JP2014224801A - 干渉縞パターンを生成する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２波長ホログラムを得る時生ずるクロストークを検出しないようにする。【解決手段】周波数νを有するレーザ光を射出するレーザ源と、周波数ν１を有する第１の光及び周波数ν２を有する第２の光を生成する音響光学変調器と、第１の光を第１の参照光と試料へ誘導される第１の物体光とに分割する第１のビームスプリッタと、第２の光を第２の参照光と試料へ誘導される第２の物体光とに分割する第２のビームスプリッタと、第１の参照光及び第１の物体光に基づく第１の縞と第２の参照光及び第２の物体光に基づく第２の縞とから構成される画像を検出する検出器からなり、第１の参照光と第２の参照光との第１の対、第１の物体光と第２の物体光との第２の対、第１の参照光と第２の物体光との第３の対及び第２の参照光と第１の物体光との第４の対による干渉縞パターンを検出しないように、Δν＝（Δν｜ν２−ν１｜）の逆数を露光時間より短くする。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、干渉縞パターンを生成する装置及び方法に関する。更に詳細には、本発明はホログラフィック顕微鏡に関する。

リアルタイム２波長撮像に関して、Ｋｕｈｎ他は、１回のホログラムの取得によって２波長デジタルホログラフィック顕微鏡測定を実行する技術を開示している（Ｊｏｎａｓ Ｋｕｈｎ、Ｔｒｉｓｔａｎ Ｃｏｌｏｍｂ、Ｆｒｅｄｅｒｉｃ Ｍｏｎｔｆｏｒｔ、Ｆｌｏｒｉａｎ Ｃｈａｒｒｉｅｒｅ、Ｙｖｅｓ Ｅｍｅｒｙ、Ｅｔｉｅｎｎｅ Ｃｕｃｈｅ、Ｐｉｅｒｒｅ Ｍａｒｑｕｅｔ及びＣｈｒｉｓｔｉａｎ Ｄｅｐｅｕｒｓｉｎｇｅ、「Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ第１５巻第１２号」、７２３１〜７２４２ページ（２００７年））。

２波長ホログラムを得るためにλ１＝６７９．５７ｎｍ及びλ２＝７５９．９１ｎｍの２つの半導体レーザダイオードが使用されるので、ホログラムのフーリエ空間における各波長の空間周波数は個別にフィルタリング（選択）される。

Ｋｕｈｎ他が２波長ホログラムを得るために２つのレーザ源を使用する理由は、それらのレーザ源がいずれのレーザ波長よりもはるかに長い合成ビート波長を発生できるからである。測定可能な試料深さの範囲は、使用される光の波長により制限される。従って、合成ビート波長を使用することにより、測定される試料深さの範囲が拡大しうる。

本発明の実施形態は、ホログラムを生成する装置及び方法を提供する。

本発明の１つの態様によれば、周波数νを有するレーザ光を射出するレーザ源と、周波数ν_１を有する第１の光及び周波数ν_１とは異なる周波数ν_２を有する第２の光をレーザ光から生成する音響光学変調器と、第１の光を第１の参照光と第１の入射角で試料へ誘導される第１の物体光とに分割する第１のビームスプリッタと、第２の光を第２の参照光と第２の入射角で試料へ誘導される第２の物体光とに分割する第２のビームスプリッタと、露光時間において、第１の参照光及び第１の物体光に基づく第１の干渉縞パターンと第２の参照光及び第２の物体光に基づく第２の干渉縞パターンとから構成される画像を検出する検出器とを含み、第１の参照光と第２の参照光との第１の対、第１の物体光と第２の物体光との第２の対、第１の参照光と第２の物体光との第３の対及び第２の参照光と第１の物体光との第４の対による干渉縞パターンを検出器が検出しないように、Δν＝（Δν｜ν_２−ν_１｜）の逆数は露光時間より短いことを特徴とするホログラムを生成する装置が提供される。

