CN118435092A - 波导及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，光可以通过安德森定位通过波导(1)传输，并且其中，与传统光纤束相比，波导(1)具有改进的特性。

Description

波导及其制造方法

技术领域

本发明涉及波导，用于传输电磁波、尤其用于传输图像信息，以及制造波导、尤其图像波导的方法。

背景技术

图像波导通常包括多根单独的光纤，每根光纤包括芯和围绕芯的包层，光纤组装成一束，横截面以网格形式排列，其中光输入表面和光输出表面具有一一对应的关系，以形成多个像素。基本上，每个像素用于通过图像波导传输亮度值或颜色信息。

在实践中，通常希望图像波导具有尽可能高的分辨率。原则上，可以通过减小单个光波导的直径来实现高分辨率。然而，由于物理定律，分辨率不能任意提高，因为随着单个光波导的直径越来越小，传输模式的场分布比例超过光波导的尺寸、尤其包层的尺寸，导致相邻光波导之间的串扰增加，从而导致模糊增加。

一种提供具有更高分辨率的图像波导的方法是基于横向安德森定位(TAL)的波现象。这利用了这样一个事实：折射率在图像波导的横截面上的随机分布，同时折射率沿图像波导的长度不变，导致由于相消干涉而限制横截面中的耦合光。在实践中，例如，可以将大量具有不同折射率的单个光纤组合起来形成随机光纤束。如果光束耦合到这样的波导中，它将沿着图像波导的长度传播，而横向延伸在横截面上受到限制。

一方面，基于横向安德森定位原理的图像波导能够实现更高的分辨率；另一方面，折射率的随机分布导致的缺点是，传输的图像信息的图像质量、尤其图像清晰度容易发生局部波动或难以控制。例如，横截面的某些面积的图像清晰度可能与横截面的其他面积的图像清晰度不同。

这种不均匀性使得在实践中很难生产出具有一定质量标准的图像波导。根据生产所采用的质量标准，可能会出现大量废品。如果图像波导的横截面区域尺寸大，上述问题会变得更加严重。这尤其适用于面板(faceplate)，其中横截面的边长或直径有时会超过面板厚度的许多倍。

面板通常被理解为一组通常相对较短(几毫米)的熔融光纤或光学结构元件，其轴垂直于盘表面(几平方毫米到几平方厘米)。它们的核心特性是能够以严格的顺序(即1:1)实现图像传输或根据规则(例如旋转)从一个板表面到另外的板表面变化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供波导、尤其图像波导，以及其生产方法，确保波导横截面上的提高的均匀性、尤其图像清晰度。本发明的任务的一个方面是使横截面上的均匀性更可控和可重复，例如为了避免生产过程中的废品并能够可靠地保证质量标准。

本发明的任务的一方面是能够提供具有大横截面区域的使用安德森定位的波导、尤其图像波导，其同时满足上述条件、尤其限定的均匀性。这尤其涉及形成为面板的波导。

本发明的另一方面是能够提供使用安德森定位的波导、尤其图像波导，其截止频率(f_截止)大于170线对/毫米(lp/mm)。根据本发明的另一方面，波导具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm的面积。根据本发明的另一方面，波导在114lp/mm处具有大于0.40(即40％)的相对对比度P。根据本发明的另一方面，波导在144lp/mm处具有大于0.20(即20％)的相对对比度P。根据另一方面，波导在1000lp/mm以下处具有大于0.05(即5％)的相对对比度P。根据另一方面，在114至287lp/mm的范围内，波导具有大于0.05(即5％)的相对对比度P。本发明的另一方面是能够提供迈克尔逊对比度大于0.6的波导、尤其图像波导。在某些实施例中，对于本文所述的正或负USAF51靶板的第6组和第7组的图像，对于具有上至20mm的传输长度的波导，波导的多尺度结构相似性指数测量(MS-SSIM)大于0.65，对于具有上至50mm的传输长度的波导，波导的多尺度结构相似性指数测量(MS-SSIM)大于0.60，对于具有上至100mm的传输长度的波导，波导的多尺度结构相似性指数测量(MS-SSIM)大于0.50，和/或对于具有上至1000mm的传输长度的波导，波导的多尺度结构相似性指数测量(MS-SSIM)大于0.45。

为了解决该问题，本发明公开了用于利用安德森定位传输电磁波的波导，尤其用于沿着在波导的近端和波导的远端之间延伸的传输方向在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导包括多个结构元件。

可以使用至少两种不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型和具有不同于第一折射率的第二折射率的第二类型。因此，该多个结构元件可以包括至少一个第一类型的结构元件以及至少一个第二类型的结构元件，或者相反地，一个或多个第一类型的结构元件以及一个第二类型的结构元件，或者可以包括多个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件。当然，也可以使用超过两个不同类型的结构元件，例如三个不同类型的结构元件。

结构元件可以分别沿传输方向以及按比例以如下方式在波导的横截面上延伸，使得在波导的横截面中限定多个横截面区域，每个横截面区域对应于单个结构元件的横截面。因此，结构元件可以沿波导的传输方向并排地、尤其彼此平行地延伸，并且它们的横截面可以分别占据波导横截面的平面部分，因此可以分别限定波导横截面的横截面区域。因此，横截面区域可以特别对应于在查看波导的横截面表面时结构元件所形成的表面区域，例如光入口或光出口表面。

根据本发明的一些实施例，结构元件、尤其其横截面区域，由此非均匀地形成，但由预先确定的规则明确地限定。因此，结构元件可以表现出相对于彼此的不均匀性，即可以相对于彼此非均匀地形成，例如非均匀地排列、非均匀地成形和/或非均匀地组成。尤其，非均匀性不必存在于单个结构元件本身中，而可以存在于全部结构元件中；因此，尤其可以存在物理无序，即偏离一个或对称性。另一方面，不均匀形成的结构元件可以按照预先确定的规则以固定方式形成，即不是随机形成的。结构元件可以表现出相对于彼此的不均匀性或无序性的特性因此与规律性相对立，尤其从非均匀性或无序性遵循限定的规则而不是随机性的意义上来说。因此，具体而言，非均匀性或无序性可唯一地预先确定或由规则或由规则表征或可表征地预先确定。

结构元件的非均匀性、尤其是其横截面区域的非均匀性，可以以各种方式显著。

例如，结构元件的横截面区域可以具有非均匀的、尤其非周期性的排列，该排列由预先确定的规则唯一地确定。例如，横截面区域的排列可以不同于周期性网格。然而，横截面区域也可以非均匀地分布在周期性网格上。

替代地或附加地，结构元件的横截面区域可以具有由预先确定的规则明确地限定的彼此不均匀的几何形状、尤其彼此不同的几何形状，例如不均匀直径。然而，横截面区域的几何形状也可以是相同类型，但彼此扭曲(例如倒置)、尤其在横截面区域具有非圆形形状的情况下，例如非限制性示例，如第11,079,538号美国专利中所公开的，其全部内容在此通过引用并入本文。

在一些实施例中，每根光纤具有直径，并且光纤直径和芯与包层直径比(如果光纤具有包层)中的至少一个根据光纤相对于中心束轴的径向位移而变化，例如非限制性示例，如第11,079,538号美国专利中所公开的，其全部内容通过引用并入本文。

此外，结构元件可以替代地或附加地具有彼此不相等的折射率，尤其彼此不同的折射率，并且该折射率由预先确定的规则唯一地确定。

尤其是，由于横向安德森定位的物理效应，通过结构元件的不均匀性，可以将传输的电磁波的振幅限制在波导横截面的部分区域。因此，结构元件、尤其是其横截面区域，可以以如下方式特别不均匀地形成，使得波导传输的电磁波在横向于传输方向延伸的方向上保持局部化，尤其为了以定向或有限的方式传输电磁波、尤其图像信息，该电磁波可以是选定波长范围的、尤其可见光和/或红外光和/或紫外光。在这种情况下，由于光在根据本发明的波导中的传播的局限性，可以高清晰度地传输图像信息，从而与传统的光纤图像波导相比，清晰度可以得到改善。

另一方面，结构元件、尤其是其横截面区域，可以以波导具有可再现的结构的方式通过预先确定的规则固定地形成，尤其以可以生产具有与波导相同的结构的其他波导的方式通过预先确定的规则固定地形成。换句话说，波导固有的不均匀性或偏离对称性可以仅基于预先确定的规则针对其他波导而产生并再现。因此，预先确定的规则可以尤其包含用于描述和/或构造其结构由多个结构元件、尤其横截面区域形成的波导的详细信息。

由横截面中的结构元件的横截面区域限定的波导的结构可以沿传输方向不变，或者在数学意义上类似。在这种情况下，波导可以具有沿传输方向的区域，其横截面变化，例如从近端到远端连续变化，或者在两者之间的至少一个区域中连续变化，或者在长度为L的至少一个部分中连续变化。长度L可以至少与横截面变化的最大延伸或差异一样长，或者至少对应于较大输入横截面的最大延伸。

如果波导在数学意义上沿传输方向相似，则这可能会或不会伴随横截面形状的变化。近端和远端处的一个或多个结构元件的相应位置也可能以如下方式变化：它们相对于彼此扭曲，这可以例如通过在制造过程中扭曲波导和/或在旋转力或相应定向力的作用下进行热后处理来实现。横截面变化和扭曲的组合也是可以想象的。

明确限定的规则、尤其横截面区域的排列、横截面区域的几何形状和/或结构元件的折射率的明确限定的规则，可以包括根据确定性规则指定每个结构元件的特性量，尤其用于限定横截面区域的位置、横截面区域的面积或各个结构元件的折射率。

换句话说，预先确定的规则可以是确定性规则，其唯一地并且独立于随机性来限定结构元件的特性，以描述波导的结构及其结构元件。

明确规定的规则、尤其用于指定特性的确定性规则，可以包括固定值序列、尤其固定值的数学序列。值序列可以形成为低差异序列和/或确定性序列，例如Halton序列、Sobol序列、Niederreiter序列、Hammersley序列、Faure序列或作为组合、多个序列的组合或序列。例如，还可以以限定的方式提供第一序列的一部分和另外的序列的一部分，以指定特性。

明确限定的规则、尤其用于指定特性量的确定性规则，可以包括使用确定性序列的特定值、尤其可确定的、不含糊地指定的值，来指定特定结构元件的特性量，使用确定性序列的另外的值来指定另外的结构元件的特性量，检查另外的结构元件的值或特性量(尤其考虑到特定结构元件的值或特性量)是否违反限定的条件，并且如果违反了限定的条件，则丢弃该另外的值并使用确定性序列的另外的值来指定另外的结构元件的特性量，或者以预限定的方式此此方式修改另外的值，使得限定的条件得到满足或不再被违反。在这种情况下，限定的条件可以是值或特性量之间的固定最小差异的形式，尤其结构元件的横截面区域位置之间的固定最小距离的形式。在此背景下，参考下面的示例性描述。

