JP2018205430A - Phase shift digital holography apparatus and program thereof - Google Patents

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Peng Xia
鵬 夏
志遠 李
Shien Ri
志遠 李
慶華 王
Wang Qinghua
慶華 王
浩 津田
Hiroshi Tsuda
浩 津田
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Abstract

To solve the problem in which since it is difficult to accurately move an optical path length of reference light in phase shift digital holography, an interference fringe image having an accurate phase shift amount cannot be obtained, and image quality of a reconstructed image deteriorates, and in which development of a technology to improve the image quality of the reconstructed image by detecting a phase shift amount of reference light due to low operation accuracy of a phase shift apparatus and correcting an interference fringe image is desired.SOLUTION: An interference fringe image between a laser beam irradiated on a measurement object and phase shifted reference light is recorded by a camera 2, and a phase shift amount due to low operating accuracy of a phase shift apparatus is detected from a regularity fringe pattern using a moire image processing technique. After the interference fringe image for the object recorded by a camera 1 is corrected by the detected phase shift amount, the interference fringe image is reconstructed, image quality of the reconstructed image is improved, and measuring accuracy is improved.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本技術は位相シフトデジタルホログラフィ装置の干渉縞画像に関する。   The present technology relates to an interference fringe image of a phase shift digital holography device.

デジタルホログラフィでは、撮像素子を用いて物体光と参照光によって生成された干渉縞画像を撮影し、計算機上で干渉縞画像に計算を行うことで計測対象の振幅分布と位相分布の情報を得る。
振幅分布から計測対象の強度情報、位相分布から計測対象の形状・変位分布が得られる。
In digital holography, an interference fringe image generated by object light and reference light is captured using an imaging device, and information on the amplitude distribution and phase distribution of the measurement target is obtained by calculating the interference fringe image on a computer.
The intensity information of the measurement target is obtained from the amplitude distribution, and the shape / displacement distribution of the measurement target is obtained from the phase distribution.

しかし、干渉縞に不要な成分である0次回折光と共役像(-1次回折光)があり、再生像の画質が劣化する問題がある。   However, there is a problem that there is a 0th-order diffracted light and a conjugate image (-1st-order diffracted light), which are components unnecessary for interference fringes, and the quality of the reproduced image deteriorates.

これら不要な成分を除去する手法として、off-axisデジタルホログラフィ(非特許文献1)と位相シフトデジタルホログラフィがそれぞれ提案された(特許文献1,非特許文献2)。   Off-axis digital holography (Non-Patent Document 1) and phase-shift digital holography have been proposed as methods for removing these unnecessary components (Patent Document 1, Non-Patent Document 2).

off-axisデジタルホログラフィでは、参照光と物体光は大きな交差角度でカメラに入射され、参照光と物体光の交差角度方向に所望の像(+1次回折光)と共役像を分離して所望の像を再生することができる。
再生像の一例を図1に示す。
In off-axis digital holography, the reference beam and the object beam are incident on the camera at a large crossing angle, and the desired image (+ 1st order diffracted beam) and the conjugate image are separated in the crossing angle direction of the reference beam and the object beam. The image can be reproduced.
An example of a reproduced image is shown in FIG.

空間フィルタを利用することにより、所望の像のみを抽出することが可能であるが、off-axisデジタルホログラフィは再生像の一部エリアしか利用できないため、計測範囲が狭い問題がある。   Although it is possible to extract only a desired image by using a spatial filter, off-axis digital holography has a problem that the measurement range is narrow because only a partial area of a reproduced image can be used.

一方、位相シフトデジタルホログラフィでは、位相シフトされた複数の参照光と物体光によって生成される複数の干渉縞画像を記録し、位相シフト計算により不要な像成分を除去し、所望の像のみを再生する。
光学系の一例を図2に示す。
On the other hand, phase shift digital holography records multiple interference fringe images generated by multiple phase-shifted reference beams and object beams, removes unnecessary image components by phase shift calculation, and reproduces only desired images. To do.
An example of the optical system is shown in FIG.

参照光側にミラー付きピエゾ素子などの位相シフト装置を導入し、制御部により位相シフト装置を駆動し、撮像面の参照光の位相をシフトする。
記録された干渉縞画像から演算処理部で演算することにより物体光の位相分布と物体光の振幅分布を算出し、表示部で表示する。
これまで、多くの位相シフト手段が提案されている(非特許文献3)。
A phase shift device such as a piezo element with a mirror is introduced on the reference light side, and the phase shift device is driven by the control unit to shift the phase of the reference light on the imaging surface.
The calculation processing unit calculates the phase distribution of the object light and the amplitude distribution of the object light from the recorded interference fringe image, and displays them on the display unit.
Until now, many phase shift means have been proposed (Non-patent Document 3).

特開平10−268740号公報JP-A-10-268740 特開2009−264852号公報JP 2009-264852 A

J. W. Goodman and R. W. Lawrence, “Digital image formation from electronically detected holograms,” Applied. Physics. Letters. 11, pp. 325 77-79 (1967).J. W. Goodman and R. W. Lawrence, “Digital image formation from electronically detected holograms,” Applied. Physics. Letters. 11, pp. 325 77-79 (1967). Yamaguchi Ichirou and Tong Zhang, “Phase- shifting digital holography.” Optics Letters 22, 16, pp. 1268-1270 (1997).Yamaguchi Ichirou and Tong Zhang, “Phase-shifting digital holography.” Optics Letters 22, 16, pp. 1268-1270 (1997). J.A.N. Buytaert and J.J.J. Dirckx, “Study of the performance of 84 phase- shifting algorithms for interferometry.” Journal of Optics, 40, 3, pp. 114-131 (2011).J.A.N. Buytaert and J.J.J.Dirckx, “Study of the performance of 84 phase-shifting algorithms for interferometry.” Journal of Optics, 40, 3, pp. 114-131 (2011). Y. Morimoto, et al., “Deformation measurement by phase-shifting digital holography,” Experimental Mechanics, 45, 1, pp. 65-70 (2005).Y. Morimoto, et al., “Deformation measurement by phase-shifting digital holography,” Experimental Mechanics, 45, 1, pp. 65-70 (2005).

位相シフトデジタルホログラフィは、位相シフト装置を利用して、ナノオーダーの精度で参照光の光路長を光軸に沿って移動させることにより、複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する(特許文献1)。   Phase shift digital holography records a plurality of phase-shifted interference fringe images by moving the optical path length of the reference light along the optical axis with a nano-order accuracy using a phase shift device (Patent Document). 1).

