JP5576367B2 - 光コヒーレンストモグラフィ方法およびシステム - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムおよび方法に関する。特に本発明は、周波数領域光コヒーレンストモグラフィ（ＦＤ−ＯＣＴ）システムおよび方法に関する。特に本発明は、対象物から得られた構造データの軸方向視野を調整することができるＦＤ−ＯＣＴシステムおよび方法に関する。

関連技術の簡単な説明
光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、対象物に関する構造的情報を入手するための光学的干渉方法である。このため、対象物は、測定光に含まれる波長に依存して、測定光の強度分布を示す特定のスペクトルを有する測定光で照射される。このようなスペクトルは、少なくとも２つのパラメータ、平均波長（またはピーク波長）およびスペクトルのスペクトル幅によって特徴付けられ得る。平均波長は、スペクトルの０次モーメントとして取得され得る。スペクトルのスペクトル幅は、平均波長あたりのスペクトル範囲と見なされ得、この波長範囲内に波長を有する光の累積強度は、測定光の合計強度の大部分となる。

測定光のコヒーレンス長は、平均波長の２乗およびスペクトル幅の比率に比例する。測定光のコヒーレンス長は、測定光の２つの異なる光部分間の干渉がどんな条件下で観察され得るかを決定する。２つの光部分が伝わった光路の差がコヒーレンス長未満異なる場合にのみ、測定光の２つの光部分の干渉を観察することができる。この特性は、光コヒーレンストモグラフィのさまざまな実現例において利用される。

ＯＣＴのさまざまな実現例において、対象物は、少なくとも、短いコヒーレンス長を有する測定光の第１の部分によって照射される。調査される対象物に含まれる物質、測定光のスペクトルの平均波長、および他の物性に依存して、対象物に侵入する測定光の強度は指数関数的に減少し、特定の侵入深さによって特徴付けられる。平均波長がたとえば８００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲にある場合、侵入深さは、組織などの生物対象物について、たとえば１ｍｍ〜３ｍｍとなり得る。対象物内の特定の深さまで対象物に侵入した測定光は、対象物の、その深さにおけるある体積中に存在する物質と相互作用し、それは散乱および反射処理を含む。特に、対象物のある体積中の反射率は、対象物の特定の体積中の物質の屈折率、および屈折率の勾配に依存する。また、測定光のビーム経路の方向に対して異なる屈折率を有する対象物内の２つの体積部分間の界面の配向は、対象物から特定の方向に発生する反射光の量に影響を与える。ＯＣＴでは、典型的に、入射測定光の方向と反対の方向に対象物から戻る測定光が検出される。

測定光の第２の部分は、光ビーム経路を通り、その光路長は、たとえば反射面の位置によって制御される。ある深さで対象物と相互作用した測定光の第１の部分と、ある位置に配列された反射面で反射される測定光ビームの第２の部分とが重畳され、検出される。

ＯＣＴのさまざまな実現例は、対象物がさまざまな深さで探査される様式、および重畳された測定光の検出が行なわれる様式が異なる。

時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）では、（軸方向走査を行なう）対象物の異なる深さの探査は、第２の部分を対象物と相互作用した測定光の第１の部分と重畳する前に、測定光の第２の部分が反射される反射面を移動させることによって行われる。上記のように、測定光の第２の部分によって通された光路長との差が測定光のコヒーレンス長より小さい光路長を通った深さにおいて対象物の物質と相互作用した測定光の第１の部分の一部のみが、重畳された光の検出される強度に寄与することになる。したがって、反射面を移動させることによって、対象物中の異なる深さからの構造データが得られ得る。

周波数領域ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）では、測定光の第２の部分も反射面で反射されるが、この反射面は、対象物の異なる深さを探査するために、つまり軸方向走査を行なうために移動させる必要はない。その代わり、重畳された光の波長に依存する、重畳された光の強度を検出することによって、異なる深さにおける対象物に関する構造的情報、すなわち、特に異なる深さにおける反射率が取得される。このために、主にＯＣＴの２つの技術または変形例、すなわちスペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）および掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）が開発された。

スペクトル領域ＯＣＴでは、対象物と相互作用した測定光の第１の部分と、反射面で反射される測定光の第２の部分とからなる重畳された光は、たとえば、スペクトル的に分散され、したがって空間的に分離された重畳された光を位置分解検出器によって検出する分光器を用いてスペクトル的に分散される。位置分解検出器は、典型的に複数の検出器セグメントを含み、各セグメントは、重畳された光のスペクトル部分を受取る。これにより、位置分解検出器は、重畳された光のスペクトルをさらなる処理に供給する。重畳された光のスペクトルのフーリエ変換によって、軸方向つまり深さ方向に沿った対象物の反射率の分布が取得される。

ＳＤ−ＯＣＴ方法の軸方向視野または深さ視野（ＦＯＶ）は、位置分解検出器のセグメントのうちの１つによって受取られるスペクトル部分のスペクトル範囲の幅、すなわちスペクトル分解能に依存する。検出器のセグメントによって受取られる重畳された光のスペクトル部分のスペクトル範囲の幅が小さいほど、軸方向視野は長い。それと対照的に、取得される対象物中の反射率の分布の軸方向分解能または深さ分解能、すなわち構造的情報は、位置分解検出器の複数のセグメントによって検出される重畳された測定光のスペクトル範囲全体に依存する。

掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）では、スペクトル領域ＯＣＴで使用される測定光のスペクトルのスペクトル幅よりはるかに狭いスペクトル幅のスペクトルを有する測定光を生成する掃引可能光源が対象物を照射するのに使用される。このような測定光の、試料から戻りかつ測定光の第２の部分と重畳された第１の部分は、重畳された光をあらかじめスペクトル的に分散させる必要なく、光検出器によって検出される。測定光の異なる波長における重畳された測定光のスペクトルは、測定光の平均波長をある時間にわたって掃引し、同時に、重畳された光を検出することによって取得される。このような掃引中にある時間にわたって累積された測定光のスペクトルの包絡線は、ＳＤ−ＯＣＴにおいて使用される測定光の典型的なスペクトルに対応し得る。

ＳＳ−ＯＣＴでは、軸方向視野（ＦＯＶ）は、あらゆる時点での測定光のスペクトル幅、すなわち、たとえば時間分解検出によって実現される最大スペクトル分解能に依存する。

文献ＵＳ２００７／００２４８５６Ａｌから光コヒーレンス結像システムが知られており、検出される重畳された光の有効線幅を、周期的な光学フィルタを使用して縮小することができ、これにより軸方向視野を増大させる。しかし、周期的な光学フィルタの正確な調整が必要とされる。

文献ＤＥ１０ ２００５ ０４６ ６９０Ａｌは、スペクトル領域ＯＣＴシステムを開示し、調整可能な焦点距離を有するレンズ群が回折格子と位置分解検出器との間に配列される。これにより、レンズ群の焦点距離を調整し、レンズ群に対して検出器を移動させることによって対象物の軸方向視野を変動させることができる。

しかし、従来のＯＣＴシステムは、高価な構成要素を必要としたり、構成要素の調整に手間がかかったり、対象物を照射する測定光の感度または必要とされる全強度について不利益を呈する。

したがって、本発明の目的は、従来のＯＣＴシステムおよび方法を向上させて、敏感な対象物の有効な測定を可能にすることである。

発明の概要
本発明は、上記の問題を考慮に入れて達成された。

本発明の一実施例によれば、スペクトル領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＤ−ＯＣＴ）方法が提供され、当該方法は、第１の測定および第２の測定を行なうステップを含み、各測定は、対象物区域を測定光で照射するステップと、対象物区域から戻った測定光を参照光と重畳するステップと、重畳された光をスペクトル的に分散させるステップと、スペクトル的に分散された光の複数のスペクトル部分の強度を検出するステップとを含む。これにより、第１の測定中には、対象物区域を照射する測定光が第１のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、第２の測定中には、対象物区域を照射する測定光が第２のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、第１のスペクトルの第１のスペクトル幅は、第２のスペクトルの第２のスペクトル幅よりも少なくとも１０％大きい。

