JPH0394288A - 非コヒーレント光ホログラフィ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ホログラフィに関する。

特に、本発明は、当業者によりコノスコープ（ｃｏｎｏ
ｓｃｏｐｅ）的ホログラフイと普通に呼ばれている、非
コヒーレント単色光を使用して行なうポログラフィに関
する。

（従来の技術） 非コヒーレント光を使用してコノスコープ的ホログラフ
ィを得る装置は、米国特許第４．６（１２．８４４号明
細書に記載されている。

その明細書に記載されている装置は、添付の第１図に概
略的に示してあるように、２つの円偏光器の間に挿入さ
れた単輔複屈折結晶と、記録媒体を形成する感光要素と
を備えている。

米国特許第４．ＧＯ２．８４４号明細書によれば、結晶
の軸は系の幾何学的輔に平行であり、したがって、記録
媒体に対して垂直である。

その結晶は、入射光を、最初に屈折率ｎ。が与えられる
普通の光線と、次いで、入射角θの関数として変化する
屈折率が与えられる異常光線とに分解し、その変化する
屈折率はｎ．（θ）と表される。

これらの２つの光線は、前記結晶内を異なるスピードで
伝播する。結果として、それらはその結晶を出る際、異
なる位相を有することになる。コノスコープ的ホログラ
フィは、この位相の差叉が、入射角θの関数であると言
う事実を基礎にしている。前記２つの光線は、出口部偏
光器を通過した後に記録媒体（写真フィルム、ＣＣＤ等
）上で干渉し、これにより、結果的に得られた光線の強
度も、前記角度θの関数となる。換言すると、従来のホ
ログラフィとは異なり、各人射光線は、それ自身の基準
（参照）光線を生じさせる。前記結晶の光学的軸線に平
行な自らの軸線を有するとともに、開口角度θを有して
いる円錐上に位置される光線の組は、観察平面上に同一
の強度を与えることになる。

上記した装置により得られる点のコノスコープ的ホログ
ラムは、添付の第２図に示してあるように、透過率が束
の中心からの距離の２乗の関数として正弦曲線的に変化
する帯状の束、すなわち一連の同心的な環状干渉縞に対
応する。

対象物のコノスコープ的ホログラムは、その対象物を横
成している各点のホログラムの重ね合わせである。上記
した米国特許第４，６（１２．８４４号明細書の第３ｂ
および３０図は、それぞれ、平面的対象物の２点および
３点のためのホログラムを示している。

その結果として得られるホログラムは、有用な情報の全
てを含み、この結果、最初の対象物を三次元に再構戒す
ることができる。

コノスコープ系は対象物とそれのホログラムとの間で、
線形的変換を行なう。

点Ｐの基本的ホログラムの１点Ｑにおける強度は （１）　　Ｉｐ　　（Ｑ）　　−１　　（Ｐ）　　（１
＋ｃｏｓ　　ａ　　（Ｐ），２）である。α（Ｐ）はフ
レネルのパラメータと呼ばれ、結晶の光学幾何学特性、
光の波長λおよび記録面から点Ｐまでの長手方向の距離
ｚ　（Ｐ）に依存する。

その系のインパルス応答は線形変換を特徴づけるもので
あり、以下のように表される。

（２）　　Ｔ（ｘ’＋ｒ’）　−１　＋ｃｏｓ　　（（
Ｚ　ｒ２）　，　コこでｒ２−Ｘ′２＋ｙ′２である。

αの近似式は以下の通りである。

（３）　　α−２πＬΔｎ／λｎｏ２Ｚｃ２であり、λ
〜光源の波長 Ｌ一光軸に沿った結晶の長さ ｎｏ一前記結晶の通常の屈折率 Δｎ一通常屈折率と異常屈折率との間の差の絶対値 Ｘ＊　　Ｙ＋　　ｚ一前記対象物の立体中の座標ｘ　／
　，　　ｙ　／　一前記ホログラム平面内の座標ｚｃは
Ｐの修正長手座標を表すものであり、その値は以下の通
りである。

（４）Ｚｃ　−Ｚ　（ｘ，ｙ）　　Ｌ＋Ｌ／ｎｏここで
、Ｚ　（ｘ，　　ｙ）は、側方の位置（ｘ，　　ｙ）に
配置された考慮される対象物の点と、ホログラフィ平面
との間の距離である。また、フレネル・パラメータは次
のように表すことが可能である。

（５）　　α一π／λ−＝　（Ｚｃ　）　Ｚｃ等価波長
λ．，は以下のように定義される。

（６）　　λ．，一λｎｏ　２Ｚｃ　／Δｎ２Ｌまたは （７）α一π／λｆｃ フレネル・レンズの焦点距離ｆ，は、次のように定義さ
れる。

（８）　　ｆｃ　＝ｎ０　２Ｚｃ　２／Δｎ２Ｌ考慮中
の対象物が平面であるとき（α一一定）、前記等価波長
および前記焦点距離ｆｃは、上記系の定数となる。

等式（５）か示していることは、波長λで記録された点
のコノスコープ的ホログラムが、等価波長λ．のコヒー
レント光を使用して同一点で記録されたホログラム（Ｇ
ａｂｏｒ　ｈｏｌｏｇｒａｐｙ）に類似していることで
ある。そのコノスコープ的ホログラムは振拓でなく強度
の尺度となるということが、認められる。

？記距＃ｔ　Ｚ　ＣおよびＬは同程度の大きさを有して
おり、Δｎは約０．１であるので、前記波長λ■は、記
録が生じる個所の実際の波長λよりも大きく、一般的に
λ■−３〜１００μｍである。

結果として、前記ホログラムの横方向解像度（前記波長
λに比例）は、コノスコープ的ホログラフィの場合の方
が、従来のホログラフィの場合よりも小さい。その値は
、数１０マイクロメータ程度である。

