JPH05157513A - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JPH05157513A
JPH05157513A JP3325993A JP32599391A JPH05157513A JP H05157513 A JPH05157513 A JP H05157513A JP 3325993 A JP3325993 A JP 3325993A JP 32599391 A JP32599391 A JP 32599391A JP H05157513 A JPH05157513 A JP H05157513A
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Atsushi Amako
淳 尼子
Hirotsuna Miura
弘綱 三浦
Tomio Sonehara
富雄 曽根原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体形状あるいはその変化を計測するための
汎用的な光学装置を提供する。 【構成】 コヒーレント光源と、干渉計と、前記干渉計
で得られた干渉縞を入力する撮像素子と、前記干渉縞に
対応する位相分布を表示するための液晶素子と、前記撮
像素子と前記液晶素子を接続する回路を備えて成ること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子を応用した光
学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体形状あるいはその変化を計測する手
段として、ホログラフィ干渉計が広く利用されてきた。
ホログラフィ干渉計には、基準形状あるいは変形前の物
体形状を記録、再生する手段が必要であり、一般にはホ
ログラムが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、計測の対象が
変わるたびにホログラムを作り直さなければならず、こ
のために多くの工数を費やしていた。
【0004】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、その目的は、簡便な手段により物体形状およ
びその変化を高精度に計測できる汎用的な光学装置を提
供するところにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の光学装置
は、コヒーレント光源と、干渉計と、前記干渉計で得ら
れた干渉縞を入力する撮像素子と、参照光路と物体光路
を分離し、かつ参照光の偏光方位と物体光の偏光方位を
互いに直交させるための複屈折板と、前記干渉縞に対応
する位相分布を表示するための液晶素子と、前記液晶素
子のアドレス手段と、前記撮像素子と前記液晶素子とを
接続する回路を備えて成ることを特徴とする。
【0006】本発明の第2の光学装置は、前記第1の光
学装置において、液晶素子が光の位相だけを変調する液
晶素子であることを特徴とする。
【0007】本発明の第3の光学装置は、前記第1ない
し第2の光学装置において、液晶素子がマトリクス駆動
型液晶素子であることを特徴とする。
【0008】本発明の第4の光学装置は、コヒーレント
光源と、干渉計と、前記干渉計で得られた干渉縞を入力
する撮像素子と、参照光路と物体光路を分離し、かつ参
照光だけに位相変調を加えるための液晶素子と、参照光
の偏光方位と物体光の偏光方位を直交させるための複屈
折板と、前記干渉縞の位相分布を表示するための液晶素
子と、前記複数の液晶素子のアドレス手段と、前記撮像
素子と前記干渉縞に対応する位相分布を表示するための
液晶素子とを接続する回路を備えて成ることを特徴とす
る。本発明の第5の光学装置は、前記第4の光学装置に
おいて、複数の液晶素子が、いずれも光の位相のみを変
調する液晶素子であることを特徴とする。
【0009】本発明の第6の光学装置は、前記第4ない
し第5の光学装置において、干渉縞に対応する位相分布
するための液晶素子がマトリクス駆動型液晶素子である
ことを特徴とする
【0010】
【実施例】以下では実施例にもとづき、本発明の内容に
ついて詳しく説明する。
【0011】(実施例1)図1に本実施例の光学装置の
構成を示す。レーザ光源100から出射した光をビーム
エクスパンダ101とコリメートレンズ102で平行に
した後に、レンズ104とレンズ105を介して四分の
一波長板106へ導く。四分の一波長板106は、レー
ザ光源に近い側の表面が反射面になっていて、この面で
入射光を分割して参照光をつくる。また、四分の一波長
