(57)【要約】【課題】簡易な装置構成で双眼の色彩ホログラムを電子的に取得する。【解決手段】コヒーレントな変調された左眼像情報光WL_1を水平偏光子５１２Ｌでｓ波にし、右眼像情報WR_1を垂直偏光子５１４Ｒでｐ波にして複屈折プリズム５２６を主要部とする２光波重畳部５２０に入射する。２光波重畳部５２０を通過後のｐ波光束WL_p1 とｓ波光束WR_s1 は物体重畳光W+_1となり、法線Ｚ１軸上に出射する。物体重畳光W+_1が半透明鏡５５０を透過し、半透明鏡５５０で反射した円偏光の無変調の参照光WW_1が撮像部５の法線Ｚ１の同軸上で重畳され物体参照重畳光W+WW+_1 となり同じ偏光方向の光波同士が干渉する。干渉縞を撮像部５で撮像することでホログラム情報信号を取得する。双眼のホログラム像を１つの撮像部５で撮像でき、単眼でホログラム像を撮像する仕組みを２系統設ける場合よりも装置構成が簡易になる。【選択図】図９
2011033859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの三次元情報を有する像情報光を左成分と右成分の別に取り込む入射光学系と、
走査型の撮像部と、
２つの光波を重畳する２光波重畳部を具備し、前記像情報光と対応する物体光および／またはコヒーレントな参照光の左成分と右成分を前記２光波重畳部に入射させることで、前記左成分と前記右成分を同一軸上にて重畳して２光波重成分を取得し、前記２光波重成分を前記撮像部に入射させることで、一つの固体撮像装置で互いに偏光方向が同じ成分同士を同軸上で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる撮像光学系と、
を備えた三次元画像撮像装置。
【請求項２】
コヒーレントな白色光を発する光源と、
コヒーレントな物体光を生成するインコヒーレント光−コヒーレント光変換部と、
を備え、
前記入射光学系は、物体からの三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と前記コヒーレントな白色光を同軸上で同じ方向より前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させる
請求項１に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項３】
前記光源からの前記コヒーレントな白色光を二分する分岐部を備え、
前記入射光学系は、物体からの三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と前記分岐部で分岐された一方の分割光を同軸上で同じ方向より前記インコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させる
請求項２に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項４】
前記２光波重畳部は、複屈折プリズムまたは位相共役鏡を有する
請求項１〜３の内の何れか一項に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項５】
前記左成分と前記右成分のそれぞれについて、物体光および参照光の少なくとも一方を色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する光変調部、
を備えた請求項１〜４の内の何れか一項に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部は、色分離フィルタが形成されていないモノクロ用のものである
請求項５に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項７】
前記撮像光学系は、偏光方向が互いに垂直な前記左成分の物体光と前記右成分の物体光を前記２光波重畳部により重畳し、前記２光波重畳部により前記左成分と前記右成分の各物体光が重畳された前記２光波重成分と参照光を同一軸上にて重畳して前記撮像部に入射させる
請求項６に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項８】
前記光変調部は、前記左成分と前記右成分のそれぞれについて、前記物体光を変調し、前記参照光は無変調にする
請求項７に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項９】
前記光変調部は、前記左成分と前記右成分のそれぞれについて、前記物体光は無変調にし、前記参照光を変調する
請求項７に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項１０】
前記光変調部は、前記左成分と前記右成分の間において、それぞれの変調の周波数を相互に異なるものとする
請求項８または９に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項１１】
前記２光波重畳部は、偏光方向が互いに同じ前記左成分の像情報光と前記右成分の像情報光の一方を物体光とし他方を参照光として重畳する
請求項６に記載の三次元画像撮像装置。
【請求項１２】
物体光および／またはコヒーレントな参照光の左成分と右成分を、２つの光波を重畳する２光波重畳部に入射させることで、前記左成分と前記右成分を同一軸上にて重畳して２光波重成分を取得し、前記２光波重成分を走査型の撮像部に入射させることで、一つの固体撮像装置で互いに偏光方向が同じ成分同士を同軸上で干渉させて前記撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させ、
前記干渉縞を前記撮像部で撮像することで、前記干渉縞に対応するホログラム情報信号を取得する
三次元画像撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元画像撮像装置、三次元画像撮像方法に関する。より詳細には、物体からの光を干渉光学手段に入射し、干渉光学手段から導出される干渉光を固体撮像装置で撮像することで、三次元画像信号としてのホログラム情報信号を取得する仕組みに関する。特に、左眼側の像情報光と右眼側の像情報光を使用する双眼方式におけるホログラム情報信号を取得する仕組みに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いてホログラムを作成し、三次元画像を記録・再生する方法として、写真フィルム技術を利用する仕組みが知られている。
【０００３】
一方、この考え方を電子的に実現する仕組み（電子ホログラムシステムと称する）や、さらにカラー化する仕組みが、たとえば、特許文献１〜３に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３，８５６，９８６号明細書
【特許文献２】米国特許第３，５９７，５２５号明細書
【特許文献３】特許第１９５２１４８号公報
【０００５】
電子ホログラムシステムの実現には、たとえば、物体にインコヒーレント光を照射した元で得られる物体からの光を干渉光とし、その干渉光を撮像面で受光することで、その撮像面上に干渉縞を形成した状態とする。撮像部からは、その干渉縞に対応する撮像出力信号が出力されるので、電子的にホログラム情報信号を取得できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、単眼ではなく双眼（複眼）でホログラム像を撮像することを考えた場合、単純には、単眼でホログラム像を撮像する仕組みを２系統設ける仕組みにすることが考えられる。しかしながらこれでは装置構成が大掛かりなる。
【０００７】
本発明は、簡易な構成で、双眼でホログラム像を撮像することのできる仕組みを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一態様は、物体光と参照光の少なくとも一方の左成分と右成分を、２つの光波を重畳する２光波重畳部に入射させて左成分と右成分を同一軸上にて重畳して２光波重成分を取得する。そして、２光波重成分を走査型の撮像部に入射させることで、１つの固体撮像装置で互いに偏光方向が同じ成分同士を同軸上で干渉させ、撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させる。この干渉縞を撮像部で撮像することで、干渉縞に対応するホログラム情報信号を取得する。
【０００９】
つまり、干渉縞を形成する対象の左右の物体光および／または参照光を光路上または固体撮像装置上で干渉させて受光するのである。
【００１０】
物体光と参照光の少なくとも一方の左成分と右成分を２光波重畳部に入射させて２光波重成分を取得するに当たっては、基本的には、次の３つの手法を採ることができる。
【００１１】
第１には、物体光（好ましくはコヒーレント光）の左成分（左眼成分）と右成分（左眼成分）を先ず２光波重畳部に入射させて物体光に関しての２光波重成分を取得する。その後、２光波重成分とコヒーレントな参照光を同軸となるようにして撮像部に入射させる。
【００１２】
第２には、左右の別に物体光（好ましくはコヒーレント光）とコヒーレントな参照光を先ず同軸となるようにして物体光と参照光が重畳された物体参照重畳光を取得する。その後、左右の物体参照重畳光を２光波重畳部に入射させて同軸となるようにして２光波重成分を取得し撮像部に入射させる。
【００１３】
第３には、コヒーレントな左右の像情報光の一方を物体光とし他方を参照光として２光波重畳部に入射させて同軸となるようにして２光波重成分を取得し撮像部に入射させる。
【００１４】
干渉性を良くして鮮明なホログラムを撮像するには物体光をコヒーレント光にするのがよい。そのためには、たとえば、光源よりコヒーレントな白色光を発する。入射光学系では、コヒーレントな白色光を 物体からの三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と同軸上で同じ方向よりインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させることでコヒーレントな物体光を生成する。好ましくは、参照光と分岐する分岐部を設け、一方を参照光とし他方を物体光のコヒーレント変換に使用する。一方の分割光を 物体からの三次元情報を有するインコヒーレントな物体光と同軸上で同じ方向よりインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させることでコヒーレントな物体光を生成する。
【００１５】
色彩ホログラムを撮像するときには、参照光とコヒーレントな物体光の少なくとも一方について、色彩ホログラムを形成する複数の色彩波長成分を相互に異なる周波数の変調信号で変調する。好ましくは、物体光をコヒーレント光に変換するために使用される分岐部で二分された他方の分割光を参照光とするとよい。さらに、撮像光学系では、参照光とコヒーレントな物体光を、偏光方向を揃え、同軸になるようにして、走査型の撮像部に入射させ、参照光とコヒーレントな物体光の間で干渉させて撮像部の撮像面上に干渉縞を形成させ、撮像部で干渉縞を撮像する。こうすることで、カラー撮像用の撮像部を使用せずとも、簡易な構成で色彩ホログラムを電子的に取得できる。光変調の仕組みを適用するので、周波数処理によりバックグラウンドノイズが低減されたホログラム情報を取得できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、双眼のホログラム像を１つの撮像部で撮像することができ、単眼でホログラム像を撮像する仕組みを２系統設ける場合よりも装置構成が簡易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】人間の立体感の生理作用を説明する図である。
【図２】４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する図である。
【図２Ａ】光学機能材料と電気光学係数と応答時間の関係を示す図である。
【図３】ＩＣＨ−ＣＨ光変換の基本を説明する模式図である。
【図４】本実施形態の三次元画像撮像再生装置を説明する図である。
【図４Ａ】左右像２光波重畳部の概要（第１例・第２例）を説明する図である。
【図４Ｂ】左右像２光波重畳部の概要（第３例）を説明する図である。
【図５】第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。
【図５Ａ】本実施形態の三次元画像撮像装置で使用する主要な構成要素の光学特性を概念的に示す図である。
【図５Ｂ】第１実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。
【図６】第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。
【図６Ａ】第２実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置の概略構成図である。
【図７】第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置を説明する図である。
【図７Ａ】第３実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置を説明する図である。
【図８】音響光学効果による変調と偏光を説明する図である。
【図９】左右像２光波重畳部の第１実施形態を説明する図である。
【図１０】左右像２光波重畳部の第２実施形態を説明する図である。
【図１１】第３実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｃを説明する図である。
【図１２】第４実施形態の左右像２光波重畳部５００を説明する図である。
【図１３】第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅを説明する図である。
【図１４】三次元画像情報取得再生システムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について実施形態別に区別する際には、Ａ，Ｂ，Ｃ，…などのように大文字の英語の参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。また、各機能要素を色彩波長（具体的にはＲ，Ｇ，Ｂ）で区別する場合は色彩波長の参照子Ｒ，Ｇ，Ｂを付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
【００１９】
なお、説明は以下の順序で行なう。
１．比較例の個別事情
２．本実施形態に関わる基礎技術
３．三次元画像撮像再生装置：概要
４．三次元画像撮像装置：第１実施形態（物体光を変調）
５．三次元画像撮像装置：第２実施形態（参照光を変調）
６．三次元画像撮像装置：第３実施形態（物体光と参照光の双方を変調）
７．左右像２光波重畳部：第１実施形態（プリズムによる２光波重畳＆物体光変調）
８．左右像２光波重畳部：第２実施形態（位相共役鏡による２光波重畳＆参照光変調）
９．左右像２光波重畳部：第３実施形態（左右の像情報光の一方を参照光に利用）
10．左右像２光波重畳部：第４実施形態（プリズムによる２光波重畳＆両光を変調）
11．左右像２光波重畳部：第５実施形態（左右別に物体光と参照光を重畳後に左右分を２光波重畳）
12：三次元画像情報取得再生システム
【００２０】
＜比較例の個別事情＞
最初に、特許文献１〜３の仕組みについて、それぞれの個別の問題点の詳細について検討する。
【００２１】
特許文献１では、レーザ光を２つの経路に分岐し、一方の光波を物体に照射し、両方または一方をある光変調周波数の変調信号で変調し、両者を同軸上で干渉させ、光学情報を撮像部で光電変換して撮像信号を取得し電気信号処理を行なう。因みに、この方式で得られるのはインコヒーレントホログラムである。
【００２２】
得られる画像信号（物体の像情報を伴う電気信号）は光変調周波数に等しい周波数を中心にある帯域幅をもって分布する。これに対して、ノイズ光は周波数依存性を持たず、周波数軸上に一様に分布するようになる。これによって、周波数依存性を持たないノイズ光を電気的に除去することが可能となり、物体像情報を持つ変調信号のみを抽出するシステムが実現できる。光変調とそれに対応した電気信号での波長分離によりホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを低減する仕組みに特徴がある。
【００２３】
しかしながら、特許文献１の仕組みでは、次のような問題がある。インコヒーレントホログラムであるので、三次元再生像の解像度に難点がある。カラー化技術については触れられていない。レーザ光を被写体に直接照射しなければならず、撮影対象が事実上非生物に限られ、人間を含む高等生物の撮像には適しない。撮像時には暗室が必要となる。照光か物体光のどちらか一方を変調させる場合は良いが、両方を変調させた場合の詳しい記載がなく、両者を同じ周波数で変調した場合には、何の効果も生じない（数式を当たってみればすぐ分かる）。
【００２４】
特許文献２では、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光を干渉光にするに当たって循環型干渉光学系を使用し、また、走査型の固体撮像装置を使用している。この方式でも、特許文献１と同様に、得られるのはインコヒーレントホログラムであるし、ホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを低減する仕組みも特許文献１と同様のものである。
【００２５】
たとえば、循環型干渉光学系における三角形状の循環光路内に、光学活性体と光変調器を配し、物体からの光を偏光子を通じて循環型干渉光学系に入射し、循環型干渉光学系における循環光路をビームスプリッタで互いに逆方向に循環する２つの分割光に分岐する。これによって、時計回りの光波と反時計周りの光波を生成する。
【００２６】
その内の光学活性体を経て偏光面が回転された後に光変調器を通過する一方の光波に関して、干渉計内光路の１つ脚の中に偏光子（たとえば水晶）と光変調素子を配置し、ある周波数を有する変調信号に基づいて光変調素子を変調する、つまり、循環光路内で光変調を行なう。そして、像倍率の異なる干渉計からの出力光を撮像面上に、同軸かつ偏光方向を揃えて干渉させ、撮像面上に干渉縞（ホログラム）を形成する。
【００２７】
循環型干渉光学系から導出される干渉光は、実質的に干渉縞を形成するものとなる成分が時間および変調信号の周波数に依存するものとして、また、干渉縞の形成に寄与しない成分が時間及びおよび変調信号の周波数に依存しないものとして含まれる。干渉光により形成された干渉縞に基づいて得られるホログラム情報信号は、変調信号の周波数を中心とした所定の周波数帯域に依存し、それに、周波数に依存しないバックグラウンドノイズが混入したものとなる。
【００２８】
つまり、循環型干渉光学系から導出される干渉光に関して得られる画像信号は、変調信号の周波数を中心としたある周波数帯域に存在するホログラム情報信号と、周波数に依存しないバックグウランドノイズを含む。このため、画像信号を、変調信号の周波数を中心とした周波数帯域を通過帯域とする波長分離部（典型的には帯域通過フィルタ）に供給することで、インコヒーレントホログラム中に存在するバックグラウンドノイズが低減されたホログラム情報信号が得られる。
【００２９】
この方式は、三角干渉計が２つの光波（物体光と参照光）の干渉に際して、他の干渉計に比べて生成される２つの光波の光路長が自動的に等しくなる点が優れており、光学的なアライメントが楽になる。また撮像に際し、暗室は必要なく、太陽光など自然環境化にも適用できるため、実用化に一歩近づいたシステムと言える。
【００３０】
しかしながら、特許文献２の仕組みでは、次のような問題がある。特許文献１と同様に、インコヒーレントホログラムであるので三次元再生像の解像度に難点があるし、カラー化技術については触れられていない。たとえば、この特許文献２が提案された時点では、カラー化した際の効率的な光変調技術は確立されていなかった。また撮像信号を電気的に取得する仕組みは、電子ビーム、誘電体、フィルムなどを利用するもので、今日の技術としては適切でないと言える。
【００３１】
このように、特許文献１，２の仕組みは、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光に基づくホログラム情報信号を形成するもので、単色ホログラム情報信号が得られるに過ぎず、３原色成分を含む色彩ホログラム情報信号を形成することはできない。
【００３２】
これに対して、特許文献３では、特許文献２の仕組みをベースとして、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光に基づいて色彩ホログラム情報信号を得るように発展させた仕組みが提案されている。基本的には、インコヒーレント光の照射を受けた物体からの光を循環型干渉光学系に入射し、循環型干渉光学系から導出される光を走査型の撮像部で撮像する構成を採っている。
【００３３】
因みに、撮像部に関しては、走査型のものを使用するが、色彩波長別に各別のものを備える構成のいわゆる３板式と、撮像面に色分離フィルタが配設されたカラー撮像用の単板式が提案されている。
【００３４】
このとき、カラー化用に、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の光学信号を異なる周波数で変調することで、走査型の撮像部から、色彩ホログラム情報信号を、それに混入したバックグラウンドノイズを低減することができる状態で得るようにしている。
【００３５】
しかしながら、特許文献３（特許文献２も）の仕組みでは、次のような問題がある。特許文献１と同様に、インコヒーレントホログラムであるので三次元再生像の解像度に難点がある。つまり、インコヒーレント光であるため、光学的な干渉長も短く、再生画質が鮮明でないので、鮮明なホログラムの形成や再生像の解像度についても改善すべき点がある。インコヒーレントな自然光を偏光フィルタやシャープカットやダイクロイックミラーを使用して偏光した単色性に富んだ光りを作り出さねばならず、全体的に光量が落ち、ダイナミックレンジに問題がある。特許文献３では、単板式の場合、撮像面に色分離フィルタが配設されたカラー撮像用のものが必要になる。
【００３６】
つまり、物体光や参照光を色彩波長別に変調し、走査型の撮像部で撮像することで色彩三次元画像情報を取得する仕組みがあるが、３板式では装置構成が大掛かりになるし光学系配置に正確さが要求され、単板式ではカラー撮像用のものが必要になる。加えて、インコヒーレントホログラムであるので、色彩三次元再生像のダイナミックレンジや解像度に難点がある。
【００３７】
