JP2015536462A - 位相感知の干渉信号サンプリングを用いるｏｃｔシステム - Google Patents

Abstract

ＯＣＴシステム、特に、そのクロックシステムは、ｋクロック信号を生成するだけではなく、また、例えば、少なくとも、干渉信号のサンプリングおよび／またはＯＣＴ画像へのその干渉信号の処理の目的のために、掃引の開始または掃引と関連付けられる絶対周波数参照を示す、光周波数参照掃引信号を生成する。この光周波数参照掃引信号は、その信号の掃引毎に、掃引光信号の正確に同一の周波数で生成される。これは、干渉信号のサンプリングが、掃引毎に、同一の周波数で発生することを確実にする。

Description

（関連出願）
本出願は、２０１２年１１月７日に出願された米国特許出願第１３／６７０，９３５号に関連する、２０１２年１１月７日に出願された米国特許出願第１３／６７０，９３８号に対して優先権を主張する。上記文献の両方は、それらの全体として参照することによって本明細書において援用される。

（発明の背景）
光学コヒーレンス分析は、サンプルの距離および厚さを測定し、屈折率を計算するために、参照波と実験波との間または実験波の２つの部分の間の干渉現象の使用に依拠する。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、高解像度の断面撮像を行うために使用される一例示的技術である。多くの場合、これは、例えば、リアルタイムで顕微鏡スケールにおいて生物学的組織構造を撮像することに適用される。光波が、物体またはサンプルから反射され、コンピュータが、波がどのように反射に応じて変化されるかの情報を使用することによって、断面の画像またはサンプルの３次元体積レンダリングを生成する。

ＯＣＴのいくつかの異なる部類があるが、フーリエ領域ＯＣＴが、現在、多くの用途のための最良の性能をもたらす。さらに、フーリエ領域アプローチのうち、掃引源ＯＣＴは、平衡および偏波ダイバシティ検出の能力を有するため、スペクトルエンコードＯＣＴ等の技術に優る顕著な利点を有している。これはまた、典型的には、スペクトルエンコードＯＣＴに要求される、安価かつ高速の検出器アレイが利用可能ではない波長領域内で撮像するための利点を有する。

掃引源ＯＣＴでは、スペクトル成分は、空間的分離によってエンコードされないが、それらは、時間的にエンコードされる。スペクトルは、連続光周波数サンプリング間隔において、フィルタ処理されるか、または生成されるかのいずれかであり、フーリエ変換の前に再構成される。周波数走査掃引源を使用すると、光学的構成は、あまり複雑ではなくなるが、ここでは、重大な性能特徴が、光源と、とりわけ、その周波数掃引率および同調精度とに存在する。

ＯＣＴ掃引源のための高速周波数同調または高掃引速度は、とりわけ、高速撮像が動きによって誘発されるアーチファクトを減少させ、かつ患者処置の長さを短縮させる、インビボ撮像に関連がある。これはまた、分解能を改善するためにも使用される。

従来、ＯＣＴシステムのための掃引源は、同調可能レーザとされている。同調可能レーザの利点は、高スペクトル輝度と、比較的単純な光学設計とを含む。同調可能レーザの特有の欠点を回避する潜在性を有する掃引源の別の部類は、典型的には、ＡＳＥによって光を生成する源である広帯域光源と、同調可能フィルタおよび増幅器を組み合わせるフィルタ処理された増幅自発放出（ＡＳＥ）源である。

ＯＣＴ掃引源の同調における不安定性および／または非線形性を補償するために、サンプリングクロック（ｋクロック）が、多くの場合、光周波数領域（ｋ空間）内の等しく離間されたインクリメントでのサンプリングを可能にするために採用される。このｋクロックは、通常、サンプル内およびＯＣＴシステムの干渉計の参照アーム内の光信号と関連付けられる遅延に合致するように遅延されなければならない。

（発明の要約）
いくつかの用途では、掃引光信号の連続掃引が、相互に対して非常に安定性があることは重要である。一具体的実施例は、位相感知ＯＣＴである。これは、干渉信号のサンプリングが、全ての軸線（Ａ線）上で正確に同一の周波数／波長で発生することを要求する。そのような位相感知ＯＣＴ技術は、ドップラーＯＣＴ、合成開口撮像、およびＯＣＴ画像からの背景雑音源の除去において、特定の用途を有する。

本発明は、ＯＣＴシステムに関し、特に、ＯＣＴシステムにおいて使用されるクロックシステムに関する。好ましくは、このクロックシステムは、ｋクロック信号を生成するだけではなく、また、例えば、少なくとも、干渉信号のサンプリングおよび／またはＯＣＴ画像へのその干渉信号の処理の目的のために、掃引の開始または掃引と関連付けられる絶対周波数参照を示す、光周波数参照掃引信号を生成する。この光周波数参照掃引信号は、その信号の掃引毎に、掃引光信号の正確に同一の周波数で生成される。これは、干渉信号のサンプリングが、掃引毎に、同一の周波数で発生することを確実にする。