板106の進相軸(あるいは遅相軸)は、入射直線偏光
の方位に対して45°だけ傾いている。四分の一波長板
106を透過した光は物体表面107で反射され、ふた
たび、四分の一波長板106を透過する。したがって、
物体表面からの光、すなわち、物体光は、参照光と偏光
方位が直交する直線偏光になっている。参照光と物体光
は液晶素子108を通過した後で、その直後に配置され
た偏光板109の作用により、干渉縞を形成する。偏光
板109の透過軸は、参照光の偏光方位と物体光の偏光
方位のほぼ中間に設定されている。こうして得られた干
渉縞は物体表面の形状に対応するものであり、この縞を
結像レンズ111でカメラ113の撮像面上に結像す
る。カメラ113の出力は、A/D変換され、コンピュ
ータ114へ取り込まれる。
【0012】干渉縞から物体表面の形状を算出するには
縞走査法(たとえば、谷田貝豊彦:応用光学 光計測入
門(丸善、1988)、p.131参照)を使う。この
ために、図1の液晶素子108を位相シフタとして用い
て、物体光にだけ位相シフトを与える。ここでは、0、
π/2、π、3π/2の位相シフトを与えて、4枚の縞画
像から物体表面の形状を算出する。そして、この形状デ
ータをもう一度液晶素子108へ戻して表示する。こう
して、物体表面の形状に対応する位相分布が液晶素子1
08へ記録できたことになる。物体が変形すると、物体
光の波面の形状も変化するので、液晶素子へ記録された
変形前の波面と変形後の波面のあいだで干渉縞が得られ
る。この干渉縞をふたたび縞走査法で解析すれば、物体
の面外変形量が求まる。この時も液晶素子108を位相
シフタに用いる。図中の116は液晶素子108の駆動
回路である。
【0013】図1の構成で、物体の表面107と液晶素
子108の表示面は、共通の光軸上に配置されていて、
レンズ104と105で構成される共焦点結像系によ
り、互いに共役な関係で結ばれている。この共焦点結像
系の倍率は物体の大きさに合わせて、自由に選ぶことが
できる。不要な回折波を除くために、結像レンズ111
の焦点面に空間フィルタ112が配置されている。図中
103はハーフミラー、110は光路折り曲げ用の全反
射ミラーである。また、115はTVモニタであり、物
体の変形をあらわす干渉縞を実時間で表示する。本実施
例の液晶素子108には、マトリクス駆動型液晶素子を
用いた。この液晶素子は、各画素にTFT(薄膜トラン
ジスタ)を備え、画素間のクロストークが小さくかつ充
分な階調性が得られる。液晶分子の初期配向はホモジニ
アスであり、2π以上の連続的な位相変調が得られる
(第51回応用物理学会講演予稿集26a−H−10参
照)。この液晶素子は、一方の直線偏光にだけ位相変調
を与えるので、さきに述べたように、参照光の偏光方位
を物体光の偏光方位と直交させておくことにより、共通
光路であっても物体光の位相だけに変調を加えることが
可能になる。この点が、液晶素子で位相変調をおこな
う、本発明の共通光路型干渉計の特徴でもある。
【0014】本実施例によれば、1)変形前の物体表面
の形状を記録する手段として液晶素子を用いることによ
り、形状データを更新するだけでさまざまな物体の変形
を容易にかつ高精度に計測できる、2)共通光路型の光
学配置を採用することによって、空気ゆらぎ等の外乱に
影響されにくくなり、計測精度が向上する、という効果
が生まれる。
【0015】(実施例2)図2に本実施例の光学装置の
構成を示す。実施例1の構成と異なるのは、四分の一波
長板106の手前に、液晶セル201を配置した点であ
る。液晶セル201は、レーザ光源100に近い側の表
面には反射防止膜が、反対側の面には反射増加膜が付加
されている。そして、この反射面で光を分割して参照光
を得る。他方、四分の一波長板106の両側の表面に
は、反射防止膜が付加されている。本実施例では、液晶
セル201を位相シフタとして使用し、液晶素子108
には物体の形状に対応する位相分布を表示するだけの機
能をさせる。
【0016】本実施例の構成の要件である液晶セル20
1はベタ電極構造である。もうひとつの液晶素子108
と同じく、液晶分子の初期配向はホモジニアスであり、
2π以上の連続的かつ線形的な位相変調が可能である。
この液晶セル201で位相変調を加える偏光方位を、液
晶素子108で位相変調を加える方位と直交させてお
く。このようにして、参照光にだけ位相シフトを与え
る。図中の202は液晶セルの駆動回路である。
【0017】液晶セル201を位相シフタとして使っ
て、実施例1と同じように、縞走査法により物体表面の
形状を求める。そして、求めた形状データを液晶素子1