本技術を実現する一例としてミラー付き高精度ピエゾ素子を用い、ナノオーダーで変位を計測した実験が報告されている(非特許文献4)。
現在市販されているピエゾ素子には、高価で高精度なClose loopタイプと安価であるが低精度なOpen loopタイプがある。
As an example of realizing this technology, an experiment has been reported in which a high-precision piezo element with a mirror is used and displacement is measured in the nano order (Non-Patent Document 4).
Piezo elements that are currently on the market include an expensive and highly accurate Close loop type and an inexpensive but low-accuracy Open loop type.

Open loopタイプピエゾ素子はClose loopタイプに比較して参照光の光路長を正確に移動させることができない。
そのため位相シフト量が正確な干渉縞画像を得ることができず、再生像の画質が落ちる問題があった。
Close loopタイプピエゾ素子でも、駆動電圧など利用環境に依存するため、正確に動作できない場合もある。
The open loop type piezo element cannot accurately move the optical path length of the reference light as compared with the close loop type.
Therefore, there is a problem that an interference fringe image with an accurate phase shift amount cannot be obtained and the quality of the reproduced image is deteriorated.
Even a closed loop type piezo element may not operate correctly because it depends on the usage environment such as drive voltage.

Open loopタイプピエゾ素子を用いて安価に位相シフトデジタルホログラフィ計測装置を実用化するために、位相シフト装置の動作精度の低さに起因する参照光の位相ずれ量を検出し、干渉縞画像を補正することにより再生像の画質を向上させる技術の開発が望まれている。また高価なClose loopタイプピエゾ素子を用いた計測装置においてもより高精度な計測を実現するため、参照光の位相ずれ量を検出し、干渉縞画像を補正することにより再生像の画質を向上させる技術の開発が望まれている。   In order to put a phase shift digital holography measurement device into practical use at low cost using an open loop type piezo element, the phase shift amount of the reference light due to the low operation accuracy of the phase shift device is detected and the interference fringe image is corrected. Therefore, it is desired to develop a technique for improving the quality of a reproduced image. In addition, in order to achieve more accurate measurement even in measurement devices using expensive Close loop type piezo elements, the image quality of the reproduced image is improved by detecting the phase shift amount of the reference light and correcting the interference fringe image. Technology development is desired.

図3に示したように、本発明では、計測対象に照射する前にビームスプリッタで取り出したレーザー光と、位相シフトされた参照光の干渉縞画像をカメラ2で記録する。   As shown in FIG. 3, in the present invention, an interference fringe image of the laser beam extracted by the beam splitter and the phase-shifted reference beam before irradiating the measurement target is recorded by the camera 2.

一方、カメラ1は計測対象からの反射光と位相シフトされた参照光の干渉縞画像を記録する(Step1)。
二つの平面波(あるいは近似平面波)が干渉すると規則性の縞模様が発生する。
On the other hand, the camera 1 records an interference fringe image of the reflected light from the measurement target and the phase-shifted reference light (Step 1).
When two plane waves (or approximate plane waves) interfere with each other, a regular stripe pattern is generated.

図4にカメラ2が記録した規則性の縞模様の一例を示す。   FIG. 4 shows an example of a regular stripe pattern recorded by the camera 2.

カメラ2が記録した規則性の縞模様から画像処理手法で、ピエゾ素子など位相シフト装置の動作精度の低さに起因する位相ずれ量を検出する(Step2)。   From the regular stripe pattern recorded by the camera 2, an amount of phase shift due to low operation accuracy of a phase shift device such as a piezo element is detected by an image processing method (Step 2).

そして、図5に示すカメラ1で記録した干渉縞画像をカメラ2で検出したずれ量で補正して(Step3)再生する(Step4)ことで再生像の画質を改善し、計測精度を向上させることができる。   Then, the interference fringe image recorded by the camera 1 shown in FIG. 5 is corrected with the shift amount detected by the camera 2 (Step 3) and reproduced (Step 4), thereby improving the image quality of the reproduced image and improving the measurement accuracy. Can do.

本発明は位相シフト装置を用いる全ての位相シフトデジタルホログラフィに適用可能である。
また図3に示した例では物体光の反射光を用いているが、透過光を用いても良い。
The present invention is applicable to all phase shift digital holography using a phase shift device.
In the example shown in FIG. 3, reflected light of object light is used, but transmitted light may be used.

具体的には次の手段を提供できる。
(1)
光源からの出射光(以下、光源光とよぶ)と前記光源光の位相に所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置からの参照光との干渉光1を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像1(複数回は1回からn回、nは3以上の自然数)から前記参照光の位相を解析する位相シフトデジタルホログラフィの方法であって、
前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を前記干渉縞画像1の解析から得た位相のずれ量で補正したことを特徴とする方法。
(2)
前記位相シフトデジタルホログラフィは4段階位相シフトデジタルホログラフィであって前記複数回は4回であることを特徴とする(1)に記載の方法。
(3)
前記位相シフト装置は、ピエゾ素子、ウエッジプリズム、1/4波長板及び1/2波長板のいずれかから構成されていることを特徴とする(2)に記載の方法。
(4)
前記位相のずれ量は、モアレ法を用い前記干渉縞画像1に映る干渉縞を解析して得たことを特徴とする(3)に記載の方法。
(5)
さらに前記光源光を物体に照射して反射したまたは物体を透過した物体光と前記参照光との干渉光2を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像2から、(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の方法で解析された前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて前記物体のホログラフィ画像を再生する位相シフトデジタルホログラフィの方法。
Specifically, the following means can be provided.
(1)
The interference light 1 between the light emitted from the light source (hereinafter referred to as light source light) and the reference light from the phase shift device in which a predetermined phase shift amount is set to the phase of the light source light is changed in the predetermined phase shift amount. A phase shift digital holography method for analyzing the phase of the reference light from the interference fringe image 1 (multiple times is 1 to n times, where n is a natural number of 3 or more),
The method, wherein the predetermined phase shift amount set for the reference light is corrected by a phase shift amount obtained from the analysis of the interference fringe image 1.
(2)
The method according to (1), wherein the phase shift digital holography is a four-stage phase shift digital holography, and the plurality of times is four times.
(3)
The method according to (2), wherein the phase shift device includes any one of a piezo element, a wedge prism, a quarter wavelength plate, and a half wavelength plate.
(4)
The method according to (3), wherein the phase shift amount is obtained by analyzing interference fringes reflected in the interference fringe image 1 using a moire method.
(5)
Further, from the interference fringe image 2 obtained by irradiating the object light with the light source light and reflecting the interference light 2 between the object light reflected through the object and the reference light and the reference light, or a plurality of times by changing the predetermined phase shift amount, A method of phase shift digital holography for reproducing a holographic image of the object using the phase of the reference light corrected by the phase shift amount analyzed by the method according to any one of (1) to (4) .

