CN101925865A - 数字全息装置以及相位片阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单且提高了画质的数字全息装置(1)，其包括：进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体(6)放射或透射或散射或反射或折射的物体光的光源(4)；将光源(4)所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光的阵列器件(2)；具有记录有由阵列器件(2)分割而成的2种参考光与被被摄物体(6)放射或透射或散射或反射或折射的物体光分别发生干涉而获得的2种干涉条纹的摄像面(13)的CCD照相机(3)；以及，根据记录在摄像面(13)上的2种干涉条纹生成被摄物体(6)的再现像的再现像生成器(5)。

Description

数字全息装置以及相位片阵列

技术领域

本发明涉及一种根据物体光和参考光相干涉而成的干涉条纹来生成被摄物体的再现像的数字全息装置，以及该数字全息装置所具备的相位片阵列。

背景技术

在本文的说明中，以“弧度”作为表示相位以及角度的单位。本发明的发明者发明了具备将入射光分割成相位互不相同的4种参考光并射出的相移阵列元件的数字全息装置(专利文献1)。图23是说明现有的数字全息装置101的结构的模式图。数字全息装置101具备用于射出激光的光源104。从光源104射出的激光，被光束分离器BS分割。分割后的一部分激光，被反射镜M反射之后，先经过光束扩展器BE，然后经过准直镜CL而变成平行光，并且照射到被摄物体6上，被被摄物体106反射而成的物体光经过其他的光束分离器BS射入CCD照相机103所具备的摄像面100中。

被光束分离器BS分割的另一部分激光，被其他反射镜M反射之后经通过其他的光束扩展器BE，然后经过其他的准直镜CL而成为平行光，并射入阵列器件102中。

阵列器件102包括在垂直于激光的入射方向的平面上以栅格形状配置的4种区域107a、107b、107c、107d。4种区域107a、107b、107c、107d与CCD照相机的各像素相对应地配置。经过阵列器件102的区域107a的激光是具有成为相移测量单元基准的相位的参考光。经过区域107b的激光被变换成相对于经过区域107a的参考光进行了-π相移的参考光。经过区域107c的激光被变换成相对于经过区域107a的参考光进行了(-π/2)相移的参考光。经过区域107d的激光被变换成相对于经过区域107a的参考光进行了(-3π/2)相移的参考光。

由阵列器件102生成的4种参考光被另一其他的反射镜M反射之后经过成像光学系统，然后被其他的光束分离器BS反射，射入CCD照相机103所具备的摄像面100中。

摄像面100记录由4种参考光和物体光发分别发生干涉所形成的4种干涉条纹。再现像生成器105根据摄像面100所记录的4种干涉条纹，生成被摄物体106的再现像。

另外，根据偏振波面分割法的单次曝光相移数字全息术(非专利文献2)已被公知。根据该技术，使用偏振成像照相机在其摄像面上同时记录物体光和具有不同相位的2张干涉条纹，因此，通过1次记录，能够取得静态被摄物体的复振幅分布。但是，每次移动被摄物体时都需要取得物体光的强度分布，因此无法取得动态被摄物体的复振幅分布。另外，相比于图23所示的结构，不需要成像光学系统，也不需要以μm单位来设置光学系统。并且，不需要阵列器件102，因此不受波长的限制。

通过数字全息技术获得的相位分布被重叠在-π＜φ≤+π的范围内。为了恢复其原来的相位分布，必须进行相位展开。作为相位展开的1种方法，提出了如下的方法。

首先，说明使用了2个波长的相位展开方法(非专利文献5)。根据该方法，通过组合2个波长，能够自由变更合成波长的长度。另外，相比于使用1个波长的相位展开法，能够获得与使用非常长的合成波长进行记录的情况相同的相位分布，且相位重叠也少。

此外，平行相移数字全息术也已被公知。根据该技术，即使是通常需要进行多次摄影的情况，通过空分复用，也只需进行1次记录即可完成。另外，由于可以获得被摄物体的瞬间再现像，因此，动态物体也能作为被摄物体。

然而，对于图23所示的结构，强烈要求提高被摄物体的再现像画质。

而且，还需要有成像光学系统，而会发生像差为因的问题。由于发生进行相移的阵列器件导致的折射，因此必须以μm单位来设置光学系统，从而存在阵列器件的对位困难的问题。并且，用于进行相移的阵列器件受波长的限制，因此只能用于特定的波长。

在上述根据偏振波面分割法的单次曝光相移数字全息技术中，要求使用特殊的照相机，并且受偏振特性和波长的限制。

在上述使用2个波长的相位展开法中，由于使用了2个波长，因此需要进行2次以上的摄影。

专利文献1：日本专利申请特开2005-283683号公报(2005年10月13日公开)

非专利文献1：Yasuhiro Awatsuji等，“Parallel three-step phase-shifting digital holography”，1 Mat 2006/Vol.45，No.13/APPLIED OPTICS，2995-3002页

非专利文献2：Takanori Nomura等，“Phase-shifting digital holography with a phase difference between orthogonal polarizations”，10 July 2006/Vol.45，No.20/APPLIED OPTICS，4873-4877页

非专利文献3：X.F.Meng等，“Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption”，OPTICS LETTERS/Vol.31，No.10/May 15，2006，1414-1416页

非专利文献4：Yan Zhang等，“Reconstruction of in-line digital holograms from two intensity measurements”，August 1，2004/Vol.29，No.15/OPTICS LETTERS，1787-1789页

非专利文献5：Daniel Parshall等，“Digital holographic microscopy with dual-wavelength phase unwrapping”，20 January 2006/Vol.45，No.3/APPLIED OPTICS，451-459页

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供提高了画质的数字全息装置。

本发明的一数字全息装置的特征在于包括：光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；相移单元，将上述光源所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光；摄像单元，具有记录有2种干涉条纹的摄像面，该干涉条纹是由上述相移单元分割而成2种参考光与从上述被摄物体放射或透射或散射或反射或折射过来的物体光分别发生干涉而获得的；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的2种干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

根据上述结构，相移单元将射出自上述光源的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光。因此，能够将相移的步数从现有结构的4步减少到2步。从而，相比于具有现有结构的数字全息装置，能够提高被摄物体的再现像的画质，并且，能够更简单地制作出相移单元。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述相移单元是，包含有在垂直于上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

根据上述结构，能够以简单的结构实现将上述光源所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上相位互不相同的2种参考光的相移单元。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机，上述2种区域对应于上述摄像单元的各像素而配置。

根据上述结构，能够简单地记录由相移单元分割而成的2种参考光与从被摄物体放射或透过或散射或反射或折射过来的物体光分别发生干涉所形成的2种干涉条纹。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述相移单元将上述光分割成：具有作为相移测量单元基准的相位的参考光，以及与该参考光的相位相差0～π弧度范围内的任意量的参考光。

根据上述结构，能够通过简单的结构来实现平行2步相移数字全息装置。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述光源射出向第1方向偏振的光，通过上述相移单元分割而成的2种参考光中的一种光向第2方向偏振，且另一种光向第3方向偏振，该数字全息装置还包括使上述物体光与上述2种参考光透过的偏振元件阵列器件，上述偏振元件阵列器件包括第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域使上述向第2方向偏振的参考光的一种光以及上述物体光中朝向上述第2方向的具有正投影成分的光透过；上述第2区域使上述向第3方向偏振的参考光的另一种光以及上述物体光中朝向第3方向的具有正投影成分的光透过。上述偏振元件阵列器件是以阵列形状配置偏振元件而成的器件。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述偏振元件阵列器件与上述摄像单元形成为一体。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述相移单元是四分之一波片。优选的，在本发明的数字全息装置中，上述光源射出具有第1方向偏振成分以及第2方向偏振成分的直线偏振光；该数字全息装置还包括将上述物体光变换成具有第1方向偏振成分的光，并将从上述光源射出的光变换成具有第2方向偏振成分的光的偏振光束分离器；上述相移单元具备波片光学介质阵列器件以及偏振元件，其中，上述波片光学介质阵列器件将具有上述第2方向偏振成分的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同2种参考光；上述偏振元件使上述物体光的具有第3方向偏振成分以及上述2种参考光的具有第3方向偏振成分的光透过。上述波长片光学介质阵列器件是交替配置波长片和光学介质而成的器件。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述相移元件与上述摄像单元形成为一体。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述波片光学介质阵列器件包含使具有上述第2方向偏振成分的光透过的光学介质，以及对具有上述第2方向偏振成分的光进行相移而使其透过的四分之一波片。

还有，本发明的其他的数字全息装置的特征在于包括：光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；光程差生成单元，根据上述物体光生成光程差互不相同的第1光程物体光以及第2光程物体光，并根据上述光源射出的光生成光程差互不相同的第1光程参考光以及第2光程参考光；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第1光程物体光以及第1光程参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第2光程物体光以及第2光程参考光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

根据上述结构，光程差生成单源根据上述物体光生成光程差互不相同的第1光程物体光以及第2光程物体光，并根据上述光源射出的光生成光程差互不相同的第1光程参考光以及第2光程参考光。因此，能够通过1个摄像单元同时获得以不同的光程差形成的第1干涉条纹和第2干涉条纹。从而，能够获得可瞬间记录3维像的数字全息装置。

优选的，在本发明的数字全息装置中，上述光程差生成单元是，包含有在垂直于上述物体光以及上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

根据上述结构，通过2种区域，能够给物体光以及从光源射出的光予以光程差。

优选的，在本发明的其他数字全息装置中，上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；在上述2种区域中的一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第1光程物体光以及上述第1光程参考光；在上述2种区域中的另一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第2光程物体光以及上述第2光程参考光。

根据上述结构，通过2种区域，能够获得光程差互不相同的干涉条纹。

优选的，在本发明的其他数字全息装置中，上述阵列器件由针对物体光与参考光的折射率相同的光学介质所形成，上述2种区域中的一种区域的厚度与上述2种区域中的另一种区域的厚度互不相同。根据上述结构，能够简单地构成具有可形成光程互不相同的干涉条纹的2种区域的阵列器件。

优选的，在本发明的其他数字全息装置中，上述阵列器件由针对物体光与参考光具有第1折射率的第1光学介质以及针对物体光与参考光具有第2折射率的第2光学介质所形成；上述第1折射率与上述第2折射率互不相同；上述第1光学介质以及第2光学介质具有相同的厚度。

根据上述结构，能够简单地构成具有可形成光程差互不相同的干涉条纹的2种区域的阵列器件。

还有，本发明的另一其他的数字全息装置的特征在于包括：光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；相移单元，包含有第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域对上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光进行相移而使其透过，上述第2区域使上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光透过；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由进行相移而透过上述第1区域的上述物体光与上述光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2区域的上述物体光与上述光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

优选的，在本发明的另一其他的数字全息装置中，上述相移单元的第1区域由相位片或波片所构成，第2区域由光学各向同性介质所构成，上述相移单元由上述第1区域与上述第2区域以栅格形状配置而成。

优选的，在本发明的另一其他的数字全息装置中，上述相移单元与上述摄像单元形成为一体。

还有，本发明的又一其他的数字全息装置包括：光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；偏振元件阵列器件，交替配置有相对上述第1方向倾斜+45度的第1偏振元件以及倾斜-45度的第2偏振元件；相移单元，具有相对上述第1方向倾斜+45度的高速轴以及倾斜-45度的低速轴；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

优选的，在本发明的又一其他的数字全息装置中，上述相移单元是二分之一波片。

优选的，在本发明的又一其他的数字全息装置中，上述偏振元件阵列器件以及上述相移单元，与上述摄像单元形成为一体。

还有，本发明的再一其他的数字全息装置的特征在于包括：第1光源以及第2光源，分别射出各自具有互不相同的第1波长以及第2波长的第1波长光以及第2波长光，并根据上述射出的第1波长光以及第2波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；相移波长选择单元，在垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的平面上，将由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光分割成，具有第1相位且与上述第1波长相对应的第1相位第1波长参考光、具有不同于上述第1相位的第2相位且与上述第1波长相对应的第2相位第1波长参考光、具有上述第1相位且与上述第2波长相对应的第1相位第2波长参考光、具有上述第2相位且与上述第2波长相对应的第2相位第2波长参考光；摄像单元，具有记录有第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹的摄像面，而这些干涉条纹是由上述相移波长选择单元分割而成的第1相位第1波长参考光、第2相位第1波长参考光、第1相位第2波长参考光以及第2相位第2波长参考光分别与被上述被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光发生干涉而获得的；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

根据上述结构，能够在摄像面上同时记录分别与互不相同的第1波长以及第2波长相对应的第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹。因此，通过1次的摄影就能够计算出正确的相位分布，对于动态被摄物体也能够实施2波长相位展开。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，上述相移波长选择单元还包括相移阵列器件以及波长选择阵列器件，其中，上述相移阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的第1方向分别以条纹形状配置的、对应于上述第1相位的第1相位区域以及对应于第2相位的第2相位区域；上述波长选择阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向且与上述第1方向交叉的方向分别以条纹形状而配置的、使具有上述第1波长的光透过的第1波长区域以及使具有上述第2波长的光透过的第2波长区域。上述相移波长选择阵列器件是将滤波器配置为阵列状而成的器件。

