JP7274150B2

JP7274150B2 - 偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュール

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Publication number: JP7274150B2
Application number: JP2020537838A
Authority: JP
Inventors: ボーチャル、ペトル; チメリク、ラディム; ボーチャル、ゼデネク; チェレチョフスキー、ラデク
Original assignee: ヴィソケーウツェニーテクニケーヴブルネー; ウニベルシタパラツケホベーオロモウツ
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2023-05-16
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Description

本発明は、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールに関し、それは、任意の偏光適合干渉計システムに接続されてもよく、低コヒーレンス光を使用するホログラフィ結像を提供する。

最近、光学顕微鏡法は、バイオフォトニクス及び材料科学に広い応用を有する定量的位相結像（ＱＰＩ：ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｐｈａｓｅｉｍａｇｉｎｇ）において開発されたデジタル撮像技法によって強化されている。ＱＰＩは、ほとんどの場合ホログラフィ結像によって実施され、その場合研究中の物体についての情報は、信号（物体）と参照波との間に導入される位相差にエンコードされる。

信号及び参照波によって生成される干渉記録（ホログラム）は、３つの用語－真のホログラフィ画像、共役ホログラフィ画像及びゼロ次画像（Ｄ．Ｃ．項）で構成される。正しいホログラム再構成のために、真のホログラフィ画像の分離が、必要とされる。これは、インライン及びオフアクシス・ホログラフィとして知られている２つの異なる実験スキームにおいて達成することができる。インライン・ホログラフィでは、信号及び参照ビームは、ほとんど同じ光路を共有し、同じ角度で検出器にぶつかる。真のホログラフィ画像を再構成するために、参照波に課せられる異なる位相シフトを用いて取得される少なくとも３つのホログラフィ記録が、必要である。オフアクシス・ホログラフィでは、信号及び参照ビームは、相互角度傾斜を有して干渉し、真のホログラフィ画像の単発の再構成を可能にする。

インライン・ホログラフィでは、干渉計ビームは、干渉計の出力において共線的であり、真のホログラフィ画像は、洗練された位相シフト法を採用することによって再構成される。開発された技法は、圧電アクチュエータによって実施される機械的走査、光電子デバイスによって導入される位相変調又は光の偏光状態の変換を使用する無彩色位相シフトを伴う。

位相シフト手順は、ランダムな機械的変化及び光学的変化が、干渉計ビーム間に導入される位相シフトの正確さに影響を及ぼす又は反復記録中にそれらの位相を変えることもあるので、技術的に厳しい。これらの望まれない効果は、定量的画像再構成の品質及び正確さを低減する。

オフアクシス・ホログラフィでは、干渉計ビームは、光学軸に対して異なる角度を保持しながら再結合される。ビームの相互角度傾斜は、空間搬送波周波数の生成をもたらし、フーリエ法を適用する真のホログラフィ画像の単発の再構成を可能にする。

干渉計ビームの異なる傾斜を達成するために、信号及び参照ビームのための２つの独立した光路が、使用されなければならない。干渉計の信号及び参照アームにおける光路の重複は、システムの調整を困難にし、屈折率における振動、温度変動及び不均質性に対するその感受性を増加させる。それ故に、二重経路システムの実施は、厳しく且つ高価である。

標準的なオフアクシス・システムでは、ビームの異なる角度傾斜は、信号又は参照経路に置かれる鏡又は同様に動作する光学部品によって達成される。そのようなオフアクシス調整を有する干渉計は、もはや無彩色でなく、全視野におけるビームの干渉にとって十分なコヒーレンス長を有するほとんど単色性の光の使用を必要とする。レーザ光は、極端に長いコヒーレンス長を提供するが、しかしホログラフィ結像の性能を強く低下させるコヒーレンス・ノイズを引き起こす。

前述の問題は、コヒーレンス制御ホログラフィ顕微鏡（チェコ特許第３０２４９１号、欧州特許第２３７８２４４Ｂ１号、米国特許第８５２６００３Ｂ２号）によって解決され、それは、回折ビーム・スプリッタとして使用される回折格子の結像に基づいている。回折格子の結像に付随する回折分散（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）は、干渉計ビームの波長依存傾斜角を提供する。結果として、干渉計ビームの単色成分は、波長と無関係の周期を有する干渉縞を生成しながら再結合される。コヒーレンス制御オフアクシス・ホログラフィ・システムは、低コヒーレンス光をうまく利用しながら、真のホログラフィ画像の単発の再構成を可能にする。

