JPH11242189A - 像形成法、像形成装置 - Google Patents
像形成法、像形成装置Info
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- JPH11242189A JPH11242189A JP10111644A JP11164498A JPH11242189A JP H11242189 A JPH11242189 A JP H11242189A JP 10111644 A JP10111644 A JP 10111644A JP 11164498 A JP11164498 A JP 11164498A JP H11242189 A JPH11242189 A JP H11242189A
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- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超解像の得られる顕微鏡法と装置、及び、自
然な光切断像が得られ、リアルタイム観察のできる縞投
影光切断顕微鏡法と装置。 【解決手段】 観察物体Ｏを変調する回折格子２１を複
数位置に移動させて、複数の変調成分よりなる空間変調
を変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体Ｏに
作用させた観察物体の変調像を撮像素子２２で複数枚撮
像し、それら変調像複数枚に対し、変調成分の数以上の
変調像より線形計算を用いて各変調成分に対応する変調
像成分を分離する成分分離過程と、分離した変調像成分
の少なくとも一つを復調する成分復調過程を含む像形成
法、像形成装置。
然な光切断像が得られ、リアルタイム観察のできる縞投
影光切断顕微鏡法と装置。 【解決手段】 観察物体Ｏを変調する回折格子２１を複
数位置に移動させて、複数の変調成分よりなる空間変調
を変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体Ｏに
作用させた観察物体の変調像を撮像素子２２で複数枚撮
像し、それら変調像複数枚に対し、変調成分の数以上の
変調像より線形計算を用いて各変調成分に対応する変調
像成分を分離する成分分離過程と、分離した変調像成分
の少なくとも一つを復調する成分復調過程を含む像形成
法、像形成装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、像形成法と像形成
装置に関し、特に、顕微鏡を用いた像形成法及び装置に
関するものである。
装置に関し、特に、顕微鏡を用いた像形成法及び装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学顕微鏡等の結像光学系による像形成
においては、例えばJ.W.Goodman,"Introduction to Fou
rier Optics",McGraw-Hill(1968)に詳しく説明されてい
る通り、結像光学系固有の伝達関数というものが存在
し、その伝達関数により結像される物体像の特性が制限
される。さらに詳しくは、伝達する光学像のフーリエ成
分（空間周波数成分）の内、その伝達関数によって定ま
る特定の空間周波数領域のみが伝達し、残りの空間周波
数成分はカットされる。
においては、例えばJ.W.Goodman,"Introduction to Fou
rier Optics",McGraw-Hill(1968)に詳しく説明されてい
る通り、結像光学系固有の伝達関数というものが存在
し、その伝達関数により結像される物体像の特性が制限
される。さらに詳しくは、伝達する光学像のフーリエ成
分（空間周波数成分）の内、その伝達関数によって定ま
る特定の空間周波数領域のみが伝達し、残りの空間周波
数成分はカットされる。
【０００３】例えば、一般の光学顕微鏡においては、対
物レンズの開口数（ＮＡ）で定まるカットオフ周波数と
呼ばれる空間周波数ｆcutoff、 ｆcutoff＝２ＮＡ／λ （ただし、λ：光の波長） ・・・（１） が存在し、入力した光学像のフーリエ成分の内、そのカ
ットオフ周波数より高い空間周波数成分を結像させるこ
とはできない。
物レンズの開口数（ＮＡ）で定まるカットオフ周波数と
呼ばれる空間周波数ｆcutoff、 ｆcutoff＝２ＮＡ／λ （ただし、λ：光の波長） ・・・（１） が存在し、入力した光学像のフーリエ成分の内、そのカ
ットオフ周波数より高い空間周波数成分を結像させるこ
とはできない。
【０００４】図１２に示すように、対物レンズ１の開口
数は、対物レンズ１が観察物体Ｏより取り込める光２の
円錐の頂角の１／２のサイン関数に観察物体Ｏと対物レ
ンズ１前面の間の媒質の屈折率を掛け合わせたものであ
り、例えば空気中にある物体に対しては、開口数は１以
上とならないので、カットオフ周波数は２／λ以上には
ならない。したがって、空気中に置かれた光の波長の１
／２より小さい周期を持つ微細構造は、一般の光学顕微
鏡で解像できない。
数は、対物レンズ１が観察物体Ｏより取り込める光２の
円錐の頂角の１／２のサイン関数に観察物体Ｏと対物レ
ンズ１前面の間の媒質の屈折率を掛け合わせたものであ
り、例えば空気中にある物体に対しては、開口数は１以
上とならないので、カットオフ周波数は２／λ以上には
ならない。したがって、空気中に置かれた光の波長の１
／２より小さい周期を持つ微細構造は、一般の光学顕微
鏡で解像できない。
【０００５】ところが、観察物体と結像光学系の間に空
間周波数を変調する手段を挿入することにより、結像光
学系では伝達できない空間周波数領域の観察物体の空間
周波数成分を結像に反映させることができる。ただし、
その場合、結像光学系により結像された観察物体の像は
変調を受けているので、その変調の回復（復調）手段を
合わせて用いることにより、正しい観察物体像が形成で
きる。これを光学顕微鏡に適用した場合、従来のカット
オフ周波数より高い空間周波数を持つ観察物体の微細構
造を解像できるようになる。これを超解像と呼ぶ。
間周波数を変調する手段を挿入することにより、結像光
学系では伝達できない空間周波数領域の観察物体の空間
周波数成分を結像に反映させることができる。ただし、
その場合、結像光学系により結像された観察物体の像は
変調を受けているので、その変調の回復（復調）手段を
合わせて用いることにより、正しい観察物体像が形成で
きる。これを光学顕微鏡に適用した場合、従来のカット
オフ周波数より高い空間周波数を持つ観察物体の微細構
造を解像できるようになる。これを超解像と呼ぶ。
【０００６】W.Lukosz,"Optical systems with resolvi
ng powers exceeding the classical limit.II",Journa
l of the Optical Society of America,Vol.37,No.7 (1
967),pp.932-941 には、図１９に示すように、観察物体
Ｏと結像光学系３の間で観察物体Ｏの近傍、及び、結像
光学系３による観察物体Ｏの結像位置の後方の互いに共
役な位置に、共役な格子定数を持つ回折格子５、６を配
置し、それらを共役的に動かすことにより超解像を得る
方法が開示されている。観察物体Ｏ近傍に置かれた回折
格子５は、観察物体Ｏから発した光を回折することによ
り変調をかける。この変調により、観察物体Ｏから発し
た光の内、本来は結像光学系３に入射できない角度を持
った空間周波数成分の一部が、この回折のため伝播角度
を変えられて変調成分となって結像光学系３に入るよう
になる。この回折格子５は複数の回折光を発生させるの
で、複数の変調成分を持った入力像が結像光学系３を伝
達し、その結像位置に変調像４として結像する。そし
て、結像位置の後方に置かれた回折格子６は、その変調
像を復調させる作用がある。この復調により、観察物体
Ｏ近傍の回折格子５によって伝播角度を変えられた各変
調成分が、結像光学系３を伝達した後、回折格子６によ
りそれぞれ再び本来の伝播角度に回復され、回復像とな
る。このように、結像光学系３単体では伝達し得ない空
間周波数成分も、これら回折格子５、６と組み合わせる
ことにより、結像させることができ、超解像が達成でき
る。ただし、この中でW. Lukosz はこのような回折格子
の配置及び駆動は実現性に欠けることを認めている。
ng powers exceeding the classical limit.II",Journa
l of the Optical Society of America,Vol.37,No.7 (1
967),pp.932-941 には、図１９に示すように、観察物体
Ｏと結像光学系３の間で観察物体Ｏの近傍、及び、結像
光学系３による観察物体Ｏの結像位置の後方の互いに共
役な位置に、共役な格子定数を持つ回折格子５、６を配
置し、それらを共役的に動かすことにより超解像を得る
方法が開示されている。観察物体Ｏ近傍に置かれた回折
格子５は、観察物体Ｏから発した光を回折することによ
り変調をかける。この変調により、観察物体Ｏから発し
た光の内、本来は結像光学系３に入射できない角度を持
った空間周波数成分の一部が、この回折のため伝播角度
を変えられて変調成分となって結像光学系３に入るよう
になる。この回折格子５は複数の回折光を発生させるの
で、複数の変調成分を持った入力像が結像光学系３を伝
達し、その結像位置に変調像４として結像する。そし
て、結像位置の後方に置かれた回折格子６は、その変調
像を復調させる作用がある。この復調により、観察物体
Ｏ近傍の回折格子５によって伝播角度を変えられた各変
調成分が、結像光学系３を伝達した後、回折格子６によ
りそれぞれ再び本来の伝播角度に回復され、回復像とな
る。このように、結像光学系３単体では伝達し得ない空
間周波数成分も、これら回折格子５、６と組み合わせる
ことにより、結像させることができ、超解像が達成でき
る。ただし、この中でW. Lukosz はこのような回折格子
の配置及び駆動は実現性に欠けることを認めている。
【０００７】これに対し、D.Mendlovic et.al.,"One-di
mentional superresolution optical system for tempo
raly restricted objects",Applied Optics,Vol.36,No.
11(1997),pp.2353-2359 には、図２０に示すように、観
察物体Ｏと結像光学系３により結像したその変調像４を
略同一平面上に配置することにより、一枚の回転式回折
格子７で超解像を得る実験に成功したことが開示されて
いる。ただし、このような構成では、結像光学系３によ
る観察物体Ｏの結像倍率は本質的に−１に制限される。
mentional superresolution optical system for tempo
raly restricted objects",Applied Optics,Vol.36,No.
11(1997),pp.2353-2359 には、図２０に示すように、観
察物体Ｏと結像光学系３により結像したその変調像４を
略同一平面上に配置することにより、一枚の回転式回折
格子７で超解像を得る実験に成功したことが開示されて
いる。ただし、このような構成では、結像光学系３によ
る観察物体Ｏの結像倍率は本質的に−１に制限される。
【０００８】Dr.Tony Wilson(University of Oxford,Ox
ford,UK)が、１９９７年１１月７日に行われたレーザ顕
微鏡研究会第２０回講演会において発表を行った新しい
光学系の構成は、図２１に示すように、移動可能な回折
格子８と、回折格子８の像を対物レンズ１の焦点位置に
投影する照明光学系９と、観察物体Ｏを拡大結像する結
像光学系３と、結像された観察物体Ｏの像を撮像するＣ
ＣＤ１０と、ＣＣＤ１０で撮像された画像を記憶する画
像記憶装置１１と、画像記憶装置１１により記憶された
画像を用いて演算を行う演算装置１２と、演算装置１２
で演算された結果を表示する画像表示装置１３よりな
る。回折格子８と照明光学系９により、観察物体Ｏ上に
は正弦波状強度分布を持つ照明光が照射され、回折格子
８を動かして観察物体Ｏ上の照明光の正弦波の空間的な
位相が１２０°ずつ異なる状態でＣＣＤ１０により観察
物体Ｏの像を３枚撮像し、その撮像した３枚の画像の強
度分布Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 より、 ＩC ＝√｛（Ｉ2 −Ｉ1 ）2 ＋（Ｉ3 −Ｉ2 ）2 ＋（Ｉ1 −Ｉ3 ）2 ｝ ・・・（２） を演算して、光切断像ＩC を得る。対物レンズ１の合焦
位置に観察物体Ｏがある場合は、観察物体Ｏはコントラ
ストの強い正弦波状の照明光によって照明されるため、
３枚の画像の強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の間に差ができ、Ｉ
C は標本の特性に応じた有限な値を持つ。一方、観察物
体Ｏが対物レンズ１の合焦位置から外れた場合は、観察
物体Ｏにはほとんどコントラストのない照明光が照明さ
れるため、３枚の画像の強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の間に差
がなくなり、ＩC はほとんど０になる。このようにし
て、対物レンズ１の合焦面付近のみの像が得られる。こ
のように、通常のピンホールを用いた共焦点顕微鏡法で
得られる共焦点像と同様、光切断像が得られるので、こ
こではこの方法を縞投影光切断顕微鏡法と呼ぶことにす
る。通常の共焦点顕微鏡法が超高圧水銀ランプ等の高輝
度光源を必要とするのに対し、縞投影光切断法はハロゲ
ンランプ等の低輝度な光源を用いることができること
や、通常の共焦点顕微鏡法のような走査光学系が不要な
ことから、通常の共焦点顕微鏡に対し、簡単かつ安価な
装置で実現できるという利点がある。
ford,UK)が、１９９７年１１月７日に行われたレーザ顕
微鏡研究会第２０回講演会において発表を行った新しい
光学系の構成は、図２１に示すように、移動可能な回折
格子８と、回折格子８の像を対物レンズ１の焦点位置に
投影する照明光学系９と、観察物体Ｏを拡大結像する結
像光学系３と、結像された観察物体Ｏの像を撮像するＣ
ＣＤ１０と、ＣＣＤ１０で撮像された画像を記憶する画
像記憶装置１１と、画像記憶装置１１により記憶された
画像を用いて演算を行う演算装置１２と、演算装置１２
で演算された結果を表示する画像表示装置１３よりな
る。回折格子８と照明光学系９により、観察物体Ｏ上に
は正弦波状強度分布を持つ照明光が照射され、回折格子
８を動かして観察物体Ｏ上の照明光の正弦波の空間的な
位相が１２０°ずつ異なる状態でＣＣＤ１０により観察
物体Ｏの像を３枚撮像し、その撮像した３枚の画像の強
度分布Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 より、 ＩC ＝√｛（Ｉ2 −Ｉ1 ）2 ＋（Ｉ3 −Ｉ2 ）2 ＋（Ｉ1 −Ｉ3 ）2 ｝ ・・・（２） を演算して、光切断像ＩC を得る。対物レンズ１の合焦
位置に観察物体Ｏがある場合は、観察物体Ｏはコントラ
ストの強い正弦波状の照明光によって照明されるため、
３枚の画像の強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の間に差ができ、Ｉ
C は標本の特性に応じた有限な値を持つ。一方、観察物
体Ｏが対物レンズ１の合焦位置から外れた場合は、観察
物体Ｏにはほとんどコントラストのない照明光が照明さ
れるため、３枚の画像の強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 の間に差
がなくなり、ＩC はほとんど０になる。このようにし
て、対物レンズ１の合焦面付近のみの像が得られる。こ
のように、通常のピンホールを用いた共焦点顕微鏡法で
得られる共焦点像と同様、光切断像が得られるので、こ
こではこの方法を縞投影光切断顕微鏡法と呼ぶことにす
る。通常の共焦点顕微鏡法が超高圧水銀ランプ等の高輝
度光源を必要とするのに対し、縞投影光切断法はハロゲ
ンランプ等の低輝度な光源を用いることができること
や、通常の共焦点顕微鏡法のような走査光学系が不要な
ことから、通常の共焦点顕微鏡に対し、簡単かつ安価な
装置で実現できるという利点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のW.LukoszやD.Me
ndlovic 等の方法を光学顕微鏡に用いようとすると、次
の問題が生じる。すなわち、W.Lukoszの方法では、観察
物体Ｏ近傍と像近傍の回折格子５、６を同期させて移動
させることにより超解像を得るが、顕微鏡の場合、結像
に際し拡大率が掛かるので、異なる格子定数の回折格子
５、６を、異なる位置で、共役関係を保ちながら、共役
的に移動させなければならず、それは実現が非常に難し
い。また、D.Mendlovic 等の方法は、±１以外の拡大率
の掛かる光学顕微鏡においては、構成不可能である。
ndlovic 等の方法を光学顕微鏡に用いようとすると、次
の問題が生じる。すなわち、W.Lukoszの方法では、観察
物体Ｏ近傍と像近傍の回折格子５、６を同期させて移動
させることにより超解像を得るが、顕微鏡の場合、結像
に際し拡大率が掛かるので、異なる格子定数の回折格子
５、６を、異なる位置で、共役関係を保ちながら、共役
的に移動させなければならず、それは実現が非常に難し
い。また、D.Mendlovic 等の方法は、±１以外の拡大率
の掛かる光学顕微鏡においては、構成不可能である。
【００１０】また、Dr.Tony Wilsonの縞投影光切断顕微
鏡法においてリアルタイム観察をしようとすると、次の
問題が生じる。すなわち、（２）式の中には二乗計算が
３回及び平方根計算が１回含まれているので、演算時間
がかかり、リアルタイム観察ができない。さらに、
（２）式を用いて求められる光切断像ＩC は、観察物体
Ｏを直接撮像して得られた像強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 に対
し非線形な成分を含むため、不自然な像となる。
鏡法においてリアルタイム観察をしようとすると、次の
問題が生じる。すなわち、（２）式の中には二乗計算が
３回及び平方根計算が１回含まれているので、演算時間
がかかり、リアルタイム観察ができない。さらに、
（２）式を用いて求められる光切断像ＩC は、観察物体
Ｏを直接撮像して得られた像強度Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 に対
し非線形な成分を含むため、不自然な像となる。
【００１１】本発明は従来技術のこのような問題点に着
目してなされたもので、その第１の目的は、十分に実現
可能な超解像の得られる顕微鏡法及び装置を提供するこ
とである。
目してなされたもので、その第１の目的は、十分に実現
可能な超解像の得られる顕微鏡法及び装置を提供するこ
とである。
【００１２】さらに、本発明の第２の目的は、自然な光
切断像が得られ、リアルタイム観察のできる縞投影光切
断顕微鏡法及び装置を提供することである。
切断像が得られ、リアルタイム観察のできる縞投影光切
断顕微鏡法及び装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の像形成法は、複数の変調成分よりなる空間変調を前
記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体に作
用させた前記観察物体の変調像複数枚に対し、前記変調
成分の数以上の前記変調像より線形計算を用いて各前記
変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分離過程
と、分離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調す
る成分復調過程を含むことを特徴とする方法である。
明の像形成法は、複数の変調成分よりなる空間変調を前
記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体に作
用させた前記観察物体の変調像複数枚に対し、前記変調
成分の数以上の前記変調像より線形計算を用いて各前記
変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分離過程
と、分離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調す
る成分復調過程を含むことを特徴とする方法である。
【００１４】上記目的を達成する本発明の像形成装置
は、観察物体の形状情報を持つ形状情報光に対し、複数
の空間変調成分を前記空間変調成分の成分比のそれぞれ
異なる組合せで作用させることのできる空間変調装置
と、前記空間変調のかかった前記観察物体の変調像を形
成する結像光学系と、前記変調成分の数以上の前記変調
像より線形計算を用いて各前記変調成分に対応する変調
像成分を分離する成分分離装置と、分離した前記変調像
成分の少なくとも一つを復調する成分復調装置とを含む
ことを特徴とするものである。
は、観察物体の形状情報を持つ形状情報光に対し、複数
の空間変調成分を前記空間変調成分の成分比のそれぞれ
異なる組合せで作用させることのできる空間変調装置
と、前記空間変調のかかった前記観察物体の変調像を形
成する結像光学系と、前記変調成分の数以上の前記変調
像より線形計算を用いて各前記変調成分に対応する変調
像成分を分離する成分分離装置と、分離した前記変調像
成分の少なくとも一つを復調する成分復調装置とを含む
ことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態については、
先ず、上記の目的を達成することができる像形成法及び
装置の実施形態と、それぞれの作用効果について説明
し、次に、その発明に付加して適用することのできる好
適な構成とその作用効果を説明し、その後に、それぞれ
の実施例を説明することにする。
先ず、上記の目的を達成することができる像形成法及び
装置の実施形態と、それぞれの作用効果について説明
し、次に、その発明に付加して適用することのできる好
