JP5648193B2 - 干渉計測装置および干渉計測方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1のデジタルホログラフィ装置(干渉計測装置)60の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置60は、レーザ光源(光源)1を含む光学系と、CCDからなる撮像面2aを有する撮像素子(撮像部)2とを有する撮像装置を備える。さらに、デジタルホログラフィ装置60は、撮像素子2の出力に接続された計算機(再生部)3を備える。
次に、インライン型(inline型)の光学系で構成されたデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本願発明者は、計算機による本実施の形態に基づく位相接続のシミュレーションを行った。以下に、そのシミュレーション結果について説明する。
次に、実施の形態3のデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態2にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
次に、実施の形態4のデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
これと直交する偏光方向の干渉パターンから得られる被写体の再生像の位相分布φ2は、以下で示される。
これらの位相差Δφ≡φ2−φ1は、以下で示される。
奥行き方向に直交する軸上における等高線の間隔Δhは、以下で示される。
このΔhの値が、光学的に位相接続可能な範囲となる。すなわち、位相接続可能な範囲はΔθおよびηに依存する。
次に、実施の形態5のデジタルホログラフィ装置について説明する。本実施の形態は、3種類の波長のレーザ光を用いる分光計測デジタルホログラフィに関する。尚、説明の便宜上、前出の実施の形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本願発明者は、計算機による本実施の形態に基づく位相接続のシミュレーションを行った。以下に、そのシミュレーション結果について説明する。
本発明に係る干渉計測装置は、コヒーレントな光を発生する光源と、上記光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光との干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置であって、物体光を互いに偏光方向が異なる2種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、第1偏光子領域および第2偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体を介して到達する物体光とを通過させる偏光子アレイ部とを備え、上記偏光子アレイ部の第1偏光子領域および第2偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させる。
2 撮像素子(撮像部)
2a 撮像面
3 計算機(再生部)
4 ビームエキスパンダ
5 コリメータレンズ
6 ビームスプリッタ(光分割部)
7、8、10、13、16 ミラー
9、14 ビーム結合素子
11、15 偏光分割素子(偏光分割部)
12 結像光学素子
17 サイズ計測部
18 制御部
19 角度差調節部
20 被写体
21、22、23、24 被写体
23a、23b 物質
26 結像光学部
30、31、32、34 偏光子アレイデバイス(偏光子アレイ部)
30a、30b、31a、31b、32a、32b、34a、34b 偏光子(偏光子領域)
33、37 波長選択フィルタ
33a、33b、37a〜37c 波長選択領域
35、38 位相シフトアレイデバイス(位相シフトアレイ部)
35a、35b、38a〜38f 位相シフト領域
36 光路長シフトアレイデバイス(光路長シフトアレイ部)
36a、36b 光路長シフト領域
40、44、53、55 干渉パターン(干渉像)
41a、41b、45a〜45d、49a、49b、54a〜54h、56a〜56l 画素
42a、42b、43a、43b、46a〜46d 干渉パターン
47a、47b 干渉パターン
48、50a、50b、51a、51b 参照光の強度分布
52a、52b 複素振幅分布
60、61、62、63、64 デジタルホログラフィ装置(干渉計測装置)
71 再生処理部
72 位相接続処理部
73 抽出処理部
80a〜80f、81a〜81f、82a〜82f 領域
Claims (10)
- コヒーレントな光を発生する光源と、上記光源から出射される光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置において、
上記光分割部から出射される物体光を、第1方向に偏光した第1の物体光と、上記第1方向とは異なる第2方向に偏光した第2の物体光との2種類の物体光に分割し、それぞれの物体光の伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、
第1偏光子領域および第2偏光子領域が複数配置され、上記第1偏光子領域は、上記第1方向に偏光した物体光と参照光の上記第1方向の偏光成分とを通過させ、上記第2偏光子領域は、上記第2方向に偏光した物体光と参照光の上記第2方向の偏光成分とを通過させる偏光子アレイ部と、
