デジタルホログラフィー

デジタルホログラフィーは、デジタルセンサーアレイ^{[1] [2]、}通常はCCDカメラまたは同様のデバイスを使用してホログラムを取得および処理するものです。画像レンダリング、つまりオブジェクトデータの再構成は、デジタル化された干渉縞から数値的に実行されます。デジタルホログラフィーは、光位相データを測定する手段を提供し、通常は3次元の表面または光学厚さの画像を提供します。振幅、位相、偏光状態などの光波特性を評価するためのいくつかの記録および処理スキームが開発されており、デジタルホログラフィーは計測アプリケーションにとって非常に強力な方法となっています。^[3]

オフ アクシス構成では、参照ビームと物体ビームの間の小さな角度を利用して、物体と参照光場間の相互ビート寄与とこれらの場の自己ビート寄与の重なりを防ぎます。これらの発見は、アナログ ホログラフィーでEmmett LeithとJuris Upatnieksによって行われ、 ^[4]その後デジタル ホログラフィーに採用されました。この構成では、画像再構成に必要なのは記録されたデジタル インターフェログラム 1 つだけです。ただし、この構成は、位相シフトや周波数シフトなどの時間変調方式と組み合わせて使用​​して、低照度での高感度測定を行うこともできます。^[5]

位相シフト（または位相ステップ）デジタルホログラフィープロセスでは、複数の干渉縞をキャプチャする必要があります。各干渉縞は、照射された物体のすべての点から返された光と制御された参照光ビームとの間の光位相関係を示します。参照ビームの光位相は、1 つのサンプル干渉縞から次の干渉縞にシフトされます。これらの干渉縞の線形結合から、複素数値のホログラムが形成されます。これらのホログラムには、センサー面内の物体によって回折された光放射の振幅と位相の情報が含まれています。^[6]

電気光学変調器（ポッケルセル）または音響光学変調器（ブラッグセル）を使用することで、参照レーザービームの周波数を調整可能な量だけシフトすることができます。これにより、光ヘテロダイン検出が可能になります。これは、センサーの時間帯域幅内の特定の無線周波数光信号成分をシフトすることを目的とした周波数変換プロセスです。周波数シフトされたホログラムは、狭帯域レーザードップラーイメージングに使用できます。^[7]

ホログラムの時間的および空間的帯域幅の異なる領域を同時に処理することは、角度、^[8]波長、^{[9] [10]}空間分割、^[11]偏光、^[12]およびサイドバンド^{[13] [14]}多重化方式で成功しました。デジタルホログラムは、効率的な保存と伝送のために数値的に多重化および多重解除できます。振幅と位相は正確に回復できます。^[15]

超解像は、CCDアレイの開口を合成的に拡大する動的位相回折格子によって可能となる。^[16]粒子の超局在化は、光学/データ処理共同設計スキームを採用することで達成できる。^[17]

光学セクショニングは、断面画像再構成とも呼ばれ、3次元デジタルホログラムから特定の軸方向の深さで平面画像を復元するプロセスです。この問題を解決するためにさまざまな数学的手法が使用されており、最も汎用性の高い手法の1つは逆イメージングです。 ^{[18] [19] [20]}

デジタルホログラフィーの振幅と位相の3Dイメージング機能を使用することで、顕微鏡の焦点深度を広げることができます。^[21]

異なる方向から、または参照波の異なる方向から記録されたホログラムのセットをデジタル分析することで、大きな開口数を持つ対物レンズの数値エミュレーションが可能になり、解像度が向上します。^{[22] [23] [24]} この技術は干渉顕微鏡法と呼ばれています。

• コンピューター生成ホログラフィー
• デジタルホログラフィック顕微鏡
• ホログラフィック干渉法
• ホログラフィー

• Grilli, S.; Ferraro, P.; Nicola, S. De; Finizio, A.; Pierattini, G.; Meucci, R. (2001). 「デジタルホログラフィーによる全光波場再構成」. Optics Express . 9 (6): 294–302. Bibcode :2001OExpr...9..294G. doi : 10.1364/OE.9.000294 . PMID  19421300.