JP2022516827A - 電磁放射を検出するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、物体からの電磁放射を撮像するためのデバイスおよび方法に関する。デバイスは、電磁放射がデバイスに入るのを可能にする入射光学系であって、物体の像が結像される像面を含む、入射光学系を含む。デバイスは、測定アームを有する干渉計であって、像面が測定アーム内にある、干渉計を含む。デバイスは、像面にある変換層であって、処理されて物体を表す像を生じる干渉計の測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、電磁放射を変換層の屈折率の時空間的変動に変換する、変換層を含む。

Description

本発明は、概して、電磁放射を検出するための方法およびデバイスに関する。より詳細には、本発明は、熱放射を検出するための方法およびデバイスに関する。

電磁放射のスペクトルは、プランクの放射法則として知られる、次の式によって与えられる黒体放射曲線によって表されることが可能であり、

ここで、ｕ（Ｔ，ν）は、温度Ｔにおける単位体積および単位周波数間隔当たりの放射エネルギーである。実用的な目的には、以下によって与えられる温度Ｔにおける黒体表面の放射パワーを使用する。

放射度の式を積分すると、単位面積の黒体によって放射される総パワーは、
Ｗ＝σＴ^４ （３）
であることが分かり、ここでσはステファンの定数である。

特定帯域の電磁スペクトルを検出するために電磁放射検出器が開発されている。そのような検出器の重要な部類の一つは、熱型赤外線検出器である。熱型赤外線検出器は、冷却型検出器と非冷却型検出器に区分され得る。冷却型検出器は、高価であり、標準的なＣＣＤ、ＣＭＯＳおよびＩｎＧａＡｓイメージャ・センサなどの可視スペクトル用のイメージ・センサよりも空間分解能が劣ることが知られている。非冷却型検出器は、熱電冷却器（ＴＥＣ）によって制御される検出器、または熱電冷却器を有さない（ＴＥＣ無し）検出器に区分され得る。非冷却型検出器の多くは、微小機械センサ（ＭＥＭＳ）技術を使用する微小ボロメータに基づく。最近、１２ミクロンの画素ピッチを有する１９２０ｘ１２００の非冷却型ＶＯｘ微小ボロメータに基づいて、Ｓｉｅｒｒａ－Ｏｌｙｍｐｉｃによって非冷却型高解像度（１０８０ｐ）サーマルカメラ（ＶＡＹＵ ＨＤ）が導入された。ＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓの熱撮像（熱画像化）カメラがＢＭＷのＮｉｇｈｔ Ｖｉｓｉｏｎシステムに導入されており、それにより、人々および動物が夜間に約３００ｍの範囲で検出されることが可能であり、これはヘッドライトを用いるよりもはるかに遠い。世界的な赤外線撮像市場は、２０２３年までに７３億米国ドルに達すると予想されている。世界各国の多くの企業が、高性能の熱型検出器のための低コストの製造技術を見つけることに多大な金銭を投資している。

米国特許第４，２７５，３０２号は、熱像を、２次像、例えば可視像、に変換するための方法およびデバイスについて記載している。米国特許第４，２７５，３０２号における好ましいメカニズムは、液体－液体界面の物理的変形に基づく。

米国特許第５，０７２，１２０号は、電磁イメージャの系列について記載する。それは、流体、特に気体、好ましくは六フッ化硫黄（sulfur hexafluoride）（ＳＦ６）ガス、に埋め込まれた熱像の光学的読み取りに基づく。温度によって誘起される屈折率の空間的変動が、典型的な干渉計測機構（装置）を使用して測定される。赤外線信号に応答して媒体の屈折率を変更するための米国特許第５，０７２，１２０号における好ましいメカニズムは、振動エネルギーから並進エネルギーへの交換である。

米国特許第５，３６５，０６５号は、試料の情報を抽出するのに適切な方式で用意された試料を特徴付けるために使用される高感度干渉計測平行温度波イメージャについて記載する。同発明は、試料の温度を上げるためなどのために優先的にはレーザである励起ビームを使用し、非受動的イメージャに分類され得る。Ａｌｌｅｎ ＦｌｕｓｂｅｒｇおよびＳｈｒｅｎｉｋ Ｄｅｌｉｗａｌａの論文（「Ｈｉｇｈｌｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉｒｅｃｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅａｄｏｕｔ」、Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＸＸＩＩ、Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６２０６（６２０６１Ｅ－１～６２０６１Ｅ－１８頁）（２００６）、ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．６６９３５３）は、ＩＲ放射の可視光への転換で使用されるファブリーペロー干渉計について記載する。Ａｌｌｅｎ Ｆｌｕｓｂｅｒｇらの論文（「Ｔｈｅｒｍａｌ－ｔｏ－Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（ＴＶＴ） ｆｏｒ Ｔｈｅｒｍａｌ－ＩＲ ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＸＸＸＩＶ、Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６９４０、６９４０１５、（２００８）、ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．７８３０１３）は、製造された必須の画素アレイの特性について記載する。米国特許第７，４９１，９２２（Ｂ１）号、米国特許第７，７６７，９５１号、米国特許第８，１５３，９４８（Ｂ１）号、および米国特許第８，３０９，８９９（Ｂ１）号は、上述の論文の知見の結果を応用する。好ましい吸収体材料は、低い細かさ（low-finesse）の被膜（ペリクル（pellicle））を有するニトロセルロース（nitrocellulose）膜である。ニトロセルロースは、危険性および安全性の問題を有することが知られている。米国特許第７，４９１，９２２（Ｂ１）号、米国特許第７，７６７，９５１号、米国特許第８，１５３，９４８（Ｂ１）号、および米国特許第８，３０９，８９９（Ｂ１）号における好ましいメカニズムは、吸収されたＩＲ放射に起因する加熱によるトランスデューサの光学的厚みの変化であり、それが、プローブ・レーザ・ビームによって見られるトランスデューサの反射率の変調を生じさせる。また、フル製造となれば製造時間がおよそ１～２週間になることも上述の論文に述べられている。

米国特許出願公開第２００５／００８２４８０（Ａ１）号は、赤外線カメラ・システムについて記載する。好ましいメカニズムは、画素の温度が変化するのに伴って、屈折率の変化に起因して波長がシフトする通過帯域を有する画素を使用する。熱的に調整可能な光学フィルタは、撮像されるシーンによって放射されるＩＲエネルギーに反応する。

本発明の目的は、従来技術に伴う問題を解決する電磁放射検出器を提供することである。

代替または追加として、本発明の目的は、赤外線、ミリメートル波およびマイクロ波などの各種波長における電磁像を、カメラなどの撮像デバイスによって利用可能な有用な波長に転換することである。

