(57)【要約】  特定波長のコヒーレント光を照明光として被検物１側に向けて射出する照明光射出面３２ｉと、照明光射出面３２ｉに対して被検物１側とは反対側に位置し、前記照明光とは反対の方向に前記コヒーレント光を参照光として射出する参照光射出面３２ｒと、を有する照明部１０と、照明部１０の参照光射出面３２ｒ側に位置し、前記照明光のうち被検物１で変調されて照明部１０を透過した物体光と前記参照光との干渉パターンを撮像する、２次元状に配列された画素からなる画素列５１を有する撮像素子５０と、を有する。
2017006369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長のコヒーレント光を照明光として被検物側に向けて射出する照明光射出面と、該照明光射出面に対して前記被検物側とは反対側に位置し、前記照明光とは反対の方向に前記コヒーレント光を参照光として射出する参照光射出面と、を有する照明部と、
該照明部の前記参照光射出面側に位置し、前記照明光のうち被検物で変調されて前記照明部を透過した物体光と前記参照光との干渉パターンを撮像する、２次元状に配列された画素からなる画素列を有する撮像素子と、
を有するデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部は、
前記コヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部からの前記コヒーレント光を伝播する平面型光導波路部と、
を有し、
前記平面型光導波路部は、前記照明光射出面である平面と、前記参照光射出面である平面とを有する平面型光導波路を有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記平面型光導波路は、
前記照明光射出面と前記参照光射出面との間に位置するグレーティング部を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記グレーティング部で回折させて、前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記回折により前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置され、前記照明光射出面から射出されて被検物に照射される前記照明光の照射角度を変更する照明光角度変更部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置され、前記照明光射出面から射出されて被検物に照射される前記照明光の位相を変更する位相変更部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項６】
請求項３に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記平面型光導波路部は、
前記撮像素子と被検物との間に積層する方向に並んで位置する少なくとも３つの前記平面型光導波路を有し、
少なくとも３つの前記平面型光導波路は、いずれの２つの組合せにおいて以下の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
０＜ｍｏｄ（Ｄ，λ）＜λ
ただし、λ；前記特定波長
Ｄ；組み合わせた２つの前記平面型光導波路における双方の前記グレーティング部間の距離の空気換算長
ｍｏｄ（Ｌ，λ）；Ｌをλで割った余りの値
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置された第１の１／４波長板と、
前記照明部と前記撮像素子との間の光路中に配置された第２の１／４波長板と、
前記撮像素子と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記撮像素子の１又は複数の画素ごとに偏光の透過方向が異なる複数の検光子を並べて配置した検光子アレイと、
をさらに有することを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部は、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を調整する位相調整部と、
前記撮像素子と被検物との間で前記平面型光導波路に積層する方向に並んで位置し、前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播する調光用平面型光導波路と、をさらに有し、
前記調光用平面型光導波路は、
前記照明光射出面である平面と前記参照光射出面である平面とを有し、
前記コヒーレント光を前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記調光用平面型光導波路は、
前記照明光射出面である平面と、前記参照光射出面である平面と、前記照明光射出面と前記参照光射出面との間に位置するグレーティング部と、を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記グレーティング部で回折させて、前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記回折により前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記撮像素子の前記画素列は、前記照明部の前記照明光射出面及び前記参照光射出面の少なくとも一方と略平行な面に沿って並んで配列される、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
被検物を保持可能な被検物保持部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
下記の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
０．００００００１＜Ｚ2／Ｓ＜１６
ここで、Ｓ；前記照明部の前記照明光射出面の面積
Ｚ；前記照明部の前記照明光射出面から前記撮像素子の前記画素列までの距離
【請求項１３】
請求項１１に記載のデジタルホログラフィック撮影装置において、
下記の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮影装置。
０≦Ｚ102／Ｓ＜４
０．００００００１＜Ｚ202／Ｓ＜４
ここで、Ｚ10；前記照明部の前記照明光射出面から前記被検物保持部の被検物接触面までの距離
Ｚ20；前記被検物接触面から前記撮像素子の前記画素列までの距離
【請求項１４】
請求項１３に記載のデジタルホログラフィック撮影装置において、
０．２５＜Ｚ10／Ｚ20＜４
を満足することを特徴とするデジタルホログラフィック撮影装置。
【請求項１５】
特定波長のコヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部からの前記コヒーレント光を伝播しながら第１の方向に射出する第１の光射出平面と、前記第１の方向とは反対の第２の方向に射出する第２の光射出平面とを有する平面型光導波路と、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を調整する位相調整部と、
前記平面型光導波路に積層する方向に並んで位置し、前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播しながら前記第１の方向に射出する第３の光射出平面と、前記第２の方向に射出する第４の光射出平面とを有する調光用平面型光導波路と、
を有する照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置において、
前記平面型光導波路は、
前記第１の光射出平面と前記第２の光射出平面との間に位置する第１のグレーティング部を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記第１のグレーティング部で回折させて、前記第１の光射出平面及び前記第２の光射出平面から前記第１の方向及び前記第２の方向にそれぞれ射出させ、
前記調光用平面型光導波路は、
前記第３の光射出平面と前記第４の光射出平面との間に位置する第２のグレーティング部を有し、
前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播しながら前記第２のグレーティング部で回折させて、前記第３の光射出平面及び前記第４の光射出平面から前記第１の方向及び前記第２の方向にそれぞれ射出させる、
