JP2003294412A - Holography apparatus - Google Patents

Holography apparatus

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JP2003294412A
JP2003294412A JP2002103487A JP2002103487A JP2003294412A JP 2003294412 A JP2003294412 A JP 2003294412A JP 2002103487 A JP2002103487 A JP 2002103487A JP 2002103487 A JP2002103487 A JP 2002103487A JP 2003294412 A JP2003294412 A JP 2003294412A
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Nobuhiro Morita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance functionality and general-purpose properties with respect to the measurement of the reproduction of an image or the surface shape of an object to be measured due to holography. <P>SOLUTION: Complex amplitude data comprising the phase data and amplitude data of the reflected light of the object to be measured at a plurality of positions in an optical axis direction is calculated on the basis of interference fringe data obtained by picking up the image of an interference fringe between the reflected light of the object to be measured and reference light. Then, the amplitude data is converted to the real image or virtual image of the object to be measured. At the time of conversion, the center of the image of zero-order diffraction light in the complex amplitude data is adjusted so as to become a predetermined position on a reproduced image (step S21). The distance on the reproduced image of the center of the image of the zero-order diffraction light in the complex amplitude data after adjustment and the center of the real image or virtual image in the complex amplitude data is calculated (step S22), and the real image or virtual image is magnified or contracted on the basis of the center of the real image or virtual image in the complex amplitude data to correct the difference between the position and size of the real image or virtual image, after conversion accompanied by the difference of the position in the optical axis direction (step S23). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ホログラフィ装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a holographic device.

【0002】[0002]

【従来の技術】デジタルホログラフィは、物体に光を照
射したときの反射光と、これと干渉させるための参照光
を、CCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子
に入射させ、反射光と参照光との干渉により発生した干
渉縞を撮像素子にて記録して、その干渉縞データをもと
にした数値演算により反射光の複素振幅を求める技術で
ある。
2. Description of the Related Art In digital holography, reflected light when an object is irradiated with light and reference light for interfering with the light are made incident on an image pickup device such as a CCD (Charge Coupled Device) to reflect the reflected light and the reference light. This is a technique for recording the interference fringes generated by the interference with the image sensor, and calculating the complex amplitude of the reflected light by a numerical calculation based on the interference fringe data.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】光波の振幅と位相とを
併せて複素振幅と呼ぶ。干渉光学系の光軸方向における
任意の位置での反射光の複素振幅データ、すなわち振幅
データと位相データを計算により求めることができ、例
えば、ほぼ元々物体があった位置において反射光の複素
振幅を求めると、ほぼ焦点の合った二次元物体像(振幅
データ、あるいは振幅データを2乗した強度データ)と
物体の高さ(位相データ)が再生される。
The amplitude and phase of a light wave are collectively referred to as complex amplitude. The complex amplitude data of the reflected light at any position in the optical axis direction of the interference optical system, that is, the amplitude data and the phase data can be obtained by calculation.For example, the complex amplitude of the reflected light at the position where the object originally existed can be calculated. When obtained, a two-dimensional object image (amplitude data or intensity data obtained by squaring the amplitude data) and a height (phase data) of the object that are substantially in focus are reproduced.

【0004】ホログラフィでは、再生時に回折格子とし
て作用するホログラムによって参照光が回折作用をうけ
て反射光として振舞うことにより、反射光が再生される
が、ホログラムによる回折光には、主に0次回折光、+
1次回折光、−1次回折光が生じる。そのためデジタル
ホログラフィでは、0次回折光による像と、+1次回折
光による像、すなわち実像と、−1次回折光による像、
すなわち虚像と、の3つの像が再生されることになる。
物体像として取得したいのは、このうちの実像かもしく
は虚像のどちらかである。参照光と反射光が同軸である
と、3つの像が重なり合って再生されるため、オフアク
シスデジタルホログラフィでは両者の軸に傾きを与え
て、干渉縞にキャリヤ周波数を発生させたものをデジタ
ル受光素子にて記録する。それにより0次光、実像、虚
像が分離して再生されるため、実像あるいは虚像の抽出
が可能になる。
In the holography, the reference light is diffracted by the hologram that acts as a diffraction grating at the time of reproduction to behave as reflected light, so that the reflected light is reproduced, but the diffracted light by the hologram is mainly the 0th order diffracted light. , +
First-order diffracted light and -1st-order diffracted light are generated. Therefore, in digital holography, an image by the 0th-order diffracted light, an image by the + 1st-order diffracted light, that is, a real image and an image by the -1st-order diffracted light,
That is, the three images of the virtual image are reproduced.
What you want to acquire as an object image is either a real image or a virtual image. When the reference light and the reflected light are coaxial, the three images are reproduced by overlapping. Therefore, in off-axis digital holography, a tilt is given to both axes and a carrier frequency is generated in the interference fringes. Record at. As a result, the 0th-order light, the real image, and the virtual image are reproduced separately, so that the real image or the virtual image can be extracted.

【0005】オフアクシスデジタルホログラフィにおけ
る再生演算は、一般に再生距離(光学系光軸方向におけ
るデジタル受光素子から像再生位置までの距離)をパラ
メ−タにしたフレネル変換である。フレネル変換につい
ては、“青木由直「数値的二次元フレネル変換法」電子
通信学会論文誌’74/8 Vol.57-B No.8(197
4)”に示されているように、開口面(ここではホログ
ラムに相当)からの像再生位置までの距離が近い場合、
すなわち、
The reproduction operation in off-axis digital holography is generally Fresnel conversion with the reproduction distance (distance from the digital light receiving element in the optical axis direction of the optical system to the image reproduction position) as a parameter. For the Fresnel transform, refer to “Naoki Aoki“ Numerical Two-Dimensional Fresnel Transform Method ”, IEICE Transactions, '74 / 8 Vol.57-B No.8 (197).
4) ”, when the distance from the aperture plane (corresponding to a hologram here) to the image reproduction position is short,
That is,

【数2】 の条件を満たすとき、2回のFFT演算で実行できる。
逆に距離が遠い場合、すなわち、
[Equation 2] When the condition of is satisfied, the FFT operation can be executed twice.
On the contrary, when the distance is long, that is,

【数3】 の条件のときは、1回のFFT演算で実行できるとされ
る。ここで、(1)、(2)式における、dは再生距
離、Lは受光デジタル素子の一方向(例えばXY座標系
のX方向)における撮像面のサイズ、λは光源の波長、
Mはデジタル受光素子の一方向における画素数(データ
数)を表す。
[Equation 3] Under the condition of, the FFT operation can be performed once. In the equations (1) and (2), d is the reproduction distance, L is the size of the image pickup surface in one direction of the light-receiving digital element (for example, the X direction of the XY coordinate system), λ is the wavelength of the light source,
M represents the number of pixels (the number of data) in one direction of the digital light receiving element.

【0006】1回のFFT演算によると、再生距離dが
大きくなるにつれ、再生像が小さくなっていき、また光
学系の光軸と垂直な面内において像の再生される位置が
ずれていく。図1に、その様子の概略を示すが、図1の
符号1が再生像における実像で、符号2が0次光による
像、符号3が虚像であり、オフアクシスデジタルホログ
ラフィでは、0次光の像と実像と虚像を分離するため
に、dを大きくとる必要があるため、再生距離に伴って
再生像の位置およびサイズに変化が生じる。すなわち、
図1においては、(a)から(c)の順に順次再生距離
dが大きくなり、再生像が小さくなっている。
According to one FFT calculation, the reproduction image becomes smaller as the reproduction distance d becomes larger, and the reproduction position of the image shifts in the plane perpendicular to the optical axis of the optical system. FIG. 1 shows an outline of the situation. In FIG. 1, reference numeral 1 is a real image in the reproduced image, reference numeral 2 is an image by 0th order light, reference numeral 3 is a virtual image, and in off-axis digital holography, 0th order light Since it is necessary to make d large in order to separate the image from the real image and the virtual image, the position and size of the reproduced image change with the reproduction distance. That is,
In FIG. 1, the reproduction distance d increases and the reproduced image decreases in the order of (a) to (c).

【0007】この場合、例えば、図2のような段4〜6
によりなる段差構造の三次元物体を記録し、各段4〜6
の表面に焦点を合わせて再生しようとしたとき、段4に
焦点を合わせたときの像と、段5に焦点を合わせたとき
の像と、段6に焦点を合わせたときの像で、像の位置、
サイズが異なってくることになる。デジタルホログラフ
ィでは数値演算による焦点合わせが可能で、その機能
は、全視野で焦点の合った全焦点画像の生成など、さま
ざまな用途に応用可能であるが、再生距離の変化に伴う
像の位置、サイズ変化があると、前述の全焦点画像の生
成は困難になるなど、その応用の幅が狭まってしまう。
In this case, for example, steps 4 to 6 as shown in FIG.
Record a three-dimensional object with a step structure consisting of
When trying to reproduce by focusing on the surface of, the image when focusing on step 4, the image when focusing on step 5, and the image when focusing on step 6, Position of,
The size will be different. In digital holography, focusing by numerical calculation is possible, and its function can be applied to various applications such as generation of an omnifocal image that is in focus in the entire field of view. If the size changes, the application of the omnifocal image becomes difficult, such as the difficulty in generating the omnifocal image.

【0008】この発明の目的は、干渉光学系の光軸方向
における位置の相違に伴う前述の実像、虚像の位置及び
サイズの相違を修正することによって、ホログラフィに
よる像再生や被測定物の表面形状の測定について、機能
性、汎用性を向上させることである。
The object of the present invention is to correct the above-mentioned difference in the position and size of the real image and virtual image due to the difference in the position of the interference optical system in the optical axis direction, thereby performing image reproduction by holography and the surface shape of the object to be measured. Is to improve functionality and versatility.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被測定物における反射光と所定の参照光との間で干
渉縞を撮像した当該干渉縞の画像データである干渉縞デ
ータに基づいて、前記反射光の光軸方向の複数位置にお
ける前記被測定物の反射光の位相を示す位相データ及び
振幅を示す振幅データからなる複素振幅データをフレネ
ル解析計算により求める光学データ検出手段と、前記振
幅データにおける合焦状態を判定し、前記振幅データを
前記被測定物の実像又は虚像の画像に変換する像再生手
段と、を備え、前記像再生手段は、前記複素振幅データ
における0次回折光の像の中心が再生画像上の所定の位
置となるように調整し、この調整後の前記複素振幅デー
タにおける0次回折光の像の中心と前記複素振幅データ
における実像又は虚像の中心との再生画像上での距離を
求め、前記複素振幅データにおける実像又は虚像の中心
を基準として前記実像又は虚像を拡大又は縮小すること
で、前記光軸方向の位置の相違に伴う前記変換後の実像
又は虚像の位置及びサイズの相違を修正する、ホログラ
フィ装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided interference fringe data which is image data of an interference fringe obtained by imaging an interference fringe between a reflected light on an object to be measured and a predetermined reference light. Based on the optical data detection means to obtain the complex amplitude data consisting of the phase data indicating the phase of the reflected light of the measured object at a plurality of positions in the optical axis direction of the reflected light and the amplitude data indicating the amplitude by Fresnel analysis calculation, Image reproduction means for determining a focus state in the amplitude data and converting the amplitude data into an image of a real image or a virtual image of the object to be measured, wherein the image reproduction means is a zero-order diffracted light in the complex amplitude data. Is adjusted so that the center of the image becomes a predetermined position on the reproduced image, and the center of the image of the 0th-order diffracted light in the adjusted complex amplitude data and the real image or the imaginary image in the complex amplitude data are adjusted. The distance from the center of the reproduced image on the reproduced image is obtained, and the conversion according to the position difference in the optical axis direction is performed by enlarging or reducing the real image or the virtual image with the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data as a reference. It is a holographic device that corrects the difference in the position and size of a real image or a virtual image afterwards.

