(57)【要約】  本発明の一実施形態の手法では、干渉性のレーザ光を送るある長さの光ファイバケーブルを機械的に振動させて、これにより、光ファイバ内で力学的共振を励振させる。２点間で光ファイバケーブルを吊るし、吊られた光ファイバケーブル上の軸力、および機械的強制周波数の両方を制御することで、これを実現する。周期的な高周波数のファイバの機械的摂動により、経路の長さ、および送信されるレーザ光の１つまたは複数の各モードの内部の反射角が高速で変化する。ある実施形態では、このシステムを回転させて、ファイバ内に機械的な定在波を誘発させることができる。共振するファイバ内の波形の調波の増大および振幅の増大により、大幅なスペックルの低減および均一な輝度の分布が実現される。
2013525847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像機器用の光源であって、
レーザと、
その第１の端が前記レーザから干渉性の光を受け、その第２の端が光を出力して前記撮像機器内のサンプルを照らし、その中間部が２つの支持機構の間で吊るされ、誘導されて振動し、これにより前記光ファイバケーブル内の光経路の長さおよび内部反射角が変化して、均一な出力の光の輝度が前記サンプルに供給される光ファイバケーブルとを含む光源。
【請求項２】
前記光ファイバケーブルの中間部が１０ｃｍと３ｍの間の長さを有する、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記光ファイバケーブルの中間部が１００ｃｍと２ｍの間の長さを有する、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記光ファイバケーブルの中間部が５００ｃｍと１．５ｍの間の長さを有する、請求項１に記載の光源。
【請求項５】
前記光ファイバケーブルの中間部が、調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる張力調整器支持機構と、振動することにより、前記光ファイバケーブルの中間部に機械的振動を与える振動器支持機構との間で吊るされる、請求項１に記載の光源。
【請求項６】
前記張力調整器支持機構が、個々の張力調整ブロックを含み、前記張力調整ブロックは、位置決めねじを介して移動して、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を調整することができ、締め付けねじにより、前記光ファイバケーブルの中間部の特定な張力に対応する特定な位置に、留められることができる、請求項５に記載の光源。
【請求項７】
前記振動器支持機構が、振動誘導モータが取り付けられた可撓性のゴム支持体により、支持された振動ブロックを含む、請求項５に記載の光源。
【請求項８】
前記振動誘導モータが、不平衡負荷に接続される、回転数を制御可能な電気ＤＣモータである、請求項６に記載の光源。
【請求項９】
前記振動誘導モータが、前記光ファイバケーブルの中間部内に１つまたは複数の振動モードを誘導する、請求項６に記載の光源。
【請求項１０】
前記振動誘導モータが、前記光ファイバケーブルの中間部を誘導して、１つまたは複数の共振周波数で振動させる、請求項６に記載の光源。
【請求項１１】
前記光ファイバケーブルの中間部が、前記２つの支持機構の間で吊るされた支持ロッドに接続される、請求項１に記載の光源。
【請求項１２】
前記光ファイバケーブルを前記支持ロッドの周りにゆるく巻きつけることにより、前記光ファイバケーブルが、前記支持ロッドに接続される、請求項１０に記載の光源。
【請求項１３】
前記光ファイバケーブルが、１つまたは複数のクランプにより、前記支持ロッドに接続される、請求項１０に記載の光源。
【請求項１４】
前記光ファイバケーブルの中間部および支持ロッドがロッド端支持部とロッド振動装置組立体との間に吊るされ、前記ロッド振動装置組立体が、振動することにより、機械的な振動を前記光ファイバケーブルの中間部に与える、請求項１０に記載の光源。
【請求項１５】
前記ロッド端支持部が調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる、請求項１３に記載の光源。
【請求項１６】
前記ロッド振動装置組立体が調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる、請求項１３に記載の光源。
【請求項１７】
前記ロッド振動装置組立体が、可撓性のゴム支持体により支持され、振動誘導モータが取り付けられた振動ブロックを含む、請求項１３に記載の光源。
【請求項１８】