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルホログラフィック撮像装置及びこれに使用可能な照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルホログラフィック撮像装置として、例えば特許文献１−３に開示のものが知られている。特許文献１に開示のデジタルホログラフィック撮像装置は、光源から射出される光を、ハーフミラーにより参照光と物体照明光とに空間的に分離し、物体照明光により照明された物体からの反射光（物体光）と参照光とをハーフミラーにより干渉させて、それにより生成される干渉パターンを撮像素子で撮像している。【０００３】
また、特許文献２、３に開示のデジタルホログラフィック撮像装置は、光源から放射された光を、ほぼ共通の光路に配置された反射表面及び物体に照射し、反射表面で反射された光（参照光）と物体で反射された光（物体光）とを干渉させて、それにより生成される干渉パターンを撮像素子で撮像している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４７１５５６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２８７３５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２８７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示のデジタルホログラフィック撮像装置は、参照光と物体照明光とを空間的に分離するため、装置が大型化することが懸念される。【０００６】
これに対し、特許文献２、３に開示のデジタルホログラフィック撮像装置は、参照光と物体照明光との光路が空間的にほぼ共通であることから、装置の小型化に有利となる。しかし、かかるデジタルホログラフィック撮像装置は、光源として点光源を用いている。そのため、広視野を得ようとすると、光源と物体との間の距離を大きくする必要があり、装置の大型化を招くことになる。【０００７】
したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像可能なデジタルホログラフィック撮像装置及びこれに使用可能な照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、
特定波長のコヒーレント光を照明光として被検物側に向けて射出する照明光射出面と、該照明光射出面に対して前記被検物側とは反対側に位置し、前記照明光とは反対の方向に前記コヒーレント光を参照光として射出する参照光射出面と、を有する照明部と、
該照明部の前記参照光射出面側に位置し、前記照明光のうち被検物で変調されて前記照明部を透過した物体光と前記参照光との干渉パターンを撮像する、２次元状に配列された画素からなる画素列を有する撮像素子と、
を有するものである。【０００９】
さらに、上記目的を達成する本発明に係る照明装置は、
特定波長のコヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部からの前記コヒーレント光を伝播しながら第１の方向に射出する第１の光射出平面と、前記第１の方向とは反対の第２の方向に射出する第２の光射出平面とを有する平面型光導波路と、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を調整する位相調整部と、
前記平面型光導波路に積層する方向に並んで位置し、前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播しながら前記第１の方向に射出する第３の光射出平面と、前記第２の方向に射出する第４の光射出平面とを有する調光用平面型光導波路と、
を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図２】第２実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図３】第３実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図４Ａ】第３実施の形態の変形例を示す図である。
【図４Ｂ】第３実施の形態の変形例を示す図である。
【図５】第４実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図６】第４実施の形態の変形例を示す図である。
【図７】第５実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図８】第６実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図９】第７実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図１０】第８実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。
【図１１】第１構成例の平面型光導波路を示す概略断面図である。
【図１２Ａ】図１１のグレーティングの形成例を説明する図である。
【図１２Ｂ】図１１のグレーティングの形成例を説明する図である。
【図１２Ｃ】図１１のグレーティングの形成例を説明する図である。
【図１２Ｄ】図１１のグレーティングの形成例を説明する図である。
【図１３】図１１の平面型光導波路の機能を説明する図である。
【図１４】スラブ型光導波路の基本構造を示す図である。
【図１５Ａ】第２構成例の平面型光導波路をｚ方向から見た拡大概略図である。
【図１５Ｂ】第２構成例の平面型光導波路をｘ方向から見た拡大概略図である。
【図１６Ａ】第３構成例の平面型光導波路をｚ方向から見た拡大概略図である。
【図１６Ｂ】第３構成例の平面型光導波路をｘ方向から見た拡大概略図である。
【図１７Ａ】第４構成例の平面型光導波路を説明するための図である。
【図１７Ｂ】一定の高さのグレーティングを示す図である。
【図１８】図１７Ａ及び図１７Ｂのグレーティングによる回折照明光の強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、照明部１０と撮像素子５０とを備える。照明部１０は、光源部２０と平面型光導波路部３０とを備える。
【００１４】
光源部２０は、特定波長のコヒーレント光を射出する例えば１つの半導体レーザからなる光源２１を有して構成される。光源２１は、平面型光導波路部３０に直接結合してもよいし、光ファイバ等の導光体を介して平面型光導波路部３０に結合してもよい。図１は、光源２１が平面型光導波路部３０に直接結合されている場合を例示している。
【００１５】
平面型光導波路部３０は、光源２１からのコヒーレント光を伝播する１つの平面型光導波路３１を有して構成される。平面型光導波路３１は、光源２１からのコヒーレント光を照明光として被検物側に向けて平面波状に射出する照明光射出面３２ｉと、該照明光射出面３２ｉに対して被検物側とは反対側に位置し、照明光とは反対の方向にコヒーレント光を参照光として平面波状に射出する参照光射出面３２ｒとを有する。照明光射出面３２ｉ及び参照光射出面３２ｒは、それぞれ平面からなり、平行に延在している。
【００１６】
平面型光導波路３１は、照明光射出面３２ｉと参照光射出面３２ｒとの間に位置するグレーティング部３３を有する。平面型光導波路３１は、光源２１からのコヒーレント光を伝播しながらグレーティング部３３で回折させて、照明光射出面３２ｉから照明光として射出させるとともに、参照光射出面３２ｒから参照光として射出させる。換言すると、照明光及び参照光の双方は、グレーティング部３３により回折されてから、平面型光導波路３１の外部に射出される。図１において、平面型光導波路３１は、光源２１からのコヒーレント光の伝播方向をｙ、照明光射出面３２ｉ及び参照光射出面３２ｒの法線方向をｚとするｙｚ面の概略断面図で示している。平面型光導波路の詳細な構成については、後述する。
【００１７】
撮像素子５０は、平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒと対向して配置される。撮像素子５０は、参照光射出面３２ｒと略平行な面に沿って２次元状に配列された画素列５１を備える。
【００１８】
図１において、照明光射出面３２ｉから射出される平面波状の照明光は、被検物１に照射される。被検物１は、照明光を反射させる例えば金属のような不透明サンプル、高密度な生物組織サンプル、光学素子等からなる。被検物１で反射される照明光は、物体光として平面型光導波路３１を透過して、撮像素子５０の画素列５１に物体光として入射する。また、画素列５１には、参照光射出面３２ｒから射出された平面波状の参照光が入射する。これにより、画素列５１上には、被検物１で反射された物体光と、被検物１に作用しない参照光との干渉パターンが形成される。したがって、撮像素子５０により干渉パターンを撮像すれば、その干渉パターンを演算処理することにより被検物１の形状測定が可能となる。
