JP2017504015A - 光断層撮影装置及び方法 - Google Patents

Abstract

多色光源（ＳＬＭ）と、一次元光センサ（ＣＩＭ）と、干渉顕微鏡（ＭＩ）と、一次元共焦点空間フィルタリングシステム（ＦＥ）と、対象物の深さ方向の一方向走査を実行できるようにする作動システム（ＰＲ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３）と、前記一方向走査中に前記画像センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、前記対象物のセクションの二次元画像を再構成するためのプロセッサ（ＰＲ）とを含む、光断層撮影装置。かかる装置の使用に基づく光断層撮影方法。

Description

本発明は、排他的ではないが、特に生物学及び医学、並びにとりわけ組織学用途のために意図された光断層撮影装置及び方法に関する。他の可能な用途は、例えば、材料の特性決定に関する。

生検によって取られた組織の組織学研究は、例えば腫瘍を診断するための臨床診療において非常に役立つ。しかしながら、この技術は、実行するには遅く、且つ複雑である。何故なら、それは、生検、即ち調査される組織のサンプルを取り出すことと、顕微鏡によって観察され、且つ解剖病理学者によって解析される薄いスライスにサンプルを切り取ることとを必要とするからである。完全な手順はまた、サンプルの固定、マトリックスにおけるそのオクルージョン、及びその着色を必要とする。それは、とりわけ、速度が根本的に重要である外科手術中に行われる検査の場合には、問題を引き起こす。更に、サンプリングステップは、（例えば脳の場合に）患者にとって厄介であり、危険でさえある。この理由で、非侵入型（特に光学）撮像技術が、生物組織又はより一般的には半透明対象物の内部構造を見るために開発された。従来の組織学的検査に匹敵し得るようにするため、これらの技術は、組織の表面下のミリメートル程度の深さへ原位置でアクセスできるようにし、且つマイクロメートル程度の分解能を示さなければならない。実行の速度、単純性及びコストもまた、考慮される重要なパラメータである。

先行技術から周知の撮像技術のいずれも、十分な満足を与えるものではない。

走査型光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）は、「白色」（広帯域）光干渉法に基づく技術である。時間領域におけるそのバージョンにおいて、白色光ビームは、２つの部分、即ち、調査される組織に合焦される部分及び基準ミラーに合焦される部分に分割される。観察対象物によって反射された（後方散乱された）光は、基準ミラーによって反射され光と組み合わされ、光検出器によって検出される。光路差が、最大でも放射のコヒーレンス長ほどである場合にのみ、干渉が発生する。干渉計の基準アームの光路長を修正することによって、対象物において異なる深さにアクセスされる。二次元又は更に三次元の画像が、干渉法（軸方向寸法、即ち深さによる取得を可能にする）及び走査（１つ又は２つの横方向寸法による取得を可能にする）を用いて構成され得る。周波数領域における走査型ＯＣＴにおいて、基準アームは、固定光路長を有し、干渉信号は、スペクトル的に解析される。この点で、Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ“Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６６（２００３）２３９−３０３による論文を参照されたい。実際に、ＯＣＴは、困難を伴ってのみ、約数マイクロメートルより良い横方向分解能を得ることを可能にする。

より最近の技術である全視野ＯＣＴは、干渉信号を検出するために二次元画像センサを用いる。ハロゲンランプなど、低い時間的及び空間的コヒーレンスの光源の使用と結合されたこの技術は、走査型ＯＣＴと比較して、横方向及び深さ方向（軸方向）の両方で、空間分解能をかなり改善できるようにする。しかしながら、この技術は、対象物が動く可能性がある用途（特に生体内の用途用）には不向きであり、そのときには干渉信号のスクランブルにつながる。更に、それが、（観察対象物の表面と平行な）「表面方向」セクションを提供するのに対して、垂直セクションがより有用であることが多い。更に、その貫入深さは、走査型ＯＣＴにおけるよりも浅い。この技術は、文献欧州特許第１３６４１８１号明細書及びＡ．Ｄｕｂｏｉｓ，Ｋ．Ｇｒｉｅｖｅ，Ｇ．Ｍｏｎｅｒｏｎ，Ｒ．Ｌｅｃａｑｕｅ，Ｌ．Ｖａｂｒｅ，ａｎｄ Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａ“Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４３，ｐ．２８７４（２００４）による論文に説明されている。

Ｓ．Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｌｏｗ−ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，５５１６（１４ Ａｐｒｉｌ ２００８）による論文は、サンプルの厚さ及びその屈折率を決定することによってサンプルを特徴付けるために、共焦点光学及び干渉法を低コヒーレンス長と組み合わせる方法を説明する。それは、撮像方法ではなく、まして断層撮影法ではない。

共焦点顕微鏡法は、観察対象物の小領域から生じる光を選択するために空間フィルタリングを用いる。次に、二次元又は三次元画像が、走査によって再構成され得る。文献欧州特許第２４４７７５４号明細書は、スリット色共焦点顕微鏡装置及び方法を説明する。このシステムは、
− 偏光における照明と、
− 強い色収差を有する対物レンズと、
− 顕微鏡の出力部における光のスペクトルを測定するための分光計であって、この測定により、対象物において調査される深さにアクセスすることが可能になる、分光計と
を含む。

この装置において、スリットの役割は、スペクトル線（それらの幅は、スペクトル分解能及び従って対象物の深さ方向における空間分解能を定義する）を生成することである。それらは、共焦点フィルタリングの役割を有しない。

文献欧州特許第１５８６９３１号明細書は、別のスリット共焦点顕微鏡装置及び方法を説明し、その装置及び方法は、線に沿って多数の画素の同時取得を可能にすることによって、画像再構成プロセスを簡略化する。蛍光マーカなしで用いられる共焦点顕微鏡は、走査型ＯＣＴ及び全視野ＯＣＴにおけるよりもかなり浅い貫入深さを提供する。

Ｙｕ Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，１５ Ｊｕｌｙ ２００７，ｐａｇｅｓ １９７１−１９７３による論文は、全視野ＯＣＴにおけるよりも高い感度を備えたサンプルの「表面方向」セクションを取得できるようにする、スリット共焦点顕微鏡及び走査型ＯＣＴを組み合わせる装置及び方法を説明する。達成される軸方向分解能は、約３μｍであり、横方向分解能は、約２μｍであり、これらの結果は、非常に高価なフェムト秒パルスレーザを光源として用いることによって得られる。

非線形顕微鏡技術（顕微鏡法の２光子、高調波生成、及び他のかかる形態）は、全視野ＯＣＴの性能レベルに匹敵する性能レベル（貫入深さ、空間分解能、及び取得速度の点での）を示すが、しかしより高いコスト及び一般により長い取得時間という代償を伴う。

実装形態のコスト及び複雑さもまた、Ｘ線マイクロ断層撮影（同様に低い取得速度を示す）及び磁気共鳴画像法ＭＲＩ（その空間分解能は、光学的方法と比較して良くも悪くもない）などの非光学撮像技術の主な欠点に含まれる。

欧州特許第１３６４１８１号明細書 欧州特許第２４４７７５４号明細書 欧州特許第１５８６９３１号明細書

Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ"Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６６（２００３）２３９−３０３ Ａ．Ｄｕｂｏｉｓ，Ｋ．Ｇｒｉｅｖｅ，Ｇ．Ｍｏｎｅｒｏｎ，Ｒ．Ｌｅｃａｑｕｅ，Ｌ．Ｖａｂｒｅ，ａｎｄ Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａ"Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４３，ｐ．２８７４（２００４） Ｓ．Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．"Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｌｏｗ−ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，５５１６（１４ Ａｐｒｉｌ ２００８） Ｙｕ Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．"Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，１５ Ｊｕｌｙ ２００７，ｐａｇｅｓ １９７１−１９７３

本発明は、先行技術の前述の欠点の少なくとも幾つかを克服することを目的とする。特に、本発明は、高空間分解能（軸方向及び横方向両方で１μｍ程度）及び満足な貫入深さ（１ミリメートル程度）を備え、高率（数セクション／秒）で（対象物の表面に対して直角な）垂直セクションを取得できるようにする、生物組織などの半透明対象物の内部構造を見るための技術を提供することを目的とする。本発明はまた、生体内及び原位置での用途に適した技術を提供することを目的とする。

この目標を達成できるようにする本発明の１つの主題は、多色光源と、一次元光センサと、干渉顕微鏡であって、いわゆる基準ミラーが端部に配置されている、基準アームと呼ばれる第１のアームと、対象物アームと呼ばれる第２のアームと、前記多色光源及び前記センサに前記第１及び第２のアームを結合するビームスプリッタと、少なくとも１つの対物レンズとを含み、前記基準ミラーが、前記基準アームに配置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの合焦面に一致して配置される、干渉顕微鏡と、対象物アームに配置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの前記合焦面にある観察線と呼ばれる線に沿って、前記対象物アームの端部に配置された観察対象物を照明するために、前記多色光源と協働する一次元共焦点空間フィルタリングシステムであって、前記対象物によって後方散乱され、且つ前記観察線から生じる光を選択するように、且つ前記センサ上の前記線の一次元画像を形成するように配置された一次元共焦点空間フィルタリングシステムとを含む、光断層撮影装置において、一方で前記ビームスプリッタから前記基準ミラーに向かう第１の軌道と前記基準アームに沿って移動することによる戻りとの間、及び他方で前記ビームスプリッタから前記観察線に向かう第２の軌道と前記対象物アームに沿って移動することによる戻りとの間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物の一方向走査を実行するために、対象物アームに対置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの光学軸と平行に前記観察線を変位させるように構成された作動システムと、前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、対象物アームに配置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの前記光学軸と平行に向けられた前記観察対象物のセクションの二次元画像を再構成するようにプログラム又は構成されたプロセッサとも含むことを特徴とする、光断層撮影装置である。

かかる装置の異なる実施形態によれば、
− 前記作動システムは、前記基準アーム及び前記対象物アームの光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、対象物アームに配置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの前記光学軸に平行な相対変位を引き起こすように構成され得る。
− 前記作動システムは、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間のゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している合焦面において対物レンズを変位させるように、且つ前記基準アームの前記光路長を修正するように構成され得る。
− 装置は、前記対象物アーム及び前記基準アームの少なくとも１つに配置された分散補償装置も含みことができ、前記作動システムが、前記一方向走査中に前記分散補償装置にも作用するように構成される。
− 前記干渉顕微鏡は、前記基準アームに配置された第１の対物レンズ、及び前記対象物アームに配置された第２の対物レンズを含むリニク顕微鏡であって、前記基準及び対象物アームが別々である、リニク顕微鏡とすることができる。変形形態として、それは、単一の対物レンズを含むマイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）顕微鏡及びミロー（Ｍｉｒａｕ）顕微鏡から選択することができる。

