ES2244016T3 - Sistema y metodo para realizar mediciones opticas seleccionadas. - Google Patents
Sistema y metodo para realizar mediciones opticas seleccionadas.Info
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Abstract
SISTEMA (11) Y PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR MEDICIONES OPTICAS SELECCIONADAS EN UNA MUESTRA QUE UTILIZA UN REFLECTROMETRO DE AMBITO DE COHERENCIA OPTICA QUE INCLUYE UNA REJILLA DE DIFRACCION (G). UNA FUENTE DE LUZ DE BANDA AMPLIA (13) PRODUCE LUZ QUE TIENE UNA LONGITUD DE COHERENCIA CORTA. UN DIVISOR DE HAZ (BS1) DIVIDE LA LUZ EN UN HAZ DE SEÑAL Y UN HAZ DE REFERENCIA. UN ESPEJO DE REFERENCIA (M5) ESTA DISPUESTO PARA RECIBIR EL HAZ DE REFERENCIA. UNA LENTE (O1) PONE EL HAZ DE LA SEÑAL EN UN FOCO CON LA MUESTRA. UNA REJILLA DIFRACTORA (G) RECIBE UNA REFLEXION DE LA MUESTRA Y DEL ESPEJO DE REFERENCIA, Y LAS REFLEXIONES INCIDEN SOBRE LA REJILLA DE DIFRACCION DE DONDE ESTAS REFLEXIONES RECIBIDAS SE PROPAGAN A LO LARGO DE UNA LINEA NORMAL A LA REJILLA DIFRACTORA. UNA LENTE (L1) CAPTA LAS ORDENES DIFRACTADAS DE LA REJILLA DIFRACTORA Y LLEVA LAS ORDENES DIFRACTADAS PARA ESTAR EN FOCO CON UN DETECTOR (23), DETECTOR QUE PRODUCE UNA SEÑAL DE SALIDA DE LAS PRIMERAS ORDENES DIFRACTADAS POSITIVA Y NEGATIVA RECIBIDAS. UN ORDENADOR (25) PROCESA LA SALIDA DEL DETECTOR (23).
Description
Sistema y método para realizar mediciones ópticas
seleccionadas.
La presente invención se refiere de manera
general a un método y a un sistema para realizar mediciones ópticas
y, más particularmente, a un método y a un sistema para la
realización de mediciones ópticas que utiliza reflectometría en el
dominio de la coherencia óptica.
La reflectometría en el dominio de la coherencia
óptica (OCDR), una técnica bien conocida, se basa en la detección de
una señal de interferencia y resulta un método atractivo para
realizar mediciones de precisión que proporciona una resolución de
10 \mum y un margen dinámico de más de 100 dB, para una
profundidad de exploración de hasta pocos mm. Utilizando una
plataforma de traslación lineal de alta velocidad, se pueden
realizar unas mediciones OCDR a velocidades moderadamente elevadas.
Este método puede ser utilizado para determinar una imagen de
profundidad interna por debajo de la superficie. La OCDR ha sido
desarrollada para la formación de imágenes del ojo anterior y de la
retina, para tomografía óptica e histología en medios de alta
dispersión, y para tomografía por endoscopia vía catéter en sistemas
de órganos internos. La velocidad del espejo está típicamente en el
intervalo de 30 mm/s, correspondiendo a una frecuencia Doppler de 50
kHz. Para conseguir velocidades ultra-elevadas de
adquisición de imagen se deben desarrollar tecnologías alternativas
para la exploración mediante traslación de un espejo.
En la patente US nº 5.459.570 publicada el 17 de
octubre de 1995, a nombre de Swanson et al., se da a conocer
un método y un aparato para realizar diferentes mediciones ópticas
utilizando un reflectómetro de dominio de coherencia óptica (OCDR).
Una fuente de radiación óptica coherente de corto alcance aplica
radiación óptica a través de trayectorias ópticas similares sobre
una muestra y sobre un reflector óptico. El reflector óptico se
puede desplazar según un perfil de velocidad predeterminado para
facilitar una exploración interferométrica de la muestra,
presentando la salida resultante una modulación de frecuencia por
desplazamiento por efecto Doppler. Esta salida puede ser demodulada
y detectada para obtener las mediciones deseadas y otras
informaciones. Se puede obtener información adicional a través de la
aplicación de radiación desde dos o más fuentes a diferentes
longitudes de onda sobre la muestra y el reflector, y mediante la
demodulación por separado de las salidas resultantes antes de ser
procesadas. Puede obtenerse información acerca de la
birrefringencia mediante la polarización de la radiación óptica
utilizada, mediante la adecuada modificación de la polarización en
la muestra y de las trayectorias de referencia y mediante la
división de la salida en dos salidas de polarización ortogonal que
son demoduladas por separado antes de ser procesadas.
Otra referencia de interés es la patente US nº
5.491.552 publicada el 13 de febrero de 1996, a nombre de A.
Knuttel.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un método y un sistema nuevos y mejorados para la
realización óptica de mediciones de alta resolución.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un método y un sistema nuevos y mejorados para la
realización óptica de mediciones de alta resolución que utiliza una
rejilla de difracción.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un método y un sistema para la obtención de imágenes
bidimensionales de una muestra sin explorar la muestra en la
dirección lateral.
Otro objetivo adicional de la presente invención
es proporcionar un método y un sistema para la obtención de una
imagen tridimensional de una muestra.
Un sistema para realizar mediciones ópticas
seleccionadas sobre una muestra construido según las enseñanzas de
esta invención comprende una fuente de luz de banda ancha para
producir un haz de luz de banda ancha, unos medios para dividir
dicho haz de luz en un haz de señal y en un haz de referencia, un
espejo de referencia dispuesto para recibir el haz de referencia,
unos medios de enfoque para enfocar el haz de señal sobre dicha
muestra, una rejilla de difracción movible en la dirección de la
dispersión de la rejilla para recibir la luz reflejada desde la
muestra y la luz reflejada desde el espejo de referencia, las
reflexiones desde el espejo y la muestra incidiendo sobre la
rejilla de difracción con respecto a una normal de dicha rejilla de
difracción, tal que los primeros órdenes de difracción positivos y
negativos de dichas reflexiones se propagan a lo largo de una
normal de dicha rejilla de difracción, un detector, unos medios
para recoger los primeros órdenes difractados positivos y negativos
de dicha rejilla de difracción y enfocar dichos primeros órdenes
difractados positivos y negativos sobre dicho detector, dicho
detector produciendo una salida de dichos primeros órdenes
difractados positivos y negativos recibidos, unos medios para
procesar dicha salida de dicho detector, y un demodulador acoplado
entre el detector y los medios de procesado.
