特表 2024-544151 改良されたハイパースペクトル光源

(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】2024-11-28

(54)【発明の名称】改良されたハイパースペクトル光源

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/10 20060101AFI20241121BHJP

   G01J 3/26 20060101ALI20241121BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20241121BHJP

   F21V 13/12 20060101ALI20241121BHJP

   G02B 26/00 20060101ALI20241121BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20241121BHJP

【ＦＩ】

G01J3/10

G01J3/26

F21S2/00 600

F21V13/12 100

G02B26/00

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529289

(86)(22)【出願日】2022-11-15

(85)【翻訳文提出日】2024-07-04

(86)【国際出願番号】 FI2022050749

(87)【国際公開番号】W WO2023089236

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】20216177

(32)【優先日】2021-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】512068592

【氏名又は名称】テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイ

【氏名又は名称原語表記】ＴＥＫＮＯＬＯＧＩＡＮ ＴＵＴＫＩＭＵＳＫＥＳＫＵＳ ＶＴＴ ＯＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100107364

【弁理士】

【氏名又は名称】斉藤 達也

(72)【発明者】

【氏名】サアリ，ヘイッキ

(72)【発明者】

【氏名】ホルムランド，クリスター

(72)【発明者】

【氏名】スツンス，イングマル

【テーマコード（参考）】

2G020

2H141

【Ｆターム（参考）】

2G020AA03

2G020AA04

2G020CC23

2G020CC26

2G020CC31

2G020CC47

2G020CC55

2G020CC63

2G020CD06

2G020CD24

2G020CD37

2H141MA22

2H141MB15

2H141MB28

2H141MC01

2H141MC09

2H141ME04

2H141ME23

2H141ME25

2H141MZ16

(57)【要約】

本発明の一例示的態様によれば、ハイパースペクトル光源システムが提供され、これは、広帯域光信号を発生させて放射するように構成された広帯域光源と、広帯域光信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの複数の通過帯域のうちの１つにある一部分を通過させるように構成された回転マルチバンドパスフィルタであって、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタを通過するその部分は、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度によって決定される、回転マルチバンドパスフィルタと、ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域にある、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタから来るその部分を通過させるように調節されたチューナブルフィルタと、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハイパースペクトル光源システムであって、
広帯域光信号を発生させて放射するように構成された広帯域光源と、
前記広帯域光信号のうちの、前記ハイパースペクトル光源システムの複数の通過帯域のうちの１つにある一部分を通過させるように構成された回転マルチバンドパスフィルタであって、前記広帯域光信号のうちの、前記回転マルチバンドパスフィルタを通過する前記部分は、前記回転マルチバンドパスフィルタの回転角度によって決定される、前記回転マルチバンドパスフィルタと、
前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域にある、前記広帯域光信号のうちの、前記回転マルチバンドパスフィルタから来る前記部分を通過させるように調節されたチューナブルフィルタと、
を含むハイパースペクトル光源システム。

【請求項2】

前記回転マルチバンドパスフィルタは連続的に回転するように構成されている、請求項１に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項3】

前記回転マルチバンドパスフィルタは段階的に回転するように構成されている、請求項１に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項4】

前記広帯域光源は、前記広帯域光信号のうちの、前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域にある前記部分が前記回転マルチバンドパスフィルタを通過する時間間隔の間に前記広帯域光信号を放射するように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項5】

前記広帯域光源は、第１の時間間隔の間に第１の広帯域光信号を放射することによって、前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域の第１の部分にある前記第１の広帯域光信号が前記回転マルチバンドパスフィルタを通過することを引き起こすように、且つ、第２の時間間隔の間に第２の広帯域光信号を放射することによって、前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域の第２の部分にある前記第２の広帯域光信号が前記回転マルチバンドパスフィルタを通過することを引き起こすように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項6】

前記回転マルチバンドパスフィルタの回転角度によって、特定の時点における前記回転マルチバンドパスフィルタの通過帯域が決定され、前記回転マルチバンドパスフィルタの前記通過帯域は、前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域の一部分である、請求項１～５のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項7】

前記回転マルチバンドパスフィルタは、０Ｈｚ超から最大で２５０Ｈｚまでの周波数で回転するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項8】

前記チューナブルフィルタのミラーギャップを調節することによって、前記チューナブルフィルタは、前記広帯域光信号のうちの、前記ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域にある前記部分を通過させるように調節されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項9】

