特開 2022-118395 光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022118395

(43)【公開日】2022-08-15

(54)【発明の名称】光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20220805BHJP

   G01B 9/04 20060101ALI20220805BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20220805BHJP

【ＦＩ】

G02B21/00

G01B9/04

G01N21/17 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021014883

(22)【出願日】2021-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】000101330

【氏名又は名称】アストロデザイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101269

【弁理士】

【氏名又は名称】飯塚 道夫

(72)【発明者】

【氏名】武居 利治

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 茂昭

(72)【発明者】

【氏名】武田 重人

(72)【発明者】

【氏名】有馬 龍穂

【テーマコード（参考）】

2F064

2G059

2H052

【Ｆターム（参考）】

2F064AA09

2F064CC04

2F064FF01

2F064GG23

2F064HH06

2F064MM03

2G059AA02

2G059AA05

2G059BB08

2G059EE02

2G059EE05

2G059FF01

2G059FF02

2G059FF03

2G059GG01

2G059HH02

2G059JJ11

2G059JJ22

2G059KK04

2G059MM01

2H052AA07

2H052AB01

2H052AB24

2H052AC04

2H052AC05

2H052AC15

2H052AC27

2H052AC34

2H052AF14

2H052AF21

2H052AF25

(57)【要約】

【課題】受光素子から取得された信号に基づき、強度と光学的距離の情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離するだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行し得る光学計測装置を得る。
【解決手段】レーザー光源２１、２次元走査デバイス２６等が並んで配置され、対物レンズ３１が測定対象物Ｇ１と対向する。測定対象物Ｇ１より受光した受光素子２９Ａ、２９Ｂからの信号及び２次元走査デバイス２６による走査の基準となる信号が信号比較器３３を介してデータ処理部３４に送られる。複数のデータを加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してずらした複数のデータを加算して得られた第２データ群とを、データ処理部３４で作成する。２種のデータ群間の差の出力から、強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各１つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも２つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値を得ると共に、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第２データ群を作成し、これら２種のデータ群間の差の出力により、測定対象物についての微分演算を実行する計測部と、
を含む光学計測装置。

【請求項2】

基本データ間における所定間隔で抽出されたデータの数をｋとしたときに、
第１データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
第２データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
ｎが０を含む自然数とされ、ｍが０を含まない自然数とされた請求項１に記載の光学計測装置。

【請求項3】

第１データ群が抽出するデータをサンプル点ｓｘとした複数のデータの値を加算したものとし、第２データ群が抽出するデータをサンプル点ｓ(ｘ＋ｍ)とした複数のデータの値を加算したものとし、
ｓをデータ抽出間隔とし、ｘを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、ｍをシェア量とした請求項１に記載の光学計測装置。

【請求項4】

２つの受光素子に受光素子を２つ追加して、４つの受光素子として偏光を検出可能とした請求項１から請求項３の何れかに記載の光学計測装置。

【請求項5】

前記走査素子が、照射光を相互に直交する２方向にそれぞれ走査させる２次元走査素子とされ、この２方向の内の少なくとも１方向の走査により測定対象物に照射された照射光が変調される請求項１から請求項４の何れかに記載の光学計測装置。

【請求項6】

前記走査素子にコントローラを接続し、このコントローラが走査素子の動作を操作して走査速度及び走査範囲を調整する請求項１から請求項５の何れかに記載の光学計測装置。

【請求項7】

コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各１つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも２つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から測定対象物についての計測値を得る計測部と、
を有した光学計測装置のデータ演算方法であって、
計測部において、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第２データ群を作成し、
測定対象物についての計測値を得る他、計測部でこれら２種のデータ群間の差の出力により測定対象物についての微分演算を実行する、光学計測装置のデータ演算方法。

【請求項8】

基本データ間における所定間隔で抽出されたデータの数をｋとしたときに、
第１データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
第２データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
ｎが０を含む自然数とされ、ｍが０を含まない自然数とされた請求項７に記載の光学計測装置のデータ演算方法。

【請求項9】

第１データ群が抽出するデータをサンプル点ｓｘとした複数のデータの値を加算したものとし、第２データ群が抽出するデータをサンプル点ｓ(ｘ＋ｍ)とした複数のデータの値を加算したものとし、
ｓをデータ抽出間隔とし、ｘを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、ｍをシェア量とした請求項７に記載の光学計測装置のデータ演算方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー光の照射により測定対象物の表面状態のプロフィルの計測、細胞等の表面状態および内部状態の計測や観察に対して、透過度、反射度、吸光度等の強度情報と光学的距離情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離する光学計測装置に関し、顕微鏡等の光学機器の性能を向上させる装置に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

従来の光学的顕微鏡では、光学的距離等の３次元の計測が困難であることに加え、位相情報と強度情報を正確に分離することはできなかった。例えば、位相差顕微鏡は、コントラストの低い生物細胞等を明瞭に観察するために、位相板を用いて、位相情報を強度情報に変換して観察していた。したがって、位相情報を可視化できるが、強度情報も観察されていた。
このように従来の位相差顕微鏡は、純粋に位相情報あるいは強度情報だけを分離して、観察する顕微鏡ではなかった。また、位相情報を可視化する微分干渉顕微鏡においても、同様であった。特に、３次元計測を可能にするためには、位相情報である光学的距離情報と強度情報は明確に分離する必要性がある。

【0003】

この一方、従来の光学的な行路差を検出する手段としては、共焦点顕微鏡やデジタルホログラム顕微鏡等が知られている。
前者の共焦点顕微鏡は、測定対象物にスポット光を照射しそのスポット光に対してピンホールを介して共焦点位置に配置した受光素子にて受光した光量が最大になるように、対物レンズまたは測定対象物を動かすことにより、測定対象物の高さ情報や行路差情報を取得していた。

