专利名称：信息处理设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于对来自要测量的对象的反射光进行分析的设备和方法。
背景技术：
利用由来自物体表面的反射光线所形成的散射光分布，可以量化物体的纹理。纹 理的量化使得可以分析打印表面等的光泽度或物体的外观。在将散射光分布数据应用于计 算机图形学的情况下，可以适当地表现物体的外观或纹理。因此，可以广泛应用散射光分布 数据，并且在各种情况下都可能需要散射光分布。散射光分布的分类可以基于两类散射光。第一类是从具有如下结构的表面产生的散射光，该结构的大小大致等于或小 于要入射在对象物体上的照明光的波长。如果可见光的波长为400nm 760nm，则尽管 该结构的大小依赖于要入射的照明光的波长，但可为约760nm或者可以小于760nm。这 类散射光依赖于大小为照明光波长量级的结构的表面粗糙度和波长，并且一般通过电 磁场分析得到这类散射光。在本说明书中，这类散射光在下文被称为“由波动光学成分 (wave-opticscomponent)引起的散射光或散射”。第二类是从具有如下结构的表面产生的散射光，该结构的大小大于要入射的照 明光的波长。该结构的大小可以为约几微米至约几十微米或者更大。通过依赖于入射光 的入射角和该结构的倾斜角的漫反射生成这类散射光，并且根据一般的反射定律得到这 类散射光。因此，散射光不依赖于照明光的波长，而仅依赖于物体的表面上大小为大于 照明光波长的量级的结构。在本说明书中，这类散射光在下文被称为“由几何光学成分 (geometrical-optics component)引起的散射光或散射”。专利引文1中公开了用于获得散射光分布的技术。在该技术中，利用表示表面结 构的参数和有效折射率来估计表面的镜面光泽度。[专利引文1]日本特开 2003-32958
发明内容
发明要解决的问题物体的纹理是通过由波动光学成分引起的散射光和由几何光学成分引起的散射 光的组合所确定的。在计算机图形学领域，可能需要仅修改能够影响由几何光学成分引起 的散射光的结构数据。因此，存在针对单独获得散射光的几何光学成分和波动光学成分的 简单方法的需求。在专利引文1所公开的镜面光泽度的估计中，考虑了波动光学成分和几何光学成 分。然而，没有公开从几何光学成分单独提取波动光学成分。本发明提供一种用于轻松获得表示来自要测量的对象的反射光的波动光学成分 的信息的技术。用于解决问题的方案
在本发明的实施例中，一种信息处理设备，包括获得单元，用于获得与来自要测 量的对象的反射光的分布有关的第一信息和与所述反射光的几何光学成分有关的第二信 息；计算单元，用于基于所述第一信息和所述第二信息计算第三信息，所述第三信息表示所 述反射光的分布的近似；以及输出单元，用于基于所述第三信息输出与所述反射光的波动 光学成分有关的信息。发明的效果根据本发明的实施例，可以轻松获得表示来自要测量的对象的反射光的波动光学 成分的信息。
图1是根据本发明第一实施例的测量设备的框图。图2是示出测量对象的表面结构的图。图3是示出照明光的波长和反射光的散射之间的关系的图。图4是示出具有两个振荡方向上的波的照明光的图。图5是示出根据照明光的指向性(directivity)的反射的图。图6是示出由根据第一实施例的测量设备进行的处理的流程图。图7是示出由入射光的几何光学成分引起的反射光的图。图8是示出表示几何光学成分的散射光分布函数的分布和反射光数据的散射光 分布之间的关系的图。图9是示出在参数ο 0变化的情况下的高斯(Gaussian)散射模型的一维模型形 状的图。图10是示出在参数N0变化的情况下的余弦(COS)N次幂散射模型的一维模型形 状的图。图11是示出卷积(convolution)处理的概述的图。图12是示出根据第一实施例的用于将角坐标转换成直角坐标的方法的图。图13是根据本发明第二实施例的测量设备的外观图。图14是示出根据第二实施例的用于测量测量对象的表面结构的方法的图。图15是示出由光检测器(photodetector)单元获得的反射光的亮度值的图。图16是示出根据第二实施例的用于测量散射特性的方法的图。