＜本実施形態に関わる基礎技術＞
本実施形態では、時間的な光変調法により電子的にホログラム像を撮像する仕組みを採る。この際、自然光照射下にある色彩三次元被写体の像情報を、撮像装置内で、レーザ光を用いて、インコヒーレント光をコヒーレント光に変換する（ＩＣＨ−ＣＨ光変換と称す）。インコヒーレント光とは、物体光（物体波）のように干渉性の殆どない光を意味し、コヒーレント光とは、レーザ光のように可干渉性の高い光を意味する。
【００３８】
ＩＣＨ−ＣＨ光変換により、インコヒーレント物体光をコヒーレント光に変換し、物体光の位相共役光を発生させ、これに基づく光学的、電気的信号処理を施す。ＩＣＨ−ＣＨ光変換には、たとえば、位相共役鏡を使用するのが好ましい。白色光を構成する主な色彩波長成分としては、典型的には、カラーの基本色であるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）が適用される。
【００３９】
つまり、自然光による色彩三次元画像情報をＩＣＨ−ＣＨ光変換部（たとえば位相共役鏡）に入射させ、別光源による各波長成分のコヒーレント光の一部を分派部（たとえばビームスプリッタなど）により分波する。そして、色彩三次元画像情報と各波長成分のコヒーレント光の一部をＩＣＨ−ＣＨ光変換部内に同軸上で入射させることで、色彩三次元画像情報のＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう。
【００４０】
また、ＩＣＨ−ＣＨ光変換した物体光（物体波）とレーザ光による参照光（参照波）を、光学的な倍率を変えて同軸で干渉させ、固体撮像装置上に偏光方向を揃えて入射させることで、レーザ光による色彩ホログラム像を固体撮像装置上に形成させる。この色彩ホログラム像を固体撮像装置で撮像することで、三次元画像信号を取得する。
【００４１】
つまり、ＩＣＨ−ＣＨ光変換されたコヒーレント光の位相共役光を生成して物体光とし、固体撮像装置上に結像させる。各波長成分のレーザ光の分波した残りのレーザ光を参照光とし、位相共役物体光と同軸になるように入射させて干渉させ、固体撮像装置上にコヒーレント光ホログラムを形成させる。
【００４２】
また、色彩ホログラム像を形成させる際に、白色光を構成する主な色彩波長成分を放出するレーザ光源使用し、物体光や参照光の何れか一方または双方を、色彩波長成分ごとに異なる変調周波数で変調し、固体撮像装置上に色彩ホログラム像を形成させる。変調は、ＡＭ，ＦＭ，ＰＭの何れでもよい。
【００４３】
各波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）を異なる周波数で変調させるが、物体光と参照光の双方を変調する場合は、双方の変調周波数を異ならせて変調させ、固体撮像装置上に色彩ホログラムを形成させる。
【００４４】
物体光の色彩波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）を取得するために、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を発振する白色半導体レーザを使用する。物体光を変調する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂ光を異なる変調周波数で変調する。参照光を変調する場合には、色彩波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）ごとに異なる変調周波数で変調する。
【００４５】
固体撮像装置により得られた撮像信号に対しては、変調により伴われた光学的なノイズ成分を電気的信号処理により除去し、意図的に色彩波長成分別に変調された光信号を波長成分ごとに特徴付けられた電気信号に変換する。
【００４６】
これらの利点として、固体撮像装置で取得される色彩信号は、既に色彩別に特徴付けられるため、固体撮像装置上には、ベイヤー配列などのマトリクス状のカラーフィルタ（色分解フィルタ）が不要となる。ただし、色彩別に特徴付けられている信号を処理するため、周波数処理が必要となる。ここで「周波数処理」とは、波長成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）ごとに異なる変調周波数の成分を持つ混合された撮像信号から、それぞれの変調周波数に応じた成分を分離することを意味する。
【００４７】
それぞれの変調周波数に応じた成分を分離した後には、一般的なカラー撮像信号処理と同様の仕組みが適用できる。ただし、元々の撮像信号は変調周波数で変調された成分を含むので、この点を考慮した回路構成にすることが望まれる。
【００４８】
以上を踏まえて、最初に、電子的なホログラム記録の本実施形態において適用される理論について幾つか説明する。
【００４９】
［立体感の生理作用］
図１は、人間の立体感の生理作用を説明する図である。この図は、人間の目が三次元対象物をどのようにして立体とて捕らえているかを概念的に示している。
【００５０】
人間の目は神経が頭の中で交差しており、左目が情報は右脳で処理され、右目情報は左脳で情報処理される。両者の情報は脳梁を通じて互いに情報のやり取りを行なっている。左単眼視野（ＡＬ）と右単眼視野（ＡＲ）から両眼視野（Ｂ）が形成され、それに基づくパターン認識（Ｄ）があり、その結果、立体感（Ｅ）として認識されるという認識過程がある。
【００５１】
その他に、視差の効果は両眼に比べると劣るが、単眼でも立体として認識でき、左単眼視野（ＡＬ）→パターン認識（ＣＬ）→立体感（Ｅ）という経路と、右単眼視野（ＡＲ）→パターン認識（ＣＲ）→立体感（Ｅ）という経路があるとするのが一般的である。これは、実際に、自分の目で片方の目を覆って、他方の目だけで対象物を見るようにすると、前後の距離感は両眼視の場合より多少なくなるが、それでもかなりの立体感があることから分かる。
【００５２】
［時間的光変調法によるホログラムの形成とその撮像］
変調の対象となるのは、物体光・参照光の何れの場合もある。因みに、双方を変調する場合は、それぞれの変調周波数を少し（僅かに）異ならせる。
【００５３】
たとえば、撮像部５に使用される固体撮像装置上の光の強度をＩ、物体光の複素振幅をＢ、参照光の複素振幅をＳとする。
【００５４】
ここで、参照光のみを変調させる場合に、その参照光の変調周波数をωo とすると、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（１）で表される。
【００５５】
【数１】
2011033859.tif 000003
【００５６】
また、物体光と参照光の双方を変調させる場合に、物体光の変調周波数をωi 、参照光の変調周波数をωk とすると、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（２）で表される。
【００５７】
【数２】
2011033859.tif 000004
【００５８】
また、色彩三次元画像信号の取得の場合には、物体光をカラーの基本色であるＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）で区別してそれぞれＢｒ，Ｂｇ、Ｂｒとする。ここで、各色の物体光Ｂｒ，Ｂｇ、Ｂｒを各別の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の参照光で変調する場合には、固体撮像装置上の光の強度Ｉは式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
2011033859.tif 000005
【００６０】
レーザ光の強度がそれほど強くなく、異なる波長間の光の干渉が無視できるとすると、式（３）は、式（４）のように簡略化できる。
【００６１】
【数４】
2011033859.tif 000006
【００６２】
さらに、式（４）を書き換えると、式（５）が得られる。
【００６３】
【数５】
2011033859.tif 000007
【００６４】
式（５）の右辺において、第１項の「Ｎ」は時間的変調に無関係なノイズ項であり、第２項以降は時間的変調項であり、それぞれ、各色の物体光Ｂｒ，Ｂｇ、Ｂｒに対応する参照光の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 に関するものである。これらの色別の時間的変調項は、実数部と虚数部があり、実数部はｃｏｓ関数、虚数部はｓｉｎ関数で、それぞれ表すことができる。
【００６５】
したがって、互いに直交する２つの直線偏光波の重合せとみなすことができ、電気的カラー信号処理による色彩三次元像の即時記録や再生が可能であることが分かる。
【００６６】
［縮退４波混合による位相共役光の発生］
図２〜図２Ａは、位相共役鏡の機能を説明する図である。ここで、図２は、４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する図である。図２Ａは、光学機能材料と電気光学係数と応答時間の関係を示す図である。
【００６７】
位相共役光を発生させる方法には、たとえば、「誘導ブリルアン散乱による方法」、「４波混合による方法」、「ホログラムを用いる方法」が知られている。
【００６８】
一般に、光屈折性材料の内でメモリ効果を持つものをフォトクロミック材料と言うが、これに対し、メモリ作用を持たず単に光応答のみを示す材料がある。この材料の方形の素子に同じ波長の２つのレーザビームを異なる角度で入射させると、光照射領域で２つの光波の干渉が生じ、媒質内に透過率や屈折率の変化を引き起こす。これらの変化は、光の干渉縞の縞模様に対応した透過率または屈折率の変調した領域が媒質内に作り出され、この現象はいわゆるダイナミックホログラフィとして知られている。
【００６９】
一方、位相共役鏡としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）結晶を使用し、結晶中にλ＝６３５nmのレーザビームを入射させ、簡単な光学機器構成を用い、４波混合法により位相共役光を発生させるのが「４波混合による方法」である。
【００７０】
図２を参照して、この４波混合による位相共役光の発生の仕組みを説明する。
ほぼ直方体状の光応答性媒体が位相共役鏡２０として中心に配置され、一方の端面２３ａに第１の参照レーザ光L2a を発する光源（図示せず）とハーフミラー２１ａが配置される。さらに、それとは反対側の端面２３ｂ側に反射鏡２１ｂが設置され、それらと直交する一方の端面２３ｃ側には反射鏡２１が配置される。端面２３ａの側が第１の参照レーザ光L2a の入射側で、端面２３ｂの側が第１の参照レーザ光L2a の出射側かつ反射鏡２１ｂで反射された第２の参照レーザ光L2b の入射側である。端面２３ｃの側が反射鏡２１が配置される側で、端面２３ｄの側が位相共役光の出射される側である。
【００７１】
ここで、波長λの第１の参照レーザ光L2a をハーフミラー２１ａを通して位相共役鏡２０（光応答性媒体）の端面２３ａ側に入射させ、対向する端面２３ｂ側の反射鏡２１ｂにより第１の参照レーザ光L2a の反射光である第２の参照レーザ光L2b を形成させる。なお、第１の参照レーザ光L2a を第１の励起光とも称し、第２の参照レーザ光L2b を第２の励起光とも称する。
【００７２】
すなわち、ハーフミラー２１ａと反射鏡２１ｂ、ハーフミラー２１ａと位相共役鏡２０の端面２３ａ、位相共役鏡２０の端面２３ｂと反射鏡２１ｂは、それぞれ光学的なキャビティを形成する。これによって、それぞれのキャビティの間で繰り返し反射が生じ、第１の参照レーザ光L2a （入射光）と第２の参照レーザ光L2b （反射光）は励起光となり、位相共役鏡２０を励起状態にする。
【００７３】
ここで、位相共役鏡２０の端面２３ｃ側には、反射鏡２１が端面２３ｃに対して適当な角度θで配置する。
【００７４】
第１の参照レーザ光L2a と第２の参照レーザ光L2b の照射によって、位相共役鏡２０がエネルギを充分吸収すると、端面２３ｃより漏れ出た漏れ光L2c_1 が反射鏡２１によって反射され、位相共役鏡２０との間で繰り返し反射が生じ、レージングを惹き起こす。その結果、端面２３ｃは位相共役鏡となり、漏れ光L2c_1 とこれと位相共役な光が発生し、位相共役鏡２０の端面２３ｃに対向する端面２３ｄより、位相共役光L2c*が放出するようになる。
【００７５】
位相共役光生成過程はおおよそ以下のメカニズムによる。第１の参照レーザ光L2a と端面２３ｃからの漏れ光L2c_1 の反射鏡２１による反射光L2c_2 が干渉し、位相共役鏡２０の中に干渉縞２２が形成される。第２の参照レーザ光L2b が干渉縞２２によって反射して反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る。この反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る光は反射光L2c_2 と方角が同じで向きが違うため、反射光L2c_2 に対し共役位相の関係にある。すなわち、反射光L2c_2 がやってきた光路を遡る光は位相共役光L2c*となる。したがって、光応答性媒体２０は位相共役鏡として作用する。
【００７６】
ここでは、第１の参照レーザ光L2a と反射光L2c_2 の干渉しか図示していないが、干渉の対象性から第２の参照レーザ光L2b と反射光L2c_2 の干渉による干渉縞も形成されている。この場合は、第１の参照レーザ光L2a が干渉縞２２によって反射し、位相共役光となる。方向はやはり反射光L2c_2 のやってきた光路を遡る。
【００７７】
次に、反射鏡２１の一方の端点（位相共役鏡２０の端面２３ａ側の端点）を支点として反時計方向に角度θだけ回転させると、反射鏡２１の反射面２１ａは反射面２１ｂの位置に移動する。位相共役鏡２０は位相共役鏡であるために、“いかなる光でも発生源に正確に戻る作用”が働き、レージングが維持され、変位前の位相共役光L2c*が角度θ方向に変位し、トラッキング光L2d*となって端面２３ｄの側に放出される。トラッキング光L2d*も同様に位相共役光である。
【００７８】
位相共役鏡２０内で行なわれる光生成過程は“増幅率＝１”であり、出射する位相共役光L2c*およびトラッキング光L2d*の光強度は第１の参照レーザ光L2a のそれに等しい。
また、位相共役光L2c*およびトラッキング光L2d*の光強度は、位相共役鏡２０に入射する励起光のエネルギが閾値以上であれば、入射励起ビームの光強度に依存し、入射励起ビームの光強度が増せば位相共役光の光強度も増大する。位相共役鏡２０に入射する励起光を、以下「入射励起ビーム」とも称し、本例では第１の参照レーザ光L2a に該当する。
【００７９】
反射鏡２１を前述のような方法により、支点を中心に一定速度で振動させた場合、トラッキング光L2d*は反射鏡２１の振動に追従するが、どの程度まで回転振動速度に追従できるかについては、用いる位相共役鏡２０の材料の光応答速度によって決まる。
【００８０】
［ダイナミックホログラフィと光応答性材料］
前記のように、複数のレーザ光の干渉によって位相共役鏡２０中に干渉縞が形成される理由は、光照射によって媒質中に屈折率変調領域が生じるためであり、ダイナミックな光応答過程として知られている。
【００８１】
ダイナミックな光応答を示す材料としては、以下のようなものが挙げられる。たとえば、赤外領域に感度のある材料としては、ＩｎＰ：Ｆｅ、ＧａＡｓ：Ｃｒ結晶、ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓなどがある。
【００８２】
可視領域に感度のある材料としては、無機系であれば、ＬｉＮｂＯ3 ：Ｆｅ、ＫＴＮ（Ｋ（ＴａＮｂ）Ｏ3 ）、ＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20）、ＳＢＮ（（ＳｒＢａ）Ｎｂ2 Ｏ6 ）、ＢａＴｉＯ3 、ＫＮｂＯ3 などがある。鉄またはロジウムなどの遷移金属を添加したＬｉ20／（Ｔａ205 ＋Ｌｉ20）のモル分率が０．４９５〜０．５０であるストイキオメトリ組成タンタル酸リチウム単結晶は、紫外光から可視光域でフォトリフラクティブ効果がある。サマリウムやイッテルビウムなどの遷移元素や希土類元素を微量に含有するとともにセリウムを不純物として含むニオブ酸ストロンチウムバリウム単結晶、ＳｒxＢａ1-xＮｂ206 で、ｘの範囲が０．２５≦ｘ≦０．７５である光学材料も、ホログラム記録媒体、位相共役鏡、および光増幅器を構成した場合、応答速度が速く、安定性に優れたデバイスが実現できる。
【００８３】
また、高分子系材料（有機系）では、ポリジアセチレン、Ｐｏｌｙ−４−ＢＣＭＵpolydiacetylene がある。これらは、はモノマーの単結晶に紫外線、Ｘ線、γ線を照射あるいは熱などを加えて重合し、ポリマーの単結晶にする。モノマーＬＢ膜を重合してポリマーのＬＢ膜にするなどの製法もある。また、キサンテン系のエリトロシンＢ色素含有ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）膜、アゾ色素を含有するポリビニールアルコール（ＰＶＡ）樹脂なども、偏光方向が互いに直行する二つの位相共役光を発生する性質があり好適である。
【００８４】
一般的な無機質光学機能材料では、以下の４つのプロセスにより、干渉縞の光のパターンに応じた屈折率の変調パターンが媒体内に形成される。
（ａ）光照射が強い（干渉縞の明るい）部分では、材料内のトラップからキャリアが光励起している。
（ｂ）励起キャリア（電子）は材料の伝導帯へ遷移し、光照射のない（干渉縞の暗い）部分へ移動し、そこで再びトラップされる。
（ｃ）その結果、空間的に非一様な電荷分布が強い静電空間電場が作り出される。
（ｄ）線形な電気光学効果によって、同じ媒体中に屈折率変化が生じ、その大きさは局所的な電界強度に比例する。
【００８５】
このような材料は、以下の典型的な３つの性質により特徴付けられる。
（１）媒質の屈折率変化が始まる光エネルギの閾値
（２）回折効率
（３）応答時間
以下、順を追って説明する。
【００８６】
（１）媒質の屈折率変化が始まる光エネルギの閾値
前述の（ａ）〜（ｄ）までの過程を持つ材料で、もし入射光のエネルギがトラップからキャリアを光励起するほど大きくないなら、または光励起しても非一様な空間電荷場を形成するほどキャリアの数が十分でないなら、媒質に屈折率の変化は起こらない。したがって、屈折率変化を引き起こすためには、入射光エネルギに閾値が存在ことになる。今、閾値エネルギをＥthとすると、「Ｅ＞Ｅth」で媒質の屈折率変化が始まる。
【００８７】
（２）回折効率
光学機能材料の元の屈折率ｎo 、有効電気光学係数ｒeff 、電場Ｅとすると、電気光学効果により引き起こされる屈折率変化Δｎは式（６）で表される。
【００８８】
【数６】
2011033859.tif 000008
【００８９】
ここで、ダイナミックホログラフィックな要素を考えた場合、結晶厚（より正確には光波の結晶中の相互作用長）をｌとすると、光波の回折効率ηは、吸収が小さい場合は式（７）で表される。したがって、屈折率変化Δｎ、すなわち、有効電気光学係数ｒeff が大きいほど回折効率ηは大きい。
【００９０】
【数７】
2011033859.tif 000009
【００９１】
図２Ａに、光学機能材料とその電気光学係数ｒeff と応答時間の関係を例示する。ここで、図２Ａ（１）は比較的大きな電気光学係数を持つ光学機能材料の場合であり、図２Ａ（２）は比較的小さな電気光学係数を持つ光学機能材料の場合である。図２Ａ（３）は、種々な材料の応答時間が実際にどのような値になるかを示す。図２Ａ（１）に示すように、ＢａＴｉＯ3 、ＫＮｂＯ3 、（ＳｒＢａ）Ｎｂ2 Ｏ6 のような材料（強誘電性光学機能材料である）は比較的大きな効電気光学係数ｒeff の値を持つ。これに対して、図２Ａ（２）に示すように、ＢＧＯ（Ｂｉ12ＧｅＯ20）やＢＳＯ（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、ＩｎＰ、ＧａＡｓなどは比較的小さな効電気光学係数ｒeff の値を持つ。
【００９２】
図２Ａ（２）に示す材料は図２Ａ（１）に示したような強誘電性光学機能材料に比べ、非線形光学効果が小さい反面、前述の（ａ）〜（ｄ）までの過程が比較的早く進行する。
【００９３】
（３）応答時間
（３−１）光相互作用領域の応答時間
ダイナミックホログラフィを主な対象とした場合、光相互作用領域（干渉縞）の動作感度、すなわち、応答時間が重要な因子になる。ここで、比誘電定数ε、電気伝導度σとすれば、応答時間τと光学機能材料（電気光学材料）の誘電緩和時間τｃとの間には式（８）のような関係がある。
【００９４】
【数８】
2011033859.tif 000010
【００９５】
ここで、光伝導が支配的な場合、電子の電荷ｅ、吸収係数α、移動度μ、空のトラップへの再結合時間τR 、平均光照射強度Ｉo とすると、式（８−２）の誘電緩和時間τｃは式（９）のように表わすことができる。因みに、電子の電荷ｅ、吸収係数α、移動度μ、再結合時間τR が材料に依存する因子である。
【００９６】
【数９】
2011033859.tif 000011
【００９７】
したがって、材料の比誘電定数εが小さく、材料の吸収係数αが比較的大きく、キャリアの移動度μが大きく、空のトラップへの再結合時間τR が長く、光照射強度Ｉo が高いほど、応答時間τｃは早い。
【００９８】
たとえば、図２Ａ（３）から明らかなように、有機高分子材料であるＰｏｌｙ−４−ＢＣＭＵpolydiacetylene は、π電子による強い非線形光学効果があり、その応答時間は極めて早く５００〜７００ｆｓ（フェムト秒）にも及ぶ。
【００９９】
［ＩＣＨ−ＣＨ光変換］
図３は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換の基本を説明する模式図である。ここで、図３（１）は、ＩＣＨ−ＣＨ光変換の全体の概念図であり、図３（２）は特にＩＣＨ−ＣＨ光変換に注目して、その過程を模式的に示した図である。
【０１００】
入射光にインコヒーレントにレーザによるコヒーレント光を重畳させ、位相共役鏡内で４波混合を行なうと、前述のように共役位相波を発生させることができるが、同時にＩＣＨ−ＣＨ光変換も行なわれる。この点について、図３に示す模式図を参照して説明する。
【０１０１】
図３（１）に示すように、位相共役鏡３０の端面３３ｄ側に反射鏡３１ａ、また端面３３ｂ側に反射鏡３１ｂ、端面３３ｃ側に半透明鏡３１ｃを配置し、端面３３ｃ側よりレーザによる波長λのコヒーレント光L3d_CHを半透明鏡３１ｃを通して位相共役鏡３０に入射させる。同時に、端面３３ａ側より、三次元物体情報を持つインコヒーレント光L3a_ICH と、これに重畳するように、レーザによる波長λのコヒーレント光L3b_CHを入射させる。この場合、インコヒーレント光L3a_ICH はレンズなどの光学系を通過した自然光であり、位相が揃っておらず、かつ多くの波長からなっている光波である。
