(57)【要約】  赤外線レーザを回転拡散板から反射させ、かつその拡散光をマルチモード光ファイバ内に結合させることによってレーザスペックルを低減させる方法。赤外線レーザ、可視レーザ、発泡体およびカメラを有する光熱スペックル分光装置も開示する。赤外線および可視レーザの焦点を発泡体に合わせ、それにより可視レーザを散乱させる。カメラは、ＩＲレーザをオンにした場合に変化するスペックルパターンを記録する。光熱スペックル分光法の関連する方法も開示する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線（ＩＲ）レーザ入射ビームの焦点を回転拡散板に合わせる工程と、
拡散レーザ光をマルチモード光ファイバ内に結合させる工程と
を含む、スペックルを低減させる方法。
【請求項２】
試料を反射対物レンズの視野の一部を覆う前記マルチモード光ファイバからの光で照明する工程をさらに含み、前記反射光はマイクロボロメータに送られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マルチモード光ファイバから離れている試料を前記マルチモード光ファイバからの光で照明する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
スイッチがオンおよびオフされる赤外線（ＩＲ）レーザと、
常にオン状態である可視レーザと、
試験される分析物を含む基板と、
カメラと
を備え
前記ＩＲレーザおよび前記可視レーザを前記基板に方向づけて前記可視レーザを散乱させ、前記カメラはスペックルパターンを記録し、かつ前記ＩＲレーザをオンにした場合に前記スペックルパターンが変化することを特徴とする、
光熱スペックル分光装置。
【請求項５】
前記基板は発泡体である、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項６】
前記基板はポリエチレン発泡体である、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項７】
前記基板は、メタマテリアルまたはＩＲ吸収を抑制するように設計された他の構造体である、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項８】
ＩＲレーザで照明されたフレームと照明されていないフレームとの間での前記スペックルパターンにおける変化は、前記カメラによって記録された画像を相関させることによって決定される、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項９】
その一部が前記基板に方向づけられ、かつそれ以外の部分が前記カメラによって記録される前に前記反射されたスペックルパターンを干渉するように、前記ＩＲレーザを分割させる、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項１０】
光熱スペックル分光法は、前記ＩＲレーザ波長を別個に段階的または連続的に調整することによって異なる波長で行うことができる、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項１１】
前記ＩＲレーザはそのままであり、かつ前記ＩＲレーザ波長を段階的または連続的に変化させる、請求項４に記載の光熱スペックル分光装置。
【請求項１２】
スイッチがオンおよびオフされる赤外線（ＩＲ）レーザおよび常にオン状態である可視レーザを、前記可視レーザを散乱させる基板であって試験される分析物を含む基板に方向づける工程と、
前記ＩＲレーザをオンにした場合に変化するスペックルパターンをカメラで記録する工程と
を含む、光熱スペックル分光方法。
【請求項１３】
前記基板は発泡体である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板はポリエチレン発泡体である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、メタマテリアルまたはＩＲ吸収を抑制するように設計された他の構造体である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
ＩＲレーザで照明されたフレームと照明されていないフレームとの間での前記スペックルパターンにおける変化は、前記カメラによって記録された画像を相関させることによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