本発明の別の主題は、
ａ）多色光源を設けるステップと、
ｂ）基準軌道と呼ばれる第１の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第１の部分、及び対象物軌道と呼ばれる第２の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第２の部分を導くためにビームスプリッタを用いるステップと、
ｃ）対物レンズを用いるステップであって、対物レンズが、対物レンズの合焦面に位置する、観察線と呼ばれる線に沿って観察される半透明対象物を照明するために光の前記第２の部分を合焦するように、且つ前記適切に照明された対象物によって後方散乱された光を集めるように、一次元共焦点空間フィルタリングシステムと協働する、ステップと、
ｄ）前記基準軌道に配置された基準ミラーに光の前記第１の部分を合焦するために、且つ前記ミラーによって反射された光を集めるために、前記対物レンズ又は別の対物レンズを用いるステップと、
ｅ）前記対象物によって後方散乱された光を前記ミラーによって反射された光と組み合わせ、且つそれを一次元光センサに導くために前記ビームスプリッタを用いるステップと、
ｆ）前記観察線から生じる光を選択するために、且つその光から前記センサ上に一次元画像を形成するために、前記一次元共焦点空間フィルタリングシステムを用いるステップと、
ｇ）前記基準軌道と前記対象物軌道との間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物軌道上で観察対象物の一方向走査を実行するために、前記対物レンズの光学軸と平行に前記観察線を変位させるように作動システムを用いるステップと、
ｈ）前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、前記光学軸に平行に向けられた前記観察対象物のセクションの二次元画像を再構成するためにプロセッサを用いるステップと
を含む、光断層撮影方法である。

かかる方法の異なる実施形態によれば、
− 前記ステップｇ）は、前記基準アーム及び前記対象物アームの光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記光学軸と平行な相対変位を引き起こすことによって実行され得る。
− 代替として、前記ステップｇ）は、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間のゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している合焦面において対物レンズを変位させることによって、且つ前記基準アームの光路長を修正することによって実行され得る。
− 方法は、前記一方向走査中に、前記観察対象物内の前記観察線の変位によって引き起こされた分散の修正を補償するステップｉ）も含み得る。

本発明の他の特徴、詳細及び利点は、例として与えられた添付の図面に関連して提示された説明を読むことによって明らかになるであろう。

リニク干渉顕微鏡に基づく、本発明の実施形態による光断層撮影装置の概略図である。 本発明の前記実施形態の変形形態による光断層撮影装置の詳細である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡の構成に基づく、本発明の他の可能な実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡の構成に基づく、本発明の他の可能な実施形態である。 スリット共焦点フィルタリングの原理である。 スリット共焦点フィルタリングの原理である。 先行技術による光コヒーレンス断層撮影装置を用いることによって取得された画像である。 本発明による光断層撮影装置を用いることによって取得された同じ対象物の画像である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン及びミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 リニク干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の別の実施形態である。

図１Ａは、本発明の実施形態による光断層撮影装置を示す。この装置は、空間フィルタリング手段（ＦＥ、ＦＳ）と、干渉計の２つのアーム間の分散差を補償するためのシステム（ＤＣＤ）と、一次元光センサ（ＣＩＭ）と、適切にプログラム又は構成されたプロセッサ（ＰＲ）と、の追加によって修正された「リニク（Ｌｉｎｎｉｋ）」干渉顕微鏡から実質的になる。

この装置は、多色光源ＳＬＰを含む。多色光源ＳＬＰは、白熱電球によって概略的に表されているが、しかし、それは好ましくは、発光ダイオード又は発光ダイオードの関連、スーパールミネッセントダイオード又はスーパールミネッセントダイオードの関連、ハロゲンフィラメントランプ、アークランプ、更にはレーザ又はレーザベースの光源（例えば「スーパーコンティニューム」発生による光源）など、より高い輝度の光源であり得る。全ての場合に、そのスペクトル幅（中間高さの）は、１００ｎｍ以上であるのが好ましい。このスペクトル幅が大きければ大きいほど、装置の軸方向分解能は良くなる。帯域中心波長は、可視とするか又は近赤外線に位置することができる。生物学及び医療用途において、典型的には６００ｎｍ〜１５００ｎｍの近赤外線が一般に優先される。光源は、偏光又は非偏光、空間的にコヒーレント又はインコヒーレントとすることができる。（レーザ又はスーパールミネッセントダイオード型の）空間的にコヒーレントな光源は、それらのより大きい輝度のために有利になり得るが、しかし、それらはコヒーレンス「雑音」を導入する可能性がある。スプリアス干渉現象は、有用な干渉信号の相対振幅の低減、及び照明の均一性の不足につながる。更に、空間的にコヒーレントな光源の使用は、装置の全体的コストをかなり増加させる。

スリットＦＥ及びレンズＬＥが、線に沿って観察対象物ＯＢＪを照明するために、光源ＳＬＰ及び干渉顕微鏡と協働する照明光学系を形成する。多色光源が、空間的にコヒーレントな場合に、スリットＦＥは、マイクロメートル程度の線（より具体的には、線の幅は、撮像システムの横方向分解能の大きさ程度である）に沿って対象物を照明するために、例えば収束又は発散円柱レンズを組み込むビーム形成光学装置によって取り替えることができる。

レンズＬＥによって形成された照明ビームは、ビームスプリッタＳＦ（この場合にはスプリッタキューブ）に導かれる。ビームスプリッタは、「基準アーム」ＢＲＥＦと呼ばれる干渉顕微鏡の第１のアームに沿って入射ビームの第１の部分を導き、「対象物アーム」と呼ばれる第２のアームＢＯＢＪに沿って、入射ビームの第２の部分を導く。第１の顕微鏡対物レンズＬＯ１及びいわゆる「基準」ミラーＭＲが、基準アーム上に配置される。対物レンズは、光をミラーに集め、次に、それによって反射された光を集め、集めた光を基準アーム又は軌道に沿って逆方向に導く。前記第１の対物レンズＬＯ１の焦点距離と同一の焦点距離の第２の顕微鏡対物レンズＬＯ２が、対象物アーム上に配置される。対物レンズは、観察対象物ＯＢＪ上に光を合焦させ、次に、それによって後方散乱された光を集め、対象物アーム又は軌道に沿って逆方向に、集めた光を導く。典型的には、対物レンズは、０．１〜１．０の開口数（従来の走査ＯＣＴに反して、用いられる開口数を制限するであろう被写界深度制約はここにはない）を有する。これらの対物レンズが、空気中にあるか又は浸漬され得ることに注目することは興味深い。対照的に、全視野ＯＣＴの場合には浸漬対物レンズが用いられるが、それは、或る用途では制限され得る。

ビームスプリッタＳＦは、光ビームを干渉させ得る２つの対物レンズから生じる光ビームを再結合し、いわゆる「観察」アームＢＯＢＳに沿って光ビームを向け直す。

干渉縞のコントラストは、干渉する２つのビームが同じ強度を示す場合に最大である。従って、弱く反射する基準ミラーを用いること、又は基準軌道上に減衰器を設けることが有利になり得る。

一次元空間フィルタＦＳが、観察アーム上に配置される。図１Ａの実施形態において、それは、２つのレンズＬＦ１、ＬＦ２を含む共焦点フィルタである。スリットＦＯが、レンズＬＦ１の後側焦点面に配置される。レンズＬＦ２は、一次元光センサＣＩＭ上にスリットＦＯの画像を形成する。スリットＦＯは、光源ＳＬＰに関連するスリットＦＥと光学的に共役である。換言すれば、干渉顕微鏡は、スリットＦＯ上にスリットＦＥの画像を形成し、逆も同様である。図３Ａ及び３Ｂに関連して後で説明するように、それは、「共焦点」構成である。実際に、光源ＳＬＰ、スリットＦＥ、レンズＬＥ、スプリッタＳＦ、対物レンズＬＯ２、空間フィルタＳＦは、スリット共焦点顕微鏡を形成する。

単一の画素行（正方形若しくは長方形）又は少数（典型的には多くて１０若しくは２０、最大限で１００）の画素行からなる一次元光センサＣＩＭ（線形カメラ）は、フィルタの出力部で光を検出する。マトリックス画像センサの単一の画素行又は少数（通常１０若しくは２０まで）の画素行の組み合わせを隣接して又は近くで用いることもまた可能である。

（図１Ｂに示されている）変形形態として、空間フィルタリングは、単レンズＬＦの焦点面に一次元光センサＣＩＭを配置することによって、フィルタリングシステムＦＳなしに実行することができる。

更に、スリットＦＯが、検出器側に存在する（又は検出器自体が、前に説明したようなスリットとしての役割を果たす − 図１Ｂ）場合に、潜在的に検出感度が低下することを代償として、照明スリットＦＥ（又はそれに取って代わるビーム形成システム）を省略することが可能である。

装置はまた、複数の平行移動ステージ（ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３及びＴＲＯ）並びにそれらを駆動するプロセッサＰＲからなる作動システムを含む。これらの全ての平行移動ステージが、必ずしも同時に存在する必要があるわけではない。特に、ＴＲＯが存在する場合、ＴＲ１及びＴＲ２を省略することができ、反対にＴＲ１及びＴＲ２が存在する場合、ＴＲＯを省略することができる。

基準ミラーＭＲ及び対物レンズのＬＯ１アセンブリは、前記作動システムの第１の平行移動ステージＴＲ１によって軸方向に変位される。従って、対物レンズＬＯ２もまた、前記作動システムの一部を同様に形成するそれぞれの平行移動ステージＴＲ２によって変位されなければならない。対物レンズＬＯ２が、距離「ｅ」だけ下げられた（即ち、対象物の方へ平行移動された）場合に、基準ミラーＭＲ及び対物レンズＬＯ１は、

だけ変位される。ｎ_ｉｍは、対物レンズの浸漬媒体（ゲル、液体又は空気（ｎ_ｉｍ＝１））の屈折率であり、ｎ_{ｏｂｊｅｃｔ}は、対象物の屈折率である。

変形形態として、干渉顕微鏡の異なる要素を静止させておくことによって、単に対象物ＯＢＪと干渉顕微鏡との間の軸方向距離を変えることが可能であろう。そのために、平行移動ステージＴＲＯによって、全ての干渉顕微鏡（変位システムは表現されていない）又は対象物ＯＢＪを変位させることが可能である。これは、特に浸漬対物レンズに関して検討することができる。

