IT201900005258A1

IT201900005258A1 - Metodo di analisi di tomografia a coerenza ottica e sistema

Info

Publication number: IT201900005258A1
Application number: IT102019000005258A
Authority: IT
Inventors: Aldo Righetti; Maria Chiara Ubaldi; Giorgio Grasso
Original assignee: Centro Int Della Fotonica Per Energia Cife In Forma Abbreviata Cife
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2020-10-05
Also published as: US20220136818A1; WO2020201481A1; EP3948157A1

Description

Metodo di analisi di tomografia a coerenza ottica e sistema

Campo tecnico

La presente invenzione riguarda una tecnica di imaging e un sistema per la tomografia a coerenza ottica (OCT) che utilizza luce coerente per acquisire immagini bidimensionali e tridimensionali di campioni, in particolare quando una prova non distruttiva del campione è necessaria, come ad esempio nei tessuti medicali.

Stato dell'arte della tecnologia

Il principio funzionale alla base dell’imaging OCT è l’interferenza luminosa. In un sistema OCT, il fascio di luce proveniente da una sorgente, per esempio una sorgente laser, è separato in due percorsi da un separatore di fascio, per esempio un accoppiatore, dirigendo la luce separata lungo due diversi bracci di un interferometro. Un braccio è generalmente denominato braccio di riferimento, mentre l’altro viene denominato il braccio campione. Quando la luce esce dall’estremità di ciascuno dei due bracci, viene modellata da vari componenti ottici (specchio, lenti, eccetera) per controllare i parametri specifici del fascio quali forma, profondità di fuoco e distribuzione di intensità luminosa. Nel braccio di riferimento, la luce è retrodiffusa da uno specchio di riferimento (o qualsiasi altra superficie riflettente) e ritorna nel sistema di interferenza, propagandosi lungo lo stesso percorso da cui è venuta ma nella direzione opposta. Lo stesso processo avviene con la luce nel braccio campione, sebbene in questo caso la luce che esce dal braccio sia retrodiffusa dal campione. In un campione disomogeneo, strutture diverse all’interno del campione avranno diversi indici di rifrazione e la luce sarà retrodiffusa quando incontra un’interfaccia tra materiali di diverso indice di rifrazione. Le luci di ritorno da entrambi i bracci si ricombinano, per esempio in un accoppiatore, e generano un modello di interferenza, che viene registrato da un rilevatore.

Va inteso che nella presente applicazione il termine “luce” viene utilizzato nel senso generale di “radiazione elettromagnetica” e non è limitato alla radiazione nella gamma visibile.

Il campione può essere qualsiasi oggetto e la direzione di propagazione della luce che illumina il campione definisce la direzione di “profondità” del campione, o Z, mentre un piano perpendicolare a esso definisce un piano (X, Y). Lo scopo di OCT è, mediante una scansione di (X, Y), di acquisire informazioni sulla profondità del campione, cioè informazioni sul campione nella direzione Z, che è la direzione di propagazione del fascio di luce emesso dalla sorgente.

Per una posizione particolare dello specchio di riferimento, la luce che si propaga nel braccio di riferimento percorre una certa distanza ottica e forma il modello di interferenza corrispondente solo con la luce che ha percorso la stessa distanza ottica lungo il braccio campione, inclusa la porzione della distanza percorsa nel campione. Pertanto, quando lo specchio di riferimento viene traslato lungo la direzione di propagazione di

luce, per diverse posizioni dello specchio, il riferimento di ritorno genera modelli di interferenza con la luce retrodiffusa dalle profondità corrispondenti all'interno del campione. In questo modo, è possibile misurare la dipendenza dalla profondità dell'intensità della luce retrodiffusa da sotto la superficie del campione.

Il segnale OCT registrato dal rilevatore durante un viaggio completo dello specchio di riferimento viene denominato scansione di profondità o A‐scan. Per formare un'immagine OCT, il fascio del campione deve essere traslato sulla superficie del campione con una A‐scan registrata in ogni posizione del fascio. Pertanto, una serie di A‐scan consecutive viene ottenuta da un’immagine OCT o altrimenti chiamata B‐scan (cioè insieme di A‐scan consecutive lungo la direzione X). La combinazione 3D di tutte le A‐scan e B‐scan lungo la direzione Y, viene chiamata C‐scan.

Nella scansione sopra descritta, vi sono due principali tecnologie OCT, OCT a dominio del tempo e OCT a dominio di Fourier (chiamato anche OCT a dominio della frequenza). Quest’ultima è ulteriormente divisa in OCT a dominio spettrale (SD‐OCT) e OCT del tipo a sorgente a spazzolamento (swept source OCT, SS‐OCT). La SS‐OCT utilizza una sorgente a banda larga che scansiona il campione in maniera controllata con una stretta linea spettrale lungo la larghezza di banda disponibile della sorgente. La differenza principale rispetto a prima è che lo specchio di riferimento è fissato, cioè non si muove. I movimenti dello specchio sono “sostituiti” dalle variazioni di lunghezza d'onda della sorgente luminosa. Come prima, tuttavia, il fascio di riferimento viene riflesso dallo specchio ora fissato e forma un modello di interferenza con la luce retrodiffusa dal campione, che è di conseguenza rilevata da un rilevatore di punti. A causa del modo in cui la sorgente viene scansionata attraverso la larghezza di banda disponibile, l'uscita è una fotocorrente dipendente dal numero d'onda che viene registrato dal rilevatore di punti contemporaneamente alla scansione della sorgente a banda stretta. La quantità di interesse, la A‐scan, si ottiene eseguendo la trasformata di Fourier del segnale rilevato su uno spazzolamento della sorgente sulla banda larga disponibile. Ciò vuol dire che, nella SS‐OCT, il segnale OCT registrato dal rilevatore durante uno spazzolamento completo della sorgente nella sua larghezza di banda viene denominato scansione di profondità o A‐scan. La definizione di B‐scan o C‐scan resta immutata. Poiché la luce di una sorgente a spazzolamento (swept source) consiste in un segnale di sorgente con una lunghezza d'onda che cambia continuamente nel tempo, la lunghezza di coerenza del laser scansionato determina la profondità di imaging massima del sistema mentre la gamma di lunghezza d'onda su cui il laser viene spazzolato determina la risoluzione assiale del sistema. Pertanto, un laser di scansione con una larghezza di linea stretta consente una profondità di ispezione più profonda, mentre una gamma di spazzolamento più ampia produce immagini OCT con una risoluzione assiale più elevata.

Poiché i sistemi SS‐OCT possono anche essere utilizzati per rilevare immagini di porzioni di corpi viventi, per esempio dell’occhio, è inoltre importante generare immagini OCT in tempo reale, per esempio per evitare problemi legati ai movimenti dell’occhio o per essere in grado di eseguire un imaging 3D di una porzione di

tessuto anche durante un intervento chirurgico. Per esempio, un’immagine OCT avente una scansione di 200 x 200 pixel con una frequenza di ripetizione di 25 fotogrammi al secondo richiede un milione di scansioni di spazzolamento (sweeping) al secondo. Nella tecnologia SS‐OCT, è pertanto importante avere una sorgente in cui il fascio di luce generato può variare il più rapidamente possibile.

Più in dettaglio, come menzionato, l'SS‐OCT utilizza un interferometro. Il segnale di interferenza ottenuto, che è un segnale di battimento, ha una frequenza data. Supponendo che la sorgente vari linearmente la sua lunghezza d'onda (o frequenza), allora la frequenza del segnale di battimento è determinata dal ritardo relativo tra il segnale di riferimento proveniente dal braccio di riferimento e il segnale proveniente dal campione, pertanto essa dipende dalla distanza tra le due superfici che riflettono i due segnali in uscita dai due bracci. Se Δf è la velocità della variazione della frequenza di oscillazione della sorgente, ovvero il tasso di variazione di frequenza, la sua frequenza può essere scritta:

dove F0 è la frequenza iniziale e t è il tempo trascorso dall'inizio della scansione. La frequenza di oscillazione che viene rilevata dal rilevator edelsegnaledibattimento(osegnalediinterferenza) è quindi:

dove T è il tempo di ritardo tra i segnali ottici provenienti dai due bracci nell'interferometro che è a sua volta pari a

dove z è la differenza nel percorso, c è la velocità della luce e n l’indice di rifrazione incontrato lungo il percorso della luce. I due bracci dell’interferometro hanno sostanzialmente una pari lunghezza, quindi la differenza di lunghezza z è principalmente dovuta alla differenza nel percorso causata dalla propagazione del segnale ottico nel campione.

Dopo che il segnale di interferenza è stato ricevuto, viene elaborato, può per esempio essere eseguita una trasformata di Fourier e le frequenze rilevate elaborate indicano la profondità delle superfici riflettenti del campione.

Se il segnale di battimento di una riflessione singola relativa a una frequenza specifica o lunghezza d'onda del segnale ottico della sorgente viene rilevato per un tempo Ts e si suppone che la sorgente abbia una potenza di emissione costante, la sua trasformata di Fourier può essere scritta come:

Quindi la risoluzione di profondità (o z) del sistema OCT dipende dalla più piccola differenza rilevabile tra due frequenze di battimento che, in questo caso, può essere definita come la larghezza della funzione sin(x)/x al primo nodo della trasformata di Fourier. Senza essere vincolati dalla teoria, risulta che la risoluzione di profondità è pari a

dove ( Δf)(Ts) è la variazione totale di frequenza subita dalla luce emessa dalla sorgente durante un singolo spazzolamento. Ad esempio, per una risoluzione spaziale z di circa 10 µm, il ( Δf)(Ts) prodotto (o larghezza di banda della sorgente) è di circa 12,5 THz, che corrisponde a circa 100 nm.

La singola riflessione si riferisce a un punto di discontinuità nel campione che può riflettere o diffondere la luce ed è preferibilmente visualizzato. Può appartenere alla superficie del campione. Alcuni campioni possono avere più di un punto di riflessione per ciascuna lunghezza d'onda, a seconda della struttura del campione stesso. Ad esempio, nel caso di un occhio come campione, per ciascuna lunghezza d'onda e A-scan, è rilevata generalmente più di una riflessione. Ciascun punto di riflessione, appartenente a una superficie riflettente in una diversa posizione z, dà origine a una diversa frequenza di battimento.

