JP2018036561A - Hologram reproduction device and program - Google Patents

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安田　晋
Susumu Yasuda
晋 安田
朋之 伊藤
Tomoyuki Ito
朋之 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hologram reproduction device and program that can obtain a reproduction image having an influence of affected noise regardless of a recording aspect reduced in comparison with a case where a reproduction image is obtained from a recorded hologram image as it is, upon reproducing a three-dimensional structure of the measurement object using a digital holography technique.SOLUTION: A hologram reproduction device is configured to comprise: creation means for creating any two reproduction images of a first reproduction image to be obtained from reproduction light having both true object light and false object light reproduced from a hologram in which the true object light having information on a three-dimensional measurement object and the false object light having no information on the measurement object and different in a phase from the true object light are recorded, a second reproduction image to be obtained from combination light of the reproduction light with a DC component of a phase amplifying the reproduction light by positive interference, and a third reproduction image to be obtained from combination light of the reproduction light with the DC component of a phase attenuating the reproduction light by negative interference; and acquisition means for acquiring a difference image or subtraction image between the created two reproduction images as a fourth reproduction image.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、ホログラム再生装置及びプログラムに関する。   The present invention relates to a hologram reproducing device and a program.

デジタルホログラフィ技術では、計測対象物にレーザ光を照射し、計測対象物の形状や屈折率、吸収率に起因した物体光を生成する。生成した物体光と参照光とをイメージセンサ等の光検出器の検出面で干渉させることにより、これらの干渉縞をホログラム画像として記録する。そして、記録したホログラムをコンピュータ内で再生処理することにより、３次元構造を有する再生像を取得する。   In the digital holography technology, a measurement object is irradiated with laser light, and object light is generated due to the shape, refractive index, and absorption rate of the measurement object. By causing the generated object light and reference light to interfere with each other on the detection surface of a photodetector such as an image sensor, these interference fringes are recorded as a hologram image. Then, the recorded hologram is reproduced in a computer to obtain a reproduced image having a three-dimensional structure.

物体光には、計測対象物の情報を有する成分（真物体光）と、計測対象物の情報を有しない成分（偽物体光）とが含まれる。例えば、透明媒体（ガラス、樹脂、液体、空気など）に含まれる「粒子」を計測対象物とする場合、粒子からの散乱光のみが「真物体光」であり、液体からの透過光や反射光は「偽物体光」である。偽物体光の殆どは、レンズ等で回折されずに光軸辺りを通過する直流成分である。ホログラム再生の際にも、真物体光と偽物体光とが再生される。   The object light includes a component having information on the measurement object (true object light) and a component not having information on the measurement object (fake object light). For example, when “particles” contained in a transparent medium (glass, resin, liquid, air, etc.) are to be measured, only the scattered light from the particles is “true object light”, and transmitted light and reflection from the liquid. The light is “fake object light”. Most of the fake object light is a direct current component that passes around the optical axis without being diffracted by a lens or the like. Also during hologram reproduction, true object light and fake object light are reproduced.

特開２００７−１７９５９５号公報JP 2007-179595 A 特開２００７−３３５０５６号公報JP 2007-335056 A

偽物体光は殆どが直流成分であり、再生される真物体光の背景雑音となりホログラムを劣化させる。このため、再生像における計測対象物のコントラストが低下する。例えば、デジタルホログラフィック顕微鏡のように、計測対象物が微小であると再生される真物体光は弱くなり、偽物体光に埋もれてしまう。   Most of the fake object light has a direct current component, which becomes background noise of the reproduced true object light and degrades the hologram. For this reason, the contrast of the measurement object in the reproduced image is lowered. For example, as in a digital holographic microscope, if the measurement object is very small, the reproduced true object light becomes weak and is buried in the fake object light.

発明者等は、空間光変調器に表示した二次元デジタル画像から生成した信号光から直流成分を除去してホログラムを記録し再生する技術を提案している（特許文献１）。また、二次元デジタル画像を記録したホログラムから２つの画像データを生成し、２つの画像データの差分データを復号して再生像を求める技術を提案している（特許文献２）。しかしながら、いずれの技術も、二次元デジタル画像の記録再生にしか適用されない。   The inventors have proposed a technique for recording and reproducing a hologram by removing a direct current component from signal light generated from a two-dimensional digital image displayed on a spatial light modulator (Patent Document 1). In addition, a technique has been proposed in which two image data are generated from a hologram in which a two-dimensional digital image is recorded, and a reproduced image is obtained by decoding difference data between the two image data (Patent Document 2). However, both techniques are applied only to recording and reproduction of two-dimensional digital images.

本発明の目的は、デジタルホログラフィ技術を用いて計測対象物の３次元構造を再生する場合に、記録されたホログラム画像からそのまま再生像を得る場合に比べて、記録態様に拘らずに付与されてしまう雑音の影響が低減されるホログラム再生装置及びプログラムを提供することにある。   The object of the present invention is given regardless of the recording mode, compared with the case where a reproduced image is directly obtained from a recorded hologram image when the three-dimensional structure of the measurement object is reproduced using the digital holography technology. Another object of the present invention is to provide a hologram reproducing apparatus and a program in which the influence of noise is reduced.

請求項１に記載の発明は、三次元の計測対象物の情報を有する真物体光と前記計測対象物の情報を有さず且つ前記真物体光とは位相の異なる偽物体光とを記録したホログラムから前記真物体光及び前記偽物体光の両方が再生された再生光から得られる第１再生像、前記再生光と当該再生光を正の干渉により増幅する位相の直流成分との合成光から得られる第２再生像、及び前記再生光と当該再生光を負の干渉により減衰させる位相の直流成分との合成光から得られる第３再生像のうち何れか２つを生成する生成手段と、生成された２つの再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する取得手段と、備えたホログラム再生装置である。   The invention described in claim 1 records true object light having information on a three-dimensional measurement object and fake object light having no information on the measurement object and having a phase different from that of the true object light. A first reproduction image obtained from reproduction light in which both the true object light and the fake object light are reproduced from a hologram, and a combined light of the reproduction light and a direct current component of a phase that amplifies the reproduction light by positive interference Generating means for generating any two of the obtained second reproduced image and the third reproduced image obtained from the combined light of the reproduced light and the direct current component of the phase that attenuates the reproduced light due to negative interference; The hologram reproducing apparatus includes an acquisition unit that acquires a difference image or a subtracted image of two generated reproduced images as a fourth reproduced image.

請求項２に記載の発明は、前記再生光を正の干渉により増幅する直流成分の位相は、光進行方向の１つの基準点において前記真物体光と同位相とされる、請求項１に記載のホログラム再生装置である。   According to a second aspect of the present invention, the phase of the direct current component that amplifies the reproduction light by positive interference is the same phase as the true object light at one reference point in the light traveling direction. Hologram reproducing apparatus.

請求項３に記載の発明は、前記再生光を正の干渉により増幅する直流成分の位相は、光進行方向の複数の基準点において前記真物体光と同位相とされる、請求項１に記載のホログラム再生装置である。   According to a third aspect of the present invention, the phase of the direct current component that amplifies the reproduction light by positive interference is the same as that of the true object light at a plurality of reference points in the light traveling direction. Hologram reproducing apparatus.

請求項４に記載の発明は、前記再生光を負の干渉により減衰させる直流成分の位相は、光進行方向の１つの基準点において前記真物体光と逆位相とされる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置である。   According to a fourth aspect of the present invention, the phase of the DC component that attenuates the reproduction light due to negative interference is opposite to the true object light at one reference point in the light traveling direction. 4. The hologram reproducing device according to any one of items up to item 3.

請求項５に記載の発明は、前記再生光を負の干渉により減衰させる直流成分の位相は、光進行方向の複数の基準点において前記真物体光と逆位相とされる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置である。   According to a fifth aspect of the present invention, the phase of the DC component that attenuates the reproduction light due to negative interference is opposite to the true object light at a plurality of reference points in the light traveling direction. 4. The hologram reproducing device according to any one of items up to item 3.

請求項６に記載の発明は、前記生成手段が、前記２つの再生像を計算により生成し、前記取得手段が、前記２つの再生像の差分画像または減算画像を計算により取得する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置である。   According to a sixth aspect of the present invention, the generating unit generates the two reproduced images by calculation, and the acquiring unit acquires a difference image or a subtracted image of the two reproduced images by calculation. A hologram reproducing device according to any one of claims 1 to 5.

請求項７に記載の発明は、前記真物体光が、直流成分が除去された真物体光、または、直流成分が除去されていない真物体光である、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置である。   The invention according to claim 7 is the true object light from which the DC component is removed or the true object light from which the DC component is not removed. The hologram reproducing apparatus according to claim 1.

請求項８に記載の発明は、コンピュータを、計測対象物の情報を有する真物体光と前記計測対象物の情報を有さず且つ前記真物体光とは位相の異なる偽物体光とを記録したホログラムから前記真物体光及び前記偽物体光の両方が再生された再生光から得られる第１の再生像、前記再生光と当該再生光を正の干渉により増幅する位相の直流成分との合成光から得られる第２再生像、及び前記再生光と当該再生光を負の干渉により減衰させる位相の直流成分との合成光から得られる第３再生像のうち何れか２つを生成する生成手段、生成された２つの再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する取得手段、として機能させるプログラムである。   In the invention according to claim 8, the computer records true object light having information on the measurement object and fake object light having no information on the measurement object and having a phase different from that of the true object light. A first reproduced image obtained from reproduced light obtained by reproducing both the true object light and the fake object light from a hologram, and a combined light of the reproduced light and a DC component having a phase that amplifies the reproduced light by positive interference Generating means for generating any two of the second reproduction image obtained from the above and the third reproduction image obtained from the combined light of the reproduction light and the direct current component of the phase that attenuates the reproduction light due to negative interference; This is a program that functions as an acquisition unit that acquires a difference image or a subtraction image between two generated reproduced images as a fourth reproduced image.

請求項１、請求項８に記載の発明によれば、デジタルホログラフィ技術を用いて計測対象物の３次元構造を再生する場合に、記録されたホログラム画像からそのまま再生像を得る場合に比べて、記録態様に拘らずに付与されてしまう雑音の影響が低減される。   According to the inventions of claims 1 and 8, when reproducing the three-dimensional structure of the measurement object using the digital holography technique, compared with the case of obtaining the reproduced image as it is from the recorded hologram image, The influence of noise applied regardless of the recording mode is reduced.

請求項２に記載の発明によれば、複数の基準点で同位相とする場合に比べて、ホログラムを再生処理が簡素化される。   According to the second aspect of the present invention, the hologram reproduction process is simplified as compared with the case where a plurality of reference points have the same phase.

請求項３に記載の発明によれば、単一の基準点で同位相とする場合に比べて、再生像におけるコントラストの偏りが低減される。   According to the third aspect of the present invention, the contrast deviation in the reproduced image is reduced as compared with the case where the single reference point has the same phase.

請求項４に記載の発明によれば、複数の基準点で逆位相とする場合に比べて、ホログラムを再生処理が簡素化される。   According to the fourth aspect of the present invention, the hologram reproduction process is simplified as compared with the case where the phase is reversed at a plurality of reference points.

請求項５に記載の発明によれば、単一の基準点で逆位相とする場合に比べて、再生像におけるコントラストの偏りが低減される。   According to the fifth aspect of the present invention, the contrast deviation in the reproduced image is reduced as compared with the case where the phase is reversed at a single reference point.

請求項６に記載の発明によれば、ホログラムの再生処理が計算により実施される。   According to the sixth aspect of the present invention, the hologram reproduction process is performed by calculation.

