JPH07140372A - コヒーレント光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラム形成のための十分な干渉性を保っ
たまま、スペックルノイズの低減を図ることを可能にし
たコヒーレント光学装置を得ること。 【構成】 干渉性の高い光束を用いるコヒーレント光学
装置において、該光学装置の光路中に設けられた光学素
子を該光学素子の光学面を維持した状態で移動させる移
動手段を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ等の干渉性の高
い光源を使用するコヒーレント光学装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】レーザ等の干渉性の高い光源を使用する
光学装置として、例えば、波動の干渉を利用して干渉縞
を作りこれを解析して種々の物理量を測定する干渉計
や、物体の画像を干渉縞の形で記録し、この干渉縞に所
定の再生波を照射して物体の像を再生するホログラフィ
装置等が挙げられる。

【０００３】従来の一般的なホログラフィ装置の概要を
図５に示す。この図において、光源１はレーザ光源であ
り、干渉性の高い光束が得られる。このレーザ光源１か
ら発せられたコヒーレント（干渉性の高い）な光束は、
ビームスプリッター２により二方向に分割されてホログ
ラム形成のための物体光と参照光とに用いられる。

【０００４】分割光の一方は、集光レンズ３ａにより集
光されてピンホール４ａを通った後、物体８により回析
され、この回析光が物体波として記録媒体６に照射され
る。他方は、集光レンズ３ｂにより集光されてピンホー
ル４ｂを通り、平面鏡５ｂに入射して進行方向を変えら
れたのち、対物レンズ７を介して参照波として記録媒体
６に照射される。これらの物体波と参照波との相互干渉
により生じた干渉縞がホログラムとなって記録媒体６に
記録される。

【０００５】このようなホログラフィ技術は、３次元情
報の記録再生技術として広く知られているが、近年で
は、例えば画像メモリー、情報処理、リソグラフィなど
の２次元画像の記録再生技術としての応用も注目されて
いる。

【０００６】このホログラフィ技術におけるホログラム
の記録時には、干渉作用を利用して情報を記録するた
め、十分な干渉性を持った光束が必要であり、一般には
レーザ光が用いられている。そして、レーザ光のように
干渉性が高いコヒーレントな光束を用いると、簡単な光
学系で干渉縞を記録することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たレーザ光のようなコヒーレント光束は、干渉縞が形成
し易い反面、干渉性が良すぎることから、スペックルが
生じやすく、形成又は観察の際にスペックルノイズの悪
影響が生じる問題がある。これらのスペックルは、光路
中の光学系に存在する傷やゴミ等による散乱光に起因
し、これらの散乱光は、照射面上にランダムパターンや
回析パターンに基づくスペックルノイズを生じる。

【０００８】このスペックルノイズは、例えば、ホログ
ラフィ技術では、ホログラム記録時の記録情報に悪影響
を及ぼしてその質を低下させ、更に、再生時においても
ホログラム記録時に生じたスペックルノイズの悪影響が
再生記録情報に重畳し、再生時の画像情報等の質を著し
く低下させるという問題を生じさせる。また、干渉計等
においては、計測する干渉縞にスペックルノイズが影響
し、計測精度を悪化させるという問題が生じる。

【０００９】このようなスペックルノイズは、レーザ光
のようなコヒーレントな光源を用いているかぎり、避け
ることのできない宿命的なノイズといえるが、例えば、
ホログラフィ技術では高い干渉作用を応用する技術であ
ることから、インコヒーレントな光源をそのまま用いる
ことができない場合が多い。

【００１０】例えば、高輝度のインコヒーレントな光源
として超高圧水銀ランプのｉ線を用いるとすると、ｉ線
スペクトルのコヒーレンス長は、25μｍ程度である。こ
のため、これを光源としてホログラムを記録しようとす
ると、物体光と参照光との光路長差を25μｍ以内で一致
させなければならないことになるが、実際の装置の光路
にこの精度を要求することは不可能である。

