JP2020534549A - 干渉撮像装置およびその用途 - Google Patents

Abstract

本開示において、装置およびシステムが提供され、該装置およびシステムは、光源を光のラインに変換し且つ光信号を処理する光学的干渉モジュールに対して光源を提供するように構成された照明モジュール；光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取るように構成された二次元カメラ、および、干渉信号を処理して画像にするデータ処理モジュール、を含む。【選択図】図６Ａ

Description

世界保健機関の統計によれば、皮膚癌は、生活様式、高齢化社会および地球規模のオゾン層の破壊に密接に関連して、世界的に過去十年間において年ごとに増加している。

皮膚癌は皮膚から発生する癌である。それらは、他の身体部位に侵入もしくは転移する能力を有する異常細胞の発達が原因で生じる。

光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、非侵襲性の高解像度断面撮像を実行するための技術であり、組織構造（例えば皮膚組織）の画像をミクロンスケールで提供することができる。

本発明は、発明装置／システム（すなわち干渉撮像装置／システム）を提供し、特に干渉信号を受け、および、優れた画質および画像解像度を達成するために二次元カメラを有する、ラインスキャン干渉撮像装置に関する。装置は、干渉対物レンズモジュールにライン状の反射鏡を含み、それによって光を利用する効率を増加させる。

ある態様において、本発明は装置／システムを提供し、該装置／システムは、光学的干渉モジュールに対して光源を提供するように構成された照明モジュールであって、前記光学的干渉モジュールが光源を光のラインに変換し且つ光信号を処理する、照明モジュール；光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取るように構成された二次元カメラ、および干渉信号を処理して画像にするデータ処理モジュール、を含む。

別の態様において、本発明は装置／システムを提供し、該装置／システムは、光学的干渉モジュールに対して光源（光のライン、または光の領域など）を提供するように構成された照明モジュール；対物レンズと干渉手段を含み、光学的干渉モジュールからの光に対処し、およびサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取る二次元カメラ；および、光信号を分析し且つサンプル撮像を提供するためのデータ処理モジュール；を含み、そこにおいて装置／システムは、対物レンズが焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において入射光を受け入れるように構成される。

さらに別の態様において、本発明はサンプルを撮像するための方法を提供し、該方法は、本明細書に記載された装置またはシステムによって、サンプルから発生する試験光を詳細に撮像するステップ、および、サンプルのダイナミックな状態を提供するために吸収、分散、および／またはサンプルの下部構造からの散乱の対比画像を撮像するステップを含む。

さらに別の態様において、本発明はサンプルを撮像するための方法を提供し、該方法は、光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する本発明の干渉対物レンズモジュールにおける対物レンズに、焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において照明モジュールからの入射光を受け入れさせるステップ、および、前記干渉モジュールによって発生した干渉信号をデータ処理モジュールによって処理して画像にするステップを含む。

参照による組み込み
本明細書に記載される刊行物、特許、および特許出願は全て、それぞれの個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により組み込まれるように具体的且つ個々に示されるのと同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明の特徴と利点についてのよりよい理解は、発明の原則を利用した実例の実施形態を明示した後述の詳細な説明、および添付図面への参照によって得られる：
照明モジュールＡ、光学的干渉モジュールＢ、サンプルの領域に隣接する干渉対物レンズモジュールＣ、二次元カメラＤおよびイメージ処理モジュールＥを含む、本発明の装置／システムを例示するブロック図である（図１Ａ）。別の二次元カメラＦを含む撮像誘導モジュールを随意に含む、本発明の装置／システムを例示するブロック図である（図１Ｂ）。 照明モジュールＡ、光学的干渉モジュールＢ、サンプルの領域に隣接する干渉対物レンズモジュールＣ、二次元カメラＤおよびイメージ処理モジュールＥを含む、本発明の装置／システムを例示するブロック図である（図１Ａ）。別の二次元カメラＦを含む撮像誘導モジュールを随意に含む、本発明の装置／システムを例示するブロック図である（図１Ｂ）。 第２の二次元（２−Ｄ）カメラを組込まない、典型的な発明の装置／システムを例示する。 ２−Ｄカメラがある（２Ｂ）、典型的な発明の装置／システムを例示する。 本発明の装置／システムの実施形態によって生成された典型的な画像を示す。１−Ｄカメラによって生成された画像を３Ａにおいて示す。２−Ｄカメラによって生成された画像を３Ｃにおいて示す。３Ｂは、画像における斑点の少ない数を提供するために重なっている、幾つかの画像を示す。 ブラックスポットの無い、典型的な干渉対物レンズモジュールの設計を例示する。 ブラックスポットのある、典型的な干渉対物レンズモジュールの設計を例示する。 ライン状の反射鏡がある第１のガラスの実施形態を例示する。 マイケルソン型対物レンズが撮像誘導モジュールなしで使用される場合の、本発明の装置／システムのさらに別の実施形態を例示する。 マイケルソン型対物レンズが撮像誘導モジュールと共に使用される場合の、本発明の装置／システムのさらに別の実施形態を例示する。 本発明の装置／システムが照明モードを変更するスイッチを有している典型的な設計のさらに別の実施形態を提供する。 干渉対物レンズモジュールを含む典型的な発明装置／システムを例示し、入射光の焦点４４を焦点面４１と主面４２の間で位置させるように対物レンズ３１が構成される。 迷光を２−ＤカメラＤの撮像範囲のエッジおよび外に集束させるために典型的な装置／システムがどのように構成されるかをさらに例示する。 １０Ａ−１０Ｃは、異なる形状を伴う反射参照ミラーの例を例示する。