前記チューナブルフィルタは、チューナブルファブリペロー干渉計、リオフィルタ、音響光学フィルタ、又は液晶変調器である、請求項１～８のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項10】

前記チューナブルファブリペロー干渉計は、ピエゾアクチュエータ式ファブリペロー干渉計又は微小電気機械システムファブリペロー干渉計である、請求項９に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項11】

前記回転マルチバンドパスフィルタの回転角度を監視し、前記監視された回転角度をコントローラに送信するように構成されたセンサと、
前記監視された回転角度に基づいて前記広帯域光源のタイミングを制御するように構成された前記コントローラと、
を更に含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項12】

前記チューナブルフィルタから来る光信号を集束レンズに向けて反射するように構成されたプレートビームスプリッタと、
前記光信号を出力光強度監視モジュールに向けて方向付けるように構成された前記集束レンズと、
前記光信号の強度を測定してコントローラに送信するように構成された前記出力光強度監視モジュールと、
前記監視された光強度に基づいて、前記広帯域光源及び／又は前記チューナブルフィルタのタイミングを制御するように構成された前記コントローラと、
を更に含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項13】

追加光信号を発生させて放射するように構成された別の広帯域光源であって、前記別の広帯域光源の周波数帯は、前記広帯域光源の周波数帯と少なくとも部分的に異なる、前記別の広帯域光源
を更に含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項14】

前記追加広帯域光信号が前記広帯域光信号からの前記広帯域光信号と平行になるように、前記追加広帯域光信号を前記回転マルチバンドパスフィルタに向けて反射するように構成されたダイクロイックビームスプリッタ
を更に含む、請求項１３に記載のハイパースペクトル光源システム。

【請求項15】

複数の追加広帯域光源を更に含み、前記複数の追加広帯域光源のそれぞれは、別々のダイクロイックビームスプリッタと関連付けられており、前記ダイクロイックビームスプリッタは、前記複数の追加広帯域光源からの追加広帯域光信号が、前記広帯域光源からの前記広帯域光信号と平行になるように構成されている、請求項１～１４のいずれか一項に記載のハイパースペクトル光源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、全般的には、ハイパースペクトル光源に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイパースペクトルイメージングは、単に点ごとに原色のスペクトルを解析するのではなく、光の広域スペクトルを解析することを意味する。即ち、ハイパースペクトルイメージングの場合は、点ごとのスペクトルを得るために、広域の電磁スペクトルにわたって情報が収集されて解析される。ハイパースペクトルイメージングは、例えば、物体を発見したり、様々な物質を検出したりすることに用いられうる。ハイパースペクトルイメージングの多くの適用例では、チューナブル光源がかさばる高価なものであっては困る。そこで、ハイパースペクトルイメージング用として（例えば、口腔や眼球のハイパースペクトルイメージング用として、並びにハイパースペクトル顕微鏡検査やハイパースペクトル内視鏡検査において）小型で低コストのチューナブル光源を提供することが必要とされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、上記従来の技術における課題を解決するためになされたものである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

幾つかの態様によれば、独立請求項の対象が提供される。幾つかの実施形態は、従属請求項において定義されている。

【0005】

本発明の一態様によれば、ハイパースペクトル光源システムが提供され、これは、広帯域光信号を発生させて放射するように構成された広帯域光源と、広帯域光信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの複数の通過帯域のうちの１つにある一部分を通過させるように構成された回転マルチバンドパスフィルタであって、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタを通過するその部分は、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度によって決定される、回転マルチバンドパスフィルタと、ハイパースペクトル光源システムの前記１つの通過帯域にある、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタから来るその部分を通過させるように調節されたチューナブルフィルタと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第１の例を示す。

【図2】本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第２の例を示す。

【図3a】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が０度の回転マルチバンドパスフィルタの上面図を示す。

【図3b】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が３５度の回転マルチバンドパスフィルタの上面図を示す。

【図3c】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が０度の回転マルチバンドパスフィルタの側面図を示す。

【図3d】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が３５度の回転マルチバンドパスフィルタの側面図を示す。

