JP2003509835A - 可干渉光源用スペックル低減システム、スペックルコントラストの低減方法、及び照明装置のスペックル低減システム - Google Patents

可干渉光源用スペックル低減システム、スペックルコントラストの低減方法、及び照明装置のスペックル低減システム

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JP2003509835A JP2000595188A JP2000595188A JP2003509835A JP 2003509835 A JP2003509835 A JP 2003509835A JP 2000595188 A JP2000595188 A JP 2000595188A JP 2000595188 A JP2000595188 A JP 2000595188A JP 2003509835 A JP2003509835 A JP 2003509835A
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Abstract

(57)【要約】 スペックル低減システムは、可干渉光のパルスを一群のパルスレットに分割する。パルスレットは、時間的に離隔され、波面が空間的に歪まされている。１以上のビームスプリッタ３０が、上記パルスをパルスレットの群に分割する。これらパルスレットは、遅延ライン２２，２４，２６，２８に沿って循環される。遅延ラインの途中には、空間的波面歪形成器５０，５２，５４，５６，５８が設けられている。波面歪形成器５０，５２，５４，５６，５８は、パルスレットの波面形状を変える。パルスレットを時間的に離隔するとともに空間的に歪ませることにより、互いに異なる一群のスペックルパターンが形成される。これら一群のスペックルパターンは、計測器の積算期間内に互いに均される。これによって、スペックルコントラストが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この出願は、１９９９年１月２０日出願の合衆国仮出願番号６０／１１６，４
８２に基づいてなされたものであり、当該仮出願の利益を受けるべきものである
。
【０００２】 （技術分野） 可干渉光を用いた光学情報処理システム、特に光学画像用のシステムでは、「
スペックル」と呼ばれるランダムな強度パターン現象がみられる。スペックルを
低減するには、光源の変調からデジタル画像処理に至る様々な技術を必要とする
。
【０００３】 （背景及び発明の要約） レーザーは、多くの理由から、画像システムにとって魅力的な光源であると言
われている。例えば、非常に明るい光源になり得る。加えて、時間的可干渉性の
高い光（すなわち単色光）を出すため、色のずれを修正する必要が無い。これは
、紫外線帯域のように波長が短くなるほど特に有益になる。光源となる材料をあ
まり選ばなくても色のばらつきを修正しやすいからである。しかし、レーザー光
源は、空間的可干渉性も高くなる傾向がある。このような高い可干渉性を有する
光は、特に粗い表面から反射したり透過したりするのに伴って、空間的にランダ
ムな干渉模様を作る。これが、いわゆる「スペックル」である。
【０００４】 スペックルは、干渉模様や観測対象の画像などの光情報を不明瞭にするノイズ
の一種である。報告されているところによれば、スペックル低減へのアプローチ
は、５つのカテゴリーに分類される。 １．擬似的に拡張した光源によって出来た多数のスペックルパターンを平均化
するもの。すなわち空間的可干渉を効果的に低減するもの。 ２．様々な波長の光源によって出来た多数のスペックルパターンを平均化する
もの。すなわち時間的可干渉を効果的に低減するもの。 ３．照明領域の異なる部位から空間的にサンプリングすることによって発生し
た多数のスペックルパターンを平均化するもの。 ４．計測領域内の多くのスペックルや個々のスペックルの経時変化を平均化す
るもの。 ５．デジタル画像処理
【０００５】 本発明は、１番目に挙げたアプローチに最も近いが、それ以外のアプローチの
特徴をも組み合せ、スペックルの一層の低減を図るものである。例えば、本シス
テムは、静止した構成部材や無変化の準単色光源に対し効果的であるが、動く構
成部材や波長が変化する光源に対して一層効果的と思われる。上記の組み合せに
あたってはコストその他の雑多事項も考慮することにした。
【０００６】 この発明で扱われる準単色光源は、エキシマレーザーや固体レーザーのような
パルス光源である。パルス光源は、計測器の積算期間（integration interval）
（反応時間）より短い連続パルスを発射する。それだけでなく、準単色光源から