近年、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、皮膚組織または角膜の三次元（３−Ｄ）画像再構成で広く利用されている。平均総厚み（ａ−ＴＴ）、平均層数（ａ−ＮＯＬｓ）、および平均細胞層厚み（ａ−ＣＬＴ）などの角質層（ＳＣ）についての層パラメーター（ＬＰｓ）を非侵襲的に調査することが、表皮の皮膚保湿性の評価にとって重要となることが知られている。しかしながら、皮膚組織の撮像にＯＣＴ技術を適用するために、組織における１．２μｍよりもよい距離分解能はＳＣのＬＰを評価することの敷居である。その上、単一の３−Ｄの表皮細胞の形態もまた、前癌診断の正常および異常細胞の早期発見にとって重要である。これらはすべて、組織におけるサブミクロンの空間分解能を必要とする。

本明細書において提供されるのは、サンプル上に照らされるライン光を利用する、皮膚組織または角膜の撮像にＯＣＴ技術（例えばＦＦ−ＯＣＴ）を適用する装置およびシステムであり、それは、二次元カメラによって期待以上に明瞭で斑点の少ない画質をもつ横断面の走査像を生成する。特に、本発明は、光の利用の効率を達成し、および、画像走査速度を改良するために、干渉対物レンズモジュールにおいて二次元カメラによって検知されるライン状の光に平行なライン状の反射鏡を有する装置とシステムを提供する。

いくつかの実施形態において、装置／システムが提供され、該装置／システムは、光学的干渉モジュールに対して光源（光のラインまたは光の領域など）を提供するように構成された照明モジュール；光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取る二次元カメラ；および、光信号を分析し、サンプル撮像を提供するためのデータ処理モジュール、を含む。

図１Ａで示される本発明の装置／システムの実施形態が提供され、該装置／システムは、光学的干渉モジュールＢに光源（例えば光のライン、または光の領域）を提供するように構成された照明モジュールＡ；光を処理し、およびそこからモジュールＢに投射し、光のラインをサンプル３に向ける干渉対物レンズモジュールＣ；サンプル３から後方散乱される干渉信号を受け取るよう構成された二次元カメラＤ；および、干渉信号を処理して画像にするデータ処理モジュールＥを含む。

いくつかの実施形態において、照明モジュール（光源１１など）は、自然放出光源、自然放出増幅光源、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、広帯域のスーパーコンティニューム光源、モード同期レーザー、波長可変レーザー、フーリエドメイン・モード同期光源、光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、ハロゲンランプ、またはＣｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーなどのドープ結晶ファイバーを含む。特定の実施形態において、光源モジュールはＣｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、またはＣｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーを含む。特定の実施形態において、照明モジュールはＴｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバーを含む。例えば、光源モジュールは０．５〜５００ｍＷ、または４〜１００ｍＷ、または１０〜５０ｍＷ、または２０〜４０ｍＷ、または他の適切な出力範囲の能力を有するＴｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー光源である。

いくつかの実施形態において、光学的干渉モジュールは、照明モジュールにおける光源によって投射されたラインパターン光を生成するよう構成される。特定の実施形態において、光学的干渉モジュールは、円柱レンズのようなアナモフィックレンズ、または円状−ライン状変換ファイバー・バンドル、回折光学素子、特別設計の光学ディフューザーなどを含む。当業者は、３：１００、または、５：２０、または他の適切な比率といった様々なアスペクト比を伴うライン状の光を生成するために、容易に他の適切な手段を適用するであろう。当技術分野において知られている薄い光を出力するための他の適切な光学構成要素は、限定なく使用することができる。