これにより、対象物区域を照射する測定光のスペクトルは、光を生成する光源のスペクトル、光源によって生成された光が伝わる照射ビーム経路の媒体などのいくつかの要因によって、または照射ビーム経路に配列された透過スペクトルフィルタもしくは反射スペクトルフィルタなどのスペクトルフィルタのスペクトル特性によって影響され得る。重畳された光をスペクトル的に分散させるステップは、重畳された光を屈折させる、回折させる、またはフィルタリングするステップを含み得る。したがって、重畳された光をスペクトル的に分散させるステップは、重畳された光を空間的にまたは時間的に分離するステップにつながり得る。空間的に分離された複数の異なるスペクトル部分を検出するステップは、同時にスペクトル部分を検出するステップを含み得る。時間的に分離された複数の異なるスペクトル部分を検出するステップは、時間的に引続いてスペクトル部分を検出するステップを含み得る。

第１の測定において、対象物区域は、第１のスペクトル幅の第１のスペクトルを有する測定光で照射され、第２の測定において、対象物区域は、第２のスペクトル幅の第２のスペクトルを有する測定光で照射される。第１のスペクトル幅は、第２のスペクトル幅よりも少なくとも１０％大きい。光のスペクトルのスペクトル幅は、当該スペクトルを有する測定光の強度の大部分がその中に存在する波長範囲の幅を特徴付ける。測定光のスペクトルのスペクトル幅は、測定光のコヒーレンス長に反比例する。したがって、第１の測定において、測定光は、第２の測定における測定光のコヒーレンス長よりも少なくとも約１０％小さいコヒーレンス長を有する。

本発明の一実施例によれば、第１のスペクトル幅は、第１の上限波長と第１の下限波長との差の最小値となるように決定され、第１の測定中には、第１の下限波長と第１の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となり、第２のスペクトル幅は、第２の上限波長と第２の下限波長との差の最小値となるように決定され、第２の測定中には、第２の下限波長と第２の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となる。

本発明の一実施例によれば、第１の測定において、複数の異なるスペクトル部分は所定の第１の検出波長範囲内にあり、第２の測定において、複数の異なるスペクトル部分は所定の第２の検出波長範囲内にあり、第１の検出波長範囲の幅は、第２の検出波長範囲の幅よりも少なくとも１０％大きい。異なるスペクトル幅を有する測定光で対象物区域を照射し、対象物区域から戻った測定光を参照光と重畳し、スペクトル的に分散された重畳された光の複数の異なるスペクトル部分を検出することによって、対象物中の測定された構造的情報の異なる軸方向分解能が実現可能である。対象物区域を照射する測定光の全強度は、第２の測定よりも第１の測定の方が大きい場合もある、または実質的に等しい場合もある。

スペクトル的に分散された光の複数の異なるスペクトル部分の各々は、特定の波長範囲内の波長を有する光を含む。第１の検出波長範囲は、複数の異なるスペクトル部分のこのような波長範囲の統一によって与えられ、第２の検出波長範囲は、第２の測定における複数の異なるスペクトル部分のこのような波長範囲の統一によって同様に与えられる。したがって、本発明のこの実施例によれば、第１の測定中に対象物区域を照射する測定光の第１のスペクトル幅が、第２の測定中に対象物区域を照射する測定光の第２のスペクトル幅よりも大きいだけでなく、第１の測定中に検出される重畳された測定光に含まれる波長の範囲が、第２の測定中に検出される重畳された測定光に含まれる波長の範囲よりも大きい。

本発明の一実施例によれば、第１の検出波長範囲の幅および第１のスペクトル幅の比率が少なくとも０．７、特に少なくとも０．９になる。したがって、対象物区域を照射する測定光の第１のスペクトルの大部分を構成する光は、対象物区域から戻った後で参照光と重畳され、スペクトル的に分散され、最後に検出される。

本発明の一実施例によれば、第２の検出波長範囲の幅および第２のスペクトル幅の比率が少なくとも０．７、特に少なくとも０．９になる。これにより、第２の測定中にも、検出するステップは、対象物区域を照射する測定光の第２のスペクトルに含まれる波長範囲の大部分を構成する光を検出するように定められる。

本発明の一実施例によれば、第１の測定中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅は、第２の測定中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅よりも大きい。第１の測定中において、スペクトル部分は別個に検出され、第２の測定中において、スペクトル部分は別個に検出される。第１の測定中に検出されたスペクトル部分に含まれる波長範囲の幅は、第１の測定中の視野（ＦＯＶ）に影響を及ぼす。第１の測定中のスペクトル部分に含まれる波長範囲の幅が第２の測定中の対応する幅よりも大きい場合、第１の測定中の軸方向視野は、第２の測定中の軸方向視野よりも小さい。特に、これらの軸方向視野は、少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、さらに特に少なくとも５０％異なり得る。たとえば、軸方向視野は、第１の測定中は５〜８ｍｍ、特に６ｍｍ、第２の測定中は１〜３ｍｍ、特に２ｍｍであり得る。第１の測定および第２の測定中の測定光の平均波長は８００ｎｍ〜１３００ｎｍ以内であり得、第１の測定中の第１のスペクトル幅は１５〜３０ｎｍ、特に２５ｎｍであり得る。

本発明の一実施例によれば、複数の異なるスペクトル部分の強度を検出するステップは、位置分解検出器の複数の異なる位置で強度を検出するステップを含む。それにより、異なるスペクトル部分は、重畳された光をスペクトル的に分散させることによって空間的に分離される。位置分解検出器は、たとえばＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳセンサであり得る。

本発明の一実施例によれば、第１の測定および第２の測定の少なくとも一方において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を第１の回折格子で回折させるステップを含む。第１の回折格子は、基板と、その上に配列された複数の格子形成構造とを含み得る。格子形成構造は、回折格子上に入射する重畳された光の振幅および／または位相に影響し得る。格子形成構造は、回折格子の基板上に周期的に配列され得る。異なる波長を含む重畳された光の光部分は、光部分に含まれる波長に依存する角度にて回折格子に入射した後、偏向される。偏向角は、光部分の波長に依存するだけでなく、格子形成構造の間隔にも依存する。典型的に、格子形成構造は、隣接する格子形成構造の対応する部分間において、格子定数とも称される距離を有して周期的に配列される。格子形成構造は、回折格子の少なくとも１つの横方向において周期的であり得る。

本発明の一実施例によれば、重畳された光を分散させるステップは、回折された光に結像光学系を通させるステップを含む。結像光学系は、これにより、レンズおよび／または鏡などの１つまたはいくつかの屈折および／または反射要素を含み得る。結像光学系の焦点距離は、特に、結像光学系の少なくとも１つの要素を結像光学系の他の要素に対して移動させることによって調整可能であり得る。

本発明の一実施例によれば、第１の測定および第２の測定の両方において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を第１の回折格子で回折させるステップを含み、第１の測定中において、結像光学系は第１の焦点距離を有し、第２の測定中において、結像光学系は、第１の焦点距離よりも少なくとも１０％大きい第２の焦点距離を有する。第１の焦点距離および第２の焦点距離を有するこのような結像光学系を設けることによって、スペクトル的に分散された重畳された光は、第１の測定および第２の測定中に実質的に同じ部位に結像され得る。これは、第１の測定および第２の測定の両方において１つの位置分解検出器を使用することを有利に可能にする。

