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HOLOGRAPHIC IMAGING DEVICE AND HOLOGRAPHIC IMAGING METHOD

Foreign code F200010168
File No. (S2018-0961-N0)
Posted date Jun 3, 2020
Country WIPO
International application number 2019JP033982
International publication number WO 2020045584
Date of international filing Aug 29, 2019
Date of international publication Mar 5, 2020
Priority data
  • P2018-160899 (Aug 29, 2018) JP
Title HOLOGRAPHIC IMAGING DEVICE AND HOLOGRAPHIC IMAGING METHOD
Abstract The present invention provides a holographic imaging device and a holographic imaging method, wherein the influence of a refractive index of a cube-type beam coupler constituting an optical system is considered and the performance is enhanced. This holographic imaging device 1 is provided with: a beam coupler 3 composed of a cube-type beam splitter disposed between an object 4 and an image sensor 5; and a calculated reference light hologram generation unit 14 which generates an inline reference light hologram jL that shows a light wave on a hologram surface 50 by performing light propagation calculation, including propagation in the beam coupler, on a spherical wave emitted from a focusing point P2 of inline spherical wave reference light L. The inline reference light hologram jL is a hologram generated through a calculator, and is used for generating an object light hologram g by removing a component of the reference light L from a complex amplitude inline hologram JOL that shows object light O and the inline spherical wave reference light L on the hologram surface 50.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Conventionally, such as reflected light or transmitted light to techniques for analyzing light, the intensity of the light and the phase of the data is also referred to as a recording medium such as a photographic plate in the hologram recorded in the holography analysis. Is holographic in recent years, a light receiving element using a semiconductor memory, and the intensity of light acquired as a digital data phase, or a computer generated hologram, the analysis is performed. In this way is the holography, referred to as digital holography.
In the digital holography, the hologram data acquisition and processing of high speed and high accuracy in order to achieve a variety of techniques have been proposed, which imaging applications. For example, the one-shot the hologram recorded at the spatial frequency filtering and the spatial heterodyne modulation data and is applied, the complex amplitude of the in-line hologram for reproducing the object image at a high speed and accurately generating digital holography has been known (for example, see Patent Document 1).
In order to solve the problem of the conventional optical microscope, by using holography, the imaging lens without using a large numerical aperture of the object light of a method of recording the one-shot, and the recorded plane wave object beam expanded by the computer 3 high-resolution three-dimensional image accurately reproducing the known method (for example, see Patent Document 2). According to this method, a distortion-free high-resolution three-dimensional moving image can be recorded or reproduced 3 utilizes three-dimensional microscope lens 3 are realized. In such a microscope, because imaging lens is not used, in a conventional optical microscope, the lens and the imaging medium under the influence of the problem can be solved.
In addition, the internal structure of the biological tissue and cells in culture in order to measure a high resolution, and a wavelength swept laser light reflection type microscope lens-less holographic high-resolution tomographic imaging method is used has been known (for example, see Patent Document 3).
Further, different incident direction of illumination light emitted from an object is irradiated with a large numerical aperture of the object light, the incident direction of illuminating light is recorded as the hologram data for each, of these plurality of large numerical aperture combined with a single hologram of the hologram, based on the number of synthetic aperture greater than 1 in the method of reproducing the object light has been known (for example, see Patent Document 4). According to this method, typically having a resolution that exceeds the diffraction limit of the ultra-high resolution three-dimensional microscope 3 can be realized.
In addition, the accuracy of the optical recording and optical recording by one-shot digital holography of the plane wave expansion using known holographic ellipsometry device (for example, see Patent Document 5). According to the ellipsometry device, illumination light including the number of non-parallel angle of incidence of the incident light with reflected light by the hologram data can be recorded at the same time, a wave number vector corresponds to one incident angle Ψ angle ellipsometry for each number, Δ can be obtained, the measurement efficiency can be improved.
In addition, a cube-type beam splitter in one of the diverging beam is divided into reference light and illumination light, the beam splitter is used as a beam combiner, and the object light and reference light and configured to be coupled to, lens-less holographic microscope has been known a small (for example, see Patent Document 6).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 ホログラフィック撮像装置において、
 照明された物体から放射される物体光(O)と前記物体光(O)に対するインライン光となるインライン球面波参照光(L)の2つの光を同じ条件に維持されているオフアクシス参照光(R)を用いて個別に2種類のオフアクシスホログラム(I OR,I LR)のデータとしてイメージセンサの受光面であるホログラム面において電子的に取得するデータ取得部と、
 前記データ取得部によって取得されたデータから前記物体の画像を再生する画像再生部と、を備え、
 前記データ取得部は、
 キューブ型ビームスプリッタから構成されるビーム結合器を備え、
 前記ビーム結合器を透過して前記イメージセンサに入射する光を前記2種類のオフアクシスホログラム(I OR,I LR)のデータとして取得し、
 前記画像再生部は、
 前記2種類のオフアクシスホログラム(I OR,I LR)のデータから、前記物体光(O)と前記インライン球面波参照光(L)の両方の情報を含む複素振幅インラインホログラム(J OL)を前記ホログラム面において生成する複素振幅ホログラム生成部と、
 前記ビーム結合器の屈折率を考慮してその内部の伝播を含む光伝播計算を行って前記インライン球面波参照光(L)の光波を表すインライン参照光ホログラム(j L)を前記ホログラム面において生成する計算参照光ホログラム生成部と、
 前記複素振幅インラインホログラム(J OL)と前記インライン参照光ホログラム(j L)のデータを用いて前記物体光(O)のホログラムである物体光ホログラム(g)を前記ホログラム面において生成する物体光ホログラム生成部と、を備えることを特徴とするホログラフィック撮像装置。

