JP2021184002A - インコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置およびその撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １回の撮影でホログラムの強度と位相の計算に必要な干渉縞情報を取得できるインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置、その撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】 物体１からの光が２系に分割され、一方が変調光、他方が参照光とされ、変調光と参照光が干渉することで得られた干渉縞画像を、撮像し、この干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法を用いて物体１のホログラムを得、このホログラムから物体１の再構成画像を得ることを可能とし得る撮像素子５において、撮像面５ａが、前記ｎの数のサブ画素１１１等よりなる画素１１をアレイ状に配列し、各画素１１を構成する前記ｎの数のサブ画素１１１等は各々、入射光に対し、所定のサブ画素１１１等を基準とした場合、変調光と参照光の間に２π/ｎ、４π/ｎ…２（ｎ−１）π/ｎの位相差を付与し得る厚みの波長板１５が、対応するサブ画素１１１等の光入射側に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、インコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置およびその撮像素子の製造方法に関し、特に、複数の干渉縞画像情報から位相シフト法を用いてホログラムの強度と位相を得る、３次元テレビシステム等に用いられるインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置およびその撮像素子の製造方法に関するものである。

自然光照明の下で立体映像を取得する手法として、インコヒーレントデジタルホログラフィ（Incoherent digital holography、以下、IDHと略記する）が知られている。
IDHの技術を用い、等光路長干渉計タイプの光学系を用いることにより、レーザ等のコヒーレンス性の高い光源を必要とせず、太陽光や蛍光等のコヒーレンス性が低い光源を用いて、物体のホログラムを記録することができる。このように、IDHは、従来のホログラフィで要求されていた光源のコヒーレンス性の条件を緩和できるため、ホログラフィの応用範囲を拡大することが可能である。

すなわち、IDHは、物体から同時に射出された光を２つの経路に分割し、変調光と参照光を形成し、これら変調光と参照光を重ね合わせて得られた干渉縞をイメージセンサで記録し、その干渉縞画像データに基づき、ホログラムの強度と位相の空間分布を算出し、この得られた、ホログラムの強度と位相の空間分布データに所定の演算を施して、物体の立体映像を再構成する手法である（下記非特許文献１を参照）。

IDHの具体的な光学系（ここでは、マイケルソン干渉計タイプの光学系を用いている）の一例を図８に示す。物体５０１からの光はビームスプリッタ５０２で２系の光に分割され、一方は凹面ミラー５０３ａで反射されて変調光とされるとともに、他方は平面ミラー５０３ｂで反射されて参照光とされ、この後、変調光および参照光は再度ビームスプリッタ５０２により合成されて干渉し、撮像素子５０５の撮像面５０５ａ上に干渉縞を形成する。

この干渉縞から、物体５０１のホログラムの強度と位相の分布を算出する手法としては、変調光と参照光との位相差を変化させて干渉縞を複数回撮影し、得られた複数の干渉縞画像データに基づきホログラムの強度と位相を算出する位相シフト法が知られている。例えば、変調光と参照光の位相差が0、π/2、π、3π/2となるように凹面ミラー５０３ａの光軸方向（矢印方向）の位置を設定する度に干渉縞の撮影を行い、それにより得られた干渉縞の強度分布をＩ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４とし、下式（１）を用いて物体５０１のホログラムの強度I₀と位相φ₀を算出する（４ステップ位相シフト法）。
（数１）
I_０・exp(iφ₀)=A{(I_１-I_３)+i(I_２-I_４)} （１）
A:定数、i：虚数単位

M. K. Kim, "Incoherent digital holographic adaptive optics", APPLIED OPTICS, vol. 52, No. 1, A117-A130 (2013)

上述したように、干渉縞の位相解析に４ステップ位相シフト法を用いた場合、高精度な物体形状計測が行えるとともに位相計算を容易に行うことができるという長所を有するが、時分割で４回の撮影を行う必要があるため、動きのある物体を対象とする場合は正確な強度、位相を算出することができず、いわゆる被写体ブレを起こし、物体の正確な立体映像を再構成することが困難となってしまう。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、１回の撮影でホログラムの強度と位相の計算に必要な干渉縞情報を取得でき、動きのある物体を対象とする場合であっても物体の正確な立体映像を再構成することを可能とする、インコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置およびその撮像素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子は、
物体からの低コヒーレント光が２系に分割され、一方の光が変調光、他方の光が参照光とされ、これら変調光および参照光が重ね合わされ干渉することで得られた干渉縞画像を撮像し、
前記干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得ることを可能とし得るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子において、
撮像面を、前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列してなり、
各々の該画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素は各々、入射光に対し、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みの波長板が、対応する該サブ画素の光入射側に配置されるように構成されていることを特徴とするものである。