本発明の更なる特徴は、添付の図面を参照する以下の例示的な実施形態の説明から明らかになるだろう。

図１は、ホログラムを生成する装置を示す図である。 図２Ａは、実施形態１で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図２Ｂは、実施形態１で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図３Ａは、実施形態２で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図３Ｂは、実施形態２で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図３Ｃは、実施形態２で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図４Ａは、実施形態３で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図４Ｂは、実施形態４で説明されるホログラムを生成する装置を示す図である。 図５は、干渉縞パターンを示す図である。 図６は、干渉縞パターンを示す図である。 図７Ａは、参照光１と参照光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図７Ｂは、参照光１と参照光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図７Ｃは、参照光１と参照光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図７Ｄは、参照光１と参照光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図８Ａは、物体光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図８Ｂは、物体光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図８Ｃは、物体光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図８Ｄは、物体光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図９Ａは、参照光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図９Ｂは、参照光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図９Ｃは、参照光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図９Ｄは、参照光１と物体光２との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１０Ａは、参照光２と物体光１との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１０Ｂは、参照光２と物体光１との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１０Ｃは、参照光２と物体光１との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１０Ｄは、参照光２と物体光１との干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１１Ａは、４つの光すべての間の干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１１Ｂは、４つの光すべての間の干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１１Ｃは、４つの光すべての間の干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１１Ｄは、４つの光すべての間の干渉に基づく計算上の画像を示す図である。 図１２は、干渉縞が得られないことを説明するための図である。 図１３Ａは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｂは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｃは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｄは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｅは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｆは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｇは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｈは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｉは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｊは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｋは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｌは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｍは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｎは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｏは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｐは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１３Ｑは、時間に依存するシミュレーション結果を示す図である。 図１４Ａは、時間に依存する画像を示すシミュレーション結果である。 図１３Ｂは、時間に依存する画像を示すシミュレーション結果である。 図１３Ｃは、時間に依存する画像を示すシミュレーション結果である。 図１３Ｄは、時間に依存する画像を示すシミュレーション結果である。 図１５は、干渉縞が得られないことを説明するための図である。 図１６Ａは、時間に依存する項を含む画像及びすべての項を含む最終的な画像をそれぞれ示す図である。 図１６Ｂは、時間に依存する項を含む画像及びすべての項を含む最終的な画像をそれぞれ示す図である。 図１７Ａは時間に依存する項を含む画像及びすべての項を含む最終的な画像をそれぞれ示す図である。 図１７Ｂは時間に依存する項を含む画像及びすべての項を含む最終的な画像をそれぞれ示す図である。 図１８Ａは、クロストークが存在する場合及び存在しない場合にホログラム画像を使用することにより得られるフーリエスペクトルをそれぞれ示す図である。 図１８Ｂは、クロストークが存在する場合及び存在しない場合にホログラム画像を使用することにより得られるフーリエスペクトルをそれぞれ示す図である。

添付の図面を参照して、本発明に係る実施形態を以下に説明する。

ホログラフィック顕微鏡検査の場合、特に３次元撮像ではホログラムの取得時間を短縮することが望ましい。従って、本実施形態は、物体に対する多角照明を使用する新たな方法及び装置を説明する。

図１は、２つの独立したレーザ（１０００及び１０５０）を使用して複合多重ホログラムを生成する装置を示す。光周波数ν_１を有するレーザ光は、２つのレンズＬ１（１０１７）、Ｌ２（１０１８）及びピンホール（１１１２）により拡張され且つ空間フィルタリングされる。

レーザ１０５０からのレーザ光は、ビームスプリッタ／カプラ１０１９により参照光（ＲＢ_１）１９１５及び物体光（ＯＢ_１）１９５０に分割される。参照光ＲＢ_１はレンズ（Ｌ３）１００７により集束され、ビームスプリッタ／カプラ（１００４、１００８）、ミラー１００５、１００６を介してカメラ１００９に向かって発散する。物体光ＯＢ_１は、２Ｄガルボミラー１０２０により角度調整され、ビームスプリッタ／カプラ（１０１９、１０２３）、ミラー（１１１２、１０２０、１０１４）及びレンズ（１０２１、１０２２、１０１３）を介して、集光レンズ及び対物レンズ（１０１５及び１０１６）から構成される顕微鏡と、試料とを通過する。物体光は、ミラー１０１７及び円柱レンズ１１１７を介してカメラへ誘導される。参照光ＲＢ_１（１９１５）及び物体光ＯＢ_１（１９５０）は、検出器を有するカメラにおいて、光が互いに角度を成す状態で組み合わされる。試料が物体光ＯＢ_１の光路に存在しない場合に２つの光の干渉によって１組の平行な縞がカメラ１００９で形成されるように、ＲＢ_１及びＯＢ_１の波面湾曲は一致する。試料が物体光ＯＢ_１の光路に配置されると、その試料は光の位相を変化させるので、物体光ＯＢ_１の波面が変調される。その結果、平行な縞は変調される。物体光ＯＢ_１の方向に沿って積分された試料の屈折率特性を抽出するために、縞の変調が使用される。

