CN114868378A - 摄像装置和摄像方法 - Google Patents

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Abstract

摄像装置(1)具备光源(10)、空间光调制器(21)、傅里叶变换光学系统(30)、光检测器(40)和控制部(50)。控制部(50)在空间光调制器(21)的调制面设定第1区域和第2区域，在第1区域设定光振幅调制图案并且将第2区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定所述光振幅调制图案并且将第2区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像。由此，实现能够使用空间光调制器和光检测器取得对象物的高分辨率的复振幅图像的摄像装置和摄像方法。

Description

摄像装置和摄像方法
技术领域
本发明涉及摄像装置和摄像方法。
背景技术
专利文献1和非专利文献1中记载的摄像装置能够使用数字微镜器件(DMD：Digital Micromirror Device)作为能够按每像素调制输出光相对于输入光的强度比的空间光调制器，并且使用检测输入光的强度的光检测器，获得对象物的像。
在这些文献中记载的摄像装置，在DMD的调制面形成对象物的像，基于设定的光振幅调制图案利用DMD按每像素进行光振幅调制，利用光检测器检测该调制后的光的强度。依次将多个种类的光相振幅调制图案对DMD进行设定，在各个光振幅调制图案的设定时利用光检测器取得光强度值，将各光振幅调制图案和对应的光强度值存储在存储部。而且，通过对存储于存储部的多组光振幅调制图案和光强度值进行解析，能够取得对象物的像。
另外，非专利文献2中记载的摄像装置，能够使用能够按每像素调制光的相位的空间光调制器，并且使用检测输入光的强度的光检测器，获得对象物的复振幅图像。
在该文献中记载的摄像装置，在空间光调制器的调制面形成对象物的像，基于设定的光相位调制图案利用空间光调制器按每像素进行光相位调制，利用光检测器检测该调制后的光的强度。依次将多个种类的光相位调制图案对空间光调制器进行设定，在各个光相位调制图案的设定时利用光检测器取得光强度值，将各光相位调制图案和对应的光强度值存储在存储部。而且，通过对存储于存储部的多组光相位调制图案和光强度值进行解析，能够取得对象物的复振幅图像。
这些摄像装置中使用的光检测器不一定是用于检测输入光的光束截面的强度分布而排列有多个像素的图像传感器，也可以是由单一的像素构成的点传感器。因此，在要求在图像传感器的使用不适当的波长区域拍摄对象物的情况下，或者，在要求利用图像传感器以低噪声或高性能拍摄对象物的情况下等，利用使用了点传感器的摄像装置的摄像是有效的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2006/0239336号
非专利文献
非专利文献1：Dharmpal Takhar et al.,“ANew Compressive Imaging CameraArchitecture using Optical-Domain Compression(一种使用光域压缩的新型压缩成像相机架构)”,Proc.IS&T/SPIE Computational Imaging IV,2006
非专利文献2：Kazuki Ota,Yoshio Hayasaki,“Complex-amplitude single-pixel imaging(复幅单像素成像)”,Opt.Lett.,Vol.43No.15,pp.3682-3685,2018
发明内容
发明所要解决的问题
非专利文献2中记载的摄像装置使用空间光调制器的调制面的部分区域作为参考区域，利用相移法取得对象物的复振幅图像。由此，取得的复振幅图像的像素数变少，复振幅图像的分辨率下降。
本发明的目的在于，提供能够使用空间光调制器和光检测器取得对象物的高分辨率的复振幅图像的摄像装置和摄像方法。
用于解决问题的方法
本发明的实施方式为摄像装置。摄像装置具备：(1)输出相干的光的光源；(2)空间光调制器，其具有形成有被照射了来自光源的输出光的对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；(3)傅里叶变换光学系统，其形成来自空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像；(4)光检测器，其选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和(5)控制部，其控制空间光调制器的调制面的光振幅调制图案的设定，基于光振幅调制图案和光强度值求得对象物的复振幅图像，控制部：(a)在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)在第1区域的图像取得中，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；(c)在第2区域的图像取得中，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
