JP2022505869A - 共焦点光学分度器および構造化光照明によって角度を判定するための方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図24
Description
[0001] 本願は、2018年10月26日に出願され、Confocal Optical Protractor(共焦点光学分度器)と題する米国特許出願第16/171,883号の継続出願である。
[0002] 本開示は、一般的には、エレメントの横揺れ角、縦揺れ角、および偏揺れ角を測定する方法に関し、更に特定すれば、エレメントの横揺れ角、縦揺れ角、および偏揺れ角を同時に測定する方法に関する。この方法は、強度ピークを有する光学渦パターン・ビームを生成する螺旋位相板共振器(SPPR:spiral phase plate resonator)デバイスを採用する。光学渦パターン・ビームは、エレメントから反射されカメラまたは検出器に入射する。
Claims (20)
- エレメントの縦揺れ、偏揺れ、および横揺れ角を測定する方法であって、
周波数同調可能なレーザ・ビームを供給するステップと、
螺旋位相板共振器(SPPR)デバイスによって前記レーザ・ビームを誘導するステップであって、前記SPPRデバイスが、前記レーザ・ビームを当該デバイス内において前後に反射する対向反射面を含み、前記反射面の1つが螺旋ステップ・インデックスを含み、異なる位相を有する複数の反射振幅を組み合わせ、前記複数の振幅の位相によって定められる光渦強度パターンを生成させ、前記強度パターンが特異点重心と半径方向光ピークとを含み、前記SPPRデバイスが、第1ビームを反射または透過し、第2ビームを透過する、ステップと、
前記第1ビームを第1カメラに誘導するように、第1ビームを閉じたシャッタから反射させ、前記第1カメラが前記光渦強度パターンの画像を生成する、ステップと、
前記第2ビームを第2カメラに誘導し、前記第2カメラが前記光渦強度パターンの画像を生成する、ステップと、
前記第1および第2カメラによって生成された画像における半径方向光ピークの角度位置によって、前記レーザ・ビームの初期周波数を判定するステップと、
前記第1および第2カメラによって生成された画像間において位置合わせを同期させるステップと、
前記第1カメラによって生成された画像における重心の位置を判定し、前記第2カメラによって生成された画像における重心の位置を判定するステップと、
前記第1カメラによって生成された画像における重心から、半径方向に沿って集計したカウントを、ビームの横揺れ角の関数として判定するステップと、
前記第1カメラによって生成された画像における半径方向光ピークの位置を、前記集計カウントを使用して判定するステップと、
前記第2カメラによって生成された画像における重心から半径方向に沿って集計したカウントを、ビームの横揺れ角の関数として判定するステップと、
前記第2カメラによって生成された画像における半径方向光ピークの位置を、前記集計カウントを使用して判定するステップと、
前記シャッタを開き、前記第1ビームが前記開いたシャッタを通って前記エレメントまで伝搬し、前記エレメントから反射した第1ビームを前記第1カメラに誘導し、前記第1カメラが、前記光渦強度パターンを含む画像を再度生成するステップと、
前記第1カメラによって生成された画像において重心の位置を再度判定するステップと、
前記第1カメラによって生成された画像における重心から前記半径方向に沿って集計した前記カウントを、ビームの横揺れ角の関数として再度判定するステップと、
前記レーザ・ビームの周波数を変化させて、前記第1カメラによって生成された画像における光渦強度パターンの半径方向光ピークを回転させるステップと、
前記光渦強度パターンを回転させた前記周波数変化から、前記エレメントの横揺れ角を推定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項1記載の方法において、前記半径方向光ピークの位置を判定するステップが、非線形当てはめルーチンを使用するステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法であって、更に、前記シャッタが開いているときに前記第1カメラによって生成された画像における一平面における前記渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの縦揺れ角を判定するステップと、前記シャッタが開いているときに前記第1カメラによって生成された画像における前記一平面に対して直交する平面における前記渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの偏揺れ角を判定するステップとを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記SPPRデバイスが、内部反射率が中程度から高いデバイスであって、前記第1ビームが前記SPPRデバイスを透過し、前記半径方向光ピークが高コントラスト干渉縞を有する、方法。
