JP2014525571A - 光干渉断層撮影の技術 - Google Patents

Abstract

光干渉断層撮影のための技術が提供される。技術の、装置としての面については、装置（１００ｂ）は光発生器（１１０）、分散性の媒質（１２０）、光カプラ（１３０）及び検出器（１４０）を具備する。光発生器は、可干渉光の、入力パルス幅（τ_０）を有する入力パルスの一群（２０２、２０４、２０６）を発生させるように適合されている。分散性の媒質は、光発生器に光学的に接続された入力部（１２２）及び複数の出力パルス（３０２、３０４、３０６）のための出力部（１２４）を有する。分散性の媒質は、波長分散によって入力パルス幅をそれぞれの出力パルスの出力パルス幅（τ_ｐ）まで引き伸ばすように適合されている。光カプラは、出力パルスを出力部から参照アーム（１６０）及びサンプルアーム（１７０）へと接続するように適合されている。光カプラは、参照アーム及びサンプルアームから戻ってきた光を重畳するようにさらに適合されている。検出器は、出力パルス幅の分割間隔（δｔ_ｇａｔｅ）の時間分解能で重畳された光の干渉の強度を検出するように適合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光干渉断層撮影（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）のための技術に関する。限定としてではなく、より具体的には、本発明はパルスが引き伸ばされた掃引光源を含むＯＣＴのための装置に関し、また、パルスが引き伸ばされた広帯域光源を用いてＯＣＴを行う方法に関する。

光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は非侵襲的で、多くの場合非接触的なイメージング技術である。所定の可干渉距離を有する光がサンプルに照射され、サンプルは異なる透過深度で光を反射又は再放出する。これによって光の位相に情報がエンコードされる。サンプルからの光は、参照ブランチの可干渉光と重畳される。

従来のＯＣＴシステムでは、参照ブランチの光路長を変化させるために、機械的な参照ブランチ中で移動可能な鏡を用いていた。現在のＯＣＴシステムはフーリエドメインＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）を用いる。ＯＣＴシステムの性能は、軸方向の分解能及び／又は軸方向の走査深度によって特徴づけることができる。

現存するＯＣＴシステムのいくつかでは、ＯＣＴシステムの特徴によって軸方向の分解能又は軸方向の走査深度が制限されることがある。例として、スペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ：ＦＤ−ＯＣＴの一例）ではスペクトロメーターのスペクトル分解能によって軸方向の走査深度が制限されることがある。別の例として、掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ：ＦＤ−ＯＣＴの別の例）を用いるＯＣＴシステムでは、主に掃引光源の瞬間的な線幅δλによって軸方向の走査深度が制限されることがある。さらに、ＦＤ−ＯＣＴを用いるＯＣＴシステムでは、軸方向の分解能を軸方向の走査深度と独立に調節することができない。例えば、走査深度Δｚ_ｍａｘは、検出器の一定のスペクトル分解能又は時間分解能による軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎに比例する場合がある。また、ＳＳ−ＯＣＴシステムでは、光源のチューニングなしにＳＤ−ＯＣＴに用いることができる完全な帯域幅Δλよりも狭い全スペクトル帯域幅Δλ（チューニング範囲とも呼ばれる）に対して掃引光源をチューニングすることができるため、比較的軸方向の分解能が低くなることがある。

少なくとも一定の条件化で、軸方向の分解能及び／又は走査深度に対する制限を改善する光干渉断層撮影の技術が必要とされている。

本発明の一つの態様によると、請求項１に記載の光干渉断層撮影、すなわちＯＣＴのための装置が提供される。この装置は、可干渉光の、入力パルス幅を有する入力パルスの一群を発生させるように適合された光発生器と、光発生器に光学的に接続された入力部及び複数の出力パルスのための出力部を有し、波長分散によって入力パルス幅をそれぞれの出力パルスの出力パルス幅まで引き伸ばすように適合された分散性の媒質と、出力パルスを出力部から参照アーム及びサンプルアームへと接続し、参照アーム及びサンプルアームから戻ってきた光を重畳するように適合された光カプラと、出力パルス幅の分割間隔の時間分解能で前記重畳された光の干渉の強度を検出するように適合された検出器とを具備する。

一群の入力パルスのそれぞれは、入力スペクトル範囲とも呼ばれる全帯域幅Δλを有することができる。光カプラはビームスプリッター、例えばファイバー型ビームスプリッター又はフリースペース型ビームスプリッターでもよい。出力パルス幅の分割間隔をδｔ_ｇａｔｅによって示すことができる。

ここで使用する「光」という用語には、（真空で）６００ｎｍから１５００ｎｍ、好ましくは６５０ｎｍから１０５０ｎｍ、又は８５０ｎｍから１２５０ｎｍ、又は１１００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁波を含んでもよい。

いくつかの態様では、光発生器に関するパラメータ（例えば、入力スペクトル範囲とも呼ばれる、光発生器の帯域幅）を変化させることによってＯＣＴの軸方向の分解能を変化させることを可能にしてもよい。その態様又は別の態様では、分散性の媒質に関するパラメータ（例えば分散性の媒質の１つ以上の分散パラメータ、分散性の媒質中の光の伝達路の長さと方向）を変化させること、及び／又は検出器に関するパラメータ（例えば分割間隔の持続時間）を変化させることによってＯＣＴの軸方向の走査深度を変化させることを可能にしてもよい。さらに、いくつかの態様では、軸方向の分解能と軸方向の走査深度をそれぞれ独立して変化させることができる。ある態様では、スペクトロメーター及び／又は広くチューニング可能（例えば全帯域幅Δλでチューニング可能）で同時に非常に狭い瞬間帯域幅（δλによって示される）を発生させることが可能な光発生器を省略することができる。

一群の入力パルスのそれぞれ又は一群全体は、少なくとも本質的に時間非依存性の入力スペクトル幅を有してもよい。その代わりに、又はそれに加えて、一群の入力パルスのそれぞれ又は一群全体は、少なくとも本質的に時間非依存性の入力中心波長を有してもよい。出力パルスのそれぞれは、入力スペクトル範囲に少なくとも本質的に対応する時間平均出力スペクトル範囲を有してもよい。

出力パルスのそれぞれは瞬間的な出力ピーク波長（符号λ（ｔ）によって示される）を有してもよい。瞬間的な出力ピーク波長は、時間依存性であってもよく、及び／又は出力パルス幅の異なる分割間隔によって異なってもよい。瞬間的な出力ピーク波長は、（出力パルス幅に対応する長さの）時間とともに単調に変化してもよい。これに変わって、又はこれに加えて、出力パルスのそれぞれは瞬間的な出力スペクトル範囲（これは符号δλによって示される）を有してもよい。瞬間的な出力スペクトル範囲は、瞬間的な帯域幅、瞬間的な線幅又は瞬間的な出力スペクトル間隔とも呼ばれる。瞬間的な出力スペクトル範囲は時間依存性であってもよく、及び／又は出力パルス幅の異なる分割間隔によって異なってもよい。瞬間的な出力スペクトル範囲は（出力パルス幅に対応する長さの）時間とともに単調にシフトしてもよい。入力スペクトル範囲は、瞬間的な出力スペクトル範囲の１つ又はそれぞれより数倍広くてもよい。

