特表 2024-537209 光ビームの伝達および直接制御のための装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-10

(54)【発明の名称】光ビームの伝達および直接制御のための装置および方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/00 20060101AFI20241003BHJP

   A61B 1/07 20060101ALI20241003BHJP

   G01M 11/02 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

A61B1/00 732

A61B1/07 730

G01M11/02 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521019

(86)(22)【出願日】2022-10-07

(85)【翻訳文提出日】2024-06-04

(86)【国際出願番号】 FR2022051897

(87)【国際公開番号】W WO2023057728

(87)【国際公開日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】2110638

(32)【優先日】2021-10-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(71)【出願人】

【識別番号】518057608

【氏名又は名称】ユニベルシテ・ドゥ・リール

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】エスベン・ラウン・アンドレセン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン・ヤミーン

【テーマコード（参考）】

4C161

【Ｆターム（参考）】

4C161CC04

4C161CC07

4C161FF46

4C161HH51

(57)【要約】

本願発明は光ビーム、特に、「レンズレス」と呼ばれる内視鏡イメージング用の、光ビームの伝達および制御のための装置および方法に関する。本願発明は、例えば、測定中に生体が自由に動き回るような状況であっても、生体の臓器などの内視鏡検査に適用される。より詳細には、本願発明は、光ファイバの構成が変化したとしても、光ファイバの伝達マトリクスを「ライブ」状態で測定することを可能にする。本願発明はまた、この方法を実施するために適した光ファイバ装置に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチモード光ファイバなどの、第１光ファイバの伝達マトリクスを測定するための方法であって、
前記第１光ファイバは任意の構成であり、Ｎ個の固有モードをガイドしており、
前記第１光ファイバは、
近位端および遠位端を備える近位セクションと、
近位端および遠位端を備える遠位セクションと、を備え、
前記近位セクションの遠位端は、ファイバ間カプラによって前記遠位セクションの近位端に接続されており、
前記方法は、
前記第１光ファイバの前記近位セクションの遠位端において、ｎ個の試験フィールドを別々に入射させるステップと、
前記第１光ファイバの前記近位セクションの近位端において、前記ｎ個の入射された試験フィールドのそれぞれについて結果としてのフィールドを測定するステップと、
前記第１光ファイバのＮ個の固有モードの基底において表現された伝達マトリクスであるＨ_ｅｓｔを推定するステップと、を備える、方法。

【請求項2】

前記試験フィールドは、お互いにコヒーレントであるように選択されている、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記試験フィールドは、前記第１光ファイバの前記遠位セクションの遠位端から１ｍｍと５ｃｍとの間の距離だけ上流において接続されている、マルチコアファイバなどの第２光ファイバを通じて入射されている、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２光ファイバは、少なくとも試験フィールドと同じ数のコアを備えるマルチコアファイバである、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記試験フィールドは、前記第２光ファイバの固有モードである、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１光ファイバの前記近位セクションの遠位端において入射されている前記試験フィールドは、前記第２光ファイバを介して入射されている前記試験フィールドの仮想イメージである、請求項３から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ｎは、前記第１光ファイバの相互縮退固有モードの最大数より大きいまたは同じとなるように選択されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

固有モード基底における伝達マトリクスの前記推定は、最小二乗平均アルゴリズムの使用など、最尤法によって実行されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

局在モード基底において、基準構成における前記第１光ファイバの前記伝達マトリクスを測定する準備ステップと、次いで、前記伝達マトリクスの前記基底を、固有モード基底に変換するステップと、を備える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記ｎ個の試験フィールドを入射させるステップはさらに、前記ｎ個の試験フィールド間の相対位相を測定することができるように、ｎ個の試験フィールドを同時に入射させるステップを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法によって前記伝達マトリクスが決定されている光ファイバであって、
前記光ファイバは、
近位端および遠位端を備える近位セクションと、
近位端および遠位端を備える遠位セクションと、を備え、
前記近位セクションの遠位端は、ファイバ間カプラによって前記遠位セクションの前記近位端に接続されており、
前記ファイバ間結合手段は、マルチコア光ファイバのような第２光ファイバの端部を受け入れるように構成されている、光ファイバ。

【請求項12】

前記ファイバ間カプラは、前記光ファイバの前記遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ、好ましくは２ｃｍの距離に位置している、請求項１１に記載の光ファイバ。

【請求項13】

前記光ファイバの前記近位セクションの前記伝達マトリクスは、基準構成については既知である、請求項１１または１２に記載の光ファイバ。

【請求項14】

内視鏡イメージング用の装置であって、
光ビームを放出するための光源と、
前記光源によって放出された光ビームを伝達および制御するための、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の光ファイバであって、
前記第１光ファイバの前記近位セクションは任意の構成である、第１光ファイバと、
サンプルによって反射され、前記光ファイバの前記遠位セクションおよび前記近位セクションを通過する光信号を測定するための検出チャネルと、を備える装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の装置を用いて行われる内視鏡イメージングのための方法であって、
前記方法は、
前記光ファイバの前記固有モード基底において前記第１光ファイバの前記伝達マトリクスを推定するステップであって、
前記光ファイバの前記近位セクションは任意の構成である、ステップと、
推定伝達マトリクスの関数としての位相マスクを計算するステップと、
前記光ファイバの前記遠位端において焦点を取得するために、前記位相マスクを順次、波面変調器に適用するステップと、
前記対象によって前記焦点から反射された信号を測定し、ピクセル毎に前記サンプルのイメージを再構成するステップと、
所定の期間が経過した後、および／または、前記近位セクションの構成が実質的に変化する毎に、前記伝達マトリクスを推定するステップを繰り返すステップと、を備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、特に、「レンズレス（ｌｅｎｓｌｅｓｓ）」と呼ばれる内視鏡イメージング用の、光ビームの伝達（ｃｏｎｖｅｙ）および制御のための装置および方法に関する。本願発明は、例えば、測定中に生体（ｌｉｖｉｎｇ ｂｅｉｎｇ）が自由に動き回るような生体の臓器などの内視鏡検査に適用される。

【0002】

より詳細には、本願発明により、光ファイバの構成が変化したとしても、光ファイバの伝達マトリクスを「直接」測定することが可能となる。本願発明はまた、この方法を実施するために適した光ファイバ装置に関する。

【背景技術】

【0003】

内視鏡イメージングの開発には、フリースペースイメージングシステム（ｆｒｅｅ－ｓｐａｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）と比較して特定の特徴を有するファイバベースの光学機械装置を使用する必要がある。

【0004】

実際、医療用内視鏡の遠位端（測定するためのファイバ端部、サンプル方向側において、を意味する）において、光源と、集束光学系（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ）と、カメラと、を備える小型顕微鏡を構成することは、全ての構成要素のバルクおよび阻害（ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）特性により不可能である。したがって、ファイバの遠位端におけるバルクおよび阻害特性を低減しながら、光ファイバを使用してサンプル画像を撮影することのできる解決策が求められている。

【0005】

「レンズレス内視鏡」技術が知られているが、これは遠位端における内視鏡のバルクおよび阻害特性を低減するものである。

【0006】

このような技術は、例えば、Cizmar et al., “Exploiting multi-mode waveguides for pure fibre-based imaging”, Nat. Common. 3, 1027 (2012)に記載されている。この技術はマルチモード光ファイバ（ｍｕｌｔｉ－ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ，ＭＭＦ）の使用に基づいている。マルチモード光ファイバはコヒーレント光源によって近位側が照明される（「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」および「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」という用語は以下のように定められる：近位側は光源（ｓｏｕｒｃｅ）に最も近く解析対象領域から最も遠い側、遠位側は光源から最も遠く、したがって解析対象領域に最も近い側である）。ファイバの近位側に位置する波面変調器（ＳＬＭと略される空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）としても知られている）により、光源から来るフィールド（ｆｉｅｌｄ）を形成し、ひいてはマルチモード光ファイバに入射するフィールドを制御することが可能となる。言い換えると、波面変調器は、ファイバの伝搬モードがどのような振幅と位相とで励起されるかを制御することができ、これらのモードのコヒーレント加算によって、マルチモード光ファイバの遠位端、典型的には焦点（ｆｏｃｕｓ ｓｐｏｔ）（フォーカス（ｆｏｃｕｓ）とも呼ばれる）、において所望の強度プロファイルを生成できるようにする。

【0007】

例えば、マルチモード光ファイバの遠位端においてフォーカスを生成し、焦点でサンプルをスキャンすることができる。その後、サンプルスキャン領域は、サンプルから放出される蛍光、反射光または後方散乱光を解析することによって画像化されるサンプルの領域を定める。

【0008】

この技術は、ファイバ近位部において入射するフィールドを、遠位部において出射するフィールドに接続する（およびその逆）、ファイバ伝達マトリクスの決定論的性質（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｎａｔｕｒｅ）により非常に強力であり、マルチモード光ファイバの遠位側において光学系を一切使用しないことが可能であり、したがって、バルクを低減することができる。

【0009】

しかし、ファイバの伝達マトリクスは、ファイバの幾何学的構成に強く依存している。したがって、マルチモード光ファイバを使用する内視鏡イメージングは、ファイバの動きに非常に敏感である。さらに、使用される光ファイバは一般的にマルチモードファイバであるため、近位端に近い短パルスは、遠位端に近づくにつれて伸長し、高ピーク強度の短光パルスを取り扱う必要のある非線形イメージングへの適用可能性が制限されている。

