JP6724473B2 - デジタルホログラフィ装置 - Google Patents

デジタルホログラフィ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6724473B2
JP6724473B2 JP2016064332A JP2016064332A JP6724473B2 JP 6724473 B2 JP6724473 B2 JP 6724473B2 JP 2016064332 A JP2016064332 A JP 2016064332A JP 2016064332 A JP2016064332 A JP 2016064332A JP 6724473 B2 JP6724473 B2 JP 6724473B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
wavelength
unit
observation
hologram
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016064332A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017181580A (ja
Inventor
安田 晋
晋 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Business Innovation Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2016064332A priority Critical patent/JP6724473B2/ja
Priority claimed from US15/208,371 external-priority patent/US10303120B2/en
Publication of JP2017181580A publication Critical patent/JP2017181580A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6724473B2 publication Critical patent/JP6724473B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明はデジタルホログラフィ装置に関する。
特許文献1には、観察対象である観察体に複数の部分領域を定義する定義手段と、前記部分領域における前記観察体についての画像である部分画像を、対物レンズの焦点深度方向に当該焦点深度の間隔で複数枚取得する部分画像取得手段と、前記部分領域に含まれている物が前記焦点深度方向の位置の違いに拘らず合焦して表されている合焦部分画像を複数枚の前記部分画像から生成する合焦部分画像生成手段と、前記部分領域毎に生成された前記合焦部分画像を組み合わせて前記観察体についての合焦画像を生成する合焦画像生成手段と、を有することを特徴とする顕微鏡システムが開示されている。
特許文献2には、被写体の異なる位置を顕微鏡装置で撮像することにより得られた複数のレイヤー画像を取得する画像取得手段と、前記複数のレイヤー画像から複数の観察用画像を生成する画像生成手段と、を備え、前記画像生成手段は、前記複数のレイヤー画像のうちの2枚以上のレイヤー画像を深度合成することで1枚の観察用画像を生成する合成処理を複数回実行することによって前記複数の観察用画像を生成することを特徴とする画像処理装置が開示されている。
非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3、及び非特許文献4には、デジタルホログラフィック顕微鏡(DHM)などのデジタルホログラフィ技術が開示されている。デジタルホログラフィ技術は、物体からの散乱光(物体光)と参照光とで生成される干渉縞(ホログラム)をデジタルイメージセンサー(例えば、CCDカメラ)で記録し、そのホログラムを計算機内で再生処理することで再生像を得るものである。この再生像は3次元構造を持っているため、2次元構造(XY面)だけではなく、深度方向(Z軸方向)の構造も観察することができる。デジタルホログラフィ技術によれば、1枚のホログラムから3次元構造の情報が得られるため、生物や流体等の動体の観察に適用可能である。
特開2005−037902号公報 特開2014−071207号公報
M. K. Kim, SPIE Reviews, 1, 018005-1 (2010) U. Schnars, C. Falldorf, J. Watson and, W. Juptner, Digital Holography and Wavefront Sensing, Springer (2015). T. Kreis,J. Europ. Opt. Soc. Rap. Public. 7, 12006 (2012). J. Mundt and T. Kreis,Optical Engineering 49(12), 125801 (2010)
本発明の目的は、単一波長の光を照射して1方向から観察する場合に比べて、同時に観察される観察領域が拡大された画像情報を得られるデジタルホログラフィ装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明は、観察対象に照射する第1波長の光を投光する第1光源と、前記第1光源から投光された第1波長の光を物体光用光と参照光とに分岐すると共に、第1波長の物体光用光を第1観察方向から前記観察対象に投光する第1分岐光学素子と、前記第1波長の物体光と第1波長の参照光との干渉により生成した第1ホログラムを撮像する第1撮像部と、前記観察対象を透過した第1波長の物体光または前記観察対象で反射された第1波長の物体光を前記第1撮像部の方向に伝搬する第1レンズと、前記第1分岐光学素子から得られた第1波長の参照光を前記第1撮像部の方向に反射する第1反射部と、を備えた第1ユニットと、
前記観察対象に照射する前記第1波長とは異なる第2波長の光を投光する第2光源と、前記第2光源から投光された第2波長の光を物体光用光と参照光とに分岐すると共に、第2波長の物体光用光を前記第1観察方向と交差する第2観察方向から前記観察対象に投光する第2分岐光学素子と、前記第2波長の物体光と第2波長の参照光との干渉により生成した第2ホログラムを撮像する第2撮像部と、前記観察対象を透過した第2波長の物体光または前記観察対象で反射された第2波長の物体光を前記第2撮像部の方向に伝搬する第2レンズと、前記第2分岐光学素子から得られた第2波長の参照光を前記第2撮像部の方向に反射する第2反射部と、を備えた第2ユニットと、を備え、
前記第1レンズの第1焦点位置と前記第2レンズの第2焦点位置とが前記観察対象内に位置し、前記第1焦点位置と前記第2焦点位置とが異なるように、前記第1ユニットと前記第2ユニットとを配置する、デジタルホログラフィ装置である。
請求項2に記載の発明は、前記第1ユニットが、前記第1撮像部の光入射側に配置され、第1波長の光だけを透過する第1フィルタを含み、前記第1撮像部が、前記第1フィルタを透過した第1波長の物体光と第1波長の参照光との干渉により生成した第1ホログラムを撮像し、前記第2ユニットが、前記第2撮像部の光入射側に配置され、第2波長の光だけを透過する第2フィルタを含み、前記第2撮像部が、前記第2フィルタを透過した第2波長の物体光と第2波長の参照光との干渉により生成した第2ホログラムを撮像する、 請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項3に記載の発明は、前記第1撮像部及び前記第2撮像部の各々は、前記第1ホログラムの撮像時間と前記第2ホログラムの撮像時間とが全部または一部重なるように撮像を行う、請求項1または請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項4に記載の発明は、前記第1ホログラムの画像情報と前記第2ホログラムの画像情報とが関連付けられる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項5に記載の発明は、前記観察対象の前記第1波長の光によりホログラムとして記録される観察領域と、前記観察対象の前記第2波長の光によりホログラムとして記録される観察領域とは重ならずに隣接する、請求項1から請求項4までの何れか1に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項6に記載の発明は、前記観察対象の前記第1波長の光によりホログラムとして記録される観察領域の一部と、前記観察対象の前記第2波長の光によりホログラムとして記録される観察領域の一部とが重なる、請求項1から請求項4までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項7に記載の発明は、第1ユニットと前記第2ユニットとが、第1観察方向と第2観察方向とが交差するように配置され、前記第1撮像部の撮像面が前記第1観察方向と交差して配置され、前記第2撮像部の撮像面が前記第2観察方向と交差して配置されている、請求項1から請求項6までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項8に記載の発明は、前記第1波長の光が第1偏光方向の光であり、前記第2波長の光が第1偏光方向とは異なる第2偏光方向の光である場合に、前記第1ユニットが、干渉前に前記第1波長の光を照射して得られる物体光から第1偏光方向の光だけを透過する第1フィルタを備え、前記第2ユニットが、干渉前に前記第2波長の光を照射して得られる物体光から第2偏光方向の光だけを透過する第2フィルタを備えている、請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項9に記載の発明は、更に、前記第1ホログラムの画像情報を処理して第1再生像を生成すると共に、前記第2ホログラムの画像情報を処理して第2再生像を生成する画像情報処理部を備えた、請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項1、請求項2に記載の発明によれば、単一波長の光を照射して1方向から観察する場合に比べて、観察対象を所望の2方向から観察し、観察される観察領域が拡大された画像情報を得られる。また、第1ホログラム生成部及び第2ホログラム生成部の各々に含まれる光学部品が共通しており、各々のユニット化が容易になる。
請求項3に記載の発明によれば、観察対象が同時に観察される観察領域を拡大させることができる。
請求項4に記載の発明によれば、同じ観察対象について得られたホログラムの画像情報が関連付けられる。
請求項5に記載の発明によれば、同時に観察される観察領域が最も拡大する。
請求項6に記載の発明によれば、同時に観察される2つの観察領域の連結が、これら2つの観察領域がまったく重ならない場合に比べて容易である。
請求項7に記載の発明によれば、2つの撮像部が物体光の光軸上に配置され、光軸上に配置しない場合に比べて装置全体が小型化する。
請求項8に記載の発明によれば、波長フィルタでは除去しきれないノイズが除去される。
請求項9に記載の発明によれば、3次元構造を有する再生像が取得される。
本発明の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。 (A)及び(B)は第1の実施の形態に係るホログラム生成部の動作の一例を示す模式図である。 (A)は各波長の光が通過する領域を示す模式図であり、(B)は各波長の光による観察領域を示す模式図である。 観察領域が拡大する様子を示す模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の他の一例を示す概略構成図である。 観察領域が拡大する様子を示す模式図である。 本発明の第2の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の第3の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。 (A)及び(B)は第3の実施の形態に係るホログラム生成部の動作の一例を示す模式図である。 本発明の第4の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
<第1の実施の形態>
(デジタルホログラフィ装置)
まず、デジタルホログラフィ装置の全体構成について説明する。図1は本発明の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置の構成の一例を示す概略構成図である。デジタルホログラフィ装置10は、ホログラムを生成するホログラム生成部12、ホログラムを撮像する第1撮像部14、第2撮像部14、ホログラムを撮像して得られた画像情報を処理して再生像を生成する画像情報処理部16、及び表示部18を備えている。
ホログラム生成部12は、観察対象に対して第1波長の光を照射して第1観察方向で得られる物体光と、第1波長の光から得られる参照光とを干渉させて、干渉縞である第1ホログラムを生成する第1ホログラム生成部として機能する。第1撮像部14は、CCD等のデジタル撮像素子であり、第1ホログラム生成部により生成された第1ホログラムを撮像する。
また、ホログラム生成部12は、観察対象に対して第2波長の光を照射して第2観察方向で得られる物体光と、第2波長の光から得られる参照光とを干渉させて、干渉縞である第2ホログラムを生成する第2ホログラム生成部として機能する。ここで、第2波長は第1波長とは異なる波長である。また、第2観察方向は、第1観察方向と交差する方向である。第2撮像部14は、CCD等のデジタル撮像素子であり、第2ホログラム生成部により生成された第2ホログラムを撮像する。
第1ホログラムの画像情報と第2ホログラムの画像情報とは、画像情報処理部16に出力される。第1ホログラムの画像情報と第2ホログラムの画像情報とは関連付けられて、画像情報処理部16の後述するメモリ等の記憶装置に記憶される。第1波長と第2波長は、波長フィルタ等で分離可能な波長であればよい。例えば、第1波長を500nm〜560nmの緑色光とし、第2波長を650nm〜780nmの赤色光としてもよい。また、第1観察方向と第2観察方向とは、観察対象を観察したい所望の方向とすればよい。なお、ホログラム生成部12の構成については後述する。
画像情報処理部16は、第1撮像部14により第1ホログラムを撮像して得られた画像情報を処理して第1再生像を生成すると共に、第2撮像部14により第2ホログラムを撮像して得られた画像情報を処理して第2再生像を生成する。上述した通り、デジタルホログラフィ技術では、ホログラムをデジタル撮像素子で撮像し、撮像されたホログラムの画像情報を計算機内で再生処理することにより、3次元構造を有する再生像を取得する。なお、再生処理の手法としては、周知のコンボリューション法やフレネル法が使用される。例えば、非特許文献2(U. Schnars, C. Falldorf, J. Watson and, W. Juptner, Digital Holography and Wavefront Sensing, Springer (2015).)に記載の方法が使用される。
画像情報処理部16は、CPU、ROM、RAM、及びメモリを備えたコンピュータとして構成されている。ROMには、ホログラムを撮像して得られた画像情報を処理して3次元構造を有する再生像を得る「再生処理」のプログラムが記憶されている。CPUは、ROMに記憶された「再生処理」のプログラムを読み出して、RAMをワークエリアとして使用して「再生処理」のプログラムを実行する。また、表示部18は、コンピュータの周辺装置として配置されたディスプレイ等である。表示部18には、生成された再生像などが表示される。なお、周辺装置としてキーボード等の入力装置を備えていてもよい。
本実施の形態では、観察対象に第1波長の光を照射して観察対象を第1観察方向から観察したときの第1ホログラムの撮像と同時に、観察対象に第2波長の光を照射して観察対象を第2観察方向から観察したときの第2ホログラムが撮像される。したがって、単一波長の光を照射して1方向から観察する場合に比べて、観察対象を所望の方向から観察することができ、同時に観察される観察領域が拡大する。換言すれば、観察対象を観察できない死角が減少するのである。
なお、本明細書において「同時」とは、第1ホログラムの撮像時間と第2ホログラムの撮像時間とが完全に重なる場合だけでなく、第1ホログラムの撮像時間と第2ホログラムの撮像時間とが一部重なる場合も含む。
(ホログラム生成部)
次に、ホログラム生成部12について説明する。ここでは、第1撮像部14及び第2撮像部14も含めて説明する。図2は本発明の第1の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。第1の実施の形態では、観察対象Sを透過した透過光を物体光とする。ホログラム生成部12は、第1ユニット100と第2ユニット100とを備えている。
第1ユニット100は、第1波長(λ1)の光を投光する第1光源22、入射した光を入射方向に応じて分岐、透過、または反射する反射面25を有する分岐光学素子24、レンズ26、入射した光を入射方向に応じて分岐、統合、透過、または反射する反射面29を有する分岐光学素子28、第1波長(λ1)の光だけを透過する波長フィルタ30、レンズ32、第1撮像部14、反射鏡34、反射鏡36、及びレンズ38を備え、各光学部品が同じ基板上に設置されている。
第2ユニット100は、第2波長(λ2)の光を投光する第2光源22、入射した光を入射方向に応じて分岐、透過、または反射する反射面(図示せず)を有する分岐光学素子24、レンズ26、入射した光を入射方向に応じて分岐、統合、透過、または反射する反射面(図示せず)を有する分岐光学素子28、第2波長(λ2)の光だけを透過する波長フィルタ30、レンズ32、第2撮像部14、及び参照光の光路を形成する光学系(図示せず)を備え、各光学部品が同じ基板上に設置されている。参照光の光路を形成する光学系は、一対の反射鏡とレンズである。
