DE112018001943T5

DE112018001943T5 - Pseudo-specklemuster-erzeugungsvorrichtung, pseudo-specklemuster-erzeugungsverfahren, beobachtungsvorrichtung und beobachtungsverfahren

Info

Publication number: DE112018001943T5
Application number: DE112018001943.8T
Authority: DE
Inventors: Hiroto Sakai; Taro Ando; Haruyoshi Toyoda; Yoshiyuki Ohtake; Yuu Takiguchi; Tomoko HYODO
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-03-26
Publication date: 2020-04-09
Also published as: WO2018190111A1; JP2018180177A; CN110494794B; US11300800B2; JP6739391B2; CN110494794A; US20200117018A1

Abstract

Eine Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1A umfasst einen ersten räumlichen Lichtmodulator 13, eine Linse 14, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 15, eine Linse 16 und dergleichen. Der erste räumliche Lichtmodulator 13 weist eine erste Intensitätsmodulationsverteilung auf, die auf einem Pseudozufallszahlenmuster basiert, und moduliert räumlich die Intensität der Lichtausbeute einer Lichtquelle 11 und erhöht den Strahldurchmesser durch einen Strahlaufweiter 12. Der zweite räumliche Lichtmodulator 15 weist eine zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion auf, ist auf einer Ebene vorgesehen, auf der ein Fourier-Transformationsmuster durch die Linse 14 erzeugt wird, und moduliert räumlich die Intensität des durch die Linse 14 erreichten Lichts. Die Linse 16 transformiert optisch Fourier ein Muster der Lichtabgabe des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster zu erzeugen. Somit ist es möglich, eine Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung und dergleichen zu realisieren, die einen hohen Freiheitsgrad bei der Einstellung einer räumlichen Struktur oder einer statistischen Lichtintensitätsverteilung eines zu erzeugenden Specklemusters bietet.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, eine Beobachtungsvorrichtung, die die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung umfasst, ein Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren und ein Beobachtungsverfahren, das das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren umfasst.
Hintergrund
Wenn kohärentes Licht wie Laserlicht von einem Diffusor (Streumedium) wie einer Diffusorplatte gestreut wird, wird durch Interferenz des gestreuten Lichts ein Specklemuster erzeugt. Eine räumliche Verteilung der Lichtintensität in einem Specklemuster hat eine Eigenschaft, die der eines Zufallszahlenmusters nahe kommt, und aus diesem Grund wird ein Specklemuster in einer Interferenzmesstechnik, einem hochauflösenden Mikroskop, einer optischen Messtechnik und dergleichen verwendet, und außerdem wird es kürzlich in einer optischen Manipulationstechnik wie dem Fangen eines Atoms und eines Partikelkolloids verwendet.
Ein Specklemuster ist gekennzeichnet durch eine räumliche Struktur und eine statistische Verteilung der Lichtintensität. Die räumliche Struktur wird durch eine räumliche Form einer Autokorrelationsfunktion eines Specklemusters ausgedrückt und entspricht einer Punktverteilungsfunktion eines optischen Systems. Die statistische Verteilung der Lichtintensität wird durch ein Histogramm der Lichtintensität in einem Specklemuster ausgedrückt und folgt einer exponentiellen Verteilung. Darüber hinaus ist eine räumliche Struktur (Autokorrelationsfunktion) eines zweidimensionalen Pseudozufallszahlensystems, in dem ideale Zufallszahlen zweidimensional angeordnet sind, eine Deltafunktion.
Gemäß der in Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Technik wird in einer Konfiguration mit einem Diffusor und einer Linse ein Specklemuster auf einer Ebene erzeugt, die sich von einer hinteren Brennebene der Linse unterscheidet. Gemäß der in Nicht-Patentdokument 2 beschriebenen Technik werden in einer Konfiguration mit einem Diffusor und einer Linse verschiedene Specklemuster erzeugt, indem die Position des Diffusors verändert oder der Diffusor ersetzt wird.
Gemäß der in Nicht-Patentdokument 3 beschriebenen Technik wird anstelle eines Diffusors ein räumlicher Lichtmodulator mit einer zweidimensionalen Modulationsverteilung verwendet, die durch ein externes Signal einstellbar ist, und ein Specklemuster wird durch eine Konfiguration erzeugt, die den räumlichen Lichtmodulator und eine Linse umfasst. Die Modulationsverteilung nach einem zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmuster wird im räumlichen Lichtmodulator eingestellt.
Zitatliste
Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentdokument 1: Vladlen G. Shvedov et al., „ Selective trapping of multiple particles by volume speckle field“, OPTICS EXPRESS, Vol. 18, Nr. 3, S. 3137-3142 (2010)
Nicht-Patentdokument 2: E. Mudry et al., „ Structured illumination microscopy using unknown speckle patterns“, NATURE PHOTONICS, Vol. 6, S. 312-315 (2012)
Nicht-Patentdokument 3: Yaron Bromberg und Hui Cao, „ Generating Non-Rayleigh Speckles with Tailored Intensity Statistics“, PHYSICAL REVIEW LETTERS 112, S. 213904-1-213904-5 (2014)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der in Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Technik wird nur ein Diffusor verwendet, der keine Freiheit bei der Einstellung der räumlichen Struktur und der statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Specklemusters bietet.
Bei der in Nicht-Patentdokument 2 beschriebenen Technik kann das Specklemuster durch Austausch des Diffusors geändert werden. Allerdings ist es in dieser Technik notwendig, viele Diffusoren für die Erzeugung verschiedener Specklemuster vorzubereiten, was einen geringen Freiheitsgrad bei der Einstellung der räumlichen Struktur und der statistischen Verteilung der Lichtintensität des zu erzeugenden Specklemusters bietet. Außerdem ist es bei der Einstellung eines Specklemusters durch Änderung der Diffusorposition äußerst schwierig, das gleiche Muster zu reproduzieren.
