JP2008519264A - 偏光感応性光コヒーレンストモグラフィを用いて偏光非解消の偏光パラメータを測定するジョーンズ行列に基づく解析を行うシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
この発明の少なくとも一部は、国立衛生研究所による認可番号R01EY014975及びR01RR19768、並びに国防総省による認可番号F49620−01−10014及びFA−9550−04−1−0079の下で政府の支援によりなされたものである。政府は、ここに記述し請求する発明に対する所定の権利を有しうる。
(関連出願の相互参照)
a.少なくとも2つの特有の入射偏光状態を用いて検査する、位相遅延、複減衰、光学軸の方向を含むが、これに限定されない、サンプルの全偏光特性の測定、
b.ポアンカレ球表示においてほぼ直交する2つの入射偏光状態を用いて、複屈折を含む、サンプルの偏光特性の最適な検出を設定する、
c.偏光感光性OCTシステム全体における光ファイバ及び非複減衰ファイバ光学部品の配置の制限をなくす、
d.大きさ、位相、多項式、対数/指数、三角法及びこれらの組み合わせを含む複素電界の一般関数を最適化して、ジョーンズ行列全体及びそれに対応する目的とする偏光パラメータを決定する、
e.物理的な状況により適合するように上記最適化手順及び得られるパラメータ決定手法を修正することができる。
a.サンプル内又はサンプル近傍の少なくとも1つの第1の位置における偏光状態の一方である第1の状態を決定する、
b.サンプル内又はサンプル近傍の少なくとも1つの第1の位置又は第1の位置近傍の少なくとも1つにおける偏光状態の他方である第2の状態を決定する、
c.サンプル内又はサンプル近傍の少なくとも1つの第2の位置における偏光状態の一方である第3の状態を決定する、
d.サンプル内又はサンプル近傍の少なくとも1つの第2の位置又は第2の位置近傍の少なくとも1つにおける偏光状態の他方である第4の状態を決定する、
e.第1及び第2の状態を第3及び第4の状態にそれぞれ変換する2×2複素行列を生成する、
f.行列を更なる行列の積に分解し、更なる行列のうちの第1及び第2のものは、ユニタリであって、相互に逆行列の関係であり、更なる行列の第3のものの非対角要素を最小化するように選択されるように、処理できる。
により表される
に変換することができ、J=JRJP=JP´JR´なる形式に分解可能である。ここで、JR及びJPは、それぞれ、J.J. Gil氏らの"Obtainment of the polarizing and retardation parameters of a non−depolarizing optical system from the polar decomposition of its Mueller matrix", Optik 76, 67 (1987)に記述のリターダ及び偏光子に関するジョーンズ行列である。JRで表される複屈折は、2つの角γ及びδにより画定される軸に対する位相遅延の度合いηといった3つの変数によってパラメータで表せる。JPで表される複減衰(diattenuation)は、d=(P1 2−P2 2)/(P1 2+P2 2)と定義され、4つの変数によりパラメータで表せる。ここで、P1及びP2は、角Γ及びΔにより規定される軸に平行及び直角な減衰係数である。これら独立パラメータは全体的に共通な位相ejψを伴い、一般ジョーンズ行列Jの4つの複素要素から構成可能である。生体組織における複屈折及び複減衰がS.L. Jiaoらの"Two−dimensional depth−resolved Mueller Matrix of biological tissue measured with double−ビーム polarization−sensitive optical coherence tomography," Opt. Lett. 27, 101 (2002)に記述のように共通の軸(δ=Δ及びγ=Γ)を共用することを前提にすると、独立パラメータの数を2つ減らすことができる。
と定義すると、サンプルの表面から反射された被検出光の電界は、
として得られる。サンプルの往復ジョーンズ行列をJsとして定義すると、サンプル内から反射される被検出光を、
よって表すことができる。ここで、Δψ=ψ´−ψである。楕円形リターダのジョーンズ行列はユニタリであり、これにより、閉じた群を形成するので、合成ジョーンズ行列
JT≡JoutJsJout −1=JU[P1eiη/2 0;0 P2e−iη/2]JU −1
を、JU=eiβ[Cθei(φ−ψ) −Sθei(φ+ψ);Sθe−i(φ+ψ) Cθe−i(φ−ψ)]を用いて書き直し、一般のユニタリ変換を表すことができる。ここで、Cθ=cosθであり、Sθ=sinθである。
[H1´ H2´;V1´ V2´]=eiΔψ1JT[H1 eiαH2;V1 eiαV2]