請求項７に記載の発明によれば、ホログラムの記録時に直流成分が除去されているか否かに拘らず実施される。   According to the seventh aspect of the invention, it is carried out regardless of whether or not the direct current component is removed during recording of the hologram.

（Ａ）はホログラム再生装置を含むホログラム記録再生システムの構成の一例を示す概略構成図である。（Ｂ）はホログラム再生装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。(A) is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the hologram recording / reproducing system containing a hologram reproducing apparatus. (B) is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the hologram reproducing apparatus. 真物体光と偽物体光との位相差を説明する図である。It is a figure explaining the phase difference of true object light and fake object light. （Ａ）は真物体光と偽物体光とがホログラムとして記録される様子を示す模式図である。（Ｂ）は第１再生像の強度分布を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows a mode that true object light and fake object light are recorded as a hologram. (B) is a schematic diagram showing the intensity distribution of the first reproduced image. 第２再生像（ポジ画像）が生成される様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a 2nd reproduction image (positive image) is produced | generated. （Ａ）は真物体光に同位相の直流成分が付与される様子を示すフェーズ図であり、（Ｂ）は偽物体光に真物体光と同位相の直流成分が付与される様子を示すフェーズ図である。(A) is a phase diagram showing a state in which a DC component having the same phase as that of true object light is applied to the true object light, and (B) is a phase showing a state in which a DC component having the same phase as that of the true object light is applied to false object light. FIG. 第３再生像（ネガ画像）が生成される様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a 3rd reproduction image (negative image) is produced | generated. 第４再生像（差分画像）が取得される様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that a 4th reproduction image (difference image) is acquired. 「ホログラム再生処理」の手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of a "hologram reproduction process." 「第２再生像生成処理」の手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the procedure of a "2nd reproduction image generation process." 「第３再生像生成処理」の手順の一例を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an example of a procedure of “third reproduction image generation processing”. （Ａ）は直流成分が除去された真物体光がホログラムとして記録される様子を示す模式図である。（Ｂ）は第１再生像の強度分布を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows a mode that the true object light from which the direct-current component was removed is recorded as a hologram. (B) is a schematic diagram showing the intensity distribution of the first reproduced image. （Ａ）は第２再生像（ポジ画像）が生成される様子を示す模式図である。（Ｂ）は第３再生像（ネガ画像）が生成される様子を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows a mode that a 2nd reproduction image (positive image) is produced | generated. (B) is a schematic diagram showing how a third reproduced image (negative image) is generated. ホログラムを記録する光学系の構成の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a structure of the optical system which records a hologram. ホログラムを記録する光学系の構成の他の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of a structure of the optical system which records a hologram.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜第１の実施の形態＞
（ホログラム再生装置）
まず、本発明の実施の形態に係るホログラム再生装置について説明する。
図１（Ａ）はホログラム再生装置を含むホログラム記録再生システムの構成の一例を示す概略構成図である。図１（Ｂ）はホログラム再生装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。 <First Embodiment>
(Hologram playback device)
First, a hologram reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing an example of a configuration of a hologram recording / reproducing system including a hologram reproducing device. FIG. 1B is a block diagram showing an example of the electrical configuration of the hologram reproducing device.

図１（Ａ）に示すように、ホログラム記録再生システムは、ホログラムの再生処理を実行するホログラム再生装置１０と、ホログラムを記録する光検出器１２とを備えている。本実施の形態では、ホログラム再生装置１０は、計算によりホログラムの再生処理を実行するコンピュータを備えている。ホログラム再生装置１０の電気的構成については後述する。一方、光検出器１２は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像装置である。   As shown in FIG. 1A, the hologram recording / reproducing system includes a hologram reproducing device 10 that performs hologram reproducing processing and a photodetector 12 that records the hologram. In the present embodiment, the hologram reproduction apparatus 10 includes a computer that executes hologram reproduction processing by calculation. The electrical configuration of the hologram reproducing device 10 will be described later. On the other hand, the photodetector 12 is an imaging device such as a CCD or CMOS.

本実施の形態では、サンプルＳは、ガラス、樹脂、液体、空気などの透明媒体で構成されている。また、本実施の形態では、サンプルＳには、三次元形状を有する計測対象物Ｏ１や計測対象物Ｏ２等が含まれている。例えば、サンプルＳとしては、計測対象物として粒子を含む粒子分散液、計測対象物として細胞を載せた透明基板、計測対象物として光学素子を載せた反射基板等が挙げられる。 In the present embodiment, the sample S is composed of a transparent medium such as glass, resin, liquid, and air. In the present embodiment, the sample S includes the measurement object O 1 and the measurement object O 2 having a three-dimensional shape. Examples of the sample S include a particle dispersion containing particles as a measurement target, a transparent substrate on which cells are mounted as a measurement target, and a reflective substrate on which an optical element is mounted as a measurement target.

サンプルＳにレーザ光等の平面波を記録光として照射すると、計測対象物Ｏ１や計測対象物Ｏ２からの散乱光と、サンプルＳを透過した透過光とが生成する。計測対象物Ｏ１や計測対象物Ｏ２からの散乱光は、計測対象物の情報を有する「真物体光」である。サンプルＳを透過した透過光は、計測対象物の情報を有しない「偽物体光」である。サンプルＳから生成した物体光と参照光とを、光検出器１２の検出面１２Ａで干渉させる。光検出器１２は、物体光と参照光との干渉縞（ホログラム）を撮像して、撮像情報をホログラム再生装置１０に出力する。 When the sample S is irradiated with a plane wave such as a laser beam as recording light, scattered light from the measurement object O 1 and the measurement object O 2 and transmitted light transmitted through the sample S are generated. The scattered light from the measurement object O 1 and the measurement object O 2 is “true object light” having information on the measurement object. The transmitted light that has passed through the sample S is “fake object light” that has no information about the measurement object. The object light generated from the sample S and the reference light are caused to interfere with each other on the detection surface 12A of the photodetector 12. The photodetector 12 images an interference fringe (hologram) between the object light and the reference light, and outputs the imaging information to the hologram reproducing device 10.

ホログラム再生装置１０は、図１（Ｂ）に示すように、制御部２０、表示部２２、操作部２４、通信部２６、及び記憶部２８を備えている。制御部２０は、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されている。   As shown in FIG. 1B, the hologram reproduction apparatus 10 includes a control unit 20, a display unit 22, an operation unit 24, a communication unit 26, and a storage unit 28. The control unit 20 is configured as a computer that controls the entire apparatus and performs various calculations.

即ち、制御部２０は、ＣＰＵ２０Ａ、各種プログラムを記憶したＲＯＭ２０Ｂ、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるＲＡＭ２０Ｃ、各種情報を記憶する不揮発性のメモリ２０Ｄ、及び入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）２０Ｅを備えている。ＣＰＵ２０Ａ、ＲＯＭ２０Ｂ、ＲＡＭ２０Ｃ、メモリ２０Ｄ、及びＩ／Ｏ２０Ｅの各々は、バス２０Ｆを介して互いに接続されている。   That is, the control unit 20 includes a CPU 20A, a ROM 20B that stores various programs, a RAM 20C that is used as a work area when executing the programs, a non-volatile memory 20D that stores various information, and an input / output interface (I / O) 20E. I have. Each of the CPU 20A, ROM 20B, RAM 20C, memory 20D, and I / O 20E is connected to each other via a bus 20F.

本実施の形態では、後述する「ホログラム再生処理」の制御プログラムが、ＲＯＭ２０Ｂに予め記憶されている。予め記憶された制御プログラムは、ＣＰＵ２０ＡによりＲＯＭ２０Ｂから読み出されて、ＲＡＭ２０Ｃをワークエリアとして実行される。即ち、制御部２０が、２つの再生像を生成する生成手段、及び生成された２つの再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する取得手段の一例である（図８参照）。   In the present embodiment, a “hologram reproduction process” control program to be described later is stored in the ROM 20B in advance. The control program stored in advance is read from the ROM 20B by the CPU 20A and executed using the RAM 20C as a work area. That is, the control unit 20 is an example of a generating unit that generates two reproduced images and an acquiring unit that acquires a difference image or a subtracted image of the generated two reproduced images as a fourth reproduced image (see FIG. 8). .

表示部２２、操作部２４、通信部２６、及び記憶部２８の各部は、制御部２０のＩ／Ｏ２０Ｅに接続されている。制御部２０は、各部と情報の授受を行って、表示部２２、操作部２４、通信部２６、及び記憶部２８の各部を制御する。また、光検出器１２も制御部２０のＩ／Ｏ２０Ｅに接続されている。制御部２０は、光検出器１２から撮像情報を取得する。これにより、光検出器１２により撮像されたホログラムが記録される。   Each unit of the display unit 22, the operation unit 24, the communication unit 26, and the storage unit 28 is connected to the I / O 20 </ b> E of the control unit 20. The control unit 20 exchanges information with each unit, and controls each unit of the display unit 22, the operation unit 24, the communication unit 26, and the storage unit 28. The photodetector 12 is also connected to the I / O 20E of the control unit 20. The control unit 20 acquires imaging information from the photodetector 12. Thereby, the hologram imaged by the photodetector 12 is recorded.

表示部２２は、ディスプレイ等の表示装置を備え、ユーザに各種情報を表示する。操作部２４は、マウス、キーボード等の入力装置を備え、ユーザからの操作を受け付ける。通信部２６は、有線又は無線の通信回線を介して外部装置と通信を行うためのインターフェイスである。記憶部２８は、ＨＤＤ等の記憶装置を備え、各種情報を記憶する。   The display unit 22 includes a display device such as a display, and displays various types of information to the user. The operation unit 24 includes an input device such as a mouse and a keyboard, and accepts an operation from a user. The communication unit 26 is an interface for communicating with an external device via a wired or wireless communication line. The storage unit 28 includes a storage device such as an HDD, and stores various types of information.

また、制御部２０には、各種ドライブが接続されていてもよい。各種ドライブは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な可搬性の記録媒体からデータを読み込んだり、記録媒体に対してデータを書き込んだりする装置である。各種ドライブを備える場合には、可搬性の記録媒体に制御プログラムを記録しておいて、これを対応するドライブで読み込んで実行してもよい。   Various drives may be connected to the control unit 20. Each type of drive is a device that reads data from a computer-readable portable recording medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, or a CD-ROM, and writes data to the recording medium. When various types of drives are provided, a control program may be recorded on a portable recording medium, and this may be read and executed by a corresponding drive.

（真物体光と偽物体光との位相差）
次に、真物体光と偽物体光との位相差について説明する。
図２は真物体光と偽物体光との位相差を説明する図である。サンプルに記録光（平面波）を照射すると、計測対象物Ｏ１や計測対象物Ｏ２からの散乱光（真物体光）と、サンプルを透過した透過光（偽物体光）とが生成する。ここでは、平面波の光進行方向をＺ軸方向、Ｚ軸と直交する平面波の波面方向をＸ軸方向、Ｚ軸と直交する平面波の振幅方向をＹ軸方向とする。また、平面波及び透過光（偽物体光）は実線で図示し、散乱光（真物体光）は点線で図示する、 (Phase difference between true object light and fake object light)
Next, the phase difference between true object light and fake object light will be described.
FIG. 2 is a diagram illustrating the phase difference between the true object light and the false object light. When the sample is irradiated with recording light (plane wave), scattered light (true object light) from the measurement object O 1 and the measurement object O 2 and transmitted light (fake object light) transmitted through the sample are generated. Here, the light traveling direction of the plane wave is the Z-axis direction, the wavefront direction of the plane wave orthogonal to the Z-axis is the X-axis direction, and the amplitude direction of the plane wave orthogonal to the Z-axis is the Y-axis direction. In addition, plane waves and transmitted light (pseudo object light) are illustrated by solid lines, and scattered light (true object light) is illustrated by dotted lines.