【0010】したがって、被測定物の反射光の光軸方向
における位置の相違に伴う実像又は虚像の位置及びサイ
ズの相違を修正して、ホログラフィによる像再生の機能
性、汎用性を向上させることができる。
Therefore, it is possible to improve the functionality and versatility of image reproduction by holography by correcting the difference in the position and size of the real image or the virtual image due to the difference in the position of the reflected light of the object to be measured in the optical axis direction. it can.

【0011】請求項2に記載の発明は、被測定物におけ
る反射光と所定の参照光との間で干渉縞を撮像した当該
干渉縞の画像データである干渉縞データに基づいて、前
記反射光の光軸方向の複数位置における前記被測定物の
反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示す振幅デー
タからなる複素振幅データをフレネル解析計算により求
める光学データ検出手段と、前記振幅データにおける合
焦状態を判定し、前記振幅データを前記被測定物の表面
の形状データに変換する形状データ作成手段と、を備
え、前記形状データ作成手段は、前記複素振幅データに
おける0次回折光の像の中心が再生画像上の所定の位置
となるように調整し、この調整後の前記複素振幅データ
における0次回折光の像の中心と前記複素振幅データに
おける実像又は虚像の中心との再生画像上での距離を求
め、前記複素振幅データにおける実像又は虚像の中心を
基準として前記実像又は虚像を拡大又は縮小すること
で、前記光軸方向の位置の相違に伴う前記変換後の実像
又は虚像の位置及びサイズの相違を修正する、ホログラ
フィ装置である。
According to a second aspect of the present invention, the reflected light is based on the interference fringe data which is image data of the interference fringe obtained by imaging the interference fringe between the reflected light on the object to be measured and a predetermined reference light. Optical data detecting means for obtaining complex amplitude data consisting of phase data indicating the phase of the reflected light of the object to be measured and amplitude data indicating the amplitude at a plurality of positions in the optical axis direction by Fresnel analysis calculation, and focusing on the amplitude data. Shape data creating means for determining a state and converting the amplitude data into shape data of the surface of the object to be measured, wherein the shape data creating means is such that the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data is The image is adjusted to a predetermined position on the reproduced image, and the center of the image of the 0th-order diffracted light in the adjusted complex amplitude data and the real or virtual image in the complex amplitude data are adjusted. Obtaining the distance on the reproduced image from the center, by enlarging or reducing the real image or virtual image with the center of the real image or virtual image in the complex amplitude data as a reference, after the conversion due to the difference in the position in the optical axis direction. Is a holographic device that corrects the difference in the position and size of the real image or the virtual image.

【0012】したがって、被測定物の反射光の光軸方向
における位置の相違に伴う実像又は虚像の位置及びサイ
ズの相違を修正して、ホログラフィを用いた被測定物の
表面形状の測定の機能性、汎用性を向上させることがで
きる。
Therefore, the function of measuring the surface shape of the measured object using holography is corrected by correcting the difference in the position and size of the real image or the virtual image due to the difference in the position of the reflected light of the measured object in the optical axis direction. The versatility can be improved.

【0013】請求項3に記載の発明は、被測定物におけ
る反射光と所定の参照光との間で干渉縞を撮像した当該
干渉縞の画像データである干渉縞データに基づいて、前
記反射光の光軸方向の複数位置における前記被測定物の
反射光の位相を示す位相データ及び振幅を示す振幅デー
タからなる複素振幅データをフレネル解析計算により求
める光学データ検出手段と、前記振幅データを用いて合
焦状態を判定し前記被測定物の表面形状のデータである
第1の表面形状データを求める第1の表面形状データ作
成手段と、前記位相データを用いて前記被測定物の表面
形状のデータである第2の表面形状データを求める第2
の表面形状データ作成手段と、前記第1の表面形状デー
タと前記第2の表面形状データとを合成して、前記被測
定物の表面形状のデータである第3の表面形状データを
求める合成手段と、を備え、前記合成手段は、前記複素
振幅データにおける0次回折光の像の中心が再生画像上
の所定の位置となるように調整し、この調整後の前記複
素振幅データにおける0次回折光の像の中心と前記複素
振幅データにおける実像又は虚像の中心との再生画像上
での距離を求め、前記複素振幅データにおける実像又は
虚像の中心を基準として前記実像又は虚像を拡大又は縮
小することで、前記光軸方向の位置の相違に伴う前記合
成後の実像又は虚像の位置及びサイズの相違を修正す
る、ホログラフィ装置である。
According to a third aspect of the present invention, the reflected light is based on the interference fringe data which is image data of the interference fringe obtained by imaging the interference fringe between the reflected light on the object to be measured and a predetermined reference light. Optical data detecting means for obtaining complex amplitude data consisting of phase data indicating the phase of reflected light of the object to be measured at a plurality of positions in the optical axis direction and amplitude data indicating the amplitude by Fresnel analysis calculation, and using the amplitude data First surface shape data creating means for determining a focused state and obtaining first surface shape data which is surface shape data of the object to be measured, and surface shape data of the object to be measured using the phase data. The second to obtain the second surface shape data
Surface shape data creating means, and the synthesizing means for synthesizing the first surface shape data and the second surface shape data to obtain the third surface shape data which is the surface shape data of the object to be measured. And the adjusting means adjusts the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data to a predetermined position on the reproduced image, and adjusts the 0th-order diffracted light in the adjusted complex amplitude data. Obtaining the distance on the reproduced image of the center of the image and the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data, by enlarging or reducing the real image or the virtual image with the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data as a reference, It is a holography device that corrects a difference in position and size of the combined real image or virtual image due to a difference in position in the optical axis direction.

【0014】したがって、被測定物の反射光の光軸方向
における位置の相違に伴う実像又は虚像の位置及びサイ
ズの相違を修正して、ホログラフィを用いた被測定物の
表面形状の測定の機能性、汎用性を向上させることがで
きる。
Therefore, by correcting the difference in the position and size of the real image or virtual image due to the difference in the position of the reflected light of the measured object in the optical axis direction, the functionality of measuring the surface shape of the measured object using holography is corrected. The versatility can be improved.

【0015】なお、請求項4に記載の発明は、請求項1
〜3の何れかの一に記載のホログラフィ装置において、
被測定物に照射する光を発する光源と、その光の被測定
物における反射光と所定の参照光との間で干渉縞を発生
させる干渉光学系と、この干渉縞を撮像して当該干渉縞
の画像データである干渉縞データを出力する撮像素子
と、を備えている。
The invention described in claim 4 is the same as claim 1
In the holographic device according to any one of 1 to 3,
A light source that emits light for irradiating the object to be measured, an interference optical system that generates interference fringes between the reflected light of the light and the predetermined reference light on the object to be measured, and the interference fringes by imaging the interference fringes. And an image sensor that outputs interference fringe data that is image data of the image.

【0016】したがって、被測定物の干渉縞データを取
得することができる。
Therefore, the interference fringe data of the object to be measured can be acquired.

【0017】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
何れかの一に記載のホログラフィ装置において、前記像
再生手段、前記形状データ作成手段又は前記合成手段
は、像再生の際の再生距離zである場合における0次光
中心の位置ずれ量を下式P(z)で表わしたときに、
According to a fifth aspect of the present invention, in the holographic device according to any one of the first to fourth aspects, the image reproducing means, the shape data creating means or the synthesizing means is used for image reproduction. When the position shift amount of the 0th-order light center at the reproduction distance z is represented by the following expression P (z),

【数4】 (但し、L:前記干渉縞の撮像面のサイズ、λ:前記干
渉縞を撮像した際の光源波長、M:前記干渉縞を撮像し
た撮像素子の一方向における画素数(データ数)) P(z)の1/2だけ位置をずらすことにより、前記複
素振幅データにおける0次回折光の像の中心が再生画像
上の中心位置となるようにする。
[Equation 4] (Where L is the size of the image plane of the interference fringes, λ is the wavelength of the light source when the interference fringes are imaged, M is the number of pixels (the number of data) in one direction of the image pickup device which images the interference fringes) P ( The center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data is set to the center position on the reproduced image by shifting the position by 1/2 of z).

【0018】したがって、複素振幅データにおける0次
回折光の像の中心が再生画像上の所定の位置となるよう
に調整して、被測定物の反射光の光軸方向における位置
の相違に伴う実像又は虚像の位置及びサイズの相違を修
正することができる。
Therefore, the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data is adjusted to a predetermined position on the reproduced image, and a real image or a real image due to the difference in the position of the reflected light of the object to be measured in the optical axis direction. Differences in the position and size of the virtual image can be corrected.

【0019】請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の
何れかの一に記載のホログラフィ装置において、前記像
再生手段、前記形状データ作成手段又は前記合成手段
は、前記実像又は虚像の中心が0次光による像の中心に
対して干渉縞のキャリヤ周波数に相当する画素数分だけ
ずれた位置にあることから、0次光の像の中心と実像又
は虚像の中心との再生画像上での距離を求める。
According to a sixth aspect of the present invention, in the holographic device according to any one of the first to fifth aspects, the image reproducing unit, the shape data creating unit or the synthesizing unit is configured to reproduce the real image or the virtual image. Since the center is displaced by the number of pixels corresponding to the carrier frequency of the interference fringes with respect to the center of the image of the 0th-order light, the center of the image of the 0th-order light and the center of the real image or the virtual image are reproduced. Find the distance at.

【0020】したがって、0次光の像の中心と実像又は
虚像の中心との再生画像上での距離を求めて、被測定物
の反射光の光軸方向における位置の相違に伴う実像又は
虚像の位置及びサイズの相違を修正することができる。
Therefore, the distance between the center of the image of the 0th-order light and the center of the real image or the virtual image on the reproduced image is obtained, and the real image or the virtual image due to the difference in the position of the reflected light of the measured object in the optical axis direction is obtained. Position and size differences can be corrected.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】[発明の実施の形態1]本発明の
一実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [First Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described.

【0022】図4は、本実施の形態であるホログラム装
置の全体の装置構成を示す概念図である。図4に示すよ
うに、このホログラム装置は、光源であるHe−Neレ
ーザ11と、この光の物体への照射光強度を調整するた
めのNDフィルタ12と、He−Neレーザ11からの
光を拡大し、スペイシャルフィルタとしても作用するビ
ームエキスパンダ13と、を備えている。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the overall device configuration of the hologram device according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, this hologram device includes a He-Ne laser 11 that is a light source, an ND filter 12 for adjusting the intensity of the light emitted to an object, and a light emitted from the He-Ne laser 11. And a beam expander 13 that expands and also acts as a spatial filter.

