ES2537333T3 - Aparato y procedimiento para formación de imágenes mediante la transformada de Fourier dispersiva - Google Patents

Abstract

Un aparato (20, 52, 88, 124, 170, 210, 250, 270) para leer patrones y detectar desplazamientos, que comprende: un medio (22, 54, 90, 126) para generar un haz de sonda pulsado de banda ancha (178); un medio (34, 66, 108, 144, 262, 340) para correlacionar mediante la transformada de Fourier del espectro de dicho haz de sonda pulsado con un dominio espacial para formar un haz óptico dispersado espacialmente (182) dirigido a un objetivo (38, 70, 110, 146, 214), en el que dicho objetivo (38, 70, 110, 146, 214) ha de ser leído; un medio (34, 66, 108, 144, 262, 34b) para formar una señal óptica de respuesta basándose en la energía óptica procedente del objetivo; un medio (40, 72, 112, 148) para la transformada de Fourier dispersiva de dicha señal óptica de respuesta para convertir dicha señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo; y un medio (42, 200, 78, 114, 154) para detectar y analizar dicha forma de onda en el dominio del tiempo para determinar patrones y/o desplazamientos dentro del objetivo que es leído.

Description

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20-05-2015

DESCRIPCIÓN

Aparato y procedimiento para formación de imágenes mediante la transformada de Fourier dispersiva.

5 DECLARACIÓN RESPECTO A LA INVESTIGACIÓN O EL DESARROLLO PATROCINADOS POR EL GOBIERNO FEDERAL

Esta invención se efectuó con el apoyo gubernamental de la subvención nº N66001-07-1 -2007, concedida por el Departamento de Defensa. El Gobierno posee ciertos derechos en esta invención.

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1. Campo de la invención

Esta invención pertenece en general a la formación de imágenes ópticas, y más en concreto a la formación de imágenes ópticas a alta velocidad usando formación de imágenes mediante la transformada de Fourier dispersiva.

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2. Descripción de la técnica relacionada

Un código de barras es una representación binaria legible por una máquina de información que normalmente aparece como una serie de barras de baja reflectancia (por ejemplo, barras oscuras o negras) sobre un fondo de alta

20 reflectancia (por ejemplo, un fondo claro o blanco). Una diferencia mensurable en las propiedades ópticas de las barras (por ejemplo, la reflectancia de las barras oscuras en contraste con las barras claras) es convertida en una representación binaria. Por ejemplo, con las barras oscuras correspondiendo a 0 con los espacios blancos entre ellas correspondiendo a 1, o viceversa, dependiendo del software de descodificación. Los códigos de barras pueden ser leídos por escáneres ópticos denominados lectores de códigos de barras que miden las reflexiones ópticas

25 procedentes de las barras negras o los espacios blancos cuando un haz de sonda es incidente sobre ellas.

Desde su introducción, los códigos de barras se han vuelto indispensables en el etiquetado y la gestión de inventarios. Algunas aplicaciones modernas de los códigos de barras incluyen: (a) etiquetado de productos y detección automatizada; (b) expedición de billetes y permisos; (c) movimiento y flujo, tales como correo, paquetes,

30 equipaje aéreo, coches de alquiler, y residuos nucleares; (d) gestión de documentos, incluyendo formación de imágenes, archivo e indexación; (e) sistemas de información de bancos de sangre; (f) seguimiento en investigación apícola; (g) recopilación de datos de paquetes postales procedentes de múltiples fuentes interconectadas y seguimiento de los mismos. Un experto en la materia apreciará que las aplicaciones de los códigos de barras se han vuelto omnipresentes en nuestra sociedad moderna.

35 Un lector de códigos de barras es una parte esencial de la tecnología de los códigos de barras. Un lector convencional consiste en un escáner, un decodificador (ya sea integrado o externo), y un cable usado para conectar el lector con un dispositivo de procesamiento (por ejemplo, un ordenador) para procesar las señales digitales. Un lector de códigos de barras es un dispositivo optoelectrónico que mide las reflexiones ópticas procedentes de

40 códigos de barras, tales como los que consisten en barras negras no reflectantes y espacios blancos reflectantes. Existen diferentes tipos de lectores de códigos de barras disponibles en el mercado, los cuales usan procedimientos ligeramente diferentes para leer y descodificar los códigos de barras. Los códigos de barras pueden ser de una variedad unidimensional tal como descritos con barras y líneas, o pueden ser bidimensionales con puntos u otros símbolos pequeños limitados espacialmente constreñidos en un campo bidimensional.

45 Una forma de lector de códigos de barras es un lector de tipo lápiz, en el cual una fuente óptica de onda continua y un receptor de fotodiodo están próximos entre sí, tal como en la punta de un lápiz o una varilla. Para leer un código de barras, se mueve la punta del lápiz a través de las barras en un movimiento estable. Se genera una forma de onda de voltaje que representa el patrón de barras y espacios en el código de barras en respuesta a la detección del

50 fotodiodo de la potencia de la luz cambiante reflejada de vuelta desde las barras a medida que son expuestas a la luz incidente móvil. La forma de onda detectada por el fotodiodo es descodificada por el escáner de manera similar al modo en que son descodificados los puntos y rayas del código Morse.

Otra forma de lector de códigos de barras es un escáner láser, que funciona de la misma forma que un lector de tipo

55 lápiz, excepto que emplea o bien un espejo oscilante o un prisma rotatorio para escanear el haz de láser de un lado a otro a través del código de barras. Al igual que el lector de tipo lápiz, se usa un fotodiodo para medir la potencia de la luz reflejada de vuelta desde el código de barras. Tanto en los lectores de tipo lápiz como en los escáneres láser, la luz emitida por el lector está sintonizada a una longitud de onda específica y el fotodiodo está diseñado para detectar sólo esta longitud de onda.

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Otra forma de lector es un lector CCD, en el cual un lector de tipo de dispositivo de acoplamiento de cargas (CCD), o alternativamente un lector de píxeles activos CMOS, utiliza una red de sensores ópticos alineados en una fila en el cabezal del lector. El lector CCD mide la luz reflejada desde un código de barras, generando un patrón de voltaje

5 idéntico al patrón del código de barras midiendo los voltajes a través de cada sensor de la fila. Una diferencia importante entre un lector CCD y uno de tipo lápiz o un escáner láser es que el lector CCD mide la reflexión de la luz ambiental procedente del código de barras mientras que los escáneres de tipo lápiz o láser miden la luz reflejada a la longitud de onda específica que se originó desde el propio escáner.

10 Otra forma de lector es un lector basado en una cámara, en el cual una cámara capta una imagen bidimensional del código de barras. Estos resultan particularmente idóneos para usarlos para leer códigos de barras bidimensionales, aunque técnicamente pueden leer cualquier tipo de código de barras. Se apreciará que para una resolución geométrica dada (por ejemplo, basada en una línea mínima o separación de píxeles) la densidad de información de un código de barras bidimensional puede superar ampliamente la de un código de barras unidimensional que sólo es

15 escaneado en una única dirección. A modo de ejemplo, una imagen del código de barras es captada por una pequeño generador de imágenes mediante cámara CCD o CMOS y descodificada usando técnicas de procesamiento digital de imagen.

Aunque los lectores de códigos de barras resultan útiles para llevar un seguimiento de un gran número de artículos,

20 la tecnología de códigos de barras convencional tiene su limitación de velocidad cuando requiere el seguimiento de un número de artículos considerablemente grande (por ejemplo, del orden de millones) debido a su lento proceso de lectura y descodificación. Los lectores de códigos de barras convencionales tienen una frecuencia de barrido del orden de varios cientos de barridos por segundo. Incluso el lector de códigos de barras más rápido está limitado a una frecuencia de aproximadamente mil barridos por segundo. La limitación de velocidad en los escáneres es en

25 gran parte en respuesta a la necesidad de escanear la luz de la fuente a través del código de barras, mientras que en los lectores mediante formación de imágenes la tasa de imágenes limita el número de barridos por segundo.

El límite de velocidad de los lectores de códigos de barras convencionales combinado con el procesamiento de señales digitales convencional prohíbe el seguimiento de un número de artículos considerablemente grande,

30 especialmente en aplicaciones que incluyen los campos de la bioinformática donde, inherentemente, tiene que gestionarse un gran número de artículos, tales como bancos de sangre, bancos de células madre, bancos de esperma, y bancos de secuencias de ADN.

Por ejemplo, la tecnología de códigos de barras se usa actualmente para sistemas de información de bancos de

35 sangre, permitiendo una donación de sangre segura y un servicio de transfusión que implican recoger, procesar, almacenar y proporcionar sangre humana pensada para su transfusión. La transfusión de componentes sanguíneos incorrectos es el incidente grave más frecuente asociado con la transfusión. Los errores subyacentes a estos incidentes se atribuyen frecuentemente a la identificación errónea de las muestras. Frente a la globalización acelerada, resulta crítico seguir y gestionar un número extremadamente grande de muestras de sangre. Sin

40 embargo, para una identificación correcta, la tecnología de códigos de barras requiere que se codifique una cantidad significativa de información, tal como incluir el número de hospital del paciente, el apellido, el nombre, la fecha de nacimiento, el sexo, el tipo de sangre, etcétera. La necesidad de tanta información supone un desafío para la velocidad de los escáneres de hoy en día, especialmente cuando un código de barras sondeado debe compararse con una base de datos grande. Esto se traduce en un compromiso entre velocidad de barrido y exactitud.

45 Por consiguiente, existe una necesidad de un sistema y procedimiento de lectura de códigos de barras y realización de detección de desplazamiento en menos tiempo sin necesidad de mover lateralmente la luz sobre el artículo que ha de ser escaneado. Estas necesidades y otras cosas se satisfacen dentro de la presente invención, la cual supera las deficiencias de los sistemas y procedimientos de escaneado desarrollados previamente.

50 BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar un aparato y un procedimiento para leer objetivos en respuesta a la realización de transformadas de Fourier dispersivas sobre el haz dirigido al objetivo o desde el

55 objetivo. El objetivo puede comprender cualquier forma de objetivo codificado o sin codificar, incluyendo diversas formas de códigos de barras, así como muestras sin codificar de sólidos, líquidos y/o gases Por razones de simplicidad, el término “objetivo” se usa en este documento para referirse a cualquier objetivo o muestra acerca del cual pueda recogerse información en respuesta a su reflectancia o transmisión de un haz óptico dirigido al objetivo.

