撮像システムのレーザスペックル低減
【課題】スペックル低減を、拡散板を動かすのではなく、ビームを動かして、質量及びモーメントだけでなく、付随する熱及び振動を低減することにより達成する。
【解決手段】コヒーレント光のスペックルを低減するシステム２５０において：拡散板２８６と；少なくとも１つのビームステアラー２７０および第１軸を有するビームステアリングシステムと；拡散板２８６とビームステアリングシステムとを相互接続する光学系であって、光を、少なくとも１つのビームステアラー２７０を介して拡散板２８６の連続する軸外領域に、そして拡散板２８６の連続する軸外領域から少なくとも１つのビームステアラー２７０に誘導することにより、拡散板２８６の連続する軸外領域からの光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ第２軸に略揃うようになって、スペックル低減システムから射出する光学系と；を備える。
【解決手段】コヒーレント光のスペックルを低減するシステム２５０において：拡散板２８６と；少なくとも１つのビームステアラー２７０および第１軸を有するビームステアリングシステムと；拡散板２８６とビームステアリングシステムとを相互接続する光学系であって、光を、少なくとも１つのビームステアラー２７０を介して拡散板２８６の連続する軸外領域に、そして拡散板２８６の連続する軸外領域から少なくとも１つのビームステアラー２７０に誘導することにより、拡散板２８６の連続する軸外領域からの光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ第２軸に略揃うようになって、スペックル低減システムから射出する光学系と；を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザによって生じるような、コヒーレント光の使用により生じるスペックルに関するものであり、特に撮像システムによって取得される画像のスペックルによる悪影響を低減するために考案されている。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィー及び干渉分光法のような光撮像用途では、画像を形成するために高コヒーレントな光が必要となる。画像品質を劣化させてしまうスペックルは、画像コントラストを高めるために利用される同じ干渉現象から生じる。コヒーレント撮像システム内の何れの光散乱によっても、局所的な位相相互作用が生じて、建設的干渉（強め合う干渉）及び破壊的干渉（弱め合う干渉）の外見上ランダムなパターンが生じ、これによって所望の干渉パターンを不鮮明にしてしまう。このような散乱は、塵、不完全な撮像光学系、及び迷反射を含む何れかの数の原因に起因するだけでなく、撮像対象の被写体に起因して生じ得る。
【０００３】
拡散板表面が多くの場合、スペックルの原因となるが、拡散板表面を使用してスペックルを、拡散板表面を回転させ、そして撮像素子（ヒトの眼を含む）の積分時間を利用して、結果的に生じる異なるスペックルパターンの合計平均を時間軸でとることにより軽減することもできる。従来のスペックル低減システムは、レーザの出力ビームを回転拡散板に集光する。拡散板の拡散集光部は、照射システムの新規スポット光源を形成する。レーザビームを集光させる拡散板の直径、及び拡散板を回転させる速度（一括して、集光ビームに対する拡散板の局所線形速度として定量化することができる）を調整して、スペックルコントラストがカメラの積分時間内に十分低くなるようにする。一般的に、スペックルコントラストは、所定の積分時間内の無相関スペックルパターン群の数の平方根だけ低くなる。
【０００４】
回転拡散板、特に高精度光学素子内の回転拡散板は、熱及び振動の発生を含む幾つかの不具合を有する。画像を、カメラのより短い積分時間内に取得するという継続的な需要から、拡散板の直径を更に長くして、または拡散板を更に高速に回転させて、所望のスペックル低減量を維持する必要がある。拡散板がより大きくなり、そしてより高速になるだけでなく、モータの駆動力がより大きくなると、不所望の熱及び振動が大きくなって、所望の撮像が高精度光学撮像素子内で行なえなくなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者らは、スペックル低減を、拡散板を動かすのではなく、ビームを動かして、質量及びモーメントだけでなく、付随する熱及び振動を低減することにより達成する構成を想到するに至った。しかしながら、軸に収集され、そして再集光されるときに拡散板の軸外照射が変化すると、システムのエテンデューが、各被照射位置から射出瞳を部分的にしか満たさないことにより大きくなってしまい、そして当該瞳を短い積分時間中に徐々に満たすためには完全に１回転する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、好適な態様では、スペックルが動的に拡散される度合いを、レーザビームの方向を操作して、該ビームが拡散板上を走査するようにし（例えば、拡散板上を周回するように）、そして再構成ビームの光の同心円状角度分布を維持しながら前記拡散光を再構成ビームとして収集することにより大きくする。前記拡散板の各位置から収集される光は、射出瞳を同心円状に満たすことにより所望通りに利用される。例えば、レーザビームをステアリングミラーに誘導することができ、このステアリングミラーが当該ビームの方向を操作して、当該ビームが拡散板上の略円形または略渦巻き状の光路を辿るようにする。当該拡散板上を周回する異なるスポット位置を通過する光がずれるのにも拘わらず、当該システムのエテンデューは、当該拡散板からの光の軸外分布が、共通光軸を再び中心とするようになり、かつ互いに対して共通光軸に沿って再び揃うので、小さく保つことができる。すなわち、当該拡散板の異なる被照射領域からの光であって、共役な位置にあるアパーチャストップの異なる限定領域を満たす光を単に光軸に集光するのではなく、これらの被照射領域の各被照射領域からの軸外分布を持つ光は、共役な位置にあるアパーチャストップの共通領域を満たす。当該拡散板とは共役関係にある構成では、これらのエネルギー重心は、光が当該拡散板から収集される軸外スポット位置が異なっているのにも拘わらず、再び略中心にくるようになる。当該拡散板とは共役関係が反転した構成では、これらのエネルギー重心は、光が当該拡散板から収集される軸外スポット位置が異なっているのにも拘わらず、再び略位置合わせされる（再分布が必ず拡散板自体に起因することを除いて）。
【０００７】
例えば、当該拡散板から収集される光は、同じステアリングミラーに戻すことができる、または同期ステアリングミラーに誘導して、拡散光を再度中心に来るようにするとともに再度位置合わせすることができる。好適には、当該拡散板自体が屈折力を有するか、または介在光学素子が、拡散光を同じステアリングミラーに、または同期駆動されるステアリングミラーに再誘導する屈折力を有するかの何れかである。ステアリングミラーの運動は、光が光速で通過した後に生じるので、当該拡散光を、当該光の方向を最初に操作したときの位置の光軸に戻すことができる。
【０００８】
ステアリングミラーは、特にレーザビームの焦点に配置される、または焦点の近傍に配置される場合に、サイズを小さくすることができるとともに、ステアリングミラーの中心周りを、またはほぼ中心周りを回転することができる。ビームステアリングミラーのサイズを小さく抑えて、当該ミラーの質量を小さく抑えることにより、そしてステアリングミラーを、当該ミラーの質量中心の近傍で回転させて、当該ミラーのモーメントを小さく抑えることにより、ずっと少ない熱及びずっと小さな振動しか発生しないようになる。スペックル低減システム全体を更にコンパクトに、低コストで形成することができ、かつスペックル低減システム全体は、動作するためにずっと少ない電力しか必要としない。
【０００９】
ステアリングミラーの各角度位置において、光の所望の全体角度分布が維持されるので、カメラの所定の積分時間に対するステアリングミラーの回転量は、１回転サイクルに亘る光の所望の角度分布を最初に再構成するように選択するのではなく、所望のスペックル低減量を達成するように選択することができる。スペックル低減は、２つの主要な方法により達成される：まず、スペックルを発生させ得る表面アーチファクト群の間の最大間隔を小さくする空間コヒーレンスを低く抑えることにより；そして次に、非相関スペックルパターン群をカメラの積分時間内で平均して、当該スペックルを平均化してゼロにすることにより達成される。当該拡散板自体は、特に十分広い領域に亘って照射される場合に、空間コヒーレンスを低くすることができ、そしてスペックル低減システム内の光学素子群によって、拡散板の凹凸形状を分解して、拡散板によって可能になる角度拡散範囲を保持することが好ましい。凹凸のピッチを細かくするとまた、ビームが拡散板上を追従してこれらのスペックルパターンの相関性を無くすことができるので、１つのスペックルパターンを別のスペックルパターンから判別し易くすることができる。
【００１０】
コヒーレント光のスペックルを低減するシステムとしての本発明の１つの態様は、拡散板と、少なくとも１つのビームステアラーを有するビームステアリングシステムと、そして前記拡散板と前記ビームステアリングシステムとを相互接続する光学系と、を含む。該光学系は、光を、前記少なくとも１つのビームステアラーから前記拡散板の連続する軸外領域に、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域から前記少なくとも１つのビームステアラーに誘導することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの光の角度分布群の各角度分布が、共通軸を略中心とするようになり、かつ該共通軸に揃うようになって、光が前記スペックル低減システムから射出する。
【００１１】
前記ビームステアラー（または、同期駆動される一対のビームステアラーの各ビームステアラー）は、１つの可動反射面を含むことができ、そして前記光学系は、１つの集光光学素子を含むことができ、該集光光学素子は、前記光を前記可動反射面に集光して、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射する。同じ（または、異なる）集光光学素子は、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記同じ、または異なる可動反射面に集光することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が、前記共通軸を中心とするようになり、かつ前記共通軸に揃うようになる。別の構成として、前記集光光学素子は、前記可動反射面からの前記光を、前記拡散板の前記連続する軸外領域に再誘導し、そして集光することができ、そして前記同じ、または異なる集光光学素子は、前記拡散板からの前記集光光を、前記同じ、または異なる可動反射面に収集し、そして再誘導することができる。
【００１２】
スペックルをスペックル低減システムで低減する方法としての本発明の別の態様は、コヒーレント光を第１軸に沿ってビームステアラーに誘導するステップと、前記ビームステアラーからの光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するステップと、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記同じビームステアラーまたは同期して作動する別のビームステアラーに誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、光を前記スペックル低減システムから射出するようにするステップと、を含む。
【００１３】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を１つの可動反射面に集光させることができ、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射することができ、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を前記同じ可動反射面に、または前記可動反射面と同期して動くことができる別の可動反射面に集光させて、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる。別の構成として、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、可動反射面からの前記光を前記拡散板の連続する軸外領域に集光させることができ、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板からの前記集光光を、前記同じ可動反射面に、または前記可動反射面と同期して動くことができる別の可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようにすることができる。基準となる第１及び第２軸は種々の所定の関係を有することができるが、第１及び第２軸は一致することが好ましい、または例えば、光学設計全体を簡易化するために少なくとも同軸であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のスペックル低減システムを搭載したフィゾー干渉計の模式図である。
【図２】揺動ミラーを集光光学素子と組み合わせて、コリメートビームを、反射型拡散板上を周回するように、かつ公称法線入射角で追従させる構成の本発明によるスペックル低減システムの模式図である。
【図３】揺動ミラーを球状反射型拡散板と組み合わせて、発散ビームを、反射型拡散板上を周回するように、かつ公称法線入射角で追従させる構成の本発明による別のスペックル低減システムの模式図である。
【図４】光を拡散板に誘導し、そして拡散板から誘導する機能を別々に実行する同期回転ミラーを特徴とする別のスペックル低減システムの模式図である。
【図５】光を共役関係が反転した構成で集光することができることを除いて、図４のスペックル低減システムと同様である別のスペックル低減システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計１０には、従来のスペックル低減システムが搭載される。コヒーレント光源を用いた実質的に全ての干渉計だけでなく、コヒーレント光源を用いた他の撮像システムが、同様のスペックル低減システムの利点を生かすことができるので、このフィゾー干渉計１０が純粋に例示として提示されている。
【００１６】