【0023】ビームエキスパンダ13で拡大され、ハー
フミラー14で反射した光は、被測定物15に照射され
る。被測定物15で反射した光は、ハーフミラー14を
透過して、CCD16に到達する。一方ビームエキスパ
ンダ13にて拡大され、ハーフミラー14を透過した光
は、NDフィルタ17を通過し、ミラー18で反射され
る。そしてNDフィルタ17を、先ほどとは逆向きに通
過したのち、ハーフミラー14にて反射されて、撮像素
子であるCCD16に到達する。ハーフミラー14、ミ
ラー18などにより干渉光学系を構成している。
The light expanded by the beam expander 13 and reflected by the half mirror 14 is applied to the object 15 to be measured. The light reflected by the DUT 15 passes through the half mirror 14 and reaches the CCD 16. On the other hand, the light expanded by the beam expander 13 and transmitted through the half mirror 14 passes through the ND filter 17 and is reflected by the mirror 18. Then, after passing through the ND filter 17 in the opposite direction, it is reflected by the half mirror 14 and reaches the CCD 16 which is the image pickup element. The half mirror 14, the mirror 18 and the like constitute an interference optical system.

【0024】被測定物15で反射した光は反射光とな
り、ミラー18で反射した光は参照光となって、両者は
干渉し、CCD16によってその干渉縞が撮像され、フ
レームグラバー19を介して、コンピュータ20に転送
されて、コンピュータ20のメモリに記録される。
The light reflected by the object to be measured 15 becomes reflected light, and the light reflected by the mirror 18 becomes reference light, which interfere with each other, and the interference fringes are picked up by the CCD 16, and the image is picked up via the frame grabber 19. It is transferred to the computer 20 and recorded in the memory of the computer 20.

【0025】ハーフミラー14で分岐された後の参照光
の光路と反射光の光路の長さは、光源のHe−Neのコ
ヒーレンス長以下になるように設定されている。また、
被測定物15の反射光がCCD16で撮像するのに適し
た強度になるように、NDフィルタ12により被測定物
15への照射光強度を調整してあり、さらに、被測定物
15の反射光と参照光との干渉により発生する干渉縞の
コントラストが高くなるように、NDフィルタ17によ
り参照光強度が調整されている。
The optical paths of the reference light and the reflected light after being split by the half mirror 14 are set to be equal to or less than the He-Ne coherence length of the light source. Also,
The intensity of irradiation light to the object to be measured 15 is adjusted by the ND filter 12 so that the reflected light from the object to be measured 15 has an intensity suitable for imaging by the CCD 16. Further, the reflected light from the object to be measured 15 is adjusted. The reference light intensity is adjusted by the ND filter 17 so that the contrast of the interference fringes generated by the interference with the reference light becomes high.

【0026】このホログラム装置では、干渉縞をホログ
ラムとして扱い、CCD16にて撮像したホログラム干
渉縞に仮想的に参照光を照射して、その回折光波により
被測定物15の反射光(被測定物15の像)の複素振幅
を再生する。
In this hologram device, the interference fringes are treated as holograms, the hologram interference fringes picked up by the CCD 16 are virtually irradiated with reference light, and the diffracted light waves reflect the reflected light of the object 15 (object 15 to be measured). Image) is reproduced.

【0027】単一の干渉縞データをCCD16にて撮像
し、被測定物15の反射光を再生する場合、ホログラム
を透過する0次回折光、実像、虚像の3つが再生される
ため、これらの3つが分離して再生できるように、被測
定物15の反射光の光軸と参照光の光軸との間に適当な
傾きを与えて、干渉縞にキャリヤ周波数がのるようにし
てある。前記両光軸に傾きを与えるためには、例えばミ
ラー18か被測定物15かハーフミラー14かの傾きを
調整すればよい。
When a single interference fringe data is imaged by the CCD 16 and the reflected light of the object to be measured 15 is reproduced, the 0th-order diffracted light passing through the hologram, the real image, and the virtual image are reproduced, so these 3 In order that the two can be reproduced separately, an appropriate inclination is given between the optical axis of the reflected light of the DUT 15 and the optical axis of the reference light so that the carrier frequency is placed on the interference fringes. In order to give an inclination to both the optical axes, the inclination of the mirror 18, the DUT 15, or the half mirror 14 may be adjusted, for example.

【0028】次に、被測定物15の反射光(被測定物1
5の像)の複素振幅を再生計算する方法について説明す
る。
Next, the reflected light from the DUT 15 (DUT 1
A method of reproducing and calculating the complex amplitude of the image (5) will be described.

【0029】被測定物15の反射光と参照光との干渉に
より発生する干渉縞のCCD16の撮像面上での強度
は、(3)式で与えられる。
The intensity on the image pickup surface of the CCD 16 of the interference fringes generated by the interference between the reflected light of the DUT 15 and the reference light is given by the equation (3).

【数5】 ここで、Iは干渉縞の強度であり、x,yはCCD16
の撮像面の座標での位置を表す。Rは参照光の複素振幅
を表し、A,φはそれぞれ被測定物15の反射光の振幅
と位相を表す。この明細書では、振幅と位相を併せて複
素振幅と呼んでいる。
[Equation 5] Here, I is the intensity of the interference fringes, and x and y are the CCD 16
Represents the position in coordinates of the image pickup surface of. R represents the complex amplitude of the reference light, and A and φ represent the amplitude and phase of the reflected light of the DUT 15, respectively. In this specification, the amplitude and the phase are collectively referred to as a complex amplitude.

【0030】干渉縞をCCD16にて撮像し、ホログラ
ム画像データとしてコンピュータ20に記憶する。乾板
を用いたホログラフィでは、干渉縞を記録した乾板(ホ
ログラム)に改めて参照光を照射すると、参照光がホロ
グラムに記録された干渉縞にて回折し、それが記録時の
反射光として振舞うので、よって、反射光(物体像)が
再生されることになる。ここでは実際に参照光を照射せ
ずに、仮想的に参照光がホログラムに照射されたものと
して、CCD16にて記録したホログラム画像からフレ
ネル近似のもとに反射光(物体像)を再生する。ホログ
ラムに参照光として平行光が照射されたとすると、ホロ
グラムによる回折光、すなわち反射光は(4)式のよう
に表される。
The interference fringes are picked up by the CCD 16 and stored in the computer 20 as hologram image data. In holography using a dry plate, when the dry plate (hologram) on which interference fringes are recorded is irradiated with reference light again, the reference light is diffracted by the interference fringes recorded on the hologram, and it behaves as reflected light at the time of recording. Therefore, the reflected light (object image) is reproduced. Here, it is assumed that the hologram is virtually irradiated with the reference light without actually irradiating the reference light, and the reflected light (object image) is reproduced from the hologram image recorded by the CCD 16 based on Fresnel approximation. Assuming that the hologram is irradiated with parallel light as reference light, diffracted light by the hologram, that is, reflected light, is expressed by equation (4).

【数6】 ここで、Uは再生距離dだけ離れた像面位置での反射光波
の複素振幅、x’,y’は、像面位置での座標を表し、
Cは複素定数、λは光源波長を表す。したがって再生距
離dを入力し、収録した干渉縞データを用いて(4)式
を計算することにより、再生距離dにおける反射光の複
素振幅が再生されることになる。
[Equation 6] Where U is the complex amplitude of the reflected light wave at the image plane position separated by the reproduction distance d, and x ′ and y ′ are the coordinates at the image plane position,
C is a complex constant, and λ is a light source wavelength. Therefore, the complex amplitude of the reflected light at the reproduction distance d is reproduced by inputting the reproduction distance d and calculating the equation (4) using the recorded interference fringe data.

【0031】再生像には、ホログラムを透過する光(0
次回折光)による像、実像、虚像の3つの像が含まれて
いて、被測定物15の形状を求めるためには、そのうち
の実像あるいは虚像に注目する。ホログラム画像の記録
時において反射光と参照光との光軸が平行に近いと、そ
れらの3つの像が重なって再生されるため、前述したよ
うに、反射光と参照光の光軸に相対的な傾きを与えて、
干渉縞にキャリヤ周波数をのせた状態でホログラム(干
渉縞画像)を作成し、そうすることにより、像面位置で
これらの3つの像を離れた位置に再生することができ
る。(4)式で表される複素振幅の実部をReal{U
(X’,Y’)}とし、虚部をImaginary{U(X’,
Y’)}とすると、被測定物15の反射光の振幅A、位
相φは、それぞれ次の(5)、(6)式にて与えられ
る。(5)式にて計算されるAと、(6)式にて計算さ
れるφが、それぞれ振幅データと位相データに相当す
る。
In the reproduced image, the light (0
Three images of a real image and a virtual image are included, and in order to obtain the shape of the DUT 15, attention is paid to the real image or the virtual image. When the optical axes of the reflected light and the reference light are nearly parallel during recording of the hologram image, these three images are reproduced in an overlapping manner, and as described above, the relative axes of the reflected light and the reference light are relative to each other. Give a nice inclination,
A hologram (interference fringe image) is created with the carrier frequency placed on the interference fringes, and by doing so, these three images can be reproduced at distant positions at the image plane position. Let the real part of the complex amplitude represented by equation (4) be Real {U
(X ', Y')}, and the imaginary part is Imaginary {U (X ',
Y ′)}, the amplitude A and the phase φ of the reflected light of the DUT 15 are given by the following equations (5) and (6), respectively. A calculated by the equation (5) and φ calculated by the equation (6) correspond to the amplitude data and the phase data, respectively.

【0032】[0032]

【数7】 [Equation 7]

【0033】[0033]

【数8】 [Equation 8]

【0034】前述したように、再生距離((4)式にお
けるd)によって、像の再生の際に、再生される実像、
虚像の位置やサイズが変化する。かかる変化を防止する
ためには、再生距離をパラメータにした以下の第1段階
〜第3段階の演算を行なえばよい。
As described above, according to the reproduction distance (d in the equation (4)), the real image reproduced when the image is reproduced,
The position and size of the virtual image change. In order to prevent such a change, the following first to third stages of calculation using the reproduction distance as a parameter may be performed.

【0035】(1)第1段階 まず、0次光の中心が再生距離によらず画面の中心にく
るように調整する。フレネル変換面での開口サイズを考
えると、再生距離に応じた再生像のサイズ変化率S
(d)は、
(1) First Stage First, adjustment is made so that the center of the 0th-order light comes to the center of the screen regardless of the reproduction distance. Considering the aperture size on the Fresnel conversion surface, the size change rate S of the reproduced image depending on the reproduction distance
(D) is

【数9】 ((7)式、(8)式において、L:撮像面サイズ、
λ:光源波長、M:データ数、z:再生距離)となり、
S(d)を元画像サイズにかけたものが、再生画像のサ
イズとなる。
[Equation 9] (In Expressions (7) and (8), L is the size of the imaging surface,
λ: wavelength of light source, M: number of data, z: reproduction distance),
The size of the reproduced image is obtained by multiplying S (d) by the original image size.

