(57)【要約】  フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム（１００）は、対象物の画像を生成するよう構成される光学撮像システム（１０６）と、可動複屈折子（１１０）を有する可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）とを有する。可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）は、複屈折子（１１０）が動くことによって調整された位相遅延により、互いに遅延した、入力放射の干渉レプリカを生成するよう構成され、また、光軸（ｚ１）と平行な入射光学光線の共線上レプリカを生成するよう構成される。ハイパースペクトル撮像システムは、さらに、レプリカを受け取り、可変位相遅延に依存する対象物（１０２）のデジタル画像を提供するよう構成される２次元光検出器（１０４）と、デジタル画像をフーリエ変換して対象物（１０２）のハイパースペクトル形式を取得するよう構成される分析装置（１０５）とを備える。【選択図】図１
2021534377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸（ｚ１）と、対象物（１０２）の点から発せられる入力放射（ＩＮＲ）のための入力（１０１）とを有し、対象物の画像を生成するよう構成される光学撮像システム（１０６）と、
複屈折子（１１０）が動くことによって調整された位相遅延により、互いに遅延した、前記入力放射の干渉レプリカを生成するよう構成され、可動複屈折子（１１０）を有する可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）であって、前記光軸（ｚ１）と平行な入射光学光線の共線上レプリカを生成するよう構成される干渉計モジュール（１０３）と、
前記レプリカを受け取り、可変位相遅延に依存する対象物（１０２）のデジタル画像を提供するよう構成される２次元光検出器（１０４）と、
前記デジタル画像をフーリエ変換して対象物（１０２）のハイパースペクトル形式を取得するよう構成される分析装置（１０５；１２４）、
とを備える、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムであって、
ａ）該ハイパースペクトル撮像システムは、その動作において、
可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）に紐づいた、第１遅延位相φ１を有する前記入力放射の第１周辺光線と、
可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）に紐づいた、第２遅延位相φ２を有する前記入力放射の第２周辺光線と、
１．０π（ｒａｄ）から１．８π（ｒａｄ）までの値をとる最大値Δφmaxよりも小さい、前記第１遅延位相φ１および前記第２遅延位相φ２の絶対差Δφ、とを表し、
ｂ）可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）は、
光学ウェッジ（１０９）および可動光学ウェッジ（１１０）を含む可変ウェッジ対（１０７）であって、前記可動光学ウェッジ（１１０）の可変位置に依存する、互いに直交偏光する放射成分間の位相遅延を生成するよう構成される可変ウェッジ対（１０７）と、
前記可動光学ウェッジ（１１０）を動かすアクチュエータモジュール（１１１）とを含む、
ことを特徴とする、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム（１００、２００、３００、４００、５００、６００）。
【請求項２】
ハイパースペクトル撮像システムは、
前記第１周辺光線の第１入射角α１と前記第２周辺光線の第２入射角α２との間の絶対角度差Δαと、
放射線入射角を表す変数αに対する、前記可変複屈折コモンパス干渉計モジュール（１０３）に紐づく、放射遅延位相関数φの第１導関数ｄφ／ｄαとの積を最小化するよう構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム。
【請求項３】
前記干渉計モジュール（１０３）が
直線偏光の出力放射を提供するよう構成される入力偏光子（１１２）と、
前記可変ウェッジ対（１０７）に接続され、直交偏光の放射線間の固定位相遅延を導出するよう構成される複屈折光学素子（１０８）と、
位相遅延放射成分を鑑賞させながら、共通偏光状態で投影するよう構成される偏光子装置（１１３）と、
をさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（１００）。
【請求項４】
前記光学撮像システム（１０６）は、ハイパースペクトル撮像システムが、ハイパースペクトルカメラとして機能するよう選択された光学素子（１１４）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（１００、２００、３００）。
【請求項５】
前記干渉計モジュール（１０３）に光学的に接続され、第１伝搬方向（ｚ１）に沿って伝搬する第１放射部および第２伝搬方向（ｚ２）に沿って伝搬する第２放射部を提供するビームスプリッタ（１１５）と、
該第２伝搬方向に沿った、さらなる光軸（ｚ２）を有し、前記第２放射部を受けるさらなる光学撮像システム（１１６）と、
前記２次元光検出器（１０４）のスペクトル感度とは異なるスペクトル感度を有し、前記さらなる光学撮像システム（１１６）から前記第２放射部を受けて、前記対象物（１０２）のさらなるデジタル画像を生成するよう構成されるさらなる２次元光検出器（１１７）、
とをさらに含むハイパースペクトル撮像システムであって、
前記さらなる２次元光検出器（１１７）は、前記分析装置（１０５）に接続され、前記対象物のハイパースペクトル形式よりもスペクトル的に広い、前記対象物（１０２）のさらなるハイパースペクトル形式を取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（２００）。
【請求項６】
前記光学撮像システム（１０６）は、入力側に、少なくともコリメートレンズ（１１９、１２０）を載置して含む、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（３００）。
【請求項７】
前記光学撮像システム（１０６）は、顕微鏡対物レンズ（１２２）と、ハイパースペクトル撮像システムがハイパースペクトル顕微鏡として機能するレンズ鏡筒（１２３）とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（４００）。
【請求項８】
前記顕微鏡対物レンズ（１２２）および前記レンズ鏡筒（１２３）は、前記干渉計モジュール（１０３）の入力側に配置され、
前記光学撮像システム（１０６）は、前記２次元光検出器（１０４）の入力側にカメラ光学素子（１１４）を配置してさらに含む、
ことを特徴とする請求項７に記載のハイパースペクトル撮像システム（５００）。
【請求項９】
