(57)【要約】  本発明は、ホログラムをディジタルホログラム装置、例えばディジタルホログラム顕微鏡で再構成する場合における実像と虚像のオーバーラップという問題を解決するディジタルホログラム記録・再構成装置及び方法に関する。この装置は、ＣＣＤ上に記録されたホログラム領域を分割し、分割された各領域を一時的に記録し、それより領域の各々についてその分割領域を除いて領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにし、一時的に記録された再構成ホログラム像の各々を統合することにより虚像を除去した状態で再構成像を出力するホログラム再構成モジュールと、ホログラム再構成モジュールの分割操作、中間記録操作及び統合操作を含むＣＣＤ上へのホログラム記録を制御し、かくして物体の完全なホログラフィー情報が得られるようにする制御ユニットとを有する。【選択図】図１
2010522350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラムをＣＣＤ上に記録して再構成する装置であって、前記装置は、ビームをビームスプリッタで分割して物体及び第１の対物レンズを通る物体ビーム及び第２の対物レンズを通る参照ビームを作り、前記物体ビームと前記参照ビームの干渉によってホログラムを作るようになっており、前記ディジタルホログラム記録・再構成装置は、
前記ＣＣＤ上に記録されたホログラム領域を分割し、各分割領域の再構成ホログラムを一時的に記録して各領域の外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにし、一時的に記録された前記再構成ホログラムを統合して再構成像を虚像が除去された状態で出力するホログラム再構成モジュールと、
前記ＣＣＤ上への前記ホログラム記録操作並びに前記ホログラム再構成モジュールによる前記ホログラム分割操作、前記一時的記録操作、及び前記統合操作を制御する制御ユニットとを有する、装置。
【請求項２】
前記ホログラム再構成モジュールは、前記ＣＣＤ上に記録された前記ホログラムを前記ＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として対称に分割する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記ホログラム再構成モジュールは、前記ＣＣＤ上に記録された前記ホログラムを前記ＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として４つの領域に対称に分割する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記ホログラム再構成モジュールは、
前記ＣＣＤ上に記録された前記ホログラムを種々の領域に分割するホログラム分割ユニットと、
再構成されたホログラムを一時的に記録し、前記ホログラム分割ユニットによって分割された各領域の外に位置する残りの領域の画素値がゼロに設定されるようにするホログラム一時的記録ユニットと、
一時的に記録された前記再構成ホログラム像の全てを統合することにより前記再構成ホログラム像を虚像が除去された状態で出力するホログラム統合ユニットとを有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記物体が存在していない場合に前記物体ビームと前記参照ビームの相互作用により生じたパターンであるフレネル帯の中心位置を前記ＣＣＤ上への前記ホログラムの記録前に前記ＣＣＤの前記記録面の水平中心線と垂直中心線の交差により作られた前記中心箇所に対応させるために前記ＣＣＤの位置を調節する、請求項１記載の装置。
【請求項６】
ディジタルホログラムをＣＣＤ上に記録して再構成する方法であって、前記方法は、ビームをビームスプリッタで分割して物体及び第１の対物レンズを通る物体ビーム及び第２の対物レンズを通る参照ビームを作り、前記物体ビームと前記参照ビームの干渉によってホログラムを作るようになっており、前記ディジタルホログラム記録・再構成方法は、
前記ＣＣＤ上に記録された前記ホログラムを種々の領域に分割するステップと、
各分割領域の再構成ホログラムを一時的に記録して各領域の外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにするステップと、
一時的に記録された再構成ホログラム像の各々を統合することにより再構成像を虚像が除去された状態で出力するステップとを有する、方法。
【請求項７】
