JP2024504795A - マイクロベンチｏｃｔの設計 - Google Patents

Abstract

ＯＣＴシステムは、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上に構築される。本ＯＣＴシステムは、自由空間光学部品を使用し、かつ光ファイバの使用を回避し得る。

Description

本発明は、概して、光干渉断層撮影（ＯＣＴ：ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）および光相関領域反射測定（ＯＣＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）システムの分野に関する。より具体的には、本発明は、低コストおよび／または小型のＯＣＴおよびＯＣＤＲシステムの設計／構築におけるマイクロ光学部品（ｍｉｃｒｏ－ｏｐｔｉｃｓ）の使用に関する。

小型で低コストの光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムおよび光相関領域反射測定（ＯＣＤＲ）システムの必要性が高くなっている。ＯＣＤＲシステムは、光サンプリングビームに沿って軸方向にサンプル内の光散乱／反射率を測定し、一方、ＯＣＴシステムは、軸方向照明に直交する方向に沿った複数のそのような測定を組み合わせて、サンプルの断面画像または断層画像を生成する。典型的には、サンプルは生体組織であるが、他の種類の材料であり得る。

これまで、より低コストのシステムを達成するための２つの主要な手法、即ち、サイズおよびコストを低減するための古典的な「巨視的な」ＯＣＤＲ／ＯＣＴシステム（例えば、個別バルク光学部品および／または光ファイバを使用したバルク光学系）の再設計、およびＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムの半導体チップへの実装、所謂「ＯＣＴオン・チップ」の研究があった。巨視的なＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムの再設計は、概して、光ファイバによって接続される一組の部品（例えば、光源、スプリッタ等）からなるが、個々の部品のコストおよびシステムの全体的な製造コストのため、これまで、所望のコスト削減目標を達成することが不可能であった。「ＯＣＴオン・チップ」システムは、小型化およびコスト削減目標を達成する可能性を有するが、例えば、フォトニック集積回路（ＰＩＣ：ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）の設計および製造への研究開発などの高い初期投資コスト、ならびに大規模半導体チップ（例えば、ＰＩＣ）の製造施設の開発および建設への投資などの法外に高価な経常外経費（ＮＲＥ：ｎｏｎ－ｒｅｃｕｒｒｉｎｇ ｅｘｐｅｎｓｅｓ）を伴う。

フォトニック集積回路に代わるものは、所謂マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチの使用である。レンズ、光源、および他の光学部品を取り付けることができる直線状の剛性バーまたはベース（典型的には目盛りが付けられている）であり得る典型的な光学ベンチ（または光学テーブルまたは光学ブレッドボード）と同様に、マイクロ光学ベンチは、マイクロ光学部品を受容または取り付けるための場所（例えば、キャビティまたはピット）が構築された基板ベース（セラミックベンチまたは他のベース材料など）である。

光学システムの構築におけるマイクロ光学ベンチの可能性が認識されている。例えば、光源（例えば、掃引光源の光源）は、マイクロ光学ベンチ上に実装されており、これらの光源は、巨視的な（例えば、バルク光学ベースの）掃引光源ＯＣＴシステムの構築において使用されている。掃引光源照明光を提供することに加えて、マイクロ光学ベンチは、わずかな光学遅延で掃引光源光をそれ自身と干渉させて、ＯＣＴ検出システムをトリガするか、または掃引光源の掃引速度における非線形性を補正するためのいずれかに使用することができる変調信号を生成するｋクロック干渉計を実装するためにも使用されてきた。この実装の例は、非特許文献１に記載されている．
半導体光学ベンチは、ＰＩＣ型基板（例えば、単結晶シリコンまたは他の半導体ウェハ）上に構築／成長される。半導体光学ベンチは、個別部品を受容するための開口（例えば、キャビティ又はピット）を表面上に有することに加えて、集積回路も含み得る。半導体光学ベンチは、電気通信用途において（例えば、光トランシーバとして）用いられてきた。半導体光学ベンチを使用することで、潜在的に、自律車両用のサイズが低減されかつ費用効率の高いＬＩＤＡＲモジュールを実現できる可能性があると考えられている。それにもかかわらず、発明者の知る限りでは、半導体光学ベンチは、医療用撮像またはＯＣＴの分野で使用されていない。

バート・ジョンソン（Ｂａｒｔ Ｊｏｈｎｓｏｎ）、ワリード・アティア（Ｗａｌｉｄ Ａｔｉａ）、スンボム・ウ（Ｓｅｕｎｇｂｕｍ Ｗｏｏ）、カルロス・メレンデス（Ｃａｒｌｏｓ Ｍｅｌｅｎｄｅｚ）、マーク・クズネツォフ（Ｍａｒｋ Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ）、ティム・フォード（Ｔｉｍ Ｆｏｒｄ）、ネイト・ケンプ（Ｎａｔｅ Ｋｅｍｐ）、ジョーイ・ジャブール（Ｊｏｅｙ Ｊａｂｂｏｕｒ）、エド・マロン（Ｅｄ Ｍａｌｌｏｎ）、ピーター・ホイットニー（Ｐｅｔｅｒ Ｗｈｉｔｎｅｙ）著、「ＯＣＴおよびＬｉＤＡＲ用にポンプおよびＳＯＡをコパッケージした波長可変１０６０ｎｍのＶＣＳＥＬ（Ｔｕｎａｂｌｅ １０６０ ｎｍ ＶＣＳＥＬ ｃｏ－ｐａｃｋａｇｅｄ ｗｉｔｈ ｐｕｍｐ ａｎｄ ＳＯＡ ｆｏｒ ＯＣＴ ａｎｄ ＬｉＤＡＲ）」、ＳＰＩＥの議事録（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ１０８６７）、生物医学ＸＸＩＩＩにおける光干渉断層撮影および相関領域光学法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ ＸＸＩＩＩ）、１０８６７０６（２０１９年２月２２日）、ｄｏｉ：１０．１１１７／１２．２５１０３９５

本発明の目的は、ＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムのコストおよびサイズを低減することである。
本発明の別の目的は、ＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの設計および構築を簡略化して、例えば、光ファイバの使用を最小限に抑え、マイクロ光学部品の使用を最大限にすることである。

本発明の別の目的は、ＯＣＴの並列化と、スキャンの小型設計への統合とを提供することである。
本発明のさらなる目的は、ＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの較正を簡略化することである。

上記の目的は、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上にＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムを構築する利点を特定し、それらの利点を最大化するＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムにおいて達成される。本発明は、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチを使用して、小型で低コストの光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムおよび光相関領域反射測定（ＯＣＤＲ）システムを実現する。マイクロ光学ベンチ及び半導体光学ベンチの両方は、（例えば、別個の）マイクロ光学部品を支持及び位置合わせする（典型的には剛性の）ベースとして説明され得るが、半導体光学ベンチは、一般にマイクロ光学ベンチよりも小さく、かつ構成材料及び製造プロセスが異なり得る。マイクロ光学ベンチは、典型的には、いくつかのマイクロ光学要素を収容する剛性キャリア（セラミックベンチまたは他のベース材料等）であり、それらは、ロボットによって配置され、かつ多くの場合、アクティブにアライメントされる。典型的なレンズ直径は、０．５ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内である。マイクロ光学ベンチを収容するための一般的なパッケージは、標準（例えば、１４ピン）バタフライパッケージ（ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｐａｃｋａｇｅ）または表面実装デバイス（ＳＭＤ：ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）パッケージ（または他のマイクロパッケージ／集積回路パッケージ）である。半導体光学ベンチは、典型的には、マイクロ光学ベンチよりも小さく、かつ表面上に凹部開口（例えば、レセプタクル、キャビティ、またはピット）を有する（例えば、成長）基板（例えば、シリコンウェーハ）からなり、凹部開口は、マイクロ光学部品または他の（例えば、個別の）部品を所定の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）位置および配向で受容および保持するように設計される。これは、受容した部品のアクティブアライメントの必要性を排除（または低減）し得る。任意選択的に、本発明によれば、半導体光学ベンチはまた、半導体光学ベンチ内／上に構成／成長／構築された集積回路（ＩＣ）および／またはフォトニック集積光学部品、ＰＩＣ（例えば、集積光回路）を有し得る。本出願は、半導体光学ベンチと区別するために、上述したように、わずかに大きい、典型的には剛性ベースの変形形態および／または緩和アライメントの変形形態に対してマイクロ光学ベンチ（またはマイクロベンチ）という用語を使用するが、半導体光学ベンチは、従来技術においてマイクロ光学ベンチと呼ばれることもあることが認識されている。

マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチのいずれか上のＯＣＴ／ＯＣＤＲの実装は、従来のバルク光学（例えば、巨視的な）システムのバルク光学部品およびファイバ光学部品をマイクロ光学部品で置換することで、大幅にコストを削減することができる。また、半導体光学ベンチ手法は、上述した「ＯＣＴオン・チップ」手法と同様に、アクティブアライメントの必要性を排除するため、「ＯＣＴオン・チップ」で期待されるコストと同様のコストを実現し得る。半導体光学ベンチ概念は、マイクロ光学ベンチ手法よりも多くの経常外経費（ＮＲＥ）を必要とし得るが、両方の手法は、現在の技術状態から「ＯＣＴオン・チップ」概念よりもより低い開発努力で実現することができ、同時に「巨視的な」ＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムの再設計と比較して、より大きなコスト削減および信頼性の向上を依然として実現する。マイクロ光学ベンチ手法はまた、部品がチップ材料から構築される必要がないため、部品の統合においてより大きな柔軟性を提供する。

本発明のいくつかの特徴／新たな手法は、マイクロ部品（例えば、マイクロ光学部品）を有し、かつ／または光ファイバが排除されたマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上のＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムの実装を含む。バルク光学部品（「巨視的な」ＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムまたは「バルク光学」ＯＣＤＲ／ＯＣＴシステムに使用されるもの等）は、高価であり、かつ部品間のアライメントの問題に対処することに関連する追加的な有意のコストが発生する。光ファイバは、バルク光学系におけるアライメント課題の多くに対処する一方で、温度依存性および動き感受性偏光効果（ｍｏｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ）を追加することによってシステムの安定性を低下させ、ファイバ長の変動性により、設計および製造プロセスが複雑になる。本手法（特に、半導体光学ベンチを使用する）は、アライメント／較正問題を最小限に抑えた、信頼性の高い自由空間光学部品（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃｓ）のＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの作成を可能にする。

本発明のその他の目的及び達成事項は、本発明のより十分な理解と共に、添付の図面と併せて解釈される以下の説明と特許請求の範囲を参照することにより明らかとなり、理解されるであろう。

本発明の理解を容易にするために、本明細書においていくつかの刊行物を引用または参照している。本明細書で引用または参照される全ての刊行物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本明細書で開示される実施形態は例にすぎず、本開示の範囲はそれらに限定されない。１つの請求カテゴリ、例えばシステムにおいて記載される何れの実施形態の特徴も、他の請求カテゴリ、例えば方法においても特許請求できる。付属の請求項中の従属性又は後方参照は、形式的な理由のためにのみ選択されている。しかしながら、それ以前の請求項への慎重な後方参照から得られる何れの主題もまた特許請求でき、それによって請求項及びその特徴のあらゆる組合せが開示され、付属の特許請求の範囲の中で選択された従属性に関係なく、特許請求できる。

図面では、同様の参照記号／文字が同様の構成要素を指す。
概略的な周波数領域光干渉断層撮影（ＦＤ－ＯＣＴ）システムを示す図である。 一例のｅｎ ｆａｃｅ血管系画像を示す図である。 血管系（ＯＣＴＡ）画像の例示的なＢスキャンを示す図である。 参照アームおよびサンプルアームから戻る光の間の干渉を生成するために偏光子を使用する直交偏光状態を有するＯＣＴを示す図である。 例示的なコンピュータシステム（またはコンピューティングデバイスまたはコンピュータ）を示す図である。 図２Ａは、半導体光学ベンチ１３上（又は代替的にマイクロ光学ベンチ上）の例示的なＯＣＴシステム１１を示す図であり、図２Ｂは、ウィンドウＷ（または他の透過性要素）が、光ファイバを使用すること以外に、気密封止ベンチ１３と外界との間のインタフェースとして使用される、図２ＡのＯＣＴシステムの代替実施形態を示す図である。 図２Ｃは、参照アームＲｅｆＡｒｍが光学ベンチ１３上に完全に組み込まれ／集積されており、光学ベンチ１３と外界との間の参照アームのインタフェースの必要性を排除する、別の代替実施形態を示す図であり、図２Ｄは、２つの検出経路ＰｔｈＡおよびＰｔｈＢを有し、かつマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ１３上に実装されたＰＳ－ＯＣＴの一例を示す図である。 図２Ｅは、検出アーム内（ピンホールＰの下）の光が、２つの個々の偏光ビームスプリッタＰＢＳ２およびＰＢＳ３に移動する前に、最初に非偏光ビームスプリッタ非ＰＢＳによって分割される、直交検出器手法を示す図であり、図２Ｆは、ウィンドウＷを使用してベンチとサンプルアームおよび参照アームとの間を接続し、ファイバカップリング（３１および３３）を使用して検出器３８，４０と接続する、ＯＣＴシステムの代替実施形態を示す図である。 掃引光源ＯＣＴシステムにおいて見出され得る、光源の周波数掃引における非線形性の問題に対処する２つの実施形態を示す図である。 検出アーム内で光を受光し、それをシリコンウェハ表面に、それによって集積検出器Ｄ１，Ｄ２にリダイレクトするのに適した偏光ビームスプリッタＰＢＳの例を示す図である。 図４Ａは、ダイクロイックミラー４５を使用して複数のＶＣＳＥＬ（４１／４３）を組み合わせる１つの方法を示す図であり、図４Ｂは、図４ＡのＶＣＳＥＬ４１／４３が同時に動作された場合などに、ＯＣＴの検出端における光を異なる検出器（４７／４９）に分割するための別のダイクロイックミラー５１の使用を示す図である。 異なる波長帯域をカバーする複数のＶＣＳＥＬを用いてサンプル組織内の所与の位置をスキャンする代替の方法を示す図である。 （本発明による）ＯＣＴ撮像モジュールを瞳孔中心に向けるための例示的な誘導システムを示す図である。 図７Ａは、撮像モジュールをスキャンするための枢動システムであり、１つまたは複数の枢動点を使用して球の表面に沿って撮像モジュールを移動させるための構造を示す図であり、図７Ｂは、構造体が回転または枢動されるときの図７Ａの撮像プラットフォームの変位を示す図である。 図７Ｃは、撮像モジュールをスキャンするための別の枢動システムであり、図７Ａの有効枢動点を機械的にシフトさせるための機構を示す図であり、図７Ｄは、構造が回転または枢動されるときの図７Ｃの撮像プラットフォームの変位を示す図である。 本発明が、「瞳孔ボックス」として知られる非常に制限されたエリア、及び任意選択的に眼科用レンズの必要性を排除又は低減し得ることを示す図である。 スキャンシステム（または「ＯＣＴアセンブリ」ＯＡ１）を物理的に移動させて、極座標ベースのシステムの使用を通して眼を横断してスキャンする別の手法を示す図である。 図９Ｂは、患者の眼に対する半径方向スライドＲＳ１の拡大正面図を提供する図であり、図９Ｃは、球面スキャンアセンブリ、特にＯＣＴＡスキャンに適した例示的なスキャンパターンを示す図である。 本撮像システムが横断する球面の背後の固視ターゲット（ｆｉｘａｔｉｏｎ ｔａｒｇｅｔ）の配置を示す図である。 本発明のスキャンモジュールを平行移動させることによる、制限された視野の連続的な取得を示す図である。 スキャンミラーに入射するビームが、全て同じ位置でスキャンミラーに当たるが、ラインに沿って異なる角度から入射するラインのビームである構成を示す図である。 アレイをわずかに回転させることによって、２Ｄアレイを垂直方向に沿って等しい間隔を有する一組の点に変換する別の方法を示す図である。 ＶＣＳＥＬのアレイが平行四辺形の形態であり、各行または各列がスキャン方向に対してわずかに垂直にシフトされている、図１３Ａと同様の効果を達成する別の方法を示す図である。 垂直方向及び水平方向におけるＶＣＳＥＬの数が著しく異なり得ることを示す図である。 ビームアレイをレンズレットアレイ（またはレンズアレイ）を通過させて、開口数とピッチの積の量を調整して、網膜上の結像を最適化することを示す図である。 例示的に、様々な標準的な網膜層および境界を識別する、人間の眼の正常な網膜の例示的なＯＣＴ Ｂスキャン画像を示す図である。

