JP4533158B2 - Image processing apparatus, image processing program, and refractive index distribution measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子等の物体の内部屈折率分布を測定するための画像処理装置および画像処理プログラムに関し、特に透過波面の解析により該物体の内部屈折率分布を測定する装置等に関するものである。   The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing program for measuring an internal refractive index distribution of an object such as an optical element, and more particularly to an apparatus for measuring an internal refractive index distribution of an object by analyzing a transmitted wavefront. .

近年、デジタルカメラやレーザービームプリンタ等に使われるレンズ等の光学素子は、光学ガラスやプラスチックをモールド成形することによって製造され、さらに非球面や自由曲面を有する光学素子もモールド成形により製造されることが多い。但し、モールド成形は、非球面加工を低コストで行えるが、製造の際の成形時間や成形圧力によって光学素子の内部に屈折率分布を発生させてしまう。屈折率分布が存在すると、高い光学性能が求められる光学素子では結像性能などに大きな影響を及ぼし、設計値を満たすことができなくなる。このようなことから屈折率分布の測定が重要な課題となっており、高精度な測定が求められている。   In recent years, optical elements such as lenses used in digital cameras and laser beam printers are manufactured by molding optical glass and plastic, and optical elements having aspherical surfaces and free-form surfaces are also manufactured by molding. There are many. However, the molding can perform aspherical processing at a low cost, but a refractive index distribution is generated inside the optical element due to molding time and molding pressure at the time of manufacturing. If a refractive index distribution exists, an optical element that requires high optical performance has a great influence on imaging performance and the like, and the design value cannot be satisfied. For these reasons, measurement of the refractive index distribution is an important issue, and highly accurate measurement is required.

一般に光学素子の屈折率分布を測定する方法としては、干渉計を用いた透過波面計測が広く使われているが、従来の方法では、光学素子の屈折率分布を光の透過方向に積分した2次元的な屈折率分布が観測されるのみであり、光の透過方向の分布まで含めた3次元的な屈折率分布を得ることはできない。3次元的な分布を求めるには、被検物となる光学素子を薄く切断するなどして分割測定する必要があり、高精度な測定も難しい。   In general, as a method for measuring the refractive index distribution of an optical element, transmitted wavefront measurement using an interferometer is widely used. However, in the conventional method, the refractive index distribution of an optical element is integrated in the light transmission direction. Only a three-dimensional refractive index distribution is observed, and a three-dimensional refractive index distribution including a distribution in the light transmission direction cannot be obtained. In order to obtain a three-dimensional distribution, it is necessary to divide and measure the optical element as a test object by thinly cutting it, and it is difficult to measure with high accuracy.

この問題を解決するため、特許文献1には、被検物をほぼ同一な屈折率を持つマッチングオイルに漬けた上で、被検物を被検波の光軸に対して直交した軸線周りに回転させながら次々に透過波面を計測し、これらの透過波面データからCT(コンピュータ・トモグラフィ)解析によって、被検波の断面状に内部分布を推定する方法が開示されている。   In order to solve this problem, Patent Document 1 describes that a test object is immersed in a matching oil having substantially the same refractive index, and the test object is rotated around an axis orthogonal to the optical axis of the test wave. In addition, a method is disclosed in which the transmitted wavefront is measured one after another while the internal distribution is estimated in a cross-sectional shape of the wave to be detected by CT (computer tomography) analysis from the transmitted wavefront data.

更に精度を向上させる方法として、特許文献2には、マッチング槽の周りに水槽部を設けて一定温度の水を循環させ、その外側を断熱材で覆い、外部との熱交換を少なくしてマッチング液の温度を均質化することにより、マッチング液の温度揺らぎによる計測透過波面への影響を低減させる方法が考案されている。
特許第3423486号公報(段落0019〜0039、図1〜図3等) 特開平10−206281号公報(段落0024〜0028、図1等)
As a method for further improving accuracy, Patent Document 2 discloses that a matching water tank is provided around the matching tank to circulate water at a constant temperature, and the outside is covered with a heat insulating material to reduce heat exchange with the outside. A method has been devised in which the temperature of the matching liquid is homogenized to reduce the influence of the temperature fluctuation of the matching liquid on the measured transmitted wavefront.
Japanese Patent No. 3423486 (paragraphs 0019-0039, FIGS. 1-3, etc.) JP-A-10-206281 (paragraphs 0024 to 0028, FIG. 1, etc.)

しかしながらこれらの方法では、計測時のマッチング液の温度を完全に均質化することはできず、少なからずマッチング液の温度揺らぎによるバックグラウンドの影響が生じてしまい、これに伴い、出力される屈折率分布データの精度の低下が考えられる。   However, with these methods, the temperature of the matching liquid at the time of measurement cannot be completely homogenized, and the influence of the background due to the temperature fluctuation of the matching liquid occurs, and this is accompanied by an output refractive index. The accuracy of the distribution data may be reduced.

さらに、仮にマッチング液の温度を完全に均質化できたとしても、マッチング液と被検物の表面屈折率差が少なくなるほど、計測された透過波面においてマッチング液と被検物との境界が不明瞭になってしまい、出力された内部屈折率分布の境界も不明瞭になってしまう。したがって、どの部分が被検物の内部屈折率分布に相当するかが分からなくなるおそれがある。   Furthermore, even if the temperature of the matching liquid can be completely homogenized, the boundary between the matching liquid and the test object in the measured transmitted wavefront becomes less clear as the surface refractive index difference between the matching liquid and the test object decreases. As a result, the boundary of the output internal refractive index distribution becomes unclear. Therefore, there is a possibility that it is not clear which part corresponds to the internal refractive index distribution of the test object.

そこで、本発明は、マッチング液内に配置された物体の三次元的な屈折率分布データを、該マッチング液の温度揺らぎ等によるバックグラウンドの影響を抑えて高精度に生成できるようにし、さらに内部屈折率分布の境界を明瞭に生成できるようにした画像処理装置、画像処理プログラムおよび屈折率分布測定装置を提供することを例示的目的としている。   Therefore, the present invention makes it possible to generate the three-dimensional refractive index distribution data of an object placed in the matching liquid with high accuracy while suppressing the influence of the background due to the temperature fluctuation of the matching liquid. It is an exemplary object to provide an image processing apparatus, an image processing program, and a refractive index distribution measuring apparatus that can clearly generate a boundary of a refractive index distribution.

上記の目的を達成するために、1つの側面としての本発明は、液体内の物体に複数の方向から光を照射してそれぞれ計測した第1の透過波面画像を用いて、該物体内部の屈折率分布を表す屈折率分布データを生成する画像処理装置(画像処理プログラム)であって、該物体の三次元形状を表す形状データを用いて、第1の透過波面画像から液体を透過した光による透過波面成分を除去した第2の透過波面画像を生成する補正部(補正ステップ)と、該第2の透過波面画像に基づいて上記屈折率分布データを求める屈折率分布生成部(屈折率分布生成ステップ)とを有する。   In order to achieve the above object, the present invention as one aspect uses a first transmitted wavefront image obtained by irradiating an object in a liquid with light from a plurality of directions, and refraction inside the object. An image processing apparatus (image processing program) for generating refractive index distribution data representing a refractive index distribution, using shape data representing a three-dimensional shape of the object, by light transmitted through a liquid from a first transmitted wavefront image A correction unit (correction step) that generates a second transmitted wavefront image from which the transmitted wavefront component has been removed, and a refractive index distribution generation unit (refractive index distribution generator) that obtains the refractive index distribution data based on the second transmitted wavefront image Step).

本発明によれば、液体内に配置された物体に対して複数の方向から光線を照射して計測した透過波面画像から、該物体の三次元的な屈折率分布データを、該液体の温度揺らぎ等によるバックグラウンドの影響を少なくして高精度に生成することができ、さらに境界を明瞭に生成することができる。   According to the present invention, three-dimensional refractive index distribution data of an object is obtained from temperature fluctuations of the liquid from a transmitted wavefront image measured by irradiating light from a plurality of directions to the object arranged in the liquid. It is possible to reduce the influence of the background due to, for example, with high accuracy, and to clearly generate the boundary.

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例の画像処理装置および画像処理プログラムでは、被検物(物体)を複数の光線方向において計測した透過波面データ(以下、測定透過波面又は測定透過波面画像という)を用いて、被検物内部の屈折率分布データ(以下、単に屈折率分布という)を生成する。   In the image processing apparatus and the image processing program of the present embodiment, the test object (object) is measured using transmission wavefront data (hereinafter referred to as a measurement transmission wavefront or a measurement transmission wavefront image) measured in a plurality of light beam directions. Internal refractive index distribution data (hereinafter simply referred to as refractive index distribution) is generated.

図1には、本実施例の画像処理装置と干渉計とを含む屈折率分布測定装置100の構成例を示している。屈折率分布測定装置100は、干渉計110と画像処理装置200とにより構成されている。画像処理装置200は、透過波面生成部120と、透過波面補正部130と、屈折率分布生成部140と、屈折率分布記録部160とにより構成されている。また、屈折率分布生成部140は、シミュレーション部、比較部、ペナルティ算出部、変更部、形状抽出部150を含んでいる。 FIG. 1 shows a configuration example of a refractive index distribution measuring apparatus 100 including an image processing apparatus and an interferometer of the present embodiment. The refractive index distribution measuring apparatus 100 includes an interferometer 110 and an image processing apparatus 200. The image processing apparatus 200 includes a transmitted wavefront generation unit 120, a transmitted wavefront correction unit 130 , a refractive index distribution generation unit 140, and a refractive index distribution recording unit 160. In addition, the refractive index distribution generation unit 140 includes a simulation unit, a comparison unit, a penalty calculation unit, a change unit, and a shape extraction unit 150.

透過波面生成部120と、透過波面補正部130および屈折率分布生成部140はそれぞれ別々のパーソナルコンピュータにより構成され、また、干渉計110および画像処理装置200を構成する各構成部は、バスインターフェース等を介して相互にデータを授受可能に構成されている。但し、画像処理装置200の全体若しくは屈折率分布生成部140以外の構成部を単一のコンピュータにより構成し、各構成部をコンピュータプログラムとして機能させてもよいし、屈折率分布生成部140と形状抽出部150とを別々のコンピュータにより構成してもよい。   The transmitted wavefront generating unit 120, the transmitted wavefront correcting unit 130, and the refractive index distribution generating unit 140 are configured by separate personal computers, and each component configuring the interferometer 110 and the image processing apparatus 200 includes a bus interface or the like. It is configured to be able to exchange data with each other. However, the entire image processing apparatus 200 or constituent parts other than the refractive index distribution generating unit 140 may be configured by a single computer, and each constituent part may function as a computer program. The extraction unit 150 may be configured by a separate computer.