【0010】

マルチモードファイバの使用に基づく技術と平行して、ＭＣＦ（ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ）と略されるマルチコアファイバまたはシングルモード光ファイバの束を使用する「レンズレス」である技術も同様に開発されている（例えばＦｒｅｎｃｈらの米国特許第８５８５５８７号明細書を参照）。米国特許第８５８５５８７号明細書において、シングルモード光ファイバの束の近位側に位置する波面変調器（ＳＬＭ）は、ファイバの束の遠位端における、光源によって放出された波面を制御することができる。ファイバのシングルモードの性質により、いかなる多モード分散（ｉｎｔｅｒｍｏｄａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）も発生しない。分散に寄与し、したがって短パルスの伸長に寄与するのは色分散のみである。これは、全てのシングルモード光ファイバについて同様であり、したがってグローバルに（ｇｌｏｂａｌｌｙ）補償可能である。したがって、短パルスの伝搬には、マルチモードファイバよりもシングルモード光ファイバの束を使用することが望ましい（非線形光学を参照）。

【0011】

他の文献では、シングルモード光ファイバの束の使用に基づいたレンズレス内視鏡の変形形態が記載されている。これらの文献では、シングルモードファイバの束を使用することが記載されている。ガルバノメトリック（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｒｉｃ）装置を用いて、波面変調器に対して、入力部において波面の可変角度を適用することにより、ファイバの遠位部において、焦点を非常に高速でスキャンすることが可能であることが示されている（例えば、E.R. Andresen et al. “Toward endoscopes with no distal optics: video-rate scanning microscopy through a fiber bundle”, Opt. Lett. Vol. 38, No.5, 609-611 (2013)を参照）。

【0012】

E.R. Andresen et al.（“Two-photon lensless endoscope”, Opt. Express 21, No.18, 20713-20721 (2013)）では、著者はレンズレス内視鏡における２光子非線形イメージングシステム（ＴＰＥＦ，ｔｗｏ－ｐｈｏｔｏｎ ｅｘｃｉｔｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）の実験的実行可能性を実証した。E.R. Andresen et al.（“Measurement and compensation of residual group delay in a multi-core fiber for lensless endoscopy”, JOSA B, Vol. 32, No.6, 1221-1228 (2015)）では、シングルモード光ファイバの束の使用に基づくレンズレス内視鏡イメージングシステムにおける光パルスを伝達および制御するための群遅延制御（ＧＤＣ，ｇｒｏｕｐ ｄｅｌａｙ ｃｏｎｔｒｏｌ）のための装置が記載されている。

【0013】

図１Ａは、Ｎ個の固有モードをガイドする、先行技術のマルチモード光ファイバＭＭＦを使用したレンズレス内視鏡イメージングシステム１００の模式図である。イメージングシステムは、一般的に、非線形イメージングの応用の場合には、連続的またはパルス状に形成された入射光ビームを放出するための放出光源１０を有する放出チャネルを備える。イメージングシステム１００は更に、対物レンズＯＢＪとカメラとを備える検出チャネルを備える。検出チャネルの光路はプレートビームスプリッタ２２によって放出チャネルの光路から分離されている。イメージングシステム１００は同様に、マルチモード光ファイバＭＭＦを備え、遠方の解析対象１０１を照明することを可能にする、光ビームを伝達および制御するための装置と、マルチモード光ファイバＭＭＦの近位端に位置し、光源１０から放出されるビームの波面（または、振幅および位相によって特徴づけられ単に「フィールド」と呼ばれ得る電磁場（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ））を制御することを可能にする波面変調器ＳＬＭと、を備える。空間光変調器ＳＬＭは、入射ビームの波面の位相関数および振幅関数を調整し、ひいては、マルチモード光ファイバＭＭＦから出射するビームの波面の位相関数および振幅関数を制御することができる。

【0014】

図１Ｂは、先行技術である、ファイバの伝達マトリクスを測定することのできるアセンブリの模式図である。

【0015】

図１Ｂのアセンブリは、実際には、図１Ａのレンズレス内視鏡イメージングアセンブリの単純な変更形態である。遠位側に追加されたいくつかの構成要素（カメラＣＡＭ、対物レンズＯＢＪ）は装置のバルクを増加させている。ファイバＭＭＦの近位端において入射するフィールドを制御することと、ファイバＭＭＦの遠位端における結果としてのフィールドを測定することと、により、ファイバの伝達マトリクスを計算することが可能となる。対物レンズ（ＯＢＪ）とカメラ（遠位ＣＡＭ）とを取り外すことにより、当業者に公知の方法によって、ファイバの遠位端において位置するサンプルを画像化することが可能となる。しかし、ファイバＭＭＦの構成が変化するとすぐに、測定をやり直す、すなわち、対物レンズとカメラとをファイバＭＭＦの遠位端に戻し、ファイバＭＭＦの伝達マトリクスを再計算する必要がある。

【0016】

図１Ｃは、任意の構成のファイバの局在モード基底における伝達マトリクスを計算するための、ファイバへの焦点の入射と、結果としてのフィールドの測定と、の模式図であり、近位局在モード基底は空間光変調器ＳＬＭを使用して生成されている。

【0017】

各近位局在モードに対して、以下のような工程が行われる。近位局在モードがファイバＭＭＦの近位端に入射し（すなわち、光ビームはファイバの近位端に入射し、この場所で焦点を取得する）、カメラＣＡＭはファイバＭＭＦの遠位端において結果としてのフィールドを測定する。したがって、局在モード基底において、伝達マトリクスは、近位局在モードの入射の結果としてのフィールドを測定することにより計算され得る。

【0018】

「局在モード」は空間的に重ならない、または少しだけ重なる振幅プロファイルを有する。「遠位局在モード」はしばしば、カメラＣＡＭによって測定されるピクセルまたはピクセル群として特定され得る。「近位局在モード」はしばしば、空間光変調器ＳＬＭによって生成されたピクセルまたはピクセル群として特定され得る。

【0019】

伝達マトリクスを測定するための先行技術の方法は、伝達マトリクスの測定中（図１Ｂ、１Ｃ）および解析対象から来るイメージの取得中（図１Ａ）、ファイバが同じ構成のままであることを必要とする。

【0020】

局在モード基底において伝達マトリクスを測定するために、近位局在モードの数および遠位局在モードの数は両方とも、ファイバによってガイドされる固有モードの数よりも大きくなければならない。近位局在モードの数は必ずしも遠位局在モードの数と同じである必要はない。この測定方法は時間がかかり、ファイバ構成に非常に敏感である。測定を信頼できるものにするためには、測定の全期間に渡りファイバの構成が変わらないことが重要である。

【0021】

図１Ｄは、ファイバの構成が既知の構成ＲＥＦから未知の構成ＲＡＮＤへと変化した場合の影響について示している。この構成の変化は、レンズレス内視鏡イメージングによって取得されたイメージが不鮮明になることにつながる。実際、内視鏡ファイバがマルチモード光ファイバＭＭＦである場合、結果としてのイメージは不鮮明である。さらに、内視鏡ファイバがマルチコアファイバＭＣＦである場合、結果としてのイメージは平行移動している。

【0022】

このような支障が生じるのは、ファイバの構成が変化すると、ファイバの固有モードが乱れるからである。その後、ファイバの伝達マトリクスは修正される。

【0023】

ファイバ構成の変化によりイメージが不鮮明になることは、ｉｎ ｖｉｖｏ、例えば臓器の観察中に特に問題となる。ファイバ構成が、伝達マトリクスの測定された構成から逸脱する度に、取得されたイメージが不鮮明となる。

【0024】

したがって、先行技術の測定方法では、自由に動き回る生物のｉｎ ｖｉｖｏイメージングは不可能である。したがって、より速く、より簡単に実行でき、解析対象を自由に動かすことのできるファイバ伝達マトリクスの測定方法は、かなりの利点となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0025】

【特許文献1】米国特許第８５８５５８７号明細書

【非特許文献】

【0026】

【非特許文献1】Cizmar et al., “Exploiting multi-mode waveguides for pure fibre-based imaging”, Nat. Common. 3, 1027 (2012)

【非特許文献2】E.R. Andresen et al., “Toward endoscopes with no distal optics: video-rate scanning microscopy through a fiber bundle”, Opt. Lett. Vol. 38, No.5, 609-611 (2013)

【非特許文献3】E.R. Andresen et al., “Two-photon lensless endoscope”, Opt. Express 21, No.18, 20713-20721 (2013)

【非特許文献4】E.R. Andresen et al., “Measurement and compensation of residual group delay in a multi-core fiber for lensless endoscopy”, JOSA B, Vol. 32, No.6, 1221-1228 (2015)

【非特許文献5】“Time-dependence of the transmission matrix of a specialty few-mode fiber”, APL Photonics 4, 022904 (2019); J. Yammine, A. Tandje, Michel Dossou, L. Bigot, and E. R. Andresen

