[go: up one dir, main page]

JP7565780B2 - Holographic imaging device and image reconstruction device - Google Patents

Holographic imaging device and image reconstruction device Download PDF

Info

Publication number
JP7565780B2
JP7565780B2 JP2020210531A JP2020210531A JP7565780B2 JP 7565780 B2 JP7565780 B2 JP 7565780B2 JP 2020210531 A JP2020210531 A JP 2020210531A JP 2020210531 A JP2020210531 A JP 2020210531A JP 7565780 B2 JP7565780 B2 JP 7565780B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
modulation element
divided
phase distribution
hologram
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020210531A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022097130A (en
Inventor
輝吉 信川
祐太郎 片野
哲彦 室井
延博 木下
紀彦 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Broadcasting Corp filed Critical Japan Broadcasting Corp
Priority to JP2020210531A priority Critical patent/JP7565780B2/en
Publication of JP2022097130A publication Critical patent/JP2022097130A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7565780B2 publication Critical patent/JP7565780B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)

Description

本発明は、ログラム撮像装置、及び像再構成装置に関し、特に、インコヒーレントホログラフィによる撮像技術に関連するログラム撮像装置、及び像再構成装置に関する。
The present invention relates to a holographic imaging device and an image reconstruction device, and more particularly to a holographic imaging device and an image reconstruction device associated with an imaging technique based on incoherent holography.

ホログラフィは物体の3次元情報を取得・再構成する技術である。特に、インコヒーレントホログラフィの技術では、太陽光や一般的な屋内の照明光、蛍光などの空間的なコヒーレンスが低い光源で物体のホログラムを撮像でき、自然光環境下での立体撮像を実現可能という特徴がある。このことから、インコヒーレントホログラフィでは、レーザー光源を用いる立体撮像手法を導入する際に検討するべきアイセーフの問題を考慮する必要がなく、受動的な立体撮像手法を実現できる有力な候補である。 Holography is a technology that acquires and reconstructs three-dimensional information about an object. In particular, incoherent holography technology has the advantage that it can capture holograms of objects using light sources with low spatial coherence, such as sunlight, general indoor lighting, and fluorescent light, making it possible to achieve three-dimensional imaging in natural light environments. For this reason, incoherent holography does not require consideration of eye-safety issues that must be considered when introducing three-dimensional imaging methods that use laser light sources, making it a promising candidate for realizing a passive three-dimensional imaging method.

一般に、ホログラフィで3次元情報を取得するためには、位相情報或いは複素振幅情報(位相情報と振幅情報を合わせたもの)の検出が必要である。その情報の検出に、位相シフト法がよく用いられる(例えば、特許文献1)。位相シフト法とは、光の位相シフト量(つまり縞の明暗の位置)が異なる、複数枚のホログラムを撮像し、これらを解析することで、位相情報或いは複素振幅情報を検出する技術である。 In general, to obtain three-dimensional information using holography, it is necessary to detect phase information or complex amplitude information (a combination of phase information and amplitude information). The phase shift method is often used to detect this information (for example, Patent Document 1). The phase shift method is a technology that detects phase information or complex amplitude information by capturing multiple holograms with different amounts of phase shift of light (i.e., the positions of light and dark stripes) and analyzing them.

位相シフト法に必要な複数枚のホログラムを撮像する際に、ピエゾ素子や液晶などの空間光変調器等を用いて、逐次的に光の位相をシフトさせて、その都度、ホログラムを撮像する時分割の位相シフト法(例えば、特許文献1、非特許文献1)がよく利用されている。しかし、この方法では、位相情報或いは複素振幅情報を検出するために複数回の撮像が必要であるため、動画撮像には適用困難である。 When capturing the multiple holograms required for the phase shifting method, a time-division phase shifting method (e.g., Patent Document 1, Non-Patent Document 1) is often used, in which a spatial light modulator such as a piezoelectric element or liquid crystal is used to sequentially shift the phase of light and capture a hologram each time. However, this method requires multiple captures to detect phase information or complex amplitude information, making it difficult to apply to video capture.

そこで、動画撮像にも適用するために、位相シフト法に必要な複数枚のホログラムを一括に撮像する空間分割の位相シフト法が提案されている(特許文献2)。特許文献2では、撮像対象物体から反射、透過、散乱してきた光を、市松状に変化した構造を有する光変調素子により変調する。この光変調素子は、市松状の位相分布を光に付与する。市松状に変化する位相分布を付与された光は、4つに分割され、それぞれ異なる位相シフト量が付与され、さらに、市松状の位相分布の周期に対応した4つの方向に伝搬する。これにより、位相シフト法に必要な4枚のホログラムを撮像素子面上に同時に形成させることができ、一度の撮像で4枚のホログラムを一括に撮像することができる。 Therefore, in order to apply this to video imaging, a spatial division phase shift method has been proposed that simultaneously captures multiple holograms required for the phase shift method (Patent Document 2). In Patent Document 2, light reflected, transmitted, or scattered from an object to be imaged is modulated by a light modulation element having a checkered structure. This light modulation element imparts a checkered phase distribution to the light. The light that has been imparted with the checkered phase distribution is divided into four, each of which is imparted with a different phase shift amount, and further propagates in four directions corresponding to the period of the checkered phase distribution. This allows the four holograms required for the phase shift method to be formed simultaneously on the image sensor surface, and the four holograms can be imaged simultaneously in a single image capture.

特許第6416270号公報Patent No. 6416270 特開2019-144520号公報JP 2019-144520 A

Myung K. Kim, “Full color natural light holographic camera,” Optics Express, vol. 21, (2013), pp. 9636-9642Myung K. Kim, “Full color natural light holographic camera,” Optics Express, vol. 21, (2013), pp. 9636-9642 Joseph W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics,” -3rd edition, p. 214Joseph W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics,” -3rd edition, p. 214

しかしながら、市松状に変化した光変調素子を用いる場合、入射光を4つに分割しているため、理想的に光を変調できたとしても、各ホログラムにおける入射光の光利用効率は100×1/4=25%になる。また、厳密には、市松状に変化した光変調素子で光を変調する際に、高周波成分の光も発生してしまう。特許文献2の市松状に変化した光変調素子の場合、各ホログラムにおける入射光の光利用効率は、理論的には約16%である。そして、この(25%-16%)のエネルギーは高周波成分に相当しており、4枚のホログラムに寄与しない。これに加え、市松状に変化した光変調素子に欠陥が生じている場合には不要な0次光成分が発生してしまう。また、光変調素子の特性、加工誤差にも起因して、さらに各ホログラムの光利用効率が低下してしまう。 However, when using a checkered light modulation element, the incident light is divided into four, so even if the light can be ideally modulated, the light utilization efficiency of the incident light in each hologram is 100 x 1/4 = 25%. Strictly speaking, when modulating light with a checkered light modulation element, high-frequency components of light are also generated. In the case of the checkered light modulation element of Patent Document 2, the light utilization efficiency of the incident light in each hologram is theoretically about 16%. This (25% - 16%) energy corresponds to high-frequency components and does not contribute to the four holograms. In addition, if there is a defect in the checkered light modulation element, unnecessary zero-order light components are generated. In addition, the light utilization efficiency of each hologram is further reduced due to the characteristics of the light modulation element and processing errors.

光利用効率が低下すると、主に2つの問題を引き起こす。一つは、撮像素子で撮像する際に光量の減少に伴う信号対雑音比の低下が原因で、撮像素子のノイズの影響が顕著になり、立体映像の画質が低下する。もう一つは、ホログラム撮像時に光量を補うために、露光時間を長く設定する必要があり、その露光時間に対して動きが速い撮像対象・動的な現象を撮像する際には、立体映像がぼやけてしまう。 A decrease in light utilization efficiency causes two main problems. The first is that when capturing images with an image sensor, the signal-to-noise ratio decreases as the amount of light decreases, causing the effects of noise in the image sensor to become more pronounced and degrading the image quality of 3D images. The second is that in order to compensate for the amount of light when capturing holograms, a long exposure time must be set, and when capturing images of subjects or dynamic phenomena that move quickly relative to that exposure time, the 3D images become blurred.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、従来技術よりも光利用効率が高い空間分割位相シフト法を実現する光変調素子、及び、当該空間分割位相シフト法を利用して、画質の良好なホログラムを撮像し、3次元情報を精度よく再構成することができる、ホログラム撮像装置及び像再構成装置を提供することにある。 Therefore, in consideration of the above problems, the object of the present invention is to provide an optical modulation element that realizes a spatial division phase shifting method with a higher light utilization efficiency than conventional techniques, and a hologram imaging device and an image reconstruction device that use the spatial division phase shifting method to capture holograms with good image quality and accurately reconstruct three-dimensional information.

上記課題を解決するために本発明に係るホログラム撮像装置は、インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割し、これら2つの光波の複素振幅分布に互いに異なる球面位相を付与し、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに干渉させてホログラムを形成し、撮像するホログラム撮像装置において、第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を、前記第1分割光と前記第2分割光それぞれに付与し、この周期的な位相分布に起因して生じる回折光を利用して、前記第1分割光と前記第2分割光をそれぞれ3方向に分割し、方向ごとに位相シフト量が異なる、3枚のホログラムを撮像素子の撮像面上に形成させ、前記3枚のホログラムを同時に取得することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the hologram imaging device of the present invention splits an incoherent light wave into first and second divided lights, imparts different spherical phases to the complex amplitude distributions of these two light waves, and causes the first and second divided lights to interfere with each other to form and image a hologram.The hologram imaging device is characterized in that a two-level phase distribution that changes periodically in a first direction and is constant in a second direction perpendicular to the first direction is imparted to each of the first and second divided lights, and diffracted light generated by this periodic phase distribution is utilized to split the first and second divided lights in three directions each, forming three holograms with different phase shift amounts for each direction on the imaging surface of an imaging element, and acquiring the three holograms simultaneously.

また、前記ホログラム撮像装置は、第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を光に付与する光変調素子を2枚備え、一方の光変調素子で前記第1分割光を変調し、他方の光変調素子で前記第2分割光を変調し、変調する際に、他方の光変調素子の位相分布が一方の光変調素子の位相分布に対して第1の方向にずれている2枚の光変調素子を用いて変調する、又は、一方の光変調素子と前記第1分割光との位置関係と、他方の光変調素子と前記第2分割光との位置関係を、第1の方向にずらして配置して変調することが望ましい。 The hologram imaging device further includes two light modulation elements that change periodically in a first direction and impart a constant two-level phase distribution to light in a second direction perpendicular to the first direction, and modulates the first divided light with one light modulation element and modulates the second divided light with the other light modulation element. When modulating, it is preferable to use two light modulation elements in which the phase distribution of the other light modulation element is shifted in the first direction relative to the phase distribution of the one light modulation element, or to modulate the light by arranging the positional relationship between one light modulation element and the first divided light and the positional relationship between the other light modulation element and the second divided light with a shift in the first direction.

また、前記ホログラム撮像装置は、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに回転方向の異なる円偏光にする手段と、第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を光に付与する光変調素子であって、各円偏光をそれぞれ3方向に分割する光変調素子と、3つの領域を透過軸の方向が互いに異なる偏光子で構成した3領域分割偏光子とを備え、前記3領域分割偏光子の各領域に3方向に分割された円偏光をそれぞれ対応させて透過させることが望ましい。 The hologram imaging device also preferably includes a means for converting the first split light and the second split light into circularly polarized light with mutually different rotation directions, an optical modulation element that imparts a phase distribution to the light that changes periodically in the first direction and has a constant two-level phase distribution in the second direction perpendicular to the first direction, the optical modulation element splitting each circularly polarized light into three directions, and a three-area split polarizer in which the three areas are composed of polarizers with different transmission axis directions, and transmits the circularly polarized light split into the three directions in correspondence with each area of the three-area split polarizer.

また、前記ホログラム撮像装置は、前記第1分割光及び前記第2分割光を互いに回転方向の異なる円偏光にする手段が、伝搬してくる光を透過させる、斜め45度の方向に透過軸を有する直線偏光子と、前記直線偏光子を透過した直線偏光を変調する複屈折レンズと、前記複屈折レンズを透過した光を円偏光に変換する4分の1波長板とを備えることが望ましい。 In addition, it is preferable that the means for converting the first split light and the second split light into circularly polarized light having mutually different rotation directions in the hologram imaging device comprises a linear polarizer having a transmission axis in a 45-degree oblique direction that transmits the propagating light, a birefringent lens that modulates the linearly polarized light transmitted through the linear polarizer, and a quarter-wave plate that converts the light transmitted through the birefringent lens into circularly polarized light.