いくつかの実施形態において、干渉対物レンズモジュールは、干渉信号を発生させるために、光学的干渉モジュールによってサンプルに投射された光のラインなどの光源を処理し、およびそこから後方散乱される信号を受け取るように構成された対物レンズと干渉手段を含む。いくつかの実施形態において、干渉対物レンズモジュールは、ミロー型干渉対物レンズモジュール、マイケルソン型干渉モジュール、マッハツェンダ干渉対物レンズモジュール、または当業者によって容易に認識されるあらゆる適切な干渉タイプ対物レンズモジュールである。

いくつかの実施形態において、対物レンズはサンプルの屈折率に近似する屈折率を備えた浸漬溶液を有する液浸対物レンズを含むミロー型干渉対物レンズモジュールである。例えば、サンプルが皮膚ならば、屈折率は約１．２〜約１．８、好ましくは約１．３〜約１．５の範囲内にある。いくつかの実施形態において、媒体は水、シリコーン油、エタノール、グリセロール、パイレックス（登録商標）、超音波ゲル、またはそれらの組み合わせを含む。特定の実施形態において、媒体は水、シリコーン油またはグリセロールを含む。特定の実施形態において、媒体は水を含む。

いくつかの実施形態において、図１Ｂにおいて示されるように、本発明の装置／システムは撮像を誘導するために使用されるカメラレンズおよび第２の２−Ｄカメラを含む撮像誘導モジュールＦをさらに含む。撮像誘導モジュールは、サンプルの広範囲画像（例えばサンプル表面の詳細な広範囲）を提供する。撮像誘導モジュールおよび干渉対物レンズモジュールは同じ光学チャネルまたは経路を共有し、従って、図２Ｂにおいて示されるように重なった視界を提供する。

図２Ａは典型的な発明システム／装置を提供する。光は典型的な光源１１含む照明モジュールによって発生し、および、光ファイバー１６を介してコリメーションレンズ１２に送られる。光は、例えば、円柱レンズ１３によってライン状光に変形され、次に円偏光でライン状の光を変換するために偏光ビームスプリッタ１４および１／４波長板１５を通り抜ける。その後、光は干渉対物レンズモジュールＣに入る。いくつかの実施形態において、干渉対物レンズモジュールＣは対物レンズ２１および干渉手段２２を含む。光（ライン状の光など）が干渉対物レンズモジュールＣを通ってサンプル３に投射される時、サンプル３によって後方散乱された光は干渉対物レンズモジュールＣをビームスプリッタ１４の方へ通過し、および、投射レンズ４を介して二次元カメラＤに光信号を供給する。その後、信号は、サンプルの撮像を提供するためにデータ処理モジュール（図示せず）によってさらに処理される。一次元の「線」以外の領域を記録する必要性がないため、ラインスキャン光が一次元カメラによって処理されることは当技術分野で知られている。特別な設計、高い画像信号雑音比を備えた２−ＤカメラＤの使用は、１−Ｄカメラの使用と比較して、高分解能断面像を生成することが、意外にも発見された。それは干渉対物レンズモジュールＣをＺ方向に走査するために、ｚ−軸の圧電変換素子（ＰＺＴ）６を利用するよう設計されている。干渉信号を含むライン状の光は、投射レンズ４を介して、ピクセルの一部が狭い長方形の領域にある二次元カメラＤ上に投射される。ＰＺＴによって走査された干渉信号を記録した後に、狭い長方形の領域における各々の列は、データ処理モジュールＥによって処理され、横断面の画像を生成する。従って、走査はいくつかの横断面画像を生成することができる。いくつかの横断面の画像を重ねた後、高画像信号雑音比、高分解能の断面画像は生成される。

ある実施形態において、干渉手段は、第１のガラスプレート、第２のガラスプレートおよび第３のガラスプレートを含む、水平に配置されたガラスを含む。第１のガラスプレートは、光のラインに平行な形状を有するように構成された反射鏡を含む。第２のガラスプレートは第３のガラスプレートに部分的に光を通すように構成される。例えば、反射鏡は、第１のガラスプレート上に細い線の形で形成することができ、アスペクト比がおよそ１：５０００、特に４：１０００、特に８：２５０、特に１０：１００であり，当業者は、必要に応じてその比を調節することができる。反射鏡のアスペクト比の範囲により視野（ＦＯＶ）の範囲を確定することができる。いくつかの実施形態では、ガラス−サンプルインタフェースによって反射される迷光を避けるため、第２のガラスプレートにおよそ５％〜３０％、好ましくは５％〜２０％の屈折の比率を持たせ、ビームスプリッタとして使用することができる。さらに、それらの３枚のガラスプレートは、ガラス−サンプルインタフェースによって生じる迷光を避けるため、サンプルの屈折率に対応する屈折率を持っており、例えば、約１．２〜約１．８、好ましくは約１．３〜約１．５の範囲内である。