この場合において、前記所定のサブ画素の光入射側には、前記波長板が非配設とされ、前記所定のサブ画素以外のサブ画素には、前記波長板を配設されたものとすることができる。
あるいは、前記サブ画素の光入射側には、いずれも前記波長板が配設されたものとすることができる。

このような場合に、前記画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素の配置が、画素毎にランダムとされていることが好ましい。

また、本発明のインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置は、
物体からの低コヒーレント光を２系に分割し、一方の光を変調光、他方の光を参照光とし、これら変調光および参照光を重ね合わせて干渉させる光学系と、
該変調光と該参照光とを干渉させて得られた干渉縞画像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された該干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得る演算手段と、を備えたインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置において、
前記撮像素子は、この素子の撮像面に、前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列するように構成され、
各々の該画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素は各々、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みの波長板が、対応する該サブ画素の光入射側に配置されるように構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法は、
物体からの低コヒーレント光が２系に分割され、一方の光が変調光、他方の光が参照光とされ、これら変調光および参照光が重ね合わされ干渉することで得られた干渉縞画像を撮像し、
前記干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得ることが可能なインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法において、
前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列し、
前記サブ画素の上方に波長板材料を積層し、
前記ｎの数に相当する種類のサブ画素各々に対応する前記波長板材料について、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みとなるように、フォトリソ処理およびエッチング処理を施すことを特徴とするものである。

本発明のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子および撮像装置では、撮像素子の撮像面の光入射側に、ｎ種のサブ画素からなる画素を配列し、各画素内で、所定のサブ画素に対して他のサブ画素は、受光する変調光と参照光との間の位相差が、２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎとなるような波長板を配設している（ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）。
これにより、撮像素子の１回の撮像によって、位相が互いに異なるｎ個の干渉縞画像が得られ、これらのｎ個の干渉縞画像に基づきｎステップ位相シフト法を用いて、撮像対象である物体の再構成画像を得ることができる。すなわち、従来技術においては、変調光と参照光との間の位相差をｎ回設定してｎ個の干渉縞画像を得、これに基づいてｎステップ位相シフト法を行うようにしていたが、これでは、位相シフト法に用いる複数枚の干渉縞画像の間で時間的な変化が生じてしまい、特に、移動物体の撮像を高精度で行うことはできなかった。

これに対し、本発明のものにおいては、位相シフト法に用いる複数枚の干渉縞画像の間で時間的な変化が生ぜず、移動物体を撮像対象とする場合にも、高精度のホログラムを得ることができ、ひいては、物体の再構成画像を高精度かつ高速で得ることができる。

また、本発明のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法においては、ｎの数に相当する種類のサブ画素各々に対応する波長板材料について、所定のサブ画素を基準とした場合、変調光と参照光の間に、２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎの位相差を付与し得る厚みとなるように、フォトリソ処理およびエッチング処理を施している。
これにより、各画素内において、変調光と参照光の間に、ｎの数に相当する種類の位相差を有するサブ画素を、容易かつ高精度に得ることができる。

本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置の光学系を示すものである。 本発明の実施例１に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の一部を示す概略平面図（ａ）および概略断面図（ｂ）である。 本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法を説明するための工程図１（（ａ）〜（ｃ））である。 本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法を説明するための工程図２（（ｄ）〜（ｆ））である。 本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法を説明するための工程図３（（ｇ）〜（ｉ））である。 本発明の実施例２に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の一部を示す概略平面図である。 本発明の実施例３に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の一部を示す概略平面図（ａ）および概略断面図（ｂ）である。 従来技術のインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置に係る光学系を示すものである。

以下、本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子および撮像装置を、図面を参照しながら説明する。