簡単に述べると、本発明は、例えば赤外線、ミリメートルおよび／またはマイクロ波波長で物体を撮像し、それら物体の像を、ＣＣＤ、ならびにＣＭＯＳおよびＩｎＧａＡｓセンサなどの可視光撮像デバイスが記録することができる、および／または裸眼で見られることができる、有用な波長に転換するための電磁イメージャ・デバイスに関する。本明細書において、用語「可視」は、人間の裸眼にとって可視を意味することが意図される。用語「不可視」は、人間の裸眼にとって不可視を意味することが意図される。ＣＣＤ、ＣＭＯＳおよびＩｎＧａＡｓカメラなどの、可視光を撮像するために設計された一部のデバイスは、裸眼には不可視である近赤外光の撮像にも適することが認識されよう。本発明は、そのようなＣＣＤ、ＣＭＯＳおよびＩｎＧａＡｓカメラが感度を有さない赤外線波長を撮像することも目的とする。

第１の態様によれば、物体からの例えば不可視である電磁放射を撮像するためのデバイスが提供される。電磁放射は、赤外線（例えば遠赤外線）、ミリメートル波およびマイクロ波放射を含み得る。デバイスは、電磁放射がデバイスに入るのを可能にする入射光学系を含む。デバイスは、物体の像が結像される像面を含む。デバイスは、測定アームを有する干渉計を含む。像面は、測定アーム内にある。デバイスは、像面にある変換層であって、物体の像を表す干渉計の測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、電磁放射を変換層の屈折率の時空間的変動に変換する、変換層を含む。よって、吸収するまたは励起される検出器材料、すなわち変換層、の所与のボリュームの内部に、温度に依存する光位相差が作り出され、それがその後、光学的読み取りによって検出される。温度に依存する光位相差は干渉計測機構で測定される。したがって、干渉計測定アーム内のプローブ・ビームが、変換層における光位相の変化を判定するために使用され得る。そのような光位相の変化は、物体の像を表す可視像を生成するために使用され得る。

通例、干渉計内では、コヒーレント光の単一の入射ビームが２つの同一のビームに分けられる。それらビームは各々、光路を進み、検出器に到達する前に再び組み合わせられる。屈折率とそれぞれのビームが進んだ物理的距離との積である光路は、互いと等しくなく、それらの間に光位相差を作り出す。当初は同一である波の間に干渉パターンを作り出すのは、この導入される光位相差である。光路差は、何であれ光路に沿って光位相を変化させるものの診断になる。それは、光路長自体の寸法的変化または物理的経路に沿った屈折率の実数部の変化であり得る。干渉計は、測定アームおよび基準アームを含むことができる。像面は、測定アームによって形成される第１の経路内にあり、プローブ・ビームを含む。基準アームは、電磁放射から遮蔽された第２の経路を含む。干渉計は、測定アームと基準アームとの間の（時空間的）光位相差を判定することができる。

干渉計の測定アームは、測定ビームを含むことができ、測定ビームはコヒーレント光ビームであり得る。測定ビームは、像面上の物体の像全体が断面エリア内にあるような断面寸法を有することができる。したがって、測定ビームは、像面上の物体の像内の各位置における、例えば像面上の物体の像の各画素における、光位相の変化を判定するために使用され得る。

干渉計測技術の基本原理は、ここでは変換層によって形成される、屈折率ｎおよび厚みＬの透明材料からなる板の温度Ｔの変化が、以下によって与えられる温度に依存する位相変化を生じさせるというものであり、

ここで、

は、材料の線膨張の熱係数であり、

は、温度に依存する光位相差である（Ｓｅｒｇｉｏ Ｄｅ Ｎｉｃｏｌａ、Ａｎｄｒｅａ Ｆｉｎｉｚｉｏ、Ｐｉｅｔｒｏ Ｆｅｒｒａｒｏ、Ｇｉｏｖａｎｎｉ Ｐｉｅｒａｔｔｉｎｉ、「Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏ－ｏｐｔｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ４０１６、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｄｅｖｉｃｅｓ，ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ、（１９９９年１２月２９日）；ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．３７３６４８を参照されたい）。

任意選択で、電磁放射は、変換層を１回のみ通過する。これは、デバイスの分解能を向上するのを助けることができる。

第２の態様によれば、変換層は電磁放射から遮蔽された部分を含んでおり、補償信号が部分から生成される。遮蔽された部分は、像面の箇所に位置してよい。遮蔽された部分は、例えば、像面に、物体の像の外側、例えば像の隣に、または像を取り囲んで位置し得る。測定ビームの断面寸法は、１）像面上の物体の像全体またはその一部が断面エリア内にあり、２）遮蔽された部分が断面エリア内にある、ようなものであり得る。遮蔽された部分は、電磁放射から遮蔽される。したがって、遮蔽された部分では、当たっている電磁放射に起因する変換層の屈折率の変動が予想されないことになり、よって当たっている電磁放射に起因する光位相の変化は予想されない。遮蔽された部分は、測定アーム内で補償ビームによってサンプリングされ得る。遮蔽された部分の中で検出される光位相の変化は、当たっている電磁放射に帰さない環境的変化に起因する可能性が高い。したがって、遮蔽された部分の中で判定される光位相は、像面の物体の像において判定された光位相の変化を補正するための補償として使用され得る。

これにより、例えば位相シフト干渉計の測定アーム内のプローブ・ビームにより、例えば、２つの熱的に接続された試料ボリュームを含む安価な検出器材料の中で、温度に依存する光位相差を測定することが可能になり、測定ボリュームは、電磁放射の物体ビームに曝露されてその屈折率を変化させ、補償ボリュームは、電磁放射の物体ビームから光学的に隔離されている。

温度に伴う試料長Ｌの幾何学的変化が位相シフト干渉計のプローブ・ビーム内と補償ビーム内とで同じになるように、干渉計の幾何学的機構によって自動補償がなされ得る。

プローブ・ビームおよび基準ビーム、ならびに任意選択で補償ビームを生成する放射源は、干渉計測機構のタイプに応じてコヒーレント放射源であっても低コヒーレンス放射源であってもよい。

変換層の一部、または同一の第２の変換層が、補償を提供するために干渉計の基準アーム内に置かれることも可能であることが認識されよう。

第３の態様によれば、変換層は、固体、液体、気体、またはそれらの任意の組み合わせを含む。好ましくは、変換層は、干渉計のプローブ・ビームに対して光学的に透明である。好ましくは、固体、液体、気体、またはそれらの任意の組み合わせは、大きい熱光学係数

を有するように選択される。熱光学係数

は、温度の変化に対する変換層材料の屈折率の変化を決定する。

変換層の選択される検出器材料は、検出器材料内での３Ｄ空間的な放射照度分布の関数として大きい光路差変調を提供することにより、干渉計における信号対雑音比を最適化する。電磁気エネルギーの吸収は、自動補償位相シフト干渉計の光路差に局所的変化を生じさせる。局所的な光路差は、連続的な２Ｄ位相関数での位相アンラップの後に転換される（「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｈａｓｅ ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇ，Ｔｈｅｏｒｙ，ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ」、Ｄｅｎｎｉｓ Ｃ．Ｇｈｉｇｌｉａ、Ｍａｒｋ Ｄ．Ｐｒｉｔｔ、ＩＳＢＮ０－４７１－２４９３５－１）。このアンラップされた位相関数が使用されて、観察される物体の温度分布を再構築する。

