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偏光イメージング装置および偏光イメージング方法 新技術説明会

国内特許コード P130010084
掲載日 2013年11月25日
出願番号 特願2012-522569
登録番号 特許第5691082号
出願日 平成23年6月22日(2011.6.22)
登録日 平成27年2月13日(2015.2.13)
国際出願番号 JP2011064228
国際公開番号 WO2012002207
国際出願日 平成23年6月22日(2011.6.22)
国際公開日 平成24年1月5日(2012.1.5)
優先権データ
  • 特願2010-148030 (2010.6.29) JP
発明者
  • 粟辻 安浩
  • 田原 樹
出願人
  • 国立大学法人京都工芸繊維大学
発明の名称 偏光イメージング装置および偏光イメージング方法 新技術説明会
発明の概要 1回の撮像で被写体の詳細な3次元情報と偏光分布とを得ることができる偏光イメージング装置を実現する偏光イメージング装置(1)は、レーザ光源(11)と、撮像素子(12)とを備える。撮像素子(12)に入射する物体光および参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、撮像素子(12)は、第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が物体光と干渉して作る第1干渉像と、第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が物体光と干渉して作る第2干渉像と、第2方向の偏光と第1位相とを有する参照光が物体光と干渉して作る第3干渉像と、第2方向の偏光と第2位相とを有する参照光が物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像する。偏光イメージング装置(1)は、これらの干渉像から、被写体(18)の第1方向の偏光成分の再生像と、第2方向の偏光成分の再生像とを生成する再生部(24)と、これらの再生像に基づいて、偏光画像を求める偏光画像算出部(25)とを備える。
従来技術、競合技術の概要


以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。近年、複数方向の偏光情報を同時に取得する偏光イメージングカメラが開発され、被写体の偏光分布を可視化する偏光イメージング装置(特許文献1)、および、被写体の偏光分布を可視化する偏光顕微鏡(特許文献2)が提案されている。偏光イメージングの応用として、窓材、ショーウィンドウ、ディスプレイ等に使用されるフィルムまたはガラス等の構造・歪みの計測、太陽電池の薄膜における膜圧および歪の計測、偏光顕微鏡の応用として、結晶構造または分子構造の特性評価、造岩鉱物の鑑定、または、生体(細胞)の内部構造の無染色による可視化、生細胞におけるタンパク質またはコラーゲン等の分布の可視化等、多岐にわたる応用が考えられる。



産業の要求に応じて偏光イメージング技術は発達しているものの、上記の偏光イメージング技術では瞬間の3次元構造のイメージングが不可能である。例えば、偏光顕微鏡においては、微視領域の被写体を観察するために顕微鏡対物レンズの倍率を上げる必要があり、そのため、奥行き方向の撮影可能範囲が非常に狭くなる。それゆえ、製品検査において複数回の撮影が必要となって時間がかかり、また、異なる奥行き位置における化学構造の経時変化の観察、または生体(細胞)内部の3次元に広がった代謝物等の振る舞いを動画像で観察することが非常に困難である。



上記の問題を解決する技術として、近年、偏光イメージングを行うディジタルホログラフィ技術がいくつか提案されている。例えば、非特許文献1には、軸外し型(off-axis型)のディジタルホログラフィを用いて偏光イメージングを行う技術が記載されている。軸外し型のディジタルホログラフィでは、物体光と参照光とが撮像素子へ異なる角度で入射する。そのため、ホログラムを再生した際に、0次回折光および共役像(-1次回折光)と物体像(1次回折光)とが重なることがなく、所望の物体像だけを得ることができる。非特許文献1に記載の構成によれば、被写体のある瞬間の3次元構造と偏光分布をイメージングすることが可能となる。すなわち、奥行き方向の位置が異なる被写体像の偏光分布を同時に取得することができる。



図53は、非特許文献1に示された従来の偏光イメージング装置の構成を示す図である。図54は、図53に示された偏光イメージング装置に設けられた撮像装置に入射する物体光と参照光R1およびR2との関係を示す図である。当該従来の偏光イメージング装置では,異なる偏光方向P1、P2の成分を持つ参照光R1、R2を、物体光に対してそれぞれ異なる方向から異なる角度(説明の簡便さのために、便宜上θ1、θとおく)で入射させ、1枚の干渉像(ホログラム)を取得する。



