JP5733940B2 - 位相差画像検査の方法およびその装置 - Google Patents
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Description
なお、複数の異なる形状の粒子群を同一形状ごとに同時にその数や挙動や位置を自動的に計測可能にする従来の多重マッチトフィルタ法はあったが、位相差を含めて形状の異なる複数形状の粒子群を同一形状ごとに同時にその数や挙動や位置を自動的に計測可能にするという方法や装置は何処にも見当たらなかった。
(1)本発明は、広くて深い測定視界を持ち、位相差物体の干渉画像が鮮明に得られる、単純で簡便な位相物体の識別、検査の方法と装置を提供することである。
(2)本発明は、生体細胞のような位相物体の鮮明な光回折パターンの位相差干渉画像を得ることが可能な、簡便な位相物体干渉回折パターンの取得方法と装置を提供することである。
(3)本発明は、生体細胞のような位相物体の識別を容易にし、かつ、位相差を含めた異なる形状の複数形状粒子群を同一形状ごとに同時にその数や挙動とその位置を自動的に計測することを可能にする、多重マッチトフィルタを用いた、複数形状の位相物体を形状ごとに数や挙動や位置を自動計測する、方法や装置を提供することである。
前記目的(1)の課題解決の手段は、
可干渉性レーザ光源、レーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられてフーリエ変換像または光回折パターンの零次光だけを高次の回折光と異なる位相差光として通す位相フィルタと零次光の減光フィルタ、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ、および、該逆フーリエ変換レンズの集光面に設置された電子カメラ、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール上または光学レール上の基盤に設置されて、位相差画像作成光学系を構成し、物体導入手段から投写される複数の被検査位相差形状群を大視野で簡便に観察を可能とすることを特徴とする、位相差画像検査装置、である。
また、課題解決の手段は、
前記記載の位相差画像検査装置であって、
透過型LCOS(Liquid Crystal on Silicon、液晶ディスプレイ)を前記位相フィルタとして用いて、位相差を容易に制御できることを特徴とする、位相差画像検査装置、である。
前記目的(2)の課題解決の手段は、
偏光板を通して偏光制御された可干渉性平行レーザ光束中に、フーリエ変換レンズと該フーリエ変換レンズの前側に物体導入手段を設けて、該物体導入手段に一つまたは複数の物体を入れて物体形状をレーザ光で写し出し、それを前記フーリエ変換レンズを通すことによって得られる物体形状のフーリエ変換(光回折)光を偏光ビームスプリッタに通し、前記フーリエ変換レンズの後焦点面上でフーリエ変換像(光回折パターン)を得、該フーリエ変換像(光回折パターン)の零次光を偏光板、位相板を通して反射鏡で反射させるか、あるいは、反射型LCOS(液晶ディスプレイ)を用いて前記零次光を偏光制御と位相制御をしながら反射させて、偏光ビームスプリッタ、偏光板、凹面鏡を通して平行な位相差参照光として構成し、該位相差参照光を前記フーリエ変換レンズの後焦点面で得られる前記フーリエ変換像(光回折パターン)と干渉させて、位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記フーリエ変換レンズの後焦点面で作成することを特徴とする、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成の方法、である。
また、課題解決の手段は、
前記記載のフーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成の方法に加えて、
前記フーリエ変換レンズの後焦点面で得られたフーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成光を前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面とする逆フーリエ変換レンズで集光し、該逆フーリエ変換レンズの集光面で位相差干渉像を結像させて、各位相物体の詳細な位相差画像を得ることを特徴とする、位相差干渉像作成の方法、である。
さらに、課題解決の手段は、
レーザ光源、偏光板、レーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、前記フーリエ変換レンズの後に設置された偏光ビームスプリッタ、該偏光ビームスプリッタの後で該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ、偏光板、凹面鏡を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ、および、該逆フーリエ変換レンズの集光面に設置された電子カメラ、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール上または光学レール上の基盤に設置されて、位相差光学系を構成し、