(6)
(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の方法において前記解析を実行することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
(7)
(5)に記載の位相シフトデジタルホログラフィの方法において前記物体のホログラフィ画像を再生することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
(6)
The program according to any one of (1) to (4), wherein the analysis is executed, or a storage medium storing the program.
(7)
(5) A phase shift digital holography method according to (5), wherein a holographic image of the object is reproduced, or a storage medium storing the program.

(8)
光源とビームスプリッタ1とビームスプリッタ2と位相シフト装置と補正用の撮像装置1(カメラ2)とを備えた位相シフトホログラフィ画像処理装置であって、
前記光源から出射された光(以下光源光とよぶ)は前記ビームスプリッタ2により2つの光源光に分光され、
前記光源光は所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置により参照光となり、
前記光源光と前記参照光はビームスプリッタ1に入射して干渉光1となり、
撮像装置1は干渉光1から前記干渉縞画像1を撮像し、
(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の方法を用い前記解析から得た位相のずれ量で前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を補正することを特徴とする位相シフトホログラフィ画像処理装置。
上の補正用の撮像装置1は上に述べた、そして以下に述べる実施形態のカメラ2を指す。
(9)
(8)に記載の画像処理装置はさらに前記ビームスプリッタ2に接続された計測用の撮像装置2(カメラ1)と前記光源光の一部を分光するビームスプリッタ3と前記参照光の一部を分光するビームスプリッタ4と表示装置を備え、
前記ビームスプリッタ3により分光された前記光源光は物体に反射してまたは物体を透過した物体光となり、
前記物体光と前記ビームスプリッタ4により分光された参照光はビームスプリッタ2に入射して干渉光2となるように構成されており、
前記画像処理装置において、撮像装置2が撮像した干渉光2の干渉縞画像2を前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて再生した前記物体のホログラフィ画像2を前記表示装置に表示することを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
上の計測用の撮像装置2は上に述べた、そして以下に述べる実施形態のカメラ1を指す。
(10)
(8)に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
(8)
A phase shift holographic image processing apparatus comprising a light source, a beam splitter 1, a beam splitter 2, a phase shift device, and a correction imaging device 1 (camera 2),
Light emitted from the light source (hereinafter referred to as light source light) is split into two light source lights by the beam splitter 2,
The light source light becomes reference light by a phase shift device in which a predetermined phase shift amount is set,
The light source light and the reference light are incident on a beam splitter 1 to become interference light 1,
The imaging device 1 captures the interference fringe image 1 from the interference light 1,
The phase according to any one of (1) to (4), wherein the predetermined phase shift amount set in the reference light is corrected with a phase shift amount obtained from the analysis. Shift holographic image processing device.
The upper correction imaging device 1 refers to the camera 2 of the embodiment described above and described below.
(9)
The image processing apparatus according to (8) further includes a measurement imaging device 2 (camera 1) connected to the beam splitter 2, a beam splitter 3 for splitting a part of the light source light, and a part of the reference light. A beam splitter 4 for splitting light and a display device;
The light source light spectrally separated by the beam splitter 3 becomes object light reflected on or transmitted through the object,
The object light and the reference light split by the beam splitter 4 are configured to enter the beam splitter 2 and become interference light 2,
In the image processing device, the holographic image 2 of the object reproduced by using the phase of the reference light corrected by the phase shift amount is displayed on the display device. A phase shift digital holography measuring device characterized by displaying.
The imaging device 2 for measurement above refers to the camera 1 of the embodiment described above and described below.
(10)
A phase shift digital holography measuring device comprising the image processing device according to (8).

本発明によれば、ピエゾ素子など位相シフト装置の動作精度の低さに起因する参照光の位相ずれ量を検出でき、高精度な3次元形状・変位計測が可能になる。
本発明は、位相シフト装置が必要を用いる位相シフトデジタルホログラフィに適用できる。
位相シフトデジタルホログラフィの実用化に大きく貢献でき、製品の工業検査、材料の形状、熱・力学的変形の計測装置の実現に寄与するものと期待できる。
According to the present invention, it is possible to detect the phase shift amount of the reference light due to the low operation accuracy of the phase shift device such as a piezo element, and it is possible to perform highly accurate three-dimensional shape / displacement measurement.
The present invention can be applied to phase shift digital holography that requires a phase shift device.
It can greatly contribute to the practical application of phase shift digital holography and can be expected to contribute to the realization of industrial inspection of products, measurement of material shape, and thermo / mechanical deformation measuring device.

off-axisデジタルホログラフィの再生像と空間周波数の関係図である。It is a related figure of the reproduction image and spatial frequency of off-axis digital holography. 公知の位相シフトデジタルホログラフィ装置の光学例である。It is an optical example of a well-known phase shift digital holography device. 本発明の実施形態1に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the phase shift digital holography measuring apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施形態1においてカメラ2で記録した鏡面物体から得られたコントラストの高い干渉縞模様の一例である。2 is an example of a high-contrast interference fringe pattern obtained from a specular object recorded by a camera 2 in the first embodiment. 実施形態1においてカメラ1で記録した測定対象物の情報(振幅と位相)を含む干渉縞画像である。2 is an interference fringe image including information (amplitude and phase) of a measurement object recorded by the camera 1 in the first embodiment. 本発明の実施形態1に係るフローチャート図である。It is a flowchart figure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の異なる構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a different structure of the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置において透過型物体を計測する際の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure at the time of measuring a transmission type | mold object in the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure at the time of measuring the transmitted light of the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure at the time of measuring the transmitted light of the phase shift digital holography measuring device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施例1において、本発明(左)および先行技術(右)により再生した物体画像情報(上:振幅分布、下:位相分布)である。In Example 1, object image information (upper: amplitude distribution, lower: phase distribution) reproduced by the present invention (left) and the prior art (right). 実施例2において、本発明および先行技術により再生した物体画像の輝度情報(振幅分布)である。In Example 2, it is the luminance information (amplitude distribution) of the object image reproduced | regenerated by this invention and the prior art. 実施例2において、本発明および先行技術により再生した画像のノイズを比較する図である。In Example 2, it is a figure which compares the noise of the image reproduced | regenerated by this invention and the prior art.

