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公開番号2025006334
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023107060
出願日2023-06-29
発明の名称撮像装置
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 20060101AFI20250109BHJP(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】偏光板と波長板を起因とする干渉縞に重畳するノイズを低減して、位相の異なる干渉縞を同時に取得することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、インコヒーレントな光波を複数に分岐する複数のビームスプリッタと、分岐したそれぞれの光波を自己干渉させる複数の干渉計と、前記干渉計で生成した干渉縞を取得する複数のカメラとを備え、それぞれの干渉計で互いに位相の異なる干渉縞を生成することで、位相の異なる複数の干渉縞を同時に取得す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複数に分岐する複数のビームスプリッタと、分岐したそれぞれの光波を自己干渉させる複数の干渉計と、前記干渉計で生成した干渉縞を取得する複数のカメラとを備え、
それぞれの干渉計で互いに位相の異なる干渉縞を生成することで、位相の異なる複数の干渉縞を同時に取得することを特徴とする、撮像装置。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記干渉計は、ビームスプリッタと、互いに曲率の異なる２つのミラーとを備えることを特徴とする、撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記干渉計は、マイケルソン干渉計であることを特徴とする、撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
入射光を１：１に分岐する３つのビームスプリッタを用いて物体光を４つに分岐し、位相の異なる４つの干渉縞を同時に取得することを特徴とする、撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載の撮像装置において、
入射光を２：１に分岐するビームスプリッタと入射光を１：１に分岐するビームスプリッタを用いて物体光を３つに分岐し、位相の異なる３つの干渉縞を同時に取得することを特徴とする、撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
取得した複数の干渉縞から複素振幅分布を求め、被写体の３次元情報を取得することを特徴とする、撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、特に、インコヒーレントデジタルホログラフィに用いる撮像装置に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
インコヒーレントデジタルホログラフィは、太陽光や一般的な屋内の照明光、蛍光などの空間的なコヒーレンスが低い光源で物体のホログラムを撮像でき、自然光環境下での立体撮像を実現可能とする技術である。インコヒーレントデジタルホログラフィでは、次の手順で、物体の３次元情報を再構成することができる。まず、被写体からの光（物体光)を２つの光に分離して、一方の光路に凹面ミラーやレンズを設けてわずかに光路差を生じさせる。再度これらの光を合成して干渉させることで、被写体を干渉縞として撮影する。異なる位相の干渉縞画像を複数枚取得して、位相シフト法等を用いて計算することで、撮像素子面における被写体の複素振幅分布が得られる。この複素振幅分布から光の逆伝搬計算をすることにより、任意の奥行き距離の２次元画像（すなわち、３次元情報）を得ることができる。
【０００３】
図５は、マイケルソン干渉計を用いた撮像装置の光学系の例である。被写体からの物体光は、レンズ１と波長フィルタ２を透過後、ビームスプリッタ（ＢＳ）３で２つの光に分岐される。一方の物体光は平面ミラー４で、他方の物体光は凹面ミラー５で反射され、それぞれの光が再度ビームスプリッタ３で合成されることで、干渉縞が生成される。これをカメラ２０で撮影することにより干渉縞画像を取得することができる。異なる位相の干渉縞を取得する場合、ピエゾアクチュエータ６で平面ミラー４の位置を光軸方向に変える。この操作を複数回行うことにより、異なる位相の干渉縞画像が、複数枚取得できる。
【０００４】
しかし、この光学系では、平面ミラー４の光軸方向位置を時間で変えるため、動画像を撮影することが困難である。動画像を撮影するためには、これらの異なる位相の干渉縞画像を同時に取得する必要がある。その方法として、偏光を用いて異なる位相の干渉縞を同時に生成して取得する方法が提案されている。
【０００５】