前記振動誘導モータが、不平衡負荷に接続される、回転数を制御可能な電気ＤＣモータである、請求項１６に記載の光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年４月２１日に出願された仮出願第６１／３２６，４８３号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、光学撮像装置に関し、具体的には、均一な光の輝度の分布を撮像機器内のサンプルにもたらすことができるレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ光を光学顕微鏡用の照明の光源として用いることが、ますます一般的になってきている。このレーザの多く利点は、非常に明るいこと、スペクトルが狭いこと、機器の耐用期間が長いこと、および発熱量が低いことが挙げられる。多くのレーザ利用においては唯一の利点である、レーザ光の有限コヒレンス長は、レーザスペックルの存在のため、広視野の顕微鏡検査では有害である。スペックルは、レーザポインタを使う者にとってはお馴染みの、空間的に変動する明暗の模様として見られる。このレーザスペックルは、レーザ光源から、レーザ光により照らされるサンプルまで、様々な経路を進む光のランダムな干渉性の重なりにより発生し、このレーザスペックルは、撮像機器内の視野に均一な光をあてるうえで厄介な障害となり得る。広視野の顕微鏡検査においてレーザは、スペックルが原因で、使用されてこなかった。
【０００４】
ランダムな振幅が建設的に干渉するポイントではスペックル領域は明るく、ランダムな振幅が破壊的に干渉するポイントではスペックル領域は暗い。光の伝搬経路に固定されると、光の電界は、高い周波数（１０１４Ｈｚ程度）で振幅するが、時間平均の空間的な位相関係は固定されたままである。
【０００５】
スペックルに対処するために用いられる１つの一般的な対応策では、人の目の反応（数十ミリ秒程度）または短い顕微鏡用カメラの露光時間（１ミリ秒程度）に比べて、短い時間周期で光の伝搬経路を変更することである。スペックル変調が十分に深く、十分に高速のとき、時間平均スペックルを容認できる程滑らかにすることができる。
【０００６】
レーザ照明の光源と顕微鏡とを多モードファイバ光ケーブルを介して結合させることも一般的な対策である。光ファイバケーブルを干渉性の光が光導波路内の伝播に関するマックスウェルの方程式の独立した解と考えてよい複数の電磁モードで進む。ケーブルの配置を変えることで、独立したモード間の位相関係が変化し、それに伴い干渉配置の重なりも変化する。
【０００７】
現在使用されている手法は、振動ファイバコイル、圧電型ファイバ伸長器、ホログラフィック拡散器（回転盤）、スペックル雑音を減らすための光ファイバ素子（ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃ  ｅｌｅｍｅｎｔ）、およびグロス機械マニピュレータ（ｇｒｏｓｓ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ）を含む。しかし、これらの手法にはそれぞれ、重大な欠点や制限を抱えている。例えば、振動コイルは低周波数運動を示し、ケーブルの固有振動モードの利点を活用しきれず、わずかなスペックルの軽減しか示さない。圧電型ファイバ伸長器は、ファイバの種類が制限され、疲労寿命の問題を抱え、わずかなスペックルの軽減しか示さない。さらに、これらの手法は光学的に効率が悪い。光ファイバ素子もわずかなスペックルの軽減しか示さず、製造するには複雑である。グロス機械マニピュレータは、扱いにくく、雑音が大きく、ファイバの疲労を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態の手法では、干渉性のレーザ光を送るある長さの光ファイバケーブルを機械的に振動させて、これにより、光ファイバ内で力学的共振を励振させる。２点間で光ファイバケーブルを吊るし、この吊られた光ファイバケーブル上の軸力、および機械的に強引に起こした周波数（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｆｏｒｃｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の両方を制御することで、この力学的共振を実現する。ファイバの周期的な高周波数の機械的摂動により、経路の長さ、および送られるレーザ光の１つまたは複数の各モードの内部の反射角が高速で変化する。ある実施形態では、このシステムを、ファイバ内に機械的な定在波を誘発させるように調整することができる。共振したファイバ内の波形の調波の増大および振幅の増大により、大幅なスペックルの低減および均一な輝度の分布が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の張力調整支持機構の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態の振動誘導支持機構の斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態で用いられるロッド支持構造体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