また、前記ホログラム撮像装置は、伝搬してくる光を透過させる、斜め45度の方向に透過軸を有する直線偏光子と、前記直線偏光子を透過した直線偏光を変調する複屈折レンズと、光の1方向の電場ベクトルに対して、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与し、前記1方向の電場ベクトルと直交する方向の電場ベクトルに対して、位相分布が第1の方向に沿ってずれた、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与する光変調素子であって、前記複屈折レンズを透過した垂直直線偏光と水平直線偏光をそれぞれ3方向に分割する光変調素子と、前記光変調素子で3方向に分割された垂直直線偏光と水平直線偏光を透過させる直線偏光子とを備えることが望ましい。 The hologram imaging device preferably includes a linear polarizer having a transmission axis in a 45-degree diagonal direction that transmits propagating light, a birefringent lens that modulates the linearly polarized light transmitted through the linear polarizer, and an optical modulation element that applies a phase distribution of two levels to an electric field vector in one direction of light that changes periodically in a first direction and is orthogonal to the first direction, and applies a phase distribution of two levels to an electric field vector in a direction orthogonal to the electric field vector in the one direction that changes periodically in the first direction and is orthogonal to the first direction, with the phase distribution shifted along the first direction, and the phase distribution of two levels to an electric field vector in a direction orthogonal to the first direction, and the optical modulation element that splits the vertical linearly polarized light and horizontal linearly polarized light transmitted through the birefringent lens into three directions, and a linear polarizer that transmits the vertical linearly polarized light and horizontal linearly polarized light split into three directions by the optical modulation element.

また、前記ホログラム撮像装置は、前記光変調素子が、レンズの位相分布を重畳した反射型或いは透過型の光変調素子であることが望ましい。 Furthermore, it is preferable that the light modulation element of the hologram imaging device is a reflective or transmissive light modulation element that superimposes a phase distribution of a lens.

上記課題を解決するために本発明に係る像再構成装置は、前記ホログラム撮影装置で撮影したホログラムの画像データを入力とし、前記画像データから3枚の個別のホログラムを抽出し、位相シフト法により複素振幅分布を求め、伝搬計算により像を再構成することを特徴とする。 To solve the above problems, the image reconstruction device according to the present invention is characterized in that it takes as input image data of a hologram captured by the hologram capture device, extracts three individual holograms from the image data, obtains a complex amplitude distribution using a phase shift method, and reconstructs an image using a propagation calculation.

また、前記像再構成装置は、あらかじめ取得しておいた光変調素子の0次光と±1次光の光強度又は回折効率の比を用いて、ホログラムの強度を補正した位相シフト法により複素振幅分布を求めることが望ましい。 It is also desirable that the image reconstruction device obtains the complex amplitude distribution by a phase shift method in which the intensity of the hologram is corrected using the ratio of the light intensity or diffraction efficiency of the zeroth order light and the ±1st order light of the light modulation element, which has been obtained in advance.

本発明のログラム撮像装置、及び像再構成装置によれば、従来技術よりも光利用効率が高く、画質の良好なホログラムを撮像し、3次元情報を精度よく再構成することができる。
According to the hologram imaging device and image reconstruction device of the present invention, light can be utilized more efficiently than in the prior art, a hologram with good image quality can be captured, and three-dimensional information can be reconstructed with high accuracy.

本発明のホログラム撮像装置及び像再生装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of a hologram imaging device and an image reconstructing device according to the present invention. 光変調素子が光に付与する位相分布の例である。3 is an example of a phase distribution imparted to light by a light modulation element. 光変調素子の構造の例を示す平面図と断面図である。1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an example of the structure of a light modulation element. 第1の実施形態のホログラム撮像装置の例である。1 is an example of a hologram imaging device according to a first embodiment. 第2の実施形態のホログラム撮像装置の例である。13 is an example of a hologram imaging device according to a second embodiment. 第3の実施形態のホログラム撮像装置の例である。13 is an example of a hologram imaging device according to a third embodiment. 3領域分割偏光子の透過軸の例を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating examples of transmission axes of a three-area split polarizer. 第4の実施形態のホログラム撮像装置の例である。13 is an example of a hologram imaging device according to a fourth embodiment. 本発明の光変調素子(偏光回折格子)の光学特性を説明する図である。1A and 1B are diagrams illustrating the optical characteristics of a light modulation element (polarization diffraction grating) according to the present invention 撮像対象物体を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an object to be imaged; 撮像素子で撮影したホログラム(強度画像)である。This is a hologram (intensity image) captured by an imaging element. 対象物体を再構成した結果である。This is the result of reconstructing the target object. 位相ずれが発生している場合に撮影されるホログラム(強度画像)の例である。13 is an example of a hologram (intensity image) captured when a phase shift occurs. 強度画像の補正の有無による、対象物体を再構成した結果である。13 shows the reconstruction results of the target object with and without correction of the intensity image.

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図1は、本発明のホログラム撮像装置及び像再生装置の概念図である。本発明は、インコヒーレント光を用いる干渉計を構築し、これをホログラム撮像装置とする。 The present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of a holographic imaging device and an image reconstructing device according to the present invention. The present invention constructs an interferometer using incoherent light, which serves as a holographic imaging device.

本発明のホログラム撮像装置は、インコヒーレント光の分割手段2と、球面位相変調素子3,4と、光変調素子5,6と、光の合波手段7と、撮像素子8とを備えており、さらに、像再構成装置を構成するための演算装置10を備えている。 The holographic imaging device of the present invention comprises an incoherent light splitting means 2, spherical phase modulation elements 3 and 4, light modulation elements 5 and 6, a light combining means 7, and an imaging element 8, and further comprises a calculation device 10 for constituting an image reconstruction device.

ホログラムを撮像する過程の概要を説明する。物体(撮像対象物体)1を光で照明し、その透過光、反射光、或いは蛍光、自発光を、分割手段2により、2つに分割する。光を分割する手段としては、例えば、ビームスプリッターや、偏光の直交性を利用することが可能である。分割した後の2つの光を、それぞれ第1分割光、第2分割光とする。 The process of imaging a hologram will be outlined below. An object (image target object) 1 is illuminated with light, and the transmitted light, reflected light, or fluorescent light or spontaneous emission is split into two by splitting means 2. As a means for splitting light, for example, a beam splitter or orthogonal polarization can be used. The two lights after splitting are called the first split light and the second split light, respectively.

第1分割光と第2分割光それぞれを、位相分布の曲率半径が異なる球面位相変調素子3,4を用いて変調する。球面位相変調素子3,4としては、例えば、一般的なレンズの他、複屈折レンズ、空間光変調器で実現したフレネル回折レンズ、偏光回折レンズ、偏光ディレクトフラットレンズ等が挙げられる。 The first and second divided lights are modulated using spherical phase modulation elements 3 and 4, which have different radii of curvature of the phase distribution. Examples of the spherical phase modulation elements 3 and 4 include general lenses, birefringent lenses, Fresnel diffractive lenses realized by spatial light modulators, polarized diffractive lenses, and polarized direct flat lenses.

その後、光に位相分布を付与する機能を有する光変調素子5,6で、第1分割光、第2分割光にそれぞれ所定の位相分布を付与する。光変調素子5,6は、後に詳述するが、入射光に対して、第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与する機能を有する。ここでは、光変調素子5の位相分布を“位相分布1”とし、光変調素子6の位相分布を“位相分布2”とする。なお、各分割光に付与する位相分布は、逆になってもよい。 Then, the light modulation elements 5 and 6, which have the function of imparting a phase distribution to light, impart a predetermined phase distribution to the first and second divided lights, respectively. As will be described in detail later, the light modulation elements 5 and 6 have the function of imparting to the incident light a phase distribution that changes periodically in a first direction and a constant two-level phase distribution in a second direction perpendicular to the first direction. Here, the phase distribution of the light modulation element 5 is referred to as "phase distribution 1," and the phase distribution of the light modulation element 6 is referred to as "phase distribution 2." Note that the phase distributions imparted to each divided light may be reversed.

光変調素子5,6で変調された後、第1分割光と第2分割光はそれぞれ、3つに分割される。3つに分割される光は、光変調素子5,6で付与した周期的な位相変化に起因する回折現象に由来しており、2階調で変化する位相分布の0次光成分、±1次光成分の回折光に対応している。その後、これらの光を合波手段7で合波する。光を合波する手段としては、例えば、ビームスプリッター等を利用することが可能である。 After being modulated by the light modulation elements 5 and 6, the first and second divided lights are each split into three. The three split lights originate from the diffraction phenomenon caused by the periodic phase change imparted by the light modulation elements 5 and 6, and correspond to the diffracted lights of the zeroth order light component and the ±1st order light components of the phase distribution that changes in two tones. These lights are then combined by the combining means 7. For example, a beam splitter or the like can be used as a means for combining the lights.

その後、第1分割光と第2分割光を撮像素子8の撮像面上で干渉させる。撮像面上では、3枚のホログラムが形成される。撮像素子8でこれを一括に(同時に)撮像し、撮影画像9(すなわち、3つのホログラム)を得る。ホログラム撮像装置としては、例えば、この撮影画像9を記録媒体に記録・保存することができる。更に、この撮影画像9を像再構成装置である演算装置10に転送し、信号処理を施すことで、撮像対象物体の立体像を再構成することができる。 The first and second divided lights are then made to interfere with each other on the imaging surface of the imaging element 8. Three holograms are formed on the imaging surface. These are then captured all at once (simultaneously) by the imaging element 8 to obtain a captured image 9 (i.e., three holograms). As a hologram imaging device, for example, this captured image 9 can be recorded and stored on a recording medium. Furthermore, this captured image 9 can be transferred to a calculation device 10, which is an image reconstruction device, and a three-dimensional image of the object to be imaged can be reconstructed by performing signal processing.

なお、図1では、1台の撮像素子で3枚のホログラムを撮影しているが、3台の撮像素子を並べて配置し、各撮像素子で1枚ずつホログラムを撮影してもよい。複数の撮像素子を用いた場合でも、3つのホログラムを同時に取得することが望ましい。像再構成の信号処理の内容については後述する。 In FIG. 1, three holograms are captured with one imaging element, but three imaging elements may be arranged side by side and each imaging element may capture one hologram. Even when multiple imaging elements are used, it is desirable to simultaneously obtain three holograms. The details of the signal processing for image reconstruction will be described later.

本発明では、ホログラムを形成させるための光を3方向に分割するため、特許文献2の市松状の格子を用いて光を4方向に分割する手法と比べて、光の利用効率が高い。理論的には、各ホログラムにおける入射光の光利用効率は、約29%改善可能である。さらに、光学系が比較的小型であり、構築が容易となる。 In the present invention, the light used to form a hologram is split into three directions, and therefore the light utilization efficiency is higher than that of the method of Patent Document 2, which splits the light into four directions using a checkerboard grid. Theoretically, the light utilization efficiency of the incident light in each hologram can be improved by approximately 29%. Furthermore, the optical system is relatively small and easy to construct.

本発明の光学系に用いる光変調素子5,6について説明する。図2は、ホログラム撮像装置の光変調素子が光に付与する位相分布の例であり、図2(a)は光変調素子5を、図2(b)は光変調素子6を示している。光変調素子5,6は、ホログラムを形成させる第1分割光と第2分割光に対して、1軸方向(第1の方向、ここではx方向)に周期的に変化する位相分布を付与し、1軸方向と直交する方向(第2の方向、ここではy方向)には一定の位相分布を与える。 The light modulation elements 5 and 6 used in the optical system of the present invention will now be described. Figure 2 shows an example of the phase distribution imparted to light by the light modulation elements of the hologram imaging device, with Figure 2(a) showing the light modulation element 5 and Figure 2(b) showing the light modulation element 6. The light modulation elements 5 and 6 impart a phase distribution that changes periodically in one axial direction (first direction, here the x direction) to the first and second divided light that form a hologram, and impart a constant phase distribution in a direction perpendicular to the one axial direction (second direction, here the y direction).