複数の上記第1偏光子領域に対応した複数の第1画素および複数の上記第2偏光子領域に対応した複数の第2画素を有し、上記第1方向に偏光した物体光と参照光の上記第1方向の偏光成分とが干渉した第1干渉パターンを上記複数の第1画素で撮像すると同時に、上記第2方向に偏光した物体光と参照光の上記第2方向の偏光成分とが干渉した第2干渉パターンを上記複数の第2画素で撮像する撮像部とを備えることを特徴とする干渉計測装置。 - 上記干渉像から上記第1干渉パターンおよび上記第2干渉パターンに対応する画素を抽出し、上記第1干渉パターンおよび上記第2干渉パターンを用いて位相接続を行う再生部をさらに備え、
上記再生部は、上記被写体の3次元情報を求めることを特徴とする請求項1に記載の干渉計測装置。 - 第1方向と第2方向とが直交することを特徴とする請求項1または2に記載の干渉計測装置。
- 第1位相シフト領域および第2位相シフト領域が複数配置され、参照光を通過させる位相シフトアレイ部をさらに備え、
上記位相シフトアレイ部は、第1位相シフト領域を通過した参照光の位相と、第2位相シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の干渉計測装置。 - 第1光路長シフト領域および第2光路長シフト領域が複数配置され、参照光および物体光を通過させる光路長シフトアレイ部を上記被写体と撮像部との間にさらに備え、
上記光路長シフトアレイ部は、第1光路長シフト領域を通過した参照光の位相と、第2光路長シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせ、第1光路長シフト領域を通過した物体光の位相と、第2光路長シフト領域を通過した物体光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の干渉計測装置。 - 複数の上記光源と、波長選択フィルタとを備え、
上記複数の光源は、それぞれが互いに異なる波長のコヒーレントな光を発生し、
上記波長選択フィルタは、通過させる光の波長が異なる複数の波長選択領域を有し、参照光および物体光を上記波長選択領域毎に波長に応じて選択的に通過させることを特徴とする請求項1、3、4、または5に記載の干渉計測装置。 - 上記再生部は、上記被写体の再生像を生成し、上記3次元情報として上記被写体の高さ分布を求めることを特徴とする請求項2に記載の干渉計測装置。
- 上記干渉像から上記第1干渉パターンおよび上記第2干渉パターンに対応する画素を抽出し、上記被写体の3次元情報および再生像を生成する再生部をさらに備え、
上記再生部は、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に上記被写体の再生像を求める再生処理部と、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に位相接続を行い上記被写体の高さ分布を求める位相接続処理部と、
上記再生像を構成する画素のうちの注目画素を含む所定の領域について各波長の上記所定の領域を代表する再生光の強度を比較し、最も上記再生光の強度が大きい波長の上記高さ分布を上記注目画素の高さ分布として抽出する抽出処理部とを備えることを特徴とする請求項6に記載の干渉計測装置。 - サイズ計測部と、制御部と、角度差調節部とをさらに備え、
上記サイズ計測部は、上記被写体の撮像部から見た奥行き方向におけるサイズを計測し、
上記制御部は、上記サイズ計測部が計測した上記サイズに基づき、位相接続可能な範囲を決定し、決定した上記範囲に応じて上記角度差調節部に指示を与え、
上記角度差調節部は、
上記制御部からの指示に基づき、上記偏光分割部が分割する2種類の物体光の上記角度差を変更する、または、
上記制御部からの指示に基づき、上記偏光分割部が分割する2種類の物体光の上記角度差、および、上記撮像部の撮像面に直交する軸と第1の物体光か第2の物体光かのいずれかとがなす角度を変更することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の干渉計測装置。 - コヒーレントな光を参照光および物体光に分割し、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像する干渉計測方法であって、
参照光から分割された物体光を、第1方向に偏光した第1の物体光と、上記第1方向とは異なる第2方向に偏光した第2の物体光との2種類の物体光に分割し、それぞれの物体光の伝播方向に角度差を生じさせ、
第1偏光子領域および第2偏光子領域が複数配置された偏光子アレイ部により、上記第1偏光子領域において上記第1方向に偏光した物体光と参照光の上記第1方向の偏光成分とを通過させ、かつ上記第2偏光子領域において上記第2方向に偏光した物体光と参照光の上記第2方向の偏光成分とを通過させ、
複数の上記第1偏光子領域に対応した複数の第1画素および複数の上記第2偏光子領域に対応した複数の第2画素を有する撮像部により、上記第1方向に偏光した物体光と参照光の上記第1方向の成分とが干渉した第1干渉パターンを上記複数の第1画素で撮像すると同時に、上記第2方向に偏光した物体光と参照光の上記第2方向の成分とが干渉した第2干渉パターンを上記複数の第2画素で撮像することを特徴とする干渉計測方法。
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