(57)【要約】内容ベースの融合された軸外被照直接デジタルホログラフィーのためのシステムおよび方法を説明する。方法は集束レンズ（１４５）によって規定された光軸（１２７）に対する対象物照明角度をフーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムの関数として計算および設定すること、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを記録すること、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度として規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにすることによって、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの空間ヘテロダインホログラムをフーリエ分析すること、元の原点の周囲の信号をカットオフするようにデジタルフィルタを適用すること、その後逆フーリエ変換を行うことを含む。
2005537517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムを記録する方法であって、
集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数として計算することと、
参照ビームを非標準角で参照ミラーから反射させることと、
対象物ビームを対象物から反射させることと、
参照ビームおよび対象ビームをデジタルレコーダの焦点面において集束させて、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムを形成することと、
フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムをデジタルに記録することとを含む、方法。
【請求項２】
空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度として規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにすることによって、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムをフーリエ分析することと、
元の原点の周囲の信号をカットオフするようにデジタルフィルタを適用することと、その後、
逆フーリエ変換を行うこととをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フーリエ分析された内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムを、少なくとも１つのフーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムに融合させて、単一の合成画像を計算することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムは、合成画像を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
単一の合成画像を再生することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
単一の合成画像を送信することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数として計算することは、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムから対象となる特徴を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
デジタルに記録するステップは、ピクセルを規定するＣＣＤカメラでビームを検出することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
対象となる特徴は、少なくとも２つピクセルに渡る振幅および位相からなる群から選ばれた少なくとも１つの要素の変化を示すデータによって規定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
他の内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを記録するかどうかを決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
他の内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを記録することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
空間ヘテロダインフリンジを含む記録された他の内容ベースの空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度として規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにすることによって、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された他の内容ベースの空間ヘテロダインホログラムをフーリエ分析することと、
元の原点の周囲の信号をカットオフするようにデジタルフィルタを適用することと、その後、
逆フーリエ変換を行うこととをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
