JPH11230833A - 位相分布の測定方法及び装置 - Google Patents
位相分布の測定方法及び装置Info
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- JPH11230833A JPH11230833A JP5001498A JP5001498A JPH11230833A JP H11230833 A JPH11230833 A JP H11230833A JP 5001498 A JP5001498 A JP 5001498A JP 5001498 A JP5001498 A JP 5001498A JP H11230833 A JPH11230833 A JP H11230833A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被検物の位相分布を３次元的に測定する場
合、短時間で測定できる方法と装置を提供する。 【解決手段】 同一光源１からの可干渉光を、参照はａ
と、被検物Ａを通過する被検波ｂとの２つの光束に分
け、双方の波面を重ねて干渉縞を形成する位相分布の測
定方法において、反射ミラー７及び／又は９を角度γだ
けチルトさせるとともに、これらの反射ミラーを固定し
た。また、干渉縞の解析にフーリエ変換法を用い、高速
化を図っている。
合、短時間で測定できる方法と装置を提供する。 【解決手段】 同一光源１からの可干渉光を、参照はａ
と、被検物Ａを通過する被検波ｂとの２つの光束に分
け、双方の波面を重ねて干渉縞を形成する位相分布の測
定方法において、反射ミラー７及び／又は９を角度γだ
けチルトさせるとともに、これらの反射ミラーを固定し
た。また、干渉縞の解析にフーリエ変換法を用い、高速
化を図っている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉縞の解析によ
り被検物における位相分布を３次元的に測定する技術に
関する。
り被検物における位相分布を３次元的に測定する技術に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザプリンタやカメラなどの光
学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチッ
クを用いることが多くなっている。プラスチック成形レ
ンズはガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球
面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットが
ある。
学機器に使用される光学レンズの材料としてプラスチッ
クを用いることが多くなっている。プラスチック成形レ
ンズはガラス研磨レンズに比較して、コスト低減や非球
面レンズの製作性に優れ、安価であるというメリットが
ある。
【０００３】しかし、その反面、ガラスレンズに比べ製
造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を
生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光
学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといっ
た原因につながる。従って、レンズ内部の屈折率分布を
高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価する必要が
ある。
造上、屈折率分布が不安定でレンズの内部に不均一性を
生じることがある。レンズ内部に不均一性があると、光
学特性に大きな影響を及ぼし、画質の劣化やボケといっ
た原因につながる。従って、レンズ内部の屈折率分布を
高精度に測定し、光学レンズの均質性を評価する必要が
ある。
【０００４】そこで、本発明の出願人は、特開平８−１
２２２１０号において、被検物を試液中に浸した状態で
光軸と直交する軸を中心に回転させ、同一光源からの可
干渉光を基準となる参照波と、被検物を透過する被検波
とに分割し、複数の回転角位置の各々でこれら２つの光
束を重ね合わせて干渉縞を結像させ、これらの干渉縞か
ら位相シフト法により透過波面量を計測し、ＣＴ解析に
よってこれらを再構成し、被検物の屈折率等の位相分布
を求める方法及び装置を提案した。
２２２１０号において、被検物を試液中に浸した状態で
光軸と直交する軸を中心に回転させ、同一光源からの可
干渉光を基準となる参照波と、被検物を透過する被検波
とに分割し、複数の回転角位置の各々でこれら２つの光
束を重ね合わせて干渉縞を結像させ、これらの干渉縞か
ら位相シフト法により透過波面量を計測し、ＣＴ解析に
よってこれらを再構成し、被検物の屈折率等の位相分布
を求める方法及び装置を提案した。
【０００５】図４を用いて具体的に説明する。同図の装
置は、マハツェンダ型の干渉計を基本構成としており、
可干渉光としてのレーザ光を射出する光源１と、偏光子