上記したように、コノスコープ的装置を使用して記録さ
れたホログラムは、有用な情報の全てを含んでいる。

例えば、帯状束に対応する点のホログラムは、次のよう
になる。すなわち、 領域の中心、および前記対象物の点は、前記光学的軸線
に平行な同一の直線上に位置し、もしその対象物の点が
横断方向または横方向へ移動されると−、前記ホログラ
ムはそのホログラフィ平面において同様に移動され、し
たがって、フレネル領域の中心Ｃ（ｘｏ，ｙｏ）は、ホ
ログラフィ化された点Ｐ　（Ｘｏ　ｌ　　！／ｏ　Ｉ　
　ｚＱ　）の最初の２つの座標に等しくなり、 上記ホログラムの強度は、光エネルギを光開口円錐内に
与える強度であり、そして 縞間の間隔は、前記コノスコープ的装置の位置に無関係
に、前記対象物と前記観察平面との間の距離を示す。し
たがって、以下のように表すことができる。

（９）　　ＺＣ　−Ｒ２　／Ｆλ．，　　　　　　　お
よび（１０）　　Ｚ　（ｘ．ｙ）−ｚｃ＋Ｌ−Ｌ／ｎｏ
−Ｒ２　／Ｆλ．＋Ｌ，−Ｌ／ｎｏ ここで、Ｒは前記フレネル領域の半径であり、Ｆはその
半径上の明るい縞と暗い縞の数である。

上記のようなホログラフィ法は特に以下のような利点を
有している。すなわち、 使用される光の空間干渉性に拘束されないため、従来の
普通の光学手段による画像化が可能であり、その内在的
な安定性（各基本ホログラムがその対応点に従うこと）
により、その記録条件は写真の記録条件と同様になり、
産業上において、運動する物体を対象物とすることが可
能となり、ＣＣＤピックアップによる記録に適合する解
像力を有しているため、リアルタイムでのデジタル化が
可能であり、またＳ／Ｎ比を改善するための複数の画像
の加重化も可能である。

三次元の一表面Ｓ上に光の散乱点が存在し、ホログラム
の１点Ｑにおける強度が、対象物を構或する点Ｐの全て
の基本ホログラムの非コヒーレントな重ね合わせに対応
するとすれば、記録は線形であり、次式で表される。

（１１）　　Ｈ　（Ｑ）　＝ｆ　ｓ　Ｉｐ　　（Ｑ）　
ｄＰ二次元の場合、この積分は単純な１つのたたみこみ
になり、三次元の場合には一連のたたみこみになる。

このようなホログラムの再生は、光学的に、写真乾板上
で数値情報を符号化してレーザービームによって視覚的
に再読してもよく、また、デジタル的に、ファイルｚ　
（ｘ，ｙ）を得るのに適したたたみこみ復元アルゴリズ
ムの適用によって行ってもよい。

上記のように、コノスコープ的ホログラフィは大いに期
待されるものであるが、未だ工業的には発展していない
。

その原因は、このようにして得られたホログラムを使用
することが、比較的困難であるためと思われる。

実際、米国特許第４，Ｉｌｉ（１２，８４４号明細書に
記載されるコノスコープ的ホログラムも、コヒーレント
な（非回折光に相当する）バックグラウンドと共役像と
のそれぞれに対応する、２つのタイプの干渉する情報を
含み、これらの両方は前記対象物を再構成するために要
する基本情報を乱すものである。

これら２つの干渉する情報は、コノスコープ的ホログラ
ムが記録される時に有用な情報上に重ね合わせられてお
り、単色の平面波により感光フイルム上に記録されたコ
ノスコープ的ホログラムに光を当てることにより、顕在
化させることが可能である。したがって、３つの回折ビ
ームが観察される。すなわち、第１のビームは、前記フ
イルムから直接伝達されかつ前記バックグラウンドに対
応する波を示す。第２のビームは、元の対象物の複製で
ある虚像から拡散する球形波である。そして、第３のビ
ームは、前記ホログラムの平面の周りで、前記虚像に対
して対称的に配された対象物の共役的な実像上に収束す
る球形波である。

上記２つの干渉するタイプの情報（バックグラウンドお
よび共役像）も、次のより理論的な手法により顕在化す
ることが可能である。

平面的な対象物に対して、その対象物の強度Ｉ（ｘ，ｙ
）と、そのホログラムの強度Ｈ（ｘｙ′）の間の線形変
換は、たたみこみにより与えられる。すなわち、 （１２）　　Ｈ（ｘ’，ｙ’）　＝Ｉ　　（ｘ，　　ｙ
）　＊Ｔ　（ｘ，　　ｙ）このたたみこみ方程式（１２
）が展開された後、前記ホログラムはフレネル変換のよ
うになる。すなわち、 （１３）　　Ｈ（ｘ’＋７’）−ｉｏ＋Ｉ　　（ｘ，　
　ｔ）　＊ｃｏｓ　　（α，２） または、 （１４）　　Ｈ（ｘ’，７’）　Ｗ　１０　＋１／２１
　　（Ｘ，　　ｔ）　＊ｅｌ″”＋ｌ／２Ｉ　　（ｘ，
ｙ）＊ ｅ−ｊａｒ’ ここで１０は、系を直接貫通するバックグラウンド強度
を示し、１／２　Ｉ　　（ｘ，　　ｙ）　＊　ｅ−””
　は共役像を示している。

文献オブティックス●コミュニケーションズ（Ｏｐｔｉ
ｃｓ　ＣｏｒＡｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）第６５巻、第
４号、１９８８年２月１５日、第２４３〜２４９頁に記
載されるように、バックグラウンドと共役像を分離させ
るために、単軸複屈折結晶の光学軸を系の光学軸に対し
て傾けることも考えられている。しかしながら、該文献
にも記載されているように、この配置は対象物を完全に
再生することはできないものであり、スペクトルの全て
の部分において劣化を伴うものである。この配置はごく
平凡な結果をもたらすものであり、すぐに廃止された。

バックグラウンドと共役像を除去する他の方法は、１９
８８年１２月２７日出願の仏国特許出願８８　１７２２
５号明細書に記載されている。その原理は多数のホログ
ラムの線状の組合せに基づいている。

