JP2023097562A - Incoherent digital holography imaging apparatus and imaging method - Google Patents

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正英 後藤
Masahide Goto
輝吉 信川
Terukichi Nobukawa
哲彦 室井
Tetsuhiko Muroi
祐太郎 片野
Yutaro Katano
紀彦 石井
Norihiko Ishii
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Abstract

To provide an incoherent digital holography imaging apparatus and an imaging method which can easily and highly accurately form a new color reconstruction image of a subject with the desired image quality by using a reconstruction image of the subject obtained by using the holography technology.SOLUTION: An incoherent digital holography imaging device comprises: a first imaging function unit which captures a hologram image with incoherent light from a subject 1 and forms a first image being a reconstruction color image of the subject 1; a second imaging function unit which captures a second image being a color image of the subject 1 by imaging a single light flux from the subject 1; and an image combination unit 14 which obtains position information of each portion of the subject 1 based on the first image, cuts out each portion of the second image corresponding to each portion of the first image based on the obtained position information, sets the position and forms a new first image.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可干渉距離の短いインコヒーレント光を用いてデジタルホログラフィを取得するインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法に関する。 The present invention relates to an incoherent digital holography imaging apparatus and imaging method for acquiring digital holography using incoherent light with a short coherence length.

デジタルホログラフィは、被写体の複素振幅(振幅・位相分布)を取得できる撮影手法であり、空間分解能や奥行き分解能に優れている他、計算によりフォーカス位置を調節できる等の、多くの利点を有している。その中でも、近年、レーザー等の特殊な光源を用いずに、太陽光、LED、蛍光等のインコヒーレント光を用いてもディジタルホログラムを撮影できる、インコヒーレントデジタルホログラフィの技術が進展し、これによりホログラフィの応用範囲が拡大している。 Digital holography is an imaging method that can acquire the complex amplitude (amplitude and phase distribution) of the subject, and has many advantages such as excellent spatial resolution and depth resolution, as well as being able to adjust the focus position by calculation. there is Among them, in recent years, the technology of incoherent digital holography, which can capture digital holograms using incoherent light such as sunlight, LEDs, and fluorescent light without using special light sources such as lasers, has progressed. application range is expanding.

インコヒーレントデジタルホログラフィでは、物体光を2系に分割し、それらを互いに自己干渉させることによって撮像面上にホログラム(干渉縞)を形成する。
そして、インコヒーレントな光を干渉させるために、波長フィルタ(バンドパスフィルタ)で光源の波長幅を数10nm以下まで制限するようにしている(非特許文献1)。
このように、光源の波長幅を制限することによって分解能を向上させることができる。
In incoherent digital holography, an object beam is split into two beams and caused to self-interfere with each other to form a hologram (interference fringes) on an imaging surface.
In order to allow incoherent light to interfere, a wavelength filter (band-pass filter) is used to limit the wavelength width of the light source to several tens of nanometers or less (Non-Patent Document 1).
Thus, the resolution can be improved by limiting the wavelength width of the light source.

X. Quan, et al.” Three-dimensional stimulation and imaging-based functional optical microscopy of biological cells”, Optics Letters Vol. 43, No. 21, pp. 5447-5450 (2018)X. Quan, et al.”Three-dimensional stimulation and imaging-based functional optical microscopy of biological cells”, Optics Letters Vol. 43, No. 21, pp. 5447-5450 (2018)

しかしながら、今日では、インコヒーレントデジタルホログラフィの分野においても、画像のカラー化が強く望まれており、この分野においては難しいとされていたカラー化の実現を図ることが急務である。
すなわち、インコヒーレントデジタルホログラフィの分野では、波長幅を狭くすることが必須であるため、通常のイメージセンサでR、G、Bのカラーフィルタを用いて行われる3バンドの撮影の手法によっては、インコヒーレントなホログラフィによるカラー撮影を行うことができない。一方で、例えば10nmの波長幅で可視光全域の情報を取得する、インコヒーレントなホログラフィによるカラー撮影を行うには40個程度のバンド数が必要となり、実装するのは現実的とはいえない。
さらに、インコヒーレントデジタルホログラフィの分野では、波長幅を狭くすることが必須であるため、ノイズに対して相対的に信号値が低下する結果、画質(S/N比)が大幅に低下してしまう、との問題を解決する必要がある。
However, today, even in the field of incoherent digital holography, there is a strong demand for colorization of images, and there is an urgent need to realize colorization, which has been considered difficult in this field.
In other words, in the field of incoherent digital holography, it is essential to narrow the wavelength width. Color imaging by coherent holography cannot be performed. On the other hand, incoherent holographic color photography that acquires information in the entire visible light range with a wavelength width of 10 nm, for example, requires about 40 bands, which is not realistic to implement.
Furthermore, in the field of incoherent digital holography, it is essential to narrow the wavelength width, so the signal value decreases relative to noise, resulting in a significant drop in image quality (S/N ratio). , and need to solve the problem.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ホログラフィ技術を用いて得られた被写体の再構成画像を用いて、被写体の新たなカラー再構成画像を、高精度かつ高S/N比にて簡便に形成し得るインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a reconstructed image of a subject obtained using holography technology to create a new color reconstructed image of the subject with high accuracy and a high S/N ratio. It is an object of the present invention to provide an incoherent digital holography imaging device and an imaging method that can be easily formed by

本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置は、
2系に分割された被写体からのインコヒーレント光を互いに干渉させて形成したホログラム画像を撮像し、該被写体の再構成画像である第1画像を形成する第1撮像機能部と、該被写体からの単一光束を結像して該被写体のカラー画像である第2画像を該第1画像と同時にまたは順番に得る第2撮像機能部とを有し、
前記第1画像が有する画像情報と、前記第2画像が有するカラー画像情報とを組み合わせて前記被写体の新たなカラー再構成画像を形成する画像組合せ部を備えたことを特徴とするものである。
また、前記第1画像が有する画像情報はカラー画像情報であることが好ましい。
The incoherent digital holography imaging device of the present invention comprises:
a first imaging function unit that captures a hologram image formed by mutually interfering incoherent light from an object divided into two systems and forms a first image that is a reconstructed image of the object; a second imaging function unit that forms a single light beam to obtain a second image, which is a color image of the subject, simultaneously or sequentially with the first image;
It is characterized by comprising an image combiner for combining the image information of the first image and the color image information of the second image to form a new reconstructed color image of the object.
Further, it is preferable that the image information of the first image is color image information.

また、2つの前記撮像機能部のうち、少なくとも前記第1撮像機能部が、前記第1画像を形成する3原色光各々の波長帯域のうち、一部の波長帯域の光を選択して使用する光波長帯域選択手段を備えていることが好ましい。
また、前記光波長帯域選択手段がバンドパスフィルタであることが好ましい。
また、前記一部の波長帯域の幅が50nm以下であることが好ましい。
また、前記第2撮像機能部は、前記第2画像を得る際には、分割された前記2系のインコヒーレント光のうちの一方を遮光するシャッタを備えたことが好ましい。
Further, of the two imaging function units, at least the first imaging function unit selects and uses light in a part of the wavelength bands of the three primary color lights forming the first image. It is preferable to have optical wavelength band selection means.
Further, it is preferable that the optical wavelength band selection means is a bandpass filter.
Further, it is preferable that the width of the partial wavelength band is 50 nm or less.
In addition, it is preferable that the second imaging function unit includes a shutter for blocking one of the two systems of the divided incoherent light when obtaining the second image.

前記画像組合せ部は、前記第1画像に基づき前記被写体の各部位の位置情報を得、該得られた位置情報に基づき、前記第2撮像機能部により得られた、該第1画像の各部位に対応する前記第2画像の各部位を位置設定して、新たな前記第1画像を形成する機能を有することが好ましい。
ここで、前記第1撮像機能部は、前記被写体の各部位の位置情報を、得られたホログラム画像の複素振幅分布を所定距離まで逆伝搬したときに、該所定距離における前記第1画像のコントラストの高さに基づいて決定するように構成されていることが好ましい。
The image combination unit obtains position information of each part of the subject based on the first image, and obtains each part of the first image obtained by the second imaging function unit based on the obtained position information. It is preferable to have a function of forming a new first image by setting each part of the second image corresponding to .
Here, when the position information of each part of the subject is back-propagated up to a predetermined distance through the complex amplitude distribution of the obtained hologram image, the first imaging function unit obtains the contrast of the first image at the predetermined distance. preferably based on the height of the

また、前記第1撮像機能部における撮像光学系は、前記被写体からの光束を2系に分割する光束分割手段と、分割された一方の光束を入射して平面波を反射する平面鏡と、分割された他方の光束を入射して球面波を収束させるように反射する凹面鏡と、該平面鏡からの平面波と該凹面鏡からの球面波を干渉させてカラーのホログラム画像を取得する撮像素子と、該平面波と該球面波との共通光路上に、該撮像素子に入射させる前記3原色光各々の波長帯域を狭めるバンドパスフィルタと、を備えていることが好ましい。
また、前記平面鏡と前記凹面鏡のいずれかを、光軸方向に所定位相だけ移動させる位相シフト手段を備えていることが好ましい。
Further, the imaging optical system in the first imaging function unit is divided into a beam splitting means for splitting the beam from the subject into two systems, and a plane mirror for receiving one of the split beams and reflecting a plane wave. a concave mirror that receives the other light beam and reflects it so as to converge the spherical wave; an imaging device that causes interference between the plane wave from the plane mirror and the spherical wave from the concave mirror to acquire a color hologram image; It is preferable to include a bandpass filter for narrowing the wavelength band of each of the three primary color lights to be incident on the imaging element, on the common optical path with the spherical wave.
Moreover, it is preferable to include phase shift means for moving either the plane mirror or the concave mirror by a predetermined phase in the optical axis direction.

