JP2011516847A - 二次元サンプリングのための小型分光器 - Google Patents

Abstract

本発明においては、ジオプタ（１１）と、前記ジオプタ（１１）において記録する記録手段（１５，１８）と、２つの干渉ビーム（Ｆ１，Ｆ２）から形成され、ジオプタ（１１）の平面（ｘ０ｙ）においてインタフェログラム（１２）の横断軸（０ｘ）に沿って干渉ライン（１３）を形成するインタフェログラムと、を有する分光器に関し、前記記録手段（１５，１８）は、前記インタフェログラム（１２）の空間的分配を検出ように備えられた検出要素（１９）のネットワークを有する分光器であって、検出要素（１９）の前記ネットワーク（１８）は二次元であり、前記記録手段（１５，１８）及び前記インタフェログラム（１２）の少なくとも一部は、インタフェログラム（１２）の横断軸（０ｘ）に沿って互いに角度が付けられている、分光器について開示されている。本発明はまた、２つの干渉ビーム（Ｆ１，Ｆ２）を出射する手段を有する分光イメージング装置と、分光器とに関する。

Description

本発明は、フーリエ変換分光器に関する。

より詳細には、本発明は、ジオプタと、２つの干渉ビームからもたらされるインタフェログラムを前記ジオプタで捕捉して、ジオプタの平面内でのインタフェログラムの横断軸に沿って干渉ラインを形成する手段と、を有する分光器であって、前記捕捉手段は、前記インタフェログラムの空間分布を検出するように備えられた検出要素のネットワークを有する、分光器に関する。

幾つかの種類の、特にフーリエ変換の分光検出器については最先端技術において知られている。

集積された光学系における二次元分光器については、仏国特許第２，８８９，５８７号明細書に開示されている。この特許文献においては、２つの干渉ビームは、導波路に導入された２つの対向伝播波である。導波路に沿って位置付けられた、例えば、ナノスタッドの形にあるサンプリングツールは、この干渉フィールドからもたらされるエバネッセント波の空間的サンプリングを可能にする。検出器は一次元であり、検出器の分解能の制御を可能にする、全体的な幅に沿ったインタフェログラムの干渉ラインの捕捉を可能にする。

このアプリケーションにおける上記の解決方法の短所は、検出器の分析のスペクトル帯域の制限にある。この制限は、特定の値より小さくならないナノスタッド間の距離によるものである。実際には、この値以下では、光反射の問題が、分光器による満足のいく測定を得ることを妨げる。従って、上記のシステムにおいては、高周波数成分の損失により、インタフェログラムがサブサンプリングされるために、逆フーリエ変換により全体的なスペクトルを共に繋ぎ合わせることが可能でない。

更に、上記の解決方法に対する相補的な解決方法においては、検出器で、インタフェログラムのサイズを、従って、干渉ラインを、増加させるように、光学要素であって、特に、投影レンズを用いている。このために、インタフェログラムは、レンズと連動してスクリーンに投影される。このように、インタフェログラムをサブサンプリングするように、レンズ電界を介して分解能を調整することが可能である。従って、光散乱の影響によるスペクトル帯域の制限は低減される。

しかしながら、この解決方法は、検出器とジオプタとの間にレンズを位置付けることと、検出器をかなり遠くに移動させることを必要とする。その結果、そのような分光器は膨大な体積を必要とする。

また、小型の分光検出器については、米国特許出願公開第２００２／００７５４８３号明細書に開示されている。この特許文献においては、定在波が、振動膜を有する超薄検出器によりサンプリングされる。検出器から下流に位置付けられたミラーは、検出器を介して交差される光ビームからの光を反射し、それ故、その光は、同じ光ビームからの光と重ね合わされて、この検出器に達する。インタフェログラムは、その場合、その振動膜の中央面内に位置付けられる、後者は、インタフェログラムの少なくとも一部を散乱させるように振動し、そのことは、スペクトル分解能を向上させることを可能にする。

しかしながら、この解決方法の短所は、膜振動の振幅の制限にある。この制限は、特定の振動振幅以上の膜の必要な曲率によるものであり、従って、スペクトル測定をかなり歪める。しかし、その制限は分解能を決定する振動振幅であるために、そのような分光器はスペクトルの分解能において制限されるようにみえる。

また、小型の分光検出器であって、特に、ブラッグのネットワーク分配検出器又は静的及び動的マイケルソン・インタフェロメータを製造する他の解決方法が存在している。しかしながら、それらの検出器は、分析スペクトル帯域に関する制限又は膨大な体積を伴わずに、高い分解能を得ることができない。

従って、最先端技術における解決方法全ては、一方でスペクトルの分解能と、他方で分析スペクトル帯域及び一貫性との間の必要な妥協を必要とする。

仏国特許第２，８８９，５８７号明細書 米国特許出願公開第２００２／００７５４８３号明細書

本発明の目的は、大きいスペクトル帯域及び高いスペクトル分解能を有する小型の分光器を提供することにより、最先端技術による検出器の短所を改善することである。本発明の目的は、スペクトル帯域とスペクトル分解能との間の妥協をなくす一方、分光器の特定の一貫性を保証することである。

このために、本発明は、検出要素のネットワークが二次元であり、前記捕捉手段及びインタフェログラムの少なくとも一部がインタフェログラム横断軸に沿って互いに対して傾けられることを提案している。

このように傾けることは、２つの異なる方法であって、ジオプタ平面に対して捕捉手段の一部を物理的に傾けることにより、又は二次元位相遅れ手段を介してインタフェログラムを傾けることにより、得られる。