分散性の媒質は、光ファイバー又は導波路を含んでもよい。導波路は回折格子の構造、例えば分散ブラッググレーティング（ＤＢＧ）を含んでもよい。光ファイバーは回折格子の構造、例えばチャープファイバーブラッググレーティング（チャープＦＢＧ）を含んでもよい。分散性の媒質中での光の伝達路は本質的に直線であってもよい。これに代わって、又はこれに加えて、光の伝達路は折れ曲がっていてもよい。折れ曲がった伝達路には、媒質の接触面又は境界での反射を含んでもよい。分散性の媒質中で、入力部から出力部に至る光の伝達路は、（例えばファイバー中で）少なくとも１ｋｍであり、及び／又は１０ｋｍ、６０ｋｍ、１００ｋｍにのぼってもよい。さらに、伝達路は（例えば導波路又はブラッグ結晶中で）少なくとも１ｃｍ若しくは２ｃｍ、及び／又は２０ｃｍ若しくは５０ｃｍにのぼる長さを有してもよい。

入力パルスは伝達路に沿ってスペクトル拡散してもよい。スペクトル拡散によって、波長と出力時間の間の比例関係が生まれることがある。出力パルスの瞬間的な出力ピーク波長は出力時間に比例していてもよい。出力時間は、光発生器の入力パルス発生時間に対して相対的に定義されてもよい。出力時間は波長λ又は波数

について線形であってもよい。

分散性の媒質は、光の伝達路上の異なる位置に複数のタップを有してもよい。本発明の装置は、タップのうち１つを前記入力部として選択的に前記光発生器と接続するように適合された光スイッチをさらに有するものであってもよい。これに代わって、又はこれに加えて、光スイッチはタップのうち１つを出力部として選択的に光カプラと接続するように適合されていてもよい。

分散性の媒質による波長分散は、線形分散であってもよい。すなわち、分散パラメータは本質的に入力スペクトル範囲の波長と独立であるか、波数ｋ＝２π／λについて線形であってもよい。分散は、群速度分散であってもよい。分散性の媒質の分散パラメータは１００００ｐｓ／（ｋｍ・ｎｍ）以上であってもよく、約１３２００ｐｓ／（ｋｍ・ｎｍ）以上であることが好ましい。分散パラメータは、媒質の屈折率の、波長に関する２次導関数に比例してもよい。分散は正の分散であってもよい。正の分散は、負の分散パラメータに対応してもよい。出力パルス中の長い波長は、出力パルス中の短い波長よりも時間的に早くてもよい。分散性の媒質は、それぞれの出力パルスの中で長い波長を最初に出力してもよい。それぞれの出力パルスの瞬間的なピーク波長は長い波長から短い波長に向かって掃引してもよい（すなわち正の方向に「チャープ」してもよい）。入力パルスはチャープしなくてもよい。出力パルスはアップチャープしてもよい（正の分散の場合）。これに代わって、出力パルスはダウンチャープしてもよい（負の分散の場合）。

本発明の装置は、外部の場を生成するように適合された場生成器をさらに有してもよい。その外部の場は、分散性の媒質に対して作用してもよい。媒質の分散パラメータは、外部の場の強さによって制御される又は制御されることができるものであってもよい。

分散性の媒質は、光発生器の利得媒質とは異なるものであってもよい。分散性の媒質は、光発生器の利得媒質の外側にあってもよい。

検出器は、時間依存性の瞬間的な出力ピーク波長（λ（ｔ））及び時間依存性の瞬間的な出力スペクトル範囲（λ（ｔ）−δλ／２…λ（ｔ）＋δλ／２）のうち少なくとも１つの強度を検出することができる。検出器は、複数の連続する分割間隔の間、その強度をサンプリングするようにさらに適合されていてもよい。各分割間隔の間検出された強度のそれぞれはスペクトル分解される必要がない。サンプリングされた複数の分割間隔は、本質的に出力パルス幅又は出力パルス幅に相当する時間にわたってもよい。

分散性の媒質は、出力パルスを提供するように構成される。出力パルスは、時間の関数として変化する、瞬間的な出力ピーク波数ｋ（ｔ）を有してもよい。瞬間的な出力ピーク波数ｋ（ｔ）は時間について線形的に変化してもよい。出力パルスは、波長λ（ｔ）について非線形及び／又はｋ（ｔ）について線形の「チャープ」（「ｋ線形チャープ」とも呼ばれる）を有してもよい。波数について線形であるチャープは、フォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）によって提供される。検出器は時間的に均一に、例えば等間隔で、又は周期的に分割間隔の間サンプリングを行うように適合されてもよい。これに代わって、分散性の媒質は、波数ｋ（ｔ）について非線形の「チャープ」を提供するように構成されてもよい。チャープは波長λ（ｔ）又は周波数ω（ｔ）について線形であってもよい。検出器は波数ｋについて線形に分割間隔の間サンプリングを行うように適合されることができる。検出器は波数ｋ（ｔ）の線形変化（すなわち本質的に線形な時間の関数）に対して又は波数ｋ（ｔ）の非線形変化（非線形な時間の関数）に対して較正されてもよい。検出器は光クロック、例えばｋクロックを用いて較正してもよい。光クロックはマッハツェンダー干渉計を含んでもよい。光クロックは波数の変化をリアルタイムで追う又は追跡する。これに代わって、又はこれに加えて、検出器は較正表をエンコードできる記憶機構を含んでもよい。較正表は波数及び時間に関係してもよい。較正表は作表された関数ｋ（ｔ）を含む又は表すことができる。較正表は本発明の装置を製造する際に又はＯＣＴを行う前に決定される及び／又はエンコードされることができる。ほかのいずれの較正方法も適用することができる。検出器は、較正表によって定義された時間に、分割間隔の間、干渉の強度をサンプリングすることができる。波数について線形であるように、分割間隔の間、干渉の強度をサンプリングすることで、干渉についての信号（変調信号とも呼ばれる）の損失、特に感度及び／又は信号対雑音比（ＳＮＲ）の減少を防ぐことができる。さらに、波数について線形なデータを生成するという中間処理工程が必要ないため、処理ユニットに課す必要条件を減らすことができる。

分割間隔、又はそれぞれの分割間隔は、出力パルス幅の１／５００、１／１０００又は１／１００００以下であってもよく、又は出力パルス幅の１／１００００と１／５００の間の持続時間を有してもよい。サンプリングされた複数の分割間隔は（出力パルスごとに）少なくとも５００、少なくとも１０００、又は少なくとも１００００であってもよい。これに代わって、又はこれに加えて、分割間隔のそれぞれは２００ｎｓより短くてもよく、１００ｎｓより短いことが好ましい。

