JPH11258057A - Complex signal detecting method, complex microscope and complex diffraction device - Google Patents

Complex signal detecting method, complex microscope and complex diffraction device

Info

Publication number
JPH11258057A
JPH11258057A JP37359798A JP37359798A JPH11258057A JP H11258057 A JPH11258057 A JP H11258057A JP 37359798 A JP37359798 A JP 37359798A JP 37359798 A JP37359798 A JP 37359798A JP H11258057 A JPH11258057 A JP H11258057A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
complex
light
signal
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP37359798A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4111614B2 (en
Inventor
Kuniaki Nagayama
国昭 永山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP37359798A priority Critical patent/JP4111614B2/en
Publication of JPH11258057A publication Critical patent/JPH11258057A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4111614B2 publication Critical patent/JP4111614B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a complete complex signal by detecting a real number component microscopic image of a sample and an imaginary number component microscopic image by shifting a phase by π/2 on only the sample transmitted light, and taking the complex sum of these real number component microscopic image and imaginary number component microscopic image. SOLUTION: First of all, the light passing through a sample is detected by using a lens system to measure a square of the amplitude, that is, an intensity value (energy per unit time and area). Next, a π/2 phase plate is arranged on the focal surface on the rear side of a lens to shift a phase by π/2 on only the 0 order diffracted light (the focus condensed light of the unscattered irradiating light) of this transmitted light. This transmitted irradiating light is mixed with the object light having an image signal at image forming time as a reference signal to detect an intensity value of the sum of both. The complex sum of a detecting intensity value (a real number component signal) of the front stage and a detecting intensity value (an imaginary component signal) of the rear stage is calculated to thus detect a complex signal composed of the real number component signal and the imaginary number component signal of a bright field image sample, that is, a sample original image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、複素信号検出方
法、複素顕微鏡、および複素回折装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、マイクロ波、赤外
線、可視光、紫外線、X線およびγ線などのような電磁
波を用いる光学装置や、電子線、中性子線およびミュー
オンなどのような物質波を用いる光学装置において、位
相の検出を可能なものとする、新しい複素信号検出方
法、およびこの方法を用いた複素顕微鏡、複素回折装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting a complex signal, a complex microscope, and a complex diffraction device. More specifically, the present invention relates to an optical device using electromagnetic waves such as microwaves, infrared rays, visible light, ultraviolet rays, X-rays and γ-rays, and an optical device using material waves such as electron beams, neutron beams and muons. The present invention relates to a new method for detecting a complex signal that enables phase detection in a device, and a complex microscope and a complex diffraction device using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】従来より、電磁波または物質
波の振幅の2乗(つまり、強度=単位時間、単位面積当
たりのエネルギー値)を検出する光学装置とてしては様
々なものが開発されてきており、たとえば透過型電子顕
微鏡、透過型光学顕微鏡、反射型光学顕微鏡、X線回
折、ホログラフィー、分光計などが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various optical devices have been developed as optical devices for detecting the square of the amplitude of an electromagnetic wave or a matter wave (that is, intensity = energy value per unit time, unit area). For example, transmission electron microscopes, transmission optical microscopes, reflection optical microscopes, X-ray diffraction, holography, and spectrometers are known.

【0003】しかしながら、これらの各種光学装置には
それぞれ、以下に述べるような解決すべき課題があるの
が実情である。 i)透過型電子顕微鏡 透過型電子顕微鏡は、物質波である電子波を用いる顕微
鏡であり、2つの根本的な問題を有している。
However, each of these various optical devices has a problem to be solved as described below. i) Transmission electron microscope A transmission electron microscope is a microscope that uses an electron wave, which is a material wave, and has two fundamental problems.

【0004】一つの問題は、その空間分解能が、用いる
電子波の波長に比べて、1/20以下、場合によっては
1/100ぐらい悪いということである。たとえば、1
00kVの加速電圧の電子線の波長は約0.04Åであ
るが、この電子波に対する現在の最高分解能は約1Å
と、大きさが波長の25倍という非常に低い分解能しか
得られていない。光学顕微鏡が、用いる光の波長の1/
3の分解能を得られるまでになっているのに比べて、電
子顕微鏡の性能はAbbeの理論限界の約1/75にと
どまっている。
One problem is that the spatial resolution is 1/20 or less, and sometimes 1/100, worse than the wavelength of the electron wave used. For example, 1
The wavelength of an electron beam having an acceleration voltage of 00 kV is about 0.04 °, but the current maximum resolution for this electron wave is about 1 °.
And a very low resolution of 25 times the wavelength is obtained. The optical microscope detects 1 /
Compared to a resolution of 3 obtained, the performance of the electron microscope is only about 1/75 of the theoretical limit of Abbe.

【0005】もう一つの問題は、試料を透過する電子波
からレンズ系を介して得られる像の本質的な歪である。
この像の歪は、電子顕微鏡のレンズ系の収差に伴うボケ
に起因するものであり、コントラスト伝達関数の問題と
言われている。たとえば電子線吸収のある金属試料の場
合、収差は像関数の空間周波数の高周波成分劣化として
現れ、分解能が悪化する。一方、生物試料のような電子
線の吸収がない物体の場合には、コントラスト伝達関数
がさらに悪く作用し、収差は像関数の空間周波数の低周
波成分および高周波成分両方の劣化として現れて、像の
ボケのみならず、像に本質的歪をもたらす。このこと
は、像の形がピントの合わせ方に強く左右することを意
味し、生物試料では高分解能で正しい像を得ることを不
可能なものとしている。
Another problem is the inherent distortion of the image obtained through the lens system from the electron waves transmitted through the sample.
This image distortion is caused by blurring due to aberration of the lens system of the electron microscope, and is said to be a problem of the contrast transfer function. For example, in the case of a metal sample having electron beam absorption, the aberration appears as a high-frequency component deterioration of the spatial frequency of the image function, and the resolution deteriorates. On the other hand, in the case of an object that does not absorb electron beams, such as a biological sample, the contrast transfer function works even worse, and the aberration appears as deterioration of both the low frequency component and the high frequency component of the spatial frequency of the image function, and the In addition to the blur, the image is distorted. This means that the shape of the image greatly depends on how to focus, and it is impossible to obtain a correct image with high resolution from a biological sample.

【0006】上述したような分解能の低減および像の本
質的歪は共に、電子顕微鏡レンズの多大な球面収差とそ
れに由来するコントラスト伝達関数に起因する。この問
題を解決するために、従来より電子線用凹レンズの作成
が種々試みられてきたが、満足する効果を得られるもの
は未だ実現されていない。一方、コンピュータ画像処理
による収差除去もしくはコントラスト伝達関数補正は、
画像を複素画像として正しく再生できれば実現可能であ
ることが知られている。
[0006] Both the reduction in resolution and the intrinsic distortion of the image as described above are due to the large spherical aberration of the electron microscope lens and the resulting contrast transfer function. In order to solve this problem, various attempts have been made in the past to produce concave lenses for electron beams, but none of them have achieved a satisfactory effect. On the other hand, aberration removal or contrast transfer function correction by computer image processing
It is known that it can be realized if an image can be correctly reproduced as a complex image.

【0007】まず、複素画像すなわち複素信号再生法と
しては、Gaborによるホログラフィーが知られてい
る("A New Microsopic Principle", D.Gabor, Nature
No.4098 (1948))。このGaborによる方法では、本
質的に実数信号が得られるので、複素共役の2つの複素
画像(ΨとΨ* )が重なってしまっている。そこで、こ
の困難性を除くために二つの方法が提案された。その一
つは、従来の電子顕微鏡法を拡張し、相補的な二つの半
円絞りを用いて、二回の計測検出を組み合わせる方法で
ある("Single-Sideband Holography", O.Bryngdahl an
d A.Lohmann, Journal of the Optical Society of Ame
rica Vol.58 No.5(1968), "An lternative to Holograp
hy for Determining Phase from Image Intensity Meas
urements in Optics", D.L.Misell, R.E.Burge and A.
H.Greenaway, Nature Vol.247(1974))。もう一つは、
斜めの参照光を用いるoff−axisホログラフィー
である("Reconstructed Wavefronts and Communicatio
n Theory", E.N.Leith and J.Upatnieks, Journal of t
he Optical Society of America Vol. 52No.10(1962)
)。この方法の電子光学への応用は後述する。
First, as a method of reproducing a complex image, that is, a complex signal, holography by Gabor is known ("A New Microsopic Principle", D. Gabor, Nature
No. 4098 (1948)). In the method according to Gabor, since a real number signal is essentially obtained, two complex images of complex conjugate (Ψ and Ψ * ) are overlapped. Therefore, two methods have been proposed to eliminate this difficulty. One is to extend conventional electron microscopy and combine two measurements and detections using two complementary semicircular apertures ("Single-Sideband Holography", O. Bryngdahl an.
d A. Lohmann, Journal of the Optical Society of Ame
rica Vol.58 No.5 (1968), "An alternative to Holograp
hy for Determining Phase from Image Intensity Meas
urements in Optics ", DLMisell, REBurge and A.
H. Greenaway, Nature Vol.247 (1974)). the other one is,
This is an off-axis holography using an oblique reference beam ("Reconstructed Wavefronts and Communicatio").
n Theory ", ENLeith and J. Upatnieks, Journal of t
he Optical Society of America Vol. 52No.10 (1962)
). The application of this method to electron optics will be described later.

【0008】相補的半円絞りを用いる方法は、二つの画
像をフーリエ変換した後、不必要部分を除いて合成し、
再度フーリエ変換する。こうして重なりのない複素画像
Ψを得る。しかし、この方法は本質的に弱い光学物体に
しか応用できず、また半円絞りによる感度の1/2の低
減という欠点を持っていた。レンズ系の収差問題はコン
トラスト伝達関数を通じて画像に表れ、これをハードウ
ェア的に回避するために、電子顕微鏡ではレンズの開口
数を極めて小さく(1/100以下)とることが行われ
ているが、これが理論限界の1/75という分解能低減
の原因となっている。さらに、開口数が小さいことは、
物体から散乱する電子波のほとんどを排除するためにコ
ントラストが十分つかず、光学顕微鏡に比べて極めて暗
い光源系を作る原因にもなっている。
In the method using the complementary semicircular aperture, two images are subjected to a Fourier transform, and then synthesized by removing unnecessary portions.
Fourier transform is performed again. Thus, a non-overlapping complex image Ψ is obtained. However, this method is essentially applicable only to weak optical objects, and has the disadvantage that the sensitivity is reduced by half with a semicircular stop. The aberration problem of the lens system appears in the image through the contrast transfer function, and in order to avoid this in hardware, electron microscopes have made the numerical aperture of the lens extremely small (1/100 or less). This causes the resolution to be reduced to 1/75 of the theoretical limit. Furthermore, the small numerical aperture means that
Contrast is not sufficient to eliminate most of the electron waves scattered from the object, which causes a light source system that is extremely dark compared to an optical microscope.

【0009】一方、光学顕微鏡では、収差をレンズの組
み合わせで取り除き、且つ開口数を大きくして、光の波
長と同程度の高い分解能、および高いコントラストを実
現している。このようなことが電子顕微鏡で実現できな
いのは、ハードウェア的にもソフトウェア的にも、凹レ
ンズが存在しないために収差がコントラスト伝達関数を
通じて像を歪ませるにもかかわらず、その影響を除けな
いからである。
On the other hand, in an optical microscope, aberrations are eliminated by a combination of lenses, and the numerical aperture is increased to realize a high resolution and a high contrast that are almost equal to the wavelength of light. This is not possible with an electron microscope because the absence of a concave lens, both in hardware and software, does not eliminate the effect of aberrations, which can distort the image through the contrast transfer function. It is.

【0010】この問題は電子波の複素信号を正しく画像
として取り出せれば解決する。 ii)透過型および反射型光学顕微鏡 電子顕微鏡に比べ、電磁波を用いる光学顕微鏡はその歴
史が長く、ある程度完成された顕微鏡といえる。それと
いうのも、光学顕微鏡には凸レンズと凹レンズとの両方
が存在するので、収差補正が可能であり、Abbeの論
理限界に近い性能が達成されているからである。
This problem can be solved if the complex signal of the electron wave can be correctly extracted as an image. ii) Transmission type and reflection type optical microscopes Compared with electron microscopes, optical microscopes using electromagnetic waves have a long history and can be said to have been completed to some extent. This is because the optical microscope has both a convex lens and a concave lens, so that aberration correction is possible, and performance close to the logical limit of Abbe is achieved.

【0011】しかしながら、この光学顕微鏡による像
も、人間の眼、写真、CCDカメラ、各種撮像管などで
記録する限り強度値検出であり、複合レンズ系を用いて
各種収差を除いても、像を構成する本来の複素信号を記
録できないため不完全なものである。複素信号を構成す
る強度と異相を顕微画像として得るためには、干渉計の
応用として画像信号に外部参照信号を加えて干渉を作
り、実数成分信号、虚数成分信号に対応する画像を作る
方法が知られている("Digital Wavefront Measuring I
nterferometer for Testing Optical Surfaces and Len
ses", J.H.Bruning et al., Applied Optics Vol.13 N
o.11(1974), "New Common-Path Phase ShiftingInterf
erometer using a Polarization Technique", H.Kadono
et al., AppliedOptics Vol.26 No.5(1987), "Phase
Shifting Common Path Interferometer using a Liquid
-crystal", H.Kadono et al., Optics Communications
110(1994)391-400 )。一般に位相のπ/2異なる四つ
の参照信号を用意し、画像信号との干渉を得て、これを
検出し、その結果を組み合わせ複素信号を取り出す。し
たがって、この方法を用いても最低4回の計測検出が必
要である。また画像信号と参照信号間の相対位相が事前
にはわからないため、画像信号の位相は定数項の不定さ
を残す。よって、この方法の問題点は、外部参照信号
が必要であること、計測検出は最低4回必要であるこ
と、相対位相の不定さが位相象に残ることである。
However, the intensity of the image obtained by the optical microscope is detected as long as the image is recorded by a human eye, a photograph, a CCD camera, various kinds of image pickup tubes, and the like. It is incomplete because the original complex signal constituting it cannot be recorded. In order to obtain the intensity and the out-of-phase of a complex signal as a microscopic image, a method of making an interference by adding an external reference signal to an image signal as an application of an interferometer and creating an image corresponding to a real component signal and an imaginary component signal is a method. Known ("Digital Wavefront Measuring I
nterferometer for Testing Optical Surfaces and Len
ses ", JHBruning et al., Applied Optics Vol.13 N
o.11 (1974), "New Common-Path Phase ShiftingInterf
erometer using a Polarization Technique ", H. Kadono
et al., AppliedOptics Vol.26 No.5 (1987), "Phase
Shifting Common Path Interferometer using a Liquid
-crystal ", H.Kadono et al., Optics Communications
110 (1994) 391-400). Generally, four reference signals having phases different by π / 2 are prepared, interference with an image signal is obtained, detected, and the result is combined to extract a complex signal. Therefore, even with this method, at least four measurement detections are required. Further, since the relative phase between the image signal and the reference signal is not known in advance, the phase of the image signal leaves the constant term uncertain. Therefore, the problems of this method are that an external reference signal is required, that measurement and detection are required at least four times, and that the relative phase is uncertain in the phase image.