可変フィルタを実装するようにさらに構成されるハイパースペクトル撮像システムであって、
前記分析装置は、放射線の伝搬を遮るように配置され、前記二次元検出器（１０４）による前記デジタル画像の生成を制御する、光学シャッタ（１２４）を備え、
前記分析装置（１０５）は、さらに
フィルタリング時の選択された波長に依存する位相遅延の複数の第１値に紐づく、前記デジタル画像の強め合う干渉に対応する、位相画像を前記二次元検出器（１０４）から取得し、
前記フィルタリング時の選択された波長に依存する位相遅延の複数の第２値に紐づく、前記デジタル画像の弱め合う干渉に対応する、直交画像を前記二次元検出器（１０４）から取得し、
前記位相画像および前記直交画像の差を取得して、結果が反映された画像を取得するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（６００）。
【請求項１０】
１８０ｎｍ〜３，５００ｎｍ、５００ｎｍ〜５，０００ｎｍ、４００ｎｍ〜２０，０００ｎｍの中から一つ選択される波長域で動作するよう構成される、請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（１００−６００）。
【請求項１１】
前記可変ウェッジ対（１０７）は、α−ＢａＢ２Ｏ４、ＬｉＮｂＯ３、Ｈｇ２Ｃｌ２の中から一つ選択される複屈折素材からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（１００−６００）。
【請求項１２】
医薬品分野、農業分野、食品品質管理、材料識別、芸術作品のマッピング、およびリモートセンシングといった技術分野のいずれかで動作するよう構成される、請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム（１００−６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイパースペクトル撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物とカメラの間に帯域通過フィルタを載置、あるいはマルチチャネル検出器を採用することにより、スペクトル分解された画像を測定し、スペクトル帯域ごとに画像を取得する手法が知られている。検知される帯域数および各帯域のスペクトル幅は、分光フィルタや検出器の同調性能に依存する。こうした、光学帯域の離散集合上のスペクトル情報を収集する技術は、マルチスペクトル撮像とも称される。
【０００３】
他の手法としては、フーリエ変換分光法に基づいたもので、対象物と検出器の間で干渉計を使用するものがある。非特許文献１では、サファイアウォラストンプリズム対と複数の高次元リターダとを備え、撮像フーリエ変換分光偏光計測器を構成する、短波長・中波長赤外線ハイパースペクトル撮像偏光計（ＩＨＩＰ）について記述がある。ウォラストンプリズムは、マイケルソン干渉計といった不等光路干渉計に対して、振動への感度が低い複屈折干渉計として機能する。チャネル化された分光偏光計測を利用して、偏光データを取得し、ストークスパラメータ情報を有するスペクトルを変調する。得られた干渉図形を、フーリエフィルタにかけ、再構築することで、画像において空間的かつ分光的に変動するストークスベクトルデータを復元する。
【０００４】
さらに、非特許文献２には、第１偏光子と、（一方は固定、もう一方は可動の）２つのカスケードウォラストンプリズムと、第２偏光子と、撮像レンズとを基礎とした複屈折フーリエ変換撮像分光計について記載されたている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J. Craven-Jones, 外 “Infrared Hyperspectral Imaging Polarimeter using Birefringent Prisms”, Applied Optics,（米）,アメリカ光学会, 2011年3月10日, 第50巻第8号
【非特許文献２】A. R. Harvey, 外 “Birefringent Fourier-transform Imaging Spectrometer”, Optics Express,（米）, アメリカ光学会, ２００4年11月1日，第12巻第22号p.5368
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願は、前述の文献に記載されている技術において、ウォラストンプリズムを通して伝搬する際、光のレプリカの波長分散および空間的分離により、干渉性変調が限定的になることに着目した。
【０００７】
そこで本発明は、既知のものに替わる、複屈折に基づいたもので、先行技術のシステムよりも、生成されたレプリカの波長分散および空間的分離の影響が極めて少ないフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、付記の請求項１において定義づけられるフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムに関する。該システムの特定の実施形態は、従属する請求項２乃至請求項１２のなかで述べる。
【０００９】
さらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、例示される好ましい実施形態およびその代替案に関する以下の説明から、より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの一例を示す。
【図２】図２は、図１に準じて作製された試験的なフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムにより得た画像を例示する。
【図３】図３は、図１のシステムの動作を模式的に表す。
【図４】図４は、カメラとして動作する、第２実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの一例を示す。
【図５】図５は、カメラとして動作する、第３実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの一例を示す。
【図６】図６は、顕微鏡として動作する、第４実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの一例を示す。
【図７】図７は、顕微鏡として動作する、第５実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの一例を示す。
【図８】図８は、図７の第５実施形態を用いて得た顕微鏡画像を例示する。
【図９】図９は、図７の構成に準じる可変フィルタによって得た多色光の干渉図形の一例を示す。
【図１０】図１０は、該可変フィルタのスペクトルプロファイルを例示する。
【図１１】ａは、干渉計モジュールの二枚の複屈折板を表し、ｂは、図１１aの板において、ΨＴ＝０を満たす際の、累積位相遅延φを表し、ｃは、位相遅延ΨＴの二つの値のうち、φの第１導関数を表す。
【図１２】図１２は、干渉計モジュールを用いた撮像光学系の概略図を表す。
