ES2645392T3 - Métodos y aparatos de reducción de ruido de intensidad para sistemas de detección interferométrica y de formación de imágenes - Google Patents

Abstract

Un método para reducir o suprimir el ruido de intensidad de una fuente de láser en un sistema de tomografía de coherencia óptica que comprende un primer atenuador en comunicación eléctrica con una primera resistencia, un segundo atenuador en comunicación eléctrica con una segunda resistencia, y en el que el primer atenuador, el segundo atenuador, la primera resistencia y la segunda resistencia están dispuestos en una configuración de puente, comprendiendo el método: transmitir luz desde un láser a un interferómetro; generar una primera fotocorriente y una segunda fotocorriente durante una sesión de recopilación de datos de tomografía de coherencia óptica, cada una de las fotocorrientes proporcional a luz recibida del interferómetro; recibir la primera fotocorriente en el primer atenuador; recibir la segunda fotocorriente en el segundo atenuador; convertir la primera fotocorriente y la segunda fotocorriente en una señal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de láser que utiliza un amplificador;y transmitir una señal de control para controlar o bien el primer atenuador o bien el segundo atenuador; en el que la señal de control atenúa automáticamente la mayor de la primera fotocorriente y la segunda fotocorriente.

Description

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DESCRIPCION

Metodos y aparatos de reduccion de ruido de intensidad para sistemas de deteccion interferometrica y de formacion de imagenes

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad sobre la solicitud provisional de EE.UU. con numero de serie 61/314759 presentada el 17 de marzo de 2010.

Campo de la invencion

La invencion se refiere al campo de deteccion y formacion de imagenes y mas especificamente al diseno e implementacion de sistemas de deteccion y componentes relacionados para tomografia de coherencia optica y otras tecnologias de recopilacion de datos.

Antecedentes de la invencion

Las fluctuaciones de intensidad de una fuente de luz pueden degradar marcadamente la sensibilidad y el intervalo dinamico de un sistema de medicion interferometrico tal como un sistema de tomografia de coherencia optica (OCT). En los sistemas de recopilacion de datos en el dominio de la frecuencia, el ruido de intensidad puede ser particularmente problematico. Esto ocurre porque los laseres sintonizables de alta velocidad que se utilizan a menudo en tales sistemas pueden mostrar fluctuaciones rapidas de ganancia dependientes de la longitud de onda. Estas fluctuaciones pueden ocurrir al sintonizar una banda espectral ancha. El metodo convencional para mitigar los efectos del ruido de intensidad de fuente es combinar senales producidas por un par de fotodetectores a la salida de un interferometro equilibrado, como se ilustra en la figura 1. La figura 1 representa un sistema pasivo 1 en el sentido de que la retroalimentacion activa u otros cambios a lo largo del tiempo con respecto a propiedades de los componentes o a senales de entrada no se monitorizan ni se utilizan. El sistema de la figura 1 se puede utilizar como el extremo delantero para un sistema de recopilacion de datos OCT.

En un interferometro equilibrado ideal, el componente de coherencia de fase del campo de referencia interfiere con el componente de coherencia de fase del campo de muestra (mostrado en el lado izquierdo de la figura 1) para generar un par de senales con fases opuestas en las salidas de los fotodetectores mostrados como dos fotodiodos equilibrados en la figura 1. Las dos intensidades de entrada I+ y I- de luz del campo de muestra y el campo de referencia se acoplan y luego se dirigen a los fotodiodos como se muestra. Cuando se restan, estos dos componentes de senal coherentes producen una senal de interferencia con el doble de la amplitud de las senales individuales.

Ademas, las fluctuaciones de intensidad incoherentes de la fuente de luz se cancelan, en promedio, despues de la resta. En la practica, sin embargo, es dificil lograr la supresion completa de las fluctuaciones de intensidad de la fuente. La dificultad surge porque las fotocorrientes deben igualarse y restarse con precision. Este proceso de resta se realiza de manera pasiva para todas las frecuencias de entrada para el sistema de la figura 1. En la practica, la amplitud del ruido de intensidad puede ser cientos de veces mayor que la amplitud de la senal coherente. Como resultado, la relacion de rechazo en modo comun (se rechaza una medida de las senales de extension comunes a las entradas de un dispositivo) de los fotodetectores equilibrados y el fotoamplificador debe mantenerse alta en una banda de frecuencia ancha.

En la disposicion ilustrada en la figura 1, las desviaciones de la relacion de division 50:50 ideal del acoplador de fibra optica, ademas de las diferencias en la capacidad de respuesta y la eficiencia de acoplamiento de los fotodiodos, tipicamente dan como resultado desequilibrios de fotocorriente de al menos un pequeno porcentaje . Incluso si estos desequilibrios pueden compensarse mediante el ajuste manual en el momento de la fabricacion del sistema, los desequilibrios reaparecen con el tiempo como resultado de los cambios a largo plazo en las propiedades de los componentes. En consecuencia, los metodos de equilibrio pasivo no son adecuados para su uso en muchas aplicaciones.

La nota de aplicacion 14 de New Focus titulada “A survey of Methods Using Balanced Photodetection” divulga la deteccion pequena de senal en el dominio del tiempo, deteccion de senal pequena en el dominio de la frecuencia, y deteccion heterodina coherente. Sin embargo, no hay divulgacion de una configuracion de puente utilizada con fuentes de fotocorriente.

Por consiguiente, existe una necesidad de metodos, aparatos y sistemas de reduccion de ruido que superen estas limitaciones.

Sumario de la invencion

La presente invencion se refiere a metodos, sistemas y aparatos de equilibrado electronicos que reducen

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sustancialmente el ruido tal como el ruido de intensidad y el ruido de linea de patron en la tomografia de coherencia optica de dominio de la frecuencia y en otros sistemas de deteccion interferometrica y de formacion de imagenes. Un aspecto de la invencion, como se establece en las reivindicaciones adjuntas, es su capacidad de suprimir activamente el ruido de banda ancha (CC - 250 MHz) mientras se amplifican las senales de interferencia deseadas y sin degradar la calidad de la senal. En este ejemplo de intervalo de ruido de banda ancha, CC (o corriente continua) corresponde a cero. En una realizacion, la inclusion de cero dentro de un metodo o dispositivo de autoequilibrio puede ayudar a evitar la saturacion del fotoamplificador. Esto se logra muestreando el ruido de intensidad de baja frecuencia y aplicando retroalimentacion electronica activa para cancelar el ruido de modo comun. Esta cancelacion de ruido se puede realizar a altas y bajas frecuencias de forma automatica utilizando una o mas senales de control. Este enfoque activo o automatico ofrece mejoras en relacion con simplemente restar pasivamente dos senales como se discutio anteriormente.

Se divulgan metodos de atenuacion electronica que admiten el funcionamiento bidireccional en bandas de frecuencia ancha. En una realizacion, la banda de interes es de aproximadamente 0 a aproximadamente 250 MHz, incluyendo puntos y subintervalos entre ellos. En una realizacion, los funcionamientos bidireccionales se refieren a la caracteristica de que los metodos y dispositivos de equilibrio activos o automaticos pueden acomodar la fotocorriente que es mayor que la otra, es decir, la atenuacion se aplica automaticamente a la fotocorriente mas alta, sin necesidad de desviar una de las fotocorrientes mas alto que la otra.

Los metodos tienen la ventaja adicional del bajo coste y simplicidad. Actualmente, los fotorreceptores de autoequilibrio disponibles son costosos y estan limitados al funcionamiento en una banda estrecha de baja frecuencia (tipicamente <100 KHz). Tambien se describen tecnicas para extender los metodos a la deteccion de diversidad de polarizacion. En una realizacion, el uso de los metodos y dispositivos descritos en el presente documento da como resultado una reduccion de ruido de al menos aproximadamente 25 dB. En una realizacion, la reduccion de ruido alcanzada por una realizacion de la invencion varia de aproximadamente 25 dB a aproximadamente 50 dB.