共通路干渉計構成が、使用されるならば、インライン配置及びオフアクシス配置の両方に接続される負の外部効果は、抑制することができ、コスト効率の良いシステムにおけるより堅固な結像が、達成される。共通路の幾何学では、干渉計ビームは、同じ光路を共有し、ランダムな外部変動は、両方のビームに等しく課せられ、ホログラム記録におけるそれらの自己補償を可能にする。

共通路システムをうまく利用するために、同じ光路を共有する信号及び参照ビームを区別することを可能にする方法が、使用されなければならない。これは、位相シフト手順又はコントラスト調整において必要とされる干渉計ビームの独立した変更又は変調に必要である。共線的光ビームを区別するために、それらの直交直線偏光状態が、よく利用される。

偏光戦略の一実例は、偏光適合Ｍｉｒａｕ干渉対物レンズに言及する発明米国特許第８３３４９８１号である。干渉計は、サンプル及び参照鏡からそれぞれ反射される信号及び参照波が、直交偏光を獲得するような方法で、衝突光を２つの直線偏光波に分ける。これは、透過光及び反射光を直交偏光させる薄い層によってカバーされた非偏光ビーム・スプリッタとともに働くＭｉｒａｕ干渉対物レンズによって達成される。偏光符号化信号及び参照波は、同じ光路を通り、検出器に向かって伝搬する。信号及び参照波の両方の電場振動は、検出器の前方に置かれるアナライザによって同じ方向に投影される。アナライザの角度方向は、透過波の強度を操縦し（ｄｒｉｖｅ）、干渉コントラストの最適化のために使用されることもある。干渉パターンは、ほとんどの場合ＣＣＤ又はＣＭＯＳチップである検出器によって記録される。

同様の構成は、発明米国特許第８０７２６１０号に従って偏光適合Ｍｉｒａｕ干渉計において利用される。このシステムは、線形偏光照明とともに働き、結像経路の偏光適合を有するＭｉｒａｕ干渉対物レンズを使用する。非偏光ビーム・スプリッタは、対物レンズ内に置かれ、４分の１波長板としての役割を果たす異方性平板の間に挟まれる。個々の４分の１波長板の速軸は、照射ビームの直線偏光の方向に対して角度０°及び４５°に向けられる。サンプル及び参照鏡にそれぞれ反射される信号及び参照波は、Ｍｉｒａｕ干渉対物レンズの出力において直交直線偏光を獲得する。偏光符号化信号及び参照波は次いで、同じ光路内に融合され、それを通ってそれらは、検出器に向かう。信号及び参照波の電場振動は、アナライザによって同じ方向に投影され、それらの干渉の記録を可能にする。

両方の前述のシステムは、外部効果が効果的に抑制される、堅固な結像を提供する共通路構成を使用する。しかしながら、真のホログラフィ画像は、位相シフト手順が、圧電トランスデューサ、電気光学変調器によって実施され又は偏光システムが、適用され、少なくとも４つのホログラムが、記録されるならば、再構成される。

共通路配置の恩恵を保つホログラムのオフアクシス記録は、論文Ｇ．Ｒｏｎｇｌｉ他、「Ｏｆｆ－ａｘｉｓｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｗｉｔｈＬＥＤｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇ」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．５２，８２３３～８２３８頁（２０１３）において提案された。この方法は、共通の偏光部品によって生成される直交直線偏光を保有する信号及び参照波とともに働くＬｉｎｎｉｋ干渉計に基づいている。Ｌｉｎｎｉｋ干渉計は、回折格子、一対のフーリエ・レンズ及び直線偏光子で構成される４ｆ結像システムに接続される。回折格子は、第１のフーリエ・レンズの前方焦点面に置かれ、一方直線偏光子は、その後方焦点面に置かれる。この平面は、第２のフーリエ・レンズの前方焦点面と一致する。回折格子は、格子の設計に応じて個々の次数における光強度を有する格子のすべての回折次数に信号及び参照波を偏向させる。望まれない回折次数に到達する（ｐｅｎｅｔｒａｔｅｔｏ）信号及び参照波は、使用される隔膜並びに信号及び参照波の＋１次及び－１次の回折次数のそれぞれだけの通過を可能にする偏光フィルタによって阻止されなければならない。直線偏光子を使用して、信号及び参照波の電場振動は、検出の前に同じ方向に投影される。検出器において、無彩色搬送波周波数を有するホログラムが、生成される。