(実施形態1)
以下,本発明の実施形態1について添付図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図3は、本発明の実施形態1に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を表すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the phase shift digital holography measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

本計測装置は、光源、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ1・2・3・4、ミラー1・2、ミラー付きピエゾ素子、カメラ1・2、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置は、ミラー付きピエゾ素子を移動させることにより、参照光の位相をシフトする。
This measuring device includes a light source, an objective lens, a lens, beam splitters 1, 2, 3, 4, mirrors 1, 2, piezo elements with mirrors, cameras 1, 2, measurement object, control unit, arithmetic processing unit, and display unit. I have.
This measurement apparatus shifts the phase of the reference light by moving the piezo element with a mirror.

光源からの出射光の一部は、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ2・4、ミラー2、ビームスプリッタ1を介してカメラ2に入射され、一部はビームスプリッタ2・4を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光はカメラ1に入射される。   A part of the light emitted from the light source is incident on the camera 2 through the objective lens, the lens, the beam splitters 2 and 4, the mirror 2, and the beam splitter 1, and a part of the emitted light is measured by the beam splitters 2 and 4. The reflected light from the measurement target is incident on the camera 1.

光源からの出射光の他の一部は、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ2・3を介してミラー付きピエゾ素子に照射され、ミラー付きピエゾ素子からの反射光の一部はビームスプリッタ3、ミラー1、ビームスプリッタ1を介してカメラ2に入射し、一部はビームスプリッタ3・2を介してカメラ1に入射する。   The other part of the light emitted from the light source is irradiated to the piezo element with a mirror through the objective lens, the lens, and the beam splitters 2 and 3, and a part of the reflected light from the piezo element with the mirror is the beam splitter 3 and the mirror. 1. The light enters the camera 2 through the beam splitter 1, and a part of the light enters the camera 1 through the beam splitters 3 and 2.

図6は、本発明の実施形態1に係るフローチャートである。制御部においてミラー付きピエゾ素子を移動させることによって、カメラ1及びカメラ2は複数の位相シフトした干渉縞画像を記録する。   FIG. 6 is a flowchart according to the first embodiment of the present invention. By moving the piezo element with a mirror in the control unit, the camera 1 and the camera 2 record a plurality of phase-shifted interference fringe images.

記録した干渉縞画像データは演算処理部に読み込み、演算処理を行う。カメラ2で記録した干渉縞画像は計測対象に照射する前の光と参照光の干渉縞であり、規則性の縞模様である。   The recorded interference fringe image data is read into an arithmetic processing unit and subjected to arithmetic processing. The interference fringe image recorded by the camera 2 is an interference fringe between light before irradiating the measurement target and reference light, and has a regular stripe pattern.

はじめにこれらの縞模様からモアレ法など画像処理手法(例えば特許文献2)を用いて設定した参照光のシフト量とピエゾ素子の動作精度の低さに起因する位相ずれ量を算出する。   First, the shift amount of the reference light set by using an image processing method such as the moire method (for example, Patent Document 2) and the phase shift amount due to the low operation accuracy of the piezo element are calculated from these striped patterns.

次に、算出された位相ずれ量を用いてカメラ1で記録した干渉縞画像を補正する。   Next, the interference fringe image recorded by the camera 1 is corrected using the calculated phase shift amount.

次に補正手段を詳細に説明する。
光源からの出射光は計測対象に照射され物体光が生成される。
物体光はカメラに入射され、カメラの撮像面での物体光の複素振幅は式(1)で表される。
Next, the correction means will be described in detail.
Light emitted from the light source is irradiated onto the measurement target, and object light is generated.
The object light is incident on the camera, and the complex amplitude of the object light on the imaging surface of the camera is expressed by Expression (1).

Figure 2018205430
Figure 2018205430

式(1)において、φは撮像面の物体光の位相分布に相当し、Aは撮像面の物体光の振幅分布に相当する。iは複素数表示における虚数単位である。
撮像面での参照光の複素振幅は式(2)で表される。
In Expression (1), φ corresponds to the phase distribution of the object light on the imaging surface, and A corresponds to the amplitude distribution of the object light on the imaging surface. i is an imaginary unit in the complex number display.
The complex amplitude of the reference light on the imaging surface is expressed by Expression (2).

Figure 2018205430
Figure 2018205430

式(2)において、φRは撮像面の参照光の位相データに相当し、ARは撮像面の参照光の振幅データに相当する。
物体光と参照光とは撮像面で干渉し、干渉縞画像が生成され、カメラで記録された干渉縞画像データ(輝度値)は式(3)で表される。
In the formula (2), φ R corresponds to the phase data of the reference light on the imaging surface, A R corresponds to the amplitude data of the reference light on the imaging surface.
The object light and the reference light interfere with each other on the imaging surface, an interference fringe image is generated, and interference fringe image data (luminance value) recorded by the camera is expressed by Expression (3).

Figure 2018205430
Figure 2018205430

式(3)において、*は共役を意味し、|U|2+|UR2は0次回折光、UU*Rは所望の像成分、U*URが共役像成分である。 In the formula (3), * means conjugation, | U | 2 + | U R | 2 is zero-order diffracted light, UU * R is a desired image component, and U * U R is a conjugate image component.

位相シフトデジタルホログラフィでは参照光の位相をシフトし、複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する必要がある。
ここでは4段階位相シフトデジタルホログラフィ(非特許文献2)を一例として、補正手段を説明する。
In phase shift digital holography, it is necessary to shift the phase of the reference light and record a plurality of phase-shifted interference fringe images.
Here, the correction means will be described by taking four-stage phase shift digital holography (Non-Patent Document 2) as an example.

4段階位相シフトデジタルホログラフィは位相シフト量がπ/2異なる4枚の干渉縞画像を記録する。   The four-stage phase shift digital holography records four interference fringe images having a phase shift amount different by π / 2.

まず、参照光の位相φRを0に設定し、1枚の干渉縞画像を記録する。 First, the phase φ R of the reference light is set to 0, and one interference fringe image is recorded.

次に、参照光の位相φRを、ミラー付きピエゾ素子を移動させてπ/2ずつ位相をシフトし、参照光の位相がπ/2、π、3π/2ずれた干渉縞画像を記録する。
ピエゾ素子の移動によりπ/2毎に正確に位相シフトしていると仮定した場合、4段階位相シフト計算式によって撮像面の物体光の位相分布と振幅分布を得られる。
Next, the phase φ R of the reference light is shifted by π / 2 by moving the mirrored piezo element, and an interference fringe image in which the phase of the reference light is shifted by π / 2, π, 3π / 2 is recorded. .
When it is assumed that the phase shift is accurately performed every π / 2 due to the movement of the piezo element, the phase distribution and the amplitude distribution of the object light on the imaging surface can be obtained by the four-stage phase shift calculation formula.