【図4】本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第３の例を示す。

【図5】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第１の適用例を示す。

【図6】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第２の適用例を示す。

【図7】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第３の適用例を示す。

【図8】本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第４の適用例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明の実施形態は、全般的には、ハイパースペクトルイメージングに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、ハイパースペクトルイメージング用の改良されたハイパースペクトル光源システムを提供し、ハイパースペクトル光源システムは、少なくとも回転マルチバンドパスフィルタと、少なくとも１つの広帯域光源と、チューナブルフィルタ（例えば、ファブリペロー干渉計（ＦＰＩ）、リオフィルタ、音響光学フィルタ、又は液晶変調器）と、を含む。回転マルチバンドパスフィルタは、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタの現在の角度に応じた一部分を通過させるように構成されてよく、一方、チューナブルフィルタは、ハイパースペクトル光源システムの複数の通過帯域のうちの１つにある、広帯域光信号のうちのその部分を通過させるように調節されてよい。そのようなハイパースペクトル光源システムであれば、小型で低コストで波長のチューニングが可能なハイパースペクトル光源の構築が可能になる。光源システムの寸法は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×２０ｍｍと小さくてよい。

【0008】

広帯域光源システムの選択された通過帯域にある光信号を通過させるために、回転マルチバンドパスフィルタを回転させることによって調節してよく、チューナブルフィルタも同様に調節してよい。例えば、チューナブルフィルタがＦＰＩであれば、干渉計は、干渉計のミラーギャップを調節することによって調節されてよい。例えば、ＦＰＩは、金属ミラー又は誘電体ミラーの微小電気機械システムＦＰＩ（ＭＰＦＩ）、又はピエゾアクチュエータ式ＦＰＩであってよい。金属ミラーＭＦＰＩについては、米国特許公開第１０，７３２，０４１Ｂ２号に記載されている。与えられた光源システムのスペクトル分解能は、使用される干渉計に依存する。より強いスペクトル強度が必要であれば、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩが使用されてよい。ミラーギャップを調節したＦＰＩを使用すれば、広帯域光源システムの複数の通過帯域のうちの１つを選択することが可能である。

【0009】

本発明の幾つかの実施形態では、チューナブルフィルタの一例としてチューナブルＦＰＩを使用しているが、他の任意の適切なチューナブルフィルタ（例えば、リオフィルタ、音響光学フィルタ、又は液晶変調器）もチューナブルＦＰＩの代わりに同様に使用されてよい。

【0010】

回転マルチバンドパスフィルタの回転角度は更に、選択された通過帯域を決定してよく、選択された通過帯域は、広帯域光源システムの１つの通過帯域の一部分であり、回転マルチバンドパスフィルタの選択された回転角度に対応する。回転マルチバンドパスフィルタは、連続的又は段階的に回転してよく、例えば、モータにより、０～２５０Ｈｚの周波数範囲（０＜ｆ≦２５０Ｈｚ）で回転してよい。

【0011】

例えば、広帯域光源は、波長が４００～１０００ｎｍである広帯域光信号を放射するように構成されてよい。ハイパースペクトル光源システムの通過帯域は、波長が４２０～６５０ｎｍである光信号のための第１の通過帯域と、波長が６２５～８７０ｎｍである光信号のための第２の通過帯域と、を含んでよい。干渉計は、ハイパースペクトル光源システムの第１の通過帯域にある光信号を通過させるように調節されてよい。更に、回転マルチバンドパスフィルタは、光信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの第１の通過帯域にある一部分を（例えば、３ｎｍの分解能で）通過させるように構成されてよい。

【0012】

回転マルチバンドパスフィルタは、広帯域信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの第１の通過帯域にある一部分（例えば、波長が４２０～４２３ｎｍである光信号）を通過させることが可能であり、このときは、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度が、広帯域光信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの第１の通過帯域にあるこの部分を通過させるようになっている。即ち、広帯域光源は、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度が、広帯域光信号のうちのこの部分を通過させるようになっているときに広帯域光信号を放射することが可能である。別の時点では、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度は異なってよく、回転マルチバンドパスフィルタは、広帯域信号のうちの、ハイパースペクトル光源システムの第１の通過帯域にある別の部分（例えば、波長が４２４～４２７ｎｍである光信号、その他）を通過させることが可能である。

【0013】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システムの上記の１つの通過帯域は、その選択された通過帯域に対応するようにＦＰＩミラーギャップを設定することによって選択されてよい。広帯域光源は適切なタイミングでオンにされてよく、それによって、回転マルチバンドパスフィルタの回転角度は、広帯域光信号のうちの所望の部分が回転マルチバンドパスフィルタ及び干渉計を通過するように、選択された通過帯域、又は選択された通過帯域の一部分に対応する。広帯域光源は、回転マルチバンドパスフィルタが十分回転したら、しばらくオフにされてよい。

