(57)【要約】【課題】位相シフトデジタルホログラフィでは参照光の光路長を正確に移動させることが難しいため、位相シフト量が正確な干渉縞画像を得ることができず、再生像の画質が落ちる問題がある。位相シフト装置の動作精度の低さに起因する参照光の位相ずれ量を検出し、干渉縞画像を補正することにより再生像の画質を向上させる技術の開発が望まれている。【解決手段】計測対象に照射するレーザー光と、位相シフトされた参照光の干渉縞画像をカメラ２で記録し、規則性の縞模様からモアレ画像処理手法で、位相シフト装置の動作精度の低さに起因する位相ずれ量を検出する。対象物についてカメラ１で記録した干渉縞画像を検出した位相ずれ量で補正してから再生し再生像の画質を改善し、計測精度を向上させた。【選択図】図７
2018205430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの出射光（以下、光源光とよぶ）と前記光源光の位相に所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置からの参照光との干渉光１を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像１（複数回は１回からｎ回、ｎは３以上の自然数）から前記参照光の位相を解析する位相シフトデジタルホログラフィの方法であって、
前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を前記干渉縞画像１の解析から得た位相のずれ量で補正したことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記位相シフトデジタルホログラフィは４段階位相シフトデジタルホログラフィであって前記複数回は４回であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位相シフト装置は、ピエゾ素子、ウエッジプリズム、1/4波長板及び1/2波長板のいずれかから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記位相のずれ量は、モアレ法を用い前記干渉縞画像１に映る干渉縞を解析して得たことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに前記光源光を物体に照射して反射したまたは物体を透過した物体光と前記参照光との干渉光２を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像２から、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法で解析された前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて前記物体のホログラフィ画像を再生する位相シフトデジタルホログラフィの方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法において前記解析を実行することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
【請求項７】
請求項５に記載の位相シフトデジタルホログラフィの方法において前記物体のホログラフィ画像を再生することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
【請求項８】
光源とビームスプリッタ１とビームスプリッタ２と位相シフト装置と補正用の撮像装置１とを備えた位相シフトホログラフィ画像処理装置であって、
前記光源から出射された光（以下光源光とよぶ）は前記ビームスプリッタ２により２つの光源光に分光され、
前記光源光は所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置により参照光となり、
前記光源光と前記参照光はビームスプリッタ１に入射して干渉光１となり、
撮像装置１は干渉光１から前記干渉縞画像１を撮像し、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法を用い前記解析から得た位相のずれ量で前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を補正することを特徴とする位相シフトホログラフィ画像処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像処理装置はさらに前記ビームスプリッタ２に接続された計測用の撮像装置２と前記光源光の一部を分光するビームスプリッタ３と前記参照光の一部を分光するビームスプリッタ４と表示装置を備え、
前記ビームスプリッタ３により分光された前記光源光は物体に反射してまたは物体を透過した物体光となり、
前記物体光と前記ビームスプリッタ４により分光された参照光はビームスプリッタ２に入射して干渉光２となるように構成されており、
