JP2004517356A - コヒーレント光における光学的撮像のための方法及び前記方法（変形）を実行するためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、（コヒーレント光において主として空間的に広範囲な）物体の像を形成するために（主として可視領域の）電磁放射を変換するための方法及びデバイスに関する。以下の素子は、本発明の光学系（ＯＳ）：振幅−位相マスク（ＡＰＭ）を採用した光線の経路の所定の歪曲、物体（６）の歪曲した像の光学電子変換、並びにＯＳ及びＡＰＭ歪曲の減算によって具体化される。前記減算は、歪曲した像の調和した空間的な濾過によって実行される。光線の経路の歪曲は、回転対称を有する歪曲の関数を得ることを可能にする、ＯＳの焦点はずれ及び収差によって生成された歪曲に関して直交する方向に近い方向で実行される。前記方法を実行する本発明のデバイスは、少なくとも一つのレンズ（１、２、３、４、及び５）、ＡＰＭの形態で光線の経路を歪曲させるためのユニット、歪曲した像の光学電子変換部（９）、及び空間的なフィルターの形態で具体化された歪曲を減算するユニットが提供されたＯＳを含む。

Description

【０００１】
［技術分野］
本発明は、光学（正確には電磁放射の光学的変更の方法及び手段）の分野を参照すると共に、知覚された像の質の改善の目的でインコヒーレント光内における物体（主として空間的に広範なもの）の光学的撮像の形成の際に広く適用され得る。
【０００２】
［以前の技術水準］
技術水準に従って、共通の承認は、焦点合わせの光学素子（例えば、生物の主体のレンズ又は映画及び写真カメラの対物）の適用に基づく、インコヒーレント光における光学像の形成の方法にあるとされる。
【０００３】
検出された欠陥の部分的な除去の方法の一つは、使用される光学素子の開口数を縮小させること（すなわち、光学系の入射瞳の大きさの縮小）からなる。しかしながら、この方法は、一般的に光学系の分解能の低下に至るのみならず、入射瞳のエリアの減少に比例して、形成された像における照明の減少を引き起こす。
【０００４】
技術水準から周知のようなインコヒーレント光内における物体の光学像の形成の別の方法は、入射瞳の中心から周辺のエリアに向う方向における光学素子の透過性の変化に基づく。特に、透過性の補正のガウスの法則の場合において、点の物体の回折像の次元が減少すると共に、結果として、全体の光学系の分解能が増加し、よって、もともとの物体の形成された像の質がよくなる（Ｊ．Ｏｊｅｄａ−Ｃａｓｔａｎｅｄａ ａｔ ｏｌ．，“Ｈｉｇｈ Ｆｏｃａｌ Ｄｅｐｔｈ Ｂｙ Ａｐｏｄｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒｅｓｐｏｒａｔｉｏｎ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ，２７，^１ １２，１９８８；Ｍ．Ｍｉｎｏ，Ｙ．Ｏｋａｎｏ“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ＯＴＦ ｏｆ Ｄｅｆｏｃｕｓｓｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｓｈａｄｅｄ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ，１０，^１ １０，１９７１）。
【０００５】
にもかかわらず、上述のように場合に類似して、技術水準から承認された本方法は、形成された像の照明のある一定の程度の減少によって（光学系の最適な焦点合わせの平面からもともとの物体のシフトの場合における、又は系の光学的車軸に沿った前記物体の広がりの場合における）空間的にのみ焦点合わせの誤差の影響力を減少させる。
【０００６】
発明者等は、所定の位相マスク（ＵＳ^１ ５７４８３７１）光線の具現を通して焦点はずれの誤差を縮小させる実行可能性を確保する実現のデバイスと一緒にインコヒーレント光内で広範囲の物体の光学像の形成の別の方法を知っている。
【０００７】