図55は、上記偏光イメージング装置に記録されたホログラムから像を再生する手順を説明するための図である。得られた干渉像をフーリエ変換し、空間スペクトル分布を計算により求める。そして各偏光方向P1、P2における被写体の空間スペクトルの情報をそれぞれ抽出する。その後、各偏光方向の被写体の情報に対して、角度θ、θに関係する量だけ位相補正し、逆フーリエ変換し,回折計算により像再生する。像再生後、偏光方向P1、P2における被写体の複素振幅分布を用いて偏光イメージングを行う。



また、非特許文献2には、インライン型(in-line型またはon-axis型)のディジタルホログラフィを用いて偏光イメージングを行う技術が記載されている。インライン型のディジタルホログラフィでは、物体光と参照光とが撮像素子へ同じ角度で入射する。そのため、ホログラムを再生した際に、ノイズ成分である0次回折光と共役像(-1次回折光)と物体像(1次回折光)とが重なってしまう。そのため、所望の物体像だけを得るためには、位相または光路長等の異なる複数のホログラムを逐次撮像し、位相シフト法または光路長シフト法等を用いて物体像のみを抽出する計算を行う必要がある。

産業上の利用分野


本発明は、被写体の偏光イメージングを行う偏光イメージング装置および偏光イメージング方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
参照光および物体光を含む光を供給する1個以上の光源と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像するインライン型の偏光イメージング装置において、
上記撮像部に入射する物体光および上記撮像部に入射する参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
上記偏光イメージング装置は、上記光源から供給された光を参照光と物体光とに分割するビームスプリッタと、
第1位相シフト領域および第2位相シフト領域が複数配置され、上記ビームスプリッタにより分割されて上記第1位相シフト領域に入射した参照光の位相と、上記ビームスプリッタにより分割されて上記第2位相シフト領域に入射した参照光の位相とを互いに異ならせる位相シフトアレイ部と、
上記位相シフトアレイ部を通過した参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合するビーム結合素子とをさらに備え、
上記撮像部は、上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像し、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成する再生像生成部と、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める偏光画像算出部とを備え、
上記再生像生成部は、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像算出部は、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング装置。

【請求項2】
上記物体光および参照光は、第3方向の偏光と第4方向の偏光とをさらに含み、
上記干渉パターンは、上記第3方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第3方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第5干渉像と、上記第3方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第3方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第6干渉像と、上記第4方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第4方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第7干渉像と、上記第4方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第4方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第8干渉像とをさらに含み、
上記再生像生成部は、上記干渉パターンから上記第5干渉像および第6干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第3方向の偏光成分の再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第7干渉像および第8干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第4方向の偏光成分の再生像を生成し、
上記偏光画像算出部は、上記第1~第4方向の偏光成分の再生像に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める請求項1記載の偏光イメージング装置。

【請求項3】
上記干渉パターンは、上記第1方向の偏光と第3位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第5干渉像と、上記第1方向の偏光と第4位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第6干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第3位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第7干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第4位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第8干渉像とをさらに含み、
上記再生像生成部は、上記干渉パターンから上記第1干渉像、上記第2干渉像、上記第5干渉像および上記第6干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像、上記第4干渉像、上記第7干渉像および上記第8干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像を生成し、
上記偏光画像算出部は、上記第1及び第2方向の偏光成分の再生像に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める請求項1記載の偏光イメージング装置。

【請求項4】
上記光源は、二種類の波長の光を供給する2個の光源、三種類の波長の光を供給する3個の光源、または四種類の波長の光を供給する4個の光源である請求項1記載の偏光イメージング装置。

【請求項5】
入射した参照光を上記第1方向に偏光した参照光に変換する第1方向領域、および、入射した参照光を上記第2方向に偏光した参照光に変換する第2方向領域が複数配置された偏光方向変化アレイ部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の偏光イメージング装置。

【請求項6】
参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とが入射され、入射した参照光および物体光の第1方向の偏光成分を出射する第1偏光子領域と、入射した参照光および物体光の第2方向の偏光成分を出射する第2偏光子領域とが複数配置された偏光子アレイ部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の偏光イメージング装置。