ここでα=Δψ2−Δψ1である。目的とする偏光パラメータは、2つの数式をJTについて等価とすることによって得られる。
で示されるとした場合、φ及びθから得ることができる。位相遅延の程度は、結果として得られる対角要素の位相差及びこれら要素の大きさによる複減衰から簡単に抽出できる。計算の誤差は、これら非対角要素の大きさの合計と対角要素の大きさの合計との比をとることによって推定できる。結果として得られるこれら複減衰、複屈折及び光学軸方向の値を微分して、目的とする偏光パラメータの局部的値が得られる。
Claims (21)
- 光コヒーレンストモグラフィ(“OCT”)システムにおいてサンプルから受信される干渉計測信号の偏光効果を補償する装置であって、
所定の処理を実施する際に、
a)前記サンプル及び基準部に関連した干渉計測情報を受け取り、
b)前記干渉計測情報を処理して、前記光コヒーレンストモグラフィシステムの検出部によって前記干渉計測信号に対して生じる偏光効果を軽減し、前記サンプルの複減衰の量を決定するように構成された処理部を備え、前記干渉計測情報が、偏光分離部と光学的に連結して当該偏光分離部から上流に設けられる少なくとも1つの光ファイバに沿って少なくとも一部が提供される、装置。 - 前記処理部が、前記所定の処理を実施する場合、前記サンプルの少なくとも1つの偏光特性を決定するようにも構成された、請求項1記載の装置。
- 前記少なくとも1つの偏光特性が、偏光解消特性を含む、請求項2記載の装置。
- 前記少なくとも1つの偏光特性が、複屈折特性を含む、請求項2記載の装置。
- 前記少なくとも1つの偏光特性が、前記少なくとも1つの偏光特性の光学軸を含む、請求項2記載の装置。
- 前記干渉計測情報が、前記サンプルに入射する少なくとも2つの偏光状態と関連する更なる情報を含む、請求項1記載の装置。
- 前記干渉計測情報が、
g.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの第1の箇所における当該偏光状態のうちの一方である第1の状態を決定し、
h.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの前記第1の箇所又は前記第1の箇所近傍の少なくとも1つにおける前記偏光状態のうちの他方である第2の状態を決定し、
i.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの第2の箇所における前記偏光状態のうちの一方である第3の状態を決定し、
j.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの前記第2の箇所又は前記第2の箇所近傍の少なくとも1つにおける前記偏光状態のうちの他方である第4の状態を決定し、
k.前記第1の状態及び前記第2の状態を前記第3の状態及び前記第4の状態にそれぞれ変換するように2×2複素行列を生成し、
l.前記行列を更なる行列の積に分解するように処理され、
前記更なる行列のうちの第1及び第2のものは、ユニタリであって、相互に逆行列の関係であり、前記更なる行列の第3のものの非対角要素を最小化するように選択される、請求項2記載の装置。 - 前記第1の箇所及び前記第2の箇所に対し同一又は異なる箇所の少なくとも1つの箇所において得られる前記第1から前記第4の状態迄の少なくとも2つが平均化される、請求項7記載の装置。
- 光コヒーレンストモグラフィ(“OCT”)システムにおいてサンプルから受信される干渉計測信号の偏光効果を補償する方法であって、当該方法は、
前記サンプル及び基準部に関連した干渉計測情報を受け取るステップと、
前記干渉計測情報を処理して前記光コヒーレンストモグラフィシステムの検出部によって前記干渉計測信号に対して生じる偏光効果を軽減するステップと、
前記サンプルの複減衰の量を決定するステップとを含み、
前記干渉計測情報が、偏光分離部と光学的に連結して当該偏光分離部から上流に設けられる少なくとも1つの光ファイバに沿って少なくとも一部が提供される、方法。 - 前記干渉計測情報が、前記サンプルに入射する少なくとも2つの偏光状態に関する情報を更に含む、方法。
- 周波数が時間とともに変化する少なくとも1つの第1の電磁放射線を照射するよう構成された少なくとも1つの第1の構成部と、
少なくとも1つの第2の電磁放射線を生成するように少なくとも1つの第1の電磁放射線の偏光状態を制御するよう構成された、少なくとも1つの偏光変調を行う第2の構成部と、
前記少なくとも1つの第2の電磁放射線を受け、少なくとも1つの第3の電磁放射線をサンプルに、少なくとも1つの第4の電磁放射線を基準部に照射するように構成された、少なくとも1つの第3の構成部とを備え、
前記第3の電磁放射線及び前記第4の電磁放射線が前記少なくとも1つの第2の電磁放射線に関連付けられる、装置。 - 少なくとも1つの第5の電磁放射線が前記サンプルから与えられ、少なくとも1つの第6の電磁放射線が、前記基準部から与えられ、前記第5の電磁放射線及び前記第6の電磁放射線が、前記第3の電磁放射線及び前記第4の電磁放射線にそれぞれ関連付けられ、
