JP2021060283A - 干渉光生成素子及び干渉イメージング装置 - Google Patents

干渉光生成素子及び干渉イメージング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】構成が簡易な干渉光生成素子を提供する。【解決手段】入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子３と、干渉光生成素子３が生成した干渉光を検出する撮像素子４と、位相変調素子３１に位相変調させると共に、撮像素子４が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部５とを備える干渉イメージング装置１であって、干渉光生成素子３が、入射光の一部を反射し、残りの入射光を通過させる光波分離素子３０と、光波分離素子３０を通過した入射光を位相変調する位相変調素子３１と、光波分離素子３０で反射された入射光と重なるように、位相変調素子３１で位相変調された入射光を反射する反射部材３２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、入射光から干渉光を生成する干渉光生成素子、及び、その干渉光から複素振幅画像を生成する干渉イメージング装置に関する。
光の波長特性の情報は、生体の健康状態等のバイタルサイン、物質や材料の種類・特性、肉眼やロボットビジョンの物体認識・識別における有益な特徴量として、様々な形で多岐に活用されている。色味として波長情報を取得する手法として、ＲＧＢのカラーフィルタを撮像素子の前に配置して撮像する時分割記録や、回折格子やプリズムを用いて、ＲＧＢの光を分光した後に３台の撮像素子でＲＧＢ各色の画像を撮像する空間分割記録が提案されてきた。今日においては、波長情報を取得する手法として、Ｂａｙｅｒ型のカラーフィルタアレイが装着されたイメージセンサを用いる手法が提案されている。一方、Ｂａｙｅｒ型のカラーフィルタアレイでは、各フィルタの分光吸収により波長情報を分離するため、光量が限られる条件下では鮮明な波長情報を取得することが困難である。
そこで、光の吸収ではなく位相変調を用いて、計算コヒーレント多重に基づく分光信号処理を含む多波長センシング方式が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の手法（以下、「従来技術１」）では、波長ごとに異なる位相変調を時間的又は空間的なパターンとして与え、モノクロームイメージセンサで波長多重画像を取得する。従来技術１では、図２９に示すように、異なる波長の光を出射する光源９０を備え、２光束干渉計９における参照光の光路に位相変調素子９４を配置し、単色撮像素子９８で位相変調画像を取得する。この位相変調素子９４としては、ピエゾ付きミラー、空間光変調器、波長板、及び、波長板アレイがあげられる。この従来技術１では、波長数をＮとすると、２Ｎ枚の画像から各波長の画像情報を取得できる。位相変調パターンは規則的になるとは限られず、２Ｎ枚の画像のうち、最低１枚の画像の位相変調量が他の画像と異なればよい。また、従来技術１では、分光吸収を用いずに演算部９９の信号処理により波長情報を分離抽出するため、高い光利用効率を実現できる。
従来技術１では、位相変調量を２πの整数倍としていたのに対し、任意の位相変調量で分光信号処理を行う方式も提案されている（特許文献２）。この特許文献２に記載の手法（以下、「従来技術２」）では、位相変調素子として、前記したものに加え、電気光学効果を利用する電気光学素子も利用できる。この電気光学素子は、２光束干渉計における片側の光路上、又は、２つの光波が共に通る光路上に配置される。
特許６３０８５９４号公報 特開２０１７−０７６０３８号公報
前記した従来技術では、２光束干渉計の装置構成を採用したため、物体光と参照光の光路を形成する必要があり、装置が大型化・複雑化するという問題がある。図２９の例では、２光束干渉計９が、物体光と参照光の光路を形成するため、ミラー９１、ハーフミラー９２、ビームスプリッタ９３，９７、対物レンズ９５、凸レンズ９６等の光学素子を備える必要があり、装置の大型化・複雑化を招いてしまう。その結果、前記した従来技術では、各光路に対して異なる外乱（例えば、振動）が生じると、干渉光の位相が変化してしまい、計測精度が著しく低下することがある。
そこで、本発明は、構成が簡易な干渉光生成素子及び干渉イメージング装置を提供することを課題とする。
前記した課題に鑑みて、本発明に係る干渉光生成素子は、入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子であって、前記入射光の一部を反射し、残りの前記入射光を通過させる光波分離素子と、前記光波分離素子を通過した入射光を位相変調する位相変調素子と、前記光波分離素子で反射された入射光と重なるように、前記位相変調素子で位相変調された入射光を反射する反射部材と、を備える構成とした。
かかる干渉光生成素子によれば、２光束干渉計のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。
また、本発明に係る干渉光生成素子において、前記反射部材は、平行平板、ウェッジ形状、凸状又は凹状であることが好ましい。
かかる干渉光生成素子によれば、反射部材をウェッジ形状にすることで、光波干渉の面積を増大させ、微分干渉を可能とし、干渉光を容易に生成することができる。
さらに干渉光生成素子によれば、反射部材を凸状又は凹状にすることで、同心円状の干渉光強度分布を生成することができる。
また、前記した課題に鑑みて、本発明に係る干渉イメージング装置は、前記した干渉光生成素子と、前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部と、を備える構成とした。
かかる干渉イメージング装置によれば、２光束干渉計のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。
また、前記した課題に鑑みて、本発明に係る干渉イメージング装置は、入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子と、前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部とを備える干渉イメージング装置であって、前記干渉光生成素子は、前記入射光を２つの光波に分離する光波分離素子と、前記光波分離素子で分離された一方の入射光を通過又は位相変調し、前記光波分離素子で分離された他方の入射光を通過又は位相変調する位相変調素子と、前記位相変調素子から出射された一方の入射光及び他方の入射光を前記干渉光として結合する光波結合素子と、を備え、前記演算部は、所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより前記干渉光から前記複素振幅画像を生成する構成とした。
かかる干渉イメージング装置によれば、２光束干渉計のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。
また、本発明に係る干渉イメージング装置において、前記光波分離素子は、前記入射光を偏光方向が異なる２つの光波に分離する光波分離偏光素子であり、前記位相変調素子は、前記光波分離素子で分離された所定の偏光方向の入射光を位相変調し、前記光波分離素子で分離された他の偏光方向の入射光を通過させる偏光感受性位相変調素子であり、前記光波結合素子は、前記位相変調素子から出射された所定の偏光方向の入射光及び他の偏光方向の入射光を結合する光波結合偏光素子であり、前記光波結合偏光素子が結合した入射光の偏光方向を一致させる偏光子、をさらに備えることが好ましい。
かかる干渉イメージング装置によれば、偏光特性を利用して干渉縞画像を生成することができる。
また、前記した課題に鑑みて、本発明に係る干渉イメージング装置は、入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子と、前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部とを備える干渉イメージング装置であって、前記干渉光生成素子は、前記入射光を２つの光波に分離する光波分離素子と、前記光波分離素子で分離された一方の入射光を位相変調し、前記光波分離素子で分離された他方の入射光と前記一方の入射光とを重ねて前記干渉光として出射する位相変調素子と、を備え、前記演算部は、所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより前記干渉光から前記複素振幅画像を生成する構成とした。
