JP2019126723A - 光により物体を照らし検出する、方法及びファイバ−光学システム - Google Patents
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Abstract
Description
i)光ファイバの干渉性束の中の少なくとも1つの自由に選択可能な個々のファイバを、近位から照らす。
ii)束の光ファイバの遠位端面から離れた位置の部分反射手段において、少なくとも部分的に光を反射する。これにより、2本以上の個々のファイバを備える光ファイバの束の領域が、反射光によって遠位から照らされる。そして、反射光は、照らされた個々のファイバの虚像から発散する光に相当する光である。
iii)光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射光の空間強度分布を検出するか、あるいは光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射波に基準波を干渉的に重ね合わせることで生成される干渉パターンの空間強度分布を検出する。
iv)光ファイバの束の遠位で照らされた領域を介して伝送されて乱された反射光の単一位相差ΔΦを、少なくとも直接抽出するために、検出データを評価する。
v)光ファイバの束の遠位で照らされた領域の伝送特性を反映するシステム関数を決定する。
vi)光ファイバ束全体の伝送特性を反映するシステム関数を決定するために方法ステップi)からv)を繰り返す。
b)光の乱れを修正させて、光により光ファイバの束全体を近位から照らし、部分反射手段の後の光路に配置された物体を検出し、あるいは、光ファイバ束全体を近位から光の乱れを修正せずに照らすことに続いて、部分反射手段の後の光路内に配置された物体を、乱れを修正して検出する。
ここで、照明の乱れ修正は、個々に作動可能な要素を含む波面変調器との相互作用によって、システム関数の逆関数が照明システムによって発せられた光に与えられることによって行われる。ここでは、光ファイバの束の伝送の後、照明システムによる発光にほぼ相当する波動場が、部分反射手段の後の光路に配置された物体の近位照明に、利用可能である。
またここで、検出の乱れ修正は、物体との相互作用に続いて、光ファイバの束によって伝送されて乱された光の空間強度分布、又は、物体との相互作用に続いて、光ファイバの束によって伝送されて乱された光に干渉的に基準波を重ね合わせることで生成された干渉パターンの空間強度分布が、システム関数の逆関数を適用して数値的に修正されることにおいて、行われる。
2 検出部
21 基準波
3 ファイバ束
30 個々のファイバ
31 ファイバ束の遠位側
32 ファイバ束の近位側
33 ファイバ束の遠位から照らす波
34 近位端にて出現した、ファイバ束によって歪んだ波
35 光の乱れが修正された波
4 照明源
41 照明源から発せられた平らな波
5 ビームスプリッター
51 空間光変調器に向かってビームスプリッターによって反射された波
52 ビームスプリッターによって伝送される波
6 空間光変調器
61 空間光変調器によって反射され、個々のファイバを照らす波
62 空間光変調器に反射された、予め歪められた波
7 半透明鏡
8 ガイド用星印
Claims (19)
- 光によって物体(9)を照らし検知する方法が、以下の方法ステップa)及びb)を少なくとも備え、
a)光ファイバの干渉性束(3)を較正することであって、方法ステップa)は、
i)光ファイバの干渉性束(3)の、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から光で照らすことと、
ii)光ファイバの束(3)の一領域が反射光によって遠位から照らされるように、光ファイバの束(3)の遠位断面から離れた位置にある部分反射手段(7)にて、光を少なくとも部分的に反射することであって、一領域は個々のファイバ(30)の複数を備え、反射光は、照射された個々のファイバ(30)の虚像(8)から発散される光に相当する、光を少なくとも部分的に反射することと、
iii)光ファイバの束の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光の空間強度分布と、光ファイバの束の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光に参照波がコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の一方を検知することと、
iv)光ファイバの束(3)の遠位から照らされた領域で伝送されて乱される反射光の単一位相差ΔΦを少なくとも直接抽出するために、検出データを評価することと、
v)光ファイバの束(3)の遠位から照らされた領域の伝送特性を反映するシステム関数を決定することと、
vi)光ファイバの束(3)全体の伝送特性を反映するシステム関数を決定するため、下位の方法ステップi)からv)を繰り返すことと、
を、備え、
b)光の乱れを修正して、光ファイバの束(3)全体を近位から光で照らし、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)を検知することと、
未修正の光で光ファイバの束(3)全体を近位で照らしてから、光の乱れを修正して、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)を検知することと、
の一方を行うことであって、
照明の乱れの修正は、システム関数の逆関数を、照明システムから発せられた光に、個別に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)との相互作用によって加えること、において実行され、光ファイバの束(3)の伝送に続いて、照明システムに発せられた波動場に大部分相当する波動場は、部分反射手段(7)の後ろの光路上に配置された物体(9)の近位で照らすことに利用可能であり、
照明の乱れの修正は、システム関数の逆関数を使用して、物体(9)との相互作用後に光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の空間強化分布と、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光に参照波をコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の少なくとも一方を数値的に修正することにおいて実行されることを特徴とする、光によって物体を照らし検知する方法。 - 下位の方法ステップi)において、光ファイバの束(3)の個々のファイバ(30)の隣接していない少なくとも2本は近位から同時に照らされ、その画像によって下位の方法ステップii)で個々のファイバ(30)の少なくとも2つの虚像が生じ、光ファイバの束(3)の重ならない領域は遠位から照らされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 下位の方法ステップi)において、少なくとも1つの第1の照明源によって、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らし、
方法ステップb)において、コヒーレントな光ファイバの束(3)全体を、光の乱れを修正又は修正せず第2の照明源によって近位から照らすことが実行されること、あるいは