光周波数ν_２を有する別のレーザ光は、２つのレンズ（１００１、１００３）及びピンホール１００２により拡張され且つ空間フィルタリングされる。このレーザ光は、参照光（ＲＢ_２、１９１０）及び物体光（ＯＢ_２、１９５５）に分割される。２つの参照光はビームスプリッタ１００４を介して重ね合わされる。参照光ＲＢ_２はレンズ１００７（Ｌ３）により集束され、カメラ１００９に向かって発散する。物体光（ＯＢ_２、１９９５）は２Ｄガルボミラー１０１０により角度調整され、レンズ１０１１及び１０１２と、集光レンズ及び対物レンズ（１０１５、１０１６）から構成される顕微鏡と、試料とを通過する。参照光ＲＢ_２及び物体光ＯＢ_２は、光が互いに角度を成す状態でカメラ１００９において組み合わされる。試料が物体光ＯＢ_２の光路に存在しない場合に２つの光の干渉によって１組の平行な縞がカメラで形成されるように、ＲＢ_２及びＯＢ_２の波面湾曲は一致する。試料が物体光ＯＢ_２に配置されると、その試料は光の位相を変化させるので、物体光ＯＢ_２の波面は変調される。その結果、平行な縞は変調される。物体光ＯＢ_２の方向に沿って積分された試料の屈折率特性を抽出するために、縞の変調が使用される。

フーリエ空間における２つの対応する画像の分離を発生させるために、ＲＢ_１とＯＢ_１の干渉により生成される第１の組の縞の向きは、ＲＢ_２とＯＢ_２の干渉により生成される第２の組の縞の向きとは異なっている。

更に、２つのレーザ（１０００、１０５０）は独立しており、２つのレーザから発光した光は干渉せず、他に干渉縞の組を発生させない。２つの光を互いに干渉させないことは重要である。２つの独立したレーザの使用は、この条件を実現する方法の１つである。

２波長ホログラムを得るために、２つのレーザ源を使用する代わりに１つのレーザ源を使用する装置及び方法を以下に説明する。

本発明では、装置を単純にするために２つのレーザ源の代わりに１つのレーザ源を使用することが望ましい。その一方で、２つの物体光の干渉によってフーリエ空間に「クロストーク」スペクトルが発生するという１つの欠点がある。しかし、２つの光が異なる光周波数を有する場合、クロストークはほぼ起こらないということが知られている。本実施形態は、クロストークを回避するために１つのレーザ源（レーザ）を使用して２つの光を発生する方法を説明する。それら２つの光は干渉するが、その干渉の時間平均は空間的に均一である。従って、フーリエ空間に「クロストーク」スペクトルは現れない。

（実施形態１）
複合多重ホログラムを生成する装置は図２Ａに示される。この構成は１つのレーザ２０００（波長λ_１〜５４３ｎｍ）を使用する。レーザ光は、最初に、変調周波数Δνを有する音響光学変調器（ＡＯＭ）２１００によって２つのレーザ光ＬＢ_１及びＬＢ_２に分割される。２つのレーザ光ＬＢ_１及びＬＢ_２は、それぞれ異なる光周波数ν_１及びν_２を有する。ν_１とν_２の差はΔνである。例えば、使用されるΔνは２００ＭＨｚであるが、振動周期（５ｎｓ）がカメラの露光時間（すなわち、カメラに含まれる検出器が撮像するために露光される期間）よりはるかに短いのであれば、Δνの厳密な数値は重要ではない。ν_１は（ｃ／λ_１）であり、ν_２は（ｃ／λ_１）−Δν（本構成では２００ＭＨｚ）である。使用されるΔνは、例えば５ＭＨｚ〜５ＧＨｚに設定されるとよい。従って、ＡＯＭは少なくとも２つの光ν_１及びν_２を発生する。図２Ａでは、説明の重複を避けるために、図１の図中符号が使用される。

一実施形態において、必要とされるＡＯＭの数は、レーザ光の数−１である。レーザ光が２つである場合、ＡＯＭは１つあればよい。

光周波数ν_１を有する第１のレーザ光ＬＢ_１は、２つのレンズ（Ｌ１ １０１７及びＬ２ １０１８）及びピンホール１１１２により拡張され且つ空間フィルタリングされる。レーザ光は、参照光（ＲＢ_１、１９１５）及び物体光（ＯＢ_１、１９５０）に分割される。参照光ＲＢ_１はレンズ（Ｌ３ １００７）により集束され、ビームスプリッタ（１０１９、１００４）、ミラー（１００５、１００６）を介してカメラ１００９に向かって発散する。