さらに、前記第2撮像機能部における撮像光学系は、少なくとも一部が、前記第1撮像機能部における撮像光学系と共用されるように構成され、前記光束分割手段と、該光束分割手段で分割された前記他方の光束を入射して球面波を収束させるように反射する前記凹面鏡と、該凹面鏡からの球面波を結像させて前記被写体のカラー画像を取得する前記撮像素子とを、備えていることが好ましい。 Further, at least part of the imaging optical system in the second imaging function unit is shared with the imaging optical system in the first imaging function unit. the concave mirror that receives the other luminous flux and reflects it so as to converge the spherical wave; preferably.

また、前記第1撮像機能部における撮像光学系と、前記第2撮像機能部における撮像光学系とは、被写体からの光束を分割する光束分割手段に至るまでの第1の偏光子が配設された光路を共通にする一方、撮像素子は互いに別個に備え、
前記光束分割手段は空間光変調器とし、
前記光束分割手段から前記第1撮像機能部の撮像素子に至る平面波と球面波の共通光路上に前記バンドパスフィルタと第2の偏光子を配置して該第1撮像機能部の撮像素子においてカラーのホログラム画像が得られるようにするとともに、前記光束分割手段から前記第2撮像機能部の撮像素子に至る球面波を該第2撮像機能部の撮像素子に結像して前記被写体のカラー画像が得られるように構成されていることが好ましい。
Further, the imaging optical system in the first imaging function section and the imaging optical system in the second imaging function section are provided with a first polarizer up to the beam splitting means for splitting the beam from the subject. While the optical path is shared, the imaging elements are provided separately from each other,
the beam splitting means is a spatial light modulator,
The band-pass filter and the second polarizer are arranged on the common optical path of the plane wave and the spherical wave from the light beam splitting means to the imaging device of the first imaging function unit, and the color imaging device of the first imaging function unit a holographic image of the subject, and a color image of the subject is obtained by forming a spherical wave from the light beam splitting means to the imaging device of the second imaging function unit into an image on the imaging device of the second imaging function unit. It is preferably configured to obtain.

また、本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像方法は、
2系に分割された被写体からのインコヒーレント光を互いに干渉させて形成したホログラム画像を撮像し、該被写体の再構成画像である第1画像を形成する第1撮像工程と、該被写体からの単一光束を結像して該被写体のカラー画像である第2画像を撮像する第2撮像工程とを同時または順番に行い、
前記第1画像が有する画像情報と、前記第2画像が有するカラー画像情報とを組み合わせて前記被写体の新たなカラー再構成画像を形成する工程を行うことを特徴とするものである。
Further, the incoherent digital holography imaging method of the present invention includes:
a first imaging step of capturing a hologram image formed by mutually interfering incoherent light from an object divided into two systems to form a first image that is a reconstructed image of the object; simultaneously or sequentially performing a second imaging step of imaging one light flux to capture a second image, which is a color image of the subject;
The method is characterized by performing a step of forming a new color reconstructed image of the subject by combining image information of the first image and color image information of the second image.

本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法では、画像のカラー化が強く望まれているインコヒーレントデジタルホログラフィの分野において、そのカラー化を、下記効果を達成しつつ、実現したものである。
すなわち、インコヒーレントデジタルホログラフィ撮像技術においては、得られた再構成画像(以下、第1画像と称する)は位置情報を有しており、3次元像を構築することができる。その一方で、前述したように、ホログラフィを撮像するには波長幅を狭くする必要があるため、通常のイメージセンサでR、G、Bのカラーフィルタを用いて行われている3バンドの撮影の手法によっては、インコヒーレントなホログラフィによるカラー撮影を行うことができない。例えば10nmの波長幅で可視光全域の情報を取得する、インコヒーレントなホログラフィによるカラー撮影を行うには40個程度のバンド数が必要となり、実装するのは現実的とはいえない。さらに、ノイズを多く含んでいる、という特性も有している。
そこで本願発明者は、各部位の位置情報を得ることはできないが、可視光全域の情報を取得することができ、またノイズの影響も少ない通常の撮像方式により得られるカラー画像(以下、第2画像と称する)を、共通の光学系を用いて上記第1画像と同時に取得し、両画像における被写体の対応する部位を容易に判別できることを利用して、これら両画像を組み合わせて所望の画質の新しい被写体のカラー再構成画像を形成することを想起するに至った。
The incoherent digital holography imaging apparatus and imaging method of the present invention achieve colorization while achieving the following effects in the field of incoherent digital holography where colorization of images is strongly desired.
That is, in the incoherent digital holography imaging technique, the obtained reconstructed image (hereinafter referred to as the first image) has position information and can construct a three-dimensional image. On the other hand, as described above, it is necessary to narrow the wavelength width for holographic imaging. Depending on the method, incoherent holographic color imaging cannot be performed. For example, about 40 bands are required to perform color imaging by incoherent holography, which acquires information in the entire visible light range with a wavelength width of 10 nm, and implementation is not realistic. Furthermore, it also has the characteristic of containing a lot of noise.
Therefore, the inventors of the present application have found that although it is not possible to obtain position information of each part, it is possible to obtain information in the entire visible light range, and a color image obtained by a normal imaging method with little influence of noise (hereinafter referred to as the second image) is acquired at the same time as the first image using a common optical system, and using the fact that the corresponding parts of the subject in both images can be easily determined, these two images are combined to obtain the desired image quality. It has occurred to me to create a color reconstructed image of a new object.

すなわち、一例について述べるに、第1撮像機能部においてホログラムを用いて得られた被写体の再構成カラー画像である第1画像に基づき、被写体の各部位の位置情報を得るようにし、得られた位置情報に基づき、第2撮像機能部により得られた第2画像の各部位を配するようにして、新たな第1画像を形成する。 That is, to describe an example, based on a first image which is a reconstructed color image of the subject obtained using a hologram in the first imaging function unit, position information of each part of the subject is obtained, and the obtained position Based on the information, a new first image is formed by arranging the parts of the second image obtained by the second imaging function unit.

これにより、本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法においては、得られた第1画像と第2画像の各カラー情報に基づき、所望の画質(高S/N比)の新たなカラー再構成画像を得ることができる。しかも、両画像は、共通の光学系を用いて、略同時に撮影することが可能であるから、所望の画質の新たなカラー画像を、簡便、かつ高精度に得ることができる。 As a result, in the incoherent digital holography imaging apparatus and imaging method of the present invention, new color reproduction with a desired image quality (high S/N ratio) is achieved based on the color information of the obtained first and second images. A constituent image can be obtained. Moreover, since both images can be captured substantially simultaneously using a common optical system, a new color image with desired image quality can be obtained simply and with high precision.

画像のカラー化を図る構成について、より具体的な例について述べると、インコヒーレントデジタルホログラフィ撮像技術において、少なくとも前記第1撮像機能部が、第1画像を形成する3原色光各々の波長帯域のうち、所定幅の狭波長帯域の光を選択して出力する光波長帯域選択手段を備えることにより、3原色光の各々において分解能を向上させつつ光干渉を生じさせることができ、インコヒーレントデジタルホログラフィの分野において、その画像のカラー化を良好に実現することができる。
また、この発明を利用することによって、被写体の情報(カラー情報を含む)を正確にとらえるカメラや計測装置、さらには顕微鏡等を構築することが可能である。
To give a more specific example of the configuration for colorizing an image, in the incoherent digital holography imaging technology, at least the first imaging function unit selects , By providing an optical wavelength band selection means for selecting and outputting light in a narrow wavelength band with a predetermined width, it is possible to generate optical interference while improving resolution in each of the three primary color lights, and incoherent digital holography In the field, the colorization of the image can be realized well.
Further, by using the present invention, it is possible to construct a camera, a measuring device, a microscope, etc. that can accurately capture subject information (including color information).

本発明の実施形態1に係るホログラフィ撮像再生装置を説明するための概念図である。1 is a conceptual diagram for explaining a holographic imaging/reproducing device according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. 本発明の実施形態1に係るホログラフィ撮像再生装置のBPFのON/OFF操作に伴う、撮像素子の各画素に入射する光の波長帯域を示すための概念図((A)は、ベイヤー配列の画素アレイを示すものであり、(B)は、第1撮像機能部の撮像素子の各画素に入射する各光の波長帯域(I.ホログラフィ)、および第2撮像機能部の撮像素子の各画素に入射する各光の波長帯域(II.単一の光による撮影)を示す)である。A conceptual diagram for showing the wavelength band of light incident on each pixel of the imaging element accompanying the ON/OFF operation of the BPF of the holographic imaging and reproducing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention ((A) is a Bayer array pixel (B) shows the wavelength band (I. holography) of each light incident on each pixel of the imaging device of the first imaging function unit, and each pixel of the imaging device of the second imaging function unit The wavelength band of each incident light (II. Imaging with a single light) is shown). 本発明の実施形態2に係るホログラフィ撮像再生装置を説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a holographic imaging/reproducing device according to Embodiment 2 of the present invention; 本発明の実施形態2に係るホログラフィ撮像再生装置において、SLMに表示するパターン(第1の撮像素子106aに結像する球面波のパターン(a)、第2の撮像素子106bに結像する球面波のパターン(b)、および(a)と(b)を合成したパターン(c))である。In the holography imaging and reproducing apparatus according to the second embodiment of the present invention, the pattern displayed on the SLM (the pattern (a) of the spherical wave imaged on the first image sensor 106a, the spherical wave imaged on the second image sensor 106b) and a pattern (c) obtained by synthesizing (a) and (b). 本発明の実施形態2に係るホログラフィ撮像再生装置における、ホログラフィを用いた撮影と、単一の光による撮影を併用するシステムによって再構成画像の画質が改善される手法の前提を示す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram showing the premise of a method for improving the image quality of a reconstructed image by a system that uses both holographic imaging and imaging with a single light in the holographic imaging and reproducing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. . 本発明の実施形態2のホログラフィ撮像再生装置で互いに距離の異なる物体A、B、Cの3つを含む画角で撮影する手法を説明するための概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a method of photographing with an angle of view including three objects A, B, and C having different distances with the holography imaging and reproducing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 図6に示す2つの撮影手法で得られた2種類の画像から有用な画像を形成する手法を説明するための概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a method of forming a useful image from two types of images obtained by the two imaging methods shown in FIG. 6; 本実施形態の変更態様1に係るホログラフィ撮像再生装置を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a holographic imaging/reproducing device according to modification 1 of the present embodiment; 本実施形態の変更態様2に係るホログラフィ撮像再生装置を説明するための概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a holographic imaging/reproducing device according to modification 2 of the present embodiment;

以下、本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法について、実施形態を用いて説明する。本実施形態においては、カラー画像を撮像再生するホログラフィ撮像再生装置の構成を例に挙げて説明する。
また、以下の説明は、まず、実施形態1、2を用いて光学系の構成を主とした説明を行い、次に、実施形態2の構成を前提として、ホログラフィを用いた被写体の再構成カラー画像と、単一の光を用いた、一般の被写体カラー画像を組合せる手法の一例について説明する。その後、上記ホログラフィ撮像再生装置の光学系について、2種類の変更態様を挙げて補足説明を行う。
The incoherent digital holography imaging device and imaging method of the present invention will be described below using embodiments. In the present embodiment, the configuration of a holographic imaging/reproducing apparatus for imaging/reproducing a color image will be described as an example.
Further, the following description will first focus on the configuration of the optical system using Embodiments 1 and 2, and then, on the premise of the configuration of Embodiment 2, the reconstructed color of the subject using holography. An example of a technique for combining an image with a general subject color image using a single light will be described. After that, the optical system of the holographic imaging/reproducing apparatus will be supplemented with two modifications.