散乱光（真物体光）のＺ軸方向の位相は、透過光（偽物体光）のＺ軸方向の位相に対して位相差δだけずれる。例えば、位相差δは（π／２）である。「真物体光」と共に真物体光とは異なる位相の「偽物体光」が記録されると、「真物体光」と共に真物体光とは異なる位相の「偽物体光」が再生される。以下、本実施の形態では、散乱光（真物体光）のＺ軸方向の位相が、透過光（偽物体光）のＺ軸方向の位相に対して（π／２）だけずれる場合について説明する。   The phase of scattered light (true object light) in the Z-axis direction is shifted by a phase difference δ from the phase of transmitted light (false object light) in the Z-axis direction. For example, the phase difference δ is (π / 2). When “false object light” having a phase different from that of the true object light is recorded together with “true object light”, “false object light” having a phase different from that of the true object light is reproduced together with “true object light”. Hereinafter, in the present embodiment, a case will be described in which the phase of the scattered light (true object light) in the Z-axis direction is shifted by (π / 2) with respect to the phase of the transmitted light (fake object light) in the Z-axis direction. .

（ホログラムの記録と第１再生像の生成）
次に、ホログラムの記録と第１再生像の生成について簡単に説明する。
図３（Ａ）は真物体光と偽物体光とがホログラムとして記録される様子を示す模式図である。図３（Ｂ）は第１再生像の強度分布を示す模式図である。図３（Ａ）に示すように、物体光のＸ軸方向での強度分布は、真物体光が偽物体光に埋もれて、計測対象物のコントラストが低い。真物体光と偽物体光とは振幅が異なるので、これらを振幅分布に分解する。真物体光を点線で図示し、偽物体光を実線で図示する。 (Recording of hologram and generation of first reproduced image)
Next, the recording of the hologram and the generation of the first reproduced image will be briefly described.
FIG. 3A is a schematic diagram showing a state in which true object light and fake object light are recorded as holograms. FIG. 3B is a schematic diagram showing the intensity distribution of the first reproduced image. As shown in FIG. 3A, in the intensity distribution of the object light in the X-axis direction, the true object light is buried in the fake object light, and the contrast of the measurement object is low. Since true object light and false object light have different amplitudes, they are decomposed into amplitude distributions. True object light is illustrated by a dotted line, and false object light is illustrated by a solid line.

本実施の形態では、真物体光は、振幅Ｂで振動する振動成分（主成分であるＡＣ成分）と、振幅Ｄの直流成分（ＤＣ成分）とを有する。偽物体光は、振幅Ｃの直流成分（ＤＣ成分）を有する。ホログラムを記録したときの記録光（平面波）の振幅を「Ａ」とすると、各成分の振幅の大小関係は、「Ａ≧Ｃ＞Ｂ＞Ｄ」で表される。   In the present embodiment, the true object light has a vibration component that vibrates with an amplitude B (an AC component that is a main component) and a DC component that has an amplitude D (a DC component). The fake object light has a direct current component (DC component) having an amplitude C. When the amplitude of the recording light (plane wave) when the hologram is recorded is “A”, the magnitude relationship of the amplitude of each component is represented by “A ≧ C> B> D”.

図３（Ｂ）に示すように、真物体光と偽物体光とをホログラムとして記録した場合、このホログラムを再生すると、記録された真物体光と偽物体光とがそのまま再生される。このときの再生像を「第１再生像」という。第１再生像のＸ軸方向での強度分布は、図３（Ａ）に示す物体光のＸ軸方向での強度分布と同じであり、真物体光が偽物体光に埋もれて、計測対象物のコントラストが低い。なお、ホログラムから再生される真物体光と偽物体光の振幅は、記録の際の振幅とは異なるが、以下の説明では簡便のために同じ文字を用いて振幅を表現する。   As shown in FIG. 3B, when true object light and fake object light are recorded as holograms, when this hologram is reproduced, the recorded true object light and fake object light are reproduced as they are. The reproduced image at this time is referred to as a “first reproduced image”. The intensity distribution in the X-axis direction of the first reproduced image is the same as the intensity distribution in the X-axis direction of the object light shown in FIG. 3 (A), and the true object light is buried in the fake object light. The contrast is low. Note that the amplitudes of the true object light and the false object light reproduced from the hologram are different from the amplitude at the time of recording, but in the following description, the amplitude is expressed using the same character for the sake of simplicity.

（第２再生像（ポジ画像）の生成）
次に、第２再生像（ポジ画像）の生成について簡単に説明する。
図４は第２再生像（ポジ画像）が生成される様子を示す模式図である。図４に示すように、本実施の形態では、再生光と真物体光と同位相の直流成分とを合成し、この合成波から第２再生像を生成する。 (Generation of second reproduced image (positive image))
Next, the generation of the second reproduced image (positive image) will be briefly described.
FIG. 4 is a schematic diagram showing how a second reproduced image (positive image) is generated. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the reproduction light and the true object light are combined with a DC component having the same phase, and a second reproduction image is generated from the combined wave.

再生光に同位相の直流成分を合成することにより、真物体光の主成分である振動成分が、同位相の直流成分による正の干渉により増幅される。これにより、第１再生像よりも計測対象物のコントラストが高い第２再生像が生成される。第２再生像は第１再生像と同じ明暗を有するポジティブ画像（以下、「ポジ画像」という。）である。なお、真物体光に含まれる直流成分も増幅されるが、真物体光に対する直流成分の割合は少ない。また、偽物体光は、真物体光とは位相が（π／２）ずれているので、真物体光ほど増幅されない。   By synthesizing the in-phase DC component with the reproduction light, the vibration component, which is the main component of the true object light, is amplified by positive interference due to the in-phase DC component. Thereby, the 2nd reproduction image whose contrast of a measurement object is higher than the 1st reproduction image is generated. The second reproduced image is a positive image (hereinafter referred to as “positive image”) having the same brightness and darkness as the first reproduced image. Note that the DC component contained in the true object light is also amplified, but the ratio of the DC component to the true object light is small. Further, the false object light is not amplified as much as the true object light because the phase is shifted by (π / 2) from the true object light.

ここで、真物体光率が偽物体光よりも増幅される理由について説明する。
図５（Ａ）は真物体光に同位相の直流成分が付与される様子を示すフェーズ図であり、図５（Ｂ）は偽物体光に真物体光と同位相の直流成分が付与される様子を示すフェーズ図である。真物体光、偽物体光、付与する直流成分、合成波の各々は、電気ベクトルＥとして下記式（１）で表される。 Here, the reason why the true object light rate is amplified more than the false object light will be described.
FIG. 5A is a phase diagram showing a state in which a DC component having the same phase is imparted to the true object light, and FIG. 5B is a diagram in which a DC component having the same phase as the true object light is imparted to the pseudo object light. It is a phase diagram which shows a mode. Each of the true object light, the fake object light, the direct current component to be applied, and the combined wave is expressed as an electric vector E by the following formula (1).

上記式（１）において、Ｅ０は振幅（ベクトル）を表し、ｉは虚数単位、θは位相角を表す。また、複素関数で表された場合、前段を実部Ｒｅ、後段を虚部Ｉｍという。フェーズ図では、縦軸が虚部Ｉｍを表し、横軸が実部Ｒｅを表す。 In the above formula (1), E 0 represents an amplitude (vector), i represents an imaginary unit, and θ represents a phase angle. In the case of a complex function, the former part is called real part Re and the latter part is called imaginary part Im. In the phase diagram, the vertical axis represents the imaginary part Im, and the horizontal axis represents the real part Re.

ここで、ホログラムの記録に用いた記録光（物体光用の記録光）の振幅を「Ａ」とする。偽物体光の振幅Ｃは、振幅Ａ以下であるが、振幅Ａと略等しい。真物体光の振幅Ｂは、偽物体光の振幅Ｃより小さい。また、付与する直流成分の振幅を「ａ」とする。   Here, the amplitude of the recording light (recording light for object light) used for recording the hologram is “A”. The amplitude C of the fake object light is equal to or less than the amplitude A, but is approximately equal to the amplitude A. The amplitude B of the true object light is smaller than the amplitude C of the false object light. Further, the amplitude of the DC component to be applied is “a”.

図５（Ａ）に点線で示すように、真物体光は、実部である振幅Ｂのベクトルであり、付与される同位相の直流成分は、実部である振幅ａのベクトルである。従って、これらの合成波（増幅後の真物体光）は、実線で示すように、実部である振幅（Ｂ＋ａ）のベクトルである。   As indicated by a dotted line in FIG. 5A, the true object light is a vector of amplitude B that is a real part, and the applied in-phase DC component is a vector of amplitude a that is a real part. Therefore, these combined waves (amplified true object light) are vectors of the amplitude (B + a) which is the real part, as shown by the solid line.

一方、偽物体光は、真物体光に対して位相が（π／２）ずれている。図５（Ｂ）に点線で示すように、偽物体光は、虚部である振幅Ｃのベクトルであり、付与される同位相の直流成分は、実部である振幅ａのベクトルである。従って、これらの合成波（増幅後の偽物体光）は、実線で示すように、虚部と実部とを有する振幅（Ｃ２＋ａ２）1/2のベクトルである。 On the other hand, the phase of the false object light is shifted by (π / 2) with respect to the true object light. As indicated by a dotted line in FIG. 5B, the false object light is a vector of amplitude C that is an imaginary part, and the applied in-phase DC component is a vector of amplitude a that is a real part. Therefore, these combined waves (amplified pseudo object light) are vectors of amplitude (C 2 + a 2 ) 1/2 having an imaginary part and a real part, as indicated by a solid line.

上記の通り、偽物体光は真物体光とは位相がずれているので、偽物体光に真物体光と同位相の直流成分を付与しても、真物体光ほど正の干渉により増幅されない。   As described above, since the false object light is out of phase with the true object light, even if a DC component having the same phase as the true object light is added to the false object light, the false object light is not amplified by positive interference as the true object light.

（第３再生像（ネガ画像）の生成）
次に、第３再生像（ネガ画像）の生成について簡単に説明する。
図６は第３再生像（ネガ画像）が生成される様子を示す模式図である。図６に示すように、本実施の形態では、再生光と当該真物体光と逆位相の直流成分とを合成し、この合成波から第３再生像を生成する。 (Generation of third reconstructed image (negative image))
Next, the generation of the third reproduced image (negative image) will be briefly described.
FIG. 6 is a schematic diagram showing how a third reproduced image (negative image) is generated. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the reproduction light and the true object light are combined with a DC component having an opposite phase, and a third reproduction image is generated from the combined wave.

再生光に逆位相の直流成分を合成することにより、真物体光の主成分である振動成分が、逆位相の直流成分による負の干渉により減衰される。また、偽物体光は、真物体光とは位相が（π／２）ずれているので、真物体光ほど減衰されない。なお、真物体光に含まれる直流成分も減衰されるが、真物体光に対する直流成分の割合は少ない。   By synthesizing the reverse-phase DC component with the reproduction light, the vibration component, which is the main component of the true object light, is attenuated by negative interference due to the reverse-phase DC component. Further, the false object light is not attenuated as much as the true object light because the phase is shifted by (π / 2) from the true object light. The direct current component included in the true object light is also attenuated, but the ratio of the direct current component to the true object light is small.

