JP2013190406A - 三次元形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】三次元形状測定装置1は、コヒーレント光源10と、ランダム位相変調光学系11と、設置台12と、フーリエ変換光学系13と、撮像素子14と、演算部15とを備える。ランダム位相変調光学系11は、コヒーレント光を二次元的にランダム位相変調し、二次元的にランダム位相変調された平面光を生成する。フーリエ変換光学系13は、被測定物16を透過した光を光学フーリエ変換することにより光強度分布画像を生成させる。撮像素子14は、光強度分布画像を撮像する。演算部15は、撮像された光強度分布画像から被測定物16の位相情報を演算する。演算部15は、位相情報から被測定物16の三次元形状を算出する。
【選択図】図1
Description
m1=Round[(λ2・φ2−λ1・φ1)/2π(λ1−λ2)] ……… (2)
Φ23=(φ3/2π+m2)・(λ3/ 2) ……… (3)
m2=Round[(λ3・φ3−λ2φ2)/2π(λ2−λ3)] ……… (4)
図1は、第1の実施形態における三次元形状測定装置1の略図的構成図である。三次元形状測定装置1は、例えば、細胞などの光を透過させる微小な被測定物の厚みなどの三次元形状を非接触で光学的に測定することができる装置である。三次元形状測定装置1によれば、例えば、生物細胞試料を生きた環境のまま前処理なしにリアルタイムで分析することができる。従って、三次元形状測定装置1は、例えば、創薬、健康管理、国家安全保障、食品産業あるいは花粉アレルギー、パンデミック感染症の予防、バイオテロ監視、あるいはバクテリア汚染検知の各分野において有効に利用される。
xn=xn−p+xn−q (p>q) ……… (1)
図6は、第2の実施形態におけるランダム位相変調光学系の略図的構成図である。
図7は、第3の実施形態における三次元形状測定装置の略図的構成図である。
図8は、第4の実施形態における三次元形状測定装置の略図的構成図である。図8に示されるように、コヒーレント光源10は、第1の波長のコヒーレント光を出射する光源10aと、第2の波長のコヒーレント光を出射する光源10bと、第3の波長のコヒーレント光を出射する光源10cとを含んでいてもよい。その場合、演算部15は、以下のように構成されていることが好ましい。記憶部15aは、第1〜第3の波長のそれぞれの光強度分布画像及び光強度分布画像を記憶する。位相像算出部15bは、第1〜第3の波長のそれぞれの回復された基準位相像と位相が回復された測定位相像を算出する。相互相関画像算出部15cは、第1〜第3の波長のそれぞれの相互相関画像を算出する。疑似位相遅延画像算出部15dは、第1〜第3の波長のそれぞれの疑似位相遅延画像を算出する。特異点解消部15eは、第1の波長の疑似位相遅延画像φ1、第2の波長の疑似位相遅延画像φ2及び第3の波長の疑似位相遅延画像φ3から、下記の式(1)〜(4)に基づいて、第1の合成波長Λ12の疑似位相遅延画像Φ12と第2の合成波長Λ23の疑似位相遅延画像Φ23とを算出し、疑似位相遅延画像Φ12及び疑似位相遅延画像Φ23の各要素の隣接画素データから特異点を解消し、位相遅延画像を求める。
m1=Round[(λ2・φ2−λ1・φ1)/2π(λ1−λ2)] ……… (2)
Φ23=(φ3/2π+m2)・(λ3/2) ……… (3)
m2=Round[(λ3・φ3−λ2φ2)/2π(λ2−λ3)] ……… (4)
10…コヒーレント光源
11…ランダム位相変調光学系
11a〜11c…透明基板
11d…窓
11e…誘電体層
11f…グレイスケール画像が印刷された透光板
11g…コンデンサーレンズ
11h…空間フィルター
12…設置台
13…フーリエ変換光学系
14…撮像素子
15…演算部
15a…記憶部
15a1…基準画像記憶部
15a2…測定画像記憶部
15b…位相像算出部
15c…相互相関画像算出部
15d…疑似位相遅延画像算出部
15e…特異点解消部
15f…三次元形状算出部
16…被測定物
17…ビームスプリッタ
Claims (8)
- コヒーレント光を出射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光を二次元的にランダム位相変調し、二次元的にランダム位相変調された平面光を生成するランダム位相変調光学系と、
前記二次元的にランダム位相変調された平面光が透過するように被測定物が設置される設置台と、
