JP7381827B2 - 光干渉測定装置および光干渉測定方法 - Google Patents
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Description
1.光干渉測定装置の全体構成
図1は、本発明の実施の形態に係る、光干渉測定装置1の概略構成を示すブロック図である。光干渉測定装置1は、SS-OCTであり、例えば、コンクリート構造物等の内部構造の検査に用いられるものである。
測定部2は、主として、光源21、ビームスプリッタ22、測定対象物を設置するための自動ステージ23、参照面24および検出器25とを備える。
検出器25は、例えば、導波管とアンテナが付設されたショットキーバリアダイオードであり、後述する参照光B2の反射光と測定光B1の反射光との干渉信号を検出する。
なお、本明細書において、測定対象物の「反射面」は測定対象物の表面および内部反射面を含む。従って、第1の反射面は、測定対象物の表面を意味する。
次に、図4を参照しながら、信号処理部8の詳細について説明する。信号処理部8は、FFT解析部10と、超解像解析部20と、ノイズ除去部30とを備える。
まず、フィルタpjのz変換を
まず、得られたAlの絶対値をとることでalを求める。
図7は、第2のノイズ除去部302により除去されるホワイトガウシアンノイズを説明した図である。図中、黒線は、理論的なインターフェログラムを示し、灰色線はホワイトガウシアンノイズを含むインターフェログラムを示す。理論的なインターフェログラムとノイズを含むインターフェログラムとは、概ね重なり合っているが、理論的なインターフェログラムのピークのエンベロープが滑らかな波形となって連なる形状を有するのに対して、ホワイトガウシアンノイズを含むインターフェログラムのエンベロープは、矢印で示すようにランダムに突出する部分が存在し、エンベロープが滑らかに連ならない。第2のノイズ除去部302は、以下のようにして、このようなノイズを削除する。
Uは、要素数が(K-2L-1)×(2L+1)のユニタリ行列(複素数,UU*=U*U=I)であり、
Sは、要素数が(2L+1)×(2L+1)の対角行列であり、
Vは、要素数が(2L+1)×(2L+1)のユニタリ行列である。)
以下、図8~図13を参照して、光干渉測定装置1を用いた光干渉測定方法を説明する。なお、以下の各ステップにおいて、求められたパラメータ、インターフェログラム、強度プロファイル等は、必要に応じて記憶部に記憶され、後続のステップにおいて読み出される様になっているものとし、説明は省略する。
4-1 実施例1:モデルパラメータの推定に基づくシミュレーション結果
図14は、光干渉測定装置1を用いて、光源21を600~665GHzで周波数変調した場合の強度プロファイルをシミュレーションした結果である。測定対象物は、その表面(第1の反射面)の光学的距離が80mmとなるように設定した。上段、中段、下段のグラフはそれぞれ、試料が表1に示す構造を有し、屈折率が1.53で一定であるとした場合の結果を示す。
(1)フィルタによるノイズ除去
次に、光干渉測定装置1を用いた実測実験を行った。測定対象物(試料)として、表2に示す構造を有する、屈折率が一定のプラスチック製の平板を用いた。測定は、測定対象物を、その表面(第1の反射面)の光学的距離が80mmとなるように設置して、光源を600~665GHzの範囲で周波数変調して行った。図15は、実測したインターフェログラムを用い、S201のフィルタによるノイズ除去を行った結果である。上段、中段、下段のグラフはそれぞれ、表2に示す条件での実験結果を示す。また、パス領域は、試料表面の位置(80mm)を基準として-34mm~+57mm(すなわち、光学的距離が、46~137mm)となるように設定した。
図16は、上記フィルタによるノイズ除去後のインターフェログラムを用いて、特異値分解によりノイズ除去をおこなった結果を示す。
次に、上記実測実験における特異値分解によるノイズ除去を行った後のインターフェログラムを用い、仮定面数Lの範囲を1~10として、各仮定面数におけるモデルパラメータの推定を行った。さらに、このモデルパラメータを用いて、各仮定面数におけるインターフェログラムを再構成し、ノイズ除去後のインターフェログラムと、再構成インターフェログラムとの尤度を算出し、仮定面数を自由度として、各仮定面数におけるAIC値を求め、AIC値が最小となるモデルを最良のモデルとして選択した。AIC値が最小となる仮定面数Lは、厚さ10mm,5mm,1mmの場合において、それぞれ、7,7,6であった
また、図17(B)はインターフェログラムを示し、灰色線は上記特異値分解によるノイズ除去後のインターフェログラムを示し、黒線は、最良のモデルにより再構成されたインターフェログラムを示す。
