JP6081520B2 - 非干渉位相計測 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第３５巻１１９（ａ）条の下で、２０１４年５月２８日に出願されたインド特許出願第１４１３／ＤＥＬ／２０１４号の優先権を主張する。該インド特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本明細書において別段の記載がない限り、本項に記載の手法は、本出願の特許請求の範囲に先行する先行技術ではなく、本項への組み込みにより先行技術であるとは認められない。

光信号は、振幅データと位相データとによって特徴づけられる。このような位相データは、撮像システムの設計と分析に使用されることがある。たとえば、顕微鏡、カメラ、補償望遠鏡は、ほぼリアルタイムの位相補正を利用して大気乱流、眼球異常計測、表面形状計測、およびレーザービーム成形の補正を行うことができる。

従来の干渉計は、位相測定に使用することができる。このような干渉計は複雑な構造を有することがある。

本明細書に記載の技術は、一般には光信号の非干渉位相測定に関する。記載のさまざまな技術は、方法、システム、装置またはこれらの組合せに適用可能である。ある例では、該光信号の位相データを算出する方法は、該光信号を第１の光学素子を介して透過させることと、光センサによって該第１の光学素子の第１の焦点面における第１の強度データを取得することとを含むことができる。方法の一例は、該光信号を第２の光学素子を介して透過させることも含むことができる。該第２の光学素子は、位相変換マスクを含み得る。方法の一例は、該光センサによって第２の光学素子の第２の焦点面における第２の強度データを取得することと、該第１の強度データと該第２の強度データとに基づいて該光信号の位相データを算出することとをさらに含むことができる。

本開示のある例によると、光信号の位相データを算出する装置について記載する。装置の一例は、第１の光学素子と第２の光学素子とを含む光学アセンブリを含むことができる。この装置は、該光信号を該第１の光学素子と該第２の光学素子とを介して透過させるように構成することができる。該第２の光学素子は、位相変換マスクを含み得る。装置の一例は、該第１の光学素子の第１の焦点面と該第２の光学素子の第２の焦点面とに配置された光センサも含むことができる。該光センサは、該第１の光学素子の該第１の焦点面における第１の強度データを取得し、該第２の光学素子の該第２の焦点面における第２の強度データを取得するように構成することができる。該第１の強度データと該第２の強度データとは、該透過光信号に対応し得る。該装置は、該光センサに結合された画像プロセッサをさらに含むことができる。該画像プロセッサは、該第１の強度データと該第２のお強度データとを処理して該光信号の位相データを算出するように構成することができる。

本開示のある例によると、光信号の位相データを算出することに関する方法について記載する。これらの方法は、第１の強度データと第２の強度データを求めることを含むことができる。該第１の強度データは、該光信号が物体と第１の光学素子とを介して透過することに基づいて、光センサによって生成することができ、該第２の強度データは、該光信号が該物体と第２の光学素子とを介して透過することに基づいて、該光センサによって生成することができる。該第２の光学素子は、位相変換マスクを含むことができる。該方法は、該第１の強度データと推測位相値とに基づいて第１のフィールド値を初期化することをさらに含むことができる。方法の一例は、該第１のフィールド値と、螺旋位相制約と、開口制約とに基づいて、該光信号の位相データを算出することを含むことができる。該螺旋位相制約は該位相変換マスクに、該開口制約は該第１の光学素子に対応し得る。

本開示のある例によると光信号の位相データを算出することに関する方法について記載し、これらの方法は、該光信号を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得ることと、該第１の透過光線の第１の強度データを求めることとを含むことができる。この方法は、該光信号を第２の光学素子介して透過させて第２の透過光線を得ることも含むことができる。該第２の光学素子は、位相変換マスクを含み得る。この方法は、該第２の透過光線の第２の強度データを求めることと、該第１の強度データと該第２の強度データとに基づいて該光信号の位相データを算出することとをさらに含むことができる。

本開示のある例によると、物体の画像を形成することに関する方法について記載する。これらの方法は、該物体に光線を向けて該光線と該物体との相互作用から光信号を生成することと、該光線を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得ることとを含むことができる。方法の一例は、第１の透過光線の第１の強度データを求めることと、該光線を第２の光学素子を介して透過させて第２の透過光線を得ることも含むことができる。該第２の光学素子は、位相変換マスクを含み得る。方法の一例は、該第２の透過光線の第２の強度データを求めることと、該第１の強度データと該第２の強度データとに基づいて該光信号の位相データを算出することとをさらに含むことができる。該位相データを使用して該物体の画像を形成してもよい。

本開示のある例によると、非一時的コンピュータ可読媒体について記載する。非一時的コンピュータ可読媒体のある例は、媒体に記憶され、マルチレベルキャッシュを備えるコンピュータシステム内のデータを取り出すさまざまな方法を行うかまたは行わせるためにプロセッサによって実行可能なコンピュータ実行可能命令を含むことができる。例示の方法は、光信号に対応する第１の強度データと第２の強度データとを求めることを含むことができる。該第１の強度データと推測位相値とに基づいて、第１のフィールド値を初期化することができる。該光信号の位相データは、該第１のフィールド値と、螺旋位相制約と、開口制約とに基づいて算出することができる。

前述の概要は、例示に過ぎず、決して限定的であることを意図したものではない。図面および以下の詳細な説明を参照すれば、前述の例示の態様、実施形態および特徴に加えて、他の態様、実施形態および特徴も明らかになるであろう。

本開示の以下に記載する特徴およびその他の特徴は、以下の説明および特許請求の範囲を添付図面と併せて読めばより明らかになるであろう。これらの図面は本開示による実施形態をいくつか示すに過ぎず、したがって本開示の範囲を限定するものとみなすべきではないことを前提として、本開示について添付図面を用いてさらに具体的かつ詳細に述べる。

光信号の位相データを算出するように構成された例示のシステムを示す概略図である。 光信号の位相データを算出するシステムの他の例示の構成を示す概略図である。 光信号の位相データを算出する例示の処理を示す図である。 測定された強度データを使用して光信号の位相データを算出する例示の処理を示す図である。 図１の装置を使用した強度測定値および復元画像を示す図である。 光信号の位相データを算出するために使用可能な汎用コンピューティングデバイスを示す図である。 位相算出を実現する例示のコンピュータ製品を示す図である。

これらの図はすべて、本明細書に記載の少なくともいくつかの実施形態に従って配列されている。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部をなす添付図面を参照する。図面では、文脈により別段の指示がない限り、通常、同様の符号は同様のコンポーネントを示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載の例示の実施形態は、限定的であることを意図したものではない。本明細書に記載の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態を使用してもよく、他の変更を加えてもよい。本明細書で一般的に説明し、図面に示す本開示の態様は、さまざまな異なる構成で構成、代替、組合せ、分離および設計することができ、それらのすべてが本明細書で明示的に企図されることは容易に理解できるであろう。

本開示の例示の実施形態は、一般には光信号の位相データを算出する技術に関する。これらの技術は、一般に、２つの強度測定値から光信号の位相データを算出することを含み得る。光信号を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得、第１の透過光線について第１の強度データを求めることができる。光信号を第２の光学素子も介して透過させ第２の透過光線を得て、第２の透過光線について第２の強度データを求めることができる。光信号の位相データは、第１の強度データと第２の強度データとに基づいて算出することができる。本明細書に記載のさまざまな技術は、求めた強度測定値から生成される、物体の高解像度画像を提供することができる。これらの技術は、光計測用途などのさまざまな用途に使用される、光位相の特異性の検出を容易にすることができる。

図１は、本開示の少なくとも一部の実施形態による、光信号の位相データを算出するように構成された例示のシステム１００を示す概略図である。例示のシステム１００は、光源１１０、光センサ１２０、画像プロセッサ１３０、光学アセンブリ１４０などの１つまたは複数のコンポーネントを含み得る。

光学アセンブリ１４０は、１つまたは複数の螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１、第１の光学素子（Ｌ１）１４２、第２の光学素子（Ｌ２）１４３、第３の光学素子（Ｌ３）１４４などのさまざまなコンポーネントを含み得る。これらのさまざまなコンポーネントは、個別のブロックとして図示されているが、所望の実装形態に基づいて、これらのさまざまなブロックを組み合わせてブロック数を減らしたり、分割して追加のブロックとしたり、省いたりしてもよい。

システム１００内のさまざまなコンポーネントは、以下のように構成可能である。光源１１０は、第１の光路１０１に沿って出力光線１５０を生成することができる。螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１は、光路１０１に沿って位置合わせすることができる。螺旋フィルタ１４１の第２の側は第２の光路１０２に沿って位置合わせされ、第２の光路１０２は第３の光学素子（Ｌ３）１４４の第１の側と位置合わせされている。第３の光学素子（Ｌ３）１４４の第２の側は、第３の光路１０３に沿って位置合わせされ、第３の光路１０３は物体（Ｏ）１４５の第１の側と位置合わせされている。物体（Ｏ）１４５の第２の側は、第４の光路１０４に沿って位置合わせされ、第４の光路１０４は第２の光学素子（Ｌ２）１４３の第１の側と位置合わせされている。