概して、一側面によると、本発明は、光学コヒーレンストモグラフィシステムを特徴とする。このシステムは、参照アームとサンプルアームとの間で、掃引光信号を分割し、次いで、参照アームおよびサンプルアームから戻る光信号を組み合わせ、干渉信号を生成する干渉計を備える。光掃引源システムが、掃引光信号を生成する。クロックシステムが、例えば、掃引光信号の周波数掃引に応答して、クロック信号を生成し、掃引光信号の瞬時周波数が、特定の掃引周波数または他の絶対周波数であることを示す光周波数参照掃引信号を生成するために使用される。検出システムは、次いで、ｋクロック信号に応答して干渉信号を検出し、周波数領域内の干渉信号の等しく離間されたサンプルを生成し、ならびに光周波数参照掃引信号を使用し、相互に対して掃引光信号の連続掃引を横断してサンプリングを安定化させる。

好ましい実施形態では、クロックシステムは、クロック／トリガ光モジュールを備え、クロック／トリガ光モジュールは、掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理することによって、ｋクロック信号と掃引周波数を示す光トリガ信号とを生成する。好ましくは、トリガ論理モジュールは、次いで、光トリガ信号と光掃引源システムのコントローラによって生成される電子トリガ信号とに基づいて、掃引の開始を示す光周波数参照掃引信号を生成するために使用される。

本実施形態では、クロック／トリガ光モジュールは、光周波数サンプリング間隔に基づいて掃引光信号をフィルタ処理するｋクロックスペクトルフィルタと、掃引光信号の掃引開始周波数を示す掃引開始フィルタとを備える。一実施例では、ｋクロックスペクトルフィルタは、エタロンであり、掃引開始フィルタは、エタロンである。代替として、干渉計が使用される。

概して、別の側面によると、本発明は、光学コヒーレンストモグラフィ方法を特徴とする。この方法は、参照アームとサンプルアームとの間で、掃引光信号を分割することと、これらのアームから戻る光信号を組み合わせて、干渉信号を生成することとを含む。Ｋクロック信号は、掃引光信号の周波数掃引に応答して生成される。一実施例では、光周波数参照掃引信号が生成され、波数掃引光信号の周波数が特定の掃引開始周波数または他の絶対周波数であることを示す。干渉信号は、次いで、ｋクロック信号に応答して検出され、周波数領域内の干渉信号の等しく離間されたサンプルを生成し、光周波数参照掃引信号は、相互に対して掃引光信号の掃引を安定化させるために使用される。

ここで、部品の構成および組み合わせの種々の新規的詳細、ならびに他の利点を含む、本発明の上記および他の特徴が、より具体的に、付随の図面を参照して説明され、請求項で指摘されるであろう。本発明を具現化する特定の方法およびデバイスは、限定としてではなく、例証として示されることが理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱せずに、種々および多くの実施形態に採用されてもよい。

付随の図面では、参照文字が、異なる図面全体を通して、同一の部品を指す。図面は、必ずしも、縮尺通りではない。代わりに、本発明の原理の例証に応じて、強調が置かれている。

図１は、本発明による、クロックシステムを組み込むＯＣＴシステムの概略図である。 図２は、本発明の実施形態による、クロックシステムのコンポーネントを示すブロック図である。 図３は、クロック／トリガ光モジュールの第１の実施形態の構成を例証する概略図である。 図４は、クロック／トリガ光モジュールの第２の実施形態の構成を例証する概略図である。 図５は、クロック／トリガ光モジュールの第３の実施形態の構成を例証する概略図である。 図６は、クロック／トリガ光モジュールの第４の実施形態の構成を例証する概略図である。 図７は、一実施形態による、トリガ論理モジュールの構成を例証する論理ゲート図である。 図８は、トリガ論理モジュール内で生成される信号を示す時間関数としての波形プロットである。 図９は、掃引光信号の２つの掃引に関する時間関数として、掃引光信号、電子トリガ信号、光学的トリガ信号、ｋクロック信号、および光周波数参照掃引開始信号の光周波数を示すプロットである。 図１０Ａおよび１０Ｂは、異なる材料が、スペクトルフィルタ、例えば、エタロンおよび／または干渉計内で使用されるとき、クロック／トリガモジュールの温度同調を例証する時間関数として、電子トリガ信号、光学的トリガ信号、ｋクロック信号、および光周波数参照掃引開始信号を示すプロットである。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
ここで、本発明は、本発明を実施するための例証的実施形態および詳細なアプローチが示される、付随の図面を参照して、以下により完全に説明されるであろう。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、完璧かつ完全となり、当業者に本発明の範囲を完全に伝達するであろうように提供される。

本明細書に使用されるように、用語「ａｎｄ／ｏｒ（および／または）」は、関連付けられる列挙された項目の１つ以上の組み合わせのいずれかおよび全てを含む。さらに、用語、ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）、および／またはｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を規定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を除外しない。さらに、要素が、別の要素に接続または結合されるように言及および／または示されるとき、これは、他の要素に直接接続または結合されることができる、あるいは介在する要素が存在し得ることが理解されるであろう。

別様に定義されない限り、本明細書に使用される全ての用語（技術および科学用語を含む）は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されるもの等の用語は、関連技術と関連するその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、かつ本明細書に明示的にそのように定義されない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されないであろうことが理解されるであろう。

ここで、図面を参照すると、図１は、本発明の原理によって構成されている、クロックシステム３００を使用する、トモグラフィシステム等の光学コヒーレンス分析システム１０を示す。

光掃引源システム１００は、干渉計２００に伝送される光ファイバ１１０上で同調可能または掃引光信号を生成する。掃引光信号は、狭帯域放射を伴う走査帯にわたって走査する。