適な構成とその作用効果を説明し、その後に、それぞれ
の実施例を説明することにする。
【００１６】本発明の像形成法は、複数の変調成分より
なる空間変調を変調成分の成分比をそれぞれ変えながら
観察物体に作用させた観察物体の変調像複数枚に対し、
その変調成分の数以上の変調像より線形計算を用いて各
変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分離過程
と、分離した変調像成分の少なくとも一つを復調する成
分復調過程を含むことを特徴とする方法である。
なる空間変調を変調成分の成分比をそれぞれ変えながら
観察物体に作用させた観察物体の変調像複数枚に対し、
その変調成分の数以上の変調像より線形計算を用いて各
変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分離過程
と、分離した変調像成分の少なくとも一つを復調する成
分復調過程を含むことを特徴とする方法である。
【００１７】複数の変調成分からなる空間変調を受けた
観察物体の変調像は、それぞれの変調成分を単独で観察
物体に作用させた場合に得られる変調像成分を、それぞ
れの変調成分の成分比を掛け合わせた上で加算したもの
に等しい。このことは、それぞれの成分比が既知の場
合、それぞれの変調像成分を未知数にして、連立一次方
程式を構成することができることを表している。そし
て、未知数である変調像成分の数以上に、線形独立な成
分比の組合せとそれに対する変調像が分かっていれば、
連立一次方程式を解くことにより、各変調像成分を独立
に抽出することができる。各変調像成分を独立に抽出し
た後は、それぞれの変調成分に対応する適当な復調を作
用させることにより、像回復を行うことができる。な
お、連立一次方程式を解く段階において、全ての変調像
成分を抽出する必要はなく、必要な変調像成分のみ有名
なクラメールの公式を用いた線形計算により抽出するこ
とができる。
観察物体の変調像は、それぞれの変調成分を単独で観察
物体に作用させた場合に得られる変調像成分を、それぞ
れの変調成分の成分比を掛け合わせた上で加算したもの
に等しい。このことは、それぞれの成分比が既知の場
合、それぞれの変調像成分を未知数にして、連立一次方
程式を構成することができることを表している。そし
て、未知数である変調像成分の数以上に、線形独立な成
分比の組合せとそれに対する変調像が分かっていれば、
連立一次方程式を解くことにより、各変調像成分を独立
に抽出することができる。各変調像成分を独立に抽出し
た後は、それぞれの変調成分に対応する適当な復調を作
用させることにより、像回復を行うことができる。な
お、連立一次方程式を解く段階において、全ての変調像
成分を抽出する必要はなく、必要な変調像成分のみ有名
なクラメールの公式を用いた線形計算により抽出するこ
とができる。
【００１８】本発明の像形成法を用いる場合の代表的な
フローチャートを図１１に示す。図１１において、ステ
ップＳＴ１において、変調成分比１の組合せで変調像１
を撮像する。ステップＳＴ２において、変調成分比２の
組合せで変調像２を撮像する。同様にして、ステップＳ
Ｔ３〜ｎにおいて、変調成分比３〜ｎの組合せで変調像
３〜ｎを撮像する。次いで、ステップＳＴｎ＋１におい
て、変調成分比１〜ｎと変調像１〜ｎから連立一次方程
式を解く要領で、各変調成分に対応する変調像成分を抽
出する。ステップＳＴｎ＋２において、抽出した変調像
成分をそれぞれ復調し、復調像成分を得る。そして、ス
テップＳＴｎ＋３において、復調像成分を合成し、再生
像を得る。
フローチャートを図１１に示す。図１１において、ステ
ップＳＴ１において、変調成分比１の組合せで変調像１
を撮像する。ステップＳＴ２において、変調成分比２の
組合せで変調像２を撮像する。同様にして、ステップＳ
Ｔ３〜ｎにおいて、変調成分比３〜ｎの組合せで変調像
３〜ｎを撮像する。次いで、ステップＳＴｎ＋１におい
て、変調成分比１〜ｎと変調像１〜ｎから連立一次方程
式を解く要領で、各変調成分に対応する変調像成分を抽
出する。ステップＳＴｎ＋２において、抽出した変調像
成分をそれぞれ復調し、復調像成分を得る。そして、ス
テップＳＴｎ＋３において、復調像成分を合成し、再生
像を得る。
【００１９】このように、本発明の像形成法において
は、複数の変調像から線形計算により各変調像成分を抽
出するようにしたので、それぞれの変調像成分に画像処
理等で適当な復調作用をかけて容易に回復像を得ること
ができる。また、必要な変調像成分のみを取り出し復調
させることもできるので、効率良く目的の回復像を得る
ことができる。
は、複数の変調像から線形計算により各変調像成分を抽
出するようにしたので、それぞれの変調像成分に画像処
理等で適当な復調作用をかけて容易に回復像を得ること
ができる。また、必要な変調像成分のみを取り出し復調
させることもできるので、効率良く目的の回復像を得る
ことができる。
【００２０】また、本発明を用いた超解像顕微鏡は、W.
LukoszやD.Mendlovic 等の２枚の回折格子を同期して移
動させる方法に比べ、はるかに簡単で現実的な装置構成
で実現できる。
LukoszやD.Mendlovic 等の２枚の回折格子を同期して移
動させる方法に比べ、はるかに簡単で現実的な装置構成
で実現できる。
【００２１】さらに、本発明を用いた縞投影光切断顕微
鏡法は、線形計算のみで各変調像成分の抽出ができるの
で、Dr.Tony Wilsonの（２）式を用いた計算法より、は
るかに高速に回復画像が得られると共に、光切断像ＩC
が直接撮像した像強度の非線形項を含まないため、自然
な像となる利点がある。
鏡法は、線形計算のみで各変調像成分の抽出ができるの
で、Dr.Tony Wilsonの（２）式を用いた計算法より、は
るかに高速に回復画像が得られると共に、光切断像ＩC
が直接撮像した像強度の非線形項を含まないため、自然
な像となる利点がある。
【００２２】この発明の好適一実施形態においては、観
察物体の形状情報を持つ形状情報光に空間変調をかけ、
結像光学系により空間変調のかかった観察物体の変調像
を形成し、その変調像を復調することにより結像光学系
の伝達関数の空間周波数領域を越える範囲の形状情報の
空間周波数成分を再生する像形成法において、空間変調
は複数の変調成分よりなり、変調成分の成分比のそれぞ
れ異なる組合せの空間変調に対する変調像を複数枚形成
する変調像形成過程と、変調成分の数以上の変調像より
線形計算を用いて各変調成分に対応する変調像成分を分
離する成分分離過程と、分離した変調像成分の少なくと
も一つを復調する成分復調過程を含むようにするのが、
観察系にとって都合の良い空間変調手段を用いて、従来
結像光学系のみでは伝達できなかった観察物体の形状情
報の空間周波数成分を含む像形成ができるので、より幅
広い観察物体に対し超解像顕微鏡法を達成できるように
なり都合が良い。
察物体の形状情報を持つ形状情報光に空間変調をかけ、
結像光学系により空間変調のかかった観察物体の変調像
を形成し、その変調像を復調することにより結像光学系
の伝達関数の空間周波数領域を越える範囲の形状情報の
空間周波数成分を再生する像形成法において、空間変調
は複数の変調成分よりなり、変調成分の成分比のそれぞ
れ異なる組合せの空間変調に対する変調像を複数枚形成
する変調像形成過程と、変調成分の数以上の変調像より
線形計算を用いて各変調成分に対応する変調像成分を分
離する成分分離過程と、分離した変調像成分の少なくと
も一つを復調する成分復調過程を含むようにするのが、
観察系にとって都合の良い空間変調手段を用いて、従来
結像光学系のみでは伝達できなかった観察物体の形状情
報の空間周波数成分を含む像形成ができるので、より幅
広い観察物体に対し超解像顕微鏡法を達成できるように
なり都合が良い。
【００２３】観察物体の形状情報を持つ形状情報光をＯ
（ｘ）、複数の変調成分Ｍi （ｘ）の成分比ｍi よりな
る空間変調をＭ（ｘ）、結像光学系の伝達関数の逆フー
リエ変換である点像分布関数をＰ（ｘ）とすると、コヒ
ーレント及びインコヒーレント結像光学系により結像さ
れた観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は、 となる。ここで、＊はコンボリューション演算子を表
す。線形的に独立なｍi の組合せを用いれば、各変調像
成分｛Ｏ（ｘ）・Ｍi （ｘ）｝＊Ｐ（ｘ）が線形計算を
用いて抽出できることは明らかである。各変調像成分が
独立に抽出できれば、そのそれぞれを復調することは容
易である。
（ｘ）、複数の変調成分Ｍi （ｘ）の成分比ｍi よりな
る空間変調をＭ（ｘ）、結像光学系の伝達関数の逆フー
リエ変換である点像分布関数をＰ（ｘ）とすると、コヒ
ーレント及びインコヒーレント結像光学系により結像さ
れた観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は、 となる。ここで、＊はコンボリューション演算子を表
す。線形的に独立なｍi の組合せを用いれば、各変調像
成分｛Ｏ（ｘ）・Ｍi （ｘ）｝＊Ｐ（ｘ）が線形計算を
用いて抽出できることは明らかである。各変調像成分が
独立に抽出できれば、そのそれぞれを復調することは容
易である。
【００２４】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調はｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは
単位複素数√（−１）、πは円周率、ｆ0 は空間周波数
を表す定数、ｘは上記観察物体上の位置座標、φは位相
定数を表す。）の形の指数関数型変調係数を形状情報光
に掛け合わせる指数関数型変調成分を含むようにするの
が、簡単に空間周波数をシフトする変調成分を得られる
手段として都合が良い。指数関数型変調成分ｅｘｐ（ｊ
２πｆ0 ｘ＋ｊφ）は、そのフーリエ変換ｅｘｐ（ｊ
φ）δ（ｆ−ｆ0 ）から明らかなように、空間周波数＋
ｆ0 をシフトする性質があり、結像光学系のカットオフ
周波数以上の空間周波数を持つ観察物体の形状情報を伝
達するようにできる。指数関数型変調は、特にコヒーレ
ントな結像光学系のときに斜照明により容易に実現でき
るので、都合が良い。
間変調はｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは
単位複素数√（−１）、πは円周率、ｆ0 は空間周波数
を表す定数、ｘは上記観察物体上の位置座標、φは位相
定数を表す。）の形の指数関数型変調係数を形状情報光
に掛け合わせる指数関数型変調成分を含むようにするの
が、簡単に空間周波数をシフトする変調成分を得られる
手段として都合が良い。指数関数型変調成分ｅｘｐ（ｊ
２πｆ0 ｘ＋ｊφ）は、そのフーリエ変換ｅｘｐ（ｊ
φ）δ（ｆ−ｆ0 ）から明らかなように、空間周波数＋
ｆ0 をシフトする性質があり、結像光学系のカットオフ
周波数以上の空間周波数を持つ観察物体の形状情報を伝
達するようにできる。指数関数型変調は、特にコヒーレ
ントな結像光学系のときに斜照明により容易に実現でき
るので、都合が良い。
【００２５】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）（ただし、πは円周
率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、ｘは上記観察物体上
の位置座標、φは位相定数を表す。）の形の正弦波型変
調係数を形状情報光に掛け合わせる正弦波型変調成分を
含むようにするのが、簡単に空間周波数をシフトする変
調成分を得られる手段として都合がよい。なお、ここで
は空間変調をｃｏｓ関数（余弦関数）で表し正弦波型変
調と呼んでいるが、ｃｏｓ関数とｓｉｎ関数（正弦関
数）とは位相が異なるだけで波形は同じであるので、便
宜上ここでは正弦波型としている。正弦波型変調成分ｃ
ｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）は、そのフーリエ変換［ｃｏｓ
φ｛δ（ｆ−ｆ0 ）＋δ（ｆ＋ｆ0 ）｝＋ｊｓｉｎφ
｛δ（ｆ−ｆ0 ）−δ（ｆ＋ｆ0 ）｝］／２から明らか
なように、空間周波数を±ｆ0 シフトする成分を含み、
結像光学系のカットオフ周波数以上の空間周波数を持つ
観察物体の形状情報を伝達するようにできる。正弦波型
変調は、特にインコヒーレント結像光学系のときに容易
に実現できるので、都合が良い。
間変調はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）（ただし、πは円周
率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、ｘは上記観察物体上
の位置座標、φは位相定数を表す。）の形の正弦波型変
調係数を形状情報光に掛け合わせる正弦波型変調成分を
含むようにするのが、簡単に空間周波数をシフトする変
調成分を得られる手段として都合がよい。なお、ここで
は空間変調をｃｏｓ関数（余弦関数）で表し正弦波型変
調と呼んでいるが、ｃｏｓ関数とｓｉｎ関数（正弦関
数）とは位相が異なるだけで波形は同じであるので、便
宜上ここでは正弦波型としている。正弦波型変調成分ｃ
ｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）は、そのフーリエ変換［ｃｏｓ
φ｛δ（ｆ−ｆ0 ）＋δ（ｆ＋ｆ0 ）｝＋ｊｓｉｎφ
｛δ（ｆ−ｆ0 ）−δ（ｆ＋ｆ0 ）｝］／２から明らか
なように、空間周波数を±ｆ0 シフトする成分を含み、
結像光学系のカットオフ周波数以上の空間周波数を持つ
観察物体の形状情報を伝達するようにできる。正弦波型
変調は、特にインコヒーレント結像光学系のときに容易
に実現できるので、都合が良い。
【００２６】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、変調像形成過程を位相定数φ
の異なる複数の変調像を形成する過程を含むようにする
のが、簡単に変調成分の成分比の異なる空間変調を得ら
れる手段として都合が良い。空間変調がｅｘｐ（ｊ２π
ｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）のとき
は、そのフーリエ変換ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）又
は｛ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）＋ｅｘｐ（−ｊφ）
δ（ｆ＋ｆ0 ）｝／２から明らかなように、位相定数φ
を変えることにより、空間周波数成分を±ｆ0 シフトす
る成分δ（ｆ−ｆ0 ）又はδ（ｆ＋ｆ0 ）の係数を独立
に変えることができる。
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、変調像形成過程を位相定数φ
の異なる複数の変調像を形成する過程を含むようにする
のが、簡単に変調成分の成分比の異なる空間変調を得ら
れる手段として都合が良い。空間変調がｅｘｐ（ｊ２π
ｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）のとき
は、そのフーリエ変換ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）又
は｛ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）＋ｅｘｐ（−ｊφ）
δ（ｆ＋ｆ0 ）｝／２から明らかなように、位相定数φ
を変えることにより、空間周波数成分を±ｆ0 シフトす
る成分δ（ｆ−ｆ0 ）又はδ（ｆ＋ｆ0 ）の係数を独立
に変えることができる。
【００２７】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分に
ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）
の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数関数型復
調過程を含むようにすると、好ましい回復像が得られる
手段として都合がよい。空間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0
ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）のとき、その
フーリエ変換ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）又は｛ｅｘ
ｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）＋ｅｘｐ（−ｊφ）δ（ｆ＋
ｆ0 ）｝／２から明らかなように、抽出される変調像成
分は定数項を除いてｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝（ただし、Ｐ+-（ｘ）はＰ（ｘ）
をフーリエ空間において空間周波数±ｆ0 シフトさせた
関数）の形になり、指数関数型復調係数はその頭に付い
ている変調項ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）を取り除くこと
ができる。
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分に
ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）
の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数関数型復
調過程を含むようにすると、好ましい回復像が得られる
手段として都合がよい。空間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0
ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）のとき、その
フーリエ変換ｅｘｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）又は｛ｅｘ
ｐ（ｊφ）δ（ｆ−ｆ0 ）＋ｅｘｐ（−ｊφ）δ（ｆ＋
ｆ0 ）｝／２から明らかなように、抽出される変調像成
分は定数項を除いてｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝（ただし、Ｐ+-（ｘ）はＰ（ｘ）
をフーリエ空間において空間周波数±ｆ0 シフトさせた
関数）の形になり、指数関数型復調係数はその頭に付い
ている変調項ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）を取り除くこと
ができる。
【００２８】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分に
ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）の形の
正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型復調過程を含
むようにすると、好ましい回復像が得られる手段として
都合が良い。空間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）
又はｃｏｓ（２πｆ０ｘ＋φ）のとき、そのフーリエ変
換（ｃｏｓφ＋ｊｓｉｎφ）δ（ｆ−ｆ０ ）又は［ｃ
ｏｓφ｛δ（ｆ−ｆ0 ）＋δ（ｆ＋ｆ0 ）｝＋ｊｓｉｎ
φ｛δ（ｆ−ｆ0）−δ（ｆ＋ｆ0 ）｝］／２から明ら
かなように、抽出される変調像成分は定数項を除いて
｛ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）±ｊｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝
｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝（ただし、Ｐ+-（ｘ）はＰ
（ｘ）をフーリエ空間において空間周波数±ｆ0 シフト
させた関数）の形になり、正弦波型復調係数はｃｏｓ2
（２πｆ0ｘ）＋ｓｉｎ2 （２πｆ0 ｘ）＝１等の関係
を用いることにより、その頭に付いている変調項｛ｃｏ
ｓ（２πｆ0 ｘ）±ｊｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝を取り除
くことができる。
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分に
ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）の形の
正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型復調過程を含
むようにすると、好ましい回復像が得られる手段として
都合が良い。空間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）
又はｃｏｓ（２πｆ０ｘ＋φ）のとき、そのフーリエ変
換（ｃｏｓφ＋ｊｓｉｎφ）δ（ｆ−ｆ０ ）又は［ｃ
ｏｓφ｛δ（ｆ−ｆ0 ）＋δ（ｆ＋ｆ0 ）｝＋ｊｓｉｎ
φ｛δ（ｆ−ｆ0）−δ（ｆ＋ｆ0 ）｝］／２から明ら
かなように、抽出される変調像成分は定数項を除いて
｛ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）±ｊｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝
｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝（ただし、Ｐ+-（ｘ）はＰ
（ｘ）をフーリエ空間において空間周波数±ｆ0 シフト
させた関数）の形になり、正弦波型復調係数はｃｏｓ2
（２πｆ0ｘ）＋ｓｉｎ2 （２πｆ0 ｘ）＝１等の関係
を用いることにより、その頭に付いている変調項｛ｃｏ
ｓ（２πｆ0 ｘ）±ｊｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝を取り除
