JP2010511883A - マルチビーム干渉計用のマルチビーム源及びマルチビーム干渉計 - Google Patents

Abstract

マルチビーム源1を備え通常光コヒーレンストモグラフィーで用いるマルチビーム干渉計で、マルチビーム源は使用時に干渉計で用いる複数光ビーム10_1-5を提供し、使用時に光ビーム9を放出する光源2、互いに面する第1、2反射面4、5を備え、第2反射面5は部分的のみ反射するラトルプレート3を備え、光源2・ラトルプレート3は使用時に光ビーム9がラトルプレート3に入射し光ビームが第1、2反射面4、5間のビーム経路に沿い繰返し反射し部分的に反射する第2反射面から連続し離隔した反射毎に、光ビーム9の一部が第2反射面5を透過し複数ビーム10_1-5の１つを形成するよう互いに配置され、複数ビームの少なくとも１つの連続ビーム対10_4-5間にビーム経路に沿い第2反射面5の反射率レベルが低下する。また干渉計は平衡ビーム10₅用の光路、平衡ビームの強度の検出器23を備えた平衡ビームチャネルを備え、使用時平衡ビームの検出強度を用いレーザ振幅変動が補正され、平衡ビームの強度は複数の他のいかなるビーム10_1-4と同じか又はそれより高い。

Description

本発明は、マルチビーム干渉計用のマルチビーム源、及び、通常光コヒーレンストモグラフィーに使用されるマルチビーム干渉計自体に関するが、これらに限定されない。

内科検診は、通常、内視鏡を用いることによって行われ、そこでは、プローブのシャフトの遠位端から中継されるビューを、目又はＣＣＤ（電荷結合素子）カメラが画像化し、それによりプローブ端に隣接する組織の表面を見る。単に表面ではなく組織内からの断面画像を得ることが望ましい場合が多い。こうした機能を提供することができる技法として、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）が提案された。

ＯＣＴは、干渉分光法の使用に基づいており、干渉計の測定アームの光が検査すべき物体に通され、一部が散乱して干渉計へ戻る。参照アームの光は、既知の距離にあるミラーに通され、参照ビームが反射されて戻る。散乱した測定ビーム及び反射された参照ビームが合成され、これら２つのビーム間の干渉が検出され、それを用いて検査対象に関するデータが提供される。

したがって、光コヒーレンストモグラフィーは、干渉分光法及び光のコヒーレンス特性を用いて散乱媒体内の深さ分解画像を得て、共焦点顕微鏡のみを用いては達成することができない透過率及び分解能を提供する。網膜及び上皮組織の臨床的に有用な断面画像が２ｍｍ〜３ｍｍの深さまで得られている。

常に、単一の光ビームは、一定範囲、いわゆる焦点深度又はレイリー領域のみにわたって焦点が鮮明であるように制限される。特許文献１として公開されているＰＣＴ特許出願では、この範囲を広げ且つ被写界深度が深い深さスキャンをもたらすように、焦点深度の異なる複数のビームを伝送することが提案されている。

複数のビームに対する光が、最も都合がよいようにレーザ等の共通の光源から提供される場合、複数のビームを生成するために振幅ビームスプリッタ等の光学手段を設けることができる。特許文献１では、「ラトルプレート」が開示されており、これは、入射光ビームに対する垂線に対しわずかな角度で配置された、側面が平行なガラスプレートを備えている。

プレートの２つの主面を「入口」面及び「出口」面と呼ぶとすると、出口面は部分反射コーティングによって完全に被覆されており、入射ビームが入射する領域を除く入口面の大部分は、高効率反射コーディングで被覆されている。したがって、入射ビームはラトルプレートの入口面から入り、その後、出口面及び入口面の反射被覆に交互に当たって跳ね返る。出口面の部分反射被覆からの反射毎に、光ビームのわずかな部分が漏出し、それにより、パワーが徐々に低下する個別のビームが生成される。必要な数を超えるビームを遮断するために、不透明プレートが設けられる。

