JP2019200195A - 空間的にオフセットした光コヒーレンス断層撮影法 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプル、及び排他的にではないが、とくに、生物サンプル又は標本のような混濁媒質を含むサンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）システム及び方法を提供する。【解決手段】サンプル４を画像化する光コヒーレンス断層撮影法システム２は、光源ＳＬＤからの入射光１２によりサンプル４の関心対象領域を照射するよう構成される。光コヒーレンス断層撮影法システム２は、さらに、光検出器において、光源からの基準光が、サンプルの関心対象領域から空間的にオフセットされているオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するオフセット帰還光と干渉するよう構成される。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、サンプル、及び排他的にではないが、とくに、生物サンプル又は標本のような混濁媒質を含むサンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）システム及び方法に関する。

既知のＯＣＴシステムは、生物サンプル又は標本のようなサンプルに関する形態学的情報を提供することができる。しかし、多くの生物サンプル又は標本は混濁しており、この結果、取得されるＯＣＴ画像にスペックル（斑点）が優勢的になり、とくに生物サンプル又は標本のより深部における生物サンプル又は標本のあらゆる微細な特徴を不明瞭にする又はぼかすことになる。このようにして、侵入深さは、多くの場合既知のＯＣＴシステムにおける主要な限界のうちの１つである。

以前にはスペックルで検出又は明らかにできなかった特徴を検出するようスペックルを減少する新しい技術が開発されてきている。しかし、多くのこれら新しい技術は、整列させるのが困難である、及び／又は高価である、空間光変調器（ＳＬＭｓ：spatial light modulators）、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のミラー又はデジタル微小ミラーのような複雑な光学的コンポーネントを使用する。

当然のことながら、本発明の以下に説明する任意な１つの態様における任意な１つ又はそれ以上の特徴は、本発明の任意な他の態様における任意な１つ又はそれ以上の特徴と組み合わせることができる。

本発明の態様によれば、サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法のシステムを提供し、このシステムは、以下のことをする、すなわち、
光源からの入射光でサンプルの関心対象領域を照射する、及び
光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより光検出器で干渉を生起する
よう構成されている。

このようなＯＣＴシステムは、既知のＯＣＴシステムよりも簡単な光学的コンポーネントを用いて、生物サンプル又は標本のような混濁媒質内のより深い深さにおけるより微細な形体のＯＣＴ画像を取得するのに使用することができる。
サンプルは、混濁しているものとすることができる。
サンプルは、混濁媒質を含むものとすることができる。
サンプルは、組織のような生物サンプル又は標本からなるものとすることができる。
関心対象領域は、サンプル内及び／又はサンプルの表面上に少なくとも部分的に位置するものとすることができる。

関心対象領域は、サンプル内及び／又はサンプルの表面上に少なくとも部分的に位置する対象物を含むことができる。
対象物は、サンプル内に埋設されているものとすることができる。
対象物は、混濁しているものとすることができる。
対象物は、構体を含むものとすることができる。

本発明システムは、前記入射光がサンプルに入射するとき、該入射光は集束するよう構成され得る。

本発明システムは、前記オフセット帰還光がオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するとき、前記オフセット帰還光は、関心対象領域から空間的にオフセットしているサンプルの仮想像点を前記オフセット集光路上に画定して拡散するよう構成され得る。

本発明システムは、前記入射光が照射光路に沿って伝播し、また前記オフセット集光路は前記照射光路に対して平行であるが、空間的にオフセットしているよう構成され得る。

本発明システムは、前記光源及び／又は前記光検出器を備えることができる。
前記照射光路及び前記オフセット集光路は、直線経路であり得る。

本発明システムは、前記光源に光学的に結合された入力部を有する光スプリッタと、前記光検出器に光学的に結合された出力部を有する光コンバイナとを備えることができる。前記光スプリッタ及び前記光コンバイナは、その両者間に測定アーム及び別個基準アームを画定し、前記サンプルは前記測定アームに配置され、前記基準アームは前記基準光の基準光路を画定することができる。前記光コンバイナは、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させ、前記光コンバイナの出力部に複合光を形成するよう構成され得る。

このようなシステムにおいて、測定アーム及び基準アームは効果的に分離される。とくに、照射光路、オフセット集光路及び基準光路は、すべて分離される。

光スプリッタは、バルクの光ビームスプリッタ又は光ファイバスプリッタからなるものとすることができる。同様に、光コンバイナは、バルクの光ビームコンバイナ光ファイバコンバイナからなるものとすることができる。

光スプリッタ及び光コンバイナは、マッハ-ツェンダー干渉計を画定することができる。

本発明システムは、前記測定アームに光学的結合構成を備え、該光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射し、また前記サンプルから出現するオフセット帰還光を集光するよう構成され得る。

前記光学的結合構成は、対物レンズのようなレンズを有することができる。

本発明システムは、前記測定アームで前記光学的結合構成と前記光コンバイナとの間にオフセットレンズを備え、該オフセットレンズは、前記オフセット帰還光を前記光コンバイナに光学的に結合し、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させて複合光を形成するよう構成され得る。

前記オフセットレンズはオフセットレンズ光軸を画定することができる。前記複合光は複合光光軸に沿って伝播し、また、前記オフセットレンズ光軸は、前記複合光光軸に対して平行であるが、空間的にオフセットしているものとすることができる。

前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量を変化するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量を変化させることができるものとすることができる。

前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少させることができるものとすることができる。このようなシステムは、オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量がゼロを含む任意の空間的オフセット量に対するＯＣＴ画像を取得するのに使用することができる。このことは、異なる空間的オフセット量に対して取得されたＯＣＴ画像の比較を可能にする。このことは、最適なＯＣＴ画像品質が得られるよう最適な空間的オフセット量の選択を可能にする。例えば、このことは、サンプルの関心対象領域におけるＯＣＴ画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を最小化する最適空間的オフセット量の選択を可能にする。

前記光学的結合構成は、多重モード光ファイバのような多重モード光導波路を有することができる。

本発明システムは、前記測定アームに入力光学的結合構成を備えることができ、該入力光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射するよう構成され得る。本発明システムは、前記測定アームに出力光学的結合構成を備えることができ、該出力光学的結合構成は、前記オフセット帰還光を集光するよう前記入力光学的結合構成から空間的のオフセットされているものとすることができる。

前記入力光学的結合構成は、入力光ファイバのような入力光導波路を有することができる。前記入力光学的結合構成は、入力レンズを有することができる。前記入力レンズは、入力光導波路の出力端部上に形成する又は出力端部に付着することができる。前記入力レンズは、マイクロレンズ又はＧＲＩＮレンズからなるものとすることができる。

前記出力光学的結合構成は、出力光ファイバのような出力光導波路を有することができる。前記出力光学的結合構成は、出力レンズを有することができる。前記出力レンズは、出力光導波路の入力端部上に形成する又は入力端部に付着することができる。前記出力レンズは、マイクロレンズ又はＧＲＩＮレンズからなるものとすることができる。

前記入力光学的結合構成は、複数個の入力光ファイバのような複数個の入力光導波路を有することができる。前記入力光学的結合構成は、複数個の入力レンズを有することができる。前記入力レンズそれぞれは、対応する入力光導波路の出力端部上に形成する又は出力端部に付着することができる。前記入力レンズそれぞれは、マイクロレンズ又はＧＲＩＮレンズからなるものとすることができる。

前記出力光学的結合構成は、複数個の出力光ファイバのような複数個の出力光導波路を有することができる。前記出力光学的結合構成は、複数個の出力レンズを有することができる。前記出力レンズそれぞれは、対応する出力光導波路の入力端部上に形成する又は入力端部に付着することができる。前記出力レンズそれぞれは、マイクロレンズ又はＧＲＩＮレンズからなるものとすることができる。

前記光源は広帯域光源からなるものとすることができる。前記光源は多重モードレーザーダイオード又は発光ダイオードからなるものとすることができる。

本発明システムは、前記干渉の波長に従って画像センサにわたる前記干渉を空間的に拡散させるよう構成された拡散素子を備えることができる。
該拡散素子は回折格子を有することができる。
前記光検出器は、画像センサを有することができる。