ＯＣＤＲシステムは、光サンプリングビームに沿って軸方向にサンプル内の光散乱／反射率を測定し、一方、ＯＣＴシステムは、軸方向照明に直交する方向に沿った複数のそのような測定を組み合わせて、サンプルの断面画像または断層画像を生成する。ＯＣＴ血管造影（ＯＣＴＡ：ＯＣＴ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）は、ＯＣＴの拡張であり、組織層における血流を識別する（例えば、画像フォーマットでレンダリングする）。ＯＣＴＡは、同じ網膜領域の複数のＯＣＴ画像における経時的な差（例えば、コントラスト差）を識別し、所定の基準を満たす差を血流として指定することによって、血流を識別し得る。ＯＣＤＲ、ＯＣＴ、およびＯＣＴＡは、構造が類似しており、多くの部品を共有するため、本説明は、当業者が本説明をＯＣＤＲおよびＯＣＴＡに適用することができるであろうという理解の下で、ＯＣＴに焦点を合わせる。本発明は、特に明記しない限り、ＯＣＤＲおよびＯＣＴＡにも同様に適用されることを理解されたい。

一般に、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）は、低コヒーレンス光を使用して、生体組織または他のサンプルの２次元（２Ｄ）および３次元（３Ｄ）の内部ビューを生成する。ＯＣＴシステムの例は、米国特許第６，７４１，３５９号明細書および同第９，７０６，９１５号明細書に提供されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

図１Ａは、本発明との使用に適した眼Ｅの３Ｄ画像データを収集するために使用される一般型周波数領域光干渉断層撮影（ＦＤ－ＯＣＴ）システムＯＣＴ－１を示す。ＦＤ－ＯＣＴシステムＯＣＴ－１は、光源ＬｔＳｒｃ１を含む。典型的な光源には、時間的コヒーレンス長が短い広帯域光源または掃引レーザ光源が含まれるが、これらに限定されない。光源ＬｔＳｒｃ１からのサンプル光（ＳＬｔ）は、典型的に光ファイバ（Ｆｂｒ１）によってサンプルアームを下って、サンプル、例えば、眼Ｅを照明するように誘導され、典型的なサンプルは人間の眼内組織である。光源ＬｔＳｒｃ１は、例えば、スペクトルドメインＯＣＴ（ＳＤ－ＯＣＴ）の場合に時間コヒーレント長が短い広帯域光源であり、掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ－ＯＣＴ）の場合には波長可変レーザ光源であり得る。サンプル光は、典型的には、光ファイバＦｂｒ１の出力とサンプルＥとの間のスキャナＳｃｎｒ１を用いてスキャンされ得、その結果、光のビーム（破線Ｂｍ）は、撮像されるべきサンプルの領域にわたって横方向にスキャンされる。スキャナＳｃｎｒ１からの光ビームは、スキャンレンズＳＬおよび眼科用レンズＯＬを通過し、撮像されるサンプルＥ上に合焦され得る。スキャンレンズＳＬは、複数の入射角でスキャナＳｃｎｒ１からサンプル光ＳＬｔのビームを受け取り、実質的にコリメートされた光を生成することができ、眼科用レンズＯＬは、次いで、コリメートされた光をサンプル上に合焦させることができる。本例は、所望の視野（ＦＯＶ）をスキャンするために２つの横方向（例えば、デカルト平面上のＸ方向及びＹ方向）にスキャンされる必要があるスキャンビームＢｍを示す。この例は、サンプルを横切ってスキャンするためにポイントフィールドビーム（点に合焦された光のビーム）を使用するポイントフィールドＯＣＴである。従って、スキャナＳｃｎｒ１は、２つのサブスキャナ、即ち、第１の方向（例えば、水平Ｘ方向）にサンプルにわたってポイントフィールドビームをスキャンするための第１のサブスキャナＸｓｃｎと、交差する第２の方向（例えば、垂直Ｙ方向）にサンプル上でポイントフィールドビームをスキャンするための第２のサブスキャナＹｓｃｎとを含むように例示的に示されている。スキャンビームがラインフィールドビーム（ラインに合焦される光のビーム）であり、例えば、一度にサンプルのライン部分全体をサンプリングし得るラインフィールドＯＣＴである場合、所望のＦＯＶに及ぶようにサンプルにわたってラインフィールドビームをスキャンするために、１つのスキャナのみが必要とされ得る。スキャンビームが全視野ビーム（例えば、全視野ＯＣＴ）である場合、スキャナは必要とされなくてもよく、全視野光ビームは、一度に所望のＦＯＶ全体にわたって照射され得る。

使用されるビームの種類に関係なく、サンプルから散乱された光（ＳＣＴｌ）が収集される。図１Ａの本実施例では、サンプルから戻る散乱光ＳＣＴｌは、照明ＳＬｔ用の光をルーティングするために使用される同じ光ファイバＦｂｒ１に収集される。

同じ光源ＬｔＳｒｃ１から導出される参照光ＲｅｆＬは、本明細書ではファイバカプラＣｐｌｒ１として実装される光スプリッタＬＳｐｌｔｒ１によって別個の参照経路（例えば、参照アーム）に分割されるまで、サンプル光ＳＬｔとともに進行する。異なる種類の光スプリッタが既知であることを理解されたい。参照経路は、光ファイバ（Ｆｂｒ２）と、調整可能な光学遅延を有する再帰反射器（ＲＲ１）とを含む。当業者であれば、透過性参照経路も使用することができ、調整可能な遅延を干渉計のサンプルアームまたは参照アーム内に配置することができることを理解するであろう。サンプルから散乱した集光光（例えば、サンプルアームから戻る散乱光ＳＣＴｌ）は、本明細書ではファイバカプラＣｐｌｒ１によって具現化される光合成器ＬＣｍｂｎｒ１によって、参照アームから戻る参照光ＲｅｆＬと結合される。この場合も、異なる種類の光結合機構が当技術分野で既知であることを理解されたい。参照光ＲｅｆＬおよび散乱光ＳＣＴｌは、次いで、共にＯＣＴ光検出器Ｄｔｃｔｒ１（例えば、光検出器アレイ、デジタルカメラ等）に進行し、参照光ＲｅｆＬと散乱光ＳＣＴｌとの間の干渉によって、ＯＣＴ信号ＯＳが生成され、ＯＣＴ信号ＯＳは、観察された干渉をサンプルの深度情報に変換する電子プロセッサＣｍｐ１（または、コンピュータシステム）に提供され得る。深度情報は、プロセッサＣｍｐ１に関連付けられたメモリ内に保存され得、かつ／またはディスプレイ（例えば、コンピュータ／電子ディスプレイ／スクリーン）Ｓｃｒｎ１上に（例えば、図１Ｂおよび図１Ｃに示されるようなスキャン画像として）表示され得る。処理および保存機能は、ＯＣＴ機器内に局在化されてもよく、または選択機能は、収集されたデータが（例えば、有線で、または、無線で、例えば、ピアツーピア接続によって、またはローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット等のコンピュータネットワークを介して）転送され得る外部プロセッサ（例えば、ローカルサイトまたは遠隔サイトにおける外部コンピューティングデバイス）上にオフロードされ得る（例えば、外部プロセッサ上で実行され得る）。

本例では、参照光ＲｅｆＬと散乱光ＳＣＴｌとの間の干渉は、（ファイバカプラＣｐｌｒ１として実施される）光合成器ＬＣｍｂｎｒ１において生じるが、光合成器ＬＣｍｂｎｒ１と検出器Ｄｔｃｔｒ１との間の光学部品においても生じ得る。例えば、参照光ＲｅｆＬおよび散乱光ＳＣＴｌが、光合成器ＬＣｍｂｎｒ１によって合成されるときに直交偏光状態を有する場合、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，１２６，６９３（Ｂ２）号明細書に記載されているように、偏光子（図示せず）によってＲｅｆＬおよびＳＣＴｌの偏光状態に対して４５度で干渉を生成することができる。例示の目的で、米国特許第７，１２６，６９３（Ｂ２）号明細書のシステム７００ｂは、本明細書では図１Ｄとして再現され、偏光子は構成要素７５２ｂとして特定されている。説明のために、干渉を生成する部品は、以下では干渉生成器ＩＧと呼ばれる。

図１Ａに戻ると、検出器Ｄｔｃｔｒ１に向かう単一のファイバポートが示されているが、当業者は、干渉信号の平衡検出（ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）または不平衡検出（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）のために様々な設計の干渉計を使用できることを認識するであろう。任意選択的に、検出器Ｄｔｃｔｒ１からの出力アナログＯＣＴ信号ＡＯＳは、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）ＡＤ１によってデジタルＯＣＴ信号ＤＯＳに変換され、次いでプロセッサ（例えば、内部コンピューティングデバイスまたは外部コンピューティングデバイス）Ｃｍｐ１に供給され得る。

図１Ｅに、コンピューティングデバイス（またはコンピュータシステム）の一例を示す。このユニットは、データ処理専用とすることも、または、ごく一般的で、かつＯＣＴデバイス専用ではない他のタスクを実行することもできる。プロセッサ（コンピューティングデバイス）Ｃｍｐ１は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、汎用グラフィックス処理ユニット（ＧＰＧＰＵ）、またはそれらの組合せを含むことができ、これらは、１つまたは複数のホストプロセッサおよび／または１つまたは複数の外部コンピューティングデバイスとシリアル方式および／または並列化方式で処理ステップの一部または全部を実行し得る。例示的なコンピューティングデバイスのより詳細な説明が以下に提供される。

干渉計内のサンプルアームおよび参照アームは、バルク光学部品、ファイバ光学部品、またはハイブリッドバルク光学系で構成することができ、当業者によって理解されるように、マイケルソン、マッハ・ツェンダー、または共通経路ベースの設計などの異なるアーキテクチャを有することができる。本明細書で使用される光ビームは、光路に全てにわたって注意深く指向され得る。ビームを機械的にスキャンする代わりに、光の場が、網膜の１次元エリアまたは２次元エリアを照射して、ＯＣＴデータを生成することができる（例えば、米国特許第９３３２９０２号明細書；ディー・ヒルマン（Ｄ．Ｈｉｌｌｍａｎｎ）他著、「ホロスコピ－ホログラフィック光干渉断層撮影（Ｈｏｌｏｓｃｏｐｙ－Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、オプティクスレターズ（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第３６巻（１３）、２３９０頁、２０１１年；ワイ・ナカムラ（Ｙ．Ｎａｋａｍｕｒａ）他著、「ラインフィールドスペクトルドメイン光干渉断層撮影法による高速３次元ヒト網膜撮像（Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｕｍａｎ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｂｙ Ｌｉｎｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、オプティクスエクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第１５巻（１２）、７１０３頁、２００７年；ブラスコヴィッチ（Ｂｌａｚｋｉｅｗｉｃｚ）他著、「全視野フーリエドメイン光干渉断層撮影法の信号対ノイズ比の研究（Ｓｉｇｎａｌ－Ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｆｕｌｌ－Ｆｉｅｌｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ－Ｄｏｍａｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）」、アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ）、第４４巻（３６）、７７２２頁、（２００５）を参照されたい。）。時間領域システムでは、参照アームは、干渉を生じさせるために調整可能な光遅延を有する必要がある。典型的には、平衡検出システムは、ＴＤ－ＯＣＴおよびＳＳ－ＯＣＴシステムにおいて使用され、分光計は、ＳＤ－ＯＣＴシステムのための検出ポートにおいて使用される。

本発明は、上述したような任意のタイプのＯＣＴ／ＯＣＴＡ／ＯＣＤＲシステムに適用し得るが、本明細書では、マイクロベンチおよび／または半導体光学ベンチ、または特別に構成／成形された凹部を有する同様のデバイス上に完全にまたは部分的に構築され、各凹部は、特定のマイクロ光学デバイス（または他の（例えば、個別の）部品）を予め指定された位置で、好ましくは予め指定された高さおよび向きで受容および保持するように設計されている。説明を容易にするために、本発明の１つまたは複数の特徴は、半導体光学ベンチに適用されるものとして説明されるが、特に明記しない限り、同じ特徴（単数または複数）がマイクロ光学ベンチに適用され得ることを理解されたい。リソグラフィプロセスにおいて一般的な他の指標も、特定のマイクロ光学デバイスを予め指定された位置に配置するために使用することができる。本発明の様々な態様は、任意のタイプのＯＣＴ／ＯＣＴＡ／ＯＣＤＲシステムまたは、限定されないが眼底撮像システム、視野検査装置、およびスキャン型レーザ偏光計を含む他のタイプの眼科診断システム及び／又は複数の眼科診断システムに適用することができる。

長い瞬間コヒーレンス長を有する光源を使用するＳＳ－ＯＣＴシステム構成では、（システムの）深度撮像ウィンドウ内にサンプルを位置付けるために、可変遅延（例えば、本明細書の他の箇所で説明されるように、撮像されるサンプル領域の深度／軸方向位置に応じた参照アームの光学経路長の調節）が必要ではない場合がある。代わりに、参照光とサンプル光との間の大きな光学経路長の不整合が許容され得る。例えば、典型的な撮像シナリオにおいて、サンプルが常に深度撮像ウィンドウ内にあるように、十分な大きさの大きい撮像深度が生成され得る。次いで、取得された画像は、関心領域（例えば、所望の深度範囲）のみを表示するように切り取られ（ｃｒｏｐｐｅｄ）得る。この関心領域は、例えばサンプルの動きを補償するために、取得中に動的に変化し得る。しかしながら、この切り取り手法は、最大撮像深度に対応する高周波干渉信号を分解するのに十分に高速なデジタル化電子機器（例えば、アナログ・デジタル変換器）を必要とし、これは、スタンドアロンビデオカード、ビデオキャプチャカード、ドーターボード、および他の個別部品を使用して、特に費用効率の良い方法で、実現することが困難であり得る。しかしながら、高速検出および／またはデジタル化電子機器（回路）は、本ＯＣＴシステムが構築される半導体光学ベンチ（または、例えば、システムオンチップ、ＳＯＰ、もしくは集積回路基板手法と同様の様式で、マイクロ光学ベンチと同じ基板／ベース上のＩＣ）と同じ基板／ベース上に直接、検出機器および／またはデジタル化電子機器（回路）を統合することによって、実現可能であり得る。長いトレース／リード線／ワイヤと大きな容量性負荷との間の高周波干渉問題、大きな信号伝搬遅延、および外部の個別部品と相互接続するためのルーティングトレース／リード線／ワイヤに関連する一般的なタイミング問題を回避／緩和する、一般的な集積回路に関連するより小さいトレース（および任意選択的により低いレール間電圧スイング）に少なくとも部分的に起因して、より高い動作速度が達成され得る。

代替的に、アナログＯＣＴ信号を、所望の撮像ウィンドウ（最小経路長不整合または最大経路長不整合のいずれか）の１つのエッジに対応する周波数でダウンミックス（または変調もしくはダウンコンバートもしくは周波数ミックスもしくは周波数シフト）して、参照アーム経路長をこの撮像深度に調整した場合に得られたものに対応するスペクトル成分を有するダウンミックスされたＯＣＴ信号を作成することができる。このダウンミキシングは、典型的には、ＯＣＴ信号をダウンミキシング周波数と周波数ミキシングして、ＯＣＴ信号にダウンミキシング周波数をプラスまたはマイナスした周波数を生成し、次いで、フィルタリングして、合計された（または変調された、ミックスされた、またはシフトされた）周波数を除去（または選択または分離）することによって達成される。ゼロ周波数付近のノイズを回避するために、および／または信号がゼロ周波数付近のこの帯域に現れる場合にダウンミキシング周波数を調整し得るバッファを提供するために、ゼロ周波数が対象のスキャン範囲のわずかに外側になるようにダウンミキシング周波数を選択することができ、標準的なＳＳ－ＯＣＴシステムでは、参照アーム長を対象のサンプルの深度範囲のわずかに外側にすることによって同様の効果を達成し得る。このようにＯＣＴ信号をダウンミックスすることは、複数の利点を提供することができる。本光学ベンチ（半導体光学ベンチまたはマイクロ光学ベンチ）の設計に最も関連して、ダウンミキシングは、参照アームとサンプルアームとの間の（光学）経路長の著しい不整合を可能にし、マイクロパッケージから離脱しないマイクロベンチ（または半導体光学ベンチ）上に短い参照アーム（例えば、サンプル（例えば、網膜）位置までの距離よりも短い）を統合することを可能にし、ダウンミキシング周波数を調整可能にすることは、参照アーム経路長またはサンプルアーム経路長の機械的または光学的調整の必要性を排除することができる。

適切なダウンミキシング周波数を迅速に見つけるために、最初に光源を低速で掃引して、比較的遅いＡスキャン速度で大きなスキャン範囲を生成し、次いで、所望のスキャン深度が識別されると、より速い掃引速度および対応するＡスキャン速度に切り替え、適切なダウンミキシング周波数を用いて、結果として生じるより制限されたスキャン範囲に対してスキャン深度を正確に設定することができる。