２、ミラー３、ビームエキスパンダ４と、光束分割用の
ビームスプリッタ５と、２つの反射ミラー７、９と、光
束重畳用のビームスプリッタ１１と、結像レンズ１３
と、ＣＣＤなどからなる干渉縞検出器１５と、高速画像
処理装置、マイクロコンピュータなどからなる演算処理
装置１７とを備えている。以上の構成のうち、光源１か
ら干渉縞検出器１５までで、干渉計を構成している。
置は、マハツェンダ型の干渉計を基本構成としており、
可干渉光としてのレーザ光を射出する光源１と、偏光子
２、ミラー３、ビームエキスパンダ４と、光束分割用の
ビームスプリッタ５と、２つの反射ミラー７、９と、光
束重畳用のビームスプリッタ１１と、結像レンズ１３
と、ＣＣＤなどからなる干渉縞検出器１５と、高速画像
処理装置、マイクロコンピュータなどからなる演算処理
装置１７とを備えている。以上の構成のうち、光源１か
ら干渉縞検出器１５までで、干渉計を構成している。
【０００６】光源１より出射するレーザ光は、偏光子２
で直線偏光にされ、ミラー３で反射されてビームエキス
パンダ４に入射し、これによって光束径を拡大され、ビ
ームスプリッタ５によって直角に曲げられる参照波ａ
と、直進してミラー９で直角に曲げられ、被検物Ａとし
ての位相物体を透過する被検波ｂとに分割される。参照
波ａと被検波ｂとは、ほぼ１：１となるようになってい
る。
で直線偏光にされ、ミラー３で反射されてビームエキス
パンダ４に入射し、これによって光束径を拡大され、ビ
ームスプリッタ５によって直角に曲げられる参照波ａ
と、直進してミラー９で直角に曲げられ、被検物Ａとし
ての位相物体を透過する被検波ｂとに分割される。参照
波ａと被検波ｂとは、ほぼ１：１となるようになってい
る。
【０００７】反射ミラー７は、ピエゾ素子などによる電
気−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法に
よる干渉縞解析を行うために、参照波ａの光路長を波長
以下のオーダで変更できるように配置されている。
気−変位変換素子１９により支持され、位相シフト法に
よる干渉縞解析を行うために、参照波ａの光路長を波長
以下のオーダで変更できるように配置されている。
【０００８】参照波ａは反射ミラー７で反射され、ビー
ムスプリッタ１１に達し、他方の被検波ｂは、被検物Ａ
を透過してビームスプリッタ１１に達して参照波ａと重
なり合うが、電気−変位変換素子１９により参照波ａと
被検波ｂとの光路長には、ｎπ／２の位相の差ができる
ように調整される。
ムスプリッタ１１に達し、他方の被検波ｂは、被検物Ａ
を透過してビームスプリッタ１１に達して参照波ａと重
なり合うが、電気−変位変換素子１９により参照波ａと
被検波ｂとの光路長には、ｎπ／２の位相の差ができる
ように調整される。
【０００９】参照波ａと被検波ｂは重畳され、ビームス
プリッタ１１から２つの光束に分割される。一方の光束
は、直進して結像レンズ１３に入射し、干渉縞検出器１
５の撮像面に干渉縞を結像する。干渉縞検出器１５には
リニアＣＣＤやアレイ状のセンサを用いる。ビームスプ
リッタ１１で直角に曲げられた方の光束は、別の結像レ
ンズ２３に入射し、モニター２５に干渉縞を結像する。
プリッタ１１から２つの光束に分割される。一方の光束
は、直進して結像レンズ１３に入射し、干渉縞検出器１
５の撮像面に干渉縞を結像する。干渉縞検出器１５には
リニアＣＣＤやアレイ状のセンサを用いる。ビームスプ
リッタ１１で直角に曲げられた方の光束は、別の結像レ
ンズ２３に入射し、モニター２５に干渉縞を結像する。
【００１０】被検物Ａの屈折率は空気の屈折率とはかな
り相違しており、被検物の入射面と射出面とが平行でな
い限り、被検物Ａを透過した被検波ｂは、不規則に収束
・発散する。一方、干渉計で干渉縞を結像させるには、
被検波ｂは、ほぼ平行な光束となっていなければならな
い。そこで、被検物Ａがどのような形状であっても、被
検物Ａを透過した被検波ｂがほぼ平行光束になるため
に、次のような構成としている。
り相違しており、被検物の入射面と射出面とが平行でな
い限り、被検物Ａを透過した被検波ｂは、不規則に収束
・発散する。一方、干渉計で干渉縞を結像させるには、
被検波ｂは、ほぼ平行な光束となっていなければならな
い。そこで、被検物Ａがどのような形状であっても、被
検物Ａを透過した被検波ｂがほぼ平行光束になるため
に、次のような構成としている。
【００１１】すなわち、被検物Ａは、被検波ｂの光路の
途中に設けられた容器状のセル２７内に設置する。セル
２７内には、その屈折率が被検物Ａの屈折率とほぼ同一
に調合された試液Ｂを満たしてある。なお、被検物Ａ
は、回転台２９上に載置され、回転台２９は、図示しな
いサーボモータなどにより、被検波ｂに対して直交する
回転軸Ｏを中心に任意の角度だけ回転自在である。セル
２７の両端、すなわち、被検波ｂの入射窓３１と射出窓
３３は互いに平行で、かつ、それぞれに面精度が高いオ
プチカルフラット３５，３７を取り付けて液密にシール
ドしている。したがって、被検物Ａと試液Ｂで充填され
