KR102588057B1 - 광학 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

시스템은 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 복수의 입력 도파관을 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하는 도파관 장치를 포함한다.
시스템은 복수의 입력 도파관 각각 또는 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 여기시키도록 구성되는 적어도 하나의 광원을 더 포함하고, 이에 의해 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 단계를 포함한다. 도파관 장치는 복수의 상이한 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성된다. 시스템은 상이한 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 더 포함한다.

Description

광학 시스템 및 방법
본 발명은 광학 시스템 및 방법, 예를 들어, 생체 내 내시경 이미징(in vivo endoscopic imaging)을 수행하기 위해 광섬유 장치(optical fibre apparatus)가 사용되는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
생체 내 생체 의학 영상 분야에서, 광섬유는 인체 해부 영역의 도달하기 어려운 영역 내에서 조직 및 미세 환경의 이미지를 얻기 위한 매력적인 최소 침습적 도구를 제공할 수 있다.
그러나, 광섬유를 이용한 이미지 전송과 연관된 근본적인 도전은 멀티 모드 섬유가 전형적으로 광섬유의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 선명한 이미지를 전송하는데 필요한 위상 및 진폭 정보를 스크램블링 하기 위해 작용하는 것에 있다고 할 수 있다. 따라서 다중 모드 광섬유를 사용한 이미징이 어려울 수 있다.
이 문제를 우회하려는 한 가지 방법은 코히어런트 광섬유 다발을 사용하는 것이다. 코히어런트 광섬유 다발은 광섬유 길이에 걸쳐 최소로 결합되고 원하는 파장에서 하나 또는 몇 개의 모드만을 지원하는 많은 개별 가이딩 코어(guiding core)를 포함하는 섬유 일 수 있다. 이들 코어를 사용하여 관심 객체에 및 객체로부터 광을 전송함으로써, 객체를 실시간으로 샘플링 하는 것이 가능할 수 있으며, 이는 현장 적용이 가능할 수 있다.
코히어런트 광섬유 다발을 사용하는 경우, 얻어진 이미지의 해상도는 다발을 형성하는 개별 코어의 크기 및 간격에 의해 직접 결정되고 제한될 수 있다.
코히어런트 광섬유 다발을 사용하는 내시경 이미징 시스템(Endoscopic imaging system)은 현재 상업적으로 입수 가능하고, 생체 내에서 단일 섬유 이미징을 달성하기 위해 유일하게 상업적으로 입수 가능한 수단을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 코히어런트 섬유 다발은 엔지니어링 하기 어려울 수 있으며 비교적 좁은 스펙트럼 대역폭에서만 작동할 수 있다. 코히어런트 섬유 다발은 코어 크기, 간격 및 수의 측면에서 신중하게 설계되어, 이들 코히어런트 섬유 다발의 짧은 길이조차도 비쌀 수 있다. 더욱이, 섬유 다발에 의해 이미 달성된 해상도 한계가 훨씬 더 개선될 것 같지는 않다.
정보 용량 증가에 대한 요구에 힘 입어, 해상도 향상 및 소형화에 있어서, 이미징을 위한 단일 코어 멀티 모드 섬유의 사용은 최근 많은 연구의 초점이 되어 왔다. 특히, 섬유의 투과 매트릭스에 대한 선험적 지식을 획득하는 것에 의존하는 다수의 방법이 연구되었고, 이는 섬유 광 스크램블링을 취소하기 위해 공간 광 변조기를 사용함으로써 보정될 수 있다. 다른 방법은 입력의 함수로 광섬유 출력에서 생성된 패턴을 사전 캘리브레이션 하는 데 의존한다. 그런 다음 사후 프로세스 알고리즘을 사용하여 다른 입력 패턴에 대해 근위 단부(proximal end)로 반환되는 광의 양을 측정하여 객체를 재구축할 수 있다. 방법에 관계없이, 다중 모드 광섬유를 사용하는 많은 현재 기술은 시스템의 사전 캘리브레이션을 필요로 한다.
생체 내 시스템에서, 섬유의 원위 단부(distal end)에 대한 접근이 없을 수 있으며, 이는 실시간 캘리브레이션을 수행하기 위해 원위 단부에 대한 접근에 의존하는 방법의 사용을 방해할 수 있다.
다중 모드 광섬유 길이의 전송 매트릭스는 견고하지 않으며 약간의 섬유 움직임으로도 쉽게 변경될 수 있다. 전송 매트릭스는 섬유가 몸체 내에서 이동하거나 구부러짐에 따라 무작위로 변할 수 있다. 섬유가 원위 단부에 접근하지 않고 신체 내에서 이동하고 구부러질 때 전송 매트릭스의 무작위 변화를 보상하는 것이 불가능할 수 있다. 전송 매트릭스는 또한 파장 의존적 일 수 있다.
시스템의 첫번째 측면에서, 복수의 입력 도파관(input waveguide), 다중 모드 도파관(multimode waveguide), 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이(guided-wave transition)를 포함하는 도파관 장치(waveguide apparatus); 상기 입력 도파관 각각 또는 상기 복수의 입력 도파관의 조합 각각을 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 발생시키는 적어도 하나의 광원(light source); 상기 도파관 장치는 복수의 상이한 광 패턴 각각을 타겟 영역(target region)으로 지향시키도록 구성되고; 및 상이한 광 패턴(light pattern) 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기(detector)를 포함하는 시스템을 제공한다.
시스템은 타겟 영역에 관한 정보를 얻기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성된 프로세스 자원(processing resource)을 더 포함할 수 있다.
시스템은 타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성된 프로세스 자원을 더 포함할 수 있다.
유도파 전이를 사용하여 복수의 입력 도파관을 다중 모드 도파관에 결합시키는 것은 다중 모드 도파관의 출력에서 복수의 광 패턴을 얻기 위한 간단하고 반복 가능한 방법을 제공할 수 있다. 생성된 광 패턴은 도파관 장치의 움직임과 관련하여 안정적일 수 있다. 그 후, 복수의 광 패턴은 타겟 영역의 이미징을 수행하는 데 사용될 수 있다.
복수의 광 패턴을 타겟 영역 상으로 지향시키고 각각의 광 패턴에 응답하여 타겟 영역으로부터 광을 검출함으로써, 타겟 영역의 이미지가 고해상도를 가질 수 있다. 어떤 상황에서, 이미지는 초 해상도 이미지를 포함할 수 있다.
이미징은 높은 필 팩터(fill factor)를 가질 수 있다. 다중 모드 도파관은 높은 개구수(high numerical aperture)를 가질 수 있다. 타겟 영역의 작은 부분으로부터 샘플링 되는 대신에, 타겟 영역의 전부 또는 대부분으로부터 광이 지향되고/되거나 검출될 수 있다. 시스템은 적어도 하나의 광원으로부터 타겟 영역으로의 효율적인 광 전달 및/또는 타겟 영역으로부터의 효율적인 광 수집을 제공할 수 있다. 시스템은 광대역 작동이 가능할 수 있다.
유도파 전이는 입력 도파관을 따라 이동하는 파동이 다중 모드 도파관으로 유도되는 도파관 장치의 영역일 수 있다. 입력 도파관에서 전파되는 모드는 다중 모드 도파관에서 복수의 모드가 생성되도록 유도파 전이에서 진화할 수 있다. 동작시, 입력 도파관에서 전파하는 하나 이상의 모드는 실질적으로 연속적인 방식으로 멀티 모드 도파관에서 전파되는 모드로 진화할 수 있다. 다중 모드 도파관에서 도파관 장치의 원위 단부(distal end)로부터 전파되는 모드는 유도파 전이에서 입력 도파관에서 전파되는 모드로 진화할 수 있다. 입력 도파관에서 단일 모드로 전파되는 광은 더 이상 유도파 전이에 들어간 후 단일 모드가 아닐 수 있으며, 유도파 전이가 종료되면 다중 모드 일 수 있다. 유도파 전이는(각각 단일 모드 또는 소수 모드 일 수 있는) 복수의 입력 도파관과 다중 모드 도파관 사이의 인터페이스를 제공할 수 있다. 유도파 전이에서, 도파관은 한 유형(단일 또는 소수 모드)에서 다른 유형(다중 모드)으로 부드럽게 변경될 수 있다. 광은 입력 도파관과 다중 모드 도파관 사이에 저손실로 결합될 수 있다.
도파관 장치(waveguide apparatus)는 광섬유(optical fibre)를 포함할 수 있다. 각각의 입력 도파관은 광섬유의 멀티-코어 섹션(multi-core section)의 각각의 코어를 포함할 수 있다. 멀티 모드 도파관은 광섬유의 멀티 모드 섹션을 포함할 수 있다.
유도파 전이(guided-wave transition)는 광섬유의 멀티-코어 섹션의 코어에서 광섬유의 멀티 모드 섹션으로 실질적으로 연속적인 전이를 포함할 수 있다. 유도파 전이는 광섬유의 멀티-코어 섹션의 코어를 광섬유의 멀티-모드 섹션에 결합하는 광섬유의 섹션일 수 있다. 유도파 전이는 멀티-코어 섹션에서 전파하는 모드를 멀티 모드 섹션으로(또는 그 반대로) 부드럽게 안내할 수 있다. 유도파 전이는 광자 랜턴 전이(photonic lantern transition)를 포함할 수 있다. 유도파 전이가 형성되는 물질은 유리(예를 들어, 실리케이트 또는 칼코게나이드(chalcogenide)), 결정질 물질, 다결정질 물질, 세라믹 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
광섬유는 유도파 전이를 형성하기 위해 멀티 코어 섬유의 일단을 테이퍼링 함으로써 형성될 수 있다.
광섬유는 가용성일 수 있다. 광섬유는 인간 또는 동물 신체에 삽입될 수 있다. 광섬유는 생체 내 사용에 적합할 수 있다. 광섬유는 실리카를 포함할 수 있다. 광섬유의 직경은 2mm 이하일 수 있다. 광섬유는 중합체(polymer)를 포함할 수 있다.
이 시스템은 인간 또는 동물 신체 내의 조직의 이미지를 얻기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 원위 폐(distal lung), 위장관(gastrointestinal tract), 요로 또는 뇌를 이미지화 하는데 사용될 수 있다. 이 시스템은 최소 침습 이미징(minimally invasive imaging)을 수행하는 데 사용될 수 있다.
적어도 하나의 광원(light source)은 입력 영역을 형광을 일으키는 것과 같은 여기 광으로 입력 도파관을 여기시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 검출기(detector)는 여기 광에 응답하여 타겟 영역에 의해 방출된 형광을 검출하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 검출기는 도파관 장치의 근위 단부(proximal end)에 연결될 수 있다. 타겟 영역은 도파관 장치의 원위 단부에 또는 그 근처에 위치될 수 있다. 상이한 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 반사되거나 방출된 광은 입력 도파관의 일부 또는 전부를 통해 적어도 하나의 검출기에 의해 수신될 수 있다.
시스템은 내시경 장치(endoscopic apparatus)를 포함하거나 내시경 장치의 일부를 형성할 수 있다. 내시경 장치는 내시경 이미징 장치를 포함할 수 있다.
입력 도파관들 각각은 단일 모드 도파관 일 수 있다. 입력 도파관 각각은 입력 도파관을 여기시키기 위해 사용되는 광 주파수에서 단일 모드 일 수 있다.
입력 도파관들 각각은 소수 모드 도파관(few-mode waveguide) 일 수 있다. 입력 도파관 각각은 복수의 공간 모드(spatial mode)를 지원하도록 구성될 수 있다. 각각의 입력 도파관은 입력 도파관을 여기시키는데 사용되는 광의 주파수에서 40개 이하의 모드, 선택적으로 10개 이하의 모드, 추가로 선택적으로 6개 이하의 모드, 추가로 선택적으로 3개 이하의 모드를 지원하도록 구성될 수 있다. 입력 도파관 각각은 10개의 모드를 지원하도록 구성될 수 있다. 입력 도파관 각각은 6개의 모드를 지원하도록 구성될 수 있다. 입력 도파관 각각은 3개의 모드를 지원하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 광원은 차례로 입력 도파관의 개별 모드를 여기 시키도록 구성될 수 있다.
입력 도파관들 각각은 편광 유지(polarisation maintaining) 일 수 있다.
시스템은 입력 도파관 중 임의의 하나에서 전파되는 광이 입력 도파관 중 임의의 다른 하나에 실질적으로 결합되지 않도록 구성될 수 있다.
시스템은 도파관 장치의 굽힘에 응답하여 유도파 전이의 굽힘(bending)을 제거하거나 감소시키도록 구성된 지지체(support)를 더 포함할 수 있다. 지지체는 멀티 모드 도파관의 굽힘을 제거하거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 지지체는 실질적으로 단단한 지지체 일 수 있다. 지지체는 유도파 전이의 재료보다 더 단단한 재료로 형성될 수 있다. 지지체는 도파관 장치의 재료보다 더 단단한 재료로 형성될 수 있다. 지지체는 예를 들어 유리, 실리카 유리, 금속, 강철, 티타늄, 열가소성 중합체, 결정질 물질, 세라믹 물질, 다결정질 물질, 복합 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 지지체의 재료는 20 GPascal 초과, 선택적으로 50 GPascal 초과의 영률(Young's modulus)을 가질 수 있다.
