JP2019219523A - ホログラム記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉性の低い光を用いて高品質なホログラムを記録するホログラム記録装置を実現する。【解決手段】記録装置（１０）は、物体光が通る光路中に、偏光プリズム（１１）と、偏光子（１３）と、撮像装置（１４）とを備える。偏光プリズムは、偏光プリズムの内部における伝搬方向および光路長を偏光方向に応じて異ならせ、偏光プリズムを通過した物体光の波面の曲率を偏光方向に応じて異ならせ、偏光プリズムを通過した２つの偏光の光軸を互いに平行にする。撮像装置は、偏光板を通過した２つの偏光が互いに干渉することにより形成されるホログラムを記録する。【選択図】図１

Description

本発明はホログラム記録装置に関する。

以後の文章中で位相の単位はラジアンで表す。光の干渉を利用した干渉計測技術、特にデジタルホログラフィは、非接触かつ非破壊で、物体の３次元情報を得ることができるため、近年、注目を集めている測定法の一つとなっている。

デジタルホログラフィは、３次元物体への光照射によって得られる干渉縞から、コンピュータを用いて３次元物体の像を再生する技術である。一般的には例えば、３次元物体への光照射によって得られる物体光と、該物体光に対して可干渉（コヒーレント）である参照光とが作る干渉縞を、ＣＣＤ（charge coupled device）等の撮像素子を用いて記録する。記録された干渉縞に基づいて、コンピュータで３次元物体の像を再生する。

特許文献１−４には、干渉縞から像を再生する際に、不要な像成分（０次回折光および共役像（−１次回折光））を除去する技術（位相シフト法）が記載されている。特に特許文献１−４には、画素を分割して、複数種類の干渉縞を同時に撮像し、位相シフト法によって像を再生する技術が記載されている。

特許文献５には、干渉性の低い光を用いて、被写体の再生に必要なホログラムを１回の撮像で記録することができるホログラム記録装置が記載されている。

特許第４２９４５２６号公報 国際公開第２００９／０６６７７１号 国際公開第２０１０／０９２７３９号 国際公開第２０１２／００２２０７号 特許第６２４５５５１号公報

しかしながら、特許文献５に記載のホログラム記録装置では、干渉性の低い光を用いてホログラムを記録するために、空間光変調器（ＳＬＭ：spatial light modulator）を用いる。空間光変調器は、画素毎に（空間的に離散的に）光の位相を変調するものである。それゆえ、空間光変調器によって変調された光の波面に歪みが生じる。そのため、空間光変調器の通過または反射において、不要な高次の回折光が発生する。これらは、形成されるホログラムにとってノイズとなり、記録されたホログラムから再生される再生像にノイズが含まれることになる。

本発明の一態様では、干渉性の低い光を用いて高品質なホログラムを記録するホログラム記録装置を実現することを目的とする。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置は、物体光が通る光路中に、複屈折素子と、偏光変換素子とを備え、上記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、上記複屈折素子は、該複屈折素子を通過した物体光に空間的に連続的な位相変調を与えるものであり、該複屈折素子の内部における上記第１成分光の伝搬方向と上記第２成分光の伝搬方向とを互いに異ならせ、該複屈折素子の内部における上記第１成分光の光路長と上記第２成分光の光路長とを互いに異ならせ、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の波面の曲率と該複屈折素子を通過した上記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、かつ、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸と該複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸とを互いに平行にし、上記偏光変換素子は、該偏光変換素子を通過した上記第１成分光と該偏光変換素子を通過した上記第２成分光とが互いに干渉するように、上記第１成分光および上記第２成分光の偏光方向を変化させ、上記偏光変換素子を通過した上記第１成分光が該偏光変換素子を通過した上記第２成分光と干渉することにより形成されるホログラムを記録する撮像装置を備える構成である。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置では、上記複屈折素子を通過した上記物体光が入射する光軸補正素子を備え、上記複屈折素子は、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸の位置に対して該複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸の位置にずれを生じさせ、上記光軸補正素子は、該光軸補正素子を通過した上記第１成分光の光軸と該光軸補正素子を通過した上記第２成分光の光軸との位置のずれを減少させ、かつ、該光軸補正素子を通過した上記第１成分光の波面の曲率と該光軸補正素子を通過した上記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせたままにする構成としてもよい。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置では、上記複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸上、かつ、上記複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸外に、レンズと開口とを備え、上記開口は、上記レンズの焦点位置に配置されている構成としてもよい。上記開口は、ピンホールまたは絞り等で構成される。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置は、上記物体光を回折させる開口を備え、上記複屈折素子は、上記開口により回折した上記物体光が入射する波長板である構成としてもよい。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置は、上記偏光変換素子は、上記第１成分光および上記第２成分光のそれぞれを互いに逆方向に回転する円偏光または楕円偏光に変換する波長板であり、上記撮像装置は、偏光イメージングを行うものである構成としてもよい。

