JP2017508136A - 低ノイズ分光画像化システム - Google Patents
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Abstract
Description
δ=2β 式(4)
Λ=n・t 式(6)
Claims (27)
- サンプルのスペクトル・キューブを発生させるための、所望のスペクトル分解能を有するスペクトル画像化デバイスであって、
2次元画像を構築するために使用されるセンサの2次元アレイを含む画像センサと、
可変光源であって、当該可変光源から前記サンプルまで及び前記サンプルから前記画像センサまでのビーム経路に従う、前記所望のスペクトル分解能以下であるスペクトル幅を有する照明ビームを発生させる可変光源と、
前記可変光源と前記画像センサとの間の前記ビーム経路に沿って位置づけられている複数の屈折要素を含む光学アセンブリであって、互いに第1の分離距離だけ離間している第1の屈折要素及び第2の屈折要素を含む、光学アセンブリと、
所望の調整範囲内で複数の離散的な光周波数を発生させるように前記可変光源を制御し、複数の2次元の画像を構築するように前記画像センサを制御する制御システムと
を含み、
前記第1の屈折要素が、第1の要素光学厚さと前記光周波数依存透過率関数の第1のフーリエ空間成分とを有し、前記第2の屈折要素が、第2の要素光学厚さと前記光周波数依存透過率関数の第2のフーリエ空間成分とを有し、
各屈折要素の前記要素光学厚さと前記第1の分離距離とは、各屈折要素の前記光周波数依存透過率関数の前記フーリエ空間成分が前記所望のスペクトル分解能の2倍の前記逆数に等しい測定通過帯域から外れるように設定される、スペクトル画像化デバイス。 - 前記第1及び第2の屈折要素の前記要素光学厚さtが、t≧1/(2nΔv)又はt≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、前記第1の分離距離dが、d≧1/(2nΔv)又はd≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、ここで、nは前記それぞれの屈折要素の屈折率であり、Δvは前記所望のスペクトル分解能であり、v1は前記所望の調整範囲の下限であり、v2は前記所望の調整範囲の上限である、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記屈折要素のうちの少なくとも1つの前記要素光学厚さtが、t≧1/(2nΔv)又はt≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、前記第1の分離距離dが、d≧1/(2nΔv)又はd≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、ここで、nは前記屈折要素の屈折率であり、Δvは前記所望のスペクトル分解能であり、v1は前記所望の調整範囲の下限であり、v2は前記所望の調整範囲の上限である、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、スペクトル分解能と、前記ビーム経路中で最短の自由スペクトル領域を有する前記屈折要素の前記自由スペクトル領域を2で除算したもの以下である光周波数ステップのサイズとによってスペクトル画像を収集し、引き続いて、低域通過フィルタが、より低いスペクトル分解能で出力スペクトル画像を作成するように、前記スペクトル画像の各画素の前記スペクトル応答に適用される、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用する、請求項4に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用し、さらにデータを間引く、請求項4に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数の近くで、離散的な光周波数の組であって、当該組の隣接する光周波数が、前記ビーム経路に沿って含まれる前記寄生エタロンの前記光周波数依存透過率関数の前記フーリエ成分のエイリアシングを前記測定通過帯域内に生じさせないように十分小さい光周波数ステップだけ離間されている組を発生させるように前記可変光源を制御し、前記制御システムが、離散的な光周波数ごとに別個の2次元画像を構築するように前記画像センサを制御し、前記制御システムが、離散的な光周波数ごとに前記別個の2次元画像を使用して、前記目標光周波数での前記サンプルの出力画像を構築する、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数の近くで離散的な光周波数の組を発生させるために、Δvmodulation=±ηΔv/2の規定を満たす最大光周波数変調Δvmodulationを前記