当技術分野で知られる横断面の画像を得るためにサンプルを走査するための光学モジュールに関するライン状の光に典型的に組み合わされる１−Ｄカメラの代わりに２−ＤカメラＤを利用することにより、画像の高い鮮明度および画質を伴う期待以上の優れた結果が達成され、そのような設計が効果的に画像信号雑音比を向上させ、および画像斑点の数を減らすことがわかった。図３におけるサンプル映像によって証拠づけられるように、明白な斑点は１−Ｄカメラによって得られた３Ａの画像において見られる。画像は質が低く不明瞭である。他方、３Ａの画像と比較して、２−Ｄカメラによって生成された３Ｃの画像は、斑点の数がはるかに少ない明瞭な画像信号を持つように見える。光のラインに組み合わされるそのような設計における２−Ｄカメラの使用が、１−Ｄカメラ（それは当技術分野で公知の典型的アプローチである）からのものと比較してよりよい画質を持つ理由は、１−Ｄカメラは１ピクセル幅のサンプル画像だけを受け取ることができるのに対して、２−Ｄカメラは１ピクセルを超える画像データを受け取ることができるからである。本発明の方式に従って、３Ｂにおいて例示されるように、いくつかの画像を重ねることにより、斑点の数が少ない明瞭な画像が得られた。しかしながら、積み重ねる厚みが厚すぎる場合、画像のある特徴において画像が不明瞭になることもまた認められた。従って、そのような設計における２−Ｄカメラの使用は、画像の積重ねのある範囲内でのみ有効であることがわかった。いくつかの実施形態における最適の重ね合せの厚みは、２〜２５６ピクセル、４〜１２８ピクセルまたは４〜６４ピクセルである。いくつかの実施形態では、最適の重ね合せの厚みは４〜６４ピクセルである。例えば、３Ｃを生成するために８ピクセルが使用されている。驚くべきことに、２−Ｄカメラは測定領域に対して柔軟に調節することができ、光学設計の異なるアスペクト比の容易な使用を可能にするという事実により、こうした２−Ｄカメラ設計が、モジュールをよりシンプルにして、必要とされるレンズの数を減らすこともまた認められた。減らされたレンズの数は、本発明の装置／システムを生産するための製造時間および努力を著しく小さくする。

いくつかの実施形態では、装置／システムは、撮像誘導のために、投射レンズ１０４および第２の２−Ｄカメラ１０５を含む撮像誘導モジュールをさらに含む。

装置／システムは、肌表面の詳細を伴う大きな（マクロ）画像を提供する撮像誘導モジュールを組込む。図２Ｂにおいて示されるように、典型的なミロー型干渉対物レンズモジュールに組み合わされる、高解像度の光学撮像を提供する、２−ＤカメラＤに加えて、カメラレンズ１０４および２−Ｄカメラ１０５を含む撮像誘導モジュールが、装置／システムに含まれており、そこでビームスプリッタ１４ａが２−Ｄカメラ１０５に信号を向けるために使用されている。２つの撮像システムは同じ光学チャネル／経路を共有し；従って、それらのＦＯＶは重ねられ、固定された相対位置を有する。干渉手段２２の周囲を巡るＬＥＤなどの光源（Ｌ１１）は、撮像誘導モジュールための光を提供するために組込まれる。光源Ｌ１１は照明モジュールからの様々な波長または時間分布を有し、従って、サンプルによる、光源Ｌ１１によって生成された信号は、肌表面の大きな画像を生成するために２−Ｄカメラ１０５によってすべて収集される。

撮像誘導モジュールのＦＯＶは、高解像度の撮像モジュール（すなわち干渉対物レンズモジュール）のＦＯＶより大きい。サンプル（例えば傷、または角膜）を検査する間、先ず、撮像誘導モジュールがサンプル領域の大きい画像を取得するために使用される。その後、干渉対物レンズモジュールがサンプル上に取り付けられ、撮像誘導モジュールがサンプル表面を撮像することを可能とする。誘導画像のＦＯＶが最初の大きい画像上のどこにあるかを計算するためにアルゴリズムが使用される。誘導画像と高解像度画像との間で位置が固定されているので、高解像度画像の位置は大きい画像上に正確に示すことができる。

典型的な発明干渉対物レンズモジュール、および、それがどのように作動するかは図４Ａ、４Ｂおよび５において示される。

典型的な干渉手段２２は図４Ａにおいて示される。いくつかの実施形態において、干渉手段は、反射鏡２２４でコートされた第１のガラスプレート２２１、第２のガラスプレート２２２、および第３のガラスプレート２２３を含み、基準アームを発生させ及びサンプル３によって返された散乱光に対する干渉を生成するために、そこにおいて反射鏡２２４がコートされる。図４Ａにおいて示されるように、第１のガラスプレート２２２上にコートされた反射鏡２２４は線形であり、および、集束されたライン状の光１１１に平行である。