本発明の一態様に係るホログラム記録装置は、上記複屈折素子は、偏光プリズム、メタマテリアル素子、波長板、複屈折レンズ、構造性複屈折を有する素子、または、フォトニック結晶素子である構成としてもよい。

本発明の一態様によれば、鮮明でかつ高品質なホログラムを得ることができる。

一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。 上記デジタルホログラフィ装置における開口および波長板における光路の一例を示す模式断面図である。 一実施形態のデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。

本発明の実施形態について図に基づいて以下に説明する。説明の便宜上、各項目において、上述の項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略することがある。

〔実施形態１〕
（デジタルホログラフィ装置１の構成）
図１は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置１の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置１は、記録装置１０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置１０は、偏光プリズム１１（複屈折素子）、偏光子１３（ＬＰ：light polarizer）（偏光変換素子）、および撮像装置１４を備える。再生装置１５は、コンピュータ等の計算機によって構成することができる。

ここでは被写体である物体（図示せず）から来る光を物体光と称する。物体光は、物体によって反射、回折または散乱された光、あるいは蛍光、高次高調波である。物体光は、記録装置１０に入射される。物体光の伝播方向に直交する１つの方向を第１方向と定義し、物体光の伝播方向および第１方向に直交する方向を第２方向と定義する。ここでは、第１方向を垂直方向と表し、第２方向を水平方向と表す。図においては、垂直方向を縦方向の矢印で表し、水平方向を横方向の矢印で表す。物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光と第２成分光とを含む。ここでは記録装置１０に入射する物体光において、第１成分光は垂直方向の成分を有する光であり、第２成分光は水平方向の成分を有する光である。ここでは、物体光は、干渉性の低いインコヒーレント光（例えば自然光、蛍光、または燐光等）である。記録装置１０に入射された物体光は、偏光プリズム１１および偏光子１３を通過して、撮像装置１４の撮像面１４ａに到達する。このように記録装置１０は、物体光が通る光路中に、偏光プリズム１１および偏光子１３を備える。なお、図１においては物体光の光路は模式的に直線で描いている。

偏光プリズム１１は、入射した光の偏光方向に応じて偏光プリズム１１の内部において光の伝搬方向を異ならせる複屈折素子である。偏光プリズム１１の内部において、垂直方向成分の光（第１成分光）の伝搬方向と、水平方向成分の光（第２成分光）の伝搬方向とは互いに異なる。これにより、偏光プリズム１１は、偏光プリズム１１の内部における垂直方向成分の光の光路長と水平方向成分の光の光路長とを互いに異ならせる。光路長が異なることにより、偏光プリズム１１を通過した（偏光プリズム１１から出射された）垂直方向成分の光の波面の曲率と水平方向成分の光の波面の曲率とは互いに異なるものになる。偏光プリズム１１の内部における垂直方向成分の光の伝搬方向と水平方向成分の光の伝搬方向とは互いに異なるが、偏光プリズム１１を通過した（偏光プリズム１１から出射された）垂直方向成分の光の光軸と水平方向成分の光の光軸とは互いに平行である。ただし、偏光プリズム１１の内部での伝搬方向が異なるため、垂直方向成分の光の光軸の位置と水平方向成分の光の光軸の位置とは互いに異なる。このように、偏光プリズム１１は、偏光プリズム１１を通過した物体光に空間的に連続的な位相変調を与える複屈折素子である。そのため、偏光プリズム１１を通過した物体光に、ノイズとなる波面の歪みまたは高次の回折光が含まれることを抑制することができる。