根据上述结构，通过相移阵列器件和波长选择阵列器件，在垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的平面上，能够简单地构成将由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光分割成与上述第1相位以及上述第1波长相对应的第1相位第1波长参考光、与不同于上述第1相位的第2相位以及上述第2波长相对应的第2相位第1波长参考光、与上述第1相位以及上述第2波长相对应的第1相位第2波长参考光、与上述第2相位以及上述第2波长相对应的第2相位第2波长参考光的相移波长选择单元。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；上述第1相位区域以及上述第2相位区域、上述第1波长区域以及上述第2波长区域，对应于上述摄像单元的各像素而配置。

根据上述结构，能够通过简单的结构来记录被相移波长选择单元分割而成的第1相位第1波长参考光、第2相位第1波长参考光、第1相位第2波长参考光、第2相位第2波长参考光与被上述被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光分别发生干涉而成的第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，上述相移波长选择单元还包括第3相位区域以及第4相位区域，其中，上述第3相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位的第3相位相对应；上述第4相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位以及第3相位的第4相位相对应。

根据上述结构，能够获得根据4个互不相同的相位而形成的干涉条纹。

优选的，本发明的再一其他的数字全息装置还包括第3光源，该第3光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长的第3波长的第3波长光，根据上述第1波长光、第2波长光以及第3波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光。

优选的，本发明的再一其他的数字全息装置还包括第4光源，该第4光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长以及第3波长的第4波长的第4波长光，根据上述第1波长光、第2波长光、第3波长光以及第4波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；上述相移波长选择单元包括上述第1波长光入射的第1四分之一波片、上述第2波长光入射第2四分之一波片以及波长选择阵列器件，其中，上述第1四分之一波片具有与上述第1相位相对应的高速轴以及与上述第2相位相对应的低速轴；上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；上述波长选择阵列器件，配置有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；该数字全息装置还包括偏振元件阵列，该偏振元件阵列具有使平行于上述高速轴的偏振光透过的高速轴透过区域以及使平行于上述低速轴的偏振光透过的低速轴透过区域。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，上述波长选择阵列器件以及上述偏振元件阵列与上述摄像元件形成为一体。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；上述相移波长选择单元包含波长选择阵列器件、相移阵列器件以及偏振元件，其中，上述波长选择阵列器件上配置有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；上述相移阵列器件上配置有对应于上述第1波长光的第1四分之一波片以及对应于上述第2波长光的第2四分之一波片，上述第1四分之一波片具有对应于上述第1相位的高速轴以及对应于上述第2相位的低速轴，上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；上述偏振元件使具有上述第1偏振成分的光透过。

优选的，在本发明的再一其他的数字全息装置中，上述相移波长选择单元与上述摄像单元形成为一体。

本发明的一种相移阵列器件包括第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域使入射的光透过，并为了使入射的光发生相移，由二分之一波片构成该第1区域；为了使入射的光透过，由玻璃构成上述第2区域，上述第1区域以及第2区域以栅格形状所配置。

还有，本发明的又另一其他的数字全息装置的特征在于包括：光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；波片阵列器件，交替配置有四分之一波片与二分之一波片；偏振元件，相对上述第1方向倾斜而设；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述四分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述二分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。上述波片阵列器件是以阵列状配置波片而成的器件。

还有，本发明的又另一其他的数字全息装置的特征在于包括：光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；波片阵列器件，交替配置有第1波片元件与第2波片元件，上述第1波片元件具有相互正交的第1高速轴以及第1低速轴，上述第2波片元件具有平行于上述第1高速轴的第2低速轴以及平行于上述第1低速轴的第2高速轴；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

还有，本发明的又另一其他的数字全息装置的特征在于包括：光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；四分之一波片，在不同于第1偏振方向的方向上具有高速轴与低速轴；偏振元件阵列器件，交替配置有第1偏振元件与第2偏振元件，上述第1偏振元件具有平行于上述四分之一波片的高速轴或低速轴的第2偏振方向，上述第2偏振元件具有正交于上述第2偏振方向的第3偏振方向；摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

如以上所述，本发明的数字全息装置具备能够将上述光源所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光的相移单元，因此，相比于现有结构的数字全息装置，能进一步提高被摄物体的再现像的画质。另外，相比于现有的数字全息装置，能够更简单地制作出相移单元。

还有，如上所述，本发明的数字全息装置具备光程差生成单元，该光程差生成单元根据上述物体光生成光程差互不相同的第1光程物体光以及第2光程物体光，并根据上述光源所射出的光生成光程差互不相同的第1光程参考光以及第2光程参考光，因此，通过一个摄像单元能够同时取得以不同的光程差形成的第1干涉条纹和第2干涉条纹，从而能够提供瞬间记录3维像的数字全息装置。

还有，如上所述，由于本发明的数字全息装置具备相移波长选择单元，在垂直于由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光的入射方向的平面上，该相移波长选择单元将第1波长光以及第2波长光分割成具有上述第1相位且与上述第1波长相对应的第1相位第1波长参考光、具有不同于上述第1相位的第2相位且与上述第1波长相对应的第2相位第1波长参考光、具有第1相位且与上述第2波长相对应的第1相位第2波长参考光、具有第2相位且与上述第2波长相对应的第2相位第2波长参考光，因此，通过1次的摄影就能够计算出正确的相位分布，对于动态被摄物体也能够实施2波长相位展开。

附图说明

图1是说明实施方式1的数字全息装置的结构的模式图。

图2是说明上述数字全息装置中的被摄物体的全息像再现顺序的图。

图3(a)是表示物体光的振幅分布的图，图3(b)是表示物体光的相位分布的图，图3(c)是表示根据现有方法获得的再现像的振幅分布的图，图3(d)是表示根据现有方法获得的再现像的相位分布的图，图3(e)是表示根据本发明获得的再现像的振幅分布的图，图3(f)是表示根据本发明获得的再现像的相位分布的图。

图4是表示本发明以及现有方法的相关系数值的图。

图5是表示本发明以及现有方法的相关系数值的柱形图。

图6是说明实施方式2的数字全息装置的结构的模式图。

图7是说明上述数字全息装置所具备的阵列器件的结构的立体模式图。

图8是说明上述数字全息装置所具备的阵列器件的结构的剖面模式图。

图9是说明上述数字全息装置中的像再构成的运算法的图。

图10(a)是表示根据上述数字全息装置的被摄物体的再现像的图，图10(b)是表示根据现有的菲涅耳变换法的被摄物体的再现像的图，图10(c)是表示根据现有的逐次相移数字全息的被摄物体的再现像的图。图10(d)是表示根据专利文献1上述的现有数字全息装置的被摄物体的再现像的图。

图11是说明实施方式3的数字全息装置的结构的模式图。

图12是说明上述数字全息装置所具备的阵列器件的结构的图。

图13是说明上述数字全息装置中的像再构成的运算法的图。

图14(a)～图14(e)是说明上述数字全息装置中的像素插补方法的图。

图15是说明求得上述数字全息装置中的复振幅的方法的图。

图16(a)是表示上述数字全息装置的被摄物体的高度分布的图，图16(b)是表示被摄物体的振幅分布的图，图16(c)表示的是使用波长为633nm、532nm的激光进行计算机模拟的结果，图16(e)表示的是通过专利文献1上述的现有方法进行的数字全息装置(波长：633nm)的计算机模拟的结果。

图17是说明实施方式3的其他数字全息装置的结构的模式图。

图18是说明上述数字全息装置所具备的阵列器件的结构的图。

图19是说明上述数字全息装置中的像再构成运算法的图。

图20是说明上述数字全息装置中的像素插补方法的图。

图21是说明求得上述数字全息装置中的复振幅的方法的图。

图22(a)表示使用波长为633nm、532nm的激光进行计算机模拟的结果，图22(b)表示使用波长为633nm、532nm、475nm的激光进行计算机模拟的结果。

图23是说明专利文献1上述的现有技术中的数字全息装置的结构模式图。

图24是说明实施方式4的数字全息装置的结构的模式图。

图25(a)是说明上述数字全息装置中的偏振元件阵列器件的结构的模式图，图25(b)是表示偏振方向的图。

图26是说明上述数字全息装置的偏振方向的变化的图。

图27是表示数字全息装置所具备的CCD照相机的摄像面上的参考光的偏振方向以及相位分布的图。

图28是说明实施方式4的其他数字全息装置的结构的模式图。

图29是说明上述其他数字全息装置所具备的相移阵列器件的结构的图。

图30是说明上述相移阵列器件中的参考光的相移及偏振方向变化的图。

图31是说明上述其他数字全息装置中的物体光和参考光在各元件上的相位以及偏振方向变化的图。

图32是表示实施方式5的数字全息装置的结构的模式图。

图33是表示实施方式5的其他数字全息装置的结构的模式图。

图34是表示实施方式6的数字全息装置的结构的模式图。

图35是说明上述数字全息装置所具备的波长选择阵列器件以及偏振元件阵列的结构的立体模式图。

图36是说明上述数字全息装置中的偏振状态的变化的图。

图37是表示实施方式6的其他数字全息装置的结构的模式图。

图38是说明上述其他数字全息装置所具备的波长选择阵列器件以及偏振元件阵列的结构的立体模式图。

图39是说明上述其他数字全息装置中的偏振状态的变化的图。

图40是表示实施方式6的另一其他数字全息装置的结构的模式图。

图41是说明上述另一其他数字全息装置所具备的相移波长选择元件的结构的立体模式图。

图42是说明上述另一其他数字全息装置中的偏振状态的变化的图。

图43是表示实施方式6的又一其他数字全息装置的结构的模式图。

图44是说明上述又一其他数字全息装置所具备的相移波长选择元件的结构的立体模式图。

图45是说明上述再一其他数字全息装置中的偏振状态的变化的图。

图46是表示实施方式7的数字全息装置的结构的模式图。

图47是表示上述数字全息装置所具备的波片阵列器件和偏振元件和CCD照相机的结构的模式图。

图48是表示上述波片阵列器件和偏振元件的结构的模式图。

图49是表示实施方式7的其他数字全息装置的结构的模式图。

图50是表示实施方式8的数字全息装置的结构的模式图。

图51是表示上述数字全息装置所具备的四分之一波片阵列和CCD照相机的结构的模式图。

图52是表示上述四分之一波片阵列的结构的模式图。

图53是表示实施方式9的数字全息装置的结构的模式图。

图54是表示上述数字全息装置所具备的偏振元件阵列器件和CCD照相机的结构的模式图。

图55是表示上述偏振元件阵列器件的结构的模式图。

<附图标记说明>

1、1c～1m    数字全息装置

2            阵列器件(相移单元)

3            CCD照相机(摄像单元)

4            光源

5            再现像生成器

6            被摄物体

7a、7b              区域

8                   干涉条纹

9a、9b              区域

10a、10b、11a、11b  干涉条纹数据

12                  成像光学系统

13                  摄像面

14                  阵列器件(光程差生成单元)

15a、15b            区域

16                  干涉条纹

17a、17b            区域

18a、18b、19a、19b  干涉条纹数据

20                  阵列器件(相移波长选择单元)

21                  相移阵列器件

22                  波长选择阵列器件

23a～23d            相位区域

24a、24b            波长区域

25a～25h            干涉条纹

26a～26c            波长区域

27a～271            干涉条纹

28a、28b、28c       光源(第1光源、第2光源、第3光源)

31、31a             光源

32                  四分之一波片(相移单元)

33                  偏振元件阵列器件

34a、34b            区域(第1区域、第2区域)

35                  相移阵列器件(相移单元)

36                  波片光学介质阵列器件

37                  偏振元件

38                  光学介质

39                  四分之一波片

40                  高速轴

41              低速轴

42              相位片阵列(相移单元)

43、44          区域(第1区域、第2区域)

45              四分之一波片

46              高速轴

47              低速轴

48              光源

49              偏振元件

50              偏振元件阵列器件

51a、51b        偏振元件

52              四分之一波片(相移单元)

53              高速轴

54              低速轴

55a、55b、55c   光源

56              相移波长选择元件

QWP1            四分之一波片(第1四分之一波片)

QWP2            四分之一波片(第2四分之一波片)

QWP3            四分之一波片(第3四分之一波片)

57、61          波长选择阵列器件

58a、62a        波长区域(第1波长区域)

59              偏振元件阵列

62c             波长区域(第3波长区域)

60a             高速轴透过区域

60b             低速轴透过区域

63、72          高速轴

64、73          低速轴

65a、65b、65c   光源

66、74          相移波长选择元件

67、75          波长选择阵列器件

68a、76a        波长区域(第1波长区域)

68b、76b    波长区域(第2波长区域)

76c         波长区域(第3波长区域)

69、77      相移阵列器件

71          偏振元件

70a、78a    四分之一波片(第1四分之一波片)

70b、78b    四分之一波片(第2四分之一波片)

78c         四分之一波片(第3四分之一波片)