상이한 광 패턴들 각각은 도파관 장치의 굽힘에 실질적으로 둔감할 수 있다. 도파관 장치가 광이 도파관으로부터 빠져나가도록 충분히 구부러지지 않는 한, 광 패턴은 도파관 장치의 굽힘에 실질적으로 둔감하다.
광 패턴은 도파관 장치(예를 들어, 광섬유 장치)가 구부러진 경우에도 실질적으로 안정적 일 수 있다. 시스템은 생체 내 사용에 적합할 수 있다. 도파관 장치는 인체 또는 동물 신체 내부에 있을 때 구부러질 수 있다.
광 패턴의 안정성은 필요한 캘리브레이션(calibration)량을 감소시킬 수 있다. 경우에 따라 실시간 캘리브레이션을 사용하지 않고 이미징이 수행될 수 있다. 일부 상황에서, 이미징은 도파관 장치의 출력에 액세스하지 않고 수행될 수 있으며, 이는 이미징이 생체 내(in vivo)에서 수행되도록 할 수 있다.
상이한 광 패턴들 중 적어도 일부는 서로 실질적으로 직교할 수 있다. 상이한 광 패턴 중 적어도 일부는 패턴의 기본 세트를 형성할 수 있다.
상이한 광 패턴은 상이한 세기의 분포 및/또는 전자기장을 가질 수 있다.
상이한 광 패턴은 모든 타겟 영역이 광 패턴에 의해 조명되도록 하는 것일 수 있다.
상이한 광 패턴은 각각의 상이한 광 패턴이 타겟 영역의 전부 또는 대부분을 조명하도록 할 수 있다. 상이한 광 패턴은 상이한 광 패턴이 타겟 영역의 상이한 부분을 조명하도록 할 수 있다.
타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 신호의 프로세스는, 상이한 광 패턴 각각에 대해, 그 광 패턴의 이미지를 그 광 패턴에 대한 적어도 하나의 검출기로부터 얻어진 신호와 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 신호의 프로세싱은 고스트 이미징(ghost imaging)을 포함할 수 있다.
이미지는 전체 내부 반사 형광(TIRF) 이미지를 포함할 수 있다. 타겟 영역은 도파관 장치의 원위 단부(distal end)에 인접할 수 있다. TIRF는 도파관 장치의 원위 면 상에 직접 배치된 구조물을 이미지화 하는데 사용될 수 있다.
이미지는 깊이 단층 촬영 이미지(depth tomography image)를 포함할 수 있다.
도파관 장치는 추가의 유도파 전이를 더 포함할 수 있다. 추가 유도파 전이는 다중 모드 도파관의 원위 단부에 위치될 수 있다. 도파관 장치는 광섬유로 형성될 수 있다. 유도파 전이는 광섬유를 따라 제 1 위치에서 광섬유를 테이퍼링 함으로써 형성될 수 있다. 추가 유도파 전이는 광섬유를 따라 제 2 위치에서 광섬유를 테이퍼링 함으로써 형성될 수 있다.
적어도 하나의 광원은 각각의 입력 도파관을 복수의 상이한 파장으로 여기시켜서, 입력 도파관 각각에 대해 복수의 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 추가 유도파 전이는 광 패턴이 파장에 보다 민감하게 될 수 있다. 상이한 파장의 광을 사용함으로써 상이한 광 패턴이 생성될 수 있으며, 이는 시스템에 의해 생성될 수 있는 광 패턴의 수를 증가시킬 수 있다. 조명 패턴의 수를 늘리면 시스템의 해상도가 향상될 수 있다.
적어도 하나의 광원은 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 차례로 여기 시키도록 구성될 수 있다. 각각의 조합을 여기시키는 단계는 다중 모드 도파관의 출력에서 원하는 광 패턴을 생성하기 위해 선택된 진폭 및/또는 위상을 사용하여 복수의 입력 도파관 중 적어도 일부를 동시에 여기시키는 단계를 포함할 수 있다.
상이한 하나의 조합을 여기시키는 단계는 입력 도파관의 상이한 서브셋을 여기시키는 단계를 포함할 수 있다. 상이한 하나의 조합을 여기시키는 단계는 상이한 선택된 진폭 및/또는 위상을 사용하여 동일한 입력 도파관을 여기시키는 단계를 포함할 수 있다.
진폭 및/또는 위상은 원하는 광 패턴을 형성하도록 선택될 수 있다. 상이한 진폭 및/또는 위상으로 여기될 때 동일한 입력 도파관은 상이한 광 패턴을 형성할 수 있다. 한번에 하나 이상의 입력 도파관을 여기시킴으로써, 더 많은 수의 광 패턴이 형성될 수 있다. 더 많은 수의 조명 패턴을 사용하면 시스템의 해상도가 높아질 수 있다.
각각의 광 패턴은 복수의 입력 도파관 중 적어도 일부 각각을 통과하는 광 사이의 구성적 및/또는 파괴적 간섭의 결과일 수 있다. 상이한 입력 도파관으로부터의 광은 각각의 원하는 광 패턴을 형성하기 위해 유도파 전이에서 결합될 수 있다.
각각의 원하는 광 패턴은 광 스폿(spot of light)을 포함할 수 있다.
광 스폿은 도파관 장치의 원위 표면(distal surface)에 위치될 수 있다. 스폿(spot)은 도파관 장치의 원위 표면에 점 광원(point light)을 제공할 수 있다. 유도파 전이의 사용은 그러한 스폿이 도파관 장치로부터의 거리가 아니라 도파관 장치의 원위 단부(distal end)에 위치될 수 있게 한다. 스폿은 도파관 장치의 출력의 근거리에 있을 수 있다.
광 스폿은 도파관 장치의 원위 표면을 넘어서 위치될 수 있다. 광 스폿은 타겟 영역 내에 위치될 수 있다.
상이한 광 패턴들 각각은 예를 들어 타겟 영역을 가로 질러 광 스폿을 스캔하기 위해 상이한 각각의 위치에 광 스폿을 포함할 수 있다.
[09]
시스템은 캘리브레이션 데이터를 얻기 위해 캘리브레이션 프로세스를 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 선택된 진폭 및/또는 위상은 캘리브레이션 데이터에 기초할 수 있다.
시스템은 광 패턴을 부분적으로 반사하도록 구성된 부분 반사 요소(partially reflecting element)를 더 포함할 수 있다. 부분 반사 요소는 도파관 장치의 출력에 위치될 수 있다. 부분 반사 요소는 부분 반사 코팅(partially reflecting coating)을 포함할 수 있다. 부분 반사 코팅은 도파관 장치의 원위면(distal facet)을 코팅 할 수 있다. 부분 반사 코팅은 다이크로익 코팅(dichroic coating)을 포함할 수 있다. 부분 반사 코팅은 단일 모드 코어를 여기시키기 위해 사용되는 파장에서 광을 부분적으로 반사시키도록 구성될 수 있다. 부분 반사 코팅은 광 패턴에 응답하여 타겟 영역으로부터 방출된 형광을 투과시키도록 구성될 수 있다.
시스템은 광 패턴의 반사 부분을 수신하고 광 패턴의 반사 부분을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 검출기를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서 또는 어떤 프로세서는 광 패턴의 반사된 부분을 나타내는 신호에 기초하여 선택된 진폭 및/또는 위상을 결정하도록 구성될 수 있다. 캘리브레이션 프로세스는 광 패턴의 반사된 부분을 나타내는 신호에 기초하여 선택된 진폭 및/또는 위상을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
입력 도파관의 복수의 조합 각각을 여기시키는 단계는 복수의 입력 도파관 쌍을 차례로 여기시키는 단계를 포함할 수 있다. 각 쌍의 여기시키는 단계는 제 1 주파수 또는 광의 파장의 광으로 쌍의 제 1 입력 도파관을 여기시키고, 제 2 주파수 또는 광의 파장의 광으로 제2 입력 도파관을 여기시키는 것을 포함할 수 있다.
또는 프로세싱 리소스는 적어도 하나의 비트 주파수를 얻기 위해 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세싱 하도록 구성될 수 있다. 비트 주파수는 무선 주파수(radio frequency) 일 수 있다. 비트 주파수는 1 kHz와 1 THz 사이 일 수 있다. 적어도 하나의 검출기는 비트 주파수에서 신호를 검출하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 검출기의 대역폭은 비트 주파수에서 신호를 검출하는 것과 같은 것일 수 있다.
입력 도파관은 복수의 상이한 주파수로 여기되어 복수의 상이한 비트 주파수를 얻을 수 있다.
상이한 주파수의 광을 사용하여 입력 도파관을 여기시키고 신호로부터 하나 이상의 비트 주파수를 얻음으로써, 시스템의 자유도는 증가될 수 있으며, 이는 더 높은 해상도의 이미지가 얻어질 수 있게 한다.
비트 주파수가 안정적 일 수 있다. 비트 주파수는 도파관 장치의 움직임에 실질적으로 둔감할 수 있다.
각각의 입력 도파관의 직경은 100 μm 미만, 선택적으로 20 μm 미만, 추가로 선택적으로 10 μm 미만, 추가로 선택적으로 5 μm 미만일 수 있다. 각각의 입력 도파관의 직경은 0.5 μm 초과, 선택적으로 2 μm 초과, 추가로 선택적으로 5 μm 초과 일 수 있다.
입력 도파관은 각각 광섬유의 멀티 코어 섹션의 단일 모드 또는 소수 모드 코어 일 수 있다. 멀티 코어 섹션의 직경은 코어가 섬유의 길이를 따라 현저하게 결합되지 않도록 코어가 분리될 정도로 충분히 클 수 있다. 섬유들 사이의 분리는 각각의 코어에서 안내 모드가 얼마나 큰지에 의존할 수 있다.
입력 도파관 사이의 간격은 100 μm 미만, 선택적으로 20 μm 미만, 추가로 선택적으로 10 μm 미만, 추가로 선택적으로 5 μm 미만일 수 있다.
멀티 모드 도파관의 직경은 500 μm 미만, 선택적으로 200 μm 미만, 추가로 선택적으로 100 μm 미만, 추가로 선택적으로 50 μm 일 수 있다. 멀티 모드 도파관의 직경은 10 ㎛ 초과, 임의로 20 ㎛ 초과, 추가로 임의로 50 ㎛ 초과 일 수 있다.
멀티 모드 도파관의 직경은 측정될 시야(field of view)에 따라 선택될 수 있다.
멀티 모드 도파관은 광섬유의 멀티 모드 코어를 포함할 수 있다.
멀티 모드 도파관의 직경은 멀티 모드 도파관의 코어와 멀티 모드 도파관의 클래딩(cladding) 사이의 굴절률 대비에 따라 선택될 수 있다.
멀티 모드 도파관의 직경은 각각의 입력 도파관의 직경보다 5 배 이상, 선택적으로 10 배 이상 더 클 수 있다.
도파관 장치의 출력은 멀티 모드 도파관의 출력 일 수 있다.
도파관 장치의 길이는 10cm 이상, 선택적으로 1m 이상일 수 있다. 유도파 전이의 길이는 50 mm 미만, 선택적으로 20 mm 미만, 추가로 선택적으로 10 mm 미만일 수 있다.
적어도 하나의 광원은 입력 도파관을 300 nm 내지 1100 nm의 파장을 갖는 광으로 여기 시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광원은 입력 도파관을 10 nm 내지 50 μm, 선택적으로 200 nm 내지 15 μm의 파장을 갖는 광으로 여기 시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 광원은 가시광, 근적외선, 중적외선, 적외선, 자외선 중 적어도 하나를 이용하여 입력 도파관을 여기시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 광원은 하나 이상의 코히어런트 광원을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광원은 하나 이상의 레이저 광원을 포함할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는 본 발명의 다른 양태에서; 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하는 도파관 장치; 각각의 상기 입력 도파관을 개별적으로 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 적어도 하나의 광원; 상기 도파관 장치는 복수의 상이한 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 및 상이한 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함하는 시스템이 제공된다.
독립적으로 제공될 수 있는 본 발명의 다른 양태에서; 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하는 도파관 장치; 복수의 상이한 세트의 선택된 진폭 및/또는 위상을 갖는 입력 도파관을 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 원하는 광 패턴을 차례로 생성하는 적어도 하나의 광원; 상기 도파관 장치는 복수의 상이한 원하는 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 및 상이한 원하는 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함하는 시스템이 제공된다.
독립적으로 제공될 수 있는 본 발명의 다른 양태에서; 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하는 도파관 장치; 상기 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 차례로 여기시키도록 구성된 적어도 하나의 광원 - 각각의 조합을 여기시키는 단계는 제 1 주파수의 광으로 제1 입력 도파관 각각을 여기시키는 단계 및 제 2 주파수의 광으로 제2 입력 도파관 각각을 여기시키는 단계를 포함하고, 이로 인해 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 -; 상기 도파관 장치는 복수의 상이한 원하는 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 상이한 광 패턴들 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기; 및 각각의 조합에 대한 비트 주파수를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 시스템이 제공된다.