Un ejemplo se refiere a un metodo para reducir o suprimir el ruido de intensidad de una fuente de laser en un sistema de tomografia de coherencia optica. El metodo incluye transmitir luz desde un laser a un interferometro; generar una pluralidad de fotocorrientes durante una sesion de recopilacion de datos de tomografia de coherencia optica, cada una de las fotocorrientes proporcional a la luz recibida del interferometro; convertir la pluralidad de fotocorrientes en una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser que utiliza un amplificador; y transmitir una primera senal de control para controlar la atenuacion de al menos una de la pluralidad de fotocorrientes. La primera senal de control se puede generar utilizando el componente de ruido de intensidad de laser. El metodo tambien puede incluir el paso de transmitir una segunda senal de control para controlar la atenuacion de al menos una de la pluralidad de fotocorrientes. El metodo tambien puede incluir el paso de generar la primera senal de control filtrando la senal amplificada, integrando la senal amplificada filtrada y amplificando la senal amplificada filtrada integrada. En un ejemplo, la atenuacion de al menos una de la pluralidad de fotocorrientes se cambia en respuesta a la senal de control que es recibida por un atenuador seleccionado del grupo de un fotorreceptor, un transistor, un diodo, una resistencia, un atenuador optico variable, un amplificador de ganancia variable, un par de resistencias en comunicacion electrica con un par de transistores y combinaciones de los mismos. El metodo tambien puede incluir el paso de equilibrar activamente un primer fotorreceptor y un segundo fotorreceptor repitiendo el paso de transmitir la senal de control hasta que el componente de ruido de laser alcance un minimo.

En una realizacion, la invencion se refiere a un sistema de tomografia de coherencia optica establecido en las reivindicaciones adjuntas. El sistema incluye un primer fotorreceptor para recibir luz de un interferometro en comunicacion optica con un laser que tiene ruido de intensidad de laser; un primer atenuador en comunicacion con el primer fotorreceptor, en el que el primer atenuador esta configurado para cambiar una de una primera propiedad optica o primera propiedad electrica del primer atenuador en respuesta a una primera senal de control; un segundo fotorreceptor para recibir luz del interferometro; un segundo atenuador en comunicacion con el segundo fotorreceptor, en el que el segundo atenuador esta configurado para cambiar una de una segunda propiedad optica o una segunda propiedad electrica del segundo atenuador en respuesta a una segunda senal de control; un amplificador que tiene una primera entrada en comunicacion electrica con el primer fotorreceptor y una primera salida, configurado el amplificador para transmitir, desde la primera salida, una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser; y una red de retroalimentacion en comunicacion electrica con el amplificador, configurada la red de retroalimentacion para recibir la senal amplificada y generar la primera senal de control y la segunda senal de control al menos en respuesta al componente de ruido de intensidad de laser. En un ejemplo, los atenuadores primero y segundo se seleccionan del grupo que consiste en un atenuador optico variable, un transistor bipolar, un MOSFET, un diodo, un atenuador de division de corriente y una resistencia.

La red de retroalimentacion puede incluir (a) un filtro que transmite frecuencias por debajo de una banda de senal de interferencia, (b) un integrador en comunicacion electrica con el filtro y (c) un par de amplificadores rectificadores en comunicacion electrica con el integrador. Ademas, en otro ejemplo, la red de retroalimentacion puede incluir (a) un filtro de paso de banda que transmite frecuencias por debajo o por encima de una banda de senal de interferencia, (b) un detector RMS en comunicacion electrica con el filtro de paso de banda, (c) un convertidor de analogico a

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digital en comunicacion electrica con el detector RMS, (d) un microprocesador en comunicacion electrica con el convertidor de analogico a digital, y (e) un convertidor de digital a analogico en comunicacion electrica con el microprocesador. La red de retroalimentacion puede configurarse para transmitir una de las senales de control primera o segunda utilizando el convertidor de digital a analogico para mantener un valor nulo en una senal de ruido RMS recibida en el detector RMS.

En un ejemplo, la red de retroalimentacion esta configurada para funcionar de manera sincrona con un periodo de barrido del laser. La red de retroalimentacion puede calcular la primera senal de control durante un ciclo de formacion de imagenes del interferometro y transmite la primera senal de control durante un ciclo de formacion de imagenes para reducir o suprimir el componente de ruido de laser. En un ejemplo, la luz emitida por el laser esta modulada en amplitud a una frecuencia fija para crear una primera senal en un brazo de referencia del interferometro y en el que una segunda senal en una salida del sistema se demodula para generar una senal de error sensible a las fases que es procesada por la red de retroalimentacion. En un ejemplo, el primer atenuador es un primer transistor y el segundo atenuador es un segundo transistor, en el que los transistores primero y segundo estan configurados para desviar diferencialmente las fotocorrientes en la primera entrada del amplificador en respuesta a las senales de control primera y segunda.

En un ejemplo, el primer atenuador es un primer amplificador de ganancia variable que tiene una entrada y una salida y en el que el segundo atenuador es un segundo amplificador de ganancia variable que tiene una entrada y una salida. El sistema tambien puede incluir un transformador, en el que las salidas de cada uno de los amplificadores de ganancia variable primero y segundo estan en comunicacion electrica con el transformador. El sistema tambien puede incluir un desfasador, en el que una senal del primer amplificador de ganancia variable pasa a traves del desfasador antes de combinarse con otra senal del segundo amplificador de ganancia variable.

En un ejemplo, el primer atenuador incluye un atenuador optico variable que tiene una entrada de control electronica configurada para recibir la primera senal de control, interpuesto el atenuador optico variable entre una salida del interferometro y el primer fotorreceptor. Ademas, el primer fotorreceptor y el segundo fotorreceptor pueden incluir un primer receptor activamente equilibrado y ademas comprende un divisor de polarizacion de dos canales configurado para dividir la luz del interferometro en la luz de una primera polarizacion y la luz de una segunda polarizacion, un segundo receptor activamente equilibrado que comprende un tercer fotorreceptor y un cuarto fotorreceptor, en el que el primer receptor activamente equilibrado esta posicionado para recibir la luz de una primera polarizacion y el segundo receptor activamente equilibrado esta posicionado para recibir la luz de la segunda polarizacion. El sistema puede incluir un segundo amplificador que tiene una primera entrada en comunicacion electrica con el segundo fotorreceptor y una primera salida, configurado el segundo amplificador para transmitir, desde la primera salida, una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser y datos de medicion del interferometro. En un ejemplo, el amplificador es un amplificador de transimpedancia y en el que el segundo amplificador es un amplificador de transimpedancia.

Un ejemplo se refiere al sistema de tomografia de coherencia optica. El sistema incluye un interferometro que tiene una salida de senal de muestra y una salida de senal de referencia; un laser en comunicacion optica con el interferometro, teniendo el laser tiene un ruido de intensidad de laser; un fotorreceptor activamente equilibrado para recibir luz de la salida de senal de muestra y la salida de senal de referencia, comprendiendo el fotorreceptor activamente equilibrado un atenuador y una entrada de senal de control; una red de retroalimentacion en comunicacion electrica con el fotorreceptor activamente equilibrado, configurada la red de retroalimentacion para generar una senal de control al menos en respuesta al componente de ruido de intensidad de laser de manera que el ruido de intensidad de laser o el ruido de linea de patron se reduzca o se suprima mediante el atenuador en respuesta a recibir la senal de control en la entrada de la senal de control. El atenuador puede incluir una primera resistencia y una segunda resistencia conectadas en un primer nodo y un primer transistor y un segundo transistor conectados en un segundo nodo y en comunicacion electrica con la primera resistencia y la segunda resistencia. En un ejemplo, el atenuador se selecciona del grupo que consiste en un atenuador optico variable, un transistor, un MOSFET, un diodo, un atenuador de division de corriente, una resistencia, un amplificador de ganancia variable y un transistor de microondas. En un ejemplo, la red de retroalimentacion incluye (a) un filtro que transmite frecuencias por debajo de una banda de senal de interferencia, (b) un integrador en comunicacion electrica con el filtro y (c) un par de amplificadores rectificadores en comunicacion electrica con el integrador.