第1撮像部14を、第1ユニット100内に配置すると共に、第2撮像部14を、第2ユニット100内に配置することで、デジタルホログラフィ装置10の全体が小型化する。後述するとおり、第1撮像部14は、第1波長の物体光の光軸上に配置され、第2撮像部14は、第2波長の物体光の光軸上に配置される。
分岐光学素子24、分岐光学素子24、分岐光学素子28、及び分岐光学素子28としては、ビームスプリッタ等を用いてもよい。また、波長フィルタ30及び波長フィルタ30としては、バンドパスフィルタ等を用いてもよい。
第1ユニット100においては、第1光源22、分岐光学素子24、レンズ26、分岐光学素子28、波長フィルタ30、及びレンズ32の各々が、光軸が揃えられて、第1観察方向に沿って記載された順序で配置されている。第1光源22及び分岐光学素子24は、観察対象Sの配置位置に対し第1観察方向上流側に配置され、レンズ26、分岐光学素子28、波長フィルタ30、レンズ32、及び第1撮像部14は、観察対象Sの配置位置に対し第1観察方向下流側に配置されている。
観察対象Sは図示しない保持部材により保持されている。レンズ26は、その焦点位置が観察対象S内に位置するように配置されている。後述する通り、第2ユニット100に含まれるレンズ26の焦点位置は、レンズ26の焦点位置とは異なっている。また、第1撮像部14は、その撮像面がレンズ32の焦点位置となるように配置されている。
反射鏡34は、分岐光学素子24の参照光反射側に配置されている。また、反射鏡36及びレンズ38は、分岐光学素子28の参照光入射側に配置されている。反射鏡34の反射面は、入射光が反射鏡36の方向に反射されるように、分岐光学素子24で反射された参照光の光軸に対して45°の角度だけ傾けられている。また、反射鏡36の反射面は、入射光がレンズ38の方向に反射されるように、反射鏡34で反射された参照光の光軸に対して45°の角度だけ傾けられている。
第2ユニット100においては、第2光源22、分岐光学素子24、レンズ26、分岐光学素子28、波長フィルタ30、及びレンズ32の各々が、光軸が揃えられて、第2観察方向に沿って記載された順序で配置されている。第2光源22及び分岐光学素子24は、観察対象Sの配置位置に対し第2観察方向上流側に配置され、レンズ26、分岐光学素子28、波長フィルタ30、レンズ32、及び第2撮像部14は、観察対象Sの配置位置に対し第2観察方向下流側に配置されている。
レンズ26は、その焦点位置が観察対象S内に位置するように配置されている。後述する通り、第1ユニット100に含まれるレンズ26の焦点位置は、レンズ26の焦点位置とは異なっている。また、第2撮像部14は、その撮像面がレンズ32の焦点位置となるように配置されている。なお、図示はしないが、分岐光学素子24で反射された参照光が分岐光学素子28に入射するように、参照光の光路を形成する光学系が配置されている。
本実施の形態では、第1波長の物体光の光軸方向が「第1観察方向」であり、第2波長の物体光の光軸方向が「第2観察方向」である。したがって、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸とは交差する。図示した例では、第1観察方向と第2観察方向とは直交しており、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸も直交している。
(ホログラム生成部の動作)
次に、ホログラム生成部12の動作について説明する。図3(A)及び(B)は第1の実施の形態に係るホログラム生成部の動作の一例を示す模式図である。図3(A)では、第1波長の物体光と参照光とを干渉させて第1ホログラムを生成する第1ホログラム生成部としての第1ユニット100の動作を説明する。図3(B)では、第2波長の物体光と参照光とを干渉させて第2ホログラムを生成する第1ホログラム生成部としての第2ユニット100の動作を説明する。
まず、第1ユニット100の動作について説明する。図3(A)に示すように、第1光源22から平行光として投光された第1波長の光は、分岐光学素子24に入射する。分岐光学素子24に入射された第1波長の光の一部は、反射面25を透過して第1観察方向に出射する。分岐光学素子24に入射された第1波長の光の残部は、反射面25で反射される。これにより、第1光源22から投光された第1波長の光が、物体光用の光と参照光とに分岐される。なお、参照光は点線で表示する。
分岐光学素子24を透過した第1波長の光(物体光用の光)は、平行光のまま観察対象Sに照射される。即ち、観察対象Sに照射される第1波長の光は「平面波」である。照射された光は、観察対象Sを透過する際に散乱される。なお、図3(A)では光軸を通過する光線が散乱される様子を図示している。
観察対象Sを透過した第1波長の物体光は、レンズ26により平行光化されて分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第1波長の物体光は、反射面29を透過して第1観察方向に出射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第1撮像部14の撮像面に照射される。
分岐光学素子24で反射された第1波長の光(参照光)は、反射鏡34に照射され、反射鏡34により反射鏡36の方向に反射され、反射鏡36によりレンズ38の方向に反射され、レンズ38により集光されて、分岐光学素子28に入射する。
分岐光学素子28に入射された第1波長の参照光は、反射面29で第1観察方向に反射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第1撮像部14の撮像面に照射される。
第1撮像部14の撮像面に照射された第1波長の物体光と第1波長の参照光とが干渉し、第1撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第1撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第1ホログラムとして撮像する。
次に、第2ユニット100の動作について説明する。図3(B)に示すように、第2光源22から平行光として投光された第2波長の光は、分岐光学素子24に入射する。分岐光学素子24に入射された第2波長の光の一部は、反射面(図示せず)を透過して第2観察方向に出射する。分岐光学素子24に入射された第2波長の光の残部は、反射面(図示せず)で反射される。これにより、第2光源22から投光された第2波長の光が、物体光用の光と参照光とに分岐される。なお、参照光は点線で表示する。
分岐光学素子24を透過した第2波長の光(物体光用の光)は、平行光のまま観察対象Sに照射される。即ち、観察対象Sに照射される第2波長の光は「平面波」である。照射された光は、観察対象Sを透過する際に散乱される。なお、図3(B)では光軸を通過する光線が散乱される様子を図示している。
観察対象Sを透過した第2波長の物体光は、レンズ26により平行光化されて分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第2波長の物体光は、反射面29を透過して第2観察方向に出射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第2撮像部14の撮像面に照射される。
分岐光学素子24で反射された第2波長の光(参照光)は、図示しない光学系を通って分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第2波長の参照光は、反射面(図示せず)で第2観察方向に反射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第2撮像部14の撮像面に照射される。
第2撮像部14の撮像面に照射された第2波長の物体光と第2波長の参照光とが干渉し、第2撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第2撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第2ホログラムとして撮像する。
本実施の形態では、第1ユニット100による第1ホログラム生成部としての動作と、第2ユニット100による第2ホログラム生成部としての動作とを同時に行う。第1波長の光と第2波長の光とは波長が異なっているので、第1波長の光と第2波長の光とを観察対象に対して照射して、第1波長の物体光と第2波長の物体光とを生成することができ、生成した第1波長の物体光と第2波長の物体光とが波長フィルタ等で分離される。これにより、同時に観察される観察領域が拡大する。
