(57)【要約】  動的な変化を伴う被写体の３次元情報を得るための干渉像を得ることができる干渉計測装置を実現する。本発明のデジタルホログラフィ装置（６０）は、レーザ光源（１）と、レーザ光を参照光および物体光に分割するビームスプリッタ（６）と、撮像素子（２）とを備え、参照光と、被写体（２０）を介して到達する物体光との干渉パターンを撮像素子（２）が撮像する干渉計測装置であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割素子（１１）と、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体（２０）を介して到達する物体光とを通過させる偏光子アレイデバイス（３０）とを備え、偏光子アレイデバイス（３０）の第１偏光子領域および第２偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させるので、一回の撮像で位相接続に必要な複数の干渉パターンを得ることができる。
2010092739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光を発生する光源と、上記光源から出射される光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置において、
上記光分割部から出射される物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、
第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させる偏光子アレイ部とを備え、
上記偏光子アレイ部の第１偏光子領域および第２偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
上記偏光分割部によって分割された２種類の物体光のうちの、一方の物体光の偏光方向を第１方向とし、他方の物体光の偏光方向を第２方向としたとき、第１偏光子領域が通過させる偏光方向が第１方向と一致し、第２偏光子領域が通過させる偏光方向が第２方向と一致することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項３】
第１方向と第２方向とが直交することを特徴とする請求項２に記載の干渉計測装置。
【請求項４】
第１位相シフト領域および第２位相シフト領域が複数配置され、参照光を通過させる位相シフトアレイ部をさらに備え、
上記位相シフトアレイ部は、第１位相シフト領域を通過した参照光の位相と、第２位相シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項５】
第１光路長シフト領域および第２光路長シフト領域が複数配置され、参照光および物体光を通過させる光路長シフトアレイ部を上記被写体と撮像部との間にさらに備え、
上記光路長シフトアレイ部は、第１光路長シフト領域を通過した参照光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせ、第１光路長シフト領域を通過した物体光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した物体光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項６】
複数の上記光源と、波長選択フィルタとを備え、
上記複数の光源は、それぞれが互いに異なる波長のコヒーレントな光を発生し、
上記波長選択フィルタは、通過させる光の波長が異なる複数の波長選択領域を有し、参照光および物体光を上記波長選択領域毎に波長に応じて選択的に通過させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項７】
上記撮像部が撮像して得られた干渉像に基づき、上記被写体の再生像および高さ分布を求める再生部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項８】
上記撮像部が撮像して得られた干渉像に基づき、上記被写体の再生像および高さ分布を求める再生部をさらに備え、
上記再生部は、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に上記被写体の再生像を求める再生処理部と、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に位相接続を行い上記被写体の高さ分布を求める位相接続処理部と、
上記再生像を構成する画素のうちの注目画素を含む所定の領域について各波長の上記所定の領域を代表する再生光の強度を比較し、最も上記再生光の強度が大きい波長の上記高さ分布を上記注目画素の高さ分布として抽出する抽出処理部とを備えることを特徴とする請求項６に記載の干渉計測装置。
【請求項９】
サイズ計測部と、制御部と、角度差調節部とをさらに備え、
上記サイズ計測部は、上記被写体の撮像部から見た奥行き方向におけるサイズを計測し、
上記制御部は、上記サイズ計測部が計測した上記サイズに基づき、位相接続可能な範囲を決定し、決定した上記範囲に応じて上記角度差調節部に指示を与え、
上記角度差調節部は、上記制御部からの指示に基づき、上記偏光分割部が分割する２種類の物体光の上記角度差を変更することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項１０】
コヒーレントな光を参照光および物体光に分割し、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像する干渉計測方法であって、
物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせ、
第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置された偏光子アレイ部に、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させることにより、第１偏光子領域および第２偏光子領域から互いに異なる方向の偏光成分を通過させ、
上記偏光子アレイ部を通過した参照光と上記偏光子アレイ部を通過した物体光とが作る干渉像を撮像することを特徴とする干渉計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照光と物体光との干渉像を測定し、被写体の形状を測定する干渉計測装置および干渉計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。加工技術の精密化や多様化に伴い、物体の３次元形状等の高度な計測や解析が求められ、様々な測定法が開発されている。該測定法のうち、光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の３次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。【０００３】
デジタルホログラフィは、３次元物体への光照射によって得られる干渉パターン（干渉縞）から、コンピュータを用いて３次元物体の像を再生する技術である。具体的には例えば、３次元物体への光照射によって得られる物体光と、該物体光に対して可干渉である参照光とが作る干渉パターンを、ＣＣＤ（charge coupled device）等の撮像素子を用いて記録する。記録された干渉パターンに基づいて、コンピュータでフレネル（Fresnel）変換し、３次元物体の像を再生する。【０００４】
図２６は、従来のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である（非特許文献１）。デジタルホログラフィ装置１２０は、レーザ光源１０１を含む光学系と、ＣＣＤカメラ１０２と、コンピュータ１１０とを備える。レーザ光源１０１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１０３およびコリメータレンズ１０４を通過することにより平行光となる。それから、レーザ光はビームスプリッタ１０５によって参照光と物体光とに分割される。物体光は可動ミラー１０６よって反射され被写体１１１に照射される。被写体１１１によって反射された物体光は、ハーフミラー１０７を通過しＣＣＤカメラ１０２の撮像面に到達する。一方、参照光は、ミラー１０８、ＰＺＴミラー１０９およびハーフミラー１０７によって反射され、ＣＣＤカメラ１０２の撮像面に到達する。ＣＣＤカメラ１０２は、撮像面に到達した物体光と参照光とが作る干渉パターンを記録する。記録された干渉パターンに対して、コンピュータ１１０がフレネル変換する等の計算処理を施すことにより、被写体１１１の再生像が得られる。【０００５】
被写体１１１は、位置ｘの奥行き方向（ＣＣＤカメラ１０２の撮像面に対して垂直な方向）の高さがｈ(ｘ)である。【０００６】
上記のデジタルホログラフィ装置１２０では、ＣＣＤカメラ１０２の撮像面に対して参照光がほぼ垂直に入射する。すなわち、ＣＣＤカメラ１０２の撮像面には、参照光と物体光とがほぼ同じ方向から入射する。そのため、干渉パターンをフレネル変換して得られる再生像は、０次回折像および±１次回折像が重なったものとなり、被写体１１１の鮮明な再生像を得ることが困難となっている。【０００７】
そこで、０次回折像および±１次回折像を分離し、高精度な再生像を得るために、参照光の位相を複数段階にシフトさせ、得られた複数の干渉パターンから所望の再生像を得る位相シフト法という技術がある（特許文献１、非特許文献１）。または、被写体と撮像素子との距離が異なる複数の干渉パターンを用いて所望の再生像を得る技術がある（非特許文献２）。以後、この技術を光路長シフト法と呼ぶ。【０００８】
デジタルホログラフィ装置１２０では、圧電素子によってＰＺＴミラー１０９を微小変位させることにより、参照光の位相を３段階または４段階にシフトさせ、それぞれの干渉パターンを順次記録する。そして、記録した複数の干渉パターンに基づき計算処理を行うことで、０次回折像または±１次回折像を独立に得ることができる。【０００９】
この段階では、位相分布から得られる被写体１１１の奥行き方向の位置情報は、レーザ光の波長の範囲に折り畳まれている。この折り畳みを解消し、被写体１１１の奥行き方向の本来の波長以上の範囲の位置情報を得るためには、位相接続を行う必要がある。１つの干渉パターンから得られる位置情報に基づいて、計算によって位相接続をする場合、被写体１１１に急な段差等があると正しく位相接続できず、得られる位置情報は誤差を多く含む精度の低いものとなる。そこで、精度の高い位置情報を得るために、以下に示す光学的手法による位相接続を行う必要がある。【００１０】
デジタルホログラフィ装置１２０では、可動ミラー１０６の角度を（Δθ／２）変化させることにより、被写体１１１に照射する物体光の伝播方向の角度がΔθ変化した干渉パターンを記録する。被写体１１１に照射する物体光の伝播方向の角度が互いにΔθ異なる２つの干渉パターンを用いることにより位相接続を行うことができる（非特許文献１）。【００１１】
別の光学的手法として、２つの異なる波長のレーザ光を用いる位相接続法がある（非特許文献３）。この方法によれば、２波長の組み合わせにより、合成波長の長さを自由に変更することができる。また、１波長を用いた場合に比べ、非常に長い合成波長で記録したのと同等の位相分布を得ることができ、位相の折り畳みが少ない。また、さらに用いる波長を増やすことにより、位相接続可能な奥行き方向の範囲を広げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００５−２８３６８３号公報（２００５年１０月１３日公開）」
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ichirou Yamaguchi, et. al.、「Surface contouring by phase-shifting digital holography」、Optics and Lasers in Engineering、2001、Vol.36、pp.417-428
【非特許文献２】Yan Zhang, et. al.、「Reconstruction of in-line digital holograms from two intensity measurements」、Optics Letters、2004、Vol.29、No.15、pp.1787-1789
【非特許文献３】Daniel Parshall, et. al.、「Digital holographic microscopy with dual-wavelength phase unwrapping」、APPLIED OPTICS、20 January 2006、Vol.45、No.3、pp.451-459
