JP5444530B2 - ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 - Google Patents
ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5444530B2 JP5444530B2 JP2012523912A JP2012523912A JP5444530B2 JP 5444530 B2 JP5444530 B2 JP 5444530B2 JP 2012523912 A JP2012523912 A JP 2012523912A JP 2012523912 A JP2012523912 A JP 2012523912A JP 5444530 B2 JP5444530 B2 JP 5444530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hologram
- light
- complex amplitude
- image
- line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 162
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 119
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 58
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 54
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 48
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 41
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 29
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 26
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 25
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 18
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 11
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 31
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 27
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 21
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003570 air Substances 0.000 description 12
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 241000223785 Paramecium Species 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 4
- 241000238633 Odonata Species 0.000 description 3
- 210000004081 cilia Anatomy 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/06—Means for illuminating specimens
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0866—Digital holographic imaging, i.e. synthesizing holobjects from holograms
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N7/00—Television systems
- H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0465—Particular recording light; Beam shape or geometry
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
- G03H2001/005—Adaptation of holography to specific applications in microscopy, e.g. digital holographic microscope [DHM]
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
- G03H2001/0447—In-line recording arrangement
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0443—Digital holography, i.e. recording holograms with digital recording means
- G03H2001/0454—Arrangement for recovering hologram complex amplitude
- G03H2001/0456—Spatial heterodyne, i.e. filtering a Fourier transform of the off-axis record
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0465—Particular recording light; Beam shape or geometry
- G03H2001/0469—Object light being reflected by the object
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0465—Particular recording light; Beam shape or geometry
- G03H2001/0471—Object light being transmitted through the object, e.g. illumination through living cells
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0808—Methods of numerical synthesis, e.g. coherent ray tracing [CRT], diffraction specific
- G03H2001/0825—Numerical processing in hologram space, e.g. combination of the CGH [computer generated hologram] with a numerical optical element
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
- G03H1/0866—Digital holographic imaging, i.e. synthesizing holobjects from holograms
- G03H2001/0883—Reconstruction aspect, e.g. numerical focusing
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/10—Modulation characteristics, e.g. amplitude, phase, polarisation