【０１０２】
前述の４波混合の原理により、媒質内で干渉縞３２が発生し、コヒーレントな位相共役光L3f_CHが発生する。その際、位相共役鏡３０の内部ではＩＣＨ−ＣＨ光変換も同時に進行し、コヒーレントな位相共役光L3f_CHは三次元物体情報を備えた位相共役光となる。端面３３ｃ側から入射させるコヒーレント光L3d_CHは、位相共役鏡３０の励起光としての役割の他に、コヒーレント変換された物体情報を持つ位相共役光L3f_CHを呼び出すための探査光または読出し光としての役割も果たしている。
【０１０３】
図３（２）は、どのようにしてＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれるか、その過程を強調して説明している。ここでは、位相共役鏡４０内に生じた屈折率変調領域（干渉縞）の増強による波長選択作用（フーリエ変換）が示されている。
【０１０４】
インコヒーレント光L4a_ICH はコヒーレント光のように時間的な波動周期に連続性がなく、ウエーブトレインまたはウエーブパケットの集合体のような形をしている。しかし、インコヒーレント光波をフーリエ展開すると、色々な波長の連続波の和として表すことができるという原理がある。よって、位相共役鏡４０のエネルギ状態が高まっているときに位相共役鏡４０にコヒーレント光L4b_CHが同時に入射すると、コヒーレント光L4b_CHとこの光の波長に相当するインコヒーレント光L4a_ICH の波長成分が干渉する。その結果として、媒質である位相共役鏡４０内に僅かな屈折率変調を引き起こす。
【０１０５】
図３（２）に示すように、位相共役鏡４０の端面４３ａ側からインコヒーレント光L4a_ICH とコヒーレント光L4b_CHを同時に入射させる。（i）に示すように、始めは未だ屈折率変調の効果は明瞭でなく、コヒーレント変換は生じない。この段階では、未だ入射するインコヒーレント光L4a_ICH は位相共役鏡４０の端面４３ｂ（端面４３ａと反対）側にコヒーレント光L4b_CHとともに出射する。
【０１０６】
少し時間が経過した次の段階では、（i）による波長選択性が少し促進し、（ii）に示すように干渉縞が次第に明瞭になってくる。位相共役鏡４０の端面４３ｂ側にはインコヒーレント光L4a_ICH のコヒーレント変換されたコヒーレント光L4b_CH' が出射するようになるが、未だ完全な変換光ではない。また、インコヒーレント光L4a_ICH の透過成分（透過インコヒーレント光L4a_ICH'）も出射するがその光量は僅かである。
【０１０７】
（iii）は（ii）の過程が更に促進した状態を示す。生じた干渉縞４２は回折格子のような作用をもたらし、インコヒーレント光L4a_ICH の内の特定の波長（コヒーレント光L4b_CHと同じ波長）の光が増幅され、それ以外の波長の光はフィルタされ、波長λのコヒーレント光L4c_CHのみ出射するようになる。すなわち、ＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれたことになる。
【０１０８】
［光変調］
本実施形態では、物体光や参照光に対して変調を加える際に、レーザ光源から発せられた無変調のレーザ光に対して光変調を加える方法とレーザ光源に対して変調を加える方法の何れかまたは双方の仕組みを採ることがある。以下、各種の光変調について、簡単に説明する。
【０１０９】
無変調のレーザ光に対する変調方法は、たとえば、電気光学効果を利用する方法、磁気光学効果を利用する方法、音響光学効果を利用する方法などに大別できる。
【０１１０】
電気光学効果を利用する方法はさらに、印加電圧（電界）を加えることにより材料の屈折率が変化する現象に着目して、カー（Kerr）効果を利用する方法とポッケルス（Pockels ）効果を利用する方法に分けられる。媒質の屈折率変化が印加電圧の２乗に比例する効果をカー効果と称し、たとえば、ＫＴＮなどが媒質材料として使用される。媒質の屈折率変化が印加電圧に比例する効果をポッケルス効果と称し、たとえば、ＫＤＰ、ＡＤＰ、ＣｕＣｌ、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＬｉＮｂ、ＺｎＳなどが媒質材料として使用される。なお、光の進行方向に沿って電界を印加する場合と垂直に印加する場合とがある。
【０１１１】
磁気光学効果を利用する方法は、偏光方向が印加磁場により回転する効果を利用するもので、たとえば、ＹＩＧなどが媒質材料として使用される。
【０１１２】
音響光学効果を利用する方法は、超音波と光の相互作用を利用するもので、たとえば、重フリントガラス、石英、などが媒質材料として使用される。
【０１１３】
レーザ光源に対して変調を加える方法は、半導体のＰＮ接合を利用する方法であり、光源と変調装置が同じか別かで２分される。光源と変調装置が同じ場合は直接型（または自発光型）と称し、半導体レーザや半導体ダイオードに適用される。たとえば、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＺｎＳｅ，ＩｎＡｌＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ，ＺｎＭｇＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳｅ（ＭＱＷ）、などが半導体材料として使用される。一方、光源と変調装置が別の場合は間接型と称し、たとえばＧａＰなどが半導体材料として使用される。
【０１１４】
＜三次元画像撮像再生装置＞
図４〜図４Ｂは、本実施形態の三次元画像撮像再生装置の概要を説明する図である。ここで、図４は、本実施形態の三次元画像撮像再生装置９００の概観図である。なお、図４（１）は、参考例としての単眼用の三次元画像撮像再生装置９００Ｚを示し、図４（２）は、本実施形態の双眼用の三次元画像撮像再生装置９００を示す。図４Ａ〜図４Ｂは、三次元画像撮像再生装置９００の三次元画像撮像装置２に使用される左右像２光波重畳部５００の概要を説明する図である。
【０１１５】
［概観］
単眼用の三次元画像撮像再生装置９００Ｚは、図４（１）に示すように、筐体９０２、レンズ部９０４、カバー９０６、操作部９０８、色彩三次元画像再生部９１０を備える。
【０１１６】
筐体９０２内に、干渉光学部３、変調信号源部４、撮像部５を主要部に備える三次元画像撮像装置２と、三次元画像信号処理部６（撮像系信号処理部）と、再生系信号処理部９８０と、データ記憶部９９８（記録メディア）が内蔵されている（後述の図１４参照）。
【０１１７】
レンズ部９０４は、単眼用として筐体９０２の一側面に１つのレンズ９０５が取り付けられている。カバー９０６は、図示しない蝶番（ヒンジ）により筐体９０２の一部に設けられた色彩三次元画像再生部９１０に対して開閉できるようにされている。カバー９０６は、三次元画像撮像再生装置９００Ｚを不使用時に色彩三次元画像再生部９１０を覆い、使用時には図示のように開かれた状態とされる。操作部９０８は、三次元画像撮像再生装置９００を操作するための各種のボタンを有する。
【０１１８】
撮像系の三次元画像撮像装置２は、後述のように、色彩三次元画像を撮像しデータ記憶部９９８に記録するものである。再生系信号処理部９８０は、データ記憶部９９８に記録された信号を元に色彩三次元再生像3DCHを色彩三次元画像再生部９１０により再生する。
【０１１９】
色彩三次元画像再生部９１０は、詳細説明を割愛するが、レーザパネル光源部、マトリクス型表示パネル部、変調偏光部などを有する。レーザパネル光源部から放射されたレーザ光が再生系信号処理部９８０による再生信号処理に従ってマトリクス型表示パネルや変調偏光部を透過すると、カラーの三次元像が空間に再生されて観察される。
【０１２０】
ここで、撮像状態は、電気的にリアルタイム処理され、色彩三次元画像再生部９１０により、色彩三次元再生像3DCHが再生される。鑑賞する際には、偏光眼鏡など特に着用する必要はない。
【０１２１】
双眼用の三次元画像撮像再生装置９００は、図４（２）に示すように、単眼用とほぼ同様な構成であり、単眼用の三次元画像撮像再生装置９００Ｚをベースに、双眼用としてレンズ部９０４が２つのレンズ９０５Ｌ，９０５Ｒを有するように変形している。内部的には、撮像系を単眼式から双眼式に発展させるべく左右像２光波重畳部５００が筐体９０２内に内蔵される。
【０１２２】
撮像系の三次元画像撮像装置２は、色彩三次元画像を撮像しデータ記憶部９９８に記録するものであり、後述のように、左右像２光波重畳部５００を利用して、レンズ９０５Ｌ，９０５Ｒで取り込んだ左右の像情報を一系統にして撮像部５で撮像する仕組みを採る。単眼式と同様に、撮像状態は、電気的にリアルタイム処理され、色彩三次元画像再生部９１０により、色彩三次元画像3DCHが再生される。この場合でも、鑑賞する際には、偏光眼鏡など特に着用する必要はない。因みに、双眼による視差情報が加わるため、三次元（３Ｄ）化がより顕著になる点が単眼式と異なる。
【０１２３】
［左右像２光波重畳部の概要］
左右像２光波重畳部５００を構成する際には、物体光と参照光と、それらの左右を何れの段階で重畳させるのかと、物体光と参照光の何れを変調するのかによって、図４Ａに示すように、種々の態様を採り得る。因みに、図では、「重畳」の箇所を丸付きの「＋」で示している。コヒーレントなレーザ光を参照光とする場合は、何れの態様においても、たとえば左眼用は水平偏光で右眼用は垂直偏光にするなど、左右のコヒーレント光が干渉しないように、左右の偏光方向は互いに垂直（９０°）で異なるようにすることで非干渉状態とする。
【０１２４】
他の形態としては、左右の像情報光の何れか一方のコヒーレントな像情報光を参照光として使用することもでき、この場合には、左右の像情報光の偏光方向を同じに揃えて可干渉状態にする。
【０１２５】
たとえば、図４Ａ（１）に示す第１例の各態様は、左右の別に三次元画像撮像装置２にて物体光と参照光を同軸となるように重畳してから左右像２光波重畳部５００に入射させて、左右像２光波重畳部５００にて、左右の光情報を同軸となるように重畳させる場合である。この場合には、左右の別に物体光と参照光の偏光方向を同じに揃えて可干渉状態とするとともに、物体光と参照光が重畳された左右の像情報光の偏光方向を垂直（９０°）で異なるようにすることで非干渉状態とする。
【０１２６】
図４Ａ（１−１）は、光変調の対象が物体光のみの場合であり、図４Ａ（１−２）は、光変調の対象が参照光のみの場合であり、図４Ａ（１−３）は、光変調の対象が物体光と参照光の双方の場合である。物体光と参照光の双方を変調する場合、それぞれの変調周波数や帯域は異なるものとする。
【０１２７】
図４Ａ（２）に示す第２例の各態様は、左右の物体光を左右像２光波重畳部５００に入射させて同軸となるように重畳してから、さらに参照光と同軸となるように重畳させる場合である。この場合には、左右の物体光の偏光方向を垂直（９０°）で異なるようにすることで非干渉状態とする。
【０１２８】
図４Ａ（２−１）は、光変調の対象が物体光のみの場合であり、図４Ａ（２−２ａ），（２−２ｂ）は、光変調の対象が参照光のみの場合であり、図４Ａ（２−３ａ），（２−３ｂ）は、光変調の対象が物体光と参照光の双方の場合である。物体光と参照光の双方を変調する場合、それぞれの変調周波数や帯域は異なるものとする。
【０１２９】
また、参照光を変調する場合、左眼用と右眼用の各参照光を各別に変調してから左右像２光波重畳部５００に入射させる。この場合、図４Ａ（２−２ａ），（２−３ａ）のように、左眼用と右眼用の変調された各参照光を同軸に重畳してから左右像２光波重畳部５００に入射させてもよいが、図４Ａ（２−２ｂ），（２−３ｂ）のように、このことは必須ではない。
【０１３０】
図４Ｂに示す第３例の各態様は、左右の像情報光の何れか一方のコヒーレントな像情報光を参照光として使用し、左右の物体光を左右像２光波重畳部５００に入射させて同軸となるように重畳させる場合である。前述のように、左右の像情報光の偏光方向を同じに揃えて可干渉状態にする。
【０１３１】
図４Ｂ（１）は、光変調の対象が右眼側の物体光のみの場合であり、図４Ｂ（２）は、光変調の対象が左眼側の物体光のみの場合であり、図４Ｂ（３）は、光変調の対象が左眼側と右眼側の両物体光の場合である。両物体光を変調する場合、それぞれの変調周波数や帯域は異なるものとする。
【０１３２】
＜三次元画像撮像装置：第１実施形態＞
図５〜図５Ａは、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置を説明する図である。ここで、図５は、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1の概略構成図である。図５Ａは、本実施形態の三次元画像撮像装置２で使用する主要構成要素の光学特性を概念的に示す図である。
【０１３３】
第１実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なう点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成を１つの素子で行なう点に特徴がある。この第１実施形態（基本例）は、後述の第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅに適用される。
【０１３４】
［構成］
第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1は、物体光を変調させて、参照光を変調させない態様である。
【０１３５】
三次元画像撮像装置２Ａ_1は、干渉光学部３Ａ、変調信号源部４Ａ、左右像２光波重畳部５００、撮像部５を具備する。撮像部５の後段には三次元画像信号処理部６が設けられる。左右像２光波重畳部５００については、別の項で詳しく説明する。
【０１３６】
干渉光学部３Ａと変調信号源部４Ａは、左眼用と右眼用に各別に設けられる。左眼用には参照子Ｈを付し、右眼用には参照子Ｋを付す。構成としては、左眼用の干渉光学部３Ａ_Hおよび変調信号源部４Ａ_Hと右眼用の干渉光学部３Ａ_Kおよび変調信号源部４Ａ_Kは同じであるので、この参照子を割愛して区別せずに説明し、図では、左眼用についてのみ詳しく示し、右眼用は省略して示す。この点は後述の他の実施形態でも同様である。
【０１３７】
撮像部５としては、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）を具備する走査型のものを使用する。「走査型のもの」とは、撮像部５の撮像面を電子的に走査することで各走査位置の情報（画素情報）を取得するものを意味する。ここで、本実施形態に使用する撮像部５は、色彩ホログラムを撮像するものではあるが、色分離フィルタが配設されたカラー撮像用のものである必要はなく、モノクロ用のものである点に特徴がある。
【０１３８】
三次元画像信号処理部６は、撮像部５で取得される撮像信号S5を信号処理して色彩波長別のホログラム情報信号を取得する。
【０１３９】
干渉光学部３Ａは先ず、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子および位相共役光生成素子として機能する位相共役鏡１０４が物体光側の光学系の中心に配置されている。位相共役鏡１０４の端面１０５ａ側には、自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として、赤外線カットフィルタなどの光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８（ハーフミラー）が、物体BJ側からこの順に配置されている。端面１０５ａとは反対側の端面１０５ｂ側には反射鏡１２２が配置され、端面１０５ａおよび端面１０５ｂに対して直交する側の端面１０５ｄには反射鏡１２４が配置されている。位相共役鏡１０４と反射鏡１２２，１２４で、インコヒーレント光−コヒーレント光変換部が構成される。
【０１４０】
位相共役鏡１０４の端面１０５ｄとは反対側の端面１０５ｃ側に撮像部５が配置され、端面１０５ｄと撮像部５の間の撮像光学系１３０として、半透明鏡１３２、偏光角調整用偏光子１３４、ビームスプリッタ１３６が、端面１０５ｃ側からこの順に配置されている。また、ビームスプリッタ１３６を通過した成分を半透明鏡１１８側に反射させるような位置に反射鏡１２６が配置されている。ビームスプリッタ１３６はレーザ光を２つの分割光に分岐する分岐部の一例である。
【０１４１】
ここで、本実施形態の撮像光学系１３０では、左右像２光波重畳部５００が撮像部５の前段に介在するように配置される。この点は後述の他の実施形態でも同様である。
【０１４２】
さらに、シャープカットフィルタ１３８が、偏光角調整用偏光子１３４の位置（つまり撮像光学系）に配置されている。なお、このシャープカットフィルタ１３８は、偏光角調整用偏光子１３４の位置ではなく、入射光学系１１０側（たとえば図中に点線で示す光学フィルタ１１２とレンズ１１６の間）に配置してもよい。
【０１４３】
第１実施形態の変調部４Ａは、光源部１５０と光変調部１６０を備える。第１実施形態では、光源部１５０としては物体光用の光源と参照光用の光源を各別に備える。それぞれを、物体光光源１５２、参照光光源１５４と記す。物体光光源１５２および参照光光源１５４としては、白色（ＲＧＢ）半導体レーザ素子（以下、三波長半導体レーザとも称する）を使用する。白色半導体レーザ素子の放射光の波長（赤色、緑色、青色）をそれぞれ、λ1 , λ2 , λ3 とする。
【０１４４】
物体光光源１５２と半透明鏡１３２の間には、ビームエキスパンダ１７２と偏光子１７４が物体光光源１５２側からこの順に配置されている。参照光光源１５４とビームスプリッタ１３６との間には、ビームエキスパンダ１７６と偏光子１７８が参照光光源１５４側からこの順に配置されている。ビームエキスパンダ１７２とビームエキスパンダ１７６の光学倍率は異なるもの（ビームエキスパンダ１７２の方が高倍率）とする。
【０１４５】
光変調部１６０は、参照光を変調させるべく、物体光光源１５２に対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。物体波光源１５２と変調信号源部１６２でＲＧＢ変調半導体レーザ部を構成している。これとの対比で、参照波光源１５４をＲＧＢ変調半導体レーザ部とも称する。
【０１４６】
これにより、物体光光源１５２からは、ＲＧＢごとに異なる周波数で変調した波長別の変調レーザ光が重畳して発せられると見なし得る。つまり、物体光光源１５２から発せられる変調レーザ光は、変調信号源部１６２Ｒからの角変調周波数ω1 の変調信号と変調信号源部１６２Ｇからの角変調周波数ω2 の変調信号と変調信号源部１６２Ｂからの角変調周波数ω3 の変調信号に応じて変調されたものとなる。物体光光源１５２から発せられる変調レーザ光を、変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH と記す。
【０１４７】
なお、左眼用の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 はＲＧＢ別に異なり、右眼用の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 もＲＧＢ別に異なり、さらに、左眼用と右眼用でも相互に異なるものとする。
【０１４８】
一方、参照光光源１５４は変調しないので、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザとする。参照光光源１５４から発せられるレーザ光を、無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH と記す。
【０１４９】
［光学特性］
図５Ａに、光源部１５０（物体光光源１５２、参照光光源１５４）に使用される三波長半導体レーザとＩＣＨ−ＣＨ光変換素子とシャープカットフィルタ１３８の光学特性が概念的に示めされている。曲線ａ（鎖線）はＩＣＨ−ＣＨ光変換素子（たとえば位相共役鏡１０４や後述のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２）の光電導感度特性を表しており、ＲＧＢの波長域全体に亘ってほぼ一様な感度を持っている。曲線ｂ（破線）はシャープカットフィルタ１３８の光学特性であり、ＲＧＢの特定な波長を中心にややブロードな透過特性を持っている。これらに対して、曲線ｃ（実線）は三波長半導体レーザ（物体光光源１５２、参照光光源１５４）の光学特性であり、ＲＧＢの特定な波長に鋭いピークを持つような急峻な光放射特性を持つ。
【０１５０】
［作用］
第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。物体光を光変調させ、参照光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
【０１５１】
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光の発生は同一素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・コヒーレント光の変調操作は物体光光源１５２に対して行なう。
・半導体レーザ光源として物体光光源１５２と参照光光源１５４の２個を配置する。何れも、ＲＧＢ三色の発振波長が等しく、参照光光源１５４は無変調とし、物体光光源１５２はＲＧＢで異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調する三波長三変調レーザとする。
・物体光であるインコヒーレント光と参照光光源１５４から発せられる無変調コヒーレント光を位相共役鏡１０４に端面１０５ａ側から同軸で入射させてＩＣＨ−ＣＨ光変換させるとともに、物体光光源１５２から発せられたＲ，Ｇ，Ｂ別の変調コヒーレント光による４波混合を行なうことで、コヒーレント変換された物体光の位相共役光を発生させる。位相共役光は物体情報を伴い、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調されたコヒーレント光となっている。これを、変調位相共役光（コヒーレント変換された変調物体光）と称する。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザである参照光光源１５４の参照光をビームスプリッタ１３６で分岐させ、変調位相共役光と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面（受光面）上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
【０１５２】