述べた技術的解決策は、光学−電子変換部の表面に像を形成するための一つ又は幾つかのレンズを暗示する。それに対して、光学系の主平面の一つは、取り付けられた立方位相マスクを有し、それによって光学的伝達関数を、それ（光学的伝達関数）が、相対的に広い範囲内での光学系の焦点はずれの際に実際に一定のままであるように、（像を形成する）前記系に対して変化させている（すなわち、光線の光学的動きは歪曲されている）。さらに、形成された歪曲した像は、光学−電子変換部の援助と共に固定されており、どんな歪曲もなく最終的な像は、ハードウェアの様式又はＰＣを通じた数値的な形で成し遂げられたディジタルフィルターの援助と共に調和した空間的な濾過によって、それから復原される。
【０００８】
本報告において分析されたその具現に対する方法及びデバイスは、成し遂げる手順のうちに、光学系の残留する収差の計算及び低下を許容するのみならず、物体の形成された像の質にわたって焦点はずれの誤差の影響を及ぼすことを減少させることを可能にする。
【０００９】
引用した既知の技術的解決策の欠点は、高い質の像を受けるために１０…１２ビットより低くない像の特定の点ごとに信号の数値化を確保する必要性のために、光学−電子変換部の質のより高い要求にあるとされるべきである。受信機の雑音の存在で、及び／又は信号の量子化の準位の数を減少させる際に、復原される像の質は、かなり劣化し、鮮明に撮像された空間の深さの拡大の効果を減少させることに至らせる。
【００１０】
他に、上で分析した既知の技術的解決策において、立方位相マスクによって光学系にもたらされた点の撮像の歪曲は、（ｘ^３＋ｙ^３）の種類の関数からの（瞳座標に従う）個々の導関数によって定義される。それは、かなりの程度述べた歪曲の方向が、光学系の焦点からの後者のシフトの場合に、点源の再現された像の“不鮮明になること”に至る、焦点はずれによって引き起こされる歪曲の方向と一致することを意味する。
【００１１】
本発明の宣言した主題に最も近いものとして、第三者は、インコヒーレント光内で広範な物体の光学像の形成を扱う、技術水準から既知の方法、並びに振幅及び立方位相マスク（ＵＳ^１ ６０９７８５６）の組み合わせた用途に基づくその具現のためのデバイスを考慮するかもしれない。
【００１２】
この方法に従って、以下の手順は、少なくとも一つのレンズが備え付けられた光学系；系に挿入された振幅−位相マスクによる光線の光学的動きの歪曲の事前設定（すなわち、前記系の光学的伝達関数の変更）、光学系によって形成された中間の歪曲した物体の像の光学−電子変換、並びに振幅−位相マスクによって及び前述した中間の像の一致した空間的な濾過の成し遂げを通じて一般に光学系によって生じた歪曲の以下の差し引き、内で連続して成し遂げられる。
【００１３】
インコヒーレント光内で物体の光学像を形成する（上述の方法を具現する）ことになるデバイスは、一般に、振幅−位相マスクの形態で光線の光学的動きを歪曲させるために（すなわち、前記系の光学的伝達関数を変化させるために）光線の動きの方向の機能に沿って連続して置かれるもののみならず、少なくとも一つのレンズを備えた光学系、光学系によって発生された中間の歪曲した像の光学−電子変換部、並びに最後に振幅−位相マスク及び光学系によって生じた歪曲の差し引きのためのデバイスを含む。最後の名付けた機能は、（歪曲した中間の像の調和した空間フィルターの目的に使用される）合計された一致した空間フィルターの形態で、ＰＣにおいてディジタルに実現される。これらの技術的解決策は、分析された方法及び米国特許^１ ５７４８３７１に従うその具現のためのデバイスにあるとされたのと同じ欠点を伴う。
【００１４】
上で引用した技術的解決策が、追加の計算デバイス及び初期データを処理するための余分な時間を招く、形成された像のディジタル処理を要求することを強調することは価値がある。これが光学系の構造を複雑にするだけでなく、同様に、実時間スケールで復原された像を受けるための機会を排除する（初期のデータ処理のより高い速度を要求する系において既知の技術的解決策を適用することの不可能を意味する）。
それに加えて、立方位相マスク（その位相の遅延の機能は、
【００１５】
【数２】