80          波片阵列器件

81a         四分之一波片

81b         二分之一波片

82          偏振片

83          偏振元件

84          波片阵列器件

85          第1波片元件

86a         第1高速轴

86b         第1低速轴

87          第2波片元件

88a         第2高速轴

88b         第2低速轴

89          偏振元件阵列器件

90a         第1偏振元件

90b         第2偏振元件

91          四分之一波片

BS1、BS2    光束分离器

PBS1、PBS2  偏振光束分离器

具体实施方式

以下，参照图1至图55，说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是说明实施方式1所涉及的数字全息装置1的结构的模式图。数字全息装置1具备有用于射出激光的光源4。光束分离器对光源4所射出的激光进行分割。分割后的一部分激光，被反射镜M反射之后经过光束扩展器BE，然后经过准直镜CL而成为平行光并照射到被摄物体6上，之后经被摄物体6的散射而成为物体光，该光再经过另一光束分离器BS，射入CCD照相机3所具备的摄像面13中。

被光束分离器BS分割的另一部分激光，被另一反射镜M反射后经过另一光束扩展器BE，然后经过另一准直镜CL而成为平行光，并入射到阵列器件2中。

阵列器件2包括在垂直于激光入射方向的平面上以栅格形状配置的2种的区域7a、7b。2种区域7a、7b对应于CCD照相机3的各像素而配置。经过阵列器件2的区域7a的激光成为作为相移测量单元基准的参考光。经过阵列器件2的区域7b的激光被变换成相对于经过区域7a的激光的相位进行了(-π/2)相移的参考光。

由阵列器件2生成的2种参考光，被又一其他的反射镜M反射后经过成像光学系统12，再被另一光束分离器BS反射后射入CCD照相机3所具备的摄像面13中。

图2是说明上述数字全息装置1中的被摄物体6的全息像的再现顺序的图。在CCD照相机3的摄像面13中，有由2种参考光和物体光分别发生干涉而成的干涉条纹8被记录。干涉条纹8包括以栅格形状交替配置的区域9a、9b。区域9a是，用于记录经过阵列器件2的区域7a并具有成为相移测量单元基准的相位的参考光与物体光发生干涉而形成的干涉条纹的区域。区域9b是，用于记录经过阵列器件2的区域7b并相对于经过区域7a的参考光进行了(-π/2)相移的参考光与物体光发生干涉而形成的干涉条纹的区域。

再现像生成器5从干涉条纹8中分别抽取由区域9a所构成的干涉条纹数据10a和由区域9b所构成的干涉条纹数据10b。然后，再现像生成器5对干涉条纹数据10a进行插补处理生成干涉条纹数据11a，并对干涉条纹数据10b进行插补处理生成干涉条纹数据11b。接下来，再现像生成器5对干涉条纹数据11a、11b进行菲涅耳变换，生成被摄物体6的再现像。

为了使通过再现像生成器5来进行全息像再现的过程中使用的数学式(3)～(5)成立，作为必要条件使参考光的强度充分强，优选的强度是物体光强度的2倍以上。

接下来，说明生成被摄物体6的再现像的原理。通过求出CCD照相机3的摄像面13上的物体光的复振幅分布，来计算物体的3维信息。为了求出物体的复振幅分布，需要以下的信息。

·参考光的强度分布

·由物体光和参考光所形成的干涉条纹

·物体光和进行了(-π/2)相移的参考光的干涉条纹

根据这些信息求出CCD照相机3的摄像面13上的物体光的复振幅分布的理论如下。

物体光：

(A_γ(x，y)：物体光的振幅分布，φ_(x，y)：物体光的相位分布)参考光：

(Aγ(x，y)：参考光的振幅分布，φ(x，y)：参考光的相位分布，δ：参考光的相移量)

参考光的强度：

由物体光和参考光生成的干涉条纹可用下述数学式(1)来表达。

$I_{(x,y;\mathrm{\&delta;})}={|U_{(x,y)}+U_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}|}^2=A_{o(x,y)}^2+A_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2+2A_{o(x,y)}{A}_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}\cos [{\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}-\{{\mathrm{\&phi;}}_{(x,y)}+\mathrm{\&delta;}\left\}\right]---\left(1\right)$

相移量δ为0、(-π/2)时的干涉条纹如以下表达式所表示。

$\mathrm{\&delta;}=0:I_{(x,y;0)}=A_{o(x,y)}^2+A_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2+2A_{o(x,y)}{A}_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}\cos [{\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}-{\mathrm{\&phi;}}_{(x,y)}]$

$\mathrm{\&delta;}=-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}:I_{(x,y;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}=A_{o(x,y)}^2+A_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2-2A_{o(x,y)}{A}_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}\sin [{\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}-{\mathrm{\&phi;}}_{(x,y)}].$

在此，干涉条纹的0级衍射光成分的定义如下。

$a_{(x,y)}=A_{o(x,y)}^2+A_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2$

并且，参考光的初期相位是φ_(x，y)＝0。

整理上述2个数学式，获得下述数学式(2)。

$A_{o(x,y)}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}=\frac{I_{(x,y;0)}-a_{(x,y)}}{2\sqrt{I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}}}$

$A_{o(x,y)}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}=-\frac{I_{(x,y;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}-a_{(x,y)}}{2\sqrt{I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}}}---\left(2\right)$

接下来，说明求出干涉条纹的0级衍射光成分的过程。将数学式(2)代入三角函数公式sin²θ+cos²θ＝1中，获得如下数学表达式。

$A_{o(x,y)}^2\{{\cos }^2{\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}+{\sin }^2{\mathrm{\&theta;}}_{(x,y)}\}={\left\{\frac{I_{(x,y;0)}-a_{(x,y)}}{2\sqrt{I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}}}\right\}}^2+{\left\{\frac{-I_{(x,y;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}+a_{(x,y)}}{2\sqrt{I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}}}\right\}}^2$

对该数学式进行整理，获得如数学式(3)所示的α_(x，y)的2次方程式。

$a_{(x,y)}^2+v{a}_{(x,y)}+w=0$

$v=-(I_{(x,y;0)}+I_{(x,y;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}+2I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)})$

$w=\frac{1}{2}(I_{(x,y;0)}^2+I_{(x,y;-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})}^2)+2I_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2---\left(3\right)$

解出α_(x，y)，获得数学式(4)。

$a_{(x,y)}=\frac{-v\&PlusMinus;\sqrt{v^2-4w}}{2}---\left(4\right)$

在此， $a_{(x,y)}=A_{o(x,y)}^2+A_{\mathrm{\&gamma;}(x,y)}^2$

因此，根号为负，获得数学式(5)。

$a_{(x,y)}=\frac{-v-\sqrt{v^2-4w}}{2}---\left(5\right)$

如上所述，根据2张干涉条纹、参考光的强度信息，可获得CCD面上的物体光的复振幅分布。其顺序如下。

首先，将2张干涉条纹、参考光的强度分布记录到摄像元件中。然后，将2张干涉条纹、参考光的强度分布信息代入数学式(5)中，求出干涉条纹的0级衍射光成分。接下来，将2张干涉条纹、参考光的强度分布信息、所求得的干涉条纹的0级衍射光成分代入数学式(2)中，求出物体光的实部、虚部。

为了表示实施方式1所涉及的数字全息术的有效性，通过计算机进行了模拟。图3(a)表示的是物体光的振幅分布，图3(b)表示的是物体光的相位分布，图3(c)表示的是按照专利文献1所述的现有方法由数字全息装置生成的再现像的振幅分布，图3(d)表示的是按照专利文献1所述的现有方法由数字全息装置生成的再现像的相位分布，图3(e)表示的是根据本发明生成的再现像的振幅分布，图3(f)表示的是根据本发明生成的再现像的相位分布。图4是表示本发明以及现有方法的相关系数值的图。图5是表示本发明以及现有方法的相关系数值的柱形图。

进行模拟的条件如下。

·记录/再现光的波长：632.8(nm)

·自CCD面的再现距离：7(cm)

·CCD像素数：512×512(pixels)

·CCD的像素间隔：10(μm)

·像再现方法：卷积法

·Ar_(x，y)：2

设定Ar_(x，y)＝2的理由在于，对物体光的强度分布进行了标准化，而且物体光的强度和参考光的强度比被假设为1∶4。作为对比对象，在相同条件下对采用专利文献1所记载的现有方法的数字全息也进行了模拟。作为插补处理方法，均采用了对于CCD面上的有欠缺的各相移量的像素值进行插补的方法。作为对比方法，取得了图3所示的物体光的振幅分布、相位分布与通过各方法获得的再现像的振幅分布、相位分布之间的关系。然后，根据所获得的相关系数的值，对有效性进行确认。所求得的相关系数Γ的数学表达式如下。

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{N_y}(P_{(i,j)}-\stackrel{\&OverBar;}{P})(Q_{(i,j)}-\stackrel{\&OverBar;}{Q})}{\sqrt{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{N_y}{(P_{(i,j)}-\stackrel{\&OverBar;}{P})}^2}\sqrt{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^{N_x}{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{N_y}{(Q_{(i,j)}-\stackrel{\&OverBar;}{Q})}^2}}---\left(6\right)$

$\stackrel{\&OverBar;}{P}=\frac{1}{N_x{N}_y}\underset{i=1}{\overset{N_x}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{N_y}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_{(i,j)}$

$\stackrel{\&OverBar;}{Q}=\frac{1}{N_x{N}_y}\underset{i=1}{\overset{N_x}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1}{\overset{N_y}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{(i,j)}$

在数学式(6)中，P_(i，j)是被摄物体的数据的各像素值，Q_(i，j)是再现像的数据的各像素值，N_x、N_y分别是x、y轴方向上的像素数。付与P_(i，j)被摄物体的振幅分布、相位分布的数据，付与Q_(i，j)再现像的振幅分布、相位分布的数据。图4中的相关值用柱形表示则如图5所示。模拟结果表明，画质有所提高。

在实施方式1中，说明了由光源4射出激光的例子，但是本发明并不限定于此。取代激光，还可以使用超声波、X线、发射自LED的光、发射自超辐射发光二极管的光、发射自卤灯的光、发射自氙灯的光、发射自水银灯的光、发射自钠灯的光、微波、太拉赫光、电子线或者广播波。这在后述的实施方式中也一样。

另外，对于阵列器件2的区域7a、7b，可以改变构成阵列器件2的玻璃材料的厚度，或者，通过在阵列器件2上设置液晶元件来改变液晶分子的方向。

此外，以上说明了作为摄像单元使用CCD照相机的例子，但是本发明并不限定于此。作为摄像单元可使用一般的摄像元件，还可以用CMOS图像传感器照相机代替CCD照相机。这在后述实施方式中也一样。

另外，以上说明了使用玻璃形成阵列器件的例子，但是本发明并不限定于此。

此外，以上例举了由光源射出的激光经被摄物体散射后成为物体光的例子，但是本发明并不限定于此。物体光也可以是由上述被摄物体放射或透射或反射或折射而成的光。这在下述实施方式中也一样。

(实施方式2)

图6是说明实施方式2所涉及的数字全息装置1c的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1c具备用于射出激光的光源4c。光束分离器BS对光源4c所射出的激光进行分割。分割后的一部分激光，被反射镜M反射之后经过光束扩展器BE，然后经过准直镜CL而成为平行光照射到被摄物体6上，再被摄物体6散射而成的物体光通过其他光束分离器BS射入阵列器件14中。

由光束分离器BS进行分割的另一部分激光，被其他的反射镜M反射之后经过其他的光束扩展器BE，然后经过其他的准直镜CL而成为平行光，然后被另一其他的反射镜M以及其他光束分离器BS反射并射入阵列器件14中。

图7是说明阵列器件14的结构的立体模式图，图8为其剖面图。阵列器件14具备在垂直于激光的入射方向的平面上以栅格形状交替配置的2种区域15a、15b。该2种区域15a、15b，相对应于CCD照相机3的各像素而配置。阵列器件14由对于物体光和参考光的折射率相同的玻璃构成，如图8所示，区域15a的厚度比区域15b薄。

在区域15a中，根据来自被摄物体6的物体光以及由其他光束分离器BS所反射的激光，分别生成第1光程物体光以及第1光程参考光，并将这些光射入摄像面13。在区域15b中，根据来自被摄物体6的物体光以及由其他光束分离器BS反射的激光，分别生成第2光程物体光以及第2光程参考光，并将这些光射入摄像面13。阵列器件14可以粘贴在CCD照相机3的摄像面13上。根据阵列器件14的所述结构，CCD照相机3的每个像素都存在光程差，因此，通过进行1次记录，就能够同时记录光程长度不同的2张干涉条纹。并且，对于该光程差不设任何特定条件，因此，只要玻璃的厚度均一就可以自由地进行设定。

阵列器件可由厚度相同的第1光学介质以及第2光学介质形成。此时，第1光学介质针对射入的物体光以及参考光具有第1折射率，第2光学介质针对射入的物体光以及参考光具有不同于第1折射率的第2折射率。

