JP3471556B2 - 位相シフトディジタルホログラフィ装置 - Google Patents
位相シフトディジタルホログラフィ装置Info
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
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-
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- G03H2001/0454—Arrangement for recovering hologram complex amplitude
- G03H2001/0458—Temporal or spatial phase shifting, e.g. parallel phase shifting method
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位相シフトディジタ
ルホログラフィ装置および位相シフトディジタルホログ
ラフィ生成方法に係り、特に、物体波と参照波とが同時
にＣＣＤイメージセンサ等の光電撮像素子の撮像面に照
射されホログラム画像データが生成される位相シフトデ
ィジタルホログラフィ装置および位相シフトディジタル
ホログラフィ生成方法に関する。
ルホログラフィ装置および位相シフトディジタルホログ
ラフィ生成方法に係り、特に、物体波と参照波とが同時
にＣＣＤイメージセンサ等の光電撮像素子の撮像面に照
射されホログラム画像データが生成される位相シフトデ
ィジタルホログラフィ装置および位相シフトディジタル
ホログラフィ生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】デジタルホログラフィは、コンピュータ
ホログラフィとは逆に、物体波と参照波の間の干渉パタ
ーンを実際に光電撮像素子で記録し、干渉パターンから
計算機によって像を再生する技術である。
ホログラフィとは逆に、物体波と参照波の間の干渉パタ
ーンを実際に光電撮像素子で記録し、干渉パターンから
計算機によって像を再生する技術である。
【０００３】従来、ディジタルホログラフィ装置として
次のようなものが知られていた。すなわち、物体光と参
照光とは交叉角度α（図２参照）が非常に大きくとられ
て撮像面に照射され、いわゆる、軸はずし方式でホログ
ラムが生成されていた。
次のようなものが知られていた。すなわち、物体光と参
照光とは交叉角度α（図２参照）が非常に大きくとられ
て撮像面に照射され、いわゆる、軸はずし方式でホログ
ラムが生成されていた。
【０００４】そして、再生像には０次像と±１次像とが
横に並んで生成されていた。
横に並んで生成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このため、真の再生像
のみを得ようとしても、再生像にいわゆるゴースト像が
伴うということがあった。
のみを得ようとしても、再生像にいわゆるゴースト像が
伴うということがあった。
【０００６】ゴースト像を分離除去できるためには、物
体光と参照光との交叉角度を充分に大きくし、軸はずし
の度合いを大きくする必要があった。また、物体光の生
成の元となる物体の大きさを小さいものに限定する必要
があった。
体光と参照光との交叉角度を充分に大きくし、軸はずし
の度合いを大きくする必要があった。また、物体光の生
成の元となる物体の大きさを小さいものに限定する必要
があった。
【０００７】このため、従来のディジタルホログラフィ
装置においては、ホログラムの対象となる物体の大きさ
が制限されるという問題があった。
装置においては、ホログラムの対象となる物体の大きさ
が制限されるという問題があった。
【０００８】また、ホログラムの作成に実効的に寄与す
る撮像面の画素数が減り、限られた画素数の撮像素子を
有効に利用できないという問題があった。
る撮像面の画素数が減り、限られた画素数の撮像素子を
有効に利用できないという問題があった。
【０００９】また、従来の軸はずし方式においては、物
体光と参照光とが大きさな交叉角度αで撮像面に照射さ
れる結果、ホログラムを形成するフリンジ間隔が小さく
なる一方、撮像面の解像分解能はホログラムを形成する
フリンジ間隔より小さい必要がある。このため、一般的
に写真フィルム等に比べて解像分解能が低い撮像素子に
おいて、良好な像を再生するのが困難であった。
体光と参照光とが大きさな交叉角度αで撮像面に照射さ
れる結果、ホログラムを形成するフリンジ間隔が小さく
なる一方、撮像面の解像分解能はホログラムを形成する
フリンジ間隔より小さい必要がある。このため、一般的
に写真フィルム等に比べて解像分解能が低い撮像素子に
おいて、良好な像を再生するのが困難であった。
【００１０】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、軸はずしを必要とせず、再生像にゴ
ースト像が伴わないようにできる位相シフトディジタル
ホログラフィ装置および位相シフトディジタルホログラ