前記物体導入手段に一つまたは複数の物体を入れて物体形状をレーザ光で写し出し、それを前記フーリエ変換レンズを通すことによって得られる物体形状のフーリエ変換 (光回折)光を偏光ビームスプリッタに通し、前記フーリエ変換レンズの後焦点面上で位相物体のフーリエ変換像(光回折パターン)を得、
前記位相差参照光を前記フーリエ変換レンズの後焦点面で得られる前記位相物体のフーリエ変換像(光回折パターン)と干渉させて、前記フーリエ変換レンズの後焦点面で位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を作成させ、さらに、該位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記逆フーリエ変換レンズを通して、前記逆フーリエ変換レンズの集光面で結像させ、前記電子カメラで一つ一つの物体の位相差干渉画像を鮮明に把握する、各位相差物体の詳細な位相差画像を得ることを特徴とする、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成装置、である
課題解決の手段は、
レーザ光源、偏光板、レーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、前記フーリエ変換レンズの後に設置された偏光ビームスプリッタ、該偏光ビームスプリッタの後で該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ、偏光板、凹面鏡を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ、該逆フーリエ変換レンズの集光面に設置された電子カメラ、および、前記反射型LCOS(液晶ディスプレイ)の後で前記フーリエ変換レンズの後焦点面に設置された光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール上または光学レール上の基盤に設置されて、位相差光学系を構成し、
前記物体導入手段に一つまたは複数の基準形状物体を入れて前記光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器上でホログラムを作成して多重マッチトフィルタとし、該多重マッチトフィルタで前記物体導入手段に入れた被識別物体の識別相関光を前記逆フーリエ変換レンズで集光し電子カメラで各形状識別領域ごとの相関光を撮り込んで、位相物体の複数形状を基準形状ごとにその位置と数を自動識別することを特徴とする、位相差物体の形状識別装置、である。
また、課題解決の手段は、
レーザ光源、偏光板、レーザ光拡大平行光構成光学系、レーザ光拡大平行光中に設けられたハーフミラーで作成される参照光と物体光に分割する参照光作成光学系、物体光である可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、前記フーリエ変換レンズの後に設置された偏光ビームスプリッタ、該偏光ビームスプリッタの後で該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ、偏光板、凹面鏡を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ、該逆フーリエ変換レンズの集光面に設置された電子カメラ、前記反射型LCOS(液晶ディスプレイ)の後に設置された光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器、および、参照光作成光学系、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール上または光学レール上の基盤に設置されて、位相差光学系を構成し、
前記物体導入手段に一つまたは複数の基準形状物体を入れて前記フーリエ変換レンズの後焦点面で得られる、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差参照光との干渉像に、前記参照光作成光学系の光路から前記偏光ビームスプリッタを介して照射される参照光と二重に干渉させて、前記PPH作成器の乾板上でホログラムをつくって多重マッチトフィルタとし、
具体的に述べるとつぎのようである。
本発明によって、広くて深い測定視界を持ち、位相物体の干渉画像が鮮明に得られる、単純で簡便な位相物体の識別、検査の方法と装置を提供することができた。
干渉画像が鮮明に得られ、かつ、単純で簡便で有効な位相差物体の識別、検査の方法と装置を提供することにある。
そのためには、光源として、可干渉性レーザ光を使う。