《撮像装置》
＜光学系＞
図１は本発明の実施例に係るインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置の光学系の概略を示すものである。
この図１に示すインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置は、物体１から伝搬してきた空間的にインコヒーレントな光波をレンズ４に通過させて平行光（レンズ４の焦点位置からの光に対して）とした後、偏光板６を通過させて直線偏光（紙面内に振動面を有する）とし、ビームスプリッタ２により分割して第１分割光と第２分割光を得る。第１分割光は凹面ミラー３ａにより若干収束する球面波である変調光とされてビームスプリッタ２に戻り、一方、第２分割光は平面状のミラー３ｂにより正反射され、参照光としてビームスプリッタ２に戻る。

また、ビームスプリッタ２と凹面ミラー３ａの間にはλ/４波長板７が配されており、第１分割光を往復で２回に亘って、このλ/４波長板７を通過させることによって、変調光を参照光に対して位相πのずれが生じるように形成される。このことは図１において撮像素子５に入射する変調光と参照光との間で直線偏光の振動方向が９０度ずれた状態であることで表されている。

これにより、互いに直交する振動面を有する偏光である、変調光および参照光が重なり合って撮像素子５に照射される。
以下、この撮像素子５について、実施例１に係る撮像素子を用いて説明する。

＜撮像素子（実施例１に係る撮像素子）＞
実施例１に係る撮像素子は、図２に示すように、センサ２１と波長板１５を積層してなる。なお、図２（ａ）は、撮像素子の光入射面の一部概略平面図であり、図２（ｂ）は、撮像素子の一部概略断面図（図２（ａ）のＸ-Ｘ´線断面図）である。

このセンサ２１は、シリコン基板１３、サブ画素１１１−１１４、偏光子１２および波長板１５を積層されてなる（ただし、サブ画素１１１の上方には波長板が配されていない）。
シリコン基板１３には、Ａ／Ｄ変換回路や走査回路等、撮像素子の信号処理や読取り処理に係る種々の回路が内蔵されており、また、シリコン基板１３上には、４つのサブ画素１１１−１１４からなる画素１１がアレイ状に配設されている。

また、サブ画素１１１−１１４は各々、フォトダイオード、トランジスタ、配線等により構成され、サブ画素１１１−１１４同士は、互いに分離されている。
また、これらのサブ画素１１１−１１４上には、変調光と参照光の各偏光の振動方向に対して、偏光軸が４５度の角度となる偏光子１２が配設され、入射光である変調光および参照光の各々において、この偏光軸方向の成分のみを通過させるようにしている。これにより、変調光と参照光の干渉光のみがサブ画素１１１−１１４に到達する。

さらに、偏光子１２上には、波長板１５が形成されるが、対応するサブ画素によって、厚みが相違している。すなわち、サブ画素１１２に対応する波長板（Ａ）１５２は変調光が参照光に対してπ/２だけ位相遅れが生じる厚みとされ、サブ画素１１３に対応する波長板（Ｂ）１５３は変調光が参照光に対してπだけ位相遅れが生じる厚みとされ、サブ画素１１４に対応する波長板（Ｃ）１５４は変調光が参照光に対して３π/２だけ位相遅れが生じる厚みとされている。

本実施例においては、図１に示す光学系を用いることにより、前述したように、紙面に垂直な振動面を有する偏光である変調光と、紙面に平行な振動面を有する偏光である参照光が撮像素子に入射する。波長板（Ａ）１５２、波長板（Ｂ）１５３、波長板（Ｃ）１５４を、水晶や雲母等の複屈折材料で形成し、この複屈折材料の光学軸が適切な方向となるように配置するとともに、波長板（Ａ）１５２、波長板（Ｂ）１５３、波長板（Ｃ）１５４の各々の厚さが上述したような値となるように設定することにより、変調光を参照光に対して、π／２、π、３π／２だけ遅らせることができる。
なお、サブ画素１１１の上方には波長板が配されず、参照光と変調光の位相ずれは生じない。

