特開 2024-171188 回折光学素子、撮像装置、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171188

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】回折光学素子、撮像装置、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G03H 1/06 20060101AFI20241204BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20241204BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20241204BHJP

   G11B 7/0065 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G03H1/06

G02B5/30

G02B5/18

G11B7/0065

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088134

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100185225

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 恭一

(72)【発明者】

【氏名】信川 輝吉

(72)【発明者】

【氏名】片野 祐太郎

(72)【発明者】

【氏名】後藤 正英

(72)【発明者】

【氏名】室井 哲彦

(72)【発明者】

【氏名】萩原 啓

【テーマコード（参考）】

2H149

2H249

2K008

5D090

【Ｆターム（参考）】

2H149AA25

2H149AB03

2H149BA00

2H149BA02

2H149FC09

2H249AA02

2H249AA52

2H249AA64

2K008AA08

2K008BB04

2K008CC03

2K008DD27

2K008FF07

2K008FF27

2K008HH12

5D090BB16

5D090LL03

(57)【要約】

【課題】光利用効率を向上した回折光学素子及び撮像装置を提供する。
【解決手段】インコヒーレント光を第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、撮像する撮像装置において、１次元周期又は２次元周期のｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を付与する回折光学素子により、前記第１分割光と前記第２分割光をそれぞれ３又は４方向に均一な光強度で分割し、分割したそれぞれの光を、透過軸の角度が異なる直線偏光子を通過させることで、互いに異なる位相シフト量の複数枚のホログラムを形成させ、複数枚の前記ホログラムを同時に撮像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】

インコヒーレント光を第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、撮像する撮像装置において、
１次元周期又は２次元周期のｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を付与する回折光学素子により、前記第１分割光と前記第２分割光をそれぞれ３又は４方向に均一な光強度で分割し、分割したそれぞれの光を、透過軸の角度が異なる直線偏光子を通過させることで、互いに異なる位相シフト量の複数枚のホログラムを形成させ、複数枚の前記ホログラムを同時に撮像する、撮像装置。

【請求項2】

請求項１記載の撮像装置において、
さらに、複数枚の前記ホログラムから位相シフト法により複素振幅分布を取得し、伝播計算により再構成像を生成する情報処理装置を備える、撮像装置。

【請求項3】

１×２Ｎ個（Ｎは自然数）のピクセルからなり、各ピクセルがｎ階調（ｎ＞２）の位相値を有する位相の基本配列を繰り返し単位とし、前記繰り返し単位を縦・横方向に複数配置してなる、１次元周期の位相分布を有する回折光学素子であって、透過又は反射する光波を強度が均一の３つの光に分割する、回折光学素子。

【請求項4】

Ｍ×２Ｎ個（Ｍ＞１，Ｎは自然数）のピクセルからなり、各ピクセルがｎ階調（ｎ＞２）の位相値を有する位相の基本配列を、該基本配列を上下左右反転して複製したものと上下方向に組み合わせてなる２Ｍ×２Ｎ個のピクセルを繰り返し単位とし、前記繰り返し単位を縦・横方向に複数配置してなる、２次元周期の位相分布を有する回折光学素子であって、透過又は反射する光波を強度が均一の４つの光に分割する、回折光学素子。

【請求項5】

請求項３又は４に記載の回折光学素子であって、
前記位相分布を、ｎ段階（ｎ＞２）の高さを有する光学材料の凹凸構造により実現することを特徴とする、回折光学素子。

【請求項6】

請求項３又は４に記載の回折光学素子であって、
前記位相分布を、光源の波長以下の大きさで、面内の形状又は分布が互いに異なる柱状突起を有するメタサーフェスで実現することを特徴とする、回折光学素子。

【請求項7】

コンピュータに、少なくとも以下の各手順
手順Ａ．複数のピクセルからなる位相の初期配列を作成し、前記初期配列を周期的に拡張して初期位相格子を作成するステップ、
手順Ｂ．前記初期位相格子と所定の振幅分布とを組み合わせて、フーリエ変換をするステップ、
手順Ｃ．前記フーリエ変換で得られた位相分布と目標の振幅分布とを組み合わせて、逆フーリエ変換するステップ、
手順Ｄ．前記逆フーリエ変換で得られた位相分布から、複数のピクセルからなる基本配列を切り出すステップ、
手順Ｅ．前記基本配列の１か所のピクセルの位相を変化させ、変化させた基本配列を周期的に拡張して位相格子を作成するステップ、
手順Ｆ．前記位相格子と所定の振幅分布とを組み合わせて、フーリエ変換をするステップ、
手順Ｇ．前記位相格子に基づくフーリエ変換で得られた振幅分布と目標の振幅分布との差分を求めるステップ、
手順Ｈ．前記差分を評価し、前記基本配列と、変化させた基本配列の一方を選択するステップ、
手順Ｉ．最終的に得られた基本配列を周期的に拡張して、回折光学素子のｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を決定するステップ、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回折光学素子、撮像装置、及びプログラムに関し、特にインコヒーレントホログラフィによる撮像に用いる回折光学素子、これを用いた撮像装置、及び回折光学素子を設計するためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ホログラフィは物体の３次元情報を取得・再構成する技術である。特に、インコヒーレントホログラフィの技術では、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いう特徴がある（非特許文献１）。このことから、インコヒーレトホログラフィでは、レーザー光源を用いる立体撮像手法を導入する際に検討するべきアイセーフの問題を考慮する必要がなく、複数のレーザー光源の混信の問題もなく、受動的な立体撮像手法を実現できる。さらに、従来のカメラよりも優れた空間周波数特性を有しており、高精細な映像を撮影できる有力な候補である。