【0014】

広帯域光源は、例えば、回転マルチバンドパスフィルタの一回転（３６０度の回転）の間に２～４回オンにされてよい。選択された通過帯域にある光信号が通過できるのは、ＦＰＩの光軸に対する回転マルチバンドパスフィルタの回転角度が、ＦＰＩと同じ選択された通過帯域にある光信号を回転マルチバンドパスフィルタが通過させる回転角度と一致するときである。回転マルチバンドパスフィルタの常態が光軸に沿うように回転角度が選択されていれば、一回転当たり２つの角度で同じスペクトル伝送が実施される。即ち、回転マルチバンドパスフィルタの角度が常態から角度Θだけずれていれば、角度が－Θ、１８０＋Θ、及び１８０－Θときに同じスペクトル伝送が実施される。

【0015】

幾つかの実施形態では、マルチバンドパスフィルタの回転角度は、センサ（例えば、標準的な反射型センサ、又はエンコーダ）で監視されてよく、それに応じて広帯域光源のタイミングがチューニングされてよい。広帯域光源は電気的に制御可能である。広帯域光源は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、広帯域赤外線ＬＥＤ等であってよい。

【0016】

図１は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第１の例を示す。図１のハイパースペクトル光源システム１０は、広帯域光源１２、コリメートレンズ１４、及び回転マルチバンドパスフィルタ１６を含む。回転モータ１８が回転マルチバンドパスフィルタ１６を回転させてよい。例えば、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、０～２５０Ｈｚの周波数で回転する回転モータ１８のアダプタ上に取り付けられてよい。回転マルチバンドパスフィルタ１６は、図１に示すように、連続的又は段階的に回転するように構成されてよい。

【0017】

即ち、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、一時停止も中断も全くなく、ノンストップで回転してよい。従って、選択された通過帯域にある光信号が回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過するように、広帯域光源１２のタイミングを、回転マルチバンドパスフィルタ１６の選択された回転角度と適合するように制御してよい。図１に示すように、回転マルチバンドパスフィルタ１６は段階的に回転してよい。但し、幾つかの実施形態では、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、離散的な段階（即ち、中断）が全く無いように、滑らかに連続的に回転してよい。但し、段階的回転はより安価なソリューションを提供する。これは、回転モータ１８の回転が滑らかでなくてもよいためである。

【0018】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システム１０は、追加フィルタ２０及び２２を含んでよい。例えば、追加フィルタ２０がショートパスフィルタであってよく、追加フィルタ２２がロングパスフィルタであってよく、これらの逆でもよい。ハイパースペクトル光源システム１０は、チューナブルフィルタを含んでもよい。チューナブルフィルタは、チューナブルＦＰＩであってよい。チューナブルＦＰＩは、（例えば、米国特許第９，８３５，８４７Ｂ２号で説明されているように）干渉計のミラーギャップを調節することによって、ハイパースペクトル光源システムの選択された通過帯域にある光信号を通過させるように調節されてよい。干渉計のミラーギャップは、干渉計のミラー間のエアギャップと呼ばれることもある。図１に示した第１の例では、干渉計は、プリント回路基板（ＰＣＢ）パッケージ内のＭＦＰＩ２４ａである。

【0019】

広帯域光源１２は、広帯域光信号を発生させて、コリメートレンズ１４に向けて放射するように構成されてよく、コリメートレンズ１４は、広帯域光信号をコリメートし、コリメートされた広帯域光信号を回転マルチバンドパスフィルタ１６に向けて方向付けるように構成されてよい。幾つかの実施形態では、コリメートレンズ１４が無くてよいが、コリメートレンズ１４を使用すればよりよい性能が得られる。例えば、広帯域光源１２（例えば、ＬＥＤ）の開口数が小さい場合（例えば、±５～±１０度の場合）には、コリメートレンズ１４は無くてよい。

【0020】

回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度によって回転マルチバンドパスフィルタ１６の通過帯域が決定されてよく、回転マルチバンドパスフィルタ１６の通過帯域は、広帯域光信号の周波数帯域の一部分である。即ち、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、広帯域光信号のうちの、ハイパースペクトル光源システム１０の複数の通過帯域のうちの１つにある一部分を通過させるように構成されてよく、広帯域光信号のうちの、回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過する部分は、回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度によって決定される。

