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(In Japanese)デジタルホログラフィ装置及び位相板アレイ achieved foreign

Patent code P120008283
Posted date Nov 19, 2012
Application number P2009-542605
Patent number P5339535
Date of filing Nov 21, 2008
Date of registration Aug 16, 2013
International application number JP2008071246
International publication number WO2009066771
Date of international filing Nov 21, 2008
Date of international publication May 28, 2009
Priority data
  • P2007-303127 (Nov 22, 2007) JP
  • P2008-031965 (Feb 13, 2008) JP
Inventor
  • (In Japanese)粟辻 安浩
  • (In Japanese)金子 篤志
  • (In Japanese)小山 貴正
  • (In Japanese)田原 樹
  • (In Japanese)若松 健
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都工芸繊維大学
Title (In Japanese)デジタルホログラフィ装置及び位相板アレイ achieved foreign
Abstract (In Japanese)装置構成を容易にし、かつ画質が向上したデジタルホログラフィ装置(1)は、光を出射し、出射した光に基づいて被写体(6)から放射または透過または散乱または反射または回折される物体光を供給するために設けられた光源(4)と、光源(4)から出射された光を、その進行方向に垂直な平面上において互いに位相が異なる2種類の参照光に分割するアレイデバイス(2)と、アレイデバイス(2)によって分割された2種類の参照光と被写体(6)から放射または透過または散乱または反射または回折された物体光とがそれぞれ干渉した2種類の干渉縞が記録される撮像面(13)を有するCCDカメラ(3)と、撮像面(13)に記録された2種類の干渉縞に基づいて被写体(6)の再生像を生成する再生像生成器(5)とを備える。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

以後の文章中で位相および角度の単位はラジアンで表す。入射した光を互いに位相が異なる4種類の参照光に分割して出射する位相シフトアレイ素子を備えたデジタルホログラフィ装置を本発明者らは提案している(特許文献1)。図23は、従来のデジタルホログラフィ装置101の構成を説明するための模式図である。デジタルホログラフィ装置101は、レーザ光を出射する光源104を備えている。光源104から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタBSにより分割される。分割されたレーザ光の一方は、ミラーMによって反射され、ビームエキスパンダBEを通ってコリメータレンズCLにより平行光となり、被写体106に照射され、被写体106によって反射されて物体光となり、他のビームスプリッタBSを通ってCCDカメラ103に設けられた撮像面100に入射する。

ビームスプリッタBSにより分割されたレーザ光の他方は、他のミラーMによって反射され、他のビームエキスパンダBEを通って他のコリメータレンズCLにより平行光となり、アレイデバイス102に入射する。

アレイデバイス102は、レーザ光の入射方向に垂直な平面上において格子状に配置された4種類の領域107a・107b・107c・107dを有している。4種類の領域107a・107b・107c・107dは、CCDカメラ103の各画素に対応して配置されている。アレイデバイス102の領域107aを通過したレーザ光は位相シフト計測手段の基準となる位相を有する参照光となる。領域107bを通過したレーザ光は、領域107aを通過した参照光の位相よりも-π位相がシフトした参照光に変換される。領域107cを通過したレーザ光は、領域107aを通過した参照光の位相よりも(-π/2)位相がシフトした参照光に変換される。領域107dを通過したレーザ光は、領域107aを通過した参照光の位相よりも(-3π/2)位相がシフトした参照光に変換される。

アレイデバイス102により生成された4種類の参照光は、さらに他のミラーMにより反射され、結像光学系を通過して他のビームスプリッタBSにより反射されてCCDカメラ103に設けられた撮像面100に入射する。

撮像面100には、4種類の参照光と物体光とがそれぞれ干渉した4種類の干渉縞が記録される。再生像生成器105は、撮像面100に記録された4種類の干渉縞に基づいて被写体106の再生像を生成する。

また、偏光波面分割法による単一ショット位相シフトデジタルホログラフィの構成が知られている(非特許文献2)。この構成では、偏光イメージングカメラを用いて物体光と位相の異なる2枚の干渉縞を、偏光イメージングカメラの撮像面に同時に記録するため、1回の記録により、静止した被写体の複素振幅分布を取得できる。しかしながら、被写体が動くたびに物体光の強度分布の取得が必要となるので動く被写体の複素振幅分布を取得できない。また、図23に示す構成に比較して、結像光学系が不要であり、μm単位で光学系をセッティングする必要がない。また、アレイデバイス102を用いないので、波長依存性が無い。

デジタルホログラフィで得られる位相分布は、-π<φ≦πの範囲に折り畳まれている。これをもとの位相分布に戻すために位相接続をする必要がある。その1つの方法として以下に示す方法が提案されている。