他の実施形態において、図４Ｂにおいて示されるように、第１のガラスプレート２２１はさらに反射鏡２２４に対応する位置で第１のガラスプレート２２１の反対側にブラックスポット２２５を含む。

対物レンズ２１に最も近い透明な第１のガラスプレート２２１は、焦点面側に向いた表面の中央部が高度に反射するように反射鏡２２４で部分的にコートされ、一方、および、対物レンズ２１側に向いた表面の中央部はブラックスポット２２５を持ち、それは迷光を遮断するために吸収性である。いくつかの実施形態において、ブラックスポットの位置は反射鏡２２４と同じ側にあり、ブラックスポットは第１のガラスプレートからの迷光を吸収するように反射する参照鏡２２４をカバーする。サンプル３に（部分的に）接触する透明な第３のガラスプレート２２３は、対物レンズの焦点面がサンプルに近くなるような位置（の範囲）にセットされる。

第３のガラスプレート２２３側に向いた表面が部分的に反射するように、第２のガラス２２２がコートされる。このコート面はミロー型干渉計におけるビームスプリッタとして機能し、および、高度に反射する領域２２４が対物レンズの焦点面上にあるように、透明な第２のプレート２２２の位置は位置にセットされる。

図４Ａにおいて示されるように、角度２０度以内の偏差が平行として定義される。いくつかの実施形態では、それが角度１５度以内、角度１０度以内、または角度５度以内である。さらに、反射鏡２２４にはおよそ３：１０、および好ましくは５：８の調整可能なアスペクト比がある。従って、第１のガラスプレートにコートされたライン状の反射鏡のそのような設計の構造は、光の完全利用をもたらす。いくつかの実施形態において、第２のガラスプレート２２２はおよそ５％〜３０％、好ましくは１０％〜２０％の屈折の比率、または条件に基づいて求められる他の適切な比率を有する。第３のガラスプレート２２３はサンプル３に適合するために完全に透明であり、ライン状の光がサンプル３を貫通し、および照らすことを可能にしている。

ある実施形態において、干渉手段は、第１のガラスプレート、第２のガラスプレートおよび第３のガラスプレートを含む、水平に配置されたガラスを含む。第１のガラスプレートは、光のラインに平行な形状を有するように構成される反射鏡を含む。第２のガラスプレートは第３のガラスプレートに部分的に光を通すように構成される。例えば、反射鏡は、第１のガラスプレート上に細い線の形で形成することができ、アスペクト比がおよそ１：５０００、特に４：１０００、特に８：２５０、特に１０：１００であり、当業者は、必要に応じてその比を調節することができる。反射鏡のアスペクト比の範囲により視野（ＦＯＶ）の範囲を確定することができる。いくつかの実施形態において、第２のガラスプレートは、およそ５％〜３０％、好ましくは５％〜２０％の屈折の比率を有し、ビームスプリッタとして使用することができる。さらに、それらの３枚のガラスプレートは、ガラス−サンプルインタフェースによって生じる迷光を避けるため、サンプルの屈折率に対応する屈折率を持っており、例えば、約１．２〜約１．８、好ましくは約１．３〜約１．５の範囲内である。

図６Ａ／６Ｂはさらにもう一つの実施形態を提供しており、そこではマイケルソン型干渉対物レンズモジュールが本発明の装置／システムにおいて使用されている。いくつかの実施形態において、本発明の装置／システムは、異なる干渉対物レンズモジュールＣの使用以外は、同じ照明モジュールと光学的干渉モジュール、および、図２Ａ／２Ｂにおけるようなオプションの撮像誘導モジュールを含むマイケルソン型干渉撮像装置／システムである。干渉対物レンズモジュールＣは、サンプル３に対してサンプル・アームを生成するために、対物レンズ２１ａ、および、サンプル３に取り付けられた第３のガラスプレート２２３を含み、および、基準アームを生成するために対物レンズ２１ｂおよび反射鏡２２５を含む。ライン光がサンプル３および反射鏡２２５上に同時に照らされ、そこから反射した時、干渉信号が生み出され、投射レンズ４を介して二次元カメラＤによって集められ、次に、データ処理モジュールによる横断面の画像を生成し、一方、撮像誘導モジュールは、サンプルの横断面画像の相関のための大きな画像を提供するために、投射レンズ１０４および２−Ｄカメラ１０５を含んでいる。