のパルスの可干渉距離は、計測器の積算期間に対応する最大パルス長より可及的
に短い。
【０００７】 この種の光学処理システムにおいて、本発明は、時間的分割と空間的歪とを組
み合せてスペックル低減を達成しようとするものである。各々のパルスは、パル
スレット(pulselets)に分割され、これらパルスレットが互いに重ね合わされな
がら連ねられている。パルスレットは、互いに同軸の波面と、上記パルスと同一
の長さ“ｌｐ”を持っているが、時間的に互いにずれる。このずれは、可干渉距
離“λｃ”より大きいことが好ましい。。このずれにより、パルスレットを重畳
して合成した長さ“ＬＴ”が増大し、最大限で計測器の積算期間を満たす。加え
て、各パルスレットは、可干渉距離“λｃ”以上離間した他のパルスレットに対
して波面が空間的に歪まされている。従って、各パルスレットは、特有のスペッ
クルパターンを時間毎に作る。このスペックルパターンは、可干渉距離“λｃ”
より離間した他のパルスレットで作られた別のスペックルパターンと合成される
。これによって、準単色光のスペックル効果が平均化され低減される。
【０００８】 スペックルコントラスト“Ｃ”により当該改良を値踏みすることができる。ス
ペックルコントラスト“Ｃ”は、次式で表現される。 ここで、“σ１”は、スペックルパターン強度の標準偏差であり、“ＩＭ”は、
スペックルパターンの平均強度である。完全な可干渉光源で作られたスペックル
パターンは、単位コントラスト（Ｃ＝１）を持っている。
【０００９】 スペックルコントラスト“Ｃ”は、強度“Ｉ”の独立したスペックルパターン
の数“Ｎ”（すなわちランダムなスペックルパターンを非干渉的に組み合わせた
もの）に対して以下の関係を有している。
【００１０】 すべてのスペックルパターンが同じエネルギーの光線から作られるとすると、
コントラスト“Ｃ”は、以下のようになる。 独立スペックルパターンの数“Ｎ”を増やすとスペックルコントラスト“Ｃ”が
減る。しかし、上記関係式の指数が効くため、スペックルコントラスト“Ｃ”の
１％未満での減少量は、“Ｎ”の値の増加に対して非常に緩慢である。例えば、
スペックルコントラストを２０％まで減らすには、２５個の独立スペックルパタ
ーンが必要である。スペックルコントラストを１％まで減らすには、１万個の独
立スペックルパターンが必要である。スペックルコントラストを０．１％まで減
らすには、百万個の独立スペックルパターンが必要である。
【００１１】 実際には、独立スペックルパターンの数“N”は、計測器の積算期間を満たす
のに必要な合成長さ“ＬＴ”と単色光の可干渉距離“λｃ”とにより、一般に次
のように規定される。 合成長さ“ＬＴ”が短いほど、独立スペックルパターン数“N”が減る。合成長
さ“ＬＴ”は、計測器の積算期間より長いと、照明の電力を無駄にし、独立スペ
クトルパターンをそれ以上平均化し積算期間内に収めることができない。
【００１２】 可干渉距離“λｃ”の範囲内で空間的に互いに歪まされたパルスを時間分割す
ると、独立スペックルパターン数“N”を異ならせることができる。パルスレッ
トを可干渉距離“λｃ”の範囲内で重ね合わせたときの強度パターンは、位相の
違いを考慮した個々の領域をベクトル的に合計することによって（合計を２乗す
る前に）確認できる。結果的に形成されるスペックルパターンがまったくランダ
ムであれば、スペックルコントラスト“Ｃ”を１にするのは可能である。しかし
、パルスレットを可干渉距離“λｃ”を越えるように重ね合わせて得られた強度
パターンは、個々の領域を２乗し、それを合計することによって確認できる。こ
れによって、全体が平均化され、スペックルコントラストを低減できる。
【００１３】 （詳細な説明） 図１に示すように、照明装置１０は、パルスレーザー源１２から発射された個
々のパルスを時間的に分割するとともに空間的に歪ませるための設備を有してい
る。パルスレーザー光源１２は、エキシマレーザーや固体レーザーで構成される
。固体レーザーとして、例えば四重周波数Ｎｄ：ＹＡＧレーザーが挙げられる。
ＹＡＧレーザーの中心波長“λ０”は、２６６ｎｍ（ナノメートル）であり、帯
域幅“Δλ”は、０．０１２ｎｍである。典型的なパルス長さ“ｌＰ”は、約４
ｎｓ（ナノ秒）、長さに換算すると１．２ｍ（メートル）である。
【００１４】 照射装置１０から発射された光は、最終的に計測器１４に到達する。計測器１
４は、入射光を位置の関数として測定することによって、光に付加された情報を
抽出する。入射光は、電気信号や写真画像などの他の形の情報に変換される。観
測に必要な量の光を採集するのに要する積算期間（反応時間、回復時間、または