掃引源システム１００は、概して、１キロヘルツ（ｋＨｚ）を上回る割合で走査帯にわたって繰り返して走査する掃引光信号を生成するために、高速同調を対象とする。本実施形態では、多掃引率掃引源システム１００は、２０または１００ｋＨｚを上回る速度で同調する。超高速実施形態では、多掃引率掃引源システム１００は、２００または５００ｋＨｚを上回る速度で同調する。

典型的には、同調または走査帯域幅は、１０ナノメートル（ｎｍ）を上回る。本実施形態では、これは、好ましくは、５０〜１５０ｎｍであるが、いくつかの実施例では、さらに広範な同調帯が想定される。一方では、狭帯域放射の帯域幅は、２０または１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅を有し、通常、５ＧＨｚ以下である。光コヒーレンストモグラフィに関して、この高スペクトル分解能は、長いコヒーレンス長を示唆し、したがって、例えば、５ミリメートル（ｍｍ）より深いサンプルへのより深い撮像を可能にする。一方では、より低い性能用途において、例えば、サンプルへの１ｍｍ深度未満のＯＣＴ撮像では、約２００ＧＨｚ以下の通過帯域等のより広域のＦＷＨＭ通過帯域が、時として、適切である。

同調速度はまた、単位時間毎に波長で表されることができる。一実施例では、約１１０ｎｍ同調帯または走査帯および１００ｋＨｚ走査率に関して、実質的に、線形上方同調のための６０％デューティサイクルを想定すると、ピーク掃引速度は、１１０ｎｍ＊１００ｋＨｚ／０．６０＝１８，３００ｎｍ／ｍｓｅｃ＝１８．３ｎｍ／μｓｅｃ以上の高速であろう。別の実施例では、約９０ｎｍ同調範囲および５０ｋＨｚ走査率に関して、実質的に線形上方同調のための５０％デューティサイクルを想定すると、ピーク掃引速度は、９０ｎｍ＊５０ｋＨｚ／０．５０＝９，０００ｎｍ／ｍｓｅｃ＝９．０ｎｍ／μｓｅｃ以上の高速である。約３０ｎｍ同調範囲および２ｋＨｚ走査率を有するより小さい同調帯の実施例では、実質的に線形同調のための８０％デューティサイクルを想定すると、ピーク掃引速度は、３０ｎｍ＊２ｋＨｚ／０．８０＝７５ｎｍ／ｍｓｅｃ＝０．０７５ｎｍ／μｓｅｃ以上の高速であろう。

したがって、走査率の観点から、本明細書に説明される好ましい実施形態では、掃引速度は、０．０５ｎｍ／μｓｅｃを上回り、好ましくは、５ｎｍ／μｓｅｃを上回る。さらなる高速用途では、走査率は、１０ｎｍ／μｓｅｃより高い。

コントローラ１９０が、フィルタ、すなわち、同調可能要素、駆動波形、またはデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１７２に供給される波形を生成する。これは、増幅器１７４によって増幅され、光掃引源システム１００に適用される同調可能要素駆動信号１０８を生成する。一実施例では、コントローラ１９０は、掃引源システム１００に含有される、ファブリペロー同調可能フィルタ、傾斜格子、または他の同調可能光要素等の１つ以上の同調可能光フィルタのための周波数掃引を線形化するフィルタ駆動波形を記憶する。

クロックシステム３００が、掃引光信号が、走査または同調帯にわたって同調または掃引されるとき、等しく離間される光周波数サンプリング間隔でｋクロック信号を生成するために使用される。掃引源信号スプリッタ１０６が、掃引源信号の一部をクロックシステム３００に提供するために使用される。以下の実施形態では、掃引源信号スプリッタ１０６は、ファイバカプラとして実装される。しかしながら、明らかに、代替の実施形態では、一体型および／または自由空間システムが、使用され得る。

クロックシステム３００はまた、例証される実施形態では、データ取得（ＤＡＱ）トリガ信号として使用される光周波数参照掃引開始信号を生成する。この光周波数参照掃引開始信号は、掃引光信号の既定周波数または波長で生成される。結果として、絶対光周波数参照は、干渉信号の処理が、連続走査または掃引光信号の掃引の間における掃引光信号の同一の光周波数で発生することを確実にするために生成される。

例証される実施形態では、マッハツエンダ型干渉計２００が、サンプル５からの光信号を分析するために使用される。具体的実施例を与えるために、光掃引源システム１００からの掃引光信号は、９０／１０光ファイバカプラ２１０または他のビームスプリッタに、ファイバ１１０上で伝送される。掃引光信号は、システム１０の参照アーム２２０とサンプルアーム２１２との間で分割される。

参照アーム２２０の光ファイバは、ファイバ端面２２４で終端する。いくつかの例示的実装では、参照アームファイバ端面２２４から出射する光１０２Ｒは、レンズ２２６によって視準を合わせられ、次いで、参照ミラー２２８によって反射され、後方に戻る。

一実施例では、参照ミラー２２８は、ミラー距離に対して調節可能ファイバを有する。この距離は、撮像される深度範囲、すなわち、参照アーム２２０とサンプルアーム２１２との間のゼロ経路長差のサンプル５内の位置を判定する。距離は、異なるサンプリングプローブおよび／または撮像サンプルのために調節される。参照ミラー２２８から戻る光が、参照アームサーキュレータ２２２に戻され、５０／５０ファイバカプラ等の干渉信号結合器２４０に指向される。自由空間光構成を使用するもの等の他の実施例では、結合器２４０は、部分反射ミラー／ビームスプリッタである。