このシステムは、ホログラムのオフアクシス記録とともに働き、単発の画像再構成を可能にするが、しかしその不都合は、標準的な回折格子の使用である。この格子は、低い効率を有し、破壊効果を示すそれらを含むすべての回折次数に信号及び参照波を偏向させる。＋１次及び－１次の回折次数における信号及び参照ビームの分離は、望まれない光の厄介な阻止及び偏光フィルタリングを必要とする。これは、システムの効率を低減し、それは、積分時間を増加させ、測定精度を低下させる。

チェコ特許第３０２４９１号欧州特許第２３７８２４４Ｂ１号米国特許第８５２６００３Ｂ２号米国特許第８３３４９８１号米国特許第８０７２６１０号

Ｇ．Ｒｏｎｇｌｉ他、「Ｏｆｆ－ａｘｉｓｄｉｇｉｔａｌｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｗｉｔｈＬＥＤｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇ」、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．５２，８２３３～８２３８頁（２０１３）

偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールによって、上述の欠点は、かなりの程度まで除去され、本発明の目的は、満たされる。提示されるアドオン撮像モジュールは、光源から順に、偏光符号化波の各々が異なる方向に伝搬する、偏光符号化波を分割するようにされる第１の偏光感受性ビーム・スプリッタと、モジュールの第１の光学システムと、検出器とを備え、モジュールの第１の光学システムは、光源から順に、第２の光学サブシステムと、偏光符号化波の電場の振動を同じ方向に投影するようにされる直線偏光子と、偏光符号波を検出器上に投影するようにされる第１の光学サブシステムとを備える。

アドオン撮像モジュールは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタを備え、それは、幾何学的位相格子として実現される。幾何学的位相格子は、それらの偏光状態に従って光ビームの方向分離の能力がある光学部品である。

モジュールの第１の光学システムの好ましい実施例は、直線偏光子、第１の光学サブシステム及び第２の光学サブシステムを備え、その場合結像システムは、正の光パワーを有する少なくとも１つの結像光学部品を含む。

アドオン撮像モジュールの別の実施例は、正の光パワーを有する少なくとも１つの結像光学部品から成るモジュールの第２の光学システムを伴う。モジュールの第２の光学システムは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタの前方に置かれ、それは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタとモジュールの第１の光学システムとの間に挿入されている第２の偏光感受性ビーム・スプリッタをさらに含む。

アドオン撮像モジュールの別の好ましい実施例では、モジュールの第１の光学システムは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタと直線偏光子との間に置かれる４分の１波長板を備える。別の好ましい実施例では、アドオン撮像モジュールは、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタと直線偏光子との間に置かれている４分の１波長板を備える。

アドオン撮像モジュールの別の好ましい実施例は、偏光適合インライン干渉計と第１の偏光感受性ビーム・スプリッタとの間に置かれている４分の１波長板を備える。

本発明はさらに、アドオン撮像モジュールによる偏光符号化波のオフアクシス記録を提供する。この方法は、偏光適合インライン干渉計の画像平面内に置かれる偏光感受性ビーム・スプリッタの使用から恩恵を受ける。偏光感受性ビーム・スプリッタは、直交偏光波の角度分離を行い、それらは、干渉計から出るときに異なる方向に伝搬する。空間的に分離された偏光符号化波はさらに、モジュールの第１の光学システムに入り、そこでそれらの電場の振動は、直線偏光子によって同じ方向に投影される。次のステップでは、両方の波は、使用される光の波長と無関係の搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムを生成しながら、第１の光学サブシステムによって変換される。

アドオン撮像モジュールにおける偏光分離波のオフアクシス記録は別法として、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタの後方で直交偏光波の伝搬方向に影響を与える第２の結像システムを使用して実現される。第２の光学サブシステムは、その画像を無限遠に生成し、それ故に偏光符号化波をコリメートするような方法で、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタに対して位置決めされる。その後、偏光符号化波の電場振動は、直線偏光子によって同じ方向に投影され、第１の光学サブシステムによって検出器上に焦点を合わされ、使用される光の波長と無関係の搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムが、そこに記録される。

別の好ましい実施例では、アドオン撮像モジュールによる偏光符号化波のオフアクシス記録は、偏光符号化波が、波の直交円偏光状態を直交直線偏光に変換する４分の１波長板を通過するような方法で、変更される。直交直線偏光を有する波は次いで、波の電場振動の投影を同じ方向に提供する直線偏光子を通過し、一方波の振幅は、偏光子の向きの角度を変えることによって調整される。

