JP6740143B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
図1は、干渉縞を生成する照明装置2の原理を示す図である。照明装置2は、干渉縞3を形成する。照明装置2は、入力アーム10、第1出力アーム20、第2出力アーム30、分波器40、位相変調器50、位相検出器60、コントローラ70、光源80を備える。
I=I0・cos2(Δφ)
=I0/2×(1+cos(2Δφ)) …(1)
図2は、位相差Δφと戻り光L5の強度Iの関係を示す図である。したがって戻り光L5の強度Iを測定することにより、位相差Δφを測定することができる。
ΔφACTUAL=arccos(√(IMEAS/I0)) …(2A)
ΔφACTUAL={arccos(2IMEAS/I0−1)}/2 …(2B)
(i)たとえばΔφを連続的あるいは離散的にスイープしながら、戻り光L5の強度Iを測定し、強度Iの平均値から、ピーク強度I0を算出してもよい。
(ii)Δφをスイープして得られる強度Iの最大値を検出してもよい。
(iii)Δφを少なくとも既知の3点で変化させ、各点で測定された強度Iを、式(1)にフィッティングすることによりピーク強度I0を計算してもよい。
測定された位相差ΔφACTUALは、たとえば以下のように使用することができる。コントローラ70は、測定された位相差ΔφACTUALが目標位相ΔφREFと一致するように、制御信号S1をフィードバック制御してもよい。フィードバック制御にはPI(比例・積分)制御や、PID制御(比例・積分・微分)制御を用いることができる。あるいはアナログ回路でエラーアンプを用いてフィードバック系を構成してもよい。これにより、出射端24と34における位相差を、目標位相ΔφREFに設定することができる。
図2では、戻り光L2の強度にオフセットがないものとしたが、実際にはオフセット成分が含まれる場合もあり得る。オフセット成分は、分岐部や戻り光分波部の設計、製造誤差や、戻り光L2の強度を測定する光検出器の暗電流などに起因しうる。オフセット成分を含む戻り光L2の強度は、式(1a)で与えられる。
I=I0・cos2(Δφ)+IDC
=I0/2×(1+cos(2Δφ))+IDC …(1a)
図3は、ウォブリング処理を説明する図である。図2から明らかなように、同一の測定値IMEASを与える位相差ΔφACTUALは複数存在する。目標値ΔφREFと測定値ΔφACTUALの誤差がそれほど大きくない場合において、目標位相ΔφREFがπ/4,3π/4,5π/4,7π/4・・・の近傍である場合には、位相差ΔφACTUALの複数の候補から、目標位相ΔφREFに近いひとつを選択すればよい。
図4は、第1実施例に係る照明装置2Aを示す図である。内視鏡スコープは、機能的には、観察対象物に光を照射する照明装置と、対象物が反射した光を測定する撮像装置と、を備える。三次元形状計測では、照明装置は、干渉縞を対象物に照射し、干渉縞をシフトさせながら複数の画像を撮影し、演算処理によって対象物の三次元形状を復元する。この用途において、照明装置は干渉縞投影器などとも称される。内視鏡スコープは、医療用途や工業用途に用いられるが、その限りではない。
図8(a)、(b)は、第2実施例に係る照明装置2Bを示す図である。第1実施例では、戻り光L5を、入力光L2と共通の光ファイバ82を使用して、第1光検出器PD1に戻していた。これに対して、第2実施例では、戻り光L5は、入力光L2とは別の光ファイバ84を介して戻される。光ファイバ84は、光ファイバ82とともに挿入部6に収容される。
図9(a)、(b)は、第3実施例に係る照明装置2Cを示す図である。第3実施例では、第2光検出器PD2が先端部4Cに設けられている。挿入部6の内部には、図8(a)の光ファイバ84に代えて、第2光検出器PD2の出力信号S2を伝送する配線85が挿通される。
図10は、第4実施例に係る照明装置2Dを示す図である。第4実施例は、第1実施例と第2実施例の組み合わせと把握することができる。先端部4Dの構成は、図8(a)の先端部4Cと同様である。分波器40Cの第1入力路から光ファイバ82に対して第1の戻り光L51が入力され、分波器40Cの第2入力路から光ファイバ84に対して第2の戻り光L52が入力される。
A1=I1/(I1+I2)=cos2(Δφ) …(3a)
A2=I2/(I1+I2)=1−cos2(Δφ)…(3b)
コントローラ70は、A1,A2のうち値が大きい方を選択し、式(3a)、(3b)のうち対応する一方から、Δφを求めることができる。正規化された値を用いることにより、光ファイバの曲げに起因するピーク強度I0の変動の影響を取り除くことができる。
I1=I01・cos2(Δφ)+IDC1
I2=I02・cos2(Δφ)+IDC2
そして以下の関係式によって、正規化された値A1,A2を求めてもよい。
A1=I01/(I01+I02)=cos2(Δφ) …(3a’)
