JP6759658B2 - デジタルホログラフィ装置 - Google Patents
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Description
請求項2に記載の発明は、前記第1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、各々が前記第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ホログラムを撮像し、前記第2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、各々が前記第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、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、第1波長の物体光用光を第1方向から前記観察対象に照射すると共に、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、前記第1波長とは異なる第2波長であって前記観察対象に照射する第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第2分岐光学素子と、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、第2波長の物体光用光を前記第1波長の物体光用光と同軸で前記第1方向と相対する第2方向から前記観察対象に照射すると共に、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すると共に、前記第1焦点位置と前記第2焦点位置とが前記第1波長の物体光用光の光軸方向に予め定めた距離だけ離間されるように、前記第1ユニットと前記第2ユニットとが配置されている、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、各々が前記第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、各々が前記第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3に記載のデジタルホログラフィ装置である。
請求項3、請求項4に記載の発明によれば、単一波長の光を照射して観察する場合に比べて、観察対象を互いに相対する方向から観察し、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ユニット及び第2ユニットの各々に含まれる光学部品が対称に配置され、共用される光学部品も増えて装置全体が小型化する。さらに、物体光を反射光としたことで、物体光が透過光である場合に比べて、観察対象に吸収されて物体光が減衰しない。
(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141、第2撮像部142、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。
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141及び第2撮像部142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201と第2ユニット202と一対の反射鏡381及び反射鏡382とを備えている。一対の反射鏡381及び反射鏡382は、「反射部」の一例である。
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2ホログラム生成部としての動作を説明する。
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282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281により平行光化される。
(1)観察領域のずれ方向
図4(A)及び(B)に示す例では、2つの観察領域が光軸方向にずれる例について説明したが、2つの観察領域を光軸と交差する方向にずらしても、同時に観察される観察領域が拡大する。図5(A)は光軸がずれた場合に各波長の光が通過する領域を示す模式図であり、図5(B)は各波長の光による観察領域を示す模式図である。
図6(A)〜(C)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)を濃色で図示する。図4(A)及び(B)に示す例では、図6(B)に示すように、第1観察領域(λ1)と第2観察領域(λ2)とが一部重複する。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)の連結が容易になる。
図4(A)及び(B)に示す例では、2つの観察領域の拡大倍率が同じ例について説明したが、2つの観察領域の拡大倍率を異ならせてもよい。ここで、拡大倍率とは、結像レンズの焦点距離を、対物レンズの焦点距離で除した値である。第1波長の光については、レンズ322が結像レンズであり、レンズ282が対物レンズである。第2波長の光については、レンズ321が結像レンズであり、レンズ281が対物レンズである。
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、観察対象に収束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。
次に、ホログラム生成部12の動作について説明する。図9(A)及び(B)は第2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9(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動作を説明する。図9(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2ホログラム生成部としての動作を説明する。
図10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。
次に、ホログラム生成部12の動作について説明する。図11(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。図11(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動作を説明する。図11(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2ホログラム生成部としての動作を説明する。
図12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4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。
図13は本発明の第5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5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、観察対象を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。
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。
12 ホログラム生成部
141 第1撮像部
142 第2撮像部
16 画像情報処理部
18 表示部
201 第1ユニット
202 第2ユニット
221 第1光源
222 第2光源
301 波長フィルタ
302 波長フィルタ
30P 偏光フィルタ
30S 偏光フィルタ
261 第1分岐光学素子
262 第2分岐光学素子
381 第1反射鏡
382 第2反射鏡
421 マスク
422 マスク
S 観察対象
Claims (11)
- 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第1分岐光学素子と、前記第1波長とは異なる第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、第1波長の物体光用光を第1方向から前記観察対象に照射すると共に、前記観察対象を透過した第2波長の物体光を前記第2撮像部の方向に伝搬する第1レンズと、を備えた第1ユニットと、
前記観察対象に照射する第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第2分岐光学素子と、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、第2波長の物体光用光を前記第1波長の物体光用光と同軸で前記第1方向と相対する第2方向から前記観察対象に照射すると共に、前記観察対象を透過した第1波長の物体光を前記第1撮像部の方向に伝搬する第2レンズと、を備えた第2ユニットと、
前記第1分岐光学素子から得られた第1波長の参照光を第1撮像部の方向に反射すると共に、前記第2分岐光学素子から得られた第2波長の参照光を第2撮像部の方向に反射する反射光学系と、
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すると共に、前記第1焦点位置と前記第2焦点位置とが前記第1波長の物体光用光の光軸方向に予め定めた距離だけ離間されるように、前記第1ユニットと前記第2ユニットとが配置されている、
デジタルホログラフィ装置。 - 前記第1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、各々が前記第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ホログラムを撮像し、
前記第2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、各々が前記第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ホログラムを撮像する、
請求項1に記載のデジタルホログラフィ装置。 - 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、第1波長の物体光用光を第1方向から前記観察対象に照射すると共に、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、
前記第1波長とは異なる第2波長であって前記観察対象に照射する第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第2分岐光学素子と、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、第2波長の物体光用光を前記第1波長の物体光用光と同軸で前記第1方向と相対する第2方向から前記観察対象に照射すると共に、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すると共に、前記第1焦点位置と前記第2焦点位置とが前記第1波長の物体光用光の光軸方向に予め定めた距離だけ離間されるように、前記第1ユニットと前記第2ユニットとが配置されている、
デジタルホログラフィ装置。 - 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、各々が前記第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、各々が前記第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3に記載のデジタルホログラフィ装置。 - 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から請求項4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。
- 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5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。
- 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。
- 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。
- 前記第1撮像部の撮像面が各々の物体光の光軸と交差して配置され、前記第2撮像部の撮像面が各々の物体光の光軸と交差して配置されている、
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。 - 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フィルタが、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偏光フィルタであり、前記第2フィルタが、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偏光フィルタである、
請求項2または請求項4に記載のデジタルホログラフィ装置。 - 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10までの何れか1項に記載のデジタルホログラフィ装置。
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