このような仕組みにより位相共役物体光W7を発生させているため、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像することが可能となる。レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。以下、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1によるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
【０１５３】
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ａ_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、端面１０５ａ側から位相共役鏡１０４内に入射する。
【０１５４】
無変調白色半導体レーザである参照光光源１５４から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は、ビームエキスパンダ１７６でビーム径が広げられ偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ビームスプリッタ１３６により２つの分割光に分岐される。一方がビームスプリッタ１３６で反射して左右像２光波重畳部５００を介して撮像部５へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなり、他方がビームスプリッタ１３６を透過し反射鏡１２６および半透明鏡１１８を経て位相共役鏡Ｑ１へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとなる。
【０１５５】
ＲＧＢ波長成分を異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調し物体光光源１５２より放出された変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は、ビームエキスパンダ１７２と偏光子１７４により光偏光方向が定められる。そして、この変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は、半透明鏡１３２で反射され、端面１０５ｄ側から位相共役鏡１０４内に入射する。
【０１５６】
位相共役鏡１０４内には、インコヒーレント光W2_ICH（物体光）、無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH、変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH が入射している。ここで、端面１０５ｂ側に配置された反射鏡１２２および端面１０５ｃ側に配置された反射鏡１２４により、位相共役鏡１０４から出射した光を再び位相共役鏡１０４内に戻し、位相共役鏡１０４内の光エネルギ状態を励起する。その結果、前述の４波混合の原理により、位相共役物体光W7が発生し、端面１０５ｄ側から出射される。
【０１５７】
位相共役鏡１０４内に入射した物体光情報を持つインコヒーレント光W2_ICHは、前述した理由により、ＩＣＨ−ＣＨ光変換され、端面１０５ｂや端面１０５ｃから出力される光波はコヒーレント変換光となっている。以下、端面１０５ｂから出力される光波をコヒーレント変換物体光W4_CH と記し、端面１０５ｃから出力される光波をコヒーレント変換物体光W6_CH と記す。
【０１５８】
端面１０５ｄ側から位相共役鏡１０４内に入射する変調されたＲＧＢコヒーレント光W5_CH は探査光または読出し光の役割を果たす。そのため、物体光情報を持つコヒーレント変換物体光W6_CH は無変調であるが、端面１０５ｄ側から読み出された位相共役物体光W7は変調された物体情報を持つコヒーレント光となっている。以下、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調された位相共役物体光W7（コヒーレント変換された変調物体光）を、変調された位相共役物体光W7b と記す。
【０１５９】
位相共役鏡１０４から出射された変調された位相共役物体光W7b は、半透明鏡１３２、シャープカットフィルタ１３８、偏光角調整用偏光子１３４を透過し、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。参照光光源１５４から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がビームスプリッタ１３６で反射分岐され無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなって、同様に、撮像部５の撮像面を照射する。このため、変調された位相共役物体光W7b と無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像し、ＲＧＢの各干渉縞FR1 よりなるカラーホログラムCH1 を形成する。
【０１６０】
物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、位相共役物体光W7b は物体光に相当し、無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。正しく干渉させるには、図に示すように両方の光波の偏光方向が同じでなければならない。
【０１６１】
また、第１実施形態（基本例）の場合、左右の別に、予め物体光と参照光を同軸で重畳して物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rにしておき、その後に左右像２光波重畳部５００側で、左右の物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rをさらに重畳することで物体参照重畳光W+WW+ にする。左右のコヒーレント光が干渉しないように、左右の偏光方向は互いに異なるものとする。一例として、左眼側は水平偏光で、右眼側は垂直偏光であるとする。こうすることで、左眼側の水平偏光の物体光と水平偏光の参照光が干渉し、右眼側の垂直偏光の物体光と垂直偏光の参照光が干渉し、左右ではどのような関係でも干渉しないようにできる。
【０１６２】
位相共役鏡１０４に入射させるインコヒーレント光の波長成分を整えるために、図中のＡの箇所に光学フィルタ１１２を挿入しているが、このことは必須ではない。前述のように、シャープカットフィルタ１３８を、Ａの箇所やＢの箇所に挿入してもよい。
【０１６３】
また、撮像部５の撮像面上で干渉させる２つの光波の偏光方向を揃える目的で、Ｂの位置に偏光角調整用偏光子１３４を配置しているが、このことは必須ではない。偏光角調整用偏光子１３４を備えずとも両方の光波の偏光方向が同じであれば、偏光角調整用偏光子１３４を配置しなくてもよい。
【０１６４】
第１実施形態では、物体像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが、位相共役鏡１０４により、コヒーレント変換されてコヒーレント変換物体光W4_CH として出力される。加えて、このコヒーレント変換物体光W4_CH とコヒーレント光W5_CH が位相共役鏡１０４の異なる端面１０５からそれぞれ入射することで、物体像情報を持つ位相共役物体光W7（変調された位相共役物体光W7b ）が出力される。
【０１６５】
このとき、ＲＧＢ別の変調角周波数の変調信号に基づいて変調される状態におかれたＲＧＢコヒーレント光W5_CH を位相共役鏡１０４に入射することで、位相共役物体光W7b はＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の各変調信号に応じて変調されたものとなる。
【０１６６】
ＲＧＢ別に変調された位相共役物体光W7b は、無変調の参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）と、同軸とされ物体参照重畳光W+WW_Lとされ、かつ、異なる像倍率で、左右像２光波重畳部５００を介して撮像部５の撮像面に入射し結像する。
【０１６７】
位相共役物体光W7b とＲＧＢコヒーレント光W31_CHが撮像面上で干渉し合うことになるので、撮像部５の撮像面上には、赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞が重畳した状態で形成される。撮像部５は、その撮像面上で重畳した状態の赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞を走査して撮像信号S5を取得する。
【０１６８】
撮像部５からは撮像面を電子的に走査することで撮像信号S5が得られ、三次元画像信号処理部６に供給される。三次元画像信号処理部６は、撮像信号S5に対して種々の信号処理をすることで、撮像部５の撮像面上にホログラム形成光CHによって形成された赤色干渉縞、緑色干渉縞、青赤色干渉縞に基づく画像信号を取得する。この画像信号は、赤色干渉縞に対応する青色ホログラム情報信号、緑色干渉縞に対応する緑色ホログラム情報信号、青色干渉縞に対応する赤色ホログラム情報信号を含む。
【０１６９】
ここで、位相共役物体光W7b は、ＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 の変調信号に応じて変調されているので、撮像面上の赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞を形成する成分が時間およびＲＧＢ別の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 に依存するものとなる。また、赤色干渉縞、緑色干渉縞、青色干渉縞の形成に寄与しない成分が、時間および周波数に依存しないものとして含まれる。このため、画像信号に含まれるＲＧＢ別のホログラム情報信号は、ＲＧＢ別の変調信号の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 （変調周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ）を中心とした所定の周波数帯域に存在し、それに、周波数に依存しないバックグラウンドノイズが混入したものとなる。
【０１７０】
ＲＧＢ別のホログラム情報信号は、後段の波長分離部（図示せず）にて波長分離される。波長分離部には、たとえば、ＲＧＢ別の変調信号の角変調周波数ω1 ，ω2 ，ω3 （変調周波数ｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ）と対応する周波数を中心とした所定の周波数帯域を通過周波数帯域とするＲＧＢ別のバンドパスフィルタが設けられる。これによって、波長分離部からは、バックグラウンドノイズが低減されたＲＧＢ別のホログラム情報信号が得られる。
【０１７１】
このように、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1では、次のような利点がある。先ず、干渉光学部３Ａ内に、物体波光源１５２および参照波光源１５４をなすレーザ光源を配置する。光源部１５０には半導体レーザを使用しているため、その他の光学素子も含めて小型化が実現できる。
【０１７２】
物体光の位相共役光を発生させるために、物体光としてのインコヒーレント光W2_ICHをコヒーレント光（位相共役物体光W7b ）に変換（ＩＣＨ−ＣＨ変換）させるＩＣＨ−ＣＨ変換素子として位相共役鏡１０４を用いている。そして、位相共役物体光W7b と参照光としてのＲＧＢコヒーレント光W31_CHの倍率を変え、偏光方向を揃えて撮像部５の撮像面上で同軸で干渉させるようにしている。撮像面上にカラーホログラムを形成させ、撮像部５で光学信号を電気信号に変える仕組みを採っている。
【０１７３】
物体光の位相共役光と参照光を干渉させるため、レンズなどの収差が除去されたホログラムが形成され、再生画像が鮮明になる利点がある。
【０１７４】
物体光（位相共役物体光W7b ）と参照光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができるので、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。装置内の光学素子のレイアウトの自由度が増す。干渉させる２つのコヒーレント光の光路長が異なる場合でも、撮像面上に三次元像情報を有する鮮明なホログラムが形成できる利点がある。
【０１７５】
また、前述のように、位相共役鏡１０４にてＩＣＨ−ＣＨ変換と位相共役光生成を行なうので、後述の第２実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換と位相共役光生成に要する構成部分が簡易である。
【０１７６】
また、第１実施形態は、物体光を光変調し、参照光は無変調とする構成である。加えて、それぞれに専用のレーザ光源を使用する構成を採っている。具体的には、物体光側にはＲＧＢ変調半導体レーザ部（物体波光源１５２＋変調信号源部１６２）を使用し、参照波側にはＲＧＢ無変調半導体レーザ部（参照波光源１５４）を必要とする。しかしながら、一方の光源（ＲＧＢ変調半導体レーザ部）が光変調素子も兼ねるため、装置内の機能素子の数が減る。
【０１７７】
電気信号処理とも関係するが、物体光や参照光でＲＧＢ光を光変調し、ＲＧＢで変調周波数を変えることで、ホログラム形成時のノイズ光成分を電気的に除去できる。
【０１７８】
装置（カメラ）内でのホログラム形成は、超小型暗室でのホログラム作成行為と類似であり、外来光によるノイズの影響が少ないという利点もある。
【０１７９】
第１実施形態で示した構成例は物体光用と参照光用の光源が各別のレーザ光源であるので、一見すると、レーザ光源に対して変調を加える方法により、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様に変形することができそうに思われる。しかしながら、参照光光源１５４からのレーザ光の分岐をビームスプリッタ１３６で行なう構成であるので、レーザ光源に対して変調を加える方法の適用では、物体光は変調させず参照光を光変調させる態様に変形することはできない。
【０１８０】
［変形例］
図５Ｂは、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1に対する変形例を説明する図である。ここで、図５Ｂは、第１実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ａ_2の概略構成図である。
【０１８１】
第１実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ａ_2は、第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ａ_1をベースに物体光と参照光を各別に左右像２光波重畳部５００に入力するように変形したものである。
【０１８２】
左右像２光波重畳部５００には、干渉光学部３Ａ_Hで取得される左眼側の変調された物体光WL（fH）（＝W7b ）と干渉光学部３Ａ_Kで取得される右眼側の変調された物体光WR（fK）（＝W7b ）と無変調（円偏光）の参照光WW（＝W31_CH）が入射される。第１実施形態（変形例）は、後述の第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａに適用される。
【０１８３】
偏光方向を揃える機能は左右像２光波重畳部５００側で担当してもよく、その場合は、干渉光学部３側には偏光子１７４，１７８や偏光角調整用偏光子１３４を使用しなくてもよい。
【０１８４】
参照波光源１５４は、左眼用と右眼用で各別にし、何れか一方のみを無変調（円偏光）の参照光WWとして左右像２光波重畳部５００に入射する構成にしてもよい。この場合、左右像２光波重畳部５００に入射する側に関しては、ビームスプリッタ１３６を物体光の光路から外れた位置に配置し、入射させない側に関しては、ビームスプリッタ１３６は不要である。
【０１８５】
また、図示しないが、左眼用と右眼用で参照波光源１５４を共用する構成にしてもよい。この場合、１つのビームスプリッタ１３６を物体光の光路から外れた位置に配置し、ビームスプリッタ１３６を通過したＲＧＢコヒーレント光W32_CHを左眼用と右眼用用に分岐するとよい。
【０１８６】
＜三次元画像撮像装置：第２実施形態＞
図６は、第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置を説明する概略構成図である。
【０１８７】
第２実施形態は、レーザ光源側で光変調を行なうのではない点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にする点と、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子で光変調を行なう点に特徴がある。この第２実施形態（基本例）は、後述の第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅに適用される。
【０１８８】
［構成］
図６に示す第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、物体光を変調させずに、参照光を変調させる態様である。第１実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
【０１８９】
第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、干渉光学部３Ｂ、変調信号源部４Ｂ、左右像２光波重畳部５００、および撮像部５を具備する。
【０１９０】
光源部１５０には、１個のレーザ光源１５６を用いる。このレーザ光源１５６としては、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを使用する。
【０１９１】
干渉光学部３Ｂは先ず、物体光側の光学系では、位相共役鏡１０４が波長成分別に配置されている。第２実施形態は、第２実施形態は、位相共役鏡１０４を、ＩＣＨ−ＣＨ変換素子と位相共役光生成素子として利用する。
【０１９２】
自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として、光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８が、物体BJ側から位相共役鏡１０４側に向けて、この順に配置されている。
【０１９３】
半透明鏡１１８とＢ色成分用の位相共役鏡１０４Ｂとの間には、ダイクロイックミラー１２０Ｂと半透明鏡１２８Ｂがこの順に配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分は透過させ、Ｇ色成分とＲ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｂは、ダイクロイックミラー１２０Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｂ側からのＢ色成分は反射させる。
【０１９４】
Ｇ色成分用の位相共役鏡１０４Ｇの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｂ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｇが配置されている。さらに、ダイクロイックミラー１２０Ｇと位相共役鏡１０４Ｇとの間における半透明鏡１２８Ｂ側からの物体光の光路上には半透明鏡１２８Ｇが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分は透過させ、Ｇ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｇは、ダイクロイックミラー１２０Ｇ側からのＧ色成分や半透明鏡１２８Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｇ側からのＧ色成分は反射させる。
【０１９５】
Ｒ色成分用の位相共役鏡１０４Ｒの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｇ）側には反射鏡１２７Ｒ（ダイクロイックミラー１２０Ｒでもよい）が配置されれている。さらに、反射鏡１２７Ｒと位相共役鏡１０４Ｒとの間における半透明鏡１２８Ｇ側からの物体光の光路を妨げない位置には半透明鏡１２８Ｒが配置されている。反射鏡１２７Ｒは、Ｒ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｒは、反射鏡１２７Ｒ側からのＲ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｒ側からのＲ色成分は反射させる。
【０１９６】
物体光を撮像部５側に導光する光学系は、半透明鏡１２８ＧからのＢＧ色成分の光路上に反射鏡１２７ＢＧ、半透明鏡１２８ＲからのＲ色成分の光路上にダイクロイックミラー１２９、ダイクロイックミラー１２９側からの光路上に偏光子１７４が配置されている。反射鏡１２７ＢＧは、半透明鏡１２８ＧからのＢＧ色成分（位相共役物体光W7）をダイクロイックミラー１２９側に反射する。ダイクロイックミラー１２９は、反射鏡１２７側からのＢＧ色成分は偏光子１７４側に透過させ、半透明鏡１２８ＲからのＲ色成分（位相共役物体光W7）は偏光子１７４側に反射させる。偏光子１７４は、ＲＧＢ色成分の偏光面を揃える。偏光子１７４を通過した位相共役物体光W7（ＲＧＢ色成分）は半透明鏡１３２を通過し撮像部５を照射する。
【０１９７】
参照光を撮像部５に導光する光学系は、レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH の偏光面を揃える偏光子１７８と偏光子１７８を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH を分岐するビームスプリッタ１３６が配置されている。
【０１９８】
ビームスプリッタ１３６を通過した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHに対してビームエキスパンダ１７２、ビームスプリッタ１３６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHに対してビームエキスパンダ１７６が配置されている。
【０１９９】
ビームエキスパンダ１７６と撮像部５の間に、光変調素子１０６がＲＧＢ別に配置され、さらに反射鏡１２６が配置され、反射鏡１２６で反射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHを撮像部５側に反射させる半透明鏡１３２が配置されている。
