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デジタルホログラフィ装置

国内特許コード P160013438
整理番号 (S2012-1224-N0)
掲載日 2016年11月2日
出願番号 特願2014-539666
出願日 平成25年9月20日(2013.9.20)
国際出願番号 JP2013075556
国際公開番号 WO2014054446
国際出願日 平成25年9月20日(2013.9.20)
国際公開日 平成26年4月10日(2014.4.10)
優先権データ
  • 特願2012-223657 (2012.10.5) JP
発明者
  • 粟辻 安浩
  • 田原 樹
  • 伊藤 安軌
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
発明の概要 本発明に係るデジタルホログラフィ装置(1)の撮像装置(14)は、互いに通過させる光の偏光方向が異なる4つの偏光領域を有する偏光子アレイ(16)を備える。デジタルホログラフィ装置(1)は、互いに反対方向に回転する円偏光である物体光および参照光とを偏光子アレイ(16)に入射させ、4種類の位相シフト量の差を補正するミラー(M2)と、撮像装置(14)が撮像した干渉縞に並列2段階位相シフト法を適用して再生像を生成する再生装置(12)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。加工技術の精密化や多様化に伴い、物体の3次元形状等の高度な計測や解析が求められ、様々な測定法が開発されている。該測定法のうち、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。具体的には例えば、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には、干渉縞から像を再生する際に、不要な像成分(0次回折光および共役像(-1次回折光))を除去する技術(位相シフト法)が記載されている。しかしながら、非特許文献2に記載の構成では、条件を変えて複数回撮像を行うことにより複数の干渉縞を得る。そのため、動的な被写体に適用することができない。



動的な被写体にデジタルホログラフィを適用可能にするために、本発明者らは以下の技術を開発した。



特許文献1には、画素を分割して、物体光と参照光との位相シフト量が異なる4種類の干渉縞を同時に撮像し、4段階位相シフト法によって像を再生する技術が記載されている。



特許文献2には、画素を分割して、物体光と参照光との位相シフト量が異なる2種類の干渉縞を同時に撮像し、2段階位相シフト法によって像を再生する技術が記載されている。2段階位相シフト法では、位相シフト量が異なる2種類の干渉縞が必要になる。一方の干渉縞の位相シフト量を0とすると、2段階位相シフト法の計算に必要な他方の干渉縞の位相シフト量は0、π以外の位相シフト量(好適には例えばπ/2)である。



非特許文献3には、画素を分割して、物体光と参照光との位相シフト量が異なる4種類の干渉縞を同時に撮像し、2段階位相シフト法によって像を再生する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に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
参照光および被写体を照明する物体照明光を供給する光源と、撮像装置とを備え、物体照明光が上記被写体を介して到達する光である物体光と参照光とが作る干渉縞を上記撮像装置が撮像するデジタルホログラフィ装置であって、
上記撮像装置は、互いに通過させる光の偏光方向が異なる4つの偏光領域を有する偏光子アレイと、各偏光領域に対応して配列している画素を有する撮像素子とを備え、
上記デジタルホログラフィ装置は、円偏光または楕円偏光である物体光と、物体光とは反対方向に回転する円偏光または楕円偏光である参照光とを上記偏光子アレイに入射させ、
上記4つの偏光領域に応じて生じる4種類の位相シフト量の差を補正する 位相補正部と、
上記撮像装置が撮像した干渉縞に並列2段階位相シフト法を適用して再生像を生成する再生部とを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2】
上記位相補正部は、上記撮像素子に入射する物体光の光軸と上記撮像素子に入射する参照光の光軸との少なくとも一方を前記撮像素子の撮像面の法線から所定の角度傾ける位相調整機構を有す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】
上記所定の角度をθとし、物体光および参照光の波長をλとし、物体光の上記光軸と参照光の上記光軸とを含む平面における上記画素のピッチをdとし、nを自然数とすると、
sinθ=nλ/(2d)、または、
sinθ=nλ/(2d×√2)
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4】
上記位相補正部は、上記4つの偏光領域に応じて生じる4種類の位相シフト量を、2種類の位相シフト量に変換し、
上記撮像装置は、互いに位相シフト量が異なる2種類の干渉縞を一度に撮像す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5】
上記2種類の干渉縞のうち、一方の干渉縞の位相シフト量を0とすると、他方の干渉縞の位相シフト量はπ/2であることを特徴とする請求項4に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
上記位相補正部は、参照光または物体光を反射、屈折または回折することによって上記角度を調整することが可能な光学部材を含む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7】
上記光学部材は、参照光の光路に配置されていることを特徴とする請求項6に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項8】
上記光学部材は、物体光の光路に配置されていることを特徴とする請求項6に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項9】
上記撮像装置は、互いに位相シフト量が異なる4種類の干渉縞を一度に撮像し、
上記再生部は、並列2段階位相シフト法を用いて上記撮像装置が撮像した上記4種類の干渉縞から、上記撮像素子の上記画素に対応する物体光の複素振幅分布を生成する位相シフト処理部を含み、
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、上記画素に応じた位相値を加えることによって位相が補正された物体光の複素振幅分布を得る位相調整部を有す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10】
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、上記画素毎に、上記撮像された干渉縞の位相シフト量に応じた位相値を加えることによって位相が補正された物体光の複素振幅分布を得ることを特徴とする請求項9に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項11】
上記撮像装置が撮像した上記4種類の干渉縞は、位相シフト量が0の第1画素と、位相シフト量がπ/2の第2画素と、位相シフト量がπの第3画素と、位相シフト量が3π/2の第4画素とを含み、
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、上記第1画素において位相値0を加え、上記第2画素において位相値π/2を加え、上記第3画素において位相値πを加え、上記第4画素において位相値3π/2を加えることを特徴とする請求項10に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項12】
上記位相シフト処理部は、上記撮像装置が撮像した上記4種類の干渉縞から、第1位相シフト量の画素と第2位相シフト量の画素とを抽出して第1干渉縞を生成し、第3位相シフト量の画素と第4位相シフト量の画素とを抽出して第2干渉縞を生成し、
上記第1位相シフト量と上記第3位相シフト量とはπ/2異なっており、上記第2位相シフト量と上記第4位相シフト量とはπ/2異なっており、
上記位相シフト処理部は、上記第1干渉縞および上記第2干渉縞に並列2段階位相シフト法を適用して物体光の複素振幅分布を生成し、
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、上記画素毎に、上記第1干渉縞と上記第2干渉縞との間の位相シフト量の差に応じた位相値を加えることによって位相が補正された物体光の複素振幅分布を得ることを特徴とする請求項9に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項13】
上記第1位相シフト量と上記第2位相シフト量とはπ異なっており、上記第3位相シフト量と上記第4位相シフト量とはπ異なっており、
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、第1画素において基準位相値を加え、上記第1画素に隣接する第2画素において上記基準位相値にπを加減算した位相値を加えることを特徴とする請求項12に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項14】
上記位相補正部は、上記撮像素子に入射する物体光の光軸と上記撮像素子に入射する参照光の光軸との少なくとも一方を前記撮像素子の撮像面の法線から所定の角度傾ける位相調整機構を有し、
上記再生部は、並列2段階位相シフト法を用いて上記撮像装置が撮像した上記4種類の干渉縞から、上記撮像素子の上記画素に対応する物体光の複素振幅分布を生成する位相シフト処理部を含み、
上記位相補正部は、上記位相シフト処理部が生成した物体光の複素振幅分布に対して、上記画素に応じた位相値を加えることによって位相が補正された物体光の複素振幅分布を得る位相調整部をさらに有す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。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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