Un método para realizar unas mediciones ópticas
seleccionadas sobre una muestra según esta invención comprende
producir un haz de luz, dividir dicho haz de luz en un haz de señal
y un haz de referencia, disponer un espejo de referencia a lo largo
de la trayectoria del haz de referencia, enfocar el haz de señal
sobre dicha muestra, disponer una rejilla de difracción movible en
la dirección de la dispersión de la rejilla para recibir la luz
reflejada de la luz de la muestra desde el espejo de referencia, los
impulsos de las reflexiones desde el espejo y la muestra incidiendo
sobre la rejilla de difracción con respecto a la normal de dicha
rejilla de difracción, tal que los primeros órdenes de difracción
positivos y negativos de dichas reflexiones se propagan a lo largo
de una normal de dicha rejilla de difracción, disponer un detector,
recoger los primeros órdenes difractados positivos y negativos de
dicha rejilla de difracción y enfocar dichos primeros órdenes
difractados positivos y negativos sobre dicho detector, dicho
detector produciendo una salida de dichos primeros órdenes
difractados positivos y negativos recibidos, procesar dicha salida
de dicho detector, y disponer un demodulador acoplado entre el
detector y los medios de procesado.
La rejilla de difracción se puede desplazar y el
detector puede ser un conjunto de diodos multicanal cuya salida
está conectada al demodulador.
Diferentes características y ventajas se pondrán
de manifiesto a partir de la descripción siguiente. En la
descripción, se hace referencia a los dibujos adjuntos los cuales
forman parte de la misma, y en los cuales se muestra, a título de
ilustración, unas formas de realización específicas para poner en
práctica la invención. Estas formas de realización serán descritas
con suficiente detalle para permitir a aquellas personas expertas
en la materia poner en práctica la invención, y debe entenderse que
se pueden utilizar otras formas de realización y que se pueden
realizar cambios estructurales sin apartarse por ello del alcance
de la invención. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada
no se proporciona a título limitativo, y el alcance de la presente
invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
En los dibujos, en los que los mismos caracteres
de referencia representan las mismas partes:
la figura 1 es un diagrama de bloques esquemático
de una forma de realización de un sistema construido para realizar
mediciones ópticas seleccionadas de una muestra;
la figura 2 es un diagrama que ilustra la
exploración de profundidad de una muestra generada mediante retardo
temporal por rejilla, en la forma de realización de la invención
mostrada en la figura 1;
la figura 3 es una vista en sección transversal
de una muestra probada utilizando el sistema mostrado en la figura
1;
la figura 4 es un gráfico del perfil de
reflexividad a través de la muestra mostrada en la figura 3, medida
utilizando el sistema mostrado en la figura 1;
la figura 4(a) es una imagen CCD de un
patrón de interferencia por disparo único;
la figura 5 es una gráfica digitalizada de la
correlación cruzada obtenida utilizando el sistema mostrado en la
figura 1;
la figura 6 es un diagrama de bloques esquemático
de otra forma de realización de un sistema para realizar mediciones
ópticas seleccionadas de una muestra;
la figura 7 es una imagen bidimensional de
interferencia obtenida utilizando el sistema mostrado en la figura
6;
la figura 8 es un diagrama de bloques esquemático
de una modificación del sistema mostrado en la figura 6;
la figura 9 es un diagrama de bloques esquemático
de otra modificación del sistema mostrado en la figura 6;
la figura 10 es un diagrama esquemático útil para
la comprensión de la invención;
la figura 11 es un diagrama de bloques
esquemático de una forma de realización de un sistema para realizar
mediciones ópticas seleccionadas de una muestra construido según
esta invención;
la figura 12 es una estructura en sección
transversal de una pintura al óleo y de un impulso incidente que
incide sobre la misma;
la figura 13 es un diagrama de bloques
esquemático de una parte del sistema mostrado en la figura 11;
la figura 14 es un diagrama de bloques
esquemático de otra modificación del sistema mostrado en la figura
11;
la figura 15 es un diagrama de bloques
esquemático de otra modificación del sistema mostrado en la figura
11;
la figura 16 es un diagrama de bloques
esquemático de otra modificación del sistema mostrado en la figura
11;
la figura 17 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
16;
la figura 18 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
17;
la figura 19 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
11;
la figura 20 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
11;
la figura 21 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación de un sistema para realizar
mediciones ópticas seleccionadas de una muestra construido según
esta invención.
la figura 22 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
21;
la figura 23 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
22;
la figura 24 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
23;
la figura 25 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
16;
la figura 26 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
16;
la figura 27 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
16;
la figura 28 es un diagrama de bloques
esquemático de una modificación del sistema mostrado en la figura
16;
la figura 29 es un diagrama de bloques
esquemático de otra forma de realización de la invención; y
la figura 30 es un diagrama de bloques
esquemático de otra forma de realización de la invención.
La presente invención está dirigida a un método
de interferometría en el dominio de la correlación rápida
multifuncional y a un sistema para aplicaciones biomédicas y no
médicas. La presente invención implica el método por disparo único
de interferometría por correlación ultrarrápida (UCI) para la
formación de imágenes de objetos reflectores a escala microscópica.
El método convierte el tiempo de propagación de unos pulsos
reflejados desde un objeto en un patrón de interferencia en el
dominio de la coherencia óptica correspondiente, que permite el
registro simultáneo de las reflexiones mediante la utilización de
una rejilla de difracción movible y de un conjunto de diodos
multicanal y de un demodulador.
En relación ahora a los dibujos, en la figura 1
se muestra un sistema en un artículo de I. Zeylikovich y R.R.
Alfano en Optic Letters, vol. 21, nº 20, 15 de octubre de 1996,
páginas 1682-1684, e identificado mediante el
numeral de referencia 11.
En el sistema 11, la luz de un láser sincronizado
de impulsos colisionantes 13 es amplificada en un aparato
amplificador 15, reflejada desde un primer espejo M1 e incide sobre
un primer divisor de haz BS1 donde es dividida en una parte
transmitida que sirve como un haz de referencia y una parte
reflejada que sirve como un haz de señal. El aparato amplificador
comprende un par de espejos movibles MM1 y MM2, un par de espejos
fijos M3 y M4 y un sistema amplificador 21.
El haz de referencia pasa a través de un filtro
de densidad neutra ND e incide sobre un espejo de referencia M5.
Los impulsos de luz del espejo de referencia M5 vuelven a pasar a
través del filtro de densidad neutral ND, a través del primer
divisor de haz BS1 e inciden sobre una rejilla de difracción por
reflexión G. La rejilla G está orientada para presentar unas
ranuras dispuestas de manera vertical.
El haz de señal transmitido a través del primer
divisor de haz BS1 pasa a través de un segundo divisor de haz BS2 y
es enfocada mediante una lente esférica O1 sobre una muestra. Los
impulsos de luz reflejados desde la muestra son reflejados desde un
segundo divisor de haz BS2 e inciden sobre la rejilla G.