【図１３】図１３は、相対位相拡散機能としての視度傾向を模式的に表す。
【図１４】図１４は、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム概略図を表す。
【図１５】図１５は、図１、４、および５の実施形態に係るハイパースペクトルカメラを模式的に表す。
【図１６】図１６は、図７の実施形態に係るハイパースペクトル顕微鏡を模式的に表す。
【図１７】図１７は、図６の実施形態に係るハイパースペクトル顕微鏡を模式的に表す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、第１実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム１００を表す。該システムは、対象物の一点あるいはそれ以上の点からの放射（すなわち、光等の電磁放射）による、反射、透過、蛍光、リン光、拡散、射出、散乱（例えば、ラマン）、その他光学処理から発生する照射野のスペクトルを測定するのに使用できる。下記の説明で明確になるように、ハイパースペクトル撮像システム１００は、ハイパースペクトルカメラやハイパースペクトル顕微鏡を得るため、または、可変フィルタリングを行うのに使用可能である。
【００１２】
フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム１００（以降、「ハイパースペクトル撮像システム」と称する）は、光学撮像システム１０６と、可変複屈折コモンパス干渉計モジュール１０３（以降、干渉計モジュールとも称する）と、２次元光検出器１０４と、分析装置１０５とを備える。
【００１３】
光学撮像システム１０６は、対象物１０２の像を生成し、光軸ｚ１を画定するよう構成される。図１に模式的に表すように、対象物１０２の各点から、光束で構成される入力放射ＩＮＲが出現する。
【００１４】
光学撮像システム１０６は、実施する特定の応用にあわせて選択・設計される、一つあるいはそれ以上の光学部品（例えば、レンズや対物レンズ等）を備える。光学撮像システム１０６は、対象物１０２からの入力放射ＩＮＲの入力１０１を有する。図１の例によると、光軸ｚ１は、入力放射ＩＮＲの主伝搬方向と平行である。
【００１５】
入力１０１は、ハイパースペクトル撮像システム１００の部品を収容する筐体の開口であってもよく、例えば、光学部品（レンズ、対物レンズ、あるいは、それらの組合わせ等）を設けてもよい。一般的に、入力１０１は、光学撮像システム１０６の入射窓となる実際の、あるいは仮想の絞りであってもよい。
【００１６】
可変複屈折コモンパス干渉計モジュール１０３（以降、「干渉計モジュール」とも称する）は、可変位相遅延により互いに遅延し、互いに干渉するような、入力放射ＩＮＲのレプリカを生成するよう構成される。干渉計モジュール１０３は、少なくとも可動複屈折子１１０を備え、光学撮像システム１０６の光軸ｚ１に平行な入射光学光線の、共線上レプリカを生成するよう構成される。
【００１７】
２次元光検出器１０４（２Ｄ検出器とも称する）は、干渉計モジュール１０３に光学的に接続され、該レプリカを受け取る。２Ｄ検出器１０４は、この可変遅延に依存する、対象物１０２の複数のデジタル画像を提供するように構成される。
【００１８】
さらに、ハイパースペクトル撮像システム１００は、光検出器１０４に接続された分析装置１０５を備え、ハイパースペクトル形式の対象物１０２を得るための周波数領域に、複数のデジタル画像を変換するよう構成される。分析装置１０５は、光検出器１０４から得たデジタル画像の各点に対応するデジタル信号のフーリエ変換を演算するよう、構成される。
【００１９】
図１に表す実施形態は、特に、ハイパースペクトルカメラとして動作するハイパースペクトル撮像システム１００を示している。
【００２０】
図１の実施形態から分かるように、光学結像システム１０６は、２Ｄ検出器１０４の入射側に対物レンズもしくはレンズ１１４を備える。
【００２１】
干渉計モジュール１０３は、特に、可変ウェッジ対１０７および光学素子１０８を備える。可変ウェッジ対１０７は、透光し、互いに直交偏光な放射成分間に、可変位相遅延を生じさせるよう構成される。
【００２２】
可変ウェッジ対１０７は、第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０を備える。第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０は、両方とも複屈折素材からなる。一例として、第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０は、それぞれ、互いに平行な複屈折素材の光軸ＯＸ１を有する。特に、第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０は、光学プリズムであり、好ましくは、同じ頂点角度を有する。第２光学ウェッジ１１０に接続された第１光学ウェッジ１０９は、可変厚さを有する光学板に相当する。
【００２３】
少なくとも、二つの光学ウェッジ１０９および１１０のうちの一つは、図１で模式的に表すアクチュエータ１１１により、主要方向ｚ１を横断する方向に沿って可動（例えば、平行移動可能）である。具体例において、第１光学ウェッジ１０９は固定され、第２光学ウェッジ１１０は可動である。
【００２４】
ウェッジ対１０７によって導入される可変位相遅延は、第２光学ウェッジ１１０の可変位置に依存する。さらに、一例として、アクチュエータ１１１は、コンピュータ制御された精密平行移動台に接続され得る。あるいは、分析装置１０５は、アクチュエータ１１１によって移動した第２光学ウェッジ１１０から想定される位置値を読み出し、適宜格納する。
【００２５】
なお、第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０は、レプリカの波長分散および空間的分離を避ける、あるいは最小限にとどめるため、互いに非常に近接して設けられていてもよい。一例として、第１光学ウェッジ１０９および第２光学ウェッジ１１０において、それぞれの隣接する斜面間が、０ｍｍ〜１ｍｍほどの距離であってもよい。
【００２６】
光学素子１０８は、（例えば、固定厚さを有する）複屈折板であり、ウェッジ対１０７の光軸ＯＸ１および主要方向ｚ１に垂直な複屈折素材の光軸ＯＸ２を有する。光学素子１０８は、可変ウェッジ対１０７に接続され、互いに直交偏光な放射間の固定位相遅延を導入するよう構成される。
【００２７】
さらに、干渉計モジュール１０３は、入力偏光子１１２を備え、それにより、光軸ＯＸ１および光軸ＯＸ２を横断する、好ましくは,これらの軸に対し４５度で傾斜する、直線偏光の放射出力を可能にする。図示の例によれば、対象物１０２と光学素子１０８の間に、入力偏光子１１２を載置する。
【００２８】
干渉計モジュール１０３は、出力偏光子１１３を、例えば、可変ウェッジ対１０７と光学結像システム１０６の間に介在させる形で、さらに含む。当業者であれば理解できるように、干渉計モジュール１０３における要素の位置順は、図面で示したものと異なっていてもよい。必要に応じて、上述した部品のいくつかは、互いに接着され得る。