２つの反対の伝播入射ビームによるインタフェログラムが、互いに平行な干渉ラインの本体をもたらすことが知られている。更に、このインタフェログラムは、それらの干渉ラインの軸に従って不変である。捕捉手段の少なくとも一部に関してインタフェログラムを傾けることは、インタフェログラムの干渉ラインに関して、検出器のネットワークの複数のラインを移動させることを可能にする一方、各々の検出要素間の距離を保持することを可能にする。このような条件下で、各々の移動されたラインは、他のラインにより得られる情報に対して相補的な情報を提供する。従って、サンプリング間隔は、もはや検出要素間の距離ではなく、一のラインから他のラインへのそれらの要素のオフセットであり、従って、高いスペクトル分解能を得る一方、より広いスペクトル帯域を得るように、オーバーサンプリングすることを可能にする。

ジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けることを目的とする実施形態においては、分光器は、インタフェログラム横断軸に後続してジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けるように、２つの干渉ビームの一の干渉ビームの平面を遅延させるように備えられた少なくとも二次元平面遅れ手段を有する。従って、インタフェログラムは、捕捉手段の少なくとも一部に関して傾けられ、そのことは、本発明によりもたらされる有利点を得ることを可能にする。

ジオプタレベルにインタフェログラムの位置を調整することを目的とする実施形態においては、分光器は、インタフェログラムの横断軸に沿ってインタフェログラムの中央部分を移動させるように２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた少なくとも一次元位相遅れ手段を有する。

分光器の出力において光スペクトルの識別を、その結果、２つの干渉ビームを得るように、分光器は、検出要素の少なくとも一部により測定される実験データ、及び２つの干渉ビームの少なくとも一の干渉ビームのスペクトル分配、の再構成の処理のための検出要素の二次元ネットワークに少なくとも一部が関連する演算手段を有する。

特定の実施形態に従って、各々の検出要素は変換要素である。特定の種類の変換要素は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器の画素であることが可能である。

２つの入射ビームの入射角度に従って２種類の構成が可能である。＜＜暗視野＞＞と呼ばれる第１の構成においては、ジオプタ平面における２つの干渉ビームの各々の入射角度は、全反射の臨界角より小さい。＜＜エバネッセント波＞＞と呼ばれる第２の構成においては、ジオプタ平面における２つの干渉ビームの各々の入射角度は、全反射の臨界角より大きい。

ジオプタ平面における干渉ビームの各々の入射角度が全反射臨界角より小さいとき、即ち、＜＜暗視野＞＞と呼ばれる構成においては、検出要素の二次元ネットワークが、インタフェログラムの横断軸に従ってインタフェログラムに関して傾けられる。従って、インタフェログラムは二次元検出ネットワーク上に備えられ、傾けられたことにより、分解能がインタフェログラムのフリンジ間隔の四分の一より小さいように、オーバーサンプリングされることを可能にする。

＜＜暗視野＞＞構成の第１実施形態に従って、検出要素の二次元ネットワークは、インタフェログラムの横断軸においてジオプタ平面に関して傾けられる。この場合、それは、インタフェログラムに関して検出要素のラインの移動を可能にする検出要素の二次元ネットワークを傾けることである。この実施形態においては、二次元遅延手段によりもたらされる傾きが検出要素の二次元ネットワークの傾きと異なる場合、インタフェログラムの横断軸に沿ってジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けるように、２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた二次元位相遅れ手段を分光器に追加することがまた、可能である。

＜＜暗視野＞＞構成の第２実施形態に従って、検出要素の二次元ネットワークはジオプタ平面に対して平行であり、分光器は、インタフェログラムの横断軸に従ってジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けるように２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた少なくとも二次元位相遅れ手段を有する
＜＜暗視野＞＞構成のそれらの実施形態の各々において、２種類の構成が可能である。第１の構成においては、検出要素の二次元ネットワークが、２つの干渉ビームにより照射される領域に位置付けられるように、ジオプタにかなり近接している。従って、検出要素の二次元ネットワークは２つの干渉ビームから直接、光を受け入れる。この構成においては、捕捉手段はまた、検出要素の前記二次元ネットワークと前記ジオプタとの間の多重反射を低減するように、前記ネットワークと前記ジオプタと間に、前記ネットワークと前記ジオプタと接して備えられた屈折率ゲルを有することを提供している。

第２の構成においては、検出要素の二次元ネットワークは、２つの干渉ビームにより照明されない暗領域に位置付けられるように、ジオプタから遠く離れている。従って、検出要素の二次元ネットワークは、２つの干渉ビームからの光を受け入れない。この構成においては、捕捉手段はまた、伝播波を拡散することにより検出要素の二次元ネットワークにインタフェログラムを投影するように備えられた拡散要素の二次元ネットワークを有することを提供している。

ジオプタ平面における２つの干渉ビームの各々の入射角度が全反射の臨界角より大きいとき、即ち、＜＜エバネッセント波＞＞と呼ばれる構成においては、捕捉手段はまた、エバネッセント波を散乱することにより検出要素の二次元ネットワークにインタフェログラムを投影するように備えられた二次元ネットワーク拡散要素を有し、その拡散要素の前記二次元ネットワークは、インタフェログラムの横断軸に沿ってインタフェログラムに対して傾けられている。従って、検出要素の二次元ネットワークとジオプタとの間に位置付けられた二次元拡散要素を介して検出要素の二次元ネットワークにおいてインタフェログラムを備えることが可能である。従って、このことは、分解能がインタフェログラムのフリンジの四分の一より小さいようにオーバーサンプリングすることを可能にする。

構成＜＜エバネッセント波＞＞の第１実施形態に従って、拡散要素のニ次元ネットワークは、インタフェログラムの横断軸に沿ってジオプタ平面に関して傾けられる。この場合、それは、インタフェログラムに関して検出要素のラインの移動を可能にする拡散要素の二次元ネットワークを傾けることである。この実施形態においては、この二次元遅延手段によりもたらされる傾きが拡散要素の二次元ネットワークの傾きと異なる場合、インタフェログラムの横断軸に沿ってジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けるように２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた二次元位相遅れ手段を分光器に追加することも可能である。