Dal calcolo precedente, è chiaro che la sorgente da utilizzare nel sistema OCT ha bisogno di essere sintonizzabile in un’ampia gamma, allo stesso tempo ha bisogno anche di funzionare preferibilmente in un regime monomodale nell'intera gamma richiesta. Inoltre, l’ampia sintonizzazione dev’essere eseguita in un intervallo di tempo molto corto per permettere al sistema di essere utilizzato per esempio anche in campo medico.

Le sorgenti utilizzate nei sistemi SS‐OCT comprese nell’arte antecedente sono per esempio sorgenti laser sintonizzabili. Questi laser possono includere un mezzi di guadagno (gain medium), come una giunzione di semiconduttore, accoppiata con una cavità avente una lunghezza variabile, come una cavità VCSEL operata da MEMS. In maniera alternativa, può essere utilizzata una cavità di lunghezza fissa, incluso un filtro ottico avente una banda sintonizzabile, come un laser a cavità esterna avente un filtro Etalon. La velocità di spazzolamento dipende dalla velocità dell’elemento mobile (nel caso di MEMS), o dalla sintonizzazione del filtro ottico. Gli elementi mobili ottici possono limitare la velocità di spazzolamento a causa della loro inerzia meccanica e quindi generalmente si preferisce un filtro ottico senza parti mobili. I filtri ottici, d’altra parte, come i filtri Etalon, che hanno un così ampio intervallo spettrale libero (free spectral range) (circa 100 nm per esempio) sintonizzabili in un intervallo di tempo molto rapido, richiedono l'utilizzo di materiali elettro‐ottici ultraveloci come il niobato di litio, o cristalli ottici molto speciali. Questi materiali hanno in ogni caso piccoli coefficienti elettro‐ottici e quindi consentono piccole variazioni dell’indice di rifrazione.

Una possibile soluzione a questo problema è per esempio divulgata in US 2018/013562 dove due diverse sorgenti luminose di spazzolamento sono utilizzate in un sistema OCT, ciascuna emettendo luce a una diversa larghezza di banda. La larghezza di banda complessiva necessaria è quindi divisa in due diverse sorgenti, ciascuna delle quali può avere un minor intervallo spettrale libero.

Sommario dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un metodo e un sistema per eseguire un imaging OCT, e in particolare per SS‐OCT, in cui la sorgente utilizzata è sintonizzabile in maniera rapida e affidabile e allo stesso tempo fornisce una larghezza di banda o un intervallo spettrale libero (free spectral range) sufficiente per le principali applicazioni OCT.

Come mostrato nella figura 1 e nelle equazioni precedenti, è stato mostrato che per avere la risoluzione di profondità necessaria in una quantità limitata di tempo (un tempo di spazzolamento rapido), la variazione nella lunghezza d'onda della luce emessa dalla sorgente in un periodo di tempo così breve dovrebbe essere alquanto ampia, ovvero di circa 100 nm o più. Questo limita notevolmente il numero di sorgenti luminose disponibili o richiede l'utilizzo di una sorgente luminosa molto costosa o complessa.

I Richiedenti hanno notato che i tempi di ritardo dei segnali luminosi provenienti dagli interferometri hanno una grandezza di frazioni di nanosecondi, mentre il tempo di spazzolamento complessivo per ogni A‐scan è dell'ordine di centinaia di nanosecondi, quindi ci sono tre ordini di grandezza di differenza. Inoltre, i Richiedenti hanno notato che, per i segnali di interferenza rilevati, differenze di frequenza positive o negative hanno lo stesso “effetto”. Il segnale di interferenza, in altre parole, non dipende dalla frequenza di oscillazione assoluta, ma dipende dal (piccolo rispetto alla durata di spazzolamento complessiva) ritardo tra i segnali provenienti dal campione e dal riferimento e che viaggiano nei due bracci dell’interferometro, e dalla velocità in cui la frequenza (o lunghezza d'onda) cambia nel tempo.

I Richiedenti si sono quindi resi conto che non è necessario aumentare continuamente la lunghezza d'onda della luce emessa dalla sorgente luminosa durante l’intero tempo di spazzolamento. Dato un tempo di spazzolamento ΔT, in cui si ottiene una singola A‐scan, la lunghezza d'onda della luce emessa dalla sorgente del sistema OCT non ha bisogno di aumentare da un minimo ottenuto a t=0 a un massimo ottenuto a t= ΔT, come generalmente ipotizzato nell'arte antecedente. Il tempo di spazzolamento ΔT potrebbe essere diviso in sotto‐intervalli, o tempi di sotto‐spazzolamento, in ognuno dei quali la lunghezza d'onda del segnale emesso dalla sorgente potrebbe aumentare o diminuire tra un minimo e un massimo. Questo massimo può essere minore, perfino molto minore, rispetto alla lunghezza d'onda massima che in un regime lineare, come per esempio quello della figura 1, deve essere raggiunta per ottenere la risoluzione desiderata in profondità.

Avere un tempo di scansione in cui la sorgente cambia la sua lunghezza d'onda non solo in modo monotono permette di utilizzare in un sistema SS‐OCT sorgenti luminose che hanno una gamma di variazione di lunghezza d'onda più limitata rispetto a quanto richiesto dall’arte antecedente, senza penalizzare il tempo per ottenere la scansione complessiva e la qualità dell'immagine (risoluzione).

Secondo un primo aspetto, l’invenzione riguarda un metodo di analisi di tomografia a coerenza ottica, comprendente: la fornitura di un sistema di tomografia a coerenza ottica Swept Source (SS‐OCT).

Preferibilmente, l’SS‐OCT include una sorgente luminosa sintonizzabile su una banda spettrale che genera un segnale luminoso coerente.

Preferibilmente, l’SS‐OCT include un interferometro ottico per dividere il segnale luminoso coerente in un braccio di riferimento che porta a un riflettore di riferimento e un braccio campione che porta a un campione.

Preferibilmente, l’SS‐OCT include un elemento ottico per dirigere selettivamente il segnale luminoso coerente in uscita dal braccio campione a una porzione specifica del campione, in modo che per ciascuna selezione nell’elemento ottico viene illuminata una diversa porzione specifica del campione.

Preferibilmente, l’SS‐OCT include un rivelatore ottico per rilevare un segnale di interferenza generato da una combinazione di segnali di riferimento e di ritorno del campione dal braccio di riferimento e dal braccio campione, riflessi rispettivamente dal riflettore di riferimento e dal campione.

Preferibilmente, il metodo, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una porzione specifica del campione, comprende inoltre: lo spazzolamento della sorgente luminosa per un intervallo di tempo ΔT, in modo che una lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente che porta al segnale luminoso campione che illumina la porzione specifica del campione cambia da una lunghezza d'onda minima a una lunghezza d'onda massima e in cui la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente raggiunge lo stesso valore tra la lunghezza d'onda minima e la lunghezza d'onda massima almeno due volte durante lo spazzolamento.

Preferibilmente, il metodo, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una specifica porzione del campione, comprende inoltre: il rilevamento del segnale di interferenza generato dallo spazzolamento, incluse porzioni del segnale di interferenza generate utilizzando i segnali di ritorno del campione degli almeno due segnali luminosi coerenti aventi la stessa lunghezza d'onda.

Preferibilmente, il metodo, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una specifica porzione del campione, comprende inoltre: l’elaborazione del segnale di interferenza rilevato generato dallo spazzolamento, incluse porzioni del segnale di interferenza rilevato generato utilizzando i segnali di ritorno

del campione degli almeno due segnali luminosi coerenti aventi la stessa lunghezza d'onda, per ottenere un’immagine OCT della porzione specifica del campione.

Secondo un secondo aspetto, l’invenzione riguarda un sistema di tomografia a coerenza ottica Swept Source (SS‐OCT).

Preferibilmente, l’SS‐OCT include una sorgente luminosa che genera un segnale luminoso coerente che è sintonizzabile su una banda spettrale.

Preferibilmente, l’SS‐OCT include un rivelatore ottico per rilevare di un segnale di interferenza generato da una combinazione di segnali di riferimento e di ritorno del campione dal braccio di riferimento e dal braccio campione, riflessi rispettivamente dal riflettore di riferimento e dal campione.

Preferibilmente, l’SS‐OCT include un'unità di elaborazione.

Più preferibilmente, l’unità di elaborazione è programmata per, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una porzione specifica del campione: definire un intervallo di tempo di spazzolamento ΔT.

Preferibilmente, l’unità di elaborazione è programmata per, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una porzione specifica del campione: cambiare il segnale luminoso coerente che porta al segnale luminoso campione che illumina la porzione specifica del campione da una lunghezza d'onda minima a una lunghezza d'onda massima e nello stesso spazzolamento modificando la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente in modo da raggiungere lo stesso valore tra la lunghezza d'onda minima e la lunghezza d'onda massima almeno due volte durante lo spazzolamento.

Preferibilmente, l’unità di elaborazione è programmata per, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una porzione specifica del campione: l’elaborazione del segnale di interferenza rilevato per ottenere un’immagine OCT della porzione specifica del campione.

Il sistema OCT e il metodo dell’invenzione sono utilizzati per ottenere una scansione OCT di un campione. Il campione può essere una porzione del corpo umano o qualsiasi altro elemento desiderato, trasparente alla gamma di lunghezza d'onda impiegata del segnale emesso da una sorgente luminosa.

Nel sistema SS‐OCT dell’invenzione, viene utilizzata una sorgente luminosa coerente. La sorgente luminosa può emettere un segnale luminoso coerente avente una lunghezza d’onda che può essere variata all’interno di una data larghezza di banda. Questa sorgente luminosa può essere per esempio un laser, più preferibilmente un laser sintonizzabile. Il laser sintonizzabile ha una larghezza di banda Δλ.

Nel sistema SS‐OCT, la luce coerente proveniente dalla sorgente luminosa coerente è divisa in due mediante un interferometro. I due bracci degli interferometri sono chiamati bracci campione e di riferimento. Pertanto una porzione del segnale luminoso diviso viaggia nel braccio campione ed esce da questo, generando il segnale luminoso campione. Il segnale luminoso campione che esce dal braccio campione illumina una porzione del campione. Per selezionare quale porzione del campione deve essere illuminata per ottenere una A‐scan dello stesso, un elemento ottico è fornito per spostare la luce coerente proveniente dal braccio campione a diverse porzioni del campione. Secondo dati parametri, l’elemento ottico può illuminare selettivamente una porzione del campione con il segnale luminoso campione proveniente dal braccio campione. Questa porzione illuminata cambia, cioè viene selezionata un’altra porzione del campione, quando l’elemento ottico sposta il segnale luminoso campione sul campione. L’illuminazione delle due diverse porzioni del campione potrebbe parzialmente sovrapporsi, cioè due selezioni potrebbero portare a un’illuminazione di due diverse porzioni del campione che non sono completamente distinte nello spazio. Una A‐scan corrisponde a ciascuna selezione da parte dell’elemento ottico di una porzione del campione, per esempio una A‐scan in un’immagine OCT di una porzione del campione selezionato dall’elemento ottico.