第２の光学素子（Ｌ２）１４３の第２の側は第５の光路１０５と位置合わせされ、第５の光路１０５は第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第１の側と位置合わせされている。第１の光学素子１４２の第２の側は、第６の光路１０６に沿って位置合わせされ、第６の光路１０６は光センサ１２０の入力部と位置合わせされている。光センサ１２０は画像プロセッサ１３０と結合されている。ある例では、光路１０４と光路１０５の経路長は、第１の光学素子（Ｌ１）１４２と第２の光学素子（Ｌ２）１４３と物体１４５とが互いに接触するように、実質的にゼロ経路長であってもよい。

動作時、光源１１０は光路１０１に沿って螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１まで光線１５０を介して透過させる（または投射する）。螺旋フィルタ１４１は、フィルタ処理された光線１６０を光路１０２に沿って第３の光学素子（Ｌ３）１４４まで透過させるように構成することができる。第３の光学素子（Ｌ３）１４４は、フィルタ処理された光線１６０を受光し、フィルタ処理された光線１６０を光路１０３に沿って透過させるように構成されてもよい。この例では、第３の光学素子（Ｌ３）１４４は、光路１０３に沿った平行面光線の生成を容易にすることができる。ある例では、螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１と第３の光学素子（Ｌ３）１４４とによって光線１５０のむらを実質的に除去することができる。物体（Ｏ）１４５は、光路１０３内に配置され、フィルタ処理された光線１６０を照射することによって光信号１７０を生成することができる。光信号１７０は、第４の光路１０４に沿って透過され得る。光信号１７０は光路１０５に沿って第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過され、第１の透過光線１８１を得る。光センサ１２０は、第１の透過光線１８１を検知して第１の強度データ１９１を生成することができる。光センサ１２０は、第１の強度データ１９１を画像プロセッサ１３０に供給してもよい。

ある例では、光信号１７０は、第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過させる前に、第２の光学素子（Ｌ２）１４３を介して透過されてもよい。そのような例では、光信号１７０は第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過され、第２の透過光線１８２を得ることができる。光センサ１２０は第２の透過光線１８２を検知し、第２の強度データ１９２を生成することができる。光センサ１２０は、第２の強度データ１９２を画像プロセッサ１３０に供給してもよい。

光学アセンブリ１４０の一部として示されているさまざまなコンポーネントは、本開示の趣旨から逸脱することなく配置を変更することができる。実質的に同様の作用効果を維持しながら、その他の実装形態での必要に応じてシステムに追加のミラー、レンズ、およびフィルタを使用し、効率的または好都合な物理的配置を容易にすることができる。

上述のように、光源１１０は、物体（Ｏ）１４５を介して透過される光線１５０を生成して光信号１７０を生成するように構成することができる。ある例では、光源１１０からの光線１５０を物体（Ｏ）１４５から反射させて光信号１７０を生成してもよい。ある例では、光信号１７０は、光線１５０と物体（Ｏ）１４５との相互作用により生成してもよい。光線１５０と物体（Ｏ）１４５との相互作用の例としては、反射、透過、吸収、回折、散乱、非線形光学的相互作用、またはこれらの組合せなどがあるが、これらには限定されない。

光源１１０の例としては、レーザ光源、狭帯域熱光源、ＬＥＤ光源、またはこれらの組合せなどがあるが、これらには限定されない。光線１５０は、たとえば伝播方向に対して直角な面における任意の２点における光照射野間に規定された位相関係があるような、空間的にコヒーレントな光線とすることができる。一例では、伝播方向に対して直角な面のすべての点における光照射野の位相がほぼ同じである。物体（Ｏ）１４５は、透明な物体、部分的に透明な物体、反射物体、部分的に反射する物体、またはこれらの組合せを含み得る。上述のように、光学アセンブリ１４０は、光信号１７０を第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過し、第１の透過光線１８１を得るように構成することができる。一例では、第１の光学素子（Ｌ１）１４２は開口レンズを含んでもよい。レンズの例としては、二重凸レンズ、平凸レンズ、ベストフォームレンズ、非球面レンズ、またはこれらの組合せなどがあるが、これらには限定されない。ある例では、光線の集束を容易にするように構成された、曲面鏡、回折素子またはホログラフィック素子を第１の光学素子（Ｌ１）１４２として使用してもよい。

また、光学アセンブリ１４０は、光信号１７０を第２の光学素子（Ｌ２）１４３を介して透過させ、第２の透過光線１８２を得るように構成することができる。この例示の実施形態では、第２の光学素子（Ｌ２）１４３は位相変換マスクとすることができる。位相変換マスクの例としては、螺旋位相変換マスク、疑似ランダム位相符号化マスク、フォーク回折格子、またはこれらの組合せなどがあるが、これらには限定されない。フォーク回折格子の例としては、振幅フォーク回折格子、位相フォーク回折格子、二値振幅位相回折格子、ダンマン渦回折格子、またはこれらの組合せなどがあるが、これらには限定されない。

ある例では、光信号１７０は、位相変換マスク１４３を通さずに第１の光学素子１４２を介して透過されて第１の透過光線１８１を得てもよい。ある例では、第２の光学素子（Ｌ２）１４３を、光信号１７０が第１の光学素子（Ｌ１）１４２と第２の光学素子（Ｌ２）１４３の両方を介して透過するように配置し、第２の透過光線１８２を得てもよい。このような例では、光信号１７０をレンズと位相変換マスクとを介して透過させ、第２の透過光線１８２を得ることができる。ある例では、位相変換マスクはレンズの開口部に近接して配置してもよい。

随意により、図１に示すように光源１１０からの光線１５０を光学アセンブリ１４０の螺旋フィルタ１４１を通してもよい。螺旋フィルタ１４１により、光線１５０の収差を除去し、フィルタ処理された光線１６０を生成する効果を得ることができる。光源１１０と物体（Ｏ）１４５との間に配置された第３の光学素子（Ｌ３）１４４は、透過光線１６０を物体（Ｏ）１４５に向けるように構成することができる。ある例では、第３の光学素子（Ｌ３）１４４はレンズを含み得る。

ある例では、光センサ１２０は第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第１の焦点面に配置してもよい。光センサ１２０は、第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第１の焦点面における第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２とを求めるように構成することができる。第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２は透過光信号に対応し得る。光センサ１２０の例としては、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、またはこれらの組合せなどがあるがこれらには限定されない。

また、システム１００の画像プロセッサ１３０は、第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２とを処理して光信号１７０の位相データを算出するように構成することができる。一例では、位相データから物体（Ｏ）１４５の画像を形成することができる。画像プロセッサ１３０は、螺旋位相制約と開口制約とを第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２とに反復的に適用し、光信号の位相データを算出するように構成してもよい。ある例では、螺旋位相制約は位相変換マスク１４３に対応し、開口制約は第１の光学素子（Ｌ１）１４２の開口サイズに対応し得る。

ある例では、図１の装置は、コンピューティング処理を使用して、算出された位相データに基づき画像を生成するように構成された撮像装置とすることができる。画像装置の例としては、カメラ、顕微鏡、望遠鏡またはこれらの組合せなどがあるがこれらには限定されない。

図２は、本開示の少なくとも一部の例により構成された、光信号の位相データを算出する装置の構成例２００を示す概略図である。図１の装置と同様、装置２００は、光源１１０、画像プロセッサ１３０、光学アセンブリ１４０などの１つまたは複数のコンポーネントを含み得る。例示のシステム２００は、ビームスプリッタ（ＢＳ）２１０、第１の光センサ２２０、第２の光センサ２３０などの追加のコンポーネントも含み得る。

前述のように、光源１１０は、物体（Ｏ）１４５を介して透過された光信号１５０を生成して光信号１７０を生成するように構成することができる。ある例では、光信号１７０は光線１５０と物体（Ｏ）１４５との相互作用から生成することができる。例示の実施形態では、ビームスプリッタ２１０は、光信号１７０を第１の光信号２４０と第２の光信号２５０とに分割するように構成することができる。光学アセンブリ１４０は、第１の光信号２４０を第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過させ、第２の光信号２５０を第２の光学素子（Ｌ２）１４３を介して透過させ、それぞれ第１の強度データ２６０と第２の強度データ２７０とを生成するように構成することができる。この例では、第２の光学素子（Ｌ２）１４３は第４の光学素子２１２に近接して配置してもよい。ある例では、第４の光学素子（Ｌ４）２１２はレンズとすることができる。この例では、第２の光信号２５０は、第２の光学素子（Ｌ２）１４３と第４の光学素子（Ｌ４）２１２とを介して透過されて第２の強度データ２７０を生成することができる。