[ホログラフィ撮像再生装置の構成(光学系を主として)]
(実施形態1)
本発明における、実施形態1に係るホログラフィ撮像再生装置50の光学系を主とした全体構成を図1に示す。
このホログラフィ撮像再生装置50は、マイケルソン干渉計の光学系を用いたインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置を構成している。本撮像再生装置50は、ホログラフィを用いた撮影機能と、単一の光による撮影(通常の結像系による撮影)機能を有し、両機能を用いて、ノイズの少ない、インコヒーレントデジタルホログラフィ撮像画像を得ることができる。
[Configuration of holographic imaging and reproducing device (mainly optical system)]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows the overall configuration of a holographic imaging/reproducing apparatus 50 according to Embodiment 1 of the present invention, mainly including an optical system.
The holographic imaging/reproducing device 50 constitutes an incoherent digital holographic imaging device using an optical system of a Michelson interferometer. The imaging and reproducing apparatus 50 has a holographic imaging function and a single light imaging function (imaging by a normal imaging system). image can be obtained.

まず、ホログラフィを用いた撮影について説明する。被写体1からの物体光はレンズ2により平行光とされてビームスプリッタ(B/S)3に入射し、分割された一方の光が平面鏡5に入射して平行光として反射され、分割された他方の光が凹面鏡4に入射して収束光として反射される。
反射された2つの光は、再びビームスプリッタ(B/S)3に入射し、前者の反射光と後者の透過光は単板カラー撮像素子6方向に進み、単板カラー撮像素子6の撮像面上において自己干渉によりホログラムを形成する。
First, photographing using holography will be described. Object light from subject 1 is converted into parallel light by lens 2 and enters beam splitter (B/S) 3. One of the split lights enters plane mirror 5 and is reflected as parallel light. of light enters the concave mirror 4 and is reflected as convergent light.
The two reflected lights enter the beam splitter (B/S) 3 again, and the former reflected light and the latter transmitted light travel in the direction of the single-plate color image sensor 6 and reach the imaging surface of the single-plate color image sensor 6. A hologram is formed on the top by self-interference.

ここでは、in-lineホログラフィにおける直接光・共役光の重畳を避けて物体光を取得するために位相シフト法を用い、その中でも演算を容易とするために4ステップ位相シフト法を用いている。
平面鏡5が位相シフト手段(ピエゾ素子)7によって、基準位置から、波長の1/8倍、2/8倍、3/8倍の距離だけ光軸方向に移動する(平面鏡5側に進む光の光路長が波長の1/4倍、2/4倍、3/4倍だけ変化する)ことで、位相が0、π/2、π、3π/2の4段階で変化するように構成されている。
Here, a phase shift method is used to obtain object light while avoiding superposition of direct light and conjugate light in in-line holography, and among them, a four-step phase shift method is used to facilitate calculation.
The plane mirror 5 is moved in the optical axis direction by a distance of 1/8, 2/8, and 3/8 times the wavelength from the reference position by the phase shift means (piezo element) 7 (the amount of light traveling toward the plane mirror 5 is increased). The optical path length is changed by 1/4, 2/4, and 3/4 times the wavelength), so that the phase is changed in four steps of 0, π/2, π, and 3π/2. there is

平面鏡5のビームスプリッタ(B/S)3側には遮光可能なシャッタ8が示されているが、これは後述する単一の光による撮影(本撮影)を行う際に機能させる(遮光する(ONとする))ものであり、ホログラフィを用いた撮影の場合には、機能させない(遮光しない(OFFとする))ものである。これにより、単一の光による撮影を行う際には、凹面鏡4からの光のみを、一方、ホログラフィを用いた撮影の場合には、凹面鏡4からの光と平面鏡5からの光の両者を単板カラー撮像素子6に照射させるように切り替えることができる。
このシャッタ8としては、例えば、メカニカルシャッタや液晶シャッタ等を用いることができる。
A shutter 8 capable of blocking light is shown on the plane mirror 5 on the side of the beam splitter (B/S) 3, and this functions (blocks light) when photographing with a single light (actual photographing), which will be described later. It is turned ON)), and in the case of photographing using holography, it is not made to function (it is not light-shielded (turned OFF)). As a result, only the light from the concave mirror 4 is used when photographing with a single light, while both the light from the concave mirror 4 and the light from the plane mirror 5 are used in the case of photographing using holography. It is possible to switch so that the plate color imaging device 6 is illuminated.
As the shutter 8, for example, a mechanical shutter, a liquid crystal shutter, or the like can be used.

単板カラー撮像素子6は、赤(R)、緑(G)、青(B)のオンチップカラーフィルタ(OCF)を取り付けた画素がベイヤー配列等の配置で配列され、各画素はR、G、Bのいずれかの色情報を取得するようになっている。OCFの帯域は150~200nm程度であり、R、G、Bの3種類のフィルタで可視光の全帯域をカバーするように設定されている。 In the single-chip color imaging device 6, pixels attached with on-chip color filters (OCF) of red (R), green (G), and blue (B) are arranged in a Bayer array or the like. , B is obtained. The OCF has a band of about 150 to 200 nm, and three filters of R, G, and B are set so as to cover the entire band of visible light.

一方、単板カラー撮像素子6のビームスプリッタ(B/S)3側には、インコヒーレント光(可干渉距離の短い光)によっても干渉を生じさせ得るよう、R、G、Bの各色光の波長帯域を狭めるためのバンドパスフィルタ(BPF)9が配置されている。
このBPF9も、前述のシャッタ8と同様に機能をON/OFFする(切り替える)ことができるようになっている。このBPF9のON/OFF切替え動作としては、メカニカルに出し入れする機構を用いるものや、液晶を用いて透過波長帯域を変化させる手法を用いるもの等を採用可能である。なお、このBPF9のON/OFF切替え動作は、上記単一の光による撮影を行う場合には、BPF9を動作させる(ONとする)。BPF9は、例えば、R、G、Bそれぞれの帯域の中心波長にピークを有する(3つのピークを有する)マルチバンドパスフィルタであり、3つのそれぞれの帯域は数10nm以下に設定されている。
On the other hand, on the beam splitter (B/S) 3 side of the single-chip color image pickup device 6, R, G, and B light beams are arranged so that even incoherent light (light with a short coherence length) can cause interference. A bandpass filter (BPF) 9 is arranged to narrow the wavelength band.
This BPF 9 can also be turned on/off (switched) in the same way as the shutter 8 described above. As the ON/OFF switching operation of the BPF 9, it is possible to employ a mechanism that mechanically inserts and withdraws the BPF 9, or a technique that uses a liquid crystal to change the transmission wavelength band. Note that this ON/OFF switching operation of the BPF 9 operates (turns ON) the BPF 9 when photographing with the single light. The BPF 9 is, for example, a multi-bandpass filter having peaks (three peaks) at the center wavelengths of the R, G, and B bands, and each of the three bands is set to several tens of nm or less.

単板カラー撮像素子6からは、ホログラム画像データが、被写体像再構成手段11に出力され、被写体像再構成手段11内の第1画像演算部12において、4ステップ位相シフト法を用い、撮像面に形成された4枚のホログラム情報から、演算により撮像面の振幅・位相分布を計算する。具体的には、撮像面から被写体面まで逆伝搬する演算を行うことで、被写体位置での振幅・位相分布が再構成できる。
この際、R、G、Bの画素ごとに、上記の振幅・位相分布の計算を行うことで、R、G、Bの各色光毎に、物体位置での振幅・位相分布が再構成できるため、これら3つの振幅・位相分布によりカラー画像を得ることができる。
上記4ステップ位相シフト法に替えて、3ステップ、2ステップあるいは5ステップ以上の位相シフト法を用いてもよいし、参照光チルト、並列位相シフトおよびランダム位相参照光使用等の、1回の撮像(露光)で複素振幅を取得するようにしてもよい(伊藤・下馬場:「ホログラフィ入門 コンピュータを利用した3次元映像・3次元計測」,講談社,pp. 119-125を参照)。
Hologram image data is output from the single-plate color imaging device 6 to the subject image reconstruction means 11, and in the first image calculation section 12 in the subject image reconstruction means 11, the image plane is converted to the image plane using the four-step phase shift method. The amplitude and phase distributions of the imaging plane are calculated from the information of the four holograms formed in . Specifically, the amplitude/phase distribution at the object position can be reconstructed by performing back-propagating calculations from the imaging surface to the object surface.
At this time, by calculating the above amplitude/phase distribution for each pixel of R, G, and B, the amplitude/phase distribution at the object position can be reconstructed for each color light of R, G, and B. , a color image can be obtained from these three amplitude and phase distributions.
Instead of the 4-step phase-shift method, a 3-step, 2-step, or 5-step or more phase-shift method may be used, and a single imaging such as reference beam tilt, parallel phase shift, and random phase reference beam use may be used. (Exposure) may be used to acquire the complex amplitude (Refer to Ito and Shimobaba: “Introduction to Holography: 3D Images and 3D Measurements Using Computers”, Kodansha, pp. 119-125).

