JP2019507871A - 動く対象のパラメータをモニタする方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
β=(4πtanα)/λ≒(4πα)/λ (式1)
ここで、αは対象照明面の時間変化傾斜角、λは照明波長である。対象の時間的な傾き動作は、スペックルパターンの変化に比例する。
建設的干渉:ΔL=±nλ
破壊的干渉:ΔL=±{n+(1/2)}λ (式2)
ここで、ΔLは2本の光路長の差であり、nは照明波長の数である。縞のイメージングにおける動きを解析することにより、対象物光路の速度変化を抽出することができる。長さの差における照明波長の数により、縞パターンイメージングの周波数移動が倍増する。例えば、(心臓ビットのような)約1−2Hzの周波数および約532nmのレーザ波長照明を伴うΔL=1mmの対象移動の場合、縞パターンの動きは約1880〜3760Hzの周波数範囲となる。
cos(λf3kt)cos(λf2kt)={cos(f3−f2)λkt+cos(f3+f2)λkt}/2 (式3)
ここで、f3、f2は対象物とレーザそれぞれの周波数であり、kは波数である。
Claims (26)
- 動く対象の少なくとも1つの運動パラメータをモニタするための撮像システムであって、
少なくとも1の撮像ユニットを具え、当該撮像ユニットは、前記動く対象を像面上に結像させ、前記動く対象を示す画像データをx−y平面上に生成するように構成され、
前記撮像ユニットは、3次元空間における動きの6自由度の異なる要素を横方向の平行移動に変換することにより、少なくとも1の運動パラメータを、前記運動パラメータと空間的画像空間との間の幾何学的関係へと光学的変換するように構成され動作可能な光学変換器を具え、
前記撮像システムは、前記動きの6自由度を示すモーションデータを生成することを特徴とする撮像システム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、前記光学変換器は、フーリエ変換、メリン変換、rが半径座標でθが角座標であるとき(log(r),θ)にするデカルト座標変換といった座標変換、または円調和変換のうちの少なくとも1つを適用することを特徴とする撮像システム。
- 請求項1または2に記載のシステムにおいて、前記撮像ユニットは、対象面における対象の非合焦画像を提供し、二次スペックルパターンのシーケンスを収集し、二次スペックルパターンのシーケンスに現れる対象の領域間の少なくとも1つのシフトを特定し、それによって、傾斜面に沿った対象の動きを示すモーションデータと、x−y平面内の画像データとを提供するように選択的に動作可能であることを特徴とする撮像システム。
- 請求項1または2に記載のシステムにおいて、前記対象面における対象に焦点が合わず、複数の連続した二次スペックルパターンを収集することにより、対象の画像を示すデータをx−y平面内に生成し、対象の少なくとも第1および第2の画像に現れる対象の領域間の少なくとも1つのシフトを特定し、それにより、傾斜次元に沿った対象の動きを示すデータと、x−y平面内の画像データとを提供するスペックルパターン収集ユニットを具えることを特徴とする撮像システム。
- 請求項3または4に記載のシステムにおいて、二次スペックルパターンの一部を収集するためのピンホールをさらに具えることを特徴とする撮像システム。
- 動く対象の少なくとも1つの運動パラメータをモニタするための撮像システムであって、当該システムが、
検出器を有する撮像ユニットと、
前記対象の位相シフトを示す干渉パターンを、z軸に沿った時間的変化を示すものとして検出するように構成され動作可能な干渉計モジュールとを具え、前記干渉計モジュールは、少なくとも部分的にコヒーレントな光ビームを受け、当該ビームを実質的に同一の光路に沿って伝播する対象物ビームと参照ビームとに分割するように構成された少なくとも1のビームスプリッタ/コンバイナと、前記参照ビーム光路内に配置され、前記ビームスプリッタ/コンバイナを介して前記参照ビームを前記検出器に向けて反射するように構成された少なくとも1のミラー構成であって、前記ビームスプリッタ/コンバイナで前記参照ビームが対象の応答と干渉して前記対象物ビームと相互作用するミラー構成とを具え、
前記少なくとも1のミラー構成は、所定の周波数で変位して干渉パターンの制御可能な時間変調を誘導するように構成されることを特徴とする撮像システム。 - 請求項6の撮像システムにおいて、前記撮像ユニットは、対象面における対象の非合焦画像を提供し、二次スペックルパターンのシーケンスを収集し、二次スペックルパターンのシーケンスに現れる対象の領域間の少なくとも1つのシフトを特定し、それによって、傾斜面に沿った対象の動きを示すモーションデータと、x−y平面内の画像データとを提供するように選択的に動作可能であることを特徴とする撮像システム。
- 請求項7に記載のシステムにおいて、少なくとも部分的にコヒーレントな光の光源を具えることを特徴とする撮像システム。
- 請求項7または8に記載のシステムにおいて、前記光源が、照射セッションと検出セッションとの間の相関を可能にするように選択された変調周波数を有するパルス光を生成することを特徴とする撮像システム。
- 請求項7乃至9のいずれかに記載のシステムにおいて、前記参照光路内に配置され、前記参照光路及び前記対象物光路に沿って伝播する光の強度を等しくするように構成されたフィルタをさらに具えることを特徴とする撮像システム。