08へ戻して表示する。干渉縞を発生させる方法ならび
に解析する方法は、実施例1と同じである。
【0018】本実施例によれば、平らな波面を有する参
照光へ位相シフトを与えることができるので、計測精度
が一段と向上するという効果が加わる。
【0019】なお、上記ふたつの実施例で引用したマト
リクス駆動型液晶素子の代わりに、光アドレス型液晶素
子を用いても同等以上の効果が得られる。
【0020】
【発明の効果】上記の実施例では、本発明を物体の変形
の計測へ応用した場合の効果について述べてきた。この
他にも、参照物体に対する被験物体の形状誤差を計測す
る用途にも、本発明は大きな効果をあげる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の構成を示す平面図であ
る。
【図2】 本発明の実施例2の構成を示す平面図であ
る。
【符号の説明】
100・・・・・・レーザ光源 101・・・・・・ビームエクスパンダ 102・・・・・・コリメートレンズ 103・・・・・・ハーフミラー 104・・・・・・レンズ 105・・・・・・レンズ 106・・・・・・四分の一波長板 107・・・・・・物体 108・・・・・・液晶素子 109・・・・・・偏光板 110・・・・・・全反射ミラー 111・・・・・・結像レンズ 112・・・・・・空間フィルタ 113・・・・・・カメラ 114・・・・・・コンピュータ 115・・・・・・TVモニタ 116・・・・・・液晶素子の駆動回路 201・・・・・・液晶セル 202・・・・・・液晶セルの駆動回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体形状あるいは物体形状の変化を計測す
    る技術に関し、コヒーレント光源と、干渉計と、前記干
    渉計で得られた干渉縞を入力する撮像素子と、参照光路
    と物体光路を分離し、かつ参照光の偏光方位と物体光の
    偏光方位を互いに直交させるための複屈折板と、前記干
    渉縞に対応する位相分布を表示するための液晶素子と、
    前記液晶素子のアドレス手段と、前記撮像素子と前記液
    晶素子とを接続する回路を備えて成ることを特徴とする
    光学装置。
  2. 【請求項2】前記液晶素子が光の位相だけを変調する液
    晶素子であることを特徴とする請求項1に記載の光学装
    置。
  3. 【請求項3】前記液晶素子がマトリクス駆動型液晶素子
    であることを特徴とする請求項1ないし2に記載の光学
    装置。
  4. 【請求項4】物体形状あるいは物体形状の変化を計測す
    る技術に関し、コヒーレント光源と、干渉計と、前記干
    渉計で得られた干渉縞を入力する撮像素子と、参照光路
    と物体光路を分離し、かつ参照光だけに位相変調を加え
    るための液晶素子と、参照光の偏光方位と物体光の偏光
    方位を互いに直交させるための複屈折板と、前記干渉縞
    に対応する位相分布を表示するための液晶素子と、前記
    複数の液晶素子のアドレス手段と、前記撮像素子と前記
    干渉縞の位相分布を表示するための液晶素子とを接続す
    る回路を備えて成ることを特徴とする光学装置。
  5. 【請求項5】前記複数の液晶素子が、いずれも光の位相
    だけを変調する液晶素子であることを特徴とする請求項
    4に記載の光学装置。
  6. 【請求項6】前記干渉縞に対応する位相分布を表示する
    ための液晶素子がマトリクス駆動型液晶素子であること
    を特徴とする請求項5ないし6に記載の光学装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US10073327B2 (en) 2016-03-25 2018-09-11 Canon Kabushiki Kaisha Optical apparatus and image pickup apparatus
JP2021193378A (ja) * 2015-03-25 2021-12-23 日本電気株式会社 光測定装置

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CN105785609B (zh) * 2016-04-28 2023-04-07 长春理工大学 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置

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