本発明の一実施例によれば、第２の測定中において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を第２の回折格子で回折させるステップを含み、第１の回折格子の格子周期は、第２の回折格子の格子周期よりも少なくとも１０％大きい。第１の回折格子の格子周期または格子定数が大きいほど、第１の回折格子を用いて光を回折させることによって偏向される特定の波長を有する光の角度は小さくなる。したがって、第１の測定中に第１の回折格子を使用し、第２の測定中に第２の回折格子を使用して、重畳された光を回折させることで、第１の測定および第２の測定中に重畳された光を分散させて、１つの位置分解検出器の実質的に同じ部位で空間的に分離させ、検出することが可能となる。

本発明の一実施例によれば、対象物区域を照射するステップはそれぞれ、対象物区域を測定光の照射ビームで走査させるステップを含み、照射ビームは、照射ビームのレイリー範囲がＯＣＴ方法の軸方向視野に実質的に対応するように、対象物区域の平均深さに配置されるビームウェストを有する。ビームウェストは、測定光ビーム束の最小横方向拡張部であり、好ましくは対象物区域に配置される。測定光ビーム束の横方向拡張部は、ウエストの場所から測定光の伝搬方向に沿って離れるレイリー範囲の半分の距離を、ウエストの２倍の平方根まで増大させることになる。走査によって、対象物区域の１つの横方向の点での深さ方向にわたる構造データを得ることができるだけでなく、対象物の複数の異なる横方向の点での深さ方向にわたる構造データを得ることができ、横方向の走査範囲によって定義される体積部分の構造データ、ならびに第１の測定中の軸方向視野および第２の測定中の軸方向視野がそれぞれ得られる。さらに、このように設けることによって、得られた構造データの横方向の分解能は、深さ方向にわたって有意に変化しない。

本発明の一実施例によれば、当該方法は、測定光によって通された光路と参照光によって通された光路との差を変化させるステップをさらに含む。

本発明の一実施例によれば、スペクトル領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＤ−ＯＣＴ）システムが提供され、当該システムは、対象物区域を測定光で照射するための光源を有する照射系を含み、測定光のスペクトルのスペクトル幅は調整可能であり、さらに、対象物区域から戻りかつ参照光と重畳された測定光を、複数の空間的に分離された異なるスペクトル部分にスペクトル的に分散させるために、調整可能な分散を有する分光器と、調整可能なスペクトル幅を調整し、かつ入力信号に基づいて分光器の調整可能な分散を調整するためのコントローラとを含む。

光源は、たとえば、平均波長が８００ｎｍ〜１３００ｎｍ、スペクトル幅が５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは空気中での１０μｍ〜５０μｍの軸方向分解能に対応する１５ｎｍ〜３０ｎｍのスペクトルを有する測定光を生成するスーパールミネセントダイオードであり得る。測定光のスペクトルのスペクトル幅は、光源、たとえばスーパールミネセントダイオードによって生成される光のスペクトルを調整すること、または好適なスペクトルフィルタを照射ビーム経路に配列することのいずれかによって調整され得る。たとえば、スーパールミネセントダイオードによって生成されるスペクトルのスペクトル幅は、スーパールミネセントダイオードに供給される電流を調整することによって調整され得る。

分光器は、回折格子、レンズ、または／およびプリズムなどの屈折および／または回折光学要素を含み得る。調整可能な分散を有する分光器は、調整可能な量に応じて、重畳された光のスペクトル部分を空間的にまたは時間的に分離することを可能にする。たとえば、光の２つの空間的に分離されたスペクトル部分の間の空間的距離は調整可能であり得る。これは、たとえば、異なる格子定数を有する異なる回折格子で重畳された光を回折させることによって実現され得る。

コントローラは、調整可能なスペクトル幅を調整し、かつ入力信号に基づいて分光器の調整可能な分散を調整するように適合化される。入力信号は、ユーザまたはシステムのいずれかの他の構成要素によって直接または間接的に供給され得る。分光器の調整可能なスペクトル幅および調整可能な分散の調整は、相互に依存して生じ得る。すなわち、分光器の調整可能な分散は、少なくとも設定されたスペクトル幅に基づいて調整され得る、または調整可能なスペクトル幅は、少なくとも設定された分光器の分散に基づいて調整され得る。提供されるシステムは、調整可能な軸方向分解能および調整可能な軸方向視野を有する対象物の深さ方向に沿って構造データを得ることを可能にする。さらに、対象物を照射する測定光のスペクトルのスペクトル幅は、対象物の構造データの所定の軸方向分解能を実現するのに必要とされる最小スペクトル幅であり得る。

本発明の一実施例によれば、空間的に分離されたスペクトル部分の空間的な分離の量は、分光器の分散を調整するために調整可能である。スペクトル部分の空間的な分離の量は、たとえば、２つの異なるスペクトル部分が分光器によって偏向される偏向角度の差として決定され得る。

一実施例によれば、分光器は、空間的に分離されたスペクトル部分を少なくとも部分的に検出するための空間分解検出器を含む。検出器は、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳセンサであり得る。

本発明の一実施例によれば、コントローラは、位置分解検出器に入射する分散された重畳された光の波長範囲と調整されたスペクトル幅との重なりの幅が、調整されたスペクトル幅の少なくとも７０％、特に少なくとも９０％となるように、スペクトル幅および分光器の分散を調整するように適合化される。したがって、重畳された光において検出される波長を単に含む測定光で対象物を照射することが可能である。これにより、対象物を照射する測定光の全出力を、所与の軸方向分解能を有する対象物に関する構造的情報を取得するのに必要とされる最小値まで減少させることができる。これは、発明のシステムを用いて、人間の目などの特に敏感な生物対象物を調査することを可能にする。

本発明の一実施例によれば、照射系は、少なくとも１つのスペクトルフィルタと、照射光の照射ビーム経路にスペクトルフィルタを配列するための第１のアクチュエータとを含む。これによって、測定光のスペクトルのスペクトル幅は、少なくとも１つのスペクトルフィルタによって影響され得る。スペクトルフィルタは、透過スペクトルフィルタ、または反射スペクトルフィルタ、特に干渉フィルタであり得る。

本発明の一実施例によれば、分光器は、第１の回折格子と、重畳された光のビーム経路に第１の回折格子を配列するための第２のアクチュエータとを含む。第１の回折格子は、基板と、特に周期的な態様でその上に配列された複数の格子形成構造とを含み得る。格子形成構造は、回折格子に入射する測定光の振幅および／または位相に影響を与え得る。格子形成構造は周期的であり得る、つまり回折格子の少なくとも１つの横方向に規則的に配列され得る。特定の実施例において、回折格子は、一定の距離で互いからオフセットされた平行な直線を含む。当該一定の距離は、第１の回折格子の格子周期または格子定数に相当する。第一近似において、第１の回折格子に入射する光の回折角は、ブラッグの式を用いて算出され得る。第１および第２のアクチュエータは、フレームなどの保持システム、ねじなどの固定システム、もしくはモータなどの能動的な駆動要素を含み得る案内面などのばね切替システムであってもよいし、または能動的な駆動システムを有していなくてもよい。アクチュエータは、手動によるユーザの介入によっても駆動され得る。

本発明の一実施例によれば、分光器は、位置分解検出器の上流において、重畳された光のビーム経路に配列された結像光学系を含む。結像光学系は、重畳され、場合によっては分散された光を位置分解検出器上に集めて、システムの感度および効率を向上させることを有利に可能にする。結像光学系は、球状もしくは非球状の表面を有し得るレンズなどの光学要素を有し得、シリンダレンズなどの、光軸に垂直な２つの異なる方向に異なる屈折力を有する光学屈折要素も含み得る。