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0027】

本願発明は、特に、「レンズレス」と呼ばれる内視鏡イメージングシステム用に、任意の構成においてファイバの伝達マトリクスをリアルタイムで測定することのできる、光ビームを伝達および制御するための装置および方法を提案することにより、状況を改善する。特に、本願発明のイメージング方法では、解析対象のイメージまたは一群のイメージを取得中にリアルタイムで波面変調器を調整する直前に、任意の構成のファイバの伝達マトリクスもリアルタイムで計算することができるため、解析対象が動いていたとしても解析対象をイメージングすることが可能である。測定されたイメージはファイバ構成に関係なく常に鮮明（ｓｈａｒａｐ）である。

【0028】

本願発明は、時として、例えばマウスの脳など、イメージサンプル（ｉｍａｇｅｄ ｓａｍｐｌｅ）およびそれに伴って内視鏡も動き回るにもかかわらず、リアルタイムでイメージを取得する必要のある生物学において、特に関心を集めている。

【課題を解決するための手段】

【0029】

したがって、第１態様によると、本願発明は、
マルチモードファイバなどの、第１光ファイバの伝達マトリクスを測定するための方法であって、
光ファイバは任意の構成であり、Ｎ個の固有モードをガイドしており、
ファイバは、
近位端および遠位端を備える近位セクションと、
近位端および遠位端を備える遠位セクションと、を備え、
近位セクションの遠位端は、ファイバ間カプラによって遠位セクションの近位端に接続されており、
方法は、
ファイバの近位セクションの遠位端において、ｎ個の試験フィールドを別々に入射させるステップと、
第１光ファイバの近位セクションの近位端において、ｎ個の入射された試験フィールドのそれぞれについて結果としてのフィールドを測定するステップと、
ｎ個の入射された試験フィールドについての結果としてのフィールドの測定に基づき、光ファイバのＮ個の固有モードの基底において表現された伝達マトリクスであるＨ_ｅｓｔを推定するステップと、を備える、方法、を提案している。

【0030】

このような方法により、任意の構成の光ファイバの伝達マトリクスを推定することができる。伝達マトリクスはまた、ミリ秒に近い極めて短い時間で得られている。伝達マトリクスの測定に極めて短い時間しかかからないことにより、レンズレス内視鏡を使用してリアルタイムにサンプルを画像化することができるという、直接的な帰結を有する。なぜなら、サンプルの各測定前に伝達マトリクスを決定することができるからである。伝達マトリクスの決定およびサンプルの解析に必要な測定は、極めて近い、または全く同じファイバ構成において実施されている。

【0031】

さらに、ファイバの近位端において既知のフィールドが大量に入射されており、遠位端において結果としてのフィールドが測定されている先行技術とは異なり、本願発明は、遠位端において少数の試験フィールドを入射するステップと、近位端において結果としてのフィールドを測定するステップと、を含む。しかし、第１光ファイバの近位セクションの遠位端において試験フィールドを入射するような、本願発明によって提案された手段では、従来の測定方法に係る、光ファイバの遠位端において結果としてのフィールドを測定する方法よりも嵩張らず（ｌｅｓｓ ｂｕｌｋｙ）、同一の内視鏡内に伝達マトリックスの測定およびサンプルの測定のための手段を有することが可能となる。

【0032】

試験フィールドの入射

【0033】

本願発明の目的のため、試験フィールドは、既知の特性を有し、遠位部における結果としてのフィールド（近位部に入射された場合）または近位部における結果としてのフィールド（遠位部に入射された場合）の測定に基づき、任意の構成において第１光ファイバの伝達マトリクスＨを計算することができるフィールド、を意味するものとして理解される。ｎ個の試験フィールドはファイバの近位セクションの遠位端において入射される。ここで、ｎは正の整数である。各試験フィールドは、［Ｎ×１］次元の列ベクトルＥ_{ｉ，ｔｒｉａｌ ｆｉｅｌｄ}を用いて表現されてもよく、ここで、ｉは１からｎの正の整数であり、Ｎは第１ファイバの固有モードの数に対応する正の整数である。試験フィールドは、例えば、第１ファイバに入射されている焦点である。

【0034】

本願発明の目的のため、「ある場所において入射される焦点」、または、同様に「ある場所において入射される局在モード」という表現は、光ビーム（例えば、電磁場（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ））がその場所において入射され、そこに焦点が存在するように入射されることを意味している。

【0035】

本願発明の伝達マトリクスの推定は、第１光ファイバの近位セクションの遠位端においてｎ個の試験フィールドを入射するステップから成るステップを備える。

【0036】

各ｎ個の試験フィールドは、ファイバに単独で入射されている。一旦試験フィールドの入射による結果としてのフィールドが測定されると、別の試験フィールドが入射される、などである。ｎ個の結果としてのフィールドは、したがって、逐次測定されている。

【0037】

ｎ個の試験フィールドを入射させるステップはさらに、ｎ個の試験フィールド間の相対位相を測定することができるように、ｎ個の試験フィールドを同時に入射させるステップを備えてもよい。この場合、ｎ＋１個の結果としてのフィールドがその後測定されている。

【0038】

試験フィールドは、お互いにコヒーレント（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）である（同一のレーザから来る）ように選択されてもよい。これにより、伝達マトリクスの推定の信頼性を向上させることができる。

【0039】

好ましくは、第１ファイバの各固有モードは、少なくとも１つの試験フィールドと、非ゼロの空間的オーバーラップを有さなければならない。

【0040】

試験フィールドのｎ数は、マルチモードファイバの相互縮退固有モードの最大数より大きくまたは同じとなるように選択されてもよく、相互縮退固有モードの数は事前に測定されている、または既知である。

【0041】

入射される試験フィールドの数が多ければ多いほど、伝達マトリックスの推定はよりよいものとなる。しかし、入射される試験フィールドの数があまりにも多く、様々な結果としてのフィールドを測定することは、本願発明を実行するのにミリ秒超を必要とするというリスクを冒すことになる。逆に、少ない数ではあるが、第１ファイバの伝達マトリクスを推定することができるのに十分な数の試験フィールドを入射した場合、伝達マトリクスの推定はより近似的なものになるが、より短い計算時間を必要とし、特にミリ秒に近づくという利点を有する。ユーザは、したがって、短い測定時間と伝達マトリクスのよりよい推定との間で妥協点を自由に選択することができる。

【0042】

好ましくは、試験フィールドの数ｎは、第１ファイバの伝達マトリクスの相互縮退固有モードの最大数と同じになるように選択されている。

【0043】

試験フィールドは光源を用いて生成されている。光源は対物レンズのような光学装置に結合されてもよい。光源は例えばレーザである。光源は有利には対物レンズおよび波面変調器ＳＬＭに結合されてもよい。

【0044】

１つの例示的な実施形態によると、試験フィールドはマルチコア光ファイバのような第２光ファイバを用いて入射されてもよく、その遠位端は第１ファイバの近位セクションの遠位端と、例えば第１光ファイバの遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ、好ましくは２ｃｍ上流で接続されている。

【0045】

この例によると、試験フィールドは第２光ファイバの固有モードであってもよい。

【0046】

本願発明のこの例示的な実施形態によると、試験フィールドは第２光ファイバの近位端において入射され、第２光ファイバを通過し、第２光ファイバの遠位端において出現し、その後、第１光ファイバの近位セクションの遠位端において入射されている。試験フィールドはその後、第１光ファイバの近位セクションを通過し、最終的に、結果としてのフィールドがその全長（近位セクションおよび遠位セクション）にわたり第１ファイバの伝達マトリクスを測定するために測定され得る、第１光ファイバの近位端（近位セクションの近位端）において出現している。第１ファイバと第２ファイバとの間の接続は以下でより詳細に説明される。

【0047】

試験フィールドは、先行技術の手法のように第１ファイバの遠位セクションの遠位端においてではなく、第１ファイバの近位セクションの遠位端において入射されているため、本願発明の方法は第１光ファイバの遠位端（遠位セクションの遠位端）において位置する制限的な光学系（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ）を必要とすることなく実施されてもよい。第１光ファイバの遠位端にいかなる光学系もないため、第１光ファイバの遠位端が容易に小さな生体サンプルに近づくことが可能である。例えば、第１ファイバの遠位セクションの遠位端は生きたマウスの頭の中に挿入され、その脳の領域を画像化することができる。

【0048】

第２光ファイバは、好ましくは、シングルモードコアを有するマルチコアファイバである。マルチコア光ファイバは、少なくとも試験フィールドと同じ数のコアを備えてもよく、各試験フィールドは第１ファイバの遠位端において入射される前、マルチコア光ファイバの専用コア（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｃｏｒｅ）において伝達されている。

【0049】

シングルモード光ファイバは、内部において光が電磁場のシングルモードにおいてのみ伝搬し得るようなファイバを意味するものと理解される。その延長線上で、「実行シングルモード（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）」と呼ばれる光ファイバは複数のモードを含むが、結合条件によって励起されるのはシングルモード（一般的には基本モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｍｏｄｅ））のみであり、このモードは光の伝搬全体を通して光を閉じ込める（ｃｏｎｆｉｎｅ）（他のモードへの漏れがない）ものと理解される。

【0050】

明細書全体を通して、「シングルモード光ファイバ」という用語は、個別のシングルモード光ファイバとマルチコア光ファイバのシングルモードコアとの両方を指すために使用されてもよい。

【0051】

マルチコア光ファイバの専用コア内で試験フィールドを伝達することにより、ファイバに沿って試験フィールドが光学歪み（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を受けることを制限することが可能となる。実際、第２ファイバがマルチモードファイバである場合、試験フィールドは異なる歪みを受け得る一方、マルチコアファイバのシングルモードコアにおいては、全体的な位相シフトを除けば、試験フィールドの振幅特性および位相特性は変化しないままである。