具体的には、複屈折材料で構成される波長板１５において、波長板の厚さｄと位相遅れΔφは、波長をλとすると、下式（２）により表される。
（数２）
d={λ/(2π)}・{Δφ/(n_e-n_o)} （２）
但し、ｎ_ｅは常光線に対する屈折率、ｎ_ｏは異常光線に対する屈折率である。
例えば、複屈折材料を水晶とすると、λ＝546.1ｎｍのとき、ｎ_ｅ＝1.5553、ｎ_ｏ＝1.5462となるから、変調光と参照光の間に位相差π／２を与える波長板（Ａ）１５２の厚さｄ（Ａ）は、上式（２）より、15.0μｍと算出される。同様に、波長板（Ｂ）１５３は30.0μｍと算出され、波長板（Ｃ）１５４は45.0μｍと算出される。

偏光子１２は参照光と変調光の各偏光方向に対して４５°の角度に配置されているため、参照光と変調光の偏光の振動方向がそろい、サブ画素１１１−１１４上に干渉縞が形成される。このとき、サブ画素１１１には参照光と変調光の位相差が０の場合における強度Ｉ_１の干渉縞が形成される。同様に、サブ画素１１２には参照光と変調光の位相差がπ／２の場合における強度Ｉ_２の干渉縞が、サブ画素１１３には参照光と変調光の位相差がπの場合における強度Ｉ_３の干渉縞が、さらに、サブ画素１１４には参照光と変調光の位相差が３π／２の場合における強度Ｉ_４の干渉縞が、各々形成される。これにより１回の撮影により、前述した４ステップシフト法を用いる場合に必要な、参照光と変調光の位相差をπ/２ずつずらして得られる、Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４よりなる４つの干渉縞強度を得ることができる。

このようにして、得られた４つの干渉縞強度に基づき、以下に説明するように、演算装置９（図１を参照）において、物体１の再構成画像を得るための演算が行われる。
＜演算装置＞
この演算装置９は、まず、撮像素子５により得られた４つの干渉縞強度Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４に基づき、下式（３）を用いて、物体１のホログラムの強度I_０および位相φ_０を演算する。
（数３）
I_０・exp(iφ_０)=A{(I_１-I_３)+i(I_２-I_４)} （３）
但し、Aは定数、iは虚数単位である。

さらに、この演算装置９は、上記のようにして得られた、物体１のホログラムの強度I_０および位相φ_０に基づき、物体１の再構成画像を、従来より周知の逆伝搬法等を用いて求める。物体１の再構成画像に係るデータは、演算装置９から外部のメモリや表示装置（図示せず）に出力される。

《撮像素子の製造方法》
以下、本発明の実施形態に係る撮像素子の製造方法を図３〜５を用いて説明する。
まず、偏光撮像素子を製造する周知技術を用いて、センサ２１を作成する（図３（ａ））。
例えば、下記参考文献には、画素の直上に、ワイヤーグリッドを形成した偏光撮像素子が開示されており、本実施形態に係る撮像素子のセンサ２１として好適に用いることができる。
（参考文献）
Y. Maruyama et al., “3.2-MP Back-Illuminated Polarization Image Sensor With Four-Directional Air-Gap Wire Grid and 2.5-μm Pixels”, IEEE Trans. ED, vol. 65, No. 6, pp. 2544-2551 (2018)

次に、センサ２１の上面に波長板１５を接合する（図３（ｂ））。接合手法としては、センサ２１と波長板１５が接合される面を平坦化しておき、直接接合する手法（Direct bonding）が好適である。勿論、接着剤を用いて上記両面を接着するようにしてもよい。

次に、波長板１５の片面（図中で上面）を研磨し、波長板（Ｃ）の厚さ（変調光と基準光の位相差がΔφ+３π/２となる厚み、本実施例ではΔφ=０）に調整する（図３（ｃ））。なお、波長板１５をセンサ２１に接合してから研磨すれば製造が容易となり好ましいが、この接合前に、波長板１５を所定厚みに研磨することも可能である。

次に、波長板１５の上部全面に、マスクとしてのフォトレジスト１６を塗布し、フォトリソグラフィの手法によりサブ画素１１１の上方に位置するフォトレジスト１６に開口１７を形成する（図４（ｄ））。

次に、エッチングの手法でサブ画素１１１上の波長板を除去した後、フォトレジストを除去する（図４（ｅ））。

次に、再度、波長板１５の上部全面（サブ画素１１１上方の開口１７を含む）にフォトレジスト１６を塗布し、フォトリソグラフィの手法でサブ画素１１２の上方に位置するフォトレジスト１６に開口１７を形成する（図４（ｆ））。