本発明の一実施例によれば、分光器は第２の回折格子を含み、第２のアクチュエータはさらに、重畳された光のビーム経路に第２の回折格子を配列するために適合化され、第１の回折格子の格子定数は、第２の回折格子の格子定数とは少なくとも１０％異なる。したがって、システムの２つの異なる動作モードにおいて、重畳された光を、空間的に異なる量分離されたスペクトル部分に分散させることが可能である。システムはさらに、光ファイバ、特に第１の回折格子もしくは第２の回折格子またはそれらの組合わせを、重畳された光のビーム経路に配列するために、重畳された光のビーム経路を切替えるための切替え可能な光ファイバを含み得る。このため、システムはさらに、光ファイバを切替えるための微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを含み得る。測定光のスペクトルのスペクトル幅および／または分光器の分散を調整するために、光コヒーレンストモグラフィシステムの照射系および分光器においてファイバおよびＭＥＭＳスイッチが使用され得る。特に、ＭＥＭＳスイッチは、スペクトル領域光コヒーレンストモグラフィシステムのコントローラによって制御され得る。

本発明の一実施例によれば、掃引光源領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＳ−ＯＣＴ）方法が提供され、当該方法は、第１の測定および第２の測定を行なうステップを含み、各測定は、対象物区域を第１の測定光で照射するステップと、照射された対象物区域から戻った第１の測定光を参照光と重畳して、第１の重畳された光を形成するステップと、第１の重畳された光の強度を検出するステップと、次いで対象物区域を第２の測定光で照射するステップと、照射された対象物区域から戻った第２の測定光を参照光と重畳して、第２の重畳された光を形成するステップと、重畳された光の強度を検出するステップとを含み、第１の測定光および第２の測定光の各々は、あるピーク波長およびあるスペクトル幅を有するスペクトル分布を有し、ピーク波長は異なり、第１の測定中のスペクトル幅の平均は、第２の測定中のスペクトル幅の平均の少なくとも２倍、特に５倍大きい。

第１の測定および第２の測定の各々において、第１の測定光および第２の測定光は、掃引光源ＯＣＴ方法における対象物区域の照射中の異なる掃引位置に対応し得る。第１の測定および第２の測定の両方において、さらなる掃引位置が適用され得る。第１およびの第２の測定光のスペクトル幅は、発明の方法によって取得可能な対象物の深さ方向に沿った構造的情報の軸方向視野深さに影響を及ぼす。検出される重畳された光のスペクトル幅が小さいほど、軸方向視野深さは大きい。したがって、本実施例では、第１の測定における軸方向視野深さは第２の測定よりも小さく、特に少なくとも２分の１、さらに特に少なくとも５分の１である。同時に、スペクトル試料、たとえば時間的な試料の数は一定に保つことができる一方、軸方向分解能は、第２の測定中よりも第１の測定中の方が高くてもよい。したがって、第２の測定において、対象物の大きな体積部分に関する粗く分解された構造的情報を得ること、および第１の測定において、対象物部分の小さな体積部分に関するより細かく分解された構造的情報を得ることが可能である。したがって、発明の方法は、ズーム可能な光コヒーレンストモグラフィを提供する。

本発明の一実施例によれば、スペクトル幅は２００ｐｍおよび５ｐｍの間、特に１００ｐｍおよび１０ｐｍの間にある。平均波長が１μｍ、たとえばスペクトル幅が１０ｐｍのスペクトルを有する測定光を使用すると、空気中では５ｃｍという理論的な軸方向視野深さにつながる。これらのパラメータによれば、当該方法は、たとえば長さ３．５ｃｍおよび平均屈折率がｎ＝１．３６の人間の目を構造的に調査することができる。この理論的な軸方向視野深さを十分に利用するには、文献ＵＳ７，３３０，２７０およびＵＳ７，３３６，３６６Ｂ２に開示されるように、鏡像の悪影響を抑制する既知の技術の使用が必要となり得る。

本発明の一実施例によれば、ピーク波長は、８００ｎｍおよび１３００ｎｍの間、特に９００ｎｍおよび１１００ｎｍの間であり得る。特に、第１の測定光のピーク波長は、第１の測定および第２の測定の両方において、第２の測定光のピーク波長とは最大１０〜３０ｎｍ、特に最大２５ｎｍ異なり得る。ピーク波長のこの差は、掃引光源ＯＣＴ方法の掃引範囲を表わし得る。

本発明の一実施例によれば、当該方法は、光増幅器を用いて測定光を生成するステップと、生成された測定光をスペクトル的にフィルタリングして、第１の測定および第２の測定の少なくとも一方において第１および第２の測定光を形成するステップとをさらに含む。光増幅器は、特定の作用範囲の波長の電磁波を増幅する。所望の波長を有する電磁波を選択的に増幅するために、望ましくない波長を有する電磁波をフィルタリングを使用して大幅に減衰させ得る。これにより、第１の測定中のスペクトル幅を、第２の測定中のスペクトル幅に変化させることができる。

本発明の一実施例によれば、フィルタリングするステップは、透過スペクトルフィルタ、特にファブリペロー型フィルタに測定光を通させるステップを含む。ファブリペロー型フィルタは、互いに平行に配列され、調整可能な距離を互いに有する１組の対向する反射面を含む。測定光の、共振条件を満たす波長を有する、すなわち２つの反射面間に定常波を形成することができる部分のみが建設的に干渉し、最終的にフィルタの開口から発出することになる。ファブリペロー型フィルタから発出する光のスペクトル幅は、ファブリペロー型フィルタの反射面の光学的特性から決定され得る。

さらに、ファブリペロー型フィルタから出る光の平均波長は、圧電素子などによって２つの反射面の間の距離を調整することによって制御され得る。これにより、掃引可能ファブリペロー型フィルタに光学的に接続された光増幅器は、掃引光源ＯＣＴ方法に好適な光源を提供し得る。生成された測定光のフィルタリングは、第１および第２の測定の両方において行なわれ得るが、異なる光学的特性の反射面を有する２つの異なるファブリペロー型フィルタなどの、異なるスペクトル特性を有する異なるスペクトルフィルタを使用する。

本発明の一実施例によれば、フィルタリングするステップは、回折格子で測定光を回折させるステップと、測定光を反射するステップとを含む。反射するステップは、回転する多面鏡で測定光を反射するステップを含み得る。

本発明の一実施例によれば、当該方法は、第１の測定光および第２の測定光の少なくとも一方によって通された光路と、参照光によって通された光路との差を変化させるステップをさらに含む。

本発明の一実施例によれば、第１の測定光のピーク波長と第２の測定光のピーク波長との差の最大値は、第１の測定においては、第２の測定よりも少なくとも２倍、特に５倍大きい。これにより、同時に軸方向視野は第２の測定中よりも第１の測定中の方が小さいものの、取得される構造データの分解能は、第２の測定中よりも第１の測定中の方が高くてもよい。したがって、ズーム効果が実現される。

本発明の一実施例によれば、掃引光源領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＳ−ＯＣＴ）システムが提供され、当該システムは、あるピーク波長およびあるスペクトル幅を有するスペクトル分布を有する測定光で対象物区域を照射するための照射系を含み、ピーク波長は掃引可能であり、スペクトル幅は調整可能であり、さらに、スペクトル幅を調整するためのコントローラと、対象物区域から戻った測定光を参照光と干渉的に重畳するための干渉計と、重畳された光を検出するための検出器とを含む。