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Tales aparatos y procedimientos pueden resultar particularmente idóneos para aplicaciones relacionadas con la lectura de códigos de barras y la lectura de códigos de barras correspondientes a la correlación, aunque pueden resultar idóneos para una amplia variedad de aplicaciones de detección, medición y lectura. El funcionamiento de tales aparatos y procedimientos está basado generalmente en una detección que utiliza codificación y 5 descodificación espectral de códigos de barras en los dominios del espacio y del tiempo respectivamente, permitiendo la lectura y la detección correspondiente a la correlación de base de datos de decenas de millones de muestras (por ejemplo, códigos de barras) en un segundo. Esto es hasta cuatro órdenes de magnitud más rápido que los lectores de códigos de barras convencionales. La presente invención también proporciona detección de desplazamiento a alta velocidad, con la detección y/o medición de la respuesta óptica a través de una o más

10 dimensiones del espacio.

Por razones de simplicidad, la presente descripción trata en gran medida de la lectura de muestras de códigos de barras, en las cuales se determina el dimensionamiento de las barras adyacentes y, de ese modo, puede descodificarse su codificación, para generar información alfanumérica. Estos códigos de barras pueden comprender

15 cualquier estructura de códigos de barras ópticamente sensible a la sonda de haz óptico descrita en este documento. Por ejemplo, las barras pueden comprender material de diferente color, reflectividad o, si no, tener una reflexión ópticamente sensible al haz de sonda. Alternativa o adicionalmente, las barras pueden comprender desplazamientos, tales como en respuesta a estructuras grabadas o elevadas.

20 Para simplificar la discusión, la presente descripción trata de la “lectura” de la muestra independientemente de qué está siendo descodificado, detectado y/o medido, y no se limita a las muestras que contienen información codificada, tales como el caso de un código de barras. La “lectura” de muestras sin codificar se considera que significa la determinación de propiedades de la muestra, incluyendo: presencia o ausencia de constituyentes, tamaño, forma, aspereza, orientación, flujo, y cualquier propiedad de interés dentro de la muestra que pueda determinarse a partir

25 del haz de sonda que se refleja desde dicha muestra. Alternativamente, una realización según la presente invención puede estar configurada para leer muestras en respuesta al nivel de transmisión óptica a través de la muestra, en la que las diferentes características de la muestra pueden discernirse mediante la luz transmisiva, en lugar de la luz reflejada. Además, las realizaciones de la presente invención pueden implementarse para que proporcionen detección separada tanto de la reflexión como de la transmisión de una muestra si se desea información adicional.

30 Las técnicas enseñadas en la presente descripción también pueden usarse para analizar la fase de objetos transparentes detectando la luz transmitida mediante interferometría.

Esta presente enseñanza pertenece en general a la formación de imágenes ópticas, especialmente para detección de desplazamiento a alta velocidad y lectura de códigos de barras, realización de detección correspondiente a la 35 correlación con bases de datos de referencia, y más en particular a un aparato y procedimiento para formación de imágenes mediante la transformada de Fourier dispersiva y correlación de base de datos óptica basada en la codificación y descodificación espectral de códigos de barras unidimensionales o bidimensionales en los dominios espacial y temporal respectivamente, incluyendo la exposición de muestras a un haz pulsado de banda ancha y la detección de reflexión óptica de una forma de onda en el dominio del tiempo convertida, con preferencia, en señales

40 digitales.

En una realización de ejemplo, un procedimiento expone un código de barras a un haz de sonda óptico pulsado de banda ancha que es dispersado espacialmente por una rejilla de difracción de manera que cada longitud de onda separada de la luz es incidente en una parte diferente del código de barras a lo largo de una línea transversal en el 45 código de barras. La información de código de barras es codificada en el espectro de la luz reflejada. La luz reflejada desde el código de barras regresa a la rejilla de difracción, la cual vuelve a combinar las componentes espectrales dispersadas. El haz reflejado es sometido luego a la transformada de Fourier realizada usando dispersión de velocidad de grupo (GVD) y detectado por un fotodetector de un solo píxel. Durante la transformada de Fourier, también puede implementarse una amplificación interna opcional para aumentar la relación señal/ruido y por

50 consiguiente la sensibilidad de detección. También puede realizarse una detección homodina y/o una detección equilibrada para mejorar la relación señal/ruido.

En una realización preferente de la invención, el fotodetector convierte la señal óptica en una señal electrónica que puede ser amplificada y digitalizada. La transformada de Fourier dispersiva en combinación con el fotodetector

55 correlaciona el espectro óptico, el cual es la información de código de barras codificada espectralmente, con una forma de onda electrónica en el dominio del tiempo y representa un analizador de espectro todo electrónico. La realización de la invención elimina así la necesidad de un espectrómetro óptico tradicional (por ejemplo, una rejilla de difracción y un detector en red), y ofrece elevada sensibilidad de detección, especialmente en vista de la incorporación de amplificación interna.

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Debería apreciarse que puede usarse otro elemento dispersivo en una realización según la presente invención para dispersar más el haz de sonda en la dirección perpendicular, por medio de lo cual el espectro del haz abarca dos dimensiones de tal manera que la frecuencia del haz efectúa un barrido de trama. Otro procedimiento es que cuando 5 el haz de sonda se escanea en la dirección perpendicular a la línea transversal sobre la que incide el haz de sonda a través de la rejilla de difracción, entonces pueden obtenerse imágenes bidimensionales del código de barras, tales como para su uso en la lectura de códigos de barras bidimensionales. También debería apreciarse que las técnicas de este documento pueden extenderse a tres dimensiones. En una realización, un segundo haz de sonda bidimensional puede ser dirigido a la muestra desde una dirección ortogonal, y la reflexión y/o transmisión óptica

10 captada y procesada según la invención, para proporcionar una lectura y análisis de una muestra en tres dimensiones.

Algunas realizaciones también pueden prever la detección correspondiente a la correlación ultrarrápida opcional de los códigos de barras medidos con una gran base de datos que consiste en millones de códigos de barras. Si se 15 coloca un modulador electroóptico delante del fotodetector, se realiza la detección correspondiente a la correlación. La amplitud de la señal del código de barras sondeado es modulada por el conjugado del patrón de código de barras conocido de la base de datos. Si el código de barras medido corresponde con el de la base de datos, la señal detectada muestra un pico de correlación. La señal medida que llega de los impulsos láser subsiguientes se compara con otros patrones de la base de datos hasta que se identifica el patrón correcto. Antes de la modulación 20 sobre el haz óptico, el patrón de la base de datos es convertido en la serie temporal conjugada usando un generador de patrones, o un convertidor digital-analógico. Naturalmente, el patrón de la base de datos de modulación debe estar sincronizado con el patrón medido entrante. En lo sucesivo, la detección correspondiente a la correlación de escaneado se realiza a la frecuencia de repetición de impulsos del láser. Debería resultar evidente que el uso de la detección correspondiente a la correlación es opcional, puesto que el escáner de transformada de Fourier dispersiva

25 puede usarse sin ella.

El uso de una rejilla de difracción para correlacionar un espectro óptico con el espacio es bien conocido. Cuando la luz difractada espacialmente es reflejada desde un objeto, el patrón de reflectividad del objeto es codificado sobre el espectro óptico. La correspondencia del espectro óptico se ha usado para formación de imágenes médicas en la

30 cual se usan dispositivos de acoplamiento de cargas (CCD) para descodificar la información espacial codificada espectralmente.

Una característica importante de la presente enseñanza es la utilización de una transformada de Fourier dispersiva para correlacionar la información espacial (codificada sobre el espectro óptico) con una señal del dominio del tiempo, 35 y la utilización de esta técnica para la lectura de códigos de barras. La transformada de Fourier dispersiva se ha aplicado a la medición del espectro de impulsos ópticos para espectroscopia de absorción y espectroscopia Raman, reflectometría óptica, y tomografía de coherencia óptica. Medir el espectro óptico usando la transformada de Fourier dispersiva elimina la necesidad de una rejilla de difracción y una matriz de detectores. Estos elementos se sustituyen por una fibra dispersiva, un solo fotodetector, y un digitalizador. Esto simplifica el sistema, y lo que es más

40 importante, permite la adquisición rápida de códigos de barras en tiempo real.

Una limitación importante de la transformada de Fourier dispersiva, y una que vence la presente invención, es la pérdida en el medio dispersivo. La pérdida puede deberse a la absorción no deseada o la dispersión que se produce a medida que la luz pasa a través del dispositivo dispersivo. También tiene un origen más fundamental descrito por 45 la conexión íntima entre la dispersión y la pérdida impuesta por las relaciones de Kramers-Kronig. Independientemente de su fuente, la pérdida limita la sensibilidad de detección del sistema. Esto puede comprenderse reconociendo que, en virtud de la conversión del espectro al tiempo, la resolución espectral (y por consiguiente el número de píxeles de imagen del escáner de códigos de barras) viene fijada por la resolución temporal del sistema de detección eléctrica. Planteándolo de diferente manera, la anchura de banda eléctrica del

50 digitalizador limita la resolución espectral, una relación dada por   0,35/(D  fdig ), donde  es la

resolución espectral óptica, D es la dispersión de velocidad de grupo total, y fdig es la anchura de banda de entrada del digitalizador electrónico en tiempo real. El producto de  D viene determinado por la anchura de banda del digitalizador, de manera que para aumentar la resolución espectral (es decir, aumentar el número de píxeles de imagen) se obliga a aumentar la dispersión de velocidad de grupo total D.

55 Sin embargo, este aumento de resolución espectral se consigue a costa de aumentar la pérdida óptica y reducir la sensibilidad de detección. Las pérdidas en el elemento dispersivo son así un problema central cuando se desea elevada sensibilidad de detección y elevada resolución espectral. Como la información espacial del código de barras

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está cosificada sobre el espectro óptico, la pérdida del elemento dispersivo impone un límite sobre el número de píxeles de imagen y la sensibilidad de detección. La sensibilidad puede mejorarse usando un tiempo de integración señal prolongado, pero esto limita la velocidad de lectura de códigos de barras. Por lo tanto, la pérdida en el elemento dispersivo crea un compromiso entre la sensibilidad de detección, el número de píxeles de imagen, y la

5 velocidad de barrido. Aumentar la potencia del láser no es una solución atractiva porque puede conducir a una distorsión de señal no lineal no deseada.

Las realizaciones de la presente invención pueden estar basadas en el uso de amplificación interna dentro del elemento dispersivo para superar los compromisos sobre la sensibilidad, el número de píxeles de imagen, y la 10 velocidad de barrido. El compromiso anterior se supera compensando las pérdidas en el elemento dispersivo. Para optimizar el rendimiento, la amplificación se realiza en la fibra dispersiva para aumentar la intensidad de la señal reflejada de vuelta desde el código de barras. La amplificación interna en un elemento dispersivo se ha demostrado previamente en nuestro laboratorio en relación con la espectroscopia Raman y de absorción en tiempo real, así como una digitalización de femtosegundo. Esta amplificación se aplica en la presente invención para optimizar una o

15 más realizaciones de escáner de códigos de barras.