在波导的实施例中，泰森多边形(Voronoi)表面的面积含量相对于至少一个类型的结构元件的横截面表面的位置(尤其中点)的分布可以满足以下条件中的至少一个，这些条件可以尤其形成为图像波导中的图像清晰度的均匀性标准。

(i)分布的方差V_d可以小于横截面区域的随机位置的对应分布的方差V_z，比率V_z/V_d在1和10之间，尤其大于1、大于2、大于2.5和/或小于8、小于7或小于6.5。比率V_z/V_d可以在1和8之间的范围内、在2和7之间的范围内或在2.5和6.5之间的范围内。本申请中的方差应尤其理解为对波导的横截面区域A进行归一化的方差，使得适用V＝σ/A²，其中σ表示泰森多边形表面的面积含量分布与表面A内结构元件的横截面区域位置的方差。

(ii)分布的方差V_d可以小于0.38/N²⁰³³，其中N表示至少一个类型的结构元件的数量，方差再次尤其被理解为标准化方差。

(iii)分布的方差V_d可以大于横截面区域周期性位置的对应分布的方差，方差V_d/A2大于0，尤其大于10^-10、大于10^-9或大于10^-8，方差再次尤其应理解为标准化方差。

(iv)分布的偏度S_d可以小于横截面区域随机位置的相应分布的偏度S_z，其中偏度S_d的范围为0至1.5，尤其大于0.01、大于0.05、大于0.1和/或小于1.4、小于1.2或小于0.8。替代地或附加地，偏度S_z/S_d的比率也可以为1至50，尤其大于1.1、大于1.3、大于1.9和/或小于25、小于15、或小于10。

(v)分布的峰度W_d可以小于横截面区域随机位置的对应分布的峰度W_z，其中峰度W_d介于0和10之间，尤其大于0.5、大于1、大于2和/或小于10、小于6、小于5。替代地或附加地，比率W_z/W_d也可以介于1和5之间，尤其大于1.1、大于1.5、大于2和/或小于4.5、小于4或小于3。

第一类型的结构元件的横截面区域的总面积与第二类型的结构元件的横截面区域的总面积之比可以例如在1:9至9:1的范围内、在3:7至7:3的范围内、在4:6至6:4的范围内，尤其是也可以为5:5。这也可以理解为填充程度。

尤其是，在提供有多个丝状通道形式的结构元件的情况下，第一类型的结构元件的横截面区域的总面积与第二类型的结构元件的横截面区域的总面积之比也可以在1:150至150:1之间的范围内、在1:100至100:1之间的范围内、或在1:50至50:1之间的范围内。

每种类型的结构元件的横截面区域的总面积可以是例如横截面区域的至少1/(10*T)、至少1/(5*T)或至少1/(3*T)，其中T表示结构元件的类型数量。

第一类型的结构元件的第一折射率与第二类型的结构元件的第二折射率可以相差至少10^-4，例如至少10^-3，例如至少10^-2，例如至少10^-1，例如至少1，例如至少2，例如至少3，例如至少4。

就结构元件的横向延伸而言，可以规定至少一个横截面区域的直径为100nm至50μm、400nm至20μm或1μm至16μm。

此外，可以规定，至少一个横截面区域的直径位于平均波长的0.1倍至10倍之间，尤其在优选传输的电磁波的波长范围中，位于平均波长的0.2倍至5倍之间，或位于平均波长的0.5倍至2倍之间。

关于结构元件的几何形状，可以规定横截面区域具有非圆形或多边形几何形状，例如五边形或六边形。

如上所述，波导可以包括多个结构元件，其中包括至少两个不同类型的结构元件。在波导的一个实施例中，现在可以规定包括一个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件。因此，该多个结构元件尤其包括恰好一个第一类型的结构元件。

第一类型的结构元件可以尤其形成为具有第一介质或由第一介质形成的单片基体，其中第一介质具有第一折射率。第二类型的结构元件可以形成为基体中的空腔，其中空腔优选地形成第二折射率，例如通过可以作为空腔中的介质存在的空气或气体的折射率。

基体中的空腔可以形成为丝状通道，即例如与波导的横截面区域相比具有明显较小面积的通道，其可以尤其用超短脉冲激光器的激光束引入基体中。此外，基体中的丝状通道可以再加工，尤其通过蚀刻工艺以化学或物理方式进行加工，例如，以便使丝状通道的轮廓平滑。

尤其在波导形成为具有空腔的基体的情况下，但也独立于此，波导的横截面延伸可以大于沿传输方向的延伸。尤其，波导可以形成为面板。

可以规定，波导的横截面区域至少为4平方毫米、至少为2500平方毫米、或至少为10000平方毫米。

波导的横截面可以具有例如比沿传输方向的延伸大至少2倍的延伸、比沿传输方向的延伸大至少5倍的延伸、或者比沿传输方向的延伸大至少10倍的延伸。

带有空腔的基体可以以各种方式生产或制造。一方面，基体中的空腔可以通过基体的增材制造形成，例如通过3D打印工艺。替代地或附加地，空腔可以以减材方式引入基体中，尤其作为孔，其通过磨料加工方法引入基体中，例如机械钻孔。根据所用方法，孔不限于圆形几何形状。

波导可以采用多列工艺制造，尤其使得除了该多个结构元件之外，波导还包括至少第二多个结构元件，其中波导在横截面上具有至少两个表面区域，每个表面区域包括第二多个结构元件中的一个的横截面区域，并且除了旋转和/或反射之外，这些表面区域可以具有相同的结构。

关于波导沿传输方向的尺寸，可以规定，尤其当波导形成为面板时，波导具有沿传输方向小于10毫米、小于6毫米、或者小于5毫米的延伸。

然而，一般来说，还可以规定波导具有沿传输方向至少10毫米、至少20毫米、至少50毫米或至少100毫米的延伸。

在波导形成为具有空腔的基体的情况下，基体中的空腔、尤其丝状通道和/或孔可以填充有第二介质，该第二介质具有第二折射率。

关于材料，可以规定，至少一个结构元件、尤其第一类型的结构元件、尤其形成为基体的结构元件，包括以下作为介质的一种或多种材料或由其组成：玻璃、石英玻璃、聚合物、晶体、单晶、多晶材料和/或玻璃陶瓷。

此外，至少一个结构元件、尤其第一类型的结构元件、尤其形成为基体的结构元件，可以包括作为介质的材料或由其组成，该材料在要传输的波长范围内、尤其从2μm到20μm，衰减尤其小于100dB/m、尤其小于50dB/m、尤其小于10dB/m、尤其小于1dB/m，尤其是红外透射材料，尤其硫族化物，尤其包括至少一种来自氧、硫、硒和碲的元素，以及至少一种来自砷、锗、磷、锑、铅、硼、铝、镓、铟、钛、钠的元素。

此外，可以提供光学活性材料，例如作为介质或填充物的一部分和/或作为层或涂层或其他修改，位于形成为棒或管的结构元件的组件上或表面上。因此，例如，可以实现引导电磁的修改，例如在放大或转换的方面。

另一结构元件、尤其第二类型的结构元件，可以包括所述材料中的另一种材料或由其组成。换句话说，结构元件、尤其第二类型的结构元件、尤其因此基体中的充满第二介质的空腔，也可以包括上述一种或多种作为介质的材料，尤其上述结构元件、尤其因此第一类型的结构元件不包含的材料或由其组成。

如前所述，波导可以包括多个结构元件，其中至少使用两个不同类型的结构元件，其中如前所述，例如可以使用一个第一类型的结构元件和许多第二类型的结构元件。

在另一实施例中，现在规定可以使用多个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件。

第一类型的结构元件可以具体形成为具有第一介质或由第一介质制成的棒状体或管状体，其中第一介质具有第一折射率。

第二类型的结构元件可以具体形成为具有第二介质或者由第二介质形成的棒状体或管状体，其中第二介质具有第二折射率，和/或形成为第一类型的结构元件中的空腔，其中空腔形成第二折射率或者填充有具有第二折射率的第二介质。

尤其是，在第二类型的结构元件可以作为第一类型的结构元件中的填充空腔存在的情况下，结构元件可以形成为芯壳系统，使得芯对应于填充的空腔。

在本文中，棒状体或管状体不应仅仅理解为具有圆形横截面几何形状的体。

本发明还涉及一种波导，尤其具有本文所述的一个或多个特征的波导，用于传输电磁波，尤其用于沿着在波导的近端和波导的远端之间延伸的传输方向在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中波导包括多个结构元件，其中包括至少两个不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型和具有第二折射率的第二类型，其中结构元件各自沿传输方向延伸以及成比例地在波导的横截面上延伸，使得在波导的横截面中限定多个横截面区域，每个横截面区域对应于单个结构元件的横截面，并且其中波导在横截面上的延伸大于沿传输方向的延伸。

本发明还涉及一种波导，尤其具有本文所述特征中的一个或多个的波导，用于传输电磁波，尤其用于沿着在波导的近端和波导的远端之间延伸的传输方向在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中波导包括多个结构元件，其中包括至少两种不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型和具有第二折射率的第二类型，其中结构元件各自沿着传输方向延伸并且成比例地在波导的横截面上延伸，使得在波导的横截面中限定多个横截面区域，每个横截面区域对应于单个结构元件的横截面，并且其中至少一个结构元件在2μm至20μm的波长范围内具有低于100dB/m、尤其低于50dB/m、尤其低于10dB/m、尤其低于1dB/m的衰减，尤其包括红外透射材料或由其组成。

根据波导在传输方向上的延伸，还可以提供以下衰减。对于在传输方向上延伸至少5毫米的波导，可以提供小于100dB/m的衰减。对于在传输方向上延伸至少10厘米的波导，可以提供小于50dB/m的衰减。对于在传输方向上延伸至少1米的波导，可以提供小于30dB/m的衰减。

本发明还涉及一种制造波导，尤其具有本文所述一个或多个特征的波导的方法，包括提供具有第一折射率的第一类型的结构元件，其形式为具有第一介质或由第一介质形成的基体、尤其单片基体，并引入具有第二折射率的多个第二类型的结构元件，为此目的，在基体中引入空腔，并用第二介质填充这些空腔。

第二类型的结构元件可以以如下方式引入，使得它们每个都可以以如下方式按比例在波导的横截面上延伸，使得在波导的横截面中限定多个横截面区域，每个横截面区域对应于第二类型的单个结构元件的横截面。

根据本发明，可以以如下方式进一步引入第二类型的结构元件，使得第二类型的结构元件的横截面区域具有非均匀的、尤其非周期性的、但由预先确定的规则明确地限定的排列，和/或具有非均匀的(例如直径)，但由预先确定的规则明确地限定的几何形状。

在制造波导的方法中，可以规定，单义地限定规则，尤其横截面区域的排列和/或几何形状，包括根据确定性规则针对每个第二类型的结构元件来指定特性量，尤其指定用于限定相应结构元件的横截面区域的位置和/或面积的特性量。

明确指定的规则，尤其用于指定特征的确定性规则，可能特别涉及使用固定值序列、尤其数学序列。此外，参考上面指出的序列。此外，参考上面详细给出的利用、检查和(必要时)丢弃/修改值的步骤。