前記画像センサは、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を検出するよう構成され得る。
本発明システムは、コントローラを備えることができる。

前記コントローラは、前記画像センサと通信するよう構成され得る。
前記コントローラは、逆フーリエ変換を用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を、サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するよう構成され得る。

本発明システムは、第１画像センサ及び第２画像センサを備えることができ、前記拡散素子は回折格子を有し、またシステムは、ゼロ次回折光を前記第１画像センサに結合し、また高次の回折光、例えば一次回折光を前記第２画像センサに結合するよう構成されている。このような第１画像センサ及び第２画像センサを使用することは、いかなるＯＣＴ測定に先立って、前記サンプルの形態、性質及び／又は特性に従って照射光路とオフセット集光路との間の空間的オフセット量を較正することを可能にする。

前記光源は、狭帯域光源、又はコヒーレント光源からなるものとすることができる。

前記光源は、レーザー又は光学パラメータ式発振器（ＯＰＯ）からなるものとすることができる。
前記光源は、調整可能とすることができる。
前記コントローラは、前記光源と通信するよう構成され得る。
前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記光源の波長を変化させる、
前記光源の波長の関数として前記干渉を検出する光検出器を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを生ずる、及び
逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換する
よう構成され得る。

本発明システムは、前記基準光の基準光路の光学的長さを変化するよう構成されている可変光学素子を備えることができる。例えば、前記可変光学素子は可動ミラーからなるものとすることができる。
前記コントローラは、前記可変光学素子と通信するよう構成され得る。
前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるよう前記可変光学素子を制御する、及び
前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出するのに前記光検出器を用い、前記サンプルにおける深さの関数として、前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずる
よう構成され得る。
オフセットレンズは、電動並進ステージに備え付けることができる。
前記コントローラは、前記電動並進ステージと通信するよう構成され得る。

前記コントローラは、前記照射光路とオフセット集光路との間の空間的オフセット量を変化させるよう前記電動並進ステージを制御して、前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に関連する信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を最適化するよう構成し得る。

本発明の態様によれば、サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法の方法を提供し、この方法は、
前記サンプルの関心対象領域を光源からの入射光によって照射するステップと、及び
光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの前記関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより前記光検出器で干渉を生起するステップと、
を備える。

前記入射光は、前記サンプルに入射するとき集束することができる。
前記オフセット帰還光がオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するとき、前記オフセット帰還光は、関心対象領域から空間的にオフセットしているサンプルの仮想像点を前記オフセット集光路上に画定して拡散し得る。

前記入射光は照射光路に沿って伝播することができる。
前記オフセット集光路は前記照射光路に対して平行であるが、空間的にオフセットされ得る。

本発明方法は、多重モード光ファイバのような多重モード光導波路を用いて前記光源からの入射光により前記サンプルの関心対象領域を照射し、前記サンプルから出現するオフセット帰還光を集光するステップを備えることができる。

本発明方法は、多重モード光導波路の入力側からの光を多重モード光導波路に透過させるステップと、及び前記透過光を前記サンプルの関心対象領域に合焦させるとともに、関心対象領域の周りに位置する前記サンプルの環状領域から出現するオフセット帰還光を集光するステップと、及び前記帰還光を前記多重モード光導波路に逆戻りさせて前記多重モード光導波路の入力側に透過させるステップと、を備えることができる。

本発明方法は、多重モード光導波路を、位相の観点から、及び随意的に振幅及び／又は偏光の観点からも特徴付け、多重モード光導波路に対する特徴付け結果を生成するステップを備えることができる。

本発明方法は、多重モード光導波路を、位相の観点から、及び随意的に振幅及び／又は偏光の観点からも特徴付け、多重モード光導波路に対する特徴付け結果を生成するステップを備えることができ、この特徴付けは、多重モード光導波路の入力側における複数の入力光学視野に対する、多重モード光導波路の出力側における複数の出力光学視野の１つ又はそれ以上の偏光成分の振幅及び位相分布を測定することによって行い、この場合、各入力光学視野は、他の入力光学視野に対して直交するものとすることができる。各入力光学視野は、例えば、他の入力光学視野に対して、位相、振幅及び偏光のうち少なくとも１つの観点で直交することができる。

本発明方法は、多重モード光導波路の入力側における位相、及び随意的に振幅及び／又は偏光も選択するよう多重モード光導波路の特性結果を使用して、前記光源からの所望出力光学視野でサンプルの関心対象領域を照射し、また多重モード光導波路の出力側におけるオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光を集光するステップを備えることができる。

本発明方法は、多重モード光導波路の入力側における位相、及び随意的に振幅及び／又は偏光も選択するよう多重モード光導波路の特性結果を使用して、前記光源からの入射光をサンプルの関心対象領域に合焦させるとともに、関心対象領域の周りに位置する前記サンプルの環状領域から出現するオフセット帰還光を集光するステップと、及び前記帰還光を前記多重モード光導波路に逆戻りさせて前記多重モード光導波路の入力側に透過させるステップと、を備えることができる。

本発明方法は、多重モード光導波路の入力側における位相、及び随意的に振幅及び／又は偏光も選択するよう多重モード光導波路の特性結果を使用して、前記サンプルの関心対象環状領域を照射するとともに、前記関心対象環状領域内に位置する前記サンプルの中央領域から出現するオフセット帰還光を集光するステップと、及び前記帰還光を前記多重モード光導波路に逆戻りさせて前記多重モード光導波路の入力側に透過させるステップと、を備えることができる。

前記光源は、広帯域光源からなるものとすることができる。前記光源は、高輝度レーザーダイオード又は発光ダイオードを有することができる。
光検出器は画像センサを有することができる。

本発明方法は、
前記干渉の波長に従って画像センサにわたり干渉を空間的に拡散するステップと、
画像センサを用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を検出するステップと、及び
逆フーリエ変換を用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を、前記サンプルにおける深さの関数として該サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するステップと、
を備えることができる。

前記光源は、狭帯域光源又はコヒーレント光源からなるものとすることができる。
前記光源は、レーザー又は光学パラメータ式発振器（ＯＰＯ）からなるものとすることができる。
前記光源は、調整可能とすることができる。

本発明方法は、
前記光源の波長を変化させるステップと、
前記干渉を前記光源の波長の関数として検出し、前記干渉の光学的スペクトルを生ずるステップと、
逆フーリエ変換を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを、前記サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するステップと、
を備えることができる。
本発明方法は、
前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるステップと、及び
前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出して、前記サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずるステップと、
を備えることができる。

本発明方法は、オフセット集光路と関心対象領域との間における空間的オフセット量を変化させ、関心対象領域における光コヒーレンス断層撮影法による画像に関連する信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を最適化するステップを有することができる。