可干渉性レーザ光源から射出される光は、図2(b)に示すように、同一波長で光波の位相が空間的にも時間的にも揃っている。しかし、従来の位相差顕微鏡に用いられる一般的な照明光は、図2(a)に示すように波連の位相が空間的にも時間的にもばらばらで揃っていない。従って、一般的な光源を用いる従来法の位相差顕微鏡では、光波の干渉縞は空間的にも時間的にも変動して、鮮明な干渉縞は得られにくいという欠点があった。可干渉性レーザ光を照明光として使えば、照射光の位相は空間的にも時間的にも揃っていて、位相物体の位相差による干渉縞は物体の位相差に応じて濃淡が空間的に一定の形で現われ、時間的にも変動しない。従って、可干渉性レーザ光源を用いれば、従来法の照明による干渉縞の不鮮明さの制約から解放されて、位相差物体の干渉縞画像の鮮明さは飛躍的に向上するから、照明は光源として可干渉性レーザ光を用いる。本発明によって、位相差物体の干渉縞画像の鮮明さは飛躍的に向上した。
なお、光源としての可干渉性レーザ光の照射光を平行光にする理由は、物体導入手段は平行光束の何処にでも置くことができ、しかも測定視界のサイズと深さを拡げることができるためである。可干渉性平行照射光の中にフーリエ変換レンズを設置したときに、物体位置が何処にあっても、同一形状物体ではそのフーリエ変換像(光回折パターン)の形状とサイズおよび結像位置は常に同一で変わらないから、そのために検査視界は広くて深くなることが分かる。
本発明によって、位相物体の識別、検査装置の測定視界は従来法に比べて著しく広く深くなり、発明の効果が顕れた。
なお、被検査物体位置が光軸の前後にずれた場合の逆フーリエ変換像の位置のずれは、カメラレンズにテレセントリックレンズを使うことによって解消される。
したがって、検査装置の視界の深さと広さの確保は、本発明によって解決することになり、本発明は効果を発揮した。
本発明の効果は、一つには装置の単純化である。幅の広い検査視野中で小さくて多くの物体群を検査可能にするために、口径がそれ程大きくないフーリエ変換レンズ、逆フーリエ変換レンズと位相板、減光フィルタを組み合わせて、検査物体導入手段とフーリエ変換レンズとの設定距離を短縮しつつ、大きくて深い測定視界を形づくることができ、比較的単純で有効な光学系が開発されたことである。そして、それを用いて位相物体を計測することができたことである。また、装置の単純化は、可干渉性平行光束中の物体のフーリエ変換像の零次光を参照光としたことによって達成された。フーリエ変換像の零次光を位相板と減光フィルタを用いて、位相物体像の参照光として位相物体の位相情報を濃淡の縞模様に変化させて可視化顕在化させることができ、本発明は、干渉画像を鮮明にすると共に、装置を単純化することができた。
本発明技術は、可干渉性平行レーザ光を検査物体の照射光として使ったために、検査法は極めて単純になり、従来法のように、照射光のリング絞りと集光レンズの後焦点面のリング状の位相板の位置合わせに労力を要しない。また、本発明の技術では、フーリエ変換レンズの後焦点面に位相板と減光フィルタを置くだけで、フーリエ変換像の零次光は確実に位相画像の参照光になって、位相物体の位相差が光強度画像情報に変えられるから、本発明は、位相画像の単純で効果的な鮮明化に効果を及ぼす。
従って、検査法と装置の単純化と検査画像の鮮明化という、この両者に対する解決法は、本発明によって解決することになり、本発明が効果を発揮した。
従って、検査法と装置の単純化の一つの解決法は、本発明によって解決することになり、発明の効果が発揮された。
本発明によって、生体細胞のような位相物体の鮮明な光回折パターンの位相差干渉画像を得ることが可能な、簡便な位相物体干渉回折パターンの取得方法と装置を提供することができた。
簡便な位相物体干渉回折パターンの取得方法と装置はつぎのようであった。
図5に方法と装置の概要を示す。位相差光学系は、レーザ光源1、偏光板22、レンズ2とレンズ3で構成されるレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ7、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段6、前記フーリエ変換レンズ7の後に設置された偏光ビームスプリッタ(PBS: Polarization Beam Splitter)4、該偏光ビームスプリッタ4の後で該フーリエ変換レンズ7の後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡30あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ4、偏光板5、凹面鏡12を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ9または集光レンズ9、および、該逆フーリエ変換レンズ9の集光面に設置された電子カメラ10、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール24上または光学レール上の基盤25に設置されて、構成される。