泰森多边形表面的表面积相对于至少一个类型的结构元件的横截面表面的位置(尤其中心)的分布可以满足上述条件，尤其(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)中的至少一个。

在制造波导的过程中，可以将空腔作为丝状通道引入基体中，尤其使用激光束、例如超短脉冲激光器。此外，可以对基体中的丝状通道进行后处理、尤其通过蚀刻工艺进行化学和/或物理处理，例如使丝状通道的轮廓平滑，尤其在用第二介质填充丝状通道之前。

空腔可以以彼此相距大于空腔直径(例如，为空腔直径的两倍或三倍)的距离引入基体中。

空腔也可通过基体的增材构造来产生和/或以减材方式引入基体，尤其通过磨料加工方法，例如机械钻孔。

关于材料，可以规定主体包括作为介质的一种或多种上述材料或由其组成。此外，至少一个第二类型的结构元件可以包括作为介质的第一类型的主体中提到的一种或多种材料，尤其主体不包括的材料，或由其组成。

本发明还涉及制造波导的方法，特别地包括本文所述的一个或多个方法步骤，这些方法步骤可称为拉伸方法或多拉伸方法。

在这些方法中，具有上述一个或多个特征的波导可以以如下方式与一个或多个也具有上述一个或多个特征的其他波导组装在一起，使得波导具有彼此平行的传输方向以形成预制件。

然后，可以沿传输方向将组装好的波导一起拉制。特别地，考虑至少1:2、至少1:10或至少1:100的拉制系数。

然后可以将纵向组装的波导拆开成横向于传输方向的部分，并且然后在传输方向彼此平行的情况下可以组装各部分以再次形成预制件。

然后，组装好的部分可以沿着传输方向一起拉制。这里，再次考虑至少1:2、至少1:10或至少1:100的拉制系数。

波导和/或各部分可以分别组装以形成预制件，使得组件的排列由预先确定的规则、尤其根据上面阐述的细节唯一地确定。

波导和/或各部分还可以以如下方式进一步组装成预制件，使得由第二结构元件的横截面区域形成的结构在横截面上相对于彼此旋转，尤其以预先确定的方式旋转，并且尤其不相对于彼此旋转。此外，波导和/或各部分可以在组装过程中纵向转动，从而形成横截面的镜像。

在此上下文中，还可以组装由至少一个另外的预制件制成的部分。这些预制件可以根据共同的确定规则组装并且基本相同，但也可以遵循不同的确定规则。

此外，波导和/或各部分可以以自动化方式组装，尤其机器人组装。此外，细长的组装波导和/或细长的组装部分可以通过施加热量和/或压力，尤其在真空下来熔合。

本发明还涉及制造波导的方法，其中制造以相同方式形成的两个或更多个波导，使得第二类型的结构元件的横截面区域各自具有相同的非均匀但由预先确定的规则唯一地限定的排列和/或具有相同的非均匀但由预先确定的规则唯一地限定的几何形状，例如直径。

尤其是，该方法可以设计为用于生产多个相同波导的方法，该多个波导可以彼此独立地生产。尤其是，因此可以仅基于预限定的规则来制造具有相同结构的其他波导。

除了该方法可用于生产多个相同的波导之外，该方法还适用于生产至少在某些特性方面匹配的多个波导。例如，该多个波导可以满足图像清晰度的限定的均匀性标准和/或满足上述一个或多个条件，这些条件涉及泰森多边形表面的面积含量相对于至少一个类型的结构元件的横截面区域的位置(尤其中心)的分布。

本发明还涉及波导，尤其具有上述波导的一个或多个特征的波导，该波导是通过或者可通过包括上述一个或多个工艺步骤的工艺来制造。

最后，本发明还涉及包括两个或更多个波导的组，每个波导尤其具有一个或多个上述针对波导的特征，尤其已通过或能通过包括一个或多个上述方法步骤的方法生产，其中波导各自包括多个结构元件，其中结构元件，尤其是其横截面区域，通过预先确定的规则非均匀但不含糊地形成，并且其中两个或更多个波导相同地形成，使得结构元件，尤其其横截面区域，以相同的方式非均匀地形成。

附图说明

以下将参考所描述的附图来描述本发明的实施例。附图显示：

图1：分别具有两种结构元件(a)、(b)、(c)和三种结构元件(d)、(e)的各种波导的示意图，其中结构元件的横截面区域排列不均匀，

图2：两个波导的示意性透视图，其中(a)示出了具有其横截面区域在光栅上分布不均匀的两种类型的结构元件的波导的示意性透视图，并且图(b)示出了具有非均匀折射率(多种类型)和/或非均匀几何形状(直径)的多个结构元件的波导的示意性透视图，

图3：具有其横截面区域在六边形晶格上分布不均匀的两种结构元件的波导的示意性横截面图，

图4：具有两种结构元件的波导的示意性横截面图，其中结构元件的类型/折射率是/将根据确定性规则确定，

图5：波导，例如呈面板形式的波导的示意性横截面图，波导具有作为基体的第一类型的结构元件和作为基体上的空腔的多个第二类型的结构元件，第二类型的结构元件在基体内的位置根据确定性规则固定，

图6：泰森多边形表面的面积含量相对于位于第一类型的结构元件内的第二类型的结构元件的横截面区域的位置的分布的方差图，该图是针对第二类型的结构元件的数量绘制的，其中(a)以对数表示，(b)以双对数表示，

图7：(a)泰森多边形表面的示例，泰森多边形表面对应于根据Halton序列定位在具有圆形横截面的第一类型的结构元件内的第二类型的结构元件的横截面表面的位置，(b)根据Sobol序列定位，(c)随机定位，(d)周期性定位，作为进一步的比较示例，

图8：(a)泰森多边形表面的示例，泰森多边形表面对应于具有方形横截面的第一类型的结构元件内的第二类型的结构元件的横截面表面的位置；(b)根据Sobol序列定位；(c)随机定位；(d)周期性定位，作为进一步的比较示例，

图9：(a)组装成预制件的波导，其拉制到长度，(b)、(c)再次组装成预制件的波导，其拉制到长度，(d)再次组装，(e)在压力下熔合的波导的示意性透视图，

图10：图9中组装的再次形成预制件的波导的示意性横截面，其中(a)、(b)示出了示意性横截面作为一个拉制到长度的波导的截面，(c)、(d)示出了示意性横截面作为拉长的两个波导的截面，(a)、(c)中，波导相对于彼此不扭转，(b)、(d)中，波导以预先确定的方式相对于彼此扭转，

图11：结构元件或其横截面区域不均匀地形成但由预先确定的规则明确地限定的波导的各种可能性的示意图，

图12：结构元件或其横截面区域之间的变化的各种方面以及这些方面的组合可能性的示意图，

图13：具有结构元件或其横截面区域的波导的各种进一步可能性的示意图，这些结构元件或其横截面区域由预先确定的规则不均匀但不含糊地形成，每个波导包括第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件，

图14：具有结构元件或其横截面区域的波导的各种进一步可能性的示意图，这些结构元件或其横截面区域由预先确定的规则不均匀但不含糊地形成，每个波导包括多个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件，并且如果适当的话，还包括其他类型，

图15：所制造的波导的表面照片，其中波导具有形成的第一类型的结构元件和在第一类型的结构元件中形成为丝状通道的多个第二类型的结构元件，

图16：所制造的具有多个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件的波导的照片(和各个放大部分)，

图17：图16中的波导作为图像波导应用的照片。

图18：样本MTF图。

图19：衍射限制的MTF。

图20：测量的边缘扩展函数(ESF)的导数是线扩展函数(LSF)，其必须进行傅里叶变换才能获得MTF。

图21：图表显示，随着放大倍数的增加，截止频率会移至更高的值，从而减小有效像素大小。

图22：空间频率与强度的关系图。

图23：误差函数曲线变化图。

图24：显示示例8的离散傅里叶变换数据的图表。

图25：显示示例1的MTF的图表。

图26：显示示例2的MTF数据的图表。

图27：显示示例3的MS-SSIM数据的图表。

图28：显示示例4的MS-SSIM数据的图表。

图29A：显示示例5的MS-SSIM数据的图表。

图29B：显示示例5的MS-SSIM数据的图表。

图29C：显示示例5的MS-SSIM数据的图表。

图30：显示示例6的MS-SSIM数据的图表。

图31：显示示例7的MS-SSIM数据的图表。

图32：显示示例10的MS-SSIM数据的图表。

图33：显示示例9的傅立叶系数和相对对比度P的图表。

图34：在不同放大倍数计算的MTF。

图35：显示根据GALOF的MTF数据确定截止频率的图表。

图36：根据FOP的MTF数据确定f_截止的图表。

图37A和37B：通过不同产品拍摄的USAF51靶板第6组和第7组的图像。

图38：用于小直径图像波导的MS-SSIM计算的子图像分区。

具体实施方式

图1示出了尤其可用作图像波导的波导1的各种主要示例。被示出其横截面图的波导1分别包括多个结构元件10，每个结构元件沿波导1的传输方向延伸，该方向垂直于此处的图，并且每个结构元件在其横截面上成比例地延伸。因此，每个结构元件限定横截面区域20，即波导1的横截面区域的比例。所示的波导1的示例分别具有至少两个不同类型的结构元件，它们的折射率不同。这些主要实施例用于说明非均匀性的某些变体，并且可能在细节上偏离根据本发明确定的结构元件的确定性定位。

图1(a)示出了其横截面图的波导具有形成为基体的第一类型的结构元件10a，其容纳多个第二类型的结构元件10b。由此，第二类型的结构元件10b例如可以形成为沿第一类型的结构元件10a中的传输方向延伸的空腔或中空通道。在这种情况下，形成为基体的第一类型的结构元件10a包括具有第一折射率的第一材料，并且例如形成为空腔的第二类型的结构元件10b例如通过其中包含的空气或其他气体形成第二折射率。在这种情况下，第一类型的结构元件10a的横截面区域20对应于波导的横截面区域减去该区域中由空腔限定的孔，而第二类型的结构元件10b的横截面区域20分别对应于空腔的横截面区域。然而，主体上的空腔也可以用第二材料填充，使得第二类型的结构元件10b对应于填充的空腔。如图中示意性所示出的，第二类型的结构元件10b的横截面区域20是不均匀的，因为它们的位置在横截面上不均匀分布，尤其不位于周期性网格上。然而，同时，结构元件的位置由预先确定的规则不含糊地确定，如本文更详细地解释的那样。

图1(b)示出了其横截面图的波导具有两种类型的结构元件10a、10b，即，同样是一个结构元件10a形成为基体并具有第一折射率，而多个结构元件10b具有与第一折射率不同的第二折射率。在此处所示的示例中，第二类型的结构元件10b的横截面区域20不仅排列不均匀，而且几何形状也不均匀，在这种情况下是直径不均匀，在这种情况下，不同直径的数量有限，即两个。在这种情况下，排列的不均匀性和/或几何形状的不均匀性由预先确定的规则明确地确定。