偏光子１３は、透過軸の方向の成分のみを通過させる。偏光子１３の透過軸は、垂直方向と水平方向の間の第３方向に設定する。すなわち、偏光子１３は、垂直方向成分の光のうちの透過軸方向成分と、水平方向成分の光のうちの透過軸方向成分とを通過させる。偏光子１３を通過した物体光は、透過軸方向に偏光している。偏光子１３を通過した物体光は、垂直方向成分の光のうちの透過軸方向成分と、水平方向成分の光のうちの透過軸方向成分との重ね合わせである。このように、偏光子１３は、垂直方向成分の光と水平方向成分の光の光が干渉するよう、それぞれの光の偏光方向を変化させる。透過軸の向き（第３方向）は、垂直方向と水平方向の間の任意の方向に設定することができる。透過軸が垂直方向に近いか、水平方向に近いかに応じて、偏光子１３を通過した垂直方向成分の光と水平方向成分の光との強度の比が変化する。

撮像装置１４は、撮像するための複数の画素が並んだ撮像面１４ａを有し、撮像面１４ａに到達した光の強度を記録する。撮像装置１４は、ＣＣＤ等の撮像素子を有する。偏光子１３を通過した光は、偏光方向が透過軸方向に揃っているので、撮像面１４ａ上において、干渉縞（フレネルゾーンパターン）を形成する。撮像装置１４は、撮像面１４ａ上に形成された干渉縞を記録する。この干渉縞は物体光の情報を有するホログラムである。撮像装置１４は、撮像した干渉縞の画像データを再生装置１５に出力する。

物体光の干渉性が低い場合、一方の光の光路長と他方の光の光路長との差が大きくなりすぎると、２つの光は互いに干渉しなくなる。ここでは、偏光プリズム１１を通過した垂直方向成分の光の光軸と水平方向成分の光の光軸とは互いに平行である。このため、物体から撮像面１４ａに至るまでの、垂直方向成分の光の光路長と水平方向成分の光の光路長との差が大きくなりすぎないようにすることができる。そのため、物体光の一部である垂直方向成分の光と水平方向成分の光とは、偏光方向が揃えられた後、自己干渉する。互いに波面の曲率が異なる２つの光（球面波）が干渉すると、フレネルゾーンパターン（干渉縞）が形成される。なお、干渉させる２つの光の波面形状（波面の曲率）が互いに異なっていれば、干渉縞が形成される。干渉性が低い物体光を用いた場合でも、光路長の差が小さければ、鮮明な干渉縞を得ることができる。また、偏光プリズム１１は、偏光プリズム１１を通過した物体光に空間的に連続的な位相変調を与えるため、撮像装置１４は、ノイズの少ない高品質なホログラムを得ることができる。

また、物体光の偏光方向を斜め方向の直線偏光とすることにより最終的により鮮明な干渉縞を得るために、偏光プリズム１１の前（被写体側）に、偏光子１３とは別の偏光子を配置してもよい。また、分解能または撮影可能範囲を向上させるために、偏光プリズム１１の前に、拡大光学系または縮小光学系を導入してもよい。また、干渉フィルタまたはカラーフィルタ等の波長を選択的に透過させる素子を物体光の光路中に導入することにより、特定の波長における干渉縞を得ることもできる。

再生装置１５は、記録装置１０によって記録されたホログラムに対して像再生処理を行い、再生像を生成する。なお、像再生処理においては、再生装置１５は、物体光（例えば物体光の垂直方向成分の光）を用いて回折積分を行うことにより、任意の奥行き位置の被写体の再生像を得ることができる。再生装置１５は、既知の再生方法を利用することができるため、ここでは詳述はしない。