ＯＣＴシステム及び方法を以下に非限定的実施例としてのみ添付図面につき説明する。

サンプルを画像化するＯＣＴシステムの概略図である。 図１ＡのＯＣＴシステムにおける動作を説明する図であって、光源からの光を合焦させてサンプルの関心対象領域に集束する入射光を形成するとき、及び基準光が、関心対象領域から空間的にオフセットされているオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するオフセット帰還光と干渉するときの動作説明図である。 図１ＡのＯＣＴシステムにおける動作を説明する図であって、光源からの光を合焦させ、照射光路に沿ってサンプルの関心対象領域に収束する入射光を形成するとき、及び基準光が、照射光路に沿ってサンプルから逆戻り出現する帰還光と干渉するときの動作説明図である。 図１Ａのサンプル内での光の散乱を示す。 図３Ａは、異なるオフセット量のオフセット集光路による７層ネスコフィルム模型の平均Ａスキャンを示す。図３Ｂは、オフセット量０μｍのオフセット集光路でのＢスキャンを示す。図３Ｃは、オフセット量１００μｍのオフセット集光路でのＢスキャンを示す。図３Ｄは、オフセット量２００μｍのオフセット集光路でのＣスキャンを示す。 図４Ａは、オフセット量０μｍのオフセット集光路に対する７層ネスコフィルムにおける異なる層での正規化スペックル場のヒストグラムを示す。図４Ｂは、オフセット量０μｍのオフセット集光路に対する、深さの関数として異なる層での図４Ａにおける正規化スペックル場の標準偏差を示す。図４Ｃは、異なるオフセット量のオフセット集光路に対する７層ネスコフィルムにおける第１層での正規化スペックル場のヒストグラムを示す。図４Ｄは、オフセット集光路のオフセット量の関数として、７層ネスコフィルムにおける第１層での図４Ｃにおける正規化スペックル場の標準偏差を示す。 図５Ａは、オフセット量０μｍのオフセット集光路に対し、光学的深さの１.２ｍｍ〜１.３ｍｍにわたり平均化した、バターの２００μｍ深さでの１００μｍポリスチレンビーズの描出（en face）ＯＣＴ画像を示す。図５Ｂは、図５Ａにおける紫破線で示される位置でのＢスキャンである。図５Ｃは、図５Ａにおける赤破線で示される位置でのＢスキャンである。図５Ｄは、オフセット量８０μｍのオフセット集光路に対し、光学的深さの１.２ｍｍ〜１.３ｍｍにわたり平均化した、バターの２００μｍ深さでの１００μｍポリスチレンビーズの描出（en face）ＯＣＴ画像を示す。図５Ｅは、図５Ｄにおける紫破線で示される位置でのＢスキャンである。図５Ｆは、図５Ｄにおける赤破線で示される位置でのＢスキャンである。 図６Ａは、オフセット量０μｍのオフセット集光路に対する成体オキアミの眼球からのＢスキャンを示す。図６Ｂは、オフセット量１５０μｍのオフセット集光路に対する、図６ＡのＢスキャンとして、同一成体オキアミの同一眼球における同一領域のＢスキャンを示す。 図７Ａは、オフセット量０μｍのオフセット集光路に対するゼブラフィッシュの領域で実施したＢスキャンを示す。図７Ｂは、オフセット量５０μｍのオフセット集光路に対する、図７ＡのＢスキャンとして、同一ゼブラフィッシュの同一領域で実施したＢスキャンを示す。 サンプルを画像化する他の代替的ＯＣＴシステムの概略図である。 サンプルに対して出入りする光の結合を使用した、図８Ａにおける代替的ＯＣＴシステムの光結合構成のより詳細な概略図である。 サンプルに対して出入りする光を結合するＯＣＴシステムの他の代替的光結合構成を示す。 サンプルに対して出入りする光を結合するＯＣＴシステムのさらに他の代替的光結合構成を示す。

先ず図１Ａにつき説明すると、これは、全体的に参照符号４を付したサンプルを画像化する、全体的に参照符号２を付したＯＣＴのシステムを示す。このシステム２は、高輝度ダイオードレーザーＳＬＤ（Ｓ８５０、Superlum、帯域幅１４ｎｍで中心波長８００の高輝度スペクトル）の形式とした光源と、第１及び第２の画像センサである、ＣＣＤ１（ＣＣＤカメラ、FL3-U3-32S2M-CS、Point Grey）、及びＣＣＤ２（GigE Visionラインスキャンカメラ、Aviiva EM1、Teledyne）の形式とした第１及び第２の検出器とを備える。

システム２は、光源ＳＬＤからの光をサンプル４に結合し、またサンプル４から集光した光を第１及び第２の画像センサＣＣＤ１及びＣＣＤ２に結合するよう構成する。より具体的には、システム２は、９０／１０の割合で透過／反射を行う非偏光ビームスプリッタＢ１と、５０／５０の割合で透過／反射を行う非偏光ビームコンバイナＢ４とを備え、これらビームスプリッタＢ１及びビームコンバイナＢ４はともに、サンプル４を含む全体的に参照符号６を付した測定アーム、及び全体的に参照符号８を付した別個の基準アームを有するマッハ-ツェンダー干渉計を画定する。システム２は、さらに、単一モードファイバＳＭＦ１と、光源ＳＬＤからの光をビームスプリッタＢ１に結合するための結合レンズＬ１とを備える。

測定アーム６のビームスプリッタＢ１とサンプル４との間において、システム２は、５０／５０の割合で透過／反射を行う他の非偏光ビームスプリッタＢ２と、２ＤガルバノミラーＧ１と、及び３６ｍｍの有効焦点距離を有する顕微鏡対物レンズＯ１の形式とした光学的結合構成とを備える。システム２は、サンプル４を並進移動させる３Ｄサンプル並進ステージＳ１を備える。システム２は、さらに、測定アーム６におけるビームスプリッタＢ１とビームコンバイナＢ４との間で可動結合レンズＬ２を備える。当業者であれば、可動結合レンズＬ２は、結合レンズＬ２を移動させるよう並進ステージ（図示せず）に取り付けたレンズマウントに備え付けることは理解するであろう。

基準アーム８におけるビームスプリッタＢ１とビームコンバイナＢ４との間で、システム２は、さらに、５０／５０の割合で透過／反射を行う他の非偏光ビームスプリッタＢ３と、減光フィルタＮＤ１と、拡散補償器ＤＣ１と、及び固定基準ミラーＭ１とを備える。このシステム２は、さらに、基準アーム８におけるビームスプリッタＢ３とビームコンバイナＢ４との間で結合レンズＬ３を備える。

システム２は、さらに、透過性回折格子ＧＲ１（７００〜９６０ｎｍ用にコーティングした１２００ライン／ｍｍ）の形式とした拡散素子と、ビームコンバイナＢ４からの光を回折格子ＧＲ１に結合させるための結合レンズＬ４と、回折格子ＧＲ１からの０次回折光を第１画像センサＣＣＤ１に結合するための結合レンズＬ５と、及び回折格子ＧＲ１からの１次回折光を第２画像センサＣＣＤ２に結合するための結合レンズＬ６と、を備える。

システム２は、さらに、第１及び第２の画像センサＣＣＤ１及びＣＣＤ２と通信するよう構成したコントローラ２６を備える。

使用にあたり、ビームスプリッタＢ１は、光源ＳＬＤからの光を測定アーム６に伝播する入射光１２、及び基準アーム８に伝播する基準光１４に分割する。入射光１２は、ビームスプリッタＢ２、２ＤガルバノミラーＧ１、及び対物レンズＯ１を介してサンプル４に結合される。サンプル４との相互作用後に、帰還光１６がサンプル４から帰還し、また対物レンズＯ１によって集光され、また２ＤガルバノミラーＧ１、ビームスプリッタＢ２及び可動結合レンズＬ２を経由してビームコンバイナＢ４に結合される。

基準光１４は、ビームスプリッタＢ３、減光フィルタＮＤ１、及び拡散補償器ＤＣ１を経由して基準ミラーＭ１に結合される。基準ミラーＭ１は、基準光１４を反射して、拡散補償器ＤＣ１、減光フィルタＮＤ１、及びビームスプリッタＢ３を逆戻りし、また結合レンズＬ３を経由してビームコンバイナＢ４に向かう。

以下に詳細に説明するように、ビームコンバイナＢ４は、帰還光１６を基準光１４と複合させ、この結果、第１画像センサＣＣＤ１における干渉、及び第２画像センサＣＣＤ２における干渉を生ずる。とくに、ビームコンバイナＢ４は、帰還光１６を基準光１４と複合させ、結合レンズＬ４によって回折格子ＧＲ１に結合される複合光２０を形成する。レンズＬ５は、回折格子ＧＲ１からの０次回折光２２を第１画像センサＣＣＤ１に結合させ、この結果、第１画像センサＣＣＤ１における干渉を生ずる。レンズＬ６は、回折格子ＧＲ１からの１次回折光２４を第２画像センサＣＣＤ２に結合させ、この結果、第２画像センサＣＣＤ２における干渉を生ずる。

第２画像センサＣＣＤ２は、１次回折光２４の空間的分布を検出し、これにより１次回折光２４の空間的分布に相当する電気信号を発生する。当業者であれば理解するように、第２の画像センサＣＣＤ２における帰還光１６と基準光１４との間の干渉結果として、１次回折光２４の空間的分布は、集光された帰還光１６の光学的スペクトルを表す。さらに、コントローラ２６は、逆フーリエ変換を使用して、１次回折光２４をサンプル４にわたる深さの関数としてサンプル４のＯＣＴ画像に変換する。