いくつかの実施形態において、光学的干渉モジュールは、さらに、光線出力を光のラインと光の領域との間でトグルで切り替えるよう構成されたスイッチを含み、装置によりユーザーがサンプルの横断面画像および／または正面を向いた画像を得ること（例えば３−Ｄスライスデータを得ること）を可能にするために、ラインスキャン・モードと全視野モードの間の切り替えがある。そのような設計は、ユーザーがサンプル全体の情報を得ることを可能にする。

サンプルからより多くの構造情報を得るために、いくつかの実施形態において、光学的干渉モジュールは、図７に示されるように、様々なライティング・モードを提供するように構成されたスイッチ１７をさらに含む。いくつかの実施形態において、２つのモードが変えられるように含まれる；１つはライン光照明モードＬである、別のものは、面光照明モードＦであり、そこにおいて、コリメーションレンズ１２と偏光ビームスプリッタ１４との間にスイッチ１７（例えばＴｈｏｒｌａｂｓＣＦＷ６）が配置され、スイッチ１７のレンズホルダーにはめられた円柱レンズ１３と色消しレンズ１８がトグルで切り替えられることで、横断面の画像を得るためにライン光照明モードＬに、または、正面を向いた画像を得るために面光照明モードＦに照明モードが切り替えられ、そのことにより三次元のボリュメトリック画像をもたらすことができる。いくつかの実施形態において、そのようなトグルスイッチの設計は、ライン光照明モードと面光照明モードの変更に限定されず；様々なレンズを伴う他のすべての適切なモードが本発明の方式に従って使用されてもよい。

いくつかの実施形態において、本発明の装置／システムは迷光を２−ＤカメラＤの撮像範囲のエッジおよび外に集束するよう構成される。

例えば、図８に示されるように、干渉対物レンズモジュールは、対物レンズ３１、および干渉手段（反射率参照鏡３２４を伴う第１のガラスプレート３２１、第２のガラスプレート３２２、およびサンプル３に隣接する第３のガラスプレート３２３を含む）を含み、そこにおいて対物レンズ３１は入射光線の焦点４４が焦点面４１と主面４２との間に配置されるよう構成される。そのような配置により、入射光線の焦点４４が対物レンズ３１の光学軸１１１からオフセットされ、そのことが迷光を２−ＤカメラＤの撮像範囲のエッジおよび外に集束させる（図９に示されるように）。いくつかの実施形態において、反射参照鏡３２４は、第１のガラスプレート３２１上に部分的にコートされ、例えば、第１のガラスプレート３２１の中心にコートされ、そこにおいては、反射参照鏡３２４が銀またはコーティングのために使用される他の適切な金属によって高い反射率を得る。

いくつかの実施形態において、入射光線は対物レンズの光学軸に対して０°より大きく４５°未満である入射角θ１を持つよう構成され、好ましくは、θ１は０°より大きく２０°未満であるか、より好ましくは、０°より大きく５°未満であり、しかし、それに限定されない。

いくつかの実施形態において、焦点はおよそ０°〜７０°の範囲にある発散角θ２を持つよう構成される。θ２の値は視野（ＦＯＶ）およびＦＯＶに対する正比例に依存する。いくつかの実施形態において、当業者は、小さなＦＯＶを達成するために０°〜２０°または５°〜１５°の範囲内のθ２を選ぶことができ、または、大きなＦＯＶを達成するために４０°〜７０°または５０°〜６０°を選ぶことができる。

いくつかの実施形態において、対物レンズは、下記式（１）を満たすＮＡ値を持っている：

：ＮＡは対物レンズの開口数であり、ｎは屈折率であり、θは１／２の開口角であり、および、θ３は拡開角度の半分であり、対物レンズを形成する。

好ましくは、θ＝θ３／（０．５〜１．０）。θ３の角度が大きすぎれば、サンプル輝度を縮小することで、そこにおいてサンプルの信号補正を縮小するだろう。

いくつかの実施形態において、本発明の装置／システムは、光学的干渉モジュールに対して光源（光のライン、または光の領域など）を提供するよう構成された照明モジュール；対物レンズと干渉手段を含み、光学的干渉モジュールからの光に対処し、およびサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取る二次元カメラ；および、光信号を分析し、サンプル撮像を提供するためのデータ処理モジュールを含み、焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において、対物レンズが入射光を受け入れるように装置／システムが構成される。