サンプルアーム２１２上のファイバは、サンプルアームプローブ２１６で終端する。出射掃引光信号１０２Ｓは、サンプル５上へプローブ２１６によって集束される。サンプル５から戻る光は、サンプルアームサーキュレータ２１４に戻され、干渉信号結合器２４０に指向される。

参照アーム信号およびサンプルアーム信号は、干渉信号結合器２４０内で結合または混合され、干渉信号を生成する。

干渉信号は、検出システム１５０によって検出される。具体的には、２つの検出器１５２を備える、平衡受信器が、例証される実施形態では、ファイバカプラ２４０の出力のそれぞれに位置する。平衡受信器１５２からの電子干渉信号は、トランスインピーダンス増幅器等の増幅器１５４によって増幅される。

検出システム１５０のデータ取得および処理システム１５５が、増幅器１５４から干渉信号出力をサンプリングするために使用される。クロックシステム３００から導出されるＫクロック信号は、データ取得および処理システム１５５によって使用され、システムデータ取得を光掃引源システム１００の周波数同調と同期させる。具体的には、データ取得および処理システム１５５は、ｋクロック信号に応答して、干渉信号をサンプリングし、光周波数領域内の干渉信号の均等に離間されるサンプルを生成する。光周波数参照掃引開始信号は、データ取得および処理システム１５５によって使用され、干渉信号のサンプリングが全てのＡ線上で正確に同一または略同一である周波数／波長で発生するように、掃引光信号の連続掃引が相互に対して参照されるように、絶対周波数または波長を示す。

本実施形態では、光周波数参照掃引開始信号は、絶対周波数において、掃引光信号の瞬時周波数が、掃引開始と関連付けられる周波数であるときを示す。掃引開始信号に応答して、データ取得および処理システム１５５は、システム１５５に対するアナログ入力で現れる干渉信号のサンプリングを始める、またはそのサンプルを破棄することを停止する。光周波数参照掃引開始信号の重要な関連性は、これが、連続掃引が同一の周波数でサンプリングされるようにデータ取得および処理システム１５５によって使用される、絶対周波数参照を提供することである。したがって、例えば、他の実施形態では、光周波数参照掃引信号は、データ取得および処理システム１５５が参照または較正点として単に使用する、任意の絶対周波数参照を単に表す。これはさらに、走査帯の開始前またはその終了後における、走査帯または周波数の範囲内の絶対周波数であり得る。これらの場合、データ取得および処理システム１５５は、絶対周波数参照を単に使用し、これらのサンプルの処理に先立って、連続走査からのｋクロック信号に応答して、生成されるサンプルを整合させるであろう。

完全なデータセットが、デカルト幾何学ｘｙ方式または円筒幾何学シータｚ方式において、サンプル５にわたって集束プローブビーム点を空間的にラスタ走査することによって、サンプル５から収集される。これらの点のそれぞれ１つにおけるスペクトル応答は、光掃引源システム１００の周波数同調から生成される。次いで、データ取得および処理システム１５５は、画像を再構成し、かつサンプル５の２Ｄまたは３Ｄトモグラフィ再構成を行うために、データ上でフーリエ変換を行う。この変換データは、ディスプレイシステム１８０によって表示される。

一用途では、プローブ２１６は、血管の中へ挿入され、動脈および静脈の内壁を走査するために使用される。他の実施例では、他の分析モダリティが、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）、前方視ＩＶＵＳ（ＦＬＩＶＵＳ）、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）、圧力検出ワイヤ、および画像ガイド治療デバイス等のプローブ内に含まれる。さらなる他の用途では、プローブは、患者または動物の目または歯あるいは他の構造の異なる部分を走査するために使用される。

図２は、クロックシステム３００の一実装を示す。

より詳細には、例証される実施形態では、掃引源信号スプリッタ１０６は、ファイバカプラとして実装される。結果として、掃引光信号の一部が、クロック／トリガ光モジュール３５０に対して光ファイバ１０７上に提供される。このモジュール３５０は、コントローラの制御１９０の下、動作する。具体的には、クロック／トリガ光モジュール３５０は、２つの信号を生成し、第１の信号は、掃引光信号が、掃引開始を定義する、または別様に周波数における掃引を参照するために使用される、絶対周波数または波長に到達したことを示す、光学的トリガを生成するために使用される。モジュール３５０が生成する第２の信号は、典型的には、非常に高い周波数を有する。ｋクロック信号を誘導するために使用されるのは、この第２の信号である。

より詳細には、光トリガ信号調整モジュール３１０が、必要に応じて、クロック／トリガ光モジュール３５０からの第１の信号を、光トリガ信号として定義されるバイナリまたは２状態信号に変換する。これは、トリガ論理モジュール３２０に提供される。トリガ論理モジュール３２０は、光トリガ信号をコントローラ１９０によって生成される電子トリガ（Ｅ−トリガ）信号と組み合わせる。電子トリガ信号は、走査帯を通した掃引光信号の掃引および同調可能要素駆動信号１０８の発生を始めるための光掃引源システム１００からのコントローラ信号を用いてコントローラ１９０によって生成される。トリガ論理モジュール３２０は、ＤＡＱトリガ入力端子でデータ取得および処理システム１５５に供給される光周波数参照掃引開始信号を生成する。