露光時間）は、パルス長より長くなるようにするのが好ましく、可干渉距離“λ
ｃ”と比べると十分に長くなるようにするのが好ましい。これらの要件を満たす
ように、積算期間を例えば１５０ｎｓに設定する。
【００１５】 可干渉距離“λｃ”は、以下のように定義される。 この実施形態では、可干渉距離“λｃ”は、約６ｍｍ（ミリメートル）である。
積算期間１５０ｎｓに光速をかけることによって得られる最大標準合成長は、４
５ｍである。この合成長は、パルス長ｌＰ＝１．２ｍより長く、可干渉距離λｃ
＝６ｍｍと比べると十分に長い。
【００１６】 プリズム１６，１７（または鏡の組み合せや導波管などの他の光伝送系（opti
cal routers））は、レーザー１２からのパルス光線１８を、遅延ライン２０へ
向ける。遅延ライン２０は、５つの遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８の
組み合せのうちの第１番目の遅延ラインである。遅延ライン２０，２２，２４，
２６，２８には、ビームスプリッタブロック３０，３２，３４，３６，３８を介
して光が出入りするようになっている。パルス光線１８は、複数のパルス部分に
分割される。すなわち、共軸の波面を有する複数のパルスレットに分割される。
これらパルスレットが、プリズムの組み合せ（または鏡の組み合わせなどの他の
光伝送系）４０，４２，４４，４６，４８によって、遅延ライン２０，２２，２
４，２６，２８をぐるぐると循環させられる。各ライン２０，２２，２４，２６
，２８の３つのプリズムを各々区別するために、符号４０，４２，４４，４６，
４８に「ａ〜ｃ」を付してある。各遅延ラインの途中には、空間的波面歪形成器
（spatial aberrators）５０，５２，５４，５６，５８が配されている。これ
ら波面歪形成器５０，５２，５４，５６，５８は、表面に微小な歪みを与えられ
た光学素子（sculpted optics）などの波面に所定の形状を付与する光学素子で
構成され、パルスレットの横断面上の位置に応じて光路長に差を付けるようにな
っている。２つの遅延ライン２２，２４と２つの遅延ライン２６，２８は、プリ
ズム５２，５４，５６，５８で接続されている。
【００１７】 ビームスプリッタブロック３０は、パルス光線１８をパルスレット６０ａ，６
０ｂに分割する。パルスレット６０ａは、再び遅延ライン２０を循環する。パル
スレット６０ｂは、次のビームスプリッタブロック３２へ進み、このビームスプ
リッタブロック３２で、さらにパルスレット６２ａ，６２ｂに分割される。ビー
ムスプリッタブロック３４，３６，３８は、それぞれ入射したパルスレット６２
ｂ，６４ｂ，６６ｂを、さらに２つのパルスレット６４ａと６４ｂ、６６ａと６
６ｂ、６８ａと６８ｂに分割する。循環パルスレット６０ａ，６２ａ，６４ａ，
６６ａ，６８ａは、一周するごとに各ビームスプリッタ３０，３２，３４，３６
，３８で繰り返し分割される。これによって、パルスレット６０ａ，６２ａ，６
４ａ，６６ａ，６８ａの振幅がひとまわりごとに次第に小さくなる。最終的に、
時間的に互いにずれたパルスレットを合成してなるパルス光線１８が照明装置１
０から出射される。時間的にずれたパルスレットの合成長“ＬＴ”は、計測器１
４の積算期間より大きくならないようにするのが好ましい。
【００１８】 ビームスプリッタの透過と反射の比を調節することによっては勿論、遅延ライ
ン２０，２２，２４，２６，２８の数、及びこれらライン２０，２２，２４，２
６，２８の各々の光路長を調節することによっても、独立した（主な振幅の）パ
ルスレットの数“Ｎ”を最適化することができる。これら独立パルスレットは、
互いに時間的可干渉距離“λｃ”より大きくずれている。光エネルギーの半分は
あまり遅延せず半分はかなり遅延することとなるが、これを平均した平均遅延は
、すべての遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８にわたって１回循環したと
きに生じる遅延を合計したものに等しい。
【００１９】 各遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８に含まれる波面歪形成器５０，５
２，５４，５６，５８は、パルスレット６０ａ，６２ａ，６４ａ，６６ａ，６８
ａが循環するたびにその波面形状を新しくする。これによって、計測器１４にお
いて、独立した複数のパルスレットによって互いに異なるスペックルパターンが
形成される。波面歪形成器５０，５２，５４，５６，５８の表面では、不必要な
散乱を避けるために、滑らかな（例えば正弦波状の）変化が生じるようにするの