フィ生成方法を提供することである。
する問題を解消し、軸はずしを必要とせず、再生像にゴ
ースト像が伴わないようにできる位相シフトディジタル
ホログラフィ装置および位相シフトディジタルホログラ
フィ生成方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による位相シフトディジタルホログラフィ装
置は、参照波の位相をシフトする位相シフト手段と、物
体波と参照波とが同時に撮像面に照射されることによっ
てホログラム画像データを生成するホログラム撮像手段
と、前記位相シフト手段により参照波の位相を異なる複
数の位相値に位相シフトし、位相シフトした複数の参照
波の各々の参照波と物体波とによって生成される複数の
ホログラム画像データから物体波の位相データと物体波
の振幅データとを演算する物体波演算手段と、前記物体
波演算手段で演算した物体波の位相データと物体波の振
幅データとから物体波データを構成し、この物体波デー
タを所定変換して再生像を演算する再生像演算手段と、
を備えている。
に、本発明による位相シフトディジタルホログラフィ装
置は、参照波の位相をシフトする位相シフト手段と、物
体波と参照波とが同時に撮像面に照射されることによっ
てホログラム画像データを生成するホログラム撮像手段
と、前記位相シフト手段により参照波の位相を異なる複
数の位相値に位相シフトし、位相シフトした複数の参照
波の各々の参照波と物体波とによって生成される複数の
ホログラム画像データから物体波の位相データと物体波
の振幅データとを演算する物体波演算手段と、前記物体
波演算手段で演算した物体波の位相データと物体波の振
幅データとから物体波データを構成し、この物体波デー
タを所定変換して再生像を演算する再生像演算手段と、
を備えている。
【００１２】また、物体波と参照波とは前記撮像面にほ
ぼ同一入射角で照射される。
ぼ同一入射角で照射される。
【００１３】また、物体波と参照波とは、前記物体波デ
ータを構成せずにホログラム画像データを変換して再生
像を生成した場合にこの再生像にゴースト像が混入し得
るほどに小さい交叉角度で、前記撮像面に照射される。
ータを構成せずにホログラム画像データを変換して再生
像を生成した場合にこの再生像にゴースト像が混入し得
るほどに小さい交叉角度で、前記撮像面に照射される。
【００１４】また、前記位相シフト手段はピエゾ素子を
有する。
有する。
【００１５】また、前記複数の位相値は３個の位相値で
あり、前記複数のホログラム画像データは３個のホログ
ラム画像データである。
あり、前記複数のホログラム画像データは３個のホログ
ラム画像データである。
【００１６】また、前記位相シフト手段は前記参照波が
互いに９０度の位相差を形成するように位相シフトす
る。
互いに９０度の位相差を形成するように位相シフトす
る。
【００１７】また、前記所定変換は、フレネル変換であ
る。
る。
【００１８】また、本発明による位相シフトディジタル
ホログラフィ生成方法は、位相シフト手段により参照波
の位相を異なる複数の位相値に位相シフトし、得られる
複数の参照波の各々の参照波と物体波とを同時にホログ
ラム撮像手段の撮像面に照射して複数のホログラム画像
データを生成し、これらの複数のホログラム画像データ
から物体波の位相データと物体波の振幅データとを物体
波演算手段により演算し、前記物体波演算手段で演算し
た物体波の位相データと物体波の振幅データとから物体
波データを構成し、この物体波データを所定変換して再
生像演算手段により再生像を演算することを特徴とす
る。
ホログラフィ生成方法は、位相シフト手段により参照波
の位相を異なる複数の位相値に位相シフトし、得られる
複数の参照波の各々の参照波と物体波とを同時にホログ
ラム撮像手段の撮像面に照射して複数のホログラム画像
データを生成し、これらの複数のホログラム画像データ
から物体波の位相データと物体波の振幅データとを物体
波演算手段により演算し、前記物体波演算手段で演算し
た物体波の位相データと物体波の振幅データとから物体
波データを構成し、この物体波データを所定変換して再
生像演算手段により再生像を演算することを特徴とす
る。
【００１９】また、物体波の前記振幅データは、参照波
をブロックし物体波のみをホログラム撮像手段の撮像面
に照射し、得られたホログラム画像データから演算され
ることを特徴とする。
をブロックし物体波のみをホログラム撮像手段の撮像面
に照射し、得られたホログラム画像データから演算され
ることを特徴とする。
【００２０】上述の発明において、参照波の位相を例え
ばπ／２ずつ位相シフトし、位相の異なる複数の参照
波、例えば３個の参照波を生成し、位相値の異なる各々
の参照波と物体波とを撮像面に照射し、これによって、
例えば、３個のホログラム画像データを生成する。複数
のホログラム画像データの各々は、物体波に関するデー
タと参照波に関するデータとが結合されて混然一体に構
成されている。複数のホログラム画像データの間で連立
方程式を解き、物体波の位相に関する位相データと物体