米国特許第４．ＧＯ２，８４４号に記載され、かつ上述
した基本配置においては入口部と出口部の円偏光器が互
いに連関した直線偏光器と四分の一波長板とによって構
成されている。仏国特許出願８８　１７２２５号明細書
は、伝導される波に対してあらゆる偏光を強いることも
可能にするため、これら２つの板の連関を解くことを提
案している。得られる新規なコノスコープ的要素の概略
図を第３図に示す。

角度φｏ１φｘ１φ２、φ，は多数の板の偏光の主軸の
位置を示すものである。Ｔを光学インパルス応答とする
と、点Ｐのホログラムの点Ｑにおける強度は以下のよう
に表される。

（１５）　　Ｉｐ　　（Ｑ）　＝Ｉ　　（Ｐ）　Ｔ　（
Ｐ，　　Ｑ）第４図はα１−φ。一φ１およびα２−φ
２一φ，の値に従う関数Ｔの多様な式を示すものである
。角度ψおよび距離ｒは帯状束の中心（記録面上への点
Ｐの正投影）に位置する座標内における点Ｑの極座標を
示す。パラメータ（Ｐ）は基本配置と同様に定義される
。

上記図面の伝達関数を単純に線形的に組合わせることに
よって以下のような２つのインパルス応答を得ることが
できる。

（１６）　　Ｔｃ　　（Ｐ．　Ｑ）　−ｃｏｓ　ａ　（
Ｐ）　ｒ２（１７）　　Ｔφ。（Ｐ．　　Ｑ）−ｓ１ｎ
２（ψ一φ０）ｓｉｎα（Ｐ）『２ あるいは、それぞれφ。一ｏ１φ０＝π／４とすること
により、 （１８）　　Ｔｃ　　（Ｐ，　　Ｑ）　＝ｃｏｓ　ａ　
（Ｐ）　　ｒ２（１９）　　Ｔｏ　　（Ｐ．　　Ｑ）　
−ｓｉｎ２ψｓｉｎ　ａ　　（Ｐ）　　ｒ２（２０）　
　Ｔ−／４　　（Ｐ　，　　Ｑ）　　−ｃｏｓ２ψｓｉ
ｎ　ａ　　（Ｐ）ｒ２となる。

フーリエ平面内のこれら３つの変数を線形的に組合わせ
ることによって、点もしくは対象物平面に対する複合イ
ンパルス応答を正確に得ることができる。すなわち、 （２１）　　Ｔ　（Ｐ，　　Ｑ）　−ｅｘｐｊａ　（Ｐ
）　　ｒ２である。

しかしながら、この式は三次元の１平面においては有効
ではなく、ホログラムの高周波に対してのみ妥当である
と考えられている。特に、別のカメラで撮影される光景
の二次元画像を用いて低周波を復元する方法も知られて
いる。しかしながら、この方法は実施が困難であり、算
定が困難な画像とホログラムとの間の標準化係数を知る
必要があるものである。

したがって、このタイプのホログラフィは特に点の位置
決め（格子点の投影）を行う系や距離計のような低周波
が無視できる分野でのみ有効なものである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、フーリエ平面内におけるフィルタリングによ
って容易に三次元の１平面の複合ホログラムを得ること
ができる新規な手段を提供することをその目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段） 後述のように、本発明は、長手方向の座標に依存する補
正を伴うことなく、共役像を除去することのできるもの
である。

本発明によれば、上記目的は、２つの偏光器の間に挿入
された複屈折結晶を備え、光路に挿入された開口角度制
限手段を有し、複屈折結晶もしくは開口角度制限手段が
軸の外に配されていることを特徴とするコノスコープ系
を有する装置によって達成される。

本発明の第１の実施態様によれば、開口角度制限手段は
レンズと縁が該レンズの軸と同じ高さにある遮光板とか
らなり、複屈折結晶の光学軸は装置の光学軸と平行にな
っている。

本発明の第２の実施態様によれば、開口角度制限手段は
レンズと中心を装置の光学軸に配置した遮光板とからな
り、複屈折結晶の軸は装置の光学軸に対して傾いている
。

本発明の第３の実施態様によれば、開口角度制限手段は
干渉フィルタからなり、複屈折結晶の軸は装置の光学軸
に対して傾いている。

本発明の第４の実施態様によれば、開口角度制限手段は
ダブルプリズム系からなり、複屈折結晶の軸は装置の光
学軸に対して傾いている。

本発明の第５の実施態様によれば、開口角度制限手段は
ファイバ円盤からなる。

（実　施　例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第５図に示すように、本発明の装置は基本的に３つのモ
ジュール、すなわち、１）開口角度制限手段を有する光
学部材１０、２）２つの偏光器とその間に配された複屈
折結晶とからなるコノスコープ系２０、および３）例え
ばマイクロコンピュータに接続されたＣＣＤカメラによ
って形成される記録手段３０からなる。

当然ながら、開口角度制限手段を有する光学部材１０と
コノスコープ系２０は対象物と記録手段３ロの間に配置
されなければならない。

しかしながら、開口角度制限手段を有する光学部材１０
とコノスコープ系２０の位置は入替え可能である。すな
わち、開口角度制限手段を有する光学部材１０の位置は
結晶の前でも後でもよい。

入口部および出口部の偏光器の各々は直線偏光器および
該直線偏光器と連関する四分の一波長板、あるいは同等
の機能を有する手段によって形成される。

２つの円偏光器を構成する４枚の板の１つはホログラム
のデジタルサブトラクションにより非回折光（バックグ
ラウンド）を表す項を除去できるように回転可能でなけ
ればならない。その配置については後述する。

この配置の物理的な結果として、対象物の各点に対し、
第６ａ図に示すように、基本ホログラム表面を限定する
縁上に中心Ａがある帯状束が得られる。

この各ホログラムを限定する縁が中心Ｃおよび半径Ｒを
有する円φであると仮定する。（この縁は帯状束がホロ
グラムに属さない限りにおいて、アプリオリに、いかな
る輪郭を有することもできる。）点Ｐに関連する基本ホ
ログラムの点Ｑにおける強度は、バックグラウンドのサ
ブトラクション後、下式で表される。