具体实施例方式第一实施例图1是示出根据本发明第一实施例的测量设备的结构的图。测量对象101是使用本实施例的测量设备要测量的物体。例如，测量对象101可以是复印机等中所包含的充电辊或照相机等中所包含的镜 头。例如表面上的划痕等的任何缺陷均可能引起产品故障，因此需要进行表面测量。照明单元102是用于照亮测量对象101的装置。照明单元102包括利用光照射测量对象101的光照射单元103。光照射单元103 包括电灯、卤素灯和氙气(xe)闪光灯灯泡。
光特性设置单元104用于设置从光照射单元103照射来的照明光的光特性。基于 来自用户的测量请求或测量对象101的表面上的微结构设置光特性。根据测量对象101的 测量所需的测量精度设置光特性。在本实施例中，光特性包括光的波长、光的偏光性和光的 指向性。现在将说明测量对象的测量精度和照明光的光特性之间的关系。首先，将说明作为光特性其中之一的光的波长。图2是示出测量对象101的表面结构的图。在图2的(a)部分中，示出检查用物 体的大小为大于照明光波长的量级的表面结构。如图2的(a)部分所示，检查用物体通常 在其表面上形成有大量凹凸。图2的(a)部分所示的凹凸具有大小为约十几微米到约几十 微米的结构。具有大小大致等于光的波长的凹凸的反射面展现出反射光的波的性质，并且 表现出漫反射。然而，光的波长为约几百纳米，并且图2的(a)部分所示的凹凸未对反射光 的散射产生过多影响。在图2的(b)部分中，示出检查用物体的大小大致等于照明光的波长的表面结构。 图2的(b)部分是图2的(a)部分所示的表面结构的部分201中的凹凸的放大比例图。图 2的(b)部分所示的凹凸具有大致等于光的波长的、大小为约几百纳米的微结构。因而，从 图2的(b)部分所示的凹凸反射来的光漫射。图3是示出照明光的波长和反射光的散射之间的关系的图。图3的(a)部分示出 当利用照明光301照射测量对象101时反射光302的几何光学成分。反射光302的几何光 学成分是由测量对象101的大小为约十几微米到约几十微米的结构所引起的反射光成分。 由于可以利用几何光学来解释与测量对象101的表面有关的光学现象，因此得出术语“几 何光学成分”。如图3的(a)部分所示，反射光302的几何光学成分是被称为镜面反射的规 则反射。图3的(b)部分示出当利用照明光303照射测量对象101时反射光304的波动光 学成分。反射光304的波动光学成分是由测量对象101的大小为约几百纳米的结构所引起 的反射光成分。由于可以利用波动光学来解释与测量对象101的表面有关的光学现象，因 此得出术语“波动光学成分”。如图3的(b)部分所示，反射光304的波动光学成分主要是 根据测量对象101的大小为约几百纳米的结构，在除镜面反射的方向以外的方向上被反射 的。如上所述，来自测量对象101的反射光根据照射光所包含的波长和测量对象101 的表面结构之间的关系而变化。光特性设置单元104设置包括与测量精度相对应的波长的 照明光。接着，将说明光特性中的光的偏光性。光的偏光性表示光波振荡的方向上的规则 性。图4是示出具有两个振荡方向上的波的照明光的图。在图4中，χ轴表示光的照 射方向。xy波401表示在图4所示的xy平面上振荡的照明光波。xz波402表示在图4所 示的XZ平面上振荡的照明光波。照明光还可以包括在除Xy平面或XZ平面以外的平面上 振荡的照明光波。照明光实际包括多种类型的波，并且反射光的强度分布可以根据所包括 的波的类型而变化。光特性设置单元104设置具有与测量精度相对应的偏光性的照明光。最后，将说明光特性中的光的指向性。光的指向性表示从光照射单元103照射来的光的散开程度。光的指向性越高，该光越接近于平行光。图5是示出根据照明光的指向性的反射的图。在图5的(a)部分中，利用指向性高的照明光照射测量对象101。指向性高的照明 光线501照射测量对象101上的点502。