JPH0431746A

JPH0431746A - ヘテロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装置

Info

Publication number: JPH0431746A
Application number: JP13789290A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ichimura; 市村　勉; Fumio Inaba; 稲場　文男
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-02-03
Anticipated expiration: 2015-08-14
Also published as: JP3077703B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は散乱成分であるインコヒーレント光から分離し
て位相像を検出する装置に関し、特に、そのためにヘテ
ロダイン検波受光系を用いる装置に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ線の発見以来、生体（人体）内部を外部より損傷を与
えずに観察する技術（非観血的、あるいは無侵襲的計測
法）は、生物学、特に医学の分野で強く求められ発達し
てきた。この技術は電磁波として見ると最も波長の短い
ガンマ線やＸ線と、最も波長の長いラジオ波が使用され
ている。前者はＸ線ＣＴとして、後者はＮＭＲ−ＣＴ　
（Ｍａ　ｇｎｅｔｉｃ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　　Ｉｍ
ａｇｉｎｇＳＭＲＩ）として実用化されている。

一方、物理や化学の分野で広く用いられている紫外−可
視一近赤外一赤外の領域の分光学を“丸ごと”生体（ｉ
ｎ　　ｖｉｖｏ）へ応用する試みは比較的少ない。これ
は光を用いた生体計測、特に吸収や発光の過程を利用す
るものにおいて、もっとも基本的な“定量性”に関し多
くの問題が解決されずに残されているからである。現在
、固体素子を用いた反射スペクトルの測定装置や高感度
ＴＶカメラ等による計測が試みられているが、再現性や
得られた絶対値に対し信頼性が少ないのはこの理由によ
る。

生体組織のような散乱体に光を照射した際、１８０°向
かい合わせで受光すればある程度直進光を取り出すこと
ができるが、今のところ、その空間分解能はあまり良い
とはいえない。

Ｘ線と光とでの空間分離能の差は今のところ埋めること
はできない。しかしながら光、特に近赤外光を用いると
、血液中のヘモグロビンから組織酸素濃度のイメージン
グができるはずである。これらは他のＮＭＲ−ＣＴやＸ
線ＣＴと異なった情報を与えてくれるであろう。

３〜５ｃｍの厚さの組織ならば、われわれは透過してき
た光を検出することができる。このことは“光−レント
ゲン写真”を診断に使えることを意味する。女性の乳房
は組織が比較的均一であり光が透過しやすく、またその
形状から透過光の検出（厚さ二〜３ｃｍ程度）が容易で
あり、古くから乳ガンの診断に、Ｄｉａｐｈａｎｏｇｒ
ａｐｈｙ（Ｌｉｇｈｔｓｃａｎｎｉｎｇ）という名で用
いられてきた。

このような状況の下で、本発明者は、特願昭６３−３０
４６９１号、特願平１−２５００３６号において、試料
を透過してその吸収情報を含み散乱光が混入しているコ
ヒーレント光成分を分離して検出するのに、このコヒー
レント光成分と周波数の異なるコヒーレント光を合成し
て、合成光のビード成分を検出する光ヘテロダイン検波
受光系を用いることを提案した。しかしながら、上記の
提案によるものは試料の吸収像又は振幅像を検出するも
のであり、試料の屈折率、厚さの分布に基づく位相像を
検出することができるものではない。

このような位相像を観察する方法としては、従来、シュ
リーレン法、位相差法等が知られているが、これらの方
法は、位相像の位相差が小さい場合の適用されるもので
、比較的広い範囲の位相分布を有するものには適さない
ものであった。この点をもう少し説明すると、シュリー
レン法も位相差法も再回折法における空間フィルタリン
グの手法として説明できる。再回折法は、第１３図に示
すように、焦点距離ｆの２枚の凸レンズＬ、、Ｌ２を共
焦点に配置しく両レンズの焦点距離は等しい必要はない
。）、第１のレンズＬ、の前側焦点面Ｐ＋に入力画像を
配置してコヒーレント光で照明した場合、第１のレンズ
Ｌ＋の後側焦点面（第２のレンズＬ、の前側焦点面）Ｐ
２　（スペクトル面）に入力画像の複素振幅像が２次元
フーリエ変換されてその空間周波数分布が得られるので
、この面Ｐ、に空間フィルターを配置してフィルタノン
グし、その情報を再度第２のレンズＬ２によって２次元
フーリエ変換し、第２レンズＬ２の後側焦点面Ｐ、に空
間フ、イルタリング処理した像を再現する方法である。