- 請求項4記載の方法において、前記第1および第2カメラによって生成された画像における前記光渦強度パターンの重心位置を判定するステップが、前記第1または第2カメラによって生成された画像を、半径方向光ピークの数を表す数の四分儀にセグメント化し、各四分儀における前記半径方向光ピークの重心位置および幅を推定し、非線形当てはめルーチンを各半径方向光ピークに適用し、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記半径方向光ピークの重心位置および幅を推定し、前記個々の四分儀における半径方向光ピークの前記推定した重心と幅とを使用して、前記光渦強度パターンの重心を計算するステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記SPPRデバイスが、内部反射率が低いデバイスであり、前記第1ビームが前記SPPRデバイスから反射し、前記半径方向光ピークが低コントラスト干渉縞を有する、方法。
- 請求項6記載の方法において、前記第1および第2カメラによって生成された画像において前記光渦強度パターンの重心位置を判定するステップが、前記第2ビームの重心位置および幅を推定するステップと、非線形当てはめルーチンを前記第2ビームに適用するステップと、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記第2ビームの重心位置および幅を推定するステップと、前記レーザ・ビームの周波数を変化させ、前記第2ビームの重心位置および幅の推定を繰り返すことによって、前記第2ビームにおいて前記光渦強度パターンを回転させるステップと、非線形当てはめルーチンを前記第2ビームに適用するステップと、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記第2ビームの重心位置および幅を推定するステップとを含む、方法。
- 請求項1記載の方法であって、更に、前記第1および第2カメラによって生成された画像において重心位置を判定する前に、ビーム強度検出器およびパターン方向検出器を使用して、前記レーザ・ビームの強度を安定化させるステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法であって、更に、前記第1および第2カメラによって生成された画像において重心を突き止めた後、前記画像から背景を除去するステップを含む、方法。
- 請求項1記載の方法において、前記光渦強度パターンが4つの半径方向光ピークを含む、方法。
- エレメントの縦揺れ、偏揺れ、および横揺れ角を測定する方法であって、
周波数同調可能なレーザ・ビームを供給するステップと、
前記レーザ・ビームを螺旋位相板共振器(SPPR)デバイスに誘導するステップであって、前記SPPRデバイスが、前記レーザ・ビームを当該デバイス内において前後に反射する対向反射面を含み、前記反射面の1つが螺旋ステップ・インデックスを含み、異なる位相を有する複数の反射振幅を組み合わせ、前記複数の振幅の位相によって定められる光渦強度パターンを生成させ、前記強度パターンが特異点重心と半径方向光ピークとを含む、ステップと、
前記光渦強度パターンの画像を生成するカメラ上に前記レーザ・ビームを誘導するように、前記SPPRデバイスを伝搬した後、前記エレメントからレーザ・ビームを反射させるステップと、
前記カメラによって生成された画像において重心位置を判定するステップと、
前記カメラによって生成された画像における重心から半径方向に沿って集計したカウントを、ビームの横揺れ角の関数として判定するステップと、
前記カメラによって生成された画像における半径方向光ピークの位置を、前記集計カウントを使用して判定するステップと、
前記レーザ・ビームの周波数を変化させて、前記カメラによって生成された画像における光渦強度パターンの半径方向光ピークを回転させるステップと、
前記光渦強度パターンを回転させた前記周波数変化から、前記エレメントの横揺れ角を推定するステップと、
を含む、方法。 - 請求項11記載の方法において、前記半径方向光ピークの位置を判定するステップが、非線形当てはめルーチンを使用するステップを含む、方法。
- 請求項11記載の方法であって、更に、前記カメラによって生成された画像の一平面における前記渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの縦揺れ角を判定するステップと、前記カメラによって生成された画像における前記一平面に対して直交する平面における前記渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの偏揺れ角を判定するステップとを含む、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記SPPRデバイスが、内部反射率が中程度から高いデバイスであって、前記レーザ・ビームが前記SPPRデバイスを透過し、前記半径方向光ピークが高コントラスト干渉縞を有する、方法。