本发明的实施方式为摄像装置。摄像装置具备：(1)输出相干的光的光源；(2)空间光调制器，其具有输入有来自光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；(3)傅里叶变换光学系统，其形成被照射了来自空间光调制器的输出光的对象物的傅里叶变换图像；(4)光检测器，其选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和(5)控制部，其控制空间光调制器的调制面的光振幅调制图案的设定，基于光振幅调制图案和光强度值求得对象物的复振幅图像，控制部：(a)在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)在第1区域的图像取得中，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；(c)在第2区域的图像取得中，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
本发明的实施方式为摄像方法。摄像方法是使用：(1)输出相干的光的光源；(2)具有形成有被照射了来自光源的输出光的对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光的空间光调制器；(3)形成空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像的傅里叶变换光学系统；和(4)选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值的光检测器，对对象物进行摄像的方法，该摄像方法具备：(a)区域设定步骤，在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)第1区域图像取得步骤，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；和(c)第2区域图像取得步骤，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
本发明的实施方式为摄像方法。摄像方法是使用：(1)输出相干的光的光源；(2)空间光调制器，其具有输入有来自光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；(3)傅里叶变换光学系统，其形成被照射了来自空间光调制器的输出光的对象物的傅里叶变换图像；和(4)光检测器，其选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值，对对象物进行摄像的方法，该摄像方法具备：(a)区域设定步骤，在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)第1区域图像取得步骤，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；和(c)第2区域图像取得步骤，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
发明的效果
根据本发明的实施方式，能够使用空间光调制器和光检测器取得对象物的高分辨率的复振幅图像。
附图说明
图1是表示摄像装置1的结构的图。
图2是表示摄像装置2的结构的图。
图3是表示摄像装置3的结构的图。
图4是说明空间光调制器的调制面的第1区域S1和第2区域S2的设定例的图。
图5是说明空间光调制器的调制面的第1区域S1和第2区域S2的其它设定例的图。
图6是说明空间光调制器的调制面的第1区域S1的第k光振幅调制图案gk,i的图。
图7的(a)是在模拟中使用的原始振幅图像，(b)是通过模拟获得的振幅图像。
图8的(a)是在模拟中使用的原始的相位图像，(b)是通过模拟获得的相位图像。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明摄像装置和摄像方法的实施方式。此外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。本发明并不限定于这些例示。
图1是表示摄像装置1的结构图。摄像装置1具备光源10、空间光调制器21、傅里叶变换光学系统30、光检测器40、控制部50、分束器60和光圈70。摄像装置1能够取得对象物S的相位图像，并能够进一步取得对象物S的振幅图像。即，摄像装置1能够取得复振幅图像。
光源10是输出应该向对象物S照射的相干的光的光源，优选为激光光源。光源10输出的光的波长能够通过空间光调制器21进行光振幅调制，光检测器40为具有灵敏度的检测器即可。来自光源10的输出光照射到对象物S。也可以在光源10与对象物S之间，设置将来自光源10的输出光的光束直径放大的扩束器。透过了对象物S的光，透过分束器60，到达空间光调制器21的调制面。
也可以在对象物S与空间光调制器21的调制面之间，设置用于在空间光调制器21的调制面形成对象物S的像的成像光学系统。如果是从对象物S到达空间光调制器21的调制面的光维持着像地传输的装置则不需要成像光学系统。
空间光调制器21具有形成有被照射了来自光源10的输出光的对象物S的像的调制面。在该调制面排列有多个像素区域，能够按每个像素区域对输入光进行光振幅调制并输出光。空间光调制器21基于设定的光振幅调制图案，在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光。该图所示的空间光调制器21为反射型。