さらに、本実施例では、干渉計110と透過波面生成部120とを構成要素として含む屈折率分布測定装置について説明するが、干渉計110および透過波面生成部120を屈折率分布測定装置とは別の装置として設け、屈折率分布測定装置を透過波面から屈折率分布への変換のみを行う装置として構成してもよい。   Further, in this embodiment, a refractive index distribution measuring device including the interferometer 110 and the transmitted wavefront generating unit 120 as components will be described. However, the interferometer 110 and the transmitted wavefront generating unit 120 are different from the refractive index distribution measuring device. The refractive index distribution measuring device may be configured as a device that only performs conversion from the transmitted wavefront to the refractive index distribution.

この場合、屈折率分布測定装置とは別の装置である干渉計および透過波面生成部で取得・処理されて半導体メモリ・磁気/光ディスクなどの記録媒体に格納された透過波面を、屈折率分布測定装置で読み込み(入力)可能とするようにしてもよい。また、このような記録媒体を介した透過波面の読み込みと干渉計110および透過波面生成部120からの透過波面の直接読み込みとを併用する構成であってもよい。   In this case, the transmitted wavefront obtained and processed by the interferometer and the transmitted wavefront generation unit, which is a separate device from the refractive index distribution measuring apparatus, and stored in a recording medium such as a semiconductor memory or magnetic / optical disk is used to measure the refractive index distribution. You may make it possible to read (input) with an apparatus. Further, a configuration in which reading of a transmitted wavefront via such a recording medium and direct reading of a transmitted wavefront from the interferometer 110 and the transmitted wavefront generation unit 120 may be used in combination.

さらに、本実施例では、屈折率分布記録部160を構成要素として含む屈折率分布測定装置について説明するが、該屈折率分布記録部160を、屈折率分布測定装置とは別の装置としてもよい。

干渉計110は、レンズ等の被検物Oに対して互いに異なる複数の光線方向における干渉縞(言い換えれば、複数の方向の各方向から光を照射することにより形成される干渉縞)が観測できるように構成されている。干渉計110は、例えば図2に示すように、可干渉光を発するレーザー光源101と,レーザー光の径を拡大するビームエキスパンダ102と、レーザー光を透過光と参照光とに分割するビームスプリッタ103と、参照光の光路長をサブ波長オーダーで変化させるピエゾミラー104と、マッチング液に浸した被検物Oを納めるマッチング漕105と、マッチング漕105内で被検物Oの向きを変更する回転機構106と、被検物Oを透過した透過光を反射する反射鏡107と、その透過光と参照光とを重畳するビームスプリッタ108と、該重畳された光により形成される干渉縞の像を撮影する撮像装置109とにより構成される、いわゆる2光束干渉計である。
Further, in this embodiment, a refractive index distribution measuring device including the refractive index distribution recording unit 160 as a component will be described. However, the refractive index distribution recording unit 160 may be a device different from the refractive index distribution measuring device. .

The interferometer 110 can observe interference fringes in a plurality of different light beam directions (in other words, interference fringes formed by irradiating light from each direction in a plurality of directions) with respect to the test object O such as a lens. It is configured as follows. For example, as shown in FIG. 2, the interferometer 110 includes a laser light source 101 that emits coherent light, a beam expander 102 that expands the diameter of the laser light, and a beam splitter that divides the laser light into transmitted light and reference light. 103, a piezo mirror 104 that changes the optical path length of the reference light in the sub-wavelength order, a matching rod 105 that houses the test object O immersed in the matching liquid, and a direction of the test object O in the matching kit 105 is changed. A rotating mechanism 106, a reflecting mirror 107 that reflects the transmitted light that has passed through the test object O, a beam splitter 108 that superimposes the transmitted light and the reference light, and an image of interference fringes formed by the superimposed light This is a so-called two-beam interferometer configured by the imaging device 109 that captures images.

なお、図2には説明のための被検物Oも示されているが、この被検物Oは本装置の構成要素ではない。   In addition, although the test object O for description is also shown by FIG. 2, this test object O is not a component of this apparatus.

レーザー光源101から発したレーザー光は、ビームエキスパンダ102により被検物Oを包含する径に拡大され、ビームスプリッタ103に入射することにより被検物Oに向かう透過光と被検物Oを透過せずに撮像装置109に達する透過光に分割される。ビームスプリッタ103により分割された透過光は、被検物Oを納めたマッチング漕105を透過して反射鏡107を介してビームスプリッタ108に入射する。また、ビームスプリッタ103により分割された参照光は、被検物Oを介さずに(透過せずに)ピエゾミラー104で反射され、ビームスプリッタ108に入射する。ビームスプリッタ108に入射した透過光と参照光は、該ビームスプリッタ108により重畳される。重畳されたレーザー光は撮像装置109に入射する。撮像装置109では、入射光の断面強度に応じた像である干渉縞像が記録(撮影)される。   The laser light emitted from the laser light source 101 is enlarged to a diameter that includes the test object O by the beam expander 102, and is transmitted through the test object O and transmitted light toward the test object O by entering the beam splitter 103. Without being divided into transmitted light that reaches the imaging device 109. The transmitted light divided by the beam splitter 103 passes through the matching rod 105 containing the test object O and enters the beam splitter 108 via the reflecting mirror 107. Further, the reference light divided by the beam splitter 103 is reflected by the piezo mirror 104 without passing through the test object O (is not transmitted), and enters the beam splitter 108. The transmitted light and the reference light incident on the beam splitter 108 are superimposed by the beam splitter 108. The superimposed laser light is incident on the imaging device 109. The imaging device 109 records (captures) an interference fringe image that is an image corresponding to the cross-sectional intensity of incident light.

干渉縞計測にあたっては、被検物Oをマッチング漕105内の回転機構106上に設置し、さらにマッチング漕105の内部を、被検物Oとほぼ屈折率が等しい液体(マッチング液)で満たす。そして、回転機構106を駆動して被検物Oの向きを変化させることにより、被検物Oに対して複数の方向から光線を入射させ、これら複数の光線方向の各方向での干渉縞を撮影する。   In measuring interference fringes, the test object O is placed on the rotating mechanism 106 in the matching bowl 105, and the inside of the matching bowl 105 is filled with a liquid (matching liquid) having a refractive index substantially equal to that of the test object O. Then, by rotating the rotation mechanism 106 to change the direction of the test object O, light is incident on the test object O from a plurality of directions, and interference fringes in each of the plurality of light beam directions are formed. Take a picture.

マッチング漕105における光の入出射部は透明な平板が平行に配置されて構成されている。該マッチング漕105の内部は被検物Oとほぼ等しい屈折率を持つマッチング液で満たされているため、透過光は殆ど屈折をせずにマッチング漕105を透過する。しかしながら、被検物Oの内部で屈折率に揺らぎ(不均一さ)がある場合、これが光路長の差として光線方向に積算され、マッチング漕105を出射する光の波面の乱れとなる。この乱れを有する透過光が参照光と重畳されることにより、重畳光の断面強度に対応した干渉縞が表れ、該干渉縞は撮像装置109で撮影される。撮影画像は、測定干渉縞データとして出力される。   The light incident / exit portion of the matching rod 105 is configured by arranging transparent flat plates in parallel. Since the inside of the matching bowl 105 is filled with a matching liquid having a refractive index substantially equal to that of the test object O, the transmitted light passes through the matching bowl 105 without being refracted. However, when there is a fluctuation (non-uniformity) in the refractive index inside the test object O, this is integrated in the light beam direction as a difference in optical path length, resulting in disturbance of the wavefront of the light emitted from the matching rod 105. When the transmitted light having this disturbance is superimposed on the reference light, an interference fringe corresponding to the cross-sectional intensity of the superimposed light appears, and the interference fringe is photographed by the imaging device 109. The captured image is output as measurement interference fringe data.

透過波面生成部120は、干渉計110で計測された測定干渉縞データ(以下、単に測定干渉縞という)から、光線方向ごとに画像処理によって測定透過波面(第1の透過波面画像)を生成する。このときに行われる画像処理については後述するが、干渉縞解析のための既存の処理方法を用いてもよい。   The transmitted wavefront generation unit 120 generates a measured transmitted wavefront (first transmitted wavefront image) by image processing for each light beam direction from measurement interference fringe data (hereinafter simply referred to as measurement interference fringes) measured by the interferometer 110. . The image processing performed at this time will be described later, but an existing processing method for interference fringe analysis may be used.

透過波面補正部130は、透過波面生成部120で生成された測定透過波面から、被検物Oの形状データを用いてマッチング液の温度揺らぎ等によるバックグラウンドノイズを除去する。この詳細な方法については後述する。   The transmitted wavefront correction unit 130 removes background noise due to temperature fluctuations of the matching liquid from the measured transmitted wavefront generated by the transmitted wavefront generation unit 120 using the shape data of the test object O. This detailed method will be described later.

屈折率分布生成部140は、透過波面生成部120により生成された光線方向ごとの測定透過波面をまとめて処理し、被検物Oの内部の屈折率分布(屈折率分布データ)を生成する。この屈折率分布は、被検物Oの内部においてどのような屈折率分布があるかを示す3次元ボリュームデータであり、被検物Oが仮にこのような屈折率分布を持っていたとして干渉計110と同様の計測をしたときに得られるであろうと推定される推定透過波面と測定透過波面との誤差が最小であり、かつ自然な(つまりは連続的な)分布を有する。このような内部屈折率分布の生成方法については後で詳しく説明する。   The refractive index distribution generation unit 140 collectively processes the measured transmission wavefronts for each light direction generated by the transmission wavefront generation unit 120 to generate a refractive index distribution (refractive index distribution data) inside the test object O. This refractive index distribution is three-dimensional volume data indicating what kind of refractive index distribution is present inside the test object O, and it is assumed that the test object O has such a refractive index distribution. The error between the estimated transmitted wavefront and the measured transmitted wavefront that is estimated to be obtained when the same measurement as that of 110 is performed is minimal and has a natural (that is, continuous) distribution. A method for generating such an internal refractive index distribution will be described in detail later.

