(57)【要約】      （修正有）【課題】光を拡張する射出瞳拡張器と結合した液晶可変リターダを備えた光学素子を提供する。【解決手段】光学デバイスは、液晶可変リターダ１００を含み、射出瞳拡張器１０２が、液晶可変リターダに光学的に結合され、射出瞳拡張器は、基準光源１０４からの基準光１０５を受け取る少なくとも１つの光学入力フィーチャ１０６と、基準光源から基準光を受け取り、基準光を液晶可変リターダの１つ以上の空間的に分離された領域に拡張するように結合された１つ以上の光結合素子１１０と、を含む。【選択図】図１
2019120931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学デバイスであって、
液晶可変リターダ（ＬＣＶＲ）と、
前記ＬＣＶＲに光学的に結合された射出瞳拡張器であって、前記射出瞳拡張器は、
基準光源から基準光を受け取る少なくとも１つの光学入力フィーチャと、
前記基準光源からの前記基準光を受け取り、前記基準光を前記ＬＣＶＲの１つ以上の空間的に分離された領域に拡張するように結合された、１つ以上の光結合素子と、を備える、射出瞳拡張器と、を備える、光学デバイス。
【請求項２】
前記ＬＣＶＲと前記射出瞳拡張器との間にギャップを備える、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記射出瞳拡張器は、前記ＬＣＶＲと一体的に形成されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記入力フィーチャおよび前記光結合素子のうちの少なくとも１つは、回折光学素子を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
装置であって、
基準光を提供する光源と、
光学デバイスであって、
液晶可変リターダ（ＬＣＶＲ）と、
前記ＬＣＶＲに光学的に結合された射出瞳拡張器であって、前記射出瞳拡張器は、
前記光源から前記基準光を受け取る少なくとも１つの光学入力フィーチャと、
前記光源から前記基準光を受け取り、前記基準光を前記ＬＣＶＲの１つ以上の空間的に分離された領域に拡張するように結合された、１つ以上の光結合素子と、を備える、射出瞳拡張器と、を備える、光学デバイスと、
前記ＬＣＶＲを通過する前記拡張された基準光を検出し、それに応答して電気信号を発生するように整えられた、焦点面アレイと、
前記焦点面アレイに結合された制御器であって、前記制御器は、前記電気信号に基づいて前記ＬＣＶＲの空間依存性リターダンスを決定するように構成されている、制御器と、を備える、装置。
【請求項６】
前記光学デバイスの各々第１および第２の側に第１および第２の偏光子をさらに備え、前記制御器は、前記ＬＣＶＲを横切る可変電圧を印加し、前記ＬＣＶＲを通過する画像に作用する時変リターダンスを作るように構成され、前記偏光子および前記ＬＣＶＲを通過する前記画像は、前記焦点面アレイを介して検出されたインターフェログラムを形成する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記基準光は、単色の実質的にコリメートされた光を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
方法であって、
基準光を射出瞳拡張器の光学入力に結合することと、
前記射出瞳拡張器の１つ以上の空間的に分離された領域に前記基準光を拡張することと、
液晶可変リターダ（ＬＣＶＲ）を通して前記拡張された基準光を通すことと、
前記ＬＣＶＲを通過する前記拡張された基準光を検出することに基づいて、前記ＬＣＶＲの空間依存性リターダンスを決定することと、を含む、方法。
【請求項９】
前記ＬＣＶＲおよび前記射出瞳拡張器は、偏光干渉計内にあり、前記方法は、
インターフェログラムを形成するために前記偏光干渉計を通して画像を通すことと、
前記インターフェログラムの誤差を低減するために前記ＬＣＶＲの前記空間依存性リターダンスを使用することと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
静電容量センサを介して前記ＬＣＶＲの平均リターダンスを決定することと、
前記ＬＣＶＲの絶対的、空間依存性リターダンスを得るために前記空間依存性リターダンスを前記平均リターダンスと組み合わせることと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液晶可変リターダにわたって光を拡張するために使用される射出瞳拡張器に関する。一実施形態において、光学デバイスは、液晶可変リターダを含む。射出瞳拡張器は、液晶可変リターダに光学的に結合され、前記射出瞳拡張器は、基準光源からの基準光を受け取る少なくとも１つの光学入力フィーチャと、基準光源からの基準光を受け取り、基準光を液晶可変リターダの１つ以上の空間的に分離された領域に拡張するように結合された１つ以上の光結合素子とを含む。