くことができる。
【００２９】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分の
絶対値をとる絶対値型復調過程を含むようにすると、好
ましい回復像が得られる手段として都合が良い。空間変
調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ
0 ｘ＋φ）のとき、先に説明した通り抽出される変調像
成分は定数項を除いてｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝の形になり、その絶対値をとるこ
とにより頭に付いている変調項ｅｘｐ（±ｊ２πｆ
0 ｘ）を取り除くことができる。指数関数型復調過程又
は正弦波型復調過程に比べ、変調のときに用いた空間周
波数定数ｆ0 が分からなくても復調できるという簡便さ
がある。
間変調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２
πｆ0 ｘ＋φ）のときに、成分復調過程は変調像成分の
絶対値をとる絶対値型復調過程を含むようにすると、好
ましい回復像が得られる手段として都合が良い。空間変
調がｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ（２πｆ
0 ｘ＋φ）のとき、先に説明した通り抽出される変調像
成分は定数項を除いてｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）｝の形になり、その絶対値をとるこ
とにより頭に付いている変調項ｅｘｐ（±ｊ２πｆ
0 ｘ）を取り除くことができる。指数関数型復調過程又
は正弦波型復調過程に比べ、変調のときに用いた空間周
波数定数ｆ0 が分からなくても復調できるという簡便さ
がある。
【００３０】この発明の好適一実施形態においては、変
調像成分が成分復調過程により復調された復調像成分を
複数個適当な係数を掛けて加え合わせることにより観察
物体の回復像を得るようにすると、好ましい回復像が得
られる手段として都合が良い。空間周波数をシフトさせ
る要素を含む変調を受けた復調像成分は、フーリエ空間
上で空間周波数的に偏った分布を持つことがあり、異な
った空間周波数的偏りを持つ復調像成分を複数個適当な
係数を掛けて加え合わせることにより、フーリエ空間に
おいて空間周波数的にバランスの取れた回復像を得るこ
とができる。
調像成分が成分復調過程により復調された復調像成分を
複数個適当な係数を掛けて加え合わせることにより観察
物体の回復像を得るようにすると、好ましい回復像が得
られる手段として都合が良い。空間周波数をシフトさせ
る要素を含む変調を受けた復調像成分は、フーリエ空間
上で空間周波数的に偏った分布を持つことがあり、異な
った空間周波数的偏りを持つ復調像成分を複数個適当な
係数を掛けて加え合わせることにより、フーリエ空間に
おいて空間周波数的にバランスの取れた回復像を得るこ
とができる。
【００３１】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調は観察物体に接して配置された回折格子により行
うようにすると、容易にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）
又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）の形の空間変調を行うこ
とができ、都合が良い。位相定数φは、この回折格子を
観察物体に対し移動することにより容易に行うことがで
きる。
間変調は観察物体に接して配置された回折格子により行
うようにすると、容易にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）
又はｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ）の形の空間変調を行うこ
とができ、都合が良い。位相定数φは、この回折格子を
観察物体に対し移動することにより容易に行うことがで
きる。
【００３２】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調は観察物体を照明する照明光により行うようにす
ると、容易にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ
（２πｆ0 ｘ＋φ）の形の空間変調を行うことができ、
都合が良い。位相定数φは、この照明光を観察物体に対
し移動することにより容易に行うことができる。
間変調は観察物体を照明する照明光により行うようにす
ると、容易にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）又はｃｏｓ
（２πｆ0 ｘ＋φ）の形の空間変調を行うことができ、
都合が良い。位相定数φは、この照明光を観察物体に対
し移動することにより容易に行うことができる。
【００３３】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調装置として、可干渉性光源から射出されるコヒー
レント光により干渉縞を形成する手段を有するようにす
ることができる。その場合には、空間変調が干渉縞であ
るため、微細な構造を持つ空間変調を、回折格子を形成
する必要なく実現することができ、また、空間変調周波
数を変更することも容易である。
間変調装置として、可干渉性光源から射出されるコヒー
レント光により干渉縞を形成する手段を有するようにす
ることができる。その場合には、空間変調が干渉縞であ
るため、微細な構造を持つ空間変調を、回折格子を形成
する必要なく実現することができ、また、空間変調周波
数を変更することも容易である。
【００３４】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器とを有し、照明光束は、結像光学系の物体側開
口数よりも大きな角度で、結像光学系と同じ側から観察
物体に入射する少なくとも二つの略平行光束であるよう
にすることができる。その場合には、照明光が結像光学
系の外側を通るので、観察物体に非常に高周波数の空間
変調を与えることができ、ひいては再生される像の伝達
関数が高周波数領域まで値を持つようになるという利点
がある。
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器とを有し、照明光束は、結像光学系の物体側開
口数よりも大きな角度で、結像光学系と同じ側から観察
物体に入射する少なくとも二つの略平行光束であるよう
にすることができる。その場合には、照明光が結像光学
系の外側を通るので、観察物体に非常に高周波数の空間
変調を与えることができ、ひいては再生される像の伝達
関数が高周波数領域まで値を持つようになるという利点
がある。
【００３５】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器と、二つの照明光束を結像光学系の瞳面近傍又
は瞳と共役な面近傍上の異なる位置に集光させる集光レ
ンズとを有するようにすることができる。その場合に
は、照明光が結像光学系の中を通過するので、液浸対物
レンズ等の結像光学系の物体側開口数が大きい場合にお
いても、観察物体を現実的な構成で照明することができ
る。
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器と、二つの照明光束を結像光学系の瞳面近傍又
は瞳と共役な面近傍上の異なる位置に集光させる集光レ
ンズとを有するようにすることができる。その場合に
は、照明光が結像光学系の中を通過するので、液浸対物
レンズ等の結像光学系の物体側開口数が大きい場合にお
いても、観察物体を現実的な構成で照明することができ
る。
【００３６】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調装置として、照明光束の光束幅を変更する手段を
有するようにすることができる。その場合には、照明光
の光束幅を変更できるので、測定時に観察物体の不要な
箇所への照明光の照射を防止することができる。
間変調装置として、照明光束の光束幅を変更する手段を
有するようにすることができる。その場合には、照明光
の光束幅を変更できるので、測定時に観察物体の不要な
箇所への照明光の照射を防止することができる。
【００３７】この発明の好適一実施形態においては、空
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器と、その照明光束の方向を偏向する偏向手段と
を有し、照明光束は、観察物体の側面の異なる位置から
入射するように偏向されるようにすることができる。そ
の場合には、照明光を観察物体側面から入射させるよう
にしたので、観察物体周辺の空間を広く用いることがで
きる。
間変調装置として、可干渉性光源と、その可干渉性光源
から射出される照明光を少なくとも二つの照明光束に分
割する光束分割手段と、その照明光束の内、少なくとも
一つの照明光束の位相を他の照明光束に対して変調する
光変調器と、その照明光束の方向を偏向する偏向手段と
を有し、照明光束は、観察物体の側面の異なる位置から
入射するように偏向されるようにすることができる。そ
の場合には、照明光を観察物体側面から入射させるよう
にしたので、観察物体周辺の空間を広く用いることがで
きる。
【００３８】この発明の好適一実施形態においては、そ
の偏向手段が、照明光束のお互いの角度を変更可能とす
ることができる。その場合には、複数の照明光のお互い
の角度を変更可能としたので、観察物体に与える空間変
調の空間周波数を変更することができ、観察物体に応じ
て適した測定を行うことができる。
の偏向手段が、照明光束のお互いの角度を変更可能とす
ることができる。その場合には、複数の照明光のお互い
の角度を変更可能としたので、観察物体に与える空間変
調の空間周波数を変更することができ、観察物体に応じ
て適した測定を行うことができる。
【００３９】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置とを設けた構成とすることがで
きる。その場合には、画像記憶装置と演算装置と画像表
示装置とを備えているので、画像の記憶から演算、表示
までを自動的に行うことができる。
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置とを設けた構成とすることがで
きる。その場合には、画像記憶装置と演算装置と画像表
示装置とを備えているので、画像の記憶から演算、表示
までを自動的に行うことができる。
【００４０】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置と、回折格子を移動する移動機
構と、この移動機構からの移動情報を画像記憶装置ある
いは演算装置に供給する手段とを有する構成とすること
ができる。その場合には、回折格子を移動する移動機構
からの移動情報を画像記憶装置あるいは演算装置に供給
するように構成したので、成分復調時に正確な復調がで
きる。
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置と、回折格子を移動する移動機
構と、この移動機構からの移動情報を画像記憶装置ある
いは演算装置に供給する手段とを有する構成とすること
ができる。その場合には、回折格子を移動する移動機構
からの移動情報を画像記憶装置あるいは演算装置に供給
するように構成したので、成分復調時に正確な復調がで
きる。
【００４１】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置と、照明光の位相差を変更する
光変調器と、その光変調器からの位相差情報を画像記憶
装置あるいは演算装置に供給する手段とを有する構成と
することができる。その場合には、光変調器からの位相
差情報を画像記憶装置あるいは演算装置に供給するよう
に構成したので、成分復調時に正確な復調ができる。
上のような空間変調装置を含んだ像形成装置であって、
観察物体の結像光学系による変調像を撮像する撮像素子
と、撮像素子で撮像された観察物体の変調像を記憶する
画像記憶装置と、画像記憶装置により記憶された像を用
いて演算を行う演算装置と、演算装置で演算された結果
を表示する画像表示装置と、照明光の位相差を変更する
光変調器と、その光変調器からの位相差情報を画像記憶
装置あるいは演算装置に供給する手段とを有する構成と
することができる。その場合には、光変調器からの位相
差情報を画像記憶装置あるいは演算装置に供給するよう
に構成したので、成分復調時に正確な復調ができる。
【００４２】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような像形成装置を含む欠陥検査装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準パタ
ーンと比較して両者の相違を欠陥として検出することに
より、高分解能の欠陥検出装置を実現できる。
上のような像形成装置を含む欠陥検査装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準パタ
ーンと比較して両者の相違を欠陥として検出することに
より、高分解能の欠陥検出装置を実現できる。
【００４３】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような像形成装置を含む位置決め装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準位置
と比較して、両者のずれを算出し、その情報に基づいて
観察物体を移動させることにより、高分解能で観察物体
の位置決めが可能な位置決め装置が実現できる。
上のような像形成装置を含む位置決め装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準位置
と比較して、両者のずれを算出し、その情報に基づいて
観察物体を移動させることにより、高分解能で観察物体
の位置決めが可能な位置決め装置が実現できる。
【００４４】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような像形成装置を含む変位測定装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、同一の観察物体を異なる時刻に測定して演算
装置に取り込み、異なる時刻に測定した像の間のずれを
変位として検出することにより、高分解能の変位測定装
置を実現できる。
上のような像形成装置を含む変位測定装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、同一の観察物体を異なる時刻に測定して演算
装置に取り込み、異なる時刻に測定した像の間のずれを
変位として検出することにより、高分解能の変位測定装
置を実現できる。
【００４５】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような像形成装置を含む合否判定装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準パタ
ーンと比較して、両者の相違を算出し、それを演算装置
内に保持した判定基準と比較することにより、高分解能
の合否判定装置を実現できる。
上のような像形成装置を含む合否判定装置とすることで
きる。その場合には、像形成装置で高分解能の像が得ら
れるため、得られた像を演算装置内に保持した基準パタ
ーンと比較して、両者の相違を算出し、それを演算装置
内に保持した判定基準と比較することにより、高分解能
の合否判定装置を実現できる。
【００４６】この発明の好適一実施形態においては、以
上のような像形成装置を含む３次元形状測定装置とする
ことできる。その場合には、像形成装置で高分解能の像
が得られるため、観察物体と結像光学系との光軸方向で
の距離を変化させた複数の状態で観察物体の測定を行っ
て、複数の変調像あるいは回復像を取り込み、それらの
変調像あるいは回復像に演算を行うことにより、高分解
能の３次元形状測定装置を実現できる。
上のような像形成装置を含む３次元形状測定装置とする
ことできる。その場合には、像形成装置で高分解能の像
が得られるため、観察物体と結像光学系との光軸方向で
の距離を変化させた複数の状態で観察物体の測定を行っ
て、複数の変調像あるいは回復像を取り込み、それらの
変調像あるいは回復像に演算を行うことにより、高分解
能の３次元形状測定装置を実現できる。
【００４７】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例について
説明する。本発明による第１実施例の像形成法を実施す
る光学系の構成は、図１に示すように、観察物体Ｏに接
して配置された空間変調手段である移動可能な回折格子
２１と、観察物体Ｏを回折格子２１を通して拡大投影す
る結像光学系３と、結像光学系３による観察物体Ｏの像
を撮像するＣＣＤ等の撮像素子２２よりなる。観察物体
Ｏにはインコヒーレントな照明光２３が照射されてい
る。
説明する。本発明による第１実施例の像形成法を実施す
る光学系の構成は、図１に示すように、観察物体Ｏに接
して配置された空間変調手段である移動可能な回折格子
２１と、観察物体Ｏを回折格子２１を通して拡大投影す
る結像光学系３と、結像光学系３による観察物体Ｏの像
を撮像するＣＣＤ等の撮像素子２２よりなる。観察物体
Ｏにはインコヒーレントな照明光２３が照射されてい
る。
【００４８】回折格子２１は、図２に示すように、周期
Ｌの矩形振幅格子であり、幅Ｌ／２の透明部と幅Ｌ／２
の非透明部が交互に配置されている。この回折格子２１
の中心が光軸よりｘ0 ずれているときのこの空間変調を
表す関数は、 ただし、ｍi ＝（−１）i π／｛８（２ｉ＋１）｝， ｆi ＝（２ｉ＋１）／Ｌ， φi ＝２πｆi ｘ0 で表される。そのとき、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は
（３）式より、 となるが、ここで、Ｐ+-fi（ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（±
ｊ２πｆi ｘ）は、結像光学系３の伝達関数を空間周波
数±ｆi シフトした点像分布関数に等しく、Ｏ（ｘ）＊
Ｐ+-fi（ｘ）は、結像光学系３のみでは伝達できなかっ
た空間周波数領域を成分に含む。
Ｌの矩形振幅格子であり、幅Ｌ／２の透明部と幅Ｌ／２
の非透明部が交互に配置されている。この回折格子２１
の中心が光軸よりｘ0 ずれているときのこの空間変調を
表す関数は、 ただし、ｍi ＝（−１）i π／｛８（２ｉ＋１）｝， ｆi ＝（２ｉ＋１）／Ｌ， φi ＝２πｆi ｘ0 で表される。そのとき、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は
（３）式より、 となるが、ここで、Ｐ+-fi（ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（±
ｊ２πｆi ｘ）は、結像光学系３の伝達関数を空間周波
数±ｆi シフトした点像分布関数に等しく、Ｏ（ｘ）＊
Ｐ+-fi（ｘ）は、結像光学系３のみでは伝達できなかっ
た空間周波数領域を成分に含む。
【００４９】ｘ0 を少しずつずらしながら、すなわち、
回折格子を光軸方向とは垂直な面内に移動させながらＩ
（ｘ）を撮像すると、（５）式の中の係数ｅｘｐ（±ｊ
φi）の値が変わるので、それぞれｅｘｐ（±ｊ２πｆ
i ｘ）・｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ-+fi（ｘ）｝を含む項を未知数
とする連立一次方程式が導ける。（５）式において、未
知数は厳密には無限にあるが、観察物体Ｏの持つ空間周
波数にある限界が存在する場合や、撮像素子２２の解像
が有限の場合、及び、回復像の空間周波数領域を制限す
ること等により、この未知数を有限個にすることがで
き、その有限の未知数の数以上のｘ0 に対するＩ（ｘ）
が求まれば、未知数ｅｘｐ（±ｊ２πｆiｘ）・Ｏ
（ｘ）＊Ｐ-+fi（ｘ）はそれぞれ一意に求まることにな
る。求まったｅｘｐ（±ｊ２πｆi ｘ）・｛Ｏ（ｘ）＊
Ｐ-+fi（ｘ）｝それぞれに対し、ｅｘｐ｛−（±ｊ２π
ｆi ｘ）｝の復調係数を掛ければ、復調像成分Ｏ（ｘ）
＊Ｐ-+fi（ｘ）を抽出することができる。
回折格子を光軸方向とは垂直な面内に移動させながらＩ
（ｘ）を撮像すると、（５）式の中の係数ｅｘｐ（±ｊ
φi）の値が変わるので、それぞれｅｘｐ（±ｊ２πｆ
i ｘ）・｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ-+fi（ｘ）｝を含む項を未知数
とする連立一次方程式が導ける。（５）式において、未
知数は厳密には無限にあるが、観察物体Ｏの持つ空間周
波数にある限界が存在する場合や、撮像素子２２の解像
が有限の場合、及び、回復像の空間周波数領域を制限す
ること等により、この未知数を有限個にすることがで
き、その有限の未知数の数以上のｘ0 に対するＩ（ｘ）
が求まれば、未知数ｅｘｐ（±ｊ２πｆiｘ）・Ｏ
（ｘ）＊Ｐ-+fi（ｘ）はそれぞれ一意に求まることにな
る。求まったｅｘｐ（±ｊ２πｆi ｘ）・｛Ｏ（ｘ）＊
Ｐ-+fi（ｘ）｝それぞれに対し、ｅｘｐ｛−（±ｊ２π
ｆi ｘ）｝の復調係数を掛ければ、復調像成分Ｏ（ｘ）
＊Ｐ-+fi（ｘ）を抽出することができる。
【００５０】本実施例における結像光学系３は、図３
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。一方、本実施例にお
ける回折格子２１の周期Ｌは、Ｌ＝２／ｆcutoffと設定
されている。したがって、回復された復調像成分Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-fi（ｘ）を全て足し合わせた回復像Ｉ