検出器は光ダイオード又はデュアルバランス型検出器ユニットを含む。デュアルバランス型検出器ユニットは、光発生器の相対強度雑音を低減することを可能にする。検出器は、光ダイオードに接続されたゲートユニット（ゲートエレクトロニクスとも呼ばれる）をさらに含んでもよい。ゲートユニットは強度の信号を分割間隔に従って細断し、及び／又はサンプリングされたそれぞれの分割間隔の間の強度を読み出すように適合されてもよい。検出器は、サンプリングされた複数の分割間隔の間の強度の記録を保存するように適合された緩衝記憶装置を有してもよい。検出器は、（１つの出力パルスに対応する）強度の記録をフーリエ変換するように適合された処理装置及び／又は別の信号処理機能を含んでもよい。

光発生器は広帯域光発生器であってもよい。光発生器は、広帯域スペクトルに渡る入力パルスを発生させるように適合されてもよい。光発生器はチタンサファイアレーザー（Ｔｉサファイアレーザー又はＴｉＳレーザーとも呼ばれる）又は他のいずれの短パルスレーザー又は超短パルスレーザーを含んでもよい。中心波長は７５０ｎｍから８５０ｎｍの範囲内であってもよく、約８００ｎｍであることが好ましい。入力スペクトル範囲はおおよそ２００ｎｍ以上（例えば３００ｎｍ又は４００ｎｍ）であってもよい。チタンサファイアレーザーはパルス状であってもよい。これに代わって、又はこれに加えて、光発生器はスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）又は他のいずれの広帯域光源、例えば増幅自然放出光源（ＡＳＥ光源）又はパルススーパーコンティニューム光源を含んでもよい。スーパーコンティニューム光源は、ピコ秒レーザー、ナノ秒レーザー及びレーザーに接続された非線形ファイバーのうち少なくとも１つを含んでもよい。非線形ファイバーは、非線形な光学効果によって、広く、本質的に連続的なスペクトルを発生させるように構成されてもよい。

検出器と光発生器は同期されてもよい。光発生器及び検出器に接続された制御器が同期的に制御を行うように適合されていてもよい。同期は固定された時間シフトを含んでもよい。この時間シフトは、複数の分割間隔での強度のサンプリングと入力パルスの発生との間の時間的遅延であってもよい。入力パルスの一群は周期的であってもよい。光発生器は入力パルスの一群を１つの繰り返し周波数で発生させてもよい。サンプリングはその同じ繰り返し周波数で開始され、又は誘発されてもよい。繰り返し周波数は、ＯＣＴのＡライン取得速度を定めてもよい。

光発生器は、連続波光源（ＣＷ光源）及び光シャッターを含んでもよい。シャッターは、ＣＷ光源と分散性の媒質の入力部との間で機能するように設置されてもよい。シャッターはＣＷ光源からの光を周期的に細断又は遮断するように適合されていてもよい。シャッターは、繰り返し周波数に対応するシャッター度数で機能してもよい。シャッター度数は少なくとも１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ又は５０ｋＨｚであってもよい。シャッター度数は、１００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ又は３ＭＨｚに上ってもよい。

光カプラは、ビームスプリッター及び光ファイバーカプラのうち少なくとも１つを含んでもよい。光カプラは、出力部をサンプルアームと参照アームに同じ強度で接続してもよい。これに代わって、光カプラは、サンプルアーム中の強度を増加させるように、出力部を異なる強度でサンプルアームと参照アームに接続してもよい。サンプルアームは後方散乱光を提供してもよい。後方散乱光はサンプルによって散乱されたものであってもよい。ビームスプリッターは、部分的に透過的なミラー、例えば半透明のミラーを含んでもよい。光カプラは光ファイバーカプラであってもよい。光ファイバーカプラは、融着ファイバーカプラであるか、ファイバーテーパリングを含んでもよい。光カプラは２対２カプラであってもよい。光カプラは５０％−５０％分割カプラであるか、他のいずれの分割割合を提供してもよい。これに代わって、又はこれに加えて、光カプラはサーキュレーターを含んでもよい。サーキュレーターは３つのポートを有するサーキュレーターであってもよい。サーキュレーターの１つ目のポートは出力部に接続されてもよい。サーキュレーターの（回転の方向に）２つ目のポートは１対２カプラに接続されてもよい。サーキュレーターの（回転の方向に）３つ目のポートは検出器に接続されてもよい。

本発明の別の態様によると、請求項１９の、光干渉断層撮影、すなわちＯＣＴのための方法が提供される。この方法は、可干渉光の、入力パルス幅を有する入力パルスの一群を発生させる工程と、分散性の媒質中で波長分散させることによって、それぞれの前記入力パルスの入力パルス幅を複数の出力パルスの出力パルス幅まで引き伸ばす工程と、出力部からの出力パルスを参照アーム及びサンプルアームへと接続し、参照アーム及びサンプルアームから戻ってきた光を重畳する工程と、出力パルス幅の分割間隔の時間分解能で前記重畳した光の干渉の強度を検出する工程を含む。

本発明の方法は本発明の装置によって実行することができる。この方法は、装置の態様の文脈で記載されたいずれの特徴又は工程をも含むこともできる。

添付の図面を参照した、以下の、実施態様の例の詳細な説明において、本発明のさらなる特徴、利点及び技術的効果が明らかになる。

本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第１の態様を示す概略図である。 本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第２の態様を示す概略図である。 本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第３の態様を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の入力部における第１の入力パワー分布を示す概略図である。 第１の入力パワー分布の結果としての、図１、図２又は図３の分散性の媒質の出力部における第１の出力パワー分布を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の出力部における第２の入力パワー分布を示す概略図である。 第２の入力パワー分布の結果としての、図１、図２又は図３の分散性の媒質の出力部における第２の出力パワー分布を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の分散パラメーターの測定値を示す図である。

現在の光干渉断層撮影（ＯＣＴ）では、従来のタイムドメインＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）と比べてよりよい信号対雑音比（ＳＮＲ）が得られる、いわゆるフーリエドメインＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）が主流となっている。ＦＤ−ＯＣＴでは、さらに、機械的なｚ走査（すなわち光路長を機械的に変化させる参照アーム）を避けることによって、顕著に高い、例えばｆ_Ｒ＞１００ｋＨｚの走査速度が実現可能である。ＦＤ−ＯＣＴはスペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）又は掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）として実施される。

現在のＳＤ−ＯＣＴシステムが、『Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ』２００９年、第１４巻（５）、ページセット０５０５０１のＪ． Ｊｕｎｇｗｉｒｔｈ ｅｔ ａｌ．による記事「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｅｙｅ−ｓｅｇｍｅｎｔ ｉｍａｇｉｎｇ ｗｉｔｈ ｆｕｌｌ−ｒａｎｇｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄｏｍａｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」で説明されている。走査深度の本来の限界と、いわゆるフルレンジコンプレックス（ＦＲＣ）技術を用いて走査深度の限界値を二倍にする方法が議論されている。

ＳＳ−ＯＣＴシステムが、『Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ』第１１巻第２２号、２９５３−２９６３頁のＳ． Ｈ． Ｙｕｎ ｅｔ ａｌ．による記事「Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ ｉｍａｇｉｎｇ」で図２を参照して説明されている。以下で詳細に説明するように、走査速度の他に、ＯＣＴ装置の光源によって放出される光の帯域幅Δλと、放出帯域幅Δλの瞬間的な線幅δλが、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ及び軸方向の走査深度Δｚ_ｍａｘを含むＯＣＴ装置の性能に顕著な影響を与える。

軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎは（ＳＤ−ＯＣＴ及びＳＳ−ＯＣＴの両方において）、以下の式に従って、光源の帯域幅Δλによって決定される。

式中、ｎは、例えば組織などの、サンプルの屈折率を示す。例えば、眼球の角膜はｎ＝１．３７である。λ_０は光源の半値全幅（ＦＷＨＭ）の帯域幅によって定義される帯域幅Δλにおける中心波長を示す。

軸方向の走査深度の限界Δｚ_ｍａｘは、以下の式に従って、ＳＤ−ＯＣＴでは検出のスペクトル分解能δλによって、ＳＳ−ＯＣＴでは掃引レーザーの瞬間的な線幅によって決定される。

式中λ_０は中心波長を、ｎは屈折率を示す。線状検出器アレイを有するスペクトロメーターを用いるＳＤ−ＯＣＴの場合、横方向に分解された光のスペクトルが照射される線状検出器アレイのピクセルの大きさによってスペクトル分解能δλが制限される。

ＦＤ−ＯＣＴの基礎となる物理原則によって、走査深度Δｚ_ｍａｘと軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎの限界は以下の式に従った関係を有する。

結果として、ＳＤ−ＯＣＴシステムの条件としては、全スペクトル幅を検出すること（すなわち大きいΔλを得ること）を目標としてもよく、同時に、高いスペクトル分解能（すなわち小さいδλを得ること）を目標としてもよい。しかしながら、スペクトル分解能δλと検出器によってカバーされる帯域幅Δλは独立ではなく、線状検出器アレイの中のピクセル数を介して関係している。線状検出器アレイに照射される分解されたスペクトルの横方向の拡散を増大させることによってスペクトル分解能δλを向上させると、線状検出器アレイによってカバーされる帯域幅Δλが減少する可能性がある。色消しレンズ及び回折格子の開口数とともに、スペクトロメーターの線状検出器アレイ中に製造可能なピクセルの大きさと数によって、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ及び走査深度Δｚ_ｍａｘを独立に向上させることの技術的限界が定められる。

この技術的限界によってＳＤ−ＯＣＴシステムの性能が制限され、一定の適用例が除外されることがある。例として、現在のＳＤ−ＯＣＴシステムは、以下の数値例に示すように、比較的高い軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎを達成することができるが、走査深度Δｚ_ｍａｘが比較的低くなる。

大きなピクセル数Ｎ＝４０９６を用いると共に、光源として、中心波長λ_０＝８００ｎｍ及び比較的大きい帯域幅Δλ＝２００ｎｍを有するチタンサファイアレーザーを用いることで、ｎ＝１．３７の組織において、良好な分解能δｚ_ｍｉｎ＝１．０μｍ及び走査深度Δｚ_ｍａｘ＝２．１ｍｍを得ることが可能である。この例において、ピクセル数の制限によって必然的にスペクトル分解能が次式のように制限される。

このスペクトル分解能の制限によって走査深度Δｚ_ｍａｘが制限される。このように、軸方向の分解能が高ければ走査深度を大きくすることができず、逆もまた同じである。

ＳＳ−ＯＣＴの場合、放出可能な全帯域幅Δλを通じて迅速にレーザー光源のチューニングが行われ、結果、チューニングの時間ｔにおいてレーザー光源は瞬間的な線幅δλで発振する。しかしながら、瞬間的な帯域幅δλはレーザー光源の空洞のクォリティファクター（又はＱ値）及び発振の整定時間によって制限される。また、ＳＳ−ＯＣＴに求められるチューニング可能な光源の帯域幅Δλは典型的には１２０ｎｍより小さく、そのためＳＳ−ＯＣＴではしばしばＳＤ−ＯＣＴと比べて軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎが低く、走査深度Δｚ_ｍａｘがわずかに大きい。さらに、現在、λ_０＝８００ｎｍをカバーするスペクトル範囲で、チューニング可能な帯域幅Δλを十分に有するＳＳ−ＯＣＴのためのレーザー光源は存在しない。そしてδｚ_ｍｉｎはλ_０の２乗に比例するため、軸方向の分解能は著しく低下する。非常に進歩した掃引レーザー光源を使用すれば、ＳＳ−ＯＣＴシステムは以下の数値例のような性能を達成することができる。

掃引光源が中心波長λ_０＝１０６０ｎｍ、全帯域幅Δλ＝１２０ｎｍを有し、瞬間的な線幅δλ＝０．０６ｎｍを提供すると推定すれば、結果として、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ＝３．０μｍ（角膜組織で）又はδｚ_ｍｉｎ＝４．１μｍ（空気中で）及び走査深度Δｚ_ｍａｘ＝３．０ｍｍ（角膜組織で）又はΔｚ_ｍａｘ＝４．１ｍｍ（空気中で）が得られる。

上記のＦＤ−ＯＣＴについての原理の考察及び対応する数値例から明らかになったように、高い軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ及び大きな走査深度Δｚ_ｍａｘを同時に実現することはできない。

図１は、光干渉断層撮影のための装置１００ａの第１の態様による光学部品の配置及びそれらの相互の接続を概略的に示す。装置１００ａは光発生器１１０と、入力部１２２及び出力部１２４を有する分散性の媒質１２０と、光カプラ１３０と、検出器１４０とを具備する。光発生器１１０は入力部１２２に光学的に接続されている。光発生器１１０及び分散性の媒質１２０は、装置１００ａの光源１５０を構成する。

光カプラ１３０は、光源１５０から出力された光を受け、半透明のミラー１３２を用いて、サンプルアーム１７０及びミラー１６２で終わる参照アーム１６０に等分する。参照アーム１６０及びサンプルアーム１７０内を光カプラ１３０に向けて伝達される光は、光カプラ１３０によって検出アーム１８０内で重畳される。

検出器１４０は、光ダイオード１４２、ゲートユニット１４４、緩衝記憶装置１４６、データ取得ユニット１４３、処理ユニット１４５、保存ユニット１４７及び画面１４８を有する。光ダイオード１４２は検出アーム１８０上に設置されている。光ダイオード１４２は５０ｐｓより短く、好ましくは３５ｐｓ台又は４０ｐｓ台、又はその間である応答時間を有する。時間分解能は、約１００ｐｓである光ダイオードの不動時間にも左右されることがあり、この不動時間は、連続的に２つ以上の光ダイオード１４２又は２つ以上の検出器１４０を用いることで削減又は回避することができる。ゲートユニット１４４は光ダイオード１４２に電気的に接続されている。ゲートユニット１４４は、時間の分割間隔δｔ_ｇａｔｅ順に、光ダイオード１４２からの強度の信号を配列する。緩衝記憶装置１４６は、配列された強度の信号のサンプルを一時的に保存する。それぞれのサンプルは、分割順に１つの分割間隔を表す。緩衝記憶装置１４６は、それぞれの分割間隔での強度を、分割間隔の連続番号、検出時間、又は時間依存的な波長に関連づけて保存する（図５及び図７を参照して詳細に示す）。データ取得ユニット１４３はインターフェースであり、これを介して処理ユニット１４５が出力パルス３０２、３０４、３０６のうち１つに対応するそれぞれの分割間隔でのデータを回収する。