【０２００】
光変調素子１０６の入出力側にダイクロイックミラー１２０や反射鏡１２７が配置されている。各光変調素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに対しては、ＲＧＢ別の変調信号源部１６２Ｒ，１６２Ｇ，１６２Ｂが接続され、ＲＧＢの各色彩波長に対応するように、それぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk の変調信号が供給される。
【０２０１】
なお、左眼用の変調角周波数ωi ，ωj ，ωk はＲＧＢ別に異なり、右眼用の変調角周波数ωi ，ωj ，ωk もＲＧＢ別に異なり、さらに、左眼用と右眼用でも相互に異なるものとする。
【０２０２】
たとえば、Ｂ色成分用の光変調素子１０６Ｂに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｂが配置され、出力側にはダイクロイックミラー１２０Ｂ_2が配置されている。Ｇ色成分用の光変調素子１０６Ｇに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｇ_1が配置され、出力側にはダイクロイックミラー１２０Ｇ_2が配置されている。Ｒ色成分用の光変調素子１０６Ｒに対して、入力側にはダイクロイックミラー１２０Ｒ_1が配置され、出力側には反射鏡１２７Ｒ_2が配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1は反射鏡１２７Ｒ_1に変更してもよい。反射鏡１２７Ｒ_2はダイクロイックミラー１２０Ｒ_2に変更してもよい。
【０２０３】
ダイクロイックミラー１２０Ｂは、ビームエキスパンダ１７６側からのＲＧＢコヒーレント光W31_CHの内のＢ色成分を光変調素子１０６Ｂ側に透過させ、Ｇ色成分とＲ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｇ_1側に反射させる。ダイクロイックミラー１２０Ｂ_2は、光変調素子１０６Ｂ側からのＢ色成分を反射鏡１２６側に透過させるがダイクロイックミラー１２０Ｇ_2側からのＧＲ色成分は反射鏡１２６側に反射させる。
【０２０４】
ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1は、ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1側からのＲＧ色成分（Ｇ色成分とＲ色成分）の内のＲ色成分はダイクロイックミラー１２０Ｒ_1側に透過させ、Ｇ色成分を光変調素子１０６Ｇ側に反射させる。ダイクロイックミラー１２０Ｇ_2は、光変調素子１０６Ｇ側からのＧ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｒ_2側に反射させるが反射鏡１２７Ｒ_2側からのＲ色成分はダイクロイックミラー１２０Ｂ_2側に透過させる。
【０２０５】
ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1は、ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1側からのＲ色成分を光変調素子１０６Ｒ側に反射させる。反射鏡１２７Ｒ_2は、光変調素子１０６Ｒ側からのＲ色成分をダイクロイックミラー１２０Ｇ_2側に反射させる。
【０２０６】
第２実施形態の変調信号源部４Ｂの光変調部１６０は、参照光を変調させるべく、波長別の光変調素子１０６に対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。これにより、光変調素子１０６からは、Ｒ，Ｇ，Ｂで異なる周波数で変調した波長別の変調参照光が出力される。
【０２０７】
［作用］
第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。参照光を光変調させ、物体光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
【０２０８】
・物体光についてのＩＣＨ−ＣＨ光変換と位相共役光生成は同一素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・位相共役鏡１０４および光変調素子１０６は、ＲＧＢの波長ごとに感度特性の異なる素子をそれぞれ使用する。
・物体光であるインコヒーレント光W2_ICHとレーザ光源１５６から発せられ半透明鏡１１８で反射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHをそれぞれダイクロイックミラー１２０Ｂ，１２０ＧでＲＧＢ波長成分にそれぞれ分離し、両者を同軸で重畳させる。さらに、波長成分別に異なる感度特性を持つ位相共役鏡１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｂにそれぞれ入射させてＩＣＨ−ＣＨ変換を行なうとともに位相共役光を発生させる。位相共役物体光W7は物体情報を伴う無変調のコヒーレント光となっている。
・ＲＧＢ波長別の光変調素子１０６を使用し、参照光について、変調信号源部１６２によりそれぞれ波長ごとに異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調操作を行なう。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６の光波をビームスプリッタ１３６で分岐させてから、光変調素子１０６で変調を加える。そして、撮像部５の撮像面上で位相共役物体光W7とＲＧＢ別に変調された参照光（ＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
・第１実施形態（基本例）と同様に、左右の別に、予め物体光と参照光を同軸で重畳して物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rにしておき、その後に左右像２光波重畳部５００側で、左右の物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rを重畳することで物体参照重畳光W+WW+ にする。
【０２０９】
このような仕組みにより、コヒーレントな位相共役物体光W7を発生させているため、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像できる。第１実施形態と同様に、レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。以下、第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1によるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
【０２１０】
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｂ_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
【０２１１】
無変調白色半導体レーザであるレーザ光源１５６から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ビームスプリッタ１３６により分岐される。その一部が、ビームスプリッタ１３６で反射して光変調素子１０６へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなり、残りの一部が、ビームスプリッタ１３６を透過し、ビームエキスパンダ１７２を経て半透明鏡１１８へと向かう無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとなる。無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHは半透明鏡１１８で反射され、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
【０２１２】
ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分のみを透過し、Ｇ色成分とＲ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＢ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＢ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂと半透明鏡１２８Ｂを透過して、Ｂ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｂ内に入射する。位相共役鏡１０４Ｂでは、Ｂ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＢ色成分のコヒーレント変換物体光が形成される。このとき、コヒーレント変換物体光に共役な位相共役光W6B_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｂに向かう。
【０２１３】
戻り光となった位相共役光W6B_CHは半透明鏡１２８Ｂで反射され、半透明鏡１２８Ｇを透過し、位相共役物体光W7b のＢ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。位相共役物体光W7b のＢ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２１４】
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分およびＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分およびＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂで反射され、ダイクロイックミラー１２０Ｇに向かう。
【０２１５】
ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分のみを透過し、Ｇ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇで反射される。その後、半透明鏡１２８Ｇを透過して、Ｇ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｇ内に入射する。位相共役鏡１０４Ｇでは、Ｇ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＧ色成分のコヒーレント変換物体光が形成される。このとき、コヒーレント変換物体光に共役な位相共役光W6G_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｇに向かう。
【０２１６】
戻り光となった位相共役光W6G_CHは半透明鏡１２８Ｇで反射され、位相共役物体光W7b のＧ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。位相共役物体光W7b のＧ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２１７】
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇを透過してダイクロイックミラー１２０Ｒに向かう。ダイクロイックミラー１２０ＲはＲ色成分を反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｒで反射される。その後、半透明鏡１２８Ｒを透過して、Ｒ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｒ内に入射する。位相共役鏡１０４Ｒでは、Ｒ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＲ色成分のコヒーレント変換物体光が形成される。このとき、コヒーレント変換物体光に共役な位相共役光W6R_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｒに向かう。
【０２１８】
戻り光となった位相共役光W6R_CHは半透明鏡１２８Ｒで反射され、位相共役物体光W7b のＲ色成分としてダイクロイックミラー１２９に向かう。位相共役物体光W7b のＲ色成分は、ダイクロイックミラー１２９で反射して、偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２１９】
レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がビームスプリッタ１３６で反射分岐され無変調のＲＧＢコヒーレント光W31_CHとなり、ビームエキスパンダ１７６を通過してビーム径が広げられる。
【０２２０】
ビームエキスパンダ１７６でビーム径が広げられたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは先ず、ダイクロイックミラー１２０Ｂ_1に向かう。ダイクロイックミラー１２０Ｂ_1は、Ｂ色成分のみを透過し、Ｇ色成分とＲ色成分は反射する。したがって、ＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＢ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂ_1を透過して、光変調素子１０６Ｂ内に入射する。光変調素子１０６Ｂには変調信号源部１６２Ｂにより周波数ωi の変調電界が印加されているので、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＢ色成分となる。その後は、ダイクロイックミラー１２０Ｂ_2を透過して、反射鏡１２６と半透明鏡１３２で順に反射されて左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２２１】
ダイクロイックミラー１２０Ｂ_1で反射されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＧ色成分とＲ色成分は、ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1に向かう。ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1は、Ｒ色成分のみを透過し、Ｇ色成分は反射する。したがって、ＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＧ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇ_1で反射されて、光変調素子１０６Ｇ内に入射する。光変調素子１０６Ｇには変調信号源部１６２Ｇにより周波数ωj の変調電界が印加されているので、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＧ色成分となる。その後は、ダイクロイックミラー１２０Ｇ_2、反射鏡１２６、半透明鏡１３２で順に反射されて左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２２２】
ダイクロイックミラー１２０Ｇ_1を透過したＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＲ色成分は、ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1に向かう。ダイクロイックミラー１２０Ｒ_1は、Ｒ色成分を反射する。したがって、ＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｒ_1で反射されて、光変調素子１０６Ｒ内に入射する。光変調素子１０６Ｒには変調信号源部１６２Ｒにより周波数ωk の変調電界が印加されているので、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHのＲ色成分となる。その後は、反射鏡１２７Ｒ_2で反射されて、ダイクロイックミラー１２０Ｇ_2を通過し、さらに反射鏡１２６、半透明鏡１３２で順に反射されて左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２２３】
ＲＧＢの物体情報を持つ無変調の位相共役物体光W7とωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像しＲＧＢの各干渉縞FR2 よりなるカラーホログラムCH2 を形成する。以下、カラーホログラムCH2 の撮像が撮像部５でなされるなど第１実施形態と同様の処理がなされる。
【０２２４】
物体光（無変調の位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、無変調の位相共役物体光W7は物体光に相当し、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。
【０２２５】
第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1は、物体光（無変調の位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができ、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。この点は第１実施形態と同様である。
【０２２６】
ＩＣＨ−ＣＨ変換および位相共役光生成を行なう部材と変調を行なう部材とが異なるので、第１実施形態と比べて、ＩＣＨ−ＣＨ変換および位相共役光生成と変調とに要する構成部分が複雑であるが、光源部１５０にはレーザ光源１５６が１つでよい利点がある。
【０２２７】
ここでは図示しないが、参照光側の光変調素子１０６を取り外して、物体光側のダイクロイックミラー１２０と半透明鏡１２８の間に配置することで、物体光を変調し参照光は変調しない構成に変形することもできる（第３実施形態を参照）。この場合、参照光側では、ダイクロイックミラー１２０や反射鏡１２７が不要になる。
【０２２８】
［変形例］
図６Ａは、第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1に対する変形例を説明する概略構成図である。ここで、図６Ａは、第２実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_2の概略構成図である。
【０２２９】
第２実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_2は、第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｂ_1をベースに物体光と参照光を各別に左右像２光波重畳部５００に入力するように変形したものである。物体光（無変調の位相共役物体光W7）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を同軸にする構成が不要であるので、反射鏡１２６や半透明鏡１３２を取り外している。
【０２３０】
左右像２光波重畳部５００には、干渉光学部３Ｂ_Hで取得される左眼側の無変調の物体光WL（＝W7）および変調された参照光WW（fH）（＝W31_CH）と、干渉光学部３Ｂ_Kで取得される右眼側の無変調の物体参照重畳光WR（fK）（＝W7）および変調された参照光WW（fK）（＝W31_CH）が入射される。第２実施形態（変形例）は、後述の第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂに適用される。
【０２３１】
偏光方向を揃える機能は左右像２光波重畳部５００側で担当してもよく、その場合は、干渉光学部３側には偏光子１７４，１７８を使用しなくてもよい。
【０２３２】
この場合、基本例との対比から分かるように、反射鏡１２６や半透明鏡１３２が不要になる。変調された参照光に関しては、左眼用と右眼用で、何れか一方を水平偏光で他方を垂直偏光とする。
【０２３３】
＜三次元画像撮像装置：第３実施形態＞
図７は、第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置を説明する概略構成図である。
【０２３４】
第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、物体光を変調させ、かつ、参照光も変調させる点に特徴がある。また、参照光側の光変調素子として、音響光学効果（超音波）を利用する点に特徴がある。この第３実施形態（基本例）は、後述の第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅに適用される。
【０２３５】
［構成］
第１〜第２実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２と同様の機能要素には同一の参照符号を用いる。
【０２３６】
なお、変調信号源部４Ｃの内、参照光側の機能要素には参照子ａを追加し、物体光側の構成機能には参照子ｂを追加して区別する。参照光側の変調角周波数ωi ，ωj ，ωk はＲＧＢ別に異なり、物体光側の変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 もＲＧＢ別に異なり、さらに、参照光側と物体光側でも相互に異なるものとする。加えて、左眼用と右眼用でも相互に異なるものとする。
【０２３７】
第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、干渉光学部３Ｃ、変調信号源部４Ｃ、左右像２光波重畳部５００、および撮像部５を具備する。光源部１５０には、１個のレーザ光源１５６を用いる。このレーザ光源１５６としては、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを使用する。
【０２３８】
干渉光学部３Ｂは先ず、ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２（画像変換素子）と位相共役鏡１０４が物体光側の光学系の中心に配置されている。第３実施形態は、位相共役鏡１０４を位相共役光生成素子のみとして利用する。
【０２３９】