次に、サブ画素１１２上の波長板１５をエッチングした後、フォトレジスト１６を除去する（図５（ｇ））。このとき、エッチング時間を適切に制御することで、波長板（Ａ）の厚さを所望の値（変調光と基準光の位相差がΔφ+π/２となる厚み、本実施例ではΔφ=０）に制御する。

同様の工程を繰り返すことで、波長板（Ｂ）の厚さを所望の値（変調光と基準光の位相差がΔφ+πとなる厚み、本実施例ではΔφ=０）となるように形成し、フォトレジスト１６を除去して撮像素子を完成させる（図５（ｈ）、図５（ｉ））。
このように、リソグラフィとエッチングの手法を用いることにより、変調光と参照光の間に、所定種類の位相差を有するサブ画素を備えた撮像素子を、容易かつ高精度に得ることができる。

＜実施例２に係る撮像素子＞
本発明の実施例２に係る撮像素子を図６に示す。本実施例に係る撮像素子では、上述した実施例１に係る撮像素子とは異なり、各画素１１Ａにおいて、波長板（Ａ）、波長板（Ｂ）、波長板（Ｃ）がランダムに配列されている。

本実施例の撮像素子には、次のような利点がある。すなわち、撮像素子に入射する光の一部は波長板１５の表面や偏光子１２の表面で反射する。一般に、波長板の種類の配列が、図２（ａ）に示すように周期的とされていると、特定の方向への反射光が干渉を起こして強め合い、その光が光学系でさらに反射されて撮像素子に入射する等して、画面内に有害なゴーストを発生させる虞がある。
これに対し、図６に示す実施例２の撮像素子においては、波長板（Ａ）、波長板（Ｂ）、波長板（Ｃ）が画素１１Ａ毎にランダムに配列するように構成されているので、特定の方向への反射光が強め合うことがなく、ゴーストの発生を抑制することが可能である。

＜実施例３に係る撮像素子＞
本発明の実施例３に係る撮像素子を図７に示す。本実施例に係る撮像素子では、上述した実施例１に係る撮像素子とは異なり、各画素１１Ｂにおいて、すべてのサブ画素１１１−１１４上に波長板１５（波長板（Ｅ）、波長板（Ｆ）、波長板（Ｇ）および波長板（Ｈ））が設けられている。

波長板（Ｅ）、波長板（Ｆ）、波長板（Ｇ）および波長板（Ｈ）を通過した後における、参照光と変調光の位相差は各々、Δφ、Δφ＋π／２、Δφ＋π、Δφ＋３π／２となり、本実施例の撮像素子においても、上式（３）を用いることでホログラムの強度Ｉ_０と位相φ_０を算出することができる。

本実施例の撮像素子においては、すべてのサブ画素１１１−１１４の光入射側に波長板が形成されているため、すべてのサブ画素１１１−１１４における、入射光に対する反射率がほぼ同じになり、サブ画素１１１−１１４間の感度ばらつきが小さくなるとの利点を有する。

実施例３に係る撮像素子の製造方法は、図３−５を用いて説明した各工程と略同様の工程により構成される。ただし、図４（ｅ）のエッチング工程において、サブ画素１１１上の波長板（Ｅ）が、所定の厚み（変調光と基準光の位相差がΔφとなる厚み）となるように設定される。

上記実施例３では、上記実施例２と同様に、各画素１１Ｂにおいて、波長板（Ｅ）、波長板（Ｆ）、波長板（Ｇ）および波長板（Ｈ）をランダムに配列することも可能である。これにより、実施例２の場合と同様に、ゴーストの発生を抑制することが可能である。

本発明のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子、撮像装置およびその撮像素子の製造方法としては、上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記実施例においては、画素を４つのサブ画素に分割していたが、分割方法はこれに限られず、４以外の複数の数に分割してもよい。例えば、３分割あるいは５分割以上に分割するようにしてもよく、画素をｎ個のサブ画素に分割することで、ｎステップの位相シフト法を用いることが可能となる。
例えば、画素を３個のサブ画素に分割することで、３ステップの位相シフト法を用いることができる。その場合には、ホログラムの強度Ｉ_０および位相φ_０を求める式として、上式（３）に替えて下式（４）を用いる。
（数４）
I₀・exp(iφ₀)=A{(2I₁-I₂-I₃)+√3i(I₂-I₃)} （４）
但し、Aは定数、iは虚数単位である。