フーリエ分析された他の内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを、フーリエ分析された少なくとも１つの空間ヘテロダインホログラムと融合して、単一の合成画像を計算することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを、デジタルデータとして記憶することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法を実施するために変換可能な、コンピュータまたは機械読み取り可能なプログラム要素を備える、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法によって生成されたデータを備える、機械読み取り可能な媒体。
【請求項１７】
フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムをデジタルに記録するように動作可能な装置であって、
照明源と、
照明源に光学的に結合されたビームスプリッタと、
ビームスプリッタに光学的に結合された参照ビームミラーと、
集束レンズと、
集束レンズに結合されたデジタルレコーダと、
フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数としての、集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を制御し、フーリエ変換を行い、デジタルフィルタを適用し、逆フーリエ変換を行うコンピュータとを備え、
参照ビームが非標準角で参照ビームミラーに入射し、対象物ビームが集束レンズによって規定された光軸に対する角度で対象物に入射し、参照ビームおよび対象物ビームは、集束レンズによってデジタルレコーダの焦点面に集束されて、デジタルレコーダによって記録されるフーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの軸外被照空間ヘテロダインホログラムを形成し、コンピュータは、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された軸外被照空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度によって規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにし、逆フーリエ変換を行う前に元の原点の周囲の信号をカットオフする、装置。
【請求項１８】
ビームスプリッタおよび対象物間に光学的に結合された対象物用対物レンズをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
各複数の照明源は、レーザを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
デジタルレコーダは、ピクセルを規定するＣＣＤカメラを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
参照ビームおよび対象物ビーム間の角度および集束レンズによって与えられた拡大率は、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む軸外被照空間ヘテロダインホログラムの特徴をデジタルレコーダが分解するように選ばれ、１フリンジにつき２ピクセルを有する２つのフリンジが提供される、請求項２７に記載の装置。
【請求項２２】
照明源は、ビームスプリッタに対して移動可能である、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
ビームスプリッタ、参照ビームミラー、およびデジタルレコーダは、マイケルソン形状を規定する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
ビームスプリッタ、参照ビームミラー、およびデジタルレコーダは、マッハ‐ツェンダー形状を規定する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
フーリエ変換を行い、デジタルフィルタを適用し、かつ逆フーリエ変換を行うためのコンピュータに結合されたデジタル記憶媒体をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
コンピュータは、集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数として計算する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２７】
請求項１６に記載の装置を用いて生成されたデータを備える、機械読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（説明）
発明の背景
発明の分野
本出願は、一般的に、直接デジタルホログラフィー（インターフェロメトリー）の分野に関する。より特定的には、本発明は、直接デジタルホログラフィーのための内容ベースの軸外照明に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の説明