- G03H2210/12—Phase modulating object, e.g. living cell
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/50—Nature of the object
- G03H2210/55—Having particular size, e.g. irresolvable by the eye
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/62—Moving object
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2210/00—Object characteristics
- G03H2210/63—Environment affecting the recording, e.g. underwater
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/40—Particular irradiation beam not otherwise provided for
- G03H2222/44—Beam irradiating the object at recording stage
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/50—Geometrical property of the irradiating beam
- G03H2222/54—Convergent beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2222/00—Light sources or light beam properties
- G03H2222/50—Geometrical property of the irradiating beam
- G03H2222/56—Conjugated beam
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H2240/00—Hologram nature or properties
- G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
- G03H2240/62—Sampling aspect applied to sensor or display
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
図1乃至図7は微小被写体のホログラム画像記録方法(本記録方法ともいう)について示し、これらの図のうち図2、図3は微小被写体が光透過性の場合を示し、図6、図7は微小被写体が光を反射する場合を示す。このホログラム画像記録方法は、図1に示すように、参照光Rの情報を記録する参照光波取得工程(S1)と、物体光Oの情報を記録する撮像工程(S2)および複素振幅取得工程(S3)と、物体光Oの情報から参照光Rの情報を除去した複素振幅インラインホログラムを生成して記録する画像記録工程(S4)と、を備えている。ここで、この画像記録方法を実施するための装置構成を説明し、その後に画像記録の各工程を詳細に説明する。なお、本明細書において、「波面」の用語は、「等位相面」の意味の他に、ある面に到達した「光波」の意味としても用いられている。
図8、図9(a)(b)は高分解能画像再生用ホログラム作成方法を示す。上述した微小被写体のホログラム画像記録方法によって記録された複素振幅インラインホログラムJOLは、インライン球面波光LまたはL2を用いて、結像レンズを用いることなく求められている。従って、空間サンプリング間隔を細分化して光波長程度まで小さくするように画像を拡大しても歪みは発生しない。この高分解能画像再生用ホログラム作成方法は、図8に示すように、実質的に画素数を増やす画素数増大工程(S11)と、インライン球面波光LまたはL2成分を除去した物体光複素振幅インラインホログラムgを生成する空間変調工程(S12)とを備えている。
図10は画像再生方法を示す。この画像再生方法は、上述した微小被写体のホログラム画像記録方法によって記録された複素振幅インラインホログラムJOLから画像を再生する方法である。この画像再生方法では、図10に示すように、画素数増大工程(S21)および空間変調工程(S22)を経た後、平面波展開工程(S23)を行う。画素数増大工程(S21)と空間変調工程(S22)は、それぞれ上述の画素数増大工程(S11)および空間変調工程(S12)と同等の工程である。
図11乃至図14は計算量を削減できる他の画像再生方法を示す。上述のように、複素振幅インラインホログラムJOLから高分解能な物体光を再生することができるが、平面波展開を用いて高分解能画像を再生するために、空間サンプリング間隔を光波長程度まで狭くする。このとき、例えば、高速フーリエ変換(FFT)を用いて、妥当な計算時間のもとで数値計算が可能となる範囲に、サンプリングデータ数を抑える必要がある。逆に、計算時間の短縮が図られるならば、サンプリングデータ数を増加させることができ、より高分解能の無歪画像を再生することができる。ところで、互いに周波数帯域の異なるデータは、波の重ね合わせの原理によると、互いに足し合わせた状態で計算処理をすることができる。すなわち、異なる周波数帯域に記録されたそれぞれの情報は空間的に重ねても失われずに保存され、このことを利用することにより、広帯域のホログラムを重ねて広い帯域の「微小ホログラム」を作成することができる。また、複素振幅インラインホログラムJOLや物体光複素振幅インラインホログラムg(x,y)は、分割した各領域に画像を再生するための情報を保持している。
図15はさらに他の画像再生方法を示す。この画像再生方法は、上述した図14における画素数増大工程(S31)、空間変調工程(S32)、および分割工程(S33)の順番を相互に変更したものである。すなわち、分割工程(S41a)の後に画素数増大工程(S42a)を行うか、または、画素数増大工程(S41b)の後に分割工程(S42b)を行って、その後に、空間変調工程(S43)を行うことができる。空間変調工程(S43)では、画素数増大工程(S42a)、または分割工程(S42b)を通して生成された微小ホログラムgi’に対し、上述の式(9)を導いた処理と同様の空間ヘテロダイン変調を行って、物体光複素振幅インラインホログラムgjを生成する。この微小ホログラムgi’を生成する工程は、一般的なホログラムを分割して複数枚の微小ホログラムを生成する分割工程および一般的なホログラムの空間サンプリング間隔を細分化すると共に細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行う画素数増大工程を、複素振幅インラインホログラムJOLに任意の順で適用して、実質的に画素数を増やした微小ホログラムgi’を生成する工程(この工程を分割補間工程という)である、と表現することができる。
図16、図17はホログラフィック顕微鏡を示す。図16に示すように、ホログラフィック顕微鏡1は、微小被写体のホログラム画像を取得して記録する画像記録部10と、記録された画像を再生する画像再生部11と、これらを制御する制御部12と、各データやプログラムを記憶するメモリ13と、を備えている。画像記録部10は、光源10a、光学系10b、受光素子10c(これらを総称して、光学部10h)、および計算部10dを備えている。また、計算部10dは、参照光波を取得する際の計算を行う参照光波取得部10eと、複素振幅を取得する計算を行う複素振幅取得部10fとを備えており、これらはソフトウエアによって構成されている。画像記録部10は、上述の図2、図6に示した記録装置10に相当する。従って、光源10aはレーザ20に、光学系10bは光学系2に、受光素子10cは受光素子4に、計算部10dは計算機5に、それぞれ相当する。