图9是说明数字全息装置1c的像再现结构运算法的图。在CCD照相机3的摄像面13上记录有干涉条纹16。干涉条纹16被记录至以栅格状交替配置的2种区域17a、17b上。区域17a与阵列器件14的区域15a相对应。区域17b与阵列器件14的区域15b相对应。

再现像生成器5从干涉条纹16中抽取由区域17a所构成的干涉条纹数据18a与由区域17b所构成的干涉条纹数据18b。之后，再现像生成器5对干涉条纹数据18a进行插补而生成干涉条纹数据19a，并对干涉条纹数据18b进行插补而生成干涉条纹数据19b。然后，再现像生成器5对干涉条纹数据19a、19b进行菲涅耳变换，生成被摄物体6的再现像。

这样，通过本实施方式的摄像元件可以记录光程长度互不相同的2张干涉条纹信息，并抽取各成分，对其分别欠缺的像素进行插补。然后，依据由以上程序所获得的2张干涉条纹，使用计算机进行像再现计算，并以此求出物体光，再现三维信息。

如上所述，根据在同轴配置的摄像元件(CCD照相机3)和被摄物体6之间的距离互不相同的2个位置上进行记录的2个同轴全息图，可对任意位置上的被摄物体的振幅信息进行再现。其方法原理如下。

通过对照射到被摄物体6的光被该被摄物体6散射而成的物体光和成为参考光的平面波进行同轴重叠，使干涉条纹形成在摄像元件上。假设摄像元件和被摄物体之间的距离为z，可根据以下数学式(7)，求出记录在该摄像元件上的干涉条纹。

$I(x,y,z)={\left|A_0\exp (-i\frac{2\mathrm{\&pi;d}}{\mathrm{\&lambda;}}\right[1+u(x,y,z)\left]\right|}^2---\left(7\right)$

A₀：参考光的振幅(实数的常数)

u(x，y，z)：物体光的振幅，相位分布

在此，物体光的振幅充分小于参考光的振幅时，数学式(7)可表示为与其近似的数学式(8)。

$I(x,y,z)={\left|A_0\exp (-i\frac{2\mathrm{\&pi;d}}{\mathrm{\&lambda;}}\exp \right[u(x,y,z)\left]\right|}^2$

$={A_0}^2\exp [u(x,y,z)+u^{*}(x,y,z)]---\left(8\right)$

在此，函数如数学式(9)所定义。

l(x，y，z)＝log[I(x，y，z)/A₀ ²]＝u(x，y，z)+u^*(x，y，z)  (9)

此时，以下数学式(10)表示I(x，y，z)的傅立叶变换。

L(x，y，z)＝∫∫l(x，y，z)exp[-i2π(f_xx+f_yy)]dxdy

＝U(f_x，f_y，0)H(f_x，f_y，z)+U^*(-f_x，-f_y，0)H^*(f_x，f_y，z)  (10)

其中，H(f_x，f_y，z)是根据瑞利-索末菲(Rayleigh sommerfeld)积分的转移函数，可通过数学式(11)获得。

$H(f_x,f_y,\mathrm{\&Delta;z})=\exp [-i\frac{2\mathrm{\&pi;z}}{\mathrm{\&lambda;}}{(1-{\mathrm{\&lambda;}}^2{f_x}^2-{\mathrm{\&lambda;}}^2{f_y}^2)}^{\frac{1}{2}}]---\left(11\right)$

根据关系式(10)，函数L(x，y，z)包含物体的复振幅分布及其共轭像的两者的傅里叶变换像。

在此，为了再现物体的复振幅分布以及除去共轭像，对摄像元件和被摄物体之间的距离为z+Δz的干涉条纹进行记录。根据该干涉条纹求出L(x，y，z+Δz)。

根据求出的L(x，y，z)、L(x，y，z+Δz)，以下关系式(12)成立。ΔL(x，y，z)＝L(x，y，z)-L(x，y，z+Δz)H(f_x，f_y，Δz)

＝U(f_x，f_y，0)H(f_x，f_y，z)×[1-H(f_x，f_y，2Δz)]     (12)

根据该数学式(12)可求出对物体光进行了傅里叶变换的函数U(f_x，f_y，0)，因此，能够获得通过逆傅里叶耳变换求得的物体的振幅、相位相信的U(x，y，0)。

图10(a)表示的是上述数字全息装置1c的被摄物体的再现像，图10(b)表示的是现有的根据菲涅耳变换法获得的被摄物体的再现像，图10(c)表示的是现有的根据逐次相移数字全息术获得的被摄物体的再现像。另外，图10(d)表示的是按照现有的方法(专利文献1)获得的数字全息装置的被摄物体的再现像。

根据实施方式2所涉及的数字全息装置1c，能够获得与根据现有的逐次相移数字全息术以及现有的方法(专利文献1)获得的数字全息装置的再现像具有同等画质的再现像。

(实施方式3)

图11是说明实施方式3所涉及的数字全息装置1d的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1d具备用于射出具有与绿色相相对应的波长的绿色激光的光源28a，以及用于射出具有与红色相对应的波长的红色激光的光源28b。由光源28a射出的绿色激光被反射镜M反射之后，透过半反射镜HM射入其他的半反射镜HM中。由光源28b射出的红色激光被半反射镜HM反射之后，射入其他的半反射镜HM中。

被其他的半反射镜HM反射的绿色激光以及红色激光经过光束扩展器BE，照射到被摄物体6上，透过被摄物体6的物体光被其他的反射镜M反射后再被光束分离器BS反射，并射入CCD照相机3的摄像面13。

经过其他的半反射镜HM的绿色激光以及红色激光被另一其他的反射镜M反射后经过其他光束扩展器BE，并射入阵列器件20。

图12是说明阵列器件20的结构的图。阵列器件20包括相移阵列器件21和波长选择阵列器件22。其中，相移阵列器件21包括沿垂直于绿色激光以及红色激光的入射方向的第1方向分别以条纹状配置的、与相位0相对应的相位区域23a、与相位(π/2)相对应的相位区域23b、与相位π相对应的相位区域23c、与相位(3π/2)相对应的相位区域23d；波长选择阵列器件22包括沿垂直于绿色激光以及红色激光的入射方向即与上述第1方向相垂直交叉的方向分别以条纹状配置的、能够使具有与绿色相对应的波长的绿色激光透过的波长区域24a以及能够使具有与红色相对应的波长的红色激光透过的波长区域24b。

相位区域23a、23b、23c、23d以及波长区域24a、24b对应于CCD照相机的各像素而配置。

为了瞬间取得正确的相位分布，具备能够同时记录与2个波长相对应的干涉条纹的系统为宜。而且，只要以每个波长为单位能够取得对参考光进行相移之后的光，就能够减轻0级衍射光等造成的影响。因此，设置了具有上述结构的阵列器件20以及CCD照相机3。

即，对于CCD照相机3的每个像素，设置了相移量为0、(π/2)、π、(3π/2)中任意一个量的相移阵列器件21，以及设置在该相移阵列器件21的前面并只使具有特定波长的光经过的波长选择阵列器件22。

如上所述，阵列器件20在垂直于绿色激光以及红色激光的射入方向的平面上，将分别射出自光源28a以及28b的绿色激光以及红色激光分割成，相位为0且对应于绿色波长的第1相位绿色参考光、相位为(π/2)且对应于绿色波长的第2相位绿色参考光、相位为π且对应于绿色波长的第3相位绿色参考光、相位为(3π/2)且对应于绿色波长的第4相位绿色参考光、相位为0且对应于红色波长第1相位红色参考光、相位为(π/2)且对应于红色波长的第2相位红色参考光、相位为π且对应于红色波长的第3相位红色参考光、相位为(3π/2)且对应于红色波长的第4相位红色参考光等，8种参考光。

图13是说明数字全息装置1d的像再构成算法的图。从上述第1相位绿色参考光、第2相位绿色参考光、第3相位绿色参考光、第4相位绿色参考光、第1相位红色参考光、第2相位红色参考光、第3相位红色参考光、第4相位红色参考光与物体光分别发生干涉而成并且被记录在摄像面13上的干涉条纹中，抽取以相同波长相同相移量被记录的像素，获得各干涉条纹25a、25b、25c、25d、25e、25f、25e、25g、25h。

图14(a)～图14(e)是说明数字全息装置1d的像素插补方法的图。对分别在8个干涉条纹25a～25h中发生的欠缺像素进行如图14(a)～图14(e)所示的插补处理。并在端部的像素中复制与其接近的像素的值。以8个像素作为1组，按照图14(a)～图14(e)中以圆圈标记的1至7的顺序进行插补。

图15是说明求出数字全息装置1d的复振幅的方法的图。使用进行插补之后的8个干涉条纹25a～25h，通过再现像生成器5计算每个波长的相移，并求出与各波长相对应的复振幅分布。然后，根据与2个波长相对应的复振幅分布，计算各相位分布。然后，求出与2个波长相对应的相位分布中的配置于图像中的同一位置上的像素之间的差。最后，在求得结果为负的像素上加2π。

接下来，说明实施方式3所涉及的数字全息技术的原理。假设物体的复振幅分布为U，通过以下的数学式，可求出物体的相位分布

由于观察到的相位分布是根据arctan求出的，因此相位分布被折叠在

的范围内，而无法获得正确的相位分布。对此，为了获得正确的相位分布，进行相位展开。

使用2个波长进行相位展开的方法称之为2波长相位展开法。其理论如下。

假设相对于波长λ_m的相位分布为

时，与此相对应的物体的表面形状Z_m可表示如下。

以下，假设2个波长为λ₁、λ₂(λ₁＜λ₂)，与波长λ₁相对应的相位分布为

与波长λ₂相对应的相位分布为

可根据以下数学式求出

和

的差

在与

的转折点相对应的点上，该

的相位差为2π，存在多个此类点。为了减少相位差为2π的点的个数，在

的部分加2π。其结果，所获得的相位分布可表示如下。

相当于根据以下数学式所表示的合成波长λ₁₂求出的相位分布。

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_2|}$

图16(a)表示的是数字全息装置1d的被摄物体6的高度分布，图16(b)表示的是被摄物体6的振幅分布，图16(c)表示的是使用波长为633nm、532nm的激光时的计算机模拟结果，图16(d)表示的是使用波长为633nm、635nm的激光时计算机模拟结果，图16(e)表示的是根据现有方法(专利文献1)的数字全息装置(波长：633nm)，的计算机模拟结果。

模拟的条件如下：

·物体和全息图面的距离(再现距离)：10cm

·物体光、参考光的波长：633nm和532nm，或者633nm和635nm

·全息图、再现像的像素间隔：10μm

·全息图、再现像的像素数：512×512pixels

·像再现方法：卷积法

另外，被摄物体6的最大高度为3μm。图16所示图像的256灰阶的值进行标准化，最小值为黑(0)，最大值为白(255)。

图16(c)～图16(e)表示计算机模拟的结果。使用波长为633nm和532nm的激光时，合成波长约3.3μm。另外，使用波长为633nm和635nm的激光时，合成波长约200μm。

图17是说明实施方式3所涉及的其他数字全息装置1e的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其相同的参考标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1e不同于图11所示的数字全息装置1d之处在于其具备光源28c，并且代替阵列器件20设置了阵列器件20e。光源28c射出具有与蓝色相对应的波长的蓝色激光。

图18是说明阵列器件20e的结构的图。阵列器件20e具备相移阵列器件21和波长选择阵列器件22e。

相移阵列器件21包括沿着垂直于绿色激光、红色激光以及蓝色激光的入射方向分别以条纹状配置的、与相位0相对应的相位区域23a、与相位(π/2)相对应的相位区域23b、与相位π相对应的相位区域23c以及与相位(3π/2)相对应的相位区域23d。

波长选择阵列器件22e包括沿着垂直于绿色激光、红色激光以及蓝色激光的入射方向即与上述第1方向相垂直交叉的方向分别以条纹状配置的、具有与绿色相对应的波长的绿色激光可以透过的波长区域26a、透过具有与红色相对应的波长的红色激光可以透过的波长区域26b以及具有与蓝色相对应的波长的蓝色激光可以透过的波长区域26c。相位区域23a、23b、23c、23d以及波长区域26a、26b、26c对应于CCD照相机的各像素而配置。

图19是说明数字全息装置1e的像再构成算法的图。从由阵列器件20e所生成的12种参考光与物体光发生干涉而成并且被记录于摄像面13上的干涉条纹中，抽取以相同波长相同相移量被记录的像素，获得干涉条纹27a～27l。

图20是说明数字全息装置1e中的像素的插补方法的图。对于分别在12个干涉条纹27a～27l中发生欠缺的像素的插补按照如下所述方式进行。在端部的像素中，复制与其接近的像素的值。通过进行如下上述的加权，进行插补。

(例)根据有效的4个像素记录欠缺像素的情况

假设有效的4个像素分别为A、B、C、D，从A、B、C、D到欠缺像素的距离分别是a、b、c、d。欠缺像素为像素F时，可通过以下的数学式求出像素F的值。

$F=\frac{\frac{1}{a}A+\frac{1}{b}B+\frac{1}{c}C+\frac{1}{d}D}{\frac{1}{a}+\frac{1}{b}+\frac{1}{c}+\frac{1}{d}}$

