JPS59500488A - ホログラフィによる光学的処理法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ホログラフィによる光学的処理法とその装置技術分野 本発明は、通常は体積の大きい透明材料または半透明材料の内部または面積の大 きい被写体表面上に存在する微細構造の分析に関し、更に詳細には光学的処理技 術を用いてかかる分析を行なうことに関する。

発明の背景 当該技術分野において公知であるように、コヒーレントな光源で被写体を照明し 、レンズを用いて被写体に対応する光学情報を有する反射光および／または回折 光および／または透過光を集光することによって、被写体に光学的フーリエ変換 を行なうことができる。このレンズは１焦点距離だけレンズから離れた位置にあ る平面に、元の被写体情報の７一リエ変換体を画定する。この過程で、被写体情 報は空間周波数容量に対応するフーリエ変換面に再分布される。第１のレンズか ら２焦点距離の位置にある第２のレンズは、表示スクリーン、記録媒体などに情 報を映す。

被写体から生じる光学的情報を処理することによって、細部を強調し、不要な被 写体情報を除去し、欠陥部を分離し、または正確なトポダラフイ的測定や光路測 定を行なうことができる。これは被写体情報の１部分をブロックしたり、または 変換面内でその位相を変化させること２　特表昭５９−５００４８８（３） シ゛こよって行なう。光学的フーリエ変換体は、光軸からの距離が空間用仮数に 比例しており、規則的に間隔をとって配列している光点から成るので、これらの 技術は被写体が微小電子回路の製造に使用されるフォトマスクやウェハー中１・ こ見られる繰返し空間周波数容量から成る場合に特に有用である。

かかる技術の１例）ま、１９７７年１月４日付でＷａｔｋｉｎｓに与えられた米 国特許第４，０００，９４９号（で開示されている。上記特許に記載の基本的処 理機構を用いる場合は、フォトマスクが被写体として使用される。光学的空間フ ィルターをフーリエ変換面内（（配して、上部フォトマスク中の非周期的欠陥部 に対応する情報以外の総ての被写体清報をブロックするようにする。欠陥部情報 だけがフィルターを通過して表示スクリーンに到達するので、欠陥部の数と位置 とを測定することができる。

しかしながら、光学処理材料の光学成分内部での収差、詳細には被写体情報およ び／または処理済清報に焦点を合わせているレンズ内部での収差が、顕微鏡的微 細１造を有する被写体と共に光学処理材料を用いるのに大きな障害となることは 容易に理解することができる。例えば、光軸上では焦点誤差収差により、第１図 に代表的な望遠鏡装置を例にとって説明したように、空間層ｄ数情報の損失が生 じることがある。

６レンズ系２４が示されており、レンズｔ□とｔ２はＦ／１．５０、直径５０ｍ 、焦点距離７５３＋＋＋＋のレンズであり、レンズｔ３は、Ｆ、／１．５０、直 径１５０覗、焦点距離２２５喘のレンズである。レンズ１２とｔ３の球面収差の 和が２簡であると仮定すると、系２４に入る光線２６の焦点ｔＬａ２Ｂから点３ ０へ移動し、レンズｔ１からは７７ｗｎの距離となる。これによりレンズｔ１で はＦ／１．５４と、小さな集光角になる。

それ故、レンズｔ３の焦点距離を２２５ｍとすればレンズｔ３ではＦ／４．５集 光角となるが、系２４全体としてはレンズ１１でＦ７／１．５０であったとする とレンズｔ３の集光角は次のようになる。

同様に、１ｍ＋ｎの球面収差では焦点はレンズｔ１から７６胴の距離に移動し、 系２４に対しては これらの影響を直接に考察するには、系の光学的移動関数（ＯＴＦ）によるのが よい。

回折が限定された系に対しては： 但しａ（ｆｚ、ｆｙ）は、ひとみ集光空間周波数とひとみ制限関数との重役面積 の関数である。

２個のレンズによる収差のＯＴＦは次の式で与えられる。

式中、Ｗは収差関数である。

シュワルツ不等式 ％式％ を用いて、ＩＨ’（ｆｘ、　ｆｙ）収差１２≦ＩＨ（ｆｘ、ｆｙ）無収差１２と なることを直接に示すことができる。

このことは、収差はＭＴＦ（ＯＴＦの係数）を増大させないが、それぞれの空間 周波数成分のコントラストを低下させることを意味する。従って、系ｉ／ｃよる 通過した空間周波数に対するカットオフは事実上減少し、有効Ｆ数が増加する。

このことはコントラストを更に低下させる不規則な背景がある場合シて特に重要 である。

光軸からはずれている場合には、第２図および第３図に示すように、理想的な無 収差系においても、空間周波数情報は直接的にはビネッティング（口径食）によ って損失することがある。また、６レンズ光学系２４を例にとれば、系２４の限 界がレンズの端から線をトレースす５ ることによって見い出される。被写体面６４の一点におけるこれらの線の入射角 は、被写体上のその点から集められる空間周波数情報の円錐角を形成する。