たセル２７は、全体として均一な屈折率の物体となり、
かつ、入射面と射出面とが平行なので、セル２７内を透
過した被検波ｂは、ほぼ平行な光束となって射出される
ようになる。
途中に設けられた容器状のセル２７内に設置する。セル
２７内には、その屈折率が被検物Ａの屈折率とほぼ同一
に調合された試液Ｂを満たしてある。なお、被検物Ａ
は、回転台２９上に載置され、回転台２９は、図示しな
いサーボモータなどにより、被検波ｂに対して直交する
回転軸Ｏを中心に任意の角度だけ回転自在である。セル
２７の両端、すなわち、被検波ｂの入射窓３１と射出窓
３３は互いに平行で、かつ、それぞれに面精度が高いオ
プチカルフラット３５，３７を取り付けて液密にシール
ドしている。したがって、被検物Ａと試液Ｂで充填され
たセル２７は、全体として均一な屈折率の物体となり、
かつ、入射面と射出面とが平行なので、セル２７内を透
過した被検波ｂは、ほぼ平行な光束となって射出される
ようになる。
【００１２】干渉縞像は、干渉縞検出器１５で検出さ
れ、光電変換されて電気的な画像信号となり、Ａ／Ｄ変
換された後、演算装置１７に入力される。なお、演算装
置１７は、位相シフト法などによる干渉縞像の解析によ
って透過波面の計測演算を行う透過波面計測部１８を含
んでいる。
れ、光電変換されて電気的な画像信号となり、Ａ／Ｄ変
換された後、演算装置１７に入力される。なお、演算装
置１７は、位相シフト法などによる干渉縞像の解析によ
って透過波面の計測演算を行う透過波面計測部１８を含
んでいる。
【００１３】次に上述の構成よりなる測定装置を利用し
て被検物Ａの屈折率を計測する方法を図５のフローチャ
ートを使用して説明する。まず、被検物Ａを回転台２９
にセットしない状態で、干渉縞検出器１５が出力する干
渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで演算
処理装置内部の透過波面計測部１８により干渉縞像の解
析を行い、初期状態の透過波面の計測をする。この計測
結果に基づいて測定装置自身の定常的な誤差成分を排除
する初期処理を行う。
て被検物Ａの屈折率を計測する方法を図５のフローチャ
ートを使用して説明する。まず、被検物Ａを回転台２９
にセットしない状態で、干渉縞検出器１５が出力する干
渉縞像の画像信号を演算処理装置１７に取り込んで演算
処理装置内部の透過波面計測部１８により干渉縞像の解
析を行い、初期状態の透過波面の計測をする。この計測
結果に基づいて測定装置自身の定常的な誤差成分を排除
する初期処理を行う。
【００１４】次に、回転台２９に被検物Ａをセットし
（Ｓ１１）、回転台２９がθ＝０の位置（基準となる位
置）で干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像し、干
渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処
理装置１７に取り込んで干渉縞像の解析を行う（Ｓ１
２）。
（Ｓ１１）、回転台２９がθ＝０の位置（基準となる位
置）で干渉縞検出器１５の撮像面に干渉縞を結像し、干
渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算処
理装置１７に取り込んで干渉縞像の解析を行う（Ｓ１
２）。
【００１５】回転台２９が初期回転位置にある透過波面
の計測では、干渉縞像の解析結果は被検物Ａの厚み方向
（光軸方向）に積算されており、これだけでは屈折率の
不均一部分の空間的な位置を特定することができない。
の計測では、干渉縞像の解析結果は被検物Ａの厚み方向
（光軸方向）に積算されており、これだけでは屈折率の
不均一部分の空間的な位置を特定することができない。
【００１６】そこで、回転台２９を初期回転位置より、
矢印に示すように、所定角度回転させ、回転台２９上の
被検物Ａを被検波ｂの光軸に対して変化させる（Ｓ１
３）。このように被検物Ａが回転変位しても干渉縞像は
干渉縞検出器１５の撮像面に結像する。この状態下にて
干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算
処理装置１７に取り込んで透過波面の計測をする（Ｓ１
２）。こうしてたとえば、１゜刻みで１８０゜（π）あ
るいは３６０゜（２π）の方向から複数回に渡って干渉
縞を形成し（Ｓ１４）、この透過波面を計測して、コン
ピュータ、すなわち、演算処理装置１７上で再合成す
る。この画像の再構成は、公知のＸ線ＣＴ（Computed T
omography）解析の手法を用いて行うことができる。
矢印に示すように、所定角度回転させ、回転台２９上の
被検物Ａを被検波ｂの光軸に対して変化させる（Ｓ１
３）。このように被検物Ａが回転変位しても干渉縞像は
干渉縞検出器１５の撮像面に結像する。この状態下にて
干渉縞検出器１５が出力する干渉縞像の画像信号を演算
処理装置１７に取り込んで透過波面の計測をする（Ｓ１
２）。こうしてたとえば、１゜刻みで１８０゜（π）あ
るいは３６０゜（２π）の方向から複数回に渡って干渉