また、本実施の形態では、観察対象に物体光用の光を「平面波」として照射するので、観察対象の広い範囲が均一に照明される。このため、再生像の明るさも均一になる。例えば、観察対象の面内や深度方向の広い範囲を撮影する場合には、物体光用の光を「平面波」として照射する方法が適している。
なお、本実施の形態では、同じ波長の物体光の光軸と参照光の光軸とが同軸(in-line)としているが、物体光の光軸と参照光の光軸とが交差するように参照光の光軸を傾けてもよい(軸外:off-axis)。軸外(off-axis)の方が、1次回折光と0次光とを分離しやすく、0次光により再生像に発生するノイズが低減される。
例えば、第1波長の参照光を斜めから照射するには、分岐光学素子28を傾ければよい。または、波長フィルタ30の前後に、参照光の光路を変更する偏向素子を挿入すればよい。偏向素子は、例えば、楔型プリズム等の光学素子としてもよい。
(観察領域の拡大)
次に、観察領域の拡大について説明する。
図4(A)は各波長の光が通過する領域を示す模式図であり、図4(B)は各波長の光による観察領域を示す模式図である。第1ホログラム生成部の動作として説明した通り、観察対象Sを透過した第1波長の物体光は、レンズ26により平行光化される。また、第2ホログラム生成部の動作として説明した通り、観察対象Sを透過した第2波長の物体光は、レンズ26により平行光化される。
したがって、図4(A)に示すように、第1波長の物体光は、観察対象S内のレンズ26の焦点位置1で焦点を結び、第2波長の物体光は、観察対象S内のレンズ26の焦点位置2で焦点を結ぶ。観察対象S内において焦点位置1と焦点位置2とは異なる位置である。本実施の形態では、レンズ26を含む第1ユニット100に対して、レンズ26を含む第2ユニット100を相対的に移動させて、焦点位置1と焦点位置2とを離間させている。
なお、図4(A)は、物体光が通過する観察対象S内の領域を模式的に表すものであり、光軸上の焦点からの散乱光のうち、対物レンズに入射する光線の最大角度範囲を図示している。図4(A)では、対物レンズであるレンズ26のNAに応じて複数の光線が焦点位置1からレンズで26に入射し、対物レンズであるレンズ26のNAに応じて複数の光線が焦点位置2からレンズで26に入射する。
ここで、焦点深度とは、物体光が結像された光像のボケが許容される「撮像素子の光軸方向における焦点が合った位置からの距離」のことである。また、被写界深度とは、物体光が結像された光像のボケが許容される「観察対象内の光軸方向における焦点位置からの距離(ホログラムからの再生距離)」のことである。即ち、第1波長の物体光の光軸方向において焦点位置1の前後の、太い実線の矢印で図示した範囲が、第1波長の物体光の被写界深度(λ1)である。
本実施の形態では、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸とは交差するので、2つの物体光の被写界深度の方向は異なっている。そこで、被写界深度の拡大を表現するために、第2波長の物体光については被写界深度ではなく「測定視野」を定義する。ここで「測定視野」とは、物体光が結像された光像のボケが許容される「観察対象内の第1波長の物体光の光軸方向における観察領域の長さ」である。焦点位置2に沿った太い点線の矢印で図示した範囲が、第2波長の物体光の測定視野(λ2)である。
図4(B)に示すように、物体光の光軸を含む断面で見ると、淡色で図示した第1波長の物体光による第1観察領域(λ1)は、被写界深度(λ1)と対物レンズのNAとに対応して、2つの台形を底辺で接合した形状(以下、「台形状」という。)となる。一方、濃色で図示した第2波長の物体光による第2観察領域(λ2)は、被写界深度(λ2)と対物レンズのNAとに対応して台形状となる。なお、台形状になるのは、対物レンズのNAにより観察領域が制限されるためである。
観察対象S内において焦点位置1と焦点位置2とは位置及び方向が異なるので、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)についても位置及び方向が異なっている。これにより、単一波長の光を照射して観察する場合に比べて、同時に観察される観察領域が第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)とを連結した領域まで拡大される。第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)との連結は、画像情報処理部16で実施される(図1参照)。
画像情報処理部16は、互いに関連付けられた第1ホログラムの画像情報と第2ホログラムの画像情報とを記憶装置から読み出し、第1ホログラムの画像情報を処理して第1再生像を生成し、第2ホログラムの画像情報を処理して第2再生像を生成する。これら第1再生像と第2再生像とを合成することで、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)とが連結される。連結された観察領域の画像、即ち、第1再生像と第2再生像の合成画像は、表示部18に表示される。
また、被写界深度(λ1)と測定視野(λ2)とを合成することで、第1波長の物体光の光軸方向における被写界深度が拡大する。なお、被写界深度は、波長を「λ」、対物レンズであるレンズ26、レンズ26の開口数を「NA」、撮像部の画素の直径(いわゆる、画素ピッチ)を「p」、撮像部の画素数を「N」、拡大倍率を「M」として、例えば、焦点位置から下記式(1)で表される範囲である。下記式(1)では、分子の「N」が画素数を表す。
上記式(1)は対物レンズのNAで決まる分解能が維持できる範囲を表す。したがって、必要とされる解像度は用途に依存するため、被写界深度はこの式に限定されない。また、測定視野は、pN/Mで表される。
なお、第1ホログラムの画像情報と第2ホログラムの画像情報とを関連付けて記憶する際に、第1波長の物体光の焦点位置1の三次元座標と、第2波長の物体光の焦点位置2の三次元座標とを併せて記憶しておくとよい。例えば、観察対象Sを保持する保持部材が位置センサ等を備える場合は、対物レンズであるレンズ28、レンズ28の焦点位置の三次元座標が求められる。焦点位置1の三次元座標と焦点位置2の三次元座標とは、第1再生像と第2再生像とを合成する際に活用される。
また、図4(B)に示す例では、被写界深度(λ1)と測定視野(λ2)は一部重複しており(図4(A)に「共通領域」として図示する)、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)も一部重複している。重複部分を濃色と淡色の中間の濃度の色で図示する。この場合、重複部分がパターンマッチング等により特定されるので、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)との連結が容易になる。また、重複部分については第1ホログラムの画像情報と第2ホログラムの画像情報とが取得される。
なお、2つの観察領域の重なり具合はこれに限定されるものではない。図5に示すように、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)とが隣接するようにしてもよい。ここでも、第1観察領域(λ1)を淡色で図示し、第2観察領域(λ2)を濃色で図示する。この場合、合成された被写界深度は最大となり、連結された観察領域も最大となる。
第1ユニット100での、開口数を「NA」、撮像部の画素の直径を「p」、撮像部の画素数を「N」、拡大倍率を「M」とすると、被写界深度(λ1)は焦点位置から下記式(2)で表される範囲である。
また、第2ユニット100での撮像部の画素の直径を「p」、撮像部の画素数を「N」、拡大倍率を「M」とすると、測定視野(λ2)は、p/Mで表される。
また、第1観察方向と第2観察方向とは90°以外の角度で交差していてもよい。即ち、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸とは90°以外の角度で交差していてもよい。図6は本発明の第1の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の他の一例を示す概略構成図である。第1観察方向(第1波長の物体光の光軸方向)と第2観察方向(第2波長の物体光の光軸方向)との交差角度を90°より大きくした以外は、図2に示すホログラム生成部の構成と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
図7は観察領域が拡大する様子を示す模式図である。ここでも、第1観察領域(λ1)を淡色で図示し、第2観察領域(λ2)を濃色で図示し、2つの領域の重複部分をその中間の濃度の色で図示する。交差角度を変更したので、図4(B)に示す例と比較すると、焦点位置2の位置及び方向が異なるので、第2観察領域(λ2)についても位置及び方向が異なっている。この場合の「測定視野(λ2)」は、pN/Mではなく、交差角θを用いてpNcosθ/Mと表される。したがって、合成された被写界深度も異なり、連結された観察領域の範囲も異なる。