図９に示されるように、照明モジュールによって提供される光は光ファイバー１６を介して光学的干渉モジュールに投射される。光はコリメーションレンズ３１２によって集められ、および、次に円柱レンズ３１３によって、示されるように、ライン状の光に（または図７で示されるように色消しレンズによって面照明に）変形され、および、ビームスプリッタ１４を通過し、干渉対物レンズモジュールＣの中へ送られる。光が第３のガラスプレート３２３を通ってサンプル３に向って干渉対物レンズモジュールＣを通り抜ける時、光は吸収されるか、反射されるか、または後方散乱される。後方散乱された光信号は、干渉対物レンズモジュールＣによって集められ、干渉信号を発生させるために、反射鏡３２４および第２のガラスプレート３２２から反射される参照光に干渉する。その後、ビームスプリッタ１４は投射レンズ４に対して信号を反射し、迷光を２−ＤカメラＤの撮像範囲のエッジおよび外に集束させる。

いくつかの実施形態では、反射参照鏡の形には線、多角形（例えば正方形）、円形スポットがあり、もしくは装置またはシステムのために適している他の形がある。

例えば、図１０（１０Ａから１０Ｃ）に示されるように、反射参照鏡３２４には線（１０Ａ）、多角形（正方形、１０Ｂ）または円形スポット（１０Ｃ）の形がありえる。いくつかの実施形態では、反射参照鏡のサイズは、１５００μｍ^２未満、好ましくは１０００μｍ^２未満、好ましくは５００μｍ^２未満、および好ましくは３００μｍ^２未満の範囲内でありえ、および、当業者であれば容易に適切に必要なサイズに調節することができる。第１のガラスプレートに反射参照鏡を部分的にコートすることによって、光の利用は効果的に改善される。

いくつかの実施形態において、本発明はサンプルを撮像するための方法を提供し、該方法は、光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する本発明の干渉対物レンズモジュールにおける対物レンズに、焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において、照明モジュールからの入射光を受け入れさせるステップ、および、前記干渉モジュールによって発生した干渉信号をデータ処理モジュールによって処理して画像にするステップを含む。いくつかの実施形態では、干渉対物レンズモジュールは本明細書で開示されるあらゆる発明干渉対物レンズモジュールである。

本発明の装置／システムは、サンプルの横断面における、および同様に正面を向いた方向における撮像にとって有用である。それは皮膚または角膜の状態などのサンプル表面および表面下の情報の提供を支援するのに特に役立つ。本発明の装置／システムは、高い信号対ノイズ比の横断面画像を得るためにライン光後方散乱と共に二次元カメラを使用し、効果的に画質を改善し、および１μｍレベルの解像度に達する。また、そのような設計は画像走査速度を１５０μｍ／秒またはそれ以上に増加させることを可能にする。撮像誘導モジュールの使用は、ユーザーが効率的に対象の領域を正確に捉えることを可能にする。

本発明の好ましい実施形態が本明細書中に示され、記述されてはいるが、そのような実施形態が一例としてしか提供されていないことは当業者にとって明白であろう。多くの変更、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者に着想されるであろう。本明細書に記載された本発明の実施形態の様々な代替物が、本発明の実施において用いられてもよいことが理解されよう。以下の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、これらの請求項とその均等物の範囲内の方法、および構造がそれによって包含されるものであるということが意図されている。

Claims (34)