Las características deseables para un elemento dispersivo son elevada dispersión total, poca pérdida, gran anchura de banda óptica, dispersión suave a lo largo de la anchura de banda, y disponibilidad comercial. Las fibras dispersivas tales como la fibra de compensación de dispersión (DCF) ofrecen una combinación óptima de estos 20 parámetros, aunque existen otras opciones tales como las rejillas de Bragg de fibra con chirp (CFBG). Mientras que las CFBG son más compactas que la DCF, ésta también puede funcionar como amplificador Raman para compensar las pérdidas. La pérdida también puede compensarse mediante amplificadores ópticos discretos, tales como amplificadores de fibra dopada con erbio o incluso amplificadores ópticos de semiconductor. La amplificación Raman distribuida dentro de la fibra dispersiva se prefiere en general porque mantiene un nivel de señal relativamente

25 constante a lo largo de todo el proceso de la transformada de Fourier. Este nivel de señal relativamente constante es importante porque maximiza la relación señal/ruido/distorsión manteniendo la potencia de la señal lejos de los regímenes de baja potencia (ruidoso) y de alta potencia (no lineal).

Una de las ventajas de la amplificación Raman respecto a los amplificadores ópticos de semiconductor es que la

30 amplificación Raman es naturalmente de banda ancha cuando se usa en un medio amorfo, tal como el vidrio. El espectro de ganancia puede adaptarse aún más usando láseres de bombeo de longitud de onda múltiple, y, de manera sorprendente pero casualmente, pueden realizarse espectros de ganancia de banda extremadamente ancha usando fuentes de bombeo incoherentes. Esto es muy deseable porque una gran anchura de banda óptica tiene como resultado un gran alcance de detección de códigos de barras transversales. Los elementos dispersivos

35 amplificados con amplificador Raman también eliminan la necesidad de una fuente de elevada potencia, la cual puede conducir potencialmente a una distorsión de señal no lineal no deseada.

La invención es susceptible de poder expresarse de varias maneras, incluyendo, pero no limitada a las siguientes descripciones.

40 Según un aspecto de la invención, un aparato para leer patrones y detectar desplazamientos comprende un medio para generar un haz de sonda pulsado de banda ancha, un medio para correlacionar mediante la transformada de Fourier del espectro del haz de sonda pulsado con un dominio espacial para formar un haz óptico dispersado espacialmente dirigido a un objetivo que ha de ser leído, un medio para formar una señal óptica de respuesta

45 basándose en la energía óptica procedente del objetivo, un medio para la transformada de Fourier dispersiva de la señal óptica de respuesta para convertir la señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo, y un medio para detectar y analizar la forma de onda en el dominio del tiempo para determinar patrones y/o desplazamientos dentro del objetivo que es leído.

50 En las realizaciones de la invención, la señal óptica de respuesta puede generarse en respuesta a la energía óptica que es reflejada desde el objetivo, o la energía óptica que es transmitida a través del objetivo. Además, pueden implementarse realizaciones combinadas que leen la información acerca de la muestra basándose tanto en la luz reflejada como en la transmitida.

55 El aparato puede implementarse de manera que los haces ópticos, incluyendo el haz de sonda y la señal óptica de respuesta, son transportados a través del aire libre, fibra óptica (u otra estructura ópticamente transmisiva), o a través de una combinación del aire libre y fibra óptica.

En al menos una implementación los medios para generar el haz de sonda pulsado de banda ancha comprende un

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láser configurado para generar impulsos. En un modo de la invención, se incluye opcionalmente un elemento de selección de impulsos para proporcionar un medio para seleccionar impulsos seleccionados de un tren de impulsos generado por el láser pulsado, o una fuente similar. La sonda de haz pulsado puede incluir o ser modificada en respuesta a un medio opcional para amplificación y/o filtrado, aumentando así la relación señal/ruido y la sensibilidad 5 de detección del aparato. Igualmente, puede aplicarse opcionalmente amplificación y/o filtrado a la señal óptica de respuesta recibida desde la muestra (por ejemplo, procedente de la luz reflejada y/o transmitida). A modo de ejemplo y no de limitación, la amplificación óptica puede realizarse usando dispersión estimulada de Raman, un amplificador de semiconductor, o un amplificador de fibra, dentro de, o después de los medios para la transformada de Fourier dispersiva, mientras que una luz de onda continua o una luz pulsada puede bombear el amplificador de fibra. Otro

10 elemento opcional es un medio para generación de supercontinuo para ensanchar la anchura de banda espectral de la luz que emana de una fuente óptica, y puede incorporarse dentro de la fuente o implementarse como un elemento opcional separado.

En al menos una implementación, el medio para correlacionar el espectro con el dominio espacial comprende un

15 elemento dispersivo, tal como una rejilla de difracción, un prisma, un dispersor de red en fase de imagen virtual, o algo similar que sea capaz de separar las longitudes de onda del haz de sonda pulsado de banda ancha entrante.

En al menos una implementación, tal como cuando se detecta energía óptica reflejada sobre una parte del mismo recorrido que la luz de sonda incidente, se incorpora un medio opcional para separar haces.

20 En al menos una implementación, el medio para la transformada de Fourier dispersiva convierte la señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo usando un elemento para inducir dispersión de velocidad de grupo (GVD), tal como un elemento dispersivo, y/o un elemento óptico con chirp que está configurado para inducir dispersión de velocidad de grupo (GVD) al convertir la señal óptica de respuesta en una forma de onda en el

25 dominio del tiempo.

En al menos una implementación, el medio para detectar y analizar la forma de onda en el dominio del tiempo utiliza al menos un elemento fotosensible, tal como dispositivos semiconductores sensibles a la luz (por ejemplo, fotodiodos, fototransistores, etcétera), o cualquier otro dispositivo cuyas características eléctricas cambien en 30 respuesta a los cambios en el carácter de la luz recibida, para detectar la luz entrante. La luz entrante es convertida por el detector y convertida, con preferencia, en un digitalizador, el cual cambia la señal analógica en una señal digital para simplificar el procesamiento. Sin embargo, debería apreciarse que al menos podría leerse información limitada de una muestra en respuesta al procesamiento directo de estas señales analógicas, sin convertirlas primero en señales digitales. Un procesador de señales analiza las señales eléctricas procedentes del detector para leer así

35 la muestra y proporcionar información acerca de la codificación, el desplazamiento espacial y otros aspectos legibles de la muestra. Con preferencia, el procesador de señales comprende uno o más procesadores configurados con software para llevar a cabo el procesamiento de señales digitales.

En al menos una implementación, el aparato está configurado para leer el objetivo como un código de barras

40 unidimensional o bidimensional, por ejemplo tal como se usa en el seguimiento de artículos comerciales, el control en serie de placas de circuitos impresos, el control de trazabilidad de piezas del disco duro (HDD), la clasificación automática en líneas transportadoras, el seguimiento de lectores de medios de PC, la producción de obleas, o cualquier ejemplo en el que se lean códigos de barras.

45 En al menos una realización de la invención, la lectura de una muestra puede ser en forma de una correlación, en la cual las características reales de la muestra se comparan ópticamente con las características esperadas de esa muestra, tal como las leídas de una base de datos. Como esto es más fácil de entender con respecto a una muestra codificada, se considerará un código de barras a modo de ejemplo y no de limitación. En un modo de correlación el código de barras esperado para la muestra (por ejemplo, dentro de códigos de barras sucesivos) se usa para

50 modular la señal óptica de respuesta procedente de la muestra, en el que la correlación puede determinarse fácilmente a partir de la señal recibida, tal como en respuesta a un establecimiento de umbrales, sin necesidad de análisis adicional. En al menos una implementación la correlación puede proporcionarse incorporando un modulador electroóptico dispuesto antes de la conversión de la señal óptica de respuesta en una señal eléctrica, con un patrón de código de barras esperado recibido desde la base de datos y su conjugado aplicado al modulador electroóptico.

55 La detección correspondiente a la correlación del objetivo con la base de datos se realiza en respuesta a si la señal óptica de respuesta que se detecta tiene o no un pico de correlación. En al menos un modo de esta correlación, se usa un generador de patrones para generar patrones de correlación basándose en la información procedente de una base de datos que contiene información acerca de un conjunto de objetivos dentro del cual debería encontrarse el objetivo actual. Un modulador de amplitud está configurado para modular la señal óptica de respuesta, con un medio

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para detección de umbral de la señal óptica de respuesta modulada en amplitud que indica la correlación positiva o negativa entre el objetivo y los patrones de correlación recibidos desde la base de datos usados para modular la amplitud de la señal óptica de respuesta.

5 Las realizaciones de la invención pueden utilizarse para leer un objetivo ya sea en una dimensión o en dos dimensiones en respuesta a la luz reflejada desde y/o transmitida a través del objetivo (muestra). La invención puede implementarse para leer objetivos codificados (por ejemplo, formas de códigos de barras ópticamente preparados), así como lleva a cabo la detección de desplazamiento a alta velocidad en los objetivos. Debería apreciarse que la detección de desplazamiento puede registrar la forma y configuración de objetivos, la medición de

10 superficies ásperas, la medición de anchura y separaciones, así como la presencia o ausencia de material y/u objetos o elementos físicos. La detección de desplazamiento también puede utilizarse con la presente invención para realizar citometría de flujo detectando y/o midiendo el movimiento y las características morfológicas (por ejemplo, tamaño, forma, etc.) de cualquier forma de partícula dentro de un fluido. En otras implementaciones de la presente invención, el aparato puede estar configurado para leer un objetivo que está codificado ópticamente con

15 datos, tal como dentro de un medio de almacenamiento óptico, incluyendo medios formateados según protocolos que incluyen los usados con CD, DVD y discos Blu-Ray.

En al menos una implementación, el aparato está configurado para leer el objetivo en una aplicación seleccionada del grupo de campos de aplicación constituido por la bioinformática, el seguimiento de especímenes médicos, el

20 seguimiento de bancos de células madre, o cualquier ejemplo en el que se lea información biológica de la muestra que se prueba dentro del aparato.