図１Ｂ及び１Ｃにつき説明すると、対物レンズＯ１は、光源ＳＬＤからの入射光１２を使用してサンプル４を照射し、これにより入射光１２は、測定アーム６の一部を形成する照射光路３０に沿ってサンプル４に入射する。さらに、以下により詳細に説明するように、システム２は、第１及び第２の画像センサＣＣＤ１、ＣＣＤ２で、光源ＳＬＤからの基準光１４が、帰還光１６の部分、すなわち、サンプル４の関心対象領域から空間的にオフセットしているオフセット集光路３２に沿ってサンプル４から集光される「オフセット帰還光」と本明細書で称される部分と干渉することができる。図１Ａ及び１Ｂにつき説明したシステム２の特別な実施例において、オフセット集光路３２は、照射光路３０と平行であるが、可動結合レンズＬ２の位置に従って決定される距離ｓだけ照射光路３０から空間的にオフセットされる。

図１Ｂは、サンプル４からの帰還光１６を集光すること、及びオフセット帰還光３３と本明細書で称される帰還光１６の一部分３３を基準光１４に複合して複合光２０を形成することを示し、この複合光形成は、可動結合レンズＬ２の光軸３４が複合光２０の光軸３６から距離ｓ′だけ側方にオフセットされるときに生ずる。側方オフセット量ｓ′の結果として、照射光路３０に沿って逆戻りするようサンプル４から出現する帰還光１６の一部３８は、可動結合レンズＬ２によって基準光１４と干渉することなく複合光２０の光軸３６に対して角度をなす方向に屈折するとともに、オフセット集光路３２に沿ってサンプル４から出現する帰還光１６の一部分３３は、複合光２０の光軸３６に沿うよう可動結合レンズＬ２によって屈折され、また基準光１４と干渉する。

さらに、可動結合レンズＬ２は、図１Ｃに示すように、側方オフセット量ｓ′を０まで減少するよう側方に移動可能とすることができ、この際、サンプル４から照射光路３０に沿って逆戻りするよう出現する帰還光１６の一部３８は、複合光２０の光軸３６に沿って伝播して基準光１４と干渉するとともに、オフセット帰還光３３は、複合光２０の光軸３６に対して角度をなすよう伝播し、基準光１４と干渉することがない。

上述の説明から、当業者であれば、可動結合レンズＬ２の光軸３４と複合光２０の光軸３６との間における側方オフセット量は、照射光路３０に平行であるが、距離ｓ′だけ空間的にオフセットしているオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するオフセット帰還光３３と干渉するよう選択することができることを理解するであろう。さらに、ｓ′とｓとの関係は、ＯＣＴ測定に先立って、ＣＣＤ１における０次回折光２２の位置がｓ′の関数として測定される較正手順を実施することによって決定することができる。このようにして、ＯＣＴ測定成果を比較するため、オフセット集光路３２と照射光路３０との間における空間的オフセットの有無でＯＣＴ画像を取得するのが極めて容易である。

図２は、サンプル４の顕微鏡的構造につき上述したオフセットＯＣＴ方法の原理を示す。図２に示すように、サンプル４は、複数の散乱体４３を有する散乱している又は混濁物質４２を含む。サンプル４は、さらに、関心対象領域４０を含み、この関心対象領域は、サンプル４内の構体又はサンプル４内に埋め込まれた物体であり得る。当業者であれば、図２は、サンプル４の表面４４に入射する単一光線１２ａ及びサンプル４の表面４４から出現する選択した光線１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、及び１６ｄは単に説明目的で示すものであり、また実際には、光１２は実線で示す角度で照射光路３０に沿ってサンプル４に入射し、また帰還光１６はサンプル４の表面４４から或る範囲の異なる位置にわたり、また或る範囲の異なる角度で出現する。当業者であれば、図２に示す対物レンズＯ１及びサンプル４の比率は単に説明目的で選択したものであり、またまた実際には、対物レンズＯ１及びサンプル４の比率は図２に示したものとは異なることがあり得ることも理解するであろう。

直観的には、照射光路３０に沿ってサンプルを照射し、またオフセット集光路３２に沿って集光されるオフセット帰還光が基準光１４と干渉することは、基準光１４と干渉されてＯＣＴ画像を生成する帰還光は、サンプル表面４４と関心対象領域４０との間に存在する混濁物質４２の部分から逆戻りの散乱をする帰還光の少なくとも幾分かを排除する。以下により詳細に説明するように、ＯＣＴ画像の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を改善することができる。

サンプル４に進入する入射光１２は、１つ又はそれ以上の散乱体４３及び／又は関心対象領域４０で多数の散乱イベントを受けることがあり得る。例えば、入射光線１２ａにおける幾分かの光子は、直接散乱物質４２を通過し、関心対象領域４０から散乱し、また直接散乱物質４２を通過して、帰還光線１６ａを形成する。このような光子はバリスティック（弾道学的）な又は単独散乱光子と称することができる。対物レンズＯ１は、帰還光線１６ａを集光し、
かつ照射光路３０に平行な方向にコリメートする。

しかし、入射光線１２ａの幾分かの光子は、数多くの散乱事象を受け、また関心対象領域４０に全く到達することなしにサンプル４の表面４４から出現して帰還光線１６ｂを形成することがあり得る。このような光子は多重散乱光子と称することができる。帰還光線１６ｂのサンプル４の表面４４に対する位置及び角度は、対物レンズＯ１が照射光路３０に平行な方向の帰還光線１６ｂを集光かつコリメートするような位置及び角度である。サンプル４内の帰還光線１６ａ及び１６ｂに関連する光路長が光源ＳＬＤのコヒーレンス長より短い分だけ異なり、また画像センサＣＣＤ２における関心対象領域４０のＯＣＴ画像で帰還光線１６ａ及び１６ｂを基準光１４と干渉するよう可動結合レンズＬ２が側方オフセットｓ′＝０である場合、帰還光線１６ｂは関心対象領域４０のＯＣＴ画像に斑点（スペックル）を付けるのに寄与することができ、これにより潜在的に関心対象領域４０のＯＣＴ画像を不明瞭化することにつながる関心対象領域４０におけるＯＣＴ画像の信号対ノイズ比を低減することができる。サンプル４内の帰還光線１６ａ及び１６ｂに関連する光路長が光源ＳＬＤのコヒーレンス長より長い分だけ異なり、また可動結合レンズＬ２が側方オフセットｓ′＝０である場合、このとき帰還光線１６ｂは関心対象領域４０の深さとは異なる深さでＯＣＴ画像に斑点（スペックル）を付けるのに寄与することができる。

入射光線１２ａの幾分かの光子は、関心対象領域４０から散乱する前及び／又は後に比較的限定された回数の散乱事象しか受けないことがあり得る。このような光子は準弾道学的光子と称することができる。例えば、帰還光線１６ｃ及び１６ｄの光子は、関心対象領域４０によって散乱した後ではあるがサンプル表面４４から出現する前には、更なる散乱事象を比較的限定された回数しか受けない。とくに、帰還光線１６ｃは、関心対象領域４０によって散乱した後ではあるがサンプル表面４４から出現する前には４回の散乱を受けるとともに、帰還光線１６ｄは、関心対象領域４０によって散乱した後ではあるがサンプル表面４４から出現する前には２回の散乱を受ける。帰還光線１６ｃ及び１６ｄのサンプル４の表面４４に対するそれぞれの位置及び角度は、帰還光線１６ｃ及び１６ｄがサンプル４内の仮想像点４５から出現するように見え、この仮想像点４５はオフセット集光路３２上に位置する、またこの仮想像点４５は関心対象領域４０から空間的にオフセットするような位置及び角度である。対物レンズＯ１はオフセット集光路３２に対して角度をなす方向に互いに平行に帰還光線１６ｃ及び１６ｄを集光かつコリメートする。帰還光線１６ｃ及び１６ｄは、光源ＳＬＤに関連するコヒーレンス長よりも短いサンプル４内における光路長差を有する。したがって、図１Ｂにつき上述したように帰還光線１６ｃ及び１６ｄが基準光１４と干渉するよう可動結合レンズＬ２の側方オフセット量ｓ′を選択する場合、帰還光線１６ｃ及び１６ｄは双方ともに、オフセット帰還光３３及びひいては画像センサＣＣＤ２における関心対象領域４０のＯＣＴ画像に寄与する。

