人工散乱体の最適設計に基づく超小型・広視野レンズレスカメラの実現

本研究では、散乱体の最適設計に基づく像情報の符号化と画像再構成処理の協調に基づく超小型・広視野撮像システムの実現を目標としている。本年度は、提案システムにおける散乱符号化光学素子の設計・実装に関する基礎検討を行った。一般的な撮像システムでは、レンズによる光学結像を前提として撮像を実装する。提案するレンズレス撮像システムでは、符号化光学素子による散乱像の形成と画像再構成処理の組み合わせにより撮像を実装する。レンズの光学結像を信号処理に置き換えるため、既存の撮像系における光学系サイズの物理限界及び視野の物理限界を打破することが可能である。ただし、画像再構成処理に適した散乱パターンを形成する符号化光学系の設計及び物理実装が重要な研究課題となる。本年度は、弱散乱体の一種である体積型ホログラム（三次元回折光学素子）を用いた符号化光学素子の設計法・実装法を検討した。体積型ホログラムの角度多重性を利用することで、様々な入射平面波に対して異なる出射散乱波を生成する符号化光学素子が実装できる。また、出射散乱波のパターンは干渉光学系を用いて人工的に設計できる。これらの性質を利用することで、画質の良いレンズレスイメージングが可能となる。本年度はホログラムを用いた複数の散乱波の記録・再生の実現性をビーム伝搬法に基づくシミュレーションにより確認した。また、干渉光学系と感光材料を用いたホログラムの物理実装に関する予備実験を行った。次年度は引き続きシミュレーションと光学実験の両面から符号化光学素子の設計・実装に関する検討を進め、提案システムのプロトタイプ構築を目指す。

本研究では、散乱体の最適設計に基づく像情報の符号化と画像再構成処理の協調に基づく超小型・広視野撮像システムの実現を目標としている。本年度は、提案システムにおける散乱符号化光学素子の設計・実装に関する基礎検討を行った。一般的な撮像システムでは、レンズによる光学結像を前提として撮像を実装する。提案するレンズレス撮像システムでは、符号化光学素子による散乱像の形成と画像再構成処理の組み合わせにより撮像を実装する。レンズの光学結像を信号処理に置き換えるため、既存の撮像系における光学系サイズの物理限界及び視野の物理限界を打破することが可能である。ただし、画像再構成処理に適した散乱パターンを形成する符号化光学系の設計及び物理実装が重要な研究課題となる。本年度は、弱散乱体の一種である体積型ホログラム（三次元回折光学素子）を用いた符号化光学素子の設計法・実装法を検討した。体積型ホログラムの角度多重性を利用することで、様々な入射平面波に対して異なる出射散乱波を生成する符号化光学素子が実装できる。また、出射散乱波のパターンは干渉光学系を用いて人工的に設計できる。これらの性質を利用することで、画質の良いレンズレスイメージングが可能となる。本年度はホログラムを用いた複数の散乱波の記録・再生の実現性をビーム伝搬法に基づくシミュレーションにより確認した。また、干渉光学系と感光材料を用いたホログラムの物理実装に関する予備実験を行った。次年度は引き続きシミュレーションと光学実験の両面から符号化光学素子の設計・実装に関する検討を進め、提案システムのプロトタイプ構築を目指す。