処理ユニットは、データ取得ユニット１４３を介して、緩衝記憶装置１４６からの１つの配列中の強度のサンプルを読み出し、フーリエ変換を行うように適合されている。フーリエ変換の結果は永久に保存ユニット１４７に保存され、及び／又は使用者に向けて画面１４８に表示される。

サンプルアーム１７０は、ｘｙ走査器１７２及び走査器レンズ１７４を有する。ｘｙ走査器１７２は、サンプルアーム１７０中の（カプラ１３０からレンズ１７４へ、又は反対の方向へ伝達される）光を、第１の横方向に偏向する回旋可能なミラー１７６及び第１の横方向に垂直な第２の横方向に偏向する回旋可能なミラー１７８を含む。走査器レンズ１７４は、ビームウエストが眼球の角膜又は網膜などのサンプル１９０内に集光される、ガウシアンビームスポットに近いものを作る。

図２は、光干渉断層撮影のための装置１００ｂの第２の態様を概略的に示す。上記した１００ａの態様の説明と同じ構成部分及び特徴については同じ符号で示す。装置１００ｂは、光カプラ１３０が２対２融着ファイバーカプラを含む点で異なる。融着ファイバーの第１の接合ペアは、分散性の媒質１２０の出力部１２４と検出器１４８にそれぞれ光学的に接続されている。融着ファイバーの第２の接合ペアは、ｘｙ走査器１７２と参照アーム１６０にそれぞれ光学的に接続されている。

図３は、光干渉断層撮影のための装置１００ｃの第３の態様を概略的に示す。装置１００ｃは、図１又は図２を参照した上記の説明と同じ符号によって示す構成部分及び特徴を含む。装置１００ｃは、光カプラ１３０がサーキュレーター１３４及び１対２カプラ１３６を含む点で異なる。サーキュレーター１３４は３つのポートを有し、いずれのポートに入ったパワーも、矢印１３８で示す回転方向で次に位置するポートに伝達するように適合されている。サーキュレーター１３４の１つ目のポートは、分散性の媒質１２０の出力部１２４に光学的に接続されている。サーキュレーター１３４の２つ目のポート（上記回転方向で１つ目のポートの次に位置する）は、１対２カプラ１３６の単独のポートに光学的に接続されている。サーキュレーター１３４の３つ目のポート（上記回転方向で２つ目のポートの次に位置する）は、検出アーム１８０を構成する。１対２カプラ１３６は、サーキュレーター１３４の２つ目のポートからの光を参照アーム１６０とサンプルアーム１７０の両方に出力する。参照アーム１６０及び／又はサンプルアーム１７０から戻ってきた光は１対２カプラの単独のポートに合わされて、サーキュレーター１３４の２つ目のポートに入る。参照アーム１６０及びサンプルアーム１７０のいずれか又は両方は任意で偏波コントローラーを含む。

光発生器１１０は広帯域のＴｉＳレーザー又はパルススーパーコンティニューム光源（ＳＣ光源）である。光発生器１１０は、パルス繰り返し周波数ｆ_R＝１／Ｔ_Ｒで中心波長λ_０＝８００ｎｍ、１０５０ｎｍ又は１３００nｍを有するパルスを発生させる。パルスの一群２０２、２０４、２０６（の短い一部分）の、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でのスペクトル−時間パワー分布Ｓ_ＩＮを図４のグラフ２００ａに概略的に示す。時間はグラフ２００ａの横軸に示され、波長は縦軸に示される。スペクトル−時間パワー分布は、時間と波長の両方の関数であるスペクトル−時間密度として概略的に示される。図６のグラフ２００ｂは、入力部１２２におけるスペクトル−時間パワー分布Ｓ_ＩＮの変更例を概略的に示す。光発生器１１０によって、本質的にパルスの全幅τ_０にわたって、広いスペクトル範囲Δλ中の極限の波長が提供される。閉じている線は同じパワー密度の線を模式的に示す。

それぞれの装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃの変更例では、光発生器１１０が広帯域の連続波（ＣＷ）光源、例えばスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）又は増幅自然放出（ＡＳＥ）光源を含む。ＣＷ光源は高い強度を有し、又は強いルミネセンスを示す。ＣＷ光源は、入力スペクトル範囲Δλに対応する広帯域のスペクトルを提供する。ＣＷ光源は、高速シャッターを用いて光学的に細断される。シャッターはおよそｆ_Ｒ＝１ＭＨｚの度数で動作する。細断された光は分散性の媒質１２０に入力される。図６のグラフ２００ｂはシャッターによって提供されるスペクトル−時間パワー分布Ｓ_ＩＮを概略的に（例えば図４のグラフ２００ａより現実的に）示すことができる。

パルスの一群の中のそれぞれのパルス２０２、２０４、２０６は、そのパワー分布に関して、時間、周波数又は波長において本質的に等しい。ＴｉＳレーザーパルスは２００ｎｍ台の入力スペクトル範囲Δλを有する。ＴｉＳレーザーの例が『Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ』２００３年、第２８巻、第１１号、９０５−９０７頁のＡ．Ｕｎｔｅｒｈｕｂｅｒ ｅｔ ａｌ．による記事「Ｃｏｍｐａｃｔ， ｌｏｗ−ｃｏｓｔ Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３ ｌａｓｅｒ ｆｏｒ ｉｎ ｖｉｖｏ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」に記載されている。入力パルス幅τ_０は、パワーピークに対して１／ｅ^２レベルより大きいパワーを有する時間として定義されるパルス持続時間である（別の定義では−３ｄＢレベル、すなわち時間の半値全幅を用いる）。入力パルス幅τ_０は１０ｆｓから１０ｎｓの範囲内であり、好ましくは１ｐｓから１ｎｓ又は２ｎｓの範囲内である。入力スペクトル範囲Δλは半値全幅帯域幅として、すなわちスペクトルの−３ｄＢレベルで定められる。別の定義では、複素スペクトルに−１０ｄＢレベル（すなわちスペクトル範囲が１０％レベルで定められる）、又はまれに１／ｅ^２レベルが用いられることがある。以下で図５及び図７を参照して説明するように、入力スペクトル範囲Δλは、分散性の媒質１２０による有効な掃引スペクトルを定める。

広帯域の入力パルス２０２、２０４又は２０６は、高度に分散性の媒質１２０中をパルスが通過する際に時間的に引き伸ばされる。それぞれ図１、２及び３に示される態様１００ａ、１００ｂ、１００ｃで、分散性の媒質１２０は光ファイバーである。入力パルスは群速度の線形分散に従う。これに代わるものとして、非線形な群速度分散が、以下で図８を参照して議論される。結果として、入力パルスの複数のスペクトル構成部分は遅れ方が異なる、又は互いに対して時間的に分散する。遅れは波長の関数であり、正の分散の場合、長い波長の方が分散性の媒質１２０中でより速く伝達され、結果として図５のグラフ３００ａに概略的に示されるスペクトル−時間パワー分布Ｓ_ＯＵＴの出力パルス３０２、３０４、３０６が得られる。図６のグラフ２００ｂの入力パルスから、分散性の媒質１２０の出力部１２４で得られるスペクトル−時間パワー分布Ｓ_ＯＵＴが図７のグラフ３００ｂに概略的に示される。入力パルス２０２、２０４、２０６の元のスペクトル３０８は、それぞれの出力パルス３０２、３０４及び３０６の出力パルス幅τ_ｐより長い時間スケール上で平均した場合本質的に不変である。より具体的には、パラメトリック利得、第二次高調波発生、恣意的な順序の分散、自己位相変調及び四波混合などの非線形の効果は分散性の媒質１２０中に存在しないか、無視できる。分散性の媒質１２０は線形の媒質である。特に、中心波長λ_０は維持される。

