(57)【要約】  本発明は、遠位端および近位端を含むコヒーレント光ファイババンドルと、コヒーレント光ファイババンドルの近位端に光学的に結合された記録媒体と、使用時に単一の光ビームを生成し、コヒーレント光ファイババンドルの遠位端と、観察されるべき物体とを照明する光源とを含む、ガボールホログラムを記録するためのホログラフィックプローブデバイスに関する。
2015532979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガボールホログラムを記録するためのホログラフィックプローブデバイス（１３）であって、
−  遠位端（１、１０１、２０１）および近位端を含むコヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）と、
−  前記コヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）の前記近位端に光学的に結合された記録媒体（７、１０７、２０７）と、
−  使用時に単一の光ビーム（５）を生成し、前記コヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）の前記遠位端（１、１０１、２０１）と、観察されるべき物体（２）とを照明する光源（８、１０８、２０８）と
を含むことを特徴とするホログラフィックプローブデバイス（１３）。
【請求項２】
前記光源（８、１０８、２０８）が、ＬＥＤ、レーザ、およびガス放電管からなる群から選択される、請求項１に記載のホログラフィックプローブデバイス（１３）。
【請求項３】
光を前記光源から導波し、前記光ビーム（５）を形成するための光ファイバを前記光源（８、１０８、２０８）が含む、請求項１または２に記載のホログラフィックプローブデバイス（１３）。
【請求項４】
前記記録媒体（７、１０７、２０７）がＣＭＯＳまたはＣＣＤ画像センサである、請求項１から３のいずれか一項に記載のホログラフィックプローブデバイス（１３）。
【請求項５】
前記記録媒体（７、１０７、２０７）が、どちらかの直接接触によって、または前記コヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）の前記近位端の画像を前記記録媒体（７、１０７、２０７）上に形成するレンズ（１２、１１２、２１２）によって前記コヒーレント光ファイババンドルの前記近位端に光学的に結合される、請求項１から４のいずれか一項に記載のホログラフィックプローブデバイス（１３）。
【請求項６】
異なる角度の下で同じ物体の２つ以上のホログラムを同時に記録するための請求項１から５のいずれか一項に記載の２つ以上のホログラフィックプローブデバイス（１３）を含む光デバイス。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の少なくとも２つのホログラフィックプローブデバイスが、それらの遠位端（１）を互いに垂直にした状態で配設される、請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか一項に記載の２つのホログラフィックプローブデバイスの前記遠位端が、同じ軸上で反対方向に配設される、請求項６に記載の光デバイス。
【請求項９】
各ホログラフィックプローブデバイスの各コヒーレント光ファイババンドルの前記近位端が、反対側のホログラム記録デバイスの前記光源に光学的に結合される、請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
レンズフリーホログラムを形成するために、前記物体と、前記コヒーレント光ファイババンドルの前記遠位端との間にレンズが存在しない、請求項１から９のいずれか一項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
ガボールホログラムを記録する方法であって、
−  遠位端（１、１０１、２０１）および近位端を含むコヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）を用意するステップであり、前記近位端が記録媒体（７、１０７、２０７）に光学的に結合される、ステップと、