図18乃至図21は第1の実施例を示す。ホログラフィック顕微鏡1によって、USAFテストターゲットの画像記録および画像再生を行った。レーザ20として緑色の半導体励起固体レーザ(波長532nm,出力50mW)を使用した。また、ホログラム記録用の受光素子4としてモノクロのカメラリンクCCDカメラを使用した。CCDカメラの前方約5cmの位置に被写体としてUSAFテストターゲットを置いて物体光Oとオフアクシス参照光R(球面波光)が作る干渉縞を記録した。次に、被写体のUSAFテストターゲットを取り除いたときのインライン球面波光Lとオフアクシス参照光RとがCCD上に作る干渉縞を記録した。記録した2枚の干渉縞から複素振幅インラインホログラムJOLを求め、それを16×16分割して256枚の分割記録ホログラムを得た。各分割記録ホログラムに対してデータ補間と空間ヘテロダイン変調を行った後に、分割ホログラム(微小ホログラムgi)の重ね合わせを行って画像再生用の微小ホログラム(合成微小ホログラムΣ)を求めた。画像は、合成微小ホログラムΣに対してFFTを用いた数値計算を行って再生した。
図22は第2の実施例を示す。図22(a)はホログラフィック顕微鏡1を用いて記録して再生したトンボの翅の微小部分の画像を示し、図22(b)〜(e)は図22(a)における翅の縁における繊毛部分(領域A)をさらに拡大して示す。また、図22(b)〜(e)は、焦点距離を変えて、すなわち、式(11)におけるz0を52.0mmから順に0.1mmずつ遠くして、再生した画像である。このように焦点距離を変えると焦点の合った繊毛部分の位置(図中○印部分)が順次変化している様子が分かる。図22の画像の結果から、ホログラフィック顕微鏡1によると、焦点深度の大きい3次元像の記録と再生が可能であることを確認できた。また、焦点が合った繊毛部分の画像から、分解能として約1μmの値が得られた。
次に、真空や空気以外の媒質中の物体光伝搬と画像再生について説明する。表面が平面で滑らかな水やガラスのような一様透明媒質を考え、その屈折率をnで表す。ここで、例えば、空気中に置かれた受光素子4によって水中の微小被写体3のホログラム画像を記録し再生する状況を想定する。媒質表面(空気と水の界面)をx−y平面とし、空気中から水中へ入射する平面波の空気中の空間周波数を(u,v,w)、水中の透過平面波の空間周波数を(u’,v’,w’)と表す。すると、x−y平面においてu=u’およびv=v’が成り立つ。水中のz方向空間周波数w’は平面波の分散関係により、下式(13)によって求められる。式(13)は、上述した式(12)において、λを、(λ/n)に置き換えた式である。また、界面における入射波と透過波の位相は一致する。
次に、図23により、透過型顕微鏡の光学系2の他の例を説明する。この記録装置10の光学系2は、上述の図2に示した記録装置10の光学系2における小さなミラーM3の代わりにハーフミラーHM2を用いるものである。光学系2は、レーザ20からの光の径を広げるレンズ21,22と、拡大した光を分岐するビームスプリッタBSと、各光を収束させる集光レンズ23,24とを備えている。ビームスプリッタBSと集光レンズ23との間には2つのミラーM6,M7が備えられ、ビームスプリッタBSによって分岐された光は、ミラーM6,M7によって180°偏向されて、集光レンズ23に入射する。集光レンズ24の前方には、例えば、45゜に傾斜配置されたハーフミラーHM2を介して、受光素子4があり、集光レンズ24が受光素子4の受光面に正対している。受光素子4は、例えばCCDである。この配置において、レーザ20、集光レンズ24、および受光素子4の各光軸は一致し、これらの光軸に対し、集光レンズ23の光軸が直交している。集光レンズ23を経由した光は、集光レンズ23によって球面波に変換され、ハーフミラーHM2によって反射されて、インライン球面波光Lとして受光素子4に向けて投光される。微小被写体3は、集光レンズ23とハーフミラーHM2との間に置かれて、背後から照明される。インライン球面波光Lの焦点P(球面波の中心点)は、集光レンズ23とハーフミラーHM2との間に存在する。集光レンズ24を経由した光は、集光レンズ24によって上記の焦点Pの鏡像点の近くに焦点を有する球面波に変換され、ハーフミラーHM2を透過して、オフアクシス参照光Rとして受光素子4に向けて投光される。
図24(a)(b)は、屈折率1.523、厚さ1.5mmのガラス板で覆ったUSFAテストターゲットの像を上述の図23に示した透過型の構成の光学系によって記録再生した画像である。図24(a)はガラス板の存在を無視して空気中の物体として再生した画像であり、図24(b)はガラス板の存在を考慮してガラス中の光伝搬の計算を行って再生した画像である。図24(a)に示すように、ガラス中の光伝搬を考慮しない再生画像では、ガラス板の存在によって画像の歪みやボケが発生し、再生画像の中心から外れて周辺に近付くほど、歪やボケが大きくなっている。歪みやボケが小さい中心部においても、ガラス板によって分解能が低下していることが分かる。ガラス板の存在を考慮した光伝播の計算を行って再生した画像では、図24(b)に示すように、ガラス板の存在による影響をなくすことができ、歪みの無い高分解能画像を再生することが可能になる。
次に、図26、図27を参照して、画像再生の高速化の他の方法を説明する。まず、上述した平面波展開による高分解能画像再生方法を見直す。上述の再生方法では、空間サンプリング間隔の細分化とインラインホログラムのデータ補間およびホログラムの分割と重ね合せを行って再生用合成微小ホログラムΣを作成し、この合成微小ホログラムΣをフーリエ変換して式(10)の変換関数Gを求めた。つまり、上述の再生方法は、高分解能画像を再生するために空間サンプリング点を増やし、空間サンプリング点の増加による計算負荷の増加を解消するためにホログラムの分割と重ね合せを行っている。しかしながら、サンプリング間隔の細分化とデータ補間およびホログラムの重ね合せの計算は時間を要する。そこで、サンプリング間隔の細分化を行うことなく、上記合成微小ホログラムΣの変換関数Gに対応する変換関数を求めることができれば、その分、画像再生の高速化を図ることが可能になる。このような画像再生方法は、図26に示すように、空間変調工程(S51)と、分割工程(S52)と、周波数低減工程(S53)と、フーリエ変換工程(S54)と、画像生成工程(S55)とを備えるものとなる。以下、各工程順に説明する。
上述の式(9)で表される物体光複素振幅ホログラムg(x,y)は、図8における画素数増大工程(S11)の処理を経ることなく、式(8)のJOL(x,y)から直接求めたホログラムの式とみなすことができる。すなわち、式(8)のJOLに、exp(iφL(x,y))を乗じることによって、式(9)のgが得られる。そこで、以下に説明するホログラムgおよびこれを分割した微小ホログラムgi(これらを、関数g,giとも称する)は、画素数を増大していないものとする。ホログラムgは、球面波光を用いて取得されたことに起因して、例えば、ニュートンリングのように中央部から端に行くほどその空間周波数が単調増加的に高くなる。ここで、このホログラムgを画素数N×N毎に分割した複数の微小ホログラムgiを考える。
球面波光Lの焦点P(またはP0)から各分割ホログラムgiの中心に向けて照射した平行光Li(平面波)を考えると、各分割微小ホログラムgi内における物体光Oと平行光Liとのなす角度は小さくなる。そこで、平行光Liの位相をφi(x,y)で表し、各微小ホログラムgiにexp(−iφi)を乗じると、空間周波数を下げた低周波数化微小ホログラムgi・exp(−iφi)が生成される。一般に、変数α,βに対し、exp(iα)・exp(iβ)は変数間の足し算を意味し、exp(iα)/exp(iβ)は変数間の引き算を意味する。画素数N×Nの微小ホログラムgiにおける画素(k,l)の中心座標(x,y)を、画素のピッチdを用いて、x=kd,y=ldと表し、微小ホログラムgiの法線と平行光Liとがなすx方向とy方向の入射角を、それぞれθix,θiyと表す。すると、画素(k,l)=(0,0)を基準とした一般の画素(k,l)における平行光Liの位相φi(k,l)は、下式(14)および(15)(16)によって表すことができる。