Ademas, en un ejemplo, la red de retroalimentacion incluye (a) un filtro de paso de banda que transmite frecuencias por debajo o por encima de una banda de senal de interferencia, (b) un detector RMS en comunicacion electrica con el filtro de paso de banda, (c) un convertidor de analogico a digital en comunicacion electrica con el detector RMS, (d) un microprocesador en comunicacion electrica con el convertidor de analogico a digital, y (e) un convertidor de digital a analogico en comunicacion electrica con el microprocesador. En un ejemplo, los metodos y dispositivos se seleccionan para funcionar al menos en parte en el intervalo de aproximadamente 1 MHz a aproximadamente 250 MHz.

En un aspecto, la invencion se refiere a un aparato para suprimir o reducir el ruido de intensidad en un sistema de deteccion interferometrica o formacion de imagenes. El aparato puede incluir un par de fotodetectores conectados a al menos una salida de un interferometro equilibrado; un par emparejado de atenuadores variables de banda ancha

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asociados con el par de fotodetectores, configurados los atenuadores variables de banda ancha para restar al menos una corriente generada por el par de fotodetectores; un amplificador de banda ancha que tiene una salida, configurado el amplificador para amplificar las fotocorrientes diferenciales para producir una senal con ruido de intensidad reducida; y una red de retroalimentacion configurada para muestrear continuamente el ruido de intensidad residual en respuesta a una senal de interferencia en la salida del amplificador de banda ancha y producir un par de senales dirigidas de manera opuesta para controlar la atenuacion de al menos una fotocorriente. En un ejemplo, el aparato incluye atenuadores tales como uno o dos pares de transistores de microondas con senales de control complementarias que dirigen las fotocorrientes hacia el terminal inversor o no inversor de un amplificador de transimpedancia de banda ancha con entradas y salidas diferenciales. En otro ejemplo, las salidas diferenciales se combinan en un transformador tal como un transformador de radiofrecuencia de banda ancha.

En un aspecto, la invencion se refiere a dos receptores independientes activamente equilibrados con equilibrio electronico para supresion de ruido. En otro ejemplo, un primer fotodetector en el primer receptor se conecta a una salida de polarizacion vertical de un divisor de polarizacion en una salida de un interferometro desequilibrado. En otro ejemplo, un fotodetector segundo en el primer receptor se conecta a la salida de un divisor de haz insensible a la polarizacion que muestrea la potencia de referencia. En un ejemplo, el fotodetector segundo en el primer receptor se conecta a la salida de polarizacion horizontal de un divisor de polarizacion en la salida de un interferometro desequilibrado y el fotodetector segundo en el primer receptor se conecta a la salida de un divisor de haz insensible a la polarizacion.

Las realizaciones descritas en el presente documento son adecuadas para su uso con fuente barrida y fuentes sintonizables tales como laseres y otras fuentes electromagneticas.

Breve descripcion de los dibujos

Las figuras no son necesariamente a escala, poniendo en cambio enfasis por lo general en los principios ilustrativos. Las figuras deben considerarse ilustrativas en todos los aspectos y no destinadas a limitar la invencion, cuyo alcance solo esta definido por las reivindicaciones.

La figura 1 es un diagrama esquematico de un fotoamplificador pasivamente equilibrado a la salida de un interferometro.

La figura 2 es un diagrama esquematico de un sistema de tomografia de coherencia optica (FD-OCT) de dominio de la frecuencia que emplea un fotorreceptor de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 3 es un diagrama esquematico de un fotorreceptor activamente equilibrado para la reduccion del ruido de intensidad de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 4 es un diagrama esquematico de un fotorreceptor activamente equilibrado que incluye uno o dos pares de transistores u otros elementos de conmutacion.

La figura 5 es un diagrama esquematico de un fotorreceptor activamente equilibrado que incluye uno o mas amplificadores de ganancia variable.

La figura 6 es un diagrama esquematico de un fotorreceptor activamente equilibrado que incluye uno o mas atenuadores.

La figura 7 es un diagrama esquematico de una realizacion de red de retroalimentacion adecuada para su uso con los diversos sistemas, metodos y componentes descritos en el presente documento de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 8 es una grafica de un espectro de frecuencias de ruido de intensidad de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 9 es un diagrama esquematico que muestra realizaciones alternativas para la(s) banda(s) de paso de un filtro utilizado en una red de retroalimentacion de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 10 es un diagrama esquematico que representa una red de retroalimentacion de microcontrolador digital adecuada para su uso con los diversos sistemas, metodos y componentes descritos en el presente documento de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 11 es un diagrama de temporizacion esquematico de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

La figura 12 es un diagrama esquematico que representa un sistema de FD-OCT de diversidad de polarizacion que emplea dos fotorreceptores activamente equilibrados de acuerdo con un ejemplo.

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La figura 13 es un diagrama esquematico de un sistema de FD-OCT que incluye dos fotorreceptores activamente equilibrados que funcionan de forma independiente para suprimir o reducir el ruido de intensidad de laser de acuerdo con una realizacion ilustrativa de la invencion.

Descripcion detallada

La siguiente descripcion se refiere a los dibujos adjuntos que ilustran ciertas realizaciones de la invencion. Son posibles otras realizaciones y se pueden hacer modificaciones a las realizaciones sin apartarse del alcance de la invencion. Por lo tanto, la siguiente descripcion detallada no pretende limitar la presente invencion. Mas bien, el alcance de la presente invencion esta definido por las reivindicaciones adjuntas.

El ruido de intensidad de laser juega un papel importante en la tomografia de coherencia optica de dominio de la frecuencia (FD-OCT). La FD-OCT puede emplear una fuente de laser rapidamente sintonizada para medir la luz retrodispersada de una muestra a diferentes tiempos de retardo optico. Las imagenes bidimensionales de reflectividad frente a profundidad a una resolucion de 5 - 15 pm se pueden adquirir a partir de un volumen de dispersion a velocidades de trama superiores a 100 fotogramas/s. La FD-OCT se ha aplicado ampliamente en oftalmologia, cardiologia y otros campos de la medicina.

La figura 2 muestra la configuracion optica de un sistema 5 de FD-OCT. La luz procedente de un laser de longitud de onda de barrido (alternativamente un laser sintonizable) L (a la izquierda) esta dirigida por un interferometro 6 en trayectorias de referencia y muestra separadas que conducen a la muestra y a un espejo de referencia, respectivamente. La luz retrodispersada de la muestra se combina con la luz reflejada desde el espejo de referencia. Especificamente, esta luz combinada genera senales de interferencia en los fotodetectores. Las frecuencias recibidas como estos fotodetectores corresponden a las diferencias entre las distancias recorridas por los campos opticos en la muestra y las trayectorias de referencia.

En una realizacion, el campo de muestra incluye luz recopilada utilizando una sonda de tomografia de coherencia optica que incluye una fibra optica giratoria. Cuando la luz se dirige a lo largo de la fibra y se refleja desde la muestra, una o mas veces, esto puede constituir un ejemplo de una sesion de recopilacion de datos de tomografia de coherencia optica. Durante una sesion de este tipo, uno o mas fotorreceptores reciben luz del interferometro que se correlaciona con la luz reflejada desde la muestra. En una realizacion, esto da como resultado la generacion de una pluralidad de fotocorrientes en uno o mas de los fotorreceptores.