かかる干渉イメージング装置によれば、２光束干渉計のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。
また、本発明に係る干渉イメージング装置において、前記位相変調素子は、厚さが異なる又は位相変調の勾配が異なることが好ましい。
かかる干渉イメージング装置によれば、光波干渉の面積を増大させ、微分干渉を可能とし、干渉光を容易に生成することができる。
また、本発明に係る干渉イメージング装置において、前記光波分離素子は、ウェッジ形状、凸状又は凹状であることが好ましい。
かかる干渉イメージング装置によれば、反射部材をウェッジ形状にすることで、光波干渉の面積を増大させ、微分干渉を可能とし、干渉光を容易に生成することができる。
さらに干渉イメージング装置によれば、反射部材を凸状又は凹状にすることで、同心円状の干渉光強度分布を生成することができる。
本発明によれば、構成が簡易な干渉光生成素子及び干渉イメージング装置を提供することができる。
第１実施形態に係る干渉イメージング装置の概略構成図である。 図１の干渉光生成素子の概略構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、変形例１に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例２に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例３に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例４に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例５に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例６に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例７に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例８に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 第２実施形態に係る干渉イメージング装置の概略構成図である。 図１１の干渉光生成素子の概略構成図である。 第２実施形態において、光波分離素子の第１例を説明する説明図である。 第２実施形態において、光波分離素子の第２例を説明する説明図である。 （ａ）は第３実施形態に係る干渉光生成素子の概略構成図であり、（ｂ）は撮像素子の配置を説明する説明図である。 第４実施形態に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例９に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１０に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１１に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１２に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１３に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１４に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１５に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１６に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例１８に係る干渉イメージング装置の概略構成図である。 変形例１９に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 変形例２０に係る干渉光生成素子の概略構成図である。 （ａ）は変形例２１に係る干渉イメージング装置の概略構成図であり、（ｂ）は第１偏光子の平面図である。 従来の２光束干渉計の概略構成図である。
以下、本発明の各実施形態及び各変形例について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略した。
（第１実施形態：反射型）
［干渉イメージング装置］
図１を参照し、第１実施形態に係る干渉イメージング装置１について説明する。
図１に示すように、干渉イメージング装置１は、複素振幅画像を生成するコモンパス型の干渉計であり、光源２と、干渉光生成素子３と、撮像素子（干渉光検出部）４と、演算部５とを備える。本実施形態では、干渉イメージング装置１が、入射光を反射する反射型である。
光源２は、干渉光生成素子３に光を出射するものである。この光源２が出射した光は、干渉光生成素子３の入射光となる。この光源２としては、インコヒーレントな光を出射する光源（例えば、一般的な照明機器や太陽光）を例示できる。また、光源２は、コヒーレントなレーザ光を出射するレーザ光源であってもよい。また、光源２が出射する光は、単一波長又は複数波長の何れであってもよい。
なお、干渉イメージングの対象となる物体は、光源２と干渉光生成素子３との間、又は、干渉光生成素子３と撮像素子４との間に配置すればよい。
干渉光生成素子３は、光源２が出射した入射光から干渉光を生成するものである。この干渉光生成素子３が生成した干渉光は、撮像素子４に入射する。つまり、干渉光生成素子３は、光路が一致するコモンパス型、かつ、入射光を反射する反射型の光学デバイスである。図１に示すように、干渉光生成素子３は、光源２の光軸上（図面右側）に配置され、光源２からの入射光を撮像素子４に反射できるように、光源２及び撮像素子４に対して傾いて配置されている。なお、干渉光生成素子３の詳細は、後記する。
撮像素子４は、干渉光生成素子３が生成した干渉光を検出するものである。すなわち、撮像素子４は、干渉光生成素子３からの干渉光の情報（干渉縞画像）を取得し、取得した干渉光の情報を演算部５に出力する。この撮像素子４としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の一般的な受光素子を例示できる。図１に示すように、撮像素子４は、干渉光生成素子３からの干渉光が入射するように、干渉光生成素子３の下側に配置されている。
演算部５は、所定の位相変調パターンで位相変調素子３１に波長依存性をもって位相変調させるものである。また、演算部５は、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより、撮像素子４が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する。この演算部５は、前記した演算を行う一般的なコンピュータであり、信号ケーブルを介して、干渉光生成素子３及び撮像素子４に接続されている。なお、演算部５の詳細は、後記する。
［干渉光生成素子］
図２を参照し、干渉光生成素子３について詳細に説明する。
図２に示すように、干渉光生成素子３は、光波分離素子３０と、位相変調素子３１と、反射部材３２と、筐体３３とを備える。
図２では、光源２が出射して光波分離素子３０で反射された光Ｌ１を薄いドットで図示した。また、位相変調素子３１で位相変調されて反射部材３２で反射された光Ｌ２を中程度の密度のドットで図示した。さらに、これら２つが重なった光Ｌ３を濃いドットで図示した。
光波分離素子３０は、光源２が出射した入射光の一部（光Ｌ１）を反射し、残りの入射光（光Ｌ２）を通過させるものである。ここでは、光波分離素子３０は、入射光の一部を反射部材３２に向けて反射し、反射しなかった入射光の残りを位相変調素子３１まで通過させる。この光波分離素子３０としては、所定の反射率及び透過率を有するミラー構造（例えば、ハーフミラー）、回折格子、又は、２重焦点レンズを例示できる。また、光波分離素子３０は、反射する入射光と透過する入射光との割合が任意であり、ハーフミラーのように１：１に限られない。