ダウンミキシング周波数の電子的調整により、撮像ウィンドウの深度（軸方向位置）の迅速な調整を提供し、取得中に、サンプル（例えば、網膜）（の曲率）に追従するようにスキャン深度を調整すること、さらにＢスキャン内のＡスキャン間またはＡスキャン中にサンプルに追従するようにスキャン深度をシフトすること（例えば、全体的なサンプル位置、サンプル表面、またはサンプル内の特定の層に追従するように取得中に経路長を調整すること）が可能となる。表面または層を追跡するために様々な方法を使用することができ、例としては、ＯＣＴ信号のスペクトルに基づいて、またはＯＣＴの信号処理を通して発見されたＯＣＴ画像内の特定の層または境界の識別に基づいて、ダウンミキシング周波数を調整することが挙げられる。網膜の撮像の場合、追従する可能性のある表面はＲＰＥであるか、または網膜全体を追跡することができる。網膜全体を追跡するために、ＯＣＴデジタル化によって取得されたスペクトルを、デジタル化によってサポートされる帯域幅範囲の中間点付近に維持することができ、一方、ＲＰＥを追跡するために、ＲＰＥに対応する可能性が高いピークスペクトル信号を固定周波数に維持することができる。

スキャン深度をシフトさせるダウンミキシング手法は、スキャン深度を調整するための参照ミラーの移動によって生成されるようなドップラーシフトをＯＣＴ信号に追加しないという利点を有する。このドップラーシフトは、画像に影響を及ぼし、ＳＤ－ＯＣＴシステムにおいて位相ウォッシュアウト（ｐｈａｓｅ ｗａｓｈ－ｏｕｔ）を引き起こし、掃引光源システムにおいて軸方向の位置の変位または軸方向の点広がり関数（ＰＳＦ：ｐｏｉｎｔ ｓｐｒｅａｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の拡大を引き起こすため、望ましくない。ダウンミキシング周波数の電子的調整は、電圧制御発振器の使用を通じて実現され得る。

ダウンミキシングを電子的に実施する代わりに、サンプル光または参照光のいずれかの光周波数をシフトすることによって同じ効果を達成することもできる。個別の周波数シフトを生成するために、音響光学変調器または電気光学変調器などの光変調器を使用することができる。ハイブリッドマイクロベンチ／ＰＩＣシステムにおいて、この変調は、ＰＩＣにおいて備えることができる。

取得中にダウンミキシング周波数を変更する１つの可能な複雑さは、わずかに異なる時間に取得された２つのＯＣＴスキャンが比較され、スキャン間の差が通常は血流に起因する動きを示す血管造影撮像中に生じる可能性がある。ダウンミキシング周波数が２つのそのようなスキャンの間で調整される場合、アーチファクトを生成しないように、スキャン間の差を計算する前に、このダウンミキシング周波数変化を補正する必要があり得る。

いくつかの実施形態では、サンプルアームと参照アームとの間の大きな光学経路長の不整合を可能にするために、上述したダウンミキシング概念を使用することを選択し得るが、軸方向におけるサンプルのアライメントのために、何らかの光学経路長調整を光学的に実施することを選択することもできる。これは依然としてマイクロパッケージ内で、可動部品を必要とせずに行うことができる。例えば、回折格子およびミラーを組み合わせて電気光学偏向器を使用してスキャン遅延線を実装することができる。

好ましい実施形態では、上述したＯＣＴシステムは、半導体光学ベンチ上に実装され、これは、マイクロ光学部品用のスロット（凹部）がエッチングされ、アクティブアライメントプロセスを必要とすることなく、マイクロ光学部品が配置される半導体である。このようなシステムは、半導体製造プロセスのスケーラビリティから利益が得られるため、大量生産に特に適している。マイクロ光学部品用のスロットは、リソグラフィを使用して半導体ウェハ全体をパターニングすることによって、数百または数千のデバイスを並列にエッチングすることができる。次いで、マイクロ光学部品は、ウェハ全体に対してロボットによって一度に組み立てられ得、その後、ウェハレベルのパッケージングステップが続き、ここで、リッドウェハ（ｌｉｄ ｗａｆｅｒ）が、ベース層の上に接着され、気密封止が形成される。代替的に、リッドウェハの代わりに別の半導体光学ベンチが使用され得る。この「リッド」半導体光学ベンチは、対向する「ベース」半導体光学ベンチの表面上に延在するマイクロ光学部品の部分を受容するように構成された対応する／相補的なスロット（またはパターン）を備えて構築され得る。この構成では、マイクロ光学部品は、２つの半導体光学ベンチの間に挟まれ、２つの対向する半導体光学ベンチによってアライメントされて保持される。リッドウェハは、必ずしも半導体材料から製造される必要はなく、例えば、半導体特性を有していないガラスまたはセラミックから製造されてもよい。これは、例えば、シリコンなどの典型的な半導体材料が透明でないようなところで動作波長を使用するケースにおいて有益であり得る。透明なベンチウェハまたは透明なリッドウェハのうちの少なくとも１つを有することが望ましい。その理由は、ベンチまたはリッドは、典型的には、光がマイクロパッケージの外および／または中に結合され得るウィンドウとして機能するからである。気密封止されたパッケージは、パッケージ内の素子、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒｓ）のＭＥＭＳ素子またはＭＥＭＳベースのビームステアリングミラーのより速い運動を可能にするために真空を含み得る。代替的に、例えば、利得チップのファセットにおける酸化による損傷など、活性半導体光学材料の劣化を防止または低減する特定のガスを含有し得る。

半導体ウェハのリソグラフィパターニングは、ナノメートル精度でスロットおよび／または他のアライメント指標を作成するため、半導体光学ベンチは、光学経路長の正確な制御が必要とされる用途に特に有益である。これらは、例えば、サンプルが複数のビームで平行にスキャンされ、個別の撮像チャネル間の撮像深度の不整合が望ましくないマルチビームＯＣＴシステム、または例えば、複素信号を再構成するために、検出されるべき干渉信号が分割され、９０度の相対位相シフトで取得される直交検出器を含む。

図２Ａは、ベース、例えば、半導体光学ベンチ１３上（または代替的に、マイクロ光学ベンチ上）の例示的なＯＣＴシステム１１を示す。本実施例では、光源ＬｔＳｒｃ１からの光は、半波長板（またはリターダ（ｒｅｔａｒｄｅｒ））１５（ここで、記号ラムダλは、波長板を表し、これは、波長板を通って進行する光波の偏光状態を変更する光学デバイスである）を通過して、第１の偏光ビームスプリッタ（またはビーム分割器）ＰＢＳ０に至る。次に、分割された光は、第１の四分の一波長板１７を通過してベンチ外のサンプルへと（サンプルアームに沿って）進み、第２の四分の一波長板１９を通過してベンチ１３外の参照アームへと進む。サンプルアーム（ＳＣＴｌ）および参照アーム（ＲｅｆＬ）からの戻り光は、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ０で結合され、第２の半波長板２１、第１のレンズ２３（ここで、記号Ｌはレンズを表す）、（任意選択の）ピンホールＰ、および第２のレンズ２５を通過して、好ましくは戻り光ＳＣＴｌおよびＲｅｆＬの偏光状態に対して４５度であり、かつ干渉生成器ＩＧとして機能する（例えば、干渉を生成する）第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ１に到達する。干渉信号は、検出器２７、２９に送信される（ここで、符号Ｄは検出器を表す）。この説明における種々の半波長板の目的は、光の一部が偏光ビームスプリッタを通過し、光の一部が偏光ビームスプリッタによって反射されるように、偏光状態を変化させることである。この同じ機能は、異なる量の位相遅延を有する波長板（単数または複数）によって実行することができる。例えば、２２．５度の半波長板を使用して、偏光状態を４５度回転させて偏光ビームスプリッタによって光の半分が反射され、半分が透過されるようにすることができるが、円偏光を得るように４５度回転させた４分の１波長板を使用して、同じ５０／５０分割を達成することができる。そのような手法の１つの利点は、全ての波長板が四分の一波長板にすることで、必要とされる異なる部品の数を低減することができることであり得る。システムにおいて使用されるマイクロレンズの可能性は、ボールレンズ、ＧＲＩＮレンズ、球面レンズ、非球面レンズ、または自由形状レンズを含むが、これらに限定されない。

図２Ｂは、図２ＡのＯＣＴシステムの代替実施形態を示す。図２Ａの構成要素と同様の構成要素は、同様の参照符号を有し、かつ上述されている。図２Ｂでは、ウィンドウ１８Ａ／１８ｂ（ここで、記号Ｗはウィンドウを表す）、または他の透過性要素が、光ファイバを使用するのではなく、気密封止ベンチ１３と外界との間のインタフェースとして使用される。

図２Ｃは、本発明によるＯＣＴシステムの別の実施形態を示す。図２Ａおよび図２Ｂの構成要素と同様の構成要素は、同様の参照符号を有し、かつ上述されている。図２Ｃでは、参照アームＲｅｆＡｒｍは、光学ベンチ１３（半導体光学ベンチまたはマイクロ光学ベンチ）上に完全に組み込まれ／集積されているため、光学ベンチ１３と外界との間の参照アームのインタフェース（例えば、図２Ｂの１８Ｂ）の必要性が排除される。本例では、再帰反射器（例えば、図１のＲＲ１と同様）は、ミラー２０として実装される（ここで、記号Ｍはミラーを表す）。参照経路長がサンプル経路長と光のコヒーレンス長以内で一致するときに干渉が得られるため、これを実施し得るいくつかの方法が本明細書で企図される。光学ベンチ１３上に、サンプルアーム経路長とほぼ（または実質的に）等しい長さの参照アーム経路長を作成することができる。代替的に、掃引光源システムにおいて長いコヒーレンス長を有する光源を使用し、次いで、完全なスキャン深度を表示しないことによって、または上記で説明されるように、デジタル化の前にＯＣＴ信号をダウンミックス／復調することによって、制限されたスキャン深度のみを利用することができる。

別の実施形態は、外部サンプルアーム光学部品を必要とし得ない。その代わりに、サンプルをマイクロパッケージに接触させるか、またはマイクロ光学パッケージに近接して配置することができる。そのような実施形態では、全てのサンプルアーム光学部品はマイクロパッケージの一部である。集束光学部品は、例えば、サンプルビームのための出口／入口ウィンドウとして同時に機能するように使用され得る。

マイクロ光学ベンチ及び／又は半導体光学ベンチの解決策におけるコストの多くは、ＮＲＥおよびパッケージングにあるため、全体のコストを大幅に増加させることなく、ＯＣＴソリューションの複雑さを増加させることができて、偏光感応型（ＰＳｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）ＯＣＴなどのより複雑な設計が実行可能となる。図２Ｄは、２つの検出経路ＰｔｈＡおよびＰｔｈＢを有し、かつマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ１３上に実装されたＰＳ－ＯＣＴの一例を示す図である。上述したものと同様の構成要素は同様の参照符号を有し、同様の構成要素の重複する例は、末尾に文字「ｂ」が付加された同様の参照符号を有する。本実施例では、ＰＢＳ０およびＰＢＳ０ｂは、光をそれらの対応する参照アームＲｅｆＡｒｍおよびＲｅｆＡｒｍｂに偏向させ、各々は、２回通過するときに光の偏光状態を９０度回転させる４分の１波長板１９／１９ｂを含むため、全ての参照光がＰＢＳ０およびＰＢＳ０ｂを通って対応する検出器経路ＰｔｈＡおよびＰｔｈＢに戻される。サンプルから戻る２つの偏光状態（例えば、ウィンドウ１８Ａを通る散乱光ＳＣＴｌ）は、ＰＢＳ０ｂによって分離され、第１の偏光状態は、偏光子ＰＢＳ０を通って検出器経路ＰｔｈＡに進み、第２の偏光状態は、ＰＢＳ０ｂによって検出器経路ＰｔｈＢに反射される。サンプルから検出器経路ＰｔｈＡに戻る光は、その偏光状態が半波長板１５ｂとファラデー回転子２２（ここで、記号ＦＲは偏光回転子の一種であるファラデー回転子を表す）の組合せによって９０度回転されるため、ＰＢＳ０によって反射される。また、この半波長板とファラデー回転子の組合せは、サンプルアームに向かって進行する光の偏光をわずかに回転させて、いくらかの光源光を参照アームＲｅｆＡｒｍｂに偏向させる。前述のように、対応する検出器２７／２９および２７ｂ／２９ｂの前にある偏光ビームスプリッタＰＢＳ１／ＰＢＳ１ｂに入射する前に偏光状態を４５度回転させることによって、各検出経路において平衡検出が実現される。

図２Ｅは、直交検波を含む別の手法を示す。この手法では、検出アーム（ピンホールＰの下）内の光は、半波長板２１を通過し、最初に非偏光ビームスプリッタ（非ＰＢＳ）２４によって分割された後、２つの個々の偏光ビームスプリッタＰＢＳ２およびＰＢＳ３に進み、これらの偏光ビームスプリッタは、それらの信号を対応する検出器３０／３２および３４／３６に反射する。非ＰＢＳ２４とＰＢＳ３との間の経路の１つにおいて、四分の一波長板（λ／４）２６が、四分の一波長のリターダンス（ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）を導入するために追加される。直交検出は、システムが参照アームとサンプルとの間の経路長の負と正の差を区別することを可能にして、ＦＤ－ＯＣＴの複素共役鏡像を抑制することによって、参照アーム経路がサンプルアーム経路に等しい距離にわたって実行可能なスキャン範囲を拡張する。

臨床ＯＣＴシステムの他の態様をマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチに統合して、システムをさらに小型化し、コストを削減することも望ましい場合がある。可能な例には以下の１）～３）が含まれる。

１）網膜の撮像または追跡、またはその両方のためのスキャンレーザ検眼鏡などの第２の撮像モダリティを統合すること。
２）場合によっては微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）ミラーを使用して、眼のための固視ターゲットを提供して、固視ターゲットを眼の後部の異なる位置に向けて、患者の固視位置を変更すること。

３）異なる眼の光学特性における差異を考慮したＯＣＴサンプルの焦点合わせ補正および／または収差補正すること。そのような補正は、例えば、パッケージ内の移動レンズ、（例えば、パッケージ内の）調整可能ミラー、アルバレス（Ａｌｖａｒｅｚ）マイクロレンズ、または電気的に調整可能なレンズを用いて行うことができる。

半導体光学ベンチ（またはマイクロ光学ベンチ）上にＯＣＴを実装する別の利点は、ＯＣＴが、例えば、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ：ｄｕａｌ ｉｎ－ｌｉｎｅ ｐａｃｋａｇｅ）または表面実装デバイス（ＳＭＤ：ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｕｎｔ ｄｅｖｉｃｅ）（または他のマイクロパッケージもしくは集積回路パッケージ）内にパッケージ化され、ＯＣＴ信号のための処理電子機器等の他のチップとともにプリント回路基板上にはんだ付けされ得ることである。

上記実施形態のうちの１つまたは複数において、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、その個別の２つのビームを、光学ベンチ１３内（上）に一体化され得る対応する検出器に出力する。図３は、検出アームにおいて光を受光し、その光をシリコンウェハ表面にリダイレクトするのに適した偏光ビームスプリッタＰＢＳの一例を示す。本例では、検出器Ｄ１およびＤ２は半導体光学ベンチに組み込まれている（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ）。

図２Ｆは、本発明によるＯＣＴシステムの代替実施形態を示す。上述したものと同様の全ての構成要素は、同様の参照符号を有する。図２Ｂの場合と同様に、ウィンドウ（Ｗ）１８Ａ／１８Ｂは、ベンチ１３からサンプルアームおよび参照アームへのインタフェースを提供する。本例において、ファイバカップリング（３１および３３）は、検出器３８および４０とインタフェースするために使用される。しかしながら、前述したように、安定性および製造可能性の両方を向上させるためには、ＯＣＴシステム内の光ファイバを排除することが非常に望ましい。典型的なＯＣＴシステムにおける光ファイバは、２つの主な利点、即ち、アライメントの簡略化と、参照アームからの光とサンプルアームからの光との間の単一モード干渉を確実にするための空間モードフィルタリングとを提供する。現在のマイクロ光学ベンチ及び半導体光学ベンチ技術は、アライメントの必要性に対処するが、戻り信号の単一モード干渉を実現する必要性に直接対処していない。検出器に到達する光を単一モードに制限するために、またはＯＣＴから良好な性能を達成するために単一モードに少なくとも十分に近くするために、サンプルアームおよび参照アームからの戻り光は、図２Ａ～図２Ｅに示すように、検出前に１つまたは複数のピンホールＰ（図２Ｆには図示せず）を通過し得る。また、アライメントを簡単にするため、および参照光とサンプル光の両方が同じ単一モードに制限されることを確実にするために、サンプル光と参照光が結合された後に同じピンホールを一緒に通過することが望ましい。古典的なシステムで行われるように、ビームスプリッタで干渉させるのではなく、偏光ビームスプリッタの使用を通して同一光学経路上で２つのビームを結合することで、図２Ａから２Ｅに示されるように、そのようなピンホールを配置することができる、光源および参照光の共有経路を提供する。