En una realizacion, las senales de interferencia son transformadas por Fourier para generar una matriz de datos (una "linea A") que corresponde a las amplitudes de las reflexiones desde la muestra a profundidades crecientes. Se genera una imagen de la muestra mediante la adquisicion de una serie de lineas A como el rayo de muestra escanea la muestra. Los laseres de anillo de fibra y los laseres de semiconductor de cavidad corta se utilizan normalmente para satisfacer los requisitos de ancho de linea y tasa de barrido requeridos para la FD-OCT. La mayoria de estos laseres emiten niveles relativamente altos de ruido de intensidad, porque coexisten multiples modos estrechamente espaciados dentro de la banda de emision de los laseres.

Por lo tanto, los interferometros utilizados con los sistemas de FD-OCT, como el sistema 5 de ejemplo que se muestra en la figura 2, generalmente se configuran para la deteccion equilibrada pasiva para reducir el ruido de intensidad de laser (de manera que los atenuadores y las senales de control no se utilizan como se describe a continuacion). Muchos sistemas de FD-OCT tambien sufren de ruido de linea de patron, una forma especialmente perniciosa de ruido de intensidad que resulta de multiples reflexiones dentro de cavidades parasitarias dentro de la fuente laser o interferometro. Incluso los reflejos de la cavidad parasitaria muy debiles dan lugar a lineas de patrones visibles en las imagenes de FD-OCT, que son dificiles de eliminar mediante el uso de tecnicas convencionales de equilibrio pasivo. Por lo tanto, en una realizacion, los metodos, dispositivos y sistemas descritos aqui en uso, uno o mas atenuadores tienen una entrada de senal de control para reducir uno o ambos de ruido de linea de patron y ruido de intensidad de laser.

En contraste con un enfoque de equilibrio pasivo, el sistema 5 de la figura 2 puede incluir atenuadores 7 y 7' para permitir el equilibrio activo o automatico. Como se muestra, mediante las flechas punteadas, estos elementos pueden estar en comunicacion con la luz incidente o con los fotorreceptores. Especificamente, los atenuadores 7 y 7' pueden conectarse opticamente a la luz desde la muestra y el campo de referencia, como en el caso en que estos elementos 7 y 7' incluyen atenuadores opticos variables. Ademas, cuando los elementos 7 y 7' son de naturaleza electrica, pueden colocarse de manera que esten en comunicacion electrica con los fotorreceptores que reciben y transforman la luz de la muestra o el campo de referencia en fotocorrientes o voltajes variables en el tiempo. Como ejemplo, los elementos 7 y 7' pueden incluir atenuadores individuales, circuitos de atenuacion u otros elementos controlables tales como transistores, diodos y otros componentes o subsistemas como se describe a continuacion. En un ejemplo preferido, los elementos 7 y 7' de equilibrio activos incluyen entradas de senal de control que permiten cambiar sus caracteristicas opticas o electricas.

El rendimiento de un fotorreceptor pasivamente equilibrado que se muestra en la figura 1 depende de la igualacion

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de las intensidades de incidentes (l+, I-), las responsividades de los fotodiodos (Ra, Rb) y las transimpedancias del amplificador para entradas de corriente positivas y negativas (G+, G-):

Ra I+ G+ = Rb I- G- [Ec. 1]

Esta condicion de coincidencia puede satisfacerse, en general, a solo una frecuencia de ruido debido al tiempo de transito de portadora finita y la reactancia parasitaria de los fotodetectores. Para un circuito dado, la ganancia del amplificador y la razon de rechazo en modo comun tambien dependen de la frecuencia debido a los desequilibrios reactivos y de transito de portadora dentro de la electronica del amplificador. Por lo tanto, para garantizar una supresion de ruido de alta intensidad, falla un enfoque pasivo. En cambio, las intensidades de incidentes se pueden ajustar para compensar las diferencias estaticas y dinamicas en los fotodiodos y el amplificador que producen voltajes de ruido residual en la salida. Un enfoque activo o automatico, tal enfoque basado en retroalimentacion, permite una compensacion estatica y dinamica para tales diferencias a lo largo del tiempo.

Una realizacion preferida de la presente invencion descrita a continuacion emplea un par de atenuadores de fotocorriente de banda ancha controlados por una senal de retroalimentacion filtrada. Esta realizacion mantiene el equilibrio electronicamente durante todo el periodo del barrido de longitud de onda del laser sintonizable. Este enfoque permite una mejora impresionante del rendimiento en comparacion con el de un sistema pasivo. La retroalimentacion anula los voltajes de ruido muestreados dentro de una banda de frecuencia definida en la salida de un amplificador. Por lo tanto, en una realizacion, los voltajes de ruido se anulan continuamente dentro de la banda de senal adyacente aplicando la atenuacion de fotocorriente en la misma proporcion en un amplio intervalo de frecuencias que incluye la banda de senal. Estos atenuadores de fotocorriente pueden implementarse utilizando diversos elementos tales como MOSFETS, transistores bipolares, diodos PIN, atenuadores opticos y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, estos atenuadores de fotocorriente estan en comunicacion electrica con los fotorreceptores de un sistema de tomografia de coherencia optica. Tambien se puede utilizar una red de retroalimentacion para generar senales de control que regulan los atenuadores de fotocorriente en una realizacion preferida.

La figura 3 muestra el sistema 10 que incluye un fotorreceptor activamente equilibrado. Este fotorreceptor incluye fotodiodos primero P1 y segundo P2 y un fotoamplificador equilibrado configurado para la supresion activa de ruido de intensidad de acuerdo con la presente invencion. Las fotocorrientes son generadas por los fotodiodos P1, P2 en respuesta a la radiacion electromagnetica de entrada I-, I+ que tiene una intensidad variable en el tiempo. Esta radiacion puede ser ligera desde un sistema de tomografia de coherencia optica. Por lo tanto, la luz desde una muestra y la luz desde una referencia (como un reflector, por ejemplo) pueden dirigirse a los fotodiodos P1, P2 en una realizacion. Como los fotodiodos generan una corriente de salida en respuesta a los fotones incidentes, se utiliza un amplificador 14 de transimpedancia con una resistencia Rf de retroalimentacion conocida para generar un voltaje de salida. Conocer el valor de Rf permite calcular la fotocorriente. En una realizacion, una transimpedancia puede incluir un condensador opcional en paralelo con la resistencia Rf.

La supresion o reduccion del ruido se produce a traves de un proceso activo en el sistema 10. Como se muestra, la retroalimentacion activa se utiliza en forma de voltajes c y d de control. Esto esta en contraste con los sistemas pasivos de la figura 1. Ademas, la reduccion o supresion del ruido activo es posible a traves de un atenuador 12 tal como un atenuador de division de corriente u otro circuito o elemento de atenuacion que responde a una o mas senales de control tales como, por ejemplo, las senales c y d de control.

En una realizacion, ambos fotodiodos estan en comunicacion electrica con este atenuador 12 como se muestra en la figura 3. Las resistencias R1 y R2 y un par de transistores o conmutadores E1, E1 se muestran en una configuracion de puente con una conexion a tierra en el lado izquierdo y un nodo de salida conectado a un amplificador 14 de transimpedancia a la derecha. El valor de R1 y R2 son tipicamente iguales en valor y en el intervalo de aproximadamente 20 a aproximadamente 1000 ohmios. Los valores en el extremo superior de este intervalo permiten grandes desajustes en fotocorrientes nominales en condiciones desequilibradas, pero aumentan el ruido termico a alta frecuencia. En dos realizaciones, R1 y R2 son iguales a 100 o 200 ohmios, lo que permite un funcionamiento de bajo ruido a 250 MHz y 100 MHz, respectivamente, con desequilibrios de fotocorriente de hasta el 25%.

