(57)【要約】      （修正有）【課題】迅速で精度良く回折波の位相を回復し、試料の実像を取得することが可能となるコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法を提供する。【解決手段】試料の近傍の平面上に参照物体を配置し、これらにコヒーレントな光源またはコヒーレントな粒子線源から照射波を照射し、試料と参照物体から検出した回折波の強度を求め、回折波の位相を回復して試料の実像を取得するコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法であって、参照物体は、照射波に対する該参照物体の散乱能を平面上に投影した２次元の散乱能分布が、ｎを３以上の奇数として角度２π／ｎの回転に対して奇回転対称性を有する構成を備え、試料と参照物体から検出した回折波の強度をＩとし、参照物体の像をフーリエ変換することにより得られる複素関数の位相をｆとし、試料の近似像をＨ０とするとき、Ｈ０＝Ｉ１／２ｅｘｐ（ｉφ）を満たすようにして試料の実像を取得する。【選択図】図１
2015031921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と参照物体とに対してコヒーレントな光源、コヒーレントな粒子線源、またはコヒーレントな放射線源から照射波を照射する工程と、
前記試料と前記参照物体からの回折波の強度を検出する工程と、
前記回折波の強度を用いて前記試料の近似像を取得する工程と、を備え、
前記参照物体は、前記照射波に対する該参照物体の散乱能を、前記試料が配置された平面上に投影した２次元の散乱能分布が、ｎを３以上の奇数として角度２π／ｎの回転に対して回転対称性を有する構成を備え、
前記試料の近似像を取得する工程は、
前記試料と前記参照物体から検出した回折波の強度をＩとし、前記参照物体の像をフーリエ変換することにより得られる複素関数の位相をψとし、前記試料の近似像をＨ０とするとき、
次式を用いて前記試料の近似像を取得することを特徴とするコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
Ｈ０＝Ｉ１／２  ｅｘｐ（ｉφ）
【請求項２】
前記試料の近似像をフーリエドメイン上の初期値とし、フーリエ変換と逆フーリエ変換のくり返しを用いて前記回折波の位相を更に回復し、前記試料の実像を取得する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項３】
前記試料の近似像を前記試料の実像とすることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項４】
前記試料は、前記参照物体で囲まれた領域内に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項５】
前記参照物体で囲まれた領域が、円形のパターンを正多角形の頂点に配置して形成されていることを特徴とする請求項４に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項６】
前記円形のパターンは、透明なカバーガラス上に金属マスクを介して無機あるいは有機材料を蒸着して形成されていることを特徴とする請求項５に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項７】
前記参照物体で囲まれた領域が、アパーチャにより形成されていることを特徴とする請求項４に記載のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法。
【請求項８】
コヒーレントな光源、コヒーレントな粒子線源又はコヒーレントな放射線源とを有し、試料と参照物体とに照射波を照射する照射源と、
前記試料と前記参照物体とからの回折波を検出する検出器と、
前記検出器による検出結果を用いて前記回折波の位相を求める手段と、