システム内のさまざまなコンポーネントは以下のように構成することができる。光源１１０は、第１の光路２０１に沿って位置合わせされた出力を含む。光源１１０からの出力は螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１を通過する。螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１は第２の光路２０２に沿って位置合わせされ、第２の光路２０２は物体（Ｏ）１４５の第１の側と位置合わせされている。物体（Ｏ）１４５の第２の側は第３の光路２０３に沿って位置合わせされ、第３の光路２０３はビームスプリッタ（ＢＳ）２１０の第１の側と位置合わせされている。ビームスプリッタ（ＢＳ）の第１の側は、第４の光路２０４とも位置合わせされ、第４の光路２０４は第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第１の側と位置合わせされている。

第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第２の側は、第５の光路２０５に沿って位置合わせされ、第５の光路２０５は第１の光センサ２２０と位置合わせされている。ビームスプリッタ（ＢＳ）２１０の第２の側は第６の光路２０６に沿って位置合わせされ、第６の光路２０６は第２の光学素子（Ｌ２）１４３の第１の側と位置合わせされている。第２の光学素子（Ｌ２）１４３の第２の側は第７の光路２０７と位置合わせされ、第７の光路２０７は第４の光学素子（Ｌ４）２１２の第１の側と位置合わせされ、第４の光学素子２１２は第２の光センサ２３０と位置合わせされている。第１の光センサ２２０および第２の光センサ２３０の出力は、画像プロセッサ１３０に結合することができる。

動作時、光源１１０は光線１５０を第１の光路２０１に沿って螺旋フィルタ（ＳＦ）１４１まで透過させ（または投射し）、螺旋フィルタ１４１は、フィルタ処理された光線１６０を通過させて第２の光路２０２内に配置された物体１４５を照射し、光信号１７０を生成する。光信号１７０は、第３の光路２０３に沿ってビームスプリッタ（ＢＳ）２１０の第１の側まで透過させることができる。ビームスプリッタ２１０は、光信号１７０を第１の光信号２４０と第２の光信号２５０とに分割するように構成することができる。

第１の光信号２４０を第１の光学素子（Ｌ１）１４２を介して透過させて第１の透過光線２４１を生成し、第２の光信号２５０を第２の光学素子（Ｌ２）１４３を介して透過させて第２の透過光線２５１を生成することができる。第１の光センサ２２０は、第１の透過光線２４１に対応する第１の光学素子（Ｌ１）１４２の第１の焦点面における第１の強度データ２６０を取得するように構成することができる。

第２の光センサ２３０は、第２の透過光線２５１に対応する第２の光学素子（Ｌ２）１４３の第２の焦点面における第２の強度データ２７０を取得するように構成することができる。ある例では、第１の透過光線２４１と第２の透過光線２５１は、第１の透過光線２４１と第２の透過光線２５１とに基づいて第１の強度データ２６０と第２の強度データ２７０とを求めるように構成された単一のセンサによって受光することができる。

また、システム２００の画像センサ１３０は、第１の強度データ２６０と第２の強度データ２７０とを処理して光信号１７０の位相データを算出するように構成することができる。画像センサ１３０は、第１の強度データ２６０と第２の強度データ２７０とに螺旋位相制約と開口制約とを反復して適用し、光信号１７０の位相データを算出するように構成することができる。

図３は、本明細書に記載の少なくとも一部の実施形態により構成された、光信号の位相データを算出する例示の処理３００を示す図である。処理３００は１つまたは複数のブロック３０２〜３１０に示すように、１つまたは複数の動作、機能または作用を含み得る。ブロックは一連の順序で示されているが、これらのブロックは並行して実行してもよく、本明細書に記載の順序とは異なる順序で実行してもよい。また、所望の実装形態に基づき、これらのさまざまなブロックを組み合わせてブロック数を減らしたり、ブロックを分割することによりブロックを追加したり、ブロックを省いたりしてもよい。処理３００はブロック３０２から開始することができる。

ブロック３０２「光信号を第１の光学素子を介して透過させる」において、光信号（１７０）を第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）を介して透過させことができる。ある実施形態では、光線（１５０）は物体（Ｏ）（１４５）を介して透過させて光信号（１７０）を生成することができる。特定の実施形態では、光源（１１０）から発光された光線（１５０）を第３の光学素子（Ｌ３）（１４４）を使用して物体（Ｏ）（１４５）に向けることができる。ある実施形態では、光線（１５０）を物体（Ｏ）から反射させて光信号（１７０）を生成することができる。光信号（１７０）を、第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）を介して透過させて第１の透過光線（１８１）を得ることができる。

処理３００は、ブロック３０２からブロック３０４「光センサにより第１の光学素子の第１の焦点面における第１の強度データを取得する」に移行し、光センサ（１２０）によって第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）の第１の焦点面における第２の強度データ（１９１）を取得する。この例では、第１の強度データ（１９１）は第１の透過光線（１８１）に対応し得る。

処理３００はブロック３０４からブロック３０６「光信号を第２の光学素子を介して透過させる」に移行し、光信号（１７０）を第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）を介して透過させることができる。この例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）は、位相変換マスクを含む。この例では、光信号（１７０）を位相変換マスク（１４３）を通過させることができる。ある例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）は位相変換マスクであってよく、これを第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）と共に使用して光信号（１７０）を透過させ、第２の透過光線１８２を得ることができる。ある例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）はレンズおよび位相変換マスクアセンブリとすることができ、第１の光学素子（Ｌ１）１４２に代えて光信号（１７０）を透過させ、第２の透過光線１８２を得てもよい。この例では、レンズはＬ１ １４２とほぼ同様の光学特性を有する（たとえば同じ開口制約および／または同じ焦点距離を有する）ことができる。

ある例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）は第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）に近接して配置することができ、光信号（１７０）を第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）と第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）の両方を介して透過させることができる。一例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）は第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）の開口部に近接して配置してよい。ある例では、第１の光学素子（Ｌ１）１４２の光軸と平行に透過させた光線が、光軸からほぼ同じ距離／高さで第１の光学素子（Ｌ１）１４２および第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）に入射する。

処理３００はブロック３０６からブロック３０８「光センサにより第２の光学素子の第２の焦点面における第２の強度データを取得する」に移行し、光センサ（１２０）によって第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）の第２の焦点面において第２の強度データ（１９２）を取得することができる。この例では、第２の強度データ（１９２）は第２の透過光線（１８２）に対応し得る。

処理３００はブロック３０８からブロック３１０「第１の強度データと第２の強度データとに基づいて光信号の位相データを算出する」に移行し、画像プロセッサ（１３０）により、第１の強度データ（１９１）と第２の強度データ（１９２）とに基づいて光信号（１７０）の位相データを算出することができる。ある例では、画像プロセッサ（１３０）は、第１の強度データ（１９１）と第２の強度データ（１９２）とに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用して光信号（１７０）の位相データを算出してもよい。螺旋位相制約は位相変換マスク（１４３）に対応し、開口制約は第１の光学素子（Ｌ１）（１４２）に対応し得る。第１の強度データ（１９１）と第２の強度データ（１９２）とに基づく位相の算出について、図４を参照しながら以下に説明する。

図４は、本明細書に記載の少なくとも一部の実施形態により構成された、光信号の位相データを算出する例示の処理４００を示す図である。処理４００は、１つまたは複数のブロック４０２〜４２２に示すように１つまたは複数の動作、機能または作用を含み得る。ブロックは一連の順序で示されているが、これらのブロックは並行して実行してもよく、本明細書に記載の順序とは異なる順序で実行してもよい。また、所望の実装形態に基づき、これらのさまざまなブロックを組み合わせてブロック数を減らしたり、ブロックを分割することによりブロックを追加したり、ブロックを省いたりしてもよい。処理４００はブロック４０２から開始することができる。

ブロック４０２「第１の強度データと第２の強度データを求める」において、光信号（１７０）に対応する第１の強度データ（Ｉ_１）（１９１）と第２の強度データ（Ｉ_２）（１９２）を求めることができる。第１の強度データ（１９１）は、物体（Ｏ）（１４５）と第２の光学素子（Ｌ１）１４２を通る光信号（１７０）の透過に基づいて、光センサ（１２０）によって生成することができる。また、第２の強度データ（１９２）は、物体（Ｏ）（１４５）と第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）とを通る光信号の透過に基づいて光センサ（１２０）によって生成することができる。ある例では、第２の光学素子（Ｌ２）（１４３）は位相変換マスクを含み得る。