それは、全ての場合に、対象物ＯＢＪが調査される深さを修正する効果がある。対物レンズＬＯ２の焦点面に（より一般的には合焦面に）位置する観察線ＬＤＯは、前記対象物の「深さ方向」、即ち前記対物レンズの光学軸の方向の走査をもたらす。作動システムは、この観察線を同時に変位させ、且つ基準軌道と対象物軌道（対象物アームの端部を構成すると考えられる観察線まで）との間の光路差が、ゼロのままか又は最大でも多色光源のコヒーレンス長及び対物レンズの被写界深度未満であることを保証しなければならない。この走査は、対象物アームＢＯＢＪに沿って伝搬する光によって通過される対象物の厚さ、及び従って、それが経験する分散を修正する。装置ＤＣＤが、分散のこの修正を補償するために設けられる。装置ＤＣＤは、干渉計のアームの１つに配置された一定の分散ＥＤ１を備えた要素（例えば、対象物ＯＢＪの分散に近い分散を有する材料であるガラスのブロック）、及び干渉計のもう一方のアームに配置された可変分散ＥＤ２を備えた要素を含む。要素ＥＤ２は、互いに対面して配置された２つのプリズムからなる。プリズムの１つをもう一方に対して変位させることによって、通過されるガラスの厚さ、及び従って、このアームにおける光軌道が修正される。光軌道に対して傾斜されたガラスプレートを用いることもまた可能である。通過されるガラスの厚さは、傾斜角に影響を及ぼすことによって修正される。他のシステムを検討することができる。一般概念は、撮像深さを問わず、干渉計の２つのアームにおける分散を等しくするために（又は少なくとも差を縮小するために）、アームの１つにおける光学的厚さを変更することが必要であるというものである。

他の実施形態において、分散補償装置は、より単純に浸漬媒体（典型的には、対象物の屈折率に近い屈折率を備えた液滴）からなることができ、対象物アームにおけるその厚さは、対物レンズが観察対象物に近付くと共に減少する（図５Ａ〜５Ｆを参照）。浸漬媒体の厚さの減少は、対象物において通過される厚さの増加によって補償される。従って、対象物アームにおける分散は、基準アームにおける分散と等しく、一定のままである。

図１の実施形態において、装置ＤＣＤは、前記作動システムの一部を同様に形成する第３の平行移動ステージＴＲ３によって作動される。それは、もう一方の変位と同期された分散の動的補償をもたらすことを可能にする。

変形形態として、光路及び分散の両方を修正するために、干渉計のアームの１つに配置された、ガラスなどの透明な分散材料の可変厚さを用いることが可能である。この可変厚さは、例えば、図１の装置ＤＣＤのような二重プリズム、又は単純な方向付け可能なプレートを用いてもたらすことができる。この場合、対物レンズＬＯ１及びミラーＭＲアセンブリを変位させることが不必要になり得る。

検出器ＣＩＭは、対象物において撮像される線の複数の異なる位置に対応する線画像を取得する。この線画像スタックは、対象物の垂直セクションの画像を取得するために、デジタル的に処理することができる。

単純なアプローチは、多数の位相シフトされた線画像をデジタル的に組み合わせることを含む、いわゆる位相シフト干渉法を用いることを含む。例えば、軸方向においてλ／８だけ離間された観察線の位置に対応する４つの線画像を組み合わせることが可能であり、λは、対象物における照明光の中心波長である。それは、２つの隣接画像間のπ／２の位相シフトに対応する。Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４が、これらの画像を示すために用いられる場合に、（Ｅ_１−Ｅ_３）^２＋（Ｅ_２−Ｅ_４）^２は、干渉信号の振幅（即ち、再構成された画像の振幅）に対応し、

は、干渉信号の位相に対応する。この位相は、対象物に関する構造及び断層撮影情報以外の情報を提供することができる。位相オフセット又は位相シフトの概念と、対象物及び基準アーム間のゼロと等しい光路差に観察線が常に対応するという上記の事実との間に矛盾がないことに注目することが極めて重要である。実際に、光を後方散乱させる可能性がある対象物のどのような構造も、それが観察線と一致する時点だけでなく、その前後にも観察される（何故なら、コヒーレンス「ゲート」及び共焦点フィルタリングによって導入されたゲートが、λより大きい幅を有するからである）。従って、実際に、軸方向走査中に連続して取得される画像に対するこの構造の寄与間に位相オフセットが存在する。

変形形態として、線画像スタックは、干渉縞のエンベロープ（干渉信号の振幅）を抽出し、且つ信号の非変調部分（非干渉信号）を削除するために、フーリエ解析によって処理することができる。

ここで、本発明に従って、軸方向断面の画像を生成するために撮像される全ての深さにわたる対象物の一方向走査がまた、干渉信号を同時に取得できるようにすることが強調されるべきである（明らかに、次に、第２の一方向走査が反対方向で実行され得る）。しかしながら、Ｙｕ Ｃｈｅｎらの上記の技術及び全視野ＯＣＴの両方において、干渉信号を取得するための対象物の深さの走査は存在しない。干渉信号は、典型的には１マイクロメートル未満の、全範囲にわたる基準ミラーの変位によって生成される可変及び周期的位相シフトを用いて取得される。

対象物の三次元画像が、隣接する断面画像を並置することによって取得され得る。それは、取得線、及び対物レンズＬＯ２の光学軸の両方に直角な方向における走査を必要とする。この走査は、横方向平行移動ステージによって対象物（又は同等の方法で、干渉顕微鏡若しくは照明線）を変位させることによって行うことができる。

同じプロセッサＰＲが、アクチュエータＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及び必要ならばＴＲＯ（これらは、平行移動ステージでなくてもよく、又は単に平行移動ステージでなくてもよい）を駆動し、且つセンサＣＩＭによって取得された線画像スタックを処理することができ、これらのタスクは、相互依存している。プロセッサＰＲは、１つ又は複数のマイクロプロセッサを含む専用装置、又は適切なインターフェースカードを装備したコンピュータとすることができる。変形形態として、作動システムを駆動し、且つ画像を再構成するために、２つの別個のプロセッサを用いることができる。

本発明は、リニク干渉顕微鏡に基づき、特定の実施形態に関連して説明された。しかしながら、他のタイプの干渉顕微鏡が存在し、且つ本発明を実施するのに適している。挙げることができる例は、基準ミラーＭＲを備えた単一の対物レンズＬＯと、前記対物レンズに固定され、その光学軸に沿って整列されたビームスプリッタとを含むマイケルソン（図２Ａ）及びミロー（図２Ｂ）顕微鏡である。これらの機構は、リニクの機構より単純で一層コンパクトであるが、しかし干渉計の要素の可能な変位と同様に、調整可能な分散補償装置の導入はより困難である。干渉計内の部品を移動する必要なしに、干渉計の２つのアーム間の分散差を補償するために浸漬媒体ＩＭを用いるマイケルソン及びミロー構成に基づく実施形態の例が、図５Ａ（空気中の対物レンズを備えたマイケルソン構成）、図５Ｂ（浸漬対物レンズを備えたマイケルソン構成）、図５Ｃ（観察窓ＨＯ及び空気中の対物レンズを備えたマイケルソン構成 − 窓は、穴によって取り替えることができ、且つ／又は対物レンズは、浸漬対物レンズとすることができる。窓が存在する場合、同じ厚さの透明プレートが基準アームに設けられなければならないことに注意されたい）、図５Ｄ（空気中の対物レンズを備えたミロー構成）、図５Ｅ（浸漬対物レンズ及び窓を備えたミロー構成）、図５Ｆ（空気中の対物レンズ及び窓を備えたミロー構成）、並びに図５Ｇ（浸漬対物レンズを備え、窓のないミロー構成）に示されている。

図５Ｄ〜５Ｇの装置において、基準ミラーは、例えば、金属若しくは誘電体の堆積によって生成されるか、又はプレート自体の屈折率によって誘導される小さい反射ゾーンをその中心に有する透明プレートによって形成される。図５Ｃ、５Ｄ及び５Ｇの実施形態において、反射ゾーンは、透明プレートの後面上に形成され、それは、対象物アームにおいて、窓（図５Ｃ）又はビームスプリッタ（５Ｄ、５Ｇ）によって導入された分散を補償する役割を果たす。そうでなければ、それは、プレートの前面上に形成される。更に、図５Ｄ〜５Ｇの実施形態において、ビームスプリッタは、その面の１つに適切な反射係数（典型的には１０％〜５０％）を有するプレートからなる。スプリッティングは、図５Ｄ及び５Ｇの場合には、このプレートの前面で、且つ図５Ｅ及び５Ｆの場合には後面で行われる。「前」面及び「後」面は、プレートに入射する光ビームの伝搬方向に関連して定義される。

図６は、本発明の別の実施形態を示す。その実施形態において、
− 干渉顕微鏡ＭＩは、リニクタイプである。
− 対物レンズＬＯ１、ＬＯ２は、浸漬タイプである。従って、分散補償は、浸漬媒体ＩＭの２つの滴によってもたらされる。これらの滴のそれぞれは、対物レンズ（ＬＯ１、ＬＯ２）と透明プレート（ＬＴ１、ＬＴ２）との間に捕捉される。基準ミラーは、プレートＬＴ１の（対物レンズＬＯ１と反対側の）後面（プレートの反射係数を調整するために恐らく処理される面）によって生成され、一方で、対象物ＯＢＪは、プレートＬＴ２の後面に押し付けられる。
− 多色光源ＳＬＰは、空間的にコヒーレントである。それは、主要な多色光源を含み、その光源は、特に、１〜２０μｍ程度の時間的コヒーレンス長を示すスーパールミネッセントダイオードＤＳＬ、及びシングルモード光ファイバＦＭＭ（任意選択）である。スーパールミネッセントダイオードによって生成された光は、ファイバＦＭＭのいわゆる入力端部に注入され、前記ファイバの反対側の（出力）端部から出て、且つレンズＬＥによってコリメートされる。
− 照明の空間的コヒーレンスは、特に単純な共焦点フィルタリングを生成できるようにするが、この共焦点フィルタリングは、いかなるスリットも必要とせず、且つそれは、一次元タイプの、光源の側部（実際には光ファイバの出力端部）で発散する１つのみの円柱レンズＬＣ及びセンサＣＩＭの前面に配置された球面レンズＬＦを含む。円柱レンズＬＣは、光ビームを図の面において発散させ、直角面で発散させないことによって、非点収差を生成する（点線ＰＰが、図の平面における光ビームのセクションを表すのに対して、破線ＰＬは、図に直角な平面における光ビームのセクションを表す）。その結果は、図の平面に従って向けられた線の形状をした対象物及び基準ミラーの照明である。レンズＬＦは、一次元光センサ上にこの線の画像を生成する。観察線から生じない光は、減衰された強度でセンサの画素の単一の線に達し、従って、一次元共焦点フィルタリングをもたらす。変形形態として、システムを同様に非点収差にする収束円柱レンズを用いることが可能であろう。
− 軸方向走査は、対象物ＯＢＪ及び透明プレートＬＴ２に対して、全体として（ファイバＦＭＭの出力端部、並びにレンズＬＥ及びＬＣによって形成される非点収差光学系を含む）干渉顕微鏡を変位させることによって実行される。光センサＣＩＭ及び関連するレンズＬＦは、干渉顕微鏡と共に等しく変位させることができるか、又はできない（第２の選択肢が、図に示されている）。しかしながら、センサＣＩＭが、レンズＬＦの焦点面（より一般的には合焦面）に留まることが必要である。