を備え、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像取得方法を実施することを特徴とするコヒーレント回折顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像レンズを用いずに像観察することができるコヒーレント回折顕微鏡（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ（ＣＤＩ））による像取得方法、コヒーレント回折顕微鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント回折顕微鏡（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ（ＣＤＩ））は、レーザ光や放射光あるいは電界放出電子等のコヒーレントな波を試料に照射し、回折波の強度（振幅の２乗）を検出する。そして、計算機により検出結果を用いて回折波の位相を回復することにより、像形成に必要となる回折波の振幅と位相の両方を取得する方法として知られている。以下、これをＣＤＩと記す。
ＣＤＩは像形成に結像レンズを用いないため、レンズを実現することが困難なＸ線にも適用できる。
さらに、レンズ収差の影響がないので、原理的には照射波の波長と同程度の空間分解能が得られる。これら優位な特徴を実現するため、近年ＣＤＩの実用化を目指す研究が活発に行われている。
実験としては、これまでレーザ光、Ｘ線及び電子線を照射波とするＣＤＩの結果が報告されている。
Ｘ線を用いたＣＤＩは特にＣｏｈｅｒｅｎｔ  Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ（ＣＸＤＩ）と呼ばれ、ｎｍオーダーの分解能を有する新たな観察手段として有望である。
また、従来の放射光に加え、Ｘ線自由電子レーザの利用も国内で開始され、ＣＸＤＩへの応用が期待されている。
【０００３】
回折波の位相を回復する一般的な方法としては、フーリエ変換と逆フーリエ変換のくり返しによる手法が用いられ、以下この手法をＩｔｅｒａｔｉｏｎ法と記す。
Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法では、実空間における試料の散乱能分布を表す関数ｇとそのフーリエ変換Ｇの各々に拘束条件を与え、これらの拘束条件が十分満足されるまで計算をくり返す。
Ｇの拘束条件は回折波の測定強度をＩとして｜Ｇ｜＝  Ｉ１／２が成立することである。一方ｇについては、試料近傍に一定面積以上の領域を定義し、この既知領域においてｇ＝０が成立することを拘束条件として与える。
上記拘束条件の適用方法はアルゴリズムにより異なり、これまで種々のアルゴリズムが提案されている。
中でも、Ｈｙｂｒｉｄ−ｉｎｐｕｔ  ｏｕｔｐｕｔ（ＨＩＯ）法は収束性の良い方法として知られている。位相回復のさらに詳しい原理、及びアルゴリズムの比較は非特許文献１に記載されている。
【０００４】
上記Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法とは別に、試料近傍に参照物体を配置し、試料と参照物体からの回折波の干渉を利用して試料の実像を求める方法が報告されている。以下これらの手法をホログラフィー法と呼ぶ。ホログラフィー法の一つとして、点状、すなわちδ関数状の参照物体を用いるＦｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ（ＦＴＨ）法が非特許文献２に報告されている。以下、この手法をＦＴＨ法と記す。
さらに改良された方法として、参照物体の一部に鋭いエッジを形成し、このエッジの微分形状を利用するＨｏｌｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｂｙ  ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｌｉｎｅａｒ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ
ｏｐｅｒａｔｉｏｎ（ＨＥＲＡＬＤＯ）法が非特許文献３に報告されている。この手法をＨＥＲＡＬＤＯ法と記す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍａｒｃｈｅｓｉｎｉ，Ｓ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．７８，１１３０１（２００７）
【非特許文献２】Ｉ．ＭｃＮｕｌｔｙ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２５６，１００９（１９９２）
【非特許文献３】Ｄｉｌｉｎｇ  Ｚｈｕ  ｅｔ  ａｌ．，  ＰＲＬ  １０５，  ４３９０１（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法及びホログラフィー法は、つぎのような課題を有している。