位相変調素子３１は、光波分離素子３０を通過した入射光（光Ｌ２）を位相変調するものである。この位相変調素子３１は、光波分離素子３０と隣接するように配置されている。本実施形態では、位相変調素子３１は、波長毎に時間的又は空間的に異なる位相変調パターンが演算部５から入力されるので、この位相変調パターンに基づいて、入射光を位相変調する。ここで、位相変調素子３１としては、液体レンズ、音響光学変調器（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）、光路長可変セル、液晶素子、液晶素子のアレイ、電気光学素子、電気光学変調器（ＥＯＭ：Electro-Optic Modulator）、波長板等の複屈折材料、複屈折材料のアレイ、又は、反射型空間光変調器（ＬＣｏＳ−ＳＬＭ：Liquid Crystal On Silicon - Spatial Light Modulator）等の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を例示できる。また、位相変調素子３１では、熱により液体又は複屈折材料の屈折率を制御する手法を利用してもよい。
反射部材３２は、光波分離素子３０で反射された入射光（光Ｌ１）と重なるように、位相変調素子３１で位相変調された入射光（光Ｌ２）を反射するものである。この反射部材３２は、位相変調素子３１と隣接するように配置されている。つまり、反射部材３２は、光波分離素子３０で反射された一部の入射光と、位相変調素子３１を通過した残りの入射光との光路が重なるように、残りの入射光を反射する。この反射部材３２としては、一般的なミラーを例示できる（平行平板状のものを含む）。また、反射部材３２は、反射材をコーディングした反射層としてもよい（例えば、アルミコーディング）。
筐体３３は、光波分離素子３０、位相変調素子３１及び反射部材３２を内部に収容するものである（破線で図示）。例えば、筐体３３は、金属で形成された箱状のケースである。また、筐体３３は、入射光が光波分離素子３０の入射面に届くように、光波分離素子３０の入射面を露出させる開口（不図示）を有する。
なお、筐体３３の内部において、光波分離素子３０、位相変調素子３１及び反射部材３２が隣接しているが、離間していてもよい。
以上の構成により、干渉光生成素子３は、干渉光（光Ｌ３）を生成することができる。すなわち、光源２からの入射光は、図２に示すように、光波分離素子３０によって、光波分離素子３０を通過して位相変調素子３１に入射する光Ｌ２と、光波分離素子３０で反射されて位相変調素子３１に入射しない光Ｌ１とに分離される。そして、光波分離素子３０を通過した光Ｌ２は、位相変調素子３１によって位相変調される。さらに、位相変調素子３１で位相変調された光Ｌ２は、反射部材３２により反射される。これにより、光波分離素子３０で反射された光Ｌ１と、位相変調素子３１で位相変調された光Ｌ２が重なる部分で干渉し、干渉光である光Ｌ３が生成される。その後、干渉光は、撮像素子４に入射する。
＜演算部における演算処理＞
前記した演算部５は、以下で説明するように、位相シフト干渉法や波長情報を選択的に抽出できる位相シフト法などの計算コヒーレント多重（ＣＣＳ：Computational Coherent Superposition）を用いる。ここで、波長数をＮ、干渉縞画像の干渉光強度の行列をＩｎ、Ｎ波長の入射光における位相変調量の行列をＰ、Ｎ波長の入射光における複素振幅分布の行列をＵとする。また、αを位相変調量、Ｉ（ｘ、ｙ：α１ｍ，…，αＮｍ）を波長λ１，…，λＮに対し位相シフト量α１ｍ，…，αＮｍをもつ波長多重干渉縞画像とする。また、Ｉ０ｔｈを干渉縞画像における０次回折光強度の総和、Ａｏｉを波長λｉにおける物体光の振幅、Ａｒｉを波長λｉにおける参照光の振幅、φｏｉを波長λｉにおける物体光の位相とする（ｉ、ｍは添え字）。ここで、２Ｎ＋１枚の干渉縞画像が入力された場合、Ｉｎ＝ＰＵの関係により、以下の式（１）を定義できる。
Figure 2021060283
所望の光情報であるＮ波長の入射光における複素振幅分布の行列Ｕは、Ｕ＝Ｐ−１Ｉｎで求められる。ここで、複素振幅分布の行列Ｕを求める際、Ｎ波長に応じた位相変調量の行列Ｐが重要となる。例えば、干渉光生成素子３に合わせて条件数が低くなるように位相変調量の行列Ｐを設定することで、演算精度が向上する。
なお、計算コヒーレント多重の一例は、前記した特許文献１，２に詳細に記載されているため、これ以上の説明を省略する。
この他、演算部５は、一般的なフーリエ分光アルゴリズムを用いてもよい。例えば、演算部５は、時間ヘテロダイン又は空間ヘテロダインによるフーリエ分光アルゴリズムを用いることができる。
この演算部５は、干渉縞画像に対して演算処理を行って、物体の回折像に相当する複素振幅画像を生成できる。そして、演算部５は、複素振幅画像に回折積分等の光波伝搬の演算処理を行って、任意の奥行き深さにおける合焦像を得られる。これにより、干渉イメージング装置１は、レンズレス３次元画像センシングを行うことができる。
［作用・効果］
以上のように、干渉イメージング装置１は、２光束干渉計９（図２９）のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。さらに、干渉イメージング装置１は、結像レンズが不要なので、小型化を図ることができる。
さらに、干渉イメージング装置１は、インコヒーレントな光を出射する光源２（例えば、一般的な照明機器や太陽光）も利用できるため、汎用性を向上させることができる。
さらに、干渉イメージング装置１は、高速に動作する位相変調素子３１を用いるので、リアルタイム性を向上させることができる。
さらに、干渉イメージング装置１は、機械駆動が不要なので、２光束干渉計９に比べて振動に強く、持ち運びが容易なので、信頼性及び利便性を向上させることができる。
（変形例１：ウェッジ形状の反射部材）
以下、変形例１に係る干渉光生成素子３Ｂについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図３（ａ）に示すように、干渉光生成素子３Ｂは、反射部材３２Ｂをウェッジ形状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、反射部材３２Ｂ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。また、図３（ｂ）では、図面を見やすくするため、入射光の図示を省略した。
反射部材３２Ｂは、入射光が入射する側の平坦面、つまり、入射光を反射する反射面３２ＩＮをウェッジ形状にしたものである。このウェッジ形状とは、一端から他端に向かって傾斜する形状のことである。従って、反射部材３２Ｂは、一端側（図面下側）が他端側（図面上側）よりも厚くなっており、反射面３２ＩＮと位相変調素子３１との隙間が他端側で大きくなる。また、反射部材３２Ｂは、反射面３２ＩＮに対向する裏側の平坦面３２ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。なお、ウェッジ形状の傾斜面は、平坦であってもよく、平坦でなくともよい。
図３（ｂ）に示すように、干渉光生成素子３Ｂは、反射部材３２Ｂをウェッジ形状としたので、位相変調素子３１で位相変調された光波の伝搬方向を変えることができる。これにより、干渉光生成素子３Ｂは、図３（ａ）に示すように、光波干渉の領域を増大させ、微分干渉を可能とし、干渉光を容易に生成することができる。
（変形例２：ウェッジ形状の光波分離素子）
以下、変形例２に係る干渉光生成素子３Ｃについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図４に示すように、干渉光生成素子３Ｃは、光波分離素子３０Ｃをウェッジ形状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３０Ｃ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波分離素子３０Ｃは、入射光が入射する入射面３０ＩＮをウェッジ形状にしたものである。従って、光波分離素子３０Ｃは、一端側（図面下側）が他端側（図面上側）よりも薄くなっている。また、光波分離素子３０Ｃは、入射面３０ＩＮに対向する裏側の平坦面、つまり、入射光を出射する出射面３０ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。