Las reflexiones desde la muestra y el espejo M5
inciden sobre la rejilla con respecto a una normal de la rejilla de
manera que los órdenes difractados primer y segundo (o mayores)
positivos y negativos (de cada impulso de señal y de su impulso de
referencia correspondiente) se propagan a lo largo de la dirección
perpendicular (p sin\alpha = \lambda, en la que p es la
separación entre las ranuras, 1/1200 mm). Una lente L1 recoge la
señal difractada y enfoca la luz sobre un detector CCD
unidimensional 23 dispuesto en el plano de imagen conjugado de la
rejilla G. El conjunto CCD 23 incluye un obturador de entrada (no
mostrado) para permitir el paso a través a los órdenes difractados
de sólo un impulso de señal y de referencia. La salida del detector
CCD 23, que corresponde con una exploración de profundidad, es
decir, una exploración en la dirección Z, está conectada al
ordenador 25 donde se procesa la salida del CCD
23.
23.
Una explicación de la exploración de profundidad
de una muestra generada mediante retardo temporal por rejilla según
esta invención puede comprenderse mejor con respecto a la figura 2.
Tal como puede observarse en la figura 2, la rejilla de difracción
introduce un retardo óptico continuo entre un impulso de referencia
26 y un impulso 28 reflejado por una muestra en la dirección de la
dispersión de la rejilla (eje x). En este caso, los impulsos 28
reflejados por las superficies delantera y trasera de la muestra
son divididos por la rejilla de difracción en la dirección x, de
manera que las reflexiones de la exploración de profundidad que
presentan una interferencia máxima son divididas además en la
dirección x.
La diferencia de trayectoria óptica es
(1)\Delta =
c\tau = 2x \ sin\alpha = 2\lambda
x/p,
en la que \lambda es la longitud
de onda, x es la coordenada lineal, y \tau es el retardo temporal
entre los impulsos de referencia y de señal. El intervalo de tiempo
de observación viene dado
por
(2)\tau =
2\lambda
D/cpcos\alpha,
en la que D es el diámetro de los
haces. Para una disposición en la que D = 3 mm, \lambda = 620 nm,
p = 1/1200 mm, cos\alpha = 0,73 y se consigue un intervalo de
tiempo de observación de \tau_{d} = 20 ps que corresponde a una
profundidad de la muestra de hasta 3 mm en una única
medición.
En lugar de un láser CPM, la fuente de luz puede
ser cualquier fuente de luz de banda ancha.
La aproximación por correlación de esta invención
fue probada en la medición del grosor del revestimiento 200 de una
fibra monomodo mostrada esquemáticamente en la figura 3. El perfil
de reflexividad medido a través de la fibra se muestra en la figura
4. Los índices de refracción del núcleo 202 (n_{c} = 1,492) y del
revestimiento 200 (n_{cl} = 1,417) fueron utilizados para
determinar que la reflexividad de la unión
núcleo-revestimiento era de -3,3 dB y que la de la
unión revestimiento-aire era de -15 dB. Se determinó
un grosor del revestimiento d de 19 \mum (d = \Delta/2n_{cl}
es la distancia dentro de la muestra, \Delta es el retardo
óptico).
El método ultrarrápido de esta invención tiene
aplicaciones potenciales para diagnósticos sin contacto de
estructuras médicas y biológicas reflectoras para producir la
imagen histológica del tejido debido a su falta de sensibilidad
frente a inestabilidad mecánica. Cada capa reflectora a profundidad
z_{1} será obtenida como una señal para determinar su
posición.
Tal como se mostrará de aquí en adelante, un
sistema interferométrico de este tipo se puede utilizar para
comunicaciones ópticas como un receptor de una señal de impulso
codificado, recuperada desde un sistema de memoria óptica, por
ejemplo, holografía por quemado de huecos. Una velocidad de lectura
de un eco de fotones acumulados tan rápida como 27 Terabits por
segundo fue obtenida utilizando este método de correlación cruzada
por disparo único para un paquete de cuatro impulsos de
femtosegundos almacenado mediante quemado de huecos espectrales en
una muestra de poliestireno mezclado con octaetilporfina.
La figura 4a muestra la detección de la
correlación cruzada de un paquete de cuatro impulsos de eco en base
a un disparo único. En la figura 4a se muestra una imagen CCD del
patrón de interferencia por disparo único (entre el paquete de
cuatro impulsos de eco mencionado y un impulso de referencia
cruzada) y en la figura 5 se muestra la gráfica digitalizada de la
correlación cruzada correspondiente. Los impulsos de eco están
separados en 1,7 ps. El patrón de interferencia y la correlación
cruzada de las señales de eco muestra la buena reproducción por
disparo único del perfil temporal del paquete de impulso inicial y
proporciona 4 bits de información por cada 150 fs, lo que
corresponde a una velocidad de lectura de datos de 27
Terabits/s.
Este sistema puede ser utilizado para producir
una imagen bidimensional de interferencia (de coordenada transversal
de profundidad) de un tejido biológico con un tiempo de adquisición
tan corto como 20 ms. Este método de microscopía de interferencia
generada mediante rejilla denominado GIM, se aplica para producir
una imagen de alta resolución de un tejido cutáneo.
En la figura 6 se muestra un diagrama esquemático
de un sistema experimental utilizado para ilustrar la invención para
la obtención de una imagen bidimensional y está identificado por el
numeral de referencia 31. El sistema 31 se diferencia del sistema
11 en que el aparato amplificador 15 es omitido, la fuente de luz es
un láser de Ti:Zafiro 33 en lugar de un láser CPM, L2 es una lente
cilíndrica y O2 es una lente cilíndrica y el CCD 34 es un conjunto
de formación de imágenes bidimensionales. La muestra de tejido
cutáneo de un pollo (de unos 3 mm de grosor aproximadamente) está
fijada a la superficie de la placa de cristal (P). El haz de señal
es enfocado por la lente O1 (f = 5 cm) sobre la superficie de la
placa de cristal P de manera que el tamaño del punto sobre la
superficie de la piel de un pollo es de 0,3 mm aproximadamente, lo
que determina la imagen de coordenada transversal. El plano de la
rejilla está conjugado ópticamente con un conjunto CCD de 1024 x
1024 píxel mediante una lente L2 que registra la imagen
bidimensional de interferencia.
La rejilla de difracción introduce un retardo
óptico continuo (produciendo una exploración biológica de
profundidad) en la dirección de la dispersión de la rejilla (eje
x). Para la disposición experimental descrita anteriormente, con D
= 2,5 mm, \lambda = 800 nm, p = 1/600 mm, cos\alpha = 0,877 y se
consigue un intervalo de tiempo de observación de \tau_{d} = 13,5
ps, que corresponde con una exploración de profundidad de la
muestra de hasta 2 mm.
Antes del registro CCD del primer patrón de
interferencia definido como una señal, se aplica una segunda
exposición CCD definida como una referencia, por lo que la
interferencia entre los impulsos de referencia y de señal es
eliminada.