在利用指向性高的照明光进行照射时，从照明光线 501的源照射点502的照明光线501基本没有在其它方向上漫射。因此，照射到点502上 的照明光线501具有大量相同方向上的光，并且反射光线503也具有大量规则方向上的光。 在图5的(c)部分中示出测量位置和反射光的量之间的关系。在图5的(b)部分中，利用指向性低的照明光照射测量对象101。指向性低的照明 光线504照射测量对象101上的点505。在利用指向性低的照明光进行照射时，从照明光 线504的源照射点502的照明光线504在其它方向上漫射。因此，照射到点505上的照明 光线504具有大量不同方向上的光，并且反射光线506漫射。在图5的(d)部分中示出测 量位置和反射光的量之间的关系。光特性设置单元104设置指向性与测量对象101的结构 相对应的照明光。光特性设置单元104相应地进行光特性设置。返回参考图1，反射光测量单元105测量来自测量对象101的反射光以获得反射光 数据。反射光测量单元105包括用于检测来自测量对象101的反射光的光学传感器。在本 实施例中，可以由二值化图像数据等表示反射光数据。表面结构测量单元106测量测量对象101的表面结构。测量对象101的表面结构 的例子包括测量对象101的表面上所形成的凹凸。表面结构测量单元106可以由例如激光 显微镜或激光位移计等的测量装置形成，并且进行测量。由表面结构测量单元106所测量的测量对象101的表面结构具有如下的形状，该 形状为大于从光照射单元103照射来的照明光或由反射光测量单元105所测量的反射光的 波长的量级。可选地，表面结构测量单元106可以由能够测量大小比波长量级小的结构的 测量装置形成。例如，可以使用例如原子力显微镜(AFM)或扫描电子显微镜(SEM)等能够 测量大小为等于或小于波长的量级的结构的测量装置。当使用这种测量装置时，表面结构 测量单元106对所获得的结构数据进行平滑化处理，以将其转换成大小为大于波长的量级 的结构数据。可以由以下所述的计算单元107进行该平滑化处理。在本实施例中，可以由 具有测量对象101的表面上的多个代表点的三维坐标值来表示该结构数据。计算单元107使用由表面结构测量单元106所测量的结构数据和由反射光测量单 元105所测量的反射光数据来计算由波动光学成分所引起的反射光。计算单元107包括图 形处理单元(GPU)和视频随机存取存储器(VRAM)，并且GPU分析VRAM中所存储的由反射光 测量单元105获得的反射光数据和由表面结构测量单元106获得的结构数据。作为分析结 果，计算由波动光学成分所引起的反射光。以下将说明计算方法。输出单元108输出由计算单元107所获得的计算结果。输出单元108包括例如监 视器或打印机等的用于显示计算结果的装置。记录单元109是用于记录由计算单元107获得的计算结果的装置。记录单元109 包括例如硬盘或闪速存储器等的用于记录计算结果的数据的装置。控制单元110控制照明单元102、反射光测量单元105、表面结构测量单元106、计 算单元107、输出单元108和记录单元109的操作。控制单元110包括中央处理单元(CPU)、 RAM和其上存储有各种控制程序的只读存储器(ROM)。
ROM上所存储的各种程序包括用于控制照明单元102以照射光的控制程序、用于 控制反射光测量单元105的控制程序和用于控制表面结构测量单元106的控制程序。各种程序还可以包括用于控制计算单元107的控制程序、用于控制输出单元108 的控制程序和用于控制记录单元109的控制程序。如上所述配置根据本实施例的测量设 备。注意，可以利用通用个人计算机或任何其它适当的装置来替换图1所示的测量设备的 结构的一部分。接着，将说明根据本实施例的测量设备的操作。图6是示出根据本实施例的测量设备的示例处理的图。现在将说明该处理的步 骤。以下处理是通过使用基于与反射光的分布有关的第一信息和与几何光学成分有关的第 二信息的反射光的分布的近似来估计波动光学成分的处理。在步骤S601中，控制单元110使表面结构测量单元106测量测量对象101的表面 结构，以获得测量信息数据。