JP4789799B2 - 干渉写真における搬送波の発生装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、干渉写真の分野、すなわち２個の光波を重ねることによって生じる干渉図の記録に関する。本発明は、限定的ではないが特に、場合によっては生じる観察物体の移動を調査分析するために搬送波を導入する干渉写真システムにおいて、搬送波を発生または獲得することに適用される。

より詳しくは、本発明は、「リアルタイムホログラフィック干渉測定」型または「二重露光ホログラフィック干渉測定」型の干渉写真における搬送波の導入に適用される。

干渉写真は、特に、構造体のごくわずかな変形を測定するために用いられる。

干渉写真を得るために使用される技術であるホログラフィーは、２個の干渉性の光ビーム間の干渉による記録方法である。これらのビームのうち第一のビームは、物体から放出または伝達される光から生じる。第二のビームは基準ビームの役割を果たす。２個のビームはホログラフィック媒体で干渉し合い、この媒体にホログラムを記録する。ホログラムを基準ビームにより後で再び読み込むことで、記録時の第一のビームの波頭面を再生する。

当業者によく知られた、いわゆる「リアルタイム」ホログラフィック干渉測定では、瞬間ｔ１に、次の２個の波頭面を比較する。
−予め瞬間ｔ０でホログラムに記録されていて基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生される波頭面。この波頭面は、瞬間ｔ０の物体の像に対応する。
−物体から送られ、ホログラムにより伝達される波頭面。

２個の波頭面は、検出器、たとえば物体に焦点を合わせたカメラで干渉し合い、それによって干渉写真を生じる。

当業者によく知られた、いわゆる「二重露光」ホログラフィック干渉測定では、瞬間ｔ２に次の２個の波頭面を比較する。
−予め瞬間ｔ０でホログラムに記録されていて第一の基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生される波頭面。この波頭面は、瞬間ｔ０の物体の像に対応する。
−予め瞬間ｔ１でホログラムに記録されていて第二の基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生される第二の波頭面。この波頭面は、瞬間ｔ１の物体の像に対応する。

２個の波頭面は、検出器、たとえば物体に焦点を合わせたカメラで干渉し合い、それによって干渉写真を生じる。

「リアルタイム」干渉測定であろうと、「二重露光」干渉測定であろうと、干渉写真を分析することで、測定の２つの瞬間ｔ０とｔ１との間に物体面が受けた移動を突き止めることができる。

二つの波頭面の間の位相差を突き止められる二つの干渉写真分析技術が存在する。第一の技術は、複数の干渉写真の収集を要する位相差技術に関する。第二の技術は、位相変化を突き止めるために一枚しか干渉写真が必要でない。この場合、単一の干渉写真を用いて分析を行うには、搬送周波数、または単に「搬送波」とよばれる周波数を、干渉写真に導入しなければならない。

このようにして、単一の干渉写真の取得に用いられる２個の波頭面間の位相変化を計算する場合、干渉写真に「搬送波」を導入しなければならない。こうした搬送波は、２個の波頭面間に空気端を挿入することによって、すなわち一方の波頭面を他方に対してわずかに傾斜させることによって得られる。この傾斜によって、像の軸、たとえば軸ｘに沿った位相の線形変化が起きる。これにより、干渉写真に縞が導入される効果がある。

物体がｔ０とｔ１との間で動かなかった場合、縞は平行で、軸ｘに対して垂直であり、ｘ軸に沿って等距離にある。それに対して、物体が二つの露光の間に動いた場合、これらの縞の変形によって、観察された物体が変形を受けたことが分かる。こうした変形の分析は、フーリエ変換や縞の補間などの様々な方法により実施可能である。

搬送波の形成に用いられるシステムは、たとえば、「リアルタイム」干渉測定の場合に基準ビームに対してミラーを移動し、あるいは「二重露光」干渉測定の場合に２個の基準ビームの内の一方を移動する、電気−光式または機械式のシステムである。従って、これらのシステムは制御手段を必要とする。そのため、こうしたシステムは高価である上、調査されるホログラフィック材料が厚すぎる場合は検討外となる不都合がある。

本発明は、搬送波を発生するのにもはや如何なる移動も不要なシステムを提案することによって、従来技術の不都合を解消しようとするものである。

このため、本発明は、干渉測定装置で干渉写真に搬送波を発生する方法を提案する。

「リアルタイム」干渉測定の場合、この方法は、物体から送られる波頭面をホログラムに記録する第一のステップを含む。第二のステップの際、この波頭面は、基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生される。同時に、この波頭面が、観察される物体から送られる新しい波頭面に重ねられる。

「二重露光」干渉測定の場合、この方法は、物体から送られる波頭面をホログラムに記録する第一のステップを含む。この方法は、物体から送られる新しい波頭面をホログラムに記録する第二のステップを含む。二つの波頭面は、２個の基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生されて重ねられる。このようにして、「二重露光」干渉測定の場合、物体から送られる新しい波頭面の記録により第二の波頭面が得られる。

