JPH06235620A - 実時間位相形状測定装置 - Google Patents
実時間位相形状測定装置Info
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- JPH06235620A JPH06235620A JP7113792A JP7113792A JPH06235620A JP H06235620 A JPH06235620 A JP H06235620A JP 7113792 A JP7113792 A JP 7113792A JP 7113792 A JP7113792 A JP 7113792A JP H06235620 A JPH06235620 A JP H06235620A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 実時間で簡易かつ正確に１次元の位相形状を
測定すること。 【構成】 レーザ光源２からのレーザ光は、測定物体８
によって位相変調された後、ビームスプリッタ１０で一
対の位相変調光として分岐され、平面鏡１２と直角プリ
ズム１４とに入射する。平面鏡１２及び直角プリズム１
４のそれぞれで反射された各位相変調光は、位相物体の
正立像及び倒立像に対応する位相変調光として、再びビ
ームスプリッタ１０で重合わされる。このビームスプリ
ッタ１０からの重合わせ光は、結像レンズ１６を通って
ＣＣＤカメラ１８に入射する。ＣＣＤカメラ１８はこの
重合わせ光を光電変換した２次元情報を発生する。ＣＣ
Ｄカメラ１８からのこの２次元情報は、マイクロコンピ
ュータ２０によって、非線形変換処理、１次元フーリエ
変換処理及び位置積分処理の各処理を順次施され、測定
物体８の位相形状に変換される。
測定すること。 【構成】 レーザ光源２からのレーザ光は、測定物体８
によって位相変調された後、ビームスプリッタ１０で一
対の位相変調光として分岐され、平面鏡１２と直角プリ
ズム１４とに入射する。平面鏡１２及び直角プリズム１
４のそれぞれで反射された各位相変調光は、位相物体の
正立像及び倒立像に対応する位相変調光として、再びビ
ームスプリッタ１０で重合わされる。このビームスプリ
ッタ１０からの重合わせ光は、結像レンズ１６を通って
ＣＣＤカメラ１８に入射する。ＣＣＤカメラ１８はこの
重合わせ光を光電変換した２次元情報を発生する。ＣＣ
Ｄカメラ１８からのこの２次元情報は、マイクロコンピ
ュータ２０によって、非線形変換処理、１次元フーリエ
変換処理及び位置積分処理の各処理を順次施され、測定
物体８の位相形状に変換される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１次元位相物体の屈折
率分布、形状等の位相形状を実時間で測定する実時間位
相形状測定装置に関する。
率分布、形状等の位相形状を実時間で測定する実時間位
相形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】位相物
体の位相形状を測定する従来の方法として、マッハツェ
ンダー干渉計を基礎とした干渉法やホログラフィー法に
よって得られる干渉縞の解析により、物体の位相分布ま
たは屈折率分布を特定する手法が広く知られている。
体の位相形状を測定する従来の方法として、マッハツェ
ンダー干渉計を基礎とした干渉法やホログラフィー法に
よって得られる干渉縞の解析により、物体の位相分布ま
たは屈折率分布を特定する手法が広く知られている。
【０００３】また、位相分布およびウィグナー分布関数
の関係とその光学的実現方法として、ローマンらによる
研究が知られている（Brenner and Lohmann, Optics Co
mmunications 1982 vol.42 no.5 p310-314）。
の関係とその光学的実現方法として、ローマンらによる
研究が知られている（Brenner and Lohmann, Optics Co
mmunications 1982 vol.42 no.5 p310-314）。
【０００４】以下、この研究について簡単に説明する。
位相物体のウィグナー分布関数は位相の変化率分布を示
す。
位相物体のウィグナー分布関数は位相の変化率分布を示
す。
【０００５】１次元物体ｆ（ｘ）のウィグナー分布関数
は、
は、
【０００６】
【数１】
【０００７】で定義される。ここで、Ｊ（ｘ，ｙ）は、 Ｊ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ＋ｙ／２）ｆ* （ｘ−ｙ／２）…（２） で与えられる。ウィグナー分布関数の定義により、 Ｗ（ｘ，ｆ）＝Ｗ* （ｘ，ｆ）…（３） が成り立ち、任意の複素物体関数のウィグナー分布関数
は実関数になる。
は実関数になる。
【０００８】例えば、任意の位相物体関数である ｆ（ｘ）＝ｅｘｐ〔ｊφ（ｘ）〕…（４） のウィグナー分布関数を求める。位相φ（ｘ）の変化が
なめらかであり、式（２）のｙの変化範囲が十分に小さ