なお、光波分離素子３０Ｃは、入射面３０ＩＮではなく、出射面３０ＯＵＴをウェッジ形状にしてもよい（不図示）。この場合、光波分離素子３０Ｃと位相変調素子３１との間に隙間が生じるため、その境界で迷光が出射されないようすることが好ましい。
このように、干渉光生成素子３Ｃは、光波分離素子３０Ｃをウェッジ形状としたので、光波の伝搬方向を変えることができ、変形例１と同様の作用効果を奏する。
（変形例３：厚さが異なる位相変調素子）
以下、変形例３に係る干渉光生成素子３Ｄについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図５に示すように、干渉光生成素子３Ｄは、位相変調素子３１Ｄの厚さを変えた点が、第１実施形態と異なる。
なお、位相変調素子３１Ｄ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
位相変調素子３１Ｄは、一端側（図面下側）が他端側（図面上側）よりも薄くなるように、厚みを変えたものである。つまり、位相変調素子３１Ｄは、全体の厚さが均一でない。ここでは、位相変調素子３１Ｄは、入射光が入射する入射面３１ＩＮの側を薄くしたので、入射面３１ＩＮと光波分離素子３０との隙間が一端側で大きくなる。また、位相変調素子３１Ｄは、入射面３１ＩＮに対向する裏側の平坦面、つまり、入射光を出射する出射面３１ＯＵＴが、反射部材３２と平行になっている。
なお、位相変調素子３１Ｄは、入射面３１ＩＮの側ではなく、出射面３１ＯＵＴの側を薄くしてもよい（不図示）。
このように、干渉光生成素子３Ｄは、位相変調素子３１Ｄの厚さが異なるので、屈折により光波の伝搬方向を変えることができ、変形例１と同様の作用効果を奏する。
この他、位相変調素子３１Ｄの厚さを変える代わりに、位相変調の勾配を変えることで、光波の伝搬方向を制御できる。ここでは、演算部５は、位相変調量にバイアスを付加することで、位相変調の勾配を変えることができる。具体的には、演算部５は、位相変調素子３１Ｄの画素（アドレス）毎に位相変調量のバイアスを増加又は減少させればよい。
（変形例４：凹状の反射部材）
以下、変形例４に係る干渉光生成素子３Ｅについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図６に示すように、干渉光生成素子３Ｅは、反射部材３２Ｅを凹状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、反射部材３２Ｅ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
反射部材３２Ｅは、反射面３２ＩＮを凹状にしたものである。従って、反射部材３２Ｅは、両端側よりも中央部が薄くなるような円筒面状の反射面３２ＩＮを有し、反射面３２ＩＮと位相変調素子３１との隙間が中央部で大きくなる。また、反射部材３２Ｅは、裏側の平坦面３２ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。
このように、干渉光生成素子３Ｅは、反射部材３２Ｅを凹状としたので、位相変調素子３１を通過する光波と、位相変調素子３１を通過しない光波との波面の曲率半径差を変えることができる。これにより、干渉光生成素子３Ｅは、フレネルゾーンプレートのように同心円状の干渉光強度分布を生成することができる。
（変形例５：凸状の反射部材）
以下、変形例５に係る干渉光生成素子３Ｆについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図７に示すように、干渉光生成素子３Ｆは、反射部材３２Ｆを凸状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、反射部材３２Ｆ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
反射部材３２Ｆは、反射面３２ＩＮを凸状にしたものである。従って、反射部材３２Ｆは、両端側よりも中央部が厚くなるような円筒面状の反射面３２ＩＮを有し、反射面３２ＩＮと位相変調素子３１との隙間が両端で大きくなる。また、反射部材３２Ｆは、裏側の平坦面３２ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。
このように、干渉光生成素子３Ｆは、反射部材３２Ｅを凸状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例４と同様の作用効果を奏する。
（変形例６：凹状の光波分離素子）
以下、変形例６に係る干渉光生成素子３Ｇについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図８に示すように、干渉光生成素子３Ｇは、光波分離素子３０Ｇを凹状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３０Ｇ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波分離素子３０Ｇは、入射面３０ＩＮを凹状にしたものである。従って、光波分離素子３０Ｇは、両端側よりも中央部が薄くなるような円筒面状の入射面３０ＩＮを有する。また、光波分離素子３０Ｇは、出射面３０ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。
なお、光波分離素子３０Ｇは、入射面３０ＩＮではなく、出射面３０ＯＵＴを凹状にしてもよい（不図示）。
このように、干渉光生成素子３Ｇは、光波分離素子３０Ｇを凹状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例４と同様の作用効果を奏する。
（変形例７：凸状の光波分離素子）
以下、変形例７に係る干渉光生成素子３Ｈについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図９に示すように、干渉光生成素子３Ｈは、光波分離素子３０Ｈを凸状とした点が、第１実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３０Ｈ以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波分離素子３０Ｈは、入射面３０ＩＮを凸状にしたものである。従って、光波分離素子３０Ｈは、両端側よりも中央部が厚くなるような円筒面状の入射面３０ＩＮを有する。また、光波分離素子３０Ｈは、出射面３０ＯＵＴが、位相変調素子３１と平行になっている。
なお、光波分離素子３０Ｈは、入射面３０ＩＮではなく、出射面３０ＯＵＴを凸状にしてもよい（不図示）。
このように、干渉光生成素子３Ｈは、光波分離素子３０Ｈを凸状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例４と同様の作用効果を奏する。
（変形例８：偏光特性の利用）
以下、変形例８に係る干渉光生成素子３Ｉについて、第１実施形態と異なる点を説明する。図１０に示すように、干渉光生成素子３Ｉは、偏光特性を利用する点が、第１実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３０Ｉ及び偏光子３４以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波分離素子３０Ｉは、光源２が出射した入射光を偏光方向が異なる２つの光波に分離する光波分離偏光素子である。ここで、光波分離素子３０は、ある偏光方向の光波を反射部材３２に向けて反射し、他の偏光方向の光波を位相変調素子３１まで通過させる。
偏光子３４は、光波分離素子３０で反射された入射光と、位相変調素子３１で位相変調された入射光との偏光方向を一致させるものである。この偏光子３４を通過した光波は、偏光成分が一致して干渉光となり、撮像素子４（図１）に入射する。