El margen dinámico (DR) de la microscopía de
interferencia generada mediante rejilla (GIM) está definido por la
relación entre la mayor señal de interferencia CCD medible y el
ruido (SNR):
(3)DR = 10 log
(SNR).
Existen varias fuentes de ruido tales como el
ruido del sistema CCD de lectura (a oscuras), y el ruido de las
mediciones ópticas:
(4)SNR =
W^{2}_{max}/W^{2}_{min} =
(\rho_{sj})^{2}_{max}/(\rho_{sj})^{2}_{min},
en la que W es la señal detectada
por la cámara CCD, que es proporcional a la luz que incide en el
conjunto CCD. El margen dinámico de la GIM depende del DR del
conjunto CCD. La SNR de la cámara CCD es igual a la relación
(W_{max}/W_{min}), por lo que (DR)_{max} =
(DR)^{2}_{ccd}. La cámara CCD con un "DR de 14 bit"
tiene un DR de 10 log(1,6x10^{4}/1) aproximadamente, lo
que conduce a un margen dinámico potencial (DR)_{max} de 80
dB.
La sensibilidad (S) de la GIM se define como:
(5)S = 10 \
log
[(\rho_{sj})^{2}_{min}].
Utilizando las ecuaciones (3 a 5), la
sensibilidad de la GIM se expresa como:
(6)S = 10 \
log [(\rho_{sj})^{2}_{max}] -
DR.
La máxima señal CCD de salida se produce cuando
las amplitudes de los impulsos de referencia y de señal son iguales.
Téngase en cuenta que la W^{2}_{max} se puede cambiar
introduciendo un filtro de densidad neutral en el haz de
referencia, por lo que la densidad óptica del filtro de doble paso
(OD)_{ref} es igual a
(7)(OD)_{ref} = -
log[(\rho_{sj})^{2}_{max}].
Utilizando las ecuaciones (6 y 7) la sensibilidad
se puede expresar mediante:
(8)S = - 10 \
(OD) _{ref} -
DR.
La ecuación (8) muestra una característica
importante de la GIM. S se puede aumentar de manera independiente
del DR de la GIM. Para esta configuración de
(\rho_{sj})^{2}_{min} = 10^{-10}, DR \approx 70 dB, y
la ecuación (8), se calcula una (OD)_{ref} de 3.
En la figura 7 se muestra una imagen
bidimensional de interferencia (después de la substracción de unas
imágenes de señal y de referencia) del tejido cutáneo de un pollo.
La figura 7 ilustra una imagen bidimensional (de coordenada
transversal de profundidad) del tejido cutáneo de un pollo.
Se obtiene un tiempo de adquisición rápido de 20
ms para adquirir una imagen bidimensional, para una potencia de
láser (Ti:Zafiro) de 30 mw. Este tiempo es diez veces más rápido
que en otros métodos. Las estructuras de alta resolución
transversal (<1 \mum) de la piel, una membrana y un músculo son
visualizados para una profundidad de hasta 1,5 mm. El intervalo de
tiempo de observación viene dada por \Delta_{d} = 2\lambdaD/cp
cos\alpha, en la que D es el diámetro de los haces. En la
configuración realizada, D era 2,5 mm, \lambda = 800 nm, p =
1/600 nm, cos\alpha = 0,877 y se consiguió un intervalo de tiempo
de observación de \Delta_{d} = 13,5 ps, lo que corresponde con una
exploración de profundidad de la muestra de hasta 2 mm.
Otra forma de aumentar la sensibilidad del
sistema y el margen dinámico del sistema interferométrico se
muestra en el sistema 33 de la figura 8. En el sistema 33, el
espejo de referencia M5 es movido por un transductor PZT 35 a dos
posiciones, con la diferencia de trayectoria igual a \lambda/2
donde \lambda es la longitud de onda central de la fuente. Las
posiciones del espejo de referencia M5 son gestionadas por un lazo
de realimentación de un fotodetector PZT 37 para adquirir dos
imágenes, una de fondo + señal y la otra de fondo - señal, que
corresponden a las dos posiciones del PZT. El lazo de realimentación
37 comprende un accionador 39 y un fotodetector 41. Estas dos
imágenes son substraídas para producir una imagen bidimensional de
interferencia (de coordenada transversal de profundidad) de campo
oscuro con doble sensibilidad. De este modo, el fondo es eliminado
y la señal se multiplica por dos.
(Fondo+señal)-(Fondo-señal) = Dos veces la señal
2.
Para aumentar la velocidad de adquisición de
datos y eliminar el fondo, el sistema interferométrico puede ser
construido tal como se muestra en la figura 9. En el sistema de la
figura 9, el cual está identificado por el numeral de referencia 43,
existe una lente de enfoque L3, un modulador acústico-óptico (AOM),
un prisma de reflexión a 90º 45, dos filtro de densidad neutral ND
y dos espejos de reflexión M5. Los espejos M5 están dispuestos de
manera que el haz desviado por el modulador AOM y reflejado por los
lados del prisma 45 y uno de los espejos M5 está dirigido de vuelta
hacia la rejilla de difracción G según el ángulo de difracción
-\alpha. La frecuencia del haz desviado por el modulador AOM es
modificada de manera que la interferencia es eliminada. Las imágenes
producidas por el CCD con y sin interferencias son substraídas entre
sí de manera secuencial para producir una serie de imágenes
bidimensionales de interferencia (de coordenada transversal de
profundidad) de campo oscuro. El resto del sistema 43 es
substancialmente idéntico al sistema 31 de la figura 6.
Para las exploraciones de profundidad por
coherencia generada mediante rejilla con impulsos de disparo único
el tiempo de respuesta del conjunto lineal de
CCD-memoria del ordenador es de 1 ms. Las tasas de
repetición no pueden ser mejores que 10^{3} l.p./s. Tal como se
puede apreciar, se necesita un patrón de referencia para cada
exploración axial para reducir el fondo. Una exploración axial
completa necesita al menos 2 ms con tasas de repetición de 500
l.p./s. Utilizando las tasas de repetición de 500 l.p./s y el
tiempo de exploración de una arteria de 20 ms, sólo se producirán 10
píxeles laterales. El sistema puede ser útil para la formación de
imágenes de objetos con desviaciones muy rápidas en la dirección
axial pero con un tamaño de muestra pequeño en la dirección
lateral. Por lo tanto, se necesitan métodos adicionales para
aumentar la velocidad de adquisición de datos, el tamaño de
exploración de muestra y la relación señal a ruido de la formación
de imágenes en el dominio de la correlación óptica.