が望ましい。上記の正弦波は、周期がパルス直径より小さく、振幅が２〜３ミク
ロン以下（例えば０．５〜２．０ミクロン）であるのが望ましい。
【００２０】 また、波面歪形成器５０，５２，５４，５６，５８は、指向性や形状などが互
いに異なっているのが望ましい。これによって、波面の空間的形状、ひいては独
立パルスレットによるスペックルパターンをさらにランダム化することができる
。時間的にずれたパルスレットどうしの空間的歪の合計値は、散光器などの他の
光学的増大機器が無くても照明に支障が出ない量にするのが望ましい。波面歪形
成器５０，５２，５４，５６，５８は、他から分離した光学系であることが望ま
しいが、遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８の光学素子、すなわちビーム
スプリッタ３０，３２，３４，３６，３８やプリズム４０，４２，４４，４６，
４８などに一体に組み入れてもよい。
【００２１】 下の表は、正弦波状の歪を形成する５つの歪形成器に関する例示データである
。これら歪形成器による上記正弦波の山と谷との間の幅は、１ミクロン（μｍ）
から２ミクロン（μｍ）の範囲で設定されている。１周期分の長さは、０．５ｍ
ｍと２．０ｍｍの２つである。
【００２２】 ここで、以下の仮定を行う。 （ａ）遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８の途中で光の損失は起きない。 （ｂ）全てのビームスプリッタブロック３０，３２，３４，３６，３８の反射率
“Ｒ”が等しい。 （ｃ）遅延ラインの全ての光路を通過することにより、独立スペックルパターン
に非干渉性が付与される。 このとき、スペックルコントラストの理論的な極小値は、次の方程式で与えられ
る。
【００２３】 スペックルコントラストを最も低いレベルにするようなビームスプリッタブロ
ックの反射率“Ｒ”の値は、遅延ラインの数とは無関係であり、次式で与えられ
る。
【００２４】 遅延ラインの数が与えられたときのコントラスト“Ｃ”の実際の値は、最小コ
ントラスト“Ｃｍｉｎ”より少し大きくなると予想される。可干渉距離“ＬＣＯ Ｈ ”の概念は、光源のガウス関数などのコヒーレンス関数に基づくものだからで
ある。ガウスコヒーレンス関数の半値全幅（ＦＷＨＭ）が、可干渉距離になる。
有限な可干渉距離について説明すると、スペックルコントラスト“Ｃ”は、正確
には以下の方程式で表される。 ここで、項“Λ（ｄｊｋ）”は、光線の“ｊ”と“ｋ”との遅延距離差を評価す
るコヒーレンス関数である。光源がガウスコヒーレンス関数で与えられ、半値全
幅が“ＬＣＯＨ”であれば、項“Λ（ｄｊｋ）”は、次の形になる。
【００２５】 グローバル最適化法によって、遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８の好
ましい長さを決め、ひいてはスペックス低減を達成することができる。グローバ
ル最適化法については、「The journal of Global optimization 6, pages 1-34
(1995)」のAndrew E.W.JonesとG.W.Forbesによる表題、"An adaptive simulated
annealing algorithm for global optimization over continuous variables,"
を参照のこと。サイズと配列については、最長の遅延ライン２８の許容長さ内で
十分検討する。最も短い遅延ライン２０には、波面歪形成器５０を配する余地を
残す必要がある。これらの要件を満たす実験例は、以下のようになる。
【００２６】 遅延ライン要素の位置合わせによって、スペックルを低減できるか否かが決ま
る。位置合わせ中は、歪形成板を抜いておく。そして、入力光線１８の直径を１
．５ｍｍに絞る。出力光線６８ｂは、焦点距離５００ｍｍのレンズ（図示せず）
によって焦点を合わせる。遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８を位置合わ
せした後は、上記レンズを取り去る。
【００２７】 光線が各ビームスプリッタブロック３０，３２，３４，３６，３８の中心を通
るようにおおまかに位置合わせした後、遅延ライン２０，２２，２４，２６，２
８のうち１つを除く残りぜんぶを塞ぐ。すべてのパルスが同じ方向に進行してい
ない時は、レンズの焦平面にスペックルが円弧状に現われる。各スペックルは、
遅延ラインを異なる回数だけ伝播した光に対応する。プリズム４０ａ，４０ｂ，
４０ｃ等は、その最も大きい面（直角プリズムの斜面）上に配された２つの回転
