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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再生方法

国内特許コード P160013421
整理番号 (S2012-1109-N0)
掲載日 2016年11月2日
出願番号 特願2014-533049
出願日 平成25年8月28日(2013.8.28)
国際出願番号 JP2013073025
国際公開番号 WO2014034729
国際出願日 平成25年8月28日(2013.8.28)
国際公開日 平成26年3月6日(2014.3.6)
優先権データ
  • 特願2012-192659 (2012.8.31) JP
発明者
  • 粟辻 安浩
  • 米坂 綾甫
  • 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 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再生方法
発明の概要 本発明のデジタルホログラフィ装置(100)は、露光量の異なる複数枚のホログラムを被写体(50)に基づいて撮像素子に記録する撮像装置(10)と、記録した露光量の異なる複数枚のホログラムを合成して、低輝度情報から高輝度情報までを含む高ダイナミックレンジホログラムを生成し、高ダイナミックレンジホログラムに基づいて位相シフト干渉法や回折の計算等の演算処理を実施して被写体(50)の再生像を生成する計算機(20)とを備える。
従来技術、競合技術の概要


光の干渉を利用したデジタルホログラフィ(以下、「DH」とも表記する)が従来技術として知られている。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パターンから、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。干渉パターンは、3次元物体の光照射によって得られる物体光と、該3次元物体の光照射に用いられる光源から得られる参照光とが干渉することによって形成され、CCD、CMOS等の撮像素子で記録される。この記録された干渉パターンに基づいて、コンピュータでフレネル変換等の回折の計算をされ、3次元物体の再生像が再生される。



このデジタルホログラフィでは、in-line(イン-ライン)型デジタルホログラフィが主に研究されており、in-line型デジタルホログラフィでは0次回折光や共役像といった不要な像成分がCCD等で記録されたデータに含まれるために、再生像が劣化するといった問題があった。この問題に対し、0次回折光や共役像を伴わない再生像を得るための技術が提案されており、この技術が非特許文献1および特許文献1に開示されている。また、物体光と参照光に角度をつけて撮像素子に入射させることで、所望の像成分と不要な像成分とを空間的に分離するoff-axis(オフ-アクシス)型デジタルホログラフィという技術もある。



しかしながら、非特許文献1および特許文献1に記載の技術や、off-axis型デジタルホログラフィを採用したとしても、干渉パターンの記録には撮像素子を使用するため、撮像素子のダイナミックレンジ不足により白とびや黒潰れを含んだ干渉パターンが記録され、高画質な再生像を得ることができないといった問題がある。



一方、デジタルスチルカメラやデジタルムービーカメラのような撮像装置の分野においては、白とびや黒潰れを含んだ画像の記録を防止する技術として、高ダイナミックレンジ合成が採用されている。高ダイナミックレンジ合成は、同じ被写体に対して、異なる露光量で複数回の撮像をして得られた複数枚の画像から、白とびや黒潰れのない画像部分を選択して1つの画像に合成する技術であり、画像中の白とびや黒潰れを除去した明部から暗部に至るまでの階調を再現することが可能である。