Por ejemplo, las realizaciones del aparato pueden estar configuradas para al menos uno de lo siguiente: leer el objetivo ya sea en una dimensión o en dos dimensiones, leer el objetivo como un código de barras usado en el 25 seguimiento de artículos comerciales, el control en serie de placas de circuitos impresos, el control de trazabilidad de piezas de HDD, la clasificación automática en líneas transportadoras, el seguimiento de lectores de medios de PC, o la producción de obleas, leer el objetivo en una aplicación seleccionada del grupo de campos de aplicación constituido por la bioinformática, el seguimiento de especímenes médicos, el seguimiento de bancos de células madre, bancos de esperma, y/o el uso en bancos de secuencias de ADN, leer el objetivo al realizar detección de 30 desplazamiento a alta velocidad en ese objetivo en el que, opcionalmente, dicha detección de desplazamiento a alta velocidad comprende la medición de superficies ásperas y/o la medición de anchura y separación, realizar citometría de flujo detectando y/o midiendo el movimiento y las características morfológicas de partículas dentro de un fluido, leer el objetivo en respuesta a diferencias de reflexión codificadas dentro de medios de almacenamiento óptico en los que, opcionalmente, dichos medios de almacenamiento óptico están formateados según un protocolo de

35 almacenamiento deseado seleccionado del grupo de protocolos usado para codificar CD, DVD y discos Blu-ray, y detectar la presencia o ausencia de objetos físicos.

Según otro aspecto de la invención, un procedimiento de lectura de patrones y determinación de desplazamientos de un objetivo comprende generar un haz de sonda pulsado desde una fuente óptica de banda ancha, convertir el 40 haz de sonda pulsado en un dominio espacial para formar un haz óptico dispersado espacialmente, dirigir el haz óptico dispersado espacialmente a dicho objetivo, formar una señal óptica de respuesta basándose en la luz procedente de dicho objetivo, convertir la señal óptica de respuesta procedente de dicho objetivo en una forma de onda en el dominio de tiempo, y detectar y analizar la forma de onda en el dominio del tiempo, dentro de un procesador configurado para ejecutar instrucciones de programa desde una memoria, para leer patrones y/o

45 determinar desplazamientos dentro del objetivo.

Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar varios aspectos beneficiosos que pueden implementarse ya sea por separado o en cualquier combinación deseada sin apartarse de la presente enseñanza.

50 Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar un aparato y procedimiento para leer información procedente de objetivos ópticos.

Las realizaciones de la presente invención pueden prever la capacidad de leer información del objetivo en respuesta al hecho de dirigir una primera señal óptica de un dominio espacial al objetivo, convertir la luz recibida desde el

55 objetivo en un dominio del tiempo, y después analizar la forma de onda en el dominio del tiempo.

Algunas realizaciones de la presente invención pueden prever la lectura de información en una, dos y tres dimensiones.

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Algunas realizaciones de la presente invención pueden prever la lectura de información en respuesta a la luz de sonda que se refleja desde o se transmite a través del objetivo, o una combinación de las mismas.

Algunas realizaciones de la presente invención pueden prever la lectura de objetivos codificados, tal como la lectura 5 de información de código de barras procedente de objetivos.

Algunas realizaciones de la presente invención pueden prever la correlación de objetivos en respuesta a la modulación de la señal óptica y la comprobación de picos de correlación en la forma de onda en el dominio del tiempo de respuesta.

10 Algunas realizaciones de la presente invención pueden prever la lectura de diversas formas de información codificadas y sin codificar procedentes de un objetivo (muestra).

En algunas realizaciones, puede proporcionarse un aparato y procedimiento que pueden aplicarse a una amplia

15 variedad de objetivos codificados, tales como códigos de barras unidimensionales y bidimensionales, así como a recopilar información acerca de muestras, incluyendo información basada en la presencia, el desplazamiento, la configuración, el movimiento, etcétera, de los constituyentes de la muestra.

Características adicionales de realizaciones de ejemplo de la invención se pondrán de manifiesto en las siguientes 20 partes de la memoria descriptiva, en la que la descripción detallada es con el fin de desvelar totalmente las realizaciones preferidas de la invención sin imponer límites a la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS

25 La invención se comprenderá más plenamente por referencia a los siguientes dibujos que son únicamente con fines ilustrativos:

La fig. 1 es un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento para realizar mediciones de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva según un aspecto de la presente invención.

30 La fig. 2 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato para realizar mediciones de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva unidimensional según una realización de la presente invención.

La fig. 3 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato para realizar mediciones de reflectividad mediante la 35 transformada de Fourier dispersiva unidimensional y detección correspondiente a la correlación de la base de datos según una realización de la presente invención.

La fig. 4 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato para realizar una medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional según una realización de la presente invención.

40 La fig. 5 es un diagrama de bloques esquemático de un aparato para realizar una medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional y una detección correspondiente a la correlación de la base de datos según una realización de la presente invención.

45 La fig. 6 es un diagrama esquemático de una realización del aparato de medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva de la fig. 2, según un aspecto de la presente invención, que muestra la detección en una muestra de transductor piezoeléctrico (PZT).

La fig. 7 es una vista ortogonal de una muestra de prueba, específicamente una guía de ondas de silicio protegida 50 por dióxido de silicio con dos películas delgadas adyacentes de aluminio, que ilustra el uso de una realización de la presente invención con objetivos distintos de códigos de barras.

La fig. 8 es un gráfico que compara espectros de luz de sonda reflejada procedentes de la muestra en una realización de ejemplo de la presente invención, en comparación con la luz reflejada procedente de un espejo usado 55 como referencia.

La fig. 9 es un gráfico de un perfil de reflectividad calibrado para la muestra mostrada en la fig. 7.

La fig. 10 es un gráfico del perfil de reflectividad calibrado para la muestra de la fig. 7, mostrado en respuesta a la

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traslación física (movimiento) de la muestra que es escaneada.

La fig. 11 es un gráfico del espectro procedente de la luz de sonda reflejada de la muestra mostrada en respuesta a diferentes niveles de amplificación en una realización de la presente invención.

5 La fig. 12 es un diagrama esquemático de la medición de lectura de códigos de barras mediante la transformada de Fourier dispersiva de la fig. 2, mostrado según una realización de la presente invención.

La fig. 13 es un gráfico de una medición de código de barras unidimensional de un solo disparo según una

10 realización de la presente invención, mostrado con un fondo de las barras tal como están presentes en el código de barras de muestra.

La fig. 14 es un diagrama esquemático de la medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional de la fig. 4, mostrado según una realización de la presente invención.

15 La fig. 15 es un diagrama esquemático de una medición de transmisividad mediante la transformada de Fourier dispersiva mostrado según una realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

20 Haciendo referencia más específicamente a los dibujos, la presente invención se representa con fines ilustrativos en el aparato mostrado en general en la fig. 1 a la fig. 15. Se apreciará que el aparato puede variar en cuanto a la configuración y en cuanto a los detalles de las partes, y que el procedimiento puede variar en cuanto a las etapas específicas y la secuencia, sin apartarse de los conceptos básicos tal como se desvelan en este documento.

25 La fig. 1 es una realización 10 de un procedimiento para medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva, que resume las etapas necesarias para realizar la lectura de códigos de barras unidimensionales

o bidimensionales y la detección correspondiente a la correlación opcional con bases de datos conocidas. Según esta realización, un código de barras es expuesto a un impulso de banda ancha a través de una rejilla de difracción 30 en el bloque 12, siendo el espectro dispersado espacialmente incidente sobre el código de barras. En el bloque 14, la luz reflejada resultante procedente del código de barras regresa a la rejilla de difracción, la cual reforma un impulso y es convertido en una forma de onda en el dominio del tiempo mediante la transformada de Fourier dispersiva. Después, en el bloque 16 puede realizarse ópticamente una detección correspondiente a la correlación opcional con una base de datos de referencia sobre la información de código de barras codificada espectralmente

35 modulándola con un modulador óptico alimentado por un generador de patrones. La señal óptica es detectada por un fotodetector en el bloque 18 y su señal electrónica es analizada, tal como mediante un procesador de señales digitales, en el dominio del tiempo.

Haciendo referencia al bloque 12, la fuente óptica es, con preferencia, un supercontinuo que está dirigido hacia el

40 código de barras. Se apreciará que la generación del supercontinuo puede describirse en general como un proceso en el cual la luz láser es convertida en luz que tiene una anchura de banda espectral muy ancha (por ejemplo, que tiene baja coherencia temporal). El ensanchamiento espectral normalmente se consigue propagando impulsos ópticos a través de un dispositivo fuertemente no lineal, tal como una fibra óptica. El supercontinuo puede crearse haciendo pasar un láser pulsado con una elevada potencia de cresta a través de una fibra de elevada no linealidad.

45 Alternativamente, la fuente óptica puede generarse mediante un láser de impulso ultracorto que tiene una gran anchura de banda, por ejemplo que surge de un láser de titanio-zafiro. El haz de sonda puede ser amplificado ópticamente y filtrado antes de llegar a la rejilla de difracción.

La anchura de banda del haz de sonda debería ser grande, en algunos casos, con preferencia, tan grande como sea

50 posible, porque el alcance del ángulo de difracción de la rejilla de difracción y el número de puntos resolubles en el código de barras aumenta con la anchura de banda. La anchura de banda espectral puede ser tan grande como al objetivo así como el aparato permita. La anchura de banda puede aumentarse siempre que los impulsos consecutivos dispersados temporalmente no se superpongan en el tiempo. También se apreciará que existen límites para cada uno de los componentes del aparato, por ejemplo el fotodiodo, así como los elementos ópticos. Además,

55 el propio objetivo se resuelve de la mejor manera dentro de un intervalo espectral específico, por ejemplo el que sea detectado claramente de un código de barras en el espectro visible puede no ponerse de manifiesto cuando se desplaza a la parte infrarroja de los espectros. Típicamente, la anchura de banda estaría en un intervalo, tal como de 650 a 1100 nm en el intervalo de la luz visible al IR cercano, o algún intervalo similar dentro de la luz visible, la luz visible al UV, la luz visible al IR, el IR cercano, el UV cercano, etcétera.

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El haz de sonda incidente sobre la rejilla de difracción es dispersado espacialmente, separando las longitudes de onda del haz de sonda. La luz dispersada es colimada luego mediante una lente cilíndrica u otra rejilla de difracción e incidente sobre el código de barras. La reflexión procedente del código de barras regresa a la rejilla de difracción,

5 reformando un impulso.

