の光軸AX0と別
の方向に取り出される。
[Second Basic Form] Next, the second basic form will be described with reference to FIG. In this mode, the above-described first mode is implemented by an epi-illumination method. In this epi-illumination method, the condenser lens 16
And the objective lens 18 are shared by the objective lens 26, and the Nomarski prisms 14 and 20 also become one Nomarski prism 24. Also, the reflected light from the object is
It is extracted by the half mirror 28 in a direction different from the optical axis AX0 of the illumination optical system.

【0046】詳述すると、光線i00は、ポラライザ10
によって、x(X1)軸に対して方位角θ1の偏波面の直
線偏光となり、1/4波長板12を透過して位相変調を
受ける。そして、光軸AX0に沿って進行し、ハーフミ
ラー28に入射する。ハーフミラー28によって反射さ
れた光線は、光軸AXに沿って進み、ノマルスキープリ
ズム24,対物レンズ26を順に透過する。これらノマ
ルスキープリズム24,対物レンズ26の作用によっ
て、(X3,Y3)座標面である物体面S上で2δシャー
した照明光EO,OEが得られる。照明光EOは、Y3
軸に平行な偏波面の直線偏光,照明光OEはX3軸に平
行な偏波面の直線偏光である。同様に、照明光EO,O
E間の相対的な位相差αは、ポラライザ10の方位角θ
1を変化させることによって可変できる(前記(2)式参
照)。
More specifically, the light ray i00 is transmitted by the polarizer 10
Is linearly polarized in the plane of polarization having an azimuth angle θ1 with respect to the x (X1) axis, passes through the quarter-wave plate 12, and undergoes phase modulation. Then, it advances along the optical axis AX0 and enters the half mirror 28. The light beam reflected by the half mirror 28 travels along the optical axis AX and passes through the Nomarski prism 24 and the objective lens 26 in order. By the actions of the Nomarski prism 24 and the objective lens 26, the illumination light EO, OE which is 2δ sheared on the object plane S which is the (X3, Y3) coordinate plane is obtained. Illumination light EO is Y3
The linearly polarized light having the plane of polarization parallel to the axis and the illumination light OE are the linearly polarized light having the plane of polarization parallel to the X3 axis. Similarly, the illumination light EO, O
The relative phase difference α between E is the azimuth angle θ of the polarizer 10.
It can be changed by changing 1 (see the above formula (2)).

【0047】物体面S上の物体によって反射された照明
光は、対物レンズ26,ノマルスキープリズム24の作
用により再び1つの光線に合成される。なお、物体が位
相差の無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24との間で照明光EO,OE間に与えられ
る位相差が2πの整数倍となるように、ノマルスキープ
リズム24の位置が光軸AXを横切る方向に調整され
る。ノマルスキープリズム24によって再び1つになっ
た光線は、ハーフミラー28に入射する。そして、これ
を透過した光線が偏光ビームスプリッタ22に入射す
る。以後の作用は、上述した第1の形態と同様である。
The illumination light reflected by the object on the object surface S is again combined into one light beam by the action of the objective lens 26 and the Nomarski prism 24. When the object is a perfect mirror surface having no phase difference, the phase difference given between the illumination light EO and OE between the object and the Nomarski prism 24 is an integer multiple of 2π so that the Nomarski prism 24 has a phase difference. The position is adjusted across the optical axis AX. The rays of light that have been combined again by the Nomarski prism 24 enter the half mirror 28. Then, the light rays that have passed through this enter the polarization beam splitter 22. The subsequent operation is similar to that of the above-described first embodiment.