图1(c)示出了其横截面图的波导同样具有两种类型的结构元件10a、10b，其中，第二类型的结构元件10b的横截面区域分别排列在第一类型的结构元件10a内，尤其作为芯-鞘系统。因此，在这种情况下，提供了多个第一类型的结构元件10a和多个第二类型的结构元件10b。结构元件或其横截面区域不均匀地形成，因为第一类型的结构元件10a(其容纳第二类型的结构元件10b)在波导的横截面上不均匀地、尤其非周期性地排列，这种排列由预先确定的规则确定。

图1(d)和图1(e)其示出了横截面图的波导在某些方面分别对应于图1(a)和(b)中所示的波导，但具有三种类型的结构元件10a、10b、10c，这些结构元件具有不同的折射率。具体而言，形成为基体的结构元件10a上的空腔可以填充不同的介质。因此，结构元件10b、10c尤其具有非均匀性，因为它们的折射率彼此不同，其中可以遵循预先确定的规则确定形成为空腔的结构元件中的哪个接收哪个折射率。

图2示出了尤其可用作图像波导的波导1的另外两个示例。波导1同样包括多个结构元件10，每个结构元件沿传输方向从波导1的近端2延伸到远端4，并且例如呈杆状。

图2(a)所示的波导具有多个第一类型的结构元件10a和多个第二类型的结构元件10b。在此示例中，结构元件的横截面区域排列在周期性晶格上。然而，结构元件排列不均匀，因为第一类型的结构元件10a和第二类型的结构元件10b以及由此折射率是非均匀排列和/或分布的，而排列和/或分布又由预先确定的规则唯一地确定。

图2(b)所示的波导同样包括多个排列在周期性晶格上的结构元件10，其中，在此示例中，结构元件的横截面区域具有非均匀的几何形状。具体而言，几何形状会不同，因为结构元件的直径或其横截面区域彼此不同。这种形式的不均匀性可以通过预先确定的规则明确地限定。此外，结构元件会表现出不均匀性，尤其预先确定的不均匀性，因为结构元件的折射率彼此不同。在这方面，可以提供离散数量(例如两个、三个、四个等)的不同折射率，但原则上也可以提供折射率的连续变化。

图3示出了波导的另一横截面图，该波导在一些方面与图2(a)中所示的波导相对应。图3中所示的波导具有多个结构元件10，尤其杆状结构元件10，即多个第一类型10a和多个第二类型10b，结构元件10的横截面排列在周期性晶格上，该周期性晶格在此示例中对应于六边形晶格。因此，设想至少一个结构元件或其横截面区域20与六个紧邻的结构元件或其横截面区域20等距，并且优选地相邻。

参考图4和图5，下面给出了如何非均匀地形成但唯一地由预先确定的规则限定结构元件的示例。为此，可以提供规则以不含糊地限定特性数，例如位置、类型、折射率或甚至几何形状，该规则可以包括确定性序列(例如Halton序列)。该序列构成本文更详细描述的用于指定结构元件的特征数的确定性规则的组成部分。为了更好地理解，在各个步骤中描述了规则，其中尤其由这些步骤限定的波导的整体结构是决定性的，对其的确定可以在制造波导之前进行，从而不含糊地预先确定波导的整体结构。

对于根据本发明的波导，例如，可用区域(例如波导的横截面区域)在可以这样(根据预先确定参数并根据确定性规则)确定的位置处填充有结构元件。这些参数通常包括结构元件的尺寸、尤其形状和大小，以及例如关于它们的位置和间距的信息，以及填充系数，该填充系数指示要用一种或多种类型的结构元件填充的表面比例。

例如，对于圆形的波导1(参见图3)，例如对于其预制件(参见图10)，具有预先确定的结构元件排列和数量(在此示例中为相同的直径、六边形最密集填充)，可以根据确定性算法(例如包括Halton序列)针对预先确定的填充系数选择结构元件10b，其由具有例如第二折射率的介质占据。

为此，可以根据例如2D半色调序列在包围圆形波导1的正方形100中生成点102。该序列的值位于[0,1)×[0,1)的范围内，并且可以根据波导的给定区域的尺寸进行缩放。

Halton序列是将一维van der Corput序列向不同基数进行多维扩展：基数为b的van der Corput序列x_n＝φ_b(n)由数字n的基数b表示的倒数限定：例如，任何正整数n>＝0都可以表示为与基数b>＝2的和：

其中系数a_k(n)是取模b的完全余数系统中的元素，m是满足对所有j>m都有a_j(n)＝0的最小整数。然后，van der Corput序列由以b为基数的倒根反函数限定：

其中b是质数。

由于结构元件10位于预限定的位置，并且序列覆盖整个范围[0,1)×[0,1)，因此发生以下分配：序列元素按顺序传递。通过最小欧几里得距离对结构元件(尤其第二类型10b)进行分配。忽略分配给已选择结构元件或位于排列之外的序列元素，并继续处理下一个序列元素。此过程持续进行，直到选择了与所需填充系数(尤其第二类型10b)相对应的结构元件数量。

为了清楚起见，通过两个实施例来说明这一点。

第一实施例示例示出了圆形的波导或波导预制件1(图4)，其由至少两种类型的结构元件形成，该结构元件也是圆形的，具有两种不同的折射率，以六边形填充或排列预先确定。

现在，这种排列是根据确定性序列的规范来确定的，其中两个折射率被占用，直到达到预先确定的填充程度。因此，特定被占据的结构元件获得一个折射率，其他的获得另外的折射率。

这可以在以下条件下完成：最接近序列点102的结构元件已被占用(例如分配给类型10b)，前提是序列点位于圆形内，且相关位置或结构元件尚未被占用(例如分配给类型10b)。在这些情况下，丢弃序列点，并在序列中使用下一个序列点。因此，通过确定性序列确定第一个点，并将其缩放为形式(黑点)，检查上述条件，并在该第一种情况下，灰色结构元件被占用。接下来的点将得到相应处理。

如果在圆形之外还有其他序列点102或者在这里有重复，那么这些序列点102将被丢弃并且下一个序列点102将继续，直到达到预先确定的填充水平。

它显示了丢弃圆形或重复点之外的点102v(此处保留)的数字，以及填充水平为50％的结果。

实施例的另外的示例(图5)显示了给定表面的占据情况。这里的目的是，例如，根据Halton序列将结构元件(例如具有直径的孔)定位在边长为D的方形板110上，以进行激光成丝或钻孔工艺。这里，序列点112从值范围[0,1)缩放到本文指定的面积的尺寸范围[-D/2,D/2)。这样做直到达到预限定的填充水平。填充率是孔总面积与基板面积之比。孔可以根据序列点放置(图5a)。或者，序列点可以四舍五入到孔的直径(图5b)。如果不希望孔重叠(重叠的孔对114)，则应丢弃此类序列点。双重放置(图5b)相应地被丢弃，并在序列中进一步推进。同样，这里可能存在进一步的规范，例如限定结构元素的最小间距。

可以理解的是，上面更详细描述并通过两个示例更详细地说明的方法也可以不受限制地应用于具有两个以上折射率和/或变化或可变的几何形状、尺寸(例如两个或多个直径)和/或形状或其组合的结构元件的进一步可能的变化，这些结构元件位于任何可能预先确定的表面上，或者可以清楚地预先确定其结构。然后，可以根据具体情况相应地调整或扩展可用表面的占据或可占据性条件，以实现所需的占据。

参考图6，根据本发明的波导特别地在结构元件的不均匀性方面满足某些均匀性标准，并且优选地在波导被设计为图像波导的情况下满足图像清晰度方面的某些均匀性标准。

例如，对应于或唯一可分配给结构元件的横截面区域的面积含量分布可以满足特定条件。示出了与要占据的横截面总面积的平方A相关的泰森多边形区域的面积含量分布的示例性方差(归一化方差V＝σ/A²⁾和与至少一个类型的结构元件的横截面区域的位置，绘制了该至少一个类型的N个结构元件，示出了对数表示(图6a)和双对数表示(图6b)。

根据本发明的波导可以具有如上所述的确定性序列特征。因此，方差曲线200基于通过Halton序列确定的横截面区域的位置，而方差曲线202基于通过Sobol序列确定的横截面区域的位置。为了进行比较，示出了基于随机确定的横截面区域的位置的方差曲线204和对应于方差曲线204的拟合曲线206(方差＝0.38A2/N²⁰³³)。显然，根据本发明的波导的分布方差(对于每个N)小于具有随机无序的波导的方差。

值得注意的是，所示的曲线基于跨越[0,1)值范围的分布。

图7和图8示出了示例性泰森多边形表面210与具有圆形横截面(图7)和方形横截面(图8，其是图6的基础)的波导中结构元件的横截面区域的位置212。图7a、8a示出了基于Halton序列的位置212和泰森多边形表面210，图7b、8b示出了基于Sobol序列的位置212和泰森多边形表面210，每个对应于根据本发明的波导的非均匀性。为了进行比较，图7c、8c示出了基于随机排列的位置212和泰森多边形表面210，图7d、8d示出了基于周期性排列的位置212和泰森多边形表面210。显然，根据本发明的波导的特征在于，结构元件(尤其其横截面区域)形成为非均匀的，但与随机排列的情况相比具有更高的均匀性。

图9示出了根据多拉法制造波导的方法的步骤。在此过程中，组装多个波导1以形成预制件30并拉到一定长度(图9a)。波导1例如可以是根据图3的结构元件10、20或10a、10b的排列，或者例如根据图1(a)至图1(e)中所示的排列的替代排列，这些排列可能已经以已知方式拉出。

然后将组装且细长的波导(“多光纤”)拆成几段，并再次组装成预制件40(图9b，“多-多-组装”)。然后可以再次将预制件40拉制到一定长度(图9c)，并且必要时，可以再次将其拆成几段并组装(图9d)。最后，可以通过施加热量和/或压力，尤其在真空下，将这样获得的组件熔合(图9e)。

参考图10，在组装成另外的预制件的过程中，可以将拉制到一定长度的组装波导(“多光纤”，此处为“M1”)以相对于彼此不扭曲的方式组装(图10a)，或者，尤其以预限定的方式，以相对于彼此旋转的方式组装(图10b)。此外，在组装过程中，可以将拉制到一定长度的至少两个不同的组装波导(“M1”、“M2”)的各段以相对于彼此不扭曲的方式组装(图10c)，或者，尤其以预限定的方式，以相对于彼此旋转的方式组装(图10d)。类似于图10a、10b中所示的排列，当组装第一个预制件时，波导也可以以相对于彼此不扭曲的方式或者，尤其以预限定的方式，以相对于彼此旋转的方式排列。在预制件由至少两个不同波导(“M1”，“M2”)的各部分组装而成的情况下，这些不同波导的排列可以按照先前描述的不同类型结构元件的排列(例如图3)，并且因此再次由预先确定的规则唯一地确定。