【００２９】
図１のシステム１００の動作を参照すると、対象物１０２の各点からの放射ＩＮＲは、干渉計モジュール１０３および対物レンズまたはレンズ１１４を通って伝搬し、２Ｄ検出器１０４に集光されることが確認される。特に、入力偏光子１１２により、例えば、光軸ＯＸ１および光軸ＯＸ２に対して４５度に設定された入力ビーム偏光において、光学素子１０８は、複屈折素材のファスト軸およびスロー軸に沿って伝搬する光の、二つの直交偏光成分間で、固定位相遅延を生じさせる。このファスト軸およびスロー軸は、複屈折板の出力における直線偏光を維持するため、電磁波が有すべき偏光方向として画定される。ファスト軸に沿って偏光された波形は、スロー軸に沿って偏光されたものよりも、速い速度で部材内を移動するため、両軸は互いに異なるものである。
【００３０】
可変ウェッジ対１０７は、光学素子１０８とは逆符号の位相遅延を生じさせる。図１で示す例の通り、第２光学ウェッジ１１０を移動させることで、あるいは、光学ウェッジ１０９および１１０の両方を移動させることで、可変ウェッジ対１０７の光路を継続的に変化させることができ、これにより、該光の、二つの直交偏光成分間で、位相遅延を変化させることができる。
【００３１】
光学素子１０８および可変ウェッジ対１０７の組合わせにより、位相遅延を、正の値から負の値までの範囲で設定することができる。出力偏光子１１３は、二つの遅延レプリカを、共通偏光状態に投影することで、両レプリカの干渉を実現する。
【００３２】
上述の通り、第１ウェッジ１０９および第２ウェッジ１１０のうちの一つの位置Δｚをスキャンすることにより、二つのレプリカ間の位相遅延を継続的に変化させることができる。撮像システムが対象物Ｓ（ｘ，ｙ，Δｚ）の画像を取得することで、各ウェッジ位置Δｚを得る。ここで、（ｘ，ｙ）は、２Ｄ検出器１０４上の像点の空間座標である。
【００３３】
図３ａは、２Ｄ検出器１０４で検知した時間遅延ｔ（位相遅延に対応）だけ遅延した、二つのレプリカ像ＩＭ１およびＩＭ２を抽象的に表す。レプリカ同士の干渉は、ウェッジ位置Δｚの異なる値と、二次元画像の一画素に対応する画像（ｘ，ｙ）の各空間座標によってなされる。
【００３４】
互いに異なるウェッジ位置にある複数の画像ＩＭｎ（図３ｂ）を重ね合わせ、遅延による干渉画像Ｓ（ｘ，ｙ，Δｚ）を得る。特に、複数の画像ＩＭｎに対応するデジタル信号は、分析装置１０５に格納される。
【００３５】
分析装置１０５は、フーリエ変換（ＦＴ）手法により、このデジタル信号を周波数領域に変換し、下記式（数１）を導く。
【００３６】
【数１】
2021534377.tif 000003
【００３７】
関数Ｓ（ｘ，ｙ，ω）は、いわゆる超立方体と呼ばれるもので、画像の座標（ｘ，ｙ）における各点のスペクトルを導出する。図３ｃは、Ｓ（ｘ，ｙ，ω）超立方体（ＨＹ−Ｃ）を表す。
【００３８】
図２は、上述したタイプのシステムにより得られた実験結果を示す。図２ａは、第２光学ウェッジ１１０の位置Δｚの関数による画像を表す。図２ｂは、図２ａの画像のマップをフーリエ変換することにより得られた異なる波長（左から右の順に、５９５ｎｍ，６４０ｎｍ、６８５ｎｍ）における画像を表す。図２ｂは、特定の３つの周波数（または、同様に、波長）での画像における超立方体Ｓ（ｘ，ｙ，ω）の投影を表していることが見て取れる。
【００３９】
図４は、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム１００を符号２００に変えて示した第２実施形態を表す。図４のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム２００は、図１のものと類似しているが、例えば、出力偏光子１１３と対物レンズまたはレンズ１１４の間に載置する、ビームスプリッタ１１５をさらに備える。
【００４０】
ビームスプリッタ１１５（例えば、二色性）は、入射した放射線を、主要方向ｚ１に沿って伝搬する第１部と、副方向ｚ２に沿って伝搬する第２部とに分ける。
【００４１】
副方向ｚ２に沿って、追加の（光軸ｚ２を有する）光学撮像システム１１６を、追加の２次元光検出器１１７とともに設ける。（分析装置１０５に接続された）追加の２次元光検出器１１７および２次元光検出器１０４は、異なるスペクトル領域における感度を示している。一例として、追加の２次元光検出器１１７は、２次元光検出器１０４の感度とは異なるスペクトル領域において、適切に動作する感度を有し得る。したがって、追加の光学撮像システム１１６および追加の２次元光検出器１１７により、検出器１１７および１０４の感度範囲を組み合わせたものである、広範囲のスペクトル領域におけるハイパースペクトル形式の対象物１０２が得られる。
【００４２】
図５は、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム１００を符号３００に変えて示した第３実施形態を表す。第３実施形態によると、光学撮像システム１０６は、干渉計モジュール１０３の入力側に載置した第１コリメートレンズ１１９と第２コリメートレンズ１２０を含む光学システム１１８をさらに備える。光学システム１１８により、干渉計モジュール１０３への光線がよりコリメートされ、干渉パターンの視度がより改善される。
【００４３】
好ましくは、光学システム１１８は、さらに、光学システム１１８自体の絞り値を調整するよう構成された絞り１２１を備える。前述の実施形態で説明したように、第３実施形態３００は、ハイパースペクトルカメラとして動作し得る。第１コリメートレンズ１１９を、入力１０１の一例として捉えてもよい。
【００４４】
図６に示す第４実施形態４００を説明する。第４実施形態４００は、図１のものと類似するハイパースペクトル撮像システムであるが、ハイパースペクトル顕微鏡として動作するよう構成される。
【００４５】
図１を参照して説明した部品に加え、第４実施形態４００は、干渉計モジュール１０３の入力側に載置した顕微鏡対物レンズ１２２および干渉計モジュール１０３の出力側に載置したレンズ鏡筒１２３を備える、撮像光学系１０６を含む。
【００４６】
顕微鏡対物レンズ１２２により、所望の顕微鏡拡大率が得られる。第４実施形態の動作は、図１を参照して説明したものと類似する。
【００４７】
図７は、第４実施形態４００に類似する、第５実施形態５００である。第５実施形態５００によると、ハイパースペクトル顕微鏡は、顕微鏡対物レンズ１２２およびレンズ鏡筒１２３を干渉計モジュール１０３の入力側に載置し、カメラ対物レンズまたはレンズ１１４を２Ｄ検出器１０４の入力側に載置することで、構成される。
【００４８】
図８は、図７の第５実施形態を利用して得た顕微鏡画像を示す。特に、図８は、原色ＲＧＢの光を発する素子による、スマートホン画面の一画素（破線で囲んだ領域）の画像を示す。図８ａは、サンプルの白黒原画像を示し、図８ｂは、ハイパースペクトル顕微鏡で測定した画像の三点における放射線スペクトルを示す。
【００４９】