【0048】[0048]

【実施例1】次に、図3を参照しながら本発明の実施例
1について説明する。基本的な構成は、前記図1と同様
である。図3において、レーザー光源50から射出され
た光線は、X軸に対してY軸を正としたとき−45゜の
方位の直線偏光である。この光線は、ビームエキスパン
ダー52によって平行光となり、反射ミラー53で反射
されてXY走査部54に入射する。光線は、XY走査部
54で空間的に走査偏向される。走査後の光線は、第1
リレーレンズ56,第2リレーレンズ58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12,ノマルスキープリズム14に入射する。ノマル
スキープリズム14を通過すると、互いの偏光方向が直
交する二つの直線偏光であって、僅かな相対角度をなす
光線に分離され、コンデンサレンズ16に入射する。コ
ンデンサレンズ16によって屈折された各光線は、スラ
イドガラス60上の物体62上でビームスポットを形成
する。
First Embodiment Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic structure is the same as that shown in FIG. In FIG. 3, the light beam emitted from the laser light source 50 is linearly polarized light having an azimuth of −45 ° when the Y axis is positive with respect to the X axis. This light beam becomes parallel light by the beam expander 52, is reflected by the reflection mirror 53, and enters the XY scanning unit 54. The light beam is spatially scanned and deflected by the XY scanning unit 54. The light beam after scanning is the first
After passing through the relay lens 56 and the second relay lens 58, the light enters the ¼ wavelength plate 12 and the Nomarski prism 14 located near the pupil position of the condenser lens 16. After passing through the Nomarski prism 14, the two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other are separated into light beams having a slight relative angle, and are incident on the condenser lens 16. Each light beam refracted by the condenser lens 16 forms a beam spot on the object 62 on the glass slide 60.

【0049】物体62上には、ノマルスキープリズム1
4の作用により、わずかに位置のずれた2つのスポット
が近接して形成される。これらのスポットは、XY走査
部54の作用によって物体62上を2次元走査する。な
お、XY走査部54は、同期装置80,アクチュエータ
88を介して駆動されている。
On the object 62, the Nomarski prism 1
By the action of 4, the two spots slightly displaced from each other are formed close to each other. These spots two-dimensionally scan the object 62 by the action of the XY scanning unit 54. The XY scanning unit 54 is driven via the synchronizing device 80 and the actuator 88.

【0050】物体62を透過した光線は、対物レンズ1
8に入射して屈折され、対物レンズ18の瞳位置近傍に
位置するノマルスキープリズム20によって1つの平行
光速に合成される。合成後の光線は、偏光ビームスプリ
ッタ22に入射する。偏光ビームスプリッタ22を透過
した光線i1は、x軸に対して45゜の方位の直線偏光
となる。偏光ビームスプリッタ22で反射された光線i
2は、x軸に対して135゜の方位の直線偏光となる。
The light beam transmitted through the object 62 is the objective lens 1
It is incident on 8 to be refracted and is combined into one parallel light velocity by the Nomarski prism 20 located near the pupil position of the objective lens 18. The combined light rays enter the polarization beam splitter 22. The light ray i1 transmitted through the polarization beam splitter 22 becomes linearly polarized light having an azimuth of 45 ° with respect to the x-axis. Light ray i reflected by the polarization beam splitter 22
2 is linearly polarized light with an azimuth of 135 ° with respect to the x-axis.

【0051】なお、上述した各光学素子の光軸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の光学軸は+45゜,ノマルスキ
ープリズム14,20の楔の向きは0゜,偏光ビームス
プリッタ22のアナライザ角(θ2)は+45゜となっ
ている。なお、これらは、前記図1と同じである。
With respect to the azimuth angle with respect to the x-axis centering on the optical axis AX of each of the above-mentioned optical elements, assuming that the y-axis direction is positive, the optical axis of the quarter-wave plate 12 is + 45 °, the Nomarski prism 14, The direction of the wedge of 20 is 0 °, and the analyzer angle (θ2) of the polarization beam splitter 22 is + 45 °. Note that these are the same as those in FIG.

【0052】また、上述したように、スライドガラス6
0ないしは物体62上における2つのビーム間に位相差
を生じるようなものが全くない場合,例えば平行平板の
ようなときに、2つのノマルスキープリズム14,20
の間で二つの光線に与えられる位相差の初期値が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をアクチュエータ64によって位置調
整する。アクチュエータ64は、コンピュータ66によ
って制御されている。
Further, as described above, the slide glass 6
If there is nothing that causes a phase difference between two beams on 0 or the object 62, for example, in the case of a parallel plate, the two Nomarski prisms 14, 20
The position of the Nomarski prism 14 is adjusted by the actuator 64 in the direction crossing the optical axis AX so that the initial value of the phase difference given to the two light beams between the two is an integral multiple of 2π. The actuator 64 is controlled by the computer 66.