軸まわりに調整できるようにするとよい。１つは図１の紙面に沿う水平軸であり
、もう１つは紙面に直交する垂直軸である。各遅延ライン２０，２２，２４，２
６，２８のプリズム４０ａ，４０ｂ，４０ｃ等の１つは、全てのスペックルが互
いに重なり合うように、別途、位置調整される。
【００２８】 全ての光線が同一方向を向くようにすべきことは勿論、平行光線の水平方向及
び垂直方向のシフトを最小限に留めるようにすべきである。このようなシフトを
測定するために、光線は、各ビームスプリッタブロック３０，３２，３４，３６
，３８の出射側の面上で観測される。ここでも全ての光線が重ね合わされる。２
つの離れたプリズム４０ｂ，４０ｃ等をこれらプリズム間の光伝播方向に移動さ
せると、図１の紙面上の水平方向のシフトを低減できる。同じプリズム４０ｂ，
４０ｃをそれらの水平軸まわりに互いに逆方向に回転させると、図１の紙面に直
交する垂直軸方向のシフトを低減できる。
【００２９】 装置の簡素化のために、予備の図示しない連成光学系（alignment optics）を
各遅延ライン２０，２２，２４，２６，２８に組み込んでもよい。装置をさらに
簡素化するために、プリズムやビームスプリッタブロック（特に、離間していな
くても光路長に影響のないプリズムやビームスプリッタブロック）を一体に接合
してもよい。遅延ラインには、空間的歪形成器５０，５２，５４，５６，５８に
代えて、またはそれに加えて、周波数をシフトさせる周波数シフター（図示せず
）を設け、可干渉距離“λｃ”を効果的に短くしてもよい。それに伴い、計測器
１４における異なるスペックルパターンの数“Ｎ”を増加させてもよい。遅延ラ
インの数を増やしてスペックルコントラストの一層の低減を図ってもよく、遅延
ラインの数を減らして製造組立ての簡素化を図ってもよい。
【００３０】 図２は、他の照明装置８０を示したものである。この照明装置８０も、パルス
レーザー光源８２から発射された個々のパルスを時間的に分割するとともに波面
を空間的に歪ませるための設備を有している。ビームスプリッタプレート８４，
８６は、パルス光線８８を時間的にずれた複数のパルス部（すなわちパルスレッ
ト）に分割する。これらパルスレットは、４つの線型遅延ライン９０，９２，９
４，９６のうち１以上のラインを横行し、合成長“ＬＴ”まで延ばされたパルス
光線９８として再結合する。
【００３１】 各線型遅延ライン９０，９２，９４，９６には、パルスレットがレーザー光源
８２に戻るのを防ぐ４分の１波長板１００，１０２，１０４，１０６が設けられ
ている。線型遅延ライン９０，９２，９４，９６には、ハーフミラー（例えばビ
ームスプリッタ）１１０，１１２，１２４，１１６と歪形成板１２０，１２２，
１２４，１２６との対が、４つ配列されている。（符号１１０，１１２，１２４
，１１６，１２０，１２２，１２４，１２６には、各対を区別する「ａ〜ｄ」を
付してある。）線型遅延ライン９０，９２，９４，９６の末端には、全反射ミラ
ー１３０，１３２，１３４，１３６が配されている。波長板１００は、パルスレ
ットを遅延ライン９０から抜け出させビームスプリッタ８４を介してレーザー源
８２より裏手の遅延ライン９２へ導く。波長板１０２は、パルスレットを遅延ラ
イン９２からビームスプリッタ８４を介してビームスプリッタ８６の方向へ導く
。波長板１０４，１０６は、パルスレットを、まず第３遅延ライン９４から第４
遅延ライン９４に導き、次いで第４遅延ライン９４から計測器１４０へ導く。
【００３２】 線型遅延ライン９０，９２，９４，９６には、パルスレットを往復伝播させる
往復路が形成されている。この往復路の途中に、波面歪形成器１２０，１２２，
１２４，１２６が介在されている。したがって、パルスレットが波面歪形成器１
２０，１２２，１２４，１２６を通過するたびに出来る歪量は、往復しないで単
一方向に伝播するとした場合に求められる波面変化量の半分の大きさで済む。各
々の線型遅延ライン９０，９２，９４，９６における波面歪形成器１２０，１２
２，１２４，１２６どうし間で歪量に差をつけたり、複数の線型遅延ライン９０
，９２，９４，９６どうし間で波面歪形成器１２０，１２２，１２４，１２６に
よる歪量に差をつけたりすることによって、各パルスレットの波形や、可干渉距
離“λｃ”内に含まれるパルスレットの組合せを一層ランダム化できる。
【００３３】 全反射ミラー１３０，１３２，１３４，１３６の位置については勿論、線型遅
延ライン９０，９２，９４，９６の光路長や、ハーフミラー１１０，１１２，１
１４，１１６間の間隔についても、可干渉距離“λｃ”以上隔たった独立パルス