第６実施形態によると、光シャッタ１２４を第５実施形態５００の構成に追加することで、シャープ可変フィルタ６００を得ることができる。この第６実施形態によれば、位置Δｚを適切に選択することで、シャープ可変フィルタリングを実装することが可能となる。フィルタ６００は、その中心波長とスペクトル幅を、ほどよい柔軟性で制御できる。これにより、不特定の背景から区別が必要となる、いかなるサンプル１０２の放射波長にもスペクトル合致する、準単色画像を得ることができる。したがって、分子生物学分野で広く使用される特定の蛍光ラベリングを強調表示する、容易に再構成可能な顕微鏡を設置することが可能となる。最も一般的なバイオマーカー（例えば、シアニン染料や、ＧＦＰ、ＤｓＲｅｄといった遺伝子組み換えマーカー等）のうち、一つ、あるいはそれ以上のラベリング剤も、たった数枚の画像を取得するだけで、同一の顕微鏡野内で、分離することが可能である。この手法の利点として、各分光フィルタの合成において、必要な画像取得数がたった二枚であるため、スペクトル全体の取得に際し、測定および処理にかかる時間を大幅に削減することができる点が挙げられる。
【００５０】
光シャッタ１２４は、図７で示した位置とは異なる位置、例えば、２Ｄ検出器１０４の入力側に載置してもよく、また対象物１０２の照射を制御するいかなる装置であってもよいことが見て取れる。シャッタ１２４は、光の透過の入／切を切り替える光学装置、または対象物１０２の照射光を遮断する電子回路により構成されてもよい。
【００５１】
2021534377.tif 000004
【００５２】
【数２】
2021534377.tif 000005
【００５３】
2021534377.tif 000006
【００５４】
同時に、全ての露光は、２Ｄ検出器１０４によって統合され、単一画像を生成する。これは、写真撮影や「多重露光」と呼ばれる科学的撮像において利用される既知の手法によって実施される。
【００５５】
2021534377.tif 000007
【００５６】
【数３】
2021534377.tif 000008
【００５７】
そして、遅延の{ΔＺｎ}Ｑｕａｄのセットに対し、第２画像を取得し、いわゆる「直交」画像を得る。
【００５８】
2021534377.tif 000009
【００５９】
最終的に、等式（３）の直交画像を、等式（２）の位相画像から減算することで、必要なスペクトル選択性が得られる。これは、事実上除去される、あるいは少なくとも、大きく減衰されるノイズから、信号を抽出するためである。この減算は、分析装置１０５によって実行することができる。分析装置１０５は、光シャッタ１２４も制御しており、光シャッタ１２４は、位相および直交セットに対応する第２ウェッジ１１０の位置で、入／切が切り替わる。この時、第２ウェッジ１１０は、継続的に移動している。
【００６０】
2021534377.tif 000010
【００６１】
上述の方法では、ウェッジの速度および、シャッタ１２４の時間定数（マイクロ秒範囲）によってのみ左右される、ごく短い時間の間に、位相および直交画像を取り出すことができる。
【００６２】
なお、第６実施形態６００によれば、分析装置１０５は、２次元光検出器１０４によって得たデジタル画像の、フーリエ変換のデジタル演算を実行しない。当然、光遮断（例えば、シャッタ１２４の動作）と関連する画像サンプリングと、２次元光検出器１０４による露光シーケンス（累計と同等）との組み合わせは、離散フーリエ変換に対応する。
【００６３】
図９は、多色放射ＩＮＲの干渉図形の一例を示す。位相（丸点）および直交（四角点）の条件に対応する、（干渉図形のサンプリングを行う）露光は、干渉図形内のマーカーで示される。
【００６４】
図１０は、選択された波長の透過率に特化した、対応する合成フィルタのスペクトルプロファイルを示す。Ｎが増加することで、フィルタがよりシャープになり、側帯域が低減されることが実証される。画像取得において、取得した光のスペクトルは、サンプルの放射線スペクトルを合成フィルタのスペクトルで乗算した積として、導出される。
【００６５】
上述の実施形態のうちいずれか一つによるフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムは、光学素子の透過性および二次元検出器１０４の感度によって決定される波長域において、動作可能である。この波長域は、例えば（限定されるものではないが）、１８０ｎｍ〜３，５００ｎｍ（α−ＢＢＯ（α−ＢａＢ２Ｏ４）を複屈折素材として使用）、５００ｎｍ〜５，０００ｎｍ（ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を複屈折結晶として使用）、４００ｎｍ〜２０，０００ｎｍ（塩化第一水銀（Ｈｇ２Ｃｌ２）を複屈折結晶として使用）である。
【００６６】
医薬品分野、農業分野、食品品質管理、材料識別、芸術作品のマッピングや、リモートセンシングといった様々な分野で、位置関数としての、サンプルのスペクトル特性に関する重要情報を取得する際に、ハイパースペクトル画像の撮影が常用される場面において、上述の実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムを採用することができる。
【００６７】
ハイパースペクトル画像は、特に赤外線領域において、表層下の情報を取得する際に有用であることがみとめられ、また、下記の（ただし網羅的ではない）例示に含まれるような、種々の場面で応用されている。
ｉ）マイクロレベルの炭化水素浸出を検出することで、油田発見の糸口となること。
ｉｉ）森林や農業分野における農作物畑の分析。
ｉｉｉ）絵画の下層にある下絵をあぶりだし、贋作を見分けること。
ｉｖ）書類・指紋検出、犯行時期を割り出すための血痕検出といったの法医学分析。
【００６８】
上述のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムは、既知のハイパースペクトル撮像システムに対し、いくつかの利点を有する。
【００６９】
特に、フーリエ変換手法を採用した場合、以下のような利点が得られる。
・一度に全ての波長が測定されるため、２Ｄ検出器１０４に到達する光量子数を増やし、それにより測定回数を減らすことができる。これにより、検出器ノイズによって感度が限定される検出領域において、高い信号対雑音比を得る（すなわち、いわゆるフェルゲットの利得）。
・他の光学系にみられる入口／出口スリットがないことで、高い光学スループットを得る（ジャキノの利得）。
・ハードウェアに変更を加える必要なく、ソフトウェアを介して、ユーザが直接、可動ウェッジのスキャン範囲を異ならせることにより、周波数解像度を容易に調整できる。
・光学スループットに影響を与えることなく、スペクトル解像度を上げられる。
・既述のハイパースペクトル撮像システムは、現在利用可能な技術よりも優れた、サブナノメータの波長解像度を有する。
・既述のハイパースペクトル撮像システムは、各画素で連続スペクトルを取得し、また、フィルタを採用しているものと同様に離散波長だけに限定されない。
・既述のハイパースペクトル撮像システムは、可変フィルタ手法のものと比較して、より広い動作スペクトル帯域幅を有し、該帯域幅は、紫外線領域から赤外線領域までをカバーできる。