光源の周波数掃引における非線形性は、掃引光源ＯＣＴシステムにおいて問題となり得る。図２Ｇおよび図２Ｈは、この非線形性問題に対処する２つの実施形態を示す。図２Ｃの構成要素と同様の全ての構成要素は、同様の参照符号を有し、かつ上述されている。図２Ｇおよび図２Ｈの実施形態は、ビームスプリッタ１４（ここで、記号「ＢＳ」はビームスプリッタを表す）、２つのミラー２０Ａおよび２０Ｂ、および検出器１６を含むように例示的に示される第２の（オンボード）干渉計１２を組み込んでいる。光源ＬｔＳｒｃ１からの光の一部を干渉計１２（例えば、エタロンまたはマイケルソン干渉計）に指向させることによって、ＳＳ－ＯＣＴ取得をトリガするためのｋクロックを生成するか、または基準信号を取得することができる。これらの構成のいずれも、（例えば、掃引信号によって）掃引を線形化するために使用することができ、ｋクロックトリガは、取得を直接線形化し、基準信号は、非線形性を決定し、従って、非線形性を補正するために使用することができる。ｋクロックまたは基準信号を生成するための光は、ＰＢＳおよび半波長板を用いて光源の直後に取り出すことができる。例えば、図２Ｇにおいて、光源ＬｔＳｃｒ１からの光の一部は、半波長板１５Ａおよび偏光ビームスプリッタＰＢＳ４によって干渉計１２に指向される。代替的に、図２Ｈに示すように、光源ＬｔＳｃｒ１からの光の一部を、参照アームＲｅｆＡｒｍ内の部分透過ミラー２０Ｃ（および任意選択的に、別の四分の一波長板１９Ａ）によって干渉計１２に指向させることができ、その後に、マイケルソン干渉計１２が続き、これにより、図２Ｇに示す設計と比較して、いくつかの部品が除去される。

空間フィルタリングのための追加の部品を回避するために、フォトダイオードの活性エリアは、それらのサイズが適宜選択される場合、空間フィルタとして機能することができる。この場合、収集光を検出器上に集束させ、典型的には合焦されたビームのサイズの数倍未満の小型検出器を使用する。

マイクロ光学部品パッケージからのビームは、用途に応じて追加の光学部品（例えば、ミラースキャナ、ビームエキスパンダ、サンプルへのリレー光学部品）に結合され得る。これらの光学表面からの反射が干渉計における検出器に戻るのを回避するために、サンプル経路内の４分の１波長板（図２Ａの１７）は、マイクロベンチの外側に配置されてもよく、１つの選択肢は、最後の光学部品とサンプルとの間に配置することである。この構成では、四分の一波長板の前のサンプル経路内の任意の部品からの反射は、その偏光状態に起因して検出器から離れるように方向付けられる。

システム内の種々の光学部品からの反射は、検出器飽和、ＶＣＳＥＬもしくは光増幅器の損傷、および／またはＯＣＴ信号内のアーチファクトもしくはゴースト画像をもたらし得る。これらの望ましくない反射は、ピンホールおよび開口の使用、検出器の活性エリアの制限、屈折率不整合を低減するための部品の接着、反射防止コーティング、傾斜部品、および偏光分離を含むがこれらに限定されない様々な方法で軽減または除去することができる。

図２Ａ～図２Ｅ（並びに図２Ｇ及び図２Ｈ）に記載されたＯＣＴシステムは、ファイバ及び／又は半導体導波路の使用を回避することができる。ファイバが存在しないことにより、ファイバが移動したときまたは温度が変化したときに生じる複屈折の変化による信号変動が回避され、典型的にはサブマイクロメートルの直径を有する半導体導波路が存在しないことにより、集光および伝搬効率、ならびに例えば、プローブが落下した場合または振動した場合のアライメントの安定性が向上する。

従来のＯＣＴシステムでは、参照経路内の光は、コーナー再帰反射器を使用して干渉計に戻るように反射される。コーナー再帰反射器は、広範囲の入射角にわたって入射光を導き、システム公差およびミスアライメントの存在下で、参照光を確実にリダイレクトするのに理想的である。しかしながら、コーナー再帰反射器は高価であり、かつ１ｍｍ未満のスケールで製造することが困難である。また、コーナー再帰反射器は、ビームが部品の中心に向けられる場合、波面上で偏光を変化させることができる。説明されたマイクロ光学系の主要な利点は、光学部品の取付けにおける厳しい公差であり、これは、再帰反射器（図２Ｃおよび図２Ｄの２０）の代わりに平面ミラーの使用を可能にし得る。システムが、この構成での検出においてサンプルと参照との十分な相互アライメント（ｃｏ－ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を確保することができない場合、システムは、代わりに、参照経路内においてその後焦点面に配置されたミラーを有するレンズ（即ち、キャッツアイ再帰反射器）を含むことができる。

前述したように、記載されたシステムは非常に低コストである。しかしながら、ＳＳ－ＯＣＴシステムのコストは、典型的には、波長可変光源のコストによって決定される。従って、システムを全体的に低コストにすることを可能にするために、特に安価な光源を使用することが望ましい。垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、データセンタ、光学式コンピュータマウス、距離および近接センサ、生体認証顔認識などの多くの大量生産用途において普及しており、従って、一般的に非常に安価である。レーザ駆動電流を調整することによって、中心波長を調整することが可能であることが以前に示されている。従って、そのような光源または複数のそのような光源の組合せは、本明細書で説明するシステムで使用するのによく適している。ＶＣＳＥＬ、特に熱的に駆動されるＶＣＳＥＬに関する１つの問題は、掃引可能な波長範囲が限られていることである。ＯＣＴシステムの軸方向分解能は、光の掃引帯域幅によって決定されるため、中心波長が異なる複数のＶＣＳＥＬを組み合わせて、組み合わせ帯域幅の拡大、および場合によっては総光出力パワーの増加を実現することが望ましい。

図４Ａは、ダイクロイックミラー４５を使用して複数のＶＣＳＥＬ（例えば、掃引光源）４１／４３を組み合わせる１つの方法を示す。この手法では、掃引光源４１からの光はダイクロイックミラー４５を通過し、掃引光源４３からの光はダイクロイックミラー４５によって反射される。このようにして、両方のＶＣＳＥＬ４１／４３が組み合わされて、組み合わせ光ビーム４６が形成される。

図４Ｂを参照すると、図４ＡのＶＣＳＥＬ４１／４３が同時に動作した場合（これは光出力パワーの観点から望ましい）、別のダイクロイックミラー５１の使用を介して、ＯＣＴの検出端でそれらの光を異なる検出器（４７／４９）に分割することが望ましい。

代替的に、複数のＶＣＳＥＬを順次動作させ、次いで、同じ検出器上で各ＶＣＳＥＬ（例えば、２つ以上のＶＣＳＥＬ）からの光を検出することができる。ＶＣＳＥＬを順次動作させることは、例えば、ＶＣＳＥＬのデューティサイクルが制限されている場合に有効であり得る。デューティサイクルが制限されるのは、熱的に駆動される掃引の間にＶＣＳＥＬを冷却する必要があること、またはＭＥＭＳ ＶＣＳＥＬの場合には、ＭＥＭＳが次の掃引を開始するために初期位置に戻る必要があることの結果であり得る。

図５は、異なる波長帯域をカバーする複数のＶＣＳＥＬを用いてサンプル組織内の所与の位置をスキャンする別の方法を示す。この例では、複数の異なるＶＣＳＥＬ（例えば、ＶＣＳＥＬ－１、ＶＣＳＥＬ－２、ＶＣＳＥＬ－３、およびＶＣＳＥＬ－４）が、ラインに沿って異なるＶＣＳＥＬを合焦させ、合焦したＶＣＳＥＬ間の距離だけスキャンをシフトさせることによって、（組織）サンプル上の同じ場所を順次照射する。図５は、組織サンプル上の時間対（照射）位置のプロットを示す。このようにして、サンプル上の同じ所定の位置（例えば、位置Ｌｏｃ１）が複数（例えば、４つ）のＶＣＳＥＬによって順次スキャンされる。任意選択的に、複数の電流調整型ＶＣＳＥＬの組み合わせが使用され得る。例えば、スペクトル的に、２つ以上のＶＣＳＥＬを使用して、スペクトル分離が大きいペア／グループを並行して掃引し、次いで、第２のセットを順次掃引し得る。複数のＶＣＳＥＬは線形化され得、ＶＣＳＥＬのアレイはマイクロ光学ベンチ（または半導体光学ベンチ）のスロットに挿入され得る。代替的に、１つまたは複数のＶＣＳＥＬを、電子機器または検出器と同様に、光学ベンチ基板／ベースの構築に使用される半導体の半導体ウェハに組み込むことができる。ＶＣＳＥＬの使用は、ベンチから直接垂直に射出するため、これに特に適しており、従って、簡単なミラーまたは回転プリズムを使用して、ＶＣＳＥＬ光を半導体ベースのベンチの平面に沿ってリダイレクトすることができる。

ＶＣＳＥＬに関する別の問題は、光出力パワーが制限されることである。従って、生体サンプルの高品質ＯＣＴ撮像のために、ＶＣＳＥＬは半導体光増幅器と組み合わされ得る。しかしながら、本明細書に記載されるＯＣＴシステムに特有の３つの態様は、光増幅器なしでの生体サンプルの高品質ＯＣＴ撮像に対するＶＣＳＥＬの使用を可能にし、これは、これまで実証されていない。

１．高光学効率の自由空間マイクロ光学部品干渉計。同様の光学効率は、ファイバベースの設計では実現不可能である少なくとも８００ｎｍおよび１０６０ｎｍの波長範囲内である。その理由は、これらの波長域では効率的なサーキュレータが存在しないため、サンプルまでの経路上で常に多くのパワーを失うからである。

２．ｐ－ｉ－ｎおよびトランスインピーダンス増幅器ベースの平衡検出器の代わりの低ノイズ検出器の使用。本明細書で説明するシステムの性能は、検出器ノイズを克服するために必要とされる参照光の量によって著しく制限され得るため、一般的に光源パワー不足ではない最先端のＯＣＴシステムとは対照的に、非常に低ノイズの検出器を使用することが望ましい。これにより、低い基準パワーを用いてショットノイズを制限した感度を得ることが可能となる。従って、第１の偏光ビームスプリッタの前の波長板を適宜調整することによって、利用可能な光パワーの大部分をサンプルに送ることができる。本明細書で説明されるシステムにおける用途に適した低ノイズ検出器は、電子注入検出器（Ｅ－Ｉ検出器）である。電子注入検出器は低ノイズを示すが、これはＲＦ信号帯域幅にあまり依存しない固有の増幅によるものである。

支配的なノイズ源としての検出器ノイズを克服するためにわずかな基準パワーしか必要とされない場合、光源の相対強度ノイズ（ＲＩＮ：ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｎｏｉｓｅ）も通常は問題ではない。従って、そのようなシステムにおいて平衡検出を省略して、依然としてショットノイズを制限することが可能である。しかしながら、平衡検出は、ＲＩＮを抑制するだけでなく、自己相関信号などのコモンモード信号も抑制するため、通常は、平衡検出構成を依然として使用することが望ましい。

３．ＶＣＳＥＬアレイ、即ち複数の平行ビームの使用。これにより、総サンプル光パワーにアレイ内のＶＣＳＥＬの数が乗算される。従って、例えば、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ（ＭＥＭＳ ｔｕｎａｂｌｅ ＶＣＳＥＬ）および光増幅器を使用して、最先端のＯＣＴシステムと等しいかまたはそれより高いサンプルパワーを達成することができる。ＶＣＳＥＬおよび検出器アレイの使用による多重化の概念は、本明細書の後のセクションでより詳細に説明される。

別の実施形態は、参照光と干渉する反射を生成する部分透過性要素をサンプルアームに追加し得る。上記の実施形態は、サンプルアーム内に多数の光学表面をすでに有しているため、追加の要素を導入する代わりに、これらの光学表面のうちの１つを反射に使用し得る。この反射は、いずれの場合もサンプルよりも近いため、その干渉信号は、ＯＣＴ信号よりも低い周波数を有することになる。従って、例えば、信号を分割し、２つのコピーを適宜ハイパスフィルタリング／ローパスフィルタリングすることによって、ＯＣＴ信号から分離され得る。例えば、低周波数が基準干渉信号に使用され得、高周波数がＯＣＴ信号に使用され得る。基準干渉信号は、次いで、並行してデジタル化され、掃引の波数非線形性を補正し、ＯＣＴデータを位相安定化するために使用されることになる。代替的に、基準信号およびＯＣＴ信号は、共にデジタル化され、デジタル空間において分離することができる。これにより、第２のデータ取得チャネルの必要性が回避される。

本発明はまた、マイクロ光学ベンチもしくは半導体光学ベンチ上に実装されるか、または実際に半導体光学ベンチに組み込まれる、ＯＣＴシステムの他の態様も想定している。例えば、ＯＣＴビームをスキャンするＭＥＭＳミラーは、ベンチ上に実装され得るか、またはフォトリソグラフィにより半導体ベースのベンチに組み込まれ得る。このＭＥＭＳミラーは、ＯＣＴシステムのための完全な横断スキャン（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ）機能を提供することができるか、またはシステムの１つの部品とすることができる。特に、このＭＥＭＳミラーは、制限された視野にわたって高速スキャンを提供することができ、より拡張された視野が二次スキャンシステムによって提供される。マイクロ光学ベンチ及び／又は半導体光学ベンチ上に集積されたＭＥＭＳスキャンシステムの視野を制限することは（例えば、システム（例えば、広視野スキャンシステム）の所望の／所定の／目標の完全な（又は、より拡張された）スキャンＦＯＶ未満に制限することは）、いくつかの利点を有する。第１に、ＭＥＭＳミラーの角度範囲は、典型的には＋／－６度のオーダーであり、典型的なＯＣＴシステムに望まれる全視野（ｆｕｌｌ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ）に対処することを困難にする。古典的な（例えば、バルク光学）ＯＣＴシステムでは、比較的大きなＭＥＭＳミラーを使用して、ＭＥＭＳを縮小スポットに結像して、視野を拡大させることができるが、これは、ミラーおよびＯＣＴシステムの両方に関してＤＩＰ（または他の典型的な半導体パッケージ）内の限定された空間ではより困難である。加えて、ＭＥＭＳミラーのサイズを制限することによって、スキャンの速度を増加させることができるが、その代償として、視野を拡大するためにビームをさらに縮小することができない。また、ＭＥＭＳミラーのスキャン速度は、１つのスキャン軸を中心とした共振スキャンを通してさらに増加され得ることに留意されたい。最後に、結果として得られるスキャン動作は、網膜上を比較的低速で移動する小領域の高速スキャンにより、有益である。関心領域が網膜上を相対的に（又は比較的に）低速で移動しているという事実は、所与の位置における網膜の特性に一致させるために軸方向スキャン深度、焦点、及び／又は非点収差などの他の収差を調整するＯＣＴシステムの最適な性能を維持することを可能にする。

この構成における１つの課題は、ＯＣＴモジュールの大きな作動距離および小型の設計を維持しながら、ビームをスキャナから患者の瞳孔にリレーすることである。収束ビームをＭＥＭＳスキャナ上に導入することは、レンズの焦点距離よりもわずかに大きい距離に配置された単一のレンズを用いてスキャナをリレーする可能性を含んで、設計における柔軟性を提供する。また、ビームの輻輳は、スキャナの前でレンズを平行移動させることによって調整することができるため、設計に集束要素が設けられる。この構成は、瞳リレーおよび合焦のための最小限の部品を備える小型の設計を提供する。

マイクロ光学ベンチ／半導体光学ベンチ上に集積されたミラーを使用した高速スキャンの必要性に対処することは、広視野スキャンシステムがより遅い速度でスキャンすることができ、その設計においてより大きな柔軟性を提供することを意味する。低減されたスキャン速度要件によって可能になる選択肢の例は、検流計または電気モータのいずれかによって駆動されるミラー、または視野を横断するＭＥＭＳミラーを含むＯＣＴシステムを実際に移動させることを含む。マイクロ光学ベンチおよび半導体光学ベンチの解決策によって可能となる超小型ＯＣＴ干渉計の設計は、ＯＣＴ干渉計全体の移動をより実現可能にしているが、ＯＣＴサンプルアームのファイバ先端、ＭＥＭＳスキャナ、および小視野光学部品が全視野にわたってグループとして移動される、より古典的な光ファイバベースのＯＣＴシステムにおいて、（マイクロベンチ上の）小視野高速スキャンと広視野低速スキャンとのこの組み合わせを使用することもできる。

広視野撮像が、ＯＣＴシステムまたはファイバ先端を移動させることによって提供される場合、システムが、瞳孔に対して固定された作動距離を維持するように、瞳孔を中心とする球（例えば、球面／面）に沿って移動することが望ましい。作動距離を維持する利点に加えて、球上で運動を生成する機構を、要素が球に沿って移動するときに、要素が球表面に対して平行を維持するように、設計することができる。その結果、ＯＣＴ／光学撮像システムを、球に平行なこの要素に垂直な光軸を有するように搭載することができるため、システムが視野を横断してスキャンされるとき、撮像システムが、瞳孔が存在している球の中心に向けられた状態を維持することが保証される。