最後に、フレネル演算を行い、物体面の物体光の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する(非特許文献2)。   Finally, Fresnel calculation is performed to calculate the phase distribution and amplitude distribution of the object light on the object plane, and display on the display unit (Non-Patent Document 2).

しかしながら、ピエゾ素子の動作精度の低さや非線形性の特性から、設定した位相を正確にシフトできない場合が多い。   However, there are many cases where the set phase cannot be accurately shifted due to the low operation accuracy of the piezo element and the characteristics of nonlinearity.

その場合は、2枚目からの参照光の位相シフト量はπ/2ではなく、π/2+Δδ1、π+Δδ2、3π/2+Δδ3となる。
Δδ1、Δδ2、Δδ3は設定した位相シフト量とのずれ量であり、物体光の振幅・位相分布を再生する際の誤差原因となる。
In this case, the phase shift amount of the reference light from the second sheet is not π / 2 but π / 2 + Δδ 1 , π + Δδ 2 , 3π / 2 + Δδ 3 .
Δδ 1 , Δδ 2 , and Δδ 3 are deviation amounts from the set phase shift amount, and cause an error when reproducing the amplitude / phase distribution of the object light.

それら参照光の位相シフト量をそれぞれ式(3)に代入し、連立方程式から新たな物体光の位相分布と振幅分布の計算式が得られる。   By substituting the phase shift amounts of these reference lights into Equation (3), new equations for calculating the phase distribution and amplitude distribution of the object light can be obtained from the simultaneous equations.

4段階位相シフトデジタルホログラフィの場合は、撮像面での物体光の位相分布と振幅分布はそれぞれ式(4)、(5)で表される。   In the case of 4-step phase shift digital holography, the phase distribution and amplitude distribution of the object light on the imaging surface are expressed by equations (4) and (5), respectively.

Figure 2018205430
Figure 2018205430

ここで、Mの第1項と第2項、Nの第1項と第2項の関数Iは、順に参照光の位相を0、π+Δδ2、3π/2+Δδ3、π/2+Δδ1にシフトした干渉縞画像データである。 Here, the functions I of the first and second terms of M, and the first and second terms of N, respectively, change the phase of the reference light to 0, π + Δδ 2 , 3π / 2 + Δδ 3 , π / 2. + .DELTA..delta an interference fringe image data obtained by shifting the 1.

Figure 2018205430
Figure 2018205430

本発明において、式(3)を用いてカメラ2で記録した縞模様から設定した位相シフト量とのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3を算出し、式(4)の定義によってa1〜a4が得られる。 In the present invention, deviation amounts Δδ 1 , Δδ 2 , and Δδ 3 with respect to the phase shift amount set from the stripe pattern recorded by the camera 2 are calculated using Equation (3), and a 1 to. a 4 is obtained.

4枚の位相シフトされた干渉縞画像データとa1〜a4を式(4)、(5)に代入して、撮像面での物体光の位相分布と振幅分布を算出できる。 By substituting the four phase-shifted interference fringe image data and a 1 to a 4 into equations (4) and (5), the phase distribution and amplitude distribution of the object light on the imaging surface can be calculated.

フレネル演算を行うことにより、物体面の物体光の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。   By performing the Fresnel calculation, the phase distribution and the amplitude distribution of the object light on the object plane are calculated and displayed on the display unit.

本発明は4段階位相シフトデジタルホログラフィに限らず、すべての位相シフト装置を用いる位相シフトデジタルホログラフィに適用できる(非特許文献3)。異なる位相シフト手法は位相分布と振幅分布とを求める異なる位相シフト計算式がある。位相シフトずれ量が分かれば、対応の位相シフト計算式に代入し、新たな式で物体光の位相分布と振幅分布を算出する。   The present invention is not limited to four-stage phase shift digital holography but can be applied to phase shift digital holography using all phase shift devices (Non-patent Document 3). Different phase shift methods have different phase shift calculation formulas for obtaining a phase distribution and an amplitude distribution. If the amount of phase shift deviation is known, it is substituted into the corresponding phase shift calculation formula, and the phase distribution and amplitude distribution of the object light are calculated using the new formula.

図3のシステムは図7(a)、図8に示す構成にしても同様な機能を果たすことができる。
図7(b)は位相のずれ量を算出する構成を抜き出した図である。
また透過物体の計測においては図8に示すシステム構成から本発明の実施形態1に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測を行うことができる。
The system shown in FIG. 3 can perform the same function even with the configuration shown in FIGS.
FIG. 7B is a diagram in which a configuration for calculating a phase shift amount is extracted.
Further, in the measurement of the transmission object, the phase shift digital holography measurement according to the first embodiment of the present invention can be performed from the system configuration shown in FIG.

(実施形態2)
以下、本発明の実施形態2について添付図面を参照して説明する。
図9は、本発明の実施形態2に係るデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital holography measurement apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

本計測装置は、光源、対物レンズ1・2、レンズ1・2、ビームスプリッタ1・2・3・4・5、ミラー1・2・3・4、カメラ1・2、ウエッジプリズム、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置では、ウエッジプリズムの厚さを利用して、参照光の位相をシフトする。
This measuring device includes a light source, objective lenses 1 and 2, lenses 1 and 2, beam splitters 1 2, 3, 4 and 5, mirrors 1, 2, 3 and 4, cameras 1 and 2, a wedge prism, an object to be measured, A control unit, an arithmetic processing unit, and a display unit are provided.
In this measurement apparatus, the phase of the reference light is shifted using the thickness of the wedge prism.

このシステムでカメラ1に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、ビームスプリッタ1、対物レンズ1、レンズ1、ビームスプリッタ2、ミラー2を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光は物体光S2としてカメラ1に入射される。
In this system, the light incident on the camera 1 is the following two.
The light emitted from the light source is irradiated to the measurement target via the beam splitter 1, the objective lens 1, the lens 1, the beam splitter 2, and the mirror 2, and the reflected light from the measurement target is incident on the camera 1 as the object light S2. .

また、光源からの出射光は、ビームスプリッタ1、ミラー1、ウエッジプリズム、対物レンズ2、レンズ2、ビームスプリッタ3・4を介して、参照光S1としてカメラ1に入射される。   The light emitted from the light source enters the camera 1 as reference light S1 through the beam splitter 1, mirror 1, wedge prism, objective lens 2, lens 2, and beam splitters 3 and 4.