形状抽出部150は、屈折率分布生成部140に付随するものであり、被検物Oの形状データを用いることにより、屈折率分布生成の精度および生成された屈折率分布の被検物Oの形状との整合性を向上させる。これについての詳細も後述する。   The shape extraction unit 150 is associated with the refractive index distribution generation unit 140, and by using the shape data of the test object O, the accuracy of the refractive index distribution generation and the generated test object O of the refractive index distribution are obtained. Improves consistency with the shape. Details of this will also be described later.

屈折率分布記録部160は、屈折率分布生成部140により生成された屈折率分布を上述した各種記録媒体に格納する。格納された屈折率分布は、光学設計や成形評価等に利用することができる。   The refractive index distribution recording unit 160 stores the refractive index distribution generated by the refractive index distribution generating unit 140 in the various recording media described above. The stored refractive index distribution can be used for optical design and molding evaluation.

以下、屈折率分布測定装置100の各構成要素のより詳しい構成および動作について説明する。   Hereinafter, a more detailed configuration and operation of each component of the refractive index distribution measuring apparatus 100 will be described.

干渉縞計測においては、被検物Oを干渉計110の回転機構106上に設置した状態で、回転機構106の1つの回転位置Rに対してピエゾミラー104を駆動し、複数の参照光位相θijにおける干渉縞を撮像装置109で撮影する。1つの回転位置Rに対して幾つの参照光位相を用いるかは、透過波面生成部120の処理方法に依存するが、本例ではどの回転位置に対しても4つの参照光位相{θi1,θi2,θi3,θi4,}={0,π/2,π,−π/2}で撮影するものとする。 In the interference fringe measurement, the piezo mirror 104 is driven with respect to one rotation position R i of the rotation mechanism 106 with the test object O placed on the rotation mechanism 106 of the interferometer 110, and a plurality of reference light phases are detected. The interference fringe at θ ij is imaged by the imaging device 109. The number of reference light phases used for one rotation position R i depends on the processing method of the transmitted wavefront generation unit 120, but in this example, four reference light phases {θ i1 for any rotation position. , Θ i2 , θ i3 , θ i4 ,} = {0, π / 2, π, −π / 2}.

ある回転位置Rに対して4つの参照光位相での撮影が完了すると、回転機構106を動作させ、被写体Oを別の回転位置Ri+1にセットし、同様に4つの参照光位相での撮影を行う。幾つの回転位置で撮影を行うかは、最終的に要求される屈折率分布の解像度や精度に依存する。 When photographing at four reference light phases is completed for a certain rotation position R i , the rotation mechanism 106 is operated to set the subject O to another rotation position R i + 1 , and similarly photographing at four reference light phases. I do. The number of rotational positions at which the image is taken depends on the resolution and accuracy of the refractive index distribution that is finally required.

なお、回転機構106は、図14に示すようにローテーション軸、ピッチ軸などの複数の回転軸を備えるのが望ましく、回転位置Rは単一の回転角度ではなく、クォータニオンのように3次元の回転角で記述される。そして、一連の回転位置{R}は各軸回りで様々な回転角度を取るようにする。 Note that the rotation mechanism 106 preferably includes a plurality of rotation axes such as a rotation axis and a pitch axis as shown in FIG. 14, and the rotation position R i is not a single rotation angle, but a three-dimensional shape such as a quaternion. Described in rotation angle. A series of rotational positions {R i } is set to have various rotational angles around each axis.

このようにして撮影された測定干渉縞Fは、各回転位置R、参照光位相θijを用いて、
F(R,θij,x,y)
と表現できる。なお、x,yは画像面上の座標である。図7には、ある光線方向での干渉縞画像を示しており、被検物Oの部分に屈折率分布が生じている場合は干渉縞が観測される。撮影された測定干渉縞Fは、透過波面生成部120に入力される。
The measurement interference fringe F photographed in this way uses each rotation position R i and reference light phase θ ij ,
F (R i , θ ij , x, y)
Can be expressed as Note that x and y are coordinates on the image plane. FIG. 7 shows an interference fringe image in a certain light beam direction. When a refractive index distribution is generated in the portion of the test object O, the interference fringe is observed. The measured measurement fringe F is input to the transmitted wavefront generation unit 120.

透過波面生成部120では、干渉計110から測定干渉縞F(R,θij,x,y)を受け、各回転位置Rにおける測定透過波面F(R,x,y)を算出する。ここでの処理は、図4のフローチャートに示されるように、位相生成ステップS121と位相接続ステップS122とに分けられる。 The transmitted wavefront generation unit 120 receives the measurement interference fringes F (R i , θ ij , x, y) from the interferometer 110 and calculates the measured transmitted wavefronts F (R i , x, y) at the respective rotational positions R i . . The processing here is divided into a phase generation step S121 and a phase connection step S122, as shown in the flowchart of FIG.

ここで、透過波面生成部120、透過波面補正部130および形状抽出部150を含む屈折率分布生成部140における各動作ステップはコンピュータプログラムによって実行されるが、各ステップを部(セクション)とみなすことにより、透過波面生成部120、透過波面補正部130および形状抽出部150を含む屈折率分布生成部140は上記各部を有する画像処理装置として機能する。また、透過波面生成部120、透過波面補正部130および形状抽出部150を含む屈折率分布生成部140がコンピュータプログラムとして実行される場合、単一のコンピュータ上でこれら全てが実行されてもよい。   Here, each operation step in the refractive index distribution generation unit 140 including the transmission wavefront generation unit 120, the transmission wavefront correction unit 130, and the shape extraction unit 150 is executed by a computer program, but each step is regarded as a section. Accordingly, the refractive index distribution generation unit 140 including the transmission wavefront generation unit 120, the transmission wavefront correction unit 130, and the shape extraction unit 150 functions as an image processing apparatus including the above-described units. Further, when the refractive index distribution generation unit 140 including the transmission wavefront generation unit 120, the transmission wavefront correction unit 130, and the shape extraction unit 150 is executed as a computer program, all of these may be executed on a single computer.

まず、各回転位置Rにおける参照光位相θijが異なる一群の画像を取り出す。本実施例では、
{θi1,θi2,θi3,θi4,}={0,π/2,π,−π/2}
の4つの画像
{F=F(R,0,x,y),F=F(R,π/2,x,y),F=F(R,π,x,y),F=F(R,−π/2,x,y)}
であり、位相生成ステップS121では、これら一群の画像から下記の式、
First, a group of images having different reference light phases θ ij at each rotational position R i is extracted. In this example,
i1 , θ i2 , θ i3 , θ i4 ,} = {0, π / 2, π, −π / 2}
Images {F 1 = F (R i , 0, x, y), F 2 = F (R i , π / 2, x, y), F 3 = F (R i , π, x, y) ), F 4 = F (R i , −π / 2, x, y)}
In the phase generation step S121, the following equation is obtained from these group of images:

により、
−π≦I′(Ri,θi,x,y)<π
なる未接続位相画像I′(Ri,θi,x,y)を生成する。上記式で、tan−1の値域は(0,π)とする。
By
−π ≦ I ′ (Ri, θi j , x, y) <π
An unconnected phase image I ′ (Ri, θi j , x, y) is generated. In the above formula, the range of tan −1 is (0, π).

なお、干渉縞画像Fに見込まれる計測誤差の標準偏差を一定値σとすると、このI′の誤差の標準偏差σI′は、 If the standard deviation of the measurement error expected in the interference fringe image F is a constant value σ F , the standard deviation σ I ′ of the error of I ′ is

であるため、透過光が弱い場合や、撮像装置109のノイズによってFとFやFとFが近い計測値になった画素で、σI′が非常に大きくなることがある。 Therefore, when the transmitted light is weak, or in pixels where F 2 and F 4 or F 1 and F 3 are close to each other due to noise of the imaging device 109, σ I ′ may become very large.

このように求めた未接続位相画像I′では、本来連続的に変化している部分に対しても隣接画素で位相が+π近傍から−π近傍に飛ぶことがある。このような現象は、wrappingとよばれる。そこで、次の位相接続ステップS122において、位相接続(unwrap)を行い、これを解決する。位相接続では、干渉縞画像において隣接する2画素(x,y),(x,y)間で未接続位相画像I′の値の差である、
|I′(R,x1,y1)−I′(R,x,y)|
がπより大きくなるとき、一方の画像に2nπ(nは整数)を加えたり減じたりすることにより、隣接画素間で位相の差がπ以下になるよう調整する。この際、零点は、画像中で被検物Oが写っていない領域にとる。
In the unconnected phase image I ′ obtained in this way, the phase may fluctuate from the vicinity of + π to the vicinity of −π in the adjacent pixels even for the portion that is originally continuously changing. Such a phenomenon is called wrapping. Therefore, in the next phase connection step S122, phase connection (unwrap) is performed to solve this. In the phase connection, it is a difference in the value of the unconnected phase image I ′ between two adjacent pixels (x 1 , y 1 ) and (x 2 , y 2 ) in the interference fringe image.
| I ′ (R i , x1, y1) −I ′ (R i , x 2 , y 2 ) |
When is larger than π, 2nπ (n is an integer) is added to or subtracted from one image to adjust the phase difference between adjacent pixels to be π or less. At this time, the zero point is set in a region where the test object O is not shown in the image.

透過波面生成部120はこのように調整された画像を測定透過波面画像I(Ri,x,y)とし、透過波面補正部130に入力する。   The transmitted wavefront generation unit 120 sets the image adjusted in this way as a measured transmitted wavefront image I (Ri, x, y), and inputs it to the transmitted wavefront correction unit 130.

図8には、ある光線方向での測定透過波面画像を示している。図中のaの領域がマッチング液のみのバックグラウンド領域である。また、bの領域が被検物Oが存在する被検物領域であり、バックグラウンド領域を透過した光の位相差によってグラデーションがかかった画像となる。   FIG. 8 shows a measured transmitted wavefront image in a certain ray direction. The area a in the figure is the background area of the matching liquid only. In addition, the region b is a test object region where the test object O exists, and an image with gradation is applied due to the phase difference of light transmitted through the background region.

なお、透過波面生成部120においては、測定干渉縞Fに乗ったノイズや過密な干渉縞、或いは回転機構106の影によって、測定透過波面画像Iが適切に決定できない領域が発生することがある。これらの領域に対しては、周囲からの補間による波面値で埋めることはせずに、波面値を「非数」(NaN)にするなどして透過波面補正部130に該領域が不定であることを通知するようにする。   In the transmitted wavefront generation unit 120, a region where the measured transmitted wavefront image I cannot be appropriately determined may occur due to noise on the measurement interference fringe F, excessive interference fringes, or shadows of the rotation mechanism 106. These areas are not filled with wavefront values obtained by interpolation from the surroundings, and the areas are indefinite in the transmitted wavefront correction unit 130 by setting the wavefront value to “not a number” (NaN). To be notified.