【００１１】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたものであり、例えば、ホログラフィ技術を応用し
た場合にもホログラム形成のための十分な干渉性を保っ
たまま、スペックルノイズの低減を図ることを可能にし
たコヒーレント光学装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成すべ
く、本発明の請求項１に係る発明では、干渉性の高い光
束を用いるコヒーレント光学装置において、該光学装置
の光路中に設けられた光学素子を該光学素子の光学面を
維持した状態で移動させる移動手段を設けている。

【００１３】また、請求項２に係る発明では、請求項１
に記載のコヒーレント光学装置において、前記光学素子
が平面からなる光学面を備えている場合に、前記移動手
段が前記平面を含む面内で前記光学素子を移動させるも
のであることを特徴とするものである。

【００１４】更に、請求項３に係る発明では、請求項１
に記載のコヒーレント光学装置において、前記光学素子
が光軸を中心とする回転対称な光学面を備えている場合
に、前記移動手段が前記光学素子の光軸を中心に前記光
学素子を回転移動させるものであることを特徴とするも
のである。

【００１５】また、請求項４に係る発明では、請求項１
に記載のコヒーレント光学装置において、前記光学素子
は光軸と垂直な方向に長手方向を有する円筒状曲面から
なる光学面を備えている場合に、前記移動手段は前記光
学面の長手方向に前記光学素子を移動させることを特徴
とするものである。

【００１６】

【作用】本発明は上記のような構成を備えているため、
以下の作用を奏する。一般に、スペックルパターンは、
その発生原因である光学素子表面の傷やゴミ（散乱光発
生源）を移動させれば、それに応じて移動または変形す
る。あるいは、光束そのものを動かすことによっても移
動もしくは変形する。

【００１７】これを利用して本発明では、移動手段によ
り光学素子を移動させることで光学素子上の傷やゴミを
移動させ、スペックルパターンを変形又は移動させ平均
化して消滅させる。

【００１８】ここで、本発明の移動手段は、光学装置の
光路中に設けられた光学素子を該光学素子の光学面を維
持した状態で移動させるものであるため、光学装置の光
路及び光束の波面には何の影響を与えることなく、スペ
ックルノイズの原因となる光学素子表面の傷やゴミのみ
を移動させる。これにより干渉縞に与えるスペックルノ
イズを平均化させることにより悪影響が生じないものと
なる。

【００１９】従って、干渉計やホログラフィー装置等に
おいて必要な干渉縞は、光学素子の移動に伴って移動も
しくは変化せず、スペックルノイズの原因である散乱し
た光のみが光学面の移動と共に移動し、結果としてスペ
ックルパターンが平均化されるため、照射面においてス
ペックルノイズの影響を消去した画像等の情報を得るこ
とができる。

【００２０】本発明における移動手段は、光学装置に備
えられた光学素子のそれぞれの光学面を維持するように
移動できればよい。この光学面は、光束に対して光学的
影響を与える面であり、例えば、鏡面であれば反射面、
レンズであれば屈折面、波長板やプリズム又はハーフミ
ラー等の透過部材であれば表面（境界面）等である。そ
して、これらの光学面を維持した状態で移動させるもの
とは、光束に対して光学面の形状が変化しないように移
動させるものであればよい。

【００２１】例えば、光学素子が平面からなる光学面
（反射面）を備えた平面鏡の場合には、光束に対してこ
の反射面を変化させないために、当該反射面を基準面と
し、この基準面内から反射面がずれないように光学素子
を移動させることとなる。具体的には、この基準面の面
方向に反射鏡を移動させればよく、移動方式は、平行、
回転、振動等のいずれでもよい。

【００２２】また、レンズのように前記光学素子がレン
ズ光軸を中心とする回転対称な光学面を備える場合に
は、前記光学素子の光軸を中心に前記光学素子を回転移
動させるようにすればよいし、シリンドリカルレンズの
ように前記光学素子が光軸と垂直な方向に長手方向を有
する円筒状曲面からなる光学面を備える場合は、前記移
動手段は前記光学面の長手方向に前記光学素子を往復移
動させるようにすればよい。