【請求項10】
参照光および物体光を供給する光源と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像するインライン型の偏光イメージング装置において、
上記撮像部に入射する物体光および上記撮像部に入射する参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
上記光源は、少なくとも一種類以上の波長の光を供給し、
上記撮像部は、上記第1方向の偏光と第1光路長とを有する参照光が上記第1方向の偏光と第1光路長とを有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2光路長とを有する参照光が上記第1方向の偏光と第2光路長とを有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1光路長とを有する参照光が上記第2方向の偏光と上記第1光路長とを有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2光路長とを有する参照光が上記第2方向の偏光と上記第2光路長とを有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像し、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成する再生像生成部と、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める偏光画像算出部とを備え、
上記再生像生成部は、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像算出部は、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング装置。

【請求項11】
参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とが入射され、入射した参照光および物体光の第1方向の偏光成分を出射する第1偏光子領域と、入射した参照光および物体光の第2方向の偏光成分を出射する第2偏光子領域とが複数配置された偏光子アレイ部と、
第1光路長シフト領域および第2光路長シフト領域が複数配置され、参照光および物体光が入射される光路長シフトアレイ部とを、上記被写体と上記撮像部との間にさらに備え、
上記光路長シフトアレイ部は、第1光路長シフト領域に入射された参照光の位相と、第2光路長シフト領域に入射された参照光の位相とを互いに異ならせ、第1光路長シフト領域に入射された物体光の位相と、第2光路長シフト領域に入射された物体光の位相とを互いに異ならせることを特徴とする請求項10に記載の偏光イメージング装置。

【請求項12】
上記再生像生成部は、第1方向の偏光成分に関する上記2種類の干渉像に基づいて、上記被写体の第1方向の偏光成分における位相分布を求め、第2方向の偏光成分に関する上記2種類の干渉像に基づいて、上記被写体の第2方向の偏光成分における振幅分布と位相分布を求め、
上記偏光画像算出部は、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布および位相分布と、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布および位相分布とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光状態を求めることを特徴とする請求項1または10に記載の偏光イメージング装置。

【請求項13】
上記被写体と上記撮像部との間に配置されて、被写体の像を拡大する拡大光学部と、参照光が上記撮像部に球面波あるいは非球面波として入射するよう、参照光を球面波あるいは非球面波に変換する波面変換部とをさらに備えることを特徴とする請求項1または10に記載の偏光イメージング装置。

【請求項14】
複数の上記光源と、波長選択フィルタとを備え、
上記複数の光源は、それぞれが互いに異なる波長の参照光および物体光を供給し、
上記波長選択フィルタは、通過させる光の波長が異なる複数の波長選択領域を有し、参照光および物体光を上記波長選択領域毎に波長に応じて選択的に通過させることを特徴とする請求項1または10に記載の偏光イメージング装置。

【請求項15】
第1方向と第2方向とが直交することを特徴とする請求項1または10に記載の偏光イメージング装置。

【請求項16】
参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像して、物体光の偏光状態を得る偏光イメージング方法であって、
上記干渉像を作る物体光および上記干渉像を作る参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
光源から供給された光を参照光と物体光とに分割し、
第1位相シフト領域および第2位相シフト領域が複数配置された位相シフトアレイ部により、上記第1位相シフト領域に入射した参照光の位相と、上記第2位相シフト領域に入射した参照光の位相とを互いに異ならせ、
上記位相を異ならせた参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合し、
上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像するステップと、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成するステップと、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めるステップとを含み、
上記再生像を生成するステップは、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像を求めるステップは、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング方法。

【請求項17】
参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像して、物体光の偏光状態を得る偏光イメージング方法であって、
上記干渉像を作る物体光および上記干渉像を作る参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
上記第1方向の偏光と第1光路長とを有する参照光が上記第1方向の偏光と第1光路長とを有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2光路長とを有する参照光が上記第1方向の偏光と第2光路長とを有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1光路長とを有する参照光が上記第2方向の偏光と上記第1光路長とを有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2光路長とを有する参照光が上記第2方向の偏光と上記第2光路長とを有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像するステップと、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成するステップと、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光状態を求めるステップとを含み、
上記再生像を生成するステップは、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光状態を求めるステップは、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光状態を求めることを特徴とする偏光イメージング方法。

【請求項18】
参照光および物体光を含む光を供給する1個以上の光源と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像するインライン型の偏光イメージング装置において、
上記撮像部に入射する物体光および上記撮像部に入射する参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
上記偏光イメージング装置は、上記光源から供給された光を参照光と物体光とに分割するビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタにより分割された参照光を、上記参照光の波長と上記撮像部の画素間隔とに基づく傾き角により傾斜させる傾斜手段と、
上記傾斜手段により傾斜された参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合するビーム結合素子とをさらに備え、
上記参照光は、上記傾き角により上記物体光に対して傾斜して上記撮像部に入射し、
上記撮像部は、上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像し、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成する再生像生成部と、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める偏光画像算出部とを備え、
上記再生像生成部は、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像算出部は、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング装置。

【請求項19】
参照光および物体光を含む光を供給する1個以上の光源と、撮像部とを備え、参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を上記撮像部が撮像するインライン型の偏光イメージング装置において、
上記撮像部に入射する物体光および上記撮像部に入射する参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
上記偏光イメージング装置は、上記光源から供給された光を参照光と物体光とに分割するビームスプリッタと、
上記ビームスプリッタにより分割された参照光の位相を空間的にシフトさせる位相シフト手段と、
上記位相シフト手段により位相がシフトされた参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合するビーム結合素子とをさらに備え、
上記撮像部は、上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像し、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成する再生像生成部と、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求める偏光画像算出部とを備え、
上記再生像生成部は、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像算出部は、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング装置。

【請求項20】
参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像して、物体光の偏光状態を得る偏光イメージング方法であって、
上記干渉像を作る物体光および上記干渉像を作る参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
光源から供給された光を参照光と物体光とに分割し、
上記分割された参照光を、上記参照光の波長と撮像部の画素間隔とに基づく傾き角により傾斜させ、
上記参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合し、
上記参照光は、上記傾き角により上記物体光に対して傾斜して上記撮像部に入射し、
上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像するステップと、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成するステップと、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めるステップとを含み、
上記再生像を生成するステップは、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像を求めるステップは、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング方法。

【請求項21】
参照光と、被写体を介して到達する物体光とが作る干渉像を撮像して、物体光の偏光状態を得る偏光イメージング方法であって、
上記干渉像を作る物体光および上記干渉像を作る参照光は、第1方向の偏光と、第1方向とは異なる第2方向の偏光とを含み、
光源から供給された光を参照光と物体光とに分割し、
上記分割された参照光の位相を空間的にシフトさせ、
上記位相がシフトされた参照光と、上記被写体を介して到達する物体光とを結合し、
上記第1方向の偏光と第1位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第1干渉像と、上記第1方向の偏光と第2位相とを有する参照光が上記第1方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第2干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第1位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第3干渉像と、上記第2方向の偏光と上記第2位相とを有する参照光が上記第2方向の偏光を有する物体光と干渉して作る第4干渉像とを含む干渉パターンを一度に撮像するステップと、
上記干渉パターンから上記第1干渉像および第2干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第1方向の偏光成分の上記第1干渉像および第2干渉像に対応する再生像を生成し、上記干渉パターンから上記第3干渉像および第4干渉像に対応する画素を抽出して補間した後、上記被写体の第2方向の偏光成分の上記第3干渉像および第4干渉像に対応する再生像を生成するステップと、
上記被写体の第1方向の偏光成分の再生像と、上記被写体の第2方向の偏光成分の再生像とに基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めるステップとを含み、
上記再生像を生成するステップは、参照光のみの上記第1方向の偏光成分と、第1方向とは異なる上記第2方向の偏光成分の強度分布を得、
上記第1から第4干渉像と上記参照光のみの2つの強度分布から上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分との複素振幅分布を算出し、
更に上記複素振幅分布より上記第1方向の偏光成分と上記第2方向の偏光成分の再生像である振幅分布と位相分布とを求め、
上記偏光画像を求めるステップは、上記被写体の第1方向の偏光成分の振幅分布と位相分布、上記被写体の第2方向の偏光成分の振幅分布と位相分布に基づいて、上記被写体の再生像の各位置における偏光画像を求めることを特徴とする偏光イメージング方法。

【請求項22】
上記参照光の波長:λ、
上記撮像部の画素間隔:τ、
とすると、
sin-1(λ/4τ)、
に基づく傾き角により上記物体光に対して傾斜して上記参照光は上記撮像部に入射する請求項18に記載の偏光イメージング装置。

【請求項23】
上記参照光の傾斜方向に沿って隣り合う領域の干渉像に基づいて上記被写体の複素振幅分布を求める空間キャリア位相シフト部をさらに備える請求項18に記載の偏光イメージング装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2012522569thum.jpg
出願権利状態 登録
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