真物体光の主成分である振動成分の振幅の大きい明部は、負の干渉により振幅が小さくなる。一方、真物体光の主成分である振動成分の振幅の小さい暗部には、直流成分が加わることになり振幅が大きくなる。これにより、第１再生像とは明暗が反転した第３再生像が生成される。即ち、第３再生像は第１再生像とは明暗が反転したネガティブ画像（以下、「ネガ画像」という。）である。   The bright portion where the amplitude of the vibration component, which is the main component of the true object light, is large, has a small amplitude due to negative interference. On the other hand, a direct current component is added to the dark portion where the amplitude of the vibration component, which is the main component of the true object light, is small, and the amplitude increases. As a result, a third reconstructed image in which the brightness is inverted from that of the first reconstructed image is generated. That is, the third reconstructed image is a negative image (hereinafter referred to as “negative image”) whose brightness is reversed from that of the first reconstructed image.

（付与する直流成分の位相）
次に「付与する直流成分の位相」の決定方法について説明する。ここでは、再生光に真物体光と同位相の直流成分を付与する場合を例にして決定方法を説明する。まず、図２を参照して、光学的に「均一なサンプル」と「不均一なサンプル」の取り扱いの違いについて説明する。均一なサンプルの場合、計測対象物Ｏ１のＺ軸方向の座標をｚ１、計測対象物Ｏ２のＺ軸方向の座標をｚ２、座標ｚ０（＝０）での平面波の位相をα、平面波との位相差を（π／２）とすると、２つの計測対象物から生じる散乱光の位相は下記式（Ａ）、下記式（Ｂ）で表される。ｋは平面波の波数であり、定数として与えられる。 (Phase of the applied DC component)
Next, a method for determining the “phase of the applied DC component” will be described. Here, the determination method will be described by taking as an example a case where a direct current component having the same phase as that of the true object light is added to the reproduction light. First, with reference to FIG. 2, the difference in the handling of optically “uniform samples” and “nonuniform samples” will be described. In the case of a uniform sample, the coordinate of the measurement object O 1 in the Z-axis direction is z 1 , the coordinate of the measurement object O 2 in the Z-axis direction is z 2 , and the phase of the plane wave at the coordinate z 0 (= 0) is α. When the phase difference from the plane wave is (π / 2), the phases of the scattered light generated from the two measurement objects are expressed by the following expressions (A) and (B). k is the wave number of a plane wave and is given as a constant.

計測対象物Ｏ１からの散乱光の位相＝ｋｚ１＋α−（π／２） 式（Ａ）
計測対象物Ｏ２からの散乱光の位相＝ｋｚ２＋α−（π／２） 式（Ｂ） Phase of scattered light from measurement object O 1 = kz 1 + α− (π / 2) Formula (A)
Phase of scattered light from measurement object O 2 = kz 2 + α− (π / 2) Formula (B)

計測対象物Ｏ１からの散乱光と計測対象物Ｏ２からの散乱光との位相差Δは、ｋ（ｚ２−ｚ１）で表される。即ち、均一なサンプルでは、同じ平面波から生じた複数の散乱光の位相差Δは、存在する座標間の距離（ｚ２−ｚ１）のみに依存する。従って、座標ｚ０での位相αが決まれば、任意の座標ｚにある散乱光の位相は、下記式（Ｃ）で表されるように、座標ｚのみの関数となる。 The phase difference Δ between the scattered light from the measurement object O 1 and the scattered light from the measurement object O 2 is represented by k (z 2 −z 1 ). That is, in a uniform sample, the phase difference Δ of a plurality of scattered lights generated from the same plane wave depends only on the distance (z 2 −z 1 ) between the existing coordinates. Therefore, if the phase α at the coordinate z 0 is determined, the phase of the scattered light at the arbitrary coordinate z is a function of only the coordinate z as represented by the following formula (C).

任意の座標ｚにある散乱光の位相＝ｋ（ｚ−ｚ０）＋α−（π／２） 式（Ｃ） Phase of scattered light at an arbitrary coordinate z = k (z−z 0 ) + α− (π / 2) Formula (C)

よって、座標ｚ０（単一の基準点）において、真物体光の位相と付与する直流成分の位相とを一致させれば、任意の座標ｚ（サンプル内のいずれの位置）においても、真物体光と付与する直流成分とが同位相になる。この場合は、複数の基準点で同位相とする場合に比べて、ホログラムの再生処理が簡素化される。 Therefore, if the phase of the true object light coincides with the phase of the DC component to be applied at the coordinate z 0 (single reference point), the true object can be obtained at any coordinate z (any position in the sample). The light and the applied DC component are in phase. In this case, the hologram reproduction process is simplified as compared with the case where a plurality of reference points have the same phase.

一方、不均一なサンプルの場合は、光は均一には伝播されないので、同じ平面波から生じた複数の散乱光の位相差Δは、存在する座標間の距離（ｚ２−ｚ１）以外の因子にも依存することになる。 On the other hand, in the case of a non-uniform sample, since light is not propagated uniformly, the phase difference Δ of a plurality of scattered light generated from the same plane wave is a factor other than the distance (z 2 −z 1 ) between existing coordinates. Will also depend on.

例えば、計測対象物Ｏ１と計測対象物Ｏ２とを包含する物体（屈折率ｎ１）のｚ１からｚ２までの間に長さΔｚの異種物体（屈折率ｎ２）がある場合を考えると、２つの計測対象物から生じる散乱光の位相は下記式（Ｄ）、下記式（Ｅ）で表される。 For example, there is a case where there is a dissimilar object (refractive index n 2 ) having a length Δz between z 1 and z 2 of an object (refractive index n 1 ) including the measurement target object O 1 and the measurement target object O 2. Considering, the phase of the scattered light generated from the two measurement objects is expressed by the following formula (D) and the following formula (E).

計測対象物Ｏ１からの散乱光の位相＝ｋｎ１ｚ１＋α−（π／２） 式（Ｄ）
計測対象物Ｏ２からの散乱光の位相
＝ｋｎ２ｚ２＋ｋ（ｎ２−ｎ１）Δｚ＋α−（π／２） 式（Ｅ） Phase of scattered light from measurement object O 1 = kn 1 z 1 + α− (π / 2) Formula (D)
Phase of scattered light from measurement object O 2
= Kn 2 z 2 + k ( n 2 -n 1) Δz + α- (π / 2) Equation (E)

計測対象物Ｏ１からの散乱光と計測対象物Ｏ２からの散乱光との位相差Δは、ｋｎ１（ｚ１−Δｚ）−ｋｎ２（ｚ２＋Δｚ）となる。即ち、不均一なサンプルでは、同じ平面波から生じた複数の散乱光の位相差Δは、サンプルの局所的な屈折率ｎ１、ｎ２等、存在する座標間の距離（ｚ２−ｚ１）以外の因子に依存する。この場合は、任意の座標ｚにある散乱光の位相は、座標ｚのみの関数とはならない。 The phase difference Δ between the scattered light from the measurement object O 1 and the scattered light from the measurement object O 2 is kn 1 (z 1 −Δz) −kn 2 (z 2 + Δz). That is, in a non-uniform sample, the phase difference Δ of a plurality of scattered light generated from the same plane wave is a distance (z 2 −z 1 ) between existing coordinates such as the local refractive indexes n 1 and n 2 of the sample. Depends on other factors. In this case, the phase of the scattered light at an arbitrary coordinate z is not a function of only the coordinate z.

よって、複数座標ｚ０、ｚ１、ｚ２、ｚ３・・・（複数の基準点）において、真物体光の位相と付与する直流成分の位相とを一致させることで、これらの座標ｚ（サンプル内の複数の位置）において、真物体光と付与する直流成分とが同位相になるようにする。この場合は、単一の基準点で同位相とする場合に比べて、再生像におけるコントラストの偏りが低減される。 Therefore, in the plurality of coordinates z 0 , z 1 , z 2 , z 3 ... (A plurality of reference points), by matching the phase of the true object light with the phase of the direct current component to be applied, these coordinates z ( At a plurality of positions in the sample, the true object light and the direct current component to be applied are in phase. In this case, the contrast deviation in the reproduced image is reduced as compared with the case where the phase is the same at a single reference point.

上記では、再生光に真物体光と同位相の直流成分を付与する場合について説明したが、再生光に真物体光と逆位相の直流成分を付与する場合も、同様である。即ち、単一の基準点で直流成分の位相を（逆位相に）一致させても再生像におけるコントラストに偏りが在る場合は、複数の基準点で直流成分の位相を（逆位相に）一致させる。   In the above description, the case where a direct current component having the same phase as that of the true object light is applied to the reproduction light has been described. In other words, if the contrast in the reconstructed image is biased even if the phase of the DC component is matched (in the opposite phase) at a single reference point, the phase of the DC component is matched (in the opposite phase) at multiple reference points Let

（第４再生像（差分画像）の生成）
次に、第４再生像（差分画像）の取得について簡単に説明する。
図３（Ｂ）に示す第１再生像、図４に示す第２再生像（ポジ画像）、及び図６に示す第３再生像（ネガ画像）のうち何れか２つ再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する。２つ再生像の差分画像または減算画像を求めることで、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減されて、再生像における計測対象物のコントラストが向上する。 (Generation of fourth reproduced image (difference image))
Next, acquisition of the fourth reproduced image (difference image) will be briefly described.
A difference image between two reproduced images of the first reproduced image shown in FIG. 3B, the second reproduced image (positive image) shown in FIG. 4, and the third reproduced image (negative image) shown in FIG. A subtracted image is acquired as a fourth reproduced image. By obtaining the difference image or subtraction image of the two reproduced images, the common noise added regardless of the recording mode is reduced, and the contrast of the measurement object in the reproduced image is improved.

図７は第４再生像（差分画像）が取得される様子を示す模式図である。図７に示すように、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像である第４再生像では、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減されて、再生像における計測対象物のコントラストが向上する。なお、減算画像では、差分画像の強度が負の値の部分が強度ゼロとなる。減算画像によれば、階調性は劣化するが、偽物体光（背景雑音）が除去される。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a state where a fourth reproduced image (difference image) is acquired. As shown in FIG. 7, in the fourth reproduction image, which is a difference image between the second reproduction image (positive image) and the third reproduction image (negative image), common noise that is added regardless of the recording mode is reduced. Thus, the contrast of the measurement object in the reproduced image is improved. Note that, in the subtraction image, the portion of the difference image where the intensity is negative has zero intensity. According to the subtracted image, the gradation is deteriorated, but the fake object light (background noise) is removed.

記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音の代表例としては、スペックルノイズが挙げられる。スペックルノイズは位相がランダムなので、再生光とは位相が異なることになる。このため、付与した直流成分によるスペックルノイズの増幅率や減衰率は、真物体光の増幅率や減衰率よりも小さくなる。従って、差分画像または減算画像を求めることで、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減される。   Speckle noise is a typical example of common noise that is applied regardless of the recording mode. Since the speckle noise has a random phase, the phase is different from that of the reproduction light. For this reason, the amplification factor and attenuation factor of speckle noise due to the applied DC component are smaller than the amplification factor and attenuation factor of true object light. Therefore, by obtaining the difference image or the subtraction image, common noise that is added regardless of the recording mode can be reduced.

なお、図７に示す例では、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像または減算画像を「第４再生像」としたが、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減されればよく、２つの再生像の組合せはこれに限定されない。「第４再生像」は、第１再生像と第２再生像（ポジ画像）との差分画像または減算画像でもよく、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）との差分画像または減算画像でもよい。   In the example shown in FIG. 7, the difference image or the subtraction image between the second reproduction image (positive image) and the third reproduction image (negative image) is set as the “fourth reproduction image”, but it is given regardless of the recording mode. As long as the common noise that is generated is reduced, the combination of the two reproduced images is not limited to this. The “fourth reproduced image” may be a difference image or subtraction image between the first reproduction image and the second reproduction image (positive image), or a difference image or subtraction between the first reproduction image and the third reproduction image (negative image). It may be an image.

