JPH0434337A - ヘテロダイン検波受光系を用いた反射振幅像の検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば試料から反射した光を散乱成分やイ
ンコヒーレント光信号から分離して振幅像を検出する装
置に係わり、特に、ヘテロダイン検波受光系を用いた反
射振幅像の検出装置に関する。

（従来の技術） 例えば濃霧や排煙の中の物体や、内部を目視することが
できないような散乱物体が浮遊する水中の物体、あるい
は擦り硝子の向こう側の像等は肉眼では勿論、従来の結
像光学装置でもぼけた像となり、散乱が強くなった場合
、ぼけた像も結像しなくなってしまう。

これは散乱物体がなければ肉眼やカメラで捕らえること
ができた像であっても、物体からの反射光が途中の散乱
物体により拡散されてしまい、物体各点からの反射光が
互いに他の点に影響してしまうためである。

このように、散乱物体の向こう側にある物体や、散乱物
体中に存在する物体の反射像は、従来用いられている結
像手段では像にすることは不可能であった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記従来のａｍを解決するものであり、そ
の目的とするところは、従来の結像手段では像として検
出できなかった散乱物体中の物体の反射像を検出するこ
とが可能なヘテロダイン検波受光系を用いた反射振幅像
の検出装置を提供しようとするものである。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、第１の発明では、コヒーレン
ト光を発生し、このコヒーレント光を試料に照射する照
射手段と、前記コヒーレント光と周波数が相違する参照
コヒーレント光を生成する生成手段と、前記試料から反
射されるコヒーレント光と前記参照コヒーレント光とを
合成する合成手段と、この合成された光からビート成分
を検出する検出手段と、この検出手段によって検出され
たビート成分から試料の振幅像を求める信号処理手段と
を設けている。

この場合、前記合成手段は、試料から反射されるコヒー
レント光の光束の断面全体において前記参照コヒーレン
ト光を合成するようにしている。

また、前記試料は駆動手段によって１次元または２次元
方向に移動され、前記検出手段は０次元の光電変換手段
によって構成され、前記信号処理手段は前記光電変換手
段から出力されるビート成分より１次元または２次元の
振幅像を求めるようにしている。

さらに、前記照射手段によって発生されたコヒーレント
光は集光手段によって集光して試料に照射されている。

また、前記検出手段は複数の光電変換素子が１次元また
は２次元に配列された光電変換手段によって構成され、
前記信号処理手段は前記光電変換手段から出力されるビ
ート成分より１次元または２次元の振幅像を求めている
。

さらに、前記生成手段は照射手段によって発生されたコ
ヒーレント光の周波数をシフトする変調手段によって構
成されている。

さらに、この発明は前記試料の前面に試料から反射され
た光束を小領域毎に集光して前記検出手段に導く集光手
段を有している。

また、第２の発明は、コヒーレント光を発生する発生手
段と、この発生手段によって発生されたコヒーレント光
を試料に斜めに照射するＭｌのハーフミラ−手段と、こ
の第１のハーフミラ−手段を透過した光の周波数をシフ
トし、参照コヒーレント光を生成する生成手段と、前記
試料から反射された正反射光以外の光と前記参照コヒー
レント光とを合成する合成手段と、この合成手段によっ
て合成された光からビート成分を検出する検出手段と、
この検出手段によって検出されたビート成分から試料の
振幅像を求める信号処理手段とが設けられている。

この場合、前記参照コヒーレント光は１次元または２次
元方向に移動するミラー手段を介して前記合成手段に導
かれるようになっている。

さらに、前記検出手段は複数の光電変換素子が１次元ま
たは２次元に配列された光電変換手段によって構成され
、前記信号処理手段は前記光電変換手段から出力される
ビート成分より１次元または２次元の振幅像を求めるよ
うになっている。

さらに、第３の発明は、コヒーレント光を発生し、この
コヒーレント光を試料に照射する照射手段と、前記コヒ
ーレント光と周波数が相違する参照コヒーレント光を生
成する生成手段と、前記試料から反射されるコヒーレン
ト光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、前記参照
コヒーレント光を変換手段によってフーリエ変換された
光のスペクトル面に導き合成するハーフミラ−手段と、
この合成された光からビート成分を検出する検出手段と
、この検出手段によって検出されたビート成分から試料
の振幅像を求める信号処理手段とを有している。