【非特許文献４】M. F. Meng, et. al.、「Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption」、OPTICS LETTERS、15 May 2006、Vol.31、No.10、pp.1414-1416
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の光学的手法による位相接続では、いずれの場合も少なくとも２つの干渉パターンが必要になるという問題がある。そのため、被写体の撮影を複数回行う必要があり、その間は被写体が静止していなければならない。また、被写体および光学系の振動の影響も大きくなる。【００１５】
図２６の構成では、可動ミラー１０６を回転させることにより物体光の伝播方向の角度を変化させ順次干渉パターンを記録している。そのため、複数の干渉パターンを得るための時間が必要であり、動的に変化または変位する被写体の３次元形状の情報を得ることができない。また、瞬間の被写体の３次元形状の情報を得ることができない。【００１６】
また、非特許文献３のように、２つの異なる波長のレーザ光を用いる位相接続法は、反射率、透過率または屈折率の波長依存性が大きい被写体には適用できない。例えば、特定の波長の光を吸収する被写体からは、その波長の光を用いて光の情報を得られないため、このような被写体を計測するために用いることのできる２つの異なる波長の光には、その両方が被写体によって反射、透過、または散乱されて、その反射、透過、または散乱された光が干渉像の記録に十分なエネルギーを有していなければならないという制限が加わる。また、光学系を構成するレンズ等の光学素子に波長依存性がある場合も位相接続の結果の精度が低下する。さらに、適当な２つの干渉パターンを得るために、２つの異なるレーザ光源が必要になるため、装置が大型化し、高価なものになる。また、２つのレーザ光の光軸がずれると計測精度および信頼性が低下するため、２つのレーザ光の光軸を高精度に軸合わせする必要がある。【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１回の撮像で被写体の３次元情報を得るための干渉像を得ることができる干渉計測装置を実現することにある。ここで、３次元情報は、被写体の３次元の形状、位置または分布の情報を含む。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る干渉計測装置は、コヒーレントな光を発生する光源と、上記光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光との干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体を介して到達する物体光とを通過させる偏光子アレイ部とを備え、上記偏光子アレイ部の第１偏光子領域および第２偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させる。【００１９】
上記の構成によれば、偏光分割部によって物体光を伝播方向に角度差を有し偏光方向の異なる２種類の物体光に分割することができ、偏光子アレイ部によって参照光および物体光を偏光方向に応じて分けて撮像部で撮像することができる。【００２０】
よって、伝播方向に角度差を有する２種類の物体光による２種類の干渉情報を含む干渉像を１回の撮像で同時に得ることができので、得られる２種類の干渉情報を含む干渉像に基づき位相接続を行うことができる。【００２１】
それゆえ、例えば動的な変化を伴う被写体であっても、１回の撮像でその瞬間の３次元情報を得ることができる。【００２２】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る干渉計測方法は、コヒーレントな光を参照光および物体光に分割し、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像する干渉計測方法であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせ、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置された偏光子アレイ部に、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させることにより、第１偏光子領域および第２偏光子領域から互いに異なる方向の偏光成分を通過させ、上記偏光子アレイ部を通過した参照光と上記偏光子アレイ部を通過した物体光とが作る干渉像を撮像する方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る干渉計測装置は、コヒーレントな光を発生する光源と、上記光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光との干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体を介して到達する物体光とを通過させる偏光子アレイ部とを備え、上記偏光子アレイ部の第１偏光子領域および第２偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させることを特徴としている。【００２４】
よって、伝播方向に角度差を有する２種類の物体光による２種類の干渉像を１回の撮像で同時に得ることができので、得られる２種類の干渉像に基づき位相接続を行うことができる。【００２５】
それゆえ、１回の撮像で被写体の３次元情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図２】上記デジタルホログラフィ装置が備える偏光子アレイデバイスの一部を示す模式図である。
【図３】上記デジタルホログラフィ装置における像再生アルゴリズムを説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図５】（ａ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える位相シフトアレイデバイスの一部を示す模式図であり、（ｂ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える偏光子アレイデバイスの一部を示す模式図である。
【図６】上記デジタルホログラフィ装置における像再生アルゴリズムを説明するための図である。
【図７】（ａ）は、被写体の高さ分布を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の切断線Ａにおける被写体の断面図であり、（ｃ）は、被写体の見た目の明暗を表す振幅分布を示す図である。
【図８】（ａ）は、水平方向に偏光した物体光から得られた被写体の再生像（振幅分布）を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に対応する位相分布を示す図であり、（ｃ）は、垂直方向に偏光した物体光から得られた被写体の再生像（振幅分布）を示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）に対応する位相分布を示す図である。
【図９】図８の（ｂ）における直線Ｂの位置での、位相接続前の被写体の位相分布を示す図である。
【図１０】位相接続を行って得られた被写体の高さ分布を示す図である。
【図１１】図１０における直線Ｃの位置での、被写体の本来の高さ分布と、位相接続後の被写体の高さ分布とを示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図１３】（ａ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える偏光子アレイデバイスの一部を示す模式図であり、（ｂ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える光路長シフトアレイデバイスの一部を示す模式図であり、（ｃ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える波長選択フィルタの一部を示す模式図である。
【図１４】上記デジタルホログラフィ装置で得られる干渉パターンの一部を示す図である。
【図１５】被写体を示す模式図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図１８】（ａ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える位相シフトアレイデバイスの一部を示す模式図であり、（ｂ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える波長選択フィルタの一部を示す模式図であり、（ｃ）は、上記デジタルホログラフィ装置が備える偏光子アレイデバイスの一部を示す模式図である。
【図１９】上記デジタルホログラフィ装置で得られる干渉パターンの一部を示す図である。
【図２０】（ａ）は、被写体の高さ分布を明暗で示す図であり、（ｂ）は、被写体の見た目の明暗を表す振幅分布を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）の切断線Ｄにおける被写体の高さ分布をプロットした図である。
【図２１】各波長毎に求めた被写体の再生像を示す図である。
【図２２】各波長毎に独立に位相接続を行って得られた被写体の高さ分布を示す図である。
【図２３】振幅最大値挿入処理の結果得られた被写体の高さ分布を明暗で示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の切断線での被写体の高さ分布を示す図である。
【図２４】（ａ）は、従来の複数波長位相接続法の結果得られた被写体の高さ分布を明暗で示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の切断線での被写体の高さ分布を示す図である。
【図２５】上記デジタルホログラフィ装置が備える計算機の構成を示すブロック図である。
【図２６】従来のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のデジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）６０の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６０は、レーザ光源（光源）１を含む光学系と、ＣＣＤからなる撮像面２ａを有する撮像素子（撮像部）２とを有する撮像装置を備える。さらに、デジタルホログラフィ装置６０は、撮像素子２の出力に接続された計算機（再生部）３を備える。
【００２９】
レーザ光源１は、コヒーレントな光、すなわちレーザ光を発生する。ここで、レーザ光の伝播方向に垂直な１つの方向を第１方向と定義し、レーザ光の伝播方向および第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。このレーザ光は、第１方向の偏光成分と第２方向の偏光成分とを有する直線偏光の光である。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ４およびコリメータレンズ５を通過することにより平行光となる。それから、レーザ光はビームスプリッタ（光分割部）６によって参照光と物体光とに分割される。
【００３０】
分割された光の一方である参照光は、ミラー７・８、およびビーム結合素子９によって反射され、撮像素子２の撮像面２ａに到達する。ここで、ビーム結合素子９はハーフミラーからなる。参照光は撮像面２ａに対して垂直ではなく、撮像面２ａに垂直な直線に対して数度程度の角度を持って入射する。
【００３１】
分割された光の他方である物体光は、ミラー１０によって反射され被写体２０に照射される。被写体２０によって反射された物体光は、複屈折材料からなる偏光分割素子（偏光分割部）１１を通過する。ここで、複屈折材料からなる偏光分割素子１１は、その入射面と出射面とが平行ではないため、偏光分割素子１１を通過する物体光は互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割され、偏光方向が異なる２種類の物体光は互いに異なる方向に出射される。すなわち、偏光分割素子１１は、偏光方向が異なる２種類の物体光の伝播方向にΔθの角度差を生じさせる。本実施の形態では、物体光は偏光分割素子１１によって第１方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光と、第２方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光との２種類に分割される。偏光分割素子１１から出射される２種類の物体光は、ビーム結合素子９を通過し、撮像素子２の撮像面２ａに到達する。