物体光ＯＢ_１は、２Ｄガルボミラー２０２０により角度調整され、集光レンズ１０１５及び対物レンズ１０１６から構成される顕微鏡と試料１１１８とを通過する。参照光ＲＢ_１及び物体光ＯＢ_１１９１５は、ビームスプリッタ（１００４、１０１８）、ミラー（１００５、１００６）及びレンズ１００７を介して、光が角度を成す状態でカメラ１００９において組み合わされる。試料が物体光ＯＢ_１の光路に存在しない場合に２つの光の干渉によって１組の平行な縞がカメラで形成されるように、ＲＢ_１及びＯＢ_１の波面湾曲は一致する。試料が物体光ＯＢ_１中に配置されると、その試料は光の位相を変化させるので、物体光ＯＢ_１の波面は変調される。その結果、平行な縞は変調される。物体光ＯＢ_１の方向に沿って積分された試料の屈折率特性を抽出するために、縞の変調が使用される。

同一のレーザからの光周波数ν_２を有する別のレーザ光ＬＢ_２は、２つのレンズ（１００１、１００３）及びピンホール１００２により拡張され且つ空間フィルタリングされる。レーザ光は、参照光（ＲＢ_２、１９１０）及び物体光（ＯＢ_２、１９５５）に分割される。参照光ＲＢ_２はレンズ（Ｌ３）により集束され、ミラー（１００５、１００６）、レンズ１００７及びビームスプリッタ１０１８を介してカメラに向かって発散する。物体光ＯＢ_２は、２Ｄガルボミラー１０１０により角度調整され、集光レンズ及び対物レンズ（１０１５、１０１７）から構成される顕微鏡と試料１１１８とを通過する。参照光ＲＢ_２及び物体光ＯＢ_２は、光が角度を成す状態でカメラにおいて組み合わされる。試料が物体光ＯＢ_２の光路に存在しない場合に２つの光の干渉によって１組の平行な縞がカメラで形成されるように、ＲＢ_２及びＯＢ_２の波面湾曲は一致する。試料が物体光ＯＢ_２に配置されると、その試料は光の位相を変化させるので、物体光ＯＢ_２の波面は変調される。その結果、平行な縞は変調される。物体光ＯＢ_２の方向に沿って積分された試料の屈折率特性を抽出するために、縞の変調が使用される。

第１の参照光１９１５は、ビームスプリッタ１００４を介して第２の物体光１９５５と多重化されうる。そのような多重化を回避するために、図２Ｂで説明するようにビームスプリッタ１０１９、１００４及び２９９０が配置される。第１の参照光１９１５は、ビームスプリッタ２９９０を介して第２の参照光１９１０と重ね合わされる。

フーリエ空間において２つの対応する画像の分離を生じさせるために、ＲＢ_１とＯＢ_１の干渉により生成される第１の組の縞の向きは、ＲＢ_２とＯＢ_２の干渉により生成される第２の組の縞の向きとは異なっている。

また、２つのレーザ光ＬＢ_１及びＬＢ_２は干渉せず、他に干渉縞の組を発生させない。しかし、空間内でこれらの干渉縞の組は周波数Δνで変化している。従って、カメラの積分時間がΔνの逆数よりはるかに長い限り、時間に関して縞を平均するのが効果的である。カメラの積分時間をミリ秒（又はミニ秒）のオーダーで設定できるのに対し、Δνの逆数はサブマイクロ秒のオーダーで設定できるので、この条件が満たされる。

２Ｄガルボミラー（１０１０、２０２０）からの光の角度が試料１１１８に対する照明角度に対応するように、２Ｄガルボミラーは、試料平面の共役平面に配置される。角度移動の量は、（１）照明角度範囲の量及びガルボミラーと試料との間のリレー光学系の倍率に依存する。試料に対する物体光ＯＢ_１の入射角を変化させるために、２Ｄガルボミラー２０２０の代わりに、移動しないと想定されるミラーを使用できる。