いと仮定し、式（４）を式（１）及び式（２）に代入す
ると、式（４）のウィグナー分布関数は、次式で与えら
れる。
なめらかであり、式（２）のｙの変化範囲が十分に小さ
いと仮定し、式（４）を式（１）及び式（２）に代入す
ると、式（４）のウィグナー分布関数は、次式で与えら
れる。
【０００９】 Ｗ（ｘ，ｆ）＝δ〔ｆ−（１／２π）×（ｄφ（ｘ）／ｄｘ）〕…（５） すなわち、位相物体のウィグナー分布関数は、位相の変
化率分布を表す。
化率分布を表す。
【００１０】図１は、複素関数物体の自己ウィグナー分
布関数を光学的に実現するための光学系を示す。この光
学系では、複素関数物体の定義式（１）と式（２）か
ら、ｆ（ｘ）とｆ* （ｘ）の積による関数Ｊ（ｘ，ｙ）
の実現とｙ方向に関する１次元フーリエ変換とが行われ
る。
布関数を光学的に実現するための光学系を示す。この光
学系では、複素関数物体の定義式（１）と式（２）か
ら、ｆ（ｘ）とｆ* （ｘ）の積による関数Ｊ（ｘ，ｙ）
の実現とｙ方向に関する１次元フーリエ変換とが行われ
る。
【００１１】物体を±ｙ／２だけシフトするには、関数
Ｊ（ｘ，ｙ）を Ｊ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ａｘ cosψ＋ａｙ sinψ） ×ｆ* （ａｘ cosψ−ａｙ sinψ）…（６） とおく。式（２）と式（６）を比較して両式が一致する
ためには、ａ〜１とψ〜２６．６゜が成り立たなければ
ならない（なお、符号「〜」は、その両辺が近似できる
ことを意味するものとする）。したがって、信号源とな
る複素関数物体ｆ（ｘ）を＋２６．６゜傾けるならばｆ
（ｘ＋ｙ／２）を実現することができ、−２６．６゜傾
けるならばｆ（ｘ−ｙ／２）を実現することができる。
Ｊ（ｘ，ｙ）を Ｊ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ａｘ cosψ＋ａｙ sinψ） ×ｆ* （ａｘ cosψ−ａｙ sinψ）…（６） とおく。式（２）と式（６）を比較して両式が一致する
ためには、ａ〜１とψ〜２６．６゜が成り立たなければ
ならない（なお、符号「〜」は、その両辺が近似できる
ことを意味するものとする）。したがって、信号源とな
る複素関数物体ｆ（ｘ）を＋２６．６゜傾けるならばｆ
（ｘ＋ｙ／２）を実現することができ、−２６．６゜傾
けるならばｆ（ｘ−ｙ／２）を実現することができる。
【００１２】しかしながら、実際の測定に際し、２枚の
同じ平板状の位相物体を用いてそれぞれを±２６．６゜
傾けることは実用的でない。したがって、１枚の位相物
体でＪ（ｘ，ｙ）を実現することが望ましい。
同じ平板状の位相物体を用いてそれぞれを±２６．６゜
傾けることは実用的でない。したがって、１枚の位相物
体でＪ（ｘ，ｙ）を実現することが望ましい。
【００１３】図１に示すように、ｘｙ面において位相物
体をｘ軸に対して２６．６゜傾けて設置し、コリメート
光で照射する。位相物体を透過した光波は、ビームスプ
リッタで反射され平面鏡に向かう光波と透過して直角プ
リズムに向かう光波とに分割される。前者の光波は、平
面鏡で反射された後ビームスプリッタを透過し、球面レ
ンズによってホログラム面にｆ（ｘ＋ｙ／２）として結
像される。一方、後者の光波は、直角プリズムでｙ方向
に像反転された後、ビームスプリッタで反射されて球面
レンズによりホログラム面にｆ（ｘ−ｙ／２）として結
像される。
体をｘ軸に対して２６．６゜傾けて設置し、コリメート
光で照射する。位相物体を透過した光波は、ビームスプ
リッタで反射され平面鏡に向かう光波と透過して直角プ
リズムに向かう光波とに分割される。前者の光波は、平
面鏡で反射された後ビームスプリッタを透過し、球面レ
ンズによってホログラム面にｆ（ｘ＋ｙ／２）として結
像される。一方、後者の光波は、直角プリズムでｙ方向
に像反転された後、ビームスプリッタで反射されて球面
レンズによりホログラム面にｆ（ｘ−ｙ／２）として結
像される。
【００１４】照射光をｙｚ面においてｚ軸に対してθだ
け傾けて位相物体に照射すると、ホログラム面では、平
面鏡からの実像ｆ（ｘ＋ｙ／２）ｅｘｐ〔ｉ２παｙ〕
と直角プリズムからの実像ｆ（ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔−
ｉ２παｙ〕とを得る。ここで、α＝ sinθ／λであ
る。したがって、ホログラム面での強度分布は次式で与
えられる。
け傾けて位相物体に照射すると、ホログラム面では、平
面鏡からの実像ｆ（ｘ＋ｙ／２）ｅｘｐ〔ｉ２παｙ〕
と直角プリズムからの実像ｆ（ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔−
ｉ２παｙ〕とを得る。ここで、α＝ sinθ／λであ
る。したがって、ホログラム面での強度分布は次式で与
えられる。