第２図において、薄形レンズ線記録な用いれば、光軸３７つ・ら３７５ｍｎ！？ ずれた位置にある点３６からは系２４（・てよってＦ／９の円錐のみを集め得る ことを理解することができる。第６図では、光軸６７から５０鵡：まずれた位置 にある点３８について考察している。ここで再度溝形レンズ線トレースを用いれ ば、ビネッティングにより、Ｆ、／１３．５の円錐のみを集め得ることがわかる 。

Ｗａｔｋｉｎｓの特許に使用しているような光学系を具備する顕微鏡的微細構造 を有する対象に光学的処理技術を利用するには、系内に極めて高品質の光学成分 を使用する必要がある。かかる成分が系内の収差を減少させるのである。更に、 ビネッティングによる情報の損失を回避するには、系の口径をできるだけ大きく しなければならない。不幸にして高品質で大口径の光学成分、詳細１ｃはレンズ を得るには、価格が極端に高くなるので、かかる対象に光学処理を行なうことは 実際的でない。

高分解能記録が所望な場合に高品質レンズを使用すると、映像の分解能を上げる と焦点深度が低下するので、価格の他にも更に複雑な問題が生じる。従って映像 面において利用し得る焦点深度は限られている。

比較的高分解能の全体的情報はホログラフィによって達成することができる。ホ ログラフィによって被写体を６　特表昭５９−５００４８８　（４）記録し、対 照ビームの共役ビームを用いてホログラフィ像を再構成する二とによって、対象 物の三次元的実像が空間ＩＣ生じる。次にこの実像を微細に検討して、あたかも 元の照し出された対象物のように見せる二ともできる。

もう１つの利点としては、ホログラフィ装置；ま反射表面だけでなく光学的成分 のような厚い透明な対象物の内部の微細構造をも記録することができる。ホログ ラフィ像は物質を有するものではないから、顕微鏡では廉を通して、所望な場合 には像の反対側に焦点を合わせることができ、また対象物が固体の場合に必要と された長焦点や高品質の対物レンゲも必要がない。

ホログラフィ顕微鏡法における先行文献の例としては、ＬｅｉｔｈとＵｐａｔｎ ｉｅｋｓの「Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｂｙ　ＷａｖｅｆｒｏｎｔＲｅｃｏｎｓｔ ｒｕｃｔｉｏｎ　ｊ　５５　Ｊ、　Ｏｐｔ、　Ｓｏｃ、尤ｍｅｒ、、！Ｍ９（１ ９６５）；ＴｏｔｈとＣｏ１１ｉｎｅの１Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ 　Ｔｈｒｅｅ−ＤｉｍｅｎｔｉｏｎａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　Ｓａｍｐｌｅ　 Ｕｓｉｎｇ　Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　Ｊ１３　Ａｐｌ ）１−　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔｅｒｓ　７　（１９６８）　；およびＢｒ１ｏｎ ｅｓ　。

ＨｅｆｌｉｎｇｅｒとＷｕｅｒｋｅｒｓの「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｍｉｃｒ ｏｓｃｏｐｙ　Ｊ１７　Ａｐｐｌ、’　０ｐｔｉｃｓ　１９４４　（１９７８） がある。生じる記録は、伝導性物体および反射性または拡散反射性被写体の両方 の大口径広視野大深度の三次元映像である。しかしながらかかる報告では、必要 な分解能と視野の両方を得て大きな対象物の表面の微細構造を観察しおよび／ま たは分解することは未だ行なわれていない。

ＴｏｔｈとＣｏ１１ｉｎｓによって報告されたホログラフィに利用し得る技術は 反転線トレース法として知られている。

被写体１２からし／ズ１４または他の光学成分を通じてホログラム１つを得る場 合、被写体からの映像情報１６はレンズ１４によって変調されることがある（第 ４ａ図几ホログラム１コをレンゲ１４に関して再度正確だ位置設定し、対照ビー ムに対する共役ビーム１８、すなわち対照ビームと同じ波面であるが反対方向へ 進行するビームをホログラフィ像を再構成するのに用いる場合、映像線２０は元 の被写体線の光路を光学系を通して正確に再トレースする（第４ｂ図）。レンズ の収差についての情報はホログラム１０に保存されているので、これは単にレン ズを反転させた場合と同じではない。そ肛故、レンズ１４の収差は再構成時に完 全（で補償され、且つホログラフィ映像２２は回折が制限されたものとなる。