透過波面補正部130では、透過波面生成部120より受け取った測定透過波面画像I(Ri,x,y)からマッチング液によるバックグラウンドノイズ等を各々の回転角度における被検物Oの光路方向(光線方向)への厚みを考慮して補正し、第2の透過波面画像としての補正透過波面画像Ic(Ri,x,y)として出力する。この透過波面補正部130の動作について図5のフローチャートを用いて説明する。   In the transmitted wavefront correction unit 130, the background noise or the like due to the matching liquid is detected from the measured transmitted wavefront image I (Ri, x, y) received from the transmitted wavefront generation unit 120 in the optical path direction (light beam) of the object O at each rotation angle. The corrected transmission wavefront image Ic (Ri, x, y) is output as a second transmitted wavefront image. The operation of the transmitted wavefront correction unit 130 will be described with reference to the flowchart of FIG.

透過波面補正部130の処理は、被検物形状生成ステップS131と、被検物透過形状生成ステップS132と、バックグラウンド抽出ステップS133と、補間ステップS134と、厚み考慮ステップS135とより構成されている。   The process of the transmitted wavefront correction unit 130 includes a test object shape generation step S131, a test object transmission shape generation step S132, a background extraction step S133, an interpolation step S134, and a thickness consideration step S135. .

まず、被検物形状生成ステップS131では、CADのデータから被検物形状内部を1、それ以外を0とした被検物Oの三次元形状データを生成する。この方法では、CADからのデータが使用できる場合に有効である。また、このような三次元形状データは、他の装置から入力されてもよい。   First, in the test object shape generation step S131, three-dimensional shape data of the test object O is generated from CAD data in which the inside of the test object shape is 1 and the others are 0. This method is effective when data from CAD can be used. Further, such three-dimensional shape data may be input from another device.

被検物透過形状生成ステップS132では、上記方法によって得られた図9に示すような被検物Oの三次元形状データの座標を、被検物Oに対して固定された直交座標(u,v,w)のデータに変換する。さらに、該3次元形状データを、関数G(u,v,w)とした場合には、回転角度θiでの被検物Oの形状データを光路方向へ次式に従って積算する。   In the test object transmission shape generation step S132, the coordinates of the three-dimensional shape data of the test object O obtained by the above method as shown in FIG. v, w). Furthermore, when the three-dimensional shape data is a function G (u, v, w), the shape data of the test object O at the rotation angle θi is integrated in the optical path direction according to the following equation.

ここで、Rot(Ri)は回転位置Riを表す3次元回転行列であり、被検物Oに対して固定された直交座標系(u,v,w)から干渉計110に対して固定された座標系(x,y,z)への変換を示している。   Here, Rot (Ri) is a three-dimensional rotation matrix representing the rotation position Ri, and is fixed to the interferometer 110 from the orthogonal coordinate system (u, v, w) fixed to the test object O. The transformation to the coordinate system (x, y, z) is shown.

この積算において、1ボクセルの大きさd[mm]を掛けることより、各回転位置における被検物形状の光路方向への厚みデータD(Ri,x,y)を得ることができる。   In this integration, the thickness data D (Ri, x, y) in the optical path direction of the shape of the test object at each rotational position can be obtained by multiplying the size d [mm] of one voxel.

D(Ri,x,y)=M(Ri,x,y)×d
そして、例えば該厚みデータD(Ri,x,y)において、
D(Ri,x,y)>0
の部分、すなわち被検物形状部分を0とし、それ以外の部分を1とすると、例えば図10に示すような各回転位置における被検物形状の光路方向でのシルエット像(透過形状像)を表す被検物透過形状画像M(Ri,x,y)を得る。ここで、b領域が被検物のシルエット像の領域である。
D (Ri, x, y) = M (Ri, x, y) × d
For example, in the thickness data D (Ri, x, y),
D (Ri, x, y)> 0
, That is, when the other part is set to 1, a silhouette image (transmission shape image) in the optical path direction of the test object shape at each rotational position as shown in FIG. A specimen transmission shape image M (Ri, x, y) to be expressed is obtained. Here, the region b is a silhouette image region of the test object.

バックグラウンド抽出ステップS133では、透過波面画像I(Ri,x,y)と被検物透過形状画像M(Ri,x,y)とを掛け合わせることにより、透過波面画像I(Ri,x,y)のうち被検物部分の値が0で、それ以外のバックグラウンド領域が0以外の値を持つように画像を抽出し、該画像を図11に示すようなバックグラウンド画像B(Ri,x,y)(第1の液体透過波面画像)として出力する。図11において、a領域が値を持つバックグラウンド領域であり、b領域が被検物領域で、値が0の領域である。すなわち、バックグラウンド画像Bは、マッチング液を透過した光による透過波面成分を表す。   In the background extraction step S133, the transmitted wavefront image I (Ri, x, y) and the test object transmission shape image M (Ri, x, y) are multiplied to obtain the transmitted wavefront image I (Ri, x, y). ), The image is extracted so that the value of the test object portion is 0 and the other background regions have values other than 0, and the image is extracted as a background image B (Ri, x) as shown in FIG. , Y) (first liquid transmission wavefront image). In FIG. 11, a region is a background region having a value, b region is a test object region, and a value is 0 region. That is, the background image B represents a transmitted wavefront component due to light transmitted through the matching liquid.

補間ステップS134では、バックグラウンド抽出ステップS133で得られたバックグラウンド画像B(Ri,x,y)において、バックグラウンドのほぼ全てがマッチング槽105内のマッチング液によるものであって、更に屈折率が滑らかに変化していると仮定し、被検物領域以外の領域の値から、値が0とおかれている被検物領域の値を補間することにより、被検物が無い場合、つまりは被検物領域がマッチング液で満たされているとした場合における全領域の透過波面を表すバックグラウンド画像B’(Ri,x,y)(第2の液体透過波面画像)を推定する。これにより得られるバックグラウンド画像B’(Ri,x,y)は、図12に示すように、点線で囲まれた被検物領域bが推定されたバックグラウンド値を持つ。   In the interpolation step S134, in the background image B (Ri, x, y) obtained in the background extraction step S133, almost all of the background is due to the matching liquid in the matching tank 105, and the refractive index is further increased. Assuming that there is a smooth change, by interpolating the value of the specimen region where the value is set to 0 from the value of the area other than the specimen area, there is no specimen, that is, the specimen A background image B ′ (Ri, x, y) (second liquid transmitted wavefront image) representing the transmitted wavefront of the entire region when the inspection region is filled with the matching liquid is estimated. The background image B ′ (Ri, x, y) obtained in this way has a background value in which the test object region b surrounded by the dotted line is estimated as shown in FIG.

厚み考慮ステップS135では、補間ステップS134で得られたバックグラウンド画像B’(Ri,x,y)において、マッチング槽105内に被検物が配置されることによりマッチング液の透過距離が短くなり、少なくなるバックグラウンド量を補正する。   In the thickness consideration step S135, in the background image B ′ (Ri, x, y) obtained in the interpolation step S134, the transmission distance of the matching liquid is shortened by placing the test object in the matching tank 105, Correct the amount of background that decreases.

この補正は、被検物透過形状生成ステップS132で求めた各回転位置における被検物形状の光路方向への厚みデータD(Ri,x,y)と、マッチング槽の光路方向の長さLと、補間ステップS134で得られた、被検物がマッチング槽内にないものとして推定したバックグラウンド画像B’(Ri,x,y)とから、
Bc(Ri,x,y)= B’(Ri,x,y)×{(L−D)/L}
により、図13に示すように、マッチング槽105内に被検物がある場合の補正バックグラウンド画像Bc(Ri,x,y)(第3の液体透過波面画像)を導出することにより行う。言い換えれば、補正バックグラウンド画像Bcは、各光線方向において物体領域に重なるマッチング液を透過した光による透過波面成分を表すものである。
For this correction, the thickness data D (Ri, x, y) in the optical path direction of the test object shape at each rotational position obtained in the test object transmission shape generation step S132, the length L of the matching tank in the optical path direction, and From the background image B ′ (Ri, x, y) estimated in the interpolation step S134, assuming that the test object is not in the matching tank,
Bc (Ri, x, y) = B ′ (Ri, x, y) × {(LD) / L}
Thus, as shown in FIG. 13, the correction background image Bc (Ri, x, y) (third liquid transmission wavefront image) when the test object is present in the matching tank 105 is derived. In other words, the corrected background image Bc represents a transmitted wavefront component due to light transmitted through the matching liquid that overlaps the object region in each light beam direction.

図13において、領域bのバックグラウンド値は、被検物の厚みを考慮した分、図12のバックグラウンド画像B’(Ri,x,y)よりも正確な値となる。   In FIG. 13, the background value of the region b is more accurate than the background image B ′ (Ri, x, y) of FIG. 12 by considering the thickness of the test object.

透過波面補正部130は、このように求められた補正バックグラウンド画像Bc(Ri,x,y)と測定透過波面画像I(Ri,x,y)との差分をとり、マッチング液によるバックグラウンドを補正した補正透過波面画像Ic(Ri,x,y)を生成する。そして、この補正透過波面画像Ic(Ri,x,y)を屈折率分布生成部140に入力する。   The transmitted wavefront correction unit 130 takes the difference between the corrected background image Bc (Ri, x, y) thus obtained and the measured transmitted wavefront image I (Ri, x, y) and obtains the background from the matching liquid. A corrected transmitted wavefront image Ic (Ri, x, y) is generated. Then, the corrected transmitted wavefront image Ic (Ri, x, y) is input to the refractive index distribution generation unit 140.

屈折率分布生成部140は、このように複数の光線方向において計測された被検物Oの測定透過波面画像I(Ri,x,y)から得られた補正透過波面像Ic(Ri,x,y)を用いて、被検物O内の三次元的な屈折率分布N(u,v,w)を推定する。   The refractive index distribution generation unit 140 corrects the transmitted wavefront image Ic (Ri, x, y) obtained from the measured transmitted wavefront image I (Ri, x, y) of the test object O measured in a plurality of light beam directions in this way. y) is used to estimate the three-dimensional refractive index distribution N (u, v, w) in the test object O.

