JP2011033759A - 三次元画像撮像装置、三次元画像撮像方法、三次元画像情報取得システム、三次元画像情報取得方法 - Google Patents

三次元画像撮像装置、三次元画像撮像方法、三次元画像情報取得システム、三次元画像情報取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】カラー撮像素子を使用せずに簡易な構成で色彩ホログラムを電子的に取得する。
【解決手段】位相共役鏡１０４と反射鏡１２２，１２４でＩＣＨ−ＣＨ光変換部を構成する。参照波光源１５４より発せられたＲＧＢコヒーレント光W3_CH をビームスプリッタ１３６で二分し一方のＲＧＢコヒーレント光W32_CHを、物体光であるインコヒーレント光W2_ICHと同軸上で同じ方向より位相共役鏡１０４に入射する。物体波光源１５２より発せられたＲＧＢ別に異なる周波数で変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH を位相共役鏡１０４に入射して、ＲＧＢ別に変調されたコヒーレントな位相共役物体光W7を生成する。ＲＧＢコヒーレント光W31_CHを参照光として位相共役物体光W7と偏光方向を揃え、同軸になるようにして、モノクロ用の走査型の撮像部５に入射させ、参照光と物体光の間で干渉させて撮像面上に干渉縞を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、三次元画像撮像装置、三次元画像撮像方法、三次元画像情報取得システム、三次元画像情報取得方法に関する。より詳細には、物体からの光を干渉光学手段に入射し、干渉光学手段から導出される干渉光を固体撮像装置で撮像することで、三次元画像信号としてのホログラム情報信号を取得する仕組みに関する。
レーザ光を用いてホログラムを作成し、三次元画像を記録・再生する方法として、写真フィルム技術を利用する仕組みが知られている。
一方、この考え方を電子的に実現する仕組み（電子ホログラムシステムと称する）や、さらにカラー化する仕組みが、たとえば、特許文献１〜３に提案されている。
米国特許第３，８５６，９８６号明細書 米国特許第３，５９７，５２５号明細書 特許第１９５２１４８号公報
電子ホログラムシステムの実現には、たとえば、物体にインコヒーレント光を照射した元で得られる物体からの光を干渉光とし、その干渉光を撮像面で受光することで、その撮像面上に干渉縞を形成した状態とする。撮像部からは、その干渉縞に対応する撮像出力信号が出力されるので、電子的にホログラム情報信号を取得できる。
しかしながら、特許文献１〜３の仕組みでは、次のような問題がある。先ず特許文献１〜３では、インコヒーレントホログラムであるので三次元再生像の解像度に難点がある。つまり、インコヒーレント光であるため、光学的な干渉長も短く、再生画質が鮮明でないので、鮮明なホログラムの形成や再生像の解像度についても改善すべき点がある。
特許文献２，３の仕組みでは、インコヒーレントな自然光を偏光フィルタやシャープカットやダイクロイックミラーを使用して偏光した単色性に富んだ光りを作り出さねばならず、全体的に光量が落ち、ダイナミックレンジに問題がある。特許文献３では、単板式の場合、撮像面に色分離フィルタが配設されたカラー撮像用のものが必要になる。
本発明は、鮮明な色彩ホログラムを電子的に取得する仕組みを提供することを目的とする。また本発明は、カラー撮像用の撮像部を使用せずとも、簡易な構成で、色彩ホログラムを電子的に取得する仕組みを提供することを目的とする。
本発明に係る第１の態様は、光源よりコヒーレントな白色光を発し、入射光学系では、コヒーレントな白色光を分岐部で二分する。そして、一方の分割光を 物体からの色彩三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と同軸上で同じ方向よりインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させることでコヒーレントな物体光を生成する。
また、分岐部で二分された他方の分割光を参照光とし、この参照光とコヒーレントな物体光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する。
さらに、撮像光学系では、参照光とコヒーレントな物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、走査型の撮像部に入射させ、参照光とコヒーレントな物体光の間で干渉させて撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させ、撮像部で干渉縞を撮像する。
つまり、本発明に係る第１の態様では、光源より発せられるコヒーレントな白色光を利用してインコヒーレントな物体光をコヒーレントな物体光に変換してから、色彩ホログラムを形成・撮像する。コヒーレントホログラムによる色彩三次元画像情報を電子的に取得する仕組みが実現される。このとき、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する。
本発明に係る第２の態様は、物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する。さらに、撮像光学系では、参照光と物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、色分離フィルタが形成されていないモノクロ用の走査型の撮像部に入射させ、参照光と物体光の間で干渉させて撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる。撮像部で干渉縞を撮像することで、色彩波長成分ごとの干渉縞のそれぞれに対応する色彩ホログラム情報信号を取得する。
つまり、本発明に係る第２の態様では、物体光および／または参照光について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調し、モノクロ用の走査型の撮像部を使用して色彩ホログラムを形成・撮像する。
なお、本発明に係る第１の態様と第２の態様を組み合わせるとさらに好ましい。
本発明に係る第１の態様によれば、コヒーレントな物体光に基づき、鮮明な色彩ホログラムを電子的に取得できる。
本発明に係る第２の態様によれば、カラー撮像用の撮像部を使用せずとも、簡易な構成で、色彩ホログラムを電子的に取得できる。
また、第１・第２の何れの態様も、光変調の仕組みを適用するので、周波数処理によりバックグラウンドノイズが低減されたホログラム情報を取得できる。
人間の立体感の生理作用を説明する図である。 ４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する図である。 光学機能材料と電気光学係数と応答時間の関係を示す図である。 ＩＣＨ−ＣＨ光変換の基本を説明する模式図である。 第１実施形態の三次元画像撮像装置の概略構成図である。 本実施形態の三次元画像撮像装置で使用する主要な構成要素の光学特性を概念的に示す図である。 第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。 第２実施形態（第２例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。 第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置を説明する図である。 第３実施形態（第２例）の三次元画像撮像装置を説明する図である。 音響光学効果による変調と偏光を説明する図である。 第４実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。 音響光学効果によるＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成を説明する図である。 第５実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。 第１実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。 第２実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。 第３実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。 第４実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。 第１実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。 ＲＧＢの１組分について単位画素から変調画素信号処理部までの画素信号伝送を示した図である。 三次元画像信号処理で取り扱う信号波形の概要図である。 第１実施形態の電気信号処理系統におけるクロストーク対策を説明する図である。 第２実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。 第２実施形態の電気信号処理系統におけるスイッチ切替えを説明する図である。 第２実施形態の電気信号処理系統における第１動作例を説明するタイミングチャートである。 第２実施形態の電気信号処理系統における第２動作例を説明するタイミングチャートである。 第３実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。 第３実施形態の電気信号処理系統におけるスイッチ切替えを説明する図である。 第３実施形態の電気信号処理系統における動作例を説明するタイミングチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、Ａ，Ｂ，Ｃ，…などのように大文字の英語の参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。また、各機能要素を色彩波長（具体的にはＲ，Ｇ，Ｂ）で区別する場合は色彩波長の参照子Ｒ，Ｇ，Ｂを付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
なお、説明は以下の順序で行なう。
１．比較例の個別事情
２．本実施形態に関わる基礎技術
３．三次元画像撮像装置：第１実施形態（ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成を１つの素子で行なう）
４．三次元画像撮像装置：第２実施形態（ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にする、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子で光変調を行なう）
５．三次元画像撮像装置：第３実施形態（光変調素子とＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にする）
６．三次元画像撮像装置：第４実施形態（１つの素子で、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成と光変調を行なう）
７．三次元画像撮像装置：第５実施形態（物体光と参照光の双方を変調）
８．三次元画像情報取得システム：第１実施形態（ＣＣＤ）
９．三次元画像情報取得システム：第２実施形態（ＸＹアドレス型）
10．三次元画像情報取得システム：第３実施形態（ＸＹアドレス型＋共振処理）
11．三次元画像情報取得システム：第４実施形態（ＸＹアドレス型＋確率共振）
12．電気信号処理：第１実施形態（ＸＹアドレス型＋全画素）
13．電気信号処理：第２実施形態（ＸＹアドレス型＋カラム別の画素信号の色別切替＋カラム別の参照信号の色別切替）
14．電気信号処理：第３実施形態（ＸＹアドレス型＋カラム別の画素信号の色別切替＋全列共通の参照信号の色別切替）
＜比較例の個別事情＞
最初に、特許文献１〜３の仕組みについて、それぞれの個別の問題点の詳細について検討する。
特許文献１では、レーザ光を２つの経路に分岐し、一方の光波を物体に照射し、両方または一方をある光変調周波数の変調信号で変調し、両者を同軸上で干渉させ、光学情報を撮像部で光電変換して撮像信号を取得し電気信号処理を行なう。因みに、この方式で得られるのはインコヒーレントホログラムである。
得られる画像信号（物体の像情報を伴う電気信号）は光変調周波数に等しい周波数を中心にある帯域幅をもって分布する。これに対して、ノイズ光は周波数依存性を持たず、周波数軸上に一様に分布するようになる。これによって、周波数依存性を持たないノイズ光を電気的に除去することが可能となり、物体像情報を持つ変調信号のみを抽出するシステムが実現できる。光変調とそれに対応した電気信号での波長分離によりホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを低減する仕組みに特徴がある。
しかしながら、特許文献１の仕組みでは、次のような問題がある。インコヒーレントホログラムであるので、三次元再生像の解像度に難点がある。カラー化技術については触れられていない。レーザ光を被写体に直接照射しなければならず、撮影対象が事実上非生物に限られ、人間を含む高等生物の撮像には適しない。撮像時には暗室が必要となる。照光か物体光のどちらか一方を変調させる場合は良いが、両方を変調させた場合の詳しい記載がなく、両者を同じ周波数で変調した場合には、何の効果も生じない（数式を当たってみればすぐ分かる）。
特許文献２では、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光を干渉光にするに当たって循環型干渉光学系を使用し、また、走査型の固体撮像装置を使用している。この方式でも、特許文献１と同様に、得られるのはインコヒーレントホログラムであるし、ホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを低減する仕組みも特許文献１と同様のものである。
たとえば、循環型干渉光学系における三角形状の循環光路内に、光学活性体と光変調器を配し、物体からの光を偏光子を通じて循環型干渉光学系に入射し、循環型干渉光学系における循環光路をビームスプリッタで互いに逆方向に循環する２つの分割光に分岐する。これによって、時計回りの光波と反時計周りの光波を生成する。その内の光学活性体を経て偏光面が回転された後に光変調器を通過する一方の光波に関して、干渉計内光路の１つ脚の中に偏光子（たとえば水晶）と光変調素子を配置し、ある周波数を有する変調信号に基づいて光変調素子を変調する、つまり、循環光路内で光変調を行なう。そして、像倍率の異なる干渉計からの出力光を撮像面上に、同軸かつ偏光方向を揃えて干渉させ、撮像面上に干渉縞（ホログラム）を形成する。
循環型干渉光学系から導出される干渉光は、実質的に干渉縞を形成するものとなる成分が時間および変調信号の周波数に依存するものとして、また、干渉縞の形成に寄与しない成分が時間及びおよび変調信号の周波数に依存しないものとして含まれる。干渉光により形成された干渉縞に基づいて得られるホログラム情報信号は、変調信号の周波数を中心とした所定の周波数帯域に依存し、それに、周波数に依存しないバックグラウンドノイズが混入したものとなる。
つまり、循環型干渉光学系から導出される干渉光に関して得られる画像信号は、変調信号の周波数を中心としたある周波数帯域に存在するホログラム情報信号と、周波数に依存しないバックグウランドノイズを含む。このため、画像信号を、変調信号の周波数を中心とした周波数帯域を通過帯域とする波長分離部（典型的には帯域通過フィルタ）に供給することで、インコヒーレントホログラム中に存在するバックグラウンドノイズが低減されたホログラム情報信号が得られる。
この方式は、三角干渉計が２つの光波（物体光と参照光）の干渉に際して、他の干渉計に比べて生成される２つの光波の光路長が自動的に等しくなる点が優れており、光学的なアライメントが楽になる。また撮像に際し、暗室は必要なく、太陽光など自然環境化にも適用できるため、実用化に一歩近づいたシステムと言える。
しかしながら、特許文献２の仕組みでは、次のような問題がある。特許文献１と同様に、インコヒーレントホログラムであるので三次元再生像の解像度に難点があるし、カラー化技術については触れられていない。たとえば、この特許文献２が提案された時点では、カラー化した際の効率的な光変調技術は確立されていなかった。また撮像信号を電気的に取得する仕組みは、電子ビーム、誘電体、フィルムなどを利用するもので、今日の技術としては適切でないと言える。
このように、特許文献１，２の仕組みは、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光に基づくホログラム情報信号を形成するもので、単色ホログラム情報信号が得られるに過ぎず、３原色成分を含む色彩ホログラム情報信号を形成することはできない。
これに対して、特許文献３では、特許文献２の仕組みをベースとして、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光に基づいて色彩ホログラム情報信号を得るように発展させた仕組みが提案されている。基本的には、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光を循環型干渉光学系に入射し、循環型干渉光学系から導出される光を走査型の撮像部で撮像する構成を採っている。
因みに、撮像部に関しては、走査型のものを使用するが、色彩波長別に各別のものを備える構成のいわゆる３板式と、撮像面に色分離フィルタが配設されたカラー撮像用の単板式が提案されている。
このとき、カラー化用に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の光学信号を異なる周波数で変調することで、走査型の撮像部から、色彩ホログラム情報信号を、それに混入したバックグラウンドノイズを低減することができる状態で得るようにしている。
しかしながら、特許文献３（特許文献２も）の仕組みでは、次のような問題がある。特許文献１と同様に、インコヒーレントホログラムであるので三次元再生像の解像度に難点がある。つまり、インコヒーレント光であるため、光学的な干渉長も短く、再生画質が鮮明でないので、鮮明なホログラムの形成や再生像の解像度についても改善すべき点がある。インコヒーレントな自然光を偏光フィルタやシャープカットやダイクロイックミラーを使用して偏光した単色性に富んだ光りを作り出さねばならず、全体的に光量が落ち、ダイナミックレンジに問題がある。特許文献３では、単板式の場合、撮像面に色分離フィルタが配設されたカラー撮像用のものが必要になる。
つまり、物体光や参照光を色彩波長別に変調し、走査型の撮像部で撮像することで色彩三次元画像情報を取得する仕組みがあるが、３板式では装置構成が大掛かりになるし光学系配置に正確さが要求され、単板式ではカラー撮像用のものが必要になる。加えて、インコヒーレントホログラムであるので、色彩三次元再生像のダイナミックレンジや解像度に難点がある。
＜本実施形態に関わる基礎技術＞
本実施形態では、時間的な光変調法により電子的にホログラム像を撮像する仕組みを採る。この際、自然光照射下にある色彩三次元被写体の像情報を、撮像装置内で、レーザ光を用いて、インコヒーレント光をコヒーレント光に変換する（ＩＣＨ−ＣＨ光変換と称す）。インコヒーレント光とは、物体光（物体波）のように干渉性の殆どない光を意味し、コヒーレント光とは、レーザ光のように可干渉性の高い光を意味する。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換により、インコヒーレント物体光をコヒーレント光に変換し、物体光の位相共役光を発生させ、これに基づく光学的、電気的信号処理を施す。ＩＣＨ−ＣＨ光変換には、たとえば、位相共役鏡を使用するのが好ましい。白色光を構成する主な色彩波長成分としては、典型的には、カラーの基本色であるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）が適用される。
つまり、自然光による色彩三次元画像情報をＩＣＨ−ＣＨ光変換部（たとえば位相共役鏡）に入射させ、別光源による各波長成分のコヒーレント光の一部を分派部（たとえばビームスプリツタなど）により分波する。そして、色彩三次元画像情報と各波長成分のコヒーレント光の一部をＩＣＨ−ＣＨ光変換部内に同軸上で入射させることで、色彩三次元画像情報のＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう。
また、ＩＣＨ−ＣＨ光変換した物体光（物体波）とレーザ光による参照光（参照波）を、光学的な倍率を変えて同軸で干渉させ、固体撮像装置上に偏光方向を揃えて入射させることで、レーザ光による色彩ホログラム像を固体撮像装置上に形成させる。この色彩ホログラム像を固体撮像装置で撮像することで、三次元画像信号を取得する。
つまり、ＩＣＨ−ＣＨ光変換されたコヒーレント光の位相共役光を生成して物体光とし、固体撮像装置上に結像させる。各波長成分のレーザ光の分波した残りのレーザ光を参照光とし、位相共役物体光と同軸になるように入射させて干渉させ、固体撮像装置上にコヒーレント光ホログラムを形成させる。
また、色彩ホログラム像を形成させる際に、白色光を構成する主な色彩波長成分を放出するレーザ光源使用し、物体光や参照光の何れか一方または双方を、色彩波長成分ごとに異なる変調周波数で変調し、固体撮像装置上に色彩ホログラム像を形成させる。変調は、ＡＭ，ＦＭ，ＰＭの何れでもよい。
各波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）を異なる周波数で変調させるが、物体光と参照光の双方を変調する場合は、双方の変調周波数を異ならせて変調させ、固体撮像装置上に色彩ホログラムを形成させる。
物体光の色彩波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）を取得するために、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を発振する白色半導体レーザを使用する。物体光を変調する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ光を異なる変調周波数で変調する。参照光を変調する場合には、色彩波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）ごとに異なる変調周波数で変調する。
固体撮像装置により得られた撮像信号に対しては、変調により伴われた光学的なノイズ成分を電気的信号処理により除去し、意図的に色彩波長成分別に変調された光信号を波長成分ごとに特徴付けられた電気信号に変換する。
これらの利点として、固体撮像装置で取得される色彩信号は、既に色彩別に特徴付けられるため、固体撮像装置上には、ベイヤー配列などのマトリクス状のカラーフィルタ（色分解フィルタ）が不要となる。ただし、色彩別に特徴付けられている信号を処理するため、周波数処理が必要となる。ここで「周波数処理」とは、波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）ごとに異なる変調周波数の成分を持つ混合された撮像信号から、それぞれの変調周波数に応じた成分を分離することを意味する。
それぞれの変調周波数に応じた成分を分離した後には、一般的なカラー撮像信号処理と同様の仕組みが適用できる。ただし、元々の撮像信号は変調周波数で変調された成分を含むので、この点を考慮した回路構成にすることが望まれる。
以上を踏まえて、最初に、電子的なホログラム記録の本実施形態において適用される理論について幾つか説明する。
［立体感の生理作用］
図１は、人間の立体感の生理作用を説明する図である。この図は、人間の目が三次元対象物をどのようにして立体とて捕らえているかを概念的に示している。
人間の目は神経が頭の中で交差しており、左目が情報は右脳で処理され、右目情報は左脳で情報処理される。両者の情報は脳梁を通じて互いに情報のやり取りを行なっている。左単眼視野（ＡＬ）と右単眼視野（ＡＲ）から両眼視野（Ｂ）が形成され、それに基づくパターン認識（Ｄ）があり、その結果、立体感（Ｅ）として認識されるという認識過程がある。
その他に、視差の効果は両眼に比べると劣るが、単眼でも立体として認識でき、左単眼視野（ＡＬ）→パターン認識（ＣＬ）→立体感（Ｅ）という経路と、右単眼視野（ＡＲ）→パターン認識（ＣＲ）→立体感（Ｅ）という経路があるとするのが一般的である。これは、実際に、自分の目で片方の目を覆って、他方の目だけで対象物を見るようにすると、前後の距離感は両眼視の場合より多少なくなるが、それでもかなりの立体感があることから分かる。
［時間的光変調法によるホログラムの形成とその撮像］
変調の対象となるのは、物体光・参照光の何れの場合もある。因みに、双方を変調する場合は、それぞれの変調周波数を少し（僅かに）異ならせる。
たとえば、撮像部５に使用される固体撮像装置上の光の強度をＩ、物体光の複素振幅をＢ、参照光の複素振幅をＳとする。
ここで、参照光のみを変調させる場合に、その参照光の変調周波数をωo とすると、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（１）で表される。
Figure 2011033759
また、物体光と参照光の双方を変調させる場合に、物体光の変調周波数をωi 、参照光の変調周波数をωk とすると、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（２）で表される。
Figure 2011033759
また、色彩三次元画像信号の取得の場合には、物体光をカラーの基本色であるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）で区別してそれぞれＢｒ，Ｂｇ、Ｂｒとする。ここで、各色の物体光Ｂｒ，Ｂｇ、Ｂｒを各別の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の参照光で変調する場合には、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（３）で表される。
Figure 2011033759
レーザ光の強度がそれほど強くなく、異なる波長間の光の干渉が無視できるとすると、式（３）は、式（４）のように簡略化できる。
Figure 2011033759
さらに、式（４）を書き換えると、式（５）が得られる。
Figure 2011033759
式（５）の右辺において、第１項の「Ｎ」は時間的変調に無関係なノイズ項であり、第２項以降は時間的変調項であり、それぞれ、各色の物体光Ｂｒ，Ｂｇ、Ｂｒに対応する参照光の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 に関するものである。これらの色別の時間的変調項は、実数部と虚数部があり、実数部はｃｏｓ関数、虚数部はｓｉｎ関数で、それぞれ表すことができる。
したがって、互いに直交する２つの直線偏光波の重合せとみなすことができ、電気的カラー信号処理による色彩三次元像の即時記録や再生が可能であることが分かる。
［縮退４波混合による位相共役光の発生］
図２〜図２Ａは、位相共役鏡の機能を説明する図である。ここで、図２は、４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する図である。図２Ａは、光学機能材料と電気光学係数と応答時間の関係を示す図である。
位相共役光を発生させる方法には、たとえば、「誘導ブリルアン散乱による方法」、「４波混合による方法」、「ホログラムを用いる方法」が知られている。
一般に、光屈折性材料の内でメモリ効果を持つものをフォトクロミック材料と言うが、これに対し、メモリ作用を持たず単に光応答のみを示す材料がある。この材料の方形の素子に同じ波長の２つのレーザビームを異なる角度で入射させると、光照射領域で２つの光波の干渉が生じ、媒質内に透過率や屈折率の変化を引き起こす。これらの変化は、光の干渉縞の縞模様に対応した透過率または屈折率の変調した領域が媒質内に作り出され、この現象はいわゆるダイナミックホログラフィとして知られている。
一方、位相共役鏡としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）結晶を使用し、結晶中にλ＝６３５nmのレーザビームを入射させ、簡単な光学機器構成を用い、４波混合法により位相共役光を発生させるのが「４波混合による方法」である。
図２を参照して、この４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する。ほぼ直方体状の光応答性媒体が位相共役鏡２０として中心に配置され、一方の端面２３ａに第１の参照レーザ光L2a を発する光源（図示せず）とハーフミラー２１ａが配置され、それとは反対側の端面２３ｂ側に反射鏡２１ｂが設置され、それらと直交する一方の端面２３ｃ側には反射鏡２１が配置される。端面２３ａの側が第１の参照レーザ光L2a の入射側で、端面２３ｂの側が第１の参照レーザ光L2a の出射側かつ反射鏡２１ｂで反射された第２の参照レーザ光L2b の入射側である。端面２３ｃの側が反射鏡２１が配置される側で、端面２３ｄの側が位相共役光の出射される側である。
ここで、波長λの第１の参照レーザ光L2a をハーフミラー２１ａを通して位相共役鏡２０（光応答性媒体）の端面２３ａ側に入射させ、対向する端面２３ｂ側の反射鏡２１ｂにより第１の参照レーザ光L2a の反射光である第２の参照レーザ光L2b を形成させる。なお、第１の参照レーザ光L2a を第１の励起光とも称し、第２の参照レーザ光L2b を第２の励起光とも称する。
すなわち、ハーフミラー２１ａと反射鏡２１ｂ、ハーフミラー２１ａと位相共役鏡２０の端面２３ａ、位相共役鏡２０の端面２３ｂと反射鏡２１ｂは、それぞれ光学的なキャビティを形成する。これによって、それぞれのキャビティの間で繰り返し反射が生じ、第１の参照レーザ光L2a （入射光）と第２の参照レーザ光L2b （反射光）は励起光となり、位相共役鏡２０を励起状態にする。
ここで、位相共役鏡２０の端面２３ｃ側には、反射鏡２１が端面２３ｃに対して適当な角度θで配置する。
第１の参照レーザ光L2a と第２の参照レーザ光L2b の照射によって、位相共役鏡２０がエネルギを充分吸収すると、端面２３ｃより漏れ出た漏れ光L2c_1 が反射鏡２１によって反射され、位相共役鏡２０との間で繰り返し反射が生じ、レージングを惹き起こす。その結果、端面２３ｃは位相共役鏡となり、漏れ光L2c_1 とこれと位相共役な光が発生し、位相共役鏡２０の端面２３ｃに対向する端面２３ｄより、位相共役光L2c*が放出するようになる。
位相共役光生成過程はおおよそ以下のメカニズムによる。第１の参照レーザ光L2a と端面２３ｃからの漏れ光L2c_1 の反射鏡２１による反射光L2c_2 が干渉し、位相共役鏡２０の中に干渉縞２２が形成される。第２の参照レーザ光L2b が干渉縞２２によって反射して反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る。この反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る光は反射光L2c_2 と方角が同じで向きが違うため、反射光L2c_2 に対し共役位相の関係にある。すなわち、反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る光は位相共役光L2c*となる。したがって、光応答性媒体２０は位相共役鏡として作用する。