前記ホログラムは、前記ＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として対称に分割される、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記ホログラムは、前記ＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として４つの領域に等しく分割される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記方法は、前記物体が存在していない場合に前記物体ビームと前記参照ビームの相互作用により生じた干渉パターンであるフレネル帯の中心位置を前記ＣＣＤ上への前記ホログラムの記録前に前記ＣＣＤの前記記録面の水平中心線と垂直中心線の交差により作られた前記中心箇所に対応させるために最初に前記ＣＣＤの位置を調節するステップを更に有する、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、前記ホログラム統合ステップによって統合された前記ホログラム中の虚像を表示している周辺領域を除去するステップを更に有する、請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、前記ホログラムの再構成中、０次回折光を除去する方法によって０次回折光を除去するステップを更に有する、請求項６記載の方法。
【請求項１２】
ディジタルホログラムをＣＣＤ上に記録して再構成する方法であって、前記方法は、ビームをビームスプリッタで分割して物体及び第１の対物レンズを通る物体ビーム及び第２の対物レンズを通る参照ビームを作り、前記物体ビームと前記参照ビームの干渉によってホログラムを作るようになっており、前記ディジタルホログラム記録・再構成方法は、
前記物体が存在していない場合に前記物体ビームと前記参照ビームの相互作用により生じた干渉パターンであるフレネル帯の中心位置を前記ＣＣＤ上への前記ホログラムの記録前に前記ＣＣＤの前記記録面の水平中心線と垂直中心線の交差により作られた前記中心箇所に対応させるために最初に前記ＣＣＤの位置を調節するステップと、
前記ＣＣＤ上に記録された前記ホログラムを種々の領域に分割するステップと、
各分割領域の再構成ホログラムを一時的に記録して各領域の外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにするステップと、
一時的に記録された前記再構成ホログラム像の各々を統合することにより再構成像を出力するステップと、
前記ホログラム統合ステップによって統合された前記ホログラム中の虚像を表示している周辺領域を除去するステップと、
前記ホログラムの再構成中、０次回折光を除去する方法によって０次回折光を除去するステップとを有する、方法。
【請求項１３】
前記ホログラムは、前記ＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として４つの領域に対称に分割される、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタルホログラムを記録したり再構成したりする装置及び方法、特に、二重像から虚像を完全に除去することによりホログラムを再構成することができるディジタルホログラム記録・再構成装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のホログラム技術に源を発するディジタルホログラム技術（例えば提供される参照ビーム及びホログラム乾板を用いる写真術のようなプロセスによる３次元（３Ｄ）像の記録・再構成方法）は、動画記録装置、例えばＣＣＤ（電荷結合デバイス）を用いて物体のホログラムデータをリアルタイムで収集し、３Ｄデータの数値計算によって物体の３Ｄ像を再構成する方法である。
【０００３】
概念的方法論は、約３０年前に示唆された。３Ｄ像再構成のための数値計算方法は、ＣＣＤ技術及びコンピュータ処理速度の技術進歩と関連して開発され、精力的な研究が、ますます広範な実用的用途について実施されている。
【０００４】
ホログラフィーによって物体の３Ｄデータを記録することにより、１回の記録で物体の３Ｄデータを収集し、数値的再構成により物体（サンプル）の再組織化３Ｄデータを表わすことができ、かくして、かかる手法は、既存のハイテク顕微鏡法と比べて比較できないほど優れている。
【０００５】
かかる３Ｄデータ技術の広範な利用は、３Ｄ表示が望ましい多種多様な分野で期待されている。
【０００６】
ディジタルホログラム顕微鏡法は、大きくは、対物レンズを用いる顕微鏡法とそうではない顕微鏡法に分けられ、対物レンズを用いる顕微鏡法を透過型と反射型に分けることができ、他方、これら顕微鏡法は、両方とも、マッハ・ツェンダー型干渉法を利用したディジタルホログラム顕微鏡法である。
【０００７】
ホログラフィーフィルムに代えてＣＣＤを用いる際、ＣＣＤに入力される情報は、ホログラフィーフィルムに露光される情報と同一であり、かかる情報は又、ホログラフィーの同一の一般的原理に基づいている。
【０００８】