【０００２】
別の実施形態では、基準光は、射出瞳拡張器の光学入力に結合される。基準光は、射出瞳拡張器の１つ以上の空間的に分離された領域に拡張される。拡張された基準光は、液晶可変リターダを通過する。液晶可変リターダを通過する拡張された基準光を検出することに基づいて、液晶可変リターダの空間依存性リターダンスが決定される。
【０００３】
以下の議論は、複数の図面における同様の／同じ構成要素を識別するために同じ参照番号が使用され得る以下の図面を参照する。図面は、必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】例示的な実施形態による光学デバイスの図である。
【図２】例示的な実施形態による射出瞳拡張器の図である。
【図３】例示的な実施形態による射出瞳拡張器の図である。
【図４】例示的な実施形態による偏光干渉計のブロック図である。
【図５】は、他の例示的な実施形態による液晶可変リターダの図である。
【図６】は、他の例示的な実施形態による液晶可変リターダの図である。
【図７】は、他の例示的な実施形態による液晶可変リターダの図である。
【図８】別の例示的な実施形態による装置のブロック図である。
【図９】例示的な実施形態による方法のフローチャートである。
【図１０】例示的な実施形態による方法のフローチャートである。
【０００５】
本開示は、光学リターダンス制御に使用される液晶デバイスに関する。一般に、液晶（ＬＣ）材料は、電場または磁場などの外部刺激を印加することによって選択的に変更することができるいくつかの結晶特性（例えば、ＬＣ分子の局所平均配列を示すＬＣダイレクタなどの内部構造の配向）を有する液体である。ＬＣダイレクタの配向の変化は、ＬＣ材料の光学特性を変更する、例えば、ＬＣ複屈折の光軸を変化させる。液晶の選択可能な配向は、広範囲の用途（例えば、電子ディスプレイ）を有するが、本開示は、可変光学リターダ、またはＬＣ可変リターダ（ＬＣＶＲ）として既知のデバイスの一種に関する。
【０００６】
ＬＣＶＲは、液晶を通過する光の直交する２つの偏光の間に、可変光路遅延または可変リターダンスを生成する。ＬＣＶＲ内の１つ以上の液晶セルは、電気的に同調可能な複屈折素子として機能する。液晶セルの電極間の電圧を変えることによって、セル分子は、その配向を変化させ、入射偏光方向における第１の光線と直交偏光における第２の光線（例えば、常光線と異常光線）との間に可変光路遅延を作ることが可能である。この経路遅延は、第１の光線と第２の光線との間の波長依存性位相シフトを引き起こす。
【０００７】
ＬＣＶＲは、電気的に制御可能な光路遅延を生成するため、干渉計、特に偏光干渉計内で使用されることがある。偏光干渉計は、偏光素子を複屈折素子と組み合わせてインターフェログラムを生成する共通経路干渉計（干渉計の両アームが同じ幾何学的経路に従うことを意味する）であり、これにより複屈折素子によって誘発される光路遅延は、空間的および／または時間的に変わる。
【０００８】
ＬＣＶＲを有する偏光干渉計を作るために、ＬＣＶＲは、名目上平行または垂直の偏光軸を有する第１の偏光子と第２の偏光子との間に置かれる。ＬＣＶＲの遅軸（可変光路遅延を伴う偏光軸）は、第１の偏光子の偏光方向に対して名目上４５度配向される。入射光は、第１の偏光子によって入射偏光方向に偏光される。ＬＣＶＲの遅軸は、この入射偏光方向に対して４５度であるので、偏光された入射光は、ＬＣＶＲの遅軸に平行に偏光された光の一部およびこの軸に垂直に偏光された光の一部に関して説明することができる。
【０００９】
光がＬＣＶＲを通過するとき、光は、第１の偏光と第２の偏光との間の波長依存性相対位相シフトを取得し、それによって偏光状態の波長依存性変化をもたらす。第１の偏光子に平行または垂直に配向された第２の偏光子またはアナライザは、ＬＣＶＲの遅軸に平行に偏光された光の部分を垂直に偏光された光の部分と干渉させ、ＬＣＶＲの出力における波長依存性偏光状態を、光検出器または焦点面アレイによって検知することができる波長依存性強度パターンに変化させる。ＬＣＶＲのリターダンスを変えながらこの強度を検知することにより、入射光のスペクトル特性を確認するために使用することができる、入射光のインターフェログラムを測定することが可能である。
【００１０】
ＬＣＶＲに基づく偏光干渉計は、多くの用途を有し得る。例えば、このようなデバイスは、入射光のスペクトル情報を非スペクトル分解検出器で容易に測定される強度パターンにエンコードするその能力のために、ハイパースペクトル画像化用途に使用されてもよい。ハイパースペクトル画像化は、高密度にサンプリングされた微細分解スペクトル情報が各ピクセルに提供される画像を含んでもよい、ハイパースペクトルデータセットまたはデータキューブを取得するための方法およびデバイスを指す。
【００１１】
