JPH10104524A - 微分干渉顕微鏡 - Google Patents
微分干渉顕微鏡Info
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- JPH10104524A JPH10104524A JP9137595A JP13759597A JPH10104524A JP H10104524 A JPH10104524 A JP H10104524A JP 9137595 A JP9137595 A JP 9137595A JP 13759597 A JP13759597 A JP 13759597A JP H10104524 A JPH10104524 A JP H10104524A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
Abstract
(57)【要約】
【課題】精密に物体の凹凸を測定することができる微分
干渉顕微鏡を提供する。 【解決手段】光源１０からの光を偏光子１２と複屈折プ
リズム１５の順に導き、複屈折プリズムによって分離し
た常光線と異常光線を対物レンズ１６に導き、対物レン
ズを透過した常光線と異常光線によって試料１７をテレ
セントリックに照明し、試料によって反射した常光線と
異常光線を対物レンズ１６と複屈折プリズム１５の順に
導き、複屈折プリズムによって合成された光を検光子１
８に導き、検光子を透過した光の結像位置にＣＣＤ２１
を配置した微分干渉顕微鏡において、検光子１８と偏光
子１２とのいずれか一方を光軸周りに回転可能に配置
し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上の回転
角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、光量
を回転角に関してフーリエ変換することにより、試料の
振幅反射率分布又は表面形状を測定可能としたことを特
徴とする。
干渉顕微鏡を提供する。 【解決手段】光源１０からの光を偏光子１２と複屈折プ
リズム１５の順に導き、複屈折プリズムによって分離し
た常光線と異常光線を対物レンズ１６に導き、対物レン
ズを透過した常光線と異常光線によって試料１７をテレ
セントリックに照明し、試料によって反射した常光線と
異常光線を対物レンズ１６と複屈折プリズム１５の順に
導き、複屈折プリズムによって合成された光を検光子１
８に導き、検光子を透過した光の結像位置にＣＣＤ２１
を配置した微分干渉顕微鏡において、検光子１８と偏光
子１２とのいずれか一方を光軸周りに回転可能に配置
し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上の回転
角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、光量
を回転角に関してフーリエ変換することにより、試料の
振幅反射率分布又は表面形状を測定可能としたことを特
徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属面の微少な凹
凸や、生物細胞中の位相物体などを観察するために用い
られる微分干渉顕微鏡に関するものである。
凸や、生物細胞中の位相物体などを観察するために用い
られる微分干渉顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、微少な位相物体を観察するた
めに微分干渉顕微鏡が用いられていた。ここでは、図８
に示す従来の落射照明型の微分干渉顕微鏡に基づいて、
従来技術を説明する。図８に示すように光源１０の１点
を出た光は、集光レンズ１１を通り、偏光子１２を通っ
て直線偏光の光１となり、ハーフミラー１４によって反
射して物体面１７に向って進み、対物レンズ１６の後側
焦点近くに光源像を作る。更に、光源像の近辺に置かれ
たウォンラストンプリズム１５を通り、対物レンズ１６
を通過して、物体面１７を落射照明する。この際、光１
はウォンラストンプリズム１５を通ることにより、互い
の電場の振動面が直交する常光線２と異常光線３に分離
され、常光線２と異常光線３は互いにある角度を持って
広がって行く。図８では、常光線２の電場の振動面は紙
面内にあり、異常光線３の電場の振動面は紙面に垂直な
面内にあるものとして表示している。
めに微分干渉顕微鏡が用いられていた。ここでは、図８
に示す従来の落射照明型の微分干渉顕微鏡に基づいて、
従来技術を説明する。図８に示すように光源１０の１点
を出た光は、集光レンズ１１を通り、偏光子１２を通っ
て直線偏光の光１となり、ハーフミラー１４によって反
射して物体面１７に向って進み、対物レンズ１６の後側
焦点近くに光源像を作る。更に、光源像の近辺に置かれ
たウォンラストンプリズム１５を通り、対物レンズ１６
を通過して、物体面１７を落射照明する。この際、光１
はウォンラストンプリズム１５を通ることにより、互い
の電場の振動面が直交する常光線２と異常光線３に分離
され、常光線２と異常光線３は互いにある角度を持って
広がって行く。図８では、常光線２の電場の振動面は紙
面内にあり、異常光線３の電場の振動面は紙面に垂直な
面内にあるものとして表示している。
【０００３】このとき常光線２と異常光線３の偏光方向
が、いずれも偏光子１２の光学軸に対して４５°になる
向きに配置すると、常光線２と異常光線３の光量がほぼ
等しくなる。また、このときの常光線２と異常光線３の
広がりの中心１５ａが、対物レンズ１６の後側焦点と一
致するように、ウォンラストンプリズム１５を配置して
おく。そうすることにより、光源１０の１点から出た光
のうちの常光線２と異常光線３の成分は、対物レンズ１
６を通った後、物体面１７のわずかにずれたところをテ
レセントリックに照明する。
が、いずれも偏光子１２の光学軸に対して４５°になる
向きに配置すると、常光線２と異常光線３の光量がほぼ
等しくなる。また、このときの常光線２と異常光線３の
広がりの中心１５ａが、対物レンズ１６の後側焦点と一
致するように、ウォンラストンプリズム１５を配置して
おく。そうすることにより、光源１０の１点から出た光
のうちの常光線２と異常光線３の成分は、対物レンズ１
６を通った後、物体面１７のわずかにずれたところをテ
レセントリックに照明する。
【０００４】物体面１７を落射照明した常光線２と異常
光線３は物体面１７で反射し、反射した常光線４と異常
光線５は再び対物レンズ１６を通り、常光線２と異常光
線３に分岐した中心点１５ａにおいて再び常光線４と異
常光線５が交わる。つまり、常光線２、４と異常光線
３、５の広がりないしは収束の中心点１５ａは、対物レ
ンズ１６と物体面１７とを挟んで、自己と共役な位置に
ある。その後ウォンラストンプリズム１５を通ることこ
とにより、常光線４と異常光線５は合成されて光６とな
り、光６はハーフミラー１４を透過し、検光子１８を通
過することにより、検光子１８の光学軸と平行な直線偏
光成分のみが透過し、結像レンズ１９を透過して、像面
２０に結像する。そして、常光線２、４と異常光線３、
５は、物体面１７のわずかにずれた場所で反射されて像
面２０に像を作るので、物体面１７に凹凸があると、常
光線２、４と異常光線３、５の物体面１７から像面２０
までの光路長が異なり位相差が生じ、像面２０に干渉模
様を作る。
光線３は物体面１７で反射し、反射した常光線４と異常
光線５は再び対物レンズ１６を通り、常光線２と異常光
線３に分岐した中心点１５ａにおいて再び常光線４と異
常光線５が交わる。つまり、常光線２、４と異常光線
３、５の広がりないしは収束の中心点１５ａは、対物レ
ンズ１６と物体面１７とを挟んで、自己と共役な位置に
ある。その後ウォンラストンプリズム１５を通ることこ
とにより、常光線４と異常光線５は合成されて光６とな
り、光６はハーフミラー１４を透過し、検光子１８を通
過することにより、検光子１８の光学軸と平行な直線偏