【0012】さらにまた、対象物体の光学的性質に応じ
て、たとえば光の吸収物体の場合、反射物体の場合、透
明物体の場合に応じて、透過型顕微鏡、反射型顕微鏡、
位相差顕微鏡などの光学顕微鏡が存在する。これらの光
学顕微鏡はそれぞれ、光に対する物体の性質の一部を見
ている。すなわち、物体による光の吸収係数、反射率、
屈折率などを見ているのである。
Further, depending on the optical properties of the target object, for example, a light absorbing object, a reflecting object, a transparent object, a transmission microscope, a reflection microscope,
There are optical microscopes such as a phase contrast microscope. Each of these optical microscopes sees some of the properties of the object to light. That is, the light absorption coefficient, reflectance,
They are looking at the refractive index.

【0013】こうした光学情報は、本来電磁波の中に複
素信号として一度に顕現しているが、通常の強度値検出
では、複素信号は絶対値の2乗でしか得られないので、
装置を替えてそれぞれの光学的性質を個別的に取り出す
工夫がされている。各種の光学顕微鏡が存在しているの
はこのためである。もし、複素信号を正しく取り出す方
法および光学顕微鏡があれば、こうした多種類の顕微鏡
は不必要であり、各種顕微鏡で得られる結果と同等の結
果は複素信号を情報処理することで全てシミュレートで
きるようになる。
Although such optical information originally appears at once as a complex signal in an electromagnetic wave, a complex signal can be obtained only by the square of the absolute value in ordinary intensity value detection.
A device has been devised to extract each optical property individually by changing the device. This is why various optical microscopes exist. If there is a method for correctly extracting complex signals and an optical microscope, these types of microscopes are unnecessary, and results equivalent to the results obtained with various microscopes can all be simulated by processing complex signals. become.

【0014】iii)X線回折 X線回折は、従来から顕微鏡では見ることのできない分
子の構造解析手段として用いられてきており、顕微鏡の
ようにレンズを用いて物質の姿を拡大するのではなく、
結晶の回折像を得て、結晶構造、分子構造を回折パター
ンとして拡大するものである。
Iii) X-ray diffraction X-ray diffraction has conventionally been used as a means for analyzing the structure of molecules that cannot be seen with a microscope. Instead of using a lens to enlarge the shape of a substance as in a microscope, X-ray diffraction has been used. ,
A diffraction image of a crystal is obtained, and the crystal structure and molecular structure are enlarged as a diffraction pattern.

【0015】しかしながら、このようにして得られる回
折像はやはり回折電磁波の強度値であるため、この回折
像をフーリエ変換しても、本来の結晶構造、分子構造は
得られない。回折波そのものはこの位相情報を持ってい
るのであるが、回折パターンの記録が電磁波の2乗検出
であるため、位相情報が失われてしまうからである。低
分子の構造解析の場合には、強度情報のみから位相情報
を推定しながら求める直接法が用いられる。
However, since the diffraction image obtained in this manner is still the intensity value of the diffracted electromagnetic wave, even if this diffraction image is Fourier-transformed, the original crystal structure and molecular structure cannot be obtained. Although the diffracted wave itself has this phase information, the phase information is lost because the recording of the diffraction pattern is the square detection of the electromagnetic wave. In the case of structural analysis of small molecules, a direct method is used in which phase information is obtained while estimating phase information only from intensity information.

【0016】蛋白質のような高分子の場合には、この直
接法は、計算量が膨大となってしまうために適用するこ
とができない。替わりに、重原子を分子内に吸着導入
し、位相を求めることが行われているが、この処理の際
多くの結晶が壊れてしまう。このため、結晶が得られて
も重原子置換がうまくいかずに結晶解析が失敗すること
が良くある。
In the case of a macromolecule such as a protein, this direct method cannot be applied because the calculation amount becomes enormous. Instead, heavy atoms are adsorbed and introduced into the molecule to determine the phase, but many crystals are broken during this process. For this reason, even if a crystal is obtained, the crystal analysis often fails due to the failure of heavy atom substitution.

【0017】この位相問題、すなわち一つの結晶のみで
結晶解析を行うことは、電磁波を複素信号検出できれば
解決される。 iv)ホログラフィー ホログラムは物体からの回折光と参照光との干渉パター
ンを記録する。ホログラムから像を起こすため、像の再
生は記録の逆過程で行われる。しかしながら、再生結像
を完全なものとするには、極めて分解能の高い干渉縞の
記録と角度調整された参照光が必要である。ホログラム
自体は再生用の参照光なしで見たときは像のない複雑な
干渉縞模様である。
This phase problem, that is, crystal analysis using only one crystal, can be solved if a complex signal can be detected from electromagnetic waves. iv) Holographic holograms record the interference pattern between the diffracted light from the object and the reference light. In order to generate an image from the hologram, reproduction of the image is performed in the reverse process of recording. However, in order to complete reproduction imaging, recording of interference fringes with extremely high resolution and reference light whose angle has been adjusted are required. The hologram itself is a complex interference fringe pattern without an image when viewed without a reference beam for reproduction.

【0018】ホログラフィーは現在立体画表示に用いら
れているが、Gaborの本来目指した電子顕微鏡の分
解能向上にも用いられている。それはoff−axis
ホログラフィーの応用として複素共役した複素画像の重
なり(ΨとΨ* )の分離を行うものである。すなわち、
ΨとΨ* のそれぞれを、片方は高周波側へ、もう一方は
低周波側へシフトして分離を行う。この方法では、ホロ
グラムをフーリエ変換し、たとえば低周波数シフトした
信号成分
Although holography is currently used for displaying a stereoscopic image, it is also used for improving the resolution of an electron microscope which Gabor originally aimed at. It is off-axis
As an application of holography, it separates the overlap (Ψ and Ψ * ) of complex conjugated complex images. That is,
One of Ψ and Ψ * is shifted to the high frequency side and the other is shifted to the low frequency side for separation. In this method, a hologram is Fourier-transformed, for example, a signal component shifted to a low frequency.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】、および二乗信号And a squared signal

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】を捨て、高周波シフトした信号成分And the signal component shifted to high frequency

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】のみを取り出す。次に逆関数をかけ、シフ
ト項
Take out only Next, multiply the inverse function,

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】を除くことでフーリエ変換象をもう一度原
点に戻し、Ψk とし、再度フーリエ変換して、複素画像
の一つΨを取り出している("Electron Holography App
roaching Atomic Resolution", H.Lichte, Ultramicros
copy 20(1986)293-304)。この方法の問題点は、周波
数空間のフーリエ変換像に含まれる信号のうちの一部、
全体の1/3しか使えないこと、複素画像の周波数シ
フトによる分離を保証するため、画像がもともと帯域制
限されていなければならないこと、off−axis
ホログラフィーなので互いに角度をなす二つのコヒーレ
ント照射光が必要であることである。
Then, the Fourier-transformed elephant is returned to the origin once again, is set to Ψ k, and is again Fourier-transformed to extract one of the complex images ((“Electron Holography App”).
roaching Atomic Resolution ", H. Lichte, Ultramicros
copy 20 (1986) 293-304). The problem with this method is that some of the signals contained in the Fourier transform image in the frequency space,
That only one-third of the whole can be used, that the image must be band-limited in order to guarantee separation by frequency shift of the complex image, and off-axis
This is because holography requires two coherent illuminations which are at an angle to each other.

【0027】また、ホログラフィーにはイメージホログ
ラムという写真と同じ結像系を使うものがあるが、像再
生に角度調整された参照光が必要なこと、実像、虚像、
透過光の分離を光学的にのみ行うことは、一般のホログ
ラムと同じである。もし、複素信号を取り出すことがで
きれば、写真のように像自体が画像化され、純粋な強度
画像や位相画像が分離される。ここで、強度画像は吸光
係数画像に対応し、位相画像は屈折率画像に対応する。
Although holography uses an image hologram, which uses the same image forming system as a photograph, it requires a reference light whose angle is adjusted for image reproduction, a real image, a virtual image,
Separating the transmitted light only optically is the same as a general hologram. If the complex signal can be extracted, the image itself is imaged like a photograph, and a pure intensity image and a phase image are separated. Here, the intensity image corresponds to the extinction coefficient image, and the phase image corresponds to the refractive index image.

【0028】そこで、この発明は、以上の通りの事情に
鑑みてなされたものであり、上述した従来方法の問題点
を解消し、光学系の明るさおよび感度の減少の原因とな
る半円絞りを用いる必要がなく、また、複素信号成分の
みを取り出すので二乗信号が干渉せず、測定試料を弱い
光学吸収体や弱い位相物体に制限する必要もなく、した
がって広い適用性を有するとともに、内部参照信号を用
いるので外部参照信号を必要とせず、且つ、内部参照信
号を用いた場合に要求される画像−参照信号間の可干渉
性を自動的に保証することができ、さらには、測定試料
の画像信号に対する帯域制限を予め要求することのな
い、完全な複素信号検出を実現することのできる、新し
い複素信号検出方法、およびこの方法を用いた複素顕微
鏡、複素回折装置を提供することを目的としている。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the above-mentioned problems of the conventional method and reduces the brightness and sensitivity of the optical system. It is not necessary to use a complex signal component, and there is no need to limit the measurement sample to a weak optical absorber or a weak phase object because only the complex signal component is extracted.Therefore, it has wide applicability and internal reference. Since a signal is used, an external reference signal is not required, and coherence between an image and a reference signal required when an internal reference signal is used can be automatically guaranteed. A new complex signal detection method capable of realizing complete complex signal detection without previously requesting a band limitation for an image signal, and a complex microscope and a complex diffraction device using the method. It is intended to be subjected.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決する第一の発明として、試料の実数成分顕
微画像と、試料透過光のみをπ/2位相シフトした虚数
成分顕微画像とを検出し、実数成分顕微画像と虚数成分
顕微画像との複素和をとることにより、実数成分信号お
よび虚数成分信号からなる複素顕微画像を得ることを特
徴とする複素信号検出方法を提供し、この方法におい
て、試料透過光のみを遮光した二乗顕微画像を検出し、
この二乗顕微画像と前記実数成分顕微画像と前記虚数成
分顕微画像との複素和をとることにより、実数成分信号
および虚数成分信号からなり、且つ二乗信号を含まない
複素顕微画像を得ることや、コンピュータにより、各顕
微画像を数値化し、複素和を算出することや、レンズの
後方に設けられるπ/2位相板を用いて虚数成分顕微画
像を検出することや、レンズの後方に設けられる遮光板
を用いて試料の二乗顕微画像を検出することや、試料に
平行照射光および斜光照射光を照射させ、平行照射光と
斜光照射光との間の干渉を得て、この干渉を用いて試料
中の高い空間周波数成分を周波数原点近傍にシフトする
空間周波数シフトを行うことや、空間周波数シフトを多
数回行うことにより遮断空間周波数を増大させること
や、複素顕微画像のレンズ収差およびフォーカスのズレ
によるピンぼけをコントラスト伝達関数の逆関数を用い
て補正することや、補正された複素顕微画像から強度像
と位相像を得ることや、複素顕微画像から強度と位相を
関数とする特異情報を有する実数画像を得ること等もそ
の態様として提供する。
Means for Solving the Problems The invention of this application is a first invention for solving the above-mentioned problems, and is a real component microscopic image of a sample and an imaginary component microscopic image obtained by shifting only the sample transmitted light by π / 2 phase. By detecting the complex sum of the real component microscopic image and the imaginary component microscopic image, to provide a complex signal detection method characterized by obtaining a complex microscopic image consisting of a real component signal and an imaginary component signal, In this method, a square microscopic image in which only the sample transmitted light is shielded is detected,
By taking the complex sum of the squared microscopic image, the real component microscopic image, and the imaginary component microscopic image, it is possible to obtain a complex microscopic image including a real component signal and an imaginary component signal, and not including a square signal. By converting each microscopic image into a numerical value and calculating a complex sum, detecting an imaginary component microscopic image using a π / 2 phase plate provided behind the lens, and using a light shielding plate provided behind the lens Detecting the squared microscopic image of the sample by using it, and irradiating the sample with parallel irradiation light and oblique light irradiation, obtaining interference between the parallel irradiation light and oblique light irradiation, and using this interference Perform spatial frequency shift to shift high spatial frequency components to near the frequency origin, increase cutoff spatial frequency by performing spatial frequency shift many times, Correction of defocus caused by lens aberration and focus shift using an inverse function of the contrast transfer function, obtaining an intensity image and a phase image from the corrected complex microscopic image, and converting the intensity and phase from the complex microscopic image into functions. For example, obtaining a real number image having unique information to be performed is also provided as an aspect thereof.

【0030】また、第二の発明として、試料透過光と試
料回折光との実数成分干渉回折像、π/2位相シフトし
た試料透過光と試料回折光との虚数成分干渉回折像、お
よび試料回折光のみによる二乗回折像を検出し、実数成
分干渉回折像と虚数成分干渉回折像と二乗回折像との複
素和をとることにより複素回折像を得ることを特徴とす
る複素信号検出方法を提供し、この方法において、複素
回折像からフーリエ変換により複素画像を得ることや、
レンズ域と非レンズ域を持つ複合レンズの前方に設けら
れるπ/2位相板を用いて虚数成分干渉回折像を検出す
ることや、レンズ域と非レンズ域を持つ複合レンズの前
方に設けられる遮光板を用いて試料の二乗回折像を検出
すること等もその態様として提供する。
As a second invention, a real component interference diffraction image of a sample transmitted light and a sample diffracted light, an imaginary component interference diffraction image of a sample transmitted light and a sample diffracted light shifted by π / 2 phase, and a sample diffraction A complex signal detection method characterized by detecting a square diffraction image by only light and obtaining a complex diffraction image by taking a complex sum of a real component interference diffraction image, an imaginary component interference diffraction image, and a square diffraction image. In this method, obtaining a complex image from the complex diffraction image by Fourier transform,
Detecting an imaginary component interference diffraction image using a π / 2 phase plate provided in front of a compound lens having a lens area and a non-lens area, and shielding light in front of a compound lens having a lens area and a non-lens area Detecting a square diffraction image of a sample using a plate is also provided as an embodiment thereof.

【0031】さらに、第三および第四の発明として、上
記の各複素信号検出方法を用いたことを特徴とする複素
顕微鏡および複素回折装置をも提供する。
Further, as third and fourth inventions, there are also provided a complex microscope and a complex diffraction apparatus characterized by using each of the above complex signal detecting methods.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】i)複素光学 まず、この発明の基本概念となっている複素光学につい
て説明する。複素光学は、目的とする複素信号(Z)に
コヒーレントで強い参照信号を混ぜ、両信号の和の強度
値検出を行う。この際、複素信号と参照信号の交叉項が
生じ、複素信号に比例した量が取り出される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS i) Complex optics First, complex optics, which is a basic concept of the present invention, will be described. The complex optics mixes a target coherent signal (Z) with a coherent and strong reference signal and detects the intensity value of the sum of the two signals. At this time, a cross term of the complex signal and the reference signal occurs, and an amount proportional to the complex signal is extracted.