波の振幅に関する振幅データとを演算する。演算して得
た物体波の位相データと物体波の振幅データとから、再
生像を作成する上で必要な全ての情報を含む物体波デー
タを生成する。この生成した物体波データに対しフレネ
ル変換等の所定変換を施し、再生像を演算して求める。
ばπ／２ずつ位相シフトし、位相の異なる複数の参照
波、例えば３個の参照波を生成し、位相値の異なる各々
の参照波と物体波とを撮像面に照射し、これによって、
例えば、３個のホログラム画像データを生成する。複数
のホログラム画像データの各々は、物体波に関するデー
タと参照波に関するデータとが結合されて混然一体に構
成されている。複数のホログラム画像データの間で連立
方程式を解き、物体波の位相に関する位相データと物体
波の振幅に関する振幅データとを演算する。演算して得
た物体波の位相データと物体波の振幅データとから、再
生像を作成する上で必要な全ての情報を含む物体波デー
タを生成する。この生成した物体波データに対しフレネ
ル変換等の所定変換を施し、再生像を演算して求める。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。図１に示す位相シフ
トディジタルホログラフィ装置は、波長５１４ｎｍ、パ
ワーが約１ＷのＡｒレーザからなるレーザ光源１と、ピ
エゾ素子を有する位相シフト手段２と、ホログラム撮像
手段としてのＣＣＤイメージセンサ３と、コンピュータ
４と、再生像を表示する表示手段５とを備えている。
適な実施の形態について説明する。図１に示す位相シフ
トディジタルホログラフィ装置は、波長５１４ｎｍ、パ
ワーが約１ＷのＡｒレーザからなるレーザ光源１と、ピ
エゾ素子を有する位相シフト手段２と、ホログラム撮像
手段としてのＣＣＤイメージセンサ３と、コンピュータ
４と、再生像を表示する表示手段５とを備えている。
【００２２】コンピュータ４には、後述する物体波演算
手段６と再生像演算手段７と位相シフト手段制御手段８
とが設けられている。
手段６と再生像演算手段７と位相シフト手段制御手段８
とが設けられている。
【００２３】レーザ光源１から出射されたコヒーレント
光線は、ハーフミラー１０によって参照光１１と物体照
射光線１２とに分離される。物体照射光線１２は反射鏡
１３、１４とレンズ１５を介してホログラム作成対象で
ある物体１６に照射され、この結果、物体１６から物体
光１７が放射される。参照光１１はビームエクスパンダ
１８によって拡大されるとともに平面波として波形整形
され、ハーフミラー１９によって反射される。
光線は、ハーフミラー１０によって参照光１１と物体照
射光線１２とに分離される。物体照射光線１２は反射鏡
１３、１４とレンズ１５を介してホログラム作成対象で
ある物体１６に照射され、この結果、物体１６から物体
光１７が放射される。参照光１１はビームエクスパンダ
１８によって拡大されるとともに平面波として波形整形
され、ハーフミラー１９によって反射される。
【００２４】ハーフミラー１９で反射した参照光１１と
ハーフミラー１９を透過した物体光とは、重ね合わされ
てＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに同時に照射さ
れる。物体波１７と参照波１１とが同時に撮像面３ａに
照射されることによってホログラム画像データ２０が生
成される。ホログラム画像データ２０は物体波１７の振
幅データの二乗から成る強度データと、参照波１１の振
幅データの二乗から成る強度データと、干渉データとか
ら構成されている。干渉データは物体波１７の振幅デー
タと、参照波１１の振幅データと、物体波１７の位相と
参照波１１の位相との位相差の位相差データとから構成
されている。
ハーフミラー１９を透過した物体光とは、重ね合わされ
てＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに同時に照射さ
れる。物体波１７と参照波１１とが同時に撮像面３ａに
照射されることによってホログラム画像データ２０が生
成される。ホログラム画像データ２０は物体波１７の振
幅データの二乗から成る強度データと、参照波１１の振
幅データの二乗から成る強度データと、干渉データとか
ら構成されている。干渉データは物体波１７の振幅デー
タと、参照波１１の振幅データと、物体波１７の位相と
参照波１１の位相との位相差の位相差データとから構成
されている。
【００２５】図２に示すように、物体波１７の光軸３０
と参照波１１の光軸１１ａとのなす角度を交叉角度αと
する。本発明では、交叉角度αを非常に小さく設定する
ことができ、交叉角度αを０にし、撮像面３ａに同一入
射角で照射されるように設定することもできる。
と参照波１１の光軸１１ａとのなす角度を交叉角度αと
する。本発明では、交叉角度αを非常に小さく設定する
ことができ、交叉角度αを０にし、撮像面３ａに同一入
射角で照射されるように設定することもできる。
【００２６】また、従来の手法を採用した場合に再生像
にゴースト像が混入し得るほどに小さい交叉角度αに設
定してもゴースト像を伴わないようにできる。