照射系は、対象物区域を測定光で照射するための光源および／またはスペクトルフィルタを含み得る。測定光のスペクトル分布は、波長に比例するもしくは逆の、波数ｋなどの波長または関連する量に依存した測定光の強度の分配を表わす。スペクトルのピーク波長は、スペクトル分布の平均または最大値、すなわちスペクトルであり得る。スペクトル幅は、スペクトルに含まれる主な波長範囲の幅を示す。干渉計は、ビームスプリッタ、光結合器、および光ファイバを含み得る。検出器は、検出器の異なる位置において入射する光の強度を識別する必要がない光検出器であり得る。

本発明の一実施例によれば、スペクトル幅は５ｐｍおよび２００ｐｍの間、特に１０ｐｍおよび１００ｐｍの間で調整可能である。

本発明の一実施例によれば、測定光のピーク波長は、８００ｎｍおよび１３００ｎｍの間、特に６００ｎｍおよび１３００ｎｍの間、特に９５０ｎｍおよび１０５０ｎｍの間である。

本発明の一実施例によれば、照射系は、測定光を生成するための光増幅器と、第１の掃引可能スペクトルフィルタと、生成された測定光のビーム経路に第１の掃引可能スペクトルフィルタを配列するためのアクチュエータとを含む。

本発明の一実施例によれば、照射系は第２の掃引可能スペクトルフィルタを含み、アクチュエータはさらに、生成された測定光のビーム経路に第２の掃引可能スペクトルフィルタを配列するために適合化される。特に、第２の掃引可能スペクトルフィルタおよび第１の掃引可能スペクトルフィルタは、異なるフィルタ特性を有する。特に、２つのスペクトルフィルタは実質的に同じ掃引範囲を有し得るが、異なるスペクトル幅を有する測定光を供給し得る。

本発明の一実施例によれば、第１のスペクトルフィルタおよび第２のスペクトルフィルタの少なくとも一方は、ファブリペロー型フィルタである。ファブリペロー型フィルタは、互いに対向しかつ互いに平行に配列された少なくとも２つの反射面を含み、特定の波長を有する電磁波が定在波を形成し得る共振器を形成する。光増幅器に光学的に結合されたこのようなファブリペロー型フィルタは、使用されるファブリペロー型フィルタの反射面の光学的特性に固有の掃引可能なピーク波長およびスペクトル幅を有する測定光を照射系が生成するための光源を形成し得る。異なる光学的特性の反射面を有し、二者択一でまたは組合わせて、光増幅器を含む照射ビーム経路に配列することが可能な２つの異なるファブリペロー型スペクトルフィルタを設けることによって、調整可能なスペクトル幅を有する照射系のための光源を形成し得る。第１および第２のスペクトルフィルタがファブリペロー型フィルタである場合、２つのフィルタの対向する反射面の相対的な移動の範囲は、２０％未満、特に１０％未満異なり得る。

本発明の一実施例によれば、第１のフィルタおよび第２のフィルタの少なくとも一方は、回折格子および反射器を含む。反射器は、回転軸のまわりの周辺方向に配列された複数の反射面を有する回転可能な反射器であり得る。

本発明の一実施例によれば、照射系は、第１の掃引可能スペクトルフィルタを用いてフィルタリングされた測定光が第１のスペクトル幅を有するスペクトル分布を有し、第２の掃引可能スペクトルフィルタを用いてフィルタリングされた測定光が第２のスペクトル幅を有するスペクトル分布を有し、第１のスペクトル幅が第２のスペクトル幅よりも少なくとも２倍、特に少なくとも５倍大きくなるように、適合化される。対象物区域を照射し、対象物区域から戻り、参照光と重畳され、検出器によって検出される測定光のスペクトル幅は、深さ方向に沿って対象物から取得された構造的情報の軸方向視野深さに影響を及ぼす。したがって、本実施例は、第１の軸方向視野深さに沿って、かつ第２の視野深さに沿って対象物の構造データを得ることを可能にし、第１の視野深さは、第２の視野深さよりも小さい。さらに、軸方向分解能は、対象物区域を照射する測定光の２つの異なる掃引範囲を選ぶことによって、２つの場合で異なるように選択され得る。したがって、特に手術中に人間の目などの生物対象物を検査する際に多大な利点をもたらすズーム可能なＯＣＴシステムが提供される。

発明の上記および他の有利な特徴は、添付図面を参照して発明の例示的な実施例についての以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。なお、本発明の可能な実施例すべてが、ここに特定される利点の各々またはいずれかを必ずしも呈するとは限らない。

本発明の一実施例に係るスペクトル領域ＯＣＴシステムを概略的に例示する図である。 本発明の実施例に係る測定光のスペクトルの線図を概略的に例示する図である。 図１に例示した実施例などの本発明の実施例において使用される分光器の一部分を概略的に例示する図である。 本発明の一実施例に係る掃引光源ＯＣＴシステムを概略的に例示する図である。 図４および６に例示される実施例など、本発明に係る掃引光源ＯＣＴシステムの実施例において使用されるスペクトルフィルタのフィルタ特性を示す線図を例示する図である。 本発明に係る掃引光源ＯＣＴシステムの別の実施例を概略的に例示する図である。

例示的な実施例の詳細な説明
以下に説明する例示的な実施例では、機能および構造が同様の構成要素は、可能な限り同様の参照符号で指定される。したがって、特定の実施例の個々の構成要素の特徴を理解するには、他の実施例および発明の概要の説明を参照すべきである。

図１は、本発明の一実施例に係るスペクトル領域ＯＣＴシステム１を概略的に例示する。

ＯＣＴシステム１は、特定のスペクトルにしたがって分配される光５を生成するように構成された光源３を含む。この実施例には、以下に説明する２つの変形例がある。

ＯＣＴシステム１の第１の変形例において、光源３は、平均波長が１０００ｎｍあたりであり調整可能なスペクトル幅を有するスペクトルを有する光５を生成するように適合化されたスーパールミネセントダイオードを含む。スペクトル幅は、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）に供給される電流を調整することによって調整される。ＳＬＤによって生成される光のスペクトルの詳細は、図２を参照して以下に説明する。

ＯＣＴシステム１の第２の変形例において、光源３は、拡張されたスペクトル範囲の波長を含む光５を生成するための白色光源を含む。第２の変形例では、光源３は、Ｗａｎｇ他、Optics letters、第２８巻、第３番、２００３年２月１日に開示されているキセノン放電ランプまたはフォトニック結晶ファイバを含み得る。

ＯＣＴシステム１の両方の変形例において、生成された光５は、光ファイバ４によってファイバスプリッタ／結合器７に誘導される。ファイバ結合器７は、光５を２つの光部分９および１５に分割するように構成される。光部分９は光ファイバ４を介して反射参照面１１に誘導され、そこで光部分９が反射されて光部分９′を形成する。参照面１１は、光部分９および９′のビーム経路を変更するために、両方向矢印１２によって示される方向に移動可能である。光５から分離された他方の光部分１５は、光ファイバ４を介して例示しない照射光学系に誘導され、光１６として対象物２１を照射する。対象物を光１６で横方向に走査させるためのスキャナは、概略的な図１には例示しない。走査光１６によって、構造的情報を含む画像を得ることが可能となる。面２３は、光部分９が参照面１１まで伝わるビーム経路と同じ光路長を有するビーム経路を光部分１５が伝わる面を示す。