Considerando el bloque 14, se induce (se añade chirp) dispersión de velocidad de grupo mediante cualquier elemento óptico deseado o una combinación de los mismos, tal como un elemento dispersivo, un elemento óptico con chirp, o similar, para realizar la transformada de Fourier y proporcionar así un medio para la transformada de

10 Fourier dispersiva de la señal óptica reflejada. El elemento dispersivo comprende un elemento óptico que induce dispersión de velocidad de grupo de la señal óptica reflejada. Debería apreciarse que una respuesta de reflexión con chirp es una en la cual la longitud de onda de Bragg no es constante sino que varía dentro de la estructura, por ejemplo en un elemento óptico con chirp, tal como un espejo con chirp, la luz a diferentes longitudes de onda penetra hasta un punto diferente dentro de la estructura del espejo y de este modo experimenta un retardo de grupo

15 diferente. El elemento dispersivo puede ser una fibra óptica, un cristal masivo, un espejo con chirp, o una rejilla de Bragg de fibra con chirp. La dispersión en el elemento dispersivo transforma la señal en el dominio de la frecuencia en una forma de onda en el dominio del tiempo. Las frecuencias constituyentes de la luz reflejada desde el código de barras que corresponden a diferentes puntos del código de barras a lo largo de una línea transversal son distribuidas temporalmente de un modo que permite que la luz reflejada desde los diferentes puntos del código de barras sea

20 correlacionada con una forma de onda en el dominio del tiempo. Durante la transformada de Fourier, la luz de señal puede ser amplificada ópticamente mediante dispersión estimulada de Raman cuando el elemento dispersivo es bombeado ópticamente por luz de banda ancha. Alternativamente, la luz reflejada puede ser amplificada ópticamente mediante un amplificador Raman o un amplificador de fibra dopada con erbio antes del elemento dispersivo, el cual puede o puede no ser amplificado ópticamente.

25 En el bloque 16 se muestra la correlación óptica que se usa para hacer corresponder la detección con unos datos. Debería apreciarse que una variante de esto permite que se lleve a cabo una serie de operaciones de detección de correlación con una base de datos grande. La señal del código de barras en serie temporal que ha sido transformada mediante la transformada de Fourier según el bloque 14 es modulada por un modulador de amplitud.

30 Por ejemplo, la señal de modulación es suministrada por un generador de patrones que genera una serie de 0 y 1 que corresponden a espacios blancos y barras oscuras (opuesto a la codificación de los códigos de barras) en la serie temporal conjugada, de manera que la transmisión del modulador de amplitud es cero únicamente cuando el modulador cancela la amplitud de la señal del código de barras de entrada, por lo cual se detecta una correlación positiva.

35 Haciendo referencia al bloque 18, si la detección correspondiente a la correlación con una base de datos de referencia no es necesaria, la señal de reflexión en el bloque 14 puede ser detectada directamente por el fotodetector. Si es necesario, el fotodetector detecta la transmisión del modulador de amplitud en el bloque 16. La señal de salida del fotodetector es digitalizada por el digitalizador el cual es activado apropiadamente por el tren de

40 impulsos del haz de sonda a una frecuencia de repetición. Sólo cuando la señal en el digitalizador es cero, el código de barras medido corresponde con el código de barras de la base de datos cuya señal es suministrada al modulador de amplitud. Cada impulso se lleva a cabo una detección de correlación de un código de barras de la base de datos con el código de barras medido. En otras palabras, se efectúa una detección de correlación del código de barras medido con muchos códigos de barras a la frecuencia de repetición del tren de impulsos láser.

45 La fig. 2 ilustra una realización de ejemplo 20 de una medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva unidimensional según una realización de la presente invención. Debería apreciarse que el aparato puede utilizarse para detección de códigos de barras así como una amplia variedad de detección de formas de desplazamiento a alta velocidad, y aplicaciones similares. Además, el haz (haz de sonda pulsado) dirigido al objetivo

50 que ha de ser leído, detectado y/o medido y la señal óptica reflejada del mismo son transportados a través del aire libre, medios o dispositivos ópticamente transmisivos, tales como fibra óptica, o a través de una combinación de los mismos.

Generalmente, un medio para generar un haz de sonda pulsado de banda ancha, tal como el láser de sonda pulsado

55 de banda ancha 22, es dirigido a un medio para separar 32 una señal óptica dirigida hacia el objetivo, de una señal óptica que es reflejada desde el objetivo, tal como que comprende un circulador óptico que aísla la luz reflejada desde el objetivo que es leído. Los elementos opcionales 24, 26 y 28 se analizan más adelante.

La corriente de impulsos es convertida por un medio para correlacionar mediante la transformada de Fourier 34 del

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espectro del haz de sonda pulsado con un dominio espacial, tal como en respuesta al uso de una rejilla de difracción, o un elemento o elementos ópticos similares (por ejemplo, un prisma, un dispersor de red en fase de imagen virtual, y/o similares) que dispersa espacialmente el haz de sonda, separando sus longitudes de onda sobre una línea transversal unidimensional o un patrón alargado a través de un objetivo, tal como un código de barras 38,

5 que está siendo leído. Alternativamente, el sistema puede estar configurado para leer, detectar, y/o medir aspectos unidimensionales o bidimensionales de otros objetivos que proporcionan diferencias de reflectividad en respuesta a las propiedades del material y/o el desplazamiento.

Un medio para colimar 36 el haz de sonda pulsado, tal como una lente, colima o enfoca el haz de sonda sobre el

10 objetivo de código de barras 38. La información de código de barras es codificada espectralmente en el espectro de la luz reflejada desde el código de barras 38. La reflexión procedente del código de barras 38 regresa a la rejilla de difracción 34, reformando un impulso. El circulador óptico 32 dirige la reflexión hacia el transformador de Fourier dispersivo (amplificado) 40 y la aísla de su vuelta atrás a la fuente de láser 22. La reflexión es transformada luego mediante la transformada de Fourier en una forma de onda en el dominio del tiempo 40 por un medio para la

15 transformada de Fourier dispersiva de la señal óptica reflejada para convertir la señal óptica reflejada en una forma de onda en el dominio del tiempo. Opcionalmente, la amplificación óptica puede implementarse en el proceso de la transformada de Fourier dispersiva de manera que compense la pérdida óptica inevitable debida al proceso dispersivo. La salida de la transformada de Fourier dispersiva 40 es recibida por un medio para detectar y analizar la forma de onda en el dominio del tiempo para determinar patrones de códigos de barras y/o desplazamientos dentro

20 del objetivo que se lee. Se ilustra que este medio de detección y análisis comprende un detector óptico 42, un filtro opcional 44, un amplificador opcional 46, un digitalizador 48, a través de los cuales la forma de onda en el dominio del tiempo es dirigida y después analizada por un medio para realizar el procesamiento de señales digitales 50, tal como un procesador de señales digitales implementado de cualquier manera deseada.

25 Se apreciará que un haz pulsado de banda ancha puede generarse de numerosos modos sin apartarse de las enseñanzas de la presente invención. Por ejemplo, la presente invención es particularmente idónea para usar un láser pulsado. La respuesta espectral del láser puede mejorarse según se desee en respuesta al uso de un dispositivo para generar un supercontinuo.

30 En la realización mostrada en la fig. 2, si la frecuencia de repetición de impulsos láser es tan elevada que los impulsos consecutivos están superponiéndose después de la transformada de Fourier dispersiva 40, los trenes de impulsos pueden reducirse usando el selector de impulsos opcional 24. Además, puede utilizarse un amplificador óptico opcional 26 para amplificar un impulso óptico procedente del láser pulsado 22 y para bombear un generador de supercontinuo opcional 28. Puede que no se requiera el amplificador opcional 26 si el impulso láser inicial 22 ya

35 es suficientemente potente para generar el supercontinuo. Además, si el impulso inicial tiene una anchura de banda muy grande, el amplificador 26 y/o el generador de supercontinuo 28 pueden no ser necesarios. Por ejemplo, los láseres con bloqueo de modo de titanio-zafiro pueden generar impulsos ultrarrápidos (<10 fs) con anchura de banda extremadamente grande (>100 nm). El supercontinuo de la radiación puede hacerse pasar a través de un filtro paso banda opcional 30.

40 El detector óptico 42 es, con preferencia, un detector óptico que puede convertir los fotones procedentes de la salida de la transformada de Fourier (amplificada) 40 en una señal electrónica. El detector óptico 42 puede ser un fotodiodo, un fotodetector de avalancha, o un dispositivo similar configurado para convertir señales ópticas en señales eléctricas. La señal electrónica procedente del detector óptico 42 puede ser filtrada para limitar su anchura

45 de banda, tal como utilizando el filtro electrónico opcional 44 y amplificando opcionalmente esa señal mediante el amplificador eléctrico 46. Se apreciará que limitar por abajo la anchura de banda a sólo la que es necesaria, limita el ruido introducido en la conversión analógica a digital subsiguiente. La señal puede ser digitalizada entonces por el digitalizador 48. La señal también puede ser procesada o analizada con el procesador de señales digitales 50 o un ordenador y visualizada y almacenada.

50 Puede verse que el aparato y procedimiento puede implementarse a lo largo de un gran intervalo de posibles bandas de longitud de onda de sonda. Por ejemplo, podrían producirse impulsos de sonda de elevada potencia de cresta usando un láser de telecomunicaciones o un amplificador que opere entre 1300 y 1600 nm. También es posible doblar la frecuencia (generación de segundo armónico) o triplicarla (generación de tercer armónico) de un láser de

55 telecomunicaciones para producir frecuencias más altas para su uso en el aparato. Otro tipo de láser que podría usarse es el láser de titanio-zafiro, que ofrece impulsos cortos de alta potencia a longitudes de onda entre 650 y 1100 nm, más típicamente en las inmediaciones de 800 nm. Aunque se prefieren estos tipos de láser, también pueden utilizarse otros diversos tipos de fuentes de láser.

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La fig. 3 ilustra una realización de ejemplo 52 de realización de medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva unidimensional y detección correspondiente a la correlación de la base de datos. Debería verse que la fig. 3 es la misma que la de la fig. 2, excepto la inclusión de un generador de patrones 74 y un modulador de amplitud 76 que se usan para realizar la detección correspondiente a la correlación del código de

5 barras 70 que se hace corresponder con una base de datos de referencia.

Un láser de sonda pulsado de banda ancha 54 es dirigido a través del selector de impulsos opcional 56, el amplificador óptico opcional 58, el generador de supercontinuo opcional 60, y el filtro óptico opcional 62 a través de un circulador óptico 64, el cual aísla las ondas incidentes y reflejadas, hasta una rejilla de difracción 66 para 10 dispersar espacialmente el haz de sonda separando sus longitudes de onda sobre una línea transversal unidimensional o un patrón alargado, hasta la lente 68 hasta el código de barras objetivo 70, o el objetivo de detección de desplazamiento, o los objetivos. La luz reflejada desde el código de barras objetivo 70 pasa a través de la lente 68, la rejilla 66 y es encaminada por el circulador óptico 64 a la transformada de Fourier dispersiva 72 hasta un modulador de amplitud 76 que también recibe una señal procedente de un generador de patrones 74. La salida 15 del modulador de amplitud 76 es encaminada al detector 78 cuya salida se hace pasar a través del filtro opcional 80 y el amplificador opcional 82 hasta un digitalizador 84 y es procesada por un medio de procesamiento de señales 86.