【００３２】
ここで撮像素子２は、撮像面２ａの前面に偏光子をアレイ状に配置したデバイス３０を備える。以後、このデバイスを偏光子アレイデバイスと呼ぶ。図２は、撮像面２ａ側から見た偏光子アレイデバイス３０の一部を示す模式図である。偏光子アレイデバイス３０は、通過した光のある方向（ここでは水平方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子（偏光子領域）３０ａと、それとは直交する方向（ここでは垂直方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子（偏光子領域）３０ｂとが市松模様に複数配置されたものである。そして、入射する参照光は水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分を有している。本実施の形態では上記の第１方向は水平方向に一致し、第２方向は垂直方向に一致する。すなわち、偏光子３０ａ・３０ｂは、偏光分割素子１１で分割された２種類の物体光の内の、それぞれの偏光方向に対応した一方のみの物体光を通過させる。また、偏光子３０ａ・３０ｂは、参照光のそれぞれの偏光方向に対応した偏光成分のみを通過させる。
【００３３】
偏光子アレイデバイス３０を通過した物体光および参照光は、その背面にある撮像面２ａに入射する。物体光および参照光の干渉に応じた光の強度が撮像面２ａの画素によって検出され、撮像素子２は、物体光と参照光とが撮像面２ａに作る干渉パターンを撮像する。ここで、偏光子アレイデバイス３０は撮像面２ａに隣接して貼り付けられているため、個々の偏光子３０ａ・３０ｂが撮像面２ａの一つの画素に対応する。すなわち、各偏光子３０ａ・３０ｂは撮像面２ａの画素と一対一に対応している。少なくとも、撮像素子２は各偏光子３０ａ・３０ｂを通過したレーザ光を識別できる解像度を有する。そのため撮像面２ａには、水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素、および垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素が市松模様に並んでいる。
【００３４】
図３は、デジタルホログラフィ装置６０における像再生アルゴリズムを説明するための図である。計算機３（図１参照）は、撮像素子２で撮像された干渉パターン（干渉像）４０を示す画像データを撮像素子２から取得する。この干渉パターン４０はホログラムである。図３には干渉パターン４０の一部だけを示す。
【００３５】
この画像データが示す干渉パターン４０は、水平方向の偏光を記録した画素４１ａと垂直方向の偏光を記録した画素４１ｂとの両方の干渉情報を含む。計算機３は、これらの２種類の干渉情報を有する画素４１ａ・４１ｂをそれぞれ抽出することにより、水平方向の偏光を記録した干渉パターン４２ａと垂直方向の偏光を記録した干渉パターン４２ｂとを得る。次に、計算機３は、水平方向の干渉パターン４２ａおよび垂直方向の干渉パターン４２ｂの欠落している画素の画素値を補間し、補間された水平方向の干渉パターン４３ａおよび補間された垂直方向の干渉パターン４３ｂを得る。
【００３６】
補間の方法としては、例えば、欠落画素の画素値を、いずれかの隣接画素の画素値にする、周囲の複数の画素の画素値を用いて線形補間（１次の内挿・外挿）をする、または周囲の複数の画素の画素値を用いて高次の内挿・外挿をする等がある。
【００３７】
ここで、水平方向に偏光した物体光と垂直方向に偏光した物体光とは、それぞれΔθだけ異なる角度で撮像面２ａに入射するので、補間された水平方向の干渉パターン４３ａの干渉縞の間隔および補間された垂直方向の干渉パターン４３ｂの干渉縞の間隔は異なったものになる。これら２つの補間された干渉パターン４３ａ・４３ｂを用いて再生像を計算し、Δθに応じた再生像の結像位置の補正を行い、補正後の位相分布を用いて位相接続を行い、被写体２０の３次元形状の情報を得ることができる。
【００３８】
これにより、デジタルホログラフィ装置６０は、被写体２０の１回の撮像によって物体光の撮像面２ａへの入射角が異なる２種類の干渉パターン４３ａ・４３ｂを得ることができる。そのため、２種類の干渉パターン４３ａ・４３ｂを用いて位相接続を行うことができ、１回の撮像で被写体２０の３次元情報を得ることができる。それゆえ、動的に変化する被写体の３次元情報をも得ることができる。
【００３９】
デジタルホログラフィ装置６０は、軸外し型（off-axis型）の光学系で構成されており、撮像面２ａに入射する物体光の光軸と、撮像面２ａに入射する参照光の光軸との間には数度程度の角度差がある。この角度差が大きくなるに従い、得られる再生像における０次回折像および±１次回折像が重ならない領域が大きくなるが、撮像面２ａ上の干渉縞の間隔が小さくなるため、撮像素子２の画素間隔による限界がある。
【００４０】
本実施の形態では、物体光を被写体２０に照射した後に、偏光方向が異なる２種類の物体光を偏光分割素子１１によって分割し、伝播方向に角度差を与えたが、偏光方向が異なる２種類の物体光を分割するのは、被写体に照射する前に行ってもよい。すなわち、伝播方向に角度差を有する２種類の物体光を被写体に照射し、反射された物体光を撮像素子で撮像してもよい。この場合では、Δθに応じた再生像の結像位置の補正は不要となり、その他の計算は、物体光を被写体に照射した後に、偏光方向が異なる２種類の物体光を偏光分割素子によって分割した場合と同様の計算によって位相接続を行うことができる。また、レーザ光源からのレーザ光は、直線偏光でも円偏光でもよい。
【００４１】
また、物体光を分割する際の、偏光方向の第１方向と第２方向とは直交することが好ましい。ただし、第１方向と第２方向とが直交の関係から少しずれたとしても、精度は落ちるが位相接続は可能である。同様に、偏光子アレイデバイスの２種類の偏光子が取り出す偏光成分の方向は、それぞれ第１方向、第２方向に一致していることが好ましいが、少しずれたとしても、精度は落ちるが位相接続は可能である。尚、本実施の形態のように、第１方向と第２方向が直交しており、２種類の偏光子が取り出す偏光成分の方向がそれぞれ第１方向、第２方向に一致している場合、高い精度で位相接続を行うことができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、ホログラフィを利用したデジタルホログラフィ装置について説明したが、本発明は、ホログラフィを利用しない一般の干渉計測装置にも適用可能である。
【００４３】
また、本実施の形態では、物体光は被写体に反射（散乱）され、撮像部に入射する例を示したが、本発明はこれに限定されない。物体光は、被写体によって反射、散乱、または回折される、あるいは被写体を透過する等して、被写体を介して撮像部に到達すればよい。
【００４４】
また、偏光分割素子は、ハーフミラーおよび偏光子等を組み合わせて構成してもよい。
【００４５】
また、撮像部としてＣＣＤを備える撮像素子を例として示したが、本発明はこれに限定されない。撮像部としては一般の撮像素子を用いることができ、例えばＣＭＯＳイメージセンサーカメラを使用してもよい。
【００４６】
撮像時間の短さは主に撮像素子の性能に依存しているが、ナノ秒パルスレーザ等と組み合わせることにより、さらに撮像時間を短縮することができる。
【００４７】
尚、撮像素子が撮像した干渉パターンを示すデータを、記憶メディアまたはネットワークを介して他の計算機に入力し、当該計算機によって再生像を得ることもできる。
【００４８】
これらは他の実施の形態においても同様である。
【００４９】
本実施の形態では、コヒーレントな波動としてレーザ光を利用する例を示したが、本発明はこれに限定されない。
【００５０】
［実施の形態２］
次に、インライン型（inline型）の光学系で構成されたデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５１】
図４は、実施の形態２のデジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）６１の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６１は、インライン型（inline型）の光学系で構成されており、撮像面２ａに入射する参照光の光軸は撮像面２ａに垂直であり、且つ被写体２０は撮像面２ａの光学的な正面に位置している。そのため、干渉パターンをフレネル変換して得られる再生像は、０次回折像および±１次回折像が重なったものとなる。それゆえ、各回折像を独立に得るため、位相シフト法を組み合わせる必要がある。
【００５２】
デジタルホログラフィ装置６１は、レーザ光源１を含む光学系と、ＣＣＤからなる撮像面２ａを有する撮像素子２とを有する撮像装置を備える。さらに、デジタルホログラフィ装置６１は、撮像素子２の出力に接続された計算機３を備える。撮像素子２は、撮像面２ａの前面に偏光子アレイデバイス３１を備える。
【００５３】
レーザ光源１は、レーザ光を発生する。ここで、レーザ光の伝播方向に垂直な１つの方向を第１方向と定義し、レーザ光の伝播方向および第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。このレーザ光は、第１方向の偏光成分と第２方向の偏光成分とを有する直線偏光の光である。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ４およびコリメータレンズ５を通過することにより平行光となる。それから、レーザ光はビームスプリッタ６によって参照光と物体光とに分割される。
【００５４】
デジタルホログラフィ装置６１は、参照光を互いに位相が異なる複数種類の参照光に分割するため、ミラー８とビーム結合素子９との間に位相シフトアレイデバイス（位相シフトアレイ部）３５および結像光学素子１２を備える。
【００５５】
図５の（ａ）は、位相シフトアレイデバイス３５の一部を示す模式図である。位相シフトアレイデバイス３５は、通過したレーザ光の位相を互いに異ならせる複数の領域を有する。位相シフト領域３５ａを通過した参照光に対して、位相シフト領域３５ｂを通過した参照光は、その進行方向に垂直な平面上における位相がその偏光方向に関わらず（−π／２）だけずれる。便宜上、位相シフト領域３５ａを通過した参照光を位相シフト量が０の参照光、位相シフト領域３５ｂを通過した参照光を位相シフト量が（−π／２）の参照光と記載する。位相シフトアレイデバイス３５は、線状の位相シフト領域３５ａと線状の位相シフト領域３５ｂとが交互に並んで配置された構成をしている。位相シフトアレイデバイス３５は、例えば、ガラスで形成し位相シフト領域毎にその厚みを変えることで構成できる。
【００５６】
位相シフトアレイデバイス３５を通過した参照光は、結像光学素子１２を通過し、ビーム結合素子９によって反射され、偏光子アレイデバイス３１を通過し、参照光の光軸が撮像面２ａにほぼ垂直になるように撮像面２ａに入射する。位相シフトアレイデバイス３５を通過した参照光は回折し、結像光学素子１２によって撮像面２ａに結像される。結像光学素子１２はレンズから構成されている。ここで、例えば、位相シフトアレイデバイス３５の１つの位相シフト領域３５ａまたは１つの位相シフト領域３５ｂを通過した参照光は、撮像面２ａのいずれか１つの行の画素に結像される。すなわち、格子状に区切られた位相シフト領域３５ａおよび位相シフト領域３５ｂの１つのセルを通過した参照光は、撮像面２ａのいずれか１つの画素に結像される。また、図５の（ａ）では、位相シフトアレイデバイス３５の領域３５ａおよび領域３５ｂを格子状に区切って描いているが、実際には位相シフトアレイデバイス３５は縞状の構造であってもよい。
【００５７】
分割された光の他方である物体光は、ミラー１０によって反射され、偏光分割素子１１を通過する。本実施の形態では、物体光は偏光分割素子１１によって第１方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光と、第２方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光との２種類に分割される。これら２種類の物体光は、互いの伝播方向が角度にしてΔθだけ異なる。互いに角度差を有する２種類の物体光は、ビーム結合素子９によって反射され、角度差を有したまま被写体２０に照射される。被写体２０に反射された物体光は、ビーム結合素子９を通過し、偏光子アレイデバイス３１を通過し、撮像素子２の撮像面２ａに入射する。
【００５８】