- 請求項7乃至10のいずれかに記載のシステムにおいて、前記参照光路の下流の前記検出器の間に配置されたフィードバック回路をさらに具え、前記フィードバック回路は周波数逓倍を補正するように構成されていることを特徴とする撮像システム。
- 請求項7乃至11のいずれかに記載のシステムにおいて、前記撮像ユニットは、前記干渉パターンを収集するように構成され動作可能な前記干渉計測モジュールを具えることを特徴とする撮像システム。
- 請求項7乃至12のいずれかに記載のシステムにおいて、前記対象を支持し、当該対象に周期的な刺激を与えるための支持面を含むことを特徴とする撮像システム。
- 動く対象の少なくとも1つの運動パラメータをモニタする方法であって、
3次元空間における動きの6自由度の異なる成分を横方向の平行移動に変換することによって、動きの少なくとも1つのパラメータに光学変換を適用して、動きのパラメータと空間的画像空間の間の幾何学的関係を提供するステップと、
前記動く対象を像面上に結像させるステップと、
動きの6自由度を示すモーションデータを生成するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、前記光学変換は、フーリエ変換、円調和変換、メリン変換、rが半径座標でθが角座標であるとき(log(r),θ)にするデカルト(x,y)座標変換といった座標変換のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする方法。
- 請求項14または15に記載の方法において、前記光学変換の適用は、第1および第2の光路に沿って伝搬する第1および第2のビーム内の電磁ビームを分離するステップと、第1の光路に撮像ユニットを配置し、二次スペックルパターンのシーケンスを前記撮像ユニットで収集するステップであって、前記二次スペックルパターンのシーケンスは、前記動く対象から変位した面に焦点が合っている、ステップと、前記二次スペックルパターンのシーケンスに現れる前記対象の領域間の少なくとも1つのシフトを特定するステップとを含むことを特徴とする方法。
- 請求項14乃至16のいずれかに記載の方法において、前記対象の位相シフトを示す干渉パターンを、z軸に沿った時間的変化を示すものとして検出するステップを含むことを特徴とする方法。
- 動く対象の少なくとも1つの運動パラメータをモニタする方法であって、
前記動く対象を像面上に結像させるステップと、
前記対象の位相シフトを示す干渉パターンを、z軸に沿った時間的変化を示すものとして検出するステップと、
前記干渉パターンの制御可能な時間変調を制御可能に誘導するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 請求項18に記載の方法において、電磁ビームを第1および第2の光路に沿って伝搬する第1および第2のビームに分割するステップと、前記第1の光路に撮像ユニットを配置し、二次スペックルパターンのシーケンスを前記撮像ユニットで収集するステップであって、前記二次スペックルパターンのシーケンスは、前記動く対象から変位した面上に焦点が合っている、ステップと、前記二次スペックルパターンのシーケンスに出現する前記対象の領域間の少なくとも1つのシフトを特定するステップとを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18または19に記載の方法において、少なくとも部分的にコヒーレントな電磁ビームで前記動く対象を照明するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項20に記載の方法において、キャプチャされたパターンセットにおいて照明スポットのサイズとスペックルのサイズとの間の所望の比を提供するように、前記コヒーレントなビームのコヒーレンス長を選択するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18乃至21のいずれかに記載の方法において、周期的に変化する刺激周波数の刺激場を対象に適用するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18乃至22のいずれかに記載の方法において、前記干渉パターンを前記像面上に同時に結像させるステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18乃至23のいずれかに記載の方法において、前記干渉パターンと前記モーションデータとの間をタイムリーに分離するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18乃至24のいずれかに記載の方法において、z軸に沿って前記動く対象の速度および周波数の少なくとも1つを測定するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18乃至25のいずれかに記載の方法において、前記少なくとも部分的にコヒーレントな電磁ビームのコヒーレンス長を、前記動く対象と前記対象を少なくとも部分的に囲む反射面との間の典型的な距離よりも短くなるように選択することによって、前記対象と前記反射面の間を分離するステップを含むことを特徴とする方法。
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