El generador de patrones 74 genera patrones de códigos de barras digitales (por ejemplo, consistentes en 0 y 1) y los suministra al modulador de amplitud 76 en la serie temporal conjugada. Los patrones de códigos de barras 20 generados por el generador de patrones 74 se considera que proceden de una base de datos que contiene información acerca de artículos cuyos códigos de barras están siendo leídos por el aparato. La transmisión del modulador de amplitud 76 se anula a cero sólo cuando el patrón de código de barras generado por el generador de patrones 74 corresponde con el patrón del código de barras 70 que se lee. A la llegada de cada impulso en el modulador de amplitud, se suministra un patrón diferente de la base de datos al modulador de amplitud, comparando

25 todos los códigos de barras de referencia de la base de datos con el código de barras de prueba para ver cuál corresponde con él.

La fig. 4 ilustra una realización de ejemplo 88 de una medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional. Mientras que al fig. 2 y la fig. 3 representan esquemas para realizar una medición de 30 reflectividad unidimensional, la fig. 4 muestra un esquema para realizar una medición de reflectividad bidimensional, y por lo tanto la lectura de códigos de barras bidimensionales.

Haciendo referencia a la figura, la salida del láser pulsado de banda ancha 90 es dirigida a través del pulse_picker opcional 92, el amplificador óptico opcional 94, el generador de supercontinuo opcional 96, y el filtro óptico opcional 35 98 a través de un circulador óptico 100, el cual aísla las ondas incidentes y reflejadas, hasta una primera lente 102, el dispersor 104, la segunda lente 106, y la rejilla de difracción 108 hasta un objetivo, tal como el código de barras bidimensional (2D) 110, o un objetivo, u objetivos, de detección de desplazamiento. La luz reflejada desde el objetivo 110 pasa de vuelta a través de la rejilla 108, la lente 106, el dispersor 104, la lente 102 y es encaminada por el circulador óptico 100 a la transformada de Fourier dispersiva 112 hasta un detector óptico 114 cuya salida se hace

40 pasar a través del filtro opcional 116 y el amplificador opcional 118 hasta el digitalizador 120 y es procesada por un medio de procesamiento de señales 122.

Considerando los elementos de la fig. 4 con más particularidad, esta realización enfoca, con preferencia, el impulso de banda ancha con una lente cilíndrica 102 sobre el dispersor de red en fase de imagen virtual (VIPA) 104, tal como 45 comprimiendo una placa de vidrio con un revestimiento antirreflejos sobre el área frontal en la que entra el haz, y con un revestimiento antirreflejos sobre el resto del lado frontal (aproximadamente el 100 %) y un revestimiento antirreflejos parcial sobre el lado posterior (típicamente el 95 % o similar). El dispersor VIPA 104 produce una red de haces que divergen desde imágenes virtuales individuales de la parte central del haz que está situada en el punto de la superficie posterior donde se produce la primera reflexión del haz incidente. Estos haces interfieren y forman un

50 haz colimado, que después es enfocado por la lente esférica 106.

La rejilla de difracción 108 separa las frecuencias degeneradas del haz incidente a lo largo de la dirección perpendicular a la dirección de la dispersión que creó el dispersor VIPA 104. Esto produce un haz que consiste en muchos puntos enfocados sobre la muestra objetivo 110 (o un código de barras 2D) en un plano bidimensional. Los 55 puntos sobre la muestra objetivo 110 corresponden a diferentes componentes de frecuencia del haz de banda ancha, formando puntos resolubles en la muestra 110. Las reflexiones de las diferentes componentes de frecuencia del haz de banda ancha procedentes de la muestra 110 regresan todo el camino hasta el circulador óptico 100, formando un impulso en el que es codificada espectralmente la reflectividad bidimensional de la muestra 110. La transformada de Fourier dispersiva (amplificada) 112 correlaciona el espectro de entrada con una forma de onda en

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el dominio del tiempo. La transformada de Fourier dispersiva 112 puede ser amplificada ópticamente para compensar la pérdida óptica durante el proceso de transformación. Por consiguiente, la salida de la transformada de Fourier dispersiva (amplificada) es la forma de onda temporal en la cual es codificada espectralmente la reflexión procedente de la muestra bidimensional de una manera en cierto modo similar a la de un barrido de trama.

5 La fig. 5 ilustra una realización de ejemplo 124 de la medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional y la detección correspondiente a la correlación de la base de datos. La imagen de la reflexión bidimensional adquirida, de acuerdo con la figura, ha sido convertida en una forma de onda temporal unidimensional, y después puede compararse con una base de datos de referencia mediante detección

10 correspondiente a la correlación usando el generador de patrones 150 y el modulador de amplitud 152, justo como cuando se leen objetivos unidimensionales como el de la fig. 3.

Haciendo referencia a la figura, la salida del láser pulsado de banda ancha 126 es dirigida a través del selector de impulsos opcional 128, el amplificador óptico opcional 130, el generador de supercontinuo opcional 132, y el filtro 15 óptico opcional 134 a través de un circulador óptico 136 hasta una primera lente 138 (por ejemplo, una lente cilíndrica), un dispersor 140, una segunda lente 142 (por ejemplo, una lente esférica), y la rejilla de difracción 144 hasta un objetivo 146, tal como un código de barras bidimensional (2D), o un objetivo, u objetivos, de detección de desplazamiento. La luz reflejada desde el objetivo 146 pasa de vuelta a través de la rejilla 144, la segunda lente 142, el dispersor 140, la primera lente 138 y es encaminada por el circulador óptico 136 a la transformada de Fourier

20 dispersiva 148. La salida de la transformada de Fourier 148 es dirigida a un modulador de amplitud 152 que recibe una entrada de señal procedente del generador de patrones 150. La salida del modulador 152 es dirigida a un detector óptico 154 cuya salida se hace pasar a través del filtro opcional 156 y el amplificador opcional 158 hasta un digitalizador 160 para su procesamiento por el procesamiento de señales digitales 162.

25 La realización anterior se muestra gráficamente en una figura posterior (fig. 13) que ilustra la medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional. Debería recalcarse de nuevo que la muestra puede comprender cualquier cosa de interés de lectura, tal como los códigos de barras bidimensionales descritos a modo de ejemplo y no a modo de limitación.

30 Lo que viene a continuación analiza una prueba práctica que se realizó sobre realizaciones de la invención.

La fig. 6 ilustra una implementación simplificada 170 del aparato de medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva de la fig. 2 usando una muestra en un transductor piezoeléctrico (PZT). Los mismos números de referencia indican las mismas funciones que se muestran en la fig. 2. La fuente de láser pulsado 35 de banda ancha 54 está acoplada a una fibra 172 a través del circulador óptico 64 a través de una fibra del lado del objetivo 174 hasta un colimador de fibra 176. El haz de espacio libre 178 producido como salida del colimador 176 es dirigido a la rejilla de difracción 34 creando un patrón de dispersión 182, pasando a través de la lente 36 y dirigido sobre una muestra 38 sobre una etapa de traslación piezoeléctrica 186 acoplada a una montura 188. Tal como se describió con respecto a la fig. 2, la luz reflejada pasa de vuelta a través de la instalación y es separada por el 40 circulador óptico 64 dentro de la fibra de medición 190 desde la cual se realiza la transformada de Fourier dispersiva usando una fibra de compensación de dispersión (DCF). A modo de ejemplo y no de limitación, la DCF 40 se muestra en su entrada con un primer multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 192 acoplado a la fibra 194 para su conexión a una primera fuente de bombeo. En la salida de la DCF 40 está un segundo multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 196 acoplado a la fibra 198 para su conexión a una segunda fuente de bombeo. 45 La salida de la transformada de Fourier es dirigida al detector 42, representado como un fotodiodo, y a un dispositivo de medición 200, representado en este documento como un osciloscopio. Se reconocerá que en la instalación de prueba mostrada, el osciloscopio prevé la visualización del patrón de onda y evaluar de este modo si los patrones de onda generados por el dispositivo pueden ser registrados correctamente usando dispositivos y metodologías de procesamiento de señales digitales. Se entenderá claramente que el osciloscopio se usó en la prueba del aparato

50 óptico, mientras que en aplicaciones automatizadas se utilizaría un dispositivo procesador informático para analizar las señales y, por lo tanto, leer el objetivo en respuesta a las señales recibidas desde el resto de los aparatos.

La fuente óptica 54 en esta realización de ejemplo comprendía un láser de fibra de femtosegundo con bloqueo de modo con una longitud de onda central de 1560 nm, una frecuencia de repetición de 100 MHz, y una potencia media 55 de salida de 20 mW. Hacer pasar la luz láser a través de una fibra de elevada no linealidad aumenta su anchura de banda a 15 nm. La frecuencia de repetición del láser se reduce a 25 MHz mediante un selector de impulsos (no mostrado en la fig. 6). Después del selector de impulsos y el circulador óptico de fibra, la luz láser en la fibra 174 tiene una potencia media de 5 mW. El colimador de fibra 176 colima la luz láser en el espacio libre sobre la rejilla de difracción 34 la cual, en este caso de prueba, tiene una densidad de ranuras de 1200 líneas/mm y una eficiencia de

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reflexión del 90 %. La rejilla de difracción dispersa espacialmente la luz de banda ancha separando las longitudes de onda del haz de sonda.

La fig. 7 representa el objetivo mostrado en la fig. 6 el cual, a modo de ejemplo, comprende una guía de ondas de

5 silicio, con el Si protegido por dióxido de silicio, y que tiene películas de aluminio delgadas adyacentes. Las secciones de película de aluminio en este ejemplo se muestran como de 80 µm de anchura con una aleta de silicio intermedia de 5 µm. El silicio y el dióxido de silicio son transparentes y las películas de aluminio son altamente reflectantes alrededor de 1560 nm. Como la invención se presta a su uso con una amplia variedad de tipos y tamaños de objetivos, las mediciones del objetivo relatadas anteriormente sólo son importantes en la medida en que

10 permitan la comprensión de cómo los resultados medidos, descritos más adelante, se relacionan con el objetivo específico que es leído.

La fig. 8 es un gráfico que representa una comparación de los espectros de la luz de sonda reflejada de la muestra fig. 7, y un espejo usado como referencia. El haz dispersado espacialmente es colimado por una lente sobre una

15 muestra, la cual en este ejemplo es la guía de ondas de silicio de la fig. 7. La muestra de guía de ondas de silicio está montada en un transductor piezoeléctrico (PZT), tal como se muestra en la fig. 6, el cual está conectado a una montura óptica que tiene una gran masa.

