JPH10268200A - Interference microscope device - Google Patents
Interference microscope deviceInfo
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- JPH10268200A JPH10268200A JP8725397A JP8725397A JPH10268200A JP H10268200 A JPH10268200 A JP H10268200A JP 8725397 A JP8725397 A JP 8725397A JP 8725397 A JP8725397 A JP 8725397A JP H10268200 A JPH10268200 A JP H10268200A
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いて観察物
体表面の凹凸形状を画像化する干渉顕微鏡装置に関す
る。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an interference microscope apparatus for imaging an uneven shape of an observation object surface using light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光の位相を利用して観察物体表面の凹凸
形状を観察する装置として、従来よりＶ．Ｒ．Ｔｙｃｈ
ｉｎｓｋｙ，Ｉ．Ｎ．Ｍａｓａｌｏｖ ａｎｄ Ｄ．
Ｖ．Ｕｂｌｉｎｓｋｙ：ＯＰＴＩＣＳ Ｃｏｍｍ．，Ｖ
ｏｌ．７４，（１９８９），ｐｐ．３７−４０にあるよ
うな位相干渉顕微鏡が知られている。2. Description of the Related Art As an apparatus for observing the uneven shape of the surface of an observation object by using the phase of light, V.V. R. Tych
insky, I .; N. Masalov and D.M.
V. Ublinsky: OPTICS Comm. , V
ol. 74, (1989), p. Phase interference microscopes such as those at 37-40 are known.
【０００３】この装置は、図７に示すようにコヒーレン
トな一定波長の平面波を発生するレーザ発振器１で発生
したレーザ光をハーフミラー２で物体光線と参照光線の
２つに分割し、物体光線を第１のレンズ３を介して観察
物体４に入射し、観察物体４の表面で反射された物体光
線を再び第１のレンズ３、ハーフミラー２を介して例え
ばＣＣＤで構成される光検出器５上に結像させる。In this apparatus, as shown in FIG. 7, a laser beam generated by a laser oscillator 1 for generating a coherent plane wave of a constant wavelength is split into two object beams and a reference beam by a half mirror 2, and the object beam is separated. The object beam which is incident on the observation object 4 via the first lens 3 and is reflected on the surface of the observation object 4 is again passed through the first lens 3 and the half mirror 2 to a photodetector 5 composed of, for example, a CCD. Image on top.
【０００４】一方、ハーフミラー２で分割された参照光
線を第２のレンズ６を介した後に標準平面ミラー７で全
反射させ、再度第２のレンズ６を介してハーフミラー２
で反射させて上記物体光線と同じく光検出器５上に結像
させる。On the other hand, the reference light beam split by the half mirror 2 is totally reflected by the standard plane mirror 7 after passing through the second lens 6, and is again reflected by the half mirror 2 through the second lens 6.
To form an image on the photodetector 5 in the same manner as the object light beam.
【０００５】光検出器５では、観察物体４での反射光で
ある物体光線と標準平面ミラー７の反射光である参照光
線が干渉した干渉強度を表わす画像信号を検出し、その
結果を図示しないＡ／Ｄ変換器等によりデジタル値に変
換した後に画像メモリ８に保存するものであり、この画
像メモリ８に保存した干渉強度の画像信号からコンピュ
ータよりなる画像処理部９が観察物体４の表面の凹凸形
状に応じた位相を求めるものである。[0005] The photodetector 5 detects an image signal representing the intensity of interference between the object light beam reflected by the observation object 4 and the reference light beam reflected by the standard plane mirror 7, and the result is not shown. The digital value is converted into a digital value by an A / D converter or the like, and is stored in the image memory 8. This is for obtaining a phase corresponding to the uneven shape.
【０００６】レーザ発振器１が発生するレーザ光の波長
をλ［ｎｍ］、位相の分解能をｍ［°］とすれば、観察
物体４表面の凹凸形状の分解能Ｄは Ｄ＝ｍλ／（４π） …(1) で与えられるもので、λ＝６３０［ｎｍ］、ｍ＝５
［°］（＝０．０８７［ｒａｄ］）とすれば、分解能Ｄ
＝約４［ｎｍ］となり、凹凸形状の分解能Ｄが非常に高
いことがわかる。If the wavelength of the laser beam generated by the laser oscillator 1 is λ [nm] and the phase resolution is m [°], the resolution D of the uneven shape on the surface of the observation object 4 is D = mλ / (4π) Λ = 630 [nm], m = 5
[°] (= 0.087 [rad]), the resolution D
= About 4 [nm], which indicates that the resolution D of the uneven shape is very high.
【０００７】観察物体４表面に垂直な、光路と平行な方
向をＺ軸、観察物体４表面に平行な、それぞれ光路と直
交する方向をＸ，Ｙ軸とすると、上記した方法ではＺ軸
の方向の分解能は非常に高くなるが、その反面Ｘ，Ｙ軸
の各方向についての分解能は通常の顕微鏡と同じくλ
［ｎｍ］程度である。If the direction perpendicular to the surface of the observation object 4 and parallel to the optical path is the Z axis, and the directions parallel to the surface of the observation object 4 and orthogonal to the optical path are the X and Y axes, respectively, Is very high, but the resolution in each of the X and Y axes is λ, which is the same as that of a normal microscope.
[Nm].
