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公開番号2023056369
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-04-19
出願番号2021165681
出願日2021-10-07
発明の名称ホログラム撮像装置
出願人日本放送協会
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G03H 1/06 20060101AFI20230412BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】光源やレンズのNAを変更することなく、被写体に依存せずに分解能を向上することができる、ホログラム撮像装置を提供する。
【解決手段】インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割し、前記第1分割光と前記第2分割光に互いに異なる位相分布を付与し、その後、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに干渉させてホログラムを形成し、撮影するホログラム撮像装置において、前記第1分割光及び前記第2分割光の一方を焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子で変調し、他方を焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子で変調し、これらを撮像素子の受光面で干渉させることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割し、前記第1分割光と前記第2分割光に互いに異なる位相分布を付与し、その後、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに干渉させてホログラムを形成し、撮影するホログラム撮像装置において、
前記第1分割光及び前記第2分割光の一方を焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子で変調し、他方を焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子で変調し、これらを撮像素子の受光面で干渉させることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
請求項1に記載のホログラム撮像装置において、
焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子の焦点距離の大きさは、焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子の焦点距離の大きさよりも大きいことを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項3】
請求項1又は2に記載のホログラム撮像装置において、
さらに被写体からの光波を集光する集光レンズを備え、前記被写体と前記集光レンズとの距離を、前記集光レンズの焦点距離以下とすることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のホログラムの撮像装置において、
xを焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子の焦点距離の大きさとし、yを焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子の焦点距離の大きさとしたときに、前記撮像素子の位置を、レンズの機能を有する光学素子から、2xy/|x-y|以上離すことを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のホログラムの撮像装置において、
インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割するビームスプリッターと、焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子としての凸面鏡と、焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子である凹面鏡とを備えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項6】
請求項5に記載のホログラム撮像装置において、
前記凸面鏡と前記凹面鏡の一方を空間光変調器で置き換えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項7】
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のホログラムの撮像装置において、
インコヒーレントな光波を直線偏光にする第1の偏光子と、振動方向が直交する偏光成分の内の一方の偏光成分に焦点距離が正のレンズの位相変調を与え、他方の偏光成分は平面波とする空間光変調器と、前記空間光変調器で反射又は透過した2つの偏光成分を透過させる焦点距離が負のレンズと、2つの偏光成分の振動方向を一致させる第2の偏光子とを備えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。
【請求項8】
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のホログラムの撮像装置において、
インコヒーレントな光波を直線偏光にする第1の偏光子と、振動方向が直交する偏光成分の内の一方の偏光成分に焦点距離が負のレンズの位相変調を与え、他方の偏光成分は平面波とする空間光変調器と、前記空間光変調器で反射又は透過した2つの偏光成分を透過させる焦点距離が正のレンズと、2つの偏光成分の振動方向を一致させる第2の偏光子とを備えることを特徴とする、ホログラム撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明はホログラム撮像装置に関し、特に、インコヒーレントディジタルホログラフィによるホログラム撮像装置に関する。
続きを表示(約 2,800 文字)【背景技術】
【0002】
インコヒーレントディジタルホログラフィは、レーザーのようなコヒーレンスが高い光源を必要とせず、太陽光、LED、蛍光などの空間的にコヒーレンスが低い光源を用いて自己干渉の現象を利用することで、物体のホログラムを撮影できる(特許文献1)。この特徴から、インコヒーレントディジタルホログラフィは、ライダーや縞投影法などの能動的な立体撮影手法と異なり、特殊な光源を必要とせず、自然光環境下での受動的な立体撮影手法を実現できる。さらに、インコヒーレントディジタルホログラフィは、その原理が自己干渉に基づくため、ラグランジュ不変則の制約を受けず、従来のインコヒーレント結像系に対しておおよそ1.5倍以上、従来のコヒーレント結像系に対して2倍の分解能を有することが知られている(非特許文献1)。
【0003】
従来の結像系と同様に、インコヒーレントディジタルホログラフィでも、その分解能は光の波長に比例し、光学系を構成するレンズの開口数(NA)に反比例している。したがって、撮影対象の細かさに応じて、光の波長及びレンズのNAを適切に設定する必要があり、分解能を向上するためには、光源の短波長化、レンズの高NA化が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第6416270号公報
特許第6245551号公報
特開2019-144520号公報
特開2010-127976号公報
【非特許文献】
【0005】
J. Rosen, A. Vijayakumar, M. Kumar, M. R. Rai, R. Kelner, Y. Kashter, A. Bulbul, and S. Mukherjee, “Recent advances in self-interference incoherent digital holography,” Advances in Optics and Photonics, Vol. 11, No. 1, pp. 1-66, (2019).
