JPH11119107A

JPH11119107A - 干渉顕微鏡装置

Info

Publication number: JPH11119107A
Application number: JP28379097A
Authority: JP
Inventors: Yukio Eda; 幸夫江田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】観察物体面の凹凸等を高分解能で測定するこ
とができる干渉顕微鏡装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１と、このレーザ光源１から
の光の偏光の位相を変化させるセナルモンコンペンセー
タ３と、位相を変化させた前記光を互いに直交した偏光
状態となる物体光と参照光とに分割するノマルスキープ
リズム５と、この物体光と参照光とを観察物体面に照射
し、その反射光を基に観察物体情報を得るＣＣＤ撮像素
子１０と、光路に対して出入可能に配置され、前記物体
光と参照光の干渉光を発生させる検光素子８と、検光素
子８が光路にある場合と無い場合のＣＣＤ撮像素子１０
へ入射する光の強度差に基づく差分情報を演算する差分
画像演算手段１４と、前記偏光の複数の位相状態に対応
する差分画像演算手段１４で演算された複数の差分情報
から位相像情報を演算する位相像演算手段１５とを有す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系を用いて観
察物体の凹凸を画像化する干渉顕微鏡装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体光と参照光を干渉させ、その
光の位相差を利用して観察物体の凹凸を観察する位相干
渉顕微鏡装置として、図１１に示すようにコヒーレント
な一定の波長の平面波を発生するレーザー発信器２２１
と、レーザー発信器２２１から発生したレーザー光を物
体光と参照光の２つに分割するハーフミラー２２２とを
具備している。

【０００３】前記ハーフミラー２２２で反射された物体
光の光路上には，第１のレンズ２２３が配置され、物体
光は第１のレンズ２２３を通って観察物体２２４に入射
するようになっている。また、前記観察物体２２４に入
射した物体光は観察物体２２４の表面で反射し、再び第
１のレンズ２２３を通った反射光が光検出器２２５に入
射する。

【０００４】一方、前記ハーフミラー２２２を透過した
参照光の光路上には、第２のレンズ２２６が配置され、
参照光は第２のレンズ２２６を通って基準平面ミラー２
２７に入射する。そして、前記基準平面ミラー２２７で
反射した参照光は、再び第２のレンズ２２６を通ってハ
ーフミラー２２２で反射され、光検出器２２５に入射す
る。

【０００５】前記光検出器２２５は、図示していないが
レンズ及びＣＣＤ素子を用いて構成され、観察物体２２
４の反射光である物体光と基準平面ミラー２２７からの
反射光である参照光とが干渉した信号を検出する。光検
出器２２５にはメモリ２２８が接続され、光検出器２２
５の検出出力を保存する。更に、メモリ２２８には、コ
ンピュータ２２９が接続されており、コンピュータ２２
９はメモリ２２８の干渉強度から位相像を求めるように
なっている（Ｖ．Ｒ．Ｔｙｃｈｉｎｓｋｙ，Ｉ．Ｎ．Ｍ
ａｓａｌｏｖ．Ｖ．Ｌ．ＰａｎｋｏｖａｎｄＤ．
Ｖ．Ｕｂｌｉｎｓｋｙ：ＯＰＴＩＣＳＣｏｍｍ．，Ｖ
ｏｌ．７４，（１９８９），ｐｐ．３７−４０参照：第
１の従来例）。

【０００６】前記レーザー発信器２２１の発生するレー
ザー光の波長をλ、位相の分解能をｍ（度）とすれば、
観察物体２２４の表面の凹凸に関する分解能Ｄは、Ｄ＝
ｍ・λ／（４π）の演算により求められる。

【０００７】ここで、波長λ＝６３３nm、位相の分解能
ｍ＝５度とすれば、凹凸の分解能Ｄ＝４nmとなり、凹凸
の分解能は非常に高くなる。いま、観察物体２２４の表
面に垂直な方向をＺ軸、観察物体２２４の表面に対して
平行にＸ，Ｙ軸をとると、この方法ではＺ方向の分解能
は非常に高くなるが、Ｘ，Ｙ方向の分解能は通常の光学
顕微鏡と同じくレーザー光の波長λ程度の分解能とな
る。