レットが最適な数“Ｎ”になるように調節される。時間的に隔たったパルスレッ
トによって、延びたパルス光線９８が構成される。これらパルスレットの合成長
“ＬＴ”は、計測器１４０の積算期間に合わせるのが好ましい。
【００３４】 線型遅延ライン９０，９２，９４，９６は、直線状光路になっているが、折れ
曲がったり巻きつくような線状光路にしてもよく、そうすると省スペースを図る
ことができる。前述した実施形態と同様に、連成光学系や周波数シフターを付加
してもよい。
【００３５】 可干渉距離より離れた独立パルスレットの所望数に応じて、遅延ラインを増や
したり減らしたりしてもよい。さらに、用途によっては遅延ラインが１つだけで
もよい場合もある。遅延ラインにおける光線分割器の数と、この光線分割器と対
をなす波面歪形成器の形状を代えることにより、独立パルスレットの数と空間的
歪の両方を調節してもよい。対をなす光線分割器と波面歪形成器とは、双方の機
能を有する１つの光学素子で一体に構成してもよい。
【００３６】 図１と同様の循環型遅延ラインを８つ組合せて得られるデータを図３及び図４
に示す。図３は、パルスレットの遅延距離に対する正規化搬送エネルギーの分布
を示したグラフである。図４は、図３と同じ範囲の遅延距離に対するパルスレッ
ト数の分布を示すグラフである。遅延距離が１５ｍｍより短い場合、パルスレッ
トのエネルギーは、相対的に大きくなるが、バラツキも広くなる。この場合のパ
ルスレットの合計数は非常に少ない。パルスレットは遅延距離２４ｍｍのあたり
に多く分布している。しかし、遅延距離がそこから少し長くなると、パルスレッ
トのエネルギー量が急速に減衰し始める。
【００３７】 パルスレットを合成して独立したスペックルパターンを形成し易くするには、
エネルギー分布が均一であるのが望ましい。実際、スペックルパターンのコント
ラストの式はこの仮定のうえで成り立っている。独立したスペックルパターンの
平均強度が大きく変化し過ぎると、スペックルコントラストの低減量が小さくな
ると考えられる。ビームスプリッタの反射率は、エネルギー分布をより均一化す
るように調節される。さらに、ビームスプリッタなどの光を部分的に反射する面
の反射率を、パルスレットを反射する領域の半径方向または横方向の位置に応じ
て変更し、パルスレットがその横断面上の位置に応じて異なった反射を行うよう
にしてもよい。
【００３８】 上記の遅延及び歪技術に他の種々の技術を組み合せ、所定の積算期間内におけ
る独立のパルスレットを増やすようにしてもよい。例えば、パルスレットを２つ
の極に偏光シフトさせ、独立のパルスレットの数を効果的に２倍にしてもよい。
プリズムや回折器のようなスペクトル分散器と当該照明装置とを組み合わせ、よ
り多くの波長がスペクトル帯域内に含まれるようにしてもよい。照射装置から、
空間的に歪まされた他の光線を発射させて、変化をもたせてもよい。ドーブプリ
ズムのように回転するプリズムを遅延ラインに配置し、波長が空間的に分散され
るようにしてもよい。これによって、遅延量が同じで（すなわち可干渉距離内に
ある）互いに重なり合ったパルスレットが、より多く独立して存在するようにす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スペックル低減用の５つの循環型遅延ラインを有する照明装置を
示す解説図である。
【図２】 スペックル低減用の４つの往復型遅延ラインを有する照明装置を
示す解説図である。
【図３】 パルスレットの遅延距離に対する正規化搬送エネルギーをプロッ
トしたグラフである。
【図４】 上記と同じ範囲の遅延距離に対するパルスレット数をプロットし
たグラフである。
【符号の説明】
１０，８０ 照明装置 １２，８２ レーザーパルス光源 １４，１４０ 計測器 ２０，２２，２４，２６，２８ 遅延ライン ３０，３２，３４，３６，３８ ビームスプリッタ（光線分割器） ５０，５２，５４，５６，５８ 波面歪形成器 ９０，９２，９４，９６ 遅延ライン １１０ａ〜１１０ｄ ビームスプリッタ（光線分割器） １１２ａ〜１１２ｄ ビームスプリッタ（光線分割器） １１４ａ〜１１４ｄ ビームスプリッタ（光線分割器） １１６ａ〜１１６ｄ ビームスプリッタ（光線分割器） １２０ａ〜１２０ｄ 波面歪形成器 １２２ａ〜１２２ｄ 波面歪形成器 １２４ａ〜１２４ｄ 波面歪形成器 １２６ａ〜１２６ｄ 波面歪形成器
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月１５日（２０００．８．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】 実際には、独立スペックルパターンの数“N”は、計測器の積算期間を満たす