離散サンプリング点(k,l),k=0,1,..,N−1,l=0,1,..,N−1において低周波数化微小ホログラムgi・exp(−iφi)を離散フーリエ変換した結果である分割変換関数G’i(m,n)と、その逆変換の結果であるgi(k,l)・exp(−iφi(k,l))は、それぞれ、下式(17)(18)で表される。
上記によって求められた各微小ホログラムgiの分割変換関数G’i(m−mi,n−ni)は、周波数空間においてパラメータmi,niによってシフトされており、互いに重なり合わない。この、互いに重なり合わないことは重要である。すなわち、複数の分割変換関数G’i(m−mi,n−ni)の総体として、言い換えれば、周波数空間における領域接続あるいは張り広げ操作としての合成により、変換関数Gを求める。すると、この変換関数Gは周波数空間の広い範囲を占めることになる。このことは、周波数空間における変換関数Gを用いて、実空間における光波を高分解能で再生することができる、ということを意味する。つまり、広い周波数帯域に分布する各々のG’i(m−mi,n−ni)を合成することによって、合成微小ホログラムΣをフーリエ変換して得た式(10)の変換関数Gと同等の高分解能画像再生用の変換関数Gを求めることができる。このような変換関数Gを用いて、上述と同様に、式(11)により、光波h(x,y)を求めて、画像を再生することができる。
次に、画像再生の高速化のさらに他の方法を説明する。この画像再生方法は、図28、図29に示すように、上述の図26における周波数低減工程(S53)を備えない点が異なり、他は上述の高速化の方法と同様である。上記方法では、分割変換関数G’i(m,n)を計算する際に、不等式F<1/(2d)を満足させるために高周波数の関数giを低周波数の関数gi・exp(−iφi)に変換した。ここでは、下式(19)で与えられる、関数giのサンプリング値gi(k,l)に対する離散フーリエ変換である分割変換関数Gi(m,n)を考える。
図30はホログラフィック顕微鏡の他の例を示す。このホログラフィック顕微鏡1は、画像再生部11の構成が上述の図16に示したホログラフィック顕微鏡1と異なり、他は同様である。画像記録部10の構成については説明を省略する。画像再生部11は、空間変調部15a、分割部15b、周波数低減部15c、フーリエ変換部15d、画像生成部15e、および表示部11fを備えている。表示部11fは、上述と同様である。この画像再生部11は、上述の図26、図27に基づいて説明した画像再生方法を用いて、画像記録部10によって記録された複素振幅インラインホログラムJOLから画像を再生する。すなわち、空間変調部15aは空間変調工程(S51)の処理を行い、分割部15bは分割工程(S52)の処理を行い、周波数低減部15cは周波数低減工程(S53)の処理を行い、フーリエ変換部15dはフーリエ変換工程(S54)の処理を行い、画像生成部15eは画像生成工程(S55)の処理を行う。
図31はホログラフィック顕微鏡のさらに他の例を示す。このホログラフィック顕微鏡1は、画像再生部11の構成が上述の図16に示したホログラフィック顕微鏡1と異なり、他は同様である。画像記録部10の構成については説明を省略する。画像再生部11は、空間変調部16a、分割部16b、フーリエ変換部16c、画像生成部16d、および表示部11fを備えている。表示部11fは、上述と同様である。この画像再生部11は、上述の図28、図29に基づいて説明した画像再生方法を用いて、ホログラムから画像を再生する。すなわち、空間変調部16aは空間変調工程(S61)の処理を行い、分割部16bは分割工程(S62)の処理を行い、フーリエ変換部16cはフーリエ変換工程(S63)の処理を行い、画像生成部16dは画像生成工程(S64)の処理を行う。この顕微鏡1は、上述の図30に示した顕微鏡1とは、周波数低減部15cを備えていない点で異なる。
10 画像記録装置、画像記録部
10a 光源
10b 光学システム
10c 受光素子
10d 計算部
10e 参照光波取得部
10f 複素振幅取得部
11 画像再生部
11a 画素数増大部
11b 空間変調部
11c 分割部
11d 合成部
11e 平面波展開部
14a 分割補間部
14b 空間変調部
14c ホログラム合成部
14d 画像生成部
20 レーザ(光源)
3 微小被写体
4 受光素子
g 物体光複素振幅インラインホログラム
gi 微小ホログラム
gi’ 微小ホログラム
gj 物体光複素振幅インラインホログラム
h 光波(複素振幅ホログラム)
G 変換関数
G’i 分割変換関数
Gi 分割変換関数
ILR 干渉縞
JLR 複素振幅インラインホログラム
IOR オフアクシスホログラム
JLR 複素振幅インラインホログラム
JOR 複素振幅オフアクシスホログラム
JOL 複素振幅インラインホログラム
L インライン球面波光
L,L2 照明用のインライン球面波光
O 物体光
P 焦点
R オフアクシス参照光
φL インライン球面波光(LまたはL2)の位相
Σ 合成微小ホログラム
Claims (20)
- ホログラフィック顕微鏡であって、
球面波光(LまたはL2)を照明光として用いて微小被写体を照明して微小被写体のオフアクシスホログラム(IOR)を取得し、前記オフアクシスホログラム(IOR)から複素振幅インラインホログラム(JOL)を生成して記録する画像記録部と、
前記画像記録部によって記録された前記複素振幅インラインホログラム(JOL)から画像を再生する画像再生部と、を備え、
前記画像記録部は、
コヒーレント光を放射する光源と、
照明光、参照光、および物体光の伝播を行う光学系と、
参照光および物体光の光強度を記録する受光素子と、
前記光源と前記光学系とが作るインライン球面波光(L)とオフアクシス参照光(R)との干渉縞(ILR)を前記受光素子で記録し、前記記録した干渉縞(ILR)に空間周波数フィルタリングを適用して前記オフアクシス参照光(R)を記録した複素振幅インラインホログラム(JLR)を求める参照光波取得部と、
前記光源と前記光学系とによって、前記インライン球面波光(L)と同じ焦点を持つ球面波光(LまたはL2)を照明光として用いて微小被写体を照明し、その微小被写体から放たれる物体光(O)を、前記オフアクシス参照光(R)を用いて前記受光素子により記録したオフアクシスホログラム(IOR)に、空間周波数フィルタリングを適用して複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)を求める複素振幅取得部と、を備え、
前記複素振幅取得部で求めた複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)のデータを前記参照光波取得部で取得した複素振幅インラインホログラム(JLR)のデータによって除算処理することにより前記複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)から参照光(R)成分を除去した複素振幅インラインホログラム(JOL)を生成して記録することを特徴とするホログラフィック顕微鏡。 - 前記画像再生部は、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)の空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やす画素数増大部と、
前記画素数増大部によって画素数を増やした複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調部と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)をフーリエ変換した結果である変換関数(G)を求め、平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)および前記変換関数(G)を用いて前記物体光(O)を平面波展開する平面波展開部と、を備えてホログラム面またはその前後の任意位置における光波(h)を生成することを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 前記平面波展開部は、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割部と、