Dependiendo de los valores de las voltajes c y d de control analogicas o digitales aplicadas a E1, E2 (en una realizacion E1, E2 corresponden a las puertas del par de transistores MOSFET), una fraccion variable de la fotocorriente asociada con la intensidad I- o la fotocorriente asociada con la intensidad I+ se desvia de la entrada inversora del amplificador 14 de transimpedancia a tierra. En una realizacion, el amplificador 14 de transimpedancia incluye un amplificador de funcionamiento y una resistencia Rf de retroalimentacion. Estos elementos de circuito E1, E2 pueden ser transistores MOSFET, transistores de microondas u otros elementos de circuito de respuesta de senal de control en una realizacion.

Con respecto a la figura 3, los voltajes c y d de control se derivan de la red 20 de retroalimentacion de autoequilibrio que amplifica pequenos voltajes de ruido de ida positiva o ida negativa a la salida del amplificador 14 de

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transimpedancia. En una realizacion, los voltajes c y d de control se accionan rapidamente en la direccion que minimiza el voltaje de ruido muestreado. El amplificador 14 de transimpedancia esta disenado para proporcionar una ganancia aproximadamente constante sobre el intervalo de frecuencia CC-120MHz. Esto puede establecerse mediante la resistencia Rf de retroalimentacion. Los MOSFET de baja capacitancia (capacitancia de fuente de drenaje tipica <0,6 pf) que tienen conexiones de puerta aisladas son deseables para utilizar como elementos E1, E2 en algunas realizaciones para lograr respuestas de frecuencia planas e iguales tanto para los componentes de senal como los de ruido de las fotocorrientes asociadas con intensidades I- e I+.

La salida del amplificador 14 de transimpedancia es una senal de voltaje variable en el tiempo con respecto a la cual se ha aplicado supresion o reduccion del ruido. Esta senal es un voltaje que es proporcional a la fotocorriente de acuerdo con lo determinado por el valor de Rf. Esta senal amplificada se transmite luego a la entrada 18 de la red 20 de retroalimentacion y a un filtro 25 de paso de banda. Esta senal amplificada contiene ruido de intensidad de laser. El filtro 25 esta configurado para pasar una banda de senal de frecuencia particular. Detalles adicionales relacionados con una realizacion particular de una red 20 de retroalimentacion se describen a continuacion con respecto a la figura 7. Una vez que la senal ha sido procesada por el filtro 28, esta lista para su posterior transmision y procesamiento en una salida tal como una salida 30 de preamplificador. En un sistema de ejemplo de OCT de dominio de Fourier, la salida de senal en la salida del preamplificador se amplifica y se filtra tipicamente para antisolapamiento en etapas de procesamiento adicionales antes de ser digitalizada y transformada por Fourier.

Todavia haciendo referencia a la realizacion general de la figura 3, con polarizacion externa, los transistores bipolares o los atenuadores RF basados en diodos Schottky pueden utilizarse como elementos E1, E1 de circuito en lugar de transistores. Desafortunadamente, estos dispositivos generalmente exhiben mayores corrientes de compensacion y baja linealidad, lo que puede degradar el intervalo dinamico y la supresion en modo comun del amplificador.

Otra consideracion de diseno es la reduccion de las capacidades parasitas. Las capacidades parasitas asociadas con cada transistor u otro elemento E1, E1 de circuito se pueden reducir aun mas utilizando varios componentes y subsistemas. Por ejemplo, en una realizacion conectando dos transistores MOSFET en serie y controlando ambos con la misma senal de puerta aislada, se reducen las capacidades parasitas. Ademas, como consideracion de diseno, la seleccion de un amplificador 14 de funcionamiento que exhibe un producto de ancho de banda de ganancia suficientemente ancho (> 3 GHz) facilita mantener una ganancia constante a altas frecuencias.

51 se desea la cancelacion de ruido en CC, el desplazamiento del amplificador 14 puede configurarse lo suficientemente bajo como para evitar la introduccion de un desplazamiento estatico en las fotocorrientes, lo que puede reducir el grado de supresion del ruido. El efecto del desplazamiento del amplificador operacional 14 se puede reducir adicionalmente anadiendo una resistencia de cancelacion de desplazamiento con una resistencia igual a la de la resistencia de retroalimentacion en serie con la entrada no inversora del amplificador operacional 14. En una configuracion de este tipo, las fuentes de los transistores deberian conectarse al terminal no inversor en lugar de a tierra.

Otro ejemplo de un sistema 50 de supresion o reduccion de ruido de intensidad se representa en la figura 4. El principio basico de funcionamiento de este sistema basado en un elemento de circuito es similar al del sistema en la figura 3. A saber, las senales de control se utilizan para cambiar las propiedades de los elementos sensibles para reducir el ruido de intensidad en una fotocorriente dada. Una diferencia del sistema 10 de la figura 3 es que se utiliza un amplificador 55 de transimpedancia diferencial, que incluye un amplificador operacional 57 y resistencias Rf de referencia, en el sistema 50. En la figura 4, se pueden utilizar uno o dos pares de transistores, conmutadores o elementos electricos similares. Como se muestra, el sistema 50 incluye dos pares de transistores en una disposicion diferencial para equilibrar las fotocorrientes de los fotodiodos P1, P2 u otras fuentes de senal en la entrada de un amplificador 55 de transimpedancia con entradas y salidas diferenciales.

El sistema 50 de la figura 4 incluye un primer fotodiodo P1 y un segundo fotodiodo P2 que estan en comunicacion electrica con un primer elemento controlable E1 y un segundo elemento controlable E2. Como fue el caso con la figura 3, E1, E2 pueden ser transistores tales como MOSFET, otros elementos de circuito controlables adecuados, u otros atenuadores. Un tercer elemento o conmutador controlable S1 y un cuarto elemento o conmutador controlable

52 tambien estan en comunicacion electrica con el fotodiodo primer P1 y el segundo fotodiodo P2. A su vez, cada uno de los cuatro elementos o atenuadores controlables E1, E2, S1 y S2 son comunicaciones electricas con un amplificador 55 de transimpedancia diferencial. El amplificador 55 esta en comunicacion electrica con un transformador T. A su vez, el transformador T esta en comunicacion electrica con una red 20 de retroalimentacion. Una red 20 adecuada se describe en el presente documento tal como con respecto a las figuras 7 y 10.

En este sistema 50, en lugar de desviar el exceso de corriente de uno de los fotodiodos P1, P2 a tierra, un transistor o conmutador MOSFET segundo S1, S2 para cada uno de los fotodiodos P1, P2, con su puerta controlada por un voltaje complementaria, dirige la fotocorriente a la entrada opuesta de un amplificador diferencial de transimpedancia. Esta disposicion mejora la eficiencia del detector equilibrado. Esta mejora se produce porque tanto la fase de la fotocorriente de ruido como su amplitud se alteran para lograr una condicion equilibrada. Para formar una salida de un solo extremo, las salidas diferenciales del amplificador 55 de transimpedancia diferencial se

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combinan mediante un transformador T tal como un transformador de RF de banda ancha. A su vez, el voltaje de salida del transformador T continua como una senal que se transmite a lo largo de la entrada 18 a la red 20 de retroalimentacion o se filtra utilizando el filtro de paso de banda antes de alcanzar una salida 30 para el procesamiento, amplificacion o transmision adicional.

La figura 5 ilustra otro ejemplo del sistema 75 que incluye un circuito electronico para supresion o reduccion del ruido de intensidad. Varios de los elementos representados en la figura 5 son similares a los descritos anteriormente y se representan en las figuras 2 y 3. Un primer fotodiodo Pi y un segundo fotodiodo P2 estan cada uno en comunicacion electrica con un amplificador 81, 83 de transimpedancia primero y segundo, respectivamente, como se muestra. A su vez, cada uno de los dos amplificadores 81, 83 de transimpedancia esta en comunicacion electrica con los amplificadores 91,93 de ganancia variable primero y segundo.