前記位相差参照光を前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で得られる前記位相物体のフーリエ変換像(光回折パターン)と干渉させて、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面上でカメラによって位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を作成させることもできる。さらに、該位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記集光レンズ9を通して、前記集光レンズ9の集光面で結像させ、前記電子カメラ10で一つ一つの物体の位相差干渉画像を鮮明に把握する。この装置が、各位相差物体の詳細な位相差画像を得ることを特徴とする、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成装置、である。
さらに、位相物体干渉回折パターンを逆フーリエ変換することにより、簡便な位相物体干渉回折パターンから、位相物体の鮮明な像の取得方法と装置を提供することができ、本発明の効果が発揮された。
すなわち、位相物体の鮮明な像の取得方法と装置はつぎのようである。
装置の例を図5と図6示した。
レーザ光源1、偏光板22、レンズ2,3により作成されるレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ7、該フーリエ変換レンズ7の前側に設けられた物体導入手段6、前記フーリエ変換レンズ7の後に設置された偏光ビームスプリッタ(PBS: Polarization Beam Splitter)4、該偏光ビームスプリッタ4の後で該フーリエ変換レンズ7の後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡30あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ4、偏光板5、凹面鏡12を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ9、および、該逆フーリエ変換レンズ9の集光面に設置された電子カメラ10、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール24上または光学レール上の基盤25に設置されて、位相差光学系が構成されている。
これを、前記位相差参照光を前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で得られる前記位相物体のフーリエ変換像(光回折パターン)と干渉させて、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を作成させ、さらに、該位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記逆フーリエ変換レンズ9を通して、前記逆フーリエ変換レンズ9の集光面で結像させ、前記電子カメラ10で一つ一つの物体の位相差干渉画像を鮮明に把握すると、各位相物体の詳細な位相差画像を得ることができる。これが位相物体の詳細な位相差画像を得ることを特徴とする、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成装置、となる。
本発明は位相物体の鮮明な像を取得する方法と装置を提供したことになり、本発明の効果が発揮された。
本発明によって、生体細胞のような位相物体の識別を容易にし、かつ、位相差を含めた異なる複数形状の粒子群を同一形状ごとに同時にその数や挙動を自動的に計測することができる、多重マッチトフィルタを用いた、位相物体の複数形状を形状ごとに数や挙動を自動計測する、方法や装置を提供することができた。
レーザ光源1、偏光板22、レンズ2,3を含むレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ7、該フーリエ変換レンズ7の前側に設けられた物体導入手段6、前記フーリエ変換レンズ7の後に設置された偏光ビームスプリッタ(PBS: Polarization Beam Splitter)4、該偏光ビームスプリッタ4の後で該フーリエ変換レンズ7の後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡30あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ4、偏光板5、凹面鏡12を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ9、該逆フーリエ変換レンズ9の集光面に設置された電子カメラ10、および、前記反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30の後に設置された光導電プラスチックホログラム(PPH)作成器21、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール24上または光学レール上の基盤25に設置されて、位相差光学系を構成する。