前記被測定物を透過した光を光学フーリエ変換することにより光強度分布画像を生成させるフーリエ変換光学系と、
前記光強度分布画像を撮像する撮像素子と、
前記撮像された光強度分布画像から前記被測定物の位相情報を演算し、前記位相情報から前記被測定物の三次元形状を算出する演算部と、
を備える、三次元形状測定装置。 - 前記ランダム位相変調光学系は、離散値が2値、3値または4値であるランダム位相変調を行うように構成されている、請求項1に記載の三次元形状測定装置。
- 前記ランダム位相変調光学系は、空間位相変調フィルターを有する、請求項1または2に記載の三次元形状測定装置。
- 前記ランダム位相変調光学系は、前記コヒーレント光源側からこの順番で配された、グレイスケール画像が印刷された透光板と、コンデンサーレンズと、空間フィルターとを有する、請求項1または2に記載の三次元形状測定装置。
- 前記コヒーレント光源が、第1の波長のコヒーレント光を出射する光源と、第2の波長のコヒーレント光を出射する光源と、第3の波長のコヒーレント光を出射する光源とを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
- 前記演算部は、
前記被測定物が設置されていない状態で撮像された光強度分布画像と、前記被測定物が設置された状態で撮像された光強度分布画像とを記憶する記憶部と、
前記被測定物が設置されていない状態で撮像された光強度分布画像から位相が回復された基準位相像を算出すると共に、前記被測定物が設置された状態で撮像された光強度分布画像から位相が回復された測定位相像を算出する位相像算出部と、
前記基準位相像と前記測定位相像との相互相関関数を計算することにより相互相関画像を算出する相互相関画像算出部と、
前記相互相関画像の各要素の値と前記相互相関画像のピーク位置との差に従って疑似位相遅延画像を算出する疑似位相遅延画像算出部と、
前記疑似位相遅延画像の各要素の隣接画素データから特異点を解消し、位相遅延画像を求める特異点解消部と、
前記位相遅延画像から前記被測定物の三次元形状を算出する三次元形状算出部と、
を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 - 前記位相像算出部は、前記被測定物が設置されていない状態で撮像された光強度分布画像を、複素空間データに拡張した後に、前記複素空間データの実数部の一部を0に強制し、その後、デジタル逆フーリエ変換することにより位相を回復させることにより前記基準位相像を算出すると共に、前記被測定物が設置された状態で撮像された光強度分布画像を、複素空間データに拡張した後に、前記複素空間データの実数部の一部を0に強制し、その後、デジタル逆フーリエ変換することにより位相を回復させることにより前記測定位相像を算出する、請求項6に記載の三次元形状測定装置。
- 前記コヒーレント光源が、第1の波長のコヒーレント光を出射する光源と、第2の波長のコヒーレント光を出射する光源と、第3の波長のコヒーレント光を出射する光源とを含み、
前記記憶部は、前記第1〜第3の波長のそれぞれの前記光強度分布画像及び前記光強度分布画像を記憶し、
前記位相像算出部は、前記第1〜第3の波長のそれぞれの前記回復された基準位相像と前記位相が回復された測定位相像を算出し、
前記相互相関画像算出部は、前記第1〜第3の波長のそれぞれの前記相互相関画像を算出し、
前記疑似位相遅延画像算出部は、前記第1〜第3の波長のそれぞれの前記疑似位相遅延画像を算出し、
特異点解消部は、前記第1の波長の疑似位相遅延画像φ1、前記第2の波長の疑似位相遅延画像φ2及び前記第3の波長の疑似位相遅延画像φ3から、下記の式(1)〜(4)に基づいて、第1の合成波長Λ12の疑似位相遅延画像Φ12と第2の合成波長Λ23の疑似位相遅延画像Φ23とを算出し、前記疑似位相遅延画像Φ12及び前記疑似位相遅延画像Φ23の各要素の隣接画素データから特異点を解消し、位相遅延画像を求める、請求項6または7に記載の三次元形状測定装置。
Φ12=(φ2/2π+m1)・(λ2/2) ……… (1)
m1=Round[(λ2・φ2−λ1・φ1)/2π(λ1−λ2)] ……… (2)
Φ23=(φ3/2π+m2)・(λ3/2) ……… (3)
m2=Round[(λ3・φ3−λ2φ2)/2π(λ2−λ3)] ……… (4)
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