【０００８】しかるに、観察物体４表面に平行なＸ，Ｙ
軸方向の分解能を高めるために、Ｖ．Ｒ．Ｔｙｃｈｉｎ
ｓｋｙ：ＯＰＴＩＣＳ Ｃｏｍｍ．，Ｖｏｌ．７４，
（１９８９），ｐｐ．４１−４５にあるような位相を使
った方法や、Ｖ．Ｒ．Ｔｙｃｈｉｎｓｋｙ：ＯＰＴＩＣ
Ｓ Ｃｏｍｍ．，Ｖｏｌ．８１，（１９９１），ｐｐ．
１３１−１３７のような偏光を使った方法も考えられて
いる。However, X, Y parallel to the surface of the observation object 4
To increase the axial resolution, V.V. R. Tychin
sky: OPTICS Comm. , Vol. 74,
(1989), p. A method using a phase such as that described in R. Tychinsky: OPTIC
S Comm. , Vol. 81, (1991), pp.
A method using polarized light such as 131-137 has also been considered.
【０００９】この偏光を使った方法では、ノマルスキー
プリズムを用いた微分干渉顕微鏡を利用するもので、光
源からの光を偏光させてノマルスキープリズムに入射す
ると、その偏光方向によって常光線と異常光線の２つの
光路に分かれて一定距離分だけ横にずれた状態のまま観
察物体に入射することとなる。この横ずれした距離はシ
ヤー量と呼称されるもので、２つの光線は観察物体表面
で反射し、再びノマルスキープリズムを介して１つの光
路となるため、２つの光線が干渉する。この干渉により
得られる画像は上記図７で示した干渉画像と異なり、微
分干渉画像であるため、シヤー方向をもって積分を実行
することにより位相画像を計算し、観察物体表面の凹凸
形状に応じた位相情報を求めることができるものであ
る。This method using polarized light uses a differential interference microscope using a Nomarski prism. When light from a light source is polarized and incident on the Nomarski prism, two rays of an ordinary ray and an extraordinary ray depend on the polarization direction. The light enters the observation object while being split into two light paths and shifted laterally by a certain distance. This laterally displaced distance is referred to as a shear amount, and the two light beams are reflected on the surface of the observation object and again become one optical path via the Nomarski prism, so that the two light beams interfere with each other. Since the image obtained by this interference is a differential interference image, unlike the interference image shown in FIG. 7, a phase image is calculated by performing integration in the shear direction, and a phase corresponding to the uneven shape of the surface of the observation object is calculated. Information can be requested.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
７で示した方法では、レーザ発振器１からの光をハーフ
ミラー２で参照光線と物体光線とに２分割し、参照光線
を標準平面ミラー７で反射させ、その位相を基準として
観察物体４の位相を測定するようになっている。この場
合、参照光線と物体光線の２つの光線の光路が異なるた
め、装置全体が大型で複雑な構成のものとなり易いばか
りでなく、例えば標準平面ミラー７の取付け位置が移動
するなど、振動等の外乱の影響を受けやすいという不具
合がある。However, in the method shown in FIG. 7, the light from the laser oscillator 1 is divided into a reference beam and an object beam by the half mirror 2, and the reference beam is divided by the standard plane mirror 7. The light is reflected, and the phase of the observation object 4 is measured based on the phase. In this case, since the optical paths of the two light beams, the reference light beam and the object light beam, are different from each other, not only the entire device tends to have a large and complicated structure, but also vibration such as movement of the mounting position of the standard plane mirror 7, for example. There is a problem that it is easily affected by disturbance.
【００１１】また、上述した偏光を使った方法では、ノ
マルスキープリズムで光源からの光を２つの光路に分け
てその両者を観察物体に入射させているため、この２つ
の光線の光路はシヤー量だけ異なるのみであって殆ど同
じであるので装置の小型化を図ることができると共に、
光路の一方のみが外乱等の影響を受けるという事態は考
え難く、外乱等の影響を受けにくいものとなっている。In the above-described method using polarized light, the light from the light source is divided into two optical paths by the Nomarski prism and both are incident on the object to be observed. Only the difference is almost the same, so that the device can be downsized,
It is difficult to imagine that only one of the optical paths is affected by disturbance or the like, and it is hard to be affected by disturbance or the like.
【００１２】その反面、この偏光を使った方法では、得
られる画像が微分干渉画像であるため、シヤーの方向に
基づいた積分を行なわないと、正確な位相画像を得るこ
とができない。On the other hand, in the method using the polarized light, since the obtained image is a differential interference image, an accurate phase image cannot be obtained unless integration based on the direction of the shear is performed.
【００１３】しかるに、微分干渉画像より得られる微分
位相画像を積分するべく、該微分画像をＣＣＤ等の撮像
素子で取込み、これをデジタル化してコンピュータでな
る画像処理部がシヤーの方向に積分計算を含む画像処理
を行なうものであり、積分計算のためには正確なシヤー
の方向が既知であることが必要不可欠となるが、ノルマ
スキープリズムによる光線のシヤーの方向とＣＣＤチッ
プの取付け角を正確に位置合わせし、あるいはこれらを
検出することなどは現実にはきわめて困難であり、それ
がために微分干渉画像を積分して正確な位相画像を得る
ことができなかった。However, in order to integrate the differential phase image obtained from the differential interference image, the differential image is fetched by an image pickup device such as a CCD and digitized, and an image processing section comprising a computer performs integral calculation in the direction of the shear. It is necessary to know the exact direction of the shear for the integral calculation.However, the direction of the shear of the light beam by the Normaski prism and the mounting angle of the CCD chip must be accurately determined. In practice, it is extremely difficult to align or detect them, and so it has not been possible to integrate differential interference images to obtain an accurate phase image.