縞を形成し（Ｓ１４）、この透過波面を計測して、コン
ピュータ、すなわち、演算処理装置１７上で再合成す
る。この画像の再構成は、公知のＸ線ＣＴ（Computed T
omography）解析の手法を用いて行うことができる。
【００１７】図６はＣＴ法の原理を示すものであり、角
度θから入射した被検波による透過波面のデータｐ
（ｘ，θ）を変数ｘについて一次元フーリエ変換すれ
ば、求めるべき屈折率の分布Δｎ（ｘ，ｙ）の二次元フ
ーリエ変換の極座標表現におけるθ方向成分が得られ
る。
度θから入射した被検波による透過波面のデータｐ
（ｘ，θ）を変数ｘについて一次元フーリエ変換すれ
ば、求めるべき屈折率の分布Δｎ（ｘ，ｙ）の二次元フ
ーリエ変換の極座標表現におけるθ方向成分が得られ
る。
【００１８】すなわち、０≦θ≦２π又は０≦θ≦πの
角度範囲にわたって透過波面を計測し、その透過波面デ
ータを位相つなぎ処理によって接続し（Ｓ１５）、一次
元フーリエ変換する（Ｓ１６）。投影切断面定理によれ
ば、物理分布量をもつ物体のラドン変換、すなわち、角
度θの方向からの投影データを１次元フーリエ変換した
結果は、物体の２次元フーリエ変換の極座標表現におけ
るθ方向成分と一致する。そこで、フーリエ変換された
各断面の極座標データＰ（ｘ，θ）を直交座標データに
変換し（Ｓ１７）、その後二次元逆フーリエ変換し（Ｓ
１８）、さらに屈折率に変換することにより被検物Ａの
三次元屈折率分布を再構成することができる。
角度範囲にわたって透過波面を計測し、その透過波面デ
ータを位相つなぎ処理によって接続し（Ｓ１５）、一次
元フーリエ変換する（Ｓ１６）。投影切断面定理によれ
ば、物理分布量をもつ物体のラドン変換、すなわち、角
度θの方向からの投影データを１次元フーリエ変換した
結果は、物体の２次元フーリエ変換の極座標表現におけ
るθ方向成分と一致する。そこで、フーリエ変換された
各断面の極座標データＰ（ｘ，θ）を直交座標データに
変換し（Ｓ１７）、その後二次元逆フーリエ変換し（Ｓ
１８）、さらに屈折率に変換することにより被検物Ａの
三次元屈折率分布を再構成することができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
屈折率分布の測定方法によれば、被検物を回転するごと
に、電気−変位変換素子１９を駆動して参照波ａと被検
波ｂとの光路長に、ｎπ／２の位相の差ができるように
調整する必要があり、測定に長時間を要していた。
屈折率分布の測定方法によれば、被検物を回転するごと
に、電気−変位変換素子１９を駆動して参照波ａと被検
波ｂとの光路長に、ｎπ／２の位相の差ができるように
調整する必要があり、測定に長時間を要していた。
【００２０】本発明は、このような事情からなされたも
ので、短時間で被検物の位相分布の測定ができる測定方
法と装置を提供する事を目的としている。
ので、短時間で被検物の位相分布の測定ができる測定方
法と装置を提供する事を目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を基準となる参
照波と、被検物を通過する被検波とに分割し、参照波と
被検波とを重ねて干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率
が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交
する軸線回りに回転させて各回転位置にて干渉縞強度を
計測し、干渉縞強度を解析して、透過波面を算出し、該
透過波面から被検物の位相分布を測定する方法におい
て、上記参照波と被検波との光路差を常に一定にして計
測することを特徴としている。
めに本発明は、同一光源からの可干渉光を基準となる参
照波と、被検物を通過する被検波とに分割し、参照波と
被検波とを重ねて干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率
が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交
する軸線回りに回転させて各回転位置にて干渉縞強度を
計測し、干渉縞強度を解析して、透過波面を算出し、該
透過波面から被検物の位相分布を測定する方法におい
て、上記参照波と被検波との光路差を常に一定にして計
測することを特徴としている。
【００２２】上記参照波と被検波とを所定の角度でチル
トさせたり、上記干渉縞強度の解析をフーリエ変換法に
より行ったり、上記被検物を光軸と直交する軸線回りに
回転させながら次々に透過波面を測定し、ＣＴ（comput
ed tomography）法を用いて再構成し、被検物の位相分
布を三次元的に計測することができる。
トさせたり、上記干渉縞強度の解析をフーリエ変換法に
より行ったり、上記被検物を光軸と直交する軸線回りに
回転させながら次々に透過波面を測定し、ＣＴ（comput
ed tomography）法を用いて再構成し、被検物の位相分
布を三次元的に計測することができる。
【００２３】本発明の測定装置は、同一光源からの可干