にゴースト像が混入し得るほどに小さい交叉角度αに設
定してもゴースト像を伴わないようにできる。
【００２７】図１に示す場合は、交叉角度αは０、すな
わち物体光１７の光軸３０と参照波１１の光軸１１ａと
は同一方向に設定されている。
わち物体光１７の光軸３０と参照波１１の光軸１１ａと
は同一方向に設定されている。
【００２８】このように交叉角度αを設定しても、ゴー
スト像を伴わない理由は、従来のように参照波と物体波
との間の干渉縞から再生像を演算するのではなく、後述
するように、再生像を得るために物体波１７の位相デー
タ１７ａと振幅データ１７ｂとから物体波データ２１を
参照波１１とは分離して構成し、この参照波１１から分
離した物体波データ２１を所定変換（フレネル変換）し
て再生像を演算しているからである。
スト像を伴わない理由は、従来のように参照波と物体波
との間の干渉縞から再生像を演算するのではなく、後述
するように、再生像を得るために物体波１７の位相デー
タ１７ａと振幅データ１７ｂとから物体波データ２１を
参照波１１とは分離して構成し、この参照波１１から分
離した物体波データ２１を所定変換（フレネル変換）し
て再生像を演算しているからである。
【００２９】位相シフト手段２は、位相シフト制御手段
８の指示を受け参照波１１の位相を３個の異なる位相値
に位相シフトする。３個の異なる位相値は、例えば初期
位相値を０としたときに、π／２ずつ位相シフトしたπ
／２、およびπの位相値、（あるいはπ／２ずつ位相シ
フトしたπ／２、π、および３π／２の位相値）に設定
される。
８の指示を受け参照波１１の位相を３個の異なる位相値
に位相シフトする。３個の異なる位相値は、例えば初期
位相値を０としたときに、π／２ずつ位相シフトしたπ
／２、およびπの位相値、（あるいはπ／２ずつ位相シ
フトしたπ／２、π、および３π／２の位相値）に設定
される。
【００３０】π／２ずつ位相シフトした３個の位相値に
設定された各々の参照波１１と物体波１７とが重ね合わ
されＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに同時に照射
され、３個のホログラム画像データ２０ａ、２０ｂ、２
０ｃが生成される。
設定された各々の参照波１１と物体波１７とが重ね合わ
されＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに同時に照射
され、３個のホログラム画像データ２０ａ、２０ｂ、２
０ｃが生成される。
【００３１】物体波演算手段６は、３個のホログラム画
像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから物体波１７の位相
データ１７ａと物体波１７の振幅データ１７ｂとを演算
する。
像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから物体波１７の位相
データ１７ａと物体波１７の振幅データ１７ｂとを演算
する。
【００３２】再生像演算手段７は、物体波演算手段６で
演算した物体波１７の位相データ１７ａと振幅データ１
７ｂとから物体波データ２１を構成し、この物体波デー
タ２１をフレネル変換して再生像を演算する。
演算した物体波１７の位相データ１７ａと振幅データ１
７ｂとから物体波データ２１を構成し、この物体波デー
タ２１をフレネル変換して再生像を演算する。
【００３３】再生像演算手段６で生成した再生像は表示
手段５によって表示される。
手段５によって表示される。
【００３４】次に図３を参照して、以下に再生像が得る
ための過程を詳細に説明する。図３においては、符号２
５はＣＣＤイメージセンサ３の結像面３ａに形成される
ホログラム画像データ２０を表示するホログラム面を
（ｘ、ｙ、０）にとる座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を表し、符
号２６は再生像を表示するイメージ面座標系（X、Y、
Z）を表す。物体１６としてホログラム面座標系（ｘ、
ｙ、ｚ）において（ｘo、ｙo、ｚo）によって表示され
る物点を仮定する。
ための過程を詳細に説明する。図３においては、符号２
５はＣＣＤイメージセンサ３の結像面３ａに形成される
ホログラム画像データ２０を表示するホログラム面を
（ｘ、ｙ、０）にとる座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を表し、符
号２６は再生像を表示するイメージ面座標系（X、Y、
Z）を表す。物体１６としてホログラム面座標系（ｘ、
ｙ、ｚ）において（ｘo、ｙo、ｚo）によって表示され
る物点を仮定する。
【００３５】（ｘo、ｙo、ｚo）における物点は物体照
射光線１２によって照射され物体波が生成され、物体波
１７は、放物線近似の下で、ホログラム面座標系（ｘ、
ｙ、ｚ）において、式（１）によって表される。
射光線１２によって照射され物体波が生成され、物体波
１７は、放物線近似の下で、ホログラム面座標系（ｘ、
ｙ、ｚ）において、式（１）によって表される。