【００１４】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、小型で外乱等の影
響を受け難いだけでなく、微分干渉画像に不可欠な積分
の正確な方向を、位置決め調整や測定などを行なうこと
なく得て、観察物体表面の凹凸形状を高い精度で算出す
ることが可能な干渉顕微鏡装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object the purpose of not only being small in size and not easily affected by disturbances, etc. The present invention is to provide an interference microscope apparatus which can obtain the surface roughness of the observation object surface with high accuracy without performing positioning adjustment or measurement.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
一定の波長の光を発生する光源と、この光源で発生した
光の偏光角を変化させる偏光手段と、この偏光手段によ
り偏光角が変化された光を２分割し、観察物体に横ずら
しさせて照射する照射手段と、この照射手段により観察
物体から得られる２つの反射光を干渉させ、その微分干
渉画像を検出する微分干渉画像検出手段と、この微分干
渉画像検出手段で得た微分干渉画像から上記照射手段に
よる２分割した光の横ずらし方向を算出する方向演算手
段と、上記偏光手段により光源で発生した光の偏光角を
一定角度変化させることで上記微分干渉画像検出手段に
より得られる複数の微分干渉画像より微分位相画像を得
てこれら複数の微分位相画像を得る位相演算手段と、上
記方向算出手段で算出した横ずらし方向で上記複数の微
分位相画像を積分して上記観察物体表面の凹凸形状に応
じた位相を算出する積分手段とを具備したことを特徴と
する。According to the first aspect of the present invention,
A light source that generates light of a certain wavelength, a polarization unit that changes the polarization angle of the light generated by the light source, and the light whose polarization angle has been changed by the polarization unit are split into two and shifted laterally to the observation object. An irradiating means for irradiating, a differential interference image detecting means for causing two reflected lights obtained from an observation object to interfere with each other by the irradiating means, and detecting a differential interference image thereof; and a differential interference image obtained by the differential interference image detecting means. A plurality of direction calculation means for calculating a lateral shift direction of the light split into two by the irradiation means, and a plurality of differential interference image detection means obtained by changing the polarization angle of light generated by the light source by the polarization means by a fixed angle. A phase calculating means for obtaining a plurality of differential phase images by obtaining a differential phase image from the differential interference image; and integrating the plurality of differential phase images in the lateral shift direction calculated by the direction calculating means. And characterized by including an integration means for calculating a phase corresponding to the uneven shape of the observation object surface Te.
【００１６】この結果、請求項１記載の発明によれば、
方向演算手段によって微分干渉画像そのものから微分干
渉に不可欠な積分の方向を演算で算出するようにしたの
で、ノマルスキープリズムと撮像素子の位置決め調整や
これらの角度の測定などを全く行なうことなく正確な積
分の方向を得て、観察物体表面の凹凸形状を高い精度で
算出することができるようになる。As a result, according to the first aspect of the present invention,
Direction calculation means calculates the integral direction necessary for differential interference from the differential interference image itself by calculation, so that accurate integration can be performed without any adjustment of the positioning of the Nomarski prism and the image sensor or measurement of these angles. , The uneven shape of the surface of the observation object can be calculated with high accuracy.
【００１７】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記方向演算手段は、微分干渉画像を
フーリエ変換してその高周波成分の比較を行なうことに
より上記照射手段による２分割した光の横ずらし方向を
算出することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the direction calculation means performs a Fourier transform on the differential interference image and compares the high-frequency components thereof, thereby dividing the differential interference image into two by the irradiation means. A lateral shift direction of light is calculated.
【００１８】この結果、請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の作用に加えて、フーリエ変換
を用いて光の横ずらし方向を算出するようにしたので、
より高速に光の横ずらし方向を算出することができる。As a result, according to the second aspect of the present invention,
In addition to the operation of the invention described in claim 1, the lateral shift direction of light is calculated using Fourier transform.
The lateral shift direction of the light can be calculated more quickly.
【００１９】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、上記方向演算手段は、微分干渉画像を
自己相関演算により上記照射手段による２分割した光の
横ずらし方向を算出することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the direction calculating means calculates a lateral shift direction of the light obtained by dividing the differential interference image into two by the irradiating means by autocorrelation calculation. It is characterized by.
【００２０】この結果、請求項３記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の作用に加えて、自己相関演算
を用いて光の横ずらし方向を算出するようにしたので、
より高い精度で光の横ずらし方向を算出することができ
る。As a result, according to the third aspect of the present invention,
In addition to the operation of the first aspect of the present invention, the lateral shift direction of light is calculated by using an autocorrelation operation.
The lateral shift direction of light can be calculated with higher accuracy.
【００２１】[0021]
（第１の実施の形態）以下本発明の干渉顕微鏡装置の第
１の実施の形態について図面を参照して説明する。(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the interference microscope apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００２２】図１はその機能構成を示すもので、１０は
光源として白色光を出力する白色光源１０である。この
白色光源１０から出力された白色光は、フィルタ１１に
て一定の波長成分のみが抽出された後に、それぞれ異な
る透過率を有するＮＤフィルタ１２，１２，…を保持し
たフィルタホルダ１３の回転位置に応じて選択的に光路
上に配置されたＮＤフィルタ１２を介して、適宜光量が
調節される。FIG. 1 shows a functional configuration thereof. Reference numeral 10 denotes a white light source 10 which outputs white light as a light source. The white light output from the white light source 10 is, after only a certain wavelength component is extracted by the filter 11, at the rotation position of the filter holder 13 holding the ND filters 12, 12,. The amount of light is adjusted appropriately via the ND filter 12 selectively disposed on the optical path in accordance with the above.