J. Rosen and G. Brooker, “Non-scanning motionless fluorescence three-dimensional holographic microscopy,” Nature Photonics, Vol. 2, pp. 190-195, (2008).
J. Hong and M. K. Kim, “Single-shot self-interference incoherent digital holography using off-axis configuration,” Optics Letters, Vol. 38, No. 23, pp. 5196-5199, (2013).
T. Nobukawa, Y. Katano, M. Goto, T. Muroi, N. Kinoshita, Y. Iguchi, and N. Ishii, “Incoherent digital holography simulation based on scalar diffraction theory,” Journal of Optical Society of America A, Vol. 38, Issue 7, pp. 924-932, (2021).
T. Nobukawa, Y. Katano, T. Muroi, N. Kinoshita, and N. Ishii, “Sampling requirements and adaptive spatial averaging for incoherent digital holography,” Optics Express, Vol. 27, No. 23, pp. 33634-33651, (2019).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
光の波長を短くする場合には、白色光源から、より短い波長帯域の波長フィルターを適用するか、光源自体を短波長のものに変更することで実現できる。しかしながら、光源の波長を青色の波長(405nm程度)よりも短くすると、光学素子での光の吸収が大きくなってしまうため、波長の短波長化には限界がある。さらに、波長フィルターを適用する前者の方法では、撮像装置に複数枚の波長フィルターとそれを切り替える機構を搭載する必要があり、装置が複雑・高価になる課題がある。また、後者の方法でも、光源を変更するために、複数の光源を搭載する必要があり、同様の課題がある。また、太陽光、LED、蛍光灯の周囲光で撮影する場合や、蛍光自体を撮影する場合、被写体自体に赤色や緑色の長波長の成分がある場合には、短波長化によって分解能を向上することは困難である。
【0007】
レンズのNAを大きくする場合には、NAが大きくなるほど、収差除去のために複数枚のレンズを組み合わせて高精度な配置技術でレンズ系が構成されており、レンズ系自体が大型・高価になってしまい、光源の波長を変える場合と同様に、撮像装置が複雑・高価になってしまう。
【0008】
このように、波長やNAを変更する分解能向上手法では、撮像装置が複雑・高価になる傾向にあり、特に、光源の短波長化については、被写体に応じては適用できないケースが存在する。
【0009】
したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、従来の分解能向上手法に伴う装置が複雑・大型・高価になってしまう課題を解決し、光源やレンズのNAを変更することなく、被写体に依存せずに分解能を向上することができる、ホログラム撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために本発明に係るホログラム撮像装置は、インコヒーレントな光波を第1分割光と第2分割光に分割し、前記第1分割光と前記第2分割光に互いに異なる位相分布を付与し、その後、前記第1分割光と前記第2分割光を互いに干渉させてホログラムを形成し、撮影するホログラム撮像装置において、前記第1分割光及び前記第2分割光の一方を焦点距離が負のレンズの機能を有する光学素子で変調し、他方を焦点距離が正のレンズの機能を有する光学素子で変調し、これらを撮像素子の受光面で干渉させることを特徴とする。
(【0011】以降は省略されています)

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