さらに、′Ｍ４の発明は、コヒーレント光を試料に照射
する照射手段と、前記コヒーレント光と周波数が相違す
る参照コヒーレント光を生成する生成手段と、前記試料
から反射されるコヒーレント光をフーリエ変換する第１
のフーリエ変換手段と、このスペクトル面における振幅
分布をさらにフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段
と、この第２のフーリエ変換手段の変換面に前記参照コ
ヒーレント光を導き、フーリエ変換された光に合成する
ハーフミラ−手段と、この合成された光からビート成分
を検出する検出手段と、この検出手段によりて検出され
たビート成分から試料の振幅像を求める信号処理手段と
を有している。

第３、第４の発明において、前記検出手段は複数の光電
変換素子が１次元または２次元に配列された光電変換手
段によって構成され、前記信号処理手段は前記光電変換
手段から出力されるビート成分より１次元または２次元
の振幅像を求めるようになっている。

また、前記ハーフミラ−手段は参照コヒーレント光を変
換面の全面に導き、変換面の全面でフーリエ変換された
光に合成するようになっている。

さらに、前記ハーフミラ−手段は１次元または２次元方
向に移動され、スペクトル面の一部で参照コヒーレント
光をフーリエ変換された光に合成する合成するようにな
っている。

また、スペクトル面には空間フィルタが設けられ、前記
検出手段はこの空間フィルタを通過した合成光束を検出
するようになっている。

（作用） コヒーレントな光であるレーザ光を用いた光ヘテロダイ
ン検波受光系は、散乱したインコヒーレント光の中から
コヒーレント光を選択的に検出することができる特性を
有している。この発明は、ヘテロダイン検波受光系のこ
の特性を利用して物体から反射され、さらに散乱物体に
より散乱された光の中から、物体の反射振幅情報を有す
るコヒーレント光を抽出し、物体全体にわたりサンプリ
ングすれば、各点の物体反射像を得られることを利用す
るものである。

特に、大きな物体で遠隔にあるものや、散乱物体のなか
の物体の反射像を得たい場合、さらに光が試料を透過し
ないが反射する場合、例えば裏面こ金属板があり、その
表面に散乱層と反射層かある試料の反射振幅像を散乱成
分やインコヒーレント光から分離して検出することを可
能としている。

すなわち、第１の発明によれば、試料に平行コヒーレン
ト光を照射し、試料からの反射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次元または２次
元のビート成分を検出することにより、散乱成分、イン
コヒーレント光信号から分離して試料の振幅像を高精度
で検出することができる。

また、第２の発明によれば、試料に平行コヒーレント光
を斜めに照射し、試料からの反射される正反射光以外の
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次元または２次元のビート成分を検出すること
により、表面の滑らかな試料から散乱成分、インコヒー
レント光信号を分離して振幅像を高精度で検出すること
ができる。

さらに、第３の発明によれば、試料に平行コヒーレント
光を照射し、試料からの反射光の振幅分布をフーリエ変
換手段によってフーリエ変換し、そのスペクトル面にお
いて参照コヒーレント光と反射光とを合成して、スペク
トル面における１次元または２次元のビート成分を検出
することにより、散乱成分、インコヒーレント光信号か
ら分離して試料の振幅像を高精度で検出することができ
、さらに、検出される振幅像に画像処理を施してコント
ラストを向上することができる。

また、第４の発明によれば、試料に平行コヒーレント光
を照射し、試料からの反射光の振幅分布を第１のフーリ
エ変換手段によってフーリエ変換し、そのスペクトル面
における分布をさらに第２のフーリエ変換手段によって
フーリエ変換し、そのスペクトル面において参照コヒー
レント光と反射光とを合成し、そのスペクトル面におけ
る１次元または２次元のビート成分を検出することによ
り、散乱成分、インコヒーレント光信号から分離して試
料の振幅像を高精度で検出することができ、さらに、検
出される振幅像に画像処理を施してコントラストを向上
することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

ヘテロダイン検波受光系において、検出器の受光面の径
（集光点でビートをとるときは、集光光学系の開口系）
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、高指向性光
学系を併用しなくとも、高指向性の受光系を構成するこ
とができる。その−例を第１図乃至第３図に示す。

第１図は平面波単光束走査型の反射像検ａ装置を示すも
のである。同図において、レーザ発振器１１は例えばＡ
ｒレーザ発振器によって構成されている。このレーザ発
振器１１から出力されたレーザ光は、ビーム変換器１２
によって所定の径に変換され、レンズ１３を介してビー
ムスプリッタ１４に導かれる。このビームスプリッタ１
４によって分割された一方のレーザ光Ｉはハーフミラ−
１５、例えば散乱体Ｎを介して例えば半導体装置等の試
料Ｓに照射される。同図において、散乱体Ｎは説明の便
宜上、試料Ｓから離れた位置に示しているが、試料Ｓに
接している場合もある。