In der in Nicht-Patentdokument 3 beschriebenen Technik kann das Specklemuster geändert werden, indem die auf dem räumlichen Lichtmodulator dargestellte Modulationsverteilung entsprechend dem zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmuster geändert wird. Bei dieser Technik wird jedoch nur der Kontrast des Specklemusters angepasst, was einen geringen Freiheitsgrad bei der Einstellung der räumlichen Struktur und der statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Specklemusters bietet.
Ein Objekt von Ausführungsformen ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Pseudo-Specklemusters und eines Verfahrens zum Erzeugen eines Pseudo-Specklemusters, die einen hohen Freiheitsgrad beim Einstellen einer räumlichen Struktur oder einer statistischen Lichtintensitätsverteilung eines zu erzeugenden Specklemusters bieten und eine hohe Reproduzierbarkeit des erzeugten Musters gewährleisten. Des Weiteren ist ein Objekt der Ausführungsformen, eine Beobachtungsvorrichtung bereitzustellen, die die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung und ein Beobachtungsverfahren, das die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsmethode umfasst.
Hier kann ein in den Ausführungsformen erzeugtes Muster eine räumliche Struktur oder eine statistische Lichtintensitätsverteilung aufweisen, die sich von der eines normalen, mit einem Diffusor erzeugten Specklemusters unterscheidet und daher als „Pseudo-Specklemuster“ bezeichnet wird.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung. Die Pseudospunklemuster-Erzeugungsvorrichtung umfasst (1) eine Lichtquelle zum Ausgeben von Licht; (2) einen ersten räumlichen Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster und zum räumlichen Durchführen einer Intensitätsmodulation des ausgegeben Lichts von der Lichtquelle gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; (3) ein erstes optisches System zum optischen Aufbringen einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts vom ersten räumlichen Lichtmodulator, um ein fouriertransformiertes Muster zu erzeugen; (4) einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird, mit einer zweiten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion, und zum räumlichen Vorformen der Intensitätsmodulation des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; (5) ein zweites optisches System zum optischen Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und (6) eine Steuereinheit zum Einstellen sowohl oder einer der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators als auch der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtungsvorrichtung. Die Beobachtungsvorrichtung umfasst (1) die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der obigen Konfiguration; (2) eine Beobachtungslichtquelle zum Ausgeben von Beobachtungslicht, das auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene anzuwenden ist, auf der das Pseudo-Specklemuster durch die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung erzeugt wird; und (3) eine Kamera zum Empfangen und Abbilden von Licht, das durch die Anwendung des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern. Das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren umfasst (1) durch einen ersten räumlichen Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster, die räumliche Intensitätsmodulation des ausgegeben Lichts von einer Lichtquelle gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung und die Ausgabe von moduliertem Licht; (2) durch ein erstes optisches System das optische Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts vom ersten räumlichen Lichtmodulator, um ein fouriertransformiertes Muster zu erzeugen; (3) durch einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird und eine zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion aufweist, räumliche Intensitätsmodulation des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgabe von moduliertem Licht; (4) durch ein zweites optisches System, optisches Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und (5) Einstellen sowohl oder einer der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators als auch der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Beobachtungsmethode. Das Beobachtungsverfahren umfasst das Anwenden von Beobachtungslicht, das von einer Beobachtungslichtquelle ausgegeben wird, auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene, auf der das Pseudo-Specklemuster durch das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren der obigen Konfiguration erzeugt wird, und durch eine Kamera, das Empfangen und Abbilden von Licht, das durch das Anwenden des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Je nach Ausführungsform ist es möglich, eine hohe Freiheit bei der Einstellung der räumlichen Struktur oder der statistischen Verteilung der Lichtintensität des erzeugten Pseudo-Specklemusters und eine Reproduzierbarkeit des erzeugten Musters zu gewährleisten.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Flussdiagramm eines Berechnungsverfahrens für den Fall, dass durch Berechnung ein Pseudo-Specklemuster erhalten wird.
[2] 2 ist eine Tabelle mit Beispielen einer Korrelationsfunktion c und einer Filterfunktion F.
[3] 3 umfasst (a) ein Diagramm, das ein Beispiel für ein zweidimensionales Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) darstellt, in dem eine statistische Verteilung einer Normalverteilung folgt, und (b) ein Diagramm, das ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) darstellt, das unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und einer Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r) erhalten wurde.
[4] 4 umfasst (a) ein Diagramm, das ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) veranschaulicht, das unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und einer Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r/9) erhalten wurde, und (b) ein Diagramm, das eine statistische Lichtintensitätsverteilung (Leuchtdichte-Histogramm) des Pseudo-Specklemusters b(x, y) von (a) in 4 darstellt.
[5] 5 umfasst (a) ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Specklemuster darstellt, das unter Verwendung eines Diffusors erzeugt wurde, und (b) ein Diagramm, das eine statistische Lichtstärkeverteilung (Leuchtdichte-Histogramm) des Specklemusters von (a) in 5 darstellt.
[6] 6 umfasst (a) ein Diagramm, das ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und einer Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r/3) darstellt, und (b) ein Diagramm, das ein Autokorrelationsbild des Pseudo-Specklemusters b(x, y) von (a) in 6 darstellt.
[7] 7 ist ein Diagramm, das ein Intensitätsprofil im Autokorrelationsbild von (b) in 6 darstellt.
[8] 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1A einer Ausführungsform veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1B einer anderen Ausführungsform veranschaulicht.
[10] 10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Beobachtungsvorrichtung 2A einer Ausführungsform darstellt.