독립적으로 제공될 수 있는 본 발명의 다른 양태에서; 적어도 하나의 광원에 의해, 도파관 장치의 복수의 입력 도파관 각각 또는 복수의 입력 도파관의 조합을 차례로 여기시키는 단계, 이로 인해 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 단계 - 상기 도파관 장치는 상기 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 연결하는 유도파 전이를 포함하는 -; 상기 복수의 상이한 광 패턴들 각각을 상기 도파관 장치에 의해 타겟 영역으로 지향시키는 단계; 상기 상이한 광 패턴들 각각에 응답하여 상기 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 적어도 하나의 검출기 광에 의해 검출하는 단계; 및 상기 검출된 광을 나타내는 검출기 신호에 의해 출력하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에서 실질적으로 설명된 방법 또는 시스템이 제공될 수 있다.
일 양태에서의 특징은 임의의 다른 양태에서의 특징으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 방법의 특징은 장치의 특징으로서 제공될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 일 양태에서의 임의의 특징은 임의의 다른 양태에서의 임의의 적절한 특징과 조합하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예는 이제 비제한적인 예로서 설명되며, 다음의 도면에 도시되어 있다:
도 1은 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다;
도 2a는도 1의 광섬유의 근위 단부도이다;
도 2b는도 1의 광섬유의 말단 단면도이다;
도 3a는도 1의 광섬유의 근위 단부의 이미지이다;
도 3b는도 1의 광섬유의 원위 단부의 이미지이다;
도 4는 일 실시예의 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다;
도 5는 광자 랜턴에 의해 생성된 강도 패턴을 사용하여 카메라 이미지 세트 및 재구축된 이미지 세트를 도시한 도면이다;
도 6은 다른 실시예의 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다;
도 7은 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다;
도 8은 a) 이미지화 된 객체의 복수의 현미경 사진 및 b) 현미경 사진에 대응하는 고스트 이미지 출력을 도시한 도면이다; 및
도 9는 a) 추가 이미지화 된 객체의 복수의 현미경 사진 및 b) 도 8a의 현미경 사진에 대응하는 고스트 이미지 출력을 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미징 시스템(imaging system)(10)의 개략도이다.
이미징 시스템(10)은 멀티 코어 광섬유를 테이퍼링 함으로써 형성된 광섬유(optical fibre)(12)를 포함한다.
본 실시예에서, 광섬유(12)는 하리쿠마 케이. 찬드라세카란(Harikumar K. Chandrasekharan), 프라우크 이즈뎁스키(Frauke Izdebski), 이탄데후이 그리스-산체스(Itandehui Gris-Sanchez), 니콜라 크르스타지크(Nikola Krstajic), 리차드 워커(Richard Walker), 헬렌 엘. 브리들(Helen L. Bridle), 폴 에이. 달가르노(Paul A. Dalgarno), 윌리암 엔. 맥퍼슨(William N. MacPherson), 로버트 케이. 헨더슨(Robert K. Henderson), 팀 에이. 벅스 & 로버트 알. 톰슨(Tim A. Birks & Robert R. Thomson)의 "다중 모드 조명의 다중화 단일 모드 파장-시간 매핑(Multiplexed single-mode wavelength-to-time mapping of multimode light)", 네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications 8, 14080)의 2017년 출판물에 기술되어 있다.
멀티 코어 광섬유는 단일 모드 코어(ingle mode core)(14)의 1 x 1 1 제곱 어레이를 포함한다. 단일 모드 코어(14)는 약 470 nm 내지 610 nm의 파장에 대한 단일 모드이다. 다른 실시예에서, 단일 모드 코어(14)는 약 400 nm, 500 nm 또는 600 nm 이상의 파장에 대한 단일 모드 일 수 있다. 단일 모드 코어(14)는 10.53 ㎛의 간격을 갖는 정사각형 그리드로 배열된다. 단일 모드 코어(14) 각각은 직경이 1.63 μm이다. 단일 모드 코어(14)는 게르마늄 도핑 된 실리카로 형성된다. 멀티 코어 광섬유 용 클래딩 재료는 순수한 실리카이다. 코어의 개구수는 0.22이고 섬유의 외부 직경은 200 ㎛이다.
다른 실시예에서, 코어 사이의 간격은 섬유의 길이를 전파한 후에 단일 모드 코어 사이의 광의 상당한 결합을 중단시키는 임의의 적절한 간격 일 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 모드 코어는 파장을 감소시키고, 코어-클래딩 지수 콘트라스트(core-cladding index contrast)를 증가시키고/시키거나 코어 크기를 감소시킴으로써 보다 밀접하게 위치된다.
본 실시예에서, 멀티 코어 섬유의 복수의 코어(14)는 단일 모드이지만, 다른 실시예에서 멀티 코어 섬유로부터의 각각의 코어는 적은 수의 모드, 예를 들어 3 또는 6 개의 공간 모드를 지원할 수 있다.
도 2a는 복수의 단일 모드 코어(14)를 도시한 광섬유(12)의 근위 단부(proximal end)(16)의 단부도의 개략도이다.
광섬유(12)는 원위 단부(distal end)(18)에서 테이퍼드 되는 광자 랜턴 전이(photonic lantern transition)(20)를 형성한다.
본 실시예에서, 광자 랜턴 전이(22)는 멀티 코어 섬유를 저 굴절률 모세관(low index capillar) 내에 배치하고, 멀티 코어 섬유를 테이퍼링 하고, 테이퍼의 중앙 근처에서 테이퍼 되는 멀티 코어 섬유를 절단함으로써 형성된다.
절단된 단부(cleaved end)는 전통적인 스텝 인덱스 코어-클래드 멀티 모드 도파관(22)을 형성하는 것으로 간주될 수 있는데, 여기서 멀티 모드 도파관(multimode waveguide)(22)의 코어는 테이퍼 형 멀티 코어 섬유로 형성되고, 클래딩은 테이퍼 형 저 인덱스 모세관으로 형성되고, 멀티 코어 섬유의 개별 코어는 광을 적절히 가이드 하기에 너무 작다.
도 2b는 멀티 모드 코어(22)를 도시한 광섬유의 원위 단부의 단면도의 개략도이다. 멀티 모드 코어(22)는 각각의 단일 모드 코어(16)보다 크다.
단일 모드 코어(14)를 포함하는 광섬유(12)의 부분은 길이 L을 갖는다. 멀티 모드 코어(22)의 섹션을 포함하는 광자 랜턴 전이(20)는 길이 d가 L보다 훨씬 작다. 예를 들어, L은 미터 이상일 수 있고, d는 수 밀리미터 또는 수십 밀리미터 일 수 있다. 도 1의 치수는 축척으로 표시되지 않는다.
광자 랜턴은 이상적인 경우 한쪽의 N 단일 모드 코어 배열을 다른 쪽의 N 안내 모드를 지원하는 다중 모드 코어에 결합하는 유도파 디바이스로, 끝은 단열 전이(adiabatic transition)로 연결된다. 이러한 전이에서, 단일 모드 단부에서 하나의 코어로 주입된 광은 다중 모드 단부에서 코히어런트 모드로 천천히 진화하는 것으로 간주될 수 있다. 코히어런트 모드는 랜턴 전이로부터의 출력에서 특정 진폭 및 위상 프로파일을 갖는다. 광자 랜턴의 예 및 광자 랜턴을 형성하는 방법은 브릭스 티. 에이. (Birks, T.A.), 그리스-산체스 아이. (Gris-Sanchez, I.), 예로라트시티스, 에스. (Yerolatsitis, S.), 레온-사발, 에스.지. (Leon-Saval, S.G.) 및 톰슨, 알.알. (Thomson, R.R.)의 광 렌턴(The Photonic lantern, Adv. Opt. Photon.7, 107, 2015)에 기재되어 있다.
광자 랜턴 전이(20)에서, 도파관은 단일 모드 코어(single mode core)(14)로부터 다중 모드 코어(multimode core)(22)로 매끄럽고 연속적으로 변화한다. 단일 모드 코어(14) 중 임의의 하나에 입력된 광은 특정 패턴의 광을 형성하기 위해 다중 모드 코어(22)의 대부분 또는 모든 모드에 걸쳐 분포될 수 있다.
일 단부에서 멀티 코어 섬유를 테이퍼링 하여 형성된 광자 랜턴에서, 단일 모드 코어(14)가 사용된 섬유의 길이에 걸쳐 현저하게 결합되지 않는 한, 광이 광자 랜턴의 근위 단부에서 각각의 단일 모드 코어에 개별적으로 결합될 때, 광자 랜턴의 원위 단부의 출력에서 매우 특정한 다중 모드 광 패턴이 생성될 수 있음이 밝혀졌다. 단일 모드 코어(14) 중 다른 하나를 여기시킴으로써 다른 광 패턴이 형성될 수 있다. 동일한 디자인을 갖는 상이한 광섬유에 의해 형성된 광 패턴은 유사할 수 있지만, 형성된 정확한 광 패턴은 주어진 멀티 코어 섬유 및 유도파 전이에 대해 고유할 수 있다. 예를 들어, 2 개의 광자 랜턴은 멀티 코어 섬유의 길이를 테이퍼링 및 쪼개서 동일한 디자인으로 제작될 수 있다. 그러나, 테이퍼 되는 섹션이 절단되는 위치는 두 랜턴 전이에 대해 정확히 동일하지 않을 수 있으며, 그 결과 광 패턴이 적어도 약간 달라지게 된다.
도 3a는 광이 광섬유의 원위 단부(distal end)(18)로 입력될 때 광섬유(optical fibre)(12)의 입력(근위) 단부(input(proximal) end)(16)의 이미지이다. 도 3a는 121 코어 멀티 코어 섬유의 단일 모드의 정사각형 배열을 보여준다. 도 3a는 다중 모드 코어(22)로 입력된 광이 모든 단일 모드 코어(14)는 아니지만 대부분에 결합될 수 있음을 보여준다. 도 3a 및 3b의 스케일 바는 10 μm를 나타낸다.
도 3b는 반대쪽 끝에서 광자 랜턴(20)의 테이퍼 된 출력을 도시한다. 도 3b는 광이 단일 모드 코어(14) 중 하나에 입력될 때 광섬유(12)의 출력(원위) 단부(output(distal) end)(18)의 이미지이다. 도 3b는 광이 단일 모드 코어(14) 중 특정 하나로 입력될 때 원위 단부(18)에서 특정 패턴의 광이 생성되는 것을 도시한다. 단일 모드 코어(14) 중 다른 것들이 여기될 때 다른 패턴이 생성될 수 있다. 도 3b는 도 4의 이미징 방법을 참조하여 아래에서 더 논의된다.
강성 지지체(support)(24)는 광자 랜턴 전이(20) 및 멀티 모드 코어(22)를 둘러싼다. 본 실시예에서, 강성 지지체는 유리 모세관이다. 다른 실시예에서, 강성 지지체(24)는 도파관 장치보다 강성인 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 강성 지지체(24)는 실리카 유리, 금속 또는 열가소성 중합체로 형성될 수 있다. 강성 지지체는 3D 프린트 스틸 또는 티타늄 슬리브, 또는 레이저 가공 기술을 사용하여 제조될 수 있는 결정, 세라믹 또는 다결정 슬리브 일 수 있다.
광자 랜턴 전이(20) 및 멀티 모드 코어(22)는 광자 랜턴 전이(20) 및 멀티 모드 코어(22)가 매우 안정적이 되도록 강성 지지체(24)와 함께 패키지 된다. 예를 들어, 광섬유(12)가 구부러지면, 광자 랜턴 전이(20) 및 멀티 모드 코어(22)는 강성 지지체(24)의 존재로 인해 구부러지지 않을 수 있다.
도 1의 시스템은 코히어런트 광원(coherent light source)(26)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 코히어런트 광원(26)은 514nm의 파장을 갖는 레이저 광을 제공하도록 구성된 레이저 광원이다. 다른 실시예에서, 임의의 적절한 코히어런트 광원이 사용될 수 있다. 레이저 광은 예를 들어 가시 광선, 적외선 또는 자외선 일 수 있다.
도 1의 시스템은 2 개의 검출기(detector)(34, 36) 및 카메라(camera)(40)를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 카메라(40) 대신에 다른 이미징 디바이스, 예를 들어 단일 픽셀을 갖는 스캐닝 검류계 시스템(scanning galvanometer system)이 사용될 수 있다. 검출기(34, 36)는 저잡음 검출기이다. 일부 실시예에서, 검출기(34, 36)는 단일 광자에 민감할 수 있다.
도 1의 시스템은 코히어런트 광원(26)과 광섬유(optical fibre)(12)의 근위 단부(distal end)(16) 사이에 위치된 입력 렌즈(input lens)(28); 광섬유(12)의 원위 단부(18)와 타겟 영역(target region)(44) 사이에 위치된 출력 렌즈(output lens)(30); 및 타겟 영역(44)과 카메라(40) 사이에 위치된 이미징 렌즈(imaging lens)(38)를 포함한다. 다른 실시예에서, 렌즈(28, 30, 38) 각각은 렌즈 또는 다른 광학 구성 요소의 조합을 포함할 수 있다. 렌즈(28, 30, 38) 대신에 임의의 적합한 광학 구성 요소 조합이 사용될 수 있다.
도 1의 시스템은 광(12)의 원위 단부(18)로부터 광을 분할하여 광의 일부가 제 1 검출기(first detector)(34)에 입사하고 광의 다른 일부가 타겟 영역(44)에 입사하도록 구성된 빔 스플리터(beam splitter)(32)를 더 포함한다.