一方、カメラ2に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、ビームスプリッタ1、対物レンズ1、レンズ1、ビームスプリッタ2、ミラー3、ビームスプリッタ5を介して、物体光S4としてカメラ2に入射される。
On the other hand, the light incident on the camera 2 is the following two.
Light emitted from the light source enters the camera 2 as object light S4 through the beam splitter 1, the objective lens 1, the lens 1, the beam splitter 2, the mirror 3, and the beam splitter 5.

また、光源からの出射光は、ビームスプリッタ1、ミラー1、ウエッジプリズム、対物レンズ2、レンズ2、ビームスプリッタ3、ミラー4、ビームスプリッタ5を介して、参照光S3としてカメラ2に入射される。   The light emitted from the light source is incident on the camera 2 as reference light S3 via the beam splitter 1, mirror 1, wedge prism, objective lens 2, lens 2, beam splitter 3, mirror 4, and beam splitter 5. .

ウエッジプリズムの厚さを変えることで、参照光の位相をシフトし、カメラ1とカメラ2で複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する。
図6に示す流れで、計測対象の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。
図10に、本発明の実施形態2に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図を示す。
The phase of the reference light is shifted by changing the thickness of the wedge prism, and a plurality of phase-shifted interference fringe images are recorded by the camera 1 and the camera 2.
In the flow shown in FIG. 6, the phase distribution and amplitude distribution of the measurement target are calculated and displayed on the display unit.
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration when measuring transmitted light of the phase shift digital holography measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.

(実施形態3)
以下、本発明の実施形態3について添付図面を参照して説明する。
図11は、本発明の実施形態3に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a phase shift digital holography measurement apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

本計測装置は、光源、対物レンズ1・2、レンズ1・2、ビームスプリッタ1・2・3・4・5、ミラー1・2・3・4、カメラ1、カメラ2、1/4波長板、1/2波長板、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置は、1/4波長板及び1/2波長板を回転することにより、参照光の位相をシフトする。
This measuring device consists of a light source, objective lenses 1 and 2, lenses 1 and 2, beam splitters 1, 2, 3, 4 and 5, mirrors 1, 2, 3 and 4, camera 1, camera 2, and a quarter-wave plate. , A half-wave plate, a measurement target, a control unit, an arithmetic processing unit, and a display unit.
This measurement apparatus shifts the phase of the reference light by rotating the quarter wavelength plate and the half wavelength plate.

カメラ1に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、偏光板を透過し、直線偏光になり、ビームスプリッタ1、対物レンズ1、レンズ1、ビームスプリッタ2、ミラー2を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光はビームスプリッタ4を介して、物体光S2としてカメラ1に入射される。
The following two lights are incident on the camera 1.
The light emitted from the light source passes through the polarizing plate and becomes linearly polarized light, which is irradiated onto the measurement target via the beam splitter 1, the objective lens 1, the lens 1, the beam splitter 2, and the mirror 2, and is reflected from the measurement target. Is incident on the camera 1 through the beam splitter 4 as object light S2.

また、光源からの出射光は、偏光板、ビームスプリッタ1、ミラー1、1/2波長板、1/4波長板、対物レンズ2、レンズ2、ビームスプリッタ3・4を介して、参照光S1としてカメラ1に入射する。   The light emitted from the light source is transmitted through the polarizing plate, the beam splitter 1, the mirror 1, the half-wave plate, the quarter-wave plate, the objective lens 2, the lens 2, and the beam splitters 3 and 4 and the reference light S1. Is incident on the camera 1.

一方、カメラ2に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、偏光板を透過し、直線偏光になり、ビームスプリッタ1、対物レンズ1、レンズ1、ビームスプリッタ2、ミラー3、ビームスプリッタ5を介して、物体光S4としてカメラ2に入射される。
On the other hand, the light incident on the camera 2 is the following two.
Light emitted from the light source passes through the polarizing plate and becomes linearly polarized light, and passes through the beam splitter 1, the objective lens 1, the lens 1, the beam splitter 2, the mirror 3, and the beam splitter 5 as object light S 4 to the camera 2. Incident.

また光源からの出射光は、偏光板、ビームスプリッタ1、ミラー1、1/2波長板、1/4波長板、対物レンズ2、レンズ2、ビームスプリッタ3、ミラー4、ビームスプリッタ5を介して、参照光S3としてカメラ2に入射される。   The light emitted from the light source passes through a polarizing plate, a beam splitter 1, a mirror 1, a half-wave plate, a quarter-wave plate, an objective lens 2, a lens 2, a beam splitter 3, a mirror 4, and a beam splitter 5. , And enters the camera 2 as reference light S3.

1/2波長板と1/4波長板を回転することにより、参照光の位相をシフトし、カメラ1とカメラ2で複数の位相シフトした干渉縞画像を記録することができる。   By rotating the half-wave plate and the quarter-wave plate, the phase of the reference light is shifted, and a plurality of phase-shifted interference fringe images can be recorded by the camera 1 and the camera 2.

図6に示す流れで、計測対象の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。
図12に、本発明の実施形態3に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置を用いて透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図を示す。
In the flow shown in FIG. 6, the phase distribution and amplitude distribution of the measurement target are calculated and displayed on the display unit.
FIG. 12 is a block diagram showing a schematic configuration when measuring transmitted light using the phase shift digital holography measuring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

図8に示す実施形態1に基づく実施例1を説明する。
計測対象は、「AIST NDG」の文字が印刷された平板状の物体であり、中心部分がカメラ1側に若干湾曲している。
Example 1 based on Embodiment 1 shown in FIG. 8 will be described.
The measurement target is a flat object on which characters “AIST NDG” are printed, and the central portion is slightly curved toward the camera 1 side.

光源は、波長633nmのレーザー光源を用いた。
カメラ1・2は、画素数512×512、画素サイズ3.45μmの撮像素子、反射ミラーはピエゾ素子を用いた微動ミラーを備えている。
A laser light source having a wavelength of 633 nm was used as the light source.
The cameras 1 and 2 are provided with an image pickup element having a pixel number of 512 × 512 and a pixel size of 3.45 μm, and a reflection mirror including a fine movement mirror using a piezoelectric element.

計測対象からカメラ1までの距離は100mmに設定した。   The distance from the measurement object to the camera 1 was set to 100 mm.