【0036】したがって、0次光中心の位置ずれ量P
(z)は(8)式にて表され、P(d)の1/2だけ再
生像の位置をずらすと、0次光中心は常に表示画像の中
心にくる。
Therefore, the positional deviation amount P of the 0th-order light center
(Z) is expressed by equation (8), and when the position of the reproduced image is shifted by 1/2 of P (d), the 0th-order light center is always at the center of the display image.

【0037】[0037]

【数10】 [Equation 10]

【0038】(2)第2段階 0次光に対する実像の位置ずれを考える。つまり、0次
光の像の中心と実像あるいは虚像の中心との再生画像上
での距離を求める。再生計算では、ホログラムに平行光
が入射し、回折するという物理現象を想定しているた
め、再生像における0次光はホログラム(回折格子)の
透過光、実像は+1次回折光、虚像は−1次回折光と考
えることができる。したがって回折の式から、透過光に
対する+1次回折光の位置ずれDは、
(2) Consider the positional deviation of the real image with respect to the second stage 0th order light. That is, the distance on the reproduced image between the center of the 0th-order light image and the center of the real image or the virtual image is obtained. The reproduction calculation assumes a physical phenomenon that parallel light is incident on the hologram and diffracts it. Therefore, the 0th order light in the reproduced image is the transmitted light of the hologram (diffraction grating), the real image is the + 1st order diffracted light, and the virtual image is -1. It can be considered as the second-order diffracted light. Therefore, from the diffraction formula, the positional deviation D of the + 1st order diffracted light with respect to the transmitted light is

【数11】 となる。[Equation 11] Becomes

【0039】(9)式において、tは回折格子の格子間
隔であり、ホログラムでは干渉縞の間隔に相当する。し
たがって干渉縞のキャリヤ周波数fを用いて、
In the equation (9), t is the grating interval of the diffraction grating, which corresponds to the interval of the interference fringes in the hologram. Therefore, using the carrier frequency f of the interference fringe,

【数12】 と表わすことができる。[Equation 12] Can be expressed as

【0040】実像のサイズについても、0次光と同様に
(7)式で表されるサイズ変化率がかかるため、それら
から0次光に対する実像の位置ずれJ(d)は、
Since the size change rate represented by the equation (7) is also applied to the size of the real image as in the case of the 0th order light, the positional deviation J (d) of the real image from the 0th order light is as follows.

【数13】 となる。[Equation 13] Becomes

【0041】(11)式から、0次光に対する実像の位
置ずれJ(d)は再生距離によらず一定で、キャリヤ周
波数に等しいことがわかる。キャリヤ周波数は、例えば
干渉縞画像のX方向断面、Y方向断面の強度分布データ
を取り出し、それらをフーリエ変換して、低周波成分を
除去したときにピークとなる周波数成分を求めることに
より、取得することができる。したがって、実像あるい
は虚像の中心は、再生距離によらず、0次光による像の
中心に対して干渉縞のキャリヤ周波数に相当する画素数
分だけずれた位置にあることになる。そのようにして0
次光による像に対する実像あるいは虚像のずれを求め
る。なお、キャリヤ周波数は画像の全X方向断面、全Y
方向断面についてそれぞれ求め、それらの平均値を用い
てもよい。
From equation (11), it can be seen that the positional deviation J (d) of the real image with respect to the 0th order light is constant regardless of the reproduction distance and equal to the carrier frequency. The carrier frequency is obtained by, for example, extracting intensity distribution data of the X-direction cross section and the Y-direction cross section of the interference fringe image, performing Fourier transform on them, and obtaining a frequency component that becomes a peak when the low-frequency component is removed. be able to. Therefore, the center of the real image or the virtual image is at a position displaced by the number of pixels corresponding to the carrier frequency of the interference fringes with respect to the center of the image formed by the 0th-order light, regardless of the reproduction distance. 0 like that
Find the deviation of the real or virtual image from the image due to the next light. The carrier frequency is the cross section of the image in all X directions, and all Y directions.
It is also possible to obtain each of the directional cross sections and use the average value thereof.

【0042】(3)第3段階 再生距離の変化に伴う実像あるいは虚像のサイズの変化
を修正する。その方法としては、上述のように求めた実
像あるいは虚像の中心を拡大、縮小のための中心にし
て、再生距離に応じて実像あるいは虚像のサイズを拡
大、縮小する。拡大、縮小のために基準となる画像サイ
ズは、例えば、複数の再生距離により求めた実像あるい
は虚像のうち、サイズが最も小さくなるときのものと
し、拡大、縮小の倍率は、d/d’(d:再生距離、
d’:実像あるいは虚像のサイズが最も小さくなるとき
の再生距離)とすればよい。これにより、再生像におけ
る実像あるいは虚像の位置、サイズは、再生距離によら
ず一定となる。
(3) Third step Correct the change in size of the real image or virtual image due to the change in reproduction distance. As the method, the center of the real image or virtual image obtained as described above is used as the center for enlargement or reduction, and the size of the real image or virtual image is enlarged or reduced according to the reproduction distance. The reference image size for enlargement / reduction is, for example, when the size is the smallest of the real image or the virtual image obtained by a plurality of reproduction distances, and the enlargement / reduction ratio is d / d ′ ( d: playback distance,
d ': the reproduction distance when the size of the real image or the virtual image is the smallest). As a result, the position and size of the real image or virtual image in the reproduced image are constant regardless of the reproduction distance.

【0043】デジタルホログラフィにおいては、(4)
式における再生距離dを変化させることによって数値演
算による焦点合わせが可能であるが、その機能を用いる
と、例えば、全視野で焦点の合った全焦点画像を生成す
ることができる。
In digital holography, (4)
Focusing by numerical calculation can be performed by changing the reproduction distance d in the formula. By using this function, for example, an omnifocal image in which the entire field of view is in focus can be generated.

【0044】この全焦点画像の生成手段の概念を、図5
を用いて説明する。図5は、物体とホログラム面(CC
D16の撮像位置)と再生像の位置関係を表わすもの
で、図5において、符号21は物体、符号22はホログ
ラム面、符号23は物体21の再生像を表す。ホログラ
ム面を原点とした場合、再生距離dを−x1とすると、
x1の位置にある面の実像が焦点のあった状態で再生さ
れ、同様に再生距離dを−x2,−x3とすると、それ
ぞれx2,x3の位置にある面の実像が焦点のあった状
態で再生されることを示している。
The concept of this omnifocal image generating means is shown in FIG.
Will be explained. FIG. 5 shows an object and a hologram surface (CC
5 shows the positional relationship between the image pickup position of D16) and the reproduced image. In FIG. 5, reference numeral 21 is an object, reference numeral 22 is a hologram surface, and reference numeral 23 is a reproduced image of the object 21. If the reproduction distance d is -x1 when the hologram surface is the origin,
When the real image of the surface at the position of x1 is reproduced in a focused state, and similarly, when the reproduction distance d is -x2, -x3, the real images of the surfaces at the positions of x2 and x3 are in a focused state, respectively. It indicates that it will be played.

【0045】その場合、例えば、“d=−x1”とした
場合には、x2,x3にある面は焦点ずれすることにな
る。したがって、再生距離dを変化させながら(4)式
にて各再生距離における反射光波の複素振幅を求め、複
素振幅における振幅データの実像あるいは虚像を求め
て、焦点の合っている領域を二次元的につなぎ合わせて
画像を生成すれば、全観測視野にて焦点の合った全焦点
画像を取得することができる。
In this case, for example, when "d = -x1" is set, the surfaces at x2 and x3 are out of focus. Therefore, while changing the reproduction distance d, the complex amplitude of the reflected light wave at each reproduction distance is obtained by the formula (4), the real image or virtual image of the amplitude data at the complex amplitude is obtained, and the in-focus area is two-dimensionally determined. If an image is generated by connecting to, it is possible to obtain an omnifocal image in focus in all observation fields of view.

【0046】焦点が合っているかどうかの判定のために
は、再生距離dを微小量ずつ変えながら複数の複素振幅
を(4)式を用いて計算し、各々の再生距離における振
幅データを(5)式により計算する。そして各々の振幅
データにおいて、CCD16の撮像位置の実像あるいは
虚像部分での任意の小領域におけるコントラストあるい
は強度を求める。
In order to determine whether or not the focal point is in focus, a plurality of complex amplitudes are calculated by using the equation (4) while changing the reproduction distance d by a small amount, and the amplitude data at each reproduction distance is calculated as (5 ). Then, for each amplitude data, the contrast or intensity in an arbitrary small area in the real image or virtual image portion of the image pickup position of the CCD 16 is obtained.

【0047】コントラストは、被測定物15の被測定面
上のテクスチャの合焦状態を表し、その計算方法はさま
ざまであるが、例えば小領域における振幅データの分散
を計算することで求めることができる。強度は小領域に
おける振幅データの合計値や平均値を計算することで求
めることができる。被測定面に明確にテクスチャが観測
される場合はコントラストを用いればよいし、ミラーや
ガラス等、表面に明確なテクスチャが観測されない場合
は、強度を用いるか、あるいは被測定面で結像するよう
な強度パターンを投影し、それをテクスチャとして活用
してもよい。それらのコントラスト、強度の計算は、そ
の領域の合焦状態を知るためのものであり、合焦状態を
知るための他の計算方法を用いてもよい。また、上記で
は振幅データを用いるものとして説明したが、振幅デー
タを二乗した強度データを用いてもよい。再生距離を変
化させたときに、小領域でのコントラストが最も高くな
ったり、強度が最も強くなったりしたときが、その小領
域における合焦距離となる。
The contrast represents the in-focus state of the texture on the surface to be measured of the object 15 to be measured, and there are various calculation methods. For example, the contrast can be obtained by calculating the variance of amplitude data in a small area. . The intensity can be obtained by calculating the total value or average value of the amplitude data in the small area. If the texture is clearly observed on the surface to be measured, contrast may be used.If no clear texture is observed on the surface of the mirror or glass, use intensity or image on the surface to be measured. It is also possible to project a different intensity pattern and utilize it as a texture. The calculation of those contrasts and intensities is for knowing the in-focus state of the area, and another calculation method for knowing the in-focus state may be used. Further, although the above description is made assuming that the amplitude data is used, intensity data obtained by squaring the amplitude data may be used. When the reproduction distance is changed, the contrast becomes the highest in the small area or the intensity becomes the strongest, which is the focusing distance in the small area.

【0048】図6に、CCD16で撮像した画像の任意
の小領域において、再生距離dを変化させたときのコン
トラストの変化を示すが、図6のDの位置が合焦距離と
なる。したがって、実像あるいは虚像における全小領域
において合焦距離を求めて、その合焦距離における振幅
データを実像あるいは虚像の画像データとして用いれ
ば、全視野にて焦点のあった全焦点画像を生成すること
ができる。
FIG. 6 shows the change in contrast when the reproduction distance d is changed in an arbitrary small area of the image picked up by the CCD 16. The position D in FIG. 6 is the focusing distance. Therefore, if the focusing distance is obtained in all small areas in the real image or the virtual image and the amplitude data at the focusing distance is used as the image data of the real image or the virtual image, an omnifocal image having a focus in the entire visual field can be generated. You can

【0049】図7は、以上説明した演算処理をコンピュ
ータ20で行なう場合の具体的な流れを示すフローチャ
ートである。まず、前述のように、被測定物15で反射
した反射光と参照光との干渉縞を発生させ(ステップS
1)、CCD16によってその干渉縞のホログラム画像
を撮像して、その干渉縞データをコンピュータ20のメ
モリに収録する(ステップS2)。
FIG. 7 is a flow chart showing a concrete flow when the computer 20 performs the arithmetic processing described above. First, as described above, the interference fringes of the reflected light reflected by the DUT 15 and the reference light are generated (step S
1), the hologram image of the interference fringe is picked up by the CCD 16 and the interference fringe data is recorded in the memory of the computer 20 (step S2).