一方、前記ビームスプリッタ１４によって分割された他
方のレーザ光はミラー１６を介して変調器１７に導かれ
る。この変調器１７は例えば超音波変調器によって構成
された所謂周波数シフタであり、この変調器１７では変
調制御部１７ａの制御に基づいて、周波数が例えばＩ　
Ｍ　Ｈｚシフトされた局部発振光１１が生成される。こ
の局部発振光１１はミラー１８を介して前記ハーフミラ
−１５に導かれ、このハーフミラ−１５において、試料
Ｓから反射されたレーザ光と局部発振光１ｇが合成され
る。この合成された光は偏光板１９を介してＯ次元型ヘ
テロダイン受光部２０に導かれる。したがって、この０
次元型ヘテロダイン受光部２０では、試料Ｓからの反射
光と局部発振光ＩＩＩとのビート成分が光電変換される
。この０次元型ヘテロダイン受光部２０の出力はビート
成分が直流成分に重畳された信号となっている。このビ
ート成分の強度は、試料Ｓによって反射された光の振幅
に比例するため、試料Ｓの照明領域内の平均振幅反射率
を求めることができる。これに対して、散乱体Ｎによっ
て散乱された光と局部発振光１１を合成しても受光部２
０ではビート成分が生じず単に直流成分となる。このた
め、変調成分検出部２１によって受光部２０の出力信号
からビート成分を分離することにより、試料Ｓからの反
射光の振幅強度を良好な指向性によって検出することが
できる。この変調成分検出部２１は前記変＃制御部１７
ｇによって変調器１７と同期して動作されている。

また、試料Ｓの１次元あるいは２次元的な振幅反射率分
布（試料の振幅像）を求めるには、駆動部２２によって
試料Ｓを光軸と垂直な方向に１次元あるいは２次元的に
移動しながら上記のような検知を行えばよい。このよう
にして、試料Ｓを１次元あるいは２次元的に走査し、各
位置でのビート成分をデータ処理部２３によって処理す
ることにより、試料Ｓの１次元あるいは２次元的な振幅
反射率分布を求めることができ、この振幅反射率分布を
表示部２４で表示できる。データ処理部２３としては、
通常のＣＴ装置に使用されるものと同様の装置を適用で
きる。

上記実施例によれば、試料から反射した光と局部発振光
とのビート成分を抽出することにより、散乱成分、イン
コヒーレント光を除去して所要の試料の振幅像を高精度
で検出することができる。

したがって、これを利用することにより、例えば半導体
装置に損傷を与えることなく、半導体装置のパターン等
を１次元方向あるいは２次元方向に検出することができ
る。

第２図は、この発明の第２の実施例を示すものであり、
第１図と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につ
いてのみ説明する。

この実施例においては、ハーフミラ−１５と散乱体Ｎの
相互間に集光レンズ２５を設け、レーザ光を集光レンズ
２５によって集光して試料Ｓに照射するものである。

この実施例によれば、試料Ｓに照射されるレーザ光の径
を小さくすることができるため、第１の実施例に比べて
空間分解能を向上することができる。

第３図は、この発明の第３の実施例を示すものであり、
平面波単光束走査型の反射像検出装置を示すものである
。第３図において第１図と同一部分には同一符号を付す
。

同図において、レーザ発振器１１から出力されたレーザ
光は、ビーム変換器１２によって所定の径に変換される
。このビーム変換器１２から出力されたレーザ光はビー
ムスプリッタ３１、レンズ３２．３３を介して試料Ｓに
斜めに照射される。

この試料Ｓに照射されたレーザ光のうち正反射成分はミ
ラー３４を介してトラップ３５に導かれ、正反射成分以
外の光はハーフミラ−３６、ピンホールＰ、偏光板１９
を介して０次元型ヘテロダイン受光部２０に導かれる。

正反射光を用いない理由は、試料Ｓの表面が滑らかな場
合、光の強度が強すぎ、色情報を得にくいためである。

一方、前記ビームスプリッタ３１によって分割された他
方のレーザ光は変調器１７に導かれ、この変調器１７に
よって周波数がシフトされた局部発振光Ｉｌｌが生成さ
れる。この局部発振光ＩＢはミラー３７を介して前記ハ
ーフミラ−３６に導かれ、正反射成分以外の光と合成さ
れる。前記ミラー３７は駆動部３８によって図示矢印方
向に移動され、前記ピンホールＰ１偏光板１９および０
次元型ヘテロダイン受光部２０は駆動部３９によって、
前記ミラー３７と同期して図示矢印方向に移動される。