図３Ａ及び３Ｂは、スリット共焦点顕微鏡の動作原理を再検討する。空間フィルタリングスリットＦＯに対して直角の平面（図３Ａにおける平面ｚｙ）において、スリットＦＯは、スリットＦＥが、対物レンズＬＯによって合焦される対象物の領域から生じる光（連続線によって表されるビーム）が通過できるようにし、且つ対象物の他の領域から生じる光（例えば点線ビーム）を減衰させる。スリットと平行な平面（図３Ａにおける平面ｚｘ）において、かかるフィルタリングは行われない。結果は、「観察線」ＬＤＯが、対物レンズの合焦面において画定され、且つスリットＦＥ及びＦＯのように向けられるということである。合焦面は、光学軸に直角の平面であり、そこに、存在する場合には、入力スリットＦＥの画像が形成される。より一般に、対象物アームの合焦面は、観察線ＬＤＯが形成される面である。その共役面は、観察アームにおける合焦面である。基準アームの合焦面は、このアームにおいて照明線が形成される面である。図１Ａ、１Ｂにおけるように、入力光ビームが、観察又は照明線に直角な平面においてコリメートされる場合、合焦面は対物レンズの焦点面と一致する。

従って、本発明による装置は、対象物の決定された領域から生じる光を選択できるようにする２つの手段、即ち共焦点フィルタリング、及び「白色」光干渉法によって画定された「コヒーレンスゲート」を含む。これらの手段は、相補的である。共焦点フィルタリングは、光の散乱によって、且つ漂遊反射によって生成された「背景」を低減することによって、干渉撮像の性能レベルを向上させる。従って、センサのダイナミックレンジのより大きい部分が、有用な干渉信号を検出するために用いられる。

実際に、生物組織は、強く散乱する。弾道光子（単一の後方散乱以外の散乱を経験していない）の数は、深さと共に指数関数的に減少する。ここで、干渉法（低いコヒーレンス長を備えてさえいる）は、対象物において撮像された領域から生じる弾道光子と、対象物の他の領域から生じ、且つ経験した散乱のために同じ長さの光軌道をカバーした光子との間を識別できるようにしない。結果は、画像にアーチファクトを生成し且つ到達可能な撮像深さを制限する、有用な干渉信号に追加されるスプリアス干渉信号が存在するということである。本発明の装置において、共焦点フィルタリングは、撮像されるゾーンから生じる弾道光子以外の大量の光子を除去し、この背景を削除する。実際には、スリット共焦点フィルタリングは、一次元でのみ機能するために完全ではないが、しかし、この「背景雑音」の低減はかなり大きいままである。

共焦点フィルタリングのみと比較して、干渉検出の使用は、有用な信号のかなりの増幅を可能にする（「純粋な」共焦点顕微鏡の場合、それは、取得深さを制限する低い信号対雑音比となる）。従って、本発明の装置において、関連する２つの原理、即ち低いコヒーレンス長を備えた干渉法による顕微鏡法及びスリット共焦点顕微鏡法間に相乗作用（簡単な並置ではない）が存在する。

スリット共焦点フィルタリングの代わりに、穴部を通した共焦点フィルタリングを使用することは、到達可能な撮像分解能及び／又は深さの点でいかなる重要な利点も提供せずに、画像の取得を遅くするであろう（追加スキャンが必要になるであろう）。

その装置は、たとえ共焦点フィルタリングが有効でなくても、やはり許容可能な性能レベルを示すことができる。この状況は、比較的大きい被写界深度（典型的には１０μｍ以上）の対物レンズの、極めて広い入力及び出力スリットの、且つ／又は大きいサイズの画素（例えば長方形）を有するか若しくは幾つかの画素行を有する一次元検出器が用いられる場合に発生する。この場合に、軸方向分解能及び到達可能な撮像深さの点で性能レベルを決定するのは、低い時間的コヒーレンスを用いる干渉検出である。しかし、線に沿った照明及び一次元センサを用いてこの線を検出することの利益は、やはり存在する。何故なら、それが、やはり垂直セクションにおいて高速で画像を生成できるようにするからである。

本発明の技術は、生体内の用途には全視野ＯＣＴよりもはるかに良く適している。これらの用途において、「対象物」は、干渉信号の取得中に動く可能性がある生体（例えば患者）であり、干渉信号を掻き混ぜる。本発明によれば、干渉信号は、例えば１０^−４秒程度の非常に短い時間に各線用に取得され、それは、対象物の動きの問題を克服することを可能にする。対照的に、全視野ＯＣＴにおいて、干渉信号は、マトリックスカメラによって取得された複数の二次元画像の組み合わせによって取得され、それには、はるかに長い時間がかかる。

Ｙｕ Ｃｈｅｎらの前述の技術と比較して、本発明は、「表面方向」画像より有用なことが多い、観察対象物の垂直スライスの画像を直接提供するという利点を提供する。

空気中の０．１５の開口数を備えた対物レンズ及びリニク構成の本発明のプロトタイプが、ハロゲンランプ照明を用いて生成された。このプロトタイプは、微細構造を含む粒状プラスチック、非散乱領域及び蛍光体層を囲む２つのプラスチック層を含む、約５００μｍの厚さを備えた赤外線ビーム用のディスプレイカードを観察対象物として用いることによってテストされた。同じ対象物は、市販されている走査型ＯＣＴ装置（ＴｈｏｒＬａｂｓ）を用いることによって撮像された。図５Ａは、市販されている装置で取得された画像（垂直スライス）を示し、図５Ｂは、本発明のプロトタイプで取得された画像を示す。本発明の場合に分解能がより優れている点に注目することができる。

適切な寸法取りを用いれば、本発明による装置が、軸方向及び横方向の両方において、１μｍ程度の実質的に「等方性の」空間分解能を示し得ることに注目することは興味深い。

本発明は、排他的ではないが、特に生物学及び医学、並びにとりわけ組織学用途のために意図された光断層撮影装置及び方法に関する。他の可能な用途は、例えば、材料の特性決定に関する。

生検によって取られた組織の組織学研究は、例えば腫瘍を診断するための臨床診療において非常に役立つ。しかしながら、この技術は、実行するには遅く、且つ複雑である。何故なら、それは、生検、即ち調査される組織のサンプルを取り出すことと、顕微鏡によって観察され、且つ解剖病理学者によって解析される薄いスライスにサンプルを切り取ることとを必要とするからである。完全な手順はまた、サンプルの固定、マトリックスにおけるそのオクルージョン、及びその着色を必要とする。それは、とりわけ、速度が根本的に重要である外科手術中に行われる検査の場合には、問題を引き起こす。更に、サンプリングステップは、（例えば脳の場合に）患者にとって厄介であり、危険でさえある。この理由で、非侵入型（特に光学）撮像技術が、生物組織又はより一般的には半透明対象物の内部構造を見るために開発された。従来の組織学的検査に匹敵し得るようにするため、これらの技術は、組織の表面下のミリメートル程度の深さへ原位置でアクセスできるようにし、且つマイクロメートル程度の分解能を示さなければならない。実行の速度、単純性及びコストもまた、考慮される重要なパラメータである。

先行技術から周知の撮像技術のいずれも、十分な満足を与えるものではない。

走査型光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）は、「白色」（広帯域）光干渉法に基づく技術である。時間領域におけるそのバージョンにおいて、白色光ビームは、２つの部分、即ち、調査される組織に合焦される部分及び参照ミラーに合焦される部分に分割される。観察対象物によって反射された（後方散乱された）光は、参照ミラーによって反射された光と結合され、光検出器によって検出される。光路差が、最大でも放射のコヒーレンス長ほどである場合にのみ、干渉が発生する。干渉計の参照アームの光路長を修正することによって、対象物において異なる深さにアクセスされる。二次元又は更に三次元の画像が、干渉法（軸方向寸法、即ち深さによる取得を可能にする）及び走査（１つ又は２つの横方向寸法による取得を可能にする）を用いて構成され得る。周波数領域における走査型ＯＣＴにおいて、参照アームは、固定光路長を有し、干渉信号は、スペクトル的に解析される。この点で、Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ“Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６６（２００３）２３９−３０３による論文を参照されたい。実際に、ＯＣＴは、困難を伴ってのみ、約数マイクロメートルより良い横方向分解能を得ることを可能にする。

より最近の技術である全視野ＯＣＴは、干渉信号を検出するために二次元画像センサを用いる。ハロゲンランプなど、低い時間的及び空間的コヒーレンスの光源の使用と結合されたこの技術は、走査型ＯＣＴと比較して、横方向及び深さ方向（軸方向）の両方で、空間分解能をかなり改善できるようにする。しかしながら、この技術は、対象物が動く可能性がある用途（特に生体内の用途用）には不向きであり、そのときには干渉信号のスクランブルにつながる。更に、それが、（観察対象物の表面と平行な）「表面方向」断面を提供するのに対して、垂直断面がより有用であることが多い。更に、その貫入深さは、走査型ＯＣＴにおけるよりも浅い。この技術は、文献ＥＰ１３６４１８１及びＡ．Ｄｕｂｏｉｓ，Ｋ．Ｇｒｉｅｖｅ，Ｇ．Ｍｏｎｅｒｏｎ，Ｒ．Ｌｅｃａｑｕｅ，Ｌ．Ｖａｂｒｅ，ａｎｄ Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａ“Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４３，ｐ．２８７４（２００４）による論文に説明されている。

Ｓ．Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｌｏｗ−ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，５５１６（１４ Ａｐｒｉｌ ２００８）による論文は、サンプルの厚さ及びその屈折率を決定することによってサンプルを特徴付けるために、共焦点光学及び干渉法を低コヒーレンス長と組み合わせる方法を説明する。それは、撮像方法ではなく、まして断層撮影法ではない。