偏光干渉計によって提供される波長依存性強度パターンは、入射光のスペクトルのコサイン変換にほぼ対応する。ＬＣＶＲのリターダンスの関数として空間依存性強度パターンを偏光干渉計の出力に記録することにより、ＬＣＶＲによって画像化されたシーンのすべての点によって生成されたインターフェログラムを同時にサンプリングすることができる。これから、ハイパースペクトルデータキューブは、リターダンス軸に沿って逆コサイン変換またはフーリエ変換などの変換を記録された空間依存性インターフェログラムに適用することによって、名目上回復することができる。
【００１２】
ハイパースペクトルデータキューブを正確に計算するために、上記の変換を適用するために使用される処理装置は、個々のインターフェログラムサンプルごとにそのクリアアパーチャにわたるＬＣＶＲの光路遅延の精密な知識を有するべきである。これは、例えば、ＬＣＶＲを通して示され、ＬＣＶＲの遅軸に対して４５度で直線偏光された単色基準光源、較正光源、またはレーザを用いて行うことができる。ＬＣＶＲを通過して光源偏光と平行に偏光された光の強度が記録され、位相（したがって、光路遅延）は、武田フーリエ変換法のような当技術分野で公知の方法によって計算される。しかしながら、実用上の理由から、この測定は、ＬＣＶＲのリターダンスに空間依存性がないという仮定を使用して、典型的にはＬＣＶＲの１つの場所でのみ行われる。しかしながら、ＬＣＶＲは、かなりの空間依存性リターダンス変動を有する可能性があり、そのためこの仮定は、リターダンスが実際に測定される所とは実質的にリターダンスが異なるＬＣＶＲの位置を介して画像化された空間依存性インターフェログラムの領域からハイパースペクトルデータキューブの部分を計算する際の潜在的な誤差につながる可能性がある。
【００１３】
ハイパースペクトルイメージャに典型的に使用されるＬＣＶＲは、概して、高レベルの光学リターダンスにアクセスするために、厚いＬＣ層を備える。この必要なＬＣ層の厚さは、ハイパースペクトル画像化装置において望ましいよりもゆっくりと、潜在的にずっとゆっくりと切り替わるＬＣＶＲにつながる。適切な電圧波形でＬＣＶＲを動的に駆動することにより、自然な緩和時間よりもずっと速くＬＣＶＲを切り替えることができる。しかしながら、ＬＣＶＲがより速く駆動されるほど、空間依存性が瞬時リターダンスに導入される可能性が高くなる。これは、ＬＣＶＲのＬＣセルは、概して、完全に平坦でないかまたは均質ではなく、各位置は、その厚さまたは他の位置依存性パラメータに応じて異なる応答をするからである。これを矯正するために、ハイパースペクトルデータキューブを計算するために使用される変換動作の精度を改善するために名目上のリターダンスが変更されるように、空間依存性リターダンスをＬＣＶＲの多くの点で測定することができる。ハイパースペクトル画像化プロセスのさらなる詳細は、２０１６年５月５日付の米国特許公開第２０１６／０１２３８１１号、ならびに、Ａ．Ｈｅｇｙｉ  ａｎｄ  Ｊ．Ｍａｒｔｉｎｉ、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ２３，２８７４２−２８７５４（２０１５）に見出すことができる。
【００１４】
コンパクトなフォームファクタで２つの画像を合成する１つの技術は、「導波」と呼ばれる。概して、ディスプレイからの光は、何らかの形態の結合素子、例えば回折光学素子を使用してディスプレイ窓を形成するガラス「導波路」に結合される。それは次いで第２の結合素子を用いてディスプレイ窓の外に結合される。結合素子は、例えば、回折素子、部分反射素子、導波路カプラなどとすることができる。この装置は、ペリスコープとして機能し、ディスプレイの射出瞳を拡張する。それは、技術分野では、「射出瞳拡張器（ｅｘｉｔ−ｐｕｐｉｌ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）」として知られている。本開示は、射出瞳拡張器を液晶可変リターダと組み合わせるためのデバイスおよび方法に関する。
【００１５】
図１において、ブロック図は、一実施形態による射出瞳拡張器１０２を有するＬＶＣＲ１００を使用する光学デバイスを示す。ＬＣＶＲ１００は、基板１０３に隣接する液晶層１０１を含む。ＬＣＶＲ１００は、所定の偏光状態を有するコリメートされた単色光を提供するレーザのような基準光源１０４に隣接している。例えば発光ダイオードなどの他の光源を使用してもよく、コリメータ、偏光子、フィルタ、モードシフタなど、光源１０４または基板と一体化された他の光学素子とともに使用される。光源１０４からの光は、本例に示すように、ＬＣＶＲ１００と一体的に形成されたガラス基板１０８を含む射出瞳拡張器１０２に結合される。光源１０４からの光１０５（図中の破線で示す）は、入力導波路、入力ファセット、または刻線またはホログラフィック格子などの回折光学素子などの光学入力フィーチャ１０６を介してガラス基板１０８に結合される。ガラス基板は、基板１０８から出てＬＣＶＲ１００を通る光１０９を結合する複数の第２の結合素子１１０に光を導く導波路として機能する。ニアアイディスプレイとは対照的に、拡張された射出瞳の視野角は非常に小さくすべきである。これは、ＬＣＶＲ１００を通る光路遅延の角度依存性が問題にならないようにするためである。好ましい実施形態は、結合された光１０９が、偏光軸とＬＣＶＲ１００の遅軸との間に名目上４５度の角度を有する名目上直線偏光状態を有することを保証する。