また、平面鏡5を移動させるのではなく、凹面鏡4を位相シフト手段7で移動させて、凹面鏡4を経由する光の位相を複数段階に変化させる上記のような位相シフト法を行ってもよい。この場合、後述する単一の光による撮影時においては位相シフト手段7による移動を止めて撮影してもよいし、あるいはホログラフィを用いた撮影時と同様に位相シフト手段7によって凹面鏡4を移動させながら撮影してもよい。後者の場合、単一の光による撮影において被写体1の広い奥行き範囲でフォーカスの合った像が得られる、という効果も期待できる。 Alternatively, instead of moving the plane mirror 5, the concave mirror 4 may be moved by the phase shift means 7 to change the phase of the light passing through the concave mirror 4 in a plurality of stages. In this case, when photographing with a single light, which will be described later, the movement of the phase shift means 7 may be stopped, or the concave mirror 4 may be moved by the phase shift means 7 as in the case of photographing using holography. You can shoot while In the latter case, it is possible to expect an effect that a focused image of the object 1 can be obtained over a wide depth range in photographing with a single light.

次に、単一の光による撮影について説明する。平面鏡5のビームスプリッタ(B/S)3側に設けたシャッタ8を作動させて、遮光機能をオンとすることで、平面鏡5を経由する光が遮断され、凹面鏡4を経由した光のみが単板カラー撮像素子6に到達することになる。
また、BPF9は動作させない(オフとする)ように設定され、これにより単板カラー撮像素子6は、通常の単板カラーカメラとして機能し、被写体1のカラー画像(強度分布)を得ることができる。
なお、シャッタ8を凹面鏡4とビームスプリッタ(B/S)3の間に配置して、平面鏡5からの光のみを撮像面に到達させるようにしてもよい。この場合、被写体1の後段に位置するレンズ2により、撮像素子6と結像関係にある被写体1を撮像することができる。
Next, imaging with a single light will be described. By operating the shutter 8 provided on the beam splitter (B/S) 3 side of the plane mirror 5 to turn on the light shielding function, the light passing through the plane mirror 5 is blocked, and only the light passing through the concave mirror 4 is isolated. It reaches the plate color imaging device 6 .
Also, the BPF 9 is set so as not to operate (turned off), whereby the single-chip color image sensor 6 functions as a normal single-chip color camera, and a color image (intensity distribution) of the subject 1 can be obtained. .
Alternatively, the shutter 8 may be arranged between the concave mirror 4 and the beam splitter (B/S) 3 so that only the light from the plane mirror 5 reaches the imaging surface. In this case, the lens 2 located behind the subject 1 can image the subject 1 in an imaging relationship with the imaging device 6 .

また、単板カラー撮像素子6からは、単一の光による画像データが、被写体像再構成手段11に出力され、被写体像再構成手段11内の第2画像格納部13において、単一の光により得られた複数の画像データが格納される。
この後、第1画像演算部12での演算により得られた振幅・位相分布データと、第2画像格納部13に格納された画像データとを、被写体像再構成手段11内の画像組合せ部14において組合せ、この組合わせられた再構成画像(新たな第1画像)を被写体像画像信号として外部のモニタ15等に出力する。画像組合せ部14においてなされる画像組合せ処理については後述する。
なお、上記被写体像再構成手段11および上記モニタ15等によって、ホログラフィ撮像装置部20に対応するホログラフィ再生装置部40が構築される。
Further, from the single-plate color imaging device 6, image data by a single light is output to the object image reconstruction means 11, and in the second image storage section 13 in the object image reconstruction means 11, the single light image data is stored. A plurality of image data obtained by is stored.
After that, the amplitude/phase distribution data obtained by the calculation in the first image calculation section 12 and the image data stored in the second image storage section 13 are combined with the image combination section 14 in the subject image reconstruction means 11 . , and outputs the combined reconstructed image (new first image) to an external monitor 15 or the like as a subject image signal. The image combination processing performed in the image combination section 14 will be described later.
A holography reproduction device section 40 corresponding to the holography imaging device section 20 is constructed by the subject image reconstruction means 11, the monitor 15, and the like.

本実施形態の装置では、上記の、ホログラフィを用いた撮影機能と、単一の光による撮影機能を交互に切り替えて行う。すなわち第1の期間において、シャッタ8をオフ、BPF9をオンとして4ステップ位相シフト法により、位相が0、π/2、π、3π/2に対応した被写体1のカラーのホログラム画像を撮影し、第2の期間において、シャッタ8をオン、BPF9をオフとして、凹面鏡4により収束せしめられた光のみによって被写体1のカラー画像を取得する。 The apparatus of this embodiment alternately switches between the holography-based imaging function and the single-light imaging function. That is, in the first period, the shutter 8 is turned off, the BPF 9 is turned on, and a color hologram image of the object 1 corresponding to the phases of 0, π/2, π, and 3π/2 is photographed by the 4-step phase shift method, In the second period, the shutter 8 is turned on, the BPF 9 is turned off, and a color image of the subject 1 is acquired only by the light converged by the concave mirror 4 .

ホログラフィを用いた撮影では、単板カラー撮像素子6の位置は凹面鏡4の焦点距離の位置付近にある必要はないが、単一の光による撮影では、解像度を保つため、単板カラー撮像素子6の位置は凹面鏡4の焦点距離の位置付近にあることが望ましい。
また、図1に示す構成では、時間を切り替えて2つの撮影を択一的に行うことが必要であることから、単板カラー撮像素子6の位置は単一の光による撮影にあわせて、凹面鏡4(単一の光による撮影に平面鏡5からの光を用いる場合は平面鏡5)の焦点距離の位置付近にあることが望ましい。
In photography using holography, the position of the single plate color image sensor 6 does not need to be near the position of the focal length of the concave mirror 4. It is desirable that the position of is near the position of the focal length of the concave mirror 4 .
In the configuration shown in FIG. 1, it is necessary to alternately perform two types of photography by switching the time. 4 (flat mirror 5 if light from plane mirror 5 is used for imaging with a single light).

図2は、BPF9のON/OFF切替え動作による単板カラー撮像素子6の各画素に入射する光の波長帯域を説明するものである。
単一の光による撮影では、R、G、B用の画素にはOCFの特性により決まる通常の広帯域な(例えば150~200nm幅の)R、G、Bに対応する各色光が入射するのに対し、ホログラフィを用いた撮影では、各画素にBPF9とOCFの両者を通過した光が入射するため、R、G、B用の画素にはR、G、Bに対応する各色光の帯域幅が、BPF9で定められた帯域(例えば10nm幅)まで狭められた光が入射することになる。
ホログラフィを用いた撮影のみにより可視光全域をカバーするためには、例えば10nm幅では40個程度のバンド数が必要となり、実装するのは現実的とはいえない。
FIG. 2 explains the wavelength band of light incident on each pixel of the single-chip color image pickup device 6 by the ON/OFF switching operation of the BPF 9 .
In shooting with a single light, normal broadband (for example, 150 to 200 nm width) R, G, and B color lights determined by the characteristics of the OCF are incident on the pixels for R, G, and B. On the other hand, in photographing using holography, since light that has passed through both the BPF 9 and the OCF is incident on each pixel, the pixels for R, G, and B have a bandwidth of each color light corresponding to R, G, and B. , and BPF 9, the light narrowed down to the band (for example, 10 nm width) is incident.
In order to cover the entire visible light range only by photographing using holography, for example, about 40 bands with a width of 10 nm are required, which is not realistic to implement.

本実施形態においては、単一の光による撮影によって、可視光全域のカラー情報を取得し、その上で、ホログラフィを用いた撮影により、特に奥行き情報等の被写体1の複素振幅(振幅・位相分布)から得られる情報を取得し、これら、単一の光による撮影およびホログラフィを用いた撮影の両者を用いることで、高精度な被写体情報の取得を可能とするものである。
後者については、R、G、Bそれぞれの帯域の中から、少なくとも1つずつの複素振幅(振幅・位相分布)を取得するために、3つのバンドを有するOCFおよびBPF9を用いているが、このバンド数を増加させて、より広い帯域の複素振幅(振幅・位相分布)を取得する構成とすることも可能である。
In this embodiment, the color information of the entire visible light range is obtained by photographing with a single light, and then the complex amplitude (amplitude and phase distribution) of the subject 1 such as depth information is obtained by photographing using holography. ), and by using both single-light imaging and holographic imaging, it is possible to obtain highly accurate subject information.
For the latter, an OCF and a BPF 9 having three bands are used to acquire at least one complex amplitude (amplitude/phase distribution) from each of the R, G, and B bands. It is also possible to increase the number of bands to obtain a wider band complex amplitude (amplitude/phase distribution).