アドオン撮像モジュールによる偏光符号化波のオフアクシス記録の別の変更は、偏光符号化波が、波のコリメーションもまた提供するモジュールの第２の光学システムの使用によって干渉計の画像平面から第１の偏光感受性ビーム・スプリッタの平面に変換されるような方法で、実施される。コリメートされた直交偏光波は次いで、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタによって角度分離され、それ故にそれらは、異なる方向に伝搬する。異なる伝搬方向を有する波は、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタによって変換され、それは、波を第１の偏光ビーム・スプリッタの前方で波の伝搬方向と一致する元の方向に傾け、同時に波の相互横方向シフトを導入する。横方向にシフトされた偏光符号化波は、モジュールの第１の光学システムに入り、そこで波の電場振動は、直線偏光子によって同じ方向に投影される。統一された偏光状態を有する波は、検出器において干渉し、使用される光の波長と無関係の搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムを生成する。

アドオン撮像モジュールによる偏光符号化波のオフアクシス記録の別の好ましい変更では、偏光適合インライン干渉計から現れる波は、直交直線偏光に偏光分離され、それは次いで、４分の１波長板の使用によって直交円偏光に転換される。

偏光符号化波を提供する光学システム並びに第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、オフアクシス・ホログラムの記録のために接続されるアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、直線偏光子及び第１の光学サブシステムで構成される。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、直線偏光子並びに第１及び第２の光学サブシステムで構成される。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、４分の１波長板、直線偏光子並びに第１及び第２の光学サブシステムで構成される。偏光符号化波を提供する光学システム並びにモジュールの第２の光学システム、第１及び第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、オフアクシス・ホログラムの記録のために接続されるアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、直線偏光子及び第１の光学サブシステムで構成される。モジュールの第２の光学システム、第１及び第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、直線偏光子及び第１の光学サブシステムで構成される。モジュールの第２の光学システム、第１及び第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ、検出器及びモジュールの第１の光学システムとともに働く、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図であり、第１の光学システムは、４分の１波長板、直線偏光子及び第１の光学サブシステムで構成される。偏光符号化波を提供する光学システム並びに光学システムから来る信号及び参照波の直交直線偏光を直交円偏光に変換する４分の１波長板とともに働く、オフアクシス・ホログラムの記録のために接続されるアドオン撮像モジュールのスキームを例示する図である。

図１は、偏光符号化波のオフアクシス記録のためのアドオン撮像モジュール３のスキームを示す。アドオン撮像モジュール３は、多色の空間的にインコヒーレントな光源１とともに働く偏光適合システム２に接続される。偏光適合システム２は、光源１によって放出される光を信号経路２．１及び参照経路２．２に分ける。測定されるサンプルは、信号経路の物体平面内に置かれ、一方参照経路の物体平面内には、参照サンプルが、置かれる。参照サンプルは、例えば平面鏡、顕微鏡スライド又は透過若しくは反射波の知られた変調を提供する任意の他の要素であってもよい。信号及び参照経路の両方は、偏光適合システムの画像平面２．３にそれらの物体平面の画像を生成するように設計される。信号及び参照経路の光学部品は、同じ光路長を提供するように選択される、すなわち光は、信号及び参照経路を通るために同じ時間を要する。

偏光適合システム２はさらに、経路２．１及び２．２を通って進む偏光符号化波を提供すると仮定される。これらの波は、直交条件

を満たすジョーンズ・ベクトルＪ_ｉ、ｉ＝１、２によって決定され、ただし

は、エルミート共役ベクトルである。

アドオン撮像モジュール３は、偏光適合システム２の出力に接続される。アドオン撮像モジュール３は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、モジュールの第１の光学システム５及び検出器６で構成される。モジュールの第１の光学システム５は、第１の光学サブシステム５．１及び直線偏光子９で構成される。アドオン撮像モジュール３を偏光適合システム２に接続するとき、画像平面２．３は、偏光感受性ビーム・スプリッタ４の平面と一致するように設定される。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４は、ビームの軸が、角度２αだけ傾斜するような方法で、信号経路２．１及び参照経路２．２から生じる個々の光ビームの方向分離を提供する。角度２αは、格子方程式ｓｉｎ（α）＝λ／ｄによって与えられ、ただしλは、波長であり、ｄは、格子の空間的周期を表す。

モジュールの第１の光学システム５は、第１の光学サブシステム５．１で構成される。結像システム５．１は、平面２．３、すなわち偏光感受性ビーム・スプリッタ４の平面が、検出器６と一致するモジュール３の画像平面に横倍率ｍを有して結像されるような方法で設計される。モジュールの第１の光学システム５は、直線偏光子９をさらに含み、それは、波が検出器６にぶつかる前に、信号経路２．１及び参照経路２．２から来る波の電場振動を同じ方向に投影する。