このように、干渉光生成素子３Ｉは、光波分離素子３０Ｉを光源２が出射した入射光を偏光方向が異なる２つの光波に分離する光波分離偏光素子とし、偏光子３４を光路上に配置したので、干渉縞の可視度を向上させることができる。
さらに、干渉光生成素子３Ｉの前段、又は、干渉光生成素子３Ｉと偏光子３４との間に波長板や方解石、複屈折レンズ、その他の複屈折材料を挿入することにより、ある偏光方向の光波と他の偏光方向の光波の光路長差を調整することができ、干渉縞の可視度を向上させることができる。このように、偏光を利用することにより光路長差を０に近づけるような調整ができる。ここで、偏光特性をもつ位相変調素子３１を配置した場合、光波分離素子３０Ｉを通過する他の偏光方向を、位相変調素子３１により変調される偏光方向と一致させることで、高い光利用効率をもって光波の位相を変調でき、干渉縞の可視度を向上させることができる。なお、偏光感受性位相変調素子を用いる他の形態においても、本変形例を同様に適用できる。
（第２実施形態：透過型）
［干渉イメージング装置］
図１１を参照し、第２実施形態に係る干渉イメージング装置１００について説明する。
図１１に示すように、干渉イメージング装置１００は、複素振幅画像を生成するコモンパス型の干渉計であり、光源２と、撮像素子４と、演算部５と、干渉光生成素子３００とを備える。本実施形態では、干渉イメージング装置１００が、入射光を透過する透過型である。
図１１では、撮像素子４は、干渉光生成素子３００からの干渉光が入射するように、干渉光生成素子３００の側方に配置されている。
なお、干渉光生成素子３００以外の各構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
［干渉光生成素子］
図１２を参照し、干渉光生成素子３００について詳細に説明する。
図１２に示すように、干渉光生成素子３００は、光波分離素子３１０と、位相変調素子３２０と、光波結合素子３３０と、筐体３４０とを備える。
図１２では、光波分離素子３１０で分離された一方の光Ｌ１を薄いドットで図示した。また、光波分離素子３１０で分離された他方の光Ｌ２を中程度の密度のドットで図示した。さらに、これら２つが重なった光Ｌ３を濃いドットで図示した。
光波分離素子３１０は、光源２が出射した入射光を２つの光波（光Ｌ１及び光Ｌ２）に分離するものである。図１３に示すように、光波分離素子３１０としては、透過ミラー３１１と、反射ミラー３１２との組み合わせを例示できる。透過ミラー３１１は、光源２からの入射光の一部を反射ミラー３１２に向けて反射し、残りの入射光を位相変調素子３２０まで透過させる（例えば、ハーフミラー）。反射ミラー３１２は、透過ミラー３１１からの一部の入射光を位相変調素子３２０に向けて反射する。つまり、光源２からの入射光は、光波分離素子３１０によって、平行な２つの光波に分離され、位相変調素子３２０の異なる位置に入射する。
図１４に示すように、光波分離素子３１０は、三角柱状の透明部材３１３と、透過層３１４と、平行六面体状の透明部材３１５と、反射層３１６とを一体化してもよい。透明部材３１３，３１５は、入射光を透過させるガラス等の部材である。透過層３１４は、透明部材３１３，３１５の境界面に形成されており、入射光の一部を反射層３１６に向けて反射し、残りの入射光を位相変調素子３２０まで透過させる。例えば、透過層３１４としては、ハーフミラーや、所定の反射率及び屈折率を有する透過膜を例示できる。反射層３１６は、透明部材３１５で透過層３１４に対向する平坦面に形成されており、透過層３１４からの一部の入射光を位相変調素子３２０に向けて反射する。このように、光波分離素子３１０は、各部材が一体化しているので、より振動に強くなる。
なお、図１３及び図１４の光波分離素子３１０では、入射光を２つの光波に分離する割合が任意であり、ハーフミラーのように１：１に限られない。
図１２に戻り、干渉光生成素子３００の説明を続ける。
位相変調素子３２０は、光波分離素子３１０で分離された一方の入射光（光Ｌ１）を位相変調し、光波分離素子３１０で分離された他方の入射光（光Ｌ２）を通過させるものである。この位相変調素子３２０は、光波分離素子３１０と対向するように配置されている。本実施形態では、位相変調素子３２０は、波長毎に時間的又は空間的に異なる位相変調パターンが演算部５から入力されるので、この位相変調パターンに基づいて、一方の入射光を位相変調する。例えば、位相変調素子３２０は、反射ミラー３１２で反射された一方の入射光を位相変調して通過させ、透過ミラー３１１から入射した他方の光を位相変調せずに通過させる。このとき、位相変調素子３２０は、透過ミラー３１１から入射した他方の入射光の波面を補償してもよい。このように、位相変調素子３２０では、一方及び他方の入射光が異なる個所を通過するので各入射光を別々に位相変調でき、位相変調レンジを拡大（約２倍）にできる。
なお、位相変調素子３２０としては、反射型に固有のものを除き、図１の位相変調素子３１と同様のものを例示できる。
光波結合素子３３０は、位相変調素子３２０から出射された一方の入射光（光Ｌ１）及び他方の入射光（光Ｌ２）を干渉光（光Ｌ３）として結合するものである。ここで、光波結合素子３３０は、位相変調素子３２０から出射された一方の入射光の方向を変えて、他方の入射光に重なるように結合する。この光波結合素子３３０は、位相変調素子３２０と対向するように配置されている。
この光波結合素子３３０としては、図１３の光波分離素子３１０と同様、透過ミラーと、反射ミラーとの組み合わせを例示できる。反射ミラーは、位相変調素子３２０からの一方の入射光を反射ミラーに向けて反射する。透過ミラーは、位相変調素子３２０からの他方の入射光を通過させると共に、反射ミラーからの一方の入射光を再び反射する。さらに、光波結合素子３３０は、図１４の光波分離素子３１０と同様、一体化した構成であってもよい。
筐体３４０（図１１）は、光波分離素子３１０、位相変調素子３２０及び光波結合素子３３０を内部に収容するものである（破線で図示）。例えば、筐体３４０は、金属で形成された箱状のケースである。また、筐体３４０は、光波分離素子３１０の入射面及び光波結合素子３３０の出射面をそれぞれ露出させる開口（不図示）を有する。
なお、筐体３４０の内部において、光波分離素子３１０、位相変調素子３２０及び光波結合素子３３０は、離間しているが、隣接していてもよい。
以上の構成により、干渉光生成素子３００は、干渉光（光Ｌ３）を生成することができる。すなわち、光源２からの入射光は、光波分離素子３１０によって、位相変調素子３２０で位相変調される光Ｌ１と、位相変調素子３２０で位相変調されない光Ｌ２とに分離される。そして、光波分離素子３０を通過した一方の光Ｌ１は、位相変調素子３１によって位相変調される。さらに、位相変調素子３１から出射された２つの光Ｌ１，Ｌ２は、光波結合素子３３０により結合される。これにより、位相変調素子３２０で位相変調された光Ｌ１と、位相変調素子３２０で位相変調されなかった光Ｌ２とが重なる部分で干渉が発生し、干渉光である光Ｌ３が生成される。その後、干渉光は、撮像素子４に入射する。
［作用・効果］
干渉イメージング装置１００は、２光束干渉計９（図２９）のように物体光と参照光との光路を別々に形成する必要がなく、構成を簡易にすることができる。さらに、干渉イメージング装置１００は、結像レンズが不要なので、小型化を図ることができる。
さらに、干渉イメージング装置１００は、インコヒーレントな光を出射する光源２（例えば、一般的な照明機器や太陽光）も利用できるため、汎用性を向上させることができる。
さらに、干渉イメージング装置１００は、高速に動作する位相変調素子３２０を用いるので、リアルタイム性を向上させることができる。
さらに、干渉イメージング装置１は、機械駆動が不要なので、２光束干渉計９に比べて振動に強く、持ち運びが容易なので、信頼性及び利便性を向上させることができる。
（第３実施形態）
［干渉光生成素子］
図１５を参照し、第３実施形態に係る干渉光生成素子３００Ｂについて、第２実施形態と異なる点を説明する。
図１５（ａ）に示すように、干渉光生成素子３００Ｂは、光波結合素子３３０（図１２）を備えない点が、第２実施形態と異なる。すなわち、干渉光生成素子３００Ｂは、光波分離素子３１０と、位相変調素子３２０Ｂと、筐体３４０とを備える。
なお、位相変調素子３２０Ｂ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