【００３６】
【数１】
式（１）において、φは物体波１７の位相データ１７ａ
に相当し、Ａは物体波１７の振幅データ１７ｂに相当す
る。Ａo ｅｘｐ（ｉφo）は物点における物体波の複素
振幅を示し、ｋは波数を示す。
に相当し、Ａは物体波１７の振幅データ１７ｂに相当す
る。Ａo ｅｘｐ（ｉφo）は物点における物体波の複素
振幅を示し、ｋは波数を示す。
【００３７】参照波１１は、ＵR（φR）＝ＡR ｅｘｐ
（ｉφR）によって表される複素振幅を有する。
（ｉφR）によって表される複素振幅を有する。
【００３８】以下に示すように、位相データ１７ａに相
当するφと振幅データ１７ｂに相当するＡとをまず求
め、その後に再生像を求める。
当するφと振幅データ１７ｂに相当するＡとをまず求
め、その後に再生像を求める。
【００３９】ＣＣＤイメージセンサ３の結像面３ａに形
成されるホログラム画像データ２０は式（２）における
左辺によって表される。
成されるホログラム画像データ２０は式（２）における
左辺によって表される。
【００４０】
【数２】
次に、参照波１１の位相φR、は位相シフト手段２によ
ってπ／２ずつ位相シフトした０、π／２およびπの位
相値に設定される。各々の位相値を有する参照波１１と
物体波１７とがＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに
同時に照射され、３個のホログラム画像データ２０ａ、
２０ｂ、２０ｃが生成される。
ってπ／２ずつ位相シフトした０、π／２およびπの位
相値に設定される。各々の位相値を有する参照波１１と
物体波１７とがＣＣＤイメージセンサ３の撮像面３ａに
同時に照射され、３個のホログラム画像データ２０ａ、
２０ｂ、２０ｃが生成される。
【００４１】３個のホログラム画像データ２０ａ、２０
ｂ、２０ｃの連立方程式から、物体波演算手段６によ
り、物体波１７の位相φは式（３）に示すように求めら
れる。
ｂ、２０ｃの連立方程式から、物体波演算手段６によ
り、物体波１７の位相φは式（３）に示すように求めら
れる。
【００４２】
【数３】
ここで、参照波１１の初期位相値は０に設定されてい
る。
る。
【００４３】また、式（３）の結果と３個のホログラム
画像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとから、物体波１７
の振幅データ１７ｂに相当する実振幅Ａ（ｘ、ｙ）が求
められる。
画像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとから、物体波１７
の振幅データ１７ｂに相当する実振幅Ａ（ｘ、ｙ）が求
められる。
【００４４】なお、実振幅Ａ（ｘ、ｙ）は、参照波１１
をブロックし物体波１７のみを撮像面３ａに照射するこ
とによっても得ることができる。
をブロックし物体波１７のみを撮像面３ａに照射するこ
とによっても得ることができる。
【００４５】次に、求めた位相データ１７ａに相当する
φと振幅データ１７ｂに相当するＡ（ｘ、ｙ）とから式
（１）に示す物体波１７を表す物体波データ２１に相当
するＡ ｅｘｐ（ｉφ）を構成する。
φと振幅データ１７ｂに相当するＡ（ｘ、ｙ）とから式
（１）に示す物体波１７を表す物体波データ２１に相当
するＡ ｅｘｐ（ｉφ）を構成する。
【００４６】次に、物体波データ２１に相当するＡ ｅ
ｘｐ（ｉφ）をフレネル変換しイメージ面座標系（X、
Y、Z）における再生像を表すＵI（X、Y、Z）が、式
（４）に示すように得られる。
ｘｐ（ｉφ）をフレネル変換しイメージ面座標系（X、
Y、Z）における再生像を表すＵI（X、Y、Z）が、式
（４）に示すように得られる。
【００４７】
【数４】
式（４）の左辺の積分を再生像演算手段７によって演算
することによって、再生像を表すＵI（X、Y、Z）が具体
的に演算され、物点（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像が得ら
れる。
することによって、再生像を表すＵI（X、Y、Z）が具体
的に演算され、物点（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像が得ら
れる。
【００４８】また、式（４）の左辺の積分を再生像演算
手段７によって演算し、再生像を表すＵI（X、Y、Z）を
求めることによって、物点（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像
が得られる。
手段７によって演算し、再生像を表すＵI（X、Y、Z）を
求めることによって、物点（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像
が得られる。
【００４９】式（４）に従った演算結果が、物点
（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像を与えることは次のことか
らもわかる。
（ｘo、ｙo、ｚo）の再生像を与えることは次のことか
らもわかる。