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子と位相共役光生成素子を各別にするので、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２としては、色々な材料の適用が可能である。
【０２４０】
ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２のそれぞれに対しては、その両端に変調信号を供給する変調信号源部１６２ｂが各別に接続されている。変調信号源部１６２ｂは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調処理を行なう。
【０２４１】
参照光を撮像部５に導光する光学系は先ず、偏光子１７８と超音波光変調素子１４０を備える。超音波光変調素子１４０は、超音波媒体ＵＳと圧電体ＴＤと超音波吸収体ＡＢを具備する。
【０２４２】
光変調部１６０ａは、参照光を変調させるべく、超音波光変調素子１４０の圧電体ＴＤに対して波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）ごとに異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調処理を行なう変調信号源部１６２を波長（Ｒ，Ｇ，Ｂ）別に有する。これにより、超音波光変調素子１４０からは、１次回折光として、Ｒ，Ｇ，Ｂで異なる周波数で変調した波長別の変調参照光が出力される。
【０２４３】
偏光子１７８は、レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH の偏光面を揃えて超音波光変調素子１４０の超音波媒体ＵＳの側面からある角度を持って入射させる。
【０２４４】
超音波光変調素子１４０は、音響光学型の光変調偏光器（超音波を利用した光変調素子）であるとともに、ブラッグ（Bragg ）回折効果により１次回折光と変調も回折もされない０次光に分岐することでビームスプリッタに似通った機能をなす。回折効果による１次回折光を変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして使用し、変調も回折もされない０次光を無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとして使用する。
【０２４５】
超音波光変調素子１４０から出射された無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH（０次光）に対してビームエキスパンダ１７２、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH（１次回折光）に対してビームエキスパンダ１７６が配置されている。さらに、ビームエキスパンダ１７６を通過した変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHを反射させる反射鏡１２６、反射鏡１２６で反射された変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHを左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５側に通過させる半透明鏡１３２が配置されている。半透明鏡１３２は、位相共役物体光W7b を撮像部５側へ反射させる機能も持つ。
【０２４６】
自然光照明下の物体BJからの光（物体光）を取り込む入射光学系１１０として、光学フィルタ１１２とレンズ１１６と半透明鏡１１８が、物体BJ側からＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に向けて、この順に配置されている。
【０２４７】
半透明鏡１１８とＢ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂとの間には、ダイクロイックミラー１２０Ｂが配置され、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂと位相共役鏡１０４Ｂとの間には半透明鏡１２８Ｂが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分は透過させ、Ｇ色成分とＲ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｂは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｂ側からのＢ色成分は反射させる。
【０２４８】
Ｇ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｂ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｇが配置されている。さらに、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇと位相共役鏡１０４Ｇとの間における半透明鏡１２８Ｂ側からの物体光の光路上には半透明鏡１２８Ｇが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分は透過させ、Ｇ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｇは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇ側からのＧ色成分や半透明鏡１２８Ｂ側からのＢ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｇ側からのＧ色成分は反射させる。
【０２４９】
Ｒ色成分用のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒの半透明鏡１１８（ダイクロイックミラー１２０Ｇ）側にはダイクロイックミラー１２０Ｒが配置されれている。ダイクロイックミラー１２０Ｒは反射鏡でもよい。さらに、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒと位相共役鏡１０４Ｒとの間における半透明鏡１２８Ｇ側からの物体光の光路を妨げない位置には半透明鏡１２８Ｒが配置されている。ダイクロイックミラー１２０Ｒは、Ｒ色成分を反射させる。半透明鏡１２８Ｒは、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒ側からのＲ色成分は透過させるが位相共役鏡１０４Ｒ側からのＲ色成分は反射させる。
【０２５０】
物体光を撮像部５側に導光する光学系は、半透明鏡１２８ＧからのＢＧ色成分の光路上に反射鏡１２７ＢＧ、半透明鏡１２８ＲからのＲ色成分の光路上にダイクロイックミラー１２９、ダイクロイックミラー１２９側からの光路上に偏光子１７４が配置されている。反射鏡１２７ＢＧは、半透明鏡１２８Ｇからの位相共役物体光W7b のＢＧ色成分をダイクロイックミラー１２９側に反射する。ダイクロイックミラー１２９は、反射鏡１２７ＢＧ側からの位相共役物体光W7b のＢＧ色成分は偏光子１７４側に透過させ、半透明鏡１２８Ｒからの位相共役物体光W7b のＲ色成分は偏光子１７４側に反射させる。偏光子１７４は、ＲＧＢ色成分の偏光面を揃える。偏光子１７４を通過した位相共役物体光W7b （ＲＧＢ色成分）は半透明鏡１３２で反射され撮像部５を照射する。
【０２５１】
［作用］
第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1におけるカラーホログラム信号の取得は次のように行なわれる。
物体光を光変調させ、参照光を変調させないものであり、概要を説明すると以下の通りの特徴を備えている。
【０２５２】
物体光を光変調させる点に着目したとき、以下の通りの特徴を備えている。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換と光変調は同一素子（ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２）で行ない、位相共役光生成は別素子（位相共役鏡１０４）で行なう。
・ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２および位相共役鏡１０４は、ＲＧＢの波長ごとに感度特性の異なる素子をそれぞれ使用する。
・レーザ光源１５６としては、前述のように、ＲＧＢ三色の発振波長を持つ１個の無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザを用いる。
・ＲＧＢ波長別のＩＣＨ−ＣＨ光変換を行なう３個のＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２を使用し、変調信号源部１６２によりそれぞれ波長ごとに異なる周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調操作を行なう。
・物体光であるインコヒーレント光W2_ICHとレーザ光源１５６から発せられ半透明鏡１１８で反射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHをそれぞれダイクロイックミラー１２０でＲＧＢ波長成分にそれぞれ分離し、両者を同軸で重畳させる。さらに、ＲＧＢのＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２にそれぞれ入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ光変換させるとともに、変換された波長成分別のコヒーレント変換物体光を変調角周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２より出射した各変調されたコヒーレント変換物体光W4b_CH（W4R_CH，W4G_CH，W4B_CH）を、波長成分別に異なる感度特性を持つ位相共役鏡１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｂにそれぞれ入射させて位相共役光を発生させる。位相共役物体光W7は物体情報を伴い、Ｂ色成分は周波数ω１で変調され、Ｇ色成分は周波数ω２で変調され、Ｒ色成分は周波数ω３で変調されたコヒーレント光となっている。以下、周波数ω1 ，ω2 ，ω3 で変調された各位相共役物体光W7（コヒーレント変換された変調物体光）を、変調された位相共役物体光W7b と記す。
【０２５３】
一方、参照光を変調する点に着目したときには、以下の通りの特徴を備えている。
・参照光の光変調は超音波光変調素子１４０で行なう。
・光変調素子および分岐素子として機能する超音波光変調素子１４０は、ＲＧＢの全波長領域に光感度特性を持ち、ＲＧＢ光に対して１個の素子で処理する。
つまり、参照光の光変調には超音波を利用した超音波光変調素子１４０が用いられ、異なる周波数の変調電界を同時に印加して、ＲＧＢに対しそれぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調するような光信号を１つの素子で得るようにする。
【０２５４】
纏めると以下の通りである。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６からの放出光を超音波光変調素子１４０に入射させ、ＲＧＢ別に光変調させた１次回折光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を同軸で出射させて参照光とする。同時に超音波光変調素子１４０より無変調で出射する０次光（無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CH）と、物体光である像情報を持つインコヒーレント光W2_ICHを同軸で重畳させてＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に入射させ、ＩＣＨ−ＣＨ光変換と光変調を行なう。コヒーレント変換された光を位相共役鏡に入射させて位相共役光を発生させる。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２より出射したコヒーレント変換物体光W4_CH を位相共役鏡１０４に入射させて位相共役物体光W7b を発生させる。
・無変調ＲＧＢ三波長半導体レーザであるレーザ光源１５６の光波を超音波光変調素子１４０で波長別に異なる周波数で変調するとともに分岐させる。そして、撮像部５の撮像面上で位相共役物体光W7b と偏光方向を揃え、両者の光学倍率を変え、同軸で撮像面上で干渉させてＲＧＢカラーホログラム像を撮像面上に形成させる。
・第１・第２実施形態（基本例）と同様、左右の別に予め物体光と参照光を同軸で重畳して物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rにしておき、その後に左右像２光波重畳部５００側で、左右の物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rをさらに重畳することで物体参照重畳光W+WW+ にする。
【０２５５】
このような仕組みにより、コヒーレントな変調された位相共役物体光W7b （つまり位相共役物体光W7）を発生させているため、第１・第２実施形態と同様に、元の三次元像情報を極めて正確に有したホログラム像が撮像部５により撮像できる。第１・第２実施形態と同様に、レンズ系の収差などで歪んだ像情報は、元通りの収差なしの像情報として復元される。以下、第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1によるホログラム撮像の様子を具体的に説明する。
【０２５６】
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｃ_1_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、ＲＧＢの波長領域に光感度があるＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２に向かう。
【０２５７】
無変調白色半導体レーザであるレーザ光源１５６から放出された無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH は偏光子１７８を経て偏光方向が定められ、ＲＧＢに対しそれぞれ異なる周波数ωi ，ωj ，ωk で変調する超音波光変調素子１４０内に入射される。超音波光変調素子１４０では、ブラッグ回折条件を満たすと、周波数ωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光が同軸で特定な方向に回折された１次回折光が、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして放出される。
【０２５８】
また、超音波光変調素子１４０内に入射した無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH がブラッグ回折される際には、１次回折光の他に、光変調されず回折もされない０次光が存在する。この０次光はそのまま超音波光変調素子１４０をそのまま透過して、ＲＧＢの無変調な無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHとして放出される。
【０２５９】
この無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHは、ビームエキスパンダ１７２を透過してそのビーム径が広げられ、半透明鏡１１８で反射してその向きを変え、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
【０２６０】
自然光で照射された物体BJがあり、その像情報を持つインコヒーレント光W1_ICHが三次元画像撮像装置２Ｃ_1内に配置された入射光学系１１０に入射する。インコヒーレント光W1_ICHは、光学フィルタ１１２、レンズ１１６を通過して、インコヒーレント光W2_ICHとなり、半透明鏡１１８を透過し、ダイクロイックミラー１２０Ｂに向かう。
【０２６１】
ダイクロイックミラー１２０Ｂは、Ｂ色成分のみを透過し、Ｇ色成分とＲ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＢ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＢ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂを透過して、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂでは、前記の原理に基づいてＢ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＢ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
【０２６２】
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂには、変調信号源部１６２Ｂにより周波数ω１の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｂで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω１で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHは、半透明鏡１２８Ｂを透過して、Ｂ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｂ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4B_CHに共役な位相共役光W6B_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｂに向かう。
【０２６３】
戻り光となった位相共役光W6B_CHは半透明鏡１２８Ｂで反射され、半透明鏡１２８Ｇを透過し、変調された位相共役物体光W7b のＢ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。この変調された位相共役物体光W7b のＢ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２６４】
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分およびＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分およびＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｂで反射され、ダイクロイックミラー１２０Ｇに向かう。
【０２６５】
ダイクロイックミラー１２０Ｇは、Ｒ色成分のみを透過し、Ｇ色成分は反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＧ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＧ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇで反射されて、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇでは、前記の原理に基づいてＧ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＧ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
【０２６６】
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇには、変調信号源部１６２Ｇにより周波数ω２の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｇで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω２で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHは、半透明鏡１２８Ｇを透過して、Ｇ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｇ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4G_CHに共役な位相共役光W6G_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｇに向かう。
【０２６７】
戻り光となった位相共役光W6G_CHは半透明鏡１２８Ｇで反射され、変調された位相共役物体光W7b のＧ色成分として反射鏡１２７ＢＧに向かう。変調された位相共役物体光W7b のＧ色成分は、反射鏡１２７ＢＧで反射して、ダイクロイックミラー１２９と偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２６８】
物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｇを透過してダイクロイックミラー１２０Ｒに向かう。ダイクロイックミラー１２０ＲはＲ色成分を反射する。したがって、物体情報を伴ったインコヒーレント光W2_ICHのＲ色成分と無変調のＲＧＢコヒーレント光W32_CHのＲ色成分がダイクロイックミラー１２０Ｒで反射されて、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒ内に重畳して入射する。ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒでは、前記の原理に基づいてＲ色成分についてのみＩＣＨ−ＣＨ光変換が行なわれ、物体情報を伴ったＲ色成分のコヒーレント変換物体光W4_CH が形成される。
【０２６９】
ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒには、変調信号源部１６２Ｒにより周波数ω３の変調電界が印加されている。したがって、ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子１０２Ｒで変換されたコヒーレント変換物体光W4_CH は周波数ω３で変調された変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHになっている。この変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHは、半透明鏡１２８Ｒを透過して、Ｒ光領域に感度を持つ位相共役鏡１０４Ｒ内に入射し、変調されたコヒーレント変換物体光W4R_CHに共役な位相共役光W6R_CHが発生し、戻り光となり半透明鏡１２８Ｒに向かう。