Questa selezione di una porzione del campione da parte dell’elemento ottico può essere effettuata meccanicamente, per esempio considerando l’elemento ottico come comprendente uno specchio rotante che può dirigere il segnale luminoso campione proveniente dal braccio campione verso una porzione specifica del campione. Il segnale luminoso campione può essere orientato spostando, per esempio ruotando, lo specchio stesso, per esempio lungo la direzione X o Y, entrambe perpendicolari alla direzione di propagazione del segnale luminoso campione proveniente dal braccio campione, finché la porzione desiderata del campione viene illuminata.

Alternativamente, il segnale luminoso campione proveniente dal braccio campione può essere spostato sul campione per selezionare una porzione desiderata utilizzando un dispositivo acusto‐ottico, e quindi la porzione del campione da illuminare può essere selezionata cambiando un valore di tensione o corrente che viene alimentato all'elemento ottico. Qualsiasi dispositivo ottico atto a cambiare la posizione di un segnale luminoso campione su un campione può essere utilizzato anche come elemento ottico.

Il secondo braccio dell’interferometro, il braccio di riferimento, ha la stessa funzione dell'SS‐OCT standard ed emette un segnale luminoso di riferimento verso un riflettore di riferimento.

Il campione e il riflettore riflettono la luce sui due bracci dell’interferometro generando rispettivamente un segnale di ritorno campione e un segnale di ritorno di riferimento.

Selezionata una porzione del campione da illuminare, viene eseguito uno spazzolamento della sorgente luminosa, cioè viene eseguita una sintonizzazione della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente emesso dalla sorgente, dove la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente viene modificata entro Δλ per un tempo di spazzolamento ΔT. Lo spazzolamento viene eseguito mantenendo sempre fisso nella stessa posizione il fascio del segnale luminoso campione proveniente dal braccio campione, cioè impattando sempre la stessa porzione selezionata di campione per l'intera durata di spazzolamento. Questo spazzolamento corrisponde alla generazione di una singola A‐scan. Durante l’intervallo ΔT, la luce emessa dalla sorgente cambia la sua lunghezza d’onda da un minimo a un massimo.

Nella presente invenzione, durante lo spazzolamento, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente viene cambiata, ma non è sempre in aumento come illustrato nella figura 1. Nella presente invenzione, il tempo di spazzolamento ΔT viene diviso in vari sotto‐intervalli, almeno due sotto‐intervalli. In ciascuno di questi sotto‐intervalli di spazzolamento, tutti appartenenti allo stesso spazzolamento, cioè tutti concorrenti alla realizzazione della stessa A‐scan (cioè tutti concorrenti alla formazione di un’immagine OCT della stessa porzione del campione in profondità), la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente è variata, preferibilmente ‐ ma non necessariamente ‐ in modo lineare.

In ogni sotto‐intervallo, la lunghezza d'onda λ del segnale di sorgente luminoso è variata, all’interno dell’intervallo definito dal minimo e massimo complessivo (ma non necessariamente raggiungendoli), in modo tale che la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente a un istante all’interno del sottointervallo (i+M)esimo (dove i e M sono numeri interi) abbia lo stesso valore che aveva in un istante diverso durante l'intervallo iesimo, cioè:

λ nel sotto‐intervallo iesimo al tempo t1 = λ nel sotto‐intervallo (i+M)esimo al tempo t2

Potrebbero esserci molti “punti” (per esempio istanti di tempo o perfino intervalli di tempo) in cui il segnale di sorgente luminosa ha la stessa lunghezza d'onda sia nel sotto‐intervallo iesimo sia nel sotto‐intervallo (i+M)esimo. Inoltre, se ci sono N> 2 intervalli di sotto‐spazzolamento, ci potrebbe essere un istante nel primo sotto‐intervallo in cui la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente è identica alla lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente in un istante nel secondo sotto‐intervallo che è identico alla lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente in un istante nel terzo sotto‐intervallo e così via, ad esempio:

λ nel sotto‐intervallo iesimo in un tempo t1, t2, t3… = λ nel sotto‐intervallo (i+M)‐esimo in un tempo tk, t k+1, t

k+2…= λ nel sotto‐intervallo (i+M+L)‐esimo in un tempo tm, t m+1, t m+2…

dove M, i e L sono numeri interi.

Lo spazzolamento è quindi diviso in sotto‐spazzolamenti in cui la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente ha un comportamento dato. La durata Δti di ogni intervallo di sotto‐spazzolamento, dove i=1...N numero intero, è tale che

In questo modo, l’ampiezza dell’intervallo in cui la lunghezza d'onda del segnale di sorgente luminosa deve essere sintonizzato può essere minore rispetto alla situazione della figura 1, ma lo stesso risultato è raggiunto in termini di velocità e risoluzione. La variazione di lunghezza d’onda del segnale luminoso coerente emesso dalla sorgente è divisa in “sotto‐variazioni”, ciascuna richiedendo un intervallo minore. Ciò non influenza la risoluzione del sistema, come dettagliato in seguito.

Bisogna sottolineare che la sorgente luminosa nell’SS‐OCT è una sorgente luminosa singola che esegue lo spazzolamento nel modo sopra descritto. In altre parole, lo spazzolamento che include i sotto‐intervalli è generato da una singola sorgente luminosa, la cui lunghezza d’onda è modulata in ciascun sotto‐intervallo di spazzolamento.

Questo segnale luminoso coerente come menzionato viaggia negli interferometri e genera il segnale luminoso di riferimento e il segnale luminoso campione che esce dal riferimento campione e dal braccio campione. Questi due segnali, a loro volta, vengono riflessi dal riflettore di riferimento e dal campione, rispettivamente, generando un segnale di riferimento e un segnale di ritorno del campione che ritorna indietro nel braccio di riferimento e nel braccio campione.

I due segnali di ritorno generano un segnale di interferenza, o segnale di battimento, che viene rilevato. Il rilevatore può essere per esempio un fotorilevatore. Questo segnale di interferenza che è rilevato include il segnale di interferenza generato anche dai segnali luminosi campione generati dagli almeno due segnali luminosi coerenti provenienti dalla sorgente laser e impattanti il campione e aventi la stessa lunghezza d'onda.

Il fatto che l’intervallo di spazzolamento sia diviso in sotto‐intervalli, aventi una durata temporale di Δti, senza un aumento costante della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente nell’intero intervallo di spazzolamento avente una durata di ΔT come definito precedentemente, non influenza la risoluzione dell’immagine finale, poiché per il segnale di interferenza solo la differenza nel percorso tra i segnali di interferenza è rilevante, non il valore assoluto delle lunghezze d'onda. Senza essere vincolati dalla teoria, si può affermare che solo il valore assoluto della differenza di lunghezza d'onda conta nella generazione del segnale di interferenza.

La A‐scan per la porzione selezionata del campione illuminata per la durata dello spazzolamento è ottenuta utilizzando entrambi i segnali luminosi coerenti all'interno dello stesso spazzolamento e aventi la stessa lunghezza d'onda, e in particolare il segnale di interferenza (o segnale di battimento) generato da entrambi

i segnali di ritorno dei corrispondenti campioni dei due segnali luminosi coerenti aventi la stessa lunghezza d'onda viene utilizzato per ottenere la A‐scan. Va inteso che la stessa lunghezza d'onda dei segnali luminosi coerenti è presente quando i due segnali luminosi sono emessi (in tempi diversi) alla sorgente.

Nel primo e secondo aspetto menzionati in precedenza, l’invenzione può includere le caratteristiche seguenti, in combinazione o come alternative.

Preferibilmente, spazzare la sorgente per un intervallo di tempo ΔT, include dividere lo spazzolamento in N, dove N ≥2, intervalli sotto‐spazzolati, in cui in ogni intervallo di sotto‐spazzolamento, per una porzione di questo, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente varia con il tempo sostanzialmente in modo identico alla fase precedente di sotto‐spazzolamento o varia con il tempo in modo opposto alla fase precedente di sotto‐spazzolamento.

Il termine “opposto” è interpretato nel contesto della presente applicazione come indicatore di tendenza della variazione della lunghezza d'onda in un intervallo di sotto‐scale. Per esempio, se in un intervallo di sotto‐spazzolamento la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente aumenta in un intervallo di sottospazzolamento successivo, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente diminuisce, ma non diminuisce necessariamente allo stesso intervallo con cui aumenta la lunghezza d'onda nell'intervallo precedente di sotto‐spazzolamento.

Il segnale luminoso coerente, come detto, in ogni intervallo di sotto‐spazzolamento, porzione del tempo totale di spazzolamento ΔT, può variare da un minimo a un massimo, indipendentemente dall'intervallo di sotto‐spazzolamento precedente o successivo, purché vi siano almeno due punti (ad esempio istanti di tempo) durante l'intero tempo di spazzolamento in cui il segnale luminoso coerente raggiunge lo stesso valore di lunghezza d'onda. Preferibilmente, per una porzione di ciascun intervallo di sotto‐spazzolamento, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente ha lo stesso comportamento rispetto al tempo, cioè ha gli stessi valori, che sono raggiunti nell’intervallo precedente o successivo di sotto‐spazzolamento. Ad esempio, se f(t) è il valore della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente in funzione del tempo, vi è di preferenza un primo intervallo di tempo Δti appartenente all'intervallo i‐esimo di sotto‐spazzolamento e un secondo intervallo di tempo Δti+1 appartenente all'intervallo (i+1)esimo di sotto‐spazzolamento per cui

dove C è una costante e i+1 ч N. Il significato dell'equazione è che per tutti gli istanti t nell'intervallo di tempo Δti appartenente all'intervallo i‐esimo di sotto‐spazzolamento, il comportamento della lunghezza d'onda nel tempo è sostanzialmente identico, o opposto, al comportamento della lunghezza d'onda nel tempo per tutti gli istanti t nell'intervallo di tempo Δti+1 appartenente all'intervallo (i+1)‐esimo di sottospazzolamento, a eccezione di una costante C.