検出器１４０によって時間的に分解された分割間隔δｔ_ｇａｔｅの明確に短い時間スケール上で、異なる波長のスペクトルの分離によって「アップチャープされた」出力パルスが生じる。グラフ３００ａと３００ｂのそれぞれで時間ｔ_１及びｔ_２について示されるように、この出力パルスの波長λ（ｔ）は時間の関数である。図５及び図７で時点ｔ_１に例示される、瞬間的な出力スペクトル３１０は、全入力スペクトル範囲Δλ中の瞬間的なスペクトル範囲δλを有する細い線である。

媒質１２０の分散は波長分散又は群速度分散（ＧＶＤ）である。分散は（少なくとも部分的に）分散パラメータＤによって表される。関心のあるほとんどすべての所定スペクトル範囲Δλ、特に６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で大きな分散パラメータを有する、特別に設計されたファイバーが入手可能である。大モード面積ファイバー（ＬＭＡファイバー）、フォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）は、異なるスペクトル成分について｜Ｄ｜＞５００ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）の分散パラメータを有するＧＶＤを提供する。

図８は、偏波保持大モード面積ＵＶファイバーの分散についてのグラフ４００を示す。グラフ４００は西ザクセン大学のＰ． Ｈａｒｔｍａｎｎ教授による測定結果である。ＬＭＡＵＶファイバーは直径１２５μｍ、第１モードフィールド径ＭＦＤｘ＝２．６μｍ、第２モードフィールド径ＭＦＤｙ＝４．３μｍである。長さあたりの遅延τ／Ｌは符号４０２によって示され、分散パラメータＤは符号４０４によって示される。ＰＣＦの分散パラメータについての対応する結果が、雑誌『Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ』、２００４年、第１２巻、第２号、３０１頁の図１（ａ）に示されている。さらに、装置１００ａ、１００ｂ及び１００ｃの各態様の発展的な変更例には、雑誌『Ｌａｓｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌｄ』２０１１年７月、９頁に報告されているような、−１３２００ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）台の分散パラメータＤを有するいわゆる「同心コアファイバー」が用いられる。

入力パルス２０２、２０４又は２０６の入力パルス幅τ_０は大きく引き伸ばされ、すなわち時間的に延長されて、出力パルス３０２の出力パルス幅τ_ｐとなる。入力パルス幅τ_０は１ｆｓ台から１ｎｓ台である。出力パルス幅τ_ｐは１００ｎｓ台から１０μｓ台である。媒質１２０の分散は、次の式に従って入力パルス幅τ_０と出力パルス幅τ_ｐを関係づける。

式中、Ｄ［ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）］は分散性の媒質１２０のスペクトル分散パラメータであり、Ｌ［ｋｍ］は光の伝達路の長さ（例えばファイバーの長さ）であり、Δλ［ｎｍ］は入力スペクトル範囲である。以下の数値例で詳述するように、好ましい長さＬは１ｋｍ、１０ｋｍ、又はその間のいずれかの長さを含む。光発生器１１０のパワーは、（例えば出力部１２４における）出力パルス３０２、３０４、３０６の（ピーク）パワーが少なくとも１ｍＷ、５ｍＷ、１０ｍＷ、２０ｍＷ、５０ｍＷ又は５ｍＷから５０ｍＷの間であるように選択される。パワーについては分散性の媒質１２０における減衰を考慮してもよい。

このように、入力パルス２０２、２０４、２０６の、広い入力スペクトル範囲Δλ及び短い入力パルス幅τ_０を有する広帯域の入力スペクトルＳ_ＩＮは、出力部１２４において時間平均スペクトル範囲Δλを変化させることなく、時間的に大きく引き伸ばされて出力パルス幅τ_ｐとなる。図５及び図７のそれぞれに示す正の分散の場合、引き伸ばされた出力パルス３０２、３０４又は３０６の始めには赤色のスペクトル成分が含まれる。続いて、青色のスペクトル成分が出力パルス３０２、３０４又は３０６の時間的に後ろの部分に含まれる。このように異なるスペクトル成分は異なる時間に検出器１４０に達し、検出器１４０は、出力パルス幅τ_ｐを細分した分割間隔δｔ_ｇａｔｅのそれぞれで、連続的にスペクトル成分を検出する。

適用例に応じて分散パラメータＤを変化させることによって時間的な広がり、すなわち出力パルス幅τ_ｐが選択される。分散パラメータＤは、複数の異なる分散性の媒質の中から選択的に分散性の媒質１２０を切り替えることで変化させられる。装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの部品の光学的な配置の変更を避けるために、態様の一変更例では、外部の電場又は磁場を分散性の媒質１２０に対して作用させることによって、外部の場に対する感受性を有する分散性の媒質１２０の分散パラメータＤを変化させる。これに代わって、又はこれに加えて、分散性の媒質１２０の長さＬが変化させられる。装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの態様の発展的な変更例では、分散性の媒質１２０は長さＬの所に複数のタブを有する。複数のタブのそれぞれは、長さＬ上の位置で分散性の媒質１２０に入るように又は分散性の媒質１２０から出るように光を接続することを可能にする。少なくとも入力部１２２と出力部１２４のどちらか一方が分散性の媒質１２０の長さＬ上の位置に選ばれる。適用例に応じて、光スイッチが自動的に複数のタップのうちの１つを入力部１２２又は出力部１２４として使用する。

出力パルス３０２、３０４又は３０６が十分に時間的に引き伸ばされた（すなわちτ_ｐが十分に大きい）場合で、十分に速い検出器１４０（すなわち十分に短いδｔ_ｇａｔｅ）では、ゲートユニット１４４によって定められる時間的な分割間隔δｔ_ｇａｔｅで瞬間的なスペクトル範囲δλ（すなわち瞬間的なスペクトル線幅）のみが検出される。このように、瞬間的なスペクトル範囲δλ（すなわち瞬間的なスペクトル線幅）は、軸方向の分解能の２倍である可干渉距離を以下の式に従って定義する。

ここで、ＯＣＴの信号が−６ｄＢ（これは２０・ｌｏｇ（Ａ）に対応する。Ａは信号の強度とする）となる深度が軸方向の分解能を定めると推定される。すなわち、軸方向の分解能Δｚ_ｍａｘは可干渉距離の半分である。検出器１４０の時間分解能δｔ_ｇａｔｅが一定であっても、分散性の媒質１２０によって発生させられる出力パルス幅τ_ｐを増大させることによって、光発生器１１０のスペクトル範囲Δλ、及び／又はゲート時間分解能δｔ_ｇａｔｅを減少させることと独立に、スペクトル分解能（すなわち瞬間的なスペクトル範囲δλ）を上昇させられることが指摘されている。