図５の（ｂ）は、撮像面２ａ側からみた偏光子アレイデバイス３１の一部を示す模式図である。偏光子アレイデバイス３１は、通過した光のある方向（ここでは水平方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子３１ａと、それとは直交する方向（ここでは垂直方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子３１ｂとが市松模様に複数配置されたものである。そして、入射する参照光は水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分を有している。本実施の形態では上記の第１方向は水平方向に一致し、第２方向は垂直方向に一致する。すなわち、偏光子３１ａ・３１ｂは、偏光分割素子１１で分割された２種類の物体光の内の、それぞれの偏光方向に対応した一方のみの物体光を通過させる。また、偏光子３１ａ・３１ｂは、参照光のそれぞれの偏光方向に対応した偏光成分のみを通過させる。
【００５９】
偏光子アレイデバイス３１を通過した物体光および参照光は、その背面にある撮像面２ａに入射する。物体光および参照光の干渉に応じた光の強度が撮像面２ａの画素によって検出され、撮像素子２は、物体光と参照光とが撮像面２ａに作る干渉パターン（干渉縞）を撮像する。ここで、偏光子アレイデバイス３１は撮像面２ａに隣接して貼り付けられているため、個々の偏光子３１ａ・３１ｂが撮像面２ａの１つの画素に対応する。また、位相シフトアレイデバイス３５の図５の（ａ）に示す格子で区切られた１つのセルを通過した参照光は、結像光学素子１２によって結像され、偏光子アレイデバイス３１の１つの偏光子３１ａまたは１つの偏光子３１ｂを通過する。それゆえ、撮像面２ａには、偏光方向および被写体に照射される角度が異なる２種類の物体光と位相が異なる２種類の参照光との組み合わせによる４種類の干渉の画素がある。
【００６０】
図６は、デジタルホログラフィ装置６１における像再生アルゴリズムを説明するための図である。計算機３は、撮像素子２で撮像された干渉パターン（干渉像）４４を示す画像データを撮像素子２から取得する。図６には干渉パターン４４の一部だけを示す。
【００６１】
撮像面２ａに作られる干渉パターン４４は、水平方向に偏光した物体光と位相シフト量が０の参照光の水平方向成分とが干渉した画素４５ａ、水平方向に偏光した物体光と位相シフト量が（−π／２）の参照光の水平方向成分とが干渉した画素４５ｂ、垂直方向に偏光した物体光と位相シフト量が０の参照光の垂直方向成分とが干渉した画素４５ｃ、および垂直方向に偏光した物体光と位相シフト量が（−π／２）の参照光の垂直方向成分とが干渉した画素４５ｄの４種類の画素を含む。
【００６２】
計算機３は、これらの４種類の画素４５ａ・４５ｂ・４５ｃ・４５ｄをそれぞれ抽出することにより、水平方向に偏光した物体光と位相シフト量が０の参照光の水平方向成分との干渉パターン４６ａ、水平方向に偏光した物体光と位相シフト量が（−π／２）の参照光の水平方向成分との干渉パターン４６ｂ、垂直方向に偏光した物体光と位相シフト量が０の参照光の垂直方向成分との干渉パターン４６ｃ、および垂直方向に偏光した物体光と位相シフト量が（−π／２）の参照光の垂直方向成分との干渉パターン４６ｄを得る。
【００６３】
次に、計算機３は、水平方向偏光且つ位相シフト量が０の干渉パターン４６ａ、水平方向偏光且つ位相シフト量が（−π／２）の干渉パターン４６ｂ、垂直方向偏光且つ位相シフト量が０の干渉パターン４６ｃ、および垂直方向偏光且つ位相シフト量が（−π／２）の干渉パターン４６ｄの欠落している画素の画素値を補間し、補間された水平方向偏光且つ位相シフト量が０の干渉パターン４７ａ、補間された水平方向偏光且つ位相シフト量が（−π／２）の干渉パターン４７ｂ、補間された垂直方向偏光且つ位相シフト量が０の干渉パターン４７ｃ、および補間された垂直方向偏光且つ位相シフト量が（−π／２）の干渉パターン４７ｄを得る。
【００６４】
これらの干渉パターンから再生像を得るためには、撮像素子２の撮像面２ａ上での参照光の強度分布の情報が必要になる。参照光の強度分布は定常的で変化しないため、予め、または被写体の干渉パターンを撮像した後に、物体光を遮る等して参照光だけを撮像しておく。参照光の強度分布を得る際に被写体２１は不要である。計算機３は、干渉パターン４４と同様に、撮像素子２から参照光の強度分布４８を取得する。参照光は、偏光子アレイデバイス３１を通過しているので、参照光の強度分布４８は、参照光の水平方向成分の強度を示す画素４９ａおよび参照光の垂直方向成分の強度を示す画素４９ｂの両方を含む。
【００６５】
計算機３は、これらの２種類の画素４９ａ・４９ｂをそれぞれ抽出することにより、参照光の水平方向成分の強度分布５０ａ、および参照光の垂直方向成分の強度分布５０ｂを得る。
【００６６】
また、参照光の強度分布が一様だと仮定できる場合あるいは推定できる場合は、参照光の強度分布の記録を省略し、再生像を得る信号処理時に計算機３によって参照光の強度分布を生成して用いてもよい。
【００６７】
次に、計算機３は、参照光の水平方向成分の強度分布５０ａ、および参照光の垂直方向成分の強度分布５０ｂの欠落している画素の画素値を補間し、補間された参照光の水平方向成分の強度分布５１ａ、および補間された参照光の垂直方向成分の強度分布５１ｂを得る。
【００６８】
これらの補間された位相シフト量の異なる干渉パターン４７ａ・４７ｂ、および補間された参照光の強度分布５１ａに基づき、２段階位相シフト法（非特許文献４）を用いて、水平方向に偏光した物体光の撮像面２ａ上の複素振幅分布５２ａを求めることができる。同様にして、補間された位相シフト量の異なる干渉パターン４７ｃ・４７ｄ、および補間された参照光の強度分布５１ｂに基づき、垂直方向に偏光した物体光の撮像面２ａ上の複素振幅分布５２ｂを求めることができる。
【００６９】
得られた複素振幅分布に基づき、回折積分を行うことにより、被写体の再生像および被写体の３次元形状の情報を含む位相分布を得ることができる。ここで、水平方向に偏光した物体光と垂直方向に偏光した物体光とは、それぞれΔθだけ異なる角度で被写体２０に照射されるので、物体光の伝播方向が異なる２種類の複素振幅分布５２ａ・５２ｂを用いて位相接続を行い、被写体２０の３次元形状の情報を得ることができる。
【００７０】
これにより、デジタルホログラフィ装置６１は、被写体２０の１回の撮像によって物体光の被写体２０への照射角および位相シフト量が異なる４種類の干渉パターン４６ａ〜４６ｄを得ることができる。そのため、そこから求められる２種類の複素振幅分布５２ａ・５２ｂを用いて位相接続を行うことができ、動的に変化している被写体２０の３次元情報を得ることができる。
【００７１】
＜シミュレーション結果＞
本願発明者は、計算機による本実施の形態に基づく位相接続のシミュレーションを行った。以下に、そのシミュレーション結果について説明する。
【００７２】
被写体の撮像を行う光学系は図４に示すものである。図７の（ａ）は、被写体２１の高さ分布を示す撮像素子２の方向から見た図である。図７の（ａ）における明暗は、被写体２１の奥行き方向の高さ分布を表しており、明るい部分（中央部分）は、奥行き方向の高さが高い、すなわち撮像素子２側にある。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）の切断線Ａにおける被写体２１の断面図である。被写体２１は、５．１２ｍｍ×５．１２ｍｍの正方形を底面とする四角錐の頂点を切り取った形をしており、被写体２１の最大高さは３．０ｍｍである。図７の（ｃ）は、被写体２１の見た目の明暗を表す振幅分布を示す図７の（ａ）に対応する図である。すなわち、被写体２１には「ＫＩＴ」の模様が描かれている。
【００７３】
レーザ光源１が発生するレーザ光の波長は５３２ｎｍ、撮像素子２の画素数は２０４８×２０４８ピクセルであり、その画素間隔は５μｍである。撮像素子２の撮像面２ａと被写体２１の底面との距離は３０ｃｍであり、被写体２１の底面が基準面となるように被写体２１の背後に平らな面を配置した。また、水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分のいずれにおいても撮像面２ａに入射する物体光の強度と参照光の強度の比は１：７とした。また、被写体２１へ入射する物体光と撮像面２ａに垂直な直線がなす角度は、水平方向に偏光した物体光では０度、垂直方向に偏光した物体光では１度とした。この条件における理論的な位相接続可能範囲Δｈは約３．４９ｍｍとなる。
【００７４】
図８の（ａ）は、上記条件の下で水平方向に偏光した物体光から得られた被写体２１の再生像（振幅分布）を示す図であり、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に対応する位相分布を示す図である。図８の（ｃ）は、上記条件の下で垂直方向に偏光した物体光から得られた被写体２１の再生像（振幅分布）を示す図であり、図８の（ｄ）は、図８の（ｃ）に対応する位相分布を示す図である。図８の（ｂ）および図８の（ｄ）に示される位相分布は、被写体２１の高さ方向の情報がレーザ光の波長の範囲に折り畳まれたものであり、被写体２１の高さの変化を位相で表現し、それを明暗で表示してある。
【００７５】
図９は、図８の（ｂ）における直線Ｂの位置での、位相接続前の被写体２１の位相分布を示す図である。被写体２１の高さ方向の情報は、レーザ光の波長５３２ｎｍの範囲に折り畳まれている。
【００７６】
図８の（ｂ）および図８の（ｄ）に示す位相分布を用いて位相接続を行うことにより、波長の範囲に折り畳まれていない被写体２１の本来の高さ分布を得ることができる。図１０は、位相接続を行って得られた被写体２１の高さ分布を示す、撮像素子２の方向から見た図である。図１０における明暗は、被写体２１の奥行き方向の高さ分布を表しており、明るい部分（中央部分）は、奥行き方向の高さが高い。位相接続によって、図１０に示すように、被写体２１の形状を再現できていることが分かる。
【００７７】
図１１は、図１０における直線Ｃの位置での、被写体２１の本来の高さ分布と、位相接続後の被写体２１の高さ分布とを示す図である。位相接続によって、奥行きの最大高さ３ｍｍの被写体２１の形状を再現できていることが分かる。
【００７８】
尚、このシミュレーション結果において、高さ分布の平均誤差は３．９０×１０−２ｍｍ、標準偏差は２．９９×１０−２ｍｍであった。撮像素子２の画素密度の向上、エイリアシングの減少、またはホログラム再生に関する信号処理により、さらに計測精度を向上させることができる。
【００７９】
したがって、本実施の形態によれば、単一波長のレーザ光を発生する１つの光源を用い、被写体の一回の撮像によって得られる干渉パターンに基づき位相接続を行い、波長より広い範囲の被写体の３次元情報を得ることができる。上記のシミュレーションでは、波長の５０００倍以上の奥行き高さの測定範囲を得ることができた。一回の撮像によって位相接続に必要な干渉パターンを得られるので、動的に変化する被写体の３次元情報を得ることができる。それゆえ、このデジタルホログラフィ装置は振動にも強い。また、単一波長のレーザ光を用いて位相接続を行うので、複数波長のレーザ光を用いる場合に比べ、被写体がその反射率、透過率、または屈折率に大きな波長依存性を有する場合でも精度よく３次元形状を計測することができる。また、１つのレーザ光源だけを用いて計測を行うことができるので、デジタルホログラフィ装置を小型化し、且つ安価に製作できる。１つのレーザ光源だけを用いるので、複数のレーザ光源を用いる場合に必要なレーザ光の軸合わせが不要であり、それゆえ、計測誤差の発生を抑制することができ、信頼性の高いデジタルホログラフィ装置を実現することができる。
【００８０】
尚、位相シフトアレイデバイスの位相を異ならせる複数の領域は、波長板を用いて構成してもよいし、位相シフト領域毎に厚みを変えることによって構成してもよいし、それぞれの領域に液晶素子を設け液晶分子の向きを変えることによって構成してもよいし、他の複屈折材料を用いて構成しても良いし、構造性複屈折を有する素子を用いて構成してもよい。
【００８１】
［実施の形態３］
次に、実施の形態３のデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態２にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８２】
図１２は、実施の形態３のデジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）６２の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６２は、インライン型の光学系で構成されており、撮像面２ａに入射する参照光の光軸は撮像面２ａに垂直であり、且つ被写体２２は撮像面２ａの光学的な正面に位置している。ここで、光学的な正面という意味は、被写体２２から出た光はビーム結合素子９によって反射されるため、撮像素子２から見て、被写体２２が正面に位置しているように見えるということを指す。それゆえ、各回折像を独立に得るため、本実施の形態では光路長シフト法を組み合わせて用いる。