r （ｘ） Ｉr （ｘ）＝Σi Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-fi（ｘ）＝Ｏ（ｘ）＊Σi Ｐ+-fi（ｘ） ・・・（６） は、図３（ｂ）に示すように、結像光学系３の伝達関数
よりも大きなカットオフ周波数を持つ結像系で結像させ
た観察像と等しく、超解像を示す。
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。一方、本実施例にお
ける回折格子２１の周期Ｌは、Ｌ＝２／ｆcutoffと設定
されている。したがって、回復された復調像成分Ｏ
（ｘ）＊Ｐ+-fi（ｘ）を全て足し合わせた回復像Ｉ
r （ｘ） Ｉr （ｘ）＝Σi Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-fi（ｘ）＝Ｏ（ｘ）＊Σi Ｐ+-fi（ｘ） ・・・（６） は、図３（ｂ）に示すように、結像光学系３の伝達関数
よりも大きなカットオフ周波数を持つ結像系で結像させ
た観察像と等しく、超解像を示す。
【００５１】なお、本実施例では、インコヒーレント結
像を仮定したが、コヒーレント結像でも同様に超解像が
得られることは、結像式（３）が同形であることより明
らかである。
像を仮定したが、コヒーレント結像でも同様に超解像が
得られることは、結像式（３）が同形であることより明
らかである。
【００５２】本発明による第２実施例の像形成法を実施
する光学系の構成は、図４に示すように、入射角±θで
観察物体に入射する波長λのコヒーレントな平面波であ
る照明光２４と、観察物体Ｏを拡大投影する結像光学系
３と、その像を撮像する撮像素子２２からなる。図示は
していないが、撮像素子２２を含む撮像光学系は、干渉
計等を用い、像の複素振幅分布を撮像できるようになっ
ている。
する光学系の構成は、図４に示すように、入射角±θで
観察物体に入射する波長λのコヒーレントな平面波であ
る照明光２４と、観察物体Ｏを拡大投影する結像光学系
３と、その像を撮像する撮像素子２２からなる。図示は
していないが、撮像素子２２を含む撮像光学系は、干渉
計等を用い、像の複素振幅分布を撮像できるようになっ
ている。
【００５３】ここで、本実施例における空間変調手段
は、コヒーレントな照明光を照射する二つの光源と、こ
れら光源の中の片方の光源と観察物体Ｏの間に配置され
た光学素子である。第１の光源からのコヒーレント照明
光は直接観察物体Ｏを照明し、第２の光源と観察物体Ｏ
の間には例えば楔状のプリズムを配置し、この楔状のプ
リズムを通して観察物体Ｏを照明する。観察物体Ｏでは
二つのコヒーレント照明光によって干渉縞が生じ、この
干渉縞によって観察物体Ｏに対して空間変調が行われ
る。また、楔状のプリズムを移動させることによって第
２の光源の照明光の位相差を変化させることができ、干
渉縞が観察物体Ｏ上で移動することになる。なお、照明
光源は二つに限らず、二つ以上用意してそれぞれ異なる
角度で同時に照明したり、いくつかを組み合わせて選択
的に照明することもできる。
は、コヒーレントな照明光を照射する二つの光源と、こ
れら光源の中の片方の光源と観察物体Ｏの間に配置され
た光学素子である。第１の光源からのコヒーレント照明
光は直接観察物体Ｏを照明し、第２の光源と観察物体Ｏ
の間には例えば楔状のプリズムを配置し、この楔状のプ
リズムを通して観察物体Ｏを照明する。観察物体Ｏでは
二つのコヒーレント照明光によって干渉縞が生じ、この
干渉縞によって観察物体Ｏに対して空間変調が行われ
る。また、楔状のプリズムを移動させることによって第
２の光源の照明光の位相差を変化させることができ、干
渉縞が観察物体Ｏ上で移動することになる。なお、照明
光源は二つに限らず、二つ以上用意してそれぞれ異なる
角度で同時に照明したり、いくつかを組み合わせて選択
的に照明することもできる。
【００５４】この斜め入射の照明光２４による空間変調
を表す式は、 Ｍ（ｘ）＝１／２｛ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＝ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ） ・・・（７） ただし、ｆ0 ＝ｓｉｎθ／λ，φは二つの照明光の間の
位相差で表される。そのとき、観察物体の変調像Ｉ
（ｘ）は（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２× ［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝］ ・・・（８） ただし、Ｐ+-（ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（±ｊ２πｆ
0 ｘ） となり、二つのφに対するＩ（ｘ）を求めれば、変調成
分ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0x)・{O(x)*P+-（ｘ）｝が独立に
抽出でき、そして、それらに復調係数ｅｘｐ（±ｊ２π
ｆ0 ｘ）を掛け合わせて復調像成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ
+-（ｘ）を求めた後、それらを足し合わせれば回復像が
得られる。例えば、φ＝０，π／２に対する変調像をそ
れぞれＩ0 （ｘ），Ｉ1 （ｘ）とすると、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ） ＝｛Ｉ0 （ｘ）±ｊＩ1 （ｘ）｝ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ） ・・・（９） となり、回復像Ｉr （ｘ）は、 Ｉr （ｘ）＝ ２｛Ｉ0 （ｘ）ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）−Ｉ1 （ｘ）ｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝ ・・・（１０） で求められる。
を表す式は、 Ｍ（ｘ）＝１／２｛ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＝ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ） ・・・（７） ただし、ｆ0 ＝ｓｉｎθ／λ，φは二つの照明光の間の
位相差で表される。そのとき、観察物体の変調像Ｉ
（ｘ）は（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２× ［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝］ ・・・（８） ただし、Ｐ+-（ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（±ｊ２πｆ
0 ｘ） となり、二つのφに対するＩ（ｘ）を求めれば、変調成
分ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0x)・{O(x)*P+-（ｘ）｝が独立に
抽出でき、そして、それらに復調係数ｅｘｐ（±ｊ２π
ｆ0 ｘ）を掛け合わせて復調像成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ
+-（ｘ）を求めた後、それらを足し合わせれば回復像が
得られる。例えば、φ＝０，π／２に対する変調像をそ
れぞれＩ0 （ｘ），Ｉ1 （ｘ）とすると、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ） ＝｛Ｉ0 （ｘ）±ｊＩ1 （ｘ）｝ｅｘｐ（±ｊ２πｆ0 ｘ） ・・・（９） となり、回復像Ｉr （ｘ）は、 Ｉr （ｘ）＝ ２｛Ｉ0 （ｘ）ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）−Ｉ1 （ｘ）ｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝ ・・・（１０） で求められる。
【００５５】本実施例における結像光学系３は、図５
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。照明光２４の入射角
θはｆ0 ＝ｆcutoffとなるよう設定されているので、回
復像Ｉr （ｘ）は、図５（ｂ）に示すように、結像光学
系３の伝達関数の２倍のカットオフ周波数を持つ結像系
で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。照明光２４の入射角
θはｆ0 ＝ｆcutoffとなるよう設定されているので、回
復像Ｉr （ｘ）は、図５（ｂ）に示すように、結像光学
系３の伝達関数の２倍のカットオフ周波数を持つ結像系
で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。
【００５６】本実施例において、入射するコヒーレント
な照明光２４の数を増やせば、回復像が観察物体Ｏのさ
らに広い空間周波数領域まで結像するようにできること
は、明らかである。
な照明光２４の数を増やせば、回復像が観察物体Ｏのさ
らに広い空間周波数領域まで結像するようにできること
は、明らかである。
【００５７】本発明による第３実施例の像形成法を実施
する光学系の構成は、図６に示すように、インコヒーレ
ント光２５で照明され光軸と垂直な面内で移動可能な二
次元回折格子２６と、二次元回折格子２６を観察物体Ｏ
上に投影する照明光学系２７と、観察物体Ｏを拡大投影
する結像光学系３と、結像光学系３による観察物体像を
撮像する撮像素子２２からなる。二次元回折格子２６
は、図７（ａ）に示すように、光軸に直交する軸ｘ’，
ｙ’に対し周期Ｌの矩形振幅格子であり、一辺Ｌ／２の
正方形をした開口部がｘ’，ｙ’方向にそれぞれ周期Ｌ
で配置されている。照明光学系２７は二次元回折格子２
６を倍率βで観察物体Ｏ上に投影する。図７（ｂ）に示
すように、二次元回折格子２６のフーリエ成分は、
ｘ’，ｙ’軸方向の空間周波数ｆx'，ｆy'に対して、原
点に一つと、ｆx'，ｆy'＝（２ｎ＋１）／Ｌ（ここで、
ｎは整数）の位置に、離散的に分布する。照明光学系２
７の伝達関数のカットオフ周波数は二次元回折格子２６
側で√２／Ｌ以上３／Ｌ未満の範囲にあり、観察物体Ｏ
上で二次元回折格子２６の像は、｜ｆx'｜，｜ｆy'｜≦
１／Ｌの範囲の９点のフーリエ成分のみが寄与するた
め、正弦波状の強度分布となる。本実施例においては、
結像光学系３のカットオフ周波数ｆcutoffとＬとの関係
は、βＬｆcutoff＝１である。
する光学系の構成は、図６に示すように、インコヒーレ
ント光２５で照明され光軸と垂直な面内で移動可能な二
次元回折格子２６と、二次元回折格子２６を観察物体Ｏ
上に投影する照明光学系２７と、観察物体Ｏを拡大投影
する結像光学系３と、結像光学系３による観察物体像を
撮像する撮像素子２２からなる。二次元回折格子２６
は、図７（ａ）に示すように、光軸に直交する軸ｘ’，
ｙ’に対し周期Ｌの矩形振幅格子であり、一辺Ｌ／２の
正方形をした開口部がｘ’，ｙ’方向にそれぞれ周期Ｌ
で配置されている。照明光学系２７は二次元回折格子２
６を倍率βで観察物体Ｏ上に投影する。図７（ｂ）に示
すように、二次元回折格子２６のフーリエ成分は、
ｘ’，ｙ’軸方向の空間周波数ｆx'，ｆy'に対して、原
点に一つと、ｆx'，ｆy'＝（２ｎ＋１）／Ｌ（ここで、
ｎは整数）の位置に、離散的に分布する。照明光学系２
７の伝達関数のカットオフ周波数は二次元回折格子２６
側で√２／Ｌ以上３／Ｌ未満の範囲にあり、観察物体Ｏ
上で二次元回折格子２６の像は、｜ｆx'｜，｜ｆy'｜≦
１／Ｌの範囲の９点のフーリエ成分のみが寄与するた
め、正弦波状の強度分布となる。本実施例においては、
結像光学系３のカットオフ周波数ｆcutoffとＬとの関係
は、βＬｆcutoff＝１である。
【００５８】二次元回折格子２６の中心が光軸に対し
（ｘ0 ’，ｙ0 ’）の位置にある場合、この照明光によ
る空間変調を表す式は、 Ｍ（ｘ，ｙ） ＝｛１／２＋ｃx ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φx ）／２｝ ×｛１／２＋ｃy ｃｏｓ（２πｆ0 ｙ＋φy ）／２｝ ＝１／４ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（ｊφx ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφx ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（ｊφy ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφy ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ・・・（１１） ただし、ｆ0 ＝１／βＬ， φx ＝２πｘ0 ’／Ｌ， φy ＝２πｙ0 ’／Ｌ， ｃx ，ｃy は照明光のコントラストを表す定数となる。
そのとき、観察物体Ｏの変調像Ｉ（ｘ，ｙ）は（３）式
を二次元に拡張することにより、 Ｉ（ｘ，ｙ）＝１／４×Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ） ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（ｊφx ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ-0（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφx ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+0（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（ｊφy ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ0-（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφy ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ0+（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ--（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ++（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ-+（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+-（ｘ，ｙ）｝ ・・・（１２） ただし、Ｏ（ｘ，ｙ）は観察物体の透過率分布、Ｐ
（ｘ，ｙ）は結像光学系の点像分布関数、 Ｐsx,sy （ｘ，ｙ）≡Ｐ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0
（ｓx ｘ＋ｓy ｙ）｝ （ｓx ，ｓy は符号＋，−又は０）となり、回折格子２
６をｘ’，ｙ’軸方向に移動させることによって、９つ
のφx ，φy の組合せに対するＩ（ｘ，ｙ）を求めれ
ば、それらの線形計算により９つの復調像成分Ｏ（ｘ，
ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ）及びＯ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+-,+- （ｘ，
ｙ）が独立に抽出でき、そして、その復調像成分を足し
合わせれば回復像が得られる。
（ｘ0 ’，ｙ0 ’）の位置にある場合、この照明光によ
る空間変調を表す式は、 Ｍ（ｘ，ｙ） ＝｛１／２＋ｃx ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φx ）／２｝ ×｛１／２＋ｃy ｃｏｓ（２πｆ0 ｙ＋φy ）／２｝ ＝１／４ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（ｊφx ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφx ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（ｊφy ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφy ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ・・・（１１） ただし、ｆ0 ＝１／βＬ， φx ＝２πｘ0 ’／Ｌ， φy ＝２πｙ0 ’／Ｌ， ｃx ，ｃy は照明光のコントラストを表す定数となる。
そのとき、観察物体Ｏの変調像Ｉ（ｘ，ｙ）は（３）式
を二次元に拡張することにより、 Ｉ（ｘ，ｙ）＝１／４×Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ） ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（ｊφx ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ-0（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφx ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+0（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（ｊφy ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ0-（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃy ／８×｛ｅｘｐ（−ｊφy ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｙ）｝ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ0+（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ--（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx ＋φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ＋ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ++（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ-+（ｘ，ｙ）｝ ＋ｃx ｃy ／１６×［ｅｘｐ｛−ｊ（φx −φy ）｝ ×ｅｘｐ｛−ｊ２πｆ0 （ｘ−ｙ）｝］ ×｛Ｏ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+-（ｘ，ｙ）｝ ・・・（１２） ただし、Ｏ（ｘ，ｙ）は観察物体の透過率分布、Ｐ
（ｘ，ｙ）は結像光学系の点像分布関数、 Ｐsx,sy （ｘ，ｙ）≡Ｐ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ｛ｊ２πｆ0
（ｓx ｘ＋ｓy ｙ）｝ （ｓx ，ｓy は符号＋，−又は０）となり、回折格子２
６をｘ’，ｙ’軸方向に移動させることによって、９つ
のφx ，φy の組合せに対するＩ（ｘ，ｙ）を求めれ
ば、それらの線形計算により９つの復調像成分Ｏ（ｘ，
ｙ）＊Ｐ（ｘ，ｙ）及びＯ（ｘ，ｙ）＊Ｐ+-,+- （ｘ，
ｙ）が独立に抽出でき、そして、その復調像成分を足し
合わせれば回復像が得られる。
【００５９】本実施例における結像光学系３は、図８
（ａ）に示すように、空間周波数領域｜ｆ｜＜ｆcutoff
のみの情報を伝達できる（図８（ａ）の左図は空間周波
数分布の俯瞰図、右図は断面図である。）。回折格子２
６の周期ＬはβＬｆcutoff＝１と設定されているので、
回復像Ｉr （ｘ，ｙ）に対応する伝達関数は、図８
（ｂ）に示すように、原点及び（±ｆcutoff，±ｆ
cutoff）に中心を持つ結像光学系３の伝達関数の重ね合
わせとなる（図８（ｂ）の上図は伝達関数の俯瞰図、下
図は断面図である。）。空間周波数領域における回復像
は、ｘ，ｙ方向共に±２ｆcutoffの領域まで広がってい
るので、結像光学系３の伝達関数の２倍のカットオフ周
波数を持つ結像系で結像させた観察像と等しく、超解像
を示す。
（ａ）に示すように、空間周波数領域｜ｆ｜＜ｆcutoff
のみの情報を伝達できる（図８（ａ）の左図は空間周波
数分布の俯瞰図、右図は断面図である。）。回折格子２
６の周期ＬはβＬｆcutoff＝１と設定されているので、
回復像Ｉr （ｘ，ｙ）に対応する伝達関数は、図８
（ｂ）に示すように、原点及び（±ｆcutoff，±ｆ
cutoff）に中心を持つ結像光学系３の伝達関数の重ね合
わせとなる（図８（ｂ）の上図は伝達関数の俯瞰図、下
図は断面図である。）。空間周波数領域における回復像
は、ｘ，ｙ方向共に±２ｆcutoffの領域まで広がってい
るので、結像光学系３の伝達関数の２倍のカットオフ周
波数を持つ結像系で結像させた観察像と等しく、超解像
を示す。
【００６０】本実施例において、１＜βＬｆcutoff＜
１．４の範囲でＬを設定することにより、さらなる超解
像を実現することも可能である。しかし、この場合は、
回復像の伝達関数が低空間周波数領域において凹凸の強
度分布を示すようになるので、それを補正する空間周波
数フィルタリングを追加することが望ましい。βＬｆ
cutoffを１．４以上に設定することは、中間周波数成分
の中抜けを生じさせ、それは空間周波数フィルタリング
では回復できないため、好ましくない。
１．４の範囲でＬを設定することにより、さらなる超解
像を実現することも可能である。しかし、この場合は、