空间光调制器21既可以为进行三值以上的光振幅调制的空间光调制器，也可以为进行二值的光振幅调制的空间光调制器。在后者的情况下，空间光调制器21也可以为数字微镜器件(DMD：Digital micromirror device)。与使用利用液晶进行光振幅调制的空间光调制器的情况相比，使用DMD时能够实现高速的摄像。
另外，空间光调制器21也可以是具有排列有根据各个输入的光的偏振方位进行不同的光相位调制而输出光的多个像素区域的调制面的空间光调制器(例如，LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator：硅上液晶空间光调制器))以及具有2个偏光片交叉尼科尔配置的结构的空间光调制器。
来自空间光调制器21的输出光被分束器60反射，到达傅里叶变换光学系统30。傅里叶变换光学系统30形成来自空间光调制器21的输出光的傅里叶变换图像。光检测器40选择性地接受该傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值。
光检测器40不一定必须是图像传感器，也可以是点传感器。光检测器40的受光区域的大小既可以为能够选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光的程度，也可以比其大。在后者的情况下，在利用傅里叶变换光学系统30形成傅里叶变换图像的位置设置光圈70，利用该光圈70选择性地使傅里叶变换图像中的0级光通过，光检测器40接受通过了光圈70的光即可。
控制部50控制空间光调制器21的调制面的光振幅调制图案的设定，基于光振幅调制图案和光强度值求得对象物S的复振幅图像。控制部50的处理的详细情况后述。
图2是表示摄像装置2的结构的图。与图1所示的摄像装置1的结构相比较，图2所示的摄像装置2在取代光圈70而具备光纤80这点上不同。作为光波导的光纤80的输入端80a配置在利用傅里叶变换光学系统30形成的傅里叶变换图像中的0级光的位置，选择性地输入该0级光。光纤80对输入输入端80a的光进行导光并从输出端80b输出。光检测器40接受从光纤80的输出端80b输出的光。在这种情况下，光检测器40的受光区域也可以大。
图3是表示摄像装置3的结构的图。与图1所示的摄像装置1的结构相比较，图3所示的摄像装置3在取代反射型的空间光调制器21而具备透过型的空间光调制器22这点上不同，由此在不需要分束器60这点上不同。另外，与图1所示的摄像装置1的结构相比较，图3所示的摄像装置3在相比空间光调制器22在后级配置有对象物S这点上也不同。
在该结构中，空间光调制器22具有输入有来自光源10的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案，在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制而将该调制后的光向对象物S输出。傅里叶变换光学系统30形成被照射了来自空间光调制器22的输出光的对象物S的傅里叶变换图像。
此外，摄像装置的光学系统能够为各种各样的方式。例如，也可以在图3的结构中取代光圈70而具备光纤80。也可以取代基于从一侧向另一侧透过对象物S的光取得振幅图像，而基于被配置于对象物S的背后的反射镜反射后的光(即，在对象物S的内部往返的光)取得振幅图像。
接着，说明光检测器40所输出的光强度值。令表示空间光调制器的调制面上的二维正交坐标系上的位置的变量为ξ，η，令表示形成有傅里叶变换图像的面上的二维正交坐标系上的位置的变量为x，y。令在调制面设定的光振幅调制分布为g(ξ，η)。
在图1中，到达空间光调制器的调制面的光的复振幅分布以下述式(1)表示，利用空间光调制器调制而输出的光的复振幅分布以下述式(2)表示。利用傅里叶变换光学系统30形成的傅里叶变换图像的复振幅分布以下述式(3)表示。此处，忽略比例因子。j为虚数单位。
a(ξ，η)·exp(jθ(ξ，η)) (1)
a(ξ，η)·exp(jθ(ξ，η))·g(ξ，η) (2)
∫a(ξ，η)·exp(jθ(ξ，η))·g(ξ，η)·exp(-j(xξ+yη))·dξdη (3)
傅里叶变换图像中的0级光的复振幅在式(3)作为x＝y＝0得到，以下述式(4)表示。光检测器40所输出的光强度值作为式(4)的绝对值，以下述式(5)表示。实际上在空间光调制器的调制面分散排列有多个像素区域，因此取代积分形式的式(5)，以求和形式的下述式(6)表示。此处也忽略比例因子。下标i表示多个像素区域中的第i像素区域。
∫a(ξ，η)·exp(jθ(ξ，η))·g(ξ，η)·dξdη (4)
|∫a(ξ，η)·exp(jθ(ξ，η))·g(ξ，η)·dξdη|2 (5)
Figure BDA0003709969900000091
接着，说明控制部50的处理。控制部50在空间光调制器的调制面设定第1区域S1和第2区域S2(区域设定步骤)。图4和图5是说明空间光调制器的调制面的第1区域S1和第2区域S2的设定例的图。在这些图中，令空间光调制器的调制面包含64(＝8×8)个像素区域，将到达这64个像素区域中的第i像素区域的光的复振幅表示为xi。到达第i像素区域的光的复振幅xi以下述式(7)表示。
xi＝ai·exp(jθi) (7)