【００２３】このフィルタホルダ１３は、図２に示すよ
うに同一円周上にそれぞれ透過率の異なる複数のＮＤフ
ィルタ１２，１２，…を配置、保持し、後述するＣＰＵ
２６からの制御に基づいて動作する回転駆動部１４の回
転駆動によっていずれかの透過率のＮＤフィルタ１２を
上記光路上に選択的に配置するもので、このＮＤフィル
タ１２を介した光は、同じく光路上に配置された偏光板
１５を介して偏光角が変化される。この偏光板１５は、
偏光板回転駆動部１６により回転駆動されることで透過
する光の偏光角を所望する角度となるように変化させる
もので、偏光板回転駆動部１６もまた、後述するＣＰＵ
２６からの制御に基づいて動作する。This filter holder 13 arranges and holds a plurality of ND filters 12, 12,... Having different transmittances on the same circumference as shown in FIG.
The ND filter 12 having any transmittance is selectively arranged on the optical path by the rotation drive of the rotation drive unit 14 operating based on the control from 26. The light passing through the ND filter 12 The polarization angle is changed via the polarizing plate 15 disposed on the optical path. This polarizing plate 15
The polarizing plate rotation driving unit 16 changes the polarization angle of the transmitted light to be a desired angle by being rotationally driven by the polarization plate rotation driving unit 16.
It operates based on the control from 26.
【００２４】しかるに、偏光板１５を介した光は、ハー
フミラー１７で試料方向に反射された後にノマルスキー
プリズム１８で偏光方向によって２つの平行な光路に分
割されるもので、２つの光路に分割された光は共に対物
レンズ１９を介して、焦点を調節するための焦点観察機
構２１上に載置された観察物体２０に照射される。However, the light that has passed through the polarizing plate 15 is reflected by the half mirror 17 in the sample direction and then split by the Nomarski prism 18 into two parallel optical paths depending on the polarization direction. Both light beams are radiated via an objective lens 19 onto an observation object 20 mounted on a focus observation mechanism 21 for adjusting the focus.
【００２５】観察物体２０から反射した光は、対物レン
ズ１９、ノマルスキープリズム１８を介して今度はハー
フミラー１７を透過し、結像レンズ２２によってＣＣＤ
等の撮像素子２４に結像される。結像レンズ２２と撮像
素子２４の間の光路上には回転可能な偏光素子としての
検光子２３が配置される。The light reflected from the observation object 20 passes through the half mirror 17 through the objective lens 19 and the Nomarski prism 18, and is transmitted by the imaging lens 22 to the CCD.
The image is formed on the image sensor 24. An analyzer 23 as a rotatable polarizing element is arranged on an optical path between the imaging lens 22 and the image sensor 24.
【００２６】撮像素子２４の出力はＡ／Ｄ変換器２５で
デジタル信号化され、バスＢを介してＣＰＵ２６に送ら
れる。このバスＢにはまた、動作制御プログラムを格納
したメモリ２７、画像信号を記憶する画像メモリ２８、
画像やデータ等を表示する例えばＣＲＴでなる表示部２
９が接続されており、ＣＰＵ２６はメモリ２７に格納さ
れた動作制御プログラムに基づいて装置全体の動作制御
を行なう。The output of the image sensor 24 is converted into a digital signal by the A / D converter 25 and sent to the CPU 26 via the bus B. The bus B also includes a memory 27 storing an operation control program, an image memory 28 storing image signals,
A display unit 2 for displaying images, data, etc., for example, a CRT
9 is connected, and the CPU 26 controls the operation of the entire apparatus based on the operation control program stored in the memory 27.
【００２７】メモリ２７には、上記フィルタホルダ１３
に連結された回転駆動部１４の回転駆動、偏光板１５の
偏光方向を可変する偏光板回転駆動部１６の回転駆動、
観察物体２０を載置した焦点観察機構２１による焦点位
置調節等の動作制御プログラムの他に、撮像素子２４で
得た微部干渉画像からシヤー方向を求める微分方向検出
プログラムＰ１、微分干渉画像から位相を演算する位相
演算プログラムＰ２、微分方向検出プログラムＰ１で求
めたシヤー方向と位相演算プログラムＰ２で得られた微
分位相画像を積分する積分プログラムＰ３を格納してい
る。The memory 27 has the filter holder 13
Rotation drive of the rotation drive unit 14 connected to the rotation drive of the polarization plate rotation drive unit 16 that changes the polarization direction of the polarization plate 15,
In addition to an operation control program such as a focus position adjustment by the focus observation mechanism 21 on which the observation object 20 is placed, a differential direction detection program P1 for obtaining a shear direction from a microscopic interference image obtained by the imaging device 24, and a phase from the differential interference image And an integration program P3 for integrating the shear direction obtained by the differential direction detection program P1 and the differential phase image obtained by the phase operation program P2.
【００２８】次いで上記実施の形態の動作について説明
する。白色光源１０から出力された白色光は、フィルタ
１１を介して一定の波長成分のみが抽出された後に、Ｃ
ＰＵ２６に制御される回転駆動部１４の回転駆動で最適
な透過率を有するＮＤフィルタ１２を光路上に配置する
ことにより、このＮＤフィルタ１２を通過して撮像素子
２４での撮像に適した光量に制限された後、偏光板１５
を介して直線偏光とされ、ハーフミラー１７で反射さ
れ、ノマルスキープリズム１８により偏光方向に応じて
２分割される。Next, the operation of the above embodiment will be described. The white light output from the white light source 10 is extracted through the filter 11 after extracting only a certain wavelength component.
By arranging the ND filter 12 having the optimum transmittance on the optical path by the rotation drive of the rotation drive unit 14 controlled by the PU 26, the ND filter 12 passes through the ND filter 12 to obtain a light amount suitable for imaging by the image sensor 24. After being restricted, the polarizing plate 15
, Is reflected by the half mirror 17, and is split into two by the Nomarski prism 18 according to the polarization direction.