前記画像処理装置において、撮像装置２が撮像した干渉光２の干渉縞画像２を前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて再生した前記物体のホログラフィ画像２を前記表示装置に表示することを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は位相シフトデジタルホログラフィ装置の干渉縞画像に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルホログラフィでは、撮像素子を用いて物体光と参照光によって生成された干渉縞画像を撮影し、計算機上で干渉縞画像に計算を行うことで計測対象の振幅分布と位相分布の情報を得る。
振幅分布から計測対象の強度情報、位相分布から計測対象の形状・変位分布が得られる。
【０００３】
しかし、干渉縞に不要な成分である０次回折光と共役像（-1次回折光）があり、再生像の画質が劣化する問題がある。
【０００４】
これら不要な成分を除去する手法として、off-axisデジタルホログラフィ（非特許文献１）と位相シフトデジタルホログラフィがそれぞれ提案された（特許文献１，非特許文献２）。
【０００５】
off-axisデジタルホログラフィでは、参照光と物体光は大きな交差角度でカメラに入射され、参照光と物体光の交差角度方向に所望の像（+1次回折光）と共役像を分離して所望の像を再生することができる。
再生像の一例を図１に示す。
【０００６】
空間フィルタを利用することにより、所望の像のみを抽出することが可能であるが、off-axisデジタルホログラフィは再生像の一部エリアしか利用できないため、計測範囲が狭い問題がある。
【０００７】
一方、位相シフトデジタルホログラフィでは、位相シフトされた複数の参照光と物体光によって生成される複数の干渉縞画像を記録し、位相シフト計算により不要な像成分を除去し、所望の像のみを再生する。
光学系の一例を図２に示す。
【０００８】
参照光側にミラー付きピエゾ素子などの位相シフト装置を導入し、制御部により位相シフト装置を駆動し、撮像面の参照光の位相をシフトする。
記録された干渉縞画像から演算処理部で演算することにより物体光の位相分布と物体光の振幅分布を算出し、表示部で表示する。
これまで、多くの位相シフト手段が提案されている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２６８７４０号公報
【特許文献２】特開２００９−２６４８５２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】J. W. Goodman and R. W. Lawrence, “Digital image formation from electronically detected holograms,” Applied. Physics. Letters. 11, pp. 325 77-79 (1967).
【非特許文献２】Yamaguchi Ichirou and Tong Zhang, “Phase- shifting digital holography.” Optics Letters 22, 16, pp. 1268-1270 (1997).
【非特許文献３】J.A.N. Buytaert and J.J.J. Dirckx, “Study of the performance of 84 phase- shifting algorithms for interferometry.” Journal of Optics, 40, 3, pp. 114-131 (2011).
【非特許文献４】Y. Morimoto, et al., “Deformation measurement by phase-shifting digital holography,” Experimental Mechanics, 45, 1, pp. 65-70 (2005).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
位相シフトデジタルホログラフィは、位相シフト装置を利用して、ナノオーダーの精度で参照光の光路長を光軸に沿って移動させることにより、複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する（特許文献１）。
【００１２】
本技術を実現する一例としてミラー付き高精度ピエゾ素子を用い、ナノオーダーで変位を計測した実験が報告されている（非特許文献４）。
現在市販されているピエゾ素子には、高価で高精度なClose loopタイプと安価であるが低精度なOpen loopタイプがある。
【００１３】
Open loopタイプピエゾ素子はClose loopタイプに比較して参照光の光路長を正確に移動させることができない。
そのため位相シフト量が正確な干渉縞画像を得ることができず、再生像の画質が落ちる問題があった。
Close loopタイプピエゾ素子でも、駆動電圧など利用環境に依存するため、正確に動作できない場合もある。
【００１４】