【0004】

また、後者のデジタルホログラム顕微鏡は、測定対象物に対して略平行なレーザー光を照射し、測定対象物で回折された光を対物レンズにて集光し、レファランスとなる平面波とＣＣＤ等のエリアセンサ上にて干渉させてホログラムを作成するものである。そして、この干渉縞を計算にて解析することにより元の測定対象物からの波面を復元して、行路差情報を取得していた。

【0005】

ところが、前者の共焦点顕微鏡では、基本的にスポット光内に位相分布があるとビームが変形し誤情報となる。特に測定対象物が細胞等の屈折率変化など波面が位相的に変化するようなものに対しては、その値の信頼性は乏しいと言わざるを得ない。また、受光した光量が最大になるように対物レンズや測定対象物を動かす必要性があるので、リアルタイム性に欠けている。さらに、測定対象物が吸収率変化や反射率変化により強度むらの生じるようなものである場合、強度の変化が生じる点においては当然に受光した光量が変化するので、ピンホールを通過する光量は、合焦点で強度が強くなったのか、強度むらにより強くなったのか判断することはできず、誤った光学的距離を算出することになる。

【0006】

後者のデジタルホログラム顕微鏡では、対物レンズで回折された光を集光し、参照平面波と干渉させて、その明暗パターンをＣＣＤ等で取り入れ、計算機においてその波面を再生して情報としている。ところが、参照平面波はいくつもの光学素子を通過した平面波なので、平面波とはいえ微視的に見れば、波長の1/10程度は面内で凹凸がある。この波面の凸凹状態を何らかのキャリブレーション用の平面等で記憶しておいても、温度の揺らぎや空気密度の揺らぎ等で、実効的に揺らいでしまう。このために、異なる行路を通過した平面波と物体波との干渉パターンは厳密な意味では、物体波を再生しているとは言い難かった。

【0007】

また、従来のホログラム顕微鏡では、結像レンズ等を用いているものが多く、レンズのＮＡによる空間周波数領域での位相情報や強度情報はＭＴＦにより変化があり、正しく空間周波数を再現されているとは言いがたかった。したがって、光学的距離情報も正しい値を計算しているとみなすことは困難であった。

【0008】

他方、従来の微分干渉顕微鏡では、測定対象物に異なる偏光を有する光をわずかに空間的にシフトして照射することで、測定対象物に照射された２つの偏光の光は行路差に違いが生じるのに伴って、偏光にリターデーションを与え、これを再び合成することにより、測定対象物のわずかな屈折率差や高さの位相差を可視化するものである。なお、この空間的にシフトして偏光の光を照射する際のシフト量をシェア量という。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２０－２７０９６号公報

【特許文献2】特開２０１５－０７５３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

このような微分干渉顕微鏡の長所としては、高い空間周波数成分を光学的に増幅するので、見た目には分解能が高くなったように見える。しかしながら、測定対象物に複屈折性や旋光性を有する物質等が含まれる場合、微分干渉顕微鏡では複屈折により偏光面が回転するのに伴い、像が変わって見え非常に扱いづらい欠点を有していた。

【0011】

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、受光素子から取得された信号に基づき、強度情報と光学的距離とされる位相情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離するだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行し得る光学的計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１に係る光学計測装置は、コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各１つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも２つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値を得ると共に、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第２データ群を作成し、これら２種のデータ群間の差の出力により、測定対象物についての微分演算を実行する計測部と、
を含む。

【0013】

請求項１に係る光学計測装置の作用を以下に説明する。
本発明においては、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送る。さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線とした両側に各１つ位置した２つの受光素子が、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する。これに伴い、２つの受光素子でそれぞれ光電変換された基本データの信号から求まる測定対象物についての和信号と差信号の計測値により、測定対象物の強度情報と位相情報が得られる。

【0014】

そして、これら２つの受光素子でそれぞれ光電変換された信号から基本データ及び所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出された複数のデータの値を加算して得られた第２データ群とを、計測部にて作成する。さらに、これら２種のデータ群間の差の出力から、測定対象物についての和信号と差信号の計測値だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。

【0015】

すなわち、微分情報を得るのに偏光のリターデーションを用いている従来の微分干渉顕微鏡に対して、本請求項の光学計測装置は偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。

【0016】

したがって、従来の微分干渉顕微鏡の欠点を克服し、更に従来から用いていた強度や位相を得る手法に加えて、微分干渉顕微鏡の機能を付加した本請求項に係る光学計測装置の手法を追加することにより、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができ、従来の装置や方法では得られない新たな情報が得られる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。

【0017】

以上の結果として、本発明が適用された顕微鏡等では、走査ビームの照射位置から同時に微分演算を施した強度情報と光学的距離情報を取得することができるので、生きたままの細胞やマイクロマシーンなどの状態変化などの空間周波数の高い部分を強調表現できるので、細部の強度観察と位相観察が容易にできることとなる。しかも、複数のＣＣＤ等により取得する複数のデータではなく、同一観測点からの情報となるので、画素ズレによる位置合わせとは無縁な処理となり、確実に同一箇所から異なる情報を取得することができる。

【0018】

さらに、本発明を透過型の顕微鏡に適用した場合、簡単な装置になるのに伴い、細胞や微小生物等を生きたままで蛍光着色せず、高い分解能であって簡易且つ高速度に可視化して観察できる。しかも、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができるので、極めて容易に観察対象の細部の構造を強調することができるといった大きな特徴を有することになる。

【0019】

請求項２のように、基本データ間の所定間隔で抽出されたデータの数をｋとしたときに、
第１データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
第２データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
ｎが０を含む自然数とされ、ｍが０を含まない自然数とすることで、請求項１の光学計測装置による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を確実に実行できるようになる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。

【0020】

請求項３のように、第１データ群が抽出するデータをサンプル点ｓｘとした複数のデータの値を加算したものとし、第２データ群が抽出するデータをサンプル点ｓ(ｘ＋ｍ)とした複数のデータの値を加算したものとし、
ｓをデータ抽出間隔とし、ｘを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、ｍをシェア量とすることで、請求項１の光学計測装置による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を請求項２と同様に、確実に実行できるようになる。