（２２）　　Ｉｐ　　（Ｑ）一φ（Ｃ．Ｒ）　　（Ｑ）
　ｃｏｓ　ａ　（Ｐ）『２ ここでｒはＡに結合した座標におけるＱの極座標である
。φ（ｃ．＋＋）（Ｑ）はＱがφに属する場合には１で
あり、他の場合にはＯである。

この基本ホログラムをフーリエ変換したものの実部と虚
部を第６ｂ図と第６ｃ図にそれぞれ示す。

インパルス応答は対称ではなく、それをフーリ工変換し
たものは実数にはならず、複雑な指数関数である。

軸上に配した結晶と該軸の外に配された開口角度制限手
段とを有する本発明によるコノスコープ装置を第７図に
示す 第７図において系の光学軸はＯ−０で示されている。

第７図には、複屈折結晶２１が２つの円偏光器２２．２
３の間に配されたコノスコープ系２ｏが示されている。

複屈折結晶２１は系の光学軸Ｏ−ｏに平行な軸を有して
いる。

また、第７図には光学軸０−０を横切る記録面を有する
記録手段３０が概略的に示されている。

第７図によれば、軸の外に配された開口角度制限手段１
０はレンズ１ｔおよび遮光板１２からなる。レンズｌ１
の中心は光学軸Ｏ−Ｏに位置している。遮光板１２の縁
はレンズの光学軸Ｏ−Ｏと同じ高さにある。遮光板１２
はこのレンズ１１の物体焦点面内に配置されている。

式（２２）を参照すれば、この場合、点Ａ（帯状束の中
心）が点Ｐの正投影に一致することが認められる。

第８図および第９図は本発明によるコノスコープ装置の
２つの変更例を概略的に示すものである。

これらは、軸上の開口角度制限手段と軸外の結晶を有し
ている。すなわち、結晶の軸は系の光学軸Ｏ−０に対し
て角度βだけ傾いている。

昂８図および第９図には、複屈折結晶２１が２つの円偏
光器２２．２３の間に配されたコノスコープ系２０と記
録手段３０が示されている。

第８図および第９図において、複屈折結晶２１の光学軸
はＯ−Ｏで示されている。

記録手段３０の記録面は光学軸Ｏ−０に垂直である。

より詳細には、第８図において複屈折結晶２１の入口面
２１ａおよび出口面２１ｂは系の光学軸Ｏ−Ｏに垂直で
あり、第９図においてそれらは結晶の光学軸Ｃ−Ｃに垂
直である。

第８図および第９図において、開口角度制限手段１０は
レンズ１１および遮光板１２から形成されている。レン
ズＵの中心は系の光学軸Ｏ−０に位置している。遮光板
１２はレンズ１１の物体焦点面内に配置されている。

この場合、基本ホログラムの境界となる円の中心である
点Ｃが点Ｐの記録手段３０の記録面上における正投影に
一致する。

各点に対応して開口角度制限手段によって得られる開口
の円錐の頂点の角度の半分の値が結晶の傾斜軸に一致す
ることになる。

第７図、第８図および第９図に記載された系は空間的に
不変な方法で開口角度を制限できるものである。この特
性は軸の外の配置を有効とするために不可欠なものであ
る。しかしながら、上記の解決法においては、開口角度
制限手段が対象物の全ての点に対して正確に機能するよ
うにするために、対象物が所定の値よりも低い空間的拡
大度を有する必要がある。遮光板の直径を０１レンズの
直径をＤ１対象物の空間的拡大度をＥとすれば、以下の
関係が得られる。

（２３）　　Ｅ＜ｄＲ／ｆ−０　（ｄ／ｆ＋１）ここで
、ｆはレンズの焦点距離、ｄは対象物から遮光板までの
距離である。一方、開口βはｄに依存しない。

（２４）ｔｇβ−０／２ｆ したがって、別の光学手段を用いて寸法を減少させるよ
うな方法で画像を得れば充分である。しかしながら、Ｅ
がゼロに近づいた場合、画像は遮光板から下式のような
距離ｄだけ充分に離す必要がある。

（２５）　　ｄ　＞　ｆ　Ｏ／　（Ｒ−０）一方、二重
の光学手段を用いる場合には、対象物内の１つの領域を
分割できるように対象物の像が収束する点に配された第
２の遮光板を用いて画像の拡大度Ｅを威少させることも
可能である。

二重の光学手段を有する系の概略図を第ｌＯ図に示す。

この図面において、結晶はホログラフィ対象物の前であ
ればどこに配してもよいため、その位置は特定していな
い。

第１０図に示すように、第１の光学手段１３は対象物に
対して縮小された像１４を形成し、レンズ１１および遮
光板１２は所望の像を形成する。遮光板１２はレンズ１
１の物体焦点面内に配置されている。必要に応じて像１
４の１つの領域を選別するために該像１４の面内に配さ
れた第２の遮光板１５も概略的に示されている。

レンズ１１の物体焦点面内に配置された遮光板１２によ
って開口角度制限手段が形成されているとすると、この
フィルタを所定の（空間周波数に関する）スペクトル分
布を有する対象物に適合させるように、遮光板１２の形
状および透過性を選択してホログラム中のある周波数を
選別することができる。これは形状を認識するために非
常に有用である。

簡単な例をあげると、四角形の遮光板は（帯状束の中心
のずれが水平に生じる場合に配される）円形の遮光板よ
りもホログラフイ対象物の垂直周波数を復元するのに適
している。また、対象物の高周波を優先的に復元したい
場合には、例えば、基本ホログラムの低周波の透過性が
０．５、高周波の透過性が１である遮光板を用いること
ができる。