【0003】

一般に、ホログラフィで３次元情報を取得するためには、位相情報あるいは複素振幅情報（位相情報と振幅情報を合わせたもの）の検出が必要である。その情報の検出に、位相シフト法がよく用いられる（例えば、特許文献１）。位相シフト法とは、光の位相シフト量（つまり縞の明暗の位置）が異なる、複数枚のホログラムを撮像し、これらを解析することで、位相情報あるいは複素振幅情報を検出する技術である。位相シフト法に必要な複数枚のホログラムを撮像する際に、ピエゾ素子や液晶などの空間光変調器等を用いて、逐次的に光の位相をシフトさせて、その都度、ホログラムを撮像する時分割の位相シフト法（例えば、特許文献１、非特許文献２）がよく利用されている。しかし、この方法では、位相情報あるいは複素振幅情報を検出するために複数回（最低３回）の撮像が必要で、撮像の間、被写体は静止している必要があり、動画撮像への適用が困難である。

【0004】

そこで、動画撮像にも適用するために、位相シフト法に必要な複数枚のホログラムを一括に撮像する空間分割の位相シフト法が提案されている（特許文献２～５）。特許文献２～５では、撮像対象物体から反射、透過、散乱してきた光を、２階調の回折光学素子により変調する。各文献で光学素子の形態、光学系の配置や構成が異なるが、すべてに共通している点は、２段の凹凸構造が周期的に配置された２値の回折光学素子により、２階調の位相分布を光に付与している点である。２値の周期的な位相分布を付与された光は、回折の現象により、その周期性に応じて複数の方向に分割され、それぞれ異なる位相シフト量が付与され、伝搬する。これにより、位相シフト法に必要な複数枚のホログラムを撮像素子面上に同時に形成させることができ、一度の撮像で複数枚のホログラムを一括に撮像できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６４１６２７０号公報

【特許文献2】特許第７１２２１５３号公報

【特許文献3】特開２０２１－１３１４５７号公報

【特許文献4】特開２０２１－１８４０３３号公報

【特許文献5】特開２０２２－ ９７１３０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Joseph Rosen, et al., “Roadmap on Recent Progress in FINCH Technology”, Journal of Imaging, (2021), vol. 7, 197．

【非特許文献2】Myung K. Kim, “Full color natural light holographic camera,” Optics Express, (2013) vol. 21, pp. 9636-9642,

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、２階調の位相分布の回折光学素子を用いる場合、高次の回折光が発生してしまい、光利用効率が低下してしまう。特許文献２、３、４の市松模様状の周期的な２階調の回折光学素子を用いて４方向に光を分割する場合、各ホログラムにおける入射光の光利用効率は、理論的には１６％であり、全体での光利用効率は１６％×４＝６４％である。また、特許文献５のライン状の周期的な２階調の回折光学素子を用いる場合には、光は３方向に分割され、各ホログラムにおける入射光の光利用効率は２９％であり、全体での光利用効率は２９％×３＝８７％である。すなわち、４分割の場合１００－６４＝３６％が、３分割の場合１００－８７＝１３％が，高次回折光成分のエネルギーであり、損失となる。

【0008】

光利用効率が低下すると、次の２つの問題が生じる。一つは、撮像素子で撮像する際の撮像素子のノイズの影響が顕著になり、立体映像の画質の低下につながる。もう一つは、ホログラム撮像時に光量を補うために、露光時間を長く設定する必要があり、フレームレートが低下する。そして、長い露光時間に対して動きが速い撮像対象・動的な現象を撮像する際には、ホログラムがぼやけてしまい、再生像の品質が劣化する。

【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、光利用効率を向上した回折光学素子及びその設計プログラムを提供するとともに、この回折光学素子を用いて、ホログラム撮像時のノイズを抑制し、高品質の立体画像を生成することが可能な撮像装置を提供することことにある。

【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撮像装置は、
（１）インコヒーレント光を第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、撮像する撮像装置において、１次元周期又は２次元周期のｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を付与する回折光学素子により、前記第１分割光と前記第２分割光をそれぞれ３又は４方向に均一な光強度で分割し、分割したそれぞれの光を、透過軸の角度が異なる直線偏光子を通過させることで、互いに異なる位相シフト量の複数枚のホログラムを形成させ、複数枚の前記ホログラムを同時に撮像する、撮像装置である。

【0011】

（２）上記（１）の撮像装置は、更に、複数枚の前記ホログラムから位相シフト法により複素振幅分布を取得し、伝播計算により再構成像を生成する情報処理装置を備えることが好ましい。

【0012】

上記課題を解決するために本発明に係る回折光学素子は、
（３）１×２Ｎ個（Ｎは自然数）のピクセルからなり、各ピクセルがｎ階調（ｎ＞２）の位相値を有する位相の基本配列を繰り返し単位とし、前記繰り返し単位を縦・横方向に複数配置してなる、１次元周期の位相分布を有する回折光学素子であって、透過又は反射する光波を強度が均一の３つの光に分割する、回折光学素子である。

【0013】

また、上記課題を解決するために本発明に係る回折光学素子は、
（４）Ｍ×２Ｎ個（Ｍ＞１，Ｎは自然数）のピクセルからなり、各ピクセルがｎ階調（ｎ＞２）の位相値を有する位相の基本配列を、該基本配列を上下左右反転して複製したものと上下方向に組み合わせてなる２Ｍ×２Ｎ個のピクセルを繰り返し単位とし、前記繰り返し単位を縦・横方向に複数配置してなる、２次元周期の位相分布を有する回折光学素子であって、透過又は反射する光波を強度が均一の４つの光に分割する、回折光学素子である。

【0014】

（５）上記（３）または（４）の回折光学素子は、更に、前記位相分布を、ｎ段階（ｎ＞２）の高さを有する光学材料の凹凸構造により実現することが好ましい。

【0015】

（６）上記（３）または（４）の回折光学素子は、更に、前記位相分布を、光源の波長以下の大きさで、面内の形状又は分布が互いに異なる柱状突起を有するメタサーフェスで実現することが好ましい。