【００１５】 ｜ｆ（ｘ＋ｙ／２）ｅｘｐ〔ｉ２παｙ〕 ＋ｆ（ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔−ｉ２παｙ〕｜2 ＝｜ｆ（ｘ＋ｙ／２）｜2 ＋｜ｆ（ｘ−ｙ／２）｜2 ＋ｆ（ｘ＋ｙ／２）×ｆ* （ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔ｉ４παｙ〕 ＋ｆ* （ｘ＋ｙ／２）×ｆ（ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔−ｉ４παｙ〕 …（７） 式（７）の第３項目のみを用い、 Ｊ＝ｆ（ｘ＋ｙ／２）×ｆ* （ｘ−ｙ／２）ｅｘｐ〔ｉ４παｙ〕 …（８） をウィグナー分布関数の定義式（１）に適用し、ｙ方向
に１次元のフーリエ変換を行う。このとき、その１次の
回折像は、
に１次元のフーリエ変換を行う。このとき、その１次の
回折像は、
【００１６】
【数２】
【００１７】となり、空間周波数軸に関して２αだけ正
の方向にシフトしたウィグナー分布関数になる。一方、
−１次回折像は、
の方向にシフトしたウィグナー分布関数になる。一方、
−１次回折像は、
【００１８】
【数３】
【００１９】となり、空間周波数軸に関して２αだけ負
の方向にシフトしたウィグナー分布関数になる。
の方向にシフトしたウィグナー分布関数になる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マッハツェン
ダー干渉計を基礎とした干渉法やホログラフィー法によ
って得られた干渉縞のずれにより物体の屈折率分布、形
状などを算出する場合、干渉縞の縞解析の計算時間が長
くなること、算出した位相の接続に関する不確定さが残
ることなどの問題がある。また、微妙な光学系配置が要
求されること、及びホログラフィー法における長時間露
光、化学的現像処理などを要求されるといった短所が存
在した。
ダー干渉計を基礎とした干渉法やホログラフィー法によ
って得られた干渉縞のずれにより物体の屈折率分布、形
状などを算出する場合、干渉縞の縞解析の計算時間が長
くなること、算出した位相の接続に関する不確定さが残
ることなどの問題がある。また、微妙な光学系配置が要
求されること、及びホログラフィー法における長時間露
光、化学的現像処理などを要求されるといった短所が存
在した。
【００２１】また、上記したウィグナー分布関数の光学
的実現方法の問題点は、従来の方法がウィグナー分布関
数を出力するにとどまり、形状や屈折率分布を出力する
までに至っていない点である。また、正立像と倒立像の
重ね合わせ像の検出に写真処理を利用しているため、実
時間性の面で問題があった。
的実現方法の問題点は、従来の方法がウィグナー分布関
数を出力するにとどまり、形状や屈折率分布を出力する
までに至っていない点である。また、正立像と倒立像の
重ね合わせ像の検出に写真処理を利用しているため、実
時間性の面で問題があった。
【００２２】そこで、本発明は、実時間で簡易かつ正確
に１次元位相物体の位相形状を測定することが可能な装
置を提供することを目的とする。
に１次元位相物体の位相形状を測定することが可能な装
置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る実時間位相形状測定装置は、（ａ）可
干渉平行光を測定すべき位相物体に照射する光源と、
（ｂ）可干渉平行光の照射に応じて位相物体が発生する
出射光からこの位相物体の正立像及び倒立像を形成する
とともに、これら正立像及び倒立像を重合わせた重合わ
せ像を形成する像形成手段と、（ｃ）重合わせ像に対す
る非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置積
分処理の各処理を、光演算又は光電変換後の数値計算に
よって順次行う像処理手段とを備えることとしている。
め、本発明に係る実時間位相形状測定装置は、（ａ）可
干渉平行光を測定すべき位相物体に照射する光源と、
（ｂ）可干渉平行光の照射に応じて位相物体が発生する
出射光からこの位相物体の正立像及び倒立像を形成する
とともに、これら正立像及び倒立像を重合わせた重合わ
せ像を形成する像形成手段と、（ｃ）重合わせ像に対す
る非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置積
分処理の各処理を、光演算又は光電変換後の数値計算に
よって順次行う像処理手段とを備えることとしている。
【００２４】
【作用】上記の実時間位相形状測定装置によれば、像処
理手段が、上記の重合わせ像に対する非線形変換処理、
１次元フーリエ変換処理及び位置積分処理の各処理を、
光演算又は光電変換後の数値計算によって順次行うこと
としている。したがって、位相物体のウィグナー分布関
数ひいては位相物体の位相形状を実時間で求める高速処
理が可能になる。
理手段が、上記の重合わせ像に対する非線形変換処理、
１次元フーリエ変換処理及び位置積分処理の各処理を、
光演算又は光電変換後の数値計算によって順次行うこと
としている。したがって、位相物体のウィグナー分布関