En este sistema 75, los amplificadores 91, 93 de ganancia variable electronicos separados igualan las senales de intensidad de ruido antes de la resta en un transformador de radiofrecuencia de banda ancha. Opcionalmente, en una realizacion, se utiliza un desfasador 95, tal como un desfasador de banda ancha. Aunque este sistema 75 emplea un mayor numero de componentes que el ejemplo de la figura 3, el uso de amplificadores 91, 93 de ganancia variable separados y electronica 95 de control de fase (opcional) proporciona mas flexibilidad para adaptar la coincidencia de frecuencia entre los dos canales opticos (el canal de referencia y el canal de muestra) en todo el intervalo de control dinamico.

Las caracteristicas restantes de la figura 5 son similares a las discutidas anteriormente. La senal de voltaje variable en el tiempo en la entrada 18, que esta correlacionada con la fotocorriente, se transmite desde la transformada T. Despues de la etapa del transformador, la senal continua en una red 20 de retroalimentacion. Ademas, la senal tambien se puede filtrar utilizando un filtro 25 de paso de banda antes de alcanzar una salida 30.

Todavia otro ejemplo de un sistema 100 de supresion de ruido de intensidad basada en elementos de circuito electronico se representa en la figura 6. Esta realizacion emplea dos atenuadores opticos variables (VOA) 102, 103 para igualar las amplitudes de las fotocorrientes generadas por las intensidades de luz Ia e Ib que inciden sobre los fotodiodos P1, P2. Los dos VOA estan en comunicacion optica con los fotodiodos P1, P2. Ademas, una o mas propiedades opticas de los VOA responden a las senales c y d de control. Los fotodiodos estan a su vez en comunicacion electrica con un amplificador 105 de transimpedancia. Especificamente, los atenuadores opticos variables 102, 103 igualan las senales de intensidad de ruido antes de la sustraccion por un amplificador 105 de transimpedancia.

Este amplificador 105 esta activamente equilibrado por las dos VOA antes de que se reciba una fotocorriente en la entrada del amplificador 105. Existen varios tipos de VOA monomodo, que incluyen atenuadores electroopticos, motorizados y basados en MEM, que permiten un control continuamente variable de la transmision optica con baja perdida de insercion. Una ventaja de la atenuacion optica en lugar de la atenuacion electronica es que se eliminan las reactancias parasitarias introducidas por elementos de circuito adicionales. Como resultado, se reduce la dependencia de frecuencia de la ganancia y la relacion de rechazo de modo comun del amplificador 105. Tambien se muestran una red 20 de retroalimentacion, un filtro 25 de paso de banda y una salida 30 y son similares a las caracteristicas descritas anteriormente.

La figura 7 muestra una realizacion de una red 130 de retroalimentacion para utilizar con cualquiera de los sistemas o componentes en las figuras 3-6. Una senal de entrada variable en el tiempo se introduce en la red 20 despues de la fotocorriente a la conversion o amplificacion de voltaje por un amplificador como se muestra en las figuras 3-6 y discutido arriba. En una realizacion, la red 20 es una red analogica de retroalimentacion de autoequilibrio. En otra realizacion, la red se implementa utilizando componentes digitales o responde a senales digitales. En una realizacion, esta red 20 incluye un primer amplificador 135 y un segundo amplificador 137. La red tambien incluye un integrador 140. Ademas, en una realizacion, la red incluye un filtro 142, tal como un filtro de paso bajo o un filtro de paso de banda general, como es apropiado para un intervalo dado de frecuencias de interes. En una realizacion, los amplificadores primero y segundo 135 y 137, respectivamente, son dos amplificadores rectificadores de alta ganancia.

En una realizacion, la banda de paso del filtro 142 se elige para transmitir ruido con frecuencias por debajo de la banda de senal de interferencia (hagase referencia a la figura 9). En algunos sistemas de tomografia de coherencia optica, como los sistemas de dominio de la frecuencia, se utiliza una fuente de laser de barrido, como un laser bloqueado en modo de dominio de Fourier con una frecuencia o periodo de barrido particular. En una realizacion, la banda de paso de ruido generalmente incluye la frecuencia de repeticion de barrido del laser. Por lo tanto, en una realizacion, el filtro 142 no transmite ningun dato de senal, sino que mas bien transmite uno o mas tipos de ruido para la conversion a senales de control tales como senales c y d. La red 20 esta disenada para responder lo suficientemente rapido como para anular o reducir substancialmente las variaciones de intra-barrido o inter-barrido en la intensidad de laser y otros efectos generadores de ruido sin degradar la integridad de las senales de interferencia en la banda de paso. Esta realizacion tiene las ventajas de bajo coste, simplicidad y velocidad; tambien permite un control bidireccional estable en frecuencias cercanas a CC.

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La figura 8 es una grafica 145 de un espectro de frecuencia de ruido de intensidad medido a la salida de un fotorreceptor equilibrado con (1) deteccion de fotodiodo unico, (2) deteccion equilibrada pasivamente y (3) deteccion equilibrada activamente de acuerdo con la realizacion preferida de la invencion con retroalimentacion analogica filtrada de paso bajo. El eje X es la frecuencia (unidades de Hz en la escala logaritmica) y el eje Y es la potencia de la senal (unidades de dB). Los espectros de amplitud de ruido en la figura 8 demuestran el grado de supresion de ruido que se puede lograr en la practica mediante el uso de equilibrio activo, implementado de acuerdo con la realizacion preferida de la invencion (figura 3) con la red analogica 20 de autoequilibrio de la figura 7. Especificamente, una revision de las curvas mostradas en la figura 8 indica que el fotodiodo unico tiene mas ruido, seguido por el sistema pasivamente equilibrado, y finalmente que el sistema activamente equilibrado muestra la mayor reduccion de ruido.

La figura 9 es un diagrama esquematico que muestra realizaciones alternativas para la(s) banda(s) de paso de un filtro en una red de retroalimentacion tal como el filtro 142 de la red 20 o las discutidas a continuacion tal como con respecto a la figura 10. La figura 9 muestra una grafica 150 de la intensidad de la senal frente a la frecuencia para cinco bandas de frecuencia diferentes. Las regiones sombreadas indican las regiones de frecuencia fuera de las bandas de paso de la senal OCT que estan disponibles para el funcionamiento del filtro de retroalimentacion empleado en varias realizaciones del fotorreceptor de autoequilibrio o equilibrado activo. De izquierda a derecha, las bandas de paso de frecuencia relevantes son las siguientes: paso bajo, banda estrecha y paso alto. Tengase en cuenta que, aunque la banda de paso estrecha se muestra en la region de paso bajo, tambien puede estar en la region de paso alto. La banda de paso de la senal se refiere a la banda de frecuencias correspondiente a la senal de interes, tal como los datos OCT recopilados para una muestra de interes que pasa a traves de un filtro dado. Las bandas de paso baja y alta se refieren a las bandas de frecuencia por debajo y por encima de la banda de paso de senal que contienen principalmente ruido de la fuente de luz. La banda de paso estrecha se refiere a una region dentro de la banda de paso alto o bajo en la que se encuentran las senales de retroalimentacion.

En una realizacion, se utiliza un filtro de paso bajo, con una frecuencia de corte por debajo de la frecuencia mas baja de la banda de paso de la senal, con realizaciones de la invencion que emplean la red 20 de filtro analogico de la figura 7. Se puede utilizar un filtro de paso bajo, paso de banda estrecho o de paso alto con la red de retroalimentacion del microcontrolador digital de la figura 10. El paso de banda estrecho se puede utilizar, por ejemplo, con implementaciones basadas en el funcionamiento sincrono. En una realizacion, se utiliza una entrada de seguimiento/retencion opcional para el equilibrio sincrono de acuerdo con una realizacion de la invencion como se discute a continuacion.