その軸が、偏光感受性ビーム・スプリッタ４の後方で角度２αを形成する、偏光符号化光ビームは、検出器６の平面内で相互角度傾斜２βを有して再結合する。この角度傾斜は、ｓｉｎ（β）＝λ／（ｍ・ｄ）によって決定される。ビームの干渉は、検出器６に記録されるオフアクシス・ホログラムを生成し、その空間搬送波周波数は、波長と無関係であり、ν_Ｎ＝２／（ｍ・ｄ）である。空間搬送波周波数は、モジュール３の光学パラメータによって与えられる。これらのパラメータは、ホログラフィ記録が、フーリエ光学の方法によって処理されるとき、非回折光からの真のホログラフィ画像の分離を可能にする空間搬送波周波数を生成するように最適化されなければならない。

好ましい実施例では、信号経路２．１及び参照経路２．２は、任意の数の光学部品を共有し、共通路構成において働く。偏光感受性ビーム・スプリッタは、幾何学的位相格子によって代表されてもよく、それは、９０％よりも高い効率を達成しながら、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相について動作し、左手及び右手円偏光を有するビームの軸の間に角度分離２αを生成する。直線偏光子９は、一般的な偏光状態を直線偏光に（例えば円偏光を直線偏光に）変換する任意の偏光部品であってもよい。第１の光学サブシステム５．１は、最適な空間搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムの記録のための上で定義された条件を満たすレンズ、レンズ・システム又は対物レンズなどの、任意の数の光学部品で構成されてもよい。

図２は、撮像モジュール３のスキームを示す。この実施例では、撮像モジュール３は徐々に、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、第２の光学サブシステム５．２、直線偏光子９、第１の光学サブシステム５．１及び検出器６から成る。第１の光学サブシステム５．１及び第２の光学サブシステム５．２の光学部品は、両方の光学システムの間に平行ビームを生成し、画像平面２．３からの画像を検出器６と一致する平面に移送するように選択される。第１の光学サブシステム５．１と第２の光学サブシステム５．２との間には、同じ方向への偏光符号化波の電場振動の投影を確実にする直線偏光子９が、挿入される。直線偏光子９及び第１の光学サブシステム５．１の相互の位置は、異なる実施例では、変化してもよい。

図３は、撮像モジュール３のスキームを示す。この実施例では、撮像モジュール３は徐々に、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、第２の光学サブシステム５．２、４分の１波長板１０、直線偏光子９、第１の光学サブシステム５．１及び検出器６から成る。第１の光学サブシステム５．１及び第２の光学サブシステム５．２の光学部品は、両方の光学システムの間に平行光線を生成し、画像平面２．３からの画像を検出器６と一致する平面に移送するように選択される。第２の光学サブシステム５．２と直線偏光子９との間には、４分の１波長板１０が、挿入され、偏光符号化波の直交円偏光状態のそれらの直交直線偏光への変換を確実にする。直線偏光子９は、偏光符号化波の電場振動を同じ方向に投影する。直線偏光子９、第１の光学サブシステム５．１及び第２の光学サブシステム５．２の相互の位置は、異なる実施例では変化してもよい。４分の１波長板１０及び直線偏光子９の組み合わせは、透過波の振幅を制御すること及び干渉パターンのコントラストを最適化することを可能にする。

図４は、偏光符号化波のオフアクシス記録のための撮像モジュール３のスキームを示す。撮像モジュール３は、偏光適合光学システム２に接続され、それはさらに、多色の空間的にインコヒーレントな光源１に接続される。光源１によって放出される光は、偏光適合システム２に入り、そこでそれは、信号経路２．１及び参照経路２．２に分けられる。信号及び参照結像経路の両方は、それらの物体平面を同じ画像平面２．３に結像するように設計される。信号及び参照経路の光学部品は、同じ光路長を提供するように選択される、すなわち光は、信号及び参照経路を通るために同じ時間を要する。

は、エルミート共役ベクトルである。

アドオン撮像モジュール３は、偏光適合システム２の出力に接続される。アドオン撮像モジュール３は徐々に、モジュールの第２の光学システム７、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８、モジュールの第１の光学システム５及び検出器６から成る。モジュールの第２の光学システム７は、画像平面２．３と第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４との間に置かれ、任意の光学部品で構成されてもよい。モジュールの第２の光学システム７の光学部品は、画像平面２．３からの画像が、無限遠に移送され、平行光線が、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４にぶつかるような方法で選択される。