【0052】

本願発明の１つまたは複数の態様によると、ｎ個の試験フィールドのそれぞれは、第２光ファイバの近位端において入射される前に、波面変調器（ＳＬＭ）によって事前に変調されてもよい。

【0053】

このような試験フィールドの変調により、第２ファイバ内で試験フィールドが受ける光学歪みを、たとえわずかであったとしても補償することが可能となる。

【0054】

波面変調器は分割変形ミラー（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｍｉｒｒｏｒ）または膜ミラー（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｍｉｒｒｏｒ）を備えてもよく、反射モードにおいて動作する。波面変調器は液晶アレイ（ａｒｒａｙ）を備えてもよく、反射または透過モードにおいて動作する。

【0055】

結果としてのフィールドの測定

【0056】

本願発明の方法は、ｎ個の試験フィールドの入射による結果としてのフィールドの測定に基づき、任意の構成において第１光ファイバの伝達マトリクスを推定するステップから成るステップを備える。

【0057】

試験フィールドＥ_{ｉ，ｔｒｉａｌ ｆｉｅｌｄ}の入射の結果としてのフィールドＥ_{ｉ，ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄ}はＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサなどのカメラを用いて測定されてもよく、カメラは第１光ファイバの近位セクションの近位端において位置している。第１光ファイバの近位セクションの近位端は、対物レンズなどの光学装置によってカメラに結合されてもよい。

【0058】

結果としてのフィールドの測定は、その位相関数および振幅関数を測定することから成る。

【0059】

試験フィールドの入射（第１光ファイバの近位セクションの遠位端または遠位セクションの遠位端において）の結果生じる、結果としてのフィールド（第１光ファイバの近位側において）の測定は、異なる偏光モードによって行われてもよい。好ましくは、結果としてのフィールドは２つの直交偏光状態によって測定されている。

【0060】

異なる偏光状態により結果としてのフィールドを測定することによって、伝達マトリクスの推定を改善することができる。

【0061】

伝達マトリクスの推定

【0062】

本願発明の方法は、結果としてのフィールドＥ_{ｉ，ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄ}の測定に基づき、第１光ファイバの伝達マトリクスを推定するステップを備える。この推定ステップは、有利には、ミリ秒に近い極めて短い時間で行われている。したがって、一旦第１光ファイバの伝達マトリクスが推定されると、第１光ファイバはサンプルを画像化するためのレンズレス内視鏡として使用されてもよい。サンプルが動いている間など、再度第１光ファイバの構成が変化するとすぐに、その伝達マトリクスは再度推定される。

【0063】

任意の光ファイバは、入射フィールドと出射フィールドとを結びつける伝達マトリクスによって特徴づけられてもよい。例として、光ファイバの一端において入射された焦点は、変換（ｔｒａｎｓｌａｔｅｄ）、減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）またはスクランブルされて（ｓｃｒａｍｂｌｅｄ）ファイバの反対の端部から出射してもよい。後者の場合、結果としてのフィールドはその後スペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）を形成する。任意の構成における光ファイバの伝達マトリクスを知ることにより、ファイバの構成がそれを通過する光ビームに与える歪を予測することが可能になる。しかし、光ファイバの伝達マトリクスはファイバの幾何学的構成に依存する。同じ光ファイバであったとしても、真っ直ぐの場合と曲がっている場合とでは入射するフィールドに対して同じ歪を与えることにはならず、したがって、同じ伝達マトリクスを有することにはならない。

【0064】

実際に、光ファイバの伝達マトリクスは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを備えるカメラを使用して測定されている。以下の文献は、マルチモードファイバの伝達マトリクスを決定しようとする方法の例を示している（“Time-dependence of the transmission matrix of a specialty few-mode fiber” APL Photonics 4, 022904 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5047578, J. Yammine, A. Tandje, Michel Dossou, L. Bigot, and E. R. Andresen）。この時、伝達マトリクスの次元はカメラセンサの次元によって制限されている。測定される際、ファイバの伝達マトリクスは伝統的にその局在モード基底において表現される。数学的な操作により、光ファイバの伝達マトリクスはその固有モード基底において表現されてもよい。

【0065】

本願発明の１つまたは複数の態様によると、その固有モード基底における伝達マトリクスの推定は、最尤法を利用したアルゴリズムによって実行され、最尤法は好ましくは最小二乗平均法（ａ ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｓ ｍｅｔｈｏｄ）である。したがって、アルゴリズムにより、任意の構成におけるファイバの伝達マトリクスＨ_ｅｓｔを推定することが可能となる。

【0066】

最小二乗平均法はＨ_ｅｓｔを最適化することにより、以下の数式１によって定められる関数ｆを最小化する。

【0067】

【数1】

【0068】

式中、Ｅ_{Ｔｒｉａｌｓ}およびＥ_{Ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}は［Ｎ×ｎ］次元の行列であり、それぞれｎ個の試験フィールドＥ_{ｉ，ｔｒｉａｌｓ}およびｎ個の結果としてのフィールドＥ_{ｉ，ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}を含有し、Ｎはファイバによってガイドされる固有モードの数である。

【0069】

アルゴリズムは、したがって、任意の構成におけるファイバの伝達マトリクスの最良の推定Ｈ_ｅｓｔを与えるように構成されている。

【0070】

このようなアルゴリズムにより、第１光ファイバの伝達マトリクスを高速で計算することができ、第１光ファイバの伝達マトリクスに対する納得のアプローチとなり得る。

【0071】

本願発明に係る方法は、局在モード基底において基準構成における第１光ファイバの伝達マトリクスを測定する準備ステップを備えてもよく、当業者にとって既知である伝達マトリクスを測定する方法によると、上述したとおり、その後、上述した伝達マトリクスの基底をその固有モード基底に変換するステップを備えてもよい。この場合、第１ファイバの伝達マトリクスは、例えば第１ファイバの全体にわたって近位―遠位方向において（または遠位―近位方向において）測定されている。

【0072】

Ｈ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ―ｄｉｓｔａｌ}を、近位―遠位方向において測定された基準構成における光ファイバの伝達マトリクスとする。遠位―近位方向において検討される同じファイバの伝達マトリクスＨ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ―ｄｉｓｔａｌ}は、上記を転置することにより得られる。

【0073】

第１光ファイバの全長にわたり第１光ファイバの伝達マトリクスを推定するための手順では、試験フィールドは、第１光ファイバの遠位セクションの遠位端において入射されていると仮定している。しかし、試験フィールドは、第１ファイバの近位セクションの遠位端において、すなわち、第１光ファイバの遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ、好ましくは２ｃｍ上流に位置するファイバ間カプラにおいて、第２光ファイバを使用して入射されてもよい。そのようにする場合、試験フィールドは第１光ファイバの遠位セクションの遠位端においては入射されておらず、第１光ファイバ（近位セクションおよび遠位セクション）の伝達マトリクスは多少歪み得る。

【0074】

本願は、あたかも試験フィールドが第１ファイバの遠位セクションの遠位端において入射されているかのように、第１ファイバの近位セクションの遠位端において入射されている試験フィールドの仮想イメージを考慮することにより、この課題を解決することができる。

【0075】

実際、マトリクスＨ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ－ｄｉｓｔａｌ}がわかると、以下の式により試験フィールドの仮想イメージを計算することが可能となる。Ｅ_{ｔｒｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}＝Ｈ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ－ｄｉｓｔａｌ}・Ｅ_{ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ，ｐｒｏｘｉｍａｌ}。式中、Ｅ_{ｔｒｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}は第１光ファイバの遠位セクションの遠位端において考慮されている試験フィールドの仮想イメージのフィールドに対応し、Ｈ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ－ｄｉｓｔａｌ}は当業者にとって既知の方法によって測定される、基準構成における第１光ファイバの伝達マトリクスであり、Ｅ_{ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ，ｐｒｏｘｉｍａｌ}は第１ファイバの近位セクションの近位端において測定される、ファイバ間カプラを通じて第２光ファイバを介した試験フィールドの入射の結果としてのフィールドを示している。

【0076】

したがって、その全長（近位セクションおよび遠位セクション）にわたって関連する第１光ファイバの伝達マトリクスを測定する準備ステップにより、試験フィールドは第１光ファイバの遠位セクションの遠位端において直接入射することはできず、実際には第１ファイバの近位セクションの遠位端、すなわち、第１光ファイバの遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ、好ましくは２ｃｍ上流において入射し得る、という事実を補償することが可能となる。本願発明の方法によって得られた第１光ファイバの伝達マトリクスの推定は、したがって、より一層正確になる。

【0077】

好ましくは、第１光ファイバの伝達マトリクスを推定するための最尤法において考慮されている試験フィールドは、第２光ファイバを介して入射された試験フィールドの仮想イメージである。

【0078】

第１光ファイバ

【0079】

基準構成における第１光ファイバの伝達マトリクスが決定された場合、本願発明のイメージング方法を実行する度に事前の校正を不要とするために、それを保存しておくことが可能である。このような理由で、本願発明の対象（ｏｂｊｅｃｔ）である第１光ファイバは、基準構成において取得されその固有モード基底において表現されたその伝達マトリクスによって特徴づけられ得る。