数ひいては位相物体の位相形状を実時間で求める高速処
理が可能になる。
【００２５】この場合、像処理手段として、像形成手段
からの重合わせ像を光電変換するイメージセンサを備え
るものを使用することもできる。かかる装置によれば、
非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置積分
処理の各処理を、イメージセンサによる光電変換後の電
気信号をコンピュータ等で数値解析することによって高
速に実現することができる。
からの重合わせ像を光電変換するイメージセンサを備え
るものを使用することもできる。かかる装置によれば、
非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置積分
処理の各処理を、イメージセンサによる光電変換後の電
気信号をコンピュータ等で数値解析することによって高
速に実現することができる。
【００２６】さらに、像処理手段として、像形成手段か
らの重合わせ像を検出して光学的に非線形変換処理する
空間光変調素子と、この空間光変調素子からの出力像を
光学的に１次元フーリエ変換処理するフーリエ変換手段
とを備えるものを使用することもできる。かかる装置に
よれば、空間光変調素子で２値化等の非線形変換処理を
施すことによって得られた出力像を光学的に１次元フー
リエ変換処理することになるので、位相物体のウィグナ
ー分布関数を一時に並列的に形成することができ、位相
物体の位相形状の決定をさらに高速化することができ
る。
らの重合わせ像を検出して光学的に非線形変換処理する
空間光変調素子と、この空間光変調素子からの出力像を
光学的に１次元フーリエ変換処理するフーリエ変換手段
とを備えるものを使用することもできる。かかる装置に
よれば、空間光変調素子で２値化等の非線形変換処理を
施すことによって得られた出力像を光学的に１次元フー
リエ変換処理することになるので、位相物体のウィグナ
ー分布関数を一時に並列的に形成することができ、位相
物体の位相形状の決定をさらに高速化することができ
る。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について図面を
参照しつつ詳細に説明する。
参照しつつ詳細に説明する。
【００２８】図１は第１実施例の実時間位相形状測定装
置を構成を示した図である。Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の光源
２からのレーザ光は、コリメートレンズ系４で平行光に
されてアパーチャ６に入射する。このアパーチャ６を通
過したレーザ光は、そのビーム系を絞られて１次元の位
相情報を有する板状の測定物体８に入射する。この測定
物体８によって位相変調された出射光は、ビームスプリ
ッタ１０で一対の位相変調光に分岐されて平面鏡１２と
直角プリズム（ルーフトッププリズム）１４とに入射す
る。平面鏡１２及び直角プリズム１４のそれぞれで反射
された各位相変調光は、位相物体の正立像及び倒立像に
対応する位相変調光として、再びビームスプリッタ１０
で重合わされる。このビームスプリッタ１０からの重合
わせ光は、結像レンズ１６を通ってＣＣＤカメラ１８に
入射する。ＣＣＤカメラ１８はこの重合わせ光を光電変
換した２次元情報を発生する。ＣＣＤカメラ１８からの
この２次元情報は、マイクロコンピュータ２０によっ
て、非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置
積分処理の各処理を順次施され、測定物体８の位相形状
に変換される。
置を構成を示した図である。Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の光源
２からのレーザ光は、コリメートレンズ系４で平行光に
されてアパーチャ６に入射する。このアパーチャ６を通
過したレーザ光は、そのビーム系を絞られて１次元の位
相情報を有する板状の測定物体８に入射する。この測定
物体８によって位相変調された出射光は、ビームスプリ
ッタ１０で一対の位相変調光に分岐されて平面鏡１２と
直角プリズム（ルーフトッププリズム）１４とに入射す
る。平面鏡１２及び直角プリズム１４のそれぞれで反射
された各位相変調光は、位相物体の正立像及び倒立像に
対応する位相変調光として、再びビームスプリッタ１０
で重合わされる。このビームスプリッタ１０からの重合
わせ光は、結像レンズ１６を通ってＣＣＤカメラ１８に
入射する。ＣＣＤカメラ１８はこの重合わせ光を光電変
換した２次元情報を発生する。ＣＣＤカメラ１８からの
この２次元情報は、マイクロコンピュータ２０によっ
て、非線形変換処理、１次元フーリエ変換処理及び位置
積分処理の各処理を順次施され、測定物体８の位相形状
に変換される。
【００２９】以下、図１の装置の動作について簡単に説
明する。光源２からのレーザ光は、既に図３でも説明し
たように測定物体８のｚ軸に対して所定の傾き角θで入