ここでは、第１の参照レーザ光L2a と反射光L2c_2 の干渉しか図示していないが、干渉の対象性から第２の参照レーザ光L2b と反射光L2c_2 の干渉による干渉縞も形成されている。この場合は、第１の参照レーザ光L2a が干渉縞２２によって反射し、位相共役光となる。方向はやはり反射光L2c_2 のやってきた光路を遡る。
次に、反射鏡２１の一方の端点（位相共役鏡２０の端面２３ａ側の端点）を支点として反時計方向に角度θだけ回転させると、反射鏡２１の反射面２１ａは反射面２１ｂの位置に移動する。位相共役鏡２０は位相共役鏡であるために、“いかなる光でも発生源に正確に戻る作用”が働き、レージングが維持され、変位前の位相共役光L2c*が角度θ方向に変位し、トラッキング光L2d*となって端面２３ｄの側に放出される。トラッキング光L2d*も同様に位相共役光である。
位相共役鏡２０内で行なわれる光生成過程は“増幅率＝１”であり、出射する位相共役光L2c*およびトラッキング光L2d*の光強度は第１の参照レーザ光L2a のそれに等しい。
また、位相共役光L2c*およびトラッキング光L2d*の光強度は、位相共役鏡２０に入射する励起光のエネルギが閾値以上であれば、入射励起ビームの光強度に依存し、入射励起ビームの光強度が増せば位相共役光の光強度も増大する。位相共役鏡２０に入射する励起光を、以下「入射励起ビーム」とも称すし、本例では第１の参照レーザ光L2a に該当する。
反射鏡２１を前述のような方法により、支点を中心に一定速度で振動させた場合、トラッキング光L2d*は反射鏡２１の振動に追従するが、どの程度まで回転振動速度に追従できるかについては、用いる位相共役鏡２０の材料の光応答速度によって決まる。
［ダイナミックホログラフィと光応答性材料］
前記のように、複数のレーザ光の干渉によって位相共役鏡２０中に干渉縞が形成される理由は、光照射によって媒質中に屈折率変調領域が生じるためであり、ダイナミックな光応答過程として知られている。
ダイナミックな光応答を示す材料としては、以下のようなものが挙げられる。たとえば、赤外領域に感度のある材料としては、ＩｎＰ：Ｆｅ、ＧａＡｓ：Ｃｒ結晶、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓなどがある。
可視領域に感度のある材料としては、無機系であれば、ＬｉＮｂＯ3 ：Ｆｅ、ＫＴＮ（Ｋ（ＴａＮｂ）Ｏ3 ）、ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ＳＢＮ（（ＳｒＢａ）Ｎｂ2 Ｏ6 ）、ＢａＴｉＯ3 、ＫＮｂＯ3 などがある。鉄またはロジウムなどの遷移金属を添加したＬｉ20／（Ｔａ205 ＋Ｌｉ20）のモル分率が０．４９５〜０．５０であるストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム単結晶は、紫外光から可視光域でフォトリフラクティブ効果がある。サマリウムやイッテルビウムなどの遷移元素や希土類元素を微量に含有するとともにセリウムを不純物として含むニオブ酸ストロンチウムバリウム単結晶、ＳｒxＢａ1-xＮｂ206 で、ｘの範囲が０．２５≦ｘ≦０．７５である光学材料も、ホログラム記録媒体、位相共役鏡、および光増幅器を構成した場合、応答速度が速く、安定性に優れたデバイスが実現できる。
また、高分子系材料（有機系）では、ポリジアセチレン、Ｐｏｌｙ−４−ＢＣＭＵpolydiacetylene がある。これらは、はモノマーの単結晶に紫外線、Ｘ線、γ線を照射あるいは熱などを加えて重合し、ポリマーの単結晶にする。モノマーＬＢ膜を重合してポリマーのＬＢ膜にするなどの製法もある。また、キサンテン系のエリトロシンＢ色素含有ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）膜、アゾ色素を含有するポリビニールアルコール（ＰＶＡ）樹脂なども、偏光方向が互いに直行する二つの位相共役光を発生する性質があり好適である。
一般的な無機質光学機能材料では、以下の４つのプロセスにより、干渉縞の光のパターンに応じた屈折率の変調パターンが媒体内に形成される。
（ａ）光照射が強い（干渉縞の明るい）部分では、材料内のトラップからキャリアが光励起している。
（ｂ）励起キャリア（電子）は材料の伝導帯へ遷移し、光照射のない（干渉縞の暗い）部分へ移動し、そこで再びトラップされる。
（ｃ）その結果、空間的に非一様な電荷分布が強い静電空間電場が作り出される。
（ｄ）線形な電気光学効果によって、同じ媒体中に屈折率変化が生じ、その大きさは局所的な電界強度に比例する。
このような材料は、以下の典型的な３つの性質により特徴付けられる。
（１）媒質の屈折率変化が始まる光エネルギの閾値
（２）回折効率
（３）応答時間
以下、順を追って説明する。
（１）媒質の屈折率変化が始まる光エネルギの閾値
前述の（ａ）〜（ｄ）までの過程を持つ材料で、もし入射光のエネルギがトラップからキャリアを光励起するほど大きくないなら、または光励起しても非一様な空間電荷場を形成するほどキャリアの数が十分でないなら、媒質に屈折率の変化は起こらない。したがって、屈折率変化を引き起こすためには、入射光エネルギに閾値が存在ことになる。今、閾値エネルギをＥthとすると、「Ｅ＞Ｅth」で媒質の屈折率変化が始まる。
（２）回折効率
光学機能材料の元の屈折率ｎo 、有効電気光学係数ｒeff 、電場Ｅとすると、電気光学効果により引き起こされる屈折率変化Δｎは式（６）で表される。
Figure 2011033759
ここで、ダイナミックホログラフィックな要素を考えた場合、結晶厚（より正確には光波の結晶中の相互作用長）をｌとすると、光波の回折効率ηは、吸収が小さい場合は式（７）で表される。したがって、屈折率変化Δｎ、すなわち、有効電気光学係数ｒeff が大きいほど回折効率ηは大きい。
Figure 2011033759
図２Ａに、光学機能材料とその電気光学係数ｒeff と応答時間の関係を例示する。ここで、図２Ａ（１）は比較的大きな電気光学係数を持つ光学機能材料の場合であり、図２Ａ（２）は比較的小さな電気光学係数を持つ光学機能材料の場合である。図２Ａ（３）は、種々な材料の応答時間が実際にどのような値になるかを示す。図２Ａ（１）に示すように、ＢａＴｉＯ3 、ＫＮｂＯ3 、（ＳｒＢａ）Ｎｂ2 Ｏ6 のような材料（強誘電性光学機能材料である）は比較的大きな効電気光学係数ｒeff の値を持つ。これに対して、図２Ａ（２）に示すように、ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20）やＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどは比較的小さな効電気光学係数ｒeff の値を持つ。
図２Ａ（２）に示す材料は図２Ａ（１）に示したような強誘電性光学機能材料に比べ、非線形光学効果が小さい反面、前述の（ａ）〜（ｄ）までの過程が比較的早く進行する。
（３）応答時間
（３−１）光相互作用領域の応答時間
ダイナミックホログラフィを主な対象とした場合、光相互作用領域（干渉縞）の動作感度、すなわち、応答時間が重要な因子になる。ここで、比誘電定数ε、電気伝導度σとすれば、応答時間τと光学機能材料（電気光学材料）の誘電緩和時間τｃとの間には式（８）のような関係がある。
Figure 2011033759
ここで、光伝導が支配的な場合、電子の電荷ｅ、吸収係数α、移動度μ、空のトラップへの再結合時間τR 、平均光照射強度Ｉo とすると、式（８−２）の誘電緩和時間τｃは式（９）のように表わすことができる。因みに、電子の電荷ｅ、吸収係数α、移動度μ、再結合時間τR が材料に依存する因子である。
Figure 2011033759
したがって、材料の比誘電定数εが小さく、材料の吸収係数αが比較的大きく、キャリアの移動度μが大きく、空のトラップへの再結合時間τR が長く、光照射強度Ｉo が高いほど、応答時間τｃは早い。
たとえば、図２Ａ（３）から明らかなように、有機高分子材料であるＰｏｌｙ−４−ＢＣＭＵpolydiacetylene は、π電子による強い非線形光学効果があり、その応答時間は極めて早く５００〜７００ｆｓ（フェムト秒）にも及ぶ。
［ＩＣＨ−ＣＨ光変換］
図３は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換の基本を説明する模式図である。ここで、図３（１）は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換の全体の概念図であり、図３（２）は特にＩＣＨ−ＣＨ光変換に注目して、その過程を模式的に示した図である。
入射光にインコヒーレントにレーザによるコヒーレント光を重畳させ、位相共役鏡内で４波混合を行なうと、前述のように共役位相波を発生させることができるが、同時にＩＣＨ−ＣＨ光変換も行なわれる。この点について、図３に示す模式図を参照して説明する。
図３（１）に示すように、位相共役鏡３０の端面３３ｄ側に反射鏡３１ａ、また端面３３ｂ側に反射鏡３１ｂ、端面３３ｃ側に半透明鏡３１ｃを配置し、端面３３ｃ側よりレーザによる波長λのコヒーレント光L3d_CHを半透明鏡３１ｃを通して位相共役鏡３０に入射させる。同時に、端面３３ａ側より、三次元物体情報を持つインコヒーレント光L3a_ICH と、これに重畳するように、レーザによる波長λのコヒーレント光L3b_CHを入射させる。この場合、インコヒーレント光L3a_ICH はレンズなどの光学系を通過した自然光であり、位相が揃っておらず、かつ多くの波長からなっている光波である。
前述の４波混合の原理により、媒質内で干渉縞３２が発生し、コヒーレントな位相共役光L3f_CHが発生する。その際、位相共役鏡３０の内部ではＩＣＨ−ＣＨ光変換も同時に進行し、コヒーレントな位相共役光L3f_CHは三次元物体情報を備えた位相共役光となる。端面３３ｃ側から入射させるコヒーレント光L3d_CHは、位相共役鏡３０の励起光としての役割の他に、コヒーレント変換された物体情報を持つ位相共役光L3f_CHを呼び出すための探査光または読出し光としての役割も果たしている。
図３（２）は、どのようにしてＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれるか、その過程を強調して説明している。ここでは、位相共役鏡４０内に生じた屈折率変調領域（干渉縞）の増強による波長選択作用（フーリエ変換）が示されている。
インコヒーレント光L4a_ICH はコヒーレント光のように時間的な波動周期に連続性がなく、ウエーブトレインまたはウエーブパケットの集合体のような形をしている。しかし、インコヒーレント光波をフーリエ展開すると、色々な波長の連続波の和として表すことができるという原理がある。よって、位相共役鏡４０のエネルギ状態が高まっているときに位相共役鏡４０にコヒーレント光L4b_CHが同時に入射すると、コヒーレント光L4b_CHとこの光の波長に相当するインコヒーレント光L4a_ICH の波長成分が干渉する。その結果として、媒質である位相共役鏡４０内に僅かな屈折率変調を引き起こす。
図３（２）に示すように、位相共役鏡４０の端面４３ａ側からインコヒーレント光L4a_ICH とコヒーレント光L4b_CHを同時に入射させる。（ i）に示すように、始めは未だ屈折率変調の効果は明瞭でなく、コヒーレント変換は生じない。この段階では、未だ入射するインコヒーレント光L4a_ICH は位相共役鏡４０の端面４３ｂ（端面４３ａと反対）側にコヒーレント光L4b_CHとともに出射する。
少し時間が経過した次の段階では、（ i）による波長選択性が少し促進し、（ii）に示すように干渉縞が次第に明瞭になってくる。位相共役鏡４０の端面４３ｂ側にはインコヒーレント光L4a_ICH のコヒーレント変換されたコヒーレント光L4b_CH' が出射するようになるが、未だ完全な変換光ではない。また、インコヒーレント光L4a_ICH の透過成分（透過インコヒーレント光L4a_ICH'）も出射するがその光量は僅かである。
（ iii）は（ii）の過程が更に促進した状態を示す。生じた干渉縞４２は回折格子のような作用をもたらし、インコヒーレント光L4a_ICH の内の特定の波長（コヒーレント光L4b_CHと同じ波長）の光が増幅され、それ以外の波長の光はフィルタされ、波長λのコヒーレント光L4c_CHのみ出射するようになる。すなわち、ＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれたことになる。
［光変調］
本実施形態では、物体光や参照光に対して変調を加える際に、レーザ光源から発せられた無変調のレーザ光に対して光変調を加える方法とレーザ光源に対して変調を加える方法の何れかまたは双方の仕組みを採ることがある。以下、各種の光変調について、簡単に説明する。
無変調のレーザ光に対する変調方法は、たとえば、電気光学効果を利用する方法、磁気光学効果を利用する方法、音響光学効果を利用する方法などに大別できる。
電気光学効果を利用する方法はさらに、印加電圧（電界）を加えることにより材料の屈折率が変化する現象に着目して、カー（Kerr）効果を利用する方法とポッケルス（Pockels ）効果を利用する方法に分けられる。媒質の屈折率変化が印加電圧の２乗に比例する効果をカー効果と称し、たとえば、ＫＴＮなどが媒質材料として使用される。一方、媒質の屈折率変化が印加電圧に比例する効果をポッケルス効果と称し、たとえば、ＫＤＰ、ＡＤＰ、ＣｕＣｌ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＬｉＮｂ、ＺｎＳなどが媒質材料として使用される。なお、光の進行方向に沿って電界を印加する場合と垂直に印加する場合とがある。
磁気光学効果を利用する方法は、偏光方向が印加磁場により回転する効果を利用するもので、たとえば、ＹＩＧなどが媒質材料として使用される。
音響光学効果を利用する方法は、超音波と光の相互作用を利用するもので、たとえば、重フリントガラス、石英、などが媒質材料として使用される。
レーザ光源に対して変調を加える方法は、半導体のＰＮ接合を利用する方法であり、光源と変調装置が同じか別かで２分される。光源と変調装置が同じ場合は直接型（または自発光型）と称し、半導体レーザや半導体ダイオードに適用される。たとえば、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＺｎＳｅ，ＩｎＡｌＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＺｎＭｇＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ（ＭＱＷ）、などが半導体材料として使用される。一方、光源と変調装置が別の場合は間接型と称し、たとえばＧａＰなどが半導体材料として使用される。
＜三次元画像撮像装置：第１実施形態＞
図４〜図４Ａは、第１実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。ここで、図４は、第１実施形態の三次元画像撮像装置２Ａの概略構成図である。図４Ａは、本実施形態の三次元画像撮像装置２で使用する主要構成要素の光学特性を概念的に示す図である。
第１実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なう点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成を１つの素子で行なう点に特徴がある。
［構成］
第１実施形態の三次元画像撮像装置２Ａは、物体光を変調させて、参照光を変調させない態様である。
三次元画像撮像装置２Ａは、干渉光学部３Ａ、変調信号源部４Ａ、撮像部５を具備する。撮像部５の後段には三次元画像信号処理部６が設けられる。
撮像部５としては、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）を具備する走査型のものを使用する。「走査型のもの」とは、撮像部５の撮像面を電子的に走査することで各走査位置の情報（画素情報）を取得するものを意味する。ここで、本実施形態に使用する撮像部５は、色彩ホログラムを撮像するものではあるが、色分離フィルタが配設されたカラー撮像用のものである必要はなく、モノクロ用のものである点に特徴がある。
三次元画像信号処理部６は、撮像部５で取得される撮像信号S5を信号処理して色彩波長別のホログラム情報信号を取得する。
干渉光学部３Ａは先ず、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子および位相共役光生成素子として機能する位相共役鏡１０４が物体光側の光学系の中心に配置されている。位相共役鏡１０４の端面１０５ａ側には、自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として、赤外線カットフィルタなどの光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８（ハーフミラー）が、物体BJ側からこの順に配置されている。端面１０５ａとは反対側の端面１０５ｂ側には反射鏡１２２が配置され、端面１０５ａおよび端面１０５ｂに対して直交する側の端面１０５ｄには反射鏡１２４が配置されている。位相共役鏡１０４と反射鏡１２２，１２４で、インコヒーレント光−コヒーレント光変換部が構成される。
位相共役鏡１０４の端面１０５ｄとは反対側の端面１０５ｃ側に撮像部５が配置され、端面１０５ｄと撮像部５の間の撮像光学系１３０として、半透明鏡１３２、偏光角調整用偏光子１３４、ビームスプリッタ１３６が、端面１０５ｃ側からこの順に配置されている。また、ビームスプリッタ１３６を通過した成分を半透明鏡１１８側に反射させるような位置に反射鏡１２６が配置されている。ビームスプリッタ１３６はレーザ光を２つの分割光に分岐する分岐部の一例である。
さらに、シャープカットフィルタ１３８が、偏光角調整用偏光子１３４の位置（つまり撮像光学系）に配置されている。なお、このシャープカットフィルタ１３８は、偏光角調整用偏光子１３４の位置ではなく、入射光学系１１０側（たとえば図中に点線で示す光学フィルタ１１２とレンズ１１６の間）に配置してもよい。
第１実施形態の変調部４Ａは、光源部１５０と光変調部１６０を備える。第１実施形態では、光源部１５０としては物体光用の光源と参照光用の光源を各別に備える。それぞれを、物体光光源１５２、参照光光源１５４と記す。物体光光源１５２および参照光光源１５４としては、白色（ＲＧＢ）半導体レーザ素子（以下、三波長半導体レーザとも称する）を使用する。白色半導体レーザ素子の放射光の波長（赤色、緑色、青色）をそれぞれ、λ1 , λ2 , λ3 とする。
物体光光源１５２と半透明鏡１３２の間には、ビームエキスパンダ１７２と偏光子１７４が物体光光源１５２側からこの順に配置されている。参照光光源１５４とビームスプリッタ１３６との間には、ビームエキスパンダ１７６と偏光子１７８が参照光光源１５４側からこの順に配置されている。ビームエキスパンダ１７２とビームエキスパンダ１７６の光学倍率は異なるもの（ビームエキスパンダ１７２の方が高倍率）とする。
光変調部１６０は、物体光を変調させるべく、物体光光源１５２に対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。物体波光源１５２と変調信号源部１６２で、ＲＧＢ変調半導体レーザ部を構成している。これとの対比で、参照波光源１５４を、ＲＧＢ変調半導体レーザ部とも称する。
これにより、物体光光源１５２からは、ＲＧＢごとに異なる周波数で変調した波長別の変調レーザ光が重畳して発せられると見なし得る。つまり、物体光光源１５２から発せられる変調レーザ光は、変調信号源部１６２Ｒからの角変調周波数ω1 の変調信号と変調信号源部１６２Ｇからの角変調周波数ω2 の変調信号と変調信号源部１６２Ｂからの角変調周波数ω3 の変調信号に応じて変調されたものとなる。物体光光源１５２から発せられる変調レーザ光を、変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH と記す。
一方、参照光光源１５４は変調しないので、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザとする。参照光光源１５４から発せられるレーザ光を、無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH と記す。
図４Ａに、光源部１５０（物体光光源１５２、参照光光源１５４）に使用される三波長半導体レーザとＩＣＨ−ＣＨ光変換素子とシャープカットフィルタ１３８の光学特性が概念的に示めされている。曲線ａ（鎖線）はＩＣＨ−ＣＨ光変換素子（たとえば位相共役鏡１０４や後述のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２）の光電導感度特性を表しており、ＲＧＢの波長域全体に亘ってほぼ一様な感度を持っている。曲線ｂ（破線）はシャープカットフィルタ１３８の光学特性であり、ＲＧＢの特定な波長を中心にややブロードな透過特性を持っている。これらに対して、曲線ｃ（実線）は三波長半導体レーザ（物体光光源１５２、参照光光源１５４）の光学特性であり、ＲＧＢの特定な波長に鋭いピークを持つような急峻な光放射特性を持つ。
［作用］
第１実施形態の三次元画像撮像装置２Ａにおけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。物体光を光変調させ、参照光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光の発生は同一素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・コヒーレント光の変調操作は物体光光源１５２に対して行なう。
・半導体レーザ光源として物体光光源１５２と参照光光源１５４の２個を配置する。これらは何れも、ＲＧＢ三色の発振波長が等しく、参照光光源１５４は無変調とし、物体光光源１５２はＲＧＢで異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調する三波長三変調レーザとする。
・物体光であるインコヒーレント光と参照光光源１５４から発せられる無変調コヒーレント光を位相共役鏡１０４に端面１０５ａ側から同軸で入射させてＩＣＨ−ＣＨ光変換させるとともに、物体光光源１５２から発せられたＲ，Ｇ，Ｂ別の変調コヒーレント光による４波混合を行なうことで、コヒーレント変換された物体光の位相共役光を発生させる。位相共役光は物体情報を伴い、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調されたコヒーレント光となっている。これを、変調位相共役光（コヒーレント変換された変調物体光）と称する。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザである参照光光源１５４の参照光をビームスプリッタ１３６で分岐させ、変調位相共役光と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面（受光面）上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
このような仕組みにより位相共役物体光W7を発生させているため、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像することが可能となる。レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。以下、第１実施形態の三次元画像撮像装置２Ａによるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ａ内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、端面１０５ａ側から位相共役鏡１０４内に入射する。
無変調白色半導体レーザである参照光光源１５４から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は、ビームエキスパンダ１７６でビーム径が広げられ偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ビームスプリッタ１３６により２つの分割光に分岐される。一方がビームスプリッタ１３６で反射して撮像部５へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなり、他方がビームスプリッタ１３６を透過し反射鏡１２６および半透明鏡１１８を経て位相共役鏡Ｑ１へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとなる。
ＲＧＢ波長成分を異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調し物体光光源１５２より放出された変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は、ビームエキスパンダ１７２と偏光子１７４により光偏光方向が定められる。そして、この変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は、半透明鏡１３２で反射され、端面１０５ｄ側から位相共役鏡１０４内に入射する。
位相共役鏡１０４内には、インコヒーレント光W2_ICH（物体光）、無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH、変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH が入射している。ここで、端面１０５ｂ側に配置された反射鏡１２２および端面１０５ｃ側に配置された反射鏡１２４により、位相共役鏡１０４から出射した光を再び位相共役鏡１０４内に戻し、位相共役鏡１０４内の光エネルギ状態を励起する。その結果、前述の４波混合の原理により、位相共役物体光W7が発生し、端面１０５ｄ側から出射される。
位相共役鏡１０４内に入射した物体光情報を持つインコヒーレント光W2_ICHは、前述した理由により、ＩＣＨ−ＣＨ光変換され、端面１０５ｂや端面１０５ｃから出力される光波はコヒーレント変換光となっている。以下、端面１０５ｂから出力される光波をコヒーレント変換物体光W4_CH と記し、端面１０５ｃから出力される光波をコヒーレント変換物体光W6_CH と記す。
端面１０５ｄ側から位相共役鏡１０４内に入射する変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は探査光または読出し光の役割を果たす。そのため、物体光情報を持つコヒーレント変換物体光W6_CH は無変調であるが、端面１０５ｄ側から読み出された位相共役物体光W7は変調された物体情報を持つコヒーレント光となっている。以下、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調された位相共役物体光W7（コヒーレント変換された変調物体光）を、変調された位相共役物体光W7b と記す。
位相共役鏡１０４から出射された変調された位相共役物体光W7b は、半透明鏡１３２、シャープカットフィルタ１３８、偏光角調整用偏光子１３４を透過し、撮像部５の撮像面を照射する。参照光光源１５４から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がビームスプリッタ１３６で反射分岐され無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなって、同様に、撮像部５の撮像面を照射する。このため、変調された位相共役物体光W7b と無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像し、ＲＧＢの各干渉縞FR1 よりなるカラーホログラムCH1 を形成する。
物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、位相共役物体光W7b は物体光に相当し、無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。正しく干渉させるには、図に示すように両方の光波の偏光方向が同じでなければならない。
位相共役鏡１０４に入射させるインコヒーレント光の波長成分を整えるために、図中のＡの箇所に光学フィルタ１１２を挿入しているが、このことは必須ではない。前述のように、シャープカットフィルタ１３８を、Ａの箇所やＢの箇所に挿入してもよい。
また、撮像部５の撮像面上で干渉させる２つの光波の偏光方向を揃える目的で、Ｂの位置に偏光角調整用偏光子１３４を配置しているが、このことは必須ではない。偏光角調整用偏光子１３４を備えずとも両方の光波の偏光方向が同じであれば、偏光角調整用偏光子１３４を配置しなくてもよい。
第１実施形態では、物体像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが、位相共役鏡１０４により、コヒーレント変換されてコヒーレント変換物体光W4_CH として出力される。加えて、このコヒーレント変換物体光W4_CH とコヒーレント光W5_CH が位相共役鏡１０４の異なる端面１０５からそれぞれ入射することで、物体像情報を持つ位相共役物体光W7（変調された位相共役物体光W7b ）が出力される。
このとき、ＲＧＢ別の変調角周波数の変調信号に基づいて変調される状態におかれたＲＧＢコヒーレント光W5_CH を位相共役鏡１０４に入射することで、位相共役物体光W7b はＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の各変調信号に応じて変調されたものとなる。
ＲＧＢ別に変調された位相共役物体光W7b は、無変調の参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）と、同軸で、異なる像倍率で、撮像部５の撮像面に入射し結像する。位相共役物体光W7b とＲＧＢコヒーレント光W31_CHが撮像面上で干渉し合うことになるので、撮像部５の撮像面上には、赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞が重畳した状態で形成される。撮像部５は、その撮像面上で重畳した状態の赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞を走査して撮像信号S5を取得する。
撮像部５からは撮像面を電子的に走査することで撮像信号S5が得られ、三次元画像信号処理部６に供給される。三次元画像信号処理部６は、撮像信号S5に対して種々の信号処理をすることで、撮像部５の撮像面上にホログラム形成光CHによって形成された赤色干渉縞、緑色干渉縞、青赤色干渉縞に基づく画像信号を取得する。この画像信号は、赤色干渉縞に対応する青色ホログラム情報信号、緑色干渉縞に対応する緑色ホログラム情報信号、青色干渉縞に対応する赤色ホログラム情報信号を含む。