【0080】

他の態様によると、本願発明は、上述したファイバの基準構成における伝達マトリクスが既知である、第１マルチモード光ファイバに関連する。ファイバは近位端および遠位端を有する近位セクションを備え、遠位セクションは近位端および遠位端を有し、ファイバはその遠位端から少なくとも５ｃｍ上流に位置するファイバ間カプラを有し、ファイバ間カプラはマルチコアファイバのような第２光ファイバの端部を受け入れるように構成されている。

【0081】

第１光ファイバは好ましくはマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）である。第１ファイバは例えば、ステップインデックス型またはグラディエントインデックス（ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｉｎｄｅｘ）型ファイバである。第１光ファイバは、ガラスまたはプラスチックから作られてもよい。好ましくは、これはガラスから作られている。

【0082】

そのようなファイバにより、遠位側において最小限のバルクで簡単かつ低コストで内視鏡を製造することが可能となる。

【0083】

ファイバ間カプラの機能は、近位セクションの遠位端を出射する光ビームの一部を、遠位セクションの近位端に伝達することである。ファイバ間カプラは同様に、遠位セクションの近位端から来る光ビームの一部を、近位セクションの遠位端に伝達することを意図している。最終的に、ファイバ間カプラは、第２ファイバの遠位端から来る光ビームの一部を、第１ファイバの近位セクションの遠位端に伝達することを意図している。

【0084】

したがって、ユーザは、サンプルを妨害することなく（マウスの脳の例を参照）、容易に第１光ファイバを操作し、これをサンプルの近くに都合良く位置することができる。

【0085】

ファイバ間カプラは、第１ファイバの遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ、好ましくは２ｃｍの距離に位置されてもよい。第１ファイバの遠位セクションの長さはしたがって、１ｍｍ～５ｃｍである。

【0086】

第１ファイバの遠位セクションと近位セクションとの間の結合は、好ましくは、５０％超であり、光源から来て近位―遠位方向において第１光ファイバを通過する光が良好に利用され、また、サンプルによって反射または後方散乱された光またはサンプルによって放出された蛍光がそれぞれ遠位―近位方向において第１光ファイバを通過したものが良好に利用されるようになる。

【0087】

第２ファイバの遠位端と第１ファイバの近位セクションの遠位端との間の結合は、好ましくは５０％未満である。

【0088】

第２光ファイバのコア間の結合は好ましくは－２０ｄＢ／ｍ未満であり、そのため、試験フィールドはその中を独立して伝搬している。

【0089】

ファイバ間カプラを実装するために、当業者は商業的に利用可能な装置を使用してもよく、または、既知の方法を用いて当業者自身がファイバ間カプラを作成してもよい。例えば、当業者は商業的に利用可能なマルチモードカプラを使用してもよい。同様に、当業者は、商業的に利用可能なレンズおよびプレートビームスプリッタを使用した小型自由空間光学系（ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ ｆｒｅｅ－ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃｓ）のアセンブリによって、または、３Ｄプリンタによって光学系およびプレートビームスプリッタを作成することによって、ファイバ間カプラを作成してもよい。最終的に、当業者はファイバの端部を斜めに切断し、斜めの面を研磨し、その後２つのファイバの端部同士を接続することにより、ファイバ同士を結合してもよい。切断および研磨されたファイバはその後「機能化されたファイバ」と呼ばれる。

【0090】

ファイバ間カプラは同様に、上記引用した方法を組み合わせることによって作成されてもよい。第１光ファイバおよび第２光ファイバは同様に、同一の光ファイバのコアまたはコア群として参照されてもよく、この場合において、ファイバ間カプラは、上述したような分離した光ファイバの場合と同様に、上述したコアを結合すべきである。

【0091】

第１光ファイバは数ｃｍから数ｍの長さを有してもよい。長いファイバは、画像化されるサンプルがマウスの脳である例示的な場合において、マウスが自由にたくさん動き回ることができるという利点を有する。一方、長いファイバはその構成が容易に変化する。対照的に、短いファイバは、その基準構成から大きく逸脱することはないが、既に述べたような例示的な場合においてマウスの動きが制限される。

【0092】

ファイバの直径は５０μｍと１ｍｍとの間であってもよい。

【0093】

内視鏡イメージング用の装置

【0094】

他の態様によれば、本願発明は内視鏡イメージング用の装置であって、
光ビームを放出するための光源と、
光源によって放出される光ビームを伝達および制御するための、上述のように定められた第１光ファイバであって、
第１ファイバの近位セクションは任意の構成であり、自由に動く、第１光ファイバと、
任意選択で、マルチコアファイバのような第２光ファイバであって、
上述したファイバ間カプラによって、第１光ファイバの近位セクションの遠位端に結合されている遠位端を有し、
第２ファイバは、ｎ個の試験フィールドを第１ファイバの近位セクションの遠位端に伝達することができる、第２光ファイバと、
サンプルによって反射され、第１光ファイバの遠位セクションおよび近位セクションを通過する光信号を測定するように構成されている検出チャネルと、を備える装置、に関連している。

【0095】

任意選択で、第２光ファイバの近位端が波面変調器に結合されていると、第２光ファイバの遠位端における試験フィールドが分かり、修正可能となる。

【0096】

検出チャネルは、少なくとも１つの波面変調器と、対物レンズと、カメラと、を備えてもよい。検出チャネルは、第１光ファイバの近位セクションの構成の変化を検出することができるようなセンサも備えてもよい。このようなセンサは加速度センサまたはタイマーであってもよい。

【0097】

さらに別の態様によると、本願発明は、サンプルの内視鏡イメージング用の方法であって、
好ましくは、上述したような装置を使用することによって実装されており、
本発明の方法に従って、光ファイバの固有モード基底において第１光ファイバの伝達マトリクスを推定するステップであって、
ファイバは、好ましくは、マルチモードである、ステップと、
例えば焦点のように、第１光ファイバの遠位端において既知の位相関数の照明ビームを形成するために、推定された伝達マトリクスの関数としての位相マスクを計算し、それを逐次波面変調器に適用するステップと、
サンプルによって焦点から反射された信号を測定し、サンプルのイメージを再構成するステップと、
所定の期間が経過した後、または、例えば加速度センサもしくはタイマーからのデータに基づき、ファイバの構成が実質的に変化した後、伝達マトリクスを推定するステップを繰り返すステップと、を備える方法に関連している。

【0098】

このような内視鏡イメージング用の方法によって、第１光ファイバの直径により制限される、ミクロサイズ（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｓｉｚｅ）のサンプルを画像化することが可能となる。この方法はまた、確実かつ高速である。

【0099】

最後の態様によると、本願発明は、コンピュータプログラムであって、このプログラムがプロセッサによって実行された際、本願発明の方法を実装するための説明を備える、コンピュータプログラム、に関連している。

【0100】

同様に、本願発明は、非一過性（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）のコンピュータ可読記憶媒体であって、プロセッサによってプログラムが実行された際、本願発明に係る方法を実装するためのプログラムが記憶されている、媒体、に関連している。

【0101】

本願発明の他の特徴、詳細、利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を分析することにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0102】

【図1A】先行技術に係る、Ｎ個の固有モードをガイドする光ファイバを使用したレンズレス内視鏡イメージングシステムの模式図である。

【図1B】先行技術に係る、伝達マトリクスを測定するためのアセンブリの模式図である。

【図1C】先行技術に係る、伝達マトリクスを測定するための方法の模式図である。

【図1D】光ファイバの構成変化の影響により、先行技術のレンズレス内視鏡イメージングによって取得されたイメージにノイズが多く含まれることになることを示す図である。

【図2】基準構成における第１マルチモード光ファイバを示す図である。

【図3A】機能化された光ファイバのアセンブリを介して実装されるファイバ間カプラを示す図である。

【図3B】機能化された光ファイバのアセンブリを介して実装される別のファイバ間カプラを示す図である。

【図3C】小型化された自由空間光学系のアセンブリを介して実装されるファイバ間カプラを示す図である。

【図3D】マルチモードファイバカプラを示す図である。

【図4A】局在モード基底における光ファイバの伝達マトリクスを示す図である。

【図4B】光ファイバの固有モード基底において表現されたことを除き、図４Ａと同じ伝達マトリクスを示す図である。

【図5】基準構成において、第１光ファイバから出射（遠位セクションの遠位端）する集束ビーム（ｆｏｃｕｓｅｄ ｂｅａｍ）のスキャンを示す図である。

【図6】基準構成とは異なる任意の構成におけるマルチモード第１光ファイバを示す図である。

【図7】推定伝達マトリクスが、光ファイバの実際の構成とは異なる構成に対応する場合に、マルチモード第１ファイバを出射（遠位セクションの遠位端）するビームによる試行スキャンを示す図である。

【図8】試験フィールドの入射の例を示す図である。

【図9】２つの直交偏光状態に係る、試験フィールドの入射の結果としてのフィールドの測定を示す図である。

【図10】実際の伝達マトリクスと本願発明のコンセプトによって推定された伝達マトリクスとの比較を示す図である。

【図11】推定伝達マトリクスＨ_ｅｓｔを用いた、フォーカスのスキャンを示す図である。

【図12】本願発明に係る内視鏡イメージング用の装置を示す図であり、伝達マトリクスは先行技術の方法によって基準構成において測定されている。

【図13】本願発明に係る内視鏡イメージング用の装置を示す図であり、伝達マトリクスＨ_ｅｓｔは、試験フィールドの入射の結果としてのフィールドを測定した後に推定されている。

