2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of a one-shot point diffraction interference microscope using a geometric phase shift
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19K05311
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
水谷 彰夫 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50400700)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 幾何学的位相 / 偏光イメージセンサー / ワンショット位相分布測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透明物体の位相像を観察するため，ワンショット観察可能な外乱に強い共通光路型の定量位相差顕微鏡の開発を目的とする．従来は液晶位相シフターを利用していたため，位相像の算出のために1/4波長ずつシフトした4枚の画像を順次取得する必要があり，完全にリアルタイムの観察ができなかった．
そこで，4方向のマイクロ偏光子アレイを各画素に配置したモノクロ偏光イメージセンサーと1/4波長板を用いて，幾何学的位相シフトにより1/4波長ずつシフトした4枚の画像を同時に取得し，位相像を得る方法について研究をすすめた．赤色の准単色SLD光源（波長669nm）で照明し，実際に電子線レジストの0.1mm角の穴パターンをXステージで移動した位相差動画が得られたが，視野の中央部と周辺部で同じ物体を観察したとき位相差が大幅に異なる誤差が生じた．考えられる要因として，偏光イメージセンサー前の1/4波長板への角度依存性ではないかと推測し，従来の波長板から角度依存性の少ない波長板へ変更し実験を行ったが，同様の誤差が生じ，解決できなかった．他の要因について模索中である．
また，位相接続が不要で波長以上の光路差の物体が測定可能となる二波長法について研究を行った．光源をRGBレーザーにし，緑色光（波長522nm）と赤色光（波長638nm）について測定を行い，測定可能な位相差が単波長の10倍まで拡大できたが，ノイズが大きかった．そこで，普通のイメージセンサーで，その前に設置した偏光板を10度ずつ回転し，36ステップの多段階位相シフトをすることで，位相ノイズ（平らな部分での断面位相分布が振動してしまっているものを指す）の低減を目指した結果，縦方向分解能が従来の50nm程度から20nmへと向上した．段差計との測定誤差は1%程度であった．ただ現状，レンズの色収差の影響により，波長ごとにピンホールの位置調整が必要である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
赤色の准単色SLD光源に対するワンショット観察に関して，視野の中央部と周辺部で同じ物体を観察したとき位相差が大幅に異なる誤差については，偏光イメージセンサー前の1/4波長板への角度依存性ではないかと推測し，従来の波長板から角度依存性の少ない波長板へ変更し実験を行ったが，同様の誤差が生じ，解決できなかった．現在，誤差要因が確定できていない．
また，位相接続が不要で波長以上の光路差の物体が測定可能となる二波長法については，緑色光（波長522nm）と赤色光（波長638nm）について測定を行い，測定可能な位相差が単波長の10倍まで拡大できた．ノイズが大きかったが，偏光イメージセンサーを普通のイメージセンサーにして，その前に設置した偏光板を10度ずつ回転し，36ステップの多段階位相シフトをすることで，位相ノイズが低減でき，縦方向分解能が従来の50nm程度から20nmへと向上した．段差計との測定誤差は1%程度であった．ただ現状，レンズの色収差の影響により，波長ごとにピンホールの位置調整が必要である．また，波長板にバビネソレイユ補償板を利用しており，波長ごとに位相差を調整しており，測定が面倒である．
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| Strategy for Future Research Activity |
赤色の准単色SLD光源に対するワンショット観察については，誤差の低減を目指す．そのため光学シミュレーションを併用して，誤差要因を模索する．また現状，一旦動画を撮影してから後処理で位相差計算を行い，位相動画を作成しており時間がかかっている．リアルタイムで位相分布を出せるようにアプリケーションを開発する．動画で撮影できる意義がある試料を探す．
偏光イメージセンサーでの画素補間方法について，画素シフト法とフーリエ変換を用いる方法を検討する．
二波長法について，レンズの色収差の影響で波長ごとにピンホールの位置調整が必要であり，測定が面倒であることに対して，使用する波長を近くする，あるいは，波長依存の少ないレンズを利用する．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスのため，国際会議や国内会議がオンライン開催になり旅費がかからなかったため．
ピンホール調整用光学系やカメラ，新しいレーザー光源に利用予定．
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Research Products
(1 results)
