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DIGITAL HOLOGRAPHY DEVICE AND IMAGE REPRODUCING METHOD USING DIGITAL HOLOGRAPHY commons meetings

Patent code P05P002506
File No. Y2003-P480
Posted date Nov 11, 2005
Application number P2004-093829
Publication number P2005-283683A
Patent number P4294526
Date of filing Mar 26, 2004
Date of publication of application Oct 13, 2005
Date of registration Apr 17, 2009
Inventor
  • (In Japanese)粟辻 安浩
  • (In Japanese)久保田 敏弘
  • (In Japanese)笹田 正樹
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title DIGITAL HOLOGRAPHY DEVICE AND IMAGE REPRODUCING METHOD USING DIGITAL HOLOGRAPHY commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a digital holography device capable of obtaining a reproduced image of a subject accompanied by dynamic change and a reproduced image of the subject in real time, and an image reproducing method using digital holography.
SOLUTION: The digital holography device is equipped with a phase shift array element 2 which converts incident light into a reference light group consisting of a plurality of reference light beams having mutually different phase values and outputs it. A plurality of interference patterns are generated from one piece of phase distribution data generated by causing the reference light group and object light interfere with each other.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



上記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。具体的には、まず、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から得られる参照光との間の干渉パターンを、CCD(charge coupled device)等の撮像素子で記録する。その後、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(Fresnel)変換し、3次元物体の像を再生する。



図9に、従来のデジタルホログラフィ装置を示す。該デジタルホログラフィ装置は、光源51から出射された光線を、ハーフミラー52で参照光と物体照射用の光線とに分離する。該ハーフミラー52で分離された物体照射用の光線は、反射ミラー53を介して、物体54に照射され、物体から物体光55が放射される。該物体光55は、ビームスプリッタ56に入射する。一方、上記ハーフミラー52で分離された参照光は、反射ミラー57に入射し、該反射ミラー57で反射されて、ビームスプリッタ56に入射する。



上記ビームスプリッタ56では、物体光と参照光とが、同時にCCDカメラ58の撮像面に照射されることにより、物体光と参照光とが重ね合わされて干渉し、干渉パターン(ホログラム)が得られる。得られた干渉パターンを、図示しないコンピュータでフレネル変換する等の計算処理を施すことにより、物体54の再生像が得られる。



従来のデジタルホログラフィ装置では、撮像素子に対して、上記参照光を直角に照射することによって、干渉パターンを作製している。そのため、該干渉パターンをフレネル変換して得られる再生像には、0次像や±1次像が重なり、鮮明な再生像を得ることが困難となっている。



そこで、0次像や±1次像を伴わない高精度な再生像を得るために、上記参照光の位相を3段階又は4段階にシフトさせる位相シフトデジタルホログラフィ装置が提案されている。例えば、特許文献1や非特許文献1・2には、圧電素子によって、図9に示す反射ミラー57を微小変位させることによって、参照光の位相を3段階又は4段階にシフトさせる位相シフトデジタルホログラフィ装置が記載されている。また、非特許文献3~6には、参照光の位相をシフトさせる手法として、位相板を用いた位相シフトデジタルホログラフィ装置が記載されている。位相板を用いた位相シフトデジタルホログラフィ装置では、位相板を回転させることによって、位相板の効果を有効又は無効に切り替え、参照光の位相をシフトさせている。



このような位相シフトデジタルホログラフィ装置では、参照光の位相を、例えばπ/2ずつ変化させて、複数の干渉パターンをCCDカメラ58に記録する。この複数の干渉パターンを数値計算することにより、0次像や±1次像を伴わない再生像を得ることができる。
【特許文献1】
特許第3471556号公報(2003年9月12日登録)
【非特許文献1】
Yamaguchi,I.他著、「Phase-shifting digital holography」、Optics Letters、22巻、16号、p.1268-1270、1997年
【非特許文献2】
Yamaguchi,I.他著、「Surface contouring by phase-shifting digital holography」、Optics and Lasers in Engineering、36巻、p.417-428、2001年
【非特許文献3】
Tajahuerce,E.他著、「Optoelectronic information encryption with phase-shifting interferometry」、Applied Optics、39巻、14号、p.2313-2320、2000年
【非特許文献4】
Tajahuerce,E.他著、「Shift-invariant three-dimensional object recognition by means of digital holography」、Applied Optics、40巻、23号、p.3877-3886、2001年
【非特許文献5】
Frauel,E.等、「Distortion-tolerant three-dimensional object recognition with digital holography」、Applied Optics、40巻、23号、p.3887-3893、2001年
【非特許文献6】
Matoba,O.等、「Real-time three-dimensional object reconstruction by use of a phase-encoded digital hologram」、Applied Optics、41巻、29号、p.6187-6192、2002年