【００１９】
図１において、照明光射出面３２ｉの面積をＳ、照明光射出面３２ｉから撮像素子５０の画素列５１までの距離をＺとするとき、好ましくは、０．００００００１＜Ｚ2／Ｓ＜１６、を満足する。ここで、Ｚ2／Ｓは、０．００００００１以下になると、撮像素子５０を載置するスペースを確保することが困難になる。そのため、Ｚ2／Ｓは、０．００００００１を超える値、好ましくは０．００１以上とするとよい。また、Ｚ2／Ｓは、１６以上になると小型化が困難になることから、１６未満、好ましくは４以下、より好ましくは１以下とするとよい。また、本実施の形態では、照明部１０の照明光射出面３２ｉの面積Ｓが、照明光射出面３２ｉから撮像素子５０の画素列５１までの距離Ｚの２乗に対して大きいので、広視野に亘って干渉パターンを撮影することができる。さらに、撮像素子５０の画素列５１の配置された領域の面積は、照明光射出面３２ｉの面積Ｓの０．８倍以上であることが、広視野化の上で好ましい。
【００２０】
本実施の形態によると、平面型光導波路３１を被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られる。したがって、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。
【００２１】
なお、図１において、平面型光導波路３１内に示す実線矢印は、平面型光導波路３１内でのコヒーレント光の伝播方向を示す。平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉから被検物１に向かう実線矢印は、照明光を示す。平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒから撮像素子５０に向かう実線矢印は、参照光を示す。被検物１から撮像素子５０に向かう破線矢印は、物体光を示す。また、照明光、物体光及び参照光とそれぞれ交差する破線は、それぞれの波面を示す。これらの表現は、他の図においても同様である。
【００２２】
（第２実施の形態）
図２は、第２実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図１に示した構成において、照明部１０の被検物１側すなわち照明光射出面３２ｉ側に配置された被検物保持部６０を有する。
【００２３】
被検物保持部６０は、照明部１０から射出される照明光に対して透過性を有する材質で平板状に形成され、照明光射出面３２ｉとほぼ平行に配置される。被検物保持部６０は、照明光射出面３２ｉと対向する面とは反対側の面（被検物接触面）６１上に被検物１を着脱自在に保持可能である。被検物保持部６０は、被検物１によっては、被検物接触面６１が被検物１に接離可能に接触してもよい。
【００２４】
図２において、照明部１０の照明光射出面３２ｉの面積をＳ、照明光射出面３２ｉから被検物保持部６０の被検物接触面６１までの距離をＺ10、被検物接触面６１から撮像素子５０の画素列５１までの距離をＺ20とするとき、好ましくは、０．００００００１＜Ｚ102／Ｓ＜４、及び、０．００００００１＜Ｚ202／Ｓ＜４、を満足する。したがって、第１実施の形態で説明した、０．００００００１＜Ｚ2／Ｓ＜１６、も満足する。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００２５】
ここで、Ｚ102／Ｓは、０．００００００１以下になると、被検物保持部６０を配置するスペースを確保することが困難になることから、０．００００００１を超える値、好ましくは０．００１以上とするとよい。また、Ｚ102／Ｓは、４以上になると、小型化が困難になることから４未満、好ましくは１以下、より好ましくは０．２５以下とするとよい。Ｚ202／Ｓは、０．００００００１以下になると、撮像素子５０を配置するスペースを確保することが困難になることから、０．００００００１を超える値、好ましくは０．００１以上とするとよい。また、Ｚ202／Ｓは、４以上になると、小型化が困難になることから４未満、好ましくは１以下、より好ましくは０．２５以下とするとよい。また、好ましくは、０．２５＜Ｚ10／Ｚ20＜４、を満足するとよい。
【００２６】
本実施の形態によると、被検物保持部６０を被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られるので、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。
【００２７】
（第３実施の形態）
図３は、第３実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図１に示した構成において、照明部１０の被検物１側すなわち照明光射出面３２ｉ側に配置された照明光角度変更部７０を有する。
【００２８】
照明光角度変更部７０は、ｙｚ断面が楔形状を有する楔プリズム７１からなる。楔プリズム７１は、照明光射出面３２ｉとほぼ平行に離間対向する面７１ａと、照明光射出面３２ｉに対して傾斜した斜面７１ｂとを有し、斜面７１ｂ側に被検物１が配置される。楔プリズム７１は、例えば照明光射出面３２ｉから楔プリズム７１の斜面７１ｂの最大高さの距離をＺ30とするとき、好ましくはＺ30＝Ｚ10として、第２実施の形態と同様の条件を満たすように配置される。
【００２９】
上記構成において、照明光射出面３２ｉから射出される平面波状の照明光は、楔プリズム７１の斜面７１ｂで屈折されて、照明光射出面３２ｉからの射出方向とは異なる方向から被検物１を照明する。これにより、被検物１で反射されて楔プリズム７１及び平面型光導波路３１を透過する物体光は、参照光射出面３２ｒから射出される参照光とは異なる角度で撮像素子５０に入射するので、撮像素子５０上には物体光と参照光との入射角度に応じた周波数（キャリア周波数）をもつ干渉パターンが生成される。したがって、撮像素子５０により干渉パターンを撮像すれば、その出力に基づいて公知のフーリエ縞解析法により定量的な位相情報を取得することができ、被検物１の形状を精密に測定することが可能となる。
【００３０】
本実施の形態によると、楔プリズム７１を被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られるので、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。しかも、本実施の形態では、オフアクシスホログラムを生成する構成と同様の構成を有するので、被検物１の精密測定が可能となる。
【００３１】
（第３実施の形態の変形例）
図４Ａ及び図４Ｂは、図３の変形例を示すものである。図４Ａに示すデジタルホログラフィック撮像装置は、図３において楔プリズム７１の斜面７１ｂに被検物１を保持するようにして、照明光角度変更部７０を被検物保持部としても機能させたものである。
【００３２】
図４Ｂに示すデジタルホログラフィック撮像装置は、楔プリズム７１の面７１ａを平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉに接合して、楔プリズム７１の斜面７１ｂに被検物１を保持するようにしたものである。すなわち、図４Ｂは、照明光角度変更部７０を被検物保持部としても機能させて、照明部１０と一体化したものである。
【００３３】
したがって、図４Ａ及び図４Ｂの構成によると、図３の場合と同様の効果に加え、被検物保持部を別途設けることなく楔プリズム７１に被検物１を保持することができるので、被検物保持部を要する場合の構成を簡略化できる。また、特に、図４Ｂにおいては、照明部１０と、被検物保持部と、照明光角度変更部７０とが一体化されるので、小型化により有利となる。
【００３４】
（第４実施の形態）
図５は、第４実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図２に示した構成において、照明部１０の照明光射出面３２ｉと被検物保持部６０との間に、第３実施の形態で説明した照明光角度変更部７０を構成する楔プリズム７１を配置したものである。図５は、楔プリズム７１の面７１ａが照明光射出面３２ｉに接合されて、照明部１０と照明光角度変更部７０とが一体化されている場合を例示している。
【００３５】
被検物保持部６０は、好ましくは、第２実施の形態で説明した条件を満たし、楔プリズム７１を配置するスペースを確保できるように配置される。その他の構成は、第２実施の形態と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
本実施の形態においても、第３実施の形態と同様に、定量的な位相情報を取得することができるので、被検物１の形状を精密に測定することが可能となる。