恐らく、レーザ光源（図示せず）に接続されることになるファイバ端１６は、初期のコヒーレント（時間及び空間）照射スポット光源１８となる。レンズ２０は、ファイバ端１６からの出力を、円形拡散板２２の拡散板表面２４に集光する。拡散板の本体２６は、光を透過するが、拡散板表面２４を透過した光は、より広い範囲の角度に亘って散乱されて、新規スポット光源を形成する。モータ３０は、円形拡散板２２を、好適には高速で回転させて、新規スポット光源２８の特定パターンの発散角が連続的に変化するようにする。
【００１７】
ビームスプリッタ３２を透過した後、レンズ３４はスポット光源２８から放出される光を収集し、そして収集光を平行化して干渉計１０の測定アーム３６を透過させる。コリメート光の第１部分は、フィゾー光学素子３８の基準面４０により反射され、そして当該コリメート光の第２部分は、測定対象のオブジェクト４２の検査面４４により反射される。検査面４４及び基準面４０の両方によって反射された光は、フィゾー光学素子３８を透過し、そしてレンズ３４により収束光路上で、新規スポット光源２８に向かって再集光される。しかしながら、ビームスプリッタ３２は、戻り光を干渉計１０の記録アーム４６に誘導し直す（すなわち、反射する）。記録アーム４６内のレンズ４８は、基準面４０及び検査面４４を、ＣＣＤ（電荷結合素子）のような、更に広い意味では、カメラと表記されるような画像検出器５０の表面５２に結像する。
【００１８】
基準面４０と検査面４４との間に違いがあると必ず、干渉縞が生成され、これらの干渉縞を分析することにより、検査面４４における表面高さの変化を測定することができる（基準面は、所定の表面、例えば平坦な表面を有する）。干渉スペックルが干渉計１０内で発生すると必ず、画像を局所的なスプリアス応答により劣化させる傾向がある。しかしながら、スペックルの影響を、円形拡散板２２を回転させることにより低減させて、画像検出器表面５２に現われるスペックルパターンをランダムに変動させる。円形拡散板２２を回転させる速度は、画像検出器５０の積分時間を基準に設定されて、画像検出器表面５２に現われるスペックルパターンの変動が、画像検出器５０により連続して取得される各画像内のスペックルの影響を軽減するために十分な大きさとなるようにする。
【００１９】
スペックルパターンの変動を大きくしてスペックルを更に軽減するために、またはより短い積分時間に対応するために、円形拡散板２２の回転速度、または新規スポット光源２８が形成される円形拡散板２２の半径の両方を大きくすることができる。両方のアプローチは、熱及び振動が大きくなるという不具合を有する。レンズ２０を、当該レンズの軸に沿って、拡散板表面２４に集光部が合わない位置に並進移動させ、そして新規スポット光源２８を大きくすることにより、空間コヒーレンスを低減させる。
【００２０】
図２のスペックル低減システム６０において最初に具体化される形態の本発明によって、図１の上述の従来のスペックル低減システム１２に関連する問題の多くを解決することができる。スペックル低減システム６０しか図２に示していないが、スペックル低減システム６０だけでなく、以下に示す他の新規のスペックル低減システムが、スペックルの影響を受ける多種多様なコヒーレント撮像システムの新規スポット光源（例えば、１０６）を提供することを理解することができる。
【００２１】
レーザ光源（図示せず）からのコヒーレント光のコリメートビーム６４は、光軸６２に沿って、ビームスプリッタ６６、及び反射型拡散板６８を貫通するアパーチャ７０の両方を通って伝搬して、第１集光光学素子７６に到達し、この第１集光光学素子７６がコリメートビーム（平行化ビーム）６４を収束ビーム７８として、集光部８４に位置する揺動ミラー８０（すなわち、ステアリングミラー）の反射面８２に集光する。テキサスインスツルメンツ社製の２軸アナログＭＥＭＳポインティングミラーＴＡＬＰ１０００Ｂのようなマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子とすることができる揺動ミラー８０は、反射面８２を２軸（例えば、正弦波で駆動される軸）周りに同時に回動させて、反射面８２を、光軸６２に一致する軸８６の回りを効果的に回転させる。揺動状態では、揺動ミラー８０の反射面８２は、収束ビーム７８を異なる光路上の発散ビーム８８として偏向させて（すなわち、角度反射して）、第１集光光学素子７６に戻し、この第１集光光学素子７６が次に、発散ビーム８８を、光軸６２に平行であるが光軸からずれている再平行化ビーム９０として再平行化する。再平行化ビーム９０で反射型拡散板６８の反射型拡散板表面７２の軸外領域７４を照射し、この軸外領域７４によって、再平行化ビーム９０が拡散コリメートビーム９２として反射されて第１集光光学素子７６に戻る。第１集光光学素子７６は、拡散コリメートビーム９２を拡散収束ビーム９４として、初期集光部８４に重なる拡散集光部９６に位置する揺動ミラー８０の反射面８２に集光する。拡散集光部９６のサイズは、拡散板表面７２の拡散角に比例する。集光部９６は拡散性であり、かつ揺動ミラー８０の反射面８２は運動している（この運動は、光速に対して無視できる）が、戻り拡散収束ビーム９４のエネルギー重心９５は、揺動ミラー８０の反射面８２に、発散ビーム８８が最初に、反射面８２により反射されたとされる角度と略同じ角度で入射する。従って、揺動ミラー８０の反射面８２は、拡散収束ビーム９４を戻り光路上の拡散発散ビーム９８として、光軸６２に沿って反射する。
【００２２】
このように、スペックル低減システム６０では、反射型拡散板６８から戻ってくるエネルギー重心９９は、反射面８２を傾ける角度に関係なく、拡散発散ビーム９８内の光軸６２を中心とし、かつ当該光軸６２に一致するとされる状態を保持するが、その理由は、反射型拡散板６８からの拡散光が反射面８２に、当該光の元の光路に略沿うようにして戻るからである。照射される拡散板表面７２上のスポット位置、例えば軸外領域７４に関係なく、拡散収束ビーム９４は、異なる方向から同じ拡散集光部９６に収束し、そして反射面８２の向きは必ず、拡散収束ビーム９４が収束するときの到来方向に応じて変化している。すなわち、発散ビーム８８が反射型拡散板６８に近付くときの方向を制御する反射面８２の向きを同じにすることによって、拡散収束ビーム９４を重なり拡散発散ビーム９８として再配向させるときの方向も制御する。その結果、拡散発散ビーム９８の重心９９は、収束ビーム７８の重心７９に、光軸６２に沿って略一致する。何れの単一の瞬間においても、重心７９に対する重心９９の位置及び方向は、反射型拡散板表面７２の局所的な特徴に起因して、ごく僅かにずれる可能性があるが、これらの変化は、拡散板凹凸形状サイズが、拡散板表面７２のうち、瞬間的に照射される領域７４に対して小さい場合に、ほとんど感知することができず、そして凹凸形状サイズが比較的大きい場合でも、積分時間で平均化されてゼロになる傾向にある。
【００２３】
第１集光光学素子７６は、拡散発散ビーム９８を拡散コリメートビーム１００として、戻り光路に沿って、反射型拡散板６８のアパーチャ７０を通って、ビームスプリッタ６６に到達するように再平行化し、この場合、拡散コリメートビーム１００は、第２集光光学素子１０２を通るように誘導される。スペックル低減システム６０の出口に近付くと、第２集光光学素子１０２は拡散コリメートビーム１００を、拡散集光部１０４を通過するように収束させ、この拡散集光部１０４は、揺動ミラー８０の反射面８２の初期集光部８４及び拡散集光部９６の両方と光学的共役関係にあるが、反射型拡散板６８の拡散板表面７２とは共役関係が反転した構成になっている。反射型拡散板表面７２の軸外領域群７４の各軸外領域は、拡散板表面上を周回する軸外領域群７４の角度位置に関係なく、反射型拡散板６８のアパーチャ７０と共役関係のままであり、そして拡散板表面７２の異なる軸外領域７４からの拡散コリメートビーム群１００の各拡散コリメートビームは、アパーチャ７０の共通領域群をほぼ満たす。
【００２４】
共役拡散集光部１０４は、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムの新規スポット光源１０６を形成する。虹彩絞り１０８を新規スポット光源１０６の位置に配置して、スペックル低減システム６０から射出されるスペックル除去ビーム１１０の空間コヒーレンスを調整する。スペックル低減システム６０の開口数に対して、虹彩絞り１０８のサイズを小さくすることにより、空間コヒーレンスを、後続の撮像システムの要求に従って向上させることができる。
【００２５】
揺動ミラー８０の反射面８２は、第１集光光学素子７６の後方焦点に位置することが好ましく、そして反射型拡散板６８の拡散板表面７２は、第１集光光学素子７６の前方焦点に位置することが好ましく、これにより、関連する集光機能及び平行化機能を実行する。この実施形態の揺動ミラー８０の反射面８２は、２つの直交軸の回りを回動することが好ましく、第１直交軸は、反射面８２の平面内に、または平面の近傍に位置し、そして第２直交軸は、直交平面内に位置し、２つの回動軸の運動が組み合わされると、主として、光軸６２に一致する軸８６周りの回転を生み出す。しかしながら、第２軸の自由度が追加されると、極角を調整することができ、この極角を利用して、反射面８２を光軸６２に対して傾斜させる。従って、揺動ミラー８０によって反射され、そしてコリメートビーム９０として第１集光光学素子７６によって再平行化される発散ビーム８８は、反射型拡散板６８の拡散板表面７２上を周回するように、光軸６２から異なる半径位置で追従させることができる。例えば、コリメートビーム９０は、拡散板表面７２上を可動渦巻き状に追従して、拡散板表面７２のより広い領域を照射することにより、拡散パターンが各１回転中に繰り返されないようにすることができる。この機能を利用して、拡散特性を変えることもできる。例えば、拡散板表面７２の拡散特性は、光軸６２からの半径方向距離とともに徐々に変化させるか、または徐々に強くなるように変化させることができ、そしてコリメートビーム９０を調整して、特定の半径方向位置で追従させて、所望の拡散特性を示すことができる。
【００２６】
反射型拡散板６８の拡散板表面７２は、入射コリメート光を或る範囲の角度で反射する粒状形を有することが好ましいが、拡散板表面７２は、この目的を達成するために多くの異なる形状を採ることができ、従って、より高次の鏡面形状を含む、種々の傾斜のより高次の面形状を有するものとして表わすことができる。コリメートビーム９０が局所的に反射されるときの異なるビーム角度によって、位相を光線間で相対的に概略ビーム伝搬方向に、不所望の破壊的干渉（スペックル）が発生し得る変化する照野位置に対応して変化させる。拡散板表面７２を反射板（拡散反射板を形成する）に直接内蔵することができるが、拡散機能及び反射機能は、例えば拡散面及び反射面を同じ光学素子の内部に個別に設けることにより、またはこのような個別の面を異なる光学素子に設けることにより分離することができる。拡散は、屈折率傾斜型ゾーンプレートのような拡散光学素子の本体の内部で行なうこともできる。スペックルコントラストを、最大拡散角度領域群を集めることにより低下させる場合、入力ビーム６４を、反射面８２の微小な点状集光部８４に集光させることが好ましい。拡散板表面７２及び反射面８２が、共役関係が反転した構成である場合、拡散板表面７２により反射される拡散光の角度限界は、反射面８２の外部アパーチャによって定義される。微小な点状集光部８４によって、拡散板表面７２に入射するビーム９０の平行度を高めて、拡散コリメートビーム９２内の光の角度分布、及び反射面８２の拡散点状集光部９６に収まる光の対応する空間分布が共に、拡散板表面７２の拡散性に更に強く関連付けられて、反射面８２によって拡散板表面７２から収集される拡散光の実効開口数が大きくなることが保証される。
【００２７】
拡散板表面７２の拡散特性を高める（例えば、粒子サイズを小さくすることにより）と、拡散コリメートビーム９２が反射型拡散板６８によって反射されるときの角度範囲を広くすることができる。戻り拡散ビーム９０の角度範囲が広くなると、揺動ミラー８０の反射面８２の拡散集光部９６のサイズが大きくなる。好適には、揺動ミラー８０の反射面８２は、質量及びモーメントを小さく抑えるために出来る限り小さいサイズとし、かつ反射型拡散板６８で捕捉されるように構成される所望の最大画角に対応するために十分なサイズとする。
【００２８】
拡散板表面７２の拡散特性を高める他に、スペックル低減率は、揺動ミラー８０の反射面８２を、出来る限り速い速度で、かつ最大の極角で回転させて、拡散板表面７２上を最大可能半径で追従させて入射コリメートビーム９０が拡散板表面７２を最大可能線形速度で移動するようにすることにより最大にすることができる。テキサスインスツルメンツ社製の基準揺動ミラーは、約３ミリメートルの直径、約±５度の両軸周りの傾斜角範囲、及び約１３０ヘルツの直交光軸周りの回転速度を有する。反射面８２を傾斜させることができる角度がプラスまたはマイナス５度であるとすると、光は鏡面反射によって入射角の２倍の角度方向に反射されるので、光軸６２に対してプラスまたはマイナス１０度の範囲の公称傾斜角で反射発散ビーム８８が伝搬することができる。第１集光光学素子７６の焦点距離を長くして、光を、反射型拡散板上を周回するように、反射面８２が最大傾斜角のときに追従させるときの半径を長くすることができるが、開口数がそれに応じて小さくなることによって、拡散板表面７２の凹凸形状を分解することができる角度範囲が狭くなる（すなわち、拡散パターンを捕捉することができる画角範囲が狭くなる）。線形速度を速くすると、所定の積分時間内に捕捉することができる異なるスペックルパターンの数が増え、そして画角が大きくなると（そのように捕捉される場合）、異なるスペックルパターンを判別する能力が高くなる（すなわち、スペックルパターンを分解することができる可能な照野位置の数が増える）。
【００２９】
従来の常法に従って、ビームスプリッタ６６は偏光ビームスプリッタとすることができ、この偏光ビームスプリッタを１／４波長板（図示せず）と一緒に使用して、光がビームスプリッタ６６に到達して透過するときの損失を最小にする。例えば、コリメート光ビーム６４が、直線偏光ビームとして放出される場合、偏光ビームスプリッタの偏光軸の向きを調整して、直線偏光ビームがビームスプリッタ６６を透過することができるようにする。しかしながら、１／４波長板を通過したコリメートビーム６４及び１００が連続して衝突すると、直線偏光ビームの偏光軸が９０度だけ回転して、偏光ビームスプリッタが、戻り拡散コリメートビーム１００を、別の光路に沿って、スペックル低減システム６０の出口に向かって反射するようになる。同等の偏光ビームスプリッタ構成配置を用いて、円偏光光ビームを含む他の極性配向を判別することができる。部分反射率及び他の公知のビーム分割方式を利用して、ビームを伝搬させてスペックル低減システム６０に入射させ、そしてスペックル低減システム６０から射出させることもできる。