任意選択で、変換層はポリマーを含む。変換層は、例えばポリマーからなり得る。ポリマーは、例えばドープ・ポリマー（doped polymer）であり得る。ポリマーは、高い

を有することができる。

任意選択で、変換層は、液体混合物、例えば水とグリコール（glycol）の混合物、カルボキシル酸（carboxylic acid）（ＲＣＯＯＨ）を含有する溶液、アルコール（alcohol）（ＲＯＨ）、エステル（ester）（ＲＣＯＯＲ）、および水（Ｈ２Ｏ）または液晶、例えば合成液晶、を含む。

任意選択で、変換層は、懸濁したナノ粒子または磁気流体などのコロイド懸濁液を含む。コロイド懸濁液は、液体が高い

を提供することができ、懸濁した粒子が、電磁放射による照射の影響下で液体の迅速な加熱を提供できるという利点を提供し得る。

一例として、以下の固体、液体、およびポリマーは、高い熱光学係数

をもつことが特定されている。

ホウケイ酸ガラス（borosilicate glass） ４．１×１０^－６／Ｋ、
亜鉛ケイ酸塩ガラス（zinc silicate glass） ５．５×１０^－６／Ｋ、
石英ガラス（silica glass） １０．８×１０^－６／Ｋ、
水 －０．９１×１０^－４／Ｋ、
ポリ（メチル－メタクリレート）（poly(methyl-methacrylate)） －１．２０×１０^－４／Ｋ、
ＤＲ１／ＰＭＭＡのアゾポリマー －１．２１５×１０^－４／Ｋ
ポリスチレン（polystyrene） －１．２３×１０^－４／Ｋ、
ＤＲ１ポリイミド（DR1 polyimide） －１．３３１×１０^－４／Ｋ、
グリセロール（glycerol） －２．３×１０^－４／Ｋ、
ポリメタクリレート（polymethacrylate） －３．３３×１０^－４／Ｋ、
１－プロパノール（1-propanol） －３．９×１０^－４／Ｋ、
メタノール（methanol） －３．９４×１０^－４／Ｋ、
エタノール（ethanol） －４×１０^－４／Ｋ、
アセトニトリル（acetonitrile） －４．５×１０^－４／Ｋ、
アセトン（acetone） －５．４２×１０^－４／Ｋ、
テトラクロロメタン（tetrachloromethane） －６．１２×１０^－４／Ｋ、
二硫化炭素（carbon disulfide） －８．０９×１０^－４／Ｋ、および
アゾポリウレタン（azo polyurethane） －９．１２×１０^－４／Ｋ。

上記の材料またはそれらの組み合わせを変換層に使用することは、本発明の好ましい実施形態をなす。

アゾポリウレタン（Ａｚｏ ＢＰＵ１）は、１５５０ｎｍの波長において－１．４×１０^－３／Ｋの熱光学係数を有し（Ｙａｎ Ｊｉａｎｇら、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ７５（２０１８）８５８－８６８）、１５５０ｎｍレーザ・ダイオード源およびＩｎＧａＡｓ検出器に基づく、例えば位相シフトによる、干渉計機構で使用され得る。アゾポリウレタンのような高い熱光学係数および適正なプローブ・ビーム波長を選択することにより、高感度のデバイスおよび方法が提供され得る。

第４の態様によれば、変換層は２つの窓の間に収容される。変換層は、例えば、２つの窓の間の、例えば１μｍ～１００μｍ幅の狭い空間に収容され得る。２つの窓は、周囲で接続されて、窓の間に空洞を形成することができる。空洞は、変換層が固体、液体、気体、またはそれらの混合物である場合に変換層を容易に収容することができる。純水の場合の典型的な空洞空間は、緩和時間

に基づくｘ＝１２μｍの厚みを有し、ここで、τ＝１ｍｓであり、純水の熱拡散率はχ＝１．４８×１０^－７ｍ^２／ｓである。センサの高速な応答を得るために小さい緩和時間が有利である。小さい緩和時間は、記録された像に対して処理ユニットが相関技術を使用することも可能にし、その結果、最終的に表示される像内で信号対雑音比が増大する。

任意選択で、電磁放射源を向いて方向付けられた外側窓は、電磁放射に対して透明である。任意選択で、外側窓は、干渉計内で使用される光に対して透明でない。外側窓は、例えば、ゲルマニウム、セレン化亜鉛（Zinc Selenide）、硫化亜鉛（Zinc Sulfide）、シリコン、フッ化カルシウム（Calcium Fluoride）および／または典型的な熱赤外線窓材料であるカルコゲナイド（chalcogenide）ガラスを含む。任意選択で、外側窓は、電磁放射に対して透明な第１のエリアと、電磁放射に対して透明でない第２のエリアとを含む。第２のエリアは、遮蔽された部分を形成することができる。

任意選択で、外側窓は、その表面のうち少なくとも１つが被覆されている。外側窓の外部表面は、通例、高性能の反射防止被覆で被覆される。外側窓の内部表面は、外部からの電磁放射を透過させ、干渉計内で使用される光の波長において反射するために最適化された被覆を有することができる。

任意選択で、電磁放射源から離れる方に方向付けられた内側窓は、干渉計内で使用される光に対して透明である。任意選択で、内側窓は、電磁放射に対して透明でない。任意選択で、内側窓は、その表面が被覆されている。内側窓の外部表面は、通例、高性能の反射防止被覆で被覆される。内側窓の内部表面は、干渉計の光を透過させ、外部からの電磁放射の波長において反射するために最適化された被覆を有することができる。内側窓は、例えば溶融石英またはＢＫ７ガラスを含むことができる。

任意選択で、外側窓と内側窓とは、変換層によって吸収される熱波を主として干渉計の光軸に沿って強制的に伝搬させる温度勾配を作り出すために、異なる温度に保たれる。温度差は、変換層と内側窓の内側表面との間に透明なコールド・フィンガーを置くことによって作り出され得る。そのような透明なコールド・フィンガーは、高い熱伝導率を有する被覆（例えば、通例９００～２３２０Ｗｍ^－１Ｋ^－１を有するダイヤモンド様の材料）であり得る。このコールド・フィンガーは、外部の熱電冷却器（ＴＥＣ）に接続され得る。外側窓および内側窓は、温度勾配の制御を可能にするために温度プローブを備え得る。

第５の態様によれば、干渉計は、位相シフト干渉計である（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈｏｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ、３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｗｉｌｅｙ－Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、Ｃｈａｐｔｅｒ １４）。位相シフト干渉計は、時空間的な位相差の正確な測定が可能であるという利点を提供する。

任意選択で、干渉計の放射源は、電流変調レーザ・ダイオードである（Ｈｉｓａｏ Ｋｉｋｕｔａ、Ｋｏｉｃｈｉ Ｉｗａｔａ、Ｒｙｏ Ｎａｇａｔａ、Ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｈｉｆｔ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ ｌｉｇｈｔ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１７、１９８６年９月１日）。任意選択で、例えば電流変調式である、レーザ・ダイオードは、デジタル・カメラと同期される。