【0033】しかしながら、強度値検出の性質から、こ
のように取り出される値は交叉項の実数成分(Re
(Z))であり、複素信号そのものではない。そこで、
交叉項の虚数成分(Im(Z))を取り出すために、複
素信号に虚数成分を取り出すコヒーレントで強い参照信
号を混ぜて、上述と同様の検出を行う。そして、このよ
うにして取り出された実数成分および虚数成分を複素的
に足す(つまり複素和)と、Re(Z)+iIm(Z)
=Zとなり、本来の複素信号が得られることになる。
However, due to the nature of the intensity value detection, the value extracted in this manner is the real component (Re
(Z)), not the complex signal itself. Therefore,
In order to extract the imaginary component (Im (Z)) of the crossover term, the same detection as described above is performed by mixing a complex signal with a coherent and strong reference signal for extracting the imaginary component. Then, when the real component and the imaginary component extracted in this manner are added in a complex manner (that is, a complex sum), Re (Z) + iIm (Z)
= Z, and an original complex signal is obtained.

【0034】したがって、複素光学は、本質的に2回も
しくは後述するように3回の計測検出を必要とし、しか
も、その実施には、たとえば1とiというように、複素
空間で互いに直交する参照信号を作り出す装置が不可欠
である。第一段階の実数成分検出は、前述したホログラ
フィーの原理に似ているが、レンズ系を用いる場合、参
照信号自体を複素信号の中から抽出する点でより一般的
である。
Therefore, complex optics essentially requires two or three measurement detections, as described below, and its implementation requires that the reference be orthogonal to each other in complex space, eg, 1 and i. A device that produces the signal is essential. The detection of the real number component in the first stage is similar to the above-described principle of holography, but is more general in that a reference signal itself is extracted from a complex signal when a lens system is used.

【0035】こうした一連の操作が可能なのはレンズの
後側の焦点面が物体に対するフーリエ変換を与え、複素
信号と参照信号とを分離して光学的な加工ができるため
である。以下に、このような複素光学を基本概念とした
この発明の複素信号検出方法の原理についてそれぞれ説
明する。
This series of operations is possible because the focal plane on the rear side of the lens gives a Fourier transform to the object and separates the complex signal from the reference signal for optical processing. The principle of the complex signal detection method of the present invention based on such complex optics will be described below.

【0036】ii)複素画像信号の検出 ここでは、2次元の空間情報を持つ複素信号、つまり複
素画像信号を、この発明の複素信号検出方法によって検
出する場合について説明する。なお、物体試料に照射さ
れる照射信号としての電磁波および物質波は、単色で、
且つコヒーレント(つまり干渉性)であるとする。
Ii) Detection of Complex Image Signal Here, a case will be described in which a complex signal having two-dimensional spatial information, that is, a complex image signal is detected by the complex signal detection method of the present invention. In addition, the electromagnetic wave and the material wave as the irradiation signal applied to the object sample are monochromatic,
Further, it is assumed that they are coherent (that is, coherent).

【0037】A)0次回折光との干渉を利用する複素画
像信号検出 明視野像のとき、すなわち、物体試料が半透明で照射光
の透過が大きく、物体光と照射光の両方を観測すると
き、または反射体で照射光の反射が大きいとき(これは
写真のハレーション条件)、複素信号は次式で与えられ
る。
A) Complex image signal detection utilizing interference with 0th-order diffracted light When a bright-field image is used, that is, when the object sample is translucent and the transmission of irradiation light is large, and both the object light and the irradiation light are observed. Or when the reflection of the illuminating light at the reflector is large (this is the halation condition of the photograph), the complex signal is given by the following equation.

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】aおよびbはともに、場所に依存して変る
ため(画像)、空間依存性の関数である。|Z|<<1
の条件は、吸収や散乱に比べ、照射光の透過が大きいこ
とを示す。複素信号の式(数5)における定数項1が物
体の影響を受けない参照信号となる。まず、第一段階検
出として、試料を透過した光をレンズ系を用いて検出す
る。この際、その振幅の2乗、つまり強度値(単位時
間、単位面積あたりのエネルギー)が測定される。
Since a and b both vary depending on the location (image), they are functions of spatial dependence. | Z | << 1
The condition (1) indicates that the transmission of irradiation light is greater than that of absorption or scattering. The constant term 1 in the complex signal equation (Equation 5) is a reference signal that is not affected by the object. First, as a first stage detection, light transmitted through the sample is detected using a lens system. At this time, the square of the amplitude, that is, the intensity value (energy per unit time and unit area) is measured.

【0040】この強度値は次式で与えられる。This intensity value is given by the following equation.

【0041】[0041]

【数6】 (Equation 6)

【0042】上式は、|Z|<<1の条件を考慮する
と、
The above equation is given by considering the condition of | Z | << 1.

【0043】[0043]

【数7】 (Equation 7)

【0044】と近似される。この式から明らかなよう
に、第一段階検出では、試料の実数成分信号しか検出さ
れていない。したがって、試料の正しい複素画像信号
Z、つまり実数成分信号および虚数成分信号からなる複
素画像信号を再生するには、虚部射影Imを得るように
する必要がある。
Is approximated. As is apparent from this equation, in the first stage detection, only the real number component signal of the sample is detected. Therefore, in order to reproduce a correct complex image signal Z of the sample, that is, a complex image signal composed of a real component signal and an imaginary component signal, it is necessary to obtain an imaginary part projection Im.

【0045】そこで、第二段階検出として、レンズの後
側の焦点面において、たとえば小さなπ/2位相板を設
けて、この透過光の0次回折光(つまり、散乱されなか
った照射光の焦点集光)のみの位相をπ/2シフトさせ
る。このπ/2シフトした透過照射光を参照信号とし
て、結像時に画像信号を持つ物体光と混ぜ、両者の和の
強度値を検出する。なお、透過照射光と物体光との混合
はレンズの結像が自動的に行う。
Therefore, as a second stage detection, for example, a small π / 2 phase plate is provided on the focal plane on the rear side of the lens, and the 0th-order diffracted light of the transmitted light (that is, the focal point The phase of only light is shifted by π / 2. The transmitted irradiation light shifted by π / 2 is used as a reference signal, mixed with object light having an image signal at the time of image formation, and the intensity value of the sum of the two is detected. The mixing of the transmitted irradiation light and the object light is automatically performed by the imaging of the lens.

【0046】虚数成分検出用参照信号を含む複素画像信
号ΣS C 、つまり相補的複素画像信号ΣS C は、次式に
より表される。
The complex image signal Σ S C including the imaginary component detection reference signal, that is, the complementary complex image signal Σ S C is represented by the following equation.

【0047】[0047]

【数8】 (Equation 8)

【0048】この相補的複素画像信号の強度値は次式の
ように示される。
The intensity value of this complementary complex image signal is expressed by the following equation.

【0049】[0049]

【数9】 (Equation 9)

【0050】数5において示した|Z|<<1という条
件を考慮すると、数7と同様にして、数9は、
Considering the condition of | Z | << 1 shown in Equation 5, Equation 9 is similar to Equation 7,

【0051】[0051]

【数10】 (Equation 10)

【0052】と近似的に表すことができる。そして、数
7の検出強度値(つまり実数成分を含む信号)と数10
の検出強度値(つまり虚数成分を含む信号)との複素和
を算出する。この算出結果は次式のようになる。
Can be approximately expressed as Then, the detected intensity value of Expression 7 (that is, a signal including a real component) and Expression 10
Is calculated with the detected intensity value (i.e., a signal including an imaginary component). The calculation result is as follows.

【0053】[0053]

【数11】 [Equation 11]

【0054】この式において、定数項(1+i)を除け
ば、複素信号Z(r)が正しく得られる。この定数項
(1+i)を除くには、数11にフーリエ変換を施し、
原点近傍を0とし、再びフーリエ変換すればよい。以上
のようにして試料が明視野像の場合において、この発明
の複素信号検出方法によって、明視野像試料の実数成分
信号と虚数成分信号とからなる複素信号、つまり試料本
来の像を検出することができる。
In this equation, the complex signal Z (r) can be obtained correctly except for the constant term (1 + i). To remove this constant term (1 + i), a Fourier transform is applied to Equation 11, and
The Fourier transform may be performed again with the vicinity of the origin set to 0. As described above, when the sample is a bright-field image, the complex signal composed of the real component signal and the imaginary component signal of the bright-field image sample, that is, the original image of the sample is detected by the complex signal detection method of the present invention. Can be.

【0055】図1(a)および図1(b)は、それぞ
れ、数7および数10それぞれに対応する複素画像信号
検出光学系の要部構成を例示したものである。図1
(a)に例示した複素画像信号検出光学系では、実数成
分信号を含む信号ΣS ΣS * の検出が行われる。但し、
焦点面後の透過照射光=1、物体光=Zである。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) exemplify the main components of a complex image signal detecting optical system corresponding to equations (7) and (10), respectively. FIG.
In the complex image signal detection optical system illustrated in (a), a signal Σ S Σ S * including a real component signal is detected. However,
The transmitted irradiation light after the focal plane = 1 and the object light = Z.

【0056】図1(b)に例示した複素画像信号検出光
学系では、虚数成分信号を含む信号ΣS C ΣS C*の検出
が行われる。但し、焦点面後の透過照射光=i、物体光
=Zである。図1における透過光は原点にのみくるよう
に示されているが、実際は像の背景光として像面に広が
る。この事情は後述の図4のように照射光の光束の広が
りを考えると明確である。
In the complex image signal detecting optical system illustrated in FIG. 1B, a signal Σ S C Σ S C * including an imaginary component signal is detected. However, the transmitted irradiation light after the focal plane = i and the object light = Z. Although the transmitted light in FIG. 1 is shown as coming only to the origin, it actually spreads on the image plane as background light of the image. This situation is clear when the spread of the illuminating light beam is considered as shown in FIG.

【0057】この発明では、第一段階画像信号ΣS 検出
および第二段階画像信号ΣS C 検出において、それぞれ
の強度値測定の条件を全て同じにして、第二段階画像信
号検出では、照射透過光の位相をπ/2ずらす小さな位
相板のみを焦点面中央に挿入して用いるだけで虚数成分
信号を検出することができる。次に、|Z|<<1とい
う条件のない一般の複素画像においてZZ* =|Z| 2
の項を消去するための第三の計測検出の付加について説
明する。たとえば試料が不透明で光が通りにくいとき、
写真や映画のように照明光が直接映ること(ハレーショ
ン条件)を避けるとき、0次回折光が弱くなり|Z|2
項が相対的に強くなる。この|Z|2 項がZの一次の項
を邪魔するので消去する必要がある。
In the present invention, the first stage image signal ΣSdetection
And the second stage image signal ΣS CIn detection, each
In the second stage image signal
Signal detection, a small position that shifts the phase of the irradiated transmitted light by π / 2
The imaginary component can be obtained simply by inserting only the phase plate at the center of the focal plane.
The signal can be detected. Then, | Z | << 1
ZZ in a general complex image without the condition*= | Z | Two
Discusses the addition of a third measurement detection to eliminate the term
I will tell. For example, when the sample is opaque and the light is hard to pass,
The direct reflection of illumination light like a photo or movie
0), the zero-order diffracted light becomes weaker | Z |Two
The term becomes relatively strong. This | Z |TwoTerm is first-order term of Z
Need to be erased.

【0058】上述した数7では画像データの中のZZ*
の項を省略したが、これは定数項でないのでフーリエ変
換後の原点まわりの0化では消すことができない。そこ
で、まず、(1+i)の項を0化で消去し、次に以下の
ようにして|Z|2 の項を完全に消去させることができ
る。|Z|2 を含む本来の検出信号は次式にように示さ
れる。
In the above equation 7, ZZ * in the image data
However, since this term is not a constant term, it cannot be eliminated by zeroing around the origin after Fourier transform. Therefore, first, the term of (1 + i) is eliminated by zeroing, and then the term of | Z | 2 can be completely eliminated as follows. The original detection signal including | Z | 2 is expressed by the following equation.

【0059】[0059]

【数12】 (Equation 12)

【0060】|Z|2 の信号を得るには、図1(c)に
示したようにレンズの後側の焦点面の焦点にπ/2位相
板と同じ小さな遮光板を置けばよい。これにより0次回
折光がなくなるので、そのときの複素画像信号ΣS S
次式で示される。
In order to obtain the signal of | Z | 2 , as shown in FIG. 1C, it is sufficient to place a small light shielding plate, which is the same as the π / 2 phase plate, at the focal point on the rear focal plane of the lens. As a result, the zero-order diffracted light disappears, and the complex image signal Σ S S at that time is expressed by the following equation.

【0061】[0061]

【数13】 (Equation 13)

【0062】この数13から分かるように、ΣS S の二
乗信号を検出し、以下の画像を得る。
As can be seen from Expression 13, the square signal of Σ S S is detected, and the following image is obtained.

【0063】[0063]

【数14】 [Equation 14]

【0064】数12のZ0 (r)と数14の二乗画像信
号|Z|2 を用いて純粋複素画像を与える次式を得る。
Using the Z 0 (r) of Equation 12 and the squared image signal | Z | 2 of Equation 14, the following equation that gives a pure complex image is obtained.

【0065】[0065]

【数15】 (Equation 15)

【0066】このような三つの計測検出からなる場合
(三計測検出法とも呼ぶことができる)のこの発明の複
素信号検出方法では、同一の光学系と試料を用いて、絞
りのみを3種類(通常のもの、π/2位相板を焦点に持
つもの、遮光板を焦点に持つもの)用意し、各絞りをた
とえば交換して3回計測検出をする。次いで、それぞれ
の計測検出から得られた3つの検出画像信号を数値化
し、コンピュータ内で以下の複素和を得ることになる。
In the case of such a complex signal detection method comprising three measurement detections (which can also be referred to as a three measurement detection method), the same optical system and the same sample are used, and only three types of apertures are used. A normal one, a π / 2 phase plate at the focal point, and a light shielding plate at the focal point) are prepared, and each diaphragm is replaced, for example, to perform measurement and detection three times. Next, the three detected image signals obtained from the respective measurement detections are digitized, and the following complex sum is obtained in the computer.

【0067】[0067]

【数16】 (Equation 16)

【0068】この複素和信号中の0次回折光(すなわち
1+i)を除くにはフーリエ変換し、原点を0化すれば
よい。しかし、一般にはZ(r)が正しい背景値を取る
ように、フーリエ変換の際、原点の値(0次回折光の
値)が調整される。最終的には、次式で示す純粋な複素
画像が取り出される。
In order to remove the 0th-order diffracted light (that is, 1 + i) in this complex sum signal, it is sufficient to perform Fourier transform and set the origin to zero. However, in general, the value of the origin (the value of the 0th-order diffracted light) is adjusted during Fourier transform so that Z (r) takes a correct background value. Finally, a pure complex image represented by the following equation is extracted.

【0069】[0069]

【数17】 [Equation 17]

【0070】上記の複素画像が得られたら、二次元の画
像表示として二つの方法が可能である。すなわち、次式
で表されるi)強度像、ii)位相像である。
Once the above complex image is obtained, two methods are available for displaying a two-dimensional image. That is, i) an intensity image and ii) a phase image represented by the following equations.