国際公開第２００６／０５４１１６号

本発明の一態様によれば、マルチビーム干渉計用のマルチビーム源であって、マルチビーム源は、使用時に、当該干渉計で使用される複数の光ビームを提供するように構成され、マルチビーム源は、
使用時に光ビームを放出するように構成される光源と、
互いに面している第１の反射面と第２の反射面とを備えるラトルプレートであって、第２の反射面は部分的にのみ反射するラトルプレートとを備え、
光源及びラトルプレートは、使用時に光ビームがラトルプレートに入射し、光ビームが第１の反射面と第２の反射面との間のビーム経路に沿って繰返し反射され、部分的に反射する第２の反射面からの連続し且つ離隔した反射毎に、光ビームの一部が第２の反射面を透過して、複数のビームのうちの１つのビームを形成するように、互いに対して配置され、
複数のビームの少なくとも１つの連続したビームの対の間に、ビーム経路に沿って第２の反射面による反射率のレベルの低下がある、マルチビーム源が提供される。

光ビームがラトルプレートを通過する際に第２の反射面により反射率のレベルを低下させることにより、ラトルプレート内に伝送され、通常最終ビームの後に喪失されるパワーの量を低減することができる。よってラトルプレートの効率が向上する。したがって、同じ入力パワーで、より高い平均出力ビームパワーを達成することができる。さらに、反射率の変化により、ビームの相対的なパワーを要求どおりに形成することができ、初期のビームに対して後のビームのパワーを上昇させることができる。

好ましい実施の形態では、複数のビームは最終ビームを含み、最終ビームは、入射光ビームがラトルプレート内を移動する際に入射光ビームから放出される複数のビームのうちの最後のビームであり、少なくとも１つの連続したビーム対のうちの一方が最終ビームを含む。内部光ビームとして反射されるよりも最終ビームで伝送されるパワーの比を増大させることが特に有利であり、それは、この段階でのいかなる反射光も単純に無駄になるためである。

実際には、最終ビームは、第２の反射面において実質的に反射しなくてもよい。第２の反射面を、使用時に最終ビームが第２の反射面を回避してラトルプレートから放出されるように形成及び配置してもよい。最終ビームがラトルプレートに戻る反射がまったくか又はほとんどないことを確実にすることにより、無駄になるエネルギーが可能な限り小さくなる。

２つの反射面を空気によって分離させることができることが可能であるが、最も好都合な実施の形態では、ラトルプレートは、通常それぞれその入口面と出力面とに第１の反射面と第２の反射面とが取り付けられる透明ブロックを備える。通常、こうした面は平行である。これにより、反射面が互いに対して正確に取り付けられることが確実になる。

第２の反射面は、透明ブロックの出力面の一部のみを被覆することができ、ブロックに、第２の反射面によって被覆されないブロックの第２の面の非被覆領域を設けることができ、これにより、使用時に、最終ビームに対しラトルプレートからの出口を提供することができる。したがって、透明ブロックの非被覆領域から第２の反射面を単に省くことにより、効率の向上を達成することができる。さらに、これにより、第２の反射面の反射率がビーム経路に沿って一定であった場合に対し、最終ビームのパワーを他のビームに対して上昇させることができる。

第１の反射面及び第２の反射面は、ブロックの反射コーティングを含むことができる。ブロックの第２の面の非被覆領域は、ブロックの出力面の非コーティング領域を含むか、又はそれから成ることができる。

さらに、第１の反射面を、使用時に入力光ビームが入射する領域においてブロックから省くことができる。

透明ブロックは、通常透明ブロックの一面に取り付けられる取付台を用いて光源に対して取り付けられる。取付台は、ラトルプレートの位置を光源に対して調整することができ、それにより、使用時に、入射光ビームがラトルプレートに入射し、それにより、複数のビームが所望の数のビームから成るようにすることができるものである。実際に、取付台は、調整される際に、第２の反射面と非被覆領域との間の遷移部が複数のビームに対して移動するように構成することができる。好ましくは、複数のビームは、使用時、一平面にあり（たとえば、平行な反射面の場合のように）、遷移部は、使用時にビームの平面に対し非垂直、非平行な角度で配置される。