【００２９】２分割された光は、それぞれ異なる平行な
光路を通り、対物レンズ１９を介して焦点観察機構２１
上に載置されている観察物体２０表面の僅かに異なった
位置に入射する。The two divided light beams pass through different parallel light paths, and pass through an objective lens 19 to a focus observation mechanism 21.
The light impinges on a slightly different position on the surface of the observation object 20 mounted thereon.
【００３０】しかして、観察物体２０で反射された２つ
の光路の光は対物レンズ１９を介してノマルスキープリ
ズム１８で再び同一光路とされ、ハーフミラー１７を透
過した後に結像レンズ２２を介して検光子２３により振
動方向が同じ成分間で干渉した干渉強度を表わす画像信
号とされるもので、この干渉画像が上記結像レンズ２２
によって撮像素子２４のチップ上に結像されると、撮像
素子２４では干渉強度の変化を電気信号に変換して出力
する。この電気信号はＡ／Ｄ変換器２５でデジタル信号
化され、バスＢを介してＣＰＵ２６の命令により画像メ
モリ２８に記憶される。Thus, the light of the two optical paths reflected by the observation object 20 is made the same optical path again by the Nomarski prism 18 via the objective lens 19, and transmitted through the half mirror 17, and then detected via the imaging lens 22. An image signal representing the intensity of interference caused by interference between the components having the same vibration direction by the photon 23.
When the image is formed on the chip of the image sensor 24, the image sensor 24 converts the change in the interference intensity into an electric signal and outputs it. The electric signal is converted into a digital signal by the A / D converter 25 and stored in the image memory 28 via the bus B in accordance with an instruction from the CPU 26.
【００３１】こうして画像メモリ２８に記憶される画像
は、上記図７で示した標準平面ミラー７を参照光として
得られる干渉画像を１方向に微分した、所謂、微分干渉
画像であり、その微分方向はノマルスキープリズム１８
によって光路が２分割された光の観察物体２０表面上に
おける横ずれしている方向、すなわちシヤー方向であ
る。このシヤー方向を画像メモリ２８に記憶する微分干
渉画像そのものから、メモリ２７に格納している微分方
向検出プログラムＰ１に従ってＣＰＵ２６が求める。The image stored in the image memory 28 in this manner is a so-called differential interference image obtained by differentiating the interference image obtained by using the standard plane mirror 7 shown in FIG. Is Nomarski prism 18
This is the direction in which the light whose optical path is split into two is shifted laterally on the surface of the observation object 20, that is, the shear direction. The CPU 26 obtains the shear direction from the differential interference image itself stored in the image memory 28 in accordance with the differential direction detection program P1 stored in the memory 27.
【００３２】例えば、図３に示すようにシヤー方向に対
して４５°傾いた観察物体２０の微分干渉画像は、図４
に示すようにシヤー方向に対して干渉縞Ｓのある画像と
なる。For example, as shown in FIG. 3, the differential interference image of the observation object 20 inclined at 45 ° with respect to the shear direction is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, an image having interference fringes S in the shear direction is obtained.
【００３３】したがって、微分方向検出プログラムＰ１
において、微分干渉画像をフーリエ変換して空間周波数
を演算するもので、具体的には上記図４に示した微分干
渉画像から図５に示すような空間周波数が得られる如
く、微分されているシヤー方向では高周波成分が大きく
なる。したがって、微分方向検出プログラムＰ１では、
フーリエ変換した画像の空間周波数成分の高周波部分が
大きくなっている方向を求めることで、微分方向を求め
るものである。Therefore, the differential direction detecting program P1
In the above, the differential interference image is Fourier-transformed to calculate the spatial frequency. Specifically, the differential shear image is differentiated such that the spatial frequency as shown in FIG. 5 is obtained from the differential interference image shown in FIG. In the direction, the high frequency component increases. Therefore, in the differential direction detection program P1,
The differential direction is obtained by obtaining the direction in which the high-frequency portion of the spatial frequency component of the Fourier-transformed image becomes large.
【００３４】ここでフーリエ変換を用いたのは、コンピ
ュータ処理に適した高速演算が可能となるためである。
干渉画像から位相を演算するためには、２つのレーザ光
の光路差が波長の数分の１程度ずつ変化した状態の干渉
画像が複数枚、例えば１／４波長分、１／２波長分、３
／４波長分、及び１波長分の各位相差のある干渉画像４
枚が必要となる。このような位相差は偏光板１５を４５
°、９０°、１３５°、及び１８０°回転させれば得ら
れる。The reason why the Fourier transform is used here is that high-speed operations suitable for computer processing can be performed.
In order to calculate the phase from the interference image, a plurality of interference images in a state where the optical path difference between the two laser beams changes by a fraction of the wavelength, for example, １ ／ wavelength, 波長 wavelength, 3
Interference image 4 having a phase difference of / 4 wavelength and 1 wavelength
You need one. Such a phase difference causes the polarizing plate 15
It can be obtained by rotating by 90 °, 90 °, 135 ° and 180 °.
【００３５】しかして、位相干渉画像から微分位相を演
算するには、偏光板１５を偏光板回転駆動部１６により
回転駆動させて上述した微分干渉画像の取込みを実行
し、複数の微分干渉画像からＣＰＵ２６がメモリ２７に
格納した位相演算プログラムＰ２に従って微分位相を求
める。In order to calculate the differential phase from the phase interference image, the polarizing plate 15 is driven to rotate by the polarizing plate rotation drive unit 16 and the above-described differential interference image is captured. The CPU 26 calculates a differential phase according to the phase calculation program P2 stored in the memory 27.