<第2の実施の形態>
図8は本発明の第2の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。第2の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置は、観察対象に波長及び偏光方向の異なる光を照射して物体光を得るようにホログラム生成部の構成を変更した以外は、第1の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、第2の実施の形態でも、第1の実施の形態と同様に、観察対象を透過した透過光を物体光とする。また、観察対象に照射される光は「平面波」である。
第2の実施の形態に係るホログラム生成部12は、第1ユニット100Aと第2ユニット100Aとを備えている。第1ユニット100Aは、第1波長の光を投光する第1光源22の代わりに「第1波長で且つS偏光の光」を投光する第1光源22Aを配置し、波長フィルタ30とレンズ32との間にS偏光の光だけを透過する偏光フィルタ30Sを挿入した以外は、図2に示す第1ユニット100と同じ構成であるため説明を省略する。
第2ユニット100Aは、第2波長の光を投光する第2光源22の代わりに「第2波長で且つP偏光の光」を投光する第2光源22Aを配置し、波長フィルタ30とレンズ32との間にP偏光の光だけを透過する偏光フィルタ30Pを挿入した以外は、図2に示す第2ユニット100と同じ構成であるため説明を省略する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1観察方向と第2観察方向とが交差しており、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸も交差している。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、レンズ26の焦点位置がレンズ26の焦点位置とは異なるように、第1ユニット100Aと第2ユニット100Aとが配置されている。
(ホログラム生成部の動作)
第1波長の光が「第1波長で且つS偏光の光」に代わり、第2波長の光が「第2波長で且つP偏光の光」に代わっただけであり、本実施の形態のホログラム生成部の動作は、第1の実施の形態のホログラム生成部の動作と略同様であるため、相違点のみ説明する。
第1ユニット100では、分岐光学素子28に入射された第1波長で且つS偏光の物体光は、反射面29を透過して第1観察方向に出射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30SによりS偏光以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第1撮像部14の撮像面に照射される。
一方、分岐光学素子28に入射された第1波長で且つS偏光の参照光は、反射面29で第1観察方向に反射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30SによりS偏光以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第1撮像部14の撮像面に照射される。
第1撮像部14の撮像面に照射された第1波長で且つS偏光の物体光と第1波長で且つS偏光の参照光とが干渉し、第1撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第1撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第1ホログラムとして撮像する。
次に、第2ユニット100では、分岐光学素子28に入射された第2波長で且つP偏光の物体光は、反射面(図示せず)を透過して第2観察方向に出射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30PによりP偏光以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第2撮像部14の撮像面に照射される。
一方、分岐光学素子28に入射された第2波長で且つP偏光の参照光は、反射面(図示せず)で第2観察方向に反射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30PによりP偏光以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第2撮像部14の撮像面に照射される。
第2撮像部14の撮像面に照射された第2波長で且つP偏光の物体光と第2波長で且つP偏光の参照光とが干渉し、第2撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第2撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第2ホログラムとして撮像する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1ユニット100Aによる第1ホログラム生成部としての動作と、第2ユニット100Aによる第2ホログラム生成部としての動作とを同時に行う。これにより、同時に観察できる観察領域が拡大する。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、観察対象に物体光用の光を「平面波」として照射するので、観察対象の広い範囲が均一に照明され、再生像の明るさも均一になる。
特に、本実施の形態では、第1波長の光と第2波長の光とは、波長だけでなく偏光方向も異なっている。したがって、「第1波長で且つS偏光の光」から生成した「第1波長で且つS偏光の物体光」と「第2波長で且つP偏光の光」から生成した「第2波長で且つP偏光の物体光」とが、波長フィルタ及び偏光フィルタ等で分離される。波長フィルタに加えて偏光フィルタを通過させることで、波長フィルタでは除去しきれないノイズが除去される。
<第3の実施の形態>
図9は本発明の第3の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。第3の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置は、観察対象で反射された反射光を物体光とするようにホログラム生成部の構成を変更した以外は、第1の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、第3の実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、観察対象に照射される光は「平面波」である。
第3の実施の形態に係るホログラム生成部12は、第1ユニット100Bと第2ユニット100Bとを備えている。第1ユニット100Bでは、分岐光学素子24と反射鏡34が削除され、レンズ23が追加されている。また、光源22、レンズ23、分岐光学素子28、及びレンズ38の各々は、光軸が揃えられて、その光学系の光軸が物体光の光軸と直交するように、記載された順序で配置されている。更に、反射鏡36は、入射光がレンズ38の方向に反射されるように、反射面が上記光学系の光軸と直交するように配置されている。
第2ユニット100Bでは、分岐光学素子24と反射鏡34が削除され、レンズ23が追加されている。また、光源22、レンズ23、分岐光学素子28、及びレンズ38の各々は、光軸が揃えられて、その光学系の光軸が物体光の光軸と直交するように、記載された順序で配置されている。更に、反射鏡36は、入射光がレンズ38の方向に反射されるように、反射面が上記光学系の光軸と直交するように配置されている。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1観察方向と第2観察方向とが交差しており、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸も交差している。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、レンズ26の焦点位置がレンズ26の焦点位置とは異なるように、第1ユニット100Bと第2ユニット100Bとが配置されている。
また、本実施の形態では、第1ユニット100Bの各光学部品は、観察対象Sの配置位置に対して第1観察方向にまとめて配置され、第2ユニット100Bの各光学部品は、観察対象Sの配置位置に対して第2観察方向にまとめて配置されている。これにより、デジタルホログラフィ装置10の全体が小型化する。
(ホログラム生成部の動作)