【００３０】
拡散発散ビーム９８の重心９９を、収束ビーム７８の重心７９と光軸６２に沿って一致させることが好ましいが、拡散発散ビーム９８の重心９９は、拡散収束ビーム９４の拡散集光部９６が収束ビーム７８の初期集光部８４から比較的ずれている場合に、異なる軸に一致させることができる。例えば、拡散板表面７２が仮に、わずかに傾斜して、コリメートビーム９０が拡散板表面７２に入射法線角から外れて衝突するとした場合、拡散集光部９６は、集光部８４に対してわずかにシフトすることになる。コリメートビーム６４及び１００の光路が結果的に異なることを利用して、これらのビームを分離するビームスプリッタ６６を無くすことができる。
【００３１】
反射型拡散板６８は固定されることが好ましいが、反射型拡散板６８をコリメートビーム９０が追従する方向とは反対の方向に回転させて、コリメートビーム９０を拡散板表面７２に対して移動させるときの相対的な線形速度を速くすることもできる。
【００３２】
図３に示す別の実施形態は、集光光学素子７６の集光機能群のうちの幾つかの集光機能を球状反射型拡散板１２８に取り込んでいる。前の実施形態と同様に、別のスペックル低減システム１２０は、コリメート光ビーム１２２を受光し、このコリメート光ビーム１２２はビームスプリッタ１２４を光軸１３８に沿って透過する。球状反射型拡散板１２８のアパーチャ１３０の内部（または、少なくとも近傍）に位置する第１集光光学素子（例えば、レンズ）１２６は、コリメートビーム１２２を収束ビーム１３４として、揺動ミラー１４０の反射面１４２の初期集光部１３６に集光する。光軸１３８に一致する有効回転軸１４４周りの反射面１４２の瞬時方位角では、収束ビーム１３４が、球状反射型拡散板１２８の軸外領域１４７に入射する発散ビーム１４６として軸外に反射される。球状反射型拡散板表面１３２を、初期集光部１３６を中心にして有する球状反射型拡散板１２８は、発散ビーム１４６を軸外領域１４７で、拡散収束ビーム１４８として、初期集光部１３６に一致するとされる拡散集光部１５０に向けて反射する。反射面１４２の同じ瞬時方位角では、拡散収束ビーム１４８は、これもまた収束ビーム１３４に一致するとされる拡散発散ビーム１５２として反射される。
【００３３】
前の実施形態と同様に、揺動ミラー１４０はビームステアラーとして機能し、このビームステアラーは、発散ビーム１４６を、球状反射型拡散板表面１３２上を回転軸１４４周りの反射面１４２の有効回転により生じる円形軌跡にほぼ従って追従させる。しかしながら、拡散板表面１３２の球形の形状は、反射拡散収束ビーム１４８を拡散集光部１５０の反射面１４２に戻す屈折力を与える。
【００３４】
反射面１４２の方位角、及び拡散板表面１３２が照射される軸外スポット位置に関係なく、異なる方位の拡散収束ビーム１４８は全て、同じ拡散集光部１５０に戻る。更に、かつ光速の観点から、反射面１４２が所望通りに運動するのではあるが、拡散板表面１３２の軸外スポットが照射されるときの反射面１４２の方位角は、拡散光が同じ方位に収集されるときの反射面１４２の方位角と同じ方位角である。スペックル低減システム１２０は対称設計になっているので、個々の発散ビーム１４６のエネルギー重心１４７は、これらの発散ビームのその瞬間の相手方の拡散収束ビーム１４８の重心１４９に一致し、そして反射面１４２で反射されると、拡散収束ビーム１４８は重なり拡散発散ビーム１５２に変換され、この拡散発散ビーム１５２の内部では、拡散収束ビーム１４８の重心１４９は、収束ビーム１３４の重心１３５を光軸１３８に沿って同じく中心とし、かつ当該重心１３５に光軸１３８に沿って一致する。
【００３５】
第１集光光学素子１２６は、拡散発散ビーム１５２を拡散コリメートビーム１５４として平行化し、これらの拡散コリメートビーム１５４は、光路上のビームスプリッタ１２４によってスペックル低減システム１２０の出口に向かって反射される。第２集光光学素子１５６は、拡散コリメートビーム１５４を、拡散スポット光源１６０をスペックル低減システム１２０の出口で形成する拡散集光部１５８を通過するように収束させて、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムに送出する。新規スポット光源１６０を取り囲む虹彩絞り１６４は、スペックル低減システム１２０から射出するスペックル除去ビーム１６２の空間コヒーレンスを調整する。新規スポット光源１６０を形成する拡散集光部１５８は、揺動ミラー１４０の反射面１４２の初期集光部１３６及び拡散集光部１５０の両方と光学的共役関係にある。従って、反射面１４２の各角度位置では、虹彩絞り１６４が角度空間的に満たされる割合は、略一定のままである。
【００３６】
拡散板表面１３２の連続する軸外領域１４７の各軸外領域との光学的共役関係を設定するために、第２集光光学素子１５６は第１集光光学素子１２６から、第１集光光学素子１２６の焦点距離の２倍に等しい光学距離に位置することが好ましい。そのようなことから、拡散コリメートビーム群１５４の各拡散コリメートビームは、第２集光光学素子１５６のアパーチャ１６６の殆どの共通領域を、拡散板表面１３２の被照射軸外領域群１４７の各被照射軸外領域と共役関係にある領域として満たす。スペックル除去ビーム１６２は、当該ビームの所望の全体形状を反射面１４２の各角度位置に有するので、ビーム送出先の撮像システムのカメラの所定の積分時間内の反射面１４２の回転量は、要求スペックル低減量に応じて、ビーム再構成を更に考慮する必要を生じることなく設定することができる。拡散ビーム群１５４は略平行化されるので、かなり高い柔軟性に、第２集光光学素子１５６を光軸１８６に沿って位置決めする際に対応することができるが、より大きな光学素子が必要になる。
【００３７】
球状反射型拡散板１２８の拡散機能、反射機能、及びべき乗機能は、単一の表面に取り入れることができる、または多数の表面または光学素子に分割することができる。ビームステアラーとして機能する揺動ミラー１４０は、より少ない軸の周りを、または異なる軸の周りを回転（すなわち、回動）させることができる。例えば、１つの所定の極角の方位角では、反射面１４２を回転軸１４４周りに直接回転させることができる。
【００３８】
２軸揺動ミラー８０及び１４０は、これまでの実施形態におけるビームステアラーとして特徴付けられているが、他の形態のビームステアラーを使用することもできる。基本的には、傾斜反射面は、単一軸（例えば、８６または１４４）周りに回転させることができ、例えばモータシャフトの一方の端部の傾斜面を研磨することにより得られる。可動ミラーの代わりに、他のビームステアラーとして、可動プリズム、レンズ、または回折格子を利用することができる。更に、ビーム操作は、ビームが透過する媒質の屈折率を変化させることにより行なうことができる。例えば、音響−光学変調器をビームステアラーとして使用することができる。
【００３９】
上に説明した実施形態は、単一のビームステアラー（例えば、揺動ミラー８０または１４０）を用いて、光を拡散板（例えば、６８または１２８）の連続する軸外領域に誘導するとともに、これらの軸外領域から誘導する。しかしながら、第１ビームステアラーを、光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するように配置することができ、そして第２ビームステアラーを使用して、拡散板の連続する軸外領域の各軸外領域からの光の分布が、共通軸を再び中心とするようにし、そして当該共通軸に揃うようにすることができる。第１及び第２ビームステアラーを同期して動作させることにより、拡散板の連続する軸外領域を、第１の連続する瞬時ビーム角で照射する光が、同じ方位軸及び位置に、同等の連続する瞬時ビーム角で戻るようにする。
【００４０】
図４に示す実施形態は、共通のモータシャフト１８０の両端に位置する２つの傾斜反射面１７４及び１７６の形態の２つの同期ビームステアラーを有するスペックル低減システム１７０の１つの例を示している。スペックル低減システム１７０は、コリメート光ビーム１８２をコヒーレント光源（図示せず）から受光する。第１集光光学素子（例えば、レンズ）１８４は、コリメートビーム１８２を収束ビーム１８８として光軸１８６に沿って集光する。収束ビーム１８８は、第１反射集光光学素子１９０のアパーチャ１９２を通過して傾斜反射面１７４の焦点１９６に到達する。第１集光光学素子１８４は、アパーチャ１９２内の箇所を含む光軸１８６に沿った種々の箇所に配置することにより、所望の集光特性を実現することができる。傾斜面としてモータシャフト１８０の一方の端部に形成される反射面１７４は、モータ１７８によって、モータシャフト１８０と一緒に、光軸１８６に一致する軸１９８の周りを回転する。
【００４１】
反射面１７４の瞬時方位角において、収束ビーム１８８は反射面１７４により、第１反射集光光学素子１９０の反射面１９４に入射する軸外発散ビーム２０２として反射される。好適には、第１反射集光光学素子１９０の反射面１９４は、放物面の形状を有し（少なくともこれらの領域において、すなわち照射のために用いられる環状領域において）、そして回転シャフト１８０の反射面１７４の集光部１９６に一致する幾何学焦点を有する。そのようなことから、発散ビーム２０２は、放物状反射面１９４により、光軸１８６に平行に、かつ光軸１８６から外れた位置で伝搬するコリメートビーム２０４として反射される。光軸１８６の法線方向を向いた１つ以上の拡散板表面２０８を有する透過型拡散板２０６は、コリメートビーム２０４を拡散コリメートビーム２１２に変換する。同様の放物状反射面２１８を含むことが好ましい第２反射集光光学素子２１６は、拡散コリメートビーム２１２を反射時に再成形して拡散収束ビーム２２２とする。放物状反射面２１８の幾何学焦点に一致する拡散収束ビーム２２２の拡散集光部２２４は、モータシャフト１８０の反対側端部の反射面１７６に形成される。反射面１７６は、モータシャフト１８０の何れの瞬時回転位置においても、反射面１７４の向きと同様の向きになっており、そして拡散収束ビーム２２２を拡散発散ビーム２２６として、光軸１８６に沿って反射する。第１反射集光光学素子１９０と同じように、第２反射集光光学素子２１６はアパーチャ２２０を含み、このアパーチャ２２０を通って、拡散発散ビーム２２６がスペックル低減システム１７０の出口に向かって伝搬する。第２集光光学素子２２８は、拡散発散ビーム２２６を、光軸１８６に沿って伝搬する拡散コリメートビーム２３０として平行化する。
【００４２】
シャフト１８０がモータ１７８によって回転すると、軸外コリメートビーム２０４は、拡散板表面２０８の連続領域群２１０上を追従して、透過型拡散板２０６上を周回する環状光路を形成する。環状光路に沿った各連続軸外領域２１０は、異なる拡散パターンを、対応する連続拡散コリメートビーム２１２内に生成する。モータシャフト１８０または反射面１７４及び１７６の端面取り付け部の何れかを変化させて、コリメートビーム２０４を、透過型拡散板２０６上を異なる半径（すなわち、光軸１８６からの距離）で周回するように追従させることができる。
【００４３】
スペックル低減システム１７０の出口に近付くと、第３集光光学素子２３２は、拡散コリメートビーム２３０を、新規スポット光源２３６をスペックル低減システム１７０の出口で形成する拡散集光部２３４を通過するように収束させて、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムに送出する。新規スポット光源２３６を取り囲む虹彩絞り２３８は、スペックル低減システム１７０から射出するスペックル除去ビーム２４０の空間コヒーレンスを調整する。拡散集光部２３４（新規スポット光源２３６）は、第１反射面１７４の初期集光部１９６、及び第２反射面１７６の拡散集光部２２４の両方と光学的共役関係にあるが、透過型拡散板２０６の拡散板表面２０８とは共役関係が反転した構成になっている。しかしながら、第３集光光学素子２３２のアパーチャ２４２は、拡散板表面２０８の軸外領域群２１０の各軸外領域２１０と共役関係にあることが好ましく、そのような場合には、拡散板表面２０８の異なる軸外領域２１０からの拡散コリメートビーム群２３０の各拡散コリメートビーム２３０は、スペックル除去ビーム２４０用に設計される全体形状のアパーチャ２４２の共通領域群をほぼ満たす。拡散コリメートビーム２３０を破断線として示すことにより、第３集光光学素子２３２を、当該光学素子のアパーチャ２４２と一緒に拡散板表面２０８の軸外領域２１０と共役関係にある位置に光軸１８６に沿って配置するために実際に必要な追加の光学距離を表わすことができる。拡散ビーム群２３０は略平行化されるので、特に第３集光光学素子２３２のサイズを拡大することができる場合、かなり高い柔軟性に、第３集光光学素子２３２を光軸１８６に沿って位置決めする際に対応することができる。
【００４４】
図５に示す別のスペックル低減システム２５０は、スペックル低減システム１７０と同様の構成要素群を含むが、光学的な共役関係が反転した構成になるように配置される。コヒーレント光源（図示せず）からのコリメートビーム２５２は、光軸２５４に沿って第１反射集光光学素子２５６のアパーチャ２５８を通過するように伝搬し、そしてビームステアラー２７０の反射面２７２に入射する。図４の実施形態と同様に、ビームステアラー２７０は、２つの相互に傾斜した反射面、すなわち光軸２５４に一致する軸２８０周りをモータ２７８によって回転するモータシャフト２７６の反対側端部に位置する反射面２７２及び別の反射面２７４により形成される。反射面２７２の傾斜に起因して、コリメートビーム２５２は、同様に平行化されるビーム２６４として軸外に反射され、このビーム２６４は、第１反射集光光学素子２５６の反射面２６０に入射する。好適には、反射面２６０は、放物面の形状を有する、または傾斜反射面２７２が、一致するモータ軸、及び光軸２８０及び２５４の周りを回転することによってコリメートビーム２６４で掃引される領域の放物面に少なくとも略一致する。傾斜反射面２７２は、基準放物面の幾何学焦点に配置されて、軸外コリメートビーム２６４が放物状反射面２６０によりビーム２６６として反射され、このビーム２６６は、光軸に平行に伝搬し、かつ透過型拡散板２８４の拡散板表面２８６の集光部２６８を通るように収束する。放物状反射面２６０から焦点距離に相当する位置にある集光部２６８の位置は、放物状反射面２６０の被照射軸外放物面部分の局所曲率から求めることができ、そして集光部２６８の位置によって、第１反射集光光学素子２５６の放物状反射面２６０と透過型拡散板２８４の拡散板表面２８６との間の間隔が設定される。反射面２７２を他の傾斜にすると、放物状反射面２６０と拡散板表面２８６との間の間隔を、放物状反射面２６０の異なる被照射軸外放物面部分の焦点距離に応じて異ならせる必要がある。
