赤外位相シフト・デジタルホログラフィによる3次元計測

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555016
• Research Institution: RIKEN(The institute of physical and chemical research)
• Principal Investigator: 加藤 純一 理化学研究所, ナノフォトニクス研究室, 先任研究員 (70177450)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 一郎 群馬大学, 工学部, 教授 (70087443)
• Keywords: ホログラフィ / 画像処理 / 光干渉計測 / 赤外線イメージング / 顕微鏡

Research Abstract

本研究の目的は、可視域ほど良い結像素子のない赤外域で結像素子を使わないデジタルホログラフィによって良好な3次元像を形成し、さらに位相の再生機能による干渉計測や顕微鏡機能の実現を図ることにある。
まず広い範囲の可視光の3波長(He-Cdレーザー、636nm,537nm,441nm)を使い、位相シフトホログラフィによりカラー像の記録・再生に成功した。この場合、ピエゾ鏡の移動によって与えられる位相シフト量は、中央の波長に対しては正しいが両端の波長では誤差を生じる。その影響をコンピューターシミュレーションにより見積もった結果、大きな影響のないことがわかった。再生における二種類のアルゴリズムの適用条件と像の違いを明らかにした。また移相板と偏光子を組み合わせたachromatic-phase-shifterを使って、この位相シフト誤差を解消した実験を行ない、良好な再生像を得ることができた。赤外の実験では波長830nm、出力30mWの半導体レーザーを使って、点物体、拡散物体、および位相物体の再生に成功した。さらに、位相の再生機能を利用して、鏡面や水面の形状を簡単な光学系で定量的に計測することができた。また拡散面の場合には、物体照射の角度の変更または物体の変形の前後に対する再生位相の差を取って、表面形状や変位分布を633nmのレーザーを使い、それぞれ10μm、10nmの感度で測定できた。結像レンズを導入した物体サイズの拡大も行なった。
以上の結果から位相シフトデジタルホログラフィを赤外域に適用することによって良好な3次元像が得られ、可視光に対して不透明なシリコン結晶や生体の3次元計測への応用の見通しが立った。

Research Products

• [Publications] I.Yamaguchi, S.Ohta, J.Kato: "Surface contouring by phase-shifting digital holography"Optics and Lasers in Engineering. 36・5. 417-428 (2001)
• [Publications] I.Yamaguchi, J.Kato, S.Ohta, J.Mizuno: "Image formation in phase-shifting digital holography and applications to microscopy"Appl.Opt.. 40・34. 6177-6186 (2001)
• [Publications] I.Yamaguchi, T.Matsumura, J.Kato: "Phase-shifting color digital holography"Opt.Lett.. 27・13. 1108-1110 (2002)
• [Publications] J.Kato, I.Yamaguchi, T.Matsumura: "Multicolor digital holography with an achromatic phase-shifter"Opt.Lett.. 27・16. 1403-1405 (2002)