ここで、位相共役物体光W7b は、ＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の変調信号に応じて変調されているので、撮像面上の赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞を形成する成分が時間およびＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 に依存するものとなる。また、赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞の形成に寄与しない成分が、時間および周波数に依存しないものとして含まれる。このため、画像信号に含まれるＲＧＢ別のホログラム情報信号は、ＲＧＢ別の変調信号の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 （変調周波数f1，f2，f3）を中心とした所定の周波数帯域に存在し、それに、周波数に依存しないバックグラウンドノイズが混入したものとなる。
ＲＧＢ別のホログラム情報信号は、後段の波長分離部（図示せず）にて波長分離される。波長分離部には、たとえば、ＲＧＢ別の変調信号の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 （変調周波数f1，f2，f3）と対応する周波数を中心とした所定の周波数帯域を通過周波数帯域とするＲＧＢ別のバンドパスフィルタが設けられる。これによって、波長分離部からは、バックグラウンドノイズが低減されたＲＧＢ別のホログラム情報信号が得られる。
このように、第１実施形態の三次元画像撮像装置２Ａでは、次のような利点がある。先ず、干渉光学部３Ａ内に、物体波光源１５２および参照波光源１５４をなすレーザ光源を配置する。光源部１５０には半導体レーザを使用しているため、その他の光学素子も含めて小型化が実現できる。
物体光の位相共役光を発生させるために、物体光としてのインコヒーレント光W2_ICHをコヒーレント光（位相共役物体光W7b ）に変換（ＩＣＨ−ＣＨ変換）させるＩＣＨ−ＣＨ変換素子として位相共役鏡１０４を用いている。そして、位相共役物体光W7b と参照光としてのＲＧＢコヒーレント光W31_CHの倍率を変え、偏光方向を揃えて撮像部５の撮像面上で同軸で干渉させるようにしている。撮像面上にカラーホログラムを形成させ、撮像部５で光学信号を電気信号に変える仕組みを採っている。
物体光の位相共役光と参照光を干渉させるため、レンズなどの収差が除去されたホログラムが形成され、再生画像が鮮明になる利点がある。
物体光（位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができるので、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。装置内の光学素子のレイアウトの自由度が増す。干渉させる２つのコヒーレント光の光路長が異なる場合でも、撮像面上に三次元像情報を有する鮮明なホログラムが形成できる利点がある。
また、前述のように、位相共役鏡１０４にてＩＣＨ−ＣＨ変換と位相共役光生成を行なうので、後述の第２実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換と位相共役光生成に要する構成部分が簡易である。
また、第１実施形態は、物体光を光変調し、参照光は無変調とする構成である。加えて、それぞれに専用のレーザ光源を使用する構成を採っている。具体的には、物体光側にはＲＧＢ変調半導体レーザ部（物体波光源１５２＋変調信号源部１６２）を使用し、参照波側にはＲＧＢ無変調半導体レーザ部（参照波光源１５４）を必要とする。しかしながら、一方の光源（ＲＧＢ変調半導体レーザ部）が光変調素子も兼ねるため、装置内の機能素子の数が減る。
後述する電気信号処理とも関係するが、物体光や参照光でＲＧＢ光を光変調し、ＲＧＢで変調周波数を変えることで、ホログラム形成時のノイズ光成分を電気的に除去できる。
装置（カメラ）内でのホログラム形成は、超小型暗室でのホログラム作成行為と類似であり、外来光によるノイズの影響が少ないという利点もある。
第１実施形態で示した構成例は物体光用と参照光用の光源が各別のレーザ光源であるので、一見すると、レーザ光源に対して変調を加える方法により、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様に変形することができそうに思われる。しかしながら、参照光光源１５４からのレーザ光の分岐をビームスプリッタ１３６で行なう構成であるので、レーザ光源に対して変調を加える方法の適用では、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様に変形することはできない。
＜三次元画像撮像装置：第２実施形態＞
図５〜図５Ａは、第２実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。図５はその第１例を示し、図５Ａはその第２例を示す。
第２実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なうのではない点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にする点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子で光変調を行なう点に特徴がある。
［構成：第１例］
図５に示す第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、第１実施形態と同様に、物体光を変調させて、参照光を変調させない態様である。第１実施形態の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、干渉光学部３Ｂ_1、変調信号源部４Ｂ_1、および撮像部５を具備する。
干渉光学部３Ｂ_1は先ず、ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２（画像変換素子）と位相共役鏡１０４が物体光側の光学系の中心に配置されている。第２実施形態（第１例）は、位相共役鏡１０４を位相共役光生成素子のみとして利用する。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にするので、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２としては、色々な材料の適用が可能である。
ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２のそれぞれに対しては、その両端に変調信号を供給する変調信号源部１６２が各別に接続されている。
自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として、光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８が、物体BJ側からＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に向けて、この順に配置されている。
半透明鏡１１８とＢ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂとの間には、ダイクロイックミラー１２０Ｂが配置され、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂと位相共役鏡１０４Ｂとの間には半透明鏡１２８Ｂが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分は透過させ、Ｇ色成分とＲ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｂは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｂ側からのＢ色成分は反射させる。
Ｇ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｂ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｇが配置されている。さらに、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇと位相共役鏡１０４Ｇとの間における半透明鏡１２８Ｂ側からの物体光の光路上には半透明鏡１２８Ｇが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分は透過させ、Ｇ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｇは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇ側からのＧ色成分や半透明鏡１２８Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｇ側からのＧ色成分は反射させる。
Ｒ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｇ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｒが配置されれている。ダイクロイックミラー１２０Ｒは反射鏡でもよい。さらに、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒと位相共役鏡１０４Ｒとの間における半透明鏡１２８Ｇ側からの物体光の光路を妨げない位置には半透明鏡１２８Ｒが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｒは、Ｒ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｒは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒ側からのＲ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｒ側からのＲ色成分は反射させる。
光源部１５０には、１個のレーザ光源１５６を用いる。このレーザ光源１５６としては、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを使用する。
参照光を撮像部５に導光する光学系は、レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH の偏光面を揃える偏光子１７８と偏光子１７８を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH を分岐するビームスプリッタ１３６が配置されている。ビームスプリッタ１３６を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHに対してビームエキスパンダ１７２、ビームスプリッタ１３６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHに対してビームエキスパンダ１７６が配置されている。さらに、ビームエキスパンダ１７６を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHを反射させる反射鏡１２６、反射鏡１２６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHを撮像部５側に反射させる半透明鏡１３２が配置されている。
物体光を撮像部５側に導光する光学系は、半透明鏡１２８ＧからのＢＧ色成分の光路上に反射鏡１２７ＢＧ、半透明鏡１２８ＲからのＲ色成分の光路上にダイクロイックミラー１２９、ダイクロイックミラー１２９側からの光路上に偏光子１７４が配置されている。反射鏡１２７ＢＧは、半透明鏡１２８ＧからのＢＧ色成分（位相共役物体光W7）をダイクロイックミラー１２９側に反射する。ダイクロイックミラー１２９は、反射鏡１２７側からのＢＧ色成分は偏光子１７４側に透過させ、半透明鏡１２８ＲからのＲ色成分（位相共役物体光W7）は偏光子１７４側に反射させる。偏光子１７４は、ＲＧＢ色成分の偏光面を揃える。偏光子１７４を通過した位相共役物体光W7（ＲＧＢ色成分）は半透明鏡１３２を通過し撮像部５を照射する。
第２実施形態（第１例）の変調信号源部４Ｂ_1の光変調部１６０は、物体光を変調させるべく、波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。これにより、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２からは、Ｒ，Ｇ，Ｂで異なる周波数で変調した波長別の変調物体光が出力される。
［作用：第１例］
第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。物体光を光変調させ、参照光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換と光変調は同一素子（ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２）で行ない、位相共役光生成は別素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２および位相共役鏡１０４は、ＲＧＢの波長ごとに感度特性の異なる素子をそれぞれ使用する。
・レーザ光源１５６としては、前述のように、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを用いる。
・ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう３個のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２を使用し、変調信号源部１６２によりそれぞれ波長ごとに異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調操作を行なう。
・物体光であるインコヒーレント光W2_ICHとレーザ光源１５６から発せられ半透明鏡１１８で反射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHをそれぞれダイクロイックミラー１２０でＲＧＢ波長成分にそれぞれ分離し、両者を同軸で重畳させる。さらに、ＲＧＢのＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２にそれぞれ入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ光変換させるとともに、変換された波長成分別のコヒーレント変換物体光を変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２より出射した各変調されたコヒーレント変換物体光W4b_CH（W4R_CH，W4G_CH，W4B_CH）を、波長成分別に異なる感度特性を持つ位相共役鏡１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｂにそれぞれ入射させて位相共役光を発生させる。位相共役物体光W7は物体情報を伴い、Ｂ色成分は周波数ω１で変調され、Ｇ色成分は周波数ω２で変調され、Ｒ色成分は周波数ω３で変調されたコヒーレント光となっている。以下、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調された各位相共役物体光W7（コヒーレント変換された変調物体光）を、第２実施形態（第１例）では変調された位相共役物体光W7b と記す。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６の光波をビームスプリッタ１３６で分岐させ、撮像部５の撮像面上で変調された位相共役物体光W7b と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
このような仕組みにより、コヒーレントな変調された位相共役物体光W7b （つまり位相共役物体光W7）を発生させているため、第１実施形態と同様に、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像できる。第１実施形態と同様に、レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。以下、第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1によるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｂ_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
無変調白色半導体レーザであるレーザ光源１５６から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ビームスプリッタ１３６により分岐される。その一部が、ビームスプリッタ１３６で反射して撮像部５へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなり、残りの一部が、ビームスプリッタ１３６を透過し、ビームエキスパンダ１７２を経て半透明鏡１１８へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとなる。無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHは半透明鏡１１８で反射され、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分のみを透過し、Ｇ色成分とＲ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＢ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＢ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂを透過して、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂでは、前記の原理に基づいてＢ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＢ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂには、変調信号源部１６２Ｂにより周波数ω１の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω１で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHは、半透明鏡１２８Ｂを透過して、Ｂ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｂ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHに共役な位相共役光W6B_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｂに向かう。
戻り光となった位相共役光W6B_CHは半透明鏡１２８Ｂで反射され、半透明鏡１２８Ｇを透過し、変調された位相共役物体光W7b のＢ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。この変調された位相共役物体光W7b のＢ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、撮像部５の撮像面を照射する。
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分およびＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分およびＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂで反射され、ダイクロイックミラー１２０Ｇに向かう。
ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分のみを透過し、Ｇ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇで反射されて、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇでは、前記の原理に基づいてＧ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＧ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇには、変調信号源部１６２Ｇにより周波数ω２の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω２で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHは、半透明鏡１２８Ｇを透過して、Ｇ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｇ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHに共役な位相共役光W6G_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｇに向かう。
戻り光となった位相共役光W6G_CHは半透明鏡１２８Ｇで反射され、変調された位相共役物体光W7b のＧ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。変調された位相共役物体光W7b のＧ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、撮像部５の撮像面を照射する。
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇを透過してダイクロイックミラー１２０Ｒに向かう。ダイクロイックミラー１２０ＲはＲ色成分を反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｒで反射されて、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒでは、前記の原理に基づいてＲ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＲ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒには、変調信号源部１６２Ｒにより周波数ω３の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω３で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHは、半透明鏡１２８Ｒを透過して、Ｒ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｒ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHに共役な位相共役光W6R_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｒに向かう。
戻り光となった位相共役光W6R_CHは半透明鏡１２８Ｒで反射され、変調された位相共役物体光W7b のＲ色成分としてダイクロイックミラー１２９に向かう。この変調された位相共役物体光W7b のＲ色成分は、ダイクロイックミラー１２９で反射して、偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、撮像部５の撮像面を照射する。
レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がビームスプリッタ１３６で反射分岐され無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなる。この無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHは、ビームエキスパンダ１７６を通過してビーム径が広げられ、反射鏡１２６で反射され、さらに半透明鏡１３２で反射されて、同様に、撮像部５の撮像面を照射する。
ω1 ，ω2 ，ω3 で変調されＲＧＢの物体情報を持つ変調された位相共役物体光W7b と無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像しＲＧＢの各干渉縞FR2 よりなるカラーホログラムCH2 を形成する。以下、カラーホログラムCH2 の撮像が撮像部５でなされるなど、第１実施形態と同様の処理がなされる。
物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、変調された位相共役物体光W7b は物体光に相当し、無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。
第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができ、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。この点は第１実施形態と同様である。
ＩＣＨ−ＣＨ変換および変調を行なう部材と位相共役光生成を行なう部材が異なるので、第１実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換および変調と位相共役光生成に要する構成部分が複雑であるが、光源部１５０にはレーザ光源１５６が１つでよい利点がある。
［構成：第２例］
第２実施形態（第１例）で示した構成例は、物体光用と参照光用の光源が共通のレーザ光源１５６であり、分岐をビームスプリッタ１３６で行なう。このため、レーザ光源に対して変調を加える方法の適用では、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様への変形はできない。物体光は変調させず参照光を光変調させる場合、ビームスプリッタ１３６で分岐したＲＧＢコヒーレント光W31_CHに対して、ダイクロイックミラー１２０でＲＧＢ別にし、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２と同様の構造の光変調素子１０６を使う構成にすることが考えられる。光変調素子１０６に対して変調信号源部１６２で変調するのは、第２実施形態（第１例）で説明したことと同様である。以下、このような構成について、第１例と対比して説明する。第２実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
図５Ａに示す第２実施形態（第２例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_2は、干渉光学部３Ｂ_2、変調信号源部４Ｂ_2、および撮像部５を具備する。
干渉光学部３Ｂ_2は先ず、物体光側の光学系では、ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２を取り外している。なお、Ｒ光成分に関してのダイクロイックミラー１２０Ｒは、反射鏡１２７Ｒに変更している。第２実施形態（第２例）は、位相共役鏡１０４を、ＩＣＨ−ＣＨ変換素子と位相共役光生成素子として利用する。
参照光側の光学系に関しては、ビームエキスパンダ１７６と反射鏡１２６の間に、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２と同様の構造のＲＧＢ別の光変調素子１０６が配置され、その入出力側にダイクロイックミラー１２０や反射鏡１２７が配置されている。各光変調素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに対しては、ＲＧＢ別の変調信号源部１６２Ｒ，１６２Ｇ，１６２Ｂが接続され、ＲＧＢの各色彩波長に対応するように、それぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk の変調信号が供給される。
たとえば、Ｂ色成分用の光変調素子１０６Ｂに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｂ_1が配置され、出力側にはダイクロイックミラー１２０Ｂ_2が配置されている。Ｇ色成分用の光変調素子１０６Ｇに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｇ_1が配置され、出力側にはダイクロイックミラー１２０Ｇ_2が配置されている。Ｒ色成分用の光変調素子１０６Ｒに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｒ_1が配置され、出力側には反射鏡１２７Ｒ_2が配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1は反射鏡１２７Ｒ_1に変更してもよい。
ダイクロイックミラー１２０Ｂ_1は、ビームエキスパンダ１７６側からのＲＧＢコヒーレント光W31_CHの内のＢ色成分を光変調素子１０６Ｂ側に透過させ、Ｇ色成分とＲ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｇ_1側に反射させる。ダイクロイックミラー１２０Ｂ_2は、光変調素子１０６Ｂ側からのＢ色成分を反射鏡１２６側に透過させるがダイクロイックミラー１２０Ｇ_2側からのＧＲ色成分は反射鏡１２６側に反射させる。
ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1は、ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1側からのＲＧ色成分（Ｇ色成分とＲ色成分）の内のＲ色成分はダイクロイックミラー１２０Ｒ_1側に透過させ、Ｇ色成分を光変調素子１０６Ｇ側に反射させる。ダイクロイックミラー１２０Ｇ_2は、光変調素子１０６Ｇ側からのＧ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｒ_2側に反射させるが反射鏡１２７Ｒ_2側からのＲ色成分はダイクロイックミラー１２０Ｂ_2側に透過させる。
ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1は、ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1側からのＲ色成分を光変調素子１０６Ｒ側に反射させる。反射鏡１２７Ｒ_2は、光変調素子１０６Ｒ側からのＲ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｇ_2側に反射させる。
［作用：第２例］