【図14】サンプルをスキャンすることによって内視鏡イメージを取得するための、本願発明に係る装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0103】

以下の説明および図面の大部分は、本質的に特定の構成要素を含有する。したがって、本願発明のより深い理解を提供するだけでなく、適切な場合には、本願発明を定めることにも貢献することができる。参照符号ＯＢＪは図面において対物レンズ（または、より一般的には光学システム）を定めるために使用されている。しかし、同じ図面における２つの対物レンズは、必ずしも同じ特徴を有するとは限らず、必ずしも同一であるとは限らない。当業者であれば、各対物レンズを、光路中の位置に応じて適合させる方法が理解できるであろう。

【0104】

第１ファイバおよびファイバ間カプラ

【0105】

ここで、図２を参照する。図２は、Ｎ個の固有モードをガイドする基準構成（ＲＥＦ）における第１光ファイバ１０を示す図である。第１光ファイバは、例えば、ステップインデックス（ｓｔｅｐ－ｉｎｄｅｘ）型もしくはグレーデッドインデックス（ｇｒａｄｉｅｎｔ－ｉｎｄｅｘ）型ファイバまたはマルチコアファイバのようなマルチモードファイバである。第１ファイバ１０は遠位端と近位端とを備える。遠位端は、画像化されるサンプルの可能な限り近くに位置することを意図している。近位端は、既知の特性でフィールドを入射させる波面変調器のような光学装置および検出チャネルに接続されることを意図している。

【0106】

ここで、本願発明に係るファイバ間カプラ３３の例を示している図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを参照する。

【0107】

第１ファイバ１０は２つの異なるセクション１０Ｄ、１０Ｐを備えてもよい。近位セクション１０Ｐは近位端１０Ｐ－Ｐと遠位端１０Ｐ－Ｄとを備え、近位端は、既知の特性でフィールドを入射させる波面変調器のような光学装置および検出チャネルに接続されることを意図している。そして、遠位セクション１０Ｄは近位端１０Ｄ－Ｐと遠位端１０Ｄ－Ｄとを備え、遠位端１０Ｄ－Ｄは、画像化されるサンプルの可能な限り近くに位置決めされることを意図している。近位セクションの遠位端１０Ｐ－Ｄと遠位セクションの近位端１０Ｄ－Ｐとはファイバ間カプラ３３によって接続されている。

【0108】

機能化されたファイバ間カプラ

【0109】

図３Ａ、図３Ｂはファイバの機能化によって結合された２つのファイバ間カプラ３３を示している。このファイバ間カプラは、第２ファイバ２０の遠位端と、第１ファイバの近位セクションの遠位端１０Ｐ－Ｄと、第１ファイバの遠位セクションの近位端１０Ｄ－Ｐと、を一緒に接合することから成る。ファイバ間カプラは、第１ファイバの遠位端１０Ｄ－Ｄから少なくとも５ｃｍ上流に位置している。ファイバ間カプラにより、第１ファイバの近位セクション１０－Ｐを、長さ調整可能な遠位セクション１０Ｄに結合することが可能となる。

【0110】

第２ファイバ２０は、試験フィールド２００を第１ファイバの遠位端１０Ｄ－Ｄへと伝達することを意図している。図３Ａにおいて、第１ファイバは第２ファイバと直角をなしている。第１ファイバの表面により、第２ファイバ２０の遠位端から来る試験フィールドを、第１ファイバの近位端１０Ｐ－Ｐへと方向転換することが可能である（光反射による）。図３Ｂでは、２つのファイバがお互いにくっついている（ａｔｔａｃｈｅｄ）。第２ファイバの端部にエアギャップ（ａｉｒ ｇａｐ）があり、そして、第１ファイバの表面１５によって試験フィールド２００を方向転換することが可能となる。

【0111】

第１ファイバ１０の遠位セクションの近位端１０Ｄ－Ｐおよび近位セクションの遠位端１０Ｐ－Ｄは、斜めに切断および研磨され、これらの端部が「機能化された」と呼ばれる。

【0112】

自由空間光学系（ｆｒｅｅ－ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃｓ）のアセンブリによって結合するファイバ間カプラ

【0113】

集積光学（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ）とは異なり、図３Ｃに示される実施形態のファイバ間カプラ３３は、例えば３Ｄプリンタを使用してプリントされたヨーク（ｙｏｋｅ）を備える。このヨークは、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との間で光線を配光することを可能とするプレートビームスプリッタ１５０またはプリズムを備える。ファイバ間カプラは、第１光ファイバ１０の遠位端１０Ｄから少なくとも５ｃｍ上流に位置している。ファイバ間カプラ３３は更に、光学系２５０を備える。光学系２５０は様々な光ファイバにおける光線を集束することを意図している。第２光ファイバ２０によって入射された試験フィールド２００は、プレートビームスプリッタ１５０によって第１ファイバ１０の近位端へと方向転換されている。第１ファイバ１０の近位端から来る光線は、プレートビームスプリッタ１５０によって屈折されることはなく、第１ファイバ１０の遠位端に向けて進み続ける。同様に、第１ファイバ１０の遠位端１０Ｄから来る光線は、プレートビームスプリッタ１５０によって屈折されることなく、第１ファイバ１０の近位端に向けて進み続ける。

【0114】

マルチモードカプラ

【0115】

図３Ｄは、例えばマルチコアファイバなどの第２ファイバ２０の遠位端を、例えばマルチモードファイバなどの第１ファイバ１０へと接続することを可能とするマルチモードカプラ３３を示しており、第２ファイバ２０の近位端において入射される試験フィールドが、第１ファイバの近位端１０Ｐ－Ｐへと伝達されている。そして、マルチモードコネクタは、例えば解析対象サンプル上にフォーカスを合わせるため、第１ファイバ１０の近位セクションの近位端１０Ｐ－Ｐにおいて入射したフィールドが、ファイバの遠位セクションの遠位端１０Ｄ－Ｄにおいて出射することを可能にする。

【0116】

第１光ファイバの伝達マトリクスの推定

【0117】

ステップインデックス型のマルチモード第１ファイバについて、第１ファイバが例えばＮ＝３０の固有モードをガイドすることを考える。

【0118】

図４Ａには、局在モード基底において表現された伝達マトリクスの例が示されている。一度局在モード基底における伝達マトリクスが測定されると、基底の変換操作を介してその固有モード基底において表現されてもよい。このような操作は、従来のコンピュータソフトウェアおよびコンピュータを使用して自動で行われてもよい。図４Ｂはファイバの固有モード基底において表現された伝達マトリクスの例である。

【0119】

図１Ｂに示されるように、基準構成におけるファイバの伝達マトリクスＨ_０は先行技術の方法を使用して取得されてもよい。刊行物“Time-dependence of the transmission matrix of a specialty few-mode fiber”, APL Photonics 4, 022904 (2019); J. Yammine, A. Tandje, Michel Dossou, L. Bigot, and E. R. Andresenにおいて、当業者にとって既知である、近位から遠位方向におけるファイバの伝達マトリクスを測定するための方法が開示されている。

【0120】

一度ファイバの伝達マトリクスが既知となると、レンズレス内視鏡の原理に従って、光の集束ビームによってサンプルをスキャンすることにより、画像化を実行することが可能となる。しかし、この操作は、ファイバの構成が変わらないことを必要とする。実際、ファイバの伝達マトリクスは、以下の式によって入射フィールドと出射フィールドとを関連付けている。Ｅ_{ｏｕｔｇｏｉｎｇ}＝Ｈ_０・Ｅ_{ｉｎｃｏｍｉｎｇ}。式中、Ｅ_{ｉｎｃｏｍｉｎｇ}は近位局在モードの数と同数の要素を含有する、近位局在モード基底における列ベクトルである。また、式中、Ｅ_{ｏｕｔｇｏｉｎｇ}は遠位局在モードの数と同数の要素を含有する、遠位局在モード基底において表現されたベクトルである。

【0121】

伝達マトリクスＨ_０が既知となると、したがって、Ｅ_{ｏｕｔｇｏｉｎｇ}が焦点Ｅ_{ｏｕｔｇｏｉｎｇ}＝Ｅ_{ｆｏｃｕｓ，ｉ}に対応することを保証することが可能となる。式中、Ｅ_{ｆｏｃｕｓ，ｉ}は、添え字（ｉｎｄｅｘ）ｉを除いてヌルベクトルである。このようにするために、単純に伝達マトリクスを逆行列にし（ｉｎｖｅｒｔ）、波面変調器を使用して以下のような新たな入射フィールドを入射させる。Ｈ_０ ^－１・Ｅ_{ｆｏｃｕｓ，ｉ}。

【0122】

図５は、第１ファイバの遠位端を出射する集束ビームのスキャンを示している。

【0123】

続いて、図６を参照すると、第１ファイバはもはや基準構成ではなく、任意の構成となっている。

【0124】

新たな構成における光ファイバの伝達マトリクスＨは、その基準構成における光ファイバの伝達マトリクスＨ_０とは異なっている。レンズレス内視鏡の原理に従って焦点をスキャンしようと試みた場合、任意の構成における光ファイバの伝達マトリクスＨがＨ_０であると仮定すると、もはや光ファイバの遠位端におけるフォーカスをスキャンすることはできない。そして実際、ファイバからの出力における強度プロファイルは「スペックル」であり、もはや集束されたフィールドではない。