処理４００は、ブロック４０２からブロック４０４「第１の強度データと推測位相値に基づいて第１のフィールド値を初期化する」に移行し、第１の強度データ（Ｉ_１）（１９１）と推測位相値（Ψ_１ ^（０）（ρ，ψ））とに基づいて第１のフィールド値（Ａ_１ ^（０）（ρ，ψ））を初期化することができる。ある例では、推測位相値はランダム値または所定の値とすることができる。たとえば、ランダム値発生器を使用して推測位相値にランダム位相値を代入してもよい。ある例では，代入されるランダム位相値は０から約２πの範囲である。ある例では、第１のフィールド値（Ａ_１ ^（０）（ρ，ψ））は第１の強度データ（Ｉ_１）（１９１）と推測位相値（θ_１ ^（０））に基づいて以下の関係式により算出することができる。
Ａ_１ ^（０）（ρ，ψ）＝√Ｉ_１（ρ，ψ）ｅｘｐ［ｉΨ_１ ^（０）（ρ，ψ）］ （１）
後述するように、第１のフィールド値は反復処理を使用して算出することができる。ある例では、この処理のｎ番目の反復の第１のフィールド値は、前回までの反復の値に基づいて以下の関係式により算出される。
Ａ_Ｉ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ）＝√Ｉ_１（ρ，ψ）ｅｘｐ［（ｉΨ_１ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ）］ （２）

処理４００はブロック４０４からブロック４０６「第１のフィールド値を逆フーリエ変換して第１のアパーチャフィールドを求める」に移行し、第１のフィールド値（Ａ_１ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ））を逆フーリエ変換し、第１のアパーチャフィールド（α_１ ^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））を求めることができる。

処理４００はブロック４０６からブロック４０８「第１のアパーチャフィールドに螺旋位相制約と開口制約を適用して制約付き第１のアパーチャフィールドを求める」に移行し、第１のアパーチャフィールド（α_１ ^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））に螺旋位相制約（ｅｘｐ（ｉθ））と開口制約（Ｃ（ｒ，θ））とを適用して制約付き第１のアパーチャフィールド（α２^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））を求めることができる。ある例では、第１のアパーチャフィールド（α１^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））に螺旋位相制約（ｅｘｐ（ｉθ））および開口制約（Ｃ（ｒ，θ））を乗じることによって制約付き第１のアパーチャフィールド（α２^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））を求めてもよい。ある例では、開口制約の値は開口領域内では「１」に設定される。ある例では、開口制約の値は開口領域外では「０」に設定される。本明細書では、「開口領域内」という用語は位相変換マスクの透過部分を指し、「開口領域外」という用語は位相変換マスクの非透過部分を指す。

処理４００はブロック４０８からブロック４１０「制約付き第１のアパーチャフィールドをフーリエ変換してデータ領域制約付き第１のアパーチャフィールドを求める」に移行し、制約付き第１のアパーチャフィールド（α_２ ^{（ｎ−１）}（ｒ，θ））をフーリエ変換してデータ領域制約付き第１のアパーチャフィールド（Ｂ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））を求めることができる。この例では、データ領域制約付き第１のアパーチャフィールド（Ｂ２^（ｎ）（ρ，ψ））は、第１の位相成分を含み得る。

処理４００はブロック４１０からブロック４１２「データ領域制約付き第１のアパーチャフィールドに基づいて第２のフィールド値を計算する」に移行し、データ領域制約付き第１のアパーチャフィールド（Ｂ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））に基づいて以下の関係式により第２の位相関数（Ψ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））を求めることができる。
Ψ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ）＝ａｒｇ［Ｂ２^（ｎ）（ρ，ψ）］ （３）
また、データ領域制約付き第１のアパーチャフィールド（Ｂ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））と第２の強度データ（Ｉ_２）（１９２）に基づき、以下の関係式により第２のフィールド値（Ａ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））を求めることができる。
Ａ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ）＝√Ｉ_２（ρ，ψ）ｅｘｐ［（ｉΨ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ）］ （４）

処理４００はブロック４１２からブロック４１４「第２のフィールド値を逆フーリエ変換して第２のアパーチャフィールドを求める」に移行し、第２のフィールド値（Ａ_２ ^（ｎ）（ρ，ψ））を逆フーリエ変換し、第２のアパーチャフィールド（α_２ ^（ｎ）（ｒ，θ））を求めることができる。

処理４００はブロック４１４からブロック４１６「第２のアパーチャフィールドに共役螺旋位相制約と開口制約とを適用して制約付き第２のアパーチャフィールドを求める」に移行し、第２のアパーチャフィールド（α_２ ^（ｎ）（ｒ，θ））に共役螺旋位相制約（ｅｘｐ（−ｉθ））および開口制約Ｃ（ｒ，θ）を適用して制約付き第２のアパーチャフィールド（α_１ ^（ｎ）（ｒ，θ））を求めることができる。ある例では、第２のアパーチャフィールド（α_２ ^（ｎ）（ｒ，θ））に共役螺旋位相制約（ｅｘｐ（−ｉθ））および開口制約（Ｃ（ｒ，θ））を乗じて制約付き第２のアパーチャフィールド（α_１ ^（ｎ）（ｒ，θ））を求めてよい。

処理４００はブロック４１６からブロック４１８「制約付き第２のアパーチャフィールドをフーリエ変換してデータ領域制約付き第２のアパーチャフィールドを求める」に移行し、制約付き第２のアパーチャフィールド（α_１ ^（ｎ）（ｒ，θ））をフーリエ変換してデータ領域制約付き第２のアパーチャフィールド（Ｂ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））を求めることができる。

処理４００はブロック４１８からブロック４２０「データ領域制約付き第２のアパーチャフィールドに基づいて更新された第１のフィールド値を計算する」に移行し、データ領域制約付き第２のアパーチャフィールド（Ｂ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））に基づいて、更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））を計算することができる。ある例では、更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））は、データ領域制約付き第２のアパーチャフィールド（Ｂ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））に基づいて以下の関係式により計算することができる。
Ψ_１ ^（０）（ρ，ψ）＝ａｒｇ［Ｂ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ）］ （５）
Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ）＝√Ｉ_１（ρ，ψ）ｅｘｐ［（ｉΨ_１ ^（ｎ）］ （６）
ある例では、更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））の振幅成分は第１の強度データ（Ｉ_１（１９１）に基づき得る。

処理４００はブロック４２０からブロック４２２「収束基準が満たされているか」に移行し、更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））を第１のフィールド値（Ａ_１ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ））と比較することができる。ある例では、収束基準は、第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））と更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））とに基づく差分と閾値との比較を含むことができる。ある例では、収束基準は反復回数および／または演算時間の上限を含んでもよい。

収束基準が満たされた場合、更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））を収束した第１のフィールド値として決定し、収束した第１のフィールド値に基づいて光信号の位相データを求めることができる。あるいは、収束基準が満たされない場合、収束値が得られるまで第１および第２の強度データに螺旋位相制約（ｅｘｐ（ｉθ））と開口制約Ｃ（ｒ，θ）とを適用することによって、第１のフィールド値（Ａ_１ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ））を反復して更新してもよい。反復ごとに、第１のフィールド値（Ａ_１ ^{（ｎ−１）}（ρ，ψ））を更新された第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））に置き換えることができる。ある例では収束した第１のフィールド値（Ａ_１ ^（ｎ）（ρ，ψ））を反転して光信号（１７０）の位相データを求めてもよい。

図５に、本明細書に記載の少なくとも一部の態様により構成された図１の装置などの装置を使用した、強度測定値および復元画像の例示の画像５００を示す。この例では、画像５０２、５０４および５０６はレナ画像の復元に対応する。画像５０２、５０４および５０６は、図３の例示の処理を使用してシミュレーションによって得られるものである。また、画像５０８、５１０および５１２は棒グラフの一部の復元に対応し、画像５１４、５１６および５１８は、本技術を使用して得られた螺旋位相の復元に対応する。画像５０８、５１０、５１２、５１４、５１６および５１８は、図１に示すような実験システムを使用して得られる。

ここで、画像５０２、５０８および５１４はレンズを介して透過された信号に対応する、測定された第１の強度データを表す。また、画像５０４、５１０および５１６は、レンズに近接して配置された螺旋変換マスクを介して透過した信号に対応する、測定された第２の強度データを表す。また、画像５０６、５１２および５１８は本技術を使用した第１の強度データと第２の強度データとに基づく復元画像を表す。この例では、振幅物体に対応する画像５０６および５１２において振幅値が示されている。また、透明位相物体に対応する画像５１８において位相値が示されている。

本開示の技術を使用して測定されたこのような強度データから復元された画像は、参照符号５０６、５１２および５１８で示されている。上述のように、画像５０６、５１２および５１８の位相データは、測定された強度データに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用することによって算出される。この例では、位相データは約１０から約５０の範囲の反復回数で求められる。

コンピューティングデバイスの例：図６は本開示の少なくとも一部の実施形態による、光信号の位相データを算出するように構成された例示のコンピューティングデバイス６００を示すブロック図である。ごく基本的な構成６０２では、コンピューティングデバイス６００は典型的には１つまたは複数のプロセッサ６０４と、システムメモリ６０６とを含む。プロセッサ６０４とシステムメモリ６０６との間の通信にはメモリバス６０８を使用することができる。