そうすることにより、ラトルプレートの位置を、使用時に、所望の数の出力ビームが第２の反射コーティングに突き当たり、最終ビームが非被覆領域に入射するように、入力光ビームが配置されるように調整することができる。通常、角度は約１８°であるが、これは広く変更することができる。この角度を、取付台の調整に対して所望の調整感度が得られるように選択することができる。

ラトルプレートを軸に沿って移動させるように、取付台にスペーサを挿入することによって調整を達成することができるように、取付台を構成することができる。これは、調整を達成する特に単純な方法である。ねじ駆動装置等、他の取付台を想定することができる。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様によるマルチビーム源を備えるマルチビーム干渉計が提供される。通常、マルチビーム干渉計はまた、ビームスプリッタと、複数のビーム用の参照経路と、複数のビーム用の測定経路と、参照経路及び測定経路にわたって伝送される複数のビームを比較する手段とを備える。

参照ビームパワーが測定ビームパワーよりはるかに大きい高利得の干渉分光法では、主なノイズ源は一般にレーザ、特に広帯域レーザ振幅変動である。レーザノイズは、主に、干渉計出力信号の付加項として見られ、そのため、同じノイズの等しい振幅を含む平衡信号を減ずることにより、システム信号対雑音比を向上させることができる。

特許文献１から、同じビーム源から分割されたビームのセットの最も弱いビームを用いて、このノイズの指示を与える参照経路及び測定経路とは別個の、平衡チャネルを提供することが既知である。しかしながら、本発明者らは、平衡ビームの光パワーは、干渉計チャネルの各々における光パワーと同じか又はそれより高いことが望ましいということを認識している。

これは、好都合には、干渉計であって、複数のビームのうちの１つである平衡ビーム用の光路を含む平衡経路と、平衡ビームの強度に対する検出器とを備え、使用時、平衡ビームの検出される強度はレーザ振幅変動を補正するために用いられ、平衡ビームは最終ビームであり、第２の反射コーティングの反射率と複数のビームにおけるビームの数とは、平衡ビームの強度が、使用時、複数のビームの残りのビームと同じか又はそれより高いようなものである、干渉計によって達成される。平衡ビーム用の光路は、好都合には、参照経路を含むことができる。

使用時、平衡ビームの強度は、複数のビームの残りのビームより高くてもよい。それは、最も強い残りのビームより１％、５％、１０％又は２５％高くてもよい。

実際に、本発明の第３の態様では、マルチビーム干渉計であって、使用時、光源から放出される単一のビームから複数の光ビームを生成するように構成されるマルチビーム光源を備え、干渉計は、平衡ビームチャネルを備え、平衡ビーム用の光路と平衡ビームの強度に対する検出器とを備え、使用時、平衡ビームの検出される強度はレーザ振幅変動を補正するために用いられ、平衡ビームの強度は複数のビームの他のいずれのものと同じか又はそれより高い、マルチビーム干渉計が提供される。

使用時、平衡ビームの強度は、複数のビームの残りのビームより高くてもよい。それは、最も強い残りのビームより５％、１０％又は２５％高くてもよい。

典型的には、マルチビーム干渉計は光コヒーレンストモグラフィー装置である。

ここで、次に、単に例として、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

本発明の一実施形態によるマルチビーム源の平面図である。 方向Ａから見た図１のラトルプレートの正面図である。 光コヒーレンストモグラフィー装置で使用される図１のマルチビーム源の概略図である。

添付図面に、光コヒーレンストモグラフィー装置用のマルチビーム源１が示される。これは、光の入力ビーム９を放出するように構成されているレーザ光源２を備えている。この入力ビーム９はラトルプレート３に入射し、ラトルプレート３は入力ビーム９を５つのビーム１０_1-5に分割する。