渉光を基準となる参照波と、被検物を通過する被検波と
に分割し、参照波と被検波とを重ねて干渉縞を形成し、
上記被検物を屈折率が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、
被検物を光軸と直交する軸線回りに回転させて各回転位
置にて干渉縞強度を計測し、干渉縞強度を解析して、透
過波面を算出し、該透過波面から被検物の位相分布を測
定する装置において、上記参照波及び／又は被検波の光
路中に固定ミラーを設け、該ミラーの少なくとも一方を
チルト可能とし、参照波と被検波とが所定の角度で交叉
するようにしたことを特徴としている。
渉光を基準となる参照波と、被検物を通過する被検波と
に分割し、参照波と被検波とを重ねて干渉縞を形成し、
上記被検物を屈折率が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、
被検物を光軸と直交する軸線回りに回転させて各回転位
置にて干渉縞強度を計測し、干渉縞強度を解析して、透
過波面を算出し、該透過波面から被検物の位相分布を測
定する装置において、上記参照波及び／又は被検波の光
路中に固定ミラーを設け、該ミラーの少なくとも一方を
チルト可能とし、参照波と被検波とが所定の角度で交叉
するようにしたことを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施例を詳細に説明する。本発明の位相分布の測定装置
は、従来の測定装置と同様に、被検物Ａを屈折率が被検
物Ａとほぼ同じ試液Ｂ内に保持して、透過波面を計測
し、被検物の位相分布（屈折率分布や濃度分布等も含
む）を測定するものである。
実施例を詳細に説明する。本発明の位相分布の測定装置
は、従来の測定装置と同様に、被検物Ａを屈折率が被検
物Ａとほぼ同じ試液Ｂ内に保持して、透過波面を計測
し、被検物の位相分布（屈折率分布や濃度分布等も含
む）を測定するものである。
【００２５】図１は本発明の測定装置であるが、大部分
が従来例と共通しており、電気−変位変換素子１９が無
く、反射ミラー７が固定されていることが相違してい
る。この反射ミラー７は、正規の位置、すなわち、入射
光に対して４５゜の位置からγだけチルトしている。
が従来例と共通しており、電気−変位変換素子１９が無
く、反射ミラー７が固定されていることが相違してい
る。この反射ミラー７は、正規の位置、すなわち、入射
光に対して４５゜の位置からγだけチルトしている。
【００２６】本発明では、干渉縞の解析方法として従来
の位相シフト法ではなく、フーリエ変換法を用いてい
る。位相シフト法が時間的変調であるのに対し、フーリ
エ変換法は空間的変調であるため、本発明が目的として
いる高速測定に適している。
の位相シフト法ではなく、フーリエ変換法を用いてい
る。位相シフト法が時間的変調であるのに対し、フーリ
エ変換法は空間的変調であるため、本発明が目的として
いる高速測定に適している。
【００２７】図１の測定装置において、まず、反射ミラ
ー７の傾斜角γを次のようにして決める。反射ミラー７
をγ＝０の位置にして、干渉縞をヌルの状態にする。こ
の位置から若干の角度γだけをチルトさせると、縦にス
トライプ状の縞ができる。これが空間的キャリア周波数
ｆ0を有する干渉縞である。
ー７の傾斜角γを次のようにして決める。反射ミラー７
をγ＝０の位置にして、干渉縞をヌルの状態にする。こ
の位置から若干の角度γだけをチルトさせると、縦にス
トライプ状の縞ができる。これが空間的キャリア周波数
ｆ0を有する干渉縞である。
【００２８】次に、被検物Ａをセットして同様に干渉縞
を形成する。この干渉縞から図２（ａ）のフローチャー
トに従って、以下のように透過波面の計測がされる。ま
ず、干渉縞の強度分布は、
を形成する。この干渉縞から図２（ａ）のフローチャー
トに従って、以下のように透過波面の計測がされる。ま
ず、干渉縞の強度分布は、
【式１】
【００２９】で与えられる。ψ（ｘ）は被検物の透過波
面収差を表し、ａ（ｘ），ｂ（ｘ）は光量ムラを表す。
式（１）を変形して、
面収差を表し、ａ（ｘ），ｂ（ｘ）は光量ムラを表す。
式（１）を変形して、
【式２】 ただし、ｃ*は、複素共役で、
【式３】 である。フーリエ変換すると（Ｓ１）、
【式４】
【式５】
【００３０】ただし、Ａ（ｆ），Ｃ（ｆ）は、それぞれ
ａ（ｘ），ｃ（ｘ）のフーリエ変換である。ａ（ｘ），
ｃ（ｘ）がｆ0に比べ十分ゆるやかなとき、３つのスペ
クトルは図２（ａ）に示すように、完全に分離される
（Ｓ２）。
ａ（ｘ），ｃ（ｘ）のフーリエ変換である。ａ（ｘ），
ｃ（ｘ）がｆ0に比べ十分ゆるやかなとき、３つのスペ
クトルは図２（ａ）に示すように、完全に分離される
（Ｓ２）。
【００３１】そこで、フィルタリングをして第２項のス
ペクトルＣ（ｆ−ｆ0）のみを取り出し、図２（ｂ）に
示すように、ｆ0だけ原点にシフトし（Ｓ３）、逆フー
リエ変換をする（Ｓ４）。ここで、複素対数をとると、
ペクトルＣ（ｆ−ｆ0）のみを取り出し、図２（ｂ）に