所望の構成に応じて、プロセッサ６０４はマイクロプロセッサ（μＰ）、マイクロコントローラ（μＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、またはこれらの任意の組合せなどの任意の種類のものとすることができるが、これらには限定されない。プロセッサ６０４は、レベル１キャッシュ６１０およびレベル２キャッシュ６１２などの１つまたは複数のレベルのキャッシュと、１つまたは複数のプロセッサコア６１４と、レジスタ６１６とを含むことができる。プロセッサコア６１４の例としては、算術論理演算ユニット（ＡＬＵ）、浮動小数点ユニット（ＦＰＵ）、デジタルシグナルプロセッシングコア（ＤＳＰコア）、またはこれらの任意の組合せなどがある。プロセッサ６０４とともに例示のメモリコントローラ６１８を使用してもよく、または実装形態によってはメモリコントローラ６１８はプロセッサ６０４の内部要素であってもよい。

所望の構成に応じて、システムメモリ６０６は、揮発性メモリ（ＲＡＭなど）、不揮発性メモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、またはこれらの組合せなどを含む任意の種類とすることができるが、これらには限定されない。システムメモリ６０６は、オペレーティングシステム６２０、１つまたは複数のアプリケーション６２２、およびプログラムデータ６２４を含むことができる。アプリケーション６２２は、図１の処理１００に関して説明した機能を含む、本明細書に記載の機能を実行するように構成された位相算出アルゴリズム６２３を含むことができる。

プログラムデータ６２４は、光信号の位相データを算出するのに有用であると考えられる、光センサ１２０から受け取った第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２とを含むことができる。ある例では、アプリケーション６２２は、光信号の位相算出を実行することができるように、オペレーティングシステム６２０上でプログラムデータ６２４を使用して動作するように構成することができる。ある例では、位相算出アルゴリズム６２３は、第１の強度データ１９１と第２の強度データ１９２とに螺旋位相制約と開口制約とを適用して光信号の位相データを算出するように構成することができる。ある例では、螺旋位相制約は、位相変換マスクに対応し、開口制約は第１の光学素子に対応し得る。記載のこの基本構成６０２は、図６では内側の破線内のコンポーネントによって示されている。

コンピューティングデバイス６００は、追加の特徴または機能、および基本構成６０２と任意の必要な装置およびインターフェースとの間の通信を容易にする追加のインターフェースを有することができる。たとえば、ストレージインターフェースバス６３２を介した基本構成要素６０２と１つまたは複数のデータ記憶装置６３０との間の通信を容易にするためにバス／インターフェースコントローラ６２８を使用することができる。データ記憶装置６３０は、取外し式ストレージデバイス６３４、非取外し式ストレージデバイス６３６、またはこれらの組合せとすることができる。

取外し式ストレージデバイスおよび非取外し式ストレージデバイスの例としては、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気ディスクデバイス、コンパクトディスク（ＣＤ）ドライブまたはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）およびテープドライブなどがある。コンピュータ記憶媒体の例としては、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータなどの情報の記憶のための任意の方法または技術で実装された、揮発性および不揮発性、取外し式および非取外し式媒体などがある。

システムメモリ６０６と取外し式ストレージデバイス６３４と非取外し式ストレージデバイス６３６とは、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはその他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または、所望の情報を記憶するために使用可能であって、コンピューティングデバイス６００によってアクセス可能なその他の任意の媒体などが含まれるが、これらには限定されない。このような任意のコンピュータ記憶媒体は、コンピューティングデバイス６００の一部であってもよい。

コンピューティングデバイス６００は、さまざまなインターフェース装置（たとえば出力装置６４０、周辺装置インターフェース６４２、および通信装置６４４など）から基本構成６０２へのバス／インターフェースコントローラ６２８を介した通信を容易にするためのインターフェースバス６３８も含むことができる。出力装置６４０の例としては、１つまたは複数のＡ／Ｖポート６５０を介してディスプレイまたはスピーカなどのさまざまな外部装置と通信するように構成可能なグラフィック処理ユニット６４６およびオーディオ処理ユニット６４８などがある。

周辺装置インターフェース６４２の例としては、入力装置（たとえばキーボード、マウス、ペン、音声入力装置、タッチ入力装置など）またはその他の周辺装置（たとえばプリンタ、スキャナなど）などの外部装置と１つまたは複数のＩ／Ｏポート６５６を介して通信するように構成可能な、シリアルインターフェースコントローラ６５２またはパラレルインターフェースコントローラ６５４などがある。通信装置６４４の例には、１つまたは複数の通信ポート６６２を介した１つまたは複数の他のコンピューティングデバイス６６０とネットワーク通信リンクでの通信を容易にするように構成可能な、ネットワークコントローラ６５８が含まれる。

ネットワーク通信リンクは通信媒体の一例である。通信媒体は、典型的には、搬送波またはその他の搬送機構などの変調データ信号の形態の、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、またはその他のデータによって実施することができ、任意の情報配信媒体を含み得る。「変調データ信号」とは、信号の特性のうちの１つまたは複数の特性が、信号内の情報をコード化するように設定または変更されている信号とすることができる。一例として、通信媒体には有線ネットワークまたは直接有線接続などの有線媒体、音波、無線周波数（ＲＦ）波、マイクロ波、赤外線（ＩＲ）およびその他の無線媒体などの無線媒体が含まれるが、これらには限定されない。本明細書で使用するコンピュータ可読媒体という用語は、記憶媒体と通信媒体の両方を含み得る。

コンピューティングデバイス６００は、上述の機能のいずれかを備える、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナルメディアプレイヤーデバイス、無線ウェブ視聴デバイス、パーソナルヘッドセットデバイス、特定用途向けデバイス、またはハイブリッドデバイスなどの、小型携帯（またはモバイル）電子デバイスとして実装することができる。コンピューティングデバイス６００は、ラップトップコンピュータ構成と非ラップトップコンピュータ構成の両方を含む、パーソナルコンピュータとして実装することもできる。

上述の例示の実施形態は、光信号の位相データを算出する非干渉技術を提供する。位相測定のための装置は、測定強度データに基づく高解像度画像の復元を容易にする。この技術により、簡素で堅固な設計構成を使用した動的な位相測定が容易に行える。上述の位相情報を算出する装置は、従来の干渉方式のシステムと比較して、振動に対して比較的反応しにくい。本技術は、生物科学、光計測用途、防衛用途、３Ｄ表示用途、バイオメトリクス、およびレーザービーム成形用途など、さまざまな用途における位相測定に使用可能である。

図７に、本明細書に記載の少なくとも一部の実施形態により構成された、コンピュータシステムにおける位相算出を実装するために利用可能な例示のコンピュータプログラム製品を示す。プログラム製品７００は、信号担持媒体７０２を含むことができる。信号担持媒体７０２は、たとえばプロセッサによる実行に応答して、図１〜６に関して上述した特徴を実現することができる１つまたは複数の命令７０４を含むことができる。したがって、たとえばシステム１００を参照すると、画像プロセッサ１３０は、媒体７０２によってシステム１００に伝達されて実行される命令７０４に応答して、図７に示すブロックの１つまたは複数のブロックに示す動作を開始または開始させることができる。

実装形態により、信号担持媒体７０２は、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、メモリなどの非一時的コンピュータ可読媒体７０６を含むことができる。ある実装形態では、信号担持媒体７０２は、メモリ、読み書き（Ｒ／Ｗ）ＣＤ、Ｒ／Ｗ ＤＶＤなどの記録可能媒体７０８を含むことができる。ある実装形態では、信号担持媒体７０２は、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（たとえば光ファイバケーブル、導波路、有線通信リンク、無線通信リンクなど）などの通信媒体を含み得るが、これらには限定されない。したがって、たとえばプログラム製品７００は、ＲＦ信号担持媒体７０２によってシステム１００の１つまたは複数のモジュールに伝達することができ、その場合、信号担持媒体７０２は無線通信媒体７１０（たとえばＩＥＥＥ８０２．１１標準準拠の無線通信媒体）によって伝達される。