本実施の形態の一つの変形として、ステップS501およびステップS601を自動的に設定するように構成してもよい。図18は、該変形形態に係る光干渉測定装置1aの信号処理部8aの機能構成図である。光干渉測定装置1aは光干渉測定装置1と概略同様の構成を有するが、信号処理部8aが、モデルパラメータ推定部201および最良モデル選択部202に代えて、それぞれモデルパラメータ推定部201aおよび最良モデル選択部202aを備える点で異なる。
このように構成すると、適切な仮定面数Lの範囲を自動的に設定することができるので、測定作業が容易になる。
8,8a 信号処理部
20 超解像解析部
201,201a モデルパラメータ推定部
202,202a 最良モデル選択部
203 強度プロファイル再構成部
Claims (5)
- 電磁波を測定対象物および参照面に照射し、前記測定対象物の反射面からの反射波と、前記参照面からの反射波とを干渉させて干渉波のインターフェログラムを取得する測定部と、
前記インターフェログラムをフーリエ変換することにより、深さ方向の強度プロファイルを構成する信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
測定対象物が、少なくとも1の反射面を有し、前記電磁波の進行方向に積層された層状構造物であると仮定した場合の、インターフェログラムのモデル式に基づいて、所定の仮定面数の範囲における各仮定面数について前記モデル式のパラメータを推定するモデルパラメータ推定部と、
前記各仮定面数について推定したパラメータを適用した前記モデル式から、統計学的手法により最良のモデル式を選択する最良モデル選択部と、
前記最良のモデル式に基づいて深さ方向の強度プロファイルを再構成する強度プロファイル再構成部とを備え、
前記仮定された層状構造物の反射面は、前記層状構造物の各層の空気または隣接層との界面であって、前記電磁波を反射または内面反射する面であり、
前記仮定面数は、前記層状構造物において仮定された反射面の数であり、
前記最良モデル選択部は、前記各仮定面数について推定したパラメータを適用した前記モデル式を用いて、インターフェログラムを再構成し、再構成されたインターフェログラムと、元のインターフェログラムとの尤度を算出し、前記仮定面数を自由度として得られる情報量規準に基づいて最良のモデル式を選択することを特徴とする光干渉測定装置。 - 前記モデルパラメータ推定部は、測定対象物が、各層内の屈折率が一定で、少なくとも1の反射面数をもつ層状構造物であると仮定した場合のインターフェログラムのモデル式に基づいて、前記モデル式のパラメータを推定することを特徴とする請求項1に記載の光干渉測定装置。
- 前記仮定面数の範囲は、測定対象物の構造特性に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の光干渉測定装置。
- 前記仮定面数の範囲は、前記元のインターフェログラムより構成される深さ方向の強度プロファイルの、ピーク数に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2に記載の光干渉測定装置。
- 電磁波を測定対象物および参照面に照射し、前記測定対象物の反射面からの反射波と、前記参照面からの反射波とを干渉させて取得した干渉波のインターフェログラムをフーリエ変換することにより、深さ方向の強度プロファイルを構成するステップと、
測定対象物が、少なくとも1の反射面数を有し、前記電磁波の進行方向に積層された層状構造物であると仮定した場合のインターフェログラムのモデル式に基づいて、所定の仮定面数の範囲における各仮定面数について、前記モデル式のパラメータを推定するステップと、
前記各仮定面数について推定したパラメータを適用した前記モデル式から、統計学的手法により最良のモデル式を選択するステップと、
前記最良のモデル式に基づいて強度プロファイルを再構成するステップと
を備え、
前記仮定された層状構造物の反射面は、前記層状構造物の各層の空気または隣接層との界面であって、前記電磁波を反射または内面反射する面であり、
前記仮定面数は、前記層状構造物において仮定された反射面の数であり、
前記各仮定面数について推定したパラメータを適用した前記モデル式を用いて、インターフェログラムを再構成し、再構成されたインターフェログラムと、元のインターフェログラムとの尤度を算出し、前記仮定面数を自由度として得られる情報量規準に基づいて前記最良のモデル式を選択することを特徴とする光干渉測定方法。
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