JPH11173919A - マルティプルビームシアリング干渉を用いた微分干渉コントラスト法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のシアリング干渉法にマルティプルビーム
を導入することにより干渉縞をシャープにできる微分干
渉コントラスト法を得る。 【解決手段】光源から発射されたレーザー光を、コリメ
ーターレンズで平行光とし、この平行光により位相物体
を照明し、位相物体の後方に配置したファブリペロエタ
ロンにより干渉光を形成し、スクリーン上に位相物体の
前記干渉光を結像するにより位相コントラスト像を観測
できるようにしたマルティプルビームシアリング干渉を
用いた微分干渉コントラスト法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルティプルビー
ムシアリング干渉を用いた微分干渉コントラスト法およ
びその装置に関するものであり、特に従来のシアリング
干渉法にマルティプルビームを導入することにより干渉
縞をシャープにできる微分干渉コントラスト法およびそ
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光の干渉現象を微分干渉コントラスト法
に応用した種々の干渉法のうち、シアリング干渉法が良
く知られている。シアリング干渉法は、位相物体を透過
した光を平行平面板の表面と裏面とで反射させ、二つの
波面の間にπ／２の位相変化を与えて、反射光を干渉さ
せ、透明物体の位相変化を光の強度変化に変換して見え
るようにし、観測するようにしたものである。

【０００３】しかしながら、上述のようなシアリング干
渉法は、位相物体の位相変化が小さくなると、低コント
ラストの物体となり、鮮明度が必ずしも充分でなく、さ
らに位相変化が小さくなると、物体を観測することが出
来なくなる等の問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、こ
のような従来のシアリング干渉法が有していた問題点を
解決するために、レーザーを光源とし、顕微鏡対物レン
ズ、コリメータレンズ、ファブリペロエタン、結像レン
ズ、スクリーンなどからなる透過形または反射形の光学
系を構成し、これにより位相物体の位相を光の強度に変
換する時の勾配を大きくしてコントラストを向上させ、
スクリーン上に鮮明に結像できるようにした微分干渉コ
ントラスト法およびその装置を提供せんとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明の採用し
た技術解決手段は、光源から発射されたレーザー光を、
コリメーターレンズで平行光とし、この平行光により位
相物体を照明し、位相物体の後方に配置したファブリペ
ロエタロンにより干渉光を形成し、スクリーン上に位相
物体の前記干渉光を結像するにより位相コントラスト像
を観測できるようにしたマルティプルビームシアリング
干渉を用いた微分干渉コントラスト法であり、

【０００６】また、レーザーを発射する光源、その光源
を拡大する顕微鏡対物レンズ、前記対物レンズからの光
を平行光とするコリメータレンズ、平行光を反射するフ
ァブリペロエタロン、前記ファブリペロエタロンからの
干渉光を結像する結像レンズおよび前記結像を映すスク
リーンよりなることを特徴とするマルティプルビームシ
アリング干渉を用いた微分干渉コントラスト装置であ
る。

【０００７】

【実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明する。図１は、本発明の実施形態に係わる透過型
の光学系の図であり、図２は、対象物が反射物体の場合
の本形態に係わる光学系の図である。

【０００８】各図において、１はレーザーを発射する光
源、２は顕微鏡対物レンズ、３はコリメータレンズ、４
は位相物体、５はファブリペロエタロン、６は結像レン
ズ、７はスクリーンである。ファブリペロエタロンは高
反射率を実現するために、平行平面ガラス板の両側に金
属反射膜コーティング（本例ではＡｇ膜）してある。な
お、金属反射膜コーティングの代わりに多層膜コーティ
ングを利用してもよく、その他既存の種々の方法を採用
することができ、また光源としてのレーザーはヘリウ
ム、ネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、半導体
レーザー等のレーザーを使用することができる。

【０００９】上記光学系において、光源から発射された
レーザー光は、顕微鏡対物レンズで拡げられ、コリメー
ターレンズで平行光にされ、位相物体を照明する。位相
物体の直ぐ後ろにはファブリペロエタロンが配置されて
おり、このファブリペロエタロンを傾けてシアを与える
とともに、コリメーターレンズを僅かに横方向（光軸に
垂直方向）に移動させ、マルティプルビーム間にε₀ ／
２の位相差を与え（ε ₀ ／２は光の強度が半分になる時
の位相で、２光束の干渉ではπ／２、マルティプルビー
ムの時はフリンジシャープネスにより値が異なる）、こ
のシアとマルティプルビームの干渉が行われ、位相変化
が光の強度変化となり、結像レンズを介してスクリーン
上に位相物体を結像して透明物体を観測する。

【００１０】このようにしてマルティプルビームシアリ
ング干渉を導入することで、位相物体の位相が光強度に
変換され、スクリーン上に位相コントラスト像を観測す
ることができ、従来のシアリング干渉法によって得た像
に比較して、数倍から数十倍の極めて感度の高い干渉縞
の検出が可能となる。以下、マルティプルビームを使用
することで位相物体の位相変化がどうして光強度の変化
に変えられるかについて説明する。図３はマルティプル
ビームの干渉光強度と位相との関係を示す図である。干
渉光強度と位相の関係は、