理論に縛られたくはないが、帰還光線１６ｂのような帰還光線に関連する多重散乱光子の分布は、帰還光線１６ｃ及び１６ｄのような帰還光線に関連する準弾道学的光子よりも急速に照射光路３０に対する側方方向の距離とともに減衰すると考えられる。同様に、帰還光線１６ｃ及び１６ｄのような帰還光線に関連する準弾道学的光子の分布は、帰還光線１６ａのような帰還光線に関連する分布よりも急速に照射光路３０に対する側方方向の距離とともに減衰すると考えられる。したがって、オフセット集光路３２に沿って帰還する総光量は照射光路３０に沿って帰還する総光量よりも少ないが、オフセット集光路３２に沿って帰還する光は、より多い割合の準弾道学的光子及びより少ない割合の多重散乱光子を含む。したがって、オフセット集光路３２に沿って集光されるオフセット帰還光３３が基準光１４と干渉することは、結果としてより多い割合の準弾道学的光子が基準光１４と干渉し、またより少ない割合の多重散乱光子が基準光１４と干渉する結果を生じ、これにより画像センサＣＣＤ２で得られるサンプル４の関心対象領域４０のＯＣＴ画像のＳＮＲを改善する。

模型（ファントム）に対する実験結果及び分析
図３Ａ〜３Ｄは、ＯＣＴシステム２を用いて得られた７層ネスコフィルム模型（１つの単一層に対しては１２０μｍ）で形成した散乱模型の異なる空間的オフセット量ｓについて観測されるスペックル変化を表す実験結果を示す。その強い散乱特性に起因して、層状ネスコフィルムは混濁した媒質をモデル化するのに優れた模型である。サンプル並進ステージＳ１を用いて対物レンズＯ１に対して一方向にサンプル４を並進移動させることによって１ｍｍの深さ範囲にわたりＢスキャンを取得した。可動結合レンズＬ２を調整することによって、照射光路３０とオフセット集光路３２との間における異なるオフセット量：ｓ＝０；１００；１５０；２００μｍに関して１ｍｍの深さ範囲にわたりＢスキャンを取得した。層は、図３Ａに示すように平均Ａスキャンを取得するため、合目的的に入射光１２に直交する方向に整列させた。これらＡスキャンから、層-層界面に対して位置及びピーク強度を明確に識別することができる。ピーク強度は、層-層界面からの散乱光子に起因して減衰し、また層が深くなるにつれて小さくなる。層の背景強度、主に多重散乱光子によって生ずるスペックルも層が深くなるにつれて減衰する。しかし、オフセット量ｓが増加するとき、背景強度も減少する。図３Ｂ〜３Ｄは、異なるオフセット量ｓに対するＢスキャンを示す。図３Ｄに示す尺度バーは１００μｍを示す。図３Ｂ〜３ＤのＢスキャンにおいて、オフセット量ｓが増加するとき、背景強度は減少することを明確に分かることができる。しかし、このような小オフセット量では層-層界面からの信号を大幅には減少しない。

図４Ａ及び４Ｂは、ネスコフィルムの７層内において、深さにつれてスペックル場が減衰することの統計分析結果を示す。図４Ａに示す各層の正規化ヒストグラムは、同一層におけるスペックル場の平均強度に対する画像センサＣＣＤ２で測定したピクセル強度分布を正規化することによって生成した。図４Ａにおける尺度バーは２００μｍを示す。正規化ヒストグラムの幅は層が深くなるにつれて狭くなり、このことは領域における強度がよりなだらかになるにつれてスペックルが減少することを示す。その一方で、強度変化を示すために、各層におけるスペックル場に対して正規化標準偏差も計算する。図４Ｂに示すように、標準偏差は層７において５０％減少し、このことは最も深い層にスペックルの大幅な減少を示す。

図４Ｃ及び４Ｄは、異なるオフセット量で第１層に位置するスペックル場に適用した統計分析結果を示す。図４Ｃにおける尺度バーは２００μｍを示す。図４Ｄに示すように、標準偏差は、約２００μｍのオフセットに対してスペックルの５０％減少を示す。スペックル減少の最適オフセット量は、混濁媒質４２自体の散乱特性に依存し得る。

図５Ａ〜５Ｆは、強い散乱の結果としてスペックルによってぼやける微細形体を空間的オフセット量ｓがどのように露呈させるかを実証する。これはＯＣＴシステム２を用いてバターの厚い層内に埋め込んだポリスチレンビーズ（直径１００μｍ）を含む散乱模型からＯＣＴ画像を造影することによって実証した。ポリスチレンビーズの大部分は表面から２００μｍの深さに配置した。

図５Ａ〜５Ｃに示すように、スペックルが空間的オフセット量ｓ＝０に対して取得した普通のＯＣＴ画像に優勢的に占める。ポリスチレンビーズからの信号はスペックルによって、またビーズの大部分が図５Ａ又は図５Ｂ及び５に示すＢスキャン画像の描出（en face）画像では見えない結果として完全に不明瞭となっている。

図５Ｄ〜５Ｆに示すように、８０μｍの空間的オフセット量ｓはバター由来のスペックルに強い減少を生じ、またひいては、埋め込んだポリスチレンビーズの位置をはっきりと露呈する。図５Ｅ及び５Ｆに示すＢスキャンにおいて、白ドットは、８０μｍの空間的オフセット量ｓに対して得られた信号対ノイズ比の改善に起因してバター内にビーズが存在することをはっきりと示す。

オキアミ及びゼブラフィッシュに対する実験結果
ＯＣＴは生物サンプルからの形態学的情報を取得するのに大きな利点を有する。しかし、多くの生物サンプルにおける強い散乱に起因して、スペックルでぼやける構体を解明するのは困難である。しかし、照射光路３０とオフセット集光路３２との間に空間的オフセット量ｓを適用してスペックルからの関与を効率的に減少することによって、ＯＣＴシステム２はそれらの見えない構体を露呈させることができる。

図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ成体オキアミの眼球におけるゼロオフセット量（ｓ＝０）の場合のＢスキャン結果及び１５０μｍオフセット量（ｓ＝１５０μｍ）の場合のＢスキャン結果を示す。図６Ｂにおける尺度バーは垂直方向及び水平方向に２００μｍであることを示す。眼球の頂部表面は双方のＢスキャンで十分に画定されている。しかし、眼球の底面は図６Ａではそれほど十分には画定されておらず、これはすなわち、光が眼球を透過して底面まで到達するのは極めて困難だからである。強い散乱が底面からの信号を減少させる。しかし、図６Ｂに示すように、オフセット量ｓ＝１５０μｍを使用するとき底面からの信号は増進する。この向上を定量化するため、図６Ａ及び６Ｂ双方におけるＢスキャンにおける破線赤ボックスで示す領域（信号）及び破線緑ボックスで示す領域（背景ノイズ）に対してコントラスト対ノイズ比（ＣＮＲ）を計算し、この場合、ＣＮＲは次式、すなわち、
として定義され、ここでμ、δ、μ_ｂ、δ_ｂ、は、それぞれ信号領域及び背景領域におけるピクセル強度の平均及び標準偏差を表す。１５０μｍの空間的オフセット量である図６ＢのＢスキャンに対して、５.９３ｄＢのＣＮＲ値が得られた。それにひきかえ、１の空間的オフセット量のない図６Ａの通常Ｂスキャンに対して、３.３５ｄＢのＣＮＲ値が得られた。このことは、１５０μｍ空間的オフセット量の結果として得られた画像品質に１.７７倍の向上があり、これにより眼球の底面をより明瞭に露呈させることを実証している。