第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４は有利には、幾何学的位相格子として実現され、それは、信号経路２．１及び参照経路２．２から来る直交偏光ビームの間に角度分離２αを導入する。角度２αは、格子方程式ｓｉｎα＝λ／ｄによって与えられ、ただしλは、波長であり、ｄは、格子周期を表す。第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は有利には、幾何学的位相格子として実現され、それは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４によって導入されるそれと比較して、偏光符号化波の反対の角度傾斜を生成し、その回折分散を補償する。このようにして、直交偏光ビームは、偏光感受性ビーム・スプリッタ８の後方でそれらの波長に従って横方向にシフトされ、一方ビームの伝搬方向は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入る前のそれらと同じままである。

モジュールの第１の光学システム５は、平面２．３の画像が、検出器６と一致する撮像モジュール３の画像平面に生成されることを確実にする任意の光学部品で構成されてもよい。モジュールの第１の光学システム５は、第１の光学サブシステム５．１及び直線偏光子９で構成される。直線偏光子９は、波が検出器６にぶつかる前に、信号経路２．１及び参照経路２．２から来る偏光符号化波の電場振動を同じ方向に投影する。

その軸が、偏光する感受性ビーム・スプリッタ４の後方で角度２αを形成する、偏光符号化コリメート光ビームは、検出器６の平面内で相互角度傾斜２βを有して再結合する。近軸近似では、角度βは、β＝Ｌ・λ／（ｆ・ｄ）によって与えられ、ただしＬは、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４と第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８との間の距離であり、ｆは、第１の光学サブシステム５．１の焦点距離を表す。ビームの干渉は、検出器６に記録されるオフアクシス・ホログラムを生成し、その空間搬送波周波数ν_Ｎ＝２Ｌ／（ｆ・ｄ）は、波長に無関係である。空間搬送波周波数は、撮像モジュール３の光学パラメータによって与えられる。これらのパラメータは、ホログラフィ記録が、フーリエ光学の方法によって処理されるとき、非回折光からの真のホログラフィ画像の分離を可能にする空間搬送波周波数を生成するように最適化されなければならない。

好ましい実施例では、信号経路２．１及び参照経路２．２は、任意の数の光学部品を共有し、共通路構成において働く。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４及び第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ位相について働く幾何学的位相格子として実現されてもよい。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４は、その偏光状態を右手円偏光に変えながら、左手円偏光を有する入射コリメート波を角度αだけ偏向させる。右手円偏光を有する入射波は、角度－αだけ偏向され、一方その偏光状態は、左手円偏光に変えられる。それ故に、直交円偏光を有するビームの伝搬方向は、ビームが、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４から離れるとき、角度２αだけ傾けられる。幾何学的位相格子として実現される第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は、偏光感受性ビーム・スプリッタ４と同様に働き、それらの円偏光の利き手（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）に従ってコリメート・ビームの方向傾斜を導入する。その結果、左手偏光を有して第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入射するビームは、それが、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８から離れるとき、偏光状態及び伝搬方向の両方を維持する。同じ状況は、右手円偏光を有して第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入射するビームの場合に生じる。第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４の回折分散を補償し、それ故に、直交偏光ビームは、偏光感受性ビーム・スプリッタ８の後方でそれらの波長に従って横方向にシフトされ、一方ビームの伝搬方向は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入る前のそれらと同じままである。モジュールの個々の結像システムは、最適な空間搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムの記録のための上で定義された条件を満たすレンズ、レンズ・システム又は対物レンズなどの、任意の数の光学部品で構成されてもよい。

図５は、撮像モジュール３のスキームを示す。この実施例では、撮像モジュール３は、モジュールの第２の光学システム７、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８、直線偏光子９、第１の光学サブシステム５．１及び検出器６で構成される。第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４は、信号経路２．１及び参照経路２．２から来る直交偏光ビームの間に角度分離２αを導入する。角度αは、格子方程式ｓｉｎα＝λ／ｄによって与えられる。第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４によって導入されるそれと比較して、偏光符号化波の反対の角度傾斜を生成し、その回折分散を補償する。このようにして、直交偏光ビームは、偏光感受性ビーム・スプリッタ８の後方でそれらの波長に従って横方向にシフトされ、一方ビームの伝搬方向は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入る前のそれらと同じままである。直線偏光子９は、偏光符号化波の電場振動を同じ方向に投影する。