【００３７】
（第４実施の形態の変形例）
図６は、図５の変形例を示すものである。図６に示すデジタルホログラフィック撮像装置は、図５において楔プリズム７１を省略し、被検物保持部６０を照明光射出面３２ｉに対して傾斜して配置したものである。すなわち、図６は、被検物保持部６０を照明光角度変更部としても機能させたものである。
【００３８】
図６の構成によると、図５の構成と比較して、楔プリズム７１を省略できることで、より小型化及び低コスト化が可能となる。
【００３９】
（第５実施の形態）
図７は、第５実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図１に示した構成において、照明部１０の被検物１側すなわち照明光射出面３２ｉ側に配置された位相変更部８０を有する。
【００４０】
位相変更部８０は、照明光射出面３２ｉから射出されて被検物１に照射される照明光の位相を動的にシフトするもので、例えば液晶素子等によって構成される。位相変更部８０は、例えば照明光射出面３２ｉから位相変更部８０の被検物側の面までの距離をＺ40とするとき、好ましくはＺ40＝Ｚ10として、第２実施の形態と同様の条件を満たすように配置される。図７は、位相変更部８０を照明光射出面３２ｉに結合して配置した場合を例示している。
【００４１】
上記構成において、照明光射出面３２ｉから射出される平面波状の照明光は、位相変更部８０で位相がシフトされて被検物１を照明する。これにより、被検物１で反射される物体光は、参照光射出面３２ｒから射出される参照光とは異なる位相を基準に変調され、さらに位相変更部８０を透過して位相シフトされた後、平面型光導波路３１を透過して撮像素子５０上に参照波との干渉パターンを生成する。
【００４２】
したがって、位相変更部８０により照明光の位相シフト量を順次変更して、それぞれの位相シフト量に応じて撮像素子５０上に生成される干渉パターンを撮像すれば、それらの干渉パターンの撮像出力に基づいて公知の位相シフト法により被検物１の形状を解析することが可能となる。位相変更部８０による順次の位相シフト量は、任意の量をランダムにシフトしてもよいし、例えばπ／４ずつシフトして撮像素子５０に入射する物体光が参照光の位相に対して０、π／２、π、３π／２シフトした位相を基準に変調されるようにしてもよい。
【００４３】
本実施の形態によると、位相変更部８０を被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られるので、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。しかも、本実施の形態では、位相変更部８０の位相シフト機能により定量的な位相情報を得ることが可能となるので、被検物１の精密測定が可能になるとともに、オフアクシスホログラムの構成と比較して高解像度の測定が可能となる。
【００４４】
（第６実施の形態）
図８は、第６実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図７において位相変更部８０を省略し、平面型光導波路部３０を複数の平面型光導波路を有して構成して照明光の位相を順次変調する。図８は、３つの平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを用いた場合を例示している。
【００４５】
平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、図１に示した平面型光導波路３１と同様に構成される。したがって、図８において、図１に示した平面型光導波路３１と同一構成要素には、同一符号に対応するサフィックスを付して示す。平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、平面型光導波路３１ａの参照光射出面３２ａｒと平面型光導波路３１ｂの照明光射出面３２ｂｉとが対向し、平面型光導波路３１ｂの参照光射出面３２ｂｒと平面型光導波路３１ｃの照明光射出面３２ｃｉとが対向するように、積層する方向に並べて配置される。
【００４６】
平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃには、光源部２０から同一波長のコヒーレント光を順次入射させる。光源部２０は、例えば一つの光源から射出されるコヒーレント光を３つの光路に分岐し、各光路のコヒーレント光を光スイッチ及び光ファイバ等の導光体を介して平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃに順次切り替えて入射させる。あるいは、光源部２０は、同一波長のコヒーレント光を射出する３つの光源を有し、これら３つの光源と平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃとを直接又は光ファイバ等の導光体を介して結合して、３つの光源から対応する平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃに順次同一波長のコヒーレント光を入射させてもよい。図８では、３つの光源２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを対応する平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃにそれぞれ結合して、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃに同一波長のコヒーレント光を順次入射させる場合を例示している。
【００４７】
被検物１は、平面型光導波路３１ａの照明光射出面３２ａｉ側に配置される。撮像素子５０は、平面型光導波路３１ｃの参照光射出面３２ｃｒ側に配置される。
【００４８】
平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃは、光源２１ａ、２１ｂ及び２１ｃから射出されるコヒーレント光の波長をλ、いずれの２つの組合せにおける平面型光導波路の双方のグレーティング部間の距離の空気換算長をＤ、Ｄをλで割った余りの値をｍｏｄ（Ｄ，λ）とするとき、いずれの２つの組合せにおいて、０＜ｍｏｄ（Ｄ，λ）＜λ、を満足するように配置される。
【００４９】
例えば、平面型光導波路３１ａを基準（０）とするとき、平面型光導波路３１ａのグレーティング部３３ａと平面型光導波路３１ｂのグレーティング部３３ｂとの間の距離の空気換算長Ｄは、λ／８（＋ｎλ／２）（位相にしてπ／４（＋ｎπ））とする。但し、ｎは０又は正の整数である。また、平面型光導波路３１ａのグレーティング部３３ａと平面型光導波路３１ｃのグレーティング部３３ｃとの間の距離の空気換算長Ｄは、λ／４（＋ｎλ／２）（位相にしてπ／２（＋ｎπ））とする。したがって、この場合、平面型光導波路３１ｂのグレーティング部３３ｂと平面型光導波路３１ｃのグレーティング部３３ｃとの間の距離の空気換算長Ｄは、λ／８（＋ｎλ／２）となる。
【００５０】
また、図８において、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ、３１ｃの照明光射出面３２ａｉ、３２ｂｉ、３２ｃｉの各面積をＳ、平面型光導波路３１ａの照明光射出面３２ａｉから撮像素子５０の画素列５１までの距離をＺとするとき、好ましくは、第１実施の形態と同様に、０．００００００１＜Ｚ2／Ｓ＜１６、を満足する。
【００５１】
上記構成において、光源２１ａからコヒーレント光が射出されると、平面型光導波路３１ａの参照光射出面３２ａｒから射出される参照光は、平面型光導波路３１ｂ及び３１ｃを順次透過して撮像素子５０に入射する。また、平面型光導波路３１ａの照明光射出面３２ａｉから射出される照明光は、被検物１で反射されて変調され、その反射光（物体光）が自己の平面型光導波路３１ａを透過した後、平面型光導波路３１ｂ及び３１ｃを順次透過して撮像素子５０に入射する。このときの撮像素子５０上での参照光と物体光との位相差を基準位相差とする。これにより、撮像素子５０上には、参照光に対して基準位相差の照明光で変調された物体光による干渉パターンが生成される。
【００５２】
次に、光源２１ｂからコヒーレント光が射出されると、平面型光導波路３１ｂの参照光射出面３２ｂｒから射出される参照光は、平面型光導波路３１ａの参照光に比べ空気換算長でλ／８（＋ｎλ／２）だけ短い距離を伝播して撮像素子５０に入射する。また、平面型光導波路３１ｂの照明光射出面３２ｂｉから射出される照明光は、平面型光導波路３１ａの照明光に比べ空気換算長でλ／８（＋ｎλ／２）だけ長い距離を伝播して被検物１に照射される。被検物１で反射されて変調された反射光（物体光）の通る光路は平面型光導波路３１ａの物体光と等しい。これにより、撮像素子５０上には参照光に対して、基準位相差に対しπ／２の位相差を有する照明光で変調された物体光による干渉パターンが生成される。つまり、この場合は、参照光と照明光との位相差が、基準位相差とπ／２異なることになる。