その一部が前記基板に方向づけられ、かつそれ以外の部分が前記カメラによって記録される前に前記反射されたスペックルパターンを干渉するように、前記ＩＲレーザを分割させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＩＲレーザ波長を別個に段階的または連続的に調整することによって前記方法を異なる波長の前記ＩＲレーザで繰り返す、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＩＲレーザはそのままであり、かつ前記ＩＲレーザ波長を段階的または連続的に変化させる、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザスペックルの低減および光熱スペックル分光のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線（ＩＲ）レーザ（波長可変量子カスケードレーザ（ＱＣＬ）など）はそれらの高輝度により、遠隔分光法および顕微分光法の両方において非常に魅力的な照明源である。実際にそれらは微量レベルの分光を可能にする装置である。しかし、レーザビームとしてのそれらの高コヒーレンスにより、ＱＣＬは特に粗面を照明する際にスペックルを生じることがある。これは収集されたスペクトルの信号対雑音比（ＳＮＲ）にとって非常に有害であり、高輝度源を用いることによる利得を容易に帳消しにしてしまう。ほとんどの場合、光出力を犠牲にしてスペックルの低減が行われる。
【０００３】
コヒーレント光（レーザ源からの光など）が粗面を照明した場合、得られる画像はスペックルと呼ばれる粒状パターンを含む（Ｇｏｏｄｍａｎ，光学系におけるスペックル現象（Ｓｐｅｃｋｌｅ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃｓ），Ｒｏｂｅｒｔｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ  Ｃｏｌｏｒａｄｏ（２００７））。典型的なスペックルパターンが図１に示されている。スペックルの粒径および隣接する粒子からの距離は、試料形態、光学的配置および使用される光の波長の変化に強く影響を受けることが多い。スペックルは、スペックルパターンを散乱中心の集合体からの干渉によるものであるとみなすことによってモデル化することができる。図２はこの概念を示す。
【０００４】
多くの用途において、スペックルは試料からの真の信号（例えば、反射率や透過率など）を分かりにくくするため、厄介なものである。スペックルコントラスト（スペックル強度の変動によって定められる）に依拠して、検出システムの信号対雑音比が、スペックル制限されたレベルに到達することがある。従って、スペックルコントラストを低減させつつも、レーザ出力スループットの低下による信号対雑音比の連動した低減がないことが要求される。「スペックル除去（ｄｅ−ｓｐｅｃｋｌｉｎｇ）」は、常にスペックル除去されたレーザ光の光出力の低下と共に生じるので、これを行うことは非常に難しい。スペックル低減光学装置はスペックル低減量を調整できることが理想的である。
【０００５】
スペックルを低減させるためのいくつかの戦略が存在する。空間平均化では複数の画素を組み合わせてスペックルコントラストを不鮮明にさせる。時間平均化では、より長い時間にわたって信号を取集するか連続したカメラフレームを組み合わせる。スペクトル平均化では平滑化によりスペクトル分解能を低減させ、これによりスペックルコントラストを低減させる。偏波平均化では２種類の偏光状態のレーザによる照明からの信号を組み合わせる。スペックル除去手順は、インコヒーレントな波面になるコヒーレント照明波面を必要とし得る。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、レーザスペックルの低減および微量化学物質の検出のための粗面からのスペックルの利用を提供する。レーザスペックルは撮像装置の僅かな移動に強く影響を受ける。スペックルを生じさせる基板を加熱することによりそれを膨張させ、生じるスペックルを変化させる。スペックルの変化量は温度の上昇に比例し、次いでこれは検出される分析物の赤外線（ＩＲ）吸収スペクトルに比例する。これは微量分析物のための安価かつ単純でありながらも非常に高感度な検出機構を提供する。
【０００７】
本発明にはいくつかの利点がある。本発明は複数画素感度により先行技術よりも感度が高い。本発明はあまり高価でない（可視）成分を使用する。また、本発明は所望の用途に合わせることができる。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点ならびに本発明それ自体は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲および添付の図面を参照することによってより良く理解されることになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】典型的なスペックルパターンを示す。
【図２】スペックルパターン形成およびそのモデル化の例示である。
【図３】粗面からの赤外線スペックルの熱画像カメラの画像を示す。スペックルはそこ以外では焦点がぼやけている画像において焦点が合っているように見える特有の性質を示す。