この屈折率分布生成部140の動作について、図6のフローチャートを用いて説明する。屈折率分布生成部140の処理は、初期分布生成ステップS141と、シミュレーション(光路長積算)ステップS142と、比較ステップS143と、ペナルティ算出ステップS144と、修正(変更)ステップS145と、形状抽出ステップS146と、収束判定ステップS147と、出力ステップS148とにより構成されている。このうち光路長積算ステップS142から収束判定ステップS147までは反復ループを形成しており、複数回繰り返される。   The operation of the refractive index distribution generation unit 140 will be described with reference to the flowchart of FIG. The processing of the refractive index distribution generation unit 140 includes an initial distribution generation step S141, a simulation (optical path length integration) step S142, a comparison step S143, a penalty calculation step S144, a correction (change) step S145, and a shape extraction step S146. And a convergence determination step S147 and an output step S148. Among these, an iterative loop is formed from the optical path length integration step S142 to the convergence determination step S147, and is repeated a plurality of times.

また、屈折率分布生成部140は、入力データとして、補正透過波面画像I(Ri,x,y)群および各透過波面取得時の回転位置Riとを受け取り、変数として推定屈折率分布N(u,v,w)を保持する。   Further, the refractive index distribution generation unit 140 receives, as input data, the corrected transmitted wavefront image I (Ri, x, y) group and the rotation position Ri when each transmitted wavefront is acquired, and the estimated refractive index distribution N (u , V, w).

まず、初期分布生成ステップS141では、推定屈折率分布N(第1の屈折率分布データ)の初期分布Nを生成する。ここでは、推定屈折率分布Nは、(u,v,w)空間を、例えば1mmおきに区切った各部分の屈折率を表すボクセル表現とする。このステップで生成される初期推定屈折率分布Nは、最終的に生成される出力屈折率分布には影響を与えないため、どんな屈折率分布でもよいが、例えば均一な値である、
(u,v,w)=0
とする。
First, in the initial distribution generation step S141, an initial distribution N 0 of the estimated refractive index distribution N n (first refractive index distribution data) is generated. Here, the estimated refractive index distribution N n is a voxel expression representing the refractive index of each portion obtained by dividing the (u, v, w) space, for example, every 1 mm. The initial estimated refractive index distribution N 0 generated in this step does not affect the finally generated output refractive index distribution, and thus may be any refractive index distribution. For example, it is a uniform value.
N 0 (u, v, w) = 0
And

シミュレーションステップS142では、推定屈折率分布Nに対して、それが被検物Oの屈折率分布Nであったときに得られるであろう推定透過波面画像I(第3の透過波面画像)を生成する。それには、干渉縞計測時の回転位置R、つまりは光線方向を考慮して、
(R,x,y)=∫N{u(Ri,x,y,z),v(Ri,x,y,z),w(Ri,x,y,z)}dz …(3)
とする。すなわち、式(3)により各光線方向(言い換えれば、光路方向)での推定屈折率分布Nを積算することにより、推定透過波面画像Iを算出する。
In the simulation step S142, an estimated transmitted wavefront image I n (third transmitted wavefront image) that will be obtained when the estimated refractive index distribution N n is the refractive index distribution N of the test object O. Is generated. For that purpose, considering the rotational position R i at the time of interference fringe measurement, that is, the direction of the light beam,
I n (R i , x, y) = ∫N n {u (R i , x, y, z), v (R i , x, y, z), w (R i , x, y, z) } Dz (3)
And That is, (in other words, the optical path direction) the light beam direction by Equation (3) by integrating the estimated refractive index distribution N n in, it calculates the estimated transmitted wavefront image I n.

なお、これはNおよびIのベクトル表現を利用すれば、行列式I=ANと表される。Aは射影変換を表すシステム行列である。ベクトル表現とは、N(u,v,w)やI(Ri,x,y)を一次元のベクトル{N u,v,w}や{I Ri,x,y}と読み替えたものである。 Note that this is expressed as a determinant I n = AN n by using a vector representation of N n and I n . A is a system matrix representing projective transformation. Replaced the vector representation, N n (u, v, w) and I n (Ri, x, y ) of the one-dimensional vector {N n u, v, w } and {I n Ri, x, y } and It is a thing.

比較ステップS143では、シミュレーションステップS142で得られた推定透過波面画像Iと実際に干渉計110、透過波面生成部120および透過波面補正部130により得られた補正透過波面画像Ic(第2の透過波面画像)との比較を行い、これらの差、
(R,x,y)=I(R,x,y)−Ic(R,x,y)
を推定誤差(第1の情報)として修正ステップS145に入力する。なお、補正透過波面画像Icのうちで波面値が適切に決定できていない領域に対しては、dの対応する領域の値を0とする。
In the comparison step S143, actual interferometer 110 and the estimated transmitted wavefront image I n obtained in the simulation step S142, the correction obtained by the transmitted wavefront generation unit 120 and the transmitting wave front correction unit 130 transmitted wavefront image Ic (second transparent Wavefront image), and the difference between these,
d n (R i , x, y) = I n (R i , x, y) −Ic (R i , x, y)
Is input to the correction step S145 as an estimation error (first information). Incidentally, with respect to the region where the wavefront value has not been determined appropriately among the corrected transmitted wavefront image Ic, and 0 the value of the corresponding region of the d n.

一方、ペナルティ算出ステップS144では、推定屈折率分布に対して定義されるペナルティ関数P(N)を増加させる微小修正量{δN|P(N+δN)>P(N)}(第2の情報)を算出し、修正ステップS145に入力する。 On the other hand, in the penalty calculation step S144, a minute correction amount {δN n | P (N n + δN n )> P (N n )} that increases the penalty function P (N n ) defined for the estimated refractive index distribution. 2nd information) is calculated, and it inputs into correction step S145.

このペナルティ関数は、屈折率分布Nの「不自然さ」(若しくは不連続性)を表すものである。例えば、屈折率分布は連続的な分布と考え、ペナルティ関数P(N)をNの空間変化量∇Nの2乗ノルムである、
P(N)=(∇N
と定義し、その勾配を、
δN=∇P(N)=ΔN
とする。これは離散系で表せば、
P(N
=(∇N
=Σu,v,w (u,v,w){6N(u,v,w)−N(u+1,v,w)−N(u-1,v,w)
−N(u,v+1,w)−N(u,v-1,w)−N(u,v,w+1)−N(u,v,w-1)}
δN
=ΔN
=Σu,v,w 2{6N(u,v,w)−N(u+1,v,w)−N(u-1,v,w)
−N(u,v+1,w)−N(u,v-1,w)−N(u,v,w+1)−N(u,v,w-1)}
であり、当該部分(u,v,w)とその近傍部分(u,v,w),(u+1,v,w),(u−1,v,w),(u,v+1,w),(u,v−1,w),(u,v,w+1),(u,v,w−1)の屈折率Nのみに依存して計算される部分ペナルティ、
p(u,v,w)
=N(u,v,w){6N(u,v,w)−N(u+1,v,w)−N(u-1,v,w)
−N(u,v+1,w)−N(u,v-1,w)−N(u,v,w+1)−N(u,v,w-1)}
を用いれば、ペナルティはそれらの和である、
P(N)=Σu,v,w p(u,v,w)
と表される。
This penalty function represents “unnaturalness” (or discontinuity) of the refractive index distribution N n . For example, the refractive index distribution is considered as a continuous distribution, and the penalty function P (N n ) is the square norm of the N n spatial variation ∇N n .
P (N n ) = (∇N n ) 2
And its slope is
δN n = ∇P (N n ) = ΔN n
And If this is expressed in a discrete system,
P (N n )
= (∇N n ) 2
= Σ u, v, w N n (u, v, w) {6N n (u, v, w) −N n (u + 1, v, w) −N n (u−1, v, w)
−N n (u, v + 1, w) −N n (u, v−1, w) −N n (u, v, w + 1) −N n (u, v, w−1)}
δN n
= ΔN n
= Σ u, v, w 2 {6N n (u, v, w) −N n (u + 1, v, w) −N n (u−1, v, w)
−N n (u, v + 1, w) −N n (u, v−1, w) −N n (u, v, w + 1) −N n (u, v, w−1)}
The part (u, v, w) and its neighboring parts (u, v, w), (u + 1, v, w), (u-1, v, w), (u, v + 1, w), A partial penalty calculated depending only on the refractive index N of (u, v-1, w), (u, v, w + 1), (u, v, w-1),
p (u, v, w)
= N n (u, v, w) {6N n (u, v, w) −N n (u + 1, v, w) −N n (u−1, v, w)
−N n (u, v + 1, w) −N n (u, v−1, w) −N n (u, v, w + 1) −N n (u, v, w−1)}
The penalty is the sum of them,
P (N n ) = Σ u, v, w p (u, v, w)
It is expressed.

修正ステップS145では、比較ステップS143において得られた推定誤差dとペナルティ算出ステップS144において得られた微小修正量δNとに基づいて、推定屈折率分布Nを修正(変更)する。これにはまず、比較ステップS143により得られた透過波面画像空間(R,x,y)上での差d(Ri,x,y)を透過波面に見込まれる誤差の標準偏差σ(R,x,y)で除し、さらに被検物座標空間(u,v,w)上の値e(u,v,w)に変換する。これはシミュレーションステップS142で推定屈折率分布Nから推定透過波面画像Iへの変換である
=AN
と対になるものであり、下記式(4)で表される逆射影である。
In modified step S145, on the basis of the fine correction amount .delta.N n obtained in the estimated error d n and penalty calculation step S144 obtained in the comparison step S143, it modifies the estimated refractive index distribution N n (changed). To this end, first, the difference d n (Ri, x, y) on the transmitted wavefront image space (R i , x, y) obtained in the comparison step S143 is used as the standard deviation σ I ( R i, x, divided by y), further test object coordinate space (u, v, w) on the value e n (u, v, into a w). This is a conversion from the estimated refractive index distribution N n to the estimated transmitted wavefront image I n in the simulation step S142. I n = AN n
It is a reverse projection represented by the following formula (4).