【００５３】
次に、光源２１ｃからコヒーレント光が射出されると、平面型光導波路３１ｃの参照光射出面３２ｃｒから射出される参照光は、平面型光導波路３１ａの参照光に比べ空気換算長でλ／４（＋ｎλ／２）だけ短い距離を伝播して撮像素子５０に直接入射する。また、平面型光導波路３１ｃの照明光射出面３２ｃｉから射出される照明光は、平面型光導波路３１ａの照明光に比べ空気換算長でλ／４（＋ｎλ／２）だけ長い距離を伝播して被検物１に照射される。被検物１で反射されて変調された反射光（物体光）の通る光路は平面型光導波路３１ａの物体光と等しい。これにより、撮像素子５０上には、参照光に対して、基準位相差に対してπの位相差を有する照明光で変調された物体光による干渉パターンが生成される。つまり、この場合は、参照光と照明光との位相差が、基準位相差とπ異なることになる。
【００５４】
本実施の形態によると、光源２１ａ，２１ｂ及び２１ｃの発光タイミングに同期して、撮像素子５０上に生成される干渉パターンを撮像すれば、第５実施の形態の場合と同様にして、公知の位相シフト法により被検物１の形状を解析することが可能となり、第５実施の形態と同様の効果が得られる。しかも、本実施の形態では、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの配置によって位相シフトするので、第５実施の形態と比較して簡易に構成できる利点がある。なお、図８では、３つの平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを用いた場合を例示したが、４つ以上の平面型光導波路を用いて、さらに多くの位相の組合せによる干渉パターンを撮像するようにしてもよい。
【００５５】
（第７実施の形態）
図９は、第７実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図１に示した構成において、照明部１０の被検物１側すなわち照明光射出面３２ｉ側に配置された第１の１／４波長板８１と、照明部１０と撮像素子５０との間の光路中に配置された第２の１／４波長板８２と、撮像素子５０と第２の１／４波長板８２との間に配置された検光子アレイ８３とを有する。
【００５６】
検光子アレイ８３は、撮像素子５０の１又は複数の画素ごとに偏光の透過方向が異なる複数の検光子を並べて配置して構成される。本実施の形態では、図９に部分拡大平面図をも示すように、透過方向が異なる４つの検光子８４ａ〜８４ｄを１組として、複数組を並べて配置する。検光子８４ａ〜８４ｄの各々は、撮像素子５０の１又は複数の画素に対応している。
【００５７】
ここで、各組の４つの検光子８４ａ〜８４ｄの透過方向は、例えば平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒから射出される参照光の直線偏光の方向をｙｚ面と直交する方向（ｘ方向）とするとき、ｙ方向、ｘ方向、第１の１／４波長板８１及び第２の１／４波長板８２の結晶軸方向、及び該結晶軸方向と直交する方向とほぼ一致している。つまり、４つの検光子８４ａ〜８４ｄは、透過方向が０、π／２、π及び３π／２と、π／２ずつ異なっている。
【００５８】
また、第１の１／４波長板８１は、例えば照明光射出面３２ｉから第１の１／４波長板８１の被検物１側の面までの距離をＺ50とするとき、好ましくはＺ50＝Ｚ10として、第２実施の形態と同様の条件を満たすように配置される。同様に、第２の１／４波長板８２は、好ましくは第２実施の形態で説明したＺ20の条件を満たし、第２の１／４波長板８２を配置するスペースを確保できるように配置される。
【００５９】
上記構成において、平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉから射出されるｘ方向の直線偏光の参照光は、第１の１／４波長板８１を透過することで例えば右回りの円偏光に変換されて被検物１に照射される。そして、被検物１で反射される物体光は、入射する照明光の円偏光とは反対回りの左回りの円偏光となり、さらに第１の１／４波長板８１を透過することで、照明光射出面３２ｉから射出される照明光の直線偏光方向と直交するｙ方向の直線偏光に変換される。そして、このｙ方向の直線偏光は、平面型光導波路３１を透過し、さらに第２の１／４波長板８２を透過することで、例えば左回りの円偏光に変換されて検光子アレイ８３に入射する。
【００６０】
一方、平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒから射出されるｘ方向の直線偏光の参照光は、第２の１／４波長板８２を透過することで、物体光の円偏光とは逆回りの左回りの円偏光に変換されて検光子アレイ８３に入射する。
【００６１】
その結果、物体光及び参照光が検光子アレイ８３を透過すると、撮像素子５０上には、物体光と参照光との位相関係が０、π／２、π及び３π／２の４つの干渉パターンが同時に生成される。したがって、撮像素子５０上に生成される干渉パターンを撮像すれば、その出力に基づいて公知の並列位相シフト法により被検物１の形状を解析することが可能となる。
【００６２】
本実施の形態によると、第１の１／４波長板８１を被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られるので、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。しかも、本実施の形態では、物体光と参照光との位相関係が異なる複数の干渉パターンを同時に得ることができるので、被検物１を高速かつ高精度で解析することが可能となる。
【００６３】
（第８実施の形態）
図１０は、第８実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係るデジタルホログラフィック撮像装置は、図１に示した構成において、照明部１０が位相調整部８５と、調光用平面型光導波路３１Ｖとをさらに有する。
【００６４】
本実施の形態では、光源部２０から同一波長の２本のコヒーレント光を射出させる。２本のコヒーレント光は、２つの光源から射出させてもよいし、１つの光源から射出されるコヒーレント光を２本に分岐してもよい。図１０では、１つの光源２１から射出されるコヒーレント光を２本の光束に分岐する場合を例示している。
【００６５】
光源部２０から射出される２本のコヒーレント光は、一方を光ファイバ等の導光体を介して平面型光導波路３１に入射させ、他方を光ファイバ等の導光体を介して位相調整部８５に入射させる。位相調整部８５は、入射光の位相を調整可能な例えば電気光学素子、音響光学素子、熱光学素子等を有して構成される。位相調整部８５で位相調整されたコヒーレント光は、光ファイバ等の導光体を介して調光用平面型光導波路３１Ｖに入射される。
【００６６】
調光用平面型光導波路３１Ｖは、平面型光導波路３１と同様の構成からなり、照明光射出面３２Ｖｉと、参照光射出面３２Ｖｒと、グレーティング部３３Ｖとを有する。調光用平面型光導波路３１Ｖは、撮像素子５０と被検物１との間で平面型光導波路３１に積層する方向に並んで配置される。例えば、調光用平面型光導波路３１Ｖは、グレーティング部３３Ｖと平面型光導波路３１のグレーティング部３３との間の空気換算長Ｄが、λ／４（＋ｎλ／２）（位相にしてπ／２（＋ｎπ））を満たすように配置される。
【００６７】
調光用平面型光導波路３１Ｖは、位相調整部８５を経て入射される光源２１からのコヒーレント光を伝播しながらグレーティング部３３で回折させて、照明光射出面３２ｉから照明光として射出させるとともに、参照光射出面３２ｒから参照光として射出させる。図１０では、調光用平面型光導波路３１Ｖが平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉ側に配置されているが、平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒ側に配置されてもよい。
【００６８】
図１０において、調光用平面型光導波路３１Ｖの照明光射出面３２Ｖｉ及び平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉの各面積をＳ、調光用平面型光導波路３１Ｖの照明光射出面３２Ｖｉから撮像素子５０の画素列５１までの距離をＺとするとき、好ましくは、第１実施の形態と同様に、０．００００００１＜Ｚ2／Ｓ＜１６、を満足する。
【００６９】