示すように、ｆ0だけ原点にシフトし（Ｓ３）、逆フー
リエ変換をする（Ｓ４）。ここで、複素対数をとると、
【式６】 となり、虚数項をとることにより不要信号ｂ（ｘ）と完
全に分離される。よって、ｃ（ｘ）の位相角
全に分離される。よって、ｃ（ｘ）の位相角
【式７】 を求める（Ｓ６）ことによりψ（ｘ）、は、ａ（ｘ），
ｂ（ｘ）に対して独立に得られることになる。
ｂ（ｘ）に対して独立に得られることになる。
【００３２】次に図３（ｂ）のフローチャートによりＣ
Ｔ（computed tomography）法による屈折率分布（位相
分布）再構成方法を説明する。ＣＴ解析法には、逐次近
似法やフィルタ補正逆投影法などがあるが、最も簡潔に
投影データから画像を再構成する厳密な方法としてはフ
ーリエ変換法が知られている。なお、ここでいうフーリ
エ変換法とは、上記干渉縞の解析に用いたフーリエ変換
法とはアルゴリズムが異なる。誤解を招き易いが、どち
らも公知として使われているため、あえて同じ名称とし
た。
Ｔ（computed tomography）法による屈折率分布（位相
分布）再構成方法を説明する。ＣＴ解析法には、逐次近
似法やフィルタ補正逆投影法などがあるが、最も簡潔に
投影データから画像を再構成する厳密な方法としてはフ
ーリエ変換法が知られている。なお、ここでいうフーリ
エ変換法とは、上記干渉縞の解析に用いたフーリエ変換
法とはアルゴリズムが異なる。誤解を招き易いが、どち
らも公知として使われているため、あえて同じ名称とし
た。
【００３３】被検物Ａを０≦θ≦πの範囲にわたって回
転させ、図３のフローチャートに従って上述したように
各透過波面を計測する。この後は、図５のフローチャー
トのＳ１５以降に従って行われ、位相分布を求めること
ができる。
転させ、図３のフローチャートに従って上述したように
各透過波面を計測する。この後は、図５のフローチャー
トのＳ１５以降に従って行われ、位相分布を求めること
ができる。
【００３４】上記の実施例では、反射ミラー７に角度γ
のチルトを付与したが、反射ミラー９に角度γのチルト
を与え、被検波ｂの方をチルトさせることとしてもよ
い。また、双方の反射ミラー７，９にチルトを与える構
成とすることも可能である。いずれにしても、上記の実
施例によれば、干渉光学系にピエゾ素子のような可動部
を設ける必要がなくなり、光学系の剛性が良くて信頼性
が高く、シンプルな測定装置を得ることができる。
のチルトを付与したが、反射ミラー９に角度γのチルト
を与え、被検波ｂの方をチルトさせることとしてもよ
い。また、双方の反射ミラー７，９にチルトを与える構
成とすることも可能である。いずれにしても、上記の実
施例によれば、干渉光学系にピエゾ素子のような可動部
を設ける必要がなくなり、光学系の剛性が良くて信頼性
が高く、シンプルな測定装置を得ることができる。
【００３５】また、従来の位相シフト法が、１つの透過
波面を計測するのに光路差を変調させて、干渉縞強度信
号を４回乃至５回取り込まなければいけないために、一
度静止させてから回転する操作を繰り返し行う必要があ
ったのに対し、本発明のフーリエ変換法では１回で行う
ことができるので、回転させながら動的に干渉縞計測が
可能となり、非常に短時間に屈折率分布を計測すること
が可能である。この効果は、単に、測定時間の短縮にと
どまらず、被検物が時間的に変化する物体にも有効であ
る。
波面を計測するのに光路差を変調させて、干渉縞強度信
号を４回乃至５回取り込まなければいけないために、一
度静止させてから回転する操作を繰り返し行う必要があ
ったのに対し、本発明のフーリエ変換法では１回で行う
ことができるので、回転させながら動的に干渉縞計測が
可能となり、非常に短時間に屈折率分布を計測すること
が可能である。この効果は、単に、測定時間の短縮にと
どまらず、被検物が時間的に変化する物体にも有効であ
る。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
同一光源からの可干渉光を基準となる参照波と、被検物
を通過する被検波とに分割し、参照波と被検波とを重ね
て干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率が被検物とほぼ
同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交する軸線回りに
回転させて各回転位置にて干渉縞強度を計測し、干渉縞
強度を解析して透過波面を算出し、該透過波面から被検
物の位相分布を測定する方法において、上記参照波と被
検波との光路差を常に一定にして計測するので、干渉光
学系にピエゾ素子のような可動部を設ける必要がなくな
り、光学系の剛性が良くて信頼性が高く、シンプルな測
定装置を得ることができる。
同一光源からの可干渉光を基準となる参照波と、被検物
を通過する被検波とに分割し、参照波と被検波とを重ね
て干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率が被検物とほぼ