前記物体導入手段6に一つまたは複数の基準形状物体を入れて前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で得られる。
多重マッチトフィルタ21で複数形状の同時識別を行う。なお、識別にあたっては参照光は用いない。被識別物体または被識別物体形状を識別形状物体導入手段または識別物体形状写出手段9に入れて、物体光でそれを読み出して多重マッチトフィルタ21に照射すれば、基準画像と同じ形状画像があれば
基準画像と同じ形状画像があれば、その形状に対応した再生参照光が相関光として集光レンズ9の後焦点面で集光される。再生参照光の集光点は物体導入手段6の形状設定領域で基準形状を設置した位置を中心に被検査物体と点対象の位置に輝点として、集光レンズ9の焦点面に現われる。なお、集光レンズ9は多重マッチトフィルタ21を前焦点面として設置されている。この相関輝点の領域と位置を電子カメラ10で撮影すれば、被識別物体の形状と位置が実時間的に把握される。
以上に示したように、複数形状の同時並列実時間識別が可能となり、課題が解決される。
実施例に示すように、本目的の一つ、位相物体の位相差の干渉画像が鮮明に得られる単純で簡便な識別、検査の方法と装置が、以下のように実施された。
図5に位相物体干渉回折パターンの取得方法と装置の実施例の概要を示す。
位相差光学装置は、レーザ光源1、偏光板22、レンズ2とレンズ3で構成されるレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ7、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段6、前記フーリエ変換レンズの後に設置された偏光ビームスプリッタ(PBS: Polarization Beam Splitter)4、該偏光ビームスプリッタ4の後で該フーリエ変換レンズ7の後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として位相差を与え減光して反射させ高次の回折光とは位相を異なるものとする位相フィルタと減光フィルタおよび反射鏡30あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30、該反射零次光を偏光ビームスプリッタ4、偏光板5、凹面鏡12を通して平行な位相差参照光として構成する光学系、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ9または集光レンズ9、および、該逆フーリエ変換レンズ9の集光面に設置された電子カメラ10、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール24上または光学レール上の基盤25に設置されて、構成された。
前記位相差参照光を前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で得られる前記位相物体のフーリエ変換像(光回折パターン)と干渉させて、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面上で位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を作成させることができる。さらに、該位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記集光レンズ9を通して、前記集光レンズ9の集光面で結像させ、前記電子カメラ10で一つ一つの物体の位相差干渉画像を鮮明に把握する。この装置が、各位相差物体の詳細な位相差画像を得ることを特徴とする、フーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成装置、である。
この実施例に示す装置発明によって、生体細胞のような位相物体の鮮明な光回折パターンの位相差干渉画像を得ることが可能な、簡便な位相物体干渉回折パターンの取得方法と装置を提供することができた。
レーザ光源1、偏光板22、レンズ2,3により作成されるレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ7、該フーリエ変換レンズ7の前側に設けられた物体導入手段6、前記フーリエ変換レンズ7の後に設置された偏光ビームスプリッタ((PBS: Polarization Beam Splitter))4、該偏光ビームスプリッタ4の後で該フーリエ変換レンズ7の後焦点面に設けられて零次光だけを位相差光として高次の回折光と位相差を与える位相フィルタ5と零次光を減光させ反射させ、高次の回折光を減光させずに反射させる反射鏡30あるいは反射型LCOS(液晶ディスプレイ)30で構成される光学系、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面を前焦点面として設置された逆フーリエ変換レンズ9、および、該逆フーリエ変換レンズ9の集光面に設置された電子カメラ10、のそれぞれが、外乱振動からの防振のために1本の光学レール24上または光学レール上の基盤25に設置されて、位相差光学系が構成されている。