[11] 11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Beobachtungsvorrichtung 2B einer anderen Ausführungsform darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, eines Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahrens, einer Beobachtungsvorrichtung und eines Beobachtungsverfahrens unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren detailliert beschrieben. In der Beschreibung der Figuren werden dieselben Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und überlappende Beschreibungen weggelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Zunächst wird ein in der vorliegenden Ausführungsform erzeugtes Pseudo-Specklemuster beschrieben. 1 ist ein Flussdiagramm eines Berechnungsverfahrens zum Erlangen eines Pseudo-Specklemusters durch Berechnung. In den nachfolgend beschriebenen Funktionen ist eine durch einen Kleinbuchstaben dargestellte Funktion eine Funktion im realen Raum, und eine durch einen Großbuchstaben dargestellte Funktion ist eine Funktion im Fourier-Raum. Des Weiteren zeigen (x, y) eine Position, die durch ein orthogonales Koordinatensystem im realen Raum ausgedrückt wird, und (u, v) eine Position, die durch ein orthogonales Koordinatensystem im Fourier-Raum ausgedrückt wird.
In Schritt S11 wird ein zweidimensionales Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) erzeugt. Insbesondere wird durch ein beliebiges Erzeugungsverfahren eine eindimensionale Pseudozufallszahlenfolge erzeugt, die einer vorgegebenen Startzahl und einer statistischen Verteilung folgt, und diese Pseudozufallszahlen sind zweidimensional angeordnet, um das zweidimensionale Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) zu erzeugen. Wenn die Startzahl und die statistische Verteilung zum Zeitpunkt der Erzeugung der eindimensionalen Pseudozufallszahlenfolge und die Anordnungsregel zum Zeitpunkt der zweidimensionalen Anordnung gleich sind, ist die Erzeugung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) reproduzierbar. In Schritt S12 wird a(x, y) mit der Fourier-Transformation angewendet, um A(u, v) (Formel (1)) zu erhalten. [Formel 1] $A (u, v) = F F T [a (x, y)]$
In Schritt S21 wird eine Korrelationsfunktion c(x, y) vorbereitet. In Schritt S22 wird c(x, y) mit der Fourier-Transformation angewendet, um C(u, v) (Formel (2)) zu erhalten. In Schritt S23 wird eine Quadratwurzel aus C(u, v) berechnet, um eine Filterfunktion F(u, v) (Formel (3)) zu erhalten. [Formel 2] $C (u, v) = F F T [c (x, y)]$
[Formel 3] $F (u, v) = \sqrt{C (u, v)}$
In Schritt S31 wird A(u, v) mit F(u, v) multipliziert, um B(u, v) (Formel (4)) zu erhalten. Dann wird in Schritt S32 B(u, v) mit der inversen Fourier-Transformation angewendet, um ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) (Formel (5)) zu erhalten. Hier können Fourier-Transformation und inverse Fourier-Transformation durch eine ähnliche Berechnungsverarbeitung im Falle der numerischen Berechnung durchgeführt werden, und ferner durch ein ähnliches optisches System im Falle eines optischen Systems, so dass es nicht notwendig ist, zwischen diesen zu unterscheiden.
[Formel 4] $B (u, v) = A (u, v) \cdot F (u, v)$

[Formel 5] $b (x, y) = I F F T [B (u, v)]$
Das auf diese Weise erzeugte Pseudo-Specklemuster b(x, y) weist eine statistische Lichtintensitätsverteilung gemäß der statistischen Verteilung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) und eine räumliche Struktur (Autokorrelationsfunktion) gemäß der Korrelationsfunktion c(x, y) entsprechend der Filterfunktion F(u, v) auf. Darüber hinaus wird die Filterfunktion F(u, v) durch Berechnen der Quadratwurzel von C(u, v) in Schritt S23 erhalten, um die Autokorrelationsfunktion des Pseudo-Specklemusters b(x, y) und die Korrelationsfunktion c(x, y) aufeinander abzustimmen.
2 ist eine Tabelle mit Beispielen für die Korrelationsfunktion c und die Filterfunktion F. Die in der Tabelle dargestellte Korrelationsfunktion c ist eine Funktion c(r), bei der nur ein Abstand r vom Ursprung (0,0) im realen Raum eine Variable ist. Die entsprechende Filterfunktion F ist auch eine Funktion F(k), bei der nur ein Abstand k vom Ursprung (0, 0) im Fourier-Raum eine Variable ist. In jeder Formel sind r und k nicht-negative reelle Zahlen, und η und ξ sind positive reelle Zahlen.
Als Korrelationsfunktion c(x, y) wird eine Funktion ausgewählt, mit der C(u, v) aus einem Ergebnis der Fourier-Transformation eine Funktion einer nicht-negativen reellen Zahl wird, und eine Funktion, mit der ein Funktionswert allmählich verringert wird, wenn der Abstand r größer wird. Die Korrelationsfunktion c ist vorzugsweise eine Funktion, die nur den Abstand r als Variable aufweist. Die Korrelationsfunktion c kann eine Funktion sein, die x und y als Variablen hat (beispielsweise exp(-|x + y| / ξ)). Die Korrelationsfunktion c kann am Ursprung (0, 0) einen Funktionswert von 1 aufweisen, und der Funktionswert kann ein beliebiger Wert sein. Die Korrelationsfunktion c kann eine sein, die nicht in einer mathematischen Formel ausgedrückt werden kann.
(a) in 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das zweidimensionale Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) darstellt, in dem eine statistische Verteilung einer Normalverteilung folgt. (b) in 3 ist ein Diagramm, das das Pseudo-Specklemuster b(x, y) veranschaulicht, das unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und der Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r) erhalten wurde. (a) in 4 ist ein Diagramm, das das Pseudo-Specklemuster b(x, y) veranschaulicht, das unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und der Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r/9) erhalten wurde. (b) in 4 ist ein Diagramm, das eine statistische Lichtstärkeverteilung (Leuchtdichte-Histogramm) des Pseudo-Specklemusters b(x, y) von (a) in 4 darstellt.