構成＜＜エバネッセント波＞＞の第２実施形態に従って、拡散要素の二次元ネットワークはジオプタ平面に対して平行であり、分光器は、インタフェログラムの横断軸に沿ってジオプタ平面に関してインタフェログラムを傾けるように、２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた少なくとも１つの二次元位相遅れ手段を有する。

構成＜＜エバネッセント波＞＞のそれらの実施形態の各々において、検出要素の二次元ネットワークは、インタフェログラムの横断軸に沿って傾けられることを提供することが可能である。

常に、構成＜＜エバネッセント波＞＞の実施形態のそれらの様式において、拡散検出要素の二次元ネットワークは、拡散要素の二次元ネットワークに対して平行であることを提供することが可能である。

有利であることに、各々の検出要素は、ジオプタ平面の直交軸に沿った投影により拡散要素と重ね合わされる。そのような検出要素と拡散要素の中心合わせされた構成は、補正される遅延を伴わずに各々の検出要素におけるインタフェログラムの投影を正確に測定することを可能にする。

有利であることに、拡散要素の少なくとも一部の幅は、インタフェログラムのフリンジ間距離の四分の一よりかなり小さい。従って、インタフェログラムのフリンジ間距離の四分の一であるシャノン（Ｓｈａｎｎｏｎ）基準により与えられる最小分解能は、拡散要素の幅により制限されない。

第１の特定の実施形態に従って、少なくとも１つの散乱要素は、検出要素の長さに等しい長さのロツドである。

第２の特定の実施形態の様式に従って、少なくとも１つの散乱要素は散乱スタッドである。

第３の特定の実施形態の様式に従って、少なくとも１つの散乱要素は散乱ポイントである。

分光器の第１実施形態に従って、この実施形態は、ジオプタがプリズムの後方面の少なくとも一部を有し、干渉ビームが、前記プリズムの２つの後方面の交差により形成されるエッジを切る前記前方面の正中面に対して対称的に且つ垂直入射でそのプリズムの前方面に達するように備えられた二等辺プリズムを有する。従って、検出要素の二次元ネットワークに対してインタフェログラムの傾きがスペクトル分解能及び分析スペクトル帯域の制御を可能にする、かなり小型の分光器を提供することを可能にする。

ジオプタレベルでインタフェログラムの位置を調節することを目的とする実施形態においては、分光器は、インタフェログラムの横断軸に沿ってインタフェログラムの中央の位置に移動するように２つの干渉ネットワークの一の干渉ネットワークの位相を遅延させるように備えられた少なくとも１つの一次元位相遅れ手段を有する。それらの一次元位相遅れ手段の中で少なくとも１つは、前記プリズムの２つの後方面の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面の正中面との前方面の交差部分により形成される２つの前方半面の一の前方半面に対して備えられている。

ジオプタレベルでインタフェログラムの位置を調節することを目的とする実施形態においては、分光器は、インタフェログラムの横断軸に沿ってインタフェログラムの中央の位置を移動させるように２つの干渉ネットワークの一の干渉ネットワークの位相を遅延させるように備えられた少なくとも１つの一次元位相遅れ手段を有する。それらの一次元位相遅れ手段の中の少なくとも１つは、プリズムの２つの後方面の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面の正中面との前方面の交差部分により形成される２つの前方半面の一の前方半面に対して備えられる。

ジオプタ平面に対してインタフェログラムを傾けることを目的とする実施形態においては、分光器は、インタフェログラムの横断軸に沿ってジオプタ平面に対してインタフェログラムを傾けるように２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた少なくとも１つの二次元位相遅れ手段を有する。それらの二次元位相遅れ手段の中で、少なくとも１つは、前方二等辺プリズムの２つの前方半面の一の前方半面に対して備えられ、各々の半面は、前記プリズムの２つの後方面の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面の正中面との前方面の交差部分により形成されることが提供される。少なくとも１つが二等辺プリズムの２つの後方面の一の後方面に対して備えられることがまた、提供されている。

分光器の第２の実施形態に従って、この実施形態は、ジオプタが光方面の少なくとも一部により構成されるように備えられた二等辺プリズム及び変換手段を有し、それ故、干渉ビームは、他の後方面を横断して、次いで前方面において反射された後に、垂直入射で前記ジオプタに対して位置付けられた前記変換手段に達し、他の干渉ビームは直接、前記ジオプタに達し、そのジオプタにおいて、その干渉ビームが、変換手段が存在するために反射される。

二等辺プリズムを用いるそれらの実施形態全てにおいては、このプリズムが二等辺三角形プリズムであることが有利に提供される。

本発明はまた、上記の実施形態の何れか一の実施形態に従った分光器及び２つの干渉ビームの出射手段を有する分光イメージング装置を提供する。

この装置の特定の実施形態においては、出射手段は、光ビームを出射する光源と、光ビームを２つの干渉ビームに分離する手段と、ジオプタの平面において２つの干渉ビームからもたらされるインタフェログラムを位置付けるように、前記ジオプタの方にそれらの２つの干渉ビームの案内及びコリメーション手段とを有する。

