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ホログラフィによる画像記録装置および画像記録方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P08P005403
整理番号 KT06-03
掲載日 2008年5月30日
出願番号 特願2006-305047
公開番号 特開2008-122565
登録番号 特許第5162733号
出願日 平成18年11月10日(2006.11.10)
公開日 平成20年5月29日(2008.5.29)
登録日 平成24年12月28日(2012.12.28)
発明者
  • 佐藤 邦弘
出願人
  • 兵庫県
発明の名称 ホログラフィによる画像記録装置および画像記録方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】ホログラフィによる画像記録装置および画像記録方法において、システム構成の簡単化および位相シフトホログラムデータの高速取得化による画像の高速記録を図り、さらにカラー画像記録の簡単化と高速化を図る。
【解決手段】画像記録装置1は、コヒーレント光21を発生するコヒーレント光発生手段2と、コヒーレント光21を参照光22と照明光23とに分けて出射するビームスプリッタ3と、照明光23を物体10に照射する照射手段4と、画素を構成する光センサ部を2次元配列した受光面5aを有すると共に受光面5aに入射する光の情報を記録する画像記録手段5と、参照光22を画像記録手段5の受光面に入射させる参照光入射手段6とを備え、参照光入射手段6は、受光面5aの各画素に入射する参照光LRの主たる位相値が隣り合う画素において互いに所定の異なる値となるように、参照光LRの伝播方向を傾けて、受光面5aに参照光LRを入射させる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


ホログラフィは、レーザ光を互いにコヒーレントな照明光と参照光に分け、モデルとなる物体を照明光により照射して発生した物体光と別経路を伝播してきた参照光とを写真乾板面で受光し、受光面での干渉パターンを写真乾板に記録する技術であり、この乾板を現像したものがホログラムである。ホログラムに再生照明光を当てることによって物体のあった位置に物体の立体像(虚像)を再生して見ることができる。



計算機ホログラフィは、計算機内部のデータとして物体を表現し、光の反射、回折、干渉の物理シミュレーションを計算機上で行い、ホログラム面として定めた任意の面上での干渉パターンのデータを計算する技術である。計算結果に基づき、何らかの表示デバイスを用いてホログラムを製作する。物体を計算機上のデータで定義するので、モデルとなる物体が不要であり、光学的な補正が可能である。また、メモリに記録した干渉パターンを反射型液晶ディスプレイなどに次々と表示してホログラムを実体化すると共に参照光を照射して物体像を連続的に再生できる。



ディジタルホログラフィは、写真乾板ではなくCCD画像センサやCMOS画像センサなどによって干渉パターンを検出して電子的に記録する。記録された光強度分布を計算機で数値処理し物体光波を算出してホログラムを作成する。ディジタルホログラフィを用いれば、画像センサ面における2次元の複素振幅分布の形で物体光の波面情報を取得できる。この波面情報に基づいて、上述の計算機ホログラフィと同様に、様々な視点や位置での物体像が得られる。また、ディジタルホログラフィでは、物体光どうしが作る干渉縞を取り除いて高画質3次元画像を記録することができる。



位相シフトデジタルホログラフィは、上述の複素振幅分布を取得する技術である。従来の写真乾板などを用いるホログラムは、光波の瞬時位相を記録する代わりに干渉という方法によって物体光の位相情報を固定化して記録するので、実数型のデータである。複素振幅は、振幅と位相、あるいは実数部と虚数部といった複数のデータから成る。従って、複素振幅を求めるには、複数枚のホログラムデータが必要であり、位相シフトデジタルホログラフィでは、物体光に対する参照光の位相状態が互いに異なる複数枚のホログラムデータを用いる。



参照光の位相をシフトする方法として、薄いガラス板を参照光の伝播経路に挿入したり、参照光を反射するミラーの位置をピエゾ素子を用いて移動させたりする方法がある。例えば、ピエゾ素子を用いて、参照光の位相をπ/2ずつシフトさせた状態で3種類のホログラムデータを取得し、3枚のホログラムの各画素データ間の連立方程式から物体光の複素振幅を求める例が知られている(例えば、特許文献1参照)。