(a) in 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Specklemuster darstellt, das durch die Verwendung eines Diffusors erzeugt wird. (b) in 5 ist ein Diagramm, das eine statistische Lichtstärkeverteilung (Leuchtdichte-Histogramm) des Specklemusters von (a) in 5 darstellt. Die statistische Lichtintensitätsverteilung ((b) in 5) des unter Verwendung eines Diffusors erzeugten Specklemusters kann durch eine exponentielle Funktionsverteilung angenähert werden, während die statistische Lichtintensitätsverteilung ((b) in 4) des Pseudo-Specklemusters b(x, y) durch eine Normalverteilung angenähert werden kann und im Wesentlichen mit einer statistischen Verteilung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) übereinstimmt. Hier zeigt die horizontale Achse der statistischen Lichtstärkeverteilung (Leuchtdichte-Histogramme) von (b) in 4 und (b) in 5 eine Lichtstärke in 256 Farbtönen.
(a) in 6 ist ein Diagramm, das das Pseudo-Specklemuster b(x, y) veranschaulicht, das unter Verwendung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) von (a) in 3 und der Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r/3) erhalten wurde. (b) in 6 ist ein Diagramm, das ein Autokorrelationsbild des Pseudo-Specklemusters b(x, y) von (a) in 6 darstellt. 7 ist ein Diagramm, das ein Intensitätsprofil im Autokorrelationsbild von (b) in 6 darstellt. Die Intensitätsprofile in einer x-Richtung und einer y-Richtung stimmen im Wesentlichen überein und stimmen auch im Wesentlichen mit der Korrelationsfunktion c(r) = exp(-r/3) überein. Das heißt, die Autokorrelationsfunktion des Pseudo-Specklemusters b(x, y) stimmt im Wesentlichen mit der Korrelationsfunktion c überein.
In der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung und dem Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform werden ein erster räumlicher Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem zweidimensionalen Pseudo-Zufallszahlenmuster a(x, y) und ein zweiter räumlicher Lichtmodulator mit einer zweiten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion F(u, v) zum optischen Erzeugen des Pseudo-Specklemusters b(x, y) verwendet.
8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1A umfasst eine Steuereinheit 10, eine Lichtquelle 11, einen Strahlaufweiter 12, einen ersten räumlichen Lichtmodulator 13, eine Linse 14, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und eine Linse 16 und erzeugt ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene (Bildebene) P. Das optische System vom ersten räumlichen Lichtmodulator 13 bis zur Lichtmuster-Erzeugungsebene P bildet ein 4f-Bilderzeugungssystem.
Die Lichtquelle 11 gibt Licht ab. Als Lichtquelle 11 wird beispielsweise eine Laserlichtquelle, eine Lampenlichtquelle, eine Superlumineszenzdioden (SLD)-Lichtquelle oder dergleichen verwendet. Der Strahlaufweiter 12 ist optisch mit der Lichtquelle 11 gekoppelt und gibt die Lichtleistung der Lichtquelle 11 mit zunehmendem Strahldurchmesser aus. Zu diesem Zeitpunkt weist die Lichtausbeute des Strahlaufweiters 12 vorzugsweise eine Intensität auf, die in einem Strahlquerschnitt gleichmäßig ist.
Der erste räumliche Lichtmodulator 13 ist vom Intensitätsmodulationstyp und weist eine erste Intensitätsmodulationsverteilung auf, die auf dem in Schritt S11 erzeugten zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) basiert. Als erster räumlicher Lichtmodulator 13 wird beispielsweise ein Modulator mit einem Flüssigkristall-Modulationsmedium, eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) oder ein deformierbarer Spiegel (DM) verwendet. Der erste räumliche Lichtmodulator 13 ist optisch mit dem Strahlaufweiter 12 gekoppelt, empfängt die Lichtleistung der Lichtquelle 11 und vergrößert den Strahldurchmesser durch den Strahlaufweiter 12, führt räumlich eine Intensitätsmodulation des empfangenen Lichts gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung durch und gibt das modulierte Licht aus.
Die Linse 14 ist optisch mit dem ersten räumlichen Lichtmodulator 13 gekoppelt, um ein erstes optisches System zum optischen Anwenden einer Fourier-Transformation auf das Muster des ausgegeben Lichts des ersten räumlichen Lichtmodulators 13 zu bilden. Das von der Linse 14 erzeugte Fourier-Transformationsmuster entspricht A(u, v), was in Schritt S12 erhalten wurde.
Der zweite räumliche Lichtmodulator 15 ist vom Intensitätsmodulationstyp und weist eine zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der in Schritt S23 erzeugten Filterfunktion F(u, v) auf. Als zweiter räumlicher Lichtmodulator 15 wird beispielsweise ein Modulator mit einem Flüssigkristall-Modulationsmedium, eine digitale Spiegelvorrichtung (DMD) oder ein deformierbarer Spiegel (DM) verwendet. Der zweite räumliche Lichtmodulator 15 ist auf der Ebene vorgesehen, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch die Linse (erstes optisches System) 14 erzeugt wird, führt räumlich eine Intensitätsmodulation des durch die Linse 14 erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung durch und gibt das modulierte Licht aus. Das Muster der Lichtausbeute des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15 entspricht B(u, v), das in Schritt S31 erhalten wurde.
Die Linse 16 ist optisch mit dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 gekoppelt, um ein zweites optisches System zum optischen Anwenden einer Fourier-Transformation auf das Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15 zu bilden. Das auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P durch die Linse 16 erzeugte Fourier-Transformationsmuster ist das in Schritt S32 erzeugte Pseudo-Specklemuster b(x, y).
Das so erzeugte Pseudo-Specklemuster b(x, y) weist eine statistische Lichtintensitätsverteilung gemäß einer statistischen Verteilung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) auf (d.h. die erste Intensitätsmodulationsverteilung des ersten räumlichen Lichtmodulators 13) und weist eine räumliche Struktur gemäß der Korrelationsfunktion c(x, y) entsprechend der Filterfunktion F(u, v) auf (d.h. die zweite Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15).