El láser pulsado es dirigido sobre la muestra 38 tal como se muestra en la fig. 6, y la reflexión regresa al colimador

20 de fibra 176 a través de la rejilla de difracción 34. El circulador óptico guía la luz reflejada hacia la fibra de compensación de dispersión (DCF) con una dispersión de -1512 ps/nm y una pérdida óptica de 9 dB. La DCF correlaciona el espectro de entrada, el cual es el perfil de reflectividad transversal unidimensional codificado espectralmente de la muestra, con una forma de onda en el dominio del tiempo. Los multiplexores por división de longitud de onda (WDM) combinan, (el primer WDM) y eliminar (el segundo WDM), una bomba Raman a 1470 nm

25 con, y de, la luz reflejada antes y después de la DCF.

Se usa un fotodetector, tal como con un tiempo de respuesta de 50 ps en este ejemplo, para detectar la salida dispersada temporalmente de la DCF. Según la fórmula dada por D. Yelin, I. Rizvi, W. M. White, J. T. Motz, T. Hasan, B. E. Bouma, y G. J. Tearney, en el documento “Three-dimensional miniature endoscopy”, Nature 443, 765

30 (2006), el número de puntos resolubles es aproximadamente 64 basado en la densidad de ranuras de la rejilla, la longitud de onda central, la anchura de banda, y el diámetro del haz de sonda, y el ángulo de Littrow. Basándose en la frecuencia de repetición del láser (25 MHz), la resolución temporal de este dispositivo de formación de imágenes mediante la transformada de Fourier dispersiva es 40 ns.

35 En la fig. 8, el espectro de la luz reflejada para una muestra de espejo dieléctrico se muestra como la curva acampanada superior, mientras que el espectro para la guía de ondas de silicio aparece en la curva inferior que tiene el “rebaje” o “depresión” en mitad de la curva. La longitud de onda mostrada en el gráfico está calibrada a la distancia en el eje X. Comparando los dos espectros, el que tiene la guía de ondas de silicio muestra claramente una depresión que corresponde a la parte de baja reflectividad de la muestra, es decir, la guía de ondas de silicio

40 revestida por dióxido de silicio mostrada en la fig. 7.

La fig. 9 representa el perfil de reflectividad calibrado de la muestra de la fig. 7, en respuesta a las mediciones representadas en la fig. 8. Se observará que surge un pico muy pronunciado alrededor de 40 µm.

45 La fig. 10 representa otro gráfico de perfil de reflectividad calibrado de la muestra de la fig. 7 basado en la medición tomada en la instalación de prueba de la fig. 6 en diferentes momentos cuando la muestra es escaneada lateralmente mediante el uso de la etapa de traslación piezoeléctrica. El perfil de reflectividad calibrado de la muestra medida se muestra en cuatro momentos diferentes (0 µs, 25 µs, 50 µs, y 75 µs) cuando el PZT es escaneado con una función de rampa de manera que el PZT traslada la muestra en la dirección mostrada en la fig.

50 6. La guía de ondas de silicio transmite la mayoría del haz de sonda mientras que las películas de aluminio lo reflejan de vuelta hacia la fuente óptica. Aunque el periodo de adquisición de imagen es 40 nm, aquí sólo se traza uno de cada 625 barridos (un barrido cada 25 µs) por claridad. El desplazamiento rápido de la muestra fue captado claramente.

55 La fig. 11 representa el espectro de la luz de sonda reflejada desde la muestra de la fig. 7, con y sin amplificación Raman distribuida en la fibra dispersiva en diferentes niveles de potencias de bombeo. Cuando la muestra es un reflector débil, la señal de reflexión débil puede ser enmascarada por el ruido electrónico del fotodetector. La figura ilustra que la relación señal/ruido puede aumentarse amplificando ópticamente la potencia de la luz reflejada débil. En esta demostración, se usa la amplificación Raman distribuida para potenciar la señal de reflexión débil muy por

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encima del ruido del detector. El crecimiento de la señal a diferentes potencias de bombeo (40 mW, 80 mW, y 120 mW) resulta evidente en la figura.

La fig. 12 ilustra una realización de ejemplo 210 del aparato de lectura de códigos de barras mediante la

5 transformada de Fourier dispersiva de la fig. 2, aunque el aparato es similar al que se muestra en la fig. 6, excepto por el uso de una lente de enfoque diferente y la dirección del aparato a un objetivo diferente, específicamente una muestra de código de barras. La lente de enfoque de la fig. 6 se sustituyó por una lente esférica en la fig. 11, tal como que tenga una distancia focal de 100 mm en este ejemplo. Considerando este ejemplo, se cambió la expansión del haz para aumentar el tamaño de punto en la rejilla de difracción. Estas modificaciones tuvieron como

10 resultado un mayor número de puntos resolubles (145). Aquí en este ejemplo, se utiliza como muestra un código de barras para demostrar la lectura ultrarrápida de códigos de barras.

En esta implementación simplificada 210 de la medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva el aparato está dirigido a una muestra de código de barras. El uso de los mismos números de referencia 15 indica las mismas funciones. Una fuente de láser pulsado de banda ancha 54 está acoplada a una fibra 172 a través de un circulador óptico 64 a través de una fibra del lado del objetivo 174 hasta un colimador de fibra 176. El haz de espacio libre 178 producido como salida del colimador 176 es dirigido a la rejilla de difracción 34 creando un patrón de dispersión 182, pasando a través de la lente 212 y dirigido sobre un código de barras 214. La luz reflejada pasa de vuelta a través de la instalación y es separada por el circulador óptico 64 dentro de la fibra de medición 190 20 desde la cual se realiza la transformada de Fourier dispersiva usando una fibra de compensación de dispersión (DCF). A modo de ejemplo y no de limitación, la DCF 40 se muestra en su entrada con un primer multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 192 acoplado a la fibra 194 para su conexión a una primera fuente de bombeo. En la salida de la DCF 40 está un segundo multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 196 acoplado a la fibra 198 para su conexión a una segunda fuente de bombeo. La salida de la transformada de Fourier es dirigida al

25 detector 42, representado como un fotodiodo, y a un dispositivo de medición 200, representado en este documento como un osciloscopio. Se reconocerá que en la instalación de prueba mostrada, el osciloscopio prevé la visualización del patrón de onda y evaluar de este modo si los patrones de onda generados por el dispositivo pueden ser registrados correctamente usando dispositivos y metodologías de procesamiento de señales digitales.

30 La fig. 13 representa la respuesta de forma de onda procedente de la instalación de prueba de la fig. 12, en la que se muestra un gráfico de una medición de código de barras unidimensional de un solo disparo con un fondo del código de barras de muestra. En este ejemplo, la muestra de código de barras está compuesta por una película transparente con barras negras impresas sobre ella. La figura también muestra el perfil de reflectividad calibrado del código de barras medido con el eje de longitud calibrado encima de la figura. El perfil de reflectividad medido se

35 compara fácilmente (buen acuerdo) con la muestra de código de barras que muestra 1001010100 al cabo de sólo 17 ns. La frecuencia de barrido es 25 MHz, que indica que un barrido sólo tarda 40 ns. Esta demostración establece firmemente la viabilidad de la lectura de códigos de barras mediante la transformada de Fourier dispersiva según realizaciones de la presente invención.

40 La fig. 14 ilustra una realización de ejemplo 250 de una medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva bidimensional tal como se muestra en la fig. 4. En esta implementación simplificada de la medición de reflectividad mediante la transformada de Fourier dispersiva el aparato está dirigido a un código de barras bidimensional u otra muestra.

45 El uso de los mismos números de referencia indica las mismas funciones. Una fuente de láser pulsado de banda ancha 54 está acoplada a una fibra 172 a través de un circulador óptico 64 a través de una fibra del lado del objetivo 174 hasta un colimador de fibra 176. El haz de espacio libre 178 producido como salida del colimador 176 es dirigido a través de una primera lente252, con preferencia, cilíndrica, a un dispersor de red en fase de imagen virtual (VIPA) de alta resolución 254 cuya salida 256 es dirigida a través de una segunda lente 258, con preferencia, esférica, que

50 impacta en la rejilla de difracción 262 creando un arcoíris 2D o patrón de dispersión 264, el cual impacta en la muestra 266. La luz reflejada pasa de vuelta a través de la instalación y es separada por el circulador óptico 64 dentro de la fibra de medición 190 desde la cual se realiza la transformada de Fourier dispersiva usando una fibra de compensación de dispersión (DCF). A modo de ejemplo y no de limitación, la DCF 40 se muestra en su entrada con un primer multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 192 acoplado a la fibra 194 para su conexión a una

55 primera fuente de bombeo. En la salida de la DCF 40 está un segundo multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 196 acoplado a la fibra 198 para su conexión a una segunda fuente de bombeo. La salida de la transformada de Fourier es dirigida al detector 42, representado como un fotodiodo, y a un dispositivo de medición 200, representado en este documento como un osciloscopio. Se reconocerá que en la instalación de prueba mostrada, el osciloscopio prevé la visualización del patrón de onda y evaluar de este modo si los patrones de onda generados por

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el dispositivo pueden ser registrados correctamente usando dispositivos y metodologías de procesamiento de señales digitales. Los datos en el dominio del tiempo 1D detectados son clasificados digitalmente en una matriz 2D, que representa una imagen 2D de la muestra.

5 La fig. 15 ilustra una implementación simplificada 270 de un aparato de medición de transmisividad mediante la transformada de Fourier dispersiva, que es similar al mostrado en la fig. 6 y otras, aunque está dirigido a leer la luz transmitida que pasa a través de la muestra, en lugar de la luz reflejada. También debería apreciarse que la lectura de la luz transmitida puede combinarse con realizaciones que leen la luz reflejada, de manera que pueden registrarse tanto la luz reflejada como la transmitida, ya que pueden ser adecuadas para aplicaciones seleccionadas

10 de la tecnología. La muestra 38 se muestra como un espacio dentro del cual la muestra está retenida, contenida, o pasa a través, durante el análisis. Debería apreciarse que, como en cada una de las otras realizaciones, la muestra puede ser una superficie codificada, un material sólido, un líquido, o un material gaseoso, o combinaciones de los mismos.