Ｋクロック信号調整モジュール３１２は、そのｋクロック入力端子でデータ取得および処理システム１５５によって受信されるバイナリｋクロック信号を生成するために使用される。

図３は、クロック／トリガ光モジュール３５０の一実施形態を例証する。掃引源信号カプラ１０６からの光ファイバ１０７は、光モジュールファイバカプラ３５２に提供される。これは、クロックサーキュレータ３５４と周波数参照サーキュレータ３５６との間で、掃引光信号を分割する。ｋクロックサーキュレータ３５４の出力は、ファイバフィードスルー３６２を通して気密パッケージ３６８に入射する光ファイバ３５８である。光ファイバ３５８の端面は、次いで、気密パッケージ３６８内に位置する光学ベンチ３６６上で終端する。

類似する静脈では、周波数参照サーキュレータ３５６は、気密パッケージ３６８内でファイバフィードスルー３６４を通して入射する出力ファイバ３６０を有する。このファイバ３６０もまた、光学ベンチ３６６に固着される。

ファイバ３５８から出射する掃引光信号は、光学ベンチ３６６にも固着される第１のレンズ３７０によって視準を合わせられる。掃引光信号は、例証される実施形態では、エタロンであり、かつベンチ３６６に固着される、ｋクロックスペクトル光フィルタ３７２に結合される。類似する静脈では、光ファイバ３６０から出射する掃引光信号は、第２のレンズ３７４によって視準を合わせられ、例証される実施形態ではまたエタロンであり、かつベンチ３６６に固着もされる、掃引開始スペクトルフィルタ３７６に結合される。

典型的な実施形態では、ｋクロックエタロン３７２は、比較的より高い周波数またはより高品質の周波数参照を提供する。結果として、ｋクロックエタロン３７２は、その屈折率を考慮して、典型的には、物理的により長く、明らかに、光路長においてより長い。

ｋクロックエタロン３７２と掃引開始エタロン３７６は両方とも、コーティングされた端面３７８および３８０を含む。結果として、エタロンのスペクトル伝達関数は、周波数が周期的である反射を提供する。

ｋクロックエタロン３７２と掃引開始エタロン３７６は両方とも、例証される実施形態では、反射状態で動作される。反射された光は、それぞれの第１のおよび第２のレンズ３７０、３７４を通して、それぞれの光ファイバ３５８および３６０へと後方に戻る。ｋクロックサーキュレータ３５４は、この戻り光をｋクロック検出器３８６に指向する。掃引開始エタロン３７６によって反射された光が、光ファイバ３６０に結合され、光トリガ信号を生成する周波数参照検出器３９０に、周波数参照サーキュレータ３５６によって指向される。要素３８２および３８４は、迷光が、それぞれ、ファイバ３５８および３６０に後方に反射されないことを確実にするビーム吸収体／遮断材／偏向板である。

結果として、ｋクロック検出器３８６は、干渉信号がデータ取得および処理システム１５５によってサンプリングされるべきである所望の周波数間隔を定義する、光周波数サンプリング間隔を通して掃引光信号の掃引を示す光周波数参照信号を生成する。周波数参照光学的検出器３９０は、順に、掃引周波数が掃引光信号の掃引の間の安定性を確実にするために、データ取得および処理システム１５５に、掃引光信号が掃引開始周波数または他の絶対参照周波数に到達したことの信号を送信するために使用される、光周波数参照掃引開始信号を生成するために使用される光トリガ信号を生成する。

ｋクロックエタロン３７２および掃引開始エタロン３７６の光路長は、温度依存性である。したがって、モジュール３５０を安定化させるために、熱電クーラ４５０が、光学ベンチ３６６と気密パッケージ３６８との間に固着される。温度検出器３９２が、好ましくは、光学ベンチ３６６に固着される。一実装では、コントローラ１９０は、温度安定化システムの一部として機能する。より詳細には、コントローラ１９０は、温度検出器３９２から温度情報を受信する。コントローラは、次いで、光学ベンチ３６６、ひいては、ｋクロックエタロン３７２および掃引開始エタロン３７６の温度が、掃引光信号の掃引の間で安定化するように、熱電クーラ４５０の動作を制御するために使用される熱電クーラ駆動信号を生成する。

他の実施形態では、ベンチヒータが、光学ベンチ３６６を周辺温度より高温である温度に加熱するための熱電クーラ４５０の代わりに使用され、クロック／トリガ光モジュール３５０の温度を制御する。

一実施形態では、ｋクロックエタロン３７２の材料および掃引開始エタロン３７６の材料は、溶融石英、ガリウムヒ素、またはガリウムリン等の同一の材料である。

別の実施形態では、ｋクロックエタロン３７２および掃引開始エタロン３７６の材料は、ｋクロックエタロン３７２のための溶融石英、掃引開始エタロン３７６のためのガリウムヒ素等の異なる材料になるように選ばれる。このシステムは、クロック／トリガ光モジュール３５０の温度同調を可能にし、光周波数参照掃引開始信号の絶対光周波数の変更と、掃引開始信号に対するｋクロック信号の位相の変更とを可能にする。

ここでは、掃引開始エタロン３７６は、ｋクロックエタロン３７２よりも約１０倍の温度感性である。一定温度制御は、光周波数において、これらのエタロン３７２、３７６の両方を安定的に維持する。本システムが較正されるときに見出される温度設定点は、設定における柔軟性を可能にする。温度は、掃引開始エタロントリガ点が略所望の開始波長であるように設定される。加えて、掃引トリガ遷移経路が、ｋクロック遷移経路の間の中間に位置付けられる。これは、誤ったｋクロックパルスで掃引を開始することに対して安定性を確実にする。