Die Steuereinheit 10 ist elektrisch mit sowohl dem ersten räumlichen Lichtmodulator 13 als auch dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 gekoppelt und setzt sowohl die erste Intensitätsmodulationsverteilung des ersten räumlichen Lichtmodulators 13 als auch die zweite Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15. Insbesondere setzt die Steuereinheit 10 für den ersten räumlichen Lichtmodulator 13 die erste Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) mit einer statistischen Verteilung gemäß einer statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters b(x, y). Des Weiteren setzt die Steuereinheit 10 für den zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 die zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion F(u, v) entsprechend der Korrelationsfunktion c(x, y) gemäß einer Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters b(x, y).
Die Steuereinheit 10 ist beispielsweise mit einem Computer konfiguriert und umfasst eine Kommunikationseinheit, die elektrisch mit dem ersten räumlichen Lichtmodulator 13 und dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 gekoppelt ist und die Kommunikation und darüber hinaus eine Recheneinheit, eine Speichereinheit, eine Eingabeeinheit und eine Anzeigeeinheit durchführt. Die arithmetische Einheit umfasst eine CPU, einen DSP oder dergleichen und führt die Erzeugung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) und der Korrelationsfunktion c(x, y), Fourier-Transformation, Quadratwurzelberechnung, Multiplikation, Autokorrelationsfunktionsberechnung, statistische Intensitätsverteilungsberechnung und dergleichen durch.
Die Speichereinheit umfasst beispielsweise eine Festplatte, einen Speicher oder dergleichen und speichert Erzeugungsbedingungen des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y) und der Korrelationsfunktion c(x, y), Berechnungsergebnisse der jeweiligen Muster und dergleichen. Die Eingabeeinheit umfasst beispielsweise eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung oder dergleichen und empfängt die Eingabe der obigen Erzeugungsbedingung und dergleichen. Die Anzeigeeinheit umfasst beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige und zeigt Muster von a(x, y), A(u, v), c(x, y), C(u, v), F(u, v), B(u, v), b(x, y) und dergleichen.
In der vorliegenden Ausführungsform können zwei räumliche Lichtmodulatoren (der erste räumliche Lichtmodulator 13 und der zweite räumliche Lichtmodulator 15) verwendet werden, um sowohl die erste Intensitätsmodulationsverteilung des ersten räumlichen Lichtmodulators 13 als auch die zweite Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15 einzustellen, wodurch ein hoher Freiheitsgrad bei der Einstellung der räumlichen Struktur oder der statistischen Lichtintensitätsverteilung des erzeugten Pseudo-Specklemusters b(x, y) erreicht wird.
Durch Einstellen der ersten Intensitätsmodulationsverteilung für den ersten räumlichen Lichtmodulator 13 basierend auf dem zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmuster a(x, y) mit einer statistischen Verteilung gemäß der statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters b(x, y) ist es möglich, das Pseudo-Specklemuster b(x, y) mit der gewünschten statistischen Lichtintensitätsverteilung zu erzeugen. Des Weiteren ist es durch Einstellen der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung für den zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 basierend auf der Filterfunktion F(u, v), die die Quadratwurzel der Fouriertransformation der Korrelationsfunktion c(x, y) gemäß der Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters b(x, y) ist, möglich, das Pseudo-Specklemuster b(x, y) mit der gewünschten räumlichen Struktur zu erzeugen.
Die Vorrichtung zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern oder das Verfahren zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen hohen Freiheitsgrad bei der Einstellung der räumlichen Struktur oder der statistischen Verteilung der Lichtintensität des erzeugten Pseudo-Specklemusters b(x, y) bieten. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 10 die räumliche Struktur oder die statistische Verteilung der Lichtintensität des Pseudo-Specklemusters b(x, y) mit hoher Reproduzierbarkeit einstellen und die Einstellung schnell ändern.
Die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung oder das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren nach der vorliegenden Ausführungsform kann das für das Messobjekt oder das optische Manipulationsobjekt geeignete Pseudo-Specklemuster b(x, y) erzeugen und kann vorteilhaft in Messtechniken und optischen Manipulationstechniken eingesetzt werden, die in verschiedenen Verifikationsverfahren wirksam sind. Des Weiteren kann die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung oder das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren nach der vorliegenden Ausführungsform auch ein helles Pseudo-Specklemuster mit hoher durchschnittlicher Leuchtdichte erzeugen, wenn das Pseudo-Specklemuster als strukturierte Beleuchtung verwendet wird, was die Anzahl der Beleuchtungen verringert und eine hochempfindliche und kurzzeitige Beleuchtung realisiert.
Es kann wie nachfolgend beschrieben bestätigt werden, dass das Pseudo-Specklemuster b(x, y) mit der gewünschten räumlichen Struktur und der gewünschten statistischen Lichtintensitätsverteilung durch die vorliegende Ausführungsform erzeugt werden kann. Das heißt, eine Kamera mit einer Abbildungsebene auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P wird verwendet, um ein Bild des auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P erzeugten Pseudo-Specklemusters b(x, y) aufzunehmen. Anschließend bestimmt die Steuereinheit 10 eine Autokorrelationsfunktion des durch Bildgebung erhaltenen Pseudo-Specklemusters b(x, y) und vergleicht die Funktion mit der Korrelationsfunktion c(x, y). Des Weiteren bestimmt die Steuereinheit 10 eine statistische Lichtintensitätsverteilung des durch Bildgebung erhaltenen Pseudo-Specklemusters b(x, y) und vergleicht die Verteilung mit der statistischen Verteilung des zweidimensionalen Pseudozufallszahlenmusters a(x, y).