一般的に言って、ホログラフィー記録のため、レーザビームは、２つのビームに分割され、一方は、参照ビームとして用いられ、他方は物体ビームとして用いられ、２つのビームに起因して得られる干渉パターンは、ホログラフィー乾板上に記録される。実像及び虚像を含む物体の３Ｄホログラムは、記録された乾板を現像し、レーザの使用によりホログラムを再構成することにより作られる。
【０００９】
数値解析の際、ホログラム乾板上の特定の点（ｘ，ｙ）上におけるホログラムの強度ＩH（ｘ，ｙ）は、次のように表わされる。
【数１】
2010522350.tif 000003
【００１０】
上式において、Ｒは、参照ビームであり、Ｏは、物体ビームであり、Ｒ*は、参照ビームの対複素数（pair complex number）であり、Ｏ*は、物体ビームの対複素数である。
【００１１】
数１では、右辺の第１項は、参照ビームの強度であり、第２項は、物体ビームの強度であり、第３項は、虚像を表わし、第４項は、実像を表わしている。
【００１２】
ところで、参照ビームと物体ビームとの間のオーバーラップ角度は、ホログラフィーフィルムに代えてＣＣＤデバイスを用いた場合のＣＣＤの画素サイズの制限によって制約され、角度が制限されたオフアクシスホログラム及びインラインホログラム（ゲーバーホログラム（Gabor hologram））だけを用いてもホログラフィーデータを得ることができる。
【００１３】
これらホログラムのうち、インラインホログラムは特に、ＣＣＤ全体を用いることにより像を得ることができるという利点を有している。
【００１４】
しかしながら、インラインホログラムは、像の再構成の際に０次回折光、実像、虚像が区別無く混在しているという問題を抱えている。
【００１５】
したがって、ホログラムの再構成の際に実像か虚像かのいずれか及び０次回折光を除去することにより、記録されている物体の実際の情報を得ることができる。
【００１６】
０次回折光を除去する公知の方法は、ＤＣ抑制法、高域通過フィルタ法及び物体ビームだけをホログラムで記録することにより０次回折光を除去する方法である。
【００１７】
しかしながら、０次回折光を除去するこれら伝統的な方法は、０次回折光を除去するに過ぎず、実像と虚像の二重像オーバーラップの問題は、そのままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、記録されたホログラムを、ディジタルホログラムの記録・再構成装置、例えばディジタルホログラム顕微鏡で再構成する際における実像と虚像のオーバーラップという問題を解決することによって物体の完全な情報を得るためのディジタルホログラムの記録・再構成方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明は、ホログラムをＣＣＤ上に記録して再構成する装置であって、装置は、ビームをビームスプリッタで分割して物体及び第１の対物レンズを通る物体ビーム及び第２の対物レンズを通る参照ビームを作り、物体ビームと参照ビームの干渉によってホログラムを作るようになっており、ディジタルホログラム記録・再構成装置は、ＣＣＤ上に記録されたホログラム領域を分割し、その分割領域を除く領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにし、一時的記録の際に各ホログラムを再構成し、一時的に記録された再構成ホログラムを統合することにより虚像のない再構成像を出力するホログラム再構成モジュールと、ホログラム再構成モジュールによる領域へのホログラムの分割操作、中間記録装置及び統合操作を含むＣＣＤ上へのホログラム記録操作を制御する制御ユニットとを有することを特徴とする装置を提供する。
【００２０】
本発明のディジタルホログラム記録・再構成装置のホログラム再構成モジュールは、ＣＣＤ上に記録されたホログラムを種々の領域に分割するホログラム分割ユニットと、再構成されたホログラムを一時的に記録し、ホログラム分割ユニットによって分割された各領域の外に位置する残りの領域の画素値がゼロに設定されるようにするホログラム一時的記録ユニットと、一時的に記録された再構成ホログラム像を統合することにより虚像のない再構成ホログラム像を出力するホログラム統合ユニットとを有する。
【００２１】
また、本発明のディジタルホログラム記録・再構成装置の制御ユニットは、物体が存在していない場合に物体ビームと参照ビームの相互作用により生じたパターンであるフレネル帯の中心位置をＣＣＤ上へのホログラムの記録前にＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差により作られた中心箇所に対応させるためにＣＣＤの位置を調節する。
【００２２】