参考图11至图14，下面将再次以示例的方式讨论根据本发明的结构元件的非均匀性的各种实施例。如所述，结构元件、尤其是其横截面区域，一方面具有相对于彼此的非均匀性，另一方面具有规律性20，其结果是结构元件的非均匀性是明确地预先确定的，尤其确定性和/或可再现的，并且不是偶然的。

例如，结构元件或其横截面区域可以具有由预先确定的规则唯一地确定的非均匀排列，具有由预先确定的规则唯一地确定的相互不均匀的几何形状，和/或具有由预先确定的规则唯一地确定的相互不均匀的折射率。

图11通过树状图示出了实现非均匀排列的各种可能性，该非均匀排列由预先确定的规则明确地确定。图11a示出了结构元件10a作为起点，该结构元件10a可以例如形成为基质材料(结构元件10a也可以形成为空气或不存在)。图11b示出了从该起点导出的另外的起点，该起点具有结构元件10a以及用于由结构元件占据的多个周期性位置P，然后这些结构元件具有周期性定位。图11d示出了从图11a导出的另外的起点，该起点具有结构元件10a以及用于由结构元件占据的多个非周期性位置P，以获得非周期性定位。从图11b和11d所示的起点开始，通过用结构元件占据位置P来获得根据本发明的波导，如下文将更详细地描述的。

从图11b开始，图11c示出了具有结构元件10b、10c的波导1，其横截面区域具有周期性定位和/或位于周期性位置上。图11c中所示的波导具有三种类型的结构元件10a、10b、10c，每种结构元件可以具有不同的折射率。例如，结构元件10a可以形成为基质材料，而结构元件10b和10c可以是基质材料中的空隙，其中填充有不同折射率的材料。

然而，结构元件10b和10c的材料之一也可能对应于结构元件10a的基质材料，或者基质材料中不存在对应于这些结构元件的(填充)空腔(参见下文图13a)。结构元件10a也可能形成为空气或不存在，而结构元件10b和10c彼此相邻(参见下文图14a)。

图11c所示的波导1具有周期性定位的结构元件10b、10c。然而，结构元件10b、10c属于不同类型，并且不同类型的结构元件在规则晶格上的占据是不均匀的，而是由预先确定的规则确定的。具体而言，结构元件10b、10c之间的变化因此是不均匀的，而是由预先确定的规则确定的。具体而言，结构元件10b、10c可以被描述为确定性地无序的。因此，图11c示出了波导1的情况，其中结构元件或其横截面区域具有由预先确定的规则唯一地确定的非均匀排列。术语“排列”在此应理解为，各种类型的结构元件10b、10c在各个周期性位置处的选择或占据是不均匀的，而是由预先确定的规则确定的，即不是随机的。

结构元件10b、10c还可能在折射率方面没有差异，例如具有相同的折射率或由相同的材料制成，但在其他方面有所不同(参见下图12)。结构元件10b、10c还可能在折射率方面以及其他方面有所不同。

从图11d开始，图11e示出了具有两种结构元件的波导1，这两种结构元件为结构元件10a，其可以例如形成为基质材料，以及多个结构元件10b，其可以例如形成为基质材料中的被填充空腔。在这种情况下，结构元件10b的横截面区域非周期性地定位。结构元件10b的定位现在可能代表这种情况下的非均匀性，其由预先确定的规则确定。具体而言，第二类型的结构元件10b可以具有非均匀的位置，但位置由预先确定的规则确定。因此，图11e示出了波导1的情况，其中结构元件或其横截面区域具有非均匀的排列，其由预先确定的规则明确地确定。术语“排列”在此应理解为结构元件或一些结构元件或其横截面区域非周期性地定位，其位置由预先确定的规则确定，即不是随机的。在图11e的情况下，尤其规定，第二类型的结构元件10b具有均匀的折射率、均匀的几何形状和/或相对于其他方面均匀地形成，尤其相同地形成。在这种情况下，可以说非周期性位置的均匀占据。

相反，图11f示出了从图11d开始的波导1，其中提供了结构元件的非周期性定位，同时提供了不同类型的结构元件10b、10c。在这种情况下，由预先确定的规则明确地确定的不均匀性可以存在于结构元件10b、10c的非周期性定位中或存在于占据中，即结构元件10b、10c彼此之间的变化中，或者存在于定位和占据两者中。

图12示出了结构元件彼此之间(中间行)可以具有的不同变化可能性，以及示例性的、但不应最终被理解为变化的组合可能性(下部靶板)。所示的变化尤其可用于结构元件占据的位置，该位置不均匀地形成，但由预先确定的规则明确地确定。横截面区域位于周期性或非周期性位置，例如在基质材料内的结构元件例如彼此之间可以具有不同形状、不同类型或不同折射率、不同子结构和/或不同旋转(和/或局部位置)。

例如，结构元件的几何形状的变化、尤其是其横截面区域的变化，可以形成为形状的变化(转角的数量、直径)。几何形状的变化也可以形成为子结构的变化。子结构可以尤其：结构元件、尤其其横截面区域，具有至少两个具有不同折射率的不同区域，尤其芯和周围的包层(芯-包层系统)。

例如，组合起来，第一类型的结构元件可以具有多边形壳和/或多边形芯，第二类型的结构元件可以具有圆形壳和多边形芯(底行，第一列)。然后，这两种结构元件可以用于例如占据周期性或非周期性位置。

进一步地，例如，第一类型的结构元件可以具有第一折射率和第一直径，并且第二类型的结构元件可以具有第二折射率和第二直径(底行，第二列)；或者第一类型的结构元件是具有第一直径的芯的芯包层系统，并且第二类型的结构元件是具有第二直径的芯的芯-包层系统(底行，第三列)；或者第一类型的结构元件是具有第一折射率的芯的芯-包层系统，并且第二类型的结构元件是具有第二折射率的芯的芯-包层系统(底行，第四列)；或者第一类型的结构元件具有第一直径并绕结构元件外部的枢轴点旋转并且第二类型的结构元件具有第二直径并绕结构元件外部的枢轴点旋转(底行，第五列)，或者第一类型的结构元件具有带有中心芯的芯-包层系统并且第二类型的结构元件具有带有绕芯外部的枢轴点旋转的芯的芯-包层系统(底行，第六列)，等等。

图13a示出了波导1，其在一些方面与图11c的波导相似。波导具有第一结构元件10a，其可以例如形成为基质材料。此外，波导包括多个结构元件10b，其可以例如形成为基质材料上的丝状空腔。结构元件10b位于周期性位置，但并非所有周期性位置都被结构元件占据。因此，图13a示出了波导1的情况，其中结构元件或其横截面区域具有非均匀排列，该非均匀排列由预先确定的规则明确地确定。术语“排列”在此应理解为，结构元件或一些结构元件或其横截面区域位于周期性位置，其中一些周期性位置被占据，而一些周期性位置未被占据，并且占据是唯一地确定的，由预先确定的规则形成，即不是随机的。

图13b示出了波导1，其在一些方面与图11f的波导相似。波导包括第一结构元件10a，其可以例如形成为基质材料。此外，波导包括具有第一直径的多个结构元件10b和具有第二直径的多个结构元件10c。在该示例中，结构元件非周期性地定位，其中非周期性定位可以是非均匀的，但由预先确定的规则明确地限定。因此，图13b示出了波导1的情况，其中结构元件或其横截面区域具有由预先确定的规则唯一地确定的非均匀排列。在这种情况下，术语“排列”应理解为，结构元件或一些结构元件或其横截面区域以非周期性方式定位，非周期性位置由预先确定的规则确定，即非随机的，和/或其中结构元件之间具有变化，该变化以非均匀方式形成，但由预先确定的规则唯一地确定，该变化形成为两种类型(例如具有不同的直径)的结构元件。

图14示出了一些波导1，每个波导具有多个第一类型的结构元件和多个第二类型的结构元件(有时在图14d中具有其他类型)。尤其，这里示出的波导1没有任何基质材料(因此，具体地，它们也不形成为面板)，而是结构元件彼此相邻。图14中示出的波导1的共同点在于，不同类型的结构元件(尤其其横截面区域)是周期性定位的，但是结构元件的类型对周期性位置的占据是不均匀的，但由预先确定的规则明确地确定。因此，图14中示出的波导1的特征在于，结构元件或其横截面区域具有非均匀排列，该非均匀排列由预先确定的规则不含糊地确定，术语“排列”在这里应理解为，各种类型的结构元件在周期性位置处的选择或占据是不均匀的，但由预先确定的规则确定，即不是随机的。

图14a大致示出了具有多个结构元件10a和多个结构元件10b的波导1，其中结构元件10a和结构元件10b的折射率不同。

图14b示出了具有多个结构元件10d和多个结构元件10e的波导1，这些结构元件具有不同的折射率和不同的子结构，子结构分别由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b)以及10a和10c(具有折射率a和c)限定。这里的子结构是结构元件10d和10e形成为芯-壳系统，其中芯不同。

图14c类似地示出了具有多个结构元件10d和多个结构元件10e的波导1，这些结构元件具有不同的折射率和不同的子结构，子结构分别由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b)以及10c和10b(具有折射率c和b)限定。此处的子结构是结构元件10d和10e形成为芯-包层系统，其中包层不同。

图14d类似地示出了具有多个结构元件10e、多个结构元件10f、多个结构元件10g和多个结构元件10h的波导1，这些结构元件具有不同的折射率和不同的子结构，其中子结构分别由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b)、10a和10c(具有折射率a和c)以及10b和10d(具有折射率b和d)以及10c和10d(具有折射率c和d)表示。此处的子结构是结构元件10e、10f、10g和10h形成为芯-壳系统，其中壳和芯都不相同。

图14e示出了具有多个结构元件10c和多个结构元件10d的波导1，其中，结构元件10c的子结构由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b以及第一芯直径)限定，并且结构元件10d的子结构由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b以及第二芯直径)限定。

图14f示出了具有多个结构元件10c和多个结构元件10d的波导1，这些结构元件具有不同的几何形状和不同的子结构，其中，结构元件10c的子结构由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b以及位于中心的芯)限定，结构元件10d的子结构由子结构元件10a和10b(具有折射率a和b以及偏心定位的芯)限定。

图15a和图15b示出了实际制造的波导1的示例照片，该波导具有作为第一类型的结构元件10a的整体基体，其中通过激光成丝引入了作为第二类型的结构元件10b的多个丝状通道，这些通道具有非周期性定位，并且非周期性位置是不均匀的、但由预先确定的规则明确地限定。然而，在激光成丝的情况下，还可以例如提供的是，激光逐行扫描基板，从而产生周期性或网格。尤其在这种情况下，形成为丝状通道的第二类型的结构元件10b也可以定位在周期性位置上，其中一些周期性位置被占据，而一些周期性位置未被占据，并且占据率由预先确定的规则唯一地确定。