光ファイバケーブルの物理的形状を変更することで（曲げる、または伸ばすことにより）、ファイバ心線内を通る干渉性のレーザ光束の経路の長さおよび光学的な配置を変更する。少しだけ光学経路を変更すると、スペックル模様は十分に変化する。顕微鏡検査およびその他の撮像様式では、サンプルの露光時間全体（一般に１から１０００ｍｓ）に渡って平均化される均等に分布する強度プロフィールを得ることが望ましい。高周波数でスペックル模様を露光中に変化させることにより、これが実現される。
【００１２】
本発明の一実施形態の手法は、干渉性のレーザ光を送信するある長さの光ファイバケーブルを機械的に振動させて、これにより、光ファイバ内で力学的共振を励振させることである。２点間で光ファイバケーブルを吊るし、吊られた光ファイバケーブル上の軸力、および機械的に強引に起こした周波数の両方を制御することで、これを実現する。ファイバの周期的な高周波数の機械的摂動により、経路の長さ、および送信されるレーザ光の１つまたは複数の各モードの内部の反射角が高速で変化する。ある実施形態では、このシステムを、ファイバ内に機械的な定在波を誘発するように調整ことができる。共振したファイバ内の波形の調波の増大および振幅の増大により、大幅なスペックルの低減および均一な輝度の分布が産み出される。この手法が、短時間でレーザスペックルを低減するための強固で、調整可能で、高周波数のスクランブリング手段を提供する。この手法により、損失の多いファイバどうしの接続を行わないで、扱いやすい外装ケーブルを使用することができる。本発明の一実施形態を数か月以上動作させてもファイバの疲労は確認されなかった。
【００１３】
本発明の実施形態は、様々なケーブルサイズと長さに適用することができる。個々に張力調整し、振動周波数を制御して、システムを正確な調波に合わせることが可能となる。ケーブルを調波周波数で励振させることにより、ケーブル固有波動（ｎａｔｕｒａｌ  ｗａｖｅ  ｍｏｔｉｏｎ）を利用してファイバ内に非常に高い周波数の動き発生させることができる。次に、これにより、高い周波数のスペックル模様の変化が起こり、この高い周波数の動きにより、より短い時間周期でより均一な輝度分布を得ることができ、これにより、より短い露光時間が可能となる。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態の斜視図である。図１に示される本発明の実施形態では、光ファイバケーブルが別の物体に触れることなく機械的に分離した状態で、ある長さの光ファイバケーブル１０２が、２つの端１０４および１０６で支持され、吊るされる。この実施形態では、光ファイバケーブルの吊るされた部分の長さは約１ｍである。別の実施形態では、この長さはそれぞれ、１０ｃｍから３ｍ、１００ｃｍから２ｍ、および５００ｃｍから１．５ｍの範囲でよい。一方の端１０６は完全に空間に固定され、ケーブル内の張力調整するための独立した設備を含む。他方の端１０４はケーブルの軸方向に固定されるが、吊るされたケーブルの中心軸と垂直な平面内をある程度横断運動することができる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態の張力調整支持機構の斜視図である。図２に示される通りケーブル２０１は、張力調整体２０４内の個々の張力調整ブロック２０２内に接着され固定される。これらのブロックは、位置決めねじを介して移動することができ、締め付けねじ２０６を介してしっかりと保持される。ケーブルの中心軸に沿って縦方向に張力ブロックを調整することにより、ケーブルに正確な張力を設定する手段となる。
【００１６】
振動装置（ｓｈａｋｅｒ）は一般に、直交面において、独立した振動モード（垂直と水平）を誘導する。直交面において、様々な共振振動数で励振させることが可能であり、これが所望される可能性がある。
【００１７】
図３は、本発明の一実施形態の振動誘導支持機構の斜視図である。ケーブル３０１の他方の端は振動ブロック３０２にしっかりと接着固定される。このブロックは、可撓性のゴム支持体（ｒｕｂｂｅｒ  ｓｕｐｐｏｒｔ）３０４により支持される。不平衡負荷と接続する、回転数を制御可能な電気ＤＣモータ３０６により、振動動作が提供される。モータは、振動ブロックに直接に取り付けられる。モータの不平衡負荷および回転数により調整可能な強制周波数が提供され、この強制周波数が直接ケーブルに転移する。
【００１８】
あらゆる直径のファイバのうちのあらゆる多モードファイバを含む、事実上あらゆるファイバを、クラッディングや保護被膜を施して用いることができる。個々の張力調整ブロックのため、複数のファイバ（異なる種類およびサイズでも）を本発明物に渡って通すことが可能である。モータの回転数（結局のところは、電流／電圧制御により）、および張力調整ねじを介した個々の張力調整により、強制振動周波数を調整することにより、各ケーブル内に互いに独立して定在波を得ることが可能となる。
【００１９】
吊るされたケーブルの張力および周波数が、その基本周波数と、またはその派生調波（ｄｅｒｉｖｅｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）の１つとマッチするとき、ケーブル内に定在波が形成される。最も著しいスペックルの低減が見られるのは、これらの調波周波数においてである。ケーブルの形状／経路が高速で変化してスペックル模様を高速で変化させるため、より高次の調波は、より短い時間周期での出力レーザ光束のより均一な輝度分布に寄与する。
【００２０】
名目上は同一の条件で生成させた複数の画像を比較することにより、スペックル低減の有効性を確認することができる。光検知器の能動素子が１つの「スペック」に内在するように、高速の光検知器をスペックル領域内に配置し、オシロスコープを用いて、ＹＴトレース（ＹＴ  ｔｒａｃｅ）として、またはフーリエ変換として、波形を確認することにより、スペックル変調を観察することもできる。
【００２１】
図４は、本発明の別の実施形態に用いられるロッド支持構造体の斜視図である。本発明の別の実施形態では、光ファイバケーブル４０２は２つの支持機構４０４および４０６の間に吊るされる支持ロッドと接続される。光ファイバケーブルを、１つまたは複数の位置で支持ロッドに留めることができる、または支持ロッドに沿ってゆるく巻きつけることができる。支持ロッドを使用することにより、ストレスや歪みを光ファイバケーブルにほとんど掛けることなく、疲労、伸長、およびその他の経時的な有害作用を防止することを保証する。張力の調整は、ロッド端支持部４０６および／またはロッド振動装置組立体４０４に組み込むことができる。上記の実施形態で説明したように、ロッド振動装置組立体は振動誘導モータを含む。機械的振動が光ファイバケーブルへの転移することを補助するために、支持ロッドは可撓性でよい。
【図１】
2013525847.tif 000003
【図２】
2013525847.tif 000004
【図３】
2013525847.tif 000005
【図４】
2013525847.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像機器用の光源であって、
レーザと、
その第１の端が前記レーザから干渉性の光を受け、その第２の端が光を出力して前記撮像機器内のサンプルを照らし、その中間部が２つの支持機構の間で吊るされ、誘導されて振動し、これにより前記光ファイバケーブル内の光経路の長さおよび内部反射角が変化して、均一な出力の光の輝度が前記サンプルに供給される光ファイバケーブルとを含む光源。
【請求項２】
前記光ファイバケーブルの中間部が１０ｃｍと３ｍの間、１００ｃｍと２ｍの間、または５００ｃｍと１．５ｍの間の長さを有する、請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記光ファイバケーブルの中間部が、調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる張力調整器支持機構と、振動することにより、前記光ファイバケーブルの中間部に機械的振動を与える振動器支持機構との間で吊るされる、請求項１に記載の光源。
【請求項４】
前記張力調整器支持機構が、個々の張力調整ブロックを含み、前記張力調整ブロックは、位置決めねじを介して移動して、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を調整することができ、締め付けねじにより、前記光ファイバケーブルの中間部の特定な張力に対応する特定な位置に、留められることができる、請求項３に記載の光源。
【請求項５】
前記振動器支持機構が、振動誘導モータが取り付けられた、可撓性のゴム支持体により支持された振動ブロックを含み、前記振動誘導モータが、前記光ファイバケーブルの中間部内で１つまたは複数の振動モードを誘導し、または前記光ファイバケーブルの中間部を誘導して、１つまたは複数の共振周波数で振動させる、請求項４に記載の光源。
【請求項６】
前記振動誘導モータが、不平衡負荷に接続される、回転数を制御可能な電気ＤＣモータである、請求項５に記載の光源。
【請求項７】
前記光ファイバケーブルの中間部が２つの前記機構支持部の間で吊るされた支持ロッドに接続され、前記光ファイバケーブルを前記支持ロッドの周りにゆるく巻きつけることにより、または１つまたは複数のクランプにより、前記光ファイバケーブルが前記支持ロッドに接続される、請求項１に記載の光源。
【請求項８】
前記光ファイバケーブルの中間部および支持ロッドがロッド端支持部とロッド振動装置組立体との間に吊るされ、前記ロッド振動装置組立体が、振動することにより、機械的な振動を前記光ファイバケーブルの中間部に与える、請求項７に記載の光源。
【請求項９】
前記ロッド端支持部が調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる、請求項８に記載の光源。
【請求項１０】
前記ロッド振動装置組立体が調整されて、前記光ファイバケーブルの中間部の張力を変更することができる、請求項８に記載の光源。
【国際調査報告】
2013525847.tif 000007
2013525847.tif 000008