第1区域S1和第2区域S2的设定是任意的。例如也可以如图4所示那样，将包含32(＝8×4)个像素区域的矩形区域作为第1区域S1，将包含其余32(＝8×4)个像素区域的矩形区域作为第2区域S2。另外，也可以如图5所示那样，将包含40(＝8×5)个像素区域的矩形区域作为第1区域S1，将包含40(＝8×5)个像素区域的矩形区域作为第2区域S2，在这种情况下16个像素区域被包含在第1区域S1和第2区域S2两者中。
另外，第1区域S1和第2区域S2各自也可以不是矩形区域，另外，也可以包含多个部分区域而非单一的区域。以下，如图4所示那样，对各像素区域被包含在第1区域S1和第2区域S2的任一个中的情况进行说明。
控制部50求得与第1区域S1对应的对象物S的区域的复振幅图像(第1区域图像取得步骤)，求得与第2区域S2对应的对象物S的区域的复振幅图像(第2区域图像取得步骤)。
第1区域图像取得步骤的处理如下所述。在第1区域S1依次设定多个光振幅调制图案。设定的光振幅调制图案的个数优选为与第1区域S1中包含的像素区域的个数为相同数量的32。设定于第1区域S1的多个光振幅调制图案中的第k光振幅调制图案由gk,i表示。图6是说明空间光调制器的调制面的第1区域S1的第k光振幅调制图案gk,i的图。从第1区域S1的第i像素区域输出的调制后的光的复振幅以下述式(8)表示。从第1区域S1的所有像素区域输出的调制后的光的复振幅的总和以下述式(9)表示。
xi·gk，i＝ai·exP(jθi)·gk，i (8)
Figure BDA0003709969900000101
在第1区域S1以外的区域(即，第2区域S2)设定一样的光振幅调制g0。此时，从第2区域S2的第i像素区域输出的调制后的光的复振幅，以下述式(10)表示。从第2区域S2的所有像素区域输出的调制后的光的复振幅的总和，以下述式(11)表示。该式(11)的右边的b能够为实数。
xi·g0＝ai·exp(jθi)·g0 (10)
Figure BDA0003709969900000102
光检测器40所输出的光强度值I，作为式(9)与式(11)的和的绝对值的平方，以下述式(12)表示。
Figure BDA0003709969900000111
当在第1区域S1设定光振幅调制图案gk,i，并且将第2区域S2的光振幅调制一样地设置为非0的规定值g0时，此时取得的光强度值I11成为以上述式(12)表示的值。当在第1区域S1设定光振幅调制图案gk,i，并且将第2区域S2的光振幅调制一样地设置为0时，此时取得的光强度值I10成为Ak 2，得到Ak的值。当将第1区域S1的光振幅调制一样地设置为0，并且将第2区域S2的光振幅调制一样地设置为所述规定值g0时，此时取得的光强度值I01成为b2，得到b的值。而且，使用这些I11、Ak和b的各值由式(12)得到Θk。
通过在第1区域S1依次设定多个光振幅调制图案gk,i，对于各个光振幅调制图案gk,i得到Ak和Θk，得到以下述式(13)表示的联立方程式。如果设定的光振幅调制图案的个数与第1区域S1中包含的像素区域的个数为相同数量，则式(13)是线性联立方程式，因此使用矩阵{gk,i}的逆矩阵得到解{xi}。该解{xi}即{aiexp(θi)}表示与第1区域S1对应的对象物S的区域的复振幅图像。振幅图像为{ai}，相位图像为{θi}。
Figure BDA0003709969900000112
继第1区域图像取得步骤之后的第2区域图像取得步骤的处理如下所述。在第2区域S2依次设定多个光振幅调制图案。设定的光振幅调制图案的个数优选为与第2区域S2中包含的像素区域的个数为相同数量的32。将在第2区域S2设定的多个光振幅调制图案中的第k光振幅调制图案表示为gk,i。从第2区域S2的所有像素区域输出的调制后的光的复振幅的总和以下述式(14)表示。
Figure BDA0003709969900000113
在第2区域S2以外的区域(即，第1区域S1)设定一样的光振幅调制g0。从第1区域S1的所有像素区域输出的调制后的光的复振幅的总和以下述式(15)表示。
Figure BDA0003709969900000114
光检测器40所输出的光强度值I作为式(14)与式(15)的和的绝对值的平方，以与上述式(12)同样的数学式表示。
当在第2区域S2设定光振幅调制图案gk,i，并且将第1区域S1的光振幅调制一样地设置为非0的规定值g0时，此时取得的光强度值I11成为以与上述式(12)同样的数学式表示的值。当在第2区域S2设定光振幅调制图案gk,i，并且将第1区域S1的光振幅调制一样地设置为0时，此时取得的光强度值I10成为Ak 2，得到Ak的值。当将第2区域S2的光振幅调制一样地设置为0，并且将第1区域S1的光振幅调制一样地设置为所述规定值g0时，此时取得的光强度值I01成为b2，得到b的值。而且，使用该I11、Ak和b的各值由式(12)得到Θk。
通过在第2区域S2依次设定多个光振幅调制图案gk,i，对于各个光振幅调制图案gk,i得到Ak和Φk，得到以与上述式(13)同样的数学式表示的联立方程式。如果设定的光振幅调制图案的个数与第2区域S2中包含的像素区域的个数为相同数量，则式(13)是线性联立方程式，因此使用矩阵{gk,i}的逆矩阵得到解{xi}。该解{xi}即{aiexp(θi)}表示与第2区域S2对应的对象物S的区域的复振幅图像。振幅图像为{ai}，相位图像为{θi}。
通过以上的处理，能够得到与1区域和第2区域两者对应的对象物S的复振幅图像{xi}。