光源３がＳＬＤを含むＯＣＴシステム１の第１の変形例では、光１５は、単に例示しない結像光学系を通り、対象物２１を照射する光１６を形成する。

光源３がキセノンガス放電ランプを含むＯＣＴシステム１の第２の変形例の場合、光１５は、スペクトルフィルタ１７_１または／および１７_２の少なくとも一方を追加的に通る。これらのスペクトルフィルタは、矢印１９と、光１５のビーム経路に配列された場合のスペクトルフィルタ１７_１、１７_２のそれぞれの位置を示す長方形１７′_１および１７′_２によって示されるように、光１５のビーム経路に配列可能である。対象物２１の光照射のビーム経路内のフィルタの特定の配置は、それらが光源３と対象物２１との間のどこかに配置される限り重要ではない。したがって、図１は、スペクトルフィルタ１７_１、１７_２のいくつかの考えられる配置のうちの１つを例示的に示すにすぎない。悪影響につながり得る、光１５のビーム経路に配列されたフィルタからの擾乱する背面反射を回避するために、好ましい配列において、フィルタ１７_１、１７_２の法線は、フィルタ１７_１、１７_２に当たる光１５の伝搬の方向から逸脱する。

両方の変形例において、対象物は、スペクトル特性が図２を参照して以下に説明される光１６によって最終的に照射される。

光１６は対象物２１と相互作用し、対象物から光１６′として発出する。光１６′は光ファイバ４によってファイバ結合器７に誘導され、参照面１１で光部分９を反射することによって形成された光部分９′と重畳される。光９′および光１６′を重畳することによって形成された、重畳された光２５がファイバ結合器７から出、光ファイバ４によって誘導され、分光器２７に入る。分光器２７は、重畳された光２５を、空間的に分離された光部分３０にスペクトル的に分散させるための分散装置２９を含む。各光部分３０は、特定の異なる波長範囲内の波長を有する電磁光波を含む。空間的に分離された光部分３０は、空間的に分離された光部分３０の各々の強度を別個に検出するための複数の画素を収容するＣＣＤ検出器３１によって検出される。

スペクトル領域ＯＣＴシステム１はさらに、ＯＣＴシステム１のいくつかの構成要素を制御するため、かつ複数の空間的に分離されたスペクトル光部分３０の強度を検出した後でＣＣＤ検出器３１の複数の画素によって生成される信号を処理するためのコントローラおよび処理システム３３を含む。検出されたスペクトル光部分３０のこれらの強度は、参照光９′および対象物２１と相互作用した光１６′の重畳によって形成される、検出された重畳された光２５のスペクトルを表わす。コントローラおよび処理システム３３は、検出器３１によって検出された複数のスペクトル部分３０の強度をデータ伝送線３９を介して受取り、強度を処理して、対象物２１の深さ方向に沿った、すなわち面２３に垂直な対象物２１の構造的情報を導出する。処理は、バックグラウンド除去と、たとえば等距離の波数でサンプリングすることによるスペクトル再サンプリングと、複数のスペクトル光部分の強度を表わすスペクトルのフーリエ変換を決定することとを含む。

コントローラおよび処理システム３３は、制御線３７を介して分散装置２９の分散を調整する。分散装置２９の分散を調整することは、空間的に分離された光部分３０の空間的分離の量を調整することを含む。空間的に分離された光部分３０の分離の量は、検出器３１の一画素によって受取られ検出される光部分の波長範囲の幅に影響を及ぼす。重畳された光２５の検出されるスペクトル部分の波長範囲のこの幅は、結果として深さ方向すなわち面２３に垂直な軸方向に対象物２１から取得可能な構造的情報の有効軸方向視野（ＦＯＶ）に影響を及ぼす。特に、コントローラおよび処理システム３３は、図１に示したように、システム１の第１の動作モードでは対象物２１からの構造的情報が第１の視野ＦＯＶ_１内で取得され、システム１の第２の動作モードでは第２の視野ＦＯＶ_２内で取得されるように、分散装置２９の分散を調整するように適合化される。

コントローラおよび処理システム３３は、分散装置２９の分散と、以下で説明するような信号線４０によって供給される入力信号に基づいて対象物を照射する光１６のスペクトル幅とを調整する。

スペクトル領域ＯＣＴシステム１の例示した実施例では、コントローラおよび処理システム３３は、対象物２１を照射する光１６のスペクトル特性を第１の動作モードと第２の動作モードとで異なるように調整するようにさらに適合化される。この目的のため、特に光源３がＳＬＤを含むＯＣＴシステムの第１の変形例について、コントローラおよび処理システム３３は、光源によって生成された光５のスペクトルのスペクトル幅を制御線３５を介して調整する。光５のスペクトルのスペクトル幅は、第１の動作モードと第２の動作モードとで異なるように調整される。代替的にまたは追加的に、特に、光源３がキセノンガス放電ランプなどの白色光源を含むＯＣＴシステム１の第２の変形例について、コントローラおよび処理システム３３は、例示しないアクチュエータを制御線３６_１、３６_２を介して制御し、スペクトルフィルタ１７_１、１７_２を交互に、または組合わせて光１５のビーム経路に配列する。スペクトルフィルタ１７_１、１７_２の構造的特性に依存して、スペクトルフィルタ１７_１、１７_２の少なくとも一方を通る光１５によって形成された、対象物２１を照射する光１６は、第１のスペクトル幅または第１のスペクトル幅とは異なる第２のスペクトル幅を有するスペクトルを有する。特に、コントローラおよび処理システム３３は、検出された重畳された光２５が、対象物２１を照射する光１６に含まれる波長の大部分を含むように、対象物２１を照射する光１６のスペクトル幅と分散装置２９の分散とを調整するように適合化される。

図２は、対象物２１を照射する光１６のスペクトルの線図を例示する。線図は、波長λに依存した相対的な強度Ｉ（１６）の曲線を例示する。図１に例示したＯＣＴシステム１の第１の動作モードでは、対象物２１は、スペクトル４１_１を有する光１６で照射される。スペクトル４１_１の平均波長は１０００ｎｍあたりに存在する。スペクトル幅４７_１は、光１６の積分強度の９０％がその中に含まれる波長４３_１と波長４５_１との間の差の最小値を形成することによって取得され得る。例示した例では、第１の動作モードにおいて対象物を照射する光１６のスペクトル幅である第１のスペクトル幅は、約３０ｎｍになる。

第２の動作モードでは、対象物２１は、スペクトル４１_２を有する光１６で照射される。スペクトル４１_２の平均波長は、スペクトル４１_１の平均波長とほぼ同じ、すなわち１０００ｎｍあたりとなる。しかし、第２のスペクトル幅、すなわち第２の動作モード中に対象物２１を照射する光１６のスペクトルのスペクトル幅は、第１のスペクトル幅よりも小さい、すなわち例示した例では２０ｎｍである。第２のスペクトル幅は、光１６の積分強度の９０％がその中に含まれる波長４３_２と波長４５_２との間の差の最小値を決定することによって再び取得される。

図１に例示したスペクトル領域ＯＣＴシステム１の第１の変形例では、曲線４１_１、４１_２は、２つの異なる電流で動作されるスーパールミネセントダイオードの発光スペクトルに類似し得る。この場合、対象物２１を照射する光１６のスペクトル、および、したがって当該スペクトルのスペクトル幅を調整するのに、スペクトルフィルタ１７_１、１７_２などの追加的なスペクトルフィルタは必要とされない場合がある。

図１に例示したスペクトル光源ＯＣＴシステム１の第２の変形例については、図２に例示した曲線４１_１、４１_２は、スペクトルフィルタ１７_１、１７_２の透過特性にそれぞれ類似し得る。

図３は、図１に例示したスペクトル領域ＯＣＴシステムの実施例において使用され得る分光器２７を概略的に例示する。分光器は、回折格子４９と、調整可能な焦点距離を有する結像光学系５１と、ここでは第１および第２の動作モードそれぞれにおける２つの異なる位置Ａ_１およびＡ_２に例示される検出器３１とを含む。結像光学系５１は光軸５２を有する。回折格子４９は、周期的にその上に配列された複数の格子形成構造を含む。例示した例では、格子形成構造は、規則的に離間された直線状の突起を含む。隣接する突起間の間隔は、格子４９に入射する重畳された光２５の波長の範囲内にある。

