位相シフト法とは？初心者向けに解説する基本と身近な応用共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

位相シフト法とは？

位相シフト法は、光の波が作る干渉パターンの「位相」をわずかずつずらして、表面の形や波面の情報を正確に測る方法です。英語では Phase-Shifting Interferometry (PSI) と呼ばれ、測定精度を高めるための代表的な手法として、研究分野や産業で広く使われています。

なぜ位相が大事なのか

光は波であり、波には「山と谷の位置」を意味する位相があります。位相が分かれば、表面の凹凸や屈折の程度を正確に知ることができます。位相は見えませんが、幾つかの写真（関連記事：写真ACを三ヵ月やったリアルな感想【写真を投稿するだけで簡単副収入】）を位相をずらして撮ると、解析で表面の情報に変換できるのです。

基本のしくみ

1) 光を二つのビームに分け、反射・透過させて干渉パターンを作ります。

2) そのうちの一方の位相を、少しずつずらして複数の画像を撮影します。一般的には 3 枚、4 枚、時には 8 枚程度を用います。

3) 取得した画像から、各ピクセルの「実際の位相」を計算して、形状のマップを作成します。これを「位相の再構成」と呼びます。

手順	ポイント	結果
準備	安定した光源、ノイズ低減、サンプル表面の清浄	良好な干渉パターン
位相シフト	三角関数の式を使って位相を追加	各ピクセルの位相情報を得る
再構成	データを解くと表面形状が現れる	表面の3Dマップ

日常でのイメージと応用例

位相シフト法は、機械部品の表面検査、半導体の薄膜厚さ測定、スマホのカメラ深度センサーの研究にも使われています。身の回りの製品がより正確に作られる背景には、こうした精密測定技術があるのです。学校の実験でも、光の波の性質を楽しく学ぶためにこの方法を紹介することがあります。難しい数式は後回しにして、まずは「波の山と谷を数える」イメージから理解するのがコツです。

仕組みを支えるポイント

位相シフト法を正しく使うには、以下の点が重要です。第一に、安定した光源と機材の揺れを抑えること。第二に、ズレを正確に知るためのキャリブレーションをきちんと行うこと。第三に、データ処理の際にノイズを減らすアルゴリズムを選ぶことです。

用語集

位相 - 波の山と谷の位置を表す「ずれ」を意味します。

干渉 - 二つの波が重なることでできる模様のことです。

再構成 - 取得したデータから元の表面形状を作り直す作業です。

簡易比較

方法	特徴	難易度
位相シフト法	複数枚の画像を使い、位相をずらして高精度	中〜上級
白色干渉法	単純な干渉計、がく差が多い	中級
周波数解析	波の周波数で情報を取り出す	中級

まとめとして、位相シフト法は「光の位相を少しずつ変えながら多くの写真を撮り、そこから表面の形を測る方法」です。波の性質を理解すると、自然界の見えない情報を可視化できるという点が魅力です。

位相シフト法の同意語

位相シフト干渉法: 複数枚の干渉画像を用い、各画像の位相を微小にずらす（シフト）ことで、干渉縞の位相分布を正確に復元する測定法の総称です。
位相移動法: 位相を連続的または離散的に移動させて画像を取得し、これらの情報から表面の位相を推定する方法。位相シフト法の一般的な別称として使われることがあります。
位相移動干渉法: 位相の移動を利用して干渉縞から位相を抽出する干渉計測法。複数の位相ステップ画像を組み合わせて高さ情報を復元します。
位相ステップ法: 位相を段階的にずらす（ステップさせる）ことで、干渉データから位相を推定する手法の総称。PSI の日本語表現の一つです。
位相ステップ干渉法: 位相ステップ法を干渉計測の文脈で用いた呼び方。複数枚の干渉画像を用いて位相を復元します。
フェーズシフト法: 英語の Phase Shift を直訳した名称。位相をずらして測定する手法の別名です。
フェーズシフト干渉法: フェーズシフトを用いて干渉縞から位相情報を復元する測定法の呼称です。
フェーズステップ法: 位相を段階的にずらすことを意味する表現。位相推定・復元の枠組みで使われます。
フェーズステップ干渉法: フェーズステップを用いる干渉法。複数のステップ画像を組み合わせて位相情報を抽出します。
位相推定法: データから位相を推定するためのアルゴリズムや手法の総称。位相シフト法の核となる処理を含みます。