【0053】偏光ビームスプリッタ22を透過した光線
i1は、レンズ68によって屈折し、CCDなどで構成
された光電変換素子70によって光電変換されて映像信
号が出力される。偏光ビームスプリッタ22で反射され
た光線i2は、レンズ72によって屈折し、光電変換素
子74によって光電変換されて映像信号が出力される。
光電変換素子74から出力される映像信号は、光線i2
に関する光電変換信号であって、減衰器(乗算器)76
により、係数kが前記(11)式に従って乗じられる。な
お、係数kは、物体が存在しないときの差動信号がゼロ
となるように実験的に設定してもよい。
The light ray i1 transmitted through the polarization beam splitter 22 is refracted by the lens 68 and photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 70 composed of CCD or the like to output a video signal. The light ray i2 reflected by the polarization beam splitter 22 is refracted by the lens 72 and photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 74 to output a video signal.
The video signal output from the photoelectric conversion element 74 is a light ray i2.
Which is a photoelectric conversion signal relating to an attenuator (multiplier) 76
Thus, the coefficient k is multiplied according to the equation (11). The coefficient k may be experimentally set such that the differential signal when the object does not exist is zero.

【0054】光電変換素子70,減衰器76からそれぞ
れ出力された一組の映像信号は、差動増幅器78に入力
され、差動増幅器78では両者の差動信号が出力され
る。この差動信号は、前記(13)又は(16)式に示した
Srに相当する。この差動信号Srは、同期装置80を経
て画像表示部82上に表示される。同期装置80によ
り、信号の取り込みがXY走査部54の走査に同期して
行われる。
A pair of video signals output from the photoelectric conversion element 70 and the attenuator 76 are input to the differential amplifier 78, and the differential amplifier 78 outputs the differential signals of both. This differential signal corresponds to Sr shown in the equation (13) or (16). The differential signal Sr is displayed on the image display unit 82 via the synchronizer 80. The synchronization device 80 captures signals in synchronization with the scanning of the XY scanning unit 54.

【0055】他方、コンピュータ66では、差動信号S
rがD/A変換され、必要に応じて画像データとして蓄
積される。観察者は、インターフェイス84を介して蓄
積されたデータの画像表示部82への表示や、周知の画
像処理技術に基づく画像演算を実行できる。なお、本実
施例において、1/4波長板12はなくても全く問題は
ない。
On the other hand, in the computer 66, the differential signal S
r is D / A converted and stored as image data as required. The observer can display the data accumulated through the interface 84 on the image display unit 82 and can perform image calculation based on a known image processing technique. In this embodiment, there is no problem even if the quarter wave plate 12 is not provided.

【0056】[0056]

【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2は、前記実施例1を落射照明
法によって構成した例であり、前記第2の基本的形態に
対応する。同図において、レーザー光源50から射出さ
れた光線は、ビームエキスパンダー52によって平行光
となり、更にXY走査部54で空間的に走査偏向され
る。走査後の光線は、第1リレーレンズ56,第2リレ
ーレンズ58を経て、対物レンズ26の瞳面と共役な面
の近傍に位置する1/4波長板12を通過する。1/4
波長板12を透過した光線は、瞳投影レンズ86によっ
て屈折し、ハーフミラー28によって光軸AXに沿った
方向に反射され、ノマルスキープリズム34に入射す
る。ノマルスキープリズム24を通過すると、互いの偏
光方向が直交する二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し、対物レンズ26に入
射する。対物レンズ26によって屈折された各光線は、
スライドガラス60上の物体62上でビームスポットを
形成する。
Second Embodiment Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment is an example in which the first embodiment is configured by the epi-illumination method, and corresponds to the second basic form. In the figure, the light beam emitted from the laser light source 50 becomes parallel light by the beam expander 52, and is further spatially scanned and deflected by the XY scanning unit 54. The light beam after scanning passes through the first relay lens 56 and the second relay lens 58, and then passes through the quarter-wave plate 12 located in the vicinity of the plane conjugate with the pupil plane of the objective lens 26. 1/4
The light ray that has passed through the wave plate 12 is refracted by the pupil projection lens 86, reflected by the half mirror 28 in the direction along the optical axis AX, and enters the Nomarski prism 34. After passing through the Nomarski prism 24, the two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other are separated into light rays having a slight relative angle and proceed, and then enter the objective lens 26. Each light beam refracted by the objective lens 26 is
A beam spot is formed on the object 62 on the slide glass 60.