前記分割部によって得られた各微小ホログラム(gi)を互いに重ね合わせて合成微小ホログラム(Σ)を生成する合成部と、を備え、
前記合成部によって生成された合成微小ホログラム(Σ)をフーリエ変換することにより前記変換関数(G)を求めることを特徴とする請求項2に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 前記画像再生部は、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)を分割して複数枚の微小ホログラムを生成した後に前記各微小ホログラムの空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やした微小ホログラムを生成するか、または、前記複素振幅インラインホログラム(JOL)の空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やした後に前記画素数を増やした複素振幅インラインホログラム(JOL)を複数枚の微小ホログラム(gi’)に分割する分割補間部と、
前記分割補間部によって画素数を増やした各微小ホログラム(gi’)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(L)成分を除去し、ホログラム面における物体光を表す、前記各微小ホログラム(gi’)の各々に対する物体光複素振幅インラインホログラム(gj)を生成する空間変調部と、
前記空間変調部によって得られた各物体光複素振幅インラインホログラム(gj)を互いに重ね合わせて合成微小ホログラム(Σ)を生成するホログラム合成部と、
前記ホログラム合成部によって生成された合成微小ホログラム(Σ)をフーリエ変換した結果である変換関数(G)を求め、平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)および前記変換関数(G)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 前記画像再生部は、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調部と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割部と、
前記インライン球面波光(LまたはL2)の焦点位置から前記各微小ホログラム(gi)の中心に向かう平行光(Li)の位相(φi)を用いて前記各微小ホログラム(gi)毎に空間ヘテロダイン変調を行うことにより空間周波数を下げた低周波数化微小ホログラム(gi・exp(−iφi))を生成する周波数低減部と、
前記各低周波数化微小ホログラム(gi・exp(−iφi))をそれぞれ離散フーリエ変換した結果である分割変換関数(G’i)を求めるフーリエ変換部と、
前記各分割変換関数(G’i)に空間ヘテロダイン変調を行うことにより空間周波数を上げた分割変換関数(G’i・exp(iφi))を生成し、これらの全体から構成される変換関数(G)および平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 前記画像再生部は、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調部と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割部と、
前記各微小ホログラム(gi)をそれぞれ離散フーリエ変換した結果である分割変換関数(Gi)を求めるフーリエ変換部と、
前記各分割変換関数(Gi)の全体から構成される変換関数(G)および平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 前記画像記録部は、パルスレーザをホログラム取得用のコヒーレント光源として用いることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のホログラフィック顕微鏡。
- 前記画像記録部は、互いに波長領域の異なる複数のレーザを用いて前記オフアクシスホログラム(IOR)を取得することにより、カラーの複素振幅インラインホログラム(JOL)を生成して記録し、
前記画像再生部は、前記カラーの複素振幅インラインホログラム(JOL)からカラーの画像を再生することを特徴とする請求項7に記載のホログラフィック顕微鏡。 - 微小被写体のホログラム画像記録方法において、
インライン球面波光(L)とオフアクシス参照光(R)とが作る干渉縞(ILR)を受光素子で記録し、記録した干渉縞(ILR)に空間周波数フィルタリングを適用して前記オフアクシス参照光(R)を記録した複素振幅インラインホログラム(JLR)を求める参照光波取得工程と、
前記インライン球面波光(L)と同じ焦点を持つ球面波光(LまたはL2)を照明光として用いて微小被写体を照明し、その微小被写体から放たれる物体光(O)を前記オフアクシス参照光(R)を用いてオフアクシスホログラム(IOR)として前記受光素子によって記録する撮像工程と、
前記オフアクシスホログラム(IOR)に空間周波数フィルタリングを適用して複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)を求める複素振幅取得工程と、
前記複素振幅取得工程で求めた複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)のデータを前記参照光波取得工程で取得した複素振幅インラインホログラム(JLR)のデータによって除算処理することにより前記複素振幅オフアクシスホログラム(JOR)から参照光(R)成分を除去した複素振幅インラインホログラム(JOL)を生成して記録する画像記録工程と、を備えることを特徴とする微小被写体のホログラム画像記録方法。 - 前記オフアクシス参照光(R)は球面波であることを特徴とする請求項9に記載の微小被写体のホログラム画像記録方法。
- 前記物体光(O)は、前記照明された微小被写体の透過光であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の微小被写体のホログラム画像記録方法。
- 前記物体光(O)は、前記照明された微小被写体からの反射光であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の微小被写体のホログラム画像記録方法。
- インライン球面波光(LまたはL2)を用いて求められた微小被写体の複素振幅インラインホログラム(JOL)から分解能を高めた画像を再生するための高分解能画像再生用ホログラム作成方法において、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)の空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やす画素数増大工程と、
前記画素数増大工程によって画素数を増やした複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調工程と、を備えることを特徴とする高分解能画像再生用ホログラム作成方法。 - 前記画素数増大工程において、3次式によるデータ補間、またはsinc関数によるデータ補間を行うことを特徴とする請求項13に記載の高分解能画像再生用ホログラム作成方法。
- インライン球面波光(LまたはL2)を用いて求められた微小被写体の複素振幅インラインホログラム(JOL)から画像を再生する画像再生方法において、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)の空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やす画素数増大工程と、