【００２３】尚、光学素子を移動すれば、光学素子の光
学面を完全に維持（不動）とすることは、現実的には不
可能である。しかし、実質的に光束に（特に光軸方向）
へのズレが生じても、このズレ量をλ／２以下に抑える
ようにすることで、特に装置内の光路に影響を与えずに
コヒーレンスを維持できる。従って、この光束を利用す
ることで十分な干渉性を維持すると共に、スペックルの
原因となる散乱光の影響を除去した光束が得られる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例を通じ、本発明を更に詳しく説
明する。図１に示す本発明の第１実施例は、光学素子と
して平面鏡を用いるものに本発明を応用したものであ
り、例えば、図５に示したホログラフィ装置の平面鏡５
ａ（５ｂ）等に応用できるものである。

【００２５】図１において、光学装置に光路中に設けら
れた平面鏡１０は、反射平面よりなる光学面１３を備え
ている。この光学面１３には、ボイスコイルモータから
なる駆動部１４が設けられているので、図中Ａ方向に平
面鏡１０を往復振動させることができる。勿論、この駆
動部１４は、ピエゾ素子等に置き換えることも可能であ
り、更に微小振動により振動させるものに置き換えても
よい。

【００２６】ここで、この平面鏡１０の光学面を維持し
た状態で移動させるためには、基準対向平面１１を設
け、光学面１３ベアリング１２を介して後方から押圧さ
れた状態（図示せず）で維持している。これにより、光
学面１３は、基準対向平面１１に従って平行移動するた
め、光学面１３（反射平面形状）は維持される。

【００２７】従って、反射後の光束の光路及び波面に対
し、平面鏡の移動の影響は生じない。しかし、光学素子
上のゴミや傷等は移動するため、ここから生ずる散乱光
は、移動に伴い変化する。このため、散乱光に起因する
スペックルパターンも平面鏡１０の移動に伴い移動する
ため、スペックルノイズが定常的に表れず、移動量に応
じて分散されて平均化されるので、照射面への悪影響は
低減される。

【００２８】これを図５のホログラフィ装置に応用すれ
ば、記録されるホログラムにスペックルノイズが明確に
表れず、本来のホログラムのみが明確に記録され、記録
画像の解像度及びコントラストが向上する。

【００２９】図２に、本発明の第２の実施例を示す。こ
の実施例では、平面鏡２１０を平行バネ２１５によって
支持する構成となっており、図１の場合と同様にピエゾ
やボイスコイルモータ等の駆動部２１４がこの平面鏡２
１０を振動させる。

【００３０】そして、平行バネ２１５により支持してい
るため、反射平面２１３の光学面は変化せず、図示のＡ
方向に平行移動（振動）されることとなり、光束Ｒ２に
対して実施例１と同様の作用効果を奏する。

【００３１】これらの第１及び第２実施例は、光学素子
を平行移動させるものであるから、シンドリカルレンズ
やシンドリカルな反射鏡を移動させる場合にも応用でき
る。もちろん、ハーフミラーや透過平板等もこの方式で
移動させることができる。

【００３２】次に図３に本発明の第３の実施例を示す。
この第３実施例は、光学素子として平面鏡を回転移動さ
せる一例を示している。図において、平面鏡３１６は、
金属（アルミミラー）を用いており、スピンドル３１７
により図中Ｂ方向に回転移動する。そして、光学面とし
ての反射面３１３は、スピンドルの回転軸と直交するよ
うに保持されており、回転移動により光学面は変化しな
い。

【００３３】このような回転移動可能な平面鏡３１６
は、反射面（金属ミラー面）３１３の制作時に同様のス
ピンドル３１７で回転して、表面をダイヤモンドバイト
等により切削加工して形成させたものを用いている。な
お、他の鏡面を使用する場合でも回転に対して反射面が
維持されれば、この実施例の形式に限定されるものでは
ない。

【００３４】この第３実施例においても反射面３１３を
回転させながら光束を反射させることで、ゴミや傷等が
移動し、コヒーレントを維持したまま、スペックルの影
響を除去できるものとなっている。