Open loopタイプピエゾ素子を用いて安価に位相シフトデジタルホログラフィ計測装置を実用化するために、位相シフト装置の動作精度の低さに起因する参照光の位相ずれ量を検出し、干渉縞画像を補正することにより再生像の画質を向上させる技術の開発が望まれている。また高価なClose loopタイプピエゾ素子を用いた計測装置においてもより高精度な計測を実現するため、参照光の位相ずれ量を検出し、干渉縞画像を補正することにより再生像の画質を向上させる技術の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
図３に示したように、本発明では、計測対象に照射する前にビームスプリッタで取り出したレーザー光と、位相シフトされた参照光の干渉縞画像をカメラ２で記録する。
【００１６】
一方、カメラ１は計測対象からの反射光と位相シフトされた参照光の干渉縞画像を記録する（Step1）。
二つの平面波（あるいは近似平面波）が干渉すると規則性の縞模様が発生する。
【００１７】
図４にカメラ２が記録した規則性の縞模様の一例を示す。
【００１８】
カメラ２が記録した規則性の縞模様から画像処理手法で、ピエゾ素子など位相シフト装置の動作精度の低さに起因する位相ずれ量を検出する（Step2）。
【００１９】
そして、図５に示すカメラ１で記録した干渉縞画像をカメラ２で検出したずれ量で補正して（Step3）再生する（Step4）ことで再生像の画質を改善し、計測精度を向上させることができる。
【００２０】
本発明は位相シフト装置を用いる全ての位相シフトデジタルホログラフィに適用可能である。
また図３に示した例では物体光の反射光を用いているが、透過光を用いても良い。
【００２１】
具体的には次の手段を提供できる。
（１）
光源からの出射光（以下、光源光とよぶ）と前記光源光の位相に所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置からの参照光との干渉光１を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像１（複数回は１回からｎ回、ｎは３以上の自然数）から前記参照光の位相を解析する位相シフトデジタルホログラフィの方法であって、
前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を前記干渉縞画像１の解析から得た位相のずれ量で補正したことを特徴とする方法。
（２）
前記位相シフトデジタルホログラフィは４段階位相シフトデジタルホログラフィであって前記複数回は４回であることを特徴とする（１）に記載の方法。
（３）
前記位相シフト装置は、ピエゾ素子、ウエッジプリズム、1/4波長板及び1/2波長板のいずれかから構成されていることを特徴とする（２）に記載の方法。
（４）
前記位相のずれ量は、モアレ法を用い前記干渉縞画像１に映る干渉縞を解析して得たことを特徴とする（３）に記載の方法。
（５）
さらに前記光源光を物体に照射して反射したまたは物体を透過した物体光と前記参照光との干渉光２を、前記所定の位相シフト量を変化させて複数回撮影した干渉縞画像２から、（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の方法で解析された前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて前記物体のホログラフィ画像を再生する位相シフトデジタルホログラフィの方法。
【００２２】
（６）
（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の方法において前記解析を実行することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
（７）
（５）に記載の位相シフトデジタルホログラフィの方法において前記物体のホログラフィ画像を再生することを特徴とするプログラムまたはプログラムを記録した記憶媒体。
【００２３】
（８）
光源とビームスプリッタ１とビームスプリッタ２と位相シフト装置と補正用の撮像装置１（カメラ２）とを備えた位相シフトホログラフィ画像処理装置であって、
前記光源から出射された光（以下光源光とよぶ）は前記ビームスプリッタ２により２つの光源光に分光され、
前記光源光は所定の位相シフト量を設定した位相シフト装置により参照光となり、
前記光源光と前記参照光はビームスプリッタ１に入射して干渉光１となり、
撮像装置１は干渉光１から前記干渉縞画像１を撮像し、
（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の方法を用い前記解析から得た位相のずれ量で前記参照光に設定された前記所定の位相シフト量を補正することを特徴とする位相シフトホログラフィ画像処理装置。
上の補正用の撮像装置１は上に述べた、そして以下に述べる実施形態のカメラ２を指す。
（９）
（８）に記載の画像処理装置はさらに前記ビームスプリッタ２に接続された計測用の撮像装置２（カメラ１）と前記光源光の一部を分光するビームスプリッタ３と前記参照光の一部を分光するビームスプリッタ４と表示装置を備え、
前記ビームスプリッタ３により分光された前記光源光は物体に反射してまたは物体を透過した物体光となり、