また、各画素は、ｎステップ位相シフト法を採用する場合に、ｎ種類の位相差に対応するサブ画素に分割すればよく、例えば、各種類毎にｍ個のサブ画素を有するように、画素内にｍ×ｎ個のサブ画素を設けるようにしてもよい。
さらに、上記実施例においては、ｎステップの位相シフト法に対応させるために、異なる種類の波長板間で、２π/ｎずつ位相差が異なるように構成しているが、２ｍπ＋２π/ｎ（ｍは０以上の整数）ずつ位相差が異なるように構成することも可能である。

なお、上述した実施例においては、センサ２１中に偏光子１２が一体化されて設けられているが、偏光子１２はセンサ２１とは別体として光路中に適切に配設してもよい。
その他、撮像装置の光学系の態様としては、上記実施例に限られるものではなく、種々の態様に変更可能である。

１、５０１ 物体
２、５０２ ビームスプリッタ
３ａ、５０３ａ 凹面ミラー
３ｂ、５０３ｂ ミラー
４、５０４ レンズ
５、５０５ 撮像素子
５ａ、５０５ａ 撮像面
６ 偏光板
７ λ/４波長板
９、５０９ 演算装置
１１、１１Ａ、１１Ｂ 画素
１２ 偏光子
１３ シリコン基板
１５、１５Ｂ、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７、１５８ 波長板
１６ フォトレジスト
１７ 開口
２１ センサ
１１１、１１２、１１３、１１４ サブ画素

Claims (6)

1. 物体からの低コヒーレント光が２系に分割され、一方の光が変調光、他方の光が参照光とされ、これら変調光および参照光が重ね合わされ干渉することで得られた干渉縞画像を撮像し、
   前記干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得ることを可能とし得るインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子において、
   撮像面を、前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列してなり、
   各々の該画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素は各々、入射光に対し、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みの波長板が、対応する該サブ画素の光入射側に配置されるように構成されていることを特徴とするインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子。
2. 前記所定のサブ画素の光入射側には、前記波長板が非配設とされ、前記所定のサブ画素以外のサブ画素には、前記波長板が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子。
3. 前記サブ画素の光入射側には、いずれも前記波長板が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子。
4. 前記画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素の配置が、画素毎にランダムとされていることを特徴とする請求項２または３に記載のインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子。
5. 物体からの低コヒーレント光を２系に分割し、一方の光を変調光、他方の光を参照光とし、これら変調光および参照光を重ね合わせて干渉させる光学系と、
   該変調光と該参照光とを干渉させて得られた干渉縞画像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子により撮像された該干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得る演算手段と、を備えたインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置において、
   前記撮像素子は、この素子の撮像面に、前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列するように構成され、
   各々の該画素を構成する前記ｎの数に相当する種類のサブ画素は各々、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みの波長板が、対応する該サブ画素の光入射側に配置されるように構成されていることを特徴とするインコヒーレントディジタルホログラム撮像装置。
6. 物体からの低コヒーレント光が２系に分割され、一方の光が変調光、他方の光が参照光とされ、これら変調光および参照光が重ね合わされ干渉することで得られた干渉縞画像を撮像し、
   前記干渉縞画像から、ｎステップ位相シフト法（ｎは２以上の整数）を用いて前記物体のホログラムを得、このホログラムから前記物体の再構成画像を得ることが可能なインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法において、
   前記ｎの数に相当する種類のサブ画素よりなる画素を所定の周期で配列し、
   前記サブ画素の上方に波長板材料を積層し、
   前記ｎの数に相当する種類のサブ画素各々に対応する前記波長板材料について、所定のサブ画素を基準とした場合、前記変調光と前記参照光の間に２ｍπ+２π/ｎ、２ｍπ+４π/ｎ……２ｍπ+２（ｎ−１）π/ｎ（ただし、ｍは０以上の整数、ｎは２以上の整数）の位相差を付与し得る厚みとなるように、フォトリソ処理およびエッチング処理を施すことを特徴とするインコヒーレントディジタルホログラム用撮像素子の製造方法。
   

Images