JP7195556B2 - 超解像計測装置および超解像計測装置の作動方法 - Google Patents
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Description
図1において、超解像計測装置10は、ステージ11、実光学系12、センサ13、および処理装置14を備える。ステージ11には被計測物体15がセットされる。実光学系12は、ステージ11にセットされた被計測物体15の入力光波を取り込み、センサ13へと導く。センサ13は、実光学系12によって導かれた入力光波の強度と位相を計測して、光複素振幅画像54(図6参照)を出力する。センサ13は、光複素振幅画像54を処理装置14に送信する。処理装置14は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータである。処理装置14は、センサ13からの光複素振幅画像54に基づいて、出力画像76(図9参照)を生成する。
F_R{a_R(x、y)}=A_R(X、Y)
と表せる。
A_R(X、Y)×Φ_R(X、Y)
と表せる。ここで、A_R(X、Y)×Φ_R(X、Y)を取得するためには、必ずしもこのランダム拡散板22を用いる方法に限定されず、空間的に位相をランダムに変調した光を被計測物体15に照射して得られる透過光または散乱光を用いてもよい。
F_R{A_R(X、Y)×Φ_R(X、Y)}
と表せる。
Rect_R{F_R{A_R(X、Y)×Φ_R(X、Y)}}
と表せる。ここで、Rect_R{*}は、部分透過マスク29の透過部35においては*の値を示し、透過部35以外の周辺の遮光部においては0の値を示す。
Φ_R(X、Y)×Φ_V1(X、Y)=1
である。Φ_V1(X、Y)は、本開示の技術に係る「拡散部材の透過関数の位相共役関数」の一例である。
F_V1-1{Rect_R{F_R{A_R(X、Y)×Φ_R(X、Y)}}}≒A_SR(X、Y)×Φ_R(X、Y)
と表せる。A_SR(X、Y)は、超解像成分を含んでいる。
F_V1-1{A_SR(X、Y)}=a_SR(x、y)
と表せる。
F_V2{b_R(x、y)}=B_R(X、Y)
と表せる。なお、基準画像61は、部分透過マスク29の透過部35に収まるように集光された被計測物体15の入力光波を計測したものであるため、高速フーリエ変換部110に入力される前に、光複素振幅画像54と同じサイズに変更されている。
B_R(X、Y)×Φ_V2(X、Y)
と表せる。
F_V2{B_R(X、Y)×Φ_V2(X、Y)}
と表せる。
Rect_V{F_V2{B_R(X、Y)×Φ_V2(X、Y)}}
と表せる。
F_V1-1{Rect_V{F_V2{B_R(X、Y)×Φ_V2(X、Y)}}}≒B_NSR(X、Y)×Φ_V2(X、Y)
と表せる。B_NSR(X、Y)は、超解像成分を含んでいない。
F_V1-1{B_NSR(X、Y)}=b_NSR(x、y)
と表せる。
Re{a_R(x、y)-b_R(x、y)}≒Re{a_SR(x、y)-b_NSR(x、y)}
Im{a_R(x、y)-b_R(x、y)}≒Im{a_SR(x、y)-b_NSR(x、y)}
である。なお、Re{*}は実数部、Im{*}は虚数部をそれぞれ表す。
O(x、y)=C×{a_SR(x、y)-b_NSR(x、y)}+b_R(x、y)
により得られる。
C2={a_R(x0、y0)}2/{a_SR(x0、y0)}2
規格化定数Cは、RW制御部81によりストレージデバイス65に記憶される。また、規格化定数Cは、RW制御部81によりストレージデバイス65から読み出され、減算部87に出力される。
以下では、上記第1実施形態の超解像計測装置10の数値シミュレーションに基づく実施例1を示す。
図33~図35に示す第2実施形態では、入力光波の拡散特性を変更可能な空間光変調器182を拡散部材として用いる。
O(x、y)=(1/N)×Σ(a_SR(x、y))
と表せる。
図36は、上記第2実施形態の数値シミュレーションによる出力画像76の位相画像76PHの例(位相パターンの変更数N=200)である。この位相画像76PHからも分かるように、基準画像61を用いずとも、出力画像76に生じる画質劣化を十分に低減することができている。
図37および図38に示す第3実施形態では、遮光部202が中央部分に設けられたランダム拡散板201を拡散部材として用いる。
図39は、上記第3実施形態の数値シミュレーションに用いた入力画像50を示す。図39Aは入力画像50の強度画像50AM、図39Bは入力画像50の位相画像50PHをそれぞれ示す。入力画像50は、図20で示した入力画像50と同じく、白地の中心部分と左隅部分にマーク210が付された画像である。