同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交する軸線回りに
回転させて各回転位置にて干渉縞強度を計測し、干渉縞
強度を解析して透過波面を算出し、該透過波面から被検
物の位相分布を測定する方法において、上記参照波と被
検波との光路差を常に一定にして計測するので、干渉光
学系にピエゾ素子のような可動部を設ける必要がなくな
り、光学系の剛性が良くて信頼性が高く、シンプルな測
定装置を得ることができる。
【００３７】上記参照波と被検波とを所定の角度でチル
トさせ、上記干渉縞強度の解析をフーリエ変換法により
行うこととすれば、位相シフト法に比べて高速な測定が
可能となる。
トさせ、上記干渉縞強度の解析をフーリエ変換法により
行うこととすれば、位相シフト法に比べて高速な測定が
可能となる。
【００３８】上記被検物を光軸と直交する軸線回りに回
転させながら次々に透過波面を測定し、ＣＴ（computed
tomography）法を用いて再構成し、被検物の位相分布
を三次元的に計測することにより被検物全体の位相分布
を高速に測定することが可能となる。
転させながら次々に透過波面を測定し、ＣＴ（computed
tomography）法を用いて再構成し、被検物の位相分布
を三次元的に計測することにより被検物全体の位相分布
を高速に測定することが可能となる。
【図１】本発明の位相分布測定装置の構成を示す平面図
である。
である。
【図２】本発の方法により透過波面からスペクトルを抽
出した状態を示す図である。
出した状態を示す図である。
【図３】本発の方法により透過波面を計測するフローチ
ャートである。
ャートである。
【図４】従来の位相分布測定装置の構成を示す平面図で
ある。
ある。
【図５】干渉縞の計測から位相分布を求めるための手順
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図６】ＣＴ解析の原理を説明する図である。
Ａ 被検物 Ｂ 試液 Ｏ 回転軸 １ 光源
Claims (5)
- 【請求項１】 同一光源からの可干渉光を基準となる参
照波と、被検物を通過する被検波とに分割し、参照波と
被検波とを重ねて干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率
が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交
する軸線回りに回転させて各回転位置にて干渉縞強度を
計測し、干渉縞強度を解析して透過波面を算出し、該透
過波面から被検物の位相分布を測定する方法において、 上記参照波と被検波との光路差を常に一定にして計測す
ることを特徴とする位相分布の測定方法。 - 【請求項２】 上記参照波と被検波とを所定の角度でチ
ルトさせることを特徴とする請求項１記載の位相分布の
測定方法。 - 【請求項３】 上記干渉縞強度の解析をフーリエ変換法
により行うことを特徴とする請求項１又は２記載の位相
分布の測定方法。 - 【請求項４】 上記被検物を光軸と直交する軸線回りに
回転させながら次々に透過波面を測定し、ＣＴ（comput
ed tomography）法を用いて再構成し、被検物の位相分
布を三次元的に計測することを特徴とする請求項１から
３のいずれかに記載の位相分布の測定方法。 - 【請求項５】 同一光源からの可干渉光を基準となる参
照波と、被検物を通過する被検波とに分割し、参照波と
被検波とを重ねて干渉縞を形成し、上記被検物を屈折率
が被検物とほぼ同じ試液内に浸し、被検物を光軸と直交
する軸線回りに回転させて各回転位置にて干渉縞強度を
計測し、干渉縞強度を解析して、透過波面を算出し、該
透過波面から被検物の位相分布を測定する装置におい
て、上記参照波及び／又は被検波の光路中に固定ミラー
を設け、該ミラーの少なくとも一方をチルト可能とし、
参照波と被検波とが所定の角度で交叉するようにしたこ
とを特徴とする位相分布の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001498A JPH11230833A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 位相分布の測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001498A JPH11230833A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 位相分布の測定方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11230833A true JPH11230833A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12847153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5001498A Pending JPH11230833A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 位相分布の測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11230833A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002005828A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Tochigi Nikon Corp | 半導体の不純物濃度検査装置及び検査方法 |