一般に、参照光１と参照光２との位相差がｔ＝０で０であると想定される場合、各光の電場は下記の式により説明される。

Ｅ_ｒ１、Ｅ_１、Ｅ_ｏ１、Ｅ_ｒ２、Ｅ_２及びＥ_ｏ２は電場である。ｋ_ｒ１，ｘ、ｋ_ｒ１，ｙ、ｋ_ｏ１，ｘ、ｋ_ｏ１，ｙ、ｋ_ｒ２，ｘ、ｋ_ｒ，２ｙ、ｋ_ｏ２，ｘ及びｋ_ｏ２，ｙは波数である。φ_１及びφ_２は位相である。

実験上、光角度及び光強度は次のように設定できる。

Ｉ_ｒ１、Ｉ_ｏ１、Ｉ_ｒ２及びＩ_ｏ２は、参照光１、物体光１、参照光２及び物体光２の強度をそれぞれ意味する。

Ｅ_{ｔｏｔａｌ}及びＩ_{ｔｏｔａｌ}は、総電場及び総強度をそれぞれ意味する。

総強度Ｉ_{ｔｏｔａｌ}は１６の積（４つの電場×４つの電場）を有する。それら１６の積は、７つの項に分類されうる。第１の項は、４つの光すべての強度の和である。第２の項は、ν_１参照光及びν_１物体光による干渉項である。第３の項は、ν_２参照光及びν_２物体光による干渉項である。第４の項は、ν_１参照光及びν_２参照光による干渉項である。第５の項は、ν_１物体光及びν_２物体光による干渉項である。第６の項は、ν_１参照光及びν_２物体光による干渉項である。第７の項は、ν_１物体光及びν_２参照光による干渉項である。

Ｅ_ｒ１、Ｅ_ｏ１、Ｅ_ｒ２及びＥ_ｏ２を次のように書き直すことができる。

従って、Ｉ_{ｔｏｔａｌ}を次のように書き直すことができる。

Ｉ_{ｔｏｔａｌ}を次のように書き直すことも可能である。

総光強度（Ｉ_{ｔｏｔａｌ}として示される）は、３つの群に分類されうる。第１群は、第１の光のみによる干渉パターン（縦縞、図５）である。第２群は、第２の光のみによる干渉パターン（横縞）である。第３群（その他の項）は、光の他のすべての組み合わせによる干渉である。この第３群は、２つの光が同一の周波数を有する場合と、異なる周波数を有する場合でまったく異なる挙動を示す。２つの光が同一の周波数を有する場合、第３群は「時間非依存」であり、斜めの干渉パターンが現れ、「クロストーク」を引き起こす。２つの光が異なる周波数を有する場合、第３群は「時間依存」であり、時間平均は０になる。これが「クロストーク」縞が消滅する理由である。

最良のコントラスト比（１００％）を実現するためには、４つの光すべての強度は同一でなければならない。以下に示すシミュレーション結果は、簡潔にするために、光強度が同一であるものとして計算されている。一般に強度は同一ではないので、その相違はコントラスト比に影響を及ぼすが、発明者が提示する結論に影響はない。

ν_１（又はν_２）のみが存在する場合、結果は、時間に依存しない周知の干渉縞パターンである。

参照光ｒ_１及び物体光ｏ_１による干渉縞パターンが図５に示される。このパターンは時間に依存しない。

参照光ｒ_２及び物体光ｏ_２による干渉縞パターンが図６に示される。このパターンは時間に依存しない。

Ｉ_{ｔｏｔａｌ}の時間に依存する部分を検討できる。更に洞察を深めるために、１つずつ検討を進める。最初に、参照光１と参照光２との干渉を検討する。

図７Ａ〜図７Ｄに示されるように、時間ｔ＝０、１ｎｓ及び２．５ｎｓのとき、干渉縞パターンは観察されない。先の式で示したように、２つの参照光による干渉パターンに空間成分は存在しない。しかし、図７Ｄに示されるように、強度には平均により除去される時間成分が存在する。

次に、物体光１と物体光２との干渉を検討する。

図８Ａ〜図８Ｄに示されるように、時間ｔ＝０，１ｎｓ及び２．５ｎｓで縞パターンが観察される。時間を平均すると、図８Ｄのように干渉縞パターンは見られなくなる。２つの光（物体光１及び２）が同一の周波数を有する場合、「時間非依存」となり、斜めの干渉パターンが現れ、「クロストーク」が起こる。しかし、２つの光が異なる周波数を有する場合、「時間依存」となり、時間平均は０になる。

図７及び図８に示されるように、干渉項は時間に依存し、カメラにより感知される画像の露光時間が振動周期Δνよりはるかに長い場合、平均によって除去されるので、２つの時間平均画像は干渉パターンを有していない。