【００１６】
複数の結合素子１１０は、ガラス基板１０８の主面にわたって空間的に分散されている。図示の例では、主面はｘｙ平面に対応する。例えばハイパースペクトル画像化に使用されるときに、ＬＣＶＲ１００の後ろに焦点面アレイ（ＦＰＡ）などの検出器１１４が存在してもよい。ＬＣ層１０１の異なる領域への光１０５の結合は、ＬＣＶＲ１００を通る異なるｘｙ座標における瞬時光路遅延を測定することを可能にする。検出器１１４は、これらの場所に対応するセンサ（例えば、ピクセル）を有し、好ましい実施形態では、結合された光１０９の偏光と平行に偏光された光の強度を分析することによって、光路遅延の別個の測定を各ｘｙ座標で行うことができる。
【００１７】
結合素子１１０は、射出瞳拡張器１０２から放出された光を、ＬＣＶＲ１００の１つ以上の空間的に一意の領域を介して分散させる。１つ以上の結合素子１１０は、射出瞳拡張器１０２が、ｚ方向に、１次元パターンから、例えばｙ方向に平行な線から光１０９を放射するように配置されてもよい。他の実施形態では、射出瞳拡張器１０２は、２次元パターンを放射してもよい。図２および図３の図は、２次元パターンを放射する射出瞳拡張器の例を示し、図１の装置で使用し得る。
【００１８】
図２において、射出瞳拡張器は、基板２００の表面２００ｂ上に光学入力フィーチャ２０２（例えば、回折格子、入力導波路など）を有する透明基板２００を含む。光学入力２０２は、エッジを含めて、基板２００の任意の表面上にあることができる。光学入力２０２は、光源２０４から光を受け取り、第１の経路２０６、例えば基板２００に形成された第１の水平導波路、に沿って光を導くように構成される。複数の第１の結合素子２０８は、光の一部を第２の経路２１０、例えば基板２００に形成された第２の垂直導波路に反射するように構成される。「水平」および「垂直」という用語は、図面を参照する便宜のために使用されており、限定的とみなされるものではなく、射出瞳拡張器は、概して、任意の配向で同じように動作することが理解されるであろう。
【００１９】
複数の第２の結合素子２１２は、第２の光路２１０に沿って配置され、素子２１２に入射する光の一部を基板２００の出力面２００ａに向けて反射するように構成される。第２の結合素子２１２は、長方形のグリッドに配置されて示されているが、他のパターンも可能である。例えば、結合素子２１２は、ＬＣＶＲの事前知識に基づいて、例えば、リターダンスのより大きな空間勾配を経験する領域内の素子２１２の密度を高めて、不均一に空間的に分布することができる。結合素子２０８、２１２の各々は、光の第１の部分を反射し、光の第２の部分を光路に沿ってさらに透過させるように構成されていることに留意されたい。例えば、グリッド上の均一な照光が望ましいと仮定し、光学損失がないと仮定して、最も左の光学素子２０８は、入射光の１／６を負のｙ方向に反射し、入射光の５／６をｘ方向に透過させるように構成される。次の光学素子は１／５を反射し、４／５を通し、各素子は、最も右側の素子２０８がすべての光を反射するまで、比較的大きな部分を反射する。これらの値は、光学損失、製造公差、所望の不均一な強度分布などのために調整することができる。
【００２０】
図３において、射出瞳拡張器は、１つ以上の表面上に２つ以上の光学入力３０２（例えば、回折格子、入力導波路など）を有する透明基板３００を含む。光学入力３０２は、２つ以上の光源３０４から光を受け取り、光を２つ以上の経路３０６、例えば基板３００に形成された水平導波路に導くように構成されている。複数の結合素子３０８は、基板３００の出射面３００ａの外へ光の一部を反射するように構成されている。結合素子３０８は、図２に関連して説明した類似の名前の素子と同様に構成され得る。
【００２１】
図１に示す光学デバイスは、図２および図３に示す特徴の任意の組み合わせを使用して射出瞳拡張器を使用することができる。図２および図３の光カプラは、異なるタイプの光学素子を使用して、射出瞳に形成される異なるパターンをもたらし得ることに留意されたい。例えば、結合素子は、図２および図３に示すドットの代わりに線、曲線および他の形状を形成することができる。射出瞳拡張の他の方法を用いることができることに言及すべきである。例えば、射出瞳拡張器は、マイクロレンズアレイまたはマイクロオプトエレクトロメカニカルデバイスを使用して形成されてもよく、ホログラフィック光学素子は、上記の部分反射および／または屈折素子の代わりにまたはそれに加えて使用されてもよい。