前記物体光と前記ビームスプリッタ４により分光された参照光はビームスプリッタ２に入射して干渉光２となるように構成されており、
前記画像処理装置において、撮像装置２が撮像した干渉光２の干渉縞画像２を前記位相のずれ量で補正された参照光の位相を用いて再生した前記物体のホログラフィ画像２を前記表示装置に表示することを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
上の計測用の撮像装置２は上に述べた、そして以下に述べる実施形態のカメラ１を指す。
（１０）
（８）に記載の画像処理装置を備えたことを特徴とする位相シフトデジタルホログラフィ計測装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ピエゾ素子など位相シフト装置の動作精度の低さに起因する参照光の位相ずれ量を検出でき、高精度な３次元形状・変位計測が可能になる。
本発明は、位相シフト装置が必要を用いる位相シフトデジタルホログラフィに適用できる。
位相シフトデジタルホログラフィの実用化に大きく貢献でき、製品の工業検査、材料の形状、熱・力学的変形の計測装置の実現に寄与するものと期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】off-axisデジタルホログラフィの再生像と空間周波数の関係図である。
【図２】公知の位相シフトデジタルホログラフィ装置の光学例である。
【図３】本発明の実施形態１に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態１においてカメラ２で記録した鏡面物体から得られたコントラストの高い干渉縞模様の一例である。
【図５】実施形態１においてカメラ１で記録した測定対象物の情報（振幅と位相）を含む干渉縞画像である。
【図６】本発明の実施形態１に係るフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の異なる構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置において透過型物体を計測する際の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】実施例１において、本発明（左）および先行技術（右）により再生した物体画像情報（上：振幅分布、下：位相分布）である。
【図１４】実施例２において、本発明および先行技術により再生した物体画像の輝度情報（振幅分布）である。
【図１５】実施例２において、本発明および先行技術により再生した画像のノイズを比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態１）
以下，本発明の実施形態１について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図３は、本発明の実施形態１に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を表すブロック図である。
【００２８】
本計測装置は、光源、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ１・２・３・４、ミラー１・２、ミラー付きピエゾ素子、カメラ１・２、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置は、ミラー付きピエゾ素子を移動させることにより、参照光の位相をシフトする。
【００２９】
光源からの出射光の一部は、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ２・４、ミラー２、ビームスプリッタ１を介してカメラ２に入射され、一部はビームスプリッタ２・４を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光はカメラ１に入射される。
【００３０】
光源からの出射光の他の一部は、対物レンズ、レンズ、ビームスプリッタ２・３を介してミラー付きピエゾ素子に照射され、ミラー付きピエゾ素子からの反射光の一部はビームスプリッタ３、ミラー１、ビームスプリッタ１を介してカメラ２に入射し、一部はビームスプリッタ３・２を介してカメラ１に入射する。
【００３１】
図６は、本発明の実施形態１に係るフローチャートである。制御部においてミラー付きピエゾ素子を移動させることによって、カメラ１及びカメラ２は複数の位相シフトした干渉縞画像を記録する。
【００３２】
記録した干渉縞画像データは演算処理部に読み込み、演算処理を行う。カメラ２で記録した干渉縞画像は計測対象に照射する前の光と参照光の干渉縞であり、規則性の縞模様である。
【００３３】
はじめにこれらの縞模様からモアレ法など画像処理手法（例えば特許文献２）を用いて設定した参照光のシフト量とピエゾ素子の動作精度の低さに起因する位相ずれ量を算出する。
【００３４】
次に、算出された位相ずれ量を用いてカメラ１で記録した干渉縞画像を補正する。
【００３５】
次に補正手段を詳細に説明する。
光源からの出射光は計測対象に照射され物体光が生成される。