これは、dおよびeのベクトル表現を利用して、行列式では、
=A
と記述できる。なお、depthは干渉縞計測時に測定透過波面画像I(R,θ,x,y)として計測された透過光が被検物Oを横切った距離であるが、必ずしも正確な値である必要はなく、被検物の典型的若しくは代表的な厚みで一定値としてもよい。そして、推定屈折率分布Nを、
n+1=N+μ(e−βδN
によって修正し、新たな推定屈折率分布Nn+1(第2の屈折率分布データ)とする。なお、上記式中のμは、逐次近似の歩幅を示すパラメ−タであり、
0<μ/σ(R,x,y)<2
の値をとる。
It utilizes a vector representation of d n and e n, the determinant,
e n = A t d n
Can be described. Depth is the distance that the transmitted light measured as the measured transmitted wavefront image I (R i , θ, x, y) at the time of interference fringe measurement crosses the object O, but it is not necessarily an accurate value. Instead, a typical value or a typical thickness of the test object may be set to a constant value. And the estimated refractive index distribution N is
N n + 1 = N n + μ (e n -βδN n)
To obtain a new estimated refractive index distribution N n + 1 (second refractive index distribution data). Note that μ in the above equation is a parameter indicating the step length of successive approximation,
0 <μ / σ I (R i , x, y) <2
Takes the value of

形状抽出ステップS146(形状抽出部150)では、修正ステップS145で得られた推定屈折率分布Nn+1から、透過波面補正部130においてCADデータから取得した被検物Oの三次元形状データを用いて、被検物形状の内部のみの屈折率分布を抽出し、形状抽出後の推定屈折率分布とする。例えば、三次元形状データから被検物形状部分が1でそれ以外の部分が0である関数G(u,v,w)を得て、
n+1=Nn+1×G(u,v,w)
の計算を行うことにより、被検物形状の内部のみの屈折率分布を抽出する。
In the shape extraction step S146 (shape extraction unit 150), the three-dimensional shape data of the test object O acquired from the CAD data in the transmitted wavefront correction unit 130 from the estimated refractive index distribution N n + 1 obtained in the correction step S145. Then, the refractive index distribution only inside the shape of the test object is extracted, and the estimated refractive index distribution after the shape extraction is obtained. For example, a function G (u, v, w) in which the object shape portion is 1 and the other portion is 0 is obtained from the three-dimensional shape data,
N n + 1 = N n + 1 × G (u, v, w)
By calculating the above, the refractive index distribution only inside the object shape is extracted.

収束判定ステップS147では、逐次近似の収束を判定し、収束していれば出力ステップS148に移行し、未収束であればシミュレーションステップS142およびペナルティ算出ステップS144に移行する。この未収束の場合、シミュレーションステップS142およびペナルティ算出ステップS144に入力される推定屈折率分布は、形状抽出ステップS146での計算によって生成された、形状抽出後の推定屈折率分布である。   In convergence determination step S147, it is determined whether successive approximation has converged. If it has converged, the process proceeds to output step S148. If it has not converged, the process proceeds to simulation step S142 and penalty calculation step S144. In the case of unconvergence, the estimated refractive index distribution input to the simulation step S142 and the penalty calculation step S144 is the estimated refractive index distribution after shape extraction generated by the calculation in the shape extraction step S146.

収束判定方法としては、修正ステップS145における修正量のノルムβ|e−βδN|が所定の閾値を下回った場合か、前回の修正量のノルムβ|en−1−βδNn−1|を上回った場合とするとよい。またこれ以外に、所定の反復回数が所定の回数に達したり、処理時間が所定時間に達したりしたことによって収束したとみなしてもよい。 Convergence as the determination method, the correction amount of the norm beta in the modified Step S145 | e n -βδN n | or if falls below a predetermined threshold, the previous correction amount norm β | e n-1 -βδN n -1 | It is better to exceed the above. In addition to this, it may be considered that the predetermined number of iterations has converged when the predetermined number of times has been reached or the processing time has reached a predetermined time.

この反復ループの中で、推定屈折率分布Nは修正ステップS145によって変化しながら、その都度、推定誤差dおよびペナルティP(N)が評価され、   In this iterative loop, the estimated refractive index distribution N is changed by the correction step S145, and each time the estimated error d and the penalty P (N) are evaluated,

がより小さくなるNへと変化していく。 Changes to N which becomes smaller.

出力ステップS148では、その時点の推定屈折率分布Nを屈折率生成部140の生成値(出力屈折率分布データ)Nとして出力する。この最終屈折率分布Nは、 In the output step S148, and outputs the estimated refractive index distribution N m at that time as the generation value of the refractive index generation unit 140 (output refractive index distribution data) N. This final refractive index distribution N is

を最小化するNとなる。   To minimize N.

なお、屈折率分布生成部140から出力されるNは単位長さ当たりの位相変化量のマッチング液に対する相対的な値となっているので、これを標準的な単位の屈折率に変換するには、λをレーザー光の波長、Nをマッチング液の屈折率として、 Note that N output from the refractive index distribution generation unit 140 is a relative value of the amount of phase change per unit length with respect to the matching liquid, so that this can be converted to a standard unit refractive index. , Λ is the wavelength of the laser beam, N 0 is the refractive index of the matching liquid,

とする。 And

屈折率分布記録部160では、屈折率分布生成部140により生成された屈折率分布Nを記録する。出力の表現形式としては、各ボクセルの屈折率N(u,v,w)を羅列したものであってもよいし、多項式近似である、
N(u,v,w)≒A+Au+Av+Aw+A+A+A
+Auv+Avw+Awu+… …(8)
における近似係数aとして列挙してもよい。また、フーエリ級数やzernike多項式等のフィッティング関数におけるフィッティング係数として列挙してもよい。
The refractive index distribution recording unit 160 records the refractive index distribution N generated by the refractive index distribution generating unit 140. As an output expression format, the refractive index N (u, v, w) of each voxel may be enumerated, or a polynomial approximation.
N (u, v, w) ≈A 0 + A 1 u + A 2 v + A 3 w + A 4 u 2 + A 5 v 2 + A 6 w 2
+ A 7 uv + A 8 vw + A 9 wu + (8)
May be enumerated as the approximation coefficients a i . Moreover, you may enumerate as a fitting coefficient in fitting functions, such as a Fourier series and a zernik polynomial.

以上説明したように、本実施例によれば、被検物Oの形状データを屈折率分布測定に使用することにより、透過波面補正部130において、測定透過波面のバックグラウンドの影響を除去することが可能となり、形状抽出部150において被検物形状を抽出しながら屈折率分布生成部140で反復シミュレーション処理を行うことが可能となる。したがって、複数の光線方向から計測した透過波面から高精細かつノイズの少ない最終屈折率分布Nを生成することができる。   As described above, according to the present embodiment, by using the shape data of the test object O for the refractive index distribution measurement, the transmitted wavefront correction unit 130 removes the influence of the background of the measured transmitted wavefront. Thus, it is possible to perform an iterative simulation process in the refractive index distribution generation unit 140 while extracting the shape of the test object in the shape extraction unit 150. Therefore, the final refractive index distribution N with high definition and less noise can be generated from the transmitted wavefront measured from a plurality of light beam directions.

より詳しく説明すれば、本実施例の画像処理装置200では、計測したバックグラウンドの影響の多い測定透過波面を補正するために、被検物Oの形状データを使用して被検物Oの透過形状を得て、該計測透過波面において被検物の部分とそれ以外の部分とに分け、被検物の透過形状外部の透過波面から、被検物がないとした場合のマッチング液の温度揺らぎによるバックグラウンドを補間により推定する。そして、測定透過波面から、推定したバックグラウンドを減算することにより、策定透過波面におけるマッチング液の温度揺らぎによるバックグラウンド成分を補正することができる。   More specifically, the image processing apparatus 200 according to the present embodiment uses the shape data of the test object O to transmit the test object O in order to correct the measured transmission wavefront having a large influence of the measured background. Obtain the shape and divide the measured transmission wavefront into the part of the test object and the other part, and the temperature fluctuation of the matching liquid when there is no test object from the transmitted wavefront outside the transmission shape of the test object The background due to is estimated by interpolation. Then, by subtracting the estimated background from the measured transmitted wavefront, the background component due to temperature fluctuation of the matching liquid in the formulated transmitted wavefront can be corrected.

さらに、被検物の厚みを考慮してバックグラウンドから被検物の厚み分だけ少ないバックグラウンドを推定し、測定透過波面からこの推定したバックグラウンドを減算することにより、測定透過波面におけるバックグラウンド成分をより正確に補正することができる。   Furthermore, the background component in the measured transmitted wavefront is estimated by subtracting this estimated background from the measured transmitted wavefront by estimating the background less by the thickness of the measured object from the background in consideration of the thickness of the measured object. Can be corrected more accurately.

そして、この補正された測定透過波面を用いることにより、バックグラウンドやノイズに起因する測定透過波面の不正確性が減少し、被検物Oの内部屈折率分布の測定精度を向上させることができる。   And by using this corrected measurement transmission wavefront, the inaccuracy of the measurement transmission wavefront due to the background and noise is reduced, and the measurement accuracy of the internal refractive index distribution of the test object O can be improved. .

(   (

上述した実施例1の画像処理方法は、公知のCT法、つまりフーリエ変換を用いた屈折率分布測定法にも応用することができる。   The image processing method of the first embodiment described above can also be applied to a known CT method, that is, a refractive index distribution measurement method using Fourier transform.

図15には、本実施例の屈折率分布測定装置100′の構成例を示す。屈折率分布測定装置100′は、干渉計110と、画像処理装置200′とにより構成され、画像処理装置200′は、透過波面生成部120と、透過波面補正部130と、屈折率分布生成部140′と、形状抽出部150′と、屈折率分布記録部160とから構成されている。これら各構成部は、例えば、バスインターフェースを介して相互にデータを授受可能に構成されている。   FIG. 15 shows a configuration example of the refractive index distribution measuring apparatus 100 ′ of the present embodiment. The refractive index distribution measuring apparatus 100 ′ is configured by an interferometer 110 and an image processing apparatus 200 ′. The image processing apparatus 200 ′ includes a transmitted wavefront generation unit 120, a transmitted wavefront correction unit 130, and a refractive index distribution generation unit. 140 ′, a shape extraction unit 150 ′, and a refractive index distribution recording unit 160. Each of these components is configured to be able to exchange data with each other via a bus interface, for example.

干渉計110、透過波面生成部120、透過波面補正部130および屈折率分布記録部160は実施例1と同様であるが、本実施例における屈折率分布生成部140′は、フーリエ変換を用いて屈折率分布のデータを生成し、形状抽出部150′は、生成された屈折率分布において被検物形状を抽出する。   The interferometer 110, the transmitted wavefront generation unit 120, the transmitted wavefront correction unit 130, and the refractive index distribution recording unit 160 are the same as those in the first embodiment, but the refractive index distribution generation unit 140 ′ in the present embodiment uses Fourier transform. The refractive index distribution data is generated, and the shape extraction unit 150 ′ extracts the shape of the test object in the generated refractive index distribution.