可以与步骤S601的处理并行地进行以下将说明的步骤S602 和S603的处理，或者可以在步骤S601的处理之后进行以下将说明的步骤S602和S603的处理。在步骤S602中，控制单元110控制照明单元102的照明，以利用照明光照射测量 对象101。控制单元110控制照明单元102的光特性等，以照射适合于测量的照明光。可选 地，可以响应于从用户指令装置(未示出)给出的指令设置期望的光特性。在步骤S603中，控制单元110使反射光测量单元105测量来自测量对象101的反 射光，以获得表示亮度分布的反射光数据。在步骤S604中，计算单元107对在步骤S601中获得的结构数据进行平滑化处理。 平滑化处理是用于去除如下的测量数据以获得可以影响几何光学成分的数据的处理，其中 该测量数据表示大小为约几百纳米的可引起反射光的波动光学成分的结构。已经提出使用 例如样条曲线的方法等的平滑化处理用的各种具体方法，这里将不论述这些方法。可以由表面结构测量单元106代替计算单元107来进行步骤S604中的平滑化处 理。在步骤S605中，计算单元107基于在步骤S604中进行了平滑化处理的测量数据， 计算表示反射光的几何光学成分的散射光分布函数。图7是示出由从入射光线701、703、705和707获得的几何光学成分所引起的反射 光线702、704、706和708的图。如图7所示，如果仅考虑几何光学成分，则入射光线701、 703,705和707以及反射光线702、704、706和708具有镜面反射关系。由于仅考虑镜面反 射，因此可以根据平滑化后的测量数据容易计算出表示反射光的几何光学成分的散射光分 布函数。散射光分布函数是基于入射光线701、703、705和707的角度与反射光线702、704、 706和708的角度之间的对应关系表示反射光线702、704、706和708的分布的函数。通常 由如下的等式(1)表示散射光分布函数。反射光的几何光学成分=Fcal ( θ y 0r, φ》…等式(1)其中，9^口 Cj5i是表 示入射角的参数，并且θ ^和(^是表示反射角的参数。可以使用两个角度来表示三维空间 中的给定方向。因而，为了表示三维空间中的入射光线和反射光线各自的方向，为入射角和 反射角各自指派表示两个角度的参数。注意，所计算出的表示几何光学成分的散射光分布函数的分布不同于在步骤S603中获得的反射光数据的散射光分布。图8是示出表示几何光学成分的散射光分布函数的分布与在步骤S603中获得的 反射光数据的散射光分布之间的关系的图。如图8所示，在光照射单元103和反射光测量 单元105之间的位置关系大致等于镜面反射关系的测量位置801处，获得大致相同的亮度 值。另一方面，在没有发生镜面反射的测量位置802 803处，反射光数据的散射光分布具 有较大的亮度值。这是因为，反射光数据的散射光分布包含反射光的波动光学成分以及几 何光学成分。在步骤S606中，计算单元107选择表示由波动光学成分引起的反射光的分布的函 数的初始散射模型。优选地，可以提供例如高斯散射模型和余弦N次幂散射模型等的多个 散射模型作为散射模型。高斯散射模型和余弦N次幂散射模型是钟形模型，并且适合于表 现由波动光学成分引起的反射光的分布。尽管在本实施例中使用钟形模型，但还可以使用 其它形状的模型。这里，将说明高斯散射模型的情况。可以由如下的等式(2)表示高斯散 射模型。[数学表达式1] 在等式(2)中，随着σ 0和σ $变化，等式(2)所表示的模型形状也变化。图9是示出在参数σ 0和σ ψ中的参数σ 0变化的情况下的一维模型形状的图。 如图9所示，钟形状的宽度随着参数σ 0的增大而变宽。在参数σ $变化的情况下，二维模 型形状也可以变化。接着，将说明余弦N次幂散射模型。可以由如下的等式(3)表示余弦N次散射模 型。P ( θ、φ ) = P0COSn9 ( θ ) cos" ( Φ )…等式(3)在等式(3)中的参数^和N41变化时，等式(3)所表示的模型形状也变化。