前記画素数増大工程によって画素数を増やした複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調工程と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)をフーリエ変換した結果である変換関数(G)を求め、平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)および前記変換関数(G)を用いて前記物体光(O)を平面波展開する平面波展開工程と、を備えてホログラム面またはその前後の任意位置における光波(h)を生成することを特徴とする画像再生方法。 - 前記平面波展開工程は、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割工程と、
前記分割工程によって得られた各微小ホログラム(gi)を互いに重ね合わせて合成微小ホログラム(Σ)を生成する合成工程と、を備え、
前記合成工程によって生成された合成微小ホログラム(Σ)をフーリエ変換することにより前記変換関数(G)を求めることを特徴とする請求項15に記載の画像再生方法。 - インライン球面波光(LまたはL2)を用いて求められた微小被写体の複素振幅インラインホログラム(JOL)から画像を再生する画像再生方法において、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)を分割して複数枚の微小ホログラムを生成した後に前記各微小ホログラムの空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やした微小ホログラムを生成するか、または、前記複素振幅インラインホログラム(JOL)の空間サンプリング間隔を細分化すると共に、細分化によって生じた新たなサンプリング点に対してデータ補間を行って実質的に画素数を増やした後に前記画素数を増やした複素振幅インラインホログラム(JOL)を複数枚の微小ホログラム(gi’)に分割する分割補間工程と、
前記分割補間工程によって画素数を増やした各微小ホログラム(gi’)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(L)成分を除去し、ホログラム面における物体光を表す、前記各微小ホログラム(gi’)の各々に対する物体光複素振幅インラインホログラム(gj)を生成する空間変調工程と、
前記空間変調工程によって得られた各物体光複素振幅インラインホログラム(gj)を互いに重ね合わせて合成微小ホログラム(Σ)を生成するホログラム合成工程と、
前記ホログラム合成工程によって生成された合成微小ホログラム(Σ)をフーリエ変換した結果である変換関数(G)を求め、平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)および前記変換関数(G)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成工程と、を備えることを特徴とする画像再生方法。 - 前記画素数増大工程において、3次式によるデータ補間、またはsinc関数によるデータ補間を行うことを特徴とする請求項15乃至請求項17のいずれか一項に記載の画像再生方法。
- インライン球面波光(LまたはL2)を用いて求められた微小被写体の複素振幅インラインホログラム(JOL)から画像を再生する画像再生方法において、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調工程と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割工程と、
前記インライン球面波光(LまたはL2)の焦点位置から前記各微小ホログラム(gi)の中心に向かう平行光(Li)の位相(φi)を用いて前記各微小ホログラム(gi)毎に空間ヘテロダイン変調を行うことにより空間周波数を下げた低周波数化微小ホログラム(gi・exp(−iφi))を生成する周波数低減工程と、
前記各低周波数化微小ホログラム(gi・exp(−iφi))をそれぞれ離散フーリエ変換した結果である分割変換関数(G’i)を求めるフーリエ変換工程と、
前記各分割変換関数(G’i)に空間ヘテロダイン変調を行うことにより空間周波数を上げた分割変換関数(G’i・exp(iφi))を生成し、これらの全体から構成される変換関数(G)および平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成工程と、を備えることを特徴とする画像再生方法。 - インライン球面波光(LまたはL2)を用いて求められた微小被写体の複素振幅インラインホログラム(JOL)から画像を再生する画像再生方法において、
前記複素振幅インラインホログラム(JOL)に対し、前記インライン球面波光(LまたはL2)の予め求めた位相(φL)を用いて空間ヘテロダイン変調を行うことによりインライン球面波光(LまたはL2)成分を除去してホログラム面における物体光を表す物体光複素振幅インラインホログラム(g)を生成する空間変調工程と、
前記物体光複素振幅インラインホログラム(g)を複数枚の微小ホログラム(gi)に分割する分割工程と、
前記各微小ホログラム(gi)をそれぞれ離散フーリエ変換した結果である分割変換関数(Gi)を求めるフーリエ変換工程と、
前記各分割変換関数(Gi)の全体から構成される変換関数(G)および平面波の分散関係を満たす空間周波数(u,v,w)を用いて前記物体光(O)を平面波展開することにより、ホログラム面またはその前後の任意位置における画像を生成する画像生成工程と、を備えることを特徴とする画像再生方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012523912A JP5444530B2 (ja) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010155024 | 2010-07-07 | ||
JP2010155024 | 2010-07-07 | ||
PCT/JP2011/065531 WO2012005315A1 (ja) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 |
JP2012523912A JP5444530B2 (ja) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012005315A1 JPWO2012005315A1 (ja) | 2013-09-05 |
JP5444530B2 true JP5444530B2 (ja) | 2014-03-19 |
Family
ID=45441292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012523912A Active JP5444530B2 (ja) | 2010-07-07 | 2011-07-07 | ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10209673B2 (ja) |
EP (1) | EP2592459B8 (ja) |
JP (1) | JP5444530B2 (ja) |
WO (1) | WO2012005315A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016033541A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Zhang Bosheng | Coherent diffractive imaging with arbitrary angle of incidence |
CN112823316A (zh) * | 2018-08-29 | 2021-05-18 | 公立大学法人兵库县立大学 | 全息摄像装置以及全息摄像方法 |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2667150B1 (en) | 2011-01-21 | 2018-03-14 | University of Hyogo | Three-dimensional shape measurement method and three-dimensional shape measurement device |