【０００８】Ｘ，Ｙ方向の分解能を高めるために、上述
したＶ．Ｒ．Ｔｙｃｈｉｎｓｋｙ，ＯＰＴＩＣＳＣｏ
ｍｍ．，Ｖｏｌ．７４，（１９８９），ｐｐ．４１−４
５に記載されているような位相を使った方法（第２の従
来例）や、Ｖ．Ｒ．Ｔｙｃｈｉｎｓｋｙ，ＯＰＴＩＣＳ
Ｃｏｍｍ．，Ｖｏｌ．７４，（１９８９），ｐｐ．１
３１−１３７にに記載されているように偏光を使った方
法（第３の従来例）も考案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の位相顕微鏡には以下のような課題があった。第
１の従来例の干渉顕微鏡と第２の従来例の干渉顕微鏡で
は、参照光を基準ミラー２２７で反射させて、その位相
を基準として観察物体２２４の位相を測定する。この位
相を得るためには基準平面ミラー２２７を波長の１／２
の距離内を４乃至５分割した距離分を動かし、複数枚の
干渉画像を得て、観察物体２２４の凹凸を位相像として
算出する。

【００１０】次に、このような計算の最も基本的な方法
の概略を述べる。前記光検出器２２５の例としてＣＣＤ
からなる撮像素子を考える。ＣＣＤ上のある１つの画素
は、観察物体上のある点（ｘ，ｙ）に対応している。基
準平面ミラー２２７の移動による参照光の位相変化をα
とし、観察物体２２４で反射した光の位相をθとする。
観察物体２２４のＣＣＤの各画素における干渉光の強度
Ｉは、参照光の強度Ｉｒ、物体光の強度Ｉｍとして下記
数１で表せる。ここに、数１においてγは定数で０≦γ
≦１の定数である。

【００１１】

【数１】

【００１２】例えば、前記基準平面ミラー２２７を移動
させて、α＝０度、９０度、１８０度、２７０度の位相
変化を与えたとする。この時の各位相変化に対する干渉
光の強度Ｉ（α）は、下記数２乃至数５で表せる。

【００１３】

【数２】

【００１４】

【数３】

【００１５】

【数４】

【００１６】

【数５】

【００１７】ここで、ｃｏｓ成分として（数２−数
４）、ｓｉｎ成分として（数５−数３）の演算を行う
と、下記数６、数７で表せる。

【００１８】

【数６】

【００１９】

【数７】

【００２０】数６、数７の両式と、前記数２乃至数５の
各式との関係から、下記数８が得られる。

【００２１】

【数８】

【００２２】数８の式から、観察物体２２４の凹凸を反
映した各ＣＣＤの画素ごとの位相θが得られることとな
り、これは２次元で考えれば観察物体２２４の凹凸を反
映した位相像が得られたことにほかならない。

【００２３】ただし、数８が成り立つ条件として、０
度、９０度、１８０度、２７０度の位相変化を発生させ
たときに、物体光と参照光の強度ＩｍとＩｒは一定であ
ることが必要である。

【００２４】しかし、レーザー光の波長は通常０．５μ
ｍ程度であり、従って１回の画像ごとの基準平面ミラー
２２７の移動距離は０．０５μｍとなる。正確には位相
像を取るためには基準平面ミラー２２７をこの微小な距
離分正確に移動させる必要があるが、非常に微少な距離
であるため実際上は極めて困難であるという問題があ
る。

【００２５】上記の問題を解決する方法として偏光干渉
を利用することが考えられ、前記第３の従来例は偏光干
渉を利用している。

【００２６】第３の従来例の偏光を使う方法としては、
通常ノマルスキー法を使用する。ノマルスキー法は、例
えばセナルモンコンペンセータの回転により偏光の位相
変化を発生させ、これを照明光として利用する。セナル
モンコンペンセータは、偏光板と１／４波長板から構成
され、偏光板がα／２回転することで偏光の位相がα変
化する。

【００２７】これは第１、第２の従来例において基準平
面ミラー２２７を移動させたことに相当する。しかし、
例えばセナルモンコンペンセータの偏光板がくさび状に
なっていたり、前記偏光板が光軸に対して傾いていたり
すると、観察物体２２４上では図４に示すように照明光
の照明領域が移動してしまう。照明領域内は図５に示す
ように光の強度分布があるため、セナルモンコンペンセ
ータの回転により、観察物体上のある点（Ｘ，Ｙ）に対
応するＣＣＤ上の画素に入射する光の強度は変化する事
となる。

【００２８】これは前記数８の条件であった物体光と参
照光の強度Ｉｍ、Ｉｒは一定であるという条件を崩すこ
ととなり、正確な位相像の測定ができない事となる。実
際上、偏光板のくさびや、光軸に対する偏光板の傾きを
精度良く抑えるのは困難であり、実現するにしてもコス
ト上問題がある。