ある例では、光信号の位相データを算出する方法は、光信号をレンズなどの第１の光学素子を介して透過させることと、たとえば第１の光学素子の焦点面に配置することができる光センサによって第１の強度データを得ることとを含む。この方法は、光信号を第２の光学素子を介して透過させることと、たとえば第２の光学素子の焦点面（または第１と第２の光学素子の組合せの焦点面）に配置することができる、たとえば同じ光センサまたは異なる光センサを使用して、第２の強度データを得ることとをさらに含むことができる。ある例では、第２の光学素子は、螺旋位相変換マスクなどの位相変換マスクを含む。光信号の位相データは、第１の強度データと第２の強度データとに基づいて求めることができる。ある例では、第１の強度データは、光信号を第１の光学素子を介し、第２の光学素子を介さずに透過させた後に得ることができる。ある例では、第２の強度データは光信号を第１と第２の光学素子の両方を介して透過させた後に得ることができる。ある例では、第２の強度データは光信号を第２の光学素子を介し、第１の光学素子を介さずに透過させた後に求めることができる。ある例では、第１の光学素子にミラーを使用してもよく、光信号は第１の光学素子から反射させてよく、光センサはミラーの焦点面に配置してよい。ある例では、位相データはたとえば平均化を使用して第１と第２の強度データの複数の集合から求めて、精度を向上させることができる。

ある例では、たとえば物体に光（光線など）を向けることによって得られる、光線と物体との相互作用によって光信号を生成することができる。例としては、物体に光線を透過させることや、物体から光を反射させることで光信号を得ることが含まれる。ある例では、光信号について算出された位相データを使用して物体の画像を作成することができる。ある例では、位相データを使用して物体の拡大画像を得ることができる。たとえば、１つまたは複数の光学素子を使用して光線を撮像領域（ある例では１平方ミリメートル未満とすることができる）に集束させ、その撮像領域における光線と１つまたは複数の物体との相互作用に関係する光信号の位相データを得ることができる。ある例では、方法は、少なくとも１つの物体を撮像する方法であって、物体は肉眼で見える物体または顕微鏡サイズの物体であってよい。ある例では、撮像物体は、光学素子、表面（ミラー、シリコンウエハなど）、小片（細胞など）、それに付着した汚染物質、またはその他の物体を含み得る。

ある例では、コヒーレント光信号などの光信号の位相データの測定方法および装置は、光信号に対する２つ（またはそれ以上）の強度測定値を計算により使用して位相データを算出することを含む。たとえば、未知の光学波面を持つ光信号を所定の開口（たとえば円形の開口）を有するレンズに入射させ、たとえば光センサを使用してレンズの背面焦点面における光信号の第１の強度データを求めることができる。螺旋位相マスクなどの位相マスクを使用して第２の強度データを求めてもよい。たとえば、位相マスクを光信号の経路に、たとえばレンズに近接して配置することができる。ある例では、位相マスクは、レンズの開口部を部分的に、ほぼ、または完全に塞いでよい。２つの強度測定は順次に行ってよく、またはある例では、たとえばビームスプリッタを使用して光信号を分割することにより並行して行ってもよい。ある例では、反復的手法を使用して、２つの強度測定を使用した光信号の入力波面の位相データの算出値を求めることができる。ある例では、ミラーはレンズの代わりに使用できる。

ある例では、装置は、顕微鏡（たとえば位相差顕微鏡）などの撮像装置またはカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置とする（または含む）ことができる。ある例では、例示の方法および／または装置は、たとえば透明細胞撮像用に構成された生体イメージング顕微鏡などの顕微鏡法を含むことができる。利点として、たとえば位相データ測定に染色が不要であることなどがある。ある例では、たとえば眼球（たとえば網膜）など、生体内イメージングを可能とすることができる。用途の例としては、光計測学および表面形状計測、たとえば表面形状の非接触測定などがある。

例示の装置は、たとえば入射光の改良型補償波面補正を得る望遠鏡およびその他の撮像装置を含むことができる。装置の例としては撮像システムが含まれ、非干渉技術を使用して強度測定を使用した位相データを得ることができる。技術は、位相推定のために直接または反復的数値解法を使用してよく、ある例では、復元する物体／画像に対して既知の制約を使用してよい。他の手法では、強度輸送方程式（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｅｑｕａｔｉｏｎ：ＴＩＥ）に基づく技術を使用することができる。改良型補償撮像装置（補償望遠鏡など）は、入射光から導出された光信号について得た位相データを受け取るように構成され、入射光を適応的に修正して光信号におけるより均一な波面を得るようにさらに構成されたコントローラを含むことができる。

用途の例には、たとえば改良型レーザ切断／溶接装置またはその他の高出力レーザ光線用途など、高出力レーザ光線成形などのレーザ光線成形がさらに含まれ得る。たとえば、装置は位相データを受け取るように構成され、入力レーザ光線を適応的に修正してレーザ光線における所望の（たとえばより均一な）波面を得るようにさらに構成されたコントローラを含むことができる。ある例では、光線は部分反射素子を通過することができ、光信号を光線の一部として得ることができる。その後、算出された光信号の位相データを使用して、光線の位相（たとえば波面プロファイル）を適応的に制御することができる。

ある例では、用途には１つまたは複数の光学素子においてたとえば高強度レーザ光線によって生じた熱光学効果の算出および補正のための方法および装置が含まれ得る。コントローラを、光信号から位相データを得て、制御光学要素を適応的に制御し、光線品質を向上させるように、たとえばレーザ光線などの光線の集束を向上させるように構成してもよい。ある例では、位相データの算出は、ほぼリアルタイムで行うことができ、必要なら、（たとえば空間光変調器、電気光学素子などの位相補正素子を使用した）適切な補正を使用して所望の光線波面プロファイルを得てもよい。

用途の例としては、視力測定および眼球異常測定が含まれ得る。改良型眼球測定方法は、光信号の位相データを使用して１つまたは複数の眼球収差を算出することなどが含まれる。眼球の背面からと眼球内から光線を反射させることによって光信号を得ることで光信号を得ることもできる。光信号の位相データは、水晶体および／または角膜の収差に関する情報を伝えることができ、それにより、より速く高精度な矯正光学機器の決定が可能になる。用途の例として、たとえば網膜撮像によって明らかになると考えられる疾患の改良型診断を可能にする改良型網膜撮像装置、およびレーザ角膜切開のための改良型レーザ集束も含まれ得る。

用途の例として、たとえば基板上の液膜またはその他の汚染物質の検出、表面粗さの評価などの表面の測定のための装置および方法などもある。用途の例には、膜厚の算出、膜均一性などの膜の測定なども含まれ得る（たとえば、光信号の位相データから厚さおよび／または組成の不均一性を求めることができる）。用途の例として、（たとえば基板上、光学素子上または光学素子内などの）汚染物質の検出を含み得る。用途の例には、粒子（液体粒子など）、汚染物質、流量などの検出およびその他の用途が含まれ得る。用途の例には、献体の検出、細胞学なども含まれ得る。

ある例では、位相データを間隔を置いて算出して使用して物体の動的な画像を形成し、たとえば物理的、化学的、生化学的および／または生物学的処理に関する時間依存性情報を得ることもできる。ある例では、時間依存性データから得た情報を動的処理制御に使用することができる。

ある例では、光信号の位相データを算出する方法は、光信号を第１の光学素子を介して透過させることと、光センサによって第１の光学素子の第１の焦点面における第１の強度データを取得することと、光信号を第２の光学素子を介して透過させることと、光センサによって第２の光学素子の第２の焦点面における第２の強度データを取得することと、第１の強度データと第２の強度データとに基づいて光信号の位相データを算出することとを含む。第２の光学素子は、移動変換マスクを含んでよい。光信号の位相データを算出することは、物体上に、または物体を介して光線を透過させて光信号を生成することをさらに含むことができる。光線を透過させることは、第３の光学素子を使用して物体上に、または物体を介して光線を向けることをさらに含むことができる。光線は物体から反射し、または物体によって回折され、またはその他の方法で物体と相互作用して光信号を生成してもよい。光信号を第２の光学素子を介して透過させることは、光信号を螺旋位相変換マスクなどの位相変換マスクを通過させることを含むことができる。光信号を第２の光学素子を介して透過させることは、第２の光学素子を第１の光学素子に近接して、またはほぼ隣接して、または隣接して配置することと、光信号を第１の光学素子と第２の光学素子の両方を介して透過させることとを含んでもよい。第１および第２の光学素子は、物理的に組み合わせてもよい。光信号を第２の光学素子を通して透過させることは、第２の光学素子を第１の光学素子の開口部に隣接して配置することを含んでもよい。光信号の位相データを算出することは、第１の強度データと第２の強度データとに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用して光信号の位相データを算出することを含んでよく、螺旋位相制約は位相変換マスクに対応し、開口制約は第１の光学素子に対応する。螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用することは、第１の強度データと推測位相値とに基づいて第１のフィールド値を算出することと、第１のフィールド値を逆フーリエ変換して第１のアパーチャフィールドを求めることと、第１のアパーチャフィールドに螺旋位相制約と開口制約とを適用して制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、制約付き第１のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第１の位相成分を有するデータ領域制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、データ領域制約付き第１のアパーチャフィールドに基づいて第２のフィールド値を計算することとを含むことができ、この場合、第２のフィールド値の振幅成分は第２の強度データに基づき、第２のフィールド値の位相成分は第１の位相成分と等しい。螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用することは、第２のフィールド値を逆フーリエ変換して第２のアパーチャフィールドを求めることと、第２のアパーチャフィールドに共役螺旋位相制約と開口制約とを適用して制約付き第２のアパーチャフィールドを求めることと、制約付き第２のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第２の位相成分を有するデータ領域制約付き第２のアパーチャフィールドを求めることと、データ領域制約付き第２のアパーチャフィールドに基づいて更新された第１のフィールド値を計算することを含むことができ、更新された第１のフィールド値の振幅成分は第１の強度データに基づき、更新された第１のフィールド値の位相成分は第２の位相成分に等しい。更新された第１のフィールド値を計算することは、更新された第１のフィールド値を第１のフィールド値と比較することと、求められた第１のフィールド値関数の収束値が得られるまで螺旋位相制約と開口制約とを適用することによって第１のフィールド値を更新することと、任意選択により、第１のフィールド値の収束値に基づいて光信号の位相を算出することとを含んでよい。非一時的コンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行可能なコンピュータ実行可能命令が記憶されていてよく、光信号の位相データを算出する例示の各方法を実行するように、または実行させるように構成することができる。