【0050】そして、所定のカウンタの値kを初期化
(=0)して(ステップS3)、初期値d0からΔdの
ピッチで前述の再生距離dを変化させて(ステップS
4,S6)、この各再生距離(dk)における複素振幅
のデータを前述のようにして求める(ステップS5)。
この複素振幅のデータは、必要な数Kだけ求める(ステ
ップS7)。
Then, the value k of a predetermined counter is initialized (= 0) (step S3), and the reproduction distance d is changed at a pitch of Δd from the initial value d0 (step S3).
4, S6), and the data of the complex amplitude at each reproduction distance (dk) is obtained as described above (step S5).
The required number K of data of this complex amplitude is obtained (step S7).

【0051】次に、CCD16の撮像位置の実像あるい
は虚像部分でのある小領域における、例えば、コントラ
ストを前述のようにして求め(ステップS8)、これに
より、当外相領域での合焦距離を前述のようにして求め
(ステップS9)、その合焦距離における振幅データ
を、前述のように実像(あるいは虚像)の画像データに
置換する(ステップS10)、という処理1〜処理3
を、全ての小領域で実施し(ステップS11)、全焦点
画像が出力される(ステップS12)。
Next, for example, the contrast in a small area, which is a real image or a virtual image portion of the image pickup position of the CCD 16, is obtained as described above (step S8), and the focusing distance in the outer phase area is described above. 1 to 3 (step S9), and the amplitude data at the focus distance is replaced with the image data of the real image (or virtual image) as described above (step S10).
Is performed for all the small areas (step S11), and the omnifocal image is output (step S12).

【0052】そして、合焦距離における振幅データを実
像(あるいは虚像)の画像データに置換する処理(ステ
ップS10)を行なう際に、画像の各位置において図8
の処理を実行する。すなわち、0次光の中心が再生距離
dによらず画面の中心にくるように調整し(前述の第1
段階の処理)(ステップS21)、0次光の像の中心と
実像あるいは虚像の中心との再生画像上での距離Dを求
め(前述の第2段階の処理)(ステップS22)、再生
距離Dの変化に伴う実像あるいは虚像のサイズの変化を
修正する(前述の第3段階の処理)(ステップS2
3)。
Then, when the amplitude data at the focusing distance is replaced with the image data of the real image (or the virtual image) (step S10), at each position of the image, as shown in FIG.
The process of is executed. That is, the center of the 0th-order light is adjusted so as to come to the center of the screen regardless of the reproduction distance d (the above-mentioned first
Step processing) (step S21), the distance D on the reproduced image between the center of the 0th-order light image and the center of the real image or the virtual image is obtained (the above-described second step processing) (step S22), and the reproduction distance D Of the change in the size of the real image or the virtual image due to the change in the above (the above-mentioned third stage processing) (step S2).
3).

【0053】したがって、このホログラム装置のよれ
ば、再生距離が変化しても、像の位置、サイズの変化が
なくなるため、微小領域のコントラスト(あるいは強
度)の比較が可能になって、全焦点画像の生成が可能と
なる。
Therefore, according to this hologram device, even if the reproduction distance is changed, the position and size of the image are not changed, so that it is possible to compare the contrasts (or intensities) of minute areas, and the omnifocal image is obtained. Can be generated.

【0054】[発明の実施の形態2]別の実施の形態で
あるホログラム装置について説明する。
[Second Embodiment of the Invention] A hologram apparatus according to another embodiment will be described.

【0055】このホログラム装置のハードウエア構成
は、前記の実施の形態1と同一であり、これと同一符号
を用いて詳細な説明は省略する。
The hardware configuration of this hologram apparatus is the same as that of the first embodiment, and the same reference numerals are used and detailed description thereof is omitted.

【0056】実施の形態1と相違するのは、図7の処理
に代えて図9の処理を行なう点である。図9の処理にお
いてもステップS1〜S9,11は実施の形態1の場合
と共通であり、詳細な説明は省略する。この実施の形態
2では、ステップS10に代えてステップS13を行な
う。すなわち、実施の形態1では、全焦点画像の生成の
プロセスで、実像あるいは虚像の小領域における合焦距
離を求めた。これらは実像あるいは虚像の各小領域がホ
ログラム(CCD16の撮像面)からどれだけ離れてい
るかを示したものであるため、合焦距離を用いて被測定
物15の形状データとし(ステップS13)、全小領域
での形状データをつなげることにより、被測定物15の
形状が得られる(ステップS14)。そして、ステップ
S13において、実施の形態1の場合と同様に、ステッ
プS21〜S23の処理を実行する。
The difference from the first embodiment is that the process of FIG. 9 is performed instead of the process of FIG. Also in the process of FIG. 9, steps S1 to S9 and 11 are common to the case of the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted. In the second embodiment, step S13 is performed instead of step S10. That is, in the first embodiment, the focusing distance in the small area of the real image or the virtual image is obtained in the process of generating the omnifocal image. Since these indicate how far each small region of the real image or the virtual image is from the hologram (the image pickup surface of the CCD 16), the focus distance is used as the shape data of the DUT 15 (step S13), The shape of the DUT 15 is obtained by connecting the shape data in all the small areas (step S14). Then, in step S13, as in the case of the first embodiment, the processes of steps S21 to S23 are executed.

【0057】この場合も、再生距離の違いに伴う像の位
置やサイズの変化を修正して、小領域のコントラストや
強度の比較が可能になり、正確な形状測定ができる。
In this case as well, it is possible to compare the contrast and intensity of small areas by correcting the change in the position and size of the image due to the difference in the reproduction distance, and it is possible to perform accurate shape measurement.

【0058】[発明の実施の形態3]別の実施の形態で
あるホログラム装置について説明する。
[Third Embodiment of the Invention] A hologram apparatus according to another embodiment will be described.

【0059】図10は、この実施の形態であるホログラ
ム装置の全体構成を示す概念図である。図10に示すよ
うに、このホログラム装置は、光源であるHe−Neレ
ーザ24と、被測定物15への照射光強度を調整するた
めのNDフィルタ25と、He−Neレーザ24からの
光を拡大し、スペイシャルフィルタとしても作用するビ
ームエキスパンダ26とを備えている。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the hologram device according to this embodiment. As shown in FIG. 10, this hologram device includes a He—Ne laser 24 that is a light source, an ND filter 25 for adjusting the intensity of irradiation light to the DUT 15, and a light from the He—Ne laser 24. A beam expander 26 that expands and also functions as a spatial filter is provided.

【0060】ビームエキスパンダ26にて拡大された光
はミラー27にて折り返され、ビームスプリッタ28に
入射する。ビームスプリッタ28で反射した光は光を球
面波に変換するためのレンズ29を通り、ミラー30で
折り返され、光強度を調整するためのNDフィルタ3
1、ハーフミラー32を通過して撮像素子であるCCD
33に到達する。この光は、被測定物15の反射光と干
渉するための参照光となる。
The light expanded by the beam expander 26 is reflected by the mirror 27 and enters the beam splitter 28. The light reflected by the beam splitter 28 passes through a lens 29 for converting the light into a spherical wave, is reflected by a mirror 30, and is an ND filter 3 for adjusting the light intensity.
1. CCD which is an image sensor passing through the half mirror 32
Reach 33. This light serves as reference light for interfering with the reflected light of the DUT 15.

【0061】一方、ビームスプリッタ28を透過した光
はミラー34にて折り返され、レンズ35により球面波
に変換され、ハーフミラー32を透過して、対物レンズ
36によりほぼ平行光に変換されて、被測定物15に光
を照射する。被測定物15で反射した光は、対物レンズ
36を通過し、ハーフミラー32で反射して反射光とし
てCCD33に到達し、参照光との間に干渉をおこして
干渉縞を発生する。ミラー27,30,34,32、ビ
ームスプリッタ28、レンズ29,35,36などによ
り干渉光学系を構成している。
On the other hand, the light transmitted through the beam splitter 28 is reflected by the mirror 34, converted into a spherical wave by the lens 35, transmitted through the half mirror 32, converted into substantially parallel light by the objective lens 36, and is converted into a substantially parallel light. The measurement object 15 is irradiated with light. The light reflected by the DUT 15 passes through the objective lens 36, is reflected by the half mirror 32, reaches the CCD 33 as reflected light, and interferes with the reference light to generate interference fringes. The mirrors 27, 30, 34, 32, the beam splitter 28, the lenses 29, 35, 36, etc. constitute an interference optical system.

【0062】干渉縞はCCD33にて撮像され、フレー
ムグラバー38を介してコンピュータ39に転送され、
コンピュータ39のメモリに記録される。ビームスプリ
ッタ28で分岐された後の参照光の光路と反射光の光路
の長さは、光源のHe−Neのコヒーレンス長以下にな
るように設定されている。また被測定物15の反射光が
CCD33で撮像するのに適した強度になるように、N
Dフィルタ25により被測定物15への照射光強度を調
整してあり、また被測定物15の反射光と参照光との干
渉により発生する干渉縞のコントラストが高くなるよう
に、NDフィルタ31により参照光強度が調整されてい
る。対物レンズ36は被測定物15の反射光を球面波に
変換するように作用し、それにより後述のように被測定
物15の反射光の複素振幅データ(被測定物15の像)
を再生したときに、像が拡大して観測される。レンズ3
5と対物レンズ36の位置関係は、被測定物15にほぼ
平行光が照射されるように調整されている。レンズ29
は、参照光を球面波に変換するように作用し、対物レン
ズ36により球面波に変換された被測定物15の反射光
の曲率と、参照光の曲率が、CCD面上においてほぼ一
致するように、位置が調整されている。被測定物15の
像を拡大しない場合は、対物レンズ36は不要となり、
それに伴いレンズ29、レンズ35も不要となる。
The interference fringes are picked up by the CCD 33 and transferred to the computer 39 via the frame grabber 38.
It is recorded in the memory of the computer 39. The optical paths of the reference light and the reflected light after being split by the beam splitter 28 are set to be equal to or less than the He-Ne coherence length of the light source. In addition, N is adjusted so that the reflected light of the DUT 15 has an intensity suitable for imaging with the CCD 33.
The intensity of the irradiation light to the DUT 25 is adjusted by the D filter 25, and the ND filter 31 is used to increase the contrast of the interference fringes generated by the interference between the reflected light of the DUT 15 and the reference light. The reference light intensity is adjusted. The objective lens 36 acts so as to convert the reflected light of the DUT 15 into a spherical wave, and as a result, the complex amplitude data of the reflected light of the DUT 15 (image of the DUT 15) will be described later.
When reproduced, the image is enlarged and observed. Lens 3
The positional relationship between 5 and the objective lens 36 is adjusted so that the object to be measured 15 is irradiated with substantially parallel light. Lens 29
Acts so as to convert the reference light into a spherical wave, so that the curvature of the reflected light of the DUT 15 converted into the spherical wave by the objective lens 36 and the curvature of the reference light substantially match on the CCD surface. The position has been adjusted. If the image of the DUT 15 is not magnified, the objective lens 36 becomes unnecessary,
Accordingly, the lens 29 and the lens 35 are also unnecessary.