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1B einer anderen Ausführungsform veranschaulicht. Die Pseudospunklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1B umfasst eine Steuereinheit 10, eine Lichtquelle 11, einen Strahlaufweiter 12, einen räumlichen Lichtmodulator 17 vom Phasenmodulationstyp, Polarisationsplatten 18 und 19, eine Linse 14, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und eine Linse 16 und erzeugt ein Pseudo-Specklemuster b(x, y) auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene P. Die in 9 dargestellte Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1B unterscheidet sich in der Konfiguration von der in 8 dargestellten Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung 1A durch den räumlichen Lichtmodulator 17 vom Phasenmodulationstyp und die Polarisationsplatten 18 und 19 anstelle des ersten räumlichen Lichtmodulators 13 vom Intensitätsmodulationstyp. Als räumlicher Lichtmodulator 17 vom Phasenmodulationstyp wird beispielsweise ein Modulator mit einem Flüssigkristall-Modulationsmedium verwendet.
Die Polarisationsplatte 18 und die Polarisationsplatte 19 sind mit dem dazwischen angeordneten räumlichen Lichtmodulator 17 vom Phasenmodulationstyp versehen. Im Allgemeinen weist der räumliche Lichtmodulator 17 mit dem Flüssigkristall-Modulationsmedium Flüssigkristallmoleküle in einer bestimmten Orientierungsrichtung auf. Die Polarisationsplatten 18 und 19 sind so angeordnet, dass sie eine Polarisationsrichtung in einem Winkel von 45° zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle aufweisen. Die Polarisationsrichtungen der Polarisationsplatten 18 und 19 können parallel zueinander oder senkrecht zueinander sein. Bei dieser Anordnung funktionieren der räumliche Lichtmodulator 17 vom Phasenmodulationstyp und die Polarisationsplatten 18 und 19 im Wesentlichen als erster räumlicher Lichtmodulator 13B vom Intensitätstyp.
Die Steuereinheit 10 ist elektrisch mit dem ersten räumlichen Lichtmodulator 13B (der den Modulator bildende räumliche Lichtmodulator 17) und dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 gekoppelt und stellt sowohl oder eine der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators 13B (die Phasenmodulationsverteilung des räumlichen Lichtmodulators 17) als auch die zweite Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators 15 ein.
Ebenso kann der zweite räumliche Lichtmodulator 15 zwei Polarisationsplatten mit einem dazwischen angeordneten räumlichen Lichtmodulator vom Phasenmodulationstyp umfassen.
Darüber hinaus kann in jeder der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtungen 1A und 1B die Lichtmuster-Erzeugungsebene P, auf der das Pseudo-Specklemuster b(x, y) erzeugt wird, die hintere Brennebene der Linse (zweites optisches System) 16 sein oder eine von der hinteren Brennebene verschiedene Ebene sein. Das Einstellen eines Musters, in dem ein Fresnell9insenmuster zur zweiten Intensitätsmodulationsverteilung für den zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 hinzugefügt wird, ermöglicht es beispielsweise, das Pseudo-Specklemuster b(x, y) auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P zu erzeugen, die sich an einer Position befindet, die sich von der hinteren Brennebene der Linse unterscheidet (zweites optisches System) 16.
Als nächstes wird eine Ausführungsform einer Beobachtungsvorrichtung beschrieben, die die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform und eine Ausführungsform einer Beobachtungsmethode, die die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsmethode der vorliegenden Ausführungsform umfasst. Gemäß der Beobachtungsvorrichtung oder dem Beobachtungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird Beobachtungslicht auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene P aufgebracht, auf der ein Pseudo-Specklemuster durch die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung oder das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform erzeugt wird, Licht, das gemäß der Anwendung des Lichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene P (Durchlicht, reflektiertes Licht, Streulicht, Fluoreszenz oder dergleichen) erzeugt wird, empfangen wird, und ein winziges Objekt oder dergleichen auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P, das mit dem Pseudo-Specklemuster bestrahlt wird, wird abgebildet.
10 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Beobachtungsvorrichtung 2A der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die Beobachtungsvorrichtung 2A umfasst eine Steuereinheit 10, eine Lichtquelle 11, einen Strahlaufweiter 12, einen ersten räumlichen Lichtmodulator 13, eine Linse 14, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und eine Linse 16 und erzeugt ein Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene P. Diese sind ähnlich der Konfiguration der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Als Objektiv 16 wird eine Objektivlinse verwendet.
Zusätzlich zur Konfiguration der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung umfasst die Beobachtungsvorrichtung 2A weiterhin einen dichroitischen Spiegel 21, eine Beobachtungslichtquelle 22, eine Kamera 23 und ein Objektiv 24. Der dichroitische Spiegel 21 ist auf einem optischen Weg zwischen dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und der Linse 16 vorgesehen, sendet die Lichtleistung der Lichtquelle 11 und reflektiert die Lichtleistung der Beobachtungslichtquelle 22.
Die Beobachtungslichtquelle 22 gibt Beobachtungslicht mit einer Wellenlänge aus, die sich von einer Wellenlänge des Lichts, das der Lichtquelle ausgegeben wird, 11 unterscheidet. Die Beobachtungslichtquelle 22 ist auf der Seite der Lichtmuster-Erzeugungsebene P gegenüber der Seite, auf der die Linse 16 vorgesehen ist, vorgesehen und bringt das Beobachtungslicht auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene P auf. Das als Reaktion auf die Anwendung des Beobachtungslichts durch die Beobachtungslichtquelle 22 erzeugte Licht durchläuft die Linse 16, wird vom dichroitischen Spiegel 21 reflektiert, geht durch die Linse 24 und erreicht die Abbildungsebene der Kamera 23. Das Objektiv 16 und das Objektiv 24 bilden ein Bild des auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P auf der Abbildungsebene der Kamera 23 erzeugten Lichts ab. Die Kamera 23 nimmt ein Bild eines winzigen Objekts oder dergleichen auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P auf, die mit dem Pseudo-Specklemuster bestrahlt wird. Die Kamera 23 ist beispielsweise eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera.