Esta invención utiliza el principio de que cuando
un haz de luz es difractado por una rejilla de difracción movible
(DG), la frecuencia de la señal difractada presenta un
desplazamiento por Doppler. Considérese una rejilla de difracción DG
movible en la dirección de la dispersión de la rejilla (ejes x) con
una velocidad constante v, tal como puede observarse en la figura
10, las proyecciones del vector de velocidad V en la dirección del
haz de referencia R y del haz de señal S son V_{r,s} = \pm v
sin\alpha, en la que \pm \alpha es el ángulo entre los haces
de referencia R y de señal S y la normal de la rejilla DG. El
desplazamiento de frecuencia por efecto Doppler (DFS) entre el haz
de referencia difractado y el haz de señal es
(9)\Delta
f_{D} = 2 \ v \ f_{o} \ sin\alpha / c = 2 \ v \ sin\alpha / \
\lambda_{o} = 2v /
p,
en la que p es la separación entre
las ranuras DG, y f_{o} y \lambda_{o} son, respectivamente, la
frecuencia y longitud de onda de la
luz.
Por ejemplo, si v = 30 mm/s y p = 0,001 mm,
entonces \Deltaf_{D } = 2 x 30/0,001 = 60 kHz. La señal de
interferencia de salida será modulada momentáneamente con una
frecuencia igual a \Deltaf_{D}.
En la figura 11 se muestra un sistema que ilustra
una disposición de rejilla movible e identificado por el numeral de
referencia 51. El sistema 51 incluye una fuente de luz láser 53, un
primer divisor de haz BS1, un segundo divisor de haz BS2, una
rejilla DG, un espejo de referencia M5, un trasladador 55 para mover
la rejilla DG, una lente de enfoque 01, una lente de recogida L1,
un conjunto de diodos multicanal 57, un demodulador 59 y un
ordenador 25. El sistema 51 se diferencia del sistema 31
principalmente en que la rejilla es movible y que el detector es un
conjunto de diodos multicanal y un demodulador. Tal como puede
observarse, la señal óptica de la rejilla DG (es decir, la señal
difractada) está dirigida hacia el detector de conjunto lineal
multicanal (L.A.) 57. La señal óptica es detectada mediante la
demodulación de la salida del detector de conjunto de diodos
multicanal 57 según la frecuencia desplazada por Doppler (DSF).
La señal de salida W_{f}(T) viene dada
por:
(10)W_{f} (T)
\sim \rho_{sj} |\gamma
(T-T_{j})|.
en la que \rho_{sj} es la
amplitud de la reflexividad (raíz cuadrada de la intensidad de la
reflexividad) de la j-ésima unión dentro de la muestra,
|\gamma(T-T_{j})| es el grado de coherencia. La
suma en la ecuación 4 muestra que cada reflexión de la señal
produce una contribución al patrón de interferencia proporcional a
la reflexividad \rho_{sj}. La señal proveniente de las capas
reflectoras que se dispersa dentro del objeto con diferentes
retardos temporales produce una contribución al patrón de
interferencia proporcional a la reflexividad de la capa \rho_{sj}.
El ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) de cada pico de
reflexividad será igual al tiempo de correlación de la amplitud,
donde el FWHM del grado de coherencia
|\gamma(T-T_{j})| determina la resolución de este
método. La precisión con la que la ubicación del lugar de la
reflexión puede ser determinada depende sólo de la resolución del
conjunto de diodos. Si \Deltaf_{D } = 60 kHz, entonces el
tiempo de procesado de cada señal AC de separación entre los diodos
del conjunto es aproximadamente de 10/60x10^{3}\approx 0,1 ms. El
procesado de las señales AC se realiza en paralelo para todas las
separaciones. Puede conseguirse el tiempo de respuesta de 0,1 ms
para cada exploración axial y las tasas de repetición de
exploración de 10^{4} l.p./s. Para una interferometría de
frecuencia modulada, se puede conseguir la relación señal a ruido
(SNR) de 100 dB. Este método realiza una formación de imágenes en
sección transversal de alta resolución mediante la iluminación de
un tejido con una luz de baja coherencia y la medición de la luz
retrodifundida como una función del margen o retardo temporal
generado mediante rejilla en diferentes posiciones
transversales.
En el sistema mostrado en la figura 11, la
muestra está montada sobre una plataforma (no mostrada) movible por
unos medios (no mostrados) en la dirección "X" para
proporcionar formación de imágenes tridimensionales. Si la muestra
no se puede mover en la dirección X, (en relación a la muestra),
sólo se podría realizar la formación de imágenes
bidimensionales.
El sistema de la figura 11 proporciona una
técnica sin contacto de alta resolución y de alta sensibilidad para
la formación óptica de imágenes. Las altas velocidades de
exploración son especialmente pertinentes para aplicaciones de
diagnóstico médico y biológico. La arquitectura histológica del ojo
y su tejido es de especial interés para la medición no invasiva de
las dimensiones del ojo anterior y para el diagnóstico de tejidos.
Además de los diagnósticos en sistemas biológicos, la exploración de
alta velocidad de profundidad por coherencia generada mediante
rejilla, tiene numerosas aplicaciones para diagnósticos sin
contacto de sistemas ópticos y mecánicos de precisión, así como
para el control de procesados y la supervisión de la
fabricación.
Esta técnica para realizar un mapa histológico
óptico (formación de imágenes en sección transversal de alta
resolución a escala micrométrica) de la morfología arquitectónica de
un tejido, tal como una estructura interna de una arteria o una
estructura interna de una mucosa sin necesidad de cortar especímenes
de tejido, tendría un efecto importante en la diagnosis y el
tratamiento clínico de cambios en los tejidos.
La ecografía endovascular es una técnica basada
en catéter para la obtención de imágenes en sección transversal de
la vasculatura humana. Sin embargo, la técnica de esta invención
tiene la capacidad de formar imágenes de lesiones vasculares con
una resolución mucho mayor, y puede ser clínicamente útil para
realizar una formación de imágenes de alta resolución de otro
sistema orgánico, tal como la arteria, la piel o la vesícula o
tracto GYN, GY.
Los análisis de sección transversal de muestras
de pintura mediante microscopía de luz incidente convencional o
confocal se implementa de manera rutinaria durante el examen
inicial de pinturas sometidas a conservación, para estudiar la
estructura de los materiales utilizados y para identificar sus
componentes. La técnica de esta invención presenta un número de
ventajas por encima de la microscopía normal como, ni más ni menos,
el aumento de la resolución de la imagen que se puede obtener y la
habilidad para producir una serie de alta velocidad de secciones
ópticas de profundidad Z estrecha, con una elevada relación señal a
ruido de 100 dB, que pueden ser utilizadas para elaborar una imagen
tridimensional. Una ventaja principal de la técnica de esta
invención es que proporciona un método rápido y comparativamente
poco costoso para determinar con precisión las uniones de las capas
en una pintura y su grosor. Esta técnica puede ser utilizada para
determinar si se ha producido cualquier repintado, posiblemente
debido a una conservación anterior y, a elevados niveles de
ampliación, y de sensibilidad, se puede utilizar para identificar
partículas de pigmento. En la figura 12 se muestra un diagrama que
ilustra la estructura típica en sección transversal de una pintura
al óleo, en la que (A) es un depósito de partículas de suciedad, (B)
es una capa de barniz; (C) es una capa de pintura (partículas de
pigmento en un medio de aceite secante); (D) es una capa de base
(albayalde en un medio de aceite secante); (E) es un soporte de
cáñamo (normalmente ropa blanca) impregnado con cola (normalmente
cola animal). El impulso incidente 210 es reflejado por estas dos
capas. El retardo temporal entre los impulsos reflejados 206 y la
intensidad de impulso comprende información acerca de la profundidad
de las capas y de la reflexividad. Esta información puede ser
extraída utilizando el sistema interferométrico de esta
invención.