第１の動作モード中に、実質的に平行な波面を形成する重畳された光２５_１が格子４９に入射し、第２の動作モードにおいて、重畳された光２５_２が格子４９に入射する。重畳された光２５_１は、その波長に依存する異なる偏向角にて格子４９で回折によって偏向される。図２に例示したように、第１の動作モードにおいて対象物２１を照射する光１６は、波長４５_１と波長４３_１との間の波長を主に含む。したがって、重畳された光２５_１も、波長４５_１と波長４３_１との間の波長を主に含む。図３において、波長４３_１を有する光２５_１のビーム経路は４３′_１と示される。波長４５_１を有する光２５_１のビーム経路は４５′_１と示される。波長４３_１を有する光２５_１は、角度α_１にて格子４９で回折によって偏向され、波長４５_１を有する光２５_１は、角度α_２にて格子４９で回折によって偏向され、当該角度は、光軸５２と平行に配向される格子４９の法線に関して測定される。重畳された光２５_１に含まれる、波長４３_１と波長４５_１との間の波長を有する光２５_１は、極角度(extreme angles)α_１およびα_２の間の角度にて格子４９で回折によって偏向される。ビーム経路４３′_１および４５′_１に沿って伝播する回折された光線は、焦点距離ｆ_１を有するように調整された結像光学系５１を通る。焦点距離ｆ_１を有する結像光学系５１の焦点面は図３に示され、Ａ_１と表示される。

第１の動作モードでは、ＣＣＤ検出器３１は、結像光学系５１の下流の結像光学系５１の焦点面Ａ_１に配列される。ＣＣＤ検出器は、画素Ｐ_１、Ｐ_２、…、Ｐ_Nを含む。結像光学系５１によって、ビーム経路４３′_１を通る光線は、点Ｂ（４３_１）で結像される。ビーム経路４５′_１に沿って伝播する光線は、点Ｂ（４５_１）で結像される。点Ｂ（４３_１）および点Ｂ（４５_１）は、検出器の境界画素すなわちＰ_１およびＰ_Nにそれぞれ配置される。波長４３_１と波長４５_１との間の波長を有する重畳された光２５_１に含まれる光は、角度α_１とα_２との間の角度にて格子４９で回折によって偏向され、したがって境界画素Ｐ_１とＰ_Nとの間のＣＣＤ検出器３１の画素に結像される。したがって、第１の動作モード中において、重畳された光４５_１の強度の９０％になる波長４３_１と波長４５_１との間の波長を有する光は、検出器３１によってスペクトル分解され検出される。各画素は、（４３_１−４５_１）／Ｎの幅を有する波長範囲内に波長を有する光を受取る。

第２の動作モード中においては、重畳された光２５_２が回折格子４９に入射する。第２の動作モードでは、対象物を照射する光１６は、波長４３_２と波長４５_２との差によって取得される第２のスペクトル幅４７_２を有するスペクトルを有する。重畳された光２５_２に含まれる波長４３_２を有する光は、角度α_３にて回折格子で回折によって偏向され、重畳された光２５_２に含まれる波長４５_２を有する光は、角度α_４にて回折格子４９で回折によって偏向される。波長４３_２を有する光について対応するビーム経路は４３′_２と示され、波長４５_２を有する光のビーム経路は４５′_２と示される。波長４５_２と波長４３_２との間の波長を有する重畳された光２５_２に含まれる光は、角度α_３とα_４との間の角度にて偏向される。

第２の動作モード中に、結像光学系５１の焦点距離がｆ_２に変更されている。さらに、検出器すなわちその感光面が移動され、焦点距離ｆ_２を有するように調整された結像光学系５１の焦点面Ａ_２内に配列される。結像光学系５１を通ることによって、４３′_２に沿って伝播する光は、点Ｂ（４３_２）で結像される。４５′_２に沿って伝播する重畳された光２５_２に含まれる光は、結像光学系によって点Ｂ（４５_２）で結像される。これらの点Ｂ（４３_２）およびＢ（４５_２）は、検出器３１のＰ_１およびＰ_Nにそれぞれ配置される。波長４３_２と波長４５_２との間の波長を有する重畳された光２５_２に含まれる光は、境界画素Ｐ_１とＰ_Nとの間の画素に結像されることになる。したがって、第２の動作モードにおいても、検出器３１は、重畳された光２５_２の強度の９０％、および、したがって対象物２１を照射する光１６の強度の９０％を含む波長を有する光を受取る。この動作モードにおいて、検出器３１のＮ個の画素ごとに受取られる波長範囲の幅は、（４３_２−４５_２）／Ｎ、すなわち（第２のスペクトル幅）／Ｎである。第１のスペクトル幅は第２のスペクトル幅よりも大きいため、１つの画素によって受取られる波長範囲の幅は、第２の動作モードよりも第１の動作モードの方が大きい。したがって、図１にも示したように、第１の動作モードにおける軸方向視野（ＦＯＶ）ＦＯＶ_１は、第２の動作モードの軸方向視野ＦＯＶ_２よりも小さい。

図３に例示した分光器２７では、スペクトル幅が異なるスペクトルを有する重畳された光２５_１、２５_２の、実質的に同じ寸法の部位、すなわち検出器３１の部位への結像は、結像光学系５１の焦点距離を焦点距離ｆ_１から焦点距離ｆ_２に変動させ、かつ焦点面Ａ_１およびＡ_２にそれぞれ配列されるように検出器３１を移動させることによって実現されている。代替的にまたは追加的に、重畳された光２５_１、２５_２を回折させ、したがって偏向させるために、異なる格子定数、プリズム、もしくはそれらの組合わせを有する２つの異なる格子４９を第１の動作モードまたは／および第２の動作モードにおいて利用してもよい。このように設けることすべてにより、分光器２７の分散を調整するために、複数のスペクトル光部分の分離の量が変化することになる。

図４は、本発明の一実施例にかかる掃引光源領域ＯＣＴシステム６０を概略的に例示する。掃引光源領域ＯＣＴシステム６０は、作用波長範囲内の光波を増幅するための半導体光増幅器６２を含む。このため、半導体光増幅器６２は電流源６３によって励起される。半導体光増幅器６２は、光増幅器６２によって増幅される光を誘導するための環状ファイバ６４に光学的に接続される。光ファイバ６４によって誘導されるビーム経路には、光ファイバ６４内を伝播する光を光ファイバ６４_１、６４_２、または６４_３に誘導するように適合化されたルーティングスイッチ６６および６８が配列される。光ファイバ６４_１は、ルーティングスイッチ６６または６８のいずれかから導入される光を第１の掃引可能フィルタ７０_１に誘導し、当該光に第１の掃引可能フィルタ７０_１を通させる。第１の掃引可能フィルタを通った後、光はルーティングスイッチ６６または６８によって環状ファイバ６４に再び導入される。第１の掃引可能フィルタ７０_１を通る代わりに、ファイバ６４_２および６４_３それぞれに光を誘導することによって、光ファイバ６４により誘導された光が第２の掃引可能フィルタ７０_２または第３の掃引可能フィルタ７０_３を通過し得る。

第１、第２および第３の掃引可能フィルタ７０_１、７０_２、７０_３は、互いに平行に配列された２つの対向する反射面を含むファブリペロー型フィルタである。２つの反射面の間の距離は、３つのフィルタすべてに接続されるランプ波発生器７１によって駆動する圧電素子によって制御可能である。環状共振器のビーム経路に配列されたファブリペロー型スペクトルフィルタの２つの対向する反射面の間の距離に依存して、共振条件を満たす波長を有する光のみが建設的に干渉することになる。ランプ波発生器７１を用いてファブリペロー型フィルタの２つの対向する反射面の間の距離を変化させることによって、共振条件を満たす光の波長を変動させることができる。共振条件を満たす波長とは異なる波長を有する光は有害に干渉し、したがって非常に低い強度に低下することになる。ファブリペロー型フィルタの対向する反射面の光学的特性に依存して、１つの単一波長が共振条件を満たすだけでなく、ピーク波長あたりの波長の範囲も、少なくとも反射面の反射率に性質が依存する透過スペクトルを形成する。