【0021】

請求項４では、２つの受光素子に受光素子を２つ追加して、４つの受光素子として偏光を検出可能としたことで、４つの受光素子からの信号に対して、上記のような２種のデータ群を用いた演算を行うことにより、従来の微分偏光顕微鏡等の光学系では不可能な偏光微分干渉的な情報も得ることが出来る。

【0022】

この一方、請求項５のように、走査素子が、照射光を相互に直交する２方向にそれぞれ走査させる２次元走査素子とされ、この２方向の内の少なくとも１方向の走査により測定対象物に照射された照射光が変調されることが考えられる。さらに請求項６のように、前記走査素子にコントローラを接続し、このコントローラが走査素子の動作を操作して走査速度及び走査範囲を調整することが考えられる。このようにすれば、２次元の画像が単に得られるだけでなく、コントローラの設定を変更するだけで、任意の変調量かつ任意の範囲にて計測が可能となる。

【0023】

請求項７に係る光学計測装置のデータ演算方法は、コヒーレントな照射光を照射する光源と、
光源からの照射光を走査させて測定対象物に送る走査素子と、
照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各１つ位置し、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換する少なくとも２つの受光素子と、
これら受光素子にてそれぞれ光電変換されて出力された基本的な基本データの信号から測定対象物についての計測値を得る計測部と、
を有した光学計測装置のデータ演算方法であって、
計測部において、光電変換されて出力された信号から、基本データ及び予め定められた所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれ予め定められた所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第２データ群を作成し、
測定対象物についての計測値を得る他、計測部でこれら２種のデータ群間の差の出力により測定対象物についての微分演算を実行する。

【0024】

請求項７に係る光学計測装置のデータ演算方法の作用を以下に説明する。
本発明においては、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送る。さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線とした両側に各１つ位置した２つの受光素子が、走査に伴い測定対象物により変調された照射光をそれぞれ受光して光電変換することは請求項１と同様である。

【0025】

そして、これら２つの受光素子でそれぞれ光電変換された信号から基本データ及び所定間隔抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出した複数のデータを加算して得られた第２データ群とを、計測部にて作成する。さらに、これら２種のデータ群間の差の出力から、測定対象物についての和信号と差信号の計測値に基づく、強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。

【0026】

請求項８のように、基本データ間の所定間隔で抽出されたデータの数をｋとしたときに、
第１データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
第２データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目から1つずつ抽出位置をずらしてサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目までの（ｋ＋１）個のデータの値を加算したものとし、
ｎが０を含む自然数とされ、ｍが０を含まない自然数とすることで、請求項７の光学計測装置のデータ演算方法による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を確実に実行できるようになる。

【0027】

請求項９のように、第１データ群が抽出するデータをサンプル点ｓｘとした複数のデータの値を加算したものとし、第２データ群が抽出するデータをサンプル点ｓ(ｘ＋ｍ)とした複数のデータの値を加算したものとし、
ｓをデータ抽出間隔とし、ｘを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、ｍをシェア量
とすることで、請求項７の光学計測装置のデータ演算方法による強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を請求項８と同様に、確実に実行できるようになる。

【発明の効果】

【0028】

上記に示したように、本発明の光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法は、コヒーレントな照射光が光源から照射されると共に、走査素子がこの照射光を走査させて走査ビームとして測定対象物に送ることで、この照射光を変調する。
さらに、照射光の光軸方向に対して垂直な方向を境界線として両側に各１つ位置した受光素子でそれぞれ光電変換された信号自体の和の信号より強度情報を、また、信号の差の出力のヒルベルト変換した信号より位相情報を取得する。そして、第１データ群と第２データ群との間の差の出力を求める。このことにより、測定対象物の強度情報と位相情報を同時に取得しかつ両者を正確に分離するだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算等を実行できるという優れた効果を奏する。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明に係る光学計測装置の実施例１とされる反射光学系の装置のブロック図である。

【図2】図１の反射光学系の受光素子上における光照射領域を表す説明図である。

【図3】レーザー光の繰り返し走査を説明する斜視図である。

【図4】実施例１の強度及び位相に関するＭＴＦ曲線を表すグラフを示す図であって、図４（Ａ）に通常の強度情報のＭＴＦ曲線を示し、図４（Ｂ）に微分的な情報を加味する手法による強度情報のＭＴＦ曲線を示し、図４（Ｃ）に通常の位相情報のＭＴＦ曲線を示し、図４（Ｄ）に微分的な情報を加味する手法による位相情報のＭＴＦ曲線を示す。

【図5】本発明に係る光学計測装置の実施例２とされる透過光学系の装置のブロック図である。

【図6】実施例２の変形例とされる透過光学系の装置のブロック図である。

【図7】本発明に係る光学計測装置の実施例３とされる装置の受光素子上における光照射領域を表す説明図である。

【図8】本発明の光学計測装置に係る実施例４を示す光学系のブロック図である。

【図9】実施例４の対物レンズの光軸、集光レンズの光軸に対する０次回折光と１次回折光の関係を示す。

【図10】実施例４の強度及び位相に関するＭＴＦ曲線を表すグラフを示す図であって、図１０（Ａ）に通常の強度情報のＭＴＦ曲線を示し、図１０（Ｂ）に微分的な情報を加味する手法による強度情報のＭＴＦ曲線を示し、図１０（Ｃ）に通常の位相情報のＭＴＦ曲線を示し、図１０（Ｄ）に微分的な情報を加味する手法による位相情報のＭＴＦ曲線を示す。

【図11】本発明の光学計測装置に係る実施例５を示す光学系のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に、本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例１から実施例４を各図面に基づき、詳細に説明する。

【実施例0031】

本発明に係る光学計測装置の実施例１を以下に図１及び図２を参照しつつ説明する。本実施例は、走査ビームを測定対象物で反射する反射光学系の装置とされている。図１は、実施例に係る反射光学系の装置の構成を示すブロック図である。