先行技術である直接デジタルホログラフィー（ＤＤＨ）は、直接デジタルインターフェロメトリーと呼ばれることもあるが、当業者に周知である。例えば、図１は、ＤＤＨシステムの一概略実施形態を示す。レーザ源１０５からの光は、ビーム拡大器／空間フィルタ１１０によって拡大されて、レンズ１１５を通って進む。その後、拡大かつフィルタリングされた光は、ビームスプリッタ１２０に向かって進む。ビームスプリッタ１２０は、部分的に反射してもよい。ビームスプリッタ１２０から反射された光の部分は、対象物１３０に向かって進む対象物ビーム１２５を構成する。対象物ビーム１２５の部分は、対象物１３０によって反射され、ビームスプリッタ１２０を通って、集束レンズ１４５に向かって進む。その後、この光は、集束レンズ１４５を通って、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ（図示せず）に向かって進む。
【０００３】
ビームスプリッタ１２０を通るレンズ１１５からの光の部分は、参照ビーム１３５を構成する。参照ビーム１３５は、小さな角度でミラー１４０から反射される。その後、ミラーから反射された参照ビーム１３５は、ビームスプリッタ１２０に向かって進む。その後、ビームスプリッタ１２０から反射される参照ビーム１３５の部分は、集束レンズ１４５を通って進み、ＣＣＤカメラ（図示せず）に向かって進む。集束レンズ１４５からの対象物ビーム１２５および集束レンズ１４５からの参照ビーム１３５は、複数の対物および参照波１５０を構成して、ＣＣＤにおいて干渉して、米国特許第６０７８３９２号に記載のホログラムの干渉パターン特性を生じさせる。
【０００４】
図１において、対象物ビーム１２５は、光軸１２７と平行かつ一致する。この種のＤＤＨ設定は、軸上照明と称することができる。
【０００５】
この技術の制約は、ＤＤＨシステムの撮像解像度がシステムの光学部品によって制限されることにあった。光学部品の最も顕著な制約は、開口絞りであって、収差による画質の劣化を防ぐために必要なものである。２次元フーリエ平面に関して、半径ｑ０の円内の対象物の空間周波数のみが送信可能である。軸上照明の場合、半径ｑ０の開口は、ゼロ空間周波数（ｑ＝０）を中心としているように見える。したがって、半径ｑ０の円外の空間周波数を送信することを可能にする取り組みが必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
本発明の以下の局面が必要とされている。当然ながら、本発明は、これらの局面に制限されない。
【０００７】
本発明の一局面によれば、処理は、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数として、集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を計算することと、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを記録することと、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度として規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにすることによって、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された内容ベースの空間ヘテロダインホログラムをフーリエ分析することと、元の原点の周囲の信号をカットオフするようにデジタルフィルタを適用することと、その後、逆フーリエ変換を行うこととを含む。
【０００８】
本発明の他の局面によれば、機械は、集束レンズを含む、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む内容ベースの空間ヘテロダインホログラムを記録する干渉計と、干渉計に結合されたデジタルレコーダと、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを表すデータの関数として、集束レンズによって規定された光軸に対する照明角度を計算するコンピュータとを備える
本発明のこれらおよび他の局面は、以下の説明および添付の図面に関連して考慮すればよりよく認識および理解されるであろう。しかしながら、以下の説明は、本発明の様々な実施形態および多くの具体的な詳細が示されているものの、限定的なものではない。多くの代替、修正、追加、および／または再構成が、本発明の範囲内においてその精神を逸脱することなく行われてもよい。本発明は、そのようなすべての代替、修正、追加、および／または再構成を含む。
【０００９】
好ましい実施形態の説明
本発明およびその様々な特徴および利点は、添付の図面に図示され以下の説明で詳述される非限定的な実施形態を参照することによって、より完全に説明される。周知の初期材料、処理技術、構成要素、および装置は、本発明を不必要に詳細に不明確にしないようにするために、省略されている。しかしながら、詳細な説明および具体例は、本発明の好ましい実施形態を示してはいるものの、例示であり、制限的なものではないことが理解されるべきである。基礎をなす発明的な概念の精神および／または範囲内にある様々な代替、修正、追加、および／または再構成は、本開示によって、当業者にとって明らかになるであろう。
【００１０】
本願内には、いくつかの刊行物が括弧付きアラビア数字によって参照されている。これらおよび他の刊行物の完全な引用は、本明細書の末尾であってクレームの直前にある参照という見出しの段落の後に見受けられるものもある。これらのすべての刊行物全体の開示は、発明の背景を示しかつ技術の現状を例示する目的で、本明細書に明示的に引用されるものとする。
【００１１】
一般的に、本発明の関連背景は、デジタルデータを取得、記憶、および／または再生することを含みうる。本発明の関連背景は、画像を表すデジタルデータを処理することを含みうる。また、本発明の関連背景は、データを複数の画像から合成画像へ変換することを含みうる。