共焦点顕微鏡法は、観察対象物の小領域から生じる光を選択するために空間フィルタリングを用いる。次に、二次元又は三次元画像が、走査によって再構成され得る。文献ＥＰ２４４７７５４は、スリット色共焦点顕微鏡装置及び方法を説明する。このシステムは、
− 偏光における照明と、
− 強い色収差を有する対物レンズと、
− 顕微鏡の出力部における光のスペクトルを測定するための分光計であって、この測定により、対象物において調査される深さにアクセスすることが可能になる、分光計と
を含む。

この装置において、スリットの役割は、スペクトル線（それらの幅は、スペクトル分解能及び従って対象物の深さ方向における空間分解能を定義する）を生成することである。それらは、共焦点フィルタリングの役割を有しない。

文献ＥＰ１５８６９３１は、別のスリット共焦点顕微鏡装置及び方法を説明し、その装置及び方法は、線に沿って多数の画素の同時取得を可能にすることによって、画像再構成プロセスを簡略化する。蛍光マーカなしで用いられる共焦点顕微鏡は、走査型ＯＣＴ及び全視野ＯＣＴにおけるよりもかなり浅い貫入深さを提供する。

Ｙｕ Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，１５ Ｊｕｌｙ ２００７，ｐａｇｅｓ １９７１−１９７３による論文は、全視野ＯＣＴにおけるよりも高い感度を備えたサンプルの「表面方向」断面を取得できるようにする、スリット共焦点顕微鏡及び走査型ＯＣＴを組み合わせる装置及び方法を説明する。達成される軸方向分解能は、約３μｍであり、横方向分解能は、約２μｍであり、これらの結果は、非常に高価なフェムト秒パルスレーザを光源として用いることによって得られる。

非線形顕微鏡技術（顕微鏡法の２光子、高調波生成、及び他のかかる形態）は、全視野ＯＣＴの性能レベルに匹敵する性能レベル（貫入深さ、空間分解能、及び取得速度の点での）を示すが、しかしより高いコスト及び一般により長い取得時間という代償を伴う。

実装形態のコスト及び複雑さもまた、Ｘ線マイクロ断層撮影（同様に低い取得速度を示す）及び磁気共鳴画像法ＭＲＩ（その空間分解能は、光学的方法と比較して良くも悪くもない）などの非光学撮像技術の主な欠点に含まれる。

欧州特許出願公開第１３６４１８１号明細書 欧州特許出願公開第２４４７７５４号明細書 欧州特許出願公開第１５８６９３１号明細書

Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ"Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ−ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ ６６（２００３）２３９−３０３ Ａ．Ｄｕｂｏｉｓ，Ｋ．Ｇｒｉｅｖｅ，Ｇ．Ｍｏｎｅｒｏｎ，Ｒ．Ｌｅｃａｑｕｅ，Ｌ．Ｖａｂｒｅ，ａｎｄ Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａ"Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４３，ｐ．２８７４（２００４） Ｓ．Ｋｉｍ ｅｔ ａｌ．"Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｌｏｗ−ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｆｏｃａｌ ｏｐｔｉｃｓ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，５５１６（１４ Ａｐｒｉｌ ２００８） Ｙｕ Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ．"Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｌｉｎｅ−ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１４，１５ Ｊｕｌｙ ２００７，ｐａｇｅｓ １９７１−１９７３

本発明は、先行技術の前述の欠点の少なくとも幾つかを克服することを目的とする。特に、本発明は、高空間分解能（軸方向及び横方向両方で１μｍ程度）及び満足な貫入深さ（１ミリメートル程度）を備え、高率（数断面／秒）で（対象物の表面に対して直角な）垂直断面を取得できるようにする、生物組織などの半透明対象物の内部構造を見るための技術を提供することを目的とする。本発明はまた、生体内及び原位置での用途に適した技術を提供することを目的とする。

この目標を達成できるようにする本発明の１つの主題は、多色光源と、一次元光センサと、干渉顕微鏡であって、いわゆる参照ミラーが端部に配置されている、参照アームと呼ばれる第１のアームと、対象物アームと呼ばれる第２のアームと、前記多色光源及び前記センサに前記第１及び第２のアームを結合するビームスプリッタと、少なくとも１つの対物レンズとを含み、前記参照ミラーが、前記対物レンズ又は参照アームに配置された１つの前記対物レンズの合焦面に一致して配置される、干渉顕微鏡と、前記対物レンズ又は対象物アームに配置された１つの前記対物レンズの前記合焦面にある観察線と呼ばれる線に沿って、前記対象物アームの端部に配置された観察対象物を照明するために、前記多色光源と協働する一次元共焦点空間フィルタリングシステムであって、前記対象物によって後方散乱され、且つ前記観察線から生じる光を選択するように、且つ前記センサ上の前記線の一次元画像を形成するように配置された前記一次元共焦点空間フィルタリングシステムとを含む、光断層撮影装置において、一方で前記参照アームに沿って前記ビームスプリッタから前記参照ミラーに行きそして戻る第１の軌道と、他方で前記対象物アームに沿って前記ビームスプリッタから前記観察線に行きそして戻る第２の軌道との間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物の一方向走査を実行するために、前記対物レンズ又は対象物アームに配置された１つの前記対物レンズの光学軸と平行に前記観察線を変位させるように構成された作動システムと、前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、対象物アームに配置された前記対物レンズ又は１つの前記対物レンズの前記光学軸と平行に向けられた前記観察対象物の断面の二次元画像を再構成するようにプログラム又は構成されたプロセッサとを含むことを特徴とする、光断層撮影装置である。

かかる装置の異なる実施形態によれば、
− 前記作動システムは、前記参照アーム及び前記対象物アームの光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記対物レンズ又は対象物アームに配置された１つの前記対物レンズの前記光学軸に平行な相対変位を引き起こすように構成され得る。
− 前記作動システムは、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間のゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している合焦面において対物レンズを変位させるように、且つ前記参照アームの光路長を修正するように構成され得る。
− 装置は、前記対象物アーム及び前記参照アームの少なくとも１つに配置された分散補償装置も含みことができ、前記作動システムが、前記一方向走査中に前記分散補償装置にも作用するように構成される。
− 前記干渉顕微鏡は、前記参照アームに配置された第１の対物レンズ、及び前記対象物アームに配置された第２の対物レンズを含むリニク顕微鏡であって、前記参照及び対象物アームが別々である、リニク顕微鏡とすることができる。変形形態として、それは、単一の対物レンズを含むマイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）顕微鏡及びミロー（Ｍｉｒａｕ）顕微鏡から選択することができる。

本発明の別の主題は、
ａ）多色光源を設けるステップと、
ｂ）参照軌道と呼ばれる第１の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第１の部分、及び対象物軌道と呼ばれる第２の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第２の部分を導くためにビームスプリッタを用いるステップと、
ｃ）対物レンズを用いるステップであって、前記対物レンズが、対物レンズの合焦面に位置する、観察線と呼ばれる線に沿って観察される半透明対象物を照明するために光の前記第２の部分を合焦するように、且つ前記適切に照明された対象物によって後方散乱された光を集めるように、一次元共焦点空間フィルタリングシステムと協働する、ステップと、
ｄ）前記参照軌道に配置された参照ミラーに光の前記第１の部分を合焦するために、且つ前記ミラーによって反射された光を集めるために、前記対物レンズ又は別の対物レンズを用いるステップと、
ｅ）前記対象物によって後方散乱された光を前記ミラーによって反射された光と結合させ、且つそれを一次元光センサに導くために前記ビームスプリッタを用いるステップと、
ｆ）前記観察線から生じる光を選択するために、且つその光から前記センサ上に一次元画像を形成するために、前記一次元共焦点空間フィルタリングシステムを用いるステップと、
ｇ）前記参照軌道と前記対象物軌道との間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物軌道上で観察対象物の一方向走査を実行するために、前記対物レンズの光学軸と平行に前記観察線を変位させるように作動システムを用いるステップと、
ｈ）前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、前記光学軸に平行に向けられた前記観察対象物の断面の二次元画像を再構成するためにプロセッサを用いるステップと
を含む、光断層撮影方法である。

かかる方法の異なる実施形態によれば、
− 前記ステップｇ）は、前記参照アーム及び前記対象物アームの光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記光学軸と平行な相対変位を引き起こすことによって実行され得る。
− 代替として、前記ステップｇ）は、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間のゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している合焦面において対物レンズを変位させることによって、且つ前記参照アームの光路長を修正することによって実行され得る。
− 方法は、前記一方向走査中に、前記観察対象物内の観察線の変位によって引き起こされた分散の変化を補償するステップｉ）も含み得る。

本発明の他の特徴、詳細及び利点は、例として与えられた添付の図面に関連して提示された説明を読むことによって明らかになるであろう。

リニク干渉顕微鏡に基づく、本発明の実施形態による光断層撮影装置の概略図である。 本発明の前記実施形態の変形形態による光断層撮影装置の詳細である。 マイケルソン干渉顕微鏡の構成に基づく、本発明の他の可能な実施形態である。 ミロー干渉顕微鏡の構成に基づく、本発明の他の可能な実施形態である。 スリット共焦点フィルタリングの原理である。 スリット共焦点フィルタリングの原理である。 先行技術による光コヒーレンス断層撮影装置を用いることによって取得された画像である。 本発明による光断層撮影装置を用いることによって取得された同じ対象物の画像である。 マイケルソン干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 マイケルソン干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 ミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 ミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 ミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 ミロー干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の異なる実施形態である。 リニク干渉顕微鏡に基づき、且つ浸漬媒体を用いる本発明の別の実施形態である。

図１Ａは、本発明の実施形態による光断層撮影装置を示す。この装置は、空間フィルタリング手段（ＦＥ、ＦＳ）と、干渉計の２つのアーム間の分散差を補償するためのシステム（ＤＣＤ）と、一次元光センサ（ＣＩＭ）と、適切にプログラム又は構成されたプロセッサ（ＰＲ）と、の追加によって修正された「リニク（Ｌｉｎｎｉｋ）」干渉顕微鏡から実質的になる。