【0032】

この図１に示すように、コヒーレントな照射光であるレーザー光が照射（出射）される光源であるレーザー光源２１と、このレーザー光から平行光を得られるように収差補正されたコリメーターレンズ２２とが順に配置されている。従って、本実施例では、レーザー光源２１から出射されたレーザー光が、コリメーターレンズ２２により平行光とされる。

【0033】

また、このコリメーターレンズ２２に対して、２群のレンズからなる瞳伝達レンズ系２５、入力されたレーザー光を２次元走査する２次元走査素子である２次元走査デバイス２６、入力されたレーザー光を本来的には分離して出射するためのものであるビームスプリッター２７が、さらに順に並んで配置されている。そして、図１に示すように瞳伝達レンズ系２５に向かう側のレーザー光の光路を光軸Ｌとしている。なお、この２次元走査デバイス２６には、レーザー光を２次元走査する走査範囲や走査速度を調整する電圧等を変更するための制御手段であるコントローラ２３が接続されている。

【0034】

さらに、ビームスプリッター２７に隣り合って、２群のレンズからなる瞳伝達レンズ系３０が位置し、この隣に対物レンズ３１が測定対象物Ｇ１と対向して配置されている。つまり、これら部材も光軸Ｌに沿って並んでいることになる。以上より、レーザー光がこの光軸Ｌに沿って、瞳伝達レンズ系２５、２次元走査デバイス２６、ビームスプリッター２７、瞳伝達レンズ系３０、対物レンズ３１を順に経て、測定対象物Ｇ１に照射される。この際、２次元走査デバイス２６の動作により、このレーザー光が走査ビームとなって測定対象物Ｇ１上で２次元的に走査される。

【0035】

他方、光軸Ｌが通過する方向に対して直交する方向であってビームスプリッター２７の隣の位置には、複数の光センサにより構成される受光素子群２９が配置されている。そして、図１に示す測定対象物Ｇ１にて反射した走査ビームは回折光となり、対物レンズ３１、瞳伝達レンズ系３０及びビームスプリッター２７の順で戻って平行光となる。これに伴いこのビームスプリッター２７で反射して、本来の光軸Ｌに対して直交する照射光の光軸Ｌに沿って受光素子群２９に入射される。

【0036】

尚、この受光素子群２９は、測定対象物Ｇ１のファーフィールド（遠視野）面に配置されているだけでなく、本実施例では２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂにより構成されている。但し、図２に示すように、走査ビームＬＡのスポットの中心となる光軸Ｌに沿った方向に対して略垂直な面上であってこの光軸Ｌを通る境界線Ｓを挟んで、これら受光素子２９Ａ、２９Ｂがそれぞれ配置されている。つまり、境界線Ｓの片側にずれて受光素子２９Ａが位置し、これと境界線Ｓの反対側にずれて受光素子２９Ｂが位置していて、測定対象物Ｇ１で反射することで経由した走査ビームＬＡをこれら各受光素子２９Ａ、２９Ｂが受光する。

【0037】

さらに、各受光素子２９Ａ、２９Ｂは図示しない光電変換部を有した構造とされていて、各受光素子２９Ａ、２９Ｂが走査ビームＬＡを受光してそれぞれ光電変換することになる。
この各受光素子２９Ａ、２９Ｂ及び、２次元走査デバイス２６の動作を操作する前述のコントローラ２３は、信号比較器３３にそれぞれ接続されている。これに伴って、信号比較器３３が各受光素子２９Ａ、２９Ｂからの信号及びコントローラ２３からの信号により測定対象物Ｇ１の強度情報および位相情報を得ることになる。そして、この信号比較器３３が、最終的にデータを処理して測定対象物Ｇ１のプロフィル等の計測値を得るデータ処理部３４に繋がっている。このため、本実施例では、これら信号比較器３３及びデータ処理部３４が計測部とされている。尚、このデータ処理部３４は図示しないものの、アナログデータをデジタルデータに変換するためのＡＤコンバータを内蔵している。

【0038】

また、レーザー光源２１は半導体レーザーであり、コヒーレントなレーザー光を発生する。このレーザー光をコリメーターレンズ２２により平行光束にし、瞳伝達レンズ系２５に入射させる。このとき、レーザー光の入射ビーム径は、瞳伝達レンズ系２５との兼ね合いより、絞り機構（図示せず）等を用いて適正化しておくことにする。

【0039】

ここで、コリメーターレンズ２２と２次元走査デバイス２６との間に配置されている瞳伝達レンズ系２５は、コリメーターレンズ２２の出射面位置を次の２次元走査デバイス２６に共役に伝達するための光学系である。この瞳伝達レンズ系２５を通過したレーザー光は、２次元走査デバイス２６を経由して走査ビームとなってビームスプリッター２７に送られるが、このビームスプリッター２７からの走査ビームは、対物レンズ３１の瞳位置に共役にする瞳伝達レンズ系３０を介して対物レンズ３１に入射する。

【0040】

以上より、本実施例では、変調されていない状態のレーザー光がレーザー光源２１より照射されるものの、２次元走査デバイス２６により走査ビームとされたレーザー光が測定対象物Ｇ１に入射されてパターンを有する強度変化と光学的距離変化により実質的に変調されると共に測定対象物Ｇ１で反射された結果として、測定対象物Ｇ１のフーリエ変換の変調信号を受光素子群２９が最終的に検出する。

【0041】

また、図３に示すように、２次元走査デバイス２６は、水平方向Ｘに沿ってレーザー光を繰り返して光軸Ｌを移動しつつ測定対象物Ｇ１上で走査する。但し、この繰り返しに際して図３における１、２、３、４・・・のように垂直方向Ｙに沿って順次走査位置を変更していくことで、２次元走査を可能としている。そして、この２次元走査デバイス２６の動作を調整するコントローラ２３は、本装置の視野範囲を変更可能としている。つまり、コントローラ２３が２次元走査デバイス２６の水平方向の走査範囲をコントロールする電圧を変更したり、垂直方向の走査範囲を変更したりすることで、自由に３次元画像を拡大縮小して視野範囲を調整可能となる。尚この際、コントローラ２３は横分解能を一定に保ったまま、視野範囲だけを変更できる。