In altre parole, la lunghezza d'onda negli intervalli i‐esimi di sotto‐spazzolamento definisce una funzione di curva del tempo. Una porzione di questa curva è riprodotta nell’intervallo di sotto‐spazzolamento successivo (i+1)‐esimo, o il suo opposto (cioè l’opposto della funzione, ‐f(t)). La costante C può variare in ciascun intervallo di sotto‐spazzolamento.

Va inteso che f(t) e la costante C sono tali che la frequenza ha sempre un valore positivo.

L’identità in f(t) non è naturalmente un’identità matematica. L’emissione di una lunghezza d'onda e la sintonizzazione del segnale sono legati a tolleranze degli apparecchi utilizzati e quindi l’”identità” è all'interno delle tolleranze menzionate in precedenza. Queste tolleranze sono preferibilmente < 20 % per ciascun punto della curva, preferibilmente < 10%, più preferibilmente < 5%, ancora più preferibilmente < 2%.

I Richiedenti si sono resi conto che differenze di frequenze “positive” o “negative” portano sostanzialmente allo stesso risultato quando il segnale di interferenza viene poi elaborato, per esempio i segnali di battimento restano invariati a prescindere dall’aumento o dalla diminuzione (sostanzialmente allo stesso modo) della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente. In altre parole, il segnale di interferenza rilevato resta invariato se la variazione di lunghezza d'onda è sostanzialmente invertita. Solo il valore assoluto della differenza di lunghezza d'onda potrebbe contare generando il segnale di interferenza.

Preferibilmente, elaborare il segnale di interferenza rilevato implica l’esclusione di una regione del segnale menzionato in precedenza nel momento in cui l’intervallo di sotto‐spazzolamento N‐1 termina e l'intervallo di sotto‐spazzolamento N inizia.

Nel momento in cui il comportamento della lunghezza d'onda come funzione del tempo cambia, per esempio da un comportamento crescente a un comportamento decrescente, il segnale di interferenza conseguente potrebbe non essere utilizzabile per ottenere un’immagine OCT adeguata. Quei momenti, o anche l’approssimarsi di questi momenti, di “cambiamenti di comportamento” potrebbero essere rimossi dal segnale di interferenza complessivo e non elaborati ulteriormente.

Preferibilmente, queste porzioni che sono eliminate dal segnale di interferenza rilevato corrispondono a regioni in cui la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente è a circa il suo massimo o a circa il suo minimo.

Preferibilmente, tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno una durata di sotto‐spazzolamento sostanzialmente identica Δt ≤ ΔT/2.

La durata di spazzolamento totale ΔT è preferibilmente divisa in intervalli di sotto‐spazzolamento N aventi tutti la stessa durata Δt, in modo che Poiché il tempo complessivo della fase di

spazzolamento è fisso e dipende dall’applicazione, la durata degli intervalli di sotto‐spazzolamento determina il numero N di intervalli. Preferibilmente, N non è troppo grande, per evitare di rimuovere molte porzioni del segnale di interferenza rilevato.

Preferibilmente, il comportamento della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente nel tempo in ogni segnale di sotto‐spazzolamento è lo stesso, cioè il comportamento di lunghezza d'onda nel tempo è sostanzialmente periodico con periodo Δt.

Preferibilmente, spazzolare la sorgente di spazzolamento per un intervallo di tempo ΔT include spazzolare la sorgente di spazzolamento per un intervallo di tempo più breve di 10 µs, preferibilmente più breve di 1 µs. Più preferibilmente, ΔT è più breve di 100 ns.

ΔT, la durata di una A‐scan, è preferibilmente molto “rapida”. Tuttavia, per ottenere una risoluzione accettabile in Z dell'immagine OCT, e allo stesso tempo avere una scansione sufficientemente rapida, il tempo assegnato a ciascuno spazzolamento è preferibilmente compreso nell’intervallo rivendicato in precedenza.

Gli intervalli di sotto‐spazzolamento sono preferibilmente più corti di 50 ns ciascuno. Più preferibilmente, sono più lunghi di ΔT/6. Preferibilmente, sono più corti di ΔT/2.

Preferibilmente, il metodo include: dividere lo spazzolamento in N, dove N ≥2, gli intervalli di sottospazzolamento, fornendo l'intervallo di sotto‐spazzolamento (i‐1)‐esimo avente una durata Δt i‐1 con la lunghezza d’onda del segnale luminoso coerente avente il comportamento seguente:

dove f(t) è una funzione monotona tra t1 e t2, dove t1 e t2 ϵ Δt i‐1; e

fornendo l’intervallo di sotto‐spazzolamento i‐esimo avente una durata Δt i con la lunghezza d'onda del <segnale luminoso coerente avente il seguente comportamento: >

dove C è una costante, tra t3 e t4, dove t3 e t4 ϵ Δt i.

Alternativamente, il metodo include: dividere lo spazzolamento in N, dove N ≥2, gli intervalli di sottospazzolamento, fornendo l'intervallo di sotto‐spazzolamento (i‐1)‐esimo avente una durata Δt i‐1 con la lunghezza d’onda del segnale luminoso coerente avente il comportamento seguente:

dove f(t) è una funzione monotona tra t1 e t2, dove t1 e t2 ϵ Δt i‐1; e fornendo l’intervallo di sotto‐spazzolamento i‐esimo avente una durata Δt i con la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente <avente il seguente comportamento: >

dove C è una costante, tra t3 e t4, dove t3 e t4 ϵ Δt i.

Pertanto, in questa forma di realizzazione, il comportamento della lunghezza d'onda nel tempo in due intervalli adiacenti di sotto‐spazzolamento è lo stesso (f(t) è lo stesso in entrambi gli intervalli). C potrebbe anche essere uguale a zero.

Preferibilmente, per almeno una porzione di ciascun intervallo di sotto‐spazzolamento, il comportamento di lunghezza d'onda nel tempo è una funzione monotona del tempo. Pertanto, raffigurando la lunghezza d'onda come una funzione curva del tempo, ogni intervallo di sotto‐spazzolamento include una porzione della stessa curva, o il suo opposto, "spostato nel tempo", che è monotono per un intervallo di tempo. <Preferibilmente, questa porzione monotona di curva è presente in tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento. >a il valore della lunghezza d'onda della sorgente luminosa coerente nell’intervallo i‐1, indica il valore della lunghezza d'onda della sorgente luminosa coerente nell’intervallo i, dove i è un numero intero e i = 1…N.

Più preferibilmente, tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno una pari durata Δt di sottospazzolamento e dove C è una costante per l'intera durata dell'intervallo di sottospazzolamento.

Alternativamente, tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno una pari durata

dove C è una costante per l'intera durata dell'intervallo di sotto‐spazzolamento.

Preferibilmente, il comportamento della lunghezza d’onda in tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento è lo stesso, o il suo opposto. Ancora una volta, la definizione di “lo stesso” o “identico” si riferisce a un’identità all'interno delle tolleranze menzionate in precedenza intrinseche dell’apparecchio. Lo stesso comportamento della lunghezza d'onda considerato come una curva in un intervallo di spazzolamento è copiato e spostato nel tempo all’intervallo di sotto‐spazzolamento seguente, o è copiato, l'opposto viene fatto, e poi spostato.

Ancora più preferibilmente, è una funzione sostanzialmente lineare.

La lunghezza d'onda è preferibilmente una funzione lineare del tempo ed è divisa in segmenti lineari, un segmento per ciascun intervallo di sotto‐spazzolamento. Preferibilmente, il numero complessivo di segmenti può essere ascendente o discendente (per esempio, possono avere tutti derivata positiva o tutti derivata negativa), o preferibilmente potrebbe essere alternato (cioè alcuni ascendenti e alcuni discendenti).

Per esempio, preferibilmente, la lunghezza d'onda in ciascun segnale di sotto spazzolamento ha la forma seguente:

dove i=1...N e ai è un intervallo costante dipendente di sotto‐spazzolamento.

In ciascun altro intervallo di sotto‐spazzolamento k, dove k=1..N con k ≠i, la lunghezza d'onda cambia come:

< >

<o >

Dove bk e ck sono costanti che dipendono dall'intervallo di sotto‐spazzolamento. Pertanto la pendenza m della curva lineare resta la stessa o diventa il suo opposto. Le curve lineari non sono strettamente parallele (o opposte) in senso matematico, cioè, il valore m è lo stesso in tutti gli intervalli non in modo assoluto, ma all'interno di una tolleranza. Preferibilmente, da un intervallo di sotto‐spazzolamento all’altro può esserci una differenza nel valore m di massimo il 20%, preferibilmente inferiore al 10%, più preferibilmente inferiore al 2%.

Preferibilmente, tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno una durata di sotto‐spazzolamento Δt e la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente è una funzione sostanzialmente periodica con periodo Δt o 2 Δt.

Il comportamento lunghezza d'onda vs tempo potrebbe essere ad esempio quello di un'onda a dente di sega. In questo caso, tra un dente di sega e quello vicino, il laser è preferibilmente spento. L'intervallo di tempo in cui il laser è spento corrisponde a una regione nel segnale di interferenza che deve essere scartata.

Alternativamente, potrebbe essere un’onda triangolare. Il triangolo definito dall’onda è preferibilmente isoscele.

Preferibilmente, il metodo include la fase di dividere la spazzolamento in N intervalli di sottospazzolamento, in cui N può variare da un minimo di 2 a un massimo di 15. Più preferibilmente, N può variare da un minimo di 2 a un massimo di 8. Ancora più preferibilmente, N può variare da un minimo di 4 a un massimo di 6. Il numero massimo di intervalli di sotto‐spazzolamento dipende da cosa viene considerato come un livello di rumore accettabile che proviene dalle discontinuità nel segnale di interferenza. Queste discontinuità, che generalmente si generano in corrispondenza di porzioni di un intervallo di sottospazzolamento in cui la lunghezza d'onda raggiunge i suoi valori minimi e/o massimi, sono preferibilmente rimosse prima di elaborare il segnale di interferenza.

Sorgenti luminose coerenti con una velocità di regolazione minore di 50 nm/µs sono commercialmente disponibili, mostrando un intervallo di sintonizzazione tipico intorno a 100 nm. Al fine di aumentare la

velocità di scansione, speciale materiale ottico lo consente, ma hanno campi di sintonia più piccoli, tipicamente inferiori a 20 nm. Pertanto, il numero preferito di intervalli di sotto‐spazzolamento è un compromesso tra la “piccola larghezza di banda” generalmente disponibile in sorgenti sintonizzabili e la quantità di segnale di interferenza da scartare, ed è preferibilmente compreso tra 2 e 15, più preferibilmente tra 2 e 6.