光成分のみが透過し、結像レンズ１９を透過して、像面
２０に結像する。そして、常光線２、４と異常光線３、
５は、物体面１７のわずかにずれた場所で反射されて像
面２０に像を作るので、物体面１７に凹凸があると、常
光線２、４と異常光線３、５の物体面１７から像面２０
までの光路長が異なり位相差が生じ、像面２０に干渉模
様を作る。
【０００５】このとき、検光子１８の光学軸の方向を、
偏光子１２の光学軸の方向と平行にすると、常光線２、
４と異常光線３、５の位相差が２πｎ（ｎ＝０、１、
２、‥‥）のとき、最も明るくなる。また、検光子１８
の光学軸と偏光子１２の光学軸を直交させると、常光線
２、４と異常光線３、５の位相差がπ＋２πｎ（ｎ＝
０、１、２、‥‥）のときに最も明るくなる。したがっ
て像面２０にできる明暗を観察することにより、物体面
１７のわずかに離れた場所の凹凸の差を知ることができ
る。
偏光子１２の光学軸の方向と平行にすると、常光線２、
４と異常光線３、５の位相差が２πｎ（ｎ＝０、１、
２、‥‥）のとき、最も明るくなる。また、検光子１８
の光学軸と偏光子１２の光学軸を直交させると、常光線
２、４と異常光線３、５の位相差がπ＋２πｎ（ｎ＝
０、１、２、‥‥）のときに最も明るくなる。したがっ
て像面２０にできる明暗を観察することにより、物体面
１７のわずかに離れた場所の凹凸の差を知ることができ
る。
【０００６】また、さらに詳しく物体面１７の凹凸を観
察するためには、使用する光線の波長をシフトする。波
長をシフトすることにより位相差が変化するので明暗が
変化し、これを観察することにより精度よく物体面１７
の凹凸を観察することができる。また、単に、白色光を
使用し、明るい色を観察することによって、物体面１７
の凹凸を観察する方法もある。
察するためには、使用する光線の波長をシフトする。波
長をシフトすることにより位相差が変化するので明暗が
変化し、これを観察することにより精度よく物体面１７
の凹凸を観察することができる。また、単に、白色光を
使用し、明るい色を観察することによって、物体面１７
の凹凸を観察する方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の微分干渉顕微鏡では、干渉縞を目視によって観察す
るので、使用する光の波長オーダーの精度しか得ること
ができず、それ程精度がいいとはいえない。また、数量
的に取り扱うのが難しいという問題点もある。更に、波
長域の広い光源を使うと、レンズによる色収差の影響の
ため、空間的解像力が低下するという問題点がある。そ
れに加えて、物体面に反射率変化があると、像のＳＮ比
が低下し、観察が困難になる。
来の微分干渉顕微鏡では、干渉縞を目視によって観察す
るので、使用する光の波長オーダーの精度しか得ること
ができず、それ程精度がいいとはいえない。また、数量
的に取り扱うのが難しいという問題点もある。更に、波
長域の広い光源を使うと、レンズによる色収差の影響の
ため、空間的解像力が低下するという問題点がある。そ
れに加えて、物体面に反射率変化があると、像のＳＮ比
が低下し、観察が困難になる。
【０００８】このような状況において本発明は、単色光
でも非常に精密に物体の凹凸を測定することを可能に
し、また、物体面に反射率変化がある場合でもこれによ
る影響を受けることなく物体の凹凸を測定することがで
き、しかも物体面の反射率分布も測定することができる
微分干渉顕微鏡を提供するものである。本発明はまた、
試料の透過率分布と厚み分布又は屈折率分布とを同時に
測定することができる微分干渉顕微鏡を提供するもので
ある。本発明は更に、検光子の角度原点のずれを補正す
る機能を有する微分干渉顕微鏡を提供するものである。
でも非常に精密に物体の凹凸を測定することを可能に
し、また、物体面に反射率変化がある場合でもこれによ
る影響を受けることなく物体の凹凸を測定することがで
き、しかも物体面の反射率分布も測定することができる
微分干渉顕微鏡を提供するものである。本発明はまた、
試料の透過率分布と厚み分布又は屈折率分布とを同時に
測定することができる微分干渉顕微鏡を提供するもので
ある。本発明は更に、検光子の角度原点のずれを補正す
る機能を有する微分干渉顕微鏡を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、光源からの
光を偏光子と複屈折プリズムの順に導き、該複屈折プリ
ズムによって分離した常光線と異常光線を対物レンズに
導き、該対物レンズを透過した常光線と異常光線によっ
て試料をテレセントリックに照明し、該試料によって反
射した常光線と異常光線を対物レンズと複屈折プリズム
の順に導き、該複屈折プリズムによって合成された光を
検光子に導き、該検光子を透過した光の結像位置にＣＣ
Ｄを配置した落射照明型微分干渉顕微鏡において、検光
子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転可能に配
置し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上の回
転角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、該
光量を３つ以上の回転角に関してフーリエ変換すること
により、試料の振幅反射率分布又は表面形状を測定可能
としたことを特徴とする落射照明型微分干渉顕微鏡であ
る。
するためになされたものであり、すなわち、光源からの
光を偏光子と複屈折プリズムの順に導き、該複屈折プリ
ズムによって分離した常光線と異常光線を対物レンズに
導き、該対物レンズを透過した常光線と異常光線によっ
て試料をテレセントリックに照明し、該試料によって反
射した常光線と異常光線を対物レンズと複屈折プリズム
の順に導き、該複屈折プリズムによって合成された光を
検光子に導き、該検光子を透過した光の結像位置にＣＣ
Ｄを配置した落射照明型微分干渉顕微鏡において、検光
子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転可能に配
置し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上の回
転角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、該
光量を３つ以上の回転角に関してフーリエ変換すること
により、試料の振幅反射率分布又は表面形状を測定可能
としたことを特徴とする落射照明型微分干渉顕微鏡であ
る。
【００１０】本発明はまた、光源からの光を偏光子と第
１の複屈折プリズムの順に導き、該第１の複屈折プリズ
ムによって分離した常光線と異常光線を照明レンズに導
き、該照明レンズを透過した常光線と異常光線によって
試料をテレセントリックに照明し、該試料を透過した常
光線と異常光線を対物レンズと第２の複屈折プリズムの
順に導き、該第２の複屈折プリズムによって合成された
光を検光子に導き、該検光子を透過した光の結像位置に
ＣＣＤを配置した透過照明型微分干渉顕微鏡において、
検光子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転可能
に配置し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上
の回転角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定
し、該光量を３つ以上の回転角に関してフーリエ変換す
ることにより、試料の振幅透過率分布又は厚み分布若し
くは屈折率分布を測定可能としたことを特徴とする透過
照明型微分干渉顕微鏡である。
１の複屈折プリズムの順に導き、該第１の複屈折プリズ
ムによって分離した常光線と異常光線を照明レンズに導
き、該照明レンズを透過した常光線と異常光線によって
試料をテレセントリックに照明し、該試料を透過した常