ある例では、光信号の位相データを算出するように構成された装置は、第１の光学素子と、位相変換マスクを含む第２の光学素子とを含む光学アセンブリであって、光信号を第１の光学素子と第２の光学素子とを介して透過させるように構成された光学アセンブリと、第１の光学素子の第１の焦点面と第２の光学素子の第２の焦点面とに配置され、第１の光学素子の第１の焦点面における第１の強度データを取得し、第２の光学素子の焦点面における第２の強度データを取得するように構成され、第１の強度データと第２の強度データは透過光信号に対応する光センサと、任意選択により、光センサに結合され、第１の強度データと第２の強度データとを処理して光信号の位相データを算出するように構成された画像プロセッサとを含む。光学アセンブリは、物体を介して透過されて光信号を生成する光線を生成するように構成された、レーザなどの光源をさらに含むことができる。光源からの光線は、物体から反射して光信号を生成する。物体は、透明な物体、部分的に透明な物体、反射物体、またはこれらの組合せであるか、またはこれらを含み得る。光源は、レーザ光源、平行狭帯域熱光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、またはこれらの組合せを含むことができる。光学アセンブリは、光源と物体との間に配置された空間フィルタおよび／または第３の光学素子をさらに含んでよく、空間フィルタは光線をフィルタリングしてフィルタ処理された光線を生成するように構成され、第３の光学素子はフィルタ処理された光線を物体に向けるように構成される。第１の光学素子は、レンズ、凹面鏡、凸面鏡、またはこれらの組合せを含み得る。第１の光学素子は、開口部、たとえば第１の光学素子内に開口部を画定する開口プレートを含んでよい。光センサは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、その他の電子センサ、写真フィルム、またはこれらの組合せを含み得る。位相変換マスクは、螺旋位相変換マスク、疑似ランダム位相符号化マスク、またはこれらの組合せを含み得る。第２の光学素子は、フォーク回折格子とレンズとを含むことができる。フォーク回折格子を使用する場合、フォーク回折格子は振幅フォーク回折格子、位相フォーク回折格子、二値振幅位相回折格子、ダンマン渦回折格子、またはこれらの組合せを含み得る。画像プロセッサは、第１の強度データと第２の強度データとに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用して光信号の位相を算出するように構成することができ、その場合、螺旋位相制約は位相変換マスクに対応し、開口制約は第１の光学素子に対応する。光学アセンブリは、光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分割するように構成されたビームスプリッタをさらに含んでよく、その場合、光学アセンブリは第１の光信号を第１の光学素子を介して透過させ、第２の光信号を第２の光学素子を介して透過させて第１の強度データと第２の強度データとを生成するように構成される。装置は、撮像装置であってよい（または含んでよい）。撮像装置は、カメラ、顕微鏡、望遠鏡またはこれらの組合せを含み得る。

ある例では、光信号の位相データを算出する方法は、物体と第１の光学素子とを通る光信号の透過に基づいて光センサによって生成される第１の強度データと、物体と位相変換マスクを含む第２の光学素子とを通る光信号の透過に基づいて光センサによって生成される第２の強度データとを取得することと、第１の強度データと推測位相値とに基づいて第１のフィールド値を初期化することと、第１のフィールド値と螺旋位相制約と開口制約とに基づいて光信号の位相データを算出することとを含み、螺旋位相制約は位相変換マスクに対応し、開口制約は第１の光学素子に対応する。光信号の位相データを算出することは、第１のフィールド値を逆フーリエ変換して第１のアパーチャフィールドを求めることと、第１のアパーチャフィールドに螺旋位相制約と開口制約とを乗じて制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、制約付き第１のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第１の位相成分を有するデータ領域制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、データ領域制約付き第１のアパーチャフィールドに基づいて第２のフィールド値を計算することとを含み、第２のフィールド値の振幅成分は第２の強度データに基づき、第２のフィールド値の位相成分は第１の位相成分と等しい。光信号の位相データを算出することは、第２のフィールド値を逆フーリエ変換して第２のアパーチャフィールドを求めることと、第２のアパーチャフィールドに共益螺旋位相成分と開口制約とを乗じて制約付き第２のアパーチャフィールドを求めることと、制約付き第２のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第２の位相成分を有するデータ領域制約付き第２のアパーチャフィールドを得ることと、データ領域制約付き第２のアパーチャフィールドに基づいて更新された第１のフィールド値を計算することをさらに含むことができ、更新された第１のフィールド値の振幅成分は第１の強度データに基づき、更新された第１のフィールド値の位相成分は第２の位相成分に等しい。光信号の位相データを算出することは、第１のフィールド値と更新された第１のフィールド値に基づく差分値を推算することと、差分値を閾値と比較することと、第１のフィールド値の収束値が得られるまで更新された第１のフィールド値を反復的に計算することとを含むことができ、更新された第１のフィールド値を反転して光信号の位相を算出することをさらに含むことができる。

ある例では、プロセッサにより実行可能なコンピュータ可読命令が記憶された非一時的コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載または示唆されている任意の方法を実行するかまたは実行させるように構成することができる。

ある例では、光信号の位相データを算出する方法は、光信号を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得ることと、第１の透過光線の第１の強度データを得ることと、光信号を位相変換マスクを含む第２の光学素子を介して透過させて第２の透過光線を得ることと、第２の透過光線の第２の強度データを得ることと、第１の強度データと第２の強度データとに基づいて光信号の位相データを算出することとを含む。光信号を第２の光学素子を介して透過させることは、光信号が第１の光学素子と第２の光学素子の両方を介して透過するように第２の光学素子を配置して第２の透過光線を得ることを含むことができる。光信号を第１の光学素子を介して透過させることは、光信号をレンズを介して透過させて第１の透過光線を得ることを含むことができ、光信号は位相変換マスクを通過しない。光信号を第２の光学素子を介して透過させることは、光信号をレンズと位相変換マスクとを介して透過させて第２の透過光線を得ることを含むことができる。光信号の位相データを算出する方法は、光線を物体に向けることをさらに含むことができ、光信号は、透過、吸収、反射、回折またはこれらの組合せなど、光線と物体との相互作用により生成される。光信号の位相データを算出する方法は、位相データから物体の画像を形成することをさらに含むことができる。

ある例では、物体の画像を形成する方法は、光線を物体に向けて、光線と物体との相互作用により光信号を生成することと、光信号を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得ることと、第１の透過光線の第１の強度データを得ることと、光信号を、位相変換マスクを含む第２の光学素子を介して透過させて第２の透過光線を得ることと、第２の透過光線の第２の強度データを得ることと、第１の強度データと第２の強度データとに基づいて光信号の位相データを算出することと、位相データを使用して物体の画像を形成することとを含む。相互作用は、反射、透過、吸収、回折、拡散、散乱またはこれらの任意の組合せなどの相互作用から選択することができる。

本開示は、本出願に記載の特定の実施形態には限定されず、本出願に記載の実施形態はさまざまな態様の例示を意図したものである。当業者には明らかなように、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの変更および変形が可能である。本明細書に記載の方法および装置に加え、本開示の範囲内で機能的に同等の方法および装置も上記の説明から当業者には明らかであろう。そのような変更および変形は、添付の特許請求の範囲に含まれるものである。

本開示は、添付の特許請求の範囲の各項目を、当該特許請求の範囲の権利が与えられる同等物の全範囲とともに含む。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成または生体系には限定されず、これらは当然ながら変化し得るものと理解すべきである。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することを目的とするに過ぎず、限定的であることを意図したものではないことも理解すべきである。