【0021】

一例として、第１の回転状態１６ａ、即ち、第１の時間間隔の間の回転段階では、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、広帯域光源システム１０の選択された通過帯域のうちの第１の部分にある広帯域光信号を通過させてよく、第２の回転状態１６ｂ、即ち、第２の時間間隔の間の回転段階では、回転マルチバンドパスフィルタ１６は、広帯域光源システム１０のその選択された通過帯域のうちの第２の部分にある広帯域光信号を通過させてよい。第１の部分が選択されていれば、広帯域光源１２は、回転マルチバンドパスフィルタ１６が第１の回転状態１６ａ、即ち、第１の時間間隔にある間に広帯域光信号を放射してよい。第２の部分が選択されていれば、広帯域光源１２は、回転マルチバンドパスフィルタ１６が第２の回転状態１６ｂ、即ち、第２の時間間隔にある間に広帯域光信号を放射してよい。従って、狭帯域光信号だけが回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過することが可能であり、前記狭帯域光信号の通過帯域は、広帯域光源１２がオンになるタイミング制御することによって制御されてよい。

【0022】

従って、広帯域光源１２は、ハイパースペクトル光源システム１０の複数の通過帯域のうちの１つにある光信号が回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過する時間間隔の間に広帯域光信号をコリメートレンズ１４に放射するように構成されてよい。従って、通過する光信号の周波数は、例えば、その時間間隔の間にハイパースペクトル光源システム１０の前記１つの通過帯域の開始点から前記１つの通過帯域の終了点までをスイープしてよい。更に、広帯域光源１２は、第１の時間間隔の間に第１の広帯域光信号をコリメートレンズ１４に放射することによって、ハイパースペクトル光源システム１０の前記１つの通過帯域の第１の部分にある第１の広帯域光信号が回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過することを引き起こすように、且つ、第２の時間間隔の間に第２の広帯域光信号をコリメートレンズ１４に放射することによって、ハイパースペクトル光源システム１０の前記１つの通過帯域の第２の部分にある第２の広帯域光信号が回転マルチバンドパスフィルタ１６を通過することを引き起こすように構成されてよい。回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度によって、特定の時点における回転マルチバンドパスフィルタ１６の通過帯域が決定されてよく、回転マルチバンドパスフィルタ１６の通過帯域は、ハイパースペクトル光源システム１０の１つの通過帯域の一部分である。

【0023】

例えば、広帯域光源１２は、回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度がΘ－ｄΘ度、－Θ－ｄΘ度、１８０＋Θ－ｄΘ度、又は１８０－Θ－ｄΘ度のときにオンにされてよく、Θ＋ｄΘ度、－Θ＋ｄΘ度、１８０＋Θ＋ｄΘ度、又は１８０－Θ＋ｄΘ度等のときにオフにされてよい。幾つかの実施形態では、ｄΘは、例えば、Θに応じて１～５度であってよい。

【0024】

又、ＭＦＰＩ２４ａは、ハイパースペクトル光源システム１０のその選択された１つの通過帯域にある光信号を通過させるように調節されてよく、この調節は、例えば、ＭＦＰＩ２４ａのミラーギャップを調節することによって行われてよい。従って、ハイパースペクトル光源１０の通過帯域（即ち、波長帯域）は、ＭＦＰＩ２４ａのミラーギャップと回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度とを調節することによって選択されてよい。

【0025】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システム１０は、ビームスプリッタプレート２６、集束レンズ２８、及び出力光強度監視モジュール３０を含んでよい。例えば、出力光強度監視モジュール３０はフォトダイオードモジュールであってよい。プレートビームスプリッタ２６、集束レンズ２８、及び出力光強度監視モジュール３０を、ＭＦＰＩ２４ａから来る出力ビームの中に置くことにより、選択された周波数帯での光のスペクトル強度を測定することが可能である。プレートビームスプリッタ２６は、ＭＦＰＩ２４ａから来る光信号を集束レンズ２８に向けて反射するように構成されてよく、集束レンズ２８は、その光信号を出力光強度監視モジュール３０に向けて方向付けるように構成されてよい。出力光強度監視モジュール３０は、光信号の強度を測定するように構成されてよい。

【0026】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システム１０は、（例えば、コンピュータのような）汎用コントローラ３２を含んでよい。代替又は追加として、ハイパースペクトル光源システム１０は、ＰＣＢ上に干渉計コントローラ３４を含んでよく、且つ／又は、ＰＣＢ上に広帯域光源コントローラ３６を含んでよい。コントローラ３２、３４、及び３６は、例えば、少なくとも処理ユニット、メモリ、送信器、及び受信器を含んでよい。処理ユニットは、制御ステップを実施するように構成されてよく、制御情報は送信器により送信されてよい。