【0071】[0071]

【数18】 (Equation 18)

【0072】また、Re (Z)とIm (Z)をいろいろ
組み合わせ、情報抽出用の特別な画像を作ることもでき
る。 B)平行照射0次回折光と斜光照射散乱光との干渉によ
る周波数シフト複素画像信号検出 照射単色光が物体に斜めにあたるとき、または照射光が
平面波でないときは、0次回折光は後側焦点面の中心に
来ないので、0次回折光の操作は行うことができない。
そこで、この場合には、たとえば図2(a)(b)
(c)に例示したように、上述のA)と同様にして平行
照射光を物体に照射させると同時に、同一光源からの斜
光照射を物体に照射させるようにする。同時に与えられ
る平行照射光と斜光照射光による物体からの光信号は次
式のように表すことができる。
[0072] Moreover, various combinations of R e (Z) and I m (Z), it is also possible to make a special image for information extraction. B) Frequency shift complex image signal detection due to interference between parallel-irradiated 0th-order diffracted light and oblique-light-irradiated scattered light When the irradiated monochromatic light obliquely strikes an object or when the irradiated light is not a plane wave, the 0th-order diffracted light is reflected on the rear focal plane. Since it is not at the center, the operation of the zero-order diffracted light cannot be performed.
Therefore, in this case, for example, FIGS.
As illustrated in (c), parallel irradiation light is applied to the object in the same manner as in A), and oblique light irradiation from the same light source is applied to the object. The optical signal from the object by the parallel irradiation light and the oblique irradiation light which are given at the same time can be expressed by the following equation.

【0073】[0073]

【数19】 [Equation 19]

【0074】数19に示すように、画像信号には0次回
折光(数19中の1にあたる)は存在しないが、参照信
号には0次回折光が存在するので、画像信号とはこれと
の干渉を得ることができる。なお、数19では、両信号
間の相対位相差はないとしているが、実際には一定の位
相差があり、この位相差は再生画像の位相の不定さとし
て残る。
As shown in Expression 19, the image signal does not include the 0th-order diffracted light (corresponding to 1 in Expression 19), but the reference signal includes the 0th-order diffracted light. Can be obtained. Note that, in Equation 19, there is no relative phase difference between the two signals, but there is actually a constant phase difference, and this phase difference remains as an indefinite phase of the reproduced image.

【0075】数19におけるΣW の強度検出をし、さら
に下記の数20で示される二つの相補的信号Σw C とΣ
w S の強度検出をして、三つの強度値の複素和を取る
と、A)で述べたように、物体光の正しい複素信号が得
られる。
The intensity of Σ W in Equation 19 is detected, and two complementary signals Σ w C and Σ shown in Equation 20 below are obtained.
When the intensity of w S is detected and the complex sum of the three intensity values is calculated, a correct complex signal of the object light can be obtained as described in A).

【0076】[0076]

【数20】 (Equation 20)

【0077】三つの強度値の複素和は次式により与えら
れる。
The complex sum of the three intensity values is given by:

【0078】[0078]

【数21】 (Equation 21)

【0079】数21は、平行照射光像Z(r)と斜光照
射光像Zob(r)を含む。Z(r)は斜光照射をやめて
平行照射光のみをあてると、A)で述べたように1+i
+2Z(r)が得られるので、両者の差をとると数21
から除くことができる。なお、Zob(r)とZ(r)と
の関係は、斜光照射がx方向に傾いているとき次式で与
えられる。
Equation 21 includes the parallel irradiation light image Z (r) and the oblique light irradiation light image Z ob (r). When Z (r) stops oblique light irradiation and applies only parallel irradiation light, 1 + i as described in A)
+ 2Z (r) can be obtained.
Can be excluded from Note that the relationship between Z ob (r) and Z (r) is given by the following equation when oblique light irradiation is inclined in the x direction.

【0080】[0080]

【数22】 (Equation 22)

【0081】数22は、Zob(r)が空間周波数sin
θ/λで複素変調され、したがってxに対応する周波数
空間のkx軸方向にsinθ/λだけ周波数シフトした
ことを表している。この周波数シフトは、1/λで与え
られるAbbeの波長限界を超えて物体の微細構造を観
測する超分解能顕微鏡の基礎を与える。 C)相補対(Σ,Σc )を得るための参照光(信号)が
完全に直交していない場合における複素画像信号検出 ΣとΣc の相補対は、参照光(信号)の位相がπ/2ず
れ、直交するようにしなければならない。この参照光の
直交性が悪いとき、さらに強度が等しくないときの誤差
は以下のように補正することができる。
Equation 22 indicates that Z ob (r) is the spatial frequency sin
This indicates that the frequency is shifted by sin θ / λ in the kx-axis direction of the frequency space corresponding to x because of the complex modulation at θ / λ. This frequency shift provides the basis for a super-resolution microscope that observes the fine structure of objects beyond the Abbe wavelength limit given by 1 / λ. C) Complex image signal detection when the reference light (signal) for obtaining the complementary pair (Σ, Σ c ) is not completely orthogonal. The complementary pair of Σ and 、 c has the phase of the reference light (signal) of π. / 2 offset and orthogonal. The error when the orthogonality of the reference light is poor or when the intensities are not equal can be corrected as follows.

【0082】ここで、説明を簡単なものとするために、
1とiの参照光対の場合について説明する。なお、|Z
|<<1とする。
Here, in order to simplify the explanation,
The case of the reference light pair 1 and i will be described. | Z
| << 1.

【0083】[0083]

【数23】 (Equation 23)

【0084】[0084]

【数24】 (Equation 24)

【0085】[0085]

【数25】 (Equation 25)

【0086】[0086]

【数26】 (Equation 26)

【0087】[0087]

【数27】 [Equation 27]

【0088】数25と数26との複数和は、数24で示
される条件を考慮して演算すると、次式のように得られ
る。
The sum of a plurality of equations (25) and (26) is obtained by taking the conditions shown in equation (24) into consideration and calculating as follows.

【0089】[0089]

【数28】 [Equation 28]

【0090】このような演算では、aとθとについて予
め知識が必要である。完全にZを予測できる形の定まっ
た標準物体を用いて、
In such an operation, knowledge about a and θ is required in advance. Using a standard object whose shape can completely predict Z,

【0091】[0091]

【数29】 (Equation 29)

【0092】を予測するには、以下のようにする。aお
よびθは装置定数であるので、この決定は1回行えば良
い。既知Zを用いてZ+Z* を作り、数25から定数項
1を推定する。数26をその推定値で引くと次式が残
る。
In order to predict, the following is performed. Since a and θ are device constants, this determination need only be made once. Z + Z * is created using the known Z, and a constant term 1 is estimated from Equation 25. When Equation 26 is subtracted by the estimated value, the following equation remains.

【0093】[0093]

【数30】 [Equation 30]

【0094】Zが実数である場所の値を用いると、数3
0は、
Using the value of the place where Z is a real number,
0 is

【0095】[0095]

【数31】 (Equation 31)

【0096】となり、これを2Zで除すると、acos
θが得られる。Zが虚数である場所の値を用いると、数
30は、
Then, when this is divided by 2Z, a cos
θ is obtained. Using the value of the location where Z is an imaginary number,

【0097】[0097]

【数32】 (Equation 32)

【0098】となり、これを−2|Z|で除すると、a
sinθが得られる。数31および数32の結果から、
[(acosθ)2 +(asinθ)2 1/ 2 よりa
を、またcosθとisinθとの和から
When this is divided by -2 | Z |, a
sin θ is obtained. From the results of Equations 31 and 32,
[(Acosθ) 2 + (asinθ ) 2] 1/2 than a
From the sum of cos θ and isin θ

【0099】[0099]

【数33】 [Equation 33]

【0100】が得られる。以上のようにして、この発明
の複素画像検出方法によって、試料の実数成分信号およ
び虚数成分信号からなる複素画像信号、つまり物体本来
の像を検出することができる。 D)回折像における複素画像信号検出 回折像の場合、結像用のレンズを用いないので、そのま
までは0次回折光(つまり透過照射光)が高次の回折光
(つまり物体光)と干渉しない。
Is obtained. As described above, according to the complex image detection method of the present invention, a complex image signal composed of a real component signal and an imaginary component signal of a sample, that is, an original image of an object can be detected. D) Detection of Complex Image Signal in Diffraction Image In the case of a diffraction image, since no imaging lens is used, the 0th-order diffracted light (that is, transmitted irradiation light) does not interfere with higher-order diffracted light (that is, object light) as it is.

【0101】このような透過照射光と物体光との非干渉
の問題は、たとえば外部から斜入射される参照光を用い
て回折像を得る公知のoff−axisホログラフィー
により解消されている。しかしながら、このoff−a
xisホログラフィーにおいて得られるホログラムは回
折像の実数成分であり、虚数成分を得ることはできてい
ない。そこで、実数成分と虚数成分とを検出する試み
が、様々な方法、たとえば2回測定検出法や焦点面での
光学操作法などによって行われてきたが、どの方法も2
回の測定検出を実数的に組み合わせ(つまり実数和)て
おり、実現されてない。この従来からの方法はいわば実
数ホログラフィーである。
The problem of non-interference between the transmitted irradiation light and the object light has been solved by, for example, the well-known off-axis holography that obtains a diffraction image using reference light obliquely incident from the outside. However, this off-a
The hologram obtained in xi holography is a real component of a diffraction image, and an imaginary component cannot be obtained. Therefore, attempts to detect the real component and the imaginary component have been made by various methods, for example, a double measurement detection method and an optical operation method on a focal plane.
The number of measurement detections is combined in real numbers (that is, sum of real numbers), and is not realized. This conventional method is so-called real holography.

【0102】この発明の複素信号検出方法は、このよう
な回折像の実数成分および虚数成分の検出、つまり複素
信号の検出を実現させることができる。ここでは、この
発明の方法によるX線結晶の回折像における複素信号検
出について説明する。X線は電子線やレーザ光に比べて
電磁波のコヒーレンスが悪いので、本質的に外部からの
参照光を用いることができないため、A)で述べたよう
な透過光と回折光との干渉を作る特別の工夫が必要とな
る。すなわち、図3に例示したようなレンズを用いた光
学系を使うことになる。回折像の複素再生の場合、レン
ズ(図3の例では複合レンズ)は物体(図3の例では結
晶)の後方ではなく前方に置かれる。
The complex signal detection method of the present invention can realize detection of such real and imaginary components of a diffraction image, that is, detection of a complex signal. Here, detection of a complex signal in a diffraction image of an X-ray crystal by the method of the present invention will be described. X-rays have lower coherence of electromagnetic waves than electron beams and laser beams, and therefore cannot essentially use external reference light, so that interference between transmitted light and diffracted light as described in A) occurs. Special devices are required. That is, an optical system using a lens as illustrated in FIG. 3 is used. In the case of complex reconstruction of a diffracted image, the lens (complex lens in the example of FIG. 3) is placed in front of the object (crystal in the example of FIG. 3) instead of behind.

【0103】図3(a)(b)(c)は、各々、この発
明の複素信号検出方法を用いた回折像実数成分検出光学
系、回折像虚数成分検出光学系、そして回折像二乗信号
検出光学系の要部構成を例示したものである。図3
(b)および(c)の光学系それぞれにおいてレンズの
前に置かれるπ/2位相板および遮光板は、光学系を全
て同一に保ったまま交換される。そして、これら三つの
光学系により得られた三つの画像の複素和を取って回折
像の複素信号を得る。
FIGS. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) show a diffraction image real component detection optical system, a diffraction image imaginary component detection optical system, and a diffraction image square signal detection, respectively, using the complex signal detection method of the present invention. 2 illustrates an example of a configuration of a main part of an optical system. FIG.
In each of the optical systems (b) and (c), the π / 2 phase plate and the light shielding plate placed in front of the lens are replaced while keeping all the optical systems the same. Then, a complex sum of the three images obtained by these three optical systems is obtained to obtain a complex signal of the diffraction image.

【0104】ここで、図3(a)の回折像実数成分検出
光学系を用いて、結晶からくる末広がりの回折光と干渉
し得るコヒーレントで、且つ末広がりの参照信号の作成
メカニズムについて説明する。レンズは、中心付近の非
レンズ域と周辺のレンズ域からなる。結晶からの回折信
号は中心の非レンズ域を通った平行照射光からもたらさ
れ、それが回折像を与える。一方、参照信号は、平行照
射光の周辺によりレンズ域を通り、結晶の置かれたレン
ズ焦点に向かい収束する。レンズの働きで中心の非レン
ズ域を通った平行光も、周辺のレンズ域を通った平行光
も、焦点のところでちょうど位相がそろっていること
が、この光学系の特徴である。
Here, a mechanism for generating a coherent and divergent reference signal that can interfere with the divergent diffracted light coming from the crystal using the diffracted image real number component detection optical system of FIG. 3A will be described. The lens consists of a non-lens area near the center and a lens area near the center. The diffraction signal from the crystal results from parallel illumination through a central non-lens area, which gives a diffraction image. On the other hand, the reference signal passes through the lens area around the parallel irradiation light and converges toward the lens focal point where the crystal is placed. The feature of this optical system is that both the parallel light passing through the central non-lens area and the parallel light passing through the peripheral lens area have the same phase at the focal point due to the function of the lens.

【0105】ここで、回折像面上の任意点r’=
(x’,y’)における回折像をZ(r’)とする。周
辺レンズ域を通り結晶に収束し、通過する参照光は、回
折像面において次式で与えられる信号となる。
Here, an arbitrary point r ′ =
Let the diffraction image at (x ′, y ′) be Z (r ′). The reference light that converges on the crystal through the peripheral lens area and passes therethrough becomes a signal given by the following equation on the diffraction image plane.

【0106】[0106]

【数34】 (Equation 34)

【0107】この数34において、θk (r')は、焦点か
ら到達する光信号の回折像面上での位相差を表してい
る。σR は、末広がりの参照光が結晶にあたり散乱され
る散漫散乱であり、
In Expression 34, θ k (r ′) represents the phase difference of the optical signal arriving from the focal point on the diffraction image plane. σ R is diffuse scattering in which the divergent reference light hits the crystal,

【0108】[0108]

【数35】 (Equation 35)

【0109】に比べ極めて弱い。また、数34では、|
r'|<fの近軸光を考え、回折像面上の点から焦点への
距離はほぼ一定とした。θk (r')を考慮すると、平行光
が作る回折光も同様に、
It is extremely weak as compared with the above. In equation 34, |
Considering paraxial light of r ′ | <f, the distance from a point on the diffraction image plane to the focal point was set substantially constant. Considering θ k (r '), the diffracted light generated by the parallel light

【0110】[0110]

【数36】 [Equation 36]

【0111】の形となる。したがって、これと参照光と
の干渉(和)の二乗信号、つまり回折像の実数成分検出
信号は、次式のようになる。
[0111] Therefore, the square signal of the interference (sum) between this and the reference light, that is, the real number component detection signal of the diffraction image is represented by the following equation.