また、参照光の位相状態を受光面の画素毎に異ならせて、複数枚のホログラムデータを一括して取得する方法がある。例えば、隣接する素子が互いにπ/2ずつ位相を異ならせるようにアレイ配置した位相シフトアレイ素子を参照光の伝播経路に挿入して、参照光の断面に位相分布を持たせることにより、1枚のホログラムに参照光の位相が0,π/2,π,3π/2の4段階に変化させた干渉パターンの情報を記録する。この場合、一枚のホログラム中の画素データの1/4ずつが4種類のホログラムをそれぞれ形成している(例えば、特許文献2参照)。

【特許文献1】特許第3471556号公報

【特許文献2】特開2005-283683号公報

産業上の利用分野


本発明は、位相シフトデジタルホログラフィ法により物体の画像を電子的に記録する画像記録装置および画像記録方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
位相シフトデジタルホログラフィ法により物体の画像を電子的に記録する画像記録装置において、
コヒーレント光を発生するコヒーレント光発生手段と、
前記コヒーレント光発生手段により発生されたコヒーレント光を参照光と照明光とに分けて出射するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって出射された照明光を物体に照射する照射手段と、
画素を構成する光センサ部を2次元配列して成る受光面を有すると共に該受光面に入射する光の情報を記録する画像記録手段と、
前記ビームスプリッタによって出射された参照光を前記画像記録手段の受光面に入射させる参照光入射手段と、を備え、
前記参照光入射手段は、前記受光面の各画素に入射する参照光の前記各画素の中心における位相値が隣り合う画素において互いに異なる値となり、かつ、画素ピッチの整数倍で周期的に変化するように、当該参照光の伝播方向を前記受光面の法線方向から傾け、
前記画像記録手段は、前記参照光入射手段により入射される参照光と前記照射手段による照明光の照射により発生する物体からの物体光とが前記受光面に形成する干渉パターンを物体の画像情報として電子的に記録することを特徴とする画像記録装置。


【請求項2】
前記参照光入射手段は、前記各画素に入射する参照光の前記各画素の中心における位相値が互いに隣り合う画素間においてπ/2またはπの位相差となるように、当該参照光を入射させることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。


【請求項3】
前記画像記録手段は、CCD画像センサを用いて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。

【請求項4】
前記画像記録手段は、CMOS画像センサを用いて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。

【請求項5】
前記コヒーレント光発生手段は、赤色、緑色、青色の3色のコヒーレント光を発生するように3つ備えられ、前記ビームスプリッタと、前記照射手段と、前記参照光入射手段とが、それぞれ前記各コヒーレント光発生手段に対応して備えられていることを特徴とする請求項1に記載の画像記録装置。

【請求項6】
互いにコヒーレントな参照光と照明光とを生成する光束生成工程と、
画素を構成する光センサ部を2次元配列して成る受光面に、前記受光面の各画素に入射する光波の前記各画素の中心における位相値が隣り合う画素において互いに異なる値となり、かつ、画素ピッチの整数倍で周期的に変化するように伝播方向を前記受光面の法線方向から傾けて、前記参照光を入射させる参照光入射工程と、
前記参照光入射工程に並行して前記照明光を物体に照射する照射工程と、
前記参照光入射工程により受光面に入射した参照光と前記照射工程による照明光の照射によって発生する物体からの物体光とが前記受光面に形成する干渉パターンを物体の画像情報として電子的に記録する画像記録工程と、を備えることを特徴とする画像記録方法。


【請求項7】
前記画像記録工程によって記録した画像情報に基づいて物体光の複素振幅を求める振幅演算工程を備えることを特徴とする請求項6に記載の画像記録方法。
産業区分
  • 光学装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006305047thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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