したがって、ミラー３７および０次元型ヘテロダイン受
光部２０の移動に応じて、試料Ｓの１次元的な振幅反射
率分布を求めることができる。なお、ミラー３７および
受光部２０等を２次元に移動すれば試料Ｓの２次元的な
振幅反射率分布を求めることができる。

この実施例によっても上記実施例と同様の効果を得るこ
とができる。しかも、試料Ｓからの正反射光を用いない
ため、表面が滑らかな試料Ｓの振幅像を高精度に求める
ことができる。

上記のように、ヘテロダイン検波受光径を用い、試料Ｓ
を相対的に走査して、その１次元あるいは２次元的な振
幅像を検出することができるが、試料Ｓ１光学系のいず
れも移動することなく、試料Ｓの１次元的乃至２次元的
振幅像を検出することができる。

第４図は、その−例を示すこの発明の第４の実施例を示
すものであり、要部のみを示すものである。

図示せぬレーザ発振器から出力されたレーザ光重は図示
せぬビーム変換器によって試料Ｓの観測範囲以上にビー
ムの径が拡大されている。このレーザ光Ｉはハーフミラ
−４１に導かれ、ハーフミラ−４１によって反射された
レーザ光重は散乱体Ｎを介して試料Ｓに照射され、ハー
フミラ−４１を透過した光はミラー４２に導かれる。こ
のミラー４２は駆動部４３によって図示矢印方向に動作
され、レーザ光の周波数がシフトされる。この周波数が
シフトされたレーザ光は局部発振光１９として、試料Ｓ
から反射されたレーザ光とともに、ハーフミラ−４１を
介して受光部４４に導かれる。

この受光部４４は１次元または２次元ヘテロダイン受光
部であり、複数の単位検出素子Ｄｏが１次元方向または
２次元方向に配列されて構成されている。したがって、
各単位検出素子Ｄｏに入射する光は、その単位検出素子
ＤＯに対応する試料Ｓの領域から反射された光と局部発
振光ＩＩＩの対応する部分の合成光であり、そのビート
成分は、試料Ｓのその領域の振幅反射率に比例するもの
である。この場合、受光部４４と試料Ｓの相互距離が離
れるほど、単位検出素子による検出像のサンプリング面
積が大きくなる。また、単位検出素子Ｄｏ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
ばかりでなく、サンプリング面積がオーバーラツプする
ためオーバーラツプ文を考慮した像再現をする必要があ
る。

尚、受光部４４としては、例えばＣＣＤセンサが適用さ
れる。

第５図は、この発明の第５の実施例を示すものであり、
第４図と同一部分には同一符号を付し、異なる部分につ
いてのみ説明する。

この実施例は、ハーフミラ−４１と散乱体Ｎの相互間に
複数のマイクロレンズ５１を設け、試料Ｓによって反射
された光をマイクロレンズ５１によって空間的にサンプ
リングして各単位検出素子Ｄｏに導くようにしたもので
ある。この場合、マ参口レンズ５１のそれぞれの放射光
が隣に入らないように吸収剤を塗布した中空管等で区切
れば、ＳＮ比を一層向上することができる。

尚、この場合、局部発振光Ｉｆｌは図のように平面波の
まま単位検出素子Ｄｏに入射させたり、マもロレンズ５
１からの光と同様な球面波に変換して入射させてもよい
。

さらに、第４、第５の実施例においては、ミラー４２を
駆動部４３によって駆動することにより、局部発振光１
１を生成したが、これに限定されるものではない。

次に、１次元あるいは２次元の検出器をヘテロダイン検
波受光系により、散乱光が混入した試料の振幅像を検出
する装置について説明する。

第６図は、この発明の第６の実施例を示すものであり、
平面波多光束並列型の反射像検出装置を示すものである
。第６図において第１図、第４図と同一部分には同一符
号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

第１の実施例では、レーザ光の径をビーム変換器１２に
よって小さく絞り、試料Ｓに対してスポット状にレーザ
光を照射しているが、この実施例は、レーザ光の径をあ
る程度大きくし、試料Ｓに広範囲にレーザ光を照射する
ことにより、試料Ｓを移動することなく、試料Ｓの２次
元的な振幅反射率分布を求めるものである。