【００２２】
図４において、図は、例示的な実施形態による光学デバイス４０１を含む偏光干渉計４００を示す。光学デバイス４０１は、図１に関連して説明したのと同様のＬＣＶＲ４０２および射出瞳拡張器４０４を含む。射出瞳拡張器４０４は、ＬＣＶＲ４０２と一体であってもよいし、ＬＣＶＲ４０２とは別体であってもよい。基準光源４０６（例えば、レーザ）は、光をＬＣＶＲ４０２から検出器４０８に向けて導く射出瞳拡張器４０４に光を結合する。偏光干渉計４００はまた、偏光干渉計の各々第１および第２の側に偏光子４１０、４１２を含む。偏光子４１２は、ＬＣＶＲ４０２と検出器４０８との間に置かれ、そのため射出瞳拡張器４０４の外へ結合された光も偏光子４１２を通って進む。代替経路４０７ａ〜ｂによって示されるように、光源４０６からの光は、射出瞳拡張器４０４に結合される前に、偏光子４１２を通過してもしなくてもよい。
【００２３】
図５において、図は、別の例示的な実施形態による射出瞳拡張器５０２とともに使用されるＬＣＶＲ５００を示す。ＬＣＶＲ５００および射出瞳拡張器５０２は、ギャップ５０４、例えばエアギャップを介して分離されている。ギャップ５０４は、射出瞳拡張器５０２内の導波路と周囲媒体との間の屈折率コントラストを増加させる。ＬＣＶＲ５００内の液晶材料は、ＬＣＶＲにおいて使用される多くの透明基板、例えばガラス、と同様の屈折率を有し、その基板内の導波光学モードの数を減少させる。したがって、多くの実施形態では、射出瞳拡張器５０２の導波路内に所望の導波光学モードを十分に維持するために、ギャップ５０４を含むことが好ましい場合がある。先の図と同様に、基準光源５０６および検出器５０８は、ＬＣＶＲ５００および射出瞳拡張器５０２とともに使用することができる。
【００２４】
射出瞳拡張器は、図５の矢印５１０で表されるような、例えば画像化される対象からのＬＣＶＲを通過する外光に悪影響を与えないように考慮されるべきである。例えば、これは、「低効率」射出瞳拡張器の使用で、例えば、効率の低い射出瞳拡張器の導波モードからの光を結合する結合素子を使用して、行うことができる。光学的相互作用により、このような低効率カプラは、画像光５１０を射出瞳拡張器５０２の導波モードに最小限に結合し、それによって、画像光５１０が検出器５０８によって画像化されることを可能にする。光源５０６の強度は、カプラの低効率を補償するために常に増加させることができる。
【００２５】
図６において、ブロック図は、別の例示的な実施形態による射出瞳拡張器６００を示す。拡張器６００は、基準光源６０２が、ドットまたは線のパターンのようなＬＣＶＲ６０４を横切るパターンに拡張される射出瞳を提供し、リターダンスの空間分布を推定するのに十分なポイントで、しかしＬＣＶＲのクリアアパーチャに悪影響を与えないほどの多さのポイントでＬＣＶＲ６０４を空間的にサンプリングする。このため、射出瞳拡張器６００は、上述した実施形態よりも少ないおよび／またはより小さな光結合素子および導波路を含んでもよい。例えば、光結合素子および導波路は、ＬＣＶＲ６０４のクリアアパーチャの１％以下に射出瞳の面積を拡張してもよい。概して、クリアアパーチャは、光が通過することができるＬＣＶＲ６０４の隠されていない部分であり、本開示の目的のために、画像光が通過するＬＣＶＲ６０４の隠されていない部分をカバーするように意図されている。
【００２６】
ＬＣＶＲのクリアアパーチャの１％程度の狭い範囲のカバレッジであっても、射出瞳拡張器６００は、空間依存性リターダンスを高い精度で推定するのに十分な空間分布領域にわたって基準光を分配することができることに留意されたい。例えば、リターダンスを別個に測定する６００個の正方形（３０×２０グリッド）に分割されたＬＣＶＲの３０ｍｍ×２０ｍｍ（６００ｍｍ２）のクリアアパーチャを考える。さらに、この例では、射出瞳拡張器が、それぞれ面積で約（０．１ｍｍ）２＝０．０１ｍｍ２の３０×２０グリッドの方形出力カプラに基準光を分配すると仮定する。そのような場合、出力カプラの総面積は６００×０．０１ｍｍ２であり、これは（６ｍｍ２）／（６００ｍｍ２）＝クリアアパーチャの総面積の１％である。単純化のために、出力カプラ以外の導波路および結合素子によるクリアアパーチャのオブスキュレーションを上記の計算に含まないが、クリアアパーチャに対するその影響も含むことができることに留意されたい。
【００２７】