図７Ａ及び７Ｂは、異なる生物サンプルに対するＯＣＴシステムの測定性能を実証するものである。とくに、図７Ａ及び７Ｂは、それぞれホルマリンで定着処理した成体ゼブラフィッシュの同一領域に沿って空間的オフセット量がなく（ｓ＝０）実施したＢスキャン及び８０μｍの空間的オフセット量（ｓ＝８０μｍ）で実施したＢスキャンを示す。図７Ｂにおける尺度バーは垂直方向及び水平方向に２００μｍであることを示す。図７Ａ及び７Ｂにおける赤及び緑の破線矩形は、コントラスト対ノイズ比（ＣＮＲ）を計算するのに用いた関心対象領域を示す。計算されたＣＮＲは、図７Ａに対しては０.４５ｄＢであり、また図７Ｂに対しては１.２９ｄＢである。

肉の強い散乱特性に起因して、スペックルは、図７Ａに示すように表面と骨との間における領域に優勢的である。したがって、図７Ａにおけるノイズの多いＯＣＴ画像（０.４５ｄＢ）では脊椎骨の領域を見つけるのは極めて困難である。図７Ｂに示すＢスキャンにおいては、空間的オフセットを用いたことによりスペックルは抑制されている。この結果、脊椎骨の構造はより明瞭に露呈され、またコントラストは２より大きい倍数だけ増進する（１.２９ｄＢのＣＮＲ）。

空間的オフセットがない場合で測定した画像データを平滑化してスペックルを減少することが知られているが、スペックルでぼやけて失った情報を露呈させるのは困難である。しかし、照射光路とオフセット集光路との間に適用した空間的オフセットの結果として、ＯＣＴ画像を生成するのに準弾道学的光子が優先的に選択又は使用され、また多重散乱光子が優先的に排除され、これにより集光中に関心対象領域からの信号が保存される。したがって、ＯＣＴ画像に対する更なる加工処理を実施する必要性は全くなく、ＣＮＲを増進することができる。

図１ＡのＯＣＴシステムの変更例
当業者であれば、特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、図１ＡのＯＣＴシステム２に対する様々な変更が可能であることを理解するであろう。例えば、可動結合レンズＬ２は、電動並進ステージ（図示せず）に取り付けたレンズマウントに備え付けることができる。コントローラは、電動並進ステージを制御して照射光路とオフセット集光路との間の空間的オフセット量を変化させ、サンプル透過深さの関数としてサンプルのＯＣＴ画像に関連するＳＮＲを最適化するよう構成することができる。

代案的ＯＣＴシステム
図８Ａにつき説明すると、これは、全体的に参照符号１０４を付したサンプルを画像化する、全体的に参照符号１０２を付した代案的ＯＣＴのシステムを示す。この代案的ＯＣＴシステム１０２は、図１ＡのＯＣＴシステム２に類似の特徴を共有し、またこのように、図８Ａの代案的なＯＣＴシステム１０２における特徴は、図１ＡのＯＣＴシステム２における対応する特徴の参照符号と同一のものに「１００」を増分した参照符号を用いて示す。システム１０２は、高輝度ダイオードレーザーＳＬＤ（Ｓ８５０、Superlum、帯域幅１４ｎｍで中心波長８００の高輝度スペクトル）の形式とした光源から集光した光をサンプル１０４に結合し、またサンプル１０４からの光を第１画像センサＣＣＤ１（ＣＣＤカメラ、FL3-U3-32S2M-CS、Point Grey）及びＣＣＤ２（GigE Visionラインスキャンカメラ、Aviiva EM1、Teledyne）の形式とした、第１及び第２の検出器に結合するよう構成する。

システム１０２は、９０／１０の割合で透過／反射を行う光ファイバスプリッタＢ１と、５０／５０の割合で透過／反射を行う光ファイバコンバイナＢ４とを備え、これら光ファイバスプリッタＢ１及び光ファイバコンバイナＢ４はともに、サンプル１０４を含む全体的に参照符号１０６を付した測定アーム、及び全体的に参照符号１０８を付した個別の基準アームを有するマッハ-ツェンダー干渉計を画定する。システム１０２は、さらに、単一モードファイバＳＭＦ１と、光源ＳＬＤからの光を光ファイバスプリッタＢ１に結合するための結合レンズＬ１とを備える。

図８Ｂにより詳細に示すように、測定アーム１０６の光ファイバスプリッタＢ１とサンプル１０４との間において、システム１０２は、全体的に参照符号１５０を付しており、光ファイバスプリッタＢ１をサンプル１０４に光学的に結合する第１光学的結合構成と、全体的に参照符号１５１を付しており、サンプル１０４を光ファイバコンバイナＢ４に光学的に結合する第２光学的結合構成とを備える。

第１光学的結合構成１５０は、照射光路１３０に沿ってサンプル１０４の表面１４４への入射光１１２を合焦するよう一方の端部に形成した又は取り付けたマイクロレンズ１５２ａを有する入力光ファイバ１５２を備える。

同様に、第２光学的結合構成１５１は、オフセット集光路１３２に沿ってサンプル１０４の表面１４４から出現する帰還光１１６を集光するよう一方の端部に形成した又は取り付けたマイクロレンズ１５４ａを有する出力光ファイバ１５４を備える。

光ファイバ１５２、１５４は、互いに側方に相対移動可能とし、光ファイバ１５２、１５４の外径で許容される範囲まで離間量ｓを変化させるようにすることができる。例えば、代案的ＯＣＴシステム１０２は、離間量ｓを変化させるよう光ファイバ１５２、１５４の一方又は双方を相対的に並進移動させる１つ又はそれ以上の並進ステージ（図示せず）を備えることができる。

システム１０２はさらに、サンプル１０４を並進移動させる３Ｄサンプル並進ステージＳ１を備える。

基準アーム１０８における光ファイバスプリッタＢ１と光ファイバコンバイナＢ４との間で、システム１０２は、さらに、５０／５０の割合で透過／反射を行う他の光ファイバスプリッタＢ３と、結合レンズＬ７、減光フィルタＮＤ１と、拡散補償器ＤＣ１と、及び固定基準ミラーＭ１とを備える。減光フィルタＮＤ１、拡散補償器ＤＣ１及び固定基準ミラーＭ１は図８Ａではバルク（ばら）の光学的コンポーネントとして示したが、当業者であれば、減光フィルタＮＤ１、拡散補償器ＤＣ１及び固定基準ミラーＭ１は光ファイバコンポーネントを用いて実施することができ、これにより結合レンズＬ７の必要性を回避できる。

光ファイバスプリッタＢ１は、光ファイバ１５６によって光ファイバスプリッタＢ３に光学的に結合し、また光ファイバスプリッタＢ３は、光ファイバ１５８によって光ファイバコンバイナＢ４に光学的に結合する。

システム１０２は、さらに、透過性回折格子ＧＲ１（７００〜９６０ｎｍ用にコーティングした１２００ライン／ｍｍ）の形式とした拡散素子と、光ファイバコンバイナＢ４からの光を回折格子ＧＲ１に結合させるための結合レンズＬ４と、回折格子ＧＲ１からの０次回折光を第１画像センサＣＣＤ１に結合するための結合レンズＬ５と、及び回折格子ＧＲ１からの１次回折光を第２画像センサＣＣＤ２に結合するための結合レンズＬ６と、を備える。

システム１０２は、さらに、第１及び第２の画像センサＣＣＤ１及びＣＣＤ２と通信するよう構成したコントローラ１２６を備える。

使用にあたり、光ファイバスプリッタＢ１は、光源ＳＬＤからの光を測定アーム１０６に伝播する入射光１１２、及び基準アーム１０８に伝播する基準光１１４に分割する。入射光１１２は、入力光ファイバ１５２及びマイクロレンズ１５２ａを介して照射光路１３０に沿ってサンプル１０４内に合焦させる。サンプル１０４との相互作用後に、帰還光１１６がサンプル１０４から出現する。本明細書でオフセット帰還光と称される帰還光１１６の一部分は、オフセット集光路１３２に沿ってサンプル１０４から出現し、またマイクロレンズ１５４ａ及び出力光ファイバ１５４に沿って集光され、また光ファイバコンバイナＢ４に結合される。