图10 是示出在参数N0和N41中的参数^变化的情况下的一维模型形状的图。如图10所示，钟 形状的宽度随着参数N0的增大而变窄。在参数N41变化的情况下，二维模型形状也可以变 化。 选择上述模型之一以选择初始散射模型。尽管在步骤S606中使用高斯散射模型或余弦N次幂散射模型，但可以使用任何其 它的钟形模型。在步骤S607中，计算单元107对初始散射模型设置初始参数值。例如，当初始散 射模型是高斯散射模型时，对参数ο 0和σ 设置初始参数值。可以根据来自用户的指令、 系统要求或任何其它事项适当地设置被设置为初始参数值的值、参数变化的范围和参数的 变化宽度等。在步骤S608中，计算单元107进行卷积运算处理以计算复合函数。基于如下的等 式(4)进行卷积运算处理。[数学表达式2] 图11是示出由等式(4)给出的卷积处理的概述的图。附图标记1101表示代表几何光学成分的函数的分布。附图标记1102表示代表波动光学成分的函数的分布。附图标记1103表示通过卷积处理生成的复合函数的合成分布。如图11所示，表 示几何光学成分的函数1101和表示波动光学成分的函数1102的卷积得出具有几何光学成 分和波动光学成分的复合函数1103的分布。在本实施例中，例如通过进行卷积积分来实现 卷积处理。在步骤S609中，计算单元107计算在步骤S608中计算出的复合函数1103的分布 和反射光数据的散射光分布之间的一致度。使用如下的等式(5)进行一致度的计算。S=φ” er、Φ》-Ρ_(θ” φ” θ r、φ》…等式(5)其中，Fmea 表示反 射光数据的散射光分布的函数。在等式(5)中，表示一致度的值S随着复合函数的分布和 反射光数据的散射光分布之间的类似度的增加而增大。在步骤S610中，计算单元107判断在步骤S609中计算出的一致度是否大于候选 值。如这里使用的候选值是在步骤S609中预先计算出的一致度中的最高的一致度。如果 尚未计算出一致度，则将候选值设置为0。如果一致度大于候选值，则可以将判断所使用的 复合函数看作为预先计算出的复合函数中最类似于反射光数据的散射光分布的复合函数。 因而，如果作为在一致度和候选值之间进行比较的结果是一致度大于候选值，则处理进入 步骤S611以利用复合函数更新一致度。如果一致度等于或小于候选值，则处理进入步骤 S612，以判断是否存在剩余参数值从而应用其它的参数。在步骤S611中，计算单元107利用复合函数更新步骤S610中使用的候选值。步 骤S611的更新处理所使用的复合函数是在步骤S610中判断出的复合函数中用于展现与反 射光数据的散射光分布最类似的分布的函数。在该更新处理之后，处理进入步骤S612以判 断是否存在剩余参数值。在步骤S612中，计算单元107判断是否存在剩余参数值。即，判断是否剩余在步 骤S607中设置的参数变化范围内可以应用的任何其它参数值。基于例如在步骤S607中设 置的变化宽度或已经对其进行了判断的参数值等的信息，来进行是否剩余任何其它可应用 的参数值的判断。如果剩余任何参数值，则处理进入步骤S613以将当前参数值改变为剩余 参数值。如果不存在剩余参数值，则处理进入步骤S614，以判断是否存在除当前设置的散射 模型以外的散射模型。在步骤S613中，计算单元70改变参数值。即，在步骤S613中，将散射模型中当前 应用的参数值更新为已经对其进行了步骤S612中的判断的剩余参数值。在步骤S613中更 新了参数值之后，处理进入步骤S608，以基于具有更新后的参数值的散射模型进行卷积运