「第１再生像」を用いると、再生像を生成する手順が簡単になり、「第１再生像」を用いない場合に比べて、ホログラム再生処理の速度が速くなる。しかしながら、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）とから「第４再生像」を取得した方が、「第１再生像」を用いる場合に比べて、再生像における計測対象物のコントラストが向上する。   When the “first reproduced image” is used, the procedure for generating the reproduced image is simplified, and the speed of the hologram reproduction process is increased as compared with the case where the “first reproduced image” is not used. However, when the “fourth reproduced image” is acquired from the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image), the measurement in the reproduced image is performed as compared with the case where the “first reproduced image” is used. The contrast of the object is improved.

（付与する直流成分の振幅）
次に「付与する直流成分の振幅」の決定方法について説明する。
付与する直流成分の振幅は、差分画像または減算画像（以下、「差分画像等」という。）を求める２つの再生像の種類に応じて決定される。 (Amplitude of applied DC component)
Next, a method for determining the “amplitude of the applied DC component” will be described.
The amplitude of the DC component to be applied is determined in accordance with the types of two reproduced images for obtaining a difference image or a subtraction image (hereinafter referred to as “difference image or the like”).

例えば、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）との差分画像等を求める場合は、第３再生像の生成処理において、再生光に真物体光と逆位相の直流成分を付与する。付与する真物体光と逆位相の直流成分の振幅ａＩは、ホログラムから再生される偽物体光の振幅Ｃと略等しくするとよい。ここで「略等しい」とは、振幅Ｃの値を初期設定として±１０％の微調整を許容するという意味である。 For example, when obtaining a difference image or the like between the first reproduction image and the third reproduction image (negative image), a DC component having a phase opposite to that of the true object light is added to the reproduction light in the third reproduction image generation process. The amplitude a I of the direct-current component having the opposite phase to the real object light to be applied may be substantially equal to the amplitude C of the false object light reproduced from the hologram. Here, “substantially equal” means that fine adjustment of ± 10% is allowed with the value of the amplitude C as an initial setting.

また、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像等を求める場合は、第２再生像の生成処理において再生光に真物体光と同位相の直流成分を付与し、第３再生像の生成処理において再生光に真物体光と逆位相の直流成分を付与する。   Further, when obtaining a difference image or the like between the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image), a DC component having the same phase as the true object light is applied to the reproduced light in the second reproduced image generation process. And a DC component having a phase opposite to that of the true object light is imparted to the reproduction light in the third reproduction image generation process.

付与する真物体光と同位相の直流成分の振幅ａＳは、記録光の振幅Ａと略等しくするとよい。また、付与する真物体光と逆位相の直流成分の振幅ａＩは、偽物体光の振幅Ｃの２倍（２Ｃ）と略等しくするとよい。ここで「略等しい」とは、振幅値２Ｃを初期設定として±１０％の微調整を許容するという意味である。 The amplitude a S of the direct current component in phase with the real object light to be applied may be substantially equal to the amplitude A of the recording light. Further, the amplitude a I of the direct-current component having the opposite phase to the true object light to be applied may be approximately equal to twice (2C) the amplitude C of the false object light. Here, “substantially equal” means that fine adjustment of ± 10% is allowed with the amplitude value 2C as an initial setting.

（ホログラムの再生処理）
次に、「ホログラム再生処理」について説明する。
図８は「ホログラム再生処理」の手順の一例を示すフローチャートである。「ホログラム再生処理」は、ホログラム再生装置１０の制御部２０のＣＰＵ２０Ａにより実行される。また、「ホログラム再生処理」は、ユーザによりホログラムが指定され、再生処理の実行が指示される開始される。 (Reproduction processing of hologram)
Next, the “hologram reproduction process” will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the procedure of “hologram reproduction process”. The “hologram reproduction process” is executed by the CPU 20A of the control unit 20 of the hologram reproduction apparatus 10. The “hologram reproduction process” is started when a user designates a hologram and an instruction to perform the reproduction process is given.

まず、ステップ１００で、指定したホログラムの再生光データ（真物体光及び偽物体光の両方を含む全再生光）を取得して、この全再生光から第１再生像を生成する。次に、ステップ１０２で、再生光と真物体光と同位相の直流成分とを合成し、この合成波から第２再生像を生成する「第２再生像生成処理」を実行する。   First, in step 100, reproduction light data of a designated hologram (total reproduction light including both true object light and fake object light) is acquired, and a first reproduction image is generated from this total reproduction light. Next, in step 102, a “second reproduction image generation process” is performed in which the reproduction light and the true object light are combined with a DC component having the same phase and a second reproduction image is generated from the combined wave.

次に、ステップ１０４で、第１再生像を使用するか否かを判断する。第１再生像を使用しない場合は、ステップ１０６に進む。次に、ステップ１０６で、再生光と真物体光と逆位相の直流成分とを合成し、この合成波から第３再生像を生成する「第３再生像生成処理」を実行する。次に、ステップ１０８で、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像である第４再生像を取得して、処理ルーチンを終了する。   Next, in step 104, it is determined whether or not to use the first reproduced image. If the first reproduced image is not used, the process proceeds to step 106. Next, in Step 106, “third reproduction image generation processing” is performed in which the reproduction light, the true object light, and the DC component having the opposite phase are combined and a third reproduction image is generated from the combined wave. Next, in step 108, a fourth reproduced image that is a difference image between the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image) is acquired, and the processing routine is ended.

一方、第１再生像を使用する場合は、ステップ１１０に進む。次に、ステップ１１０で、第１再生像と第２再生像（ポジ画像）との差分画像である第４再生像を取得して、処理ルーチンを終了する。なお、例示した手順では、再生像を第１再生像から順に生成する手順としたが、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）等、予め定めた組合せの２つの再生像が生成されるようにしてもよい。この場合は、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）との差分画像が取得される。   On the other hand, when the first reproduced image is used, the process proceeds to step 110. Next, in step 110, a fourth reproduced image that is a difference image between the first reproduced image and the second reproduced image (positive image) is acquired, and the processing routine is ended. In the illustrated procedure, the reproduction image is generated in order from the first reproduction image. However, two reproduction images of a predetermined combination such as the first reproduction image and the third reproduction image (negative image) are generated. You may make it do. In this case, a difference image between the first reproduced image and the third reproduced image (negative image) is acquired.

ここで「第２再生像生成処理」について説明する。図９は「第２再生像生成処理」の手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステップ２００で、真物体光に付与する直流成分の振幅を決定する。次に、ステップ２０２で、単一の基準点で、付与する直流成分の位相を真物体光の位相と一致させる。例えば、単一の基準点は、Ｚ軸方向の１つの座標「ｚ０」である。この座標「ｚ０」において、真物体光と付与する直流成分とが同位相になるようにする。「均一なサンプル」では、サンプル内のいずれの位置においても、真物体光と付与する直流成分とが同位相になる。 Here, the “second reproduced image generation process” will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the procedure of the “second reproduced image generation process”. First, in step 200, the amplitude of the direct current component imparted to the true object light is determined. Next, in step 202, the phase of the DC component to be applied is matched with the phase of the true object light at a single reference point. For example, the single reference point is one coordinate “z 0 ” in the Z-axis direction. At this coordinate “z 0 ”, the true object light and the DC component to be imparted are in phase. In the “uniform sample”, the true object light and the applied DC component are in phase at any position in the sample.

次に、ステップ２０４で、真物体光と同位相の直流成分とを合成し、正の干渉により真物体光を増幅する。真物体光の主成分である振動成分が増幅されて、第１再生像よりも計測対象物のコントラストが高い第２再生像（ポジ画像）が生成される。   Next, in step 204, the true object light and the DC component having the same phase are synthesized, and the true object light is amplified by positive interference. The vibration component which is the main component of the true object light is amplified, and a second reproduced image (positive image) in which the contrast of the measurement object is higher than that of the first reproduced image is generated.

次に、ステップ２０６で、計測対象物のコントラストに偏りが無いか否かを判断する。「不均一なサンプル」では、単一の基準点で位相を一致させるだけでは、サンプル内のいずれの位置においても、真物体光と付与する直流成分とが同位相になるとは限らない。このため、計測対象物Ｏ１はコントラストが高いのに計測対象物Ｏ２はコントラストが低い等、再生像における計測対象物のコントラストに偏りが発生する。 Next, in step 206, it is determined whether or not the contrast of the measurement object is uneven. In a “non-uniform sample”, just matching the phase at a single reference point does not necessarily mean that the true object light and the DC component to be applied are in phase at any position in the sample. For this reason, the measurement object O 1 has a high contrast, but the measurement object O 2 has a low contrast. For example, the contrast of the measurement object in the reproduced image is biased.

従って、コントラストに偏りがある場合は、ステップ２０８に進む。ステップ２０８で、複数の基準点で、付与する直流成分の位相を真物体光の位相と一致させる。例えば、複数の基準点は、Ｚ軸方向の複数座標「ｚ０、ｚ１、ｚ２、ｚ３・・・」である。これら各座標において、真物体光と付与する直流成分とが同位相になるようにする。続いてステップ２０４に戻って、真物体光と同位相の直流成分とを合成し、正の干渉により真物体光を増幅する。一方、コントラストに偏りがない場合は、処理ルーチンを終了する。 Therefore, if the contrast is biased, the process proceeds to step 208. In step 208, the phase of the DC component to be applied is matched with the phase of the true object light at a plurality of reference points. For example, the plurality of reference points are a plurality of coordinates “z 0 , z 1 , z 2 , z 3 ...” In the Z-axis direction. In each of these coordinates, the true object light and the applied DC component are set to have the same phase. Subsequently, returning to step 204, the true object light and the DC component having the same phase are synthesized, and the true object light is amplified by the positive interference. On the other hand, if there is no bias in contrast, the processing routine is terminated.

ここで「第３再生像生成処理」についても説明する。図１０は「第３再生像生成処理」の手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステップ３００で、真物体光に付与する直流成分の振幅を決定する。次に、ステップ３０２で、単一の基準点で、付与する直流成分の位相を真物体光の位相と逆位相にする。次に、ステップ３０４で、真物体光と逆位相の直流成分とを合成し、負の干渉により真物体光を減衰させる。真物体光の主成分である振動成分が減衰されて、第１再生像とは明暗が反転した第３再生像（ネガ画像）が生成される。   Here, the “third reproduced image generation process” will also be described. FIG. 10 is a flowchart showing an example of the procedure of the “third reproduced image generation process”. First, in step 300, the amplitude of the direct current component imparted to the true object light is determined. Next, in step 302, the phase of the direct current component to be applied is set to be opposite to the phase of the true object light at a single reference point. Next, in step 304, the true object light and the DC component having the opposite phase are combined, and the true object light is attenuated by negative interference. The vibration component, which is the main component of the true object light, is attenuated, and a third reproduced image (negative image) whose brightness is reversed from that of the first reproduced image is generated.

次に、ステップ３０６で、計測対象物のコントラストに偏りが無いか否かを判断する。コントラストに偏りがある場合は、ステップ３０８に進む。ステップ３０８で、複数の基準点で、付与する直流成分の位相を真物体光の位相と逆位相にする。続いてステップ３０４に戻って、真物体光と逆位相の直流成分とを合成し、負の干渉により真物体光を減衰させる。一方、コントラストに偏りがない場合は、処理ルーチンを終了する。   Next, in step 306, it is determined whether there is no bias in the contrast of the measurement object. If the contrast is biased, the process proceeds to step 308. In step 308, the phase of the DC component to be applied is set to a phase opposite to that of the true object light at a plurality of reference points. Subsequently, returning to step 304, the true object light and the DC component having the opposite phase are combined, and the true object light is attenuated by negative interference. On the other hand, if there is no bias in contrast, the processing routine is terminated.