Combinando las propiedades de la exploración de
profundidad por coherencia generada mediante rejilla, de la
interferencia modulada en frecuencia por desplazamiento Doppler y
del registro en paralelo mediante un detector multicanal, se
consigue el aumento de la velocidad de adquisición de datos y de la
resolución espacial.
El DFS entre los haces difractados de referencia
y de señal se puede obtener además si se hace vibrar la rejilla de
difracción 214 a lo largo de su plano, tal como se muestra mediante
una flecha B, mediante un piezotransductor (PZT) 212, de manera que
el desplazamiento de la rejilla es mayor que la separación entre las
ranuras de la rejilla (véase la figura 13). Esta técnica puede
simplificar la parte mecánica del interferómetro.
Según otro aspecto de la invención, la velocidad
de adquisición es aumentada mediante la utilización de una rejilla
de difracción que gira a una velocidad angular constante \omega.
El aumento de la velocidad tangencial de la rejilla v_{t}se
consigue en el sistema 71 mostrado en la figura 14. En el sistema
71, la rejilla DG está unida por un brazo (no mostrado) al eje de
accionamiento de un motor (no mostrado). Si \omega=8x10^{3}
r.p.m. y el radio del círculo es de 5 cm, entonces v_{t} = r =
8x10^{3} x 50/60 = 6x10^{3} mm/s y el DFS \Deltaf_{D} = 2
\omega r/p = 2 x 6 x 10^{3}/10^{-3} = 12 MHz. El tiempo de
procesado de la señal AC de cada separación entre los diodos del
conjunto es de aproximadamente 10/12x10^{6} \approx 1 \mus. El
tiempo de respuesta de 1 \mus para cada exploración axial y las
tasas de repetición (SRR) de 100 l.p./s pueden ser logrados.
Existen varias maneras de aumentar la velocidad
de adquisición de datos.
Una manera de aumentar la velocidad de
adquisición de datos es aumentar la SRR utilizando varias rejillas
de difracción dispuestas a los lados de un dispositivo cilíndrico
de múltiples caras (véase la figura 15). Estas rejillas giran
alrededor del eje longitudinal del dispositivo y el haz de señal
explora discretamente en la dirección x (o y), de manera que la
posición de cada rejilla giratoria está sincronizada con una cierta
posición x (o y) del sistema de exploración. Pueden utilizarse
aproximadamente 30 rejillas de 1 cm de longitud para el radio del
círculo de 5 cm. La SRR es de 3x10^{3} l.p./s. Si la rejilla de
difracción está soportada sobre la superficie cilíndrica CS que
gira a velocidad angular constante, se puede lograr el máximo de SRR
y de resolución lateral (véase la figura 16). La SRR es 1 MHz para
un tiempo de respuesta de exploración axial de 1 \mus. Para
aumentar la resolución axial, la salida de imagen de interferencia
es recogida por el conjunto lineal de fibras FLA (véase la figura
17). Cada salida de las fibras está conectada con una cierta
separación entre los diodos del conjunto. El tamaño de cada
separación entre los diodos del conjunto lineal es de 1 mm. El
diámetro de la fibra monomodo es de 100 \mum aproximadamente y se
puede conseguir la multiplicación por diez de la resolución
axial.
Para simplificar el conjunto lineal de
fotodetectores multicanal y el sistema electrónico de detección, la
rejilla de difracción y el conjunto lineal de fibras conectado con
el fotodetector multicanal están montados sobre un trasladador
móvil rápido (véase la figura 18).
Cuando la longitud de onda central (\lambda) de
la fuente láser está sintonizada discretamente, la separación entre
ranuras p debe satisfacer la relación p = \lambda/sin\alpha, en
la que \pm\alpha es el ángulo entre los haces de referencia (o de
señal) y la normal de la rejilla de difracción. Esto se puede
realizar utilizando una composición de varias rejillas de difracción
co-planarias con diferentes separaciones entre
ranuras (véase la figura 12). La posición vertical de la rejilla
compuesta es modificada discretamente por el trasladador Y para
satisfacer la relación (3).
En otra forma de realización de la invención,
(véase el sistema 72 de la figura 20), la fuente de luz es un
conjunto de diodos láser, cada uno emitiendo luz a una longitud de
onda \lambda diferente, según la relación (2). El conjunto de
diodos láser está montado sobre un soporte que alberga la plataforma
de traslación y (o x). La posición de un diodo láser está
sincronizada con la posición de una rejilla de difracción. La
longitud de onda está seleccionada para la exposición de
profundidad máxima típicamente de 600 a 1600 nm.
Para simplificar el sistema electrónico de
detección y para utilizar un detector único 215 en lugar de un
conjunto lineal de diodos, se utiliza una rejilla de difracción
giratoria DG con una extensión vertical en forma de un espejo
reflector ME, tal como se muestra en el sistema 73 de la figura 21.
Los haces difractados son reflejados desde un espejo esférico
estático 220 que desplaza estos haces en la dirección vertical y
los dirige de vuelta hacia el espejo reflector giratorio ME. Los
haces reflejados desde el espejo giratorio ME son dirigidos hacia
una abertura lateral 216. El plano de la abertura está conjugado
ópticamente con el plano de la rejilla mediante el espejo esférico
reflector 220. La señal óptica que pasa por la abertura es detectada
mediante la demodulación de la salida del detector único a la
frecuencia desplazada por Doppler entre los haces de señal y de
referencia producidos mediante el giro de la rejilla.
Para simplificar el sistema mecánico que utiliza
una rejilla vibratoria PZT 214, los haces de señal y de referencia
difractados son reflejados desde un espejo reflector vibratorio en
un ángulo pequeño 225 tal como se muestra en el sistema 75 de la
figura 22.
Para aumentar la tasa de repetición de la
exploración sin rejillas de difracción adicionales, se puede
utilizar un mecanismo vibratorio en un ángulo pequeño 226 para
hacer vibrar la rejilla de difracción que está soportada sobre una
superficie de reflexión esférica (o cilíndrica) con la extensión
vertical como espejo reflector. Los ejes de una vibración en ángulo
pequeño pasan a través del centro de la superficie de reflexión
esférica (o cilíndrica) (véase la figura 23).