【００４５】
最良の集光位置２６８を通過して伝搬すると、ビーム２６６は、透過型拡散板２８４から拡散発散ビーム２８８として射出し、この拡散発散ビーム２８８は、第２反射集光光学素子２９０の同様の放物状反射面２９４に入射する。放物状反射面２９４は、拡散発散ビーム２８８を拡散コリメートビーム２９８として、ビームステアラー２７０の傾斜反射面２７４に入射する方向に平行化するものとされる。拡散コリメートビーム２９８は、傾斜反射面２７４により、光軸２５４の方向に拡散コリメートビーム３００として反射される。傾斜反射面２７４は、放物状反射面２９４の幾何学焦点に位置することが好ましく、そして放物状反射面２９４は、放物状反射面２９４の被照射軸外放物面部分の焦点距離に相当する位置の拡散板表面２８６の集光部２６８から離間していることが好ましい。
【００４６】
モータシャフト２７６が回転すると、２つの傾斜反射面２７２及び２７４が同期して光軸２５４周りを回転することにより、収束ビーム２６６の集光点２６８を、透過型拡散板２８６上を周回する軸外環状光路に沿って追従させるとともに、透過型拡散板２８４から射出する拡散発散ビーム２８８を、一連の拡散コリメートビーム３００として光軸２５４に沿って、再配向させ、再センタリングし、そして再平行化する。拡散コリメートビーム３００は、反射集光光学素子２９０のアパーチャ２９２を通過して、スペックル低減システム２５０の出口に向かって伝搬する。
【００４７】
集光光学素子３０４は、拡散発散ビーム３００を、拡散集光部３０６を通るように収束させ、この拡散集光部３０６は、スペックル除去出力ビーム３１０の新規スポット光源３０８として機能することができる。これまでの実施形態とは異なり、拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８は、透過型拡散板２８６の拡散集光部２６８と共役関係にある。従って、新規スポット光源３０８は、高い空間コヒーレンスを実現し、そして虹彩絞りは普通、空間コヒーレンスを更に高くするためには必要ではない。元のコリメートビーム２５２を焦点から外して集光して、空間コヒーレンスを低下させることができる。
【００４８】
拡散集光部２６８は、何れの１つの瞬間においても、拡散板表面２８６の非常に小さい領域しか占有しないので、新規スポット光源３０８の共役拡散集光部３０６内のエネルギー重心の方向の非常に小さいずれを、拡散板表面２８６の局所勾配に応じて予測することができる。拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８内の重心の方向のこれらのずれは普通、拡散コリメートビーム２９８が、反射面２７４に接近するときに光軸２５４に傾斜して入射するときの角度に比較して小さい。更に、拡散板表面２８６のうち、何れの１つの瞬間において照射される領域も、非常に小さいので、エネルギー重心の方向の無相関なずれを生じるために必要な拡散板表面２８６における追従距離は、非常に短くて済む。従って、元のビーム径と同程度に短い追従距離を含む区間に亘って、拡散板表面の平均勾配はゼロであり、そして区間群の各区間に亘って測定することができる拡散ビーム群３００のエネルギー重心は、拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８内の中心に位置したままである。
【００４９】
すなわち、拡散板２０６は、光の瞬時空間分布または角度分布に、拡散板の性質に従って影響を及ぼし得るが、拡散板２０６を瞬時軸外照射する役割を担うスペックル低減システム２５０の残りの部分は、残りの部分の総合的な性質の結果として必ずしも、スペックル低減システム２５０を通過して伝搬する光の角度分布または空間分布に影響する訳ではない。従って、スペックル低減システム２５０の射出瞳を、例えば光源のアパーチャの像として、拡散板２０６の軸外照射によって所望通りに満たすことができなくなることがなく、そしてその結果、スペックル低減システム２５０のエテンデューは、これまでの実施形態におけるスペックル低減システム６０，１２０，及び１７０と同じように、低いままの状態を保持することができる。
【００５０】
２つの直ぐ前の実施形態における反射集光光学素子１９０，２１６，及び２５６，２９０は、放物状反射面１９４，２１８，及び２６０，２９４を有するものとして説明されているが、これらの反射面は、概球面形状または概非球面形状を含む、または局部的な回転面を方向操作されるビーム２０２及び２６４で照射される反射光路に沿って含む多種多様な他の形態を採ることができる。透過型拡散板２０６または２８４の代わりに、または透過型拡散板２０６または２８４の他に、何れかの対の反射面１９４，２１８，及び２６０，２９４のうちの一方の対の反射面、または両方の対の反射面を、拡散反射面として形成することができる。更に、透過型拡散板２０６及び２８４は、反射型拡散板として形成することができるので、拡散軸外ビームを共通光路に沿って再誘導して、光源に向かって戻すためのビームステアラー及び反射（放物面）光学素子が１つだけ必要になる。ビームスプリッタ６６及び１２４と同様のビームスプリッタを使用して、戻り拡散ビームを出口に向かって誘導することができる。
【００５１】
ビーム群を、同期して回転させる反射面により反射させようとする場合の形態は、集光型の例と非集光型の例との間で変えることができる。集光型によって、より小さい反射面を使用することができるのに対し、非集光型によって、拡散板への集光が可能になる。
【００５２】
同期駆動される反射面だけでなく、他の形態のビームステアラー（例えば、音響光学ビームステアラー）は、物理的に分離することができ、かつ例えば、同じドライバまたは同期ドライバを使用することにより電子的に同期させることができる。透過型として動作するビームステアリングペアは、これもまた透過型として使用される集光光学素子群と一緒に使用することができる。
【００５３】
本発明について、現時点で好適であるとされる実施形態を含む特定の実施形態に関連して説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、本発明は、更に多くの形態で本発明における全ての教唆に基づいて具体化することができることを理解できるであろう。本明細書において記載されるスペックル低減システムの出力として表記されるスペックル除去ビームは、コヒーレント撮像システムに極めて有用であると考えられ、かつスペックル低減または同様に変化するビーム組成の利点を生かすことができる他のシステムにおいて使用することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ フィゾー干渉計
１２、６０、１２０、１７０、２５０ スペックル低減システム
１６ ファイバ端
１８ 照射スポット光源
２０、３４、４８ レンズ
２２ 円形拡散板
２４、７２、１３２、２０８、２８６ 拡散板表面
２６ 拡散板の本体
２８、１０６、１６０、２３６、３０８ 新規スポット光源
３０ モータ
３２、６６、１２４ ビームスプリッタ
３６ 測定アーム
３８ フィゾー光学素子
４０ 基準面
４２ オブジェクト
４４ 検査面
４６ 記録アーム
５０ 画像検出器
５２ 画像検出器表面
６２、１３８、１８６、２５４、２８０ 光軸
６４、１２２、１８２、２５２ コリメートビーム、入力ビーム、コリメート光ビーム
６６ ビームスプリッタ
６８、１２８ 反射型拡散板
７０、１３０、１６６、１９２、２２０、２４２、２５８、２９２ アパーチャ
７４、１４７ 軸外領域
７６、１２６、１８４ 第１集光光学素子
７８、１３４、１８８、２６６ 収束ビーム
７９，９９、１３５、１４９ 重心
８０、１４０ 揺動ミラー、２軸揺動ミラー
８２、１４２、１９４、２６０、２７２、２７４ 反射面
８４、１３６、１９６、２６８ 集光部、初期集光部、点状集光部、集光位置、集光点
８６、１９８、２８０ 軸
８８、１４６ 発散ビーム
９０、２０４、２５２、２６４、２６６ 再平行化ビーム、コリメートビーム
９２、１００、１５４、２０４、２１２、２３０、２９８、３００ 拡散コリメートビーム、拡散ビーム
９４、１４８、２２２ 拡散収束ビーム
９５、１４７ エネルギー重心
９６、１０４、１５０、１５８、２２４、２３４、２６８、３０６ 拡散集光部、拡散点状集光部
９８、１５２、２２６、２８８ 拡散発散ビーム、重なり拡散発散ビーム
１０２、１５６ 第２集光光学素子
１０８、１６４、２３８ 虹彩絞り
１１０、１６２、２４０ スペックル除去ビーム
１４４ 有効回転軸
１５６ 拡散スポット光源
１７４、１７６、２７２、２７４ 傾斜反射面
１７８、２７８ モータ
１８０、２７６ モータシャフト、回転シャフト
１９０ 第１反射集光光学素子
１９４、２１８、２６０、２９４ 放物状反射面
１９６ 焦点
２０２ 軸外発散ビーム
２０４ 軸外コリメートビーム
２０６、２８４、２８６ 透過型拡散板
２１０ 連続領域、連続軸外領域
２１６ 第２反射集光光学素子
２３２ 第３反射集光光学素子
２５６ 第１反射集光光学素子
２７０ ビームステアラー
２９０ 反射集光光学素子
３０４ 集光光学素子
３１０ スペックル除去出力ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザによって生じるような、コヒーレント光の使用により生じるスペックルに関するものであり、特に撮像システムによって取得される画像のスペックルによる悪影響を低減するために考案されている。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィー及び干渉分光法のような光撮像用途では、画像を形成するために高コヒーレントな光が必要となる。画像品質を劣化させてしまうスペックルは、画像コントラストを高めるために利用される同じ干渉現象から生じる。コヒーレント撮像システム内の何れの光散乱によっても、局所的な位相相互作用が生じて、建設的干渉（強め合う干渉）及び破壊的干渉（弱め合う干渉）の外見上ランダムなパターンが生じ、これによって所望の干渉パターンを不鮮明にしてしまう。このような散乱は、塵、不完全な撮像光学系、及び迷反射を含む何れかの数の原因に起因するだけでなく、撮像対象の被写体に起因して生じ得る。
【０００３】
拡散板表面が多くの場合、スペックルの原因となるが、拡散板表面を使用してスペックルを、拡散板表面を回転させ、そして撮像素子（ヒトの眼を含む）の積分時間を利用して、結果的に生じる異なるスペックルパターンの合計平均を時間軸でとることにより軽減することもできる。従来のスペックル低減システムは、レーザの出力ビームを回転拡散板に集光する。拡散板の拡散集光部は、照射システムの新規スポット光源を形成する。レーザビームを集光させる拡散板の直径、及び拡散板を回転させる速度（一括して、集光ビームに対する拡散板の局所線形速度として定量化することができる）を調整して、スペックルコントラストがカメラの積分時間内に十分低くなるようにする。一般的に、スペックルコントラストは、所定の積分時間内の無相関スペックルパターン群の数の平方根だけ低くなる。
【０００４】
回転拡散板、特に高精度光学素子内の回転拡散板は、熱及び振動の発生を含む幾つかの不具合を有する。画像を、カメラのより短い積分時間内に取得するという継続的な需要から、拡散板の直径を更に長くして、または拡散板を更に高速に回転させて、所望のスペックル低減量を維持する必要がある。拡散板がより大きくなり、そしてより高速になるだけでなく、モータの駆動力がより大きくなると、不所望の熱及び振動が大きくなって、所望の撮像が高精度光学撮像素子内で行なえなくなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者らは、スペックル低減を、拡散板を動かすのではなく、ビームを動かして、質量及びモーメントだけでなく、付随する熱及び振動を低減することにより達成する構成を想到するに至った。しかしながら、軸に収集され、そして再集光されるときに拡散板の軸外照射が変化すると、システムのエテンデューが、各被照射位置から射出瞳を部分的にしか満たさないことにより大きくなってしまい、そして当該瞳を短い積分時間中に徐々に満たすためには完全に１回転する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、好適な態様では、スペックルが動的に拡散される度合いを、レーザビームの方向を操作して、該ビームが拡散板上を走査するようにし（例えば、拡散板上を周回するように）、そして再構成ビームの光の同心円状角度分布を維持しながら前記拡散光を再構成ビームとして収集することにより大きくする。前記拡散板の各位置から収集される光は、射出瞳を同心円状に満たすことにより所望通りに利用される。例えば、レーザビームをステアリングミラーに誘導することができ、このステアリングミラーが当該ビームの方向を操作して、当該ビームが拡散板上の略円形または略渦巻き状の光路を辿るようにする。当該拡散板上を周回する異なるスポット位置を通過する光がずれるのにも拘わらず、当該システムのエテンデューは、当該拡散板からの光の軸外分布が、共通光軸を再び中心とするようになり、かつ互いに対して共通光軸に沿って再び揃うので、小さく保つことができる。すなわち、当該拡散板の異なる被照射領域からの光であって、共役な位置にあるアパーチャストップの異なる限定領域を満たす光を単に光軸に集光するのではなく、これらの被照射領域の各被照射領域からの軸外分布を持つ光は、共役な位置にあるアパーチャストップの共通領域を満たす。当該拡散板とは共役関係にある構成では、これらのエネルギー重心は、光が当該拡散板から収集される軸外スポット位置が異なっているのにも拘わらず、再び略中心にくるようになる。当該拡散板とは共役関係が反転した構成では、これらのエネルギー重心は、光が当該拡散板から収集される軸外スポット位置が異なっているのにも拘わらず、再び略位置合わせされる（再分布が必ず拡散板自体に起因することを除いて）。
【０００７】
例えば、当該拡散板から収集される光は、同じステアリングミラーに戻すことができる、または同期ステアリングミラーに誘導して、拡散光を再度中心に来るようにするとともに再度位置合わせすることができる。好適には、当該拡散板自体が屈折力を有するか、または介在光学素子が、拡散光を同じステアリングミラーに、または同期駆動されるステアリングミラーに再誘導する屈折力を有するかの何れかである。ステアリングミラーの運動は、光が光速で通過した後に生じるので、当該拡散光を、当該光の方向を最初に操作したときの位置の光軸に戻すことができる。
【０００８】