图16a示出了实际制造的波导1的示例照片，该波导具有多个具有第一折射率的光纤作为第一类型的结构元件10a和多个具有第二折射率的光纤作为第二类型的结构元件10b，并且图16b示出了其放大视图和草图。在这种情况下，结构元件10a和10b的光纤彼此相邻并根据周期性晶格定位，其中类型10a和10b的位置占据不均匀地形成，但由预先确定的规则明确地确定。第一类型的结构元件10a和第二类型的结构元件10b可以被形成为包层管的第三类型的结构元件10c包围。包层管的折射率可以低于第一类型的结构元件10a的折射率和第二类型的结构元件10b的折射率。

图17示出了图16a中用作图像波导的波导1的照片，传输显示数字5的图像。由于结构元件的排列不均匀，因此在此实现了基于横向安德森定位现象的高分辨率图像传输。同时，由于按照预先确定的规则进行排列，因此可以实现局部可控的图像清晰度和均匀性。

总之，可以提供一种波导1，例如，其中结构元件、尤其是其横截面区域，具有由预先确定的规则唯一地确定的非均匀排列，其中由预先确定的规则唯一地确定的非均匀排列形成为

(a)结构元件、尤其是其横截面区域的周期性定位，其中周期性定位的结构元件彼此之间具有非均匀的、但由预先确定的规则唯一地确定的变化，

其中周期性定位的结构元件彼此之间的变化可以形成为结构元件的类型、结构元件的折射率和/或结构元件的几何形状(例如形状、直径和/或子结构)的变化，

(b)结构元件，尤其其横截面区域的非周期性定位，其中结构元件的非周期性位置非均匀地但由预先确定的规则不含糊地形成，

其中可选地，结构元件彼此之间也具有非均匀的但由预先确定的规则不含糊地限定的变化，

和/或(c)结构元件，尤其其横截面区域，在周期性位置上的定位，其中一些周期性位置被占据，一些周期性位置未被占据，并且占据率由预先确定的规则不含糊地确定，

其中可选地，结构元件还彼此之间具有变化，该变化是不均匀的，但由预先确定的规则明确地限定。

如前所述，结构元件的形状或几何形状也可以彼此不同。尤其，在波导通过可以重复多次的预制光纤拉制工艺形成为光纤棒的情况下，初始形状或几何形状可以保留，但也可能由于工艺中可能发生的热影响和机械影响而在波导中出现变形。尤其，至少一些结构元件可以呈现六边形和/或双曲面多边形、尤其三角形或六边形。通过激光工艺引入结构元件也可以包括这样的几何形状变化，例如通过相应地引导该激光束或一激光束或激光辐射和/或光学调整其光束轮廓。

在一些实施例中，波导具有大于170线对/毫米(lp/mm)、大于180lp/mm、大于190lp/mm、大于200lp/mm、大于210lp/mm、大于220lp/mm、大于230lp/mm、大于240lp/mm、大于250lp/mm、大于275lp/mm、大于300lp/mm、大于400lp/mm、大于500lp/mm、大于600lp/mm、大于700lp/mm、大于800lp/mm、大于900lp/mm和/或小于1,000lp/mm的截止频率(f_截止)。

根据本发明的另一方面，波导具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm、大于90lp/mm、大于100lp/mm、大于125lp/mm、大于150lp/mm、大于175lp/mm、大于30lp/mm、大于200lp/mm、大于225lp/mm、大于250lp/mm、大于275lp/mm、大于300lp/mm、大于325lp/mm、大于350lp/mm、大于375lp/mm、大于400lp/mm、大于425lp/mm、大于450lp/mm、大于475lp/mm和/或小于500lp/mm的面积。

MTF是一种比较不同光学系统性能的方法，并且可以理解为波导的性能，以不同空间频率下的周期性正弦波图案表示，例如图18所示，取自imatest.com。虽然在较低频率下(比较图18中正弦图案图的上半部分和下半部分)，图像和物体对比度相同，但光学系统的分辨率有限会导致较高空间频率下的图像模糊，从而导致对比度下降。振幅可见度的调制从1减小到0(如中间图所示)。

空间频率f处的MTF限定为给定频率下图像对比度与物体对比度的比率：

原则上，这种性能可能取决于不同的方向。由于光学系统中的光圈挡板也会限制更高空间频率分量的传输，因此由此产生的MTF可被视为任何成像系统的上限(衍射极限)。这可以根据光学传递函数(OTF)的绝对值计算得出，该光学传递函数是出瞳的归一化自相关函数。对于矩形和圆形光圈，图19中描绘了衍射限制的MTF，取自

https://spie.org/publications/tt52_151_diffraction_mtf？SSO＝1。

光圈具有相同的截止频率ξ_截止，它取决于波长和系统的f数，标志着最高可分辨空间频率。由于光圈几何形状不同，它们的形状略有不同。所有性能较差的实际光学系统都低于相应的线。

MTF不仅适用于透镜系统，而且适合评估任何光学传输性能，例如通过相干光纤束的图像传输。

请注意，除了光纤束的MTF之外，成像系统本身(例如显微镜)的MTF也对整个传输性能有影响。因此，评估应始终放在空白靶板(无波导)的MTF背景下进行。

ISO 12233:2017(摄影-电子静态图像成像-分辨率和空间频率响应)中描述了如何测量真实光学系统的MTF的方法。我们遵循所谓的倾斜边缘方法，其中一维的MTF是从刀刃图像中推导出来的，因为完美的Heaviside函数包含所有频率分量。光学成像系统的像差会导致边缘模糊，这是由于高频分量的传输受到抑制。

测量的边缘扩展函数(ESF)的导数是线扩展函数(LSF)，必须对其进行傅里叶变换才能得到MTF(见图20，取自李航、颜昌翔和邵建兵的“通过改进的倾斜边缘法测量红外成像系统的调制传递函数”，韩国光学学会杂志(J.Opt.Soc.Korea)20,381-388(2016))。

为了在与边缘方向垂直的线上对像素强度进行积分时实现亚像素分辨率，边缘应相对于相机系统的像素方向略微倾斜(5-10°)。探测器的像素大小或光学放大后的有效像素大小构成了最小可分辨空间频率的上限(奈奎斯特极限)。因此，在测量和评估图像波导的MTF时，必须确保光学检查系统不会限制分辨率。这可以通过与空白靶板进行比较作为参考来实现。上述效果可以在图21中看到，其中截止频率随着放大倍数的增加而移至更高的值，从而减小了有效像素大小。

如前所述，图像的像素大小构成了MTF的上限。为了确保观察到的传输质量损失是由于光学系统的性能而不是图像采样造成的，需要拍摄一系列分辨率不断提高用于MTF计算的图像，如图26所示。连续图像的放大倍数之间的变化应在1.5和2之间。通过检查图像的直方图并确保其未在最大值处被剪切(例如，对于8位图像，2⁸-1＝255)，调整照明条件(直通光配置中的朗伯白光源)，以避免最低放大倍数图像中的像素饱和，并在整个系列中保持照明条件不变。图像波导与靶板的黑/白过渡对接(物理接触)，无需任何浸没液。

计算出的MFT如图34所示。显然，高分辨率图像在高频范围内会受到强烈噪声的影响，而低分辨率图像由于奈奎斯特极限而具有人为较低的截止频率。因此，我们用于MTF计算的数据按以下方式确定。

对于一组分辨率不断增加的图像的MTF曲线，形式为

y＝1-mx的线性回归适合满足条件y≥0.4&x≤250lp/mm的数据的子集。根据负线性斜率，确定近似截止频率f_{截止_线}＝m^-1。对于图34所示的数据集，它们分别为83.3、130.8、161.0、161.3和171.9lp/mm。现在我们从两个相邻数据集中选择，其中f_{截止_线}的差异首次小于较低值的10％，即具有较低分辨率的数据集，因为这可以被视为图像分辨率，其中图像波导的传输特性决定了光学性能。在上文中，这对应于放大倍数为500倍的数据。

为了确定截止频率，从而根据MTF确定图像波导的分辨率，我们首先将整个数据集限制为频率轴上f_{截止_线}的1.5倍，因为高频范围内的噪声增加且振幅很小。对于这个数据子集，我们拟合了一个具有双指数衰减的函数，形式为

并将交点y(f_截止)＝0.1限定为截止频率f_截止。对于500倍放大图像，如图35所示。其中红色虚线是线性回归曲线(f_{截止_线}＝161.0lp/mm)，而红色实线是数据点(黑色)的双指数拟合。截止频率f_截止＝227.5lp/mm与图37B中显示的解析USAF靶板组7元素6(G7E6-228lp/mm)相对应。上至f_截止的拟合曲线下的面积为94.97lp/mm。

由于MTF的确定是基于傅立叶分析，因此对具有可见周期性排列的光纤束的研究会受到显著的固定模式噪声的影响，尤其是当它们包含EMA时。对应于光纤间距的突出频率分量会导致MTF中产生共振，其振幅可能超过1。为了避免这些伪影，将高斯滤波器宽度为10lp/mm的标准峰值查找算法应用于数据，以识别局部最大值。峰值半峰全宽3倍的对称区域内的数据将被丢弃。之后，应用上述确定MTF特性的程序。图36显示了具有3μm光纤间距和EMA的光纤束的分析结果，其中蓝色数据点被忽略。相应的值为f_{截止_线}＝135.3lp/mm、f_截止＝165.0lp/mm和面积＝75.8lp/mm。同样，确定的截止频率与图37A中可辨别的G7E3线对(161.3lp/mm)非常吻合。

为了确定相对对比度P的傅立叶系数，使用了负美国空军(USAF51)分辨力测试靶板，因为它产生的图像噪声振幅较低。USAF51靶板的第6至9组元素用于测试，以探测高分辨率的值。通过比较未通过波导查看的靶板图像(“空白靶板图像”)与通过波导查看的靶板图像(“样本靶板图像”)获得的结果来进行归一化。

为了计算相对对比度P，需要对空白靶板和样本靶板图像以每给定空间频率获得傅里叶级数的系数，并且1个周期获得的结果之间的比率就是添加到最终图中的P值，例如如图22所示。

图像捕获程序为：1)使用相同的采集参数(例如相机对比度、照明条件和曝光度)捕获空白靶板图像和样本靶板图像的图片；2)对于每个元素大小，使用图像J获取灰度轮廓；3)使用灰度值，计算与被测频率相对应的傅里叶级数元素的值；4)绘制空白靶板图像和样本靶板图像所得值的比率。

在本发明的一些方面中，波导在114lp/mm处具有大于0.40(即40％)、大于0.45、大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85和/或小于0.90的相对对比度P。波导在144lp/mm处具有大于0.20(即20％)、大于0.25、大于0.30、大于0.35、大于0.40、大于0.45、大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65和/或小于0.70的相对对比度P。波导可以在1000lp/mm或更小处具有大于0.05(即5％)、大于0.10、大于0.15、大于0.20、大于0.25、大于0.30、大于0.35、大于0.40、大于0.45、大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65和/或小于0.70的相对对比度P。从114至287lp/mm，波导可以具有大于0.05、大于0.10、大于0.20、大于0.30、大于0.40、大于0.50、大于0.60、大于0.70、大于0.80和/或小于0.90的相对对比度P。