算处理。在步骤S614中，计算单元107判断是否存在剩余散射模型。即，判断是否存在除 已经应用的散射模型以外的任何可应用的散射模型。如果剩余任何散射模型，则处理进入 步骤S615以将当前应用的散射模型改变为剩余散射模型。如果不存在剩余散射模型，则处 理进入步骤S616。在步骤S615中，计算单元107改变散射模型。即，在步骤S615中，将当前应用的 散射模型改变为在步骤S614中判断出的剩余散射模型。在改变了散射模型之后，处理进入步骤S607，以对改变后的散射模型的函数设置初始参数值。在步骤S616中，计算单元107确定适合于表示测量对象101表面上的散射光的散 射模型和参数。通过重复步骤S607 S614的循环，已经应用了展现在步骤S610中具有最 高一致度的散射光分布的散射模型和参数。因此，在步骤S616中将当前应用的散射模型和 参数确定为适合于表示测量对象101表面上的散射光的散射模型和参数。将所确定的散射 模型和参数输出至输出单元108或记录在记录单元109上。根据上述处理，可以获得表示在步骤S603中测量出的反射光的分布的近似的分 布函数。还可以估计该反射光中所包含的波动光学成分。例如通过使用计算机图形学再现 诸如丝绒、绸缎或搪瓷等的各向异性材料的纹理需要高精度的波动光学成分，因此使用上 述方法的估计将有效。此外，有利地，与基于接触的测量不同，可以在不损坏测量对象101 的表面的情况下获得波动光学成分。在上述处理中获得的数据可以用于各种类型的分析。例如，可以模拟测量对象101 的为大于照明光波长的量级的形状变化时的反射光。在模拟处理中，首先，如果表面结构包括大于照明光波长的量级的变化，则通过反 映测量对象101表面结构的改变来改变值Feal ( θ ” φ” ΘΓ, φ》。反映结构的变化仅需要 考虑如图7所示的镜面反射，并且容易实现。然后，进行改变后的值FcalOi, ΘΓ, φΓ) 和在上述处理中获得的表示波动光学成分的散射模型的卷积。作为卷积结果，计算出表示 来自涉及大于照明光波长的量级的结构变化的测量对象101的反射光的函数。对计算出的 函数设置例如照明条件和摄像条件等的测量对象101的环境条件，由此使得能够模拟来自 测量对象101的反射光。在本实施例中，为了说明简便，使用由等式⑴给出的散射光分布函数。然而，通 常由具有入射角Qi、入射方位角Cti、接受角θρ接受方位角C^和入射光波长λ这5个 变量的函数来定义散射光分布函数。散射光角度分布ε F( θ ” φ” 0r. φΓ, λ)…等式(6)当使用由等式(6)给出的散射光分布函数时，光特性设置单元104需要设置特定 波长并反映该设置。通过考虑波长成分，可以进行高精度处理。在本实施例中，使用角度作为散射光分布函数的自变量。实际上，可经常进行使用 直角坐标系的处理。图12是示出根据本实施例的用于将角坐标转换成直角坐标的方法的图。在图12 的(a)部分和(b)部分中，示出由入射角Qi、入射方位角C^i、接受角θ ^和接受方位角Cj^ 所表示的角度与xyz坐标之间的关系。如图12的(a)部分所示，测量对象101被布置成使 测量对象101的测量表面可位于在给定ζ = 0的位置处与xy平面平行的平面中。假设r 是以xyz坐标的原点为中心的半球形的半径，则通过如下的关系式(7. 1)和(7. 2)来表示 xyz坐标和参数θ^ φρ θ^和Φ r之间的关系。[数学表达式3]
关系式(7.1)
[数学表达式4]
，…关系式(7.2)
还可以使用与上述处理相同的处理来计算入射方位角(^为0度且接受方位角Φ, 为0度的一维反射分布函数。利用关系式(7. 1)和(7. 2)，可以实行从角坐标到直角坐标的转换。在上述处理中，由大小为等于或大于波长的量级的结构所引起的散射光成分和由 大小为小于波长的量级的结构的所引起的散射光成分彼此分离。分离用的阈值可以随着表 面结构测量单元106的测量精度而变化。例如，可以使用以上针对步骤S606所述的散射模 型来估计由大小为小于表面结构测量单元106的测量精度的限制的量级的结构所引起的 散射成分。该处理使得即使当表面结构测量单元106的测量精度低时，也能够估计包括几 何光学成分和波动光学成分的散射光分布。在前述说明中，由图1所示的测量设备进行上述处理。可选地，可以由例如能够执 行各种处理程序的个人计算机(PC)等的信息处理设备进行该处理的一部分。可以使用专 用硬件信息处理设备来进行计算处理。第二实施例图13是根据本发明的第二实施例的测量设备的外观图。根据本实施例的测量设备具有图1所示的第一实施例的反射光测量单元105和表 面结构测量单元106的功能。