第２実施形態（第２例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_2におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。参照光を光変調させ、物体光を変調させないものであり、第１例と異なる点について概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・物体光についてのＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成は同一素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・位相共役鏡１０４および光変調素子１０６は、ＲＧＢの波長ごとに感度特性の異なる素子をそれぞれ使用する。
・物体光であるインコヒーレント光W2_ICHとレーザ光源１５６から発せられ半透明鏡１１８で反射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHをそれぞれダイクロイックミラー１２０Ｂ，１２０ＧでＲＧＢ波長成分にそれぞれ分離し、両者を同軸で重畳させる。さらに、波長成分別に異なる感度特性を持つ位相共役鏡１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｂにそれぞれ入射させてＩＣＨ−ＣＨ変換を行なうとともに位相共役光を発生させる。位相共役物体光W7は物体情報を伴う無変調のコヒーレント光となっている。
・ＲＧＢ波長別の光変調素子１０６を使用し、参照光について、変調信号源部１６２によりそれぞれ波長ごとに異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調操作を行なう。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６の光波をビームスプリッタ１３６で分岐させてから、光変調素子１０６で変調を加える。そして、撮像部５の撮像面上で位相共役物体光W7とＲＧＢ別に変調された参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
このような仕組みにより、コヒーレントな位相共役物体光W7を発生させているため、第２実施形態（第１例）と同様に、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像できる。第２実施形態（第１例）と同様に、レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。
全体的な作用に関しては、物体光は変調されず、参照光が光変調素子１０６で変調される点が異なるだけであるので、詳細な説明は割愛する。
＜三次元画像撮像装置：第３実施形態＞
図６〜図６Ａは、第３実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。図６はその第１例を示し、図６Ａはその第２例を示す。
第３実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なうのではない点と、光変調素子とＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にする点に特徴がある。特に、光変調素子として、音響光学効果（超音波）を利用する点に特徴がある。
［構成：第１例］
図６に示す第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、物体光は変調させず、参照光を光変調させる態様である。第１・第２実施形態の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、干渉光学部３Ｃ、変調信号源部４Ｃ、および撮像部５を具備する。
第３実施形態（第１例）の干渉光学部３Ｃは先ず、ＲＧＢの各波長成分に対して１つのＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２と位相共役鏡１０４が光学系の中心に配置されている。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に対しては、その両端に電圧を供給する印加電圧源１０３が接続されている。印加電圧源１０３は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２にてＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう際に必要となる電圧信号を生成して供給するＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に供給する。
自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８が、物体BJ側からＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に向けて、この順に配置されている。
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２と位相共役鏡１０４との間には半透明鏡１２８が配置されている。半透明鏡１２８は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２側からのＲＧＢの各波長成分は透過させるが位相共役鏡１０４側からのＲＧＢの各波長成分は反射させる。
光源部１５０には、１個のレーザ光源１５６を用いる。このレーザ光源１５６としては、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを使用する。
参照光を撮像部５に導光する光学系は先ず、偏光子１７８と超音波光変調素子１４０を備える。超音波光変調素子１４０は、超音波媒体ＵＳと圧電体ＴＤと超音波吸収体ＡＢを具備する。
偏光子１７８は、レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH の偏光面を揃えて超音波光変調素子１４０の超音波媒体ＵＳの側面からある角度を持って入射させる。
超音波光変調素子１４０は、音響光学型の光変調偏光器（超音波を利用した光変調素子）であるとともに、ブラッグ（Bragg ）回折効果により１次回折光と変調も回折もされない０次光に分岐することでビームスプリッタに似通った機能をなす。回折効果による１次回折光を変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして使用し、変調も回折もされない０次光を無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとして使用する。
超音波光変調素子１４０から出射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH（０次光）に対してビームエキスパンダ１７２、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH（１次回折光）に対してビームエキスパンダ１７６が配置されている。さらに、ビームエキスパンダ１７６を通過した変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHを反射させる反射鏡１２６と、反射鏡１２６で反射された変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHを撮像部５側に通過させる半透明鏡１３２が配置されている。半透明鏡１３２は、位相共役物体光W7を撮像部５側へ反射させる機能も持つ。
物体光を撮像部５側に導光する光学系は、半透明鏡１２８と半透明鏡１３２の間に、シャープカットフィルタ１３８と偏光角調整用偏光子１３４が、半透明鏡１２８側からこの順に配置されている。シャープカットフィルタ１３８と偏光角調整用偏光子１３４を通過した位相共役物体光W7は半透明鏡１３２で反射されて撮像部５を照射する。
第３実施形態の変調信号源部４Ｃの光変調部１６０は、参照光を変調させるべく、超音波光変調素子１４０の圧電体ＴＤに対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。これにより、超音波光変調素子１４０からは、１次回折光として、Ｒ，Ｇ，Ｂで異なる周波数で変調した波長別の変調参照光が出力される。
［作用：第１例］
第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。参照光を光変調させ、物体光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換、光変調、および位相共役光生成はそれぞれ別素子で行なう。すなわち、ＩＣＨ−ＣＨ光変換はＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２で、光変調は超音波光変調素子１４０で、位相共役光生成は位相共役鏡１０４で行なう。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２、光変調素子および分岐素子として機能する超音波光変調素子１４０、位相共役鏡１０４は、ＲＧＢの全波長領域に光感度特性を持ち、ＲＧＢ光に対してそれぞれ１個の素子で処理することを特徴としている。
・レーザ光源１５６としては、前述のように、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを用いる。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２には、ＲＧＢ波長領域に光感度特性を持つ材料が使用され、１つの素子で全波長成分のＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう。
・光変調には超音波を利用した超音波光変調素子１４０が用いられ、異なる周波数の変調電界を同時に印加して、ＲＧＢに対しそれぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調するような光信号を１つの素子で得るようにする。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６からの放出光を超音波光変調素子１４０に入射させ、ＲＧＢ別に光変調させた１次回折光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を同軸で出射させて参照光とする。同時に超音波光変調素子１４０より無変調で出射する０次光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH）と、物体光である像情報を持つインコヒーレント光W2_ICHを同軸で重畳させてＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう。コヒーレント変換された光を位相共役鏡に入射させて位相共役光を発生させる。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２より出射したコヒーレント変換物体光W4_CH を位相共役鏡１０４に入射させて位相共役物体光W7を発生させる。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６の光波を超音波光変調素子１４０で波長別に異なる周波数で変調するとともに分岐させる。そして、撮像部５の撮像面上で位相共役物体光W7と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
以下、第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1によるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｃ_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、ＲＧＢの波長領域に光感度があるＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に向かう。
無変調白色半導体レーザであるレーザ光源１５６から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ＲＧＢに対しそれぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調する超音波光変調素子１４０内に入射される。超音波光変調素子１４０では、ブラッグ回折条件を満たすと、周波数ωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光が同軸で特定な方向に回折された１次回折光が、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして放出される。
また、超音波光変調素子１４０内に入射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がブラッグ回折される際には、１次回折光の他に、光変調されず回折もされない０次光が存在する。この０次光はそのまま超音波光変調素子１４０をそのまま透過して、ＲＧＢの無変調な無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとして放出される。
この無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHは、ビームエキスパンダ１７２を透過してそのビーム径が広げられ、半透明鏡１１８で反射してその向きを変え、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２内に、インコヒーレント光W2_ICHと重畳して入射される。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２では、前記の原理に基づいてＲＧＢの各波長成分についてＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴った無変調なＲＧＢの各波長成分についてのコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
コヒーレント変換物体光W4_CH は、半透明鏡１２８を透過して、ＲＧＢの全波長領域に光感度特性を持つ位相共役鏡１０４内に入射し、コヒーレント変換物体光W4_CH に共役な位相共役物体光W7が発生し、戻り光となり半透明鏡１２８に向かう。
戻り光となった位相共役物体光W7は半透明鏡１２８で反射され、シャープカットフィルタ１３８を透過し、偏光角調整用偏光子１３４を透過してその偏光方向が調整され、半透明鏡１３２で反射して、撮像部５の撮像面を照射する。
レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH が超音波光変調素子１４０に入射して、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして放出される。この変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは、ビームエキスパンダ１７６を通過してビーム径が広げられ、反射鏡１２６により反射されて向きを変え、半透明鏡１３２を通過して撮像部５の撮像面を照射する。
ＲＧＢの物体情報を持つ無変調の位相共役物体光W7とωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像し、ＲＧＢの各干渉縞FR3 よりなるカラーホログラムCH3 を形成する。以下、カラーホログラムCH3 の撮像が撮像部５でなされるなど、第１・第２実施形態と同様の処理がなされる。
物体光（無変調な位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、無変調な位相共役物体光W7は物体光に相当し、超音波光変調素子１４０により１次回折光として放出される変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。
第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、第１実施形態と同様、物体光（位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができ、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。
ＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成を行なう各部材が異なるので、第１実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成に要する構成部分が複雑であるが、光源部１５０にはレーザ光源１５６が１つでよい利点がある。
また、ＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成を行なう各部材は、ＲＧＢの波長領域に光感度特性を持ち、ＲＧＢ光に対してそれぞれ１個の素子で処理するので、第２実施形態と比べて、それら各部材が１／３で済む利点がある。
［構成：第２例］
第３実施形態（第１例）で示した構成例は、超音波光変調素子１４０からの０次光を使うことで物体光は変調させず、超音波光変調素子１４０からの１次回折光を使うことで参照光を光変調させる態様であるが、これを逆にした態様に変形してもよい。図６Ａは、そのような構造のものである。
図６Ａに示す第３実施形態（第２例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_2は、干渉光学部３Ｂ_2、変調信号源部４Ｂ_2、および撮像部５を具備する。超音波光変調素子１４０ではＲＧＢごとに異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調し、超音波光変調素子１４０からの０次光を使うことで参照光は変調させず、超音波光変調素子１４０からの１次回折光を使うことで物体光を光変調させる態様である。
［作用：第２例］
第３実施形態（第１例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。参照光を光変調させ、物体光を変調させないものであり、第１例と異なる点について概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６からの放出光を超音波光変調素子１４０に入射させ、ＲＧＢ別に光変調させた１次回折光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を同軸で出射させてＲＧＢコヒーレント光W32_CHとする。そして、ＲＧＢコヒーレント光W32_CHを物体光である像情報を持つインコヒーレント光W2_ICHと同軸で重畳させてＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう。コヒーレント変換された光を位相共役鏡に入射させて位相共役光を発生させる。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２より出射したコヒーレント変換物体光W4_CH を位相共役鏡１０４に入射させて位相共役物体光W7を発生させる。
・このとき、超音波光変調素子１４０で分岐され無変調で出射する０次光を参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）とする。そして、撮像部５の撮像面上で位相共役物体光W7と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
このような仕組みにより、コヒーレントな変調された位相共役物体光W7b を発生させているため、第３実施形態（第１例）と同様に、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像できる。第３実施形態（第１例）と同様に、レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。
全体的な作用に関しては、超音波光変調素子１４０から出力される光変調させた１次回折光を変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとし、無変調で出射する０次光を参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）とする点が異なるだけであるので詳細な説明は割愛する。
［音響光学効果による変調と偏光について］
図７は、音響光学効果による変調と偏光を説明する図である。ここでは、特に、超音波光変調素子１４０によるＲＧＢ光変調と回折を定性的に示す。
前述のように、超音波光変調素子１４０は、超音波を利用した光変調素子であるとともに、ブラッグ回折効果により１次回折光と変調も回折もされない０次光に分岐することでビームスプリッタに似通った機能をなす。
たとえば、図７に示すような超音波媒体ＵＳ、圧電体ＴＤ（トランスデューサ）、超音波吸収体ＡＢからなる超音波光変調素子１４０を用いて、音響光学効果によって光の変調操作と偏光を行なうことができる。超音波光変調素子１４０は、たとえば、超音波媒体ＵＳの材質として重フリントガラス、ＴｅＯ2 、ＰｂＭｏＯ4 などが使用され、圧電体ＴＤにはＬｉＮｂＯ3 などが使用される。
超音波媒体ＵＳに対して圧電体ＴＤにより体積変化や屈折率変化を引き起こさせることができ、その効果を利用することで、光変調効果が得られる。
ここで図のように、超音波媒体ＵＳの側面から波長λの光を回折角（ブラッグ角）で入射させ、圧電体ＴＤに周波数ｆの電気信号を印加すると、超音波媒体ＵＳ内に超音波の波長Ωの屈折率の粗密波ができる。次の３つの場合が起こる。
１つ目は、超音波の波長Ωが比較的長く、光と超音波の相互作用長Ｗ（トランスデューサの幅）が短い（Ｗ＜Ω2／２πλ）場合である。この場合、ラマン・ナース（Ｒａｍａｎｎ−Ｎａｔｈ）回折が起き、多数の回折光が式（１０）で示されるφ方向に回折される。変調光として用いる場合には、式（１０）における「±１次」の回折光の内のどちらか一方を使用すればよい。
Figure 2011033759
２つ目は、超音波の波長Ωが比較的短く、光と超音波の相互作用長Ｗ（トランスデューサの幅）が長い（Ｗ≫Ω2／２πλ）場合である。この場合、ブラッグ回折が起き、特定の角度φで入射した光のみ回折される。この場合、０次光は何の回折も変調も受けず、超音波媒体ＵＳの反対側の側面より出射するが、１次光は変調され、φ方向に回折される。φをブラッグ角と称する。変調周波数ｆ、変調角周波数ω、超音波媒体ＵＳ内の音響波の速度ｖ、とすると、ブラッグ角φの正弦は式（１１）で表される。
Figure 2011033759
３つ目は、ＲＧＢ光（それぞれの波長はλR ，λG ，λB ）をそれぞれ異なる周波数で変調し、同じブラッグ角φの回折光が得られるようにする場合である。この場合、３つの変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （それぞれ変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）に対して、式（１２）で表される９個の条件式が得られる。「φ１」に関わる成分は波長λR のＲ光が入射角φ１などで入射したときの回折効果、「φ２」に関わる成分は波長λG のＧ光が入射角φ２などで入射したときの回折効果、「φ３」に関わる成分は波長λB のＲ光が入射角φ３などで入射したときの回折効果を示す。「φｉ」に関わる成分とは、参照子「’」，「”」が付されているものも該当する意味である。
Figure 2011033759
これらの９個の条件式により、Ｒ光を変調角周波数ωR で変調し、Ｇ光を変調角周波数ωG で変調し、Ｂ光を変調角周波数ωB で変調し得るようなφ１，φ２’，φ３”が存在する。さらに、周波数を最適に選定した場合には、φ１＝φ２’＝φ３”、つまり、ｆR ・λR ＝ｆG ・λG ＝ｆB ・λB 、ωR ・λR ＝ωG ・λG ＝ωB ・λB なる条件が存在し、このとき出力変調回折光はＲＧＢで同軸となる。
＜三次元画像撮像装置：第４実施形態＞
図８は、第４実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。
第４実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なうのではない点と、１つの素子で、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成と光変調を行なう点に特徴がある。
［構成］
第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄは、物体光を変調させて、参照光を変調させない態様である。第１〜第３実施形態の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄは、干渉光学部３Ｄ、変調信号源部４Ｄ、および撮像部５を具備する。
第４実施形態の干渉光学部３Ｄは先ず、ＲＧＢの各波長成分に対して１つの超音波光変調素子１４０でＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成と光変調を行なうもので、超音波光変調素子１４０が光学系の主要素子として配置されている。詳細は後述するが、超音波光変調素子１４０に音響波を与えて強制的にブリルアン（Brillouin ）散乱を起こさせる。
第４実施形態の変調信号源部４Ｄの光変調部１６０が、物体光を変調させるべく、超音波光変調素子１４０の圧電体ＴＤに対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。
詳細は後述するが、超音波光変調素子１４０の超音波吸収体ＡＢからは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と変調がなされた位相共役光が放出される。位相共役光は物体情報を伴い、Ｂ色成分は周波数ω1 で変調され、Ｇ色成分は周波数ω2 で変調され、Ｒ色成分は周波数ω3 で変調されたコヒーレント光となっている。以下、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調された位相共役光（コヒーレント変換された変調物体光）を、変調された位相共役物体光W7b と記す。
自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８が、物体BJ側から超音波光変調素子１４０に向けて、この順に配置されている。
第４実施形態では、超音波光変調素子１４０は、半透明鏡１１８からの光が、超音波媒体ＵＳの側面からではなく、超音波吸収体ＡＢ側から入射するように配置される。
光源部１５０には、１個のレーザ光源１５６を用いる。このレーザ光源１５６としては、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを使用する。
参照光を撮像部５に導光する光学系はレーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH の偏光面を揃える偏光子１７８と偏光子１７８を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH を分岐するビームスプリッタ１３６が配置されている。ビームスプリッタ１３６を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHに対してビームエキスパンダ１７２、ビームスプリッタ１３６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHに対してビームエキスパンダ１７６が配置されている。さらに、ビームエキスパンダ１７６を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHを反射させる反射鏡１２６、反射鏡１２６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHを撮像部５側に反射させる半透明鏡１３２が配置されている。
物体光を撮像部５側に導光する光学系は、半透明鏡１２８からのＢＧＲ色成分（位相共役物体光W7）を反射する半透明鏡１３１と、その偏光面を揃える偏光子１７４が配置されている。偏光子１７４を通過した位相共役物体光W7は半透明鏡１３２を通過し撮像部５を照射する。
［作用］
第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄにおけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。物体光を光変調させ、参照光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換、光変調、および位相共役光生成は、ＲＧＢの全波長領域に光感度特性を持つ１個の超音波光変調素子１４０で行なう。
・レーザ光源１５６としては、前述のように、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを用いる。
・超音波光変調素子１４０に物体光であるインコヒーレント光W2_ICHとＲＧＢコヒーレント光W32_CHを重畳させて入射させ、変調信号源部１６２によりＲＧＢごとに異なる周波数の変調電界を同時に印加する。これにより、ＲＧＢに対しそれぞれ異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調させるとともに、ＩＣＨ−ＣＨ光変換も行ない、さらに位相共役物体光W7も発生させる。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６からの放出光ＲＧＢコヒーレント光W3_CH をビームスプリッタ１３６で分岐して参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）として撮像部５の撮像面を照射する。
ビームスプリッタ１３６より分岐したＲＧＢコヒーレント光W32_CHを、物体情報を持つインコヒーレント光W2_ICHと同軸で超音波光変調素子１４０の超音波吸収体ＡＢ側から入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ変換、変調、および位相共役光生成を行なう。超音波光変調素子１４０から放出された変調された位相共役物体光W7b を、ＲＧＢコヒーレント光W31_CHと偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
以下、第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄによるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｄ内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、超音波吸収体ＡＢ側からＲＧＢの全波長領域に光感度がある超音波光変調素子１４０に入射する。