【００１２】
本発明は、改良された解像度のホログラフィック画像を、軸外照明を用いる直接デジタルホログラフィーシステムから取得する方法を含みうる。また、本発明は、改良された解像度のホログラフィック画像を、軸外照明を用いる直接デジタルホログラフィー（ＤＤＨ）システムで取得するための装置を含みうる。
【００１３】
一般的に、観察（画像化）される対象物は、照明源に１つ以上の光学構成要素を介して光学的に結合される。図１に関して説明したように、照明ビームは、典型的には、対象となる対物レンズ（すなわち、レンズシステム）の中心を通って、光軸に沿って、よって光軸に平行に通過する。この種類のＤＤＨの構成は、「軸上照明」と称することができ、この構成により、対象物の空間周波数（ｑ）を、対物レンズの開口によって決定されるある限度（ｑ０）まで取得することができる。
【００１４】
本発明は、「軸上照明」のシナリオを含みうる。そこでは、中心から外れているが光軸に平行に対象物用対物レンズをビームが通るように、照明源を水平方向に配置する。対物レンズの集束効果により、照明は、光軸に対してある角度を有して対象物に入射する。この偏心照明により、軸上照明におけるよりも高い対象物の空間周波数（ｑ＞ｑ０）が、対物レンズの開口を通過することができ、よってそれが観察できる。このことは、本発明の重要な利点である。
【００１５】
本発明は、同一の対象物の軸上および１以上の軸外被照ホログラムをデジタル的に取り込むようにした、拡張されたＤＤＨシステム（装置）を含みうる。また、本発明は、デジタル的に取り込まれたデータを分析および／または処理（融合）することを含みうる。結果得られた融合画像は、いずれの元のホログラムにおけるよりも広範囲の空間周波数を包含し、よって、軸外被照データが利用不可能な場合に比べて、システムの公称画像化解像度を著しく高める。
【００１６】
上記のように、基本ＤＤＨシステムの画像化解像度は、光学部品、とりわけ、収差による画質の劣化を防ぐために必要な開口絞りによって制限される。開口絞りは、より高い周波数のエイリアシングおよびその後の画像化品質の劣化を防止するために必要とされる。このことは、ＤＤＨシステムの光学部品は、半径ｑ０の円内の対象物の空間周波数のみが送信可能であることを意味する。軸上照明の場合、半径ｑ０の開口は、０空間周波数（ｑ＝０）に中心をおいて現れる。軸外照明の場合、半径ｑ０の開口は、周波数領域においてずれて（例えば、左に）現れる。このことは、開口がずれている方向に、ｑ＞ｑ０の空間周波数が送信されることを示唆する。欠点として、ｑがｑ０に近い空間周波数が反対方向に「失われる」ことがある。照明が反対方向にずれた第２の画像を取得することにより、開口はずれて（例えば、右に）現れ、よって、第１の画像から「失われた」空間周波数は、ｑ０以上の付加周波数を有して回復される。２つの画像からの情報を融合した結果、よりよい解像度の１つの画像となる。ＤＤＨは、位相情報を合成画像波上に記録するので、双方（またはそれより多くの）画像からの情報は融合されて、驚くほど有利な結果をもたらす。本発明は、一般的な対象物構造の解像度を、向きに関係なく改善する。
【００１７】
本発明は、軸上および軸外被照ホログラムの両方を自動的に取り込むための基本的なＤＤＨシステムの拡張を含みうる。また、本発明は、これらのホログラムの結果を分析および融合して、観察された対象物を、従来のＤＤＨ技術において利用可能なものよりも高い空間解像度で表示させるための方法を含みうる。
【００１８】
図１において明らかなように、対象物ビーム１２５は、光軸１２７に平行である。上述したように、この設定は、軸上照明と称することができる。一方、軸外照明は、対象物ビーム１２５が、光軸１２７に対してある角度で対象物１３０に入射する場合をいう（その例は、図３に示す対象物チーム２１５および３０５によって図示されている）。軸外照明を実現するための方法は数多くある。以下に提示された取り組みは、代表的なものに過ぎず、したがって、限定的な例ではないことが意図されている。
【００１９】
図２および３を参照して、軸外照明ＤＤＨ装置の一実施形態を例示する。図２および３においては、図１から主要な修正点が２つある。第１の修正点は、レーザ源１０５、ビーム拡大器／空間フィルタ１１０、およびレンズ１１５が、コンピュータによって制御された可動筐体２０５にグループ化されている点である。筐体２０５は、光軸１２７に実施的に平行な軸に沿って移動可能である。より詳細には、筐体２０５は、ビームスプリッタ１２０の法線と実質的に同一平面状にある軸に沿って移動可能である。
【００２０】
図２および３をさらに参照して、第２の修正点は、対象物用対物レンズ２１０が追加されている点である。図２において、レーザ源筐体２０５は、対象物ビーム１２５がビームスプリッタ１２０から反射して対象物用対物レンズ２１０の中心を通るように、配置されている。その後、対象物ビーム１２５は、対象物用対物レンズ２１０を離れて、光軸１２７を中心として対象物１３０に入射する。この構成において、軸上照明が実現され、図２のシステムは図１と効果的に同一である。
【００２１】
しかしながら、図３においては、レーザ源筐体２０５は、対象物ビーム１２５が対象物用対物レンズ２１０をその中心から外れて通るように、（この特定の構成では上に）ずれている。当然ながら、代わりに、レーザ源筐体２０５は、下にずれることも可能である。対象物用対物レンズ２１０の集束特性により、対象物用対物レンズ２１０を離れる対象物ビーム２１５は、光軸１２７に対してある角度で対象物１３０に入射するので、軸外照明が実現される。よって、対象物ビーム２１５は、光軸１２７に実質的に平行でない対象物に入射することができる。対象物から反射された対象物ビーム３０５は、対象物用対物レンズ２１０をその中心から外れて再度通るにもかかわらず、対象物用対物レンズ２１０および集束レンズ１５０の光学特性により、ＣＣＤ（図示せず）上に焦点を結ぶ。軸外照明の場合は、回折特性（１）は、対象物ビーム３０５および参照ビーム１３５の干渉によってＣＣＤに形成されたホログラムが、軸上照明では観察されない対象物の空間周波数をいくらか含むことを示唆する。