【００３５】図４に、本発明の第４の実施例を示す。こ
の実施例では、光学素子としてのレンズ４２２を回転移
動させるものを示している。この図において、レンズ４
２２は、固定枠４１８ごとスピンドル４１７により光軸
４２１を中心に図示のＢ方向に回転されるものとなって
いる。

【００３６】レンズ４２２は、バネ付きのレンズ支持部
４２０により保持されており、調整ねじ４１９により偏
芯調整ができるように構成されている。使用に際して
は、この調整ねじ４１９の微調整により予めレンズ光軸
と光束Ｒ４の光軸を一致させるアライメントを行う。な
お、この移動手段は、凸面または凹面ミラー等の光学素
子を回転移動させる場合にも応用できる。

【００３７】以上説明した本発明の実施例では、コヒー
レント光束を用いる光学素子のいずれの光学素子にも応
用できるものである。しかし、移動部材が多くなると誤
差も生じやすくなるので、応用する装置の構成によって
移動部材の位置を考慮することが望ましい。例えば、図
５に示したようなホログラフィ装置では、ピンホール等
で光学素子に達する前に光路中に生じた散乱光をカット
する構成であるので、このピンホール以後の光学素子
（例えば、ミラー５ｂまたはレンズ７等）に本発明を応
用することが好ましい。

【００３８】また、移動手段は、上記実施例に示す方式
に限定されるものではなく、光学素子の光学面を維持し
て移動するものであれば、他の方式によるものでもよ
い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
束のコヒーレンスを維持したまま、スペックルの悪影響
を除去することができる。このため、本発明に係るコヒ
ーレント光学装置を、例えば、ホログラフィ装置に応用
すれば、光路を構成する光学系に傷、ゴミ等があっても
スペックルノイズの悪影響を生じない良質な記録又は再
生情報を得ることができる。また、例えば、干渉計に応
用すれば、計測精度の向上が図れるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光学素子とその移
動手段を示す説明図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る光学素子とその移
動手段を示す説明図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る光学素子とその移
動手段を示す説明図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る光学素子とその移
動手段を示す説明図である。

【図５】ホログラフィ装置（コヒーレント光学装置）の
一例の概略構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ ビームスプリッター ３ａ、３ｂ 集光レンズ ４ａ、４ｂ ピンホール部材 ５ａ、５ｂ 平面鏡 ６ 記録媒体 ７ コリメータレンズ ８ 物体 １０、２１０ 光路上に設けられた平面鏡 １１ 基準対向平面 １２ ベアリング １３、２１３、３１３ 光学面 １４、２１４ ピエゾやボイスコイルモー
タ等の駆動部 ２１５ 平行バネ ３１６ 回転移動可能な平面鏡 ３１７、４１７ スピンドル ４１８ 固定枠 ４１９ 調整ねじ ４２０ バネ付きレンズ支持部 ４２１ 光軸 ４２２ レンズ Ａ 平行移動する時の移動方向 Ｂ 回転移動する時の移動方向 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 入射光 なお、図中、同一又は相当する部位は同一の符号を記
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 干渉性の高い光束を用いるコヒーレント
   光学装置において、 該光学装置の光路中に設けられた光学素子を該光学素子
   の光学面を維持した状態で移動させる移動手段を備えた
   ことを特徴とするコヒーレント光学装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子は平面からなる光学面を備
   え、前記移動手段は前記平面を含む面内で前記光学素子
   を移動させることを特徴とする請求項１に記載のコヒー
   レント光学装置。
3. 【請求項３】 前記光学素子は光軸を中心とする回転対
   称な光学面を備え、前記移動手段は前記光学素子の光軸
   を中心に前記光学素子を回転移動させることを特徴とす
   る請求項１に記載のコヒーレント光学装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子は光軸と垂直な方向に長手
   方向を有する円筒状曲面からなる光学面を備え、前記移
   動手段は前記光学面の長手方向に前記光学素子を移動さ
   せることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光
   学装置。