回復像の伝達関数が低空間周波数領域において凹凸の強
度分布を示すようになるので、それを補正する空間周波
数フィルタリングを追加することが望ましい。βＬｆ
cutoffを１．４以上に設定することは、中間周波数成分
の中抜けを生じさせ、それは空間周波数フィルタリング
では回復できないため、好ましくない。
【００６１】本発明による第４実施例の像形成法を実施
する光学系の構成は、図９に示すように、段差のある反
射物体である観察物体Ｏを拡大投影する結像光学系３
と、結像光学系３により結像した観察物体像を撮像する
撮像素子２２と、結像光学系３と撮像素子２２の間に置
かれたハーフミラー２８と、ハーフミラー２８を介し観
察物体像の共役位置に配置され光軸と垂直方向に移動可
能な回折格子２９とからなり、回折格子２９は観察物体
Ｏに向かってインコヒーレント光３０で照明されてい
る。回折格子２９は、図２に示すように、周期Ｌの矩形
振幅格子であり、幅Ｌ／２の透明部と幅Ｌ／２の非透明
部が交互に配置されている。結像光学系３による回折格
子２９の観察物体Ｏ側への投影倍率はβ倍である。本実
施例においては、結像光学系３の観察物体Ｏ側のカット
オフ周波数ｆcutoffは回折格子２９の周期ＬとβＬｆ
cutoff＝２という関係があり、回折格子２９の像は結像
光学系３の合焦位置に正弦波状強度分布を持って投影さ
れる。
する光学系の構成は、図９に示すように、段差のある反
射物体である観察物体Ｏを拡大投影する結像光学系３
と、結像光学系３により結像した観察物体像を撮像する
撮像素子２２と、結像光学系３と撮像素子２２の間に置
かれたハーフミラー２８と、ハーフミラー２８を介し観
察物体像の共役位置に配置され光軸と垂直方向に移動可
能な回折格子２９とからなり、回折格子２９は観察物体
Ｏに向かってインコヒーレント光３０で照明されてい
る。回折格子２９は、図２に示すように、周期Ｌの矩形
振幅格子であり、幅Ｌ／２の透明部と幅Ｌ／２の非透明
部が交互に配置されている。結像光学系３による回折格
子２９の観察物体Ｏ側への投影倍率はβ倍である。本実
施例においては、結像光学系３の観察物体Ｏ側のカット
オフ周波数ｆcutoffは回折格子２９の周期ＬとβＬｆ
cutoff＝２という関係があり、回折格子２９の像は結像
光学系３の合焦位置に正弦波状強度分布を持って投影さ
れる。
【００６２】観察物体Ｏには、図９に示すように、結像
光学系３の合焦位置に表面Ａと、表面Ａから結像光学系
３の焦点深度以上離れた非合焦位置に表面Ｂがある。表
面Ａには回折格子２９の像が結像し、正弦波状強度分布
を持つ照明となるが、表面Ｂにおいては回折格子２９の
像の焦点深度から外れるので、空間的に一様に近い照明
となる。
光学系３の合焦位置に表面Ａと、表面Ａから結像光学系
３の焦点深度以上離れた非合焦位置に表面Ｂがある。表
面Ａには回折格子２９の像が結像し、正弦波状強度分布
を持つ照明となるが、表面Ｂにおいては回折格子２９の
像の焦点深度から外れるので、空間的に一様に近い照明
となる。
【００６３】回折格子２９の中心が光軸から（ｘ0 ’，
ｙ0 ’）の位置にある場合、この照明光による空間変調
を表す式は、 Ｍ（ｘ）＝１／２＋ｃ／２×ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ） ＝１／２＋ｃ／４×｛ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ・・・（１３） で与えられる。ただし、ｆ0 ＝１／βＬ，φ＝２πｘ0
／Ｌであり、照明光のコントラストを表す定数ｃは表面
Ａ上では約１／２、表面Ｂ上では略０である。そのと
き、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋ｃ／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋ｃ／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ） ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（１４） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、回折格子２９を移動させ
ながら三つのφに対する変調像Ｉ（ｘ）を求めれば、そ
れらの線形計算により復調像成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及
びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立に抽出できる。本実施例
では、φ＝０，２π／３，−２π／３に対する変調像を
それぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ3 （ｘ）とするの
で、各復調像成分は、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）＝２／３×（Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ） Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）＝２／（３ｃ）×｛２Ｉ1 −（１＋ｊ√３）Ｉ2 −（１−ｊ√３）Ｉ3 ｝ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ） Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）＝｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝* ・・・（１５） で算出できる。なお、｛｝* は複素共役を示す。本実施
例における光切断像ＩC は、次の通り与えられる。
ｙ0 ’）の位置にある場合、この照明光による空間変調
を表す式は、 Ｍ（ｘ）＝１／２＋ｃ／２×ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ＋φ） ＝１／２＋ｃ／４×｛ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ）｝ ・・・（１３） で与えられる。ただし、ｆ0 ＝１／βＬ，φ＝２πｘ0
／Ｌであり、照明光のコントラストを表す定数ｃは表面
Ａ上では約１／２、表面Ｂ上では略０である。そのと
き、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋ｃ／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ） ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋ｃ／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ） ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（１４） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、回折格子２９を移動させ
ながら三つのφに対する変調像Ｉ（ｘ）を求めれば、そ
れらの線形計算により復調像成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及
びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立に抽出できる。本実施例
では、φ＝０，２π／３，−２π／３に対する変調像を
それぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ3 （ｘ）とするの
で、各復調像成分は、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）＝２／３×（Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ） Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）＝２／（３ｃ）×｛２Ｉ1 −（１＋ｊ√３）Ｉ2 −（１−ｊ√３）Ｉ3 ｝ｅｘｐ（−ｊ２πｆ0 ｘ） Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）＝｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝* ・・・（１５） で算出できる。なお、｛｝* は複素共役を示す。本実施
例における光切断像ＩC は、次の通り与えられる。
【００６４】 ＩC （ｘ）≡ｃ｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）＋Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ＝４／３×｛（２Ｉ1 −Ｉ2 −Ｉ3 ）ｃｏｓ（２πｆ0 ｘ） −√３（Ｉ2 −Ｉ3 ）ｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）｝ ・・・（１６） この光切断像ＩC は照明光のコントラストｃに比例して
いるので、回折格子２９の像の焦点深度から外れた位置
にある観察物体Ｏに対しては０となる。したがって、表
面Ａの光切断像は明るく、表面Ｂの光切断像は暗黒とな
り、表面Ａと表面Ｂを分離する光切断効果が得られる。
いるので、回折格子２９の像の焦点深度から外れた位置
にある観察物体Ｏに対しては０となる。したがって、表
面Ａの光切断像は明るく、表面Ｂの光切断像は暗黒とな
り、表面Ａと表面Ｂを分離する光切断効果が得られる。
【００６５】本実施例における結像光学系３は、図１０
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できるのに対し、光切断像Ｉ
C （ｘ）は、図１０（ｂ）に示すように、結像光学系３
の伝達関数の１．５倍大きなカットオフ周波数を持つ結
像系で結像させた観察像と等しく、超解像性をも示す。
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できるのに対し、光切断像Ｉ
C （ｘ）は、図１０（ｂ）に示すように、結像光学系３
の伝達関数の１．５倍大きなカットオフ周波数を持つ結
像系で結像させた観察像と等しく、超解像性をも示す。
【００６６】さらに、１／βＬ＜ｆcutoff＜２／βＬの
範囲で回折格子２９の周期Ｌや結像光学系３による回折
格子２９の投影倍率βを選ぶことにより、最大２倍まで
のカットオフ周波数を持つ超解像性を得ることができ
る。ただし、この場合は、空間周波数０近辺に窪みがで
きるので、第３実施例で説明したような変調フィルタを
併用することが望ましい。
範囲で回折格子２９の周期Ｌや結像光学系３による回折
格子２９の投影倍率βを選ぶことにより、最大２倍まで
のカットオフ周波数を持つ超解像性を得ることができ
る。ただし、この場合は、空間周波数０近辺に窪みがで
きるので、第３実施例で説明したような変調フィルタを
併用することが望ましい。
【００６７】このように、本実施例によれば、（１６）
式に示した通り、撮像した像強度の線形計算のみで光切
断像が計算できるので、リアルタイム超解像光切断像観
察が可能となる。
式に示した通り、撮像した像強度の線形計算のみで光切
断像が計算できるので、リアルタイム超解像光切断像観
察が可能となる。
【００６８】なお、本発明の像形成法を実施するための
装置の構成としては、何れの実施例も、例えば図２１と
同様に、撮像素子２２で撮像された観察物体Ｏの変調像
を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶装置１１によ
り記憶された画像を用いて演算を行う演算装置１２と、
演算装置１２で演算された結果を表示する画像表示装置
１３を設け、また、例えば第１実施例、第３実施例、第
４実施例の場合は、回折格子２１、２６、２９を移動す
る移動機構を、また、第２実施例の場合は、二つの照明
光２４の間の位相差を変更する例えば光変調器を設け、
この移動機構あるいは光変調器からの移動情報又は位相
差情報を画像記憶装置１１あるいは演算装置１２に供給
しながら、演算装置１２で図１１の演算を行わせるよう
に構成すればよい。
装置の構成としては、何れの実施例も、例えば図２１と
同様に、撮像素子２２で撮像された観察物体Ｏの変調像
を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶装置１１によ
り記憶された画像を用いて演算を行う演算装置１２と、
演算装置１２で演算された結果を表示する画像表示装置
１３を設け、また、例えば第１実施例、第３実施例、第
４実施例の場合は、回折格子２１、２６、２９を移動す
る移動機構を、また、第２実施例の場合は、二つの照明
光２４の間の位相差を変更する例えば光変調器を設け、
この移動機構あるいは光変調器からの移動情報又は位相
差情報を画像記憶装置１１あるいは演算装置１２に供給
しながら、演算装置１２で図１１の演算を行わせるよう
に構成すればよい。
【００６９】本発明による第５実施例の像形成装置を構
成する光学系は、図１３に示すように、可干渉性光源３
１と、その可干渉性光源３１から発したコヒーレント光
である照明光から参照光を分岐させる参照光分岐手段４
２と、参照光の位相を変化させる光変調器４３と、参照
光を偏向させる偏向手段４４と、照明光を複数、例えば
二つの照明光束に分割する光束分割手段３２と、それら
照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の他の照明光
束に対する位相を変調させる光変調器３３と、照明光束
を偏向させる偏向手段３４と、観察物体Ｏを拡大投影す
る対物レンズ１と、結像レンズ３５とからなる結像光学
系３と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮像
する撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察物
体Ｏの変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶
装置１１により記憶された像を用いて演算を行う演算装
置１２と、演算装置１２で演算された結果を表示する画
像表示装置１３とからなる。さらに、図示はしていない
が、光変調器３３からの位相差情報を演算装置１２に供
給する手段を有している。
成する光学系は、図１３に示すように、可干渉性光源３
１と、その可干渉性光源３１から発したコヒーレント光
である照明光から参照光を分岐させる参照光分岐手段４
２と、参照光の位相を変化させる光変調器４３と、参照
光を偏向させる偏向手段４４と、照明光を複数、例えば
二つの照明光束に分割する光束分割手段３２と、それら
照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の他の照明光
束に対する位相を変調させる光変調器３３と、照明光束
を偏向させる偏向手段３４と、観察物体Ｏを拡大投影す
る対物レンズ１と、結像レンズ３５とからなる結像光学
系３と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮像
する撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察物
体Ｏの変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶
装置１１により記憶された像を用いて演算を行う演算装
置１２と、演算装置１２で演算された結果を表示する画
像表示装置１３とからなる。さらに、図示はしていない
が、光変調器３３からの位相差情報を演算装置１２に供
給する手段を有している。
【００７０】可干渉性光源３１としては、例えばヘリウ
ムネオンレーザを用いることができ、光束分割手段３２
や、参照光分岐手段４２としては、例えばハーフミラー
を用いることができ、偏向手段３４、４４としては、例
えばミラーやハーフミラーを用いることができる。光変
調器３３、４３としては、例えば同一形状の楔状のプリ
ズムを二つ互い違いに向かい合わせて、片方のプリズム
を図示しない移動機構により照明光の光軸と垂直な方向
に移動可能に構成したものを用いることができる。
ムネオンレーザを用いることができ、光束分割手段３２
や、参照光分岐手段４２としては、例えばハーフミラー
を用いることができ、偏向手段３４、４４としては、例
えばミラーやハーフミラーを用いることができる。光変
調器３３、４３としては、例えば同一形状の楔状のプリ
ズムを二つ互い違いに向かい合わせて、片方のプリズム
を図示しない移動機構により照明光の光軸と垂直な方向
に移動可能に構成したものを用いることができる。
【００７１】可干渉性光源３１から発したコヒーレント
光は、まず、参照光分岐手段４２に入射し、照明光と参
照光に分割される。そして、照明光は、光束分割手段３
２に入射して、二つの照明光束に分割される。片方の照
明光束は、光変調器３３を構成する楔状プリズムの移動
量に応じて他方の照明光束に対する位相差が付与された
後、偏向手段３４により進行方向を変化させられ、対物
レンズ１の外側から試料（観察物体Ｏ）に角度θで入射
する。なお、その楔状プリズムの移動量は演算装置１２
に供給される。他方の照明光束は、偏向手段３４により
進行方向を変化させられ、対物レンズ１の外側から試料
（観察物体Ｏ）に角度θで入射する。観察物体Ｏでは、
コヒーレント光である二つの斜め入射の照明光束によっ
て干渉縞が生じ、この干渉縞によって観察物体の照明強
度の空間変調が行われる。このとき、楔状プリズムを移
動させることによって片方の照明光束の他方の照明光束
に対する位相差を変化させることができ、干渉縞が観察
物体上で移動することになる。
光は、まず、参照光分岐手段４２に入射し、照明光と参
照光に分割される。そして、照明光は、光束分割手段３
２に入射して、二つの照明光束に分割される。片方の照
明光束は、光変調器３３を構成する楔状プリズムの移動
量に応じて他方の照明光束に対する位相差が付与された
後、偏向手段３４により進行方向を変化させられ、対物
レンズ１の外側から試料（観察物体Ｏ）に角度θで入射
する。なお、その楔状プリズムの移動量は演算装置１２
に供給される。他方の照明光束は、偏向手段３４により
進行方向を変化させられ、対物レンズ１の外側から試料
（観察物体Ｏ）に角度θで入射する。観察物体Ｏでは、
コヒーレント光である二つの斜め入射の照明光束によっ
て干渉縞が生じ、この干渉縞によって観察物体の照明強
度の空間変調が行われる。このとき、楔状プリズムを移
動させることによって片方の照明光束の他方の照明光束
に対する位相差を変化させることができ、干渉縞が観察
物体上で移動することになる。
【００７２】一方、可干渉性光源３１からのコヒーレン
ト光が参照光分岐手段４２により分岐された参照光は、
光変調器４３を通過した後、偏向手段４４により偏向さ
れ、撮像素子２２に入射する。なお、図示しない移動機
構により参照光分岐手段４２を照明光路から出し入れす
ることにより、撮像素子２２へ参照光を入射させるかさ
せないかを選択することができる。
ト光が参照光分岐手段４２により分岐された参照光は、
光変調器４３を通過した後、偏向手段４４により偏向さ
れ、撮像素子２２に入射する。なお、図示しない移動機
構により参照光分岐手段４２を照明光路から出し入れす
ることにより、撮像素子２２へ参照光を入射させるかさ
せないかを選択することができる。
【００７３】参照光を撮像素子２２に入射させた場合、
参照光と撮像素子２２に結像される変調を受けた観察物
体Ｏの変調像とで干渉縞が生じ、その干渉縞は画像記憶
装置１１に記録される。光変調器４３により参照光の位
相を変化させて干渉縞を複数枚取り込む、いわゆる位相
シフト測定を行うことにより、観察物体Ｏの位相分布を
測定することができる。位相シフト測定における測定結
果から位相分布を計算する方法等は公知の技術であるた
め、説明は省略する。
参照光と撮像素子２２に結像される変調を受けた観察物
体Ｏの変調像とで干渉縞が生じ、その干渉縞は画像記憶
装置１１に記録される。光変調器４３により参照光の位
相を変化させて干渉縞を複数枚取り込む、いわゆる位相
シフト測定を行うことにより、観察物体Ｏの位相分布を
測定することができる。位相シフト測定における測定結
果から位相分布を計算する方法等は公知の技術であるた
め、説明は省略する。
【００７４】また、参照光を撮像素子２２に入射させな
い場合、撮像素子２２に観察物体Ｏの変調像のみが入射
するので、強度分布を測定することできる。
い場合、撮像素子２２に観察物体Ｏの変調像のみが入射
するので、強度分布を測定することできる。
【００７５】位相分布の測定結果と、強度分布の測定結
果とを基に、演算装置１２で演算することにより、像の
複素振幅分布を求めることができる。
果とを基に、演算装置１２で演算することにより、像の
複素振幅分布を求めることができる。
【００７６】この実施例の斜め入射の照明光束による空
間変調を表す式、及び、変調像、回復像を表す式は、第
２実施例で説明したものと同一のため、ここでは説明を
省略する。観察物体Ｏに与える各変調状態、具体的には
干渉縞の各位置において、複素振幅分布を求め、それら
の結果を用いて演算装置１２で演算を行い、回復像を得
て画像表示装置１３に表示される。
間変調を表す式、及び、変調像、回復像を表す式は、第
２実施例で説明したものと同一のため、ここでは説明を
省略する。観察物体Ｏに与える各変調状態、具体的には
干渉縞の各位置において、複素振幅分布を求め、それら
の結果を用いて演算装置１２で演算を行い、回復像を得
て画像表示装置１３に表示される。
【００７７】この実施例で、対物レンズ１としてＮＡ
０．８のものを用い、照明光の入射角θ＝６４°とした
とき、試料上に生成される干渉縞の空間周波数は、ｆ0
＝（９／８）ｆcutoffとなる。このとき、結像光学系３
の伝達関数は図１４（ａ）に示すようになり、再生され
る像の伝達関数は、図１４（ｂ）に示すように、結像光