まず、2波長を用いた位相接続法(非特許文献5)が知られている。この方法によれば、2波長の組み合わせにより,合成波長の長さを自由に変更することができる。また、1波長を用いた位相接続法に比べ、非常に長い合成波長で記録したのと同等の位相分布を得ることができ、位相の折り畳みが少ない。

また、並列位相シフトデジタルホログラフィの構成が知られている。この構成では、通常複数回の撮影が必要であるが、空間分割多重することで1回の記録でよい。また、瞬時の被写体の再生像を得られるため被写体は動く物体でも良い。
【特許文献1】
特開2005-283683号公報(平成17年10月13日公開)
【非特許文献1】
Yasuhiro Awatsuji,他著、「Parallel three-step phase-shifting digital holography」、1 Mat 2006/Vol.45,No.13/APPLIED OPTICS, 2995-3002頁
【非特許文献2】
Takanori Nomura,他著、「Phase-shifting digital holography with a phase difference between orthogonal polarizations」、10 July 2006/Vol.45,No.20/ APPLIED OPTICS, 4873-4877頁
【非特許文献3】
X.F.Meng, 他著、「Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption」、OPTICS LETTERS/Vol.31,No.10/May 15, 2006、1414-1416頁
【非特許文献4】
Yan Zhang, 他著、「Reconstruction of in-line digital holograms from two intensity measurements」、August 1,2004/Vol.29,No.15/OPTICS LETTERS、1787-1789頁
【非特許文献5】
Daniel Parshall, 他著、「Digital holographic microscopy with dual-wavelength phase unwrapping」、20 January 2006/Vol.45,No.3/ APPLIED OPTICS, 451-459頁

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、物体光と参照光とが干渉した干渉縞に基づいて被写体の再生像を生成するデジタルホログラフィ装置及びこれに用いる位相板アレイに関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
光を出射し、前記出射した光に基づいて被写体から放射または透過または散乱または反射または回折される物体光を供給するために設けられた光源と、
前記光源から出射された光を、その進行方向に垂直な平面上において互いに位相が異なる2種類の参照光に分割する位相シフト素子と、
前記位相シフト素子によって分割された2種類の参照光と前記被写体から放射または透過または散乱または反射または回折された物体光とがそれぞれ干渉した2種類の干渉縞が記録される撮像面を有する撮像手段と、
前記撮像面に記録された2種類の干渉縞と前記参照光の強度分布とに基づいて前記被写体の再生像を生成する再生像生成器とを備えことを特徴とするデジタルホログラフィ装置。

【請求項2】
 
前記位相シフト素子は、前記光源から出射された光の進行方向に垂直な平面上において格子状に配置された2種類の領域を有するアレイデバイスである請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項3】
 
前記撮像手段は、CCDカメラまたはCMOSイメージセンサーカメラであり、
前記2種類の領域は、前記撮像手段の各画素に対応して配置されている請求項2記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項4】
 
前記位相シフト素子は、位相シフト計測手段の基準となる位相を有する参照光と、その参照光と0からπラジアンの間のいずれかの値分位相が異なる参照光とに前記光を分割する請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項5】
 
前記光源は、第1方向に偏光した光を出射し、
前記位相シフト素子によって分割された2種類の参照光の一方は第2方向に偏光し、前記参照光の他方は第3方向に偏光し、
前記物体光と前記2種類の参照光とを透過させる偏光子アレイデバイスをさらに備え、
前記偏光子アレイデバイスは、前記第2方向に偏光した参照光の一方と前記物体光の前記第2方向への正射影成分とを透過させる第1領域と、前記第3方向に偏光した参照光の他方と前記物体光の前記第3方向への正射影成分とを透過させる第2領域とを有している請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項6】
 
前記偏光子アレイデバイスは、前記撮像手段と一体に構成されている請求項5記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項7】
 
前記位相シフト素子は、1/4波長板である請求項5記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項8】
 
前記光源は、第1方向偏光成分と第2方向偏光成分とを有する直線偏光を出射し、
前記物体光を第1方向偏光成分の光に変換し、前記光源から出射された光を第2方向偏光成分の光に変換する偏光ビームスプリッタをさらに備え、
前記位相シフト素子は、前記第2方向偏光成分の光を、その進行方向に垂直な平面上において互いに位相が異なる2種類の参照光に分割する波長板光学媒質アレイデバイスと、前記物体光の第3方向偏光成分と前記2種類の参照光の第3方向偏光成分とを透過させる偏光子とを有している請求項1記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項9】
 
前記位相シフト素子は、前記撮像手段と一体に構成されている請求項8記載のデジタルホログラフィ装置。

【請求項10】
 
前記波長板光学媒質アレイデバイスは、前記第2方向偏光成分の光を透過させる光学媒質と、前記第2方向偏光成分の光を位相をシフトさせて透過させる1/4波長板とを有している請求項8記載のデジタルホログラフィ装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2009542605thum.jpg
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