【0125】

図７は、光ファイバの構成は変化したが、伝達マトリクスは再計算されていない場合において取得されたスペックルを示している。再度焦点を取得するため、ファイバの伝達マトリクスを再測定する必要がある。

【0126】

続いて図８を参照する。任意の構成においてファイバの伝達マトリクスＨを推定するために、本願発明の方法に係るファイバの遠位端においてｎ個の試験フィールドが入射されている。

【0127】

図４Ｂにおいて、この固有モード基底において表現された伝達マトリクスＨはブロック対角行列であることがわかる。対角上に２^２＋４^２＋４^２＋２^２＋４^２＋４^２＋４^２＋４^２＋２^２＝１０８の未知数（ｕｎｋｎｏｗｎｓ）を含む。

【0128】

各試験フィールドは、同一の基底においてＨとして表現されており、Ｎ＝３０の既知数（ｋｎｏｗｎｓ）を表している。各試験フィールドは実際、Ｎ＝３０の要素を備えるベクトルによって表現されており、ここでＮ＝３０はファイバによってガイドされる固有モードの数である。したがって、ｎ＝４の試験フィールドが入射するとｎ×Ｎ＝４×３０＝１２０の既知数を表している。

【0129】

試験フィールドの入射の結果としてのフィールド（図９を参照）は、カメラの位置で測定され、その後、同一の基底においてＨとして表現され、同様にｎ×Ｎ＝４×３０＝１２０の既知数を表している。

【0130】

理論上、既知数の数（１２０）が未知数の数（１０８）よりも大きいため、試験フィールドと結果としてのフィールドとを関連付ける一次方程式系を解くことができ、以下の関係により伝達マトリクスＨを直接計算することができる。Ｅ_{Ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}＝Ｈ・Ｅ_{Ｔｒｉａｌｓ}。式中、Ｅ_{Ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}およびＥ_{Ｔｒｉａｌｓ}は［Ｎ×ｎ］＝［３０×４］次元の行列であり、それぞれ４つの試験フィールドおよび４つの結果としてのフィールドを含有する。

【0131】

図８を参照すると、試験フィールドは例えば以下の通りである。Ｔｒｉａｌ１：位置１上に集束されたフィールド；Ｔｒｉａｌ２：位置２上に集束されたフィールド；Ｔｒｉａｌ３：位置３上に集束されたフィールド；Ｔｒｉａｌ４：位置４上に集束されたフィールド。なお、位置１、２、３、４は同一でない限り任意である。

【0132】

本願発明の方法によると、試験フィールドは第１ファイバの遠位端において第１ファイバに入射している。結果としてのフィールドは、例えばカメラなどによって、第１ファイバの近位端において測定されている。デフォルトでは、カメラが検出するのは強度（振幅の２乗）のみである。フィールドを詳細に測定するためには（すなわち位相および振幅）、カメラは例えば「ｏｆｆ－ａｘｉｓ型ホログラフィ（ｏｆｆ－ａｘｉｓ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ）」法のような干渉計測法（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｍｅｔｈｏｄ）と組み合わせて使用される。

【0133】

図９は５つの結果としてのフィールドを示しており、これらは２つの直交偏光状態によって測定されている。第５測定値、すなわち４つの試験フィールドの重ね合わせから、４つの試験フィールド間の相対位相を抽出することができる。

【0134】

任意の構成におけるファイバの伝達マトリクスＨ_ｅｓｔを推定するために、本願発明に係る最小二乗平均アルゴリズム（ｌｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が使用されている。

【0135】

ここで図１０を参照する。図１０は同一の構成における２つのファイバ伝達マトリクスを示している。左の伝達マトリクスは、本願明細書の導入部分において議論された、当業者に知られた従来方法によって測定されたものである。右の伝達マトリクスは、例に係る４つの試験フィールドの入射後に、結果としてのフィールドの測定に基づいて光ファイバの伝達マトリクスを推定する最小二乗平均アルゴリズムを使用して測定されたものである。図１０は、本願発明が極めて短時間で光ファイバの伝達マトリクスの素晴らしい推定値を得ることができることを明確に表している。

【0136】

したがって、伝達マトリクスは５つの測定のみによって推定されている。ファイバがより多くのモードをガイドしている場合でも、依然としてＨを推定するためには５つの測定で十分である。

【0137】

従来のマルチモードファイバが１０００個のモードをガイドしている場合を考えると、先行技術の方法では少なくとも１０００個の測定が必要である（実際にはもっと多いこともある）。したがって、本願発明により測定数を２００分の１とすることが可能である。

【0138】

イメージング方法

【0139】

一旦本願発明の方法により第１ファイバの伝達マトリクスが推定されると、推定伝達マトリクスＨ_ｅｓｔに基づいて位相マスクを計算すること、および、これを波面変調器に適用し、例えば焦点など、第１光ファイバの遠位端において既知の位相関数の照明ビームを形成することが可能になる。図１１は、本願発明の方法に係るファイバの推定伝達マトリクスを使用してフォーカスをスキャンすることを示している。

【0140】

本願発明に係るイメージング方法について、ここから詳細に説明する。図１２、１３、１４は本願発明に係る内視鏡イメージング用の同一の装置を示しており、この装置により本願発明の方法を実施することができる。

【0141】

装置

【0142】

内視鏡イメージング用の装置は、第１光ファイバ、好ましくは近位セクションおよび遠位セクションを備えるマルチモードＭＭＦ、を備える。第１光ファイバＭＭＦは、上述のファイバを第２ファイバ、好ましくはマルチコアＭＣＦ、に接続しているファイバ間カプラを備える。第１ファイバの遠位セクションの遠位端にはいかなる光学系もない。したがって、第１光ファイバの遠位セクションの遠位端は、画像化されるサンプルの可能な限り近くに位置してもよい。例えば、サンプルはマウスの脳であり、マウスは生きており、自由に動き回る。本願発明に係る装置は、リアルタイムでマウスの脳を画像化可能である必要がある。

【0143】

イメージング用の装置は更に、カメラＣＡＭを備える。カメラは対物レンズＯＢＪが結合されてもよい。カメラおよび対物レンズにより、第２ファイバＭＣＦを通じて試験フィールドが入射された後の、第１ファイバＭＭＦの近位セクションの近位端における結果としてのフィールドを測定することができる。

【0144】

装置は、図示されていないが、例えばレーザなどの光源も備える。光源は、有利には波面変調器ＳＬＭに接続されている。波面変調器は、第１光ファイバＭＭＦの近位セクションの近位端において、制御された光信号を入射させることを可能とする対物レンズＯＢＪにも結合されてもよい。

【0145】

配光手段は波面変調器および対物レンズの後に加えられている。このシステムは例えば、ミラーまたはプリズムである。配光器によって、波面変調器からの光を第１光ファイバＭＭＦに向ける、または、サンプルによって反射され第１光ファイバＭＭＦを通過する光ビームを検出チャネルに向けることが可能となる。

【0146】

サンプルによって後方散乱され、第１光ファイバＭＭＦを通じて遠位端から近位端へと伝達される光用の検出チャネルは、センサからの信号を処理するための処理ユニットだけではなくて、センサＣＡＭ_{ｐｒｏｘｉｍａｌ}と、任意選択でセンサの検出表面上に後方散乱光を集束させるための対物レンズＯＢＪと、を備えてもよい。

【0147】

準備ステップ―図１２

【0148】

ここで、図１２を参照する。図１２は、本願発明の方法の１つの実施形態に係る、近位―遠位方向における第１ファイバの伝達マトリクスＨ０_{ｐｒｏｘｉｍａｌ－ｄｉｓｔａｌ}を測定することのできる内視鏡イメージングのための装置の構成を示す図であり、局在モード基底において基準構成（ＲＥＦ）における第１光ファイバＭＭＦの伝達マトリクスを測定する準備ステップが実行されている。

【0149】

この構成において、第１光ファイバＭＭＦの遠位セクションはまだサンプルに接続されていない。この構成において、対物レンズＯＢＪを有するカメラＣＡＭ_{ｄｉｓｔａｌ}を備える検出チャネルは、第１ファイバＭＭＦの遠位セクションの遠位端において位置している。その全長にわたり第１ファイバの伝達マトリクスを測定する準備ステップに特有のこの検出チャネルは、結果としてのフィールドＥ_{ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄ}を測定する検出チャネルと同一、または、全く異なる検出チャネルであってもよい。

【0150】

光源は、波面変調器ＳＬＭによって形成され得る光ビームを放出している。これらの光ビームは、第１光ファイバの全長に沿って第１光ファイバを通過し、第１ファイバの遠位セクションの遠位端において、検出チャネルによって、カメラＣＡＭ_{ｄｉｓｔａｌ}において測定されている。

【0151】

試験フィールドの入射―図１３

【0152】

ここで、図１３を参照する。図１３は、本願発明に係る、試験フィールドＥ_{Ｔｒｉａｌｓ}の入射の結果としてのフィールドＥ_{Ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}の測定を示している。ここから、第１光ファイバの遠位セクションの遠位端は、解析されるサンプルにおいて位置してもよい。