在某些实施例中，波导具有大于0.6、大于0.7、大于0.8、大于0.9和/或小于1.0的迈克尔逊对比度。

迈克尔逊对比度是图像中暗区域和亮区域的亮度差异，限定为：

其中I_max和I_min分别代表最高和最低亮度。对比度的范围为0(无对比度)到1(全对比度)。为了避免此限定对像素误差(具有极值的热像素或冷像素)的敏感性，我们在确定MTF时通过拟合以下形式的误差函数曲线级数到数据从积分边缘扩展函数的稳定阶段提取最大值和最小值：

如图23所示。因此，对亮区域和暗区域进行平均，并且该过程对噪声不太敏感。

在某些实施例中，对于本文所述的正或负USAF51靶板的第6组和第7组的图像，对于具有上至20mm的传输长度的波导，该波导具有大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85、大于0.90、大于0.95和/或小于1.00的多尺度结构相似性指数(MS-SSIM)。在一些实施例中，对于具有上至50mm的传输长度的波导，该波导具有大于0.60、大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85、大于0.90、大于0.95和/或小于1.00的MS-SSIM。在一些实施例中，对于具有上至100mm的传输长度的波导，波导具有大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85、大于0.90、大于0.95和/或小于1.00的MS-SSIM。在一些实施例中，对于具有上至1000mm的传输长度的波导，波导具有大于0.45、大于0.50、大于0.55、大于0.60、大于0.65、大于0.70、大于0.75、大于0.80、大于0.85、大于0.90、大于0.95和/或小于1.00的MS-SSIM。

本文计算MS-SSIM的测量条件是放大300-1000倍。

当通过成像系统比较两幅图像(例如空白靶板图像和样本靶板图像)时，文献中描述了不同的方法来比较两幅图像并评估样本靶板图像的质量。最广泛使用的是统计测量方法，如峰值信噪比(PSNR)或均方误差(MSE)，但它们与人类视觉系统的感知没有很好的相关性。人类视觉适合从图像中提取结构信息的假设导致了结构相似性指数测量(SSIM)，这是基于像素的比较，用于测量两幅图像之间的相似性[Zhou Wang，AC Bovik，HR Sheikh和EPSimoncelli，“图像质量评估：从错误可见性到结构相似性”，载于《IEEE图像处理学报》，第13卷，第4期，第600-612页，2004年4月，doi:10.1109/TIP.2003.819861.]。

对于两个对齐的图像，其像素向量x＝{xi|I＝1,2,...,N}和y＝{yi|I＝1,2,...,N}，SSIM限定为：

SSIM(x,y)＝[l(x,y)]α·[c(x,y)]β·[s(x,y)]₂

其中α、β、γ是限定分量l(x,y)、c(x,y)和s(x,y)的相对重要性的参数，可以理解为发光、对比度和结构比较的度量：

其中μ_i、σ_i2和σ_ij表示各个图像向量的平均值、方差和协方差，而C1＝(K1 L)2、C2＝(K2 L)2和C3＝C2/2是小常数，L表示像素值的动态范围。由于选择C₁＝C₂＝0会导致不稳定测量，因此K₁＝0.01K₂＝0.03是常见的选择。在各成分权重相等的情况下，得出：

仅对于相同的图像才能实现SSIM(x,y)＝1的最大值。

作为一种单尺度方法，SSIM缺乏人类对不同采样密度或观察距离的图像感知的可变性。因此，SSIM的多尺度扩展，考虑不同分辨率级别的图像细节，多尺度-结构相似性指数测量(MS-SSIM)被考虑[Z.Wang，EP Simoncelli和AC Bovik，“用于图像质量评估的多尺度结构相似性，”关于信号、系统和计算机的第37次阿西洛马会议，2003，2003，第1398-1402页，第2卷，doi:10.1109/ACSSC.2003.1292216。]：

这里，对于经过低通滤波和2次下采样的图像的M-1次迭代，对比度c_j(x,y)和结构比较S_j(x,y)与尺度M图像的亮度l_M(x,y)一起计算。对于M＝5的人类图像感知，加权参数α_M、β_j、γ_j由Wang等人校准，得出β₁＝γ₁＝0.0448、β₂＝γ₂＝0.2856、β₃＝γ₃＝0.3001、β₄＝γ₄＝0.2363和α₅＝β₅＝γ₅＝0.1333。

为了进行比较，拍摄了不同放大倍数的正和负USAF51分辨率靶板组的第6组和第7组图像，其中空白靶板图像作为参考图像，通过图像波导拍摄的图像作为样本靶板图像。靶板从下方用朗伯白光源照亮。图像之间的放大倍数和照度没有变化，通过检查图像的直方图并确保它没有在最大值处被剪切(例如，对于8位图像，2⁸–1＝255)来避免饱和。在应用MS-SSIM计算之前，使用模板匹配算法将图像对齐并裁剪为相同大小。

如果图像波导的尺寸太小，无法完全显示第6组和第7组的所有元素，则必须将图像分成一系列不重叠的子图像(见图38)。子图像的大小由可通过波导传输的最大矩形区域限定。对于每对相应的参考和靶板子图像(其同样可以通过模板匹配算法进行对齐)，计算合成图像的MS-SSIM及其面积百分比。面积加权和即为整幅图像的MS-SSIM。

由通过全内反射传输光的(相当)规则的芯-包层单光纤维的排列组成的传统的光纤束往往会在透射图像上留下底层结构，导致像素化外观。当光纤束中加入EMA(壁外吸收体)时，这种情况尤其明显。这种被称为蜂窝效应的伪影是由于各个芯周围的非透射包层材料造成的，因此仅传输观察视野内的离散位置。除了信息量减少之外，当在传感器芯片的矩形图案上对此类透射图像进行采样时，这还会导致与计算机辅助诊断相关的图像处理问题(Rongguang Liang，“生物医学成像的光学设计”，第8章-内窥镜光学，SPIE，(2011))。因此，有许多方法可以减轻这种影响，其中包括傅里叶域中的带通滤波、插值、具有微位移的图像叠加、压缩感知和贝叶斯近似或针对光芯的扫描(参见Antonio Perperidis等人，光纤束内窥镜的图像计算：综述，医学图像分析，62卷，第101620页，(2020年)；Qian Li等人，通过针对光芯的扫描对相干光纤束成像进行去像素化，应用光学，60(26)，第7955页(2021年)；及其参考文献)。这些方法通常耗时且计算成本高昂，从而降低了SNR或使其不适用于实时分析。

通过多光束干涉定位现象进行传输的图像波导通常具有非周期性组件，因此光学图像外观更佳，因为它没有上述固定模式噪声。当分析图24所示的图像的离散傅里叶变换时，这种区别变得非常明显。

对于这种传统的光纤板(FOP，图24中的中间列)，可见的周期性结构导致离散傅里叶变换中出现明显的多峰结构。

如示例8和图24中的底部图表所示，FOP的FFT的集成线扫描(从上到下)的特征是，除了中央峰之外，还有至少两个更尖锐的峰，其振幅至少为中央峰的25％，以及至少距所述峰的中央峰宽度的10倍的距离。这些可以用常见的峰值查找算法识别，并考虑图形的噪声水平(模糊、清晰度、距离、振幅–对于专家是已知的)进行适当的参数设置。相比之下，本公开的波导可以具有集成线扫描，其零峰的振幅至少为中央峰的25％。

本文进行的测量使用了配备物镜“PlanApp D 10x/0.6FWD 10mm”的蔡司SmartZoom5显微镜(图26(空白和FOP)、30-31、34和37A)或配备“VH-ZST”双变焦物镜的KeyenceVHX 6000(图26(TALOF)、27-29、32-33、35-36、37B和39)在朗伯照明下进行。

本发明的第一实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)具有大于170lp/mm的截止频率(f_截止)。

本发明的第二实施例涉及第一实施例所述的波导(1)，其中波导(1)具有大于170lp/mm且小于1000lp/mm的截止频率(f_截止)。

本发明的第三实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波的波导(1)、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40的相对对比度P。

本发明的第四实施例涉及第三实施例所述的波导(1)，其中，波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40且小于0.90的相对对比度P。

本发明的第五实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)在144lp/mm处具有大于0.20的相对对比度P。

本发明的第六实施例涉及第五实施例所述的波导(1)，其中，波导(1)在144lp/mm处具有大于0.20且小于0.70的相对对比度P。

本发明的第七实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)在1000lp/mm以下处具有大于0.05的相对对比度P。

本发明的第八实施例涉及第七实施例所述的波导(1)，其中波导(1)在1000lp/mm以下处具有大于0.05且小于0.70的相对对比度P。

本发明的第九实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)在114lp/mm到287lp/mm的范围内具有大于0.05的相对对比度P。

本发明的第十实施例涉及第九实施例所述的波导(1)，其中，波导(1)在114lp/mm至287lp/mm范围内具有大于0.05且小于0.90的相对对比度P。

本发明的第十一实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm的面积。

本发明的第十二实施例涉及第十一实施例所述的波导(1)，其中，波导(1)具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80且小于500lp/mm的面积。

本发明的第十三实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)具有大于0.6的迈克尔逊对比度。

本发明的第十四实施例涉及第十三实施例所述的波导(1)，其中迈克尔逊对比度大于0.6且小于1.0。

本发明的第十五实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在与传输方向横向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)对于上至20mm的传输长度具有大于0.65的MS-SSIM，对于上至50mm的传输长度具有大于0.60的MS-SSIM，对于上至100mm的传输长度具有大于0.50的MS-SSIM，和/或，对于上至1000mm的传输长度具有大于0.45的MS-SSIM。

本发明的第十六实施例涉及第十五实施例所述的波导(1)，其中，波导(1)对于上至20mm的传输长度具有大于0.65且小于1.00的MS-SSIM。

本发明的第十七实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波、尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，对于传输长度大于100mm的波导(1)，波导(1)的MS-SSIM大于0.50。

本发明的第十八实施例涉及根据第十七实施例所述的波导(1)，其中，对于传输长度大于100mm的波导(1)，波导(1)具有大于0.50且小于1.00的MS-SSIM。

本发明的第十九实施例涉及一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在波导的近端(2)和波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于传输方向延伸的横截面上将图像信息从近端传输到远端，其中，波导(1)具有集成线扫描，其零峰的振幅至少为中心峰的25％。

本发明的第二十实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导(1)，其中波导(1)具有多个结构元件(10)，包括至少两种不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型(10a)和具有第二折射率的第二类型(10b)。

本发明的第二十一实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导(1)，其中，结构元件(10)各自沿传输方向(5)延伸，并且按比例在波导(1)的横截面上延伸，从而在波导(1)的横截面中限定多个横截面区域(20)，每个横截面区域对应于单个结构元件(10)的横截面，其中，结构元件(10)，尤其是其横截面区域(20)，不均匀地形成，但由预先确定的规则唯一地限定。