独立であることの結果として、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ（１／Δλに比例する）及び軸方向の走査深度Δｚ_ｍａｘ（１／δλに比例し、従ってτ_ｐ／（Δλ・δｔ_ｇａｔｅ）に比例する）は互いに独立に選択することができる。すなわち、パルス引き延ばし掃引光源ＯＣＴ（ＰＳＳＳ−ＯＣＴ）とも呼ぶことができるＯＣＴ技術によって、適用例に応じてほとんど自由に軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ及び軸方向の走査深度Δｚ_ｍａｘを選択することができる。スペクトル分解能δλは（ＳＤ−ＯＣＴと対照的に）もはやスペクトロメーターの検出器アレイのピクセルの大きさによって制限されず、（ＳＳ−ＯＣＴと対照的に）チューニング可能な光源又は掃引光源の瞬間的な帯域幅によって決定されない。ＰＳＳＳ−ＯＣＴを利用すれば、（光源１１０によって提供される）広い帯域幅Δλと（分散性の媒質１２０によって生じる）スペクトル分解能δλの小さな値は相互に排他的ではない。

装置１００ａ、１００ｂ及び１００ｃのそれぞれの実施例のためのパラメータを要約する。光発生器として使用されるＴｉＳレーザーは、入力パルス幅τ_０＝１ｐｓから１ｎｓで中心波長λ_０＝８００ｎｍ及び帯域幅Δλ＝２００ｎｍを有する。分散性の媒質１２０は、長さＬ＝２ｋｍのコイルとして構成されたファイバーである。ファイバーは分散パラメータＤ＝−１３２００ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）を有する。検出器１４０は分割間隔δｔ_ｇａｔｅ≦１００ｐｓでサンプリングする時間分解能を有し、そのクロッキングは検出器１４０の全ての構成部分１４２から１４８によって支持されている。従って、出力パルス幅τ_ｐは（少なくとも第１期、τ_０の寄与は無視されるので）以下のように求められる。

サンプリング間隔δｔ_ｇａｔｅ＝１００ｐｓのとき、サンプリングされる分割間隔の１パルスあたりの数Ｎは、以下のように求められる。

瞬間的な出力スペクトル範囲δλ、すなわち時間的な分割間隔δｔ_ｇａｔｅの間光ダイオード１４２の強度の信号を検出する検出器１４０のスペクトル分解能は以下のように求められる。

このように、装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの実施例によって軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ＝１．０μｍ及び軸方向の走査深度Δｚ_ｍａｘ＝２６ｍｍを達成することができる。したがって装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの態様によって、（ＳＤ−ＯＣＴに匹敵する）高い軸方向の分解能と併せて、眼球の全長に渡って（十分な信号強度、すなわちスペクトルパワーで）走査を行うのに十分に大きい軸方向の走査深度を達成することができる。

装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの光学的な配置を変えることなく、分割間隔δｔ_ｇａｔｅのサンプリング間隔を変化させることによって、走査深度Δｚ_ｍａｘを自由に調節することができる。

これに代わって、又はこれに加えて、非常に短い入力パルス幅τ_０の場合に特に適切であるが、出力パルスの出力パルス幅τ_ｐを生む入力パルスの時間的な広がりは、以下の関係式によって表してもよい。

式中Ｄ_２＝β_２・Ｌは群遅延分散である（例えば分散性の媒質の具体的な長さＬについての群速度分散）。符号β_２は群速度分散を示す。

式中、Ｄ_λは分散パラメータ（群遅延分散パラメータとも呼ばれる）で、単位はｐｓ／（ｋｍ・ｎｍ）であり、例が図８に示される。

数値例のセットにおいて、分散パラメータはＤ_λ＝−１３２００ｐｓ／（ｋｍ・ｎｍ）であり、中心波長λ_０＝８００ｎｍの光が発生する。その結果Ｌ＝２ｋｍの長さに対して出力パルスτ_ｐが約１．６５μｓ、Ｌ＝１０ｋｍの長さに対して出力パルスτ_ｐが約８．２５μｓ、Ｌ＝２０ｋｍの長さに対して出力パルスτ_ｐが約１６．５μｓとなるようなβ_２＝４４８１７８１ｆｓ^２／ｍが生じる。

ＴｉＳレーザーが発生する光の入力スペクトル範囲Δλをさらに増大させることで、走査深度Δｚ_ｍａｘに負の効果を与えることもなく、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎをさらに上昇させることができる。

光干渉断層撮影のための装置の態様の上記の説明から明らかになったように、いくつかの態様によって、軸方向の分解能δｚ_ｍｉｎ及び走査深度Δｚ_ｍａｘのうち少なくとも１つの制限又は相互依存性を克服することができる。出力パルス幅τ_ｐは１μｓを超えることができる。検出器は１００ｐｓよりも短い時間的な分割間隔δｔ_ｇａｔｅを分解することができる。分散は入力パルス中のスペクトル成分の波数又は周波数について線形であることができ、これによって、直接フーリエ変換を行うために分割間隔δｔ_ｇａｔｅの間の強度信号を時間的に均一にサンプリングすることが可能になる。

本発明の範囲から外れることなく、又はその利点の全てを犠牲にすることなく、上記の態様の例の形態、構成及び配置に多様な変更を加えてもよいことは明らかである。本発明には多様な変更を行うことができるため、本発明は以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるものであると認識される。

本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第１の態様を示す概略図である。 本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第２の態様を示す概略図である。 本発明の、分散性の媒質を含む、光干渉断層撮影のための装置の第３の態様を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の入力部における第１の入力パワー分布を示す概略図である。 第１の入力パワー分布の結果としての、図１、図２又は図３の分散性の媒質の出力部における第１の出力パワー分布を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の入力部における第２の入力パワー分布を示す概略図である。 第２の入力パワー分布の結果としての、図１、図２又は図３の分散性の媒質の出力部における第２の出力パワー分布を示す概略図である。 図１、図２又は図３の分散性の媒質の分散パラメーターの測定値を示す図である。

適用例に応じて分散パラメータＤを変化させることによって時間的な広がり、すなわち出力パルス幅τ_ｐが選択される。分散パラメータＤは、複数の異なる分散性の媒質の中から選択的に分散性の媒質１２０を切り替えることで変化させられる。装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの部品の光学的な配置の変更を避けるために、態様の一変更例では、外部の電場又は磁場を分散性の媒質１２０に対して作用させることによって、外部の場に対する感受性を有する分散性の媒質１２０の分散パラメータＤを変化させる。これに代わって、又はこれに加えて、分散性の媒質１２０の長さＬが変化させられる。装置１００ａ、１００ｂ又は１００ｃの態様の発展的な変更例では、分散性の媒質１２０は長さＬの所に複数のタップを有する。複数のタップのそれぞれは、長さＬ上の位置で分散性の媒質１２０に入るように又は分散性の媒質１２０から出るように光を接続することを可能にする。少なくとも入力部１２２と出力部１２４のどちらか一方が分散性の媒質１２０の長さＬ上の位置に選ばれる。適用例に応じて、光スイッチが自動的に複数のタップのうちの１つを入力部１２２又は出力部１２４として使用する。