上述の目的を達成するために、本発明は、ディジタルホログラムをＣＣＤ上に記録して再構成する方法であって、この方法は、ビームをビームスプリッタで分割して物体及び第１の対物レンズを通る物体ビーム及び第２の対物レンズを通る参照ビームを作り、物体ビームと参照ビームの干渉によってホログラムを作るようになっており、ディジタルホログラム記録・再構成方法は、ＣＣＤ上に記録されたホログラムを種々の領域に分割するステップと、各分割領域を再構成すると共に一時的に記録して領域の各々につき、その分割領域を除く領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにするステップと、一時的に記録された再構成ホログラム像の各々を統合することにより虚像のない再構成像を出力するステップとを有することを特徴とする方法を提供する。
【００２３】
本発明のディジタルホログラム記録・再構成方法は、物体を取り除いたときに物体ビームと参照ビームの相互作用により生じたパターンであるフレネル帯の中心位置をＣＣＤ上へのホログラムの記録前にＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差により作られた中心箇所に対応させるために最初にＣＣＤの位置を調節するステップを有する。
【００２４】
本発明のディジタルホログラム記録・再構成方法は、オーバーラップ状態のホログラムの虚像を表示している周辺領域を除去するステップ及びホログラムの再構成中、０次回折光を除去する方法によって０次回折光を除去するステップのうちの１つ又は２つ以上を更に有する。
【００２５】
本発明の実施形態では、本発明の装置及び方法は、ＣＣＤ上に記録されたホログラムをＣＣＤの記録面の水平中心線と垂直中心線の交差によって作られる中心点を基準として４つの領域に対称に分割する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、例えばディジタルホログラム顕微鏡のような装置によって、ホログラムを記録したり再構成したりする際における実像と虚像のオーバーラップの問題を解決することにより完全な物体情報を得る装置及び方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する装置のうちでディジタルホログラム顕微鏡に特に適した構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する装置における図１のホログラム再構成モジュールの一例を詳細に示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の図１のディジタルホログラム記録・再構成装置において、物体サンプルを取り除いたときに参照ビームと物体ビームの相互作用により作られた干渉パターンのＣＣＤ上に表示されると共に記録されたゾーンプレート型ホログラム写真図、（ｂ）は、（ａ）の中央部分の拡大写真図である。
【図４】図１のディジタルホログラム記録・再構成装置においてフォトマスクパターンをサンプル物体として用いたＣＣＤにより記録されたホログラムの一例を示す写真図である。
【図５】従来方法における図４のＣＣＤにより作られたホログラムの一例を示す写真図であり、実像と虚像がオーバーラップした状態を示す図である。
【図６】本発明の図４のＣＣＤにより作られたホログラムの一例を示す写真図であり、互いにオーバーラップしている実像と虚像が空間的に分離されて再構成されている状態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に従ってホログラムの再構成の際に周辺領域のところの虚像を除くと共に中央に位置する０次回折光を除去する前の状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する方法を概略的に示す動作流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の上述の利点及び特徴並びにこれらを得る方法は、添付の図面と関連して本発明の以下の説明を参照すると明らかになろう。本発明は、以下に説明する本発明の実施形態によっては限定されず、種々の形態で実現できる。本発明は、当業者が本発明の精神及び範囲を完全に理解することができるよう実施形態によって十分に開示されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。開示全体にわたり、対応の参照符号は、対応の部分を示している。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する装置のうちでディジタルホログラム顕微鏡に特に適した構成を概略的に示す図である。
【００３０】
図１は、特にマッハ・ツェンダー型干渉法を利用してディジタルホログラムを記録して再構成する装置を示している。
【００３１】