【００２２】
よって、本発明は、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムをデジタルに記録するように動作可能な装置を含みうる。本装置は、レーザと、レーザに光学的に結合されたビームスプリッタと、ビームスプリッタに光学的に結合された参照ビームミラーと、ビームスプリッタに光学的に結合された対象物と、参照ビームミラーおよび対象物の両方に光学的に結合された集束レンズと、集束レンズに光学的に結合されたデジタルレコーダと、フーリエ変換を行い、デジタルフィルタを適用し、逆フーリエ変換を行うコンピュータとを備え、参照ビームが非標準角で参照ビームミラーに入射し、対象物ビームが集束レンズによって規定された光軸に対する角度で対象物に入射し、参照ビームおよび対象物ビームは、複数の同時参照および対象物波を構成し、集束レンズによってデジタルレコーダの焦点面に集束されて、デジタルレコーダによって記録されるフーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムを形成し、コンピュータは、空間ヘテロダインフリンジを含む記録された空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度によって規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにし、逆フーリエ変換を行う前に元の原点の周囲の信号をカットオフする。本装置は、ビームスプリッタおよび対象物間に光学的に結合された対象物用対物レンズを含みうる。本装置は、対象物および集束レンズ間に結合された開口絞りを含みうる。ビームスプリッタ、参照ビームミラー、およびデジタルレコーダは、マイケルソン形状を規定しうる。ビームスプリッタ、参照ビームミラー、およびデジタルレコーダは、マッハ‐ツェンダー形状を規定しうる。本装置は、フーリエ変換を行い、デジタルフィルタを適用し、逆フーリエ変換を行うコンピュータに結合されるデジタル記憶媒体を含みうる。デジタルレコーダは、ピクセルを規定するＣＣＤカメラ３５０を含みうる。本装置は、レーザおよびビームスプリッタ間に光学的に結合された拡大器／空間フィルタ２３０を含みうる。参照ビームおよび対象物ビーム間の角度および集束レンズによって与えられた拡大率は、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムの特徴をデジタルレコーダが分解するように選ばれうる。デジタルレコーダがある特徴を分解するために、１フリンジにつき２ピクセルを有する２つのフリンジを提供することができる。本発明は、上述の装置によって作成され、コンピュータが読み取り可能な媒体上に実現された空間ヘテロダインホログラムを含みうる。
【００２３】
したがって、本発明は、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムを記録する方法を含みうる。本方法は、レーザビームを参照ビームおよび対象物ビームに分離することと、参照ビームを非標準角で参照ミラーから反射させることと、対象物ビームを集束レンズによって規定された光軸に対する角度で対象物から反射させることと、複数の同時参照および対象物波を構成する、参照ビームおよび対象ビームを、デジタルレコーダの焦点面において集束させて、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムを形成することと、記録された空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換して、参照ビームおよび対象物ビーム間の角度によって規定されたヘテロダイン搬送周波数の上端に位置するようにすることによって、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムを分析することと、元の原点の周囲の信号をカットオフするようにデジタルフィルタを適用することと、その後、逆フーリエ変換を行うこととを含む。本方法は、対象物ビームを集束レンズによって規定された光軸に対する角度で対象物から反射させることの前と、対象物ビームを集束レンズによって規定された光軸に対する角度で対象物から反射させることの後とに、対象物ビームを対象物用対物レンズによって回折させることを含みうる。記録された空間ヘテロダインホログラムの軸をフーリエ空間に変換するステップは、拡張されたフーリエ変換で変換することを含みうる。デジタル的に記録するステップは、ピクセルを規定するＣＣＤカメラでビームを検出することを含みうる。軸外被照空間ヘテロダインホログラムは、軸外被照空間低周波数ヘテロダインホログラムであってもよい。低周波数という句は、基本フリンジ空間周波数がナイキストサンプリング限度よりも低いことを示唆する。また、本方法は、フーリエ分析のための空間ヘテロダインフリンジを含む空間ヘテロダインホログラムを記憶することを含みうる。また、本方法は、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを再生することを含みうる。また、本方法は、フーリエ分析された空間ヘテロダインホログラムを送信することを含みうる。また、本方法は、上記方法によって作成され、コンピュータが読み取り可能な媒体上で実施された空間ヘテロダインホログラムを含みうる。