【0063】前述したように、オフアクシスデジタルホ
ログラフィでは、0次回折光による像と実像と虚像との
3つが再生されるため、それらの3つが分離して再生で
きるように、被測定物15の反射光の光軸と参照光の光
軸との間に適当な傾きを与えて、干渉縞にキャリヤ周波
数がのるようにしてある。前記両光軸に傾きを与えるた
めには、例えばミラー30か被測定物15かハーフミラ
ー32かの傾きを調整すればよい。CCDにて撮像した
干渉縞データを用いて(4)式にて計算すれば任意の再
生距離における反射光の複素振幅が得られる。その複素
振幅を用いて、(5)式と(6)式により反射光の振幅
データと位相データが得られる。
As described above, in the off-axis digital holography, since the three images of the 0th-order diffracted light, the real image, and the virtual image are reproduced, the reflection of the object 15 to be measured so that these three can be reproduced separately. An appropriate inclination is given between the optical axis of the light and the optical axis of the reference light so that the carrier frequency lies on the interference fringes. In order to give an inclination to both the optical axes, the inclination of the mirror 30, the DUT 15, or the half mirror 32 may be adjusted. The complex amplitude of the reflected light at an arbitrary reproduction distance can be obtained by calculating the equation (4) using the interference fringe data captured by the CCD. Using the complex amplitude, the amplitude data and the phase data of the reflected light can be obtained by the equations (5) and (6).

【0064】被測定物15の像を拡大しない場合は、再
生距離dにCCD33の撮像面と被測定物15の表面と
の距離を入力すればよい。図10に示した装置のように
被測定物15の像を拡大する場合は、対物レンズによる
被測定物15の拡大像面とCCD33の撮像面との距離
を、再生距離dとして入力する。
When the image of the object to be measured 15 is not enlarged, the distance between the image pickup surface of the CCD 33 and the surface of the object to be measured 15 may be input as the reproduction distance d. When the image of the object to be measured 15 is magnified as in the apparatus shown in FIG. 10, the distance between the magnified image plane of the object to be measured 15 by the objective lens and the imaging surface of the CCD 33 is input as the reproduction distance d.

【0065】図11に、図10における被測定物15と
対物レンズ36とホログラム面(CCD33の撮像面)
と対物レンズ36による被測定物15の拡大像それぞれ
の位置関係を示す。
FIG. 11 shows the object 15 to be measured, the objective lens 36, and the hologram surface (imaging surface of the CCD 33) shown in FIG.
3A and 3B show the positional relationship between the magnified images of the object 15 to be measured by the objective lens 36.

【0066】図11において、符号40は被測定物1
5、符号41は対物レンズ、符号42はホログラム、4
3は対物レンズ41による被測定物15の拡大像面であ
る。図11におけるd’が再生距離となり、それを
(4)式に入力して、被測定物15の像を再生計算す
る。sとs’はレンズ結像の(12)式の関係にあるた
め、対物レンズの焦点距離fと物体距離sをあらかじめ
知っておくことにより、s’を求めることができる。
In FIG. 11, reference numeral 40 is the DUT 1.
5, reference numeral 41 is an objective lens, reference numeral 42 is a hologram, 4
3 is an enlarged image plane of the object 15 to be measured by the objective lens 41. The reproduction distance is represented by d ′ in FIG. 11, which is input into the equation (4) to reproduce and calculate the image of the DUT 15. Since s and s ′ have the relationship of the lens imaging formula (12), s ′ can be obtained by knowing the focal length f of the objective lens and the object distance s in advance.

【0067】[0067]

【数14】 [Equation 14]

【0068】(6)式により求めた位相φを長さ単位に
変換し、位相のとびがある場合それをアンラップするこ
とにより、被測定物15の表面形状を光源の波長以下の
精度で求めることができるが、被測定物15の表面に不
連続領域があると、その領域で位相の連続性がとぎれて
しまう。したがって、被測定物15の表面形状の各位置
における相対的な深さ(高さ)の差は不明確となる。
The surface shape of the DUT 15 is obtained with an accuracy of not more than the wavelength of the light source by converting the phase φ obtained by the equation (6) into a unit of length and unwrapping it if there is a phase jump. However, if there is a discontinuous area on the surface of the DUT 15, the phase continuity is interrupted in that area. Therefore, the difference in relative depth (height) at each position of the surface shape of the DUT 15 becomes unclear.

【0069】本実施の形態では、そのような不連続領域
をはさむ面の間での深さの差を求めるために、被測定物
15を観測して取得した複素振幅データのうち振幅デー
タを用いて被測定面の形状測定を実施する。その場合の
測定分解能がλ/2より小さいときなどには、振幅デー
タを用いて求めた形状(深さ)データと、位相データに
より求めた形状データを合成することにより、位相によ
る被測定物15の各表面位置の形状データについて光源
波長に関連した不確定性を解消することができる。
In the present embodiment, the amplitude data of the complex amplitude data acquired by observing the object to be measured 15 is used to obtain the difference in depth between the surfaces sandwiching such a discontinuous area. The shape of the surface to be measured is measured. When the measurement resolution in that case is smaller than λ / 2, the shape (depth) data obtained by using the amplitude data and the shape data obtained by the phase data are combined to generate the object to be measured 15 based on the phase. It is possible to eliminate the uncertainty associated with the light source wavelength in the shape data of each surface position of.

【0070】すなわち、振幅データを用いた形状測定に
ついては、実施の形態1,2で説明した手段を用いれば
よく、実像あるいは虚像を形成する全画素について形状
データSij(i:画像のX方向における座標、j:画像
のY方向における座標)が得られる。
That is, for the shape measurement using the amplitude data, the means described in the first and second embodiments may be used, and the shape data Sij (i: in the X direction of the image) for all the pixels forming the real image or the virtual image. Coordinates, j: coordinates in the Y direction of the image) are obtained.

【0071】小領域におけるコントラスト、あるいは強
度を求めるとき、再生距離dを少しずつ変化させなが
ら、被測定物15の反射光の略光軸方向における複数位
置での被測定物15の反射光の複素振幅データを計算に
より求めるが、その場合、再生距離の変化の間隔(ピッ
チ)は、光源であるレーザ24の出力する光の波長の1
/2より小さいほうがよい。ただし、複数の合焦測度の
プロットをガウス関数などの関数に近似し、関数の頂点
を求める作業により合焦距離を求めてもよく、その場
合、前述の再生距離変化の間隔は、厳密に光源波長の1
/2より小さくなくてよい。
When obtaining the contrast or the intensity in a small area, the complex of the reflected light of the DUT 15 at a plurality of positions in the approximate optical axis direction of the reflected light of the DUT 15 is gradually changed while changing the reproduction distance d little by little. The amplitude data is obtained by calculation. In that case, the interval (pitch) of the change in the reproduction distance is 1 of the wavelength of the light output from the laser 24, which is the light source.
It is better to be less than / 2. However, the focus distance may be obtained by approximating a plot of a plurality of focus measures to a function such as a Gaussian function and obtaining the vertices of the function. In that case, the interval of the above-mentioned reproduction distance change is strictly the light source. Wavelength 1
It does not have to be less than / 2.

【0072】ここで、振幅データを用いた測定の縦方向
の測定感度γは、定数kと光学系の倍率βを用いて、
Here, the measurement sensitivity γ in the vertical direction of the measurement using the amplitude data is calculated by using the constant k and the magnification β of the optical system.

【数15】 と表わすことができ、光学系の倍率の2乗に反比例して
測定感度が上がる。
[Equation 15] The measurement sensitivity increases in inverse proportion to the square of the magnification of the optical system.

【0073】一方、不連続領域をはさんだ領域での表面
形状の深さの差を、振幅データを用いる方法で測定し、
位相データにより測定した形状と合成しようとすると、
光源波長の1/2より小さい測定分解能が、振幅データ
を用いる方法に要求される。光の波長は、可視光の場合
数百nmであるため、したがって振幅データを用いた測
定の測定分解能は、nmオーダーでなければならない。
それを考慮すると、被測定物15の像を拡大せずに振幅
データを用いた測定分解能の要求を満たそうとするの
は、困難であると考えられるため、図10の構成では、
レンズを用いて被測定物15の像を拡大して測定する装
置構成としている。
On the other hand, the difference in the depth of the surface shape in the region sandwiching the discontinuous region is measured by a method using amplitude data,
When trying to combine with the shape measured by the phase data,
Measurement resolution of less than half the source wavelength is required for methods that use amplitude data. Since the wavelength of light is several hundreds of nm in the case of visible light, the measurement resolution of measurement using amplitude data must be on the order of nm.
Considering that, it is considered difficult to satisfy the requirement of the measurement resolution using the amplitude data without enlarging the image of the DUT 15, and therefore, in the configuration of FIG.
The device configuration is such that an image of the object 15 to be measured is magnified and measured using a lens.

【0074】ただし、光源の波長をμmやmmオーダー
まで大きくした場合などにおいては、被測定物15の像
を拡大せずとも、振幅データを用いた測定の測定分解能
の要求は満足でき、測定が可能となる。
However, when the wavelength of the light source is increased to the order of μm or mm, the measurement resolution requirement of the measurement using the amplitude data can be satisfied without enlarging the image of the DUT 15, and the measurement can be performed. It will be possible.

【0075】次に、(6)式により計算した位相データ
を用いて表面形状を求める方法について説明する。
Next, a method of obtaining the surface shape using the phase data calculated by the equation (6) will be described.

【0076】そのためには、(6)式により計算した位
相を長さ単位に変換して被測定物15の表面形状とすれ
ばよく、この場合も、実像あるいは虚像を形成する全画
素にて、被測定物15の表面の形状データTij(i:画
像のX方向における座標、j:画像のY方向における座
標)が得られる。
For that purpose, the phase calculated by the equation (6) may be converted into a unit of length to obtain the surface shape of the DUT 15. In this case as well, in all the pixels forming a real image or a virtual image, The shape data Tij of the surface of the object 15 to be measured (i: coordinates in the X direction of the image, j: coordinates in the Y direction of the image) are obtained.

【0077】位相データを求めるときの再生距離は、各
小領域において振幅データを用いる測定にて求めた合焦
距離を再生距離として、小領域の数だけフレネル変換を
実施して、各小領域における位相データを求めてもよい
が、フレネル変換の実行回数が多くなるため計算時間が
かかる。
The reproduction distance when the phase data is obtained is as follows. The reproduction distance is the focusing distance obtained by the measurement using the amplitude data in each small area, and Fresnel conversion is performed for each small area. Although the phase data may be obtained, the calculation time is long because the Fresnel transform is executed many times.