シュリーレン法は、第１３図のスペクトル面Ｐ２に空間
周波数のＯ吹成分をカットするフィルターを配置して試
料の位相の２乗に比例した明るさの像を得ようとする方
法であり、位相差法は、スペクトル面Ｐ、に空間周波数
の０吹成分の位相をπ／２進めたり遅らせるフィルター
を配置して試料の位相に比例した明るさの像を得ようと
する方法である。しかしながら、上記従来の何れの方法
も、試料の位相差が小さく、そのスペクトル分布が低次
の成分に偏っているとの前提に立った方法であるので、
位相差が大きくスペクトル分布が高次にわたる場合には
高いコントラストが得られず、余り有効な方法とは必ず
しも言えない。すなわち、所定の空間周波数の位相回折
格子を例にとった場合、第１４図に示すように、格子の
位相差が大きくなると、スペクトルの大部分は高次成分
に分布しており、低次成分に処理を施して、処理された
スペクトルを逆フーリエ変換しても、元の画像と余り違
わないコントラストの低い画像しか再現されないことが
理解されよう。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、上記のような従来の位相像の検出方法の問
題点を解決して、光ヘテロダイン検波受光系を用いて散
乱成分であるインコヒーレント光から分離して広い範囲
の位相差を有する位相像を検出する全く新規な装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の第１のヘテロダイン検波受
光系を用いた位相像の検出装置は、コヒーレント光を試
料に照射し、その透過光と該コヒーレント光と周波数の
異なる参照コヒーレント光とを合成して、光ヘテロダイ
ン検波により試料の位相像を検出する装置において、試
料全面に均一な平行コヒーレント光を照射し、試料の透
過光と参照コヒーレント光とを合成して、合成光束断面
における１次元又は２次元方向のビード成分の位相分布
を検出することにより、試料の位相像を求めるように構
成したことを特徴とするものである。

この場合、試料を透過した光束の断面全面において参照
コヒーレント光と透過光とを合成して、合成光東断面の
１次元又は２次元方向のビード成分の位相分布を検出す
ることにより、試料の位相像を求めるように構成するこ
とができ、また、その際、試料を照射する光束の断面を
小領域に分割し、各分割領域に集光レンズを配置してそ
の集光点に試料が位置するように試料を配置し、試料を
透過した各発散光束を平行光束に変換するレンズを各集
光レンズに対応させて配置し、変換された平行光束と参
照コヒーレント光とを合成して、合成光東断面の１次元
又は２次元方向のビード成分の位相分布を検出すること
により、試料の位相像を求めるように構成することもで
きる。

その代わりに、合成光束断面内でビード成分のみを検出
するヘテロダイン受信器を走査することにより、試料の
位相像を求めるように構成することもできる。

本発明の第２のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置は、コヒーレント光を試料に照射し、その透
過光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレ
ント光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の
位相像を検出する装置において、試料の一部に平行コヒ
ーレント光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレント
光とを合成してそのビード成分の位相を検出するように
構成し、試料を照射光に対して相対的に走査可能に配置
して、試料に沿う面における１次元又は２次元方向のビ
ード成分の位相分布を検出することにより、試料の位相
像を求めるように構成したことを特徴とするものである
。

この場合、平行コヒーレント光束中に集光レンズを配置
してその集光点に試料が位置するように試料を配置し、
試料を透過した発散光束を平行光束に変換するレンズを
配置し、変換された平行光束と参照コヒーレント光とを
合成してそのビード成分の位相を検出するように構成す
ることもできる。