Para aumentar la velocidad de adquisición de
datos, el sistema interferométrico puede estar realizado de manera
que los haces reflejados desde la rejilla vibratoria (o giratoria)
son dirigidos hacia el espejo reflector vibratorio (o giratorio)
SRM ubicado en los ejes de vibración (o giro) de la rejilla y
después de que la reflexión del espejo está dirigida hacia el
conjunto estático de fibras 222 conectado con el fotodetector
multicanal 228 (véase el sistema 77 en la figura 24).
Para obtener una imagen de la estructura de la
superficie de un órgano interno humano, tal como una sección
transversal de una arteria, una sección de tejido o mucosa, las
ramas de señal y de referencia del interferómetro están acopladas a
las fibras tal como se muestra en el sistema 79 en la figura 25. La
reflexividad de un tejido es obtenida de manera axial mediante la
exploración de profundidad por coherencia generada mediante rejilla
y digitalizando la magnitud de la envolvente de la interferencia
demodulada. La entrada de la fibra del haz de señal está conectada
con un catéter, y la salida de la fibra está conectada con una
lente LE1 que dirige el haz de señal hacia la rejilla según el
ángulo de difracción \alpha. La salida de la fibra del haz de
referencia está conectada con una lente LE2 que dirige el haz de
referencia hacia la rejilla según el ángulo de difracción
-\alpha. Las lentes asociadas a la fibra permiten mejorar la
flexibilidad de la configuración del interferómetro. El catéter está
diseñado para hacer que el haz explore según un patrón
circunferencial para formar una imagen en sección transversal a
través del vaso sanguíneo (u otra estructura biológica) dentro del
cual se inserta. Durante la adquisición de la imagen, el catéter es
insertado dentro de la estructura de tejido del cual se está
formando una imagen (la arteria u otro canal de tejido interno), y,
a medida que el motor de accionamiento (no mostrado) gira, el eje
del catéter y las lentes distales exploran circunferencialmente el
haz enfocado de manera perpendicular respecto al eje del catéter.
Se adquiere una imagen a medida que se varía el ángulo de giro del
haz dentro de un cierto margen (normalmente 360 grados). La
velocidad de la formación de imágenes depende de la velocidad de
giro y de la velocidad de adquisición propuesta del
interferómetro.
El sistema interferométrico se puede utilizar
para comunicaciones ópticas como un receptor de una señal de
impulso codificado, recuperada desde un sistema de memoria óptica
224, por ejemplo, holografía por quemado de huecos (véase el
sistema 81 en la figura 26). En el caso del almacenamiento óptico de
datos en el dominio temporal los haces de señal deben ser
detectados a pesar de la presencia de haces de lectura
relativamente intensos muy cercanos en el tiempo y en el espacio. La
presencia de haces de lectura intensos puede ser transformada en
una ventaja mediante la utilización de la técnica propuesta. Este
enfoque elimina la necesidad de asegurar la superposición entre
haces de excitación marcadamente enfocados e inclinados, y la
necesidad de obturadores ópticos para evitar la saturación del
detector debido a haces de excitación intensos. Otras ventajas
incluyen la capacidad de minimizar la diafonía entre células de
almacenamiento espacialmente adyacentes y la capacidad para
amplificar las señales suficientemente para superar los niveles de
ruido de un sistema de detección basado en fotodiodos. Una señal de
impulso codificado está dirigida sobre la rejilla según el ángulo
de difracción \alpha y un impulso de referencia coherente está
dirigido sobre la rejilla según el ángulo de difracción -\alpha.
Para un intervalo de tiempo de observación de 20 ps y el tiempo de
correlación de la amplitud del impulso de 100 fs, el impulso
codificado tiene 2x10^{3} bits aproximadamente. La velocidad de
lectura de información es de 2x10^{9} bits/s con unas tasas de
repetición de 1 MHz para un tiempo de respuesta de exploración
axial de 1 \mus. La SNR es de 100 dB aproximadamente.
Debido a ventajas económicas, de maduración
tecnológica, y de capacidad de información elevada, los medios de
transmisión de fibra óptica monomodo serán integrados en las futuras
redes de telecomunicaciones. Una característica deseable para estas
futuras redes ópticas sería la capacidad para procesar información
directamente en el dominio óptico con fines de multiplexación,
demultiplexación, filtrado, amplificación y correlación. El
procesado de señal óptica sería ventajoso porque puede ser
potencialmente mucho más rápido que el procesado de señal eléctrica
y porque omitiría la necesidad de la conversión
fotón-electrón-fotón.
La caracterización de intensidades débiles
ultra-cortas es esencial para la detección de
evento único para comunicaciones en el dominio temporal. Se pueden
crear paquetes ultrarrápidos de datos en el dominio temporal
mediante el filtrado de impulsos de láser sincronizado. La
detección eficiente de señales en el dominio temporal
ultra-cortas requiere sistemas receptores novedosos.
El interferómetro propuesto puede ser realizado como un receptor de
una señal de impulso codificado, recibida desde el sistema óptico
de comunicación (OCS) (véase el sistema 83 de la figura 27). La
señal de impulso codificado está dirigido sobre la rejilla según el
ángulo de difracción \alpha y el impulso de referencia coherente
extraído del OCS está dirigido sobre la rejilla según el ángulo de
difracción -\alpha.
El desarrollo de fuentes láser de
sub-picosegundos ha descartado en gran medida las
técnicas para la caracterización precisa y completa de los impulsos
emitida por los láseres de ese tipo. Hoy en día la medición más
utilizada comúnmente es la autocorrelación no lineal. Mientras que
esta técnica requiere generalmente impulsos de intensidad elevada,
se puede medir la fase espectral de un impulso de femtosegundo
utilizando un correlador de dominio frecuencial. Esta técnica
implica realizar una correlación cruzada entre sí de diferentes
cortes espectrales del impulso original. El retardo relativo de las
componentes espectrales con respecto a cada una de ellas proporciona
información acerca de cualquier fluctuación que pueda presentarse.
El interferómetro puede estar realizado de manera que el haz de
señal incluye un ensanchador de dispersión cero con una abertura
movible ubicada en el plano espectral del ensanchador para medir la
dependencia de la posición de la señal de salida respecto de la
posición de la abertura (véase el sistema 85 de la figura 28).
Estas mediciones permiten a una persona obtener la fase espectral
del impulso de entrada aumentando la sensibilidad y la velocidad de
adquisición.
En el sistema 91 mostrado en la figura 29, los
haces de señal y de referencia son enfocados mediante la
combinación de las lentes cilíndricas dentro de la línea delgada
sobre las superficies de una rejilla y del conjunto CCD
bidimensional. La posición de esta línea delgada es modificada en
el conjunto CCD, por ejemplo, en la dirección vertical, mediante un
espejo giratorio, de manera que cada posición lateral del haz de
señal produce la imagen de línea delgada desplazada verticalmente
sobre el conjunto CCD. Varias imágenes laterales de profundidad
digitales son registradas con diferentes decalados de fase. Estas
imágenes son procesadas digitalmente para producir una imagen
tridimensional.