この場合、試料Ｓからの反射光、および局部発振光ＩＭ
は、偏光板１９を介して１次元あるいは２次元型ヘテロ
ダインの受光部４４に導かれる。

受光部４４の単位検出素子では、その大きさによって規
定される回折限界像（０次のフランフォーフッ回折像）
の大きさで入射光がサンプリングされ、試料Ｓの各サン
プリング領域の平均振幅反射率に比例するビート成分が
直流成分に重畳された信号が得られる。受光部４４の出
力信号は、変調成分検出部２１に供給され、この変調成
分検出部２１によって各位置でのビート成分が分離され
、このビート成分がデータ処理部２３によって処理され
ることにより、試料Ｓの２次元的な振幅反射率分布が求
められる。

この実施例によれば、試料Ｓや受光部を移動することな
く、２次元の振幅像を検出することができる。

第７図は、この発明の第７の実施例を示すものであり、
拡大光学系を用いた振幅像の検出装置を示すものである
。

レーザ発振器１１から出力されたレーザ光はビームスプ
リッタ７１によって分割され、一方は、ビーム拡大器７
２、散乱体Ｎを介して試料Ｓに照射される。前記ビーム
スプリッタ７１によって分割された他方のレーザ光はミ
ラー７３によって反射され、この反射光はビームスプリ
ッタ７１において、ビーム拡大器７１を介して導かれた
試料Ｓからの反射光と合成される。この合成光は変調器
１７、偏光板１９を介して受光部４４に供給され、この
受光部４４によってビート成分が検出される。

以下上記実施例と同様の処理によって振幅像が検出され
る。

この実施例によれば、例えば半導体等の微小な試料の振
幅像を検出することができる。

第８ｖ！Ｊは、この発明の第８の実施例を示すものであ
り、縮小光学系を用いた振幅像の検出装置を示すもので
ある。

この実施例は、第７図にビーム拡大器７１に変えてビー
ム縮小器８１を設けたものであり、他の構成は第７ＴＩ
！！Ｊと同様である。

この実施例によれば、大きな試料の全体を一度に検出す
ることが可能である。

第９図は第３図に示す実施例を変形したこの発明の第９
の実施例を示すものである。

第３図に示す実施例においては、試料と受光部を移動す
ることによって１次元あるいは２次元の像を検出したが
、この実施例においては、１次元あるいは２次元の受光
部４４を使用することにより、試料等を移動することな
く、１次元あるいは２次元の像を検出可能としている。

第１０図は第２図に示す実施例を変形したこの発明の第
１０の実施例を示すものである。

第２図に示す実施例は、球面波、単光束を使用し、試料
と受光部を移動することによって１次元あるいは２次元
の像を検出したが、この実施例においては、球面波、多
光束を使用するとともに、１次元あるいは２次元の受光
部４４を使用することにより、試料等を移動することな
く、１次元あるいは２次元の像を検出可能としている。

以上は試料の近傍において、試料がら反射された光と局
部発振光とのビート成分を検出して振幅像を検出するも
のであったが、振幅像のフーリエ変換スペクトル信号を
物体のスペクトル面で検出するようにすることも可能で
ある。周知のように、レンズの前側焦点面に物体を配置
し、これにコヒーレント光を照射すると、レンズの後側
焦点面には物体の振幅分布のフーリエ変換が得られる。

また、この物体にインコヒーレント光を照射した場合、
物体からのインコヒーレントな散乱光により、物体のパ
ワースペクトルを得ることができる。

第１１図は、コヒーレント光とインコヒーレント光の関
係を概略的に示すものである。

このようなスペクトル面でヘテロダイン検波してビート
を取ろうとして照明光の周波数と異なる周波数の局部発
振光を同時に入射した場合、コヒーレント光によるフー
リエ変換信号はその振幅に比例するビート成分を生じる
が、インコヒーレントなパワースペクトルは局部発振光
と合成してもビートを生じないため、スペクトル面で両
者を分離してコヒーレント光による信号のみを取出すこ
とが可能である。

第１２図は、この発明の第１１の実施例を示すものであ
り、スペクトル面で両者を分離してコヒーレント光によ
る信号のみを取出す場合を示すものである。

凸レンズ９１の前側焦点面には試料Ｓが配置され、後側
焦点面には１次元または２次元の受光部４４が配置され
ている。前記凸レンズ９１と散乱体Ｎの相互間にはハー
フミラ−９２が設けられ、凸レンズ９１と受光部４４の
相互間にはハーフミラ−９３が設けられている。前記ハ
ーフミラ−９２を介してレーザ光が試料Ｓに照射される
と、この試料Ｓから反射された光は、ハーフミラ−９２
、レンズ９１、ハーフミラ−９３を順次介して、受光部
４４のスペクトル面に導かれる。このスペクトル面にハ
ーフミラ−９３を介して局部発振光Ｉｊを入射すると、
受光部４４の各単位検出素子ＯＤからその位置の振幅の
大きさに比例したビート成分を含んだ信号が得られる。