本発明の第３のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置は、平行コヒーレント光を試料に照射し、そ
の透過光と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒ
ーレント光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試
料の位相像を検出する装置において、試料全面に均一な
平行コヒーレント光を照射するように構成し、試料の透
過光の位相分布をフーリエ変換する第１のフーリエ変換
光学系と、そのスペクトル面における分布をさらにフー
リエ変換する第２のフーリエ変換光学系とを配置し、第
２のフーリエ変換光学系の変換面において参照コヒーレ
ント光と再変換光とを合成して、第２のフーリエ変換光
学系の変換面における１次元又は２次元方向のビード成
分の位相分布を検出することにより、試料の位相像を求
めるように構成したことを特徴とするものである。

その場合、スペクトル面に空間フィルターを配置し、該
空間フィルターを通過した光と参照コヒーレント光との
１次元又は２次元方向のビード成分の位相分布を検出す
ることにより、試料の位相像を求めるように構成するこ
ともできる。

〔作用〕

本発明の何れの位相像の検出装置においても、試料を透
過して試料の位相情報を有する光と、その透過光と周波
数の異なる参照光とを合成して、合成光のビード成分の
試料に沿う１次元又は２次元方向の位相分布を検出する
ことにより、試料の位相像を求めるようにしているので
、散乱成分であるインコヒーレント光から分離して広い
範囲の位相差を有する物体の位相像を確実にかつ正確に
検出することができる。

〔実施例〕

ヘテロダイン検波受光系の基本的な形は、第２図に示す
ように、周波数ω、の測定光Ｉと周波数が僅かに異なる
ω２の光（これを局発光と言う。

）Ｉ′とをハーフミラ−ＨＭにより合成して、その合成
光を検出器りにより光電変換し、その信号中の周波数の
差ω１−ω２の成分のみを通すバンドパスフィルターＦ
を通して交流成分のみを取り出すものである。以後の説
明の簡単化のために、検出器りとバンドパスフィルター
Ｆの組み合せをヘテロダイン受信器ＨＤと呼ぶことにす
る。測定光ＩをＶｌ、局発光Ｉ′をＶ２とし、それぞれ
の光を次のように表現する。

Ｖ、　＝Ａ＋　ｅｘｐ［−ｉ（ａ＋、ｔ＊φ、）］、Ｖ
２　＝Ａ２　ｅＸｐ［−１（（Ｌ１２ｊ＋φ２）］これ
らの２つの光波Ｖ１、■、を重ね合わせて検出器りによ
り検出すると、その検出信号Ｓは次のようになる。

Ｓ＝　　Ｖｌ　＋￥２＝Ｖ＋　　・Ｖｌ　”　＋Ｖ２　・Ｖｓ＋Ｖ＋　　ＨＶ
２　”　＋Ｖ＋　”　　・Ｖｓところで、Ｖｌ　　　’　　Ｖｌ　　”　　＝Ａ　　１　　　　、
　　Ｖ２　　　’　　Ｖ２　　”　　　＝Ａｚであり、Ｖ　＋　　’　Ｖ２　”　＝Ａ＋　Ａａ　Ｅ！Ｘｐ［−
１（（１１＋　ａ＋２）ｊ−ｉ（φ１−φ２）］、Ｖ、　”　　・Ｖ２　＝Ａ、　Ａ２　ｅｘｐ［＋ｉ（ω
、−ａ＋、）を十ｉ（φ、−φ、）コＶｌ　−Ｖ２　”　＋Ｖ＋　”　・Ｖ２＝　２　Ａ　＋
　Ａ　２ｃｏｓ［（ω１−ω２）ｔ＋（φ１−φ２）］
であるので、Ｓ＝Ａ＋　２＋Ａ２＋　２　Ａ　＋　Ａ　ｚｃｏｓ［（ω１−ω２）ｔ＋（
φ、−φ、）］となる。ところで、ω２＝ω１−△ω（
△ωをビード周波数と言う。）と書けるので、ＡＩ、Ａ
４を一定とすると、フィルターＦからは、周波数△ωで
位相がφ１−φ２の一定の大きさの信号が得られる。φ
１は測定光■の位相であり、その光路中に挿入する物体
ｏｂの屈折率、厚さによって変化し、物体の位相を表し
ているものである。これに対して、局発光重′の位相φ
、は一定の基準の値を有しているので、ヘテロダイン受
信器ＨＤからは、物体ｏｂの位相に応じた位相を有する
ビード周波数の交流信号が得られることになる。したが
って、ヘテロダイン受信器ＨＤから得られる交流信号の
位相を測定することにより、物体○ｂの位相を検出する
ことができる。