いくつかの理由で、スキャン中に、球の中心を瞳孔から多少変位させることが望ましい場合がある。考えられる理由としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない。
１）スキャンの中心に対する瞳孔位置の柔軟性を可能にすることによって、アライメントを簡略化するため。

２）球の中心を眼の背後に変位させて、球上のＯＣＴシステムの位置を移動させるための機構を顔および眼から離れるように移動させるため。
３）球の中心を眼に向かって変位させて、視野を横断してスキャンする際に網膜までの距離変動を最小限に抑えるため。

球の中心が瞳孔位置に対して変位される場合、球に対して平行を維持する表面と、スキャン中に瞳孔に向ける必要があるＯＣＴ撮像システムの軸との間の付加的な角度アライメント機能を有することが重要になり得る。瞳孔に対するこのアライメントを維持するために、瞳孔に対するＯＣＴシステムのアライメントの軸を監視し、角度アライメントシステムを調整してＯＣＴシステムの瞳孔への指向を維持する、ＯＣＴ撮像システムに取り付けられた瞳孔追跡部品を有することも望ましい。

図６は、カメラがＯＣＴシステムに対して軸または平行軸に沿って指向されるそのようなシステムの例を示す。即ち、図６は、ＯＣＴ撮像モジュールを眼６７の瞳孔中心に向けるための誘導システムの一例を提供する。本図では、瞳孔カメラおよびスキャンモジュール（例えば、ＯＣＴシステム）は、要素６１によって共同で具現化されて示されている。このカメラからのフィードバックを使用して、アライメントシステムを調整してカメラを瞳孔にアライメントして、ＯＣＴシステムも瞳孔にアライメントする。即ち、瞳孔カメラは、眼の瞳孔の中心を追跡し、カメラおよびＯＣＴ撮像モジュール６１のアライメントを維持するためのチルト機能性を提供する、例えば、２軸ジンバル６３を駆動し得る（例えば、フィードバック信号を提供し得る）。本実施例では、ジンバル６３は、好ましくは球面運動（例えば、球の表面と一致する運動）を提供する可動スキャンモジュールプラットフォーム（または撮像モジュールプレート）６５に取り付けられる。要約すると、瞳孔カメラは、瞳孔中心を追跡し、２軸ジンバルを駆動して、カメラおよびＯＣＴ撮像モジュール６１のアライメントを維持する。従って、瞳孔追跡は、広域ＦＯＶ旋回システムに起因する眼球運動およびミスアライメントの両方に対処し得る。本システムは、それによって、事前定義された領域（例えば、２×２×２インチ（５．０８×５．０８×５．０８センチメートル）の領域）にわたってアライメントを維持することができ、この領域は、効果的な撮像を達成するために患者の眼が配置される必要がある領域（例えば、瞳孔ボックス）内で、従来必要とされていたものよりもはるかに大きい領域である。

アライメントシステムが十分に較正されている場合、カメラを平行面に直接取り付けて、フィードバックを使用して、カメラシステムに影響を及ぼすことなく、ＯＣＴシステムをアライメントすることもできる。白内障、または瞳孔の部分における他の混濁の場合、そのようなシステムはまた、画像品質を最適化するために、瞳孔上の特定の場所へのアライメントを維持することができる。そのような混濁がない場合、システムは、瞳孔の中心へのＯＣＴシステムのアライメントを維持する可能性が最も高い。

図７Ａは、撮像モジュール（例えば、瞳孔カメラおよび／またはスキャンモジュールおよび／または他の医療撮像デバイス）のための球面運動を形成する移送システムを示す。本実施形態の移送システムは、本発明による撮像モジュールをスキャンするための枢動システムを含み、取得角度は、回転により球（または球状）面／表面７０が形成される（例えば、球面運動が形成される）１つまたは複数の回転支柱（またはロッド）７２／７３によって駆動／規定される。図７Ａは、例えば、眼の軸に対して９０度変位した球上の枢動点７１Ａを使用することによって、球（または部分球）の表面に沿って（例えば、撮像モジュールプレート６５に取り付けられた）撮像システムを移動させる特に簡単な方法を示し、湾曲支柱７２は、球の表面に沿ってこの枢動点７１Ａから球の反対側の第２の枢動点７１Ｂまで延在する。次いで、支柱７２を２つの枢動点７１Ａ／７１Ｂに対して回転させることにより、支柱７２が球の表面を横断して掃引する。図示されるように、第２の支柱７３が第１の支柱７２に対して球上で９０度回転して取り付けられ、かつ同様に回転される場合、２つの支柱７２／７３の交点は、球上の任意の点に配置され得る。従って、撮像モジュールプレート（またはスキャンモジュールプラットフォーム）６５を２つの支柱７２／７３の交点（例えば、間）に搭載することによって、プラットフォーム６５の所望の動作を形成することができ、このプラットフォーム６５上の表面は、常に球表面に平行であり、従って、瞳孔が存在するであろう球の中心に垂直な点を有する状態で、球の区分上の全ての点に平行移動され得る。２つの支柱７２／７３が球上で互いに対して９０度回転された場合に最良の機械的性能が期待されるが、回転点の位置は９０度離間している必要はないことに留意されたい。支柱が９０度離間していない場合、球上の全ての点に依然として到達することができるが、一方の支柱を回転させることによって生成される力は、他方の支柱の軸に直接沿っていないため、いくらかの追加の摩擦が生じる。

枢動点が、瞳孔が存在すべき球の中心と同じ平面にあることは望ましくない場合がある。患者の顔及び身体もこの平面内にあるため、人体に影響を与えることなく、これらの位置に枢動点を置くことは困難であり得る。前に述べたように、１つの解決策は、球を体から離して移動させ、枢動点と球中心の両方を眼および身体の前に移動させることである。これが行われる場合、ＯＣＴ軸アライメントシステムは、瞳孔に対するアライメントを維持しながら、このオフセットを補正する必要があり得る。この補正は、システムの光軸を瞳孔にアライメントされた状態に維持する追跡システムを介して、またはこの変位を補償する角度依存オフセットをアライメントシステム上で加えることによって、またはその両方によって行うことができる。スキャンモジュールを傾斜させて指向させるこの機能は、図７Ｂに示されている。即ち、図７Ｂは、支柱のうちの１つが回転されるときのプラットフォームの変位を示す。

代替的に、有効枢動点を機械的にシフトさせることができる。枢動点に対する機械的シフトの１つのそのような例が、図７Ｃに示されている。このようにして、面７４からのクリアランスは、枢動点をシフトすることによって向上させることができる。この図では、有効枢動点（例えば、枢動点７５）は、位置７６に対して所与の距離７７だけシフトされる。この方法または同様の方法で枢動点を移動させることにより、球のより小さい部分を使用することが可能になり、同時に回転機構を面７４から離れるように移動させることも可能となる。図７Ｄは、支柱のうちの１つが回転されるときのプラットフォームの変位を示す。

瞳孔へのアライメントを維持しながら、小型ＦＯＶシステムが瞳孔の周りで円弧状に移動されるこの手法は、システムの光学部品によって形成される「瞳孔ボックス」として知られる非常に制限されたエリア内に瞳孔を配置する必要性を大幅に低減するという点で、追加の利点を有する。図８は、本システム８０が、従来の光学系８３の広視野眼科用レンズ８１および対応する瞳孔ボックス８２の要件が除去されていることを示す。瞳孔ボックス８１は、従来、効果的な撮像を達成するために、患者の瞳孔が存在すべき３次元領域の空間（眼科用デバイスに対する）を形成し得る。理論的には、従来の広視野システム８３において光学部品を移動させる瞳孔追跡を追加することができるが、広域ＦＯＶ撮像をサポートするために必要な光学部品のサイズおよび重量によって、これが非実用的なものとなる。対照的に、本システムは、眼の近傍に光学部品を設けることなく（矢印８４によって示される）、光学部品の柔軟性のあるポインティングによって、瞳孔ボックスが除去される（矢印８５によって示されるように）。上述した手法は、非常に軽量に重量が制限された光学ＦＯＶを用いて、光学系を移動させることによって瞳孔の追跡を可能にする。本発明は、瞳孔追跡のために重量のある光学ヘッドを移動させることが現実的でない広視野（＞５０度）撮像システムに特に適用可能である。

図９Ａは、撮像モジュールの球面運動を形成するための本発明による別の移送システムを示す。上述したように、本移送システムは、スキャンシステム／撮像モジュール（または、「ＯＣＴアセンブリ」ＯＡ１）をほぼ（ａｂｏｕｔ）球面／球面運動で物理的に移動させて、眼全体をスキャンするが、本実施形態は、極座標ベースのシステムを含む。本例では、ＯＣＴアセンブリＯＡ１の上述した球面運動は、ハウジングＨ１内の球面（又は部分的ドーム形状）表面又はフレーム（Ｓｐｈｒ）によって提供される。任意選択的に、表面Ｓｐｈｒは、最小限、患者の眼を受容するのに十分なサイズであり得、従って、典型的な巨視的なＯＣＴシステムと比較して比較的小さいものであり得る。本例では、ハウジングＨ１は、５インチ（１２．７センチメートル）の高さであるように例示的に示されている。図９Ａは、ハウジングＨ１の内部側面図（または切欠図）ｖ１と、ハウジングＨ１の正面図ｖ２と、表面Ｓｐｈｒの内部湾曲面に沿って配置され得る半径方向湾曲スライド（またはガイド）（ＲＳ１）に沿って表面Ｓｐｈｒの外部からその内部に延在するＯＣＴアセンブリＯＡ１の一部を示す分解図ｖ３とを提供する。回転子Ｒｔｒまたは他の回転電機子／回転機構は、矢印ｒ１によって示されるように、表面Ｓｐｈｒを（例えば、患者の瞳孔の軸中心の周りで）回転させ得る。このようにして、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、表面Ｓｐｈｒの中心から所与の半径方向距離で円形経路（例えば、方位角方向）に沿って一方向または双方向に回転するように作製され得る。加えて、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、矢印ｒｄ１によって示されるように、半径方向スライドＲＳ１（または他の半径方向に移動可能なキャリッジ／保持アセンブリもしくはレールシステム）に沿って、表面Ｓｐｈｒの中心から半径方向に（外向きまたは内向きに）移動するように作製され得る。回転子Ｒｔｒ（回転表面Ｓｐｈｒ）と半径方向スライドＲＳ１との組み合わせによって、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、表面Ｓｐｈｒの内部によって形成される球面に沿った任意の位置に配置され得る。

図９Ｂは、患者の眼に対する半径方向スライドＲＳ１の拡大正面図および側面図を提供する。本例では、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、長方形の正面外形を有するように示されているが、図９Ａの例では、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、円形の正面外形を有するように示されている。ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、いずれか１つの構成に限定されないことを理解されたい。図示されるように、半径方向スライドＲＳ１は、ＯＣＴアセンブリＯＡ１が表面Ｓｐｈｒによって形成される球面内の任意の位置に移動され得るように、（点線Ｃｎｔｒによって示されるように）患者の瞳孔の中心の周りを（例えば、矢印ｒ１によって示されるように、回転子Ｒｔｒまたは他の回転シャフトによって）方位角的に回転し得る。このようにして、ＯＣＴアセンブリＯＡ１は、患者の瞳孔から固定距離（例えば、２インチまたは５．０８センチメートル）に維持され得る。本例では、固視ターゲットＦｘ１（例えば、ミラー、発光ダイオード、小型電子ディスプレイなど）が、患者の瞳孔にアライメントされた球面の中心に固定される。任意選択的に、固視ターゲットＦｘ１は、表面Ｓｐｈｒに沿った任意の他の所望の位置に移動するようにされ得る（または固定され得る）。

図９Ａに戻ると、ミラーであり得る固視ターゲットＦｘ１が表面Ｓｐｈｒの中心に示されており、固視ターゲットＦｘ１は、固視ターゲットＦｘ１の焦点調節の必要性がない固視用レーザ（ｆｉｘａｔｉｏｎ ｌａｓｅｒ）ＦＬ１によって提供され得る。固視用レーザＦＬ１は、固視ターゲットＦｘ１上に静止画像又は動画像（例えば、動画）を投影し得る。任意選択的に、固視ターゲットＦｘ１は、表面Ｓｐｈｒに取り付けられ、表面Ｓｐｈｒと共に回転するか、または眼に対して固定回転（ｆｉｘｅｄ ｒｏｔａｔｉｏｎ）で維持され得る。さらに、固視用レーザＦＬ１は、表面Ｓｐｈｒとは独立し得、かつ、表面Ｓｐｈｒの内部が反射性である場合（例えば、鏡面を有する場合）、表面Ｓｐｈｒ上の任意の内部位置に固視ターゲットＦｘ１を投影し得る。このようにして、固視用レーザＦＬ１は、表面Ｓｐｈｒが回転している間、患者の瞳孔に対して複数の固定位置に固視ターゲットＦｘ１を投影し得るか、またはＯＣＴアセンブリＯＡ１の半径方向経路ｒｄ１とは反対側の半径方向経路などの固定経路Ｐｔｈ１を形成し得る。瞳孔アライメントカメラＰ１、Ｐ２、およびＰ３などの他の構成要素は、球面Ｓｐｈｒに取り付けられ、かつ球面Ｓｐｈｒとともに回転し得る。

図９Ｃは、特にＯＣＴＡスキャン用途であるがこれに限定されない球面スキャンアセンブリに適した例示的なスキャンパターンを示す。複数のスキャン領域またはパッチ（Ｐｔｃｈ１／Ｐｔｃｈ２）は、複合円形スキャン領域を形成するように、半径方向ステップおよび方位角ステップにおいて作成され得る。例えば、ＯＣＴアセンブリが、例えば、±６度の制限されたスキャン視野を有する場合、各スキャンパッチは、１２度の制限されたスキャン幅（ＬＳ１）を有し得る。図示されるように、スキャンパッチは、（例えば、モンタージュ等による合成により）例えば、１００度の有効なより大きい視野を形成するように、半径方向に方向付けられ、かつ互いに重複するより短いスキャンパッチＰｔｃｈ１およびより長いスキャンブロックＰｔｃｈ２から構成され得る。内向きおよび外向きの矢印Ａ１によって示されるように、いくつかのスキャンパッチ（例えば、より短いスキャンパッチＰｔｃｈ１）は、ＯＣＴアセンブリが球面の中心に向かって半径方向内向きに移動されるときにスキャンされ得、他のスキャンパッチ（例えば、より長いスキャンパッチＰｔｃｈ２）は、ＯＣＴアセンブリが球面の中心から半径方向外向きに移動されるときにスキャンされ得る。このようにして、１つまたは複数のスキャンビームによる連続的な方位角スキャンおよび半径方向スキャンが実現され得る。任意選択的に、パッチＰｔｃｈ１／Ｐｔｃｈ２によって形成されるスキャンエリア／領域全体が、（例えば、静止した）ＯＣＴアセンブリのスキャン視野によって形成される場合、ＯＣＴアセンブリが次のスキャン位置に移動して次のスキャンパッチを捕捉する前に、ＯＣＴアセンブリが対応する静止位置にある間にスキャンパッチＰｔｃｈ１／Ｐｔｃｈ２がスキャンされ得る。上述したように、ＯＣＴアセンブリは、１つまたは複数の単一点スキャナ、ラインスキャナ、または全視野スキャナから構成され得る。上述したように、ＯＣＴアセンブリが並行して動作する複数のスキャンビームを含む場合、システムの有効スキャン速度が増加し得る。

眼をスキャンするために半径方向運動および方位角運動の任意の組み合わせを行うことができるが、眼に入射する複数のＯＣＴスキャンビームが存在するようにＯＣＴシステムが並列化され、ＯＣＴ血管造影に関心がある場合、各半径方向スキャン中にアレイの回転を固定した状態に保持するように、図９Ｃに示されるように、それらの間で方位角回転を伴う一連の半径方向スキャンを行うことが望ましい場合がある。特に、これは、反復血管造影スキャンの間に回転がないことを保証することになる。なぜなら、そのような回転は、並列化されたビーム間の水平間隔および垂直間隔を変化させて、血管造影のために（同じ位置で）Ａスキャンパターンを繰り返すことを困難にするからである。

いくつかの点で、上述した手法はモンタージュと同様であり、モンタージュでは、制限された視野の機器を用いて一組の画像を手動で撮影し、次いで、それらを組み合わせて広視野画像を生成する。そのような手動手法では、典型的には、患者に固視ターゲットを見るように求め、次いで、異なる位置で固視ターゲットを用いて一連の画像を撮影する。次いで、眼は、各画像に対して異なる方向を見ているため、複数の画像は、モンタージュすることができる眼の異なる部分を示す。本明細書で説明する手法は、固視ターゲットがサブフィールドの収集の間に移動しない点と、サブフィールドの取得の間にアライメントステップを必要とせずにサブフィールドの全てが順次取得される点の両方で異なる。