物体光はカメラに入射され、カメラの撮像面での物体光の複素振幅は式（１）で表される。
【００３６】
【数１】
2018205430.tif 000003
【００３７】
式（１）において、φは撮像面の物体光の位相分布に相当し、Aは撮像面の物体光の振幅分布に相当する。iは複素数表示における虚数単位である。
撮像面での参照光の複素振幅は式（２）で表される。
【００３８】
【数２】
2018205430.tif 000004
【００３９】
式（２）において、φRは撮像面の参照光の位相データに相当し、ARは撮像面の参照光の振幅データに相当する。
物体光と参照光とは撮像面で干渉し、干渉縞画像が生成され、カメラで記録された干渉縞画像データ（輝度値）は式（３）で表される。
【００４０】
【数３】
2018205430.tif 000005
【００４１】
式（３）において、*は共役を意味し、｜U｜2+｜UR｜2は０次回折光、UU*Rは所望の像成分、U*URが共役像成分である。
【００４２】
位相シフトデジタルホログラフィでは参照光の位相をシフトし、複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する必要がある。
ここでは４段階位相シフトデジタルホログラフィ（非特許文献２）を一例として、補正手段を説明する。
【００４３】
４段階位相シフトデジタルホログラフィは位相シフト量がπ/2異なる４枚の干渉縞画像を記録する。
【００４４】
まず、参照光の位相φRを0に設定し、１枚の干渉縞画像を記録する。
【００４５】
次に、参照光の位相φRを、ミラー付きピエゾ素子を移動させてπ/2ずつ位相をシフトし、参照光の位相がπ/2、π、3π/2ずれた干渉縞画像を記録する。
ピエゾ素子の移動によりπ/2毎に正確に位相シフトしていると仮定した場合、４段階位相シフト計算式によって撮像面の物体光の位相分布と振幅分布を得られる。
【００４６】
最後に、フレネル演算を行い、物体面の物体光の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する（非特許文献２）。
【００４７】
しかしながら、ピエゾ素子の動作精度の低さや非線形性の特性から、設定した位相を正確にシフトできない場合が多い。
【００４８】
その場合は、２枚目からの参照光の位相シフト量はπ/2ではなく、π/2+Δδ1、π+Δδ2、3π/2+Δδ3となる。
Δδ1、Δδ2、Δδ3は設定した位相シフト量とのずれ量であり、物体光の振幅・位相分布を再生する際の誤差原因となる。
【００４９】
それら参照光の位相シフト量をそれぞれ式（３）に代入し、連立方程式から新たな物体光の位相分布と振幅分布の計算式が得られる。
【００５０】
４段階位相シフトデジタルホログラフィの場合は、撮像面での物体光の位相分布と振幅分布はそれぞれ式（４）、（５）で表される。
【００５１】
【数４】
2018205430.tif 000006
【００５２】
ここで、Mの第１項と第２項、Nの第１項と第２項の関数Iは、順に参照光の位相を0、π+Δδ2、3π/2+Δδ3、π/2+Δδ1にシフトした干渉縞画像データである。
【００５３】
【数５】
2018205430.tif 000007
【００５４】
本発明において、式（３）を用いてカメラ２で記録した縞模様から設定した位相シフト量とのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3を算出し、式（４）の定義によってa1〜a4が得られる。
【００５５】
４枚の位相シフトされた干渉縞画像データとa1〜a4を式（４）、（５）に代入して、撮像面での物体光の位相分布と振幅分布を算出できる。
【００５６】
フレネル演算を行うことにより、物体面の物体光の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。
【００５７】
本発明は４段階位相シフトデジタルホログラフィに限らず、すべての位相シフト装置を用いる位相シフトデジタルホログラフィに適用できる（非特許文献３）。異なる位相シフト手法は位相分布と振幅分布とを求める異なる位相シフト計算式がある。位相シフトずれ量が分かれば、対応の位相シフト計算式に代入し、新たな式で物体光の位相分布と振幅分布を算出する。
【００５８】
図３のシステムは図７(ａ)、図８に示す構成にしても同様な機能を果たすことができる。
図７(ｂ)は位相のずれ量を算出する構成を抜き出した図である。
また透過物体の計測においては図８に示すシステム構成から本発明の実施形態１に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測を行うことができる。
【００５９】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について添付図面を参照して説明する。
図９は、本発明の実施形態２に係るデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【００６０】