この装置は、多色光源ＳＬＰを含む。多色光源ＳＬＰは、白熱電球によって概略的に表されているが、しかし、それは好ましくは、発光ダイオード又は発光ダイオードの集合、スーパールミネッセントダイオード又はスーパールミネッセントダイオードの集合、ハロゲンフィラメントランプ、アークランプ、更にはレーザ又はレーザベースの光源（例えば「スーパーコンティニューム」発生による光源）など、より高い輝度の光源であり得る。全ての場合に、そのスペクトル幅（中間高さの）は、１００ｎｍ以上であるのが好ましい。このスペクトル幅が大きければ大きいほど、装置の軸方向分解能は良くなる。帯域中心波長は、可視とするか又は近赤外線に位置することができる。生物学及び医療用途において、典型的には６００ｎｍ〜１５００ｎｍの近赤外線が一般に優先される。光源は、偏光又は非偏光、空間的にコヒーレント又はインコヒーレントとすることができる。（レーザ又はスーパールミネッセントダイオード型の）空間的にコヒーレントな光源は、それらのより大きい輝度のために有利になり得るが、しかし、それらはコヒーレンス「雑音」を導入する可能性がある。スプリアス干渉現象は、有用な干渉信号の相対振幅の低減、及び照明の均一性の不足につながる。更に、空間的にコヒーレントな光源の使用は、装置の全体的コストをかなり増加させる。

スリットＦＥ及びレンズＬＥが、線に沿って観察対象物ＯＢＪを照明するために、光源ＳＬＰ及び干渉顕微鏡と協働する照明光学系を形成する。多色光源が、空間的にコヒーレントな場合に、スリットＦＥは、マイクロメートル程度の線（より具体的には、線の幅は、撮像システムの横方向分解能の大きさ程度である）に沿って対象物を照明するために、例えば収束又は発散円柱レンズを組み込むビーム形成光学装置によって取り替えることができる。

レンズＬＥによって形成された照明ビームは、ビームスプリッタＳＦ（この場合にはスプリッタキューブ）に導かれる。ビームスプリッタは、「参照アーム」ＢＲＥＦと呼ばれる干渉顕微鏡の第１のアームに沿って入射ビームの第１の部分を導き、「対象物アーム」と呼ばれる第２のアームＢＯＢＪに沿って、入射ビームの第２の部分を導く。第１の顕微鏡対物レンズＬＯ１及びいわゆる「参照」ミラーＭＲが、参照アーム上に配置される。対物レンズは、光をミラーに集め、次に、それによって反射された光を集め、集めた光を参照アーム又は軌道に沿って逆方向に導く。前記第１の対物レンズＬＯ１の焦点距離と同一の焦点距離の第２の顕微鏡対物レンズＬＯ２が、対象物アーム上に配置される。対物レンズは、観察対象物ＯＢＪ上に光を合焦させ、次に、それによって後方散乱された光を集め、対象物アーム又は軌道に沿って逆方向に、集めた光を導く。典型的には、対物レンズは、０．１〜１．０の開口数（従来の走査ＯＣＴに反して、用いられる開口数を制限するであろう被写界深度制約はここにはない）を有する。これらの対物レンズが、空気中にあるか又は浸漬され得ることに注目することは興味深い。対照的に、全視野ＯＣＴの場合には浸漬対物レンズが用いられるが、それは、或る用途では制限され得る。

ビームスプリッタＳＦは、光ビームを干渉させ得る２つの対物レンズから生じる光ビームを再結合し、いわゆる「観察」アームＢＯＢＳに沿って光ビームを向け直す。

干渉縞のコントラストは、干渉する２つのビームが同じ強度を示す場合に最大である。従って、弱く反射する参照ミラーを用いること、又は参照軌道上に減衰器を設けることが有利になり得る。

一次元空間フィルタＦＳが、観察アーム上に配置される。図１Ａの実施形態において、それは、２つのレンズＬＦ１、ＬＦ２を含む共焦点フィルタである。スリットＦＯが、レンズＬＦ１の後側焦点面に配置される。レンズＬＦ２は、一次元光センサＣＩＭ上にスリットＦＯの画像を形成する。スリットＦＯは、光源ＳＬＰに関連するスリットＦＥと光学的に共役である。換言すれば、干渉顕微鏡は、スリットＦＯ上にスリットＦＥの画像を形成し、逆も同様である。図３Ａ及び３Ｂに関連して後で説明するように、それは、「共焦点」構成である。実際に、光源ＳＬＰ、スリットＦＥ、レンズＬＥ、スプリッタＳＦ、対物レンズＬＯ２、空間フィルタＳＦは、スリット共焦点顕微鏡を形成する。

単一の画素（正方形若しくは長方形）行又は少数（典型的には多くて１０若しくは２０、最大限で１００）の画素行からなる一次元光センサＣＩＭ（線形カメラ）は、フィルタの出力部で光を検出する。マトリックス画像センサの単一の画素行又は少数（通常１０若しくは２０まで）の画素行の組み合わせを隣接して又は近くで用いることもまた可能である。

（図１Ｂに示されている）変形形態として、空間フィルタリングは、単レンズＬＦの焦点面に一次元光センサＣＩＭを配置することによって、フィルタリングシステムＦＳなしに実行することができる。

更に、スリットＦＯが、検出器側に存在する（又は検出器自体が、前に説明したようなスリットとしての役割を果たす − 図１Ｂ）場合に、潜在的に検出感度が低下することを代償として、照明スリットＦＥ（又はそれに取って代わるビーム形成システム）を省略することが可能である。

装置はまた、複数の平行移動ステージ（ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３及びＴＲＯ）並びにそれらを駆動するプロセッサＰＲからなる作動システムを含む。これらの全ての平行移動ステージが、必ずしも同時に存在する必要があるわけではない。特に、ＴＲＯが存在する場合、ＴＲ１及びＴＲ２を省略することができ、反対にＴＲ１及びＴＲ２が存在する場合、ＴＲＯを省略することができる。

参照ミラーＭＲ及び対物レンズのＬＯ１アセンブリは、前記作動システムの第１の平行移動ステージＴＲ１によって軸方向に変位される。従って、対物レンズＬＯ２もまた、前記作動システムの一部を同様に形成するそれぞれの平行移動ステージＴＲ２によって変位されなければならない。対物レンズＬＯ２が、距離「ｅ」だけ下げられた（即ち、対象物の方へ平行移動された）場合に、参照ミラーＭＲ及び対物レンズＬＯ１は、

だけ変位される。ｎ_ｉｍは、対物レンズの浸漬媒体（ゲル、液体又は空気（ｎ_ｉｍ＝１））の屈折率であり、ｎ_{ｏｂｊｅｃｔ}は、対象物の屈折率である。

変形形態として、干渉顕微鏡の異なる要素を静止させておくことによって、単に対象物ＯＢＪと干渉顕微鏡との間の軸方向距離を変えることが可能であろう。そのために、平行移動ステージＴＲＯによって、全ての干渉顕微鏡（変位システムは表現されていない）又は対象物ＯＢＪを変位させることが可能である。これは、特に浸漬対物レンズに関して検討することができる。

それは、全ての場合に、対象物ＯＢＪが調査される深さを修正する効果がある。対物レンズＬＯ２の焦点面に（より一般的には合焦面に）位置する観察線ＬＤＯは、前記対象物の「深さ方向」、即ち前記対物レンズの光学軸の方向の走査をもたらす。作動システムは、同時に、この観察線を変位させ、且つ参照軌道と対象物軌道（対象物アームの端部を構成すると考えられる観察線まで）との間の光路差が、ゼロのままか又は最大でも多色光源のコヒーレンス長及び対物レンズの被写界深度未満であることを保証しなければならない。この走査は、対象物アームＢＯＢＪに沿って伝搬する光によって通過される対象物の厚さ、及び従って、それが経験する分散を変化させる。装置ＤＣＤが、分散のこの変化を補償するために設けられる。装置ＤＣＤは、干渉計のアームの１つに配置された一定の分散を備えた要素ＥＤ１（例えば、対象物ＯＢＪの分散に近い分散を有する材料であるガラスのブロック）、及び干渉計のもう一方のアームに配置された可変分散を備えた要素ＥＤ２を含む。要素ＥＤ２は、互いに対面して配置された２つのプリズムからなる。プリズムの１つをもう一方に対して変位させることによって、通過されるガラスの厚さ、及び従って、このアームにおける光軌道が修正される。光軌道に対して傾斜されたガラスプレートを用いることもまた可能である。通過されるガラスの厚さは、傾斜角に影響を及ぼすことによって修正される。他のシステムを検討することができる。一般概念は、撮像深さを問わず、干渉計の２つのアームにおける分散を等しくするために（又は少なくとも差を縮小するために）、アームの１つにおける光学的厚さを変更することが必要であるというものである。

他の実施形態において、分散補償装置は、より単純に浸漬媒体（典型的には、対象物の屈折率に近い屈折率を備えた液滴）からなることができ、対象物アームにおけるその厚さは、対物レンズが観察対象物に近付くと共に減少する（図５Ａ〜５Ｆを参照）。浸漬媒体の厚さの減少は、対象物において通過される厚さの増加によって補償される。従って、対象物アームにおける分散は、参照アームにおける分散と等しく、一定のままである。

図１の実施形態において、装置ＤＣＤは、前記作動システムの一部を同様に形成する第３の平行移動ステージＴＲ３によって作動される。それは、もう一方の変位と同期された分散の動的補償をもたらすことを可能にする。

変形形態として、光路及び分散の両方を修正するために、干渉計のアームの１つに配置された、ガラスなどの透明な分散材料の可変厚さを用いることが可能である。この可変厚さは、例えば、図１の装置ＤＣＤのような二重プリズム、又は単純な方向付け可能なプレートを用いてもたらすことができる。この場合、対物レンズＬＯ１及びミラーＭＲアセンブリを変位させることが不必要になり得る。

検出器ＣＩＭは、対象物において撮像される線の複数の異なる位置に対応する線画像を取得する。この線画像スタックは、対象物の垂直断面の画像を取得するために、デジタル的に処理することができる。

単純なアプローチは、多数の位相シフトされた線画像をデジタル的に組み合わせることを含む、いわゆる位相シフト干渉法を用いることを含む。例えば、軸方向においてλ／８だけ離間された観察線の位置に対応する４つの線画像を組み合わせることが可能であり、λは、対象物における照明光の中心波長である。それは、２つの隣接画像間のπ／２の位相シフトに対応する。Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４が、これらの画像を示すために用いられる場合に、（Ｅ_１−Ｅ_３）^２＋（Ｅ_２−Ｅ_４）^２は、干渉信号の振幅（即ち、再構成された画像の振幅）に対応し、

は、干渉信号の位相に対応する。この位相は、対象物に関する構造及び断層撮影情報以外の情報を提供することができる。位相オフセット又は位相シフトの概念と、対象物及び参照アーム間のゼロと等しい光路差に観察線が常に対応するという上記の事実との間に矛盾がないことに注目することが極めて重要である。実際に、光を後方散乱させる可能性がある対象物のどのような構造も、それが観察線と一致する時点だけでなく、その前後にも観察される（何故なら、コヒーレンス「ゲート」及び共焦点フィルタリングによって導入されたゲートが、λより大きい幅を有するからである）。従って、実際に、軸方向走査中に連続して取得される画像に対するこの構造の寄与間に位相オフセットが存在する。