モンタージュされる画像の１つの課題は、固視ターゲットが中心画像に対する撮像視野内にあるが、周辺画像に対する撮像視野内にはないことである。これは、１つは光学部品の視野内にあり、１つは光学部品の外部にある２つの固視ターゲットシステムの必要性につながり得る。本システムでは、この問題を回避することができ、中心サブフィールドと周辺サブフィールドの両方をカバーするために１つの固視ターゲットシステムを必要とするだけである。これは、図１０に示されるように、撮像システム（例えば、スキャンモジュールまたはスキャンヘッド）８７が横断する球面７０の背後に固視ターゲット８６を配置することによって実現することができる。小型スキャンモジュール８７は、スキャンモジュール８７が固視ターゲット８６の前を通過するときに固視ターゲット８６を一時的にブロックし得る。即ち、固視ターゲット８６は、撮像システム８７がその前を通過するときにブロックされることがあるが、固視ターゲットは頻繁に点滅するように設計されているため、撮像システム８７が固視ターゲットを一時的にブロックするときに固視がオフになるように点滅パターンを設定することができる。また、この手法は、固視ターゲットと撮像システムとを組み合わせるための光学部品の必要性を排除することによって、システムを簡略化する。より古典的なモンタージュ画像を生成するために、スキャン光学部品の背後の異なる位置に複数の固視ターゲット（図示せず）を配置することができ、この場合、複数の画像が異なる固視で取得され、次いで合成される。これは、各画像に対する別個の完全な取得を用いるか、または取得中に１つのターゲットが照明された後に、次のターゲットが照明されるかのいずれかで行うことができる。単一の画像の取得中に異なる固視位置を有することになる場合、好ましい手法は、システムによって得られる視野を拡大するために、取得中に移動する単一の固視ターゲットを有することであり得る。撮像光学部品の視野内およびこの視野外の両方のための単一の固視ターゲットが、これを可能にする。

図１１は、スキャンモジュールのスキャン（または取得）視野が関心領域９２を画定するスキャンパターン９０を示し、矢印９１は、最適化されたＯＣＴ撮像を可能にする、関心領域スキャンを形成するためのスキャンモジュールの平行移動を示す。これは、古典的なスキャンシステムと比較した本システムの別の利点を示し、スキャンモジュールを平行移動させることによって、制限された視野を連続的に取得（スキャン）することによって、システムは、網膜上を比較的低速で移動して、視野上の網膜の光学特性の変動を考慮して、取得中にシステムの撮像パラメータを調節することが可能となる。取得の間に調整され得るパラメータは、スキャン深度、焦点、非点収差、偏光、収差、およびスキャン範囲を含むが、それらに限定されない。

ＯＣＴは、典型的には、撮像のために近赤外光を使用し、これは、患者に大きな負担をかけないようにするためであり、最大３０秒以上の長い期間にわたってデータを取得することが可能である。しかしながら、取得中の網膜の動きが課題となる可能性があり、画像の歪みおよび／またはＯＣＴデータが欠落した眼の領域が生じる可能性がある。これに対処するために、ハイデルベルグ・スペクトラリス（Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌｉｓ（商標）ＯＣＴ機器およびツァイス・シラス（Ｚｅｉｓｓ Ｃｉｒｒｕｓ（商標））ＯＣＴ機器で行われているように、第２の撮像システムを多くの場合使用して網膜を追跡する。また、ＯＣＴ血管造影として知られるＯＣＴも比較的最近開発されており、これにより、反復スキャンを通じて血液の動きを検出することによって、眼内の微小血管系が画像化される。本明細書では、反復スキャンを使用して眼内の血流を検出することと、網膜の全体的な動きを測定することの両方を行うことによって、これらの２つの機能を、本新規なスキャン手法と組み合わせることができることを提案する。これまで、ＯＣＴ血管造影は、単一のＢスキャンを繰り返すことによって行われており、各Ｂスキャンは、網膜を横断する長い（１０～６０度）ラインスキャンで構成され、この場合、各Ｂスキャンは、取得するのに約５ミリ秒を要する。網膜が移動すると、これらの取得は重複せず、次いで、二次追跡システムからの情報を使用して、ＯＣＴスキャンの位置を補正してデータを再取得する。この場合、１Ｄ（１次元）ラインではなく、これらの５ミリ秒周期にわたって眼の制限された２Ｄ（２次元）領域を取得することによって、本システムは、反復スキャンに一致する２Ｄ領域内のＡスキャンを識別することによって、２Ｄ内の動きを検出することができる。簡単な例として、反復スキャン間に５ミリ秒の遅延がある５００ｋのＡスキャン／秒システムがある場合、約５０×２０ｕｍ＝１ｍｍ×１ｍｍの領域に相当する５０×５０のＡスキャン領域をスキャンすることができ、従って、５ミリ秒当たり最大１ｍｍの動きを追跡することができる。従って、本スキャン手法は、ＯＣＴ血管造影および網膜追跡の両方のために同じ反復スキャンを使用することを可能にし、二次追跡システムを用いることなく網膜追跡を可能にする。

ある場合には、横断スキャン機能を備えていないマイクロ光学部品ベースのＯＣＴシステムを有することも望ましく、この場合、横断スキャンは、マイクロ光学部品ＯＣＴを移動または回転させることによって提供されることになる。例えば、オンボードのビームスキャナなしでマイクロ光学部品ＯＣＴモジュールを構成することができ、その代わり、マイクロ光学部品ＯＣＴモジュール（およびその非スキャンＯＣＴ光ビーム（単数または複数））を皮膚の表面上でドラッグ／移動させて皮膚組織のＢスキャンを生成することもできる。そのようなシステムは、光をサンプルに結合するためのマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチの外部の光学部品を含むことができるか、または追加の光学部品なしで、サンプルを直接照射することができる。同様に、光相関領域反射測定モードでスキャンすることなくマイクロ光学部品システムを使用することができる用途がある。そのような用途の一例は、顕微鏡の焦点を最適化するための、顕微鏡内のサンプルまでの距離の測定であり得る。

マイクロパッケージの一部として一体化することができるＯＣＴシステムのさらなる態様は、焦点調節である。液体レンズと呼ばれることもある調整可能なレンズは、非常に迅速な焦点調節を提供することが実証されているが、典型的には、有効開口（ｃｌｅａｒ ａｐｅｒｔｕｒｅ）には制限がある。従って、マイクロパッケージの内部またはマイクロパッケージに近接した小さなビーム直径は、そのような調整可能なレンズに非常に適合する。好ましい実施形態では、調整可能なレンズは、瞳共役面に配置される。

より広いスペクトル調整帯域幅は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを使用して達成することができる。これらのデバイスは、ＭＥＭＳ素子を用いてそれらのキャビティ長を調整することによって調整される。それらは、光学的にポンピングされる種類および電気的にポンピングされる種類で存在する。光学的にポンピングされる波長可変ＭＥＭＳ ＶＣＳＥＬは、通常、少なくとも光学的にポンピングするためのレーザダイオードとＭＥＭＳ ＶＣＳＥＬとを含む。電気的にポンピングされる波長可変ＭＥＭＳ ＶＣＳＥＬは、通常、電気的に駆動される能動利得セクションを有する少なくとも１つのＭＥＭＳ ＶＣＳＥＬを含む。電気的にポンピングされるＶＣＳＥＬも光学的にポンピングされるＶＣＳＥＬも、多くの場合、光パワーを増大させるために光増幅器と組み合わされる。任意選択的に、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬは、アライメントされた光増幅器と共にパッケージ化され得る。シリコン（例えば、半導体）光学ベンチは、アライメントのために異なる手法を使用し得る。例えば、顕微鏡および画像認識が使用され得、かつ／またはレーザビームがシステムを介して送られ、その位置または強度が最適化され得る。これらの部品は、典型的には、別々にパッケージされて互いにファイバ結合されるか、またはバタフライパッケージ内のマイクロベンチ上に共パッケージされる。それらの製造プロセスは、いくつかのアクティブアライメントステップと、デバイスごとのファイバカップリングおよびパッケージングステップとを含む。これらのデバイスのサイズおよびコストをさらに低減し、これらのデバイスのより大量な製造を可能にするために、ウェハレベルの製造およびパッケージングプロセスのスケーラビリティから利益を得るために、受動的な配置およびアライメントステップに依存してシリコン（半導体）光学ベンチ上にそのようなデバイスを構築することが有益であろう。

ＶＣＳＥＬ、検出器、およびピンホールは全て、アレイの素子間にサブミリメートル／ミクロンの間隔を有するアレイとしてウェハレベルで製造することができる。従って、ＶＣＳＥＬ、検出器、および／またはピンホールがアレイであり、ＶＣＳＥＬからの光ビームのアレイがマイクロベンチ／シリコンベンチの個々の光学部品を通って並列に伝搬する並列マイクロ光学ベンチまたは並列半導体光学ベンチＯＣＴシステムを構成し得る（複数のＯＣＴ光ビームが同じ光学部品を通過し、かつ各ビームがＯＣＴ信号を生成するための少なくとも１つの対応する検出器を有する）。一例として、ＶＣＳＥＬの３×３アレイと、それに対応する検出器およびピンホールのアレイとを仮定すると、１つの取得チャネルから９つの取得チャネルに移行することができ、９つのチャネル全てが同じレンズおよびミラーを共有し、従って、ＯＣＴ干渉計において追加の光学部品を必要としない。ＶＣＳＥＬの１Ｄアレイを用いてこれを行うこともでき、これはスキャンのためのより自然なパターンであり得るが、典型的には光ビーム（単数または複数）が通過するための円形開口を有するレンズを充填するという点で効率が低くなる。可能な限り多くのビームを所与のサイズの光学部品にパックすることが望ましく、どのようなパターンであっても最大のパッキングを与える。例えば、２，３，２＝７本のビーム、または３，４，５，４，３＝１９本のビームの列を有する六角形のパッキングが望まれる場合がある。上述したように、光学部品を通過するビームの最適な配置は、スキャンに望ましいビームの配置とは異なる場合がある。そのような場合、各ビームを適切に偏向させる１つまたは複数の光学部品を用いて、ＯＣＴ干渉計とスキャンミラーとの間のビームの配置を変更することができる。

図１２は、２Ｄアレイ（例えば、３×３アレイ）の光ビーム１０１（黒い点１０３は、合焦ビームを表す）を１Ｄアレイの光ビーム（例えば、黒い点１０５によって表される）に変換するための構成を示す。スキャンミラー１０９に入射する（コリメートされた）ビーム１０７は、全てが同じ位置でスキャンミラー１０９に当たるが、ラインに沿って異なる角度から入射するラインのビームである。ＯＣＴ干渉計において２Ｄアレイのビーム１０１があるとすると、図１２に示されるように、２Ｄアレイのビーム１０１を１Ｄアレイに変換する、ＯＣＴ干渉計とスキャンミラー１０７との間の光学部品が必要となるであろう。本実施例では、（ビーム偏向を備える）２Ｄアレイのレンズ１１１、（ビーム偏向を備える）１Ｄアレイのレンズ１１３、およびレンズ１１５が、この変換を提供する。収束／発散ビーム１１７は、２Ｄアレイのビーム１０１と２Ｄアレイのレンズ１１１との間で転送される。コリメートされたビーム１１５は、２Ｄアレイのレンズ１１１と１Ｄアレイのレンズ１１３のとの間で転送され、収束／発散ビーム１０５は、１Ｄアレイのレンズ１１３とレンズ１１５との間で転送される。

図１３Ａを参照すると、２Ｄ矩形アレイの点１２１を垂直（スキャンを横断する）方向に沿って等しい間隔を有する一組の点に変換する別の方法は、図示されるように、スキャン方向に対してアレイを単にわずかに回転させることである。黒い点は、回転した４×４アレイの点１２１を表し、灰色の点１２３は、スキャンされた点（例えば、結果として生じるスキャンパターン）を表し、矢印１２５は、スキャン方向を示す。図１３Ｂを参照すると、同様の効果を達成する別の方法は、各行または列がスキャン方向１２９に対してわずかに垂直にシフトされた平行四辺形の形態で配置されたＶＣＳＥＬ１２７のアレイを用いることである。ここでも、灰色のドット１２８はスキャンされた点を示す。図１３Ｃを参照すると、異なる水平および垂直ＶＣＳＥＬ間隔を有する平行四辺形アレイ１３１が示されている。前と同様に、灰色のドット１３２はスキャンされた点を示す。矢印１３３はスキャン方向を示す。レンズの円形有効開口の使用を最大化するために、２Ｄアレイをほぼ正方形（アレイの高さおよび幅がほぼ等しい）にすることが望ましい。ＶＣＳＥＬ１３１間の間隔は、水平方向と垂直方向とで大幅に異なり得るため、これを達成するために、垂直方向と水平方向とでＶＣＳＥＬの数を大幅に異ならせ得る。

ＶＣＳＥＬアレイは、所与のピッチ（ＶＣＳＥＬ間の間隔）およびビーム開口数（例えば、システムが光を受光または放出することができる角度範囲を特徴付ける無次元数）を有することになる。開口数とピッチの積は、ＶＣＳＥＬを単一素子の光学部品で結像するときの保存量（ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ）を維持する。図１４Ａは、ＶＣＳＥＬアレイ１４１（例えば、サイズ２００μｍ×３００μｍ）の例を提供し、ＶＣＳＥＬアレイ１４１とスキャナ１４５との間には単一のレンズ１４３がある。しかしながら、所望の「ピッチ」または「サンプリング間隔」と網膜上の「ビーム開口数」との積は、ＶＣＳＥＬアレイからのこの保存量に一致しない場合がある。これに対処するために、図１４Ｂに示すように、（例えば、５００μｍ×６００μｍのＶＣＳＥＬアレイ１４７からの）ビームアレイ１４６をレンズレットアレイ（またはレンズアレイ）１４８に通過させ、従って、この保存量を調整して網膜上の結像を最適化する必要があり得る。図１４Ｂの例では、レンズアレイ１４８は、ビームの発散を減少させて、レンズまでの距離を増加させる。レンズアレイにおけるビーム間の横方向間隔は変化しないが、レンズ焦点距離およびレンズからスキャナ（ミラー）１４５までの距離は増加する。

ＶＣＳＥＬアレイの使用によって、アレイ内のＶＣＳＥＬの数に従って、デバイスの総サンプル光パワーが増加する。これは、各個別のチャネルが、典型的な単一ビームＯＣＴシステムよりも低いサンプルパワーを使用し、依然として同等またはより良好な画像品質および／または撮像速度を達成することを可能にする。特に、本発明は、そうでなければ実証されていない光増幅器なしで生物学的サンプルの高品質ＯＣＴ撮像のためのＶＣＳＥＬの使用を可能にする。

上記の実施形態のうちのいくつかにおいて、全ての光ファイバまたは他の導波光学部品を省略することが有利であるとして説明されたが、いくつかのマイクロ光学ＯＣＴシステムは、例えば、端面発光レーザ、半導体光増幅器、または光変調器の一部として、導波路を含み得る。マイクロ光学ＯＣＴシステムはさらに、マイクロ光学部品を使用してともに結合される複数の平面導波路および／またはフォトニック集積回路（ＰＩＣ）のアセンブリであり得る。例えば、ウェハレベルのアセンブリおよびパッケージングステップを使用して組み立てられた半導体光学ベンチは、異なる材料から作製された複数の光学部品を小型気密封止パッケージに組み合わせてパッケージングするための費用効果の高い方法を表し得る。これは、例えば、ＧａＡｓで作られたレーザまたは増幅器を受動窒化ケイ素ＰＩＣと組み合わせる場合など、材料が不適合であるために異なる部品を単一のＰＩＣ上に集積することができない場合に特に望ましい。マイクロ光学ＯＣＴシステムはさらに、同じパッケージ内に電子機器、個別のアナログ電子部品だけでなく、電子集積回路も含むのに適している。特に、シリコン光学ベンチ、即ちシリコンウェハ上に構築されたシステムは、同じシリコンウェハが電子集積回路を含むように処理され得るため、特定の大規模な電子および光学集積を可能にし得る。このようなシステムは、受動および能動光学部品のみならず、光源の駆動、信号調整、アナログ－デジタル変換、信号処理（例えば画像再構成）、データ転送、およびデータ保存のための電子集積回路も含むことができる。

ハイブリッドＰＩＣ／マイクロ光学デバイスにおいて、マイクロ光学部品は、上述したような導波路および／またはフォトニック集積回路間の結合の役割を果たすだけではない。いくつかのシステムでは、マイクロ光学部品を使用してシステムのいくつかの機能を実行し、フォトニック集積回路を使用して他の機能を実行することが所望される場合があり、これらは共通基板上に存在し、かつ共にパッケージ化される。