【0057】物体62上には、ノマルスキープリズム2
4の作用により、わずかに位置のずれた2つのスポット
が近接して形成される。これらのスポットは、XY走査
部54の作用によって物体62上を2次元走査する。
On the object 62, the Nomarski prism 2
By the action of 4, the two spots slightly displaced from each other are formed close to each other. These spots two-dimensionally scan the object 62 by the action of the XY scanning unit 54.

【0058】物体62によって反射された光線は、再び
対物レンズ26に入射して屈折され、対物レンズ26の
瞳位置近傍に位置するノマルスキープリズム24を再度
通過してハーフミラー28に入射する。全振幅の一部分
はハーフミラー28を透過して偏光ビームスプリッタ2
2に達する。以後の作用は、上述した実施例1と同様で
あり、差動増幅器78において差動信号Srが得られ
る。なお、本実施例においても、1/4波長板12は、
なくても全く問題ない。
The light beam reflected by the object 62 again enters the objective lens 26 and is refracted, passes through the Nomarski prism 24 located near the pupil position of the objective lens 26 again, and enters the half mirror 28. A part of the total amplitude is transmitted through the half mirror 28 and the polarization beam splitter 2
Reach 2. The subsequent operation is similar to that of the first embodiment described above, and the differential signal Sr is obtained in the differential amplifier 78. Note that, also in this embodiment, the quarter-wave plate 12 is
There is no problem at all.

【0059】[0059]

【実施例3】次に、図5を参照しながら実施例3につい
て説明する。この実施例3は、前記実施例2とほぼ同様
であるが、本実施例ではXY走査部54の位置が異なっ
ている。すなわち、物体62からの反射光が、もう一度
XY走査部54を通過する配置となっており、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。
Third Embodiment Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment is almost the same as the second embodiment, but the position of the XY scanning unit 54 is different in the present embodiment. That is, the reflected light from the object 62 is arranged so as to pass through the XY scanning unit 54 again, which is the optical configuration of a so-called confocal microscope.

【0060】このため、光電変換素子70,74に入射
する光束は、物体62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。従って、レンズ68,
72によって光を集光するとともに、集光点(物点と共
役な点)にピンホール90,92を設けてフレアなどの
不必要な光を減少させている。もちろん、本実施例で
も、前記実施例2と同様に1/4波長板12を設けなく
てもよい。
Therefore, the light beam incident on the photoelectric conversion elements 70 and 74 is always stationary regardless of the two-dimensional scanning of the laser beam on the object 62. Therefore, the lens 68,
The light is condensed by 72, and pinholes 90 and 92 are provided at the condensing point (a point conjugate with the object point) to reduce unnecessary light such as flare. Of course, also in the present embodiment, the quarter wave plate 12 may not be provided as in the second embodiment.

【0061】[0061]

【実施例4】次に、図6を参照しながら実施例4につい
て説明する。上述した実施例は、いずれもレーザビーム
を走査する走査型の例であるが、以下の実施例は結像型
の例であり、本実施例は図1に相当する透過型の構成と
なっている。
Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. Although the above-mentioned embodiments are all examples of scanning type in which a laser beam is scanned, the following examples are examples of imaging type, and this example has a transmissive configuration corresponding to FIG. There is.