基準光１１４は、光ファイバスプリッタＢ１、光ファイバ１５６、光ファイバスプリッタＢ３、減光フィルタＮＤ１、及び拡散補償器ＤＣ１を経由して基準ミラーＭ１に結合される。基準ミラーＭ１は、基準光１１４を反射して、拡散補償器ＤＣ１、減光フィルタＮＤ１、及びビームスプリッタＢ３を逆戻りし、また光ファイバ１５８により光ファイバコンバイナＢ４に結合される。他のすべての点において、図８Ａの代案的ＯＣＴシステム１０２の動作は、上述した図１ＡのＯＣＴシステム２の動作と同一である。

図８Ａの代案的ＯＣＴシステム１０２の変更例において、マイクロレンズ１５２ａ、１５４ａをＧＲＩＮレンズで代替することができる。

当業者であれば、特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、図８Ａ及び８Ｂにつき説明したＯＣＴシステムを変更できることを理解するであろう。例えば、図８Ｃは、変更ＯＣＴシステムに使用するための、全体的に参照符号２５０を付した代案的な光学的結合構成を示す。この光学的結合構成２５０は、中心光ファイバ２５２と、この中心光ファイバ２５２の周りに周方向に配列した複数個の包囲光ファイバ２５４とを備える。光学的結合構成２５０は、さらに、中心光ファイバ２５２の端部に配置して、中心光ファイバ２５２からの光を関心対象領域２４０に合焦させるためのＧＲＩＮレンズ２５２ａと、及び包囲光ファイバ２５４の端部に配置して、関心対象領域２４０の周りに周方向に位置するサンプルの複数領域から出現するオフセット帰還光を集光するためのＧＲＩＮレンズ２５４ａと、を備える。当業者であれば、包囲光ファイバ２５４のそれぞれにおいて集光した帰還光が、どのように基準光と干渉してＯＣＴ画像を形成するかは理解するであろう。

図８Ｃに示す光学的結合構成の変更例において、照明方向を逆転させ、包囲光ファイバ２５４からの光を複数の関心対象領域に合焦し、またサンプルの中央領域２４０から出現するオフセット帰還光を、中心光ファイバ２５２によって集光し、基準光と干渉して関心対象領域のＯＣＴ画像を形成できるようにする。

図８Ｃに示す光学的結合構成の他の変更例において、ＧＲＩＮレンズ２５２ａ、２５４ａはともに省くことができる。

当業者であれば、上述のＯＣＴシステムにおけるオフセット集光路３２、１３２は照射光路３０、１３０に対して平行かつ空間的にオフセットしているが、オフセット集光路３２、１３２は照射光路３０、１３０に対して平行である必要はないことは理解するであろう。例えば、光源からの光を、照射光路に沿って伝播しかつサンプルの関心対象領域に集束する入射光を形成するよう合焦させ、またサンプルの関心対象領域から空間的にオフセットしているものの照射光路に対して平行でないオフセット集光路に沿ってオフセット帰還光がサンプルから出現できるようにする。

図８Ｄは、変更ＯＣＴシステムに使用するための、全体的に参照符号３５０を付した他の代案的な光学的結合構成を示す。この光学的結合構成３５０は、サンプルの関心対象領域３４０を照明し、かつサンプルから出現するオフセット帰還光を集光するための、多重モード光ファイバ３５２を備える。当業者であれば、多重モード光ファイバ３５２を、位相の観点から、及び随意的に振幅及び／又は偏光の観点から特徴付けることができ、この特徴付けは、多重モード光ファイバ３５２の入力側における複数の入力光学視野に対する、多重モード光ファイバ３５２の出力側における複数の出力光学視野の１つ又はそれ以上の偏光成分の振幅及び位相分布を測定することによって行い、この場合、各入力光学視野は、他の入力光学視野に対して直交する。各入力光学視野は、例えば、他の入力光学視野に対して、位相、振幅及び偏光のうち少なくとも１つの点で直交することができる。例えば、当業者であれば、ＯＣＴシステムは、空間的光変調器又はデジタルマイクロミラーアレイのような回折光学素子を備えることができ、また随意的に、多重モード光ファイバ３５２の特徴付けのため、多重モード光ファイバ３５２の入力側における１つ又はそれ以上の偏光制御素子（図示せず）、並びに多重モード光ファイバ３５２の出力側における１つ又はそれ以上の偏光制御素子（図示せず）及び画像センサ（図示せず）を備えることができる。多重モード光ファイバ３５２が特徴付けされた後、多重モード光ファイバ３５２の出力側における１つ又はそれ以上の偏光制御素子（図示せず）及び画像センサ（図示せず）は取り外すことができ、またサンプルを多重モード光ファイバ３５２の出力側に配置することができる。

当業者であれば、位相の観点で、また随意的に振幅及び偏光の観点で多重モード光ファイバ３５２を特徴付けして特徴付け結果を生じた後、この特徴付け結果を使用して、多重モード光ファイバ３５２の出力側における所望出力光学視野を生成することができ、この生成は、入力光学視野の位相、並びに随意的に振幅及び偏光を制御することによって行えることを理解するであろう。例えば、当業者であれば、上述したように、位相の観点で、また随意的に振幅及び偏光の観点でも多重モード光ファイバ３５２を特徴付けした後に、多重モード光ファイバ３５２を使用して、多重モード光ファイバ３５２入力側からの光を多重モード光ファイバ３５２に透過させ、また透過した光をサンプルの関心対象領域３４０に合焦させるとともに、さらに、図８Ｄに示すように関心対象領域３４０の周りに位置するサンプルの環状領域から出現する帰還光を集光し、またこの帰還光を多重モード光ファイバ３５２に逆戻りさせて多重モード光ファイバ３５２の入力側に透過させることは理解するであろう。さらに、当業者であれば、多重モード光ファイバ３５２によって集光した帰還光をどのように基準光と複合させてＯＣＴ画像を形成するかを理解するであろう。

図８Ｄに示す光学的結合構成の変更例において、照明方向を逆転させ、サンプルの環状関心対象領域を照射するよう光は多重モード光ファイバ３５２から出射し、サンプルの中央領域３４０から出現するオフセット帰還光を多重モード光ファイバ３５２によって集光し、また基準光と干渉して環状関心対象領域のＯＣＴ画像を形成できるようにする。

当業者であれば、特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、図１Ａ及び８Ａにつき説明したＯＣＴシステムをさらに変更できることを理解するであろう。例えば、光源は、高輝度ダイオードレーザー以外の広帯域光源からなるものとすることができる。例えば、光源は、高輝度ＬＥＤのようなＬＥＤからなるものとすることができる。

代案として、光源は、狭帯域光源、又はレーザー若しくはＯＰＯのようなコヒーレント光源からなるものとすることができる。

第１及び第２の検出器は、第１及び第２のフォトダイオード等のような第１及び第２の単一ピクセル検出器からなるものとすることができる。

光源は調整可能とすることができ、またコントローラは、以下のことをする、すなわち、
光源の波長を変化させる、
第１及び第２の検出器のうち一方を用い、干渉の光学的スペクトルを生ずる光源の波長の関数として干渉を検出する、及び
逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数としてサンプルのＯＣＴ画像に変換する
よう構成することができる。

ＯＣＴシステムは、基準光路の光学的長さを変化するよう構成した可変光学素子を備えることができる。例えば、ミラーＭ１は可動とすることができる。光源の波長は固定とし、またコントローラは、以下のこと、すなわち、
サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、基準光路の光学的長さを変化させるよう可変光学素子を制御する、及び
第１及び第２の検出器のうち一方を用い、基準光路の光学的長さの関数として干渉を検出し、サンプルにおける深さの関数としてサンプルのＯＣＴ画像を生ずる
よう構成することができる。