A2=I02/(I01+I02)=1−cos2(Δφ)…(3b’)
図12(a)、(b)は、第5実施例に係る照明装置2Eを示す図である。図12(a)に示すように、第5実施例においても、第4実施例と同様に、2つの戻り光L51,L52を検出する2つの光検出器PD1,PD2が利用される。第5実施例において、2つの光検出器PD1,PD2は先端部4Eに設けられている。
図13(a)、(b)は、第6実施例に係る照明装置2Fを示す図である。この照明装置2Fは、図4の照明装置2Aを多波長化したものと把握される。
図16は、第6実施例に係る照明装置2Gを示す図である。この照明装置2Gは、第5実施例の変形と把握できる。光源80Gは、3波長の光λ1〜λ3を生成する。λ1は、干渉縞の生成に使用される光であり、λ2およびλ3は、位相検出用の光である。つまり位相検出に関して、第6実施例の2つの光λ2およびλ3は、第5実施例における光λ1,λ2に対応付けられる。マルチプレクサ88は、3波長の光λ1〜λ3を合波する。3つの波長を含む入力光L2は、光ファイバ82を伝搬して先端部4Gに入力される。
図17は、第7実施例に係る照明装置2Hを示す図である。これまでの実施例では、先端部4Gにおいて光が2分岐されていたが、第7実施例では3分岐される。照明装置2Hは、先端部4Gを除く部分については、図16の照明装置2Gと同様の構成を有する。
図18は、第8実施例に係る照明装置2Iを示す図である。この照明装置2Iは、図10の照明装置2D(第4実施例)の変形と把握でき、照明装置2Dに加えて、光ファイバ90,92を備える。光ファイバ90は、先端部4Dの導波路(WG2)の出射端24とカップリングされており、先端部4Dの導波路(WG2)とともに第1出力アーム20をなしている。同様に光ファイバ92は、先端部4Dの導波路(WG3)の出射端34とカップリングされており、先端部4Dの導波路(WG3)とともに第2出力アーム30をなしている。なお、光ファイバ90,92は、マルチコアファイバを用いてもよい。
Claims (6)
- 干渉縞を生成する照明装置であって、
光源からの入力光を受ける入力アームと、
第1出力アームと、
第2出力アームと、
前記入力アームを通過した前記入力光を、前記第1出力アームおよび前記第2出力アームに分岐させる分波器と、
前記第1出力アームと前記第2出力アームそれぞれの出射光の位相差を変化させる位相変調器と、
前記第1出力アームの先端での第1反射光と前記第2出力アームの先端での第2反射光が合成された戻り光にもとづいて、前記第1出力アームと前記第2出力アームそれぞれの出射光の位相差を検出する位相検出器と、
を備える照明装置。 - 前記位相検出器は、
前記光源と接続される第1ポートと、前記入力アームと接続される第2ポートと、前記入力アームから前記第2ポートへの入力光を出力する第3ポートと、を有する戻り光分波部と、
前記第3ポートからの出力光の強度を測定する第1光検出器と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記分波器は、前記入力アームと接続される第1入力路と、第2入力路と、前記第1出力アームと接続される第1出力路と、前記第2出力アームと接続される第2出力路と、を有する2×2結合器を含み、
前記位相検出器は、前記第2入力路からの戻り光の強度を測定する第2光検出器を含むことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記分波器は、前記入力アームと接続される第1入力路と、第2入力路と、前記第1出力アームと接続される第1出力路と、前記第2出力アームと接続される第2出力路と、を有する2×2結合器を含み、
前記位相検出器は、前記第2入力路からの戻り光の強度を測定する第2光検出器をさらに含み、前記第1光検出器の出力と前記第2光検出器の出力とにもとづいて、前記位相差を検出することを特徴とする請求項2に記載の照明装置。 - 前記位相検出器は、
前記2×2結合器の前記第1入力路に対する戻り光を、前記光源側のアームと検出用アームに分配するサブ分波器と、
前記検出用アームに分配された光の強度を測定する第1光検出器と、
をさらに含み、前記第1光検出器の出力と前記第2光検出器の出力とにもとづいて、前記位相差を検出することを特徴とする請求項3に記載の照明装置。 - 前記光源は、波長の異なる複数の入力光を生成可能であり、
前記位相検出器は、
前記戻り光を、複数の波長に対応する複数の経路に分岐するデマルチプレクサと、
前記デマルチプレクサにより分岐された波長ごとの光の強度を測定する複数の光検出器と、
を備え、前記複数の光検出器の出力にもとづいて、前記位相差を検出することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
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