（デジタルホログラフィ装置１の効果）
本実施形態では、デジタルホログラフィ装置１は、垂直方向成分の光と水平方向成分の光とに関して、偏光プリズム１１の内部で光路差を互いに異ならせることにより波面の曲率を互いに異ならせつつ、偏光プリズム１１から出射する２つの光の光軸を平行にする。これにより、物体から撮像面１４ａに至るまでの、垂直方向成分の光の光路長と水平方向成分の光の光路長との差が大きくなりすぎないようにする。それゆえ、デジタルホログラフィ装置１は、干渉性が低い物体光を用いながらも、鮮明な干渉縞を得ることができる。また、偏光プリズム１１は、画素毎に位相変調を与える空間光変調器とは異なり、偏光プリズム１１を通過した物体光に空間的に連続的な位相変調を与える。そのため、デジタルホログラフィ装置１は、ノイズの少ない高品質なホログラムを得ることができる。また、空間光変調器は、複雑な装置のため、小型化が難しい。一方で、記録装置１０は、簡単な光学素子である偏光プリズム１１および偏光子１３を用いるため、小型化が容易である。さらに、反射型の光学素子を用いずに透過型の光学素子を用いれば、より記録装置１０の小型化が実現しやすくなる。また、空間光変調器を利用すると光の利用効率が低くなるが、記録装置１０では、光の利用効率を高くすることができ、暗い物体からでも明るく鮮明なホログラムを得ることができる。

（変形例）
図１に示す記録装置１０において偏光プリズム１１の被写体側に波長フィルタ（波長選択フィルタ）を設けることで、物体光の干渉性を良くするために、偏光プリズム１１等に入射する物体光の波長範囲を狭くしてもよい。

なお、図１に示す記録装置１０において、全ての光学素子（偏光プリズム１１および偏光子１３）を、撮像装置１４の撮像面１４ａに貼り合わせた構成とすることもできる。

〔実施形態２〕
図２は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置２の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置２は、記録装置２０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置２０は、第１偏光プリズム１１、第２偏光プリズム１２（光軸補正素子）、偏光子１３、および撮像装置１４を備える。第１偏光プリズム１１は、実施形態１の偏光プリズム１１と同じものである。記録装置２０では、記録装置１０における偏光プリズム１１と偏光子１３との間に、第２偏光プリズム１２が追加されている。

第２偏光プリズム１２は、第１偏光プリズム１１とは、厚さ、光軸、および、複屈折材料の種類のうち、１つ以上が異なる複屈折素子である。第２偏光プリズム１２は、物体光の光軸の位置を補正する。第１偏光プリズム１１を通過した垂直方向成分の光と水平方向成分の光とでは、波面の曲率および光軸の位置が互いに異なる。第２偏光プリズム１２は、第２偏光プリズム１２を通過した垂直方向成分の光と水平方向成分の光において、波面の曲率の差を残存させつつ、光軸の位置の差（ずれ）を減少させる。第２偏光プリズム１２は、垂直方向成分の光の光軸と水平方向成分の光の光軸とを一致させてもよい。例えば、第１偏光プリズム１１において、水平方向成分の光が垂直方向成分の光より大きく屈折する場合、第２偏光プリズム１２において、垂直方向成分の光を水平方向成分の光より大きく屈折させてもよい。これにより、垂直方向成分の光の光軸と水平方向成分の光の光軸とを近づけてもよい。例えば、第１偏光プリズム１１の内部における垂直方向成分の光の光路長が水平方向成分の光の光路長より短い場合、第２偏光プリズム１２の内部において、垂直方向成分の光の光路長が水平方向成分の光の光路長より長くなるように、第２偏光プリズム１２を構成してもよい。ただし、垂直方向成分の光の波面の曲率と水平方向成分の光の波面の曲率とを互いに異ならせたままにするため、第２偏光プリズム１２は、光路長の差が完全にキャンセルされない程度のものにする。

また、例えば、第１偏光プリズム１１の内部における垂直方向成分の光の光路長が水平方向成分の光の光路長より短い場合、第２偏光プリズム１２の内部において、さらに垂直方向成分の光の光路長が水平方向成分の光の光路長より短くなるように、第２偏光プリズム１２を構成してもよい。例えば、第２偏光プリズム１２において水平方向成分の光を第１偏光プリズム１１とは逆に屈折させることにより、水平方向成分の光の光軸を垂直方向成分の光の光軸に近づけてもよい。