これら２つの透過性は任意に変えることができる。

上記のレンズと遮光板とからなる開口角度制限手段は、
軸外の結晶と共働して画像を形成する光学手段に依存す
ることなく、同等の機能を有する他の手段で置き換える
ことが可能である。

第１の変更例によれば、レンズと遮光板とからなる開口
角度制限手段は干渉フィルタによって置き換えることが
できる。

波長λ。を中心とする帯域を通過させ、法線に対してα
傾いた波長λ１の波を反射する干渉フィルタについて考
える。この干渉フィルタは以下のような波長λ，を中心
とするものである。

〈２６〉　　λ，一λ。　１　−ｓｉｎ　　ａ／（Ｎ＊
２）｝ここで　Ｎ　Ｉ１はフィルタの有効屈折率である
。第ｌｌ図は２０°である角度αに対するフィルタの共
鳴波長のずれを示すものである。αがどのような値でも
、λ，は常にλ。よりも低いことが認められる。所定の
角度α。を除去したい場合には以下のようになる。

（２７）　　Δλ／２＋λ．０−λ１　および（２８〉
　　λ０−Δλ／２＜λ１＜λ。＋Δλ／２上式（２７
）（２８）は、定数であるΔλおよびλに対してα。以
上の全ての角度を除去するためのフィルタが反射しなけ
ればならない波長λ１を与えるものである。

第２の変更例によれば、レンズと遮光板とからなる開口
角度制限手段はダブルプリズム系によって置き換えるこ
とができる。

第１２図に示すように、このダブルプリズム系４０は、
より屈折率の低い（例えば空気からなる）層４３によっ
て分割された同一な２つのプリズム４１．４２からなる
屈折率ｎのガラス立方体によって形成することができる
。

第１２図において系の光学軸はＯ−Ｏで示され、光線Ｌ
が光学軸Ｏ−Ｏに対する角度１１で入射している。

光線Ｌおよび光学軸Ｏ−０は系４０の入口４４および出
口４５において直交面を形成する。

また、光線Ｌおよび光学軸Ｏ−Ｏの形成する面は、より
屈折率の低い層４３を挟むプリズム４１．４２の対向す
る内面４６．４７に対しても直交している。

内面４６　．　４７自体も入口４４および出口４５に対
して角度γだけ傾いている。

光線Ｌが光学軸Ｏ−Ｏと角度ｉＩをなしているとする。

ｆ．一α。以下のものに対して全反射を得るための層４
３の角度γは次式で表される。

（２９）　　ｒ　−Ａｒｃｓｉｎ　（１／ｎ）　−ａｏ
　／ｎ好ましくは、系４０によって除去される最大角度
１１は結晶２１の傾斜角度に一致する。

ダブルプリズム系４０は一方向内のみにおいて所定の値
よりも大きな角度の除去を可能にするものである。例え
ば他の（直交方向に対向する方向および直交方向内の）
３つの方向に対して角度除去を行いたい場合、同一の部
材を他に３つ、適正に配する必要がある。しかしながら
、これは必ずしも必要な条件ではない。なぜなら、実像
と共役像の分離は１つの部材のみを用いる適当な方法で
行うことができるからである。実際には、任意に用いら
れる３つの部材はＳ／Ｎ比の向上に寄与するものである
。

第３の変更例によれば、レンズと遮光板とからなる開口
角度制限手段はファイバ円盤の集合体によって置き換え
ることができる。

現在、ファイバ円盤は光増幅器としてＣＯＤカメラ内に
使用されている。これらは開口角度制限手段として用い
ることも可能である。

実際には、これらの部材は極めて細い（直径４〜６ミク
ロン程度の）芯を有するファイバを光学吸収性の低い間
隙ガラスで包み込んでなるものである。ＣＣＤ板の基本
セルあたりのファイバ密度が２５〜３０である場合、画
像劣化はわずかである。

このような円盤の軸に沿った透過率は典型的には８０％
〜９０％である。芯と外被の屈折率の関数として、各フ
ァイバは所定の数値で表される開口を有しており、ある
値以上の角度全てを除去するようになっている。

上述のように、非回折光（バックグラウンド）はホログ
ラムのサブトラクションによって除去することができる
。

どのような形状にあるにせよ、バックグラウンドの除去
は２つのホログラムの撮影およびサブトラクションによ
って行うことができる。第ｌのホログラムは入口部およ
び出口部の２つの偏光器２２，２３の円偏光が同一の方
向（右旋性もしくは左旋性）にある場合に対応する。第
２のホログラムは２つの偏光器２２．２３の円偏光が対
向する場合（一方が右旋性であれば他方は左旋性）に対
応する。

このためには、２つの偏光器２２．２３を構成する４つ
の板の１つを他に対して回転可能にし、一方の場合から
他方の場合に移行するように、この板を９０゜回転すれ
ばよい。

好ましくは、本発明による系は同時にホログラム以外の
二次元像をも得ることを可能にする手段を有している。

このためには、入口部の直線偏光器を二極プリズム２２
．１によって置き換え、他方の（単純な直線偏光で充分
な場合は直接使用されない片割れの光の部分に対応する
）偏光を（カメラのような）第２の記録手段５０に導く
ようにすれば充分である。

これによって、ホログラムの双方向性や活用性、特に画
像処理を改善することができる。この際には、バックグ
ラウンドを除去するために必要な２つのホログラムを得
るために、残りの３つの板のうちの１つを回転可能にす
ることが必要になる。

この手法を概略的に第１３図に示す。

第１３図に示すコノスコープ系２０は、結晶２１入口部
の円偏光器２２および出口部の円偏光器２３からなる。

入口部の円偏光器２２は二極プリズム２２．ｌおよび四
分の一波長板２２．２もしくは同等の光学弁から形威さ
れる。

出口部の円偏光器２３は四分の一波長板２３．２もしく
は同等の光学弁および直線偏光器２３．ｌから形成され
る。

二極プリズム２２．１と出口部の直線偏光器２３．ｔと
は置換不可である。二極プリズム２２，１は光の進行方
向に関して上流側に配されなければならない。

偏光を９０°回転することのできる全ての部材は２つの
直線偏光器２２．ｌと２３．ｌとに挟まれた空間内に挿
入することが可能である。特に、２つの四分の一波長１
１Ｚ２２．２．２３．２のうちの１つを光学弁で置き換
えることが可能である。応力を作用させることにより、
容易に右旋性偏光を左旋性偏光に、あるにはその逆に変
化させることが可能である。