前記物体導入手段6に一つまたは複数の物体を入れて物体形状をレーザ光で写し出し、それを前記フーリエ変換レンズ7を通すことによって得られる物体形状のフーリエ変換 (光回折)光と、前記位相差参照光とを前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で干渉させて、前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を作成させ、さらに、該位相差干渉フーリエ変換像(光回折パターン)を前記逆フーリエ変換レンズ9を通して、前記逆フーリエ変換レンズ9の集光面で結像させ、前記電子カメラ10で一つ一つの物体の位相差干渉画像を鮮明に把握すると、各位相物体の詳細な位相差画像を得ることができる。これが反射型のフーリエ変換像(光回折パターン)の位相差干渉像作成装置、となる。
この光学装置を用いても位相物体の鮮明な像を取得することができた。
前記物体導入手段6に一つまたは複数の基準形状物体を入れてホログラムを作成して多重マッチトフィルタ21とし、該多重マッチトフィルタ21で前記物体導入手段6に入れた被識別物体の識別相関光を前記逆フーリエ変換レンズ9で集光し電子カメラ10で各形状識別領域ごとの相関光を撮り込んで、位相物体の複数形状を基準形状ごとにその位置と数を自動識別することができる。 これが、位相物体の複数形状の自動識別を可能とすることを特徴とする、位相差物体の形状識別装置、となる。
前記物体導入手段6に一つまたは複数の基準形状物体を入れて前記フーリエ変換レンズ7の後焦点面で得られる。
該多重マッチトフィルタで前記物体導入手段6に入れた被識別物体の識別相関光を前記逆フーリエ変換レンズ9で集光し電子カメラ10で各形状識別領域ごとの相関光を撮り込んで、位相物体の複数形状を基準形状ごとにその位置と数を自動識別することができる。これが、位相物体のフーリエ変換干渉像の多重マッチトフィルタを用いて位相物体の複数形状を同時並列に識別することを可能にする、詳細な位相物体の自動形状識別を可能にすることを特徴とする、位相差物体の形状識別装置、となる。
この実施例に示すように、本発明によって、生体細胞のような位相物体の識別を容易にし、かつ、位相差を含めた異なる複数形状の粒子群を同一形状ごとに同時にその数や挙動を自動的に計測することができる、多重マッチトフィルタを用いた、位相物体の複数形状を形状ごとに数や挙動を自動計測する、方法や装置を提供した。
多重マッチトフィルタ21で複数形状の同時識別を行う。なお、識別にあたっては参照光は用いない。被識別物体を物体導入手段6に入れて、レーザ光照射された物体光を多重マッチトフィルタ21に照射すれば、基準画像と同じ形状画像があれば、その形状に対応した再生参照光が相関光として集光レンズ9の焦点面で集光される。再生参照光の集光点は物体導入手段6の基準形状を設置した位置を中心とした物体設置位置と点対象の位置に輝点として、集光レンズ9の焦点面に現われる。なお、集光レンズ9は多重マッチトフィルタ21を前焦点面として設置されている。この相関輝点の領域と位置を電子カメラ10で撮影すれば、被識別物体の形状と位置が実時間的に把握される。
なお、図9には、一般的な画像を用いて、多重マッチトフィルタによる複数形状の同時識別と形状ごとの粒子の挙動の同時測定が行われる例を示した。
図9(a)は図7または図8中の物体導入手段6中に置かれた基準形状△、☆と○の配置である。この配置の基準形状粒子に平行レーザ物体光を照射し、その物体光のフーリエ変換像(光回折パターン)をPPH(光導電プラスチックホログラム)21の乾板に物体光として照射し、参照光を同時にPPH乾板に照射してホログラムをつくる。そのホログラムが多重マッチトフィルタとなる。物体形状識別は、図9 (b)に示すように○、☆、△の形状を物体導入手段に入れるとそれらの光回折パターンが多重マッチトフィルタ上に投影されて自動識別され、それぞれの物体光に対応した参照光が再生される。再生された参照光をホログラム面を前焦点面として設置された集光レンズ9の後焦点面で電子カメラ10で撮影すれば、物体形状の識別相関光が図(c)に示されるように、それぞれの基準形状設置を中心にして被検査物体位置と点対象の位置現われる。
なお、図9中の(d)と(e)は形状ごとの粒子の挙動を実時間的に計測した例を示している。図9の(d)は○、☆、△の形状粒子が物体導入手段の視界中でそれぞれ大きな丸、星、三角の形状に従って動き、図9 (e)には、集光レンズ10の集光面でそれぞれの形状粒子を検出したことを示す相関光の輝点がそれぞれの移動軌跡を描いていることが示されている。