好ましくは、全ての光学的構成要素は、それらが全て、温度検出器３９２、コントローラ１９０、および熱電クーラ４５０を含む温度制御システムの動作を通して安定化される温度になることを確実にするために、光学ベンチ３６６に固着される。

図４は、クロック／トリガ光モジュール３５０の代替の実施形態を例証する。この実施形態では、掃引源信号カプラ１０６からの光ファイバ１０７は、ファイバフィードスルー３６２を通して気密パッケージ３６８へ通過する。光ファイバ１０７は、光学ベンチ３６６上へ固着される。第１のレンズ３９６が、ファイバ１０７の端面から出射する掃引光信号の視準を合わせる。掃引光信号は、アイソレータ３９８を通して通過し、次いで、ビームスプリッタ４００は、掃引光信号の残りの一部がｋクロックエタロン３７２に結合される間に、掃引光信号の一部を直角に指向する。折り畳みミラー４０２が、掃引光信号のこの一部が掃引開始エタロン３７６に結合されるように、ビームスプリッタ４００によって反射された掃引光信号の一部を反射する。伝送中ｋクロックエタロン３７２によってフィルタ処理される掃引光信号は、第２のレンズ４０４によって集束され、ｋクロック光ファイバピグテール４０８に結合される。結果として、ｋクロックエタロン３７２からフィルタ処理される信号は、気密パッケージ３６８から、ファイバフィードスルー４１０を通して、ｋクロック検出器３８６に伝送される。類似する静脈では、掃引開始エタロン３７６によってフィルタ処理される掃引光信号は、第３のレンズ４０６によって集束され、気密パッケージ３６８から、フィードスルー４１１を介して、光トリガまたは周波数参照検出器３９０までこのフィルタ処理された掃引光信号を伝送する、掃引開始ファイバピグテール４１２に入射する。

前述の実施形態に関して議論されることに類似する、第２の実施形態の好ましい実装では、また、光学ベンチ３６６に固着される温度検出器３９２を使用する温度制御システムが、採用される。この温度信号は、コントローラ１９０によって監視され、熱電クーラ４５０または他の温度を制御するデバイスを駆動するために使用される。

図５は、クロック／トリガ光モジュール３５０の第３の実施形態を例証する。この実施形態では、ｋクロック検出器３８６は、気密パッケージ３６８内に位置し、具体的には、光学ベンチ３６６に固着される。同様に、光トリガ信号を生成する周波数参照検出器３９０もまた、光学ベンチ３６６に固着される。この実施形態は、単一のファイバフィードスルー３６２のみが要求される点で、図４に関して例証される実施形態より優れた利点を有する。Ｋクロック信号および光トリガ信号は、概して、気密パッケージ３６８から電気的に引き出され、これは、製造費用を減少させる。

図６はさらに、クロック／トリガ光モジュール３５０の別の実施形態を示す。この実施形態は、アイソレータおよびサーキュレータは、より大型、高価、または不良性能を有する波長で有用である。この実施形態は、エタロン（図３、４および５におけるような）の代わりに、光フィルタとしてマッハツエンダ干渉計を使用し、光トリガおよびｋクロック信号を作り出す。具体的には、掃引光信号は、ファイバフィードスルー３６２を介して、気密パッケージ３６８内で受信される。ファイバ端面が、光学ベンチ３６６上へ固着される。光ファイバ１０７から出射する掃引光信号は、第１のレンズ３９６によって視準を合わせられ、ビームスプリッタ４００に指向される。ビームスプリッタ４００は、掃引光信号を、ｋクロック信号を生成するために使用される一方と、光トリガ信号を生成するために使用される他方の部分とである、２つの部分に分割する。

より詳細には、ｋクロック信号を生成するために使用される掃引光信号の一部は、一連のビームスプリッタ４２０、４２２および一連の折り畳みミラー４２４、４２６を使用して指向され、ｋクロック検出器３８６にフィードするマッハツエンダクロック干渉計を形成する。マッハツエンダ干渉計の２つのアームの間の経路不整合は、前面および後面ファセットとの両方の上の反射防止（ＡＲ）コーティング６１２を有する、ｋクロック遅延要素６１０の長さおよび屈折率によって制御される。

類似する方式では、光トリガ信号を生成するために使用される掃引光信号の一部は、同様に、掃引開始光トリガマッハツエンダ干渉計を作り出す一連のビームスプリッタ４２８、４３０および一連の折り畳みミラー４３２、４３４に指向され、次いで、フィルタ処理された信号を周波数参照検出器３９０に結合する。マッハツエンダ経路不整合は、同様に、ＡＲコーティングされた、掃引開始遅延要素６１４の長さおよび屈折率によって制御される。

光遅延要素６１０、６１４のために使用される材料は、同一または異なることができる。前述の実施形態におけるように、ｋクロック遅延要素６１０のための溶融石英および掃引開始遅延要素６１４のためのガリウムヒ素等の不整合材料の選択は、温度同調における柔軟性を可能にする。これは、安定化のための、具体的な波長の近傍における光参照トリガ信号の配置と、ｋクロック遷移経路の間の中間にトリガの配置とを可能にする。これは、コントローラ１９０を使用して制御され、温度検出器３９２および熱電クーラ４５０の動作によって検出された温度に基づくフィードバック温度制御を使用して、干渉計の温度を管理する。