射する。すなわち、光源２からのレーザ光を、図１の左
右方向に延びる光軸に対して図面の垂直方向に角θだけ
傾けて、測定物体８に入射させる。また、測定物体８は
光軸の回りに２６．６゜傾けて配置する。すなわち、測
定物体８は、そのｘ軸方向に屈折率、形状等の位相形状
が１次元的に変化しており、その１次元的変化の方向
は、図面の上下方向に対して２６．６゜傾いたものとな
っている。
明する。光源２からのレーザ光は、既に図３でも説明し
たように測定物体８のｚ軸に対して所定の傾き角θで入
射する。すなわち、光源２からのレーザ光を、図１の左
右方向に延びる光軸に対して図面の垂直方向に角θだけ
傾けて、測定物体８に入射させる。また、測定物体８は
光軸の回りに２６．６゜傾けて配置する。すなわち、測
定物体８は、そのｘ軸方向に屈折率、形状等の位相形状
が１次元的に変化しており、その１次元的変化の方向
は、図面の上下方向に対して２６．６゜傾いたものとな
っている。
【００３０】この測定物体８によって位相変調された出
射光は、ビームスプリッタ１０、平面鏡１２及び直角プ
リズム１４によって、測定物体８から光軸方向に直進す
る回折像に対応する正立像とこれを図面の垂直方向に反
転させた倒立像とに分岐・変換された後、再び重合わさ
れ干渉結像されてＣＣＤカメラ１８に投影される。ＣＣ
Ｄカメラ１８はこの重合わせ光の干渉強度分布を２次元
的に光電変換する。ＣＣＤカメラ１８からの干渉強度分
布は２次元情報としてマイクロコンピュータ２０のメモ
リに取り込まれる。
射光は、ビームスプリッタ１０、平面鏡１２及び直角プ
リズム１４によって、測定物体８から光軸方向に直進す
る回折像に対応する正立像とこれを図面の垂直方向に反
転させた倒立像とに分岐・変換された後、再び重合わさ
れ干渉結像されてＣＣＤカメラ１８に投影される。ＣＣ
Ｄカメラ１８はこの重合わせ光の干渉強度分布を２次元
的に光電変換する。ＣＣＤカメラ１８からの干渉強度分
布は２次元情報としてマイクロコンピュータ２０のメモ
リに取り込まれる。
【００３１】以下、このマイクロコンピュータ２０での
処理について説明する。ＣＣＤカメラ１８からの干渉強
度分布は、前処理として２値化または階調変調等の非線
形変換を施される。これにより、Ｓ／Ｎ比の向上を図る
ことができる。ＣＣＤカメラ１８に投影された重合わせ
光の像は、一般にこれを一様な輝度分布にすることが困
難で、ＣＣＤカメラ１８の中心付近では輝度が増し周辺
では輝度が減少する。前処理としての２値化は、この様
な現象を補償することを目的とする。階調変調も同様の
効果を狙ったものである。この場合、ＣＣＤカメラ１８
で光電変換した例えば８ビットの階調の２次元情報を、
光強度に比例した階調値から別の非線形な階調値に変換
する。具体的には、中間の光強度に対応する部分で拡大
した階調値とすることなどができる。
処理について説明する。ＣＣＤカメラ１８からの干渉強
度分布は、前処理として２値化または階調変調等の非線
形変換を施される。これにより、Ｓ／Ｎ比の向上を図る
ことができる。ＣＣＤカメラ１８に投影された重合わせ
光の像は、一般にこれを一様な輝度分布にすることが困
難で、ＣＣＤカメラ１８の中心付近では輝度が増し周辺
では輝度が減少する。前処理としての２値化は、この様
な現象を補償することを目的とする。階調変調も同様の
効果を狙ったものである。この場合、ＣＣＤカメラ１８
で光電変換した例えば８ビットの階調の２次元情報を、
光強度に比例した階調値から別の非線形な階調値に変換
する。具体的には、中間の光強度に対応する部分で拡大
した階調値とすることなどができる。
【００３２】次に、ＣＣＤカメラ１８の水平方向（図面
の左右方向）の各位置に対して垂直方向（図面の垂直方
向）に１次元フーリエ変換を施してウィグナー分布関数
を得る。この１次元フーリエ変換は、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）のアルゴリズムにしたがって数値計算され
る。これにより、測定物体８の水平方向（ｘ軸方向）の
位置に対する位相の変化率の分布を得ることができる。
の左右方向）の各位置に対して垂直方向（図面の垂直方
向）に１次元フーリエ変換を施してウィグナー分布関数
を得る。この１次元フーリエ変換は、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）のアルゴリズムにしたがって数値計算され
る。これにより、測定物体８の水平方向（ｘ軸方向）の
位置に対する位相の変化率の分布を得ることができる。
【００３３】最後に、位相変化率の分布をその位置に関
して数値積分すると、１次元の位相物体である測定物体
８の位相形状の位置分布を算出することができる。この
結果は、マイクロコンピュータ２０に接続された適当な
ディスプレイ装置に表示される。
して数値積分すると、１次元の位相物体である測定物体
８の位相形状の位置分布を算出することができる。この
結果は、マイクロコンピュータ２０に接続された適当な