これをまず、Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法について説明すると、Ｉｔｅｒａｔｉｏｎ法においては、位相回復が十分達成されるまでに要する時間をｔとすると、ｔ＝  ＮΔｔで表される。
ここでＮは計算ループの実行回数、Δｔは前記計算ループを一回実行するのに要する時間である。
通常、Δｔの大半はフーリエ変換と逆フーリエ変換に対応する２回のＦａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（ＦＦＴ）の処理時間であり、扱う画素数や計算機の能力に依存する。
一方、Ｎはアルゴリズムの収束性を表す。非特許文献１によれば、位相回復の速いアルゴリズムを用いてもＮは〜１００００にも及ぶ。
標準的な値としてΔｔ〜１ｓｅｃを仮定するとｔ〜１００００ｓｅｃになるが、このように長い待ち時間は実用上大きな制約となる。
【０００７】
これに対して、上記ホログラフィー法は、くり返し計算がないので位相回復に要する時間は短い。
しかしながら、前記ＦＴＨ法やＨＥＲＡＬＤＯ法は参照物体のシャープな形状を利用するものであり、その形状がボケると空間分解能は低下してしまう。
従って参照物体の形成には厳しい精度が要求されることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、迅速で精度良く回折波の位相を回復し、試料の実像を取得することが可能となるコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法、コヒーレント回折顕微鏡システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、試料の近傍の平面上に既知物体による参照物体を配置し、これらにコヒーレントな光源またはコヒーレントな粒子線源から照射波を照射し、
前記試料と前記参照物体から検出した回折波の強度を求め、前記回折波の位相を回復して前記試料の実像を取得するコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法であって、
前記参照物体は、前記照射波に対する該参照物体の散乱能を前記平面上に投影した２次元の散乱能分布が、ｎを３以上の奇数として角度２π／ｎの回転に対して奇回転対称性を有する構成を備え、
前記試料と前記参照物体から検出した回折波の強度をＩとし、前記参照物体の像をフーリエ変換することにより得られる複素関数の位相をφとするとき、次式で表わされるＨ０の逆フーリエ変換により近似的な像を取得することを特徴とする。
Ｈ０＝Ｉ１／２  ｅｘｐ（ｉφ）
また、本発明は、レーザ光や放射光によるコヒーレントな光源、または電界放出電子によるコヒーレントな粒子線源からなる照射源と、
観測対象となる試料と、
前記試料の近傍の平面上に配置された既知物体による参照物体と、
前記試料からの回折波を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を入力し、前記回折波の位相を求める手段と、
を備え、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の像取得方法を実施するコヒーレント回折顕微鏡システムであって、
前記参照物体が、前記照射波に対する該参照物体の散乱能を前記平面上に投影した２次元の散乱能分布が、ｎを３以上の奇数として角度２π／ｎの回転に対して奇回転対称性を有する構成を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、迅速で精度良く回折波の位相を回復し、試料の実像を取得することが可能となるコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法、コヒーレント回折顕微鏡システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ｎ＝７の奇回転対称性を有する参照物体、及び試料に対応するサンプル画像。
【図２】γ＝１．０とγ＝０．１に対する回折強度Ｉ、近似像ｈ０、及びＮ＝１０における回復画像。
【図３】ｎ＝５の奇回転対称性を有する参照物体、及び試料に対応するサンプル画像。
【図４】ｇｍｉｎ＝  −１．０とｇｍｉｎ＝  −０．１に対する回折強度Ｉ、近似像ｈ０、及びＮ＝１０における回復画像。