光線と異常光線を対物レンズと第２の複屈折プリズムの
順に導き、該第２の複屈折プリズムによって合成された
光を検光子に導き、該検光子を透過した光の結像位置に
ＣＣＤを配置した透過照明型微分干渉顕微鏡において、
検光子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転可能
に配置し、検光子と偏光子とのいずれか一方の３つ以上
の回転角ごとに且つＣＣＤの１画素ごとに光量を測定
し、該光量を３つ以上の回転角に関してフーリエ変換す
ることにより、試料の振幅透過率分布又は厚み分布若し
くは屈折率分布を測定可能としたことを特徴とする透過
照明型微分干渉顕微鏡である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は本発明の第１実施例を示し、この実
施例は本発明を落射照明型の微分干渉顕微鏡に適用した
ものである。光源１０を出た光は、集光レンズ１１を通
って収束光となり、偏光子１２と位相板１３を通って楕
円偏光の光１となる。光１はハーフミラー１４で反射さ
れ、ウォンラストンプリズム１５に入射する。そしてこ
のウォンラストンプリズム１５の複屈折作用によって、
電場の振動面が互いに直交する常光線２と異常光線３と
に分離されて、互いに異なる方向に伝搬していく。図１
では、常光線２の電場は紙面内にあり、異常光線３の電
場の振動面は紙面に垂直な面内にあるものとして表示し
ている。
て説明する。図１は本発明の第１実施例を示し、この実
施例は本発明を落射照明型の微分干渉顕微鏡に適用した
ものである。光源１０を出た光は、集光レンズ１１を通
って収束光となり、偏光子１２と位相板１３を通って楕
円偏光の光１となる。光１はハーフミラー１４で反射さ
れ、ウォンラストンプリズム１５に入射する。そしてこ
のウォンラストンプリズム１５の複屈折作用によって、
電場の振動面が互いに直交する常光線２と異常光線３と
に分離されて、互いに異なる方向に伝搬していく。図１
では、常光線２の電場は紙面内にあり、異常光線３の電
場の振動面は紙面に垂直な面内にあるものとして表示し
ている。
【００１２】このとき、常光線２と異常光線３は、互い
にある角度を持って広がっていき、この広がりの中心１
５ａに後ろ側焦点を持つ対物レンズ１６を置くことによ
り、この対物レンズ１６を通過した常光線２と異常光線
３の波面が互いに平行になり、物体面１７の互いに少し
ずれた点をテレセントリックに照明する。物体面１７に
入射した常光線２と異常光線３は、物体面１７で反射し
回折し、それぞれ常光線４と異常光線５になって再び対
物レンズ１６に入射し、対物レンズ１６の後ろ側焦点で
再び交差してウォンラストンプリズム１５を通ることに
より、それぞれの波面が再び重なり合い、光６となる。
光６は回転検光子１８に入射し、検光子１８の光学軸方
向の成分のみが取り出され、結像レンズ１９を透過し
て、像面２０位置に配置したＣＣＤ２１上に結像する。
にある角度を持って広がっていき、この広がりの中心１
５ａに後ろ側焦点を持つ対物レンズ１６を置くことによ
り、この対物レンズ１６を通過した常光線２と異常光線
３の波面が互いに平行になり、物体面１７の互いに少し
ずれた点をテレセントリックに照明する。物体面１７に
入射した常光線２と異常光線３は、物体面１７で反射し
回折し、それぞれ常光線４と異常光線５になって再び対
物レンズ１６に入射し、対物レンズ１６の後ろ側焦点で
再び交差してウォンラストンプリズム１５を通ることに
より、それぞれの波面が再び重なり合い、光６となる。
光６は回転検光子１８に入射し、検光子１８の光学軸方
向の成分のみが取り出され、結像レンズ１９を透過し
て、像面２０位置に配置したＣＣＤ２１上に結像する。
【００１３】以上のように、光６のうち、常光線４の成
分と異常光線５の成分は、物体面１７の異なるところで
反射されて来たので、物体面１７の凹凸分布に応じて互
いの光路長が異なり、像面２０に干渉摸様を作る。この
とき、検光子１８をコントローラー１８ａによって光軸
周りに回転させると、この干渉縞の明暗が変化する。こ
の明暗の変化をＣＣＤ２１の各ピクセルごとに、コンピ
ューター２２で制御された検光子１８の回転に同期して
取り込み、フーリエ変換をし、画像処理を行うことによ
り、物体面１７の凹凸を測定する構成なっている。なお
本実施例では検光子１８を回転しているが、検光子１８
は回転せずに、偏光子１２を回転しても良い。
分と異常光線５の成分は、物体面１７の異なるところで
反射されて来たので、物体面１７の凹凸分布に応じて互
いの光路長が異なり、像面２０に干渉摸様を作る。この
とき、検光子１８をコントローラー１８ａによって光軸
周りに回転させると、この干渉縞の明暗が変化する。こ
の明暗の変化をＣＣＤ２１の各ピクセルごとに、コンピ
ューター２２で制御された検光子１８の回転に同期して
取り込み、フーリエ変換をし、画像処理を行うことによ
り、物体面１７の凹凸を測定する構成なっている。なお
本実施例では検光子１８を回転しているが、検光子１８
は回転せずに、偏光子１２を回転しても良い。
【００１４】次に、本実施例による測定原理について説
明する。図１にある偏光子１２と位相板１３を透過した
光１の偏光状態を、ウォンラストンプリズム１５の常光
線２、４の偏光方向をｏ軸にとり、異常光線３、５の偏
光方向をｅ軸にとって、ジョーンズベクトルで表すと、
次のように表せる。 但し、Ｅ1oとＥ1eは、光１の電場ベクトルのｏ軸成分と
ｅ軸成分、εとδは、ｏ軸成分とｅ軸成分との比の絶対
値と位相差である。
明する。図１にある偏光子１２と位相板１３を透過した
光１の偏光状態を、ウォンラストンプリズム１５の常光
線２、４の偏光方向をｏ軸にとり、異常光線３、５の偏
光方向をｅ軸にとって、ジョーンズベクトルで表すと、
次のように表せる。 但し、Ｅ1oとＥ1eは、光１の電場ベクトルのｏ軸成分と
ｅ軸成分、εとδは、ｏ軸成分とｅ軸成分との比の絶対
値と位相差である。
【００１５】そして、この光１が、ウォンラストンプリ
ズム１５により常光線成分の光２と異常光線成分の光３
に分けられる。この光２と光３が対物レンズ１６を透過
して、物体面１７上に入射する。このとき、常光線の入
射位置を（ｘ、ｙ）とし、ウォンラストンプリズム１５
によるシヤ量をΔｘとすると、異常光線の入射位置は
（ｘ＋Δｘ、ｙ）となる。この物体面１７上の２点での
振幅反射率をｒ（ｘ）、ｒ（ｘ＋Δｘ）とすると、物体
面１７で反射後の常光線成分である光４の偏光状態（Ｅ
4o、Ｅ4e）と、異常光線成分である光５の偏光状態（Ｅ
5o、Ｅ5e）は、ジョーンズベクトルを用いて、 と表すことができる。但し、振幅反射率ｒは、偏光方向
状態に依存しないものとする。
ズム１５により常光線成分の光２と異常光線成分の光３
に分けられる。この光２と光３が対物レンズ１６を透過
して、物体面１７上に入射する。このとき、常光線の入
射位置を（ｘ、ｙ）とし、ウォンラストンプリズム１５
によるシヤ量をΔｘとすると、異常光線の入射位置は
（ｘ＋Δｘ、ｙ）となる。この物体面１７上の２点での
振幅反射率をｒ（ｘ）、ｒ（ｘ＋Δｘ）とすると、物体
面１７で反射後の常光線成分である光４の偏光状態（Ｅ
4o、Ｅ4e）と、異常光線成分である光５の偏光状態（Ｅ
5o、Ｅ5e）は、ジョーンズベクトルを用いて、 と表すことができる。但し、振幅反射率ｒは、偏光方向
状態に依存しないものとする。
【００１６】そして、再び対物レンズ１６を通過して、
ウォンラストンプリズム１５を通過して、常光線４と異
常光線５の波面が重なった結果生じる光６の偏光状態
（Ｅ6o、Ｅ6e）は、 となる。ここで、ρは常光線の入射位置（ｘ、ｙ）と異
常光線の入射位置（ｘ＋Δｘ、ｙ）との間の振幅反射率
の比の絶対値、Δは常光線と異常光線との間の反射にお
ける位相差である。すなわち、 であり、 である。
ウォンラストンプリズム１５を通過して、常光線４と異
常光線５の波面が重なった結果生じる光６の偏光状態