【００２４】
内容ベースの融合
軸外照明を用いるためには、軸外照明角度および方向のような所定の画像化パラメータが設定されなければならない。しかしながら、すべての対象物に最適な画像化パラメータの組はなく、同一の対象物の各部分でも、それらに最適な画像化パラメータの組はない。谷や溝の「全体に渡って」照明を行うと、有用な高さ情報がすべて劣化するかまたは失われてしまう。したがって、目的とする対象物に対する軸外照明パラメータを選択および／または最適化する取り組みも必要である。
【００２５】
本発明は、軸外照明を用いるＤＤＨシステムのホログラフィック画像化を改良するための方法を含みうる。本方法は、ソフトウェアで実施しうる。本方法は、観察される対象物の内容の関数として、軸外照明パラメータの選択を含みうる。この方法は、軸外照明を用いる直接デジタルホログラフィー（ＤＤＨ）画像化システムの空間および高さの解像度を、目的とする所定の対象物の内容に依存したやり方で改良することができる。様々な照明角度で取り込まれた所定の対象物の決定論的に選択された複数のホログラムのデジタル処理を通じて、改良された解像度が実現される。したがって、本発明は、観察される対象物の内容によって決定される軸外照明パラメータの必要性に対応することができる。
【００２６】
軸外照明パラメータの選択は、反復的であってもよい。追加の軸外照明画像が融合されて、合成画像としてもよい。追加の（軸外）照明画像は、コンパイルおよび融合されて、１度に１つの組、または複数組としての合成画像としてもよい。
【００２７】
軸外照明パラメータの選択は、遺伝的であってもよい。複数の合成画像がコンパイルおよび比較されてもよい。２つ以上の合成画像間として、最良の解像度を有する融合画像を取得するために用いられる１つ以上の照明パラメータを案内点（例えば、終点）として用いて、後続の反復におけるこれらのパラメータをさらに最適化するようにしてもよい。代わりに、２つ以上の合成画像間として、最悪の解像度を有する融合画像を取得するために用いられる１つ以上の照明パラメータを後続の反復中には避けるようにしてもよい。
【００２８】
本方法は、以下の手順を含んでもよい。コンピュータ制御された対象物照明を伴うホログラフィック画像化システムは、観察された対象物のホログラムを形成する。ホログラムのデジタル表現がコンピュータに転送され、対象物波（すなわち、画像）のデジタル表現が再構築および記憶される。対象となる特徴は、ユーザまたは自動処理のいずれかによって識別されてもよい。対象となる特徴に対する案内が、２つ以上の隣接するピクセルに渡る振幅および／または位相の変化を示すデータによって提供されてもよい。２つ以上の隣接するピクセルに渡る振幅および／または位相の急激な変化は、対象となる特徴をよく示すものである。
【００２９】
改良された解像度の合成画像が、現在の画像を１つ以上の過去の画像に融合させることによって計算される。合成画像および対象となる特徴が分析され、この分析結果によって、処理が終了されるか、新たな画像化制御パラメータが提供される。これらの制御パラメータは、新たな画像を取り込むための次の照明角度を示しており、ホログラフィック画像化システムへ渡されてもよい。この処理は、繰り返されてもよい。このように、本発明は、軸外照明を観察された対象物の特徴に適合させることによって、ホログラフィック画像化性能を改良することができる。
【００３０】
図４を参照して、本発明の外観図を示す。本発明の物理的構成要素は、対象物１と、軸外照明直接デジタルホログラフィー（ＤＤＨ）システム３と、および表示、記憶、および／または更なる分析のためのコンピュータ１５とを含んでもよい。対象となる対象物１は、軸外照明ＤＤＨシステム３によって画像化される。軸外照明ＤＤＨシステム３は、図２および３に示すシステムであってもよい。
図４を再び参照して、ＤＤＨシステム３の出力は、デジタルホログラム２であり、その後、複合画像再構成段階５に渡されて、観察された対象物１の複合デジタル画像４が計算される。一実施形態において、複合画像再構成段階５は、フーリエ領域の画像再構成を用いてもよく、これは現在、当業者に周知である。なお、重要なのは、複合デジタル画像（４）の振幅は対象物１の反射率を示し、複合デジタル画像４の位相は対象物１の高さを示す点である。
【００３１】
図４をさらに参照して、その後、複合デジタル画像４は、画像記憶段階７および特徴選択段階９の両方に渡される。画像記憶段階７は、対象物１のために取り込まれた画像のすべてを、１つ以上の画像の組１４に集める。合成画像を形成するために、画像記憶段階７は、１つ以上の画像の組１４および関連パラメータ１２を融合アルゴリズム１３に渡す。融合アルゴリズム１３は、１つ以上の渡された画像の組１４を、当該組に画像を取り込むのに用いた関連画像化制御パラメータ１２と共に用いて、より高い解像度の合成融合画像１６を計算する。一実施形態においては、融合アルゴリズム１３は、合成融合画像１６を、図２および３に関連して説明したフーリエ領域の取り組みを用いて構築してもよい。
【００３２】