ところで、上言己のようなヘテロダイン検波受光系にお
いて、検出器りの受光面の径（集光させてその集光点で
ビードをとるときは、集光光学系の開口径）をｄ、検出
しようとする光の波長をλとすると、その角度分解能は
略ｄ／λである。したがって、検出器りの受光面の径ｄ
を検出しようとする光の波長λに比較して十分に大きく
すれば、ヘテロダイン検波受光系は高指向性の受光系で
あると言うことができる。

さて、以上のようなヘテロダイン検波受光系を並列して
配置することにより、位相物体の位相像を検出すること
ができる。その基本的構成を第１図に示す。位相試料Ｓ
にコヒーレントな透過照明光Ａを当て、試料Ｓによって
空間的に位相変調を受けた１次元又は２次元的な測定光
重をハーフミラ−ＨＭに入射させる。一方、例えば照明
光Ａの一部を分割した光を超音波変調器等からなる周波
数シフターＡＯに入射させ、照明光Ａの周波数から多少
周波数をシフトさせて局発光重′とし、ハーフミラ−Ｈ
Ｍに入射させ、ここで測定光重と合成する。合成光は、
ノイズを除去しＳ／Ｎ比を上げるたｔに挿入した偏光器
Ｐを介して、２次元的にマトリックス状に配置したヘテ
ロダイン受信器ＨＤ１１・・・ＨＤｌｎ・・ＨＭｍｎ等
に入射するようになっている。このマトリックス状に配
置したヘテロダイン受信器ＨＤＩＩ・・・ＨＤｌｎ・・
ＨＭ　ｍ　ｎは、以後の説明の便のため、２次元ヘテロ
ダイン受信器２ＨＤと呼ぶことにする。各ヘテロダイン
受信器ＨＭｍｎからは、上記したように、それが対応す
る位置の試料Ｓの位相に応じた位相を有するビード信号
が出力される。各ヘテロダイン受信器ＨＭｍｎにはロッ
クインアンプＲＡｍｎが接続されており、各ロックイン
アンプＲＡｍｎには制御装置ＣＯから基準ビード周波数
信号が与えられている。したがって、各ヘテロダイン受
信器ＨＭ　ｍ　ｎから出力されるビード信号の位相の値
は、ロックインアンプＲＡｍｎによって強度信号に変換
される。このマトリックス状のＲＡｌｌ・・・ＲＡｌｎ
・・ＲＡｍｎは、以下の説明の便のため、並列位相差処
理装置ＰＲと呼ぶことにする。並列位相差処理装置ＰＲ
からの信号を、例えば表示装置ＤＹの対応する２次表示
面に表示することにより、位相分布像が得られる。以上
のようにして、位相試料Ｓの位相分布がヘテロダイン受
信器ＨＤｍｎの配置間隔で２次元的にサンプリングされ
て検出される。これに対して、試料Ｓ及びその周辺で散
乱された光は、局発光１′と合成されてもビード成分を
生じないので、このようなヘテロダイン検波受光系を用
いることによって除去され、試料Ｓの位相像のみが精度
よく検出される。以上の構成において、制御装置ＣＯか
ら基準ビード周波数信号を各ロックインアンプに与えて
２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤの各チャンネル（各ヘ
テロダイン受信器）からの信号の位相を検出しているが
、この代わりに、何れか１つのチャンネルのビード信号
を基準信号にして、それ以外のチャンネルからの信号の
位相を検出するようにしてもよい。なお、第１図の配置
において、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤと試料Ｓの
間の距離が離れる程、各ヘテロダイン受信器による検出
像の最小空間サンプリング面積は大きくなる。また、各
ヘテロダイン受信器の大きさを小さくして密度を高める
と、サンプリング面積が大きくなるだけでなく、サンプ
リング面積がオーバラップするため、オーバラップ分を
考慮した像再現をする必要がある。オーバラップ分を差
し引くことにより、最小空間分解面積は小さくなり、高
分解になる。