【００３６】こうして求めた微分位相画像と微分方向検
出プログラムＰ１で求めた微分方向を用いＣＰＵ２６で
はメモリ２７に格納した積分プログラムＰ３に従って以
下に示すように積分する。すなわち、微分位相画像デー
タをｈ′（ｉ，ｊ）、位相画像データをｈ（ｉ，ｊ）と
し、シヤー量をΔｘとすれば、 ｈ（ｉ，ｊ）＝Σｈ′（ｉ，ｊ）・Δｘ …(2) （但し、和は微分方向にとる）なる式が成立する。こう
して得られた位相画像は、シヤー方向のみの位相画像で
あるから、以上の動作をノマルスキープリズム１８に対
して観察物体２０を９０°回転させて再度行ない、２枚
の一方向位相画像から２次元位相画像を得るものであ
る。Using the differential phase image obtained in this way and the differential direction obtained by the differential direction detection program P1, the CPU 26 integrates as follows in accordance with the integration program P3 stored in the memory 27. That is, assuming that the differential phase image data is h '(i, j), the phase image data is h (i, j), and the shear amount is Δx, h (i, j) = {h ′ (i, j) · Δx (2) (where the sum is in the differential direction). Since the phase image thus obtained is a phase image only in the shear direction, the above operation is performed again by rotating the observation object 20 with respect to the Nomarski prism 18 by 90 °, and the two-dimensional phase image is obtained from the two unidirectional phase images. A phase image is obtained.
【００３７】こうして得られた位相画像により、上記式
（１）により高さ情報に変換するもので、その結果を観
察物体２０表面の凹凸形状を表わすものとして表示部２
９で表示出力する。The phase image thus obtained is converted into height information by the above equation (1), and the result is displayed on the display unit 2 as a representation of the unevenness of the surface of the observation object 20.
Display output at 9.
【００３８】以上のように本発明の第１の実施の形態に
よれば、微分した方向を微分干渉画像の情報そのものか
ら演算により求めているので、撮像素子２４とノマルス
キープリズム１８との相対方向を測定し、あるいは調整
する必要がなく、観察物体表面の凹凸形状を表わす位相
情報を高い精度で算出することができるようになる。As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the differentiated direction is calculated from the information of the differential interference image itself, the relative direction between the image sensor 24 and the Nomarski prism 18 is determined. It is not necessary to measure or adjust, and it is possible to calculate the phase information representing the uneven shape of the surface of the observation object with high accuracy.
【００３９】なお、上記回転駆動部１４に回転駆動され
る、透過率の異なる複数のＮＤフィルタ１２，１２，…
を円周状に配置、保持したフィルタホルダ１３は、フィ
ルタ１１を介して白色光源１０から送られてくる光の光
量により、対物レンズ１９の倍率等に応じて撮像素子２
４で入射する光の光量が飽和レベルに達してしまうのを
防止するものであり、白色光源１０自体における発光光
量を可変することなく、したがって白色光源１０の駆動
電圧を可変することで出力される光の色温度を変化させ
てしまうことなく、撮像素子２４の入射光量を調節する
ものであるから、図１に示した位置の他、例えばハーフ
ミラー１７と結像レンズ２２の間、結像レンズ２２と検
光子２３の間、あるいは検光子２３と撮像素子２４の間
のような位置などに配置するものとしてもよい。A plurality of ND filters 12, 12,..., Which are rotated by the rotation drive unit 14, and have different transmittances.
The filter holder 13, which is arranged and held in a circumferential shape, receives the image sensor 2 according to the magnification of the objective lens 19 based on the amount of light transmitted from the white light source 10 via the filter 11.
4 prevents the amount of incident light from reaching the saturation level, and is output by changing the driving voltage of the white light source 10 without changing the amount of light emitted by the white light source 10 itself. Since the amount of light incident on the image pickup device 24 is adjusted without changing the color temperature of light, the position of the imaging lens 24 is adjusted in addition to the position shown in FIG. It may be arranged at a position such as between the analyzer 22 and the analyzer 23 or between the analyzer 23 and the imaging device 24.
【００４０】（第２の実施の形態）以下本発明の干渉顕
微鏡装置の第２の実施の形態について図面を参照して説
明する。(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the interference microscope apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
【００４１】図６はその機能構成を示すもので、光源と
しての白色光源１０の電源オン／オフを操作するスイッ
チ（ＳＷ）３０を設けると共に、レーザ光を発振出力す
るレーザ発振器３１を併用し、白色光源１０から出力さ
れた白色光をフィルタ１１にて一定の波長成分のみを抽
出した後にハーフミラー３２を透過させ、同時にこのハ
ーフミラー３２で上記レーザ発振器３１から出力される
レーザ光を反射させることにより、２つの光を重畳して
フィルタホルダ１３に保持される光路上に選択的に配置
されたＮＤフィルタ１２を通過させる点以外は、上記図
１に示した構成と基本的には同様であるので、同一部分
に同一符号を付してその説明は省略するものとする。FIG. 6 shows the functional configuration of the white light source 10 as a light source. A switch (SW) 30 for turning on / off the power source is provided, and a laser oscillator 31 for oscillating and outputting a laser beam is used. The white light output from the white light source 10 is transmitted through the half mirror 32 after extracting only a certain wavelength component by the filter 11, and at the same time, the laser light output from the laser oscillator 31 is reflected by the half mirror 32. 1 is basically the same as the configuration shown in FIG. 1 except that two lights are superimposed and pass through an ND filter 12 selectively disposed on an optical path held by a filter holder 13. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
【００４２】次いで上記実施の形態の動作について説明
する。白色光源１０から出力された白色光は、フィルタ
１１を介して一定の波長成分のみが抽出された後に、ハ
ーフミラー３２でレーザ発振器３１からの一定波長を有
するコヒーレントなレーザ光と一緒にされ、共にＮＤフ
ィルタ１２で光量が調節される。以下、上記撮像素子２
４で画像が取込まれるまでは上記第１の実施の形態の動
作と同様である。Next, the operation of the above embodiment will be described. After only a certain wavelength component is extracted from the white light source 10 through the filter 11, the white light output from the white light source 10 is combined with the coherent laser light having the certain wavelength from the laser oscillator 31 by the half mirror 32, The light amount is adjusted by the ND filter 12. Hereinafter, the imaging device 2
Until the image is captured in step 4, the operation is the same as that of the first embodiment.