以上のパラメータを用いて次のように計算機シミュレーションを行った。
まず、上記物体の振幅と位相分布を計算機で生成する。
Using the above parameters, a computer simulation was performed as follows.
First, the amplitude and phase distribution of the object are generated by a computer.

フレネル演算により、物体面からの物体光が100mmの距離を伝搬し、撮像面での物体光の振幅と位相分布を得る。
初期位相値が0、振幅値が1の参照光と干渉し、1枚目の干渉縞画像を生成する。
By the Fresnel calculation, the object light from the object surface propagates a distance of 100 mm, and the amplitude and phase distribution of the object light on the imaging surface are obtained.
Interference with reference light having an initial phase value of 0 and an amplitude value of 1 generates a first interference fringe image.

次に、参照光の位相を(1+0.2*rand)π/2ずつシフトし、3枚の干渉縞画像を生成する。
ここで、randは0〜1の乱数である。
即ち、最大20%の位相ずれが発生する。
Next, the phase of the reference light is shifted by (1 + 0.2 * rand) π / 2 to generate three interference fringe images.
Here, rand is a random number from 0 to 1.
That is, a maximum phase shift of 20% occurs.

(有効性の確認)
先行技術の結果として、図8に示す計測装置において、補正なしで、カメラ1で記録した4枚位相シフトしたホログラムから像を再生した。
本発明の有効性を確認するために、先行技術の結果と比較した。
(Validity check)
As a result of the prior art, in the measurement apparatus shown in FIG. 8, an image was reproduced from four phase-shifted holograms recorded by the camera 1 without correction.
In order to confirm the effectiveness of the present invention, it was compared with the results of the prior art.

(評価結果1)
図13は、それぞれ本発明および先行技術において再生した物体画像の輝度情報である。
本発明により、算出した位相シフトのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3は0.2017(radian)、0.0331(radian)、0.0842(radian)であった。
(Evaluation result 1)
FIG. 13 shows luminance information of object images reproduced in the present invention and the prior art, respectively.
According to the present invention, the calculated shift amounts Δδ 1 , Δδ 2 , and Δδ 3 of the phase shift were 0.32017 (radian), 0.0331 (radian), and 0.0842 (radian).

本発明および先行技術に対して、平均2乗誤差(RMSE)計算を行った。
その結果を表1に示す。
Mean square error (RMSE) calculations were performed for the present invention and the prior art.
The results are shown in Table 1.

Figure 2018205430
Figure 2018205430

表1において、振幅RMSEおよび位相RMSEとは、振幅情報および位相情報の誤差を意味し、数値が小さいほど精度が高い。
この結果から、本発明に係る計測装置では、先行技術と比べて高精度な振幅及び位相情報が得られることが分かる。
In Table 1, amplitude RMSE and phase RMSE mean errors in amplitude information and phase information, and the smaller the numerical value, the higher the accuracy.
From this result, it can be seen that the measurement apparatus according to the present invention can obtain amplitude and phase information with higher accuracy than the prior art.

図3に示すような実施形態1に基づく実施例2を説明する。
計測対象は、1円玉の1の数字が書いてある面である。
Example 2 based on Embodiment 1 as shown in FIG. 3 will be described.
The measurement target is the surface on which the number 1 of a 1-yen coin is written.

光源は、波長532nmのレーザー光源を使用した。
カメラ1・2は、画素数2448×2048、画素サイズ3.45μmの撮像素子、反射ミラーはピエゾ素子を用いた微動ミラーを備えている。
計測対象からカメラ1までの距離は198mmを設定した。
As the light source, a laser light source having a wavelength of 532 nm was used.
The cameras 1 and 2 are provided with an image sensor having a pixel number of 2448 × 2048 and a pixel size of 3.45 μm, and the reflection mirror includes a fine movement mirror using a piezo element.
The distance from the measurement object to the camera 1 was set to 198 mm.

ミラー付きピエゾ素子を移動させることにより、4枚干渉縞画像を記録して、それぞれ先行技術と発明技術で像を再生し、比較した。   By moving the mirrored piezo element, four interference fringe images were recorded, and the images were reproduced and compared with the prior art and the inventive technique, respectively.

(評価結果2)
図14は,本発明および先行技術により再生した物体画像の輝度情報である。
本発明により、算出した位相シフトのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3は-0.5371(radian)、0.6414(radian)、0.0128(radian)であった。
(Evaluation result 2)
FIG. 14 shows luminance information of an object image reproduced by the present invention and the prior art.
According to the present invention, the calculated shift amounts Δδ 1 , Δδ 2 , and Δδ 3 of the phase shift were −0.5371 (radian), 0.6414 (radian), and 0.0128 (radian).

図14(a),(b)は本発明および先行技術により再生した全画像である。
図14(c),(d)はそれぞれ図14(a),(b)の四角部分のコントラストを調整し,拡大した画像である。
先行技術から得られた実験結果はノイズ(共役像成分)が多く、再生像の画質が劣化している。
FIGS. 14A and 14B are all images reproduced by the present invention and the prior art.
FIGS. 14C and 14D are images enlarged by adjusting the contrast of the square portions of FIGS. 14A and 14B, respectively.
The experimental results obtained from the prior art have a lot of noise (conjugate image components), and the quality of the reproduced image is deteriorated.

図15に図14(c),(d)に示した線分MM’とNN’における画素値の比較を示す。
正確な位相シフト計算を行った本発明では画素値が低く、ばらつきが少ないことから、共役成分を除去できていることがわかる。
FIG. 15 shows a comparison of pixel values in line segments MM ′ and NN ′ shown in FIGS. 14 (c) and 14 (d).
In the present invention in which accurate phase shift calculation is performed, the pixel value is low and the variation is small, so that it is understood that the conjugate component can be removed.

以上から、本発明を利用して、位相シフト誤差を補正でき、再生像の画質及び位相算出精度を向上することがわかる。   From the above, it can be seen that the present invention can be used to correct the phase shift error and improve the quality of the reproduced image and the phase calculation accuracy.

本発明が適用できる対象は、微細加工、生物医学、材料製造、電子パッケージなどの産業分野における細胞・生体の3次元計測、半導体・材料の3次元変形計測、薄膜・微細加工の検査が含まれる。   The objects to which the present invention can be applied include three-dimensional measurement of cells and living bodies, three-dimensional deformation measurement of semiconductors and materials, and inspection of thin film and fine processing in industrial fields such as microfabrication, biomedicine, material manufacturing, and electronic packaging. .