学系３の伝達関数よりも大きなカットオフ周波数を持つ
結像系で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。
０．８のものを用い、照明光の入射角θ＝６４°とした
とき、試料上に生成される干渉縞の空間周波数は、ｆ0
＝（９／８）ｆcutoffとなる。このとき、結像光学系３
の伝達関数は図１４（ａ）に示すようになり、再生され
る像の伝達関数は、図１４（ｂ）に示すように、結像光
学系３の伝達関数よりも大きなカットオフ周波数を持つ
結像系で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。
【００７８】ただし、低周波数領域に抜けがあるため、
その領域の情報を得ることができない。平坦な基板上の
微細な構造を測定する場合等のように、低周波数領域で
の情報が重要でない応用に対しては問題がない。ただ
し、低周波数領域での情報も得たい場合には、例えば第
４実施例で説明した像形成法で、低周波数領域を含む変
調像を得て、本実施例で得た結果と組み合わせることに
より、低周波数領域での抜けによる影響を補正すること
もできる。
その領域の情報を得ることができない。平坦な基板上の
微細な構造を測定する場合等のように、低周波数領域で
の情報が重要でない応用に対しては問題がない。ただ
し、低周波数領域での情報も得たい場合には、例えば第
４実施例で説明した像形成法で、低周波数領域を含む変
調像を得て、本実施例で得た結果と組み合わせることに
より、低周波数領域での抜けによる影響を補正すること
もできる。
【００７９】上記の説明では、可干渉性光源３１として
ヘリウムネオンレーザをあげたが、これに限られるわけ
ではなく、例えばヘリウムカドミウムレーザやアルゴン
イオンレーザ等を用いてもよい。
ヘリウムネオンレーザをあげたが、これに限られるわけ
ではなく、例えばヘリウムカドミウムレーザやアルゴン
イオンレーザ等を用いてもよい。
【００８０】上記の説明では、光束分割手段３２や、参
照光分岐手段４２としてハーフミラーをあげたが、これ
に限られるわけでなく、他の手段、例えば光ファイバー
やキューブビームスプリッター等を用いてもよい。
照光分岐手段４２としてハーフミラーをあげたが、これ
に限られるわけでなく、他の手段、例えば光ファイバー
やキューブビームスプリッター等を用いてもよい。
【００８１】上記の説明では、光変調器３３、４３とし
ては光路中に配置した楔状のプリズムと図示しないプリ
ズム移動機構の組合せをあげたが、他の手段、例えばミ
ラーに照明光を入射させ、ミラーを光軸方向に微動させ
る機構とを組み合わせてもよい。
ては光路中に配置した楔状のプリズムと図示しないプリ
ズム移動機構の組合せをあげたが、他の手段、例えばミ
ラーに照明光を入射させ、ミラーを光軸方向に微動させ
る機構とを組み合わせてもよい。
【００８２】なお、本実施例では、表面形状測定装置に
適用した例について説明したが、本発明はこれに限られ
るものではない。例えば、基準パターンを演算装置１２
内に保持し、観察物体Ｏの再生像と基準パターンとを比
較して、両者の相違を欠陥として検出する欠陥検査装置
に用いることができる。このとき、一定の判断基準を設
ければ、合否判定装置に用いることができる。基準パタ
ーンには、観察物体の設計データや、無欠陥の試料のＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）による測定結果を基にしたデ
ータ等を用いることができる。
適用した例について説明したが、本発明はこれに限られ
るものではない。例えば、基準パターンを演算装置１２
内に保持し、観察物体Ｏの再生像と基準パターンとを比
較して、両者の相違を欠陥として検出する欠陥検査装置
に用いることができる。このとき、一定の判断基準を設
ければ、合否判定装置に用いることができる。基準パタ
ーンには、観察物体の設計データや、無欠陥の試料のＳ
ＥＭ（走査型電子顕微鏡）による測定結果を基にしたデ
ータ等を用いることができる。
【００８３】また、上記像形成装置において、演算装置
１２内に基準位置情報を保持し、演算装置１２からの情
報に基づいて観察物体Ｏを移動させる観察物体移動機構
を設けると、上記像形成装置により得られる像と基準位
情報との差を算出し、それに応じて観察物体移動機構へ
の情報を送出して観察物体Ｏを基準位置に高精度で一致
させることが可能な位置決め装置に用いることができ
る。
１２内に基準位置情報を保持し、演算装置１２からの情
報に基づいて観察物体Ｏを移動させる観察物体移動機構
を設けると、上記像形成装置により得られる像と基準位
情報との差を算出し、それに応じて観察物体移動機構へ
の情報を送出して観察物体Ｏを基準位置に高精度で一致
させることが可能な位置決め装置に用いることができ
る。
【００８４】さらに、上記像形成装置において、同一の
観察物体Ｏを異なる時刻に測定して複数の変調像あるい
は回復像を演算装置１２に取り込み、変調像あるいは回
復像から観察物体Ｏの変位を算出することにより変位測
定装置として用いることができる。
観察物体Ｏを異なる時刻に測定して複数の変調像あるい
は回復像を演算装置１２に取り込み、変調像あるいは回
復像から観察物体Ｏの変位を算出することにより変位測
定装置として用いることができる。
【００８５】あるいは、上記像形成装置であって、観察
物体Ｏの光軸方向の移動機構を設けることにより、観察
物体Ｏと結像光学系３との光軸方向での距離を変化させ
た複数の状態で観察物体Ｏの測定を行って複数の変調像
あるいは回復像を取り込み、それらの変調像あるいは回
復像から観察物体Ｏの３次元形状を算出する３次元形状
測定装置として用いることができる。
物体Ｏの光軸方向の移動機構を設けることにより、観察
物体Ｏと結像光学系３との光軸方向での距離を変化させ
た複数の状態で観察物体Ｏの測定を行って複数の変調像
あるいは回復像を取り込み、それらの変調像あるいは回
復像から観察物体Ｏの３次元形状を算出する３次元形状
測定装置として用いることができる。
【００８６】本発明による第６実施例は、本発明の像形
成装置を蛍光観察装置に適用した例であり、その蛍光観
察装置を構成する光学系は、図１５に示すように、可干
渉性光源３１と、可干渉性光源３１から発した照明光の
光束径を変更する光束径変更手段４０と、照明光を複
数、例えば二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
その照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の光束照明に対して変調させる光変調器と、照明光束
を対物レンズ１の瞳位置に集光させる集光レンズ３６
と、照明光束を偏向させる偏向手段３７と、対物レンズ
１と結像レンズ３５とを有する観察物体Ｏを拡大投影す
る結像光学系３と、波長λの光線を吸収する吸収フィル
タ３８と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮
像する撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察
物体Ｏの変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記
憶装置１１により記憶された像を用いて演算を行う演算
装置１２と、演算装置１２で演算された結果を表示する
画像表示装置１３とからなる。
成装置を蛍光観察装置に適用した例であり、その蛍光観
察装置を構成する光学系は、図１５に示すように、可干
渉性光源３１と、可干渉性光源３１から発した照明光の
光束径を変更する光束径変更手段４０と、照明光を複
数、例えば二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
その照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の光束照明に対して変調させる光変調器と、照明光束
を対物レンズ１の瞳位置に集光させる集光レンズ３６
と、照明光束を偏向させる偏向手段３７と、対物レンズ
１と結像レンズ３５とを有する観察物体Ｏを拡大投影す
る結像光学系３と、波長λの光線を吸収する吸収フィル
タ３８と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮
像する撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察
物体Ｏの変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記
憶装置１１により記憶された像を用いて演算を行う演算
装置１２と、演算装置１２で演算された結果を表示する
画像表示装置１３とからなる。
【００８７】可干渉性光源３１としては、例えばアルゴ
ンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）を用いることが
でき、光束径変更手段４０としては、絞りを用いること
ができ、偏向手段３７としては、例えば蛍光観察におい
て励起光の役割を果たす照明光の波長λ近傍の波長域を
反射し、蛍光の波長域の光束を透過する波長特性を有す
るダイクロイックミラーを用いることができる。
ンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）を用いることが
でき、光束径変更手段４０としては、絞りを用いること
ができ、偏向手段３７としては、例えば蛍光観察におい
て励起光の役割を果たす照明光の波長λ近傍の波長域を
反射し、蛍光の波長域の光束を透過する波長特性を有す
るダイクロイックミラーを用いることができる。
【００８８】観察物体Ｏは、例えば蛍光試薬ＦＩＴＣで
細胞を染色したものを用いることができる。ＦＩＴＣ
は、励起波長４９０ｎｍ近傍で高い蛍光変換効率を持
ち、蛍光の中心波長は約５２０ｎｍである。
細胞を染色したものを用いることができる。ＦＩＴＣ
は、励起波長４９０ｎｍ近傍で高い蛍光変換効率を持
ち、蛍光の中心波長は約５２０ｎｍである。
【００８９】可干渉性光源３１から発したλ＝４８８ｎ
ｍの照明光は、光束径変更手段４０により観察物体Ｏの
測定したい部分のみに照明光束が入射するように光束径
を制限された後、光束分割手段、例えば回折格子３９に
より二つの照明光束に分割される。回折光として例えば
±１次の回折光を二つの照明光として用いることができ
る。図示はしていないが、光束分割手段と観察物体Ｏの
間に、回折格子３９による不要な回折光を遮蔽する板等
を設けてもよい。光束分割手段として回折格子３９を用
いた場合、回折格子３９を光軸と垂直に移動させること
により、片方の照明光束の他方の照明光束に対する位相
を変調することができる。したがって、図示しない回折
格子移動機構と回折格子３９とを組み合わせることによ
り、光変調器を構成することができる。二つの照明光
は、光束分割手段を通った後、集光レンズ３６に入射す
る。二つの照明光束はそれぞれ偏向手段３７により反射
され、対物レンズ１の瞳面４１に集光し、対物レンズ１
に入射する。二つの照明光束は、瞳面４１の異なる位置
にそれぞれ集光し、対物レンズ１から平行光として射出
され、観察物体Ｏ近傍で重なり合い、干渉縞を形成す
る。このとき、回折格子３９を移動させることによって
片方の照明光束の他方に対する位相差を変化させること
ができ、干渉縞が観察物体Ｏ上で移動することになる。
ｍの照明光は、光束径変更手段４０により観察物体Ｏの
測定したい部分のみに照明光束が入射するように光束径
を制限された後、光束分割手段、例えば回折格子３９に
より二つの照明光束に分割される。回折光として例えば
±１次の回折光を二つの照明光として用いることができ
る。図示はしていないが、光束分割手段と観察物体Ｏの
間に、回折格子３９による不要な回折光を遮蔽する板等
を設けてもよい。光束分割手段として回折格子３９を用
いた場合、回折格子３９を光軸と垂直に移動させること
により、片方の照明光束の他方の照明光束に対する位相
を変調することができる。したがって、図示しない回折
格子移動機構と回折格子３９とを組み合わせることによ
り、光変調器を構成することができる。二つの照明光
は、光束分割手段を通った後、集光レンズ３６に入射す
る。二つの照明光束はそれぞれ偏向手段３７により反射
され、対物レンズ１の瞳面４１に集光し、対物レンズ１
に入射する。二つの照明光束は、瞳面４１の異なる位置
にそれぞれ集光し、対物レンズ１から平行光として射出
され、観察物体Ｏ近傍で重なり合い、干渉縞を形成す
る。このとき、回折格子３９を移動させることによって
片方の照明光束の他方に対する位相差を変化させること
ができ、干渉縞が観察物体Ｏ上で移動することになる。
【００９０】上で述べたように、ＦＩＴＣは波長４９０
ｎｍ近傍で高い蛍光変換効率を有するので、波長４８８
ｎｍの照明光束は励起光として作用し、観察物体は中心
波長が約５２０ｎｍの蛍光を発する。観察物体からの蛍
光は対物レンズ１を通り、偏向手段３７、吸収フィルタ
３８を通過した後、結像レンズ３５に入射して、撮像素
子２２上に結像される。このとき、蛍光観察に不要な光
源の波長４８８ｎｍの光は偏向手段３７でそのほとんど
を反射され、僅かに透過した光も吸収フィルタ３８で吸
収され、撮像素子２２に到達することはない。
ｎｍ近傍で高い蛍光変換効率を有するので、波長４８８
ｎｍの照明光束は励起光として作用し、観察物体は中心
波長が約５２０ｎｍの蛍光を発する。観察物体からの蛍
光は対物レンズ１を通り、偏向手段３７、吸収フィルタ
３８を通過した後、結像レンズ３５に入射して、撮像素
子２２上に結像される。このとき、蛍光観察に不要な光
源の波長４８８ｎｍの光は偏向手段３７でそのほとんど
を反射され、僅かに透過した光も吸収フィルタ３８で吸
収され、撮像素子２２に到達することはない。
【００９１】上記励起光による空間変調を表す式は、第
２実施例において、式（７）で表される変調Ｍ（ｘ）を
ｃ＝１として二乗したものに等しく、 ｜Ｍ（ｘ）｜2 ＝１／２＋１／２×ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ＋φ｝ ＝１／２＋１／４×［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（１７） ただし、ｆ0 ＝ｓｉｎθ／λ φは二つの照明光束の間の位相差で表される。
２実施例において、式（７）で表される変調Ｍ（ｘ）を
ｃ＝１として二乗したものに等しく、 ｜Ｍ（ｘ）｜2 ＝１／２＋１／２×ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ＋φ｝ ＝１／２＋１／４×［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（１７） ただし、ｆ0 ＝ｓｉｎθ／λ φは二つの照明光束の間の位相差で表される。
【００９２】そのとき、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は
（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋１／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋１／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（１８） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、三つのφに対する変調像
Ｉ（ｘ）を求めれば、それらの線形計算により復調像成
分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立
に抽出できる。例えば、φ＝０，２π／３，−２π／３
に対する変調像をそれぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ
3 （ｘ）とすると、各変調像成分は、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）＝２／３×｛Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ｝ Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ） ＝２／３×｛２Ｉ1 −（１＋ｊ√３）Ｉ2 −（１−ｊ√３）Ｉ3 ｝ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）＝｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝* ・・・（１９） で算出できる。なお、｛ ｝* は複素共役を示す。
（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋１／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋１／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（１８） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、三つのφに対する変調像
Ｉ（ｘ）を求めれば、それらの線形計算により復調像成
分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立
に抽出できる。例えば、φ＝０，２π／３，−２π／３
に対する変調像をそれぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ
3 （ｘ）とすると、各変調像成分は、 Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）＝２／３×｛Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ｝ Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ） ＝２／３×｛２Ｉ1 −（１＋ｊ√３）Ｉ2 −（１−ｊ√３）Ｉ3 ｝ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）＝｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝* ・・・（１９） で算出できる。なお、｛ ｝* は複素共役を示す。
【００９３】本実施例における回復像Ｉr （ｘ）は、計
算時に変調成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）に掛けるパラメータ
をｋとすると、 Ｉr （ｘ）＝２／３×［ｋ（Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ） ＋２（２Ｉ1 −Ｉ2 −Ｉ3 ）ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ｝ −２√３（Ｉ2 −Ｉ3 ）ｓｉｎ｛２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（２０） で求められる。ｋの値を変化させることにより、各変調
成分間の強度比を調整して、最適なコントラストの回復
像を得る。
算時に変調成分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）に掛けるパラメータ
をｋとすると、 Ｉr （ｘ）＝２／３×［ｋ（Ｉ1 ＋Ｉ2 ＋Ｉ3 ） ＋２（２Ｉ1 −Ｉ2 −Ｉ3 ）ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ｝ −２√３（Ｉ2 −Ｉ3 ）ｓｉｎ｛２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（２０） で求められる。ｋの値を変化させることにより、各変調
成分間の強度比を調整して、最適なコントラストの回復
像を得る。
【００９４】ＮＡ０．９５の対物レンズ１を用い、対物
レンズ１から射出される照明光の光軸に対する角度θは
６４°に設定してある。
レンズ１から射出される照明光の光軸に対する角度θは
６４°に設定してある。
【００９５】蛍光観察はインコヒーレント結像であるた
め、本実施例における結像光学系３は、図１６（ａ）に
示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜ｆcutoff
のみの情報を伝達できる。一方、本実施例における励起
光による空間変調の周期Ｌは、Ｌ＝２／ｆcutoffと設定
されている。したがって、回復された復調像成分を全て
足し合わせた回復像Ｉr （ｘ）は、図１６（ｂ）に示す
ように、結像光学系３の伝達関数よりも大きなカットオ
フ周波数を持つ結像系で結像させた観察像と等しく、超
解像を示す。ここでは、ｋ＝１の場合について図示して
ある。
め、本実施例における結像光学系３は、図１６（ａ）に
示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜ｆcutoff
のみの情報を伝達できる。一方、本実施例における励起
光による空間変調の周期Ｌは、Ｌ＝２／ｆcutoffと設定
されている。したがって、回復された復調像成分を全て
足し合わせた回復像Ｉr （ｘ）は、図１６（ｂ）に示す
ように、結像光学系３の伝達関数よりも大きなカットオ
フ周波数を持つ結像系で結像させた観察像と等しく、超
解像を示す。ここでは、ｋ＝１の場合について図示して
ある。
【００９６】蛍光観察において、試料から発する蛍光は
一般的に非常に微弱なものであるため、その蛍光を最大
限に集光するために開口数ＮＡが大きい結像光学系を用
いることが多い。その場合、前記第５実施例で説明した
ように結像光学系の外側から照明光を照射する方法は、
空間的配置から考えて困難であるが、本実施例では、照
明光が結像光学系内を通過するため、その種の困難は発
生しない。
一般的に非常に微弱なものであるため、その蛍光を最大
限に集光するために開口数ＮＡが大きい結像光学系を用
いることが多い。その場合、前記第５実施例で説明した