この方法は、前記２個の波頭面が、自然に、または修正ステップにより直交偏光されること、また、前記２個の波頭面を干渉させるために、これらの２個の波頭面を、複屈折結晶、偏光器、検出器を通過させるステップを含むことを特徴とする。

本発明の第一の実施形態によれば、修正ステップは、物体から送られる光波を、または「リアルタイム」干渉測定の場合は基準ビームの光波を、または「二重露光」干渉測定の場合は２個の基準ビームの内の一方のビームを、電気光スイッチにより修正することからなり、これらの光波のうちの一光波のこうした偏光修正が、ホログラムの記録後に行われる。

「リアルタイム」干渉測定に適用される本発明の第二の実施形態によれば、偏光が自然に得られる場合、干渉測定装置で使用されるホログラフィック材料が、異方性の回折プロセスを可能にする異方性材料であり、すなわち、ホログラムでの基準ビームの回折により再生される波頭面の偏光が、基準ビームの偏光と、物体から送られるビームの偏光とに直交する。

本発明は、また、物体（８）から送られる第一の波頭面をホログラムに記録する第一のステップを含み、第二の波頭面を発生し、直交偏光される２個の波頭面を重ねる、「リアルタイムホログラフィック干渉測定」型または「二重露光ホログラフィック干渉測定」型の、干渉写真に搬送波を発生する方法の実施装置であって、複数の対物レンズ（３、６、７）、すなわちレンズと、少なくとも一つの偏光器（５）と、少なくとも一つのホログラフィック媒体（１）と、少なくとも一つの検出器（９）とを含む装置に関し、複屈折結晶を含んでおり、２個の波頭面が、前記結晶と偏光器とを通過し、検出器で前記２個の波頭面を干渉させることを特徴とする。

本発明により提供される可能性によれば、物体から送られる光波または基準ビームの光波の修正ステップを実施するために、装置が、電気−光スイッチを含む。

本発明の実施形態によれば、複屈折結晶が、光学的な観点から観察物体の像面付近に配置された、複屈折バイプリズムの形状を呈する。

本発明の第二の実施形態によれば、複屈折結晶が複屈折板の形状を呈する。この場合、複屈折板は、理想的には、観察物体に対して光学的な観点から無限に配置される。

本発明は、添付図面に関して全くの例としてなされた、「リアルタイム」干渉測定の場合の本発明の実施形態の以下の説明から、いっそう理解されるであろう。

図１に、本発明による装置の第一の実施形態を示し、図２〜４に第二の実施形態を示した。いずれの場合も、２個の波頭面間への空気端の導入は、複屈折結晶を用いて得られる。また、いずれの場合も、直交偏光される２個の波頭面を干渉させるために、この２個の波頭面が、複屈折結晶と検出器との間に置かれた共通偏光器を通過する。

第一の実施形態では、一つの波頭面の偏光を回転させられる電気−光スイッチ、または電気−光部品が図示されていない。そのため、使用されるホログラフィック媒体１の材料は異方性であると仮定される。これらの異方性材料は、異方性回折構成で用いられる場合（当業者にとって公知であるため、ここではこれ以上説明しない）、物体ビームの偏光に対して回折ビームを直交偏光する結果をもたらす。この場合、干渉写真を形成するために使用される２個の波頭面は、任意の一つの電気−光スイッチがなくても直交偏光される。

図１の実施形態において、偏光器２は、ホログラフィック媒体１への入射ビームが適切に偏光されるようにするよう機能を有する。対物レンズ、すなわちレンズ３は、複屈折バイプリズム４の中心付近に物体の像を形成することができる。バイプリズム４は、たとえば、当業者によく知られたバイプリズム「Ｗａｌｌａｓｔｏｎ」、「Ｒｏｃｈｏｎ」、または「Ｎｏｍａｒｓｋｉ」である。

２個の波頭面の直交偏光は、バイプリズム４の２個の中性線に対応するように選択する。これによって、波頭面に一定の角度を導入する効果が得られる。その後、２個の波頭面の偏光が同一の偏光器５に投影される。２個のレンズ６、７からなる光学系により、検出器９、この場合には、搬送波の縞を伴う干渉写真が形成される検出カメラに、物体８の像を再形成できる。搬送波の縞のピッチは、バイプリズム４の諸特性によって決定される。

物体８で縞を特定するには、ビームの分離面を像の付近に配置しなければならない。そのため、観察される物体の像付近にバイプリズム４を置くことが課される。

第二の実施形態では、第一の実施形態に存在する様々な要素が同様に存在するが、但し、物体８の像面付近に配置されるバイプリズム４の代わりに複屈折板１０が用いられている。ここでは、複屈折板は、物体に対して無限に（「無限」という語の光学的な意味に従って）配置もしくは位置づけられている。無限は、図２のレンズ６の焦点に帰着する。