接着，对模拟结果进行说明。此处，如图4所示，在空间光调制器的调制面，各像素区域包含于第1区域S1和第2区域S2的任一个。作为空间光调制器，假定为进行二值的光振幅调制的DMD。图7的(a)是在模拟中使用的原始振幅图像。图7的(b)是通过模拟获得的振幅图像。图8的(a)是在模拟中使用的原始的相位图像。图8的(b)是通过模拟获得的相位图像。
这样，根据本实施方式，能够使用处于空间光调制器的调制面的所有像素区域取得对象物的复振幅图像，因此能够取得对象物的高分辨率的复振幅图像。
本发明的摄像装置和摄像方法并不限定于上述实施方式和结构例，而能够进行各种各样的变形。
上述实施方式的摄像装置具备：(1)输出相干的光的光源；(2)空间光调制器，其具有形成有被照射了来自光源的输出光的对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；(3)傅里叶变换光学系统，其形成来自空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像；(4)光检测器，其选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和(5)控制部，其控制空间光调制器的调制面的光振幅调制图案的设定，基于光振幅调制图案和光强度值求得对象物的复振幅图像。
上述实施方式的摄像装置具备：(1)输出相干的光的光源；(2)空间光调制器，其具有输入有来自光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；(3)傅里叶变换光学系统，其形成被照射了来自空间光调制器的输出光的对象物的傅里叶变换图像；(4)光检测器，其选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和(5)控制部，其控制空间光调制器的调制面的光振幅调制图案的设定，基于光振幅调制图案和光强度值求得对象物的复振幅图像。
在上述的摄像装置中，控制部构成为：(a)在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)在第1区域的图像取得(第1区域图像取得步骤)中，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；(c)在第2区域的图像取得(第2区域图像取得步骤)中，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
在上述的摄像装置中，控制部也可以构成为：在第1区域的图像取得(第1区域图像取得步骤)中，在第1区域依次设定与第1区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。另外，在上述的摄像装置中，控制部也可以构成为：在第2区域的图像取得(第2区域图像取得步骤)中，在第2区域依次设定与第2区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
在上述的摄像装置，空间光调制器也可以是进行二值的光振幅调制的结构。另外，在上述的摄像装置中，空间光调制器也可以是数字微镜器件。
上述的摄像装置也可以构成为：还具备选择性地使利用傅里叶变换光学系统形成的傅里叶变换图像中的0级光通过的光圈，光检测器接受通过了光圈的光。
上述的摄像装置中也可以构成为：还具备光波导，其在利用傅里叶变换光学系统形成的傅里叶变换图像中的0级光的位置配置有输入端，对输入至该输入端的光进行导光并从输出端输出，光检测器接受从光波导的输出端输出的光。
上述实施方式的摄像方法是使用：(1)输出相干的光的光源；(2)具有形成有被照射了来自光源的输出光的对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光的空间光调制器；(3)形成空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像的傅里叶变换光学系统；和(4)选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值的光检测器，对对象物进行摄像的方法。
上述实施方式的摄像方法是使用：(1)输出相干的光的光源；(2)具有输入有来自光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光的空间光调制器；(3)形成被照射了来自空间光调制器的输出光的对象物的傅里叶变换图像的傅里叶变换光学系统；和(4)选择性地接受傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值的光检测器，对对象物进行摄像的方法。
上述的摄像方法构成为具备：(a)区域设定步骤，在空间光调制器的调制面设定第1区域和第2区域；(b)第1区域图像取得步骤，在第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第1区域设定该光振幅调制图案并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第1区域对应的对象物的区域的复振幅图像；和(c)第2区域图像取得步骤，在第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得光强度值，在第2区域设定该光振幅调制图案并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得光强度值，将第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为规定值而取得光强度值，基于这些取得的光强度值和光振幅调制图案，求得与第2区域对应的对象物的区域的复振幅图像。