【0042】

従って、本実施例によれば、図３に示すように測定対象物Ｇ１の表面に凸部Ｃが存在するような凹凸があったり、高濃度の箇所Ｄが存在するような濃淡があったりした場合でも、２次元走査デバイス２６により走査されて照射されたレーザー光の回折量や反射量の変化により、これら凸部Ｃや高濃度の箇所Ｄを正確に再現可能となる。

【0043】

このようにレーザー光源２１から変調されていないレーザー光が照射されるが、２次元走査デバイス２６による走査により走査ビームとされたこのレーザー光は、測定対象物Ｇ１を経て回折を生じて実質的に回折光となる。この回折光のうち、０次回折光及び１次回折光自体は無変調光であり、これら回折光の強度信号は無変調信号となる。
この一方、０次回折光と１次回折光が重なった部分は、０次回折光に対して１次回折光が位相差を有した信号なので、変調された強度信号となる。なぜならば、強度ないし光学的距離のそれぞれは、ある空間周波数の集合体とみなせ、照射光であるビームの走査により０次回折光と１次回折光の重なった部分は、１次回折光に対応した空間周波数で変調される。

【0044】

この変調された光は受光素子２９Ａ、２９Ｂによって、空間周波数に対応した周波数の電流に強度信号として変換され、この受光素子２９Ａ、２９Ｂ内の光電変換部の電流電圧変換回路等により、この電流を電圧に変換する。したがって、無変調光である０次回折光及び１次回折光自体はＤＣ信号となり、変調光である０次回折光と１次回折光の重なった部分はＡＣ信号となる。

【0045】

次に、本実施の形態に係る光学計測装置のデータ処理について以下に具体的に説明する。ただし、反射光学系のみならず透過光学系においてもデータ処理については同様なので、以下に一括して説明する。

【0046】

各受光素子２９Ａ、２９Ｂにてそれぞれ光電変換されて出力された各信号が信号比較器３３においてコントローラ２３からの信号と比較されて、測定対象物Ｇ１の信号情報を得ることになる。そして、この信号比較器３３からこの信号情報が送り込まれたデータ処理部３４においてヒルベルト変換される。そしてこの信号情報自体及びヒルベルト変換された信号それぞれをデータ処理部３４にて、離散的な複数個のデータからなる計測データとする。

【0047】

例えば、データ処理部３４の一部を構成しているＡＤコンバータのサンプリング周波数を４８０ＭＨｚとし、走査ビームの走査速度をｖ＝３．０ｍ／ｓとした場合、２４０ＭＨｚの周波数は１２．５ｎｍの間隔に相当し、３０ＭＨｚの周波数は１００ｎｍの間隔に相当する。
これに対して、例えば使用しているレーザー光源２１のレーザー波長を４８８ｎｍとし、対物レンズ３１のＮＡを０．９５とすると、カットオフの空間周波数は２５６ｎｍとなるので、１００ｎｍの間隔でデータを取得すれば、十分ということになる。ただし、本発明の実施例４に示すような横分解能を向上させる光学的においては、さらに取得する周波数の上限を高くし、例えば６０ＭＨｚまでにすればよい。

【0048】

本実施の形態の場合、測定対象物Ｇ１上における走査ビームの走査速度との関係から、ヒルベルト変換後において上記ＡＣ信号をＡＤ変換した離散的なデータからなる計測データとして、３０ＭＨｚの周波数で１６個のデータを得ることにする。

【0049】

次に、受光素子２９Ａ、２９Ｂで検出される信号がどのようになるかを以下に具体的に示す。反射光学系のみならず透過光学系においても、また、高分解能化された透過光学系においても、信号処理としては同様なので、ここで以下の実施例において一括して説明する。

【0050】

測定対象物Ｇ１の状態は、強度パターンと光学的距離パターンの積で一般的に表され、測定対象物Ｇ１によって照射光は回折される。
簡単のために、強度パターンの複素振幅Ｅ₀はピッチｄiの余弦波パターンとし、光学的距離パターンの位相Θはピッチdpの正弦波パターンとする。照射光の波長をλ、強度の変調度をｍ、媒体と測定対象物の屈折率差をδn、厚さをhとすると、以下の数式のように表すことができる。

【0051】

【数1】

【0052】

これらのパターンに波長λの光を照射し、ファーフィールドであるフーリエ変換面に配置した受光素子２９Ａ、２９Ｂで受光する。振幅部分の測定対象物Ｇ１のパターンにおける、強度パターンの複素振幅Ｅ₀のフーリエ変換面では、光軸Ｌに対して片側でかつ１次回折光と－１次回折光が重ならない領域、すなわち、空間周波数が比較的高い領域を考えると、１次回折光側では以下の数式のようになる。

【0053】

【数2】

【0054】

同様に、位相部分のフーリエ変換面では、光軸に対して片側でかつ１次回折光と－１次回折光が重ならない空間周波数が比較的高い部分を考える。１次回折光側では以下の数式で空間周波数が比較的高い部分が与えられる。

【0055】

【数3】

【0056】

このため、１次回折光側では、光の振幅分布Ｅ_Rは以下の数式のようになる。

【0057】

【数4】

【0058】

ここで、aは光学的距離の位相情報を表し、ｂは光学的距離の位相情報の１次ベッセル関数と０次ベッセル関数の比を表している。また、上記したようにｍは強度の変調度を表している。したがって、１次回折光側で受光する光量の出力Ｉ_Rは以下の数式で求められる。

【0059】

【数5】

【0060】

同様にして、光軸Ｌに対して片側でかつ１次回折光と－１次回折光が重ならない周波数が比較的高い部分を考える。－１次回折光側では、光の振幅分布Ｅ_Lは以下の数式のようになる。