ように結像光学系の外側から照明光を照射する方法は、
空間的配置から考えて困難であるが、本実施例では、照
明光が結像光学系内を通過するため、その種の困難は発
生しない。
【００９７】また、蛍光観察においては、照明光が通過
して行く光学系において自家蛍光が発生すると、観察さ
れる像を劣化させる要因となる。そのため、光学素子を
構成するガラス等に自家蛍光の少ない材料を用いる等の
対策をとるが、一般に、自家蛍光を完全になくすことは
困難である。本実施例では、照明光が対物レンズ１を通
るときの光束径が狭く、かつ、中心から離れた所を通る
ため、対物レンズ１から発生する自家蛍光による像の劣
化を大幅に低減することができる。
して行く光学系において自家蛍光が発生すると、観察さ
れる像を劣化させる要因となる。そのため、光学素子を
構成するガラス等に自家蛍光の少ない材料を用いる等の
対策をとるが、一般に、自家蛍光を完全になくすことは
困難である。本実施例では、照明光が対物レンズ１を通
るときの光束径が狭く、かつ、中心から離れた所を通る
ため、対物レンズ１から発生する自家蛍光による像の劣
化を大幅に低減することができる。
【００９８】上記の説明では、可干渉性光源３１として
アルゴンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）をあげた
が、これに限られるわけではなく、例えばグリーンヘリ
ウムネオンレーザ（λ＝５４３ｎｍ）やクリプトンアル
ゴンレーザ（λ＝４８８ｎｍ、５６８ｎｍ同時発振）等
を用いてもよい。ただし、その場合、光源の波長に応じ
て適切な波長特性を持つダイクロイックミラーを用いる
必要がある。
アルゴンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）をあげた
が、これに限られるわけではなく、例えばグリーンヘリ
ウムネオンレーザ（λ＝５４３ｎｍ）やクリプトンアル
ゴンレーザ（λ＝４８８ｎｍ、５６８ｎｍ同時発振）等
を用いてもよい。ただし、その場合、光源の波長に応じ
て適切な波長特性を持つダイクロイックミラーを用いる
必要がある。
【００９９】上記の説明では、蛍光試薬としてＦＩＴＣ
を用いる場合について説明したが、他の蛍光試薬を用い
てもよい。その場合、蛍光試薬の励起波長に応じて適宜
上記レーザの中から選択する必要がある。また、上記説
明では、蛍光試薬で染色した観察物体Ｏの蛍光を観察す
る場合について説明したが、観察物体Ｏの自家蛍光を観
察する蛍光観察装置として用いることもできる。
を用いる場合について説明したが、他の蛍光試薬を用い
てもよい。その場合、蛍光試薬の励起波長に応じて適宜
上記レーザの中から選択する必要がある。また、上記説
明では、蛍光試薬で染色した観察物体Ｏの蛍光を観察す
る場合について説明したが、観察物体Ｏの自家蛍光を観
察する蛍光観察装置として用いることもできる。
【０１００】上記の説明では、蛍光観察装置に適用した
場合について説明したが、これに限られるわけではな
く、偏向手段３７としてハーフミラーを用い、吸収フィ
ルタ３８を取り除けば、光源の波長の光で観察物体Ｏの
像を得る観察装置として用いることもできる。
場合について説明したが、これに限られるわけではな
く、偏向手段３７としてハーフミラーを用い、吸収フィ
ルタ３８を取り除けば、光源の波長の光で観察物体Ｏの
像を得る観察装置として用いることもできる。
【０１０１】本発明による第７実施例の像形成装置を構
成する光学系は、図１７に示すように、可干渉性光源３
１と、可干渉性光源３１から発した照明光を複数、例え
ば二つの照明光束に分割する光束分割手段３２と、分割
された照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相
を他の照明光束に対して変調させる光変調器３３と、照
明光束を偏向させる偏向手段３４と、対物レンズ１と結
像レンズ３５とを有する観察物体Ｏを拡大投影する結像
光学系３と、波長λの光線を吸収する吸収フィルタ３８
と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮像する
撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察物体Ｏ
の変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶装置
１１により記憶された像を用いて演算を行う演算装置１
２と、演算装置１２で演算された結果を表示する画像表
示装置１３とからなる。可干渉性光源３１としては、例
えばアルゴンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）を用
いることができ、光束分割手段３２としては、例えばハ
ーフミラーを用いることができ、偏向手段３４としては
例えばミラーを用いることができる。
成する光学系は、図１７に示すように、可干渉性光源３
１と、可干渉性光源３１から発した照明光を複数、例え
ば二つの照明光束に分割する光束分割手段３２と、分割
された照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相
を他の照明光束に対して変調させる光変調器３３と、照
明光束を偏向させる偏向手段３４と、対物レンズ１と結
像レンズ３５とを有する観察物体Ｏを拡大投影する結像
光学系３と、波長λの光線を吸収する吸収フィルタ３８
と、観察物体Ｏの結像光学系３による変調像を撮像する
撮像素子２２と、撮像素子２２で撮像された観察物体Ｏ
の変調像を記憶する画像記憶装置１１と、画像記憶装置
１１により記憶された像を用いて演算を行う演算装置１
２と、演算装置１２で演算された結果を表示する画像表
示装置１３とからなる。可干渉性光源３１としては、例
えばアルゴンイオンレーザ（波長λ：４８８ｎｍ）を用
いることができ、光束分割手段３２としては、例えばハ
ーフミラーを用いることができ、偏向手段３４としては
例えばミラーを用いることができる。
【０１０２】観察物体Ｏは、例えばガラス容器上に配置
した細胞組織を蛍光試薬ＦＩＴＣで染色したものであ
り、ガラス容器の底の厚さを考慮した収差補正がなされ
たＮＡ０．７の対物レンズ１を用いる。観察物体Ｏに入
射する二つの照明光の結像光学系３の光軸に対する角度
は９０°であり、二つの照明光のなす角は１２８°であ
る。
した細胞組織を蛍光試薬ＦＩＴＣで染色したものであ
り、ガラス容器の底の厚さを考慮した収差補正がなされ
たＮＡ０．７の対物レンズ１を用いる。観察物体Ｏに入
射する二つの照明光の結像光学系３の光軸に対する角度
は９０°であり、二つの照明光のなす角は１２８°であ
る。
【０１０３】可干渉性光源３１から発した波長４８８ｎ
ｍの照明光は、光束分割手段３２により二つの照明光に
分割され、片方の光束が光変調器３３を通り、二つの照
明光はそれぞれ偏向手段３４により、ガラス容器を通過
して細胞組織に入射し、干渉縞を形成する。上で述べた
ように、ＦＩＴＣは波長４９０ｎｍ近傍で高い蛍光変換
効率を有するので、波長４８８ｎｍの照明光束は励起光
として作用し、観察物体Ｏは中心波長が約５２０ｎｍの
蛍光を発する。観察物体Ｏが発した蛍光は、対物レンズ
１を通り、吸収フィルタ３８を通過して結像レンズ３５
に入射して、撮像素子２２上に結像される。観察物体Ｏ
で散乱された照明光は、吸収フィルタ３８で吸収され、
撮像素子２２には到達しない。
ｍの照明光は、光束分割手段３２により二つの照明光に
分割され、片方の光束が光変調器３３を通り、二つの照
明光はそれぞれ偏向手段３４により、ガラス容器を通過
して細胞組織に入射し、干渉縞を形成する。上で述べた
ように、ＦＩＴＣは波長４９０ｎｍ近傍で高い蛍光変換
効率を有するので、波長４８８ｎｍの照明光束は励起光
として作用し、観察物体Ｏは中心波長が約５２０ｎｍの
蛍光を発する。観察物体Ｏが発した蛍光は、対物レンズ
１を通り、吸収フィルタ３８を通過して結像レンズ３５
に入射して、撮像素子２２上に結像される。観察物体Ｏ
で散乱された照明光は、吸収フィルタ３８で吸収され、
撮像素子２２には到達しない。
【０１０４】上記励起光による空間変調を表す式は、第
２実施例において、式（７）で表される変調Ｍ（ｘ）を
ｃ＝１として二乗したものに等しく、 ｜Ｍ（ｘ）｜2 ＝１／２＋１／２×ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ＋φ｝ ＝１／２＋１／４×［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（２１） ただし、ｆ0 ＝ｎｓｉｎ（ψ／２）／λ φは二つの照明光束の間の位相差 ψは二つの照明光のなす角度 ｎは観察物体の屈折率 で表される。
２実施例において、式（７）で表される変調Ｍ（ｘ）を
ｃ＝１として二乗したものに等しく、 ｜Ｍ（ｘ）｜2 ＝１／２＋１／２×ｃｏｓ｛２π（２ｆ0 ）ｘ＋φ｝ ＝１／２＋１／４×［ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ＋ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝］ ・・・（２１） ただし、ｆ0 ＝ｎｓｉｎ（ψ／２）／λ φは二つの照明光束の間の位相差 ψは二つの照明光のなす角度 ｎは観察物体の屈折率 で表される。
【０１０５】そのとき、観察物体の変調像Ｉ（ｘ）は
（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋１／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋１／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（２２） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、三つのφに対する変調像
Ｉ（ｘ）を求めれば、それらの線形計算により復調像成
分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立
に抽出できる。例えば、φ＝０，２π／３，−２π／３
に対する変調像をそれぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ
3 （ｘ）とすると、各変調像成分は式（１９）で表さ
れ、そのとき、本実施例における回復像Ｉr （ｘ）は式
（２０）で求められる。
（３）式より、 Ｉ（ｘ）＝１／２×Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ） ＋１／４×ｅｘｐ（ｊφ）ｅｘｐ｛ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ- （ｘ）｝ ＋１／４×ｅｘｐ（−ｊφ）ｅｘｐ｛−ｊ２π（２ｆ0 ）ｘ｝ ×｛Ｏ（ｘ）＊Ｐ+ （ｘ）｝ ・・・（２２） ただし、Ｐs （ｘ）≡Ｐ（ｘ）ｅｘｐ（ｓｊ２πｆ
0 ｘ） （ｓは符号＋又は−）となり、三つのφに対する変調像
Ｉ（ｘ）を求めれば、それらの線形計算により復調像成
分Ｏ（ｘ）＊Ｐ（ｘ）及びＯ（ｘ）＊Ｐ+-（ｘ）が独立
に抽出できる。例えば、φ＝０，２π／３，−２π／３
に対する変調像をそれぞれＩ1 （ｘ），Ｉ2 （ｘ），Ｉ
3 （ｘ）とすると、各変調像成分は式（１９）で表さ
れ、そのとき、本実施例における回復像Ｉr （ｘ）は式
（２０）で求められる。
【０１０６】本実施例における結像光学系３は、図１８
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。一方、本実施例にお
ける励起光による空間変調の周期Ｌは、観察物体Ｏであ
る細胞組織の屈折率は水の屈折率で略近似でき、Ｌ＝
１．８４／ｆcutoffと設定されている。したがって、回
復された復調像成分を全て足し合わせた回復像Ｉ
r （ｘ）は、図１８（ｂ）に示すように、結像光学系３
の伝達関数よりも大きなカットオフ周波数を持つ結像系
で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。中間の周
波数領域において、凹形状になっているため、適当な空
間周波数フィルタリングを用いて周波数特性を補正する
ことが望ましい。
（ａ）に示すように、空間周波数領域−ｆcutoff＜ｆ＜
ｆcutoffのみの情報を伝達できる。一方、本実施例にお
ける励起光による空間変調の周期Ｌは、観察物体Ｏであ
る細胞組織の屈折率は水の屈折率で略近似でき、Ｌ＝
１．８４／ｆcutoffと設定されている。したがって、回
復された復調像成分を全て足し合わせた回復像Ｉ
r （ｘ）は、図１８（ｂ）に示すように、結像光学系３
の伝達関数よりも大きなカットオフ周波数を持つ結像系
で結像させた観察像と等しく、超解像を示す。中間の周
波数領域において、凹形状になっているため、適当な空
間周波数フィルタリングを用いて周波数特性を補正する
ことが望ましい。
【０１０７】本実施例においては、観察物体Ｏの側面か
ら照明光を照射するため、観察物体Ｏに対してマニピュ
レータ等を配置する際にも空間的制約が少なくなる。ま
た、照明光が結像光学系を通過しないため、光学系の自
家蛍光による像の劣化が避けられる。
ら照明光を照射するため、観察物体Ｏに対してマニピュ
レータ等を配置する際にも空間的制約が少なくなる。ま
た、照明光が結像光学系を通過しないため、光学系の自
家蛍光による像の劣化が避けられる。
【０１０８】上記の説明では、乾燥系の対物レンズ１を
用いたが、これに限られるわけではなく、油浸対物レン
ズや水浸対物レンズを用いてもよい。
用いたが、これに限られるわけではなく、油浸対物レン
ズや水浸対物レンズを用いてもよい。
【０１０９】以上、本発明の像形成法と像形成装置をそ
の原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこ
れら実施例に限定されず種々の変形が可能である。以上
説明した本発明の像形成法は例えば次のように構成する
ことができる。
の原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこ
れら実施例に限定されず種々の変形が可能である。以上
説明した本発明の像形成法は例えば次のように構成する
ことができる。
【０１１０】〔１〕 複数の変調成分よりなる空間変調
を前記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体
に作用させた前記観察物体の変調像複数枚に対し、 前
記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算を用いて
各前記変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分
離過程と、分離した前記変調像成分の少なくとも一つを
復調する成分復調過程を含むことを特徴とする像形成
法。
を前記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体
に作用させた前記観察物体の変調像複数枚に対し、 前
記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算を用いて
各前記変調成分に対応する変調像成分を分離する成分分
離過程と、分離した前記変調像成分の少なくとも一つを
復調する成分復調過程を含むことを特徴とする像形成
法。
【０１１１】〔２〕 観察物体の形状情報を持つ形状情
報光に空間変調をかけ、結像光学系により前記空間変調
のかかった前記観察物体の変調像を形成し、前記変調像
を復調することにより前記結像光学系の伝達関数の空間
周波数領域を越える範囲の前記形状情報の空間周波数成
分を再生する像形成法において、前記空間変調は複数の
変調成分よりなり、前記変調成分の成分比のそれぞれ異
なる組合せの前記空間変調に対する前記変調像を複数枚
形成する変調像形成過程と、前記変調成分の数以上の前
記変調像より線形計算を用いて各前記変調成分に対応す
る変調像成分を分離する成分分離過程と、分離した前記
変調像成分の少なくとも一つを復調する成分復調過程を
含むことを特徴とする像形成法。
報光に空間変調をかけ、結像光学系により前記空間変調
のかかった前記観察物体の変調像を形成し、前記変調像
を復調することにより前記結像光学系の伝達関数の空間
周波数領域を越える範囲の前記形状情報の空間周波数成
分を再生する像形成法において、前記空間変調は複数の
変調成分よりなり、前記変調成分の成分比のそれぞれ異
なる組合せの前記空間変調に対する前記変調像を複数枚
形成する変調像形成過程と、前記変調成分の数以上の前
記変調像より線形計算を用いて各前記変調成分に対応す
る変調像成分を分離する成分分離過程と、分離した前記
変調像成分の少なくとも一つを復調する成分復調過程を
含むことを特徴とする像形成法。
【０１１２】〔３〕 前記空間変調はｅｘｐ（ｊ２πｆ
0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは単位複素数√（−１）、π
は円周率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、ｘは前記観察
物体上の位置座標、φは位相定数を表す。）の形の指数
関数型変調係数を前記形状情報光に掛け合わせる指数関
数型変調成分を含むことを特徴とする上記〔２〕記載の
像形成法。
0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは単位複素数√（−１）、π
は円周率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、ｘは前記観察
物体上の位置座標、φは位相定数を表す。）の形の指数
関数型変調係数を前記形状情報光に掛け合わせる指数関
数型変調成分を含むことを特徴とする上記〔２〕記載の
像形成法。
【０１１３】〔４〕 前記空間変調はｃｏｓ（２πｆ0
ｘ＋φ）（ただし、πは円周率、ｆ0 は空間周波数を表
す定数、ｘは前記観察物体上の位置座標、φは位相定数
を表す。）の形の正弦波型変調係数を前記形状情報光に
掛け合わせる正弦波型変調成分を含むことを特徴とする
上記〔２〕記載の像形成法。
ｘ＋φ）（ただし、πは円周率、ｆ0 は空間周波数を表
す定数、ｘは前記観察物体上の位置座標、φは位相定数
を表す。）の形の正弦波型変調係数を前記形状情報光に
掛け合わせる正弦波型変調成分を含むことを特徴とする
上記〔２〕記載の像形成法。
【０１１４】〔５〕 前記変調像形成過程は前記位相定
数φの異なる複数の前記変調像を形成する過程を含むこ
とを特徴とする上記〔３〕又は〔４〕記載の像形成法。
数φの異なる複数の前記変調像を形成する過程を含むこ
とを特徴とする上記〔３〕又は〔４〕記載の像形成法。
【０１１５】〔６〕 前記成分復調過程は前記変調像成
分にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２πｆ0
ｘ）の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数関数
型復調過程を含むことを特徴とする上記〔３〕から
〔５〕の何れか１項記載の像形成法。
分にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２πｆ0
ｘ）の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数関数
型復調過程を含むことを特徴とする上記〔３〕から
〔５〕の何れか１項記載の像形成法。
【０１１６】〔７〕 前記成分復調過程は前記変調像成
分にｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）の
形の正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型復調過程
を含むことを特徴とする上記〔３〕から〔５〕の何れか
１項記載の像形成法。
分にｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ0 ｘ）の
形の正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型復調過程
を含むことを特徴とする上記〔３〕から〔５〕の何れか
１項記載の像形成法。
【０１１７】〔８〕 前記成分復調過程は前記変調像成
分の絶対値をとる絶対値型復調過程を含むことを特徴と
する上記〔３〕から〔５〕の何れか１項記載の像形成
法。
分の絶対値をとる絶対値型復調過程を含むことを特徴と
する上記〔３〕から〔５〕の何れか１項記載の像形成
法。
【０１１８】
〔９〕 前記変調像成分が前記成分復調過
程により復調された復調像成分を複数個適当な係数を掛
けて加え合わせることにより前記観察物体の回復像を得
ることを特徴とする上記〔２〕から〔８〕の何れか１項
記載の像形成法。
程により復調された復調像成分を複数個適当な係数を掛
けて加え合わせることにより前記観察物体の回復像を得
ることを特徴とする上記〔２〕から〔８〕の何れか１項
記載の像形成法。
【０１１９】〔１０〕 前記空間変調は前記観察物体に
接して配置された回折格子により行うことを特徴とする
上記〔２〕から
接して配置された回折格子により行うことを特徴とする
上記〔２〕から
〔９〕の何れか１項記載の像形成法。
【０１２０】〔１１〕 前記空間変調は前記観察物体を
照明する照明光により行うことを特徴とする上記〔２〕
から
照明する照明光により行うことを特徴とする上記〔２〕
から
〔９〕の何れか１項記載の像形成法。
【０１２１】〔１２〕 複数の変調成分よりなる空間変
調を前記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物
体に作用させた前記観察物体の変調像の複数枚の入力に
対し、前記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算
を用いて各前記変調成分に対応する変調像成分を分離す
る成分分離装置と、分離した前記変調像成分の少なくと
も一つを復調する成分復調装置とを含むことを特徴とす
る像形成装置。