光変調素子5,6は、d1の幅の領域51,61で位相+Δφを光に付与し、d2の幅の領域52,62で位相-Δφを光に付与し、光変調素子5,6の全体は、周期d1+d2で1軸方向(x方向)に変化する2階調の位相分布である。例えば、図2(a)の位相分布を第1分割光に付与し、図2(b)の位相分布を第2分割光に付与する。なお、図2(a)と図2(b)の位相分布は本質的に同じものであるが、図2(b)は、図2(a)に対して、位相分布が変化している方向(x方向)に沿ってsだけずれている。sずらすことで生じる影響及び必要性については後述する。 The light modulation elements 5 and 6 impart a phase +Δφ to light in the regions 51 and 61 with a width of d 1 , and impart a phase -Δφ to light in the regions 52 and 62 with a width of d 2 , and the entire light modulation elements 5 and 6 have a two-level phase distribution that changes in one axis direction (x direction) with a period of d 1 +d 2. For example, the phase distribution of FIG. 2(a) is imparted to the first divided light, and the phase distribution of FIG. 2(b) is imparted to the second divided light. Note that the phase distributions of FIG. 2(a) and FIG. 2(b) are essentially the same, but FIG. 2(b) is shifted by s from FIG. 2(a) along the direction in which the phase distribution changes (x direction). The effect and necessity of shifting by s will be described later.

このように、本発明の光学系に用いる光変調素子5,6は、入射光に対して、1軸方向(第1の方向)には周期的に変化し、これと直交する方向(第2の方向)には一定の2階調の位相分布を付与する機能を有する。光変調素子5,6で変調された第1分割光及び第2分割光は、それぞれの分割光と同質の3つの光に分割される。これらを一括に干渉させて、撮像することで、比較的高い光利用効率で複素振幅分布の解析に必要な3枚のホログラムを取得することができる。 In this way, the light modulation elements 5 and 6 used in the optical system of the present invention have the function of periodically changing the incident light in one axial direction (first direction) and imparting a constant two-level phase distribution in the direction perpendicular to this (second direction). The first and second divided lights modulated by the light modulation elements 5 and 6 are split into three lights of the same quality as the respective divided lights. By causing these lights to interfere together and imaging them, it is possible to obtain the three holograms required for analyzing the complex amplitude distribution with a relatively high light utilization efficiency.

図3は、光変調素子5の構造の例を示す平面図と断面図である。図2(a)の位相分布を付与する機能を有する光変調素子5は、例えば、1軸方向(第1の方向、ここではx方向)に周期的な凹凸構造の変化を有する反射型又は透過型の回折格子を用いることができる。また、x軸方向に周期的な光学的構造を有し、y軸方向に一様な光学的構造を有する素子を作製することで実現することができる。 Figure 3 shows a plan view and a cross-sectional view of an example of the structure of the light modulation element 5. The light modulation element 5 having the function of imparting the phase distribution of Figure 2 (a) can be, for example, a reflective or transmissive diffraction grating having a periodic uneven structure change in one axial direction (first direction, here the x-direction). It can also be realized by fabricating an element having a periodic optical structure in the x-axis direction and a uniform optical structure in the y-axis direction.

図3(a)は、x軸方向に凹凸の周期構造が形成されており、それと直交するy方向には構造の変化がない。これは、屈折率が等方的な材料でできた回折格子に相当している。光変調素子を透過するz方向の光は、所定の屈折率の物質を通過する距離の違いにより、異なる位相が与えられる。例えば、凹の部分53で+Δφ(又は、-Δφ)の位相を付与し、凸の部分54で-Δφ(又は、+Δφ)の位相を付与する。 In Figure 3(a), a periodic structure of concaves and convexes is formed in the x-axis direction, and there is no change in the structure in the y-direction, which is perpendicular to the x-axis direction. This corresponds to a diffraction grating made of a material with an isotropic refractive index. Light in the z-direction that passes through the light modulation element is given different phases due to differences in the distance it passes through a material with a given refractive index. For example, a phase of +Δφ (or -Δφ) is given to the concave portion 53, and a phase of -Δφ (or +Δφ) is given to the convex portion 54.

図3(b)は、波長と同程度、或いは波長以下の大きさのナノロッドを形成させたメタサーフェスであり、x軸方向にはナノロッド直径が異なるものが周期的に配列され、y方向には直径が同じナノロッドが配列されている。例えば、直径が小さいナノロッドが配置された領域55で+Δφ(又は、-Δφ)の位相を付与し、直径が大きいナノロッドが配置された領域56で-Δφ(又は、+Δφ)の位相を付与する。なお、メタサーフェスの構造に関しては、ナノロッド以外にもさまざま構造を適用しうるが、特定の形状に限定するものではなく、図2の位相分布を付与できれば、どのような構造でもよい。例えば、撮像対象の光の波長と同程度、或いはそれ以下の大きさのナノピラー、ナノブロック等で構成される素子を用いてもよい。 Figure 3 (b) shows a metasurface formed with nanorods of a size equal to or smaller than the wavelength, where nanorods of different diameters are periodically arranged in the x-axis direction, and nanorods of the same diameter are arranged in the y-direction. For example, a phase of +Δφ (or -Δφ) is imparted to region 55 where nanorods of a small diameter are arranged, and a phase of -Δφ (or +Δφ) is imparted to region 56 where nanorods of a large diameter are arranged. Note that the structure of the metasurface can be various structures other than nanorods, but is not limited to a specific shape, and any structure can be used as long as it can impart the phase distribution of Figure 2. For example, an element composed of nanopillars, nanoblocks, etc. of a size equal to or smaller than the wavelength of the light to be imaged may be used.

図3(a)と図3(b)の光変調素子5を比較すると、図3(a)の方が、図3(b)よりも加工が比較的に容易で大型の素子を作製しやすい。しかし、図3(a)では、入射角度が大きい光が入射する場合に、凹凸構造の段差が大きいことで凸構造の側面で光が全反射や屈折を生じ、光の利用効率が低下する。つまり、光の入射角依存性が強い。一方で、図3(b)では、図3(a)よりも加工が困難であるが、波長程度、或いは波長以下の大きさの凹凸が配置されているため、全反射や不要な屈折が抑えられ、入射角依存性が低く、光の利用効率を高くすることができる。 Comparing the light modulation elements 5 of FIG. 3(a) and FIG. 3(b), FIG. 3(a) is relatively easier to process than FIG. 3(b), and it is easier to fabricate a large element. However, in FIG. 3(a), when light is incident at a large angle of incidence, the large step of the uneven structure causes the light to be totally reflected or refracted on the side of the convex structure, reducing the light utilization efficiency. In other words, the light is highly dependent on the incident angle. On the other hand, FIG. 3(b) is more difficult to process than FIG. 3(a), but since the unevenness is arranged to be about the wavelength or smaller, total reflection and unnecessary refraction are suppressed, the incidence angle dependence is low, and the light utilization efficiency can be increased.

次に、図1のホログラム撮像装置を実現する光学系について詳述する。 Next, we will describe in detail the optical system that realizes the holographic imaging device shown in Figure 1.

(第1の実施形態)
図4は、第1の実施形態のホログラム撮像装置の例である。第1の実施形態は、図2の位相分布を付与する透過型の光変調素子5,6を用いて、マッハツェンダー干渉計に基づきホログラム撮像装置を構成したものである。
First Embodiment
Fig. 4 shows an example of a holographic imaging device according to the first embodiment. In the first embodiment, a holographic imaging device is configured based on a Mach-Zehnder interferometer using the transmission type light modulation elements 5 and 6 that impart the phase distribution shown in Fig. 2.

図4のホログラム撮像装置は、倍率調整用レンズ11と、波長フィルター12と、ビームスプリッター2と、球面位相変調素子3と、ミラー13,14と、光変調素子5,6と、ビームスプリッター7と、撮像素子8とを備えている。 The holographic imaging device in FIG. 4 includes a magnification adjustment lens 11, a wavelength filter 12, a beam splitter 2, a spherical phase modulation element 3, mirrors 13 and 14, light modulation elements 5 and 6, a beam splitter 7, and an imaging element 8.

倍率調整用レンズ11は、物体1からの透過光、反射光、或いは蛍光、等の自発光を屈折させて、所望の大きさの像となるように倍率を拡大・縮小して調整を行う。なお、倍率調整用レンズ11の使用は任意である。 The magnification adjustment lens 11 refracts the transmitted light, reflected light, or spontaneous light such as fluorescence from the object 1, and adjusts the magnification by enlarging or reducing it so that an image of the desired size is obtained. Note that the use of the magnification adjustment lens 11 is optional.

波長フィルター12は、光のバンドパスフィルタであり、インコヒーレントな光波の特定の帯域の光のみを透過させ、時間的コヒーレンスを向上させる。透過する光の波長幅は、例えば、1nm~100nmである。なお、波長フィルター12の使用は任意である。波長フィルター12は、立体映像の空間分解能を向上したい場合に用いる。 The wavelength filter 12 is an optical bandpass filter that transmits only light of a specific band of incoherent light waves, improving temporal coherence. The wavelength width of the transmitted light is, for example, 1 nm to 100 nm. The use of the wavelength filter 12 is optional. The wavelength filter 12 is used when it is desired to improve the spatial resolution of a stereoscopic image.

ビームスプリッター2は、光の分割手段として機能し、波長フィルター12を透過した光を、第1分割光と第2分割光に分割する。第1分割光は球面位相変調素子3に向かって進み、第2分割光はミラー14に向かって進む。 The beam splitter 2 functions as a light splitting means, and splits the light transmitted through the wavelength filter 12 into a first split light and a second split light. The first split light travels toward the spherical phase modulation element 3, and the second split light travels toward the mirror 14.

球面位相変調素子3は、例えば、一般的なレンズで構成され、第1分割光に対して所定の球面位相を付与する。球面位相変調素子3は、複屈折レンズ、フレネル回折レンズ、偏光回折レンズ、偏光ディレクトフラットレンズ等であってもよい。なお、図4では、ビームスプリッター2で分波した後、一方の光路(第1分割光)にのみ、球面位相変調素子3としてレンズを用いているが、レンズを配置していない光路の方は、曲率が無限小の変調を行っていることと同等であり、第1分割光と第2分割光に、互いに異なる曲率半径の位相分布が与えられることとなるので、ホログラムの形成に問題とならない。球面位相変調素子を他方の光路(第2分割光)のみに設けてもよく、両方の光路に異なる球面位相変調素子3,4を設けてもよい。 The spherical phase modulation element 3 is, for example, a general lens, and imparts a predetermined spherical phase to the first divided light. The spherical phase modulation element 3 may be a birefringent lens, a Fresnel diffraction lens, a polarized diffraction lens, a polarized direct flat lens, or the like. In FIG. 4, a lens is used as the spherical phase modulation element 3 only in one optical path (first divided light) after splitting by the beam splitter 2, but the optical path without a lens is equivalent to performing modulation with an infinitesimal curvature, and the first divided light and the second divided light are given phase distributions with different radii of curvature, so there is no problem in forming a hologram. A spherical phase modulation element may be provided only in the other optical path (second divided light), or different spherical phase modulation elements 3 and 4 may be provided in both optical paths.

ミラー13は、球面位相変調素子3を透過した第1分割光を所定の角度で反射し、光変調素子5に向かわせる。また、ミラー14は、ビームスプリッター2からの第2分割光を所定の角度で反射し、光変調素子6に向かわせる。 Mirror 13 reflects the first split light that has passed through spherical phase modulation element 3 at a specified angle, directing it toward light modulation element 5. Mirror 14 also reflects the second split light from beam splitter 2 at a specified angle, directing it toward light modulation element 6.

光変調素子5は透過型の素子であって、透過する第1分割光に対して、図2(a)に示す位相分布を与える。このとき、第1分割光は回折により、位相分布の0次光成分、及び±1次光成分に対応する3つの光に分割されて、ビームスプリッター7へ向かう。同様に、光変調素子6も透過型の素子であって、透過する第2分割光に対して、図2(b)に示す位相分布を与える。このとき、第2分割光は回折により、位相分布の0次光成分、及び±1次光成分に対応する3つの光に分割されて、ビームスプリッター7へ向かう。光変調素子5,6は、回折により光を3分割する機能と、後述のように、第1分割光と第2分割光に対して、位相シフトを与える機能とを有している。 The light modulation element 5 is a transmissive element, and gives the first divided light that passes through it a phase distribution as shown in FIG. 2(a). At this time, the first divided light is divided by diffraction into three lights corresponding to the 0th-order light component and ±1st-order light components of the phase distribution, and these lights head toward the beam splitter 7. Similarly, the light modulation element 6 is also a transmissive element, and gives the second divided light that passes through it a phase distribution as shown in FIG. 2(b). At this time, the second divided light is divided by diffraction into three lights corresponding to the 0th-order light component and ±1st-order light components of the phase distribution, and these lights head toward the beam splitter 7. The light modulation elements 5 and 6 have the function of dividing light into three by diffraction, and the function of giving a phase shift to the first divided light and the second divided light, as described below.