【００４３】スイッチ３０により白色光源１０の電源を
オンした状態で撮像素子２４により取込んだ観察物体２
０の画像を表示部２９で表示出力させて観察するものと
する。ここで観察される画像は、白色光源１０による微
分干渉画像にレーザスポットが重なったものとなる。画
像を観察しながら、観察物体２０の測定したい任意の位
置にレーザ光のスポットが入射するように観察物体２０
を移動させる。The observation object 2 captured by the image sensor 24 with the power of the white light source 10 turned on by the switch 30
It is assumed that the image 0 is displayed on the display unit 29 for observation. The image observed here is a laser interference spot superimposed on the differential interference image by the white light source 10. While observing the image, the observation object 20 is set such that the spot of the laser beam is incident on the observation object 20 at an arbitrary position to be measured.
To move.
【００４４】位置が決まった時点で、次にスイッチ３０
の操作により白色光源１０の電源をオフとし、レーザ発
振器３１の出力するレーザ光のみを唯一の光源として上
記第１の実施の形態と同様の手法によりあらためて微分
干渉画像を得、得た微分干渉画像から位相を演算で求め
るものとする。When the position is determined, the switch 30
The power of the white light source 10 is turned off by the operation described above, and only the laser light output from the laser oscillator 31 is used as the sole light source to obtain a differential interference image again by the same method as in the first embodiment. From the calculation.
【００４５】以上のように本発明の第２の実施の形態に
よれば、上記第１の実施の形態の効果に加えて、波長が
一定でコヒーレントなレーザ光を用いたことにより、非
常に高精度に位相測定を行なうことができると共に、測
定位置の位置決めを容易に行なうことができる。As described above, according to the second embodiment of the present invention, in addition to the effects of the first embodiment, a very high coherent laser beam having a constant wavelength is used. The phase measurement can be performed with high accuracy, and the measurement position can be easily positioned.
【００４６】なお、上記実施の形態にあっては、微分干
渉画像から微分した方向を演算する方法としてフーリエ
変換を用いるものとして説明したが、これに限るもので
はなく、例えば自己相関演算を用いるものとしてもよ
い。In the above embodiment, the method for calculating the direction differentiated from the differential interference image is described as using Fourier transform. However, the present invention is not limited to this. For example, the method using autocorrelation calculation is used. It may be.
【００４７】例えば、微分干渉画像データをＤ（ｉ，
ｊ）で表わせば、自己相関Ｅ（ｋ，ｌ）は以下のように
なる。すなわち、 Ｅ（ｋ，ｌ）＝ΣＤ（ｉ，ｊ）Ｄ（ｉ＋ｋ，ｊ＋ｌ） …(3) （但し、ｉ，ｊ，ｋ，ｌ正の整数。） 上記の計算を （ｋ2 ＋ｌ2 ）1/2 ＝ｍ …(4) （但し、ｍは定数。）なる条件でｋ，ｌを変化させてＥ
（ｋ，ｌ）を求める。For example, the differential interference image data is represented by D (i,
Expressed by j), the autocorrelation E (k, l) is as follows. That is, E (k, l) = ΣD (i, j) D (i + k, j + 1) (3) (where i, j, k, l is a positive integer.) The above calculation is performed by (k 2 + l 2 ). 1/2 = m (4) (where m is a constant)
(K, l) is obtained.
【００４８】さらに、ｍを小さい数から大きな数へ変化
させながら次々に上記Ｅ（ｋ，ｌ）を求める。演算され
たＥ（ｋ，ｌ）を、「ｌ／ｋ＝const.」なる条件を満た
すものを次々に比較し、そのうちで極大値を示し、且つ
ｍが最小のＥ（ｋ，ｌ）をＥmax （ｍ）として選び出
す。Further, while changing m from a small number to a large number, the above E (k, l) is obtained one after another. The calculated E (k, l) is sequentially compared with those satisfying the condition of “l / k = const.”. Among them, E (k, l) showing the maximum value and having the minimum m is defined as E (k, l). Select as max (m).
【００４９】選ばれたＥmax （ｍ）のうち、ｍが最小の
もののｋ，ｌの方向を求めれば、それが微分方向であ
る。この場合にはフーリエ変換を用いた場合より若干演
算速度が低下するものの、より高い精度で微分した方向
を算出することができるようになる。その他、本発明は
その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施するこ
とが可能であるものとする。When the direction of k and l of the selected E max (m) having the smallest m is obtained, the direction is the differential direction. In this case, although the calculation speed is slightly lower than when the Fourier transform is used, the differentiated direction can be calculated with higher accuracy. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof.