（Ｅ6o、Ｅ6e）は、 となる。ここで、ρは常光線の入射位置（ｘ、ｙ）と異
常光線の入射位置（ｘ＋Δｘ、ｙ）との間の振幅反射率
の比の絶対値、Δは常光線と異常光線との間の反射にお
ける位相差である。すなわち、 であり、 である。
【００１７】そして、この偏光光６が回転検光子１８を
通過してＣＣＤ２１に入るときの光量は、以下のように
なる。 ここでθは、回転検光子１８の偏光軸の回転角を表し、
θ＝０のとき、回転検光子１８の偏光軸はウォンラスト
ンプリズム１５の常光線２、４の偏光方向、すなわち紙
面内の方向に一致するように検光子１８の回転角の原点
を定義した。このように（４）式のＩout（θ）はθに
ついての周期関数になっており、Ｉout（θ）をθにつ
いてフーリエ変換することによってｂ0〜ｂ2を求めるこ
とができる。なお、この時、ｂ0〜ｂ2の３つの量を求め
るので、（４）式の異なる３つ以上のθについて、Ｉ
out（θ）をサンプリングする必要がある。
通過してＣＣＤ２１に入るときの光量は、以下のように
なる。 ここでθは、回転検光子１８の偏光軸の回転角を表し、
θ＝０のとき、回転検光子１８の偏光軸はウォンラスト
ンプリズム１５の常光線２、４の偏光方向、すなわち紙
面内の方向に一致するように検光子１８の回転角の原点
を定義した。このように（４）式のＩout（θ）はθに
ついての周期関数になっており、Ｉout（θ）をθにつ
いてフーリエ変換することによってｂ0〜ｂ2を求めるこ
とができる。なお、この時、ｂ0〜ｂ2の３つの量を求め
るので、（４）式の異なる３つ以上のθについて、Ｉ
out（θ）をサンプリングする必要がある。
【００１８】そして、ｂ0〜ｂ2が求まれば、それから以
下のようにρ、Δを求めることができる。
下のようにρ、Δを求めることができる。
【００１９】このとき、εとδが分かっていなければρ
とΔを求めることができない。εとδは図１に示す配置
から計算によって求めることができる。また、さらに正
確に、且つ、光学系の偏光特性まで考慮してεとδを知
りたいときは、図２に示すように、ウォンラストンプリ
ズム１５を光路外に除去したレファレンスモードでの測
定を行う。このとき、光６の偏光状態は光１の偏光状態
に一致するから、光６の偏光状態は、 となる。そして、ウォンラストンプリズム１５を挿入し
た測定モードでの試料測定のときと同じように、回転検
光子１８を回転してＣＣＤ２１に入る光量の変化を測定
すれば、光量の変化Ｉin（θ）は、以下のようになる。
とΔを求めることができない。εとδは図１に示す配置
から計算によって求めることができる。また、さらに正
確に、且つ、光学系の偏光特性まで考慮してεとδを知
りたいときは、図２に示すように、ウォンラストンプリ
ズム１５を光路外に除去したレファレンスモードでの測
定を行う。このとき、光６の偏光状態は光１の偏光状態
に一致するから、光６の偏光状態は、 となる。そして、ウォンラストンプリズム１５を挿入し
た測定モードでの試料測定のときと同じように、回転検
光子１８を回転してＣＣＤ２１に入る光量の変化を測定
すれば、光量の変化Ｉin（θ）は、以下のようになる。
【００２０】これより（５）式と同様に、 となるから、ε、δを求めることができる。この結果
（５）式から、ρとΔを求めることができる。
（５）式から、ρとΔを求めることができる。
【００２１】他方、ρは既述のように次の（９）式で与
えられ、また物体面の凹凸の深さを表した量をｄ（ｘ、
ｙ）とすると、Δは次の（１０）式で与えられる。 これから分かるように、Δは物体表面の凹凸の差分量で
あり、ρはさらに、 と変形でき、物体上の振幅反射率の対数の差分量であ
る。
えられ、また物体面の凹凸の深さを表した量をｄ（ｘ、
ｙ）とすると、Δは次の（１０）式で与えられる。 これから分かるように、Δは物体表面の凹凸の差分量で
あり、ρはさらに、 と変形でき、物体上の振幅反射率の対数の差分量であ
る。
【００２２】したがって物体面全体において、Δとρを
観察し、Δとｌｏｇ（ρ）をｘについて積分することに
より、物体面上の凹凸や、物体面の反射率分布を知るこ
とができる。このように本実施例によれば、物体表面に
凹凸があるときでも、その物体表面の反射率分布を測定
することができ、また物体表面に反射率分布があるとき
でも、その物体表面の凹凸を測定することができる。
観察し、Δとｌｏｇ（ρ）をｘについて積分することに
より、物体面上の凹凸や、物体面の反射率分布を知るこ
とができる。このように本実施例によれば、物体表面に
凹凸があるときでも、その物体表面の反射率分布を測定
することができ、また物体表面に反射率分布があるとき
でも、その物体表面の凹凸を測定することができる。
【００２３】次に（５）式から分かるように、Δについ
て知ることができる情報は、ｃｏｓ（Δ＋δ）の値であ
る。このため、ｃｏｓ（Δ＋δ）から得られるΔの解
は、次の２つがある。
て知ることができる情報は、ｃｏｓ（Δ＋δ）の値であ
る。このため、ｃｏｓ（Δ＋δ）から得られるΔの解
は、次の２つがある。
【００２４】このように、ρについては１回の測定によ
ってその値を知ることができるものの、Δについては１
回の測定だけではその値が定まらない。この問題を解決
するためには、δの値を変えてさらに２回目の測定を行
えば良い。すなわち、１回目のδの値をδ1とし、２回
目δの値をδ2とすると、この２回の測定によってｃｏ
ｓ（Δ＋δ1）とｃｏｓ（Δ＋δ2）の値を知ることがで
きる。そして、これとδ1、δ2の値から、次のように、
ｃｏｓ（Δ）とｓｉｎ（Δ）の値が求まる。
ってその値を知ることができるものの、Δについては１
回の測定だけではその値が定まらない。この問題を解決
するためには、δの値を変えてさらに２回目の測定を行
えば良い。すなわち、１回目のδの値をδ1とし、２回
目δの値をδ2とすると、この２回の測定によってｃｏ
ｓ（Δ＋δ1）とｃｏｓ（Δ＋δ2）の値を知ることがで
きる。そして、これとδ1、δ2の値から、次のように、
ｃｏｓ（Δ）とｓｉｎ（Δ）の値が求まる。
【００２５】このように、ｃｏｓ（Δ）とｓｉｎ（Δ）
の値が求まれば、Δをユニークに求めることができる。
しかし、このときに注意しなければならないのは、（１
３）式から分かるように、 のとき解が存在しないことである。従って、δ1、δ2の
値を選ぶときは、（１４）式の条件をはずすようにしな
ければならない。
の値が求まれば、Δをユニークに求めることができる。
しかし、このときに注意しなければならないのは、（１
３）式から分かるように、 のとき解が存在しないことである。従って、δ1、δ2の
値を選ぶときは、（１４）式の条件をはずすようにしな
ければならない。
【００２６】次に、δの値を１回目の測定と２回目の測
定において変更するためのいくつかの手法について説明
する。第１の手法は図３に示すように、偏光子１２と位
相板１３を一体化して光軸周りに回転するものである。
このように偏光子１２と位相板１３を一体化して２種以
上の回転位置に切り換えることにより、ウォンラストン
プリズム１５に入射する光１の偏光状態を切り換えるこ
とができる。第２の手法は図４に示すように、位相板１
３を光路外に除去するものである。このように位相板１
３を光路内に挿入した状態と光路外に除去した状態とに
切り換えることにより、ウォンラストンプリズム１５に
入射する光１の偏光状態を切り換えることができる。
定において変更するためのいくつかの手法について説明
する。第１の手法は図３に示すように、偏光子１２と位
相板１３を一体化して光軸周りに回転するものである。
このように偏光子１２と位相板１３を一体化して２種以
上の回転位置に切り換えることにより、ウォンラストン
プリズム１５に入射する光１の偏光状態を切り換えるこ
とができる。第２の手法は図４に示すように、位相板１
３を光路外に除去するものである。このように位相板１
３を光路内に挿入した状態と光路外に除去した状態とに