・既述のハイパースペクトル撮像システムは、正確かつ再現性が高いため、他の技術とは異なり、頻繁な修正が必要ない（コンヌの利得）。
【００７０】
また、既述のハイパースペクトル撮像システムは、下記の利点をさらに有する。
・画像取得が平行して行われるため、ラスタスキャンを防ぎ、より早い取得が可能となる。
・干渉計モジュール１０３がコンパクト設計であるため、ハイパースペクトル撮像システムは、非常にシンプルでコンパクトなものとなっており、先行技術と比較した際、コスト削減に寄与している。
・ハイパースペクトル撮像システムは、複屈折結晶をベースとしているため、温度変化や環境条件の影響を受けにくい。また、コモンパスジオメトリを採用することで、二つのレプリカを空間的に区切る、他のフーリエ変換手法において通常好ましくないとされる機械振動に対し、堅牢性を有する。これは、液晶技術をベースとしたスキャン技術に対しても、利点を発揮する。
・複屈折板１０８およびウェッジ対１０７を、この特定の配置にすることで、空間的一貫性が生まれる。これは、高明暗干渉パターンを得る上での前提条件であり、信号対雑音比を改善する。
【００７１】
非特許文献１および非特許文献２で説明した先行技術と比較すると、ここに記載したハイパースペクトル撮像システムでは、レプリカの波長分散および空間的分離による、限定的な干渉性変調はみられない。
【００７２】
上記した先行技術文献において採用されているウォラストンプリズムは、光を二つの直交偏光レプリカに分割し、その後、プリズムが角度的に分離され、撮像検出器の前に、他の光学部材（すなわち、レンズ）により再び統合される必要がある。この二つの光レプリカが、検出器において、異なる方向から干渉するため、二つの光線の波面が、それに応じて傾斜する。これにより、検出器において、干渉性変調の損失が発生し、信号対背景比が低減する。
【００７３】
さらに、ウォラストンプリズムは、角度的に異なる光スペクトル成分に分離させ、これにより、検出器での干渉性変調がさらに低減する。これは、二つの直交偏光レプリカにおいて、同じ色同士が、カメラとわずかに異なる位置で衝突し、それにより干渉信号が低減されるからである。
【００７４】
この二つの望ましくない働きは、本ハイパースペクトルシステムにおいて、大きく軽減される。これは、二つのウェッジ１０９および１１０が互いに近い位置に配置され、二つのウォラストンプリズムを設ける場合と比べ、分離およびスペクトル分散の両方の働きが、無視できる程度になるためである。
【００７５】
なお、最大干渉遅延、ひいては最大スペクトル解像度を増加させる目的で、二つのウォラストンプリズムを大きくすればするほど、上記二つの問題はより顕著になる。
【００７６】
（付記）
以下の段落において、干渉計モジュール１０３の特性を説明し、フーリエ変換ハイパースペクトル撮像システム１００乃至６００で使用される干渉計モジュール１０３を設計するにあたり、追加の好ましい例示についても、述べる。
【００７７】
なお、干渉計の性能を認定する指数は、干渉計が位相遅延関数により作成する干渉図形の視度にある。視度νは、以下のように規定される（数４）。
【００７８】
【数４】
2021534377.tif 000011
【００７９】
ここで、文字Ｉは、光強度を表す。視度νは、０（干渉縞が検出されない最低値）から１（干渉縞の変調が１００％の最高値）の範囲をとる。
【００８０】
撮像システムは、下記３つの側面により特徴づけられる。
（ｉ）拡張された対象物あるいは光景から光が生じるため、広い視野から集光できる。
（ｉｉ）各点から生じる光が発散野である。
（ｉｉｉ）光が二次元マトリックス検出器によって集められ、そのいずれの画素も、光景の一点を撮像する。
【００８１】
対象物や光景の汎用点をＰとし、その像を撮影する検出器の画素をＪとする。干渉計が撮像システムに応用される場合、干渉計は、位相遅延関数として一連の画像を生成する。
【００８２】
いずれの画素Ｊも干渉図形を記録し、該干渉図形は、対応する点Ｐに関する情報を有する。
【００８３】
一般的に、好ましい基準として、以下のように規定される。すなわち、好ましい実施形態のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムにおいて、画像の画素Ｊにおける、干渉図形の視度は、ν＞νminで表される所定の閾値よりも大きい。
【００８４】
まず、どのパラメータが、汎用画素Ｊの干渉縞視度νに影響を及ぼすかについて考察する。以下、角周波数ωを有する単色波について考察する。
【００８５】
［複屈折干渉計における位相シフトの前提］
撮像システムの干渉縞視度を評価するにあたり、汎用光伝搬方向における干渉計モジュール１０３の挙動を評価する。
【００８６】
図１１ａは、交差する光軸を有する、二枚の複屈折板ＡおよびＢを示す。ブロックＢはウェッジ対１０７を、ブロックＡはバイアスプレート（上述の光学素子１０８に対応）を表すが、空気空間は簡素化のため、ここでは注視しない。このシステムは、入射角αでいずれの方向から伝搬する視野の遅延レプリカを生成するのに適用可能である。以下、干渉計モジュール１０３の位相遅延ΨＴが、α＝０で伝搬する（すなわち、ウェッジ表面を法線上に伝搬する）光の二つのレプリカ間に介在する位相遅延として、画定される。
【００８７】
ここで、法線方向に対して傾斜して伝搬する光について考察する。垂直および水平偏光成分は、相対位相シフトφを蓄積させることが分かった。グラフｂにおいて、ΨＴ＝０（すなわち、両板が同じ厚さＬを有する）であるときの、αの関数にφをプロットした。φは、厚さＬ＝２．４ｍｍのα−ＢＢＯブロックで、λ＝６００ｎｍの波形の場合に評価した。
【００８８】
特に、図１１ａは、複屈折システムへの入射光の垂直偏光レプリカ（Ｖｌ）および水平偏光（Ｐ１）レプリカの光路を表し、破線は異常光を、実線は、常光を示す。
【００８９】
図１１ｂは、入射角αがφに大きく影響することを示す。ここでは、この影響が視度に及ぼすインパクトについて説明する。撮像システムでは、光景における各点から生じる光Ｐは、光束として表すことができ、この光束は、像面において、干渉計や撮像光学系を通って、対応する画素Ｊに入る（図１２）。特に、図１１ｂは、交差偏光レプリカで蓄積された相対位相φを、Ｔ＝０のときのαの関数として表す。
【００９０】
図１２は、干渉計モジュール１０３に接続された光学撮像システム１０６の模式図であり、対象物点Ｐ（１０２）から画像Ｊまで移動する光束を表す。線ＲＹは、第ｉ汎用光線を示す。干渉計モジュール１０３を通過後、光線は、相対位相シフトφｉを有する、二つの遅延波レプリカ（実線および破線）が重なったものとなる。
【００９１】
図１２の撮像システムに載置された干渉計モジュール１０３は、各第ｉ汎用光線に対し、二つの位相遅延（ΨＴ＋φｉ）レプリカを生成する。これは、垂直偏光線の基準系として、下記の等式（数５）のように表せる。
【００９２】
【数５】
2021534377.tif 000012
【００９３】
ここで、単位振幅は、簡易なものとして扱い、ΨＴおよびφｉは、相対位相遅延として、下記のように定義する。