[請求項2]
 前記計算参照光ホログラム生成部は、
 前記インライン球面波参照光(L)の光波長(λ)に係数(m)を掛け算して波長を長くした変換波長(mλ)の光について平面波展開法を用いる光伝播計算を行って、前記ホログラム面における球面波の位相(φ Lm)を算出し、
 前記変換波長(mλ)の光について算出された前記位相(φ Lm)に前記係数(m)を掛け算して得られる位相(mφ Lm)を前記インライン参照光ホログラム(j L)の位相として前記インライン参照光ホログラム(j L)を生成する、ことを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項3]
 前記オフアクシス参照光(R)は、集光点(P1)を有する球面波状の光であり、前記ビーム結合器にその側面から入射され、
 前記オフアクシス参照光(R)の集光点(P1)と、前記インライン球面波参照光(L)の集光点(P2)とは光学的に互いに近接している、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項4]
 前記オフアクシス参照光(R)の集光点(P1)と前記インライン球面波参照光(L)の集光点(P2)とは、それぞれ前記ビーム結合器に近接しており、前記ホログラフィック撮像装置が顕微鏡として用いられる、ことを特徴とする請求項3に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項5]
 前記ビーム結合器は、開口数NAを1に近い大きな値にするため、前記物体光(O)が入射する光軸方向における厚さが、前記オフアクシス参照光(R)が入射される側面方向の厚さよりも薄く、前記オフアクシス参照光(R)の集光点(P1)が前記ビーム結合器の内部にある、ことを特徴とする請求項4に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項6]
 前記ビーム結合器は、前記物体を斜め方向から照明する照明光(Q)と前記ビーム結合器とが干渉しないように形成された面取り部を有する、ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項7]
 前記物体を照明する照明光(Q)は、前記ビーム結合器における前記オフアクシス参照光(R)が入射される側面に対向する側面から前記ビーム結合器に入射されて、前記ホログラフィック撮像装置が反射型の顕微鏡として用いられる、ことを特徴とする請求項4に記載のホログラフィック撮像装置。

[請求項8]
 ホログラフィック撮像方法において、
 照明された物体から放射され、キューブ型ビームスプリッタから構成されるビーム結合器を直進してイメージセンサに入射する物体光(O)のデータを、前記ビーム結合器に側面から入射しその内部で反射して前記イメージセンサに入射するオフアクシス参照光(R)を用いて、物体光オフアクシスホログラム(I OR)として取得し、
 前記オフアクシス参照光(R)のデータを、前記物体光(O)に対してインラインとなるインライン球面波参照光(L)を用いて、前記イメージセンサによって参照光オフアクシスホログラム(I LR)として取得し、
 前記2種類のオフアクシスホログラム(I OR,I LR)のデータから、前記イメージセンサの受光面であるホログラム面において前記物体光の複素振幅インラインホログラム(J OL)を生成し、
 前記インライン球面波参照光(L)の集光点(P2)から放たれる球面波について、前記ビーム結合器の屈折率を考慮して前記ビーム結合器の内部の伝播を含む光伝播計算を行うことにより、前記ホログラム面における光波を表すインライン参照光ホログラム(j L)を生成し、
 前記物体光の複素振幅インラインホログラム(J OL)のデータと前記インライン参照光ホログラム(j L)のデータとを用いて前記ホログラム面における前記物体光(O)を表す物体光ホログラム(g)を生成する、ことを特徴とするホログラフィック撮像方法。

[請求項9]
 前記インライン参照光ホログラム(j L)を算出する光伝播計算は、
 前記インライン球面波参照光(L)の光波長(λ)に係数(m)を掛け算して波長を長くした変換波長(mλ)の光について平面波展開法を用いる光伝播計算を行って、前記ホログラム面における球面波の位相(φ Lm)を算出し、
 前記変換波長(mλ)の光について算出された前記位相(φ Lm)に前記係数(m)を掛け算して得られる位相(mφ Lm)を前記インライン参照光ホログラム(j L)の位相とする、ことを特徴とする請求項8に記載のホログラフィック撮像方法。

[請求項10]
 イメージセンサから前記インライン球面波参照光(L)の集光点(P2)までの距離(ρ)が、
 前記物体に替えて、透光板にスケールパターンを有して構成されるターゲットを配置し、前記インライン球面波参照光(L)で照射したときの透過光であるターゲット物体光(O T)のデータを、前記オフアクシス参照光(R)を用いてターゲットオフアクシスホログラム(I TR)として取得し、
 前記距離(ρ)をパラメータとして、前記インライン参照光ホログラム(j L)を生成し、
 前記ターゲットオフアクシスホログラム(I TR)と前記参照光オフアクシスホログラム(I LR)と前記インライン参照光ホログラム(j L)とを用いて、前記ホログラム面における前記ターゲットの物体光を表すターゲット物体光ホログラム(g T)を生成し、
 前記ターゲット物体光ホログラム(g T)を光伝播計算によって位置変換して、前記ターゲットの位置における前記ターゲットの画像を再生し、
 前記ターゲットの再生画像の寸法が前記ターゲットの寸法と一致するときのパラメータの値として決定され、
 前記インライン参照光ホログラム(j L)の算出に用いられる、ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載のホログラフィック撮像方法。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • UNIVERSITY OF HYOGO
  • Inventor
  • SATO KUNIHIRO
  • SHIMODA KENSAKU
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG

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