도 1의 시스템은 프로세서(processor)(46)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 프로세서(46)는 개인용 컴퓨터(PC) 또는 랩탑의 일부를 형성한다. 다른 실시예에서, 프로세서(46)는 임의의 컴퓨팅 시스템의 일부를 형성할 수 있다.
도 4는 타겟 영역(44) 내에 위치된 객체(object)(42)를 이미지화 하기 위해 도 1의 시스템을 동작시키는 방법을 개괄적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4의 단계 50에서, 파장 514 nm의 코히어런트 광원(coherent light source)(26)으로부터의 레이저 광은 입력 렌즈(28)를 통해 광섬유(12)의 근위 단부에서 각각의 단일 모드 코어(single mode core)(14)로 개별적으로 주입된다. 단일 모드 코어(14) 각각은 차례로 여기된다.
단일 모드 코어(single mode core)(14) 중 하나에 광이 주입될 때, 다른 단일 모드 코어(14) 중 임의의 것에 상당히 결합하지 않고 광이 그 코어(14)에서 전파된다. 다른 단일 모드 코어(14) 로의 임의의 결합은 적용에 무시할 수 있거나 충분히 낮을 수 있다. 광은 멀티 모드 코어(22)에서 복수의 모드에 걸쳐 분포되고 광 패턴, 예를 들어 도 3b에 도시된 광 패턴을 형성한다.
광섬유(12)의 테이퍼 되지 않은 단부에서 하나의 단일 모드 코어를 여기시킴으로써, 광섬유(12)로부터의 멀티 모드 출력(20)에서 특정 패턴의 광이 생성될 수 있고, 패턴은 광섬유(12)의 움직임에 둔감하다. 주어진 단일 모드 코어(16) 중 하나의 여기를 위해, 단일 모드 코어의 여기에 응답하여 광섬유(12)의 원위 단부에서 생성된 패턴은 광자 랜턴 전이(20) 자체가 구부러지지 않는 한 멀티 코어 섬유의 굽힘에 둔감한 것으로 간주될 수 있다. 본 실시예에서, 광자 랜턴(20) 및 다중 모드 도파관(multimode waveguide)(22)은 강성 지지체(24)에 의해 굽어지는 것이 방지된다.
광섬유(12)의 원위 단부로부터 방출된 광은 출력 렌즈(output lens)(30)를 사용하여 수집되고 객체(42)가 위치될 타겟 영역(44)의 위치로 이미징 된다. 객체(42) 및 제 2 검출기(36)는 단계(50) 동안 존재하지 않는다.
이미징 렌즈(imaging lens)(38)는 제 1 이미지 평면을 카메라(40)로 재 이미징 하는데 사용된다. 카메라(40)는 광이 광섬유(12)의 각각의 단일 모드 코어(14)에 개별적으로 결합될 때 광섬유(12)로부터 방출되는 각각의 출력 패턴을 캡처한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 충분한 배율로 광자 랜턴(20)의 출력을 카메라(40) 상에 이미징 함으로써, 광 분포를 강도 패턴으로서 캡처하는 것이 가능할 수 있다. 본 실시예의 광섬유(12)를 사용하면, 광섬유(12)의 테이퍼 되지 않은 단부에서 각각의 단일 모드 코어(16)에 광을 한번에 하나씩 결합시킴으로써 테이퍼 된 단부에서 121 개의 고유한 강도 패턴이 생성될 수 있다. 이상적인 광자 랜턴(20)을 위해, 121 개의 상이한 강도 패턴은 전자기장 분포에서 직교하지만 강도 분포에서 고유하지는 않다. 강도 패턴은 카메라에 의해 기록된다.
카메라(40)를 이용한 이미징은 시스템의 정확한 재구축을 가능하게 하기 위해 강도 패턴이 충분한 해상도 및 정밀도로 알려지도록 한다.
단계 50은 단일 모드 코어 각각에 대해 하나씩 121 개의 강도 패턴 이미지 세트를 생성한다. 121 개의 강도 패턴 이미지는 프로세서(46)에 의해 저장된다.
단계 52에서, 제 2 검출기(second detector)(36)는 타겟 영역(44)과 이미징 렌즈(38) 사이에 배치된다. 타겟 영역(44)에는 여전히 객체(42)가 없다.
파장 514 nm의 코히어런트 광원(26)으로부터의 레이저 광은 입력 렌즈(28)를 통해 광섬유(12)의 근위 단부에서 각각의 단일 모드 코어(14)로 개별적으로 주입된다. 광섬유(12)의 원위 단부로부터 방출된 광은 출력 렌즈(30)를 사용하여 수집되고 객체(42)가 위치될 타겟 영역(44)의 위치로 이미징 된다. 광섬유(12)의 원위 단부로부터 방출된 광의 일부는 출력 렌즈(30)와 타겟 영역(44) 사이에 배치된 빔 스플리터에 의해 반사되고, 제 1 검출기(34)에 입사된다.
제 1 검출기(34)는 빔 스플리터(32)에 의해 반사된 광을 검출하고 검출된 광량에 따라 제 1 검출기 전압 D1을 출력한다. 제 2 검출기는 타겟 영역(44)을 통해 투과된 광을 검출하고 검출된 투과광의 양에 따라 제 2 검출기 전압 D2을 출력한다. 검출기(34, 36)는 광의 파워의 고정밀 측정을 제공하기에 충분한 노이즈를 갖는다. 일부 실시예에서, 검출기(34, 36)는 단일 광자에 민감하거나 적어도 매우 민감하고 저소음 일 수 있다. 프로세서(46)는 검출기(34, 36)에 대한 검출기 전압 D1/D2의 비율을 얻기 위해 제 1 검출기 전압 D1 및 제 2 검출기 전압 D2을 사용한다. 프로세서(46)는 각각의 멀티 코어 섬유 입력, 즉 단일 모드 코어(14) 각각의 여기에 의해 야기된 상이한 광 패턴 각각에 대한 검출기 전압의 비율 D1/D2를 획득하고 저장한다.
전술한 바와 같은 검출기(34, 36)의 자기-참조 배열(self-referencing arrangement)은 비율 측정을 얻을 수 있게 하여, 검출기 판독에서의 시간 변화 변동을 피할 수 있다.
단계 50 및 52는 캘리브레이션 단계로서 설명될 수 있다. 단계 54에서, 캘리브레이션 단계가 완료된 후, 광섬유(12)로부터의 출력의 제 1 이미지 평면에서 타겟 영역(44)에 객체(42)가 배치된다. 단계 56에서, 514nm 레이저 광이 다시 단일 모드 섬유(14) 각각에 개별적으로 주입되고, D1/D2 비가 각각의 멀티 코어 섬유 입력에 대해 다시 측정된다. 타겟 영역 내에 존재하는 객체(42)를 갖는 검출기(34, 36)에 의해 검출된 광의 비율 D1/D2는 객체가 존재하지 않을 때 검출된 비율 D1/D2와 상이할 수 있다고 예상될 수 있다.
프로세서(46)는 객체(42)가 타겟 영역에 존재할 때 단일 모드 코어(14) 각각의 여기로부터 야기된 상이한 광 패턴 각각에 대한 검출기 전압의 비율 D1/D2을 저장한다.
객체(42)의 존재 및 부재하에 측정된 D1/D2 비율은 투영된 패턴의 중첩 및 객체의 공간 투과 특성에 의해 영향을 받는다. 이러한 차이로 인해 객체를 재구축할 수 있다.
단계 58에서, 프로세서(46)는 단계 50와 상이한 패턴의 이미지, 단계 52로부터의 객체가 없는 D1/D2 비율, 및 단계 56의 객체와의 D1/D2 비율을 사용하여 객체의 이미지를 재구축하고, 예를 들어 고스트 이미징 방법을 사용한다.
고스트 이미징 방법(ghost imaging method)은, 예를 들어 바오킹 선(Baoqing Sun), 스테펜 에스. 웰시(Stephen S. Welsh), 머튜 피. 에드가(Matthew P. Edgar), 제프리 에이치. 사피로(Jeffrey H. Shapiro) 및 마일스 제이. 파젯(Miles J. Padgett)의 "정규화된 고스트 이미징(Normalized ghost imaging)"(옵티걸 익스프레스(Optics Express) 20, 16892-16901(2012))에 기재된 방법과 유사할 수 있다. 일부 구체 예에서, 이미징 방법은 레자 나시리 마할라티(Reza Nasiri Mahalati), 류오 유 구(Ruo Yu Gu) 및 조셉 엠. 칸(Joseph M. Kahn)의 "멀티 모드 광섬유를 통한 이미징에 대한 해상도 한계(Resolution limits for imaging through multi-mode fiber)"(옵티컬 익스프레스(Opt. Express) 21, 1656-1668(2013))에서 사용된 방법과 유사할 수 있고, 다중 모드 섬유가 객체에 준-랜덤 패턴(quasi-random pattern)을 투사하는데 사용되는 경우, 객체로부터 반사된 광의 비율이 섬유를 통해 다시 전송되고 패턴 및 전력에 대한 지식으로부터 객체가 재구축될 수 있다.
고스트 이미징은 복수의 상이한 광 패턴이 미지의 객체를 조명하는데 사용되는 방법을 포함할 수 있고, 투과된(또는 반사된) 광은 검출기, 예를 들어 단일 요소 검출기를 사용하여 측정된다. 각각의 광 패턴에 대해, 객체가 주어진 광 패턴에 의해 조명될 때 검출기에 의해 생성된 신호는 그 광 패턴의 어느 정도가 전송(또는 반사)되는지를 나타내는 것으로 간주될 수 있다. 다수의 광 패턴에 대한 신호를 수집함으로써, 객체의 형상을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 일련의 레이저 스페클 패턴(laser speckle pattern)으로 고스트 이미징을 수행하는 것으로 알려져 있다.
도 4의 실시예에서, 고스트 이미징을 수행하는데 사용되는 광 패턴은 상이한 단일 모드 코어(14)의 여기에 의해 생성된 패턴이다. 광자 랜턴으로 생성된 모드는 이미지 재구축에 사용된다.
원리 증명을 입증하기 위해 면도날과 크롬 도금 USAF 해상도 객체를 각각 도 1의 시스템을 사용하여 이미지화 했다.
도 5는 도 1의 시스템과 도 4의 방법을 사용하여 재구축된 객체의 이미지를 보여준다. 세 개의 객체(a),(b),(c) 각각에 대해, 상단 행 이미지는 도 1의 카메라(40)를 사용하여 획득된 객체를 나타내고, 하단 행 이미지는 광자 랜턴(20)을 포함하는 광섬유(12)에 의해 생성된 121 개의 강도 패턴을 사용하여 재구축된 객체의 이미지를 도시한다. (a)에 사용된 객체는 USAF 타겟의 사각형 피처이다. (b)에서 사용된 객체는 수평 방향의 나이프 엣지이다. (c)에서 사용된 객체는 수직 방향의 나이프 엣지이다.
도 5에 표시된 원리 증명 결과는 121 개의 강도 패턴만 사용하여 얻는다. 결과는 이미징 응용을 위해 광자 랜턴 모드를 사용하는 가능성을 강조하기 위해 고려될 수 있다. 멀티 코어 섬유에서 코어의 수를 증가시킴으로써, 재구축된 이미지의 해상도가 상당히 향상될 수 있다. 예를 들어, 멀티 코어 섬유는 수천 또는 수만개의 단일 모드 코어를 포함할 수 있다. 단일 모드 코어 중 개별 코어에 광을 주입하면 수천 또는 수만 개의 강도 패턴이 형성될 수 있다. 멀티 코어 섬유에서 코어의 수를 증가시킴으로써, 재구축된 이미지의 해상도는 도 5에 도시된 것으로부터 상당히 개선될 수 있다.
도 1에 도시된 시스템에서, 광 검출은 말단에서 수행된다. 다른 실시예에서, 광 검출은 도 1의 시스템을 참조하여 설명된 것과 동일한 기본 개념을 사용하여 근접하여(예를 들어, 생체 내 적용을 위해) 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1을 참조하여 전술한 개념은 내시경 검사로 확장된다. 광섬유(12)는 환자의 신체, 예를 들어 환자의 폐로 도입될 수 있는 내시경의 일부를 형성하거나 내시경에 삽입된다.
광자 랜턴에 의해 생성된 개별 패턴은 객체(42)에 투영되고, 측정은 각각의 패턴에 대해 광섬유(12)에 다시 전송되는 광량(반사 또는 형광)으로 이루어진다. 고스트 이미징에 사용되는 것과 같은 알고리즘은 객체(42)를 재구축하는데 사용될 수 있다.
전술한 광섬유 기술을 사용하여, 압축 감지 이론은 압축 미세 내시경 영상 양식을 제공하기 위해 이용될 수 있다.
랜턴을 형성하기 위해 멀티 코어 섬유를 좁은 허리까지 테이퍼링 하면 진정한 생체내 미세 내시경을 달성할 수 있다. 예를 들어, 박테리아를 탐지하는 것이 아니라 박테리아를 이미징 하는 것이 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 세포 내 세부 사항으로 형광 바이오 마커의 영상화를 달성할 가능성이 있을 수 있다. 초 해상도 내시경 검사가 가능할 수 있다.