位相変調素子３２０Ｂは、光波分離素子３１０で分離された一方の入射光を位相変調し、光波分離素子３１０で分離された他方の入射光と一方の入射光とを重ねて干渉光として出射するものである。ここで、干渉光生成素子３００Ｂが光波結合素子３３０を備えないため、位相変調素子３２０Ｂは、光波分離素子３１０で分離された他方の入射光（粗いドット）の方向を変える必要がある。本実施形態では、位相変調素子３２０Ｂは、一方の入射光（薄いドット）を位相変調させる位相変調パターン、及び、他方の入射光を回折させる制御信号が演算部５から入力される。そして、位相変調素子３２０Ｂは、位相変調パターンに基づいて一方の入射光を位相変調し、制御信号に基づいて他方の入射光を回折させる。
また、干渉光生成素子３００Ｂが光波結合素子３３０を備えないため、図１５（ｂ）に示すように、撮像素子４は、一方の入射光と他方の入射光とが重なる場所に配置する必要がある。なお、撮像素子４は、一方の入射光と他方の入射光との全部が重なる場所に限られず、少なくとも入射光の一部が重なる場所に配置すればよい（不図示）。
このように、干渉光生成素子３００Ｂは、光波結合素子３３０を備えずとも、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、干渉光生成素子３００Ｂは、光波結合素子３３０を省略できるので、さらなる小型化を図ることができる。
（第４実施形態）
［干渉光生成素子］
図１６を参照し、第４実施形態に係る干渉光生成素子３００Ｃについて、第２実施形態と異なる点を説明する。干渉光生成素子３００Ｃは、偏光特性を利用する点が、第２実施形態と異なる。図１６に示すように、干渉光生成素子３００Ｃは、筐体３４０と、光波分離偏光素子３５０と、偏光感受性位相変調素子３６０と、光波結合偏光素子３７０と、偏光子３８０とを備える。
光波分離偏光素子３５０は、光源２が出射した入射光を偏光方向が異なる２つの光波に分離するものである。本実施形態では、光波分離偏光素子３５０は、入射光を、偏光方向が直交する２つの光波に分離する。従って、光源２からの入射光は、光波分離偏光素子３５０によって、偏光方向が異なる２つの光波に分離され、互いに平行で一部が重なりながら、偏光感受性位相変調素子３６０に入射する。この光波分離偏光素子３５０としては、ウォラストンプリズム等の偏光プリズムや、方解石、又は、α−ＢＢＯ結晶を例示できる。
また、光波分離偏光素子３５０は、図１４の光波分離素子３１０と同様、一体化した構成であってもよい。この場合、透過層は、偏光ビームスプリッタのように、水平偏光を透過させ、垂直偏光を反射する部材とすればよい。この光波分離偏光素子３５０は、各部材が一体化しているので、より振動に強くなる。
偏光感受性位相変調素子３６０は、光波分離偏光素子３５０で分離された所定の偏光方向の入射光（薄いドット）を位相変調し、光波分離偏光素子３５０で分離された他の偏光方向の入射光（粗いドット）を通過させるものである。本実施形態では、偏光感受性位相変調素子３６０は、波長毎に時間的又は空間的に異なる位相変調パターンが演算部５から入力されるので、この位相変調パターンに基づいて、所定の偏光方向の入射光を位相変調する。このとき、偏光感受性位相変調素子３６０は、光波分離偏光素子３５０から入射した他方の入射光の波面を補償してもよい。
ここで、偏光感受性位相変調素子３６０としては、反射型空間光変調器（ＬＣｏＳ−ＳＬＭ：Liquid Crystal On Silicon - Spatial Light Modulator）、液晶素子、又は、電気光学素子（ＥＯＭ：Electro-Optic Modulator）を例示できる。
光波結合偏光素子３７０は、偏光感受性位相変調素子３６０から出射された所定の偏光方向の入射光及び他の偏光方向の入射光を結合するものである。この光波結合偏光素子３７０で結合した光波は、異なる偏光成分を有しており、偏光子３８０に入射する。ここで、光波結合偏光素子３７０としては、ウォラストンプリズム等の偏光プリズムや、方解石、又は、α−ＢＢＯ結晶を例示できる。さらに、光波結合偏光素子３７０は、光波分離偏光素子３５０と同様、一体化した構成であってもよい。
偏光子３８０は、光波結合偏光素子３７０が結合した光波の偏光方向を一致させるものである。この偏光子３８０を通過した光波は、偏光成分が一致して干渉光となり、撮像素子４（図１１）に入射する。
このように、干渉光生成素子３００Ｃは、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、干渉光生成素子３００Ｃは、偏光子３８０を光路上に配置したので、干渉縞の可視度を向上させることができる。
（変形例９：厚さが異なる位相変調素子）
以下、変形例９に係る干渉光生成素子３００Ｄについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図１７に示すように、干渉光生成素子３００Ｄは、位相変調素子３２０Ｄの厚さを変えた点が、第２実施形態と異なる。
なお、位相変調素子３２０Ｄは、図５の位相変調素子３１Ｄと同様に厚みを変えたものであるため、説明を省略する。また、位相変調素子３２０Ｄの厚さを変える代わりに、位相変調の勾配を変えてもよい。
また、位相変調素子３２０Ｄ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
また、干渉光生成素子３００Ｄの各構成が隣接しているが、図１１と同様に離間していてもよい（後記する変形例１０〜１３も同様）。
このように、干渉光生成素子３００Ｄは、位相変調素子３２０Ｄの厚さが異なるので、位相変調素子３２０Ｄを通過する光波の伝搬方向を変えることができる。これにより、干渉光生成素子３００Ｄは、光波干渉の面積を増大させ、微分干渉を可能とし、干渉光を容易に生成することができる。
（変形例１０：ウェッジ形状の光波分離素子）
以下、変形例１０に係る干渉光生成素子３００Ｅについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図１８に示すように、干渉光生成素子３００Ｅは、光波分離素子３１０Ｅをウェッジ形状とした点が、第２実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３１０Ｅは、図４の光波分離素子３０Ｃと同様にウェッジ形状にしたものであるため、説明を省略する。また、図１３の光波分離素子３１０では、平行な状態の透過ミラー３１１及び反射ミラー３１２を異なる方向に傾けることで、ウェッジ形状と同様の効果が得られる（不図示）。
また、光波分離素子３１０Ｅ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
このように、干渉光生成素子３００Ｅは、光波分離素子３１０Ｅをウェッジ形状としたので、光波の伝搬方向を変えることができ、変形例９と同様の作用効果を奏する。
（変形例１１：凹状の光波分離素子）
以下、変形例１１に係る干渉光生成素子３００Ｆについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図１９に示すように、干渉光生成素子３００Ｆは、光波分離素子３１０Ｆを凹状とした点が、第２実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３１０Ｆは、図８の光波分離素子３０Ｇと同様に凹状としたものであるため、説明を省略する。
また、光波分離素子３１０Ｆ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
このように、干渉光生成素子３００Ｆは、光波分離素子３１０Ｆを凹状としたので、位相変調素子３２０を通過する光波の波面の曲率半径差を変えることができる。これにより、干渉光生成素子３００Ｆは、フレネルゾーンプレートのように同心円状の干渉光強度分布を生成することができる。
（変形例１２：凸状の光波分離素子）
以下、変形例１２に係る干渉光生成素子３００Ｇについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図２０に示すように、干渉光生成素子３００Ｇは、光波分離素子３１０Ｇを凸状とした点が、第２実施形態と異なる。
なお、光波分離素子３１０Ｇは、図９の光波分離素子３０Ｈと同様に凸状としたものであるため、説明を省略する。