目標光周波数のまわりに生成するように前記可変光源を変調し、ここで、ηは0.1以上で100以下の値を有する定数であり、Δvは前記所望の光周波数スペクトル分解能である、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数のまわりに及びこれを貫いて離散的な光周波数の組を光周波数変調速度で発生させるよう、前記可変光源を変調し、前記画像センサが、前記光周波数変調速度の前記逆数よりも長い獲得時間の間、前記出力画像を獲得する、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記可変光源が、時間的にコヒーレントな照明ビームを放出し、前記所望の調整範囲が前記中赤外線の範囲である、請求項1に記載のスペクトル画像化デバイス。
- サンプルのスペクトル・キューブを発生させるための、所望のスペクトル分解能を有するスペクトル画像化デバイスであって、
2次元画像を構築するために使用されるセンサの2次元アレイを含む画像センサ構成要素と、
可変光源構成要素であって、当該可変光源から前記サンプルまで及び前記サンプルから前記画像センサまでのビーム経路に従う、前記所望のスペクトル分解能以下であるスペクトル幅を有する照明ビームを発生させる可変光源構成要素と、
前記可変光源構成要素と前記画像センサ構成要素との間の前記ビーム経路に沿って位置づけられている複数の屈折要素構成要素を含む光学アセンブリであって、各屈折要素構成要素が要素光学厚さを有する、光学アセンブリと、
所望の調整範囲内で複数の離散的な光周波数を発生させるように前記可変光源を制御し、複数の2次元の画像を構築するように前記画像センサを制御する制御システムと
を含み、
前記構成要素は前記ビーム経路に沿って互いに離間され、別個の分離距離が隣接する構成要素を前記ビーム経路に沿って分離させ、各要素光学厚さが測定通過帯域の外に外れる前記光周波数依存透過率関数のフーリエ空間成分を有するように設計され、各分離距離が前記測定通過帯域の外に外れる前記光周波数依存透過率関数のフーリエ空間成分を有するように設計され、前記測定通過帯域が前記所望の光周波数スペクトル分解能の2倍の前記逆数に等しい、スペクトル画像化デバイス。 - 各要素光学厚さtが、t≧1/(2nΔv)又はt≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、各分離距離dが、d≧1/(2nΔv)又はd≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、ここで、nは前記それぞれの屈折要素の屈折率であり、Δvは前記所望のスペクトル分解能であり、v1は前記所望の調整範囲の下限であり、v2は前記所望の調整範囲の上限である、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記屈折要素のうちの少なくとも1つの前記要素光学厚さtが、t≧1/(2nΔv)又はt≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、前記分離距離dのうちの少なくとも1つが、d≧1/(2nΔv)又はd≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、ここで、nは前記屈折要素の屈折率であり、Δvは前記所望のスペクトル分解能であり、v1は前記所望の調整範囲の下限であり、v2は前記所望の調整範囲の上限である、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、スペクトル分解能と、前記ビーム経路中で最短の自由スペクトル領域を有する前記屈折要素の前記自由スペクトル領域を2で除算したもの以下である光周波数ステップのサイズとによってスペクトル画像を収集し、引き続いて、低域通過フィルタが、より低いスペクトル分解能で出力スペクトル画像を作成するように、前記スペクトル画像の各画素の前記スペクトル応答に適用されて、作り出される、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用する、請求項14に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用し、さらに情報を間引く、請求項14に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数の近くで、離散的な光周波数の組であって、当該組の隣接する光周波数が、前記ビーム経路に沿って含まれる前記寄生エタロンの前記光周波数依存透過率関数の前記フーリエ成分のエイリアシングを前記測定通過帯域内に生じさせないように十分小さい光周波数ステップだけ離間されている組を発生させるように前記可変光源を制御し、前記制御システムが、離散的な光周波数ごとに別個の2次元画像