【0062】図6において、光源100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102によって最適な波長が選択される。干渉
フィルタ102を透過した光は、コレクタレンズ10
4,第一リレーレンズ106,第2リレーレンズ108
を順に経て、コンデンサレンズ12の瞳位置近傍に位置
するポラライザ10,1/4波長板12,ノマルスキー
プリズム14を通過する。これにより、互いの偏光方向
が直交する二つの直線偏光であって、僅かな相対角度を
有する光線に分離して進行し、コンデンサーレンズ12
によって屈折されて、スライドガラス60上の物体62
を透過照明する。
In FIG. 6, a mercury lamp is used as the light source 100, and the optimum wavelength of the light beam emitted from this is selected by the interference filter 102. The light transmitted through the interference filter 102 is collected by the collector lens 10
4, first relay lens 106, second relay lens 108
Through the polarizer 10, the quarter-wave plate 12, and the Nomarski prism 14 located near the pupil position of the condenser lens 12. As a result, the two linearly polarized light beams whose polarization directions are orthogonal to each other are separated into light beams having a slight relative angle to travel, and the condenser lens 12
The object 62 on the glass slide 60 is refracted by
Illuminate through.

【0063】物体62を透過した光線は対物レンズ18
に入射して屈折するとともに、対物レンズ18の瞳位置
近傍に位置するノマルスキープリズム20を透過し、ア
ナライザ110に入射する。一部の光線はアナライザ1
10を透過し、アナライザ角に平行な偏波面の直線偏光
の光線となる。光線としては、後述するように、ポララ
イザ10の方位角に応じてi1,i2が得られる。アナラ
イザ角は、上述した偏光ビームスプリッタ22のアナラ
イザ角θ2と同様となっている。アナライザ110を透
過した光線はレンズ112によって屈折され、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。そ
して、前記実施例と同様に像平面上に光検知面が位置す
る二次元撮像素子114によって光電変換され、映像信
号が2次元撮像素子114から出力される。
The light beam transmitted through the object 62 is the objective lens 18
Is incident on and refracted, is transmitted through the Nomarski prism 20 located near the pupil position of the objective lens 18, and is incident on the analyzer 110. Some rays are analyzer 1
The light passes through 10 and becomes a linearly polarized light beam having a polarization plane parallel to the analyzer angle. As light rays, i1 and i2 are obtained according to the azimuth angle of the polarizer 10 as described later. The analyzer angle is similar to the analyzer angle θ2 of the polarization beam splitter 22 described above. The light beam transmitted through the analyzer 110 is refracted by the lens 112, and forms an interference image on an image plane conjugate with the object plane of the objective lens 18. Then, similarly to the above-described embodiment, photoelectric conversion is performed by the two-dimensional image pickup device 114 in which the light detection surface is located on the image plane, and a video signal is output from the two-dimensional image pickup device 114.

【0064】2つのポラライザ方位角に対応して得られ
る2つの画像信号は、画像蓄積部116内でA/D変換
され、2つの画像データとして蓄積される。すなわち、
まず、ポラライザ10の方位角θ1がx方向に対して−
π/4にアクチュエータ118によって設定され、光線
i1に対応する強度画像が二次元撮像素子114で撮像
され、これが画像蓄積部116内に保存される。次に、
ポラライザ10の方位角θ1がx方向に対して+π/4
にアクチュエータ118により設定され、光線i2に対
応する強度画像が二次元撮像素子114で撮像され、こ
れを画像蓄積部116内に保存される。
The two image signals obtained corresponding to the two polariser azimuths are A / D converted in the image storage section 116 and stored as two image data. That is,
First, the azimuth angle θ1 of the polarizer 10 is − with respect to the x direction.
The intensity image corresponding to the light ray i1 is set to π / 4 by the actuator 118, and the intensity image corresponding to the light ray i1 is captured by the two-dimensional image sensor 114 and stored in the image storage unit 116. next,
The azimuth angle θ1 of the polarizer 10 is + π / 4 with respect to the x direction.
Is set by the actuator 118, the intensity image corresponding to the light ray i2 is captured by the two-dimensional image sensor 114, and the intensity image is stored in the image storage unit 116.