・ΨＴは、板の厚さをスキャンすることによって導出される。二枚の板（ＡおよびＢ）の厚さが同じとき、ΨＴ＝０となる。
・φｉは、図１１に示した伝搬方向に依存する。
【００９４】
所定の位相遅延ΨＴにおいて、Ｐ（１０２）からの全ての光線が画素Ｊで重なると、以下のように表せる（数６）。
【００９５】
【数６】
2021534377.tif 000013
【００９６】
累計を取ると、得られた干渉図形の強度＜ＥＪ（Ｔ）２＞は、位相シフトφｉの寄与度に依存することが分かる。数値として視度を評価するには、ΨＴ＝０の近似でΨＴをスキャンすることで充分である（Born-Wolf, “Principles Of Optics”,ケンブリッジ大学出版局，（英），２００5年，頁298を参照）。
【００９７】
光束の位相シフトφｉが、φ１からφ２をとるとき、下記のことが言える。
・図１３に示す通り、視度νは、位相拡散（数７）に依存する。
・いわゆるゼロパス差、つまり、干渉図形におけるゼロ遅延は、数８のとき、Ψ０＝<φ>でシフトする。
【００９８】
【数７】
2021534377.tif 000014
【００９９】
【数８】
2021534377.tif 000015
【０１００】
図１３が、相対位相拡散Δφの関数として、ＣＷ波レプリカのセットの干渉図形の視度を表していることは、明らかである。
【０１０１】
なお、全ての光線が同じ位相シフトφである場合（すなわち、Δφ＝０）、視度は、ｖ＝１を満たす。
【０１０２】
所定の閾値ｖｍｉｎよりも、ｖを大きくした場合、位相範囲Δφは、Δφｍａｘよりも小さくなければならない。特に、干渉撮像システムの場合、条件ｖ＞ｖminは、像面の全ての画素において満たされていることが好ましい。
【０１０３】
ここで、ｄφ／ｄαがφの第１導関数であるとき、数９とすると、φはαに依存し、位相拡散Δφは、Δαに依存する。図１１ｃは、位相遅延ΨＴの二つの値に対し、φの第１導関数をプロットし、ΨＴ＝０であるときに、最大値に対応する最重要構成が得られることを示している。これにより、ΨＴ＝０である場合にのみ着目する。
【０１０４】
【数９】
2021534377.tif 000016
【０１０５】
［本発明のフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムにおける設計基準例］
図１４は、その光学系に干渉計モジュール１０３を備えた、上述の実施形態によるフーリエ変換ハイパースペクトル撮像システムの模式図を表す。光学システム（Ｉ）は、点Ｐ（対象物１０２）から干渉計モジュール１０３（例えば、撮像システム１０６のレンズや対物レンズ）までの間の全ての光学部品を含む。光学システム（ＩＩ）は、干渉計から２Ｄ検出器１０４（例えば、撮像システム１０６のレンズや対物レンズ）までの間のすべての光学部品をグループ化したものである。
【０１０６】
線ＲＹ１および線ＲＹ２は、ＰからＪに向かって移動する、周辺の光束である。それらの光束は、それぞれ、複屈折干渉計モジュール１０３に対して、角度α１および角度α２で突き当り、それにより、全ての光束は、角度範囲α１からα２をとる。平均角度は、数１０である。
【０１０７】
【数１０】
2021534377.tif 000017
【０１０８】
これらのことから、ハイパースペクトル撮像システムを構築する好ましい基準を提示することができる。この基準により、設計手順における好ましい例示が定義される。
【０１０９】
好ましい撮像システムは、どの画素においても高い視度νを有し、Ｐから画素Ｊに移動する光束が、位相範囲（数１１）を取る。
【０１１０】
【数１１】
2021534377.tif 000018
【０１１１】
好ましくは、最大位相差ΔΨmaxは、１．０π（ｒａｄ）から１．８π（ｒａｄ）までの範囲をとる。より好ましくは、Δφmaxは、１．０π（ｒａｄ）以下である。特に、Δφmaxが１．０π（ｒａｄ）以下の場合、視度ν＞０．９が得られる。Δφmaxが１．５π（ｒａｄ）以下の場合、視度ν＞０．５５が得られる。Δφmaxが１．８π（ｒａｄ）以下の場合、視度ν＞０．２１が得られる。
【０１１２】
図１１ｂによると、これは、数１２を満たす特定の面に複屈折干渉計モジュール１０３を載置することが得られる。つまり、数１３の積は、Δφmaxよりも小さくなければならない。以下、この汎用的で好ましい法則を、三つの撮像システムの設計に応用する。
【０１１３】
【数１２】
2021534377.tif 000019
【０１１４】
【数１３】
2021534377.tif 000020
【０１１５】
［リモートセンシング用ハイパースペクトルカメラ］
この段落では、図１、図４および図５の実施形態（実施形態１００、２００、３００）を参照する。ハイパースペクトルカメラを図１５に示し、複屈折干渉計モジュール１０３と、径Ｄおよび焦点距離ｆを有するカメラレンズ１１４と、二次元検出器１０４とからなるものとする。
【０１１６】
この構成は下記の通りである。
・周辺光線（ＲＹＵおよびＲＹＤ４）の入射角は、それぞれ、α１からα２である。偏差（数１４）は、径Ｄと対象物１０２からの距離ｈ（ｈ＞＞ｆ）に依存する（数１５）。
・α０の最大値は、二次元検出器１０４の大きさやレンズ焦点距離ｆに左右されるカメラ視野に依存する。
【０１１７】
【数１４】
2021534377.tif 000021
【０１１８】
【数１５】
2021534377.tif 000022
【０１１９】
検出器のすべての画素Ｊにおいて高い視度を有するカメラを設計するにあたり、最も不利な条件、つまり、最大偏差Δφを有する光線を出す点Ｐについて着目するのがよいだろう。図１５ｂで実証されているように、そうした点は、αの関数として位相遅延φを示す図１１ｂの曲線が、最大傾斜ｄφ／ｄαを有する視野内の端に位置する。
【０１２０】
実施例：
カメラレンズ径：Ｄ＝５ｍｍ
対象物距離：ｈ＝１ｍ
２Ｄ検出器：１／１．８″；カメラレンズｆ＝２５ｍｍ；
視野：１５．４度；α０の最大値＝７．７
以上の条件が与えられた場合、下記（数１６）を満たす。
【０１２１】
【数１６】
2021534377.tif 000023
【０１２２】
図１２より、この場合の視野端における、画素に対する視度νは、ν＞０．９であると結論付けられる。
他のすべての画素の明度はこの値よりも高くなる。
【０１２３】
これらの数値に基づくと、撮像システムのカメラ対物レンズの前に干渉計モジュール１０３を載置することで、高視度ハイパースペクトルカメラが構築できることが分かる。
【０１２４】
［均一ゼロパス差を有するハイパースペクトル顕微鏡］
この段落は、図７の実図施形態５００を参照する。
【０１２５】
顕微鏡は、図１６に示されており、下記要素から構成される。
・倍率Ｍおよび絞り値Ｎ．Ａ．を有する無限補正対物レンズ１２２。焦点距離が顕微鏡対物レンズを特徴付ける主要パラメータでなくても、焦点距離ｆ０を推定することが可能である。
・焦点距離ｆＴＬ、例えば、Ｍ＝ｆＴＬ／ｆ０のレンズ鏡筒１２３。
・レンズ鏡筒１２３の焦点面に位置する複屈折干渉計モジュール１０３。
・複屈折干渉計の像面を２Ｄ検出器１０４に生成する、２Ｄ検出器１０４に取り付けた副撮像システム（対物レンズまたはレンズ１１４）。