【0016】

上記課題を解決するために本発明に係るプログラムは、
（７）コンピュータに、少なくとも以下の各手順
手順Ａ．複数のピクセルからなる位相の初期配列を作成し、前記初期配列を周期的に拡張して初期位相格子を作成するステップ、
手順Ｂ．前記初期位相格子と所定の振幅分布とを組み合わせて、フーリエ変換をするステップ、
手順Ｃ．前記フーリエ変換で得られた位相分布と目標の振幅分布とを組み合わせて、逆フーリエ変換するステップ、
手順Ｄ．前記逆フーリエ変換で得られた位相分布から、複数のピクセルからなる基本配列を切り出すステップ、
手順Ｅ．前記基本配列の１か所のピクセルの位相を変化させ、変化させた基本配列を周期的に拡張して位相格子を作成するステップ、
手順Ｆ．前記位相格子と所定の振幅分布とを組み合わせて、フーリエ変換をするステップ、
手順Ｇ．前記位相格子に基づくフーリエ変換で得られた振幅分布と目標の振幅分布との差分を求めるステップ、
手順Ｈ．前記差分を評価し、前記基本配列と、変化させた基本配列の一方を選択するステップ、
手順Ｉ．最終的に得られた基本配列を周期的に拡張して、回折光学素子のｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を決定するステップ、
を実行させるためのプログラムである。

【発明の効果】

【0017】

本発明により設計された回折光学素子は、高次の回折光を抑制できるため、光利用効率を改善できる。また、本発明の撮像装置は、ホログラム撮像時のノイズを抑制し、高品質の立体画像を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の回折光学素子を用いた第１の実施形態の撮像装置を示す図である。

【図2A】１次元周期の回折光学素子で付与する位相分布の例である。

【図2B】２次元周期の回折光学素子で付与する位相分布の例である。

【図3A】領域分割偏光子の例である。

【図3B】領域分割偏光子の別の例である。

【図4】回折光学素子の位相分布の設計方法の例を示す、フローチャートである。

【図5】図２Ａの回折光学素子の設計例である。

【図6】図２Ａの回折光学素子の設計例である。

【図7】図２Ｂの回折光学素子の設計例である。

【図8】図２Ｂの回折光学素子の設計例である。

【図9】図２Ｂの回折光学素子の設計例である。

【図10】メタサーフェスの例を示す図である。

【図11A】メタサーフェスの柱状突起の例を示す図である。

【図11B】メタサーフェスの柱状突起の例を示す図である。

【図11C】メタサーフェスの柱状突起の例を示す図である。

【図12】本発明の回折光学素子を用いた第２の実施形態の撮像装置を示す図である。

【図13】本発明の回折光学素子を用いた第３の実施形態の撮像装置を示す図である。

【図14】検証実験で撮影された被写体である。

【図15】検証実験で取得されたホログラムである。

【図16】検証実験で得られた再構成像である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

【0020】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の回折光学素子を用いた第１の実施形態の撮像装置を示す図である。本実施形態は、階調数３以上の多階調の位相分布を付与する透過型の回折光学素子４を用いたホログラム撮影装置の例である。図１の実施形態の装置構成は、バンドパスフィルター１、偏光子２、円偏光２重焦点レンズ３、回折光学素子４、領域分割偏光子５、撮像素子２０、及び、情報処理装置３０を備える。

【0021】

バンドパスフィルター１は、撮影対象の物体から、反射・透過した、あるいは発せられた空間的かつ時間的にインコヒーレントな光波について、特定の波長帯域の光のみを透過させ、時間的コヒーレンスを向上させる。バンドパスフィルター１を透過する光の波長幅は、例えば、１ｎｍ～１００ｎｍであり、透過波長幅が狭い方が望ましい。なお、光源の時間的コヒーレンスが十分に高い場合には、バンドパスフィルター１は、省略することもできる。バンドパスフィルター１を適用後、光は偏光子２に入射する。

【0022】

偏光子２は、入射した光を直線偏光にする。また、円偏光２重焦点レンズ３は、直線偏光（例えば４５度傾いた偏光）を入射させることによって、右回りの円偏光と左回りの円偏光を生成すると共に、右回り円偏光と、左回り円偏光のそれぞれに異なる焦点距離のレンズの位相を付与する。偏光子２と円偏光２重焦点レンズ３により、右回り円偏光の第１分割光と左回り円偏光の第２分割光が得られる（どちらの偏光を第１分割光、第２分割光としてもよい。）。なお、本実施形態では、偏光子２と円偏光２重焦点レンズ３を用いたが、位相状態の異なる２つの円偏光は、例えば、偏光回折レンズ、又はメタサーフェスを用いると単一の素子で実現でき、また、複屈折レンズ・液晶レンズなどの線複屈折を有する素子と、１／４波長板との組み合わせでも実現できる。第１分割光と第２分割光は、回折光学素子４に入射する。

【0023】

回折光学素子４により、第１分割光と第２分割光は複数の方向に分割される。本実施形態では、ホログラムを形成するための第１分割光と第２分割光の両方に対して、ｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を回折光学素子４で付与する。

【0024】

回折光学素子４の具体例を図２Ａ，Ｂに示す。図２Ａは、１次元周期の回折光学素子（ｘ方向のみ周期性、ｙ方向は一定）で付与する位相分布の例であり、図２Ｂは、２次元周期の回折光学素子（ｘ方向、ｙ方向に周期性）で付与する位相分布の例である。各図において、上側は位相分布の平面図を示しており、下側は、平面図のｙ方向のある位置におけるｘ方向の位相値の変化を示している。両回折光学素子は、ともに、位相の階調数が３以上で、１次元方向あるいは２次元方向に周期的な位相分布を有し、１次元の場合は０次光と±１次光の強度が、２次元の場合は４つの１次光の強度が均一となるように、位相分布が選択されている。したがって、１次元周期の回折光学素子４を用いる場合には、第１分割光と第２分割光はそれぞれ３分割され、２次元周期の回折光学素子４を用いる場合には、第１分割光と第２分割光はそれぞれ４分割される。分割された光波は、領域分割偏光子５に入射する。