のように見える）の系への挿入によって引き起こされる、点光源の撮像における歪曲は、それらが“ｘ^２”及び“ｙ^２”に比例することを意味する、瞳の座標“ｘ”及び“ｙ”に従う、述べた関数の個々の導関数によって定義される。それに対して、焦点はずれによって生じた歪曲は、結果的に“ｘ”及び“ｙ”に比例し、同一の方向を所有する。
【００１６】
この点において、復原された像の質は、焦点はずれの値にかなり依存すると共に、結果的に、特に空間的に広範な物体の場合には、源の理想的な像を復原することは実行可能ではない。
【００１７】
［発明の公表］
申告した発明の基礎は、それによって焦点はずれに関して不変量まで留まらせる初期の物体の実時間の尺度の高い質の復原された像を得ることが可能になっていく、その方法を実現するためにデバイスの構築と一緒にインコヒーレント光内における物体の光学像の発生のこのような方法の作成の問題によって形成されてきた。
【００１８】
本発明の“方法”の主題を参照しておかれた問題は、以下のように実現さている。以下に述べた手順で、少なくとも一つのレンズが備え付けられた光学系の内部に連続して成し遂げられているもの、系に挿入された振幅−位相マスクによって光線の光学的動きの予め設定された歪曲、形成された歪曲した中間の像の光学−電子変換、及び以下の歪曲の差し引き、に配置するインコヒーレント光内で物体の光学像を形成する方法は、歪曲した中間の像の調和した空間的な濾過の性能を通じて、振幅−位相マスクによって、及び光学系全体によって、生じた。本発明への一致において、光線の光学的動きの予め定義された歪曲は、予め設定された歪曲の関数の回転対称の保証と一緒に光学系の焦点はずれによって及び収差によって引き起こされる歪曲に関して直交するものに近いか又は同一である方向で成し遂げられている。
【００１９】
光線の動きに対して生じた予め定義された歪曲のメリジオナル及びサジタル成分の間における比が、一度光学系が反対の符号をもつ絶対値によって等しい焦点はずれを有すると、（振幅−位相マスクの中心から同一又は近い値の距離で通過する）光ビームの交差の点が、その値が、各々の述べた円形地帯の限界の内部における光学系の焦点はずれによって及び収差によって引き起こされた歪曲の値を超過する、同じ半径の円周の円形地帯で中間像の最適な焦点合わせの平面にあるように、設定されるとすれば、最適であろう。
【００２０】
中間像の電気−光学変換の目的のために、インコヒーレント内でのこのような像の調和した空間濾過を、二重の光学的フーリエ変換の実施において実行するべきであると同時に、取扱われる光学的な空間光変調器を適用することが得策である。
【００２１】
また、振幅−位相マスクを介した光線の光学的動きの予め設定された歪曲を通じた物体の歪曲した中間像の形成のうちに、後者に円形の回転運動に強い影響を与えることは妥当である。
【００２２】
（構築の変形の一つに一致する）本発明の“デバイス”の主題を参照して置かれた問題は、以下のように実現されている。インコヒーレント光内での物体の光学像を形成するのに向いたデバイスは、振幅−位相マスク、光学系によって発生した中間の歪曲した像の光学−電子変換器、及び最後に、一般的に振幅−位相マスク及び光学系によって生じた歪曲の差し引き用のデバイスの形態において、光線の光学的動きを歪曲させるための光線の動きの方向の機構に沿って連続で置かれるのみならず、少なくとも一つのレンズを備えた光学系を含む。本発明に従って、このような系において、振幅−位相マスクは、同心円に沿ったそれらの各々一つにおけるレンズの配置と共に二つの同軸に及び共焦点に取り付けられたレンズ状のスクリーンで構成される。さらに、少なくとも一つのレンズ状のスクリーンには、前記系の光線の光学的動きの予め定義された歪曲の値によって規制された角度までの系の光学的な車軸のまわりにおける旋回の保証されたオプションが据え付けられる。
【００２３】
別の構築の変形に一致する、本発明の“デバイス”の主題を参照して置かれた問題は、以下のように実現されている。インコヒーレント光内での物体の光学像を形成するのに向いたデバイスは、振幅−位相マスク、光学系によって発生した中間の歪曲した像の光学−電子変換器、及び最後に、一般的に振幅−位相マスク及び光学系によって生じた歪曲の差し引き用のデバイスの形態において、光線の光学的動きを歪曲させるための光線の動きの方向の機構に沿って連続で置かれるのみならず、少なくとも一つのレンズを備えた光学系を含む。本発明に一致して、このような系において、少なくとも、振幅−位相マスクのレンズ状のスクリーンの一つにおいて、レンズは、半径方向に近い回折構造の線素の方向を伴う、並びに前記方向の及び焦点はずれを参照して光学系のインパルス応答の不変な状態を保証する可能性を伴う回折素子の中心からの距離の増加に比例する線素の周波数の単調な変化を伴う回折光学素子の形態に作られる。回折素子の回折構造の線素を、三角形の輪郭で作ることができ、その高さは、述べた構造の最大の回折効率を保証する準備に従って選択される。
【００２４】
もう一つの構築の変形に従って、本発明の“デバイス”の主題を参照して置かれた問題は、以下のように実現されている。インコヒーレント光内での物体の光学像を形成するのに向いたデバイスは、振幅−位相マスク、光学系によって発生した中間の歪曲した像の光学−電子変換器、及び最後に、一般的に振幅−位相マスク及び光学系によって生じた歪曲の差し引き用のデバイスの形態において、光線の光学的動きを歪曲させるための光線の動きの方向の機構に沿って連続で置かれるのみならず、少なくとも一つのレンズを備えた光学系を含む。本発明に一致して、回折素子の回折構造の線素の方向は、以下のパターンの式
【００２５】
【数３】