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、直流成分が除去された真物体光がホログラムとして記録されている以外は、第１の実施の形態と同様にしてホログラム再生処理を行うので、相違点のみ説明する。 <Second Embodiment>
In the second embodiment, the hologram reproduction process is performed in the same manner as in the first embodiment except that the true object light from which the direct current component has been removed is recorded as a hologram, so only the differences will be described.

（ホログラムの記録と第１再生像の生成）
次に、ホログラムの記録と第１再生像の生成について簡単に説明する。
図１１（Ａ）は直流成分が除去された真物体光がホログラムとして記録される様子を示す模式図である。図１１（Ａ）に示すように、直流成分を除去する前の物体光のＸ軸方向での強度分布では、真物体光が偽物体光に埋もれてしまい、計測対象物のコントラストが低い。 (Recording of hologram and generation of first reproduced image)
Next, the recording of the hologram and the generation of the first reproduced image will be briefly described.
FIG. 11A is a schematic diagram showing a state in which true object light from which a direct current component has been removed is recorded as a hologram. As shown in FIG. 11A, in the intensity distribution in the X-axis direction of the object light before removing the DC component, the true object light is buried in the fake object light, and the contrast of the measurement object is low.

これらを振幅分布に分解すると、振幅Ｂで振動する振動成分（主成分であるＡＣ成分）と、振幅Ｄの直流成分（ＤＣ成分）とを有する真物体光と、振幅Ｃの直流成分（ＤＣ成分）を有する偽物体光とに分かれる。このうち、真物体光の振幅Ｄの直流成分と、振幅Ｃの偽物体光とが、ホログラムの記録時に除去される。   When these are divided into amplitude distributions, true object light having a vibration component (AC component as a main component) that vibrates with amplitude B and a DC component (DC component) with amplitude D, and a DC component (DC component) with amplitude C ) And fake object light. Among these, the direct current component of the amplitude D of the true object light and the false object light of the amplitude C are removed at the time of recording the hologram.

図１１（Ｂ）は第１再生像の強度分布を示す模式図である。図１１（Ｂ）に示すように、直流成分が除去された真物体光をホログラムとして記録した場合、このホログラムを再生すると、直流成分が除去された真物体光が再生される。このときの再生像を「第１再生像」という。第１再生像のＸ軸方向での強度分布は、図１１（Ａ）に示す物体光のＸ軸方向での強度分布に比べると、計測対象物のコントラストが高い。   FIG. 11B is a schematic diagram showing the intensity distribution of the first reproduced image. As shown in FIG. 11B, when the true object light from which the DC component is removed is recorded as a hologram, when the hologram is reproduced, the true object light from which the DC component is removed is reproduced. The reproduced image at this time is referred to as a “first reproduced image”. The intensity distribution in the X-axis direction of the first reproduced image has a higher contrast of the measurement object than the intensity distribution in the X-axis direction of the object light shown in FIG.

真物体光と偽物体光とを記録する場合は、偽物体光により光検出器のダイナミックレンジが消費されるため、ホログラムとして記録される真物体光の情報が少なくなる。即ち、計測対象物等の微細構造に起因するホログラム情報が少なくなる。その結果、計測対象物の再生像の解像度が劣化する。本実施の形態では、ホログラム記録時に直流成分を除去することにより、記録時に直流成分を除去しない場合に比べて、再生像の解像度の劣化が低減されて再生波面の品質が向上する。   When recording the true object light and the false object light, the dynamic range of the photodetector is consumed by the false object light, so that the information on the true object light recorded as a hologram is reduced. That is, the hologram information resulting from the fine structure of the measurement object or the like is reduced. As a result, the resolution of the reproduced image of the measurement object deteriorates. In the present embodiment, by removing the DC component during hologram recording, the degradation of the resolution of the reproduced image is reduced and the quality of the reproduced wavefront is improved as compared with the case where the DC component is not removed during recording.

（第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）の生成）
次に、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）の生成について簡単に説明する。図１２（Ａ）は第２再生像（ポジ画像）が生成される様子を示す模式図である。 図１２（Ａ）に示すように、本実施の形態では、直流成分が除去された真物体光と当該真物体光と同位相の直流成分とを合成し、この合成波から第２再生像を生成する。 (Generation of second reproduced image (positive image) and third reproduced image (negative image))
Next, generation of the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image) will be briefly described. FIG. 12A is a schematic diagram showing how a second reproduced image (positive image) is generated. As shown in FIG. 12A, in the present embodiment, the true object light from which the direct current component has been removed and the direct current component having the same phase as that of the true object light are synthesized, and the second reproduced image is obtained from this synthesized wave. Generate.

直流成分が除去された真物体光に、同位相の直流成分を合成することにより、真物体光の主成分である振動成分が、同位相の直流成分による正の干渉により増幅される。これにより、第１再生像に比べて計測対象物のコントラストが高い第２再生像（ポジ画像）が生成される。   By synthesizing the DC component having the same phase with the true object light from which the DC component has been removed, the vibration component, which is the main component of the true object light, is amplified by positive interference caused by the DC component having the same phase. As a result, a second reproduced image (positive image) in which the contrast of the measurement object is higher than that of the first reproduced image is generated.

図１２（Ｂ）は第３再生像（ネガ画像）が生成される様子を示す模式図である。図１２（Ｂ）に示すように、本実施の形態では、直流成分が除去された真物体光と当該真物体光と逆位相の直流成分とを合成し、この合成波から第３再生像を生成する。   FIG. 12B is a schematic diagram showing a state where a third reproduced image (negative image) is generated. As shown in FIG. 12B, in the present embodiment, the true object light from which the direct current component has been removed and the direct current component having the opposite phase to the true object light are synthesized, and the third reproduced image is obtained from this synthesized wave. Generate.

直流成分が除去された真物体光に、逆位相の直流成分を合成することにより、真物体光の主成分である振動成分が、逆位相の直流成分による負の干渉により減衰される。真物体光の主成分である振動成分の振幅の大きい明部は、負の干渉により振幅が小さくなる。一方、真物体光の主成分である振動成分の振幅の小さい暗部には、直流成分が加わることになり振幅が大きくなる。これにより、第１再生像とは明暗が反転した第３再生像（ネガ画像）が生成される。   By synthesizing the anti-phase DC component with the true object light from which the DC component has been removed, the vibration component, which is the main component of the true object light, is attenuated by negative interference due to the anti-phase DC component. The bright portion where the amplitude of the vibration component, which is the main component of the true object light, is large, has a small amplitude due to negative interference. On the other hand, a direct current component is added to the dark portion where the amplitude of the vibration component, which is the main component of the true object light, is small, and the amplitude increases. As a result, a third reproduction image (negative image) whose brightness is reversed from that of the first reproduction image is generated.

（第４再生像（差分画像）の生成）
次に、第４再生像（差分画像）の取得について簡単に説明する。
図１１（Ｂ）に示す第１再生像、図１２（Ａ）に示す第２再生像（ポジ画像）、及び図１２（Ｂ）に示す第３再生像（ネガ画像）のうち何れか２つ再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する。２つ再生像の差分画像または減算画像を求めることで、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減されて、この結果、再生像における計測対象物のコントラストが第２再生像よりも更に向上する。 (Generation of fourth reproduced image (difference image))
Next, acquisition of the fourth reproduced image (difference image) will be briefly described.
Any one of the first reproduced image shown in FIG. 11B, the second reproduced image (positive image) shown in FIG. 12A, and the third reproduced image (negative image) shown in FIG. A difference image or a subtraction image of the reproduced image is acquired as a fourth reproduced image. By obtaining the difference image or subtraction image of the two reproduced images, the common noise added regardless of the recording mode is reduced. As a result, the contrast of the measurement object in the reproduced image is higher than that of the second reproduced image. Further improvement.

図７と同様に、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像である第４再生像では、記録態様に拘らず付与されてしまう共通の雑音が低減されて、再生像における計測対象物のコントラストが向上する。なお、減算画像は、差分画像の強度が負の値の部分の強度をゼロとした画像である。この減算画像によれば、差分画像よりも階調性は劣化するが、偽物体光（背景雑音）は除去される。   Similar to FIG. 7, in the fourth reproduction image, which is a difference image between the second reproduction image (positive image) and the third reproduction image (negative image), common noise that is added regardless of the recording mode is reduced. Thus, the contrast of the measurement object in the reproduced image is improved. Note that the subtracted image is an image in which the intensity of the portion where the intensity of the difference image is a negative value is zero. According to this subtracted image, the gradation is degraded as compared with the difference image, but the fake object light (background noise) is removed.

また、第１の実施の形態と同様に、２つの再生像の組合せはこれに限定されない。「第４再生像」は、第１再生像と第２再生像（ポジ画像）との差分画像または減算画像でもよく、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）との差分画像または減算画像でもよく、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像または減算画像でもよい。   Further, as in the first embodiment, the combination of the two reproduced images is not limited to this. The “fourth reproduced image” may be a difference image or subtraction image between the first reproduction image and the second reproduction image (positive image), or a difference image or subtraction between the first reproduction image and the third reproduction image (negative image). It may be an image, or may be a difference image or a subtraction image between the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image).

「第１再生像」を用いると、再生像を生成する手順が簡単になり、「第１再生像」を用いない場合に比べて、再生処理の速度が速くなる。しかしながら、直流成分が除去された真物体光（再生光）から生成された「第１再生像」は、強度が負の値の部分を有する。従って、「第１再生像」と他の再生像との差分画像や減算画像も、強度が負の値の部分を有し、「第１再生像」を用いない場合に比べて階調性が劣化する。   When the “first reproduced image” is used, the procedure for generating the reproduced image is simplified, and the speed of the reproduction process is increased as compared with the case where the “first reproduced image” is not used. However, the “first reproduced image” generated from the true object light (reproduced light) from which the direct current component has been removed has a negative intensity portion. Accordingly, a difference image or a subtraction image between the “first reproduced image” and another reproduced image also has a negative intensity portion, and has a gradation characteristic as compared with the case where the “first reproduced image” is not used. to degrade.

よって、直流成分が除去された真物体光（再生光）を用いる場合には、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）とから「第４再生像」を取得した方が、「第１再生像」を用いる場合に比べて、階調性に優れ、再生像における計測対象物のコントラストが向上する。また、直流成分が除去されていない真物体光（再生光）を用いる場合と比べても、記録時に真物体光が光検出器のダイナミックレンジを全て使用できるため、再生波面の品質が向上する。   Therefore, in the case of using true object light (reproduced light) from which the DC component has been removed, the “fourth reproduced image” obtained from the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image) However, compared to the case of using the “first reproduced image”, the gradation is excellent and the contrast of the measurement object in the reproduced image is improved. Compared with the case where true object light (reproduction light) from which the DC component is not removed is used, since the true object light can use the entire dynamic range of the photodetector during recording, the quality of the reproduction wavefront is improved.

（付与する直流成分の振幅）
次に「付与する直流成分の振幅」の決定方法について説明する。
直流成分が除去された真物体光（再生光）に付与する直流成分の振幅は、差分画像等を求める２つの再生像の種類に応じて決定される。なお、本実施の形態では、ホログラムの記録時に直流成分が除去されている。従って、再生光は偽物体光を含まない。 (Amplitude of applied DC component)
Next, a method for determining the “amplitude of the applied DC component” will be described.
The amplitude of the DC component applied to the true object light (reproduced light) from which the DC component has been removed is determined according to the types of the two reproduced images for which a difference image or the like is to be obtained. In the present embodiment, the DC component is removed during recording of the hologram. Therefore, the reproduction light does not include fake object light.