ビームスプリッター7は、光の合波手段として機能する。すなわち、第1分割光に対しては入射したままの方向で透過させ、第2分割光に対しては反射して90度方向を変える。これにより、第1分割光と第2分割光は合波されて、共に、撮像素子8に向かう。 The beam splitter 7 functions as a light combining means. That is, it transmits the first divided light in the same direction as it was incident, and reflects the second divided light, changing its direction by 90 degrees. As a result, the first divided light and the second divided light are combined, and both travel toward the image sensor 8.

撮像素子8の撮像面上では、3枚のホログラムが形成され(図1の撮影画像9のイメージを参照)、これを撮像素子8で撮像する。 Three holograms are formed on the imaging surface of the imaging element 8 (see the image of the captured image 9 in Figure 1), and these are captured by the imaging element 8.

この撮影画像9から、3枚のホログラムを抽出する。中央部のホログラムに付与される位相シフト量を基準とすると、左右の各ホログラムに付与される、位相シフト量ΔφL、ΔφRは、次式(1)、(2)であらわされる。 Three holograms are extracted from this captured image 9. When the phase shift amount imparted to the central hologram is taken as a reference, the phase shift amounts Δφ L and Δφ R imparted to the left and right holograms are expressed by the following equations (1) and (2).

Figure 0007565780000001
Figure 0007565780000001

Figure 0007565780000002
Figure 0007565780000002

ΔφL、ΔφR≠0であれば、3ステップの位相シフト法のアルゴリズムを適用することで、撮像対象物体1の3次元情報が反映された複素振幅分布が得られる。なお、ΔφL、ΔφRは上式からわかるように、光変調素子5,6の位相分布のずれsにより調整することができる。高精度に位相シフト法を適用するためには、s=±(d1+d2)/2或いはs=±2(d1+d2)/3とすることが望ましい。すなわち、sは、1軸方向の周期に対して、半分、或いは2/3の長さが望ましい。また、d1=d2のときに、かつd1とd2が光の波長に対して十分に大きい場合には、非特許文献2に記載の回折効率の理論式より、Δφを0.3196πradとすると、理論的には3枚のホログラムを同等の強度で形成できる。 If Δφ L and Δφ R ≠ 0, a complex amplitude distribution reflecting three-dimensional information of the object 1 to be imaged can be obtained by applying the algorithm of the three-step phase shift method. As can be seen from the above formula, Δφ L and Δφ R can be adjusted by the phase distribution shift s of the light modulation elements 5 and 6. In order to apply the phase shift method with high accuracy, it is desirable to set s = ± (d 1 + d 2 ) / 2 or s = ± 2 (d 1 + d 2 ) / 3. That is, it is desirable for s to be half or 2/3 the length of the period in one axis direction. Also, when d 1 = d 2 and d 1 and d 2 are sufficiently large with respect to the wavelength of light, according to the theoretical formula of diffraction efficiency described in Non-Patent Document 2, if Δφ is set to 0.3196πrad, three holograms can theoretically be formed with the same intensity.

本実施形態においては、光変調素子(第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を光に付与する光変調素子)5,6を用いており、他方の光変調素子6の位相分布が一方の光変調素子5の位相分布に対して第1の方向にsずれている2枚の光変調素子を用いて変調している。しかし、これに代えて、同一の光変調素子を2枚用い、一方の光変調素子と第1分割光との位置関係と、他方の光変調素子と第2分割光との位置関係とを第1の方向(位相が周期的に変化している方向)にずらして配置して変調してもよい。 In this embodiment, light modulation elements 5 and 6 (light modulation elements that periodically change in a first direction and impart a constant two-level phase distribution to light in a second direction perpendicular to the first direction) are used, and modulation is performed using two light modulation elements in which the phase distribution of the other light modulation element 6 is shifted in the first direction from the phase distribution of one light modulation element 5. However, instead of this, two identical light modulation elements may be used and the positional relationship between one light modulation element and the first divided light and the positional relationship between the other light modulation element and the second divided light may be shifted in the first direction (the direction in which the phase changes periodically) to perform modulation.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態のホログラム撮像装置の例である。第2の実施形態は、図2の位相分布を付与する反射型の光変調素子5,6を用いて、マイケルソン干渉計に基づきホログラム撮像装置を構成したものである。
Second Embodiment
Fig. 5 shows an example of a holographic imaging device according to the second embodiment. In the second embodiment, a holographic imaging device is configured based on a Michelson interferometer using reflection-type light modulation elements 5 and 6 that impart the phase distribution shown in Fig. 2.

図5のホログラム撮像装置は、倍率調整用レンズ11と、波長フィルター12と、ビームスプリッター2(7)と、球面位相変調素子4と、光変調素子5,6と、撮像素子8とを備えている。図4のホログラム撮像装置と共通する構成については、説明を簡略化する。 The holographic imaging device in FIG. 5 includes a magnification adjustment lens 11, a wavelength filter 12, a beam splitter 2 (7), a spherical phase modulation element 4, light modulation elements 5 and 6, and an imaging element 8. The description of the components common to the holographic imaging device in FIG. 4 will be simplified.

倍率調整用レンズ11は、物体1の像を所望の大きさとなるように倍率の調整を行う。また、波長フィルター12は、インコヒーレントな光波の特定の帯域の光のみを透過させる。なお、倍率調整用レンズ11及び波長フィルター12の使用は任意である。 The magnification adjustment lens 11 adjusts the magnification so that the image of the object 1 has the desired size. The wavelength filter 12 transmits only light of a specific band of incoherent light waves. The use of the magnification adjustment lens 11 and the wavelength filter 12 is optional.

ビームスプリッター2(7)は、光の分割手段2及び合波手段7として機能する。すなわち、ビームスプリッター2(7)は、波長フィルター12を透過した光を第1分割光と第2分割光に分割する。そして、第1分割光は光変調素子5に向かって進み、第2分割光は球面位相変調素子4及び光変調素子6に向かって進む。また、ビームスプリッター2(7)は、光変調素子5,6で反射された第1分割光と第2分割光を合波する。そして、合波された第1分割光と第2分割光は撮像素子8に向かう。 The beam splitter 2 (7) functions as a light splitting means 2 and a light combining means 7. That is, the beam splitter 2 (7) splits the light transmitted through the wavelength filter 12 into a first divided light and a second divided light. The first divided light then travels toward the light modulation element 5, and the second divided light travels toward the spherical phase modulation element 4 and the light modulation element 6. The beam splitter 2 (7) also combines the first divided light and the second divided light reflected by the light modulation elements 5 and 6. The combined first divided light and second divided light then travel toward the image sensor 8.

球面位相変調素子4は、例えば、レンズで構成され、第2分割光に対して所定の球面位相を付与する。球面位相変調素子を第1分割光側に設けてもよく、両方の光路に異なる球面位相変調素子3,4を設けてもよい。 The spherical phase modulation element 4 is, for example, a lens, and imparts a predetermined spherical phase to the second divided light. The spherical phase modulation element may be provided on the first divided light side, or different spherical phase modulation elements 3 and 4 may be provided on both optical paths.

光変調素子5,6は反射型の素子であり、光変調素子5は反射した第1分割光に対して、図2(a)に示す位相分布を与え、光変調素子6は反射した第2分割光に対して、図2(b)に示す位相分布を与える。また、第1分割光及び第2分割光は回折により、それぞれ3つの光に分割され、ビームスプリッター7を経て撮像素子8へ向かう。光変調素子5,6は、回折により光を3分割する機能と、第1分割光と第2分割光に対して、位相シフトを与える機能とを有している。 The light modulation elements 5 and 6 are reflective elements, with the light modulation element 5 providing the phase distribution shown in FIG. 2(a) to the reflected first divided light, and the light modulation element 6 providing the phase distribution shown in FIG. 2(b) to the reflected second divided light. The first and second divided lights are each split into three lights by diffraction, and travel through the beam splitter 7 to the image sensor 8. The light modulation elements 5 and 6 have the function of splitting the light into three by diffraction, and the function of providing a phase shift to the first and second divided lights.

分割光を反射型の光変調素子5,6で変調する本光学系を用いた場合でも、第1の実施形態と同様に3枚のホログラムを撮像素子8の撮像面上で形成させることができる。なお、3枚のホログラムに付与される位相シフト量の考え方は、第1の実施形態と同じである。 Even when using this optical system in which the split light is modulated by the reflective light modulation elements 5 and 6, three holograms can be formed on the imaging surface of the imaging element 8, as in the first embodiment. The concept of the phase shift amount imparted to the three holograms is the same as in the first embodiment.

本実施形態においては、反射型の光変調素子(第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を反射光に付与する光変調素子)5,6を用いており、他方の光変調素子6の位相分布が一方の光変調素子5の位相分布に対して第1の方向にsずれている2枚の光変調素子を用いて変調している。しかし、これに代えて、同一の光変調素子を2枚用い、一方の光変調素子と第1分割光との位置関係と、他方の光変調素子と第2分割光との位置関係とを第1の方向(位相が周期的に変化している方向)にずらして配置して変調してもよい。 In this embodiment, reflective light modulation elements 5 and 6 (light modulation elements that periodically change in a first direction and impart a constant two-level phase distribution to reflected light in a second direction perpendicular to the first direction) are used, and modulation is performed using two light modulation elements in which the phase distribution of the other light modulation element 6 is shifted in the first direction from the phase distribution of one light modulation element 5. However, instead of this, two identical light modulation elements may be used and the positional relationship between one light modulation element and the first divided light and the positional relationship between the other light modulation element and the second divided light may be shifted in the first direction (the direction in which the phase changes periodically) to perform modulation.

(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態のホログラム撮像装置の例である。第3の実施形態は、単一の光路の干渉計によりホログラム撮像装置を構成したものである。図4、図5は2光路の干渉計に基づいているが、光路が2つに分けられてしまうため、振動や空気の揺らぎの影響を受けやすい。図6の干渉計を用いることで、単一の共通光路で、図2(a)又は図2(b)の位相分布を付与する光変調素子を一つだけ用い、第1及び第2の実施形態と同様の3枚のホログラムを撮像することができる。
Third Embodiment
FIG. 6 is an example of a hologram imaging device according to the third embodiment. In the third embodiment, a hologram imaging device is configured using an interferometer with a single optical path. Although the interferometers in FIGS. 4 and 5 are based on a two-path interferometer, the optical path is divided into two, and therefore the device is susceptible to vibrations and air fluctuations. By using the interferometer in FIG. 6, it is possible to image three holograms similar to those in the first and second embodiments using only one optical modulation element that imparts the phase distribution of FIG. 2(a) or FIG. 2(b) in a single common optical path.

図6のホログラム撮像装置は、倍率調整用レンズ11と、直線偏光子15と、複屈折レンズ16と、4分の1波長板17と、光変調素子5と、3領域分割偏光子18と、撮像素子8とを備えており、さらに、像再構成装置を構成するための演算装置10を備えている。図4,5のホログラム撮像装置と共通する構成については、説明を簡略化する。 The holographic imaging device of FIG. 6 includes a magnification adjustment lens 11, a linear polarizer 15, a birefringent lens 16, a quarter-wave plate 17, a light modulation element 5, a three-area split polarizer 18, and an imaging element 8, and further includes a calculation device 10 for configuring an image reconstruction device. The description of the configuration common to the holographic imaging devices of FIGS. 4 and 5 will be simplified.

倍率調整用レンズ11は、物体1の像を所望の大きさとなるように倍率の調整を行う。倍率調整用レンズ11の使用は任意である。 The magnification adjustment lens 11 adjusts the magnification so that the image of the object 1 has a desired size. Use of the magnification adjustment lens 11 is optional.

直線偏光子15は、斜め45度の方向に透過軸を有する直線偏光子である。物体1から伝搬してくる光を、直線偏光子15に透過させると、斜め45度の直線偏光となる。斜め45度の直線偏光は、垂直直線偏光と水平直線偏光の重ね合わせとして考えることができ、垂直直線偏光と水平直線偏光の一方を第1分割光、他方を第2分割光とする。 Linear polarizer 15 is a linear polarizer with a transmission axis in a diagonal direction of 45 degrees. When light propagating from object 1 is transmitted through linear polarizer 15, it becomes linearly polarized light at a diagonal angle of 45 degrees. Linearly polarized light at a diagonal angle of 45 degrees can be thought of as a superposition of vertically linearly polarized light and horizontally linearly polarized light, with one of the vertically linearly polarized light and the horizontally linearly polarized light being the first split light, and the other being the second split light.