【0112】[0112]

【数37】 (37)

【0113】この数37の信号ΣD ΣD * において、σ
R は散漫散乱であり、その強度|σ R |は|Z(r')|よ
り小さいので、|σR 2
The signal of equation 37DΣD *At σ
RIs diffuse scattering, and its intensity | σ R| Is | Z (r ') |
ΣR|TwoAnd

【0114】[0114]

【数38】 (38)

【0115】の項は無視されている。次に、回折像の虚
数成分を検出するために、図3(b)および(c)に例
示したように、π/2位相板もしくは遮光板を複合レン
ズのレンズ域の前に設置させ、参照光の位相をπ/2に
ずらす、もしくは遮光する。これにより回折像の虚数成
分検出(ΣD c )と回折像の二乗検出(ΣD s )は、次
式のようになる。
The term is ignored. Next, in order to detect an imaginary component of the diffraction image, as shown in FIGS. 3B and 3C, a π / 2 phase plate or a light shielding plate is set in front of the lens area of the compound lens, and The phase of the light is shifted to π / 2 or the light is shielded. Accordingly imaginary component detection of a diffraction image (sigma D c) and the diffraction image square detection (sigma D s) is expressed by the following equation.

【0116】[0116]

【数39】 [Equation 39]

【0117】そして、数37の実数成分強度値と、数3
9の虚数成分強度値と、二乗信号値との複素和を取る。
この複素和は次式で与えられる。
Then, the real component intensity value of Expression 37 and Expression 3
The complex sum of the imaginary component intensity value of 9 and the squared signal value is calculated.
This complex sum is given by the following equation.

【0118】[0118]

【数40】 (Equation 40)

【0119】この数40より、図3に例示したこの発明
の複素信号検出方法における三計測検出法(前述した三
つの計測検出を用いた場合)を用いれば回折像が複素信
号として取り出せることがわかる。1+iの定数項は、
Z(r’)のフーリエ変換により顕微画像の場合と同様
に補正できる。数40を導くときに仮定した|σR |<
|Z(r' )|<1の関係は通常のX線結晶解析、微結
晶を用いる光結晶解析において満たされている。
From this equation (40), it can be understood that a diffraction image can be extracted as a complex signal by using the three measurement detection method (in the case of using the three measurement detections described above) in the complex signal detection method of the present invention illustrated in FIG. . The constant term of 1 + i is
The correction can be performed in the same manner as in the case of the microscopic image by the Fourier transform of Z (r '). | Σ R | <assumed when deriving Equation 40
The relationship | Z (r ′) | <1 is satisfied in ordinary X-ray crystallography and photocrystal analysis using microcrystals.

【0120】図3において結晶直前に対置した絞りは、
複合レンズ系の迷光を防ぐためのものであり、特にX線
結晶解析のときは有効である。また、複合レンズの作成
法であるが、可視光の場合は通常レンズの中心付近を平
行に研磨すればよい。電子線については、小さな電場型
の薄膜レンズを凹レンズとして電磁レンズの中心に置け
ばよい。X線については、フレネル型レンズの場合、中
心の何10枚かの輪帯を抜けばよい。また、Wolte
rタイプの全反射レンズを用いる場合は、光軸近傍が自
動的に無反射の非レンズ域となっているので、そのまま
この発明における複合レンズとして利用できる。
In FIG. 3, the diaphragm immediately before the crystal is
This is for preventing stray light of the compound lens system, and is particularly effective for X-ray crystal analysis. In addition, as a method of producing a compound lens, in the case of visible light, it is usually sufficient to polish the vicinity of the center of the lens in parallel. Regarding the electron beam, a small electric field type thin film lens may be placed as a concave lens at the center of the electromagnetic lens. With respect to X-rays, in the case of a Fresnel type lens, it is sufficient to pass through dozens of annular zones at the center. Also, Wolte
When an r-type total reflection lens is used, the vicinity of the optical axis automatically becomes a non-reflective non-lens area, and thus can be used as it is as a compound lens in the present invention.

【0121】iii)π/2位相板の具体的要件 光学顕微鏡では公知のゼルニケの位相差顕微鏡でπ/2
位相板が使われている。しかし、光学顕微鏡は、分解能
向上のため平行照射せずにコニカル(つまり円錐型)照
射光を用いるので、0次回折光が後側焦点面でリング状
に広がり、位相板は、やはりリングの形態を取る。
Iii) Specific requirements for the π / 2 phase plate [0121] For an optical microscope, a known Zernike phase-contrast microscope uses π / 2.
A phase plate is used. However, since the optical microscope uses conical (that is, conical) irradiation light without parallel irradiation to improve the resolution, the 0th-order diffracted light spreads in a ring shape on the rear focal plane, and the phase plate also has a ring shape. take.

【0122】位相差顕微鏡は、吸収が弱いが屈折率が1
と異なる物質の観察を行うため、0次回折光に対し位相
をπ/2ずらし、虚数信号である位相差を実数に変換し
て観測していた。ただし、吸収がある場合では、後述す
る数48に示すように像は単純に位相差だけの関数では
ない。また、透過光が強い背景光となり、この上に像の
位相が背景光からの位相の差としてコントラストに変換
される。すなわち、吸収成分、位相成分、透過光成分の
全てが不分離である。
The phase contrast microscope has a weak absorption but a refractive index of 1
In order to observe a substance different from that described above, the phase is shifted by π / 2 with respect to the 0th-order diffracted light, and the phase difference, which is an imaginary signal, is converted to a real number and observed. However, when there is absorption, the image is not simply a function of the phase difference, as shown in Expression 48 below. Further, the transmitted light becomes strong background light, on which the phase of the image is converted into a contrast as a phase difference from the background light. That is, the absorption component, the phase component, and the transmitted light component are all inseparable.

【0123】この発明の方法では、こうした複雑な事情
を明確にし、実数画像に対する虚数画像を誤差少なく取
り出すために、平行照射により0次回折光を後側焦点面
の極限的に狭い空間に焦光させ(焦点のこと)、その部
分のみを小さいπ/2位相板で覆うことで、0次回折光
以外の散乱光に影響を与えないようにしている。このた
め、π/2位相板の大きさは平行照射の平行性(コヒー
レンス)が良い限り、観察する物体より1/10〜1/
100の大きさに取り得るので、他の物体からの散乱光
に影響を与えない。
In the method of the present invention, in order to clarify such a complicated situation and take out the imaginary image with respect to the real number image with less error, the zero-order diffracted light is focused on an extremely narrow space of the rear focal plane by parallel irradiation. By covering only that part with a small π / 2 phase plate, the scattered light other than the zero-order diffracted light is not affected. Therefore, as long as the parallelism (coherence) of the parallel irradiation is good, the size of the π / 2 phase plate is 1/10 to 1/1 / that of the object to be observed.
Since it can be as large as 100, it does not affect the scattered light from other objects.

【0124】この際、図4に例示したように、透過収束
光間にはπ/2位相板を通る行路に少しの差が生じ、こ
れが実数像と虚数像の直交性を悪くすることが考えられ
る。光束を2d、焦点距離をfとすると、レンズに垂直
に通る光路と斜めに通る光路では、次式程度の角度差が
生じる。
At this time, as illustrated in FIG. 4, there is a slight difference in the path passing through the π / 2 phase plate between the transmitted convergent lights, which may degrade the orthogonality between the real number image and the imaginary number image. Can be Assuming that the light flux is 2d and the focal length is f, there is an angle difference between the optical path perpendicular to the lens and the optical path oblique to the following equation.

【0125】[0125]

【数41】 [Equation 41]

【0126】これが両者のπ/2位相板内の光路差を与
えるが、それはπ/2を1/cosΔθ程度大きくする
働きとなる。これを近似すると垂直光路と斜め光路との
差は、次式のようになる。
This gives an optical path difference between the two π / 2 phase plates, which serves to increase π / 2 by about 1 / cos Δθ. When this is approximated, the difference between the vertical optical path and the oblique optical path is as follows.

【0127】[0127]

【数42】 (Equation 42)

【0128】たとえばΔθ=1/10なら、これは誤差
1/100を与えるにすぎない。次に、電子線、レーザ
光のような強力な透過光の通過によるπ/2位相板への
ダメージを回避する方法について説明する。このような
ダメージは、たとえば図5に例示したように、π/2位
相板を照射透過光ではなく散乱光側に入れることにより
回避することができる。
If, for example, Δθ = 1/10, this only gives an error of 1/100. Next, a method for avoiding damage to the π / 2 phase plate due to the passage of strong transmitted light such as an electron beam or a laser beam will be described. Such damage can be avoided by, for example, putting the π / 2 phase plate on the scattered light side instead of the irradiated transmitted light as illustrated in FIG.

【0129】すなわち、弱い散乱光側にπ/2位相板を
入れて位相をπ/2ずらし、強い透過光を、実数像観察
と同じく、そのまま焦点面通過させれば良い。これによ
って、Σc は次式のようになるが、その強度値は通常の
図1(b)の場合と同じようになる。
That is, the phase may be shifted by π / 2 by inserting a π / 2 phase plate on the side of the weak scattered light, and the strong transmitted light may be passed through the focal plane as it is in the real image observation. As a result, Σ c is given by the following equation, but its intensity value is the same as that in the normal case of FIG.

【0130】[0130]

【数43】 [Equation 43]

【0131】この場合、複素和は次式に示したように複
素差となる。
In this case, the complex sum becomes a complex difference as shown in the following equation.

【0132】[0132]

【数44】 [Equation 44]

【0133】以下は前に述べた手続きと同じである。 iv)この発明の複素信号検出方法を用いた複素電子顕
微鏡における収差補正前述したように、電子顕微鏡のみ
ならず各種顕微鏡の画像には、レンズ系特有の収差とピ
ントズレとによる、ボケが生じてしまう。このことを、
電子顕微鏡では、像関数にコントラスト伝達関数がかか
ると表現する。ただし、このコントラスト伝達関数は、
画像をフーリエ変換したいわゆる波数ベクトル空間(k
空間)において、像関数に乗算されるため、一般に大変
分かりにくい。このことが、電子顕微鏡の原理の理解を
困難なものにし、分解能改善を妨げる一因となってい
た。コントラスト伝達関数は、一見、電子顕微鏡という
ハードウェアに由来する固有の問題に見えるが、実際
は、従来の光学測定の欠陥、つまり電磁波を正しく複素
信号として検出できなかったことに由来する。
The following is the same as the procedure described above. iv) Aberration correction in a complex electron microscope using the complex signal detection method of the present invention As described above, blurring occurs due to aberrations peculiar to the lens system and out-of-focus in images of various microscopes as well as the electron microscope. . This
In an electron microscope, it is expressed that a contrast transfer function is applied to an image function. However, this contrast transfer function is
A so-called wave number vector space (k
In space, the image function is multiplied, so that it is generally very difficult to understand. This has made it difficult to understand the principle of the electron microscope, and has been a factor that hinders improvement in resolution. At first glance, the contrast transfer function appears to be an inherent problem derived from hardware such as an electron microscope, but in fact, it is derived from a defect in the conventional optical measurement, that is, an electromagnetic wave cannot be correctly detected as a complex signal.

【0134】そこで、この発明の複素信号検出方法によ
り、上述のコントラスト伝達関数の問題を解消し、電子
顕微鏡の分解能の改善を行う。まず、単色性のよい電子
線を平行照射(平面波と同じ)した後の試料からの散乱
電子の波動関数は、次式で表すことができる。
Therefore, the problem of the above-described contrast transfer function is solved by the complex signal detection method of the present invention, and the resolution of the electron microscope is improved. First, the wave function of the scattered electrons from the sample after the parallel irradiation of an electron beam having good monochromaticity (same as a plane wave) can be expressed by the following equation.

【0135】[0135]

【数45】 [Equation 45]

【0136】電子顕微鏡は多重散乱を防ぐために薄い試
料が用いられる。このため物体から散乱されずに透過す
る透過光(入射電子線そのもの)があり、数45におけ
る散乱電子波は、この透過光を用いて数5における複素
信号と同様に、次式で表される。ただし、物体関数z
(r)は最終的に像関数Z(r)に変換されるべき物の
光学的性質をあらわしている。また、|z|≪1の仮定
を行っているが、すでに述べたようにこの発明の複素信
号検出方法における三計測検出法ではこの条件は除か
れ、あらゆる光学対象に対し応用可能となる。
An electron microscope uses a thin sample to prevent multiple scattering. Therefore, there is transmitted light (incident electron beam itself) that is transmitted without being scattered from the object, and the scattered electron wave in Equation 45 is expressed by the following equation using this transmitted light, similarly to the complex signal in Equation 5: . Where the object function z
(R) represents the optical properties of the object to be finally converted to the image function Z (r). Although the assumption of | z | ≪1 is made, as described above, in the three-measurement detection method of the complex signal detection method of the present invention, this condition is removed, and the present invention can be applied to any optical object.

【0137】[0137]

【数46】 [Equation 46]

【0138】この散乱電子波、つまり散乱光は、対物レ
ンズで集光されて結像されるが、レンズ後側の焦点面で
は物体の回折像、すなわちフーリエ変換像ができている
ので、ここに絞りを置く。また、光路長の定まった光学
系では、像のピント合わせは焦点距離を調節して行う
が、この焦点位置の絞り固定面からのずれをデフォーカ
ス量として定義する。
The scattered electron wave, that is, the scattered light is condensed by the objective lens to form an image. On the focal plane behind the lens, a diffraction image of the object, that is, a Fourier transform image is formed. Put aperture. In an optical system having a fixed optical path length, image focusing is performed by adjusting the focal length. The shift of the focal position from the stop fixing surface is defined as a defocus amount.

【0139】散乱光ψ(r)のフーリエ変換O(k)
は、近似の範囲で次式のように表される。
The Fourier transform O (k) of the scattered light ψ (r)
Is expressed in the approximate range as follows.

【0140】[0140]

【数47】 [Equation 47]

【0141】ψ(r)の中のψ0 は、定数項であり、強
度検出のときに1(ψ0 ψ0 * =1)となるので、ここ
では省略した。この関数O(k)(以後、k空間の物体
関数と呼ぶ)に、前述した絞り、収差、およびデフォー
カス由来の関数がかかる。絞り、収差、およびデフォー
カスは全て、電子波の位相のずれ、もしくはそれらの積
分に由来する波数ベクトルの減衰効果として、次式のよ
うに表すことができる。
[0141] [psi [psi 0 in (r) is a constant term, since a 1 (ψ 0 ψ 0 * = 1) when the intensity detection, omitted here. The function derived from the aperture, aberration, and defocus described above is applied to this function O (k) (hereinafter, referred to as an object function in k space). Aperture, aberration, and defocus can all be expressed as the following equation as a shift of the phase of an electron wave or an attenuation effect of a wave vector resulting from integration thereof.

【0142】[0142]

【数48】 [Equation 48]

【0143】ここで、exp[ε(k)]が絞り、色収
差、光源の広がりからくる波数ベクトルの制限、すなわ
ち分解能の制限であり、一般に、kの単調減少関数であ
る。また、exp[iγ(k)]は、球面収差、コマ収
差、デフォーカスに由来するkに依存した位相シフト効
果である。H(k)は、光学顕微鏡では物体伝達関数
(OTF)と呼ばれている。
Here, exp [ε (k)] is the limitation of the wave vector due to the aperture, chromatic aberration, and spread of the light source, that is, the limitation of the resolution, and is generally a monotonically decreasing function of k. Exp [iγ (k)] is a phase shift effect dependent on k derived from spherical aberration, coma, and defocus. H (k) is called an object transfer function (OTF) in an optical microscope.