前記装置が更に、前記第5の電磁放射線及び前記第6の電磁放射線に関連づけられた少なくとも1つの第7の電磁放射線を受け、前記少なくとも1つの第7の電磁放射線に基づいて第1の偏光状態を有する少なくとも1つの第8の電磁放射線と第2の偏光状態を有する少なくとも1つの第9の電磁放射線とを生成するよう構成された少なくとも1つの第4の構成部を備え、
前記第1の偏光状態と前記第2の偏光状態が相互に異なる、請求項11記載の装置。 - i.前記第8の電磁放射線及び前記第9の電磁放射線を少なくとも受信又は検出し、前記第8電磁放射線及び前記第9の電磁放射線のうちの少なくとも一方の、少なくとも振幅又は位相を決定し、
ii.第8及び第9の電磁放射線を少なくとも受信又は検出し、前記第1、第2、第4及び第6の電磁放射線のうちの少なくとも1つに関連した少なくとも1つの第10の放射線を受信又は検出し、これによって前記少なくとも1つの第1の電磁放射線又は前記少なくとも1つの第2の電磁放射線の少なくとも1つの変動に関連したノイズを低減し、
前記少なくとも1つの第8の電磁放射線又は前記少なくとも1つの第9の電磁放射線の少なくとも1つの振幅又は位相の少なくとも1つを決定するように構成された少なくとも1つの第5の構成部を更に備えた、請求項12記載の装置。 - 前記少なくとも1つの第5の電磁放射線に関連した偏光状態が、前記第8及び第9の電磁放射線の少なくとも一方の振幅又は位相の少なくとも1つの関数として前記少なくとも1つの第2の電磁放射線に基づいて、前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも一方における異なる深さで測定される、請求項13記載の装置。
- 前記第1の電磁放射線から前記第9の電磁放射線迄の少なくとも1つが、少なくとも1つの光ファイバを介して伝搬される、請求項14記載の装置。
- 前記少なくとも1つの第3の電磁放射線を受信し前記少なくとも1つの第5の電磁放射線を生成するよう構成される、少なくとも1つの眼部画像を形成する第6の構成部を更に備えた、請求項11記載の装置。
- 所定の処理を実施する際に、
a)前記第8及び第9の電磁放射線のうちの少なくとも一方の振幅又は位相の少なくとも1つに関連したデータを受け取り、
b)前記少なくとも1つの第7の電磁放射線に対する当該装置の少なくとも一部により生じる偏光効果を低減し、前記サンプルの偏光特性を測定するよう前記データを処理するように構成された処理部を更に備えた、請求項14記載の装置。 - 前記偏光特性が、複屈折、複減衰、偏光解消、前記複屈折の光学軸、及び前記複減衰の光学軸の少なくとも1つを含む、請求項17記載の装置。
- 前記データが、
i.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの第1の箇所における前記偏光状態のうちの一方の第1の状態を測定し、
ii.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの前記第1の箇所又はその近傍の少なくとも1つにおける前記偏光状態の他方の第2の状態を測定し、
iii.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの第2の箇所における前記偏光状態の一方の第3の状態を測定し、
iv.前記サンプル内又は前記サンプル近傍の少なくとも1つの前記第2の箇所又は前記第2の箇所近傍の少なくとも1つにおける前記偏光状態の他方の第4の状態を測定し、
v.前記第1及び第2の状態を前記第3及び第4の状態にそれぞれ変換する2×2複素行列を生成し、
vi.前記行列を更なる行列の積に分解するように処理され、
前記更なる行列のうちの第1及び第2のものは、ユニタリであって、相互に逆行列の関係であり、前記更なる行列の第3のものの非対角要素を最小化するように選択される、請求項14記載の装置。 - 前記第1の箇所及び前記第2の箇所に対し同一又は異なる箇所の少なくとも1つの箇所において得られる前記第1から前記第4の状態迄の少なくとも2つが平均化される、請求項19記載の装置。
- 周波数が時間とともに変化する少なくとも1つの第1の電磁放射線を少なくとも1つの第1の構成部によって照射するステップと、
少なくとも1つの第1の電磁放射線の偏光状態を、少なくとも1つの偏光変調構成部を用いて制御して、少なくとも1つの第2の電磁放射線を生成するステップと、
前記少なくとも1つの第2の電磁放射線を受け、少なくとも1つの第3の電磁放射線をサンプルに、少なくとも1つの第4の電磁放射線を基準部に照射するステップとを含み、
前記第3の電磁放射線及び前記第4の電磁放射線が前記少なくとも1つの第2の電磁放射線に関連付けられる、サンプルに電磁放射線を照射する方法。
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