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複素振幅画像再生装置および複素振幅画像再生方法、ならびに、散乱位相画像生成装置および散乱位相画像生成方法

国内特許コード P150011893
整理番号 S2013-1328-N0
掲載日 2015年4月17日
出願番号 特願2013-168989
公開番号 特開2015-036799
出願日 平成25年8月15日(2013.8.15)
公開日 平成27年2月23日(2015.2.23)
発明者
  • 岡本 淳
  • 渋川 敦史
  • 後藤 優太
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 複素振幅画像再生装置および複素振幅画像再生方法、ならびに、散乱位相画像生成装置および散乱位相画像生成方法
発明の概要 【課題】任意のサイズの複素振幅画像の再生像を任意の空間に再現する。
【解決手段】空間光変調器15と、FTレンズ12と、ランダム拡散板11aと、を備え、ランダム拡散板11aがFTレンズ12Lのフーリエ変換面または当該フーリエ変換面からずれた位置に配置されている。
【選択図】図6
従来技術、競合技術の概要



従来、光複素振幅場(光の位相および振幅)を生成する技術もしくは操作する技術は光学分野において極めて重要な役割を担っている。光複素振幅場の生成および操作は、高次ベッセルビームやラゲールガウスビーム等のビーム形成、光ピンセット〔非特許文献1参照〕、ホログラフィックメモリ、3D(3次元)ディスプレイ、および、大気揺らぎの補正〔非特許文献2参照〕などのあらゆる分野で応用されている。この光複素振幅場の生成もしくは操作を実現するデバイスとして、上述した応用分野を含めほとんどの場合において、空間光変調器(SLM: Spatial Light Modulator;以下、「SLM」と略称する)が用いられている。電気的な制御が可能なSLMは、10ピクセル程度の高解像度のデータページで、かつ60Hz程度のリフレッシュレートで変調パターンを再構成可能である点など、非常に自由度が高い素子である。





SLMを活用して光複素振幅場を生成もしくは操作する方法として、キノフォームと呼ばれる技術が古くから提案されている[非特許文献5参照]。このキノフォームは、入射光エネルギーを全て所望の複素振幅を持つ回折光に費やすことができるという利点がある。図23の(a)に示す光学系301aは、従来のキノフォーム画像の生成過程を実現する光学系の一例である。また、図23の(b)に示す光学系301bは、従来のキノフォームを利用した複素振幅情報の再生過程を実現する光学系の一例である。なお、これらの図において「FT」は、フーリエ変換の略称を示す。





図23の(a)に示す光学系301aの入力空間(FT面近傍に限定される)に入力された入力像としての2D像または3D像の光波は、FTレンズによってフーリエ変換を施され、出力面にてキノフォーム画像に変換される。次に、図23の(b)に示す光学系301bでは、SLMにて表示された散乱位相画像の光波はFTレンズによって逆フーリエ変換を施され、再生空間(FT面近傍に限定される)にて元の2D像または3D像が再生される。





この方法では、「拡散性の強い物体のフーリエ変換分布は、散乱波面を形成し、その散乱波面における位相分布は元物体のほとんど全ての重要な特徴を保持している」という統計的な性質を基に、散乱位相画像のみをSLMに表示し、振幅と位相とを含む元物体の複素振幅情報を再生する。





また、この方法では、上記の統計的な性質を基に、入射光に対して位相画像を変調することで元物体の複素振幅情報を再生する。この方法は、ホログラムの代りに位相画像をSLMに表示するため、入射光のエネルギーおよびSLMの空間バンド幅を全て所望の複素振幅場のみに費やすことができるというメリットがある。また、この方法では、参照光の生成や不要な回折次成分の分離にかかる処理を省略することもできるため、動画再生や3Dディスプレイへの応用においては大きな優位性を持つという特長がある。

産業上の利用分野



本発明は、複素振幅画像再生装置および複素振幅画像再生方法、ならびに散乱位相画像生成装置および散乱位相画像生成方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
散乱位相画像の光波を出力する少なくとも一つの空間光変調器と、
入射された光波に対して逆フーリエ変換を施す逆変換レンズと、
入射された光波を拡散する拡散部材と、を備え、
上記拡散部材が上記逆変換レンズのフーリエ変換面または当該フーリエ変換面からずれた位置に配置されていることを特徴とする複素振幅画像再生装置。

【請求項2】
上記逆変換レンズは、上記空間光変調器から出力された散乱位相画像の光波に対して逆フーリエ変換を施すことを特徴とする請求項1に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項3】
上記逆変換レンズによる逆フーリエ変換像の光波が上記拡散部材で拡散されて生じた拡散光に対してフーリエ変換を施す変換レンズを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項4】
上記変換レンズによるフーリエ変換像から生成される複素振幅画像を表示する表示部を備えていることを特徴とする請求項3に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項5】
上記拡散部材で拡散されて生じた拡散光から生ずる複素振幅画像を表示する表示部が、上記拡散部材に対してフレネル領域またはフラウンホーファー領域に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項6】
上記表示部に表示される複素振幅画像の解像度が、上記空間光変調器から出力される散乱位相画像の解像度と等しいことを特徴とする請求項4または5に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項7】
上記空間光変調器は、光波の位相のみを出力する位相変調型の空間光変調器であることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の複素振幅画像再生装置。

【請求項8】
散乱位相画像に対して逆フーリエ変換を施す逆変換ステップと、
上記逆変換ステップにて生成される逆フーリエ変換像に対して拡散部材の透過関数を乗算する乗算ステップと、を含み、
上記逆フーリエ変換像に対する上記拡散部材の透過関数の乗算を、上記逆フーリエ変換に係るフーリエ変換面または当該フーリエ変換面からずれた位置に上記拡散部材が配置されているという条件下で行うことを特徴とする複素振幅画像再生方法。

【請求項9】
上記乗算ステップにて上記逆フーリエ変換像に対して上記拡散部材の透過関数を乗算することによって生成される像に対してフーリエ変換を施す変換ステップを含むことを特徴とする請求項8に記載の複素振幅画像再生方法。

【請求項10】
上記逆フーリエ変換像に対する上記拡散部材の透過関数の乗算を、上記逆フーリエ変換に係るフーリエ変換面に上記拡散部材が配置されているという条件下で行うことを特徴とする請求項8または9に記載の複素振幅画像再生方法。

【請求項11】
光波を拡散する拡散部材と、
複素振幅画像に由来する光波が上記拡散部材で拡散されて生じた拡散光に対して逆フーリエ変換を施す逆変換レンズと、
上記逆変換レンズによる逆変換像の光波の散乱波面を解析して散乱位相画像を生成する画像生成部と、を備え、
上記拡散部材が上記逆変換レンズのフーリエ変換面または当該フーリエ変換面からずれた位置に配置されていることを特徴とする散乱位相画像生成装置。

【請求項12】
上記複素振幅画像の光波が上記拡散部材で拡散される前に、当該複素振幅画像の光波に対してフーリエ変換を施す変換レンズを備えていることを特徴とする請求項11に記載の散乱位相画像生成装置。

【請求項13】
複素振幅画像に由来する光波に対して拡散部材の透過関数を乗算する乗算ステップと、
上記乗算ステップにて上記複素振幅画像に由来する光波に対して上記拡散部材の透過関数を乗算することによって生成される像に対して逆フーリエ変換を施す逆変換ステップと、を含み、
上記複素振幅画像に由来する光波に対する上記拡散部材の透過関数の乗算を、上記逆フーリエ変換に係るフーリエ変換面または当該フーリエ変換面からずれた位置に上記拡散部材が配置されているという条件下で行うことを特徴とする散乱位相画像生成方法。

【請求項14】
上記複素振幅画像の光波に対して上記拡散部材の透過関数を乗算する前に、当該複素振幅画像の光波に対してフーリエ変換を施す変換ステップを含むことを特徴とする請求項13に記載の散乱位相画像生成方法。

【請求項15】
上記複素振幅画像に由来する光波または上記複素振幅画像の光波に対する上記拡散部材の透過関数の乗算を、上記逆フーリエ変換に係るフーリエ変換面に上記拡散部材が配置されているという条件下で行うことを特徴とする請求項13または14に記載の散乱位相画像生成方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013168989thum.jpg
出願権利状態 公開
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