Preferibilmente, il metodo comprende la fornitura di una sorgente luminosa avente una larghezza di banda spettrale più stretta di 40 nm. Più preferibilmente, la larghezza di banda spettrale è più stretta di 30 nm, ancora più preferibilmente, la larghezza di banda spettrale è più stretta di 25 nm.

Preferibilmente, la sorgente luminosa è una sorgente laser sintonizzabile che include un elemento sintonizzabile di cristallo liquido.

Il cristallo liquido è preferibilmente l’elemento sintonizzabile che permette la variazione di lunghezza d'onda della sorgente luminosa coerente.

Preferibilmente, la sorgente luminosa è una sorgente laser avente una cavità. La cavità è limitata da specchi. Preferibilmente, uno degli specchi è uno specchio parzialmente riflettente e l'altro è uno specchio ad alta riflettanza. La cavità include un mezzi di guadagno e un filtro ottico sintonizzabile. Il filtro ottico sintonizzabile include un cristallo liquido.

Come noto, affinché il mezzi di guadagno amplifichi la luce, è necessario che sia alimentato tramite pompaggio. L’energia è tipicamente alimentata come corrente elettrica o come luce a una diversa lunghezza d'onda. La luce dal mezzi di guadagno rimbalza avanti e indietro tra gli specchi, passando attraverso il mezzi di guadagno ed essendo amplificata ogni volta. La luce passa anche attraverso il filtro ottico sintonizzabile. Lo specchio parzialmente trasparente permette a parte della luce di sfuggire attraverso esso. Pertanto, a seconda delle caratteristiche del filtro ottico, per esempio il suo indice di rifrazione, la lunghezza d'onda della luce che sfugge dalla cavità attraverso lo specchio parzialmente trasparente può variare. Cambiare le caratteristiche del filtro ottico sintonizzabile cambia la lunghezza d'onda della luce emessa dalla sorgente laser.

Il filtro ottico dell’invenzione ha una larghezza di banda o intervallo spettrale libero (free spectral range), cioè può essere sintonizzabile da un valore minimo a un valore massimo di indice di rifrazione applicando ad esso un campo elettromagnetico.

A causa del fatto che la lunghezza d'onda della luce nella cavità varia perché il filtro ottico può essere sintonizzato, anche lo specchio parzialmente trasparente ha preferibilmente un dato intervallo spettrale libero (free spectral range). Preferibilmente, l’intervallo spettrale libero dello specchio parzialmente trasparente è lo stesso o sostanzialmente lo stesso dell’intervallo spettrale libero del filtro ottico. In questo

modo si può ottenere la linearità dell'uscita della sorgente laser e si evita sostanzialmente di emettere un raggio laser a due o più lunghezze d'onda simultaneamente. Preferibilmente l’intervallo spettrale libero dello specchio e del filtro ottico sintonizzabile è più stretto di 40 nm, più preferibilmente più stretto di 30 nm, più preferibilmente più largo di 20 nm.

La sintonizzazione della lunghezza d'onda dell’emissione della sorgente laser, cioè la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente, dipende quindi dall'indice di rifrazione del filtro ottico sintonizzabile. Tuttavia, una variazione nella lunghezza d'onda della sorgente luminosa coerente nella presente invenzione non è causata dal fenomeno elettro‐ottico standard che è relativo all’effetto Frederiks, cioè il riorientamento del direttore n della molecola nel campo elettrico a bassa frequenza causato da anisotropia della suscettibilità dielettrica. Questo effetto, il ben noto effetto comune nei Cristalli Liquidi, causa una variazione troppo lenta, (per esempio avente un tempo di risposta dell'ordine di un millisecondo), dell'indice di rifrazione del materiale per le necessità di un sistema OCT. L’effetto utilizzato nella presente invenzione per ottenere una variazione della lunghezza d'onda del Cristallo Liquido nel filtro ottico sintonizzabile nella cavità della sorgente laser è l’effetto NEMOP (Nanosecond Electrically Induced Modification of Order Parameters del cristallo liquido). Il cristallo liquido può essere di qualsiasi tipo con anisotropia dielettrica e magnetica positiva o negativa e potrebbe includere diversi tipi di additivi come, ma non limitato a: composti polimerici, nanoparticelle, molecole fortemente polari.

Preferibilmente, il filtro ottico sintonizzabile è un etalon (chiamato anche filtro Fabry‐Pérot).

La sintonizzazione di questo materiale viene eseguita applicando un campo elettromagnetico esterno attraverso il cristallo liquido, per esempio mediante elettrodi.

Per esempio, il cristallo liquido nel laser dell’invenzione riempie uno spazio vuoto tra due lastre otticamente trasparenti (preferibilmente vetro), in cui detto divario ha una larghezza inferiore a 100 μm, preferibilmente inferiore a 50 μm, ancora più preferibilmente inferiore a 30 μm. D’altra parte, la larghezza dello spazio vuoto è preferibilmente maggiore di 10 μm. In generale, minore è la larghezza dello spazio vuoto tra due lastre otticamente trasparenti, più largo sarà l’intervallo spettrale libero (free spectral range) del filtro sintonizzabile conseguente. Allo stesso tempo, lo spazio vuoto ha preferibilmente una larghezza minima, in modo che il cristallo liquido sia in grado di penetrare tra dette due lastre otticamente trasparenti, riempendo lo spazio libero.

Il cristallo liquido viene posizionato tra due elettrodi, per esempio pellicole sottili di materiale TCO (ossido conduttivo trasparente) a ridotta resistività e alta trasparenza. Questi strati conduttivi sono preferibilmente rivolti l'uno verso l'altro all'interno della cella e sono separati da un apposito spazio riempito dal materiale scelto. La cella può essere sigillata mediante una guarnizione contenente microparticelle controllate

dimensionalmente per garantire una distanza uniforme. Inoltre, un multistrato dielettrico altamente riflettente è preferibilmente depositato sopra almeno uno, preferibilmente sopra ciascuno, del TCO per garantire un comportamento Fabry Perot. Va inteso che il significato di “sopra” è uguale a “a contatto con la superficie di”, essendo l’orientamento della cella di cristallo liquido arbitrario. La riflettanza del multistrato dielettrico altamente riflettente è preferibilmente maggiore del 95% per garantire una ridotta larghezza della linea spettrale del segnale in uscita dalla cavità.

Gli elettrodi sono connessi a un generatore di segnale in modo che un segnale possa essere applicato agli elettrodi per generare un campo elettromagnetico.

Secondo una forma di realizzazione, la cella comprende, dall’alto verso il basso (alto e basso sono utilizzati per descrivere una successione di strati, l’orientamento fisico della cella può essere arbitrario): substrato di quarzo o di vetro, uno strato di Ossido di stagno di indio (ITO) conduttivo e trasparente alle lunghezze d'onda che viaggiano nella cavità (questo definisce l’elettrodo), un multistrato dielettrico avente un’alta riflettanza e includente due strati, un basso indice di rifrazione uno (ad esempio SiO2) e un alto indice di rifrazione uno (ad esempio TiO2), il cristallo liquido e poi ancora il multistrato dielettrico, ITO e substrato di vetro o quarzo. La posizione dell'elettrodo e del multistrato può essere scambiata per modificare la riflettanza nel campo di lunghezza d'onda di interesse.

Il campo elettromagnetico esterno è preferibilmente applicato in configurazioni di accensione e spegnimento. Per esempio, in un intervallo di sotto‐spazzolamento il campo elettromagnetico è applicato al LC e cambiando da un intervallo di sotto‐spazzolamento all’altro, viene spento. Alternativamente, può essere variato rapidamente. I tempi tipici di salita e discesa del campo elettromagnetico in questo comportamento on/off sono di circa 5‐10 ns. Bisogna notare che la risposta del cristallo liquido dovuta all’effetto NEMOP mostra un tempo di risposta molto rapido, tipicamente molto inferiore a 100 ns.

Il tipico intervallo di spessore della cella per ottenere la sintonizzabilità della sorgente laser nell’intervallo desiderato, per esempio in un intervallo maggiore di 20 nm, è preferibilmente tra 10 e 50 micron, più preferibilmente tra 15 e 40 micron, ancora più preferibilmente tra 20 e 30 micron. Lo spessore della cella è sostanzialmente lo spessore del cristallo liquido perché lo spessore del multistrato dielettrico è relativamente piccolo, ad esempio può essere compreso tra 1 micron e 5 micron, per una cella più spessa, per esempio avente uno spessore minore di 100 micron, può essere compreso tra 1 e 10 micron.

Bisogna considerare che in questa configurazione, il cristallo liquido può essere sostituito da una sottile lastra di materiale elettro‐ottico con un alto coefficiente elettro‐ottico (> 30 pm/V), come niobato di litio (LiNbo3) o rubidio titanil fosfato (RTP): lo spessore della lastra sarà inferiore rispetto allo spessore del cristallo liquido richiesto a causa dell’alto indice di rifrazione del cristallo elettro‐ottico, in modo che il percorso ottico percorso dalla luce all’interno del Fraby Perot sia lo stesso in entrambi i casi.

Per ottenere una sintonizzabilità lineare, il segnale generatore stimola gli elettrodi che applicano una tensione di comando al cristallo liquido (LC) nel filtro ottico. La tensione di comando è preferibilmente maggiore di 0,1 kV, preferibilmente compresa tra 0,2 kV e 2 kV, più preferibilmente tra 0,5 kV e 1 kV. Variando linearmente la tensione, l'indice di rifrazione del LC varia linearmente, così come cambia la caratteristica di trasmissione del filtro Fabry‐Perot.

I Richiedenti hanno capito che applicando una differenza di tensione al cristallo liquido per un tempo di comando inferiore a 1 microsecondo, si evitano o riducono gli effetti relativamente “lenti” che provocano variazioni dell'indice di rifrazione del cristallo liquido. Ciò vale anche nel caso di applicazioni multiple ripetute di una differenza di tensione per una pluralità di tempi di comando (inferiori a 1 microsecondo), purché tale pluralità di tempi di comando sia generata con una frequenza di ripetizione compresa tra 100 KHz e 100 MHz, che corrisponde a un periodo di ripetizione compreso tra 0,01 millisecondi e 0,01 microsecondi.