２ ＯＣＴのシステム
４ サンプル
６ 測定アーム
８ 基準アーム
１２ 入射光
１２ａ 入射光線
１４ 基準光
１６ 帰還光
１６ａ 帰還光線
１６ｂ 帰還光線
１６ｃ 帰還光線
１６ｄ 帰還光線
２０ 複合光
２２ ０次回折光
２４ １次回折光
２６ コントローラ
３０ 照射光路
３２ オフセット集光路
３３ オフセット帰還光（帰還光１６の一部分）
３４ （可動結合レンズＬ２の）光軸
３６ （複合光２０の）光軸
３８ 帰還光１６の一部
４０ 関心対象領域
４２ 混濁物質
４３ 散乱体
４４ サンプル表面
４５ 仮想像点
１０２ ＯＣＴシステム
１０４ サンプル
１０６ 測定アーム
１０８ 基準アーム
１１２ 入射光
１１４ 基準光
１１６ 帰還光
１２６ コントローラ
１３０ 照射光路
１３２ オフセット集光路
１４４ サンプル１０４の表面
１５２ 入力光ファイバ
１５２ａ マイクロレンズ
１５４ 出力光ファイバ
１５４ａ マイクロレンズ
１５６ 光ファイバ
１５８ 光ファイバ
２４０ サンプルの中央領域
２５０ 光学的結合構成
２５２ 中心光ファイバ
２５２ａ ＧＲＩＮレンズ
２５４ａ ＧＲＩＮレンズ
２５４ 包囲光ファイバ
３４０ サンプルの関心対象領域
３５０ 光学的結合構成
３５２ 多重モード光ファイバ
ＳＬＤ 光源（高輝度ダイオードレーザー）
ＣＣＤ１ （第１）画像センサ
ＣＣＤ２ （第２）画像センサ
Ｂ１ ビームスプリッタ（図１Ａ）／光ファイバスプリッタ（図８Ａ）
Ｂ２ ビームスプリッタ（図１Ａ）
Ｂ３ ビームスプリッタ（図１Ａ）／光ファイバスプリッタ（図８Ａ）
Ｂ４ ビームコンバイナ（図１Ａ）／光ファイバコンバイナ（図８Ａ）
ＳＭＦ１ 単一モードファイバ
Ｌ１ 結合レンズ
Ｌ２ 可動結合レンズ
Ｌ３ 結合レンズ
Ｌ４ 結合レンズ
Ｌ５ 結合レンズ
Ｌ６ 結合レンズ
Ｌ７ 結合レンズ
Ｇ１ ２Ｄガルバノミラー
Ｏ１ 光学的結合構成（顕微鏡対物レンズ）
Ｓ１ ３Ｄサンプル並進ステージ
ＮＤ１ 減光フィルタ
ＤＣ１ 拡散補償器
Ｍ１ 固定基準ミラー
ＧＲ１ 透過性回折格子

Claims (26)

1. サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法のシステムであって、以下のことをする、すなわち、
   光源からの入射光でサンプルの関心対象領域を照射する、及び
   光検出器において、光源からの基準光が、を前記サンプルの関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより光検出器で干渉を生起する
   よう構成されている、システム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記入射光がサンプルに入射するとき、該入射光は集束するよう構成されている、システム。
3. 請求項１又は２記載のシステムにおいて、前記オフセット帰還光がオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するとき、前記オフセット帰還光は、関心対象領域から空間的にオフセットしているサンプルの仮想像点を前記オフセット集光路上に画定して拡散するよう構成されている、システム。
4. 請求項１〜３のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記入射光は照射光路に沿って伝播し、また前記オフセット集光路は前記照射光路に対して平行であるが、空間的にオフセットしているよう構成されている、システム。
5. 請求項１〜４のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源及び／又は前記光検出器を備える、システム。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源に光学的に結合された入力部を有する光スプリッタと、前記光検出器に光学的に結合された出力部を有する光コンバイナとを備え、前記光スプリッタ及び前記光コンバイナはその両者間に測定アーム及び別個基準アームを画定し、前記サンプルは前記測定アームに配置され、前記基準アームは前記基準光の基準光路を画定し、また前記光コンバイナは、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させて、前記光コンバイナの出力部に複合光を形成するよう構成されている、システム。
7. 請求項６記載のシステムにおいて、前記光スプリッタ及び前記光コンバイナはマッハ-ツェンダー干渉計を画定する、システム。
8. 請求項６又は７記載のシステムにおいて、前記測定アームに光学的結合構成を備え、該光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射し、また前記サンプルから出現するオフセット帰還光を集光するよう構成されている、システム。
9. 請求項８記載のシステムにおいて、前記光学的結合構成は、対物レンズのようなレンズを有する、システム。
10. 請求項８又は９記載のシステムにおいて、前記測定アームで前記光学的結合構成と前記光コンバイナとの間にオフセットレンズを備え、該オフセットレンズは、前記オフセット帰還光を前記光コンバイナに光学的に結合し、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させて複合光を形成するよう構成されている、システム。
11. 請求項１０記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズはオフセットレンズ光軸を画定し、前記複合光は複合光光軸に沿って伝播し、また、前記オフセットレンズ光軸は、前記複合光光軸に対して平行であるが、空間的にオフセットしている、システム。
12. 請求項１１記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量を変化するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量を変化させることができる、システム。
13. 請求項１１又は１２記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少させることができる、システム。
14. 請求項８記載のシステムにおいて、前記光学的結合構成は、多重モード光ファイバのような多重モード光導波路を有する、システム。
15. 請求項６又は７記載のシステムにおいて、前記測定アームに入力光学的結合構成を備え、また前記測定アームに出力光学的結合構成を備え、前記入力光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射するよう構成されており、また前記出力光学的結合構成は、前記オフセット帰還光を集光するよう前記入力光学的結合構成から空間的のオフセットされている、システム。
16. 請求項１５記載のシステムにおいて、前記入力光学的結合構成は、入力光ファイバのような入力光導波路を有する、システム。
17. 請求項１５又は１６記載のシステムにおいて、前記入力光学的結合構成は、入力レンズを有する、システム。
18. 請求項１５〜１７のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記出力光学的結合構成は、出力光ファイバのような出力光導波路を有する、システム。
19. 請求項１５〜１８のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記出力光学的結合構成は、出力レンズを有する、システム。
20. 請求項１〜１９のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源は、多重モードレーザーダイオード又は発光ダイオードのような広帯域光源を有し、また光検出器は画像センサを有する、システム。
21. 請求項２０記載のシステムは、
    拡散素子と、及び
    前記画像センサと通信するよう構成されたコントローラと
    を備え、
    前記拡散素子は、前記干渉の波長に従って画像センサにわたる前記干渉を空間的に拡散させるよう構成されており、前記画像センサは、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を検出するよう構成されており、また前記コントローラは、逆フーリエ変換を用いて、前記検出された空間的に拡散した干渉の空間的分布を、サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するよう構成されている、システム。
22. 請求項２１記載のシステムにおいて、前記システムは第１画像センサ及び第２画像センサを備え、前記拡散素子は回折格子を有し、またシステムは、ゼロ次回折光を前記第１画像センサに結合し、また高次の回折光、例えば一次回折光を前記第２画像センサに結合するよう構成されている、システム。
23. 請求項１〜１９のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源は、狭帯域光源、又はレーザー又は光学パラメータ式発振器のようなコヒーレント光源からなるものとする、システム。
24. 請求項２３記載のシステムにおいて、前記光源は調整可能とすることができ、また前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
    前記光源の波長を変化させる、
    前記光源の波長の関数として前記干渉を検出する光検出器を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを生ずる、及び
    逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換する
    よう構成されている、システム。
25. 請求項２３記載のシステムにおいて、
    前記基準光の基準光路の光学的長さを変化するよう構成されている可変光学素子と、
    前記光検出器及び前記可変光学素子と通信するよう構成されているコントローラと、
    を備え、前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
    前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるよう前記可変光学素子を制御する、及び
    前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出するのに前記光検出器を用い、前記サンプルにおける深さの関数として、前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずる
    よう構成されている、システム。
26. サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法の方法であって、
    前記サンプルの関心対象領域を光源からの入射光で照射するステップと、及び
    光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの前記関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより前記光検出器で干渉を生起するステップと、
    を備える、光コヒーレンス断層撮影法。