図1の構成の単板カラー撮像素子6に替えてモノクロの撮像素子を用い、前述のBPF9とOCFで得られる狭帯域のR、G、B(以下、n-R、n-G、n-Bと称する)、または前述のOCFで得られる広帯域のR、G、B(以下、w-R、w-G、w-Bと称する)の波長帯域を透過するように、BPF9を時分割で切り替えるように設定し、n-R、n-G、n-Bを用いたホログラフィによる撮影と、w-R、w-G、w-Bを用いた単一の光による撮影とを順に行うことによっても、上記と同様の効果を得ることができる。 A monochrome image sensor is used instead of the single-plate color image sensor 6 having the configuration shown in FIG. B), or the broadband R, G, and B (hereinafter referred to as wR, wG, and wB) wavelength bands obtained by the OCF described above. Set to switch and sequentially perform holographic imaging using nR, nG, and nB, and single light imaging using wR, wG, and wB. The same effect as described above can also be obtained by

また、図1に示すホログラフィ撮像再生装置50において、被写体1とレンズ2の間にプリズム(B/S)3を設け、被写体1からの光をR、G、Bの3つの色光に分割し、それぞれの色光に対して、図1に示す装置50の構成を設けるようにしてもよい。この場合には、撮像素子はモノクロ対応撮像素子とし、BPF9はR、G、Bの各色光の帯域を狭めるように機能させるようにしてもよい。 Further, in the holographic imaging and reproducing apparatus 50 shown in FIG. 1, a prism (B/S) 3 is provided between the subject 1 and the lens 2 to split the light from the subject 1 into three colored lights of R, G and B, A configuration of the device 50 shown in FIG. 1 may be provided for each color light. In this case, the image pickup device may be a monochrome image pickup device, and the BPF 9 may function to narrow the band of each color light of R, G, and B. FIG.

(実施形態2)
本発明における、実施形態2に係るホログラフィ撮像再生装置150の光学系を主とした全体構成を図3に示す。なお、本実施形態は、実施形態1のものと、部材の機能が略同様とされているものも多いので、そのような部材については、実施形態1の部材の符号に100を加えて付し、その詳しい説明は煩を避けるため省略する。なお、実施形態1に示すホログラフィ再生装置部40に関しては、本実施形態についても同様の構成とされているので、図面からも省略している(以下に説明する、図6、8、9において同じ)。また、本実施形態においては、ホログラム画像を得る際において、複素振幅を得るのに、位相シフト法を用いずに、参照光チルト、並列位相シフトおよびランダム位相参照光使用等の、1回の撮像(露光)で演算可能な手法を用いている(後述する変更態様1、2において同じ)。勿論、実施形態1と同様に、位相シフト法を用いて複素振幅を得るようにしてもよい。
本実施形態に係るホログラフィ撮像再生装置150の特徴は、図3に示すように、ホログラフィを用いた撮影と、単一の光による撮影との各々に、専用の撮像素子106a、bを設けたことにより、両撮影を同時に行うことを可能としていることにある。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows the overall configuration of a holographic imaging/reproducing apparatus 150 according to Embodiment 2 of the present invention, mainly including an optical system. In this embodiment, there are many members whose functions are substantially the same as those in the first embodiment, so such members are given the reference numerals of the members in the first embodiment by adding 100. , the detailed description of which is omitted to avoid complication. Note that the holography reproducing device section 40 shown in Embodiment 1 has the same configuration as in this embodiment, so it is omitted from the drawings (the same is true in FIGS. 6, 8, and 9 described below) ). Further, in the present embodiment, when obtaining a hologram image, a single imaging operation using a reference beam tilt, a parallel phase shift, a random phase reference beam, etc., without using a phase shift method is used to obtain a complex amplitude. (exposure) is used (the same applies to modifications 1 and 2 described later). Of course, as in the first embodiment, the phase shift method may be used to obtain the complex amplitude.
As shown in FIG. 3, the feature of the holographic imaging/reproducing apparatus 150 according to the present embodiment is that dedicated imaging elements 106a and 106b are provided for imaging using holography and imaging with a single light, respectively. Therefore, it is possible to perform both photographing at the same time.

図3に示すように、被写体101からの光は、レンズ102の後段に配された、斜め45度の直線偏光を透過させる第1の偏光子110aを経由した後、SLM116で分割され、第1の単板カラー撮像素子106aには平面波と球面波を、第2の単板カラー撮像素子106bには球面波のみを到達させることで、前者でホログラフィを用いた撮影、後者で単一の光による撮影がなされるように構成されている。すなわち、第1の単板カラー撮像素子106aに到達する平面波は、入射光である45度直線偏光の垂直(または水平)直線偏光成分であり、第1の単板カラー撮像素子106aに到達する球面波は、入射光である45度直線偏光の水平(または垂直)直線偏光成分である。第1の単板カラー撮像素子106aのSLM116側に配置された第2の偏光子110bにより、各光の偏光成分を同一にそろえることで、上記2つの光が互いに干渉し、これによりホログラムが得られる。 As shown in FIG. 3, the light from the subject 101 passes through the first polarizer 110a arranged behind the lens 102, which transmits linearly polarized light at an angle of 45 degrees, and is then split by the SLM 116 to obtain a first By allowing plane waves and spherical waves to reach the second single-plate color image pickup device 106a and only spherical waves to the second single-plate color image pickup device 106b, the former is used for photography using holography, and the latter is for photography using a single light. It is configured to take pictures. That is, the plane wave reaching the first single-plate color imaging device 106a is the vertical (or horizontal) linearly polarized component of the 45-degree linearly polarized incident light, and the spherical plane wave reaching the first single-plate color imaging device 106a. A wave is the horizontally (or vertically) linearly polarized component of the 45 degree linearly polarized incident light. The second polarizer 110b arranged on the SLM 116 side of the first single-plate color imaging device 106a aligns the polarization components of the respective lights, thereby causing the above two lights to interfere with each other, thereby obtaining a hologram. be done.

SLM116に表示するパターンとしては、図4に示すように、第1の撮像素子106aに結像される球面波(a)、第2の撮像素子106bに結像される球面波(b)、これら(a)と(b)の球面波を互いに合成したパターン(c)等を適用できる。
このパターンは、入射した水平(または垂直)直線偏光成分を2つの球面波に分波する効果をもたらすが、SLM116の領域を区切って、例えば奇数番目の画素に到達した光は第1の撮像素子106aに、偶数番目の画素に到達した光は第2の撮像素子106bに、それぞれ結像するようなパターンを用いることもできる。この区切り方は画素単位でなくとも、複数画素をまとめたブロック単位としてもよい。
なお、SLM116としては、透過型のもののみならず反射型のものを用いてもよい。また、液晶表示素子(LCD)のみならず、DMD等の素子を用いることも可能である。
As a pattern displayed on the SLM 116, as shown in FIG. A pattern (c) or the like obtained by synthesizing the spherical waves of (a) and (b) can be applied.
This pattern has the effect of splitting the incident horizontal (or vertical) linearly polarized component into two spherical waves. It is also possible to use a pattern in which light that has reached even-numbered pixels in 106a forms an image on the second image sensor 106b. This division may be performed in units of blocks, each grouping a plurality of pixels, instead of in units of pixels.
As the SLM 116, not only a transmissive type but also a reflective type may be used. Moreover, it is possible to use not only a liquid crystal display device (LCD) but also a device such as a DMD.

本実施形態の構成では、上述した実施形態1において用いられていたシャッタ8が不要となり、また、BPF109は、SLM116と第1の単板カラー撮像素子106aの間の光路上のみに配置すればよく、ON/OFF切替え動作も不要である。このように、シャッタ8が不要で、BPF109における切替えの動作および構造が不要であるから、装置の構造が簡便で、撮影の高速化を図り得るシステムとすることができる。 In the configuration of this embodiment, the shutter 8 used in the above-described first embodiment becomes unnecessary, and the BPF 109 only needs to be arranged on the optical path between the SLM 116 and the first single-chip color image sensor 106a. , no ON/OFF switching operation is required. Since the shutter 8 and the switching operation and structure of the BPF 109 are not required in this way, the structure of the device is simple and the system can be made capable of speeding up the photographing.

SLM116から撮像素子106a、bまでの距離は、2つの撮像素子106a、bで同一としてもよいが、第1の撮像素子106aは、ホログラフィを用いた撮影で最も解像度が高くなるとされている距離(平面波と球面波の像が同じサイズになる距離)に配置し、第2の撮像素子106bは、焦点距離の位置に配置するというように、互いに異なる距離に配置してもよい。 The distance from the SLM 116 to the imaging elements 106a and 106b may be the same for the two imaging elements 106a and 106b, but the first imaging element 106a is the distance ( The second imaging element 106b may be arranged at different distances, such as the distance at which the images of the plane wave and the spherical wave have the same size, and the second image sensor 106b may be arranged at the position of the focal length.

また、本実施形態のホログラフィ撮像再生装置150は、上述した実施形態1のホログラフィ撮像再生装置50と略同様の以下の作用効果を得ることができる。すなわち、図3に示す第1の単板カラー撮像素子106aに替えてモノクロの撮像素子を用いてもよい。この場合は、第2の単板カラー撮像素子106bのSLM116側にもBPFを配置して、それぞれのBPFを互いに同期させ、各撮像素子106a、bの撮影操作を時分割で行い得るようにし、第1の単板カラー撮像素子106aのSLM116側に配置したBPF109で、図2(B)Iで示すような狭帯域のn-R、n-G、n-Bへの切替えを行い、また、第2の単板カラー撮像素子106bのSLM116側に配置したBPFで、図2(B)IIで示すような広帯域のw-R、w-G、w-Bへの切替えを行って撮影することでも同様の効果が得られる。 Further, the holographic imaging/reproducing device 150 of the present embodiment can obtain the following effects substantially similar to those of the holographic imaging/reproducing device 50 of the first embodiment described above. That is, a monochrome image sensor may be used in place of the first single-plate color image sensor 106a shown in FIG. In this case, a BPF is also arranged on the SLM 116 side of the second single-plate color image pickup device 106b to synchronize the respective BPFs so that the image pickup operations of the image pickup devices 106a and 106b can be performed in a time-sharing manner, The BPF 109 arranged on the SLM 116 side of the first single-plate color image sensor 106a performs switching to narrow bands nR, nG, and nB as shown in FIG. The BPF arranged on the SLM 116 side of the second single-plate color image sensor 106b is used to perform switching to broadband wR, wG, and wB as shown in FIG. However, the same effect can be obtained.