本発明のディジタルホログラム記録・再構成装置は、主要構成要素として、光源（１）と、参照ビームを作る部品（１０，２０，２，５，８，９，７，４０，６）と、物体ビームを作る部品（１０，２０，２，５，３，３０，８０，４）と、物体ビームと参照ビームの相互作用により作られたパターンを記録するＣＣＤ（１００）と、分割／一時的記録を行い、ＣＣＤ上に記録されたホログラムを統合することにより虚像のない再構成像を出力するホログラム再構成モジュール（１０１）と、ＣＣＤ上への記録操作並びにホログラム再構成モジュールによる分割操作、一時的記録操作及びホログラム統合操作を制御する制御ユニット（１１０）とを有し、ホログラム再構成モジュール（１０１）は、ＣＣＤ上に記録された干渉縞を数値解析するソフトウェアの入った記録媒体を有するのが良い。
【００３２】
良好な可干渉性を備えたレーザビームが、光源（１）として用いられている。例えば、波長が６３２．８ｎｍの連続発振（ＣＷ）Ｈｅ‐Ｎｅレーザを用いるのが良い。レーザビームは、２つの鏡（１０，２０）により反射されてビームスプリッタ（５）に当たり、レーザビームの強度は、第１の中性（ニュートラル）フィルタ（ＮＤフィルタともいう）によって制御できる。
参照ビームを作るため、光源（１）のレーザビームをビームスプリッタ（５）により２つのビームに分割する。ビームスプリッタ（５）は、例えば、半透鏡であるのが良い。
【００３３】
ビームスプリッタ（５）により分割された２つのビームのうちの一方のビームを参照ビーム（２１）として用いる。参照ビームを作る一例として、ビームを第２の対物レンズ（８）、ピンホール（９）及びレンズ（７）を用いて或る特定のサイズまで拡大するのが良く、参照ビーム（２１）をＴＥＭ00形状の互いに平行な光線を作ることにより生じさせることができる。
【００３４】
ビームスプリッタ（５）により分割された他方のビームは、ビームの強度を調節する中性フィルタ（３）を通過し、反射器（３０）により反射され、フォトマスク物体（８０）に入射して第１の対物レンズ（４）により或る特定の距離のところに物体の像を結ぶ。物体ビームの強度を第２の中性フィルタ（３）により制御することができる。例えば、第１の対物レンズ（４）は、１０倍、２０倍、５０倍又は１００倍等の倍率を有するのが良い。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する装置における図１のホログラム再構成モジュール（１０１）の一例を詳細に示す図である。このホログラム再構成モジュール（１０１）は、ＣＣＤにより記録されたホログラムを種々の領域に分割するホログラム分割ユニット（１０１ａ）と、各分割領域を一時的に記録し、それにより領域の各々について、その分割領域を除く領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにする一時的ホログラム記録ユニット（１０１ｂ）と、一時的に記録された再構成ホログラム像の各々を統合することにより虚像のない再構成ホログラムを出力するホログラム統合ユニット（１０１ｃ）とを有する。
【００３６】
図３の（ａ）は、本発明の図１のディジタルホログラム記録・再構成装置において、物体（８０）のサンプルを取り除いたときに参照ビームと物体ビームの相互作用により作られた干渉パターンのＣＣＤ（１００）上に表示されると共に記録されたゾーンプレート型ホログラム写真図、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の中央部分（Ａ）の拡大写真図である。
【００３７】
図３の（ａ）及び（ｂ）に示されているように、丸いフレネル帯型パターンがＣＣＤ上に示されている。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態では、図３の（ｂ）に示されているように、フレネル帯の円の中心は、水平中心線（５１）がＣＣＤ（１００）の記録面（５２）の垂直中心線（５２）と交差する箇所、即ち、２つの中心線（５１，５２）の中間点（５３）に位置している。例えば、ＣＣＤ（１００）が１０２４×１０２４画素から成る場合、中心（５３）の画素位置は、水平軸線上の画素５１２且つ垂直軸線上の画素５１２のところに位置する。
【００３９】
図４は、図１のディジタルホログラム記録・再構成装置においてフォトマスクパターンをサンプル物体（８０）として用いたＣＣＤにより記録されたホログラムの一例を示す写真図であり、フォトマスクパターンの開放部分を通ったレーザビームの部分だけがＣＣＤの記録面上に投射される。図４に示されているように、物体（８０）を通過した物体ビームと参照ビームの相互作用に起因して生じた干渉パターンが見える。
【００４０】
図５は、従来方法（ありふれた数値解析方法）における図４のＣＣＤにより作られたホログラムの一例を示す写真図であり、実像と虚像がオーバーラップした状態を示す図である。
【００４１】
図５に示されているように、明るい正方形の形状が写真の中央に見え、かなり明確に画定された形状（左上のところのロケット形状、右上のところのロケット形状、左下のところの格子形状、右下のところの水筒形状）が、正方形の周りに示されている。またかなりぼんやりと（薄暗く）画定された形状（左上のところの水筒形状、右上のところの格子形状、左下のところのロケット形状、右下のところのロケット形状）が、明確に画定された形状の周りに見える。写真の中央のところの明るい正方形領域は、０次回折光であり、明確に画定された形状は、実像を構成し、ぼんやりと画定された形状は、虚像を構成する。伝統的な技術、例えばＤＣ抑制法により又は高域通過フィルタの使用により除去できる。