切り換えることにより、ウォンラストンプリズム１５に
入射する光１の偏光状態を切り換えることができる。
【００２７】第３の手法は図５に示すように、位相板１
３を光軸周りに回転するものである。このように位相板
１３を２種以上の回転位置に切り換えることにより、ウ
ォンラストンプリズム１５に入射する光１の偏光状態を
切り換えることができる。なお、Δの値を知るために
は、以上のように光１の偏光状態を２種以上に切り換え
る必要があるが、ρと｜Δ｜だけの値を知るためには、
１回の測定だけで十分であり、すなわち光１の偏光状態
を切り換える必要はない。したがって偏光子１２とハー
フミラー１４との間に位相板１３を配置する必要もな
い。
３を光軸周りに回転するものである。このように位相板
１３を２種以上の回転位置に切り換えることにより、ウ
ォンラストンプリズム１５に入射する光１の偏光状態を
切り換えることができる。なお、Δの値を知るために
は、以上のように光１の偏光状態を２種以上に切り換え
る必要があるが、ρと｜Δ｜だけの値を知るためには、
１回の測定だけで十分であり、すなわち光１の偏光状態
を切り換える必要はない。したがって偏光子１２とハー
フミラー１４との間に位相板１３を配置する必要もな
い。
【００２８】次に、以上のようにして常光線の物体面１
７への入射位置と異常光線の入射位置との間の振幅反射
率の比の絶対値ρと、常光線と異常光線との間の反射に
おける位相差Δとを求めるためには、回転検光子１８の
偏向軸の方向と、ウォンラストンプリズム１５の偏向軸
の方向との関係が、既知でなければならない。すなわち
回転検光子の偏向軸の回転角θは、ウォンラストンプリ
ズムの常光線の偏光軸の方向を原点方向（θ＝０）とし
て測定していたが、実際にはウォンラストンプリズムの
常光線または異常光線の偏光軸の方向を正確に知ること
ができない場合も多い。よって検光子１８、偏光子１
２、位相板１３のそれぞれの偏光軸が、ウォンラストン
プリズム１５の座標に対してどのような方向にあるかを
正確に知ることができないことが多い。
７への入射位置と異常光線の入射位置との間の振幅反射
率の比の絶対値ρと、常光線と異常光線との間の反射に
おける位相差Δとを求めるためには、回転検光子１８の
偏向軸の方向と、ウォンラストンプリズム１５の偏向軸
の方向との関係が、既知でなければならない。すなわち
回転検光子の偏向軸の回転角θは、ウォンラストンプリ
ズムの常光線の偏光軸の方向を原点方向（θ＝０）とし
て測定していたが、実際にはウォンラストンプリズムの
常光線または異常光線の偏光軸の方向を正確に知ること
ができない場合も多い。よって検光子１８、偏光子１
２、位相板１３のそれぞれの偏光軸が、ウォンラストン
プリズム１５の座標に対してどのような方向にあるかを
正確に知ることができないことが多い。
【００２９】そこで図６に示すように、回転検光子上の
座標系をＸ−Ｙとし、ウォンラストンプリズムの座標系
をｏ−ｅとし、ｏ−ｅ座標系から見たＸ−Ｙ座標系の方
向をχとする。このとき、Ｘ−Ｙ座標系から見た回転検
光子の回転角をθとすると、ｏ−ｅ座標系で見た回転検
光子の回転角は、θ＋χとなる。
座標系をＸ−Ｙとし、ウォンラストンプリズムの座標系
をｏ−ｅとし、ｏ−ｅ座標系から見たＸ−Ｙ座標系の方
向をχとする。このとき、Ｘ−Ｙ座標系から見た回転検
光子の回転角をθとすると、ｏ−ｅ座標系で見た回転検
光子の回転角は、θ＋χとなる。
【００３０】このため、（４）、（７）式で示した検光
子を回転して得られる測定モードでの信号Ｉout（θ）
と、レファレンスモードでの信号Ｉin（θ）には、角度
原点のずれ角度χが加わり、それぞれ以下のようにな
る。
子を回転して得られる測定モードでの信号Ｉout（θ）
と、レファレンスモードでの信号Ｉin（θ）には、角度
原点のずれ角度χが加わり、それぞれ以下のようにな
る。
【００３１】（１５）式の形式では、測定系であるＸ−
Ｙ座標系と、ｏ−ｅ座標系との間に角度ずれχがあるた
めに、ｏ−ｅ座標系を基準としたフーリエ変換係数ｂ0
〜ｂ2を知ることができず、したがってρ、Δを求めら
れない。またこれと同じ理由により、（１６）式の形式
ではａ0〜ａ2を知ることができず、δ、εを求めること
もできない。
Ｙ座標系と、ｏ−ｅ座標系との間に角度ずれχがあるた
めに、ｏ−ｅ座標系を基準としたフーリエ変換係数ｂ0
〜ｂ2を知ることができず、したがってρ、Δを求めら
れない。またこれと同じ理由により、（１６）式の形式
ではａ0〜ａ2を知ることができず、δ、εを求めること
もできない。
【００３２】そこで以降、ｏ−ｅ座標系を基準としたフ
ーリエ変換係数には添え字ｏを付し、測定座標系Ｘ−Ｙ
を基準としたフーリエ変換係数には添え字ｘを付すこと
とすると、測定モードでＣＣＤに入る光量Ｉout（θ）
とレファレンスモードでの光量Ｉin（θ）は、それぞれ
次のようになる。 ここで、ｂxi、ａxi（ｉ＝０〜２）は、測定系であるＸ
−Ｙ座標系で見た光量変化のフーリエ変換係数であり、
したがってＣＣＤで測定された光量のフーリエ変換によ
って実際に求められる値である。
ーリエ変換係数には添え字ｏを付し、測定座標系Ｘ−Ｙ
を基準としたフーリエ変換係数には添え字ｘを付すこと
とすると、測定モードでＣＣＤに入る光量Ｉout（θ）
とレファレンスモードでの光量Ｉin（θ）は、それぞれ
次のようになる。 ここで、ｂxi、ａxi（ｉ＝０〜２）は、測定系であるＸ
−Ｙ座標系で見た光量変化のフーリエ変換係数であり、
したがってＣＣＤで測定された光量のフーリエ変換によ
って実際に求められる値である。
【００３３】先ず、式（１７−１）、（１７−２）から
分かるように、測定モードでの光６の偏光状態を表すｂ
xiとｂoi（ｉ＝０〜２）の間、及びレファレンスモード
による光１の偏光状態を表すａxiとａoi（ｉ＝０〜２）
の間には、以下の関係がある。
分かるように、測定モードでの光６の偏光状態を表すｂ
xiとｂoi（ｉ＝０〜２）の間、及びレファレンスモード
による光１の偏光状態を表すａxiとａoi（ｉ＝０〜２）
の間には、以下の関係がある。
【００３４】次に、ｏ−ｅ座標系で見たときの光１と光
６の関係を見る。このとき、新たに ａo3、ｂo3を次のよ
うに定義する。但し複号については、それぞれの光１、
光６の偏光状態の位相差の符号と同じになるように選
ぶ。
６の関係を見る。このとき、新たに ａo3、ｂo3を次のよ
うに定義する。但し複号については、それぞれの光１、
光６の偏光状態の位相差の符号と同じになるように選
ぶ。
【００３５】（１９）式と（１６）、（１７）式から、
ａoi（ｉ＝０〜２）とｂoi（ｉ＝０〜２）の関係は次の
ように表すことができる。
ａoi（ｉ＝０〜２）とｂoi（ｉ＝０〜２）の関係は次の
ように表すことができる。
【００３６】よつて、式（１８）、（１９）、（２０）
から、Ｘ−Ｙ座標系から見た光６の偏光を表す係数ｂxi
（ｉ＝０〜２）と、光１の偏光を表すａxi（ｉ＝０〜
２）との関係は以下のようになる。
から、Ｘ−Ｙ座標系から見た光６の偏光を表す係数ｂxi
（ｉ＝０〜２）と、光１の偏光を表すａxi（ｉ＝０〜
２）との関係は以下のようになる。
【００３７】ここで、［Ｓ］、［Ｒ（χ）］は以下のよ
うになる。
うになる。
【００３８】また、［Ｒ（χ）］・［Ｓ］・［Ｒ（−
χ）］を具体的に計算すると、 となる。
χ）］を具体的に計算すると、 となる。
【００３９】本発明においては、既述のようにΔの符号
を求めるために、図１の光１の偏光状態を変えた２回の
測定を行う必要があるが、この２回の測定を利用し、
（２１）の関係と式（２２）よりχの値を求める。この
とき得られた２組のａxi（ｉ＝０〜３）とxi（ｉ＝０〜
３）によって、ｔi（ｉ＝１〜８）のそれぞれについて
の比を求めれば、（２２）から、ｔａｎ（２χ）を得る
ことができる。次に、これについて説明する。
を求めるために、図１の光１の偏光状態を変えた２回の
測定を行う必要があるが、この２回の測定を利用し、