15 Los mismos números de referencia indican las mismas funciones que se muestran en otras figuras. Una fuente de láser pulsado de banda ancha 54 está acoplada a una fibra 172 hasta un colimador de fibra 176. El haz de espacio libre 178 producido como salida del colimador 176 es dirigido a una primera rejilla de difracción 34a que crea un patrón de dispersión 182, que pasa a través de una primera lente 36a y dirigido sobre una muestra 38. La luz que se transmite a través de la muestra 38 es dirigida a través de una segunda lente 36b, sobre una segunda rejilla de

20 difracción 34b y sobre el colimador 272 y la fibra de medición 274 desde la cual se realiza la transformada de Fourier dispersiva usando una fibra de compensación de dispersión (DCF) 40. A modo de ejemplo y no de limitación, la DCF 40 se muestra en su entrada con un primer multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 192 acoplado a la fibra 194 para su conexión a una primera fuente de bombeo. En la salida de la DCF 40 está un segundo multiplexor por división de longitud de onda (WDM) 196 acoplado a la fibra 198 para su conexión a una segunda fuente de

25 bombeo. La salida de la transformada de Fourier es dirigida al detector 42, representado como un fotodiodo, y a un dispositivo de procesamiento de señales 280.

Por consiguiente, se apreciará que la luz transmitida a través de la muestra puede considerarse en general como el complemento de la luz reflejada, ya que la luz que incide sobre la muestra es o bien reflejada, o bien transmitida (a

30 menos que sea absorbida, lo cual sólo ocurre en formas seleccionadas de muestras). Variaciones de la instalación mostrada en la fig. 15 también pueden estar adaptadas para interferometría, en la cual la fase de los objetos transparentes es detectada por el aparato de procesamiento de señales en respuesta a la luz recibida a través del resto del aparato.

35 Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar procedimientos y aparatos para leer un objetivo en una o más dimensiones a las cuales está dirigido un haz de sonda pulsado. La presente enseñanza puede aplicarse en una diversidad de aparatos y aplicaciones.

Aunque la descripción anterior contiene muchos detalles, estos no deberían interpretarse como limitativos del

40 alcance de la invención sino que simplemente proporcionan ilustraciones de algunas de las realizaciones actualmente preferidas de esta invención. Por lo tanto, se apreciará que el alcance de la presente invención engloba otras realizaciones, y que el alcance de la presente invención ha de estar limitado en consecuencia nada más que por las reivindicaciones adjuntas, en las cuales la referencia a un elemento en singular no pretende significar “uno y sólo uno” a menos que se establezca explícitamente, sino más bien “uno o más”. Por otra parte, no es necesario que

45 un dispositivo o procedimiento se ocupe de todos y cada uno de los problemas que intenta resolver la presente invención, para que estén englobado por las presentes reivindicaciones. Además, ningún elemento, componente, o etapa de procedimiento en la presente descripción pretende estar dedicado al público independientemente de si el elemento, componente, o etapa de procedimiento se relata explícitamente en las reivindicaciones.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un aparato (20, 52, 88, 124, 170, 210, 250, 270) para leer patrones y detectar desplazamientos, que comprende:

   5 un medio (22, 54, 90, 126) para generar un haz de sonda pulsado de banda ancha (178);

   un medio (34, 66, 108, 144, 262, 340) para correlacionar mediante la transformada de Fourier del espectro de dicho haz de sonda pulsado con un dominio espacial para formar un haz óptico dispersado espacialmente (182) dirigido a 10 un objetivo (38, 70, 110, 146, 214), en el que dicho objetivo (38, 70, 110, 146, 214) ha de ser leído;

   un medio (34, 66, 108, 144, 262, 34b) para formar una señal óptica de respuesta basándose en la energía óptica procedente del objetivo;

   15 un medio (40, 72, 112, 148) para la transformada de Fourier dispersiva de dicha señal óptica de respuesta para convertir dicha señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo; y

   un medio (42, 200, 78, 114, 154) para detectar y analizar dicha forma de onda en el dominio del tiempo para determinar patrones y/o desplazamientos dentro del objetivo que es leído. 20
2. 2. Un aparato (1709 según la reivindicación 1, en el que dicha señal óptica de respuesta se crea en respuesta a la energía óptica que es reflejada desde el objetivo (38) y/o la energía óptica que es transmitida a través del objetivo.

   25 3. Un aparato (170) según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho haz de sonda y dicha señal óptica de respuesta son transportados a través del aire libre, fibra óptica, o a través de una combinación del aire libre y fibra óptica.
3. 4. Un aparato (20) según la reivindicación 1, 2, o 3, en el que dicho medio para generar dicho haz de 30 sonda pulsado de banda ancha comprende:

   un láser (22) configurado para generar impulsos; o

   un medio (28) para generación de supercontinuo para ensanchar la anchura de banda espectral de la luz que emana 35 de una fuente óptica (22).
4. 5. Un aparato según la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende además:

   un medio (24) para seleccionar impulsos seleccionados de un tren de impulsos generado por dicho medio para 40 generar un haz de sonda pulsado de banda ancha (22) y/o

   un medio (26, 30) para amplificación y/o filtrado acoplado a dicho medio (22) para generar un haz de sonda pulsado de banda ancha para aumentar la relación señal/ruido y la sensibilidad de detección de dicho haz de sonda pulsado; y/o

   45 un amplificador de fibra (26) dispuesto antes, dentro de, o después de dicho medio (34) para la transformada de Fourier dispersiva con una luz de onda continua o una luz pulsada que bombea dicho amplificador de fibra (26); y/o

   un medio para separar (64) dicho haz de bombeo pulsado (172) dirigido hacia el objetivo (38), de la señal óptica de 50 respuesta que regresa del objetivo (38).
5. 6. Un aparato (170) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho medio (34) para correlacionar mediante la transformada de Fourier del espectro con el dominio espacial comprende un elemento dispersivo.

   55
6. 7. Un aparato (170) según la reivindicación 6, en el que dicho elemento dispersivo comprende:

   una rejilla de difracción para separar la longitud de onda de dicho haz de sonda pulsado; o

   18

   un prisma; o

   un dispersor de red en fase de imagen virtual.

   5 8. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho medio para la transformada de Fourier dispersiva para convertir dicha señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo comprende un elemento para inducir dispersión de velocidad de grupo.
7. 9. Un aparato (170) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho medio (34) para la

   10 transformada de Fourier dispersiva comprende un elemento dispersivo y/o un elemento óptico con chirp para inducir dispersión de velocidad de grupo al convertir dicha señal óptica de respuesta en una forma de onda en el dominio del tiempo.
8. 10. Un aparato (20) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho medio (42, 44, 46, 15 48, 50) para detectar y analizar dicha forma de onda en el dominio del tiempo comprende:

   al menos un elemento fotosensible (42);

   un digitalizador (48) acoplado a dicho elemento fotosensible (42), configurado dicho digitalizador (48) para convertir 20 la forma de onda óptica en una señal digital; y

   un procesador de señales digitales (50) configurado para analizar dicha señal digital para leer el objetivo (38).
9. 11. Un aparato (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además amplificación 25 y/o filtrado óptico antes, dentro de, o después de dicho medio (40) para la transformada de Fourier dispersiva.
10. 12. Un aparato según la reivindicación 11, en el que dicha amplificación óptica se realiza usando dispersión estimulada de Raman, un amplificador de semiconductor, o un amplificador de fibra.

    30 13. Un aparato (52) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un medio (74, 76, 86) para realizar una detección correspondiente a la correlación de base de datos óptica sobre el objetivo (70).
11. 14. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende además:

    35 un modulador electroóptico dispuesto antes de la conversión de dicha señal óptica de respuesta en una señal eléctrica; y

    una base de datos acoplada a dicho modulador electroóptico para controlar la modulación óptica;

    40 en el que un patrón esperado es recibido desde la base de datos y su conjugado aplicado a dicho modulador electroóptico;

    en el que la detección correspondiente a la correlación del objetivo con la base de datos se realiza en respuesta a si 45 la señal óptica de respuesta que se detecta tiene o no un pico de correlación.
12. 15. Un aparato (52) según la reivindicación 13, en el que dicho medio para realizar la correlación de base de datos óptica comprende:

    50 un generador de patrones (74) configurado para generar patrones de correlación basándose en la información procedente de una base de datos de un conjunto de objetivos dentro del cual debería encontrarse el objetivo actual;

    un modulador de amplitud (76) acoplado a dicho generador de patrones, estando configurado dicho modulador de amplitud para modular la señal óptica de respuesta; y

    55 un medio para detección de umbral de la señal óptica de respuesta modulada en amplitud para indicar la correlación positiva o negativa entre el objetivo y el patrón de correlación recibido desde dicha base de datos usados para modular la amplitud de dicha señal óptica de respuesta.

    19
13. 16. Un aparato (170, 270) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho aparato está configurado para al menos uno de lo siguiente:

    leer el objetivo (38) ya sea en una dimensión o en dos dimensiones;

    5 leer el objetivo como un código de barras (214) usado en el seguimiento de artículos comerciales, el control en serie de placas de circuitos impresos, el control de trazabilidad de piezas de HDD, la clasificación automática en líneas transportadoras, el seguimiento de lectores de medios de PC, o la producción de obleas;

    10 leer el objetivo (38) en una aplicación seleccionada del grupo de campos de aplicación constituido por la bioinformática, el seguimiento de especímenes médicos, el seguimiento de bancos de células madre, bancos de esperma, y/o el uso en bancos de secuencias de ADN;

    leer el objetivo (38) al realizar detección de desplazamiento a alta velocidad en ese objetivo (38) en el que, 15 opcionalmente, dicha detección de desplazamiento a alta velocidad comprende la medición de superficies ásperas y/o la medición de anchura y separación;

    realizar citometría de flujo detectando y/o midiendo el movimiento y las características morfológicas de partículas dentro de un fluido;

    20 leer el objetivo (38) en respuesta a diferencias de reflexión codificadas dentro de medios de almacenamiento óptico en los que, opcionalmente, dichos medios de almacenamiento óptico están formateados según un protocolo de almacenamiento deseado seleccionado del grupo de protocolos usado para codificar CD, DVD y discos Blu-ray; y

    25 detectar la presencia o ausencia de objetos físicos.
14. 17. Un procedimiento (10) de lectura de patrones y determinación de desplazamientos de un objetivo (38, 70, 110, 146, 214) que comprende:

    30 generar un haz de sonda pulsado desde una fuente óptica de banda ancha (22, 54, 90, 126);

    convertir dicho haz de sonda pulsado en un dominio espacial para formar un haz óptico dispersado espacialmente;

    dirigir (12) dicho haz óptico dispersado espacialmente a dicho objetivo; 35 formar una señal óptica de respuesta basándose en la luz procedente de dicho objetivo;

    convertir (14) la señal óptica de respuesta procedente del objetivo en una forma de onda en el dominio de tiempo; y

    40 detectar y analizar (18) dicha forma de onda en el dominio del tiempo, dentro de un procesador configurado para ejecutar instrucciones de programa desde una memoria, para leer patrones y/o determinar desplazamientos dentro del objetivo.

    20