高分解能ホログラフィ映像２２を生じさせるには高品質レンズ１４を用いること が必要であることがわかる。

従って、光学的処理装置にホログラフィ反転線トレース法を組み入れることは望 ましいと思われる。

それ故、必要なものは、ホログラフィを利用した光学的処理の方法と装置であり 、具体的には反転線トレース技術である。かかる方法と技術により、微細な三次 元構造を有する微視的および巨視的被写体の両方に光学的処理を高分解能で行な うことができる。

発明の開示 本発明は、公知の光学的処理技術をホログラフィと組合わせて被写体に対応する 光学情報に光学的処理を行なう方法と装置な提供する。反転線トレースホログラ フィ装置を使用することにより、光学系１（生じる収差は完全に補償され、回折 の起りにくい三次元的被写体像を生じる。ホログラムを記録しまたは像を再構成 する場合、単一の大口径レンズを使用して光学的被写体情報のフーリエ変換体を 画定し、被写体情報は変換面で処理される。

コヒーレントな光線の発生源、好ましくは単一振動数を有するアルゴンイオンレ ーザ−は、ビームスプリッタ−にビームを供給し、このスプリッターはビームを 被写体ビームと対照ビームとに分割する。被写体ビームは、被写体へ直進して、 反射および／または回折する。被写体に関する光学情報を包含するビームはレン ズを通過して集光してフーリエ変換体を画定し、写真感光板のような感光材料の 付近に情報を映す。対照ビームは所定の入射角で感光板に同時に直進する。

処理後、ホログラムを元の位置に戻して、元の対照ビームに共役する方法で感光 板に再直進する対照ビームで照らす。次いで、ホログラムからの被写体情報は、 記録中の元の被写体ビームとは方向が反転しているが同じ経路に沿って光学系を 正確に反転線トレ−スする。元の被写体の三次元的実像が、元の被写体の位置に 形成される。

正確な反転線トレースという特徴により、系の光学成分によって生じる光学的歪 曲または収差ｌ・ま完全に除去されるので、回折の少ない三次元実像を与える。

９ 被写体情報は、ホログラ−の記録中または像の再構成中Ｖこフーリエ変換体にお いて処理される。これは、例えば変換面内にブロック用フィルターを配して被写 体情報の少なくとも一部分をブロックすることによって行なってもよい。あるい はフィルターを変換面内に配してそこを通過するビームの少なくとも１本の位相 を変更させてもよい。他の処理技術も行なうことができる。

本発明；・ま、公知の光学的処理装置と方法（で対し、いくつかの重要な利点を 提供する。

第１ｊＣ１光学装置を通過する映像情報を反転線トレースすることにより、光学 成分によって生じる収差がない映像が得られる。

第２に、かかる収差は除去されるので、光学的映像の光学的品質は既知の装置に おけるほど重要ではない。これにより以前よりも低品質の成分を使用することが できるので、価格を大幅に下げることができる。

第６に、単一の大口径レンズを使用すると、広い視野が得られ、ビネッティング による情報の損失も少ない。

第４に、本発明を用いて得られる高分解能により記録された像の微視的評価が可 能になり、光学的処理および干渉技術によって得られる結果を向上させる。

従って、本発明の目的は、光学処理を行なう方法と装置を提供することにより、 系の成分による収差がないホログラフィ像を利用する方法および装置を提供し、 微視的検討が可能な全視野にわたる高分能ホログラムを提供１０１情ｅａ　５ａ −５ｏｏ４ａ８（５）し、且つさまざまな光学処理および干渉技術を行なうこと ができる方法と装置を提供することである。

本発明の他の目的と利点は、下記の説明、添付の図面、および請求の範囲から明 らかになるであろう。

第１図は、仮想の望遠鏡装置の図であり、焦点誤差による収差の影響を示してお り、 第２図は、第１図の仮想の望遠鏡装置を説明し、ビネッティングの影響を示して おり、 第３図は、第１図の仮想の望遠鏡装置を説明し、再度ビネッティングの影響を示 しており、 第４ａ図は、ホログラムの記録を一般的に説明する図であり像隣報の収差による 影響を示し、第４ｂ図は、ホログラフィ像の再構成を一般的に説明する図であり 、反転線トレースにより像情報からの収差が除かれており、 第５図は、本発明の装置の図であり、 第６図は、被写体が透明または半透明の物体である場合に用いる本発明の一部分 である別の具体例の図であり、第７図は、被写体が透明または半透明の物体であ る場合１ｃ用いる本発明の一部分である更に別の具体例の図であり、 第８図は、被写体が透明または半透明の物体である場合に用いる本発明の一部分 である更に別の具体例の図であり、 第９図は、像平面ホログラムを記録するための本発明の一部分である別の具体例 の図であり、また第１０図は、第９図の具体例を用いて像の再構成を示している 図である。