【００８３】
デジタルホログラフィ装置６２は、２つのレーザ光源１ａ・１ｂを含む光学系と、ＣＣＤからなる撮像面２ａを有する撮像素子２とを有する撮像装置を備える。さらに、デジタルホログラフィ装置６２は、撮像素子２の出力に接続された計算機３を備える。撮像素子２は、撮像面２ａの前面に偏光子アレイデバイス３２、光路長シフトアレイデバイス３６、および波長選択フィルタ３３を備える。
【００８４】
レーザ光源１ａ・１ｂは互いに異なる波長のレーザ光を発生する。レーザ光源１ａが発生するレーザ光の波長をλ１、レーザ光源１ｂが発生するレーザ光の波長をλ２とする。レーザ光源１ａから出射されたレーザ光はミラー１３で反射され、ビーム結合素子１４によってレーザ光源１ｂから出射されたレーザ光と結合される。ビーム結合素子１４を通過、または反射された２つのレーザ光は光軸が一致している。
【００８５】
ここで、レーザ光の伝播方向に垂直な１つの方向を第１方向と定義し、レーザ光の伝播方向および第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。各レーザ光は、第１方向の偏光成分と第２方向の偏光成分とを有する直線偏光の光である。各レーザ光は、ビームエキスパンダ４およびコリメータレンズ５を通過することにより平行光となる。それから、各レーザ光はビームスプリッタ６によって参照光と物体光とに分割される。参照光および物体光は、それぞれ２つの波長のレーザ光からなる。
【００８６】
ミラー７で反射された参照光は、ビーム結合素子９を通過し、偏光子アレイデバイス３２を通過し、光路長シフトアレイデバイス３６を通過し、波長選択フィルタ３３を通過し、参照光の光軸が撮像面２ａにほぼ垂直になるように撮像面２ａに入射する。
【００８７】
分割された光の他方である物体光は、ハーフミラーからなる偏光分割素子（偏光分割部）１５で偏光方向に応じて２つに分割される。偏光分割素子１５は、ハーフミラーの背面に偏光子を貼り合わせて構成することができる。物体光の偏光分割素子１５への入射角をブリュースター角にすることで、反射される物体光の偏光方向と透過する物体光の偏光方向を直交するものにすることができる。物体光は、偏光分割素子１５によって反射された第１方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光と、偏光分割素子１５を透過した第２方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光との２種類に分割される。透過した物体光はミラー１６によって反射され被写体２２の方向に向けられる。偏光分割素子１５およびミラー１６を合わせて偏光分割部をなす。偏光分割素子１５とミラー１６とは角度にして（Δθ／２）だけ角度が異なるので、これらの物体光は、互いの伝播方向が角度にしてΔθだけ異なる。尚、物体光は波長の違いも含めると４種類である。
【００８８】
互いに角度差を有するこれらの物体光は、被写体２２に照射される。これらの物体光は被写体２２を透過する際に、被写体２２によって散乱または回折される。被写体２２によって散乱または回折されたこれらの物体光は、ビーム結合素子９によって反射され、偏光子アレイデバイス３２を通過し、波長選択フィルタ３３を通過し、撮像面２ａに入射する。
【００８９】
図１３の（ａ）は、撮像面２ａ側からみた偏光子アレイデバイス３２の一部を示す模式図である。偏光子アレイデバイス３２は、通過した光のある方向（ここでは水平方向）の偏光成分のみを取り出す線状に並んだ偏光子３２ａと、それとは直交する方向（ここでは垂直方向）の偏光成分のみを取り出す線状に並んだ偏光子３２ｂとが複数配置されたものである。そして、入射する参照光は水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分を有している。本実施の形態では上記の第１方向は水平方向に一致し、第２方向は垂直方向に一致する。すなわち、偏光子３２ａ・３２ｂは、偏光分割素子１５で分割された２種類の物体光の内の、それぞれの偏光方向に対応した一方のみの物体光を通過させる。また、偏光子３２ａ・３２ｂは、参照光のそれぞれの偏光方向に対応した偏光成分のみを通過させる。
【００９０】
図１３の（ｂ）は、撮像面２ａ側からみた光路長シフトアレイデバイス３６の一部を示す模式図である。光路長シフトアレイデバイス３６は、通過したレーザ光の光路長を互いに異ならせる複数の領域を有する。本実施の形態では光路長シフトアレイデバイス３６の光路長シフト領域３６ａ・３６ｂは互いに光学軸が直交する１／４波長板で構成されている。光路長シフト領域３６ａの高速軸は水平方向に一致しており、低速軸は垂直方向に一致している。光路長シフト領域３６ｂの高速軸は垂直方向に一致しており、低速軸は水平方向に一致している。したがって、光路長シフト領域３６ａを通過した水平方向偏光の参照光および物体光に対して、光路長シフト領域３６ｂを通過した水平方向偏光の参照光および物体光の位相は（−π／２）だけずれる。すなわち、１／４波長だけ光路差が生じる。また、光路長シフト領域３６ｂを通過した垂直方向偏光の参照光および物体光に対して、光路長シフト領域３６ａを通過した垂直方向偏光の参照光および物体光の位相は（−π／２）だけずれる。
【００９１】
便宜上のため、光路長シフト領域３６ａ・３６ｂの低速軸に偏光方向が一致し、位相が（−π／２）だけずれた物体光および参照光を、光路長シフト量が（−π／２）の物体光および参照光と記載し、光路長シフト領域３６ａ・３６ｂの高速軸に偏光方向が一致した物体光および参照光を、光路長シフト量が０の物体光および参照光と記載する。
【００９２】
尚、光路長シフト領域３６ａ、３６ｂは、波長λ１のレーザ光に対する１／４波長板であり、光路長シフト領域３６ｃ、３６ｄは、それぞれ光路長シフト領域３６ａ、３６ｂに対応する波長λ２のレーザ光に対する１／４波長板である。
【００９３】
光路長シフトアレイデバイス３６は、線状の光路長シフト領域３６ａと線状の光路長シフト領域３６ｂと線状の光路長シフト領域３６ｃと線状の光路長シフト領域３６ｄとが交互に並んで配置された構成をしている。
【００９４】
図１３の（ｃ）は、撮像面２ａ側からみた波長選択フィルタ３３の一部を示す模式図である。波長選択フィルタ３３は、波長に応じて選択的に光を通過させるフィルタであり、波長λ１の光を通過させ波長λ２の光を遮断する第１波長選択領域３３ａ、および波長λ２の光を通過させ波長λ１の光を遮断する第２波長選択領域３３ｂが複数配置されている。
【００９５】
波長選択フィルタ３３を通過した物体光および参照光は、その背面にある撮像面２ａに入射する。物体光および参照光の干渉に応じた光の強度が撮像面２ａの画素によって検出され、撮像素子２は、物体光と参照光とが撮像面２ａに作る干渉パターン（干渉縞）を撮像する。ここで、偏光子アレイデバイス３２、光路長シフトアレイデバイス３６、および波長選択フィルタ３３は撮像面２ａに隣接して貼り付けられているため、格子状に区切られた偏光子３２ａ・３２ｂの個々のセル、格子状に区切られた光路長シフト領域３６ａ・３６ｂの個々のセル、および格子状に区切られた波長選択領域３３ａ・３３ｂの個々のセルが撮像面２ａの１つの画素に対応する。
【００９６】
それゆえ、撮像面２ａには、２種類の波長、２種類の偏光方向、および２種類の光路長（位相の違い）の組み合わせによる８種類の干渉パターンの画素がある。また、偏光方向と共に物体光が被写体に照射される角度が異なる。
【００９７】
図１４は、デジタルホログラフィ装置６２で得られる干渉パターン５３の一部を示す図である。計算機３は、撮像素子２で撮像された干渉パターン（ホログラム）５３を示す画像データを撮像素子２から取得する。
【００９８】
撮像面２ａに作られる干渉パターン５３は、光路長シフト量が０で波長λ１の水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５４ａ、光路長シフト量が（−π／２）で波長λ１の水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５４ｂ、光路長シフト量が０で波長λ１の垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５４ｃ、光路長シフト量が（−π／２）で波長λ１の垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５４ｄ、光路長シフト量が０で波長λ２の水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５４ｅ、光路長シフト量が（−π／２）で波長λ２の水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５４ｆ、光路長シフト量が０で波長λ２の垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５４ｇ、および光路長シフト量が（−π／２）で波長λ２の垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５４ｈの８種類の画素を含む。
【００９９】
計算機３は、これら８種類の画素５４ａ〜５４ｈをそれぞれ抽出することにより、２種類の波長毎に図６に示すのと同様の干渉パターンを得ることができる。位相シフト法の代わりに光路長シフト法を用いることにより、同様の手順で被写体２２の再生像、および被写体２２の３次元情報を得ることができる。このとき、位相接続は各波長毎に、光路長シフト法を適用し、被写体２２と撮像素子２との光路長が異なる２種類の複素振幅分布を用いて行うことができる。
【０１００】
本実施の形態では、被写体２２を波長が異なる２つのレーザ光によって同時に観察・計測している。そのため、被写体２２が透過率、または反射率等に波長依存性を有していたとしても、被写体２２に吸収されないいずれかの波長の物体光を撮像することができれば、その波長による計測を行うことができる。よって、用いるレーザ光の波長の種類を増やすことによって、多様な波長依存性を有する被写体の３次元情報を得ることができる。すなわち、１回の撮像で分光の３次元計測を行うことができる。
【０１０１】
応用例として、デジタルホログラフィ装置６２を、例えば生物の細胞の内部物質の観察に利用することが考えられる。細胞の代謝物は、短い時間で生成および分解されることがあるため、短い時間で撮像することが重要になる。また、代謝物は種類によって様々な波長依存性を有しているため、１つの波長のみを用いた観測ではこのような複数の代謝物を同時に観察・計測することができない。本実施の形態を適用すれば、様々な波長依存性を有する複数の物質を、同時に観測することができる。
【０１０２】
図１５は、被写体２３を示す模式図である。被写体２３は、異なる波長依存性を有する複数の物質２３ａ・２３ｂを含む。物質２３ａは波長λ１の光を散乱せず、波長λ１の光では観測できない。反対に物質２３ｂは波長λ２の光を散乱せず、波長λ２の光では観測できない。
【０１０３】
この被写体２３に対して、本実施の形態を適用し、λ１・λ２の２つの波長のレーザ光を用いて３次元計測を行うと、波長λ１のレーザ光の干渉パターンからは物質２３ｂの位置情報が得られ、波長λ２のレーザ光の干渉パターンからは物質２３ａの位置情報が得られる。これにより、１回の撮像で、すなわち同時に物質２３ａおよび物質２３ｂの位置情報を得ることができる。
【０１０４】
物質２３ａ・２３ｂが例えば代謝物であり、物質２３ａ・２３ｂは生成されてもすぐに分解されてしまうような場合でも、ある瞬間の３次元の位置情報を得ることにより２つの物質２３ａ・２３ｂの相関関係を調べることができる。
【０１０５】
［実施の形態４］
次に、実施の形態４のデジタルホログラフィ装置について説明する。尚、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０６】
図１６は、実施の形態４のデジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）６３の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６３は、実施の形態１の構成に加えて、サイズ計測部１７、制御部１８、および角度差調節部１９を備える。
【０１０７】
参照光および物体光による計測の前に、サイズ計測部１７は、被写体２０の撮像素子２から見た奥行き方向のおおよそのサイズを測定する。制御部１８は、サイズ計測部１７から測定された被写体２０のサイズを取得する。
【０１０８】
ここで、位相接続が可能な範囲はΔθおよびηに依存する。ここで、ηは撮像面２ａに直交する軸に対して、偏光分割素子（偏光分割部）１１によって分割されたいずれかの物体光がなす角度である。Δθは、偏光分割素子１１によって生じる偏光方向が異なる２種類の物体光の伝播方向の角度差である。λをレーザ光の波長、ｋをレーザ光の波数、ｘを奥行き方向に直交する軸の座標、ｈ(ｘ)を被写体２０の奥行き高さ分布とする。ある偏光方向の干渉パターンから得られる被写体の再生像の位相分布φ１は、以下で示される。