第６の態様によれば、デバイスは、干渉計によって生成された干渉像を撮像するために構成されたデジタル・カメラを含む。

任意選択で、デバイスは、デジタル・カメラのカメラ信号を、表示デバイス上に表示するなどのために処理するために構成された処理ユニットを含む。

第７の態様によれば、上記に記載されたデバイスを含むサーマルカメラが提供される。

第８の態様によれば、上記に記載されたデバイスを含むマルチスペクトル・カメラが提供される。

第９の態様によれば、上記に記載されたデバイスを含む暗視カメラが提供される。

第１０の態様によれば、上記に記載されたデバイスを含む、スマートフォンまたはタブレットなどのモバイル・デバイスのためのアドオン・デバイスであって、干渉計によって生成された干渉像をモバイル・デバイスのデジタル・カメラが撮像するようにモバイル・デバイスと協働するために構成された、アドオン・デバイスが提供される。アドオン・デバイスは、例えばクリップ式デバイスであり得る。アドオン・デバイスは、例えば、モバイル・デバイス用のカバーの中に組み込まれるなどして含まれ得る。

第１１の態様によれば、物体からの、例えば不可視の電磁放射を撮像する方法が提供される。方法は、例えば入射光学系により、入射光学系の像面上に物体の電磁放射像を結像するステップを含み、像面は干渉計の検出アーム内にある。方法は、像面にある変換層によって、物体の像を表す干渉計の測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、電磁放射を変換層の屈折率の時空間的変動に変換するステップを含む。方法は、位相アンラップ光位相差に基づいて物体の像を表す可視像を生成するステップを含む。

任意選択で、方法は、変換層の一部分を電磁放射から遮蔽することにより、例えば像面の箇所にある干渉計内で、補償信号を生成するステップを含む。

任意選択で、方法は、複数の可視像を生成するステップであって、複数の可視像の個々の像間で干渉計の照明光の位相が異なる、ステップと、複数の可視像に基づいて単一の可視像を生成するステップと、を含む。

第１２の態様によれば、プログラム可能装置上で実行されたときに、上記に記載されたデバイス、上記に記載されたカメラ、または上記に記載されたアドオン・デバイスの干渉計によって生成された干渉像に基づいて可視像を生成するために構成されたソフトウェア・コード部分を含む、コンピュータ・プログラム製品が提供される。コンピュータ・プログラム製品は、例えば、モバイル・デバイス上にインストール可能および実行可能な、アプリとも呼ばれるアプリケーションであり得る。したがって、汎用モバイル・デバイスが、熱撮像デバイスまたは赤外線撮像デバイスなどの、例えば不可視の電磁放射用の撮像デバイスに容易に転換され得る。

本デバイス、カメラおよび方法の応用例は、０．７ミクロン（４３０ＴＨｚ）から１０００ミクロン（３００ＧＨｚ）の波長領域における赤外線放射の検出である。そのスペクトルの中には、近赤外線放射（ＮＩＲ）、短波赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波赤外線放射（ＬＷＩＲ）および超長波赤外線放射（ＶＬＷＩＲ）のスペクトル帯がある。非冷却の動作は、３０ミクロンの波長までと考えられ得る。マルチスペクトル検出器は、高い

を有する吸収材料の適切な混合物によって作り出され得る。

本発明は、低コストで高分解能のマルチスペクトル大型熱型赤外線検出器が、短い製造生産サイクル時間で製造されることを可能にし得る。本発明の光学機械的複雑性は、低コストで大量生産されているＣＤＲＯＭ光学ヘッドの光学機械系と概ね同等である。この検出器の主要な市場は、防衛、安全保障、および自動車産業、ならびに消費者アプリケーションの新しい市場およびエネルギー維持管理市場である。

上記の態様、特徴、およびオプションの任意の１つまたは複数が組み合わせられてよいことが認識されよう。態様の１つに関して説明されたオプションのいずれか１つが、その他の態様のいずれにも等しく適用され得ることが認識されよう。また、デバイスに関して説明されたすべての態様、特徴、およびオプションが、カメラおよび方法にも等しく適用されること、およびその逆も同様であることが認識されよう。

本発明について、図面に表される例示的実施形態に基づいてさらに解説する。例示的実施形態は、非制限的な例示として与えられる。図は、非制限的な例として与えられる本発明の実施形態の模式的表現に過ぎないことが留意される。

デバイスの模式的な例を示す図である。 マッハ－ツェンダー干渉計測機構を使用したデバイスの模式的な例を示す図である。 ラテラル・シアリング（lateral shearing）干渉計測機構を使用したデバイスの模式的な例を示す図である。 フィゾー干渉計測機構を使用したデバイスの模式的な例を示す図である。 トワイマン－グリーン干渉計測機構を使用したデバイスの模式的な例を示す図である。 偏光トワイマン－グリーン干渉計測機構を使用したデバイスの模式的な例を示す図である。 方法の模式的表現を示す図である。 モバイル・デバイスのためのアドオン・デバイスの模式的表現を示す図である。

図１は、デバイス１００の一例の模式的表現を示す。デバイスは、物体１０１からの電磁放射を撮像するために構成される。電磁放射は、好ましくは、不可視の放射、例えば、近赤外線放射（ＮＩＲ）、短波赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波赤外線放射（ＬＷＩＲ）、超長波赤外線放射（ＶＬＷＩＲ）、ミリメートル波長放射、および／またはマイクロ波波長放射である。

デバイス１００は、入射光学系を含む。この例では、入射光学系は、対物レンズ１０２を含む。この例では、入射光学系は、入射窓１０４を含む。入射窓１０４は、電磁放射がデバイス１００に入ることを可能にする。対物レンズ１０２は、従来の光学素子および／または回折光学素子を含むことができる。入射光学系は、像面、または焦点平面、１０７を含み、この上に物体が結像される。対物レンズ１０２は、物体１０１を像面１０７に合焦させるための屈折、反射、反射屈折および／または回折光学素子を含むことができる。デバイス１００は、干渉計１０６を含む。ここでは、干渉計１０６は、スプリッタ１５９および基準ミラー１５８を有する。干渉計１０６は、測定アーム１０８を有する。この例における干渉計１０６は、基準アーム１１０も有する。干渉計１０６は、光源１１２を含む。光源１１２は、光のコヒーレント・ビーム１１４を生成する。光源は、例えばレーザ・ダイオードであり得る。光源は、ビームの断面寸法を拡大するためにコリメータ／ビーム・エキスパンダ１１５を含むことができる。この例では、光のビーム１１４は、測定アーム１０８に沿って進む第１のビーム１１６と、基準アーム１１０に沿って進む第２のビーム１１８とに分けられる。像面１０７は測定アーム１０８内にあることが認識されよう。