また、光波分離素子３１０Ｇ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
このように、干渉光生成素子３００Ｇは、光波分離素子３１０Ｇを凸状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例１１と同様の作用効果を奏する。
（変形例１３：凹状の光波結合素子）
以下、変形例１３に係る干渉光生成素子３００Ｈについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図２１に示すように、干渉光生成素子３００Ｈは、光波結合素子３３０Ｈを凹状とした点が、第２実施形態と異なる。
なお、光波結合素子３３０Ｈ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波結合素子３３０Ｈは、入射面３３０ＩＮを凹状にしたものである。従って、光波結合素子３３０Ｈは、両端側よりも中央部が薄くなるような円筒面状の入射面３３０ＩＮを有する。また、光波結合素子３３０Ｈは、出射面３３０ＯＵＴが、位相変調素子３２０と平行になっている。
このように、干渉光生成素子３００Ｈは、光波結合素子３３０Ｈを凹状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例１１と同様の作用効果を奏する。
（変形例１４：凸状の光波結合素子）
以下、変形例１４に係る干渉光生成素子３００Ｉについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図２２に示すように、干渉光生成素子３００Ｉは、光波結合素子３３０Ｉを凸状とした点が、第２実施形態と異なる。
光波結合素子３３０Ｉは、入射面３３０ＩＮを凸状にしたものである。従って、光波結合素子３３０Ｉは、両端側よりも中央部が厚くなるような円筒面状の入射面３３０ＩＮを有する。また、光波結合素子３３０Ｉは、出射面３３０ＯＵＴが、位相変調素子３２０と平行になっている。
このように、干渉光生成素子３００Ｉは、光波結合素子３３０Ｉを凸状としたので、波面の曲率半径差を変えることができ、変形例１１と同様の作用効果を奏する。
（変形例１５：光波結合素子の出射方向反転）
以下、変形例１５に係る干渉光生成素子３００Ｊについて、第２実施形態と異なる点を説明する。図２３に示すように、干渉光生成素子３００Ｊは、図１２の光波結合素子３３０の出射方向を反転させた異なる点が、第２実施形態と相違する。
なお、光波結合素子３３０Ｊ以外の各構成は、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。また、光波結合素子３３０Ｊは、偏光特性を利用した第４実施形態にも適用できる。
光波結合素子３３０Ｊは、位相変調素子３２０から出射された他方の入射光（光Ｌ２）の方向を変えて、一方の入射光（光Ｌ１）に重なるように結合するものである。つまり、光波結合素子３３０Ｊは、図１２の光波結合素子３３０の出射方向を上下反転させて、他方の入射光の光路長を一方の入射光より長くしている。
このように、干渉光生成素子３００Ｊは、一方及び他方の入射光の光路長が異なるので、同心円状の干渉光強度分布を生成することができる。
以下、第１実施形態に係る干渉イメージング装置１（図１）の代表的な利用例を変形例１６〜変形例２１として説明する。この干渉イメージング装置１は、例えば、センシングシステム、分光画像センシングシステム、レンズレス３次元画像センシングシステム、又は、定量位相画像センシングシステムとして利用できる。
（変形例１６：光波分離素子及び光波結合素子の一体化）
以下、変形例１６に係る干渉光生成素子３００Ｋについて、第２実施形態と異なる点を説明する。
図２４に示すように、干渉光生成素子３００Ｋは、光波分離素子及び光波結合素子を一体化したものであり、光波分離・結合素子３１０Ｋと、位相変調素子３１と、反射部材３２とを備える。
なお、位相変調素子３１及び反射部材３２は、第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
光波分離・結合素子３１０Ｋは、光源２が出射した入射光を２つの光波に分離すると共に、位相変調素子３１から出射された２つの光を干渉光として結合するものである。この光波分離・結合素子３１０Ｋは、図１４の光波分離素子３１０と同様の構成である。
ここで、透過層３１４は、入射光の一部を反射層３１６に向けて反射し、残りの入射光を位相変調素子３２０まで透過させる。なお、図２４では、一部の入射光の進行方向を破線矢印で図示し、残りの入射光の進行方向を実線矢印で図示した。
この入射光の一部（破線）は、反射層３１６で反射され、位相変調素子３１に入射した後に位相変調される。さらに、入射光の一部は、反射層３１６で再び反射され、透過層３１４を通過し、撮像素子４（図１１）に入射する。
一方、残りの入射光（実線）は、位相変調素子３１に入射した後、透過層３１４で反射され、撮像素子４に入射する。そして、位相変調素子３１で位相変調された光と、位相変調素子３１で位相変調されなかった光とが重なる部分で干渉が発生し、干渉光が生成される。
このように、干渉光生成素子３００Ｋは、第２実施形態と同様の作用効果に加え、より位相変調レンジを拡大（約４倍）することができる。また、干渉光生成素子３００Ｋは、光波分離素子及び光波結合素子を一体化させ、小型化を図ることができる。さらに、干渉光生成素子３００Ｋは、撮像素子４を上側に配置可能とし、設計の柔軟性を向上させることができる。
（変形例１７：センシングシステム）
図１に戻り、干渉イメージング装置１をセンシングシステムとして利用した変形例１７について説明する。
まず、光源２が単一波長の光を出射する場合を考える。この場合、干渉光生成素子３が入射光の一部を位相変調しながら干渉光を生成し、撮像素子４が干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出する。また、演算部５は、位相変調量が異なる複数の干渉光の情報から、光波の複素振幅分布を算出する。そして、演算部５は、光波伝搬を数値計算し、物体の像を再生する（複素振幅画像）。
次に、光源２が複数波長の光を出射する場合を考える。この場合、干渉光生成素子３が入射光の一部を位相変調しながら干渉光を生成し、撮像素子４が干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出する。また、演算部５は、複数波長の干渉光の情報から、波長依存性がある計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより、波長毎に光波の複素振幅分布を算出する。そして、演算部５は、波長毎に光波伝搬を数値計算し、物体の像を再生する（複素振幅画像）。
（変形例１８：分光画像センシングシステム）
図２５を参照し、干渉イメージング装置１を分光画像センシングシステムとして利用した変形例１８について説明する。
ここで、光源２が複数波長の光を出射する。すると、干渉光生成素子３は、光波の伝搬方向を変えながら、波長毎に異なる位相変調量で入射光の一部を位相変調する。このとき、演算部５は、時間方向で波長毎に異なる位相変調パターンを干渉光生成素子３に出力する。そして、撮像素子４は、干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出し、波長多重画像群（干渉縞画像）を取得する。さらに、演算部５は、波長多重画像群を、波長依存性がある計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより波長分離する。このように、干渉イメージング装置１は、機械的駆動部分が存在しないので振動に強く、信頼性が高くなる。
（変形例１９：レンズレス３次元画像センシングシステム）
図２６を参照し、干渉イメージング装置１をレンズレス３次元画像センシングシステムとして利用した変形例１９について説明する。
図２６に示すように、干渉光生成素子３は、物体Ｔで発生した光又は物体Ｔで回折した光の一部を位相変調し、干渉光を生成する。すると、撮像素子４が干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出し、演算部５が物体Ｔの立体像を再生する（複素振幅画像）。このように、干渉イメージング装置１は、レンズを省略できるので、構成が簡易なレンズレス３次元画像センシングシステムを実現できる。
