JPWO2016185618A1 - 干渉縞投影光学系及び形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
干渉縞を生成する干渉縞生成光学系と、
前記干渉縞を拡大して物体表面上に投影する拡大光学系と、を備え、
前記拡大光学系は、前記干渉縞を形成する光束が入射する側の入射側レンズ群と、前記光束を射出して前記物体表面に向けて前記干渉縞を投影する側の射出側レンズ群とからなり、
前記入射側レンズ群の焦点距離をf1、前記射出側レンズ群の焦点距離をf2、とするとき、f1/f2>3、であり、
前記入射側レンズ群及び前記射出側レンズ群はそれぞれ正屈折力を有し、前記入射側レンズ群の射出側主点から前記射出側レンズ群の入射側主点までの距離をxdとしたとき、xd/(f1+f2)<2、を満たすものである。
上記の干渉縞投影光学系と、
前記干渉縞の投影像を画像として撮像する撮像部と、
該撮像部からの画像信号に基づいて前記物体表面の凹凸情報を演算する演算部と、
を備えるものである。
図1は、第1実施の形態に係る形状測定装置の要部の概略構成図である。図1に示す形状測定装置は、図25に示した形状測定装置と同様に、体腔等に挿入して臓器等の表面形状を計測するもので、干渉縞投影光学系1と、撮像部30と、コンピュータ等からなる演算制御部50とを備える。
d2=d1・f2/f1 ・・・(1)
δ1=δ・f2/f1 ・・・(4)
図9は、第2実施の形態に係る干渉縞投影光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る干渉縞投影光学系1は、干渉縞生成光学系11の構成が図1に示した構成と異なるものである。すなわち、干渉縞生成光学系11は、2本の偏波面保存光ファイバ16a及び16bを有し、それらの射出端部が拡大光学系21の入射側に並んで配置される。これにより、偏波面保存光ファイバ16a及び16bの2つの射出端部が、2つの光射出部を構成している。なお、偏波面保存光ファイバ16a及び16bのそれぞれの射出端面は、好ましくは拡大光学系21の光軸と直交する同一平面で、光軸に関して対象な位置に配置される。
図10は、第3実施の形態に係る干渉縞投影光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る干渉縞投影光学系1は、第1実施の形態において拡大光学系21の入射側レンズ群22が平凸レンズ27からなり、射出側レンズ群23がボールレンズ28からなる。また、拡大光学系21により生成された2つの光束の絞れたスポットの射出側には、2つの光束を透過するガラスプレート29が配置されている。その他の構成は、第1実施の形態と同様である。
図12は、第4実施の形態に係る干渉縞投影光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る干渉縞投影光学系1は、干渉縞生成光学系11の構成が図10に示した構成と異なるものである。すなわち、干渉縞生成光学系11は、2本の偏波面保存光ファイバ16a及び16bを有する。2本の偏波面保存光ファイバ16a及び16bは、第2実施の形態と同様に配置される。
図13は、第5実施の形態に係る干渉縞投影光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る干渉縞投影光学系1は、図10に示した構成において、ボールレンズ28の射出側に複屈折板17及び偏光板18を配置することで、ガラスプレート29を省略したものである。その他の構成は、第3実施の形態と同様である。
図14は、第6実施の形態に係る干渉縞投影光学系の要部の構成を示す図である。本実施の形態に係る干渉縞投影光学系10は、上述の第1〜5実施の形態で示した干渉縞投影光学系1を複数有する。複数の干渉縞投影光学系1は、同一構成でもよいし、異なる構成でもよい。複数の干渉縞投影光学系1は、隣接の干渉縞投影光学系1による干渉縞の投影領域を相互に補完するように配置される。図14には、便宜上、図1に示した干渉縞投影光学系1を2つ示している。また、図14には、物体表面70上での各干渉縞投影光学系1による光束の投影領域も平面的に示している。
D=f1×sinθ1 ・・・(5)
式(1)及び式(5)から、下式(6)が算出される。
d2=d1×sinθ1×f2/D ・・・(6)
f2=d2×D/(d1×sinθ1)=0.00052×1/(0.005×sin9.2°)=0.65mm
Db=f2×4(n−1)/n ・・・(8)
f1/f2=4(n−1)/(n×sinθ1) ・・・(9)
Q=xd/(f1+f2)=1 ・・・(10)
Q=xd/(f1+f2)<2 ・・・(11)
11 干渉縞生成光学系
16、16a、16b 偏波面保存光ファイバ
17 複屈折板
18 偏光板
20 駆動部
21 拡大光学系
22 入射側レンズ群
23 射出側レンズ群
24、25 レンズ
27 平凸レンズ
28 ボールレンズ
29 ガラスプレート
30 撮像部
50 演算制御部
70 物体表面
Claims (14)
- 干渉縞を生成する干渉縞生成光学系と、
前記干渉縞を拡大して物体表面上に投影する拡大光学系と、を備え、
前記拡大光学系は、前記干渉縞を形成する光束が入射する側の入射側レンズ群と、前記光束を射出して前記物体表面に向けて前記干渉縞を投影する側の射出側レンズ群とからなり、
前記入射側レンズ群の焦点距離をf1、前記射出側レンズ群の焦点距離をf2、とするとき、f1/f2>3、であり、
前記入射側レンズ群及び前記射出側レンズ群はそれぞれ正屈折力を有し、前記入射側レンズ群の射出側主点から前記射出側レンズ群の入射側主点までの距離をxdとしたとき、xd/(f1+f2)<2、を満たす干渉縞投影光学系。 - 請求項1に記載の干渉縞投影光学系において、
前記干渉縞生成光学系は、前記拡大光学系の入射側に並んで位置する2つの光射出部を有する、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項2に記載の干渉縞投影光学系において、
前記2つの光射出部は、2本の光ファイバのそれぞれの射出端面からなる、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項1に記載の干渉縞投影光学系において、
前記干渉縞生成光学系は、前記拡大光学系の入射側に配置された光射出部と、該光射出部の実像または虚像を複数並べて形成する複屈折素子とを有する、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項4に記載の干渉縞投影光学系において、
前記複屈折素子は、前記光射出部と前記拡大光学系との間に配置されている、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項4に記載の干渉縞投影光学系において、
前記複屈折素子は、前記拡大光学系の射出側に配置されている、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項2〜6のいずれか一項に記載の干渉縞投影光学系において、
前記拡大光学系は、前記光射出部の像を当該拡大光学系よりも射出側に形成する、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項7に記載の干渉縞投影光学系において、
前記光射出部の像よりも射出側に配置されたガラスプレートをさらに備える、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項1に記載の干渉縞投影光学系において、
前記入射側レンズ群及び前記射出側レンズ群は、それぞれ単一のレンズからなる、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項9に記載の干渉縞投影光学系において、
前記入射側レンズ群は、入射側が平面で射出側が凸面の平凸レンズからなる、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項9又は10に記載の干渉縞投影光学系において、
前記射出側レンズ群はボールレンズからなる、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項11に記載の干渉縞投影光学系において、
前記ボールレンズは、使用波長における屈折率nが1.7以上の硝材からなる、ことを特徴とする干渉縞投影光学系。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の干渉縞投影光学系を複数有し、
前記複数の干渉縞投影光学系により干渉縞の投影領域を時分割で相互に補完して干渉縞を投影する、干渉縞投影光学系。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の干渉縞投影光学系と、
前記干渉縞の投影像を画像として撮像する撮像部と、
該撮像部からの画像信号に基づいて前記物体表面の凹凸情報を演算する演算部と、
を備える形状測定装置。
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