【図５】本発明の実施形態におけるコヒーレント回折顕微鏡の構成例を簡易的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態におけるコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法について説明する。
本発明の実施形態の像取得方法は、観測対象となる試料と参照物体とに、コヒーレントな光源、コヒーレントな粒子線源、またはコヒーレンントな放射線源から照射波を照射する工程と、該試料と参照物体からの回折波の強度を検出する工程を備える。そして、この回折波の強度を用いて、回折波の位相を回復し、試料の近似像を取得する工程を備える。尚、回折波は、試料及び参照物体に回折された照射波である。取得された近似像そのものを試料の実像としても良いし、これを初期値としてイタレーションを行うことにより、より正確な像を取得し、それを試料の実像としても良い。図５に本発明の実施形態におけるコヒーレント回折顕微鏡の構成例を簡易的に示す。５はコヒーレントな照射波、６は試料と参照物体が配置された平面、７は試料、８は参照物体、９はＣＣＤ等の検出器、１０は回折波の強度データが転送される計算機を示している。具体的な装置構成は照射波５がレーザ光か、Ｘ線か、あるいは電子線かにより異なる。たとえば照射波５がレーザ光であれば、検出器９の手前に集光レンズを配置し、検出器８上に回折パターンを集光することが望ましい。また試料７と参照物体８の保持方法も、照射波５の種類に依存する。照射波５はレーザ光である場合、透明なガラス基板上に試料７と参照物体８を保持できる。照射波５がＸ
線や電子線であれば、透過性の高いカーボン膜上に試料７と参照物体８を保持できる。
【００１３】
前記参照物体は、前記照射波に対する該参照物体の散乱能を前記平面上に投影した２次元の散乱能分布が、ｎを３以上の奇数として角度２π／ｎの回転に対して回転対称性を有する構成を備える。なお、角度２π／ｎは回転対称性を示す最小角度とする。また、本明細書及び本発明においては、ｎを３以上の奇数としたときの、角度２π／ｎの回転に対する回転対称性を奇回転対称性と呼ぶ。
そして、前記試料と前記既知物体から検出した回折波の強度をＩとし、前記参照物体の像をフーリエ変換することにより得られる複素関数の位相をφとするとき、
次式で与えられるＨ０を逆フーリエ変換することにより実像を取得する。
Ｈ０＝Ｉ１／２  ｅｘｐ（ｉφ）
ここで、上記位相回復の原理について説明する。
説明を分かりやすくするため、前記既知物体のことを参照物体と呼ぶ。照射波に対する散乱能はＸ線では電子密度に相当し、電子線の場合は相互作用ポテンシャ
ルに相当するが、これらを総称して、ここでは単に密度と記す。
試料の２次元密度分布をｇ（ｒ）、ｇ（ｒ）のフーリエ変換をＧ（ｋ）とし、参照物体の２次元密度分布をｆ（ｒ）、ｆ（ｒ）のフーリエ変換をＦ（ｋ）とする。
試料と参照物体からなる系全体の密度分布はｈ（ｒ）＝ｆ（ｒ）＋ｇ（ｒ）で表され、ｈ（ｒ）のフーリエ変換はＨ（ｋ）＝Ｆ（ｋ）＋Ｇ（ｋ）で表される。
なお、ｒは２次元位置座標、ｋは２次元波数ベクトルを表す。
【００１４】
Ｆ（ｋ）を振幅と位相を用いてＦ（ｋ）＝｜Ｆ（ｋ）｜ｅｘｐ［ｉφ（ｋ）］と書くと、次式（１）で定義される量Ｈ０（ｋ）を求めることができる。
Ｈ０（ｋ）＝｜Ｈ（ｋ）｜ｅｘｐ［ｉφ（ｋ）］            …（１）
すなわち、Ｈ０（ｋ）はＨ（ｋ）の振幅にＦ（ｋ）の位相部を掛けたものである。
回折強度の測定値をＩ（ｋ）とするとＨ０（ｋ）の振幅はＩ（ｋ）１／２により与えられ、位相部ｅｘｐ［ｉφ（ｋ）］は参照物体ｆ（ｒ）のフーリエ変換から求められる。
予め位相部ｅｘｐ［ｉφ（ｋ）］を計算しておけば、Ｈ０（ｋ）は回折強度Ｉ（ｋ）の測定後直ちに取得できる。
Ｈ０（ｋ）の逆フーリエ変換をｈ０（ｒ）とすると、ｈ０（ｒ）も回折強度の測定後ごく短時間で取得できる量である。
【００１５】
ここで、条件｜Ｇ（ｋ）／Ｆ（ｋ）｜≪１を仮定すると、式（１）から容易に次の近似式（２）、（３）が導かれる。
2015031921.tif 000003
ここでＧ＊（ｋ）はＧ（ｋ）の複素共役を表し、
2015031921.tif 000004
は逆フーリエ変換を表す。
式（３）から分かるように、ｈ０（ｒ）は参照物体の密度分布ｆ（ｒ）と、画像回復の対象である試料密度ｇ（ｒ）の１／２と、画像回復にとっては余分な項
2015031921.tif 000005
からなる。
2015031921.tif 000006
に含まれる位相因子ｅｘｐ（２ｉφ）はｆ（ｒ）によって決まる。