【0027】

出力光強度監視モジュール３０は、光信号の強度をコントローラ（例えば、コントローラ３２、３４、及び３６）に送信するように構成されてよい。コントローラは、広帯域光源１２のタイミング及び強度を制御するように、且つ／又は、監視された光強度に基づいてＭＦＰＩ２４ａを調節するように構成されてよい。例えば、監視された光強度及び基準フォトダイオード信号を使用して、選択された周波数帯（例えば、ハイパースペクトル光源システム１０の選択された通過帯域）における光出力が最大になるように広帯域光源１２のパルスタイミングをファインチューニングすることが可能である。出力光強度監視モジュール３０の信号は、保存されて、後で（例えば、スペクトル反射率測定において）光強度を正規化するデータ処理に使用されてよい。

【0028】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システム１０は、センサ３８（例えば、反射型光センサ又はロータリエンコーダ）を含んでよい。センサ３８は、回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度及び／又は回転周波数を監視するように構成されてよい。センサ３８は、監視された回転角度を測定して、コントローラ（例えば、コントローラ３２、３４、及び３６）に送信するように構成されてよい。コントローラは、監視された回転角度に基づいて広帯域光源１２のタイミングを制御するように構成されてよい。

【0029】

例えば、センサ３８は、回転マルチバンドパスフィルタ１６から周期的に光センサトリガパルスを受け取ってよい。回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度は、パルスカウンタを使用して、一回転当たり一回受け取られる反射型光センサトリガパルスから決定されてよく、又は、ロータリエンコーダ信号を使用して決定されてよい。回転マルチバンドパスフィルタ１６の回転角度のファインチューニングは、（例えば、フォトダイオード信号の監視されたパルスに基づいて）出力強度が最大になるように行われてよい。

【0030】

図２は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第２の例を示す。図２に示すハイパースペクトル光源システム１０の第２の例は、図１に示したハイパースペクトル光源システム１０の第１の例とほぼ同じであり、異なるのは、チューナブルフィルタとしてＭＦＰＩ２４ａの代わりにピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂが使用されている点である。その利点は、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂのミラーギャップが、ＭＦＰＩ２４ａのミラーギャップより格段に広い範囲で制御可能であることである。更に、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂのクリアアパーチャも又、ＭＦＰＩ２４ａのアパーチャより大きい。従って、ハイパースペクトル光源１０の出力強度は、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂを有する場合のほうが、ＭＦＰＩ２４ａを有する場合より大きい。ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂは、ＭＦＰＩ２４ａと同様に構成及び制御されてよく、ＭＦＰＩ２４ａと同等に動作することが可能である。一般に、任意の適切なチューナブルフィルタが、ＭＦＰＩ２４ａと同様に構成及び制御されてよく、ＭＦＰＩ２４ａと同等に動作することが可能である。

【0031】

図３ａは、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が０度の回転マルチバンドパスフィルタの上面図を示す。図３ｂは、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が３５度の回転マルチバンドパスフィルタの上面図を示す。

【0032】

図３ｃは、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が０度の回転マルチバンドパスフィルタの側面図を示す。図３ｄは、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による、回転角度が３５度の回転マルチバンドパスフィルタの側面図を示す。

【0033】

図４は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によるハイパースペクトル光源システムの第３の例を示す。図４に示されたハイパースペクトル光源システム１０の第３の例では、ハイパースペクトル光源システム１０は、複数の広帯域光信号源１２、４２ａ、及び４２ｂを含む。ハイパースペクトル光源システム１０は、光信号を発生させて放射するように構成された少なくとも１つの別の追加広帯域光源４２ａ、４２ｂを含んでよく、少なくとも１つの別の広帯域光源４２ａ、４２ｂの周波数帯は、広帯域光源１２の周波数帯と少なくとも部分的に異なる。