11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Beobachtungsvorrichtung 2B einer anderen Ausführungsform darstellt. Die Beobachtungsvorrichtung 2B umfasst auch eine Steuereinheit 10, eine Lichtquelle 11, einen Strahlaufweiter 12, einen ersten räumlichen Lichtmodulator 13, eine Linse 14, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und eine Linse 16 und erzeugt ein Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene P. Diese sind ähnlich der Konfiguration der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Als Objektiv 16 wird eine Objektivlinse verwendet.
Zusätzlich zur Konfiguration der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung umfasst die Beobachtungsvorrichtung 2B weiterhin einen dichroitischen Spiegel 21, eine Beobachtungslichtquelle 22, eine Kamera 23, ein Objektiv 25, eine Objektivlinse 26 und ein Objektiv 27. Der dichroitische Spiegel 21 ist auf einem optischen Weg zwischen dem zweiten räumlichen Lichtmodulator 15 und der Linse 16 vorgesehen, sendet die Lichtleistung der Lichtquelle 11 und reflektiert die Lichtleistung der Beobachtungslichtquelle 22.
Die Beobachtungslichtquelle 22 gibt Beobachtungslicht mit einer Wellenlänge aus, die sich von einer Wellenlänge des Lichts, das der Lichtquelle ausgegeben wird, 11 unterscheidet. Die Lichtabgabe der Beobachtungslichtquelle 22 geht durch die Linse 25, wird vom dichroitischen Spiegel 21 reflektiert, geht durch die Linse 16 und wird auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene P aufgebracht. Die Kamera 23, die Objektivlinse 26 und die Linse 27 sind auf der Seite der Lichtmuster-Erzeugungsebene P gegenüber der Seite, auf der die Linse 16 vorgesehen ist, vorgesehen. Das als Reaktion auf die Anwendung des Beobachtungslichts durch die Beobachtungslichtquelle 22 erzeugte Licht durchläuft die Objektivlinse 26 und die Linse 27 und erreicht die Abbildungsebene der Kamera 23. Die Objektivlinse 26 und die Linse 27 bilden ein Bild des auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P auf der Abbildungsebene der Kamera 23 erzeugten Lichts ab. Die Kamera 23 nimmt ein Bild eines winzigen Objekts oder dergleichen auf der Lichtmuster-Erzeugungsebene P auf, die mit dem Pseudo-Specklemuster bestrahlt wird.
Diese Beobachtungsvorrichtungen 2A und 2B werden geeignet als mikroskopische Abbildungsvorrichtungen verwendet, wenn die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung auf optische Manipulationstechniken einschließlich der optischen Fangtechnik und der strukturierten Beleuchtungstechnik oder der optischen Abbildungstechnik angewendet wird. Gemäß der Beobachtungsvorrichtung oder dem Beobachtungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird ein von der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung oder dem Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren erzeugtes Pseudo-Specklemuster für die optische Manipulation wie das Einfangen oder Sortieren eines Minutenobjekts („minute object“) verwendet, was verschiedene Arten der optischen Manipulation und die Beobachtung des Zustands der optischen Manipulation ermöglicht.
Darüber hinaus sind in der obigen Ausführungsform das Pseudozufallszahlenmuster und das Pseudo-Specklemuster zweidimensional, jedoch können das Pseudozufallszahlenmuster und das Pseudo-Specklemuster ein- oder dreidimensional sein.
Die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsmethode, die Beobachtungsvorrichtung und die Beobachtungsmethode sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Konfigurationsbeispiele beschränkt und können auf verschiedene Weise modifiziert werden.
Die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der obigen Ausführungsform ist konfiguriert, zum Umfassen (1) einer Lichtquelle zum Ausgeben von Licht, (2) eines ersten räumlichen Lichtmodulators mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster und zum Durchführen einer räumlichen Intensitätsmodulation des ausgegeben Lichts von der Lichtquelle gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung und zum Ausgeben von moduliertem Licht, (3) eines ersten optischen Systems zum Anwenden einer optischen Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts von dem ersten räumlichen Lichtmodulator zum Erzeugen eines Fourier transformierten Musters; (4) eines zweiten räumlichen Lichtmodulators, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird, mit einer zweiten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion, und zur Durchführung einer räumlichen Intensitätsmodulation des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgabe von moduliertem Licht; (5) eines zweiten optischen Systems zum Anwenden einer optischen Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und (6) einer Steuereinheit zum Einstellen sowohl oder einer der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators als auch der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
In der obigen Vorrichtung zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern kann die Steuereinheit konfiguriert sein, um für den ersten räumlichen Lichtmodulator die erste Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem Pseudozufallszahlenmuster mit einer statistischen Verteilung gemäß einer statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters einzustellen.
Des Weiteren kann in der obigen Vorrichtung zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern die Steuereinheit konfiguriert werden, um für den zweiten räumlichen Lichtmodulator die zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion einzustellen, die eine Quadratwurzel der Fourier-Transformation einer Korrelationsfunktion gemäß einer Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters ist.
Die Beobachtungsvorrichtung der obigen Ausführungsform ist konfiguriert zum Umfassen (1) der Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung der obigen Konfiguration; (2) einer Beobachtungslichtquelle zum Ausgeben von Beobachtungslicht, das auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene anzuwenden ist, auf der das Pseudo-Specklemuster durch die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung erzeugt wird; und (3) einer Kamera zum Empfangen und Abbilden von Licht, das durch die Anwendung des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird.