を構築するように前記画像センサを制御し、前記制御システムが、離散的な光周波数ごとに前記別個の2次元画像を使用して、前記目標光周波数での前記サンプルの出力画像を構築する、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数の近くで離散的な光周波数の組を発生させるために、Δvmodulation=±ηΔv/2の規定を満たす最大光周波数変調Δvmodulationを前記目標光周波数のまわりに生成するように前記可変光源を変調し、ここで、ηは0.1以上で100以下の値を有する定数であり、Δvは前記所望の光周波数スペクトル分解能である、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、目標光周波数のまわりに及びこれを貫いて離散的な光周波数の組を光周波数変調速度で発生させるよう、前記可変光源を変調し、前記画像センサが、前記光周波数変調速度の前記逆数よりも長い獲得時間の間、前記出力画像を獲得する、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記可変光源が、時間的にコヒーレントな照明ビームを放出し、前記所望の調整範囲が前記中赤外線の範囲である、請求項11に記載のスペクトル画像化デバイス。
- サンプルのスペクトル・キューブを発生させるための、所望のスペクトル分解能を有するスペクトル画像化デバイスであって、
2次元画像を構築するために使用されるセンサの2次元アレイを含む画像センサと、
可変光源であって、当該可変光源から前記サンプルまで及び前記サンプルから前記画像センサまでのビーム経路に従う、前記所望のスペクトル分解能以下であるスペクトル幅を有する照明ビームを発生させる可変光源と、
前記可変光源と前記画像センサとの間の前記ビーム経路に沿って位置づけられている複数の屈折要素を含む光学アセンブリと、
所望の調整範囲内で複数の離散的な光周波数を発生させるように前記可変光源を制御し、複数の2次元の画像を構築するように前記画像センサを制御する制御システムであって、スペクトル分解能と、前記ビーム経路中で最短の自由スペクトル領域を有する前記屈折要素の前記自由スペクトル領域を2で除算したもの以下である光周波数ステップのサイズとによってスペクトル画像を収集し、引き続いて、低域通過フィルタが、より低いスペクトル分解能で出力スペクトル画像を作成するように、前記スペクトル画像の各画素の前記スペクトル応答に適用される、制御システムと
を含む、スペクトル画像化デバイス。 - 各要素光学厚さtが、t≧1/(2nΔv)又はt≦1/(2n(v2−v1))のいずれかによって規定され、ここで、nは前記それぞれの屈折要素の屈折率であり、Δvは前記所望のスペクトル分解能であり、v1は前記所望の調整範囲の下限であり、v2は前記所望の調整範囲の上限である、請求項21に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用する、請求項21に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記制御システムが、移動平均及びガウス・フィルタの少なくとも一方を利用する前記低域通過フィルタを適用し、さらに情報を間引く、請求項21に記載のスペクトル画像化デバイス。
- 前記可変光源が、時間的にコヒーレントな照明ビームを放出し、前記所望の調整範囲が前記中赤外線の範囲である、請求項21に記載のスペクトル画像化デバイス。
- サンプルのスペクトル・キューブを生成させるための、所望のスペクトル分解能を有するスペクトル画像化デバイスであって、
2次元画像を構築するために使用されるセンサの2次元アレイを含む画像センサと、
可変光源であって、当該可変光源から前記サンプルまで及び前記サンプルから前記画像センサまでのビーム経路に従う、前記所望のスペクトル分解能以下であるスペクトル幅を有する照明ビームを発生させる可変光源と、
前記可変光源と前記画像センサとの間の前記ビーム経路に沿って位置づけられている複数の屈折要素を含む光学アセンブリと、
制御システムであり、前記可変光源を制御して、目標光周波数の近くで離散的な光周波数の組を発生させるために、Δvmodulation=±ηΔv/2の規定を満たす最大光周波数変調Δvmodulationを前記目標光周波数のまわりに生成するように前記可変光源を変調し、ここで、ηは0.1以上で100以下の値を有する定数であり、Δvは前記所望の光周波数スペクトル分解能である制御システムとを含む、スペクトル画像化デバイス。 - 前記制御システムが、前記光周波数変調よりも長い獲得時間の間、前記出力画像を獲得するように前記画像センサを制御する、請求項26に記載のスペクトル画像化デバイス。
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