【０１２６】
なお、対物レンズ１２２からレンズ鏡筒１２３までの距離およびレンズ鏡筒１２３から干渉計モジュール１０３までの距離は、互いに等しく、また焦点距離ｆTLとも等しい。
【０１２７】
顕微鏡対物レンズの絞り値Ｎ．Ａ．は、周辺（すなわち、周縁）光線によってなす角度θの正弦波として規定される。
【０１２８】
この構成によると、
・周辺光線の入射角（ＲＹＵおよびＲＹＤ）はそれぞれ、−αおよび＋αであって、αは、対物レンズ１２２の絞り値Ｎ．Ａおよびその横倍率Ｍに依存するが、Ｐの位置には左右されない。実際、顕微鏡野内の対象物面のいかなる点であっても、球面収差のない光学システムにおけるアッべ数正弦条件において、下記（数１７）の通り導き出される。
【０１２９】
【数１７】
2021534377.tif 000024
【０１３０】
ここで、ｎ０とｎｉは、対象物と画像空間の屈折率をそれぞれ表し、ｈ０とｈｉは、対象物の大きさとレンズ鏡筒によって生成された像の大きさとを表す。最後に、ｓｉｎ（θ）は、対物レンズ１２２の絞り値Ｎ．Ａ．を表す。光学システムの両側における屈折率が互いに等しいとすると、Ｍ＝ｈｉ／ｈＯであるため、αに対する下記等式（数１８）が容易に導き出せる。
【０１３１】
【数１８】
2021534377.tif 000025
【０１３２】
αは、一般的に非常に小さいため、数１９とみなすことができ、最終的には下記等式（数２０）が導き出される。
【０１３３】
【数１９】
2021534377.tif 000026
【０１３４】
【数２０】
2021534377.tif 000027
【０１３５】
入射角の平均は、いずれの点Ｐにおいても、α０＝０である。図１１ｂからも明らかなように、入射角α０＝０のとき、第１導関数導ｄφ／ｄαは０である。
【０１３６】
その結果、いずれの点Ｐにおいても、φは、−φ（α）から＋φ（α）の値をとる。これは以下の事項を意味する。
ｉ）ゼロパス差Ψ０＝<φ>は、画像のすべての画素において、０に等しくなる。
ｉｉ）Δφ＝φ（α）
【０１３７】
実施例：
下記特徴を有する顕微鏡の場合を考える。
・Ｍ＝１０
・Ｎ．Ａ．＝０．３
・ｆ０＝２０ｍｍ
・ｆＴＬ＝２００ｍｍ
【０１３８】
この場合、以下の数２１となる。
【０１３９】
【数２１】
2021534377.tif 000028
【０１４０】
図１２より、全ての画素の視度が下記式（数２２）を満たすと推測される。
【０１４１】
【数２２】
2021534377.tif 000029
【０１４２】
これらの数値に基づくと、レンズ鏡筒１２３の焦点面に複屈折干渉計１０３を載置することで、高視度ハイパースペクトル顕微鏡が構築できることが分かる。
【０１４３】
さらに、この構成によると、ゼロパス差Ψ０＝<φ>は、画像のすべての画素において、０に等しくなるため、特に、第６実施形態６００を参照して説明したフィルタリング処理への応用に適している。
【０１４４】
［最大視度を有するハイパースペクトル顕微鏡］
この段落は、図６の実施形態４００を参照する。
【０１４５】
顕微鏡は、図１７に示されており、焦点距離ｆＯを有する無限補正対物レンズ１２２と、顕微鏡対物レンズ１２２の後に位置する複屈折干渉計モジュール１０３と、レンズ鏡筒１２３と、光検出器１０４とから構成される。
【０１４６】
この構成によると、
・点Ｐから発せられるすべての光線は、同じ角度α０で複屈折干渉計に突き当り、それにより、画像各点において、数２３となり、数２４が満たされる。これは、画像内のすべての点において、ｖ＝１に対応する。
【０１４７】
【数２３】
2021534377.tif 000030
【０１４８】
【数２４】
2021534377.tif 000031
【０１４９】
・対象物１０２の大きさおよび焦点距離ｆ０に、その最大値が依存するα０は、画像の各画素において異なる。
【０１５０】
【数２５】
2021534377.tif 000032
【０１５１】
ここで、ｈ０は、対象物点Ｐの高さを表す。
【０１５２】
その結果、いずれの点Ｐ、φ＝φ（α０）においても、ゼロパス差Ψ０＝<φ>は、画像の各画素において異なる値をとる。
【０１５３】
実施例：
下記特徴を有する顕微鏡の場合を考える。
・ｆ０＝２０ｍｍ
・ｈ０Ｍａｘ＝１ｍｍ
この場合、画像において、α０は、０度から２．８６度の値をとる。一方、各画素における数２６は、ｖ＝１に対応する。
【０１５４】
【数２６】
2021534377.tif 000033
【０１５５】
これらの数値に基づくと、顕微鏡対物レンズ１２２の後に複屈折干渉計モジュール１０３を載置することで、高視度のハイパースペクトル顕微鏡が構築できることが分かる。
【０１５６】
［可変フィルタ６００］
図１６の構成において、ゼロパス差Ψ０＝<φ>画像のすべての画素において、０であるため、シャープ可変フィルタ処理に応用することができ、周波数ｆ（数２７）の帯域を通過した画像が取得可能である。
【０１５７】
【数２７】
2021534377.tif 000034
【０１５８】
既に説明したように、プロトコールは、二つのマップ、すなわち位相と直角位相のみを必要とする。各マップは、特定の遅延で取得した画像を重ね合わせたものである。Ｔ／２の偶数倍数（もしくは、Ｔ＝１／ｆであるときのＴの整数倍と同等）である遅延で取得した画像から、位相マップを得る。一方、直角位相マップは、Ｔ／２の奇数倍数である遅延で取得した画像から、得られる。位相マップから直角位相マップを減算することで、ｆに関する情報が得られる。
【０１５９】
2021534377.tif 000035
【図１】
2021534377.tif 000036
【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
2021534377.tif 000038
【図３ａ）】
2021534377.tif 000039
【図３ｂ）】
2021534377.tif 000040
【図３ｃ）】
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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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【図１１ａ）】
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【図１１ｂ）】
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【図１１ｃ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ）】
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【図１５ｂ）】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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