【００５０】すなわち、放物線近似の下で、式（１）を
式（４）へ代入し、再生像を表すＵI（X、Y、Z）を式
（５）によって表す。
式（４）へ代入し、再生像を表すＵI（X、Y、Z）を式
（５）によって表す。
【００５１】
【数５】
式（５）において、ＵＩ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）はＸ＝ｘ０、Ｙ
＝ｙ０、Ｚ＝−Ｚ０において、最大の強度をとることが
わかる。このことは、式（４）に従った演算結果が物点
（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）の再生像を与えることを示してい
る。
＝ｙ０、Ｚ＝−Ｚ０において、最大の強度をとることが
わかる。このことは、式（４）に従った演算結果が物点
（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）の再生像を与えることを示してい
る。
【００５２】上述の説明では、物体１６として物点（ｘ
o、ｙo、ｚo）を想定して説明したが、一般的な３次元
の立体的な物体は点の集合から構成されていると考える
ことができる。従って、式（５）は、本発明の手法に従
えば一般的な３次元の立体的な物体の再生像も得ること
ができることを示す。
o、ｙo、ｚo）を想定して説明したが、一般的な３次元
の立体的な物体は点の集合から構成されていると考える
ことができる。従って、式（５）は、本発明の手法に従
えば一般的な３次元の立体的な物体の再生像も得ること
ができることを示す。
【００５３】また、ＵI（X、Y、Z）はＸ＝ｘo、Ｙ＝
ｙo、Ｚ＝−ｚoにおいて、最大の強度をとることは、実
験的にも次のように実証されている。すなわち、さいこ
ろの目を物点（ｘo、ｙo、ｚo）とし、式（４）に従い
再生像を生成したところ、Ｘ＝ｘo、Ｙ＝ｙo、Ｚ＝−ｚ
oとして演算した再生像は鮮明に得られたのに対し、
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が（ｘo、ｙo、−ｚo）からずらして演
算した場合には再生像は鮮明に得られなかった。
ｙo、Ｚ＝−ｚoにおいて、最大の強度をとることは、実
験的にも次のように実証されている。すなわち、さいこ
ろの目を物点（ｘo、ｙo、ｚo）とし、式（４）に従い
再生像を生成したところ、Ｘ＝ｘo、Ｙ＝ｙo、Ｚ＝−ｚ
oとして演算した再生像は鮮明に得られたのに対し、
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が（ｘo、ｙo、−ｚo）からずらして演
算した場合には再生像は鮮明に得られなかった。
【００５４】以上、説明したように、本実施形態の構成
によれば、位相シフト手段２により参照波１１の位相を
異なる３個の位相値に位相シフトし、位相シフトした３
個の参照波１１の各々と物体波１７とによって生成され
る３個のホログラム画像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ
から物体波１７の位相データ１７ａと振幅データ１７ｂ
とを演算し、演算した物体波１７の位相データ１７ａと
振幅データ１７ｂとから参照波１１とは分離して物体波
データ２１を構成して、再生像を生成するようにしたの
で、物体波１７の光軸３０と参照波１１の光軸１１ａと
のなす交叉角度αを０あるいは非常に小さくとることが
可能になる。
によれば、位相シフト手段２により参照波１１の位相を
異なる３個の位相値に位相シフトし、位相シフトした３
個の参照波１１の各々と物体波１７とによって生成され
る３個のホログラム画像データ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ
から物体波１７の位相データ１７ａと振幅データ１７ｂ
とを演算し、演算した物体波１７の位相データ１７ａと
振幅データ１７ｂとから参照波１１とは分離して物体波
データ２１を構成して、再生像を生成するようにしたの
で、物体波１７の光軸３０と参照波１１の光軸１１ａと
のなす交叉角度αを０あるいは非常に小さくとることが
可能になる。
【００５５】この結果、ゴースト像を分離除去するため
に軸はずしをする必要がなくなり、物体１６の大きさを
小さいものに限定する必要がなくなる。
に軸はずしをする必要がなくなり、物体１６の大きさを
小さいものに限定する必要がなくなる。
【００５６】また、撮像面３ａの限られた画素数の撮像
素子を有効に利用することができる。
素子を有効に利用することができる。
【００５７】また、ホログラムを形成するフリンジ間隔
が小さくなることを回避でき、一般的に写真フィルム等
に比べて解像分解能が低い撮像素子においても過度の撮
像分解能が要請されることを回避することができる。
が小さくなることを回避でき、一般的に写真フィルム等
に比べて解像分解能が低い撮像素子においても過度の撮
像分解能が要請されることを回避することができる。
【００５８】また、本実施形態の構成によれば、再生像