Il termine “lento” è inteso nel presente documento come un effetto avente un tipico tempo di risposta dell'ordine di un millisecondo, come per esempio il riorientamento ad azionamento termico e/o elettrico dell’asse molecolare delle molecole di cristallo liquido.

Di conseguenza, questi effetti lenti possono causare forti variazioni dell'indice di rifrazione dei cristalli liquidi (�n > 0,1) quando pilotati a una frequenza massima di 10 KHz. D’altra parte, la variazione dell’indice di rifrazione causato da quegli effetti “lenti” diminuisce quando la frequenza di comando eccede 10 kHz. In particolare, quando la differenza di tensione viene applicata al cristallo liquido per un tempo di comando inferiore a 1 microsecondo, il contributo alla variazione dell’indice di rifrazione del cristallo liquido di qualsiasi effetto “lento” è minore o perfino molto minore rispetto alla variazione dell'indice di rifrazione del cristallo liquido dovuta all’effetto NEMOP, che può essere grande abbastanza da produrre una variazione� Δn reversibile dell’indice di rifrazione del cristallo liquido maggiore di 0,01 (a circa 0,5 kV di differenza di tensione di pilotaggio). Ancora una volta, ciò vale anche nel caso di ripetute applicazioni multiple di una differenza di tensione per una pluralità di tempi di comando (inferiori a 1 microsecondo), purché tale pluralità di tempi di comando sia generata con una frequenza di ripetizione compresa tra 100 KHz e 100 MHz. Frequenze di ripetizione superiori anche a 100 MHz, cioè nella gamma dei GHz o superiore, possono anche essere previsti con un drogaggio adeguato del cristallo liquido.

Preferibilmente, il segnale di interferenza è elaborato ulteriormente, per esempio utilizzando una trasformata veloce di Fourier(FFT). I picchi di frequenza che si possono trovare nella FFT forniscono l'informazione z desiderata della porzione del campione che viene illuminata durante la A‐scan dal segnale ottico coerente. A causa del fatto che in uno spazzolamento ci può essere più di una riflessione in corso, può essere rilevato più di un picco, dando informazioni sulla posizione in z di più di una struttura.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione sarà compresa meglio con riferimento non limitativo ai disegni allegati, dove:

‐ La figura 1 rappresenta un comportamento della variazione della lunghezza d'onda ( λ ) nel tempo (t) in una sorgente luminosa secondo l’arte antecedente;

‐ La figura 2 è una rappresentazione schematica di un sistema SS‐OCT secondo l'invenzione;

‐ La figura 3A è un dettaglio del sistema della figura 2;

‐ La figura 3B è un dettaglio in vista ingrandita della figura 3A;

‐ La figura 4 rappresenta come linea continua una prima forma di realizzazione di un comportamento della variazione della lunghezza d'onda ( Δ λ), espressa in nanometri, nel tempo (t) in una sorgente luminosa del sistema della figura 2 e 3A‐B secondo la presente invenzione, la linea tratteggiata mostrata rappresenta il segnale della figura 1;

‐ La figura 5A rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 1 è utilizzato per illuminare una porzione di un campione secondo l’arte antecedente;

‐ La figura 5B rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 4 viene utilizzato per illuminare la stessa porzione dello stesso campione della figura 5A secondo l’invenzione;

‐ La figura 5C rappresenta la sovrapposizione delle figure 5A e 5B;

‐ La figura 6 rappresenta una seconda forma di realizzazione di un comportamento della variazione della lunghezza d'onda ( Δ λ), espressa in nanometri, nel tempo (t) in una sorgente luminosa del sistema della figura 2 e 3A‐B secondo la presente invenzione, la linea tratteggiata mostrata rappresenta il segnale della figura 1 secondo l’arte antecedente;

‐ La figura 7A rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 1 è utilizzato per illuminare una porzione di un campione secondo l’arte antecedente;

‐ La figura 7B rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 6 viene utilizzato per illuminare la stessa porzione della figura 7A secondo l’invenzione;

‐ La figura 7C rappresenta la sovrapposizione delle figure 7A e 7B;

‐ La figura 8A rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 1 è utilizzato per illuminare una porzione di un campione secondo l’invenzione, dove due riflessioni sono presenti;

‐ La figura 8B rappresenta l’ampiezza (A) in unità arbitrarie del segnale di interferenza derivante nel tempo (t), espresso in microsecondi, quando il segnale della figura 6 viene utilizzato per illuminare la stessa porzione della figura 8A secondo l’invenzione;

‐ La figura 8C rappresenta la sovrapposizione delle figure 8A e 8B;

‐ La figura 9A mostra l’ampiezza (A) in unità arbitrarie della trasformata veloce di Fourier (FFT) sulla frequenza (f) in unità arbitrarie per il segnale di interferenza della figura 8A;

‐ La figura 9B mostra l’ampiezza (A) in unità arbitrarie della trasformata veloce di Fourier (FFT) sulla frequenza (f) in unità arbitrarie per il segnale di interferenza della figura 8B; e

‐ La figura 9C mostra la sovrapposizione delle figure 9A e 9B.

Descrizione delle forme di realizzazione preferite dettagliate dell’invenzione

Nella figura 2, è illustrato uno scanner di tomografia a coerenza ottica 100 per SS‐OCT. Lo scanner è utilizzato per illuminare un campione 110, un tipico campione essendo i tessuti nella parte posteriore dell’occhio umano.

Lo scanner 100 include una sorgente coerente spaziale di luce, 101. Questa sorgente è preferibilmente una sorgente laser a spazzolamento.

Inoltre, lo scanner include un interferometro 105, per esempio includente due bracci chiamati braccio di riferimento e braccio campione, 103, 104 realizzati con fibre ottiche.

La luce dalla sorgente 101, cioè un segnale luminoso coerente, viene indirizzata per illuminare il campione 110 mediante il braccio campione 104 dell'interferometro 105. Inoltre, la luce dalla sorgente 101 illumina un riflettore di riferimento 106 mediante il braccio di riferimento 103.

Lo scanner 100 include inoltre un elemento ottico 107 posizionato tra l’estremità del braccio campione 104 e il campione 110. L’elemento ottico è in grado di scansionare la luce che esce dal braccio 104 sul campione 110, in modo che il fascio di luce (linea tratteggiata 108) spazzi l’area o il volume da rappresentare. Quest’area o volume del campione è chiamata porzione selezionata del campione 110.

La direzione della propagazione della luce verso il campione emessa dal braccio campione definisce una profondità o direzione Z. Un piano perpendicolare a esso, dove il campione si trova almeno parzialmente, definisce un piano (X, Y).

La luce diffusa dal campione 110 viene raccolta, tipicamente nello stesso braccio campione 104 usato per indirizzare la luce per l'illuminazione della porzione selezionata del campione 110.

La luce di riferimento derivata dalla stessa sorgente 101 percorre un percorso separato, incluso il braccio di riferimento 103. La luce emessa dal braccio di riferimento 103 è riflessa da un riflettore 108. Una luce riflessa dal riflettore viaggia quindi in senso contrario nel braccio di riferimento 103.

Questi due campioni “di ritorno” e luci di riferimento che effettuano una propagazione posteriore nei bracci campione e di riferimento 103, 104 vengono raccolti. La luce di ritorno del campione raccolto è combinata con la luce di ritorno del riferimento raccolto, tipicamente in un accoppiatore di fibra 111, per formare una luce di interferenza che viene diretta a un rilevatore 120, come un fotodiodo. L’uscita dal rilevatore 120 è fornita a un processore 130. I risultati possono essere registrati nel processore.

L'interferenza fa sì che l'intensità della luce interferita vari attraverso lo spettro. Per ogni punto di diffusione nel campione, ci sarà una certa differenza nella lunghezza del percorso tra la luce dalla sorgente e riflessa da quel punto, e la luce dalla sorgente che percorre il percorso di riferimento. La luce interferita ha un'intensità relativamente alta o bassa a seconda che la differenza di lunghezza del percorso sia un numero pari o dispari di mezze lunghezze d'onda, poiché queste differenze di lunghezza del percorso determinano rispettivamente un'interferenza costruttiva o distruttiva. Pertanto l’intensità della luce interferita varia con la lunghezza d'onda in modo tale che essa riveli la differenza di lunghezza del percorso; una differenza maggiore di lunghezza del percorso porta a una variazione più rapida tra l'interferenza costruttiva e distruttiva attraverso lo spettro.

La trasformata di Fourier dello spettro di interferenza rivela il profilo delle intensità di diffusione a lunghezze di percorso differenti, e quindi la diffusione come una funzione di profondità nel campione.

Il profilo di diffusione come una funzione di profondità viene chiamato scansione assiale (A‐scan). Un set di A‐Scan misurati in punti vicini (varie porzioni selezionate) nel campione produce un'immagine trasversale (tomogramma) del campione.

L'intervallo di lunghezze d'onda a cui l’interferenza è registrata determina la risoluzione con cui si può determinare la profondità dei centri di diffusione, e quindi la risoluzione assiale del tomogramma.

Una vista più dettagliata della sorgente laser 101 utilizzata nello scanner 100 secondo l’invenzione è illustrata nella figura 3A. La sorgente laser, per sintonizzare la lunghezza d'onda del segnale emesso, utilizza un cristallo liquido basato su 150 etalon con una portata spettrale libera di 25 nm e una risposta in frequenza di circa 10 MHz.

La sorgente laser 101 include una cavità 141 delimitata da un primo e un secondo specchio. Il primo specchio 142 è uno specchio altamente riflettente, mentre il secondo specchio 143 è uno specchio parzialmente trasparente avente uno specchio FSR e ha la funzione di accoppiatore di uscita. L’uscita dell’etalon 150 è indicata con 146 nella figura.

La cavità include inoltre mezzi di guadagno o un chip ottico attivo 144, pompato in modo noto, e una lente collimatrice 145 per focalizzare la luce sull'etalon 150. L’etalon 150 è collegato a un generatore di tensione 160.

Il processore 130 collegato al laser cambia la tensione di comando dell'etalon tramite il generatore di tensione 160 in modo che, durante una A‐scan, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente emesso dal laser 101 cambia a seconda dell'invenzione.

Nella figura 3B, una vista più dettagliata dell’etalon 150 è mostrato in una vista ingrandita.

L’etalon 150 include un elemento di cristallo liquido 151. L’elemento di cristallo liquido può includere uno qualsiasi tra: CCN‐47, MLC‐20180, HNG715600‐100 prodotti rispettivamente da Nematel GmbH (Germania), Merck (USA), Jiangsu Hecheng Display technology (Cina).