下位の方法ステップi)の、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らすことと、方法ステップb)の、光の乱れを修正又は修正せずに光ファイバ(30)の束全体を近位から照らすこととは、正確に一つの照明源(4)で実行され、自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を近位から照らすことを少なくとも目的として、光は、照明源(4)と干渉性光ファイバの束(3)との間の光路上に配置された波面変調器(6)と相互作用することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 - 部分反射手段(7)は、光の波長に依存して、光ファイバの束(3)の遠位側に、光の大部分を反射するか、光の大部分を透過することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 部分反射手段(7)は、光の偏光状態に依存して、光ファイバの束(3)の遠位側に、光の大部分を反射するか、光の大部分を透過することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 検出データを評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光の少なくとも位相情報を抽出こととは、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光に基準波を干渉的に重ね合わせて生成された干渉パターンの空間強度分布のデジタルホログラフィーによって実行されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 検出データを評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される反射光の少なくとも位相情報を空間強度分布から抽出することとは、位相回復法による数値的再構築によって実行されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 自由に調整可能な光パターンが、光ファイバの束(3)の遠位端に生成されることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 光によって物体(9)を照らし検知するファイバ−光学システム(1)において、
光ファイバの干渉性束(3)と、
光ファイバの干渉性束(3)を近位から照らす照明システムと、
光ファイバの束(3)の遠位断面と、遠位断面から離れたところの物体(9)との間に、照明システムから発せられた光の光路に配置された光の部分反射手段(7)と、
光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の空間強度分布と、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光に参照波をコヒーレントに重ね合わされて生成された干渉パターンの空間強度分布と、の一方を検出する検出手段(2)と、
検出された光を評価することと、光ファイバの束(3)に伝送されて乱される光の少なくとも位相情報を決定することとを少なくとも行う信号処理プラットフォームと、
を備えて、
照明システムは、光ファイバの束(3)を較正するために光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本を照らし、かつ物体(9)の観察のため光ファイバの束(3)全体を照らすように設計されたことを特徴とする、
ファイバ−光学システム(1)。 - 照明システムは、少なくとも1つの照明源(4)と、個々に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)とを備え、波面変調器(6)は光ファイバの束(3)の近位断面と少なくとも1つの照明源(4)との間の光路上に配置されてあって、波面変調器(6)の複数の要素は、光ファイバの束(3)を較正するために、光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本が、少なくとも1つの照明源(4)に照らされるように配向可能であることを特徴とする、請求項9に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 照明システムは、少なくとも2つの照明源を備え、光ファイバの束(3)の自由に選択可能な個々のファイバ(30)の少なくとも1本は、光ファイバの束(3)の較正のために少なくとも1つの第1の照明源に照らされ、光ファイバの束(3)全体は、物体(9)の観察のため第2の照明源に照らされることを特徴とする、請求項9に記載のファイバ−光学システム。
- 個々に作動可能な複数の要素を備える波面変調器(6)は、束(3)の光ファイバの近位断面と、照明システムとの間の光路上に配置されてあって、
光ファイバの束(3)に伝送されて生じた光の乱れの逆数が、波面変調器(6)の複数の要素における反射によって、物体(9)を照らして検出するために照明システムから発せられて乱されていない光に与えられるように、波面変調器(6)の複数の要素が信号処理プラットフォームにより作動可能であることを特徴とする、請求項9から11のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。 - 調整可能な光パターンが、波面変調器(6)の個々に作動可能な複数の要素によって光ファイバの束(3)の遠位端に生成されることを特徴とする、請求項12に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 波面変調器(6)が、デジタル局所空間光変調器であることを特徴とする、請求項12又は13に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 光の部分反射手段(7)が、波長に依存するビームスプリッターとして機能する反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 光の部分反射手段(7)が、偏光状態に依存するビームスプリッターとして機能する反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 光の部分反射手段(7)が、半透明反射面を備えることを特徴とする、請求項9から14のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 検出手段(2)が、CCDカメラ又はCOMOSカメラを備えることを特徴とする、請求項9から17のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
- 信号処理プラットフォームが、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)と、画像処理ユニットとの少なくとも一方を備えることを特徴とする、請求項9から18のいずれか一項に記載のファイバ−光学システム(1)。
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