【0078】そこで、例えば、基準となる距離(例え
ば、前述の再生距離の初期値d0)を設定して、これを
再生距離としてフレネル変換を実行し、これにより得ら
れた位相データを各小領域で用いてもよいし、また振幅
データによる形状測定において全小領域で使用した合焦
距離の平均値を再生距離としてフレネル変換を実行し、
それにより得られた位相データを各小領域で用いてもよ
い。これらの場合、位相データを求めるためのフレネル
変換の実行回数は1回で済む。
Therefore, for example, a reference distance (for example, the initial value d0 of the reproduction distance described above) is set, and Fresnel conversion is executed using this as the reproduction distance, and the phase data obtained by this is used for each small region. Alternatively, the Fresnel transform is performed with the average value of the focusing distances used in all the small areas in the shape measurement using the amplitude data as the reproduction distance,
The phase data obtained thereby may be used in each small area. In these cases, the Fresnel transform for obtaining the phase data only needs to be executed once.

【0079】図10に示した装置のように、レンズを用
いて被測定物15の像を拡大した場合において、被測定
物15の反射光の曲率と参照光の曲率が一致していない
と、位相の測定値に図12に示すような前記曲率の差に
起因する同心円状のデフォーカス収差が含まれてしま
う。そこで、形状を正確に求めるためには、それを除去
しなければならない。そのためには、図10の装置構成
において、レンズ26,29,35などの位置を調整し
て、被測定物15の反射光の曲率と参照光の曲率をほぼ
一致させると、両者の曲率の差はなくなるため、それに
より位相データにデフォーカス収差は含まれなくなる。
As in the apparatus shown in FIG. 10, when the image of the object 15 to be measured is magnified using a lens, if the curvature of the reflected light of the object 15 to be measured and the curvature of the reference light do not match, The measured value of the phase includes concentric defocus aberration due to the difference in curvature as shown in FIG. Therefore, in order to accurately obtain the shape, it must be removed. To this end, in the device configuration of FIG. 10, when the positions of the lenses 26, 29, 35 and the like are adjusted so that the curvature of the reflected light of the DUT 15 and the curvature of the reference light are substantially the same, the difference between the two curvatures is obtained. Therefore, the defocus aberration is not included in the phase data.

【0080】次に、振幅データにより求めた形状Sij
と、位相データにより求めた形状Tijとを合成する手段
について説明する。不連続領域の影響を受けない形状、
すなわち合成形状Zijは、(14)式のように表され
る。
Next, the shape Sij obtained from the amplitude data
And means for synthesizing the shape Tij obtained from the phase data will be described. A shape that is not affected by the discontinuous area,
That is, the composite shape Zij is expressed as in equation (14).

【0081】[0081]

【数16】 [Equation 16]

【0082】(14)式において、Zijは合成形状で、
mijは次数、λは光源波長、Tijは位相データにより求
めた形状である。(14)式における添字iは画像のX
方向における座標を表し、jは画像のY方向における座
標を表す。位相データのみを用いた測定では、不連続領
域をはさんだ面と面のあいだで次数mijが不明確になる
が、(14)式における次数mijを特定することによ
り、前述の不明確性を解消することができる。そのため
に振幅データにより求めた形状Sijを用い、Sijを波長
λで除したときの商の整数が次数mijとなる。したがっ
て、そのmijを(14)式に代入すれば、合成形状Zij
が得られる。
In the equation (14), Zij is a composite shape,
mij is the order, λ is the light source wavelength, and Tij is the shape obtained from the phase data. The subscript i in equation (14) is the X of the image.
Represents the coordinate in the direction, and j represents the coordinate in the Y direction of the image. In the measurement using only the phase data, the order mij becomes unclear between the surfaces sandwiching the discontinuity region. However, by specifying the order mij in equation (14), the above unclearness is resolved. can do. Therefore, the shape Sij obtained from the amplitude data is used, and the integer of the quotient when Sij is divided by the wavelength λ is the order mij. Therefore, if the mij is substituted into the equation (14), the combined shape Zij
Is obtained.

【0083】被測定物15の一例としてマイクロミラー
レイ9を図3に示す。図3において、符号7a〜7dは
被測定面としてのミラーであり、その周囲のグレイ色の
領域は不必要な無効領域である。したがって、各ミラー
面は相互に不連続であり、ミラー7a〜7dの面それぞ
れの相対的な深さ(高さ)の差は不明確である。マイク
ロミラーレイは、主に各構成ミラーが独立で角度や位置
を変えることにより、反射光の角度や位置を変調するた
めの素子で、表示のための画像変調デバイスや、光イコ
ライザー等にて用いられる。各構成ミラーは独立で動き
を伴い、高速動作が要求される場合も多い。
FIG. 3 shows a micromirror ray 9 as an example of the object to be measured 15. In FIG. 3, reference numerals 7a to 7d are mirrors as the surface to be measured, and a gray area around the mirrors is an unnecessary invalid area. Therefore, the respective mirror surfaces are discontinuous with each other, and the relative difference in depth (height) between the surfaces of the mirrors 7a to 7d is unclear. A micromirror ray is an element that mainly modulates the angle and position of reflected light by changing the angle and position of each constituent mirror independently, and is used in image modulation devices for display and optical equalizers. To be Each constituent mirror moves independently and often requires high-speed operation.

【0084】被測定物15がマイクロミラーレイ9であ
る場合の測定では、独立した各ミラー7a〜7dでの位
相データは連続であるため、各ミラー面の一部の領域で
合成形状を求め、その合成形状に対して隣接画素比較に
よる位相アンラップを実施することによっても、被測定
面全体にわたって合成形状Zijを取得することができ
る。
In the measurement when the object to be measured 15 is the micromirror ray 9, since the phase data in each of the independent mirrors 7a to 7d is continuous, the composite shape is obtained in a partial area of each mirror surface. The combined shape Zij can be obtained over the entire surface to be measured by performing the phase unwrapping by comparing the adjacent pixels with respect to the combined shape.

【0085】コンピュータ39で行なう具体的な処理に
ついて、図13のフローチャートを参照して説明する。
図13に示すように、ステップS1〜S11の処理につ
いては、実施の形態1と共通であるため、詳細な説明は
省略する。このステップS1〜S11の処理により、前
述の形状Sijが求められ(ステップS31)、形状Sij
を波長で除して、次数mijを求める(ステップS3
2)。次に、前記のようにして、再生距離d0のときの
位相データから形状Tijを求める(ステップS33)。
そして、前述のようにして、合成形状Zijを計算して
(ステップS34)、合成形状Zijを出力する(ステッ
プS35)。
Specific processing performed by the computer 39 will be described with reference to the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 13, the processes of steps S1 to S11 are the same as those in the first embodiment, and thus detailed description thereof will be omitted. Through the processing of steps S1 to S11, the shape Sij is obtained (step S31), and the shape Sij is calculated.
Is divided by the wavelength to obtain the order mij (step S3
2). Next, as described above, the shape Tij is obtained from the phase data at the reproduction distance d0 (step S33).
Then, as described above, the composite shape Zij is calculated (step S34), and the composite shape Zij is output (step S35).

【0086】そして、合成形状Zijを計算する際には
(ステップS34)、実施の形態1,2と同様に、図8
の処理を実行する。すなわち、0次光の中心が再生距離
dによらず画面の中心にくるように調整し(前述の第1
段階の処理)(ステップS21)、0次光の像の中心と
実像あるいは虚像の中心との再生画像上での距離Dを求
め(前述の第2段階の処理)(ステップS22)、再生
距離Dの変化に伴う実像(あるいは虚像)のサイズの変
化を修正する(前述の第3段階の処理)(ステップS2
3)。
Then, when the composite shape Zij is calculated (step S34), as in the first and second embodiments, FIG.
The process of is executed. That is, the center of the 0th-order light is adjusted so as to come to the center of the screen regardless of the reproduction distance d (the above-mentioned first
Step processing) (step S21), the distance D on the reproduced image between the center of the 0th-order light image and the center of the real image or the virtual image is obtained (the above-described second step processing) (step S22), and the reproduction distance D The change in the size of the real image (or virtual image) due to the change in (the above-mentioned third stage processing) (step S2).
3).

【0087】以上説明したホログラム装置によれば、C
CD33の撮像時間より十分遅い速度で動く物体に対し
ては、その動いている瞬間の動的形状の測定が可能にな
る。ただし、物体の動きが速くなり、CCD33の撮像
時間より速くなると、撮像している最中に被測定物15
の反射光の強度や位相が変化するため、正確に反射光の
複素振幅を求めることができなくなる。そのような場合
は、被測定物15の動く速度に対して、十分短い時間で
被測定物15にパルス光を照射し、その反射光を受光す
るようにすると、光の照射中は、被測定物15はみかけ
上静止している状態とみなせるため、被測定物15の反
射光が安定し、正確にその複素振幅を求めることがで
き、正確な物体の動的形状測定が可能になる。
According to the hologram device described above, C
For an object that moves at a speed sufficiently slower than the imaging time of the CD 33, it is possible to measure the dynamic shape of the moving moment. However, when the movement of the object becomes faster and becomes faster than the image pickup time of the CCD 33, the object to be measured 15 is picked up during the image pickup.
Since the intensity and phase of the reflected light changes, the complex amplitude of the reflected light cannot be accurately obtained. In such a case, if the pulsed light is irradiated to the measured object 15 in a sufficiently short time with respect to the moving speed of the measured object 15 and the reflected light is received, the measured object is irradiated during the light irradiation. Since the object 15 can be regarded as being apparently stationary, the reflected light of the object 15 to be measured is stable, its complex amplitude can be accurately determined, and accurate dynamic shape measurement of the object becomes possible.

【0088】なお、実施の形態1〜3において、被測定
物15にパルス光を照射する光源には、ルビーレーザや
YAGレーザのようにパルス光を出力する固体レーザを
用いてもよいし、パルス光を出力する半導体レーザを用
いてもよいし、CW光を出力する半導体レーザをパルス
変調駆動してパルス光を生成してもよいし、He−Ne
レーザやアルゴンレーザからのCW光を、回転チョッパ
を用いてパルス化して用いてもよい。
In the first to third embodiments, a solid-state laser that outputs pulsed light such as a ruby laser or a YAG laser may be used as a light source for irradiating the DUT 15 with pulsed light. A semiconductor laser that outputs light may be used, or a semiconductor laser that outputs CW light may be pulse-modulated to generate pulsed light. He-Ne
CW light from a laser or an argon laser may be pulsed and used using a rotary chopper.

【0089】また、パルス光を被測定物15に照射する
かわりに、CCD16,33を高速撮像が可能な高速カ
メラに置換れば、光源をパルス化するのと同様の効果を
得ることもできる。
Further, instead of irradiating the object to be measured 15 with pulsed light, if the CCDs 16 and 33 are replaced with a high-speed camera capable of high-speed imaging, the same effect as pulsed light source can be obtained.

【0090】[0090]

【発明の効果】本発明は、被測定物の反射光の光軸方向
における位置の相違に伴う実像又は虚像の位置及びサイ
ズの相違を修正し、ホログラフィによる像再生やホログ
ラフィを用いた被測定物の表面形状の測定について、機
能性、汎用性を向上させることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention corrects the difference in the position and size of the real image or the virtual image due to the difference in the position of the reflected light in the optical axis direction of the object to be measured, and reproduces the image by holography or the object to be measured using holography. The functionality and versatility of the measurement of the surface shape can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の課題を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a problem of the present invention.