上記と組み合わせて、またはこれとは別個に、レーザ光を２つの所定の偏光状態、例えば直線偏光状態および円偏光状態に分割することが有用であり得、そのためリターダンスの各位置をサンプリングするために使用されるインターフェログラムの同相成分および直交成分を測定することができる。これらの２つの測定は、時間多重化または空間多重化を使用して行うことができる。例えば、図６に示すように、射出瞳拡張器６００内の任意選択のフィーチャ６０６は、射出瞳拡張器６００を通って伝搬する光の一部６０８を直線偏光から円偏光に回転させることができ、一方残りの光６１０は直線偏光されたままにすることができる。直線偏光および円偏光された基準光のインターフェログラムからの瞬時強度を比較することにより、または同相および直交強度を比較することにより、ＬＣＶＲを通る基準光の瞬時位相遅延、モジュロ２π、を計算することが可能である。
【００２８】
フィーチャ６０６は、１つの偏光の９０°位相シフタと、２つの偏光の再結合とに続く、導波路ベースの偏光ビームスプリッタであってもよい。分割された光ビーム６０８、６１０は、射出瞳拡張器６００を通って進む隣接する導波路に結合し、各偏光について共通または別個の結合素子６０５を使用して射出瞳拡張器６００の外に結合される。各組の隣接する導波路は、ドットまたは線の２つの別個のアレイまたはパターンを生成し、一方のアレイまたはパターンからの光は、他方に対して偏光回転されている。図に見られるように、別個のアレイまたはパターン（またはその素子）は、近接して位置付けされてもよく、そのため同相および直交のインターフェログラム成分は、検出器６１５を介して互いに可能な限り近接して測定することができる。ビーム分割および偏光部品の配置は、分割された光ビーム６０８、６１０の偏光状態が、射出瞳拡張器を出る際に、例えば直線および円偏光と記述されるべきであるようにすべきであることに留意されたい。
【００２９】
フィーチャ６０６は、本明細書に記載の実施形態のいずれかで使用することができる。他の実施形態では、２つの光源（例えば、図３に示す２つの異なる光源３０４）を、光源からの光が異なる偏光で射出瞳拡張器に結合され、別々の導波路を介して射出瞳拡張器を通して分配されるように構成することができる。再度、これは、射出瞳拡張器内に１つ以上の追加の光源と入力結合素子と異なる導波路とを導入することによって、本明細書に記載される実施形態のいずれかとともに使用することができる。
【００３０】
上述のリターダンスの測定は、射出瞳拡張器からＬＣＶＲを通過する光の２つの偏光の相対位相を検出することに依存するので、および、位相はモジュロ２πで直接測定することしかができないので、リターダンス測定には固有のあいまいさがあることに留意されたい。いくつかの実施形態では、射出瞳拡張器を使用する測定は、リターダンスの絶対的（潜在的に正確ではないが）測度を与える代替様式の１つと組み合わされる。このような代わりの測定の一例が図６に示されており、ここでプレート６１２、６１４および処理回路６１６は静電容量センサとして使用されている。このセンサは、プレート６１２、６１４の間の、ＬＣＶＲ６０４内の液晶層６０４を横切る静電容量を検出することができ、１９９３年９月２１日付けの米国特許第５，２４７，３７８号に教示されているようにリターダンスで単調に変化する。静電容量は平均リターダンスを反映し得、射出瞳拡張器を介して見出される空間依存性リターダンスは、平均リターダンスと組み合わされて、ＬＣＶＲ６０４のリターダンスの絶対的、空間依存の、正確な測度を見出すことができる。
【００３１】
図７において、ブロック図は、例示的な実施形態による干渉パターンを生成する射出瞳拡張器７００を示す。別個の光結合素子７０２、７０４は、この例では、例えばｚ軸に対して異なる出力角度７０１、７０３で拡張器７００の外へ光を結合する。これらの角度７０１、７０３を、ｘｙ平面内の素子７０２、７０４間の相対的な間隔７０６と、素子７０２、７０４と検出器７１０との間の距離７０８との組み合わせで、選択することにより、検出器７１０の選択領域に干渉パターンを作ることができる。他の実施形態では、距離７０６、７０８および角度７０１、７０３は、干渉パターンが作られないように、ＬＣＶＲ７１１を出る光線が、近接するが検出器７１０の重なり合わない領域に向けられるように、選択することができる。
【００３２】
図８において、ブロック図は、例示的な実施形態による装置８００を例証する。装置８００は、中央処理装置、サブプロセッサ、デジタル信号プロセッサなどの１つ以上のプロセッサを含んでもよいデバイス制御器８０２を含む。制御器８０２は、以下により詳細に記載される機能モジュールを含むメモリ８０４に結合される。メモリ８０４は、揮発性メモリと不揮発性メモリとの組み合わせを含んでもよく、当技術分野で既知のような命令およびデータを記憶してもよい。
【００３３】
本装置は、装置８００の外部から光を受け取る外部光インターフェース８０８を含む光学セクション８０６を含む。外部光インターフェース８０８は、装置８００の外部から内部光学部品に光を通すのに適した窓、レンズ、フィルタ、アパーチャなどを含んでもよい。この例では、外部光インターフェース８０８は、外部レンズ８１０に結合されて示されている。
【００３４】