によって決定され、ここで、
【００２６】
【外４】

は、振幅−位相マスクの平面における規格化された極座標を意味し、
【００２７】
【外５】

は、原点（座標の点）におけるｉ番目の線素の方向を定義する極角度を意味し、
【００２８】
【外６】

は、定数係数を意味し、焦点はずれを参照して光学系のインパルス応答の不変な状態を保証するオプションを備える。
【００２９】
本ケースでは、回折素子の回折構造の線素を、三角形の輪郭でもまた作ることができ、その高さは、その構造の最大の回折効率の獲得の準備に基づいて、選択される。
【００３０】
［発明の実施の最良の変形］
インコヒーレント光内での物体の光学像の形成の特許を受けた方法の実現の物理的原理は、以下のものからなる。
【００３１】
振幅−位相マスクによる一つ又は幾つかのレンズレンズ１、２、３、４及び５（図１）を備えた光学系において、インコヒーレント光によって（例えば、放射源７によって）照明された初期の物体６によって反射される、光線の光学的動きの予め定義された歪曲を行う（すなわち、前記系の伝達関数の変化）。光線の光学的動きの歪曲は、光学系の焦点外れによって及び収差によって、引き起こされる歪曲を参照して直交するものに近い（主として同一である）方向で成し遂げられる。それに対して、予め設定された歪曲の関数の回転対称は、保証される。振幅−位相マスクのその車軸まわりの旋回で、光線の光学的動きに挿入された歪曲が変化していないことを意味する。光線の動きの歪曲を、技術水準から既知の様々な手段を通じて成し遂げることができ、その手段を、特許を受けた方法の実施に要求されるデバイスの異なる変形の記載に沿って以下に挙げる。さらに、形成された歪曲した中間の像の光学−電子変更において、歪曲に以下の差し引きを、、中間の像の調和した空間濾過の運転によって、実行する（振幅−位相マスクによって、及び光学系の全体によって生じる）。
【００３２】
特許を受けた方法に一致して、（光線の動きに挿入された）予め定義した歪曲のメリジオナル及びサジタル成分の間の比は、一度光学系が、反対の符号をもつ絶対値によって等しい焦点はずれを有すると、（振幅−位相マスクの中心からの同一及び／又は近い値の距離で通過する）光の光線の交差の点が、同じ半径の円周の円形地帯において、中間の像の最適な焦点合わせの平面にあるように、設定されている。前記半径の値は、各々の述べた円形地帯の限界内での光学系の焦点はずれによって及び収差によって引き起こされる歪曲の値をはるかに超える。これは、技術水準から既知の先に引用した物体に比較して、形成された像の照明におけるかなりの利得を保証する。
【００３３】
歪曲した中間の像の光学−電子変更の目的のためにＡＯＳＬＭ（アドレスされた光学空間光変調器）を実施することは得策である。同時に、述べた像の調和した空間濾過を、二重の光学フーリエ変換の使用で（例えば放射源８によって発生した）コヒーレント光内で行うべきである。
【００３４】
（振幅−位相マスクによる光線の光学的動きの予め設定された歪曲を通じた）中間の物体の像の形成のうちに、後者（述べたマスクを言うことを意味する）に対する円形の回転移動に強い影響を与えることは最適であろう。物体の歪曲した中間の像の形成におけるこのような手順の結果として、振幅−位相マスクの作成の誤差によって引き起こされる不均質性を一様にすることは、保証される。他に、システム全体のインパルス応答を平均にさせている。
【００３５】
インコヒーレント光内で物体（主として広範なもの）の光学像の形成の宣言された方法において、光線の光学的動きの歪曲（すなわち、光学系の光学的な伝達関数）は、（光学系の焦点はずれによって及び収差によって引き起こされた歪曲を参照して）垂直なものに近い（主として垂直なものと一致する）方向で行われるので、点源の中間の歪曲した像は、実際には、振幅−位相マスクによって挿入された歪曲の値の半分の大きさに到達する焦点はずれの誤差においてさえ、変化しない。光の光線が、像の中心に関するほとんど一定のそれらの位置を維持する分散のスポットに対する正接でシフトする事実によって説明することができる。その間に、（歪曲の関数の回転対称による）スポット内の照明の分布は、ほとんど不変のままでいる。結果として、調和した空間濾過の実行で、源の実際に歪曲してない像（元々の物体の源を言うことを意味する）が復原される。
【００３６】
図２及び３は、前記源を、振幅−位相マスクの変更を通じて得られた、最適な焦点合わせの平面に（図２）及び光学系の最大の焦点はずれ（図３）に位置させるのに対して、光学−電子変換器９の平面における三つの点源（物体）の歪曲した中間の像を公表する。スポット内の照明の分布が、環の形状を所有し、焦点はずれにおいてほとんど不変のままである（環の内部の直径の小さな補正のみを認めることができる）ことを容易に検出することができる。系のインパルス応答が、焦点はずれで一定のままであるので、物体を最適な焦点合わせの平面内で位置させることを条件として、調和した空間フィルター１０を構築することは実行可能である。フィルター１０は、光学系の無作為の焦点はずれでの物体の最終的な（例えば、視覚的に知覚される）像６における歪曲の差し引きを保証する。
【００３７】
インコヒーレント光内の物体６（主として広範なもの）の光学像を形成するのに向いたデバイスは、実現（本発明の定式の単位品５及び画像資料の図１）の変形の一つに一致して、光線の光学的動きの歪曲に向いた振幅−位相マスクの形態での機構（初期の物体６から反射された光線の方向に沿って）連続で置かれるのみならず、一つ又はいくつかのレンズ１、２、３、４及び５を備えた光学系、形成された湾曲した中間の像に対する光学−電子変換器９、像の受信機１１のみならず、調和した空間フィルター１０として成し遂げられた振幅−位相マスクによって及び光学系全体によって生じた歪曲の差し引き用のデバイスを含む。形成された歪曲した中間の像の光学−電子変換器９を、例えば、アドレスされた光学空間光変調器として作ることができる。像の受信機１１を、レンズ状のスクリーン及びＰＺＳ−カメラ^＊と共に点絞りの格子として配置することができる。本変形における振幅−位相マスクは、同心円に沿った（各々のスクリーン１２及び１３における）レンズ１４の配置と共に二つの（同軸に及び共焦点に位置決めされた）レンズ状のスクリーン１２及び１３の形態で作られる。同時に、レンズ状のスクリーン１２及び１３の少なくとも一つには、その大きさが、上述の系の光線の光学的動きの予め定義された歪曲の値によって規制される角度だけ、系の光学的な車軸のまわりの旋回の保証されたオプションが据え付けられる。
【００３８】
（式の項目６に従う実現の別の変形に一致する、）インコヒーレント光内で物体６（主として空間的に広範なもの）の光学像を形成することに向いたデバイスは、少なくとも、振幅−位相マスクのレンズ状スクリーン１２、１３の一つ内のもののみにおいて先に記載した変形と異なり、レンズは、半径方向に近い回折構造の線素の方向を伴うと共に前記方向の及び回折素子の中心からの距離の増加に比例したストロークの周波数の単調な変化を伴う回折光学素子の形態に作られる（図４参照）。回折素子の回折構造の線素を、三角形の輪郭で作ることができる。輪郭の高さは、述べた構造の最大の回折効率を保証することの準備に従って選択される。
【００３９】
デバイスの実現の一つ以上の変形に一致して、半径方向に沿った回折光学素子の線素の形態は、以下のパターンの式
【００４０】
【数４】