本計測装置は、光源、対物レンズ１・２、レンズ１・２、ビームスプリッタ１・２・３・４・５、ミラー１・２・３・４、カメラ１・２、ウエッジプリズム、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置では、ウエッジプリズムの厚さを利用して、参照光の位相をシフトする。
【００６１】
このシステムでカメラ１に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、ビームスプリッタ１、対物レンズ１、レンズ１、ビームスプリッタ２、ミラー２を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光は物体光S２としてカメラ１に入射される。
【００６２】
また、光源からの出射光は、ビームスプリッタ１、ミラー１、ウエッジプリズム、対物レンズ２、レンズ２、ビームスプリッタ３・４を介して、参照光S１としてカメラ１に入射される。
【００６３】
一方、カメラ２に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、ビームスプリッタ１、対物レンズ１、レンズ１、ビームスプリッタ２、ミラー３、ビームスプリッタ５を介して、物体光S４としてカメラ２に入射される。
【００６４】
また、光源からの出射光は、ビームスプリッタ１、ミラー１、ウエッジプリズム、対物レンズ２、レンズ２、ビームスプリッタ３、ミラー４、ビームスプリッタ５を介して、参照光S３としてカメラ２に入射される。
【００６５】
ウエッジプリズムの厚さを変えることで、参照光の位相をシフトし、カメラ１とカメラ２で複数の位相シフトされた干渉縞画像を記録する。
図６に示す流れで、計測対象の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。
図１０に、本発明の実施形態２に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図を示す。
【００６６】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３について添付図面を参照して説明する。
図１１は、本発明の実施形態３に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置の概略構成を示すブロック図である。
【００６７】
本計測装置は、光源、対物レンズ１・２、レンズ１・２、ビームスプリッタ１・２・３・４・５、ミラー１・２・３・４、カメラ１、カメラ２、1/4波長板、1/2波長板、計測対象、制御部、演算処理部及び表示部を備えている。
本計測装置は、1/4波長板及び1/2波長板を回転することにより、参照光の位相をシフトする。
【００６８】
カメラ１に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、偏光板を透過し、直線偏光になり、ビームスプリッタ１、対物レンズ１、レンズ１、ビームスプリッタ２、ミラー２を介して計測対象に照射され、計測対象からの反射光はビームスプリッタ４を介して、物体光S２としてカメラ１に入射される。
【００６９】
また、光源からの出射光は、偏光板、ビームスプリッタ１、ミラー１、1/2波長板、1/4波長板、対物レンズ２、レンズ２、ビームスプリッタ３・４を介して、参照光S１としてカメラ１に入射する。
【００７０】
一方、カメラ２に入射される光は以下の二つである。
光源からの出射光は、偏光板を透過し、直線偏光になり、ビームスプリッタ１、対物レンズ１、レンズ１、ビームスプリッタ２、ミラー３、ビームスプリッタ５を介して、物体光S４としてカメラ２に入射される。
【００７１】
また光源からの出射光は、偏光板、ビームスプリッタ１、ミラー１、1/2波長板、1/4波長板、対物レンズ２、レンズ２、ビームスプリッタ３、ミラー４、ビームスプリッタ５を介して、参照光S３としてカメラ２に入射される。
【００７２】
1/2波長板と1/4波長板を回転することにより、参照光の位相をシフトし、カメラ１とカメラ２で複数の位相シフトした干渉縞画像を記録することができる。
【００７３】
図６に示す流れで、計測対象の位相分布と振幅分布を算出し、表示部で表示する。
図１２に、本発明の実施形態３に係る位相シフトデジタルホログラフィ計測装置を用いて透過光を計測する際の概略構成を示すブロック図を示す。
【実施例１】
【００７４】
図８に示す実施形態１に基づく実施例１を説明する。
計測対象は、「AIST NDG」の文字が印刷された平板状の物体であり、中心部分がカメラ１側に若干湾曲している。
【００７５】
光源は、波長６３３ｎｍのレーザー光源を用いた。
カメラ１・２は、画素数５１２×５１２、画素サイズ３．４５μｍの撮像素子、反射ミラーはピエゾ素子を用いた微動ミラーを備えている。
【００７６】
計測対象からカメラ１までの距離は１００ｍｍに設定した。
【００７７】
以上のパラメータを用いて次のように計算機シミュレーションを行った。 
まず、上記物体の振幅と位相分布を計算機で生成する。
【００７８】
フレネル演算により、物体面からの物体光が１００ｍｍの距離を伝搬し、撮像面での物体光の振幅と位相分布を得る。
初期位相値が０、振幅値が１の参照光と干渉し、１枚目の干渉縞画像を生成する。