次に、下記の要素に従って参照光１と物体光２との干渉を検討する。その結果は図９Ａ〜図９Ｄに示される。

２つの光（参照光１及び物体光２）が同一の周波数を有する場合、「時間非依存」となり、斜めの干渉パターンが現れ、「クロストーク」が起こる。しかし、２つの光が異なる周波数を有する場合、「時間依存」となり、時間平均は０になる。

次に、下記の要素に従って参照光２と物体光１との干渉を検討する。その結果は図１０Ａ〜図１０Ｄに示される。

２つの光（参照光２及び物体光１）が同一の周波数を有する場合、「時間非依存」となり、斜めの干渉パターンが現れ、「クロストーク」が起こる。しかし、２つの光が異なる周波数を有する場合、「時間依存」となり、時間平均は０になる。

図９Ｄ及び図１０Ｄに示されるように、干渉項は時間に依存する性であり、画像感知の露光時間が振動周期Δνよりはるかに長い場合、平均によって除去されるので、２つの時間平均画像は干渉パターンを有していない。

最後に、すべての光が下記の式に従う場合の干渉パターンを検討する。その結果は図１１Ａ〜図１１Ｄに示される。

図１１Ｄに示されるように、時間平均画像が明瞭な干渉パターンを示すことは非常に興味深い。数学的には、それは、定常的である２つの干渉項（先に示した式に含まれる）が依然として存在しているためである。時間平均による時間に依存する干渉項を消滅させれば、式は次の通りになる。

総強度が厳密にはν_１とν_２との更なる干渉を含まないν_１及びν_２と関連する２組の干渉縞の和であることは更に重要である。これがまさに発明者が望んでいることである。図１２に示されるように、図１１Ｄの干渉縞（３２００）から図５及び図６の干渉縞パターン（３２０１及び３２０２）を減算すると、図１２のような干渉縞のない状態（３２０３）が得られる。

下記の式に従ったシミュレーション結果が図１３Ａ〜図１３Ｑに示される。

以下に説明する通り、強度の総和における時間に依存する項に関して、Δν＝０である場合の時間に依存する項を含む画像は図１６Ａに示され、時間に依存する項及び時間に依存しない項を含むすべての項を伴う最終的な画像は図１６Ｂに示される。光の対（参照光１及び２、物体光１及び２、参照光１及び物体光２、参照光２及び物体光１）に起因するクロストークを観察できることは理解される。

しかし、Δνが０に等しくない場合、それらの光の対のクロストークは起こらない。Δνが０に等しくない場合の時間に依存する項を含む画像は図１７Ａに示され、時間に依存する項及び時間に依存しない項を含むすべての項を含む最終的な画像は図１７Ｂに示される。

クロストークが存在する場合にホログラム画像を使用することにより得られるフーリエスペクトルが図１８Ａに示される。丸形ドットで表される図中符号４９００及び４９０２は、それぞれ照明角度２及び角度１から取得された情報である。正方形のドットで示されるクロストーク領域４９０５が図１８Ａに示される。クロストーク領域があるために、更なる照明角度を追加することは難しい。一方で、図１８Ｂにはクロストーク領域は存在しない。丸形ドットで表される図中符号４９０３及び４９０４は、それぞれ照明角度２及び角度１から取得された情報である。従って、ホログラムを得るための照明角度の数を増やせるだろう。

位相物体（画像平面の中心でπ／２の位相遅延を導入する矩形）を使用した時間に依存する画像を示すシミュレーション結果が図１４Ａ〜図１４Ｄに示される。

総強度は、同様に、厳密にν_１とν_２との更なる干渉を伴わないν_１及びν_２と関連する２組の干渉縞の和である。これがまさに発明者が望んでいることである。図１５に示されるように、ホログラムごとにただ１つの照明角度を使用することにより得られた干渉縞パターン５２０１及び５２０２を干渉縞５２００から減算すると、図１５に示されるように干渉縞は現れない（５２０３）。

（実施形態２）
複合多重ホログラムを生成する別の装置が図３に示される。この構成は１つのレーザ２０００を使用する。最初に、レーザ光は、変調周波数Δνを有する音響光学変調器（ＡＯＭ）２１００によって２つのレーザ光ＬＢ_１及びＬＢ_２に分割される。レーザ光ＬＢ_１及びＬＢ_２は、それぞれ異なる光周波数ν_１及びν_２を有する。ν_１とν_２の差はΔνである。