【0144】球面収差とデフォーカスのみを考慮した場
合、数48は、次式のような仮定をすることができる。
When only spherical aberration and defocus are considered, Equation 48 can be assumed as in the following equation.

【0145】[0145]

【数49】 [Equation 49]

【0146】Ks は、電子波の波数k0 と球面収差によ
って一意的に定まり、Kd は、波数k0 とデフォーカス
によって一意的に定まる(図6参照)。図6は、exp
[iγ(k)]の位相γ(k)、実部=cos(γ
(k))=−2sinγ(k)、および虚部=sir
(γ(k))=−2cosγ(k)の波数k(つまり2
次元波数ベクトルの絶対値)依存性を例示したものであ
る。なお、図6では、波数kは正規化した波数を用いて
いる。
K s is uniquely determined by the wave number k 0 and the spherical aberration of the electron wave, and K d is uniquely determined by the wave number k 0 and defocus (see FIG. 6). FIG.
[Iγ (k)] phase γ (k), real part = cos (γ
(K)) = − 2 sin γ (k) and imaginary part = sir
(Γ (k)) = − 2 cosγ (k) wave number k (that is, 2
This is an example of the (absolute value of a dimensional wave number vector) dependency. In FIG. 6, the wave number k uses a normalized wave number.

【0147】この図6において、各値は次式のように表
される。
In FIG. 6, each value is represented by the following equation.

【0148】[0148]

【数50】 [Equation 50]

【0149】対物レンズの結像、すなわち物体の再生像
関数は、O(k)にH(k)がかけられたものをもう一
回フーリエ変換して得られる。つまり、次式で与えられ
る。
The image formation of the objective lens, that is, the reproduced image function of the object is obtained by subjecting O (k) to H (k) to another Fourier transform. That is, it is given by the following equation.

【0150】[0150]

【数51】 (Equation 51)

【0151】ここで、mは倍率であり、符号は像が逆転
することを示している。再生像ψi は、種々の画像記録
装置に像として記録および保管されるが、検出される像
は強度値に対応して次式の形を取る。
Here, m is a magnification, and the sign indicates that the image is reversed. Reproduced image [psi i, which is recorded and stored as an image in various image recording apparatus, an image to be detected is in the form of the following equation in response to the intensity value.

【0152】[0152]

【数52】 (Equation 52)

【0153】上式を含め以後、倍率mおよび像の逆転は
考慮せずに、物体関数z(r)と像関数Z(r)の関係
を考える。ψi 自体は、元来、複素信号だが、前述した
ように、強度値検出により得られるものはその実部であ
る(数7参照)。数47のO(k)および数48におけ
るH(k)を数40に入れ、フーリエ変換を実行する
と、像関数I(r)は、(k空間の掛け算は実空間でコ
ンボリューションになるというフーリエ変換の定石か
ら、)次式のように表される(数7参照)。
Hereinafter, the relationship between the object function z (r) and the image function Z (r) will be considered without considering the magnification m and the inversion of the image. [psi i itself originally but complex signal, as described above, (see Equation 7) that is a real part that obtained by the intensity values detected. When O (k) in Equation 47 and H (k) in Equation 48 are put in Equation 40 and a Fourier transform is performed, the image function I (r) becomes (Fourier that multiplication in k space becomes convolution in real space). From the formula of conversion, it is expressed by the following equation (see Equation 7).

【0154】[0154]

【数53】 (Equation 53)

【0155】上式において、cosγ(k)およびsi
nγ(k)は電子顕微鏡でのコントラスト伝達関数(C
TF)の実部と虚部である。また、|z|2 の項は省略
した(以下同じ)。このI(r)は、物体が生物試料の
ように透明な場合には、|α|<<|β|であるため、
さらに次式で表される。
In the above equation, cosγ (k) and si
nγ (k) is the contrast transfer function (C
TF) are the real and imaginary parts. The term | z | 2 is omitted (the same applies hereinafter). This I (r) is | α | << | β | when the object is transparent like a biological sample.
Further, it is expressed by the following equation.

【0156】[0156]

【数54】 (Equation 54)

【0157】この場合、sinγ(k)は、図6(c)
に例示したように、k=0付近で0、且つkの大きい所
で激しく振動して、像の再生に極めて不都合な関数であ
る。特に、sinγ(k)=0となる付近では本質的に
像情報が失われているために、再生像をフーリエ変換し
H(k)の乗算を除算で補正しようとしても像情報を復
活できないということになる(0で割れない)。
In this case, sinγ (k) is calculated as shown in FIG.
As shown in the example, the function vibrates violently at 0 where k = 0 and where k is large, which is extremely inconvenient for image reproduction. In particular, since image information is essentially lost near sinγ (k) = 0, even if an attempt is made to perform a Fourier transform on the reproduced image and correct the multiplication of H (k) by division, the image information cannot be restored. (It does not break at 0).

【0158】これは、複素分光の原理を用いて複素画像
を作ることにより回避することができる。すなわち、H
(k)の一部が乗算された数53または数54の像関数
I(r)の形ではなく、H(k)がそのまま乗算された
再生像を作る必要がある。この方法は、すでに述べた
が、画像の虚数成分を、実数成分とは別に、検出し、実
数成分と虚数成分との複素和を取る方法である。すなわ
ち、数46のなかの透過光1の部分をπ/2位相板を用
いてiに変換した散乱電子波を取れば良い。
This can be avoided by creating a complex image using the principle of complex spectroscopy. That is, H
It is necessary to create a reconstructed image in which H (k) is multiplied as it is, instead of the image function I (r) of Equation 53 or Equation 54 in which a part of (k) is multiplied. As described above, this method is a method of detecting an imaginary component of an image separately from a real component, and taking a complex sum of the real component and the imaginary component. That is, the scattered electron wave obtained by converting the portion of the transmitted light 1 in Expression 46 into i using the π / 2 phase plate may be obtained.

【0159】この散乱電子波は次式により表される。The scattered electron wave is represented by the following equation.

【0160】[0160]

【数55】 [Equation 55]

【0161】この電子波の与える画像Ic (r)は最終
的に次式により与えられる。
The image I c (r) given by the electron wave is finally given by the following equation.

【0162】[0162]

【数56】 [Equation 56]

【0163】今まで|z|2 の項を無視したが、この発
明の複素信号検出方法における三計測検出法では、図1
(c)に示したような二乗信号検出Is (r) を行い、そ
れとI(r)、I c (r) との複素和をとることにより、|z
2 の項を引くことができる。したがって、最終的な複
素画像は、
Although the term of | z | 2 has been neglected so far, in the three-measurement detection method of the complex signal detection method of the present invention, FIG.
The square signal detection I s (r) as shown in (c) is performed, and a complex sum of the square signal detection I s (r) and I c (r) is obtained.
| 2 can be subtracted. Therefore, the final complex image is

【0164】[0164]

【数57】 [Equation 57]

【0165】となる。この式をフーリエ変換し、exp
(−iγ(k))を乗算すると次式が得られる。
Is obtained. This equation is Fourier transformed and exp
Multiplying by (−iγ (k)) gives the following equation.

【0166】[0166]

【数58】 [Equation 58]

【0167】上記の演算は、本質的にcosγ(k)と
sinγ(k)との掛け算であり、除算でないので、0
点問題は起こらない。数58の第1項(1+i)δ
(k)exp(−iγ(k))はk=0に集中する関数
なのでそれを0と置くことができる。さらにexp(ε
(k))の減衰項を処理すれば、収差は完全に除かれる
こととなる。結局残るのはO(k)exp(ε(k))
の項で、このフーリエ変換が複素画像Z(r)を与える
ことになる。exp(ε(k))が分解能を定めるが、
最も大きく寄与するのが絞り、すなわち開口数である。
コントラスト伝達関数exp[iγ(k)]の影響を除
くことのできる本発明の方法は、従来の電子顕微鏡がk
の高い値で激しく振動するsinγ(k)のCTFを恐
れて絞りを小さく取り、対物レンズの開口数を0.01
〜0.001にしていたのに比べ、その効果を除けるの
で開口数を0.1程度にまで高められる。顕微鏡では開
口数の逆数が分解能に比例するので従来と比べて10倍
程度の分解能を達成できることになる。また、開口数が
10倍になれば、それだけ多くの電子散乱波を集められ
るので、コントラストは自動的に改善される。
The above operation is essentially a multiplication of cosγ (k) and sinγ (k), and is not division.
No point problems occur. The first term (1 + i) δ in Expression 58
(K) Since exp (−iγ (k)) is a function concentrated on k = 0, it can be set to 0. Further, exp (ε
If the attenuation term of (k)) is processed, the aberration will be completely removed. What remains after all is O (k) exp (ε (k))
, This Fourier transform will give the complex image Z (r). exp (ε (k)) determines the resolution,
The largest contributor is the aperture, that is, the numerical aperture.
The method of the present invention, which can eliminate the influence of the contrast transfer function exp [iγ (k)], uses a conventional electron microscope in which k
The aperture is set small, and the numerical aperture of the objective lens is reduced to 0.01 because of fear of CTF of sinγ (k) vibrating violently at a high value of
Since the effect can be eliminated as compared with the case where it is set to ~ 0.001, the numerical aperture can be increased to about 0.1. In a microscope, since the reciprocal of the numerical aperture is proportional to the resolution, it is possible to achieve about 10 times the resolution as compared with the conventional one. When the numerical aperture is increased by a factor of ten, more electron scattered waves can be collected, so that the contrast is automatically improved.

【0168】図7は、この発明の複素信号検出方法を用
いて複素電子顕微鏡の画像形成と画像再生のシミュレー
ションの流れおよび結果像を例示したものである。この
発明では、光学における回折現象はレンズ系を使った場
合にフーリエ変換という数値計算に置き換えることがで
きるという原理を使っている。このため、現実の装置を
作る前に種々の光学計測検出を計算機を用いてシミュレ
ートできる。
FIG. 7 exemplifies a flow of a simulation of image formation and image reproduction of a complex electron microscope using the complex signal detection method of the present invention and a result image. The present invention uses the principle that the diffraction phenomenon in optics can be replaced by a numerical calculation called Fourier transform when a lens system is used. For this reason, various optical measurement detections can be simulated using a computer before the actual device is manufactured.

【0169】このシミュレーションは次のように行っ
た。まず、一枚のポートレートを用意し、二次元像z
(r)をディジタル信号としてコンピュータに読み取
る。これは実数信号なので、この実数像を、完全な位相
物体を仮定して複素物体関数eiZ(r) に変換する。これ
は物体からの位相おくれがポートレートのような空間分
布をしていることを意味している。ここで、この発明の
方法が強い光学体(吸収、位相)にも適用できことを示
すために、位相おくれの最大値πを最も暗い部分に対応
させた。
The simulation was performed as follows. First, one portrait is prepared and a two-dimensional image z
(R) is read by a computer as a digital signal. Since this is a real number signal, this real number image is converted into a complex object function e iZ (r) assuming a perfect phase object. This means that the phase shift from the object has a spatial distribution like a portrait. Here, in order to show that the method of the present invention can be applied to a strong optical body (absorption, phase), the maximum value π of the phase shift is made to correspond to the darkest part.

【0170】この位相物体を仮定した複素物体関数e
iZ(r) にフーリエ変換を施すことによりk空間物体関
数、つまり回折像を得て、得られたk空間像にCTFを
かけてk空間CTF変調像を得る。このk空間CTF変
調像に、プレートなしの場合のフーリエ変換、位相板あ
りの場合のフーリエ変換、遮光板ありの場合のフーリエ
変換を施す。
Complex object function e assuming this phase object
By performing a Fourier transform on iZ (r) , a k-space object function, that is, a diffraction image is obtained, and the obtained k-space image is subjected to CTF to obtain a k-space CTF modulated image. The k-space CTF modulated image is subjected to Fourier transform without a plate, Fourier transform with a phase plate, and Fourier transform with a light shield plate.

【0171】ここまでが、三つの計測検出による三つの
像形成過程に対応するシミュレーションであり、図7に
おける中段の画像(a)(b)(c)がそれぞれ得られ
たシミュレーション像、つまり図1(a)(b)(c)
で得られる画像である。このときの画像シミュレーショ
ンのパラメータは
Up to this point, the simulation corresponding to the three image forming processes based on the three measurement detections has been described. The simulation images in which the images (a), (b), and (c) at the middle stage in FIG. (A) (b) (c)
Is an image obtained by The parameters of the image simulation at this time are

【0172】[0172]

【数59】 [Equation 59]

【0173】とした。図6に例示したように、正規化さ
れたデフォーカス
[0173] As illustrated in FIG. 6, normalized defocus

【0174】[0174]

【数60】 [Equation 60]

【0175】のときはシェルツァーフォーカス(Scherze
r Focus)と呼ばれる。図6(b)の位相CTFから明ら
かなように、kの小さいところでは、広い範囲にわたり
CTFが一定値(ほぼ−2)をとり、画像に与える変調
の度合いが小さい。これはシェルツァーにより見出され
た("The Theoretical Resolution Limit of the Elect
ron Microscopy", O.Scherzer,Journal Applied Physic
s 20(1949) 20-29) 。一般には、さらに
In the case of (Scherze Focus)
r Focus). As is clear from the phase CTF in FIG. 6B, at a small k, the CTF takes a constant value (approximately −2) over a wide range, and the degree of modulation applied to the image is small. This was found by Scherzer ("The Theoretical Resolution Limit of the Elect
ron Microscopy ", O. Scherzer, Journal Applied Physic
s 20 (1949) 20-29). In general,

【0176】[0176]

【数61】 [Equation 61]

【0177】の大きい深いデフォーカス、たとえば9/
√(2π)が使われる。これによりkの原点付近でCT
Fが急に立ち上がり、物の形を決める低周波数の信号が
回復する。このため、このシミュレーションでは、
A large deep defocus, for example, 9 /
√ (2π) is used. This allows CT near the origin of k
F rises abruptly, and the low-frequency signal that determines the shape of the object recovers. Therefore, in this simulation,

【0178】[0178]

【数62】 (Equation 62)

【0179】としている。このようにして得られた三つ
の実数像は、原二次元像Z(r)とはコントラストも異
なり、また境界がCTFの変調のためボケている。次い
で、これら三つの実数像から数55に従って複素和をと
り、これにフーリエ変換を施した後、得られたk空間C
TF変調像にすでにわかっているCTFの逆数(インバ
ースフィルター)、つまり
[0179] The three real number images thus obtained have different contrasts from the original two-dimensional image Z (r), and the boundaries are blurred due to CTF modulation. Next, after taking a complex sum from these three real images according to Equation 55 and applying a Fourier transform to them, the obtained k-space C
The reciprocal (inverse filter) of CTF already known in the TF modulation image, that is,

【0180】[0180]

【数63】 [Equation 63]

【0181】をかけることにより、CTFの変調を消去
して収差とデフォーカスを補正し、且つ再度フーリエ変
換を施すことにより、CTF無変調像を得る。そして、
このCTF無変調像の背景レベルを調節し、定数項σ0
を除いて、純複素象eiZ(r) を得る。この純複素像の位
相像tan-1{Im [eiZ(r) ]/Re [eiZ(r) ]}
(図7における下段)がポートレートの再生像Z(r)
を与える。三つの計測検出で得られる実数像(図7中
段)とCTFの変調を除いて得た実位相像Z(r) (図7
下段)とを比較すると、この発明の複素信号検出方法に
より、分解能とコントラストを非常に良く改善でき、細
部にわたって完全な再現が実現されていることがわか
る。
[0181] By applying the correction, the CTF modulation is eliminated to correct the aberration and defocus, and the Fourier transform is performed again to obtain a CTF unmodulated image. And
By adjusting the background level of the CTF unmodulated image, the constant term σ 0
To obtain a pure complex elephant e iZ (r) . The phase image tan −1 {I m [e iZ (r) ] / R e [e iZ (r) ]} of this pure complex image
(The lower part in FIG. 7) is a reproduced image Z (r) of the portrait.
give. A real number image obtained by three measurement detections (the middle part of FIG. 7) and a real phase image Z (r) obtained by excluding the CTF modulation (FIG. 7)
Comparing with (lower), it can be seen that the resolution and contrast can be improved very well and complete reproduction in detail is realized by the complex signal detection method of the present invention.