【0025】

領域分割偏光子５は、透過軸の角度が異なる直線偏光子で構成されており、それぞれの角度が異なっていれば任意の値に設定してよい。領域分割偏光子５の具体例を図３Ａ，Ｂに示す。回折光学素子４として１次元回折光学素子（図２Ａ）を用いる場合には、領域分割偏光子５を図３Ａに示すように透過軸が６０度ずつずれた３つの領域で構成することが望ましい。回折光学素子４で３分割された第１分割光及び第２分割光が、３つの領域それぞれに入射する。また、２次元回折光学素子（図２Ｂ）を用いる場合には、領域分割偏光子５を図３Ｂに示すように透過軸が４５度ずつずれた４つの領域で構成することで、高精度に被写体の３次元情報を得ることができる。互いに直交した円偏光を有する第１分割光と第２分割光は、領域分割偏光子５を透過することで、互いに平行な直線偏光となり、干渉し、ホログラムを形成する。このとき、領域分割偏光子５の偏光子の透過軸の角度に応じて、干渉縞には異なる位相シフト量が付与される。偏光子の透過軸の角度をθとすると、ホログラムに付与される位相シフト量は２θである。したがって、図３Ｂの領域分割偏光子５を用いることにより、位相シフト量が０，π／２，π，３π／２［ｒａｄ］の４つのホログラムを同時に取得できる。

【0026】

撮像素子２０により、形成された複数枚のホログラムを撮影する。撮影したホログラムのディジタルデータは、情報処理装置３０に転送され、後述する信号処理を適用することで、像を再構成できる。なお、以上の光学系の説明では、円偏光２重焦点レンズ３以外に追加のレンズを記載していないが、光利用効率を高める場合、或いは像倍率を任意に制御するために、回折光学素子４より前段であれば、どこにレンズを配置してもよく、本発明の機能を損なうものではない。

【0027】

次に、回折光学素子４の設計方法について説明する。図２Ａ，図２Ｂの位相分布は、解析的に求めることはできず、非凸最適化計算により設計する。図４は、本発明に係る回折光学素子４の位相分布の設計方法の例を示す、フローチャートである。図４のフローチャート及び図５，図６の設計例に基づいて、図２Ａの回折光学素子４の設計方法を説明する。

【0028】

ステップＳ１：位相領域の最小単位をピクセルと呼ぶこととする。まず、縦方向に１ピクセル、横方向に２Ｎ（Ｎは自然数）ピクセルの位相の基本配列（初期配列）を作成する。位相の基本配列（初期配列）の各ピクセルθ₁～θ_2Nには、任意の位相値を設定してよいが、θ₁～θ_Nには、位相値０ラジアンを、θ_N+1～θ_2Nには、位相値0.6391πラジアンを設定することで、後述の最適化計算の計算時間が短く済む。なお、上述の位相値は、１次元の周期的な位相分布の０次光と±１次光成分の回折効率が、理論的に同じになる場合の２階調の値である。

【0029】

ステップＳ２：ステップＳ１で作成された位相の基本配列（初期配列）を元に、同一の位相の基本配列を周期的に拡張して、位相格子（初期位相格子）を作成する。つまり、位相の基本配列（初期配列）を繰り返し単位とし、これと同じ配列を、縦・横方向に複製・配置することにより、２次元（平面）の位相分布が形成される。なお、位相値は、ｘ方向に周期性を有し、ｙ方向は一定の一次元周期である。複製する個数は、設計をおこなうコンピュータのメモリ・計算時間の許す限り、多い方が望ましく、周期的な拡張後のピクセルサイズは、正方形で２の累乗の値になっていることが望ましい。

【0030】

ステップＳ３：作成された位相分布（初期位相格子）に、同じ画素数の振幅分布を掛け合わせ、２次元の複素振幅分布を構成する。振幅分布は、値が一様な振幅分布であってよい。この複素振幅分布をフーリエ変換して、フーリエスペクトルを得る。

【0031】

ステップＳ４：得られたフーリエスペクトルの内、振幅分布を目標値（目標の振幅分布）に置換する。本設計例では、目標値は、０次光と±１次光成分の光強度が１で、その他の回折光成分の光強度が０となる振幅分布である。フーリエスペクトルの位相分布は保持したままで、置換した振幅分布と組み合わせることにより、新たなフーリエスペクトルが生成される。

【0032】

ステップＳ５：生成された新たなフーリエスペクトルを、逆フーリエ変換する。

【0033】

ステップＳ６：逆フーリエ変換の結果得られた位相分布の内、中心部分の１×２Ｎピクセルの位相分布を切り出し、更新された位相の基本配列φ₁～φ_2Nを得る。なお、逆フーリエ変換の結果得られた位相分布のうち、中心部分は歪み及びノイズが小さい。

【0034】

次に、位相の基本配列φ₁～φ_2Nを初期値として、最適化計算を使って、目的の位相分布を設計する。なお、最適化計算の方法としては、特定のものに限定されない。ここでは、汎用性が高い、焼きなまし法を使った場合の設計方法を示す。

【0035】

ステップＳ７：位相の基本配列の内、無作為に１か所のピクセルの位相を変化させる（例えば、φ₂をφ'₂に置換える）。

【0036】

ステップＳ８：変化させた位相の基本配列を周期的に拡張して、位相格子を作成する。すなわち、変化させた位相の基本配列を繰り返し単位とし、これと同じ配列を、縦・横方向に複数（複製）配置することにより、２次元（平面）の位相分布が形成される。なお、本実施形態では、位相値はｘ方向に周期性を有し、ｙ方向は一定であり、一次元周期を有する。

【0037】

ステップＳ９：この２次元の位相分布（位相格子）に、同じ画素数の振幅分布を掛け合わせ、２次元の複素振幅分布を構成する。振幅分布は、値が一様な振幅分布であってよい。この複素振幅分布をフーリエ変換して、フーリエスペクトルを得る。