【0061】

【数6】

【0062】

したがって、－１次回折光側で受光する光量の出力Ｉ_Lは以下の数式のようになる。

【0063】

【数7】

【0064】

なお、１次回折光側と－１次回折光側で多少の回路ゲインの違い等が生じている可能性を考慮して、係数値Ｋ₁、Ｋ₂を入れて検出される信号レベルＡ₁、Ａ₂に違いを持たせ一般化した。

【0065】

上記のように強度部は同相であり、位相部は逆相となる。
詳細は割愛するが、光軸Ｌを境界として、対物レンズのＮＡと同じ領域の光を受光する受光素子を用いた場合でかつ、測定対象物Ｇ１上でのスポット径に対して、スポット径の大きさと同じ空間周波数に対して、上記数式となる。

【0066】

さて、走査ビームを速さvで走査した場合、空間周波数に相当した変調信号が走査ビームに乗るので、上記θとηはそれぞれ検出される周波数をfi,fpとすると、以下の数式で実効的に表すことができる。つまり、以下のように空間周波数の位相は、変調を受けることになる。

【0067】

【数8】

【0068】

次に、各受光素子で１次回折光と－１次回折光からそれぞれ得られた信号を第１の信号とするが、この第１の信号の交流成分の変調信号を２回続けてヒルベルト変換するものとする。この際、１回目のヒルベルト変換した第２の信号をＨ1(Ｉ_R)やＨ1(Ｉ_L) で表し、２回目のヒルベルト変換した第３の信号をＨ2(Ｉ_R)やＨ2(Ｉ_L)で表すものとする。そして、１次回折光側の受光素子で得られた出力と－１次回折光側の受光素子で、得られた信号のそれぞれのヒルベルト変換は下記の式となる。

【0069】

【数9】

【0070】

ここで、まず光量の現信号Ｉ_R及び現信号Ｉ_Lである第１の信号と２回のヒルベルト変換された第３の信号Ｈ2(Ｉ_R)やＨ2(Ｉ_L)との和の出力か、現信号Ｉ_R、Ｉ_LのＤＣ出力を取り出すと、以下のようになる。

【0071】

【数10】

【0072】

つまり、信号比較器３３が、前述の測定対象物Ｇ１で反射された走査ビームを光電変換した信号と走査ビームの基となるコントローラ２３の走査を指示する信号とにより、測定対象物Ｇ１の強度情報と位相情報を得て、この信号比較器３３と接続されたＣＰＵやメモリ等からなるデータ処理部３４にこの強度情報と位相情報を送り込むことになる。
これに伴い、データ処理部３４でこの強度情報と位相情報を平面に対する走査情報とともに記録していき、測定対象物Ｇ１の表面についての強度情報とプロフィル情報等の位相情報の計測値を簡単に導くことができる。この場合、上記した強度情報は、反射率を反映したような情報となる。

【0073】

次に、本実施例をレーザー走査微分干渉型顕微鏡として応用した光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法に関して以下に説明する。
上記と同様のデータ処理部３４の一部を構成しているＡＤコンバータのサンプリング周波数を走査ビームの走査速度との兼ね合いで３０ＭＨｚの周波数としたとき、上記と異なってサンプリングの間隔を９０ｎｍとする。

【0074】

ただし、９０ｎｍの間隔でサンプリングした基本的なデータを基本データとすれば、各基本データのサンプリング間でオーバーサンプリングし、実際のサンプリング周波数を４８０ＭＨｚとし、９０ｎｍ毎に１６個のデータを取得する。この際、各データのサンプリングの間隔は５．６２５ｎｍとなる。

【0075】

そして、サンプリング周波数を４８０ＭＨｚとして得たデータから１６個ごとのデータを元にして、データ処理部３４内で処理を行うが、その処理の手順を以下に説明する。
まず、サンプル点１６ｎ番目からサンプル点１５＋１６ｎ番目までの各サンプル点のデータである１６個のデータの値を加算したものを第１データ群とする。また、サンプル点１６ｎ＋ｍ番目からサンプル点１５＋１６ｎ＋ｍ番目までの各サンプル点のデータである１６個のデータの値を加算したものを第２データ群とする。この際、ｎは０を含む自然数とされ、ｍはこの手法のシェア量に相当するが０を含まない自然数とされる。

【0076】

そして、各データのサンプリングの間隔は５．６２５ｎｍとなるのに伴い、各データ群内のもっとも離れた２つのデータ間では１５個分のデータだけ離れていることになるので、８４．３７５ｎｍだけ離れていることになる。これに伴い、例えばシェア量を２とするｍ＝２とした時に、第１データ群の複数のデータと第２データ群の複数のデータにおける各サンプル点間では、それぞれ相互に二つずつずれた個所のデータとなり、各データ群においては、これらのデータを加え合わせたものとなる。なお、ｍ＝１の時にはそれぞれ一つずつずれた個所のデータとなり、ｍ＝３の時にはそれぞれ三つずつずれた個所のデータとなる。

【0077】

ただし、上記説明は一例であり、一般的には、所定間隔で抽出されたデータの数をｋとし、第１データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ番目からサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ番目までとし、第２データ群が抽出するデータをサンプル点（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目からサンプル点ｋ＋（ｋ＋１）ｎ＋ｍ番目までとできる。そして、上記説明においては、９０ｎｍ毎に１６個のデータを取得するのに伴い、ｋを１５とし、ｋ＋１を１６とした。

【0078】

以上に伴い、２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂでそれぞれ光電変換された信号から求まる測定対象物Ｇ１についての和信号と差信号の計測値により、測定対象物Ｇ１の強度情報と位相情報が得られるが、これら２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂでそれぞれ光電変換された信号から所定間隔で抽出した複数のデータの値を加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらして抽出した複数のデータの値を加算して得られた第２データ群とを、データ処理部３４にて作成する。

【0079】

さらに、これら２種のデータ群間の差の出力から、測定対象物Ｇ１についての和信号と差信号の計測値に基づく強度情報や位相情報だけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。