【図４】スペックル低減装置の概略図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、マルチモードファイバの出力をビームプロファイラ上に結像することによる直接的スペックル観察の画像を示す。図５Ａは回転を伴わない拡散板を使用した場合の画像を示す。図５Ｂは回転を伴う光沢面（拡散板を使用しない）の画像を示す。図５Ｃは回転を伴う拡散板を使用した場合の画像を示す。Ｉｎｆｒａｇｏｌｄ（登録商標）拡散板を回転させることによってスペックルの低減における劇的な改善が達成される。また、回転拡散板の良好な拡散反射特性を有することが必須であることが実証されている（Ｉｎｆｒａｇｏｌｄ対そのより光沢があるがなお若干粗い側面）。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、粗面をスペックル低減ユニットからの光で照明した後の画像を示す。図６Ａに示すように、拡散板のモーターをオフにした状態ではスペックルはまだ存在している。図６Ｂに示すように、拡散板の回転によりスペックルが除去されている。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃはスペックル形成に対する異なる照明モードの効果を比較している。図７Ａに示すように、自由空間レーザビームを用いることにより十分に発達したスペックルが生じる。図７Ｂに示すように、ファイバ結合レーザビームを使用することにより、より低いスペックルコントラストを有する高密度スペックルパターンが生じる。図７Ｃに示すように、ファイバ結合前に回転拡散板スペックル低減手法を使用することによりスペックルの形跡は認められない。
【図８】ＩＲ反射顕微鏡法の装置を示す。試験目的のために１２７μｍの厚さの白金線を使用した。
【図９】図９Ａ〜図９Ｃは細い針金の顕微鏡画像を示す。図９Ａは熱線の熱画像を示す。図９Ｂは回転拡散板を停止した状態でスペックル低減ユニットを用いたアクティブレーザ反射顕微鏡写真を示す。図９Ｃは拡散板が回転している状態でスペックル低減ユニットを用いた（最大のスペックル低減の可能性のために）アクティブレーザ反射顕微鏡写真を示す。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは反射顕微鏡写真に対する波長の変化の影響を示す。図１０Ａに示すように照明が低コヒーレントである場合、その顕微鏡写真はほぼ同じである。しかし、図１０Ｂに示すように良好なスペックル低減が存在しない場合、画像は波長と共にかなり変化する。
【図１１】光熱スペックル分光法の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明はスペックル低減手法および、高い光学的スループットを同時に維持しながらスペックルコントラストを低減させるそれらの能力に関する。スペックル低減のためにマルチモードファイバ、積分球ならびに静止および移動拡散板を使用することができる。直接的に照明ビームのビームプロファイルを取得するか、間接的に粗面（例えば、Ｉｎｆｒａｇｏｌｄ（登録商標）でコーティングされた表面）をＩＲマイクロボロメータカメラで照明することでスペックル形成を観察することにより、スペックルコントラストを測定することができる。スペックルコントラストの低減は、ＣＷおよびパルスＱＣＬの両方のために空間、時間および波長平均化により特徴づけられる。遠隔および顕微鏡構成の両方におけるハイパースペクトル画像に対するスペックル低減の効果の例が以下に示されている。
【００１１】
実験装置
約８μｍに調整した波長可変ＱＣＬ（Ｄａｙｌｉｇｈｔ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社の「ＭＩＲｃａｔ」）を用いてスペックルを生成した。光ビームプロファイラ（Ｏｐｈｉｒ／Ｓｐｉｒｉｃｏｎ社の「Ｐｙｒｏｃａｍ  ＩＩＩ」）によるＩＲマルチモード光ファイバ（Ｎｅｗｐｏｒｔ社の「ＰＩＲ４００」；４００μｍのコア、０．２５ＮＡ、１ｍ、ＳＭＡ端末処理）からの出力の撮像によって直接的なスペックルを観察した。ＦＬＩＲ「Ｅ６０」またはＦＬＩＲ「Ｐｈｏｔｏｎ  Ｂｌｏｃｋ  ２」マイクロボロメータのいずれかにより、粗面（８０／２０社の陽極処理アルミニウム部品）からビームを反射させることによって形成されるスペックルパターンを撮像することによって間接的なスペックルを観察した。マイクロボロメータには広角レンズが備え付けられていた。両マイクロボロメータは内蔵型の７〜１４μｍの帯域フィルタを有する。
【００１２】
スペックルの同定
この実験では、本発明者らは図３に示すように、ＦＬＩＲ「Ｅ６０」熱画像カメラを用いて粗い（陽極処理アルミニウム）表面からのスペックルパターンを観察した。スペックルと観察されたパターンのいくつかの他の原因とを区別するためにカメラレンズの焦点を合わせなかったが、スペックルパターンは焦点が合ったままである（スペックルの公知の性質である）ことを観察した。
【００１３】
スペックル低減装置