複屈折レンズ16は、光学的異方性を有するレンズであり、偏光方向により屈折率が変化する。斜め45度の直線偏光を、複屈折レンズ16で変調することにより、垂直直線偏光と水平直線偏光、すなわち、第1分割光と第2分割光のそれぞれに、曲率半径が異なる球面位相を付与することができる。 The birefringent lens 16 is a lens with optical anisotropy, and the refractive index changes depending on the polarization direction. By modulating linearly polarized light at an angle of 45 degrees using the birefringent lens 16, it is possible to impart spherical phases with different radii of curvature to the vertically linearly polarized light and the horizontally linearly polarized light, i.e., the first and second divided lights.

4分の1波長板17は、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変える。すなわち、第1分割光及び第2分割光を、進相軸又は遅相軸が45度傾いた4分の1波長板17に入射させることにより、直交する2つの直線偏光(垂直直線偏光と水平直線偏光)が直交する2つの円偏光(左回り円偏光と右回り円偏光)に変換される。 The quarter-wave plate 17 converts linearly polarized light into circularly polarized light or elliptically polarized light. That is, by making the first and second split lights incident on the quarter-wave plate 17 whose fast or slow axis is tilted at 45 degrees, two orthogonal linearly polarized lights (vertical linearly polarized light and horizontal linearly polarized light) are converted into two orthogonal circularly polarized lights (left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light).

光変調素子5は、例えば、図2(a)の位相分布1を付与する光変調素子である。光変調素子5により、2つの円偏光を変調する。その結果、第1分割光と第2分割光である左回り・右回りの円偏光は、それぞれ3つずつに分割される。これらの光を3領域分割偏光子18に入射させる。なお、本実施形態では、光変調素子5は、入射光を3分割する素子として用いられており、2つの分割光に位相シフトを与えるものではない。 The light modulation element 5 is, for example, a light modulation element that imparts the phase distribution 1 in FIG. 2(a). The light modulation element 5 modulates two circularly polarized lights. As a result, the left-handed and right-handed circularly polarized lights, which are the first and second divided lights, are each split into three. These lights are made incident on the three-area split polarizer 18. Note that in this embodiment, the light modulation element 5 is used as an element that splits the incident light into three, and does not impart a phase shift to the two divided lights.

図7は、3領域分割偏光子18の透過軸の例を示す図である。3領域分割偏光子18は、図7に示すように、透過軸が異なる3枚の直線偏光子181,182,183で構成される。3領域分割偏光子18の3つの領域に、3分割された円偏光をそれぞれ対応させて透過させる。偏光子の透過軸の角度に応じて、第1分割光(左回り円偏光)と第2分割光(右回り円偏光)は異なる位相シフトを生じ、偏光状態が同じで位相が異なる2つの直線偏光として直線偏光子181~183からそれぞれ出力される。 Figure 7 is a diagram showing an example of the transmission axis of the three-area divided polarizer 18. As shown in Figure 7, the three-area divided polarizer 18 is composed of three linear polarizers 181, 182, and 183 with different transmission axes. The three divided circularly polarized light is transmitted through the three areas of the three-area divided polarizer 18 in a corresponding manner. Depending on the angle of the transmission axis of the polarizer, the first divided light (left-handed circularly polarized light) and the second divided light (right-handed circularly polarized light) undergo different phase shifts, and are output from the linear polarizers 181 to 183 as two linearly polarized lights with the same polarization state but different phases.

この3領域分割偏光子18を通過した後に、直線偏光となった第1分割光と第2分割光は互いに干渉し、撮像素子8の撮像面上に位相シフト量が異なる3枚のホログラムが、一括に形成される。したがって、本実施形態においても、撮像素子8による1回の撮影で、位相シフト法に必要な3枚のホログラムを同時に得ることができる。撮像されたホログラムの画像データ(撮影画像9)は演算装置10に伝送される。 After passing through this three-area split polarizer 18, the first and second split lights, which have become linearly polarized light, interfere with each other, and three holograms with different phase shift amounts are simultaneously formed on the imaging surface of the imaging element 8. Therefore, in this embodiment as well, the three holograms required for the phase shift method can be obtained simultaneously with a single image capture by the imaging element 8. Image data of the captured hologram (captured image 9) is transmitted to the computing device 10.

図4と図5の2枚の光変調素子を用いる光学系と異なり、本実施形態の光学系では、ホログラムに付与される位相シフト量は以下のように決定される。3領域分割偏光子18の中心の偏光子182の透過軸の角度を基準とし、左隣、右隣の偏光子181,183の角度を-θ,+θそれぞれ回転させると、中心のホログラムに付与させる位相シフト量を基準として、左右に形成されるホログラムそれぞれに、ΔφL=-2θ、ΔφR=+2θの位相シフト量が付与される。高精度に位相シフト法を適用するためには、θ=±π/4或いはθ=±π/3とすることが望ましい。また、複屈折レンズ16と4分の1波長板17のかわりに、偏光回折レンズ或いは偏光ディレクトフラットレンズを用いてもよい。なお、光変調素子5が反射型の素子である場合には、光変調素子5の前にビームスプリッターを配置すればよい。 Unlike the optical system using two light modulation elements shown in FIG. 4 and FIG. 5, in the optical system of this embodiment, the amount of phase shift given to the hologram is determined as follows. When the angle of the transmission axis of the central polarizer 182 of the three-area split polarizer 18 is used as a reference and the angles of the left and right adjacent polarizers 181 and 183 are rotated by −θ and +θ, respectively, the amount of phase shift Δφ L =−2θ and Δφ R =+2θ are given to the holograms formed on the left and right sides, respectively, based on the amount of phase shift given to the central hologram. In order to apply the phase shift method with high accuracy, it is desirable to set θ=±π/4 or θ=±π/3. Also, instead of the birefringent lens 16 and the quarter-wave plate 17, a polarized diffractive lens or a polarized direct flat lens may be used. When the light modulation element 5 is a reflective element, a beam splitter may be placed in front of the light modulation element 5.

本実施形態は、第1分割光及び第2分割光を互いに回転方向の異なる円偏光にする手段を用い、図2の位相分布を付与する光変調素子を1枚用いて円偏光の光波を変調してそれぞれ3方向に分割し、3方向に分割された円偏光を透過軸の方向が互いに異なる3つの偏光子で構成した3領域分割偏光子の各領域に透過させ、3つのホログラムを同時に取得するものである。図4及び図5の2光路の干渉計の構成と比較して、本実施形態では、単一光路で光学系を構築でき、振動や空気の揺らぎ等の外乱やノイズに対して高い堅牢性がある。 In this embodiment, a means is used to make the first and second split lights circularly polarized with different rotation directions, and a single light modulation element that imparts the phase distribution of FIG. 2 is used to modulate the circularly polarized light waves and split them into three directions, and the circularly polarized light split into three directions is transmitted through each region of a three-region split polarizer composed of three polarizers with different transmission axis directions, thereby simultaneously obtaining three holograms. Compared to the two-path interferometer configuration of FIGS. 4 and 5, in this embodiment, an optical system can be constructed with a single optical path, and is highly robust against disturbances and noise such as vibrations and air fluctuations.

(第4の実施形態)
図8は、第4の実施形態のホログラム撮像装置の例である。第4の実施形態は、単一の光路の干渉計によりホログラム撮像装置を構成した別の例である。
Fourth Embodiment
8 shows an example of a holographic imaging device according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is another example in which the holographic imaging device is configured by an interferometer with a single optical path.

図8のホログラム撮像装置は、倍率調整用レンズ11と、直線偏光子15と、複屈折レンズ16と、光変調素子(偏光回折格子)19と、直線偏光子20と、撮像素子8とを備えており、さらに、像再構成装置を構成するための演算装置10を備えている。図4~6のホログラム撮像装置と共通する構成については、説明を簡略化する。 The holographic imaging device in FIG. 8 includes a magnification adjustment lens 11, a linear polarizer 15, a birefringent lens 16, a light modulation element (polarization diffraction grating) 19, a linear polarizer 20, and an imaging element 8, and further includes a calculation device 10 for configuring an image reconstruction device. The description of the configuration common to the holographic imaging devices in FIGS. 4 to 6 will be simplified.

第3の実施形態(図6)の光学系では4分の1波長板17が必要であったが、本実施形態の光学系では不要であり、光学素子の枚数を低減できるため、光の反射・吸収が抑えられ、光利用効率が比較的高い。また、3領域分割偏光子18ではなく、通常の直線偏光子20を撮像素子8の前に設置するため、光学系の構築が比較的容易である。 While the optical system of the third embodiment (Figure 6) required a quarter-wave plate 17, the optical system of this embodiment does not require one, and the number of optical elements can be reduced, suppressing light reflection and absorption and improving light utilization efficiency. In addition, since a normal linear polarizer 20 is placed in front of the image sensor 8, rather than a three-area split polarizer 18, the optical system can be constructed relatively easily.

倍率調整用レンズ11は、物体1の像を所望の大きさとなるように倍率の調整を行う。また、直線偏光子15は、物体1から伝搬してくる光を斜め45度の直線偏光とする。これにより、第1分割光(垂直直線偏光)と第2分割光(水平直線偏光)を生成する。そして、複屈折レンズ16は、垂直直線偏光と水平直線偏光、すなわち、第1分割光と第2分割光のそれぞれに、曲率半径が異なる球面位相を付与する。 The magnification adjustment lens 11 adjusts the magnification so that the image of the object 1 has the desired size. The linear polarizer 15 converts the light propagating from the object 1 into linearly polarized light at an angle of 45 degrees. This generates a first split light (vertical linearly polarized light) and a second split light (horizontal linearly polarized light). The birefringent lens 16 then imparts spherical phases with different radii of curvature to the vertical linearly polarized light and the horizontal linearly polarized light, i.e., the first split light and the second split light.

光変調素子(偏光回折格子)19は、光変調素子5(図2(a))と光変調素子6(図2(b))の位相分布の両方を、直交する2つの直線偏光に付与する。すなわち、光の1方向の電場ベクトルに対して、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与し、1方向の電場ベクトルと直交する方向の電場ベクトルに対して、位相分布が第1の方向に沿ってずれた、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与する光変調素子である。さらに、複屈折レンズ16を透過した第1分割光と第2分割光(垂直直線偏光と水平直線偏光)をそれぞれ3方向に分割する。 The light modulation element (polarized diffraction grating) 19 imparts both the phase distributions of the light modulation element 5 (FIG. 2(a)) and the light modulation element 6 (FIG. 2(b)) to two orthogonal linearly polarized lights. In other words, it is a light modulation element that imparts a constant two-level phase distribution to the electric field vector of the light in one direction, which changes periodically in the first direction and is orthogonal to the first direction, and imparts a constant two-level phase distribution to the electric field vector in a direction orthogonal to the one direction, which changes periodically in the first direction and is shifted along the first direction, in the second direction orthogonal to the first direction. Furthermore, it splits the first and second split lights (vertical linearly polarized light and horizontal linearly polarized light) that have passed through the birefringent lens 16 into three directions each.

その後、直線偏光子20により、3方向に分割された第1分割光と第2分割光は偏光方向が揃った直線偏光となり、互いに干渉して撮像素子8の撮像面上に位相シフト量が異なる3枚のホログラムが、一括に形成される。よって、撮像素子8による1回の撮影で、位相シフト法に必要な3枚のホログラムを同時に得ることができる。撮像されたホログラムの画像データ(撮影画像9)は演算装置10に伝送される。 Then, the first and second split lights split in three directions by the linear polarizer 20 become linearly polarized lights with the same polarization direction, and interfere with each other to simultaneously form three holograms with different phase shift amounts on the imaging surface of the imaging element 8. Therefore, the three holograms required for the phase shift method can be obtained simultaneously with a single image capture by the imaging element 8. Image data of the captured hologram (captured image 9) is transmitted to the computing device 10.