次に、ホログラム生成部12の動作について説明する。図10(A)及び(B)は第1の実施の形態に係るホログラム生成部の動作の一例を示す模式図である。図10(A)では、第1波長の物体光と参照光とを干渉させて第1ホログラムを生成する第1ホログラム生成部としての第1ユニット100Bの動作を説明する。図10(B)では、第2波長の物体光と参照光とを干渉させて第2ホログラムを生成する第1ホログラム生成部としての第2ユニット100Bの動作を説明する。
まず、第1ユニット100Bの動作について説明する。図10(A)に示すように、第1光源22から平行光として投光された第1波長の光は、レンズ23で集光されて、分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第1波長の光の一部は、反射面29でレンズ26の方向に反射される。分岐光学素子24に入射された第1波長の光の残部は、反射面29を透過してレンズ38の方向に出射される。これにより、第1光源22から投光された第1波長の光が、物体光用の光と参照光とに分岐される。なお、物体光は一点鎖線で表示し、参照光は点線で表示する。
分岐光学素子28で反射された第1波長の光(物体光用の光)は、レンズ26で平行光化されて観察対象Sに照射される。即ち、観察対象Sに照射される第1波長の光は「平面波」である。照射された光は、観察対象Sで反射されて散乱される。なお、図10(A)では光軸を通過する光線が散乱される様子を図示している。なお、観察対象Sで反射された後の物体光を実線で表示する。
観察対象Sで反射された第1波長の物体光は、レンズ26により平行光化されて分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第1波長の物体光は、反射面29を透過して第1観察方向に出射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第1撮像部14の撮像面に照射される。
分岐光学素子28を透過した第1波長の光(参照光)は、レンズ38により平行光化されて反射鏡36に照射され、反射鏡36によりレンズ38の方向に反射され、レンズ38により集光されて、分岐光学素子28に入射する。
分岐光学素子28に入射された第1波長の参照光は、反射面29で第1観察方向に反射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第1撮像部14の撮像面に照射される。
第1撮像部14の撮像面に照射された第1波長の物体光と第1波長の参照光とが干渉し、第1撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第1撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第1ホログラムとして撮像する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1観察方向と第2観察方向とが交差しており、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸も交差している。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、レンズ26の焦点位置がレンズ26の焦点位置とは異なるように、第1ユニット100Bと第2ユニット100Bとが配置されている。
次に、第2ユニット100Bの動作について説明する。図10(B)に示すように、第2光源22から平行光として投光された第2波長の光は、レンズ23で集光されて、分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第2波長の光の一部は、反射面29でレンズ26の方向に反射される。分岐光学素子24に入射された第2波長の光の残部は、反射面29を透過してレンズ38の方向に出射される。これにより、第2光源22から投光された第2波長の光が、物体光用の光と参照光とに分岐される。なお、物体光は一点鎖線で表示し、参照光は点線で表示する。
分岐光学素子28で反射された第2波長の光(物体光用の光)は、レンズ26で平行光化されて観察対象Sに照射される。即ち、観察対象Sに照射される第2波長の光は「平面波」である。照射された光は、観察対象Sで反射されて散乱される。なお、図10(B)では光軸を通過する光線が散乱される様子を図示している。なお、観察対象Sで反射された後の物体光を実線で表示する。
観察対象Sで反射された第2波長の物体光は、レンズ26により平行光化されて分岐光学素子28に入射する。分岐光学素子28に入射された第2波長の物体光は、反射面29を透過して第2観察方向に出射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第2撮像部14の撮像面に照射される。
分岐光学素子28を透過した第2波長の光(参照光)は、レンズ38により平行光化されて反射鏡36に照射され、反射鏡36によりレンズ38の方向に反射され、レンズ38により集光されて、分岐光学素子28に入射する。
分岐光学素子28に入射された第2波長の参照光は、反射面29で第2観察方向に反射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第2撮像部14の撮像面に照射される。
第2撮像部14の撮像面に照射された第2波長の物体光と第2波長の参照光とが干渉し、第2撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第2撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第2ホログラムとして撮像する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1ユニット100Bによる第1ホログラム生成部としての動作と、第2ユニット100Bによる第2ホログラム生成部としての動作とを同時に行う。これにより、同時に観察できる観察領域が拡大する。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、観察対象に物体光用の光を「平面波」として照射するので、観察対象の広い範囲が均一に照明され、再生像の明るさも均一になる。
特に、本実施の形態では、観察対象で反射された反射光を物体光とするので、透過光を物体光とする場合に比べて明るい画像(即ち、高いSN比)が得られる。これは、物体光が観察対象の表面で生成されるため、透過光を物体光とする場合と異なり、観察対象内部での吸収や散乱により物体光のSN比が低下しないためである。
<第4の実施の形態>
図11は本発明の第4の実施の形態に係るホログラム生成部の構成の一例を示す概略構成図である。第4の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置は、観察対象に波長及び偏光方向の異なる光を照射して物体光を得るようにホログラム生成部の構成を変更した以外は、第3の実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。なお、第4の実施の形態でも、第3の実施の形態と同様に、観察対象で反射された反射光を物体光とする。また、観察対象に照射される光は「平面波」である。
第4の実施の形態に係るホログラム生成部12は、第1ユニット100Cと第2ユニット100Cとを備えている。第1ユニット100Cは、第1波長の光を投光する第1光源22の代わりに「第1波長で且つS偏光の光」を投光する第1光源22Cを配置し、波長フィルタ30とレンズ32との間にS偏光の光だけを透過する偏光フィルタ30Sを挿入した以外は、図9に示す第1ユニット100Bと同じ構成であるため説明を省略する。
第2ユニット100Cは、第2波長の光を投光する第2光源22の代わりに「第2波長で且つP偏光の光」を投光する第2光源22Cを配置し、波長フィルタ30とレンズ32との間にP偏光の光だけを透過する偏光フィルタ30Pを挿入した以外は、図9に示す第2ユニット100Bと同じ構成であるため説明を省略する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1観察方向と第2観察方向とが交差しており、第1波長の物体光の光軸と第2波長の物体光の光軸も交差している。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、レンズ26の焦点位置がレンズ26の焦点位置とは異なるように、第1ユニット100Cと第2ユニット100Cとが配置されている。
(ホログラム生成部の動作)
第1波長の光が「第1波長で且つS偏光の光」に代わり、第2波長の光が「第2波長で且つP偏光の光」に代わっただけであり、本実施の形態のホログラム生成部の動作は、第3の実施の形態のホログラム生成部の動作と略同様であるため、相違点のみ説明する。
第1ユニット100Cでは、分岐光学素子28に入射された第1波長で且つS偏光の物体光は、反射面29を透過して第1観察方向に出射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30SによりS偏光以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第1撮像部14の撮像面に照射される。
