[发明专利]数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法

说明书

数字全息图生成方法包括以下工序：光射出工序，从光源射出相干光；摄像工序，由检测器拍摄全息图，该全息图是由来自所述光源的射出光引起的物体波与参考波的干涉条纹；以及波长设定工序，设定用于生成使所述检测器拍摄的全息图的照明光的多个波长，其中，基于由使用者针对实像和共轭像以在共轭像叠加于所对应的实像时不妨碍该实像的视觉识别的方式设定的共轭像的放大率X，来以使在所述波长设定工序中设定的多个波长中的最短波长λ_min和最长波长λ_max满足λ_max/λ_min≥(1/X+1)的方式设定所述多个波长，其中，该实像和共轭像是由规定的运算单元针对作为观察对象的构造再现的像。

技术领域

本发明涉及一种用于根据记录有物体波与参考波的干涉条纹的全息图来计算物体的再现像的数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法，特别是涉及一种根据所记录的多个全息图来计算相位信息的方式的数字全息摄像装置以及数字全息图生成方法。

背景技术

在数字全息摄像中，基于物体光和参考光在图像传感器等的检测面上形成的干涉图案(全息图)来实施规定的运算处理，由此获得物体的再现像，其中，该物体光是来自光源的光在物体表面反射或透过来的光，该参考光是从同一光源直接到达的光。全息图是表示干涉光的强度分布的图像，基于均为复波前的物体波与参考波之间的振幅差及相位差来决定该强度分布。

但是，不能在全息图中记录作为波的虚数分量的相位。因此，在基于全息图获得物体的再现像时，计算在相对于检测面而言与实像(期望的再现像)对称的位置处具有与该实像复共轭的振幅的伪像(共轭像)。当这两个像叠加时，实像的可视性降低，有时无法获得观察对象的清晰的像。

为了解决该问题，目前为止尝试了基于各种方法的物体波的相位恢复(相位信息的估计)。例如在专利文献1中记载了如下一种方法：拍摄使参考波的相位位移而得到的多个全息图，通过线性运算来计算相位信息。但是在该文献所记载的方法中，需要用于高精度地进行相位位移的压电元件、或者反射镜或透镜等光学系统，装置结构变得复杂，装置自身也变得大型。

另一方面，在非专利文献1中记载了一种使用了不需要这种复杂的光学系统的在线型的数字全息摄像装置的相位恢复方法。在该方法中，将由于透光性高的物体(例如细胞)而发生了衍射的光设为物体波，将未发生衍射而透过该物体的光设为参考波，拍摄从物体到检测面的距离不同的多个全息图。之后，基于拍摄到的多个全息图在物体面与检测面之间反复计算光波的传输和逆传输，由此计算相位信息。然而，在该方法中也依然需要用于使检测器高精度地移动的驱动机构(压电元件等)。

与此相对地，近年来提出了如下一种相位恢复方法：使来自光源的射出光波长多阶段地变化，基于以各个波长拍摄到的全息图来反复计算光波传输(非专利文献2)。根据该方法，能够利用不需要复杂的光学系统和驱动系统的简易的装置结构来实现相位恢复。

专利文献1：日本特开平10-268740号公报

非专利文献1：Yan Zhang，et al.，“Whole optical wave field reconstructionfrom double or multi in-line holograms by phase retrieval algorithm”，OpticExpress，The Optical Society of America，2003，Vol.11，No.24，pp.3234-3241

非专利文献2：Peng Bao，et al.，“Lensless phase microscopy using phaseretrieval with multiple illumination wavelengths”，Applied Optics，The OpticalSociety of America，2012，Vol.51，No.22，pp.5486-5494

发明内容