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デジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法

国内特許コード P150012474
掲載日 2015年10月28日
出願番号 特願2014-155520
公開番号 特開2015-064565
出願日 平成26年7月30日(2014.7.30)
公開日 平成27年4月9日(2015.4.9)
優先権データ
  • 特願2013-175005 (2013.8.26) JP
発明者
  • 田原 樹
  • 加来 徹
  • 新井 泰彦
出願人
  • 学校法人 関西大学
発明の名称 デジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法
発明の概要 【課題】高精度に物体の情報をホログラムに記録または再生する。
【解決手段】本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ装置1は、物体光の空間スペクトルの値に対して、所定の関数の逆数をかけることにより補正を行う再生装置11を備える。再生装置11は、物体光の空間スペクトルのうちエイリアシングが発生した部分については、空間周波数を少なくとも1/dシフトさせた上で上記補正を行う。ここでdは画素間隔である。
【選択図】図1
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。光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の3次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。



デジタルホログラフィは、3次元物体への光照射によって得られる干渉縞から、コンピュータを用いて3次元物体の像を再生する技術である。一般的には例えば、3次元物体への光照射によって得られる物体光と、該物体光に対して可干渉(コヒーレント)である参照光とが作る干渉縞を、CCD(charge coupled device)等の撮像素子を用いて記録する。記録された干渉縞に基づいて、コンピュータで3次元物体の像を再生する。



非特許文献1には、干渉縞から像を再生する基本的なデジタルホログラフィ技術が記載されている。



非特許文献2、5には、干渉縞から像を再生するフーリエ変換縞解析法が記載されている。



ここで、被写体の色情報をホログラムに記録する技術として、特許文献1-2、および非特許文献3の技術がある。特許文献1-2には、複数の波長のレーザ光およびカラーフィルタアレイを用いることにより、被写体の色情報をホログラムに記録する技術が記載されている。カラーフィルタアレイを用いる方式は、ホログラフィではない一般的なデジタルカメラで用いられるカラー撮影方式と同様のものである。



一方、非特許文献3には、カラーフィルタを用いず、波長毎に異なる方向から参照光をモノクロ撮像素子へ入射することにより、被写体の色情報をホログラムに記録する技術(角度多重記録法)が記載されている。これはホログラフィ特有の方法である。