図６は、撮像モジュール３のスキームを示す。この実施例では、撮像モジュール３は徐々に、モジュールの第２の光学システム７、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８、４分の１波長板１０、直線偏光子９、第１の光学サブシステム５．１及び検出器６から成る。モジュールの第２の光学システム７の光学部品は、画像平面２．３からの画像が、無限遠に移送され、平行光線が、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４にぶつかるような方法で選択される。

第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４は、信号経路２．１及び参照経路２．２から来る直交偏光波の間に角度分離２αを導入する。角度２αは、格子方程式ｓｉｎα＝λ／ｄによって与えられる。第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４によって導入されるそれと比較して、偏光符号化波の反対の角度傾斜を生成し、その回折分散を補償する。このようにして、直交偏光ビームは、偏光感受性ビーム・スプリッタ８の後方でそれらの波長に従って横方向にシフトされ、一方ビームの伝搬方向は、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ４に入る前のそれらと同じままである。

第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ８と直線偏光子９との間には、４分の１波長板１０が、挿入され、それは、直交円偏光に符号化された光波を、直交直線偏光を有する波に転換する。直線偏光子９は、偏光符号化波の電場振動を同じ方向に投影する。４分の１波長板１０及び直線偏光子９の組み合わせは、透過波の振幅を制御すること及び干渉パターンのコントラストを最適化することを可能にする。

図７は、偏光符号化波のオフアクシス記録のための撮像モジュール３のスキームを示す。撮像モジュール３は、偏光適合光学システム２に接続され、それはさらに、多色の空間的にインコヒーレントな光源１に接続される。光源１から放出される光は、偏光適合システム２に入り、そこでそれは、信号経路２．１及び参照経路２．２に分けられる。信号及び参照結像経路の両方は、それらの物体平面を同じ画像平面２．３に結像するように設計される。信号及び参照経路の光学部品は、同じ光路長を提供するように選択される、すなわち光は、信号及び参照経路を通るために同じ時間を要する。

は、エルミート共役ベクトルである。

光波が、偏光適合システム２の出力において直交直線偏光に符号化されるならば、入力４分の１波長板１１は、波の直交直線偏光を直交円偏光状態に変換するために使用される。もし偏光適合システムが、直交円偏光を有する波を提供するならば、４分の１波長板１１は、省略され、光波は、撮像モジュール３に入る。

撮像モジュール３は、円偏光又は直線偏光状態に基づいて直交偏光される信号及び参照波を提供する任意の偏光適合光学システム２に接続されてもよい。

１光源
２偏光適合干渉計システム
２．１結像信号経路
２．２結像参照経路
２．３画像平面
３撮像モジュール
４第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ
５モジュールの第１の光学システム
５．１第１の光学サブシステム
５．２第２の光学サブシステム
６検出器
７モジュールの第２の光学システム
８第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ
９直線偏光子
１０４分の１波長板
１１入力４分の１波長