【0153】

ｎ個の試験フィールドＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｌａｔｅｒａｌ}は第２光ファイバＭＣＦを介して入射され、これらの試験フィールドは、ファイバ間コネクタ装置３３によって、第１光ファイバＭＭＦに向けて方向転換され、第１光ファイバの近位セクションの遠位端において、第１光ファイバの近位セクションの近位端に向けられ方向転換している。

【0154】

第１光ファイバＭＭＦの近位セクションの近位端における結果としてのフィールドＥ_{ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ，ｐｒｏｘｉｍａｌ}は、検出チャネルによって測定されている。この測定は、好ましくは直交する２つの異なる偏光状態に対して行われてもよい。この場合、カメラＣＡＭは例えば１／４波長板および／または１／２波長板に結合されてもよい。

【0155】

伝達マトリクスを推定する手順は、試験フィールドが第１ファイバの近位セクションの遠位端においてではなく、第１ファイバＭＭＦの遠位端において直接、すなわち、第１ファイバの遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍ上流に位置するファイバ間カプラにおいて、入射されていると仮定している。

【0156】

上述したように、ファイバ間カプラ３３において入射される試験フィールドＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｌａｔｅｒａｌ}が第１光ファイバの遠位端において有するであろう仮想イメージ（ｖｉｒｔｕａｌ ｉｍａｇｅ）Ｅ_{ｔｒｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}を計算することができる。このようにするために、図１２において示された準備ステップにおいて計算された、基準構成における光ファイバの伝達マトリクスＨ_０を考慮することが必要である。

【0157】

Ｅ_{ｔｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}＝Ｈ_０・Ｅ_{ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ，ｐｒｏｘｉｍａｌ}

【0158】

ここで、我々は、サイド（ｓｉｄｅ）からＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｌａｔｅｒａｌ}を入射することが、遠位端からＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}を入射することと同等であることを理解している。入射されたのはＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｌａｔｅｒａｌ}ではなくＥ_{ｔｒｉａｌｓ，ｄｉｓｔａｌ}であると仮定した場合、その全長にわたって（近位セクションおよび遠位セクション）考慮される第１ファイバの伝達マトリクスを推定する手順が可能となる。

【0159】

一旦試験フィールドが第１光ファイバＭＭＦに入射され、結果としてのフィールドがカメラＣＡＭによって第１光ファイバＭＭＦの近位端において測定されると、本願発明の伝達マトリクスを推定する手法により、任意の構成（ＲＡＮＤ）において第１光ファイバＭＭＦの伝達マトリクスＨ_ｅｓｔを推定することが可能になる。

【0160】

最小二乗平均アルゴリズム（またはＬＭＳ）は、推定伝達マトリクスＨ_ｅｓｔを最適化することにより、以下の数式２によって定められる関数ｆを最小化する。

【0161】

【数2】

【0162】

式中、Ｅ_{Ｔｒｉａｌｓ}およびＥ_{Ｒｅｓｕｌｔｆｉｅｌｄｓ}は［Ｎ×ｎ］次元の行列であり、それぞれｎ個の試験フィールドおよびｎ個の結果としてのフィールドを含有する。

【0163】

アルゴリズムは、Ｈの最適推定値である結果Ｈ_ｅｓｔを求める。標準的なコンピュータを用いた場合のアルゴリズムの実行時間は約１ｍｓである。

【0164】

サンプルイメージング―図１４

【0165】

ここで、図１４を参照する。図１４において、任意の構成（ＲＡＮＤ）における第１光ファイバＭＭＦの伝達マトリクスＨ_ｅｓｔは、本願発明の手法を使用して事前に測定されていると仮定する。

【0166】

第１ファイバＭＭＦの伝達マトリクスが既知であるため、第１光ファイバＭＭＦから制御された光ビーム、典型的には焦点を出力するために、波面変調器ＳＬＭを用いて位相マスクを計算することが可能である。

【0167】

サンプルはその後、例えば焦点をスキャンすることにより画像化される。結果としてのイメージは、対物レンズＯＢＪを有するカメラＣＡＭ_{ｐｒｏｘｉｍａｌ}を備える検出チャネルを使用してピクセル毎に測定される。本願発明に係るイメージング方法の様々なステップにおいて、検出チャネルは、各ステップで同一であってもよい。この場合、光ファイバ（ＭＭＦおよびＭＣＦ）の異なる端からの様々な光ビームを配光することのできる従来の光学システムが使用される。そうでなければ、各検出チャネルに特有の様々な対物レンズＯＢＪが異なるものであり得る。

【0168】

ファイバの構成が変わる度に、試験フィールドの入射と、ファイバの新たな伝達マトリクスの推定と、が実行される。伝達マトリクスの推定はまた、所定の頻度で実行されてもよい。例えば、伝達マトリクスの推定は１秒に１回、１秒に２回、１秒に１０回または１分に１回というより低い頻度で実行されてもよく、または、第１ファイバの伝達マトリクスの推定は、例えば、加速度センサのようなセンサが基準構成と比較して第１ファイバの動きを検知した際など、光ファイバの構成が変わった際に実行されてもよい。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【手続補正書】

【提出日】2024-06-06

【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】

マルチモード光ファイバなどの、第１光ファイバの伝達マトリクスを測定するための方法であって、
前記第１光ファイバは任意の構成であり、Ｎ個の固有モードをガイドしており、
前記第１光ファイバは、
近位端および遠位端を備える近位セクションと、
近位端および遠位端を備える遠位セクションと、を備え、
前記近位セクションの遠位端は、ファイバ間カプラによって前記遠位セクションの近位端に接続されており、
前記方法は、
前記第１光ファイバの前記近位セクションの遠位端において、ｎ個の試験フィールドを別々に入射させるステップと、
前記第１光ファイバの前記近位セクションの近位端において、前記ｎ個の入射された試験フィールドのそれぞれについて結果としてのフィールドを測定するステップと、
前記第１光ファイバのＮ個の固有モードの基底において表現された伝達マトリクスであるＨ_ｅｓｔを推定するステップと、を備える、方法。

【請求項2】

前記試験フィールドは、お互いにコヒーレントであるように選択されている、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記試験フィールドは、前記第１光ファイバの前記遠位セクションの遠位端から１ｍｍと５ｃｍとの間の距離だけ上流において接続されている、マルチコアファイバなどの第２光ファイバを通じて入射されている、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２光ファイバは、少なくとも試験フィールドと同じ数のコアを備えるマルチコアファイバである、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記試験フィールドは、前記第２光ファイバの固有モードである、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

前記第１光ファイバの前記近位セクションの遠位端において入射されている前記試験フィールドは、前記第２光ファイバを介して入射されている前記試験フィールドの仮想イメージである、請求項３から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

ｎは、前記第１光ファイバの相互縮退固有モードの最大数より大きいまたは同じとなるように選択されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

固有モード基底における伝達マトリクスの前記推定は、最小二乗平均アルゴリズムの使用など、最尤法によって実行されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

局在モード基底において、基準構成における前記第１光ファイバの前記伝達マトリクスを測定する準備ステップと、次いで、前記伝達マトリクスの前記基底を、固有モード基底に変換するステップと、を備える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記ｎ個の試験フィールドを入射させるステップはさらに、前記ｎ個の試験フィールド間の相対位相を測定することができるように、ｎ個の試験フィールドを同時に入射させるステップを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法によって前記伝達マトリクスが決定されている光ファイバであって、
前記光ファイバは、
近位端および遠位端を備える近位セクションと、
近位端および遠位端を備える遠位セクションと、を備え、
前記近位セクションの遠位端は、ファイバ間カプラによって前記遠位セクションの前記近位端に接続されており、
前記ファイバ間カプラは、マルチコア光ファイバのような第２光ファイバの端部を受け入れるように構成されている、光ファイバ。

【請求項12】

前記ファイバ間カプラは、前記光ファイバの前記遠位セクションの遠位端から１ｍｍ～５ｃｍの距離に位置している、請求項１１に記載の光ファイバ。

【請求項13】

前記光ファイバの前記近位セクションの前記伝達マトリクスは、基準構成については既知である、請求項１１または１２に記載の光ファイバ。

【請求項14】

内視鏡イメージング用の装置であって、
光ビームを放出するための光源と、
前記光源によって放出された光ビームを伝達および制御するための、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の光ファイバであって、
前記第１光ファイバの前記近位セクションは任意の構成である、第１光ファイバと、
サンプルによって反射され、前記光ファイバの前記遠位セクションおよび前記近位セクションを通過する光信号を測定するための検出チャネルと、を備える装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の装置を用いて行われる内視鏡イメージングのための方法であって、
前記方法は、
前記光ファイバの前記固有モード基底において前記第１光ファイバの前記伝達マトリクスを推定するステップであって、
前記光ファイバの前記近位セクションは任意の構成である、ステップと、
推定伝達マトリクスの関数としての位相マスクを計算するステップと、
前記光ファイバの前記遠位端において焦点を取得するために、前記位相マスクを順次、波面変調器に適用するステップと、
前記サンプルによって前記焦点から反射された信号を測定し、ピクセル毎に前記サンプルのイメージを再構成するステップと、
所定の期間が経過した後、および／または、前記近位セクションの構成が実質的に変化する毎に、前記伝達マトリクスを推定するステップを繰り返すステップと、を備える、方法。

【国際調査報告】