本発明による開口が制限されたコノスコープ装置は容易
に共役像を除去し、長平方向の点がどこにあろうとも複
合インパルス応答を得ることができるものである。すな
わち、この装置中でホログラムをいったん記録すれば、
対象物の複合ホログラムを得るためには、平面状の対象
物であれ、三次元の１平面であれ、スペクトルの半分を
保持すれば充分である。

スペクトルの半分が破巣されるため、その後のデジタル
処理も非常に容易になる。

本発明の装置の非制限的な一実施例を以下に示す。

この実施例によれば、装置は、感光マトリックスは寸法
１５Ｘ　１５ミクロンの５１２　Ｘ５１２ビクセルを有
する総表面積８×８ｍ一〇ＣＣＤカメラからなる記録千
段３０と、記録手段３ｏの記録面に平行な表面を備えた
軸外の結晶２１とを有している。結晶２１の後の軸上に
は、ホログラフ化すべき画像の空間拡大を第１の遮光板
で調整すると同時に第２の遮光板１２で開口角度の制限
を行う二重の光学手段が設けられている。画像と帯状束
の空間拡大は記録面の空間拡大の半分になるように選択
されている。

帯状束の半径は次式のようになる。

（３０）　　Ｒ　−　Ｎ　ｄ　／　２ ここでＮ−５１２は一方向内のピクセル総数である。

帯状束の零次の点からの距離２Ｒにおける明暗縞の数は
次式のようになる。

（３１）Ｆ−４αＲ２／π そして、最大周波数は次式のようになる。

（３２）　　ξ．．−２α２Ｒ・１／２π−２αＲ／π
ナイキスト周波数に対応するデジタル化ビクセルの寸法
は次式のようになる。

（３３）　　ｄ−１／２ξ。．．一π／４αＲしたがっ
て、式（３ｌ）、〈３２〉、（３３）の関係は以下のよ
うになる。

Ｆ−Ｎ／２−１２８ 一方、Ｆとβ一Ｒ／Ｚｃとの間の関係は以下のようにな
る。

Ｆ−４−２ＬΔｎβ２／λｎｏ２ ｎ　ｏ　−１．８５８　、Δｎ　−０．１７２　、Ｌ−
２０ｍｍであるような方解石結晶を考える。この場合、
必要な開口はβ−０．１　ｒｄである。また、結晶の傾
斜角度は下式で表される。

θ一β／　ｎ　ｏ　＝　０．０６　ｒｄさらに、ＣＣＤ
板からの対象物の距離２は下式で表される。

ｚ（　−Ｒ／β−２０ｍｍ すなわち、 ｚ−ｗｚ（　＋Ｌ　（ｎｏ　−１）　／ｎｏ　−２７ｍ
ｍ対象物の像が第２の遮光板から距離ｆ（ここでｆは第
２の光学手段の物体空間黒点距離である）の位置にあり
、倍率が１もしくは−１であるとすれば、第１の遮光板
の有する直径０１は以下のようになる。

０＋＝２Ｒ＝４ｍｍ そして、第２の遮光板の物体空間焦点距Ｉ４ｆが５０關
であるとすると、その直径（１２は以下のようになる。

（１２−２βｆ−１０ｍｍ 次に、直接ホログラムとそれに対応する二次元像をマイ
クロコンピュータのメモリ中に得ることのできる本発明
によるコノスコープ装置の全体的構成を説明する。その
基本的な概略図を第１４図に示す。

ホログラフィ化すべき対象物もしくは光景は単色光ラン
プによって照射され、上述の開口βを有する二重光学手
段１１，１２．１３によって映像化される。

二重光学手段１１，１２．１３を経て、上述の二極プリ
ズムの作用を受け、光は２つの記録手段３０．５０に導
かれる２つの偏光に分解される。

一方の偏光に対応する第１の画像は、軸外結晶２１と偏
光板２２．２．２３．１，２３．２とからなるコノスコ
ープ系２０を貫通した後、第１の記録手段３０のＣＣＤ
板から距離２の点に収束する。この第１のビデオ信号は
線５ｌによってマイクロコンピュータ５２内のデジタル
基板に送られ、ここで再抽出され、８ビットにコード化
される。

第２の偏光に対応する第２の画像は第２の記録手段のＣ
ＣＤＩＩＺ上に収束し、第１の画像と同様にデジタル化
され、保存される。

マイクロコンピュータ５２は信号処理基板と算術コプロ
セッサを備えており、これら２つの処理の後に、（特に
フーリエ変換を用いて）リアルタイムでのデジタル復元
を行うのに必要な強度および深度を有する情報をメモリ
に有するものである。

上述のように、残りの３つの板のうちの１つの偏光軸の
回転は機械的にも電気的にも行うことができる。機械的
方法は極めて高品質の光学部材を得ることができるとい
う利点を有している。電気的方法は、機械的な回転誘導
手段が不要であり、右旋性から左旋性への切替えがより
短時間であるため、明らかに実施がより容易である。

第１４図において、マイクロコンピュータ５２による偏
光軸の回転制御は線５３によって操作される。

また、マイクロコンピュータ５２はビデオスクリーン５
４にも接続されている。

（発明の作用効果） 本発明は数多くの分野に応用可能である。

容易に実施可能な第１の応用分野はテレメータである。

これは、１点のホログラムを記９．Ａするようにレーザ
ビームを用いて目標対象物までの距離を測ることからな
る。

第２の応用分野は、予め記録され、マイクロコンピュー
タ中にデジタル的に保存された所定の参照物に対する変
形の測定である。これらの変形は（使用される光学手段
により）ミリメータ単位にもマイクロメータ単位にもな
り得る。