上述的摄像方法也可以构成为：在第1区域图像取得步骤中，在第1区域依次设定与第1区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。另外，上述的摄像方法也可以构成为：在第2区域图像取得步骤中，在第2区域依次设定与第2区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
在上述的摄像方法中，空间光调制器也可以是进行二值的光振幅调制的结构。另外，在上述的摄像方法中，空间光调制器也可以是数字微镜器件。
上述的摄像方法也可以构成为：使用选择性地使利用傅里叶变换光学系统形成的傅里叶变换图像中的0级光通过的光圈，利用光检测器接受通过了光圈的光。
上述的摄像方法也可以构成为：使用光波导，其在利用傅里叶变换光学系统形成的傅里叶变换图像中的0级光的位置配置有输入端，对输入至该输入端的光进行导光并从输出端输出，利用光检测器接受从光波导的输出端输出的光。
工业上的可利用性
本发明能够作为使用空间光调制器和光检测器取得对象物的高分辨率的复振幅图像的摄像装置和摄像方法来使用。
符号的说明
1～3……摄像装置；10……光源；21、22……空间光调制器；30……傅里叶变换光学系统；40……光检测器；50……控制部；60……分束器；70……光圈；80……光纤；S……对象物。

Claims (16)

1.一种摄像装置，其中：
具备：
光源，其输出相干的光；
空间光调制器，其具有形成有被照射了来自所述光源的输出光的对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在所述调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；
傅里叶变换光学系统，其形成来自所述空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像；
光检测器，其选择性地接受所述傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和
控制部，其控制所述空间光调制器的所述调制面的光振幅调制图案的设定，基于所述光振幅调制图案和所述光强度值求得所述对象物的复振幅图像，
所述控制部：
在所述空间光调制器的所述调制面设定第1区域和第2区域，
在所述第1区域的图像取得中，在所述第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第1区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像，
在所述第2区域的图像取得中，在所述第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第2区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像。
2.一种摄像装置，其中：
具备：
光源，其输出相干的光；
空间光调制器，其具有输入有来自所述光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在所述调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光；
傅里叶变换光学系统，其形成被照射了来自所述空间光调制器的输出光的对象物的傅里叶变换图像；
光检测器，其选择性地接受所述傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值；和
控制部，其控制所述空间光调制器的所述调制面的光振幅调制图案的设定，基于所述光振幅调制图案和所述光强度值求得所述对象物的复振幅图像，
所述控制部：
在所述空间光调制器的所述调制面设定第1区域和第2区域，
在所述第1区域的图像取得中，在所述第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第1区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像，
在所述第2区域的图像取得中，在所述第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第2区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像。
3.如权利要求1或2所述的摄像装置，其中：
所述控制部在所述第1区域的图像取得中，在所述第1区域依次设定与所述第1区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
4.如权利要求1～3中任一项所述的摄像装置，其中：
所述控制部在所述第2区域的图像取得中，在所述第2区域依次设定与所述第2区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
5.如权利要求1～4中任一项所述的摄像装置，其中：