図６は、複数の干渉縞画像を同時に取得する撮像装置の第１の例である。この撮像装置の光学系は、レンズ１、波長フィルタ２、偏光板７、複屈折レンズ８、１／４波長板９、及び偏光カメラ２１を備えている。被写体からの物体光は、レンズ１と波長フィルタ２を通り、偏光板７で任意の方向の直線偏光成分のみとなる。直線偏光となった物体光は、この偏光方向から±４５°となる偏光方向に対して異なる焦点距離を有する複屈折レンズ８に入射する。複屈折レンズ８を透過した物体光は、１／４波長板９を透過し、右回りと左回りの２つの円偏光になる。これを各画素に４５°おきに偏光板が設けられた偏光カメラ２１（４種類の偏光方向の画素を有する）で撮影する。同じ偏光方向の画素の信号を集めることで、各偏光方向（各位相）の画像を生成することができ、異なる位相の干渉縞画像を同時に取得することができる。これらの干渉縞画像から光の逆伝搬計算をすることにより、任意の奥行き距離の再構成画像が得られる。この光学系により、フレームレート２５fpsの動画が取得できたことが報告されている（非特許文献１)。
【０００６】
図７は、複数の干渉縞画像を同時に取得する撮像装置の第２の例である。この撮像装置の光学系は、図６の複屈折レンズ８の代わりにビームスプリッタ（ＢＳ）３と反射型液晶パネル１０、偏光カメラ２１の代わりに回折格子１１、偏光板アレイ１２、及びカメラ２０が用いられる。被写体からの物体光は、レンズ１、波長フィルタ２、及び偏光板７を透過後、ビームスプリッタ３を介して反射型液晶パネル１０に、例えば４５°の偏光方向で入射する。反射型液晶パネル１０は、入射した物体光の水平方向と垂直方向の偏光成分に対し、一方の偏光方向に平面の位相分布を、他方の偏光方向に球面の位相分布を付与する。反射型液晶パネル１０とビームスプリッタ３で反射した物体光は、１／４波長板９を透過する。その後、物体光は回折格子１１で４方向に分岐し、これを４５°おきの偏光方向を有する４つの偏光板が設けられた偏光板アレイ１２を通してカメラ２０で撮影することにより、異なる位相の干渉縞画像が同時に取得できる。この光学系により、フレームレート１fpsで連続撮影が可能である（特許文献１)。
【０００７】
図８は、複数の干渉縞画像を同時に取得する撮像装置の第３の例である。この撮像装置の光学系は、図６の複屈折レンズ８の代わりに、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３、１／４波長板９、平面ミラー４、及び凹面ミラー５を用いたマイケルソン干渉計が用いられる。被写体からの物体光は、レンズ１、波長フィルタ２、及び偏光板７を透過後、ＰＢＳ１３に入射する。物体光のｐ偏光成分はＰＢＳ１３を透過し、１／４波長板９で円偏光になり、ミラー４で反射する。反射光は再度１／４波長板９を通ることでｓ偏光になり、ＰＢＳ１３で反射する。物体光のｓ偏光成分はＰＢＳ１３で反射し、１／４波長板９で円偏光になり、凹面ミラー５で反射する。反射光は再度１／４波長板９を通ることでｐ偏光になり、ＰＢＳ１３を透過する。ＰＢＳ１３を出た物体光は、さらに１／４波長板９で右回り、左回りの円偏光になる。これを各画素に４５°おきに偏光板が設けられた偏光カメラ２１で撮影する。同じ偏光方向の画素の信号を集めることで、各偏光方向で画像を生成することができ、異なる位相の干渉縞画像を同時に取得することができる。この光学系により、フレームレート６０fpsの動画が取得できる（特許文献２)。
【０００８】
図９は、複数の干渉縞画像を同時に取得する撮像装置の第４の例である。この撮像装置の光学系は、図８の偏光カメラ２１の代わりに、回折格子１１、偏光板アレイ１２、及びカメラ２０が用いられる。被写体からの物体光は、レンズ１、波長フィルタ２、及び偏光板７を透過後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１３に入射する。物体光のｐ偏光成分はＰＢＳ１３を透過し、１／４波長板９で円偏光になり、ミラー４で反射する。反射光は再度１／４波長板９を通ることでｓ偏光になり、ＰＢＳ１３で反射する。物体光のｓ偏光成分はＰＢＳ１３で反射し、１／４波長板９で円偏光になり、凹面ミラー５で反射する。反射光は再度１／４波長板９を通ることでｐ偏光になり、ＰＢＳ１３を透過する。これらの物体光は、さらに１／４波長板９で右回り、左回りの円偏光になる。その後、回折格子１１で４方向に分岐し、これを４５°おきに偏光板が設けられた偏光板アレイ１２を通してカメラ２０で撮影することにより、異なる位相の干渉縞画像を同時に取得することができる（特許文献２)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２１－１３１４５７号公報
特開２０２３－７７３２５号公報
【非特許文献】
【００１０】
KiHong Choi, et al., “Compact self-interference incoherent digital holographic camera system with real-time operation,” Optics Express, (2019), Vol. 27, No. 4, pp. 4818-4833
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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