図9は、本発明の光変調素子(偏光回折格子)19の光学特性を説明する図である。図9(a)に示されるように、光変調素子19は、それぞれ特性の異なる4種類の移相子により構成される。A,B,C,Dの各領域は、進相軸又は遅相軸の向きが異なる移相子の機能を有しており、4種類の移相子が第1の方向に所定の順番で繰り返し配置されている。第1の方向に沿った位相分布のずれをs、2諧調の位相分布の幅をd1、d2とするとき、領域A,B,C,Dの幅は、それぞれ、s,d1-s,s,d2-sである。また、各移相子の特性は、ジョーンズ行列を用いると以下の(3)~(6)式のように表される。 9 is a diagram for explaining the optical characteristics of the light modulation element (polarization diffraction grating) 19 of the present invention. As shown in FIG. 9(a), the light modulation element 19 is composed of four types of retarders with different characteristics. Each of the regions A, B, C, and D has a function of a retarder with a different direction of the fast axis or slow axis, and the four types of retarders are repeatedly arranged in a predetermined order in the first direction. When the shift of the phase distribution along the first direction is s and the widths of the two-tone phase distribution are d 1 and d 2 , the widths of the regions A, B, C, and D are s, d 1 -s, s, and d 2 -s, respectively. In addition, the characteristics of each retarder are expressed by the following formulas (3) to (6) using the Jones matrix.

Figure 0007565780000003
Figure 0007565780000003

Figure 0007565780000004
Figure 0007565780000004

Figure 0007565780000005
Figure 0007565780000005

Figure 0007565780000006
Figure 0007565780000006

ここで、Kは光変調素子自体の屈折率と吸収係数に起因する複素振幅値の変化を与える定数であり、iは虚数、ψは任意の回転角度、Δは進相軸と遅相軸の位相差、つまり、水平直線偏光と垂直直線偏光の位相のずれ量をあらわす。図9のd1,d2,sは、図2と同様に設定することが望ましく、特に、d1=d2のときに、かつd1とd2が光の波長に対して十分に大きい場合には、Δを0.6391πradとすると、理論的には3枚のホログラムを同等の強度で形成できる。高精度に位相シフト法を適用するためには、s=±(d1+d2)/2或いはs=±2(d1+d2)/3とすることが望ましい。 Here, K is a constant that gives the change in the complex amplitude value due to the refractive index and absorption coefficient of the light modulation element itself, i is an imaginary number, ψ is an arbitrary rotation angle, and Δ is the phase difference between the fast axis and the slow axis, that is, the amount of phase shift between horizontally linearly polarized light and vertically linearly polarized light. It is desirable to set d 1 , d 2 , and s in FIG. 9 in the same manner as in FIG. 2 , and in particular, when d 1 =d 2 and d 1 and d 2 are sufficiently large relative to the wavelength of light, if Δ is set to 0.6391πrad, three holograms can theoretically be formed with the same intensity. In order to apply the phase shift method with high accuracy, it is desirable to set s=±(d 1 +d 2 )/2 or s=±2(d 1 +d 2 )/3.

図9(b)は、図9(a)の機能を実現する素子の概念図であり、網掛けの線の方向が、移相子の進相軸又は遅相軸の向きを表している。図9(b)では、ψ=0の場合のものを示しており、進相軸、遅相軸が45度ずつ異なっていることがわかる。なお、光変調素子19は、反射型・透過型のいずれであってもよい。本素子は、液晶高分子、高分子の配向膜、光学結晶、構造複屈折、メタサーフェス等を用いることで作製することができ、素子の材質・構造の形状に関しても無数のアプローチが存在する。上述の説明に基づき、図2に対応する位相分布を付与できれば、本素子の作製技術、方法、材料、形状に関して限定するものではない。 Figure 9(b) is a conceptual diagram of an element that realizes the function of Figure 9(a), and the direction of the shaded lines represents the direction of the fast axis or slow axis of the retarder. Figure 9(b) shows the case where ψ = 0, and it can be seen that the fast axis and the slow axis differ by 45 degrees. The light modulation element 19 may be either a reflective type or a transmissive type. This element can be manufactured using liquid crystal polymers, polymer orientation films, optical crystals, structural birefringence, metasurfaces, etc., and there are countless approaches regarding the material and structural shape of the element. Based on the above explanation, as long as the phase distribution corresponding to Figure 2 can be imparted, there are no limitations on the manufacturing technology, method, material, or shape of this element.

本実施形態の光変調素子(偏光回折格子)19は、1枚の光変調素子で、図2(a)及び図2(b)の1軸方向に変化する位相分布を第1分割光と第2分割光にそれぞれ付与するものである。この光変調素子19を1枚用いて光を変調し、この変調後の光波の直交する2つ電場ベクトルをそれぞれ第1分割光、第2分割光として扱い、これらの光波を直線偏光子に透過させた後、干渉させることで、共通光路の干渉計で構築されるホログラム撮像装置を構成することができる。 The light modulation element (polarization diffraction grating) 19 of this embodiment is a single light modulation element that imparts a phase distribution that changes in one axial direction as shown in Figures 2(a) and 2(b) to each of the first and second divided lights. This single light modulation element 19 is used to modulate light, and the two orthogonal electric field vectors of the modulated light wave are treated as the first and second divided lights, respectively, and these light waves are passed through a linear polarizer and then interfered with each other, thereby forming a hologram imaging device constructed with an interferometer of a common optical path.

本実施形態の構成は、第3の実施形態の単一光路の干渉計の構成と比較して、入射光の偏光状態が円偏光である必要がないために、光学素子の数を削減でき、光利用効率が高く、より高精度にホログラムを撮像できる。 Compared to the single-path interferometer configuration of the third embodiment, the configuration of this embodiment does not require the polarization state of the incident light to be circularly polarized, so the number of optical elements can be reduced, light utilization efficiency is high, and holograms can be imaged with higher accuracy.

各実施形態の光学系では、ぞれぞれの光路で球面位相を付与するためのレンズを配置しているが、レンズと同じ機能を有する位相分布を、図2の位相分布に重ね合わせた位相分布を光変調素子で付与してもよい。この場合の光変調素子に関して、具体例は明示しないが、実現したい光の位相量に応じて、構造を変化させればよく、本明細書の開示及び公知技術に基づいて作製可能である。また構造の選択肢としても無数に存在するため、それらを限定するのではなく、1軸方向に周期的に変化する2階調の位相と、レンズの位相が重畳していればよい。このことにより、すべての撮像装置で、光学系の構成の簡略化、光利用効率の改善が可能である。 In the optical system of each embodiment, a lens is arranged to impart a spherical phase to each optical path, but a phase distribution having the same function as a lens may be imparted by a light modulation element by superimposing the phase distribution in FIG. 2 on the phase distribution. Although no specific examples are given for the light modulation element in this case, the structure can be changed according to the phase amount of light to be realized, and it can be manufactured based on the disclosure of this specification and known techniques. In addition, since there are countless structural options, they are not limited to these, and it is sufficient that the two-level phase that changes periodically in one axis direction and the phase of the lens are superimposed. This makes it possible to simplify the configuration of the optical system and improve the light utilization efficiency in all imaging devices.

また、本発明では、素子の加工精度に応じて、ホログラムの強度値がばらつく恐れがあるが、後述する位相シフト法のアルゴリズムを適用することにより、高精度な像を得ることができる。以上から、本発明はより実用的なホログラム撮像装置を提供することができる。 In addition, in the present invention, there is a risk that the intensity value of the hologram may vary depending on the processing precision of the element, but by applying the phase shift method algorithm described below, a highly accurate image can be obtained. As a result, the present invention can provide a more practical hologram imaging device.

(第5の実施形態)
次に、本発明の像再構成装置による、3次元情報を再構成する処理について説明する。像再構成装置は、本発明のホログラム撮影装置で撮影したホログラムの画像データを入力とする。
Fifth Embodiment
Next, a process for reconstructing three-dimensional information using the image reconstruction device of the present invention will be described. The image reconstruction device receives as input image data of a hologram captured by the hologram capturing device of the present invention.

第1乃至第4の実施形態のいずれの光学系を用いた場合でも、撮像素子8の撮像面上で形成される3枚のホログラムは本質的に同じであり、像再構成装置(演算装置)10で行う信号処理はすべての光学系で共通である。まず、撮影画像9から、3枚のホログラムを独立して切り出す。このとき、3枚のホログラムを、位置を合わせながら切り出す必要があるが、相関演算を利用することで、高精度にホログラムを抽出することができる。これらに対して、3ステップの位相シフト法を適用することで、物体から伝搬してきた光の複素振幅分布o(x,y)を得る。 Whether any of the optical systems of the first to fourth embodiments is used, the three holograms formed on the imaging surface of the imaging element 8 are essentially the same, and the signal processing performed by the image reconstruction device (arithmetic device) 10 is common to all optical systems. First, three holograms are independently extracted from the captured image 9. At this time, the three holograms need to be extracted while aligning their positions, but by using correlation calculations, the holograms can be extracted with high precision. By applying a three-step phase shift method to these, the complex amplitude distribution o(x,y) of the light propagating from the object is obtained.

この際に、もし光変調素子に作製誤差が生じている場合、入射光に付与される位相分布が設計値とずれてしまい、入射光を3分割する際に各光波に対して、光強度のばらつきを生じさせる。この光強度のばらつきが生じていると、撮像素子8上で形成されるホログラムの強度にもずれが生じてしまう。このような状況で、通常の3ステップの位相シフト法のアルゴリズムを適用してしまうと、計測誤差が大きくなり、撮像対象物体の画質が著しく低下する。このように、光変調素子の作製誤差が大きく、その影響が無視できない場合には、撮像する前にあらかじめ光変調素子からの0次光と±1次光の光強度或いは回折効率の比の情報を計測・取得しておき、その強度差を補正した位相シフト法のアルゴリズムの信号処理により、画質を改善することが可能である。 At this time, if there is a manufacturing error in the light modulation element, the phase distribution given to the incident light will deviate from the design value, causing a variation in light intensity for each light wave when the incident light is divided into three. If this variation in light intensity occurs, the intensity of the hologram formed on the imaging element 8 will also deviate. In such a situation, if a normal three-step phase shift method algorithm is applied, the measurement error will increase and the image quality of the imaged object will be significantly reduced. In this way, if the manufacturing error of the light modulation element is large and its effect cannot be ignored, it is possible to improve the image quality by measuring and acquiring information on the ratio of the light intensity or diffraction efficiency of the zeroth order light and ±1st order light from the light modulation element before imaging, and then performing signal processing of the phase shift method algorithm that corrects the intensity difference.

具体的には、次の(7)式を用いた3ステップ位相シフト法を用いる。 Specifically, we use the three-step phase shift method using the following equation (7).

Figure 0007565780000007
Figure 0007565780000007

ここで、IC(x,y)、IL(x,y)、IR(x,y)はそれぞれ、撮像素子8の撮像面上で形成される中央部、左側、右側に形成されるホログラムの強度分布であり、φC、φL、φRはそれぞれのホログラムに付与されている位相シフト量をあらわす。αとβは、それぞれ光変調素子の-1次光と0次光の回折効率の比、+1次光と0次光の回折効率の比である。αとβの値は、あらかじめ、回折効率を測定することにより測定することができる。作製誤差が十分に小さい、或いは、その影響を無視できる場合には、α=β=1とすれば、通常の3ステップの位相シフト法と同等である。o(x,y)は、撮像素子面上での、物体から伝搬してきた光の複素振幅分布である。(7)式に基づくアルゴリズムを用いることで、光変調素子の作製誤差に対してロバストに、物体からの光波の複素振幅分布を測定することができる。 Here, I C (x,y), I L (x,y), and I R (x,y) are the intensity distributions of the holograms formed on the imaging surface of the imaging element 8 at the center, left, and right, respectively, and φ C , φ L , and φ R represent the phase shift amounts given to the respective holograms. α and β are the ratios of the diffraction efficiencies of the −1st order light and the 0th order light of the light modulation element, and the ratios of the diffraction efficiencies of the +1st order light and the 0th order light, respectively. The values of α and β can be measured in advance by measuring the diffraction efficiency. If the manufacturing error is sufficiently small or its influence can be ignored, then α=β=1 is equivalent to the normal three-step phase shift method. o(x,y) is the complex amplitude distribution of the light propagated from the object on the imaging element surface. By using the algorithm based on formula (7), the complex amplitude distribution of the light wave from the object can be measured robustly against the manufacturing error of the light modulation element.

o(x,y)から物体の3次元情報を再構成する過程は、特許文献2に記載されている方法と同様であり、演算装置内で伝搬計算を適用することにより、物体の像が得られる。 The process of reconstructing the three-dimensional information of an object from o(x,y) is similar to the method described in Patent Document 2, and an image of the object is obtained by applying propagation calculations within a computing device.

(実施例と効果の検証)
実施例として、図6の光学系に基づきホログラムを撮像・再構成し、その結果を以下に示す。
(Example and verification of effects)
As an example, a hologram was captured and reconstructed based on the optical system of FIG. 6, and the results are shown below.