第３の応用分野は、光学的もしくはデジタル的復元を伴
った対象物の三次元像形成である。

本発明は上述のような特定の丈施例に限定されるもので
はなく、様々な変更が可能なものである。

本允明に用いられる開口角度制限手段は等方的に、すな
わち、対象物の点の位置に無関係に開口角度の制限を行
うことのできるものであり、例えば、対象物の像の焦点
面内に配置され、対象となる点によって変化する円錐形
の光を形成するカメラの遮光板のような従来の開口制限
手段とは同一視できないものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は米国特許第４，８（１２，８４４号明細書に記
載された装置の一般的な構逍を示す概略図、第２図は１
点のホログラムを示す概略図、第３図は仏国特許出願Ｆ
Ｒ８８　１７２２５号明細書に開示された装置の構遣を
示す概略図、 第４図は関連する様々な変換関数を示す図表、第５図は
本発明によるコノスコープ装置の光学手段部分を示すブ
ロック図、 第６ａ図は本発明による装置によって得られる１点の基
本ホログラムを示す概略図、 第６ｂ図および第６Ｃ図は基本ホログラムをフ−リエ変
換したものの実部および虚部をそれぞれ示す概略図、 第７図は軸上に配した結晶と該軸の外に配された開口角
度制限手段とを有する本発明の１実施例によるコノスコ
ープ装置を示す概略図、第８図および第９図は軸上の開
口角度制限手段と軸外の結晶とを有する本発明によるコ
ノスコープ装置の２つの変更例を示す概略図、 第１０図は二重の光学手段を有する本発明によるコノス
フーブ装置を示す概略図、 第１１図は干渉フィルタを通過した帯域を示すグラフ、 第１２図はプリズムを有する開口角度制限手段の１変更
例を示す概略図、 第１３図はホログラムに加えて対象物の二次元像を得る
ことのできる本発明の１変更例を示す概略図、 第１４図は本発明による装置の１実施例を示す概略図で
ある。 １０・・・開口角度制限手段、１１・・・レンズ１２・
・・遮光阪、１３・・・光学手段、ｉ５・・・遮光板２
０・・・コノスコープ系、２１・・・複屈折結晶２２．
２３・・・偏光器、４０・・・ダブルプリズムＦＩＧｊ 図面の浄書（内容に変更なし冫 コ／スコ−７１ ｎＧ−３ 従乗技料テ ｎＧ．．−４ ＦｆＧ．．６ｂ 「＋Ｇ−６ｃ ｎＧ−５ 旦ｎヱえ ＦＩＧｊｌ 液 炙 ｎＧｊ４ ４（イる（のテ′シ゛゜９１Ｖ注；む 平成（１２年　特　許　願　　　第１０１．５３４発明
の名称 非コヒーレント光ホログラフィ装置 補正をするる 事件との関係　　　　　特許出願人 名　称　　フランス国 補正の対象　　願書、委任状、図面および優先権証明書
補正の内容 願書を添付の通り補正する。 委任状を補充する。 手書き図面を墨入れ図面に補正する。（内容に変更なし
）優先権証明書を補充する。 添付１！類 訂正願書　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１通
委任状および同訳文　　　　　　　　　　　　　各１通
図面　　　　　　　　　　１通 優先権証明書および同訳文　　　　　　　　　　各】通
４．代理人 住　所　東京都港区六本木５−２−１ ほうらいやビル７Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２つの偏光器（２２、２３）の間に複屈折結晶（２
   １）を挿入してなるコノスコープ系（２０）を有するホ
   ログラフィ装置であって、光路に挿入された開口角度制
   限手段（１０；４０）を有し、前記複屈折結晶（２１）
   もしくは前記開口角度制限手段（１０；４０）が該装置
   の光学軸（Ｏ−Ｏ）の外に配されていることを特徴とす
   るホログラフィ装置。 ２）前記開口角度制限手段（１０；４０）が前記複屈折
   結晶（２１）の前に配されていることを特徴とする請求
   項１記載のホログラフィ装置。 ３）前記開口角度制限手段（１０；４０）が前記複屈折
   結晶（２１）の後に配されていることを特徴とする請求
   項１記載のホログラフィ装置。 ４）前記開口角度制限手段（１０；４０）が該装置の光
   学軸の外にあり、前記複屈折結晶（２１）が該装置の光
   学軸上にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １項に記載のホログラフィ装置。 ５）前記開口角度制限手段（１０；４０）の中心が該装
   置の光学軸（Ｏ−Ｏ）上に配され、前記複屈折結晶（２
   １）が該装置の光学軸（Ｏ−Ｏ）に対して傾いた軸（Ｃ
   −Ｃ）を有していることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載のホログラフィ装置。 ６）前記開口角度制限手段（１０）がレンズ（１１）と
   該レンズに連関する遮光板（１２）とからなることを特
   徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のホログラ
   フィ装置。 ７）前記遮光板（１２）が前記レンズ（１１）の物体面
   に配されていることを特徴とする請求項６記載のホログ
   ラフィ装置。 ８）前記レンズ（１１）の中心が該装置の光学軸（Ｏ−
   Ｏ）上に配され、前記遮光板（１２）が前記レンズ（１
   １）の軸と同じ高さにあることを特徴とする請求項６も
   しくは７記載のホログラフィ装置。 ９）前記レンズ（１１）および前記遮光板（１２）の中
   心が該装置の光学軸（Ｏ−Ｏ）上に配されていることを
   特徴とする請求項６もしくは７記載のホログラフィ装置
   。 １０）前記複屈折結晶（２１）の入口部および出口部の
   主表面（２１．ａ、２１．ｂ）が該装置の光学軸（Ｏ−
   Ｏ）に対して垂直であることを特徴とする請求項９記載