ディスプレイ装置に表示される。
【００３４】図１の装置において、結像レンズ１６の倍
率を変化させるならば、測定のダイナミックレンジを制
御することもできる。
率を変化させるならば、測定のダイナミックレンジを制
御することもできる。
【００３５】図２は、第２実施例の実時間位相形状測定
装置を構成を示した図である。測定物体８からの正立像
と倒立像を重合わせる装置部分については、第１実施例
の装置と同様なので省略してある。具体的には、図１の
光源２、コリメートレンズ系４、測定物体８、ビームス
プリッタ１０、平面鏡１２、直角プリズム１４等に対応
する装置部分が省略されている。なお、この装置部分は
図３の光学系と同様の要素を同様に立体的に配置したも
のともなっている。
装置を構成を示した図である。測定物体８からの正立像
と倒立像を重合わせる装置部分については、第１実施例
の装置と同様なので省略してある。具体的には、図１の
光源２、コリメートレンズ系４、測定物体８、ビームス
プリッタ１０、平面鏡１２、直角プリズム１４等に対応
する装置部分が省略されている。なお、この装置部分は
図３の光学系と同様の要素を同様に立体的に配置したも
のともなっている。
【００３６】正立像及び倒立像の重合わせ像の干渉強度
分布は、空間光変調素子５２で光学的に非線形変換され
る。空間光変調素子５２によって非線形変換された変換
像は、ビームスプリッタ５４と読出し光とによって読み
出される。この変換像は、円筒レンズ５６及び球面レン
ズ５８を通過して１次元フーリエ変換された後、ガルバ
ノミラー６０に入射する。したがって、ガルバノミラー
６０で反射されて１次元位置検出装置６２に入射する光
は所定ｘ軸位置におけるｙ軸方向のみの情報となってい
る。このガルバノミラー６０は定速で回転しているの
で、１次元位置検出装置６２の出力する電圧等の位置検
出電気信号の時間的変化は、１次元フーリエ変換によっ
て得たウィグナー分布関数のｘ軸方向での変化に対応す
る。積分器６４は、１次元位置検出装置６２の位置検出
電気信号を時間積分した後、時間軸をｘ軸に換算して測
定物体８の位相形状を与える。
分布は、空間光変調素子５２で光学的に非線形変換され
る。空間光変調素子５２によって非線形変換された変換
像は、ビームスプリッタ５４と読出し光とによって読み
出される。この変換像は、円筒レンズ５６及び球面レン
ズ５８を通過して１次元フーリエ変換された後、ガルバ
ノミラー６０に入射する。したがって、ガルバノミラー
６０で反射されて１次元位置検出装置６２に入射する光
は所定ｘ軸位置におけるｙ軸方向のみの情報となってい
る。このガルバノミラー６０は定速で回転しているの
で、１次元位置検出装置６２の出力する電圧等の位置検
出電気信号の時間的変化は、１次元フーリエ変換によっ
て得たウィグナー分布関数のｘ軸方向での変化に対応す
る。積分器６４は、１次元位置検出装置６２の位置検出
電気信号を時間積分した後、時間軸をｘ軸に換算して測
定物体８の位相形状を与える。
【００３７】以下、図２の装置の動作について簡単に説
明する。図２の装置の場合、処理の高速化を考慮して、
図１のＣＣＤカメラ１８、マイクロコンピュータ２０を
空間光変調素子５２、円筒レンズ５６、ガルバノミラー
６０等に置き換えてたものである。したがって、以下の
動作説明は、測定物体８からの正立像と倒立像とを重合
わさせて干渉強度像を得た後の段階から始める。
明する。図２の装置の場合、処理の高速化を考慮して、
図１のＣＣＤカメラ１８、マイクロコンピュータ２０を
空間光変調素子５２、円筒レンズ５６、ガルバノミラー
６０等に置き換えてたものである。したがって、以下の
動作説明は、測定物体８からの正立像と倒立像とを重合
わさせて干渉強度像を得た後の段階から始める。
【００３８】この干渉強度像は、空間光変調素子５２で
２値化などの非線形変換処理を施される。この非線形変
換像は、円筒レンズ５６及び球面レンズ５８によって１
次元フーリエ変換されてウィグナー分布関数に対応する
２次元像に変換される。得られた２次元像は、ガルバノ
ミラー６０によって走査され、１次元位置検出装置６２
によってその輝点の位置情報が位置検出電気信号として
出力される。この位置検出電気信号を時間積分し、ガル
バノミラー６０の回転速度に応じて時間軸をｘ軸に換算
することにより、ウィグナー分布関数をｘ軸方向に積分
した分布、即ち測定物体８の位相形状の分布を算出する
ことができる。
２値化などの非線形変換処理を施される。この非線形変
換像は、円筒レンズ５６及び球面レンズ５８によって１
次元フーリエ変換されてウィグナー分布関数に対応する
２次元像に変換される。得られた２次元像は、ガルバノ
ミラー６０によって走査され、１次元位置検出装置６２
によってその輝点の位置情報が位置検出電気信号として
出力される。この位置検出電気信号を時間積分し、ガル
バノミラー６０の回転速度に応じて時間軸をｘ軸に換算
することにより、ウィグナー分布関数をｘ軸方向に積分