本発明については、添付図面を参照して、以下の、実施形態の非制限的な実施例の詳細な説明を読むことにより、より理解することができる。

構成＜＜暗視野＞＞における本発明の第１の実施形態に従った分光器の模式図である。 構成＜＜暗視野＞＞における本発明の第２の実施形態に従った分光器の模式図である。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第１の実施形態に従った分光器の模式図である。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第２の実施形態に従った分光器の模式図である。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第１及び第２の実施形態に従った分光器の平面図である。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第１及び第２の実施形態に従った分光器により測定された強度分布のグラフである。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第３の実施形態を示す分光器の平面図である。 構成＜＜エバネッセント波＞＞における本発明の第３の実施形態に従った分光器の平面図である。 ＜＜波面分離＞＞により干渉系を得るようにする第１構成を示す分光器の断面図である。 ＜＜波面分離＞＞により干渉系を得るようにする第２構成を示す分光器の断面図である。 ＜＜逆反射＞＞により干渉系を得るようにする第２構成を示す分光器の断面図である。 本発明に従った分光イメージング装置を示す図である。

図１は、＜＜暗視野＞＞を構成する本発明の第１実施形態である分光器の模式図である。

この構成の分光器は、ジオプタ１１と、捕捉手段１８と、演算手段２０とを有する。

その分光器は、予め２つの干渉光ビームＦ１及びＦ２に分離された光源の分光分布の測定を可能にし、それらの２つのビームは、干渉系又はインタフェログラムを構成するように、コリメートされ、整形され、ジオプタに投影されることが可能である。

ジオプタ１１は、平面（ｘ０ｙ）上に位置し、異なる屈折率の２つの半平面に分離された透明平面である。そのジオプタは、２つの干渉ビームＦ１及びＦ２からもたらされるインタフェログラム１２を平面内に位置付けるように備えられている。２つのビームＦ１及びＦ２は、ジオプタ１１の横断軸（０ｚ）と角度θをなすことによりジオプタ１１に達する。それらのビームは、（ｘ０ｙ）ジオプタ平面１１に属するインタフェログラムの横断軸（０ｘ）に沿った複数の干渉ライン１３を有する干渉フィールド１２（又は、インタフェログラム）を形成する。干渉ライン１３は一連の暗いフリンジ及び明るいフリンジに対応している。

捕捉手段１８は、ジオプタ平面１１に対して平行な平行平面内に位置している検出要素１９の二次元ネットワーク１８を有する。検出要素１９は、二次元ネットワーク１８の全体に亘って等間隔で配置されている。検出要素１９は、インタフェログラムの一部を検出することが可能である光感応性変換要素である。

演算手段２０は二次元ネットワーク１８に接続されている。より詳細には、ネットワーク１８の各々の検出要素１９は演算要素２０に接続されている。その演算手段は、各々の検出要素１９により測定される実験データ処理と、２つの干渉ビーム（Ｆ１，Ｆ２）の少なくとも１つの、又はそれら２つの、干渉ビーム（Ｆ１，Ｆ２）を生成する光源の分光分布の再構成とを得る。このために、ネットワーク１８により得られる電気信号は、逆フーリエ変換により前記分光分布を再構成するようにディジタル的にフィルタリングされて、再構成される。

特定の実施形態に従って、位相遅れ手段２３は、２つの干渉ビームの一により横断されるように備えられることが可能である。この位相遅れ手段２３は位相遅れラインである。その位相遅れ手段は、ビームＦ１により横断され、そして入射平面（ｙ０ｚ）が何であれ、私たちがどこにいようと、このビームについて同じ位相シフトをもたらし、従って、その位相シフトは横断成分（０ｘ）に依存しない。故に、このライン２３は移動して、軸（０ｙ）に沿って中央ブリリアントフリンジの位置を制御する。

臨界角θｃが、ジオプタ１１におけるビームの全反射を得る角度として規定される。例えば、屈折率ｎ＝１．５（半空間、下方）及び空気の屈折率ｎ＝１（半空間、上方）のまん中を分離するジオプタについては、この角度θｃは４５°である。入射角θがこの臨界角θｃより小さい特定の場合には、入射ビームＦ１、Ｆ２はジオプタ１１を横断し、検出要素１９の二次元ネットワーク１８に達する。

この暗視野における第１実施形態に従って、二次元ネットワーク１８はジオプタ１１の平面（ｘ０ｙ）に関して傾けられていない。二次元位相遅れ手段２４は、他の干渉ビームにより横断されるように備えられている。この位相遅れ手段２４は二次元位相遅れラインである。その位相遅れ手段はビームＦ２により横断され、横断方向（０ｘ）に依存する異なる位相シフトをもたらし、この位相シフトは増加する又は線形であることが可能である。位相遅れライン２４を横断するビームＦ２は、従って、位相遅れライン２４の構造により制御される位相の横断方向分布を与える。位相遅れ手段２４は、例えば、屈折率勾配を有する透明要素又は傾斜されたミラーであることが可能である。両方の場合、横断方向（０ｘ）に従って線形に又は段階的に増加する機能の違いをもたらすことが可能である。

位相遅れライン２４を横断して、ビームＦ１に融合される光ビームＦ２は、軸（０ｘ）に対して角度αで傾けられた複数の明暗干渉ラインの系を得るようにする。

この実施形態においては、検出要素１９の二次元ビーム１８は、２つの干渉ビームにより照明される領域に位置付けられるように、ジオプタ１１に近接して位置付けされる。従って、捕捉手段はまた、検出要素１９の二次元ネットワークとジオプタとの間に、それらと接するように位置付けられる。このことは、迷光がインタフェログラム１２における測定を歪める可能性がある、ネットワーク１８とジオプタとの間の多重反射を回避することを可能にする。

他の実施形態においては、検出要素１９の二次元ネットワーク１８は、干渉ビームにより照明されない暗領域に位置付けられるように、ジオプタ１１から距離を置いている。従って、捕捉手段はまた、伝播波を拡散させることにより検出要素１９の二次元ネットワーク１８におけるインタフェログラム１２を生成するように備えられた複数の拡散要素二次元ネットワークを有する。