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、再生像をＴＶ画面上で画像表示することができる。
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、再生像をＴＶ画面上で画像表示することができる。
【００５９】また、本実施形態の構成によれば、再生像
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、再生像を得る上での焦点合わせを機械的手法によら
ずコンピュータ４によってソフト的に行うことができ
る。従ってレンズの焦点合せが間に合わないような高速
で変化する物体を本発明に従う方法で記録しておけば、
その３次元的構造をゆっくりと観察することができる。
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、再生像を得る上での焦点合わせを機械的手法によら
ずコンピュータ４によってソフト的に行うことができ
る。従ってレンズの焦点合せが間に合わないような高速
で変化する物体を本発明に従う方法で記録しておけば、
その３次元的構造をゆっくりと観察することができる。
【００６０】また、本実施形態の構成によれば、再生像
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、レンズ等の使いにくい領域、例えば音波やＸ線や赤
外線等の領域においても、同様に適用することができ
る。
はディジタルホログラフィの手法に従って生成されるの
で、レンズ等の使いにくい領域、例えば音波やＸ線や赤
外線等の領域においても、同様に適用することができ
る。
【００６１】なお、上述した説明において、参照波１１
と物体照射光線１２として可視光線を用いた例を挙げた
が、本発明は、これに限らず、Ｘ線や赤外線等の可視光
以外の電磁波領域であってもよく、また音波等の電磁波
以外の波動であっても同様に適用することができる。
と物体照射光線１２として可視光線を用いた例を挙げた
が、本発明は、これに限らず、Ｘ線や赤外線等の可視光
以外の電磁波領域であってもよく、また音波等の電磁波
以外の波動であっても同様に適用することができる。
【００６２】また、本願発明の応用として、次のような
例を挙げることができる。 １）得られた振幅位相データを伝送し、光空間変調器に
導いてそれをレーザー光で照射し、立体像を再生する。 ２）再生像の断面を表示し、表面形状を求める。 ３）変形前後の粗面の像を再生して変形を表わす干渉縞
を表示し、また変形量を自動的に算出する。
例を挙げることができる。 １）得られた振幅位相データを伝送し、光空間変調器に
導いてそれをレーザー光で照射し、立体像を再生する。 ２）再生像の断面を表示し、表面形状を求める。 ３）変形前後の粗面の像を再生して変形を表わす干渉縞
を表示し、また変形量を自動的に算出する。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、位相シフト手段により参照波の位相を異なる複数
の位相値に位相シフトし、位相シフトした複数の参照波
の各々の参照波と物体波とによって生成される複数のホ
ログラム画像データから物体波の位相データと物体波の
振幅データとを演算し、演算した物体波の位相データと
物体波の振幅データとから物体波データを構成し、この
物体波データを所定変換して再生像を演算するようにし
たので、軸はずしを必要とせず、再生像にゴースト像が
伴わないようにすることができ、簡易な手法で高精度の
再生像を生成できる位相シフトディジタルホログラフィ
装置および位相シフトディジタルホログラフィ生成方法
を提供することができる。
れば、位相シフト手段により参照波の位相を異なる複数
の位相値に位相シフトし、位相シフトした複数の参照波
の各々の参照波と物体波とによって生成される複数のホ
ログラム画像データから物体波の位相データと物体波の
振幅データとを演算し、演算した物体波の位相データと
物体波の振幅データとから物体波データを構成し、この
物体波データを所定変換して再生像を演算するようにし
たので、軸はずしを必要とせず、再生像にゴースト像が
伴わないようにすることができ、簡易な手法で高精度の
再生像を生成できる位相シフトディジタルホログラフィ
装置および位相シフトディジタルホログラフィ生成方法
を提供することができる。
【図１】本発明による位相シフトディジタルホログラフ
ィ装置の実施の形態を示すブロック図。
ィ装置の実施の形態を示すブロック図。
【図２】参照波と物体波との交叉角度を説明する図。
【図３】物点と撮像面と像面の座標系の関係を示す図。
１ レーザ光源
２ 位相シフト手段
３ ＣＣＤイメージセンサ
５ 表示手段
６ 物体波演算手段
７ 再生像演算手段
８ 位相シフト手段制御手段
１０ ハーフミラー
１１ 参照波
１２ 物体照射光線
１３ ミラー
１４ ミラー
１５ レンズ
１６ 物体
１７ 物体波
１８ ビームエクスパンダ
１９ ハーフミラー
２０ ホログラム画像データ
２０ａ ホログラム画像データ
２０ｂ ホログラム画像データ