によって決定され、ここで、
【００４１】
【外７】

は、振幅−位相マスクの平面における規格化された極座標を意味し、
【００４２】
【外８】

は、原点（座標の点）におけるｉ番目の線素の方向を定義する極角度を意味し、
【００４３】
【外９】

は、定数係数を意味し、焦点はずれを参照して光学系のインパルス応答の不変な状態を保証するオプションをもつ。
【００４４】
本ケースでは、回折素子の回折構造の線素を、三角形の輪郭でもまた作ることができ、その高さは、その構造の最大の回折効率の獲得の準備に基づいて、選択される。
【００４５】
（図１に従う）インコヒーレント光内での広範な源の光学像を形成することに向くデバイスの（式の項目５に一致して）実現の第一の変形の動作原理は、以下のようなものである。
【００４６】
モニターされた物体６によって分散されたインコヒーレント光の源７からの光線の束は、各々の他のレンズ状のスクリーン１２及び１３に対して二つの同軸及び共焦点の形態で作られた振幅−位相マスクに対する対物（レンズ３）によって移送される。第一のスクリーン１２の各々の基本のレンズ１４は、その焦点平面における物体６の縮小した像を形成する。第二のスクリーン１３のその対応するレンズ１４は、無限遠まで（物体６の）像を再移送する。スクリーン１２又は１３の一つの、いくらかの角度
【００４７】
【外１０】

だけその車軸まわりの旋回で、焦点平面内の物体６の像は、
【００４８】
【数５】

の大きさだけ正接方向に沿ってシフトし、ここで
【００４９】
【外１１】

は、対応するスクリーン１２又は１３の中心から対応する基本のレンズ１４の車軸への距離を意味する。結果において、スクリーン１３の出口における光線の全ての基本の束は、角度
【００５０】
【数６】

だけ正接方向に沿って偏向し、ここで
【００５１】
【外１２】

は、対応するスクリーンの基本レンズ１４の焦点距離を意味する。さらに、光線の全ての基本の束において、光学−電子変換器９の表面における対物（レンズ２）によって焦点合わせされている。光学系の最適な焦点合わせの平面における物体６の位置決めにおいて、及び
【００５２】
【数７】