また、上述した実施形態1のホログラフィ撮像再生装置50と略同様に、図3に示すホログラフィ撮像再生装置150において、被写体101とレンズ102の間にプリズム(B/S)103を設け、被写体101からの光をR、G、Bの3つの色光に分割し、それぞれの色光に対して、図3に示す装置150の構成を設けるようにしてもよい。この場合には、各撮像素子はモノクロ対応の撮像素子とし、BPF109は、各色光に係る第1の撮像素子(第1の単板カラー撮像素子106aに対応)のSLM116側にのみ配置し、このBPF109により、これら各色光の帯域を狭めるように機能させるようにしてもよい。 Further, in substantially the same manner as the holographic imaging/reproducing device 50 of Embodiment 1 described above, in the holographic imaging/reproducing device 150 shown in FIG. may be divided into three colored lights of R, G, and B, and the configuration of the device 150 shown in FIG. 3 may be provided for each of the colored lights. In this case, each image pickup device is a monochrome image pickup device, and the BPF 109 is arranged only on the SLM 116 side of the first image pickup device (corresponding to the first single-plate color image pickup device 106a) for each color light. The BPF 109 may function to narrow the band of each color light.

[新たな再構成画像を得る際における画像を組合せる手法]
以下、実施形態2に係るホログラフィ撮像再生装置150において、ホログラフィを用いた撮影と、単一の光による撮影を併用する構成について詳細に説明する。
なお、以下に説明する構成は、前述した、被写体像再構成手段11内の画像組合せ部14における構成に対応する。
なお、本シミュレーションには、説明の簡便化のためモノクロ画像を用いて説明しているが、実際に取り扱うカラー画像の場合は、モノクロ画像を用いて説明した内容を、R、G、Bの各色光(チャネル)に対して行うようにすればよい。
なお、以下においては、「被写体」との用語に替え、「物体」との用語を用いて説明する場合がある。
図5は、ホログラフィを用いた撮影と、単一の光による撮影の、一般的な流れを示すものである。上方部分には、ホログラフィを用いた撮影(I)における、ホログラム形成と物体画像再構成の出力画像の処理の流れを概略的に示すものである。なお、用いた数値パラメータは図3に記載の数値であり、例えば、平面波と球面波を発生させるSLM116と、撮像素子106aとの距離は500mmに設定することで撮像面上に形成されたホログラム画像を取得した。
[Method of combining images when obtaining a new reconstructed image]
Hereinafter, in the holographic imaging/reproducing device 150 according to the second embodiment, a configuration that uses both holographic imaging and single light imaging will be described in detail.
The configuration described below corresponds to the configuration of the image combining section 14 in the object image reconstructing means 11 described above.
Note that this simulation is explained using a monochrome image for the sake of simplicity of explanation. It suffices to perform it for light (channel).
In the following description, the term “object” may be used instead of the term “subject”.
FIG. 5 shows a general flow of imaging using holography and imaging with a single light. The upper portion schematically shows the processing flow of the output image for hologram formation and object image reconstruction in photographing using holography (I). The numerical parameters used are the numerical values shown in FIG. obtained.

4ステップ位相シフト法により、位相を0、π/2、π、3π/2と4段階で変化させることにより、4つのホログラム画像の強度分布(I~I)が得られたとすると、物体の撮像面での複素振幅分布(振幅・位相分布)uは下式(1)のように表される。
u=1/4×{(I-I)+i(I-I)}(iは虚数単位) …(1)
この複素振幅分布に対して、撮像面から物体面まで逆伝搬する演算を行うことで、物体位置での複素振幅分布(振幅・位相分布)が得られ、被写体101の再構成画像が得られる。
Assuming that the four hologram image intensity distributions (I 1 to I 4 ) are obtained by changing the phase in four steps of 0, π/2, π, and 3π/2 by the 4-step phase shift method, the object A complex amplitude distribution (amplitude/phase distribution) u on the imaging plane of is represented by the following equation (1).
u=1/4×{(I 1 −I 3 )+i(I 2 −I 4 )} (i is an imaginary unit) (1)
A complex amplitude distribution (amplitude/phase distribution) at the object position is obtained by performing back propagation calculation on this complex amplitude distribution from the imaging plane to the object plane, and a reconstructed image of the subject 101 is obtained.

図5の下方半分に、単一の光による撮影(II)における、物体像を示す。例えば、球面波を発生させるSLM116と、第2の単板カラー撮像素子106bとの距離を250mmに設定することで撮像面上に形成された、R、G、Bからなる物体のカラー画像(強度分布)を取得する。 The lower half of FIG. 5 shows the image of the object in the single light shot (II). For example, an object color image (intensity distribution).

以上の手法により、単一の光による撮影において、可視光全域にわたるR、G、Bの情報を取得でき、かつ、ホログラフィを用いた撮影では、R、G、Bの各波長帯域のうち少なくとも1つずつの狭帯域のバンドにより、種々の物体位置での複素振幅分布(振幅・位相分布)を取得することができる。 With the above method, in photographing with a single light, it is possible to obtain R, G, and B information over the entire visible light range. Complex amplitude distributions (amplitude and phase distributions) at various object positions can be acquired from each narrow band.

図5に示す計算には、ノイズの影響が含まれていないため、ホログラフィを用いた撮影Iと、単一の光による撮影IIとの2つの撮影手法間において((D)と(E)の各画像間において)、画質に差は見られないが、実際には波長幅の制限による光量の減少のため、ホログラフィを用いた撮影Iの方がノイズの影響をさらに受けることとなりやすい。
すなわち、撮像素子106aで検出される主なノイズの一つに光ショットノイズがあるが、入射光子数をSとすると光ショットノイズN=√Sで表され、S/N比は、S/√S=√Sとなり、光子数の平方根に比例する。
Since the calculations shown in FIG. 5 do not include the effects of noise, the difference between ((D) and (E)) between the two imaging techniques, holographic imaging I and single-light imaging II. There is no difference in image quality between each image), but in reality, photography using holography I is more likely to be affected by noise due to the decrease in the amount of light due to the limitation of the wavelength width.
That is, one of the main noises detected by the image sensor 106a is optical shot noise. S=√S, which is proportional to the square root of the number of photons.

例えば、単一の光による撮影ではBPFによる波長幅制限を行わずに150~200nmの波長の光で撮影し、ホログラフィを用いた撮影ではBPFによって波長幅を10nmに制限することとすると、スペクトル分布の影響にもよるが、後者の光量は前者のおよそ10分の1以下に減少してしまうため、S/N比も劣化する。
したがって、この入射光量の違いを考慮に入れると、上記2つの撮影手法によるS/N比としては、ホログラフィを用いた撮影のほうが悪くなってしまう。
For example, when photographing with a single light, the wavelength width is not limited by the BPF, but with a wavelength of 150 to 200 nm. Although it depends on the influence of , the amount of light in the latter is reduced to about one-tenth or less of that in the former, so the S/N ratio is also degraded.
Therefore, taking this difference in the amount of incident light into consideration, the S/N ratio of the above two photographing methods is worse in photographing using holography.

以下、図3に示す装置で得られた2種類の画像から有用な画像を得ることができる実施形態に係る構成の一例について説明する。
図6に示すように、距離が互いに異なる物体A、B、Cの3つを含む画角で撮影を行うものとし、その時の2つの撮影手法で得られる画像のイメージを図7に示す。なお、図6に係るホログラフィ撮像再生装置450は、実施形態2のホログラフィ撮像再生装置150を用いているが、便宜上、図3に示す部材の符号に300を加えた符号を、対応する部材に付している。
ホログラフィを用いた再構成画像(以下、第1画像と称する)ではノイズ(図7では物体A、B、C内のドットで表される)が多いが、各物体の距離a,b,cに対応して逆伝搬させることで、その距離にある物体のコントラストが高くなるため、その距離にある物体の情報が得られることになる。一方、単一の光による撮影画像(以下、第2画像と称する)ではノイズが少ないが、距離と物体の関係は不明である。なお、ここで物体の存在する距離の範囲は、単一の光による撮影における被写界深度の範囲内であるとする。
An example of a configuration according to an embodiment capable of obtaining useful images from two types of images obtained by the apparatus shown in FIG. 3 will be described below.
As shown in FIG. 6, photographing is performed at an angle of view including three objects A, B, and C at different distances, and images obtained by the two photographing methods at that time are shown in FIG. 6 uses the holographic imaging/reproducing device 150 of Embodiment 2, but for the sake of convenience, the corresponding members are denoted by 300 added to the reference numerals of the members shown in FIG. are doing.
A reconstructed image using holography (hereinafter referred to as the first image) has a lot of noise (represented by dots in objects A, B, and C in FIG. 7), but the distances a, b, and c of each object Corresponding backpropagation will increase the contrast of objects at that distance, thus providing information about the object at that distance. On the other hand, an image captured with a single light (hereinafter referred to as a second image) has little noise, but the relationship between distance and object is unknown. It is assumed here that the range of distances in which the object exists is within the range of the depth of field in photographing with a single light.

第1画像において、物体の各部位毎に、ノイズの少ない画像とするために、第2画像における、第1画像の部位に対応した部位である、コントラストの高い画素エリアだけを切り出す。すなわち、上記第2画像におけるコントラストの高い部位を特定し、対応する第1画像の各対応部位の位置情報に基づいて第2画像の各部位を位置設定して、新たな第1画像を形成するようにしている。
こうすることで、各距離a,b,cに位置する物体において、ノイズの少ない第1画像(再構成画像)を得ることができる。
図7ではフォーカスの合った部分(コントラストの高い部分)を取り出して利用しているが、ホログラフィを用いた撮影におけるフォーカスが合っていないとの情報を利用して、フォーカスの合っていない部分のぼやけた画像も含めて合成し、敢えてボケ画像を作成することも可能である。
In the first image, in order to obtain an image with less noise for each part of the object, only high-contrast pixel areas corresponding to the parts of the first image in the second image are cut out. That is, a new first image is formed by specifying a high-contrast portion in the second image, setting each portion of the second image based on the position information of each corresponding portion of the corresponding first image. I'm trying
By doing so, it is possible to obtain a first image (reconstructed image) with little noise for the object positioned at each of the distances a, b, and c.
In FIG. 7, the in-focus portion (high-contrast portion) is extracted and used. It is also possible to create a blurred image on purpose by compositing the image including the blurred image.