【０１０９】
φ１＝ｋ｛ｘsinη＋ｈ(ｘ)cosη｝
これと直交する偏光方向の干渉パターンから得られる被写体の再生像の位相分布φ２は、以下で示される。
【０１１０】
φ２＝ｋ｛ｘsin(η＋Δθ)＋ｈ(ｘ)cos(η＋Δθ)｝
これらの位相差Δφ≡φ２−φ１は、以下で示される。
【０１１１】
Δφ＝２ｋsin(Δθ／２)｛ｘcos(η＋Δθ／２)−ｈ(ｘ)sin(η＋Δθ／２)｝
奥行き方向に直交する軸上における等高線の間隔Δｈは、以下で示される。
【０１１２】
Δｈ＝λ／｛２sin(Δθ／２)sin(η＋Δθ／２)｝
このΔｈの値が、光学的に位相接続可能な範囲となる。すなわち、位相接続可能な範囲はΔθおよびηに依存する。
【０１１３】
そこで、制御部１８は、サイズ計測部１７によって測定された被写体２０のサイズに応じて、位相接続可能な範囲を変更するためにΔθおよびηを調節する。具体的には例えば、偏光分割素子１１の配置角度を変更するよう角度差調節部１９に指示を出す。制御部１８からの指示に基づき、角度差調節部１９は偏光分割素子１１の配置角度を変更し、Δθおよびηの値を変更する。
【０１１４】
これにより、デジタルホログラフィ装置６３は、被写体２０のおよそのサイズを読み取り、自動で偏光方向の異なる２種類の物体光の角度差Δθおよび撮像面２ａと直交する軸といずれかの物体光とのなす角ηを調節し、被写体２０に適した角度差Δθ、および撮像面２ａと直交する軸といずれかの物体光のなす角ηを有する２種類の物体光を用いて位相接続を行うことができる。そのため、被写体に応じて精度よく位相接続を行い、３次元情報を得ることができる。
【０１１５】
［実施の形態５］
次に、実施の形態５のデジタルホログラフィ装置について説明する。本実施の形態は、３種類の波長のレーザ光を用いる分光計測デジタルホログラフィに関する。尚、説明の便宜上、前出の実施の形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１６】
図１７は、実施の形態５のデジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）６４の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６４は、インライン型の光学系で構成されており、撮像面２ａに入射する参照光の光軸は撮像面２ａに垂直であり、且つ被写体２４は撮像面２ａの光学的な正面に位置している。それゆえ、各回折像を独立に得るため、本実施の形態では位相シフト法を組み合わせて用いる。
【０１１７】
デジタルホログラフィ装置６４は、３つのレーザ光源１ａ・１ｂ・１ｃを含む光学系と、ＣＣＤからなる撮像面２ａを有する撮像素子２とを有する撮像装置を備える。さらに、デジタルホログラフィ装置６４は、撮像素子２の出力に接続された計算機３を備える。撮像素子２は、撮像面２ａの前面に波長選択フィルタ３７および偏光子アレイデバイス３４を備える。
【０１１８】
レーザ光源１ａ・１ｂ・１ｃは互いに異なる波長のレーザ光を発生する。レーザ光源１ａが発生するレーザ光の波長をλ１、レーザ光源１ｂが発生するレーザ光の波長をλ２、レーザ光源１ｃが発生するレーザ光の波長をλ３とする。本実施の形態ではλ１＝６３２．８ｎｍ（赤色：Ｒ）、λ２＝５３２ｎｍ（緑色：Ｇ）、λ３＝４４１．６ｎｍ（青色：Ｂ）である。レーザ光源１ａ・１ｂ・１ｃから出射されたレーザ光は、ミラー１３および２つのビーム結合素子１４によって結合される。結合されたこれら３つのレーザ光は光軸が一致している。
【０１１９】
ここで、レーザ光の伝播方向に垂直な１つの方向を第１方向と定義し、レーザ光の伝播方向および第１方向に垂直な方向を第２方向と定義する。各レーザ光は、第１方向の偏光成分と第２方向の偏光成分とを有する直線偏光の光である。各レーザ光は、ビームエキスパンダ４およびコリメータレンズ５を通過することにより平行光となる。それから、各レーザ光はビームスプリッタ６によって参照光と物体光とに分割される。参照光および物体光は、それぞれ３つの波長のレーザ光からなる。
【０１２０】
デジタルホログラフィ装置６４は、参照光を互いに位相が異なる複数種類の参照光に分割するため、ミラー８とビーム結合素子９との間に配置された位相シフトアレイデバイス３８および結像光学部２６を備える。
【０１２１】
図１８の（ａ）は、位相シフトアレイデバイス３８の一部を示す模式図である。位相シフトアレイデバイス３８は、通過したレーザ光の位相を互いに異ならせる複数の領域を有する。位相シフトアレイデバイス３８は、６種類の位相シフト領域３８ａ〜３８ｆから構成されている。位相シフト領域３８ａを通過した波長λ１の参照光に対して、位相シフト領域３８ｂを通過した波長λ１の参照光は、その進行方向に垂直な平面上における位相がその偏光方向に関わらず（−π／２）だけずれる。また、位相シフト領域３８ｃを通過した波長λ２の参照光に対して、位相シフト領域３８ｄを通過した波長λ２の参照光は、その進行方向に垂直な平面上における位相がその偏光方向に関わらず（−π／２）だけずれる。位相シフト領域３８ｅを通過した波長λ３の参照光に対して、位相シフト領域３８ｆを通過した波長λ３の参照光は、その進行方向に垂直な平面上における位相がその偏光方向に関わらず（−π／２）だけずれる。なお、例えば位相シフト領域３８ａ・３８ｂを通過した波長λ２またはλ３の参照光の位相のずれは問題にならない。位相シフト領域３８ａ・３８ｂを通過した波長λ２およびλ３の参照光は、後に波長選択フィルタ３７によって遮断してしまい撮像素子２に検出されないからである。便宜上、位相シフト領域３８ａ・３８ｃ・３８ｅを通過した参照光を位相シフト量が０の参照光、位相シフト領域３８ｂ・３８ｄ・３８ｆを通過した参照光を位相シフト量が（−π／２）の参照光と記載する。
【０１２２】
位相シフトアレイデバイス３８には、これら６種類の位相シフト領域３８ａ〜３８ｆが図１８の（ａ）のように配置されており、図に示す４×４セルの構造が周期的に配列している。位相シフトアレイデバイス３８は、例えば、ガラスで形成し位相シフト領域毎に厚みを変えることで構成できる。
【０１２３】
位相シフトアレイデバイス３８を通過した参照光は、結像光学部２６を通過し、ビーム結合素子９によって反射され、波長選択フィルタ３７を通過し、偏光子アレイデバイス３４を通過し、参照光の光軸が撮像面２ａにほぼ垂直になるように撮像面２ａに入射する。位相シフトアレイデバイス３８を通過した参照光は回折し、結像光学部２６によって撮像面２ａに結像される。結像光学部２６は複数のレンズから構成されている。ここで、例えば、位相シフトアレイデバイス３８の１つの位相シフト領域３８ａを通過した参照光は、撮像面２ａのいずれか１つの画素に結像される。すなわち、格子状に区切られた位相シフト領域３８ａ〜３８ｆの１つのセルを通過した参照光は、撮像面２ａのいずれか１つの画素に結像される。
【０１２４】
分割された光の他方である物体光は、ミラー１０によって反射され、偏光分割素子１１を通過する。本実施の形態では、物体光は偏光分割素子１１によって第１方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光と、第２方向の偏光成分のみを有する直線偏光の物体光との２種類に分割される。これら２種類の物体光は、互いの伝播方向が角度にしてΔθだけ異なる。そして、互いに角度差を有する２種類の物体光は、角度差を有したまま被写体２４に照射される。被写体２４に反射された物体光は、ビーム結合素子９を通過し、波長選択フィルタ３７を通過し、偏光子アレイデバイス３４を通過し、撮像素子２の撮像面２ａに入射する。
【０１２５】
図１８の（ｂ）は、撮像面２ａ側からみた波長選択フィルタ３７の一部を示す模式図である。波長選択フィルタ３７は、波長に応じて選択的に光を通過させるフィルタであり、波長λ１の光を通過させ波長λ２・λ３の光を遮断する第１波長選択領域３７ａ、波長λ２の光を通過させ波長λ１・λ３の光を遮断する第２波長選択領域３７ｂ、および波長λ３の光を通過させ波長λ１・λ２の光を遮断する第３波長選択領域３７ｃがそれぞれ複数配置されている。
【０１２６】
図１８の（ｃ）は、撮像面２ａ側からみた偏光子アレイデバイス３４の一部を示す模式図である。偏光子アレイデバイス３４は、通過した光のある方向（ここでは水平方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子３４ａと、それとは直交する方向（ここでは垂直方向）の偏光成分のみを取り出す偏光子３４ｂとが複数配置されたものである。そして、入射する参照光は水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分を有している。本実施の形態では上記の第１方向は水平方向に一致し、第２方向は垂直方向に一致する。すなわち、偏光子３４ａ・３４ｂは、偏光分割素子１１で分割された２種類の物体光の内の、それぞれの偏光方向に対応した一方のみの物体光を通過させる。また、偏光子３４ａ・３４ｂは、参照光のそれぞれの偏光方向に対応した偏光成分のみを通過させる。
【０１２７】
偏光子アレイデバイス３４を通過した物体光および参照光は、その背面にある撮像面２ａに入射する。物体光および参照光の干渉に応じた光の強度が撮像面２ａの画素によって検出され、撮像素子２は、物体光と参照光とが撮像面２ａに作る干渉パターン（干渉縞）を撮像する。ここで、偏光子アレイデバイス３４および波長選択フィルタ３７は撮像面２ａに隣接して貼り付けられているため、格子で区切られた個々の波長選択領域３７ａ〜３７ｃ、および格子で区切られた個々の偏光子３４ａ・３４ｂが撮像面２ａの１つの画素に対応する。また、位相シフトアレイデバイス３８の格子で区切られた１つのセル（位相シフト領域３８ａ〜３８ｆ）を通過した参照光は、結像光学部２６によって結像され、波長選択フィルタ３７の１つの波長選択領域３７ａ〜３７ｃおよび偏光子アレイデバイス３４の１つの偏光子３４ａ・３４ｂを通過する。
【０１２８】
それゆえ、３種類の波長のレーザ光について、それぞれ偏光方向および被写体に照射される角度が異なる２種類の物体光と、位相が異なる２種類の参照光との組み合わせがあり、撮像面２ａには合計１２種類の干渉の画素がある。
【０１２９】
図１９は、デジタルホログラフィ装置６４で得られる干渉パターン５５の一部を示す図である。計算機３は、撮像素子２で撮像された干渉パターン（ホログラム）５５を示す画像データを撮像素子２から取得する。
【０１３０】
撮像面２ａに作られる干渉パターン５５は、波長λ１の位相シフト量が０で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ａ、波長λ１の位相シフト量が（−π／２）で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ｂ、波長λ１の位相シフト量が０で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｃ、波長λ１の位相シフト量が（−π／２）で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｄ、波長λ２の位相シフト量が０で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ｅ、波長λ２の位相シフト量が（−π／２）で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ｆ、波長λ２の位相シフト量が０で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｇ、波長λ２の位相シフト量が（−π／２）で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｈ、波長λ３の位相シフト量が０で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ｉ、波長λ３の位相シフト量が（−π／２）で水平方向に偏光した物体光と参照光の水平方向成分とが干渉した画素５６ｊ、波長λ３の位相シフト量が０で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｋ、および波長λ３の位相シフト量が（−π／２）で垂直方向に偏光した物体光と参照光の垂直方向成分とが干渉した画素５６ｌの１２種類の画素を含む。
【０１３１】