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。

たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。

また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。

２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

当業者ならわかるように、書面による説明を提供するためなどあらゆる目的において、本明細書に開示のすべての範囲は可能なあらゆる部分的範囲および部分的範囲の組合せも含む。記載のあらゆる範囲は、同範囲が少なくとも２等分、３等分、４等分、５等分、１０等分などに分割されることを十分に記述し、そのような分割が可能であるものと容易に認めることができる。非限定的な例として、本明細書に記載の悪範囲は、下３分の１と中央３分の１と上３分の１などに容易に分割可能である。

当業者ならわかるように、「最大〜まで（ｕｐ ｔｏ）」、「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」、「より大きい（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」、「未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」などのすべての表現は、記載の数字を含み、上述のようにその後部分的な範囲に分割可能な範囲を指す。最後に、当業者ならわかるように、１つの範囲は個々の数字を含む。したがって、たとえば１〜３個のセルを有するグループとは、１個、２個または３個のセルを有するグループを指す。同様に、１〜５個のセルを有するグループとは、１個、２個、３個、４個または５個のセルを有するグループを指す、という具合である。

本明細書ではさまざまな態様および実施形態を開示したが、当業者にはその他の態様および実施形態も明らかであろう。本明細書で開示するさまざまな態様および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定的であることを意図するものではなく、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。

Claims (24)

1. 光信号の位相データを算出する方法であって、
   前記光信号を第１の光学素子を介して透過させることと、
   光センサによって前記第１の光学素子の第１の焦点面における第１の強度データを取得することと、
   前記光信号を、位相変換マスクを含む第２の光学素子を介して透過させることと、
   前記光センサによって前記第２の光学素子の第２の焦点面における第２の強度データを取得することと、
   前記第１の強度データと前記第２の強度データとに基づいて前記光信号の位相データを算出することとを含み、
   前記光信号の位相データを算出することは、前記第１の強度データと前記第２の強度データとに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用することによって前記光信号の前記位相データを算出することを含み、前記螺旋位相制約は前記位相変換マスクに対応し、前記開口制約は前記第１の光学素子に対応する、方法。
2. 前記螺旋位相制約と前記開口制約とを反復的に適用することは、
   前記第１の強度データと推測位相値とに基づいて第１のフィールド値を算出することと、
   前記第１のフィールド値を逆フーリエ変換して第１のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記第１のアパーチャフィールドに前記螺旋位相制約と前記開口制約とを適用して制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記制約付き第１のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第１の位相成分を有するデータ領域制約付き第１のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記データ領域制約付き第１のアパーチャフィールドに基づいて第２のフィールド値を計算することとを含み、前記第２のフィールド値の振幅成分は前記第２の強度データに基づき、前記第２のフィールド値の位相成分は前記第１の位相成分と等しい請求項１に記載の方法。
3. 前記螺旋位相制約と前記開口制約とを反復的に適用することは、
   前記第２のフィールド値を逆フーリエ変換して第２のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記第２のアパーチャフィールドに共役螺旋位相制約と前記開口制約とを適用して制約付き第２のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記制約付き第２のアパーチャフィールドをフーリエ変換して、第２の位相成分を有するデータ領域制約付き第２のアパーチャフィールドを求めることと、
   前記データ領域制約付き第２のアパーチャフィールドに基づいて、更新された第１のフィールド値を計算することとをさらに含み、前記更新された第１のフィールド値の振幅成分は前記第１の強度データに基づき、前記更新された第１のフィールド値の位相成分は前記第２の位相成分と等しい請求項２に記載の方法。
4. 前記更新された第１のフィールド値を計算することは、前記更新された第１のフィールド値を前記第１のフィールドと比較することと、前記第１のフィールド値関数の収束値が得られるまで前記螺旋位相制約と前記開口制約とを適用することによって前記第１のフィールド値を更新することとをさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 前記第１のフィールド値の前記収束した値に基づいて前記光信号の前記位相を算出することをさらに含む請求項４に記載の方法。
6. 物体に光線を向けることをさらに含み、前記光信号は前記光線と前記物体との相互作用から生成される請求項１に記載の方法。
7. 前記位相データから物体の画像を形成することをさらに含む請求項６に記載の方法。
8. 光信号の位相データを算出するように構成された装置であって、
   第１の光学素子と、位相変換マスクを含む第２の光学素子とを含み、前記光信号を前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とを介して透過させるように構成された光学アセンブリと、
   前記第１の光学素子の第１の焦点面と前記第２の光学素子の第２の焦点面とに配置され、前記第１の光学素子の前記第１の焦点面における第１の強度データを取得し、前記第２の光学素子の前記第２の焦点面における第２の強度データを取得するように構成された光センサであって、前記第１の強度データと前記第２の強度データとは前記透過光信号に対応する光センサと、
   前記光センサに結合され、前記第１の強度データと前記第２の強度データとを処理して前記光信号の位相データを算出するように構成された画像プロセッサとを含み、
   前記画像プロセッサは、前記第１の強度データと前記第２の強度データとに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用して前記光信号の位相を算出するように構成され、前記螺旋位相制約は前記位相変換マスクに対応し、前記開口制約は前記第１の光学素子に対応する、装置。
9. 前記光学アセンブリは、物体を介して透過されて前記光信号を生成する光線を生成するように構成された光源をさらに含む請求項８に記載の装置。
10. 前記光源からの前記光線は前記物体から反射されて前記光信号を生成する請求項９に記載の装置。
11. 前記物体は透明な物体、部分的に透明な物体、反射する物体、またはこれらの組合せを含む請求項９に記載の装置。
12. 前記光源はレーザ光源、平行狭帯域熱光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、またはこれらの組合せを含む請求項９に記載の装置。
13. 前記光学アセンブリは、前記光源と前記物体の間に配置された空間フィルタと第３の光学素子とをさらに含み、前記空間フィルタは前記光線をフィルタリングしてフィルタ処理された光線を生成するように構成され、前記第３の光学素子は、前記フィルタ処理された光線を前記物体に向けるように構成された請求項９に記載の装置。
14. 前記第１の光学素子は、レンズ、凹面鏡、凸面鏡、またはこれらの組合せを含む請求項８に記載の装置。
15. 前記光センサは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、写真フィルム、またはこれらの組合せを含む請求項８に記載の装置。
16. 前記位相変換マスクは、螺旋位相変換マスク、疑似ランダム位相符号化マスク、またはこれらの組合せを含む請求項８に記載の装置。
17. 前記第２の光学素子は、フォーク回折格子とレンズとを含み、前記フォーク回折格子は振幅フォーク回折格子、位相フォーク回折格子、二値振幅位相回折格子、ダンマン渦回折格子、またはこれらの組合せを含む請求項８に記載の装置。
18. 前記光学アセンブリは、前記光信号を第１の光信号と第２の光信号とに分割するように構成されたビームスプリッタをさらに含み、前記光学アセンブリは、第１の光信号を第１の光学素子を通過させ、前記第２の光信号を前記第２の光学素子を通過させて前記第１の強度データと前記第２の強度データとを生成するように構成された請求項８に記載の装置。
19. カメラ、顕微鏡、望遠鏡またはこれらの組合せを含む撮像装置である請求項８に記載の装置。
20. 物体の画像を形成する方法であって、
    前記物体に光線を向けて前記光線と前記物体との間の相互作用から光信号を生成することと、
    前記光信号を第１の光学素子を介して透過させて第１の透過光線を得ることと、
    前記第１の透過光線の第１の強度データを求めることと、
    前記光信号を、位相変換マスクを含む第２の光学素子を介して透過させて第２の透過光線を得ることと、
    前記第２の透過光線の第２の強度データを求めることと、
    前記第１の強度データと前記第２の強度データとに基づいて前記光信号の位相データを算出することと、
    前記位相データを使用して前記物体の画像を形成することとを含み、
    前記光信号の位相データを算出することは、前記第１の強度データと前記第２の強度データとに螺旋位相制約と開口制約とを反復的に適用することによって前記光信号の前記位相データを算出することを含み、前記螺旋位相制約は前記位相変換マスクに対応し、前記開口制約は前記第１の光学素子に対応する、方法。
21. 前記相互作用は、反射、透過、吸収、回折、拡散、散乱またはこれらの組合せからなる相互作用のグループから選択される請求項２０に記載の方法。
22. 前記光信号を前記第１の光学素子を介して透過させることは、前記光信号をレンズを介して透過させて前記第１の透過光線を得ることを含み、前記光信号は前記位相変換マスクを通過しない請求項２０に記載の方法。
23. 前記光信号を前記第２の光学素子を介して透過させることは、前記光信号を前記第１の光学素子と前記第２の光学素子の両方を介して透過させて前記第２の透過光線を得るように前記第２の光学素子を配置することを含む請求項２０に記載の方法。
24. 前記光信号を前記第２の光学素子を介して透過させることは、前記光信号をレンズと前記位相変換マスクとを介して透過させて前記第２の透過光線を得ることを含む請求項２０に記載の方法。