−  前記コヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）の前記遠位端（１、１０１、２０１）と、観察されるべき物体（２）とを単一の少なくとも部分的にコヒーレントな光ビーム（５）によって照らし、それによって、前記コヒーレント光ファイババンドルの前記遠位端（１、１０１、２０１）にガボールホログラムを生成するステップと、
−  前記コヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）を通って伝送された前記ガボールホログラムを平面記録媒体に記録するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
２つ以上のガボールホログラムが２つ以上の光ビーム（５）を使用することによって記録され、それらの各々が別個のコヒーレント光ファイババンドル（６、１０６、２０６）を照明する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガボールホログラムを記録するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡レンズの高い開口数と、高い倍率比のために、光学顕微鏡法は、多くの場合、小さい焦点深度によって制限される。したがって、焦点深度の増大は光学顕微鏡法の重要な目標である。焦点はずれで記録された物体の再合焦を可能にする手法は、ホログラムがＣＣＤカメラで記録されるデジタルホログラフィ顕微鏡法（ＤＨＭ）に基づく。ホログラフィック再構成または再合焦はデジタル計算によって実行される。デジタルホログラフィック顕微鏡法は、定量的位相差画像化と、深さ方向での物体の再合焦とのおかげで数多くの用途をもつ最新技術である。
【０００３】
ホログラムは、非散乱ビームを用いて物体により散乱された光と参照ビームとの間の光干渉パターンを記録することによって取得される。この記録方式を実施するいくつかの方法がある。
【０００４】
物体ビームと参照ビームとが２つの異なる光路に分離されている干渉計構成が存在する。物体ビームが物体によって散乱された後、これらのビームはカメラセンサ上で再び組み合わされ、干渉する。
【０００５】
デジタルホログラム処理のおかげで、それらの構成は、再合焦および定量的位相差画像化を行い、今ではますます多くの用途に適合する。
【０００６】
インラインデジタルホログラフィック顕微鏡法では、透過で物体を照明する固有ビームがある。物体による回折ビーム（物体ビーム）は、非特許文献１によって説明されているように記録面で周囲の非回折ビーム（参照ビーム）と干渉する。このプロセスは、物体と記録面との間にレンズがあるかないかにかかわらず実現することができる。オプションのレンズの役割は倍率を適合させることである。
【０００７】
コンパクト性が重要な点である場合、インラインホログラフィは、多くの場合、例えば、非特許文献２によって、または非特許文献３によって説明されているように、透過照明を用いて、物体とセンサとの間にレンズなしで、および分離した参照ビームなしで使用される。この構成では、図１に示すように、コヒーレント照明ビームが物体に入射する。物体によって散乱されたビームの一部がセンサに入射し、非散乱照明ビームと干渉する。それは、基本的に、最初のガボール構成（非特許文献４）であり、古典的な写真乾板はカメラセンサに取って代わられて、コンピュータでホログラフィック再構成を実行する。
【０００８】
インラインホログラフィにおいて、記録される強度は、
ｉ（ｘ，ｙ）＝｜ｒ（ｘ，ｙ）＋ｏ（ｘ，ｙ）｜２＝｜ｒ｜２＋｜ｏ｜２＋ｏ＊ｒ＋ｏｒ＊    （１）
で表される。ここで、（ｘ，ｙ）は検出器における空間座標であり、ｒ（ｘ，ｙ）は参照ビーム（物体により回折されないビーム）であり、ｏ（ｘ，ｙ）は物体ビーム（物体によって散乱されたビーム）である。簡単にするために、式（１）の右辺では空間依存性（ｘ，ｙ）を省略した。物体サイズがセンサまでの距離に対して小さいと仮定すると、｜ｏ｜２は無視することができる。
【０００９】
参照ビームの強度｜ｒ｜２を一度記録することができ、式（１）から差し引くことができる。結果として、
ｉ’＝ｏ＊ｒ＋ｏｒ＊    （２）
が残ることになる。以下では、｜ｒ｜２の削除が常に行われていると仮定する。
【００１０】
式（２）は記録されたホログラムを記述している。参照ビームがセンサに垂直に伝播する平面波であると仮定する場合、ｉ’＝Ａ（ｏ＊＋ｏ）が得られ、ここで、Ａは定数である。焦点外し距離ｄで記録された物体の再合焦は、距離−ｄにわたるキルヒホッフ−フレネル（ＫＦ）伝播をｉ’に適用することによって得られる。この操作をＵｒ＝Ｒ［−ｄ］ｉ’で書き記す。ｉ’は物体振幅とその複素共役との加算によって構成されているので、ＫＦ伝播を適用すると、再合焦された物体に二重像と呼ばれる第２の項の加算が生じる。
【００１１】
インラインホログラフィには、干渉法の実施に関して２つの欠点、すなわち、
−  再合焦された物体に伴う二重像の存在と、
−  直接に記録された光位相情報が基本的に存在せず、それが記録情報の量を激減させることと
がある。
【００１２】
しかしながら、光位相情報は、ＤＨＭの定量的位相差画像化能力と直接関連しており、サンプル（生きている細胞、…）の光学厚さを測定する数多くの用途では非常に重要である。二重像は、光位相情報が記録面において不明であることに起因することに注意すべきである。位相情報を得る方法がある場合、位相情報は、インラインホログラフィによって得られた強度情報と組み合わせることができる。次に、二重像は、デジタルホログラフィック再合焦の間に除去される。
【００１３】
ファイバによるホログラムの伝送が特許文献１から分かるが、提案されているセットアップでは、特有のファイバがファイバの両端部で同期して走査され、それは、システムの複雑さおよびサイズを増大させる。この文献では、ホログラムは走査処理手順によって近位端で再構成される。そのようなデバイスは、さらに、限定された走査速度のために、移動している物体を画像化できないという欠点がある。
【００１４】
小型化は、例えば「ラブオンチップ」デバイスのようなサイズを小さくした実験デバイスで測定を行うことができる必要性が増加しているので重要な主題である。さらに、実験プロセスを乱さない「インシトゥ」測定プローブを実現することができる必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＪＰ６０／０４２１７８Ａ
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｚ．  Ｇｏｒｏｃｓ等、「ｍｕｌｔｉ−ｃｏｌｏｒ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  （ＤＨＭ）  ｆｏｒ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｕｒｐｏｓｅｓ」、Ｐｒｏｃ．  Ｏｆ  ＳＰＩＥ、７５６８巻、７５６８１Ｐ−１頁
【非特許文献２】Ｊｏｒｇｅ  Ｇａｒｃｉａ−Ｓｕｃｅｒｑｕｉａ等、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ、４５巻、８３６〜８５０頁  （２００６年）
【非特許文献３】Ｓ．  Ｋ．  Ｊｅｒｉｃｈｏ等、Ｒｅｖ．  Ｓｃｉ．  Ｉｎｓｔｒｕｍ．、７７巻、０４３７０６；  ｄｏｉ  ：  １０．１０６３／１．２１９３８２７  （２００６年）
【非特許文献４】Ｄ．  Ｇａｂｏｒ、Ｐｒｏｃ．  Ｒｏｙ．  Ｓｏｃ．  Ｓｅｒ．  Ａ、１９７巻、４５４頁  （１９４９年）
【非特許文献５】Ｊｏｓｅｐｈ  Ｓｈａｍｉｒ、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ、ＳＰＩＥ  ＰＲＥＳＳ  １９９９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、インラインホログラフィの小型化をさらに向上させること、および得られたコンパクト性の利益を取り入れて、特に光位相情報の回復によってデジタルホログラフィックプロセスをさらに改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、
−  遠位端および近位端を含むコヒーレント光ファイババンドルと、
−  コヒーレント光ファイババンドルの近位端に光学的に結合された記録媒体と、
−  使用時に単一の光ビームを生成し、コヒーレント光ファイババンドルの遠位端と、観察されるべき物体とを照明する光源と
を含む、ガボールホログラムを記録するためのホログラフィックプローブデバイスに関する。
【００１９】
光源は、ＬＥＤ、レーザ、およびガス放電管からなる群から選択されることが好ましい。
【００２０】
光源は、光を光源から導波し、ビームを形成するための光ファイバを含むことが有利である。
【００２１】
記録媒体はＣＭＯＳまたはＣＣＤ画像センサであることが好ましい。
【００２２】
記録媒体は、どちらかの直接接触によって、またはコヒーレント光ファイババンドルの近位端の画像を前記記録媒体上に形成するレンズによってコヒーレント光ファイババンドルの近位端に光学的に結合されることが有利である。
【００２３】
本発明の別の態様は、異なる角度の下で同じ物体の２つ以上のホログラムを同時に記録するための本発明による２つ以上のホログラフィックプローブデバイスを含む光デバイスに関する。
【００２４】
本発明による少なくとも２つのホログラフィックプローブデバイスは、それらの遠位端（正面記録面）を互いに垂直にした状態で配設されることが好ましい。
【００２５】
本発明による２つのホログラフィックプローブデバイスの遠位端が、同じ光軸上で反対方向に配設されること（平行な正面記録面または遠位端）が有利である。
【００２６】
各ホログラフィックプローブデバイスの各コヒーレント光ファイババンドルの近位端は、反対側のホログラム記録デバイスの光源に光学的に結合されることが好ましい。
【００２７】
本発明の利点は、レンズフリーホログラムを形成するために、物体と、ファイババンドルの遠位端との間にレンズを必要としないことである。
【００２８】
本発明の第３の態様は、
−  遠位端および近位端を含むコヒーレント光ファイババンドルを用意するステップであり、近位端が記録媒体に光学的に結合される、ステップと、
−  コヒーレント光ファイババンドルの遠位端と、観察されるべき物体とを単一の少なくとも部分的にコヒーレントな光ビームによって照らし、それによって、コヒーレントバンドルの遠位端にガボールホログラムを生成するステップと、
−  コヒーレント光ファイババンドルを通って伝送されたガボールホログラムを平面記録媒体に記録するステップと
を含むガボールホログラムを記録する方法に関する。
【００２９】
２つ以上のガボールホログラムが２つ以上の光ビームを使用することによって記録され、それらの各々が別個のコヒーレント光ファイババンドルを照明することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】インラインホログラム記録構成を表す図である。
【図２】本発明によるガボールホログラムを記録するためのインラインホログラフィックプローブデバイスの一例を表す図である。
【図３】本発明で使用することができる照明方式の一例を表す図である。
【図４】本発明で使用することができる照明方式の一例を表す図である。
【図５】コヒーレントファイババンドルの近位端での記録方式の一例を表す図である。
【図６】遠位記録面を互いに垂直にした状態の本発明による２つ以上のホログラフィックプローブデバイスを含む光デバイスの一例を表す図である。
【図７】並んでいる互いに平行な遠位記録面を用いた本発明による２つ以上のホログラフィックプローブデバイスを含む光デバイスの一例を表す図である。
【図８】反対方向の（向き合った）互いに平行な遠位記録面を用いた本発明による２つ以上のホログラフィックプローブデバイスを含む光デバイスの一例を表す図である。
【図９】同じファイババンドルを照明する異なる波長の２つ以上の光源を含む光デバイスの一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図の参照番号一覧
１、１０１、２０１：正面記録面（ファイババンドルの遠位端）
２：物体
３：回折光
４：干渉
５：入射光ビーム
６、１０６、２０６：コヒーレント光ファイババンドル（内視鏡または光導管）
７、１０７、２０７：記録媒体
８、１０８、２０８：光源
９：焦点距離
１０：光源レンズ
１１：Ｌ：ファイババンドルの遠位端から光源までの距離
１２：記録レンズ
１３：ホログラフィックプローブデバイス
１１４、２１４：ビームスプリッタ
ｓ１〜３：特定の波長帯域幅を有する点状光源
ｆ：コリメートレンズの焦点距離
Ｄｐ１〜３：光源ｓ１〜３によってそれぞれ作り出された回折パターンの広がり
【００３２】
基本概念は、画像導管とも呼ばれるコヒーレント光ファイババンドルまたは内視鏡６を使用してインラインデジタルホログラムを記録することからなる。バンドルの一方の側（バンドルの遠位端の入力面１）に形成された画像がファイババンドルの他方の側（バンドルの近位端の出力面）に伝送され、観察に使用可能であり、２Ｄ電子センサ７（カメラ）によって記録されるように、コヒーレント光ファイババンドル６は光ファイバの組織化されたバンドルによって構成される。
【００３３】
画像導管の入力面１の光強度分布がセンサ７まで若干の解像度制約を伴って伝送されるので、この光分布がやはり記録されるものであると見なすことになる。
【００３４】
ファイバ内視鏡６または画像導管によってインラインレンズフリーホログラムを記録するための初期構成が図２によって示される。
【００３５】
物体２（例えば、粒子の３Ｄ分布）は、レーザによって、または発光ダイオード照明によって発生されうる指向性光ビーム５によって照明される。物体２は、回折パターンがファイバ内視鏡６の入力窓１において非回折照明ビームと干渉するように照明ビーム５を回折する。
【００３６】
空間強度分布をもたらす干渉パターンは出力面に伝送され、強度分布を記録する２次元センサ７によって検出される。この記録された光強度分布は、３Ｄ画像化のためにインラインホログラフィの通常の処理によって取り扱うことができる。実験容積（ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｖｏｌｕｍｅ）の倍率を調節するためにファイバ内視鏡の入力面の前にレンズのような小型光学系を配置することもできることに留意されたい。しかし、その場合、干渉縞を観察するために、物体２は入力面１に関して焦点から外れているべきである。
【００３７】
コヒーレントファイババンドル６により、他の光学構成で到達することが困難な場所において非常に簡単な方法で強度分布を記録することができるようになることに気づくべきである。このようにして、ファイバ内視鏡６の入力窓１を微小流体デバイスの流体に接触して直接配置すること（それは画像センサで直接実行するには複雑である）が可能である。
【００３８】
コヒーレントファイババンドル６または画像導管は、数マイクロメートルの個々のファイバをもつ数ミリメートルの典型的な窓幅を有する。典型的には５００００個の個々の光ファイバをもつ画像導管が市販されている。それは限定的な解像度を示すが、改善することができる開発中の技術である。
【００３９】
照明は、図３および図４によってそれぞれ示されるようにコリメートまたは発散ビーム５によって得ることができる。光ビームは、記録される干渉パターンのボケを避けるために良好な空間的コヒーレンスを示すことが好ましい。
【００４０】
空間的インコヒーレント光源では、空間的コヒーレンス特性は、図３によって示されるように光源８の直径ｓの状態によって表される。コリメート構成では、記録面１（画像導管の入力窓）を基準にして距離ｄの焦点はずれがある点の再構成を考えよう。ｓ＝ｆΔｅ／ｄであり、ここで、ｆはレンズの焦点距離９であり、Δｅは光源の直径ｓによって明確に生じる点像分布関数の幅である。
【００４１】
同様に、発散ビームでは、ｓ＝ＬΔｅ／ｄであり、ここで、Ｌは光源８と記録面１との間の距離１１である。実際の状況では、ｓの典型的なサイズは数百マイクロメートルである。それゆえに、再構成の深さによっては、たとえ完全なコヒーレント照明を使用することができても、完全な空間的コヒーレンス照明である必要がない。
【００４２】
時間的コヒーレンスへの制約条件は、記録面１から距離ｄに置かれた散乱物体２を考えることによって評価される。ファイバの開口数がＮＡであると仮定すると、最大光路差はΔｐ＝ＮＡ２ｄ／８であり、それはλ２／Δλで表されるコヒーレンス長よりも小さくなければならないことを示すことができる。結果として、Δλ＜８λ２／ＮＡ２ｄとなり、それは一般にΔλ≒１０ｎｍに対応することになる。このスペクトル幅は、干渉フィルタによって最終的にフィルタ処理された発光ダイオードのスペクトル幅に適合する。
【００４３】
結果として、小さい開口でフィルタ処理される発光ダイオード（ＬＥＤ）が便利であることになる。時間的コヒーレンスが低下していることがあるレーザビームを用いて機能させることも可能である。有利には、コンパクトな照明方式は、レーザまたはＬＥＤに光学的に結合された光ファイバでサンプルを照明することからなる。
【００４４】
画像導管６によって伝送される光分布は、センサ７によって記録される出力側の面に達することとなる。この結合は、出力面をセンサの極めて近くに配置することによって、または図５に示すように結像レンズ１２を付加することによって実現することができる。
【００４５】
本発明の重要な利点は、いくつかのデバイスが、有利には、同じ実験容積の多数の測定を実行するように実装されうるようなコンパクト性である。以下の例では、本明細書で上述したような各システムを、「基本デバイス」１３またはホログラフィックプローブデバイス１３または単にプローブ１３と呼ぶことになる。基本デバイス１３を組み合わせるためのいくつかの興味ある構成がある。
【００４６】
２つ以上の基本デバイス１３が使用される場合、一方の基本デバイス１３からの光が物体２により拡散することから生じる光は、偏光板および／または波長板を適切に組み合わせることによって、各センサに対して正しい波長範囲のみを保持するためにセンサの前に配置されたベアフィルタ（ｂａｒｅｒ  ｆｉｌｔｅｒ）で組み合わされる異なる基本デバイスのための異なる波長を使用することによって、または時間的に分離された光パルスを使用することによって他方の基本デバイス１３の照明から選別されうる。
【００４７】
図６は、垂直視方向に配置された２つの基本デバイス１３の実施態様を示す。
【００４８】
２つの基本デバイス１３をもつこの構成は、３Ｄ速度測定などの３Ｄ測定のための用途の分野に高い潜在能力を有する。実際、デジタルホログラフィを使用して３Ｄ速度測定を実行する場合、横断方向の解像度よりも低い光軸に沿った解像度に関する問題がある。両方向のホログラムを組み合わせることによって、提案する構成は、全方向に最高の解像度を与えることによりこの制限を克服する。基本デバイス１３のコンパクト性のために、基本デバイスの数を増やして測定の精度を向上させることが可能である。
【００４９】
有利には、２つまたは多数のファイバ内視鏡６を単一のカメラに接続することができる。
【００５０】
開口数を効果的に増加させることによって視野および解像度を向上させるために、いくつかの基本デバイス１３を並べて配置することができる。個別の記録画像は処理のためにより大きい唯一のホログラムに組み合わされる。記録構成が図７によって示される。
【００５１】
画像導管６は、同じセンサまたは異なるセンサに接続することができる。
【００５２】
基本デバイス１３のコンパクト性のおかげで、図８によって示されるように、２つの反対側の基本デバイスで実験容積を観察することも可能である。
【００５３】
反対側の基本デバイスの構成において、反対方向で記録されるサンプルの２つのインラインホログラムが２つの基本デバイスで記録される。第１の基本デバイス（図８の要素１０１、１０７、１１２、１１４、１０６、１０８、および１１０を含む）によって記録されるホログラムの照明は、第２の基本デバイスの画像導管２０６の出力面に焦点が合わされる小さいサイズの光源１０８で実現される。画像導管２０６の少数の光ファイバが光を出力面まで伝送する。光は、第２の基本デバイスの入力面２０１から発散ビームとして出てきて、サンプルまたは物体２を照明する。
【００５４】
物体の第１のホログラムは、画像導管１０６の記録面１０１に達することとなり、センサ１０７まで伝送される。代替として、例えば光ファイバによる外部照明を追加することによって他の照明方式を達成することができる。
【００５５】
対称な構成により、センサ２０７によって第２のホログラムを記録することができるようになる。必要ならば、第１の（第２の）画像導管１０６（２０６）の入力面１０１（２０１）への第２の（第１の）光源２０８（１０８）による物体２の照明の後方反射であって、センサ１０１（２０１）の方に伝送される後方反射は、偏光板および／または波長板を適切に組み合わせることによって、または各センサ１０７、２０７に対して正しい波長範囲のみを保持するためにセンサ１０７、２０７の前に配置されたベアフィルタで組み合わされる第１および第２の光源１０８、２０８のための異なる波長を使用することによって除去することができる。
【００５６】
図８の構成により、サンプルに関連する光位相を取り出すことができるようになる。それは、通常のインラインホログラフィック方式に対する著しい改善である。
【００５７】
複素透過率ｔの物体が画像導管の記録面１から距離ｄ１に配置されていると考えよう。画像導管の２つの記録面１０１、２０１は距離ｄだけ分離されている。簡単にするために、両方の光源１０８、２０８の波長が同一であると仮定する。２つの異なる波長への一般化は以下で示すように簡単である。
【００５８】
それぞれ、画像導管１０６、２０６の入力面の分布振幅ｉ１およびｉ２は、
【００５９】
【数１】
2015532979.tif 000003
【００６０】
によって表されることを示すことができる。
【００６１】
ここで、特許文献５によって定義された演算子代数を使用し、読みやすくするために空間依存性を示すことを省略した。上付き添字＊は複素共役演算を表す。
【００６２】
２次位相因子が、
【００６３】
【数２】
2015532979.tif 000004
【００６４】
で定義され、ここで、ｋはｋ＝２π／λによって定義された波数であり、
【００６５】
【数３】
2015532979.tif 000005
【００６６】
である。Ｖ［ｂ］は、Ｖ［ｂ］ｇ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｂｘ，ｂｙ）によって定義されたスケーリング演算子である。
【００６７】
【数４】
2015532979.tif 000006
【００６８】
であり、ここで、Ｆ±は、
【００６９】
【数５】
2015532979.tif 000007
【００７０】
よって定義されたフーリエ変換演算である。それぞれ、ｉ１およびｉ２にスケーリング演算子Ｖ［ｄ１／ｄ］およびＶ［ｄ２／ｄ］を適用することによって、
【００７１】
【数６】
2015532979.tif 000008
【００７２】
が得られる。ここで、Ｕ’＝Ｖ［１／λｄ］Ｕである。式（４）の実数部と虚数部とを分解することによって、連立方程式が得られ、それはｄ１およびｄ２を適切に選択することによって解くことができる。それゆえに、Ｕ’が決定され、我々は、スケーリング、フーリエ変換演算によって、および２次位相因子を乗算することによってｔの実数部および虚数部まで遡ることができる。ｔの光位相は、φ＝ａｒｃｔａｎ２π（ｔｉｍａｇｉｎａｒｙ／ｔｒｅａｌ）を計算することによってもたらされる。
【００７３】
画像導管を用いたホログラフィック記録は、有利には、いくつかの別々の波長、特に、赤色、緑色、および青色の波長（またはシアン、マゼンタ、および黄色、または任意の好適な波長の組合せ）で実行することができる。記録面に対して距離ｄだけ分離された物体が２波長コリメートビームによって照明されると仮定する。発散ビームによる照明は、以下の導出をわずかに変えるが、原理を変更しない。
【００７４】
簡単にするために、物体が赤色ビーム（６３０ｎｍ）および緑色ビーム（５３０ｎｍ）によって照明されると仮定する。
【００７５】
２波長光分布は、センサによって別々に記録される。インラインホログラフィの数式を使用することによって、以下の２つのホログラフィック信号が得られる。
【００７６】
【数７】
2015532979.tif 000009
【００７７】
ここで、ｕ１およびｕ２は、波長λ１およびλ２でのキルヒホッフ−フレネル伝播によって物体面から記録面まで伝播された物体の複素振幅ｔである。
【００７８】
以前の表記法を使用して、それらは、
【００７９】
【数８】
2015532979.tif 000010
【００８０】
によって表すことができる。ここで、ｎ＝１，２である。
【００８１】
波長λ２による回折パターンは、代替として、波長λ１で距離ｄ’＝ｄλ２／λ１を用いて得られると見ることができる。それゆえに、式（５）のホログラフィック信号は、単一の波長λ１について２つの伝播距離ｄおよびｄ’で得られると見なすことができる。この事実と式（６）とを使用して、式（５）は、
【００８２】
【数９】
2015532979.tif 000011
【００８３】
によって書き直される。
【００８４】
ｔを実数部と虚数部とに分離して、ｔ＝ｔｒ＋ｊｔｊにする。２つの式（７）のフーリエ変換を計算して、
【００８５】
【数１０】
2015532979.tif 000012
【００８６】
が得られる。ここで、ＴｒおよびＴｊはｔｒおよびｔｊのフーリエ変換である。式（８）は２つの式の組を構成し、未知のＴｒおよびＴｊはｑ＝ｓｉｎ｛πλ（ｕ２＋ｖ２）（ｄ−ｄ’）｝≠０に従って解くことが容易であり、ここで、（ｕ，ｖ）は空間周波数である。（ｕ，ｖ）＝（０，０）である場合、およびπλ（ｕ２＋ｖ２）（ｄ−ｄ’）＝ｍπである場合、量ｑ＝０である。第１の特異点は視野にわたる一定値に対応し、それは重要ではなく、第２の特異点は３波長照明を使用することによって除去することができる。
【００８７】
それゆえに、Ｔ＝Ｔｒ＋ｊＴｊの逆フーリエ変換を計算することによって、物体の光位相を与える複素振幅ｔが得られる。
【００８８】
サンプルの光位相の多方向測定は、光位相情報の３Ｄ測定値を測定するツールを提供する。これは光トモグラフィと呼ばれる。サンプルの多数の測定を実行するための多波長手法はそのような測定を可能にすることができる。
【００８９】
空間的に分離された照明
異なる波長を有するいくつかの光源が異なる方向でサンプルを照明するのは有利である。これが図９によって示される。
【００９０】
図９において、いくつかの点状光源が、レンズの前側焦点面の異なる場所に配置される。レンズを通って伝播した後、各光源はそれ自体の伝播方向をもつコリメートビームを発生する。
【００９１】
いくつかのコリメートビームは、レンズと画像導管の入力面との間に配置された物体を照明する。物体によって回折された各照明ビームは、空間的にシフトされた回折パターンを画像導管の入力面で発生することになる。異なる光源の波長帯域幅は、センサによって検出されるとき寄与を分離することができるように選択される。記録された回折パターンの間にシフトがあるので、デジタルホログラフィック再合焦により、物体の空間的に分離した再構成画像がもたらされる。分離量は、物体とセンサとの間の距離に正比例する。結果として、この分離を使用して、物体とセンサとの間の距離を測定することができることになる。この測定能力は、単なるデジタルホログラフィック再合焦によって得られる精度を改善する。
【００９２】
このタイプの多光源照明は球状照明の場合にも使用することができる。それは、さらに、説明した多画像導管構成に結合させることもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１  正面記録面、入力面、入力窓、記録面
２  物体、散乱物体
３  回折光
４  干渉
５  入射光ビーム、指向性光ビーム、照明ビーム、発散ビーム
６  コヒーレント光ファイババンドル、コヒーレントファイババンドル、内視鏡、ファイバ内視鏡、画像導管
７  記録媒体、２Ｄ電子センサ、センサ
８  光源
９  焦点距離
１０  光源レンズ
１１  ファイババンドルの遠位端から光源までの距離、光源と記録面との間の距離
１２  記録レンズ、結像レンズ
１３  ホログラフィックプローブデバイス、基本デバイス、プローブ
１０１  正面記録面、記録面、入力面、センサ
１０６  コヒーレント光ファイババンドル、画像導管
１０７  記録媒体、センサ
１０８  光源
１１４  ビームスプリッタ
２０１  正面記録面、入力面
２０６  コヒーレント光ファイババンドル、画像導管
２０７  記録媒体、センサ
２０８  光源
２１４  ビームスプリッタ
ｓ１〜３  光源
ｆ  コリメートレンズの焦点距離
Ｄｐ１〜３  光源ｓ１〜３によってそれぞれ作り出された回折パターンの広がり
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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