【0065】コンピュータ66では、画像蓄積部116
内に格納された2つの画像データのうち、光線i2によ
る画像の強度に対して係数kを(11)式に従って乗じて
から、光線i1による画像に対して(13),(16)式に
従って差画像データが算出され、これが画像蓄積部11
6内に蓄積される。この差画像データは、D/A変換さ
れて表示部82に出力されて表示される。なお、観察者
は、前記実施例と同様に、インターフェイス84よって
蓄積したデータの表示や他の画像演算を選択できる。
In the computer 66, the image storage section 116
Of the two image data stored in the image data, the intensity of the image by the ray i2 is multiplied by the coefficient k according to the equation (11), and then the image by the ray i1 is subtracted by the equations (13) and (16). The image data is calculated, and this is the image storage unit 11.
It is accumulated in 6. The difference image data is D / A converted and output to the display unit 82 for display. It should be noted that the observer can select the display of the accumulated data or other image calculation through the interface 84, as in the above embodiment.

【0066】なお、本実施例における1/4波長板12
も同様になくてもよい。しかしこの場合、シャーした光
線OE,EOに対し、任意の位相差をポラライザ10の
回転によって与えることはできない。
The quarter-wave plate 12 in this embodiment is used.
Similarly, it may not be necessary. However, in this case, an arbitrary phase difference cannot be given to the sheared rays OE and EO by the rotation of the polarizer 10.

【0067】[0067]

【実施例5】次に、図7を参照しながら実施例5につい
て説明する。この実施例5は、前記実施例4を落者照明
法の構成とした例である。光源100から射出された光
線は、干渉フィルタ102による波長選択の後、コレク
タレンズ104,第一リレーレンズ106,第2リレー
レンズ108,ポラライザ10,1/4波長板12を順
に通過し、瞳投影レンズ86によって屈折されてハーフ
ミラー28に入射する。ハーフミラー28により光軸A
Xに沿って反射された光線は、ノマルスキープリズム2
4を通過する。これにより、互いの偏光方向が直交する
光線に分離されて進行し、対物レンズ26によって屈折
されて、スライドガラス60上の物体62を落射照明す
る。
Fifth Embodiment Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. The fifth embodiment is an example in which the fourth embodiment is configured by the lost person lighting method. The light beam emitted from the light source 100 passes through the collector lens 104, the first relay lens 106, the second relay lens 108, the polarizer 10 and the quarter wavelength plate 12 in order after wavelength selection by the interference filter 102, and pupil projection The light is refracted by the lens 86 and enters the half mirror 28. Optical axis A by half mirror 28
The rays reflected along X are the Nomarski prism 2
Pass 4. As a result, the light beams whose polarization directions are perpendicular to each other are separated and travel, and are refracted by the objective lens 26 to epi-illuminate the object 62 on the slide glass 60.

【0068】物体62で反射した光線は、対物レンズ2
6,ノマルスキープリズム24,ハーフミラー28を順
に透過し、アナライザ110に入射する。以後の作用
は、前記実施例4と同様である。
The light beam reflected by the object 62 is the objective lens 2
6, the Nomarski prism 24, and the half mirror 28 are sequentially transmitted to enter the analyzer 110. The subsequent operation is the same as that of the fourth embodiment.

【0069】[0069]

【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。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。2つのビームのシャー量も可変としてよい。
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. 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. The shear amounts of the two beams may be variable.

【0070】(2)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、物体の観察全般に本発明
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。
(2) In the above-described embodiment, the present invention is mainly applied to a microscope, but the present invention is applicable to general observation of objects. For example, it is effective for measuring the level difference of an object, inspecting a defect of a magnetic head, a wafer, a reticle, etc., and measuring the position in consideration of the surface shape of the object.