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、位相シフトデジタルホログラフィを利用したデジタルホログラフィ装置及び像再生方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
互いに位相値が異なる複数の参照光と、光を照射された被写体から放射される物体光とを干渉させることによって得られる位相分布データに基づいて、被写体の再生像を作成する再生像生成部を備えたデジタルホログラフィ装置において、
入射した光を互いに位相値の異なる複数の参照光からなる参照光群に変換して出射する位相シフト素子と、
上記参照光群と物体光とを干渉させることによって生成される位相分布データを記録する撮像面を有する撮像部と、を備え、
上記再生像生成部は、上記位相分布データの情報に基づいて、上記被写体の再生像を生成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】
 
上記位相シフト素子が出射する参照光群は、互いに位相値の異なる4つの参照光からなることを特徴とする請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項3】
 
上記再生像生成部は、
上記位相分布データをなす画素のうち、同じ位相値の参照光を用いて生成された画素を同一位相画素として判別し、該判別結果に基づいて、上記同一位相画素の画素値を、上記位相分布データにおける画素値とし、上記同一位相画素以外の他の画素の画素値を、該同一位相画素の画素値を用いた補間処理によって得られた補間画素値に置換して干渉パターンデータを生成するとともに、該干渉パターンデータの生成処理を、各位相値の参照光から生成された同一位相画素毎に繰り返して行う干渉パターン生成部と、
上記干渉パターン生成部で生成された複数の干渉パターンデータに基づいて、上記被写体の再生像を生成する干渉パターン変換部と、を有していることを特徴とする請求項1又は2記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項4】
 
上記再生像生成部は、上記位相分布データの注目画素と、上記参照光群のうち、該注目画素を記録した参照光の位相値以外の位相値の参照光によって記録された画素を少なくとも含む周辺画素とを用いて、注目画素の複素振幅データを算出し、
上記複素振幅データに基づいて、上記被写体の再生像を生成することを特徴とする請求項1又は2記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項5】
 
上記再生像生成部は、上記位相分布データをなす画素のうち、所定の画素を上記注目画素として選択し、
上記注目画素に選択された画素の複素振幅データを用いて補間処理を行うことにより、上記位相分布データをなす画素のうちの注目画素として選択されない非注目画素の複素振幅データを得ることを特徴とする請求項4記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
 
上記位相シフト素子は、波長板と偏光板とを備え、該位相シフト素子は、波長板、偏光板、上記撮像部の順に光が入射されるように、上記撮像部に取り付けられ、
上記波長板及び偏光板は、光の通過位置によって出射される光の位相値が異なるように、ストライプ状に分割された領域を有し、該分割の方向が互いに異なるように重ね合わされ、
上記参照光群を得るために、上記波長板に入射した光が異なる位相値の複数の光に分割される偏光方向を有する第1の偏光を用い、
上記物体光を得るために、上記第1の偏光の偏光方向とは異なる偏光方向を有する第2の偏光を用いることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項7】
 
互いに位相値が異なる複数の参照光と、光を照射された被写体から放射される物体光とを干渉させることによって得られる位相分布データに基づいて、被写体の再生像を作成するデジタルホログラフィを用いた像再生方法において、
入射した光を互いに位相値の異なる複数の参照光からなる参照光群に変換する参照光生成工程と、
上記参照光群と物体光とを干渉させることによって位相分布データを生成する位相分布データ生成工程と、
上記位相分布データの情報に基づいて、上記被写体の再生像を生成する再生像生成工程と、を含むことを特徴とする像再生方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2004093829thum.jpg
State of application right Registered
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