图21是说明求出数字全息装置1e中的复振幅的方法的图。使用进行插补之后的12个干涉条纹27a～27l，按每个波长进行相移计算法中算出复振幅分布的计算，并求出分别与各波长相对应的复振幅分布。然后，根据与3个波长相对应的复振幅分布，计算各相位分布。然后，对于λ₁、λ₂、λ₃(λ₂＜λ₃＜λ₁)中的由λ₁和λ₃、λ₂和λ₃组成的2个组，适用2波长相位展开法。然后，对于通过2波长相位展开法求得的2个相位分布，进一步进行2波长相位展开。

图22(a)表示的是使用波长为633nm、532nm的激光进行的计算机模拟结果，图22(b)表示的是使用波长为633nm、532nm、475nm的激光进行的计算机模拟结果。

进行模拟试验的条件、被摄物体等与图16所示的平行2波长相位展开法相同。另外，上述平行2波长相位展开法(波长：633nm、532nm)的合成波约为3.3μm，平行3波长相位展开法(波长：633nm、532nm、475nm)的合成波约为13.5μm。

接下来，说明使用3波长进行相位展开的方法的原理。假设3个波长分别为λ₁、λ₂、λ₃(λ₂＜λ₃＜λ₁)。首先，对于与λ₁和λ₃相对应的相位分布举出2波长相位展开，获得与合成波长Λ₁₃相对应的相位分布。然后，对于与λ₂和λ₃相对应的相位分布进行2波长相位展开，获得与合成波长Λ₂₃相对应的相位分布。然后，对于与Λ₁₃和Λ₂₃相对应的相位分布进行2波长相位展开，获得与合成波长Λ_13-23相对应的相位分布。

以下，说明合成波长Λ_13-23的计算方法。

各合成波长Λ_13-23可表示如下。

${\mathrm{\&Lambda;}}_{13}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3|},$ ${\mathrm{\&Lambda;}}_{23}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}$

Λ₁₃和Λ₂₃的合成波长Λ_13-23可按照如下数学式来计算。

${\mathrm{\&Lambda;}}_{13-23}=\frac{\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}}{|\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}-\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}|}=\frac{\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3||{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}}{\left|\frac{|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3-|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3||{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}\right|}=\frac{\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3||{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}}{\frac{\left|\right|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3-|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3\left|{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3\right|}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3||{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|}}.$

$=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{\left|\right|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3-|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3\left|{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3\right|}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{{\mathrm{\&lambda;}}_3\left|\right|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_1-|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3\left|{\mathrm{\&lambda;}}_2\right||}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{\left|\right|{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_3|{\mathrm{\&lambda;}}_1-|{\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3\left|{\mathrm{\&lambda;}}_2\right|}$ (∵λ₃＞0)

${\mathrm{\&Lambda;}}_{12-23}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|({\mathrm{\&lambda;}}_3-{\mathrm{\&lambda;}}_2){\mathrm{\&lambda;}}_1-({\mathrm{\&lambda;}}_1-{\mathrm{\&lambda;}}_3){\mathrm{\&lambda;}}_2|}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{{|{\mathrm{\&lambda;}}_1\mathrm{\&lambda;}}_3{-\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2-({\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2-{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3)|}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3-{\mathrm{\&lambda;}}_1{{\mathrm{\&lambda;}}_2-\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{+\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3|}$

$=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3}{|{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_3+{\mathrm{\&lambda;}}_2{\mathrm{\&lambda;}}_3-2{\mathrm{\&lambda;}}_1{\mathrm{\&lambda;}}_2|}$

(实施方式4)

图24是说明实施方式4所涉及的数字全息装置1f的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

图24所例示的是将偏振元件阵列器件33粘贴至CCD照相机3的摄像面13上的光学系统。在此将说明图24所示的光学系统。首先，假设从光源31射出的激光仅含有垂直偏振成分。从光源31射出的光经过光束扩展器BE后，经过用于形成与物镜呈平行的光的透镜(准直镜CL)而被扩大成平行光，然后被光束分离器BS1分成物体光和参考光。对于物体光来说，物体(被摄物体6)的散乱光经过偏振元件以及光束分离器BS2后，到达与偏振元件阵列器件33形成为一体的CCD照相机3(摄像元件)中。另一方面，参考光经过四分之一波片32时，成为具有垂直偏振成分和水平偏振成分的偏振光。此时，参考光具有未发生相移的成分以及发生了-π/2相移的成分。然后，该参考光经过光束分离器BS2后，到达与偏振元件阵列器件33形成为一体的CCD照相机3中。

图25(a)是说明数字全息装置1f中的偏振元件阵列器件33的结构的模式图，图25(b)是表示偏振方向的示意图。即，图25是将偏振元件阵列器件33贴至CCD照相机3的摄像面13上时的相移阵列器件的概要图。此时，相移阵列器件便是图25所示的偏振元件阵列器件33。图中的箭头的含义是，只有图中箭头方向上的偏振光才能通过。该偏振元件阵列器件33中的1个划分区的大小与CCD照相机3的摄像元件的1个像素的大小相对应，偏振元件阵列器件33贴附于摄像元件的摄像面13上。偏振元件阵列器件33将光源31所发射出的光分割成在垂直于该光行进方向的平面上呈不同相位的2种参考光。

图26是说明数字全息装置1f的偏振方向的变化的图。图26表示了图24所示光学系统中的物体光及参考光的偏振方向的变化。物体光不发生相移并被记录至CCD照相机3的摄像面13(摄像元件)的各像素中。经过四分之一波片32后的参考光的偏振光如图26中的2条直线偏振光所表示，其中的一条偏振光不发生相移，另一条偏振光因四分之一波片32而发生-π/2的相移。由于贴附于摄像面13上的偏振元件阵列器件33，被记录至各像素中的只有参考光中未发生相移的成分或发生了-π/2相移的成分。

图27是表示处于数字全息装置1f中的CCD照相机3的摄像面13上的参考光的偏振方向以及相位分布的图。图27表示了图26所示摄像面13上的参考光的偏振方向以及相位分布。由于CCD照相机3(摄像元件)上贴附有偏振元件阵列器件33，所以只有由偏振元件阵列器件33决定的偏振光才能通过。因此，被记录至各像素中的只有参考光中未发生相移的成分或发生了-π/2相移的成分。由此，具有图27所示相移量的参考光被记录至各像素中。由于物体光不发生相位变化，因此干涉条纹分为2种，即，因未发生相移的参考光而形成的干涉条纹，以及因发生了-π/2相移的参考光而形成的干涉条纹。这样，通过单次曝光来记录2张干涉条纹的信息。

如上所述，光源31发射出向垂直方向偏振的光，该光被四分之一波片32分割成2种参考光，其中的一种参考光偏振至相对垂直方向倾斜45度的第2方向上，另一种参考光偏振至相对垂直方向倾斜-45度的第3方向上。

能使物体光以及2种参考光透过的偏振元件阵列器件33具有区域34a和区域34b。区域34a使偏振至第2方向上的参考光以及物体光在第2方向上的正投影成分透过，区域34b使偏振至第3方向上的参考光以及物体光在第3方向上的正投影成分透过。

图28是说明实施方式4所涉及的其他数字全息装置1g的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

图28所例示的是将具备波片光学介质阵列器件36以及偏振元件37的相移阵列器件35贴至CCD照相机3的摄像面13上的光学系统。在此将说明图28所示的光学系统。假设从光源31a射出的激光具有垂直偏振成分以及水平偏振成分。从光源31a射出的光通过用于形成与物镜呈平行的光的透镜而被扩大成平行光，然后被光束分离器BS1分成物体光和参考光。对于物体光来说，物体的散乱光在偏振光束分离器PBS中发生反射时仅成为具有垂直偏振成分的光，然后到达与相移阵列器件35形成为一体的CCD照相机3中。但物体光经过相移阵列器件35时不发生相移。另一方面，参考光经过偏振光束分离器PBS后仅成为具有水平偏振成分的光，并到达与相移阵列器件35形成为一体的CCD照相机3中。

图29是说明设置于数字全息装置1g中的相移阵列器件35的结构的图。即，图29示出了将具备波片光学介质阵列器件36以及偏振元件37的相移阵列器件35贴至CCD照相机3的摄像面13上时的相移阵列器件35的概要。此时，相移阵列器件35由图29所示的波片光学介质阵列器件36以及偏振元件37所构成。关于光学介质38，在设计上，其具有各向同性特性，其折射率与波片的高速轴40的折射率相同，其厚度与波片相同，其材料不吸收光。本方法中所需的波片也可以是四分之一波片39以外的波片，由于上述说明中例举了参考光的相移量为0和-π/2的情况，因此使用了四分之一波片39。另外，图中的偏振元件37上的箭头表示只有图中箭头方向上的偏振光才能通过。该波片光学介质阵列器件36中的1个划分区的大小与CCD照相机3的摄像元件的1个像素的大小相对应，波片光学介质阵列器件36以及偏振元件37被贴附于CCD照相机3的摄像面13上。

图30是说明相移阵列器件1g中的参考光的相移及偏振方向的变化的图，该图表示了从偏振光束分离器PBS射向CCD照相机3的摄像面13的参考光发生相移时的形态。仅具有水平偏振成分的参考光，在经过设置于波片光学介质阵列器件36中的、并具有高速轴40以及低速轴41的波片(四分之一波片39)部分时，发生-π/2的相移，其后经过偏振元件37，偏振方向稳定且具有2步的相位的参考光被记录至摄像面13中。

图31是说明数字全息装置1g中的物体光和参考光在分别经由各元件时所发生的相位变化及偏振方向变化的图。在光源31a(激光)所发射出的具有垂直偏振成分以及水平偏振成分的直线偏振光中，物体光被偏振光束分离器BS1改变成仅具有垂直偏振成分的光或仅具有水平偏振成分的光，而参考光被偏振光束分离器BS1改变成仅具有垂直于物体光的偏振成分的光，然后，这些光行进至与相移阵列器件35形成为一体的CCD照相机3中。若波片的高速轴40以及低速轴41分别是图29所示的高速轴以及低速轴时，物体光便是垂直偏振光，参考光便是水平偏振光。当物体光经过波片光学介质阵列器件36时，该物体光在波片光学介质阵列器件36的所有划分区中都不发生相移，然后经过偏振元件37，并且，图31所示光偏振方向的物体光被记录至摄像面13的各像素中。经过波片光学介质阵列器件36中的波片(四分之一波片39)部分的参考光发生-π/2的相移，并经过偏振元件37，并且，图31所示偏振方向的参考光被记录。在摄像面13中，因物体光的光偏振方向与参考光的光偏振方向相同而发生干涉，而且可以通过单次曝光来记录2张干涉条纹的信息。

如上所述，光源31a发射具有垂直偏振成分以及水平偏振成分的直线偏振光。而且，还设置有将物体光变换成具有垂直偏振成分的光，将参考光变换成具有水平偏振成分的光的偏振光束分离器PBS。另外，相移阵列器件35具有波片光学介质阵列器件36和偏振元件37，其中，通过波片光学介质阵列器件36，具有水平偏振成分的光在垂直于其行进方向的平面中被分割成相位互相不同的2种参考光；偏振元件37可以使具有相对物体光的垂直方向倾斜-45度的第3方向偏振成分的光，以及2种参考光中具有第3方向偏振成分的光透过。波片光学介质阵列器件36具备可以使具有水平偏振成分的光透过的光学介质38，以及可以使具有水平偏振成分的光发生相移并透过的四分之一波片39。

(实施方式5)

以下说明根据处于不同位置的2张干涉条纹来实现像再现数字全息图的方法。

图32是表示实施方式5所涉及的数字全息装置1h的结构的模式图。以下说明使用以阵列状排列有相位片的器件来记录2张干涉条纹的方法。光学系统如图32所示。在从光源48射出的光中，仅具有垂直偏振成分的光被紧设在光源38后的偏振元件49提取。为了使该垂直偏振方向与四分之一波片45的高速轴46的设置方向一致，将四分之一波片45配置到贴附于CCD照相机3的摄像面13的前方的相位片阵列的区域43中。在相位片阵列42中，四分之一波片45和区域44，各以1个像素为单位以栅格形状交互配置，其中，区域44中设置有不会改变相位的玻璃，由此能够一次性记录相位不同的2张干涉条纹的信息。

以下，举出2个相位片阵列42的实现方法的例子，并对其制作方法进行说明。

〔器件的实现方法1：通过光子晶体来实现四分之一波片的方法〕

(1)向玻璃等各向同性介质涂布光刻胶。

(2)使用光掩膜进行曝光。使用周期性地排列有“田”字形结构的光掩膜，而且，在该“田”字形结构中，其右上及左下部分通光但其他部分不通光；或，其右上及左下部分不通光但其他部分通光。“田”字形结构中的各个口部分的大小与摄像元件的大小相同。