【0071】(3)前記実施例では、位相差調整機構と
して、1/4波長板と回転可能なポラライザを用いた
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る。他に、例
えば液晶などの屈折率を可変な素子を用いて位相差調整
を行うようにしてもよい。
(3) In the above embodiment, the quarter-wave plate and the rotatable polarizer were used as the phase difference adjusting mechanism, but the same effect can be achieved by moving the Nomarski prism in the direction transverse to the optical axis. It is possible. Alternatively, the phase difference may be adjusted using an element such as a liquid crystal having a variable refractive index.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位相差が調整された2つの偏光方向の光をシャーして物
体に照射し、合成後の光から得た干渉像に強度調整を行
って微分干渉像を得ることとしたので、光学系に残留す
る位相の回転が良好に除去されるとともに、理想的なコ
ントラストの微分干渉像が任意の照明系の開口絞りの大
きさで観察可能な結像式やレーザ走査式の顕微鏡を単純
な光学構成で得ることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
Since the light with two polarization directions with adjusted phase differences is sheared and applied to the object and the intensity of the interference image obtained from the combined light is adjusted to obtain the differential interference image, it remains in the optical system. Rotation of the phase to be satisfactorily removed, and the differential contrast image of ideal contrast can be observed with the aperture size of any illumination system. There is an effect that can be obtained.

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

【図1】この発明の実施例の第1の基本的な形態を示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a first basic form of an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例の第2の基本的な形態を示す
斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a second basic form of the embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例1を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention.

【図4】この発明の実施例2を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施例3を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施例4を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図7】この発明の実施例5を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ポラライザ 12…1/4波長板 14,20,24…ノマルスキープリズム 16…コンデンサレンズ 18,26…対物レンズ 22…偏光ビームスプリッタ(アナライザ) 28…ハーフミラー 50…レーザ光源 52…ビームエキスパンダ 54…X−Y走査部 56,58…リレーレンズ 60…スライドガラス 62…物体 64,88,118…アクチュエータ 66…コンピュータ 68,72,112…レンズ 70,74,114…光電変換素子 76…減衰器 78…差動増幅器 80…同期装置 82…表示部 84…インターフェース 86…瞳投影レンズ 90,92…ピンホール 100…水銀ランプ 102…干渉フィルタ 104…コレクタレンズ 106,108…リレーレンズ 110…アナライザ 116…画像蓄積部 10 ... Polarizer 12 ... Quarter wave plate 14, 20, 24 ... Nomarski prism 16 ... Condenser lens 18, 26 ... Objective lens 22 ... Polarization beam splitter (analyzer) 28 ... Half mirror 50 ... Laser light source 52 ... Beam expander 54 ... XY scanning unit 56, 58 ... Relay lens 60 ... Slide glass 62 ... Object 64, 88, 118 ... Actuator 66 ... Computer 68, 72, 112 ... Lens 70, 74, 114 ... Photoelectric conversion element 76 ... Attenuator 78 ... differential amplifier 80 ... synchronization device 82 ... display unit 84 ... interface 86 ... pupil projection lens 90, 92 ... pinhole 100 ... mercury lamp 102 ... interference filter 104 ... collector lens 106, 108 ... relay lens 110 ... analyzer 116 ... image Accumulator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01N 21/88 G01N 21/88 E G02B 21/00 G02B 21/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location G01N 21/88 G01N 21/88 E G02B 21/00 G02B 21/00