上記構成において、光源２１からコヒーレント光が射出されると、平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉから射出される照明光は、調光用平面型光導波路３１Ｖの照明光射出面３２Ｖｉから射出される照明光と干渉し、被検物１で反射される。２つの照明光の干渉光の振幅は、調光用平面型光導波路３１Ｖのグレーティング部３３Ｖと平面型光導波路３１のグレーティング部３３との間の空気換算長Ｄ（位相にしてπ／２（＋ｎπ））、および位相調整部８５の与える位相量Φに従って決定される。反射光（物体光）は調光用平面型光導波路３１Ｖ及び平面型光導波路３１を順次透過して撮像素子５０に入射する。
【００７０】
一方、平面型光導波路３１の参照光射出面３２ｒから射出される参照光は、調光用平面型光導波路３１Ｖの参照光射出面３２Ｖｒから射出され、平面型光導波路３１を透過した参照光と干渉し、撮像素子５０に入射する。２つの参照光の干渉光の振幅は、調光用平面型光導波路３１Ｖのグレーティング部３３Ｖと平面型光導波路３１のグレーティング部３３との間の空気換算長Ｄ（位相にして−π／２（＋ｎπ））、および位相調整部８５の与える位相量Φに従って決定される。これにより、撮像素子５０上には、平面型光導波路３１及び調光用平面型光導波路３１Ｖからそれぞれ射出された照明光による物体光と参照光とによる干渉パターンが生成される。照明光と参照光とでは、調光用平面型光導波路３１Ｖのグレーティング部３３Ｖと平面型光導波路３１のグレーティング部３３との間の空気換算長Ｄによって生じる位相差符号が反転するため、位相調整部８５の与える位相量Φを変化させることにより、照明光と参照光との比率を変化させることが出来る。
【００７１】
本実施の形態では、撮像素子５０上に生成される干渉パターンのコントラストが高くなるように、位相調整部８５により調光用平面型光導波路３１Ｖに入射されるコヒーレント光の位相が調整される。
【００７２】
本実施の形態によると、調光用平面型光導波路３１Ｖを被検物１に近づけても広い撮影エリアが得られるので、小型な構成で、広視野に亘って干渉パターンを撮像することが可能となる。しかも、本実施の形態では、位相調整部８５により調光用平面型光導波路３１Ｖに入射されるコヒーレント光の位相を調整することにより、生成される干渉パターンのコントラストを調整できるので、被検物１として多様な反射率を有する種々の被検物を測定することが可能となる。
【００７３】
なお、本実施の形態は、上述した他の実施の形態や変形例に適用してもよい。ここで、図８に示した第６実施の形態に適用する場合は、１つの調光用平面型光導波路を設けてもよいし、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの各々にペアとなる調光用平面型光導波路を設けてもよい。あるいは、専用の調光用平面型光導波路を設けることなく、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃを調光用平面型光導波路としても機能させてもよい。例えば、平面型光導波路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃの各々に位相調整部を結合し、平面型光導波路３１ａによる干渉パターンを得る場合は、当該平面型光導波路３１ａに結合された位相調整部はオフとして、光源からのコヒーレント光を位相調整することなく当該平面型光導波路３１ａに入射させ、他の平面型光導波路３１ｂ及び３１ｃのいずれか一方に結合された位相調整部によって光源からのコヒーレント光の位相を調整して対応する平面型光導波路３１ｂ又は３１ｃに入射させる。同様にして、２つの平面型光導波路に入射させるコヒーレント光の一方の位相を調整する。
【００７４】
次に、上記実施の形態に示した平面型光導波路の構成例について、詳細に説明する。なお、上述した平面型光導波路３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及び調光用平面型光導波路３１Ｖは同様に構成されるので、平面型光導波路３１について説明する。
【００７５】
（平面型光導波路の第１構成例）
図１１は、平面型光導波路３１の第１構成例を示す概略断面図である。平面型光導波路３１は、コア３５と、コア３５の上側のクラッド３６Ｕと、下側のクラッド３６Ｄと、グレーティング部３３とを有して構成される。コア３５は、ｙｚ面と直交するｘ方向の断面が、例えば円形、楕円形、矩形等の任意の形状に形成される。クラッド３６Ｕ及び３６Ｄは、コア３５のｙ方向の両端を除く周囲で、少なくとも照明光の射出領域の上下に形成される。クラッド３６Ｕは、グレーティング部３３と対応するコア３５と反対側の面（上面）が照明光射出面３２ｉを構成する。同様に、クラッド３６Ｄは、グレーティング部３３と対応するコア３５と反対側の面（下面）が参照光射出面３２ｒを構成する。
【００７６】
グレーティング部３３は、照明光射出面３２ｉと参照光射出面３２ｒとの間において、平面型光導波路３１を伝播するコヒーレント光をｚ方向に射出するように、コア３５と一方のクラッド（図１１では、クラッド３６Ｕ）との界面又はコア３５内にｙ方向に沿って形成される。グレーティング部３３は、例えば、図１２Ａに示す矩形状の溝、図１２Ｂに示す鋸歯形状をした溝、図１２Ｃに示す波形状の溝、図１２Ｄに示す矩形状で屈折率の異なる溝で形成される。
【００７７】
次に、平面型光導波路３１の機能について、図１３を参照して説明する。図１３に示す平面型光導波路３１は、屈折率Ｎｓのクラッド３６Ｄの上に、厚さＴ、屈折率Ｎｆのコア３５が積層され、その境界に屈折率Ｎｇ、周期Λ、グレーティングファクタａ、高さｈｇのグレーティング部３３が形成され、さらにコア３５の上に屈折率Ｎｃのクラッド３６Ｕが積層されて構成されている。クラッド３６Ｄ、コア３５及びクラッド３６Ｕは、平面型光導波路３１を構成する。
【００７８】
図１３において、平面型光導波路３１内に入射されたコヒーレント光（波長λ）は、屈折率の異なるコア３５とクラッド３６Ｄ及び３６Ｕとの境界面で全反射を繰り返すことで閉じ込められて、平面型光導波路３１内をある導波モードで伝播する。平面型光導波路３１内を伝播するコヒーレント光は、周期Λのグレーティング部３３が配置された部分で下記（１）式の条件を満たすと、導波モードと放射モードとの間の結合が起こる。これにより、平面型光導波路３１内をｙ方向に伝搬定数β0を持つコヒーレント光が伝搬する場合、このコヒーレント光に付随してｙ方向の伝搬定数βqをもつ空間高調波が発生する。このとき平面型光導波路３１内を伝搬するコヒーレント光は、放射モードにより放射角度（θｃ）で照明光射出面３２ｉ及び参照光射出面３２ｒから外部へ平面波として、面積を有する帯状（１次元状）に放射される。
【００７９】
【数１】
2017006369.tif 000003
ただし、ｋ0は真空波数、Ｎeffはコヒーレント光の実効屈折率である。
【００８０】
ここで、平面型光導波路３１内をｙ方向に伝播するコヒーレント光の伝播モードは、平面型光導波路３１を構成するパラメータ条件（屈折率、厚さ、波長）によって、複数の伝搬定数が存在するマルチモード伝搬と、基本モードの１つの伝搬定数のみが存在するシングルモード伝搬とに分けることができる。
【００８１】
平面型光導波路３１から特定の放射角度（θｃ）の平面波のみを出力させる場合は、特定の伝搬モードに対して、（１）式のｑが１つに定まる周期Λのグレーティング部３３を形成して、シングルモード光を伝搬させる。このように構成すると、伝搬光に付随して、特定の放射モードにより平面型光導波路３１の外部へ光が放射されるため、最終的に平面型光導波路３１から特定の放射角度の平面波のみを射出させることができる。
【００８２】
例えば、伝播するコヒーレント光の波長（λ）が、λ＝５４６．０７４ｎｍの場合、コア３５の屈折率（Ｎｆ）及びグレーティング部３３の屈折率（Ｎｇ）をＮｆ＝Ｎｇ＝１．５３５４、クラッド３６Ｄ及び３６Ｕの屈折率（Ｎｓ、Ｎｃ）をＮｓ＝Ｎｃ＝１．４６００８、グレーティング部３３の周期（Λ）をΛ＝３３９ｎｍとして平面型光導波路３１を構成する。この場合、平面型光導波路３１の実効屈折率ＮeffはＮeff＝１．５０７８８となり、放射光の放射角度（θｃ）はθｃ＝−４．０°となる。グレーティングファクタａ及び高さｈｇは、ａ＝０．５、ｈｇ＝５０ｎｍである。なお、放射光の放射角度θｃは、０°であっても良いことはもちろんである。
【００８３】
第１構成例の平面型光導波路３１によると、薄型かつ小型な構成で、コヒーレント光を所望の方向に広視野に亘って帯状に射出させることが可能となる。
【００８４】
（平面型光導波路の第２構成例）
平面型光導波路３１の第２構成例においては、第１構成例において、平面型光導波路３１がスラブ型光導波路として構成され、平面波の照明光及び参照光を所望の方向に面状（２次元状）に射出させる。