1 BS、BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6:ビームスプリッタ
2 L、L1、L2:レンズ
3 OB、OB1、OB2:対物レンズ
4 M、M1、M2、M3、M4:ミラー
5 S1:カメラ1に入射する参照光
6 S2:カメラ1に入射する物体光
7 S3:カメラ2に入射する参照光
8 S4:カメラ2に入射する物体光
9 P:偏光板
10 QWP:1/4波長板
11 HWP:1/2波長板
12 制御部
13 演算処理部
14 表示部
15 光源
16 ミラー付きピエゾ素子
17 カメラ1
18 カメラ2
19 計測対象
20 ウエッジプリズム
1 BS, BS1, BS2, BS3, BS4, BS5, BS6: Beam splitter 2 L, L1, L2: Lens 3 OB, OB1, OB2: Objective lens 4 M, M1, M2, M3, M4: Mirror 5 S1: Camera Reference light 6 incident on 1 S2: Object light 7 incident on the camera 1 S3: Reference light 8 incident on the camera 2 S4: Object light 9 incident on the camera 2 P: Polarizing plate 10 QWP: 1/4 wavelength plate 11 HWP: 1/2 wavelength plate 12 Control unit 13 Processing unit 14 Display unit 15 Light source 16 Piezo element 17 with mirror 17 Camera 1
18 Camera 2
19 Measurement object 20 Wedge prism

Claims (10)

光源からの出射光(以下、光源光とよぶ)と前記光源光の位相に所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置からの参照光との干渉光1を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像1(複数回は1回からn回、nは3以上の自然数)から前記参照光の位相を解析する位相シフトデジタルホログラフィの方法であって、
前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を前記干渉縞画像1の解析から得た位相のずれ量で補正したことを特徴とする方法。
The interference light 1 between the light emitted from the light source (hereinafter referred to as light source light) and the reference light from the phase shift device in which a predetermined phase shift amount is set to the phase of the light source light is changed in the predetermined phase shift amount. A phase shift digital holography method for analyzing the phase of the reference light from the interference fringe image 1 (multiple times is 1 to n times, where n is a natural number of 3 or more),
The method, wherein the predetermined phase shift amount set for the reference light is corrected by a phase shift amount obtained from the analysis of the interference fringe image 1.
前記位相シフトデジタルホログラフィは4段階位相シフトデジタルホログラフィであって前記複数回は4回であることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the phase shift digital holography is a four-stage phase shift digital holography, and the plurality of times is four times. 前記位相シフト装置は、ピエゾ素子、ウエッジプリズム、1/4波長板及び1/2波長板のいずれかから構成されていることを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method according to claim 2, wherein the phase shift device includes any one of a piezo element, a wedge prism, a quarter wavelength plate, and a half wavelength plate. 前記位相のずれ量は、モアレ法を用い前記干渉縞画像1に映る干渉縞を解析して得たことを特徴とする請求項3に記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the phase shift amount is obtained by analyzing an interference fringe reflected in the interference fringe image 1 using a moire method. さらに前記光源光を物体に照射して反射したまたは物体を透過した物体光と前記参照光との干渉光2を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像2から、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方法で解析された前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて前記物体のホログラフィ画像を再生する位相シフトデジタルホログラフィの方法。   Further, from the interference fringe image 2 obtained by irradiating the object light with the light source light and reflecting the interference light 2 between the object light reflected through the object and the reference light and the reference light, or a plurality of times by changing the predetermined phase shift amount, 5. A phase-shift digital holography method for reproducing a holographic image of the object using the phase of the reference light corrected by the phase shift amount analyzed by the method according to claim 1. . 請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方法において前記解析を実行することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。   The program according to any one of claims 1 to 4, wherein the analysis is executed, or a storage medium on which the program is recorded. 請求項5に記載の位相シフトデジタルホログラフィの方法において前記物体のホログラフィ画像を再生することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。   6. A phase shift digital holography method according to claim 5, wherein a holographic image of the object is reproduced, or a storage medium storing the program. 光源とビームスプリッタ1とビームスプリッタ2と位相シフト装置と補正用の撮像装置1とを備えた位相シフトホログラフィ画像処理装置であって、
前記光源から出射された光(以下光源光とよぶ)は前記ビームスプリッタ2により2つの光源光に分光され、
前記光源光は所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置により参照光となり、
前記光源光と前記参照光はビームスプリッタ1に入射して干渉光1となり、
撮像装置1は干渉光1から前記干渉縞画像1を撮像し、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方法を用い前記解析から得た位相のずれ量で前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を補正することを特徴とする位相シフトホログラフィ画像処理装置。
A phase shift holographic image processing device comprising a light source, a beam splitter 1, a beam splitter 2, a phase shift device, and an image pickup device 1 for correction,
Light emitted from the light source (hereinafter referred to as light source light) is split into two light source lights by the beam splitter 2,
The light source light becomes reference light by a phase shift device in which a predetermined phase shift amount is set,
The light source light and the reference light are incident on a beam splitter 1 to become interference light 1,
The imaging device 1 captures the interference fringe image 1 from the interference light 1,
The phase according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined phase shift amount set in the reference light is corrected with a phase shift amount obtained from the analysis. Shift holographic image processing device.
請求項8に記載の画像処理装置はさらに前記ビームスプリッタ2に接続された計測用の撮像装置2と前記光源光の一部を分光するビームスプリッタ3と前記参照光の一部を分光するビームスプリッタ4と表示装置を備え、
前記ビームスプリッタ3により分光された前記光源光は物体に反射してまたは物体を透過した物体光となり、
前記物体光と前記ビームスプリッタ4により分光された参照光はビームスプリッタ2に入射して干渉光2となるように構成されており、
前記画像処理装置において、撮像装置2が撮像した干渉光2の干渉縞画像2を前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて再生した前記物体のホログラフィ画像2を前記表示装置に表示することを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
9. The image processing apparatus according to claim 8, further comprising a measurement imaging device connected to the beam splitter, a beam splitter for splitting a part of the light source light, and a beam splitter for splitting a part of the reference light. 4 and a display device,
The light source light spectrally separated by the beam splitter 3 becomes object light reflected on or transmitted through the object,
The object light and the reference light split by the beam splitter 4 are configured to enter the beam splitter 2 and become interference light 2,
In the image processing device, the holographic image 2 of the object reproduced by using the phase of the reference light corrected by the phase shift amount is displayed on the display device. A phase shift digital holography measuring device characterized by displaying.
請求項8に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
A phase shift digital holography measuring apparatus comprising the image processing apparatus according to claim 8.
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