【0038】

ステップＳ１０：得られたフーリエスペクトルの振幅分布と、目標の振幅分布の差分Ｅを求める。差分Ｅは、任意の手法で評価することができるが、例えば、全要素の平均二乗誤差（ＭＳＥ：Mean Squared Error）とする。この差分Ｅが小さいほど、目標（目的）の振幅分布に近いフーリエスペクトルを生成できる位相分布が得られていることがわかる。なお、計算領域や最適化手法に応じて、フーリエ変換により得られた振幅分布の±１次光が０次光よりも小さくなる傾向がある場合には、目的の振幅分布の±１次成分を０次光よりも強めに設定しておくと効率的に解を探索できる。

【0039】

ステップＳ１１：次に、差分Ｅの評価を行う。差分Ｅの値に応じて、位相の基本配列を更新するかどうか、すなわちφ₂からφ'₂の変化を受け入れるかを判断する。変化前の位相の基本配列φ₁～φ_2Nに基づいて構成する複素振幅分布のフーリエスペクトルと、目標値との差分をＥ₀とし、ＥとＥ₀を比較する。ＥがＥ₀より小さい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１４に進み、ＥがＥ₀以上の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１２に進む。

【0040】

ステップＳ１２：今回の計算処理（１か所の位相を変化させる処理）が、所定の確率Ｓ％に該当するか否かを判断する。Ｓは、反復計算の回数に伴って減少するような値が望ましく、例えば、exp(-(E-E₀)/kI)とする。ｋはボルツマン定数、Ｉは反復回数である。今回の処理計算の実行がＳ％の確率に該当する場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１４に進み、該当しない場合（Ｎｏ）はステップＳ１３に進む。

【0041】

ステップＳ１３：基本配列の更新をせず、ステップＳ７に戻る。すなわち、変化させる前の位相の基本配列を採用する（φ₂からφ'₂の変化を受け入れない）。

【0042】

ステップＳ１４：基本配列を、変化を反映した位相の基本配列に更新する。すなわち、ステップ７で無作為に１か所の位相を変化させた位相の基本配列を採用する（φ₂からφ'₂の変化を受け入れる）。その後、ステップＳ１５に進む。

【0043】

ステップＳ１５：位相格子の設計処理の終了条件を満たすか否かを判断する。終了条件は、例えば、差分Ｅの値が収束すること、あるいは規定の値以下になることを条件とする。条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、設計処理を終了する。また、条件を満たさない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７に戻り、更新された位相を基本配列φ₁～φ_2Nとして、目標の位相格子に近づける同様の処理を繰り返す。

【0044】

そして、最終的に得られた基本配列を周期的に拡張して回折光学素子の位相格子（位相分布）を決定する。

【0045】

なお、ステップＳ１２について補足すると、一般に、最適化計算では、ＥがＥ₀より小さい場合に基本配列を更新し、一方、ＥがＥ₀より大きい場合は、変化させる前の位相の基本配列を採用する。しかし、局所解での滞留を防ぐために、ＥがＥ₀より大きい場合でも、ある確率Ｓ％で、無作為に１か所の位相を変化させた位相の基本配列を採用する。この手法（いわゆる、焼きなまし法）により、大域的最適解を得ることができる。

【0046】

このような非凸最適化計算の処理により、図２Ａの位相分布が得られる。図２Ａの３方向に回折させる１次元周期の回折光学素子は、４方向に回折させる２次元周期の回折光学素子と比較して光の分割数が少ないことから、各ホログラムの光量を向上させることができる。

【0047】

同様の設計方法により、図２Ｂの位相分布を求めることができる。図４のフローチャート及び図７、図８、図９の設計例に基づいて、図２Ｂの回折光学素子４の設計方法を説明する。

【0048】

ステップＳ１：まず、縦方向にＭ（Ｍ＞１）ピクセル、横方向に２Ｎ（Ｎは自然数）ピクセルの位相の基本配列（初期配列）を作成する。位相の基本配列（初期配列）の各ピクセルθ_1,1～θ_M,2Nには、任意の位相値を設定してよいが、基本配列の左半分のＭ×Ｎピクセルには、位相値０ラジアンを、右半分のＭ×Ｎピクセルには、位相値πラジアンを設定することで、後述の最適化計算の計算時間が短く済む。なお、上述の位相値は、２次元の周期的な位相分布の４つの１次光成分の回折効率が、理論的に同じになる場合の２階調の値である。

【0049】

ステップＳ２：ステップＳ１で作成された位相の基本配列（初期配列）を元に、同一の位相の基本配列を周期的に拡張して、位相格子（初期位相格子）を作成する。ここでは、位相の基本配列（初期配列）に対し、同様の基本配列を上下左右方向に反転して複製したものを上下方向に結合して２Ｍ×２Ｎピクセルの位相分布を形成する。この２Ｍ×２Ｎピクセルを繰り返し単位として、これと同じ位相分布を縦・横方向に複製・配置することにより、２次元（平面）の位相分布が形成される。なお、位相値は、ｘ方向及びｙ方向に周期性を有する二次元周期である。複製する個数は、設計をおこなうコンピュータのメモリ・計算時間の許す限り、多い方が望ましく、周期的な拡張後のピクセルサイズは、正方形で、２の累乗の値になっていることが望ましい。

【0050】

ステップＳ３：作成された２次元の位相分布（初期位相格子）に、同じ画素数の振幅分布を掛け合わせ、２次元の複素振幅分布を構成する。振幅分布は、値が一様な振幅分布であってよい。この複素振幅分布をフーリエ変換して、フーリエスペクトルを得る。

【0051】

ステップＳ４：得られたフーリエスペクトルの内、振幅分布を目標値（目標の振幅分布）に置換する。本設計例では、目標値は、４つの１次光成分の光強度が１で、その他の回折光成分の光強度が０となる振幅分布のことである。フーリエスペクトルの位相分布は保持したままで、置換した振幅分布とあわせることにより、新たなフーリエスペクトルが生成される。