【００７９】
次に、参照光の位相を(1+0.2*rand)π/2ずつシフトし、３枚の干渉縞画像を生成する。
ここで、randは0〜1の乱数である。
即ち、最大20%の位相ずれが発生する。
【００８０】
（有効性の確認）
先行技術の結果として、図８に示す計測装置において、補正なしで、カメラ１で記録した４枚位相シフトしたホログラムから像を再生した。
本発明の有効性を確認するために、先行技術の結果と比較した。
【００８１】
（評価結果１）
図１３は、それぞれ本発明および先行技術において再生した物体画像の輝度情報である。
本発明により、算出した位相シフトのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3は0.2017(radian)、0.0331(radian)、0.0842(radian)であった。
【００８２】
本発明および先行技術に対して、平均２乗誤差(RMSE)計算を行った。
その結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2018205430.tif 000008
【００８４】
表１において、振幅RMSEおよび位相RMSEとは、振幅情報および位相情報の誤差を意味し、数値が小さいほど精度が高い。
この結果から、本発明に係る計測装置では、先行技術と比べて高精度な振幅及び位相情報が得られることが分かる。
【実施例２】
【００８５】
図３に示すような実施形態１に基づく実施例２を説明する。
計測対象は、１円玉の１の数字が書いてある面である。
【００８６】
光源は、波長５３２ｎｍのレーザー光源を使用した。
カメラ１・２は、画素数2448×2048、画素サイズ３．４５μｍの撮像素子、反射ミラーはピエゾ素子を用いた微動ミラーを備えている。
計測対象からカメラ１までの距離は１９８ｍｍを設定した。
【００８７】
ミラー付きピエゾ素子を移動させることにより、４枚干渉縞画像を記録して、それぞれ先行技術と発明技術で像を再生し、比較した。
【００８８】
（評価結果２）
図１４は，本発明および先行技術により再生した物体画像の輝度情報である。
本発明により、算出した位相シフトのずれ量Δδ1、Δδ2、Δδ3は-0.5371(radian)、0.6414(radian)、0.0128(radian)であった。
【００８９】
図１４(ａ),(ｂ)は本発明および先行技術により再生した全画像である。
図１４(ｃ),(ｄ)はそれぞれ図１４(ａ),(ｂ)の四角部分のコントラストを調整し，拡大した画像である。
先行技術から得られた実験結果はノイズ（共役像成分）が多く、再生像の画質が劣化している。
【００９０】
図１５に図１４(ｃ),(ｄ)に示した線分MM’とNN’における画素値の比較を示す。
正確な位相シフト計算を行った本発明では画素値が低く、ばらつきが少ないことから、共役成分を除去できていることがわかる。
【００９１】
以上から、本発明を利用して、位相シフト誤差を補正でき、再生像の画質及び位相算出精度を向上することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明が適用できる対象は、微細加工、生物医学、材料製造、電子パッケージなどの産業分野における細胞・生体の３次元計測、半導体・材料の３次元変形計測、薄膜・微細加工の検査が含まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１  BS、BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6：ビームスプリッタ
２  L、L1、L2：レンズ
３  OB、OB1、OB2：対物レンズ
４  M、M1、M2、M3、M4：ミラー
５  S１：カメラ１に入射する参照光
６  S２：カメラ１に入射する物体光
７  S３：カメラ２に入射する参照光
８  S４：カメラ２に入射する物体光
９  P：偏光板
１０  QWP：1/4波長板
１１  HWP：1/2波長板
１２  制御部
１３  演算処理部
１４  表示部
１５  光源
１６  ミラー付きピエゾ素子
１７  カメラ１
１８  カメラ２
１９  計測対象
２０  ウエッジプリズム
【図１】
2018205430.tif 000009
【図２】
2018205430.tif 000010
【図３】
2018205430.tif 000011
【図４】
2018205430.tif 000012
【図５】
2018205430.tif 000013
【図６】
2018205430.tif 000014
【図７】
2018205430.tif 000015
【図８】
2018205430.tif 000016
【図９】
2018205430.tif 000017
【図１０】
2018205430.tif 000018
【図１１】
2018205430.tif 000019
【図１２】
2018205430.tif 000020
【図１３】
2018205430.tif 000021
【図１４】
2018205430.tif 000022
【図１５】
2018205430.tif 000023