JP6040469B2 (ja) * | 2012-05-29 | 2016-12-07 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | デジタルホログラフィ装置 |
WO2014043587A1 (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-20 | California Institute Of Technology | Coherent camera |
EP2905645B1 (en) | 2012-10-05 | 2018-03-07 | University of Hyogo | Holographic microscope and holographic image generation method |
EP3065001B1 (en) * | 2013-10-28 | 2022-05-04 | University of Hyogo | Holographic microscope and data processing method for high-resolution hologram image |
KR102441587B1 (ko) | 2015-08-03 | 2022-09-07 | 삼성전자주식회사 | 홀로그래픽 이미지를 처리하는 방법 및 장치 |
FR3043205B1 (fr) | 2015-11-04 | 2019-12-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Dispositif et procede d’observation d’un objet |
WO2018038064A1 (ja) | 2016-08-24 | 2018-03-01 | 公立大学法人兵庫県立大学 | エリプソメトリ装置およびエリプソメトリ方法 |
US10768630B2 (en) * | 2017-02-09 | 2020-09-08 | International Business Machines Corporation | Human imperceptible signals |
WO2018158810A1 (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 株式会社島津製作所 | 細胞観察装置 |
CN106842880B (zh) * | 2017-03-27 | 2018-09-28 | 深圳市美誉镜界光电科技有限公司 | 全息图像生成方法、处理器及全息图像显示装置、设备 |
US11644791B2 (en) | 2017-08-30 | 2023-05-09 | University Of Hyogo | Holographic imaging device and data processing method therefor |
EP3502660A1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-06-26 | IMEC vzw | Fast and robust fourier domain-based cell differentiation |
US10416609B1 (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-17 | The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Single shot imaging using digital holography receiver |
JP7036192B2 (ja) * | 2018-03-20 | 2022-03-15 | 株式会社島津製作所 | 細胞観察装置 |
WO2019180810A1 (ja) * | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 株式会社島津製作所 | 細胞観察装置 |
WO2020045589A1 (ja) | 2018-08-29 | 2020-03-05 | 公立大学法人兵庫県立大学 | 表面形状計測装置および表面形状計測方法 |
US11768463B2 (en) * | 2019-06-26 | 2023-09-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Digital hologram display apparatus and displaying method of digital holographic image |
CN110927115B (zh) * | 2019-12-09 | 2022-05-13 | 杭州电子科技大学 | 基于深度学习的无透镜双型融合目标检测装置及方法 |
CN112596362B (zh) * | 2020-12-18 | 2022-07-26 | 昆明理工大学 | 一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法 |
WO2022137560A1 (ja) | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 大塚電子株式会社 | 光学測定システムおよび光学測定方法 |
JP7058901B1 (ja) | 2021-12-24 | 2022-04-25 | のりこ 安間 | 3次元撮像装置 |
WO2022224917A1 (ja) * | 2021-04-19 | 2022-10-27 | のりこ 安間 | 3次元撮像装置 |
WO2023042339A1 (ja) | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 大塚電子株式会社 | 光学測定システムおよび光学測定方法 |
KR102552799B1 (ko) | 2021-11-08 | 2023-07-06 | 오츠카덴시가부시끼가이샤 | 광학 측정 방법 및 광학 측정 시스템 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6411406B1 (en) * | 2001-03-12 | 2002-06-25 | Dalhousie University | Holographic microscope and method of hologram reconstruction |
JP2007114552A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 3次元動画像再生装置及び3次元動画像再生方法 |
JP2010517102A (ja) * | 2007-01-26 | 2010-05-20 | ニュー・ヨーク・ユニヴァーシティ | ホログラフィックにトラップされた3次元構造のホログラフィック顕微鏡法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7312875B2 (en) * | 2003-04-23 | 2007-12-25 | Ut-Battelle Llc | Two-wavelength spatial-heterodyne holography |
WO2007002898A2 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | University Of South Florida | Variable tomographic scanning with wavelength scanning digital interface holography |
KR100870967B1 (ko) * | 2007-03-22 | 2008-12-01 | (주)에이피앤텍 | 허상이 제거되는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및기록재생방법 |