ステアリングミラーは、特にレーザビームの焦点に配置される、または焦点の近傍に配置される場合に、サイズを小さくすることができるとともに、ステアリングミラーの中心周りを、またはほぼ中心周りを回転することができる。ビームステアリングミラーのサイズを小さく抑えて、当該ミラーの質量を小さく抑えることにより、そしてステアリングミラーを、当該ミラーの質量中心の近傍で回転させて、当該ミラーのモーメントを小さく抑えることにより、ずっと少ない熱及びずっと小さな振動しか発生しないようになる。スペックル低減システム全体を更にコンパクトに、低コストで形成することができ、かつスペックル低減システム全体は、動作するためにずっと少ない電力しか必要としない。
【０００９】
ステアリングミラーの各角度位置において、光の所望の全体角度分布が維持されるので、カメラの所定の積分時間に対するステアリングミラーの回転量は、１回転サイクルに亘る光の所望の角度分布を最初に再構成するように選択するのではなく、所望のスペックル低減量を達成するように選択することができる。スペックル低減は、２つの主要な方法により達成される：まず、スペックルを発生させ得る表面アーチファクト群の間の最大間隔を小さくする空間コヒーレンスを低く抑えることにより；そして次に、非相関スペックルパターン群をカメラの積分時間内で平均して、当該スペックルを平均化してゼロにすることにより達成される。当該拡散板自体は、特に十分広い領域に亘って照射される場合に、空間コヒーレンスを低くすることができ、そしてスペックル低減システム内の光学素子群によって、拡散板の凹凸形状を分解して、拡散板によって可能になる角度拡散範囲を保持することが好ましい。凹凸のピッチを細かくするとまた、ビームが拡散板上を追従してこれらのスペックルパターンの相関性を無くすことができるので、１つのスペックルパターンを別のスペックルパターンから判別し易くすることができる。
【００１０】
コヒーレント光のスペックルを低減するシステムとしての本発明の１つの態様は、拡散板と、少なくとも１つのビームステアラーを有するビームステアリングシステムと、そして前記拡散板と前記ビームステアリングシステムとを相互接続する光学系と、を含む。該光学系は、光を、前記少なくとも１つのビームステアラーから前記拡散板の連続する軸外領域に、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域から前記少なくとも１つのビームステアラーに誘導することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの光の角度分布群の各角度分布が、共通軸を略中心とするようになり、かつ該共通軸に揃うようになって、光が前記スペックル低減システムから射出する。
【００１１】
前記ビームステアラー（または、同期駆動される一対のビームステアラーの各ビームステアラー）は、１つの可動反射面を含むことができ、そして前記光学系は、１つの集光光学素子を含むことができ、該集光光学素子は、前記光を前記可動反射面に集光して、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射する。同じ（または、異なる）集光光学素子は、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記同じ、または異なる可動反射面に集光することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が、前記共通軸を中心とするようになり、かつ前記共通軸に揃うようになる。別の構成として、前記集光光学素子は、前記可動反射面からの前記光を、前記拡散板の前記連続する軸外領域に再誘導し、そして集光することができ、そして前記同じ、または異なる集光光学素子は、前記拡散板からの前記集光光を、前記同じ、または異なる可動反射面に収集し、そして再誘導することができる。
【００１２】
スペックルをスペックル低減システムで低減する方法としての本発明の別の態様は、コヒーレント光を第１軸に沿ってビームステアラーに誘導するステップと、前記ビームステアラーからの光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するステップと、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記同じビームステアラーまたは同期して作動する別のビームステアラーに誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、光を前記スペックル低減システムから射出するようにするステップと、を含む。
【００１３】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を１つの可動反射面に集光させることができ、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射することができ、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を前記同じ可動反射面に、または前記可動反射面と同期して動くことができる別の可動反射面に集光させて、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる。別の構成として、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、可動反射面からの前記光を前記拡散板の連続する軸外領域に集光させることができ、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板からの前記集光光を、前記同じ可動反射面に、または前記可動反射面と同期して動くことができる別の可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域の各軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようにすることができる。基準となる第１及び第２軸は種々の所定の関係を有することができるが、第１及び第２軸は一致することが好ましい、または例えば、光学設計全体を簡易化するために少なくとも同軸であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のスペックル低減システムを搭載したフィゾー干渉計の模式図である。
【図２】揺動ミラーを集光光学素子と組み合わせて、コリメートビームを、反射型拡散板上を周回するように、かつ公称法線入射角で追従させる構成の本発明によるスペックル低減システムの模式図である。
【図３】揺動ミラーを球状反射型拡散板と組み合わせて、発散ビームを、反射型拡散板上を周回するように、かつ公称法線入射角で追従させる構成の本発明による別のスペックル低減システムの模式図である。
【図４】光を拡散板に誘導し、そして拡散板から誘導する機能を別々に実行する同期回転ミラーを特徴とする別のスペックル低減システムの模式図である。
【図５】光を共役関係が反転した構成で集光することができることを除いて、図４のスペックル低減システムと同様である別のスペックル低減システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計１０には、従来のスペックル低減システムが搭載される。コヒーレント光源を用いた実質的に全ての干渉計だけでなく、コヒーレント光源を用いた他の撮像システムが、同様のスペックル低減システムの利点を生かすことができるので、このフィゾー干渉計１０が純粋に例示として提示されている。
【００１６】
恐らく、レーザ光源（図示せず）に接続されることになるファイバ端１６は、初期のコヒーレント（時間及び空間）照射スポット光源１８となる。レンズ２０は、ファイバ端１６からの出力を、円形拡散板２２の拡散板表面２４に集光する。拡散板の本体２６は、光を透過するが、拡散板表面２４を透過した光は、より広い範囲の角度に亘って散乱されて、新規スポット光源を形成する。モータ３０は、円形拡散板２２を、好適には高速で回転させて、新規スポット光源２８の特定パターンの発散角が連続的に変化するようにする。
【００１７】
ビームスプリッタ３２を透過した後、レンズ３４はスポット光源２８から放出される光を収集し、そして収集光を平行化して干渉計１０の測定アーム３６を透過させる。コリメート光の第１部分は、フィゾー光学素子３８の基準面４０により反射され、そして当該コリメート光の第２部分は、測定対象のオブジェクト４２の検査面４４により反射される。検査面４４及び基準面４０の両方によって反射された光は、フィゾー光学素子３８を透過し、そしてレンズ３４により収束光路上で、新規スポット光源２８に向かって再集光される。しかしながら、ビームスプリッタ３２は、戻り光を干渉計１０の記録アーム４６に誘導し直す（すなわち、反射する）。記録アーム４６内のレンズ４８は、基準面４０及び検査面４４を、ＣＣＤ（電荷結合素子）のような、更に広い意味では、カメラと表記されるような画像検出器５０の表面５２に結像する。
【００１８】
基準面４０と検査面４４との間に違いがあると必ず、干渉縞が生成され、これらの干渉縞を分析することにより、検査面４４における表面高さの変化を測定することができる（基準面は、所定の表面、例えば平坦な表面を有する）。干渉スペックルが干渉計１０内で発生すると必ず、画像を局所的なスプリアス応答により劣化させる傾向がある。しかしながら、スペックルの影響を、円形拡散板２２を回転させることにより低減させて、画像検出器表面５２に現われるスペックルパターンをランダムに変動させる。円形拡散板２２を回転させる速度は、画像検出器５０の積分時間を基準に設定されて、画像検出器表面５２に現われるスペックルパターンの変動が、画像検出器５０により連続して取得される各画像内のスペックルの影響を軽減するために十分な大きさとなるようにする。
【００１９】
スペックルパターンの変動を大きくしてスペックルを更に軽減するために、またはより短い積分時間に対応するために、円形拡散板２２の回転速度、または新規スポット光源２８が形成される円形拡散板２２の半径の両方を大きくすることができる。両方のアプローチは、熱及び振動が大きくなるという不具合を有する。レンズ２０を、当該レンズの軸に沿って、拡散板表面２４に集光部が合わない位置に並進移動させ、そして新規スポット光源２８を大きくすることにより、空間コヒーレンスを低減させる。
【００２０】
図２のスペックル低減システム６０において最初に具体化される形態の本発明によって、図１の上述の従来のスペックル低減システム１２に関連する問題の多くを解決することができる。スペックル低減システム６０しか図２に示していないが、スペックル低減システム６０だけでなく、以下に示す他の新規のスペックル低減システムが、スペックルの影響を受ける多種多様なコヒーレント撮像システムの新規スポット光源（例えば、１０６）を提供することを理解することができる。
【００２１】
レーザ光源（図示せず）からのコヒーレント光のコリメートビーム６４は、光軸６２に沿って、ビームスプリッタ６６、及び反射型拡散板６８を貫通するアパーチャ７０の両方を通って伝搬して、第１集光光学素子７６に到達し、この第１集光光学素子７６がコリメートビーム（平行化ビーム）６４を収束ビーム７８として、集光部８４に位置する揺動ミラー８０（すなわち、ステアリングミラー）の反射面８２に集光する。テキサスインスツルメンツ社製の２軸アナログＭＥＭＳポインティングミラーＴＡＬＰ１０００Ｂのようなマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）素子とすることができる揺動ミラー８０は、反射面８２を２軸（例えば、正弦波で駆動される軸）周りに同時に回動させて、反射面８２を、光軸６２に一致する軸８６の回りを効果的に回転させる。揺動状態では、揺動ミラー８０の反射面８２は、収束ビーム７８を異なる光路上の発散ビーム８８として偏向させて（すなわち、角度反射して）、第１集光光学素子７６に戻し、この第１集光光学素子７６が次に、発散ビーム８８を、光軸６２に平行であるが光軸からずれている再平行化ビーム９０として再平行化する。再平行化ビーム９０で反射型拡散板６８の反射型拡散板表面７２の軸外領域７４を照射し、この軸外領域７４によって、再平行化ビーム９０が拡散コリメートビーム９２として反射されて第１集光光学素子７６に戻る。第１集光光学素子７６は、拡散コリメートビーム９２を拡散収束ビーム９４として、初期集光部８４に重なる拡散集光部９６に位置する揺動ミラー８０の反射面８２に集光する。拡散集光部９６のサイズは、拡散板表面７２の拡散角に比例する。集光部９６は拡散性であり、かつ揺動ミラー８０の反射面８２は運動している（この運動は、光速に対して無視できる）が、戻り拡散収束ビーム９４のエネルギー重心９５は、揺動ミラー８０の反射面８２に、発散ビーム８８が最初に、反射面８２により反射されたとされる角度と略同じ角度で入射する。従って、揺動ミラー８０の反射面８２は、拡散収束ビーム９４を戻り光路上の拡散発散ビーム９８として、光軸６２に沿って反射する。
【００２２】
このように、スペックル低減システム６０では、反射型拡散板６８から戻ってくるエネルギー重心９９は、反射面８２を傾ける角度に関係なく、拡散発散ビーム９８内の光軸６２を中心とし、かつ当該光軸６２に一致するとされる状態を保持するが、その理由は、反射型拡散板６８からの拡散光が反射面８２に、当該光の元の光路に略沿うようにして戻るからである。照射される拡散板表面７２上のスポット位置、例えば軸外領域７４に関係なく、拡散収束ビーム９４は、異なる方向から同じ拡散集光部９６に収束し、そして反射面８２の向きは必ず、拡散収束ビーム９４が収束するときの到来方向に応じて変化している。すなわち、発散ビーム８８が反射型拡散板６８に近付くときの方向を制御する反射面８２の向きを同じにすることによって、拡散収束ビーム９４を重なり拡散発散ビーム９８として再配向させるときの方向も制御する。その結果、拡散発散ビーム９８の重心９９は、収束ビーム７８の重心７９に、光軸６２に沿って略一致する。何れの単一の瞬間においても、重心７９に対する重心９９の位置及び方向は、反射型拡散板表面７２の局所的な特徴に起因して、ごく僅かにずれる可能性があるが、これらの変化は、拡散板凹凸形状サイズが、拡散板表面７２のうち、瞬間的に照射される領域７４に対して小さい場合に、ほとんど感知することができず、そして凹凸形状サイズが比較的大きい場合でも、積分時間で平均化されてゼロになる傾向にある。
【００２３】