無変調白色半導体レーザであるレーザ光源１５６から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ビームスプリッタ１３６により分岐される。その一部が、ビームスプリッタ１３６で反射して撮像部５へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなる。残りの一部が、ビームスプリッタ１３６を透過し、ビームエキスパンダ１７２と半透明鏡１３１を経て半透明鏡１１８へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとなる。無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHは半透明鏡１１８で反射され、インコヒーレント光W2_ICHと同軸で重畳して、超音波吸収体ＡＢ側からＲＧＢの全波長領域に光感度がある超音波光変調素子１４０に入射する。
ここで、超音波光変調素子１４０にＲＧＢコヒーレント光W32_CHの各波長λＲ，λＧ，λＢが全反射するような条件の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 を同時に印加する。このことは、図７に示される入射角φ＝９０度に相当し、ブラッグ反射の特別な場合であり、ブリルアン散乱の一種と見ることもできる。
なお、通常のブリルアン散乱の場合は、超音波を別に与えなることなく、媒質（超音波媒体ＵＳ）内で媒質とレーザ光が相互作用し、その結果、媒質内に媒質の粗密波が誘導され、屈折率変調領域が形成され、入射レーザ光の分布帰還光が発生し、位相共役光となる。これに対して、第４実施形態では、変調信号源部１６２により超音波媒体ＵＳに強制的に超音波を与えて、位相共役光を発生させる点が異なる。
超音波光変調素子１４０内にインコヒーレント光W2_ICHとＲＧＢコヒーレント光W32_CHが重畳して入射された結果、ＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、インコヒーレント光W2_ICHは像情報を伴ったコヒーレント変換物体光W4_CH に変換される。超音波光変調素子１４０にはＲＧＢの各光がブラッグ反射φ＝９０度を満たすような変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 が同時に印加されているので、ＲＧＢの各光は変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 でそれぞれ別個に変調されることになる。すなわち、Ｒ色成分は変調角周波数ω1 で変調され、Ｇ色成分は変調角周波数ω2 で変調され、Ｂ色成分は変調角周波数ω3 で変調される。
さらに、超音波光変調素子１４０内で超音波（媒質の粗密波）とコヒーレント変換物体光W4_CH が相互作用し、超音波媒体ＵＳ内に生じた屈折率変調領域によってコヒーレント変換物体光W4_CH は分布帰還するようになり、位相共役物体光W7が発生する。この発生した位相共役物体光W7は前述の各変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調されたコヒーレント光（変調された位相共役物体光W7b ）であり、戻り光となり、超音波吸収体ＡＢから放出される。この変調された位相共役物体光W7b は、半透明鏡１１８と半透明鏡１３１で反射してその向きを変え、偏光子１７４、半透明鏡１３２を通過して、撮像部５の撮像面を照射する。
レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がビームスプリッタ１３６で分岐され、ビームエキスパンダ１７６を通過して、反射鏡１２６と半透明鏡１３１で反射してその向きを変え、撮像部５の撮像面を照射する。
ＲＧＢの物体情報を持つω1 ，ω2 ，ω3 で変調された変調された位相共役物体光W7b と無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像し、ＲＧＢの各干渉縞FR4 よりなるカラーホログラムCH4 を形成する。以下、カラーホログラムCH4 の撮像が撮像部５でなされるなど、第１〜第３実施形態と同様の処理がなされる。
物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調なＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、変調された変調された位相共役物体光W7b は物体光に相当し、レーザ光源１５６より放出されビームスプリッタ１３６で分岐された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。
第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄは、第１実施形態と同様に、物体光（位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができ、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。
第４実施形態は、超音波光変調素子１４０が、ＩＣＨ−ＣＨ変換と光変調と位相共役光生成の３つの機能を兼ねる構成であるので、機能素子数が最も少ない構成と言える。すなわち、ＩＣＨ−ＣＨ変換と光変調と位相共役光生成を１つの超音波光変調素子１４０で行なうので、他の実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換と光変調と位相共役光生成に要する構成部分が簡単になる。また光源部１５０にはレーザ光源１５６が１つでよい利点がある。
第４実施形態で示した構成例は、物体光用と参照光用の光源が共通のレーザ光源１５６であり、分岐をビームスプリッタ１３６で行なう。このため、レーザ光源に対して変調を加える方法の適用では、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様への変形はできない。また、超音波光変調素子１４０に対して変調信号源部１６２でＲＧＢ別の周波数で変調をかけることでＩＣＨＩＣ光変換と変調を同時に行なうので、１つの超音波光変調素子１４０を利用して、物体光は変調させず参照光を光変調させると変形もできない。
［音響光学効果によるＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成］
図９は、音響光学効果によるＩＣＨ−ＣＨ変換と変調と位相共役光生成を説明する図である。ここでは、特に、光学音響波媒体である超音波光変調素子１４０にレーザ光を入射させた場合、どのような過程を経て、ＩＣＨ−ＣＨ変換とＲＧＢ光変調と位相共役光生成がなされるかを定性的に示す。
先ず、理解を容易にするため、変調信号源部１６２による変調がない場合、つまり光学音響波媒体である超音波媒体ＵＳのみの場合で説明する。この過程は通常、誘導ブリルアン散乱と呼ばれる。インコヒーレントにレーザによるコヒーレント光を重畳させて超音波媒体ＵＳに入射角φ＝９０度で入射させると、共役位相波を発生させることができるが、同時にＩＣＨ−ＣＨ光変換も行なわれる。この点について、図９に示す模式図を参照して説明する。
図９に示すように、光学音響波媒体５０（超音波媒体ＵＳ）にインコヒーレント光L5a_ICH とコヒーレント光L5b_CHを重畳させて入射させる。具体的には、端面５３ａ側より、三次元物体情報を持つインコヒーレント光L5a_ICH と、これに重畳するように、レーザによる波長λのコヒーレント光L5b_CHを入射させる。この場合、インコヒーレント光L5a_ICH はレンズなどの光学系を通過した自然光であり、位相が揃っておらず、かつ多くの波長からなっている光波である。
（ i）に示すように、媒質である光学音響波媒体５０がレーザ光のエネルギを吸収し、局所的な媒質の粗密領域５２が形成される。粗密領域５２はコヒーレント光L5b_CHの波長λに応じた弱い屈折変調領域が形成され、その結果、入射光であるコヒーレント光L5b_CHの一部が反射され、弱い戻り光（図示せず）を形成する。しかし、始めは未だ屈折率変調の効果は明瞭でなく、完全にＩＣＨ−ＣＨ光変換は進行しない。この段階では未だ、入射するインコヒーレント光L5a_ICH は光学音響波媒体５０の端面５３ｂ（端面５３ａと反対）側にコヒーレント光L5b_CHとともに出射する。
（ i）の過程がさらに促進すると、（ii）に示すように、光学音響波媒体５０の粗密領域５２が媒質全体に広がり、屈折率変調領域５１が形成され、戻り光L53 がさらに強められる。このとき同時に、図３（２）に示すような効果によりＩＣＨ−ＣＨ光変換過程も進行し、インコヒーレント光L5a_ICH の一部はコヒーレント光に変換され、インコヒーレント光L5a_ICH'と像情報を一部伴ったコヒーレント光L5b_CH' が出力するようになる。
（ii）の過程がさらに促進すると、（ iii）に示すように、屈折率変調領域５１がさらに明瞭になり、インコヒーレント光L5a_ICH はついには完全にコヒーレント光に変換され、物体情報を伴ったコヒーレント光L5c_CHが出力するようになる。すなわち、ＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれたことになる。
屈折率変調領域５１（干渉縞）により反射された戻り光L53 は、位相共役光L5c*を形成し、入射方向に戻るようになる。発生した位相共役光L5c*はコヒーレント光L5c_CHと位相共役な関係にあり、位相共役光L5c*もまた物体の像情報を有している。
以上の説明では、光学音響波媒体５０に外部から、強制的に電界や超音波を与えないでも、媒質自身が引き起こす現象である。しかしながら、図８に示した第４実施形態の三次元画像撮像装置２Ｄの超音波光変調素子１４０のように、外部から超音波や電界を印加して媒質内の光学音響波効果を高め、ＩＣＨ−ＣＨ光変換や位相共役光発生を促進させてもよい。電界を印加する際に、変調信号源部１６２でＲＧＢ別の各変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調することで、位相共役光L5c*は変調されたものとなる。すなわち、色波長別の変調が行なわれたことになる。
＜三次元画像撮像装置：第５実施形態＞
図１０は、第５実施形態の三次元画像撮像装置を説明する図である。
第５実施形態の三次元画像撮像装置２Ｅは、物体光を変調させ、かつ、参照光も変調させる点に特徴がある。
［構成］
第１〜第４実施形態の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
第５実施形態の三次元画像撮像装置２Ｅは、参照光を変調する第３実施形態の三次元画像撮像装置２Ｃ_1をベースに、物体光をＲＧＢ別に変調する第２実施形態の三次元画像撮像装置２Ｂ_1の一部を採り入れた構成である。すなわち、第３実施形態の三次元画像撮像装置２Ｃ_1におけるＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２と位相共役鏡１０４の部分に、第２実施形態の三次元画像撮像装置２Ｂ_1の構成を採り入れている。
したがって、半透明鏡１１８とＢ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂとの間には、ダイクロイックミラー１２０Ｂが配置され、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂと位相共役鏡１０４Ｂとの間には半透明鏡１２８Ｂが配置される。Ｇ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｂ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｇが配置され、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇと位相共役鏡１０４Ｇとの間には半透明鏡１２８Ｇが配置される。
Ｒ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｇ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｒが配置され、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒと位相共役鏡１０４Ｒとの間には半透明鏡１２８Ｒが配置される。物体光をＲＧＢ別に変調する構成を採るのでシャープカットフィルタ１３８は不要になる。位相共役物体光W7b を撮像部５側へ導光するために反射鏡１２７で半透明鏡１３２側に反射させることで、第３実施形態（第１例）と同様にして、位相共役物体光W7b が撮像部５側に向かう。その他の点は、第３実施形態と同じである。
なお、変調信号源部４Ｅの内、参照光側の機能要素には参照子ａを追加し、物体光側の構成機能には参照子ｂを追加して区別する。参照光側の変調角周波数ωi ，ωj ，ωk はＲＧＢ別に異なり、物体光側の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 もＲＧＢ別に異なり、さらに、参照光側と物体光側でも相互に異なるものとする。
［作用］
第５実施形態の三次元画像撮像装置２Ｅにおけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。レーザ光源１５６からのＲＧＢコヒーレント光W3_CH を分岐しまた参照光を光変調させる点に関しては第３実施形態と同様であり、物体光を光変調させる点に関しては第２実施形態と同様である。
したがって、ω1 ，ω2 ，ω3 で変調されＲＧＢの物体情報を持つ変調された位相共役物体光W7b とωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像する。その結果、ＲＧＢの各干渉縞FR5 よりなるカラーホログラムCH5 が形成される。
第５実施形態では、参照光側と物体光側の各変調角周波数をそれぞれ異ならせている。これにより、参照光側と物体光側の双方を変調する場合においても、光変調とそれに対応した電気信号での波長分離によりホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを確実に低減する仕組みを実現できる。
ここでは、物体光と参照光の双方を変調させる仕組みとして、第２・第３実施形態の組合せの構成例を示したが、物体光と参照光の双方を変調させる仕組みはこれに限らない。たとえば、前述の第２・第３実施形態のそれぞれにおける第１・第２構成例を組み合わせるなど、適宜変更が可能である。
＜三次元画像情報取得システム：第１実施形態＞
図１１は、第１実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。第１実施形態の三次元画像情報取得システム１Ａは、固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置を使用した場合の構成例である。
［構成］
第１実施形態の三次元画像情報取得システム１Ａは、三次元画像撮像装置２、三次元画像信号処理部６Ａ、および周辺回路部９Ａを備える。
三次元画像撮像装置２としては、前述の第１〜第５実施形態の何れを使用してもよい。この点は、後述の他の実施形態でも同様である。
第１実施形態の周辺回路部９Ａは、走査部７０、制御信号生成部７４、撮像制御部７８を有する。撮像部５と走査部７０でＣＣＤ固体撮像装置８２が構成される。走査部７０は、垂直走査部７２および水平走査部７３を具備する。垂直走査部７２は、ＣＣＤ固体撮像装置の垂直電荷転送を制御し、水平走査部７３はＣＣＤ固体撮像装置の水平電荷転送を制御する。
三次元画像撮像装置２の干渉光学部３については、便宜的に、光学レンズ系６２と光学信号処理部６４に分けて示している。
三次元画像撮像装置２との関係では、光変調部１６０から変調信号源部１６２を外して制御信号生成部７４に収容しており、光電変換を行なう撮像部５はＣＣＤ固体撮像装置の撮像部に対応する。制御信号生成部７４は、変調信号源部１６２の他に、信号処理パルス発生部７５とプログラマブルパルス発生部７６（ＰＧ）を有する。
信号処理パルス発生部７５は、ＲＧＢ波長成分別のサンプルホールドパルスSH、ＣＤＳパルスPCDS、ＡＤ変換クロックCKADを、変調信号源部１６２が生成するＲＧＢ波長成分別の変調信号の変調角周波数ωと一定の関係を持って生成する。図では、その状態を「（ｆR',ｆG',ｆB'）」で示している。ここで「一定の関係」とは、サンプルホールドパルスSH、ＣＤＳパルスPCDS、ＡＤ変換クロックCKADと、変調信号の間における、角周波数（周波数）、位相、同期の関係を意味している。
プログラマブルパルス発生部７６は、走査部７０や三次元画像信号処理部６や撮像制御部７８が使用する各種の制御パルスを生成する。
第１実施形態の三次元画像信号処理部６Ａは、ＣＣＤ固体撮像装置８２（撮像部５）から出力される撮像信号（つまり三次元画像撮像装置２で取得された三次元画像信号）を処理する。このため、三次元画像信号処理部６Ａは、アンチエイリアス処理部３２２、サンプルホールド部３３０（Ｓ＆Ｈ）、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０、ＡＤ変換部３５０、クランプ部３７０、カメラ信号処理部３８０を有する。
アンチエイリアス処理部３２２は、ＡＤ変換部３５０でＡＤ変換する際に、サンプリング定理に基づく折返し効果（エイリアス効果）を除去するためのもので、たとえばローパスフィルタ（ＬＰＦ）が使用される。
サンプルホールド部３３０は、信号処理パルス発生部７５からのＲＧＢ別のサンプルホールドパルスSH_R，SP_G，SP_Bに基づき入力されたアナログ信号のピーク値を保持する。
ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０は、信号処理パルス発生部７５からのＲＧＢ別のＣＤＳパルスPCDS_R，PCDS_G，PCDS_Bに基づき、画素信号に含まれるアナログノイズをＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）処理により除去する。また、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０は、ＣＤＳ処理後の画素信号を、ＡＤ変換部３５０の変換レンジに整合するように増幅する。なお、ＣＤＳパルスPCDSやＣＤＳ処理については多くの公知文献（公開公報や特許公報を含む）が存在するので、ここではその詳細説明を割愛する。
ＡＤ変換部３５０は、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０から出力されたアナログの画素信号をデジタルデータに変換する。ＡＤ変換されたＲＧＢの各波長成分のホログラム画像信号をホログラムデータＤ_350と称する。変換クロックは、ＲＧＢの各変調周波数と対応した周波数にする。「変調周波数と対応した周波数」とは、同一周波数の場合だけでなく、その整数倍も含む意味である。
クランプ部３７０は、ＡＤ変換部３５０から出力されたＲＧＢの各波長成分のホログラムデータＤ_350に対して、クランプ処理を行なう。
カメラ信号処理部３８０は、クランプ部３７０から出力されたＲＧＢの各波長成分のホログラムデータＤ_360に対して、予め決められた信号処理を行なうことで、ＲＧＢの各波長成分のホログラムデータＤ_380を生成する。
カメラ信号処理部３８０で生成されたＲＧＢの各波長成分のホログラムデータＤ_380は、物体BJの色彩立体像の形成に使用される。たとえば、ホログラムデータＤ_380は図示しない記録再生装置（たとえば、ＶＴＲやＤＶＤなどの光装置など）に供給されて、ホログラムデータの記録媒体への記録が行なわれる。このようにして記録媒体に記録された各波長成分のホログラムデータＤ_380は、記録再生装置によって再生され、再生されたホログラムデータＤ_380' に基づいて、物体BJの色彩立体像の形成に使用される。
［作用］
光学レンズ系６２を透過した物体情報を伴ったインコヒーレント光W1_ICHが、光源部１５０および光変調部１６０の作用を受けて、光学信号処理部６４でコヒーレント変換され、三次元画像撮像装置２について前述した光学信号処理が施される。三次元画像撮像装置２で生成されたコヒーレントなホログラム形成光CH（物体光と参照光）は、ＣＣＤ固体撮像装置８２に入射して撮像部５の撮像面上に、ＲＧＢの各干渉縞よりなるカラーホログラムを形成する。撮像部５では、そのカラーホログラムを電子的に撮像することで、各画素では光電変換がなされカラーホログラムを表わす電気信号（撮像信号S5）に変換し、三次元画像信号処理部６Ａに供給する。
ここで、ホログラム形成光CHには、色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分が含まれており、撮像部５により撮像されるカラーホログラムは、ＲＧＢの各干渉縞が重畳されたものである。したがって、撮像部５で取得される撮像信号S5は、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号が重畳しているものである。以下では、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号を纏めて変調ＲＧＢ画素信号とも称する。
三次元画像信号処理部６Ａでは、撮像信号S5が画素ごとに順次読み出され、アンチエイリアス処理部３２２、サンプルホールド部３３０、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０を経て対応する信号処理が施され、ＡＤ変換部３５０に供給される。
ＡＤ変換部３５０は、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０から出力されるアナログの撮像信号S340を、ＡＤ変換クロックCKADに従ってデジタルのホログラムデータＤ_350に変換する。変換されたホログラムデータＤ_350は、クランプ部３７０およびカメラ信号処理部３８０を経てそれぞれ対応するデータ処理が施され、外部（たとえば記録再生装置）に出力される。
三次元画像信号処理部６Ａでは、撮像信号S5について、ホログラム形成光CHに含まれている色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分にそれぞれ対応するように、Ｒ，Ｇ，Ｂの成分に分けてアナログ信号処理やデジタルデータ処理を行なう。そのために、ＲＧＢ別のサンプルホールドパルスSH、ＣＤＳパルスPCDS、ＡＤ変換クロックCKADが信号処理パルス発生部７５から発生される。
光変調部１６０には、ＲＧＢコヒーレント光（物体光および／または参照光）を異なる変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）でそれぞれ変調するような変調信号が変調信号源部１６２から印加されている。また、ＡＤ変換部３５０には、好ましくは、同じ変調角周波数ωR ，ωG ，ωB のＡＤ変換クロックCKADが、コヒーレント光の変調信号と同期するように印加される。このような同期法は、変調信号に対する検波と復調を同時に行なっているとみなすことができる。
さらに、撮像信号S5に含まれるアナログノイズがＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０にて除去される。ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０から出力される撮像信号S340は、ＲＧＢコヒーレント光の変調周波数に等しい周波数のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換部３５０によりデジタルデータであるホログラムデータＤ_350に変換される。ＲＧＢコヒーレント光の変調周波数に等しい周波数のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換部３５０によりデジタルデータであるホログラムデータＤ_350に変換されることになる。撮像信号S5における、ホログラム形成光CHに含まれている色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分と対応する各色光信号（Ｒ光信号、Ｇ光信号、Ｂ光信号）が、それぞれ正確にデジタルデータに変換される。
周波数ｆR ，ｆG ，ｆB のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換する際に、サンプリング定理から、折返し効果を除去することが必要になる。そのため、アンチエイリアス処理部３２２（ＬＰＦ）により、入力される各色光信号の帯域をＡＤ変換クロックCKADの周波数（ｆR ，ｆG ，ｆB ）の１／２になるように予め制限しておく。
サンプルホールド部３３０では、サンプルホールドパルスSHに基づき、入力されたアナログ信号のピーク値をサンプリングして、ＡＤ変換処理に必要な短時間保持する。ピーク値を正確に保持するために、信号処理パルス発生部７５は、サンプルホールドパルスSH_R，SP_G，SP_Bに関して、好ましくは、その周波数、位相、同期の有無などを管理する。最適な状態は、同一周波数で、位相同期をとり、かつ、パルスのアクティブ期間が入力されたアナログ信号のピーク点と一致する状態である。
このように、第１実施形態では、ＣＣＤ固体撮像装置８２の撮像部５に使用される信号電荷生成部（フォトダイオード部）はＲＧＢ光変調信号が重畳された形（白色光）で受光し、これを光電変換する。また、アンチエイリアス処理部３２２にてＡＤ変換クロックCKADの１／２に帯域制限する。そのため、ＲＧＢ情報を変調周波数の形で重畳させて一緒に転送することができ、同じ転送速度なら従来のモザイク型ＲＧＢ画素よりも多くの情報量を転送することができ、高解像度になる。各画素が周波数変調されたＲＧＢ情報を受光するため、１つの画素でＲＧＢ３情報が得られるため、高解像度になるからである。転送あるいは伝送後の信号はサンプリング定理より復元可能である。
因みに、本実施形態は、表面準位の影響を受け難い埋込み型ＭＯＳキャパシタ方式が適している。
ここで、三次元画像撮像装置２側に適用されるＲＧＢ用の変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）の各変調信号は、固体撮像装置（ＣＣＤ固体撮像装置８２）のフレーム周波数の整数倍または水平駆動周波数の整数倍にするのがよい。
ＣＣＤ固体撮像装置８２で受光した画素信号は電気的に変調しており、時間的ＲＧＢで（＝変調周波数で）コーディングされている。ＲＧＢ像信号はＲＧＢの各変調周波数を中心にある帯域幅の中に分布するが、ノイズ光は周波数空間に一様に分布する。
このため、ノイズ光は電気信号処理で除去できる。ＲＧＢに対しては既に時間的にコーディングされているため、改めて空間的な周期性でコーディングされたモザイク光学フィルタを使用する必要がない。
さらに、三次元画像撮像装置２側の変調周波数と電気信号処理系統のフレーム周波数や水平駆動周波数の間に比例関係を持たせることで、ＡＤ変換などの信号処理が適切になされる。
また、ＡＤ変換時にＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロックCKAD（基本ＣＬＫ周波数）を用い、これらの周波数と三次元画像撮像装置２側のＲＧＢ変調周波数を同じにする。同じにしない場合は、ＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロックCKADを光変調周波数の整数倍にする。
好ましくは、ＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロックCKADと光変調周波数をそれぞれ同期させる。たとえるならば、高速度ストロボ撮影時の行為と類似であり、タイミングがずれていると静止状態の映像が撮れないが、同期させると静止状態の映像が撮れる。
これらによって、当該信号のみを正しくＡＤ変換し、遅延によるノイズも発生しないようにすることができる。画素信号の伝送遅延や歪みによるノイズ信号が発生しない。それほど精度が要求されない場合、高速ＡＤ変換が実現できる。アナログ、デジタル両変調方式が適用できる。システム化した際の電気信号処理が楽になる。
＜三次元画像情報取得システム：第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。第２実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂは、固体撮像装置としてＣＭＯＳセンサなどのＸＹアドレス型の固体撮像装置を使用した場合の構成例である。第１実施形態の三次元画像情報取得システム１Ａと同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
［構成］
第２実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂは、三次元画像撮像装置２、三次元画像信号処理部６Ｂ、および周辺回路部９Ｂを備える。
第２実施形態の周辺回路部９Ｂは、第１実施形態との相違点として、走査部７０は第１実施形態と同様に垂直走査部７２と水平走査部７３を有するが、それぞれの機能が異なる。これは、一行分の画素信号を一斉に垂直方向に読み出す、いわゆるカラム読出方式（列並列出力方式）を適用するためである。垂直走査部７２は、撮像部５と近接して配置され、撮像部５における画素信号の垂直方向への読出走査を制御する。水平走査部７３は、ＡＤ変換されたホログラムデータＤ_350を水平転送する機能部としてＡＤ変換部３５０の後段に配置される。
第２実施形態の三次元画像信号処理部６Ｂは、第１実施形態との相違点として、ＣＤＳ・ＡＧＣ部３４０を取り外し、水平走査部７３とクランプ部３７０の間にアンプ・ノイズ除去部３６０を有する。アンプ・ノイズ除去部３６０には、プログラマブルパルス発生部７６から制御パルスP_360 が供給される。
アンプ・ノイズ除去部３６０は、制御パルスP_360 に基づきノイズ除去処理を行なう。
因みに、典型的には、撮像部５から水平走査部７３までの部分と周辺回路部９Ｂの部分で、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４が構成される。また、構成によっては、アンプ・ノイズ除去部３６０からカメラ信号処理部３８０までの部分もＸＹアドレス型固体撮像装置８４に搭載することもある。図では、後者の場合で示している。
［作用］
撮像信号S5が三次元画像信号処理部６Ｂに供給されるまでは第１実施形態と同様である。三次元画像信号処理部６Ｂでは、撮像信号S5が一行ごとに順次読み出され、アンチエイリアス処理部３２２、サンプルホールド部３３０を経て対応する信号処理が施され、ＡＤ変換部３５０に供給されデジタルデータに変換される。すなわち、アンチエイリアス処理部３２２でＡＤ変換時の変換周波数（ｆR ，ｆG ，ｆB ）の１／２に帯域制限され、サンプルホールド部３３０でアナログ信号のピーク値が保持され、Ａ／ＡＤ変換部３５０でＲＧＢの各色光信号がデジタルのホログラムデータＤ_350に変換される。ここまでの処理は一行分の全画素信号について並行して実施される点がカラム処理に特有の事項である。
一行分のホログラムデータＤ_350は、水平走査部７３による水平転送処理により順次後段へと転送され、アンプ・ノイズ除去部３６０、クランプ部３７０、カメラ信号処理部３８０を経て対応するデータ処理が施され、外部に出力される。第１実施形態と同様に、カメラ信号処理部３８０から出力される各波長成分のホログラムデータＤ_380は、物体BJの色彩立体像の形成に使用される。