図２は、＜＜暗視野＞＞で構成される本発明の第２実施形態を示す分光器の平面図である。

この実施形態に従った分光器は位相遅れ手段２４を有しない。検出要素１９の二次元ネットワーク１８は、インタフェログラム１２の横断軸（０ｘ）に沿ってジオプタ平面（ｘ０ｙ）１１に対して角度αで傾けられている。ネットワーク１８は、従って、干渉ライン１３に対して傾けられている。この場合、位相遅れ手段２４は、干渉ラインを傾けるのに必要ないので、不要であると表現される。

このような条件下で、得られる検出レベルの結果は、従って、第１実施形態に従い、第１実施形態により例示され、図１により例示されている分光器によって与えられる結果と同じである。実際には、角度αで干渉ライン１３を傾けることとインタフェログラム１２の横断軸（０ｘ）に対して平行にネットワーク１８を保持することは、又は、角度αでネットワーク１８を傾けることとインタフェログラム１２の横断軸（０ｘ）に対して平行に干渉ライン１３を保持することは、同等である。

図３は、＜＜エバネッセント波＞＞で構成される本発明の第１実施形態を示す分光器の模式図である。

この構成の分光器はまた、ジオプタ１１と、捕捉手段１８と、演算手段２０とを有する。

入射角θが臨界角θｃより大きい特定の場合、入射ビームＦ１、Ｆ２はジオプタ１１に対して完全に反射され、エバネッセント波が、小さい屈折率の表面の側（上方の半空間）において形成される。

捕捉手段１８は、検出要素１９の二次元ネットワーク１８と、拡散要素１６の二次元ネットワーク１５とを有する。それら２つのネットワークは、ジオプタ平面１１に対して平行な平面上に位置付けられている。

拡散要素１６の二次元ネットワーク１５は、ジオプタ平面１１に対して平行な、前記ジオプタ１１の平面の上方にある、そしてエバネッセント波と接している平面に位置付けられる。拡散要素１６は、二次元ネットワーク１５の全体に亘って等距離に配置されている。

検出手段は、ジオプタ平面１１に対して平行な、拡散要素１６の二次元ネットワーク１５の平面の上方にある平面に位置付けられた検出要素１９の二次元ネットワーク１８を有する。検出手段１９は、二次元ネットワーク１５の全体に亘って等距離に配置されている。

有利であることに、各々の拡散要素１６は検出要素１９に関連付けられている。検出要素１９の二次元ネットワーク１８の平面への拡散要素１６の投影は、前記拡散要素１６に関連付けられた検出要素１９と組み合わされる。そのような構成においては、各々の拡散要素１６は、検出器１９の下方で完全に中心合わせされている。拡散要素１６のネットワーク１５及び検出器１９のネットワークは一致している。

有利であることに、位相遅れ手段２３は、図１に例示されている暗視野における第１実施形態の位相遅れ手段と同様に備えられることが可能である。

この構成においては、干渉ビームＦ１、Ｆ２の入射角θは全反射臨界角θｃより大きい。エバネッセント波が生成され、従って、エバネッセント波はジオプタ１１の弱い入射側の表面上に位置付けられる。このような条件下では、ジオプタ１１の背後に伝播されるビームは存在しない。エバネッセント波における強度分布は、ビームＦ１及びＦ２の全反射によりもたらされるインタフェログラムの強度分布と全く同じように反射する。ジオプタ１１におけるこの強度分布のサンプリングされた信号が、拡散要素１６のネットワーク１５及び検出要素１９ネットワーク１８を組み合わせることにより得られる。

拡散要素１６の形及び高さは、この拡散要素１６に関連する検出器１９の有用な表面の最大を用いて、検出器１９の方へのエバネッセント波のデマッピングの効率を最適化するように選択されることが可能である。形の例はバーであり、そのバーの幅は、フリンジ間の四分の一よりかなり劣り、そのフリンジに沿った長さは検出器の長さと同じである。検出器が飽和している場合、そのバーの長さを、ポイント又はブリップが得られるまで減少させることが可能である。

＜＜エバネッセント波＞＞を構成するこの実施形態に従って、二次元位相遅れ手段２４が、他の干渉のビームにより横断されるように備えられる。この位相遅れ手段２４は二次元位相遅れラインである。その位相遅れ手段はビームＦ２により横断され、横断方向（０ｘ）に依存して異なる位相シフトをもたらし、この位相シフトは増加する又は線形であることが可能である。位相遅れライン２４を横断するビームＦ２は、従って、位相遅れライン２４の構造により制御される位相の横断方向分布を示す。位相遅れ手段２４は、例えば、屈折率勾配を有する透明な要素又は傾けられたミラーであることが可能である。両方の場合、横断方向（０ｘ）に従って線形に又は段階的に増加する機能の違いをもたらすことが可能である。ライン２４と交差し、ビームＦ１に合流される光ビームＦ２は、軸（０ｘ）に対して角度αで傾けられた複数の明暗干渉ラインの系を得るようにする。

図４は、前記＜＜エバネッセント波＞＞を構成する第２実施形態を示す分光器の平面図である。

この第２実施形態に従って、拡散要素１６及び検出器１９の二次元ネットワーク１５及び１８は、ジオプタ平面１１の軸（０ｘ）に対して角度αで傾けられている。拡散要素１６及び検出器１９は完全に位置合わせされている。この実施形態、即ち、前記＜＜中心合わせされた構成＞＞においては、２つのネットワーク１５及び１８は、従って、干渉ライン１３に対して傾けられている。この場合、位相遅れ手段２４は、干渉ラインを傾ける必要がないため、不要であると表現される。このような構成においては、その検出で得られる結果は、従って、“エバネッセント波”構成にある第１実施形態に従った分光器により得られる結果と同じである。実際には、角度αで横断軸１３を傾けることと、ジオプタ１１の横断軸（０ｘ）に対して平行にネットワーク１５及び１８を保持することとは、又は、角度αでネットワーク１５及び１８を傾けることと、ジオプタ１１の横断軸（０ｘ）に対して平行に横断軸１３を保持することとは、同等である。