図４を再び参照して、融合画像１６は、画像化パラメータ選択段階１１に渡されると共に、表示、記憶、および／または更なる分析段階１５にも渡されてもよい。特徴選択９の段階は、複合デジタル画像４と、ユーザ入力または自動特徴識別６とを入力としてとる。特徴選択段階９の目的は、観察された対象物１内の対象となる特徴を識別することにある。そのような特徴は、グラフィカルユーザインターフェイスを通じてユーザによって、または自動画像処理によって、識別されてもよい。特徴選択段階９は、その後、特徴パラメータ８を画像化パラメータ選択段階１１に渡す。画像化パラメータ選択段階１１は、特徴パラメータ８および現在の融合画像１６を入力としてとる。特徴パラメータ８を基準として、現在の融合画像１６を分析することによって、画像化パラメータ選択段階１１は、融合画像１６が充分よいものであると判断される場合には、処理を停止すべきかどうかを決定し、または、その代わりに、画像化制御パラメータ１２の新たな組を出力するかどうかを決定してもよい。新たな画像化制御パラメータ１２は、ＤＤＨシステム２に対して、画像化制御パラメータ１２によって特定された軸外照明角度を用いて新たなホログラムを取り込むように指示してもよい。いったん新たなデジタルホログラム２が取り込まれると、画像パラメータ選択１１の段階が処理を停止すべきであると決定するまで、上記の処理が繰り返される。
【００３３】
対象物ビームが対象物用対物レンズの中心を通るようにまたはその中心から外れて通るように、源、ビーム拡大器／空間フィルタ、およびレンズを並べる機能を行う構造として、開示された実施形態は、コンピュータ制御された可動筐体を示すが、源、ビーム拡大器／空間フィルタ、およびレンズを並べる機能を行う構造は、対象物ビームが対象物用対物レンズの中心を通るようにまたはその中心から外れて通るように、対象物ビームを揃える機能を行うことができる他の構造であってもよく、そのような構造には、例えば、ビームスプリッタ、ミラー、対象物用対物レンズ、対象物、集束レンズ、およびＣＣＤカメラを、源、ビーム拡大器／空間フィルタ、およびレンズを基準として配置する可動プラットフォーム、または他の例として一連の可動光学部品（例えば、ミラー）、または他の例として可撓性光ファイバおよび／またはケーブルが含まれる。
【００３４】
本明細書で用いられる「ａおよびａｎ」という用語は、１つまたは１つ以上として規定される。本明細書で用いられる「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２つまたは２つ以上として規定される。本明細書で用いられる「他の（ａｎｏｔｈｅｒ）」という用語は、２つ目またはそれ以上として規定される。本明細書で用いられる「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および／または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（すなわち、オープンな言語）として規定される。本明細書で用いられる「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」としてきていされるが、それは必ずしも直接的ではなく、機械的でもない。本明細書で用いられる「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、少なくとも所定の値に近い（例えば、好ましくは１０％以内、より好ましくは１％以内、最も好ましくは０．１％以内）として規定される。本明細書で用いられる「実施的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、「ほとんど（ｌａｒｇｅｌｙ）」として規定されるが、必ずしも特定された全体的であるとは限らない。本明細書で用いられる「一般的に（ｇｅｎｅｒａｌｌｙ）」という用語は、少なくとも所定の状態に近いとして規定される。本明細書で用いられる「配備する（ｄｅｐｌｏｙｉｎｇ）」という用語は、「設計する（ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ）」、「構築する（ｂｕｉｌｉｄｉｎｇ）」、「輸送する（ｓｈｉｐｐｉｎｇ）」、「設置する（ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ）」、および／または「動作する（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）」として規定される。本明細書で用いられる「手段（ｍｅａｎｓ）」という用語は、結果を実現するためのハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアとして規定される。本明細書で用いられる「プログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）」という用語または「コンピュータプログラム（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｐｒｏｇｒａｍ）」という句は、コンピュータシステム上で実行するように設計された命令のシーケンスとして規定される。プログラムまたはコンピュータプログラムは、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクトメソッド、オブジェクト実装、事項可能なアプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／ダイナミックロードライブラリ、および／またはコンピュータシステム上で実行するように設計された命令の他のシーケンスを含んでもよい。本明細書で用いられる「低周波数（ｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」という用語は、基本的なフリンジ空間周波数がナイキストサンプリング限度よりも低いことを示唆しているとして規定されうる。
【００３５】
本発明の実際の応用