三次元画像信号処理部６Ｂでは、第１実施形態と同様に、撮像信号S5について、Ｒ，Ｇ，Ｂの成分に分けてアナログ信号処理やデジタルデータ処理を行なう。そのために、ＲＧＢ別のサンプルホールドパルスSH、ＡＤ変換クロックCKADが信号処理パルス発生部７５から発生される。
光変調部１６０には、ＲＧＢコヒーレント光（物体光および／または参照光）を異なる変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）でそれぞれ変調するような変調信号が変調信号源部１６２から印加されている。ＡＤ変換部３５０には、第１実施形態と同様に、好ましくは、同じ変調角周波数ωR ，ωG ，ωB のＡＤ変換クロックCKADが、コヒーレント光の変調信号と同期するように印加される。第２実施形態でも、ＲＧＢコヒーレント光の変調周波数に等しい周波数のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換部３５０によりデジタルデータであるホログラムデータＤ_350に変換されることになる。
なお、三次元画像撮像装置２側に適用されるＲＧＢ用の変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）の各変調信号は、固体撮像装置（ＸＹアドレス型固体撮像装置８４）のフレーム周波数の整数倍または水平駆動周波数の整数倍にするのがよいし、同期させるのがよい。第１実施形態と同様の理由による。
このように、第２実施形態では、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４の撮像部５に使用される信号電荷生成部（フォトダイオード部）はＲＧＢ光変調信号が重畳された形（白色光）で受光し、これを光電変換する。また、アンチエイリアス処理部３２２にてＡＤ変換クロックCKADの１／２に帯域制限する。これらは、第１実施形態と同様である。各画素が周波数変調されたＲＧＢ情報を受光するため、１つの画素よりＲＧＢ３情報が得られるため、高解像度になる。
なお、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４を使用する場合、アドレス設定をランダムにして画素信号を読み出すだけでなく、行単位で画素信号を読み出す方式（カラム読出し方式）も適用でき、今日では一般的となっている。これにＡＤ変換を組み合わせたカラムＡＤ方式も採用することができる。この場合、さらに特有の効果が得られる。カラムＡＤ方式を適用する場合については後述する。
＜三次元画像情報取得システム：第３実施形態＞
図１３は、第３実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。第３実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｃは、第２実施形態と同様に、固体撮像装置としてＣＭＯＳセンサなどのＸＹアドレス型の固体撮像装置を使用した場合の構成例である。第２実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂと同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。
［構成］
第３実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｃは、三次元画像撮像装置２、三次元画像信号処理部６Ｃ、および周辺回路部９Ｃを備える。
第３実施形態の三次元画像信号処理部６Ｃは、第２実施形態との相違点として、撮像部５の後段に共振処理部３１０を備え、サンプルホールド部３３０とＡＤ変換部３５０の間にＣＤＳ・ＰＫＣ部３４２を備え、アンプ・ノイズ除去部３６０を取り外している。
第３実施形態の周辺回路部９Ｃは、第２実施形態との相違点として、変調信号源部１６２は共振制御信号OSC を共振処理部３１０に供給し、また、信号処理パルス発生部７５はＣＤＳパルスPCDSをＣＤＳ・ＰＫＣ部３４２に供給する。
共振処理部３１０は、共振制御信号OSC に基づき、撮像信号S5を共振させる。基本的な考え方は、撮像信号S5における共振制御信号OSC の周波数と同じ成分を共振現象により増幅させるものである。ＲＧＢの各波長成分と対応する色変調角周波数ωR ，ωG ，ωB で変調されたホログラム形成光CHに基づく撮像信号S5を処理するので、ＲＧＢ用の各共振制御信号OSC_R ，OSC_G ，OSC_B はそれぞれ変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と同一であることが好ましい。図では、その状態を「（ｆR ,ｆG ,ｆB ）」で示している。
ＣＤＳ・ＰＫＣ部３４２は、ＣＤＳパルスPCDSに基づき画素信号に含まれるアナログノイズをＣＤＳ処理により除去するとともに、ピークコントロールを行なう。
［作用］
撮像信号S5が三次元画像信号処理部６Ｃに供給されるまでは第１・第２実施形態と同様である。三次元画像撮像装置２側での変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と等しい周波数の共振制御信号OSC_R ，OSC_G ，OSC_B が供給されている共振処理部３１０により、撮像部５から出力された撮像信号S5を共振させる。これによって、撮像信号S5における変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB （＝共振制御信号OSC_R ，OSC_G ，OSC_B ）と同じ成分が強調（増幅）される。その後は、アンチエイリアス処理部３２２、サンプルホールド部３３０、ＣＤＳ・ＰＫＣ部３４２を経て対応する信号処理が施され、ＡＤ変換部３５０に供給される。
ＡＤ変換部３５０では、第１・第２実施形態と同様に、三次元画像撮像装置２側の変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）と同一周波数のＡＤ変換クロックCKADが、コヒーレント光の変調信号と同期するように印加される。第３実施形態でも、ＲＧＢコヒーレント光の変調周波数に等しい周波数のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換部３５０によりデジタルデータであるホログラムデータＤ_350に変換されることになる。
第２実施形態との相違点として、共振処理部３１０の使用により撮像信号S5における変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と同じ成分が強調されるため、Ｓ／Ｎが向上する特徴がある。共振処理部３１０の使用による強調効果により信号が増幅されるので増幅回路が省略できる可能性もある。その他は、第２実施形態と同様である。
＜三次元画像情報取得システム：第４実施形態＞
図１４は、第４実施形態の三次元画像情報取得システムを説明する図である。第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｄは、第２・第３実施形態と同様に、固体撮像装置としてＣＭＯＳセンサなどのＸＹアドレス型の固体撮像装置を使用した場合の構成例である。第２・第３実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂ，１Ｃと同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。以下、第３実施形態との相違点を中心に説明する。
［構成］
第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｄは、三次元画像撮像装置２、三次元画像信号処理部６Ｄ、および周辺回路部９Ｄを備える。
第４実施形態の三次元画像信号処理部６Ｄは、第３実施形態との相違点として、共振処理部３１０に供給するノイズ信号NSを発生するノイズ発生部３１２を備えている。ノイズ発生部３１２は、三次元画像撮像装置２側の変調周波数（ｆR ，ｆG ，ｆB ）の帯域を含む白色ノイズ信号NSを発生し共振処理部３１０に供給する。共振処理部３１０とノイズ発生部３１２により「確率共振現象」を利用する確率共振処理部３１４が構成される。
「確率共振現象」を利用する仕組みは、ノイズに埋もれた連続性のある微弱信号を検出するもので、多くの公知文献（公開公報や特許公報を含む）が存在するので、ここではその詳細説明を割愛する。
第３実施形態とは異なり、共振処理部３１０には三次元画像撮像装置２側での変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と等しい周波数の共振制御信号OSC_R ，OSC_G ，OSC_B が供給されるのではなく、ノイズ発生部３１２からの白色ノイズ信号NSが供給される。
［作用］
撮像信号S5が三次元画像信号処理部６Ｄに供給されるまでは第１〜第３実施形態と同様である。
光変調周波数（ｆR ，ｆG ，ｆB ）の帯域を含む白色ノイズ信号NSをノイズ発生部３１２により発生させ、撮像部５からの撮像信号S5とノイズ発生部３１２からの白色ノイズ信号NSを共振処理部３１０に入力し、撮像信号S5を確立共振（Stochastic Resonance）させる。これによって、第３実施形態とはメカニズムが異なるものの、撮像信号S5における変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と同じ成分が強調される。その後は、アンチエイリアス処理部３２２、サンプルホールド部３３０、ＣＤＳ・ＰＫＣ部３４２を経て対応する信号処理が施され、ＡＤ変換部３５０に供給される。
ＡＤ変換部３５０では、第１〜第３実施形態と同様に、三次元画像撮像装置２側の変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）と同一周波数のＡＤ変換クロックCKADが、コヒーレント光の変調信号と同期するように印加される。第４実施形態でも、ＲＧＢコヒーレント光の変調周波数に等しい周波数のＡＤ変換クロックCKADでＡＤ変換部３５０によりデジタルデータであるホログラムデータＤ_350に変換されることになる。
ここで、確率共振処理部３１４は、確率共振により、撮像信号S5中の三次元画像撮像装置２側での変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と等しい成分の周期性を強調させる。このような撮像信号S5の空間周期性検出方法では、撮像信号S5の空間周期性を強調しているので、微弱な空間周期性も検出できる特徴がある。ノイズに埋もれた変調信号も検出できるようになる。すなわち、第３実施形態との相違点として、確率共振処理部３１４の使用により撮像信号S5における変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB と同じ成分が確率共振現象により強調（増幅）されるため、Ｓ／Ｎが向上する特徴がある。その他は、第３実施形態と同様である。
＜電気信号処理：第１実施形態＞
図１５は、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４を適用する第２〜第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂ，１Ｃ，１Ｄをベースとする第１実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。
ＸＹアドレス型固体撮像装置８４では、たとえば、画素トランジスタが２次元行列状に多数配列されて画素部が構成され、ライン（行）ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。ここで、ＭＯＳ（ＣＭＯＳを含む）型においては、アドレス制御の一例として、一行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を画素部から読み出すカラム読出方式が多く用いられている。画素部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置（ＡＤ変換装置／ＡＤＣ：Analog Digital Converter）にてデジタルデータに変換する。このため、種々のＡＤ変換の仕組みが提案されている。
ＡＤ変換方式としては、回路規模や処理速度（高速化）や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、一例として、参照信号比較型のＡＤ変換方式がある。なお、参照信号比較型は、スロープ積分型あるいはランプ信号比較型などとも称される。参照信号比較型のＡＤ変換方式では、デジタルデータに変換するための電圧比較用に、漸次値の変化するいわゆるランプ状の参照信号（ランプ波：ある決められた振幅・傾きを持つもの：階段波でもよい）を使用する。そして、アナログの単位信号と参照信号を比較するとともに、比較処理結果に基づくカウント動作有効期間にカウント処理を行なうことで得られるカウント値に基づいて単位信号のデジタルデータを取得する。参照信号比較型のＡＤ変換方式と前述のカラム読出方式を組み合わせた方式（カラムＡＤ方式と称する）にすることで、画素からのアナログ出力を列並列に低帯域でＡＤ変換ができ、高画質と高速を両立するイメージセンサに適しているといえる。
ここで示す電気信号処理系統に着目した構成図においても、参照信号比較型のＡＤ変換方式を適用する場合で示す。この場合、第２〜第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂ，１Ｃ，１ＤにおけるＡＤ変換クロックCKADについては、三次元画像撮像装置２側の光変調周波数と同一周波数にすることや同期させることは基本的には要件とならない。概ね、一水平走査期間がＡＤ変換期間になり、その間のＡＤ変換レンジやビット分解能を勘案して、ＡＤ変換クロックCKADの周波数や参照信号の振幅や傾きを設定すればよい。
なお、以下においては、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４の一例である、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置８５をデバイスとして使用した場合を例に説明する。特に断りのない限り、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置８５は、全ての単位画素がｎＭＯＳ（ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ）よりなり、信号電荷は負電荷（電子）であるものとして説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはＭＯＳ型の固体撮像装置に限らないし、単位画素がｐＭＯＳ（ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタ）で構成されていてもよいし、信号電荷は正電荷（正孔・ホール）であってもよい。
［固体撮像装置の構成］
固体撮像装置８５は、複数個の単位画素８６が２次元マトリクス状に配列された画素アレイ部８７（撮像部５に対応）を有する。
図では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、カラーホログラム（ＲＧＢの各干渉縞）を撮像し得るに十分な数（ｖ行×ｈ列）の単位画素８６が配置される。単位画素８６は検知部の一例である受光素子（電荷生成部）としてのフォトダイオードの他にたとえば、電荷転送用やリセット用や増幅用などの３個あるいは４個のトランジスタを有する画素内アンプを有する。画素内アンプとしては、たとえばフローティングデフュージョンアンプ構成のものが使用される。
単位画素８６には、行選択のための行制御線８８と画素信号読出し用の垂直信号線８９が接続されている。図示しないが、垂直信号線８９に対しては、画素信号読出用の動作電流（読出電流）を供給する読出電流源部が設けられる。単位画素８６からは、列ごとに垂直信号線８９を介して画素信号電圧Ｖｘ（撮像信号S5に対応）が出力される。
ここで、ホログラム形成光CHには、色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分が含まれており、撮像部５により撮像されるカラーホログラムは、ＲＧＢの各干渉縞が合成されたものである。したがって、撮像部５で取得される撮像信号S5は、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号が重畳しているものである。以下では、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号を纏めて変調ＲＧＢ画素信号とも称する。
固体撮像装置８５はさらに、アンチエイリアス処理部４２２（ＬＰＦ）、サンプルホールド部４３０（Ｓ＆Ｈ）、ＣＤＳ処理機能やデジタル変換機能をなすＡＤ変換部４５０が列並列に設けられているカラム処理部９０（列信号処理部）を有する。ＡＤ変換部４５０は、比較部４５２とカウンタ部４５４を主要の機能部として有する。アンチエイリアス処理部４２２はアンチエイリアス処理部３２２に対応し、サンプルホールド部４３０はサンプルホールド部３３０に対応する。
固体撮像装置８５はさらに、駆動制御部９１、カラム処理部９０にＡＤ変換用の参照信号SLP を供給する参照信号生成部９７、出力部９８を備えている。
駆動制御部９１は、垂直走査部９２（行走査回路）、水平走査部９３（列走査回路）、通信・タイミング制御部９４、クロック変換部９５を備えている。垂直走査部９２は垂直走査部７２に対応し、水平走査部９３は水平走査部７３に対応する。
垂直走査部９２は、画素アレイ部８７の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するもので、行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部９２ａや垂直駆動部９２ｂなどを有する。水平走査部９３は、画素アレイ部８７の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため、列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部９３ａや水平駆動部９３ｂなどを有し、データ転送動作時に読み出すべきデータのカラム位置を指示する。垂直走査部９２や水平走査部９３は、通信・タイミング制御部９４から与えられる制御信号に応答して行・列の選択動作（走査）を開始する。
単位画素８６は、行選択のための行制御線８８を介して垂直走査部９２と、また垂直信号線８９を介してカラム処理部９０の垂直列ごとに設けられているアンチエイリアス処理部４２２と、それぞれ接続されている。ここで、行制御線８８は垂直走査部９２から単位画素８６に入る配線全般を示す。
通信・タイミング制御部９４は、制御信号生成部７４に対応し、入力される基本クロックCLK0に同期したクロックをデバイス内の各部（走査部９２，９３やカラム処理部９０）に供給するタイミングジェネレータの機能ブロックを備える。基本クロックCLK0は、三次元画像撮像装置２側の光変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB に対応する３種が使用される。通信・タイミング制御部９４はまた、外部から供給される基本クロックCLK0を受け取り、外部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに固体撮像装置８５の情報を含むデータを外部に出力する通信インタフェースの機能ブロックを備える。
クロック変換部９５は、基本クロックCLK0に基づき、基本クロックCLK0よりも高速周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており、ＡＤ変換用のカウントクロックＣＫcnt1や参照信号生成用のカウントクロックＣＫdac1などの内部クロックを生成する。なお、本実施形態では、カウントクロックＣＫcnt1はＲ，Ｇ，Ｂ色成分に対して共通のものを使用し、カウントクロックＣＫdac1にはＲ，Ｇ，Ｂ色成分に対して各別のものを使用する。
出力部９８は、図示しないが、データ転送用の信号線（転送配線）である水平信号線９６上の信号（デジタルデータではあるが小振幅）を検出するセンスアンプと、固体撮像装置８５と外部とのインタフェース機能をなすインタフェース部を有する。インタフェース部の出力は、アンプ・ノイズ除去部３６０やクランプ部３７０に接続される。
水平信号線９６は、ＡＤ変換部４５０のビット幅分もしくはその２倍幅分（たとえば相補出力とするとき）の信号線を有し、それぞれの出力線に対応したセンスアンプを有する出力部９８に接続される。水平信号線９６の水平転送チャネルは１つに限らず、複数チャネルにし複数カラムずつグループ化してデータ転送を行なう場合もある。
水平走査部９３や垂直走査部９２などの駆動制御部９１の各要素は、画素アレイ部８７とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成されたいわゆる１チップもの（同一の半導体基板上に設けられているもの）として、本実施形態の固体撮像装置８５が構成される。
［カラムＡＤ変換と参照信号生成］
ＡＤ変換部４５０におけるＡＤ変換方式としては、回路規模や処理速度（高速化）や分解能などの観点から様々な方式が考えられているが、ここでは、参照信号比較型と称されるＡＤ変換方式を採用する。この手法は、簡単な構成でＡＤ変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、変換開始（比較処理の開始）から変換終了（比較処理の終了）までの時間に基づいてカウント動作有効期間Ｔenを決定し（ここではその期間を示すカウントイネーブル信号ENとする）、その期間のクロック数に基づき処理対象信号をデジタルデータに変換する。
参照信号比較型ＡＤ変換方式を採用する場合に、考え方としては、参照信号生成部９７も列並列で（画素列ごとに）設けることも考えられる。たとえば、各画素列に比較器と参照信号発生器を設け、自列の比較器の比較結果を基に、逐次、参照信号の値を対応する列の参照信号発生器で変化させていく構成を採る場合である。しかしながらこれでは回路規模や消費電力が増える。そこで、本実施形態では、参照信号生成部９７を全列共通に使用する構成を採り、参照信号生成部９７から発生される参照信号SLP を各画素列のＡＤ変換部４５０が共通に使用する構成にする。
このため、参照信号生成部９７は、ＤＡ変換部４７０（ＤＡＣ；Digital Analog Converter）を有し、通信・タイミング制御部９４からの制御データで示される初期値からカウントクロックＣＫdac1に同期して、制御データで示される傾き（変化率）の参照信号SLP を生成する。カウントクロックＣＫdac1はカウンタ部４５４用のカウントクロックＣＫcnt1と同一にしてもよい。参照信号SLP は、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形を持つものであればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段状に順次変化するものであってもよい。
参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、比較部４５２による参照信号SLP と画素信号電圧Ｖｘとの比較結果に基づいてカウント動作有効期間Ｔen（その期間を示す信号をカウントイネーブル信号ENと称する）を決定し、カウントイネーブル信号ENがアクティブな期間のカウントクロックＣＫcnt1のクロック数に基づきアナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。
カウント動作有効期間Ｔenとしては、たとえば、カウント開始を参照信号SLP の変化開始時点としカウント終了を参照信号SLP と処理対象信号電圧とが一致する時点（事実上は交差する時点：以下同様）とする第１処理例（前半カウント方式）を採り得る。
あるいは、カウント開始を参照信号SLP と処理対象信号電圧とが一致する時点としカウント終了をその回の所望のカウント数に到達する時点（典型的には最大ＡＤ変換期間が到達した時点）とする第２処理例（後半カウント方式）を採ることもできる。後半カウント方式の考え方は、フルレンジのデジタルデータをＤｍ、画素信号電圧ＶｘのデジタルデータをＤｘとしたとき、後半カウントで得られるデータはＤｍ−Ｄｘ（つまりＤｘに対しては補数）になることを利用するものである。
何れの処理例においても、原理的には、コンパレータ（電圧比較器）に参照信号SLP を供給し、垂直信号線８９を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号SLP と比較するとともに、カウント動作有効期間Ｔenに入るとクロック信号でのカウント（計数）を開始することによって、指定されているカウント動作有効期間Ｔenにおけるクロック数をカウントすることでＡＤ変換を行なう。
このような参照信号比較型のＡＤ変換を行なうため、本実施形態のＡＤ変換部４５０は、比較部４５２とカウンタ部４５４を備える。図示しないが、好ましくは、前半カウント方式と後半カウント方式の何れにも対応できるように、比較部４５２とカウンタ部４５４の間にカウント動作期間制御部を設けるとよい。カウンタ部４５４は、参照信号SLP の傾き方向に合わせてカウントモードで動作し得るように、アップカウントモードとダウンカウントモードを切替可能なものにするのがよい。
また、図示しないが、パイプライン動作に対応し得るように、カウンタ部４５４の後段（水平信号線９６側）に、水平転送用のラッチ（メモリ）を内蔵したデータ記憶部を備えるようにするとよい。「パイプライン動作」とは、ＡＤ変換部４５０によるＡＤ変換処理と水平走査部９３による水平転送処理を並行して行なう動作を意味する。
通信・タイミング制御部９４から各ＡＤ変換部４５０のカウンタ部４５４には、カウンタ部４５４がカウント処理をダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかや、カウント処理における初期値Ｄini の設定やリセット処理など、その他の制御情報を指示する制御信号が入力される。
ここで、本実施形態の固体撮像装置８５で取り扱うホログラム形成光CHや撮像信号S5は、三次元画像撮像装置２側のＲＧＢの各光変調周波数に対応したもので、画素アレイ部８７における隣接画素へのクロストークが問題となり得る。たとえば、撮像信号S5は、三次元画像撮像装置２側のＲＧＢの各光変調周波数のものが重畳しているため、光変調周波数の高周波信号が垂直信号線８９に流れ、隣接画素へのクロストークが問題となり得る。この対策としては、たとえば、単位画素８６（特にフォトダイオードなどの電荷生成部）を電磁シールド構造（基板横方向）にし、また、垂直信号線８９は、電気的に遮蔽された遮蔽信号線を使用することが好ましい。以下では、遮蔽信号線の形態の垂直信号線８９を特に遮蔽型垂直信号線８９Ｓと記す。
また、撮像信号S5（変調ＲＧＢ画素信号）からＲＧＢの各成分を分離（抽出）するため、カラム処理部９０は、遮蔽型垂直信号線８９Ｓごとに、アンチエイリアス処理部４２２からカウンタ部４５４までが、ＲＧＢのそれぞれに対応するように設けられる。
つまり、本構成では、いわゆるＣＭＯＳカラムＡＤ方式を採用しているが、三次元画像撮像装置２側のＲＧＢ別の光変調周波数に対応するように、ＲＧＢ別の３つのサンプリング周波数（ＣＬＫ）を使用する。垂直方向最終画素部以降での各垂直信号線８９をＲＧＢ信号個別処理のために３系統に分岐させる。そして、３つのＲＧＢ系について、それぞれカラムＡＤ方式を適用する。超高解像度化が実現できるし、カラムＡＤの技術がそのまま使える利点がある。以下具体的に説明する。
カラム処理部９０において、赤色変調信号を処理する系統部分を赤色変調画素信号処理部９０Ｒ，緑色変調信号を処理する系統部分を緑色変調画素信号処理部９０Ｇ，青色変調信号を処理する系統部分を青色変調画素信号処理部９０Ｂと記す。このような構成により、一本の遮蔽型垂直信号線８９Ｓは、赤色変調信号を処理する赤色変調画素信号処理部９０Ｒ，緑色変調信号を処理する緑色変調画素信号処理部９０Ｇ，青色変調信号を処理する青色変調画素信号処理部９０Ｂと接続される。赤色変調画素信号処理部９０Ｒ，緑色変調画素信号処理部９０Ｇ，青色変調画素信号処理部９０Ｂを纏めて、変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂと記す。
先ず、遮蔽型垂直信号線８９Ｓに対してＲＧＢそれぞれに対応するアンチエイリアス処理部４２２が接続され、各アンチエイリアス処理部４２２の後段にＲＧＢそれぞれに対応するサンプルホールド部４３０、比較部４５２、カウンタ部４５４が接続される。
さらに、ＲＧＢのそれぞれに対応するように、参照信号生成部９７は、参照信号SLP を各別に生成する。すなわち、参照信号生成部９７は、通信・タイミング制御部９４から供給されるＲＧＢのそれぞれに対応する各カウントクロックＣＫdac1に基づき、パルス周期やそれらの逓倍より定まる３つの参照信号SLP(R)，参照信号SLP(G)，参照信号SLP(B)を生成する。以下では、参照信号SLP(R)，参照信号SLP(G)，参照信号SLP(B)を纏めて参照信号SLP(R,G,B)と記す。
ＲＧＢそれぞれの比較部４５２の入力端子（たとえば反転入力端−）には、それぞれ対応する垂直列のＲＧＢそれぞれに対応するサンプルホールド部４３０の出力が接続される。そのＲＧＢそれぞれの比較部４５２の入力端子（たとえば非反転入力端＋）は、他の垂直列のＲＧＢそれぞれに対応する（つまり同色用の）比較部４５２の入力端子（非反転入力端＋）と共通に、参照信号生成部９７で生成されるＲＧＢそれぞれに対応する参照信号SLP(R,G,B)が入力される。
カウンタ部４５４のクロック端子ＣＫには、ＲＧＢの区別なく、他のカウンタ部４５４のクロック端子ＣＫと共通に、通信・タイミング制御部９４からカウントクロックＣＫcnt1が入力されている。データ記憶部を設けない場合、カウンタ部４５４の出力が水平信号線９６に接続され、カウンタ部４５４には水平走査部９３から制御線を介して水平転送制御パルスが入力される。カウンタ部４５４は、カウント結果を保持するラッチ機能を有しており、制御線を介しての水平転送制御パルスによる指示があるまでは、カウンタ出力値を保持し、水平転送制御パルスがアクティブとなったときに保持データを水平信号線９６へ出力する。
［作用］
単位画素８６で取得された画素信号が遮蔽型垂直信号線８９Ｓに出力され、カラム処理部９０においてＲＧＢの３系統に分岐され、対応する変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂに供給される。色変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂでは先ず、アンチエイリアス処理部４２２によりそれぞれＲＧＢ波長別に帯域制限され、ＲＧＢ色成分がそれぞれ選択される。
次に、色変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂに配置されたそれぞれのサンプルホールド部４３０でＲＧＢ信号の入力値がＡＤ変換に要する時間だけ短時間保持された後に、そのサンプルホールド信号S430が対応する比較部４５２の入力端（−）に供給される。参照信号生成部９７からの参照信号SLP(R)，参照信号SLP(G)，参照信号SLP(B)が対応する比較部４５２の入力端（＋）に供給される。