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再生方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
被写体に対応する物体光と第1位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる複数枚のホログラムを含む第1ホログラム群を撮像素子に記録する記録手段と、
前記記録した第1ホログラム群を合成して、低輝度情報から高輝度情報までを含む第1高ダイナミックレンジホログラムを生成する高ダイナミックレンジホログラム生成手段と、
前記第1高ダイナミックレンジホログラムに基づいて、回折の計算の演算処理を実施して前記被写体の再生像を生成する再生像生成手段とを備えたことを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項2】
前記複数枚のホログラムのうちの一つは、第1露光量で前記高輝度情報が記録された少露光量ホログラムであり、
前記複数枚のホログラムのうちの他の一つは、前記第1露光量よりも多い第2露光量で前記低輝度情報が記録された多露光量ホログラムである請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項3】
前記記録手段は、前記物体光と第2位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる他の複数枚のホログラムを含む第2ホログラム群を撮像素子に記録し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを同時に記録し、前記露光量の異なる他の複数枚のホログラムを同時に記録し、前記第1ホログラム群と前記第2ホログラム群とを同時に記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項4】
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを記録するために前記撮像素子の1画素ごとに対応して透過率が異なる第1領域及び第2領域が形成された減光フィルタアレイと、
前記減光フィルタアレイを透過する参照光の位相をシフトさせる位相シフトアレイとを有する請求項3に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項5】
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを記録するために前記撮像素子の1画素ごとに対応して透過軸が異なる第1領域及び第2領域が形成された偏光子アレイと、
前記偏光子アレイに向かう物体光及び参照光を直線偏光に変換する偏光子とを有する請求項3に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
前記記録手段は、前記偏光子により変換された直線偏光を楕円偏光に変換する1/4波長板をさらに有する請求項5に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項7】
前記記録手段は、前記偏光子アレイを透過する参照光の位相をシフトさせる位相シフト手段をさらに有する請求項5に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項8】
前記記録手段は、前記物体光と第2位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる他の複数枚のホログラムを含む第2ホログラム群を撮像素子に記録し、
前記高ダイナミックレンジホログラム生成手段は、前記第2ホログラム群を合成して、低輝度情報から高輝度情報までを含む第2高ダイナミックレンジホログラムを生成し、
前記再生像生成手段は、前記第1及び第2高ダイナミックレンジホログラムに基づいて、位相シフト干渉法及び前記回折の計算の演算処理を実施して前記被写体の再生像を生成する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項9】
前記再生像生成手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを同時に記録した異なる露光量同時記録ホログラムから、前記露光量ごとに画素を抽出して補間したホログラムを生成する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項10】
前記記録手段は、前記物体光と第2位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる他の複数枚のホログラムを含む第2ホログラム群を撮像素子に記録し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを逐次記録し、前記露光量の異なる他の複数枚のホログラムを逐次記録し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムのうちの一つと、前記複数枚のホログラムのうちの前記一つと露光量が対応する前記他の複数枚のホログラムのうちの一つとを同時に記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項11】
前記記録手段は、4つの異なる方向に向く透過軸をそれぞれ有する4種類の偏光領域が前記撮像素子の画素にそれぞれ対応して配列された偏光子アレイデバイスを有する請求項10に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項12】
前記記録手段は、前記物体光と第2位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる他の複数枚のホログラムを含む第2ホログラム群を撮像素子に記録し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを同時に記録し、前記露光量の異なる他の複数枚のホログラムを同時に記録し、
前記記録手段は、前記第1ホログラム群と前記第2ホログラム群とを逐次記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項13】
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを記録するために前記撮像素子の1画素ごとに対応して透過率が異なる第1領域及び第2領域が形成された減光フィルタアレイを有する請求項12に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項14】
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを記録するために前記撮像素子の1画素ごとに対応して透過軸が異なる第1領域及び第2領域が形成された偏光子アレイを有する請求項12に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項15】
前記記録手段は、前記物体光と第2位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる他の複数枚のホログラムを含む第2ホログラム群を撮像素子に記録し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを逐次記録し、前記露光量の異なる他の複数枚のホログラムを逐次記録し、
前記記録手段は、前記第1ホログラム群と前記第2ホログラム群とを逐次記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項16】
前記記録手段は、光路長を変化させることにより前記参照光の位相を変化させるピエゾ素子駆動反射鏡を有する請求項15に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項17】
前記物体光と前記参照光とは異なる角度で前記撮像素子に入射し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを同時に記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項18】
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを記録するために前記撮像素子の1画素ごとに対応して透過率が異なる第1領域及び第2領域が形成された減光フィルタアレイを有する請求項17に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項19】
前記物体光と前記参照光とは異なる角度で前記撮像素子に入射し、
前記記録手段は、前記露光量の異なる複数枚のホログラムを逐次記録する請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項20】
被写体に対応する物体光と第1位相を有する参照光とに基づいて、露光量の異なる複数枚のホログラムを含む第1ホログラム群を撮像素子に記録する記録工程と、
前記記録した第1ホログラム群を合成して、低輝度情報から高輝度情報までを含む第1高ダイナミックレンジホログラムを生成する高ダイナミックレンジホログラム生成工程と、
前記第1高ダイナミックレンジホログラムに基づいて、回折の計算の演算処理を実施して前記被写体の再生像を生成する再生像生成工程とを包含することを特徴とするデジタルホログラフィ再生方法。
国際特許分類(IPC)
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