【０２７０】
戻り光となった位相共役光W6R_CHは半透明鏡１２８Ｒで反射され、変調された位相共役物体光W7b のＲ色成分としてダイクロイックミラー１２９に向かう。この変調された位相共役物体光W7b のＲ色成分は、ダイクロイックミラー１２９で反射して、偏光子１７４を透過してその偏光方向が定められ、半透明鏡１３２を透過して、左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２７１】
レーザ光源１５６から発せられた無変調のＲＧＢコヒーレント光W3_CH が超音波光変調素子１４０に入射して、変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHとして放出される。この変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは、ビームエキスパンダ１７６を通過してビーム径が広げられ、反射鏡１２６により反射されて向きを変え、半透明鏡１３２を通過して左右像２光波重畳部５００を経由して撮像部５の撮像面を照射する。
【０２７２】
ＲＧＢの物体情報を持つω1 ，ω2 ，ω3 で変調された位相共役物体光W7b とωi ，ωj ，ωk で変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHが同軸で偏光方向を揃えて異なる光学倍率で重畳して撮像面上に結像し、ＲＧＢの各干渉縞FR3 よりなるカラーホログラムCH3 を形成する。以下、カラーホログラムCH3 の撮像が撮像部５でなされるなど、第１・第２実施形態と同様の処理がなされる。
【０２７３】
物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を纏めてホログラム形成光CHと称する。通常のホログラム作成過程との対比では、変調された位相共役物体光W7b は物体光に相当し、超音波光変調素子１４０により１次回折光として放出される変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CHは参照光に相当する。
【０２７４】
第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1は、第１・第２実施形態と同様、物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）の各光路長を長くとることができ、その差も大きくとることができ、装置の光学設計の自由度が増す。
【０２７５】
第３実施形態では、参照光側と物体光側の各変調角周波数をそれぞれ異ならせている。これにより、参照光側と物体光側の双方を変調する場合においても、光変調とそれに対応した電気信号での波長分離によりホログラム情報信号に含まれるバックグラウンドノイズを確実に低減する仕組みを実現できる。
【０２７６】
［変形例］
図７Ａは、第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1に対する変形例を説明する概略構成図である。ここで、図７Ａは、第３実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_2の概略構成図である。
【０２７７】
第３実施形態（変形例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_2は、第３実施形態（基本例）の三次元画像撮像装置２Ｃ_1をベースに物体光と参照光を各別に左右像２光波重畳部５００に入力するように変形したものである。物体光（変調された位相共役物体光W7b ）と参照光（変調されたＲＧＢコヒーレント光W31_CH）を同軸にする構成が不要であるので、反射鏡１２７や半透明鏡１３２を取り外している。
【０２７８】
左右像２光波重畳部５００には、干渉光学部３Ｃ_Hで取得される左眼側の変調された物体光WL（＝W7b ）および変調された参照光WW（fH）（＝W31_CH）と、干渉光学部３Ｃ_Kで取得される右眼側の無変調の物体参照重畳光WR（fK）（＝W7b ）および変調された参照光WW（fK）（＝W31_CH）が入射される。第３実施形態（変形例）は、後述の第４実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｄに適用される。
【０２７９】
偏光方向を揃える機能は左右像２光波重畳部５００で持ってもよく、その場合は、干渉光学部３側に偏光子１７４，１７８や偏光角調整用偏光子１３４を使用しなくてもよい。
【０２８０】
この場合、基本例との対比から分かるように、反射鏡１２７や半透明鏡１３２が不要になる。変調された参照光に関しては、左眼用と右眼用で、何れか一方を水平偏光で他方を垂直偏光とする。
【０２８１】
左右像２光波重畳部５００には、干渉光学部３Ａ_Hで取得される左眼側の無変調の物体光WL（＝W7）および変調された参照光WW（fH）（＝W31_CH）と、干渉光学部３Ａ_Kで取得される右眼側の無変調の物体参照重畳光WR（fK）（＝W7）および変調された参照光WW（fK）（＝W31_CH）が入射される。この第２実施形態（変形例）は、後述の第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂに適用される。
【０２８２】
［音響光学効果による変調と偏光について］
図８は、音響光学効果による変調と偏光を説明する図である。ここでは、特に、超音波光変調素子１４０によるＲＧＢ光変調と回折を定性的に示す。
【０２８３】
前述のように、超音波光変調素子１４０は、超音波を利用した光変調素子であるとともに、ブラッグ回折効果により１次回折光と変調も回折もされない０次光に分岐することでビームスプリッタに似通った機能をなす。
【０２８４】
たとえば、図８に示すような超音波媒体ＵＳ、圧電体ＴＤ（トランスデューサ）、超音波吸収体ＡＢからなる超音波光変調素子１４０を用いて、音響光学効果によって光の変調操作と偏光を行なうことができる。超音波光変調素子１４０は、たとえば、超音波媒体ＵＳの材質として重フリントガラス、ＴｅＯ2 、ＰｂＭｏＯ4 などが使用され、圧電体ＴＤにはＬｉＮｂＯ3 などが使用される。
【０２８５】
超音波媒体ＵＳに対して圧電体ＴＤにより体積変化や屈折率変化を引き起こさせることができ、その効果を利用することで、光変調効果が得られる。
【０２８６】
ここで図のように、超音波媒体ＵＳの側面から波長λの光を回折角（ブラッグ角）で入射させ、圧電体ＴＤに周波数ｆの電気信号を印加すると、超音波媒体ＵＳ内に超音波の波長Ωの屈折率の粗密波ができる。次の３つの場合が起こる。
【０２８７】
１つ目は、超音波の波長Ωが比較的長く、光と超音波の相互作用長Ｗ（トランスデューサの幅）が短い（Ｗ＜Ω2／２πλ）場合である。この場合、ラマン・ナース（Ｒａｍａｎｎ−Ｎａｔｈ）回折が起き、多数の回折光が式（１０）で示されるφ方向に回折される。変調光として用いる場合には、式（１０）における「±１次」の回折光の内のどちらか一方を使用すればよい。
【０２８８】
【数１０】
2011033859.tif 000012
【０２８９】
２つ目は、超音波の波長Ωが比較的短く、光と超音波の相互作用長Ｗ（トランスデューサの幅）が長い（Ｗ≫Ω2／２πλ）場合である。この場合、ブラッグ回折が起き、特定の角度φで入射した光のみ回折される。この場合、０次光は何の回折も変調も受けず、超音波媒体ＵＳの反対側の側面より出射するが、１次光は変調され、φ方向に回折される。φをブラッグ角と称する。変調周波数ｆ、変調角周波数ω、超音波媒体ＵＳ内の音響波の速度ｖ、とすると、ブラッグ角φの正弦は式（１１）で表される。
【０２９０】
【数１１】
2011033859.tif 000013
【０２９１】
３つ目は、ＲＧＢ光（それぞれの波長はλR ，λG ，λB ）をそれぞれ異なる周波数で変調し、同じブラッグ角φの回折光が得られるようにする場合である。この場合、３つの変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （それぞれ変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）に対して、式（１２）で表される９個の条件式が得られる。「φ１」に関わる成分は波長λR のＲ光が入射角φ１などで入射したときの回折効果、「φ２」に関わる成分は波長λG のＧ光が入射角φ２などで入射したときの回折効果、「φ３」に関わる成分は波長λB のＲ光が入射角φ３などで入射したときの回折効果を示す。「φｉ」に関わる成分とは、参照子「’」，「”」が付されているものも該当する意味である。
【０２９２】
【数１２】
2011033859.tif 000014
【０２９３】
これらの９個の条件式により、Ｒ光を変調角周波数ωR で変調し、Ｇ光を変調角周波数ωG で変調し、Ｂ光を変調角周波数ωB で変調し得るようなφ１，φ２’，φ３”が存在する。さらに、周波数を最適に選定した場合には、φ１＝φ２’＝φ３”、つまり、ｆR ・λR ＝ｆG ・λG ＝ｆB ・λB 、ωR ・λR ＝ωG ・λG ＝ωB ・λB なる条件が存在し、このとき出力変調回折光はＲＧＢで同軸となる。
【０２９４】
＜左右像２光波重畳部：第１実施形態＞
図９は、第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａを説明する図である。
【０２９５】
本実施形態の左右像２光波重畳部５００は、干渉光学部３_Hで取得される左眼像情報を含むコヒーレント光WLと干渉光学部３_Kで取得される右眼像情報を含むコヒーレント光WRを参照光WWと干渉させ、各ホログラムを重畳させて１つの撮像部５に入射させる。特に、第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａは、複屈折プリズムを利用して左右の像情報光の２光波を重畳することで、左右の重畳ホログラムを作る点に特徴がある。
【０２９６】
以下では、物体光側のみ変調し参照光側は無変調であるとする。左眼用の干渉光学部３_H側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＨ（変調周波数をfH）と記し、右眼用の干渉光学部３_K側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＫ（変調周波数をfK）と記す。
【０２９７】
［構成］
第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａは、偏光子部５１０と、２光波重畳部５２０と、半透明鏡５５０を備える。
【０２９８】
偏光子部５１０は、左眼像情報の系統に配される水平偏光子５１２Ｌと右眼像情報の系統に配される垂直偏光子５１４Ｒを有する。
【０２９９】
第１実施形態の２光波重畳部５２０は、左眼像情報の系統に配される楔形の複屈折プリズム５２２Ｌと右眼像情報の系統に配される楔形の複屈折プリズム５２４Ｒと、両系統に共通に配される複屈折プリズム５２６を有する。複屈折プリズム５２６は、全体として直方体をなす一対の楔形の複屈折プリズム５２６Ｌ，５２６Ｒで構成されている。
【０３００】
複屈折プリズム５２２Ｌと複屈折プリズム５２４Ｒの光軸は何れも光の進行方向に対して水平なっている。複屈折プリズム５２６Ｌの光軸は光の進行方向に対して紙面上では垂直であり、複屈折プリズム５２６Ｒの光軸は複屈折プリズム５２６Ｌの光軸に対して垂直である。
【０３０１】
複屈折プリズム５２２Ｌは、水平偏光成分（ｐ波）が図中左よりほぼ平行光束で入射したときに、進行方向に対し内側（法線Ｚ１側）に屈折するように鋭角になっている。複屈折プリズム５２４Ｒは、垂直偏光成分（ｓ波）が図中左より平行光束で入射したときに、内側に屈折するように法線Ｚ’側に鈍角になるように配置される。
【０３０２】
半透明鏡５５０は、物体光（物体重畳光W+_1）の光軸に対して斜め４５°で配置されている。半透明鏡５５０に対しては、物体光（物体重畳光W+_1）の光軸に対して９０°の方向（図の下側）から無変調の円偏光の参照光WW_1が入力されるようになっている。
【０３０３】
［作用］
コヒーレントな変調された左眼像情報光WL_1および右眼像情報WR_1が図中左側から２光波重畳部５３０に入射するように配置されている。左眼像情報光WL_1は水平偏光子５１２Ｌに偏光方向が水平偏光（ｐ波）になるように定められ、右眼像情報光WR_1は垂直偏光子５１４Ｒにより、偏光方向が垂直偏光（ｓ波）になるように予め設定されている。
【０３０４】
２光波重畳部５２０を構成する各プリズム形状の角度を正しく制御すれば、２光波重畳部５２０を通過後のｐ波光束WL_p1 とｓ波光束WR_s1 は物体重畳光W+_1となり、法線Ｚ１軸上に出射するようになる。
【０３０５】
ここで、第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａは、構成説明から明らかなように、複屈折プリズムを利用した例であるが、通常の使用方法とは逆の使い方をする。すなわち、図のような構成の複屈折プリズム５２６で入射側と出射側を反対にして使うと、一般的には入射する円偏光のレーザ光がプリズム透過後は、ｐ波（水平偏光）成分とｓ波（垂直偏光）成分が分離され、異なる方向に出射するようになる。しかし、第１実施形態のように、予め水平方向と垂直方向に偏光分離している２つの光波を２光波重畳素子５１０に入射させて、それらの物体重畳光W+_1を作り出すところに大きな特徴がある。
【０３０６】
左眼像情報光WL_1，WL_p1 は周波数fHの変調光（ＲＧＢ別の異なる変調周波数）であり、右眼像情報光WR_1，WR_s1 は周波数fKの変調光（ＲＧＢ別の異なる変調周波数）である。つまり、変調周波数の数は左右で最大計６種の変調周波数となる。これらが重畳された物体重畳光W+_1が半透明鏡５５０を透過し、半透明鏡５５０で反射した円偏光の無変調の参照光WW_1が撮像部５の法線Ｚ１の同軸上で重畳され物体参照重畳光W+WW+_1 となり同じ偏光方向の光波同士が干渉する。
【０３０７】
すなわち、水平偏光の変調された左眼像情報光WL_p1 と無変調の参照光WW_1の水平偏光成分が干渉して干渉波WCR_p1（fH）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_H1 を形成する。同様に、垂直偏光の変調された右眼像情報光WR_s1 と無変調の参照光WW_1の垂直偏光成分が干渉して干渉波WCR_s1（fK）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_K1 を形成する。この場合は、左眼像情報と右眼像情報は、同一の撮像部５により異なる変調周波数を伴った別個のホログラムCHD1（干渉縞FR_H1 ，FR_K1 ）として撮像される。
【０３０８】
＜左右像２光波重畳部：第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂを説明する図である。
【０３０９】
第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂは、位相共役鏡の４波混合の原理を応用して、左右の像情報光の２光波を重畳することで、左右の重畳ホログラムを作る点に特徴がある。
【０３１０】
以下では、参照光側のみ変調し物体光側は無変調であるとする。左眼用の参照光のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＭ（変調周波数をfM）と記し、右眼用の参照光のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＮ（変調周波数をfN）と記す。
【０３１１】
［構成］
第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂは、偏光子部５１０と、２光波重畳部５３０と、半透明鏡５５０を備える。偏光子部５１０と半透明鏡５５０は、第１実施形態と同様である。
【０３１２】
第２実施形態の２光波重畳部５３０は先ず、その中心部に位相共役鏡５３２が配置されている。そして、位相共役鏡５３２を挟むように左右に一対の反射鏡５３４，５３６が光のそれぞれの光の進行方向に対して４５度の角度で配置されている。さらに、その内側には、一対の半透明鏡５４２，５４４が配置されている。また、位相共役鏡５３２の前後にこれを挟むように、反射鏡５４６および半透明鏡５４８（半透明鏡５５０側へ）が配置されている。
【０３１３】
半透明鏡５５０は、物体光（物体重畳光W+_2）の光軸に対して斜め４５°で配置されている。物体光（物体重畳光W+_2）の光軸に対して９０°の方向（図の下側）から左眼用と右眼用の別に異なる周波数で変調され、かつ、異なる偏光方向の参照光WW_2（WW_2M ，WW_2N ：２変調参照光）が半透明鏡５５０に入力されるようになっている。ここでは一例として、左眼用は水平偏光で変調周波数fMの参照光WW_2M であり、右眼用は垂直偏光で変調周波数fNの参照光WW_2N である。
【０３１４】
なお、図では、左眼用の水平偏光の参照光WW_2M （fM）と右眼用の垂直偏光の参照光WW_2N （fN）を同軸で半透明鏡５５０に入射させているがこのことは必須でない。これらを同軸で入射させる場合は、たとえば、図示のように、偏光子部５６０と２光波重畳部５７０を介在させればよい。偏光子部５６０は、左眼用の参照光WW_2M （fM）の系統に配される水平偏光子５６２Ｌと右眼用の参照光WW_2N （fN）の系統に配される垂直偏光子５６４Ｒを有する。２光波重畳部５７０は、図示を割愛しているが、たとえば２光波重畳部５２０と同様のものを利用すればよい。これにより、２光波重畳部５７０を通過後の参照光WW_2M （fM）と参照光WW_2K （fK）は参照重畳光WW_2+ となり、半透明鏡５５０に入射するようになる。
【０３１５】
［作用］
コヒーレントな変調されていない左眼像情報光WL_2および右眼像情報WR_2が図中左側から２光波重畳部５３０に入射するように配置されている。その際、左右の各像情報光は、偏光子部５１０により、対応する参照光の偏光方向と揃えられるようにする。ここでは一例として、左眼像情報光WL_2は水平偏光子５１２Ｌにより偏光方向が水平偏光（ｐ波）になるように定められ、また右眼像情報光WR_2は垂直偏光子５１４Ｒにより偏光方向が垂直偏光（ｓ波）になるように予め設定されている。
【０３１６】
位相共役鏡５３２を取り囲む１つの反射鏡５４６と他の３つの半透明鏡５４２，５４４，５４８はキャビティを形成し、入射した光波が前後左右に繰返し反射することにより位相共役鏡５３２を励起状態にする。その結果、半透明鏡５４８より撮像部５に向かって左眼像情報光の位相共役光WL_p2 と右眼像情報光の位相共役光WR_s2 が放出され、物体重畳光W+_2が形成される。位相共役光WL_p2 ，WR_s2 は何れも位相共役光であるため、元の光波の偏光方向を保持しており、位相共役光WL_p2 はやはり水平偏光であり、位相共役光WL_s2 もやはり垂直偏光が維持される。
【０３１７】
左眼像情報光WL_2，WL_p2 は無変調光（ＲＧＢ３波長光）、右眼像情報光WR_2，WR_s2 も無変調光（ＲＧＢ３波長光）であり、２光波重畳部５３０により重畳され物体重畳光W+_2となり半透明鏡５５０を透過し撮像部５の撮像面に入射する。物体重畳光W+_2が半透明鏡５５０を透過し、半透明鏡５５０で反射した２変調参照光WW_2（水平偏光で変調周波数fMの参照光WW_2M と垂直偏光で変調周波数fNの参照光WW_2N ）が撮像部５の法線Ｚ２の同軸上で重畳され物体参照重畳光W+WW+_2 となり同じ偏光方向の光波同士が干渉する。
【０３１８】
すなわち、水平偏光の無変調の左眼像情報光WL_p2 と変調参照光WW_2の水平偏光成分（参照光WW_2M ）が干渉して干渉波WCR_p2（fM）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_M2 を形成する。同様に、垂直偏光の無変調の右眼像情報光WR_s2 と変調参照光WW_2の垂直偏光成分（参照光WW_2N ）が干渉して干渉波WCR_s2（fN）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_N2 を形成する。この場合も、左眼像情報と右眼像情報は、同一の撮像部５により異なる変調周波数を伴った別個のホログラムCHD2（干渉縞FR_M2 ，FR_N2 ）として撮像される。
【０３１９】
＜左右像２光波重畳部：第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｃを説明する図である。
【０３２０】
第３実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｃは、第２実施形態と同様に、位相共役鏡の４波混合の原理を応用して、左右の２光波を重畳することで、左右の重畳ホログラムを作る点に特徴がある。
【０３２１】
ここで、第３実施形態は、第１・第２実施形態とは異なり、左右の何れか一方の像情報光を変調し、他方を無変調にするとともに、左右の像情報光の一方を参照光に利用する点に特徴がある。つまり、左右どちらか一方の像情報光を変調させ他方は無変調とし、両者を撮像部５の撮像面上で干渉させて左右の視差の異なる像情報を１つのホログラムとして形成させる点に特徴がある。以下では、右眼側のみ変調し左眼側は無変調であるとする。右眼用の干渉光学部３_K側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＺ（変調周波数をfZ）と記す。図示しないが、左眼側のみ変調し右眼側は無変調にしてもよい。左眼側と右眼側の双方を変調してもよい。何れの場合も、左眼側と右眼側のコヒーレントな像情報光が干渉するように、両者の偏光方向を同じに揃えて２光波重畳部５３０に入射させる。
【０３２２】
［構成］
第３実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｃは、偏光子部５１０と、２光波重畳部５３０を備える。第２実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｂをベースに、半透明鏡５５０を取り外した構成である。
【０３２３】
偏光子部５１０については、左右の像情報の偏光方向を同じに揃えるため、水平偏光子５１２Ｌを垂直偏光子５１４Ｌに変更している。
【０３２４】
［作用］