例えば、第１再生像と第３再生像（ネガ画像）との差分画像等を求める場合は、第３再生像の生成処理において、再生光に真物体光と逆位相の直流成分を付与する。付与する真物体光と逆位相の直流成分の振幅ａＩは、計測対象物の回折効率をη、再生された真物体光の振幅をＢとすると、下記式（２）で表される値と略等しいことが望ましい。ここで「略等しい」とは、下記式（２）で表される値を初期設定として±１０％の微調整を許容するという意味である。 For example, when obtaining a difference image or the like between the first reproduction image and the third reproduction image (negative image), a DC component having a phase opposite to that of the true object light is added to the reproduction light in the third reproduction image generation process. The amplitude a I of the direct-current component having the opposite phase to the real object light to be applied is represented by the following equation (2), where η is the diffraction efficiency of the measurement object and B is the amplitude of the reproduced true object light. It is desirable that they are approximately equal. Here, “substantially equal” means that fine adjustment of ± 10% is allowed with the value represented by the following formula (2) as an initial setting.

なお、計測対象物の回折効率ηは、再生された真物体光の強度の背景雑音（強度）に対する割合であり、再生された真物体光の振幅をＢ、読み出し参照光の振幅をＲとすると、η＝（Ｂ２／Ｒ２）で表される。読み出し参照光の振幅をＲとすると、Ｂとηは、たとえば次の方法で得られる。すなわち、再生処理にてホログラムに読み出し光の振幅Ｒを照射した際にＢを測定し、Ｂ２／Ｒ２よりηが得られる。ＢとＲとηとの関係により、上記式（２）は、下記式（３）に示すように、Ｒとηの関数で表される。 Note that the diffraction efficiency η of the measurement object is a ratio of the intensity of the reproduced true object light to the background noise (intensity), where B represents the amplitude of the reproduced true object light and R represents the amplitude of the read reference light. Η = (B 2 / R 2 ). If the amplitude of the read reference light is R, B and η can be obtained by the following method, for example. That is, B is measured when the reading light amplitude R is irradiated onto the hologram in the reproduction process, and η is obtained from B 2 / R 2 . Due to the relationship between B, R, and η, the above equation (2) is expressed as a function of R and η as shown in the following equation (3).

また、第２再生像（ポジ画像）と第３再生像（ネガ画像）との差分画像等を求める場合は、第２再生像の生成処理において再生光に真物体光と同位相の直流成分を付与し、第３再生像の生成処理において再生光に真物体光と逆位相の直流成分を付与する。   Further, when obtaining a difference image or the like between the second reproduced image (positive image) and the third reproduced image (negative image), a DC component having the same phase as the true object light is applied to the reproduced light in the second reproduced image generation process. And a DC component having a phase opposite to that of the true object light is imparted to the reproduction light in the third reproduction image generation process.

付与する真物体光と同位相の直流成分の振幅ａＳは、下記式（４）で表される値と略等しいことが望ましい。ここで「略等しい」とは、下記式（４）で表される値を初期設定として±１０％の微調整を許容するという意味である。 It is desirable that the amplitude a S of the direct current component in phase with the real object light to be applied is substantially equal to the value represented by the following formula (4). Here, “substantially equal” means that fine adjustment of ± 10% is allowed with the value represented by the following formula (4) as an initial setting.

＜ホログラム記録光学系＞
なお、直流成分が除去された真物体光をホログラムとして記録する光学系の例を２つ例示する。図１３はホログラムを記録する光学系の構成の一例を示す概略構成図である。図１３に示すように、例示した光学系１００は、計測対象物を含むサンプルＳが透過型である場合に用いられる。光学系１００は、光分岐素子として、反射面３０Ａを有する偏光ビームスプリッタ３０を備えている。反射面３０Ａは、入射した光のうち予め定めた特性の光を反射し且つ他の光を透過する。本実施の形態では、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。 <Hologram recording optical system>
Two examples of an optical system that records true object light from which a direct current component has been removed as a hologram are illustrated. FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an example of the configuration of an optical system for recording a hologram. As shown in FIG. 13, the illustrated optical system 100 is used when the sample S including the measurement object is a transmission type. The optical system 100 includes a polarizing beam splitter 30 having a reflecting surface 30A as an optical branching element. The reflecting surface 30A reflects light having a predetermined characteristic among incident light and transmits other light. In this embodiment, S-polarized light is reflected and P-polarized light is transmitted.

偏光ビームスプリッタ３０の光反射側には、ミラー３２が配置されている。ミラー３２の光反射側には、レンズ３４、レンズ３６、レンズ４４、レンズ４６、反射面４８Ａを有するビームスプリッタ４８、光検出器１２の各々が、ミラー３２側から光軸を揃えてこの順序で配置されている。これらは、ミラー３２とレンズ３４との間にサンプルＳを配置して、サンプルＳを透過した物体光を光検出器１２まで導く光学系である。   A mirror 32 is disposed on the light reflection side of the polarization beam splitter 30. On the light reflecting side of the mirror 32, the lens 34, the lens 36, the lens 44, the lens 46, the beam splitter 48 having the reflecting surface 48A, and the photodetector 12 are arranged in this order with the optical axes aligned from the mirror 32 side. Has been placed. These are optical systems in which the sample S is arranged between the mirror 32 and the lens 34 and the object light transmitted through the sample S is guided to the photodetector 12.

レンズ４４とレンズ４６との間には、直流成分を除去するマスク４２が配置されている。本実施の形態では、マスク４２が、直流成分を反射または吸収して、物体光から直流成分を除去する。ビームスプリッタ４８は、予め定めた方向から入射した光を反射し且つ他の方向から入射した光を透過する反射面４８Ａを有している。本実施の形態では、反射面４８Ａは、一方の面側から入射したＳ偏光を反射し、他方の面側から入射したＳ偏光を透過する。   Between the lens 44 and the lens 46, a mask 42 for removing a DC component is disposed. In the present embodiment, the mask 42 reflects or absorbs the direct current component to remove the direct current component from the object light. The beam splitter 48 has a reflecting surface 48A that reflects light incident from a predetermined direction and transmits light incident from another direction. In the present embodiment, reflecting surface 48A reflects S-polarized light incident from one surface side and transmits S-polarized light incident from the other surface side.

一方、偏光ビームスプリッタ３０の光透過側には、１／２波長板５２とミラー５４とが配置されている。ミラー５４は、反射光が偏光ビームスプリッタ４８に入射する位置に配置されている。これらは、参照光を光検出器１２まで導く光学系である。   On the other hand, a half-wave plate 52 and a mirror 54 are disposed on the light transmission side of the polarization beam splitter 30. The mirror 54 is disposed at a position where the reflected light enters the polarization beam splitter 48. These are optical systems that guide the reference light to the photodetector 12.

ここで、ホログラム記録動作について説明する。
偏光ビームスプリッタ３０に入射した入射光は、反射面３０Ａで反射されて物体光用光（Ｓ偏光）となり、反射面３０Ａを透過して参照光用光（Ｐ偏光）となる。物体光用光（Ｓ偏光）は、ミラー３２で反射されてサンプルＳに照射される。サンプルＳを透過した物体光（Ｓ偏光）は、レンズ３４、レンズ３６、レンズ４４、及びレンズ４６でリレーされ平行光化されて、ビームスプリッタ４８に入射する。このとき、マスク４２により物体光から直流成分が除去される。 Here, the hologram recording operation will be described.
The incident light that has entered the polarization beam splitter 30 is reflected by the reflecting surface 30A to become object light (S-polarized light), and passes through the reflecting surface 30A to become reference light (P-polarized). The object light (S-polarized light) is reflected by the mirror 32 and applied to the sample S. The object light (S-polarized light) transmitted through the sample S is relayed by the lens 34, the lens 36, the lens 44, and the lens 46 to be collimated, and enters the beam splitter 48. At this time, the direct current component is removed from the object light by the mask 42.

一方、参照光用光（Ｐ偏光）は、１／２波長板５２を透過し、Ｓ偏光に変換されて参照光となる。参照光（Ｓ偏光）は、ミラー５４で反射されて、平行光のままビームスプリッタ４８に入射する。ビームスプリッタ４８は、入射した物体光（Ｓ偏光）を透過し、入射した参照光（Ｓ偏光）を反射することで、入射した物体光と参照光とを干渉させて、光検出器１２に照射する。光検出器１２により検出面１２Ａ上の干渉縞が撮影される。これにより、直流成分が除去された物体光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録される。   On the other hand, the reference light light (P-polarized light) is transmitted through the half-wave plate 52 and converted to S-polarized light to become reference light. The reference light (S-polarized light) is reflected by the mirror 54 and enters the beam splitter 48 as parallel light. The beam splitter 48 transmits the incident object light (S-polarized light) and reflects the incident reference light (S-polarized light), thereby causing the incident object light and reference light to interfere with each other and irradiate the photodetector 12. To do. Interference fringes on the detection surface 12A are photographed by the photodetector 12. Thereby, the interference fringes between the object light from which the DC component is removed and the reference light are recorded as a hologram.

なお、マスク４２、レンズ４４、及びレンズ４６は、ユニット４０として移動させてもよい。直流成分を除去する必要が無い場合は、ユニット４０を光路から退避させ、直流成分を除去する必要がある場合は、ユニット４０を光路に挿入するようにしてもよい。また、マスク４２だけを移動させてもよい。直流成分を除去する必要が無い場合は、マスク４２を光路から退避させ、直流成分を除去する必要がある場合は、マスク４２を光路に挿入するようにしてもよい。   The mask 42, the lens 44, and the lens 46 may be moved as the unit 40. When there is no need to remove the DC component, the unit 40 may be retracted from the optical path, and when it is necessary to remove the DC component, the unit 40 may be inserted into the optical path. Further, only the mask 42 may be moved. When there is no need to remove the DC component, the mask 42 may be retracted from the optical path, and when the DC component needs to be removed, the mask 42 may be inserted into the optical path.

図１４はホログラムを記録する光学系の構成の他の一例を示す概略構成図である。図１４に示すように、例示した光学系２００は、計測対象物を含むサンプルＳが反射型である場合に用いられる。光学系２００は、光分岐素子として、反射面６０Ａを有する偏光ビームスプリッタ６０を備えている。反射面６０Ａは、入射した光のうち予め定めた特性の光を反射し且つ他の光を透過する。本実施の形態では、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。   FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing another example of the configuration of an optical system for recording a hologram. As illustrated in FIG. 14, the exemplified optical system 200 is used when the sample S including the measurement target is a reflection type. The optical system 200 includes a polarizing beam splitter 60 having a reflecting surface 60A as an optical branching element. The reflection surface 60A reflects light having a predetermined characteristic among incident light and transmits other light. In this embodiment, S-polarized light is reflected and P-polarized light is transmitted.

偏光ビームスプリッタ６０の光反射側には、更に、ビームスプリッタ６２が配置されている。ビームスプリッタ６２は、予め定めた方向から入射した光を反射し且つ他の方向から入射した光を透過する反射面６２Ａを有している。本実施の形態では、反射面６２Ａは、一方の面側から入射したＳ偏光を反射し、他方の面側から入射したＳ偏光を透過する。   A beam splitter 62 is further arranged on the light reflection side of the polarization beam splitter 60. The beam splitter 62 has a reflecting surface 62A that reflects light incident from a predetermined direction and transmits light incident from another direction. In the present embodiment, the reflecting surface 62A reflects S-polarized light incident from one surface side and transmits S-polarized light incident from the other surface side.