【0080】

他方、光学的にはシェア量を適当な大きさにしないとコントラストが十分に生じないが、本実施例の方法では、データを電気信号に変換しているので、極めて接近させた５．６２５ｎｍ（シェア量ｍ＝１の時）というわずかな変化であってもＳ／Ｎ比さえ取れれば、コントラストを検出できる。また、例えば本実施例の光学計測装置に対する設定数値の入力によりｍはいくらでも簡易に調整できるので、光学系によるシェア調整を行う必要性もない。

【0081】

以下に、強度パターン及び位相パターンの具体的な値の求め方を説明する。
強度パターンの場合、測定対象物Ｇ１自体のプロフィルをf(x)=1+mcos(kx)とすると、２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂの和の出力のＡＣ信号とＤＣ信号の比で得られる情報は、mcos(kx)となる。
また、位相パターンの場合、測定対象物Ｇ１自体のプロフィルを下記（１１）式とすると、２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂの差の出力のＡＣ信号のヒルベルト変換とＤＣ信号の比で得られる情報は位相でθ(x)とすると、下記（１２）式となる。これに伴い、隣接したデータ間の差の出力は、強度では下記（１３）式となり、位相では下記（１４）式となる。

【0082】

【数11】

【0083】

このように元の各パターンに対して、ｋ倍された強度パターンと位相パターンを得ることができる。つまり、元の測定対象物Ｇ１におけるパターンの微分となっている。したがって、これまで行ってきた２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂの和信号と差信号の出力を用いて導いたフーリエ変換面での強度と位相の演算の他に、上記のようにオーバーサンプリングして微分的な演算を施すことで、空間周波数に比例した強度情報と位相情報を個々に導くことが出来る。さらに、偏光光学系により微分偏光顕微鏡と同様の機能を有するようにもなる。

【0084】

すなわち、従来の微分干渉顕微鏡は、微分情報を得るのに偏光のリターデーションを用いているので、サンプルである測定対象物に複屈折性や旋光性を有する物質等が含まれている場合、偏光面を回転するのに伴い、複屈折により像が変わって見え非常に扱いづらく、正しい観察結果が得られにくい欠点を有していた。
これに対して本実施例の光学計測装置による方法によれば、偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。

【0085】

以上より、従来の微分干渉顕微鏡の欠点を克服し、更に従来から用いていた強度や位相を得る手法に加えて、微分干渉顕微鏡の機能を付加した本実施例に係る光学計測装置の手法を加味することにより、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算を実行することができ、従来の装置や方法では得られない新たな情報が得られる。

【0086】

本実施例によれば、強度及び位相に関するＭＴＦ曲線Ｍが、図４に示す各グラフのようになる。なお、これらのグラフにおいて、縦軸の変調度をｙとし、横軸の空間周波数をｆとし、カットオフ周波数をｆｃとする。
この内の単なる強度情報のＭＴＦ曲線Ｍを表す図４（Ａ）のグラフにおいては、下記（１５）式に示すように空間周波数ｆが０における変調度１からＭＴＦ曲線Ｍが直線的に低下し、カットオフ周波数ｆｃで変調度は０となる。

【0087】

【数12】

【0088】

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、強度情報に関して、上記（１６）式に基づき図４（Ｂ）に示すグラフのように、空間周波数ｆが０における変調度の値が０となり、空間周波数ｆが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加し、カットオフ周波数ｆｃの１/２空間周波数ｆにおいて変調度が最大値の１となる。この後、曲線的に変調度は低下してカットオフ周波数ｆｃで変調度は０となる。

【0089】

他方、単なる位相情報のＭＴＦ曲線Ｍを表す図４（Ｃ）のグラフにおいては、下記（１７）式と（１８）式に示すように空間周波数ｆが０における変調度０からＭＴＦ曲線Ｍが直線的に増加し、カットオフ周波数ｆｃの１／２の周波数で変調度は最大値の１となる。この後、変調度は直線的に低下してカットオフ周波数ｆｃで変調度は０となる。この場合、曲線は上に凸の２次曲線となる。

【0090】

【数13】

【0091】

これに対して、本実施例の微分的な情報を加味する手法によれば、位相情報に関して、上記（１９）式と（２０）式に基づき図４（Ｄ）に示すグラフのように、空間周波数ｆが０における変調度の値が０となり、空間周波数ｆが高くなるにつれて曲線的に変調度が増加する。この区間では、下に凸の２次曲線となる。そして、カットオフ周波数ｆｃの１/２の空間周波数ｆにおいて最大値の１となる。この後、曲線的に変調度はゆっくり低下してカットオフ周波数ｆｃで変調度は０となる。この区間では、下に凸の２次曲線となる。

【0092】

すなわち、強度部及び位相部のいずれにおいても、本実施例の微分的な情報を加味する手法を用いれば、カットオフ周波数ｆｃの１/２において最大の変調度となる情報が得られるだけでなく、高周波領域が強調されることになる。

【0093】

次に、本実施例を応用した光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の変形例に関して以下に説明する。
本変形例においても上記と同様に、サンプリング周波数を４８０ＭＨｚとして得たデータから１６個ごとのデータを元にして、以下の処理をデータ処理部３４内で行う。

【0094】

まず初めに、各サンプル点ｓｘ番目のデータを第１データ群とし、サンプル点ｓ(ｘ＋ｍ) 番目のデータを第２データ群とする。この際、ｓをデータ抽出間隔とし、ｘを各データ抽出間隔内の取得データ位置とし、ｍをシェア量とする。具体的には、上記の９０ｎｍ毎に例えば合計１０個のデータを取得する場合、ｓを１６とし、ｘを０～１５のいずれかの取得データ位置とし、ｍを例えば１とする。