光源の波長は633nmとし、光変調素子としては、d1=d2=19.5μm、s=13μm、Δφ=0.3196πradとした。 The wavelength of the light source was 633 nm, and the optical modulation element had d 1 =d 2 =19.5 μm, s=13 μm, and Δφ=0.3196πrad.

本実施例では、図10に示す“1”、“2”の物体を撮像対象とした。“1”、“2”の物体の大きさはそれぞれ、117μm×188.5μm、123.5μm×175.5μmである。“1”の物体を基準とすると、“2”の物体の面内方向の中心位置は、(x=364μm、y=-318.5μm)である。また、物体“1”と“2”の間の奥行(z)方向の距離は、20mmである。なお、図10の各画面は概念的なものであり、物体“1”、“2”が上記の位置で光を反射又は発光し、他の領域(黒で示されている。)は透光性であればよい。これらを3次元物体として、本発明のホログラム撮影装置で撮影した。以下、各図の画像は、シミュレーションで作成した。 In this embodiment, the objects "1" and "2" shown in FIG. 10 were the objects to be imaged. The sizes of the objects "1" and "2" are 117 μm×188.5 μm and 123.5 μm×175.5 μm, respectively. Taking the object "1" as the reference, the center position in the in-plane direction of the object "2" is (x=364 μm, y=-318.5 μm). The distance in the depth (z) direction between the objects "1" and "2" is 20 mm. Note that each screen in FIG. 10 is conceptual, and it is sufficient that the objects "1" and "2" reflect or emit light at the above positions, and the other areas (shown in black) are translucent. These were taken as three-dimensional objects by the holographic imaging device of the present invention. The images in the following figures were created by simulation.

ホログラム撮像装置の撮像素子8で撮像したホログラム(強度画像)を図11に示す。図11より、縞の明暗の位置が異なる3枚のホログラムが形成されていることがわかる。演算装置10により、図11の強度画像から3枚のホログラムを個別に抽出する。この際に、3枚のホログラムに面内ずれが生じないように、正確に抽出する必要がある。このことを実現するために、相関演算を用いる。以下ではマッチドフィルターを用いた場合の説明を記載するが、位相限定相関等、他の相関演算を用いてもよい。3つのホログラムの内、任意の1枚のホログラムを、ケラレが生じないように切り出し、これをテンプレート画像t(x,y)とする。なお、t(x,y)は必要に応じて、ゼロパディングの信号処理により後述するi(x,y)と同じ画素数の画像にする。図11の強度画像をi(x,y)とすると、相関の演算は、次式(8)で与えられる。 Figure 11 shows a hologram (intensity image) captured by the imaging element 8 of the hologram imaging device. From Figure 11, it can be seen that three holograms with different positions of light and dark stripes are formed. The calculation device 10 extracts three holograms individually from the intensity image of Figure 11. At this time, it is necessary to extract the three holograms accurately so that there is no in-plane shift in the three holograms. To achieve this, a correlation calculation is used. Below, an explanation is given of the case where a matched filter is used, but other correlation calculations such as phase-limited correlation may also be used. Of the three holograms, any one hologram is cut out so that no vignetting occurs, and this is set as the template image t(x,y). Note that t(x,y) is made into an image with the same number of pixels as i(x,y), which will be described later, by zero padding signal processing, if necessary. If the intensity image of Figure 11 is i(x,y), the correlation calculation is given by the following equation (8).

Figure 0007565780000008
Figure 0007565780000008

ここで、I(u,v)、T(u,v)はそれぞれi(x,y)、t(x,y)のフーリエスペクトルであり、*は複素共役を示す。FT[…]はフーリエ変換演算子である。なお、(8)式においては、逆フーリエ変換を行っても、実質的に同等である。演算の結果、p(x,y)には、各ホログラムの中心位置に明確なピークが生じる。p(x,y)のピーク位置から、3つのホログラムの相対的な位置情報を取得する。この位置情報を参照することにより、面内ずれを十分に抑制でき、3枚のホログラムを正確に抽出することができる。さらに、ホログラム切り出し位置をピクセル単位で微調整し、正確に3枚のホログラムが重なる位置を探す。以上の処理は、ホログラム撮像装置を構築後、校正の処理として1度だけ行っておけばよく、必ずしも撮像の度に必要な処理ではない。 Here, I(u,v) and T(u,v) are the Fourier spectra of i(x,y) and t(x,y), respectively, and * indicates complex conjugate. FT[...] is the Fourier transform operator. Note that in equation (8), even if an inverse Fourier transform is performed, it is substantially equivalent. As a result of the calculation, a clear peak appears in p(x,y) at the center position of each hologram. From the peak position of p(x,y), relative position information of the three holograms is obtained. By referring to this position information, in-plane deviation can be sufficiently suppressed, and the three holograms can be accurately extracted. Furthermore, the hologram extraction position is fine-tuned in pixel units to find the position where the three holograms overlap accurately. The above process only needs to be performed once as a calibration process after constructing the hologram imaging device, and is not necessarily required for each imaging process.

3枚の抽出したホログラムに対して、(7)式のアルゴリズムを適用することで、複素振幅分布o(x,y)が得られる。なお、本検証で用いた光変調素子は理想的に作製できているものとしてシミュレーションを行っているため、3枚のホログラム間で強度差は生じることはなく、(7)式中のαとβは1である。複素振幅分布o(x,y)に対して伝搬計算を適用することにより任意のz面における光分布o’(x,y)を再構成することができる。伝搬計算は以下の(9)式により与えられる。 The complex amplitude distribution o(x,y) is obtained by applying the algorithm in equation (7) to the three extracted holograms. Note that the simulation was performed assuming that the light modulation element used in this verification was ideally manufactured, so there is no difference in intensity between the three holograms, and α and β in equation (7) are 1. The light distribution o'(x,y) in any z plane can be reconstructed by applying a propagation calculation to the complex amplitude distribution o(x,y). The propagation calculation is given by the following equation (9).

Figure 0007565780000009
Figure 0007565780000009

ここでFT-1[…]は逆フーリエ変換演算子である。λは光源の波長である。撮像対象物体の奥行方向の配置位置zsが既知の場合に、撮像対象物体にフォーカスが合った像を得るためには、(9)式のzrを次式(10)に従うように設定すればよい。 Here, FT -1 [...] is the inverse Fourier transform operator. λ is the wavelength of the light source. When the position z s of the object to be imaged in the depth direction is known, in order to obtain an image in focus on the object to be imaged, z r in equation (9) should be set to comply with the following equation (10).

Figure 0007565780000010
Figure 0007565780000010

ここで、fd1、fd2は第1分割光と第2分割光それぞれに付与する球面位相であるレンズの焦点距離、zhは複屈折レンズと撮像素子の間の距離であり、zdは次式(11)により与えられる。 Here, f d1 and f d2 are the focal lengths of the lenses which are the spherical phases imparted to the first and second divided beams, respectively, z h is the distance between the birefringent lens and the image sensor, and z d is given by the following equation (11).

Figure 0007565780000011
Figure 0007565780000011

0は倍率調整用レンズの焦点距離であり、dは倍率調整用レンズ11と複屈折レンズ16の間の距離である。本実施例では、f0=250mm、d=100mm、fd1=500mm、fd2 → ∞(球面位相を付加しないことに相当)、zh=300mmとしている。“1”、“2”の配置位置zs=280、300mmの情報を参照し、対象物体を再構成した結果を図12に示す。“1”、“2”の物体のそれぞれにフォーカス位置を合わせることに成功していることがわかる。物体“1”にフォーカス位置を合わせた場合には、物体“2”の像がぼやける。同様に、物体“2”にフォーカス位置を合わせた場合には、フォーカス位置と異なる面に配置された物体の像がぼやける。 f 0 is the focal length of the magnification adjustment lens, and d is the distance between the magnification adjustment lens 11 and the birefringent lens 16. In this embodiment, f 0 = 250 mm, d = 100 mm, f d1 = 500 mm, f d2 → ∞ (corresponding to not adding a spherical phase), and z h = 300 mm. FIG. 12 shows the result of reconstructing the target object by referring to the information of the arrangement positions z s = 280, 300 mm of “1” and “2”. It can be seen that the focus positions were successfully adjusted to each of the objects “1” and “2”. When the focus position is adjusted to the object “1”, the image of the object “2” becomes blurred. Similarly, when the focus position is adjusted to the object “2”, the image of the object arranged on a surface different from the focus position becomes blurred.

以上の実施例では、光変調素子が理想的に作製できている場合のものであったが、以下に光変調素子に作製誤差が生じ、光に付与する位相Δφが目的の値からずれている場合の影響と、(7)式による改善結果について示す。 The above examples are based on the case where the light modulation element is ideally manufactured, but below we will show the effect when a manufacturing error occurs in the light modulation element and the phase Δφ imparted to the light deviates from the desired value, and the improvement results using formula (7).

目的のΔφの値を0.3196πradとし、その値から+15%の位相ずれが発生している場合、つまり、実際に光に付与される位相Δφが0.36754πradの場合、撮像素子8で撮像される(撮像面上で形成される)ホログラム(強度画像)は、図13となる。図11の結果と比較すると、中心部分のホログラムの明るさが左右のホログラムよりも低下していることがわかる。 When the desired Δφ value is 0.3196πrad and a phase shift of +15% occurs from that value, in other words, when the phase Δφ actually imparted to the light is 0.36754πrad, the hologram (intensity image) captured by the imaging element 8 (formed on the imaging surface) is as shown in Figure 13. Comparing it to the result in Figure 11, it can be seen that the brightness of the hologram in the center is lower than the holograms on the left and right.

これらのホログラムを上述の手順で切り出し、一般的に知られている3ステップの位相シフト((7)式において、α=β=1としたもの)を適用して、像を再構成した結果を図14(a)に示す。図12の再構成結果と比較すると、背景ノイズが強く発生していることがわかる。 These holograms were cut out using the procedure described above, and the commonly known three-step phase shift (α=β=1 in equation (7)) was applied to reconstruct the images, as shown in Figure 14(a). Comparing this to the reconstruction result in Figure 12, it can be seen that there is strong background noise.

このノイズを低減するために、本発明の光変調素子の0次光と±1次光の光強度又は回折効率の比でホログラムの強度分布を補正する位相シフト法を用いる。中心部分のホログラムの強度と、左右のホログラムの強度比は、あらかじめ、作製した光変調素子の0次光成分、±1次光成分の回折効率を測定しておけば、αとβが求められる。この光学系において既知の情報であるαとβを用いて、(7)式を適用することができる。その結果、図14(b)の像が得られる。 To reduce this noise, a phase shift method is used to correct the intensity distribution of the hologram using the ratio of the light intensity or diffraction efficiency of the zeroth-order light and ±1st-order light of the light modulation element of the present invention. The intensity of the hologram in the center and the intensity ratio of the left and right holograms can be calculated as α and β by measuring the diffraction efficiency of the zeroth-order light component and ±1st-order light component of the fabricated light modulation element in advance. Formula (7) can be applied using α and β, which are known information for this optical system. As a result, the image in Figure 14(b) is obtained.

図14(a)の結果と比較すると、図14(b)は背景ノイズが十分に低減できていることがわかる。以上から、(7)式のアルゴリズムを用いることで、光変調素子に作製誤差が生じていても、高品質な像が再構成できることを確認した。以上のように、本発明により単一光路の光学系を実現でき、一度の撮像で3次元情報を撮像・再構成することが可能である。 Compared with the result in Figure 14(a), it can be seen that background noise has been sufficiently reduced in Figure 14(b). From the above, it has been confirmed that by using the algorithm in equation (7), a high-quality image can be reconstructed even if there is a manufacturing error in the light modulation element. As described above, the present invention makes it possible to realize an optical system with a single optical path, and to capture and reconstruct three-dimensional information in a single capture.

上記の実施形態では、ホログラム撮影装置及び像再構成装置の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限らず、ホログラム撮影方法及び像再構成方法として構成されてもよい。 In the above embodiment, the configuration and operation of the hologram capturing device and image reconstruction device are described, but the present invention is not limited to this, and may be configured as a hologram capturing method and an image reconstruction method.

なお、上述した像再構成装置(演算装置)10として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、像再構成装置の各演算手順を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのCPUによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。なお、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録可能である。 A computer can be suitably used to function as the image reconstruction device (arithmetic device) 10 described above, and such a computer can be realized by storing a program describing the processing contents for realizing each arithmetic procedure of the image reconstruction device in the memory unit of the computer, and having the CPU of the computer read and execute this program. Note that this program can be recorded on a computer-readable recording medium.