のに必要な合成長さ“ＬＴ”と単色光の可干渉距離“λｃ”とにより、一般に次
のように規定される。 合成長さ“ＬＴ”が短いほど、独立スペックルパターン数“N”が減る。合成長
さ“ＬＴ”は、計測器の積算期間より長いと、照明の電力を無駄にし、独立スペ ックル パターンをそれ以上平均化し積算期間内に収めることができない。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可干渉光のパルスを、当該パルスとほぼ同じ断面積を有する
    一組のパルスレットに分割するビームスプリッタと、 上記一組のパルスレットどうしを時間的に離隔させる遅延ラインと、 上記離隔されたパルスレットの波面形状に所定の空間的歪を付与する波面歪形
    成器とを備え、 上記パルスレットどうしが、時間的に十分離隔して配されるとともに歪まされ
    ることにより、異なるスペックルパターンが、ある期間に非干渉的に蓄積され、
    これによって、スペックルコントラストが低減されることを特徴とする可干渉光
    源用スペックル低減システム。
  2. 【請求項２】 上記遅延ラインがパルスレットを上記ビームスプリッタに戻
    すことにより、いくつかのパルスレットがさらに分割され、時間的に離隔された
    新たなパルスレットが得られることを特徴とする請求項１に記載の可干渉光源用
    スペックル低減システム。
  3. 【請求項３】 上記遅延ラインが、複数のパルスレットどうしを上記可干渉
    光の可干渉距離より大きく時間的に離隔させることを特徴とする請求項１に記載
    の可干渉光源用スペックル低減システム。
  4. 【請求項４】 上記ビームスプリッタが、複数のビームスプリッタのうち一
    番目のものであり、上記遅延ラインが、複数の遅延ラインのうち一番目のもので
    あり、上記複数のビームスプリッタと複数の遅延ラインとによって、上記時間的
    に離隔したパルスレットをさらに分割し、時間的に離隔された新たなパルスレッ
    トを得ることを特徴とする請求項１に記載の可干渉光源用スペックル低減システ
    ム。
  5. 【請求項５】 上記一番目のビームスプリッタは、上記一番目の遅延ライン
    から出たパルスレットを、上記一番目の遅延ラインへ入力されるものと二番目の
    ビームスプリッタへ入力されるものとに分割することを特徴とする請求項４に記
    載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  6. 【請求項６】 複数のビームスプリッタのうち二番目のものは、複数の遅延
    ラインうち二番目のものから出たパルスレットを、上記二番目の遅延ラインへ入
    力されるものと当該システムの残りの部分へ入力されるものとに分割することを
    特徴とする請求項５に記載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  7. 【請求項７】 上記波面歪形成器は、複数の波面歪形成器のうち一番目のも
    のであり、上記一番目の波面歪形成器が、上記一番目の遅延ラインの途中に配さ
    れ、複数の波面歪形成器のうち二番目のものが、複数の遅延ラインのうち二番目
    のものの途中に配されていることを特徴とする請求項６に記載の可干渉光源用ス
    ペックル低減システム。
  8. 【請求項８】 上記遅延ラインが、閉じた形をしており、上記パルスレット
    をさらに分割して当該遅延ラインに沿って同方向に再循環させることを特徴とす
    る請求項１に記載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  9. 【請求項９】 上記遅延ラインが、開いた形をしており、上記パルスレット
    をさらに分割して当該遅延ラインに沿って正逆方向に往復させることを特徴とす
    る請求項１に記載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  10. 【請求項１０】 上記遅延ラインの途中に配された追加的なビームスプリッ
    タをさらに備え、このビームスプリッタが、上記パルスレットをさらに分割して
    往復させることを特徴とする請求項９に記載の可干渉光源用スペックル低減シス
    テム。
  11. 【請求項１１】 上記遅延ライン内に設けられ、上記可干渉光の有効可干渉
    距離を低減する周波数変調器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の