광자 랜턴 구조는 광자 랜턴 전이 길이가 강하게 패키징 된다면 섬유 이동 및 굽힘에 실질적으로 둔감한 상이한 안정된 강도 패턴의 투영을 가능하게 할 수 있다. 전이는 수 mm만큼 짧게 설계되고 제조될 수 있기 때문에, 매우 안정되도록 포장될 수 있다.
실시예에서, 광 패턴이 광이 코어로부터 빠져나오도록 섬유가 충분히 구부러지지 않는 한 광 패턴은 안정적으로 유지될 수 있다. 섬유가 너무 팽팽하게 구부러지면 광이 코어에서 빠져나오게 되, 말단에서 방출되는 광의 파워를 알 수 없게 된다(일부 상황에서 이 정보는 말단에서 반사된 광의 양에서 얻을 수 있음) .
광섬유(12)의 출력에서 생성된 패턴과 단일 모드 여기와의 관계가 캘리브레이션 되면, 단일 모드 코어(14)가 사용된 멀티 코어 섬유의 길이 L에 걸쳐 무시할 만한 결합을 나타내는 한, 이러한 관계는 멀티 코어 섬유 자체가 어떻게 조작되는지에 관계없이 알려진 것으로 간주될 수 있다.
[23]
그러므로, 광섬유(12)의 원위 단부에 대한 액세스 없이 이미징을 수행하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 단일 모드 코어(14) 각각에 차례로 광을 주입하여 생성된 광 패턴은 광섬유(12)를 환자에게 삽입하기 전에 얻어질 수 있고, 광섬유(12)가 제자리에 있는 동안 구부러지더라도 이러한 패턴은 안정적이라고 가정될 수 있다. 이는 광섬유가 이동하면 패턴을 다시 캘리브레이션 해야 하는 알려진 방법과 대조된다.
전술한 방법은 부피가 큰 섬유 다발 또는 깨지기 쉬운 원위 스캔 팁을 요구하지 않고, 생체 내 및 현장(in situ)에서 높은 필 팩터(fill factor), 고해상도 내시경 검사를 가능하게 할 수 있다. 코히어런트 섬유 다발을 이용한 공지의 이미징 방법에서, 이미징 될 객체 또는 영역은 섬유 코어의 간격에 따라 이격된 샘플링 지점에서 샘플링 되므로, 얻어진 필 팩터는 비교적 낮을 수 있다. 광자 랜턴 또는 유사한 전이를 사용하면 더 높은 필 팩터 및 더 높은 해상도를 얻을 수 있다.
원위 단부에서 가능한 한 작은 영역에서 많은 다른 패턴을 사용함으로써 고해상도 이미징이 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 코어와 클래딩 사이의 인덱스 콘트라스트를 최대화함으로써(예를 들어, 공기 또는 진공 인 클래딩을 사용함으로써) 고해상도가 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 모드가 가이드 안되기 시작하기 이전에 가능한 최소 크기에 도달할 때까지 원위 단부를 테이퍼링 함으로써 고해상도가 달성될 수 있다.
단일 모드이거나 모드가 거의 없는 낮은 개구 수 코어는 높은 개구 수를 갖는 다중 모드 코어에 연결된다.
도 1의 시스템은 넓은 스펙트럼 대역폭을 통해 동작할 수 있다. 일부 환경에서, 대역폭은 멀티 코어 섬유의 길이에 걸쳐 코어 사이의 무시할 만한 결합이 얻어질 수 있는 대역폭 및/또는 개별 코어의 단일 또는 소수 모드 동작이 얻어질 수 있는 대역폭에 의해 제한될 수 있다.
올바르게 설계된 디바이스는 매우 효율적인 작동을 가능하게 하는데, 예를 들어, 펌프 조명을 매우 효율적으로 전달하고 검출기로 신호를 효율적으로 수집한다.
특징적인 스페클 패턴을 사용하여 압축 감지(compressive sensing)를 제공하기 위해 산란 원위 팁을 갖는 단일 모드 또는 다중 모드 섬유를 사용하는 방법과 비교할 때, 일부 실시예는 원위 단부에서 멀티 모드 신호 수집의 사용으로 인해 리턴 경로에서 훨씬 더 높은 처리량을 제공할 수 있다.
광자 랜턴의 경우, 다중 모드 코어에 의해 수집된 객체로부터의 광은 대부분의(또는 모든) 단일 모드 코어에 효율적으로 결합되어 프로세스를 위해 근위 단부로 전송될 수 있다. 단일 모드 광섬유(또는 단일 모드 코어가 있는 멀티 코어 광섬유)에 부착된 산란 원위 팁의 경우, 산란 팁으로부터 단일 모드 코어로의 광의 결합 효율은 광자 랜턴의 경우에 비해 훨씬 낮을 수 있다.
다중 모드 섬유는 다중 공간 모드를 지원하므로 단일 모드 섬유보다 더 많은 각도의 광을 받아들인다. 이것은 전술한 바와 같은 시스템에 의해 생성될 수 있는 신호의 유형, 예를 들어 다중 모드 반사 및 비 간섭 형광 신호를 캡처하는데 있어서 다중 모드 섬유를 훨씬 더 효율적으로 만들 수 있다.
상기 일부 실시예에서, 반사 또는 형광은 광자 랜턴 및 단일 모드 코어를 통해 광섬유의 근위 단부로 복귀된다. 다른 구체 예에서, 광은 추가 코어 또는 섬유에 의해 광섬유의 원위 단부로부터 수집될 수 있다.
일부 실시예에서, 전술한 바와 같은 광자 랜턴 전이를 갖는 광섬유가 전체 내부 반사(TIRF) 모드에서 사용되도록 구성될 가능성이 있을 수 있다. TIRF 모드에서, 원위 단부(distal end)(18)는 생성된 패턴이 샘플이 놓인 표면으로부터 내부적으로 반사되도록 프로세스 되며, 이는 광섬유의 원위 면(distal facet)일 수 있다. TIRF 모드를 사용하면 샘플이 극도로 절편화 될 수 있다.
다른 실시예에서, 광섬유(12)는 깊이 단층 촬영을 수행하는데 사용될 수 있다. 깊이 단층 촬영을 수행하기 위해, 시스템은 펄스 방식으로 광 패턴을 전송하고 펄스가 원위 단부로 복귀되는 시간을 측정하도록 구성될 수 있다. 이것은 밍-지에 선(Ming-Jie Sun), 머튜 피. 에드가(Matthew P. Edgar), 그라함 엠. 깁슨(Graham M. Gibson), 보아킹 선(Baoqing Sun), 닐 라드웰(Neal Radwell), 로버트 램(Robert Lamb) 및 마일스 제이. 파젯(Miles J. Padgett)의 "시간에 따른 깊이 해상도를 갖는 단일 픽셀 3 차원 이미징(Single-pixel three-dimensional imaging with time-based depth resolution)"(네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications) 7, 12010(2016))에 설명된 것과 유사한 방식으로 정보를 제공할 수 있다.
얻어진 깊이 정보는 검출기의 타이밍 해상도에 크게 의존할 수 있다. 검출기는 수 ps의 해상도를 갖는 단일 광자 검출기 일 수 있다.
다른 접근법은 한 번에 하나의 코어로 광대역 광(펄스 또는 연속파)을 전송하고, 각 입력 코어에 대해 단일 모드 코어의 리턴 된 출력에 대해 광학 코히어런트 단층 촬영 측정을 수행하는 것일 수 있다. 이것은 마이크로 미터 스케일에서 크게 향상된 해상도를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 생성될 수 있는 패턴의 수를 증가시키기 위해 파장, 위상 및/또는 편광과 같은 더 높은 자유도를 이용할 가능성이 있을 수 있다.
도 4를 참조하여 전술한 실시예에서, 광섬유(12)의 근위 단부에서의 다중 코어(14)는 단일 모드이다. 다른 실시예에서, 각각의 코어는 적은 수의 모드에서 여기 될 수 있다. 모드의 정확하고 순수한 여기가 사용되는 경우, 소수 모드 코어로 형성된 랜턴을 사용하여 생성할 수 있는 패턴의 수를 늘릴 수 있다. 각각의 코어의 각 모드는 차례로 여기 될 수 있다. 적은 모드 여기를 사용하는 시스템은 단일 모드 여기를 사용하는 시스템보다 더 복잡한 시스템 일 수 있는데, 이는 정확한 모드 선택 여기를 사용할 수 있기 때문이다.
추가 실시예에서, 다중 테이퍼 전이는 원위 단부(18)에서 생성된다. 다중 테이퍼 전이의 예에서, 광섬유는 도 1에 도시된 바와 같이 원위 단부(18)에서 테이퍼 된 후에 다시 좁히기 전에 다시 넓어진다. 따라서, 넓어진 섹션은 실질적으로 결합되지 않은 코어의 어레이이고 좁혀진 섹션은 효과적인 멀티 모드 코어이다. 다중 테이퍼 전이의 사용은 원위 단부에서 생성된 패턴이 높은 파장에 민감하게 할 수 있다. 다중 테이퍼 전이의 사용은 입력 파장을 튜닝함으로써 가능한 패턴의 수를 증가시키는 방법을 제공할 수 있다. 도 1의 시스템에서, 생성된 광 패턴은 파장에 상대적으로 둔감할 수 있다. 대조적으로, 다중 테이퍼 전이는 파장에 훨씬 더 민감한 패턴을 생성할 수 있다. 따라서, 파장의 변화는 추가적인 패턴을 생성하는데 사용될 수 있으며, 이는 얻어진 이미지의 해상도를 향상시킬 수 있다. 이중 또는 다중 테이퍼링은 튜닝 파장이 패턴의 수를 증가시키기 위해 추가적인 자유도를 제공하도록 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 테이퍼를 포함하는 원위 단부 구조의 제어된 기계적 변형이 더 많은 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다.
일부 구체예에서, 광섬유의 출력은 테이퍼 되지 않은 멀티 코어 섬유를 포함한다. 예를 들어, 멀티 코어 섬유는 광자 랜턴을 형성하기 위해 좁아진 후 다시 멀티 코어 섬유로 넓어질 수 있다.
도 1 및 도 4와 관련하여 위에서 설명된 것과 같은 실시예에서, 유도파 전이(guided-wave transition)(예를 들어, 광자 랜턴)는 객체에 상이한 패턴의 광을 투사하기 위해 사용된다. 광은 디바이스의 각 코어(14)에 한 번에 하나의 코어로 결합된다. 시스템이 캘리브레이션 된다. 광을 각 코어에 결합할 때 출력에서 생성되는 광의 패턴이 알려져 있다. 이러한 패턴은 객체에 투사되고 광의 진폭(형광, 반사광 또는 투과광)을 측정하여, 다양한 알고리즘을 사용하여 객체의 이미지를 구축할 수 있다.
이러한 실시예에서, 결합(coupling)은 한 번에 하나의 코어에만 수행된다. 이와 같이, 코어가 사용된 섬유 길이에 걸쳐 현저하게 결합되지 않는 한 출력에서의 광 패턴은 안정적이다.
다른 실시예에서, 코히어런트 광(coherent light)은 유도파 전이의 다중 코어에 동시에 결합된다. 각 모드의 위상 및 진폭 제어는 전이 출력에서 원하는 강도 프로파일을 생성하는 데 사용된다.
전술한 바와 같이, 각각의 단일 모드 코어(14)에 광을 주입하면 각각의 단일 모드 코어에 대한 각각의 강도 패턴이 생성된다. 제어된 위상 및 진폭을 사용하여 하나 이상의 단일 모드 코어에 광이 주입되면, 광섬유(12)의 원위 단부(18)에 원하는 강도 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 스폿(spot)이 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 광은 다중 코어 섬유의 다중 코어에 동시에 결합된다. 각각의 코어에서 광의 위상 및 진폭은 출력에서 원하는 광 분포를 생성하도록 제어된다. 코어는 편광 유지 일 수 있다.
일부 실시예에서, 원하는 광 분포는 광섬유(12)의 원위 단부(18)에서의 스폿을 포함한다. 스폿은 점 광원(point light source)을 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 스폿은 단일 모드 코어(14)의 위상 및/또는 진폭을 변경함으로써 스캔 될 수 있다. 일부 공지된 방법과 달리, 스팟은 원거리 장 대신 원위 단부(18) 자체에 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 원하는 광 분포는 광섬유(12)의 단 부면으로부터 어느 정도 떨어진 지점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 타겟 영역(44)에서 스팟이 생성될 수 있다. 패싯으로부터 어느 정도 떨어진 지점은 적절한 위상 및 진폭 제어에 의해 스캔 될 수 있다.
원하는 위상 및 진폭을 갖는 임의의 스폿 배열이 생성될 수 있는 한 가지 방법은 알에이 비센시오 등(RA Vicencio et al.)의 "리브 포토닉 레티스(Lieb Photonic Lattices)의 국지화된 상태 관찰(Observation of Localized States in Lieb Photonic Lattices)"(피지칼 리뷰 레터(Phys Rev Lett) 1, 14(24), 245503 2015 Jun 15)에 기재되어 있고, 이는 공간 광 변조기는 0-pi-O-pi 위상 프로파일을 갖는 4 스폿 패턴을 생성하는데 사용된다. 비센시오 등(RA Vicencio et al.)에 요약된 기본 기술은 섬유로의 입력을 위해 훨씬 더 복잡한 진폭 및 위상 프로파일을 생성하도록 확장될 수도 있다.