【0034】

幾つかの実施形態では、ハイパースペクトル光源システム１０は、少なくとも１つのダイクロイックビームスプリッタ４６ａ、４６ｂ、及び少なくとも１つの別の任意選択のコリメートレンズ４４ａ、４４ｂを含む。例えば、別の広帯域光源４２ａは、追加広帯域光信号を発生させて別のコリメートレンズ４４ａに放射するように構成されてよい。別のコリメートレンズ４４ａは、追加広帯域光信号をコリメートして、ダイクロイックビームスプリッタ４６ａに向けて方向付けるように構成されており、ダイクロイックビームスプリッタ４６ａは、追加広帯域光信号が広帯域光信号１２からの広帯域光信号と平行になるように、追加広帯域光信号を回転マルチバンドパスフィルタ１６に向けて反射するように構成されている。一般に、ハイパースペクトル光源システム１０は、複数の追加広帯域光源４２ａ、４２ｂを含んでよく、複数の追加広帯域光源４２ａ、４２ｂのそれぞれは、別々の追加コリメートレンズ４４ａ、４４ｂと関連付けられてよく、別々のダイクロイックビームスプリッタ４６ａ、４６ｂは、複数の追加広帯域光源４２ａ、４２ｂからの追加広帯域光信号が、広帯域光源１２からの広帯域光信号と平行になるように構成されている。

【0035】

従って、ダイクロイックビームスプリッタ４６ａ及び４６ｂを使用して平行にすることが可能な光ビームを有する複数の広帯域光信号源１２、４２ａ、及び４２ｂを使用することにより、ハイパースペクトル光源システム１０の周波数帯を広げることが可能である。例えば、広帯域光源１２のスペクトル範囲は３８０～７３０ｎｍであってよく、追加広帯域光源４２ａのスペクトル範囲は４３０～７３０ｎｍであってよく、追加広帯域光源４２ｂのスペクトル範囲は４００～１０００ｎｍであってよい。

【0036】

幾つかの実施形態では、複数の広帯域光信号源１２、４２ａ、及び４２ｂはＬＥＤであってよい。複数のＬＥＤを使用することの一利点は、ＬＥＤのデューティサイクルを下げることが可能になり、それによって、ＬＥＤの動作電流が増えて放射出力が増えることが可能になることである。

【0037】

図５は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第１の適用例を示す。図５に示した第１の適用例は、口腔内ハイパースペクトルイメージングのためのチューナブル光源システムに関するものである。図５に示したハイパースペクトル光源システム１０は、広帯域光源１２と、コリメートレンズ１４と、回転マルチバンドパスフィルタ１６と、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂとを含む。図５は更に、口腔内カメラヘッド５２を含む口腔内イメージング装置５０を示している。広帯域光信号源１２は、例えば、波長が５００～１０００ｎｍである光信号を発生させてよい。

【0038】

図６は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第２の適用例を示す。図６に示した第２の適用例は、網膜ハイパースペクトルイメージングのためのチューナブル光源システムに関するものである。図６に示したハイパースペクトル光源システム１０は、広帯域光源１２と、コリメートレンズ１４と、回転マルチバンドパスフィルタ１６と、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂとを含む。図６は更に、ターゲット／眼球６０、半反射鏡６２、接眼レンズ光学系６４、イメージング対物レンズ６６、及びイメージセンサ６８を示している。

【0039】

網膜カメラ内でハイパースペクトル光源システム１０のパルス状動作が行われてよい。網膜カメラは、４００（４４０）～６５０ｎｍの波長と、６２５～８７０ｎｍの近赤外（ＮＩＲ）波長とを焦点合わせに使用してよい。例えば、１つのピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂと、角度をチューニングされた１つの回転マルチバンドパスフィルタ１６とで、４２０～６５０ｎｍの波長範囲を３～８ｎｍの分解能でカバーすることが可能である。回転マルチバンドパスフィルタ１６は、焦点合わせを可能にするために、必要に応じて、６２５～８７０ｎｍのＮＩＲ光を通過させるように構成されてよい。

【0040】

図７は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第３の適用例を示す。図７に示した第３の適用例は、顕微鏡ハイパースペクトルイメージングのためのチューナブル光源システムに関するものである。図７に示したハイパースペクトル光源システム１０は、広帯域光源１２と、コリメートレンズ１４と、回転マルチバンドパスフィルタ１６と、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂとを含む。図７は更に、ミラー７０及び顕微鏡対物レンズ７２を示している。

【0041】

広帯域光源１２は、波長範囲が４５０～８５０ｎｍであるＬＥＤであってよい。例えば、１つのピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂと、角度をチューニングされた１つの回転マルチバンドパスフィルタ１６とで、４５０～８５０ｎｍの波長範囲を３～８ｎｍの分解能でカバーすることが可能である。