図５は、“エバネッセント波”構成にある本発明の第１実施形態及び第２実施形態に従った分光器の平面図である。

図５に示すように、画素のサイズＰ（＜＜画素ピッチ＞＞）に等しい、軸（０ｘ）に対して平行な拡散要素１６の列間の距離を保持しつつ、ｒがフリンジ間の四分の一より小さいようにオーバーサンプリングされた＜＜ｒ＞＞をもたらすことが可能である。より適切には、Ｐは検出器ネットワークの期間であり、画素間の間隔が小さいときには、画素の大きさに略等しい。インタフェログラムが周期的でない特定の実施形態においては、最小のサンプリングステップｒ_Ｍｉｎに相当する最大のサンプリング分解能を規定するように、フリンジ間の最小が考慮される。

図６は、“エバネッセント波”構成にある第１実施形態及び第２実施形態に従った分光器により測定された強度分布を示している。

図５及び６に示しているように、列状に位置付けられた検出器１９、＜＜ａ＞＞及び１乃至Ｎのライン１は、この列＜＜ａ＞＞に沿った強度分布のサンプリングを与える。ポイント＜＜１ａ＞＞乃至＜＜Ｎａ＞＞は、ネットワーク１８の対応するポイントに干渉フィールドの強度を与える。この横断的サンプリングの最大分解能は、干渉ライン１３とネットワークの列１５及び１８との間の傾き角度α、並びに画素の大きさＰに依存する。Ｓｈａｎｎｏｎ基準は、最小のサンプリングステップｒ_Ｍｉｎがインタフェログラム１２の最小のフリンジ間隔の四分の一に等しい又はそれより小さいことを課する。

本発明に従った分光器の波長における分解能は、入射平面における長手方向の成分に結び付けられ、入射平面（ｙ０ｚ）に投影されるビームの幅に関する条件を有する。その分析についてのスペクトル帯域は横断方向成分（入射平面に対して垂直な）に結び付けられ、軸（０ｘ）に従ったビームの横断方向の大きさに関する条件を有する。その性能はまた、ネットワーク１５及び１８に関して干渉ビーム１３を傾けることが実現されて、制御される精度に依存する。結果として、本実施形態に従った分光器は、画素の大きさに依存しない分析のスペクトル帯域及び分解能を有するという有利点を示す。

図５及び６に示す論法は、図１及び２に示す＜＜暗視野＞＞構成における本発明の２つの実施形態にも適用可能である。

図７は、前記＜＜エバネッセント波＞＞の構成を有する本発明の第２実施形態を示す分光器の平面図である。

第３実施形態に従って、拡散要素の二次元ネットワーク１５は、ジオプタ平面１１の軸（０ｘ）に対して角度αで傾けられている。検出要素１９の二次元ネットワーク１８はジオプタ平面１１に対して平行である。拡散要素１６及び検出要素１９は、ジオプタ平面１１の軸（０ｘ）に沿って角度αで傾けられている。この実施形態、即ち、前記＜＜離心構成＞＞においては、ネットワーク１５のみが干渉ライン１３に関して傾けられている。軸（０ｘ）に関して拡散要素の列を傾けることにより、拡散要素１６のネットワーク及び捕捉器１９はもはや重なり合っていない。２つのビームホログラフィによるグリッド表面の生成処理により、このような所定角度αで傾けることが可能になる。この種類の処理は、列全てにおいて優れた傾き角度αの制御により、ジオプタ１１の表面で拡散要素１６を登録することを可能にする。

図８は、＜＜エバネッセント波＞＞構成を有する本発明の第３実施形態に従った分光器の平面図を示している。

図６はまた、この第３実施形態に従って得られた結果について示している。拡散要素１６は、複数の拡散要素１６は、この場合、複数の検出器１９の中心に関して徐々に移動される。その移動は傾き角度αに依存する。干渉ライン１３は軸（０ｘ）に対して平行である。列＜＜ａ＞＞及びライン１乃至Ｎに位置している検出器１９は、図６に示されているように、列＜＜ａ＞＞に沿って強度分布をサンプリングする。ポイント＜＜１ａ＞＞乃至＜＜Ｎａ＞＞は、ネットワーク１８の対応するポイントに、同様に、上記の２つの第１実施形態に従った分光器により得られるポイントに、干渉フィールド１２の強度を与える。従って、同じ情報が、２つの第１実施形態に従った構成により得られる情報として、分光器において得られる。

図９、１０、１１は、分光検出器のアプリケーションについての構成を示している。それらの構成の各々においては、分光機能をもたらす変換要素は、１つのプリズム表面上にのみ備えられることが可能であり、例示のように表されることが可能である。

図９は、“波面の分離”により干渉系を得るようにする第１構成を示す分光器の断面図である。

分光器は二等辺プリズム４１を有する。この二等辺プリズム４１は５つの面であって、前方面（４４）、２つの後方面（４２，４３）、上方面及び下方面を有する。前記上方面及び下方面の各々は二等辺三角形を構成する。ジオプタが現時点で、プリズム４１の後方面４２及び４３の少なくとも一部を有するように備えられる。この場合、干渉ビームＦ１及びＦ２は、前記プリズム４１の２つの後方面４２及び４３の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面４４の正中面に関して対称的に且つ垂直入射でプリズム４１の前方面４４に達する。各々のビームは、従って、正中面の２つの側の一の側に沿って分配される。そのプリズムの角度は、それら２つのビームの入射角度を決定する。特に、直角二等辺プリズムは４５°の入射角度に対応している。プリズム４１によりそのように構成される構造は、分光器の機械的及び熱的整合性及び安定性を保証する。