第１集光光学素子７６は、拡散発散ビーム９８を拡散コリメートビーム１００として、戻り光路に沿って、反射型拡散板６８のアパーチャ７０を通って、ビームスプリッタ６６に到達するように再平行化し、この場合、拡散コリメートビーム１００は、第２集光光学素子１０２を通るように誘導される。スペックル低減システム６０の出口に近付くと、第２集光光学素子１０２は拡散コリメートビーム１００を、拡散集光部１０４を通過するように収束させ、この拡散集光部１０４は、揺動ミラー８０の反射面８２の初期集光部８４及び拡散集光部９６の両方と光学的共役関係にあるが、反射型拡散板６８の拡散板表面７２とは共役関係が反転した構成になっている。反射型拡散板表面７２の軸外領域群７４の各軸外領域は、拡散板表面上を周回する軸外領域群７４の角度位置に関係なく、反射型拡散板６８のアパーチャ７０と共役関係のままであり、そして拡散板表面７２の異なる軸外領域７４からの拡散コリメートビーム群１００の各拡散コリメートビームは、アパーチャ７０の共通領域群をほぼ満たす。
【００２４】
共役拡散集光部１０４は、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムの新規スポット光源１０６を形成する。虹彩絞り１０８を新規スポット光源１０６の位置に配置して、スペックル低減システム６０から射出されるスペックル除去ビーム１１０の空間コヒーレンスを調整する。スペックル低減システム６０の開口数に対して、虹彩絞り１０８のサイズを小さくすることにより、空間コヒーレンスを、後続の撮像システムの要求に従って向上させることができる。
【００２５】
揺動ミラー８０の反射面８２は、第１集光光学素子７６の後方焦点に位置することが好ましく、そして反射型拡散板６８の拡散板表面７２は、第１集光光学素子７６の前方焦点に位置することが好ましく、これにより、関連する集光機能及び平行化機能を実行する。この実施形態の揺動ミラー８０の反射面８２は、２つの直交軸の回りを回動することが好ましく、第１直交軸は、反射面８２の平面内に、または平面の近傍に位置し、そして第２直交軸は、直交平面内に位置し、２つの回動軸の運動が組み合わされると、主として、光軸６２に一致する軸８６周りの回転を生み出す。しかしながら、第２軸の自由度が追加されると、極角を調整することができ、この極角を利用して、反射面８２を光軸６２に対して傾斜させる。従って、揺動ミラー８０によって反射され、そしてコリメートビーム９０として第１集光光学素子７６によって再平行化される発散ビーム８８は、反射型拡散板６８の拡散板表面７２上を周回するように、光軸６２から異なる半径位置で追従させることができる。例えば、コリメートビーム９０は、拡散板表面７２上を可動渦巻き状に追従して、拡散板表面７２のより広い領域を照射することにより、拡散パターンが各１回転中に繰り返されないようにすることができる。この機能を利用して、拡散特性を変えることもできる。例えば、拡散板表面７２の拡散特性は、光軸６２からの半径方向距離とともに徐々に変化させるか、または徐々に強くなるように変化させることができ、そしてコリメートビーム９０を調整して、特定の半径方向位置で追従させて、所望の拡散特性を示すことができる。
【００２６】
反射型拡散板６８の拡散板表面７２は、入射コリメート光を或る範囲の角度で反射する粒状形を有することが好ましいが、拡散板表面７２は、この目的を達成するために多くの異なる形状を採ることができ、従って、より高次の鏡面形状を含む、種々の傾斜のより高次の面形状を有するものとして表わすことができる。コリメートビーム９０が局所的に反射されるときの異なるビーム角度によって、位相を光線間で相対的に概略ビーム伝搬方向に、不所望の破壊的干渉（スペックル）が発生し得る変化する照野位置に対応して変化させる。拡散板表面７２を反射板（拡散反射板を形成する）に直接内蔵することができるが、拡散機能及び反射機能は、例えば拡散面及び反射面を同じ光学素子の内部に個別に設けることにより、またはこのような個別の面を異なる光学素子に設けることにより分離することができる。拡散は、屈折率傾斜型ゾーンプレートのような拡散光学素子の本体の内部で行なうこともできる。スペックルコントラストを、最大拡散角度領域群を集めることにより低下させる場合、入力ビーム６４を、反射面８２の微小な点状集光部８４に集光させることが好ましい。拡散板表面７２及び反射面８２が、共役関係が反転した構成である場合、拡散板表面７２により反射される拡散光の角度限界は、反射面８２の外部アパーチャによって定義される。微小な点状集光部８４によって、拡散板表面７２に入射するビーム９０の平行度を高めて、拡散コリメートビーム９２内の光の角度分布、及び反射面８２の拡散点状集光部９６に収まる光の対応する空間分布が共に、拡散板表面７２の拡散性に更に強く関連付けられて、反射面８２によって拡散板表面７２から収集される拡散光の実効開口数が大きくなることが保証される。
【００２７】
拡散板表面７２の拡散特性を高める（例えば、粒子サイズを小さくすることにより）と、拡散コリメートビーム９２が反射型拡散板６８によって反射されるときの角度範囲を広くすることができる。戻り拡散ビーム９０の角度範囲が広くなると、揺動ミラー８０の反射面８２の拡散集光部９６のサイズが大きくなる。好適には、揺動ミラー８０の反射面８２は、質量及びモーメントを小さく抑えるために出来る限り小さいサイズとし、かつ反射型拡散板６８で捕捉されるように構成される所望の最大画角に対応するために十分なサイズとする。
【００２８】
拡散板表面７２の拡散特性を高める他に、スペックル低減率は、揺動ミラー８０の反射面８２を、出来る限り速い速度で、かつ最大の極角で回転させて、拡散板表面７２上を最大可能半径で追従させて入射コリメートビーム９０が拡散板表面７２を最大可能線形速度で移動するようにすることにより最大にすることができる。テキサスインスツルメンツ社製の基準揺動ミラーは、約３ミリメートルの直径、約±５度の両軸周りの傾斜角範囲、及び約１３０ヘルツの直交光軸周りの回転速度を有する。反射面８２を傾斜させることができる角度がプラスまたはマイナス５度であるとすると、光は鏡面反射によって入射角の２倍の角度方向に反射されるので、光軸６２に対してプラスまたはマイナス１０度の範囲の公称傾斜角で反射発散ビーム８８が伝搬することができる。第１集光光学素子７６の焦点距離を長くして、光を、反射型拡散板上を周回するように、反射面８２が最大傾斜角のときに追従させるときの半径を長くすることができるが、開口数がそれに応じて小さくなることによって、拡散板表面７２の凹凸形状を分解することができる角度範囲が狭くなる（すなわち、拡散パターンを捕捉することができる画角範囲が狭くなる）。線形速度を速くすると、所定の積分時間内に捕捉することができる異なるスペックルパターンの数が増え、そして画角が大きくなると（そのように捕捉される場合）、異なるスペックルパターンを判別する能力が高くなる（すなわち、スペックルパターンを分解することができる可能な照野位置の数が増える）。
【００２９】
従来の常法に従って、ビームスプリッタ６６は偏光ビームスプリッタとすることができ、この偏光ビームスプリッタを１／４波長板（図示せず）と一緒に使用して、光がビームスプリッタ６６に到達して透過するときの損失を最小にする。例えば、コリメート光ビーム６４が、直線偏光ビームとして放出される場合、偏光ビームスプリッタの偏光軸の向きを調整して、直線偏光ビームがビームスプリッタ６６を透過することができるようにする。しかしながら、１／４波長板を通過したコリメートビーム６４及び１００が連続して衝突すると、直線偏光ビームの偏光軸が９０度だけ回転して、偏光ビームスプリッタが、戻り拡散コリメートビーム１００を、別の光路に沿って、スペックル低減システム６０の出口に向かって反射するようになる。同等の偏光ビームスプリッタ構成配置を用いて、円偏光光ビームを含む他の極性配向を判別することができる。部分反射率及び他の公知のビーム分割方式を利用して、ビームを伝搬させてスペックル低減システム６０に入射させ、そしてスペックル低減システム６０から射出させることもできる。
【００３０】
拡散発散ビーム９８の重心９９を、収束ビーム７８の重心７９と光軸６２に沿って一致させることが好ましいが、拡散発散ビーム９８の重心９９は、拡散収束ビーム９４の拡散集光部９６が収束ビーム７８の初期集光部８４から比較的ずれている場合に、異なる軸に一致させることができる。例えば、拡散板表面７２が仮に、わずかに傾斜して、コリメートビーム９０が拡散板表面７２に入射法線角から外れて衝突するとした場合、拡散集光部９６は、集光部８４に対してわずかにシフトすることになる。コリメートビーム６４及び１００の光路が結果的に異なることを利用して、これらのビームを分離するビームスプリッタ６６を無くすことができる。
【００３１】
反射型拡散板６８は固定されることが好ましいが、反射型拡散板６８をコリメートビーム９０が追従する方向とは反対の方向に回転させて、コリメートビーム９０を拡散板表面７２に対して移動させるときの相対的な線形速度を速くすることもできる。
【００３２】
図３に示す別の実施形態は、集光光学素子７６の集光機能群のうちの幾つかの集光機能を球状反射型拡散板１２８に取り込んでいる。前の実施形態と同様に、別のスペックル低減システム１２０は、コリメート光ビーム１２２を受光し、このコリメート光ビーム１２２はビームスプリッタ１２４を光軸１３８に沿って透過する。球状反射型拡散板１２８のアパーチャ１３０の内部（または、少なくとも近傍）に位置する第１集光光学素子（例えば、レンズ）１２６は、コリメートビーム１２２を収束ビーム１３４として、揺動ミラー１４０の反射面１４２の初期集光部１３６に集光する。光軸１３８に一致する有効回転軸１４４周りの反射面１４２の瞬時方位角では、収束ビーム１３４が、球状反射型拡散板１２８の軸外領域１４７に入射する発散ビーム１４６として軸外に反射される。球状反射型拡散板表面１３２を、初期集光部１３６を中心にして有する球状反射型拡散板１２８は、発散ビーム１４６を軸外領域１４７で、拡散収束ビーム１４８として、初期集光部１３６に一致するとされる拡散集光部１５０に向けて反射する。反射面１４２の同じ瞬時方位角では、拡散収束ビーム１４８は、これもまた収束ビーム１３４に一致するとされる拡散発散ビーム１５２として反射される。
【００３３】
前の実施形態と同様に、揺動ミラー１４０はビームステアラーとして機能し、このビームステアラーは、発散ビーム１４６を、球状反射型拡散板表面１３２上を回転軸１４４周りの反射面１４２の有効回転により生じる円形軌跡にほぼ従って追従させる。しかしながら、拡散板表面１３２の球形の形状は、反射拡散収束ビーム１４８を拡散集光部１５０の反射面１４２に戻す屈折力を与える。
【００３４】
反射面１４２の方位角、及び拡散板表面１３２が照射される軸外スポット位置に関係なく、異なる方位の拡散収束ビーム１４８は全て、同じ拡散集光部１５０に戻る。更に、かつ光速の観点から、反射面１４２が所望通りに運動するのではあるが、拡散板表面１３２の軸外スポットが照射されるときの反射面１４２の方位角は、拡散光が同じ方位に収集されるときの反射面１４２の方位角と同じ方位角である。スペックル低減システム１２０は対称設計になっているので、個々の発散ビーム１４６のエネルギー重心１４７は、これらの発散ビームのその瞬間の相手方の拡散収束ビーム１４８の重心１４９に一致し、そして反射面１４２で反射されると、拡散収束ビーム１４８は重なり拡散発散ビーム１５２に変換され、この拡散発散ビーム１５２の内部では、拡散収束ビーム１４８の重心１４９は、収束ビーム１３４の重心１３５を光軸１３８に沿って同じく中心とし、かつ当該重心１３５に光軸１３８に沿って一致する。
【００３５】
第１集光光学素子１２６は、拡散発散ビーム１５２を拡散コリメートビーム１５４として平行化し、これらの拡散コリメートビーム１５４は、光路上のビームスプリッタ１２４によってスペックル低減システム１２０の出口に向かって反射される。第２集光光学素子１５６は、拡散コリメートビーム１５４を、拡散スポット光源１６０をスペックル低減システム１２０の出口で形成する拡散集光部１５８を通過するように収束させて、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムに送出する。新規スポット光源１６０を取り囲む虹彩絞り１６４は、スペックル低減システム１２０から射出するスペックル除去ビーム１６２の空間コヒーレンスを調整する。新規スポット光源１６０を形成する拡散集光部１５８は、揺動ミラー１４０の反射面１４２の初期集光部１３６及び拡散集光部１５０の両方と光学的共役関係にある。従って、反射面１４２の各角度位置では、虹彩絞り１６４が角度空間的に満たされる割合は、略一定のままである。
【００３６】
拡散板表面１３２の連続する軸外領域１４７の各軸外領域との光学的共役関係を設定するために、第２集光光学素子１５６は第１集光光学素子１２６から、第１集光光学素子１２６の焦点距離の２倍に等しい光学距離に位置することが好ましい。そのようなことから、拡散コリメートビーム群１５４の各拡散コリメートビームは、第２集光光学素子１５６のアパーチャ１６６の殆どの共通領域を、拡散板表面１３２の被照射軸外領域群１４７の各被照射軸外領域と共役関係にある領域として満たす。スペックル除去ビーム１６２は、当該ビームの所望の全体形状を反射面１４２の各角度位置に有するので、ビーム送出先の撮像システムのカメラの所定の積分時間内の反射面１４２の回転量は、要求スペックル低減量に応じて、ビーム再構成を更に考慮する必要を生じることなく設定することができる。拡散ビーム群１５４は略平行化されるので、かなり高い柔軟性に、第２集光光学素子１５６を光軸１８６に沿って位置決めする際に対応することができるが、より大きな光学素子が必要になる。
【００３７】
球状反射型拡散板１２８の拡散機能、反射機能、及びべき乗機能は、単一の表面に取り入れることができる、または多数の表面または光学素子に分割することができる。ビームステアラーとして機能する揺動ミラー１４０は、より少ない軸の周りを、または異なる軸の周りを回転（すなわち、回動）させることができる。例えば、１つの所定の極角の方位角では、反射面１４２を回転軸１４４周りに直接回転させることができる。
【００３８】
２軸揺動ミラー８０及び１４０は、これまでの実施形態におけるビームステアラーとして特徴付けられているが、他の形態のビームステアラーを使用することもできる。基本的には、傾斜反射面は、単一軸（例えば、８６または１４４）周りに回転させることができ、例えばモータシャフトの一方の端部の傾斜面を研磨することにより得られる。可動ミラーの代わりに、他のビームステアラーとして、可動プリズム、レンズ、または回折格子を利用することができる。更に、ビーム操作は、ビームが透過する媒質の屈折率を変化させることにより行なうことができる。例えば、音響−光学変調器をビームステアラーとして使用することができる。
【００３９】