Claims

偏光符号化波のオフアクシス記録のための撮像モジュール（３）であって、順に、光源（１）からの偏光符号化波を備える光照視野を受信する側部と、左手及び右手円偏光を有するビームの軸の間に角度分離を生成するようにされる第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）であって、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）の平面は、画像平面（２．３）と一致する第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）と、前記モジュール（３）の第１の光学システム（５）と、検出器（６）と、を備える撮像モジュール（３）であって、
前記モジュール（３）の前記第１の光学システム（５）は、前記光源（１）からビームを受信するための前記側部から順に、第２の光学サブシステム（５．２）と、前記偏光符号化波の直交円偏光状態を、その直交直線偏光に変換することを確実にするようにされた直線偏光子（９）と、第１の光学サブシステム（５．１）とを備え、
前記第１の光学サブシステム（５．１）及び前記第２の光学サブシステム（５．２）は、両方の光学サブシステム（５．１）、（５．２）の間に平行ビームを生成し、前記画像平面（２．３）からの画像を前記検出器（６）と一致する平面に移送するように選択されることを特徴とする、撮像モジュール（３）。
前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）が、幾何学的位相格子として実現されることを特徴とする、請求項１に記載の撮像モジュール（３）。
前記第１の光学サブシステム（５．１）が、正の光パワーを有する少なくとも１つの結像素子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の撮像モジュール（３）。
前記第２の光学サブシステム（５．２）が、正の光パワーを有する少なくとも１つの結像素子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の撮像モジュール（３）。
前記モジュールの前記第１の光学システム（５）が、４分の１波長板（１０）をさらに含み、それが、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）と前記直線偏光子（９）との間に置かれることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の撮像モジュール（３）。
前記モジュールの第２の光学システム（７）を組み込み、一方前記モジュールの前記第２の光学システム（７）が、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）の前方に置かれ、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）と前記第１の光学サブシステム（５．１）との間に置かれる第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ（８）をさらに含むことを特徴とする、請求項１～３までのいずれか一項に記載の撮像モジュール（３）。
それが、４分の１波長板（１０）をさらに含み、一方前記４分の１波長板（１０）が、前記第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ（８）と前記直線偏光子（９）との間に置かれることを特徴とする、請求項６に記載の撮像モジュール（３）。
それが、偏光適合光学システム（２）と前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）との間に置かれる４分の１波長板（１１）をさらに含むことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の撮像モジュール（３）。
撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法であって、
－２つの偏光符号化波が、第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）の通過により画像平面（２．３）内で２つの方向に分けられ、前記偏光符号化波の各々が、異なる方向に伝搬し、
－２つの偏光符号化波が、前記モジュールの第１の光学システム（５）に入り、そこにおいて前記波の電場振動が、直線偏光子（９）によって同じ方向に投影され、
－前記電場振動の同じ方向を有する２つの直線偏光波が、第１の光学サブシステム（５．１）によって検出器（６）上に投影され、
－前記電場振動の同じ方向を有する２つの偏光波が、前記検出器（６）において干渉し、そこで波長と無関係の空間搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムが、生成されることを特徴とする、撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。
－両方の偏光符号化波の伝搬方向が、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）による前記波の分割後に第２の光学サブシステム（５．２）によって影響を受け、
－前記第２の光学サブシステム（５．２）が、その画像を無限遠に生成するような方法で前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）に対して設計され且つ位置決めされ、
－２つの偏光符号化波が、それらの電場振動を同じ方向に投影する前記直線偏光子（９）を通過し、
－前記電場振動の同じ方向を有する２つの直線偏光波が、前記第１の光学サブシステム（５．１）によって前記検出器（６）上に投影され、
－前記電場振動の同じ方向を有する２つの直線偏光波が、前記検出器（６）において干渉し、そこで波長と無関係の空間搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムが、生成されることを特徴とする、請求項９に記載の撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。
－２つの偏光符号化波が、前記直線偏光子（９）に衝突する前に、前記波の直交円偏光を直交直線偏光状態に転換する４分の１波長板（１０）を通過し、
－２つの偏光符号化波が、前記直線偏光子の角度方向に応じて前記波の振幅に影響を与えながら、前記波の電場振動を同じ方向に投影する前記直線偏光子（９）を通過することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。
請求項１から８までのいずれか一項に記載の撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法であって、
－２つの偏光符号化波が、前記モジュールの第２の光学システム（７）によって画像平面（２．３）から偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）の平面に変換され、
－２つの偏光符号化波が、前記偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）を通過することによって２つの伝搬方向に分けられ、前記偏光符号化波の各々が、異なる方向に伝搬し、
－両方の偏光符号化波の伝搬方向がさらに、第２の偏光感受性ビーム・スプリッタ（８）によって影響を受け、新しい伝搬方向が、前記第１の偏光感受性ビーム・スプリッタ（４）の前方で両方の波の前記伝搬方向と一致し、
－２つの偏光符号化波が、前記モジュールの第１の光学システム（５）に入り、そこにおいて前記波の電場振動が、直線偏光子（９）によって同じ方向に投影され、
－前記電場振動の同じ方向を有する２つの偏光波が、検出器（６）において干渉し、そこで波長と無関係の空間搬送波周波数を有するオフアクシス・ホログラムが、生成されることを特徴とする、撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。
－２つの偏光符号化波が、前記直線偏光子（９）に衝突する前に、前記波の直交円偏光を直交直線偏光状態に転換する４分の１波長板（１０）を通過し、
－２つの偏光符号化波が、前記直線偏光子の角度方向に応じて前記波の振幅に影響を与えながら、前記波の前記電場振動を同じ方向に投影する前記直線偏光子（９）を通過することを特徴とする、請求項１２に記載の撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。
－偏光適合光学システム（２）の出力において直交直線偏光を保有する、前記偏光符号化波が、前記波の直交直線偏光を直交円偏光状態に転換する入力４分の１波長板（１１）を通過することを特徴とする、請求項９から１３までに記載の撮像モジュール（３）による偏光符号化波のオフアクシス記録のための方法。