変換手段２５は後方面４３に対して備えられて、分光検出器の機能を実現している。３つの第１実施形態に従った分光器により得られる機能と同等に、この構成により、二等辺プリズム４１の２つの後方面（４２，４３）間に対称的に分配された干渉フィールド１２が得られる。実際には、この構成により、ビームＦ１は、プリズムの後方面４２に対して反射される前に、位相遅れ手段２３を、続いてプリズム４１を横断する。同様に、ビームＦ２は、プリズムの後方面４３に対して反射される前に、位相遅れ手段２４を、続いてプリズム４１を横断する。従って、干渉フィールドは後方面４２及び４３上に形成される。例えば、後方面４２における干渉は、前記後方面４２に送られる光ビームＦ１と後方面４３における反射の後に前記後方面４２に送られるビームＦ２との間の干渉に相当する。

一次元位相遅れ手段２３は、プリズム４１の前方面４４の２つの前方半面４４′及び４４′′の一の前方半面に対して備えられている。２つの前方半面４４′及び４４′′の各々は、前記プリズム４１の２つの後方面４２及び４３の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面４４の正中面との前方面４４の交差部分により形成される。プリズム４１の各々の前方半面（４４′，４４′′）が、そのようにして構成されることが理解できる。この構成において、位相遅れ手段２３は、ビームＦ１の側に備えられている。そのことは、プリズムの頂点４１から遠い中央のフリンジを移動させるように、ビームＦ１を遅延させるようにする。このことは、頂点により拡散される迷光の影響を最小化することを可能にする。

二次元位相遅れ手段２４は、プリズム４１の前方面４４の前方半面４４′′に対して備えられ、第１前方半面４４′は既に、位相遅れ手段２３により占められている。

図１０は、＜＜波面の分配＞＞により干渉系を得るようにする第２の構成を示す分光器の断面図である。

二次元位相遅れ手段２４は、二等辺プリズム４１の後方面４３に対して、このときに備えられる。この後方面４３の選択は、位相遅れ手段２３が前方半面４４′に対して備えられるという事実によるものである。ビームＦ２の下方部分においては、二次元位相遅れ手段２４に依存する軸（０ｘ）に沿った位相シフトを伴う反射が起こる。この場合、二次元位相遅れ手段２４は、位相遅れミラー又は角度αで傾けられたミラーであることが可能である。

変換手段２５は、後方面４３に備えられ、一次元位相遅れ手段２３又は二次元位相遅れ手段２４のように機能する。この変換手段２５は、検出器アプリケーションを製造することを可能にする。分析される媒体と接触させることにより、次の事項がもたらされる。
− 反射スペクトルの位相シフト及び修正（電気的ミラーの表面の活性化であって、そのミラーの屈折率は外部環境に依存する活性化）
− 反射角度及び吸収（表面プラズモン）の変化
− プリズムの外側方向へのダイシング（ブラッグ・ネットワーク）
図１１は、＜＜逆反射＞＞により干渉計を得るようにする第２構成を示す分光器の断面図である。

その分光器は、直角プリズムと、ミラーとしての役割を果たす要素２５とを有する。ビームＦ１は面５２に達し、続いて、面５３に対して位置付けられた要素２５に達するように、面５４において反射される。ビームＦ２は直接、面５３に達し、その面において、要素２５の存在のために反射される。続いて、インタフェログラム又は定在波が、検出システムによりトラップされて、測定されることが可能である面５３と５４との間で生成される。

他の実施形態に従って、前記変換手段２５は二次元位相遅れ手段と組み合わされる。

図１２は、本発明に従った分光イメージング装置を示している。

この装置は、２つの干渉ビーム（Ｆ１，Ｆ２）の出射手段と、本発明に従った分光器とを有する。

出射手段は、光ビームを出射する光源３１と、２つの干渉ビームＦ１及びＦ２に分離（振幅分離）される分離ビーム３２と、ジオプタ１１の方への前記２つの干渉ビームの案内及びコリメーション手段とを有する。

分離手段３２は標準的な光分離手段であって、その光分離手段としては、特に、ビームスプリッタ、半波長スプリッタ及び光ファイバカプラがある。

案内及びコリメーション手段を用いて、２つの光ビームＦ１及びＦ２は、ジオプタ１１において干渉フィールド１２を定位するようにコリメートされる。セクション干渉ビーム（例えば、方形の）が円筒形マイクロレンズ系により得られる。

２つの干渉ビームＦ１及びＦ２のそれぞれは、一次元位相遅れ手段２３及び二次元位相遅れ手段２４を横断し、ジオプタ１１の方に送られる。ジオプタ１１は、例えば、プリズム４１の複数の面の少なくとも１つの面であることが可能である。検出が空気中で実行されるとき、入射角度θは、臨界角θｃ＝Ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）より大きい。より正確には、ジオプタから離れて、プリズム４１の形状は、球面、三面、複数面等の何れかであることが可能である。

光源３１からの光ビームを２つのビームＦ１及びＦ２に分離することを可能にする接続は束接続である。この装置は、拡散要素１６及び検出要素１９並びに演算要素２０の２つのビーム１５及び１８を最終的に有する。