しかし、特にｆ（ｒ）が中心対称ｆ（−ｒ）＝ｆ（ｒ）であればｅｘｐ（２ｉφ（ｒ））＝１になり、ｆ（ｒ）が中心反対称ｆ（−ｒ）＝  −ｆ（ｒ）であればｅｘｐ（２ｉφ（ｒ））＝  −１になることが示される。
【００１６】
これらの関係を式（３）に代入し、実関数ｇ（ｒ）に対してＦｒｉｅｄｅｌ則から導かれる関係
2015031921.tif 000007
を用いると、次式（４）、（５）が得られる。
2015031921.tif 000008
式（５）の条件ｆ（−ｒ）＝  −ｆ（ｒ）は必ず負の値を含むので現実にはありえないが、このことは以下の議論に関わらない。
なおｃをｆ（ｒ）の最大値以上の定数密度として非負の密度分布ｆ’（ｒ）＝ｃ＋ｆ（ｒ）（ｆ（−ｒ）＝−ｆ（ｒ））を考えると、式（５）の替わりに現実に成立する式として、次式が得られる。
2015031921.tif 000009
次にｆ（ｒ）が奇回転対称のとき、φ（ｋ）はｋ＝０の近傍を除いてｋ空間上を−πからπを均等に振動する。
その結果
2015031921.tif 000010
はＧ＊の特徴を大方失い、低周波成分からなるバックグラウンドになる。
このバックグラウンド成分を
2015031921.tif 000011
と書くと、上記式（３）は次式（６）で表される。この式はｇ（ｒ）を複素関数として一般的に成立している。
2015031921.tif 000012
次式（４）、（５）、（６）により、ｆ（ｒ）が中心対称、中心反対称、奇回転対称の場合にｈ０（ｒ）がどのような分布になるかが示された。目的は試料密度ｇ（ｒ）を知ることなので、各々の場合についてｈ０（ｒ）からｇ（ｒ）を導出できるかどうかを検討する。
先ず、ｏ（ｒ）＝ｈ０（ｒ）−ｆ（ｒ）を定義すると、ｆ（ｒ）は既知なのでｈ０（ｒ）によりｏ（ｒ）も決定される。上記式（４）、（５）、（６）よりｏ（ｒ）は次式（７）、（８）、（９）の分布を表す。
2015031921.tif 000013
上記式（７）、（８）の中心対称と中心反対称の場合、すぐに分かるように左辺のｏ（ｒ）を与えるｇ（ｒ）は数学的には無数にあり、ｇ（ｒ）を一意的に決定することはできない。
但し、試料の存在領域が予め原点（対称中心）からの半平面内に限定されている場合は例外である。
例えば、試料の位置（ｇ（ｒ）≠０）が、ｒ＝（ｘ，ｙ）としてｘ＞０にあることが分かっていれば、ｇ（−ｒ）≠０はｘ＜０の領域に限定され、ｘ＞０領域におけるｏ（ｒ）を２倍すればｇ（ｒ）が得られる。
【００１７】
同様にｆ（ｒ）が奇回転対称のときもｇ（ｒ）≠０が半平面内に限定されるならばｇ（ｒ）とｇＢＧ（−ｒ）は空間的に分離されｏ（ｒ）からｇ（ｒ）を導出できる。
一方、ｇ（ｒ）≠０の領域に限定がなければ、ｇ（ｒ）とｇＢＧ（−ｒ）は分離できない。しかし、上述したようにｇＢＧ（−ｒ）はバックグラウンドなので、たとえｇ（ｒ）と重なってもその特徴を大きく損なうことはない。
このことから、近似的には式（９）のｏ（ｒ）を試料の密度分布と見なせる。あるいは式（６）のｈ０（ｒ）が試料と参照物体全体の像を与えると考えてよい。この際、式（６）における１／２の因子は問題にならない。何故なら、像観察の目的は多くの場合ｇ（ｒ）の形を知ることであり、その絶対値を求めることではないからである。結局、参照物体を奇回転対称にすれば試料の配置を制限する必要がなく、実験的に最も簡明である。
【００１８】
以上に説明したように、本発明においては試料近傍に奇回転対称性を有する参照物体を配置し、回折強度の測定から次式で表される近似像ｈ０（ｒ）を取得する。
2015031921.tif 000014
さらに、本発明はｈ０（ｒ）を実際の密度分布ｈ（ｒ）に近付けるため、フーリエドメイン上の初期値をＨ０（ｋ）＝Ｉ１／２（ｋ）ｅｘｐ［ｉφ（ｋ）］としてＩｔｅｒａｔｉｏｎ法を実行しても良い。
この位相回復計算における最初の処理は初期値Ｈ０（ｋ）の逆フーリエ変換であり、これはｈ０（ｒ）を与える。
従って、ｈ０（ｒ）はオブジェクトドメイン上の初期値になっている。
初期値ｈ０（ｒ）にはバックグラウンド成分ｇＢＧ（−ｒ）／２が含まれるが、これはくり返し計算の中で急速に消え、計算は速やかに実際の密度分布ｈ（ｒ）に収束する。
これに対し、従来のＩｔｅｒａｔｉｏｎ法はランダムな位相を初期値とするので必然的に位相回復は遅い。
本発明はホログラフィー法に分類されるが、その原理は上述のように参照物体の対称性に基づいており、参照物体のシャープな形状を利用する前記ＦＴＨ法やＨＥＲＡＬＤＯ法とは本質的に異なる。本発明を用いるならば、参照物体の部分的な形状によって空間分解能が制限されることはない。