スペックル形成を減少させるために、レーザビームを調整する必要がある。本発明者らの解決法は二段階手法を使用した。すなわち、最初に本発明者らは回転しているＩｎｆｒａｇｏｌｄ（登録商標）拡散面からＩＲレーザを反射させた。その回転により、本発明者らは時間平均化によりスペックルコントラストの減少を得ることができた。次に拡散的に反射した光をレンズによって収集し、かつさらなるスペックル低減のためにマルチモード光ファイバ内に結合させた。この装置のための概略図が図４に示されている。
【００１４】
マルチモードファイバからの出力をビームプロファイラ上に結像させ、それらが図５Ａ〜図５Ｃに示されている。図５Ａは、回転していない拡散板を使用した場合の画像を示す。図５Ｂは、回転を伴う光沢面（拡散板を使用しない）の画像を示す。図５Ｃは、拡散板が回転している状態での画像を示す。図５Ａから、拡散板だけではビームの干渉性を満足するレベルまで下げるのに十分でないことが分かる。図５Ｃから分かるように、本発明者らが良好なスペックル低減を得るのは拡散板が回転を開始した後だけである。拡散板を使用しない場合（本発明者らがそれをひっくり返してその光沢面を使用する場合）、図５Ｂから分かるように、回転だけではスペックルを除去できない。従って、スペックルを許容可能なレベルまで低減させることができるのは、拡散板とその回転による時間平均化とを組み合わせた場合のみである。
【００１５】
スペックル除去性能をさらに試験するために、光を使用して陽極処理アルミニウム表面（８０／２０社の部品）を照明した。拡散板の回転を使用しない場合、図６Ａに見られるようにスペックルがはっきりと見える。拡散板の回転を使用した場合、図６Ｂに示すようにスペックルは除去されている。
【００１６】
図７Ａ〜図７Ｃでは、本発明者らはスペックル形成に対する異なる照明モードの効果（完全にコヒーレントな照明、自由空間照明、よりインコヒーレントな照明）を並べて比較している。図７Ａでは、自由空間レーザビームを使用した場合に十分に発達したスペックルが認められる。図７Ｂでは、ファイバ結合レーザビームを使用した場合に高密度スペックルパターンおよびより低いスペックルコントラストが認められる。図７Ｃでは、ファイバ結合の前に本発明者らの回転拡散板スペックル低減手法を使用した場合に、スペックルは完全に除去されている。
【００１７】
ＩＲ顕微鏡法におけるスペックル
顕微鏡構成では、スペックルの低減は達成するのがより難しいように思われる（Ｆｕｒｓｔｅｎｂｅｒｇら，“光熱赤外線イメージング顕微分光法における進歩（Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８７２９，８７２９０Ｈ（２０１３）；Ｆｕｒｓｔｅｎｂｅｒｇら，“赤外線光熱顕微分光法を用いた化学イメージング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８３７４，８３７４１１（２０１２）；およびＦｕｒｓｔｅｎｂｅｒｇら，“サブミクロンの空間分解能を有するＭＥＭＳ構造の光熱分光イメージング（Ｐｈｏｔｏ−Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｕｂ−Ｍｉｃｒｏｎ  Ｓｐａｔｉａｌ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）”，Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．１４１５，３５−４０（２０１２））。遠隔分光法において優れたスペックル低減が得られるものであっても顕微鏡法ではかろうじて許容可能なものとなる。これは大きな開口数を有する対物レンズおよび／または高倍率によるものと考えられる。
【００１８】
この実験で使用される顕微鏡の概略図が図８に示されている。試料はスペックル除去ユニットのマルチモードファイバからの光で照明されている。この光は反射対物レンズの視野の一部を覆う（明視野照明）。その反射光はマイクロボロメータアレイによって観察される。
【００１９】
細い白金線（０．００５’’（１２７μｍ）直径の針金）を撮像することによって顕微鏡の性能を試験した。ａｃ電源によって加熱された針金のパッシブ方式（熱放射）微分画像が図９Ａに示されている。図９Ｂおよび図９Ｃは、停止している回転拡散板（図９Ｂ）および移動している回転拡散板（図９Ｃ）を使用するスペックル低減ユニットからの照明を用いたレーザ反射顕微鏡写真を示す。
【００２０】
スペックル低減性能をより良好に評価するために、ＩＲレーザの波長を変えた。波長の変化が小さいため、観察される顕微鏡写真において顕著な差異が認められることは期待されていない。図１０Ａは、波長を調整した際の反射顕微鏡写真における最小の変化を示し、これは良好なスペックルの低減を示している。他方、図１０Ｂは照明の適切なスペックル低減が存在しない場合に顕微鏡写真は波長に依存し、かつ撮像される物体と一貫しない画像を生成することを示す。
【００２１】
スペックルの利用