【００１１】

【数１】 となる。ところで、

【００１２】

【数２】 であり、（２）式の第１項は通常のマルティプルビーム
によって得られる項、第２項は通常のシアリング干渉に
よる干渉縞の項、第３項は金属面の反射による位相のと
びの項である。したがって、（１）式のδを変化させて
光強度分布を示した図が図３である。

【００１３】今、（１）式において光強度が１／２にな
る位置に於ける位相ε₀ ／２を求める。（１）式におい
てＩ＝１／２、δ＝ε₀ ／２とおいて、計算すると、

【００１４】

【数３】 δ＝２ｍπ＝ε₀ ／２の位置における勾配を計算すると

【００１５】

【数４】 で与えられる。例えば、

【００１６】

【数５】 通常のノルマルスキー等の干渉コントラスト法は、

【００１７】

【数６】 となり、マルティプルビームを用いると図３の光強度が
０．５になる位置の勾配は非常に大きくなる。次に
（１）式において、

【００１８】

【数７】 に調整する。

【００１９】例えば、図１のコリメータレンズを横方向
（光軸に垂直方向）へ少し動かして調整する。今、矩形
の位相物体を観測する場合を考える。位相物体はシアに
よってΣ₁ とΣ₂ に二つの波面を作りだす。その時の二
つの波面の位相関係が図４（イ）に示されている。 今、Ａ点〜Ｂ点の位相遅れはε₀ ／２、したがって、図
３よりＩ＝０．５ 今、Ｂ点〜Ｃ点の位相遅れは（ε₀ ／２）＋Δ したがって、図３よりＩ＝０．５−ΔＩ Ｃ点〜Ｄ点の位相遅れはε₀ ／２、したがって、Ｉ＝
０．５ Ｄ点〜Ｅ点の位相遅れは（ε₀ ／２）−Δ したがって、Ｉ＝０．５＋ΔＩ Ｅ点〜Ｆ点の位相遅れはε₀ ／２、したがって、Ｉ＝
０．５ となる。この結果が図４（ロ）に示されている。

【００２０】（４）式に勾配を計算したように、通常の
シアリング干渉コントラスト法に比較して勾配が大きく
なるので、僅かな位相変化でも検出でき、この方法によ
れば、位相の検出感度が飛躍的に向上する。なお、上記
例では、半値幅（光強度）が１／２になる時の勾配を求
めて、それで代表させたが、微分して勾配が最も急にな
る値を用いることでも同様に僅かな位相変化を検出でき
る。即ち、

【００２１】

【数８】

【００２２】

【数９】

【００２３】

【数１０】 が得られる。したがって、

【００２４】

【数１１】

【００２５】

【数１２】 となる。この位置の位相遅れは２ｍπ＋ε₁ ／２

【００２６】

【数１３】 で与えられる。

【００２７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施するこ
とが可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、従来の微分干渉コント
ラスト法（シアリングコントラスト法）では得ることが
できない僅かな位相変化でも検出することができ、検出
感度を飛躍的に向上することができる。干渉縞がシャー
プになるため位相物体の僅かな高さでも高いコントラス
ト像が得られるため、透明物体の高さの分解能が飛躍的
に向上する。エタロンへの入射角を調節することで特定
の位相差のみを精度良く観測できる、等の優れた効果を
奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係わる光学系の構成図で
ある。

【図２】 本発明の実施形態に係わる対象物が反射物体
である場合の光学系の構成図である。

【図３】 マルティプルビームの干渉光強度と位相との
関係を示す図である。

【図４】 （イ）は二つの波面の位相関係を示す図、
（ロ）は位相遅れを示す図である。

【符号の説明】

１ レーザー光源 ２ 顕微鏡対物レンズ ３ コリメータレンズ ４ 位相物体 ５ ファブリペロエタロン ６ 結像レンズ ７ スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーリン シェパード ７−１エー ネプチューン ストリート, コージー エヌエスダブリュ2067 オース トラリア (72)発明者 永寿 伴章 茨城県つくば市並木１丁目２番地 工業技 術院 機械技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から発射されたレーザー光を、コリ
   メーターレンズで平行光とし、この平行光により位相物
   体を照明し、位相物体の後方に配置したファブリペロエ
   タロンにより干渉光を形成し、スクリーン上に位相物体
   の前記干渉光を結像するにより位相コントラスト像を観
   測できるようにしたマルティプルビームシアリング干渉
   を用いた微分干渉コントラスト法。
2. 【請求項２】レーザーを発射する光源、その光源を拡大
   する顕微鏡対物レンズ、前記対物レンズからの光を平行
   光とするコリメータレンズ、平行光を反射するファブリ
   ペロエタロン、前記ファブリペロエタロンからの干渉光
   を結像する結像レンズおよび前記結像を映すスクリーン
   よりなることを特徴とするマルティプルビームシアリン
   グ干渉を用いた微分干渉コントラスト装置。
3. 【請求項３】前記ファブリペロエタロンは金属反射膜コ
   ーティングがなされていることを特徴とする請求項２に
   記載のマルティプルビームシアリング干渉を用いた微分
   干渉コントラスト装置。
4. 【請求項４】前記ファブリペロエタロンは多層膜コーテ
   ィングがなされていることを特徴とする請求項２に記載
   のマルティプルビームシアリング干渉を用いた微分干渉
   コントラスト装置。