本発明に従った分光器及び分光イメージング装置は異なるアプリケーション、特に次のアプリケーションで用いられることが可能である。
− 例えば、１０ｎｍの分解能を有するスペクトル帯域３８０乃至７３０ｎｍについての可視比色測定のための装置：満足な装置においては、入射角度θ＝７０°、画素サイズＰ＝１２μｍ、傾き角度α＝０．１６°、ビームの横断サイズＬｘ＝４．２ｍｍ及びビーム幅Ｌｙｚ＝０．０１ｍｍである。
− １ｎｍの分解能を有するスペクトル帯域１４００乃至１６００ｎｍについての赤外線通信のための装置：満足な装置においては、入射角度θ＝７０°、画素サイズＰ＝１２μｍ、傾き角度α＝０．６°、ビームの横断サイズＬｘ＝１．２ｍｍ及びビーム幅Ｌｙｚ＝０．５ｍｍである。
− ０．２ｎｍの分解能を有するスペクトル帯域１５００乃至１６００ｎｍについての赤外線吸収分光のための装置：満足な装置においては、入射角度θ＝７０°、画素サイズＰ＝１２μｍ、傾き角度α＝１．２７°、ビームの横断サイズＬｘ＝０．５ｍｍ及びビーム幅Ｌｙｚ＝２．２ｍｍである。

上記の本発明の実施形態は、例示として与えられていて、制限的なものではない。本発明の範囲内で本発明の種々の変形が可能であることを当業者は理解することができる。

特に、分光器においては、検出要素１９の二次元ネットワーク１８を直接、統合しないことが可能である。この場合、検出要素の二次元ネットワークを有する分光器アセンブリにおいては、適切な傾きを備えることにより、本発明の範囲内で分光機能を達成することが可能である。

Claims (15)

1. ジオプタと、２つの干渉ビームからもたらされ、前記ジオプタの平面の横断軸に沿った互いに平行な干渉ラインを形成するインタフェログラムの前記ジオプタにおける捕捉手段と、を有する分光器であって、前記捕捉手段は、前記ジオプタの平面に対して平行であり、前記インタフェログラムの空間的分配を検出するように備えられた検出要素のネットワークを有する、分光器であり：
   前記ネットワークは、全体的に前記検出要素が等間隔で備えられている二次元ネットワークであり；
   前記捕捉手段は、前記二次元ネットワークの全体に亘って等間隔で備えられ、伝播波拡散を介して前記の検出要素の二次元ネットワークに前記インタフェログラムを投影するように備えられた、前記のジオプタの平面に対して平行な拡散要素の二次元ネットワークを有し、
   前記干渉ラインは前記二次元ネットワークの少なくとも一の二次元ネットワークによる角度的移動を示す；
   ことを特徴とする分光器。
2. 請求項１に記載の分光器であって、前記インタフェログラムの前記横断軸に沿って前記インタフェログラムの中央の位置を移動させるように、前記２つの干渉ビームの一の干渉ビームの前記位相を遅延させるように備えられた少なくとも二次元位相遅れ手段、及び／又は前記２つの干渉ビームの一の干渉ビームの位相を遅延させるように備えられた少なくとも一次元位相遅れ手段を有する、分光器。
3. 請求項１又は２に記載の分光器であって、各々の検出要素は変換要素である、分光器。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の分光器であって、前記のジオプタの平面における各々の前記２つの干渉ビームの前記入射角度は全反射臨界角より小さい、分光器。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の分光器であって、前記の検出器の二次元ネットワークと前記ジオプタとの間に、前記二次元ネットワークと前記ジオプタとの間の多重反射を低減するように前記二次元ネットワーク及び前記ジオプタと接して、備えられた屈折率ゲルを有する、分光器。
6. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の分光器であって、前記のジオプタの平面において前記２つの干渉ビームの各々の入射角度は前記全反射の臨界角より大きい、分光器。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の分光器であって、各々の検出要素は、前記のジオプタの平面に対する直交軸に沿った投影により散乱要素に対して重ね合わされている、分光器。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の分光器であって、前記散乱要素の少なくとも一部の幅は前記インタフェログラムのフリンジ間距離の四分の一より小さい、分光器。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の分光器であって、少なくとも散乱要素は、前記検出要素の長さに等しい長さのバーである、分光器。
10. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の分光器であって、少なくとも散乱要素は拡散スタッド又は拡散ポイントである、分光器。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の分光器であって、前記ジオプタは前記光方面の少なくとも一部を有するように備えられた、任意に直角二等辺である、二等辺プリズムを有し、前記２つの干渉ビームは、前記プリズムの両方の後方面の交差部分により形成されるエッジと交差する前記前方面の正中面に対して対称的に且つ垂直入射するように前記のプリズムの前方面に達する、分光器。
12. 請求項１１に記載の分光器であって、少なくとも一次元位相遅れ手段は、前記二等辺プリズムの前記前方面の２つの前方半面の一の前方半面に対して備えられ、各々の前方半面は、前記プリズムの両方の後方面の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面の前記正中面との前記前方面の交差部分により形成される、分光器。
13. 請求項１１又は１２に記載の分光器であって、少なくとも二次元位相遅れ手段は、前記二等辺プリズムの前記前方面の２つの前方半面の一の前方半面に対して備えられ、各々の前方半面は、前記プリズムの２つの後方面の交差部分により形成されるエッジを切る前記前方面の前記正中面との前記前方面の交差部分により形成される、分光器。
14. 請求項２、１１乃至１３の何れか一項に記載の分光器であって、少なくとも二次元位相遅れ手段は、前記二等辺プリズムの前記２つの後方面の一の光方面に対して備えられている、分光器。
15. 請求項１１乃至１４の何れか一項に記載の分光器であって、前記ジオプタが前記光方面の少なくとも一部により構成されるように備えられた二等辺プリズムと変換要素とを有し、干渉ビームは、他の後方面を横断し、前記前方面において反射された後に、垂直入射で前記ジオプタに対して位置付けられた前記変換手段に達し、他の干渉ビームは直接、前記ジオプタに達し、前記ジオプタにおいて、前記変換手段の存在のために反射される、分光器。
    

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