ラトルプレート３は、立方体のガラスであり、第１の入力面４と第２の出力面５とを有している。入力面と出力面とは３０秒角以内で平行である。入力面４は、入力ビーム９が入射する領域を除き、第１の反射コーティングで被覆されている。これは、反射のレベルが、ラトルプレート内の内部反射に対し、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの波長では９９％を超え、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長の場合７０％を超える。出力面には、第２の部分反射コーティングが形成されており、その反射率（ラトルプレートの内部）は、１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍの波長範囲では２５±３％であり、５００ｎｍ〜７００ｎｍの波長では５０％を超える。

ラトルプレート３の出力面５の第２の部分反射コーティングは、添付図面の図２に示すように形成されている。コーティングは、出力面５の領域６には存在するが、領域７には存在せず、２つの領域間に遷移部８がある。コーティングされていない出力面の領域は、実質的に非反射性であり、そこには反射防止コーティングが施されていることが好ましい。ラトルプレートの内部の通常の残留反射率値は、反射防止コーティングが使用された場合、およそ０．５％未満である。

ラトルプレート３は、光源２に対して、入力ビーム９に対し垂線に対して９．１°（±３°）の角度で配置されている。したがって、図１に示すように、入力ビーム９は入力面４の非反射部に入射し、出力面５および入力面４の反射コーティング間で繰返し反射され、その際にラトルプレート３内を移動する。第２の部分反射コーティングからの反射毎に、光のビーム（１０_1-4）が出力面から放出され、その後、これらのビームを光コヒーレンストモグラフィー装置で使用することができる。

入力ビーム９から放出される最後のビームを構成する最終ビーム１０₅は、第２の反射コーティングに入射せず、代りに反射コーティングのない出力面５の領域７に入射する。したがって、ラトルプレート内で入力ビームがまったく反射しないか又は少なくとも非常にわずかしか反射せず、無駄にされない。第４の出力ビーム１０₄の後に残っている入力ビームのエネルギーの大部分が、第５の最終ビーム１０₅として伝送される。

したがって、部分反射コーティングが出力面全体を覆う上述した従来技術によるラトルプレートと比較すると、不要なビームを吸収する不透明プレートを設ける必要がなく、したがって迷光ビームがもたらす可能性のあるあらゆる問題が回避され、入力ビームのエネルギーがより効率的に利用される。

図１から、第１の出力ビーム１０₁と最終出力ビーム１０₅との間の間隔Ｄが、ラトルプレート３の厚さと、ラトルプレートが入力ビーム９に対して傾斜している角度とによって画定されることが分かる。さらに、両図面から、出力ビーム１０が、図２のページに対して垂直であり且つ線１６によって示す平面にあることが分かる。

正確な数の出力ビームが出力面５の反射コーティング領域６に突き当たるために、ラトルプレート３は、ラトルプレート３の側面１１にある取付ブロック１２に取り付けられている。取付台は、側面１１に対して垂直な軸１４に沿ったラトルプレート３の位置を調整するために、取付台に可変数のシム１３を挿入することができる、といったものである。図２に示すように、出力６面のコーティング領域６と非コーティング領域７との間の遷移部８は、この軸１４に対して傾斜している。

これは、ラトルプレート３が、シム１３の挿入又は除去により取付台１２に対して、したがって光源２に対して移動すると、ラトルプレート３内を移動している光ビーム９に対し遷移部の位置が変化することを意味する。これにより、出力面の部分反射コーティング領域６に突き当たるビームの数が変化し、そのため、ラトルプレートを、所望の数の出力ビームを放出するように正確に位置合せすることができる。当然ながら、普通は最終ビームは１つしかなく、これは光ビーム９が非コーティング領域７に突き当たると、ビームの残りのエネルギーの実質的にすべてが最終ビーム１０₅として伝送されるためである。