ところで、第１図のものにおいて、試料Ｓに照射される
光を集光光にし、サンプリング間隙は変わらないが、測
定点での分解能を上げるようにすることもできる。その
ためには、第３図に示すように、ヘテロダイン受信器Ｈ
Ｍｍｎのマトリックスに対応する配列の集光レンズから
なるマイクロレンズアレイＭＬＩ、ＭＬ２を用意し、各
レンズが測定試料Ｓ上で試料を挟むようにして共焦点に
なるようにこの２枚にマイクロレンズアレイＭＬ１、Ｍ
Ｌ２を配置し、一方のマイクロレンズアレイＭＬＩ側か
ら平行照明光Ａを当てるようにする。

こうすると、照明光は試料Ｓの微小な測定点に集光する
ので、′１ｆＪ１図の場合のように、サンプリング領域
の平均位相を求めるものに対し、位相の厳密なズレを測
定することができる。必要なら、試料Ｓを走査すること
により、細かいサンプリング間隙も可能である。

第１図、第３図に示したものは、複数の単位ヘテロダイ
ン受信器及びそれぞれに付属した複数のロックインアン
プを用いるものであったが、その代わりに１個のヘテロ
ダイン受信器及びそれ付属した１個のロックインアンプ
により、試料Ｓの位相分布を検出するようにすることも
可能である。

その例を第４図から第６図に示す。第４図に示すものは
、第１図のものにおける２次元ヘテロダイン受信器２Ｈ
Ｄと並列位相差処理装置ＰＲの代わりに、１個のヘテロ
ダイン受信器ＨＤ及びそれ付属した１個のロックインア
ンプＲＡを用い、ヘテロダイン受信器ＨＤを測定光Ｉを
横切るＸ−Ｙ方向に走査のために移動可能にしたもので
ある。このようにしても、照明先人と局発光■′の２次
元方向の位相差が変化しない限り、試料Ｓの位相分布を
測定することができる。第５図のものは、ヘテロダイン
受信器ＨＤを固定し、その代わりに測定試料Ｓを測定光
Ｉを横切るＸ−Ｙ方向に走査のために移動させるように
したものである。この場合は、照明光Ａも局発光Ｉ′も
ビーム径を細くでき、分解能の点からも、ビームを拡大
する光学系を必要としない点からもメリットが大きい。

第６図のものは、走査のためいＸ−Ｙ方向（こ移動され
る試料ＳにレンズＬ１によって集光された集光光を当て
、分解能をさらに高給るようにしたものである。試料の
測定点からの光は別のレンズＬ２によって平行光Ｉに変
換され、局発光１′と合成される。ところで、第６図に
おいて、照明光及び局発光として同じレーザー１からの
光を用いている。

すなわち、レーザー１からのコヒーレント光はビームス
プリッタ−ＢＳにより２分され、一方は試料Ｓを照明す
るのに用いられ、他方のビームはミラーＭ１を経て超音
波変調器等の周波数シフターＡＯに入射し、周波数が多
少シフトされて、ミラーＭ２を経て局発光として用いら
れる。なお、第６図にはロックインアンプＲＡ、表示装
置ＤＹは図示していない。