En el sistema 99 conocido de la figura 30, el
incremento de la relación señal a ruido es aumentado utilizando un
sistema interferométrico en el que los haces de señal y de
referencia están enfocados sobre una rejilla de difracción. La señal
óptica de salida es detectada mediante la demodulación de la salida
del detector único según la frecuencia desplazada por Doppler.
En otra forma de realización de la invención (no
mostrada), el sistema interferométrico está construido de manera
que se puede girar una imagen de fuente lineal sobre la superficie
de la muestra, por ejemplo, en 90 grados. Una fibra extendida
mediante PZT está insertada para producir una modulación de fase.
Varias imágenes laterales de profundidad digitales son registradas
por un conjunto CCD bidimensional de formación de imágenes con
diferentes decalados de fase. Estas imágenes son procesadas
digitalmente para producir una imagen tridimensional de la
estructura interna de una muestra.
En otra forma de realización de la invención (no
mostrada), dos fuentes lineales iluminan una muestra
simultáneamente. Se utilizan dos rejillas de difracción con
orientaciones perpendiculares de las ranuras, para crear de manera
simultánea dos imágenes sobre dos conjuntos CCD, para producir unas
señales para un procesado de imagen tridimensional de la estructura
interna de una muestra.
En otra forma de realización de la invención (no
mostrada), se utilizan dos rejillas ortogonales dispuestas en las
mismas o en diferentes ubicaciones y uno o dos conjuntos CCD, para
producir unas imágenes en las direcciones x o y, en combinación con
las exploraciones según el eje z de la profundidad de una muestra a
lo largo de la dispersión de la rejilla. Las imágenes producidas
por los conjuntos CCD son utilizadas para crear una imagen
tridimensional de una muestra.
Claims (20)
1. Sistema para realizar mediciones ópticas
seleccionadas sobre una muestra (5), que comprende:
- -
- una fuente de luz de banda ancha (53);
- -
- unos medios (BS1) para dividir la luz procedente de dicha fuente de luz de banda ancha (53) en un haz de señal y un haz de referencia;
- -
- un espejo de referencia (M5) dispuesto a lo largo de la trayectoria del haz de referencia;
- -
- unos medios de enfoque (01) para enfocar el haz de señal sobre dicha muestra;
- -
- una rejilla de difracción (DG) que se puede desplazar en la dirección de la dispersión de la rejilla para recibir la reflexión desde la muestra y desde el espejo de referencia (M5), la reflexión desde la muestra (5) y el espejo de referencia (M5) incidiendo sobre la rejilla de difracción (DG) con respecto a la normal de dicha rejilla de difracción (DG), de tal modo que los primeros órdenes de difracción positivos y negativos de dichos impulsos reflejados se propagan a lo largo de una normal con respecto a dicha rejilla de difracción (DG);
- -
- un detector (57);
- -
- unos medios (L1) para recoger los primeros órdenes de difracción positivos y negativos de dicha rejilla de difracción (DG) y enfocar dichos primeros órdenes de difracción positivos y negativos sobre dicho detector (57), produciendo dicho detector (57) una salida de dichos primeros órdenes de difracción positivos y negativos recibidos;
- -
- unos medios (25) de procesado de dicha salida de dicho detector (57); y
- -
- un demodulador (59) acoplado entre el detector (57) y los medios de procesado (25).
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el detector (57) es un conjunto CCD.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que
el conjunto CCD es un conjunto unidimensional.
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el espejo de referencia (M5) es estático.
5. Sistema según la reivindicación 1, en el que
la rejilla de difracción (DG) es una rejilla de difracción de tipo
reflectora.
6. Sistema según la reivindicación 1, en el que
la fuente de luz de banda ancha (53) es un láser CPM.
7. Sistema según la reivindicación 1, en el que
los medios de procesado (25) son un ordenador.
8. Sistema según la reivindicación 1, en el que
los medios de enfoque (01) son una lente esférica.
9. Sistema según la reivindicación 1, en el que
la fuente de luz (53) es un láser de Ti:Zafiro.
10. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el detector (57) es un CCD de formación de imágenes
bidimensionales.
11. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el espejo reflector (M5) se puede desplazar desde una primera
posición hasta una segunda posición.
12. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el detector (57) es un conjunto de diodos multicanal.
13. Sistema según la reivindicación 12, en el que
la fuente de luz (53) es un láser.
14. Sistema según la reivindicación 13, en el que
el sistema comprende además unos medios (55) para hacer vibrar la
rejilla de difracción (DG).
15. Sistema según la reivindicación 13, en el que
el sistema comprende además unos medios para hacer girar la rejilla
de difracción (DG).
16. Sistema según la reivindicación 13, en el que
la rejilla de difracción (DG) presenta múltiples caras.
17. Sistema según la reivindicación 13, en el que
el sistema comprende además un conjunto lineal de fibras para
transferir los órdenes de difracción desde los medios de recogida
(L1) hasta el detector (57).
18. Sistema según la reivindicación 16 y que
comprende además un trasladador móvil rápido y en el que dicha
rejilla de difracción (DG) y uno de los extremos de dicho conjunto
lineal de fibras están montados sobre dicho trasladador móvil
rápido.
19. Método para realizar mediciones ópticas
seleccionadas sobre una muestra, comprendiendo el método las etapas
siguientes:
- -
- producir un haz de luz de banda ancha;
- -
- dividir dicho haz de luz en un haz de señal y un haz de referencia;
- -
- disponer un espejo de referencia a lo largo de la trayectoria del haz de referencia;
- -
- enfocar el haz de señal sobre dicha muestra;
- -
- posicionar una rejilla de difracción que se puede desplazar en la dirección de la dispersión de la rejilla para recibir las reflexiones desde la muestra y desde el espejo de referencia, incidiendo los haces de las reflexiones sobre la rejilla de difracción con respecto a la normal de dicha rejilla de difracción, tal que los primeros órdenes difractados positivos y negativos de dichas reflexiones se propagan a lo largo de una normal de dicha rejilla de difracción;
- -
- disponer un detector;
- -
- recoger los primeros órdenes difractados positivos y negativos de dicha rejilla de difracción y enfocar dichos primeros órdenes difractados positivos y negativos sobre dicho detector, produciendo dicho detector una salida de dichos primeros órdenes difractados positivos y negativos recibidos,
- -
- demodular dicha salida de dicho detector en un demodulador para producir una salida demodulada; y
- -
- procesar dicha salida demodulada.
20. Método según la reivindicación 19, en el que
el procesado de dicha salida comprende la formación de un mapa de
imagen de una subestructura de tejidos para tractos y/o vesículas
GYN, GI, ADI in vivo y/o in vitro, para detectar unos
cambios histológicos en un tejido y en una pared de una arteria
tales como placa, grasa y aterosclerosis.
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