比較部４５２は、参照信号生成部９７で生成される参照信号SLP(R,G,B)と、選択行の単位画素８６から遮蔽型垂直信号線８９Ｓ（Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｈ）を経由し得られるアナログの画素信号電圧Ｖｘに基づくサンプルホールド部４３０の出力値を比較する。比較部４５２は、サンプルホールド部４３０の出力値（画素信号と対応するサンプルホールド信号S430）と参照信号SLP(R,G,B)が一致したとき、比較出力Coを反転させる。
この比較出力Coの情報がカウントイネーブル信号ENに対応し、カウンタ部４５４に通知され、カウンタ部４５４のカウント動作期間を制御する。カウンタ部４５４は、カウントイネーブル信号ENで規定されるカウント動作有効期間ＴenをカウントクロックＣＫcnt1でカウントし、カウント結果を保持する。これによって、ＲＧＢ画素信号がデジタルデータに変換される。
このような駆動方法は、１つの画素よりＲＧＢの３つの信号が採取できるため、従来のカラーフィルタを用いた方式よりも画素情報が３倍多く採取でき、しかも高画素化した場合でも画素サイズに対する制約が緩やかになるという利点がある。
［画素信号伝送］
図１６〜図１６Ａは、第１実施形態の電気信号処理系統における画素信号伝送を説明する図である。図１６は、ＲＧＢの１組分について単位画素８６から変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂまでの画素信号伝送を示した図である。図１６Ａは、三次元画像信号処理で取り扱う信号波形の概要図である。
図１６に、ＲＧＢの光変調画像信号を単位画素８６で受光した撮像信号S5（変調ＲＧＢ画素信号）がどのような状態で伝送されるかが模式的に示されている。それぞれ光のＲＧＢ波長成分に応じてωR ，ωG ，ωB （ｆR ，ｆG ，ｆB ）で変調された光変調画像信号が単位画素８６Bkに入射すると、光電変換により発生する電気信号が３つの異なる周波数成分を同時に持つことになる。
周波数重畳の原理から、これら３つの周波数成分を持つ画素信号がフローティングディフュージョンFDを介して遮蔽型垂直信号線８９Ｓに送出される。画素信号は、遮蔽型垂直信号線８９Ｓを介してカラム処理部９０の変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂに供給される。変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂでは、ＲＧＢ別のアンチエイリアス処理部４２２によりそれぞれローパスフィルタ処理が施され、重畳された変調ＲＧＢ信号が各波長領域に帯域制限され、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号として選択される。
Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号は、ＲＧＢ別のサンプルホールド部４３０により、入力された信号がＡＤ変換に必要な短い一定時間保持される。
アンチエイリアス処理部４２２Ｒとサンプルホールド部４３０ＲでＲ信号処理部が形成され、アンチエイリアス処理部４２２Ｇとサンプルホールド部４３０ＧでＧ信号処理部が形成され、アンチエイリアス処理部４２２Ｂとサンプルホールド部４３０ＢでＢ信号処理部が形成される。
サンプルホールド部４３０は、カラムＡＤが適用されるＡＤ変換部４５０（比較部４５２、カウンタ部４５４）に接続される。
ここで、本実施形態では、カラム処理部９０でのＡＤ変換処理時に、参照信号信号比較型のカラムＡＤ変換処理を適用する。この際、光変調側のＲＧＢ別の変調周波数と対応するＲＧＢ別のカウントクロックＣＫdac1に基づいて参照信号SLP を生成する。典型例としては、光変調側のＲＧＢ別の変調周波数とＲＧＢ別のカウントクロックＣＫdac1の周波数を同じにする。同じにしない場合は、ＡＤ変換時のＲＧＢ別のカウントクロックＣＫdac1の周波数を光変調側の変調周波数の整数倍にする。また、好ましくはＲＧＢ別にその両者を同期させる。こうすることで、ＲＧＢの当該信号のみを正しくＡＤ変換し、遅延によるノイズも発生しないようにすることができる。なお、これらのことは、サンプルホールド部４３０に供給するサンプルホールドパルスSHについても同様である。サンプルホールドパルスSHおよびカウントクロックＣＫdac1の何れも、３個の基本クロックで同期処理するのである。
これによって、カラムＡＤ処理の場合、ＲＧＢの各参照信号SLP はそれぞれ相当する基本ＣＬＫでサンプリングされているため、対象とする周波数以外の周波数が必然的に除去される。たとえば、Ｂ色対応の参照信号SLP_RはＢ色に相当するカウントクロックＣＫdac1_Rでサンプリングされているため、ＲやＧの変調周波数成分が入ってきてもＢ信号以外はＡＤ変換されない。画素信号の伝送遅延や歪みによるノイズ信号が発生しない。それほど精度が要求されない場合、高速ＡＤ変換が実現できる。アナログ、デジタル両変調方式が適用できる。システム化した際の電気信号処理が楽になる。
［クロストーク対策］
図１６Ｂは、第１実施形態の電気信号処理系統におけるクロストーク対策を説明する図である。ここでは、遮蔽型垂直信号線８９Ｓについて説明する。
周波数の比較的高い電気信号を処理する場合、遮蔽型信号線を使用するとノイズ面で有利である。平面基板上の遮蔽型信号線形成については、いろいろな構造が考えられる。基本的には、信号線を外部の電磁波から遮蔽する、または、信号線自身が放射する電磁界が他の信号線に影響を及ぼさないように、信号線は絶縁膜を介して別の金属導体で覆う。
たとえば、図１６Ｂ（１）に示す第１例は、断面視した状態の信号線の外周を絶縁体で取り囲み、さらにその外周を遮蔽材で取り囲むことで、外部の電磁波から遮蔽する構造である。
図１６Ｂ（２）に示す第２例は、信号線を断面視した状態で、信号線よりも幅広の遮蔽材（遮蔽線）と信号線を、絶縁体を挟んで対向配置した構造である。
図１６Ｂ（３）に示す第３例は、信号線を断面視した状態で、絶縁体上に信号線を配置し、その両側に一定の距離を隔てて（つまり電気的に接触しないように近接して）遮蔽材（遮蔽線）を配置した構造である。
図１６Ｂ（４）に示す第４例は、信号線を断面視した状態で、絶縁体上に信号線を配置し、その片側に一定の距離を隔てて（つまり電気的に接触しないように近接して）遮蔽材（遮蔽線）を配置した構造である。第３例における片方の遮蔽材（遮蔽線）を取り外したものと言える。
遮蔽効果には違いがあるものの、何れの構造でも遮蔽効果が確認される。この中では、第１例が最も遮蔽効果が高いが、平面基板上に形成するには製造工程がやや複雑になる。第４例のように信号線に隣接して片側のみ遮蔽線を設置する構造でも、ある程度の遮蔽効果がもたらされる。
ここでは代表的な４種類の構造を示したが、その他の構造も種々ある。それらについては説明を省略する。
このような構成では、個々の画素はＲＧＢ変調光信号を同時に受光するため、ＲＧＢ３つの周波数成分を重畳させて同時にカラム処理部９０に側に伝送できる利点がある。また、単位画素８６および垂直信号線８９を電磁遮蔽構造の遮蔽型垂直信号線８９Ｓにしているため、高周波電磁気成分が外部に漏れず、また外部からの影響も受け難い。
＜電気信号処理：第２実施形態＞
図１７は、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４を適用する第２〜第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂ，１Ｃ，１Ｄをベースとする第２実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。
［固体撮像装置の構成］
第２実施形態は、サンプルホールド部４３０とＡＤ変換部４５０の間に、比較部４５２に供給するサンプルホールド信号S430や参照信号SLP を切り替える信号切替部４４０Ｂを備え、ＡＤ変換部４５０はＲＧＢで１つ（共通に）備える点が第１実施形態と異なる。
カラム処理部９０は、遮蔽型垂直信号線８９Ｓごとに、アンチエイリアス処理部４２２からサンプルホールド部４３０までが、ＲＧＢのそれぞれに対応するように設けられる。アンチエイリアス処理部４２２Ｒとサンプルホールド部４３０Ｒで赤色変調画素信号処理部９０Ｒが構成される。アンチエイリアス処理部４２２Ｇとサンプルホールド部４３０Ｇで緑色変調画素信号処理部９０Ｇが構成される。アンチエイリアス処理部４２２Ｂとサンプルホールド部４３０Ｂで青色変調画素信号処理部９０Ｂが構成される。
信号切替部４４０Ｂは、ＲＧＢ別のサンプルホールド信号S430を１系統に変換する３入力−１出力型の切替スイッチ４４２と、ＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)を１系統に変換する３入力−１出力型の切替スイッチ４４４をそれぞれＲＧＢで１つ（共通に）備える。各列の切替スイッチ４４２で第１切替スイッチ部が構成され、各列の切替スイッチ４４４で第２切替スイッチ部が構成される。後述の第３実施形態とは違い、切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４は、遮蔽型垂直信号線８９Ｓごとに設けられている点に特徴がある。
切替スイッチ４４２は、３つの入力端がそれぞれ対応するＲＧＢ別のサンプルホールド部４３０の出力と接続され、出力端がＲＧＢごとに共通の比較部４５２の入力端（−）に接続される。
切替スイッチ４４４は、ＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)がそれぞれ対応する３つの入力端に供給され、出力端がＲＧＢごとに共通の比較部４５２の入力端（＋）に接続される。後述の第３実施形態とは異なり、参照信号生成部９７からのＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)が各列に伝達されるように、ＲＧＢ別の参照信号線４５６が行方向に敷設されている。
時分割駆動をさせるために、垂直列ごと切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４を配置し、それらを連動させて切り替えるようにする。連動させて切り替える際には、様々な組合せ方があり、その組合せ方によって、最終的に得られる画像情報の形態も異なる。この点については後述する。
第１実施形態の場合、一本の遮蔽型垂直信号線８９Ｓを３系統の変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂに分岐し、変調画素信号処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０ＢのそれぞれにＡＤ変換部４５０を配置している。一水平走査期間中に、一行に配列された個々の画素についてＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「並行して取得する構成」である。ＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「並行して取得する構成」とするために、カラム処理部９０に、ＲＧＢ別にそれぞれＡＤ変換部４５０（比較部４５２とカウンタ部４５４）を配置する必要がある。そのため、遮蔽型垂直信号線８９ＳがＮ本ある場合には、比較部４５２とカウンタ部４５４の数は、それぞれ３Ｎ個となり、回路規模が大きくなる。
これに対して、第２実施形態では、信号切替部４４０Ｂを設けて、一水平走査期間内で、ＲＧＢの各サンプルホールド信号S430と参照信号SLP を時分割駆動により三分割してＡＤ変換部４５０に供給する。一水平走査期間中に、一行に配列された個々の画素についてＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「時分割で取得する構成」である。列方向でサンプルホールド部４３０と比較部４５２の間に信号切替部４４０（切替スイッチ４４２、切替スイッチ４４４）を配置し、参照信号SLP をフレームごとに順次切り替えるようにする（詳細は後述する）。
ＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「時分割で取得する構成」をとるため、信号切替部４４０Ｂによる信号系統の切替えを必要とするが、比較部４５２とカウンタ部４５４の数はそれぞれ遮蔽型垂直信号線８９Ｓの数と同じＮ個でよく第１実施形態の１／３になる。信号切替部４４０Ｂの分を加味しても、回路規模は第２実施形態の方が小さくて済む。また、間引き駆動ができるし、時間順次駆動により超高解像度化が実現できる利点もある。
［時分割駆動：第２実施形態］
図１８〜図１８Ｂは、第２実施形態の電気信号処理系統における時分割駆動を説明する図である。ここで、図１８は、信号切替部４４０Ｂのスイッチ切替えを説明する図である。図１８Ａは、信号切替部４４０Ｂのスイッチ切替えの組合せ方の第１例に基づく第１動作例を説明するタイミングチャートである。図１８Ｂは、信号切替部４４０Ｂのスイッチ切替えの組合せ方の第２例に基づく第２動作例を説明するタイミングチャートである。
図１８には、ハイフレームレート時分割駆動の場合の１フレーム分のカラム処理部９０の出力として取り得る３つの状態が示されており、それぞれ選択された一行について切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４の関係が描かれている。
図１８（１）は、最初の第１フレームなど(3n-2)フレームについての第１行目のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_1が参照信号SLP(R)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_2が参照信号SLP(G)を選択し、その出力が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同様に、同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_3（図示せず）が切替スイッチ４４２_3により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_3が参照信号SLP(B)を選択し、その出力が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、順次、３列ごとに最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-2) が切替スイッチ４４２_(3n-2) により赤色変調画素信号Ｒ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-2) が参照信号SLP(R)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-1) が切替スイッチ４４２_(3n-1) により緑色変調画素信号Ｇ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-1) が参照信号SLP(G)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n) が切替スイッチ４４２_(3n) により青色変調画素信号Ｂ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n) が参照信号SLP(B)を選択する。
図１８（２）は、次の第２フレームなど(3n-1)フレームについての第１行目のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_1が参照信号SLP(G)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_2が参照信号SLP(B)を選択し、その出力が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同様に、同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_3（図示せず）が切替スイッチ４４２_3により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_3が参照信号SLP(R)を選択し、その出力が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、順次、３列ごとに最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-2) が切替スイッチ４４２_(3n-2) により緑色変調画素信号Ｇ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-2) が参照信号SLP(G)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-1) が切替スイッチ４４２_(3n-1) により青色変調画素信号Ｂ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-1) が参照信号SLP(B)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n) が切替スイッチ４４２_(3n) により赤色変調画素信号Ｒ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n) が参照信号SLP(R)を選択する。
図１８（３）は、さらに次の第３フレームなど(3n)フレームについての第１行目のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_1が参照信号SLP(B)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_2が参照信号SLP(R)を選択し、その出力が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同様に、同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_3（図示せず）が切替スイッチ４４２_3により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４_3が参照信号SLP(G)を選択し、その出力が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、順次、３列ごとに最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-2) が切替スイッチ４４２_(3n-2) により青色変調画素信号Ｂ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-2) が参照信号SLP(B)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n-1) が切替スイッチ４４２_(3n-1) により赤色変調画素信号Ｒ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n-1) が参照信号SLP(R)を選択する。遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_(3n) が切替スイッチ４４２_(3n) により緑色変調画素信号Ｇ側に接続されるときは切替スイッチ４４４_(3n) が参照信号SLP(G)を選択する。
切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４を使用して、１つの遮蔽型垂直信号線８９Ｓに対して、ＲＧＢ３つに分岐した列方向のカラム処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの内の１つのみが選択される。選択された画素信号と該当する参照信号SLP をともに比較部４５２に入力するようにする。次のフレーム以降で、残りの２つを同様な方法で時間にずらして順次比較部４５２に入力させる。カラム処理部９０側を時分割駆動する考え方である。
図１８Ａ〜図１８Ｂには、図１８に示したスイッチ切替えについて、さらに次行以降まで展開した状態のタイミングチャートが示されている。なお図では、切替スイッチ４４２を「メモリ」と記し、切替スイッチ４４４を「切換えＳＷ」と記す。
垂直走査にしたがって、第１フレームは（ａ）のように第１行目から第Ｍ行目まで順次行選択が行なわれると仮定し（図が冗長になるのを避けるために、行選択の時間経過を縦方向で表している）、行列情報を（行，列）と表示する。何れも、切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４の状態が表されており、黒（■）は選択状態、白（□）は非選択状態をそれぞれ示している。図１８Ａ〜図１８Ｂのような信号選択では１つのフレームの中に必ずＲＧＢ信号が入るようになっている。
［第１動作例］
図１８Ａに示す第１動作例は、３つのフレームを１つの単位とし、各フレームを「（ａ）…Ｒ・Ｇ・Ｂの繰返し」、「（ｂ）…Ｇ・Ｂ・Ｒの繰返し」、「（ｃ）…Ｂ・Ｒ・Ｇの繰返し」の順で時分割駆動する。ここで、同一フレーム内では、行が切り替っても、切替スイッチ４４２および切替スイッチ４４４による切替えの組合せを同じに維持する点が第２動作例と異なる。
つまり、(3n-2)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、全て各列がＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…，Ｒ，Ｇ，Ｂの順で列信号処理される。(3n-1)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、全て各列がＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…，Ｇ，Ｂ，Ｒの順で列信号処理される。(3n)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、全て各列がＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…，Ｂ，Ｒ，Ｇの順で列信号処理される。以下具体的に説明する。
(3n-2)フレームは（ａ）のように、（１，１）の選択状態は、切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で、切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は、切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は、切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ａ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
(3n-1)フレームは（ｂ）のように、（１，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ｂ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
(3n)フレームは（ｃ）のように、（１，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ｃ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以上のように、第１動作例のハイフレームレート時分割駆動の場合は、第１フレーム、第２フレーム、第３フレームの順で、この信号処理の繰返しが撮像装置の特性に合わせて実行されることになる。
このような方式を採ることで、画素単位でＲＧＢが切り替るためハイフレームレート静止画撮影に適する。時分割駆動・ハイフレームレート撮像による高精細画像の作成が可能になる。１フレームで処理する情報量を低減できるようになる。図１５に示した全画素モードに比べ、比較部４５２とカウンタ部４５４の数が減る利点がある。
［第２動作例］
図１８Ｂに示す第２動作例も、３つのフレームを１つの単位とし、各フレームを「（ａ）…Ｒ・Ｇ・Ｂの繰返し」、「（ｂ）…Ｇ・Ｂ・Ｒの繰返し」、「（ｃ）…Ｂ・Ｒ・Ｇの繰返し」の順で時分割駆動する。ここで、各フレームとも、行が切り替るごとに、切替スイッチ４４２，４４４による切替えの組合せを順番にシフトさせる点が第１動作例とは異なる。つまり、(3n-2)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、順番に、図１８の（１），（２），（３），（１），（２），（３），…，（１），（２），（３）の順で列信号処理される。(3n-1)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、順番に、図１８の（２），（３），（１），（２），（３），（１）…，（２），（３），（１）の順で列信号処理される。(3n)フレームは、第１行目から最終の第Ｍ行目まで、順番に、図１８の（３），（１），（２），（３），（１），（２），…，（３），（１），（２）の順で列信号処理される。以下具体的に説明する。
(3n-2)フレームは（ａ）のように、（１，１）の選択状態は、切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で、切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ａ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
(3n-1)フレームは（ｂ）のように、（１，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ｂ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
(3n)フレームは（ｃ）のように、（１，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（１，２）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，３）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）までＢ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（２，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，２）は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（２，３）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）までＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
（３，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（３，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（３，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ｃ）の最終Ｍ行では（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＧ、切替スイッチ４４４もＧで、（Ｍ，２）は切替スイッチ４４２がＢ、切替スイッチ４４４もＢで、（Ｍ，３）は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）までＧ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，…の順で切替スイッチ４４２，４４４の選択が実行される。
以上のように、第２動作例のハイフレームレート時分割駆動の場合は、第１フレーム、第２フレーム、第３フレームの順で、この信号処理の繰返しが撮像装置の特性に合わせて実行される。基本的には第１動作例と同様に、ハイフレームレート静止画撮影に適し、時分割駆動・ハイフレームレート撮像による高精細画像の作成が可能になる。
＜電気信号処理：第３実施形態＞
図１９は、ＸＹアドレス型固体撮像装置８４を適用する第２〜第４実施形態の三次元画像情報取得システム１Ｂ，１Ｃ，１Ｄをベースとする第３実施形態の電気信号処理系統を説明する図である。
［固体撮像装置の構成］
第３実施形態は、サンプルホールド部４３０とＡＤ変換部４５０の間に、比較部４５２に供給するサンプルホールド信号S430や参照信号SLP を切り替える信号切替部４４０Ｃを備え、ＡＤ変換部４５０はＲＧＢで１つ（共通に）備える点が第１実施形態と異なる。
信号切替部４４０Ｃは、ＲＧＢ別のサンプルホールド信号S430を１系統に変換する３入力−１出力型の切替スイッチ４４２と、ＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)を１系統に変換する３入力−１出力型の切替スイッチ４４４をそれぞれＲＧＢで１つ（共通に）備える。前述の第２実施形態とは異なり、遮蔽型垂直信号線８９Ｓごとに切替スイッチ４４２が設けられているが、全列共通に１つの切替スイッチ４４４が設けられている点に特徴がある。
切替スイッチ４４２は、３つの入力端がそれぞれ対応するＲＧＢ別のサンプルホールド部４３０の出力と接続され、出力端がＲＧＢごとに共通の比較部４５２の入力端（−）に接続される。
切替スイッチ４４４は、ＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)がそれぞれ対応する３つの入力端に供給され、出力端が全列の比較部４５２の入力端（＋）に共通に接続される。第２実施形態とは異なり、参照信号生成部９７からのＲＧＢ別の参照信号SLP(R,G,B)が先ず切替スイッチ４４４で選択して１系統としてから各列に伝達されるように、一本の参照信号線４５７が行方向に敷設されている。
第３実施形態は、信号切替部４４０Ｃを設けて、一水平走査期間内でＲＧＢの各サンプルホールド信号S430を時分割駆動で三分割してＡＤ変換部４５０に供給し、一垂直走査期間内でＲＧＢの参照信号SLP を時分割駆動で三分割してＡＤ変換部４５０に供給する。
サンプルホールド信号S430については水平走査期間中での時分割、参照信号SLP については垂直走査期間中での時分割により、一行に配列された個々の画素についてＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「時分割で取得する構成」である。
ＲＧＢ画素情報のデジタルデータを「時分割で取得する構成」をとるために、信号切替部４４０Ｃによる信号系統の切替えを必要とするが、比較部４５２とカウンタ部４５４の数はそれぞれ、遮蔽型垂直信号線８９Ｓの数と同じＮ個でよい。第２実施形態と比べた場合、切替スイッチ４４４が全列に共通の１つであるから、回路規模は第３実施形態の方が小さくて済む。