次に、以上第１図、第３図から第６図に示したような原
理の位相像検出装置を用いて、試料の位相像を検出する
ための具体的な装置の構成の例を説明する。以下におい
て、位相分布をヘテロダイン検波受光系により検出する
配置として、第１図に示した構成のものを採用するもの
としているが、その代わりに第３図から第６図に示した
ような構成のものを用いてもよいことは明らかであろう
。

第７図は単純に第１図の基本構成のものを具体化したも
のである。すなわち、レーザー１から発振された所定周
波数のコヒーレント平行光はビームスプリッタ−ＢＳに
より２分され、一方のビームは試料Ｓを背後から照明す
る照明光Ａに使用され、他方のビームは、ミラーＭ１を
経て超音波変調器等の周波数シフターＡ○に入射して周
波数が多少シフトされ、ミラーＭ２を経て局発光Ｉ′に
なる。なお、レーザー１からの光束の径を拡大するため
に、ビームスプリッタ−ＢＳの前にビーム拡大器を挿入
してもよい。照明光Ａは、測定試料Ｓとその周囲に位置
する散乱体Ｎを照明する。試料Ｓと散乱体Ｎを透過し、
散乱体Ｎによる散乱成分を含み試料Ｓの位相分布情報を
含んだ測定光Ｉは、ハーフミラ−ＨＭにより照明光重と
は多少周波数の異なる一定強度のコヒーレント局発光Ｉ
′と合成され、偏光器Ｐによりノイズ成分が低減され、
２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤに入射して、各サンプ
リング位置に応じた位相を有する２次元ビード信号が得
られる。これらのビード信号は、試料Ｓを透過してその
サンプリング位置の厚さ、屈折率のよって決まる位相に
等しい位相を有しているので、各チャンネルのビード信
号の位相は、並列位相差処理装置ＰＲにおいて制御装置
ＣＯからの基準信号と位相を比較することにより、強度
信号に変換され、それを表示器ＤＹ等に出力することに
より、位相分布が可視化される。散乱体Ｎによって散乱
された成分は、局発光１′と混合しても２次元ヘテロダ
イン受信器２ＨＤ上ではビード成分を生ぜず、単に直流
成分になるので、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤから
の信号には何らの影響も与えず、試料Ｓによって位相変
位が与えられた直進光成分の光のみの位相分布を指向性
高く取り出して検出することができる。

第８図のものは、第７図の装置において、試料Ｓを透過
した光の光路中及び局発光の光路中に同様なビーム拡大
器ＢＥＩ、ＢＦ２を挿入して、２次元ヘテロダイン受信
器２ＨＤに入射する光束の径を拡大し、得られる位相像
を拡大するようにしたものであり、微小な試料Ｓに適し
た配置である。

第９図のものは、逆に、両光路にビーム縮小器ＢＣ１、
ＢＣ２を挿入し、得られる位相像を縮小するようにした
ものである。

ところで、試料Ｓの測定点において、その位相は方向依
存性を有するのが通常である。このような試料Ｓの特定
の測定点の位相の方向依存性を測定するには、第１０図
に示すように、レーザー１からの光を凸レンズＬ１によ
って試料Ｓの測定点に絞り、その点からの発散光を凸レ
ンズＬ２によって平行光に変換し、以下同様に局発光１
′と合成し、２次元ヘテロダイン受信器２ＨＤによりそ
のビード成分の位相分布を可視化すればよい。また、試
料Ｓから直進方向以外の方向に散乱される成分が入射光
と可干渉性を有することもある。このような可干渉性を
有する直進光以外の成分の位相分布を検出できるように
装置を変形することができる。その例を第１１図に示す
。第７図の装置との唯一の違いは、２次元ヘテロダイン
受信器２ＨＤの配置位置を直進光以外の検出したい方向
の散乱成分を取り込む位置にし、この位置に局発光も入
射するようにハーフミラ−ＨＭを配置した点である。。