(3)进行蚀刻，以形成凹凸分布。

(4)在凹的部分制成光子晶体，以实现四分之一波片的功能。

〔器件的实现方法2：通过微小周期性构造来实现四分之一波片的方法〕

进行上述(1)至(3)的步骤。

(4)在凹的部分形成光源的光波长以下的微小周期性构造，并通过构造性多重折射来实现四分之一波片的功能。

图33是表示实施方式5所涉及的其他数字全息装置1i的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

以下说明使用阵列排列有相位片的器件来记录2张干涉条纹的方法。光学系统如图33所表示。光源单元31b具备光源48和偏振元件49。在从光源48射出的光中，仅具有垂直偏振成分的光被紧设在光源48后的偏振元件49提取。交互配置有偏振元件51a和偏振元件51b的偏振元件阵列器件50贴附在摄像面13的前方，其中，偏振元件51a相对于上述的偏振方向倾斜-45度，偏振元件51b相对于上述的偏振方向倾斜+45度。在偏振元件阵列器件50的紧后方，配置大小与摄像面13的大小相同的四分之一波片52。四分之一波片52的高速轴53的设置方向与偏振元件51a倾斜+45度时的方向一致，低速轴54的设置方向与同偏振元件倾斜-45度时的方向一致。因此，能够同时记录干涉条纹的相位滞后π时的信息以及无相位滞后时的信息。

(实施方式6)

图34是表示实施方式6所涉及的数字全息装置1j的结构的模式图。图35是说明设在数字全息装置1j中的波长选择阵列器件57及偏振元件59的结构的立体模式图。图36是说明数字全息装置1j中的偏振状态变化的图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

图34表示了使用2种波长来实现平行相移数字全息的光学系统。图35表示了设有相移波长选择元件56的CCD照相机3的摄像面13的结构，其中相移波长选择元件56由偏振元件阵列59以及波长选择阵列器件57一体构成。图36表示了各时间点所对应的偏振状态。

从光源55a(LASER1)射出的波长为λ₁的光以及从光源55b(LASER2)射出的波长为λ₂的光的偏振状态为垂直偏振。从光源55a射出的光经过了四分之一波片QWP1后，被半反射镜HM所反射，然后被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。从光源55b射出的光经过了四分之一波片QWP2后，被反射镜M所反射，并透过半反射镜HM后，被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。光透过四分之一波片的低速轴64时，该光中的与低速轴64平行的偏振光的相位会发生π/2的滞后，而透过高速轴63的偏振光不发生相位变化。参考光被进行准直处理后，被反射镜M、光束分离器BS反射，然后进入一体型CCD照相机3中。

在物体光中，仅有方向与透过波片的高速轴63的偏振方向相同的偏振光透过偏振元件P1，并被进行准直处理后透过被摄物体6。然后，仅有垂直偏振光透过偏振元件P2，并透过光束分离器BS后进入一体型CCD照相机3中。

一体型CCD照相机3的摄像面13上贴附有波长选择阵列器件57以及偏振元件阵列59。物体光以及参考光，在波长选择阵列器件57中透过与各波长相对应的滤波器，其后，物体光透过偏振元件阵列59而分成与波片的低速轴64平行的偏振光以及与高速轴63平行的偏振光，然后，这些偏振光分别和具有与其各自的偏振方向相同的偏振方向的参考光发生干涉。而且，这些干涉而成的干涉条纹被摄像面13所记录，并用被摄像元件(CCD照相机3)获取干涉的干涉强度。

波长选择阵列器件57中形成有使来自光源55a的第1波长光透过的波长区域58a，以及使来自光源55b的第2波长光透过的波长区域58b。偏振元件阵列59中形成有使平行于高速轴63的偏振光透过的高速轴透过区域60a，以及使平行于低速轴64的偏振光透过的低速轴透过区域60b。

图37是表示实施方式6所涉及的其他数字全息装置1k的结构的模式图。图38是说明设置于数字全息装置1k中的波长选择阵列器件61及偏振元件59的结构的立体模式图。图39是表示数字全息装置1k中的偏振状态变化的说明图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

图37表示了使用3种波长来实现平行相位数字全息的光学系统。图38表示了由偏振元件阵列59及波长选择阵列器件61一体构成的CCD照相机3的摄像面13的结构。另外，图39表示了各时间点所对应的偏振状态。与上述使用2种波长时的不同点在于，追加了光源55c(LASER3)以及四分之一波片QWP3，并改变了波长选择阵列器件(追加了与波长λ₃对应的滤波器)。

从光源55a(LASER1)射出的波长为λ₁的光、从光源55b(LASER2)射出的波长为λ₂的光以及从光源55c(LASER3)射出的波长为λ₃的光的偏振状态为垂直偏振。从光源55a射出的光经过了四分之一波片QWP1后，被半反射镜HM反射，然后被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。从光源55b射出的光经过了四分之一波片QWP2后，被半反射镜HM反射并透过半反射镜HM，然后被下一个半反射镜分成参考光和物体光。从光源55c射出的光经过了四分之一波片QWP3后，被反射镜M反射并透过半反射镜HM，再透过下一个半反射镜HM后被再下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。这些光在透过波片的低速轴64时，与低速轴64平行的偏振光的相位会发生π/2的滞后，而透过高速轴63的偏振光不发生相位变化。参考光被进行准直处理后，被反射镜M、光束分离器BS反射，然后进入一体型CCD照相机3中。在物体光中，仅有方向与透过波片的高速轴63的偏振方向相同的偏振光透过偏振元件P1，然后该偏振光被进行准直处理，并透过被摄物体6。然后，仅有垂直偏振光透过偏振元件P2，该垂直偏振光透过光束分离器BS后进入一体型CCD照相机3中。

一体型CCD照相机3上贴附有波长选择阵列器件61以及偏振元件阵列59。物体光以及参考光，在波长选择阵列器件61中透过与各波长相对应的滤波器，其后，物体光透过偏振元件阵列59而分成与波片的低速轴64呈平行的偏振光以及与高速轴63呈平行的偏振光，然后，该些偏振光分别和与其各自的偏振方向呈同一偏振方向的参考光发生干涉。然后，用被摄像元件(CCD照相机3)获取其干涉强度。

图40是表示实施方式6所涉及的另一数字全息装置11的结构的模式图。图41是说明设置于数字全息装置11中的相移波长选择元件66的结构的立体模式图。图42是说明数字全息装置11中的偏振状态变化的图。对结构与前述构成部件的结构相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

图40表示了使用2种波长来实现平行相位数字全息照相的光学系统。图41表示了由相移阵列器件69、波长选择阵列器件67、偏振元件71所一体构成的CCD照相机3的结构。另外，图42表示了各时间点所对应的偏振状态。

偏振光束分离器PBS所反射的光是垂直偏振光，透过偏振光束分离器PBS的光是水平偏振光。从光源65a射出的波长为λ₁的光以及从光源65b射出的波长为λ₂的光是相对垂直方向倾斜-45度的偏振光。从光源65b射出的光被半反射镜M反射并透过半反射镜HM，然后被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。参考光被进行准直处理后，被反射镜M、偏振光束分离器PBS反射而成为垂直偏振光，然后进入一体型CCD照相机3中。物体光被进行准直处理后，透过被摄物体6，并进一步透过偏振光束分离器PBS而成为水平偏振光，然后进入一体型CCD照相机3中。

一体型CCD照相机3由波长选择滤波器阵列、偏振元件阵列、摄像元件所构成。物体光以及参考光在波长选择阵列器件67中透过与各波长对应的滤波器，然后，物体光由于是水平偏振光，因此其在不发生相位滞后的情况下透过相移阵列器件69，而参考光由于是垂直偏振光，因此其在透过配置有针对λ₁的四分之一波片70a以及透过针对λ₂的四分之一波片70b的像素时，发生π/2的相位滞后。其后，在透过偏振元件71时，物体光与参考光发生干涉。之后，用被摄像元件(CCD照相机3)获取其干涉强度。

图43是表示实施方式6所涉及的另一其他的数字全息装置1m的结构的模式图。图44是说明设置于数字全息装置1m中的相移波长选择元件74的结构的立体模式图。图45是说明数字全息装置1m中的偏振状态变化的图。

图43表示了使用3种波长来实现平行相位数字全息照相的光学系统。图44表示了由相移阵列器件77、波长选择阵列器件75、偏振元件71一体构成的CCD照相机3的结构。另外，图45表示了各时间点所对应的偏振状态。与使用2种波长时的不同点在于，追加了光源65c(LASER3)，并改变了波长选择阵列器件75(追加了与波长λ₃对应的滤波器)，还改变了相移阵列器件77(追加了针对波长λ3的四分之一波片QWP3)。

偏振光束分离器PBS所反射的光是垂直偏振光，透过偏振光束分离器PBS的光是水平偏振光。从光源65a(LASER1)射出的波长为λ₁的光、从光源65b(LASER2)射出的波长为λ₂的光以及从光源65c(LASER3)射出的波长为λ₃的光是，相对垂直方向倾斜-45度的偏振光。从光源65a(LASER1)射出的光被半反射镜HM反射，然后被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。从光源65b(LASER2)射出的光被半反射镜HM反射并透过半反射镜HM后，被下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。从光源65c(LASER3)射出的光被反射镜M反射并透过半反射镜HM，再透过下一个半反射镜HM后被再下一个半反射镜HM分成参考光和物体光。参考光被进行准直处理后，被反射镜M、偏振光束分离器PBS反射而成为垂直偏振光，然后进入一体型CCD照相机3中。物体光被进行准直处理后透过物体，并进一步透过偏振光束分离器PBS而成为水平偏振光，然后进入一体型CCD照相机3中。

一体型CCD照相机3上贴附有波长选择阵列器件75、偏振元件71、相移阵列器件77。物体光以及参考光，在波长选择阵列器件75中透过与各波长相对应的滤波器，之后，物体光由于是水平偏振光，因此其在不发生相位滞后的情况下透过相移阵列器件77，而参考光由于是垂直偏振光，因此其在透过配置有针对λ₁的四分之一波片、针对λ₂的四分之一波片以及针对λ₃的四分之一波片的像素时，发生π/2的相位滞后。其后，在透过偏振元件71时，物体光与参考光发生干涉。之后，用CCD照相机3获取其干涉强度。

另外，本实施方式也能够运用到分光检测中。通过同时使用多种波长，能够实现瞬间三维结构检测及分光图像检测，以及实现三维动态图像检测及分光图像检测。而且，可以采用任意的波长的选择方法。

例如，通过同时使用3种波长λ₁、λ₂、λ₃，能够同时检测被摄物体的与波长λ₁、λ₂、λ₃分别对应的三维形状，以及各波长的反射率或吸收率的分布。另外，能够利用X射线、伽马射线、紫外光、可视光、红外光、兆赫光、微波、毫米波、电波等的各种波动。通过这种方法，能够瞬间检测被摄物体的三维结构和功能分布。

(实施方式7)

在实施方式7中，将说明具备波片阵列器件80以及偏振元件83的数字全息装置。

图46是表示实施方式7所涉及的数字全息装置1n的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1n具备光源单元48。光源单元48介由透镜向偏振光束分离器PBS1照射含有垂直偏振成分和水平偏振成分的激光。具有垂直偏振成分的光被偏振光束分离器PBS1反射后，又被反射镜M以及其他的反射镜M反射，并照射至被摄物体6上，然后被被摄物体6反射而成为物体光(散乱光)，其后，被偏振光束分离器PBS2反射，并以垂直偏振光入射至CCD照相机3中。具有水平偏振成分的光透过偏振光束分离器PBS1后，被其他反射镜M所反射，并作为参考光而透过偏振光束分离器PBS2，之后，以水平偏振光入射至CCD照相机3中。

图47是表示设置于数字全息装置1n中的波片阵列器件80、偏振元件83以及CCD照相机3的结构的模式图。CCD照相机3的摄像面13上依次贴附有偏振元件83与波片阵列器件80。

图48是表示波片阵列器件80和偏振元件83的结构的模式图。在波片阵列器件80中，以棋盘方格形状交互配置有四分之一波片81a和二分之一波片81b。设定每个的波片的尺寸，使得每个波片与摄像元件的1个像素相对应。四分之一波片81a的高速轴的方向与二分之一波片81b的高速轴的方向相同，四分之一波片81a的低速轴的方向与二分之一波片81b的低速轴的方向相同。在图48所示的例中，高速轴呈垂直方向，低速轴呈水平方向。偏振元件83的偏振方向相对垂直方向倾斜角度θ。关于角度θ，只要是除0度、90度、180度、270度以外的角度便可。

CCD照相机3的摄像面上记录有透过四分之一波片81a的物体光以及参考光相互干涉而成的第1干涉条纹，以及透过二分之一波片81b的物体光以及参考光相互干涉而成的第2干涉条纹被。

图49是表示实施方式7所涉及的其他数字全息装置1o的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1o是，使用单次曝光对分别相隔被摄物体不同距离的2张干涉条纹图像进行记录的数字全息的检测算法时的光学系统的实现例。数字全息装置1o具备光源单元48。光源单元48介由透镜向光束分离器BS 1照射含有水平偏振成分的激光。