特許文献2、非特許文献6にはそれぞれ、空間分割多重記録法、角度多重記録法に基づく、3次元物体の偏光分布記録可能なデジタルホログラフィ技術が記載されている。

産業上の利用分野


本発明はデジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
撮像されたホログラムに基づいて再生像を生成する再生装置を備え、
上記再生装置は、物体光の空間スペクトルの値に対して、空間周波数fを変数とする所定の関数の逆数をかけることにより補正を行い、補正された物体光の空間スペクトルを用いて再生像を生成し、
撮像装置の画素間隔をdとして、
上記関数は、0<f<1/dの範囲において、関数値が空間周波数fに応じて単調減少する関数であり、
上記再生装置は、物体光の上記空間スペクトルのうちエイリアシングが発生した部分については、空間周波数を少なくとも1/dシフトさせた上で上記補正を行うことを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項2】
第1波長の参照光、第2波長の参照光、第1波長の物体光、および第2波長の物体光が干渉することにより形成されるホログラムを撮像する撮像装置と、
上記第1波長の参照光、上記第2波長の参照光、上記第1波長の物体光、および上記第2波長の物体光を上記撮像装置に導く光学系とを備え、
上記撮像装置の1つの画素は、上記第1波長の参照光、上記第2波長の参照光、上記第1波長の物体光、および上記第2波長の物体光を受光し、
上記光学系は、上記撮像されたホログラムにおいて上記第1波長の物体光の空間スペクトルにエイリアシングが発生するように、上記撮像装置に入射する上記第1波長の物体光の光軸と上記第1波長の参照光の光軸との間に角度差を与えることを特徴とする請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項3】
第1経路の物体光、第2経路の物体光、および参照光が干渉することにより形成されるホログラムを撮像する撮像装置と、
上記第1経路の物体光および上記第2経路の物体光をそれぞれ異なる方向から上記撮像装置に入射させる光学系とを備え、
上記光学系は、上記撮像されたホログラムにおいて上記第1経路の物体光の空間スペクトルにエイリアシングが発生するように、上記撮像装置に入射する上記第1経路の物体光の光軸と上記参照光の光軸との間に角度差を与えることを特徴とする請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項4】
上記関数は、
0<f<3/(2d)の範囲において、関数値が空間周波数fに応じて単調減少する関数、
または、上記撮像装置の複数の画素のフィルファクタに応じた上記空間スペクトルの減衰を表す関数であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項5】
上記撮像装置の複数の画素のフィルファクタをαとして、
上記関数は、sinc(απfd)またはウィナーフィルタであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
上記再生装置は、物体光の上記空間スペクトルのうちエイリアシングが発生した部分については、空間周波数をN/dシフトさせた上で上記補正を行い、
干渉により形成される上記ホログラムの縞の間隔をpとし、
Nは、(2d)/(2N+1)≦p<(2d)/(2N-1)を満たす整数であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項7】
複数の上記画素はx方向およびy方向に配列しており、
上記光学系は、上記第1波長の物体光の空間スペクトルについては上記x方向にエイリアシングが発生するよう、かつ、上記第2波長の物体光の空間スペクトルについては上記y方向にエイリアシングが発生するよう、構成されていることを特徴とする請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項8】
上記第1波長をλ1として、
上記撮像装置に入射する上記第1波長の物体光と上記第1波長の参照光の光軸との間の角度がarcsin(λ1/(2d))より大きいことを特徴とする請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項9】
上記第1波長の物体光の空間スペクトルの中心の空間周波数が、1/(2d)であることを特徴とする請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項10】
撮像されたホログラムにおいて上記第1波長の物体光の空間スペクトルと0次回折光の空間スペクトルとが互いに重ならないことを特徴とする請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項11】
上記第1波長の物体光の空間スペクトルの中心のx方向における空間周波数が、1/(2d)であり、
上記第2波長の物体光の空間スペクトルの中心のy方向における空間周波数が、1/(2d)であり、
上記第1波長の物体光の空間スペクトルと上記第2波長の物体光の空間スペクトルとは接していることを特徴とする請求項7に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項12】
上記撮像装置は、カラーフィルタを用いないモノクロ撮像装置であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項13】
撮像されたホログラムに基づいて再生像を生成するデジタルホログラフィ方法であって、
物体光の空間スペクトルの値に対して、空間周波数fを変数とする所定の関数の逆数をかけることにより補正を行うステップと、
補正された物体光の空間スペクトルを用いて再生像を生成するステップとを含み、
撮像装置の画素間隔をdとして、
上記関数は、0<f<1/dの範囲において、関数値が空間周波数fに応じて単調減少する関数であり、
上記補正を行うステップでは、物体光の上記空間スペクトルのうちエイリアシングが発生した部分については、空間周波数を少なくとも1/dシフトさせた上で上記補正を行うことを特徴とするデジタルホログラフィ方法。

【請求項14】
第1波長の参照光、第2波長の参照光、第1波長の物体光、および第2波長の物体光が干渉することにより形成されるホログラムを撮像する撮像装置と、
上記第1波長の参照光、上記第2波長の参照光、上記第1波長の物体光、および上記第2波長の物体光を上記撮像装置に導く光学系とを備え、
上記撮像装置の1つの画素は、上記第1波長の参照光、上記第2波長の参照光、上記第1波長の物体光、および上記第2波長の物体光を受光し、
上記光学系は、
上記第1波長の物体光および上記第2波長の物体光から分離された上記第1波長の参照光および上記第2波長の参照光に単一の経路を通過させ、
上記第1波長の参照光および上記第2波長の参照光が同じ方向から入射する回折格子またはプリズムを上記単一の経路に備えることを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項15】
上記光学系は、上記単一の経路において、上記回折格子または上記プリズムと上記撮像装置との間に、使用される波長数と少なくとも同じ数の開口が配列した開口アレイを備えることを特徴とする請求項14に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項16】
上記光学系は、上記単一の経路において上記回折格子または上記プリズムと上記開口アレイとの間に第1レンズを備え、上記開口アレイと上記撮像装置との間に第2レンズを備えることを特徴とする請求項15に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項17】
上記開口アレイの上記開口は、通過する参照光の波長分布の幅を絞るよう機能することを特徴とする請求項15または16に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項18】
上記光学系は、上記回折格子として、ブレーズド回折格子を備えることを特徴とする請求項14から17のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項19】
第1波長の物体光および第2波長の物体光から分離された第1波長の参照光および第2波長の参照光に単一の経路を通過させるステップと、
上記単一の経路において、上記第1波長の参照光および上記第2波長の参照光を同じ方向から回折格子またはプリズムに入射させるステップと、
上記第1波長の参照光、上記第2波長の参照光、上記第1波長の物体光、および上記第2波長の物体光が干渉することにより形成されるホログラムをモノクロの撮像装置によって撮像するステップとを含むことを特徴とするデジタルホログラフィ方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 公開
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