さて、以上は試料を透過した光の直後の物体面又はその
近傍で２つの光のビード成分を検出して位相像を検出す
るものであったが、試料を一旦凸しンズＬ１でフーリエ
変換し、別の凸レンズＬ２で再度フーリエ変換して、像
面に位相試料Ｓの像Ｓ′を結像させ、この像面で位相分
布を検出するようにすることもできる。その例を第１２
図に示す。この場合、レンズＬ１の焦点距離ｆ、とレン
ズＬ２の焦点距離ｆ、とは等しい必要はなく、異なる大
きさにすることにより、再生像を試料に対して拡大した
り縮小することができる。ｒ、　＞ｆ、の場合、縮小像
になり、ｆ＋＜ｆ２の場合、拡大像になる。また、レン
ズＬ１のスペクトル面Ｐ、に種々の空間フィルターを配
置し、画像処理を施すこともできる。

以上、本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像
の検出装置のいくつかの実施例について説明してきたが
、本発明はこれらに実施例に限定されず、各種の変形が
可能である。例えば、周波数シフターとしては、超音波
変調器等の超音波光回折を用いたものばかりでなく、波
長板の組合せ及び回転格子のほか、結晶の電気光学効果
を利用することもできる。また、反射鏡を一定速度で移
動させるか又は鋸歯状波で振動させてもよい。