【００５０】[0050]
【発明の効果】以上詳記した如く本発明によれば、ノマ
ルスキープリズムと撮像素子の位置決め調整やこれらの
角度の測定などを全く行なうことなく、より正確な積分
の方向を短い演算時間内に得て、観察物体表面の凹凸形
状を高い精度で算出することができるようになる。As described above in detail, according to the present invention, a more accurate direction of integration can be obtained within a short calculation time without performing any positioning adjustment of the Nomarski prism and the image pickup device or measuring these angles. As a result, the uneven shape of the surface of the observation object can be calculated with high accuracy.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る干渉顕微鏡装
置の機能構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of an interference microscope apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のＮＤフィルタ及びフィルタホルダの構成
を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an ND filter and a filter holder of FIG. 1;
【図３】同実施の形態に係る観察物体の形状を例示する
図。FIG. 3 is a view exemplifying a shape of an observation object according to the embodiment;
【図４】同実施の形態に係る図４の観察物体の微分干渉
画像を例示する図。FIG. 4 is a view exemplifying a differential interference image of the observation object in FIG. 4 according to the embodiment;
【図５】同実施の形態に係る図５の微分干渉画像の空間
周波数を例示する図。FIG. 5 is a view exemplifying a spatial frequency of the differential interference image of FIG. 5 according to the embodiment;
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る干渉顕微鏡装
置の機能構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of an interference microscope apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図７】従来の干渉顕微鏡装置の機能構成を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a functional configuration of a conventional interference microscope apparatus.
１０…白色光源 １１…フィルタ １２…ＮＤフィルタ １３…フィルタホルダ １４…回転駆動部 １５…偏光板 １６…偏光板回転駆動部 １７…ハーフミラー １８…ノマルスキープリズム １９…対物レンズ ２０…観察物体 ２１…焦点観察機構 ２２…結像レンズ ２３…検光子 ２４…撮像素子 ２５…Ａ／Ｄ変換器 ２６…ＣＰＵ ２７…メモリ ２８…画像メモリ ２９…表示部 ３０…スイッチ（ＳＷ） ３１…レーザ発振器 ３２…ハーフミラー Ｐ１…微分方向検出プログラム Ｐ２…位相演算プログラム Ｐ３…積分プログラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... White light source 11 ... Filter 12 ... ND filter 13 ... Filter holder 14 ... Rotation drive part 15 ... Polarizer 16 ... Polarizer rotation drive part 17 ... Half mirror 18 ... Nomarski prism 19 ... Objective lens 20 ... Observation object 21 ... Focus Observation mechanism 22 ... imaging lens 23 ... analyzer 24 ... image sensor 25 ... A / D converter 26 ... CPU 27 ... memory 28 ... image memory 29 ... display unit 30 ... switch (SW) 31 ... laser oscillator 32 ... half mirror P1: Differential direction detection program P2: Phase calculation program P3: Integration program
Claims (3)
と、 この偏光手段により偏光角が変化された光を２分割し、
観察物体に横ずらしさせて照射する照射手段と、 この照射手段により観察物体から得られる２つの反射光
を干渉させ、その微分干渉画像を検出する微分干渉画像
検出手段と、 この微分干渉画像検出手段で得た微分干渉画像から上記
照射手段による２分割した光の横ずらし方向を算出する
方向演算手段と、 上記偏光手段により光源で発生した光の偏光角を一定角
度変化させることで上記微分干渉画像検出手段により得
られる複数の微分干渉画像より微分位相画像を得てこれ
ら複数の微分位相画像を得る位相演算手段と、 上記方向算出手段で算出した横ずらし方向で上記複数の
微分位相画像を積分して上記観察物体表面の凹凸形状に
応じた位相を算出する積分手段とを具備したことを特徴
とする干渉顕微鏡装置。1. A light source for generating light of a certain wavelength, a polarizing means for changing a polarization angle of light generated by the light source, and a light whose polarization angle is changed by the polarizing means is divided into two parts.
Irradiating means for irradiating the observation object laterally, irradiating two reflected lights obtained from the observation object by the irradiating means, detecting a differential interference image thereof, and detecting the differential interference image A direction calculating means for calculating a lateral shift direction of the light split into two by the irradiating means from the differential interference image obtained in the above step, and a polarization angle of the light generated by the light source being changed by a fixed angle by the polarizing means, thereby changing the differential interference image Phase calculating means for obtaining a plurality of differential phase images from the plurality of differential interference images obtained by the detecting means to obtain the plurality of differential phase images; and integrating the plurality of differential phase images in the lateral shift direction calculated by the direction calculating means. And an integrating means for calculating a phase corresponding to the uneven shape of the surface of the observation object.
ーリエ変換してその高周波成分の比較を行なうことによ
り上記照射手段による２分割した光の横ずらし方向を算
出することを特徴とする請求項１記載の干渉顕微鏡装
置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the direction calculating means calculates a lateral shift direction of the two-divided light by the irradiating means by performing a Fourier transform of the differential interference image and comparing high-frequency components thereof. 2. The interference microscope apparatus according to 1.
己相関演算により上記照射手段による２分割した光の横
ずらし方向を算出することを特徴とする請求項１記載の
干渉顕微鏡装置。3. The interference microscope apparatus according to claim 1, wherein the direction calculation means calculates a lateral shift direction of the light obtained by dividing the differential interference image into two by the irradiation means by autocorrelation calculation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8725397A JPH10268200A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Interference microscope device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8725397A JPH10268200A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Interference microscope device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10268200A true JPH10268200A (en) | 1998-10-09 |
Family
ID=13909639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8725397A Withdrawn JPH10268200A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Interference microscope device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10268200A (en) |
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1997
- 1997-03-24 JP JP8725397A patent/JPH10268200A/en not_active Withdrawn
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