다수의 단일 모드 코어(14)가 동시에 여기되는 실시예에서, 각각의 코어에서의 광의 상대 위상은 섬유가 조정될 때(광섬유가 사용되는 경우) 변경될 것으로 예상된다. 따라서, 광의 상대 위상이 실시간으로 모니터링되고 섬유의 움직임을 보정하도록 조정된다.
김 와이.(Kim, Y.), 나이트, 제이.(Knight, J.), 웨렌, 에스.(Warren, S.), 닐, 엠.(Neil, M.), 패터슨, 씨.(Paterson, C), 스톤, 제이.(Stone, J.), 던스비, 씨.(Dunsby, C.) 및 프랜치, 피.(French, P.)와 같은 2016년 논문 "편광-유지 멀티코아 광섬유를 사용한 적응형 멀티 광자 내시경(Adaptive multiphoton endomicroscope incorporating a polarization-maintaining multicore optical fiber"(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 22(3), 6800708)에서 멀티 코어 섬유 시스템에서의 동적 위상 보정은 공간 광 변조기(SLM)를 사용하여 시연되었다. 김 등의 논문에 설명된 구현은 출력 단부에 액세스 할 수 있었다. 출력에서 위상을 측정하고 위상 변동을 보정하기 위해 참조 빔(reference beam)을 사용한 홀로그래피가 사용되었다.
일부 실시예에서, 내시경 적용에서 내시경의 원위 단부에 대한 직접적인 접근이 없는 광은 다수의 코어에 결합된다. 광자 랜턴의 원위 단부(18)는 부분 반사 코팅으로 코팅된다. 부분 반사 코팅에서 반사된 광은 실시간으로 시스템을 캘리브레이션 하는 데 사용된다. 부분 반사 코팅으로부터 반사된 광은 원하는 단일 패턴 코어를 얻기 위해 다수의 단일 모드 코어를 여기시키는 데 사용될 진폭 및/또는 위상을 제공하는데 사용된다.
광이 멀티 코어 섬유의 하나의 단일 모드 코어(14)에 주입되면, 광자 랜턴(20)에 도달할 때까지 다른 단일 모드 코어(14)에 심각한 결합없이 멀티 코어 섬유를 아래로 이동한다. 그런 다음 광자 랜턴 전이의 출력(18)에서 특정 패턴의 광을 생성한다. 광자 랜턴 전이의 원위 단부(18)는 부분 반사 코팅으로 코팅되기 때문에, 광 패턴은 부분적으로 반사되고 섬유를 백업하는 도중에 단일 모드 코어 세트(이 실시예에서는 모든)에 결합될 것이다. 입력에서 하나의 코어에 결합함으로써, 코어로부터의 반사된 광은 섬유를 백업하는 도중에 일부 또는 모든 코어에 결합된다.
다수의 코어가 동시에 여기되는 실시예에서, 다수의 코어로부터의 반사된 광은 랜턴 전이를 방해하고 코어에 걸친 광의 분포를 변경시킨다. 원위 단부에서의 광의 상대 위상은 근위 단부(proximal end)에서 측정된 반사광의 분포를 직접 결정한다.
일 실시예에서, 근위 단부에서 측정된 광의 패턴은 캘리브레이션 되고 출력에서 생성된 패턴과 관련된다. 이 정보는 실시간으로 위상을 수정하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 부분 반사 코팅은 다이크로익 코팅(dichroic coating)이다. 형광 염료는 이미지화 될 조직에 사용된다. 다이크로익(dichroic) 코팅은 여기 파장에서 광의 95 %를 반사한다. 다이크로익(dichroic) 코팅은 형광 염료의 형광 파장에서 소량의 광만을 반사시킨다.
여기 광(excitation light)의 5 %만이 광섬유의 멀티 모드 단부를 빠져나가고, 다중 모드 단부를 빠져나가는 광의 최대 5 %만이 멀티 모드 단부를 재 입력할 수 있을 것이다.
광섬유의 근위 단부에 위치된 카메라는 다이크로익(dichroic) 코팅으로부터 반사되는 여기 파장에서 광의 패턴을 검출하는데 사용된다. 여기 파장에서 소량의 광만이 다이크로익(dichroic) 코팅에 의해 투과되기 때문에, 근위 단부에서 검출된 광의 패턴은 객체로부터 반사되는 여기 광의 양에 매우 둔감하다. 시스템은 광섬유의 근위 단부에서 카메라 앞에 위치된 다이크로익을 추가로 포함하여, 카메라는 여기 파장에서 광의 패턴만을 보고 있다.
많은 여기 광이 이용 가능하기 때문에, 다중 모드 단부에서 95 %의 반사광을 반사하는 데 별 차이가 없을 수 있다. 코팅은 다이크로익(dichroic)이며 형광 파장에서 거의 모든 광을 통과시키도록 구성되기 때문에, 샘플로부터의 형광은 디바이스의 멀티 모드 단부로 효율적으로 수용된다.
도 6은 상이한 파장이 2 개 이상의 단일 모드 코어(13) 각각에 결합되는 실시예의 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 비트 주파수는 이미지를 얻는 데 사용된다.
도 6의 단계 70에서, 코히어런트 광원(26)은 제 1 주파수 F1를 갖는 광 빔을 생성한다. 음향-광학 변조기는 도플러가 제 1 주파수로부터 원하는 양만큼 주파수 시프트 된 회절 빔을 생성하는데 사용된다. 회절 빔은 제 2 주파수 F2를 갖는다. 음향 광학 변조기를 사용하면 원하는 주파수 차이(F1-F2)를 갖는 두 개의 빔이 제공된다.
제 1 주파수의 광 F1은 단일 모드 코어 C1 중 제 1 주파수에 결합된다. C1의 광은 멀티 코어 섬유 아래로 전파된다. 멀티 코어 섬유는 사용된 섬유 길이 L에 걸쳐 결합되지 않도록 설계되었으므로 다른 단일 모드 코어로의 결합은 무시할 수 있다. C1으로부터의 광은 랜턴 전이(20)로 전파되고 출력(18)에서 제 1 광 패턴을 형성한다.
제 2 주파수의 광 F2은 단일 모드 코어 C2 중 제 2 주파수에 결합된다. C2의 광은 다른 단일 모드 코어에 무시할 수 있는 결합으로 멀티 코어 광섬유 아래로 전파된다. C2로부터의 광은 랜턴 전이(20)로 전파되고 출력(18)에서 제 2 광 패턴을 형성한다. 일부 지역에서는 두 가지 패턴의 광이 겹친다.
겹치는 영역의 강도는 비트 주파수(F1-F2)에서 다르다. 본 실시예에서, 비트 주파수(F1-F2)는 무선 주파수 도메인에 있도록 선택된다.
두 패턴의 광에서 나온 광이 객체 영역의 객체에 입사하고 광의 일부가 반사된다. 단계 72에서, 광섬유(12)의 근위 단부의 검출기는 타겟 영역(44)으로부터 광섬유로 복귀된 신호를 검출한다. 검출기는 비트 주파수에서 신호를 보기에 충분한 대역폭을 가지고 있다. 검출기는 고속 광 검출기 일 수 있다. 비트 노트의 주파수는 섬유의 굽힘에 상당히 둔감할 것으로 예상된다. 굽힘은 일반적으로 모드 사이에서 최대 kHz 레벨의 위상 변화만을 유도할 수 있으며, 이는 예를 들어 MHz 또는 GHz 일 수 있는 RF 비트 주파수와 비교하여 무시할 수 있다.
단계 74에서, 단계 70 및 72는 상이한 쌍의 코어에 대해 반복된다. 이 방법을 사용하면 광을 각 코어 쌍에 한 번에 하나씩 결합하여 생성되는 신호의 강도를 조사할 수 있으므로, 도 4의 실시예에서와 같이 n 비트의 정보가 아닌(((n^2)-n)/2) 개별 정보를 생성한다.
단계 76에서, 프로세서(46)는 각각의 코어 쌍으로부터의 신호를 프로세스 하여 객체의 이미지를 재구축한다. 객체는 도 4의 단계 56에서 사용된 것과 유사한 알고리즘을 사용하여 구성된다.
도 6의 실시예는 추가 패턴을 형성함으로써 추가 정보를 얻기 위해 하나 이상의 주파수를 사용하기 위한 기본 아이디어를 사용한다(도 6의 경우에는 상이한 주파수를 갖는 2 개의 코어를 동시에 여기시킴으로써 형성된 비트 주파수 패턴 임).
도 6에 사용된 기본 아이디어의 보다 진보된 구현이 또한 예상될 수 있다.
일 실시예에서, 2 개의 모드-잠금 레이저가 광을 제공하기 위해 사용된다. 두 개의 모드-잠금 레이저는 캐비티 길이가 약간 다르다. 모드-잠금(mode-locked) 레이저는 예를 들어 캐리어-엔벨롭-위상 안정화 레이저(carrier-envelope-phase stabilised laser) 일 수 있다.
제 1 모드-잠금 레이저의 개별 모드는 섬유의 각 코어에 결합될 수 있다. 그런 다음, 의도적으로 약간 다른 캐비티 길이를 가지므로 모드 주파수가 약간 다른 다른 모드-잠금 레이저의 개별 모드를 광섬유의 각 코어에 결합할 수 있다.
모드-잠금 레이저의 모드는 세로 모드이다. 제 2 모드-잠금 레이저는 제 1 모드-잠금 레이저와 상이한 캐비티 길이를 가지므로, 제 2 모드-잠금 레이저의 종 방향 모드 간격 및 종 방향 모드 주파수는 제 1 모드-잠금 레이저의 것과 다르다.
출력에서, 각 쌍의 코어는 별개의 비트 주파수를 갖는 변조된 패턴을 생성할 수 있다. 리턴 된 광의 RF 스펙트럼을 기록함으로써, 이들 노트의 전력을 즉시 기록할 수 있다. 이 아이디어는 이중 콤 분광법(dual comb spectroscopy)에서 몇 가지 개념을 차용한다.
일 실시예에서, 2 개의 모드-잠금 레이저(mode-locked laser)가 광원으로서 사용된다. 제 1 모드-잠금 레이저로부터의 제 1 모드는 제 1 코어에 결합된다. 제 1 모드-잠금 레이저로부터의 제 2 모드는 제 2 코어에 결합된다. 제 1 모드-잠금 레이저로부터의 제 3 모드는 제 3 코어에 결합되고, N 번째 코어에 결합된 제 1 모드-잠금 레이저로부터 N 번째까지 모드에 연결된다.
그런 다음, 제 2 모드-잠금 레이저로부터의 제 1 모드가 제 1 코어에 결합된다. 제 2 모드-잠금 레이저로부터의 제 2 모드는 제 2 코어에 결합된다. 제 2 모드-잠금 레이저로부터의 제 3 모드는 제 3 코어에 결합되고, N 번째 코어에 결합된 제 2 모드-잠금 레이저로부터 최대 N 번째 모드까지이다.
이 실시예에서, 코어의 각 쌍별 조합은 고유한 비트 주파수로 표시된다.
다른 실시예에서, 개념은 모드 그룹에 사용될 수 있다. 그룹의 모드는 각각의 코어에 결합될 수 있고, 각각의 코어 쌍은 비트 주파수 그룹으로 표현될 수 있다.
복수의 주파수의 사용 및 비트 주파수의 사용은 한 번에 하나의 코어 만이 여기되는 실시예와 비교할 때 주어진 수의 코어로부터 증가된 정보를 얻을 수 있게 한다.
전술한 실시예에서, 광자 랜턴은 단일 모드 코어의 어레이를 다중 모드 코어에 연결하는데 사용된다. 다른 실시예에서, 임의의 적합한 유도파 전이, 예를 들어 임의의 적합한 단일 모드 대 다중 모드 또는 소수 모드 대 다중 모드 유도파 전이가 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 모드 선택 광자 랜턴은 개별 코어의 공간 모드에 잘 맞는 광 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 모드-선택적 광자 랜턴은 예를 들어 에스 예롤라트시티스(S Yerolatsitis), 게이 해링톤(K Harrington), 알알 톰슨(RR Thomson), 티에이 벅스(TA Birks), 멀터코아 섬유스(Multicore Fibres)의 "멀티코아 섬유로부터의 모드-선택적 광자 랜턴(Mode-selective Photonic Lanterns from Multicore Fibres)"(옵티컬 섬유 커뮤니케이션 컨퍼런스(Optical Fiber Communication Conference) OSA Technical Digest(online)(Optical Society of America, 2017), paper Tu3J.6.)에 기재된 바와 같을 수 있다.
광자 랜턴은 단일 모드 코어 섬유의 어레이로부터 단일 다중 모드 코어로의 단열 전이를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 121 개의 코어 섬유를 형석으로 피복한 후, 모든 코어가 합쳐져 랜턴의 다중 모드 단부를 형성하는 직경으로 인발함으로써 형성된 광섬유 광자 랜턴을 사용하여 실험을 수행하였다. 단열 전이(adiabatic transition)는 멀티 코어 어레이의 단일 코어가 레이저 광에 의해 여기 될 때, 랜턴의 멀티 모드 단부의 출력이 통합된 코어에 의해 유도된 최하위 공간 모드의 코히어런트 중첩을 포함한다는 것을 의미한다.