〔発明の効果〕

本発明のヘテロダイン検波受光系を用いた何れの位相像
の検出装置においても、試料を透過して試料の位相情報
を有する光と、その透過光と周波数の異なる参照光とを
合成して、合成光のビード成分の試料に沿う１次元又は
２次元方向の位相分布を検出することにより、試料の位
相像を求めるようにしているので、散乱成分であるイン
コヒーレント光から分離して広い範囲の位相差を有する
物体の位相像を確実にかつ正確に検出することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘテロダイン検波受光系を並列に配置して位相
像を検出するための基本的構成を示す図、第２図はヘテ
ロダイン検波受光系の基本的な構成と作用を説明するた
めの図、第３図は第１図の変形例の構成を示す図、第４
図、第５図は第１図のものを走査型に変形したものの構
成を示す図、第６図は第３図のものを走査型に変形した
ものの構成を示す図、第７図は試料の位相像を検出する
ための具体的な装置の構成の１例を示す図、第８図は第
７図のものを拡大像が得られるように変形したものの構
成を示す図、第９図は第７図のものを縮小像が得られる
ように変形したものの構成を示す図、第１０図は測定点
の位相の方向依存性を測定するための装置の構成を示す
図、第１１図は直進光以外の成分の位相分布を検出でき
るように変形した装置の構成を示す図、第１２図は試料
の像面で位相分布を検出できるようにした装置の構成を
示す図、第１３図は従来の再回折法による位相像検出方
法を説明するた約の図、第１４図は位相回折格子の位相
差とスペクトル成分の分布の関係を示す図である。１・・・レーザー、■・・・測定光、Ｉ′・・・局発光
、ＨＭ・・・ハーフミラ−１Ｄ・・・検出器、Ｆ・・・
バンドパスフィルター、ＨＤ・・・ヘテロダイン受信器
、Ｏｂ・・・物体、Ｓ・・・試料、Ａ・・・照明光、Ａ
Ｏ・・・周波数シフタ、Ｐ・・・偏光器、２ＨＤ・・・
２次元ヘテロダイン受信器、ＲＡ・・・ロックインアン
プ、ＣＯ・・・制御装置、ＰＲ・・・並列位相差処理装
置、ＤＹ・・・表示装置、ＭＬｌ、ＭＬ２・・・マイク
ロレンズアレイ、Ｌｌ、Ｌ２・・・レンズ、ＢＳ・・・
ビームスフリツタ−１Ｍ１、Ｍ２・・・ミラー、Ｎ・・
・散乱体、Ｐ・・・偏光器、ＢＥＩ、ＢＦ２・・・ビー
ム拡大器、ＢＣｌ、ＢＣ２・・・ビーム縮小器、Ｐ２・
・・スペクトル面第１図第２図出　　願　　人　新技術事業団（外２名）代理人　弁理
士　蛭　川　昌　慣Ｍ５図第６図Ｍ７図第８図第１４図（精相笈り梠暫）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コヒーレント光を試料に照射し、その透過光と該
コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント光と
を合成して、光ヘテロダイン検波により試料の位相像を
検出する装置において、試料全面に均一な平行コヒーレ
ント光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレント光と
を合成して、合成光束断面における１次元又は２次元方
向のビード成分の位相分布を検出することにより、試料
の位相像を求めるように構成したことを特徴とするヘテ
ロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装置。
（２）試料を透過した光束の断面全面において参照コヒ
ーレント光と透過光とを合成して、合成光束断面の１次
元又は２次元方向のビード成分の位相分布を検出するこ
とにより、試料の位相像を求めるように構成したことを
特徴とする請求項１記載のヘテロダイン検波受光系を用
いた位相像の検出装置。
（３）試料を照射する光束の断面を小領域に分割し、各
分割領域に集光レンズを配置してその集光点に試料が位
置するように試料を配置し、試料を透過した各発散光束
を平行光束に変換するレンズを各集光レンズに対応させ
て配置し、変換された平行光束と参照コヒーレント光と
を合成して、合成光束断面の１次元又は２次元方向のビ
ード成分の位相分布を検出することにより、試料の位相
像を求めるように構成したことを特徴とする請求項２記
載のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装置
。
（４）合成光束断面内でビード成分のみを検出するヘテ
ロダイン受信器を走査することにより、試料の位相像を
求めるように構成したことを特徴とする請求項２又は３
記載のヘテロダイン検波受光系を用いた位相像の検出装
置。
（５）コヒーレント光を試料に照射し、その透過光と該
コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント光と
を合成して、光ヘテロダイン検波により試料の位相像を
検出する装置において、試料の一部に平行コヒーレント
光を照射し、試料の透過光と参照コヒーレント光とを合
成してそのビード成分の位相を検出するように構成し、
試料を照射光に対して相対的に走査可能に配置して、試
料に沿う面における１次元又は２次元方向のビード成分
の位相分布を検出することにより、試料の位相像を求め
るように構成したことを特徴とするヘテロダイン検波受
光系を用いた位相像の検出装置。
（６）平行コヒーレント光束中に集光レンズを配置して
その集光点に試料が位置するように試料を配置し、試料
を透過した発散光束を平行光束に変換するレンズを配置
し、変換された平行光束と参照コヒーレント光とを合成
してそのビード成分の位相を検出するように構成したこ
とを特徴とする請求項５記載のヘテロダイン検波受光系
を用いた位相像の検出装置。
（７）平行コヒーレント光を試料に照射し、その透過光
と該コヒーレント光と周波数の異なる参照コヒーレント
光とを合成して、光ヘテロダイン検波により試料の位相
像を検出する装置において、試料全面に均一な平行コヒ
ーレント光を照射するように構成し、試料の透過光の位
相分布をフーリエ変換する第１のフーリエ変換光学系と
、そのスペクトル面における分布をさらにフーリエ変換
する第２のフーリエ変換光学系とを配置し、第２のフー
リエ変換光学系の変換面において参照コヒーレント光と
再変換光とを合成して、第２のフーリエ変換光学系の変
換面における１次元又は２次元方向のビード成分の位相
分布を検出することにより、試料の位相像を求めるよう
に構成したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
用いた位相像の検出装置。
（８）スペクトル面に空間フィルターを配置し、該空間
フィルターを通過した光と参照コヒーレント光との１次
元又は２次元方向のビード成分の位相分布を検出するこ
とにより、試料の位相像を求めるように構成したことを
特徴とする請求項７記載のヘテロダイン検波受光系を用
いた位相像の検出装置。