図３に示したように、像の各素子（画素）が、光円錐１１に結合される。光学ひとみが無限に配置される場合、光円錐の軸は、像の全ての画素に対して同じであり、組立軸ｚに平行である。

そのため、無限、従って複屈折板１０の面では、平行な光線束が各画素に対応する。この光線束が組立軸ｚとなす角度は、軸ｚに沿った画素の位置だけに依存する。

軸ｘ’が光学的に一軸である複屈折板１０は、図４に示したように、光学軸が組立軸ｘと角度θをなすようにカットされ、最適角度はθ＝４５°である。

図４では、軸ｘ、ｚが、図３に示されたような組立軸を示している。さらに、ｘ’は、光学軸の方向であり、曲線１２は、屈折率を示す楕円面を示している。

このようにして、複屈折板１０が、２個の偏光部品の間で、すなわち図３に規定されたｘ、ｙ軸に沿って、光学的な遅延を導入することを示すことができる。光学的な遅延は、第一に角度βに比例し、従って、考慮された画素の位置Ｘｏに比例する。そのため、カメラ９の面では、縞がｙ軸に平行である搬送波が得られる。搬送波のピッチは、複屈折板の様々な特徴、厚さ、複屈折性、および断面に依存する。

以上、本発明を例として説明した。もちろん、当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく発明の様々な変形実施形態を実現できる。

本発明による装置の第一の実施形態の概略図である。 本発明による装置の第二の実施形態の概略図である。 図２の一部をより詳しく示す図である。 第二の実施形態で使用される複屈折板の概略断面図である。

符号の説明

１ ホログラフィック媒体
３、６、７ 対物レンズまたはレンズ
４ バイプリズム
５ 偏光器
８ 物体
９ 検出器
１０ 複屈折板
１１ 光円錐

Claims (10)

1. リアルタイムホログラフィック干渉測定型または二重露光ホログラフィック干渉型の干渉測定装置で、干渉写真に搬送波を発生する方法であって、
   物体（８）から送られる第一の波頭面をホログラムに記録する第一のステップと、
   第二の波頭面を発生し、２個の波頭面を重ねる第二のステップと、
   前記重ねられた２個の波頭面が、自然に、または修正ステップにより直交偏光される第三のステップと、
   前記直交偏光される２個の波頭面を複屈折結晶、偏光器、および検出器（９）を通過させる第四のステップを含んで、前記２個の波頭面を干渉させることを特徴とする方法。
2. 前記リアルタイムホログラフィック干渉測定型の干渉測定装置の場合の前記第二のステップは、第一の波頭面が、基準ビームによるホログラムの再読み込みにより再生され、この第一の波頭面が、観察される物体から送られる第二の波頭面に重ねられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記二重露光ホログラフィック干渉測定型の干渉測定装置の場合の前記第二のステップは、第二の波頭面が、物体から送られる新しい波頭面の記録により得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記第三のステップの修正ステップが、物体（８）から送られる光波を、または前記リアルタイムホログラフィック干渉測定型の干渉測定装置の場合は基準ビームの光波を、または前記二重露光ホログラフィック干渉測定型の干渉測定装置の場合は２個の基準ビームの内の一方のビームを、電気−光スイッチにより修正することからなり、これらの光波のうちの一光波のこうした偏光修正が、ホログラムの記録後に行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記リアルタイムホログラフィック干渉測定型の干渉測定装置では、前記第三のステップにおける偏光が自然に得られる場合、干渉測定装置で使用されるホログラフィック材料１が異方性材料であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 物体（８）から送られホログラムに記憶される第一の波頭面と、第二の波頭面を発生し、２個の波頭面を直交偏光して重ねる、リアルタイムホログラフィック干渉測定型、または二重露光ホログラフィック干渉測定型の、干渉写真に搬送波を発生する方法の実施装置で、複数の対物レンズ（３、６、７）、すなわちレンズと、少なくとも一つのホログラフィック媒体と、少なくとも一つの偏光器（５）と、複屈折結晶と、少なくとも一つの検出器（９）と、を含む装置であって、直交偏光した２個の波頭面が、前記結晶と偏光器とを通過し、検出器で前記２個の波頭面を干渉させることを特徴とする装置。
7. 複屈折結晶が、複屈折バイプリズム（４）の形状を呈することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 複屈折結晶が、複屈折板（１０）の形状を呈することを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 複屈折板（１０）が、観察される物体（８）に対して光学的な観点から無限に配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. バイプリズム（４）が、物体（８）の像付近に配置されることを特徴とする請求項９に記載の装置。

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