【0042】

図８は、本発明の少なくとも幾つかの実施形態による第４の適用例を示す。図８に示した第４の適用例は、光パイプビームホモジナイザのためのチューナブル光源システムに関するものである。図８に示したハイパースペクトル光源システム１０は、広帯域光源１２と、コリメートレンズ１４と、回転マルチバンドパスフィルタ１６と、ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ２４ｂとを含む。図８は更に、六角形光パイプ８０を示している。

【0043】

当然のことながら、開示された本発明の実施形態は、本明細書で開示された特定の構造、処理手順、又は材料に限定されず、当業者であれば理解されるであろう、その等価物まで拡張される。更に、当然のことながら、本明細書で使用された術語は、特定の実施形態の説明のためにのみ使用されており、限定するものであることを意図されていない。

【0044】

本明細書を通しての一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）又は一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）への参照は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体の様々な場所での「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態では（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照しているわけではない。例えば、約（ａｂｏｕｔ）又はほぼ（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）等の語句を使用して数値が参照された場合は、厳密な数値も開示されている。

【0045】

本明細書で使用されている複数のアイテム、構造要素、組成要素、及び／又は材料は、便宜上、一般的なリストに存在してよい。しかしながら、これらのリストは、リストの各要素が別個且つ固有の要素として個別に識別されるかのように解釈されるべきである。従って、そのようなリストの個々の要素は、反対の意味で示されているのでない限り、それらが一般的なグループに存在することにのみ基づいて、同じリストの他の任意の要素の事実上の等価物として解釈されるべきである。更に、本明細書では、本発明の様々な実施形態及び実施例は、それらの様々な構成要素に関しては代替形態と併せて参照されてよい。当然のことながら、そのような実施形態、実施例、及び代替形態は、互いの事実上の等価物として解釈されるべきではなく、本発明の別個且つ独立の表現と見なされるべきである。

【0046】

更に、記載の特徴、構造、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な様式で組み合わされてよい。ここまでの説明では、本発明の実施形態の十分な理解が得られるように、長さ、幅、形状等の例のような様々な具体的詳細が示されている。しかしながら、当業者であれば理解されるように、本発明は、これらの具体的詳細のうちの１つ以上がなくても、或いは、他の方法、構成要素、材料等でも実施可能である。他の例では、よく知られている構造、材料、又は動作が詳しく図示又は説明されてはいないが、これは、本発明の態様が曖昧にならないようにするためである。

【0047】

上述の各実施例は、本発明の原理を１つ以上の特定用途において例示したものであるが、当業者であれば明らかなように、発明的能力を行使することなく、且つ、本発明の原理及び概念から逸脱しない限り、実施態様の形式、用法、及び細部の様々な変更が行われてよい。従って、本発明は、後述の特許請求項によって限定される場合を除いて限定されないものとする。

【0048】

本文書では「含む（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」という動詞は、記載されていない特徴の存在を排除することも必要とすることもない開放的限定（ｏｐｅｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ）として使用されている。従属請求項に記載された特徴は、特に別段に明記されない限りは、相互に自由に組み合わされてよい。更に、当然のことながら、「ａ」又は「ａｎ」、即ち、単数形の使用は、本文書全体を通して複数性を排除しない。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、ハイパースペクトルイメージングに産業用途がある。

頭字語リスト
ＦＰＩ ファブリペロー干渉計
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＭＦＰＩ 微小電気機械システムＦＰＩ
ＮＩＲ 近赤外
ＰＣＢ プリント回路基板

【符号の説明】

【0050】

１０ 光源システム
１２、４２ａ、４４ｂ 広帯域光源
１４、４４ａ、４４ｂ コリメートレンズ
１６ 回転モータ
１６ａ、１６ｂ 一時間間隔の間の回転段階
１８ 回転マルチバンドパスフィルタ
２０、２２ 追加フィルタ
２４ａ ＭＦＰＩ
２４ｂ ピエゾアクチュエータ式ＦＰＩ
２６ ビームスプリッタプレート
２８ 集束レンズ
３０ 出力光強度監視モジュール
３２、３４、３６ コントローラ
３８ センサ
４６ａ、４６ｂ ダイクロイックビームスプリッタ
５０ 口腔内イメージング装置
５２ 口腔内カメラヘッド
６０ ターゲット／眼球
６２ 半反射鏡
６４ 接眼レンズ光学系
６６ イメージング対物レンズ
６８ イメージセンサ
７０ ミラー
７２ 顕微鏡対物レンズ
８０ 六角形光パイプ

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】