고스트 이미징은 장면을 조명하는 데 사용되는 라이트 필드가 순차적으로 변경되어 카메라로 기록되는 정보의 양을 증가시키는 듀얼 사진 기술이다(예를 들어, ACM Transaction on Graphics 24, 745-755(ACM Press, 2005)의 센. 피. 등(Sen. P et al)의 듀얼 사진 참조). 고스트 이미징(Ghost imaging)은 조명을 두 부분으로 나누어 듀얼 사진 기술을 한 단계 더 발전시킨다. 조명광의 두 부분은 일반적으로 참조 빔과 신호 빔으로 더빙된다. 공간 정보는 참조 빔에서만 기록된다(예를 들어, 퓨리에 옵틱스 및 컴퓨테이셔날 이미징(Fourier Optics and Computational Imaging, 52, 293-299(John Wiley & Sons Ltd, 2015) 참조). 이미징 할 객체가 신호 빔에 배치된다. 객체에 의해 반사(또는 투과)되는 광의 강도는 공간적으로 나이브 버킷 검출기(spatially naive bucket detector)에 의해 측정될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 장치의 개략도이다. 멀티 코어 광섬유(multicore optical fibr)(112)의 선택된 코어(114)가 여기된다. 광은 여기 된 코어를 통해 광자 랜턴(photonic lantern)(120), 렌즈(lens)(128) 및 빔 스플리터(beamsplitter)(132)로 통과한다. 빔 스플리터로부터, 광은 기준 빔과 신호 빔으로 분할된다. 객체(142)는 신호 빔의 경로에 배치되고, 이어서 제 1 검출기(136)에 의해 검출된다. 기준 빔은 제 2 검출기(134)에 의해 검출된다. 광자 랜턴의 각 코어를 조명함으로써 고스트 이미징을 위한 조명이 제공된다.
객체의 이미지를 얻기 위해, 광 검출기(134, 136)로부터 수집된 데이터는 다음 알고리즘에 따라 수퍼 모드의 이미지와 결합되었다:
x 및 y가 공간 좌표인 경우, Si는 코어 i가 여기 될 때 제 1 검출기의 출력이고, Ri는 제 2 검출기(134)의 출력이고, Ii(x, y)는 수퍼 모드 이미지이다. 꺾쇠 괄호는 앙상블 평균을 나타낸다. Oi(x, y)는 고스트 이미지 출력으로서 기술될 수 있다.
도 8 및 도 9는 도 7의 장치와 관련하여 전술한 이미징 프로세스의 결과를 도시한다.
도 8의 첫 번째 이미지 행 a)는 다른 위치에 있는 객체의 현미경 사진 세트를 포함한다. 도 8에서 이미지의 제 2 행(b)은 제 1 행의 이미지의 현미경 사진의 것에 대응하는 객체 위치에 대한 고스트 이미지의 세트를 포함한다.
도 9의 첫 번째 행 이미지 a)는 다른 위치에 있는 추가 정사각형 객체의 현미경 사진 세트를 포함한다. 도 9의 이미지의 제 2 행, b)는 도 9의 이미지의 제 1 행의 현미경 사진의 위치에 대응하는 추가 객체의 위치에 대한 고스트 이미지의 세트를 포함한다.
광섬유를 사용하는 실시예들이 위에서 설명되었지만, 다른 실시예에서 임의의 도파관이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도파관 전이는 칩으로 스크라이빙 된다. 도파관 전이는 복수의 단일 모드 또는 소수의 모드 도파관을 다중 모드 도파관에 결합시킨다.
상기에 사용된 방법은 임의의 적합한 주파수를 안내하는 도파관, 예를 들어 200 nm 내지 15 μm의 파장을 갖는 광을 안내하는 데 사용될 수 있다.
상기 실시예에서, 광섬유 장치는 내시경 이미징을 수행하기 위해 사용된다. 임의의 다른 실시예에서, 임의의 적절한 도파관 장치는 임의의 적절한 유형의 이미징, 예를 들어 깊이 단층 촬영 또는 TIRF를 수행하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 도파관 장치는 다수의 광 패턴으로부터 정보를 획득하기 위해 전술한 바와 같이 사용될 수 있으며, 여기서 정보는 이미지를 포함하지 않을 수 있다.
도파관 장치의 실시예는 예를 들면, 내시경을 통해 액세스 될 수 있는 임의의 해부학 영역을 적당한 해부학적 영역 또는 영상 분석을 수행하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 구체 예는 기관지, 위장관, 요로 또는 뇌의 영상화를 수행하는데 사용될 수 있다. 이미징은 임의의 적합한 인간 또는 동물 객체에서 수행될 수 있다. 임의의 적합한 의료 또는 수 의학적 적용을 위해 이미징이 수행될 수 있다.
상기 실시예의 특징은 다른 실시예의 특징과 결합될 수 있다. 예를 들어, 위상 제어는 비트 주파수와 함께 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 순전히 예를 든 전술한 것으로 이해될 수 있으며, 세부 사항의 변경이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다.
상세한 설명 및(적절한 경우) 청구항 및 도면에 개시된 각각의 특징은 독립적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 제공될 수 있다.

Claims (38)

  1. 시스템에 있어서,
    복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하고, 상기 다중 모드 도파관의 길이는 도파관 장치의 길이보다 짧은, 도파관 장치;
    상기 복수의 입력 도파관 각각 또는 상기 복수의 입력 도파관들의 조합 각각을 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 발생시키는 적어도 하나의 광원;
    상기 도파관 장치는 복수의 상이한 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 및
    상이한 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기
    를 포함하는
    시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성된 프로세스 자원
    을 더 포함하는
    시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도파관 장치는 광섬유 장치를 포함하고;
    각각의 상기 입력 도파관은 광섬유 장치의 멀티-코어 섹션의 각각의 코어를 포함하고; 및
    상기 다중 모드 도파관은 상기 광섬유 장치의 다중 모드 섹션을 포함하는
    시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유도파 전이는,
    상기 광섬유 장치의 멀티-코어 섹션의 코어로부터 상기 광섬유 장치의 멀티 모드 섹션으로 실질적으로 연속적인 전이
    를 포함하는
    시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유도파 전이는 광자 랜턴 전이를 포함하는
    시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 멀티-코어 섹션과 멀티 모드 섹션은
    동일한 광섬유로 형성되는
    시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시스템은 내시경 이미징 장치를 포함하거나 그 일부를 형성하는
    시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력 도파관 각각은 단일 모드 도파관 인
    시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력 도파관들 각각은 10 개 이하의 모드, 선택적으로 6 개 이하의 모드, 추가로 선택적으로 3 개 이하의 모드
    를 지원하도록 구성되는
    시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은
    차례로 입력 도파관의 개별 모드
    를 여기 시키도록 구성되는
    시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입력 도파관 각각은 편광 유지 인
    시스템.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입력 도파관 중 어느 하나에서 전파되는 광이 상기 입력 도파관 중 다른 하나에 실질적으로 결합되지 않도록 구성된
    시스템.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도파관 장치의 굽힘에 응답하여 유도파 전이의 굽힘을 제거하거나 감소시키도록 구성된 지지체
    를 더 포함하는
    시스템.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상이한 광 패턴들 각각은 상기 도파관 장치의 굽힘에 실질적으로 둔감한
    시스템.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상이한 광 패턴들 중 적어도 일부는 전자기장에서 서로 실질적으로 직교하는
    시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 상이한 광 패턴은,
    모든 타겟 영역이 광 패턴에 의해 조명되도록 하는
    시스템.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하는 단계는,
    상기 상이한 광 패턴 각각에 대해,
    상기 광 패턴의 이미지를 상기 광 패턴에 대한 적어도 하나의 검출기로부터 얻어진 신호와 결합하는 단계를 포함하는
    시스템.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 타겟 영역의 이미지를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하는 단계는 고스트 이미징 단계를 포함하는
    시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 이미지는 전체 내부 반사 형광(TIRF) 이미지
    를 포함하는
    시스템.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 이미지는 깊이 단층 촬영 이미지를 포함하는
    시스템.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도파관 장치는 추가 유도파 전이
    를 더 포함하는
    시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 추가 유도파 전이는 제어 가능하게 변형 가능한
    시스템.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은,
    각각의 입력 도파관을 복수의 상이한 파장으로 여기시켜, 입력 도파관 각각에 대해 복수의 광 패턴을 생성하도록 구성되는
    시스템.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광원은 상기 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 차례로 여기시키도록 구성되고,
    각 조합을 여기시키는 단계는 상기 도파관 장치의 출력에서 원하는 광 패턴을 생성하기 위하여 선택된 진폭 및/또는 위상을 사용하여 동시에 적어도 일부의 복수의 입력 유도파를 여기시키는 단계를 포함하는
    시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 원하는 광 패턴은 상기 도파관 장치의 원위 표면에 위치된 광 스폿을 포함하는
    시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 원하는 광 패턴은 상기 타겟 영역 내에 위치된 광 스폿을 포함하는
    시스템.
  27. 제24항에 있어서,
    상이한 상기 광 패턴 각각은 상기 타겟 영역을 가로질러 광 스폿을 스캔하기 위해 상이한 각각의 위치에서 광 스폿을 포함하는
    시스템.
  28. 제24항에 있어서,
    캘리브레이션 데이터를 획득하기 위해 캘리브레이션 프로세스를 수행하도록 추가로 구성되며,
    상기 선택된 진폭 및/또는 위상은 캘리브레이션 데이터에 기초하는
    시스템.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 시스템은,
    상기 광 패턴을 부분적으로 반사하도록 구성된 부분 반사 요소, 및
    상기 광 패턴의 반사 부분을 수신하고 상기 광 패턴의 반사 부분을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 검출기를 더 포함하는
    시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    프로세서는 광 패턴의 반사된 부분을 나타내는 신호에 기초하여 선택된 진폭 및/또는 위상을 결정하도록 구성되는
    시스템.
  31. 제2항에 있어서,
    상기 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 차례로 여기시키는 단계는 복수의 쌍의 입력 도파관 각각을 차례로 여기시키는 단계를 포함하고,
    상기 쌍의 각각의 여기시키는 단계는 제 1 주파수의 광으로 상기 쌍의 제 1 입력 도파관을 여기시키는 단계, 및 제 2 주파수의 광으로 상기 쌍의 제 2 입력 도파관을 여기시키는 단계를 포함하는
    시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 프로세스 자원은,
    상기 복수의 쌍의 도파관 쌍의 각각의 쌍에 대해 적어도 하나의 비트 주파수를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성되는
    시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 비트 주파수는 1 kHz 내지 1 THz 사이 인
    시스템.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 입력 도파관은 복수의 상이한 주파수로 여기되어, 복수의 상이한 비트 주파수를 얻는
    시스템.
  35. 시스템에 있어서,
    복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하고, 상기 다중 모드 도파관의 길이는 도파관 장치의 길이보다 짧은 도파관 장치;
    각각의 상기 입력 도파관을 개별적으로 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 적어도 하나의 광원;
    상기 도파관 장치는 복수의 상이한 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 및
    상이한 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기
    를 포함하는
    시스템.
  36. 시스템에 있어서,
    복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하고, 상기 다중 모드 도파관의 길이는 도파관 장치의 길이보다 짧은 도파관 장치;
    복수의 상이한 세트의 선택된 진폭 및/또는 위상을 갖는 입력 도파관을 차례로 여기시키도록 구성되어, 상기 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 원하는 광 패턴을 차례로 생성하는 적어도 하나의 광원;
    상기 도파관 장치는 복수의 상이한 원하는 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고; 및
    상이한 원하는 광 패턴 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기
    를 포함하는
    시스템.
  37. 시스템에 있어서,
    복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 결합하는 유도파 전이를 포함하고, 상기 다중 모드 도파관의 길이는 도파관 장치의 길이보다 짧은 도파관 장치;
    상기 입력 도파관의 복수의 조합 각각을 차례로 여기시키도록 구성된 적어도 하나의 광원 - 각각의 조합을 여기시키는 단계는 제 1 주파수의 광으로 제1 입력 도파관 각각을 여기시키는 단계 및 제 2 주파수의 광으로 제2 입력 도파관 각각을 여기시키는 단계를 포함하고, 이로 인해 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 -;
    상기 도파관 장치는 복수의 상이한 원하는 광 패턴 각각을 타겟 영역으로 지향시키도록 구성되고;
    상이한 광 패턴들 각각에 응답하여 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 광을 검출하고, 상기 검출된 광을 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 검출기; 및
    각각의 조합에 대한 비트 주파수를 얻기 위해 상기 적어도 하나의 검출기로부터의 신호를 프로세스 하도록 구성되는 프로세서
    를 포함하는
    시스템.