    可干渉光源用スペックル低減システム。
  12. 【請求項１２】 上記ビームスプリッタの前に配され、上記可干渉光の異な
    る波長成分を空間的に離隔するスペクトル分散器をさらに備えたことを特徴とす
    る請求項１に記載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  13. 【請求項１３】 計測器をさらに備え、この計測器の積算期間が、波面を歪
    まされた一続きのパルスの合成長とほぼ合致していることを特徴とする請求項１
    に記載の可干渉光源用スペックル低減システム。
  14. 【請求項１４】 可干渉光のパルスを、共軸の波面を有する一組のパルスレ
    ットに分割する工程と、 上記パルスレットの少なくともいくつかを上記光の可干渉距離より大きく時間
    的に離隔させる工程と、 上記時間的に離隔されたパルスレットの共軸波面を空間的に歪ませ、これによ
    り、上記時間的に離隔されたパルスレットから、異なるスペックルパターンが形
    成されるようにする工程と を備えたことを特徴とするスペックルコントラストの低減方法。
  15. 【請求項１５】 上記分割工程が、上記パルスレットのうちの少なくともい
    くつかを再分割することを含み、上記時間的離隔工程が、上記再分割されたパル
    スレットを時間的に離隔させることを含み、上記空間的歪形成工程が、上記再分
    割されたパルスレットを空間的に歪ませ、より多くの異なるスペックルパターン
    を形成することを含むことを特徴とする請求項１４に記載のスペックスコントラ
    ストの低減方法。
  16. 【請求項１６】 上記分割工程と上記時間的離隔工程とが、上記パルスレッ
    トを連続した通路に沿って循環させながら繰り返し分割することを含むことを特
    徴とする請求項１４に記載のスペックルコントラストの低減方法。
  17. 【請求項１７】 上記パルスレットが、上記連続通路に沿って単一方向に循
    環されることを特徴とする請求項１６に記載のスペックルコントラストの低減方
    法。
  18. 【請求項１８】 上記分割工程と上記時間的離隔工程とが、上記パルスレッ
    トを線状の通路に沿って往復させながら漸次分割することを含むことを特徴とす
    る請求項１４に記載のスペックルコントラストの低減方法。
  19. 【請求項１９】 上記パルスレットが、上記線状通路に沿って正逆方向に往
    復されることを特徴とする請求項１８に記載のスペックルコントラストの低減方
    法。
  20. 【請求項２０】 上記時間的に離隔されたパルスレットが、スペックルパタ
    ーン記録用の計測器の積算時間のほぼ全長にわたって延びることを特徴とする請
    求項１４に記載のスペックルコントラストの低減方法。
  21. 【請求項２１】 有限の可干渉距離を有する可干渉光の光源と、 上記可干渉光のパルスを分割して、上記可干渉光の可干渉距離以上の長さ分だ
    け異なる光路に沿って導かれる一組のパルスレットを得る光線分割器と、 上記光路の途中に配され、上記光路に沿って導かれたパルスレットの波面形状
    を変える複数の空間的歪形成器と、 パルスレットを、十分に時間的に離隔され空間的に歪を形成された一続きのパ
    ルスに合成し、これに対応して一続きの異なるスペックルパターンを生じさせる
    光線合成器と を備えたことを特徴とする照明装置のスペックル低減システム。
  22. 【請求項２２】 上記光線分割器が、複数の光線分割器のうちの一番目のも
    のであり、上記複数の光線分割器によって、上記時間的に離隔したパルスレット
    がさらに分割され、時間的に離隔された新たなパルスレットが得られることを特
    徴とする請求項２１に記載の照明装置のスペックル低減システム。
  23. 【請求項２３】 上記光線分割器で形成されたパルスレットが、上記パルス
    とほぼ同じ断面積を有していることを特徴とする請求項２１に記載の照明装置の
    スペックル低減システム。
  24. 【請求項２４】 パルスレットを上記光線分割器へ戻し、これにより、上記
    パルスレットのいくつかをさらに分割して時間的に離隔された新たなパルスレッ
    トを得る遅延ラインを、さらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の照明
    装置のスペックル低減システム。
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