ビームスプリッタ６２の光反射側には、レンズ６４、レンズ６６の各々が、ビームスプリッタ６２側から光軸を揃えてこの順序で配置されている。これらは、ビームスプリッタ６２とサンプルＳとの間に配置され、サンプルＳに物体光用光を照射し、サンプルＳで反射された物体光をビームスプリッタ６２まで導く光学系である。   On the light reflecting side of the beam splitter 62, the lens 64 and the lens 66 are arranged in this order with the optical axes aligned from the beam splitter 62 side. These are optical systems that are arranged between the beam splitter 62 and the sample S, irradiate the sample S with object light, and guide the object light reflected by the sample S to the beam splitter 62.

ビームスプリッタ６２の光透過側には、レンズ７４、レンズ７６、反射面７８Ａを有するビームスプリッタ７８、光検出器１２の各々が、ビームスプリッタ６２側から光軸を揃えてこの順序で配置されている。これらは、サンプルＳで反射された物体光を光検出器１２まで導く光学系である。   On the light transmission side of the beam splitter 62, the lens 74, the lens 76, the beam splitter 78 having the reflecting surface 78A, and the photodetector 12 are arranged in this order with the optical axes aligned from the beam splitter 62 side. . These are optical systems that guide the object light reflected by the sample S to the photodetector 12.

レンズ７４とレンズ７６との間には、直流成分を除去するマスク７２が配置されている。本実施の形態では、マスク７２が、直流成分を反射または吸収して、物体光から直流成分を除去する。ビームスプリッタ７８は、予め定めた方向から入射した光を反射し且つ他の方向から入射した光を透過する反射面７８Ａを有している。本実施の形態では、反射面７８Ａは、一方の面側から入射したＳ偏光を反射し、他方の面側から入射したＳ偏光を透過する。   Between the lens 74 and the lens 76, a mask 72 for removing a direct current component is disposed. In the present embodiment, the mask 72 reflects or absorbs the direct current component to remove the direct current component from the object light. The beam splitter 78 has a reflecting surface 78A that reflects light incident from a predetermined direction and transmits light incident from another direction. In the present embodiment, reflecting surface 78A reflects S-polarized light incident from one surface side and transmits S-polarized light incident from the other surface side.

一方、偏光ビームスプリッタ６０の光透過側には、１／２波長板８２とミラー８４とが配置されている。ミラー８４は、反射光がビームスプリッタ７８に入射する位置に配置されている。これらは、参照光を光検出器１２まで導く光学系である。   On the other hand, a half-wave plate 82 and a mirror 84 are disposed on the light transmission side of the polarization beam splitter 60. The mirror 84 is disposed at a position where the reflected light enters the beam splitter 78. These are optical systems that guide the reference light to the photodetector 12.

ここで、ホログラム記録動作について説明する。
偏光ビームスプリッタ６０に入射した入射光は、反射面６０Ａで反射されて物体光用光（Ｓ偏光）となり、反射面６０Ａを透過して参照光用光（Ｐ偏光）となる。物体光用光（Ｓ偏光）は、ビームスプリッタ６２の反射面６２Ａで反射され、レンズ６４及びレンズ６６によりリレーされて、サンプルＳに照射される。サンプルＳで反射された物体光（Ｓ偏光）は、レンズ６６及びレンズ６４でリレーされ、ビームスプリッタ６２の反射面６２Ａを透過し、レンズ７４及びレンズ７６でリレーされて平行光化され、ビームスプリッタ７８に入射する。このとき、マスク４２により物体光から直流成分が除去される。 Here, the hologram recording operation will be described.
The incident light that has entered the polarization beam splitter 60 is reflected by the reflecting surface 60A to become object light (S-polarized light), and passes through the reflecting surface 60A to become reference light (P-polarized). The object light (S-polarized light) is reflected by the reflecting surface 62A of the beam splitter 62, relayed by the lens 64 and the lens 66, and applied to the sample S. The object light (S-polarized light) reflected by the sample S is relayed by the lens 66 and the lens 64, passes through the reflecting surface 62A of the beam splitter 62, is relayed by the lens 74 and the lens 76, and is converted into parallel light. 78 is incident. At this time, the direct current component is removed from the object light by the mask 42.

一方、参照光用光（Ｐ偏光）は、１／２波長板８２を透過し、Ｓ偏光に変換されて参照光となる。参照光（Ｓ偏光）は、ミラー８４で反射されて、平行光のままビームスプリッタ７８に入射する。ビームスプリッタ７８は、入射した物体光（Ｓ偏光）を透過し、入射した参照光（Ｓ偏光）を反射することで、入射した物体光と参照光とを干渉させて、光検出器１２に照射する。光検出器１２により検出面１２Ａ上の干渉縞が撮影される。これにより、直流成分が除去された物体光と参照光との干渉縞がホログラムとして記録される。   On the other hand, the reference light light (P-polarized light) is transmitted through the half-wave plate 82 and converted to S-polarized light to become reference light. The reference light (S-polarized light) is reflected by the mirror 84 and enters the beam splitter 78 as parallel light. The beam splitter 78 transmits the incident object light (S-polarized light) and reflects the incident reference light (S-polarized light), thereby causing the incident object light and the reference light to interfere with each other and irradiate the photodetector 12. To do. Interference fringes on the detection surface 12A are photographed by the photodetector 12. Thereby, the interference fringes between the object light from which the DC component is removed and the reference light are recorded as a hologram.

なお、マスク７２、レンズ７４、及びレンズ７６は、ユニット７０として移動させてもよい。直流成分を除去する必要が無い場合は、ユニット７０を光路から退避させ、直流成分を除去する必要がある場合は、ユニット７０を光路に挿入するようにしてもよい。また、マスク７２だけを移動させてもよい。直流成分を除去する必要が無い場合は、マスク７２を光路から退避させ、直流成分を除去する必要がある場合は、マスク７２を光路に挿入するようにしてもよい。   The mask 72, the lens 74, and the lens 76 may be moved as the unit 70. When there is no need to remove the DC component, the unit 70 may be retracted from the optical path, and when the DC component needs to be removed, the unit 70 may be inserted into the optical path. Further, only the mask 72 may be moved. When there is no need to remove the DC component, the mask 72 may be retracted from the optical path, and when the DC component needs to be removed, the mask 72 may be inserted into the optical path.

なお、上記実施の形態で説明したホログラム再生装置及びプログラムの構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。例えば、上記の実施の形態では、ホログラムの再生処理がコンピュータによる計算により実行される例を示したが、ホログラムに再生参照光を照射して得られた再生光に、直流成分の光を合成して再生像を得てもよい。   The configuration of the hologram reproducing apparatus and program described in the above embodiment is merely an example, and it goes without saying that the configuration may be changed without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which the hologram reproduction processing is executed by calculation by a computer has been described. However, a DC component light is synthesized with reproduction light obtained by irradiating the hologram with reproduction reference light. To obtain a reconstructed image.

１０ ホログラム再生装置
１２ 光検出器
１２Ａ 検出面
２０ 制御部
２２ 表示部
２４ 操作部
２６ 通信部
２８ 記憶部
１００ 光学系
２００ 光学系
Ｏ１ 計測対象物
Ｏ２ 計測対象物
Ｓ サンプル
Ｚ Ｚ軸
ｚ 座標 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hologram reproducing | regenerating apparatus 12 Photodetector 12A Detection surface 20 Control part 22 Display part 24 Operation part 26 Communication part 28 Storage part 100 Optical system 200 Optical system O 1 Measurement object O 2 Measurement object S Sample Z Z-axis z Coordinate

Claims (8)

三次元の計測対象物の情報を有する真物体光と前記計測対象物の情報を有さず且つ前記真物体光とは位相の異なる偽物体光とを記録したホログラムから前記真物体光及び前記偽物体光の両方が再生された再生光から得られる第１再生像、前記再生光と当該再生光を正の干渉により増幅する位相の直流成分との合成光から得られる第２再生像、及び前記再生光と当該再生光を負の干渉により減衰させる位相の直流成分との合成光から得られる第３再生像のうち何れか２つを生成する生成手段と、
生成された２つの再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する取得手段と、
備えたホログラム再生装置。 The true object light and the fake are obtained from a hologram in which the true object light having information on the three-dimensional measurement object and the false object light having no information on the measurement object and having a phase different from the true object light are recorded. A first reconstructed image obtained from reconstructed light from which both body light has been reconstructed, a second reconstructed image obtained from combined light of the reconstructed light and a direct current component of a phase that amplifies the reconstructed light by positive interference, and Generating means for generating any two of the third reproduction images obtained from the combined light of the reproduction light and the direct current component of the phase that attenuates the reproduction light due to negative interference;
Acquisition means for acquiring a difference image or a subtraction image between the two reproduced images generated as a fourth reproduced image;
A hologram reproducing apparatus provided. 前記再生光を正の干渉により増幅する直流成分の位相は、光進行方向の１つの基準点において前記真物体光と同位相とされる、請求項１に記載のホログラム再生装置。   2. The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein a phase of a direct current component that amplifies the reproduced light by positive interference is in phase with the true object light at one reference point in a light traveling direction. 前記再生光を正の干渉により増幅する直流成分の位相は、光進行方向の複数の基準点において前記真物体光と同位相とされる、請求項１に記載のホログラム再生装置。   2. The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein a phase of a direct current component that amplifies the reproduced light by positive interference is the same as that of the true object light at a plurality of reference points in a light traveling direction. 前記再生光を負の干渉により減衰させる直流成分の位相は、光進行方向の１つの基準点において前記真物体光と逆位相とされる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置。   The phase of the direct current component that attenuates the reproduction light due to negative interference is opposite to the true object light at one reference point in the light traveling direction, according to any one of claims 1 to 3. The hologram reproducing apparatus as described. 前記再生光を負の干渉により減衰させる直流成分の位相は、光進行方向の複数の基準点において前記真物体光と逆位相とされる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置。   The phase of the direct current component that attenuates the reproduction light due to negative interference is opposite to that of the true object light at a plurality of reference points in the light traveling direction. The hologram reproducing apparatus as described. 前記生成手段が、前記２つの再生像を計算により生成し、
前記取得手段が、前記２つの再生像の差分画像または減算画像を計算により取得する、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置。 The generation means generates the two reproduced images by calculation,
The acquisition means acquires a difference image or a subtraction image of the two reproduced images by calculation;
The hologram reproduction apparatus according to claim 1, wherein the hologram reproduction apparatus is a hologram reproduction apparatus. 前記真物体光が、直流成分が除去された真物体光、または、直流成分が除去されていない真物体光である、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のホログラム再生装置。   The hologram reproducing apparatus according to claim 1, wherein the true object light is true object light from which a direct current component is removed or true object light from which a direct current component is not removed. . コンピュータを、
計測対象物の情報を有する真物体光と前記計測対象物の情報を有さず且つ前記真物体光とは位相の異なる偽物体光とを記録したホログラムから前記真物体光及び前記偽物体光の両方が再生された再生光から得られる第１の再生像、前記再生光と当該再生光を正の干渉により増幅する位相の直流成分との合成光から得られる第２再生像、及び前記再生光と当該再生光を負の干渉により減衰させる位相の直流成分との合成光から得られる第３再生像のうち何れか２つを生成する生成手段、
生成された２つの再生像の差分画像または減算画像を第４再生像として取得する取得手段、
として機能させるプログラム。 Computer
The true object light and the fake object light are recorded from a hologram in which the true object light having information on the measurement object and the fake object light having no information on the measurement object and having a phase different from the true object light are recorded. A first reproduced image obtained from the reproduced light that has been reproduced, a second reproduced image obtained from the combined light of the reproduced light and a direct current component having a phase that amplifies the reproduced light by positive interference, and the reproduced light. Generating means for generating any two of the third reproduced images obtained from the combined light of the phase and the direct current component of the phase that attenuates the reproduced light due to negative interference,
Acquisition means for acquiring a difference image or a subtraction image of the two reproduced images generated as a fourth reproduced image;
Program to function as.
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