ここで、本実施例においても、実施例1と同様に、透過波面生成部120と、透過波面補正部130と、形状抽出部150′を含む屈折率分布生成部140′における各動作ステップはコンピュータプログラムによって実行されるが、各ステップを部(セクション)とみなすことにより、透過波面生成部120、透過波面補正部130、形状抽出部150′を含む屈折率分布生成部140′は上記各部を有する画像処理装置として機能する。また、透過波面生成部120、透過波面補正部130、形状抽出部150′を含む屈折率分布生成部140′がコンピュータプログラムとして実行される場合、単一のコンピュータ上でこれら全てが実行されてもよい。   Here, also in the present embodiment, as in the first embodiment, each operation step in the refractive index distribution generating section 140 ′ including the transmitted wavefront generating section 120, the transmitted wavefront correcting section 130, and the shape extracting section 150 ′ is performed by a computer. Although executed by the program, by regarding each step as a section, the refractive index distribution generation unit 140 ′ including the transmission wavefront generation unit 120, the transmission wavefront correction unit 130, and the shape extraction unit 150 ′ includes the above-described units. It functions as an image processing device. Further, when the refractive index distribution generation unit 140 ′ including the transmission wavefront generation unit 120, the transmission wavefront correction unit 130, and the shape extraction unit 150 ′ is executed as a computer program, all of these may be executed on a single computer. Good.

以下、屈折率分布測定装置100′の各構成要素のより詳しい動作について説明する。   Hereinafter, a more detailed operation of each component of the refractive index distribution measuring apparatus 100 ′ will be described.

干渉縞計測から透過波面生成処理までは、実施例1と同様に、干渉計110を用いて測定干渉縞画像F(Ri,x,y)を得て、透過波面生成部120に入力し、透過波面生成部120で透過波面画像I(Ri,x,y)を生成する。透過波面画像I(Ri,x,y)は透過波面補正部130に入力される。   From the interference fringe measurement to the transmitted wavefront generation processing, as in the first embodiment, the measurement interference fringe image F (Ri, x, y) is obtained using the interferometer 110, and is input to the transmitted wavefront generation unit 120 for transmission. The wavefront generation unit 120 generates a transmitted wavefront image I (Ri, x, y). The transmitted wavefront image I (Ri, x, y) is input to the transmitted wavefront correction unit 130.

透過波面補正部130は、実施例1とほぼ同様であるが、被検物形状生成ステップS131において、3次元被検物Oの形状データを得る際に、該形状が複雑でない場合は、図面から寸法を得て関数を作成することにより形状データを生成してもよい。例えば、被検物Oが共軸球面レンズである場合は、球面関数を用いてレンズの直径、厚さ、各面の曲率半径などを入力し、該被検物Oに対して固定された直交座標(u,v,w)上での三次元形状データを生成する。生成した三次元形状データは、例えば、被検物形状部分が1でそれ以外の部分が0である関数G(u,v,w)とする。そして、生成した三次元形状データ関数G(u,v,w)に対して、実施例1の透過波面補正部130と同様の処理を施すことによって、補正透過波面画像Ic(Ri,x,y)を得て、屈折率分布生成部140′に入力する。   The transmitted wavefront correction unit 130 is substantially the same as in the first embodiment. However, when obtaining the shape data of the three-dimensional test object O in the test object shape generation step S131, if the shape is not complicated, from the drawing Shape data may be generated by obtaining a dimension and creating a function. For example, in the case where the test object O is a coaxial spherical lens, the diameter, thickness, radius of curvature of each surface, etc. are input using a spherical function, and the orthogonality fixed to the test object O is input. Three-dimensional shape data on coordinates (u, v, w) is generated. The generated three-dimensional shape data is, for example, a function G (u, v, w) in which the object shape portion is 1 and the other portions are 0. Then, the corrected transmitted wavefront image Ic (Ri, x, y) is applied to the generated three-dimensional shape data function G (u, v, w) by performing the same process as the transmitted wavefront correction unit 130 of the first embodiment. ) And input to the refractive index distribution generator 140 ′.

屈折率分布生成部140′では、このようにして得られた複数の光線方向において計測された被検物Oの補正透過波面画像Ic(Ri,x,y)を、yごとにIcy(x,R)としてx方向に関する2次元フーリエ変換を行う。さらに、極座標(r,φ)から直交座標(u,v)に変換して2次元逆フーリエ変換を行うことにより、yにおける2次元屈折率分布を生成する。 In the refractive index distribution generation unit 140 ′, the corrected transmitted wavefront image Ic (Ri, x, y) of the test object O measured in a plurality of light beam directions obtained in this way is obtained for each y j by Icy j ( Two-dimensional Fourier transform in the x direction is performed as x, R). Further, a two-dimensional refractive index distribution in y j is generated by performing a two-dimensional inverse Fourier transform by converting the polar coordinates (r, φ) to the orthogonal coordinates (u, v).

次に、
u=rcosφ, v=rsinφ, w=y
N(rcosφ, rsinφ)=∫Ic(x,Ri)exp(−irx)dx
の計算をyごとに繰り返すことにより、三次元の屈折率分布N(u,v,w)を生成し、形状抽出部150′に入力する。
next,
u = rcosφ, v = rsinφ, w = y
N (rcosφ, rsinφ) = ∫Ic (x, Ri) exp (−irx) dx
Is repeated for each y j to generate a three-dimensional refractive index distribution N (u, v, w) and input it to the shape extraction unit 150 ′.

ここで、得られた屈折率分布N(u,v,w)は被検物Oとその周辺のマッチング液部分の屈折率分布を含んでおり、被検物形状の境界は不明瞭となり、被検物内部の屈折率分布がはっきりしていない。   Here, the obtained refractive index distribution N (u, v, w) includes the refractive index distribution of the test object O and the surrounding matching liquid portion, and the boundary of the test object shape becomes unclear, and the test object The refractive index distribution inside the specimen is not clear.

そこで、形状抽出部150′は、屈折率分布生成部140′で得られた屈折率分布N(u,v,w)と透過波面補正部130における被検物形状生成ステップS131で得られた被検物Oの3次元形状データ関数G(u,v,w)とを、
N’(u,v,w)=N(u,v,w)×G(u,v,w)
のように掛け合わせることにより、被検物形状部分の屈折率分布N’(u,v,w)を取り出す。得られた屈折率分布N’(u,v,w)は屈折率分布記録部160に入力されて記録される。
Therefore, the shape extraction unit 150 ′ uses the refractive index distribution N (u, v, w) obtained by the refractive index distribution generation unit 140 ′ and the object shape generation step S131 obtained by the transmitted wavefront correction unit 130. A three-dimensional shape data function G (u, v, w) of the inspection object O,
N ′ (u, v, w) = N (u, v, w) × G (u, v, w)
Thus, the refractive index distribution N ′ (u, v, w) of the object shape portion is taken out. The obtained refractive index distribution N ′ (u, v, w) is input to the refractive index distribution recording unit 160 and recorded.

また、上記各実施例中のペナルティに関連した説明を補足する。まず、実施例1において、修正ステップで算出される修正量は、ペナルティが極値をとる推定屈折率分布(第1の屈折率分布データ)に対しては0となるものとすることができ、また該修正量は、ペナルティの勾配(gradient)とすることができる。また、上記修正量は、推定屈折率分布に加算することによりペナルティを増加させる値とすることができる。   Further, the explanation related to the penalty in each of the above embodiments will be supplemented. First, in Example 1, the correction amount calculated in the correction step can be 0 for the estimated refractive index distribution (first refractive index distribution data) where the penalty is an extreme value. The correction amount may be a penalty gradient. The correction amount can be a value that increases the penalty by adding to the estimated refractive index distribution.

また、実施例1中でも説明したように、ペナルティは推定屈折率分布の各部分ごとに計算可能な部分ペナルティの和として表せ、さらに部分ペナルティは、該部分とその近傍部分の屈折率にのみ依存するものとすることができる。
また、ペナルティは、第1の屈折率分布データにより表される前記屈折率分布の不均一さが大きいほど値が高くなるように設定することができる。また、ペナルティは、推定屈折率分布とその平滑化分布との差に正相関する項を含むことができる。さらに、ペナルティは、推定屈折率分布)の高周波成分の量に正相関するものとすることができる。
Further, as described in the first embodiment, the penalty can be expressed as a sum of partial penalties that can be calculated for each part of the estimated refractive index distribution, and the partial penalty depends only on the refractive index of the part and the vicinity thereof. Can be.
The penalty can be set such that the value increases as the non-uniformity of the refractive index distribution represented by the first refractive index distribution data increases. The penalty can also include a term that is positively correlated with the difference between the estimated refractive index distribution and its smoothed distribution. Furthermore, the penalty can be positively correlated with the amount of high frequency components in the estimated refractive index distribution).

また、実施例1でも説明したように、屈折率分布は、硝材各部の屈折率として出力されるものの他、多項式の係数として表現するものであってもよい。   Further, as described in the first embodiment, the refractive index distribution may be expressed as a coefficient of a polynomial in addition to the refractive index output of each part of the glass material.