- 請求項14記載の方法において、前記カメラによって生成された画像における前記光渦強度パターンの重心位置を判定するステップが、前記カメラによって生成された画像を、半径方向光ピークの数を表す数の四分儀にセグメント化するステップと、各四分儀における前記半径方向光ピークの重心位置および幅を推定するステップと、非線形当てはめルーチンを各半径方向光ピークに適用するステップと、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記半径方向光ピークの重心位置および幅を推定するステップと、前記個々の四分儀から推定した前記半径方向光ピークの前記重心と幅とを使用して、前記光渦強度パターンの重心を計算するステップとを含む、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記SPPRデバイスが、内部反射率が低いデバイスであり、前記レーザ・ビームが前記SPPRデバイスから反射し、前記半径方向光ピークが低コントラスト干渉縞を有する、方法。
- 請求項16記載の方法において、前記カメラによって生成された画像において前記光渦強度パターンの重心位置を判定するステップが、前記レーザ・ビームの重心位置および幅を推定するステップと、非線形当てはめルーチンを前記レーザ・ビームに適用するステップと、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記レーザ・ビームの重心位置および幅を推定するステップと、前記レーザ・ビームの周波数を変化させ、前記レーザ・ビームの重心位置および幅の推定を繰り返すことによって、前記レーザ・ビームにおいて前記光渦強度パターンを回転させるステップと、非線形当てはめルーチンを前記レーザ・ビームに適用するステップと、前記非線形当てはめルーチンを使用して、前記レーザ・ビームの重心位置および幅を推定するステップとを含む、方法。
- 請求項11記載の方法であって、更に、前記カメラによって生成された画像において重心位置を判定する前に、ビーム強度検出器およびパターン方向検出器を使用して、前記レーザ・ビームの強度を安定化させるステップを含む、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記光渦強度パターンが4つの半径方向光ピークを含む、方法。
- エレメントの縦揺れ、偏揺れ、および横揺れ角を測定する方法であって、
周波数同調可能なレーザ・ビームを供給するステップと、
ビーム強度検出器およびパターン方向検出器を使用して、前記レーザ・ビームの強度を安定化させるステップと、
前記レーザ・ビームを螺旋位相板共振器(SPPR)デバイスに誘導するステップであって、前記SPPRデバイスが、前記レーザ・ビームを当該デバイス内において前後に反射する対向反射面を含み、前記反射面の1つが螺旋ステップ・インデックスを含み、異なる位相を有する複数の反射振幅を組み合わせ、前記複数の振幅の位相によって定められる光渦強度パターンを生成させ、前記強度パターンが特異点重心と4つの半径方向光ピークとを含む、ステップと、
前記光渦強度パターンの画像を生成するカメラ上に前記レーザ・ビームを誘導するように、前記SPPRデバイスを伝搬した後、前記エレメントからレーザ・ビームを反射させるステップと、
前記カメラによって生成された画像において重心位置を判定するステップと、
前記カメラによって生成された画像における重心から、半径方向に沿って集計したカウントを、ビームの横揺れ角の関数として判定するステップと、
前記カメラによって生成された画像における半径方向光ピークの位置を、前記集計カウントを使用して判定するステップと、
前記レーザ・ビームの周波数を変化させて、前記カメラによって生成された画像における光渦強度パターンの半径方向光ピークを回転させるステップと、
前記光渦強度パターンを回転させた前記周波数変化から、前記エレメントの横揺れ角を推定するステップと、
前記カメラによって生成された画像の一平面における渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの縦揺れ角を判定するステップと、
前記カメラによって生成された画像において前記一平面に対して直交する平面における前記渦強度パターンのシフトによって、前記エレメントの偏揺れ角を判定するステップと、
を含む、方法。
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