L’elemento di cristallo liquido 151 è drogato con un additivo polare, preferibilmente 2, 3 ‐diciano‐4-pentilossifenil 4’‐pentilossibenzoato (DPP), CAS 67042‐21‐1 prodotto da UAB Tikslioji Sinteze, Lituania.

Ulteriori informazioni sul materiale di cristallo liquido utilizzato possono essere trovate in “Enhanced nanosecond electro‐optic effect in isotropic and nematic phases of dielectrically negative nematics doped by strongly polar additive”, pubblicato nel giornale Molecular Physics, dicembre 2017, scritto da Bingxian Li et al.

Due lati opposti dell'elemento LC 151 sono rivestiti con un multistrato dielettrico ad alta riflettanza (riflettanza superiore al 95%) 152 e la struttura risultante è inserita tra due elettrodi 153 collegati al generatore di tensione 160.

Due lastre di vetro chiudono quindi l’etalon 150.

Il generatore di tensione applica una tensione adeguata agli elettrodi 153 in modo da cambiare l’indice di rifrazione di LC 151. Una variazione di tensione lineare implica un cambiamento lineare nella lunghezza d'onda in uscita 146.

Nella figura 4, è mostrata una prima forma di realizzazione preferita dello spazzolamento per una A‐scan che dura ΔT, la durata di spazzolamento è divisa in sotto‐intervalli di eguale durata Δt.

Va inteso che l’ordinata della “lunghezza d'onda” rappresenta una variazione da una lunghezza d'onda minima a una lunghezza d'onda massima. Per ragioni pratiche di rappresentazione, la lunghezza d'onda minima è rappresentata come se fosse l’ordinata “zero”, tuttavia in realtà la lunghezza d'onda minima del segnale luminoso coerente emesso dalla sorgente luminosa è diversa da zero. Pertanto il valore mostrato è

sempre (minima lunghezza d'onda) ‐ (massima lunghezza d'onda). Le stesse considerazioni si applicano alle figure 1 e 6.

In questa forma di realizzazione, come visibile nella figura, in ciascuno di questi sottointervalli di durata Δt, la lunghezza d’onda dell'uscita luminosa coerente 146 è aumentata linearmente e in modo monotono per una durata ΔtA. Inoltre, nello stesso intervallo di sotto spazzolamento, la lunghezza d'onda è diminuita linearmente e in modo monotono per una durata ΔtB dove preferibilmente ΔtB << ΔtA. Il comportamento della lunghezza d'onda derivante della lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente 146 in t è una funzione periodica nel tempo con periodo Δt = ΔtA + ΔtB. La lunghezza d'onda definisce sostanzialmente, se ΔtB << ΔtA, una funzione del tempo a dente di sega “deformata” come rappresentato nella figura 4. La scansione del dente di sega può essere effettuata o con un reset molto rapido del filtro sintonizzabile 150 se il materiale elettro‐ottico è abbastanza veloce o utilizzando un separatore di fascio per dividere la sorgente luminosa in due o più porzioni e una linea/delle linee di ritardo ottico per combinare dette porzioni in un profilo di dente di sega.

Nella figura 4, viene mostrata anche la regolazione della lunghezza d'onda secondo l’arte antecedente (curva tratteggiata lineare equivalente alla figura 1), dove la lunghezza d'onda aumenta linearmente per tutta la durata dello spazzolamento ΔT.

Una simulazione numerica del segnale dal rilevatore OCT 120 del segnale di interferenza ottenuto nel caso in cui i segnali (arte antecedente e invenzione) della figura 4 siano spazzati sulla porzione selezionata del campione è illustrata nella figura 5A e 5B, nel risultato dell’arte antecedente nella figura 5A e il caso della presente invenzione nella figura 5B. Inoltre, nella figura 5C viene fatta una sovrapposizione dei due segnali (linea tratteggiata = arte antecedente, curva solida = invenzione presente).

Nella figura 5A, caso dell’arte antecedente, il segnale di interferenza è una sinusoide.

Nella figura 5B, il segnale di interferenza mostra una sinusoide e alcune "porzioni di rumore". Dalla figura 5B è possibile vedere che il segnale di interferenza nell'invenzione presenta una pluralità di regioni in cui il segnale non può essere utilizzato. Queste regioni corrispondono alle porzioni ΔtB degli intervalli di sottospazzolamento. Tuttavia, si può anche vedere che nella parte rimanente della curva (cioè al di fuori delle parti scartate) il segnale è in perfetta sintonia con il segnale dell'arte antecedente, cioè non c'è sostanzialmente alcuna differenza nel variare in modo continuo la lunghezza d'onda da un minimo a un massimo "alto" e variare la lunghezza d'onda da un minimo a un massimo molto più piccolo e ripetendo più volte questo cambiamento. Ciò può essere chiaramente visto nella figura 5C, dove i due segnali corrispondono perfettamente al di fuori delle regioni "rumorose".

Può essere mostrato che, se ΔtB è ridotto al minimo, anche le porzioni derivanti da scartare possono essere ridotte. Più ΔtB è piccolo, più diventa piccola la parte del segnale di interferenza derivante che ha bisogno di non essere considerata.

Nella figura 6, è mostrata una seconda forma di realizzazione preferita dello spazzolamento per una A‐scan che dura ΔT, la durata di spazzolamento è divisa in sotto‐intervalli di eguale durata.

In ciascuno di questi sotto‐intervalli di durata Δt, la lunghezza d’onda è variata linearmente e in modo monotono per l'intera durata Δt. Tuttavia, la variazione è alternativamente in aumento o in diminuzione. In un primo intervallo di sotto‐spazzolamento, la lunghezza d'onda viene ad esempio aumentata linearmente e in modo monotono e nel successivo intervallo di sotto‐spazzolamento la lunghezza d'onda viene diminuita linearmente e in modo monotono. La pendenza della curva lineare è la stessa sebbene l’opposto. In altre parole, se nell’intervallo i‐esimo la pendenza del segmento definito dalla lunghezza d'onda (t) della funzione è m, la pendenza della curva nell'intervallo (i+1)‐esimo è ‐m.

Questo comportamento del segnale è ottenuto aumentando con una certa velocità la tensione applicata agli elettrodi 153, raggiungendo un massimo, e quindi diminuendo la tensione fino al minimo alla stessa velocità dell’aumento.

Nella figura 6, viene mostrata anche la regolazione della lunghezza d'onda secondo l’arte antecedente (curva tratteggiata lineare equivalente alla figura 1), dove la lunghezza d'onda aumenta linearmente per tutta la durata dello spazzolamento ΔT.

Una simulazione numerica del segnale dal rilevatore OCT 120 del segnale di interferenza ottenuto nel caso in cui i segnali (arte antecedente e invenzione) della figura 6 siano spazzati sulla porzione selezionata del campione è illustrata nella figura 7A e 7B, nel risultato dell’arte antecedente nella figura 7A e il caso della presente invenzione nella figura 7B. Inoltre, nella figura 7C viene fatta una sovrapposizione dei due segnali (linea tratteggiata = arte antecedente, curva solida = invenzione presente).

Nella figura 7A, caso arte antecedente, il segnale di interferenza è una sinusoide.

Nella figura 7B, il segnale di interferenza mostra una sinusoide e alcune "porzioni di rumore". Dalla figura 7B è possibile vedere che il segnale di interferenza nell'invenzione presenta una pluralità di regioni in cui il segnale non può essere utilizzato. Queste regioni corrispondono al confine tra un intervallo di sottospazzolamento e il prossimo intervallo di sotto‐spazzolamento. Esse corrispondono anche al punto in cui la lunghezza d'onda cambia comportamento, da crescente a decrescente. Tuttavia, si può anche vedere che nella parte rimanente della curva (cioè al di fuori delle parti scartate) il segnale è in perfetta sintonia con il segnale dell'arte antecedente, cioè non c'è sostanzialmente alcuna differenza nel variare continuamente la lunghezza d'onda da un minimo a un massimo "alto" e variando la lunghezza d'onda da un minimo a un

massimo e dal massimo allo stesso minimo ripetendo più volte questo cambiamento. Ciò può essere chiaramente visto nella figura 7C dove i due segnali corrispondono perfettamente al di fuori delle regioni "rumorose".

Le figure 8A‐8C mostrano i risultati di simulazioni utilizzando il segnale di spazzolamento della seconda forma di realizzazione della figura 6, tuttavia in questo caso due riflessioni separate da 10 �m sono presenti nel campione.

Una simulazione numerica del segnale dal rilevatore OCT 120 del segnale di interferenza ottenuto nel caso in cui i segnali (arte antecedente e invenzione) della figura 6 siano spazzati sulla porzione selezionata del campione è illustrata nella figura 8A e 8B, nel risultato dell’arte antecedente nella figura 8A e il caso della presente invenzione nella figura 8B. Inoltre, nella figura 8C viene fatta una sovrapposizione dei due segnali (linea tratteggiata = arte antecedente, curva continua = invenzione presente).

Nella figura 8A, caso dell’arte antecedente, il segnale di interferenza è una sovrapposizione di due sinusoidi aventi diversa frequenza. Ogni frequenza rappresenta una diversa riflessione sul campione.

Nella figura 8B, il segnale di interferenza mostra anche due sinusoidi sovrapposte e alcune "porzioni di rumore". È possibile vedere dalla figura 8B che il segnale di interferenza nell'invenzione presenta una pluralità di regioni in cui il segnale non può essere utilizzato. Queste regioni corrispondono al confine tra un intervallo di sotto‐spazzolamento e il prossimo intervallo di sotto‐spazzolamento. Esse corrispondono anche al punto in cui la lunghezza d'onda cambia comportamento, da crescente a decrescente. Tuttavia, si può anche vedere che nella parte rimanente della curva (cioè al di fuori delle parti scartate) il segnale è in perfetta sintonia con il segnale dell'arte antecedente, cioè non c'è sostanzialmente alcuna differenza nel variare in modo continuo la lunghezza d'onda da un minimo a un massimo "alto" e variando la lunghezza d'onda da un minimo a un massimo e dal massimo allo stesso minimo ripetendo più volte questo cambiamento. Ciò può essere chiaramente visto nella figura 8C dove i due segnali corrispondono perfettamente al di fuori delle regioni "rumorose".