調を前記変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物
体に作用させた前記観察物体の変調像の複数枚の入力に
対し、前記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算
を用いて各前記変調成分に対応する変調像成分を分離す
る成分分離装置と、分離した前記変調像成分の少なくと
も一つを復調する成分復調装置とを含むことを特徴とす
る像形成装置。
【０１２２】〔１３〕 観察物体の形状情報を持つ形状
情報光に対し、複数の空間変調成分を前記空間変調成分
の成分比のそれぞれ異なる組合せで作用させることので
きる空間変調装置と、前記空間変調のかかった前記観察
物体の変調像を形成する結像光学系と、前記変調成分の
数以上の前記変調像より線形計算を用いて各前記変調成
分に対応する変調像成分を分離する成分分離装置と、分
離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調する成分
復調装置とを含むことを特徴とする像形成装置。
情報光に対し、複数の空間変調成分を前記空間変調成分
の成分比のそれぞれ異なる組合せで作用させることので
きる空間変調装置と、前記空間変調のかかった前記観察
物体の変調像を形成する結像光学系と、前記変調成分の
数以上の前記変調像より線形計算を用いて各前記変調成
分に対応する変調像成分を分離する成分分離装置と、分
離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調する成分
復調装置とを含むことを特徴とする像形成装置。
【０１２３】〔１４〕 前記空間変調装置は、ｅｘｐ
（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは単位複素数√
（−１）、πは円周率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、
ｘは前記観察物体上の位置座標、φは位相定数を表
す。）の形の指数関数型変調係数を前記形状情報光に掛
け合わせる指数関数型変調成分を形成する手段を含むこ
とを特徴とする上記〔１３〕記載の像形成装置。
（ｊ２πｆ0 ｘ＋ｊφ）（ただし、ｊは単位複素数√
（−１）、πは円周率、ｆ0 は空間周波数を表す定数、
ｘは前記観察物体上の位置座標、φは位相定数を表
す。）の形の指数関数型変調係数を前記形状情報光に掛
け合わせる指数関数型変調成分を形成する手段を含むこ
とを特徴とする上記〔１３〕記載の像形成装置。
【０１２４】〔１５〕 前記空間変調装置は、ｃｏｓ
（２πｆ0 ｘ＋φ）（ただし、πは円周率、ｆ0 は空間
周波数を表す定数、ｘは前記観察物体上の位置座標、φ
は位相定数を表す。）の形の正弦波型変調係数を前記形
状情報光に掛け合わせる正弦波型変調成分を形成する手
段を含むことを特徴とする上記〔１３〕記載の像形成装
置。
（２πｆ0 ｘ＋φ）（ただし、πは円周率、ｆ0 は空間
周波数を表す定数、ｘは前記観察物体上の位置座標、φ
は位相定数を表す。）の形の正弦波型変調係数を前記形
状情報光に掛け合わせる正弦波型変調成分を形成する手
段を含むことを特徴とする上記〔１３〕記載の像形成装
置。
【０１２５】〔１６〕 前記空間変調装置は、前記位相
定数φの異なる複数の前記空間変調成分を形成する手段
を含むことを特徴とする上記〔１４〕又は〔１５〕記載
の像形成装置。
定数φの異なる複数の前記空間変調成分を形成する手段
を含むことを特徴とする上記〔１４〕又は〔１５〕記載
の像形成装置。
【０１２６】〔１７〕 前記成分復調装置は、前記変調
像成分にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２π
ｆ0 ｘ）の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数
関数型復調手段を含むことを特徴とする上記〔１４〕か
ら〔１６〕の何れか１項記載の像形成装置。
像成分にｅｘｐ（ｊ２πｆ0 ｘ）又はｅｘｐ（−ｊ２π
ｆ0 ｘ）の形の指数関数型復調係数を掛け合わせる指数
関数型復調手段を含むことを特徴とする上記〔１４〕か
ら〔１６〕の何れか１項記載の像形成装置。
【０１２７】〔１８〕 前記成分復調装置は、前記変調
像成分にｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ
0 ｘ）の形の正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型
復調手段を含むことを特徴とする上記〔１４〕から〔１
６〕の何れか１項記載の像形成装置。
像成分にｃｏｓ（２πｆ0 ｘ）又はｓｉｎ（２πｆ
0 ｘ）の形の正弦波型復調係数を掛け合わせる正弦波型
復調手段を含むことを特徴とする上記〔１４〕から〔１
６〕の何れか１項記載の像形成装置。
【０１２８】〔１９〕 前記成分復調装置は、前記変調
像成分の絶対値をとる絶対値型復調手段を含むことを特
徴とする上記〔１４〕から〔１６〕の何れか１項記載の
像形成装置。
像成分の絶対値をとる絶対値型復調手段を含むことを特
徴とする上記〔１４〕から〔１６〕の何れか１項記載の
像形成装置。
【０１２９】〔２０〕 前記変調像成分が、前記成分復
調過程により復調されて得られた復調像成分を複数個適
当な係数を掛けて加え合わせることにより前記観察物体
の回復像を得る回復像形成装置を含むことを特徴とする
上記〔１３〕から〔１９〕の何れか１項記載の像形成装
置。
調過程により復調されて得られた復調像成分を複数個適
当な係数を掛けて加え合わせることにより前記観察物体
の回復像を得る回復像形成装置を含むことを特徴とする
上記〔１３〕から〔１９〕の何れか１項記載の像形成装
置。
【０１３０】〔２１〕 前記空間変調装置は、前記観察
物体に接して配置された回折格子を含むことを特徴とす
る上記〔１３〕から〔２０〕の何れか１項記載の像形成
装置。
物体に接して配置された回折格子を含むことを特徴とす
る上記〔１３〕から〔２０〕の何れか１項記載の像形成
装置。
【０１３１】〔２２〕 前記空間変調装置は、前記観察
物体を照明する照明光を空間変調する手段を含むことを
特徴とする上記〔１３〕から〔２０〕の何れか１項記載
の像形成装置。
物体を照明する照明光を空間変調する手段を含むことを
特徴とする上記〔１３〕から〔２０〕の何れか１項記載
の像形成装置。
【０１３２】〔２３〕 前記空間変調装置は、前記観察
物体上にパターンを投影することにより照明光の空間変
調を行う手段を含むことを特徴とする上記〔２２〕記載
の像形成装置。
物体上にパターンを投影することにより照明光の空間変
調を行う手段を含むことを特徴とする上記〔２２〕記載
の像形成装置。
【０１３３】〔２４〕 前記空間変調装置は、可干渉性
光源から射出されるコヒーレント光により干渉縞を形成
する手段を有することを特徴とする上記〔２２〕記載の
像形成装置。
光源から射出されるコヒーレント光により干渉縞を形成
する手段を有することを特徴とする上記〔２２〕記載の
像形成装置。
【０１３４】〔２５〕 前記空間変調装置は、前記可干
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器とを有し、前記
照明光束は、前記結像光学系の物体側開口数よりも大き
な角度で、前記結像光学系と同じ側から観察物体に入射
する少なくとも二つの略平行光束であることを特徴とす
る上記〔２４〕記載の像形成装置。
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器とを有し、前記
照明光束は、前記結像光学系の物体側開口数よりも大き
な角度で、前記結像光学系と同じ側から観察物体に入射
する少なくとも二つの略平行光束であることを特徴とす
る上記〔２４〕記載の像形成装置。
【０１３５】〔２６〕 前記空間変調装置は、前記可干
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器と、二つの前記
照明光束を前記結像光学系の瞳面近傍又は瞳と共役な面
近傍上の異なる位置に集光させる集光レンズとを有する
ことを特徴とする上記〔２４〕記載の像形成装置。
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器と、二つの前記
照明光束を前記結像光学系の瞳面近傍又は瞳と共役な面
近傍上の異なる位置に集光させる集光レンズとを有する
ことを特徴とする上記〔２４〕記載の像形成装置。
【０１３６】〔２７〕 前記空間変調装置が、照明光束
の光束幅を変更する手段を有することを特徴とする上記
〔２６〕記載の像形成装置。
の光束幅を変更する手段を有することを特徴とする上記
〔２６〕記載の像形成装置。
【０１３７】〔２８〕 前記空間変調装置は、前記可干
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器と、前記照明光
束の方向を変更する変更手段とを有し、前記照明光束
は、観察物体の側面の異なる位置から入射するように偏
向されることを特徴とする上記〔２４〕記載の像形成装
置。
渉性光源と、前記可干渉性光源から射出される照明光を
少なくとも二つの照明光束に分割する光束分割手段と、
前記照明光束の内、少なくとも一つの照明光束の位相を
他の照明光束に対して変調する光変調器と、前記照明光
束の方向を変更する変更手段とを有し、前記照明光束
は、観察物体の側面の異なる位置から入射するように偏
向されることを特徴とする上記〔２４〕記載の像形成装
置。
【０１３８】〔２９〕 前記偏向手段が、前記照明光束
のお互いの角度を変更可能としたことを特徴とする上記
〔２８〕記載の像形成装置。
のお互いの角度を変更可能としたことを特徴とする上記
〔２８〕記載の像形成装置。
【０１３９】〔３０〕 上記〔１２〕から〔２９〕の何
れか１項記載の像形成装置であって、観察物体の前記結
像光学系による変調像を撮像する撮像素子と、撮像素子
で撮像された観察物体の変調像を記憶する画像記憶装置
と、画像記憶装置により記憶された像を用いて演算を行
う演算装置と、演算装置で演算された結果を表示する画
像表示装置とを設けたことを特徴とする像形成装置。
れか１項記載の像形成装置であって、観察物体の前記結
像光学系による変調像を撮像する撮像素子と、撮像素子
で撮像された観察物体の変調像を記憶する画像記憶装置
と、画像記憶装置により記憶された像を用いて演算を行
う演算装置と、演算装置で演算された結果を表示する画
像表示装置とを設けたことを特徴とする像形成装置。
【０１４０】〔３１〕 上記〔２１〕記載の像形成装置
であって、観察物体の前記結像光学系による変調像を撮
像する撮像素子と、撮像素子で撮像された観察物体の変
調像を記憶する画像記憶装置と、画像記憶装置により記
憶された像を用いて演算を行う演算装置と、演算装置で
演算された結果を表示する画像表示装置と、前記回折格
子を移動する移動機構と、この移動機構からの移動情報
を前記画像記憶装置あるいは前記演算装置に供給する手
段とを有することを特徴とする像形成装置。
であって、観察物体の前記結像光学系による変調像を撮
像する撮像素子と、撮像素子で撮像された観察物体の変
調像を記憶する画像記憶装置と、画像記憶装置により記
憶された像を用いて演算を行う演算装置と、演算装置で
演算された結果を表示する画像表示装置と、前記回折格
子を移動する移動機構と、この移動機構からの移動情報
を前記画像記憶装置あるいは前記演算装置に供給する手
段とを有することを特徴とする像形成装置。
【０１４１】〔３２〕 上記〔２２〕記載の像形成装置
であって、観察物体の前記結像光学系による変調像を撮
像する撮像素子と、撮像素子で撮像された観察物体の変
調像を記憶する画像記憶装置と、画像記憶装置により記
憶された像を用いて演算を行う演算装置と、演算装置で
演算された結果を表示する画像表示装置と、前記照明光
の位相差を変更する光変調器と、前記光変調器からの位
相差情報を前記画像記憶装置あるいは前記演算装置に供
給する手段とを有することを特徴とする像形成装置。
であって、観察物体の前記結像光学系による変調像を撮
像する撮像素子と、撮像素子で撮像された観察物体の変
調像を記憶する画像記憶装置と、画像記憶装置により記
憶された像を用いて演算を行う演算装置と、演算装置で
演算された結果を表示する画像表示装置と、前記照明光
の位相差を変更する光変調器と、前記光変調器からの位
相差情報を前記画像記憶装置あるいは前記演算装置に供
給する手段とを有することを特徴とする像形成装置。
【０１４２】〔３３〕 上記〔３０〕から〔３２〕の何
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする欠陥
検査装置。
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする欠陥
検査装置。
【０１４３】〔３４〕 上記〔３０〕から〔３２〕の何
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする位置
決め装置。
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする位置
決め装置。
【０１４４】〔３５〕 上記〔３０〕から〔３２〕の何
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする変位
測定装置。
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする変位
測定装置。
【０１４５】〔３６〕 上記〔３０〕から〔３２〕の何
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする合否
判定装置。
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする合否
判定装置。
【０１４６】〔３７〕 上記〔３０〕から〔３２〕の何
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする３次
元形状測定装置。
れか１項記載の像形成装置を含むことを特徴とする３次
元形状測定装置。
【０１４７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の像形成法と像形成装置を用いれば、簡単な装置構成に
より、超解像の得られる顕微鏡法を実現できる。さら
に、本発明の像形成法を用いれば、自然な切断像が得ら
れ、リアルタイム観察のできる縞投影超解像光切断顕微
鏡法が実現できる。
の像形成法と像形成装置を用いれば、簡単な装置構成に
より、超解像の得られる顕微鏡法を実現できる。さら
に、本発明の像形成法を用いれば、自然な切断像が得ら
れ、リアルタイム観察のできる縞投影超解像光切断顕微
鏡法が実現できる。
【図１】本発明の第１実施例の像形成法を実施する光学
系の構成を示す図である。
系の構成を示す図である。
【図２】第１実施例及び第３実施例に用いる回折格子の
透過率分布を示す図である。
透過率分布を示す図である。
【図３】第１実施例の結像光学系と再生像の伝達関数を
示す図である。
示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の像形成法を実施する光学
系の構成を示す図である。
系の構成を示す図である。
【図５】第２実施例の結像光学系と再生像の伝達関数を
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明の第３実施例の像形成法を実施する光学
系の構成を示す図である。
系の構成を示す図である。
【図７】第３実施例の二次元回折格子の透過率分布とそ
のフーリエ成分を示す図である。
のフーリエ成分を示す図である。
【図８】第３実施例の結像光学系と再生像の伝達関数を
示す図である。
示す図である。
【図９】本発明の第４実施例の像形成法を実施する光学
系の構成を示す図である。
系の構成を示す図である。
【図１０】第４実施例の結像光学系と光切断像の伝達関
数を示す図である。
数を示す図である。
【図１１】本発明の像形成法のフローチャートである。
【図１２】開口数を説明するための図である。
【図１３】本発明の第５実施例の像形成装置の光学系の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１４】第５実施例の結像光学系と再生像の伝達関数
を示す図である。
を示す図である。
【図１５】本発明の第６実施例の像形成装置の光学系の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１６】第６実施例の結像光学系と再生像の伝達関数
を示す図である。
を示す図である。
【図１７】本発明の第７実施例の像形成装置の光学系の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図１８】第７実施例の結像光学系と再生像の伝達関数
を示す図である。
を示す図である。
【図１９】従来の超解像法の一つを実施する光学系を説
明するための図である。
明するための図である。
【図２０】従来の別の超解像法を実施する光学系を説明
するための図である。
するための図である。
【図２１】従来の縞投影光切断顕微鏡装置を説明するた
めの図である。
めの図である。
Ｏ…観察物体 １…対物レンズ ２…円錐光束 ３…結像光学系 ４…変調像 ５、６…回折格子 ７…回転式回折格子 ８…回折格子 ９…照明光学系 １０…ＣＣＤ １１…画像記憶装置 １２…演算装置 １３…画像表示装置 ２１…回折格子 ２２…撮像素子 ２３…インコヒーレント照明光 ２４…コヒーレント平面波照明光 ２５…インコヒーレント照明光 ２６…二次元回折格子 ２７…照明レンズ ２８…ハーフミラー ２９…回折格子 ３０…インコヒーレント照明光 ３１…可干渉性光源 ３２…光束分割手段 ３３…光変調器 ３４…偏向手段 ３５…結像レンズ ３６…集光レンズ ３７…偏向手段 ３８…吸収フィルタ ３９…回折格子 ４０…光束径変更手段 ４１…対物レンズの瞳面 ４２…参照光分岐手段 ４３…光変調器 ４４…偏向手段
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の変調成分よりなる空間変調を前記
変調成分の成分比をそれぞれ変えながら観察物体に作用
させた前記観察物体の変調像複数枚に対し、 前記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算を用い
て各前記変調成分に対応する変調像成分を分離する成分
分離過程と、 分離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調する成
分復調過程を含むことを特徴とする像形成法。 - 【請求項２】 観察物体の形状情報を持つ形状情報光に
空間変調をかけ、結像光学系により前記空間変調のかか
った前記観察物体の変調像を形成し、前記変調像を復調
することにより前記結像光学系の伝達関数の空間周波数
領域を越える範囲の前記形状情報の空間周波数成分を再
生する像形成法において、 前記空間変調は複数の変調成分よりなり、 前記変調成分の成分比のそれぞれ異なる組合せの前記空
間変調に対する前記変調像を複数枚形成する変調像形成
過程と、 前記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算を用い
て各前記変調成分に対応する変調像成分を分離する成分
分離過程と、 分離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調する成
分復調過程を含むことを特徴とする像形成法。 - 【請求項３】 観察物体の形状情報を持つ形状情報光に
対し、複数の空間変調成分を前記空間変調成分の成分比
のそれぞれ異なる組合せで作用させることのできる空間
変調装置と、 前記空間変調のかかった前記観察物体の変調像を形成す
る結像光学系と、 前記変調成分の数以上の前記変調像より線形計算を用い
て各前記変調成分に対応する変調像成分を分離する成分
分離装置と、 分離した前記変調像成分の少なくとも一つを復調する成
分復調装置とを含むことを特徴とする像形成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10111644A JPH11242189A (ja) | 1997-12-25 | 1998-04-22 | 像形成法、像形成装置 |
| US09/219,605 US6239909B1 (en) | 1997-12-25 | 1998-12-23 | Image-forming method and image-forming apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-356801 | 1997-12-25 | ||
| JP35680197 | 1997-12-25 | ||
| JP10111644A JPH11242189A (ja) | 1997-12-25 | 1998-04-22 | 像形成法、像形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11242189A true JPH11242189A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=26450989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10111644A Withdrawn JPH11242189A (ja) | 1997-12-25 | 1998-04-22 | 像形成法、像形成装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (1) | US6239909B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11242189A (ja) |
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