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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フィルタ手段;これ
によって得られた第1及び第2の方向の可干渉な偏光成
分に基づいて第1及び第2の画像を得る撮像手段;これ
によって得られた第1及び第2の画像に対し、強度調整
を行って微分干渉像を得る演算手段;を備えたことを特
徴とする物体観察装置。
1. Illumination means for supplying light for illuminating an object; first of the lights supplied thereby orthogonal to each other
And a phase difference adjusting means for adjusting the phase difference between the light in the second polarization direction; and the optical axes of the light in the first polarization direction and the light in the second polarization direction, the phase differences of which are adjusted by the phase difference adjusting means. Light separating means for irradiating an object to be observed after shearing; light combining means for combining the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction transmitted or reflected by the object; supplied from the light combiner Filter means for respectively obtaining coherent polarization components in the first and second different directions from the light respectively; first and second based on the coherent polarization components in the first and second directions obtained thereby An object observation apparatus comprising: an image pickup unit for obtaining two images; a calculation unit for adjusting the intensity of the first and second images obtained thereby to obtain a differential interference image.
【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;これによって得られた可干渉な偏光成分に
基づいて画像を得る撮像手段;これによって得られた画
像を格納するための画像格納手段;前記位相差調整手段
によって第1の位相に調整されたときに格納された第1
の画像と、第2の位相に調整されたときに格納された第
2の画像に対し、強度調整を行って微分干渉像を得る演
算手段;を備えたことを特徴とする物体観察装置。
2. Illuminating means for supplying light for illuminating an object; first of the lights supplied thereby orthogonal to each other
And a phase difference adjusting means for adjusting the phase difference between the light in the second polarization direction; and the optical axes of the light in the first polarization direction and the light in the second polarization direction, the phase differences of which are adjusted by the phase difference adjusting means. Light separating means for irradiating an object to be observed after shearing; light combining means for combining the light of the first polarization direction and the light of the second polarization direction transmitted or reflected by the object; supplied from the light combiner Filter means for respectively obtaining coherent polarization components from light; imaging means for obtaining an image based on the coherent polarization components obtained thereby; image storage means for storing the image thus obtained; The first stored when adjusted to the first phase by the phase difference adjusting means.
Object and the second image stored when adjusted to the second phase, the object observation apparatus comprising: arithmetic means for performing intensity adjustment to obtain a differential interference image.
【請求項3】 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又は2記載の物体観察装置。
3. The object observing device according to claim 1, wherein the phase difference adjusting means includes a rotatable polarizer and a quarter-wave plate.
【請求項4】 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
又は2記載の物体観察装置。
4. The phase difference adjusting means is a liquid crystal whose refractive index can be controlled by a voltage.
Or the object observation device according to 2.
【請求項5】 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又
は2記載の物体観察装置。
5. The object observation apparatus according to claim 1, wherein the phase difference adjusting unit is a unit that moves at least one of the light separating unit and the light combining unit in a direction crossing an optical axis. .
【請求項6】 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又は5記載の物体観察装置。
6. The object observing apparatus according to claim 1, wherein at least one of the light separating means and the light synthesizing means is a birefringent prism.
【請求項7】 前記フィルタ手段は、偏光ビームスプリ
ッタ又はアナライザであることを特徴とする請求項1,
2,3,4,5又は6記載の物体観察装置。
7. The filter means is a polarization beam splitter or an analyzer, according to claim 1,
The object observation device according to 2, 3, 4, 5 or 6.
【請求項8】 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又は7記
載の物体観察装置。
8. The object according to claim 1, wherein the illuminating means includes a laser light source and a scanning means for scanning a laser beam output from the laser light source. Observation device.
【請求項9】 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8記載の物
体観察装置。
9. The object observing apparatus according to claim 8, wherein the scanning means is arranged in an optical path of light transmitted or reflected by the object, and a pinhole is provided at a position conjugate with an object point. .
【請求項10】 前記演算手段は、 前記第一及び第二の画像の信号強度比を調整する信号比
調整手段;これによって所定の強度比に調整された二つ
の信号の差信号を得る差信号演算手段;を備えたことを
特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8又は
9記載の物体観察装置。
10. The calculation means is a signal ratio adjusting means for adjusting a signal intensity ratio of the first and second images; a difference signal for obtaining a difference signal of two signals adjusted to have a predetermined intensity ratio by the signal ratio adjusting means. 10. The object observing device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9, further comprising a computing means.
【請求項11】 前記信号比調整手段は、主光線以外の
光線の付加的な位相差に相当する強度比調整を行うこと
を特徴とする請求項11記載の物体観察装置。
11. The object observing apparatus according to claim 11, wherein the signal ratio adjusting means adjusts the intensity ratio corresponding to an additional phase difference of light rays other than the chief ray.
JP8119726A 1996-04-17 1996-04-17 Object observing device Pending JPH09281402A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005024547A (en) * 2003-06-30 2005-01-27 Emhart Glass Sa Container inspection equipment
US7440108B2 (en) 2002-07-02 2008-10-21 Qinetiq Limited Imaging spectrometer including a plurality of polarizing beam splitters
CN114441440A (en) * 2021-12-23 2022-05-06 浙江大学 Wafer defect detection system and method

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