図７は、トリガ論理モジュール３２０の一実装を例証する。クロック／トリガ光モジュール３５０によって生成され、場合により、光トリガ信号調整モジュール３１０によってフィルタ処理される、光トリガ信号は、任意の機械的設定を可能にした後、掃引光信号の掃引の電気的な始動、すなわち、同調可能要素駆動信号の開始に応答して、コントローラ１９０によって生成される電子トリガ信号（Ｅトリガ）と論理的に組み合わせられる。これらは、第１のＮＡＮＤゲート３２１で組み合わせられる。第２のＮＡＮＤゲート３２２および第３のＮＡＮＤゲート３２４の交差接続された対は、次いで、データ取得および処理システム１５５に対するＤＡＱトリガ信号として使用される光周波数参照掃引開始信号を生成するために使用される、ＳＲフリップフロップを形成する。

図８は、トリガ論理モジュール３２０内で生成される信号を例証するタイミング図である。具体的には、光周波数参照掃引開始信号は、電子トリガ（Ｅトリガ）信号の前縁の後に発生する光トリガ（Ｏトリガ）信号の前縁でアクティブになる。光周波数参照掃引開始信号は、光トリガ信号の次の立ち下がりエッジのみでの電子トリガ信号の立ち下がりまで、アクティブの状態のままである。

図９は、掃引光信号が走査帯を通して周波数走査されるにつれたクロックシステム３００の動作を例証する。

プロットは、走査帯を通した掃引光信号の周波数の走査と、この走査に伴うｋクロックの発生とを示す。Ｋクロックは、掃引光信号が、干渉信号がサンプリングされることができるように、別の光周波数サンプリング間隔を通して同調する度に、それを示すために使用される。具体的には、ｋクロックに応答して、サンプリングすることによって、干渉信号の均等に離間されるサンプルが、周波数領域内で生成される。

概して、本システムは、コントローラ１９０によって生成される信号内の掃引間ジッタの抑制と、掃引源システム１００の同調とを対象とする。図９は、Ｅトリガ信号がその立ち上がりエッジでのタイミングジッタを示すような光トリガを参照する、ある状況を示す（矢印９１０参照）。結果として、コントローラ１９０によって生成された電子トリガ（Ｅトリガ信号）は、掃引光信号の掃引の開始の粗インジケータとしてのみ使用される。

代わりに、電子トリガ信号の後に発生する光トリガ信号（Ｏトリガ信号）の前縁は、干渉信号のサンプリングが、データ取得および処理システム１５５に、具体的な数のサンプルのためにｋクロックの各遷移経路で１つのサンプルを作製することによって開始するべきであることを示すために使用される、光周波数参照掃引開始信号を生成するために使用される。光トリガ信号のこの前縁が、クロック／トリガ光モジュール３５０内のエタロンまたは干渉計または他の光フィルタの温度安定化システムに基づいて生成されるため、これは、掃引毎に同一である、すなわち、走査帯を通して掃引光信号の掃引１および掃引２等の連続掃引であろう。結果として、クロックシステム３００は、干渉信号のサンプリングが走査帯にわたる掃引光信号の掃引と関連付けられる全てのＡ線の走査上で、正確または略正確に同一である周波数／波長で発生することを確実にする。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、異なる材料が、スペクトルフィルタ、例えば、エタロンおよび／または干渉計内で使用されるときのクロック／トリガ光モジュールの３５０の温度同調を例証する。

具体的実施例では、１）図３−５の実施形態の場合の掃引開始エタロン３７６、または図６の実施形態の場合の掃引開始遅延要素６１４は、ガリウムヒ素であり、２）図３−５の実施形態の場合のｋクロックエタロン３７２、および図６の実施形態の場合のｋクロック遅延要素６１０は、溶融石英である。

２つの材料、すなわち、ガリウムヒ素と溶融石英との間の温度感性において約１桁分の倍数の差がある。したがって、光トリガ（Ｏトリガ）が生成される掃引光信号の周波数は、ｋクロック信号が生成される掃引光信号の周波数に対して調節される。この調節は、クロック／トリガ光モジュール３５０の温度を変更することによって行われる。これは、同一の電子トリガ（Ｅトリガ）タイミングのための相互に対して矢印１０１０、１０１２によって例証されるような信号のタイミングの変更の効果を有する。

一実施形態では、コントローラ１９０は、好ましくは、光トリガ信号の掃引開始エタロントリガ点１０１４が、掃引光信号の所望の開始周波数または波長の近傍になるように、クロック／トリガ光モジュール３５０の温度を設定する。加えて、掃引開始トリガ点、すなわち、光トリガ信号（Ｏトリガ）信号の立ち上がりエッジ１０１４は、ｋクロック信号のｋクロック遷移経路の間の中間に位置付けられる。これは、誤ったｋクロックパルスで掃引の開始に対して安定性を確実にする。

これは、コントローラ１９０が、図１０Ｂに示される、光トリガに対する好ましいｋクロック整合を達成することを可能にする。コントローラ１９０は、クロック／トリガ光モジュール３５０を熱的に同調させ、トリガ、すなわち、光トリガ信号（Ｏトリガ）の立ち上がりエッジ１０１４をｋ−パルスの間の中間に整合させる。これは、クロッキングの際、間違いがないことを確実にするであろう。