以上のことを、R、G、Bそれぞれのチャネルについて行うことで、各物体の距離にある、ノイズの少ない物体のカラー画像が得られる。ここで、ホログラフィを用いた撮影で得られるR、G、B各色光毎の狭帯域の信号(n-R、n-G、n-B)と、本来の、R、G、B各色光毎の広帯域の信号(w-R、w-G、w-B)には関連性があると考えられるため、色光毎にフォーカス(合焦)の判定が可能であるとしているが、被写体や撮影条件によっては、カラー情報を取得した際に、誤差が生じることが考えられる。狭帯域で取得する信号のバンド数が増加するのに応じて、この誤差を軽減することができるため、用途に応じて、このバンド数を決定することが望ましい。 By performing the above operations for each of the R, G, and B channels, a color image of an object at the distance of each object and with little noise can be obtained. Here, narrow-band signals (nR, nG, nB) for each of the R, G, and B colored lights obtained by holographic photography, and the original, for each of the R, G, and B colored lights Since it is thought that the broadband signals (wR, wG, and wB) of . In some cases, errors may occur when color information is acquired. This error can be reduced as the number of bands of signals acquired in a narrow band increases, so it is desirable to determine the number of bands according to the application.

また、他の利用手法として、ホログラフィを用いた撮影は、単一の光による撮影に比べて、物体の高い空間周波数の情報を含んでいることが知られているため、例えば、これら2つの撮影手法で得られた画像のFFT処理を行って、前者の撮影で得られた高周波の情報と後者の撮影で得られた低周波の情報を合成して画像を再構成することで、画質と空間周波数帯域を両立させた画像を得ることもできる。 In addition, as another method of utilization, it is known that holographic imaging contains information of higher spatial frequencies of an object than imaging with a single light. By performing FFT processing on the image obtained by the method, and reconstructing the image by synthesizing the high-frequency information obtained by the former imaging and the low-frequency information obtained by the latter imaging, the image quality and spatial An image with both frequency bands can be obtained.

また、他の利用手法として、動画像を得る際の利用が考えられる。すなわち、ホログラフィを用いる撮影において4ステップ位相シフト法を用いた場合には、4枚の画像を取得し、さらに再構成画像を計算により得ることで時間を要するため、フレームレートの向上が制限される場合が考えられる。 Also, as another utilization method, use in obtaining moving images can be considered. That is, when the 4-step phase shift method is used in imaging using holography, it takes time to obtain four images and then to obtain a reconstructed image by calculation, which limits the improvement of the frame rate. case is conceivable.

一方、単一の光による撮影では、撮像素子自体の性能の限界まで高フレームレートの撮影が可能であるため、最も高いフレームレートでの動画撮影は単一の光による撮影の画像情報を用い、その上で、図7と同様の合成手法を用いる。すなわち、ホログラフィを用いて得られた再構成画像における、各物体の距離に対応した第2画像の、コントラストの高い画素エリアだけを切り出すことで、各物体の距離における、物体の、カラー動画像を得ることができる。
距離情報は、最高フレームレートの時間精度では得ることができないものの、例えば物体の動きが同一の距離内では激しく変化するが、物体の奥行き方向には変化が少ない、というような撮影対象に対して、本実施形態は特に有効な手法となる。
On the other hand, when shooting with a single light, it is possible to shoot at a high frame rate up to the performance limit of the image sensor itself. Then, a synthesis method similar to that of FIG. 7 is used. That is, by cutting out only high-contrast pixel areas of the second image corresponding to the distance of each object in the reconstructed image obtained using holography, a color moving image of the object at the distance of each object is obtained. Obtainable.
Although distance information cannot be obtained with the highest frame rate time accuracy, it is useful for shooting subjects where, for example, the movement of an object changes drastically within the same distance, but the change in the depth direction of the object is small. , this embodiment is a particularly effective method.

以上に説明したように、本実施形態の撮像装置および撮像方法では、通常の結像系による撮影の機能は保持しながら、被写体の複素振幅(振幅位相分布)を取得できるインコヒーレントデジタルホログラフィの機能を実現することができ、物体の情報を正確にとらえるカメラ、計測装置、顕微鏡等の種々の装置に適用が可能である。 As described above, in the imaging apparatus and imaging method of the present embodiment, the function of incoherent digital holography capable of acquiring the complex amplitude (amplitude phase distribution) of the subject while maintaining the function of imaging by a normal imaging system. can be realized, and can be applied to various devices such as cameras, measuring devices, microscopes, etc. that accurately capture information on an object.

また、本発明に係るインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
例えば、光学系としては図8および図9に示すような変更態様のものを用いることもできる。
なお、以下の変更態様は、実施形態2のものと、部材の機能が類似しているものも多いので、そのような部材については、実施形態2の部材の符号に、変更態様1については400を加えて付し、他方、変更態様2については500を加えて付し、その詳しい説明は煩を避けるため省略する。
Moreover, the incoherent digital holography imaging apparatus and imaging method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and other various modifications are possible.
For example, the optical system may be modified as shown in FIGS. 8 and 9. FIG.
In addition, since many of the following modifications are similar in function to those of the members of the second embodiment, such members are denoted by the reference numerals of the members of the second embodiment, and 400 for the first modification. , and on the other hand, 500 is added to Modification 2, and a detailed description thereof is omitted to avoid complication.

(変更態様1)
本変更態様は、図8に示すように、単板カラー撮像素子506のSLM516側に、光軸を中心として回転可能とされた回転偏光子517を配置して、ホログラフィを用いた撮影と単一の光による撮影とを、時間的に切り替える構成を備えたものである。ホログラフィを用いた撮影では、単板カラー撮像素子506のSLM516側に配置した回転偏光子517は、図3に示す実施形態2の場合と同様に、2光波の偏光方向をそろえる動作を行うが、単一の光による撮影では、回転偏光子517を回転させて水平(または垂直)直線偏光成分である球面波のみを透過させる。
この場合、単一の光による撮影条件にあわせて、撮像面で結像するような球面波をSLM516で発生させることが肝要である。BPF509は、上記実施形態1の場合と同様に、ON/OFF切替え動作を行うものとする。この変更態様1の構成では、1つの単板カラー撮像素子506を用いるだけでよく、上記実施形態1で用いられているシャッタも不要であり、より簡便な構成とすることができる。
(Modification 1)
As shown in FIG. 8, this modification is achieved by arranging a rotating polarizer 517 rotatable about the optical axis on the SLM 516 side of the single-chip color image pickup device 506 to perform holographic photography and single-lens imaging. It is equipped with a configuration for temporally switching between photographing with the light of . In photographing using holography, the rotating polarizer 517 arranged on the SLM 516 side of the single-chip color image sensor 506 performs the operation of aligning the polarization directions of the two light waves, as in the case of the second embodiment shown in FIG. In single-light photography, the rotating polarizer 517 is rotated to transmit only the spherical wave, which is the horizontally (or vertically) linearly polarized component.
In this case, it is important for the SLM 516 to generate a spherical wave that forms an image on the imaging plane in accordance with the imaging conditions using a single light. The BPF 509 performs an ON/OFF switching operation as in the case of the first embodiment. In the configuration of Modification 1, only one single-plate color image sensor 506 can be used, and the shutter used in Embodiment 1 is not required, so that the configuration can be made simpler.

(変更態様2)
本変更態様は、図9に示すように、偏光ビームスプリッタ(PBS)603を用いて物体光をS偏光とP偏光に分離する構成を備えたものである。分離されたS偏光をレンズ602aを介して第2の撮像素子606bに結像させて、単一の光による撮影を行い、一方、分離されたP偏光は半波長板618で斜め45°の直線偏光を透過させる構成とし、以降は図8に示す変更態様1と同様に、第1の撮像素子606aでホログラフィの撮影を行う。
なお、BPF609は常時、オン状態に設定しておけばよい。本変更態様は、上記変更態様1と比べると、上記変更態様1で用いられている回転偏光子517における光量ロスをなくし、入射光を効率的に利用し得る、との利点を有している。
(Modification 2)
As shown in FIG. 9, this modification has a configuration in which a polarizing beam splitter (PBS) 603 is used to split object light into S-polarized light and P-polarized light. The separated S-polarized light is imaged on the second image sensor 606b via the lens 602a for imaging with a single light, while the separated P-polarized light is captured by a half-wave plate 618 in a straight line at an angle of 45°. A configuration is adopted in which polarized light is transmitted, and holographic imaging is performed with the first image sensor 606a in the same manner as in Modification Mode 1 shown in FIG.
Note that the BPF 609 may always be set to the ON state. Compared with Modification 1, this Modification has the advantage of eliminating the loss of light quantity in the rotating polarizer 517 used in Modification 1 and efficiently utilizing the incident light. .

(その他の変更態様)
光学系に関するその他の変更態様としては、例えば、上記実施形態1においては、マイケルソンタイプの等光路長型の光学系を用いた態様が示されているが、例えば、マッハツェンダタイプや、迂回光路型の等光路長フィゾータイプの光学系等を用いることも可能である。
なお、上記実施形態においては、被写体の再構成画像である第1画像はカラー画像としているが、これをモノクロ画像とすることも可能である。すなわち、本発明のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置および撮像方法においては、第1画像がカラー画像であってもモノクロ画像であっても、第2画像と組み合わせた結果、カラー画像が得られるものであればよい。ただし、第2画像はカラー画像であることが必要である。
(Other Modifications)
As other modified aspects of the optical system, for example, in the first embodiment, an aspect using a Michelson type equal optical path length type optical system is shown, but for example, a Mach-Zehnder type or a detour optical path type is shown. It is also possible to use a Fizeau type optical system with equal optical path length.
In the above embodiment, the first image, which is the reconstructed image of the subject, is a color image, but it can also be a monochrome image. That is, in the incoherent digital holography imaging device and imaging method of the present invention, whether the first image is a color image or a monochrome image, and whether the result of combining with the second image is a color image. Just do it. However, the second image must be a color image.