【００８５】
図１４は、スラブ型光導波路の基本構造を示す図である。スラブ型光導波路４１は、平板状のコア４２と、その両面に積層されたクラッド４３とを有する。図１４において、光の伝播方向をｙ方向、コアの厚み方向をｚ方向、ｙ方向及びｚ方向と直交する方向をｘ方向とするとき、コア４２のｘ方向の両端面にはクラッドが形成されておらず、ｚ方向にはコア４２とクラッド４３との屈折率差が存在する。コア４２にｙ方向から導入された光は、コア４２とクラッド４３との屈折率差によりコア４２内に閉じ込められてｙ方向に伝播される。
【００８６】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、スラブ型光導波路構造からなる平面型光導波路３１を示すもので、図１５Ａは平面型光導波路３１をｚ方向から見た拡大概略図であり、図１５Ｂはｘ方向から見た拡大概略図である。平面型光導波路３１は、一端から他端に向けて拡開するテーパ状光導波路３７と、テーパ状光導波路３７の拡開した他端に結合された矩形状光導波路３８とを備える。テーパ状光導波路３７及び矩形状光導波路３８は、ｘｙ平面に延在するコア３５と、コア３５のｚ方向に対向する両面に形成されたクラッド３６Ｕ及び３６Ｄとを有し、矩形状光導波路３８にグレーティング部３３が形成されている。クラッド３６Ｕは、グレーティング部３３と対応するコア３５と反対側の面（上面）が照明光射出面３２ｉを構成する。同様に、クラッド３６Ｄは、グレーティング部３３と対応するコア３５と反対側の面（下面）が参照光射出面３２ｒを構成する。
【００８７】
テーパ状光導波路３７及び矩形状光導波路３８は、例えば一体に形成されて、テーパ状光導波路３７の矩形状光導波路３８とは反対側の端面からコヒーレント光が入射される。図１５Ａ及び図１５Ｂでは、テーパ状光導波路３７に光源１１を結合した場合を例示している。
【００８８】
図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、光源１１から射出されたコヒーレント光は、テーパ状光導波路３７においてｚ方向に閉じ込められてｙ方向に伝播される。また、テーパ状光導波路３７に入射されたコヒーレント光は、ｘ方向には球面波として広がって伝播されて面積が拡大される。グレーティング部３３は、ｙｚ平面においては所定の形状（図では矩形）及び周期で形成され、ｘｙ平面においてはコヒーレント光の球面波に合わせて球面状に形成される。
【００８９】
第２構成例の平面型光導波路３１によると、薄型かつ小型な構成で、コヒーレント光を所望の方向に大面積の面状に広視野に亘って射出させることが可能となる。
【００９０】
（平面型光導波路の第３構成例）
図１６Ａ及び図１６Ｂは、平面型光導波路３１の第３構成例の説明図である。第３構成例は、第２構成例において、テーパ状光導波路３７が、伝播するコヒーレント光の波面を変換する変換グレーティング部３９を有するものである。
【００９１】
図１６Ａは平面型光導波路３１をｚ方向から見た拡大概略図であり、図１６Ｂはｘ方向から見た拡大概略図である。変換グレーティング部３９は、テーパ状光導波路３７におけるコヒーレント光の伝播路の任意の位置に形成されて、テーパ状光導波路３７を伝播するコヒーレント光をｘｙ平面において球面波から平面波に変換する。また、矩形状光導波路３８のグレーティング部３３は、ｙｚ平面においては所定の形状（図では矩形）及び周期で形成され、ｘｙ平面においてはコヒーレント光の平面波に合わせて直線状に形成される。
【００９２】
第３構成例の平面型光導波路３１によると、矩形状光導波路３８のグレーティング部３３をｘｙ平面においてコヒーレント光の平面波に合わせて直線状に形成することができるので、第２構成例の効果に加えてグレーティング部３３を容易に作成できる利点がある。
【００９３】
（平面型光導波路の第４構成例）
図１７Ａは、平面型光導波路３１の第４構成例を説明するための図である。第４構成例では、第１〜３構成例において、グレーティング部３３の高さｈｇを、照明光の伝播方向（ｙ方向）におけるグレーティング長さＬが長くなるのに従って高くする。
【００９４】
すなわち、図１７Ｂに示すように、グレーティング部３３の高さｈｇがグレーティング長さＬに亘って一定の場合、グレーティング部３３で回折されて平面型光導波路３１から射出されるコヒーレント光の強度は、平面型光導波路３１内でのコヒーレント光の伝播方向におけるグレーティング長さＬが長くなるに従って、図１８に実線で示すように指数関数的に減衰する。そこで、第４構成例では、図１８に破線で示すように、グレーティング長さＬに亘って回折されるコヒーレント光の強度がほぼ一定となるように、図１７Ａに示すように、グレーティング部３３の高さｈｇを、グレーティング長さＬが長くなるのに従って高くする。その他の構成は、上記の対応する構成例と同様である。
【００９５】
したがって、第１構成例に適用した場合は、平面波の照明光及び参照光を、ほぼ一定の強度でより長い帯状に射出させることが可能となる。また、第２〜３構成例に適用した場合は、平面波の照明光及び参照光を、ほぼ一定の強度でより伝播方向に長い面状の大面積で、より広視野に亘って射出させることが可能となる。
【００９６】
本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形または変更が可能である。例えば、本発明は、図１０において、撮像素子５０を省略し、光源部２０、平面型光導波路３１、位相調整部８５及び調光用平面型光導波路３１Ｖを有する照明装置として構成することも可能である。この場合、平面型光導波路３１の照明光射出面３２ｉが例えば第１の光射出平面に相当し、照明光射出面３２ｉからの照明光の射出方向が第１の方向に相当し、参照光射出面３２ｒが例えば第２の光射出平面に相当し、参照光射出面３２ｒからの参照光の射出方向が第２の方向に相当し、グレーティング部３３が第１のグレーティング部に相当する。同様に、調光用平面型光導波路３１Ｖの照明光射出面３２Ｖｉが例えば第３の光射出平面に相当し、参照光射出面３２Ｖｒが例えば第４の光射出平面に相当し、グレーティング部３３Ｖが第２のグレーティング部に相当する。
【００９７】
また、照明部は、平面型光導波路部を複数の平面型光導波路を積層して構成して、複数の平面型光導波路から同一波長の照明光及び参照光を異なる方向に射出するように構成してもよいし、異なる波長の照明光及び参照光を同一又は異なる方向に射出するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１  被検物
１０  照明部
２０  光源部
２１  光源
３０  平面型光導波路部
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１Ｖ  平面型光導波路
３２ｉ、３２ａｉ、３２ｂｉ、３２ｃｉ、３２Ｖｉ  照明光射出面
３２ｒ、３２ａｒ、３２ｂｒ、３２ｃｒ、３２Ｖｒ  参照光射出面
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３Ｖ  グレーティング部
５０  撮像素子
５１  画素列
６０  被検物保持部
６１  被検物接触面
７０  照明光角度変更部
８０  位相変更部
８１  第１の１／４波長板
８２  第２の１／４波長板
８３  検光子アレイ
８５  位相調整部
【図１】
2017006369.tif 000004
【図２】
2017006369.tif 000005
【図３】
2017006369.tif 000006
【図４Ａ】
2017006369.tif 000007
【図４Ｂ】
2017006369.tif 000008
【図５】
2017006369.tif 000009
【図６】
2017006369.tif 000010
【図７】
2017006369.tif 000011
【図８】
2017006369.tif 000012
【図９】
2017006369.tif 000013
【図１０】
2017006369.tif 000014
【図１１】
2017006369.tif 000015
【図１２Ａ】
2017006369.tif 000016
【図１２Ｂ】
2017006369.tif 000017
【図１２Ｃ】
2017006369.tif 000018
【図１２Ｄ】
2017006369.tif 000019
【図１３】
2017006369.tif 000020
【図１４】
2017006369.tif 000021
【図１５Ａ】
2017006369.tif 000022
【図１５Ｂ】
2017006369.tif 000023
【図１６Ａ】
2017006369.tif 000024
【図１６Ｂ】
2017006369.tif 000025
【図１７Ａ】