【0095】

これにより、第１データ群では、９０ｎｍ毎に１０個だけサンプルデータを取得し、これら取得したサンプルデータの値を加算する。また、第２データ群では、第１データ群のサンプルデータの位置の次の位置のサンプルデータを取得する。つまり上記と同じく９０ｎｍ毎に１０個だけサンプルデータを取得し、これら取得したサンプルデータの値を加算する。ただし、シェア量ｍを例えば２とすれば、第２データ群において、第１データ群のサンプルデータの位置に対して二つだけずれた位置のサンプルデータを取得することになる。

【0096】

以上に伴い、実施例１と同様に、２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂでそれぞれ光電変換された信号から所定間隔の複数のデータを加算して得られた第１データ群と、この第１データ群の複数のデータに対してそれぞれシェア量に相当する所定量ずらした複数のデータを加算して得られた第２データ群とを、データ処理部３４にて作成する。さらに、これら２種のデータ群間の差の出力から、測定対象物Ｇ１についての和信号と差信号の計測値に基づく強度情報や位相情報が得られるだけでなく、強度だけの微分演算、位相だけの微分演算、偏光に対しての微分演算をそれぞれ実行できる。なお、位相だけの微分演算は、従来の微分干渉とほぼ同義になる。ただし、偏光の影響を受けない点が異なる。

【実施例0097】

次に、本発明に係る光学計測装置及び光学計測装置のデータ演算方法の実施例２を以下に図５を参照しつつ説明する。本実施例は、走査ビームが測定対象物を透過する透過光学系の装置とされている。
図５は、本実施例に係る透過光学系の装置を示すブロック図である。主要な光学系は前記反射光学系の装置と同じなので説明を割愛するが、この透過光学系の装置では、実施例１と比較して対物レンズ３１で集光された光が測定対象物Ｇ２を透過することになる。

【0098】

また、本実施例では、透過光学系であることからビームスプリッター２７が不要になり、これに合わせて測定対象物Ｇ２を介した対物レンズ３１と反対側の位置に、受光素子群２９が配置されている。但し、実施例１と同様にこの受光素子群２９は、測定対象物Ｇ２のファーフィールド面に配置されているだけでなく、実施例１の２つの受光素子２９Ａ、２９Ｂと同様な構造の受光素子２９Ｅ、２９Ｆにより構成されている。

【0099】

つまり、透過光学系の本装置の場合、図５に示すように対物レンズ３１の光軸Ｌの延長線上に受光素子群２９が配置されている。さらに、実施例１と同様に、走査ビームＬＡのスポットの中心となる光軸Ｌに沿った方向に対して略垂直な面上であってこの光軸Ｌを通る境界線Ｓを挟んで、受光素子２９Ｅ、２９Ｆがそれぞれ位置している。このことから、境界線Ｓの片側にずれて受光素子２９Ｅが位置し、これと境界線Ｓの反対側にずれて受光素子２９Ｆが位置していることになる。これに伴い、図５の透過光学系の装置でも、図１の反射光学系の装置と同様に受光素子群２９上において空間的にほぼ等位相になる。

【0100】

さらに、信号比較器３３が、前述の測定対象物Ｇ２で透過された走査ビームを光電変換した信号と走査ビームの基となるコントローラ２３の走査を指示する信号により、測定対象物Ｇ２の強度情報と位相情報を得て、この信号比較器３３と接続されたＣＰＵやメモリ等からなるデータ処理部３４にこの強度情報と位相情報を送り込むことになる。これに伴い、データ処理部３４でこの強度情報と位相情報を平面に対する走査情報とともに記録していき、測定対象物Ｇ２の表面や内部についての強度情報とプロフィル情報等の位相情報の計測値を簡単に導くことができる。この場合、上記した強度情報は、反射率を反映したような情報となる。

【0101】

従って、実施例１と同様に、受光素子群２９を構成する受光素子２９Ｅ、２９Ｆでそれぞれ光電変換した信号及び、コントローラ２３からの２次元走査デバイス２６による走査を指示する信号により、信号比較器３３が測定対象物Ｇ２の強度情報と位相情報を得ることになる。
そして、実施例１と同様に、元信号とヒルベルト変換を行うことにより、最終的にデータを処理してデータ処理部３４が測定対象物Ｇ２のプロフィル等の光学的距離と透過度や透過率等の計測値を実質的に得ることができる。この結果として、本実施例によっても、透過光による強度情報と光学的距離情報を完全に分離することが可能となる。

【0102】

また、上記した実施例１で示したＣ₀、Ｃ₁を測定対象物のない状態で測定しておき、測定対象物Ｇ２のある状態でｂを得たのち、Ｃ₀、Ｃ₁を測定すれば、実効上、強度の変調度ｍに係る強度情報を得ることができる。このようにすれば、この強度情報を透過率等の物理量にすることが可能となる。

【0103】

特に、本実施例のように透過光学系の装置では、無染色、非侵襲で生きたままの細胞の状態変化を強度情報と光学的距離情報に分離してリアルタイムに観察できるので、ｉＰＳ、ＥＳ細胞等の細胞が正常か否かの検査やがん細胞の有無検査等に大きな役割を果たすことができる。これは、電子顕微鏡のような高倍率であっても生体を殺した状態でないと観測できない測定器とは大きく異なる特徴である。
さらに、本実施例の光学計測装置による方法によれば、偏光を用いずに電気信号を元にして微分的な情報が得られるので、実施例１と同様に複屈折性や旋光性を測定対象物が有していても、正しい微分干渉的な情報を生成することが出来る。

【0104】

他方、本実施例の変形例として、測定対象物Ｇ２を挟んで対物レンズ３１と反対側となる測定対象物Ｇ２の背後であって受光素子群２９の手前にレンズ４０を図６に示すように配置することが考えられる。つまり、測定対象物Ｇ２からの回折光となる走査ビームをこのレンズ４０にて平行光としたのち、受光素子群２９に導く形となる。このため、本変形例では、図６に示すように測定対象物Ｇ２を透過した走査ビームのフーリエ変換パターンがレンズ４０により平行光とされて受光素子群２９で受光される。但し、このレンズ４０により集光して受光素子群２９に走査ビームを導いてもよい。