垂直方向成分の光および水平方向成分の光の光軸の位置の差が大きいと、特に撮像面１４ａの端に近い領域（周縁領域）の画素では、垂直方向成分の光および水平方向成分の光の光路長の差が大きくなる。そのため、干渉性の低い光を用いた場合、形成される干渉縞が不鮮明なものになる。本実施形態のデジタルホログラフィ装置２では、第２偏光プリズム１２によって、第２偏光プリズム１２を通過した垂直方向成分の光と水平方向成分の光において、波面の曲率を互いに異ならせたままにしつつ、光軸の位置のずれを減少させることで周縁領域の画素における光路長の差を減少させる。そのため、デジタルホログラフィ装置２は、鮮明な干渉縞を得ることができる。

〔実施形態３〕
（デジタルホログラフィ装置３の構成）
図３は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置３の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置３は、記録装置３０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置３０は、第１偏光プリズム１１、第２偏光プリズム１２、波長板１６、および偏光撮像装置１７を備える。第１偏光プリズム１１および第２偏光プリズム１２は、実施形態２と同じものである。記録装置３０では、第１偏光プリズム１１および第２偏光プリズム１２を通過した物体光は、波長板１６を通過した後、偏光撮像装置１７の撮像面１７ａに入射する。

波長板１６は、１／４波長板である。波長板１６は、その遅相軸が垂直方向と水平方向との間になるように配置される。ここでは、遅相軸と水平方向とのなす角は４５°である。第１成分光（垂直方向成分の光）は、波長板１６によって、ある回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換される。一方、第２成分光（水平方向成分の光）は、波長板１６によって、逆回転方向の円偏光（楕円偏光）に変換される。例えば、第１成分光は右回りの円偏光であり、第２成分光は左回りの円偏光である。

偏光撮像装置１７は、偏光イメージングを行う撮像装置である。偏光撮像装置１７は、複数の偏光方向に応じて撮像を行う複数の画素を有する。例えば、撮像面１７ａの前に複数の偏光子セルが配列する偏光子アレイが設けられている。１つの偏光子セルが１つの画素に対応するように、偏光撮像装置１７は構成されている。偏光子アレイは、水平方向（０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セルと、右上がり方向（４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セルと、垂直方向（９０°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セルと、左上がり方向（−４５°方向）の偏光成分のみを通過させる偏光子セルとを含む。これらの偏光子セルは周期的に配置されている。

（記録装置３０で記録されるホログラム）
第１成分光および第２成分光は互いに逆向きに回転する円偏光である。そのため、偏光子セルに応じて、通過した第１成分光に対する通過した第２成分光の位相の進みが異なる。ここでは、４種類の偏光子セルに応じて、４種類の位相シフト量（０、π／２、π、３π／２）の第１成分光および第２成分光が得られる。ここでは、ある偏光子セルを通過した第１成分光および第２成分光の位相の関係を基準（位相シフト量が０）にし、第１成分光の位相に対する第２成分光の位相の遅れまたは進みを位相シフト量と定義している。

第１成分光および第２成分光は、撮像面１７ａで干渉して干渉縞（ホログラム）を形成する。このように、記録装置３０は、位相シフト量の異なる複数のホログラムを記録することができる。再生装置１５は、位相シフト量の異なる複数のホログラムを用いて、並列位相シフト法によって０次回折光を除去し、物体の再生像（１次回折光）を得ることができる。

（デジタルホログラフィ装置３の効果）
本実施形態では、デジタルホログラフィ装置３は、空間分割多重された複数種類のホログラムを１回の撮像によって（１フレームで）得ることができる。そのため、像再生処理において並列位相シフト法を用いて複数種類のホログラムから所望の再生像を得ることができる。それゆえ、高品質な再生像を得ることができる。