この構成は、図２Ａに提示された構成により提供されるすべての利点を有する。余分な説明を避けるために、図２Ａと同一の図中符号が使用される。先に示した構成（図２Ａ）では、２つの物体光ＯＢ_１及びＯＢ_２の方向は、２つのガルボミラーを使用することにより独立して調整される。光ファイバ３０８５、３０９５及び回転板３０７０が使用される。光ファイバはシングルモードファイバであってもよい。

実施形態２は、物体光の数を増やすのに効果的である。図３Ａに示される構成では、レンズ３０９０及び３０８０を介してファイバ３０９５及び３０８５にそれぞれ結合される２つの物体光ＬＢ_１及びＬＢ_２の方向は、１つの回転板３０７０により調整される。回転板は、光の伝搬角度を変化させるために使用される。ファイバマウントの端部が多角照明のために円形走査を実行できる場所で回転板を回転させると、発明者の目的は達成される。

回転板３０７０は、ファイバの先端部が試料平面のフーリエ平面にあるように位置決めされる。従って、ファイバ先端部の位置は、対応する照明の角度を確定する。

回転板を使用することにより、試料に対する光の入射角を変化させることができる。ファイバ３０８５及び３０９５を共に回転板に接続するのではなく、図３Ａの３０９９の拡大図である図３Ｂに示されるように、光ファイバのうち一方のファイバ（３０８５又は３０９５）のみを回転板に接続できる。図３Ｃに示されるように、各光ファイバはそれぞれの回転板（３０７０Ａ、３０７０Ｃ）に接続可能である。図中符号３０６０Ａ、３０６０Ｂはレンズを示す。偏光子３０００及び３０５０は必要に応じて使用される。更に、入射角の異なる物体光を更に多く使用したい場合に回転板を追加する必要はない。２つの偏光子３０００及び３０５０を使用するのではなく、ビームカプラ１０１８と検出器（カメラ１００９）との間に１つの偏光子を配置することが可能である。

（実施形態３）
実施形態３では、図４Ａに示されるように、参照光１９１０及び１９１５は互いに異なる光路を有する。参照光１９１５は、ビームスプリッタ４０１９及びミラー１００５を介して伝送され、参照光１９１０は、ビームスプリッタ４０２０及びカプラ４０３０を介して伝送される。

（実施形態４）
実施形態４では、図４Ｂに示されるように、参照光１９１０及び１９１５は互いに異なる光路を有する。参照光１９１５は、ビームスプリッタ１０１９及びカプラ１４９１を介して伝送され、参照光１９１０は、ビームスプリッタ１００４及びミラー１００５を介して伝送される。

（他の実施形態）
以上説明した装置に従って、物体光の複数の入射角によって作成される複合多重ホログラムが得られ、試料の３次元画像を再構成するために、それらのホログラムを使用できる。試料の再構成画像は、例えばコンピュータなどの計算ユニットを使用することにより次に示すステップとして計算できる。（１）図１８Ｂに示されるように検出器を含むカメラ１００９により干渉縞パターンが得られた後、数値２Ｄ ＦＥＴ（高速フーリエ変換）に基づく計算により空間周波数スペクトルが得られる。（２）物体光角度に従って計算上の開口を使用することにより１次スペクトルがクロッピングされる（選択的に収集される）。（３）最後に、クロッピングされたスペクトルを使用することにより、物体の数値３Ｄ ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）により再構成画像を計算する。

例示的な実施形態を参照して本発明に係る実施形態を説明したが、本発明が以上説明された実施形態に限定されないことを理解すべきである。添付の特許請求の範囲の範囲は、そのようなすべての変形並びに等価な構造及び機能を含むように最も広い意味で解釈される。

Claims (10)