変形形態として、線画像スタックは、干渉縞のエンベロープ（干渉信号の振幅）を抽出し、且つ信号の非変調部分（非干渉信号）を削除するために、フーリエ解析によって処理することができる。

ここで、本発明に従って、軸方向断面の画像を生成するために撮像される全ての深さにわたる対象物の一方向走査がまた、干渉信号を同時に取得できるようにすることが強調されるべきである（明らかに、次に、第２の一方向走査が反対方向で実行され得る）。しかしながら、Ｙｕ Ｃｈｅｎらの上記の技術及び全視野ＯＣＴの両方において、干渉信号を取得するための対象物の深さの走査は存在しない。干渉信号は、典型的には１マイクロメートル未満の、全範囲にわたる参照ミラーの変位によって生成される可変及び周期的位相シフトを用いて取得される。

対象物の三次元画像が、隣接する断面画像を並置することによって取得され得る。それは、取得線、及び対物レンズＬＯ２の光学軸の両方に直角な方向における走査を必要とする。この走査は、横方向平行移動ステージによって対象物（又は同等の方法で、干渉顕微鏡若しくは照明線）を変位させることによって行うことができる。

同じプロセッサＰＲが、アクチュエータＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、及び必要ならばＴＲＯ（これらは、平行移動ステージでなくてもよく、又は単に平行移動ステージでなくてもよい）を駆動し、且つセンサＣＩＭによって取得された線画像スタックを処理することができ、これらのタスクは、相互依存している。プロセッサＰＲは、１つ又は複数のマイクロプロセッサを含む専用装置、又は適切なインターフェースカードを装備したコンピュータとすることができる。変形形態として、作動システムを駆動し、且つ画像を再構成するために、２つの別個のプロセッサを用いることができる。

本発明は、リニク干渉顕微鏡に基づき、特定の実施形態に関連して説明された。しかしながら、他のタイプの干渉顕微鏡が存在し、且つ本発明を実施するのに適している。挙げることができる例は、参照ミラーＭＲを備えた単一の対物レンズＬＯと、前記対物レンズに固定され、その光学軸に沿って整列されたビームスプリッタとを含むマイケルソン（図２Ａ）及びミロー（図２Ｂ）顕微鏡である。これらの機構は、リニクの機構より単純で一層コンパクトであるが、しかし干渉計の要素の可能な変位と同様に、調整可能な分散補償装置の導入はより困難である。干渉計内の部品を移動する必要なしに、干渉計の２つのアーム間の分散差を補償するために浸漬媒体ＩＭを用いるマイケルソン及びミロー構成に基づく実施形態の例が、図５Ａ（空気中の対物レンズを備えたマイケルソン構成）、図５Ｂ（浸漬対物レンズを備えたマイケルソン構成）、図５Ｃ（観察窓ＨＯ及び空気中の対物レンズを備えたマイケルソン構成 − 窓は、穴によって取り替えることができ、且つ／又は対物レンズは、浸漬対物レンズとすることができる。窓が存在する場合、同じ厚さの透明プレートが参照アームに設けられなければならないことに注意されたい）、図５Ｄ（空気中の対物レンズを備えたミロー構成）、図５Ｅ（浸漬対物レンズ及び窓を備えたミロー構成）、図５Ｆ（空気中の対物レンズ及び窓を備えたミロー構成）、並びに図５Ｇ（浸漬対物レンズを備え、窓のないミロー構成）に示されている。

図５Ｄ〜５Ｇの装置において、参照ミラーは、例えば、金属若しくは誘電体の堆積によって生成されるか、又はプレート自体の屈折率によって引き起こされる小さい反射ゾーンをその中心に有する透明プレートによって形成される。図５Ｃ、５Ｄ及び５Ｇの実施形態において、反射ゾーンは、透明プレートの後面上に形成され、それは、対象物アームにおいて、窓（図５Ｃ）又はビームスプリッタ（５Ｄ、５Ｇ）によって導入された分散を補償する役割を果たす。そうでなければ、それは、プレートの前面上に形成される。更に、図５Ｄ〜５Ｇの実施形態において、ビームスプリッタは、その面の１つに適切な反射係数（典型的には１０％〜５０％）を有するプレートからなる。スプリッティングは、図５Ｄ及び５Ｇの場合には、このプレートの前面で、且つ図５Ｅ及び５Ｆの場合には後面で行われる。「前」面及び「後」面は、プレートに入射する光ビームの伝搬方向に関連して定義される。

図６は、本発明の別の実施形態を示す。その実施形態において、
− 干渉顕微鏡ＭＩは、リニクタイプである。
− 対物レンズＬＯ１、ＬＯ２は、浸漬タイプである。従って、分散補償は、浸漬媒体ＩＭの２つの滴によってもたらされる。これらの滴のそれぞれは、対物レンズ（ＬＯ１、ＬＯ２）と透明プレート（ＬＴ１、ＬＴ２）との間に捕捉される。参照ミラーは、プレートＬＴ１の（対物レンズＬＯ１と反対側の）後面（プレートの反射係数を調整するために恐らく処理される面）によって生成され、一方で、対象物ＯＢＪは、プレートＬＴ２の後面に押し付けられる。
− 多色光源ＳＬＰは、空間的にコヒーレントである。それは、主要な多色光源を含み、その光源は、特に、１〜２０μｍ程度の時間的コヒーレンス長を示すスーパールミネッセントダイオードＤＳＬ、及びシングルモード光ファイバＦＭＭ（任意選択）である。スーパールミネッセントダイオードによって生成された光は、ファイバＦＭＭのいわゆる入力端部に注入され、前記ファイバの反対側の（出力）端部から出て、且つレンズＬＥによってコリメートされる。
− 照明の空間的コヒーレンスは、特に単純な共焦点フィルタリングを生成できるようにするが、この共焦点フィルタリングは、いかなるスリットも必要とせず、且つそれは、一次元タイプの、光源の側部（実際には光ファイバの出力端部）で発散する１つのみの円柱レンズＬＣ及びセンサＣＩＭの前面に配置された球面レンズＬＦを含む。円柱レンズＬＣは、光ビームを図の面において発散させ、直角面で発散させないことによって、非点収差を生成する（点線ＰＰが、図の平面における光ビームの断面を表すのに対して、破線ＰＬは、図に直角な平面における光ビームの断面を表す）。その結果は、図の平面に従って向けられた線の形状をした対象物及び参照ミラーの照明である。レンズＬＦは、一次元光センサ上にこの線の画像を生成する。観察線から生じない光は、減衰された強度でセンサの画素の単一の線に達し、従って、一次元共焦点フィルタリングをもたらす。変形形態として、システムを同様に非点収差にする収束円柱レンズを用いることが可能であろう。
− 軸方向走査は、対象物ＯＢＪ及び透明プレートＬＴ２に対して、全体として（ファイバＦＭＭの出力端部、並びにレンズＬＥ及びＬＣによって形成される非点収差光学系を含む）干渉顕微鏡を変位させることによって実行される。光センサＣＩＭ及び関連するレンズＬＦは、干渉顕微鏡と共に等しく変位させることができるか、又はできない（第２の選択肢が、図に示されている）。しかしながら、センサＣＩＭが、レンズＬＦの焦点面（より一般的には合焦面）に留まることが必要である。

図３Ａ及び３Ｂは、スリット共焦点顕微鏡の動作原理を再検討する。空間フィルタリングスリットＦＯに対して直角の平面（図３Ａにおける平面ｚｙ）において、スリットＦＯは、スリットＦＥが、対物レンズＬＯによって合焦される対象物の領域から生じる光（連続線によって表されるビーム）が通過できるようにし、且つ対象物の他の領域から生じる光（例えば点線ビーム）を減衰させる。スリットと平行な平面（図３Ａにおける平面ｚｘ）において、かかるフィルタリングは行われない。結果は、「観察線」ＬＤＯが、対物レンズの合焦面において画定され、且つスリットＦＥ及びＦＯのように向けられるということである。合焦面は、光学軸に直角の平面であり、そこに、存在する場合には、入力スリットＦＥの画像が形成される。より一般に、対象物アームの合焦面は、観察線ＬＤＯが形成される面である。その共役面は、観察アームにおける合焦面である。参照アームの合焦面は、このアームにおいて照明線が形成される面である。図１Ａ、１Ｂにおけるように、入力光ビームが、観察又は照明線に直角な平面においてコリメートされる場合、合焦面は対物レンズの焦点面と一致する。

従って、本発明による装置は、対象物の決定された領域から生じる光を選択できるようにする２つの手段、即ち共焦点フィルタリング、及び「白色」光干渉法によって画定された「コヒーレンスゲート」を含む。これらの手段は、相補的である。共焦点フィルタリングは、光の散乱によって、且つ漂遊反射によって生成された「背景」を低減することによって、干渉撮像の性能レベルを向上させる。従って、センサのダイナミックレンジのより大きい部分が、有用な干渉信号を検出するために用いられる。

実際に、生物組織は、強く散乱する。弾道光子（単一の後方散乱以外の散乱を経験していない）の数は、深さと共に指数関数的に減少する。ここで、干渉法（低いコヒーレンス長を備えてさえいる）は、対象物において撮像された領域から生じる弾道光子と、対象物の他の領域から生じ、且つ経験した散乱のために同じ長さの光軌道をカバーした光子との間を識別できるようにしない。結果は、画像にアーチファクトを生成し且つ到達可能な撮像深さを制限する、有用な干渉信号に追加されるスプリアス干渉信号が存在するということである。本発明の装置において、共焦点フィルタリングは、撮像されるゾーンから生じる弾道光子以外の大量の光子を除去し、この背景を削除する。実際には、スリット共焦点フィルタリングは、一次元でのみ機能するために完全ではないが、しかし、この「背景雑音」の低減はかなり大きいままである。

共焦点フィルタリングのみと比較して、干渉検出の使用は、有用な信号のかなりの増幅を可能にする（「純粋な」共焦点顕微鏡の場合、それは、取得深さを制限する低い信号対雑音比となる）。従って、本発明の装置において、関連する２つの原理、即ち低いコヒーレンス長を備えた干渉法による顕微鏡法及びスリット共焦点顕微鏡法間に相乗作用（簡単な並置ではない）が存在する。