した分布、即ち測定物体８の位相形状の分布を算出する
ことができる。
【００３９】ここで、空間光変調素子５２としては、Ｍ
ＳＬＭ、液晶ライトバルブ（ＬＣＬＶ）、ＰＲＯＭ、光
屈折効果結晶（ＢＳＯ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ3 等のPh
otorefractive crystal ）などが知られている。その
他、強誘電液晶を用いた空間光変調素子は、記憶機能、
２値化機能及び高速動作の面で優れている。また、強誘
電液晶を用いていないものでも、ある程度の光強度を与
えないと動作しない閾値効果特性とある程度以上の光強
度では飽和する飽和特性とを持つため、入射光量を制御
することで２値化機能を持たせることができる。
ＳＬＭ、液晶ライトバルブ（ＬＣＬＶ）、ＰＲＯＭ、光
屈折効果結晶（ＢＳＯ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ3 等のPh
otorefractive crystal ）などが知られている。その
他、強誘電液晶を用いた空間光変調素子は、記憶機能、
２値化機能及び高速動作の面で優れている。また、強誘
電液晶を用いていないものでも、ある程度の光強度を与
えないと動作しない閾値効果特性とある程度以上の光強
度では飽和する飽和特性とを持つため、入射光量を制御
することで２値化機能を持たせることができる。
【００４０】さらに、空間光変調素子の前に空間位置に
対応した透過率を有するマスクを配置することで、上記
した階調変換を所定の空間的分布で施すこともできる。
この結果、シェーディング補正等を含む非線形変換が可
能になり、得られるウィグナー分布関数のＳ／Ｎ比の向
上を図ることができる。
対応した透過率を有するマスクを配置することで、上記
した階調変換を所定の空間的分布で施すこともできる。
この結果、シェーディング補正等を含む非線形変換が可
能になり、得られるウィグナー分布関数のＳ／Ｎ比の向
上を図ることができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る実時間
位相形状測定装置によれば、像処理手段が、上記の重合
わせ像に対する非線形変換処理、１次元フーリエ変換処
理及び位置積分処理の各処理を、光演算又は光電変換後
の数値計算によって順次行うこととしている。したがっ
て、位相物体のウィグナー分布関数ひいては位相物体の
位相形状を実時間で求めることができる。また、前処理
として非線形変換処理を施しているので、ウィグナー分
布関数の出力状態の再現性及び精度の向上を計ることが
できる。
位相形状測定装置によれば、像処理手段が、上記の重合
わせ像に対する非線形変換処理、１次元フーリエ変換処
理及び位置積分処理の各処理を、光演算又は光電変換後
の数値計算によって順次行うこととしている。したがっ
て、位相物体のウィグナー分布関数ひいては位相物体の
位相形状を実時間で求めることができる。また、前処理
として非線形変換処理を施しているので、ウィグナー分
布関数の出力状態の再現性及び精度の向上を計ることが
できる。
【図１】第１実施例の実時間位相形状測定装置の構成を
示した図。
示した図。
【図２】第２実施例の実時間位相形状測定装置の要部の
構成を示した図。
構成を示した図。
【図３】従来の装置を示した図。
２…光源、８…位相物体、１０、１２、１４…像形成手
段、１８、２０…像処理手段。
段、１８、２０…像処理手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 義二 静岡県引佐郡細江町気賀168 (72)発明者 竹森 民樹 静岡県浜松市坪井町2077
Claims (5)
- 【請求項１】 可干渉平行光を測定すべき位相物体に照
射する光源と、 前記可干渉平行光の照射に応じて前記位相物体が発生す
る出射光から当該位相物体の正立像及び倒立像を形成す
るとともに、当該正立像及び倒立像を重合わせた重合わ
せ像を形成する像形成手段と、 前記重合わせ像に対する非線形変換処理、１次元フーリ
エ変換処理及び位置積分処理の各処理を、光演算又は光
電変換後の数値計算によって順次行う像処理手段と、 を備える実時間位相形状測定装置。 - 【請求項２】 前記像処理手段は、前記像形成手段から
の重合わせ像を光電変換するイメージセンサを備えるこ
とを特徴とする請求項１記載の実時間位相形状測定装
置。 - 【請求項３】 前記像処理手段は、前記イメージセンサ
が光電変換して出力したアナログ電気信号をディジタル
電気信号に変換する非線形変換処理手段と、前記ディジ
タル電気信号を数値計算によって１次元フーリエ変換処
理して位置積分処理する数値計算手段と、を備えること
を特徴とする請求項２記載の実時間位相形状測定装置。 - 【請求項４】 前記像処理手段は、前記像形成手段から
の重合わせ像を検出して光学的に非線形変換処理する空
間光変調素子と、当該空間光変調素子からの出力像を光
学的に１次元フーリエ変換処理するフーリエ変換手段