この例では、左眼像情報光WL_3は無変調コヒーレント光であり、右眼像情報WR_3が周波数fZで変調された変調コヒーレント光であり、垂直偏光子５１４Ｌ，５１４Ｒを透過後は何れも垂直偏光（ｓ波）になる。
【０３２５】
これらの光波が、図中左側から２光波重畳部５３０に入射し、前述した４波混合の原理に従って左眼像情報光の位相共役光WL_s3 と右眼像情報の位相共役光WR_s3 が発生し、物体重畳光W+_3が形成される。両者の物体重畳光W+_3は干渉光WLR （fZ）となって、撮像部５の撮像面上に干渉縞FRz を作り、ホログラムCHD3を形成する。
【０３２６】
第３実施形態の場合、第１・第２実施形態とは異なり、２眼方式ではあるが、ＲＧＢでカラー化させた場合、変調周波数の数は最大３つでよい。
【０３２７】
＜左右像２光波重畳部：第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｄを説明する図である。
【０３２８】
第４実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｄは、第１実施形態と同様に、複屈折プリズムを利用して左右の像情報光の２光波を重畳することで、左右の重畳ホログラムを作るとともに、物体光側だけでなく参照光側も変調する点に特徴がある。
【０３２９】
以下では、物体光側に関して、左眼用の干渉光学部３_H側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＨ（変調周波数をfH）と記し、右眼用の干渉光学部３_K側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＫ（変調周波数をfK）と記す。参照光側に関して、左眼用のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＭ（変調周波数をfM）と記し、右眼用のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＮ（変調周波数をfN）と記す。
【０３３０】
［構成］
第４実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｄは、物体光側に関しては、第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａと同様のものである。コヒーレントな変調された左眼像情報光WL_4および右眼像情報WR_4が図中左側から２光波重畳部５３０に入射するように配置されている。左眼像情報光WL_4は水平偏光子５１２Ｌにより偏光方向が水平偏光（ｐ波）になるように定められ、また右眼像情報光WR_4は垂直偏光子５１４Ｒにより偏光方向が垂直偏光（ｓ波）になるように予め設定されている。
【０３３１】
２光波重畳部５２０を構成する各プリズム形状の角度を正しく制御することで、２光波重畳部５２０を通過後のｐ波光束WL_p4 とｓ波光束WR_s4 は物体重畳光W+_4となり法線Ｚ４軸上に出射するように構成されている。
【０３３２】
一方、参照光側に関しては、第２実施形態と同様に、物体光（物体重畳光W+_4）の光軸に対して９０°の方向（図の下側）から左眼用と右眼用の別に異なる周波数で変調され、かつ、異なる偏光方向の参照光WW_4（WW_4M ，WW_4N ：２変調参照光）が半透明鏡５５０に入力されるようになっている。ここでは一例として、左眼用は水平偏光で変調周波数fMの参照光WW_4M であり、右眼用は垂直偏光で変調周波数fNの参照光WW_4N である。
【０３３３】
［作用］
予め水平方向と垂直方向に偏光分離している２つの光波（左眼像情報光WLと右眼像情報光WR）を２光波重畳素子５１０に入射させて、２光波重畳部５２０を通過したときには、それらの物体重畳光W+_4が作り出される。
【０３３４】
左眼像情報光WL_4，WL_p4 は周波数fHの変調光であり、右眼像情報光WR_4，WR_s4 は周波数fKの変調光であり、これらが２光波重畳部５３０により重畳され物体重畳光W+_4となり半透明鏡５５０を透過し撮像部５の撮像面に入射する。
【０３３５】
ここまでは第１実施形態と同様であり、これ以降が第２実施形態と同様になる。すなわち、半透明鏡５５０で反射した変調された参照光WW_4を撮像部５の同軸上で同じ偏光方向の光波同士が干渉する。具体的には、物体重畳光W+_4が半透明鏡５５０を透過し、半透明鏡５５０で反射した２変調参照光WW_4（水平偏光で変調周波数fMの参照光WW_4M と垂直偏光で変調周波数fNの参照光WW_4N ）が撮像部５の法線Ｚ４の同軸上で重畳され物体参照重畳光W+WW+_4 となり同じ偏光方向の光波同士が干渉する。
【０３３６】
つまり、水平偏光の変調された左眼像情報光WL_p4 と変調された参照光WW_4の水平偏光成分（参照光WW_4M ）が干渉して干渉波WCR_p4（fH，fM）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_M4 を形成する。同様に、垂直偏光の変調された右眼像情報光WR_s4 と変調された参照光WW_4の垂直偏光成分（参照光WW_4N ）が干渉して干渉波WCR_s4（fK，fN）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_N4 を形成する。この場合も、左眼像情報と右眼像情報は、同一の撮像部５により異なる変調周波数を伴った別個のホログラムCHD4として撮像される。
【０３３７】
＜左右像２光波重畳部：第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅを説明する図である。
【０３３８】
第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅは、三次元画像撮像装置２側で、左右の別に、予め物体光と参照光を同軸で重畳して物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rにしておく点に特徴がある。さらに、その後に左右像２光波重畳部５００側で、左右の物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rを重畳することで物体参照重畳光W+WW+_5 にする点にも特徴がある。
【０３３９】
第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅは、第１〜第３実施形態（基本例）に適用されるもので、三次元画像撮像装置２で述べたように、物体光と参照光は、少なくとも一方が変調されたものとする。以下では、左眼用の干渉光学部３_H側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＨ（変調周波数をfH）と記し、右眼用の干渉光学部３_K側のＲＧＢ別の変調角周波数を纏めてωＫ（変調周波数をfK）と記す。
【０３４０】
［構成］
第５実施形態の左右像２光波重畳部５００Ｅは、第１実施形態の左右像２光波重畳部５００Ａをベースに、偏光子部５１０と半透明鏡５５０を取り外したものとなっている。
【０３４１】
左右の干渉光学部３_H，３_Kの別に、予め物体光と参照光が同軸で重畳され、物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rが各別に２光波重畳部５２０に入射するように配置されている。物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Rは偏光方向が９０°の差を持つように予め設定されている。ここでは、一例として、左眼側の物体参照重畳光W+WW_Lは偏光方向が水平偏光（ｐ波）になるように定められ、また右眼側の物体参照重畳光W+WW_Rは偏光方向が垂直偏光（ｓ波）になるように予め設定されているものとする。
【０３４２】
２光波重畳部５２０を構成する各プリズム形状の角度を正しく制御することで、２光波重畳部５２０を通過後のｐ波物体参照重畳光W+WW_Lp5とｓ波物体参照重畳光W+WW_Rs5は物体参照重畳光W+WW+_5 となり、法線Ｚ５軸上に出射するようになる。
【０３４３】
［作用］
左眼側の物体参照重畳光W+WW_L，W+WW_Lp5は周波数fHの変調光（カラーの場合、ＲＧＢ別の異なる変調周波数）を含み、右眼側の物体参照重畳光W+WW_R，W+WW_Rs5は周波数fKの変調光（カラーの場合、ＲＧＢ別の異なる変調周波数）を含む。これらが重畳された物体参照重畳光W+WW+_5 は、同じ偏光方向の光波同士が干渉する。
【０３４４】
すなわち、水平偏光のｐ波物体参照重畳光W+WW_Lp5に含まれる水平偏光成分同士の物体光と参照光（少なくとも一方は変調されている）が干渉して干渉波WCR_p5（fH）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_H5 を形成する。同様に、垂直偏光のｓ波物体参照重畳光W+WW_Rs5に含まれる垂直偏光成分同士の物体光と参照光（少なくとも一方は変調されている）が干渉して干渉波WCR_s5（fK）を形成し、撮像部５の撮像面上に干渉縞FR_K5 を形成する。この場合は、左眼像情報と右眼像情報は、同一の撮像部５により異なる変調周波数を伴った別個のホログラムCHD5として撮像される。
【０３４５】
＜三次元画像情報取得再生システム＞
図１４は、三次元画像情報取得再生システム（三次元画像撮像再生装置９００に相当）を説明する図である。本実施形態の三次元画像情報取得再生システム９０１は、固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置やＣＭＯＳセンサなどのＸＹアドレス型の固体撮像装置を使用した場合の構成例である。
【０３４６】
［構成］
三次元画像情報取得再生システム９０１は、三次元画像撮像装置２（干渉光学部３、変調信号源部４、撮像部５を含む）、三次元画像信号処理部６、再生系信号処理部９８０、周辺回路部９９０、およびデータ記憶部９９８を備える。
【０３４７】
三次元画像撮像装置２としては、前述の第１〜第３実施形態（基本例および変形例）の何れを使用してもよい。もちろん、左右像２光波重畳部５００により、単眼式を双眼式に発展させたものとする。三次元画像撮像装置２の干渉光学部３については、便宜的に、光学レンズ系３ａ（レンズ部９０４と対応）と光学信号処理部３ｂに分けて示している。
【０３４８】
周辺回路部９９０は、カメラシステム制御部９９１、光学系制御部９９２、制御信号生成部９９４、および通信インタフェース部９９６を有する。周辺回路部９９０には、その他に、光源部１５０と光変調部１６０を備える変調部４や、図示しないが、たとえば、垂直走査部および水平走査部を具備する走査部なども設けられる。
【０３４９】
制御信号生成部９９４は、クロック発生部９９４ａ、クロック変換部９９４ｂ（クロック逓倍部）、信号処理パルス発生部９９４ｃ、およびプログラマブルパルス発生部９９４ｄ（ＰＧ）を有する。
【０３５０】
クロック発生部９９４ａは、基本クロックCLK0を生成する。基本クロックCLK0は、三次元画像撮像装置２側の光変調周波数ｆR  ，ｆG  ，ｆB に対応する３種が使用される。クロック変換部９９４ｂは、基本クロックCLK0に基づき、基本クロックCLK0よりも高速周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており、高速の内部クロックを生成する。
【０３５１】
信号処理パルス発生部９９４ｃやプログラマブルパルス発生部９９４ｄは、入力される基本クロックCLK0に同期したクロックをデバイス内の各部に供給するタイミングジェネレータの機能ブロックを備える。
【０３５２】
たとえば、信号処理パルス発生部９９４ｃは、ＲＧＢ波長成分別のサンプルホールドパルス、ＣＤＳパルス、ＡＤ変換クロックを、変調信号源部１６２が生成するＲＧＢ波長成分別の変調信号の変調角周波数ωと一定の関係を持って生成する。ここで「一定の関係」とは、サンプルホールドパルス、ＣＤＳパルス、ＡＤ変換クロックと、変調信号の間における、角周波数（周波数）、位相、同期の関係を意味している。
【０３５３】
プログラマブルパルス発生部９９４ｄは、三次元画像信号処理部６やカメラシステム制御部９９１や光学系制御部９９２などが使用する各種の制御パルスを生成する。その動作はカメラシステム制御部９９１により制御される。
【０３５４】
通信インタフェース部９９６は、外部から供給される動作モードなどを指令するデータを受け取り、さらに三次元画像情報取得再生システム９０１内で生成したデータを外部に出力する。
【０３５５】
三次元画像信号処理部６は、撮像部５から出力される撮像信号（つまり三次元画像撮像装置２で取得された三次元画像信号）を処理して左右別かつＲＧＢ別の各波長成分のホログラムデータを生成する。三次元画像信号処理部６で生成された左右別かつＲＧＢ別の各波長成分のホログラムデータは、カメラシステム制御部９９１を経由してデータ記憶部９９８に記録され、物体BJの色彩立体像の形成（再生）に使用される。すなわち、データ記憶部９９８から読み出されて再生系信号処理部９８０で処理された後に色彩三次元画像再生部９１０にて色彩三次元画像3DCHが再生される。
【０３５６】
たとえば、三次元画像信号処理部６で取得されたホログラムデータはデータ記憶部９９８への記録が行なわれる。このようにしてデータ記憶部９９８に記録された各波長成分のホログラムデータは、再生系信号処理部９８０によって再生用の信号処理が施され、色彩三次元画像再生部９１０に再生データが入力されることで、再生されたホログラムデータに基づいて色彩三次元画像3DCHが再生される。
【０３５７】
［作用：撮像系］
光学レンズ系３ａを透過した物体情報を伴ったインコヒーレント光W1_ICHが、光源部１５０および光変調部１６０の作用を受けて、光学信号処理部３ｂでコヒーレント変換され、三次元画像撮像装置２について前述した光学信号処理が施される。三次元画像撮像装置２で生成されたコヒーレントなホログラム形成光CH（物体光と参照光）は、撮像部５に入射して撮像面上に、左右別かつＲＧＢ別の各干渉縞よりなるカラーホログラムを形成する。撮像部５では、そのカラーホログラムを電子的に撮像することで、各画素では光電変換がなされカラーホログラムを表わす電気信号（撮像信号S5）に変換し、三次元画像信号処理部６に供給する。
【０３５８】
ここで、ホログラム形成光CHには、色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分が含まれており、撮像部５により撮像されるカラーホログラムは、左右別かつＲＧＢ別の各干渉縞が重畳されたものである。したがって、撮像部５で取得される撮像信号S5は、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号が重畳しているものである。以下では、変調Ｒ画素信号と変調Ｇ画素信号と変調Ｂ画素信号を纏めて変調ＲＧＢ画素信号とも称する。
【０３５９】
三次元画像信号処理部６では、撮像信号S5が画素ごとに順次読み出され、ＲＧＢ別の系統に分けられて各種の信号処理が施され、デジタルデータに変換（ＡＤ変換）される。ＡＤ変換されたホログラムデータは、ＲＧＢ別にデータ処理が施され、データ記憶部９９８に記録される。データ記憶部９９８に記録することなく、ＲＡＭ（Random Access Memory：随時書込み読出しメモリ）に記憶して直ちに再生に供するようにしてもよい。
【０３６０】
三次元画像信号処理部６では、撮像信号S5について、ホログラム形成光CHに含まれている色彩立体像を表わすＲ，Ｇ，Ｂの各波長成分にそれぞれ対応するように、Ｒ，Ｇ，Ｂの成分に分けてアナログ信号処理やデジタルデータ処理を行なう。そのために、ＲＧＢ別のサンプルホールドパルス、ＣＤＳパルス、ＡＤ変換クロックなどが信号処理パルス発生部９９４ｃから発生される。
【０３６１】
このように、本実施形態の撮像系の信号処理では、撮像部５に使用される信号電荷生成部（フォトダイオード部）はＲＧＢ光変調信号が重畳された形（白色光）で受光し、これを光電変換する。
【０３６２】
光変調部１６０には、ＲＧＢコヒーレント光（物体光および／または参照光）を異なる変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）でそれぞれ変調するための変調信号が光変調部１６０（図示しない変調信号源部１６２）から印加される。
【０３６３】
ここで、三次元画像撮像装置２側に適用されるＲＧＢ用の変調角周波数ωR ，ωG ，ωB （変調周波数ｆR ，ｆG ，ｆB ）の各変調信号は、固体撮像装置（撮像部５）のフレーム周波数の整数倍または水平駆動周波数の整数倍にするのがよい。
【０３６４】
撮像部５で受光した画素信号は電気的に変調しており、時間的ＲＧＢで（＝変調周波数で）コーディングされている。ＲＧＢ像信号は左右別かつＲＧＢ別の各変調周波数を中心にある帯域幅の中に分布するが、ノイズ光は周波数空間に一様に分布する。
【０３６５】
このため、ノイズ光は電気信号処理で除去できる。ＲＧＢに対しては既に時間的にコーディングされているため、改めて空間的な周期性でコーディングされたモザイク光学フィルタを使用する必要がない。
【０３６６】
三次元画像撮像装置２側の変調周波数と電気信号処理系統のフレーム周波数や水平駆動周波数の間に比例関係を持たせることで、ＡＤ変換などの信号処理が適切になされる。
【０３６７】
また、ＡＤ変換時にＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロック（基本ＣＬＫ周波数）を用い、これらの周波数と三次元画像撮像装置２側のＲＧＢ変調周波数を同じにする。同じにしない場合は、ＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロックを光変調周波数の整数倍にする。
【０３６８】
好ましくは、ＲＧＢ別の３つのＡＤ変換クロックと光変調周波数をそれぞれ同期させる。たとえるならば、高速度ストロボ撮影時の行為と類似であり、タイミングがずれていると静止状態の映像が撮れないが、同期させると静止状態の映像が撮れる。
【０３６９】
これらによって、当該信号のみを正しくＡＤ変換し、遅延によるノイズも発生しないようにすることができる。画素信号の伝送遅延や歪みによるノイズ信号が発生しない。それほど精度が要求されない場合、高速ＡＤ変換が実現できる。アナログ、デジタル両変調方式が適用できる。システム化した際の電気信号処理が楽になる。
【０３７０】
［作用：再生系］
再生系の色彩三次元画像再生部９１０では、レーザパネル光源部から放射されたレーザ光を、再生系信号処理部９８０による再生信号処理に従ってマトリクス型表示パネルや変調偏光層などを透過させる。これにより、カラーの三次元像が空間に再生されて観察される。ここで、半導体レーザより放出される左右別かつＲＧＢ別の波長は撮像の際に使用した半導体レーザのＲＧＢ放射波長と同じであることが望ましい。
【０３７１】
色彩三次元画像再生部９１０は、ｓｉｎωｔ成分表示層とｃｏｓωｔ成分表示層を具備するものとする。ｓｉｎωｔ成分表示層では再生像信号のｓｉｎ成分に相当するデジタル処理された電気信号に基づき表示される。ｃｏｓωｔ成分表示層では再生像信号のｃｏｓ部に相当するデジタル処理された電気信号に基づき表示される。
【０３７２】
つまり、式（５）で示したように、再生系信号処理部９８０での再生信号処理においては、ｓｉｎωｔ成分とｃｏｓωｔ成分の別にデータを取得する。そして、マトリクス型表示パネルのｓｉｎωｔ成分表示層は三次元画像情報を伴うｓｉｎωｔ成分のデータで、ｃｏｓωｔ成分表示層は三次元画像情報を伴うｃｏｓωｔ成分のデータで表示駆動する。このとき、正しく立体像を再生させるために、画像情報を有したｓｉｎ成分の光波とｃｏｓ成分の光波を、偏光方向を揃えて重畳させるようにする。
【０３７３】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０３７４】
また、前記の実施形態は、クレーム（請求項）に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０３７５】
双眼のホログラム像を１つの撮像部で取得するように左右の成分を重畳し光路上や撮像部で干渉させるものである限り、モノクロ撮像・色彩撮像は不問であるし、鮮明さを求めないのであれば物体光をコヒーレント光に変換することは必須でない。
【０３７６】
インコヒーレントな物体光をコヒーレントな光と同軸で同方向からインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させてコヒーレントな物体光を生成することで高解像度の色彩ホログラムを撮像する仕組みでは、撮像部がモノクロ用であることは必須ではない。
【０３７７】
インコヒーレントな物体光をコヒーレントな光と同軸で同方向からインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させてコヒーレントな物体光を生成することで高解像度の色彩ホログラムを撮像する仕組みでは、撮像部がモノクロ用であることは必須ではない。特許文献３のように、カラー用の走査型の撮像部で撮像してもよいし、コヒーレントな物体光と参照光をＲＧＢの各成分に分離してＲＧＢ別の撮像部に入射させてもよい。
【０３７８】
撮像部がモノクロ用である仕組みでは、インコヒーレントな物体光をコヒーレントな光と同軸で同方向からインコヒーレント光−コヒーレント光変換部に入射させてコヒーレントな物体光を生成することは必須ではない。特許文献３のようにインコヒーレントな物体光と参照光で色彩ホログラムを撮像する際に、特許文献３とは異なり撮像部をモノクロ用として、信号処理でＲＧＢ成分ごとの分離を行なう本実施形態の仕組みを適用してよい。
【符号の説明】
【０３７９】
２…三次元画像撮像装置、３…干渉光学部、４…変調信号源部、５…撮像部、６…三次元画像信号処理部、１０２…ＩＣＨ−ＣＨ光変換素子、１０４…位相共役鏡、１０６…光変調素子、１１０…入射光学系、１３０…撮像光学系、１３６…ビームスプリッタ、１４０…超音波光変調素子、１５０…光源部、１５２…物体波光源、１５４…参照波光源、１５６…レーザ光源、１６０…光変調部、１６２…変調信号源部、５００…左右像２光波重畳部、５１０，５６０…偏光子部、５２０，５３０，５７０…２光波重畳部、５５０…半透明鏡、９００…三次元画像撮像再生装置、９０１…三次元画像情報取得再生システム、９１０…色彩三次元画像再生部、９８０…再生系信号処理部、９９０…周辺回路部９９０、９９８…データ記憶部、BJ…物体
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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