スリット共焦点フィルタリングの代わりに、穴部を通した共焦点フィルタリングを使用することは、到達可能な撮像分解能及び／又は深さの点でいかなる重要な利点も提供せずに、画像の取得を遅くするであろう（追加スキャンが必要になるであろう）。

その装置は、たとえ共焦点フィルタリングが有効でなくても、やはり許容可能な性能レベルを示すことができる。この状況は、比較的大きい被写界深度（典型的には１０μｍ以上）の対物レンズが、且つ／又は、極めて広い入力及び出力スリットが、且つ／又は大きいサイズの画素（例えば長方形）を有するか若しくは幾つかの画素行を有する一次元検出器が用いられる場合に発生する。この場合に、軸方向分解能及び到達可能な撮像深さの点で性能レベルを決定するのは、低い時間的コヒーレンスを用いる干渉検出である。しかし、線に沿った照明及び一次元センサを用いてこの線を検出することの利益は、やはり存在する。何故なら、それが、やはり垂直断面において高速で画像を生成できるようにするからである。

本発明の技術は、生体内の用途には全視野ＯＣＴよりもはるかに良く適している。これらの用途において、「対象物」は、干渉信号の取得中に動く可能性がある生体（例えば患者）であり、干渉信号を乱雑にする。本発明によれば、干渉信号は、例えば１０^−４秒程度の非常に短い時間に各線用に取得され、それは、対象物の動きの問題を克服することを可能にする。対照的に、全視野ＯＣＴにおいて、干渉信号は、マトリックスカメラによって取得された複数の二次元画像の組み合わせによって取得され、それには、はるかに長い時間がかかる。

Ｙｕ Ｃｈｅｎらの前述の技術と比較して、本発明は、「表面方向」画像より有用なことが多い、観察対象物の垂直スライスの画像を直接提供するという利点を提供する。

空気中の０．１５の開口数を備えた対物レンズ及びリニク構成の本発明のプロトタイプが、ハロゲンランプ照明を用いて生成された。このプロトタイプは、微細構造を含む粒状プラスチック、非散乱領域及び蛍光体層を囲む２つのプラスチック層を含む、約５００μｍの厚さを備えた赤外線ビーム用のディスプレイカードを観察対象物として用いることによってテストされた。同じ対象物は、市販されている走査型ＯＣＴ装置（ＴｈｏｒＬａｂｓ）を用いることによって撮像された。図５Ａは、市販されている装置で取得された画像（垂直スライス）を示し、図５Ｂは、本発明のプロトタイプで取得された画像を示す。本発明の場合に分解能がより優れている点に注目することができる。

適切な寸法取りを用いれば、本発明による装置が、軸方向及び横方向の両方において、１μｍ程度の実質的に「等方性の」空間分解能を示し得ることに注目することは興味深い。

Claims (16)

1. − 多色光源（ＳＬＰ）と、
   − 一次元光センサ（ＣＩＭ）と、
   − 干渉顕微鏡（ＭＩ）であって、いわゆる基準ミラー（ＭＲ）が端部に配置されている、基準アームと呼ばれる第１のアーム（ＢＲＥＦ）と、対象物アームと呼ばれる第２のアーム（ＢＯＢＪ）と、前記多色光源及び前記センサに前記第１及び第２のアームを結合するビームスプリッタ（ＳＦ）と、少なくとも１つの対物レンズ（ＬＯ１、ＬＯ２、ＬＯ）とを含み、前記基準ミラーが、前記又は１つの前記対物レンズ（ＬＯ、ＬＯ１）の、前記基準アームに位置する合焦面に配置される、干渉顕微鏡（ＭＩ）と、
   − 一次元共焦点空間フィルタリングシステム（ＦＥ、ＦＳ、ＣＩＭ）であって、前記又は１つの前記対物レンズ（ＬＯ、ＬＯ２）の、前記対象物アームに位置する合焦面にある観察線（ＬＤＯ）と呼ばれる線に沿って、前記対象物アーム（ＢＯＢＪ）に配置された観察対象物（ＯＢＪ）を照明するために、且つ前記センサ上の前記観察線の一次元画像を形成するために前記多色光源と協働する一次元共焦点空間フィルタリングシステム（ＦＥ、ＦＳ、ＣＩＭ）と
   を含む、光断層撮影装置において、
   − 一方で前記ビームスプリッタから前記基準ミラーに向かう第１の軌道と前記基準アームに沿って移動することによる戻りとの間、及び他方で前記ビームスプリッタから前記観察線に向かう第２の軌道と前記対象物アームに沿って移動することによる戻りとの間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物の一方向走査を実行するために、前記又は１つの前記対物レンズ（ＬＯ、ＬＯ２）の前記対象物アームに沿って延びる光学軸と平行に前記観察線を変位させるように構成された作動システム（ＰＲ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３）と、
   − 前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、前記対物レンズ（ＬＯ、ＬＯ２）の前記対象物アームに沿って延びる前記光学軸と平行に向けられた前記観察対象物のセクションの二次元画像を再構成するようにプログラム又は構成されたプロセッサ（ＰＲ）と
   も含むことを特徴とする、光断層撮影装置。
2. 前記一次元共焦点空間フィルタリングシステムがまた、前記対象物によって後方散乱され、且つ前記観察線（ＬＤＯ）から生じる光を選択するように配置される、請求項１に記載の装置。
3. 前記作動システムが、前記基準アーム及び前記対象物アームの光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記対象物アームに配置された前記対物レンズ（ＬＯ）又は１つの前記対物レンズ（ＬＯ２）の前記光学軸に平行な相対変位を引き起こすように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記作動システムが、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間の前記ゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している前記合焦面において前記対物レンズ（ＬＯ２）を変位させるように、且つ前記基準アームの前記光路長を修正するように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
5. 前記対象物アーム及び前記基準アームの少なくとも１つに配置された分散補償装置（ＤＣＤ、ＩＭ）も含み、前記作動システムが、前記一方向走査中に前記分散補償装置にも作用するように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記干渉顕微鏡が、前記基準アームに配置された第１の対物レンズ（ＬＯ１）、及び前記対象物アームに配置された第２の対物レンズ（ＬＯ２）を含むリニク顕微鏡であって、前記基準及び対象物アームが別々である、リニク顕微鏡である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記第１及び第２の対物レンズが、浸漬対物レンズであり、前記作動システムが、前記基準アーム及び前記対象物アームの前記光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記対象物アームに配置された前記第２の対物レンズ（ＬＯ２）の前記光学軸に平行な相対変位を引き起こすように構成される、請求項６に記載の装置。
8. 前記干渉顕微鏡が、単一の対物レンズ（ＬＯ）を含むマイケルソン顕微鏡及びミロー顕微鏡から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記干渉顕微鏡が、単一の対物レンズ（ＬＯ）及び基準ミラー（ＭＲ）、並びに前記対物レンズに固定され、且つその光学軸に沿って整列されたビームスプリッタ（ＳＦ）を含むミロー顕微鏡であり、前記作動システムが、前記観察対象物に対する前記干渉顕微鏡の、前記光学軸と平行な相対変位を引き起こすように構成され、浸漬媒体（ＩＭ）が、一方で前記ビームスプリッタと前記観察対象物との間に、及び他方で前記ビームスプリッタと前記基準ミラーとの間に配置される、請求項８に記載の装置。
10. 前記多色光源（ＤＳＬ、ＦＭＭ）が、空間的にコヒーレントであり、及び前記共焦点フィルタリングシステムが、前記多色光源と前記ビームスプリッタ（ＳＦ）との間に配置された非点収差の光学系（ＬＣ、ＬＥ）と、前記一次元光センサ（ＣＩＭ）の前に配置されたレンズ（ＬＦ）と、前記レンズの合焦面に配置された前記一次元光センサ自体とを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. ａ）多色光源（ＳＬＭ）を設けるステップと、
    ｂ）基準軌道（ＴＲＥＦ）と呼ばれる第１の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第１の部分、及び対象物軌道（ＴＲＯＢ）と呼ばれる第２の軌道に沿って前記光源によって放射された光の第２の部分を導くためにビームスプリッタ（ＳＦ）を用いるステップと、
    ｃ）対物レンズ（ＬＯ２）を用いるステップであって、前記対物レンズ（ＬＯ２）が、前記対物レンズの合焦面に位置する、観察線と呼ばれる線に沿って観察される半透明対象物（ＯＢＪ）を照明するために光の前記第２の部分を合焦するように、且つ前記適切に照明された対象物によって後方散乱された前記光を集めるように、一次元共焦点空間フィルタリングシステム（ＦＳ）と協働する、ステップと、
    ｄ）前記基準軌道に配置された基準ミラー（ＭＲ）に光の前記第１の部分を合焦するために、且つ前記ミラーによって反射された前記光を集めるために、前記対物レンズ又は別の対物レンズ（ＬＯ１）を用いるステップと、
    ｅ）前記対象物によって後方散乱された前記光を前記ミラーによって反射された前記光と組み合わせ、且つそれを一次元光センサ（ＣＩＭ）に導くために前記ビームスプリッタ（ＳＦ）を用いるステップと、
    ｆ）前記センサ上に前記観察線の一次元画像を形成するために、前記一次元共焦点空間フィルタリングシステム（ＦＳ）を用いるステップと、
    ｇ）前記基準軌道と前記対象物軌道との間のゼロ光路差を維持しつつ、前記対象物軌道上で観察対象物の一方向走査を実行するために、前記対物レンズ（ＬＯ２）の光学軸と平行に前記観察線を変位させるように作動システム（ＰＲ、ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲＯ）を用いるステップと、
    ｈ）前記一方向走査中の前記観察線の異なる位置に対応する、前記センサによって取得された複数の一次元干渉画像から、前記光学軸に平行に向けられた前記観察対象物のセクションの二次元画像を再構成するためにプロセッサ（ＰＲ）を用いるステップと
    を含む、光断層撮影方法。
12. ステップｆ）がまた、前記観察線（ＬＤＯ）から生じる光を選択することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ステップｇ）が、前記基準アーム及び前記対象物アームの前記光路長を修正することなく、前記干渉顕微鏡に対する前記観察対象物の、前記光学軸と平行な相対変位を引き起こすことによって実行される、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記ステップｇ）が、前記第１の軌道と前記第２の軌道との間の前記ゼロ光路差を維持するために、前記観察線が位置している合焦面において前記対物レンズを変位させることによって、且つ前記基準アームの前記光路長を修正することによって実行される、請求項１１又は１２に記載の方法。
15. 前記一方向走査中に、前記観察対象物内の前記観察線の前記変位によって引き起こされた分散の修正を補償するステップｉ）も含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記観察対象物が生物組織である、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の方法。

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