計算機３は、これら１２種類の画素５６ａ〜５６ｌをそれぞれ抽出することにより、３種類の波長毎に図６に示す干渉パターン４６ａ〜４６ｄと同様の、画素の種類に応じた干渉パターンを得ることができる。各波長の干渉パターンについて、実施の形態２と同様に欠落した画素を補間し、２段階位相シフト法を用いることにより、波長および偏光成分毎の６種類の複素振幅分布が得られ、被写体２４の再生像を得ることができる。またさらに、得られた複素振幅分布を用いて波長毎に位相接続を行うことにより、被写体２４の３次元情報を得ることができる。複数種類の波長のレーザ光を用いた分光干渉計測の利点について、以下に計算機シミュレーションの結果を用いて説明する。
【０１３２】
＜シミュレーション結果＞
本願発明者は、計算機による本実施の形態に基づく位相接続のシミュレーションを行った。以下に、そのシミュレーション結果について説明する。
【０１３３】
被写体の撮像を行う光学系は図１７に示すものである。図２０の（ａ）は、被写体２４の高さ分布を示す撮像素子２の方向から見た図である。図２０の（ａ）における明暗は、被写体２４の奥行き方向の高さ分布を表しており、明るい部分（中央部分）は、奥行き方向の高さが高い、すなわち撮像素子２側にある。図２０の（ｂ）は、図２０の（ａ）の切断線Ｄにおける被写体２４の高さ分布をプロットした図である。被写体２４は、９ｍｍ×９ｍｍを底面とした最大高さ２５μｍの凸形状の物体である。図２０の（ｃ）は、被写体２４の見た目の明暗を表す振幅分布を示す図２０の（ａ）に対応する図である。被写体２４には「ＫＩＴ」の模様が描かれており、「Ｋ」は赤色、「Ｉ」は緑色、「Ｔ」は青色で描かれている。すなわち、被写体２４の「Ｋ」の部分は波長λ１の光を主に反射（散乱）し、その他の波長λ２・λ３の光に対する反射率が低い。同様に、被写体２４の「Ｉ」の部分は波長λ２の光に対する反射率が高く、波長λ１・λ３の光に対する反射率が低い。被写体２４の「Ｔ」の部分は波長λ３の光に対する反射率が高く、波長λ１・λ２の光に対する反射率が低い。なお、被写体２４の「ＫＩＴ」の文字以外の領域は灰色であり、各波長の光に対して同程度の反射率を有する。
【０１３４】
撮像素子２の画素数は２０４８×２０４８ピクセルであり、その画素間隔は５μｍである。撮像素子２の撮像面２ａと被写体２４の底面との距離は２０ｃｍである。また、水平方向の偏光成分および垂直方向の偏光成分のいずれにおいても撮像面２ａに入射する物体光の強度と参照光の強度の比は１：７とした。また、被写体２４へ入射する物体光の光軸の角度は、水平方向に偏光した物体光では１０度、垂直方向に偏光した物体光では１４度とした。すなわち、図１７に示す角度η＝１０度、Δθ＝４度である。上記角度は、撮像面２ａに垂直な直線と被写体２４へ入射する物体光が成す角度である。この条件における理論的な位相接続可能範囲Δｈは約３０．４μｍとなる。
【０１３５】
図２１は、上記条件の下で得られた複素振幅分布に基づき、計算機３によって波長毎に求めた被写体２４の再生像（振幅分布）を示す図である。波長λ１（赤色）のレーザ光から得られた再生像では、枠で囲まれた領域８０ａに位置する赤色の「Ｋ」の文字は明るい。すなわち「Ｋ」の部分からの光情報が得られていることが分かる。一方、枠で囲まれた領域８０ｂに位置する緑色の「Ｉ」および青色の「Ｔ」の文字は暗い。すなわち「Ｉ」「Ｔ」の部分からの光情報が得られていない。光情報が得られていないということは、すなわち当該部分の高さ情報も得られていないということである。波長λ２（緑色）、および波長λ３（青色）の再生像についても同様のことが言える。波長λ２の再生像では枠で囲まれた領域８０ｄに位置する「Ｋ」「Ｔ」の部分の光情報が得られず、波長λ３の再生像では枠で囲まれた領域８０ｆに位置する「Ｋ」「Ｉ」の部分の光情報が得られていない。
【０１３６】
図２２は、同様の複素振幅分布に基づき、各波長毎に独立に位相接続を行って得られた被写体２４の高さ分布を示す図である。図２２の（ａ）〜（ｃ）は、図２０の（ａ）に対応し、各波長毎に得られた被写体２４の高さ分布を明暗で示す図であり、図２２の（ｄ）〜（ｆ）は、図２０の（ｃ）に対応し、それぞれ図２２の（ａ）〜（ｃ）の切断線での被写体２４の高さ分布を示す図である。
【０１３７】
ここで、波長λ２（緑色）について図２２の（ｂ）、図２２の（ｅ）を参照すると、それぞれ枠で囲まれた領域８１ｄに位置する「Ｋ」「Ｔ」の文字の部分において位相接続による高さ分布の誤差が大きくなっているのが分かる。図２２の（ｂ）の枠で囲まれた領域８１ｄの切断線での被写体２４の高さ分布は、図２２の（ｅ）の枠８２ｄで囲まれた部分が対応する。波長λ１、波長λ３の高さ分布についても同様のことが言える。波長λ１の干渉パターンから求めた高さ分布では、光情報が得られない「Ｉ」「Ｔ」の部分において位相接続による高さ分布の誤差が大きくなっており、波長λ３の干渉パターンから求めた高さ分布では、光情報が得られない「Ｋ」「Ｉ」の部分において位相接続による高さ分布の誤差が大きくなっている。このように、被写体２４の反射率に大きな波長依存性がある場合、１つの波長の光のみを用いて位相接続を行うと、精度よく被写体２４の３次元形状の情報を得られない。
【０１３８】
そこで、本実施の形態では、各波長のレーザ光によって得られた高さ分布から、再生像の領域毎に最も信頼性の高い波長の高さ分布を抽出し、誤差の少ない被写体２４の高さ分布を求める。
【０１３９】
すなわち、被写体２４の赤色の「Ｋ」の文字に対応する図２１の枠で囲まれた領域８１ａの高さ分布として、赤色の波長λ１のレーザ光によって得られた高さ分布（図２２の（ｄ）の枠８２ａの部分）を用いる。また、被写体２４の緑色の「Ｉ」の文字に対応する図２１の枠で囲まれた領域８１ｃの高さ分布として、緑色の波長λ２のレーザ光によって得られた高さ分布（図２２の（ｅ）の枠８２ｃの部分）を用いる。また、被写体２４の青色の「Ｔ」の文字に対応する図２１の枠で囲まれた領域８１ｅの高さ分布として、青色の波長λ３のレーザ光によって得られた高さ分布（図２２の（ｆ）の枠８２ｅの部分）を用いる。
【０１４０】
具体的には、再生像の所定の領域毎に、各波長の再生像における再生光の強度を比較し、最も再生光の強度が大きい波長の高さ分布を、当該領域の高さ分布として使用する。比較に用いる所定の領域を代表する再生光の強度として、当該領域に含まれる画素の画素値（光の振幅値）の平均値、または中央値等を用いてもよい。また、注目画素を含む再生像の所定の領域について各波長の再生像における再生光の強度（所定の領域における平均値等）を比較し、最も再生光の強度が大きい波長の高さ分布を、当該注目画素の高さ分布として使用してもよい。
【０１４１】
本実施の形態では、再生像の画素毎に、各波長の再生像における再生光の強度を比較する。そして再生像において最も再生光の強度が大きい波長の高さ分布を、当該画素の高さ分布として採用（選択）する。この振幅最大値挿入処理を全ての画素について行うことによって、被写体２４の精度のよい高さ分布を得る。
【０１４２】
本実施の形態では、上記のように画素毎に再生光の強度を比較したが、複数の画素を含む小領域毎に比較を行うことにより、再生光のノイズおよびスペックルの影響を排除して振幅最大値挿入処理を行うことができる。
【０１４３】
図２３の（ａ）は、図２０の（ａ）に対応し、上記の振幅最大値挿入処理の結果得られた被写体２４の高さ分布を明暗で示す図であり、図２３の（ｂ）は、図２０の（ｃ）に対応し、図２３の（ａ）の切断線での被写体２４の高さ分布を示す図である。
【０１４４】
振幅最大値挿入処理によって、各波長毎に求めた高さ分布において大きな誤差が発生していた部分が、精度よく位相接続ができている他の波長の高さ分布に置き換わり、全体的に被写体２４の高さ分布を精度よく再現した高さ分布を得ることができる。
【０１４５】
なお、比較例として同様の条件の下、従来の複数波長位相接続法を用いて位相接続を行い、被写体２４の高さ分布を求めた。図２４の（ａ）は、図２３の（ａ）に対応し、従来の複数波長位相接続法の結果得られた被写体２４の高さ分布を明暗で示す図であり、図２４の（ｂ）は、図２３の（ｂ）に対応し、図２４の（ａ）の切断線での被写体２４の高さ分布を示す図である。
【０１４６】
図２４の（ａ）および図２４の（ｂ）に示すように、文字「Ｋ」「Ｉ」「Ｔ」が位置する箇所で位相接続に失敗し、被写体２４の３次元形状を正しく再現できていないことが分かる。これは被写体２４が、文字「Ｋ」「Ｉ」「Ｔ」の位置において反射率に大きな波長依存性を有するからである。
【０１４７】
図２５は、計算機３の構成を示すブロック図である。計算機３は再生処理部７１、位相接続処理部７２、抽出処理部７３を備えている。
【０１４８】
再生処理部７１は、撮像素子（図示せず）から干渉パターンを示す画像データを取得する。再生処理部７１は、干渉パターンを示す画像データに基づき、種類別画素の抽出、補間処理、回折積分等を行い波長毎に被写体の再生像を得る。
【０１４９】
位相接続処理部７２は、干渉パターンを示す画像データに基づき、位相接続を行い波長毎に被写体の高さ分布を得る。
【０１５０】
抽出処理部７３は、再生像の注目画素を含む所定の領域について、各波長毎に当該領域の再生光の強度の代表値を決定する。抽出処理部７３は、当該領域について、各波長の代表値を比較し、最も代表値が大きい波長における高さ分布を注目画素の高さ分布として抽出する。本実施の形態では、上記所定の領域は注目画素と同一である。抽出処理部７３は、再生像の複数の画素、または全ての画素について上記の抽出処理を行い、抽出された高さ分布を組み合わせることによって被写体の高さ分布を求める。
【０１５１】
本実施の形態では、単一波長のレーザ光から得られ、物体光の照射角度が異なる２つの複素振幅分布を用いて位相接続を行い被写体の高さ分布を得る。そして、波長毎に求めた高さ分布から信頼性の高い部分を抽出することにより、反射率に大きな波長依存性を有する被写体についても精度よく３次元情報を得ることができる。
【０１５２】
また、本実施の形態では、赤緑青の３色のレーザ光を用いることにより、被写体の色を再現したカラーの再生像を得ることができる。また、用いるレーザ光の種類はこれに限らず、赤外線、紫外線、またはＸ線などの可視光以外の光であってもよい。また、用いるレーザ光は３つに限らず、４つ以上のレーザ光を用いてもよい。
【０１５３】
［他の変形例］
本発明に係る干渉計測装置は、コヒーレントな光を発生する光源と、上記光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光との干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、参照光と、被写体を介して到達する物体光とを通過させる偏光子アレイ部とを備え、上記偏光子アレイ部の第１偏光子領域および第２偏光子領域は互いに異なる方向の偏光成分を通過させる。
【０１５４】
上記の構成によれば、偏光分割部によって物体光を伝播方向に角度差を有し偏光方向の異なる２種類の物体光に分割することができ、偏光子アレイ部によって参照光および物体光を偏光方向に応じて分けて撮像部で撮像することができる。
【０１５５】
よって、伝播方向に角度差を有する２種類の物体光による２種類の干渉情報を含む干渉像を１回の撮像で同時に得ることができので、得られる２種類の干渉情報を含む干渉像に基づき位相接続を行うことができる。
【０１５６】
それゆえ、例えば動的な変化を伴う被写体であっても、１回の撮像でその瞬間の３次元情報を得ることができる。
【０１５７】
また、上記偏光分割部によって分割された２種類の物体光のうちの、一方の物体光の偏光方向を第１方向とし、他方の物体光の偏光方向を第２方向としたとき、第１偏光子領域が通過させる偏光方向が第１方向と一致し、第２偏光子領域が通過させる偏光方向が第２方向と一致するよう構成してもよい。
【０１５８】
また、第１方向と第２方向とが直交するよう構成してもよい。
【０１５９】
上記の構成によれば、偏光方向の異なる２種類の物体光を偏光方向毎に完全に分けて撮像することができるので、位相接続の精度が向上する。
【０１６０】
また、第１位相シフト領域および第２位相シフト領域が複数配置され、参照光を通過させる位相シフトアレイ部をさらに備え、第１位相シフト領域を通過した参照光の位相と、第２位相シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせてもよい。
【０１６１】
上記の構成によれば、さらに位相の異なる参照光による複数の干渉情報を含む干渉像を得ることができる。この複数の干渉情報を含む干渉像に基づいて位相シフト法を用いて再生像の０次回折像および±１次回折像を独立に得ることができる。それゆえ、被写体の鮮明な再生像を得ることができる。
【０１６２】
また、第１光路長シフト領域および第２光路長シフト領域が複数配置され、参照光および物体光を通過させる光路長シフトアレイ部をさらに備え、第１光路長シフト領域を通過した参照光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせ、第１光路長シフト領域を通過した物体光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した物体光の位相とを互いに異ならせてもよい。
【０１６３】