【0052】

ステップＳ５：生成された新たなフーリエスペクトルを、逆フーリエ変換する。

【0053】

ステップＳ６：逆フーリエ変換の結果得られた位相分布の内、位相の基本配列に対応した中心部分のＭ×２Ｎピクセルの位相分布を切り出し、更新された位相の基本配列φ_1,1～φ_M,2Nを得る。

【0054】

次に、位相の基本配列φ_1,1～φ_M,2Nを初期値として、最適化計算を使って、目的の位相分布を設計する。なお、前述の図２Ａの位相分布の設計と同様に、最適化計算としては、特定のものに限定されない。ここでは、汎用性が高い、焼きなまし法を使った場合の設計方法を示す。

【0055】

ステップＳ７：位相の基本配列の内、無作為に１か所のピクセルの位相を変化させる（例えば、φ_2,2をφ'_2,2に置換える）。

【0056】

ステップＳ８：変化させた位相の基本配列を周期的に拡張して、２次元の位相分布を形成する。すなわち、変化させた位相の基本配列について、上下左右反転して複製したパターンと上下方向に結合して２Ｍ×２Ｎピクセルの位相分布を形成する。これを繰り返し単位として同じ位相分布を縦・横方向に複数（複製）配置することにより、２次元周期を有する位相分布が形成される。

【0057】

ステップＳ９：この２次元の位相分布（位相格子）に、同じ画素数の振幅分布を掛け合わせ、２次元の複素振幅分布を構成する。振幅分布は、値が一様な振幅分布であってよい。この複素振幅分布をフーリエ変換して、フーリエスペクトルを得る。

【0058】

ステップＳ１０：得られたフーリエスペクトルの振幅分布と、目標の振幅分布の差分Ｅを求める。差分Ｅは、任意の手法で評価することができる。この差分Ｅが小さいほど、目標（目的）の振幅分布に近いフーリエスペクトルを生成できる位相分布が得られていることがわかる。

【0059】

ステップＳ１１：次に、差分Ｅの評価を行う。差分Ｅの値に応じて、位相の基本配列を更新するかどうか、すなわちφ_2,2からφ'_2,2の変化を受け入れるかを判断する。変化前の位相の基本配列φ_1,1～φ_M,2Nに基づいて構成する複素振幅分布のフーリエスペクトルと、目標値との差分をＥ₀とし、ＥとＥ₀を比較する。ＥがＥ₀より小さい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１４に進み、ＥがＥ₀以上の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１２に進む。

【0060】

ステップＳ１２：今回の計算処理（１か所の位相を変化させる処理）が、所定の確率Ｓ％に該当するか否かを判断する。局所解での滞留を防ぐために、ＥがＥ₀以上の場合でも、ある確率Ｓ％で、無作為に１か所の位相を変化させた位相の基本配列を採用する。したがって、今回の処理計算の実行がＳ％の確率に該当する場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１４に進み、該当しない場合（Ｎｏ）はステップＳ１３に進む。なお、Ｓは、反復計算の回数に伴って減少するような値が望ましく、例えば、exp(-(E-E₀)/kI)とする。なお、本実施形態では、最適化計算として、焼きなまし法を用いることを前提にしているが、他に、反復フーリエ変換法、遺伝的アルゴリズム、確率的勾配降下法、量子アニーリング等の最適化計算手法を用いてもよい。

【0061】

ステップＳ１３：基本配列の更新をせず、ステップＳ７に戻る。すなわち、変化させる前の位相の基本配列を採用する（φ_2,2からφ'_2,2の変化を受け入れない）。

【0062】

ステップＳ１４：基本配列を、変化を反映した位相の基本配列に更新する。すなわち、ステップ７で無作為に１か所の位相を変化させた位相の基本配列を採用する（φ_2,2からφ'_2,2の変化を受け入れる）。その後、ステップＳ１５に進む。

【0063】

ステップＳ１５：位相格子の設計処理の終了条件を満たすか否かを判断する。条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、設計処理を終了する。また、条件を満たさない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７に戻り、更新された位相を基本配列φ_1,1～φ_M,2Nとして、目標の位相格子に近づける同様の処理を繰り返す。

【0064】

そして、最終的に得られた基本配列を周期的に拡張して回折光学素子の位相格子（位相分布）を決定する。

【0065】

このような非凸最適化計算の処理により、図２Ｂの位相分布が得られる。図２Ｂの位相分布を有する回折光学素子の方が、図２Ａよりも加工誤差にロバストである。

【0066】

図２Ａ，図２Ｂの回折光学素子の位相分布は、図４のフローチャートの各ステップを行うコンピュータにより、設計することができる。すなわち、本実施形態に係る位相分布の設計は、フローチャートの各ステップ（手順）を行うプログラムを、コンピュータのプロセッサで実行することにより実現される。プログラムは、各ステップの動作をコンピュータに実行させることで、コンピュータを位相分布の設計装置として機能させる。すなわち、コンピュータは、プログラムに従って回折光学素子の位相分布の設計装置として機能する。

【0067】

プログラムは、非一時的なコンピュータ読取り可能な媒体に記憶しておくことができる。非一時的なコンピュータ読取り可能な媒体は、例えば、フラッシュメモリ、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、又はＲＯＭ（read only memory）である。プログラムの流通は、例えば、プログラムを記憶したＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（digital versatile disc）、又はＣＤ－ＲＯＭ（compact disc read only memory）などの可搬型媒体を販売、譲渡、又は貸与することによって行う。プログラムをサーバのストレージに格納しておき、サーバから他のコンピュータにプログラムを転送することにより、プログラムを流通させてもよい。プログラムをプログラムプロダクトとして提供してもよい。

【0068】

コンピュータは、例えば、可搬型媒体に記憶されたプログラム又はサーバから転送されたプログラムを、一旦、主記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、主記憶装置に格納されたプログラムをプロセッサで読み取り、読み取ったプログラムに従った処理をプロセッサで実行する。コンピュータは、可搬型媒体から直接プログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行してもよい。コンピュータは、コンピュータにサーバからプログラムが転送される度に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行してもよい。プログラムは、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるものを含む。例えば、コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータは、「プログラムに準ずるもの」に該当する。