| JP2008534929A (ja) * | 2005-03-25 | 2008-08-28 | マサチユセツツ・インスチチユート・オブ・テクノロジイ | Ｈｉｌｂｅｒｔ位相画像処理のためのシステムと方法 |
| JP2009210542A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 観察装置 |
| WO2016104223A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 波面歪み量測定装置、波面補償装置、光学測定装置、および方法 |
| CN105910630A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-31 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 基于空间光程差调制的光程差测量方法及其装置 |
| JPWO2021117198A1 (ja) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 |
-
1998
- 1998-02-17 JP JP5001498A patent/JPH11230833A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002005828A (ja) * | 2000-06-20 | 2002-01-09 | Tochigi Nikon Corp | 半導体の不純物濃度検査装置及び検査方法 |
| JP2008534929A (ja) * | 2005-03-25 | 2008-08-28 | マサチユセツツ・インスチチユート・オブ・テクノロジイ | Ｈｉｌｂｅｒｔ位相画像処理のためのシステムと方法 |
| JP2012211902A (ja) * | 2005-03-25 | 2012-11-01 | Massachusetts Inst Of Technol <Mit> | Ｈｉｌｂｅｒｔ位相画像処理のためのシステムと方法 |
| JP2016029388A (ja) * | 2005-03-25 | 2016-03-03 | マサチユセツツ・インスチチユート・オブ・テクノロジイＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ | Ｈｉｌｂｅｒｔ位相画像処理のためのシステムと方法 |
| US10256262B2 (en) | 2005-03-25 | 2019-04-09 | Massachusetts Institute Of Technology | System and method for Hilbert phase imaging |
| JP2009210542A (ja) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 観察装置 |
| WO2016104223A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 波面歪み量測定装置、波面補償装置、光学測定装置、および方法 |
| JP2016125895A (ja) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | 国立研究開発法人理化学研究所 | 波面歪み量測定装置、波面補償装置、光学測定装置、および方法 |
| CN105910630A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-31 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 基于空间光程差调制的光程差测量方法及其装置 |
| JPWO2021117198A1 (ja) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | ||
| WO2021117198A1 (ja) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | オリンパス株式会社 | 試料構造測定装置及び試料構造測定方法 |
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