【図2】本発明の課題を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a problem of the present invention.

【図3】被測定物の一例であるマイクロミラーレイの説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a micromirror ray which is an example of an object to be measured.

【図4】本発明の実施の形態1であるホログラム装置の
概略構成を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a hologram device that is Embodiment 1 of the present invention.

【図5】全焦点画像の生成手段の概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram of a means for generating an omnifocal image.

【図6】CCDで撮像した画像の任意の小領域において
再生距離dを変化させたときのコントラストの変化を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a change in contrast when a reproduction distance d is changed in an arbitrary small area of an image picked up by a CCD.

【図7】ホログラム装置が行なう処理のフローチャート
である。
FIG. 7 is a flowchart of processing performed by the hologram device.

【図8】ホログラム装置が行なう処理のフローチャート
である。
FIG. 8 is a flowchart of processing performed by the hologram device.

【図9】本発明の実施の形態2であるホログラム装置が
行なう処理のフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart of processing performed by the hologram device according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態3であるホログラム装置
の概略構成を示す概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a hologram device that is Embodiment 3 of the present invention.

【図11】被測定物、対物レンズ、ホログラム面及び対
物レンズによる被測定物の拡大像それぞれの位置関係を
説明する説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating the positional relationship between the measured object, the objective lens, the hologram surface, and the magnified image of the measured object by the objective lens.

【図12】同心円状のデフォーカス収差について説明す
る説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating concentric defocus aberrations.

【図13】ホログラム装置が行なう処理のフローチャー
トである。
FIG. 13 is a flowchart of processing performed by the hologram device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 光源 14 干渉光学系 16 撮像素子 18 干渉光学系 27 干渉光学系 30 干渉光学系 34 干渉光学系 32 干渉光学系 28 干渉光学系 29 干渉光学系 33 撮像素子 35 干渉光学系 36 干渉光学系 11 light source 14 Interference optical system 16 Image sensor 18 Interference optical system 27 Interference optical system 30 Interference optical system 34 Interference optical system 32 Interferometric optical system 28 Interference optical system 29 Interference optical system 33 Image sensor 35 Interference optical system 36 Interference optical system

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定物における反射光と所定の参照光
との間で干渉縞を撮像した当該干渉縞の画像データであ
る干渉縞データに基づいて、前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データ及び振幅を示す振幅データからなる複素振幅デー
タをフレネル解析計算により求める光学データ検出手段
と、 前記振幅データにおける合焦状態を判定し、前記振幅デ
ータを前記被測定物の実像又は虚像の画像に変換する像
再生手段と、を備え、 前記像再生手段は、前記複素振幅データにおける0次回
折光の像の中心が再生画像上の所定の位置となるように
調整し、この調整後の前記複素振幅データにおける0次
回折光の像の中心と前記複素振幅データにおける実像又
は虚像の中心との再生画像上での距離を求め、前記複素
振幅データにおける実像又は虚像の中心を基準として前
記実像又は虚像を拡大又は縮小することで、前記光軸方
向の位置の相違に伴う前記変換後の実像又は虚像の位置
及びサイズの相違を修正する、ホログラフィ装置。
1. A plurality of positions in the optical axis direction of the reflected light based on interference fringe data, which is image data of the interference fringe obtained by imaging the interference fringe between the reflected light on the object to be measured and a predetermined reference light. In optical data detection means for obtaining complex amplitude data consisting of phase data indicating the phase of the reflected light of the object to be measured and amplitude data indicating the amplitude by Fresnel analysis calculation, and determining the focus state in the amplitude data, the amplitude Image reproducing means for converting the data into an image of a real image or a virtual image of the object to be measured, wherein the image reproducing means is such that the center of the 0th-order diffracted light image in the complex amplitude data is at a predetermined position on the reproduced image. And the distance on the reproduced image between the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data after the adjustment and the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data, The difference in the position and size of the converted real image or virtual image due to the difference in position in the optical axis direction is corrected by enlarging or reducing the real image or virtual image with reference to the center of the real image or virtual image in the complex amplitude data. A holographic device.
【請求項2】 被測定物における反射光と所定の参照光
との間で干渉縞を撮像した当該干渉縞の画像データであ
る干渉縞データに基づいて、前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データ及び振幅を示す振幅データからなる複素振幅デー
タをフレネル解析計算により求める光学データ検出手段
と、 前記振幅データにおける合焦状態を判定し、前記振幅デ
ータを前記被測定物の表面の形状データに変換する形状
データ作成手段と、を備え、 前記形状データ作成手段は、前記複素振幅データにおけ
る0次回折光の像の中心が再生画像上の所定の位置とな
るように調整し、この調整後の前記複素振幅データにお
ける0次回折光の像の中心と前記複素振幅データにおけ
る実像又は虚像の中心との再生画像上での距離を求め、
前記複素振幅データにおける実像又は虚像の中心を基準
として前記実像又は虚像を拡大又は縮小することで、前
記光軸方向の位置の相違に伴う前記変換後の実像又は虚
像の位置及びサイズの相違を修正する、ホログラフィ装
置。
2. A plurality of positions in the optical axis direction of the reflected light based on interference fringe data which is image data of the interference fringe obtained by imaging the interference fringe between the reflected light on the object to be measured and a predetermined reference light. In optical data detection means for obtaining complex amplitude data consisting of phase data indicating the phase of the reflected light of the object to be measured and amplitude data indicating the amplitude by Fresnel analysis calculation, and determining the focus state in the amplitude data, the amplitude Shape data creating means for converting data into shape data of the surface of the object to be measured, wherein the shape data creating means is such that the center of the 0th-order diffracted light image in the complex amplitude data is at a predetermined position on the reproduced image. On the reproduced image of the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data and the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data after the adjustment. The distance required,
By expanding or reducing the real image or the virtual image with the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data as a reference, the difference in the position and size of the converted real image or the virtual image due to the difference in the position in the optical axis direction is corrected. A holographic device.
【請求項3】 被測定物における反射光と所定の参照光
との間で干渉縞を撮像した当該干渉縞の画像データであ
る干渉縞データに基づいて、前記反射光の光軸方向の複
数位置における前記被測定物の反射光の位相を示す位相
データ及び振幅を示す振幅データからなる複素振幅デー
タをフレネル解析計算により求める光学データ検出手段
と、 前記振幅データを用いて合焦状態を判定し前記被測定物
の表面形状のデータである第1の表面形状データを求め
る第1の表面形状データ作成手段と、 前記位相データを用いて前記被測定物の表面形状のデー
タである第2の表面形状データを求める第2の表面形状
データ作成手段と、 前記第1の表面形状データと前記第2の表面形状データ
とを合成して、前記被測定物の表面形状のデータである
第3の表面形状データを求める合成手段と、を備え、 前記合成手段は、前記複素振幅データにおける0次回折
光の像の中心が再生画像上の所定の位置となるように調
整し、この調整後の前記複素振幅データにおける0次回
折光の像の中心と前記複素振幅データにおける実像又は
虚像の中心との再生画像上での距離を求め、前記複素振
幅データにおける実像又は虚像の中心を基準として前記
実像又は虚像を拡大又は縮小することで、前記光軸方向
の位置の相違に伴う前記合成後の実像又は虚像の位置及
びサイズの相違を修正する、ホログラフィ装置。
3. A plurality of positions in the optical axis direction of the reflected light based on interference fringe data which is image data of the interference fringe obtained by imaging the interference fringe between the reflected light on the object to be measured and a predetermined reference light. In the optical data detection means for obtaining complex amplitude data consisting of phase data indicating the phase of the reflected light of the object to be measured and amplitude data indicating the amplitude by Fresnel analysis calculation, and determining the focus state using the amplitude data, First surface shape data creating means for obtaining first surface shape data which is data of the surface shape of the object to be measured, and second surface shape which is data of the surface shape of the object to be measured using the phase data. A second surface shape data creating means for obtaining data, a third surface which is data of the surface shape of the object to be measured by synthesizing the first surface shape data and the second surface shape data. A synthesizing unit for obtaining shape data, wherein the synthesizing unit adjusts the center of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data to a predetermined position on the reproduced image, and adjusts the complex amplitude. The distance on the reproduced image between the center of the image of the 0th-order diffracted light in the data and the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data is obtained, and the real image or the virtual image is enlarged with the center of the real image or the virtual image in the complex amplitude data as a reference. A holography device that corrects a difference in position and size of the combined real image or virtual image due to a difference in position in the optical axis direction by reducing the size.
【請求項4】 被測定物に照射する光を発する光源と、 その光の被測定物における反射光と所定の参照光との間
で干渉縞を発生させる干渉光学系と、 この干渉縞を撮像して当該干渉縞の画像データである干
渉縞データを出力する撮像素子と、を備えている請求項
1〜3の何れかの一に記載のホログラフィ装置。
4. A light source that emits light for irradiating an object to be measured, an interference optical system that generates interference fringes between the light reflected by the object to be measured and a predetermined reference light, and an image of the interference fringes. The holographic device according to claim 1, further comprising: an image sensor that outputs interference fringe data that is image data of the interference fringe.
【請求項5】 前記像再生手段、前記形状データ作成手
段又は前記合成手段は、像再生の際の再生距離zである
場合における0次光中心の位置ずれ量を下式P(z)で
表わしたときに、 【数1】 (但し、L:前記干渉縞の撮像面のサイズ、λ:前記干
渉縞を撮像した際の光源波長、M:前記干渉縞を撮像し
た撮像素子の一方向における画素数(データ数)) P(z)の1/2だけ位置をずらすことにより、前記複
素振幅データにおける0次回折光の像の中心が再生画像
上の中心位置となるようにする、請求項1〜4の何れか
の一に記載のホログラフィ装置。
5. The image reproducing means, the shape data creating means, or the synthesizing means represents the amount of positional deviation of the 0th-order light center when the reproduction distance is z at the time of image reproduction, by the following formula P (z). When, (Where L is the size of the image plane of the interference fringes, λ is the wavelength of the light source when the interference fringes are imaged, M is the number of pixels (the number of data) in one direction of the image pickup device which images the interference fringes) P ( 5. The position of the image of the 0th-order diffracted light in the complex amplitude data is set to the center position on the reproduced image by shifting the position by 1/2 of z). Holographic device.
【請求項6】 前記像再生手段、前記形状データ作成手
段又は前記合成手段は、前記実像又は虚像の中心が0次
光による像の中心に対して干渉縞のキャリヤ周波数に相
当する画素数分だけずれた位置にあることから、0次光
の像の中心と実像又は虚像の中心との再生画像上での距
離を求める、請求項1〜5の何れかの一に記載のホログ
ラフィ装置。
6. The image reproducing means, the shape data creating means or the synthesizing means is arranged such that the center of the real image or the virtual image is the number of pixels corresponding to the carrier frequency of the interference fringes with respect to the center of the image of the 0th order light. The holographic device according to any one of claims 1 to 5, wherein a distance between a center of an image of 0th-order light and a center of a real image or a virtual image on a reproduced image is obtained because the position is deviated.
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