本発明の実施形態 本発明の好ましい具体例の図面に関して、詳細には第５図に関しては、光学的処 理装置はレーザー４０を包含し、コヒーレントな光線Ａ２の発生源を提供する。

好ましい具体例では、０．５１４５ミクロンの波長において単一の振動数を有す るアルゴンイオンレーザ−１詳細にはス投りトラ・フイジクス１６６−０９型ア ルゴンレーザーが使用される。しかしながら、発振波長が記録媒体に適合するも のであればどのようなレーザー源でもよく、ヘリウム−ネオン、クリプトン、ル ビー、ネオジムＹＡＧまたはガラスおよび金属蒸気レーザーを包含するが、これ らに限定されるものではない。

ビーム４２は鏡Ｍ１とＭ２によって系４４中へ直進し、半波プレート４６を通過 することにより偏光ビームスプリッタ−４８に入る前に偏光角が連続的に調整さ れる。

しかしながら、偏光ビームスプリッティング法は、好ましい具体例において使用 され、エネルギーを保存し且つ最大の屈折性を許容するものではあるが、金属フ イ〃ム、回折格子、誘電フィルムおよびホログラフィ成分のような、入力ビーム を２つの成分に分割するどのようなビームスプリッティング法でもよいというこ とに注目すべき２ である。

ビームスプリッタ−４８は入力ビーム４２を、入力ビームの偏光角によって決定 される強度比を有する第１のまたは被写体ビーム５０と第２のまたは対照ビーム ５２とに分割する。

次いで、被写体ビーム５０は、レンズ５６と５８およびピンホール６０を有する マスクとからなる装置５４へ直進して増幅、ｒ波および平行化される。次いでビ ーム５０は、選択的ビーム導波器として働（第２のビームスプリッタ−６２を通 過する。これは次のようにして行なわれる。すなわち、との導波器（ビームスプ リッタ−６２）に入ってくる光は、ビームスプリッタ−４８によって決められた 偏光の向きのため通過する。次にビーム５０は、４分の１波プレート６４を通過 し、ここで直線偏光から円偏光へ変換される。次にビーム５０は被写体６６に当 って反射して４分の１波プレート６４通って、再び直線偏光で直交配位したもの に変換される。これによって被写体ビーム５０はビームスプリッタ−６２により 大口径レンズ６８の方向へ反射されて、ホログラム記録装置の付近に像を形成す る。好ましＶ・具体例では、レンズ６８は対称な二重対であり、記録装置の上ま たは付近に１対１０倍率でレンズ６８によって集められる情報を最大とするよう に被写体の像を形成する。被写体情報を記録装置に直進させるための他の装置を 用いてもよ（、被写体の近くに記録装置を配し且つ像形成装置を除いたものも包 含する。

記録装置は、好ましい具体例でシま写真乾板７０として示されているが、写真フ ィルムまたは乾板、熱可塑性フィルム、結晶性材料のような如何なる感光材料ま たはホログラムを記録し得る他の如何なる材料であってもよいことが認識される であろう。

第６図は、被写体が光を透過する物体７２である場合の好ましい配置な示してい る。ここで、鏡Ｍ６を被写体７２の後に配することにより、被写体ビーム５０は 反射されて４分の１波プレート６４を逆に通過する。このような二重光路は、被 写体７２中に存在する興味深い変則事を前からも後からも照らして視度を高める 。本発明を光路変化または回折による干渉を測定するのに使用する場合は、被写 体を２度通過することにより、感度も２倍になる。

第７図または更に好ましくは第８図に示した変法は、被写体７２の二重通過ある いは前面照射が望ましくない場合（すなわち、透明体の記録または光学的処理の 場合）に用いられる。第７図に関しては、半波プレート７４を被写体ビーム５Ｄ 中において偏光ビームスプリッタ−６２の前方に配する。これによって被写体ビ ームの偏光角を調整することができるようになり、垂直またはＳ偏光を提供する ようになる。次いでビームスプリッタ−６２は、被写体ビーム５０を鏡Ｍ４の方 へ反射する。この鏡はビームを鏡Ｍ５へ直進させ、ここでビームは被写体または 被写容積７２へ進行してビームスプリッタ−６２へと戻り、上述の如くレンズ６ ８へと進行する。

同様に、第８図に示した好ましい変法では被写体ビーム５０は鏡Ｍ６とＭ７によ ってビームスプリッタ−６２の方向へ進み、ビーム（まＭ８によつ°〔被写体７ ２および半波プレート７６を通して直進する。

第５図に戻れば、ビームスプリッタ−４８から発生した対照ビーム５２は、鏡Ｍ ９によってレンズ８０および８２、およびピンホール８４を有するマスクから成 るビーム５２の増幅、Ｐ波、および平行化の装置へと直進する。記録時には、鏡 Ｍ１０とＭｌｌは対照ビームを対照光路８６に沿って写真乾板７０へと向け、こ こでビーム５２を被写体ビーム５０と組合わせてプレート７０を露光することに よってホログラム８８がプレート７０中に形成される。