Una realizacion alternativa de la red 20 de retroalimentacion de autoequilibrio, que se muestra en la figura 10, emplea un microcontrolador para controlar de manera adaptativa los parametros de retroalimentacion para acomodar una variedad de bandas de paso de filtro y, en algunas realizaciones, el funcionamiento sincrono. La senal del amplificador posterior a la transimpedancia se recibe en la entrada 18 de esta red 160. En esta realizacion, se puede emplear un filtro de paso bajo, banda de paso de senal, o de paso alto como el filtro 162 de paso de banda para seleccionar la banda de frecuencia utilizada para cancelar el voltaje de ruido en la salida del amplificador de transimpedancia (consultese la figura 9).

Como se muestra, un detector de valor cuadratico medio (RMS) produce un voltaje proporcional a la potencia de ruido, que luego es muestreado por un convertidor de analogico a digital cuya salida digital es leida por el microcontrolador. Para mantener un valor nulo en el nivel de voltaje de ruido rMs, el microcontrolador ajusta los voltajes c o d de control analogico mediante convertidores de digital a analogico. Estas voltajes de control se retroalimentan a su vez en uno de los ejemplos mostrados en las figuras 3-6 descritos anteriormente a un elemento o atenuador controlable tal como un transistor o un atenuador optico. Una senal de control de pista y/o retencion, que rastrea una senal proporcional al error de equilibrio del fotoamplificador durante el ciclo de no formacion de imagenes y la mantiene durante el ciclo de formacion de imagenes, tambien se puede utilizar opcionalmente como se muestra y se discute a continuacion.

Ademas, se pueden emplear metodos de busqueda adecuados, como las rutinas rapidas de busqueda de gradientes, para encontrar y mantener el nivel de ruido nulo o reducido mediante el ajuste continuo del voltaje de control, como las senales c o d. Dado que esta realizacion de la red de retroalimentacion se basa en la anulacion RMS, la banda de paso del filtro no necesita incluir CC. Para la conveniencia de la implementacion, se puede emplear un filtro de paso de banda con una banda de paso por encima o por debajo de la banda de frecuencia de las senales de interferencia. Para aplanar aun mas la respuesta de frecuencia del supresor de ruido, la suma de las salidas de dos detectores RMS conectados a los filtros en ambos extremos del espectro de senal puede anularse en lugar de la salida de un unico detector RMS.

Esta realizacion se presta al uso de la deteccion sincrona para mejorar la precision de seguimiento de la retroalimentacion y para permitir que las bandas de frecuencia de la supresion del ruido de intensidad y las bandas de senal se superpongan. Tales mejoras pueden lograrse utilizando una senal de seguimiento/retencion (figura 10) sincronizada con el barrido laser que ordena al microcontrolador que mantenga los voltajes de control encontrados durante el ciclo de no formacion de imagenes, el periodo durante el barrido del laser de retorno cuando la senal de interferencia se apaga y las senales OCT no se adquieren. Los voltajes de control retenidos pueden luego aplicarse

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a las salidas c y d de los convertidores de digital a analogico durante el ciclo de formacion de imagenes cuando se adquieren las senales OCT. De esta manera, la banda de paso del filtro 162 de retroalimentacion se puede expandir para abarcar todo el intervalo de senal para una supresion de ruido optima.

Este modo sincrono de funcionamiento puede implementarse utilizando el diagrama de temporizacion de la figura 11. Este modo de funcionamiento sincrono permite la supresion de ruido en las frecuencias dentro de la banda de paso de la senal. Se muestran a lo largo del tiempo seis senales de eje relevantes para diferentes fases de funcionamiento de las realizaciones descritas en el presente documento en la figura 11. Desde la parte superior, estas senales y su perfil a lo largo del tiempo incluyen (1) intensidad de laser, (2) ciclo de formacion de imagenes/brazo de muestra de senales de interferometro, (3) ruido de intensidad, (4) error de salida/equilibrio del detector RMS, (5) control seguimiento y retencion de senales, y (6) retroalimentacion de ejemplo y senales de control tales como senales c y d. Como se muestra en la figura 11, los voltajes de control de retroalimentacion generados durante el ciclo de no formacion de imagenes (es decir, el intervalo de tiempo durante el cual se apaga la luz de la muestra) se mantienen y se aplican posteriormente durante el ciclo de formacion de imagenes.

La efectividad de una red de retroalimentacion controlada digitalmente se puede mejorar aun mas mediante la aplicacion de una modulacion de amplitud a la fuente del laser para servir como una senal de retroalimentacion sincrona para la red de retroalimentacion del autoequilibrio. Esta configuracion permite utilizar un demodulador sincrono en lugar del detector RMS para la anulacion de fase y amplitud.

En muchas aplicaciones biologicas de la tomografia de coherencia optica de dominio de la frecuencia, se desea la deteccion de diversidad de polarizacion para reducir los artefactos de imagen producidos por los tejidos birrefringentes. Los metodos, sistemas y dispositivos de supresion de ruido descritos en el presente documento son adecuados para su uso con interferometros de diversidad de polarizacion. Por ejemplo, el interferometro en la figura 12 permite la deteccion de diversidad de polarizacion utilizando dos canales de fotorreceptor, cada uno con un equilibrio activo independiente para la supresion del ruido de intensidad. El sistema 175 puede procesar diferentes estados de polarizacion tales como polarizacion H o polarizacion V como se muestra. Ademas, como se muestra en la figura 12, los dos fotocaptores funcionan de forma independiente para suprimir el ruido de la intensidad de laser. Esta configuracion del sistema de la figura 12 utiliza dos controladores de polarizacion para equilibrar los dos pares de intensidades de salida.

Con respecto a la figura 12, una desventaja de este tipo de interferometro es que, para evitar grandes perdidas por la atenuacion en exceso aplicada a uno o mas de los canales de fotodiodos, los estados de polarizacion de los pares de intensidad (Ih+, Ih") y (Iv+, Iv") debe ser igualado en la entrada del divisor de polarizacion. En un ejemplo, esta ecualizacion requiere un ajuste independiente de dos controladores de polarizacion.

El interferometro 190 mostrado en la figura 13 emplea solo un controlador de polarizacion, que se ajusta para dividir la intensidad de laser de referencia por igual entre Ih+ e Iv+. Esta configuracion del sistema requiere solo un controlador de polarizacion para equilibrar los dos pares de intensidades de salida. Aqui, el interferometro 190 funciona en el modo desequilibrado y esta configurado con una relacion de division asimetrica, m: (1-m), donde m tipicamente es igual o superior a aproximadamente 0,9. Esta configuracion alivia la dificultad de igualar los estados de polarizacion en dos pares de fotodiodos simultaneamente y se basa en cambio en los circuitos de autoequilibrio para ajustar electronicamente las atenuaciones en cada canal para lograr la supresion o reduccion del ruido.

En la descripcion, la invencion se discute en el contexto de la tomografia de coherencia optica; sin embargo, estas realizaciones no pretenden ser limitativas y los expertos en la tecnica apreciaran que la invencion tambien puede utilizarse para otras modalidades de diagnostico y diagnostico por imagen o sistemas opticos en general.

Los aspectos, las realizaciones, las caracteristicas y los ejemplos de la invencion deben considerarse ilustrativos en todos los aspectos y no estan destinados a limitar la invencion, cuyo alcance se define unicamente por las reivindicaciones. Otras realizaciones, modificaciones y usos seran evidentes para los expertos en la materia sin salir del espiritu y alcance de la invencion reivindicada.