この例に示すように、可干渉性平行光束中の生体細胞などの位相差画像のフーリエ変換像(光回折パターン)干渉画像や位相差物体干渉画像が明確に把握された。
2:レンズ
3:レンズ
4:偏光ビームスプリッタPBS
5:偏光板
6:物体導入手段
7:フーリエ変換レンズ
8:減光フィルタ
9:逆フーリエ変換レンズ
10:電子カメラまたはCCDカメラ
12: 凹面鏡
13:ハーフミラー
14:ミラー
15:ミラー
16:レンズ
20:位相板またはλ/4板、あるいは、透過型LCOS(Liquid crystal on Silicon、液晶ディスプレイ)
21:光導伝プラスチックホログラム(PPH)作成器
22:偏光板
24:光学レール
25:光学ベース
30:ミラー、または、反射型LCOS(Liquid crystal on Silicon、液晶ディスプレイ)
31:電子カメラまたはCCDカメラ
32:PCまたはデータ演算機
111:リング絞り
112:コデンサレンズ
113:試料
114:対物レンズ
115:位相板
116:像面
117:物体像
118:背景
Claims (7)
- レーザ光源、可干渉性拡大平行レーザ光束を形成するレーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられてフーリエ変換像の光回折パターンを通す位相フイルタ、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置され、位相フイルタを通過した高次の回折光および零次光を集光する逆フーリエ変換レンズ、および該逆フーリエ変換レンズの集光面に結像された光学像を撮影するために設置された電子カメラ、のそれぞれが光軸上に設置されて、から構成される、物体導入手段から投写される導入物体の位相差物体干渉像を形成する位相差画像作成光学系を備え、
該位相差画像作成光学系は、前記フーリエ変換レンズが可干渉性拡大平行レーザ光束中に設置されて、前記フーリエ変換レンズの前焦点面導入物体の画像を前記逆フーリエ変換レンズの後焦点面に結像させる該後焦点面の位置に、前記フーリエ変換レンズの前焦点面上の光軸上および光軸から直角方向に外方に外れた位置の導入物体の位相差像を広い視野で撮り込むこと
を特徴とする位相差画像表示装置。 - 請求項1に記載された位相差画像表示装置において、前記フーリエ変換レンズの前焦点面前後の物体の位相差画像を前記逆フーリエ変換レンズの後焦点面前後に結像させて撮り込むことを特徴とする位相差画像表示装置。
- 請求項1に記載された位相差画像表示装置において、該位相差画像作成光学系が、光回折パターンを形成する導入物体光の内の零次光を減光する減光フイルタを備え、前記逆フーリエ変換レンズが、減光フイルタで減光された零次光を集光することを特徴とする位相差画像表示装置。
- 請求項3に記載された位相差画像表示装置において、減光フイルタで減光された零次光を偏光板と位相板を通して反射鏡で反射させるか、あるいは反射型LCOSで偏光制御と位相制御とをして反射させ、偏光ビームスプリッタで、平行な位相差参照光とすることを特徴とする位相差画像表示装置。
- 請求項4に記載された位相差画像表示装置において、零次光を、偏光ビームスプリッタを通して平行な位相差参照光となし、二重に干渉させてホログラムが作成されて多重マッチトフイルタが構成され、導入物体の複数形状を同時並列して識別することを特徴とする位相差画像表示装置。
- レーザ光源、レーザ光拡大平行光構成光学系、可干渉性拡大平行レーザ光束中に設置されたフーリエ変換レンズ、該フーリエ変換レンズの前側に設けられた物体導入手段、該フーリエ変換レンズの後焦点面に設けられてフーリエ変換像の光回折パターンを通す位相フイルタ、前記フーリエ変換レンズの後焦点面を前焦点面として設置され、位相フイルタを通過した高次の回折光および零次光を集光する逆フーリエ変換レンズ、および該逆フーリエ変換レンズの集光面に設置された電子カメラ、のそれぞれが光軸上に設置されて、物体導入手段から投写される導入物体の位相差物体干渉像を形成する位相差画像作成光学系が構成され位相差画像表示装置による位相差画像表示方法において、
前記フーリエ変換レンズが可干渉性拡大平行レーザ光束中に設置されて、前記フーリエ変換レンズの前焦点面導入物体の画像を前記逆フーリエ変換レンズの後焦点面に結像させる該後焦点面の位置に、前記フーリエ変換レンズの前焦点面上の光軸上および光軸から直角方向に外方に外れた位置の導入物体の位相差像を広い視野で撮り込み、および前記フーリエ変換レンズの前焦点面前後の物体の位相差画像を前記逆フーリエ変換レンズの後焦点面前後に結像させて撮り込むこと
を特徴とする位相差画像表示方法。 - 請求項6に記載された位相差画像表示方法において、逆フーリエ変換レンズに、高次の回折光を位相フイルタを通過させ、零次光をλ/4の位相フイルタと減光フイルタを通過させることで光強度調整して導入物体の位相差物体干渉像を形成することを特徴とする位相差画像検査方法。
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