1. 装置であって、前記装置が：光学的干渉モジュールに対して光源を提供するように構成された照明モジュールであって、前記光学的干渉モジュールが光源を光のラインに変換し且つ光信号を処理する、照明モジュール；光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取るように構成された二次元カメラ、および干渉信号を処理して画像にするデータ処理モジュール、を含む、装置。
2. 照明源モジュールが、自然放出増幅光源、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、広帯域のスーパーコンティニューム光源、モード同期レーザー、波長可変レーザー、フーリエドメイン・モード同期光源、光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、ハロゲンランプ、Ｃｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 照明源モジュールがＣｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、またはＣｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーを含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 光学的干渉モジュールが照明モジュールにおける光源によって投射されるライン光を発生させるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 光学的干渉モジュールが、光源からの光をライン光へ変換するために、アナモフィックレンズまたはファイバー・バンドルのライン・アレイを含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. ライン光が３：１００、または５：２０のアスペクト比を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 干渉対物レンズモジュールが、干渉信号を発生させるために、サンプルに対する光のラインを処理し、およびそこから後方散乱される信号を受け取るように構成された対物レンズと干渉手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 干渉対物レンズモジュールが、ミロー型干渉対物レンズモジュール、マイケルソン型干渉モジュール、またはマッハツェンダ干渉対物レンズモジュールであることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 対物レンズが約１．２〜約１．８の範囲の屈折率を伴う浸漬溶液を有する液浸対物レンズであることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
10. 前記装置がさらに、撮像誘導のために使用されるカメラレンズおよび二次元カメラを含む撮像誘導モジュールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
11. 撮像誘導モジュールおよび干渉対物レンズモジュールが、重なった視界を提供する同じ光学チャネル又は経路を共有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 前記干渉対物レンズモジュールが、サンプル上に光を投射するために、さらに光源を組込むことを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 干渉手段が、反射鏡でコートされた第１のガラスプレート、第２のガラスプレート、および第３のガラスプレートを含み、基準アームを発生させ及びサンプルによって返された散乱光に対する干渉を生成するために、そこにおいて反射鏡がコートされることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 反射鏡が光のラインに平行な形状を有するように構成されることを特徴とする、請求項１３の装置。
15. 第１のガラスプレート上の反射鏡がおよそ１：５０００、４：１０００、８：２５０、または１０：１００のアスペクト比を伴う細い線の形を有することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 第１のガラスプレートがさらに、反射鏡に対応する位置において第１のガラスプレートの反対側にブラックスポットを含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. ブラックスポットが迷光をブロックするために吸収性であることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 第２のプレートの位置が高度に反射する領域が対物レンズの焦点面上にあるようになる位置にセットされることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
19. 第２のガラスプレートがおよそ５％〜３０％、または１０％〜２０％の屈折の比率を持つことを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
20. 光学的干渉モジュールが光のラインと光の領域との間で光をトグルで切り替えるように構成されたスイッチをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
21. 前記スイッチが円柱レンズと色消しレンズをトグルで切り替えることを特徴とする、請求項２０に記載の装置。
22. 装置であって、該装置が：光学的干渉モジュールに対して光源（光のライン、または光の領域など）を提供するように構成された照明モジュール；対物レンズと干渉手段を含み、光学的干渉モジュールからの光に対処し、およびサンプルから発生した光信号を処理する干渉対物レンズモジュール；サンプルから後方散乱される干渉信号を受け取る二次元カメラ；および、光信号を分析し、サンプル撮像を提供するためのデータ処理モジュールを含み、焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において、対物レンズが入射光を受け入れるように装置／システムが構成されることを特徴とする、装置。
23. 干渉対物レンズモジュールが、干渉信号を発生させるために、サンプルに対する光のラインを処理し、およびそこから後方散乱される信号を受け取るように構成された対物レンズと干渉手段を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
24. 干渉対物レンズモジュールがミロー型干渉対物レンズモジュール、マイケルソン型干渉モジュール、またはマッハツェンダ干渉対物レンズモジュールであることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
25. 対物レンズが約１．２〜約１．８の範囲の屈折率を伴う浸漬溶液を有する液浸対物レンズであることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
26. 前記装置がさらに、撮像誘導のために使用されるカメラレンズおよび二次元カメラを含む撮像誘導モジュールを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
27. 撮像誘導モジュールおよび干渉対物レンズモジュールが、重なった視界を提供する同じ光学チャネル又は経路を共有することを特徴とする、請求項２６に記載の装置。
28. 干渉手段が、反射参照鏡を伴う第１のガラスプレート、第２のガラスプレート、およびサンプルに隣接する第３のガラスプレートを含み、入射光の焦点が焦点面と主面との間に配置されるように対物レンズが構成されることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
29. 入射光の焦点が対物レンズの光学軸からオフセットされ、それにより迷光が２ーＤカメラの撮像範囲のエッジおよび外に集束されることを特徴とする、請求項２８に記載の装置。
30. 照明源モジュールが自然放出増幅光光源、スーパールミネッセントダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、広帯域のスーパーコンティニューム光源、モードロックレーザー、波長可変レーザー、フーリエドメイン・モード同期光源、光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、ハロゲンランプ、Ｃｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、または、Ｃｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
31. 照明源モジュールがＣｅ^３＋：ＹＡＧ結晶ファイバー、Ｔｉ^３＋：Ａｌ_２Ｏ_３結晶ファイバー、またはＣｒ^４＋：ＹＡＧ結晶ファイバーを含むことを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
32. 光学的干渉モジュールが照明モジュールにおける光源によって投射されるライン光を発生させるように構成されることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
33. 光学的干渉モジュールが、光源からの光をライン光へ変換するために、アナモフィックレンズまたはファイバー・バンドルのライン・アレイを含むことを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
34. サンプルを撮像するための方法であって、該方法が、光学的干渉モジュールからの光に対処し且つサンプルから発生した光信号を処理する本発明の干渉対物レンズモジュールにおける対物レンズに、焦点面と対物レンズの主平面との間に入射光の焦点を有するような配置において、照明モジュールからの入射光を受け入れさせるステップ、および、前記干渉モジュールによって発生した干渉信号をデータ処理モジュールによって処理して画像にするステップを含む、方法。