【００４２】
図５の分析により示されたこととして、周囲の虚像は、実像に対してその周りに１８０°回転してある。さらに、周囲の虚像は、実像と比較して大きさが減少している。
【００４３】
したがって、本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する装置及び方法は、実像を虚像から分離するためにＣＣＤ（１００）の記録面上に記録されたホログラムを４つの領域に分割する。４つの領域は、水平中心線（５１）及び垂直中心線（５２）によって分割される。４つの領域をそれぞれ領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄというものとする。
【００４４】
４つの領域を正確に対称に分割するため、物体なしで記録されたフレネル帯の同心円の中心は、ＣＣＤの中心に一致することが好ましい。制御ユニット（１１０）は、４つの領域を正確に対称に分割するためにＣＣＤ（１００）の位置を制御することができる。
【００４５】
図６は、本発明の図４のＣＣＤにより作られたホログラムの一例を示す写真図であり、互いにオーバーラップしている実像と虚像が空間的に分離されて再構成されている状態を示す図であり、図７は、本発明の実施形態に従ってホログラムの再構成の際に周辺領域のところの虚像を除くと共に中央に位置する０次回折光を除去する前の状態を示す図であり、図８は、本発明の実施形態に従ってディジタルホログラムを記録して再構成する方法を概略的に示す動作流れ図である。
【００４６】
制御ユニット（１１０）は、ＣＣＤ（１００）によりホログラムデータを記録し、ホログラム再構成モジュール（１０１）による分割／一時的記録／ホログラム統合操作を制御する。
【００４７】
それにより、図８に示されているホログラム再構成モジュール（１０１）は、ＣＣＤにより記録されたホログラムをホログラム分割ユニット（１０１ａ）により４つの領域に分割し、各分割領域を一時的に記録し、それにより領域の各々について、その分割された領域以外の領域の残部の画素値が一時的ホログラム記録ユニット（１０１ｂ）によりゼロに設定されるようにし、一時的に記録された再構成ホログラム像の各々をホログラム統合ユニット（１０１ｃ）により統合することにより虚像のない再構成ホログラムを出力する。
【００４８】
このプロセスは、記録媒体上に保存されているソフトウェアにより実行されるのが良く、記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ若しくは他の種類のメモリ又はストレージ装置、例えば磁気ディスク及び光ディスクであるのが良い。
【００４９】
ホログラム再構成モジュール（１０１）による分割／一時的記録／統合の操作に関する詳細な説明は次の通りである。
【００５０】
先ず最初に、ＣＣＤ（１００）の記録面上のホログラムは、領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分割されて各領域の一時的再構成像が一時的に記録される。すなわち、領域Ａに関し、その領域の一時的再構成像が作られて一時的に記録され、領域Ａの外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにする。同じことは、他の領域について行われ、その結果、領域Ｂの一時的再構成像が作られて一時的に記録され、領域Ｂの外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにし、領域Ｃの一時的再構成像が作られて一時的に記録され、領域Ｃの外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにし、領域Ｄの一時的再構成像が作られて一時的に記録され、領域Ｄの外に位置する領域の残部の画素値がゼロに設定されるようにする。一時的再構成像が、Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′に示されている。
【００５１】
図６のＡ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′に示されているように、数値解析による一般的なホログラム再構成方法の場合と同様、虚像は、サイズが減少し、実像と比較して１８０°ぐるりと回転している。また、周辺領域の虚像も又、実像と比較してサイズが減少している。虚像がサイズが減少すると共に周辺領域に位置しているので、Ａ′，Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′を合成して周辺部分を除去すると、写真、例えばＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを作ってこれらを出力することができる。