デバイス１００は、像面１０７にある変換層１２０をさらに含む。変換層は、高い

を有する材料を含む。ここでは、像面１０７は、窓１０４の裏平面に、すなわち変換層１２０の前平面に配置されるか、または像面は変換層１２０内で窓１０４に隣接して配置される。

物体１０１の像が像面１０７の変換層１２０上に合焦されたとき、変換層は、像内の放射の強度の関数として局所的な加熱を受ける。変換層１２０の高い

は、像内の電磁放射の局所的強度を、変換層１２０の屈折率の局所的変動に変換させる。第１のビーム１１６は、屈折率の局所的変化によって影響される。第２のビーム１１８は、電磁放射から遮蔽されており、よって影響されないままである。再び組み合わせられると、第１のビーム１１６および第２のビーム１１８は、干渉計の検出平面１２２に干渉パターンを生じさせる。干渉パターンは、組み合わせられたビームの断面エリアにわたって局所的干渉を含むことが認識されよう。局所的干渉は、像面１０７における電磁放射の像を表す。変換層１２０と窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。コールド・フィンガー１９６は、窓１０４と窓１０５との間に温度差を作り出す。コールド・フィンガー１９６は、外部の熱電冷却器１９８に接続されている。この例では、デバイス１００は、検出平面１２２の干渉パターンの像を撮像するために、検出器１２４、例えばＣＭＯＳカメラなどのデジタルビデオカメラ、を含む。その結果、デバイス１００は、像面１０７における不可視の電磁放射内の像を、検出平面１２２における、または検出器１２４に結合された表示デバイス１２６における可視像に転換することができる。

この例では、変換層１２０は、物体が結像される第１のエリア１２８と、例えばカバー１３１を使用して電磁放射から遮蔽される第２のエリア１３０とを含む。カバー１３１は、固定されても可動であってもよい。可動である場合は、外部からの電磁放射が遮断されるように第１のエリア１２８および第２のエリア１３０を覆うことができる。カバー１３１は、位相敏感検出を可能にする機械的チョッパとして使用され得る。第１のビーム１１６は、２つの部分を含む。プローブ・ビーム部分１１６Ａは、第１のエリアをサンプリングする。補償ビーム部分１１６Ｂは、第２のエリア１３０をサンプリングする。これにより、検出平面１２２の像内に２つの部分を生成する。第１のエリア１２２Ａはプローブ・ビーム１１６Ａに対応し、第２のエリア１２２Ｂは補償ビーム１１６Ｂに対応する。補償ビームは、電磁放射から遮蔽された第２のエリアをサンプリングするため、補償ビームは電磁放射によって影響されないことが認識されよう。それでも、補償ビームは、温度、湿度等の環境要因に影響され得る。したがって、補償ビーム１１６Ｂは、プローブ信号をそのような環境要因に関して補償するのに使用される補償信号を生成するために使用されてよい。この例では、デバイス１００はプロセッサ１３２を含み、プロセッサ１３２は、検出器によって記録された検出平面１２２上の像の第１のエリア１２２Ａの像を、検出平面１２２上の第２のエリア１２２Ｂ内での干渉計信号の平均強度などの信号を使用して自動的に補償するために構成される。

この例では、光源１１２は、光源の光位相を変調するための変調器１１２Ａを含む。これにより、光源１１２の互いに異なる光位相において、検出器で像などの連続した読み取り値を取り出すことが可能になる。これは、位相シフト干渉計測としても知られている。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。

変換層は、固体、液体、気体、またはその組み合わせ、例えばポリマーまたはコロイド懸濁液、であり得る。変換層は、２つの窓の間に収容され得る。変換層は、例えば、２つの窓の間の、例えば１μｍ～１００μｍ幅の狭い空間に収容され得る。２つの窓は、周囲で接続されて、窓の間に空洞を形成することができる。空洞は、変換層が液体、気体、またはそれらの混合物である場合に変換層を容易に収容することができる。２つの窓のうち外側の窓は、例えば、デバイスの入射窓を形成することができる。

平衡機構が使用され、そこでは、変換層内の１つのボリュームが物体からの放射で照明され、別のボリュームは物体からの放射によって照明されない。両方のボリュームが、第１のビームによって同時に照明される。両方のボリュームからの干渉計測データを使用して、屈折率の差を検出し、またそれにより、以下の式に基づいて物体の温度分布を推測する。

物体の像内の温度分布の再構築は、物体の温度分布の視覚化を可能にする。干渉計測データは、例えば、マイケルソン干渉計、フィゾー干渉計、トワイマン－グリーン干渉計、マッハ－ツェンダー干渉計、ファブリーペロー干渉計、ラテラル・シアリング干渉計、ジャマン干渉計内での位相検出、ドップラーに基づく感知または共振器に基づく感知における位相検出を使用して収集され得る。非網羅的なリストであるこれらの干渉計測機構の例すべてで、干渉計測データの変化は、検出ボリューム内の局所的温度変化によって誘発されている。これらのインターフェログラム（干渉図）では、干渉次数Δｍ（ｘ，ｙ）は、以下の式に従って、プローブ・ビームの波長λ、試料内での光の光路長Ｌ、および屈折率の変化Δｎ（ｘ，ｙ）に関係する。

変換層が均質である場合、変換層を通る測定アームの光路は、すべての位置（ｘ，ｙ）について等しい。そのような場合、インターフェログラムの縞はまっすぐであり、数および任意の軸に対するそれらの角度は、例えば、もう一方の基準となる干渉計アーム内の傾斜ミラー内での傾斜によって決定される。よって、縞は等距離であり、任意のｙについて、干渉次数ｋ（ｘ，ｙ_０）は周期関数である。屈折率ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）について上記式を解くと、次の式が与えられる。

光路長ＯＰＬは、フェルマーの原理に基づき、ＡからＢまでの経路に沿った線積分によって定義される。

ここで、ｓは、光路に沿ったパラメータである。

次の式を得ることができ、

ここで、Ψ（ｘ，ｙ；ｔ）は、時間ｔにおけるインターフェログラム内の可変位相であり、ｚは、干渉計の光軸に沿った座標であり、一方、（ｘ，ｙ）は、干渉計の光軸に対して横断方向における座標である。インターフェログラムは、通例、式

によって与えられる放射照度Ｉ（ｘ，ｙ；ｔ）を有し、ここで、Ｉ_１は、基準アーム内の放射照度であり、Ｉ_２は、測定アーム内の放射照度である。一例では、位相測定の精度を向上させるために位相シフト干渉計測（ＰＳＩ）が使用される。この目的のために、多くのアルゴリズムが記述されている（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈｏｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ，Ｄａｎｉｅｌ Ｍａｌａｃａｒａ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎを参照）。伝統的なアルゴリズムの一つは、４ステップＰＳＩである。このアルゴリズムでは、それぞれの位相シフトが０、π／２、π、および３π／２である、４つのインターフェログラムＩ_１（ｘ，ｙ）、Ｉ_２（ｘ，ｙ）、Ｉ_３（ｘ，ｙ）、およびＩ_４（ｘ，ｙ）が撮像され、（ｘ，ｙ）は、プローブ・ビームの伝搬に対して横断する平面内で測定される。ラップされた位相の空間的分布Ψ（ｘ，ｙ）が次の式を通じて取得される。