（２１）の関係と式（２２）よりχの値を求める。この
とき得られた２組のａxi（ｉ＝０〜３）とxi（ｉ＝０〜
３）によって、ｔi（ｉ＝１〜８）のそれぞれについて
の比を求めれば、（２２）から、ｔａｎ（２χ）を得る
ことができる。次に、これについて説明する。
【００４０】光１の偏光状態を変えた、２回の測定で得
られる２組のａxi（ｉ＝０〜３）とｂxi（ｉ＝０〜３）
のうち、１回目の光１の偏光状態をａx1i（ｉ＝０〜
３）、図１の光６の偏光状態をｂx1i（ｉ＝０〜３）と
し、２回目の光１の偏光状態をａx2i（ｉ＝０〜３）、
同じく光６の偏光状態をｂx2i（ｉ＝０〜３）とする。
ａx1i、ｂx1i、ａx2i、 ｂx2i（ｉ＝０〜３）と、ｔ
i（ｉ＝１〜８）の関係は、（２１）、（２２）式より
以下のようにまとめることができる。 ここで、ｅ1、ｅ2は光１の１回目と２回目の測定のとき
の光１の常光線成分の強度の逆数１／｜Ｅ1e・ｒe｜2で
ある。
られる２組のａxi（ｉ＝０〜３）とｂxi（ｉ＝０〜３）
のうち、１回目の光１の偏光状態をａx1i（ｉ＝０〜
３）、図１の光６の偏光状態をｂx1i（ｉ＝０〜３）と
し、２回目の光１の偏光状態をａx2i（ｉ＝０〜３）、
同じく光６の偏光状態をｂx2i（ｉ＝０〜３）とする。
ａx1i、ｂx1i、ａx2i、 ｂx2i（ｉ＝０〜３）と、ｔ
i（ｉ＝１〜８）の関係は、（２１）、（２２）式より
以下のようにまとめることができる。 ここで、ｅ1、ｅ2は光１の１回目と２回目の測定のとき
の光１の常光線成分の強度の逆数１／｜Ｅ1e・ｒe｜2で
ある。
【００４１】次に、これを変形することによって、以下
のようになる。
のようになる。
【００４２】これより、［Ｍ-1］を（２４）式の両辺に
掛けることによって、ｔi（ｉ＝１〜８）が次のように
求まる。但し、Ｍ-1 ijは［Ｍ-1］の要素である。また、
ｅ＝ｅ2／ｅ1とした。 そして、式（２２）から分かるように、ｔａｎ（２χ）
は次のように求まる。
掛けることによって、ｔi（ｉ＝１〜８）が次のように
求まる。但し、Ｍ-1 ijは［Ｍ-1］の要素である。また、
ｅ＝ｅ2／ｅ1とした。 そして、式（２２）から分かるように、ｔａｎ（２χ）
は次のように求まる。
【００４３】しかしながら、実際には、（２６）式を計
算するためにはｅの値と、ｂx13、ｂx23の符号を知らな
ければならない。ｅの値と、ｂx13、ｂx23の符号は、次
のようにして求められる。すなわち式（２２）式から、
ｔi（ｉ＝１〜８）は、次の３つの式を満たさなければ
ならないことが分かる。 これに式（２６）を代入すると、以下の関係が成り立
つ。
算するためにはｅの値と、ｂx13、ｂx23の符号を知らな
ければならない。ｅの値と、ｂx13、ｂx23の符号は、次
のようにして求められる。すなわち式（２２）式から、
ｔi（ｉ＝１〜８）は、次の３つの式を満たさなければ
ならないことが分かる。 これに式（２６）を代入すると、以下の関係が成り立
つ。
【００４４】［Ｑ］の要素Ｑijは、それぞれ次のように
なる。
なる。
【００４５】（２８）式が解を持つためには、［Ｑ］の
行列式が０である必要がある。すなわち、 が成り立たなければならない。従って、ｂx13、ｂx23の
符号を決めるのには、ｂx13、ｂx23の符号を適当に選ん
で、（２９）式を満たし、かつ、（２８）式より、独立
に得られたｅとｅ2の値が一致する符号を選べばいい。
以上により、ｂx13、ｂx23の符号が決まり、同時にｅが
求まるので、（２５）、（２６）が計算でき、ｔａｎ
（２χ）の値が求まる。そしてこれを（１８）式に代入
し、ｂoi（ｉ＝０〜２）が求まれば、（５）式より、Δ
とρを求めることができる。以上のように求めた検光子
の座標系とウォンラストンプリズムの座標系との角度ず
れχの値が分かれば、χを補正して正確なΔとρの値を
求めることが可能となる。
行列式が０である必要がある。すなわち、 が成り立たなければならない。従って、ｂx13、ｂx23の
符号を決めるのには、ｂx13、ｂx23の符号を適当に選ん
で、（２９）式を満たし、かつ、（２８）式より、独立
に得られたｅとｅ2の値が一致する符号を選べばいい。
以上により、ｂx13、ｂx23の符号が決まり、同時にｅが
求まるので、（２５）、（２６）が計算でき、ｔａｎ
（２χ）の値が求まる。そしてこれを（１８）式に代入
し、ｂoi（ｉ＝０〜２）が求まれば、（５）式より、Δ
とρを求めることができる。以上のように求めた検光子
の座標系とウォンラストンプリズムの座標系との角度ず
れχの値が分かれば、χを補正して正確なΔとρの値を
求めることが可能となる。
【００４６】次に、図７は本発明の第２実施例を示し、
この実施例は本発明を透過照明型の微分干渉顕微鏡に適
用したものである。光源１０を出た光は、集光レンズ１
１を通って収束光となり、偏光子１２と位相板１３を通
って楕円偏光の光１となる。光１は第１のウォンラスト
ンプリズム３０に入射し、この第１のウォンラストンプ
リズム３０の複屈折作用によって、電場の振動面が互い
に直交する常光線２と異常光線３とに分離されて、互い
に異なる方向に伝搬していく。図７では、常光線２の電
場は紙面内にあり、異常光線３の電場の振動面は紙面に
垂直な面内にあるものとして表示している。
この実施例は本発明を透過照明型の微分干渉顕微鏡に適
用したものである。光源１０を出た光は、集光レンズ１
１を通って収束光となり、偏光子１２と位相板１３を通
って楕円偏光の光１となる。光１は第１のウォンラスト
ンプリズム３０に入射し、この第１のウォンラストンプ
リズム３０の複屈折作用によって、電場の振動面が互い
に直交する常光線２と異常光線３とに分離されて、互い
に異なる方向に伝搬していく。図７では、常光線２の電
場は紙面内にあり、異常光線３の電場の振動面は紙面に
垂直な面内にあるものとして表示している。
【００４７】このとき、常光線２と異常光線３は、互い
にある角度を持って広がっていき、この広がりの中心３
０ａに前側焦点を持つ照明レンズ３１を置くことによ
り、この照明レンズ３１を通過した常光線２と異常光線
３の波面が互いに平行になり、試料３２の互いに少しず
れた点をテレセントリックに照明する。試料３２に入射
した常光線２と異常光線３は、試料３２を透過し、それ
ぞれ常光線４と異常光線５になって対物レンズ３３に入
射し、対物レンズ３３を透過して、第２のウォンラスト
ンプリズム３４に入射する。対物レンズ３３の後ろ側焦
点位置は、第２のウォンラストンプリズム３４の常光線
と異常光線との収束の中心３４ａに配置されており、且
つ、第２のウォンラストンプリズム３４の常光線と異常
光線の偏光方向は、第１のウォンラストンプリズム３０
の常光線と異常光線の偏光方向と平行に配置されてい
る。この結果、第２のウォンラストンプリズム３４に入
射した常光線４と異常光線５は、それぞれの波面が再び
重なり合い、光６となる。光６は回転検光子１８に入射
し、検光子１８の光学軸方向の成分のみが取り出され、
結像レンズ１９を透過して、像面２０位置に配置したＣ
ＣＤ２１上に結像する。
にある角度を持って広がっていき、この広がりの中心３
０ａに前側焦点を持つ照明レンズ３１を置くことによ
り、この照明レンズ３１を通過した常光線２と異常光線
３の波面が互いに平行になり、試料３２の互いに少しず
れた点をテレセントリックに照明する。試料３２に入射
した常光線２と異常光線３は、試料３２を透過し、それ
ぞれ常光線４と異常光線５になって対物レンズ３３に入
射し、対物レンズ３３を透過して、第２のウォンラスト
ンプリズム３４に入射する。対物レンズ３３の後ろ側焦
点位置は、第２のウォンラストンプリズム３４の常光線
と異常光線との収束の中心３４ａに配置されており、且
つ、第２のウォンラストンプリズム３４の常光線と異常
光線の偏光方向は、第１のウォンラストンプリズム３０
の常光線と異常光線の偏光方向と平行に配置されてい
る。この結果、第２のウォンラストンプリズム３４に入
射した常光線４と異常光線５は、それぞれの波面が再び
重なり合い、光６となる。光６は回転検光子１８に入射
し、検光子１８の光学軸方向の成分のみが取り出され、
結像レンズ１９を透過して、像面２０位置に配置したＣ
ＣＤ２１上に結像する。
【００４８】以上のように、光６のうち、常光線４の成
分と異常光線５の成分は、試料３２の異なるところを透
過して来たので、試料３２の厚み分布ないしは屈折率分
布に応じて互いの光路長が異なり、像面２０に干渉摸様
を作る。このとき、検光子１８をコントローラー１８ａ
によって光軸周りに回転させると、この干渉縞の明暗が
変化する。この明暗の変化をＣＣＤ２１の各ピクセルご
とに、コンピューター２２で制御された検光子１８の回
転に同期して取り込み、フーリエ変換をし、画像処理を
行うことにより、試料３２の厚み分布ないしは屈折率分
布を測定する構成になっている。なお本実施例では検光
子１８を回転しているが、検光子１８は回転せずに、偏
光子１２を回転しても良い。
分と異常光線５の成分は、試料３２の異なるところを透
過して来たので、試料３２の厚み分布ないしは屈折率分
布に応じて互いの光路長が異なり、像面２０に干渉摸様
を作る。このとき、検光子１８をコントローラー１８ａ
によって光軸周りに回転させると、この干渉縞の明暗が
変化する。この明暗の変化をＣＣＤ２１の各ピクセルご
とに、コンピューター２２で制御された検光子１８の回
転に同期して取り込み、フーリエ変換をし、画像処理を
行うことにより、試料３２の厚み分布ないしは屈折率分
布を測定する構成になっている。なお本実施例では検光
子１８を回転しているが、検光子１８は回転せずに、偏
光子１２を回転しても良い。
【００４９】この第２実施例の測定原理は第１実施例の
場合と同じである。但しこの第２実施例は透過照明型の
微分干渉顕微鏡であるから、ρは常光線の入射位置と異
常光線の入射位置との間の振幅透過率の比の絶対値、Δ
は常光線と異常光線との間の透過における位相差を表す
こととなる。したがってまたこの第２実施例によれば、
試料に厚み分布ないしは屈折率分布があるときでも、そ
の試料の透過率分布を測定することができ、また試料に
透過率分布があるときでも、その試料の厚み分布ないし
は屈折率分布を測定することができる。
場合と同じである。但しこの第２実施例は透過照明型の
微分干渉顕微鏡であるから、ρは常光線の入射位置と異
常光線の入射位置との間の振幅透過率の比の絶対値、Δ
は常光線と異常光線との間の透過における位相差を表す
こととなる。したがってまたこの第２実施例によれば、
試料に厚み分布ないしは屈折率分布があるときでも、そ
の試料の透過率分布を測定することができ、また試料に
透過率分布があるときでも、その試料の厚み分布ないし
は屈折率分布を測定することができる。
【００５０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、物体面
の凹凸や反射率の変化、あるいは試料の厚み分布ないし
は屈折率分布や透過率を正確に測定でき、さらにウォン
ラストンプリズムの固有偏光の偏光方向を正確に知らな
くても、これを補正し正確に測定することができる。
の凹凸や反射率の変化、あるいは試料の厚み分布ないし
は屈折率分布や透過率を正確に測定でき、さらにウォン
ラストンプリズムの固有偏光の偏光方向を正確に知らな
くても、これを補正し正確に測定することができる。
【図１】第１実施例による落射照明型の微分干渉顕微鏡
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２】第１実施例のレファレンスモードを示す要部構
成図である。
成図である。
【図３】第１実施例の凹凸分布測定のための一態様を示
す要部構成図である。
す要部構成図である。
【図４】同じく別の態様を示す要部構成図である。
【図５】同じく更に別の態様を示す要部構成図である。
【図６】第１実施例のウォンラストンプリズムと検光子
との座標の関係を示す説明図である。
との座標の関係を示す説明図である。
【図７】第２実施例による透過照明型の微分干渉顕微鏡
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図８】従来の微分干渉顕微鏡を示す構成図である。
１，６…光 ２，４…常光線 ３，５…異常光線 １０…光源 １１…集光レンズ １２…偏光子 １３…位相板 １４…ハーフミラー １５…ウォンラストンプリズム １５ａ…広がりの中
心 １６…対物レンズ １７…物体面 １８…検光子 １８ａ…コントロー
ラー １９…結像レンズ ２０…像面 ２１…ＣＣＤ ２２…コンピュータ
ー ３０、３４…ウォンラストンプリズム ３０ａ、３４ａ…広がりの中心 ３１…照明レンズ ３２…試料 ３３…対物レンズ
心 １６…対物レンズ １７…物体面 １８…検光子 １８ａ…コントロー
ラー １９…結像レンズ ２０…像面 ２１…ＣＣＤ ２２…コンピュータ
ー ３０、３４…ウォンラストンプリズム ３０ａ、３４ａ…広がりの中心 ３１…照明レンズ ３２…試料 ３３…対物レンズ
Claims (13)
- 【請求項１】光源からの光を偏光子と複屈折プリズムの
順に導き、該複屈折プリズムによって分離した常光線と
異常光線を対物レンズに導き、該対物レンズを透過した
前記常光線と異常光線によって試料をテレセントリック
に照明し、該試料によって反射した前記常光線と異常光
線を前記対物レンズと前記複屈折プリズムの順に導き、
該複屈折プリズムによって合成された光を検光子に導
き、該検光子を透過した光の結像位置にＣＣＤを配置し
た落射照明型微分干渉顕微鏡において、 前記検光子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転
可能に配置し、 検光子と偏光子との前記いずれか一方の３つ以上の回転
角ごとに且つ前記ＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、
該光量を前記３つ以上の回転角に関してフーリエ変換す
ることにより、前記試料の振幅反射率分布又は表面形状
を測定可能としたことを特徴とする落射照明型微分干渉
顕微鏡。 - 【請求項２】前記複屈折プリズムを光路内外に挿脱可能
に配置した、請求項１記載の落射照明型微分干渉顕微
鏡。 - 【請求項３】前記試料を照明する光の偏光状態が切り換
え可能となるように形成した、請求項１又は２記載の落
射照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項４】前記検光子を前記３つ以上の回転角に回転
可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に位相板を配置し、該位相板と前記
偏光子とを一体として光軸周りの複数の角度位置に切り
換えることにより、前記試料を照明する光の偏光状態が
切り換え可能となるように形成した、請求項３記載の落
射照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項５】前記検光子と偏光子とのいずれか一方を前
記３つ以上の回転角に回転可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に、光路内外に挿脱可能に位相板を
配置することにより、前記試料を照明する光の偏光状態
が切り換え可能となるように形成した、請求項３記載の
落射照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項６】前記検光子と偏光子とのいずれか一方を前
記３つ以上の回転角に回転可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に位相板を配置し、該位相板を光軸
周りの複数の角度位置に切り換えることにより、前記試
料を照明する光の偏光状態が切り換え可能となるように
形成した、請求項３記載の落射照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項７】試料を照明する光の前記複数の偏光状態の
各々について、検光子と偏光子との前記いずれか一方の
前記３つ以上の回転角ごとに且つ前記ＣＣＤの１画素ご
とに光量を測定することにより、前記複屈折プリズムの
固有偏向軸と、検光子と偏光子との前記いずれか一方の
回転角の角度原点との間の、角度ずれを補正する機能を
設けた、請求項３、４、５又は６記載の落射照明型微分
干渉顕微鏡。 - 【請求項８】光源からの光を偏光子と第１の複屈折プリ
ズムの順に導き、該第１の複屈折プリズムによって分離
した常光線と異常光線を照明レンズに導き、該照明レン
ズを透過した前記常光線と異常光線によって試料をテレ
セントリックに照明し、該試料を透過した前記常光線と
異常光線を対物レンズと第２の複屈折プリズムの順に導
き、該第２の複屈折プリズムによって合成された光を検
光子に導き、該検光子を透過した光の結像位置にＣＣＤ
を配置した透過照明型微分干渉顕微鏡において、 前記検光子と偏光子とのいずれか一方を光軸周りに回転
可能に配置し、 検光子と偏光子との前記いずれか一方の３つ以上の回転
角ごとに且つ前記ＣＣＤの１画素ごとに光量を測定し、
該光量を前記３つ以上の回転角に関してフーリエ変換す
ることにより、前記試料の振幅透過率分布又は厚み分布
若しくは屈折率分布を測定可能としたことを特徴とする
透過照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項９】前記第１及び第２の複屈折プリズムを光路
内外に挿脱可能に配置した、請求項８記載の透過照明型
微分干渉顕微鏡。 - 【請求項１０】前記試料を照明する光の偏光状態が切り
換え可能となるように形成した、請求項８又は９記載の
透過照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項１１】前記検光子を前記３つ以上の回転角に回
転可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に位相板を配置し、該位相板と前記
偏光子とを一体として光軸周りの複数の角度位置に切り
換えることにより、前記試料を照明する光の偏光状態が
切り換え可能となるように形成した、請求項１０記載の
透過照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項１２】前記検光子と偏光子とのいずれか一方を
前記３つ以上の回転角に回転可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に、光路内外に挿脱可能に位相板を
配置することにより、前記試料を照明する光の偏光状態
が切り換え可能となるように形成した、請求項１０記載
の透過照明型微分干渉顕微鏡。 - 【請求項１３】前記検光子と偏光子とのいずれか一方を
前記３つ以上の回転角に回転可能に配置し、 前記偏光子の後ろ側に位相板を配置し、該位相板を光軸
周りの複数の角度位置に切り換えることにより、前記試
料を照明する光の偏光状態が切り換え可能となるように
形成した、請求項１０記載の透過照明型微分干渉顕微
鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9137595A JPH10104524A (ja) | 1996-08-08 | 1997-05-12 | 微分干渉顕微鏡 |
| US08/907,491 US5914782A (en) | 1996-08-08 | 1997-08-08 | Differential polarization interference microscope for surface feature imaging |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22767496 | 1996-08-08 | ||
| JP8-227674 | 1996-08-08 | ||
| JP9137595A JPH10104524A (ja) | 1996-08-08 | 1997-05-12 | 微分干渉顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104524A true JPH10104524A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=26470850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9137595A Pending JPH10104524A (ja) | 1996-08-08 | 1997-05-12 | 微分干渉顕微鏡 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5914782A (ja) |
| JP (1) | JPH10104524A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008147629A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-26 | Korea Electronics Telecommun | 偏光板と高速フーリエ変換を用いたナノ線感知用光学顕微鏡システム |
| US7719760B2 (en) | 2006-12-05 | 2010-05-18 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Optical microscope system for detecting nanowires using polarizer and fast fourier transform |
| WO2012039086A1 (ja) * | 2010-09-24 | 2012-03-29 | パナソニック株式会社 | 画像処理装置 |
| WO2012073414A1 (ja) * | 2010-11-30 | 2012-06-07 | パナソニック株式会社 | 画像処理装置 |
| CN113670854A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-11-19 | 之江实验室 | 一种微分干涉对比显微内窥成像系统及内窥成像方法 |
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| US6710888B1 (en) | 2000-05-23 | 2004-03-23 | Nanometrics Incorporated | Method of measuring dishing |
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| US6633389B1 (en) | 2000-11-28 | 2003-10-14 | Nanometrics Incorporated | Profiling method |
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-
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- 1997-05-12 JP JP9137595A patent/JPH10104524A/ja active Pending
- 1997-08-08 US US08/907,491 patent/US5914782A/en not_active Expired - Lifetime
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