US8049814B2 (en) * | 2008-03-27 | 2011-11-01 | The Rockefeller University | Holographic microscope |
US8675201B2 (en) * | 2009-06-05 | 2014-03-18 | The Penn State Research Foundation | Coherent anti-Stokes Raman holography |
-
2011
- 2011-07-07 WO PCT/JP2011/065531 patent/WO2012005315A1/ja active Application Filing
- 2011-07-07 US US13/808,450 patent/US10209673B2/en active Active
- 2011-07-07 EP EP11803649.0A patent/EP2592459B8/en active Active
- 2011-07-07 JP JP2012523912A patent/JP5444530B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6411406B1 (en) * | 2001-03-12 | 2002-06-25 | Dalhousie University | Holographic microscope and method of hologram reconstruction |
JP2007114552A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 3次元動画像再生装置及び3次元動画像再生方法 |
JP2010517102A (ja) * | 2007-01-26 | 2010-05-20 | ニュー・ヨーク・ユニヴァーシティ | ホログラフィックにトラップされた3次元構造のホログラフィック顕微鏡法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016033541A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Zhang Bosheng | Coherent diffractive imaging with arbitrary angle of incidence |
CN112823316A (zh) * | 2018-08-29 | 2021-05-18 | 公立大学法人兵库县立大学 | 全息摄像装置以及全息摄像方法 |
CN112823316B (zh) * | 2018-08-29 | 2022-08-05 | 公立大学法人兵库县立大学 | 全息摄像装置以及全息摄像方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10209673B2 (en) | 2019-02-19 |
JPWO2012005315A1 (ja) | 2013-09-05 |
EP2592459B8 (en) | 2017-12-13 |
EP2592459A1 (en) | 2013-05-15 |
US20130100241A1 (en) | 2013-04-25 |
WO2012005315A1 (ja) | 2012-01-12 |
EP2592459B1 (en) | 2017-10-18 |
EP2592459A4 (en) | 2014-01-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5444530B2 (ja) | ホログラフィック顕微鏡、微小被写体のホログラム画像記録方法、高分解能画像再生用ホログラム作成方法、および画像再生方法 | |
JP6424313B2 (ja) | ホログラフィック顕微鏡および高分解能ホログラム画像用のデータ処理方法 | |
JP6461601B2 (ja) | ホログラフィック断層顕微鏡、ホログラフィック断層画像生成方法、およびホログラフィック断層画像用のデータ取得方法 | |
JP7161777B2 (ja) | ホログラフィック撮像装置および同装置に用いるデータ処理方法 | |
Kim | Principles and techniques of digital holographic microscopy | |
JP5352763B2 (ja) | 複素振幅インラインホログラムの生成方法および該方法を用いる画像記録装置 | |
JP4294526B2 (ja) | デジタルホログラフィ装置及びデジタルホログラフィを用いた像再生方法 | |
WO2018147473A1 (ja) | 3次元物体情報計測装置 | |
JP7231946B2 (ja) | 表面形状計測装置および表面形状計測方法 | |
JP2013231716A (ja) | 干渉測定法およびデジタルホログラフィ顕微鏡 | |
JP7352292B2 (ja) | ホログラフィック撮像装置およびホログラフィック撮像方法 | |
US20120162733A1 (en) | Method for controlling depth-of-focus in 3d image reconstructions, in particular for synthesizing three-dimensional dynamic scene for three-dimensional holography display, and holographic apparatus utilizing such a method | |
CN107065488A (zh) | 一种采用频域滤波的激光全息直接打印装置和方法 | |
Hofmann et al. | Extended holographic wave front printer setup employing two spatial light modulators | |
CN112596362B (zh) | 一种全场超分辨率的数字全息装置及成像方法 | |
Matsuda et al. | Holographic vibration measurements of rough surfaces using a LCSLM | |
KR100715021B1 (ko) | 디지털 홀로그램 기록 장치, 기록 방법 및 재생 방법 | |
JP2001023223A (ja) | 光情報再生装置 | |
JP2023000446A (ja) | 音可視化システム、音可視化装置、音可視化方法、及びプログラム | |
JPH0627864A (ja) | 計算機ホログラムの作成方法及び装置 | |
Ferraro et al. | Imaging 3-D Objects by Extending the Depth of Focus in Digital Holography | |
Donges et al. | Holographic Interferometry | |
Xie et al. | Zero-order-term suppression in off-axis digital holography based on binary Kronecker-product image interpolation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131015 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20131114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131114 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131204 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5444530 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |