(57)【要約】システムが、複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置を含む。システムはさらに、複数の入力導波路のそれぞれ、又は当該入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起することにより、当該導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源を含む。導波路装置は、複数の異なる光パターンを一の標的領域に向けるべく構成される。システムはさらに、少なくとも一つの検出器を含み、当該少なくとも一つの検出器は、複数の異なる光パターンのそれぞれに応答して一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をして当該検出がされた光を表す信号を出力するべく構成される。
2020518359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、
前記複数の入力導波路のそれぞれ、又は前記入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起することにより、前記導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源と、
少なくとも一つの検出器と
を含み、
前記導波路装置は、前記複数の異なる光パターンを一の標的領域に向けるべく構成され、
前記少なくとも一つの検出器は、前記複数の異なる光パターンのそれぞれに応答して前記一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をして前記検出がされた光を表す信号を出力するべく構成される、システム。
【請求項２】
前記少なくとも一つの検出器からの信号を処理して前記一の標的領域の画像を取得するべく構成された処理リソースをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記導波路装置は光ファイバ装置を含み、
前記複数の入力導波路のそれぞれが、前記光ファイバ装置の一のマルチコアセクションの対応するコアを含み、
前記一のマルチモード導波路は、前記光ファイバ装置の一のマルチモードセクションを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記導波遷移部は、前記光ファイバ装置の前記一のマルチコアセクションの複数のコアから実質的に連続する遷移部を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記導波遷移部はフォトニックランタン遷移部を含む、請求項３又は４に記載のシステム。
【請求項６】
前記一のマルチコアセクション及び一のマルチモードセクションは、同じ光ファイバから形成される、請求項３から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記システムは、内視鏡イメージング装置を含み又は前記内視鏡イメージング装置の一部である、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の入力導波路はそれぞれがシングルモード導波路である、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の入力導波路はそれぞれが、１０個以下のモード、随意的に６個以下のモード、さらに随意的に３個以下のモードをサポートするべく構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの光源は、前記複数の入力導波路の個々のモードを順番に励起するべく構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の入力導波路はそれぞれが偏光を維持する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の入力導波路のいずれか一つにおいて伝播する光が、前記複数の入力導波路の他のいずれか一つに実質的に結合されない、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記導波路装置の曲がりに応答する前記導波遷移部の曲がりをなくし又は低減するべく構成された支持部をさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の異なる光パターンはそれぞれが、前記導波路装置の曲がりに実質的に鈍感である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の異なる光パターンの少なくともいくつかは、実質的に電磁場が互いに直交する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の異なる光パターンは、前記一の標的領域の全体が前記複数の光パターンによって照明される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
前記一の標的領域の画像を取得するための前記少なくとも一つの検出器からの信号の処理は、前記複数の異なる光パターンのそれぞれに対し、前記光パターンの画像を、当該光パターンのために前記少なくとも一つの検出器から取得された信号と組み合わせることを含む、請求項２に記載の、又は請求項２に従属するときの請求項３から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記一の標的領域の画像を取得するための前記少なくとも一つの検出器からの信号の処理は、ゴーストイメージングを含む、請求項２に記載の、又は請求項２に従属するときの請求項３から１６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記画像は、内部全反射蛍光（ＴＩＲＦ）画像を含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記画像は深度トモグラフィー画像を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記導波路装置はさらに、さらなる導波遷移部を含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記さらなる導波遷移部は、制御可能に変形可能である、請求項１から２１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの光源は、前記複数の入力導波路のそれぞれを複数の異なる波長により励起することによって、前記複数の入力導波路のそれぞれに対して複数の光パターンを生成するべく構成される、請求項１から２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの光源は、前記複数の入力導波路の複数の組み合わせをそれぞれ順番に励起するべく構成され、それぞれの組み合わせを励起することは、前記複数の入力導波路の少なくともいくつかを、選択された振幅及び／又は位相を使用して同時に励起して前記導波路装置の出力部において所望の光パターンを生成することを含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記所望の光パターンは、前記導波路装置の遠位面に配置された光のスポットを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記所望の光パターンは、前記一の標的領域の中に配置された光のスポットを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記複数の異なる光パターンはそれぞれが、一の異なる対応位置における光のスポットを含み、
前記光のスポットは前記一の標的領域にわたってスキャンされる、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
キャリブレーションデータを取得するキャリブレーションプロセスを行うべく構成され、
前記選択された振幅及び／又は位相は、前記キャリブレーションデータに基づく、請求項２４から２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記複数の光パターンを部分的に反射するべく構成された複数の反射素子と、
前記複数の光パターンの反射部分を受け取って前記複数の光パターンの前記反射部分を表す信号を出力するべく構成された検出器と
をさらに含む、請求項２４から２８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記プロセッサ又は一のプロセッサが、前記選択された振幅及び／又は位相を、前記複数の光パターンの前記反射部分を表す信号に基づいて決定するべく構成される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記複数の入力導波路の複数の組み合わせをそれぞれ順番に励起することは、複数対の入力導波路のそれぞれを順番に励起することを含み、
前記複数対のそれぞれを励起することは、前記対の第１入力導波路を第１周波数の光によって励起することと、前記対の第２入力導波路を第２周波数の光によって励起することとを含む、請求項１から３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記処理リソース又は一の処理リソースは、前記少なくとも一つの検出器からの信号を処理して前記複数対の導波路の各対に対して少なくとも一つのビート周波数を取得するべく構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ビート周波数は１ｋＨｚから１ＴＨｚである、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記複数の入力導波路は、複数の異なる周波数によって励起されることにより、複数の異なるビート周波数を取得する、請求項３１から３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
システムであって、
複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、
前記入力導波路のそれぞれを個々に順番に励起することによって前記導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源と、
少なくとも一つの検出器と
を含み、
前記導波路装置は、前記複数の異なる光パターンを一の標的領域に向けるべく構成され、
前記少なくとも一つの検出器は、前記複数の異なる光パターンのそれぞれに応答して前記一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をして前記検出がされた光を表す信号を出力するべく構成される、システム。
【請求項３６】
システムであって、
複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、
前記複数の入力導波路を、選択された振幅及び／又は位相の複数の異なるセットによって順番に励起することにより、前記導波路装置の出力部において複数の異なる所望光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源と、
少なくとも一つの検出器と
を含み、
前記導波路装置は、前記複数の異なる所望の光パターンを一の標的領域に向けるべく構成され、
前記少なくとも一つの検出器は、前記複数の異なる所望の光パターンのそれぞれに応答して前記一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をして前記検出がされた光を表す信号を出力するべく構成される、システム。
【請求項３７】
システムであって、
複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、
前記複数の入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起するべく構成された少なくとも一つの光源と、
少なくとも一つの検出器と、
プロセッサと
を含み、
それぞれの組み合わせを励起することは、前記複数の入力導波路の対応第１入力導波路を第１周波数の光によって励起することと、前記複数の入力導波路の対応第２入力導波路を第２周波数の光によって励起することとにより、前記導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成することを含み、
前記導波路装置は、前記複数の異なる光パターンを一の標的領域に向けるべく構成され、
前記少なくとも一つの検出器は、前記複数の異なる光パターンのそれぞれに応答して前記一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をして前記検出がされた光を表す信号を出力するべく構成され、
前記プロセッサは、前記少なくとも一つの検出器からの信号を処理して前記複数の組み合わせのそれぞれに対してビート周波数を取得するべく構成される、システム。
【請求項３８】
方法であって、
少なくとも一つの光源によって、導波路装置の複数の入力導波路又は前記複数の入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起することにより、前記導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成することであって、前記導波路装置は、複数の入力導波路、一のマルチモード導波路、及び前記複数の入力導波路を前記一のマルチモード導波路に結合する導波遷移部を含むことと、
前記導波路装置により、前記複数の異なる光パターンのそれぞれを一の標的領域に向けることと、
少なくとも一つの検出器により、前記複数の異なる光パターンのそれぞれに応答して前記一の標的領域から透過され、反射され、又は発光された光の検出をすることと、
前記検出器により、前記検出がされた光を表す複数の信号を出力することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム及び方法に関し、例えば、生体内で内視鏡イメージングを行うべく光ファイバ装置が使用されるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内の生物医学イメージングの分野において、光ファイバは、人体解剖学の到達困難な領域内に深くにある組織及び微小環境の画像を取得するための魅力的な最小限の侵襲ツールを与えてくれる。 
【０００３】
しかしながら、光ファイバを使用した画像送信に関連付けられる基本的な難関は、典型的には当該ファイバの一端から他端へ鮮明な画像を伝送することが要求されるマルチモードファイバが、位相及び振幅の情報にスクランブルをかけるように作用する点にある。したがって、マルチモードファイバを使用するイメージングは、困難となり得る。
【０００４】
この問題を迂回しようとする一つのアプローチは、コヒーレントなファイババンドルを使用することである。コヒーレントファイバは、ファイバ長さにわたって最小限に結合された多くの個別の導波コアを包含するファイバとなり得る。このファイバは、所望の波長で一つのみ又は少数のモードをサポートする。関心物体へ及び当該物体からの光を透過させるこうしたコアを使用することにより、当該物体をリアルタイムでサンプリングすることが可能となり得る。これにより、その場の（ｉｎ  ｓｉｔｕ）アプリケーションが可能となり得る。
【０００５】
コヒーレントファイババンドルを使用するとき、取得された画像の解像度が、当該バンドルを形成する個別のコアのサイズ及びスペーシングによって直接決定され及び制限される。
【０００６】
コヒーレントファイババンドルを使用した内視鏡イメージングシステムは現在市販されており、その場の単一ファイバイメージングを生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）で達成する唯一の市販の手段を与え得る。しかしながら、かかるコヒーレントファイババンドルは、設計が難しく、比較的狭いスペクトル帯域幅でのみ機能し得る。コヒーレントファイババンドルは、コアのサイズ、スペーシング及び数の点で、慎重に設計される。このため、こうしたコヒーレントファイババンドルは、長さが短くても高価となり得る。さらに、ファイババンドルにより既に達成されている解像度制限を、これ以上に改善し得る可能性は低いようである。
【０００７】
情報容量の増加、解像度の向上、及び小型化の要望に支えられて、近年、イメージング用のシングルコアマルチモードファイバの使用が、多くの研究の焦点となっている。特に、ファイバの伝送マトリクスの先験的（ａ  ｐｒｉｏｒｉ）な知識の取得に依存する一定数の方法が調査されている。こうした方法はその後、ファイバのスクランブルを元に戻すべく空間光変調器を使用することによって修正され得る。他の方法は、ファイバ出力部において生成されるパターンを、入力の関数として事前キャリブレーションすることに依存する。後処理アルゴリズムがその後、異なる入力パターンのための近位端に戻された光量を測定することによって物体を再構築するべく、使用され得る。その方法にもかかわらず、マルチモードファイバを使用する多くの現行の技法は、システムの一定形態の事前キャリブレーションを必要とする。
【０００８】
生体内のシステムには、ファイバの遠位端へのアクセスが存在しないことがあり得る。これにより、リアルタイムのキャリブレーションを行うべく遠位端にアクセスすることに依存する方法の使用が妨げられ得る。
【０００９】
一定長さのマルチモードファイバの伝送マトリクスは、ロバストではないので、当該ファイバのわずかな動きであっても簡単に改変されてしまう。伝送マトリクスは、身体内でファイバが動き又は曲がるにつれてランダムに変化し得る。身体内でファイバが動き又は曲がるときの伝送マトリクスにおけるランダムな変化を、遠位端へのアクセスをすることなく補償することは可能とはいえない。伝送マトリクスはまた、波長依存となり得る。 
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Harikumar K. Chandrasekharan, Frauke Izdebski, Itandehui Gris-Sanchez, Nikola Krstajic, Richard Walker, Helen L. Bridle, Paul A. Dalgarno, William N. MacPherson, Robert K. Henderson, Tim A. Birks & Robert R. Thomson, Multiplexed single-mode wavelength-to-time mapping of multimode light, Nature Communications 8, 14080 (2017)
【非特許文献２】Birks, T. A., Gris-Sanchez, I., Yerolatsitis, S., Leon-Saval, S. G. & Thomson, R. R. The photonic lantern. Adv. Opt. Photon. 7, 107 (2015)
【非特許文献３】Baoqing Sun, Stephen S. Welsh, Matthew P. Edgar, Jeffrey H. Shapiro, and Miles J. Padgett, "Normalized ghost imaging," Optics Express 20, 16892-16901 (2012)
【非特許文献４】Reza Nasiri Mahalati, Ruo Yu Gu, and Joseph M. Kahn, "Resolution limits for imaging through multi-mode fiber," Opt. Express 21, 1656-1668 (2013)
【非特許文献５】Ming-Jie Sun, Matthew P. Edgar, Graham M. Gibson, Baoqing Sun, Neal Radwell, Robert Lamb & Miles J. Padgett, Single-pixel three-dimensional imaging with time-based depth resolution, Nature Communications 7, 12010 (2016)
【非特許文献６】RA Vicencio et al., Observation of Localized States in Lieb Photonic Lattices, Phys Rev Lett 114 (24), 245503 2015 Jun 15
【非特許文献７】Kim, Y., Knight, J., Warren, S., Neil, M., Paterson, C., Stone, J., Dunsby, C. and French, P., 2016. Adaptive multiphoton endomicroscope incorporating a polarization-maintaining multicore optical fiber. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 22 (3), 6800708
【非特許文献８】S Yerolatsitis, K Harrington, R R Thomson, T A Birks, Mode-selective Photonic Lanterns from Multicore Fibres, Optical Fiber Communication Conference OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2017), paper Tu3J.6.
【非特許文献９】Sen. P et al Dual photography in ACM Transactions on Graphics 24, 745-755 (ACM Press, 2005)
【非特許文献１０】Fourier Optics and Computational Imaging 52, 293-299 (John Wiley & Sons Ltd, 2015)
【発明の概要】
【００１１】
本システムの第１側面において、システムが与えられる。このシステムは、複数の入力導波路、マルチモード導波路、及び当該複数の入力導波路を前記マルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、当該入力導波路のそれぞれ、又は当該入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起することにより、当該導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの検出器とを含み、当該導波路装置は、複数の異なる光パターンのそれぞれを標的領域に向けるべく構成され、当該少なくとも一つの検出器は、異なる光パターンのそれぞれに応答して当該標的領域から伝送、反射又は発光された光の検出をすることと、当該検出がされた光を表す信号を出力することとを行うべく構成される。
【００１２】
システムはさらに、標的領域についての情報を取得するべく少なくとも一つの検出器からの信号を処理する処理リソースを含む。
【００１３】
システムはさらに、標的領域の画像を取得するべく少なくとも一つの検出器からの信号を処理する処理リソースを含む。
【００１４】
複数の入力導波路を一のマルチモード導波路に結合するべく導波遷移部を使用することにより、当該マルチモード導波路の出力部において複数の光パターンを取得する素直かつ繰り返し可能な方法が得られる。生成される光パターンは、導波路装置の動きに対して安定的となり得る。複数の光パターンは、その後、標的領域のイメージングを行うべく使用することができる。 
【００１５】
複数の光パターンを標的領域に向けて各光パターンに応答する当該標的領域からの光を検出することにより、当該標的領域の、高解像度を有する画像を形成することができる。いくつかの状況において、画像は、超解像度画像を含み得る。
【００１６】
イメージングは、高い充填比を有し得る。マルチモード導波路は、高い開口数を有し得る。光は、標的領域の小部分からサンプリングされるのではなく、標的領域のすべて又はほとんどに向けられ、及び/又は標的領域のすべて又はほとんどから検出され得る。システムは、少なくとも一つの光源から標的領域への効率的な光送達、及び/又は標的領域からの効率的な光収集を与えることができる。システムは、広帯域動作が可能である。
【００１７】
導波遷移部は、入力導波路を下るように進行する波がマルチモード導波路へと導波される導波路装置の領域となり得る。入力導波路を伝播するモードが導波遷移部において発展する結果、複数のモードがマルチモード導波路において生成される。動作中、入力導波路の中を伝播する一以上のモードが、実質的に連続的な態様でマルチモード導波路の中を伝播するモードへと発展し得る。マルチモード導波路における導波路装置の遠位端から伝播するモードは、導波遷移部において、入力導波路の中を伝播するモードへと発展し得る。入力導波路においてシングルモードで伝播する光は、導波遷移部に入った後はもはやシングルモードではなく、導波遷移部を出るときにはマルチモードとなり得る。導波遷移部は、複数の入力導波路（それぞれがシングルモード又は少数モードとなり得る）とマルチモード導波路とのインタフェイスを与え得る。導波遷移部において、導波路は、一のタイプ（シングル又は少数モード）から他のタイプ（マルチモード）へと滑らかに変化し得る。光は、入力導波路と低損失のマルチモード導波路との間に結合され得る。
【００１８】
導波路装置は、光ファイバを含み得る。入力導波路はそれぞれが、光ファイバのマルチコアセクションの各コアを含み得る。マルチモード導波路は、光ファイバのマルチモードセクションを含み得る。 
【００１９】
導波遷移部は、光ファイバのマルチコアセクションから、光ファイバのマルチモードセクションへの実質的に連続的な遷移部を含み得る。導波遷移部は、光ファイバのマルチコアセクションのコアを光ファイバのマルチモードセクションに結合する光ファイバの一セクションとなり得る。導波遷移部は、マルチコアセクションにおいて伝播するモードをマルチモードセクションへと（又はその逆に）滑らかに導波することができる。導波遷移部は、フォトニックランタン遷移部を含み得る。導波遷移部が形成される材料は、ガラス（ケイ酸塩又はカルコゲナイド）、結晶材料、多結晶材料、セラミック材料の少なくとも一つを含み得る。
【００２０】
光ファイバは、マルチコアファイバの一端を先細にして導波遷移部を形成することによって形成され得る。
【００２１】
光ファイバは可撓性であってよい。光ファイバは、人体又は動物の体内に挿入可能であってよい。光ファイバは、生体内での使用に適切となり得る。光ファイバはシリカを含んでよい。光ファイバは、２ｍｍ以下の直径を有してよい。光ファイバは、ポリマーを含んでよい。
【００２２】
システムは、人体又は動物の体内の組織の画像を取得するべく使用することができる。例えば、システムは、遠位肺、胃腸管、尿路又は脳をイメージングするために使用されてよい。システムは、最小限侵襲性のイメージングを行うべく使用することができる。 
【００２３】
少なくとも一つの光源は、標的領域において蛍光を引き起こすような励起光によって入力導波路を励起するべく構成され得る。少なくとも一つの検出器は、励起光に応答して標的領域が発光する蛍光を検出するべく構成され得る。
【００２４】
少なくとも一つの検出器は、導波路装置の近位端に結合され得る。標的領域は、導波路装置の遠位端に又は遠位端近くに位置決めすることができる。標的領域から、異なる光パターンのそれぞれへと反射又は発光された光は、複数の入力導波路の一部又はすべてを通して少なくとも一つの検出器によって受信され得る。
【００２５】
システムは、内視鏡装置を含み、又は内視鏡装置の一部を形成してよい。内視鏡装置は、内視鏡イメージング装置を含み得る。
【００２６】
各入力導波路は、シングルモード導波路としてよい。各入力導波路は、当該複数の入力導波路を励起するべく使用される光の周波数においてシングルモードとなり得る。
【００２７】
各入力導波路は、少数モードの導波路となり得る。各入力導波路は、複数の空間モードをサポートするべく構成することができる。各入力導波路は、当該複数の入力導波路を励起するべく使用される光の周波数において、４０個以下のモードを、随意的には１０個のモードを、さらに随意的には６個のモードを、さらに随意的には３個のモードをサポートするべく構成することができる。各入力導波路は、１０個のモードをサポートするべく構成してよい。各入力導波路は、６個のモードをサポートするべく構成してよい。各入力導波路は、３個のモードをサポートするべく構成してよい。少なくとも一つの光源は、当該複数の入力導波路の個々のモードを順番に励起するべく構成され得る。
【００２８】
各入力導波路は、偏光維持としてよい。
【００２９】
システムは、当該複数の入力導波路のいずれか一つにおいて伝播する光が、当該複数の入力導波路の他のいずれか一つに実質的に結合されないように構成され得る。
【００３０】
システムはさらに、導波装置の曲がりに応答する導波遷移部の曲がりをなくし又は低減するべく構成された支持部を含み得る。支持部は、マルチモード導波路の曲がりをなくし又は低減するべく構成され得る。支持部は、実質的に剛性の支持部としてよい。支持部は、導波遷移部の材料よりも剛性が高い材料から形成されてよい。支持部は、導波路装置の材料よりも剛性が高い材料から形成されてよい。支持部は、例えば、ガラス、シリカガラス、金属、鋼、チタン、熱可塑性ポリマー、結晶材料、セラミック材料、多結晶材料、複合材料の少なくとも一つを含み得る。支持部の材料は、２０Ｇパスカルを超えるヤング率、随意的には５０Ｇパスカルを超えるヤング率を有し得る。
【００３１】
異なる光パターンはそれぞれが、導波路装置の曲がりに対して実質的に鈍感となり得る。光パターンは、導波路装置が当該導波路から光が漏れるのを許容するほど十分きつく曲げられることがない限り、当該導波路装置の曲がりに鈍感となり得る。
【００３２】
光パターンは、導波路装置（例えば光ファイバ装置）が曲げられているときであっても実質的に安定し得る。システムは、生体内での使用に適切となり得る。導波路装置は、人体内又は動物の生体内に存在するときに曲げられてよい。
【００３３】
光パターンの安定性により、必要とされるキャリブレーション量が低減され得る。いくつかの状況において、イメージングは、リアルタイムのキャリブレーションを使用することなく行うことができる。いくつかの状況において、イメージングは、導波路装置の出力部にアクセスすることなく行うことができるので、生体内で行うことが許容され得る。
【００３４】
異なる光パターンの少なくともいくつかは、互いに実質的に直交し得る。異なる光パターンの少なくともいくつかは、パターンの基本セットを形成し得る。
【００３５】
異なる光パターンは、異なる強度分布及び/又は異なる電界分布を有し得る。 
【００３６】
異なる光パターンは、標的領域全体が当該光パターンによって照らされるようにしてよい。
【００３７】
異なる光パターンは、当該異なる光パターンのそれぞれが標的領域の全体又はほとんどを照らすようにしてよい。異なる光パターンは、当該光パターンの異なる光パターンが標的領域の異なる部分を照らすようにしてよい。
【００３８】
標的領域の画像を取得するための少なくとも一つの検出器からの信号の処理は、異なる光パターンのそれぞれに対し、その光パターンの画像を、その光パターンに対する少なくとも一つの検出器から取得された信号に結合することを含み得る。
【００３９】
標的領域の画像を取得するための少なくとも一つの検出器からの信号の処理は、ゴーストイメージングを含み得る。
【００４０】
画像は、内部全反射蛍光（total internal reflection fluorescence（ＴＩＲＦ））画像を含み得る。標的領域は、導波路装置の遠位端に隣接してよい。ＴＩＲＦは、導波路装置の遠位ファセットに直接配置された構造をイメージングするべく使用され得る。
【００４１】
画像は、深度トモグラフィー画像を含み得る。
【００４２】
導波路装置はさらに、さらなる導波遷移部を含み得る。さらなる導波遷移部は、マルチモード導波路の遠位端に位置決めされてよい。導波路装置は、光ファイバから形成され得る。導波遷移部は、光ファイバを、当該光ファイバに沿った第１位置において先細にすることによって形成され得る。さらなる導波遷移部は、光ファイバを、当該光ファイバに沿った第２位置において先細にすることによって形成され得る。
【００４３】
少なくとも一つの光源は、各入力導波路を複数の異なる波長によって励起することにより、各入力導波路に対して複数の光パターンを生成するように構成される。さらなる導波遷移部によって、光パターンは、波長に対して敏感になる。異なる光パターンは、光の異なる波長を使用することによって生成され得る。これにより、システムが生成し得る光パターンの数が増加し得る。光パターンの数が増加することにより、システムの解像度が改善し得る。 
【００４４】
少なくとも一つの光源は、当該複数の入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起するべく構成され得る。各組み合わせを励起することは、マルチモード導波路の出力部において所望の光パターンを生成するべく選択された振幅及び/又は位相を使用して、複数の入力導波路の少なくともいくつかを同時に励起することを含み得る。
【００４５】
複数の組み合わせのうち異なる組み合わせを励起することは、複数の入力導波路の異なるサブセットを励起することを含み得る。複数の組み合わせのうち異なる組み合わせを励起することは、複数の同じ入力導波路を、選択された異なる振幅及び/又は位相を使用して励起することを含み得る。
【００４６】
振幅及び/又は位相は、例えば所望の光パターンを形成するように選択することができる。同じ入力導波路は、異なる振幅及び/又は位相により励起されると、異なる光パターンを形成し得る。一つを超える入力導波路を一度に励起することにより、多数の光パターンを形成することができる。多数の光パターンを使用することにより、システムの解像度を増加させることができる。
【００４７】
各光パターンは、複数の入力導波路の少なくともいくつかのそれぞれを通過する光同士の間の建設的及び/又は破壊的な干渉の結果となり得る。異なる入力導波路からの光は、導波遷移部において結合されて各所望光パターンを形成し得る。
【００４８】
各所望光パターンは、光のスポットを含み得る。
【００４９】
光のスポットは、導波路装置の遠位面に位置決めすることができる。スポットは、導波路装置の遠位面に点光源を与えることができる。導波遷移部の使用により、かかるスポットを、導波路装置から一定距離のところではなく、導波路装置の遠位端に位置決めすることが許容され得る。スポットは、導波管装置の出力部の近接場に存在し得る。
【００５０】
光のスポットは、導波路装置の遠位面を超えるように位置決めしてよい。光のスポットは、標的領域内に位置決めしてよい。
【００５１】
異なる光パターンはそれぞれが、異なる各位置に光のスポットを含んで、例えば当該光のスポットを標的領域にわたってスキャンすることができる。
【００５２】
システムはさらに、キャリブレーションデータを取得するキャリブレーションプロセスを行うべく構成され得る。選択された振幅及び/又は位相は、キャリブレーションデータに基づいてよい。
【００５３】
システムはさらに、光パターンを部分的に反射するべく構成された部分反射素子を含み得る。部分反射素子は、導波路装置の出力部に位置決めされ得る。部分反射素子は、部分反射コーティングを含み得る。部分反射コーティングは、導波路装置の遠位ファセットを被覆し得る。部分反射コーティングは、２色性コーティングを含んでよい。部分反射コーティングは、シングルモードコアを励起するべく使用される波長において光を部分的に反射するように構成され得る。部分反射コーティングは、光パターンに応答して標的領域から発光された蛍光を透過させるべく構成され得る。
【００５４】
システムはさらに、光パターンの反射部分を受け取り、当該光パターンの反射部分を表す信号を出力するべく構成された検出器を含み得る。
【００５５】
その又は一のプロセッサが、光パターンの反射部分を表す信号に基づいて選択された振幅及び/又は位相を決定するべく構成され得る。キャリブレーションプロセスは、光パターンの反射部分を表す信号に基づいて、選択された振幅及び/又は位相を決定することを含み得る。
【００５６】
入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に励起することは、そのとき入力導波路の複数対のそれぞれを順番に励起することを含み得る。複数対のそれぞれを励起することは、その対の第１入力導波路を第１周波数又は波長の光により励起することと、その対の第２入力導波路を第２周波数又は波長の光により励起することとを含み得る。
【００５７】
その又は一の処理リソースが、少なくとも一つのビート周波数を取得するべく、少なくとも一つの検出器からの信号を処理するように構成され得る。ビート周波数は、無線周波数に存在してよい。ビート周波数は、１ｋＨｚから１ＴＨｚに存在してよい。少なくとも一つの検出器は、ビート周波数の信号を検出するべく構成され得る。少なくとも一つの検出器の帯域幅は、例えば、ビート周波数の信号を検出し得る。
【００５８】
入力導波路は、複数の異なる周波数によって励起されることにより、複数の異なるビート周波数を取得することができる。
【００５９】
異なる周波数の光を使用して入力導波路を励起することにより、及び当該信号から一以上のビート周波数を取得することにより、システムの自由度の数を増やすことができる。これにより、高解像度の画像を取得することが許容され得る。 
【００６０】
ビート周波数は、安定となり得る。ビート周波数は、導波路装置の動きに対して実質的に鈍感となり得る。
【００６１】
各入力導波路の直径は、１００μｍ未満、随意的に２０μｍ未満、さらに随意的に１０μｍ未満、さらに随意的に５μｍ未満としてよい。各入力導波路の直径は、０．５μｍ超過、随意的に２μｍ超過、さらに随意的に５μｍ超過としてよい。
【００６２】
各入力導波路は、光ファイバのマルチコアセクションのシングルモード又は少数モードのコアとしてよい。マルチコアセクションの直径は、当該コアが分離されて当該ファイバの長さに沿って有意的に結合されることがない程度に十分に大きくてよい。ファイバ間の分離は、各コアにおいて導波されるモードがどの程度大きいのかに依存し得る。
【００６３】
入力導波路間の間隔は、１００μｍ未満、随意的に２０μｍ未満、さらに随意的に１０μｍ未満、さらに随意的に５μｍ未満としてよい。
【００６４】
マルチモード導波路の直径は、５００μｍ未満、随意的に２００μｍ未満、さらに随意的に１００μｍ未満、さらに随意的に５０μｍ未満としてよい。マルチモード導波路の直径は、１０μｍ超過、随意的に２０μｍ超過、さらに随意的に５０μｍ超過としてよい。
【００６５】
マルチモード導波路の直径は、測定対象の視野に応じて選択され得る。
【００６６】
マルチモード導波路は、光ファイバのマルチモードコアを含み得る。マルチモード導波路の直径は、マルチモード導波路のコアと当該マルチモード導波路のクラッディングとの屈折率コントラストに応じて選択され得る。
【００６７】
マルチモード導波路の直径は、各入力導波路の直径の少なくとも５倍超過、随意的に少なくとも１０倍超過となり得る。
【００６８】
導波路装置の出力部は、マルチモード導波路の出力部としてよい。
【００６９】
導波路装置の長さは、少なくとも１０ｃｍ、随意的に少なくとも１ｍとしてよい。導波遷移部の長さは、少なくとも５０ｍｍ未満、随意的に２０ｍｍ未満、さらに随意的に１０ｍｍ未満としてよい。
【００７０】
少なくとも一つの光源は、入力導波路を、３００ｎｍから１１００ｎｍの波長を有する光によって励起するべく構成され得る。少なくとも一つの光源は、入力導波路を、１０ｎｍから５０μｍ、随意的に２００ｎｍから１５μｍの波長を有する光によって励起するべく構成され得る。少なくとも一つの光源は、入力導波路を、可視光、近赤外光、中赤外光、紫外光の少なくとも一つによって励起するべく構成され得る。少なくとも一つの光源は、少なくとも一つのコヒーレント光源を含み得る。少なくとも一つの光源は、少なくとも一つのレーザ光源を含み得る。
【００７１】
独立して与えることができる本発明のさらなる側面において、システムが与えられる。このシステムは、複数の入力導波路、マルチモード導波路、及び当該複数の入力導波路を前記マルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、当該入力導波路のそれぞれを順番に個々に励起することによって当該導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成するべく構成された少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの検出器とを含み、当該導波路装置は、複数の異なる光パターンのそれぞれを標的領域に向けるべく構成され、当該少なくとも一つの検出器は、異なる光パターンのそれぞれに応答して当該標的領域から伝送、反射又は発光された光の検出をすることと、当該検出がされた光を表す信号を出力することとを行うべく構成される。
【００７２】
独立して与えることができる本発明のさらなる側面において、システムが与えられる。このシステムは、複数の入力導波路、マルチモード導波路、及び当該複数の入力導波路を前記マルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、当該入力導波路を、選択された振幅及び/又は位相の複数の異なるセットにより順番に励起することによって当該導波路装置の出力部において複数の異なる所望の光パターンを順番に生成する少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの検出器とを含み、当該導波路装置は、複数の異なる所望の光パターンのそれぞれを標的領域に向けるべく構成され、当該少なくとも一つの検出器は、異なる所望の光パターンのそれぞれに応答して当該標的領域から伝送、反射又は発光された光の検出をすることと、当該検出がされた光を表す信号を出力することとを行うべく構成される。
【００７３】
独立して与えることができる本発明のさらなる側面において、システムが与えられる。このシステムは、複数の入力導波路、マルチモード導波路、及び当該複数の入力導波路を前記マルチモード導波路に結合する導波遷移部を含む導波路装置と、当該入力導波路の複数の組み合わせのそれぞれを順番に個々に励起するべく構成された少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの検出器と、プロセッサとを含み、各組み合わせを励起することは、当該入力導波路の対応第１入力導波路を第１周波数又は波長の光によって励起して当該入力導波路の対応第２入力導波路を第２周波数又は波長の光によって励起することによって当該導波路装置の出力において複数の異なる光パターンを順番に生成することを含み、当該導波路装置は、複数の異なる光パターンのそれぞれを標的領域に向けるべく構成され、当該少なくとも一つの検出器は、異なる光パターンのそれぞれに応答して当該標的領域から伝送、反射又は発光された光の検出をすることと、当該検出がされた光を表す信号を出力することとを行うべく構成され、当該プロセッサは、当該組み合わせのそれぞれに対するビート周波数を取得するべく当該少なくとも一つの検出器からの信号を処理するように構成される。
【００７４】
独立して与えることができる本発明のさらなる側面において、方法が与えられる。この方法は、少なくとも一つの光源によって、導波路装置の複数の入力導波路のそれぞれ、又は当該入力導波路の複数の組み合わせを順番に励起することにより、当該導波路装置の出力部において複数の異なる光パターンを順番に生成することであって、当該導波路装置は、当該複数の入力導波路と、マルチモード導波路と、当該複数の入力導波路を当該マルチモード導波路に結合する導波遷移部とを含むことと、当該導波路装置によって当該複数の異なる光パターンを標的領域に向けることと、少なくとも一つの検出器によって当該異なる光パターンのそれぞれに応答して当該標的領域から伝送、反射又は発光された光の検出をすることと、当該検出器によって当該検出がされた光を表す信号を出力することとを含む。
【００７５】
添付図面を参照して実質的にここに記載される方法又はシステムが与えられ得る。
【００７６】
一の側面における特徴が、必要性に応じて、任意の他の側面における特徴として与えられてよい。例えば、方法の特徴が装置の特徴として与えられてよく、装置の特徴が方法の特徴として与えられてよい。一の側面における任意の単数又は複数の特徴が、任意の他の側面における任意の適切な単数又は複数の特徴と組み合わせて与えられてよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
本発明の実施形態が、非限定的な例を介して以下に記載され、以下の図面に示される。
【００７８】
【図１】一実施形態に係るシステムの模式的な図示である。
【図２】図２ａは、図１の光ファイバの近位端面図である。図２ｂは、図１の光ファイバの遠位端面図である。
【図３】図３ａは、図１の光ファイバの近位端の画像である。図３ｂは、図１の光ファイバの遠位端の画像である。
【図４】一実施形態の方法を概観して示すフローチャートである。
【図５】一セットのカメラ画像、及びフォトニックランタンにより生成された強度パターンを使用した一セットの再構築画像を示す。
【図６】さらなる実施形態の方法を概観して示すフローチャートである。
【図７】一実施形態に係るシステムの模式的な図示である。
【図８】ａ）イメージングされた物体の複数の顕微鏡写真、及びｂ）当該顕微鏡写真に対応するゴースト画像出力を示す。
【図９】ａ）さらなるイメージングされた物体の複数の顕微鏡写真、及びｂ）図８ａの顕微鏡写真に対応するゴースト画像出力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
図１は、一実施形態に係るイメージングシステム１０の模式的な図示である。
【００８０】
イメージングシステム１０は、マルチコア光ファイバを先細にすることによって形成された光ファイバ１２を含む。本実施形態において、光ファイバ１２は、非特許文献１に記載されるようなものである。
【００８１】
マルチコア光ファイバは、シングルモードコア１４の１１×１１正方形アレイを含む。シングルモードコア１４は、約４７０ｎｍから６１０ｎｍの波長に対するシングルモードである。他実施形態において、シングルモードコア１４は、４００ｎｍ、５００ｎｍ又は６００ｎｍ付近を上回る波長に対するシングルモードであってよい。シングルモードコア１４は、間隔１０．５３μｍの正方形格子に配列される。各シングルモードコア１４は、直径１．６３μｍである。シングルモードコア１４は、ゲルマニウムがドープされたシリカから形成される。マルチコア光ファイバのクラッディング材料は、純粋なシリカである。コアの開口数は０．２２であり、ファイバの外径は２００μｍである。
【００８２】
さらなる実施形態において、コア間の間隔は、ファイバ長さを下って伝播した後のシングルモードコア間の有意な光結合を阻止する任意の適切な間隔としてよい。いくつかの実施形態において、シングルモードコアは、波長を減少させ、コア・クラッディング間の屈折率コントラストを増加させ、及び／又はコアサイズを減少させることによって、より密に一緒になるように位置決めされる。
【００８３】
本実施形態においてマルチコアファイバの複数のコア１４がシングルモードであるにもかかわらず、他実施形態において、マルチコアファイバの各コアは、例えば３又は６個の空間モードのような少数のモードをサポートしてよい。
【００８４】
図２ａは、光ファイバ１２の近位端１６の端面の模式的な図示であり、複数のシングルモードコア１４を示す。
【００８５】
光ファイバ１２は、フォトニックランタン遷移部２０を形成するべく遠位端１８において先細にされる。本実施形態において、フォトニックランタン遷移部２２は、低屈折率キャピラリーの中にマルチコアファイバを配置することと、当該マルチコアファイバを先細にすることと、当該先細マルチコアファイバを当該先細部の中間近くで劈開させることとによって形成される。劈開端は、伝統的なステップ屈折率コアクラッドマルチモード導波路２２を形成するとみなすことができる。ここで、マルチモード導波路２２のコアは先細マルチコアファイバから形成され、クラッディングは先細低屈折率キャピラリーから形成され、それゆえ、今や当該マルチコアファイバの個々のコアは、適切に光を導波するには小さすぎる。
【００８６】
図２ｂは、光ファイバの遠位端の端面図の模式的な図示であり、マルチモードコア２２を示す。マルチモードコア２２は、シングルモードコア１６のそれぞれよりも大きい。
【００８７】
シングルモードコア１４を含む光ファイバ１２の部分は、長さＬを有する。マルチモードコア２２のセクションを含むフォトニックランタン遷移部２０は、Ｌよりもかなり小さな長さｄを有する。例えば、Ｌが１メートル以上となり得る一方、ｄは数ミリメートル又は数十メートルとなり得る。図１における寸法は縮尺どおりに示されているわけではない。
【００８８】
フォトニックランタンは、理想的な場合には、一端のＮ個のシングルモードコアのアレイを、他端のＮ個の導波モードをサポートするマルチコアに結合する導波デバイスである。ここで、当該両端は断熱遷移部によって接合される。かかる遷移部において、シングルモード端において一つのコアに入射する光は、マルチモード端におけるコヒーレントモードへとゆっくり進展してゆくと考えられる。コヒーレントモードは、ランタン遷移部からの出力において固有の振幅及び位相プロファイルを有する。フォトニックランタン、及びフォトニックランタンを形成する方法の例は、非特許文献２に記載されている。
【００８９】
フォトニックランタン遷移部２０において、導波路は、シングルモードコア１４からマルチモードコア２２へと滑らかかつ連続的に変化する。シングルモードコア１４のいずれか一つに入力される光は、固有の光パターンを形成するべく、マルチモードコア２２におけるモードのほとんど又はすべてにわたって分散され得る。  
【００９０】
見出されていることだが、一端においてマルチコアファイバを先細にすることにより形成されたフォトニックランタンでは、シングルモードコア１４が当該使用ファイバの長さにわたって有意に結合されていない限り、当該フォトニックランタンの近位端において各シングルモードコアに光が個々に結合される場合に、当該フォトニックランタンの遠位端の出力部において極めて固有のマルチモード光パターンが生成され得る。異なる光パターンを、シングルモードコア１４のうち異なるシングルモードコアを励起することによって形成することができる。同じ設計を有する異なる光ファイバによって形成された光パターンは同様となり得るが、形成される正確な光パターンは、所与のマルチコアファイバ及び導波遷移部に対して一意的となり得る。例えば、２つのフォトニックランタンを、一定長さのマルチコアファイバを先細及び劈開にすることによって同じ設計に作製することができる。しかしながら、先細セクションが劈開される位置は、双方のランタン遷移部において正確に同じというわけではないので、光パターンは少なくともわずかに異なる。
【００９１】
図３ａは、光ファイバ１２の入力（近位）端１６の、当該光ファイバの遠位端１８に光が入力されたときの画像である。図３ａは、１２１個のコアのマルチコアファイバのシングルモードの正方形アレイを示す。図３ａは、マルチモードコア２２に入力される光が、シングルモードコア１４のすべてではないまでもほとんどに結合され得ることを実証する。図３ａ及び図３ｂにおける目盛尺又はスケールバーは、１０μｍを表す。
【００９２】
図３ｂは、対向端におけるフォトニックランタン２０の先細出力部を示す。図３ｂは、光ファイバ１２の出力（遠位）端１８の、光がシングルモードコア１４の一つに入力されたときの画像である。図３ｂは、光がシングルモードコア１４の特定の一つに入力されるときに、遠位端１８において固有の光パターンが生成されることを示す。シングルモードコア１４の異なるシングルモードコアが励起されると、異なるパターンが生成され得る。図３ｂは、図４のイメージング方法を参照して以下にさらに詳述される。
【００９３】
剛性支持部２４が、フォトニックランタン遷移部２０及びマルチモードコア２２を取り囲む。本実施形態において、剛性支持部はガラスキャピラリーである。他実施形態において、剛性支持部２４は、導波路装置よりも剛性が高い任意の適切な材料から形成されてよい。例えば、剛性支持部２４は、シリカガラス、金属又は熱可塑性ポリマーから形成されてよい。剛性支持部は、３Ｄプリントされた鋼又はチタンのスリーブ、又はレーザ処理技法を使用して製造され得る結晶、セラミック若しくは多結晶のスリーブとしてよい。
【００９４】
フォトニックランタン遷移部２０及びマルチモードコア２２は、フォトニックランタン遷移部２０及びマルチモードコア２２が高度に安定するのを確保するような態様で、剛性支持部２４とともにパッケージ状にされる。例えば、光ファイバ１２が曲がる場合でも、フォトニックランタン遷移部２０及びマルチモードコア２２は、剛性支持部２４の存在により、曲がることがない。
【００９５】
図１のシステムはさらに、コヒーレント光源２６を含む。本実施形態において、コヒーレント光源２６は、５１４ｎｍの波長を有するレーザ光を与えるべく構成されたレーザ光源である。他実施形態において、任意の適切なコヒーレント光源を使用することができる。レーザ光は、例えば、可視、赤外又は紫外光としてよい。
【００９６】
図１のシステムはさらに、２つの検出器３４、３６、及びカメラ４０を含む。さらなる実施形態において、カメラ４０の代わりに、例えば単一画素の走査検流計システムのような異なるイメージングデバイスを使用してよい。検出器３４、３６は、低ノイズ検出器である。いくつかの実施形態において、検出器３４、３６は、単一フォトンに敏感となり得る。
【００９７】
図１のシステムはさらに、コヒーレント光源２６と光ファイバ１２の近位端１６との間に位置決めされた入力レンズ２８と、光ファイバ１２の遠位端１８と標的領域４４との間に位置決めされた出力レンズ３０と、標的領域４４とカメラ４０との間に位置決めされた結像レンズ３８とを含む。他実施形態において、レンズ２８、３０、３８はそれぞれが、レンズ又は他の光コンポーネントの組み合わせを含み得る。レンズ２８、３０、３８の代わりに、光コンポーネントの任意の適切な組み合わせを使用することができる。
【００９８】
図１のシステムはさらに、光ファイバ１２の遠位端１８からの光を分割するべく構成されたビームスプリッタ３２を含む。これにより、光の一部が第１検出器３４に入射し、当該光の他の部分が標的領域４４に入射する。
【００９９】
図１のシステムはさらに、プロセッサ４６を含む。本実施形態において、プロセッサ４６は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はラップトップの一部を形成する。他実施形態において、プロセッサ４６は任意のコンピューティングシステムの一部を形成してよい。
【０１００】
図４は、標的領域４４内に位置決めされた物体４２をイメージングするべく図１のシステムを動作させる方法を概観して示すフローチャートである。
【０１０１】
図４の段階５０において、５１４ｎｍの波長を有するコヒーレント光源２６からのレーザ光が、入力レンズ２８を介して光ファイバ１２の近位端において個々に各シングルモードコア１４に入射される。シングルモードコア１４のそれぞれが、順番に励起される。
【０１０２】
シングルモードコア１４の一つに光が入射されると、そのコア１４の中を光は、他のシングルモードコア１４のいずれにも有意に結合することなく、伝播する。他のシングルモードコア１４へのいずれの結合も、このアプリケーションに対しては無視できるか又は有意に低くなり得る。光は、マルチモードコア２２において複数のモードにわたって分布され、例えば図３ｂに図示される光パターンのような光パターンを形成する。
【０１０３】
観測されていることだが、光ファイバ１２の非先細端において一つのシングルモードコアを励起することにより、光ファイバ１２からのマルチモード出力部２０において光の空間パターンを生成することができ、そのパターンは、光ファイバ１２の動きに鈍感となる。シングルモードコア１６の所与の一つの励起を目的としてそのシングルモードコアの励起に応答して光ファイバ１２の遠位端において生成されるパターンは、フォトニックランタン遷移部２０自体が曲がらない限り、マルチコアファイバの曲がりに対して鈍感とみなすことができる。本実施形態において、フォトニックランタン２０及びマルチモード導波路２２は、剛性支持部２４により曲がりが防止される。
【０１０４】
光ファイバ１２の遠位端から発光される光は、出力レンズ３０を使用して収集され、物体４２が配置される標的領域４４における一定位置にイメージングされる。物体４２及び第２検出器３６は、段階５０の間は存在しない。
【０１０５】
結像レンズ３８は、第１画像平面をカメラ４０に再イメージングするべく使用される。カメラ４０は、光ファイバ１２の各シングルマルチコア１４に個々に光が結合されるとき、光ファイバ１２から発光された出力パターンのそれぞれをキャプチャする。
【０１０６】
図４ｂに示されるように、フォトニックランタン２０の出力を十分な倍率でカメラ４０へとイメージングすることにより、光分布を強度パターンとしてキャプチャすることが可能となり得る。本実施形態の光ファイバ１２を使用して、１２１個の一意的な強度パターンを先細端に、光ファイバ１２の非先細端において一つずつ各シングルモードコア１６に光を結合することによって生成することができる。理想的なフォトニックランタン２０に対しては、１２１個の異なる強度パターンは、それらの電磁場分布が直交するが、それらの強度分布の点で一意的というわけではない。強度パターンは、カメラによって記録される。
【０１０７】
カメラ４０によるイメージングは、強度パターンが、システムの正確な再構築を許容する程度に十分な解像度かつ精度で既知となるようにされる。
【０１０８】
段階５０は、１２１個の強度パターン画像のセットをもたらす。各シングルモードコアに対して一つの強度パターン画像となる。１２１個の強度パターン画像は、プロセッサ４６により格納される。
【０１０９】
段階５２において、第２検出器３６が、標的領域４４と結像レンズ３８との間に配置される。標的領域４４には依然として物体４２が存在しない。
【０１１０】
５１４ｎｍの波長を有するコヒーレント光源２６からのレーザ光が、入力レンズ２８を介して光ファイバ１２の近位端において個々に各シングルモードコア１４に入射される。光ファイバ１２の遠位端から発光される光は、出力レンズ３０を使用して収集され、物体４２が配置される標的領域４４における一定位置にイメージングされる。光ファイバ１２の遠位端から発光される光の一部が、出力レンズ３０と標的領域４４との間に配置されたビームスプリッタによって反射され、第１検出器３４に入射する。
【０１１１】
第１検出器３４は、ビームスプリッタ３２によって反射された光を検出し、検出された光量に依存する第１検出器電圧Ｄ１を出力する。第２検出器は、標的領域４４を透過した光を検出し、検出された透過光量に依存する第２検出器電圧Ｄ２を出力する。検出器３４、３６はノイズが、光のパワーの高精度の測定を与える程度に十分に低い。いくつかの実施形態において、検出器３４、３６は、シングルフォトンに対して敏感となり、又は少なくとも極めて敏感かつ低ノイズとなり得る。
【０１１２】
プロセッサ４６は、第１検出器電圧Ｄ１及び第２検出器電圧Ｄ２を使用して当該検出器３４、３６に対する検出器電圧比Ｄ１／Ｄ２を取得する。プロセッサ４６は、各マルチコアファイバ入力部に対し、すなわち、シングルモードコア１４の各一つの励起からもたらされる異なる光パターンのそれぞれに対し、各検出器電圧比Ｄ１／Ｄ２を取得かつ格納する。
【０１１３】
上述した検出器３４、３６の自己参照配列により、レシオメトリック測定を取得することができるようになるので、検出器の読み取りにおける時間変動のばらつきを回避することができる。
【０１１４】
段階５０及び５２は、キャリブレーションステップとして記載され得る。段階５４において、キャリブレーションステップが完了した後、物体４２が、光ファイバ１２からの出力の第１画像平面において標的領域４４に配置される。
【０１１５】
段階５６において、５１４ｎｍレーザ光が再び、シングルモードファイバ１４の各一つへと個々に入射され、各マルチコアファイバ入力部に対して比Ｄ１／Ｄ２が再測定される。予測され得ることだが、物体４２が標的領域に存在する状態で検出器３４、３６によって検出された光の比Ｄ１／Ｄ２は、物体が存在しないときに検出された比Ｄ１／Ｄ２とは異なり得る。
【０１１６】
プロセッサ４６は、物体４２が標的領域に存在するときにシングルモードコア１４の各一つの励起からもたらされる異なる光パターンのそれぞれに対する対応検出器電圧比Ｄ１／Ｄ２を格納する。
【０１１７】
物体４２あり又はなしで測定されたＤ１／Ｄ２比は、投影パターンの重なりと、当該物体の空間透過特性とによって影響を受ける。こうした差異が、物体の再構築能力を与え得る。
【０１１８】
段階５８において、プロセッサ４６は、段階５０からの異なるパターンの画像、段階５２からの物体なしのＤ１／Ｄ２比、及び段階５６からの物体ありのＤ１／Ｄ２比を使用し、当該物体の画像を、例えばゴーストイメージング法を使用することによって、再構築する。ゴーストイメージング法は、例えば非特許文献３に記載される方法と同様となり得る。いくつかの実施形態において、イメージング法は非特許文献４において使用される方法と同様となり得る。ここで、準ランダムなパターンを物体に投影するべくマルチモードファイバが使用され、当該物体から反射された光の一部分がその後、当該ファイバまで送り戻され、当該パターン及びパワーの知識から当該物体を再構築することができる。
【０１１９】
ゴーストイメージングは、未知の物体を照明するべく複数の異なる光パターンが使用される方法を含み、透過（又は反射）光が、例えば単一素子検出器のような検出器によって測定される。各光パターンに対し、所与の光パターンにより物体が照明されたときに検出器により生成された信号は、その光パターンのうちどの程度が透過（又は反射）されるのかを表すとみなすことができる。多数の光パターンに対する信号を収集することにより、物体の形状を決定することが可能となり得る。例えば一連のレーザスペックルパターンによってゴーストイメージングを行うことは、以前から知られている。
【０１２０】
図４の実施形態において、ゴーストイメージングを行うべく使用される光パターンは、異なるシングルモードコア１４の励起によって生成されるパターンである。フォトニックランタンによって生成されるモードは、画像再構築を目的として使用される。
【０１２１】
原理証明の実証において、かみそりの刃及びクロームめっきのＵＳＡＦ解像度標的それぞれが、図１のシステムを使用してイメージングされた。
【０１２２】
図５は、図１のシステム及び図４の方法を使用して再構築された物体の画像を示す。３つの物体（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれに対し、上の行の画像は、図１のカメラ４０を使用して取得された物体を示し、下の行の画像は、フォトニックランタン２０を含む光ファイバ１２によって生成された１２１個の強度パターンを使用して再構築された物体の画像を示す。（ａ）において使用された物体は、ＵＳＡＦ標的からの正方形特徴部である。（ｂ）において使用された物体は、水平配向にあるナイフエッジである。（ｃ）において使用された物体は、垂直配向にあるナイフエッジである。
【０１２３】
図５に示される原理の証明の結果は、１２１個の強度パターンのみを使用して取得される。結果は、イメージングアプリケーションのためにフォトニックランタンのモードを使用する有望性があることを強調するとみなし得る。マルチコアファイバにおけるコア数を増やすことにより、再構築された画像の解像度をかなり改善することができる。例えば、マルチコアファイバは、数千又は数万ものシングルモードコアを含み得る。シングルモードコアの個々に光を入射させることにより、数千又は数万の強度パターンを形成することが可能となる。マルチコアファイバにおけるコア数を増やすことにより、再構築された画像の解像度を、図５に示されるものよりもかなり改善することができる。
【０１２４】
図１に示されるシステムにおいて、光検出は遠位で行われる。他実施形態において、光検出は、図１のシステムを参照して述べたものと同じ基本概念を使用して、近位で（例えば生体内アプリケーションに対して）行うことができる。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、図１を参照して上述した概念は、内視顕微鏡検査にまで拡張される。光ファイバ１２は、患者の身体、例えば患者の肺に導入され得る内視鏡の一部を形成し又は当該内視鏡に挿入される。
【０１２６】
フォトニックランタンによって生成された個々のパターンが、物体４２に投影され、各パターンに対し、光ファイバ１２に戻るように送られた（反射又は蛍光いずれかの）光量の測定が行われる。その後、ゴーストイメージングのために使用されるもののようなアルゴリズムが使用されて物体４２が再構築される。
【０１２７】
上述の光ファイバ技術を使用することにより、圧縮内視顕微鏡イメージングモダリティを与えるべく圧縮センシングの理論を活用することができる。
【０１２８】
マルチコアファイバを狭いウェスト部へと下るように先細にすることによりランタンを形成することは、真の生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）の内視顕微鏡検査の達成を許容し得る。例えば、バクテリアを、検出するのみならずイメージングすることが可能となり得る。いくつかの実施形態において、細胞内の詳細を有する蛍光バイオマーカーのイメージングを達成する有望性が存在し得る。超解像度の内視顕微鏡検査の可能性が存在し得る。
【０１２９】
フォトニックランタン構造により、フォトニックランタン遷移長さ部が堅固なパッケージにされていれば、ファイバの動き及び曲がりに対して実質的に鈍感となる異なる安定強度パターンの投影を可能にすることができる。当該遷移部は数ミリメートルもの短さで設計及び製造されるので、確実に高度に安定的となるようにパッケージにすることができる。
【０１３０】
複数の実施形態において、光パターンは、光がコアから漏れ得る程度に十分きつくファイバが曲げられない限り、安定したままとなり得る。ファイバがあまりにもきつく曲げられると、光がコアから漏れて遠位端から発光される光のパワーが既知とはいえなくなる（ただし、いくつかの状況において、この情報は遠位端から反射された光量から取得することができる）。
【０１３１】
光ファイバ１２の出力部において生成されたパターンとシングルモード励起との関係がひとたびキャリブレーションされると、この関係は、シングルモードコア１４が、使用されるマルチコアの長さＬにわたって無視できる結合を示す限り、マルチコアファイバ自体がどのように操作されるかにかかわらず既知とみなすことができる。
【０１３２】
したがって、光ファイバ１２の遠位端にアクセスすることなくイメージングを行うことが可能となり得る。例えば、光を各シングルモードコア１４に順次入射させることにより生成される光パターンは、光ファイバ１２を患者に挿入する前に取得することができる。光ファイバ１２がその場にある間に曲がることがあっても、それらのパターンは安定であると仮定し得る。これは、光ファイバが動く場合にパターンを再キャリブレーションしなければならないいくつかの周知の方法と対照的である。
【０１３３】
上述の方法は、かさばるファイバの束又は壊れやすい遠位スキャニング先端を必要とすることなく、生体内（ｎ  ｖｉｖｏ）及びその場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）での高充填比かつ高解像度の内視顕微鏡検査を可能とし得る。コヒーレントファイバの束を使用するイメージングの周知の方法において、イメージング対象の物体又は領域は、ファイバコアの間隔に従って離間されたサンプリングポイントにおいてサンプリングされるので、得られる充填率は比較的低い。フォトニックランタン又は同様の遷移部の使用により、高充填比かつ高解像度を得ることが可能となる。
【０１３４】
高解像度イメージングは、遠位端において可能な限り小さな面積に多くの異なるパターンを使用することによって行うことができる。いくつかの実施形態において、高解像度は、コアとクラッディングとの屈折率コントラストを最大化することによって（例えば空気又は真空であるクラッディングを使用することによって）達成することができる。いくつかの実施形態において、高解像度は、モードが導波されなくなり始める前に最小可能サイズに到達するまで遠位端を先細にすることによって達成することができる。  
【０１３５】
シングルモードであるか又は少数モードを有する低開口数のコアが、高開口数のマルチモードコアに結合される。
【０１３６】
図１のシステムは、広いスペクトル帯域幅にわたって動作し得る。帯域幅は、いくつかの状況において、マルチコアファイバの長さにわたるコア間に無視できる結合が得られる帯域幅によって、及び／又は個々のコアのシングル又は少数いずれかのモードの動作が得られる帯域幅によって、制限され得る。
【０１３７】
適切に設計されたデバイスにより、非常に効率的な動作、例えばポンプ光の非常に効率的な送達、及び信号光の検出器への非常に効率的な収集、が可能となる。
【０１３８】
散乱遠位先端を有するシングルモード又はマルチモードファイバが、特徴付けられたスペックルパターンを使用して圧縮センシングを与えるべく使用される方法と比較すると、いくつかの実施形態は、遠位端でのマルチモード信号収集の使用に起因して戻り経路においてかなり高いスループットを与えることができる。
【０１３９】
フォトニックランタンの場合において、マルチモードコアによって収集される物体からの光は、シングルモードコアのほとんど（又はすべて）に効率的に結合され、処理を目的として近位端へと送られる。シングルモードファイバ（又はシングルモードコアを有するマルチコアファイバ）に取り付けられた散乱遠位先端の場合、散乱遠位先端からシングルモードコアへの光の結合効率は、フォトニックランタンの場合と比較してかなり低い。
【０１４０】
マルチモードファイバは、多数の空間モードをサポートするので、シングルモードファイバよりも多くの角度からの光を受け入れる。これにより、マルチモードファイバは、例えばマルチモードの反射信号及びインコヒーレント蛍光信号のような、上述したシステムによって生成され得る信号のタイプをキャプチャする上でかなり効率的となり得る。
【０１４１】
いくつかの上記実施形態において、反射光又は蛍光は、フォトニックランタン及びシングルモードコアを介して光ファイバの近位端へと戻される。他実施形態において、光は、光ファイバの遠位端から、さらなるコア又はファイバによって収集することができる。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、上述したフォトニックランタン遷移部を有して内部全反射（ＴＩＲＦ）モードを使用するべく構成される光ファイバの有望性が存在し得る。ＴＩＲＦモードにおいて、遠位端１８は、生成されるパターンが、試料が置かれた表面から内部反射されるように処理され、これが、光ファイバの遠位ファセットとなり得る。ＴＩＲＦモードの使用により、試料の極端なセクショニングを与えることができる。
【０１４３】
さらなる実施形態において、光ファイバ１２は、深度トモグラフィーを行うべく使用することができる。深度トモグラフィーを行うべく、システムは、光パターンをパルス態様で送り出し、そのパルスが遠位端に戻る回数を測定するように構成され得る。これは、非特許文献５に記載されるものと同様の態様で情報を与えることができる。
【０１４４】
取得された深度情報は、検出器のタイミング分解能に高度に依存し得る。検出器は、数ピコ秒の分解能を有するシングルフォトン検出器としてよい。
【０１４５】
他のアプローチは、広帯域光（パルス又は連続波のいずれか）を一度に一つのコアまで送り、各入力コアに対するシングルモードコアの戻り出力について光コヒーレンストモグラフィー測定を行うことである。これにより、マイクロメートルスケールでの大幅に向上した解像度を得ることができる。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、生成され得るパターンの数を増やすべく波長、パルス及び／又は偏光のような高い自由度を活用できる可能性が存在し得る。
【０１４７】
図４を参照して上述した実施形態において、光ファイバ１２の近位端における多数のコア１４は、シングルモードである。他実施形態において、各コアは、少数のモードで励起可能となり得る。少数モードのコアから形成されたランタンは、当該モードの精密かつ純粋な励起が使用される場合には、生成され得るパターンの数を増やすべく使用することができる。各コアの各モードを順番に励起することができる。少数モード励起を使用するシステムは、精密なモード選択励起を利用することができるので、シングルモード励起を使用するシステムよりも複雑なシステムとなり得る。
【０１４８】
さらなる実施形態において、多重先細遷移部が、遠位端１８に作られる。多重先細遷移部の一例では、光ファイバは、図１に示されるように遠位端１８が先細とされるが、その後、再び広げられてから再び狭くされる。その結果、広くされたセクションが、実質的に未結合のコアのアレイとなり、狭くされたセクションが、実効的なマルチモードコアとなる。多重先細遷移部の使用により、遠位端に生成されるパターンが高度に波長感受性となり得る。多重先細遷移部の使用により、可能なパターンの数を、入力波長をチューニングすることによって増加させる方法が得られる。図１のシステムにおいて、生成される光パターンは、相対的に波長に対して鈍感である。対照的に、多重先細遷移部は、波長に対してかなり敏感なパターンを生成することができる。したがって、取得される画像の解像度を改善し得る付加的なパターンを生成するべく、波長の変化を使用することができる。二重又は多重の先細により、パターン数を増加させる付加的な自由度を与えるべく波長をチューニングすることが許容され得る。
【０１４９】
いくつかの実施形態において、一を超える先細を含む遠位端構造の制御された機械的変形を、多くのパターンを生成するべく使用することができる。
【０１５０】
いくつかの実施形態において、光ファイバの出力部は、非先細マルチコアファイバを含む。例えば、マルチコアファイバが狭くされてフォトニックランタンが形成され、その後再び広げられてマルチコアファイバになる。
【０１５１】
図１及び図４を参照して上述したもののような実施形態において、導波遷移部（例えばフォトニックランタン）は、異なる光パターンを物体に投影するべく使用される。光は、デバイスの各コア１４に、一度に一つのコアずつ結合される。システムはキャリブレーションされる。光が各コアに結合されるときに出力部において生成された光パターンは、既知である。こうしたパターンが物体に投影され、光（生成された蛍光、反射光、又は透過光のいずれか）の振幅を測定することにより、物体の画像を、様々なアルゴリズムを使用して作り上げることが可能となる。
【０１５２】
かかる実施形態において、結合は一度に一つのコアにのみ行われる。それゆえ、出力部における光パターンは、使用されるファイバの長さにわたってコアが有意に結合されない限り、安定となる。
【０１５３】
さらなる実施形態において、コヒーレント光が、導波遷移部の多重コアに同時に結合される。各モードについて位相及び振幅の制御が使用されて、当該遷移部の出力部において所望の強度プロファイルが生成される。
【０１５４】
上述してきたことだが、各シングルモードコア１４に光を入射させることにより、各シングルモードコアに対する対応強度パターンが得られる。制御された位相及び振幅を使用して一つを超えるシングルモードコアに光が入射する場合、光ファイバ１２の遠位端１８に所望の強度パターンを形成することができる。例えば、スポットを形成することができる。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、光は、マルチコアファイバの多重コアに同時に結合される。各コアにおける光の位相及び振幅は、出力部において所望の光分布を生成するように制御される。コアは、偏光を維持し得る。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、所望の光分布は、光ファイバ１２の遠位端１８におけるスポットを含む。スポットは、点光源を与えるとみなすことができる。スポットは、シングルモードコア１４の位相及び／又は振幅を変えることによってスキャンすることができる。いくつかの周知の方法とは異なり、スポットは、遠視野ではなく、遠位端１８自体に与えられる。
【０１５７】
いくつかの実施形態において、所望の光分布は、光ファイバ１２の端部ファセットから一定距離にあるスポットを含み得る。例えば、スポットは、標的領域４４に生成され得る。ファセットから一定距離のスポットは、適切な位相及び振幅の制御によってスキャンされ得る。
【０１５８】
所望の位相及び振幅を有するスポットの任意のアレイを生成することができる一つの方法は、非特許文献６に記載される。ここで、空間光変調器が使用されて０−π−０−π位相プロファイルを有する４スポットのパターンが生成される。非特許文献６に概要が記載される基本的な技法はまた、ファイバへの入力のためのかなり複雑な振幅及び位相プロファイルを生成するべく拡張することもできる。
【０１５９】
多重のシングルモードコア１４が同時に励起される実施形態において、各コアにおける光の相対的な位相は、（光ファイバが使用される場合に）当該ファイバが調整されると変化することが予想される。よって、光の相対的な位相が、リアルタイムでモニタリングされ、ファイバの動きを修正するべく調整され得る。
【０１６０】
マルチコアファイバシステムにおける動的な位相修正は、非特許文献７のような論文において、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して実証されている。非特許文献７に記載される実装例は、出力端にアクセスしていた。出力部における位相を測定して任意の位相摂動を修正するべく、基準ビームを使用するホログラフィが使用されていた。
【０１６１】
いくつかの実施形態において、内視鏡アプリケーションにおいて多重コアに光が結合される。ここで、内視鏡の遠位端には直接のアクセスが存在しない。フォトニックランタンの遠位端１８は、部分反射コーティングによって被覆される。部分反射コーティングから反射された光は、システムをリアルタイムでキャリブレーションするべく使用される。部分反射コーティングから反射された光は、多重のシングルモードコアを励起して所望のパターンを取得することに使用される振幅及び／又は位相を与えるべく使用される。
【０１６２】
マルチコアファイバの一つのシングルモードコア１４に光が入射される場合、その光は、他のシングルモードコア１４に有意に結合することなく当該マルチコアファイバを、フォトニックランタン２０に到達するまで進行する。その後、フォトニックランタン遷移部の出力部１８において固有の光パターンが生成される。フォトニックランタン遷移部の遠位端１８が部分反射コーティングにより被覆されるので、光パターンは、部分的に反射され、ファイバに戻る途中で一セットの（本実施形態においてはすべての）シングルモードコアに結合する。入力部における一つのコアに結合することにより、コアからの反射光は、ファイバに戻る途中でいくつか又はすべてのコアに結合する。
【０１６３】
多重コアが同時に励起される実施形態において、多重コアからの反射光は、ランタン遷移部で干渉し、当該コアにわたる光分布を改変する。遠位端における光の相対的な位相は、近位端において測定される反射光の分布を直接決定する。
【０１６４】
一実施形態において、近位端において測定される光パターンはキャリブレーションされ、出力部において生成されるパターンに関連する。情報は、リアルタイムで位相を修正するべく使用することができる。
【０１６５】
一実施形態において、部分反射コーティングは２色性コーティングである。蛍光色素が、イメージング対象の組織において使用される。２色性コーティングは、励起波長において当該光の９５％を反射する。２色性コーティングは、蛍光色素の蛍光波長において、わずかな光量のみを反射する。
【０１６６】
励起光の５％のみが、光ファイバのマルチモード端から出る。マルチモード端から出る光の最大５％が、再びマルチモード端に入ることができる。
【０１６７】
光ファイバの近位端に位置決めされたカメラが使用されて、２色コーティングから反射された励起波長の光パターンが検出される。励起波長の光のわずかな量のみが２色コーティングにより反射されるので、近位端に向かう光パターンは、物体から反射される励起光の量に対して極めて鈍感となる。システムはさらに、光ファイバの近位端においてカメラの前面に位置決めされた２色体を含む。その結果、カメラは、励起波長の光パターンのみを見ることとなる。
【０１６８】
多くの励起光が利用可能なので、マルチモード端において当該励起光の９５％を反射することには、ほとんど違いがない。コーティングは２色性であり、蛍光波長の光のほとんどすべてを通過させるように構成されるので、試料からの蛍光は、デバイスのマルチモード端に効率的に受け入れられる。
【０１６９】
図６は、一実施形態の方法を概観して記載するフローチャートである。ここで、異なる波長が２つ以上のシングルモードコア１３のそれぞれに結合される。画像を取得するべくビート周波数が使用される。
【０１７０】
図６の段階７０において、コヒーレント光源２６は、第１周波数Ｆ１を有する光ビームを生成する。音響光学変調器が使用されて第１周波数から所望量だけ周波数がドップラーシフトした回折ビームが生成される。回折ビームは、第２周波数Ｆ２を有する。音響光学変調器を使用することにより、所望の周波数差（Ｆ１−Ｆ２）を有する２つのビームが得られる。
【０１７１】
第１周波数Ｆ１の光が、シングルモードコアＣ１の第１コアに結合される。Ｃ１における光は、マルチコアファイバを伝播して下る。マルチコアファイバは、使用されるファイバの長さＬにわたって未結合となるように設計されるので、他のシングルモードコアのいずれとの結合も無視できる。Ｃ１からの光はランタン遷移部２０へと伝播して出力部１８において第１光パターンを形成する。
【０１７２】
第２周波数Ｆ２の光が、シングルモードコアＣ２の第２コアに結合される。Ｃ２からの光が、シングルモードコアの他のいずれとの結合も無視可能なまま、マルチコアファイバを伝播して下る。Ｃ１からの光はランタン遷移部２０へと伝播して出力部１８において第２光パターンを形成する。２つの光パターンが、いくつかの領域において重なる。
【０１７３】
重なり領域の強度が、ビート周波数（Ｆ１−Ｆ２）で変動する。本実施形態において、ビート周波数（Ｆ１−Ｆ２）は、無線周波数ドメインに存在するように選択される。
【０１７４】
２つの光パターンからの光が、標的領域において物体に入射し、当該光の一部が反射される。段階７２において、光ファイバ１２の近位端における検出器が、標的領域４４から当該ファイバを戻り上がってきた信号を検出する。検出器は、ビート周波数の信号を見るのに十分な帯域幅を有する。検出器は、高速光検出器としてよい。予測されることだが、当該ビートの周波数は、ファイバの曲がりに対して極めて鈍感である。曲がりは一般に、キロヘルツ（ｋＨｚ）レベルまでのモード間位相変動を誘起するのみであり、その変動は、例えばメガヘルツ（ＭＨｚ）又はギガヘルツ（ＧＨｚ）となり得るＲＦビート周波数と比べて無視できる。
【０１７５】
段階７４において、異なるコア対に対して段階７０及び７２が繰り返される。このアプローチを使用すると、光が各コア対に結合することにより生成される信号の強度を、一度に一つずつ調査することができる。これにより、図４の実施形態の場合のようなｎビットの情報ではなくむしろ、（（（ｎ＾２）−ｎ）／２）の個々の情報が生成される。
【０１７６】
段階７６において、プロセッサ４６は、物体の画像を再構築するべく、各コア対からの信号を処理する。物体は、図４の段階５６において使用されたものと同様のアルゴリズムを使用して構築される。
【０１７７】
図６の実施形態は、付加的なパターン（これは、図６の場合、異なる周波数の２つのコアを同時に励起することにより形成されるビート周波数パターンである）を形成することにより付加的な情報を取得するべく一を超える周波数を使用するという基本的な考え方を使用する。
【０１７８】
この基本的な考え方のさらに進んだ改善もまた考えられる。
【０１７９】
一実施形態において、光を与えるべく２つのモードロックレーザが使用される。２つのモードロックレーザは、わずかに異なるキャビティ長を有する。モードロックレーザは、例えば、キャリアエンベロープ位相安定化レーザとしてよい。
【０１８０】
第１モードロックレーザの個々のモードが、ファイバの各コアに結合され得る。そして、意図的に異なるキャビティ長、ひいてはわずかに異なるモード周波数を有する他のモードロックレーザの個々のモードが、ファイバの各コアに結合され得る。
【０１８１】
モードロックレーザのモードは、縦モードである。第２モードロックレーザは、第１モードロックレーザとは異なるキャビティ長を有するので、第２モードロックレーザの縦モード間隔及び縦モード周波数は、第１モードロックレーザのものとは異なる。
【０１８２】
出力部において、各コア対は、弁別的な変調されたパターンを生成し得る。戻り光のＲＦスペクトルを記録することにより、その後、これらのノート（ｎｏｔｅｓ）のパワーを即座に記録することができる。この考え方は、デュアルコム分光法（ｄｕａｌ  ｃｏｍｂ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）からいくつかの概念を借りている。
【０１８３】
一実施形態において、２つのモードロックレーザが光源として使用される。第１モードロックレーザからの第１モードが第１コアに結合される。第１モードロックレーザからの第２モードが第２コアに結合される。第１モードロックレーザからの第３モードが第３コアに結合され、以下同様にして、第１モードロックレーザからの第Ｎモードが第Ｎコアに結合される。
【０１８４】
そして、第２モードロックレーザからの第１モードが第１コアに結合される。第２モードロックレーザからの第２モードが第２コアに結合される。第２モードロックレーザからの第３モードが第３コアに結合され、以下同様にして、第２モードロックレーザからの第Ｎモードが第Ｎコアに結合される。
【０１８５】
本実施形態において、対態様でのコアの各組み合わせが、一意のビート周波数によって表される。
【０１８６】
さらなる実施形態において、この概念は、複数グループのモードに対して使用され得る。複数グループのモードが、各コアに結合され得る。このとき、各コア対は、一グループのビート周波数によって表される。
【０１８７】
多重周波数の使用、及びビート周波数の使用により、一度に一つのみのコアずつ励起される実施形態と比べ、所与の数のコアから取得される情報を増やすことが許容される。
【０１８８】
上述の実施形態において、シングルモードコアのアレイをマルチモードコアに結合するべくフォトニックランタンが使用される。他実施形態において、例えば、任意の適切なシングルモードからマルチモードへの、又は少数モードからマルチモードへの導波遷移部のような、任意の適切な導波遷移部が使用され得る。  
【０１８９】
いくつかの実施形態において、個々のコアに十分整合し得る光パターンを生成するべく、モード選択フォトニックランタンが使用され得る。モード選択フォトニックランタンは、例えば、非特許文献８に記載されている。
【０１９０】
フォトニックランタンは、シングルモードコアファイバのアレイからシングルマルチモードコアへの断熱遷移部を含むとみなし得る。１２１個のコアのファイバを蛍石により被覆した後に、すべてのコアが一つにまとまって当該ランタンのマルチモード端を形成する直径まで絞り込まれることによって形成されたファイバフォトニックランタンを使用して、実験が行われている。断熱遷移部とは、マルチコアアレイのシングルコアがレーザ光により励起されたときに、ランタンのマルチモード端の出力部が、統一されたコアにより導波される最低次空間モードのコヒーレントな重ね合わせを含むことを意味する。
【０１９１】
ゴーストイメージングは、カメラにより記録される情報量を増やすべく、シーンを照らすのに使用される光照射野が順次改変される二重写真から開発された技法である（例えば非特許文献９を参照のこと）。ゴーストイメージングは、照明光を２つの部分に分割することにより、二重写真の技法をさらに一歩進める。照明光の２つの部分は通常、基準ビーム及び信号ビームと呼ばれる。空間情報は、基準ビームからのみ記録される（例えば非特許文献１０を参照のこと）。イメージング対象の物体は、信号ビームに配置される。物体による反射（又は透過）光の強度を、空間的に未処置のバケット検出器によって測定することができる。
【０１９２】
図７は、一実施形態に係る装置の模式的な図示である。マルチコア光ファイバ１１２の選択されたコア１１４が励起される。光は、励起されたコアを通り抜けてフォトニックランタン１２０へと向かい、レンズ１２８を通ってビームスプリッタ１３２に入る。光は、ビームスプリッタから、基準ビームと信号ビームとに分割される。物体１４２は、信号ビームの経路に配置される。その後、信号ビームは、第１検出器１３６により検出される。基準ビームは、第２検出器１３４により検出される。フォトニックランタンの各コアを照明することにより、ゴーストイメージングのための照明が与えられる。
【０１９３】
物体の画像を取得するべく、光検出器１３４、１３６から収集されたデータが、以下のアルゴリズムに従うスーパーモードの画像と結合された。
【数１】
2020518359.tif 000003
ここで、ｘ及びｙは空間座標であり、Ｓｉは、コアｉが励起されたときの第１検出器の出力であり、Ｒｉは第２検出器１３４の出力であり、Ｉｉ（ｘ，ｙ）は、スーパーモード画像である。山括弧は、アンサンブル平均を示す。Ｏｉ（ｘ，ｙ）は、ゴースト画像出力と記載してよい。
【０１９４】
図８及び９は、図７の装置に関して上述したイメージングプロセスの結果を示す。
【０１９５】
図８における第１行の画像ａ）は、異なる位置における物体の顕微鏡写真のセットを含む。図８における第２行の画像ｂ）は、第１行の画像の顕微鏡写真の物体位置に対応する物体位置のゴースト画像のセットを含む。
【０１９６】
図９における第１行の画像ａ）は、異なる位置におけるさらなる正方形物体の顕微鏡写真のセットを含む。図９における第２行の画像ｂ）は、図９における第１行の画像の顕微鏡写真の位置に対応する当該さらなる物体の位置のゴースト画像のセットを含む。
【０１９７】
光ファイバを使用する実施形態が上述されたにもかかわらず、他実施形態においては任意の導波路が使用されてよい。一実施形態において、導波路遷移部は、チップに刻まれる。導波路遷移部は、複数のシングルモード又は少数モードの導波路をマルチモード導波路に結合する。
【０１９８】
上で使用された方法は、任意の適切な周波数を導波する導波路、例えば２００ｎｍから１５μｍの波長を有する光を導波する導波路に対して使用してよい。
【０１９９】
上述の実施形態において、内視鏡イメージングを行うべく、光ファイバ装置が使用される。任意の他実施形態において、例えば深度トモグラフィー又はＴＩＲＦのような任意の適切なタイプのイメージングを行うべく、任意の適切な導波路装置が使用され得る。さらなる実施形態において、多重の光パターンからの情報を取得するべく、上述した導波路装置が使用され得る。ここで、その情報は、画像を含まなくてもよい。
【０２００】
任意の適切な解剖学的領域の、例えば内視鏡を介してアクセス可能な任意の解剖学的領域のイメージング又は分析を行うべく、導波路装置の実施形態が使用され得る。例えば、気管支、胃腸管、尿路又は脳のイメージングを行うべく、複数の実施形態が使用され得る。イメージングは、任意の適切な人間又は動物の対象に対して行うことができる。イメージングは、任意の適切な医学的又は獣医学的アプリケーションのために行うことができる。
【０２０１】
上述の実施形態の特徴を、他実施形態の特徴と組み合わせることができる。例えば、位相制御を、ビート周波数と組み合わせて使用することができる。
【０２０２】
理解されることだが、本発明は、純粋に例示により上述されており、本発明の範囲内において詳細の修正を行うことができる。
【０２０３】
本明細書及び（適切な場合には）特許請求の範囲並びに図面に開示の各特徴は、独立して又は任意の適切な組み合わせで与えることができる。
【図１】
2020518359.tif 000004
【図２ａ】
2020518359.tif 000005
【図２ｂ】
2020518359.tif 000006
【図３ａ−３ｂ】
2020518359.tif 000007
【図４】
2020518359.tif 000008
【図５（ａ）】
2020518359.tif 000009
【図５（ｂ）】
2020518359.tif 000010
【図５（ｃ）】
2020518359.tif 000011
【図６】
2020518359.tif 000012
【図７】
2020518359.tif 000013
【図８】
2020518359.tif 000014
【図９】
2020518359.tif 000015
【国際調査報告】
2020518359.tif 000016
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