スペックルを低減させる代わりに、時にはそれを利用することができる。図１１は光熱スペックル分光法（透過幾何学）の装置を示す。ＩＲレーザはスイッチがオン／オフされ、可視（赤色）レーザは常にオン状態である。レーザビームの焦点を発泡体に合わせ、これにより赤色レーザを散乱させる。可視ＣＭＯＳカメラ（レンズなし）はレーザスペックルパターンを記録する。ＩＲレーザをオンにした場合にスペックルパターンが変化するのを確認することができる。仮説は、発泡体が熱くなった場合にセルが膨張し、故にカメラ上でスペックルパターンの変化が観察されるというものである。
【００２２】
光熱スペックル分光法
試料は、発泡材料（例えば、Ｖｙｏｎ  Ｆポリエチレン）の中に（溶媒によって）堆積させることができる。発泡体の目的は、良好なスペックルパターンを形成するように多くの散乱中心を有することである。
【００２３】
試料は、液体（孔の内部）またはさらには孔の内部の気体もしくは蒸気であってもよい（この場合、発泡体はプローブ（主にＵＶ、可視または近赤外）およびポンプ（中赤外）ビームのアクセスのためのＩＲおよび可視光透過窓を有する収容セルの内部に収容されていなければならない）。
【００２４】
発泡体はＩＲ透過材料で作られ、かつＩＲ領域において過剰に吸収しないような厚さでなければならない。厚い発泡体はその発泡体材料が透明であったとしても、常に多量に吸収する。従ってより薄い発泡体が好ましい。
【００２５】
発泡体セルが細長く、かつレーザの偏光状態が発泡体内への結合を低下させるように配向されていれば、発泡体内へのＩＲ光の吸収を減少させることは実行可能であり得る。分析物はより偏光が解消されているので、それは同じ速度で吸収する。吸収を最小限に抑える（ＩＲ光と基板との相互作用を最小限に抑えるように孔および／または形状を設計し、かつ散乱中心を位置決めすることによって）が、分析物の吸収を同じレベルに維持するための他の方法が想定される。
【００２６】
発泡体のＩＲ吸収を減少させる別の可能な方法は、その孔を赤外線（但し、プローブ可視レーザの波長ではない）において発泡体と同様の屈折率を有する液体で満たすことである。このようにしてＩＲ光は基板を通過することができ、それが吸収される唯一の方法は、分析物それ自体（その孔内部に詰まっているか、さらにはその液体に溶解されている）がそれを吸収するか否かにある。
【００２７】
本発明者らがスペックルを形成するための粗面を提供するために分析物それ自体に頼らないように、粗い基板（発泡体など）を使用することが有利である。またこのようにして、スペックルパターンは分析物やその形態に関わらず同様になる。またスペックルパターンにおける量の変化は次いで分析物濃度に比例する。
【００２８】
別の可能な基板は、ＦＴＩＲ分光法で使用される薄いポリエチレンもしくはテフロンカードである。それらは乳白色の色を有し、かつ可視光を拡散させるが、ＩＲにおいて非常に透過的である。
【００２９】
任意の特別に設計された基板（メタマテリアルまたは他の設計された表面で作られている）は、ＩＲ吸収を抑制するが可視光を散乱させる（反射方向−表面散乱、または透過−体積散乱のいずれかが生じる）。
【００３０】
また、基板は加熱すると屈曲する光熱マイクロブリッジ（ｐｈｏｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ  ｍｉｃｒｏ−ｂｒｉｄｇｅ）（バイメタルのようなもの）であってもよい。その下側は、そのブリッジの下側において可視レーザを用いて撮像することができるスペックルを生じさせるために粗くすることができる。
【００３１】
試料がそこ以外は滑らかな表面の上にある多くの粒子からなる場合、それらの粒子自体からのスペックルを使用することができる。基板も粗い場合、そのスペックルはこれら２つの組み合わせとなる。基板および粒子間隔の異なる粗さを考慮すると、これらの２つのパターンは定性的に異なる可能性があり、従って分離可能である。例えば、これらの粒子からのスペックルパターンの空間周波数は基板のそれとは異なることが可能である（２Ｄ  ＦＦＴを使用して空間周波数マップを得る）。
【００３２】
システムのために反射率および透過幾何学の両方を使用することができる。
【００３３】
２つの画像間のスペックルパターンにおける差異を定量化する他の方法：
・ベクトル解析（またはいくつかの他の手段）の「回転」演算子を使用してスペックルパターンにおける渦を解析すること。
・画像の２Ｄ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により粒子間距離（スペックル粒子の空間周波数）に関する情報を提供すること。
・ＩＲレーザ変調周波数における振幅を抽出するために画像画素（または画素群）の時間ＦＦＴを行うこと。
・画像が照明の中で均一でない場合、あらゆる画像解析を行う前に画像を調整すること（例えば、強度補正を含むローリング背景差分）。
【００３４】
より短い波長（例えばＵＶ）を使用することにより、スペックルパターンをより感度が高いものにする。
【００３５】
プローブレーザのＵＶまたは近赤外（あるいはより長い波長）を使用することにより、プローブビームを不可視にする。
【００３６】