において、発明者等は、物体６の歪曲されてない像を得る。
【００５３】
【数８】

であるとすれば、物体６の任意の点は、
【００５４】
【数９】

に近似的に等しい直径を備えたほとんど一定の強度の円の形態で分散のスポットに変換されており、ここで
【００５５】
【外１３】

は、対応する対物の焦点距離を意味する。
【００５６】
光学系が、焦点はずれを所有するとすれば、光線のシフトは、半径
【００５７】
【外１４】

に、及び焦点はずれの値
【００５８】
【外１５】

に比例して系の車軸の部分において起こる。焦点はずれによる、及び振幅−位相マスクによる光線の動きに挿入された歪曲の手短な影響力は、実際には、比
【００５９】
【数１０】

が保証されることを条件として、分散スポットの変更を引き起こさない。振幅−位相マスクによって、及び焦点はずれによって生じた歪曲がほとんど直交するという事実を考慮すると、分散スポットの直径の相対的な補正は、比
【００６０】
【数１１】

の平方に比例していることになる。比較の理由に関して、立方の位相マスクの実施においては、分散スポットの直径の変化は、述べた比の第一のパワーに比例して起こる。それは、全ての他の準備の偶奇性を仮定して、その実施に関して宣誓した方法及びデバイスは、鮮明に撮像した空間の深さをかなり増加させることを可能にすることを意味する。
【００６１】
ここで、発明者等は、焦点はずれで不変のままである系のインパルス応答に要求される条件が、発明者等に図１に公表したスキームの分析に戻させることを宣誓した。
【００６２】
物体６の歪曲していない像を復原するために、インコヒーレント光内で得られた中間の歪曲した像の調和した空間濾過を成し遂げることを要求する。前記手順を、光学相関器の適用によるのみならず、具体的なディジタルプロセッサーによって行うことができる。この特定の目的のために、図１に描かれたスキームに従って、提案されたデバイスは、光学空間光変調器９を扱った。変調器９によって分散したコヒーレント光が、それらの接合焦点に置かれた、対物（レンズ３及び４）並びに調和した空間フィルター１０を含む二重フーリエ変換の光学系の援助と共に空間濾過を受けて得ると同時に、述べた変調器９の強調表示は、中間の歪曲した像の形成するものに対向して、表面の側からのコヒーレント光によって（偏光キューブ１５を通じて）配置される。調和した空間濾過１０として、発明者等は、例えば、光学系の最適な焦点合わせの平面内でのその位置決めにおいて点源の中間の歪曲した像のフーリエ−ホログラムを使用することができる。濾過の結果として、対応する対物（レンズ４）のバックフォーカスは、例えば、ディジタルカメラの形態に作られた像の受信機１１によってさらに読み取られている、物体６の歪曲していない象を受ける。現代産業は、解決策を見出すある一定の展望があるが、中間調の像を移送することが可能である高い空間分解能を備えた高速のアドレスされる光学光変調器の製造の問題を解決する可能性のかなり後ろにあることを述べる価値がある。
【００６３】
（式の項目６に従って）デバイスの構築の別の変形の動作原理は、ＤＯＥ（回折光学素子）の形態における振幅−位相マスクによる光の光線の動きに対する歪曲の挿入に基づく。それを上で述べてきたように、本発明の式び項目２に一致して、対向するマスクの焦点はずれで、前記マスクの中心からの一定の距離
【００６４】
【外１６】

で振幅−位相マスクを通過する光線の基本的な束が、
【００６５】
【外１７】

に依存すると共に述べた環の地帯ごとの限定内での光学系の焦点はずれによって及び収差によって引き起こされた歪曲の値に比較して十分大きい、同一半径の円周の地帯で中間の歪曲した像の形成の平面と交差するとすれば、本発明の方法は、最大の効率で働く。このような効果を得るために、周辺の地帯における線素の周波数が、光学系のインパルス応答の不変性を、結果として焦点はずれに関する光学伝達関数の不変性を、保証するために十分高いことを条件として、半径の線素を備えたＤＯＥを使用することができる。変換の効率を改善するために、ＤＯＥを、狭い環の地帯に分割することができるが、そこで回折構造の周期は、同一の回折次数が、（“グリッター”を備えたＤＯＥに対する）理想的な場合には、周辺のエリアへ向って強度の滑らかな減少を伴う単一の環を生成するのに対して、一組みの狭い回折環の形態で点源の像を生成する、同じ半径の円周に焦点合わせされるように、近似的に一定に保たれる。このような種類の振幅−位相マスクの実施において、全ての他の条件の部分の条件で、発明者等は、光学−電子変換器に対する要求を低下させると共に容易にすることを可能にする、（原型に比較して）分散スポットの照明におけるかなりの利得を得る（発明者等は、１０−１２ビットのアナログ−ディジタル変換器の代わりに８−ビットのＡＤＣと共にすることができた）。
【００６６】
別の可能な変形（図４参照）を考慮すると、ＤＯＥの線素の形状は、関数
【００６７】
【数１２】