【００１９】
ここで、上記式（６）で表される近似像ｈ０（ｒ）を取得するための条件について、更に説明する。
式（６）を導く上で前提としたことは、参照物体が奇回転対称であることに加え、｜Ｇ（ｋ）／Ｆ（ｋ）｜≪１の条件が満たされることであった。
実際上、全てのｋ点で｜Ｇ（ｋ）／Ｆ（ｋ）｜≪１が成立する必要はなく、ｋ空間上で全体的にこの条件が満たされていることが重要である。
そのためには参照物体の全散乱能が試料の全散乱能に比べて十分大きければよい。
ここでは実空間上での散乱能を密度と表現しているので、全散乱能は質量に相当する。
試料の質量をｍｇ、参照物体の質量をｍｆとすると、ｍｇ、ｍｆは各々ｇ（ｒ）、ｆ（ｒ）の積分により与えられる。
結局、上記式（６）が成立するための実質的な条件は質量比γ＝ｍｇ／ｍｆが十分小さいことである。具体的には、γが１以下であることが好ましく、γが０．５以下であることがより好ましく、γが０．１以下であることが更に好ましい。
但し、現実の系を考えると、γの値が小さ過ぎることにも制限がある。何故なら、検出器のダイナミックレンジは有限なので、γが小さ過ぎると回折強度の正確な測定が困難になることがあるからである。よって、γは、検出器のダイナミックレンジを考慮して決めることが好ましい。
参照物体の作製法は試料や測定系に応じて適宜選択される。
一例として照射波が可視光レーザであれば、透明なカバーガラス上に金属マスクを介して無機あるいは有機材料を蒸着することにより参照物体のパターンを形成できる。
より簡便な方法としては、例えば、円形パターンなどによる参照物体を作成する際には、着色した光硬化樹脂をカバーガラス上に塗布し、金属マスクを介して光照射することによっても参照物体のパターンを形成することができる。
回折強度を測定するには、参照物体近傍のカバーガラス上に試料を配置し、垂直方向から可視光レーザを照射し、透過した回折波をＣｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）等の検出器により検出する。
検出器による検出結果（回折波の強度分布）は計算機に取り込まれ、上述した画像回復あるいは位相回復計算に用いられる。
【００２０】
これまで実空間上の変数として密度分布を扱ってきたが、系によっては透過率の分布を考える方が便利である。
以下では単純な系として、参照物体の透過率が０か１の２値とる場合を考える。具体的に
は貫通孔を有するアパーチャを想定し、孔の領域ではｆ（ｒ）＝１（透過率１）、孔以外ではｆ（ｒ）＝０（透過率０）とする。試料は孔の領域に配置され、孔の透過率を低下させる作用をもつ。
この作用をｇ（ｒ）で表わし、参照物体と試料による透過率分布をｈ（ｒ）＝ｆ（ｒ）＋ｇ（ｒ）で表すと、孔の領域では
2015031921.tif 000015
となる。したがって、
2015031921.tif 000016
となる。孔以外ではｈ（ｒ）＝０なのでg（ｒ）＝０になる。
この定義によれば、ｈ（ｒ）が密度分布を示す場合と形式的には同じように数式を扱うことができる。
すなわち、透過率分布ｈ（ｒ）対しても上記式（１）を出発点とする上記式（２）から上記式（９）までの全てが成立し、ｆ（ｒ）が奇回転対称ならば近似像ｈ０（ｒ）は上記式（６）で表される。
また、アパーチャの孔以外ではｈ（ｒ）＝０なので、この領域を密度０の既知領域に対応させればＩｔｅｒａｔｉｏｎ法も問題なく適用できる。
【００２１】
位相回復の観点から見たこの系の特徴は、試料ｇ（ｒ）≠０が必ず参照物体ｆ（ｒ）≠０の中に埋め込まれていることである。
上記のアパーチャを作製する方法に制限はないが、例えばフォトリソグラフィー技術を利用し、化学エッチングにより薄い金属板に所望の貫通孔パターンを形成できる。このアパーチャ孔に、透過電子顕微鏡観察に用いるカーボン支持膜と同様な薄いカーボン膜を張れば、電子線あるいはＸ線用の試料保持機構となる。
回折強度を測定するには、前記カーボン膜上に試料をのせ、アパーチャ孔に電子線あるいはＸ線を均一照射し、透過した回折波をＣＣＤ等により検出する。
検出された回折波の強度分布は計算機に取り込まれ、上述した画像回復あるいは位相回復計算に用いられる。
【００２２】
なお、以上のコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法は、つぎのようなコヒーレント回折顕微鏡システムを用いて実施することができる。
すなわち、レーザ光や放射光によるコヒーレントな光源、または電界放出電子によるコヒーレントな粒子線源からなる照射源と、