他の検出様式：所与の積分時間でＣＣＤカメラを使用する。積分の半分のためにＩＲレーザをオフにし、次いでそれを残りの半分のためにオンにするように、積分に同期する。光が吸収され、従ってスペックルパターンが変化する場合、本発明者らは２つのスペックルパターンの混合物を記録する。ＩＲレーザが吸収されない場合、積分時間の半分のどちらでもそのスペックルパターンは同じになる。前者の場合に１つにまとめられたスペックルパターンは前者よりも短い平均スペックル粒子間距離を有することが期待される。他の差異も利用することができる。その利点はＣＣＤが一度のみ読み出され、これにより読み出し雑音が減少することである。
【００３７】
スペックル画像を収集する間にＩＲ加熱レーザを変調することができる。処理されたスペックル非相関データの復調（加熱周波数において）を適用することにより、本発明者らは加熱により生じるスペックル変動をより正確に（より少ない騒音で）決定することができる。
【００３８】
複数のＩＲレーザを同時に使用することができるが、異なる周波数で変調することができるように、先の方法を拡張させることができる。この多重化手法はその収集速度を上げることができる。
【００３９】
また加熱レーザの変調周波数を変えることにより、本発明者らは分析物の熱的特性の情報（熱拡散率や伝導率など）を得ることができる。
【００４０】
ビームスプリッタまたは同様のキャビティを用いてプローブ光を基板の中に循環させることによりスペックル形成を高めることができる。
【００４１】
スペックル干渉法：照明レーザビームを（ビームスプリッタを用いて）２つの部分、すなわち分析物を含む基板を通る一方の部分と分析物を含まない基板のみを通過する他方の部分に分割する。次いで２つのビームを再度結合させ、かつカメラを用いて干渉されたビームを観察する。本明細書に記載されているように処理する。別のバージョンでは、第２のビームを自由空間に（すなわち分析物を含まない基板を通らずに）伝搬させ、次いで再度結合させる。この場合、第２のビームを第１のビームと同じサイズにするためにビーム拡大器を必要としてもよい。
【００４２】
ＩＲレーザをその調整範囲内で連続的（例えば線形）方法で調整し、かつ示差加熱（狭い間隔の波長間）を監視することにより（スペックルパターンの差異を解析することまたは他の手段によって）、波長一覧の測定を必要とすることなく光熱スペクトル全体を回収することができる。試料に送られる光レーザ出力によりそのようなスペクトルを正規化することが必要となる。この様式では、スペックルパターンの比較のために「新しい」バックグラウンドが必要となる場合、レーザを変調して（チョッパーあるいは電子的、光音響学的または他の手段によって）「オンオフ」照明パターンを得ることができる。
【００４３】
この文献（および本明細書において参照される全ての他の文献）における全ての様式は、顕微鏡またはリモートセンシング（遠隔、近接など）構成のどちらでも行うことができる。しかし、試験された主な用途は化学的検出のための卓上実験用機器のためであった。
【００４４】
スペックルは直接的に、あるいは好適なレンズ／対物レンズで可視光を収集することによって撮像することができる。その目的は、所与の生じる温度変化のためにスペックルパターンの変化を最大化させることである。このスペックルパターンの変化の増加を達成するために、さらなる偏光子、フィルタまたは任意の他の光学系を利用することができる。
【００４５】
一方、プローブビームは通常は目に見える。単一の波長（プローブ＝ポンプ）実験を想定することが可能である。ＩＲレーザそれ自体がスペックルパターンを形成する。すなわち、これはＩＲカメラを用いて見ることができる。
【００４６】
共鳴時に光は分析物の粒子（またはフィルム）を透過しない。非共鳴時にそれは透過する。恐らくこれは、波長により生じる変化単独と区別することができるスペックルパターンの変化を引き起こす。スペックルの形態は異なってもよい。スペックル粒子間距離は変化してもよい。この場合、波長を変化させなければならないため、単純なスペックルパターンの移動は十分ではない。
【００４７】
上記説明は本発明の好ましい実施形態のものである。本発明の趣旨およびより広い態様から逸脱することなく上記教示を踏まえて様々な修正および変形が可能である。従って、本明細書において特許請求されている発明は具体的に記載されている方法以外の方法で実施することができることを理解されたい。単数の請求項要素、例えば冠詞「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」「その（前記）（ｔｈｅ）」または「前記（ｓａｉｄ）」を用いた請求項要素のあらゆる言及は、それらの要素を単数に限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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2020519919.tif 000015
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