Das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren der obigen Ausführungsform ist konfiguriert, um (1) durch einen ersten räumlichen Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster die räumliche Intensitätsmodulation des ausgegeben Lichts von einer Lichtquelle gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung durchzuführen und moduliertes Licht auszugeben; (2) durch ein erstes optisches System die optische Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts von dem ersten räumlichen Lichtmodulator anzuwenden, um ein fouriertransformiertes Muster zu erzeugen; (3) durch einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird und eine zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion aufweist, Ausführen einer räumlichen Intensitätsmodulation des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; (4) durch ein zweites optisches System, Anwenden einer optischen Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und (5) Einstellen sowohl oder einer der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators als auch der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
Bei dem obigen Verfahren zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern kann für den ersten räumlichen Lichtmodulator die erste Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem Pseudozufallszahlenmuster mit einer statistischen Verteilung gemäß einer statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters eingestellt werden.
Des Weiteren kann bei dem obigen Verfahren zur Erzeugung von Pseudo-Specklemustern für den zweiten räumlichen Lichtmodulator die zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion eingestellt werden, die eine Quadratwurzel der Fourier-Transformation einer Korrelationsfunktion gemäß einer Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters ist.
Das Beobachtungsverfahren der obigen Ausführungsform ist konfiguriert, um das Anwenden des Beobachtungslichts von einer Beobachtungslichtquelle auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene, auf der das Pseudo-Specklemuster durch das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren der obigen Konfiguration erzeugt wird, und durch eine Kamera, die Licht empfängt und abbildet, das durch das Anwenden des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird, zu umfassen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Ausführungsformen können als Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, als Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren, als Beobachtungsvorrichtung und als Beobachtungsverfahren verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1A, 1B - Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, 2A, 2B - Beobachtungsvorrichtung, 10 - Steuereinheit, 11 - Lichtquelle, 12 - Strahlaufweiter, 13 - erster räumlicher Lichtmodulator, 14 - Linse (erstes optisches System), 15 - zweiter räumlicher Lichtmodulator, 16 - Linse (zweites optisches System), 17 - räumlicher Lichtmodulator, 18, 19 - Polarisationsplatte, 21 - dichroitischer Spiegel, 22 - Beobachtungslichtquelle, 23 - Kamera, 24 - Linse, 25 - Linse, 26 - Objektivlinse, 27 - Linse, P - Lichtmuster-Erzeugungsebene.

Claims

Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung, umfassend: eine Lichtquelle zum Ausgeben von Licht; einen ersten räumlichen Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster und zum räumlichen Durchführen einer Intensitätsmodulation des Lichts, das der Lichtquelle ausgegeben wird, gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; ein erstes optisches System zum optischen Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des ersten räumlichen Lichtmodulators, um ein Fourier-Transformationsmuster zu erzeugen; einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird, mit einer zweiten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion, und zur räumlichen Durchführung einer Intensitätsmodulation des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgabe von moduliertem Licht; ein zweites optisches System zum optischen Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des zweiten räumlichen Lichtmodulators, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und eine Steuereinheit zum Einstellen sowohl der ersten Intensitätsmodulationsverteilung des ersten räumlichen Lichtmodulators als auch der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit für den ersten räumlichen Lichtmodulator die erste Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem Pseudozufallszahlenmuster mit einer statistischen Verteilung gemäß einer statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters einstellt.
Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit für den zweiten räumlichen Lichtmodulator die zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion als Quadratwurzel der Fourier-Transformation einer Korrelationsfunktion gemäß einer Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters einstellt.
Beobachtungsvorrichtung, die umfasst: die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3; eine Beobachtungslichtquelle zur Ausgabe von Beobachtungslicht, das auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene anzuwenden ist, auf der das Pseudo-Specklemuster durch die Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsvorrichtung erzeugt wird; und eine Kamera zum Empfangen und Abbilden von Licht, das durch die Anwendung des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird.
Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren, umfassend: durch einen ersten räumlichen Lichtmodulator mit einer ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einem Pseudozufallszahlenmuster, räumliches Durchführen von Intensitätsmodulation von List, das von einer Lichtquelle ausgegeben wird, gemäß der ersten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; durch ein erstes optisches System, optisches Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts des ersten räumlichen Lichtmodulators, um ein Fourier-Transformationsmuster zu erzeugen; durch einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der auf einer Ebene vorgesehen ist, auf der das Fourier-Transformationsmuster durch das erste optische System erzeugt wird und eine zweite Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf einer Filterfunktion aufweist, räumliches Intensitätsmodulieren des durch das erste optische System erreichten Lichts gemäß der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung und Ausgeben von moduliertem Licht; durch ein zweites optisches System, optisches Anwenden einer Fourier-Transformation auf ein Muster des ausgegeben Lichts aus dem zweiten räumlichen Lichtmodulator, um ein fouriertransformiertes Muster als Pseudo-Specklemuster auf einer Lichtmuster-Erzeugungsebene zu erzeugen; und Einstellen sowohl beider oder einer der ersten Intensitätsmodulationsverteilungen des ersten räumlichen Lichtmodulators und der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung des zweiten räumlichen Lichtmodulators.
Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 5, umfassend das Einstellen der ersten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf dem Pseudozufallszahlenmuster mit einer statistischen Verteilung gemäß einer statistischen Lichtintensitätsverteilung des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters für den ersten räumlichen Lichtmodulator.
Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, umfassend das Einstellen der zweiten Intensitätsmodulationsverteilung basierend auf der Filterfunktion, die eine Quadratwurzel der Fourier-Transformation einer Korrelationsfunktion gemäß einer Autokorrelationsfunktion des zu erzeugenden Pseudo-Specklemusters ist, für den zweiten räumlichen Lichtmodulator.
Beobachtungsverfahren, umfassend: Anwenden der Beobachtungslichtausgabe einer Beobachtungslichtquelle auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene, auf der das Pseudo-Specklemuster durch das Pseudo-Specklemuster-Erzeugungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 erzeugt wird; und durch eine Kamera, Empfangen und Abbilden von Licht, das durch die Anwendung des Beobachtungslichts auf die Lichtmuster-Erzeugungsebene erzeugt wird.