上に説明した実施形態は、単一のビームステアラー（例えば、揺動ミラー８０または１４０）を用いて、光を拡散板（例えば、６８または１２８）の連続する軸外領域に誘導するとともに、これらの軸外領域から誘導する。しかしながら、第１ビームステアラーを、光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するように配置することができ、そして第２ビームステアラーを使用して、拡散板の連続する軸外領域の各軸外領域からの光の分布が、共通軸を再び中心とするようにし、そして当該共通軸に揃うようにすることができる。第１及び第２ビームステアラーを同期して動作させることにより、拡散板の連続する軸外領域を、第１の連続する瞬時ビーム角で照射する光が、同じ方位軸及び位置に、同等の連続する瞬時ビーム角で戻るようにする。
【００４０】
図４に示す実施形態は、共通のモータシャフト１８０の両端に位置する２つの傾斜反射面１７４及び１７６の形態の２つの同期ビームステアラーを有するスペックル低減システム１７０の１つの例を示している。スペックル低減システム１７０は、コリメート光ビーム１８２をコヒーレント光源（図示せず）から受光する。第１集光光学素子（例えば、レンズ）１８４は、コリメートビーム１８２を収束ビーム１８８として光軸１８６に沿って集光する。収束ビーム１８８は、第１反射集光光学素子１９０のアパーチャ１９２を通過して傾斜反射面１７４の焦点１９６に到達する。第１集光光学素子１８４は、アパーチャ１９２内の箇所を含む光軸１８６に沿った種々の箇所に配置することにより、所望の集光特性を実現することができる。傾斜面としてモータシャフト１８０の一方の端部に形成される反射面１７４は、モータ１７８によって、モータシャフト１８０と一緒に、光軸１８６に一致する軸１９８の周りを回転する。
【００４１】
反射面１７４の瞬時方位角において、収束ビーム１８８は反射面１７４により、第１反射集光光学素子１９０の反射面１９４に入射する軸外発散ビーム２０２として反射される。好適には、第１反射集光光学素子１９０の反射面１９４は、放物面の形状を有し（少なくともこれらの領域において、すなわち照射のために用いられる環状領域において）、そして回転シャフト１８０の反射面１７４の集光部１９６に一致する幾何学焦点を有する。そのようなことから、発散ビーム２０２は、放物状反射面１９４により、光軸１８６に平行に、かつ光軸１８６から外れた位置で伝搬するコリメートビーム２０４として反射される。光軸１８６の法線方向を向いた１つ以上の拡散板表面２０８を有する透過型拡散板２０６は、コリメートビーム２０４を拡散コリメートビーム２１２に変換する。同様の放物状反射面２１８を含むことが好ましい第２反射集光光学素子２１６は、拡散コリメートビーム２１２を反射時に再成形して拡散収束ビーム２２２とする。放物状反射面２１８の幾何学焦点に一致する拡散収束ビーム２２２の拡散集光部２２４は、モータシャフト１８０の反対側端部の反射面１７６に形成される。反射面１７６は、モータシャフト１８０の何れの瞬時回転位置においても、反射面１７４の向きと同様の向きになっており、そして拡散収束ビーム２２２を拡散発散ビーム２２６として、光軸１８６に沿って反射する。第１反射集光光学素子１９０と同じように、第２反射集光光学素子２１６はアパーチャ２２０を含み、このアパーチャ２２０を通って、拡散発散ビーム２２６がスペックル低減システム１７０の出口に向かって伝搬する。第２集光光学素子２２８は、拡散発散ビーム２２６を、光軸１８６に沿って伝搬する拡散コリメートビーム２３０として平行化する。
【００４２】
シャフト１８０がモータ１７８によって回転すると、軸外コリメートビーム２０４は、拡散板表面２０８の連続領域群２１０上を追従して、透過型拡散板２０６上を周回する環状光路を形成する。環状光路に沿った各連続軸外領域２１０は、異なる拡散パターンを、対応する連続拡散コリメートビーム２１２内に生成する。モータシャフト１８０または反射面１７４及び１７６の端面取り付け部の何れかを変化させて、コリメートビーム２０４を、透過型拡散板２０６上を異なる半径（すなわち、光軸１８６からの距離）で周回するように追従させることができる。
【００４３】
スペックル低減システム１７０の出口に近付くと、第３集光光学素子２３２は、拡散コリメートビーム２３０を、新規スポット光源２３６をスペックル低減システム１７０の出口で形成する拡散集光部２３４を通過するように収束させて、スペックルの影響を受けるコヒーレント撮像システムに送出する。新規スポット光源２３６を取り囲む虹彩絞り２３８は、スペックル低減システム１７０から射出するスペックル除去ビーム２４０の空間コヒーレンスを調整する。拡散集光部２３４（新規スポット光源２３６）は、第１反射面１７４の初期集光部１９６、及び第２反射面１７６の拡散集光部２２４の両方と光学的共役関係にあるが、透過型拡散板２０６の拡散板表面２０８とは共役関係が反転した構成になっている。しかしながら、第３集光光学素子２３２のアパーチャ２４２は、拡散板表面２０８の軸外領域群２１０の各軸外領域２１０と共役関係にあることが好ましく、そのような場合には、拡散板表面２０８の異なる軸外領域２１０からの拡散コリメートビーム群２３０の各拡散コリメートビーム２３０は、スペックル除去ビーム２４０用に設計される全体形状のアパーチャ２４２の共通領域群をほぼ満たす。拡散コリメートビーム２３０を破断線として示すことにより、第３集光光学素子２３２を、当該光学素子のアパーチャ２４２と一緒に拡散板表面２０８の軸外領域２１０と共役関係にある位置に光軸１８６に沿って配置するために実際に必要な追加の光学距離を表わすことができる。拡散ビーム群２３０は略平行化されるので、特に第３集光光学素子２３２のサイズを拡大することができる場合、かなり高い柔軟性に、第３集光光学素子２３２を光軸１８６に沿って位置決めする際に対応することができる。
【００４４】
図５に示す別のスペックル低減システム２５０は、スペックル低減システム１７０と同様の構成要素群を含むが、光学的な共役関係が反転した構成になるように配置される。コヒーレント光源（図示せず）からのコリメートビーム２５２は、光軸２５４に沿って第１反射集光光学素子２５６のアパーチャ２５８を通過するように伝搬し、そしてビームステアラー２７０の反射面２７２に入射する。図４の実施形態と同様に、ビームステアラー２７０は、２つの相互に傾斜した反射面、すなわち光軸２５４に一致する軸２８０周りをモータ２７８によって回転するモータシャフト２７６の反対側端部に位置する反射面２７２及び別の反射面２７４により形成される。反射面２７２の傾斜に起因して、コリメートビーム２５２は、同様に平行化されるビーム２６４として軸外に反射され、このビーム２６４は、第１反射集光光学素子２５６の反射面２６０に入射する。好適には、反射面２６０は、放物面の形状を有する、または傾斜反射面２７２が、一致するモータ軸、及び光軸２８０及び２５４の周りを回転することによってコリメートビーム２６４で掃引される領域の放物面に少なくとも略一致する。傾斜反射面２７２は、基準放物面の幾何学焦点に配置されて、軸外コリメートビーム２６４が放物状反射面２６０によりビーム２６６として反射され、このビーム２６６は、光軸に平行に伝搬し、かつ透過型拡散板２８４の拡散板表面２８６の集光部２６８を通るように収束する。放物状反射面２６０から焦点距離に相当する位置にある集光部２６８の位置は、放物状反射面２６０の被照射軸外放物面部分の局所曲率から求めることができ、そして集光部２６８の位置によって、第１反射集光光学素子２５６の放物状反射面２６０と透過型拡散板２８４の拡散板表面２８６との間の間隔が設定される。反射面２７２を他の傾斜にすると、放物状反射面２６０と拡散板表面２８６との間の間隔を、放物状反射面２６０の異なる被照射軸外放物面部分の焦点距離に応じて異ならせる必要がある。
【００４５】
最良の集光位置２６８を通過して伝搬すると、ビーム２６６は、透過型拡散板２８４から拡散発散ビーム２８８として射出し、この拡散発散ビーム２８８は、第２反射集光光学素子２９０の同様の放物状反射面２９４に入射する。放物状反射面２９４は、拡散発散ビーム２８８を拡散コリメートビーム２９８として、ビームステアラー２７０の傾斜反射面２７４に入射する方向に平行化するものとされる。拡散コリメートビーム２９８は、傾斜反射面２７４により、光軸２５４の方向に拡散コリメートビーム３００として反射される。傾斜反射面２７４は、放物状反射面２９４の幾何学焦点に位置することが好ましく、そして放物状反射面２９４は、放物状反射面２９４の被照射軸外放物面部分の焦点距離に相当する位置の拡散板表面２８６の集光部２６８から離間していることが好ましい。
【００４６】
モータシャフト２７６が回転すると、２つの傾斜反射面２７２及び２７４が同期して光軸２５４周りを回転することにより、収束ビーム２６６の集光点２６８を、透過型拡散板２８６上を周回する軸外環状光路に沿って追従させるとともに、透過型拡散板２８４から射出する拡散発散ビーム２８８を、一連の拡散コリメートビーム３００として光軸２５４に沿って、再配向させ、再センタリングし、そして再平行化する。拡散コリメートビーム３００は、反射集光光学素子２９０のアパーチャ２９２を通過して、スペックル低減システム２５０の出口に向かって伝搬する。
【００４７】
集光光学素子３０４は、拡散発散ビーム３００を、拡散集光部３０６を通るように収束させ、この拡散集光部３０６は、スペックル除去出力ビーム３１０の新規スポット光源３０８として機能することができる。これまでの実施形態とは異なり、拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８は、透過型拡散板２８６の拡散集光部２６８と共役関係にある。従って、新規スポット光源３０８は、高い空間コヒーレンスを実現し、そして虹彩絞りは普通、空間コヒーレンスを更に高くするためには必要ではない。元のコリメートビーム２５２を焦点から外して集光して、空間コヒーレンスを低下させることができる。
【００４８】
拡散集光部２６８は、何れの１つの瞬間においても、拡散板表面２８６の非常に小さい領域しか占有しないので、新規スポット光源３０８の共役拡散集光部３０６内のエネルギー重心の方向の非常に小さいずれを、拡散板表面２８６の局所勾配に応じて予測することができる。拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８内の重心の方向のこれらのずれは普通、拡散コリメートビーム２９８が、反射面２７４に接近するときに光軸２５４に傾斜して入射するときの角度に比較して小さい。更に、拡散板表面２８６のうち、何れの１つの瞬間において照射される領域も、非常に小さいので、エネルギー重心の方向の無相関なずれを生じるために必要な拡散板表面２８６における追従距離は、非常に短くて済む。従って、元のビーム径と同程度に短い追従距離を含む区間に亘って、拡散板表面の平均勾配はゼロであり、そして区間群の各区間に亘って測定することができる拡散ビーム群３００のエネルギー重心は、拡散集光部３０６及び新規スポット光源３０８内の中心に位置したままである。
【００４９】
すなわち、拡散板２０６は、光の瞬時空間分布または角度分布に、拡散板の性質に従って影響を及ぼし得るが、拡散板２０６を瞬時軸外照射する役割を担うスペックル低減システム２５０の残りの部分は、残りの部分の総合的な性質の結果として必ずしも、スペックル低減システム２５０を通過して伝搬する光の角度分布または空間分布に影響する訳ではない。従って、スペックル低減システム２５０の射出瞳を、例えば光源のアパーチャの像として、拡散板２０６の軸外照射によって所望通りに満たすことができなくなることがなく、そしてその結果、スペックル低減システム２５０のエテンデューは、これまでの実施形態におけるスペックル低減システム６０，１２０，及び１７０と同じように、低いままの状態を保持することができる。
【００５０】
２つの直ぐ前の実施形態における反射集光光学素子１９０，２１６，及び２５６，２９０は、放物状反射面１９４，２１８，及び２６０，２９４を有するものとして説明されているが、これらの反射面は、概球面形状または概非球面形状を含む、または局部的な回転面を方向操作されるビーム２０２及び２６４で照射される反射光路に沿って含む多種多様な他の形態を採ることができる。透過型拡散板２０６または２８４の代わりに、または透過型拡散板２０６または２８４の他に、何れかの対の反射面１９４，２１８，及び２６０，２９４のうちの一方の対の反射面、または両方の対の反射面を、拡散反射面として形成することができる。更に、透過型拡散板２０６及び２８４は、反射型拡散板として形成することができるので、拡散軸外ビームを共通光路に沿って再誘導して、光源に向かって戻すためのビームステアラー及び反射（放物面）光学素子が１つだけ必要になる。ビームスプリッタ６６及び１２４と同様のビームスプリッタを使用して、戻り拡散ビームを出口に向かって誘導することができる。
【００５１】
ビーム群を、同期して回転させる反射面により反射させようとする場合の形態は、集光型の例と非集光型の例との間で変えることができる。集光型によって、より小さい反射面を使用することができるのに対し、非集光型によって、拡散板への集光が可能になる。
【００５２】
同期駆動される反射面だけでなく、他の形態のビームステアラー（例えば、音響光学ビームステアラー）は、物理的に分離することができ、かつ例えば、同じドライバまたは同期ドライバを使用することにより電子的に同期させることができる。透過型として動作するビームステアリングペアは、これもまた透過型として使用される集光光学素子群と一緒に使用することができる。
【００５３】
本発明について、現時点で好適であるとされる実施形態を含む特定の実施形態に関連して説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、本発明は、更に多くの形態で本発明における全ての教唆に基づいて具体化することができることを理解できるであろう。本明細書において記載されるスペックル低減システムの出力として表記されるスペックル除去ビームは、コヒーレント撮像システムに極めて有用であると考えられ、かつスペックル低減または同様に変化するビーム組成の利点を生かすことができる他のシステムにおいて使用することもできる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ フィゾー干渉計
１２、６０、１２０、１７０、２５０ スペックル低減システム
１６ ファイバ端
１８ 照射スポット光源
２０、３４、４８ レンズ
２２ 円形拡散板
２４、７２、１３２、２０８、２８６ 拡散板表面
２６ 拡散板の本体
２８、１０６、１６０、２３６、３０８ 新規スポット光源
３０ モータ
３２、６６、１２４ ビームスプリッタ
３６ 測定アーム
３８ フィゾー光学素子
４０ 基準面
４２ オブジェクト
４４ 検査面
４６ 記録アーム
５０ 画像検出器
５２ 画像検出器表面
６２、１３８、１８６、２５４、２８０ 光軸
６４、１２２、１８２、２５２ コリメートビーム、入力ビーム、コリメート光ビーム
６６ ビームスプリッタ
６８、１２８ 反射型拡散板
７０、１３０、１６６、１９２、２２０、２４２、２５８、２９２ アパーチャ
７４、１４７ 軸外領域
７６、１２６、１８４ 第１集光光学素子
７８、１３４、１８８、２６６ 収束ビーム
７９，９９、１３５、１４９ 重心
８０、１４０ 揺動ミラー、２軸揺動ミラー
８２、１４２、１９４、２６０、２７２、２７４ 反射面
８４、１３６、１９６、２６８ 集光部、初期集光部、点状集光部、集光位置、集光点
８６、１９８、２８０ 軸
８８、１４６ 発散ビーム
９０、２０４、２５２、２６４、２６６ 再平行化ビーム、コリメートビーム
９２、１００、１５４、２０４、２１２、２３０、２９８、３００ 拡散コリメートビーム、拡散ビーム
９４、１４８、２２２ 拡散収束ビーム
９５、１４７ エネルギー重心
９６、１０４、１５０、１５８、２２４、２３４、２６８、３０６ 拡散集光部、拡散点状集光部
９８、１５２、２２６、２８８ 拡散発散ビーム、重なり拡散発散ビーム
１０２、１５６ 第２集光光学素子
１０８、１６４、２３８ 虹彩絞り
１１０、１６２、２４０ スペックル除去ビーム
１４４ 有効回転軸
１５６ 拡散スポット光源
１７４、１７６、２７２、２７４ 傾斜反射面
１７８、２７８ モータ
１８０、２７６ モータシャフト、回転シャフト
１９０ 第１反射集光光学素子
１９４、２１８、２６０、２９４ 放物状反射面
１９６ 焦点
２０２ 軸外発散ビーム
２０４ 軸外コリメートビーム
２０６、２８４、２８６ 透過型拡散板
２１０ 連続領域、連続軸外領域
２１６ 第２反射集光光学素子
２３２ 第３反射集光光学素子
２５６ 第１反射集光光学素子
２７０ ビームステアラー
２９０ 反射集光光学素子
３０４ 集光光学素子
３１０ スペックル除去出力ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光のスペックルを低減するシステムにおいて：
拡散板と、
少なくとも１つのビームステアラーおよび第１軸を有するビームステアリングシステムと、
前記拡散板と前記ビームステアリングシステムとを相互接続する光学系であって、光を、前記少なくとも１つのビームステアラーを介して前記拡散板の連続する軸外領域に、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域から前記少なくとも１つのビームステアラーに誘導することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、前記スペックル低減システムから射出する光学系と、
を備えたスペックル低減システム。
【請求項２】
前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の前記角度分布は、それぞれのエネルギー重心を有し、これらのエネルギー重心は、前記少なくとも１つのビームステアラーに異なる方向範囲で接近するように位置し、そして前記少なくとも１つのビームステアラーによって、これらのエネルギー重心が前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に位置合わせされるようになる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、少なくとも１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、少なくとも１つの集光光学素子を含み、該集光光学素子は、（ａ）前記光を前記少なくとも１つの可動反射面に集光させて、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射し、そして（ｂ）前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記少なくとも１つの可動反射面に集光させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、少なくとも１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、少なくとも１つの集光光学素子を含み、該集光光学素子は、（ａ）前記少なくとも１つの可動反射面からの前記光を、前記拡散板の前記連続する軸外領域に集光させ、そして（ｂ）前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を収集し、そして前記収集光を前記少なくとも１つの可動反射面に誘導する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、幾何学焦点を前記可動反射面に持つ放物状反射面を有する第１集光光学素子を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記拡散板の異なる軸外領域は、異なる拡散特性を有し、そして前記少なくとも１つのビームステアラーは、光を前記異なる軸外領域に選択的に誘導するように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
スペックルをスペックル低減システムで低減する方法であって：
コヒーレント光を第１軸に沿ってビームステアラーに誘導するステップと、
前記ビームステアラーからの光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するステップと、
前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、（ａ）前記ビームステアラー及び（ｂ）別のビームステアラーのうちの１つのビームステアラーに誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、光が前記スペックル低減システムから射出するようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記拡散板と共役なアパーチャを満たすステップを含み、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記角度分布群の各角度分布を持つ前記光は、前記共役なアパーチャの略共通領域を満たす、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を第１可動反射面に誘導し、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記第１可動反射面からの前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向かって反射し、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を前記第１可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を第１可動反射面に誘導し、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記第１可動反射面からの前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向かって反射し、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記第１可動反射面と同期して動くことができる第２可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる、請求項７に記載の方法。
【請求項１】
コヒーレント光のスペックルを低減するシステムにおいて：
拡散板と、
少なくとも１つのビームステアラーおよび第１軸を有するビームステアリングシステムと、
前記拡散板と前記ビームステアリングシステムとを相互接続する光学系であって、光を、前記少なくとも１つのビームステアラーを介して前記拡散板の連続する軸外領域に、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域から前記少なくとも１つのビームステアラーに誘導することにより、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、前記スペックル低減システムから射出する光学系と、
を備えたスペックル低減システム。
【請求項２】
前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の前記角度分布は、それぞれのエネルギー重心を有し、これらのエネルギー重心は、前記少なくとも１つのビームステアラーに異なる方向範囲で接近するように位置し、そして前記少なくとも１つのビームステアラーによって、これらのエネルギー重心が前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に位置合わせされるようになる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、少なくとも１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、少なくとも１つの集光光学素子を含み、該集光光学素子は、（ａ）前記光を前記少なくとも１つの可動反射面に集光させて、前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向けて反射し、そして（ｂ）前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記少なくとも１つの可動反射面に集光させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、少なくとも１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、少なくとも１つの集光光学素子を含み、該集光光学素子は、（ａ）前記少なくとも１つの可動反射面からの前記光を、前記拡散板の前記連続する軸外領域に集光させ、そして（ｂ）前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を収集し、そして前記収集光を前記少なくとも１つの可動反射面に誘導する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのビームステアラーは、１つの可動反射面を含み、そして前記光学系は、幾何学焦点を前記可動反射面に持つ放物状反射面を有する第１集光光学素子を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記拡散板の異なる軸外領域は、異なる拡散特性を有し、そして前記少なくとも１つのビームステアラーは、光を前記異なる軸外領域に選択的に誘導するように制御可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
スペックルをスペックル低減システムで低減する方法であって：
コヒーレント光を第１軸に沿ってビームステアラーに誘導するステップと、
前記ビームステアラーからの光を拡散板の連続する軸外領域に誘導するステップと、
前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、（ａ）前記ビームステアラー及び（ｂ）別のビームステアラーのうちの１つのビームステアラーに誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の角度分布が、第２軸を略中心とするようになり、かつ該第２軸に略揃うようになって、光が前記スペックル低減システムから射出するようにするステップと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記拡散板と共役なアパーチャを満たすステップを含み、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記角度分布群の各角度分布を持つ前記光は、前記共役なアパーチャの略共通領域を満たす、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を第１可動反射面に誘導し、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記第１可動反射面からの前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向かって反射し、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を前記第１可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
コヒーレント光を前記第１軸に沿って前記ビームステアラーに誘導する前記ステップでは、前記光を第１可動反射面に誘導し、前記ビームステアラーからの光を誘導する前記ステップでは、前記第１可動反射面からの前記光を前記拡散板の前記連続する軸外領域に向かって反射し、そして前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を誘導する前記ステップでは、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光を、前記第１可動反射面と同期して動くことができる第２可動反射面に誘導して、前記拡散板の前記連続する軸外領域からの前記光の分布が、前記第２軸を中心とするようになり、かつ前記第２軸に揃うようになる、請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４７４２４（Ｐ２０１２−２４７４２４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１２０４６６（Ｐ２０１２−１２０４６６）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２０４６６（Ｐ２０１２−１２０４６６）
【出願日】平成２４年５月２８日（２０１２．５．２８）
【出願人】（３９７０６８２７４）コーニング インコーポレイテッド (1,222)
【Ｆターム（参考）】
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