観測対象となる試料と既知物体による参照物体と、
からの回折波を検出する検出器と、
前記検出器からの信号を入力し、前記回折波の位相を求める手段と、
を備えたコヒーレント回折顕微鏡システムによって実施することができる。
そして、これらのコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法、コヒーレント回折顕微鏡システムによれば、ＣＤＩにおいて速やかな像形成あるいは位相回復を可能にすることができる。
また、本発明をＣＸＤＩに用いれば、リアルタイムに近い条件でｎｍオーダーの高分解能
観察が可能になる。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用したコヒーレント回折顕微鏡による像取得方法の構成例を、図１を用いて説明する。
図１において、１はｎ＝７の奇回転対称性を有する参照物体であり、一定密度の円が正７角形の頂点位置に配置されている。２は試料と見なすサンプル画像（猫の顔）である。
この参照物体の密度分布をｆとし、試料密度ｇはサンプル画像のグレースケールに比例し、白い方が高い密度に対応するものとされている。
質量比ｇ＝ｍｇ／ｍｆはｇとｆの相対的な高さを規定するパラメータとして用いられる。
【００２４】
図１に示すように、正多角形で囲まれた奇回転対称性を有する領域内に試料を配置し、密度分布ｈ＝ｆ＋ｇに対して、上記式（１）のＨ０及び
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を求めた。
図２にγ＝１．０及びγ＝０．１に対する回折強度Ｉ＝｜Ｈ０｜２とｈ０を示す（Ｉは対数表示）。
近似像ｈ０を見ると、いずれのγ値においても猫の顔が明瞭に現れている。
特にγ＝０．１の像はかなり原画に近い。その理由は、γ値が小さいほど｜Ｇ／Ｆ｜が小さくなり、式（２）の近似が高まるからである。
引き続き、像の精度を更に高めるため、Ｈ０を初期値をとしてＨＩＯを基本とするＩｔｅｒａｔｉｏｎ法を実行した。
この位相回復により得られた像を図２の右側に示す。いずれのγ値においても、Ｎ＝１０で殆ど原画に一致する像になっている。
ここで、Ｎは位相回復のために実行したＦＦＴの全回数ｘ１／２を示し、初期条件Ｈ０を求めるために行ったｆのフーリエ変換も含んでいる。
この結果が示すように、本実施例によれば少ないくり返し計算で高精度な位相回復を達成することが可能となる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、奇回転対称性を有する参照物体で囲まれた領域が、アパーチャにより形成されている例について、図３を用いて説明する。
図３において、３は正５角形の貫通孔を有するアパーチャであり、これをｎ＝５の奇回転対称性を有する参照物体とする。
４は実施例１と同じサンプル画像であり、これを試料の原画とする。
この参照物体の透過率をｆで表し、アパーチャの孔の領域でｆ＝１、孔以外の領域ではｆ＝０とする。
図３に示すように、試料を孔の領域に配置し、アパーチャと試料による透過率分布をｈ＝ｆ＋ｇで表す。
ここで、ｇ∝−（サンプル画像のグレースケール）とし、その比例係数をｇの最小値ｇｍｉｎ（−１ｇｍｉｎ０）により定める。
【００２６】
図４にｇｍｉｎ＝−１．０とｇｍｉｎ＝−０．１に対する回折強度Ｉ＝｜Ｈ０｜２と
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を示す（Ｉは対数表示）。
なお、ｈ０の表示は白黒を反転している。
近似像ｈ０を見ると、いずれのｇｍｉｎ値に対しても猫の顔が明瞭に現れている。特にｇｍｉｎ＝−０．１の像はかなり原画に近い。
続いて、Ｈ０をフーリエドメイン上の初期値としてＨＩＯを基本とするＩｔｅｒａｔｉｏｎ法を実行した。
この位相回復により得られた像を図４の右側に示す。
いずれのｇｍｉｎ値においても、Ｎ＝１０で殆ど原画に一致する像になっている。なおＮの定義は実施例１と同じである。
このように、本発明は奇回転対称なアパーチャを参照物体とする系に対しても有効である。
【符号の説明】
【００２７】
１．ｎ＝７の奇回転対称を有する参照物体
２．サンプル画像（猫の顔）
３．ｎ＝５の奇回転対称を有する参照物体
４．サンプル画像（猫の顔）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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