Ｈａｒｉｈａｒａｎアルゴリズムの場合、次の式中のラップされた位相Ψ（ｘ，ｙ）について生じる５つのインターフェログラムがある。

Ｈａｒｉｈａｒａｎアルゴリズムは４ステップアルゴリズムよりもロバストであることが知られている。

プロセッサ１３２は、位相シフト干渉計測に必要とされる計算を行うために構成され得る。電流変調レーザ・ダイオード１１２である光源は、位相シフト干渉計測のためのデジタル・カメラ１２４である検出器と同期され得る。

位相シフタは、種々の種類であってよく、例えば、プローブ・ビームのレーザ・ダイオードの電流が変調され得る。プローブ・ビームの放射の偏光に基づく他の位相シフタが使用されてよく、例えば、直線偏光光を使用する場合、偏光は、得られる位相シフトが９０度になるように波長板によって回転される。有効屈折率ｎ_ｅｆｆ（ｘ，ｙ）と測定される位相の空間的分布φ（ｘ，ｙ）との関係は、式
φ（ｘ，ｙ）＝ｎ_ｅｆｆ（ｘ，ｙ）ｋＬ （９）
によって与えられ、ここで、

は、プローブ・ビームの波ベクトルの大きさであり、λ_０は、プローブ・ビームの真空波長であり、Ｌは、変換層１２０のｚ方向の厚みである。干渉波の周期的な特性のために、ある点φ（ｘ，ｙ）におけるラップされた位相は、（－π，π］の主値範囲内にのみ一意に定められる。したがって位相アンラップアルゴリズムが使用されて連続位相φ（ｘ，ｙ）を生成することができ、ラップされた位相との関係は、

であり、ここで記号［ｘ］は、ｘの最も近い整数関数を意味する。

図７に示されるように、図１を参照して説明されたデバイスは、以下のようにして物体からの例えば不可視の電磁放射を撮像するための方法２００で使用され得る。ステップ２０１で、物体の電磁放射像が像面上に結像され、像面は、干渉計の検出アーム内にある。ステップ２０２で、物体の像を表す干渉計の測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、電磁放射が、像面における変換層の屈折率の時空間的変動に変換される。ステップ２０３で、光位相差に基づいて物体の像を表す可視像が生成される。

任意選択で、ステップ２０４で、像面の箇所にある干渉計測定アーム内で、測定アームの一部分を電磁放射から遮蔽することによって補償信号が生成される。任意選択で、ステップ２０５で、複数の可視像が生成され、干渉計の照明光の位相は、複数の可視像の個々の像間で異なり、任意選択のステップ２０６で、それら複数の可視像に基づいて単一の可視像が生成される。

図２の構成は、デバイスの例示的構成を示す。プローブ・ビームは、変換層を１回だけ通過している。図２は、電磁放射を発している物体１０１を示し、この電磁放射が対物レンズ１０２によって集光され、対物レンズ１０２は像面１０７内に像を作り出す。その際、電磁放射は、ビーム・スプリッタ菱面体１９０と入射プリズム窓１０４との間の界面において鏡面反射される。像面１０７は、変換層１２０に埋め込まれている。変換層１２０と出力プリズム窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。像は、変換層１２０の測定ボリューム内に形成される。変換層１２０は、入射プリズム窓１０４と出力プリズム窓１０５との間に置かれる。ここではレーザ・ダイオードである光源１１２の放射はプローブ・ビームとして動作し、コリメータ１１５は、少なくとも疑似的に平行な放射で変換層を照明するようにレーザ・ダイオード１１２の放射を集光する。レーザ・ダイオード１１２の平行化された放射は、第１のビーム・スプリッタ菱面体１７０およびプリズム・ビーム・スプリッタ１０３によって２つのビームに分けられる。一方のビームは、第２のビーム・スプリッタ菱面体１８０を通って入射プリズム１０４に向かって伝搬し、変換層１２０Ａまで続き、他方のビームは、第２のビーム・スプリッタ菱面体に沿ってマッハ－ツェンダー干渉計１０６の補償アームを通って、補償ボリューム１２０Ｂに向かって伝搬し、第３のビーム・スプリッタ菱面体１７５の表面で鏡面反射されるように続く。測定アームおよび基準アームのビームは、出力プリズム窓１０５と第３のビーム・スプリッタ菱面体１７５との間の界面で組み合わせられる。寄生光を抑制するために、光吸収材料１９９が出力プリズム１０５に糊で付けられ得る。組み合わさったビームは、対物レンズ１４０を通過し、対物レンズ１４０は、入射プリズム窓１０４と変換層１２０との間の界面の像を、ここでは例えばＣＭＯＳイメージャ１２４である検出器上に作り出す。イメージャ１２４の信号は、処理ユニット１３２によって処理され、その後ディスプレイ１２６上に視覚化される。処理ユニット１３２とレーザ・ダイオード・ドライバ１１２Ａは、内部クロックによって同期される。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。熱電冷却器１９８の信号は、処理ユニット１３２によって制御される。

図３の構成は、デバイスの例示的構成を示す。プローブ・ビームは、変換層１２０を１回だけ通過している。図３は、電磁放射を発している物体１０１を示し、この電磁放射が対物レンズ１０２によって集光され、対物レンズ１０２は像面１０７内に像を作り出す。その際、電磁放射は、ビーム・スプリッタ菱面体１９０と入射プリズム窓１０４との間の界面において鏡面反射される。像面１０７は、変換層１２０に埋め込まれている。変換層１２０と出力窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。像は、変換層１２０の測定ボリューム内に形成される。変換層１２０は、入射プリズム窓１０４と出力窓１０５との間に置かれる。ここではレーザ・ダイオードである光源１１２の放射はプローブ・ビームとして動作し、コリメータ１１５は、少なくとも疑似的に平行な放射で変換層１２０を照明するようにレーザ・ダイオード１１２の放射を集光する。この例における変換層１２０は、１つの測定ボリューム１２０Ａおよび１つの補償ボリューム１２０Ｂの２つのボリュームを含んでいる。両方のボリュームは、当初同じ温度である。レーザ・ダイオード１１２の平行化された放射は、平行板１９２で２つのビームに鏡面反射される。１つのビームは、平行板１９２の前部表面における反射によって形成され、別のビームは、平行板１９２の後部表面で形成される。鏡面反射されたビームは、互いに対して横方向にずり動かされ（横ずらしされ）、その結果、ラテラル・シアリング干渉計１０６をもたらす。両ビームは、対物レンズ１４０を通過し、対物レンズ１４０は、例えばＣＭＯＳであるイメージャ１２４上に、入射プリズム窓１０４と変換層１２０との間の界面の２つのずり動かされた像を作り出す。２つのビームの重なり領域に、干渉パターンが観察される。この干渉パターンは、イメージャ１２４において感知され、その後、処理ユニット１３２によって処理される。処理ユニット１３２は、視覚化されるべきデータをディスプレイ１２６に転送する。処理ユニット１３２とレーザ・ダイオード・ドライバ１１２Ａは、内部クロックによって同期される。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。熱電冷却器１９８の信号は、処理ユニット１３２によって制御される。