   のホログラフィ装置。 １１）前記複屈折結晶（２１）の入口部および出口部の
   主表面（２１．ａ、２１．ｂ）が該結晶の光学軸（Ｃ−
   Ｃ）に対して垂直であることを特徴とする請求項９記載
   のホログラフィ装置。 １２）前記開口角度制限手段（１０）によって形成され
   る開口の円錐の頂点角度の半分が、前記複屈折結晶（２
   １）が該装置の光学軸（Ｏ−Ｏ）に対してなす傾斜（β
   ）に一致することを特徴とする請求項５記載のホログラ
   フィ装置。 １３）前記開口角度制限手段を通して観察される対象物
   の拡大度Ｅが下式 Ｅ＜ｄＦ／ｆ−Ｏ（ｄ／ｆ＋１） （ただし、ｄは遮光板（１２）から対象物までの距離、
   Ｒは基本ホログラムの半径、ｆはレンズ（１１）の焦点
   距離、Ｏは遮光板（１２）の直径を示す）に対応するよ
   うな光学手段（１３）を有していることを特徴とする請
   求項１〜１２のいずれか１項に記載のホログラフィ装置
   。 １４）前記遮光板（１２）から対象物までの距離ｄが下
   式ｄ＞ｆＯ／（Ｒ−Ｏ） に対応することを特徴とする請求項１３記載のホログラ
   フィ装置。 １５）前記光学手段（１３）が前記開口角度制限手段の
   上流に配されたレンズからなることを特徴とする請求項
   １３もしくは１４に記載のホログラフィ装置。 １６）対象物面内に配された遮光板（１５）を有してい
   ることを特徴とする請求項１３もしくは１４に記載のホ
   ログラフィ装置。 １７）前記遮光板（１２）が円形の断面を有しているこ
   とを特徴とする請求項６記載のホログラフィ装置。 １８）前記遮光板（１２）が四角形の断面を有している
   ことを特徴とする請求項６記載のホログラフィ装置。 １９）前記遮光板（１２）が所定の周波数によって透過
   率が変化するものであることを特徴とする請求項６、１
   ７もしくは１８記載のホログラフィ装置。 ２０）前記開口角度制限手段が干渉フィルタからなるこ
   とを特徴とする請求項５記載のホログラフィ装置。 ２１）所定の角度α＿０を除去するために前記干渉フィ
   ルタが反射としなければならない波長λ＿１が次のよう
   な関係 Δλ／２＋λ＿α＿０＝λ＿１ λ＿０−Δλ／２＜λ＿１＜λ＿０＋Δλ／２（ただし
   、Δλは波長λ＿０を中心とするフィルタを通過する帯
   域を示し、λ＿α＿０は角度α＿０のためのフィルタの
   共鳴波長を示し、 λ＿α＝√｛（１−ｓｉｎ＾２α）／（Ｎ＾＊＾２）｝
   であり、Ｎはフィルタの有効屈折率を示す） にあることを特徴とする請求項２０記載のホログラフィ
   装置。 ２２）前記開口角度制限手段がダブルプリズム（４０）
   からなることを特徴とする請求項５記載のホログラフィ
   装置。 ２３）前記ダブルプリズムが、空気層によって分割され
   た同一形状の２つの部分（４１、４２）からなるガラス
   立方体から形成されていることを特徴とする請求項２２
   記載のホログラフィ装置。 ２４）前記プリズムの部分（４１、４２）のそれぞれが
   光線（Ｌ）と該装置の光学軸（Ｏ−Ｏ）とによって形成
   される平面に直交する入口面（４４）および出口面（４
   ５）の一方と、前記平面に直交し、かつ前記入口面（４
   ４）もしくは出口面（４５）に対して角度（γ）だけ傾
   斜した作用面（４６、４７）とを有していることを特徴
   とする請求項２２もしくは２３記載のホログラフィ装置
   。 ２５）前記入口面（４４）もしくは出口面（４５）に対
   する作用面（４６．４７）の傾斜角度（γ）が以下の関
   係γ＝Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）−（ｉ＿１／ｎ）（ただ
   し、ここで、ｎはプリズムの屈折率であり、ｉ＿１は装
   置の光学軸（Ｏ−Ｏ）に対する入射光（Ｌ）の傾斜であ
   る）にあることを特徴とする請求項２４記載のホログラ
   フィ装置。 ２６）除去される最大角度（ｉ＿１）が、該装置の光学
   軸（Ｏ−Ｏ）に対する前記複屈折結晶（２１）の軸（Ｃ
   −Ｃ）の傾斜に一致することを特徴とする請求項２２〜
   ２５のいずれか１項に記載のホログラフィ装置。 ２７）該装置の光学軸（Ｏ−Ｏ）のまわりに配された複
   数のダブルプリズム（４０）の系を有していることを特
   徴とする請求項２２〜２６のいずれか１項に記載のホロ
   グラフィ装置。 ２８）前記開口角度制限手段がファイバ円盤からなるこ
   とを特徴とする請求項５記載のホログラフィ装置。 ２９）前記複屈折結晶（２１）の入口部および出口部に
   配された円偏光器（２２、２３）の各々が直線偏光器（
   ２２．１；２３．１）と四分の一波長板（２２．２；２
   ３．２）もしくは同等の機能を有する光学弁とを有して
   いることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１項に
   記載のホログラフィ装置。 ３０）前記入口部および出口部に配された円偏光器（２
   ２、２３）の円偏光が同一方向にある場合と対向方向に
   ある場合とに対応する２つのホログラムを連続的に記録
   するように前記円偏光器に作用する手段と、バックグラ
   ウンドを除去するように前記２つのホログラムをサブト
   ラクションする手段とを有していることを特徴とする請
   求項２９項記載のホログラフイ装置。 ３１）前記入口部の偏光器が二極プリズム（２２．１）
   と四分の一波長板（２２．２）もしくは同等の機能を有
   する光学弁とを有しており、対象物の二次元像を記録す
   るための記録手段（５０）が該二極プリズム（２２．１
   ）に対向して配されていることを特徴とする請求項１〜
   ３０のいずれか１項に記載のホログラフィ装置。