なお、干渉イメージング装置１は、前記した変形例のように波面の曲率半径が異なる光波を生成することが好ましい。
（変形例２０：シアリング干渉による定量位相画像センシングシステム）
図２７を参照し、干渉イメージング装置１をシアリング干渉による定量位相画像センシングシステムとして利用した変形例２０について説明する。
ここで、光源２がコヒーレントな光を物体Ｔに向けて出射する。図２７に示すように、干渉光生成素子３は、光源２からの光の一部を位相変調し、干渉光を生成する。すると、撮像素子４が干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出し、演算部５が物体Ｔの定量位相画像を生成する。このように、干渉イメージング装置１は、単一のビーム光により、物体Ｔを介する光と物体Ｔを介さない光とにより干渉光を生成するので、物体Ｔの定量位相画像を生成することができる。
（変形例２１：偏光による定量位相画像センシングシステム）
図２８を参照し、干渉イメージング装置１を偏光による定量位相画像センシングシステムとして利用した変形例２１について説明する。
図２８（ａ）に示すように、干渉イメージング装置１は、干渉光生成素子３と撮像素子４（不図示）との間に、第１偏光子６０と、第２偏光子６１とを備える。また、光波分離素子３０が、光波分離偏光素子であることとする。
光源２が出射した入射光は、光波分離素子３０によって、偏光方向が異なる２つの光波に分離される。一の偏光方向の光波が反射部材３２に向けて反射され、他の偏光方向の光波が位相変調素子３１まで通過する。他の偏光方向の光波は、位相変調素子３１によって位相変調され、反射部材３２によって第１偏光子６０に向けて反射される。
図２８（ｂ）に示すように、第１偏光子６０は、その領域に応じて、通過させる偏光成分が異なる。ここで、位相変調素子３１で位相変調された他の偏光方向の光波は、第１偏光子６０の領域６０Ａを通過する。この領域６０Ａは、第１偏光子６０に形成された開口又はピンホール状の領域である。また、反射部材３２に向けて反射された一の偏光成分の光波は、第１偏光子６０の領域６０Ａ以外の領域も通過する。そこで、第１偏光子６０は、領域６０Ａが他の偏光方向の光のみを通過させ、領域６０Ａ以外の領域が一の偏光成分の光のみを通過させればよい。
第２偏光子６１は、第１偏光子６０を通過した光波の偏光方向を一致させる。その後、撮像素子４が干渉光生成素子３で生成された干渉光を検出し、演算部５が物体Ｔの定量位相画像を生成する。このように、干渉イメージング装置１は、単一のビーム光を偏光により分離し、物体Ｔを介する光と物体Ｔを介さない光とにより干渉光を生成するので、物体Ｔの定量位相画像を生成することができる。
なお、定量位相画像センシングシステムの利用例は、前記した変形例に限定されない。
例えば、一方の入射光を位相変調素子により球面波とし、開口を用いた空間フィルタリングを行なうことにより、定量位相画像を生成してもよい。
また、一方の入射光を反射率分布が有るミラーにより球面波とし、定量位相画像を生成してもよい。
また、前記した変形例では、反射型の定量位相画像センシングシステムを例示したが、透過型にも適用することができる。
また、前記した変形例では、第１実施形態に係る干渉イメージング装置１の利用例を説明したが、第２，３実施形態も同様に利用することができる。
１ 干渉イメージング装置
２ 光源
３，３Ｂ〜３Ｉ 干渉光生成素子
４ 撮像素子（干渉光検出部）
５ 演算部
３０,３０Ｃ，３０Ｇ，３０Ｈ，３０Ｉ 光波分離素子
３１，３１Ｄ 位相変調素子
３２，３２Ｂ，３２Ｅ，３２Ｆ 反射部材
３３ 筐体
６０ 第１偏光子
６０Ａ 領域
６１ 第２偏光子
１００ 干渉イメージング装置
３００，３００Ｂ〜３００Ｋ 干渉光生成素子
３１０，３１０Ｅ〜３１０Ｇ 光波分離素子
３１０Ｋ 光波分離・結合素子
３２０，３２０Ｂ，３２０Ｄ 位相変調素子
３３０，３３０Ｈ〜３３０Ｊ 光波結合素子
３４０ 筐体
３５０ 光波分離偏光素子
３６０ 偏光感受性位相変調素子
３７０ 光波結合偏光素子
３８０ 偏光子

Claims (8)

  1. 入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子であって、
    前記入射光の一部を反射し、残りの前記入射光を通過させる光波分離素子と、
    前記光波分離素子を通過した入射光を位相変調する位相変調素子と、
    前記光波分離素子で反射された入射光と重なるように、前記位相変調素子で位相変調された入射光を反射する反射部材と、
    を備えることを特徴とする干渉光生成素子。
  2. 前記反射部材は、平行平板、ウェッジ形状、凸状又は凹状であることを特徴とする請求項１に記載の干渉光生成素子。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の干渉光生成素子と、
    前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、
    所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部と、
    を備える干渉イメージング装置。
  4. 入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子と、前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部とを備える干渉イメージング装置であって、
    前記干渉光生成素子は、
    前記入射光を２つの光波に分離する光波分離素子と、
    前記光波分離素子で分離された一方の入射光を通過又は位相変調し、前記光波分離素子で分離された他方の入射光を通過又は位相変調する位相変調素子と、
    前記位相変調素子から出射された一方の入射光及び他方の入射光を前記干渉光として結合する光波結合素子と、を備え、
    前記演算部は、所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより前記干渉光から前記複素振幅画像を生成することを特徴とする干渉イメージング装置。
  5. 前記光波分離素子は、前記入射光を偏光方向が異なる２つの光波に分離する光波分離偏光素子であり、
    前記位相変調素子は、前記光波分離偏光素子で分離された所定の偏光方向の入射光を位相変調し、前記光波分離素子で分離された他の偏光方向の入射光を通過させる偏光感受性位相変調素子であり、
    前記光波結合素子は、前記偏光感受性位相変調素子から出射された所定の偏光方向の入射光及び他の偏光方向の入射光を結合する光波結合偏光素子であり、
    前記光波結合偏光素子が結合した入射光の偏光方向を一致させる偏光子、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の干渉イメージング装置。
  6. 入射光から干渉光を生成するコモンパス型の干渉光生成素子と、前記干渉光生成素子が生成した干渉光を検出する干渉光検出部と、前記干渉光検出部が検出した干渉光から複素振幅画像を生成する演算部とを備える干渉イメージング装置であって、
    前記干渉光生成素子は、
    前記入射光を２つの光波に分離する光波分離素子と、
    前記光波分離素子で分離された一方の入射光を位相変調し、前記光波分離素子で分離された他方の入射光と前記一方の入射光とを重ねて前記干渉光として出射する位相変調素子と、を備え、
    前記演算部は、所定の位相変調パターンで前記位相変調素子に波長依存性をもって位相変調させると共に、計算コヒーレント多重又はフーリエ分光アルゴリズムにより前記干渉光から前記複素振幅画像を生成することを特徴とする干渉イメージング装置。
  7. 前記位相変調素子は、厚さが異なる又は位相変調の勾配が異なることを特徴とする請求項３から請求項６の何れか一項に記載の干渉イメージング装置。
  8. 前記光波分離素子は、ウェッジ形状、凸状又は凹状であることを特徴とする請求項３から請求項６の何れか一項に記載の干渉イメージング装置。
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