と、を備えることを特徴とする請求項１記載の実時間位
相形状測定装置。 - 【請求項５】 前記像処理手段は、前記フーリエ変換手
段からの光学的フーリエ像を位相物体の各位置の方向に
走査して当該光学的フーリエ像中の輝点の変位量を電気
信号として出力する走査光電変換手段と、前記走査光電
変換手段からの電気信号を位相物体の各位置の方向に積
分する積分手段と、を備えることを特徴とする請求項４
記載の実時間位相形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113792A JPH06235620A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 実時間位相形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7113792A JPH06235620A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 実時間位相形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06235620A true JPH06235620A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=13451898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7113792A Pending JPH06235620A (ja) | 1992-03-27 | 1992-03-27 | 実時間位相形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06235620A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6286055B1 (en) * | 1996-11-07 | 2001-09-04 | Okuma Corporation | Error correction apparatus for NC machine tool |
| KR100722245B1 (ko) * | 2006-03-23 | 2007-05-29 | 주식회사 고영테크놀러지 | 3차원형상 측정장치 |
| CN102621686A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-08-01 | 浙江大学 | 一种用于spr传感的棱镜相位调制器及其调制方法 |
| WO2012117646A1 (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-07 | 株式会社日立製作所 | 光検査方法及びその装置 |
| CN115071128A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-20 | 西安交通大学 | 基于傅里叶变换的快速全息3d复印方法及系统 |
-
1992
- 1992-03-27 JP JP7113792A patent/JPH06235620A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6286055B1 (en) * | 1996-11-07 | 2001-09-04 | Okuma Corporation | Error correction apparatus for NC machine tool |
| KR100722245B1 (ko) * | 2006-03-23 | 2007-05-29 | 주식회사 고영테크놀러지 | 3차원형상 측정장치 |
| WO2012117646A1 (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-07 | 株式会社日立製作所 | 光検査方法及びその装置 |
| JP2012181154A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Hitachi Ltd | 光検査方法及びその装置 |
| CN102621686A (zh) * | 2012-03-19 | 2012-08-01 | 浙江大学 | 一种用于spr传感的棱镜相位调制器及其调制方法 |
| CN115071128A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-20 | 西安交通大学 | 基于傅里叶变换的快速全息3d复印方法及系统 |
| CN115071128B (zh) * | 2022-06-10 | 2024-02-27 | 西安交通大学 | 基于傅里叶变换的快速全息3d复印方法及系统 |
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