［時分割駆動：第３実施形態］
図２０〜図２０Ａは、第３実施形態の電気信号処理系統における時分割駆動を説明する図である。ここで、図２０は、信号切替部４４０Ｃにおけるスイッチ切替えを説明する図である。図２０Ａは、信号切替部４４０Ｃのスイッチ切替えに基づく動作例を説明するタイミングチャートである。
第３実施形態の動作例は、第２実施形態の第１・第２動作例と同様に、３つのフレームを１つの単位とする。違いは、切替スイッチ４４４が全列に共通であることから、(3n-2)フレームの各行は常に全画素がＲ、(3n-1)フレームの各行は全画素がＧ、(3n)フレームの各行は全画素がＢとなるように時分割駆動する点である。
図２０には、時分割駆動の場合の各フレーム分のカラム処理部９０の出力として取り得る３つの状態が示されており、それぞれ選択された一行について切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４の関係が描かれている。切替スイッチ４４４は、ＲＧＢ別の参照信号SLP(R，G，B)を、時間的に（具体的には行単位で）順次切り替えて、参照信号線４５７に選択した参照信号SLP が出力されるようになっている。
図２０（１）は、参照信号SLP(R)が選択される行のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(R)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(R)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(R)が出力され、その信号が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同様に、同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により赤色変調画素信号Ｒ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(R)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(R)が出力され、その信号が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(R)を選択するときは、全列の遮蔽型垂直信号線８９Ｓが切替スイッチ４４２により赤色変調画素信号Ｒ側に接続される。
図２０（２）は、参照信号SLP(G)が選択される行のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(G)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(G)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(G)が出力され、その信号が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により緑色変調画素信号Ｇ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(G)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(G)が出力され、その信号が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(G)を選択するときは、全列の遮蔽型垂直信号線８９Ｓが切替スイッチ４４２により緑色変調画素信号Ｇ側に接続される。
図２０（３）は、参照信号SLP(B)が選択される行のスイッチの状態を示している。どのような列信号処理がなされるかを順を追って説明する。
第１列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_1（図示せず）が切替スイッチ４４２_1により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_1の入力端（−）に入力される。同時に、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(B)を選択し、その出力が比較部４５２_1の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第２列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_2の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(B)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(B)が出力され、その信号が比較部４５２_2の入力端（＋）に入力される。
同じ行の第３列目の遮蔽型垂直信号線８９Ｓ_2（図示せず）が切替スイッチ４４２_2により青色変調画素信号Ｂ側に接続され、その出力が比較部４５２_3の入力端（−）に入力される。切替スイッチ４４４は参照信号SLP(B)を選択しているので参照信号線４５７には参照信号SLP(B)が出力され、その信号が比較部４５２_3の入力端（＋）に入力される。
以下同様に、最終のＮ列までの同じようなスイッチ切替えが繰り返される。すなわち、切替スイッチ４４４が参照信号SLP(B)を選択するときは、全列の遮蔽型垂直信号線８９Ｓが切替スイッチ４４２により青色変調画素信号Ｂ側に接続される。
切替スイッチ４４２と切替スイッチ４４４を使用して、１つの遮蔽型垂直信号線８９Ｓに対して、ＲＧＢ３つに分岐した列方向のカラム処理部９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの内の１つのみが選択される。選択された画素信号と該当する参照信号SLP をともに比較部４５２に入力するようにする。次のフレーム以降で、残りの２つを同様な方法で時間にずらして順次比較部４５２に入力させる。第１・第２実施形態と同様に、カラム処理部９０側を時分割駆動する考え方である。ただし、第１・第２実施形態との相違点として、切替スイッチ４４４による参照信号SLP の切替えは行単位でしか対応できない点に考慮する必要がある。たとえば、信号選択では１つのフレームが全画素Ｒ変調信号、全画素Ｇ変調信号、全画素Ｂ変調信号の何れかとなるようにする。
［動作例］
図２０Ａに示す動作例は、第２実施形態の第１・第２動作例と同様に３つのフレームを１つの単位とするが、各フレームを「（ａ）…１行全部Ｒ」、「（ｂ）…１行全部Ｇ」、「（ｃ）…１行全部Ｂ」の順で時分割駆動する点が異なる。何れのフレームも、同一行では、全列で同一色のものを選択するように列信号処理される。なお図では、切替スイッチ４４２を「メモリ」と記し、切替スイッチ４４４を「切換えＳＷ」と記す。
特に、この例では、切替スイッチ４４４は、第１フレームの期間中は（ａ）のように常にＲ、第２フレームは（ｂ）のように常にＧ、第３フレームは（ｃ）のように常にＢに、それぞれ固定する点に特徴がある。第２実施形態の信号切替部４４０Ｂでも、このような動作例にすることが可能であるが、第３実施形態に場合、１つの切替スイッチ４４４でそれが実現できる利点がある。換言すると、第３実施形態の信号切替部４４０Ｃでは、第２実施形態の動作例は実現できない。以下具体的に説明する。
(3n-2)フレームは（ａ）のように、（１，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，２）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（１，３）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（１，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＲで実行される。
（２，１）の選択状態も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，２）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（２，３）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（２，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＲで実行される。
（３，１）の選択状態も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，２）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（３，３）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（３，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＲで実行される。
以下、同様な選択がなされ、（ａ）の最終Ｍ行も（Ｍ，１）の選択状態は切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，２）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲで、（Ｍ，３）も切替スイッチ４４２がＲ、切替スイッチ４４４もＲとなる。以下同様に、最終の（Ｍ，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＲで実行される。
(3n-1)フレームは（ｂ）のように、（１，１）〜（Ｍ，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＧで実行される。また、(3n)フレームは（ｃ）のように、（１，１）〜（Ｍ，Ｎ）まで切替スイッチ４４２，４４４の選択が全てＢで実行される。
以上のように、第３実施形態の動作例のハイフレームレート時分割駆動の場合は、第１フレーム、第２フレーム、第３フレームの順で、この信号処理の繰返しが撮像装置の特性に合わせて実行されることになる。
このような方式を採ることで、１フレームで処理する情報量を低減でき、フレーム単位でＲＧＢが切り替るためハイフレームレート動画撮影に適している。図１５に示した全画素モードに比べ、比較部４５２とカウンタ部４５４の数が減る利点があるし、切替スイッチ４４４は全列に共通でよく、各比較部４５２に対しての参照信号線４５７も１本でよく、第１・第２実施形態よりも構成が簡易になる。
なお、この第３実施形態の動作例で示したのは、フレーム単位でＲＧＢを切り替える例であるが、行単位という制約があるものの、考え方としては、他の切替えの組合せも適用できる。たとえば、行ごとに、一行全部Ｒ→一行全部Ｇ→一行全部Ｂ→一行全部Ｒ→…→一行全部Ｂという組合せが可能である。このとき、 (3n-2)フレームの(3n-2)行は一行全部Ｒとして以下順に切り替え、(3n-1)フレームの(3n-2)行は一行全部Ｇとして以下順に切り替え、(3n)フレームの(3n-2)行は一行全部Ｂとして以下順に切り替える。
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
また、前記の実施形態は、クレーム（請求項）に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
インコヒーレントな物体光をコヒーレントな光と同軸で同方向からインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させてコヒーレントな物体光を生成することで高解像度の色彩ホログラムを撮像する仕組みでは、撮像部がモノクロ用であることは必須ではない。特許文献３のように、カラー用の走査型の撮像部で撮像してもよいし、コヒーレントな物体光と参照光をＲＧＢの各成分に分離してＲＧＢ別の撮像部に入射させてもよい。
撮像部がモノクロ用である仕組みでは、インコヒーレントな物体光をコヒーレントな光と同軸で同方向からインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させてコヒーレントな物体光を生成することは必須ではない。特許文献３のようにインコヒーレントな物体光と参照光で色彩ホログラムを撮像する際に、特許文献３とは異なり撮像部をモノクロ用として、信号処理でＲＧＢ成分ごとの分離を行なう本実施形態の仕組みを適用してよい。
１…三次元画像情報取得システム、１０２…ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子、１０４…位相共役鏡、１０６…光変調素子、１１０…入射光学系、１３０…撮像光学系、１３６…ビームスプリッタ、１４０…超音波光変調素子、１５０…光源部、１５２…物体波光源、１５４…参照波光源、１５６…レーザ光源、１６０…光変調部、１６２…変調信号源部、２…三次元画像撮像装置、３…干渉光学部、３１０…共振処理部、３１２…ノイズ発生部、３１４…確率共振処理部、３２２…アンチエイリアス処理部、３３０…サンプルホールド部、３４０…ＣＤＳ・ＡＧＣ部、３４２…ＣＤＳ・ＰＫＣ部、３５０…ＡＤ変換部、３６０…アンプ・ノイズ除去部、３７０…クランプ部、３８０…カメラ信号処理部、４…変調信号源部、４２２…アンチエイリアス処理部、４３０…サンプルホールド部、４４０…信号切替部、４４２…切替スイッチ、４４４…切替スイッチ、４５０…ＡＤ変換部、４５２…比較部、４５４…カウンタ部、４５６…参照信号線、４５７…参照信号線、４７０…ＤＡ変換部、５…撮像部、６…三次元画像信号処理部、６２…光学レンズ系、６４…光学信号処理部、７０…走査部、７２…垂直走査部、７３…水平走査部、７４…制御信号生成部、７５…信号処理パルス発生部、７６…プログラマブルパルス発生部、７８…撮像制御部、８２…ＣＣＤ固体撮像装置、８４…ＸＹアドレス型固体撮像装置、８５…固体撮像装置、８６…単位画素、８７…画素アレイ部、８８…行制御線、８９…垂直信号線、８９Ｓ…遮蔽型垂直信号線、９…周辺回路部、９０…カラム処理部、９１…駆動制御部、９２…垂直走査部、９３…水平走査部、９４…通信・タイミング制御部、９５…クロック変換部、９６…水平信号線、９７…参照信号生成部、９８…出力部、BJ…物体

Claims (20)

  1. コヒーレントな白色光を発する光源と、
    前記光源からの前記コヒーレントな白色光を二分する分岐部と、
    コヒーレントな物体光を生成するインコヒーレント光−コヒーレント光変換部と、
    物体からの色彩三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と前記分岐部で分岐された一方の分割光を同軸上で同じ方向より前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させる入射光学系と、
    前記分岐部で二分して得られる他方の分割光を参照光とし、前記コヒーレントな物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する光変調部と、
    走査型の撮像部と、
    少なくとも一方が前記光変調部により変調されている前記参照光と前記コヒーレントな物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させることで、前記参照光と前記コヒーレントな物体光の間で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる撮像光学系と、
    を備えた三次元画像撮像装置。
  2. 前記撮像部は、色分離フィルタが形成されていないモノクロ用のものである
    請求項１に記載の三次元画像撮像装置。
  3. 前記光源部は、前記物体光用の白色レーザ光源と前記参照光用の白色レーザ光源を各別に有し、
    前記分岐部は、前記参照光用の白色レーザ光源からの前記コヒーレントな白色光を二分し、
    前記光変調部は、前記物体光用の白色レーザ光源に対して前記色彩波長成分ごとの変調信号を供給し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、位相共役物体光を生成する位相共役鏡とその端面側に設けられている反射鏡を有し、前記物体光用の白色レーザ光源から発せられる変調された白色レーザ光も取り込むことで、縮退４波混合の作用により、前記インコヒーレントな物体光と対応する前記色彩波長成分ごとに変調されたコヒーレントな位相共役物体光を生成し、
    前記撮像光学系は、前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部で生成された前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  4. 位相共役物体光を生成する位相共役鏡を前記色彩波長成分ごとに備え、
    前記光源部は、前記物体光用と前記参照光用に共通の白色レーザ光源を有し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子を前記色彩波長成分ごとに有し、
    前記入射光学系は、前記分岐部で分岐された一方の分割光を前記色彩波長成分ごとに分離して前記インコヒーレントな物体光と同軸上で同じ方向より対応する前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子に入射させ、
    前記光変調部は、それぞれの前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子に対して、対応する色彩波長成分用の変調信号を供給し、
    それぞれの前記位相共役鏡は、前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子から出力される前記色彩波長成分用の変調周波数で変調されたコヒーレントな物体光を取り込んで、コヒーレントな位相共役物体光を生成するものであり、
    前記撮像光学系は、前記位相共役鏡で生成された前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  5. 前記光源部は、前記物体光用と前記参照光用に共通の白色レーザ光源を有し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、位相共役物体光を生成する位相共役鏡を前記色彩波長成分ごとに有し、それぞれの前記位相共役鏡は、対応する前記色彩波長成分の前記インコヒーレントな物体光を取り込んで、コヒーレントな位相共役物体光を生成するものであり、
    前記入射光学系は、前記分岐部で分岐された一方の分割光と前記インコヒーレントな物体光を前記色彩波長成分ごとに分離して同軸上で同じ方向より対応する前記位相共役鏡に入射させ、
    前記光変調部は、光変調素子を前記色彩波長成分ごとに有し、前記分岐部で分岐された他方の分割光を前記色彩波長成分ごとに分離して対応する前記光変調素子に入射させるととともに、それぞれの前記光変調素子に対して対応する色彩波長成分用の変調信号を供給することで前記色彩波長成分ごとに変調された参照光を生成し、
    前記撮像光学系は、前記位相共役鏡で生成された前記色彩波長成分ごとの無変調のコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記色彩波長成分ごとに変調されている参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  6. 前記光源部は、前記物体光用と前記参照光用に共通の白色レーザ光源を有し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、前記インコヒーレントな物体光を取り込んでコヒーレントな物体光を生成するＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と、前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子で生成された前記コヒーレントな物体光を取り込んでコヒーレントな位相共役物体光を生成する位相共役鏡を有し、
    前記光変調部は、前記複数の色彩波長成分の全域に感度を有し前記分岐部も兼ねる音響光学素子を有し、前記光源部から発せられた白色レーザ光を前記音響光学素子に取り込むとともに、それぞれの色彩波長成分用の変調信号を供給することで、他方の分割光として出力される１次回折光を前記色彩波長成分ごとに変調されている参照光とし、
    前記入射光学系は、前記音響光学素子から一方の分割光として出力される０次光と前記インコヒーレントな物体光を同軸上で同じ方向より前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子に入射させ、
    前記撮像光学系は、前記位相共役鏡で生成された無変調のコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記色彩波長成分ごとに変調されている参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  7. 前記光源部は、前記物体光用と前記参照光用に共通の白色レーザ光源を有し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、前記インコヒーレントな物体光を取り込んでコヒーレントな物体光を生成するＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と、前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子で生成された前記コヒーレントな物体光を取り込んでコヒーレントな位相共役物体光を生成する位相共役鏡を有し、
    前記光変調部は、前記複数の色彩波長成分の全域に感度を有し前記分岐部も兼ねる音響光学素子を有し、前記光源部から発せられた白色レーザ光を前記音響光学素子に取り込むとともに、それぞれの色彩波長成分用の変調信号を供給することで、他方の分割光として出力される０次光を無変調の参照光とし、
    前記入射光学系は、前記音響光学素子から一方の分割光として出力される前記色彩波長成分ごとに変調されている１次回折光と前記インコヒーレントな物体光を同軸上で同じ方向より前記ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子に入射させ、
    前記撮像光学系は、前記位相共役鏡で生成された前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を、無変調な前記参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  8. 前記光源部は、前記物体光用と前記参照光用に共通の白色レーザ光源を有し、
    前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部は、前記複数の色彩波長成分の全域に感度を有する音響光学素子を有し、前記インコヒーレントな物体光を取り込んでコヒーレントな位相共役物体光を生成するものであり、
    前記入射光学系は、前記分岐部で分岐された一方の分割光と前記インコヒーレントな物体光を同軸上で同じ方向より前記音響光学素子に入射させ、
    前記光変調部は、前記音響光学素子に対して、対応する色彩波長成分用の変調信号を供給することで、前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を前記音響光学素子から出力させ、
    前記撮像光学系は、前記音響光学素子から出力された前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  9. 前記光変調部は、前記物体光と前記参照光との間においてもそれぞれの前記色彩波長成分の変調の周波数を相互に異なるものとしつつ、前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな位相共役物体光を生成するとともに、前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記参照光を生成し、
    前記撮像光学系は、前記色彩波長成分ごとに変調されているコヒーレントな前記位相共役物体光を、前記色彩波長成分ごとに変調されている前記参照光と、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させる
    請求項１または２に記載の三次元画像撮像装置。
  10. 物体からの色彩三次元情報を有するインコヒーレントな物体光とコヒーレントな白色光を発する光源からの前記コヒーレントな白色光を二分して得られる一方の分割光を同軸上で同じ方向よりインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させることでコヒーレントな物体光を生成し、
    前記光源からのコヒーレントな白色光を二分して得られる他方の分割光を参照光とし、
    前記コヒーレントな物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調し、
    その後、前記参照光と前記コヒーレントな物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、走査型の撮像部に入射させることで、前記参照光と前記コヒーレントな物体光の間で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させ、
    前記干渉縞を前記撮像部で撮像する
    三次元画像撮像方法。
  11. 物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する光変調部と、
    色分離フィルタが形成されていないモノクロ用の走査型の撮像部と、
    少なくとも一方が前記光変調部により変調されている前記参照光と前記物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させることで、前記参照光と前記物体光の間で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる撮像光学系と、
    前記干渉縞を前記撮像部で撮像することで得られる撮像信号に基づき、前記色彩波長成分ごとの干渉縞のそれぞれに対応する色彩ホログラム情報信号を取得する三次元画像信号処理部と、
    を備えた三次元画像情報取得システム。
  12. コヒーレントな白色光を発する光源と、
    前記光源からの前記コヒーレントな白色光を二分する分岐部と、
    コヒーレントな物体光を生成するインコヒーレント光−コヒーレント光変換部と、
    物体からの色彩三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と前記分岐部で分岐された一方の分割光を同軸上で同じ方向より前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させる入射光学系と、
    を備え、
    前記光変調部は、前記分岐部で二分して得られる他方の分割光を参照光とし、前記コヒーレントな物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調し、
    前記撮像光学系は、少なくとも一方が前記光変調部により変調されている前記参照光と前記コヒーレントな物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、前記撮像部に入射させることで、前記参照光と前記コヒーレントな物体光の間で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる
    請求項１１に記載の三次元画像情報取得システム。
  13. 前記光変調部は、それぞれの前記変調の周波数を前記撮像部のフレーム周波数または水平駆動周波数の整数倍に設定する
    請求項１１または１２に記載の三次元画像情報取得システム。
  14. 前記三次元画像信号処理部は、複数の前記色彩波長成分で変調されそれらが重畳されている状態で前記撮像部により取得された変調画素信号に基づき信号処理を行なう色彩変調画素信号処理部を前記複数の色彩波長成分の別に有する
    請求項１１〜１３の内の何れか一項に記載の三次元画像情報取得システム。
  15. 前記複数の色彩波長成分ごとの色彩変調画素信号処理部は、対応する前記色彩波長成分の変調周波数と同一周波数のＡＤ変換クロックに基づいて前記変調画素信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部を有する
    請求項１４に記載の三次元画像情報取得システム。
  16. それぞれの前記色彩変調画素信号処理部は、対応する前記色彩波長成分の変調周波数の整数倍の周波数のＡＤ変換クロックに基づいて前記変調画素信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部を有する
    請求項１４に記載の三次元画像情報取得システム。
  17. それぞれの前記色彩変調画素信号処理部は、対応する前記色彩波長成分の変調信号と同期した前記ＡＤ変換クロックを使用する
    請求項１５または１６に記載の三次元画像情報取得システム。
  18. 前記複数の色彩波長成分ごとの色彩変調画素信号処理部は、前記色彩波長成分の変調周波数と対応する周波数のサンプリングパルスに基づいて前記変調画素信号をサンプルするサンプルホールド部を有し、
    前記ＡＤ変換部は、前記サンプルホールド部でサンプルされた後の信号をデジタルデータに変換する
    請求項１５〜１７の内の何れか一項に記載の三次元画像情報取得システム。
  19. 前記撮像部から画素信号を列並列に読み出すカラム読出しを行なうように制御する駆動制御部を有し、
    前記ＡＤ変換部は、参照信号比較型のカラムＡＤ変換処理を行なうものであり、
    前記三次元画像信号処理部は、前記撮像部と前記三次元画像信号処理部を接続する信号線上の画素信号を前記色彩波長成分の各系統に分ける第１切替スイッチ部と、前記色彩波長成分ごとの参照信号を切り替える第２切替スイッチ部を有する
    請求項１５〜１８の内の何れか一項に記載の三次元画像情報取得システム。
  20. 物体光および参照光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調し、
    その後、前記参照光と前記物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、色分離フィルタが形成されていないモノクロ用の走査型の撮像部に入射させることで、前記参照光と前記物体光の間で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させ、
    前記干渉縞を前記撮像部で撮像することで、前記色彩波長成分ごとの干渉縞のそれぞれに対応する色彩ホログラム情報信号を取得する
    三次元画像情報取得方法。
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