偏光干渉計８１２は、装置８００の光学セクション８０６内にある。偏光干渉計８１２は、例えば、電気信号線を介して制御器８０２に結合される。制御器８０２は、偏光干渉計８１２に信号を印加して、干渉計８１２の一部であるＬＣＶＲ８１２ａに時変光路遅延またはリターダンスを生じさせる。この時変光路遅延は、光路遅延の関数として変わるインターフェログラムを作る。インターフェログラムは、制御器８０２にも結合されている画像センサ８１４（例えば、一連のセンサピクセルまたは焦点面アレイ）によって検出される。
【００３５】
偏光干渉計８１２は、前述の実施形態と同様に構成されてもよいＬＣＶＲ８１２ａを含む。外部光インターフェース８０８とＬＣＶＲ８１２ａとの間には、射出瞳拡張器８１２ｂがある。射出瞳拡張器８１２ｂは、光源８１６からの基準光８１７ａ（例えば、偏光および／またはコリメートされた単色光）を受け取り、ＬＣＶＲ８１２ａの主面を横切って光を拡張する。干渉計８１２の他方の側の光検出器（例えば、センサ８１４または任意選択の別個の検出器８１５）は、この拡張された光８１７ｂを検出し、空間依存性光検出器信号、例えば、検出器８１４、８１５上の複数場所でそれぞれ得られた別個の光強度測定値を表す信号、を生成する。制御器８０２は、光検出器信号から空間依存性リターダンス測定値を抽出する。
【００３６】
拡張された基準光８１７ｂは、ＬＣＶＲ８１２ａを通過する他の光８０９（例えば、レンズ８１０から受け取られた画像からの）と一緒に、または別々に検出され得ることに留意されたい。例えば、光インターフェース８０８は、入射光を十分な時間遮断して、拡張された光を測定するシャッターを含んでもよい。他の実施形態では、拡張された基準光８１７ｂは、画像光８０９と時間多重化することができる。そのような場合、光源８１６は、検出器８１４、８１５での非常に短い露光に合わせて高強度でパルスにされる。拡張された基準光８１７ｂの高強度は、画像光８０９の影響を最小にする。例えば、拡張された基準光８１７ｂの強度が画像光８０９の強度の１００ｘまたは１０，０００％であった場合、拡張された基準光８１７ｂを測定するための上記の非常に短い露光は、同じ時間積分強度を生成するために画像光８０９を測定するのに使用される露光時間の０．０１ｘまたは１％の露光時間を有することができる。したがって、画像光８０９は、拡張された基準光８１７ｂの測定においてせいぜい１％の誤差を生じさせるだけである。
【００３７】
他の実施形態では、拡張された基準光８１７ｂの強度は、画像光８０９と同様に調整されて、両者が同じ露光で同時に取り込まれるようにすることができる。拡張された基準光８１７ｂが十分な強度を有する場合、検出器７１０を介して回収されたスペクトルデータに測定可能なスペクトルピークを生じさせるはずで、ピークは単色光源８１６の既知の波長に対応する。測定されたピーク波長と光源８１６の既知の波長との間の差は、例えば、ハイパースペクトルイメージャの波長誤差を画像位置の関数として較正するために使用することができる。
【００３８】
空間依存性リターダンス測定値は、時間の関数として、記録されたインターフェログラムからハイパースペクトルデータキューブを計算するために画像プロセッサ８２０によって使用することができる。概して、リターダンス制御器８１８は、時変リターダンス軌道を達成するために、ＬＣＶＲ８１２ａに制御信号を印加するようにデバイス制御器８０２に命令し、やはり時間の関数として、画像センサ８１４で空間依存性インターフェログラムを生成する。画像プロセッサ８２０は、空間依存性および時間依存性リターダンス測定値とインターフェログラムとを組み合わせて、最初にリターダンスの関数として各位置でインターフェログラムを計算することができ、次いでリターダンスに関してすべてのインターフェログラムをフーリエ変換することによってハイパースペクトルデータキューブを計算することができる。この画像処理の一部またはすべては、データ転送インターフェース８２２を介して装置８００に連結されたコンピュータ８２４などの外部デバイスによって実行されてもよい。そのような場合、コンピュータ８２４は、射出瞳拡張器８１２ｂを介して得られた空間依存性リターダンス測定値を受信してもよい。
【００３９】