透过了光束分离器BS1的激光被反射镜M所反射后，透过被摄物体6并成为物体光(散乱光)，然后又被光束分离器BS2反射。被光束分离器BS1反射后的激光再被其他的反射镜M反射，之后作为参考光而透过光束分离器BS2。

物体光与参考光之间所产生的干涉光透过偏振片82。设定偏振片82，使得只有水平偏振光通过该偏振片82。干涉光透过波片阵列器件80以及偏振元件83后，到达CCD照相机3中。通过使干涉光透过波片阵列器件80以及偏振元件83，能够同时记录2种全息图。

根据实施方式7的结构，能够获得既能适用平行相移数字全息术的检测算法，又能够适用通过单次曝光对相隔被摄物体不同距离的2张干涉条纹图像进行记录的数字全息术的检测算法的照相机，因此针对不同的测量对象能够用更适合的系统来进行检测。

另外，由于能够获得有效利用光能的小型数字全息装置，因此具有如显微镜中的应用等广泛的用途。

(实施方式8)

图50是表示实施方式8涉及的数字全息装置1p的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1p是，使用以单次曝光对分别相隔被摄物体不同距离的2张干涉条纹图像进行记录的数字全息技术的检测算法时的光学系统的实现例。数字全息装置1p具备光源单元48。光源单元48介由透镜向光束分离器BS1照射含有垂直偏振成分的激光。

透过了光束分离器BS1的激光被反射镜M所反射后，透过被摄物体6而成为物体光(散乱光)，然后又被光束分离器BS2反射。

被光束分离器BS1反射的激光被其他的反射镜反射后，作为参考光透过光束分离器BS2。

物体光与参考光之间所产生的干涉光透过偏振片82。设定偏振片82，使得只有垂直偏振光通过该偏振片82。干涉光透过四分之一波片阵列84后，到达CCD照相机3中。通过使干涉光透过透过四分之一波片阵列84，能够同时记录2种全息图。

图51是表示设置于数字全息装置1p中的四分之一波片阵列84以及CCD照相机3的结构的模式图。CCD照相机3的摄像面上贴附有四分之一波片阵列84。

图52是表示四分之一波片阵列84的结构的模式图。在四分之一波片阵列84中，交互配置有第1波片元件85和第2波片元件87。第1波片元件85具有相互垂直的第1高速轴86a以及第1低速轴86b。第2波片元件87具有平行于第1高速轴86a的第2低速轴88b以及平行于第1低速轴86b的第2高速轴88a。也就是说，在四分之一波片阵列84中，相邻的两像素中的高速轴与低速轴相互垂直。在此，通过将同一波片的方向错开90度排列的方式，可以获得第1波片元件85和第2波片元件87的结构。第1波片元件85的尺寸，可以设定成其与摄像元件的1个像素相对应。

在此，高速轴是指，在波片中，入射光不发生相位滞后而透过的轴。低速轴是指，与高速轴垂直，且入射光发生相位滞后而透过的轴。具体地说，如使用四分之一波片时，透过低速轴的光的相位相对于通过高速轴的光的相位滞后π/2弧度(90度)。

CCD照相机3的摄像面上记录有透过第1波片元件85的物体光以及参考光相互干涉而成的第1干涉条纹，以及透过第2波片元件87的物体光以及参考光相互干涉而成的第2干涉条纹。

至于实施方式8中所用到的阵列器件，其制作较为容易。因此，可以期待更高的阵列器件的制作精度以及检测精度的提高。

即使是，将图50所示的实施方式中的偏振片82设定成仅使水平偏振光通过的结构，并使用含有水平偏振成分的激光，且其他结构不变的装置，也能够进行实施。

在实施方式8中，举例说明了使用含有垂直偏振成分的激光时的情况。但本发明并不限定于此，即使使用含有水平偏振成分的激光也能够实现本发明。

(实施方式9)

图53是表示实施方式9的数字全息装置1q的结构的模式图。对于与上述对应的构成部件相同的构成部件，赋予其同一标记，并省略其详细说明。

数字全息装置1q具备光源单元48。光源单元48介由透镜向偏振光束分离器BS1发射含有垂直偏振成分的激光。透过了光束分离器BS1的激光被2张反射镜M所反射后照射至被摄物体6上，并被被摄物体6反射而成为物体光(散乱光)。来自物体的散乱光，经过偏振片82而成为垂直偏振光，其后被光束分离器BS2反射。被光束分离器BS1反射的光，作为参考光被其他的反射镜M反射后原样透过光束分离器BS2。其后，物体光与参考光之间所产生的干涉光透过四分之一波片91。设定四分之一波片91的高速轴以及低速轴，使得四分之一波片91的高速轴以及低速轴与偏振光经过偏振元件阵列器件89的方向相同。干涉光通过偏振元件阵列器件89后到达CCD照相机3上。由于具备四分之一波片91以及偏振元件阵列器件89，因此能够同时记录2种全息图。

图54是表示设置于数字全息装置1q中的偏振元件阵列器件89以及CCD照相机3的结构的模式图。图55是表示偏振元件阵列器件89的结构的模式图。

CCD照相机3的摄像面上贴附有偏振元件阵列器件89。偏振元件阵列器件89中交互地配置有第1偏振元件90a以及第2偏振元件90b，第1偏振元件90a具有第1偏振方向，第2偏振元件90b具有与第1偏振方向垂直的第2偏振方向。在图55所示的例中，第1偏振元件90a的第1偏振方向是，相对于垂直方向倾斜45度的方向，第2偏振元件90b的第2偏振方向时，相对垂直方向倾斜-45度的方向。也就是说，在偏振元件阵列器件89中，透过相邻的两像素的偏振光相互垂直。第1偏振元件90a的尺寸被设定成与摄像元件的1个像素相对应。同样地，第2偏振元件90b的尺寸也是如此。

CCD照相机3的摄像面上记录有透过第1偏振元件90a的物体光以及参考光相互干涉而成的第1干涉条纹，以及透过第2偏振元件90b的物体光以及参考光相互干涉而成的第2干涉条纹。

根据实施方式9，偏振元件阵列器件89为单枚结构，因此无需像实施方式7那样，对波片阵列器件80以及偏振元件83进行对位。而且，能够获得既能适用平行相移全息技术的检测算法，又能够适用通过单次曝光对相隔被摄物体不同距离的2张干涉条纹图像进行记录的数字全息技术检测算法的照相机，因此，对于不同的测量对象能够用更适合的系统进行检测。

本发明并不限于上述各实施方式，可以根据权利要求所示的范围进行各种的变更，适当地组合不同实施方式中记述的技术手段而得到的实施方式也包含于本发明的技术范围之内。

例如，即使是，图53所示的实施方式中的偏振片82设定成仅使水平偏振光通过的结构，并使用含有水平偏振成分的激光，且其他结构相同的装置，也能够进行实施。

另外，在实施方式9中，举例说明了使用含有垂直偏振成分的激光的情况，但本发明并不限定于此，即使使用含有水平偏振成分的激光也能够实现本发明。

(工业上的利用可能性)

本发明适用于根据物体光与参考光相互干涉而成的干涉条纹来生成被摄物体的再现像的数字全息装置中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种数字全息装置，其包括：

光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

相移单元，将上述光源所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光；

摄像单元，具有记录有2种干涉条纹的摄像面，该干涉条纹是由上述相移单元分割而成2种参考光与从上述被摄物体放射或透过或散射或反射或折射过来的物体光分别发生干涉而获得的；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的2种干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

2.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是，包含有在垂直于上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

3.如权利要求2所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机，

上述2种区域对应于上述摄像单元的各像素而配置。

4.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元将上述光分割成，具有作为相移测量单元基准的相位的参考光，以及与该参考光的相位相差0～π弧度范围内的任意量的参考光。

5.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光源射出向第1方向偏振的光，

通过上述相移单元分割而成的2种参考光中的一种光向第2方向偏振，且另一种光向第3方向偏振，

该数字全息装置还包括使上述物体光与上述2种参考光透过的偏振元件阵列器件，

上述偏振元件阵列器件包括第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域使上述向第2方向偏振的参考光的一种光以及上述物体光中朝向上述第2方向的具有正投影成分的光透过；上述第2区域使上述向第3方向偏振的参考光的另一种光以及上述物体光中朝向第3方向的具有正投影成分的光透过。

6.如权利要求5所述的数字全息装置，其特征在于：

上述偏振元件阵列器件与上述摄像单元形成为一体。

7.如权利要求5所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是四分之一波片。

8.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光源射出具有第1方向偏振成分以及第2方向偏振成分的直线偏振光，

该数字全息装置还包括将上述物体光变换成具有第1方向偏振成分的光，并将从上述光源射出的光变换成具有第2方向偏振成分的光的偏振光束分离器，

上述相移单元具备波片光学介质阵列器件以及偏振元件，其中，上述波片光学介质阵列器件将具有上述第2方向偏振成分的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同2种参考光；上述偏振元件使上述物体光的具有第3方向偏振成分以及上述2种参考光的具有第3方向偏振成分的光透过。

9.如权利要求8所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元与上述摄像单元形成为一体。

10.如权利要求8上述的数字全息装置，其特征在于：

上述波片光学介质阵列器件包含使具有上述第2方向偏振成分的光透过的光学介质，以及对具有上述第2方向偏振成分的光进行相移而使其透过的四分之一波片。

11.一种数字全息装置，其包括：

光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

光程差生成单元，根据上述物体光生成光程差互不相同的第1光程物体光以及第2光程物体光，并根据上述光源射出的光生成光程差互不相同的第1光程参考光以及第2光程参考光；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第1光程物体光以及第1光程参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第2光程物体光以及第2光程参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

12.如权利要求11所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光程差生成单元是，包含有在垂直于上述物体光以及上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

13.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；

在上述2种区域中的一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第1光程物体光以及上述第1光程参考光；

在上述2种区域中的另一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第2光程物体光以及上述第2光程参考光。

14.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述阵列器件由针对物体光与参考光的折射率相同的光学介质所形成，

上述2种区域中的一种区域的厚度与上述2种区域中的另一种区域的厚度互不相同。

15.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述阵列器件由针对物体光与参考光具有第1折射率的第1光学介质以及针对物体光与参考光具有第2折射率的第2光学介质所形成；

上述第1折射率与上述第2折射率互不相同；

上述第1光学介质以及第2光学介质具有相同的厚度。

16.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

相移单元，包含有第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域对上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光进行相移而使其透过，上述第2区域使上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光透过；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由进行相移而透过上述第1区域的上述物体光与上述光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2区域的上述物体光与上述光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

17.如权利要求16所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元的第1区域由相位片或波片所构成，第2区域由光学各向同性介质所构成，

上述相移单元由上述第1区域与上述第2区域以栅格形状配置而成。

18.如权利要求16所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元与上述摄像单元形成为一体。

19.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；偏振元件阵列器件，交替配置有相对上述第1方向倾斜+45度的第1偏振元件以及倾斜-45度的第2偏振元件；

相移单元，具有相对上述第1方向倾斜+45度的高速轴以及倾斜-45度的低速轴；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

20.如权利要求19所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是相位片或波片。

21.如权利要求19所述的数字全息装置，其特征在于：

上述偏振元件阵列器件以及上述相移单元，与上述摄像单元形成为一体。

22.一种数字全息装置，其包括：

第1光源以及第2光源，分别射出各自具有互不相同的第1波长以及第2波长的第1波长光以及第2波长光，并根据上述射出的第1波长光以及第2波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

相移波长选择单元，在垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的平面上，将由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光分割成，具有第1相位且与上述第1波长相对应的第1相位第1波长参考光、具有不同于上述第1相位的第2相位且与上述第1波长相对应的第2相位第1波长参考光、具有上述第1相位且与上述第2波长相对应的第1相位第2波长参考光、具有上述第2相位且与上述第2波长相对应的第2相位第2波长参考光；

摄像单元，具有记录有第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹的摄像面，而这些干涉条纹是由上述相移波长选择单元分割而成的第1相位第1波长参考光、第2相位第1波长参考光、第1相位第2波长参考光以及第2相位第2波长参考光分别与被上述被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光发生干涉而获得的；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

23.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元还包括相移阵列器件以及波长选择阵列器件，其中，

上述相移阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的第1方向分别以条纹形状配置的、对应于上述第1相位的第1相位区域以及对应于第2相位的第2相位区域；

上述波长选择阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向且与上述第1方向交叉的方向分别以条纹形状而配置的、使具有上述第1波长的光透过的第1波长区域以及使具有上述第2波长的光透过的第2波长区域。

24.如权利要求23所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；

上述第1相位区域以及上述第2相位区域、上述第1波长区域以及上述第2波长区域，对应于上述摄像单元的各像素而配置。

25.如权利要求23所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元还包括第3相位区域以及第4相位区域，其中，

上述第3相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位的第3相位相对应；

上述第4相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位以及第3相位的第4相位相对应。

26.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

还包括第3光源，该第3光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长的第3波长的第3波长光，根据上述第1波长光、第2波长光以及第3波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光。