本発明の実施例1である屈折率分布測定装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a refractive index distribution measuring apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. 実施例1の屈折率分布測定装置に用いられる干渉計の構成を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an interferometer used in the refractive index distribution measuring apparatus according to the first embodiment. 実施例1の屈折率分布測定装置における形状抽出部の処理を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating processing of a shape extraction unit in the refractive index distribution measurement apparatus according to the first embodiment. 実施例1の屈折率分布測定装置における透過波面生成部の動作を示すフローチャート。6 is a flowchart showing an operation of a transmitted wavefront generating unit in the refractive index distribution measuring apparatus according to the first embodiment. 実施例1の屈折率分布測定装置における透過波面補正部の動作を示すフローチャート。6 is a flowchart showing an operation of a transmitted wavefront correction unit in the refractive index distribution measuring apparatus according to the first embodiment. 実施例1の屈折率分布測定装置における屈折率分布生成部の動作を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an operation of a refractive index distribution generation unit in the refractive index distribution measuring apparatus according to the first embodiment. 干渉縞の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of an interference fringe. 透過波面の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of a transmitted wave front. 被検物の3次元形状の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the three-dimensional shape of a test object. 被検物の透過形状の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the permeation | transmission shape of a test object. バックグラウンド画像の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of a background image. 補間バックグラウンド画像の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of an interpolation background image. 被検物の厚み補正を行った補正バックグラウンド画像の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the correction | amendment background image which performed thickness correction of the to-be-tested object. 干渉計における回転機構の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the rotation mechanism in an interferometer. 本発明の実施例2である屈折率分布測定装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the refractive index distribution measuring apparatus which is Example 2 of this invention. 実施例2の屈折率分布測定装置における形状抽出部の処理を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating processing of a shape extraction unit in the refractive index distribution measuring apparatus according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100,100′ 屈折率分布測定装置
105 マッチング漕
109 撮像装置
110 干渉計
120 透過波面生成部
130 透過波面補正部
140 屈折率分布生成部
150 形状抽出部
160 屈折率分布記録部
200,200′画像処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100 'Refractive index distribution measuring apparatus 105 Matching rod 109 Imaging apparatus 110 Interferometer 120 Transmission wavefront generation part 130 Transmission wavefront correction part 140 Refractive index distribution generation part 150 Shape extraction part 160 Refractive index distribution recording part 200,200' Image processing apparatus

Claims (13)

液体内の物体に複数の方向から光を照射してそれぞれ計測した第1の透過波面画像を用いて、該物体内部の屈折率分布を表す屈折率分布データを生成する画像処理装置であって、
前記物体の三次元形状を表す形状データを用いて、前記第1の透過波面画像から前記液体を透過した光による透過波面成分を除去した第2の透過波面画像を生成する補正部と、
該第2の透過波面画像に基づいて前記屈折率分布データを求める屈折率分布生成部とを有することを特徴とする画像処理装置。
An image processing apparatus for generating refractive index distribution data representing a refractive index distribution inside an object using first transmitted wavefront images respectively measured by irradiating light from a plurality of directions to the object in the liquid,
A correction unit that generates a second transmitted wavefront image obtained by removing a transmitted wavefront component of light transmitted through the liquid from the first transmitted wavefront image, using shape data representing a three-dimensional shape of the object;
An image processing apparatus comprising: a refractive index distribution generation unit that obtains the refractive index distribution data based on the second transmitted wavefront image.
前記補正部は、
前記形状データを用いて、前記各方向における前記物体の形状を表す透過形状画像を生成し、
該透過形状画像と前記第1の透過波面画像とに基づいて前記液体を透過した光による透過波面成分を表す液体透過波面画像を生成し、
さらに前記第1の透過波面画像と前記液体透過波面画像とに基づいて前記第2の透過波面画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The correction unit is
Using the shape data, generate a transmission shape image representing the shape of the object in each direction,
Generating a liquid transmission wavefront image representing a transmission wavefront component of light transmitted through the liquid based on the transmission shape image and the first transmission wavefront image;
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising generating the second transmitted wavefront image based on the first transmitted wavefront image and the liquid transmitted wavefront image.
前記補正部は、
前記形状データを用いて、前記各方向における前記物体の形状を表す透過形状画像を生成し、
前記透過形状画像と前記第1の透過波面画像とに基づいて、前記各方向における物体領域外の液体領域を透過した光による透過波面成分を表す第1の液体透過波面画像を生成し、
前記第1の液体透過波面画像に基づいて、前記物体領域が前記液体で満たされているとした場合の該液体を透過した光による透過波面成分を推定した第2の液体透過波面画像を生成し、
前記第1の透過波面画像と前記第2の液体透過波面画像とに基づいて前記第2の透過波面画像を生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The correction unit is
Using the shape data, generate a transmission shape image representing the shape of the object in each direction,
Based on the transmission shape image and the first transmission wavefront image, generate a first liquid transmission wavefront image representing a transmission wavefront component of light transmitted through the liquid region outside the object region in each direction,
Based on the first liquid transmission wavefront image, a second liquid transmission wavefront image in which a transmission wavefront component due to light transmitted through the liquid is estimated when the object region is filled with the liquid is generated. ,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the second transmitted wavefront image is generated based on the first transmitted wavefront image and the second liquid transmitted wavefront image.
前記補正部は、
前記第2の液体透過波面画像と前記物体の前記各方向における厚み情報とに基づいて、前記各方向において前記物体領域に重なる前記液体を透過した光による透過波面成分を表す第3の液体透過波面画像を生成し、
前記第1の透過波面画像と前記第3の液体透過波面画像とに基づいて前記第2の透過波面画像を生成することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
The correction unit is
Based on the second liquid transmitted wavefront image and the thickness information of the object in each direction, a third liquid transmitted wavefront representing a transmitted wavefront component due to light transmitted through the liquid overlapping the object region in each direction. Generate an image,
The image processing apparatus according to claim 3, wherein the second transmitted wavefront image is generated based on the first transmitted wavefront image and the third liquid transmitted wavefront image.
前記屈折率分布生成部は、
第1の屈折率分布データに基づいて、前記各方向における透過波面をシミュレートすることにより第3の透過波面画像を生成するシミュレーション部と、
該第3の透過波面画像と前記第2の透過波面画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較部と、
前記第1の情報に基づいて前記第1の屈折率分布データを変更することにより第2の屈折率分布データを生成する変更部とを有し、
前記第2の屈折率分布データを前記第1の屈折率分布データとして前記各部での処理を繰り返すことにより生成された前記第2の屈折率分布データを前記物体内部の屈折率分布を表す屈折率分布データとすることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の画像処理装置。
The refractive index distribution generator is
A simulation unit that generates a third transmitted wavefront image by simulating the transmitted wavefront in each direction based on the first refractive index distribution data;
A comparison unit that compares the third transmitted wavefront image with the second transmitted wavefront image and generates first information indicating the comparison result;
A change unit that generates second refractive index distribution data by changing the first refractive index distribution data based on the first information,
Using the second refractive index distribution data as the first refractive index distribution data, the second refractive index distribution data generated by repeating the processing in each section is used as the refractive index representing the refractive index distribution inside the object. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the image processing apparatus is distribution data.
前記シミュレーション部は、前記各方向での前記第1の屈折率分布データを積算して前記第3の透過波面画像を生成することを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 5, wherein the simulation unit generates the third transmitted wavefront image by integrating the first refractive index distribution data in each direction. 前記形状データを用いて、前記第2の屈折率分布データのうち前記物体のみの屈折率分布データを抽出する形状抽出部をさらに有し、
前記第2の屈折率分布データのうち前記物体のみの屈折率分布データを前記第1の屈折率分布データとして前記各部での処理を繰り返すことを特徴とする請求項5又は6に記載の画像処理装置。
Using the shape data, further comprising a shape extraction unit for extracting the refractive index distribution data of only the object from the second refractive index distribution data;
7. The image processing according to claim 5, wherein the processing in each of the units is repeated using, as the first refractive index distribution data, the refractive index distribution data of only the object in the second refractive index distribution data. 8. apparatus.
前記第1の屈折率分布データに対して定義されるペナルティに基づいて該第1の屈折率分布データの変更に用いる第2の情報を生成するペナルティ算出部をさらに有し、
前記変更部は、前記第1の情報と前記第2の情報とに基づいて前記第1の屈折率分布データを変更することにより前記第2の屈折率分布データを生成することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の画像処理装置。
A penalty calculating unit that generates second information used to change the first refractive index distribution data based on a penalty defined for the first refractive index distribution data;
The change unit generates the second refractive index distribution data by changing the first refractive index distribution data based on the first information and the second information. Item 8. The image processing apparatus according to any one of Items 1 to 7.
前記第2の情報は、前記第1の屈折率分布データの変更量であって、前記第1の屈折率分布データに加算することにより前記ペナルティを増加させる値であることを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。   The second information is a change amount of the first refractive index distribution data, and is a value that increases the penalty by adding to the first refractive index distribution data. The image processing apparatus according to 8. 前記ペナルティは、前記第1の屈折率分布データにより表される前記屈折率分布の不均一さが大きいほど高い値であることを特徴とする請求項8又は9に記載の画像処理装置。   10. The image processing apparatus according to claim 8, wherein the penalty is a higher value as the nonuniformity of the refractive index distribution represented by the first refractive index distribution data is larger. 請求項1から10のいずれか1つに記載の画像処理装置と、
前記第1の透過波面画像を取得する干渉計とを有することを特徴とする屈折率分布測定装置。
An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 10,
A refractive index distribution measuring apparatus comprising: an interferometer that acquires the first transmitted wavefront image.
液体内の物体に複数の方向から光を照射してそれぞれ計測した第1の透過波面画像を用いて、該物体内部の屈折率分布を表す屈折率分布データを生成する画像処理プログラムであって、
コンピュータに、
前記物体の三次元形状を表す形状データを用いて、前記第1の透過波面画像から前記液体を透過した光による透過波面成分を除去した第2の透過波面画像を生成する補正ステップと、
該第2の透過波面画像に基づいて前記屈折率分布データを求める屈折率分布生成ステップとを実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
An image processing program for generating refractive index distribution data representing a refractive index distribution inside the object using first transmitted wavefront images measured by irradiating light from a plurality of directions to the object in the liquid,
On the computer,
Using the shape data representing the three-dimensional shape of the object, a correction step for generating a second transmitted wavefront image obtained by removing a transmitted wavefront component due to light transmitted through the liquid from the first transmitted wavefront image;
An image processing program for executing a refractive index distribution generation step for obtaining the refractive index distribution data based on the second transmitted wavefront image.
前記屈折率分布生成ステップは、
第1の屈折率分布データに基づいて、前記各方向における透過波面をシミュレートすることにより第3の透過波面画像を生成するシミュレーションステップと、
該第3の透過波面画像と前記第2の透過波面画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較ステップと、
前記第1の情報に基づいて前記第1の屈折率分布データを変更することにより第2の屈折率分布データを生成する変更ステップとを有し、
前記第2の屈折率分布データを前記第1の屈折率分布データとして前記各部での処理を繰り返すことにより生成された前記第2の屈折率分布データを前記物体内部の屈折率分布を表す屈折率分布データとすることを特徴とする請求項12に記載の画像処理プログラム。

The refractive index profile generation step includes
A simulation step of generating a third transmitted wavefront image by simulating the transmitted wavefront in each direction based on the first refractive index distribution data;
A comparison step of comparing the third transmitted wavefront image and the second transmitted wavefront image and generating first information indicating the comparison result;
Changing the first refractive index distribution data based on the first information to generate second refractive index distribution data,
Using the second refractive index distribution data as the first refractive index distribution data, the second refractive index distribution data generated by repeating the processing in each section is used as the refractive index representing the refractive index distribution inside the object. The image processing program according to claim 12, wherein the image processing program is distribution data.

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