一方、分岐光学素子28に入射された第1波長で且つS偏光の参照光は、反射面29で第1観察方向に反射され、波長フィルタ30により第1波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30SによりS偏光以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第1撮像部14の撮像面に照射される。
第1撮像部14の撮像面に照射された第1波長で且つS偏光の物体光と第1波長で且つS偏光の参照光とが干渉し、第1撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第1撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第1ホログラムとして撮像する。
次に、第2ユニット100Cでは、分岐光学素子28に入射された第2波長で且つP偏光の物体光は、反射面29を透過して第2観察方向に出射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30PによりP偏光以外の光が除去され、レンズ32により集光されて、第2撮像部14の撮像面に照射される。
一方、分岐光学素子28に入射された第2波長で且つP偏光の参照光は、反射面(図示せず)で第2観察方向に反射され、波長フィルタ30により第2波長以外の光が除去され、偏光フィルタ30PによりP偏光以外の光が除去され、レンズ32により平行光化されて第2撮像部14の撮像面に照射される。
第2撮像部14の撮像面に照射された第2波長で且つP偏光の物体光と第2波長で且つP偏光の参照光とが干渉し、第2撮像部14の撮像面では干渉縞が生成している。第2撮像部14は、撮像面上に生成された干渉縞を第2ホログラムとして撮像する。
本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、第1ユニット100Cによる第1ホログラム生成部としての動作と、第2ユニット100Cによる第2ホログラム生成部としての動作とを同時に行う。これにより、同時に観察できる観察領域が拡大する。また、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に、観察対象に物体光用の光を「平面波」として照射するので、観察対象の広い範囲が均一に照明され、再生像の明るさも均一になる。
また、本実施の形態では、第3の実施に形態と同様に、観察対象で反射された反射光を物体光とするので、透過光を物体光とする場合に比べて明るい画像(即ち、高いSN比)が得られる。
また、本実施の形態では、第2の実施に形態と同様に、第1波長の光と第2波長の光とは、波長だけでなく偏光方向も異なっている。したがって、波長フィルタに加えて偏光フィルタを通過させることで、波長フィルタでは除去しきれないノイズが除去される。
<変形例および応用例>
なお、上記実施の形態で説明したデジタルホログラフィ装置の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその構成を変更してもよいことは言うまでもない。
上記の実施の形態で説明したデジタルホログラフィ装置は、デジタルホログラフィック顕微鏡にも応用可能である。デジタルホログラフィック顕微鏡でも、通常の顕微鏡と同様に、観察領域は対物レンズのNAの増加につれて小さくなる。流体の測定など、深度方向の情報が重要な場合には、観察領域の制限が問題になる。
例えば、流体測定では、流れの向きを観察するために微小なトレーサー粒子を流体に混ぜる。この粒子の粒径が小さいほど、粒子の位置を観測するためにNAの高い対物レンズを用いることになる。この場合、NAの高い対物レンズを用いるために、観察される深度方向の領域は小さくなり、所望の領域を観察できない場合が生じる。観察領域を拡大するには、撮像部の画素数を増加させればよいが、画像処理時間が長くなるという問題が生じる。
本実施の形態の構成によれば、撮像部の画素数を増加させることなく、デジタルホログラフィック顕微鏡の観察領域を拡大することができる。
また、従来は、観察対象に一方向から光を照射して生成された反射光をホログラムとして記録して観察対象の形状を計測していたが、この方法で観察対象の周囲を計測するには、観察対象を表裏反転する必要があり、煩雑であった。
本実施の形態に係るデジタルホログラフィ装置によれば、観察対象を互いに異なる観察方向から観察することができ、観察領域内にある被写体を一方向から観察したときの3次元形状と他方向から観察したときの3次元形状とが同時に取得される。
したがって、医療、バイオの分野で、細胞、微生物など微小なため構造把握が困難な観察対象の構造把握が容易になる。また、他の産業分野でも、トナー粒子、マイクロマシン(MEMS)、生物模倣技術など微小構造体の形状把握や検査が容易になる。
10 デジタルホログラフィ装置
12 ホログラム生成部
14 第1撮像部
14 第2撮像部
16 画像情報処理部
18 表示部
22 光源
22 光源
24 分岐光学素子
24 分岐光学素子
26 レンズ
26 レンズ
28 分岐光学素子
28 分岐光学素子
30 波長フィルタ
30 波長フィルタ
30P 偏光フィルタ
30S 偏光フィルタ
34 反射鏡
34 反射鏡
36 反射鏡
36 反射鏡
100 第1ユニット
100 第2ユニット
S 観察対象

Claims (9)

  1. 観察対象に照射する第1波長の光を投光する第1光源と、前記第1光源から投光された第1波長の光を物体光用光と参照光とに分岐すると共に、第1波長の物体光用光を第1観察方向から前記観察対象に投光する第1分岐光学素子と、前記第1波長の物体光と第1波長の参照光との干渉により生成した第1ホログラムを撮像する第1撮像部と、前記観察対象を透過した第1波長の物体光または前記観察対象で反射された第1波長の物体光を前記第1撮像部の方向に伝搬する第1レンズと、前記第1分岐光学素子から得られた第1波長の参照光を前記第1撮像部の方向に反射する第1反射部と、を備えた第1ユニットと、
    前記観察対象に照射する前記第1波長とは異なる第2波長の光を投光する第2光源と、前記第2光源から投光された第2波長の光を物体光用光と参照光とに分岐すると共に、第2波長の物体光用光を前記第1観察方向と交差する第2観察方向から前記観察対象に投光する第2分岐光学素子と、前記第2波長の物体光と第2波長の参照光との干渉により生成した第2ホログラムを撮像する第2撮像部と、前記観察対象を透過した第2波長の物体光または前記観察対象で反射された第2波長の物体光を前記第2撮像部の方向に伝搬する第2レンズと、前記第2分岐光学素子から得られた第2波長の参照光を前記第2撮像部の方向に反射する第2反射部と、を備えた第2ユニットと、
    を備え、
    前記第1レンズの第1焦点位置と前記第2レンズの第2焦点位置とが前記観察対象内に位置し、前記第1焦点位置と前記第2焦点位置とが異なるように、前記第1ユニットと前記第2ユニットとを配置する、
    デジタルホログラフィ装置。
  2. 前記第1ユニットが、前記第1撮像部の光入射側に配置され、第1波長の光だけを透過する第1フィルタを含み、前記第1撮像部が、前記第1フィルタを透過した第1波長の物体光と第1波長の参照光との干渉により生成した第1ホログラムを撮像し、
    前記第2ユニットが、前記第2撮像部の光入射側に配置され、第2波長の光だけを透過する第2フィルタを含み、前記第2撮像部が、前記第2フィルタを透過した第2波長の物体光と第2波長の参照光との干渉により生成した第2ホログラムを撮像する、
    請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。
  3. 前記第1撮像部及び前記第2撮像部の各々は、前記第1ホログラムの撮像時間と前記第2ホログラムの撮像時間とが全部または一部重なるように撮像を行う、請求項1または請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。
  4. 前記第1ホログラムの画像情報と前記第2ホログラムの画像情報とが関連付けられる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。
  5. 前記観察対象の前記第1波長の光によりホログラムとして記録される観察領域と、前記観察対象の前記第2波長の光によりホログラムとして記録される観察領域とは重ならずに隣接する、請求項1から請求項4までの何れか1に記載のデジタルホログラフィ装置。
  6. 前記観察対象の前記第1波長の光によりホログラムとして記録される観察領域の一部と、前記観察対象の前記第2波長の光によりホログラムとして記録される観察領域の一部とが重なる、請求項1から請求項4までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。
  7. 第1ユニットと前記第2ユニットとが、第1観察方向と第2観察方向とが交差するように配置され、
    前記第1撮像部の撮像面が前記第1観察方向と交差して配置され、前記第2撮像部の撮像面が前記第2観察方向と交差して配置されている、
    請求項1から請求項6までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。
  8. 前記第1波長の光が第1偏光方向の光であり、前記第2波長の光が第1偏光方向とは異なる第2偏光方向の光である場合に、
    前記第1ユニットが、干渉前に前記第1波長の光を照射して得られる物体光から第1偏光方向の光だけを透過する第1フィルタを備え、前記第2ユニットが、干渉前に前記第2波長の光を照射して得られる物体光から第2偏光方向の光だけを透過する第2フィルタを備えている、
    請求項2に記載のデジタルホログラフィ装置。
  9. 更に、前記第1ホログラムの画像情報を処理して第1再生像を生成すると共に、前記第2ホログラムの画像情報を処理して第2再生像を生成する画像情報処理部を備えた、
    請求項1から請求項8までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。
JP2016064332A 2016-03-28 2016-03-28 デジタルホログラフィ装置 Active JP6724473B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016064332A JP6724473B2 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 デジタルホログラフィ装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016064332A JP6724473B2 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 デジタルホログラフィ装置
US15/208,371 US10303120B2 (en) 2016-03-28 2016-07-12 Digital holographic apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017181580A JP2017181580A (ja) 2017-10-05
JP6724473B2 true JP6724473B2 (ja) 2020-07-15

Family

ID=60004289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016064332A Active JP6724473B2 (ja) 2016-03-28 2016-03-28 デジタルホログラフィ装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6724473B2 (ja)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003057016A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Canon Inc 高速大口径面形状測定方法および装置
US7289253B2 (en) * 2004-11-13 2007-10-30 Third Dimension Ip Llc System and methods for shearless hologram acquisition
JP2007315976A (ja) * 2006-05-26 2007-12-06 Japan Aerospace Exploration Agency 微小液滴・気泡・粒子の位置・粒径・速度測定の方法と装置
JP5825622B2 (ja) * 2011-04-08 2015-12-02 国立大学法人 和歌山大学 変位・ひずみ分布計測光学系と計測手法
WO2013061819A1 (ja) * 2011-10-27 2013-05-02 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡システム
US9599959B2 (en) * 2012-09-10 2017-03-21 Universite Libre De Bruxelles Method for recording gabor hologram
JP6309384B2 (ja) * 2013-08-26 2018-04-11 学校法人 関西大学 デジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法
WO2015040925A1 (ja) * 2013-09-18 2015-03-26 学校法人 関西大学 デジタルホログラフィ装置およびデジタルホログラフィ方法
JP6312419B2 (ja) * 2013-12-19 2018-04-18 キヤノン株式会社 デジタルホログラフィ3次元撮像装置および撮像方法
CN205384407U (zh) * 2016-03-10 2016-07-13 暨南大学 一种双波长反射式数字全息显微镜

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017181580A (ja) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11187883B2 (en) Structured illuminating microscopy apparatus
US8019136B2 (en) Optical sectioning microscopy
US7839551B2 (en) Holographic microscopy of holographically trapped three-dimensional structures
US9678473B2 (en) Apparatus for producing a hologram
JP6716121B2 (ja) ディジタルホログラフィック顕微鏡
TWI655522B (zh) 結構光照明數位全像之方法與裝置
TWI644098B (zh) 透明基板之瑕疵檢測方法與裝置
JP6995376B2 (ja) 3次元物体情報計測装置
JP2008102294A (ja) 位相物体の可視化方法とその顕微鏡システム
JP4025879B2 (ja) デジタルホログラフィを利用した変位分布計測方法及び装置
JP6759658B2 (ja) デジタルホログラフィ装置
JP4959590B2 (ja) 観察装置
US20200264559A1 (en) Holographic Imaging Device and Data Processing Method Therefor
US9715096B2 (en) Microscope apparatus
JP6724473B2 (ja) デジタルホログラフィ装置
JP6230598B2 (ja) 計測装置
JP2012145361A (ja) デジタルホログラフィ装置
US10545458B2 (en) Optical sectioning using a phase pinhole
JP2015532979A (ja) ガボールホログラムを記録する方法
US10303120B2 (en) Digital holographic apparatus
KR20170079441A (ko) 진동 환경에서 큰 단차를 갖는 샘플의 높낮이 측정을 위한 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법
JP2007071583A (ja) 物体の再生像を得る装置、位相シフトデジタルホログラフィ変位分布計測装置及びパラメータを同定する方法
JP5843179B1 (ja) 検査装置、及び波面収差補正方法
JP6670476B2 (ja) 検出装置
WO2020045584A1 (ja) ホログラフィック撮像装置およびホログラフィック撮像方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200212

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200410

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200526

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6724473

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350