换言之，根据本实施例的测量设备被配置为同时测量测量对 象101的形状数据和散射光分布。根据本实施例的测量设备包括照明单元1301和光检测器单元1302。照明单元 1301利用照明光照射测量对象101，并且光检测器单元1302检测来自测量对象101的反射光。照明单元1301被配置为无焦点照明单元。照明单元1301包括用于生成光的点光 源1303、准直透镜1304、前透镜1305、光圈1306和后透镜1307。点光源1303包括白炽电 灯、卤素灯和发光二极管(LED)。利用光圈1306的直径D来控制从照明单元1301照射的照 明光，并且照射平行光。照明单元1301还包括驱动机构(未示出)，并且能够以例如角度 θ η和θ i2移动。光检测器单元1302包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合器件 (CXD)传感器等的图像传感器1308和摄像透镜1309。与照明单元1301相同，光检测器单 元1302还包括驱动单元(未示出)，并且能够从例如给定θ。ap = 0的位置到具有角度θ capl 的位置移动。现在将说明使用图13所示的测量设备进行测量对象101的表面结构的测量。图 14是示出根据本实施例的用于测量表面结构的方法的图。假定要测量测量对象101上的测 量点M处的表面结构数据。测量点M处的表面结构具有大小为大于照明光波长的量级的结 构。为了测量表面结构数据，光检测器单元1302测量反射光。如果光检测器单元1302的摄像角度θ。ap为0度，则使用光检测器单元1302的摄
11像透镜1309在图像传感器1308的位置m处形成测量对象101上的测量点M处的图像。使 位置m相对于图像传感器1308的中心在χ轴的正方向上偏移了值Xm。在光检测器单元1302 的摄像角度θ。ap为0度时，由如下的等式(8)来表示成像位置m处的光的接受角θ rD[数学表达式5] (χ λ 在考虑等式(8)中的接受角θ r的情况下，光检测器单元1302通过与从-90度到 90度的预定角度步调一致地改变照明光的入射角θ i来测量在每个预定角度的反射光线。图15是示出由光检测器单元1302所获得的反射光的亮度值的图。如图15所示，当观察成像位置m处的亮度值时，该亮度值与角度步调一致地变化， 并且在峰值入射角eipeak处变为最大。认为当入射角eipMk、接受角Θ ^和测量点M处的结构倾斜角ΨΜ满足镜面反射条 件时，图像的亮度最大。因而，可以通过如下的等式(9)确定结构倾斜角ΨΜ。[数学表达式6] 对测量对象101的整个区域进行该处理，以计算测量对象101的结构倾斜角数据 ψ (χ) O可以通过计算倾斜角的正切将倾斜角数据Ψ (X)转换成形状倾斜。因此，通过如下 的等式(10)来计算测量对象101的结构倾斜数据I (X)。I(x) = tan (Ψ (χ))…等式(10)由于结构数据是倾斜的积分值，因此通过如下的等式(11)获得形状数据G(X)。G(x) =JI (χ) dx…等式(11)将以上所述的过程扩展成二维形式得到表示三维结构的数据G(x，y)。现在将说明使用图13所示的测量设备进行测量对象101的散射光特性测量。图 16是示出根据本实施例的用于测量散射光特性的方法的图。为了获得散射光特性，例如， 将照明光的入射角Qi* Cti固定为预定值，且光检测器单元1302的摄像角9_和
从-90度到+90度变化。通过这样可以获得散射光角度特性。在这种情况下，由此产生的图像的所有像素的总亮度值可以等于在由摄像透镜 1309的F值所确定的接受角处所接受到的总光量。因此，可以使用与图像中正在拍摄的测 量对象区域相对应的像素的总亮度值来计算来自测量对象区域的总光量。由于通过使用光检测器单元1302获取所拍摄图像中的特定区域的总亮度值可 以等同于测角光度计(goniophotometer)中的光检测器单元的作用，因此可以测量函数 F (θ.，φ.，θ，φ)。