図４の構成は、デバイスの例示的構成を示す。プローブ・ビームは、変換層１２０を２回通過している。図４は、電磁放射を発している物体１０１を示し、この電磁放射が対物レンズ１０２によって集光され、対物レンズ１０２は像面１０７内に像を作り出す。像面１０７は、変換層１２０に埋め込まれている。変換層１２０と窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。像は、変換層１２０の測定ボリューム内に形成される。変換層１２０は、入射窓１０４と出力窓１０５との間に置かれる。電磁放射が変換層１２０の補償ボリュームに達するのを防ぐために、カバー１３１が入射窓１０４の前に置かれる。カバー１３１は、固定されても可動であってもよい。可動である場合は、外部からの電磁放射が遮断されるように第１のエリア１２８および第２のエリア１３０を覆う。カバー１３１は、位相敏感検出を可能にする機械的チョッパとして使用され得る。レーザ・ダイオード１１２の放射は、プローブ・ビームとして動作し、コリメータ１１５は、少なくとも疑似的に平行な放射で変換層１２０を照明するようにレーザ・ダイオード１１２の放射を集光する。レーザ・ダイオード１１２の平行化された放射は、変換層１２０と入射窓１０４との間の界面で鏡面反射される。鏡面反射された放射は、ビーム・スプリッタ１５５によって対物レンズ１４０の方へ向けられ、対物レンズ１４０は、入射窓１０４と変換層１２０との間の界面の像を、例えばＣＭＯＳである、イメージャ１２４上に作り出す。この機構は、フィゾー干渉計１０６として認知される。イメージャ１２４の信号は、処理ユニット１３２によって処理され、その後、ディスプレイ１２６上に視覚化される。処理ユニット１３２とレーザ・ダイオード・ドライバ１１２Ａは、内部クロックによって同期される。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。熱電冷却器１９８の信号は、処理ユニット１３２によって制御される。

図５の構成は、デバイスの例示的構成を示す。プローブ・ビームは、変換層を２回通過している。図５は、電磁放射を発している物体１０１を示し、この電磁放射が対物レンズ１０２によって集光され、対物レンズ１０２は像面１０７内に像を作り出す。像面１０７は、変換層１２０に埋め込まれている。変換層１２０と出力窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。像は、変換層１２０の測定ボリューム内に形成される。変換層１２０は、入射窓１０４と出力窓１０５との間に置かれる。電磁放射が変換層１２０の補償ボリュームに達するのを防ぐために、カバー１３１が入射窓１０４の前に置かれる。カバー１３１は、固定されても可動であってもよい。可動である場合は、外部からの電磁放射が遮断されるように第１のエリア１２８および第２のエリア１３０を覆う。カバー１３１は、位相敏感検出を可能にする機械的チョッパとして使用され得る。ここではレーザ・ダイオードである光源１１２の放射はプローブ・ビームとして動作し、コリメータ１１５は、少なくとも疑似的に平行な放射で変換層１２０を照明するようにレーザ・ダイオード１１２の放射を集光する。レーザ・ダイオード１１２の平行化された放射は、ビーム・スプリッタ・キューブ１６０によって２つのビームに分けられる。１つのビームは、変換層１２０まで伝搬し、１つのビームは、ビーム・スプリッタ・キューブ１６０のミラー面１５０まで伝搬する。非偏光干渉計の基準アーム内に、出力窓の光学的同等物１５２、変換層の光学的同等物１５１がある。これら光学的同等物は、名目不等光路干渉計に代えて等光路干渉計を作り出すことができ、不等光路干渉計では、光学的同等物１５２および１５１が存在せず、ミラー１５０がビーム・スプリッタ・キューブ１６０の面の１つから除去される。変換層１２０と入射窓１０４との間の界面で鏡面反射されたビームは、ビーム・スプリッタ・キューブ１６０によって再度分割され、一方のビームは対物レンズ１４０の方へ向けられ、対物レンズ１４０は、入射窓１０４と変換層１２０との間の界面の像を、例えばＣＭＯＳである、イメージャ１２４上に作り出す。イメージャ１２４の信号は、処理ユニット１３２によって処理され、その後、ディスプレイ１２６上に視覚化される。処理ユニット１３２とレーザ・ダイオード・ドライバ１２２Ａは、内部クロックによって同期される。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。熱電冷却器１９８の信号は、処理ユニット１３２によって制御される。

図６の構成は、デバイスの例示的構成を示す。プローブ・ビームは、変換層１２０を２回通過している。図６は、電磁放射を発している物体１０１を示し、この電磁放射が対物レンズ１０２によって集光され、対物レンズ１０２は１０７内に像を作り出す。像面１０７は、変換層１２０に埋め込まれている。変換層１２０と出力窓１０５との間の界面にコールド・フィンガー１９６が置かれる。像は、変換層１２０の測定ボリューム内に形成される。変換層１２０は、入射窓１０４と出力窓１０５との間に置かれる。電磁放射が変換層１２０の補償ボリュームに達するのを防ぐために、カバー１３１が入射窓１０４の前に置かれる。カバー１３１は、固定されても可動であってもよい。可動である場合は、外部からの電磁放射が遮断されるように第１のエリア１２８および第２のエリア１３０を覆う。カバー１３１は、位相敏感検出を可能にする機械的チョッパとして使用され得る。ここではレーザ・ダイオードである光源１１２の放射はプローブ・ビームとして動作し、コリメータ１１５は、少なくとも疑似的に平行な放射で変換層１２０を照明するようにレーザ・ダイオード１１２の放射を集光する。レーザ・ダイオード１１２の平行化された放射は、偏光ビーム・スプリッタ・キューブ１６１によって２つのビームに分けられる。１つは、４分の１波長板１２７を通って変換層１２０に向かって伝搬し、１つは、偏光ビーム・スプリッタ・キューブ１６１のミラー面１５０まで伝搬する。偏光干渉計の基準アーム内に、４分の１波長板の光学的同等物１５３、出力窓の光学的同等物１５２、変換層の光学的同等物１５１がある。これら光学的同等物は、名目不等光路干渉計に代えて等光路干渉計を作り出すことができ、不等光路干渉計では、光学的同等物１５３、１５２、および１５１が存在せず、ミラー１５０が偏光ビーム・スプリッタ・キューブ１６１の面の１つから除去される。変換層１２０と入射窓１０４との間の界面における鏡面反射されたビームは、４分の１波長板１２７を二度目に通過し、偏光ビーム・スプリッタ・キューブ１６１によって再度分割され、一方のビームはＣＭＯＳ対物レンズ１４０の方へ向けられ、ＣＭＯＳ対物レンズ１４０は、入射プリズム窓１０４と変換層１２０との間の界面の像を、例えばＣＭＯＳである、イメージャ１２４上に作り出す。イメージャ１２４の信号は、処理ユニット１３２によって処理され、その後、ディスプレイ１２６上に視覚化される。処理ユニット１３２とレーザ・ダイオード・ドライバ１２２Ａは、内部クロックによって同期される。この機構は、トワイマン－グリーン干渉計１０６として認知される。この機構の枢要な部分は、真空チャンバ１９５内に置かれ得る。真空チャンバ１９５は、熱電冷却器１９８を通じて温度を制御され得る。熱電冷却器１９８の信号は、処理ユニット１３２によって制御される。