光ファイバが望ましいさらなる事例は、マイクロ光学部品のアセンブリにファイバ結合された外部光源、または検出アーム内の光を収集し、その光を外部光検出器に指向させるファイバを含む。これらの事例におけるファイバは、例えば、シングルモードファイバ、偏光保持ファイバ、偏光ファイバ、またはデュアルクラッドファイバであり得る。

本明細書に記載されるマイクロ光学部品は、光が単一の平面内のみを伝搬するものとして示されているが、光ビームの少なくとも１つを、例えばこの平面に垂直な方向に指向させることが望ましい場合がある。例えば、サンプルアームまたはサンプルアームおよび参照アームがパッケージの側壁ではなくリッドを通過して出射するようにすることが望ましい場合がある。そのような場合、リッドは動作波長において透明であるか、またはリッドに一体化されたウィンドウまたはレンズを含む。

要約すると、本出願において提供される新たな手法／特徴のいくつかは、以下を含む。
１）マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上のＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの様々な態様を実装すること。

２）ＯＣＴ／ＯＣＤＲのいくつかの巨視的な態様（例えば、サンプルアームおよび参照アーム）が、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチの外部にあり、かつＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの残りが、マイクロベンチ上に組み込まれているハイブリッドシステムを具現化すること。

３）ＯＣＴ／ＯＣＤＲ干渉計だけでなく、例えば、ベンチ上に設置されるか、または半導体製造プロセスを通して半導体ベンチ内に組み込まれる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの潜在的な使用によるスキャン機能を含む、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上の部品を含むこと。

４）光学表面を最小化するためにマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチの気密封止の一部としてＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムの光学部品を使用すること。例えば、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチから外界への光の伝送が、光ファイバを通して行われない場合、光は、気密封止されたＯＣＴ／ＯＣＤＲエンジンから外界への伝送において、透過性要素を通過する必要がある。図２ＢにＷとして示されるように、この透過性要素のためのウィンドウを使用する代わりに、図２Ａに示されるように、気密封止されたＯＣＴ／ＯＣＤＲエンジンと外部サンプルアームおよび外部参照アームとの間の移行に四分の一波長板を配置することができる。次いで、四分の一波長板は、気密封止の一部となるため、図２Ｂに示されるウィンドウＷの必要性を排除することができる。ＯＣＴ／ＯＣＤＲの異なる構成に対して、ＯＣＴ／ＯＣＤＲの動作に必要とされる他の光学部品もまた、気密封止のために、この移行点において使用され得る。

５）アクティブアライメントを必要としない自由空間光学部品のＯＣＴ／ＯＣＤＲシステム（場合によっては参照アームおよびサンプルアームなど、ベンチから離れて存在する任意の部品以外）の作成も示されていること。これは、部品の配置精度が非常に高い半導体光学ベンチで特に実現可能である。半導体光学ベンチのレセプタクル開口は、部品を所定のアライメント配向で高精度に保持するように設計されている。

６）多数の半導体光学ベンチＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムのアセンブリが、ウェハレベルでパッケージ化され、かつ／または試験され得ること。
７）追加のＩＣ電子機器（例えば、検出器電子機器およびアナログ・デジタル変換器）を（例えば、シリコン基板の）半導体光学ベンチパッケージに組み込むことにより、コストをさらに低減し、かつ超高速ＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムに必要な高速電子機器を可能にするための超短電気経路を可能にし得ること。例えば、半導体光学ベンチ自体の基板上に構築された集積回路は、外部の個別部品を相互接続するための配線トレース／ワイヤに関連する信号伝搬遅延およびタイミング問題を回避し得るため、より高いクロック速度を実現し得る。

８）検出器をウェハに組み込む場合、図３に示すように、検出経路ビームを水平から一体化された検出器に偏向するように偏光ビームスプリッタを構成することができる。同様に、半導体ベンチに組み込まれたＶＣＳＥＬは、ベンチから直接垂直に光を出射し、回転プリズムを介してベンチ上のＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムに戻るように結合される。

９）アナログＯＣＴ／ＯＣＤＲ信号と調整可能な周波数（例えば、変調基準周波数）発振器とのミキシングにより、迅速な全電子経路長調整を可能にし得ること。例えば、検出器からのアナログ出力は、アナログ出力をターゲット周波数範囲に復調することによって所望の画像検出範囲を確立するために、自己調整発振器と混合され得る。自己調整発振器は、目標ミキシング周波数を達成することによって高速Ｚ追跡を実現するために、デジタル的に設定され得る（および／またはフィードバック機構によって制御され得る）。この手法はまた、サンプリング深度を変更するときに、ドップラーシフトの生成を回避し得る。

１０）参照アームおよび／またはサンプルアームからの戻り光の伝送は、干渉しない不要な光（特に、サンプルからの多重散乱光）を適切に除去するために、１つまたは複数のピンホールを通過し得ること。

１１）参照アームおよびサンプルアームから戻る光の伝送は、共有ピンホールを通過し得ること。これにより、参照アーム光とサンプルアーム光との間のモードマッチングが生じて、アーム間の干渉が最大化される。これは、干渉が生じる前または後（例えば、図２ＡのＰＢＳ１の前または後）のいずれかに行われ得る。図２Ａに示されるように、干渉の前にそれを行うことにより、２つの検出器の各々の前に１つではなく、１つのピンホールのみが必要とされる平衡検出システムに対して利点が得られる。必要とされるピンホールの数を減少させることに加えて、これはまた、両方の検出器に到達する光に対して同じピンホールを使用することが、２つの検出器に到達する光の空間フィルタリングにおける一貫性を生み出すため、平衡検出を向上させることができる。代替的に、フォトダイオード（単数または複数）自体がピンホール（単数または複数）として機能することができる。これを実現するために、例えば、フォトダイオード（単数または複数）の活性エリアの直径は、合焦されるスポットの直径に近くし得る。

１２）直角位相検出器は、アクティブアライメントを必要とすることなく、本マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチ上に実装され得ること。
１３）マイクロ光学ベンチＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムまたは半導体光学ベンチＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムは、光ファイバまたは半導体導波路を備えることなく、ハンドヘルドＯＣＴ／ＯＣＤＲシステムを形成し得ること。

１４）マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチは、サンプルアームの態様以外のＯＣＴシステムの全ての光学部品を含むことができるため、サンプルビーム以外の光ビームをマイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチから伝送する必要性が排除されるとともに、任意選択的に、参照アームのアライメントのための部品配置公差に依存することが可能となること。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｅおよび図２Ｆは、外部サンプルおよび参照アームを有するハイブリッド解決策を示す。さらに、図２Ａは、マイクロ光学ベンチまたは半導体光学ベンチの縁部における気密封止の一部としての四分の一波長板の使用を示す。

以下、本発明に適切な様々なハードウェアおよびアーキテクチャの説明を提供する。
光干渉断層撮影撮像システム
上述したように、図１Ａは、本発明と共に使用するのに適した概略的な光干渉断層撮影システムを示す。断面画像（例えば、Ｂスキャン）を作成する様々な方法であって、限定はしないが、水平方向（またはＸ方向）に沿ったもの、垂直方向（またはＹ方向）に沿ったもの、ＸおよびＹの対角線に沿ったもの、あるいは円形パターンまたは螺旋パターンのものを含む方法が当技術分野で知られている。Ｂスキャンは、Ｘ－Ｚ次元内であってよいが、ｚ次元を含む何れの断面画像であってもよい。人間の眼の正常な網膜の例示的なＯＣＴ Ｂスキャン画像が図１５に示されている。網膜のＯＣＴ Ｂスキャンは、網膜組織の構造のビューを提供する。例示目的のために、図１５は、種々の正規の網膜層および層の境界を識別する。識別された網膜境界層は、（上から下へ順に）内境界膜（ＩＬＭ：ｉｎｎｅｒ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ）層１、網膜神経線維層（ＲＮＦＬ：ｒｅｔｉｎａｌ ｎｅｒｖｅ ｆｉｂｅｒ ｌａｙｅｒまたはＮＦＬ）層２、神経節細胞層（ＧＣＬ：ｇａｎｇｌｉｏｎ ｃｅｌｌ ｌａｙｅｒ）層３、内網状層（ＩＰＬ：ｉｎｎｅｒ ｐｌｅｘｉｆｏｒｍ ｌａｙｅｒ）層４、内顆粒層（ＩＮＬ：ｉｎｎｅｒ ｎｕｃｌｅａｒ ｌａｙｅｒ）層５、外網状層（ＯＰＬ：ｏｕｔｅｒ ｐｌｅｘｉｆｏｒｍ ｌａｙｅｒ）層６、外顆粒層（ＯＮＬ：ｏｕｔｅｒ ｎｕｃｌｅａｒ ｌａｙｅｒ）層７、視細胞の外節（ＯＳ：ｏｕｔｅｒ ｓｅｇｍｅｎｔｓ）と内節（ＩＳ：ｉｎｎｅｒ ｓｅｇｍｅｎｔｓ）との間の接合部（参照符号層８によって示される）、外限界膜又は外境界膜（ＥＬＭ：ｅｘｔｅｒｎａｌ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ 又はＯＬＭ：ｏｕｔｅｒ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ）層９、網膜色素上皮（ＲＰＥ：ｒｅｔｉｎａｌ ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｐｉｔｈｅｌｉｕｍ）層１０、およびブルッフ膜（ＢＭ：Ｂｒｕｃｈ’ｓ ｍｅｍｂｒａｎｅ）層１１を含む。

ＯＣＴ血管造影法又は関数型ＯＣＴにおいて、解析アルゴリズムは、動き又は流れを解析するために、サンプル上の同じ、又はほぼ同じサンプル位置において異なる時間に収集された（例えば、クラスタスキャン）ＯＣＴデータに適用されてよい（例えば、米国特許出願公開第２００５／０１７１４３８号明細書、同第２０１２／０３０７０１４号明細書、同第２０１０／００２７８５７号明細書、同第２０１２／０２７７５７９号明細書、及び米国特許第６５４９８０１号明細書を参照されたく、これらの全ての全体を参照によって本願に援用する）。ＯＣＴシステムでは、血流を識別するために多くのＯＣＴ血管造影法処理アルゴリズム（例えば、モーションコントラストアルゴリズム）のうちの何れの１つを使用してもよい。例えば、モーションコントラストアルゴリズムは、画像データから導出される強度情報（強度に基づくアルゴリズム）、画像データからの位相情報（位相に基づくアルゴリズム）、又は複素画像データ（複素に基づくアルゴリズム）に適用できる。ｅｎ ｆａｃｅ画像は３Ｄ ＯＣＴデータの２Ｄ投射である（例えば、個々のＡスキャンの各々の強度を平均することにより、これによって、各Ａスキャンが２Ｄ投射内のピクセルを画定する）。同様に、ｅｎ ｆａｃｅ脈管画像は、モーションコントラスト信号を表示する画像であり、その中で深さに対応するデータディメンション（例えば、Ａスキャンに沿ったｚ方向）は、典型的にはデータの全部又は隔離部分を加算又は集積することによって、１つの代表値（例えば、２Ｄ投射画像内のピクセル）として表示される（例えば、米国特許第７３０１６４４号明細書を参照されたく、その全体を参照によって本願に援用する）。血管造影機能を提供するＯＣＴシステムは、ＯＣＴ血管造影（ＯＣＴＡ）システムと呼ばれてよい。

図１Ｂは、ｅｎ ｆａｃｅ脈管構造画像の例を示す。データを処理し、当業界で知られるモーションコントラスト法の何れかを用いてモーションコントラストをハイライトした後に、網膜の内境界膜（ＩＬＭ：ｉｎｔｅｒｎａｌ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｍｅｍｂｒａｎｅ）の表面からのある組織深さに対応するピクセル範囲を加算して、その脈管構造のｅｎ ｆａｃｅ（例えば、正面図）画像が生成されてよい。図１Ｃは、脈管構造（ＯＣＴＡ）画像の例示的なＢスキャンを示す。図示されるように、血流が複数の網膜層を横断することで、図１５に示されるような構造的ＯＣＴ Ｂスキャンにおけるよりも複数の網膜層を不明確にし得るため、構造的情報は明確ではない場合がある。それにもかかわらず、ＯＣＴＡは、網膜および脈絡膜の微小血管系を撮像するための非侵襲的技法を提供し、これは、様々な病変を診断および／またはモニタリングするために重要であり得る。例えば、ＯＣＴＡは、微小動脈瘤、血管新生複合体を識別し、中心窩無血管ゾーンおよび非灌流領域を定量化することによって、糖尿病性網膜症を識別するために使用され得る。さらに、ＯＣＴＡは、網膜における血管の流れを観察するために色素の注入を必要とする、より伝統的であるがより侵襲的な技術である蛍光血管造影（ＦＡ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）と良好に一致することが示されている。さらに、萎縮型加齢黄斑変性において、ＯＣＴＡは、脈絡膜毛細血管板フローの全般的な減少をモニタリングするために使用されている。同様に、滲出型加齢黄斑変性において、ＯＣＴＡは、脈絡膜新生血管膜の定性的および定量的分析を提供することができる。ＯＣＴＡはまた、血管閉塞を研究するために、例えば、非灌流領域の評価ならびに浅神経叢および深層神経叢の完全性の評価のために使用されている。

コンピューティングデバイス／システム
図１Ｅは、本発明による例示的なコンピュータシステム（又はコンピューティングデバイス又はコンピュータデバイス）を図解する。幾つかの実施形態において、１つ又は複数のコンピュータシステムは本明細書において記載又は図解された機能を提供し、及び／又は本明細書において記載又は図解された１つ又は複数の方法の１つ又は複数のステップを実行してよい。コンピュータシステムは、上記した半導体光学ベンチの基板に組み込まれるか、または何れの適当な物理的形態をとってもよい。例えば、コンピュータシステムは、埋込みコンピュータシステム、システムオンチップ（ＳＯＣ）、又はシングルボードコンピュータシステム（ＳＢＣ）（例えば、コンピュータ・オン・モジュール（ＣＯＭ）又はシステム・オン・モジュール（ＳＯＭ）等）、デスクトップコンピュータシステム、ラップトップ若しくはノートブックコンピュータシステム、コンピュータシステムのメッシュ、携帯電話、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、サーバ、タブレットコンピュータシステム、拡張／仮想現実装置、又はこれらのうちの２つ以上の組合せであってよい。適当であれば、コンピュータシステムはクラウド内にあってよく、これは１つ又は複数のクラウドコンポーネントを１つ又は複数のネットワーク内に含んでいてよい。

幾つかの実施形態において、コンピュータシステムはプロセッサＣｐｎｔ１、メモリＣｐｎｔ２、ストレージＣｐｎｔ３、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースＣｐｎｔ４、通信インタフェースＣｐｎｔ５、及びバスＣｐｎｔ６を含んでいてよい。コンピュータシステムは、任意選択により、ディスプレイＣｐｎｔ７、例えばコンピュータモニタ又はスクリーンも含んでいてよい。

プロセッサＣｐｎｔ１は、コンピュータプログラムを構成するもの等、命令を実行するためのハードウェアを含む。例えば、プロセッサＣｐｎｔ１は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）又は汎用コンピューティング・オン・グラフィクス処理ユニット（ＧＰＧＰＵ）であってもよい。プロセッサＣｐｎｔ１は、命令を内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリＣｐｎｔ２、又はストレージＣｐｎｔ３から読み出し（又はフェッチし）、この命令を復号して実行し、１つ又は複数の結果を内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリＣｐｎｔ２、又はストレージＣｐｎｔ３に書き込んでよい。特定の実施形態において、プロセッサＣｐｎｔ１は、データ、命令、又はアドレスのための１つ又は複数の内部キャッシュを含んでいてよい。プロセッサＣｐｎｔ１は、１つ又は複数の命令キャッシュ、１つ又は複数のデータキャッシュを、例えばデータテーブルを保持するために含んでいてよい。命令キャッシュ内の命令は、メモリＣｐｎｔ２又はストレージＣｐｎｔ３内の命令のコピーであってもよく、命令キャッシュはプロセッサＣｐｎｔ１によるこれらの命令の読出しをスピードアップするかもしれない。プロセッサＣｐｎｔ１は、何れの適当な数の内部レジスタを含んでいてもよく、１つ又は複数の算術論理演算ユニット（ＡＬＵ：ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔｓ）を含んでいてよい。プロセッサＣｐｎｔ１は、マルチコアプロセッサであるか、又は１つ若しくは複数のプロセッサＣｐｎｔ１を含んでいてよい。本開示は特定のプロセッサを説明し、図解しているが、本開示は何れの適当なプロセッサも想定している。