【0182】v)この発明の複素信号検出方法を用いた
複素光学顕微鏡における分解能向上一般に、Abbe理
論で与えられる光学顕微鏡の空間分解能は次式により定
義される。
V) Improvement of resolution in complex optical microscope using complex signal detection method of the present invention In general, the spatial resolution of an optical microscope given by Abbe theory is defined by the following equation.

【0183】[0183]

【数64】 [Equation 64]

【0184】λは使用する光の波長、nは試料の置かれ
た空間の屈折率、θは対物レンズの試料部に対する開き
角の1/2を示しており、nsinθが開口数である。
また、αはコンデンサーレンズで光を集めたコニカル
(円錐型)照射光を用いるときのもので、試料面へ垂直
に入る平行照射(コヒーレント平行光)の場合は、1と
なる。
Λ is the wavelength of the light to be used, n is the refractive index of the space where the sample is placed, θ is 開 き of the opening angle of the objective lens with respect to the sample, and nsin θ is the numerical aperture.
Α is a value obtained when conical (conical) irradiation light obtained by collecting light with a condenser lens is used, and becomes 1 in the case of parallel irradiation (coherent parallel light) perpendicular to the sample surface.

【0185】ここでは、複素光学顕微鏡は平行照射条件
を用いることとして、δはλ/nsinθを採用する。
このことを、焦点面の回折像で表現すると、平行照射の
場合、δの逆数、すなわちnsinθ/λのところに対
応するkの値までしか回折パターンが得られないことを
意味する。
Here, the complex optical microscope uses parallel irradiation conditions, and δ adopts λ / nsin θ.
Expressing this as a diffraction image of the focal plane, in the case of parallel irradiation, it means that a diffraction pattern can be obtained only up to the reciprocal of δ, that is, the value of k corresponding to n sin θ / λ.

【0186】θ=π/2は開き角の限界であり、平行照
射の場合、λ/nが分解能の理論限界となる。従って、
ハードウェア的にこのAbbeの限界を破る方法は存在
しない。ソフトウェア的にも、kの高い値の所は、i
v)の複素電子顕微鏡でも述べたように、一般に収差が
大きいため、コントラスト伝達関数が表面にでてやはり
補正できない。この収差を補正する光学レンズ系は、従
来より多くの収差補正複合レンズが開発されてきている
が、収差を完全に補正できるものはなく、上記の数64
を満足する分解能は達成されていない。
Θ = π / 2 is the limit of the opening angle, and in the case of parallel irradiation, λ / n is the theoretical limit of the resolution. Therefore,
There is no way to break this Abbe limit in hardware. In terms of software, where k is high, i
As described in the complex electron microscope of v), since the aberration is generally large, the contrast transfer function appears on the surface and cannot be corrected. As an optical lens system for correcting this aberration, a larger number of aberration-correcting compound lenses have been developed than in the past, but none of them can completely correct the aberration.
Has not been achieved.

【0187】この発明の複合信号検出法は、収差を完全
に補正できるので、この光学顕微鏡の分解能の向上を行
い、数64の分解能を有する光学顕微鏡を実現させるこ
とができる。さらに、この限界を超える超分解能を実現
するには、前述した減衰関数exp(ε(k))中に含
まれる絞り関数A(k)(=1,|k|≦kc ;=0、
|k|>kc )をk空間で実質的に広げ、遮断周波数k
c を大幅に増大させなければならない。ところで、前述
したように顕微鏡は物理的制限(Abbeの限界)のた
め、これを広げることはできない。そこで、開口合成と
同じ考えで、前述のii−B)で提案した周波数シフト
複素画像信号検出を多数回繰り返し、周波数(k)空間
を順次広くカバーする合成的な解決法が考えられる。
According to the composite signal detection method of the present invention, since the aberration can be completely corrected, the resolution of the optical microscope can be improved, and an optical microscope having a resolution of several 64 can be realized. Further, in order to realize a super-resolution exceeding this limit, the aperture function A (k) (= 1, | k | ≦ k c ; = 0) included in the aforementioned attenuation function exp (ε (k))
| K |> k c ) is substantially expanded in k-space and the cutoff frequency k
c must be greatly increased. By the way, as described above, the microscope cannot be expanded due to physical limitations (Abe's limit). Thus, a synthetic solution that repeats the frequency shift complex image signal detection proposed in ii-B) many times many times and sequentially covers the frequency (k) space in the same way as aperture synthesis is conceivable.

【0188】周波数シフト複素画像検出は、図8(a)
に例示したように、本来は、遮断周波数(kx c ,ky
c )の外にある高周波信号成分を原点付近の観測帯域に
持ってくるための方法である。数22を参考に、周波数
シフト画像のフーリエ変換O ob(k)は、物体関数z
(r)のフーリエ変換O(k)を用いて(ここでは数4
7に示すO(k)の中のδ(k)は省略する)、以下の
式で表現される。
The frequency shift complex image detection is performed as shown in FIG.
, The cutoff frequency (kx c, Ky
c) To the observation band near the origin.
A way to bring it. Referring to Equation 22, frequency
Fourier transform of shifted image O ob(K) is the object function z
Using the Fourier transform O (k) of (r) (here, Equation 4
Δ (k) in O (k) shown in FIG. 7 is omitted.)
It is represented by an expression.

【0189】[0189]

【数65】 [Equation 65]

【0190】この式において、Oob(k)はもとのk空
間像(回折像)O(k)をk空間で(−kx ob,−ky
ob)だけ周波数シフトした関数である。kx ob、ky ob
は光軸に対する斜光の傾き(θx ,θy )と関係するベ
クトル成分である。Oob(k)を(−kx ob,−
y ob)の方向へ逆シフトで戻すとOob(kx
x ob,k y +ky ob)が得られ、これは図8(a)に
例示したもとの高周波数の信号関数となる。ここで注意
しなければならないのは、逆シフトの演算は、
In this equation, Oob(K) is the original k sky
The interim image (diffraction image) O (k) is expressed in k-space (−kx ob, -Ky
ob). kx ob, Ky ob
Is the inclination of the oblique light with respect to the optical axis (θx, ΘyRelated to)
It is a kutor component. Oob(K) to (-kx ob, −
ky ob) Returns to the opposite direction and returns Oob(Kx+
kx ob, K y+ Ky ob) Is obtained, which is shown in FIG.
This is the original high-frequency signal function illustrated. Note here
All we have to do is perform the reverse shift operation

【0191】[0191]

【数66】 [Equation 66]

【0192】をOob(k)に掛ける演算であり、したが
ってこの実数成分または虚数成分のみに対して行うと、
電子顕微鏡で経験した0で割る不可能問題が生まれるこ
とである。したがって、必ず複素画像を起こし、それに
対し逆シフトを行う必要がある。これが従来の実数像を
用いた開口合成法と決定的に異なるところである。とこ
ろで、実際に観測されるのは物体関数z(r)のフーリ
エ変換O(k)そのものではなく、絞り関数A(k)の
かかった(k空間の)視野の制限されたものである。し
たがって、Oob(kx −kx ob,ky −ky ob)は実際
の観測の場合、次式で表される。
Is multiplied by O ob (k). Therefore, if only this real or imaginary component is performed,
This creates an impossible problem of dividing by zero experienced in electron microscopy. Therefore, it is necessary to always generate a complex image and perform an inverse shift on it. This is a decisive difference from the conventional aperture synthesis method using real number images. By the way, what is actually observed is not the Fourier transform O (k) of the object function z (r) itself, but the field of view (in k space) to which the aperture function A (k) is applied. Therefore, O ob (k x -k x ob, k y -k y ob) For actual observation is expressed by the following equation.

【0193】[0193]

【数67】 [Equation 67]

【0194】A(kx −kx ob,ky −ky ob)は、絞
り関数A(k)を(kx ob,ky ob)へ周波数シフトし
た関数である。この事情が、図8(a)に示されてお
り、こうして高周波数の周波数成分を観測する窓が開け
られたことになる。図8(b)に例示したような拡大し
た窓関数になるように斜光照射を規則的に変え、このよ
うな測定を多数回(図8(b)の例では複素信号検出
(二計測検出ないし三計測検出)を9回)行う。そし
て、逆シフト補正したOob(kx −kx ob,ky −ky
ob)の和を取る。
A (kx-Kx ob, Ky-Ky ob)
Function A (k) to (kx ob, Ky ob)
Function. This situation is shown in FIG.
This opens the window for observing high-frequency components.
It has been done. FIG. 8 (b) is an enlarged view.
The oblique light irradiation is changed regularly so that the window function becomes
Such measurement is performed many times (in the example of FIG.
(Two measurement detections or three measurement detections) 9 times. Soshi
Oob(Kx-Kx ob, Ky-Ky
obTake the sum of

【0195】このようにすると、次式に従って複素画像
は、通常の遮断周波数kc を超える広い絞り関数A
U (k)による観測と同等となる。
Thus, according to the following equation, the complex image is converted into a wide aperture function A exceeding the normal cutoff frequency k c.
It is equivalent to the observation by U (k).

【0196】[0196]

【数68】 [Equation 68]

【0197】ここで、Ij ,Ij c ,Ij s は異なる周
波数シフト(−kxj ob ,−kyj o b )を持つ実成分検
出信号、虚成分検出信号、二乗検出信号で、複素和を取
った後、k空間で逆シフト演算を施し、高周波数に戻
し、他の観測と結合される。この手続の順序に注意が必
要である。結果として結合絞り関数AU (k)が得ら
れ、その遮断周波数はmkc となり、m倍の分解能の向
上が保証される。
[0197] Here, I j, I j c, I j s is a different frequency shifts (-k xj ob, -k yj o b) the real component detection signal with the imaginary component detection signal, the square detection signal, the complex After taking the sum, an inverse shift operation is performed in k-space to return to a higher frequency and combined with other observations. Care must be taken in the order of this procedure. As a result, a coupling aperture function A U (k) is obtained, and its cutoff frequency is mk c , and an improvement in resolution by a factor of m is guaranteed.

【0198】ところで、斜光照射が空気中を通って行わ
れる限り、mkc のmの値は最大2を超えない。周波数
シフトは斜光を最大傾けても数61に示すように1/λ
=k c を超えないからである。これを改善するには、斜
光および平行光ともに高い屈折率(n)の媒質中を通せ
ばよい。これは、たとえば図9に例示したように、試料
の光入射側基板として高い屈折率(n)のものを用いる
ことにより行うことができる。このとき、周波数kはn
倍となり、したがって同じ傾斜角の斜光に対し周波数シ
フトもn倍となる。これにより最大(1+n)倍の分解
能改善が得られる。nとして、油では1.7、金属で5
程度が知られている。特に金属の場合は、表面の進行波
(表面プラズモン)で励起することで、大きな周波数シ
フトが実現できる。
By the way, oblique light irradiation is performed through the air.
MkcThe value of m does not exceed a maximum of 2. frequency
The shift is 1 / λ as shown in Equation 61 even if the oblique light is tilted to the maximum.
= K cIs not exceeded. To improve this,
Both light and parallel light can pass through a medium with a high refractive index (n)
I just need. This is, for example, as illustrated in FIG.
Use a substrate with a high refractive index (n) as the light incident side substrate of
It can be done by doing. At this time, the frequency k is n
And therefore frequency shift for oblique light with the same tilt angle.
The shift is also n times. This allows a maximum (1 + n) times resolution
Performance improvement. n is 1.7 for oil and 5 for metal
The degree is known. Especially in the case of metal, the traveling wave on the surface
(Surface plasmon) to excite large frequency
Can be realized.

【0199】[0199]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、実数成分信号、虚数成分信号、二乗信号を別々に
容易に検出することができ、さらに三つの信号の複素和
をとることによって物体本来の複素信号を他の画像信号
の干渉なしに得ることのできる、新しい複素信号検出方
法が提供される。また、この発明の複素信号検出方法
は、顕微鏡の収差補正および分解能向上を実現させるこ
と、さらに回折像の位相決定を行うこともできる。さら
には、上述したこの発明の複素信号検出方法を用い、物
体本来の複素信号を完全に得ることのできる複素顕微
鏡、特にAbbe波長限界を超えた分解能を実現するこ
とのできる複素顕微鏡や、完全な複素回折像を得ること
のできる複素回折装置をも提供される。
As described above in detail, according to the present invention, a real component signal, an imaginary component signal, and a squared signal can be easily detected separately. A new method for detecting a complex signal is provided in which a complex signal can be obtained without interference of other image signals. Further, the method for detecting a complex signal according to the present invention can realize the correction of the aberration of the microscope and the improvement of the resolution, and can also determine the phase of the diffraction image. Furthermore, using the above-described method of detecting a complex signal according to the present invention, a complex microscope capable of completely obtaining the original complex signal of the object, particularly a complex microscope capable of realizing a resolution exceeding the Abbe wavelength limit, A complex diffraction apparatus capable of obtaining a complex diffraction image is also provided.

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

【図1】(a)(b)(c)は、各々、実数成分信号を
検出するレンズを用いた画像検出光学系、虚数成分信号
を検出するレンズを用いた画像検出光学系、および二乗
信号を検出するレンズを用いた画像検出光学系を例示し
た要部構成図である。
FIGS. 1A, 1B, and 1C show an image detection optical system using a lens that detects a real component signal, an image detection optical system that uses a lens that detects an imaginary component signal, and a square signal, respectively. FIG. 2 is a configuration diagram of a main part illustrating an image detection optical system using a lens for detecting the image.