に一致する形態を有し、ここで。
【００６８】
【外１８】

は、振幅−位相マスクの平面における規格化された極座標を意味し、
【００６９】
【外１９】

は、原点（座標の点）におけるｉ番目の線素の方向を定義する極角度を意味し、
【００７０】
【外２０】

は、実施した放射の波長に、物体の伸張部分に、及びＤＯＥの線素の数に依存する、定数係数を意味する。
【００７１】
前述した場合と同様に、ＤＯＥを、環の地帯に分割することができるが、しかしながら、差は、同一の回折次数が、異なる半径の円に焦点合わせされており、結果として、系のインパルス応答の変化に至る干渉（パターン）の効果を引き起こさないという事実にある。
【００７２】
振幅−位相マスク（ＡＰＭ）の実施において、分散のスポット内での光の分布の均質性を改善するために、及びその交軸の寸法（環の幅）の減少の目的で、中央の地帯でゼロ透過を伴う及び周辺エリアに向って透過係数の滑らかな増加を伴う振幅マスクによる入射瞳のアポディゼーションを包含することは得策であろう。
【００７３】
ＤＯＥの線素の輪郭は、好ましくは、ＡＰＭの最大の回折効率を得るために、三角形の形態を有するはずである。このような場合において、ほとんど全部の光エネルギーを、このように、形成された中間の歪曲した像内の背景のレベルをかなり低下させると共に物体６の歪曲していない像の復原を容易にする、回折の第一のパワーまで透過させることになる。
［産業上の用途］
従って、その実施に対する宣誓した方法及びデバイスを、対応する分野内の物体の像の形成で焦点はずれ又は他の収差に関する像の不変性を保証することが要求されることを条件として、電磁的な及び他のタイプの放射の変換を目的とした広い規模に適用することができる。本用途のエリアは、まず第一に、高い分解能の走査変換器、移動式キャリヤーからのデータを読み取るのに向いたデバイス、３Ｄ−物体の物理的な及び幾何学的な特徴を測定するために設計された様々な機構、像を認識することに向いたデバイス、映画投影の、写真の、及びテレビの技術手段、レントゲン、光学及び音響の範囲用に実施されたイントロスコピーデバイス、などを含む。
【００７４】
それに加えて、提案した方法及びデバイスに対して、後者が、（データ信号の投影の変更を配置する共通の場合において）像を形成する系の収差に直交する方向に向った放射の対応する束の偏向を引き起こすことを条件として、振幅−位相マスクとして任意のデバイスを使用することができる。振幅−位相マスクを、別々の素子（若しくは二つの素子として、振幅及び位相マスク）の形態で成し遂げることができるか、又は、像を築く素子と組み合わせることができる。例えば、回折光学素子（ＤＯＥ）は、線素の形状の要求された補正を保証する条件として、振幅−位相マスクの機能及び焦点合わせをする素子の機能を同時に行うことができる。
【００７５】
上で開示された考慮が、以下の作用及び包含に対してアクセス可能な形態に系を詰め込むデータ信号を変換することが十分であることを仮定して、任意の他の手段を適用可能であるので、光学−電磁変換の使用の結果として電磁放射の可視の範囲に、単独でその実施のために提案した方法又はデバイスの適用の分野を決して限定しないことを強調することは価値がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
振幅−位相マスクとして実施される二つのレンズ状のスクリーンと共に、鮮明に撮像された空間の調節された深さで広範の物体の光学像を形成するのに向いたデバイスの概略図である。
【図２】
振幅−位相マスクの変更の一つによって光学系で得られる、それぞれ、最適な焦点合わせにおける、及び最大の焦点はずれにおける、光学−電子変換器の平面での三つの点源（点の物体）の歪曲した中間の像を説明する。
【図３】
振幅−位相マスクの変更の一つによって光学系で得られる、それぞれ、最適な焦点合わせにおける、及び最大の焦点はずれにおける、光学−電子変換器の平面での三つの点源（点の物体）の歪曲した中間の像を説明する。
【図４】
曲線式の線素を備えた回折光学素子の形態における振幅−位相マスクを作る変形である。
【図５】
焦点外れ及び振幅−位相マスクの影響力の下で歪曲した、広範な物体の中間像である。
【図６】
図５に従う物体の復原された像を示す。

Claims (9)