２０ｃ ホログラム画像データ
２１ 物体波データ
Claims (9)
- 【請求項１】参照波の位相をシフトする位相シフト手段
と、 物体波と参照波とが同時に撮像面に照射されることによ
ってホログラム画像データを生成するホログラム撮像手
段と、 前記位相シフト手段により参照波の位相を異なる複数の
位相値に位相シフトし、位相シフトした複数の参照波の
各々の参照波と物体波とによって生成される複数のホロ
グラム画像データから物体波の位相データと物体波の振
幅データとを演算する物体波演算手段と、 前記物体波演算手段で演算した物体波の位相データと物
体波の振幅データとから物体波データを構成し、この物
体波データを所定変換して再生像を演算する再生像演算
手段と、を備えることを特徴とする位相シフトディジタ
ルホログラフィ装置。 - 【請求項２】物体波と参照波とは前記撮像面にほぼ同一
入射角で照射されることを特徴とする請求項１に記載の
位相シフトディジタルホログラフィ装置。 - 【請求項３】物体波と参照波とは、前記物体波データを
構成せずにホログラム画像データを変換して再生像を生
成した場合にこの再生像にゴースト像が混入し得るほど
に小さい交叉角度で、前記撮像面に照射されることを特
徴とする請求項１に記載の位相シフトディジタルホログ
ラフィ装置。 - 【請求項４】前記位相シフト手段はピエゾ素子を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の位相シフトディジタ
ルホログラフィ装置。 - 【請求項５】前記複数の位相値は３個の位相値であり、
前記複数のホログラム画像データは３個のホログラム画
像データであることを特徴とする請求項１に記載の位相
シフトディジタルホログラフィ装置。 - 【請求項６】前記位相シフト手段は前記参照波が互いに
９０度の位相差を形成するように位相シフトすることを
特徴とする請求項１に記載の位相シフトディジタルホロ
グラフィ装置。 - 【請求項７】前記所定変換は、フレネル変換であること
を特徴とする請求項１に記載の位相シフトディジタルホ
ログラフィ装置。 - 【請求項８】位相シフト手段により参照波の位相を異な
る複数の位相値に位相シフトし、得られる複数の参照波
の各々の参照波と物体波とを同時にホログラム撮像手段
の撮像面に照射して複数のホログラム画像データを生成
し、これらの複数のホログラム画像データから物体波の
位相データと物体波の振幅データとを物体波演算手段に
より演算し、前記物体波演算手段で演算した物体波の位
相データと物体波の振幅データとから物体波データを構
成し、この物体波データを所定変換して再生像演算手段
により再生像を演算することを特徴とする位相シフトデ
ィジタルホログラフィ生成方法。 - 【請求項９】物体波の前記振幅データは、参照波をブロ
ックし物体波のみをホログラム撮像手段の撮像面に照射
し、得られたホログラム画像データから演算されること
を特徴とする請求項８に記載の位相シフトディジタルホ
ログラフィ生成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07580797A JP3471556B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 位相シフトディジタルホログラフィ装置 |
| US09/049,136 US6246495B1 (en) | 1997-03-27 | 1998-03-27 | Phase-shift digital holographic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07580797A JP3471556B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 位相シフトディジタルホログラフィ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10268740A JPH10268740A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3471556B2 true JP3471556B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=13586847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07580797A Expired - Fee Related JP3471556B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 位相シフトディジタルホログラフィ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6246495B1 (ja) |
| JP (1) | JP3471556B2 (ja) |
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