JP5552707B2 - 再生装置、干渉計測装置、制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents
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Description
以下に、光路長シフト法による直接像を再生する計算方法の概要を説明する。ここで、撮像面に垂直な軸をZ軸、撮像面に平行な2つの軸をX軸、Y軸とする。被写体108の一点を原点とし、被写体108から撮像面112aまでの光軸に沿った距離をz、被写体108から撮像面112bまでの光軸に沿った距離をz+Δzとする。
本実施の形態では、逐次光路長シフト法によるデジタルホログラフィ装置について説明する。逐次光路長シフト法は、1つのCCDカメラで2回撮像することにより被写体8からの距離(光路長)が異なる2つの干渉パターンを得る、または、2つのCCDカメラを用いて1回撮像することにより被写体8からの距離が異なる2つの干渉パターンを得る方法である。
図1は、逐次光路長シフト法を用いたデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置1は、レーザ光源(光源)2を含む光学系と、CCDカメラ(撮像素子)3と、コンピュータ(再生装置)4とを備える。光路長シフト法を用いるために、CCDカメラ3は、撮像面3aと、撮像面3aからΔz離れた撮像面3bとにおいて干渉パターンを撮像する。被写体8からの距離(光路長)が異なる2つの干渉パターンは、例えばCCDカメラ3を移動させることにより2回に分けて逐次撮像してもよい。また、ビームスプリッタ7によって参照光と物体光とを結合させた後に、別のビームスプリッタ(図示せず)によって参照光および物体光をそれぞれ2つに分割し、光路長の異なる位置(撮像面)にそれぞれCCDカメラを配置して2つの干渉パターンを撮像してもよい。
以下に、本発明の光路長シフト法による直接像を再生する計算方法を説明する。ここで、撮像面に垂直な軸をZ軸、撮像面に平行な2つの軸をX軸、Y軸とする。被写体8の一点を原点とし、被写体8から撮像面3aまでの光軸に沿った距離をz、被写体8から撮像面3bまでの光軸に沿った距離をz+Δzとする。
図2は、再生像の計算を行うコンピュータの機能ブロックを示すブロック図である。コンピュータ(再生装置)4は、データ入力部(取得部)10、物体光算出部(第1処理部)11、および回折処理部(第2処理部)12を備える。データ入力部10は、CCDカメラ3(図1参照)から物体光と参照光とから形成される2つの干渉パターンI(x,y,z) 、I(x,y,z+Δz) のデータ、および参照光のみの強度Ar 2 のデータの入力を受け付ける。また、データ入力部10は、レーザ光の波長λ、および2つの撮像面の距離(光路長の差)Δz等の各種設定値の入力を受け付ける。データ入力部10は、入力された各データおよび設定値を物体光算出部11に出力する。
本実施の形態の光路長シフト法においては、被写体と撮像面との光路長が異なる2つの干渉パターンを用いて差分を計算し、共役像成分を除去するが、差分をとる際に所望の直接像成分も除去してしまうおそれがある。本実施の形態の光路長シフト法においては、撮像面3a・3bの光路長の差Δzは、最適となる値が存在する。
本願発明者は、本実施の形態に基づくデジタルホログラフィの再生処理の計算機によるシミュレーションを行った。また、従来のデジタルホログラフィの再生処理のシミュレーション結果との比較も行った。以下に、そのシミュレーション結果について説明する。
本実施の形態では、並列光路長シフト法によるデジタルホログラフィ装置について説明する。並列光路長シフト法は、1つのCCDカメラで1回撮像することにより被写体8からの距離(光路長)が異なる2つの干渉パターンを得る方法である。尚、説明の便宜上、実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材・構成については、同じ符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
図11は、並列光路長シフト法を用いたデジタルホログラフィ装置の構成を示す模式図である。デジタルホログラフィ装置13は、レーザ光源2を含む光学系と、CCDカメラ(撮像素子)14と、コンピュータ4とを備える。CCDカメラ14は、干渉パターンを撮像する撮像面14aを有する。また、CCDカメラ14は、撮像面14aの前に設置された光路長シフトアレイ素子15を備える。
以下に、本実施の形態に基づくデジタルホログラフィの再生処理の計算機によるシミュレーション結果と、従来のデジタルホログラフィの再生処理のシミュレーション結果との比較について説明する。
2 レーザ光源(光源)
3、14 CCDカメラ(撮像素子)
3a、3b、14a 撮像面
4 コンピュータ(再生装置)
5 ビームエキスパンダ
6 コリメータレンズ
7 ビームスプリッタ(光分割素子)
8 被写体
9 ミラー
10 データ入力部(取得部)
11 物体光算出部(第1処理部)
12 回折処理部(第2処理部)
15 光路長シフトアレイ素子
15a、15b 光路長シフト領域
16、17a、17b、18a、18b 干渉パターン
16a、16b 画素
Claims (7)
- 被写体からの物体光と物体光に対してコヒーレントな参照光とが干渉して形成される干渉パターンを示すデータから、物体光の複素振幅分布を求める再生装置であって、
上記被写体からの光路長が異なる2つの干渉パターンを示すデータを取得する取得部と、
上記2つの干渉パターンのデータを用いて、0次回折光の物体光成分を求め、上記0次回折光の物体光成分の影響を除去した物体光の複素振幅分布を求める第1処理部とを備えることを特徴とする再生装置。 - 上記物体光の複素振幅分布を用いて上記被写体の再生像を求める第2処理部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の再生装置。
- 上記取得部は、参照光の強度を示すデータ、および、参照光の波長と2つの干渉パターンの上記被写体からの光路長の差との比を示すデータを受け取り、
上記第1処理部は、上記2つの干渉パターンのデータ、上記参照光の強度を示すデータ、および、上記参照光の波長と上記光路長の差との比を示すデータとを用いて、上記0次回折光の物体光成分と上記物体光の複素振幅分布とを求めることを特徴とする請求項1または2に記載の再生装置。 - 上記第1処理部は、フーリエ空間において上記2つの干渉パターンの差分を求めることにより上記2つの干渉パターンに含まれる共役像成分を除去し、上記2つの干渉パターンの差分から、上記0次回折光の物体光成分を減算することにより上記物体光の複素振幅分布を求めることを特徴とする請求項3に記載の再生装置。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の再生装置を備える干渉計測装置であって、
コヒーレントな光を発生する光源と、上記光源から出射される光を参照光および物体光に分割する光分割部と、撮像素子とを備え、
上記光分割部で分割された物体光は被写体を介して撮像素子に到達し、
上記撮像素子は、参照光と物体光とが干渉して形成される干渉パターンについて、被写体からの光路長が互いに異なる2つの干渉パターンを撮像し、上記2つの干渉パターンを示すデータを上記取得部に出力することを特徴とする干渉計測装置。 - 被写体からの物体光と物体光に対してコヒーレントな参照光とが干渉して形成される干渉パターンを示すデータから、物体光の複素振幅分布を求めるようにコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、
上記コンピュータに、上記被写体からの光路長が異なる2つの干渉パターンを示すデータを用いて0次回折光の物体光成分を求めさせ、上記0次回折光の物体光成分の影響を除去した物体光の複素振幅分布を求めさせることを特徴とする制御プログラム。 - 請求項6に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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