したがって、各単位検出素子ＯＤについてこのビート成
分のみを取出すことにより、ビ料Ｓの振幅像のフーリエ
成分のみを検出することができる。この検出した信号は
、試料Ｓの振幅像の空間周波数分布を表しているが、直
接試料Ｓの振幅像を得るためには、この検出信号を電気
的に再度フーリエ変換すればよい。

ところで、試料Ｓの振幅分布の空間的フーリエ変換を得
るのに、コヒーレント光による照明は第１２図に示すよ
うな光軸方向からに限定されるものではない。

第１３図（ａ）は、この発明の第１２の実施例を示すも
のであり、第１２図に示すハーフミラ−９２を４５°以
外の角度に設定し、試料Ｓに対してコヒーレント光を斜
めに照射するようにしたものである。

同図（ｂ）は同図（ａ）のスペクトル面Ｆに表れるイン
コヒーレント光によるスペクトルとそのスペクトルに隠
れたコヒーレント光によるスペクトルを示しているが、
この実施例によれば、このような場合においても、コヒ
ーレント光によるスペクトルのみを分離して取出すこと
ができる。

また、１次元あるいは２次元検出器の代わりに単なる検
出器を用いても、スペクトル面で振幅像のフーリエ変換
スペクトル信号を検出することができる。

第１４図は、この発明の第１３の実施例を示すものであ
り、０次元の受光器２０を用いたものである。同図にお
いて、第１３図（ａ）と同一部分には同一符号を付す。

凸レンズ９１とスペクトル面Ｆの相互間に設けられたハ
ーフミラ−１００、およびスペクトル面ＦとＯ次元の受
光器２０の相互間に設けられたピンホールＰは、図示矢
印方向および紙面に直交する方向に移動可能とされてい
る。したがって、凸レンズ９１によってフーリエ変換さ
れたスペクトルは、このように移動されるハーフミラ−
１００によってスペクトル面Ｆに導かれた局部発振光１
１と合成され、０次元の受光器２０により、ビート成分
を含む信号に変換される。このビート成分の２次的な分
布を求めることにより、スペクトル面Ｆで試料Ｓからの
反射によるフーリエ変換を検出することができる。

ところで、コヒーレント光による光学的２次元フーリエ
変換法によると、スペクトル面Ｆの０火成分は、像の明
るさの情報のみを担うものであり、画像情報は含んでい
ないが、０火成分をカットして像再生を行うと、２倍の
空間周波数の像となり、画像が縮小されたのと等価なも
のとなる。しかし、像の直流成分がなくなるので、像を
再生するとコントラストがよくなる。また、特定の周波
数のスペクトル成分のみを通過させたり、逆にカットし
たり、さらには、周波数毎に減衰率を変える等して、再
生像の特性を変更することができる。このような処理は
、一般に、空間フィルタリングと呼ばれるが、そのため
には、スペクトル面Ｆに所望の特性の空間フィルタを挿
入すればよい。

第１５図（ａ）は、この発明の第１４の実施例を示すも
のであり、第１３図（ａ）と同一部分には同一符号を付
す。

同図において、受光部４４の前面にはＯ火成分カットフ
ィルタ１０１が設けられ、このフィルタ１０１によって
試料Ｓから反射された光のスペクトル中の０火成分がカ
ットされるようになっている。受光部４４の出力信号は
、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１０２を介して信号処理
部１０３に供給される。

この場合の再生の処理順序を同図（ｂ）に示す。

像再現はコヒーレント光によるスペクトルからフィルタ
１０１によって０火成分をカットし、２次元ヘテロダイ
ン受光部４４と帯域通過フィルタ１０２によってヘテロ
ダイン検波して２次元のビート成分を検出し、この検出
出力を信号処理部１０３によって２次元フーリエ変換し
、再生像を得る。この再生像は、前述したようにコント
ラストが向上したものとなっている。