上記の構成によれば、さらに被写体と撮像部との間の光路長が異なる複数の干渉情報を含む干渉像を得ることができる。この複数の干渉情報を含む干渉像に基づいて光路長シフト法を用いて再生像の０次回折像および±１次回折像を独立に得ることができる。それゆえ、被写体の鮮明な再生像を得ることができる。
【０１６４】
また、複数の上記光源と、波長選択フィルタとを備え、上記複数の光源は、それぞれが互いに異なる波長のコヒーレントな光を発生し、上記波長選択フィルタは、通過させる光の波長が異なる複数の波長選択領域を有し、参照光および物体光を上記波長選択領域毎に波長に応じて選択的に通過させてもよい。
【０１６５】
上記の構成によれば、波長が異なる複数のレーザ光を用いて、１回の撮像によってそれぞれの波長毎に被写体の再生像および３次元情報を得ることができる。
【０１６６】
それゆえ、被写体が波長依存性を有している場合でも位相接続を行うことができ、且つ、被写体に各波長に対する反射率または透過率が異なる部分がある場合でも、各部分の３次元の相関を得ることができる。
【０１６７】
また、サイズ計測部と、制御部と、角度差調節部とをさらに備え、上記サイズ計測部は、上記被写体の撮像部から見た奥行き方向におけるサイズを計測し、上記制御部は、上記サイズ計測部が計測した上記サイズに基づき、位相接続可能な範囲を決定し、決定した上記範囲に応じて上記角度差調節部に指示を与え、上記角度差調節部は、上記指示に基づき上記偏光分割部を調節し、上記偏光分割部が分割した２種類の物体光の上記角度差を変更してもよい。
【０１６８】
上記の構成によれば、サイズ計測部が奥行き方向におけるサイズを計測し、上記サイズに基づき適切な位相接続の範囲を確保するよう制御部が角度差調節部に指示を与え、指示に基づき角度差調節部が２種類の物体光の上記角度差を変更する。よって、奥行き方向のサイズが様々なサイズの被写体に対して、適切な位相接続の範囲を確保し、計測を行うことができる。
【０１６９】
また、上記撮像部が撮像して得られた干渉像に基づき、被写体の再生像を生成する再生部をさらに備えてもよい。
【０１７０】
上記の構成によれば、撮像部が撮像して得られた干渉像に基づき、被写体の再生像を得ることができる。
【０１７１】
また、上記再生部は、上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に上記被写体の再生像を求める再生処理部と、上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に位相接続を行い上記被写体の高さ分布を求める位相接続処理部と、上記再生像の注目画素を含む所定の領域について各波長の上記所定の領域を代表する再生光の強度を比較し、最も上記再生光の強度が大きい波長の上記高さ分布を上記注目画素の高さ分布として抽出する抽出処理部とを備えてもよい。
【０１７２】
上記の構成によれば、異なる光の波長毎に得られた複数の高さ分布から、再生光の強度が大きく得られる３次元情報の信頼性が高い波長における高さ分布を画素毎に抽出することができる。そして上記抽出処理によって得られた高さ分布を組み合わせることにより、信頼性が高く位相接続の誤差の少ない被写体の高さ分布を得ることができる。
【０１７３】
したがって、反射率に大きな波長依存性を有する被写体についても精度よく３次元情報を得ることができる。
【０１７４】
また、本発明に係る干渉計測方法は、コヒーレントな光を参照光および物体光に分割し、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像する干渉計測方法であって、物体光を互いに偏光方向が異なる２種類の物体光に分割し、それぞれの伝播方向に角度差を生じさせ、第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置された偏光子アレイ部に、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させることにより、第１偏光子領域および第２偏光子領域から互いに異なる方向の偏光成分を通過させ、上記偏光子アレイ部を通過した参照光と上記偏光子アレイ部を通過した物体光とが作る干渉像を撮像する方法である。
【０１７５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１７６】
本発明は、生体顕微鏡、工業顕微鏡、運動解析装置、製品検査装置、形状計測装置、または粒子／流体計測装置等にも利用することができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ    レーザ光源（光源）
２    撮像素子（撮像部）
２ａ  撮像面
３    計算機（再生部）
４    ビームエキスパンダ
５    コリメータレンズ
６    ビームスプリッタ（光分割部）
７、８、１０、１３、１６    ミラー
９、１４    ビーム結合素子
１１、１５    偏光分割素子（偏光分割部）
１２    結像光学素子
１７    サイズ計測部
１８    制御部
１９    角度差調節部
２０    被写体
２１、２２、２３、２４    被写体
２３ａ、２３ｂ    物質
２６    結像光学部
３０、３１、３２、３４    偏光子アレイデバイス（偏光子アレイ部）
３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ    偏光子（偏光子領域）
３３、３７    波長選択フィルタ
３３ａ、３３ｂ、３７ａ〜３７ｃ    波長選択領域
３５、３８    位相シフトアレイデバイス（位相シフトアレイ部）
３５ａ、３５ｂ、３８ａ〜３８ｆ    位相シフト領域
３６    光路長シフトアレイデバイス（光路長シフトアレイ部）
３６ａ、３６ｂ    光路長シフト領域
４０、４４、５３、５５    干渉パターン（干渉像）
４１ａ、４１ｂ、４５ａ〜４５ｄ、４９ａ、４９ｂ、５４ａ〜５４ｈ、５６ａ〜５６ｌ    画素
４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、４６ａ〜４６ｄ    干渉パターン
４７ａ、４７ｂ    干渉パターン
４８、５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ    参照光の強度分布
５２ａ、５２ｂ    複素振幅分布
６０、６１、６２、６３、６４    デジタルホログラフィ装置（干渉計測装置）
７１    再生処理部
７２    位相接続処理部
７３    抽出処理部
８０ａ〜８０ｆ、８１ａ〜８１ｆ、８２ａ〜８２ｆ    領域
【図１】
2010092739.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２５】
2010092739.tif 000019
【図２６】
2010092739.tif 000020
【図７】
2010092739.tif 000021
【図８】
2010092739.tif 000022
【図１０】
2010092739.tif 000023
【図２０】
2010092739.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月3日(2011.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光を発生する光源と、上記光源から出射される光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像する干渉計測装置において、
上記光分割部から出射される物体光を、第１方向に偏光した第１の物体光と、上記第１方向とは異なる第２方向に偏光した第２の物体光との２種類の物体光に分割し、それぞれの物体光の伝播方向に角度差を生じさせる偏光分割部と、
第１偏光子領域および第２偏光子領域が複数配置され、上記第１偏光子領域は、上記第１方向に偏光した光を通過させ、上記第２偏光子領域は、上記第２方向に偏光した光を通過させ、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させる偏光子アレイ部と、
上記第１方向に偏光した物体光と参照光の上記第１方向の成分とが干渉した第１干渉パターンと、上記第２方向に偏光した物体光と参照光の上記第２方向の成分とが干渉した第２干渉パターンとを含む干渉像を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
第１方向と第２方向とが直交することを特徴とする請求項１に記載の干渉計測装置。
【請求項３】
第１位相シフト領域および第２位相シフト領域が複数配置され、参照光を通過させる位相シフトアレイ部をさらに備え、
上記位相シフトアレイ部は、第１位相シフト領域を通過した参照光の位相と、第２位相シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉計測装置。
【請求項４】
第１光路長シフト領域および第２光路長シフト領域が複数配置され、参照光および物体光を通過させる光路長シフトアレイ部を上記被写体と撮像部との間にさらに備え、
上記光路長シフトアレイ部は、第１光路長シフト領域を通過した参照光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した参照光の位相とを互いに異ならせ、第１光路長シフト領域を通過した物体光の位相と、第２光路長シフト領域を通過した物体光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の干渉計測装置。
【請求項５】
複数の上記光源と、波長選択フィルタとを備え、
上記複数の光源は、それぞれが互いに異なる波長のコヒーレントな光を発生し、
上記波長選択フィルタは、通過させる光の波長が異なる複数の波長選択領域を有し、参照光および物体光を上記波長選択領域毎に波長に応じて選択的に通過させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項６】
上記干渉像から上記第１干渉パターンおよび上記第２干渉パターンに対応する画素を抽出し、上記被写体の再生像を生成する再生部をさらに備え、
上記再生部は、上記被写体の高さ分布を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項７】
上記干渉像から上記第１干渉パターンおよび上記第２干渉パターンに対応する画素を抽出し、上記被写体の再生像を生成する再生部をさらに備え、
上記再生部は、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に上記被写体の再生像を求める再生処理部と、
上記干渉像に基づき上記複数の波長毎に位相接続を行い上記被写体の高さ分布を求める位相接続処理部と、
上記再生像を構成する画素のうちの注目画素を含む所定の領域について各波長の上記所定の領域を代表する再生光の強度を比較し、最も上記再生光の強度が大きい波長の上記高さ分布を上記注目画素の高さ分布として抽出する抽出処理部とを備えることを特徴とする請求項５に記載の干渉計測装置。
【請求項８】
サイズ計測部と、制御部と、角度差調節部とをさらに備え、
上記サイズ計測部は、上記被写体の撮像部から見た奥行き方向におけるサイズを計測し、
上記制御部は、上記サイズ計測部が計測した上記サイズに基づき、位相接続可能な範囲を決定し、決定した上記範囲に応じて上記角度差調節部に指示を与え、
上記角度差調節部は、上記制御部からの指示に基づき、上記偏光分割部が分割する２種類の物体光の上記角度差を変更することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の干渉計測装置。
【請求項９】
コヒーレントな光を参照光および物体光に分割し、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像する干渉計測方法であって、
参照光から分割された物体光を、第１方向に偏光した第１の物体光と、上記第１方向とは異なる第２方向に偏光した第２の物体光との２種類の物体光に分割し、それぞれの物体光の伝播方向に角度差を生じさせ、
上記第１方向に偏光した光を通過させる複数の第１偏光子領域および上記第２方向に偏光した光を通過させる複数の第２偏光子領域に、参照光と、上記被写体を介して到達する上記２種類の物体光とを通過させ、
上記第１方向に偏光した物体光と参照光の上記第１方向の成分とが干渉した第１干渉パターンと、上記第２方向に偏光した物体光と参照光の上記第２方向の成分とが干渉した第２干渉パターンとを含む干渉像を撮像することを特徴とする干渉計測方法。
【国際調査報告】
2010092739.tif 000029
2010092739.tif 000030
2010092739.tif 000031
2010092739.tif 000032