所述空间光调制器进行二值的光振幅调制。
6.如权利要求5所述的摄像装置，其中：
所述空间光调制器是数字微镜器件。
7.如权利要求1～6中任一项所述的摄像装置，其中：
还具备：光圈，其选择性地使利用所述傅里叶变换光学系统形成的所述傅里叶变换图像中的所述0级光通过，
所述光检测器接受通过了所述光圈的光。
8.如权利要求1～6中任一项所述的摄像装置，其中：
还具备：光波导，其在利用所述傅里叶变换光学系统形成的所述傅里叶变换图像中的所述0级光的位置配置有输入端，对输入至该输入端的光进行导光并从输出端输出，
所述光检测器接受从所述光波导的所述输出端输出的光。
9.一种摄像方法，其中：
是使用光源、空间光调制器、傅里叶变换光学系统和光检测器对对象物进行摄像的方法，
所述光源输出相干的光，
所述空间光调制器具有形成有被照射了来自所述光源的输出光的所述对象物的像的调制面，基于设定的光振幅调制图案在所述调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光，
所述傅里叶变换光学系统形成来自所述空间光调制器的输出光的傅里叶变换图像，
所述光检测器选择性地接受所述傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值，
所述摄像方法具备：
区域设定步骤，在所述空间光调制器的所述调制面设定第1区域和第2区域；
第1区域图像取得步骤，在所述第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第1区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像；和
第2区域图像取得步骤，在所述第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第2区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像。
10.一种摄像方法，其中：
是使用光源、空间光调制器、傅里叶变换光学系统和光检测器对对象物进行摄像的方法，
所述光源输出相干的光，
所述空间光调制器具有输入有来自所述光源的输出光的调制面，基于设定的光振幅调制图案在所述调制面的多个像素区域各个对输入光进行光振幅调制并输出该调制后的光，
所述傅里叶变换光学系统形成被照射了来自所述空间光调制器的输出光的所述对象物的傅里叶变换图像，
所述光检测器选择性地接受所述傅里叶变换图像中的0级光，检测其光强度并输出光强度值，
所述摄像方法具备：
区域设定步骤，在所述空间光调制器的所述调制面设定第1区域和第2区域；
第1区域图像取得步骤，在所述第1区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第1区域设定该光振幅调制图案并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第1区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第1区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第1区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像；和
第2区域图像取得步骤，在所述第2区域依次设定多个光振幅调制图案，对于各个光振幅调制图案，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为非0的规定值而取得所述光强度值，在所述第2区域设定该光振幅调制图案并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为0而取得所述光强度值，将所述第2区域的光振幅调制一样地设置为0并且将所述第2区域以外的区域的光振幅调制一样地设置为所述规定值而取得所述光强度值，基于这些取得的光强度值和所述光振幅调制图案，求得与所述第2区域对应的所述对象物的区域的复振幅图像。
11.如权利要求9或10所述的摄像方法，其中：
在所述第1区域图像取得步骤，在所述第1区域依次设定与所述第1区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
12.如权利要求9～11中任一项所述的摄像方法，其中：
在所述第2区域图像取得步骤，在所述第2区域依次设定与所述第2区域中包含的像素区域的个数为相同数量的光振幅调制图案。
13.如权利要求9～12中任一项所述的摄像方法，其中：
所述空间光调制器进行二值的光振幅调制。
14.如权利要求13所述的摄像方法，其中：
所述空间光调制器是数字微镜器件。
15.如权利要求9～14中任一项所述的摄像方法，其中：
使用光圈，所述光圈选择性地使利用所述傅里叶变换光学系统形成的所述傅里叶变换图像中的所述0级光通过，
利用所述光检测器接受通过了所述光圈的光。
16.如权利要求9～14中任一项所述的摄像方法，其中：
使用光波导，所述光波导在利用所述傅里叶变换光学系统形成的所述傅里叶变换图像中的所述0级光的位置配置有输入端，对输入至该输入端的光进行导光并从输出端输出，
利用所述光检测器接受从所述光波导的所述输出端输出的光。
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