【００５２】
図６では、中央の写真は、本発明のディジタルホログラムを記録して再構成する装置及び方法に従ってホログラム再構成の数値解析方法により再構成された写真（平面的な写真）であり、周辺領域のところの虚像及び中央部分のところの０次回折光が除去されている。周辺領域のところの虚像及び中央部分のところの０次回折光を図６の中央の写真の場合のように除去すると、これは図４の写真とほぼ同一になることが理解できる。
【００５３】
図７は、本発明の実施形態に従ってホログラムの再構成の際に周辺領域のところの虚像を除くと共に中央に位置する０次回折光を除去する前の状態を示している。公知の技術、例えばＤＣ抑制法を利用することにより又は高域通過フィルタに通すことにより中央部分のところの０次回折光を除去することができ、他方、周辺領域の写真を除去するには、写真を物理的に単純に削除するのが良い。
【００５４】
図８は、本発明の実施形態における数値解析プロセスを示す動作流れ図である。図８のホログラム再構成アルゴリズムで利用される数値解析法は、次の通りである。
【００５５】
ディジタルホログラフィーとディジタルホログラム顕微鏡法の唯一の差異は、レンズによる物体ビームの拡大（ＭＯ）である。ＣＣＤは、一般に、ホログラムをディジタルホログラフィーで記憶する装置として用いられる。ＣＣＤの仕様は、画素数（Ｎｘ  Ｘ  Ｎｙ）、画素サイズ（Δｘ  Ｘ  Δｙ）及びセンササイズ（Ｌｘ  Ｘ  Ｌｙ）である。ＣＣＤの画素（ｋ，ｌ）に記憶されている干渉強度情報は、次の数２として表わされる。
【数２】
2010522350.tif 000004
【００５６】
数２の場合と同様、参照ビーム及び物体ビームからのホログラムデータは、数値による像を再構成する際に用いられる。参照ビーム及びホログラムデータを用いる数値的再構成波（Ｉh）は、数３によって表わされる。
【数３】
2010522350.tif 000005
【００５７】
この場合、第１項及び第２項は、０次回折像であり、第３項は、虚像であり、第４項は実像である。像がフレネルの方程式に従って形成される箇所のところの波分布は、数４で示される。
【数４】
2010522350.tif 000006
【００５８】
上式において、λは、用いられる光の波長であり、ｄは、ＣＣＤと像が再構成される箇所との間の距離であり、Ａは、定数である。
【００５９】
数４は、周波数領域（ξ／λｄ，η／λｄ）へのＩh（ｘ，ｙ）ｅｘｐ［（ｉπ／λｄ）・（ｘ2＋ｙ2）］のフーリエ変換である。一般に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）アルゴリズムは、数４を計算するために用いられる。数４は、複素数なので、再構成像は、数５として得られる。
【数５】
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【００６０】
位相像は、数６として与えられる。
【数６】
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【００６１】
数５及び数６を用いることにより２次元像及び３次元像を作ることができる。
【００６２】
数２〜数６を用いて４つの分割ホログラムをそれぞれ再構成するが、再構成のためのパラメータを入力する必要がある。主入力パラメータは、ＣＣＤ仕様、光の波長及びｄ値（ＣＣＤから像が再構成される箇所までの距離）である。第１、第２、第３及び第４の領域のホログラムを再構成する際、パラメータについて同一の値を入力する。再構成像を得るには、再構成する際、入力パラメータを再構成アルゴリズムの入力値として入力する。再構成された像は、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域の像である。再構成された像を得るには、第１の領域、第２の領域、第３の領域及び第４の領域の上述の再構成像の全てを１つに統合するのが良い。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、ディジタルホログラムを記録して再構成する装置、例えばディジタルホログラム顕微鏡でホログラムを再構成する際における虚像と実像のオーバーラップの問題をなしで済ますことにより、サンプルの完全な情報を提供することができるので、サンプルデータディスプレイに対する多種多様な要望を満たすことができ、ホログラフィーが用いられる種々の分野における利用が可能であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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