【図2】(a)(b)(c)は、各々、0次回折光と斜
光散乱光との干渉による周波数シフト複素画像信号検出
の要部構成図であり、実数成分信号を検出するレンズを
用光学系、虚数成分信号を検出するレンズ光学系、およ
び二乗信号を検出するレンズ光学系を例示したものであ
る。
FIGS. 2A, 2B, and 2C are main configuration diagrams of frequency shift complex image signal detection due to interference between zero-order diffracted light and oblique light scattered light, respectively. 1 illustrates an optical system for use, a lens optical system for detecting an imaginary component signal, and a lens optical system for detecting a square signal.

【図3】(a)(b)(c)は、各々、この発明の複素
信号検出方法を用いた回折像実数成分検出光学系,回折
像虚数成分検出光学系,回折像二乗信号検出光学系を例
示した要部構成図である。
FIGS. 3 (a), (b) and (c) are optical systems for detecting a real component of a diffracted image, an imaginary component for detecting a imaginary component of a diffracted image, and a system for detecting a squared signal of a diffracted image using the complex signal detecting method of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a main part, illustrating the example.

【図4】焦点面での照射透過光のπ/2位相板内の光路
差を例示した概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an optical path difference in a π / 2 phase plate of irradiation transmitted light on a focal plane.

【図5】この発明の複素信号検出方法を用いた他の虚数
成分検出光学系を例示した要部構成図である。
FIG. 5 is a main part configuration diagram illustrating another imaginary component detection optical system using the complex signal detection method of the present invention.

【図6】(a)(b)(c)は、コントラスト伝達関数
exp[iγ(k)]の位相γ(k)、実部[cos
(γ(k))]および虚部[sir(γ(k))]の正
規化した波数k(つまり2次元波数ベクトルの絶対値)
依存性を例示した図である。
6 (a), (b) and (c) show the phase γ (k) of the contrast transfer function exp [iγ (k)] and the real part [cos
(Γ (k))] and the normalized wave number k of the imaginary part [sir (γ (k))] (that is, the absolute value of the two-dimensional wave vector)
It is a figure which illustrated dependency.

【図7】この発明の複素信号検出方法を用いて複素電子
顕微鏡の画像形成と画像再生のシミュレーションの流れ
および結果像を例示した図である。
FIG. 7 is a diagram exemplifying a flow of a simulation of image formation and image reproduction of a complex electron microscope using a complex signal detection method of the present invention and a result image.

【図8】(a)(b)は、各々、この発明の複素信号検
出方法を用いた超分解能顕微鏡における空間周波数のシ
フトを例示した概念図、および周波数合成による絞り関
数の拡大を例示した概念図である。
FIGS. 8A and 8B are a conceptual diagram illustrating a shift of a spatial frequency in a super-resolution microscope using the complex signal detection method of the present invention, and a concept illustrating an expansion of an aperture function by frequency synthesis, respectively. FIG.

【図9】平行照射と斜光照射の間の干渉による周波数シ
フトを大きくするために試料の光入射側基板を高い屈折
率のものに変えた場合の斜光・平行照射の概念を例示し
た説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view exemplifying the concept of oblique light / parallel irradiation when the light incident side substrate of the sample is changed to one having a high refractive index in order to increase the frequency shift due to interference between parallel irradiation and oblique light irradiation. is there.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01J 37/22 501 G06F 15/66 A ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01J 37/22 501 G06F 15/66 A

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の実数成分顕微画像と、試料透過光
のみをπ/2位相シフトした虚数成分顕微画像とを検出
し、実数成分顕微画像と虚数成分顕微画像との複素和を
とることにより、実数成分信号および虚数成分信号から
なる複素顕微画像を得ることを特徴とする複素信号検出
方法。
1. A real component microscopic image of a sample and an imaginary component microscopic image obtained by phase-shifting only the sample transmitted light by π / 2 and detecting the complex sum of the real component microscopic image and the imaginary component microscopic image. A complex microscopic image comprising a real component signal and an imaginary component signal.
【請求項2】 試料透過光のみを遮光した二乗顕微画像
を検出し、この二乗顕微画像と前記実数成分顕微画像と
前記虚数成分顕微画像との複素和をとることにより、実
数成分信号および虚数成分信号からなり、且つ二乗信号
を含まない複素顕微画像を得ることを特徴とする請求項
1の複素信号検出方法。
2. A real component signal and an imaginary component are detected by detecting a square microscopic image in which only light transmitted through a sample is shielded, and taking a complex sum of the square microscopic image, the real component microscopic image, and the imaginary component microscopic image. 2. The complex signal detection method according to claim 1, wherein a complex microscopic image composed of signals and not including a square signal is obtained.
【請求項3】 コンピュータにより、各顕微画像を数値
化し、複素和を算出する請求項1または2の複素信号検
出方法。
3. The complex signal detecting method according to claim 1, wherein each microscopic image is digitized by a computer to calculate a complex sum.
【請求項4】 レンズの後方に設けられるπ/2位相板
を用いて虚数成分顕微画像を検出する請求項1ないし3
のいずれかの複素信号検出方法。
4. An imaginary component microscopic image is detected by using a π / 2 phase plate provided behind the lens.
Any of the complex signal detection methods.
【請求項5】 レンズの後方に設けられる遮光板を用い
て試料の二乗顕微画像を検出する請求項2ないし4のい
ずれかの複素信号検出方法。
5. The complex signal detection method according to claim 2, wherein a square microscopic image of the sample is detected using a light shielding plate provided behind the lens.
【請求項6】 試料に平行照射光および斜光照射光を照
射させ、平行照射光と斜光照射光との間の干渉を得て、
この干渉を用いて試料中の高い空間周波数成分を周波数
原点近傍にシフトする空間周波数シフトを行う請求項1
ないし5のいずれかの複素信号検出方法。
6. irradiating the sample with parallel irradiation light and oblique light irradiation light, obtaining interference between the parallel irradiation light and oblique light irradiation light,
2. A spatial frequency shift for shifting a high spatial frequency component in a sample to a vicinity of a frequency origin by using the interference.
5. The method for detecting a complex signal according to any one of items 5 to 5.
【請求項7】 空間周波数シフトを多数回行うことによ
り遮断空間周波数を増大させる請求項6の複素信号検出
方法。
7. The complex signal detection method according to claim 6, wherein the cut-off spatial frequency is increased by performing the spatial frequency shift many times.
【請求項8】 複素顕微画像のレンズ収差およびフォー
カスのズレによるピンぼけをコントラスト伝達関数の逆
関数を用いて補正する請求項1ないし7のいずれかの複
素信号検出方法。
8. The complex signal detection method according to claim 1, wherein defocus caused by a lens aberration and a focus shift of the complex microscope image is corrected using an inverse function of a contrast transfer function.
【請求項9】 補正された複素顕微画像から強度像と位
相像を得る請求項1ないし8のいずれかの複素信号検出
方法。
9. The complex signal detecting method according to claim 1, wherein an intensity image and a phase image are obtained from the corrected complex microscope image.
【請求項10】 複素顕微画像から強度と位相を関数と
する特異情報を有する実数画像を得る請求項1ないし8
のいずれかの複素信号検出方法。
10. A real number image having singular information as a function of intensity and phase from a complex microscope image.
Any of the complex signal detection methods.
【請求項11】 試料透過光と試料回折光との実数成分
干渉回折像、π/2位相シフトした試料透過光と試料回
折光との虚数成分干渉回折像、および試料回折光のみに
よる二乗回折像を検出し、実数成分干渉回折像と虚数成
分干渉回折像と二乗回折像との複素和をとることにより
複素回折像を得ることを特徴とする複素信号検出方法。
11. A real component interference diffraction image of sample transmitted light and sample diffracted light, an imaginary component interference diffraction image of π / 2 phase shifted sample transmitted light and sample diffracted light, and a squared diffraction image of only sample diffracted light And obtaining a complex diffraction image by calculating a complex sum of a real component interference diffraction image, an imaginary component interference diffraction image, and a square diffraction image.
【請求項12】 複素回折像からフーリエ変換により複
素画像を得る請求項11の複素信号検出方法。
12. The method according to claim 11, wherein a complex image is obtained from the complex diffraction image by Fourier transform.
【請求項13】 レンズ域と非レンズ域を持つ複合レン
ズの前方に設けられるπ/2位相板を用いて虚数成分干
渉回折像を検出する請求項11または12の複素信号検
出方法。
13. The complex signal detection method according to claim 11, wherein an imaginary component interference diffraction image is detected using a π / 2 phase plate provided in front of a compound lens having a lens area and a non-lens area.
【請求項14】 レンズ域と非レンズ域を持つ複合レン
ズの前方に設けられる遮光板を用いて試料の二乗回折像
を検出する請求項11または13の複素信号検出方法。
14. The complex signal detecting method according to claim 11, wherein a square diffraction image of the sample is detected using a light shielding plate provided in front of a compound lens having a lens area and a non-lens area.
【請求項15】 請求項1ないし10のいずれかの複素
信号検出方法を用いたことを特徴とする複素顕微鏡。
15. A complex microscope using the complex signal detection method according to any one of claims 1 to 10.
【請求項16】 請求項11ないし14のいずれかの複
素信号検出方法を用いたことを特徴とする複素回折装
置。
16. A complex diffraction apparatus using the complex signal detection method according to claim 11.
JP37359798A 1997-12-26 1998-12-28 Method for detecting complex signal in microscope Expired - Fee Related JP4111614B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP37359798A JP4111614B2 (en) 1997-12-26 1998-12-28 Method for detecting complex signal in microscope

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9-361439 1997-12-26
JP36143997 1997-12-26
JP37359798A JP4111614B2 (en) 1997-12-26 1998-12-28 Method for detecting complex signal in microscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11258057A true JPH11258057A (en) 1999-09-24
JP4111614B2 JP4111614B2 (en) 2008-07-02

Family

ID=26581267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP37359798A Expired - Fee Related JP4111614B2 (en) 1997-12-26 1998-12-28 Method for detecting complex signal in microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4111614B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006041126A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Lightron Co., Ltd. Degradation information restoring method and device
WO2006041127A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Lightron Co., Ltd. Degradation information restoring method and device
JP2006242746A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Raitoron Kk Device and method for visualizing fine sample, and device and method for visualizing disturbance of fine lattice
EP1768161A1 (en) * 2004-05-20 2007-03-28 National University Corporation Hokkaido University Electron microscopic method and electron microscope using the same
US7332284B2 (en) 2000-11-17 2008-02-19 Nagayama Ip Holdings Llc Method of determining base sequence of DNA or RNA using heavy element labeling and imaging by transmission electron microscopy
US7419833B2 (en) 2000-11-17 2008-09-02 Nagayama Ip Holdings Llc Method for nucleic acid sequencing
JP2011154042A (en) * 2004-03-11 2011-08-11 Icos Vision Systems Nv Wavefront operation and improved 3d measuring apparatus

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7419833B2 (en) 2000-11-17 2008-09-02 Nagayama Ip Holdings Llc Method for nucleic acid sequencing
US7332284B2 (en) 2000-11-17 2008-02-19 Nagayama Ip Holdings Llc Method of determining base sequence of DNA or RNA using heavy element labeling and imaging by transmission electron microscopy
JP2011154042A (en) * 2004-03-11 2011-08-11 Icos Vision Systems Nv Wavefront operation and improved 3d measuring apparatus
EP1768161A4 (en) * 2004-05-20 2011-08-31 Univ Hokkaido Nat Univ Corp Electron microscopic method and electron microscope using the same
EP1768161A1 (en) * 2004-05-20 2007-03-28 National University Corporation Hokkaido University Electron microscopic method and electron microscope using the same
KR100907120B1 (en) 2004-10-14 2009-07-09 라이트론 가부시키가이샤 Degradation information restoring method, device and program recorded recording medium
JPWO2006041127A1 (en) * 2004-10-14 2008-05-22 ライトロン株式会社 Degradation information restoration method and restoration device
JPWO2006041126A1 (en) * 2004-10-14 2008-05-22 ライトロン株式会社 Degradation information restoration method and restoration device
WO2006041126A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Lightron Co., Ltd. Degradation information restoring method and device
JP4568730B2 (en) * 2004-10-14 2010-10-27 ライトロン株式会社 Degradation information restoration method and restoration device
JP4575387B2 (en) * 2004-10-14 2010-11-04 ライトロン株式会社 Degradation information restoration method and restoration device
US7899254B2 (en) 2004-10-14 2011-03-01 Lightron Co., Ltd. Method and device for restoring degraded information
WO2006041127A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Lightron Co., Ltd. Degradation information restoring method and device
US8019803B2 (en) 2004-10-14 2011-09-13 Lightron Co., Ltd. Method and device for restoring degraded information
JP4518979B2 (en) * 2005-03-03 2010-08-04 ライトロン株式会社 Apparatus and method for visualizing fine sample, apparatus and method for visualizing fine lattice disturbance
JP2006242746A (en) * 2005-03-03 2006-09-14 Raitoron Kk Device and method for visualizing fine sample, and device and method for visualizing disturbance of fine lattice

Also Published As

Publication number Publication date
JP4111614B2 (en) 2008-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4772961B2 (en) Method for simultaneously forming an amplitude contrast image and a quantitative phase contrast image by numerically reconstructing a digital hologram
US11644791B2 (en) Holographic imaging device and data processing method therefor
JP6424313B2 (en) Holographic microscope and data processing method for high resolution hologram images
US20110032586A1 (en) Light microscope with novel digital method to achieve super-resolution
WO1983002831A1 (en) Holographic optical processing method and apparatus
JP7352292B2 (en) Holographic imaging device and holographic imaging method
US6239878B1 (en) Fourier-transform and global contrast interferometer alignment methods
JP4111614B2 (en) Method for detecting complex signal in microscope
CN112666815B (en) Continuous terahertz wave lens-free Fourier transform digital holographic imaging method
Fürhapter et al. Spiral phase microscopy
EP3994529A1 (en) Calibration-free phase shifting procedure for self-interference holography
Shen et al. High-throughput artifact-free slightly off-axis holographic imaging based on Fourier ptychographic reconstruction
JP2007504494A (en) Transmission-type spatial heterodyne interferometry (SHIFT) measurement
Almoro et al. Object wave reconstruction by speckle illumination and phase retrieval
Pavillon et al. Artifact-free reconstruction from off-axis digital holograms through nonlinear filtering
JP2019144121A (en) X-ray differential interference microscopy and image forming method
Wang et al. An interference iterative reconstruction algorithm based on a single off-axis digital hologram
JP7432227B2 (en) Phase imaging device, phase imaging method
Anand et al. Fresnel incoherent correlation holography with single camera shot
Ade Digital techniques in electron off-axis holography
Huang et al. Non-interferometric accurate phase imaging via linear-convergence iterative optimization
Liu et al. Computational Optical Phase Imaging
JP3942861B2 (en) Imaging optical device
Wang et al. Perfect digital holographic imaging with high resolution using a submillimeter-dimension CCD sensor
Buitrago-Duque et al. Speckle Reduction in Digital Holographic Microscopy by Physical Manipulation of the Pupil Function

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031219

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20031219

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Effective date: 20040129

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Effective date: 20040323

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

A977 Report on retrieval

Effective date: 20041115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20051004

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20051202

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061003

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20061205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070703

A521 Written amendment

Effective date: 20070828

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080318

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080408

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110418

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees