投影型液晶ディスプレーを照明系に用いた空間コヒーレンス制御

使用投影式液晶显示器作为照明系统的空间相干性控制

• 批准号: 05750032
• 负责人: 岡 和彦
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750032/
• 关键词: 空間コヒーレンス; 液晶; 結像系; 回折像; 相互強度; 画像処理

顕微鏡などの結像系や回折系の特性は、結像レンズの点像関数のみならず、物体照明光の相互強度の影響を受ける。空間的に広がりのあるインコヒーレント光源によって物体を照明すると、物体上の空間コヒーレンスは、光源強度分布のフーリエ変換で与えられる。従って、光源強度分布を制御することにより、所望の空間コヒーレンスが得られる可能性がある。しかしながら現有の光源では、大きさを可変にする事は比較的容易だが、その強度分布を任意に変化させることは不可能に近かった。最近実用化された投影型液晶ディスプレーは、電子的に強度分布を制御できる光源と見なすことができる。本研究では、この液晶ディスプレーを回折系の照明部に組み込み、物体照明光の空間コヒーレンスが制御できるシステムを構築した。実験系の概要を以下に示す。投影型液晶ディスプレーを出射した光は、Kohler照明系を用いて物体を照明する。この物体を透過した光は、Fraunhofer回折系によりCCDカメラ上に回折像を形成する。液晶ディスプレー上に線光源を作りだし、コンピュータによりこれを走査しながら、各ステップ毎にCCDカメラから回折像を取り込む。そして、この像に光源強度分布に対応する重みを付加して、すべての像を加算する。この系により得られる回折像は、重み関数に相当する強度分布を持つ光源により物体を照明した場合と等価である。この場合、物体照明光の相互強度は重み関数のフーリエ変換で与えられるので、容易に変化させることができる。物体には単スリットを用いて実験を行った。2次関数のような非線形な強度分布や、非対称な強度分布をもつ光源について回折像を実験的に求めた。数値計算結果と比較したところ良い一致が得られた。これにより、液晶ディスプレーを結像系や回折系の照明光源に使えば、物体の透過率分布にあわせて回折特性を適応的に制御できることが示された。

显微镜等成像系统或衍射系统的特性不仅受到成像镜头的点扩散函数的影响，而且还受到物体照明光的相互强度的影响。当物体被空间分布的非相干光源照射时，物体上的空间相干性由光源强度分布的傅里叶变换给出。因此，可以通过控制光源强度分布来获得期望的空间相干性。然而，对于现有的光源，虽然使尺寸可变相对容易，但想要任意改变强度分布几乎是不可能的。最近投入实际应用的投影型液晶显示器可视为可以电子控制强度分布的光源。在这项研究中，我们通过将该液晶显示器合并到衍射系统的照明部分中，构建了一个可以控制物体照明光的空间相干性的系统。实验系统的概要如下所示。使用科勒照明系统从投影型液晶显示器发出的光照亮物体。透过该物体的光在使用夫琅和费衍射系统的 CCD 相机上形成衍射图像。在液晶显示器上创建线光源，当计算机扫描线光源时，CCD 相机会在每一步捕获衍射图像。然后，将与光源强度分布相对应的权重添加到该图像上，并将所有图像相加。该系统获得的衍射图像相当于物体被光源照射的情况，其强度分布对应于权重函数。在这种情况下，物体照明光的相互强度由加权函数的傅里叶变换给出，因此可以容易地改变它。该实验以单缝为对象进行。我们通过实验获得了具有非线性强度分布（例如二次函数或不对称强度分布）的光源的衍射图像。与数值计算结果比较，吻合良好。这表明，如果将液晶显示器用作成像系统或衍射系统的照明光源，则可以根据物体的透射率分布自适应地控制衍射特性。