【0069】

なお、本発明で用いる位相分布のステップ数又は位相値は、図２Ａ，図２Ｂに示すものに限定されるものではない。最適化計算の結果によっては、異なる位相分布が得られる場合があるが、本発明の利点を損なうものではない。

【0070】

以上のように設計した位相分布は、例えば、リソグラフィーのグレイスケール露光、ナノインプリント、２光子吸収による３次元光造形等の製法により、ガラスや透明樹脂等の光学材料からなるｎ段階（ｎ＞２）の高さを有する凹凸構造の回折光学素子（ピクセルごとに厚さの異なる光学素子）として実現できる。

【0071】

また、設計した位相分布は、波長以下の微細構造の大きさ・形状・分布で多階調の位相を制御するメタサーフェスでも実現できる。例えば、図１０は、微細な円柱状突起の太さを異ならせて、異なる位相（φ₁、φ₂）の領域を実現したメタサーフェスの例である。さらに円柱状突起の太さを多段階に制御したり、又は円柱状突起の密度を制御することで、ｎ階調（ｎ＞２）の位相領域を実現できる。また、柱状突起の形状（上面形状）を異ならせることで、位相を制御してもよい。図１１Ａは、上面が長方形の柱状突起を示しており、図１１Ｂは、上面が楕円形の柱状突起を示している。また、図１１Ｃは、上面がＬ字形の柱状突起を示している。このように、微細な柱状突起の面内の形状又は分布を様々に異ならせて、ｎ階調（ｎ＞２）の位相領域を実現することができる。

【0072】

そして、設計した位相分布を実現する回折光学素子を用いてホログラム撮像装置（例えば、図１）を構成することができる。本発明の回折光学素子は、様々なホログラム撮像装置に適用できる。なお、以下では代表的な光学系を図示するが、これらに限定されるものでなく、あらゆる自己干渉計に応用可能である。

【0073】

（第２の実施の形態）
図１２は、本発明の回折光学素子を用いた第２の実施形態の撮像装置を示す図である。本実施形態は、階調数３以上の多階調の位相分布を付与する反射型の回折光学素子４を用いたホログラム撮影装置の例である。図１２の実施形態の装置構成は、バンドパスフィルター１、偏光子２、円偏光２重焦点レンズ３、ビームスプリッター（ＢＳ）６、回折光学素子４、領域分割偏光子５、撮像素子２０、及び、情報処理装置３０を備える。第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略又は簡略化する。

【0074】

撮影対象の物体から発せられたインコヒーレント光は、バンドパスフィルター１を透過して特定波長帯域の光となり、さらに偏光子２により直線偏光となる。円偏光２重焦点レンズ３は、直線偏光を入射させることによって、第１分割光と第２分割光（異なる焦点距離の右回りの円偏光と左回りの円偏光）を生成する。

【0075】

第１分割光と第２分割光は、その一部がビームスプリッター６を透過し、回折光学素子４に入射する。回折光学素子４は、第１分割光と第２分割光のそれぞれに対し、ｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を付与するとともに、両者を反射する。この結果、反射した第１分割光と第２分割光は回折により複数の方向に分割される。ビームスプリッター６は、回折光学素子４で反射され、分割された第１分割光と第２分割光の方向を変え、領域分割偏光子５に向かわせる。

【0076】

円偏光の第１分割光と第２分割光は、領域分割偏光子５を透過することで、互いに平行な直線偏光となり、干渉する。領域分割偏光子５の各領域の透過軸の角度に応じて、干渉縞には異なる位相シフト量が付与される。撮像素子２０は、複数枚のホログラムを同時に撮影し、撮影したホログラムのディジタルデータを、情報処理装置３０に転送する。

【0077】

本実施形態によれば、ビームスプリッター６を導入することで、小型な光学系を構築することができる。

【0078】

（第３の実施の形態）
図１３は、本発明の回折光学素子を用いた第３の実施形態の撮像装置を示す図である。本実施形態は、偏光干渉計の構成に、階調数３以上の多階調の位相分布を付与する回折光学素子４を適用したホログラム撮影装置の例である。図１３の実施形態の装置構成は、バンドパスフィルター１、偏光子２、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）７，１／４波長板８～１０、平面鏡１１、凹面鏡１２、回折光学素子４、領域分割偏光子５、撮像素子２０、及び、情報処理装置３０を備える。第１、第２の実施形態と共通する構成については、説明を省略又は簡略化する。

【0079】

撮影対象の物体から発せられたインコヒーレント光は、バンドパスフィルター１を透過して特定波長帯域の光となり、さらに偏光子２により直線偏光となる。

【0080】

偏光ビームスプリッター７は、偏光子２を透過した光のうちｐ偏光成分（第１分割光とする。）を透過させ、また、ｓ偏光成分（第２分割光とする。）を反射して進行方向を（図面下方向に）変える。なお、後述するように、ミラーで反射後に、第１分割光はｓ偏光として偏光ビームスプリッター７に入射し、第２分割光はｐ偏光として偏光ビームスプリッター７に入射するため、偏光ビームスプリッター７は、ミラー反射後の第１分割光を反射して進行方向を（図面上方向に）変え、第２分割光を透過させて、第１分割光及び第２分割を合成する。

【0081】

１／４波長板８は、偏光ビームスプリッター７を透過したｐ偏光成分の光（第１分割光）を透過させ、円偏光にする。さらに、平面鏡１１で反射されて入射する円偏光を透過させてｓ偏光にし、偏光ビームスプリッター７に導く。

【0082】

１／４波長板９は、偏光ビームスプリッター７で反射したｓ偏光成分の光（第２分割光）を透過させ、円偏光にする。さらに、凹面鏡１２で反射されて入射する円偏光を透過させてｐ偏光にし、偏光ビームスプリッター７に導く。