ＬＣＶＲ８１２ａの予想対実際のリターダンスに誤差がある場合、実際のリターダンスよりもむしろ予想リターダンスを使用してデータを計算すると、結果としてのスペクトルデータまたはハイパースペクトルデータキューブに誤差が生じる。リターダンス制御器８１８は、実際のリターダンスを、時間の関数として、予想されるまたは所望のリターダンスにさらに近づけさせるために、フィードバックまたはフィードフォワード制御モデルへの入力として射出瞳拡張器８１２および光検出器８１４、８１５を介して測定された空間依存性リターダンスを使用することができる。空間依存性リターダンス測定値は、例えば、ＬＣＶＲ８１２ａに印加される電気信号を調整することによって、所望の目標リターダンス軌道からの偏差が検出され、補償が提供されるように、組み合わされる（例えば、空間的に平均化される）ことができる。これらの制御モデルは、例えば図６に示すように、ＬＣＶＲ８１２ａ内の１つ以上のＬＣセルの静電容量測定値を利用することもできる。代わりに、ＬＣＶＲ８１２ａは、各電極対にわたる電圧信号の独立した制御によってリターダンスの空間依存性制御が可能となるように、各基板上に複数の電極（例えば、電極対８１２ａａ〜８１２ａｃ）を備えてもよい。この場合、ＬＣＶＲ８１２ａの単一の制御ゾーンの近傍における空間依存性リターダンス測定値は、そのゾーンでのみ平均化され、そのゾーンのみについてＬＣＶＲ８１２ａ制御信号を補償するために使用される。
【００４０】
複数の電極対８１２ａａ〜８１２ａｃの使用は、ＬＣＶＲ８１２ａの異なる領域のより正確なリターダンス制御を可能にすることができ、ＬＣＶＲ８１２ａの空間依存性リターダンス変化に起因するスペクトルデータの誤差を低減することができる。ＬＣＶＲ８１２ａを通過する画像光８０９がレンズ８１０によって画像センサ８１４上に集束され、レンズ８１０が大きな開口絞りを有する場合、１つの画像センサ位置に対応する画像光線は、ＬＣＶＲ８１２ａの異なる部分を通過し、したがって、異なるリターダンスを経験することがある。これは、インターフェログラムのコントラストを低下させ、ＬＣＶＲ８１２ａの空間依存性リターダンスの知識が、劣化を補償するのに有用でないような方法でスペクトルデータの測定を劣化させる。この場合、複数の電極対８１２ａａ〜８１２ａｃによって可能にされる空間依存性リターダンス制御を使用して、高いインターフェログラムコントラストを維持し、この種の測定劣化を防止するために、ＬＣＶＲ８１２ａの瞬時リターダンスの空間的均質性を高めることができる。
【００４１】
図９において、フローチャートは、例示的な実施形態による方法を示す。本方法は、基準光を射出瞳拡張器の光学入力に結合すること９００を含む。基準光は、射出瞳拡張器の１つ以上の空間的に分離された領域に拡張される９０１。拡張された基準光は、ＬＣＶＲを通して通される９０２。ＬＣＶＲを通過する拡張された基準光を検出すること９０３に基づいて、ＬＣＶＲの空間依存性リターダンスが決定される９０４。
【００４２】
図１０において、フローチャートは、別の例示的な実施形態による方法を示す。本方法は、射出瞳拡張器によって干渉計を通して拡張された基準光（例えば、単色のコヒーレント光）を検出することに基づいて、偏光干渉計の空間依存性リターダンスを決定すること１０００を含む。画像からの光は、インターフェログラムを形成するために偏光干渉計を通して通される１００１。ＬＣＶＲの空間依存性リターダンスは、例えばＬＣＶＲの光学リターダンスの空間的変動に起因する、インターフェログラムの誤差を低減するために使用される１００２。ハイパースペクトルデータキューブは、訂正されたインターフェログラムに基づいて任意選択的に得られてもよい１００３。
【００４３】
上述の種々の実施形態は、特定の結果を提供するために相互作用する回路、ファームウェア、および／またはソフトウェアモジュールを使用して実装されてもよい。関連分野の当業者は、当技術分野で一般的に既知の知識を使用して、モジュラーレベルで、または全体として、そのような記載された機能性を容易に実装することができる。例えば、本明細書に例証されるフローチャートおよび制御図は、プロセッサによる実行のためのコンピュータ可読命令／コードを作るために使用されてもよい。そのような命令は、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶され、当技術分野で既知のように実行のためにプロセッサに転送されてもよい。上に示した構造および手順は、上で記載した機能を提供するために使用することができる実施形態の代表例に過ぎない。
【００４４】
他に示さない限り、本明細書および特許請求の範囲で使用される特徴の大きさ、量、および物理的特性を表すすべての数字は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されるものとして理解されるべきである。したがって、反対に示されない限り、上記の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようと試みる所望の特性に応じて変えることができる近似値である。エンドポイントによる数値範囲の使用は、その範囲内のすべての数値を含み（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）、およびその範囲内の任意の範囲を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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