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成要素を1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成要素を分割したりすることが可能である。 The above-mentioned embodiments have been described as representative examples, but it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions can be made within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited by the above-mentioned embodiments, and various modifications and changes are possible without departing from the scope of the claims. For example, it is possible to combine multiple components described in the embodiments into one, or to divide one component.

本発明は、立体映像のカメラとして用いることができ、蛍光3次元顕微鏡など、干渉計測・分析装置等に応用可能である。 The present invention can be used as a stereoscopic camera and can be applied to interference measurement and analysis devices such as fluorescent 3D microscopes.

1 撮像対象物体
2 ビームスプリッター(分割手段)
3 球面位相変調素
4 球面位相変調素
5 光変調素子
6 光変調素子
7 ビームスプリッター(合波手段)
8 撮像素子
9 撮影画像
10 演算装置
11 倍率調整用レンズ
12 波長フィルター
13 ミラー
14 ミラー
15 直線偏光子
16 複屈折レンズ
17 4分の1波長板
18 3領域分割偏光子
19 光変調素子(偏光回折格子)
20 直線偏光子
1 Object to be imaged 2 Beam splitter (splitting means)
3 Spherical phase modulation element 4 Spherical phase modulation element 5 Light modulation element 6 Light modulation element 7 Beam splitter (combining means)
Reference Signs List 8: Image sensor 9: Photographed image 10: Calculation device 11: Magnification adjustment lens 12: Wavelength filter 13: Mirror 14: Mirror 15: Linear polarizer 16: Birefringent lens 17: Quarter-wave plate 18: Three-area split polarizer 19: Light modulation element (polarization diffraction grating)
20 Linear polarizer

Claims (8)

インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割し、これら2つの光波の複素振幅分布に互いに異なる球面位相を付与し、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに干渉させてホログラムを形成し、撮像するホログラム撮像装置において、
第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を、前記第1分割光と前記第2分割光それぞれに付与し、この周期的な位相分布に起因して生じる回折光を利用して、前記第1分割光と前記第2分割光をそれぞれ3方向に分割し、方向ごとに位相シフト量が異なる、3枚のホログラムを撮像素子の撮像面上に形成させ、前記3枚のホログラムを同時に取得することを特徴とする、ホログラム撮像装置。
A hologram imaging device that divides an incoherent light wave into a first divided light and a second divided light, imparts different spherical phases to the complex amplitude distributions of these two light waves, and causes the first divided light and the second divided light to interfere with each other to form a hologram and image the hologram,
a phase distribution of two gradations that changes periodically in a first direction and is constant in a second direction perpendicular to the first direction is imparted to each of the first and second divided lights, and diffracted light caused by this periodic phase distribution is utilized to split the first and second divided lights in three directions, respectively, to form three holograms with different phase shift amounts for each direction on an imaging surface of an imaging element, and the three holograms are simultaneously acquired.
請求項1に記載のホログラム撮像装置において、
第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を光に付与する光変調素子を2枚備え、一方の光変調素子で前記第1分割光を変調し、他方の光変調素子で前記第2分割光を変調し、
変調する際に、他方の光変調素子の位相分布が一方の光変調素子の位相分布に対して第1の方向にずれている2枚の光変調素子を用いて変調する、又は、一方の光変調素子と前記第1分割光との位置関係と、他方の光変調素子と前記第2分割光との位置関係を、第1の方向にずらして配置して変調することを特徴とする、ホログラム撮像装置。
2. The holographic imaging device according to claim 1,
a first light modulating element that periodically changes in a first direction and that imparts a constant two-level phase distribution to light in a second direction perpendicular to the first direction, the first light modulating element modulating the first divided light and the other light modulating element modulating the second divided light;
A hologram imaging device characterized in that, when modulating, the modulation is performed using two light modulation elements in which the phase distribution of the other light modulation element is shifted in a first direction relative to the phase distribution of one light modulation element, or the modulation is performed by arranging the positional relationship between one light modulation element and the first divided light and the positional relationship between the other light modulation element and the second divided light so as to be shifted in the first direction.
請求項1に記載のホログラム撮像装置において、
前記第1分割光と前記第2分割光を互いに回転方向の異なる円偏光にする手段と、
第1の方向には周期的に変化し、第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を光に付与する光変調素子であって、各円偏光をそれぞれ3方向に分割する光変調素子と、
3つの領域を透過軸の方向が互いに異なる偏光子で構成した3領域分割偏光子と
を備え、前記3領域分割偏光子の各領域に3方向に分割された円偏光をそれぞれ対応させて透過させることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
2. The holographic imaging device according to claim 1,
a means for converting the first divided light and the second divided light into circularly polarized lights having mutually different rotation directions;
a light modulation element that applies a phase distribution to light that changes periodically in a first direction and has a constant two-level phase distribution in a second direction perpendicular to the first direction, the light modulation element splitting each circularly polarized light into three directions;
A holographic imaging device comprising: a three-area split polarizer in which three areas are constituted by polarizers whose transmission axes are different from each other; and wherein circularly polarized light split into three directions is transmitted through each area of the three-area split polarizer in a corresponding manner.
請求項3に記載のホログラム撮像装置において、
前記第1分割光及び前記第2分割光を互いに回転方向の異なる円偏光にする手段は、
伝搬してくる光を透過させる、斜め45度の方向に透過軸を有する直線偏光子と、
前記直線偏光子を透過した直線偏光を変調する複屈折レンズと、
前記複屈折レンズを透過した光を円偏光に変換する4分の1波長板と
を備えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
4. The holographic imaging device according to claim 3,
The means for converting the first divided light and the second divided light into circularly polarized lights having different rotation directions from each other includes:
A linear polarizer having a transmission axis in a 45 degree direction that transmits propagating light;
a birefringent lens that modulates the linearly polarized light transmitted through the linear polarizer; and
and a quarter-wave plate for converting the light transmitted through the birefringent lens into circularly polarized light.
請求項1に記載のホログラム撮像装置において、
伝搬してくる光を透過させる、斜め45度の方向に透過軸を有する直線偏光子と、
前記直線偏光子を透過した直線偏光を変調する複屈折レンズと、
光の1方向の電場ベクトルに対して、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与し、前記1方向の電場ベクトルと直交する方向の電場ベクトルに対して、位相分布が第1の方向に沿ってずれた、第1の方向に周期的に変化し第1の方向と直交する第2の方向には一定の2階調の位相分布を付与する光変調素子であって、前記複屈折レンズを透過した垂直直線偏光と水平直線偏光をそれぞれ3方向に分割する光変調素子と、
前記光変調素子で3方向に分割された垂直直線偏光と水平直線偏光を透過させる直線偏光子と
を備えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
2. The holographic imaging device according to claim 1,
A linear polarizer having a transmission axis in a 45 degree direction that transmits propagating light;
a birefringent lens that modulates the linearly polarized light transmitted through the linear polarizer; and
an optical modulation element that applies a phase distribution of two constant levels to an electric field vector of light in one direction, the phase distribution of which changes periodically in a first direction and is perpendicular to the first direction, and that applies a phase distribution of two constant levels to an electric field vector in a direction perpendicular to the electric field vector of the one direction, the phase distribution of which changes periodically in the first direction and is perpendicular to the first direction, the phase distribution of which is shifted along the first direction, the optical modulation element splitting vertically linearly polarized light and horizontally linearly polarized light transmitted through the birefringent lens into three directions;
A holographic imaging device comprising a linear polarizer that transmits vertically linearly polarized light and horizontally linearly polarized light split in three directions by the light modulation element.
請求項2乃至5のいずれか一項に記載のホログラム撮像装置において、
前記光変調素子は、レンズの位相分布を重畳した反射型或いは透過型の光変調素子であることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
6. The holographic imaging device according to claim 2,
11. A holographic imaging device, wherein the light modulation element is a reflective or transmissive light modulation element in which a phase distribution of a lens is superimposed.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のホログラム撮影装置で撮影したホログラムの画像データを入力とし、前記画像データから3枚の個別のホログラムを抽出し、位相シフト法により複素振幅分布を求め、伝搬計算により像を再構成することを特徴とする、像再構成装置。 An image reconstruction device that receives image data of a hologram captured by the hologram capture device described in any one of claims 1 to 6, extracts three individual holograms from the image data, obtains a complex amplitude distribution by a phase shift method, and reconstructs an image by propagation calculation. 請求項7に記載の像再構成装置において、
あらかじめ取得しておいた光変調素子の0次光と±1次光の光強度又は回折効率の比を用いて、ホログラムの強度を補正した位相シフト法により複素振幅分布を求めることを特徴とする、像再構成装置。
8. The image reconstruction apparatus according to claim 7,
An image reconstruction device characterized in that a complex amplitude distribution is obtained by a phase shift method in which the intensity of a hologram is corrected using a ratio of the light intensity or diffraction efficiency of the 0th order light and ±1st order light of a light modulation element that has been obtained in advance.
JP2020210531A 2020-12-18 2020-12-18 Holographic imaging device and image reconstruction device Active JP7565780B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020210531A JP7565780B2 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Holographic imaging device and image reconstruction device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020210531A JP7565780B2 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Holographic imaging device and image reconstruction device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022097130A JP2022097130A (en) 2022-06-30
JP7565780B2 true JP7565780B2 (en) 2024-10-11

Family

ID=82165268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020210531A Active JP7565780B2 (en) 2020-12-18 2020-12-18 Holographic imaging device and image reconstruction device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7565780B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010249639A (en) 2009-04-15 2010-11-04 Nikon Corp Hologram recording apparatus and method of recording hologram
CN103257441A (en) 2013-05-13 2013-08-21 北京工业大学 Incoherent digital holography three-dimensional dynamic microscopic imaging system and method
JP2015001726A (en) 2013-06-18 2015-01-05 学校法人 関西大学 Hologram recording apparatus and hologram recording method
US20160139561A1 (en) 2013-06-21 2016-05-19 University Of South Florida Full-color incoherent digital holography
JP2019144520A (en) 2018-02-23 2019-08-29 日本放送協会 Hologram recording device and image playback device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010249639A (en) 2009-04-15 2010-11-04 Nikon Corp Hologram recording apparatus and method of recording hologram
CN103257441A (en) 2013-05-13 2013-08-21 北京工业大学 Incoherent digital holography three-dimensional dynamic microscopic imaging system and method
JP2015001726A (en) 2013-06-18 2015-01-05 学校法人 関西大学 Hologram recording apparatus and hologram recording method
US20160139561A1 (en) 2013-06-21 2016-05-19 University Of South Florida Full-color incoherent digital holography
JP2019144520A (en) 2018-02-23 2019-08-29 日本放送協会 Hologram recording device and image playback device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022097130A (en) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8665504B2 (en) Digital holography device and phase plate array
JP7125423B2 (en) Skew mirror auxiliary imaging
JP7122153B2 (en) Hologram recording device and image reproducing device
US8654343B2 (en) Interference measurement apparatus and method for measuring interference
CN105241374B (en) The common orthogonal carrier frequency digital holographic detection device in road of dual wavelength and detection method
JP6995376B2 (en) 3D object information measuring device
CN107991242B (en) Method and system for measuring polarization state of sample based on polarization splitting prism
US20190121292A1 (en) Digital holographic reconstruction device and method using single generation phase shifting method
CN103245285A (en) Reflective point-diffraction carrier synchronization phase-shifting interference detection device and detection method
CN108957910B (en) Device and method for inspecting the surface of an object
US20200249626A1 (en) Add-on imaging module for off-axis recording of polarization coded waves
JP6309384B2 (en) Digital holography apparatus and digital holography method
JP7565780B2 (en) Holographic imaging device and image reconstruction device
JP2019511743A (en) Birefringent lens interferometer
JP7541932B2 (en) Imaging optical system for incoherent digital hologram and imaging device using the same
JP7478026B2 (en) Optical modulation element and phase measurement device
CN108594617A (en) The big view field imaging recording method of incoherent digital hologram and device
KR102222859B1 (en) An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method
Wang et al. Dual-wavelength digital holographic phase reconstruction based on a polarization-multiplexing configuration
JP7348858B2 (en) Hologram imaging device and image reconstruction system
JP2023077325A (en) Imaging device and imaging method
KR102532302B1 (en) Method and Apparatus for Generating Full-Color Holographic Image
JP7591424B2 (en) Incoherent holographic imaging device
US12339430B2 (en) Phase-shifting diffraction phase interferometry
JP2025101230A (en) Incoherent digital hologram imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231120

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240604

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240723

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7565780

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150