1 me a \ ι ‘r ‘ ^ r^ °与测角光度计相比较，以上方法允许在观看图像时选择要获取总光量的区域，并 且允许在无需添加来自多余区域的光量的情况下测量散射光角度分布。因此，在根据本实施例的测量设备中，利用以上所述的原理，可以从图像信息同时 测量出测量对象的结构数据G(x，y)和散射光角度分布Fmea (θ ρ ΘΓ, φ》。在与图6所示的根据第一实施例的处理相同的处理中，利用在以上所述的处理中获得的结构数据和散射光角度分布。
权利要求
一种信息处理设备，包括获得单元，用于获得与来自要测量的对象的反射光的分布有关的第一信息和与所述反射光的几何光学成分有关的第二信息；计算单元，用于基于所述第一信息和所述第二信息计算第三信息，所述第三信息表示所述反射光的分布的近似；以及输出单元，用于基于所述第三信息输出与所述反射光的波动光学成分有关的信息。
2.根据权利要求1所述的信息处理设备，其特征在于，所述第一信息包括表示在利用 照明光照射所述对象时来自所述对象的反射光的亮度分布的信息。
3.根据权利要求1或2所述的信息处理设备，其特征在于，所述第二信息包括通过对与 所述对象的表面结构有关的测量信息进行平滑化所获得的信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的信息处理设备，其特征在于，所述计算单元将所 述第二信息中的几何光学成分和所述第一信息中的反射光的分布进行比较，以计算所述第 —fn 息。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的信息处理设备，其特征在于，所述计算单元将所 述反射光的几何光学成分和钟形的散射光分布进行合成以生成合成的分布，并计算表示所 述反射光的分布的近似的第三信息。
6.根据权利要求5所述的信息处理设备，其特征在于，所述计算单元通过改变所述钟 形的散射光分布，来使所述合成的分布接近所述第一信息中的反射光的分布。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的信息处理设备，其特征在于，所述获得单元从照 射到所述对象上的照明光的入射角和来自所述对象的反射光的分布之间的关系获得所述 第一信息和所述第二信息。
8.一种信息处理方法，包括获得步骤，用于通过获得部件获得与来自要测量的对象的反射光的分布有关的第一信 息和与所述反射光的几何光学成分有关的第二信息；计算步骤，用于通过计算部件基于所述第一信息和所述第二信息计算第三信息，所述 第三信息表示所述反射光的分布的近似；以及输出步骤，用于通过输出部件基于所述第三信息输出与所述反射光的波动光学成分有 关的信息。
9.一种程序，用于使计算机作为如下工作获得部件，用于获得与来自要测量的对象的反射光的分布有关的第一信息和与所述反 射光的几何光学成分有关的第二信息；计算部件，用于基于所述第一信息和所述第二信息计算第三信息，所述第三信息表示 所述反射光的分布的近似；以及输出部件，用于基于所述第三信息输出与所述反射光的波动光学成分有关的信息。
10.一种信息处理设备，包括存储单元，用于存储与来自要测量的对象的反射光的分布有关的信息；以及 计算单元，用于基于所述反射光的分布的近似计算与所述对象的结构有关的信息，所 述信息包括在所述反射光的分布中。
全文摘要
一种信息处理设备，包括获得单元，用于获得与来自要测量的对象的反射光的分布有关的第一信息和与所述反射光的几何光学成分有关的第二信息；计算单元，用于基于所述第一信息和所述第二信息计算第三信息，所述第三信息表示所述反射光的分布的近似；以及输出单元，用于基于所述第三信息输出与所述反射光的波动光学成分有关的信息。
文档编号G01N21/57GK101932924SQ200980103679
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月28日 优先权日2008年2月1日
发明者吉川博志, 太田和之, 御手洗裕辅, 泷本将史, 真继优和, 齐藤谦治 申请人:佳能株式会社