ホログラム８８を処理して元の場所に戻した後、鏡Ｍ１０をはずして、鏡Ｍ　１ ２１ｃよって対照ビーム５２を共役光路９０に沿って共役方向からホログラム８ ８へと直進させる。ホログラム８８からの被写体情報は、記録時の元の被写体ビ ーム５０と同じ光路中を反対方向にレンズ６８とビームスプリッタ−６２を通っ て正確に線トレースする。被写体６６の三次元像が、元の位置に形成される。正 確な反転線トレース法により、レンズ６８、ビームスプリッタ−６２等の光学成 分によって生じる光学的歪曲または収差／Ｘ除かれ、回折の少ない三次元実像な 与える。

第９図に示した変法では、被写体６６またはその一部分が平らな（例えｒｆ、積 層回路マスク）場合、用いるレンズは色修正したもの（例えトイ色消しレンズ９ ２）であり、また乾板７０の表面に被写体６６を映すのに注意を払う場合には、 像平面ホログラフを記録する。次にこの像平面ホログラフを白色光のような広幅 光源で照射して再構成する。この方法には、非コヒーレントな光源は再構成され る像におけるコヒーレントなノイズな除去するという利点がある。再構成は第１ コ図に示しており、ホログラム８８を広幅ビーム９４で共役光路９０に沿って照 射する。像点は、元の被写体の位置９６に再構成される。

ホログラフィ像には、被写体平面にない背景ノイズがあり得る。像の再構成時に 対照ビームの入射角が僅かに変化すると、像は定常であるのにこの混乱した背景 ノイズは視野を横所する。それ故、このような背景ノイズの多（は、装置中の他 の光学成分から生じる。ホログラフィ像を映したり映写しながら対照ビーム５２ を揺らすと、混乱した背景をならし、且つ有効コントラストを増大させる。しか しながら、これは、被写体の単一像平面のみをホログラム平面に正確に像形成さ せることができるので、再構成された像における単一平面に対してしか有効でな い。ホログラムからはずれた点に対応する再構成時の点は、対照ビームを揺する と一緒に移動し、不鮮明に６ なる。

好ましい具体例で：土、ホログラム８８は、Ａｇｆａ８Ｅ５６ＨＤ　Ｉ　Ｏ，２ ｃｒｎＸ　１２．７ｃ＝＋＋＋＜４“×５″）の乾板に形成される。実験的に決 定した好ましい現像法は、ＰＡＡＰ法またはＨＲＰ７臭素メタノール法である。

これによれば、標準的なり−１９による処理よりも実質的に良好な結果が得られ ることがわかった。ここに記載したレンズ６８は、光線の円錐角が約Ｆ／３．５ である。従って、再・１成されたホログラフィ実像は、Ｆ／３．５に対して限定 された回折であり、 限定された回折直径＝２．４４（Ｆ数）＝２．４４（，５１４５ｍ）（３，５） ＝４．４ミクロンとなる。しかしながらこの装置の実験的試験では、４ミクロン よりも良好なホログラフィ像の解像度が達成し得るように思われる。

本文に開示した装置を用いれば高解像度が得られるので、被写体の微細構造の検 討は容易に促進される。再構成された像は、元の被写体面で第５図して示した顕 微鏡９８のような適当な装置（・ζよって微視的検討を行なうことができる。更 に、観察した情報は、例えば顕微ａ９８と一緒に使用したカメラ（図示せず）あ るいは他の装置によって記録することも可能である。

平行化したコヒーレントな光線は集光要素と共に被写体を照射するのに用いられ るので、被写体情報の光学的フーリエ変換体は、第５−９図に示したそｉｔぞれ の具体例においてホログラム８８とレンズ６８との間、そして集光要素から１焦 点距雅の位置例えば第６図において９１の位置に形成される。この変換面９１は 、この位置に適当な相およびブロック用フィルターを配することにより空間周波 数容量、分布および相のような被写体情報を処理するのに用いることができる。

かかるフ・ｆルターは、公知の光学フィルターのいかなるものでもよく、その例 ：ま、１９７７年１月４日付のＷａｔｋｉｎｓに対する米国特許第４，０００， ９４９号だよび１９８１年１１月１０日付のｔＪｉｎａｍｉ等に対する米国特許 第４，２９９，４４６号に示さｎている。これは、被写体情報を光学的に処理す るのに役立ち、ホログラムの記録開始に先立っであるいはホログラムの記録終了 後ｌ（行なうことができる。何れの場合；・でも、本発明は標準的な光学処理体 にまさるい（つかの利点を提供する。