ｋクロックの立ち上がりエッジが、トリガの立ち上がりエッジと整合される場合、その状況は、不安定になるであろう。雑音に依存して、異なる掃引での１クロック周期による偏移があり得る。好ましい整合は、光トリガ信号（Ｏトリガ）の立ち上がりエッジ１０１４とｋクロック信号の立ち下がりエッジ１０１６を整合することである。

本発明は、特に、その好ましい実施形態を参照して示され、かつ説明されているが、形式および詳細に種々の変更が、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱せずに、その範囲内で行われてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。

Claims (19)

1. 光学コヒーレンス分析システムであって、前記システムは、
   参照アーム（２２０）とサンプルアーム（２１２）との間で掃引光信号を分割し、前記参照アームおよび前記サンプルアームから戻る光信号を組み合わせて干渉信号を生成する干渉計（２００）と、
   前記掃引光信号を生成する光掃引源システム（１００）と、
   前記掃引光信号の周波数掃引に応答してｋクロック信号を生成し、前記掃引光信号の周波数が特定の掃引周波数であることを示す光周波数参照掃引信号を生成するクロックシステム（３００）と、
   前記ｋクロック信号に応答して前記干渉信号を検出して、前記干渉信号の等しく離間されたサンプルを生成し、かつ前記光周波数参照掃引信号を使用して、前記掃引光信号の掃引を横断してサンプリングを安定化させる検出システム（１５０）と
   を備える、光学コヒーレンス分析システム。
2. 前記クロックシステムは、クロック／トリガ光モジュール（３５０）を備え、前記クロック／トリガ光モジュール（３５０）は、前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理することによって、前記ｋクロック信号と前記掃引周波数を示す光トリガ信号とを生成する、請求項１に記載の光学コヒーレンス分析システム。
3. トリガ論理モジュール（３２０）をさらに備え、前記トリガ論理モジュール（３２０）は、前記光トリガ信号と前記光掃引源システムのコントローラ（１９０）によって生成される電子トリガ信号とに基づいて、前記掃引の開始を示す前記光周波数参照掃引信号を生成する、請求項２に記載の光学コヒーレンス分析システム。
4. 前記クロック／トリガ光モジュールは、光周波数サンプリング間隔に基づいて前記掃引光信号をフィルタ処理するｋクロック分光フィルタと、前記掃引光信号の掃引開始周波数を示す掃引開始フィルタとを備える、請求項１−３のいずれかに記載の光学コヒーレンス分析システム。
5. 前記ｋクロック分光フィルタは、エタロン（３７２）であり、前記掃引開始フィルタ（３７６）は、エタロンである、請求項４に記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
6. 前記ｋクロック分光フィルタは、干渉計であり、前記掃引開始フィルタは、干渉計である、請求項４に記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
7. 前記光トリガ信号を形成するための光トリガ信号調整モジュール（３１０）をさらに備える、請求項１−６のいずれかに記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
8. 前記ｋクロック信号を形成するためのｋクロック信号調整モジュール（３１２）をさらに備える、請求項１−７のいずれかに記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
9. 前記光掃引源システムに対する同調可能要素駆動信号を生成するためのコントローラ（１９０）をさらに備える、請求項１−８のいずれかに記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
10. 前記クロックシステムは、クロック／トリガ光モジュールを備え、前記クロック／トリガ光モジュールは、前記掃引光信号をフィルタ処理するｋクロックスペクトルフィルタを用いて前記ｋクロック信号を生成し、前記掃引光信号をフィルタ処理する掃引開始スペクトルフィルタを用いて掃引開始周波数を示す光トリガ信号を生成する、請求項１に記載の光学コヒーレンストモグラフィ分析。
11. 光学コヒーレンス分析方法であって、前記方法は、
    参照アームとサンプルアームとの間で掃引光信号を分割し、干渉信号を生成するために前記参照アームおよび前記サンプルアームから戻る光信号を組み合わせることと、
    前記掃引光信号の周波数掃引に応答して、ｋクロック信号を生成することと、
    前記掃引光信号の周波数が特定の掃引周波数であることを示す光周波数参照掃引信号を生成することと、
    前記ｋクロック信号に応答して前記干渉信号を検出し、周波数領域内の前記干渉信号の等しく離間されたサンプルを生成することと、
    相互に対して前記掃引光信号の掃引を安定化させるために前記光周波数参照掃引信号を使用することと
    を含む、方法。
12. 前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理することによって、掃引周波数を示す光トリガ信号を生成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記光トリガ信号および電子トリガ信号に基づいて、前記掃引の開始を示す光周波数参照掃引信号を生成することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 光周波数サンプリング間隔に基づいて前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理し、前記ｋクロック信号を生成することと、前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理し、前記掃引周波数を示す光トリガ信号を生成することとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記フィルタ処理は、エタロンを用いて行われる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記フィルタ処理は、干渉計を用いて行われる、請求項１４に記載の方法。
17. 前記光トリガ信号を信号調整することをさらに含む、請求項１２−１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記ｋクロック信号を信号調整することをさらに含む、請求項１２−１７に記載の方法。
19. 前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理することによって前記ｋクロック信号を生成することと、前記掃引光信号をスペクトル的にフィルタ処理することによって、前記掃引開始周波数を示す光トリガ信号を生成することとをさらに含む、請求項１１−１８に記載の方法。