27.如权利要求26所述的数字全息装置，其特征在于：

还包括第4光源，该第4光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长以及第3波长的第4波长的第4波长光，根据上述第1波长光、第2波长光、第3波长光以及第4波长光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光。

28.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；

上述相移波长选择单元包括上述第1波长光入射的第1四分之一波片、上述第2波长光入射第2四分之一波片以及波长选择阵列器件，其中，上述第1四分之一波片具有与上述第1相位相对应的高速轴以及与上述第2相位相对应的低速轴；上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；上述波长选择阵列器件，具有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；

该数字全息装置还包括偏振元件阵列，该偏振元件阵列具有使平行于上述高速轴的偏振光透过的高速轴透过区域以及使平行于上述低速轴的偏振光透过的低速轴透过区域。

29.如权利要求28所述的数字全息装置，其特征在于：

上述波长选择阵列器件以及上述偏振元件阵列，与上述摄像单元形成为一体。

30.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；

上述相移波长选择单元包含波长选择阵列器件、相移阵列器件以及偏振元件，其中，

上述波长选择阵列器件上配置有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；

上述相移阵列器件上配置有对应于上述第1波长光的第1四分之一波片以及对应于上述第2波长光的第2四分之一波片，上述第1四分之一波片具有对应于上述第1相位的高速轴以及对应于上述第2相位的低速轴，上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；

上述偏振元件使具有上述第1偏振成分的光透过。

31.如权利要求30所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元与上述摄像单元形成为一体。

32.(修改后)一种相位片阵列，其特征在于：

包括第1区域以及第2区域，

上述第1区域，使入射的光透过，并形成具有作为相移测量单元基准的相位的光；

上述第2区域，使入射的光透过，并由相位片或波片所构成，使得形成相对作为上述基准的相位进行了相移的光；

上述第1区域以及第2区域以栅格形状所配置。

33.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

波片阵列器件，交替配置有四分之一波片与二分之一波片；

偏振元件，相对上述第1方向倾斜而设；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述四分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述二分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

34.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

波片阵列器件，交替配置有第1波片元件与第2波片元件，上述第1波片元件具有相互正交的第1高速轴以及第1低速轴，上述第2波片元件具有平行于上述第1高速轴的第2低速轴以及平行于上述第1低速轴的第2高速轴；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

35.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透过或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

四分之一波片，在不同于第1偏振方向的方向上具有高速轴与低速轴；

偏振元件阵列器件，交替配置有第1偏振元件与第2偏振元件，上述第1偏振元件具有平行于上述四分之一波片的高速轴或低速轴的第2偏振方向，上述第2偏振元件具有正交于上述第2偏振方向的第3偏振方向；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

Claims (35)

1.一种数字全息装置，其包括：

光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

相移单元，将上述光源所射出的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同的2种参考光；

摄像单元，具有记录有2种干涉条纹的摄像面，该干涉条纹是由上述相移单元分割而成2种参考光与从上述被摄物体放射或透射或散射或反射或折射过来的物体光分别发生干涉而获得的；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的2种干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

2.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是，包含有在垂直于上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

3.如权利要求2所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机，

上述2种区域对应于上述摄像单元的各像素而配置。

4.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元将上述光分割成，具有作为相移测量单元基准的相位的参考光，以及与该参考光的相位相差0～π弧度范围内的任意量的参考光。

5.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光源射出向第1方向偏振的光，

通过上述相移单元分割而成的2种参考光中的一种光向第2方向偏振，且另一种光向第3方向偏振，

该数字全息装置还包括使上述物体光与上述2种参考光透过的偏振元件阵列器件，

上述偏振元件阵列器件包括第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域使上述向第2方向偏振的参考光的一种光以及上述物体光中朝向上述第2方向的具有正投影成分的光透过；上述第2区域使上述向第3方向偏振的参考光的另一种光以及上述物体光中朝向第3方向的具有正投影成分的光透过。

6.如权利要求5所述的数字全息装置，其特征在于：

上述偏振元件阵列器件与上述摄像单元形成为一体。

7.如权利要求5所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是四分之一波片。

8.如权利要求1所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光源射出具有第1方向偏振成分以及第2方向偏振成分的直线偏振光，

该数字全息装置还包括将上述物体光变换成具有第1方向偏振成分的光，并将从上述光源射出的光变换成具有第2方向偏振成分的光的偏振光束分离器，

上述相移单元具备波片光学介质阵列器件以及偏振元件，其中，上述波片光学介质阵列器件将具有上述第2方向偏振成分的光分割成在垂直于其行进方向的平面上的相位互不相同2种参考光；上述偏振元件使上述物体光的具有第3方向偏振成分以及上述2种参考光的具有第3方向偏振成分的光透过。

9.如权利要求8所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元与上述摄像单元形成为一体。

10.如权利要求8上述的数字全息装置，其特征在于：

上述波片光学介质阵列器件包含使具有上述第2方向偏振成分的光透过的光学介质，以及对具有上述第2方向偏振成分的光进行相移而使其透过的四分之一波片。

11.一种数字全息装置，其包括：

光源，进行光的射出，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

光程差生成单元，根据上述物体光生成光程差互不相同的第1光程物体光以及第2光程物体光，并根据上述光源射出的光生成光程差互不相同的第1光程参考光以及第2光程参考光；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第1光程物体光以及第1光程参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由上述光程差生成单元所生成的第2光程物体光以及第2光程参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

12.如权利要求11所述的数字全息装置，其特征在于：

上述光程差生成单元是，包含有在垂直于上述物体光以及上述光源射出的光的行进方向的平面上以栅格形状配置的2种区域的阵列器件。

13.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；

在上述2种区域中的一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第1光程物体光以及上述第1光程参考光；

在上述2种区域中的另一种区域，根据上述物体光以及上述光源射出的光，分别生成第2光程物体光以及上述第2光程参考光。

14.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述阵列器件由针对物体光与参考光的折射率相同的光学介质所形成，

上述2种区域中的一种区域的厚度与上述2种区域中的另一种区域的厚度互不相同。

15.如权利要求12所述的数字全息装置，其特征在于：

上述阵列器件由针对物体光与参考光具有第1折射率的第1光学介质以及针对物体光与参考光具有第2折射率的第2光学介质所形成；

上述第1折射率与上述第2折射率互不相同；

上述第1光学介质以及第2光学介质具有相同的厚度。

16.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

相移单元，包含有第1区域以及第2区域，其中，上述第1区域对上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光进行相移而使其透过，上述第2区域使上述物体光上述光源单元射出的具有第1方向偏振成分的光透过；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由进行相移而透过上述第1区域的上述物体光与上述光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2区域的上述物体光与上述光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

17.如权利要求16所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元的第1区域由相位片或波片所构成，第2区域由光学各向同性介质所构成，

上述相移单元由上述第1区域与上述第2区域以栅格形状配置而成。

18.如权利要求16所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元与上述摄像单元形成为一体。

19.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；偏振元件阵列器件，交替配置有相对上述第1方向倾斜+45度的第1偏振元件以及倾斜-45度的第2偏振元件；

相移单元，具有相对上述第1方向倾斜+45度的高速轴以及倾斜-45度的低速轴；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

20.如权利要求19所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移单元是相位片或波片。

21.如权利要求19所述的数字全息装置，其特征在于：

上述偏振元件阵列器件以及上述相移单元，与上述摄像单元形成为一体。

22.一种数字全息装置，其包括：

第1光源以及第2光源，分别射出各自具有互不相同的第1波长以及第2波长的第1波长光以及第2波长光，并根据上述射出的第1波长光以及第2波长光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

相移波长选择单元，在垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的平面上，将由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光分割成，具有第1相位且与上述第1波长相对应的第1相位第1波长参考光、具有不同于上述第1相位的第2相位且与上述第1波长相对应的第2相位第1波长参考光、具有上述第1相位且与上述第2波长相对应的第1相位第2波长参考光、具有上述第2相位且与上述第2波长相对应的第2相位第2波长参考光；

摄像单元，具有记录有第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹的摄像面，而这些干涉条纹是由上述相移波长选择单元分割而成的第1相位第1波长参考光、第2相位第1波长参考光、第1相位第2波长参考光以及第2相位第2波长参考光分别与被上述被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光发生干涉而获得的；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1相位第1波长干涉条纹、第2相位第1波长干涉条纹、第1相位第2波长干涉条纹以及第2相位第2波长干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

23.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元还包括相移阵列器件以及波长选择阵列器件，其中，

上述相移阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向的第1方向分别以条纹形状配置的、对应于上述第1相位的第1相位区域以及对应于第2相位的第2相位区域；

上述波长选择阵列器件包括沿垂直于上述第1波长光以及第2波长光的入射方向且与上述第1方向交叉的方向分别以条纹形状而配置的、使具有上述第1波长的光透过的第1波长区域以及使具有上述第2波长的光透过的第2波长区域。

24.如权利要求23所述的数字全息装置，其特征在于：

上述摄像单元是CCD照相机或CMOS图像传感器照相机；

上述第1相位区域以及上述第2相位区域、上述第1波长区域以及上述第2波长区域，对应于上述摄像单元的各像素而配置。

25.如权利要求23所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元还包括第3相位区域以及第4相位区域，其中，

上述第3相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位的第3相位相对应；

上述第4相位区域与不同于上述第1相位以及上述第2相位以及第3相位的第4相位相对应。

26.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

还包括第3光源，该第3光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长的第3波长的第3波长光，根据上述第1波长光、第2波长光以及第3波长光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光。

27.如权利要求26所述的数字全息装置，其特征在于：

还包括第4光源，该第4光源射出具有不同于上述第1波长以及第2波长以及第3波长的第4波长的第4波长光，根据上述第1波长光、第2波长光、第3波长光以及第4波长光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光。

28.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；

上述相移波长选择单元包括上述第1波长光入射的第1四分之一波片、上述第2波长光入射第2四分之一波片以及波长选择阵列器件，其中，上述第1四分之一波片具有与上述第1相位相对应的高速轴以及与上述第2相位相对应的低速轴；上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；上述波长选择阵列器件，具有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；

该数字全息装置还包括偏振元件阵列，该偏振元件阵列具有使平行于上述高速轴的偏振光透过的高速轴透过区域以及使平行于上述低速轴的偏振光透过的低速轴透过区域。

29.如权利要求28所述的数字全息装置，其特征在于：

上述波长选择阵列器件以及上述偏振元件阵列，与上述摄像单元形成为一体。

30.如权利要求22所述的数字全息装置，其特征在于：

由上述第1光源以及第2光源分别射出的第1波长光以及第2波长光是第1方向偏振光；

上述相移波长选择单元包含波长选择阵列器件、相移阵列器件以及偏振元件，其中，

上述波长选择阵列器件上配置有使上述第1波长光透过的第1波长区域以及使上述第2波长光透过的第2波长区域；

上述相移阵列器件上配置有对应于上述第1波长光的第1四分之一波片以及对应于上述第2波长光的第2四分之一波片，上述第1四分之一波片具有对应于上述第1相位的高速轴以及对应于上述第2相位的低速轴，上述第2四分之一波片具有上述高速轴以及上述低速轴；

上述偏振元件使具有上述第1偏振成分的光透过。

31.如权利要求30所述的数字全息装置，其特征在于：

上述相移波长选择单元与上述摄像单元形成为一体。

32.一种相位片阵列，其特征在于：

包括第1区域以及第2区域，

上述第1区域，由偏振片或波片所构成，致使入射的光进行相移并透过，

上述第2区域，由光学各向同性介质所构成，致使入射的光透过；

上述第1区域以及第2区域以栅格形状所配置。

33.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

波片阵列器件，交替配置有四分之一波片与二分之一波片；

偏振元件，相对上述第1方向倾斜而设；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述四分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述二分之一波片的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

34.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

波片阵列器件，交替配置有第1波片元件与第2波片元件，上述第1波片元件具有相互正交的第1高速轴以及第1低速轴，上述第2波片元件具有平行于上述第1高速轴的第2低速轴以及平行于上述第1低速轴的第2高速轴；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2波片元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄0面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

35.一种数字全息装置，其包括：

光源单元，射出具有第1方向偏振成分的光，并根据所射出的光提供被被摄物体放射或透射或散射或反射或折射的物体光；

分离单元，从上述射出的具有第1方向偏振成分的光中分离出参考光；

四分之一波片，在不同于第1偏振方向的方向上具有高速轴与低速轴；

偏振元件阵列器件，交替配置有第1偏振元件与第2偏振元件，上述第1偏振元件具有平行于上述四分之一波片的高速轴或低速轴的第2偏振方向，上述第2偏振元件具有正交于上述第2偏振方向的第3偏振方向；

摄像单元，具有记录有第1干涉条纹以及第2干涉条纹的摄像面，上述第1干涉条纹由透过上述第1偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成，上述第2干涉条纹由透过上述第2偏振元件的上述物体光以及上述参考光发生干涉而成；

再现像生成器，根据记录在上述摄像面上的第1干涉条纹以及第2干涉条纹生成上述被摄物体的再现像。

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