出力パルス３０２、３０４又は３０６が十分に時間的に引き伸ばされた（すなわちτ_ｐが十分に大きい）場合で、十分に速い検出器１４０（すなわち十分に短いδｔ_ｇａｔｅ）では、ゲートユニット１４４によって定められる時間的な分割間隔δｔ_ｇａｔｅで瞬間的なスペクトル範囲δλ（すなわち瞬間的なスペクトル線幅）のみが検出される。このように、瞬間的なスペクトル範囲δλ（すなわち瞬間的なスペクトル線幅）は、軸方向の走査深度の２倍である可干渉距離を以下の式に従って定義する。

ここで、ＯＣＴの信号が−６ｄＢ（これは２０・ｌｏｇ（Ａ）に対応する。Ａは信号の強度とする）となる深度が軸方向の走査深度を定めると推定される。すなわち、軸方向の走査深度Δｚ_ｍａｘは可干渉距離の半分である。検出器１４０の時間分解能δｔ_ｇａｔｅが一定であっても、分散性の媒質１２０によって発生させられる出力パルス幅τ_ｐを増大させることによって、光発生器１１０のスペクトル範囲Δλ、及び／又はゲート時間分解能δｔ_ｇａｔｅを減少させることと独立に、スペクトル分解能（すなわち瞬間的なスペクトル範囲δλ）を上昇させられることが指摘されている。

数値例のセットにおいて、分散パラメータはＤ_λ＝−１３２００ｐｓ／（ｋｍ・ｎｍ）であり、中心波長λ_０＝８００ｎｍの光が発生する。その結果Ｌ＝２ｋｍの長さに対して出力パルス幅τ_ｐが約１．６５μｓ、Ｌ＝１０ｋｍの長さに対して出力パルス幅τ_ｐが約８．２５μｓ、Ｌ＝２０ｋｍの長さに対して出力パルス幅τ_ｐが約１６．５μｓとなるようなβ_２＝４４８１７８１ｆｓ^２／ｍが生じる。

Claims (19)

1. 光干渉断層撮影（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、すなわちＯＣＴのための装置（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）であって、
   可干渉光の、入力パルス幅（τ_０）を有する入力パルスの一群（２０２、２０４、２０６）を発生させるように適合された光発生器（１１０）と、前記光発生器に光学的に接続された入力部（１２２）及び複数の出力パルス（３０２、３０４、３０６）のための出力部（１２４）を有し、波長分散によって前記入力パルス幅（τ_０）をそれぞれの前記出力パルスの出力パルス幅（τ_ｐ）まで引き伸ばすように適合された分散性の媒質（１２０）と、前記出力パルスを前記出力部から参照アーム（１６０）及びサンプルアーム（１７０）へと接続し、前記参照アーム及び前記サンプルアームから戻ってきた光を重畳するように適合された光カプラ（１３０）と、前記出力パルス幅（τ_ｐ）の分割間隔（δｔ_ｇａｔｅ）の時間分解能で前記重畳された光の干渉の強度を検出するように適合された検出器（１４０）とを具備する装置。
2. 前記一群の中の前記入力パルスのそれぞれは、少なくとも本質的に時間非依存性の入力スペクトル範囲（Δλ）及び／又は少なくとも本質的に時間非依存性の入力中心波長（λ_０）を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記出力パルスのそれぞれは、時間依存性の瞬間的な出力ピーク波長（λ（ｔ））及び時間依存性の瞬間的な出力スペクトル範囲（λ（ｔ）−δλ／２…λ（ｔ）＋δλ／２）のうち少なくとも１つを有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記入力スペクトル範囲（Δλ）は、前記瞬間的な出力スペクトル範囲（δλ）より数倍広いことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の装置。
5. 前記分散性の媒質（１２０）は、光ファイバーを含むものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記分散性の媒質中で、前記入力部から前記出力部に至る光の伝達路（Ｌ）は、１ｋｍより長く、及び／又は１０ｋｍ若しくは２０ｋｍより短いものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記分散性の媒質（１２０）は、前記光の伝達路上の異なる位置に複数のタップを有するものであり、前記装置は、前記タップのうち１つを前記入力部として選択的に前記光発生器と接続する及び／又は前記タップのうち１つを前記出力部として選択的に前記光カプラと接続するように適合された光スイッチをさらに有するものであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記分散性の媒質（１２０）の分散パラメータ（Ｄ）が１００００ｐｓ／（ｋｍ・nｍ）より大きいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記媒質に対して作用する外部の場を生成するように適合された場生成器をさらに有し、前記媒質の前記分散パラメータ（Ｄ）が前記外部の場によって制御される又は制御されることができるものであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記検出器（１４０）は、１つの前記出力パルス幅（τ_ｐ）に対応する複数の連続する分割間隔（δｔ_ｇａｔｅ）の間、前記強度をサンプリングするようにさらに適合されたものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記サンプリングされた複数の分割間隔の数は、少なくとも５００、１０００又は１００００であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記分割間隔（δｔ_ｇａｔｅ）は、２００ｎｓ、１００ｎｓ、１ｎｓ又は１００ｐｓよりも短いものであることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記検出器（１４０）は、光ダイオード及びバランス型検出器のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記検出器（１４０）は、前記光ダイオードに接続されて前記分割間隔のそれぞれの間、前記強度を読み出すように適合されたゲートユニットをさらに含むものであることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記光発生器（１１０）は、パルスチタンサファイアレーザー又はパルススーパーコンティニューム光源を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記光発生器（１１０）は、前記入力パルスの一群を１つの繰り返し周波数（ｆ_Ｒ）で発生させ、前記検出器（１４０）は前記繰り返し周波数で前記サンプリングを開始するものであることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
17. 前記光発生器（１１０）は、連続波光源を含み、また、該連続波光源と前記分散性の媒質（１２０）の前記入力部（１２２）との間で機能するように設置されたシャッターを含むものであることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記光カプラ（１３０）は、ビームスプリッター（１３２）、光ファイバーカプラ、サーキュレーター（１３４）及び１対２カプラ（１３６）のうち少なくとも１つを含むものであることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の装置。
19. 光干渉断層撮影、すなわちＯＣＴのための方法であって、
    可干渉光の、入力パルス幅（τ_０）を有する入力パルスの一群（２０２、２０４、２０６）を発生させる工程と、
    分散性の媒質（１２０）中で波長分散させることによって、それぞれの前記入力パルスの入力パルス幅（τ_０）を複数の出力パルス（３０２、３０４、３０６）の出力パルス幅（τ_ｐ）まで引き伸ばす工程と、
    前記出力パルスを参照アーム（１６０）及びサンプルアーム（１７０）へと接続し、前記参照アーム及び前記サンプルアームから戻ってきた光を重畳する工程と、
    前記出力パルス幅（τ_ｐ）の分割間隔（δｔ_ｇａｔｅ）の時間分解能で前記重畳した光の干渉の強度を検出する工程を含む方法。

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