上記実施例では、光学的な空間フィルタをスペクトル面
に挿入することにより０火成分をカットしたが、これを
電気的に行うことも可能である。

同図（Ｃ）はその−例を示すものである。スペクトル面
のコヒーレント光による信号をそのままヘテロダイン検
波により２次元ビート成分として検出し、信号処理部１
０３により２次元ビート成分をカットし、その後に２次
元フーリエ変換して再現像を得るものである。なお、以
上においては、スペクトル面Ｆにおいて、ヘテロダイン
検波により検出したスペクトル信号をフーリエ変換して
像を再現するものとしたが、スペクトル面での試料Ｓの
振幅像のフーリエ変換スペクトル信号をそのまま利用し
てもよい。

上記のように、スペクトル面で振幅像のフーリエ変換ス
ペクトルをこの発明のヘテロダイン検波受光系によって
検出し、その信号を電気的にフーリエ変換してフィルタ
リング処理を施した像を再現する代わりに、第１６図に
示すように、凸レンズＬ２によって像再現のためのフー
リエ変換を光学的に行い、像面でヘテロダイン検波する
ことにより、散乱体によるインコヒーレント光による成
分を除いて、試料Ｓの画像処理がなされた振幅像を得る
ことができる。

なお、レンズＬ１の焦点距離ｆ１とレンズＬ２の焦点距
離ｆ２とを異なる大きさとすることにより、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。ｆｌ＞ｆ
２の場合、縮小像となり、ｆｌ＜ｆ２の場合、拡大像と
なる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
要旨を変えない範囲において種々変形実施可能なことは
勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、大型の試料や透
過像を取り得る配置ができない試料、さらに光を透過し
ないが試料内部からの反射がある試料の振幅像を、散乱
成分やインコヒーレント光から分離して検出することが
可能なヘテロダイン検波受光系を用いた反射振幅像の検
出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘテロダイン検波受光系を示す構成図、第２図
は球面波を使用した構成図、第３図は試料に斜めに光を
照射する場合を示す構成図、第４図、第５図は１次元ま
たは２次元の受光部を使用した場合を示す構成図、Ｉ＠
６図は第１図を変形した構成図、第７図は拡大光学系を
使用した場合を示す構成図、１８図は縮小光学系を使用
した場合を示す構成図、第９図は第３図を変形した構成
図、第１０図は第２図を変形した構成図、第１１図はコ
ヒーレント光とインコヒーレント光の関係を説明するた
めに示す図、第１２図はスペクトル面でヘテロダイン検
波する場合を示すものであり、要部の構成図、第１３図
（ａ）は試料の照射方向を説明するために示す図、第１
３図（ｂ）はコヒーレント光とインコヒーレント光の関
係を説明するために示す図、第１４図は第１３図（ａ）
の変形例を示す構成図、第１５図はスペクトル面でヘテ
ロダイン検波する場合において、画像処理を導入した場
合の像再現原理を説明するために示す図、第１６図は像
面でヘテロダイン検波する振幅像検出装置の要部を示す
構成図である。 １１・・・レーザ発振器、１５・・・ハーフミラ−１７
・・・変調器、２０・・・受光部（０次元）、２３・・
・データ処理部、２４・・・受光部（１，２次元）、Ｓ
・・・試料、Ｎ・・・散乱体。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 痢 図 第 図 第 図 ７ａ 第６図 第 図 第 図 ＄８ 図 第１０　図 １７ａ ｌ息 第１３ ｆｆｌ　（ａ） ＃１３ｆ！ｆ（ｂ） ｆ Ｆｆ１４ 図