1、101、401、501、601 被写体
2、102、402、502、602、602a レンズ
3 ビームスプリッタ(B/S)
4 凹面鏡
5 平面鏡
6、106a、106b、406a、406b、506、606a、606b
単板カラー撮像素子
7 位相シフト手段(ピエゾ素子)
8 シャッタ
9、109、409、509、609 バンドパスフィルタ(BPF)
11 被写体像再構成手段
12 第1画像演算部
13 第2画像格納部
14 画像組合せ部
15 モニタ
20、120、420、520、620 ホログラフィ撮像装置部
40 ホログラフィ再生装置部
50、150、450、550、650 ホログラフィ撮像再生装置
110a、110b、410a、410b、510、610 偏光子(第1の偏光子、第2の偏光子)
116、416、516、616 SLM
517 回転偏光子
603 偏光ビームスプリッタ(PBS)
618 半波長板
1, 101, 401, 501, 601 subject 2, 102, 402, 502, 602, 602a lens 3 beam splitter (B/S)
4 concave mirror 5 plane mirror 6, 106a, 106b, 406a, 406b, 506, 606a, 606b
Single-plate color image sensor 7 Phase shift means (piezo element)
8 shutter 9, 109, 409, 509, 609 band pass filter (BPF)
11 subject image reconstructing means 12 first image calculation section 13 second image storage section 14 image combination section 15 monitor 20, 120, 420, 520, 620 holography imaging device section 40 holography reproduction device section 50, 150, 450, 550, 650 holographic imaging and reproducing device 110a, 110b, 410a, 410b, 510, 610 polarizer (first polarizer, second polarizer)
116, 416, 516, 616 SLMs
517 rotating polarizer 603 polarizing beam splitter (PBS)
618 half-wave plate

Claims (13)

2系に分割された被写体からのインコヒーレント光を互いに干渉させて形成したホログラム画像を撮像し、該被写体の再構成画像である第1画像を形成する第1撮像機能部と、該被写体からの単一光束を結像して該被写体のカラー画像である第2画像を該第1画像と同時にまたは順番に得る第2撮像機能部とを有し、
前記第1画像が有する画像情報と、前記第2画像が有するカラー画像情報とを組み合わせて前記被写体のカラー再構成画像を新たに形成する画像組合せ部を備えたことを特徴とするインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。
a first imaging function unit that captures a hologram image formed by mutually interfering incoherent light from an object divided into two systems and forms a first image that is a reconstructed image of the object; a second imaging function unit that forms a single light beam to obtain a second image, which is a color image of the subject, simultaneously or sequentially with the first image;
Incoherent digital holography, comprising: an image combiner for combining image information of the first image and color image information of the second image to newly form a reconstructed color image of the subject. Imaging device.
前記第1画像が有する画像情報がカラー画像情報であることを特徴とする請求項1に記載のンコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 2. The incoherent digital holography imaging apparatus according to claim 1, wherein the image information contained in said first image is color image information. 2つの前記撮像機能部のうち、少なくとも前記第1撮像機能部が、前記第1画像を形成する3原色光各々の波長帯域のうち、一部の波長帯域の光を選択して使用する光波長帯域選択手段を備えていることを特徴とする請求項2に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 At least the first imaging function unit of the two imaging function units selects and uses light in a partial wavelength band from wavelength bands of each of the three primary color lights forming the first image. 3. The incoherent digital holographic imaging device of claim 2, further comprising band selection means. 前記光波長帯域選択手段がバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項3に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 4. An incoherent digital holography imaging apparatus according to claim 3, wherein said optical wavelength band selection means is a bandpass filter. 前記一部の波長帯域の幅が50nm以下であることを特徴とする請求項3または4に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 5. The incoherent digital holography imaging apparatus according to claim 3, wherein the width of said partial wavelength band is 50 nm or less. 前記第2撮像機能部は、前記第2画像を得る際には、分割された前記2系のインコヒーレント光のうちの一方を遮光するシャッタを備えたことを特徴とする請求項1~5のうちいずれか1項に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the second imaging function unit includes a shutter for shielding one of the divided incoherent light beams of the two systems when obtaining the second image. The incoherent digital holography imaging device according to any one of the above. 前記画像組合せ部は、前記第1画像に基づき前記被写体の各部位の位置情報を得、該得られた位置情報に基づき、前記第2撮像機能部により得られた、該第1画像の各部位に対応する前記第2画像の各部位を位置設定して、新たな前記第1画像を形成する機能を有することを特徴とする請求項1~6のうちいずれか1項に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 The image combination unit obtains position information of each part of the subject based on the first image, and obtains each part of the first image obtained by the second imaging function unit based on the obtained position information. 7. The incoherent digital according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it has the function of positioning each part of the second image corresponding to the to form a new first image. Holographic imaging device. 前記第1撮像機能部は、前記被写体の各部位の位置情報を、得られた前記ホログラム画像の複素振幅分布を所定距離まで逆伝搬したときに、該所定距離における前記第1画像のコントラストの高さに基づいて決定するように構成されていることを特徴とする請求項1~7のうちいずれか1項に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 The first imaging function unit is configured to, when back-propagating the position information of each part of the subject through the complex amplitude distribution of the obtained hologram image up to a predetermined distance, obtain a high-contrast image of the first image at the predetermined distance. An incoherent digital holographic imaging device according to any one of claims 1 to 7, wherein the incoherent digital holographic imaging device is arranged to determine based on the distance. 前記第1撮像機能部における撮像光学系は、前記被写体からの光束を2系に分割する光束分割手段と、分割された一方の光束を入射して平面波を反射する平面鏡と、分割された他方の光束を入射して球面波を収束させるように反射する凹面鏡と、該平面鏡からの平面波と該凹面鏡からの球面波を干渉させてカラーのホログラム画像を取得する撮像素子と、該平面波と該球面波との共通光路上に、該撮像素子に入射させる前記3原色光各々の波長帯域を狭めるバンドパスフィルタと、を備えていることを特徴とする請求項3~8のうちいずれか1項に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 The imaging optical system in the first imaging function section includes a beam splitting means for splitting the beam from the subject into two systems, a plane mirror for receiving one of the split beams and reflecting a plane wave, and the other split beam. A concave mirror that reflects a light flux so as to converge the spherical wave, an imaging device that obtains a color hologram image by causing interference between the plane wave from the plane mirror and the spherical wave from the concave mirror, and the plane wave and the spherical wave. and a band-pass filter that narrows the wavelength band of each of the three primary color lights incident on the imaging device, on the common optical path with incoherent digital holography imager. 前記平面鏡と前記凹面鏡のいずれかを、光軸方向に所定位相だけ移動させる位相シフト手段を備えていることを特徴とする請求項9に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 10. The incoherent digital holography imaging apparatus according to claim 9, further comprising phase shift means for moving either the plane mirror or the concave mirror by a predetermined phase in the optical axis direction. 前記第2撮像機能部における撮像光学系は、少なくとも一部が、前記第1撮像機能部における撮像光学系と共用されるように構成され、前記光束分割手段と、該光束分割手段で分割された前記他方の光束を入射して球面波を収束させるように反射する前記凹面鏡と、該凹面鏡からの球面波を結像させて前記被写体のカラー画像を取得する前記撮像素子とを、備えていることを特徴とする請求項9または10に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。 The imaging optical system in the second imaging function unit is configured such that at least a part of the imaging optical system in the first imaging function unit is shared with the imaging optical system in the first imaging function unit. the concave mirror that receives the other light beam and reflects the spherical wave so as to converge; 11. The incoherent digital holography imaging device according to claim 9 or 10, characterized in that: 前記第1撮像機能部における撮像光学系と、前記第2撮像機能部における撮像光学系とは、被写体からの光束を分割する光束分割手段に至るまでの第1の偏光子が配設された光路を共通にする一方、撮像素子は互いに別個に備え、
前記光束分割手段は空間光変調器とし、
前記光束分割手段から前記第1撮像機能部の撮像素子に至る平面波と球面波の共通光路上に前記バンドパスフィルタと第2の偏光子を配置して該第1撮像機能部の撮像素子においてカラーのホログラム画像が得られるようにするとともに、前記光束分割手段から前記第2撮像機能部の撮像素子に至る球面波を該第2撮像機能部の撮像素子に結像して前記被写体のカラー画像が得られるように構成されていることを特徴とする請求項4~11のうちいずれか1項に記載のインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像装置。
The imaging optical system in the first imaging function unit and the imaging optical system in the second imaging function unit are an optical path in which a first polarizer is arranged up to a beam splitting means for splitting a beam from a subject. are shared, while the imaging elements are provided separately from each other,
the beam splitting means is a spatial light modulator,
The band-pass filter and the second polarizer are arranged on the common optical path of the plane wave and the spherical wave from the light beam splitting means to the imaging device of the first imaging function unit, and the color imaging device of the first imaging function unit a holographic image of the subject, and a color image of the subject is obtained by forming a spherical wave from the light beam splitting means to the imaging device of the second imaging function unit into an image on the imaging device of the second imaging function unit. An incoherent digital holography imaging device according to any one of claims 4 to 11, characterized in that it is arranged to obtain.
2系に分割された被写体からのインコヒーレント光を互いに干渉させて形成したホログラム画像を撮像し、該被写体の再構成画像である第1画像を形成する第1撮像工程と、該被写体からの単一光束を結像して該被写体のカラー画像である第2画像を撮像する第2撮像工程とを同時または順番に行い、
前記第1画像が有する画像情報と、前記第2画像が有するカラー画像情報とを組み合わせて前記被写体の新たなカラー再構成画像を形成する工程を行うことを特徴とするインコヒーレントデジタルホログラフィ撮像方法。
a first imaging step of capturing a hologram image formed by mutually interfering incoherent light from an object divided into two systems to form a first image that is a reconstructed image of the object; simultaneously or sequentially performing a second imaging step of imaging one light flux to capture a second image, which is a color image of the subject;
An incoherent digital holography imaging method, comprising: combining image information of the first image and color image information of the second image to form a new color reconstructed image of the subject.
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