第１に、逆フーリエ変換は、本発明の方法の反転線トレース法により元の変換体 から生じたのと同じ光学によって行なわれる。第２に、映像の光学的品質は、所 望な像情報に関するフーリエ変換面で空間周波数を分離するのに充分なだけでよ い。これによって価格はさがり、光学的処理の応用面が広くなる。通常は、フー リエ変換体は、レンズ収差ｊ（対しては像よりも感度が低い。第３に単一の大口 径レンズを使用することにより、視野が広く、ビネッテインｊによる情報の損失 が少なくなる。最後に、同じ装置を用いてフーリエ変換面における被写体の空間 １８　特表昭５９−５００４８８（７）周波数位置に正確１ｃ調和する写真乾板 のような感光性材料に対する有効なブロック用フィルターを生成させることがで きる。

光学的処理は、さまざまな理由によって多数の技術によって行なうことができる 。例えば、ブロック用フィルターを変換面に配してフーリエ変換体内の被写体情 報の全部または一部を部分的にあるいは完全にブロックすることができる。これ によって再構成された像の成る細部を強調したり、抑制したり、あるいは像の一 部を完全罠除去することもできるようになる。例えば特定の被写体の欠陥部の位 置を見つけるのに、特定の情報を隔離することができる。これらの利点は、通常 ；・マ光学的処理から得られるが、本発明によって達成される高解像度によって かかる技術を顕微鏡しはルにおいて妥当な価格で実施することができる。更に、 像の再構成中にＰ波を行なうことができるので、被写体自体はホログラムを記録 するのに充分なだけ長ければよく、後で光学的処理を行なうことができる。

光学的処理は、調和ｆ波として通常知られている方法によって行なうこともでき る。ブロック用フィルターを用いて被写体情報の総てまたは一部を完全にブロッ クするよりも、総てのまたは一部の情報を変換面で光学装置から回折（および／ または反射）させてもよい。これは、情報を効果的にブロックする方法として利 用できるが、情報の偏光しｔこ部分を１つ以上の他の系准直進させて、９ 情報を検出し、記録しおよび／または更櫃処理し得るよ５Ａｉｆｆするのに用い ることもできる。調和Ｆ汲は、単一の対象物の選択された目的または要点に関す る特殊情報を別途足労離しまたは検出するといった数多（の応用面の何れか１つ を有することもできるっこの技術は、調和フィルターとしてホログラ□ムのよう な選択的な屈折性および／または回折性媒体を用いて達成される。

被写体シよ、次の方法により無摂動対照波面ｇ比較することもできる。ホログラ ム８８を被写体から生成させ、処理し、元の位置に再配置し、鏡Ｍ１２を介して 共役方向９０から対照ビームで再照射する。次に、第２の対照ビームを元の被写 体ビーム５０の光路とビーム導波器６２を介して元の被写体位量においてホログ ラフィ実像と結合させる。その強度を、半波プレート４６を調整することによっ て等しくすると、縞模様を観察することができる。この縞模様は、被写体の表面 模様または光学密度と対照波面の波面形状との間の光路中の差を描いている。従 って、被写体は理想的な平面または球面に容易に比較することができる。

平らな対照波面を被写体像波面と結合させ、ホログラフィ像を再構成するのに用 いられるビームに関して４分の１波だけ位相を移動させると、被写体表面の形状 の僅かな変化も干渉しまによって目立つようになる。これは無摂動対照波面との 比較の為に上記した技術を用い、レンズ６８の７一リエ変換体９１にフィルター を配して零０ 次成分だけがフィルターを通過するようにして行なわれる。対照ビーム５２また は被写体ビームの何れかは４分の１波プレートによって位相が移動する。次いで 位相コントラストの縞模様が、被写体の位置に観察される。

被写体の位相コントラスト像の永久記録は、二重露出ホログラムによって記録す ることができる。第１に被写体のホログラムを記録し、フィルターを変換面９１ に配する。対照ビーム５２または被写体ビーム５０の何れかが４分の１波によっ て位相をずらし、第２のホログラムが同じホログラフィプレート上に記録される 。ホログラムを処理して元の位置に戻した後、このホログラムを背後または鏡Ｍ １２を介して対照ビームと共役方向から照射する、被写体のホログラフィ像と対 照波面の両方共、元の被写体の位置に再構成され、例えば顕微鏡９８で見ること ができる。

被写体のリアルタイムなホログラフィ干渉分析は、被写体のタイプにより第１に 第５図−第９図の何れか１（おけると同様に配置した装置でホログラムを記録す る。次いで、現像したホログラム８８を映写装置を用いて元の位置に−き、適当 な鏡Ｍ１０を用いて記録用対照ビーム５２をあてる。矢印１００（第５図）で示 した位置から可視像（ｖｉｅｗｉｎｇ）が生じる。元の被写体６６または７２の 何れか、あるいは比較するある新たな被写体を被写体ビーム５０からの光線で同 時に照らし、強度を半波プレート４６を調整することによりホログラフィ像強度 に等２１ しくした後、被写体光路における差を被写体上またはその付近に現われる縞模様 として観察する。