なお、本実施形態において、第２偏光プリズム１２を省略することもできる。

〔実施形態４〕
図４は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置４の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置４は、記録装置４０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置４０は、第１偏光プリズム１１、第２偏光プリズム１２、偏光子１３、および撮像装置１４に加えて、２つのレンズ１８ａ、１８ｂおよび開口１９を備える。レンズ１８ａ、開口１９、およびレンズ１８ｂは、第１偏光プリズム１１および第２偏光プリズム１２の間の、例えば垂直方向成分の光の光軸から外れた位置かつ水平方向成分の光の光軸上に、この順で配置されている。例えば、第１偏光プリズム１１を通過した水平方向成分の光は、レンズ１８ａ、開口１９、レンズ１８ｂ、および第２偏光プリズム１２をこの順に通過して、撮像装置１４に入射する。例えば、第１偏光プリズム１１を通過した垂直方向成分の光は、レンズ１８ａ、開口１９、およびレンズ１８ｂを介さずに、第２偏光プリズム１２を通過して、撮像装置１４に入射する。開口１９は、レンズ１８ａ、１８ｂの焦点位置に配置されている。開口１９は、ピンホールまたは絞り等で構成される。開口１９は、水平方向成分の光から高周波成分を除去する。それゆえ、レンズ１８ａ、開口１９、およびレンズ１８ｂを通過した水平方向成分の光は、ほぼ平面波になる。波面形状が乱れていない水平方向成分の光が得られるので、撮像装置１４で撮像される干渉縞が鮮明になる。

なお、本実施形態において、第２偏光プリズム１２を省略することもできる。また、レンズ１８ａ、開口１９、およびレンズ１８ｂを、記録装置３０に追加することもできる。

〔実施形態５〕
図５は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置５の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置５は、記録装置５０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置５０は、開口５１、波長板５２（複屈折素子）、偏光子１３、および撮像装置１４を備える。開口５１と偏光子１３との間に波長板５２が配置されている。

図６は、開口５１および波長板５２における光路の一例を示す模式断面図である。開口５１は、通過した物体光を回折させて球面波とする。開口５１を通過した物体光は波長板５２に入射する。物体（点光源）が開口５１の開口の位置にあると考えることもできる。実際に、開口５１の代わりに、開口の位置に物体を配置してもよい。

波長板５２は、偏光方向に応じて異なる屈折率を有する。波長板５２は、１／４波長板または１／２波長板に限らず、波長板５２による位相のずれは任意でよい。ここでは、波長板５２は、垂直方向成分の光ＯＬ１に対する屈折率より、水平方向成分の光ＯＬ２に対してより大きい屈折率を有する。すなわち、波長板５２は、水平方向成分の光ＯＬ２をより大きく屈折させる。波長板５２は、波長板５２の内部における垂直方向成分の光ＯＬ１の伝搬方向と、水平方向成分の光ＯＬ２の伝搬方向とを互いに異ならせる。波長板５２は、波長板５２の内部における垂直方向成分の光ＯＬ１の光路長と水平方向成分の光ＯＬ２の光路長とを互いに異ならせる。これにより、波長板５２を通過した垂直方向成分の光ＯＬ１の波面の曲率と水平方向成分の光ＯＬ２の波面の曲率とは互いに異なるものになる。波長板５２を通過した垂直方向成分の光ＯＬ１の光軸と水平方向成分の光ＯＬ２の光軸とは、共に図６に示す一点鎖線の位置である。

波面の曲率が互いに異なる２つの偏光が、偏光子１３を通過し、撮像装置１４の撮像面１４ａに到達する。開口５１（または物体）を設けることで空間情報量の帯域を制限するとともに、干渉縞の可視度を上げることができる。波長板５２により２つの偏光の波面の曲率に有意な差が生じ、撮像面１４ａに観察可能な干渉縞が形成される。それゆえ、実施形態１と同様に、撮像装置１４は、撮像面１４ａに形成された干渉縞を記録することができる。例えば開口５１は、ピンホールまたは絞り等で構成される。