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）コヒーレント光を発生し、このコヒーレント光を
   試料に照射する照射手段と、 前記コヒーレント光と周波数が相違する参照コヒーレン
   ト光を生成する生成手段と、 前記試料から反射されるコヒーレント光と前記参照コヒ
   ーレント光とを合成する合成手段と、この合成された光
   からビート成分を検出する検出手段と、 この検出手段によって検出されたビート成分から試料の
   振幅像を求める信号処理手段と、 を具備したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
   用いた反射振幅像の検出装置。
2. （２）前記合成手段は、試料から反射されるコヒーレン
   ト光の光束の断面全体において前記参照コヒーレント光
   を合成する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反射振幅像の検出装置。
3. （３）前記試料は駆動手段によって１次元または２次元
   方向に移動され、前記検出手段は０次元の光電変換手段
   によって構成され、前記信号処理手段は前記光電変換手
   段から出力されるビート成分より１次元または２次元の
   振幅像を求める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反射振幅像の検出装置。
4. （４）前記照射手段によって発生されたコヒーレント光
   は集光手段によって集光して試料に照射されること特徴
   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
   反射振幅像の検出装置。
5. （５）前記検出手段は複数の光電変換素子が１次元また
   は２次元に配列された光電変換手段によって構成され、
   前記信号処理手段は前記光電変換手段から出力されるビ
   ート成分より１次元または２次元の振幅像を求めること
   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
   用いた反射振幅像の検出装置。
6. （６）前記生成手段は照射手段によって発生されたコヒ
   ーレント光の周波数をシフトする変調手段によって構成
   されている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反射振幅像の検出装置。
7. （７）前記試料の前面には試料から反射された光束を小
   領域毎に集光して前記検出手段に導く集光手段が設けら
   れている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反射振幅像の検出装置。
8. （８）コヒーレント光を発生する発生手段と、この発生
   手段によって発生されたコヒーレント光を試料に斜めに
   照射する第１のハーフミラー手段と、 この第１のハーフミラー手段を透過した光の周波数をシ
   フトし、参照コヒーレント光を生成する生成手段と、 前記試料から反射された正反射光以外の光と前記参照コ
   ヒーレント光とを合成する合成手段と、この合成手段に
   よって合成された光からビート成分を検出する検出手段
   と、 この検出手段によって検出されたビート成分から試料の
   振幅像を求める信号処理手段と、 を具備したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
   用いた反射振幅像の検出装置。
9. （９）前記参照コヒーレント光は１次元または２次元方
   向に移動するミラー手段を介して前記合成手段に導かれ
   ることを特徴とする請求項８記載のヘテロダイン検波受
   光系を用いた反射振幅像の検出装置。
10. （１０）前記検出手段は複数の光電変換素子が１次元ま
    たは２次元に配列された光電変換手段によって構成され
    、前記信号処理手段は前記光電変換手段から出力される
    ビート成分より１次元または２次元の振幅像を求めるこ
    とを特徴とする請求項８記載のヘテロダイン検波受光系
    を用いた反射振幅像の検出装置。
11. （１１）コヒーレント光を発生し、このコヒーレント光
    を試料に照射する照射手段と、 前記コヒーレント光と周波数が相違する参照コヒーレン
    ト光を生成する生成手段と、 前記試料から反射されるコヒーレント光をフーリエ変換
    するフーリエ変換手段と、 前記参照コヒーレント光を変換手段によってフーリエ変
    換された光のスペクトル面に導き合成するハーフミラー
    手段と、 この合成された光からビート成分を検出する検出手段と
    、 この検出手段によって検出されたビート成分から試料の
    振幅像を求める信号処理手段と、 を具備したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
    用いた反射振幅像の検出装置。
12. （１２）コヒーレント光を試料に照射する照射手段と、 前記コヒーレント光と周波数が相違する参照コヒーレン
    ト光を生成する生成手段と、 前記試料から反射されるコヒーレント光をフーリエ変換
    する第１のフーリエ変換手段と、 このスペクトル面における振幅分布をさらにフーリエ変
    換する第２のフーリエ変換手段と、この第２のフーリエ
    変換手段の変換面に前記参照コヒーレント光を導き、フ
    ーリエ変換された光に合成するハーフミラー手段と、 この合成された光からビート成分を検出する検出手段と
    、 この検出手段によって検出されたビート成分から試料の
    振幅像を求める信号処理手段と、 を具備したことを特徴とするヘテロダイン検波受光系を
    用いた反射振幅像の検出装置。
13. （１３）前記検出手段は複数の光電変換素子が１次元ま
    たは２次元に配列された光電変換手段によって構成され
    、前記信号処理手段は前記光電変換手段から出力される
    ビート成分より１次元または２次元の振幅像を求めるこ
    とを特徴とする請求項１１または１２記載のヘテロダイ
    ン検波受光系を用いた反射振幅像の検出装置。
14. （１４）前記ハーフミラー手段は参照コヒーレント光を
    変換面の全面に導き、変換面の全面でフーリエ変換され
    た光に合成することを特徴とする請求項１１または１２
    記載のヘテロダイン検波受光系を用いた反射振幅像の検
    出装置。
15. （１５）前記ハーフミラー手段は１次元または２次元方
    向に移動され、スペクトル面の一部で参照コヒーレント
    光をフーリエ変換された光に合成する合成することを特
    徴とする請求項１１または１２記載のヘテロダイン検波
    受光系を用いた反射振幅像の検出装置。
16. （１６）スペクトル面には空間フィルタが設けられ、前
    記検出手段はこの空間フィルタを通過した合成光束を検
    出することを特徴とする請求項１１または１２記載のヘ
    テロダイン検波受光系を用いた反射振幅像の検出装置。