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   REIVINDICACIONES

   1. - Un metodo para reducir o suprimir el ruido de intensidad de una fuente de laser en un sistema de tomografia de coherencia optica que comprende un primer atenuador en comunicacion electrica con una primera resistencia, un segundo atenuador en comunicacion electrica con una segunda resistencia, y en el que el primer atenuador, el segundo atenuador, la primera resistencia y la segunda resistencia estan dispuestos en una configuracion de puente, comprendiendo el metodo:

   transmitir luz desde un laser a un interferometro;

   generar una primera fotocorriente y una segunda fotocorriente durante una sesion de recopilacion de datos de tomografia de coherencia optica, cada una de las fotocorrientes proporcional a luz recibida del interferometro;

   recibir la primera fotocorriente en el primer atenuador;

   recibir la segunda fotocorriente en el segundo atenuador;

   convertir la primera fotocorriente y la segunda fotocorriente en una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser que utiliza un amplificador; y

   transmitir una senal de control para controlar o bien el primer atenuador o bien el segundo atenuador; en el que la senal de control atenua automaticamente la mayor de la primera fotocorriente y la segunda fotocorriente.
2. 2. - El metodo de la reivindicacion 1, en el que la senal de control se genera utilizando el componente de ruido de intensidad de laser.
3. 3. - El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas el paso de generar la senal de control filtrando la senal amplificada, integrando la senal amplificada filtrada, y amplificando la senal amplificada filtrada integrada.
4. 4. - El metodo de la reivindicacion 1, en el que los atenuadores primero y segundo se seleccionan del grupo de un fotorreceptor, un transistor, un diodo, una resistencia, un amplificador de ganancia variable, un par de resistencias en comunicacion electrica con un par de transistores, y combinaciones de estos.
5. 5. - El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas el paso de equilibrar activamente un primer fotorreceptor y un segundo fotorreceptor, repitiendo el paso de transmitir la senal de control hasta que el componente de ruido de laser alcanza un minimo.
6. 6. - Un sistema de tomografia de coherencia optica, que comprende:

   una primera resistencia (R1); un primer fotorreceptor (P1) para recibir luz de un interferometro en comunicacion optica con un laser que tiene ruido de intensidad de laser y en comunicacion electrica con la primera resistencia;

   un primer atenuador (7, E1) en comunicacion con el primer fotorreceptor y en comunicacion electrica con la primera resistencia, en el que el primer atenuador esta configurado para cambiar una primera propiedad electrica del primer atenuador;

   una segunda resistencia (R2); un segundo fotorreceptor (P2) para recibir luz del interferometro y en comunicacion electrica con la segunda resistencia;

   un segundo atenuador (7’, E2) en comunicacion con el segundo fotorreceptor y en comunicacion electrica con la segunda resistencia, en el que el segundo atenuador esta configurado para cambiar una segunda propiedad electrica del segundo atenuador, en el que los atenuadores primero y segundo estan en comunicacion electrica en un primer nodo;

   un amplificador (14) que tiene una primera entrada y una primera salida, la primera entrada en comunicacion electrica con la primera resistencia y la segunda resistencia en un segundo nodo y el primer fotorreceptor, configurado el amplificador para transmitir, desde la primera salida, una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser; y

   una red (20) de retroalimentacion en comunicacion electrica con el amplificador, configurada la red de retroalimentacion para recibir la senal amplificada y generar una senal de control para cambiar o bien la primera propiedad electrica del primer atenuador o bien la segunda propiedad electrica del segundo atenuador en respuesta al componente de ruido de intensidad de laser, en el que la senal de control atenua automaticamente la mayor de la primera propiedad electrica del primer atenuador y la segunda propiedad electrica del segundo atenuador;

   y en el que el primer atenuador, el segundo atenuador, la primera resistencia y la segunda resistencia estan

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   dispuestos en una configuracion de puente.
7. 7. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que los atenuadores primero y segundo se seleccionan del grupo que consiste en un transistor bipolar, un MOSFET, un diodo, un atenuador de division de corriente y una resistencia.
8. 8. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que la red (20) de retroalimentacion comprende (a) un filtro que transmite frecuencias por debajo de una banda de senal de interferencia, (b) un integrador en comunicacion electrica con el filtro, y (c) un par de amplificadores rectificadores en comunicacion electrica con el integrador.
9. 9. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que la red (20) de retroalimentacion comprende (a) un filtro de paso de banda que transmite frecuencias o bien por debajo o bien por encima de una banda de senal de interferencia, (b) un detector RMS en comunicacion electrica con el filtro de paso de banda, (c) un convertidor de analogico a digital en comunicacion electrica con el detector RMS, (d) un microprocesador en comunicacion electrica con el convertidor de analogico a digital, y (e) un convertidor de digital a analogico en comunicacion electrica con el microprocesador, opcionalmente en el que la red (20) de retroalimentacion se configura para transmitir la senal de control utilizando el convertidor de digital a analogico para mantener la nulidad en una senal de ruido RMS recibida en el detector RMS.
10. 10. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que la red (20) de retroalimentacion esta configurada para funcionar de manera sincrona con un periodo de barrido del laser; opcionalmente en el que la red (20) de retroalimentacion calcula la senal de control durante un ciclo de no formacion de imagenes del interferometro y transmite la senal de control durante un ciclo de formacion de imagenes para reducir o suprimir el componente de ruido de laser; opcionalmente en el que luz emitida por el laser es modulada en amplitud en una frecuencia fija para crear una primera senal en un brazo de referencia del interferometro y en el que una segunda senal en una salida del sistema es demodulada para generar una senal de error sensible a las fases que se procesa por la red (20) de retroalimentacion
11. 11. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que el primer atenuador es un primer transistor y el segundo atenuador es un segundo transistor, en el que los transistores primero y segundo estan configurados para derivar diferencialmente fotocorrientes en la primera entrada del amplificador en respuesta a la senal de control.
12. 12. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que el primer atenuador es un primer amplificador de ganancia variable que tiene una entrada y una salida y en el que el segundo atenuador es un segundo amplificador de ganancia variable que tiene una entrada y una salida, y que comprende ademas opcionalmente un transformador, en el que las salidas de cada uno de los amplificadores de ganancia variable primero y segundo estan en comunicacion electrica con el transformador, y que comprende ademas opcionalmente un desfasador, en el que una senal del primer amplificador de ganancia variable pasa a traves del desfasador antes de combinarse con otra senal del segundo amplificador de ganancia variable.
13. 13. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que el primer atenuador comprende un atenuador variable que tiene una entrada de control electronico configurada para recibir la senal de control, interpuesto el atenuador variable entre una salida del interferometro y el primer fotorreceptor.
14. 14. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que el primer fotorreceptor y el segundo fotorreceptor comprenden un primer receptor activamente equilibrado y que comprende ademas un divisor de polarizacion de dos canales configurado para dividir la luz del interferometro en luz de una primera polarizacion y luz de una segunda polarizacion, un segundo receptor activamente equilibrado que comprende un tercer fotorreceptor y un cuarto fotorreceptor, en el que el primer receptor activamente equilibrado esta colocado para recibir luz de una primera polarizacion y el segundo receptor activamente equilibrado esta colocado para recibir luz de la segunda polarizacion.
15. 15. - El sistema de la reivindicacion 6, que comprende ademas un segundo amplificador que tiene una primera entrada en comunicacion electrica con el segundo fotorreceptor y una primera salida, configurado el segundo amplificador para transmitir, desde la primera salida, una senal amplificada que comprende un componente de ruido de intensidad de laser y datos de medicion del interferometro, y opcionalmente en el que el amplificador es un amplificador de transimpedancia y en el que el segundo amplificador es un amplificador de transimpedancia.
16. 16. - El sistema de la reivindicacion 6, en el que el componente de ruido de intensidad de laser esta dentro de un intervalo de frecuencia de aproximadamente CC a aproximadamente 250 MHz.