  38. 방법에 있어서,
    적어도 하나의 광원에 의해, 도파관 장치의 복수의 입력 도파관 각각 또는 복수의 입력 도파관의 조합을 차례로 여기시키는 단계, 이로 인해 도파관 장치의 출력에서 복수의 상이한 광 패턴을 차례로 생성하는 단계 - 상기 도파관 장치는 상기 복수의 입력 도파관, 다중 모드 도파관, 및 상기 복수의 입력 도파관을 상기 다중 모드 도파관에 연결하는 유도파 전이를 포함하고, 상기 다중 모드 도파관의 길이는 도파관 장치의 길이보다 짧음 -;
    상기 복수의 상이한 광 패턴들 각각을 상기 도파관 장치에 의해 타겟 영역으로 지향시키는 단계;
    상기 상이한 광 패턴들 각각에 응답하여 상기 타겟 영역으로부터 전송, 반사 또는 방출된 적어도 하나의 검출기 광에 의해 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 광을 나타내는 검출기 신호에 의해 출력하는 단계
    를 포함하는
    방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10891730B1 (en) * 2017-11-30 2021-01-12 University Of Southern California Fiber pattern removal and image reconstruction endoscopic devices and related methods
JP6839400B2 (ja) * 2018-05-09 2021-03-10 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 組織識別装置、組織識別システム、組織識別方法、組織識別プログラム、および記録媒体
GB201818290D0 (en) * 2018-11-09 2018-12-26 Cancer Research Tech Ltd Methods of characterising and imaging with an optical system
US10939802B2 (en) 2019-05-02 2021-03-09 VPIX Medical Incorporation Image generating device
CN110018544A (zh) * 2019-05-14 2019-07-16 南开大学 一种基于光子灯笼的空间光高效自动耦合装置及其实现方法
CN110475081B (zh) * 2019-06-28 2021-06-15 中北大学 一种基于透射率变化的变尺度鬼成像方法
CN110793633B (zh) * 2019-11-14 2020-10-27 北京理工大学 基于集束光纤的单像元多光谱计算成像系统及成像方法
KR102404070B1 (ko) * 2020-09-25 2022-06-02 고려대학교 산학협력단 광섬유 번들을 이용하는 반사 내시현미경 및 이를 이용한 이미지 획득 방법
GB202206515D0 (en) 2022-05-04 2022-06-15 Univ Edinburgh Endoscopic device, system and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5956447A (en) * 1996-05-07 1999-09-21 Univ Central Florida Device and method for image acquisition through multi-mode fiber
JP2011232674A (ja) * 2010-04-30 2011-11-17 Hitachi Chem Co Ltd 光導波路、波長多重光合波装置、及びそれを用いた医療用内視鏡
WO2017073737A1 (ja) * 2015-10-28 2017-05-04 国立大学法人東京大学 分析装置

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05256754A (ja) 1992-03-13 1993-10-05 Res Dev Corp Of Japan 液晶粘弾性測定装置
JP3000320B2 (ja) 1992-08-25 2000-01-17 富士写真フイルム株式会社 深部観察内視鏡
US6468221B2 (en) * 2000-11-21 2002-10-22 Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha Ultrasonic endoscope
FR2834348B1 (fr) 2001-12-28 2004-02-27 Mauna Kea Technologies Tete optique de focalisation miniaturisee, notamment pour endoscope
FR2834340B1 (fr) 2001-12-28 2004-07-16 Mauna Kea Technologies Appareillage de spectroscopie d'autofluorescence subsurfacique
FR2834349B1 (fr) 2001-12-28 2004-04-09 Mauna Kea Technologies Appareillage d'imagerie confocale notamment pour endoscope
FR2842628B1 (fr) 2002-07-18 2004-09-24 Mauna Kea Technologies "procede de traitement d'une image acquise au moyen d'un guide compose d'une pluralite de fibres optiques"
FR2852394B1 (fr) 2003-03-11 2005-05-06 Procede et appareillage d'imagerie de fluorescence fibree haute resolution
FR2842407B1 (fr) 2002-07-18 2005-05-06 Mauna Kea Technologies "procede et appareillage d'imagerie de fluorescence confocale fibree"
FR2849215B1 (fr) 2002-12-20 2005-03-11 Mauna Kea Technologies Systeme de microscopie laser confocale parallele basee sur la technologie vcsel
FR2849218B1 (fr) 2002-12-20 2005-03-04 Mauna Kea Technologies Tete optique confocale, notamment miniature, a balayage integre et systeme d'imagerie confocale mettant en oeuvre ladite tete
US7307734B2 (en) * 2003-08-14 2007-12-11 University Of Central Florida Interferometric sensor for characterizing materials
CN103181753B (zh) * 2003-10-27 2016-12-28 通用医疗公司 用于使用频域干涉测量法进行光学成像的方法和设备
FR2864631B1 (fr) 2003-12-31 2006-04-14 Mauna Kea Technologies Procede et systeme de super-resolution d'images confocales acquises a travers un guide d'image, et dispositif utilise pour la mise en oeuvre d'un tel procede
FR2864438B1 (fr) 2003-12-31 2006-11-17 Mauna Kea Technologies Tete optique miniature a balayage integre pour la realisation d'une image confocale homogene, et systeme d'imagerie confocale utilisant ladite tete
FR2865369A1 (fr) 2004-01-22 2005-07-29 Centre Nat Rech Scient Dispositif et procede pour compenser la birefringence corneenne dans un examen optique de parties de l'oeil situees au-dela de la cornee, et systeme d'examen de l'oeil incluant un tel dispositif
FR2865370B1 (fr) 2004-01-22 2006-04-28 Centre Nat Rech Scient Systeme et procede de tomographie in vivo a haute resolution laterale et axiale de la retine humaine
FR2865371B1 (fr) 2004-01-22 2007-12-21 Centre Nat Rech Scient Dispositif et procede de visee pour un examen de l'oeil, systeme d'examen de l'oeil par tomographie in vivo equipe de ce dispositif
FR2865538B1 (fr) 2004-01-22 2007-10-19 Centre Nat Rech Scient Dispositif et procede pour mesurer le contraste des franges dans un interferometre de michelson, et systeme d'examen de l'oeil incluant un tel dispositif
FR2868279B1 (fr) 2004-04-02 2006-06-09 Mauna Kea Technologies Soc Par Procede et systeme de mesure de vitesse du flux sanguin
US7331954B2 (en) * 2004-04-08 2008-02-19 Omniguide, Inc. Photonic crystal fibers and medical systems including photonic crystal fibers
FR2871358B1 (fr) 2004-06-14 2007-02-09 Mauna Kea Technologies Soc Par Procede et systeme d'imagerie microscopique de fluorescence fibree multimarquage
GB0419325D0 (en) * 2004-09-01 2004-09-29 Perkinelmer Ltd A method of analysing a sample including fluorescent labels and apparatus therefor
US8498681B2 (en) * 2004-10-05 2013-07-30 Tomophase Corporation Cross-sectional mapping of spectral absorbance features
US7970458B2 (en) * 2004-10-12 2011-06-28 Tomophase Corporation Integrated disease diagnosis and treatment system
FR2877103B1 (fr) 2004-10-22 2012-02-10 Mauna Kea Technologies Systeme et procede d'imagerie microscopique multiphotonique fibre d'un echantillon
FR2899088B1 (fr) 2006-03-31 2008-06-27 Mauna Kea Technologies Soc Par "microscopie de fluorescence fibree a base de bleu de methylene."
FR2900741B1 (fr) 2006-05-05 2008-07-18 Mauna Kea Technologies Soc Par Tete optique miniaturisee a haute resolution spatiale et haute sensibilite, notamment pour l'imagerie de fluorescence confocale fibree
FR2901029B1 (fr) 2006-05-12 2012-12-21 Mauna Kea Technologies Dispositif et procede d'endoscopie pour une observation simultanee de plusieurs zones d'interet.
FR2904927B1 (fr) 2006-08-17 2018-05-18 Mauna Kea Technologies Utilisation d'un systeme d'imagerie par fluorescence confocale fibre in vivo in situ, systeme et procede d'imagerie par fluorescence confocale fibres in vivo in situ
EP2339329A3 (de) 2007-02-21 2012-04-04 Agfa HealthCare N.V. System und Verfahren zur optischen Kohärenztomographie
EP2017591A1 (en) * 2007-07-18 2009-01-21 Fujifilm Corporation Imaging apparatus
US7978932B2 (en) 2007-08-02 2011-07-12 Mauna Kea Technologies Robust mosaicing method, notably with correction of motion distortions and tissue deformations for in vivo fibered microscopy
FR2922308B1 (fr) 2007-10-11 2012-03-16 Mauna Kea Technologies Dispositif d'imagerie modulaire, module pour ce dispositif et procede mis en oeuvre par ce dispositif
US8644663B2 (en) 2007-10-11 2014-02-04 Mauna Kea Technologies Modular imaging system, modules for this system and method implemented using this system
US20090240143A1 (en) 2008-03-12 2009-09-24 Mauna Kea Technologies Method and an optical probe for in vivo imaging of a mucosa in a biliary or pancreatic system and a method for selectively operating a tissue sampling of a mucosa in a biliary or pancreatic system
CA2748416C (en) 2008-12-29 2016-07-26 Mauna Kea Technologies Image processing method and apparatus
US8267869B2 (en) 2008-12-31 2012-09-18 Manua Kea Technologies Multi-purpose biopsy forceps
ES2630045T3 (es) 2009-01-30 2017-08-17 Mauna Kea Technologies Método y sistema para el procesamiento de imágenes adquiridas en tiempo real mediante un dispositivo médico
CA2754863C (en) 2009-03-12 2015-11-17 Mauna Kea Technologies Connector for a fiber probe and a fiber probe adapted to said connector
JP5750440B2 (ja) 2009-07-29 2015-07-22 マウナ ケア テクノロジーズ 脳のファイババンドル顕微鏡法のための装置及び方法
CA2774621C (en) 2009-09-17 2017-07-11 Mauna Kea Technologies A method, an optical probe and a confocal microscopy system for inspecting a solid organ
AU2012257496B2 (en) 2011-05-16 2017-05-25 Mauna Kea Technologies Continuous and real-time calibration of fiber-based microscopic images
FR2977135B1 (fr) 2011-06-29 2014-10-10 Univ Paris Curie Instrument endoscopique a pied d'appui
WO2013153448A2 (en) 2012-04-13 2013-10-17 Mauna Kea Technologies Miniaturized scanning system
JP6219375B2 (ja) 2012-05-18 2017-10-25 アンスティテュ ギュスターブ ルシ （アイジーアール） 赤色および遠赤外蛍光色素を用いた生物組織の細胞レベルにおける特性評価
US9251604B2 (en) 2012-07-20 2016-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for generating tomography image
US9322992B2 (en) 2013-01-29 2016-04-26 Vencore Labs, Inc. Devices and methods for multimode light detection
JP6194710B2 (ja) 2013-09-11 2017-09-13 株式会社ニコン 構造化照明装置及び構造化照明顕微鏡装置
US9411100B2 (en) * 2013-09-20 2016-08-09 Alcatel Lucent Photonic lantern spatial multiplexers with mode selectivity
ES2731327T3 (es) 2013-10-11 2019-11-15 Mauna Kea Tech Método para caracterizar imágenes adquiridas a través de un dispositivo médico de vídeo
WO2015153982A1 (en) 2014-04-04 2015-10-08 The General Hospital Corporation Apparatus and method for controlling propagation and/or transmission of electromagnetic radiation in flexible waveguide(s)
EP2953215A1 (en) 2014-06-06 2015-12-09 Ludwig-Maximilians-Universität München A system and method for inducing and detecting multi-photon processes in a sample
WO2016027797A1 (ja) 2014-08-19 2016-02-25 国立大学法人徳島大学 ゴーストイメージングを利用した物質測定装置
JP2016202360A (ja) 2015-04-17 2016-12-08 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2017073737A (ja) * 2015-10-09 2017-04-13 キヤノン株式会社 通信装置、通信装置の制御方法及びプログラム
US10901240B2 (en) * 2016-02-04 2021-01-26 Massachusetts Institute Of Technology Electro-Optic beam controller and method
FR3049719B1 (fr) 2016-04-04 2019-09-13 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Dispositifs et methodes de transport et de controle de faisceaux lumineux pour l'imagerie endo-microscopique sans lentille
US10969571B2 (en) * 2016-05-30 2021-04-06 Eric Swanson Few-mode fiber endoscope

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5956447A (en) * 1996-05-07 1999-09-21 Univ Central Florida Device and method for image acquisition through multi-mode fiber
JP2011232674A (ja) * 2010-04-30 2011-11-17 Hitachi Chem Co Ltd 光導波路、波長多重光合波装置、及びそれを用いた医療用内視鏡
WO2017073737A1 (ja) * 2015-10-28 2017-05-04 国立大学法人東京大学 分析装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP WO2017073737 A1*
Photonic lantern adaptive spatial mode control in LMA fiber amplifiers*

Also Published As

Publication number Publication date
EP3599974A1 (en) 2020-02-05
GB201707239D0 (en) 2017-06-21
US11696676B2 (en) 2023-07-11
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KR20200004318A (ko) 2020-01-13
US20200069165A1 (en) 2020-03-05
CN110831478A (zh) 2020-02-21
WO2018203088A1 (en) 2018-11-08
JP7249647B2 (ja) 2023-03-31
JP2020518359A (ja) 2020-06-25

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