1. 干渉縞パターンを検出する装置であって、
   周波数νを有するレーザ光を射出するレーザ源と、
   周波数ν_１を有する第１の光及び前記周波数ν_１とは異なる周波数ν_２を有する第２の光を前記レーザ光から生成する音響光学変調器と、
   前記第１の光を第１の参照光と第１の入射角で試料へ誘導される第１の物体光とに分割する第１のビームスプリッタと、
   前記第２の光を第２の参照光と第２の入射角で前記試料へ誘導される第２の物体光とに分割する第２のビームスプリッタと、
   露光時間において、前記第１の参照光及び前記第１の物体光に基づく第１の干渉縞パターンと前記第２の参照光及び前記第２の物体光に基づく第２の干渉縞パターンとから構成される画像を検出する検出器と、
   を含み、
   前記第１の参照光と前記第２の参照光との第１の対、前記第１の物体光と前記第２の物体光との第２の対、前記第１の参照光と前記第２の物体光との第３の対及び前記第２の参照光と前記第１の物体光との第４の対による干渉縞パターンを前記検出器が検出しないように、Δν（Δν＝｜ν_２−ν_１｜）の逆数が前記露光時間より短いことを特徴とする装置。
2. 前記露光時間はミリ秒オーダーで設定され、およびΔνの逆数はサブマイクロ秒オーダーで設定されることを特徴とする請求項１に記載の干渉縞パターンを検出する装置。
3. 第１の光ファイバ及び第２の光ファイバを更に含み、
   前記第１の物体光は前記第１の光ファイバに接続され、前記第２の物体光は前記第２の光ファイバに接続されることを特徴とする請求項１に記載の干渉縞パターンを検出する装置。
4. 前記試料に対する入射角を変化させるための回転板が前記光ファイバのうち少なくとも一方のファイバに設けられることを特徴とする請求項３記載の干渉縞を検出する装置。
5. ホログラフィック顕微鏡であって、
   周波数νを有するレーザ光を射出するレーザ源と、
   周波数ν_１を有する第１の光及び前記周波数ν_１とは異なる周波数ν_２を有する第２の光を前記レーザ光から生成する音響光学変調器と、
   前記第１の光を第１の参照光と第１の入射角で試料へ誘導される第１の物体光とに分割する第１のビームスプリッタと、
   前記第２の光を第２の参照光と第２の入射角で前記試料へ誘導される第２の物体光とに分割する第２のビームスプリッタと、
   露光時間において、前記第１の参照光及び前記第１の物体光に基づく第１の干渉縞パターンと前記第２の参照光及び前記第２の物体光に基づく第２の干渉縞パターンとから構成される画像を検出する検出器と、
   前記第１の干渉縞パターン及び前記第２の干渉縞パターンから構成される前記画像を使用することにより前記試料の再構成画像を計算する計算ユニットと、
   を含み、
   前記第１の参照光と前記第２の参照光との第１の対、前記第１の物体光と前記第２の物体光との第２の対、前記第１の参照光と前記第２の物体光との第３の対及び前記第２の参照光と前記第１の物体光との第４の対による干渉縞パターンを前記検出器が検出しないように、Δν（Δν＝｜ν_２−ν_１｜）の逆数が前記露光時間より短いことを特徴とするホログラフィック顕微鏡。
6. 干渉縞パターンを検出する装置であって、
   周波数νを有するレーザ光を射出するレーザ源と、
   周波数ν_１を有する第１の光及び前記周波数ν_１とは異なる周波数ν_２を有する第２の光を前記レーザ光から生成する音響光学変調器と、
   前記第１の光を第１の参照光と第１の入射角で試料へ誘導される第１の物体光とに分割する第１のビームスプリッタと、
   前記第２の光を第２の参照光と前記第１の入射角とは異なる第２の入射角で前記試料へ誘導される第２の物体光とに分割する第２のビームスプリッタと、
   露光時間において、前記第１の参照光、前記第１の物体光、前記第２の参照光及び前記第２の物体光により形成される干渉縞パターンを検出する検出器と、
   を含み、
   前記第１の物体光と前記第２の物体光との第１の対による干渉縞が検出されないように、Δν（Δν＝｜ν_２−ν_１｜）の逆数が前記露光時間より短いことを特徴とする装置。
7. 前記第１の参照光と前記第２の物体光との第２の対並びに前記第２の参照光と前記第１の物体光との第３の対による干渉縞が検出されないように、Δν＝（Δν｜ν_２−ν_１｜）の逆数が前記露光時間より短いことを特徴とする請求項６に記載の干渉縞パターンを検出する装置。
8. 前記第１の物体光を前記試料に向かって導くための光ファイバを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の干渉縞パターンを検出する装置。
9. 回転板を更に含み、
   前記光ファイバは、前記第１の物体光の前記第１の入射角を変化させるために前記回転板に接続されることを特徴とする請求項６に記載の干渉縞パターンを検出する装置。
10. 前記第１の参照光及び前記第２の参照光に対応する第１の偏光子と、前記第１の物体光及び前記第２の物体光に対応する第２の偏光子とを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の干渉縞パターンを検出する装置。