本发明的第二十二实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导，其中，结构元件、尤其其横截面区域，具有非均匀的、尤其非周期性的预先确定排列，该预先确定排列由预先确定的规则不含糊地限定，和/或其中，结构元件、尤其其横截面区域，具有非均匀的、尤其不同的几何形状，例如非均匀的直径，该几何形状由预先确定的规则不含糊地确定，和/或其中，结构元件具有非均匀的、尤其相互不同的折射率，该折射率由预先确定的规则不含糊地确定。

本发明的第二十三实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导，其中，结构元件、尤其其横截面区域以如下方式不均匀地形成，使得波导传输的电磁波在横向于传输方向的方向上保持局部化，尤其为了传输图像信息。

本发明的第二十四实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导，其中近端相对于远端扭曲。

本发明的第二十五实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导，其中每根光纤具有直径、芯和可选的包层，并且光纤直径和芯-与-包层的直径比中的至少一个根据光纤与中心束轴的径向位移而变化。

本发明的第二十六实施例涉及根据前述实施例中任一项所述的波导(1)的用途，其中，波导(1)是刚性图像波导或至少部分柔性图像波导，用作内窥镜医疗设备中的组件或X射线成像面板、图像修改光学组件或光纤组件(例如，用于夜视设备的(缩放)锥形组件或倒像器)、用于数据通信的空间多路复用的组件、远程光学传感中的组件、照明应用中的组件以及光场能量系统的能量继电器。

本发明的第二十七实施例涉及前述实施例中一个或多个的组合。

示例

制备并分析以下波导。

示例1

按以下方式制备了18毫米厚的玻璃光纤束，其中大部分光通过安德森定位(玻璃安德森定位光纤束(GALOF)，或横向安德森定位光纤束(TALOF))而不是传统的全内反射进行传输。将两种具有相同直径但折射率差为0.33的玻璃棒(单根)以预先确定的方式以六边形多根配置以～50:50混合排列，如本文所述，并拉制成光纤束。在第二拉制步骤中，将多根这些多光纤以多根-多根排列方式组装在一起，其中多光纤是随机取向的。以相同的方式应用额外的拉制步骤，直到单根光纤的直径减小到700-800nm的大小以产生GALOF。

黑白图像的倾斜锐边用于确定本文所述的空白靶板、肖特北美股份有限公司(SCHOTT North America)的光纤板(FOP)产品编号24A以及GALOF的MTF。结果如图25所示。

如图25所示，GALOF图像波导未达到光学检测系统(空白)的分辨率极限，但GALOF的表现优于FOP，尽管成像放大倍数较低。此外，FOP的MTF显示出伪影(峰值/奇点)，这些伪影源于波导的可见周期性结构，导致在相应傅立叶分量中的贡献较大。

示例2

通过示例1中的GALOF以200倍、300倍、500倍、1000倍和1500倍放大率观察黑白图像的倾斜锐边。空白和GALOF的MTF按照本文所述确定。结果如图26所示。

如图26所示，随着放大倍数的增加，可分辨空间频率范围的扩展对于空白图像而言非常明显，这是由与奈奎斯特极限相关的有效像素大小造成的。只有在最高分辨率下，由于成像系统的性能限制，空白图像才会出现饱和。在TALOF的MTF中也观察到了类似的行为，在这种情况下，饱和(发生在放大倍数为500倍左右)也受到波导光学传输性能的限制。图表下方的图像显示了用于分析的TALOF传输倾斜边缘图片。

示例3

通过示例1中的GALOF以300倍、500倍和1000倍放大倍数观察本文所述的负USAF51靶板的图像。如本文所述确定MS-SSIM。结果如图27所示。

示例4

通过示例1中的GALOF以300倍、500倍和1000倍放大倍数观察本文所述的正USAF51靶板的图像。如本文所述确定MS-SSIM。结果如图28所示。

示例5

通过示例1中的GALOF的10mm和20mm样品，在1000倍放大倍数下观察本文所述的负USAF51靶板的图像。如本文所述确定MS-SSIM，并将该值与在相同条件下使用具有3μm光纤直径的SCHOTT FOP产品RFG 88拍摄的图像进行比较。结果显示在图29A中。图29B显示了在1000倍放大率下对示例1中的GALOF的10mm、20mm、50mm和100mm样品进行另一次测量的图像和MS-SSIM。图29C是图29A和29B中数据的图。

示例6

通过示例1中的5cm的GALOF样品以1000倍放大率观察本文所述的负USAF51靶板的图像。如本文所述确定MS-SSIM。结果如图30所示。

示例7

通过示例1中的GALOF以1000倍放大率观察本文所述的负USAF51靶板的图像。如本文所述确定MS-SSIM。结果如图31所示。

示例8

通过示例1中的GALOF以200倍放大率观察负USAF51靶板的第1组正方形的均匀照明图像，并将其与空白图像和光纤束(中间-由Honsun采用直径为6μm的光纤制造)进行比较。如本文所述，确定了离散傅立叶变换并进行比较。结果如图33所示。

图33的上行显示了均匀背面照明(朗伯)区域，没有(左-空白)和有图像波导传输(中间-5mm厚的FOP，6μm光纤直径，六边形封装；右-GALOF)。中间行显示了相应图像的离散傅里叶变换(FFT)，中间有一个典型的高DC峰值。对于FOP，我们看到明显的偏心峰值，这反映了光纤排列的六重对称性。TALOF FFT显示某些频率的升高，但没有明显的峰值。下行显示了集成的线扫描(沿对称轴从上到下)。空白和TALOF曲线可以描述为单调递减函数(忽略噪声)。FOP曲线显示出明显的窄峰结构：对称于中心位置，振幅明显大于噪声水平(中心峰值的25％)，从而产生局部最大值。

示例9

以与示例1相同的方式制备玻璃光纤束，不同之处在于厚度为10mm。

通过GALOF观察本文所述的负USAF51靶板的图像。如本文所述，确定了GALOF和SCHOTT 3μm FOP产品RFG 88的傅立叶系数和相对对比度P。结果如图33所示。

图33显示了空白图像和样本图像(顶部)的傅立叶系数值，以及相应值(FOP和GALOF)与参考(空白)之间的比率，从而得出相对对比度P。

示例10

通过GALOF以300倍放大倍数查看本文所述的正USAF51靶板的第7组所有元素的图像。如前所述，分别针对50毫米和1000毫米长的样本确定MS-SSIM。结果显示在图32中。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，对于正USAF51靶板的第6组和第7组的图像，所述波导(1)对于上至20mm的传输长度具有大于0.65的MS-SSIM，对于上至50mm的传输长度具有大于0.60的MS-SSIM，对于上至100mm的传输长度具有大于0.50的MS-SSIM，并且对于上至1000mm的传输长度具有大于0.45的MS-SSIM。

2.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，所述波导(1)具有大于170lp/mm的截止频率(f_截止)。

3.根据权利要求2所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有大于170lp/mm且小于1000lp/mm的截止频率(f_截止)。

4.根据权利要求2所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有在直至所述截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm的面积。

5.根据权利要求4所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm且小于500lp/mm面积。

6.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，所述波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40的相对对比度P，在144lp/mm处具有大于0.20的相对对比度P，并且在114至287lp/mm之间具有大于0.05的相对对比度P。

7.根据权利要求6所述的波导(1)，其中，所述波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40且小于0.90的相对对比度P，在144lp/mm处具有大于0.20且小于0.70的相对对比度P，在114至287lp/mm之间具有大于0.05且小于0.90的相对对比度P。

8.根据权利要求6所述的波导(1)，其中，所述波导(1)在1000lp/mm以下时具有大于0.05且小于0.70的相对对比度P。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有大于0.6的迈克尔逊对比度。

10.根据权利要求9所述的波导(1)，其中，所述迈克尔逊对比度大于0.6且小于1.0。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有多个结构元件(10)，包括至少两种不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型(10a)和具有第二折射率的第二类型(10b)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的波导(1)，其中，所述结构元件，尤其其横截面区域，以如下方式不均匀地形成：所述波导传输的电磁波在横向于所述传输方向的方向上保持局部化，尤其为了传输图像信息。

13.根据前述权利要求中任一项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)是刚性图像波导或至少部分柔性图像波导，用作内窥镜医疗设备中的组件或X射线成像面板、图像修改光学组件或光纤组件，例如(缩放)锥形组件或倒像器，例如用于夜视设备、用于数据通信的空间多路复用组件、远程光学传感中的组件、照明应用中的组件以及光场能量系统的能量中继器。

Claims (13)

1.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，对于正或负USAF51靶板的第6组和第7组的图像，所述波导(1)对于上至20mm的传输长度具有大于0.65的MS-SSIM，对于上至50mm的传输长度具有大于0.60的MS-SSIM，对于上至100mm的传输长度具有大于0.50的MS-SSIM，并且对于上至1000mm的传输长度具有大于0.45的MS-SSIM。

2.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，所述波导(1)具有大于170lp/mm的截止频率(f_截止)。

3.根据权利要求2所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有大于170lp/mm且小于1000lp/mm的截止频率(f_截止)。

4.根据权利要求2所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有在直至所述截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm的面积。

5.根据权利要求4所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有在直至截止频率(f_截止)所计算的MTF下的大于80lp/mm且小于500lp/mm面积。

6.一种波导(1)，用于传输电磁波，尤其用于沿着在所述波导的近端(2)和所述波导的远端(4)之间延伸的传输方向(5)在横向于所述传输方向延伸的横截面上将图像信息从所述近端传输到所述远端，其中，所述波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40的相对对比度P，在144lp/mm处具有大于0.20的相对对比度P，并且在114至287lp/mm之间具有大于0.05的相对对比度P。

7.根据权利要求6所述的波导(1)，其中，所述波导(1)在114lp/mm处具有大于0.40且小于0.90的相对对比度P，在144lp/mm处具有大于0.20且小于0.70的相对对比度P，在114至287lp/mm之间具有大于0.05且小于0.90的相对对比度P。

8.根据权利要求6所述的波导(1)，其中，所述波导(1)在1000lp/mm以下时具有大于0.05且小于0.70的相对对比度P。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有大于0.6的迈克尔逊对比度。

10.根据权利要求9所述的波导(1)，其中，所述迈克尔逊对比度大于0.6且小于1.0。

11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)具有多个结构元件(10)，包括至少两种不同类型的结构元件，即具有第一折射率的第一类型(10a)和具有第二折射率的第二类型(10b)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的波导(1)，其中，所述结构元件，尤其其横截面区域，以如下方式不均匀地形成：所述波导传输的电磁波在横向于所述传输方向的方向上保持局部化，尤其为了传输图像信息。

13.根据前述权利要求中任一项所述的波导(1)，其中，所述波导(1)是刚性图像波导或至少部分柔性图像波导，用作内窥镜医疗设备中的组件或X射线成像面板、图像修改光学组件或光纤组件，例如(缩放)锥形组件或倒像器，例如用于夜视设备、用于数据通信的空间多路复用组件、远程光学传感中的组件、照明应用中的组件以及光场能量系统的能量中继器。