Le figure 9A‐9C mostrano la trasformata veloce di Fourier (FFT) per il segnale di interferenza delle figure 9A-9C (rispettivamente) dove le due riflessioni possono essere chiaramente distinte. Nei due casi dell’arte antecedente e della presente invenzione. È possibile vedere che i due comportamenti spettrali sono molto simili con solo un piccolo rumore aggiunto per il caso della presente invenzione.

Esempi

Il laser può emettere luce a 1550 nm utilizzando un chip ottico attivo basato su InP. La lunghezza d'onda di emissione cambia regolando il filtro sintonizzabile all'interno della cavità a diverse lunghezze d'onda di trasmissione variando la tensione applicata al materiale elettro‐ottico (nel nostro caso un sottile film di

cristallo liquido all'interno di una cavità Fabry‐Perot). L’uscita del laser è accoppiata all’ingresso di un interferometro (un accoppiatore di fibra 2x2). All’altro braccio di ingresso è accoppiato un fotodiodo rapido (larghezza di banda di circa 1 GHz) connesso con un processore di segnale. All’estremità di uno dei bracci di uscita viene fissato lo specchio di riferimento e all’altro braccio di uscita l’elemento di scansione basato su una lente collimatrice e uno specchio di scansione. La lunghezza dei due bracci di uscita è preferibilmente bilanciata per un lavoro di interferometro ottimale.

Il tempo di spazzolamento è impostato per essere pari a 1 µs ed è diviso in N=4 intervalli di sottospazzolamento, ognuno di 250 ns.

Ciò che viene chiamato segnale dell’“arte antecedente” è sostanzialmente lo spazzolamento della figura 1, ottenuta mantenendo la sorgente laser per 1 µs coprendo 100 nm.

Il segnale come illustrato nella figura 6 è ottenuto spazzolando il laser per 250 ns aumentando la lunghezza d'onda di uscita di 25 nm e poi invertendo lo spazzolamento per altri 250 nm tornando alla lunghezza d'onda iniziale e poi ripetendo i due precedenti spazzolamenti una seconda volta. Durante questo 1 µs (4 x 250 ns) l’elemento ottico del OCT resta fisso sullo stesso punto di riferimento. I valori di differenza di tensione applicati agli elettrodi variano tra 0 e 2 kV, che è abbastanza per garantire una sintonizzabilità laser di almeno 20 nm, preferibilmente almeno 25 nm.

Il segnale di figura 4 si ottiene spazzando linearmente la lunghezza d'onda di uscita per 225 ns a una velocità leggermente superiore di 25 nm rispetto al reset in 25 ns e ripetendo quattro volte questo ciclo (vedi figura 4). Come nell’esempio precedente, durante questo 1 µs (4 x 250 ns) l’elemento ottico del OCT resta fisso sullo stesso punto di riferimento.

Il segnale elettrico dal fotodiodo è quindi amplificato e campionato (nell’esempio 10 campione per ns). I 10.000 campioni derivanti sono quindi trasformati secondo Fourier utilizzando un algoritmo di trasformata rapida di Fourier (FFT) Cooley‐Tukey.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di analisi di tomografia a coerenza ottica, comprendente: ‐ Fornire un sistema di tomografia a coerenza ottica del tipo Swept Source (SS‐OCT) (100), l’SS-OCT includendo: o una sorgente luminosa (101), sintonizzabile su una banda spettrale, che genera un segnale luminoso coerente (146); o un interferometro ottico (105) per dividere il segnale luminoso coerente in un braccio di riferimento (103) che porta a un riflettore di riferimento (106) e a un braccio campione (104) che porta a un campione (110); o un elemento ottico (107) per dirigere selettivamente un segnale luminoso campione che esce dal braccio campione (104) a una porzione specifica del campione (110), in modo che per ciascuna selezione nell’elemento ottico venga illuminata una porzione specifica diversa del campione; o un rivelatore ottico (120) per la rilevazione di un segnale di interferenza generato da una combinazione di segnali di riferimento e di ritorno del campione dal braccio di riferimento (103) e dal braccio campione (104), riflessi rispettivamente dal riflettore di riferimento (106) e dal campione (110); ‐ In questo caso, per la stessa selezione nell'elemento ottico (107) che illumina una determinata porzione del campione (110), il metodo comprende inoltre: o spazzolamento della sorgente luminosa per un intervallo di tempo ΔT, in modo che una lunghezza d'onda del segnale di luce coerente (146) che porta al segnale di luce del campione (108) che illumina la porzione specifica del campione (108) cambia da una lunghezza d'onda minima a una lunghezza d'onda massima e in cui la lunghezza d'onda del segnale di luce coerente raggiunge lo stesso valore tra la lunghezza d'onda minima e la lunghezza d'onda massima almeno due volte durante lo spazzolamento; o rilevamento del segnale di interferenza generato dallo spazzolamento, incluse porzioni del segnale di interferenza generate utilizzando i segnali di ritorno del campione di almeno due segnali luminosi coerenti aventi la stessa lunghezza d’onda; o elaborazione del segnale di interferenza rilevato generato dallo spazzolamento, incluse porzioni del segnale di interferenza rilevato generate utilizzando i segnali di ritorno del campione degli almeno due segnali luminosi coerenti aventi la stessa lunghezza d'onda, per ottenere un’immagine OCT della porzione specifica del campione.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui spazzolare la sorgente luminosa per un intervallo di tempo ΔT, include dividere lo spazzolamento in N, dove N ≥2, intervalli di sotto‐spazzolamento, in cui in ogni intervallo di sotto‐spazzolamento, per una porzione di questo, la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente (146) varia con il tempo sostanzialmente in modo identico alla fase precedente di sotto‐spazzolamento o varia con il tempo in modo opposto alla fase precedente di sotto‐spazzolamento.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui elaborare il segnale di interferenza rilevato include l’esclusione di una regione del segnale di interferenza rilevato attorno al momento in cui l’intervallo di sotto‐spazzolamento N‐1 termina e l'intervallo di sotto‐spazzolamento N inizia.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui tutti gli intervalli di sottospazzolamento hanno sostanzialmente una durata di sotto‐spazzolamento identica Δt ≤ ΔT/2.
5. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui spazzolare la sorgente luminosa (101) per un intervallo di tempo ΔT include spazzolare la sorgente di spazzolamento per un intervallo di tempo più breve di 10 µs, preferibilmente più breve di 1 µs.
6. Metodo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, comprendente: ‐ dividere lo spazzolamento in N, dove N ≥ 2, intervalli di sotto‐spazzolamento; ‐ fornire l’intervallo (i‐1)‐esimo di sotto‐spazzolamento i‐esimo avente una durata Δt i‐1 con la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente avente il seguente comportamento dove f(t) è una funzione monotona tra t1 e t2, dove t1 e t2 ϵ Δt i‐1; e ‐ fornendo l’intervallo di sotto‐spazzolamento i‐esimo avente una durata Δt i con la lunghezza <d'onda del segnale luminoso coerente avente il seguente comportamento: > dove C è una costante, tra t3 e t4, dove t3 e t4 ϵ Δt i.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno sostanzialmente una pari durata Δt di sotto‐spazzolamento e dove C è una costante per l'intera durata dell'intervallo di sotto‐spazzolamento.
8. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendente: ‐ dividere lo spazzolamento in N, dove N ш 2, intervalli di sotto‐spazzolamento; ‐ fornire l’intervallo (i‐1)‐esimo di sotto‐spazzolamento avente una durata Δt i‐1 con la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente avente il seguente comportamento: dove f(t) è una funzione monotona tra t1 e t2, dove t1 e t2 ϵ Δt i‐1; e ‐ fornendo l’intervallo di sotto‐spazzolamento i‐esimo avente una durata Δt i con la lunghezza <d'onda del segnale luminoso coerente avente il seguente comportamento: > dove C è una costante, tra t3 e t4, dove t3 e t4 ϵ Δt i.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui tutti gli intervalli di sotto‐spazzolamento hanno una pari durata Δt di sotto‐spazzolamento e dove C è una costante per l'intera durata dell'intervallo di sotto‐spazzolamento.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, in cui è sostanzialmente una funzione lineare.
11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente: ‐ dividere lo spazzolamento in N, dove N ш 2, intervalli di sotto‐spazzolamento tutti di identica durata di sotto‐spazzolamento Δt e in cui la lunghezza d'onda del segnale luminoso coerente è una funzione sostanzialmente periodica con periodo Δt o 2 Δt.
12. Metodo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, comprendente la fase di dividere lo spazzolamento in N intervalli di sotto‐spazzolamento, in cui 2 ч N ч 15
13. Metodo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui: ‐ la sorgente luminosa (101) ha una larghezza di banda spettrale inferiore a 40 nm.
14. Sistema di tomografia a coerenza ottica del tipo Swept Source (SS‐OCT), l’SS‐OCT includendo: a. una sorgente luminosa (101), sintonizzabile su una banda spettrale, che genera un segnale luminoso coerente (146); b. un interferometro ottico (105) per dividere il segnale luminoso coerente in un braccio di riferimento (103) che porta a un riflettore di riferimento (106) e a un braccio campione (104) che porta a un campione (110); c. un elemento ottico (107) per dirigere selettivamente un segnale luminoso campione che esce dal braccio campione a una porzione specifica del campione, in modo che, per ciascuna selezione eseguita all’elemento ottico (107), venga illuminata una porzione specifica diversa del campione; d. un rivelatore ottico (120) per la rilevazione di un segnale di interferenza generato da una combinazione di segnali di riferimento e di ritorno del campione dal braccio di riferimento (103) e dal braccio campione (104), riflessi rispettivamente dal riflettore di riferimento (106) e dal campione (110); e. una unità di elaborazione (130), detta unità di elaborazione essendo programmata per, per la stessa selezione nell’elemento ottico che illumina una porzione specifica del campione: i. definire un intervallo di tempo di spazzolamento ΔT; ii. cambiare il segnale di luce coerente che porta al segnale di luce del campione che illumina la porzione specifica del campione da una lunghezza d'onda minima a una lunghezza d'onda massima e nello stesso spazzolamento modificare la lunghezza d'onda del segnale di luce coerente in modo da raggiungere lo stesso valore tra la lunghezza d'onda minima e la lunghezza d'onda massima almeno due volte durante lo spazzolamento; iii. elaborare il segnale di interferenza rilevato per ottenere un’immagine OCT della porzione specifica del campione.
15. Sistema SS‐OCT secondo la rivendicazione 14, in cui la sorgente luminosa (101) è una sorgente laser sintonizzabile che include un elemento sintonizzabile di cristallo liquido (150).