最後に、図３は、光コヒーレンストモグラフィー装置３０におけるマルチビーム源１の動作を概略的に示す。こうしたシステムの動作についてより完全に記載されている特許文献１をさらに参照されたい。光源２及びラトルプレート３は、上述したように動作して、対象内の異なる焦点深度で複数の光ビーム１０_1-5を生成する。第２の反射コーティングの反射率が２５％であり出力ビームが５つである場合、出力ビームの各々の入射ビーム強度の割合は、２５％、１９％、１４％、１０％及び３２％（最終ビーム１０₅）である。

これらのビームはビームスプリッタ２０に通され、ビームスプリッタ２０は各ビームを２つに分割する。最初の４つの分割されたビーム１０_1-4は２つの異なる光路に渡され、第１の経路である測定経路２１は、検査することが望まれる身体部分からの反射を含む。第２の光路、すなわち参照経路２２は、測定経路２１と実質的に長さが同じであり、身体部分と同じ光学距離での反射を含む。分割されたビームの２つのセットは、検出器／比較ユニット２３において再合成され、それらのビームは干渉することが可能となる。再合成ビームの各々は、検出器／比較ユニット２３において別個の検出器チャネルで検出される。これより、特許文献１に記載の方法において、身体部分の構造を検出することができる。

最終ビーム１０₅は、平衡ビームとして他と異なるように扱われる。分割されると共にそうでなければ測定経路を移動するビームの一部が、ビームスプリッタ２０で遮断される。ビーム１０₅の残りは、参照経路を通って検出器／比較ユニット２３の専用検出器に通される。この検出される信号は、広帯域レーザ振幅変動の影響を抑制するために、４つの測定チャネルの各々から減ぜられる。これが減ぜられると、各チャネルにおけるＤＣオフセットとレーザノイズレベルとは共に略ゼロまで低減されるはずである。

入射ビームの３２％で、平衡ビーム／最終ビーム１０₅がビームの他のいずれよりも強力であることが分かる。さもなければ、平衡検出器の検出器／前置増幅器からの固有の無相関ノイズ寄与が、干渉計チャネル自体からのものより著しくなる。

図示しない代替的な実施形態では、平衡ビームは、最強ビームの１つである限り最終ビームである必要はない。たとえば、第２の反射コーティングの反射率が７０％であり、且つ５つのビームが生成される場合、ビームの相対的な強度は、３０％、２１％、１５％、１０％及び２４％となる。そして、最終ビーム１０₅の代りに、第１のビーム１０₁を平衡ビームとして使用することができ、最終ビーム１０₅は標準測定ビームとして使用される。

Claims (18)