回折の限定された干渉図は、次の様にして再構成することができる。二重露光ホ ログラムを、最初に被写体の対照状態における被写体のホログラムを記録するこ とによって行なう。次いで、被写体に変化を与えるかまたは異なる被写体を挿入 し、同じホトグラフィ乾板上に記録する。乾板を処理して元の位置に戻した後、 これを鏡Ｍ１２を介して後方または共役方向から対照ビーム５２で照らす。両ホ ログラフィ像が元の被写体の位置に再構成され、その位置に観察することができ る。それぞれの露光の間に被写体に生じる変化による光路の差または２つの被写 体の差は、再構成される被写体像上または付近の縞模様として観察される。この 干渉図は、反転線トレース法によって元来回折が限定されており、極めて小さな 縞模様の間隔は、顕微鏡９８のような拡大装置により正確に測定することができ る。

本文記載の方法およびこの方法を実施するための装置の形態は、本発明の好まし い具体例を構成するが、本発明はこの正確な方法と装置の形態とに限定されるも のではなく、添付の請求の範囲に明示する本発明の範囲から離反することなしに 何れにおいても変法が可能であることを理解すべきである。

第４ｂ図 第５図 第６図 第７図 第９図 国際調査報告・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　第一のコヒーレントな光線を被写体に当てこの光線を回折し、反射しおよび ／または透過するようにした後、上記光線が被写体に関する光学情報を包含する ようになし、 上記の被写体情報を包含する上記の光線を集光してフーリエ変換面を明示し、こ の変換面を越えた側の像平面内に上記の情報を映し、 上記の像平面またはその付近にホログラムを記録するものを配し、上記の被写体 情報を包含する光線を受け取るようにし、 上記の記録手段に第二のコヒーレントな光線を第一の方向から当てて、被写体情 報を包含する第一の光線との干渉模様を形成するようにし、 上記被写体情報のホログラムを上記の記録手段に記録し、 上記記録手段に対する第二の光線を、回折用に第一の光線の方向と共役の方向か ら、上記被写体情報を包含する第一の光線が進行するのとは全く反対の方向で、 被写体平面に当てることにより、上記のフーリエ変換面に上記のフーリエ変換体 を再明示し、上記被写体情報を第二の光線内で被写体平面に運び、 上記変換面で、上記光線内に包含される被写体情報を操作する工程から成る、被 写体平面内に配した被写体に対応する光学的情報を光学的に処理する方法。 ３ ２、被写体情報の少なくとも一部を上記変換面でブロックすることによって上記 被写体情報を特徴する請求の範囲第１項記載の方法。 ３、上記変換面を通過する光線の少なくとも１方の位相を変更することにより、 上記被写体情報を特徴する請求の範囲第１項記載の方法。 ４、上記変換面で、これを通過する光線の少なくとも１方に包含される被写体情 報の少な（とも一部を屈折させ、上記情報を光線が進行する光路がらそらすこと によって上記被写体情報を特徴する請求の範囲第１項記載の方法。 ５、上記の第一の光線を大口径レンズで集光する、請求の範囲第１項記載の方法 。 ６、被写体が少なくとも部分的に透明であり、上記光線をこの被写体を通過させ ることによって回折させることから成る、請求の範囲第５項記載の方法。 Ｚ　被写体が少なくとも部分的に不透明な場合に、被写体による回折、反射およ び／または透過に先立って第一の光線を第一の方向でゼームスプリッターを通し 、４分の１波プレートを通して被写体に当てて反射させ、この光線を上記４分の １波プレートを通して第一の方向とは反対方向からビームスプリッタ−を通して 、この光線を上記レンズ中へ屈折させることから成る、請求の範囲第５項記載の 方法。 ８、ホログラムを記録する手段が写真乾板であり、この乾板を露光し、処理する ことによってホログラムを記録することから成る、請求の範囲第１項記載の方法 。　□９　実質的にコヒーレントな光線の発生源、前記光線を第一の光線と第二 の光線に分離する手段、第一の光線を被写体に向けて回折させ、反射させおよび ／または透過させた後、この光線が被写体に関する光学的情報を包含するように する手段、 被写体のホログラフィを記録する手段、被写体に関する情報を含む前記第一の光 線を通し、それを集光して変換面内にフーリエ変換体を作り前記光線を前記記録 手段付近に形成する手段と、第二の光線を上記の記録手段に第一の方向から所定 の入射角で当てて干渉模様を形成させる手段、および、上記の第二の光線を上記 第一の方向と共役の方向で上記の記録手段に当てて回折させ、上記第一の光線が 進むのと全く反対の方向からレンズを通過させ、第二の光線内で上記被写体情報 を運び、被写体面にホログラフィ−像を再構成する手段から成る、被写体平面内 に配した被写体に対応する光学的情報を光学的に処理する装置。 １０、上記光線の一方に包含される被写体情報を、上記フーリエ変換面で操作す る手段を特徴とする請求の範囲第９項記載の装置。 １１　上記操作手段が、上記被写体情報の少なくとも一部をブロックする目的で 上記変換面内の処分可能なフィルターを特徴する請求の範囲第１０項記載の装置 。 １２、上記操作手段が、通過する光線の少なくとも１つの位相を変更する目的で 上記変換面内に配置可能なフィルターを特徴する請求の範囲第１０項記載の装置 。 １３、上記操作手段が、上記変換面を通過する光線の少なくとも１方の中に包含 された上記被写体［吉報の少なくとも一部を屈折させる目的で上記変換面Ｈ＜配 するフィルターを包含し、上記情報が上記光線が進む光路から屈折する、請求の 範囲第１０項記載の装置。 １４、被写体のホログラムを記録する手段が写真用乾板である、請求の範囲第９ 項記載の装置。 １５　第一の光線を通過させ、集光させ、像形成させる上記手段がレンズである 、請求の範囲第９項記載の装置。 １６　被写体が少なくとも部分的に不透明であり、上記第一の光線の光路に沿っ て配したビームスプリッタ−と、第一の光路に沿って二のビームスプリッタ−と 被写体との間に配した４分の１波プレートを有し、上記ビームスプリッタ−は第 一の光路に関してこの光線が光源から直接に被写体へ通過し、被写体によって反 射された光線はビームｘゾ＋）ッターニよって屈折されてレンズに入るようにし た、請求の範囲第１５項記載の装置。 １Ｚ　上記被写体平面（Ｃ再構成された像を検査する手段を特徴とする請求の範 囲第９項（（記載の装置。 １Ｂ、上記第一および第二の光線を拡大および平行化する手段を特徴とする請求 の範囲第９項記載の装置。 １９　被写体が少なくとも部分的に透明であり、第一の６ 光線の入射方向とは被写体の反対側に配（−だ、入射光を反射する手段と、上記 反射手段から反射した光線を上記レンズ中へ向ける手段とを有し、上記反射手段 および方向設定手段が、被写体を通過した第一の光線から光線の一部はこの反射 手段によって反射方向とは反対方向に反射され、被写体を反対方向へと通過し、 この方向設定手段によってレンズ中へ向けられるように配されている、請求の範 囲第１５項記載の装置。 ２０　上記の方向設定手段が、第一の光路に沿って配したビームスプリッタ−と 、このビームスプリッタ−と被写体との間に第一の光路に沿って配した４分の１ 波プレートとを包含し、このビームスプリッタ−は、上記光線が光源から直接被 写体へと通過するように上記第一の光路に関して方向を決められ、上記反射手段 と方向が反対の被写体を通る光路とによって反射された光は上記ビームスプリッ タ−により屈折されてレンズへと向けられる、請求の範囲第１９項記載の装置。 ２１　上記第一の光線を上記レンズへ向（す、被写体により上記光線を回折、反 射および、／または透過する手段を特徴とする請求の範囲第１５項記載の装置。 ２２、上記の方向設定手段が、上記第一の光線の平面偏光を回転させ、被写体に より回折、反射および、／または透過するように配した半波プレートと、上記の 再偏光した第一の光線を屈折してレンズへと向けるように配したビームスプリッ タ−とを包含する請求の範囲第２１項記７ 載の装置。 ２６、実質的にコヒーレントな光線の発生源、上記光線を第一と第二の光線に分 割する手段、上記第一の光線を被写体ｉ／ｃ当てて、回折、反射および／または 透過した後、上記光線が被写体に関する光学的情報を包含するようにする手段、 被写体のホログラムを記録する手段、 上記の被写体情報を包含する第一の光線を通過させ、この光線を集光して変換面 内にフーリエ変換体を画定巳、上記の記録手段上または付近に上記光線を映す手 段、上記第一の光線を被写体からレンズへ向（・する手段、上記第二の光線を所 定の入射角で第一の方向から上記の記録手段へ向げで、干渉模様を形成させる手 段、および 上記第二の光線を、上記第一の方向と共役の方向において上記の記録手段へ向け て回折させ、第一の光線が進むのと正反対の方向でレンズへ入れ、被写体情報が 上記第二の光線内に運ばれ、ホログラフィ像を上記の被写体平面に再構成する手 段から成る、被写体平面に配した被写体のホログラフィ像を製造する装置。 １