【００２９】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決
するためになされたもので、物体光と参照光との位相差
を利用し、かつ、検光素子の光路に対する出入に伴う光
強度の差を利用して、観察物体面の凹凸等の観察物体情
報を高分解能で測定することができる干渉顕微鏡装置を
提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る干渉顕微鏡装置は、一定の波長でコヒーレントな光を
発生する光源と、前記光源から発生した光の偏光の位相
状態を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段を
通った光を互いに直交した偏光状態となる物体光と参照
光とに２分割する手段と、前記物体光及び参照光を観察
物体面に照射する手段と、前記観察物体面で反射した物
体光と参照光を検出して観察物体情報を得る光検出手段
と、前記光検出手段と前記観察物体との間の光路中に出
し入れ可能であり前記物体面で反射した物体光と参照光
の干渉光を発生させ得る検光素子と、前記検光素子が前
記光路にある場合と無い場合の前記光検出手段で得られ
る前記観察物体情報の差分情報を演算する画像演算手段
と、前記位相変化手段で発生した偏光の複数の位相状態
に対応する前記画像演算手段で演算された複数の差分情
報から観察物体の位相像を演算する位相像演算手段とを
具備したことを特徴とするものである。

【００３１】この発明によれば、観察物体に対して、位
相が変化されかつ互いに直交した偏光状態となる物体光
と参照光とを入射し、観察物体面で反射した物体光と参
照光を検光素子により干渉させ光検出手段により検出し
て観察物体の観察物体情報を得るとともに、検光素子が
光路にある場合と無い場合の前記光検出手段へ入射する
光の強度差に基づく差分情報を演算し、演算された複数
の差分情報から前記観察物体についての位相誤差が除去
された位相像を得るものであるから、物体光と参照光と
の位相差を利用し、かつ、検光素子の光路に対する出入
に伴う光強度の差を利用して、観察物体面の凹凸等の観
察物体情報を高分解能で測定することが可能となる。

【００３２】請求項２記載の発明に係る干渉顕微鏡装置
は、一定の波長でコヒーレントな光を発生するレーザ光
源と、前記光源から発生した光の偏光の位相状態を変化
させる位相変化手段と、前記位相変化手段を通った光を
互いに直交した偏光状態となる物体光と参照光とに２分
割する偏光ビームスプリッタと、前記物体光を観察物体
面に照射する手段と、前記観察物体面と前記偏光ビーム
スプリッタの間に設置され偏光の位相をπ／２変化させ
る第１の位相板と、前記参照光を反射する基準ミラー
と、前記基準ミラーと前記偏光ビームスプリッタの間に
設置され偏光の位相をπ／２変化させる第２の位相板
と、前記観察物体面で反射した物体光と前記基準ミラー
で反射した参照光を検出して観察物体情報を得る光検出
手段と、前記光検出手段と前記観察物体との間の光路中
に出し入れ可能であり前記物体面で反射した物体光と参
照光の干渉光を発生させ得る検光素子と、前記検光素子
が前記光路中にある場合と無い場合の前記光検出手段で
得られる前記観察物体情報の差分情報を演算する演算手
段と、前記位相変化手段で発生した偏光の複数の位相状
態に対応する前記演算手段で演算された複数の差分情報
から観察物体の位相像を演算する位相像演算手段とを具
備したことを特徴とするものである。

【００３３】この発明によれば、請求項１記載の干渉顕
微鏡装置と同様な作用を発揮するとともに、前記ノマル
スキー型のプリズムを使用せず、位相板を使用して物体
光、参照光の偏光状態を確保するとともに、基準ミラー
使用して参照光の光路差を確保するマイケルソン型に構
成しているので、効率良く光検出手段に干渉像を結像さ
せて、観察物体の位相像を直接測定することが可能とな
る。

【００３４】請求項３記載の発明に係る干渉顕微鏡装置
は、請求項１又は２記載の干渉顕微鏡装置における前記
位相変化手段による前記偏光の位相状態の変化動作及び
前記検光素子の光路中に出入動作を自動的に実行させる
制御手段を付加したことを特徴とするものである。

【００３５】この発明によれば、前記位相変化手段によ
る前記偏光の位相状態の変化動作及び前記検光素子の光
路中に出入動作が自動的に実行されるので、自動操作で
観察物体の位相像を測定することが可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。（実施の形態１）本発明の実施の形態１を図１に基づい
て説明する。図１は本実施の形態１の干渉顕微鏡装置に
備えた位相干渉光学系を示すブロック図である。

【００３７】本実施の形態１の干渉顕微鏡装置におい
て、コヒーレントな一定の波長を発生するレーザー光源
１から発生したレーザー光が、円偏光板２を通過して円
偏光となる。円偏光となったレーザー光は偏光の位相変
化手段であるセナルモンコンペンセータ３を通過する。
セナルモンコンペンセータ３は、偏光板と１／４波長板
とからなり、偏光板がレーザー光源１に近い側で１／４
波長板がレーザー光源１に遠い側にある構成となってい
る。

【００３８】このセナルモンコンペンセータの偏光板が
α／２回転すると（これ以降、セナルモンコンペンセー
タが回転すると表現する）、偏光の位相は図６に示すよ
うにα変化する。セナルモンコンペンセータ３を通過し
たレーザー光はビームスプリッタ４で反射され、ノマル
スキープリズム５を通過して、互いに偏光方向が直交し
た２つのレーザー光に分けられ、対物レンズ６を介して
観察物体７に照射される。この偏光方向が直交した２つ
の光を物体光と参照光と呼ぶ事にする。

【００３９】観察物体７で反射された物体光と参照光は
再び対物レンズ６、ノマルスキープリズム５を通過する
事により、同じ波面形状を持つ物体光と参照光は光軸に
対して直角方向に横ずれ（シャー）することになる。

【００４０】ただし、このシャー量は非常に小さい値で
あり、例えば対物レンズが１００倍の場合、数１０ｎｍ
から数１００ｎｍ程度である。ノマルスキープリズム５
を通過した物体光と参照光は、再びビームスプリッタ４
を通過し、検光素子８、結像レンズ系９を介して光検出
素子としてのＣＣＤ撮像素子１０で検出される。これに
より、物体光と参照光は横ずれしているため、観察物体
７の凹凸の横方向の微分干渉像が得られる。

【００４１】ここで、セナルモンコンペンセータ３を回
転させて、観察物体７に照明される物体光と参照光の位
相を変化させると、微分干渉像の位相が変化する。従っ
て、ＣＣＤ撮像素子１０の各画素ごとに前記数８を適用
すると、観察物体７の凹凸を反映した微分位相像が得ら
れることになる。

【００４２】ところで、前記数８の適用される条件とし
て、セナルモンコンペンセータ３で物体光と参照光のＣ
ＣＤ撮像素子１０の各画素での受光強度Ｉｒ、Ｉｍは一
定である事が必要である。しかし、セナルモンコンペン
セータ３の回転によって、図４に示すように観察物体７
上での照明領域が移動すると、前記の条件が崩れてく
る。

【００４３】即ち、照明領域の光強度分布は、図５に示
すようにガウス分布となっており、特にガウス分布の最
大強度の５０％前後のところで照明された観察物体７の
領域に対応するＣＣＤ撮像素子１０の画素に入射する光
強度の変化は大きくなってしまう。従って、前記の条件
は大きく崩れてしまう。

【００４４】次に、この光強度の変化の影響による位相
θの位相計測精度に対する影響を説明する。セナルモン
コンペンセータ３により位相変化αを０度、９０度、１
８０度、２７０度与えた場合を考えてみると、各位相α
において数２、数３、数４、数５の光強度Ｉｒ、Ｉｍと
は異なるとして、新たに、Ｉｒα、Ｉｍαとすると下記
数９乃至数１２のように表せる。ここで、例えば、α＝
０のとき、下記数１３とした。

【００４５】

【数９】

【００４６】

【数１０】

【００４７】

【数１１】

【００４８】

【数１２】

【００４９】

【数１３】

【００５０】次に、ｃｏｓ成分として（数９−数１
１）、ｓｉｎ成分として（数１２−数１０）の演算を行
うと、下記数１４、至数１５で表せる。

【００５１】

【数１４】

【００５２】

【数１５】

【００５３】既述した理想的な数６、数７の式と、本実
施の形態の前記数１４、数１５の式とを、横軸にｃｏｓ
成分、縦軸にｓｉｎ成分をとって比較した結果を、それ
ぞれ図７と図８に示す。

【００５４】図７のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分のリサージ
ュ図形は、オフセットもなく正円であるため、ＣＣＤ各
画素で正確な位相θが計測ができる。これに対して、図
８では、真の位相θに対して、得られる位相はθ´とな
る。

【００５５】従って、本実施の形態の場合には、真の位
相θに対して大きな位相計測誤差を発生する可能性があ
る。図８において得られる位相θ´の分布は殆どがｃｏ
ｓ成分、ｓｉｎ成分からなる座標軸の第１象限となって
しまっている。図８に示す例は説明を明瞭にするために
極端な場合を示しているが、一般に位相計測誤差の最大
の要因はリサージュが楕円であることよりも、オフセッ
トを持っている事である。

【００５６】例えばオフセットを持っていなければ、リ
サージュ図形が楕円であっても、図９に示すように位相
計測誤差を小さく抑える事ができる。従って、図８のよ
うなオフセットを補正して、図９に示すようにリサージ
ュ図形が楕円であっても、ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分から
なる座標軸の各象限に分布するような状態を達成できれ
ば、位相計測誤差を抑える事ができることとなり、本発
明の目的はこの点にある。

【００５７】上述した目的を達成するために、本実施の
形態１では、前記検光素子８を入れた状態で、図１のセ
ナルモンコンペンセータ３が初期角度の時にＣＣＤ撮像
素子１０で得られた画像データをＡ／Ｄ変換部１１でデ
ジタル画像データとし、画像メモリ１３に記憶する。

【００５８】ここで、前記検光素子８は、物体光（又は
参照光）の偏光方向に対して４５度の偏光軸を持ってい
る。そして、セナルモンコンペンセータ３を所定の角度
回転させて再び画像データを画像メモリ１３に取り込
む。これを所定の回数だけ繰り返して、２次元の微分干
渉像を画像メモリ１３に複数枚記憶する。

【００５９】次に、検光素子８を光路から外した状態と
し、前述と同じセナルモンコンペンセータ３の角度ごと
に画像データを画像メモリ１３に取り込む。検光素子８
を外すと、物体光と参照光は偏光方向が直交しているた
め干渉は発生せず、ＣＣＤ撮像素子１０の各画素には物
体光と参照光との強度の和の光が入射する。ただし、こ
の場合物体光、参照光は検光素子８が有るときに比べ
て、それぞれ２倍の光量となってＣＣＤ撮像素子１０に
入射する。

【００６０】そして、セナルモンコンペンセータ３の角
度が同じ（位相差αが同じ）の時の検光素子８が有る場
合の画像データから、検光素子８が無い場合の画像デー
タを１／２倍した値を各画素ごとに引き算する演算を図
１に示す本実施の形態における演算手段としての差分画
像演算手段１４で実行する。この差分画像演算手段１４
による演算の意味するところは、セナルモンコンペンセ
ータ３の角度（偏光の位相α）が同じであれば、観察物
体７上での照明領域は、図４に示すように同じであるた
め、数９乃至数１２の各オフセット項をキャンセルでき
ることを意味する。

【００６１】これを数式で説明すると、検光素子８が有
る時のＣＣＤ撮像素子１０の各画素の受光強度をＩ1
（α）、検光素子８が無いの時の受光強度をＩ0 （α）
とすると、α＝０度の場合下記数１６、数１７のように
なる。

【００６２】

【数１６】

【００６３】

【数１７】

【００６４】ここで、差分画像演算手段１４により下記
数１８の演算を実行し、ｃｏｓ成分Ｂ0 ・ｃｏｓ（θ）
を求める。

【００６５】

【数１８】

【００６６】ここで、新たに、Ｉ´（０）＝Ｂ0 ・ｃｏ
ｓ（θ）と表すことにすると、位相αが９０度、１８０
度、２７０度でも同様な計算が可能で下記数１９乃至数
２２が成立する。

【００６７】

【数１９】

【００６８】

【数２０】

【００６９】

【数２１】

【００７０】

【数２２】

【００７１】これら数１９乃至数２２を基にｃｏｓ成
分、ｓｉｎ成分を位相差演算手段により演算すると、下
記数２３、数２４となる。

【００７２】

【数２３】

【００７３】

【数２４】

【００７４】数２３、数２４はリサージュ図形における
オフセットがキャンセルされた式であり、これを図示す
ると図９に示すリサージュ図形に対応することは明らか
である。このリサージュ図形から位相θを求める。

【００７５】このようにして、前記検光素子８が有る場
合と無い場合の画像データを基にして、より精度をアッ
プした位相θ、即ち位相像を求める事ができる。この位
相像を表示部１６に表示する。または、位相像を図１に
は図示しない外部通信手段を介して外部記憶装置に記憶
保存する。

【００７６】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２を図２を参照して説明する。本実施の形態２におい
て、図１に示す実施の形態１と同一の機能を有する要素
には同一の符号を付して示す。本実施の形態２と実施の
形態１との相違いは、図２に示すように、レーザー光源
１からのレーザー光が円偏光板２、セナルモンコンペン
セータ３を通過した後に偏光ビームスプリッタ１０４で
物体光と参照光に２分割され、物体光は観察物体７に入
射し、参照光は基準ミラー１０５に入射する構成とした
事、即ち、いわゆるマイケルソンタイプの干渉計の構成
とした事である。

【００７７】この実施の形態２の構成によれば、実施の
形態１のノマルスキータイプと比較して安定性では劣る
が、ノマルスキータイプでは観察物体の微分位相像を測
定していたのに対して、実施の形態２は観察物体の位相
像を直接測定することが可能である。

【００７８】実施の形態２において、観察物体７と基準
ミラー１０５で各々反射された物体光と参照光は、各々
１／４波長板２０１と１／４波長板２００を経て再び偏
光ビームスプリッタ１０４に入射する時に、偏光方向が
９０度回った互いに直交した偏光状態になっている。

【００７９】従って、物体光と参照光は、非常に効率良
く検光素子８、結像レンズ系９を介してＣＣＤ撮像素子
１０に入射する。このようにしてＣＣＤ撮像素子１０に
は物体光と参照光の干渉像ができる。そして、検光素子
８が有る場合と無い場合の複数枚の画像データをＣＣＤ
撮像素子１０から差分画像演算手段１４、位相像演算手
段１５に送出し、実施の形態１の場合と同様な演算を実
行して、ＣＣＤ撮像素子１０の各画素に入射する光の光
強度の変化の影響を低減する。

【００８０】（実施の形態３）図３に本発明の実施の形
態３を示す。基本的な構成は図１に示す実施の形態１と
同じであるが、ＣＣＤ撮像素子１０と画像メモリ１３と
の間にコンピュータ１２を接続し、このコンピュータ１
２によりセナルモンコンペンセータ３の駆動制御と検光
素子８を光路に出入させる検光素子駆動手段２８の制御
を行い、検光素子８が有る場合と無い場合の画像データ
をＣＣＤ撮像素子１０に取り込む構成としている。

【００８１】このような構成により、自動で観察物体７
の凹凸に対応した位相像を測定する事ができるようにな
り、測定の効率が向上する。尚、位相像の計算方法は既
述した実施の形態１で述べた場合と同様である。

【００８２】また、図３に示すような自動測定のための
実施の形態３の構成は、もちろん実施の形態２の場合に
も適用可能であり、この場合にも同じように測定の効率
の向上が達成できることは言うまでもない。

【００８３】（実施の形態４）次に、実施の形態４につ
いて図１０を参照して説明する。上述した実施の形態１
から実施の形態３では、偏光の位相変化手段として、セ
ナルモンコンペンセータ３を使用した例を述べてきた。
セナルモンコンペンセータ３と同じ機能を達成する光学
素子として電気光学変調器（ＥＯＭ）１００がある。電
気光学変調器１００は例えばＬｉＴａＯ3 等の１軸性の
異方性結晶から製作され、電界を加えると屈折率が変化
する電気光学効果を利用して、偏光の位相を高速で変化
させる事ができる。

【００８４】図１０に電気光学変調器１００の概略図を
示す。この電気光学変調器１００に電界Ｅをかけると、
Ｘ，Ｙ方向の屈折率差Δｎが変化する。ここで、電気光
学変調器１００の光軸方向の長さをＬとするとＸ，Ｙ方
向の位相変化αは、α＝（２π／λ）・Δｎ・Ｌと表せ
る。屈折率差Δｎは電界に対して高速で応答するので、
入射光の偏光状態を高速で変化させることができる。

【００８５】電気光学変調器１００は、セナルモンコン
ペンセータ３と異なり、機械的な回転運動が無いため、
図４に示すような観察物体７上での照明領域の移動は発
生しにくい。

【００８６】従って、電気光学変調器１００をセナルモ
ンコンペンセータ３の代わりに実施の形態１乃至３で各
々使用した場合、観察物体７の正確な位相像を得る事が
できるようになる。しかし、電気光学変調器１００の均
質性に問題がある場合、電界変化により照明領域内の光
強度分布が不規則に変化することがあるため、観察物体
７上で照明領域内の光強度分布が変化してしまうこと点
を考慮する必要がある。

【００８７】前記電気光学変調器１００を使用した実施
の形態４は、実施の形態１乃至３のセナルモンコンペン
セータ３を図１０に示す電気光学変調器１００に置き換
えるだけで良いので、図１０に示す実施の形態４におい
ては電気光学変調器１００以外の要素についての説明は
は省略する。

【００８８】尚、例えば、図１に示すビームスプリッタ
４に偏光特性があり、レーザー光源１からセナルモンコ
ンペンセータ３等の位相変化手段を通過してきた光の偏
光状態によって、前記ビームスプリッタ４の反射率や透
過率が変化することにより、観察物体７への照明領域の
光強度が変化するような場合においても、前記反射率や
透過率の変化の周期に応じて照明領域の光強度も変化す
るため本発明は有効である。

【００８９】このように、ＣＣＤ撮像素子１０に入射す
る光強度の変化が、位相変化手段による位相変化に対し
て再現性のある現象であれば、本発明は大きな効果を発
揮することはその原理上明白である。

【００９０】本発明によれば、下記の構成を付記するこ
とができる。（１）観察物体に照射する光を発する光源と、この光源
からの光の偏光の位相状態を変化させる位相変化手段
と、この位相変化手段により位相を変化させた前記光を
互いに直交した偏光状態となる物体光と参照光とに分割
する手段と、この物体光と参照光とを観察物体面に照射
し、観察物体面で反射した物体光と参照光を光検出手段
により検出して観察物体の画像情報を得る観察光学系
と、前記光検出手段の前段の光路に対して出入可能に配
置され、前記物体面で反射した物体光と参照光の干渉光
を発生させる検光素子と、この検光素子が光路にある場
合と無い場合の前記光検出手段へ入射する光の強度差に
基づく差分画像情報を演算する差分画像演算手段と、前
記位相変化手段により発する偏光の複数の位相状態に対
応する前記差分画像演算手段で演算された複数の差分画
像情報から前記光の強度差に基づく誤差が除去された位
相像情報を演算する位相像演算手段とを有することを特
徴とする干渉顕微鏡装置。この構成によれば、前記物体
光と参照光との位相差を利用し、かつ、検光素子の光路
に対する出入に伴う光強度の差を利用して、観察物体面
の凹凸等の観察物体情報を高分解能で測定することが可
能となる。

【００９１】（２）前記位相変化手段により光の偏光の
位相状態を変化させた光を物体光と参照光とに分割する
手段は、ノマルスキー型のプリズムであることを特徴と
する付記１記載の干渉顕微鏡装置。この構成によれば、
前記光を物体光と参照光とに分割する手段を、ノマルス
キー型のプリズムにより構成しているので、単一のプリ
ズムにより物体光と参照光とを容易に得ることができ、
観察光学系を含む光学配置を簡略化することができる。

【００９２】（３）一定の波長でコヒーレントな光を発
生するレーザ光源と、前記光源から発生した光の偏光の
位相状態を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手
段を通った光を互いに直交した偏光状態となる物体光と
参照光とに２分割する偏光ビームスプリッタと、前記物
体光を観察物体面に照射する手段と、前記観察物体面と
前記偏光ビームスプリッタの間に設置され偏光の位相を
π／２変化させる第１の位相板と、前記参照光を反射す
る基準ミラーと、前記基準ミラーと前記偏光ビームスプ
リッタの間に設置され偏光の位相をπ／２変化させる第
２の位相板と、前記観察物体面で反射した物体光と前記
基準ミラーで反射した参照光を検出して観察物体の画像
情報を得る光検出手段と、この光検出手段の前段の光路
中に出入可能に配置され、前記物体面で反射した物体光
と参照光との干渉光を発生させ得る検光素子と、この検
光素子がある場合と無い場合の前記光検出手段へ入射す
る光の強度差に基づく差分画像を演算する差分画像演算
手段と、前記位相変化手段により発する偏光の複数の位
相状態に対応する前記差分画像演算手段で演算された複
数の差分画像情報から前記光の強度差に基づく誤差が除
去された位相像情報を演算する位相像演算手段とを有す
ることを特徴とする干渉顕微鏡装置。この構成によれ
ば、自動操作で観察物体の位相像を測定することが可能
となる。この構成によれば、マイケルソン型の構成で、
効率良く光検出手段に干渉像を結像させて観察物体の位
相像を直接測定することが可能となる。

【００９３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、物体光と
参照光との位相差を利用し、かつ、検光素子の光路に対
する出入に伴う光強度の差を利用して、観察物体面の凹
凸等の観察物体情報を高分解能で測定することが可能な
干渉顕微鏡装置を提供することができる。

【００９４】請求２記載の発明によれば、請求項１記載
の干渉顕微鏡装置と同様な効果を奏するとともに、効率
良く光検出手段に干渉像を結像させて観察物体の位相像
を直接測定することが可能な干渉顕微鏡装置を提供する
ことができる。

【００９５】請求３記載の発明によれば、自動操作で観
察物体の位相像を測定することが可能な干渉顕微鏡装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の干渉顕微鏡装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施の形態２の干渉顕微鏡装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態３の干渉顕微鏡装置の構成
を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態１における観察物体上での
照明領域の動きを示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態１における照明光の強度分
布を示す説明図である。

【図６】本発明の実施の形態１におけるセナルモンコン
ペンセータの回転による偏光状態の変化を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の実施の形態１におけるｃｏｓ成分、ｓ
ｉｎ成分による位相変化の状態を示す説明図である。

【図８】本発明の実施の形態１におけるｃｏｓ成分、ｓ
ｉｎ成分による位相変化の状態を示す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態１におけるｃｏｓ成分、ｓ
ｉｎ成分による位相変化の状態を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態３の電気光学変調器の偏
光状態を示す説明図である。

【図１１】従来の干渉顕微鏡装置の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１レーザー光源２円偏光板３セナルモンコンペンセータ４ビームスプリッタ５ノマルスキープリズム６対物レンズ７観察物体８検光素子９結像レンズ系１０ＣＣＤ撮像素子１２コンピュータ１３画像メモリ１４差分画像演算手段１５位相像演算手段１６表示部１０５基準ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の波長でコヒーレントな光を発生す
る光源と、前記光源から発生した光の偏光の位相状態を
変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段を通った
光を互いに直交した偏光状態となる物体光と参照光とに
２分割する手段と、前記物体光及び参照光を観察物体面
に照射する手段と、前記観察物体面で反射した物体光と
参照光を検出して観察物体情報を得る光検出手段と、前
記光検出手段と前記観察物体との間の光路中に出し入れ
可能であり前記物体面で反射した物体光と参照光の干渉
光を発生させ得る検光素子と、前記検光素子が前記光路
にある場合と無い場合の前記光検出手段で得られる前記
観察物体情報の差分情報を演算する画像演算手段と、前
記位相変化手段で発生した偏光の複数の位相状態に対応
する前記画像演算手段で演算された複数の差分情報から
観察物体の位相像を演算する位相像演算手段とを具備し
たことを特徴とする干渉顕微鏡装置。
【請求項２】一定の波長でコヒーレントな光を発生す
るレーザ光源と、前記光源から発生した光の偏光の位相
状態を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段を
通った光を互いに直交した偏光状態となる物体光と参照
光とに２分割する偏光ビームスプリッタと、前記物体光
を観察物体面に照射する手段と、前記観察物体面と前記
偏光ビームスプリッタの間に設置され偏光の位相をπ／
２変化させる第１の位相板と、前記参照光を反射する基
準ミラーと、前記基準ミラーと前記偏光ビームスプリッ
タの間に設置され偏光の位相をπ／２変化させる第２の
位相板と、前記観察物体面で反射した物体光と前記基準
ミラーで反射した参照光を検出して観察物体情報を得る
光検出手段と、前記光検出手段と前記観察物体との間の
光路中に出し入れ可能であり前記物体面で反射した物体
光と参照光の干渉光を発生させ得る検光素子と、前記検
光素子が前記光路中にある場合と無い場合の前記光検出
手段で得られる前記観察物体情報の差分情報を演算する
演算手段と、前記位相変化手段で発生した偏光の複数の
位相状態に対応する前記演算手段で演算された複数の差
分情報から観察物体の位相像を演算する位相像演算手段
とを具備したことを特徴とする干渉顕微鏡装置。
【請求項３】前記位相変化手段による前記偏光の位相
状態の変化動作及び前記検光素子の光路中に出入動作を
自動的に実行させる制御手段を付加したことを特徴とす
る請求項１又は２記載の干渉顕微鏡装置。