図８は、この例ではスマートフォンであるモバイル・デバイス２００のためのアドオン・デバイスとして構成されたデバイス１００の一例を示す。この例では、アドオン・デバイスはクリップ式デバイスである。また、アドオン・デバイスが、その他の方法で、例えば接着接続を通じて、モバイル・デバイスに装着されることも可能である。アドオン・デバイスがモバイル・デバイス２００用のカバーの一部である、またはカバーによって含まれることも可能であることが認識されよう。この例では、イメージャは、モバイル・デバイス２００のデジタル・カメラ２２４によって形成される。よって、デジタル・カメラ２２４は、干渉計によって作り出された干渉像を撮像することができる。デジタル・カメラ２２４は、モバイル・デバイスの処理ユニット２３２によって処理され、その後、モバイル・デバイスのディスプレイ２２６上に視覚化される。望まれる場合には、モバイル・デバイス２００のカメラ２２４との、デバイス１００の光源１１２の同期が、例えば有線または無線の通信リンクを介して可能である。

本明細書で、本発明は、本発明の実施形態の具体的な例を参照して説明される。しかし、本発明の本質から逸脱することなく様々な改変および変更が行われてよいことが明らかであろう。

例では、変換層の補償ボリュームまたは第２のエリアは、干渉計の測定アーム内に置かれる。変換層の補償ボリュームまたは第２のエリアが干渉計の基準アーム内に置かれることも可能である。好ましくは、変換層の補償ボリュームまたは第２のエリアは、それでもなお変換層の測定ボリュームまたは第１のエリアと熱的に接触している。

明瞭性および簡潔な説明のために、特徴は、本明細書において同じまたは別々の実施形態の一部として記載されるが、それら別々の実施形態に記載される特徴のすべてまたは一部の組み合わせを有する代替の実施形態も構想され、特許請求の範囲によって概説される本発明の枠組み内にあることが理解される。したがって、詳細な説明、図、および例は、制限的な意味ではなく、例示的な意味でみなされるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲の主旨および範囲内に該当するすべての代替形態、変更形態、および変形例を包含することが意図される。さらに、記載される要素の多くは、離散したもしくは分散された構成要素として、または他の構成要素と併せて任意の適切な組み合わせおよび場所で実装され得る機能的実体である。

特許請求の範囲において、括弧内に置かれた参照符号は、請求項を制限するものと解釈すべきではない。用語「～を含む」は、請求項に列挙されるもの以外の特徴またはステップの存在を排除しない。さらに、単語「ａ」および「ａｎ」は、「１つのみ」に限定されると解釈すべきでなく、「少なくとも１つ」を意味するために使用され、複数を排除しない。ある手段が相互に異なる請求項に述べられているという単なる事実は、それら手段の組み合わせを有利に使用できないことを意味するものではない。

Claims (24)

1. 物体からの電磁放射を撮像するためのデバイスであって、
   前記電磁放射が前記デバイスに入るのを可能にする入射光学系であって、前記物体の像が結像される像面を含む、入射光学系と、
   測定アームを有する干渉計であって、前記像面が前記測定アーム内にある、干渉計と、
   前記像面にある変換層であって、前記物体の前記像を表す前記干渉計の前記測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、前記電磁放射を前記変換層の屈折率の時空間的変動に変換する、変換層と、
   を備える、デバイス。
2. 前記変換層が前記電磁放射から遮蔽された部分を含んでおり、補償信号が前記部分から生成される、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記遮蔽された部分が前記像面に位置する、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 前記干渉計が位相シフト干渉計である、請求項１～３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記干渉計の放射源が電流変調レーザ・ダイオードである、請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記干渉計によって生成された干渉像を撮像するために構成されたデジタル・カメラを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記電流変調レーザ・ダイオードが前記デジタル・カメラと同期される、請求項５または６に記載のデバイス。
8. 前記デジタル・カメラのカメラ信号を、表示デバイス上に表示するなどのために処理するために構成された処理ユニットを含む、請求項６または７に記載のデバイス。
9. 前記変換層が、固体、液体、気体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記変換層がポリマーを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記ポリマーがドープ・ポリマーである、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記変換層が、水とグリコール（glycol）などの液体混合物を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. 前記変換層がコロイド懸濁液を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記変換層が２つの窓の間に収容される、請求項１～１３のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載のデバイスを含む、サーマルカメラ。
16. 請求項１～１４のいずれか一項に記載のデバイスを含む、暗視カメラ。
17. 請求項１～５または７～１４のいずれか一項に記載のデバイスを含む、スマートフォンまたはタブレットなどのモバイル・デバイスのためのアドオン・デバイスであって、前記干渉計によって生成された干渉像を前記モバイル・デバイスのデジタル・カメラが撮像するように前記モバイル・デバイスと協働するために構成された、アドオン・デバイス。
18. 物体からの電磁放射を撮像する方法であって、
    前記物体の電磁放射像を像面上に結像するステップであって、前記像面が干渉計の検出アーム内にある、ステップと、
    前記像面にある変換層によって、前記物体の前記像を表す前記干渉計の前記測定アーム内の時空間的な光位相差を生じさせるために、前記電磁放射を前記変換層の屈折率の時空間的変動に変換するステップと、
    前記光位相差に基づいて前記物体の前記像を表す可視像を生成するステップと、
    を含む、方法。
19. 前記変換層の一部分を前記電磁放射から遮蔽することにより、前記干渉計内で補償信号を生成するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 複数の可視像を生成するステップであって、前記複数の可視像の個々の像間で前記干渉計の照明光の位相が異なる、ステップと、
    前記複数の可視像に基づいて単一の可視像を生成するステップと、
    を含む、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記変換層が、固体、液体、気体、またはそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１８～２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記変換層が、ドープ・ポリマーなどのポリマーを含む、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記変換層がコロイド懸濁液を含む、請求項１８～２２のいずれか一項に記載の方法。
24. プログラム可能装置上で実行されたときに、請求項１～１４のいずれか一項に記載のデバイス、請求項１５もしくは１６に記載のカメラ、または請求項１７に記載のアドオン・デバイスの前記干渉計によって生成された干渉像に基づいて可視像を生成するために構成されたソフトウェア・コード部分を含む、コンピュータ・プログラム製品。

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