メモリＣｐｎｔ２は、処理を実行し、又は処理中に中間データを保持するプロセッサＣｐｎｔ１のための命令を保存するメインメモリを含んでいてよい。例えば、コンピュータシステムは、命令又はデータ（例えば、データテーブル）をストレージＣｐｎｔ３から、又は他のソース（例えば、他のコンピュータシステム）からメモリＣｐｎｔ２にロードしてもよい。プロセッサＣｐｎｔ１は、メモリＣｐｎｔ２からの命令とデータを１つ又は複数の内部レジスタ又は内部キャッシュにロードしてもよい。命令を実行するために、プロセッサＣｐｎｔ１は内部レジスタ又は内部キャッシュから命令を読み出して復号してもよい。命令の実行中又はその後に、プロセッサＣｐｎｔ１は１つ又は複数の結果（これは、中間結果でも最終結果でもよい）を内部レジスタ、内部キャッシュ、メモリＣｐｎｔ２、又はストレージＣｐｎｔ３に書き込んでよい。バスＣｐｎｔ６は、１つ又は複数のメモリバス（これは各々、アズレスバスとデータバスを含んでいてよい）を含んでいてよく、プロセッサＣｐｎｔ１をメモリＣｐｎｔ２及び／又はストレージＣｐｎｔ３に連結してよい。任意選択により、１つ又は複数のメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）は、プロセッサＣｐｎｔ１とメモリＣｐｎｔ２との間のデータ伝送を容易にする。メモリＣｐｎｔ２（これは、高速揮発性メモリであってもよい）には、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、例えばダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）又はスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）が含まれていてよい。ストレージＣｐｎｔ３には、データ又は命令のための長期又は大容量メストレージを含んでいてよい。ストレージＣｐｎｔ３はコンピュータシステムに内蔵されても外付けでもよく、ディスクドライブ（例えば、ハードディスクドライブＨＤＤ、又はソリッドステートドライブＳＳＤ）、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、光ディスク、磁気光ディスク、磁気テープ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）－アクセス可能ドライブ、又はその他の種類の不揮発性メモリのうちの１つ又は複数を含んでいてよい。

Ｉ／ＯインタフェースＣｐｎｔ４は、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれら両方の組合せであってよく、Ｉ／Ｏデバイスと通信するための１つ又は複数のインタフェース（例えば、シリアル又はパラレル通信ポート）を含んでいてよく、これは人間（例えば、ユーザ）との通信を可能にしてもよい。例えば、Ｉ／Ｏデバイスとしては、キーボード、キーパッド、マイクロフォン、モニタ、マウス、プリンタ、スキャナ、スピーカ、スチールカメラ、スタイラス、テーブル、タッチスクリーン、トラックボール、ビデオカメラ、他の適当なＩ／Ｏデバイス、又はこれら２つ以上の組合せが含まれていてよい。

通信インタフェースＣｐｎｔ５は、他のシステム又はネットワークと通信するためのネットワークインタフェースを提供してもよい。通信インタフェースＣｐｎｔ５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース又はその他の種類のパケットベース通信を含んでいてよい。例えば、通信インタフェースＣｐｎｔ５は、ネットワークインタフェースコントローラ（ＮＩＣ）及び／又は、無線ネットワークとの通信のための無線ＮＩＣ若しくは無線アダプタを含んでいてよい。通信インタフェースＣｐｎｔ５は、ＷＩ－ＦＩネットワーク、アドホックネットワーク、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、無線ＰＡＮ（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ ＷＰＡＮ）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、携帯電話ネットワーク（例えば、汎欧州デジタル移動電話方式（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク等）、インターネット、又はこれらの２つ以上の組合せとの通信を提供してよい。

バスＣｐｎｔ６は、コンピューティングシステムの上述のコンポーネント間の通信リンクを提供してよい。例えば、バスＣｐｎｔ６は、アクセラレーテッド・グラフィックス・ポート（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｏｒｔ）（ＡＧＰ）若しくはその他のグラフィクスバス、拡張業界標準（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｔａｎｄａｒｄ）アーキテクチャ（ＥＩＳＡ）バス、フロントサイドバス（ＦＳＢ）、ハイパートランスポート（ＨｙｐｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔ）（ＨＴ）インタコネクト、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、インフィニバンド（ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ）バス、ｌｏｗ－ｐｉｎ－ｃｏｕｎｔ（ＬＰＣ）バス、メモリバス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩ－Ｅｘｐｒｅｓｓ（ＰＣＩｅ）バス、シリアル・アドバンスト・テクノロジ・アタッチメント（ｓｅｒｉａｌ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）（ＳＡＴＡ）バス、ビデオ・エレクトロニクス・スタンダーズ・アソシエーション・ローカル（Ｖｉｄｅｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｌｏｃａｌ）（ＶＬＢ）バス、若しくはその他の適当なバス、又はこれらの２つ以上の組合せを含んでいてよい。

本開示は、特定の数の特定のコンポーネントを特定の配置で有する特定のコンピュータシステムを説明し、図解しているが、本開示は何れの適当な数の何れの適当なコンポーネントを何れの適当な配置で有する何れの適当なコンピュータシステムも想定している。

本明細書において、コンピュータ可読非一時的記憶媒体は、１つ又は複数の半導体ベース又はその他の集積回路（ＩＣ）（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは特定用途ＩＣ（ＡＳＩＣ））、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ハイブリッドハードドライブ（ＨＨＤ）、光ディスク、光ディスクドライブ（ＯＤＤ）、磁気光ディスク、磁気光ドライブ、フロッピディスケット、フロッピディスクドライブ（ＦＤＤ）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ＲＡＭ－ドライブ、ＳＥＣＵＲＥ ＤＩＧＩＴＡＬカード若しくはドライブ、その他のあらゆる適当なコンピュータ可読非一時的記憶媒体、又は適当であればこれらの２つ以上あらゆる適当な組合せを含んでいてよい。コンピュータ可読非一時的記憶媒体は、揮発性、不揮発性、又は適当であれば揮発性と不揮発性の組合せであってよい。

本発明は幾つかの具体的な実施形態と共に説明されているが、当業者にとっては明白であるように、上記の説明を参照すれば多くのその他の代替案、改良、及び変形型が明らかである。それゆえ、本明細書に記載の発明は、付属の特許請求の範囲の主旨と範囲に含まれるかもしれないあらゆるこのような代替案、改良、応用、及び変形型の全てを包含することが意図されている。

Claims (30)

1. サンプル（例えば、眼）を撮像するための医療用の光断層撮影システムであって、
   気密封止されたマイクロパッケージであって、
   ｉ）光源およびビーム分割器を支持するベースであって、前記光源が光のビームを生成し、前記ビーム分割器が、光の第１の部分を参照アームに指向させ、光の第２の部分をサンプルアームに指向させる、前記ベースと、
   ｉｉ）前記マイクロパッケージの内側と外側との間の界面を提供する透過性要素であって、前記サンプルアームに沿っており、かつ光の前記第２の部分に対して少なくとも部分的に透過性である、前記透過性要素と、を収容する、前記マイクロパッケージと、
   前記サンプルアーム及び前記参照アームから戻る光を受光し、受光した光に応答して信号を生成する検出器と、
   前記信号を画像データに変換するプロセッサと、を備えるシステム。
2. 前記光断層撮影システムは、掃引光源の光干渉断層撮影（以下、ＯＣＴとする）システムであり、かつサンプルが常に前記システムの深度撮像ウィンドウ内にあるような十分に大きい撮像深度を生成し、
   前記検出器は、前記マイクロパッケージ内に収容され、
   前記ベースは半導体基板であり、かつ前記ベース上に組み込まれるとともに、前記検出器からの信号をデジタル化するように構成されたデジタル化回路を含み、
   前記画像データは、前記深度撮像ウィンドウ内の所望の深度範囲を電子ディスプレイ上に表示するために切り取られ、前記所望の深度範囲は、データ取得スキャン中に動的に変化する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記深度範囲は、サンプルの曲率に従うように変更される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記深度範囲は、Ｂスキャン内のＡスキャン中に変更される、請求項２に記載のシステム。
5. 前記システムは、サンプルが常に前記システムの深度撮像ウィンドウ内にあるような十分に大きい撮像深度を生成し、
   前記参照アームは、前記マイクロパッケージ内に完全に封入され、かつ前記サンプルアームの光学経路長と不整合の光学経路長を有し、
   前記システムは、前記ベースによって支持された光変調器であって、光の前記第１の部分または光の前記第２の部分のうちの１つの光の周波数をシフトさせて、前記参照アームの前記光学経路長が前記撮像深度により厳密に一致した場合に得られるスペクトル成分に対応するスペクトル成分を有する変調されたＯＣＴ信号を形成するように構成された前記光変調器をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記システムは、サンプルが常に深度撮像ウィンドウ内にあるような十分に大きい撮像深度を生成し、
   前記参照アームは、前記マイクロパッケージ内に完全に封入され、かつ前記サンプルアームの光学経路長と不整合の光学経路長を有し、
   前記システムは、前記ベースによって支持された周波数混合器であって、前記検出器からの前記信号を前記深度撮像ウィンドウのエッジに対応する周波数と周波数ミキシングして、前記参照アームの前記光学経路長が前記撮像深度により厳密に一致した場合に得られるスペクトル成分に対応するスペクトル成分を有するダウンミックスされたＯＣＴ信号を生成するように構成された前記周波数混合器をさらに備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記深度撮像ウィンドウのエッジに対応する前記周波数は、遅いＡスキャン速度での予備スキャン掃引の使用によって決定され、前記予備スキャン掃引から前記深度撮像ウィンドウのエッジに対応する前記周波数を決定した後に、より速いＡスキャン速度でのより速いスキャン掃引が続く、請求項５または６に記載のシステム。
8. 気密封止された前記マイクロパッケージは、真空を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 気密封止された前記マイクロパッケージは、活性半導体光学材料の劣化を軽減するガスを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記ビーム分割器は、第１の偏光ビームスプリッタであり、
    前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光を受光する前記検出器は、第１の検出器であり、
    前記ベースは、さらに、
    前記光源を前記第１の偏光ビームスプリッタに光学的に結合する第１の波長板と、
    前記サンプルアーム内の第２の波長板および前記参照アーム内の第３の波長板と、
    第４の波長板および第２の偏光ビームスプリッタであって、前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光が、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて結合され、かつ前記第４の波長板を通って、干渉生成器として機能する前記第２の偏光ビームスプリッタに送られる、前記第４の波長板および前記第２の偏光ビームスプリッタと、
    第２の検出器であって、前記第１の検出器および前記第２の検出器は、前記第２の偏光ビームスプリッタに結合されて、それに応答して信号を生成する、前記第２の検出器と、を支持する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記ベースは、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路内にあるピンホールをさらに支持する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第２の波長板は、前記透過性要素である、請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記第１、第２、第３、および第４の波長板は、全て同じ位相遅延を有する、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記第１の波長板および前記第４の波長板は、半波長板であり、
    前記第２の波長板及び前記第３の波長板は、四分の一波長板である、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のシステム。
15. 全てのサンプルアームの光学部品は、前記マイクロパッケージの一部である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記ビーム分割器は、第１の偏光ビームスプリッタであり、
    前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光を受光する前記検出器は、前記ベースによって支持され、かつ第１の検出器であり、
    前記ベースは、さらに、
    前記光源を前記第１の偏光ビームスプリッタに光学的に結合する第１の波長板と、
    前記サンプルアーム内の第２の波長板および前記参照アーム内の第３の波長板と、
    第４の波長板および第２の偏光ビームスプリッタであって、前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光が、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて結合され、かつ前記第４の波長板を通って、干渉生成器として機能する前記第２の偏光ビームスプリッタに送られる、前記第４の波長板および前記第２の偏光ビームスプリッタと、
    第２の検出器であって、前記第１の検出器および前記第２の検出器は、前記第２の偏光ビームスプリッタに結合され、前記第２の偏光ビームスプリッタに応答して信号を生成する、前記第２の検出器と、
    ファラデー回転子、第５の波長板、第６の波長板、第３の偏光ビームスプリッタ、第４の偏光ビームスプリッタ、第３の検出器、および第４の検出器と、を支持し、
    前記ファラデー回転子および前記第２の波長板は、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタとの間の光路内にあり、
    前記第３の偏光ビームスプリッタは、前記第１の偏光ビームスプリッタから受け取る光の第１の部分を、前記第５の波長板を通って第２の参照アームに指向させ、前記第１の偏光ビームスプリッタから受け取る光の第２の部分を、第２のサンプルアームに指向させ、
    前記第６の波長板は、前記第３の偏光ビームスプリッタを前記第４の偏光ビームスプリッタに光学的に結合させ、
    前記第３の検出器および前記第４の検出器は、前記第４の偏光ビームスプリッタから、前記第２の参照アームおよび前記第２のサンプルアームから戻る光を受光し、それに応答して信号を生成する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
17. 前記ビーム分割器は、第１の偏光ビームスプリッタであり、
    前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光を受光する前記検出器は、前記ベースによって支持され、かつ第１の検出器であり、
    前記ベースは、さらに、
    前記光源を前記第１の偏光ビームスプリッタに光学的に結合する第１の波長板と、
    前記サンプルアーム内の第２の波長板および前記参照アーム内の第３の波長板と、
    第４の波長板および非偏光ビームスプリッタであって、前記サンプルアームおよび前記参照アームから戻る光が、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて結合され、かつ前記第４の波長板を通って前記非偏光ビームスプリッタに送られる、前記第４の波長板および前記非偏光ビームスプリッタと、
    第２の偏光ビームスプリッタおよび第２の検出器であって、前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記非偏光ビームスプリッタによって受光された光の一部を受光し、前記第１の検出器および前記第２の検出器は、前記第２の偏光ビームスプリッタに結合されて、それに応答して信号を生成する、前記第２の偏光ビームスプリッタおよび前記第２の検出器と、
    第３の偏光ビームスプリッタ、第５の波長板、第３の検出器、および第４の検出器と、を支持し、前記第３の偏光ビームスプリッタは、前記非偏光ビームスプリッタによって受光された光の一部を前記第５の波長板を介して受光し、前記第３の検出器および前記第４の検出器は、前記第３の偏光ビームスプリッタに結合されて、それに応答して信号を生成する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記ベースは、前記ビーム分割器を前記検出器に接続するためのファイバカプラをさらに支持する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記ビーム分割器、前記参照アーム、および前記サンプルアームは、第１の干渉計の一部であり、
    前記ベースは、第２のビームスプリッタ、第１のミラー、および第２のミラーを含む第２の干渉計をさらに支持し、前記光源からの光の一部は、ＯＣＴシステムのスキャン掃引を線形化するためのクロックを生成するために前記第２の干渉計に指向される、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 前記第２の干渉計は、部分透過ミラーによって前記第１の干渉計の前記参照アームに光学的に結合される、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記光源は、中心周波数が異なり、かつ波長範囲が制限された複数のレーザを含み、
    前記ベースは、前記複数のレーザからの光を結合して、各レーザの個別の波長範囲よりも大きい結合掃引帯域幅を形成するための少なくとも１つのダイクロイックミラーをさらに支持する、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. 前記光源は、中心周波数が異なり、かつ波長範囲が制限された複数のレーザを含み、前記複数のレーザは、前記サンプル上の同じ領域を順次スキャンするように順次動作し、
    前記検出器は、前記複数のレーザが順次動作することにより前記サンプルアーム及び前記参照アームから順次戻る光を順次検出する、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記マイクロパッケージは撮像モジュールの一部であり、前記システムは、
    球面運動を形成する移送システムと、
    前記撮像モジュールは、前記移送システムに結合され、かつ前記移送システムによってほぼ前記球面運動で移動可能であり、
    前記撮像モジュールを前記サンプル上の目標点にアライメントするために、前記撮像モジュールに傾斜機能を提供するジンバルと、をさらに備える、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記サンプルは眼であり、前記目標点は眼の瞳孔であり、前記システムは、
    前記眼の瞳孔の中心を追跡し、かつフィードバック信号を前記ジンバルに提供して、前記撮像モジュールのアライメントを維持する瞳孔カメラと、をさらに備える、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記移送システムは、回転可能な支柱を含み、前記支柱の回転は、前記球面運動を少なくとも部分的に形成する、請求項２３に記載のシステム。
26. 前記移送システムは、回転可能な球面を含み、前記球面は、前記撮像モジュールを前記球面の内部で半径方向に移動させるための半径方向ガイドを有する、請求項２３に記載のシステム。
27. 前記ベースは、マイクロ光学ベンチおよび半導体光学ベンチのうちの１つである、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載のシステム。
28. 前記システムは、光干渉断層撮影（以下、ＯＣＴとする）システム、ＯＣＴ血管造影システム、および光相関領域反射測定（ＯＣＤＲ）システムのうちの１つである、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載のシステム。
29. 前記ベースは、マイクロ光学デバイスのための所定のアライメントを実現するために、前記マイクロ光学デバイスを所定の位置、高さ、および配向で受容するように構成される表面上の凹部開口を有する、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載のシステム。
30. 前記マイクロパッケージは、前記ベースに結合されたリッドを含み、前記リッドは、前記ベースの表面に対向する表面上に対応する開口を有し、前記リッド上の前記開口は、前記マイクロ光学デバイスの前記所定のアライメントを維持するために、前記マイクロ光学デバイスを受容するように構成される、請求項２９に記載のシステム。

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