図42~図44に示す第4実施形態では、開口223が中央部分に設けられたランダム拡散板221を拡散部材として用いる。
Claims (13)
- 被計測物体の入力光波を拡散させる拡散部材、および拡散された前記入力光波を部分的に透過させる部分透過マスクを含む実光学系と、
前記部分透過マスクを透過した前記入力光波の強度と位相を計測して光複素振幅画像を出力するセンサと、
前記センサの解像度を超える解像度の成分である超解像成分を含む前記被計測物体の入力光波を、前記光複素振幅画像から再生する計算処理であって、前記拡散部材の透過関数の位相共役関数を含む計算処理をコンピュータ上で施して、出力画像を生成する仮想光学系と、
を備える超解像計測装置。 - 前記仮想光学系は、前記光複素振幅画像から第1中間画像を生成し、
前記被計測物体の基準画像から第2中間画像を生成し、
前記第1中間画像から前記第2中間画像を減算した画像に基づいて、前記出力画像を生成する請求項1に記載の超解像計測装置。 - 前記実光学系は、
前記拡散部材を経て前記センサに至る、前記光複素振幅画像を得るための光複素振幅画像取得光路と、
前記拡散部材を通さずに前記センサに至る、前記基準画像を得るための基準画像取得光路とを有する請求項2に記載の超解像計測装置。 - 前記光複素振幅画像取得光路の前記拡散部材よりも前記被計測物体側から、前記基準画像取得光路が分岐している請求項3に記載の超解像計測装置。
- 前記光複素振幅画像取得光路の前記拡散部材よりも前記センサ側で、前記基準画像取得光路が合流している請求項4に記載の超解像計測装置。
- 前記基準画像取得光路においては、前記入力光波が前記部分透過マスクの透過部に収まるサイズに集光される請求項5に記載の超解像計測装置。
- 前記光複素振幅画像取得光路と前記基準画像取得光路とは兼用されており、
前記拡散部材および前記部分透過マスクは、前記光複素振幅画像取得光路内に進入した進入位置と、前記光複素振幅画像取得光路から退避した退避位置とに移動され、
前記光複素振幅画像取得光路は、前記拡散部材および前記部分透過マスクが前記退避位置にある場合に、前記基準画像取得光路として機能する請求項3に記載の超解像計測装置。 - 前記拡散部材は、前記入力光波をランダムに拡散させるランダム拡散板である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の超解像計測装置。
- 前記拡散部材は、前記入力光波の拡散特性を変更可能な空間光変調器であり、
前記センサは、前記空間光変調器により拡散特性が変更された複数種の前記入力光波の強度と位相を計測して、前記入力光波の拡散特性が異なる複数の前記光複素振幅画像を出力し、
前記仮想光学系は、複数の前記光複素振幅画像の各々から中間画像を生成し、複数の前記中間画像を加算平均した画像を、前記出力画像とする請求項1に記載の超解像計測装置。 - 前記実光学系は、前記拡散部材よりも前記被計測物体側、および前記拡散部材よりも前記センサ側に配された、一対のフーリエ変換レンズを含む請求項1に記載の超解像計測装置。
- 前記拡散部材は、前記入力光波をランダムに拡散させるランダム拡散板であって、前記被計測物体側に配された前記フーリエ変換レンズによる低空間周波数成分をカットする遮光部が、中央部分に設けられたランダム拡散板である請求項10に記載の超解像計測装置。
- 前記拡散部材は、前記入力光波をランダムに拡散させるランダム拡散板であって、前記被計測物体側に配された前記フーリエ変換レンズによる低空間周波数成分を透過する開口が、中央部分に設けられたランダム拡散板であり、
前記実光学系には、前記開口を透過した前記低空間周波数成分を、前記部分透過マスクの透過部に集光する集光レンズが配されている請求項10に記載の超解像計測装置。 - 被計測物体の入力光波を拡散させる拡散部材、および拡散された前記入力光波を部分的に透過させる部分透過マスクを含む実光学系を用い、
センサによって、前記部分透過マスクを透過した前記入力光波の強度と位相を計測して光複素振幅画像を出力させ、
仮想光学系において、前記センサの解像度を超える解像度の成分である超解像成分を含む前記被計測物体の入力光波を、前記光複素振幅画像から再生する計算処理であって、前記拡散部材の透過関数の位相共役関数を含む計算処理をコンピュータ上で施して、出力画像を生成する、
超解像計測装置の作動方法。
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