科学技術において価値のある本発明の実際の応用には、測定学がある。本発明は、半導体検査ためなどのマイクロエレクトロニクス（機械的な）製造に関連して有用である。また、本発明は、ナノ可視化またはナノ測定などのナノテクノロジー研究、開発、および製造に関連して有用である。本発明は、例えば、電子ホログラフィーに基づく直接デジタルホログラフィーツールなどのデジタル処理および／またはデジタルデータ取得を用いる干渉計に関連して有用である。本発明の利用法は事実上無数にあり、そのすべてをここで詳述する必要はない。
【００３６】
本発明の利点
本発明の一実施形態を表す方法、装置、および／またはコンピュータプログラムは、少なくとも以下の理由で、費用効果があり有利でありうる。本発明は、自動的またはグラフィカルユーザインターフェイスを介したユーザ入力のいずれかによって、観察された対象物の興味深い特徴を識別することを提供しうる。本発明は、識別された特徴に基づくホログラフィック画像化システムの制御を提供して、内容ベースの解像度の改良を提供しうる。本発明は、フィードバックパスを提供しうる。フィードバックパスでは、現在の融合画像が分析されて、処理を停止するかどうかの決定または最良の画像化パラメータの演算を行って、新たなホログラムを取り込む。本発明は、対象物照明のコンピュータ制御を提供しうる。本発明は、複数のホログラムからの結果を融合することを提供しうる。本発明は、はるかに高められた画像化解像度を提供しうる。本発明は、以前の取り組みに比べて、品質を改良し、コストを下げるものである。
【００３７】
本明細書に開示された発明の開示された実施形態はすべて、開示に照らして不当な実験を行うことなく、実行および用いることができる。本発明は、本明細書に記載された理論上の記述によって限定されない。発明者によって検討された本発明を実行する最良の形態を開示しているが、本発明の実施は、それに限定されない。したがって、本発明は本明細書において具体的に記載されているのとは違ったように実施されてもよいことは、当業者に認識されるであろう。
【００３８】
さらに、各構成要素は、開示された構成に組み合わせる必要はないが、事実上すべての構成に組み合わせることが可能であろう。さらに、本明細書に記載されたた、ステップまたは方法を含むステップのシーケンスにおいて、変更を行ってもよい。さらに、本明細書に記載された装置は別個のモジュールであってもよいが、本装置は関連するシステムに一体化されてもよいことは明らかであろう。さらに、開示された各実施形態の開示された構成要素および特徴のすべては、互いに相容れない場合を除いて、他の開示されたそれぞれの実施形態の開示された構成要素および特徴に組み合わせるか、または取って代わることができる。
【００３９】
本発明の特徴の様々な代替、修正、追加、および／または再構成が、基礎をなす発明概念の精神および／または範囲から逸脱することなく行われてもよいことは明らかであろう。添付の請求項およびそれに対応するものによって規定されるような基礎をなす発明概念の精神および／または範囲は、そのようなすべての代替、修正、追加、および／または再構成を対象として含んでいるとみなされる。
【００４０】
添付の請求項は、ミーンズプラスファンクションの限定が「ための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」および／または「ためのステップ（ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」という句を用いて所定の請求項に明示的に記載されていない限り、そのような限定を含むとして解釈されるものではない。本発明の従属的な実施形態は、添付の独立請求項およびそれに対応するものによって詳述されている。本発明の特定の実施形態は、添付の独立請求項およびそれに対応するものによって互いに区別されている。
【００４１】
【表１】
2005537517.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４２】
本明細書の部分を構成する添付の図面は、本発明のある局面を図示するために含まれている。本発明のより明確な概念、および本発明に備えられたシステムの構成要素および動作は、図面に示された例でありしたがって非限定的な実施形態を参照することによって、より容易に明らかになるであろう。本発明は、１つ以上のこれらの図面を明細書に提示された説明と組み合わせて参照することによって、よりよく理解されるであろう。なお、図面に示された特徴は、必ずしも一律の縮尺に従っていない。
【図１】図１は、従来の直接デジタルホログラフィー装置であって、「従来技術」であると適切に表記されている。
【図２】図２は、本発明の一実施形態を表す、軸上位置にある軸外照明直接デジタルホログラフィー装置（干渉計）の模式図を示す。
【図３】図３は、軸外位置にある、図２の軸外照明直接デジタルホログラフィー装置（干渉計）の模式図を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施形態を表す、複数の照明源を有する軸外照明直接デジタルホログラフィー装置（干渉計）の模式図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005537517.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月21日(2005.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2005537517.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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