2017006369.tif 000026
【図１７Ｂ】
2017006369.tif 000027
【図１８】
2017006369.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月29日(2016.9.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長のコヒーレント光を照明光として被検物側に向けて射出する照明光射出面と、該照明光射出面に対して前記被検物側とは反対側に位置し、前記照明光とは反対の方向に前記コヒーレント光を参照光として射出する参照光射出面と、を有する照明部と、
該照明部の前記参照光射出面側に位置し、前記照明光のうち被検物で変調されて前記照明部を透過した物体光と前記参照光との干渉パターンを撮像する、２次元状に配列された画素からなる画素列を有する撮像素子と、
を有し、
前記照明部は、
前記コヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部からの前記コヒーレント光を伝播する平面型光導波路部と、
を有し、
前記平面型光導波路部は、前記照明光射出面である平面と、前記参照光射出面である平面とを有する平面型光導波路を有し、
前記平面型光導波路は、
前記照明光射出面と前記参照光射出面との間に位置するグレーティング部を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記グレーティング部で回折させて、前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記回折により前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
デジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
請求項１に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置され、前記照明光射出面から射出されて被検物に照射される前記照明光の照射角度を変更する照明光角度変更部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置され、前記照明光射出面から射出されて被検物に照射される前記照明光の位相を変更する位相変更部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記平面型光導波路部は、
前記撮像素子と被検物との間に積層する方向に並んで位置する少なくとも３つの前記平面型光導波路を有し、
少なくとも３つの前記平面型光導波路は、いずれの２つの組合せにおいて以下の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
０＜ｍｏｄ（Ｄ，λ）＜λ
ただし、λ；前記特定波長
Ｄ；組み合わせた２つの前記平面型光導波路における双方の前記グレーティング部間の距離の空気換算長
ｍｏｄ（Ｌ，λ）；Ｌをλで割った余りの値
【請求項７】
請求項１に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部の前記被検物側に配置された第１の１／４波長板と、
前記照明部と前記撮像素子との間の光路中に配置された第２の１／４波長板と、
前記撮像素子と前記第２の１／４波長板との間に配置され、前記撮像素子の１又は複数の画素ごとに偏光の透過方向が異なる複数の検光子を並べて配置した検光子アレイと、
をさらに有することを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項８】
請求項１、４〜７のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記照明部は、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を調整する位相調整部と、
前記撮像素子と被検物との間で前記平面型光導波路に積層する方向に並んで位置し、前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播する調光用平面型光導波路と、をさらに有し、
前記調光用平面型光導波路は、
前記照明光射出面である平面と前記参照光射出面である平面とを有し、
前記コヒーレント光を前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記調光用平面型光導波路は、
前記照明光射出面である平面と、前記参照光射出面である平面と、前記照明光射出面と前記参照光射出面との間に位置するグレーティング部と、を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記グレーティング部で回折させて、前記照明光射出面から前記照明光として射出させるとともに、前記回折により前記参照光射出面から前記参照光として射出させる、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１０】
請求項１、４〜９のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
前記撮像素子の前記画素列は、前記照明部の前記照明光射出面及び前記参照光射出面の少なくとも一方と略平行な面に沿って並んで配列される、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１１】
請求項１、４〜１０のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
被検物を保持可能な被検物保持部をさらに有する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
【請求項１２】
請求項１、４〜１０のいずれか一項に記載のデジタルホログラフィック撮像装置において、
下記の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮像装置。
０．００００００１＜Ｚ２／Ｓ＜１６
ここで、Ｓ；前記照明部の前記照明光射出面の面積
Ｚ；前記照明部の前記照明光射出面から前記撮像素子の前記画素列までの距離
【請求項１３】
請求項１１に記載のデジタルホログラフィック撮影装置において、
下記の条件式を満足する、
ことを特徴とするデジタルホログラフィック撮影装置。
０≦Ｚ１０２／Ｓ＜４
０．００００００１＜Ｚ２０２／Ｓ＜４
ここで、Ｚ１０；前記照明部の前記照明光射出面から前記被検物保持部の被検物接触面までの距離
Ｚ２０；前記被検物接触面から前記撮像素子の前記画素列までの距離
【請求項１４】
請求項１３に記載のデジタルホログラフィック撮影装置において、
０．２５＜Ｚ１０／Ｚ２０＜４
を満足することを特徴とするデジタルホログラフィック撮影装置。
【請求項１５】
特定波長のコヒーレント光を射出する光源部と、
該光源部からの前記コヒーレント光を伝播しながら第１の方向に射出する第１の光射出平面と、前記第１の方向とは反対の第２の方向に射出する第２の光射出平面とを有する平面型光導波路と、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を調整する位相調整部と、
前記平面型光導波路に積層する方向に並んで位置し、前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播しながら前記第１の方向に射出する第３の光射出平面と、前記第２の方向に射出する第４の光射出平面とを有する調光用平面型光導波路と、
を有する照明装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の照明装置において、
前記平面型光導波路は、
前記第１の光射出平面と前記第２の光射出平面との間に位置する第１のグレーティング部を有し、
前記コヒーレント光を伝播しながら前記第１のグレーティング部で回折させて、前記第１の光射出平面及び前記第２の光射出平面から前記第１の方向及び前記第２の方向にそれぞれ射出させ、
前記調光用平面型光導波路は、
前記第３の光射出平面と前記第４の光射出平面との間に位置する第２のグレーティング部を有し、
前記位相調整部で位相が調整された前記コヒーレント光を伝播しながら前記第２のグレーティング部で回折させて、前記第３の光射出平面及び前記第４の光射出平面から前記第１の方向及び前記第２の方向にそれぞれ射出させる、
ことを特徴とする照明装置。
【国際調査報告】
2017006369.tif 000029
2017006369.tif 000030
2017006369.tif 000031
2017006369.tif 000032