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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 P170014270
掲載日 2017年6月23日
出願番号 特願2015-537584
出願日 平成26年7月1日(2014.7.1)
国際出願番号 JP2014067556
国際公開番号 WO2015040925
国際出願日 平成26年7月1日(2014.7.1)
国際公開日 平成27年3月26日(2015.3.26)
優先権データ
  • 特願2013-193559 (2013.9.18) JP
発明者
  • 田原 樹
  • 菊永 修平
  • 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 所望の波長の像成分を抽出可能に記録または再生する。本発明の一態様に係るデジタルホログラフィ装置(1)は、波長λ1・λ2の参照光および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モノクロの撮像装置(12)を備える。撮像装置(12)は、波長λ2についてのみ位相シフト量がそれぞれ異なる、第1~第3ホログラムと、第1ホログラムに対して波長λ1についてのみ位相シフト量が異なる第4ホログラムとを撮像する。
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。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3には、2種類の干渉縞から像を再生する2段階位相シフト法が記載されている。



特許文献1-3には、画素を分割して、複数種類の干渉縞を同時に撮像し、位相シフト法によって像を再生する技術(並列位相シフト法)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2-3、および非特許文献2の技術がある。特許文献2-3、および非特許文献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。



非特許文献4には、複数台の撮像装置を用いることにより複数種類の干渉縞を同時に撮像し、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】
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを撮像するモノクロの撮像装置を備え、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記撮像装置は、少なくとも、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、
上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像す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】
上記第1参照光および上記第1物体光は、第1波長であり、
上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1波長とは異なる第2波長であ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】
上記第1参照光および上記第1物体光は、第1偏光方向の偏光であり、
上記第2参照光および上記第2物体光は、上記第1偏光方向に直交する第2偏光方向の偏光であ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】
上記撮像装置が撮像したホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、
上記再生装置は、
上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、および上記第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、
上記第1ホログラムおよび上記第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定す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】
上記再生装置は、上記第1ホログラムと上記第3ホログラムとの画素値の差分を求め、上記第2物体光のみの振幅および位相に依存する上記差分を用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定す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】
上記撮像装置は、上記第1参照光、上記第1物体光、上記第2参照光、上記第2物体光、第3参照光、および第3物体光により形成されるホログラムを撮像し、
上記第3参照光と上記第3物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第3参照光と、上記第1物体光および上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第1ホログラム、上記第2ホログラム、上記第3ホログラム、および上記第4ホログラムでは、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量は同じであり、
上記撮像装置は、さらに、
上記第1ホログラムから上記第4ホログラムのいずれかに対して、上記第1参照光および上記第1物体光について位相シフト量は同じで、上記第2参照光および上記第2物体光について位相シフト量は同じで、かつ、上記第3参照光および上記第3物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第5ホログラムおよび第6ホログラムを撮像することを特徴とする請求項1、2、4、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】
上記撮像装置は、それぞれ上記撮像装置の画素に対応した、第1セル、第2セル、第3セル、および第4セルが配列した波長板アレイを備え、
上記第1セルの位相シフト量を基準として、
上記第2セルは上記第2波長について第1量の位相シフト量を生じさせ、
上記第3セルは上記第2波長について第2量の位相シフト量を生じさせ、
上記第4セルは上記第1波長について第3量の位相シフト量を生じさせ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】
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生装置を備え、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記再生装置は、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定し、
上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定することを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項9】
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムを、モノクロの撮像装置を用いて撮像する撮像ステップを含み、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記撮像ステップにおいては、少なくとも、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムと、
上記第1ホログラムに対して、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、を撮像することを特徴とするデジタルホログラフィ方法。

【請求項10】
第1参照光、第1物体光、第2参照光、および第2物体光により形成されるホログラムに基づいて物体光の振幅および位相を特定する再生ステップを含み、
上記第1参照光と上記第1物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第2参照光と上記第2物体光とは互いに干渉可能であり、
上記第1参照光と上記第2物体光とは互いに干渉せず、
上記第2参照光と上記第1物体光とは互いに干渉せず、
上記再生ステップは、
上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量がそれぞれ異なる、第1ホログラム、第2ホログラム、および第3ホログラムを用いて、上記第2物体光の振幅および位相を特定する第1ステップと、
上記第1ホログラムと、上記第1ホログラムに対して上記第2参照光および上記第2物体光についての位相シフト量は同じで、かつ、上記第1参照光および上記第1物体光についての位相シフト量が異なる第4ホログラムと、特定された上記第2物体光の振幅および位相とを用いて、上記第1物体光の振幅および位相を特定する第2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)
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