1. 少なくとも一つのレンズ（１、２、３、４、５）を備えた光学系におけるインコヒーレント光内での光学像形成の方法であって、
   前記方法は、連続で以下のステップ、
   光学系に挿入された、振幅及び位相を符号化するマスクによって光学的光線の動きの予め決定された歪曲、
   光学的光線の動きの予め決定された歪曲は、前記予め決定された歪曲の関数の回転対称の達成と共に前記光学系の誤った焦点合わせに関係した収差によって引き起こされた歪曲に直交するものに近いか又は一致する方向で行われている、
   光学−電子変換によって前記物体の前記形成された歪曲した中間の像（６）を獲得すること、及び
   前記歪曲した中間の像の前記調和した空間濾過の援助と共に全体として振幅及び位相を符号化するマスク並びに前記光学系によって生じた前記歪曲を取り除くこと、を含む方法。
2. 光学的光線の動きの予め決定された歪曲のメリジオナル及びサジタル成分の比は、
   前記中間の像の最適な焦点合わせの前記板との前記光線の交差が、
   その大きさが、その中心から同一の距離で前記振幅及び位相を符号化するマスクを焦点はずれさせる及び交差することの絶対値において等しくされた全ての光線に対する誤った焦点合わせに関係した収差によって引き起こされる光線の側方の変位の値を超える、
   いくつかの半径の環の地帯内にあるような方法で、
   設定される請求項１記載の方法。
3. 前記歪曲した中間の像の調和した空間濾過が、二重光学フーリエ変換の適用と共にコヒーレント光内で成し遂げられている一方で、歪曲した中間の像の光学−電子変換は、光学的にアドレスされた空間光変調器による処理である請求項１記載の方法。
4. 前記振幅−位相マスクによって光学的光線の動きの予め決定された歪曲を通じて物体（６）の歪曲した中間の像を形成する中で、回転運動は、前記後者に伝えられている請求項１乃至３いずれか１項記載の方法。
5. 連続で位置決めされるのみならず、少なくとも一つのレンズ（１、２、３、４、５）を備えた光学系、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクとして実現された光学的光線の動きの歪曲用の手段、
   前記形成された歪曲した中間の像の光学−電子変換器（９）並びに
   一般に振幅−位相マスクによって及び前記光学系によって生じた前記歪曲を取り除く前記機能、を含むインコヒーレント光内での前記物体の光学像形成のデバイスであって、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクは、各々のスクリーン内における前記同心の円周に沿ったレンズ（１４）の配置と共に同軸に及び共焦点で位置決めされた二つのレンズ状のスクリーン（１２、１３）の形態で実現され、それに対し、
   前記レンズ状のスクリーン（１２、１３）の少なくとも一つは、前記系の光学的光線の運動の予め定義された歪曲の値によって規制される角度だけ前記系の前記光学的車軸のまわりを旋回する保証されたオプションと取り付けられるデバイス。
6. 連続で位置決めされるのみならず、少なくとも一つのレンズ（１、２、３、４、５）を備えた光学系、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクとして実現された光学的光線の動きの歪曲用の手段、
   前記形成された歪曲した中間の像の光学−電子変換器（９）並びに
   一般に振幅−位相マスクによって及び前記光学系によって生じた前記歪曲を取り除く前記機能、を含むインコヒーレント光内での前記物体の光学像形成のデバイスであって、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクは、半径方向に近い回折構造の線素の方向を伴う、回折素子の中心からの距離が増大するときの前記述べた方向の及び線素の周波数の単調な変化を伴う、前記光学系の焦点が不変なインパルス応答を保証する可能性を伴う、回折光学素子として実現されるデバイス。
7. 回折光学素子の回折構造の前記線素は、三角形の輪郭で成し遂げられ、その高さは、その構造の最大の回折効率の獲得の準備を受けて選択される請求項６記載のデバイス。
8. 連続で位置決めされるのみならず、少なくとも一つのレンズ（１、２、３、４、５）を備えた光学系、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクとして実現された光学的光線の動きの歪曲用の手段、
   前記形成された歪曲した中間の像の光学−電子変換器（９）並びに
   一般に振幅−位相マスクによって及び前記光学系によって生じた前記歪曲を取り除く前記機能、を含むインコヒーレント光内での前記物体の光学像形成のデバイスであって、
   前記振幅及び位相を符号化するマスクは、回折光学素子として実現され、
   前記回折構造の線素の前記方向は、以下のパターンの式
   

   

   によって決定されており、ここで、
   【外１】

   

   は、振幅−位相マスクの前記平面における規格化された極座標を意味し、
   【外２】

   

   は、原点（座標の点）におけるｉ番目の線素の前記方向を定義する極角度を意味し、
   【外３】

   

   は、定数係数を意味するデバイス。
9. 回折光学素子の回折構造の前記線素は、三角形の輪郭で成し遂げられ、その高さは、その構造の最大の回折効率の獲得の準備を受けて選択される請求項８記載のデバイス。