1. マルチビーム源を備えたマルチビーム干渉計であって、前記マルチビーム源は、使用時に、前記干渉計で使用される複数の光ビームを提供するように構成され、前記マルチビーム源は、
   使用時に光ビームを放出するように構成される光源と、
   互いに面している第１の反射面と第２の反射面とを備えるラトルプレートであって、前記第２の反射面は部分的にのみ反射するラトルプレートとを備え、
   前記光源及び前記ラトルプレートは、使用時に前記光ビームが前記ラトルプレートに入射し、前記光ビームが前記第１の反射面と前記第２の反射面との間のビーム経路に沿って繰返し反射され、前記部分的に反射する第２の反射面からの連続し且つ離隔した反射毎に、前記光ビームの一部が前記第２の反射面を透過して、前記複数のビームのうちの１つのビームを形成するように、互いに対して配置され、
   前記複数のビームの少なくとも１つの連続したビームの対の間に、前記ビーム経路に沿って前記第２の反射面による反射率のレベルの低下があることを特徴とするマルチビーム干渉計。
2. 前記複数のビームは最終ビームを含み、前記最終ビームは、前記入射光ビームが前記ラトルプレート内を移動する際に前記入射光ビームから放出される前記複数のビームのうちの最後のビームであり、
   前記少なくとも１つの連続したビーム対のうちの一方が前記最終ビームを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチビーム干渉計。
3. 前記最終ビームは、前記第２の反射面において実質的に反射されないことを特徴とする請求項２に記載のマルチビーム干渉計。
4. 前記第２の反射面を、使用時に前記最終ビームが前記第２の反射面を回避して前記ラトルプレートから放出されるように形成及び配置されることを特徴とする請求項３に記載のマルチビーム干渉計。
5. 前記ラトルプレートは、それぞれその入口面と出力面とに前記第１の反射面と前記第２の反射面とが取り付けられる透明ブロック備えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。
6. 前記第２の反射面は、前記透明ブロックの前記出力面の一部のみを被覆することを特徴とする請求項５に記載のマルチビーム干渉計。
7. 前記ブロックに、前記第２の反射面によって被覆されない前記ブロックの前記第２の面の非被覆領域を設けてもよく、
   前記非被覆領域は、使用時に、前記最終ビームに対し前記ラトルプレートからの出口を提供することを特徴とする請求項６に記載のマルチビーム干渉計。
8. 前記第１の反射面及び前記第２の反射面は、前記ブロックの反射コーティングを含み、 前記ブロックの前記第２の面の前記非被覆領域は、前記ブロックの前記出力面の非コ
   ーティング領域を含むことを特徴とする請求項７に記載のマルチビーム干渉計。
9. 前記透明ブロックは、前記透明ブロックの一面に取り付けられる取付台を用いて前記光源に対して取り付けられ、
   前記取付台は、前記ラトルプレートの位置を前記光源に対して調整することができ、それにより、使用時に、前記光ビームが前記ラトルプレートに入射する位置を、前記複数のビームが所望の数のビームから成るように調整することができるようなものであることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。
10. 前記取付台は、調整される際に、前記第２の反射面と前記非被覆領域との間の遷移部が前記複数のビームに対して移動するように構成されることを特徴とする請求項９に記載のマルチビーム干渉計。
11. 前記複数のビームは、使用時、一平面にあり、前記遷移部は、使用時に前記ビームの前記平面に対し非垂直、非平行な角度で配置されることを特徴とする請求項１０に記載のマルチビーム干渉計。
12. 前記角度は、約９．１°±３°であることを特徴とする請求項１１に記載のマルチビーム干渉計。
13. 前記取付台は、前記取付台にスペーサを挿入することによって前記調整が達成されるように構成され、このことによって、前記ラトルプレートを軸に沿って移動させることを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。
14. ビームスプリッタと、
    前記複数のビーム用の参照経路と、
    前記複数のビーム用の測定経路と、前記参照経路及び前記測定経路にわたって伝送される前記複数のビームを比較する手段とを備えることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。
15. 前記干渉計は、前記複数のビームのうちの１つである平衡ビーム用の光路を含む平衡経路と、前記平衡ビームの強度に対する検出器とを備え、
    使用時、前記平衡ビームの検出される強度はレーザ振幅変動を補正するために用いられ、
    前記平衡ビームは前記最終ビームであり、前記第２の反射コーティングの反射率と前記複数のビームにおけるビームの数とは、前記平衡ビームの強度が、使用時、前記複数のビームの残りのビームと同じか又はそれより高いようなものであることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。
16. 前記平衡ビーム用の前記光路は前記参照経路を含むことを特徴とする請求項１５に記載のマルチビーム干渉計。
17. マルチビーム干渉計であって、
    使用時、光源から放出される単一のビームから複数の光ビームを生成するように構成されるマルチビーム光源を備え、
    平衡ビームチャネルを備え、
    平衡ビーム用の光路と、前記平衡ビームの強度に対する検出器とを備え、使用時、前記平衡ビームの検出される強度は、レーザ振幅変動を補正するために用いられ、前記平衡ビームの強度は、前記複数のビームの他のいずれのものと同じか又はそれより高いことを特徴とするマルチビーム干渉計。
18. 光コヒーレンストモグラフィー装置であることを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載のマルチビーム干渉計。

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