【0083】

なお、本実施形態では、平面鏡１１により第１分割光に平面（無限大の焦点距離）の位相分布を与え、凹面鏡１２により第２分割光に所定の焦点距離の位相分布を与えているが、平面鏡１１と凹面鏡１２は、互いに異なる焦点距離（曲率）を有する任意のミラーであってよい。

【0084】

１／４波長板１０は、偏光ビームスプリッター７を透過／反射した第１分割光と第２分割光を透過させ、それぞれを右回り、左回りの円偏光にする。

【0085】

回折光学素子４は、第１分割光と第２分割光に対して、ｎ階調（ｎ＞２）の位相分布を付与し、これにより、第１分割光と第２分割光は複数の方向に分割される。分割された第１分割光と第２分割光は、領域分割偏光子５に入射する。

【0086】

円偏光の第１分割光と第２分割光は、領域分割偏光子５を透過することで、互いに平行な直線偏光となり、干渉する。領域分割偏光子５の各領域の透過軸の角度に応じて、干渉縞には異なる位相シフト量が付与される。撮像素子２０は、複数枚のホログラムを同時に撮影し、撮影したホログラムのディジタルデータを、情報処理装置３０に転送する。

【0087】

本実施形態によれば、偏光ビームスプリッター７を導入することで、ビームスプリッターを通過する際の光のロスがなく、光の利用効率を高めることができる。

【0088】

以上のいずれかの光学系で撮影したホログラムに対して、情報処理装置３０で以下の演算を適用して像を再構成する。初めに、撮影画像内に含まれる複数枚のホログラムを切り出し、位相シフト法を適用して、被写体の３次元情報を含んだ複素振幅分布Ｏ(x,y)を取得する。１次元周期の回折格子を用いる場合、撮影画像内に含まれるホログラムの枚数は３枚で、次の式（１）の３ステップ位相シフト法を適用する。

【0089】

【数1】

【0090】

ここで、Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｌ，Ｉ_Ｒはそれぞれ、撮像素子面上で形成される中央部、左側、右側に形成されるホログラムの強度分布であり、φ_Ｃ，φ_Ｌ，φ_Ｒはそれぞれのホログラムに付与されている位相シフト量をあらわす。αとβはそれぞれ、光変調素子の－１次光と０次光の回折効率の比、＋１次光と０次光の回折効率の比である。αとβの値は、予め回折効率を測定することにより、容易に測定することができる。光学系の作製誤差が十分に小さい、あるいは、その影響を無視できる場合には、α＝β＝１とすれば、通常の３ステップの位相シフト法と同等である。

【0091】

２次元周期の回折格子を用いる場合、撮影画像内に含まれるホログラムの枚数は４枚で、次の式（２）の４ステップ位相シフト法を適用する。

【0092】

【数2】

【0093】

ここで、Ｉ_１，Ｉ_２．Ｉ_３，Ｉ_４はそれぞれホログラムの強度分布で、φ_１，φ_２，φ_３，φ_４は各ホログラムの位相シフト量である。

【0094】

位相シフト法により得られた複素振幅分布Ｏ(x,y)に対して、以下の式（３）の伝搬計算を行うことで、被写体の像が得られる。

【0095】

【数3】

【0096】

ここでＦＴ［…］，ＦＴ^-1［…］は、フーリエ変換、逆フーリエ変換演算子である。λは光源の波長である。Ｚ_ｒは伝搬距離である。

【0097】

（検証）
本発明の多階調（ｎ階調、ｎ＞２）の位相分布の回折光学素子により、２階調の回折光学素子と比べて、光量がどの程度改善するかを検証した。従来の２階調の１次元、２次元の回折光学素子の回折効率は、それぞれ８７％、６４％であるのに対して、本発明の多階調の１次元、２次元の回折光学素子を用いると回折効率は、それぞれ９３％、８６％であった。この結果から、本発明の回折光学素子により、光利用効率が向上することから、本発明の回折光学素子を用いた撮像装置は、ノイズ量の低減、フレームレートの向上が可能となる。

【0098】

次に、多階調の回折光学素子でホログラムを撮影できるかを、シミュレーションによる検証実験で確認した。撮像装置の光学系は、図１の構成を採用し、回折光学素子は、図２Ｂの２次元の回折光学素子を用いた。また、像倍率を制御するために、バンドパスフィルターの前側に、焦点距離２５０ｍｍのレンズを追加した。

【0099】

光学系の詳細は以下のとおりである。
・光源の波長：６３３ｎｍ
・円偏光２重焦点レンズの焦点距離：３５０ｍｍ、３００ｍｍ
・円偏光２重焦点レンズと撮像素子間の距離：３３０ｍｍ
・各光学素子の開口直径：１２ｍｍ
・回折光学素子の周期：７８μｍ

【0100】

また、撮像素子の仕様は、次のとおりである。
・撮像素子の幅：１５ｍｍ
・画素ピッチ：６．５μｍ
・画素数：２０４８×２０４８画素
・階調数：１６ｂｉｔ

【0101】

以上の光学系を用いて、図１４に示す被写体を撮影した。図１５は、上述の光学系により取得されたホログラムである。この画像から、４枚のホログラムを切り出し、式（２）により複素振幅分布を求めて像を再構成した。図１６は、式（３）の伝播計算の結果得られた再構成像である。本発明により、被写体を撮影できていることがわかる。

【0102】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。例えば、実施形態に記載の各ブロック、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成ブロック、ステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0103】

本発明の撮像装置は、立体映像のカメラとして用いることができ、蛍光３次元顕微鏡など、干渉計測・分析装置等に応用可能である。

【符号の説明】

【0104】

１ バンドパスフィルター
２ 偏光子
３ 円偏光２重焦点レンズ
４ 回折光学素子
５ 領域分割偏光子
６ ビームスプリッター
７ 偏光ビームスプリッター
８～１０ １／４波長板
１１ 平面鏡
１２ 凹面鏡
２０ 撮像素子
３０ 情報処理装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】