〔実施形態６〕
図７は、本実施形態のデジタルホログラフィ装置６の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置６は、記録装置６０（ホログラム記録装置）と再生装置１５とを備える。記録装置６０は、記録装置３０の一部と記録装置５０の一部とを組み合わせたものである。記録装置６０は、開口５１、波長板５２、波長板１６、および偏光撮像装置１７を備える。開口５１および波長板５２によって、波面の曲率が互いに異なる２つの偏光が得られる。開口５１および波長板５２を通過した物体光は、波長板１６を通過した後、偏光撮像装置１７の撮像面１７ａに入射する。波長板１６は、１／４波長板である。第１成分光（垂直方向成分の光）は、波長板１６によって、ある回転方向の円偏光に変換される。一方、第２成分光（水平方向成分の光）は、波長板１６によって、逆回転方向の円偏光に変換される。偏光撮像装置１７によって位相シフト量の異なる複数のホログラムが記録される。

（変形例）
上述の複数の実施形態において、空間的に連続的な位相変調を与える複屈折素子として、偏光プリズムまたは波長板の他に、複屈折レンズ、メタマテリアル素子、構造性複屈折を有する素子、または、フォトニック結晶素子を用いることができる。複屈折素子は、画素構造等の、波長以上のレベルでの構造を有しない、均質な材質で形成されていることが好ましい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、２、３、４、５、６ デジタルホログラフィ装置
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 記録装置（ホログラム記録装置）
１１ 偏光プリズム、第１偏光プリズム（複屈折素子）
１２ 第２偏光プリズム（光軸補正素子）
１３ 偏光子（偏光変換素子）
１４ 撮像装置
１５ 再生装置
１６ 波長板（偏光変換素子）
１７ 偏光撮像装置
１９、５１ 開口
５２ 波長板（複屈折素子）

Claims (6)

1. 物体光が通る光路中に、複屈折素子と、偏光変換素子とを備え、
   上記物体光は、互いに偏光方向が異なる第１成分光および第２成分光を含み、
   上記複屈折素子は、該複屈折素子を通過した物体光に空間的に連続的な位相変調を与えるものであり、該複屈折素子の内部における上記第１成分光の伝搬方向と上記第２成分光の伝搬方向とを互いに異ならせ、該複屈折素子の内部における上記第１成分光の光路長と上記第２成分光の光路長とを互いに異ならせ、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の波面の曲率と該複屈折素子を通過した上記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせ、かつ、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸と該複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸とを互いに平行にし、
   上記偏光変換素子は、該偏光変換素子を通過した上記第１成分光と該偏光変換素子を通過した上記第２成分光とが互いに干渉するように、上記第１成分光および上記第２成分光の偏光方向を変化させ、
   上記偏光変換素子を通過した上記第１成分光が該偏光変換素子を通過した上記第２成分光と干渉することにより形成されるホログラムを記録する撮像装置を備えることを特徴とするホログラム記録装置。
2. 上記複屈折素子を通過した上記物体光が入射する光軸補正素子を備え、
   上記複屈折素子は、該複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸の位置に対して該複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸の位置にずれを生じさせ、
   上記光軸補正素子は、該光軸補正素子を通過した上記第１成分光の光軸と該光軸補正素子を通過した上記第２成分光の光軸との位置のずれを減少させ、かつ、該光軸補正素子を通過した上記第１成分光の波面の曲率と該光軸補正素子を通過した上記第２成分光の波面の曲率とを互いに異ならせたままにすることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
3. 上記複屈折素子を通過した上記第２成分光の光軸上、かつ、上記複屈折素子を通過した上記第１成分光の光軸外に、レンズと開口とを備え、
   上記開口は、上記レンズの焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム記録装置。
4. 上記物体光を回折させる開口を備え、
   上記複屈折素子は、上記開口により回折した上記物体光が入射する波長板であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
5. 上記偏光変換素子は、上記第１成分光および上記第２成分光のそれぞれを互いに逆方向に回転する円偏光または楕円偏光に変換する波長板であり、
   上記撮像装置は、偏光イメージングを行うものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。
6. 上記複屈折素子は、偏光プリズム、メタマテリアル素子、波長板、複屈折レンズ、構造性複屈折を有する素子、または、フォトニック結晶素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラム記録装置。

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