図５は、図４に例示した第１および第２の掃引可能フィルタ７０_１、７０_２の透過特性Ｔを示す線図を例示する。波長λに依存して、曲線８０_１として示される第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過、および８０_２として示される第２の掃引可能フィルタ７０_２の透過が図示される。典型的に、各ファブリペロー型フィルタは複数の透過ピークを呈する。線図において、２つのこのような透過ピークＰ、Ｐ′が示され、一方は１０００ｎｍの平均波長を有し、他方は１１００ｎｍの平均波長を有する。共振条件は異なる次数にしたがって複数の波長によって満たされ得るため、複数の透過ピークが生じる。ここでは、１１００ｎｍあたりに配置される第２の透過ピークＰ′は半導体光増幅器６２の波長作用範囲外に存在し、したがって増幅されないため、１０００ｎｍあたりに配置される第１の透過ピークＰのみに注目する。

第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過スペクトル８０_１の第１のスペクトル幅８５_１は、半導体光増幅器の作用範囲外の高次の波長の透過ピークに関係なく、第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過スペクトル８０_１の９０％がその中に存在する２つの波長８２_１と８４_１との間の差の最小値を形成することによって取得され得る。例示した例では、第１のスペクトル幅８５_１は約５０ｐｍとなる。同様に、約２０ｐｍとなる第２の掃引可能フィルタ７０_２の透過スペクトル８０_２の第２のスペクトル幅８５_２が取得され得る。

図４を再び参照して、第１の掃引可能フィルタ７０_１が光環状ファイバ６４およびしたがって光増幅器６２に光学的に結合されるように配列されると、第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過スペクトル８０_１によって与えられるスペクトルを本質的に有する光のみが半導体光増幅器６２によって増幅されることになる。このように増幅された光は、光８６_１と示されることになる。環状ファイバ６４内で誘導された光８６_１は、光結合器／スプリッタ８８によって環状ファイバ６４から部分的に抽出され、光ファイバ９０を介して干渉計９２に誘導される。光８６_１は対象物９４を照射し、対象物から戻り、干渉計９２内で例示しない参照光と重畳される。対象物９４を照射することは、一方向に回転可能な少なくとも１つの反射面を含む例示しないスキャナを用いて、対象物を光８６_１で走査させることを含み得る。重畳された光は、光ファイバ９６を介して光検出器９８に誘導される。特定の時点において、検出器９８は、図５の曲線８０_１によって示されるように、対象物９４と相互作用し、かつ第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過スペクトルによって実質的に与えられるスペクトルを有する参照光と重畳される光を検出するにすぎない。

より広範なスペクトル範囲にわたって、重畳された光のスペクトルを得るには、第１の掃引可能フィルタ７０_１に含まれる圧電素子を起動させて、第１の掃引可能フィルタ７０_１の２つの対向する反射面の間の距離を変化させる。この目的のために、コントローラ１００によって制御されるランプ波発生器７１は、ランプ信号をフィルタ７０_１に供給して、ファブリペロー型フィルタ７０_１の２つの対向する反射面の間の距離を変化させる。これにより、第１の掃引可能フィルタ７０_１の透過スペクトル７０_１の平均波長が変化する。なぜなら、第１の掃引可能フィルタ７０_１の２つの対向する反射面の間の以前の距離と比較して、若干異なる波長について共振条件が満たされるためである。したがって、増幅された平均波長の掃引が行なわれ得る。しかし、第１の掃引可能フィルタ７０_１の反射面の一定の光学的特性により、透過スペクトルの平均波長の掃引中、第１のスペクトル幅８５_１は実質的に一定のままである。

スペクトル領域ＯＣＴシステムおよび方法に関して上で説明したように、検出器または検出器セグメントによって受取られるスペクトル幅は、深さ方向に沿って対象物９４から取得可能な構造的情報の軸方向視野をもたらす。軸方向視野を切替えるために、本発明は、ファイバ６４_２を光ファイバ６４に光学的に接続するために、信号線６６′および６８′を介してコントローラ１００によって制御されるルーティングスイッチ６６および６８をそれぞれ起動させることにより、半導体光増幅器６２によって増幅されている光のビーム経路に第２の掃引可能フィルタ７０_２を配列することを可能にする。これにより、第２の動作モードにおいて、対象物９４は、第２のスペクトル幅８５_２を有する第２の掃引可能フィルタ７０_２の透過スペクトル８０_２に実質的にしたがって分配される波長を含む光８６_２で照射される。これに応じて、曲線８０_２にしたがって分配される波長を含む重畳された光が検出器９８によって検出される。第１の動作モード中の第１のスペクトル幅は第２の動作モードにおける第２のスペクトル幅より大きいため、軸方向視野は、第２の動作モードよりも第１の動作モードの方が小さい。

コントローラ１００は、２つの動作モードにおいて掃引光源ＯＣＴシステム６０を制御するために提供される。このため、コントローラは、信号線６６′および６８′を介してスイッチ６６および６８を駆動し、最終的に対象物９４を照射する光のビーム経路に第１の掃引可能フィルタ７０_１または第２の掃引可能フィルタ７０_２を配列する。さらに、コントローラ１００は、信号線７１′を用いてランプ波発生器７１を介して圧電素子を制御することによって掃引可能フィルタの透過スペクトルの平均波長の掃引を制御するように適合化される。さらに、コントローラ１００は、信号線９２′を介して、干渉計９２内の参照アームまたは／および参照光が伝わった光路の減衰を調整し得る。コントローラ１００は、光増幅器６２を励起する電流源６３も制御する。

図６は、本発明に係る掃引光源ＯＣＴシステム６０ａの別の実施例を例示する。掃引光源ＯＣＴシステム６０ａに含まれる多くの要素および構成要素は、図４に例示した掃引光源ＯＣＴシステム６０に含まれるものと同様である。これらの２つの掃引光源ＯＣＴシステムの違いは、システム６０では透過スペクトルフィルタ７０_１、７０_２、７０_３が採用されるのに対し、システム６０ａでは反射スペクトルフィルタ７０ａ_１、７０ａ_２、７０ａ_３が採用される点である。特に、回折格子、および多面鏡スキャナなどのビーム偏向装置を含み得る掃引可能スペクトル反射フィルタが使用される。特に、多面鏡スキャナは、掃引可能反射フィルタの透過スペクトルを掃引するために回転可能であり得る。異なる掃引可能反射フィルタ７０ａ_１、７０ａ_２、７０ａ_３は、特にそれらの透過スペクトルのスペクトル幅に関して、異なる透過スペクトルを供給する。掃引可能反射フィルタは、信号線６８ａ′を介してコントローラ１００ａによってルーティングスイッチ６８ａを制御することにより、試料９４を照射する環状ファイバ６４ａに沿って伝わる光のビーム経路に、交互にまたは組合わせて配列され得る。環状ファイバ６４ａに沿って伝わる光は、ルーティングスイッチ６８ａの設定に依存して、サーキュレータ６９を介してフィルタ７０ａ_１、７０ａ_２、７０ａ_３のうちの１つに誘導される。この実施例では、１つのルーティングスイッチのみが必要とされる。図４に例示したシステム６０のように、コントローラ１００ａは、結果的に信号線７１ａ′を介してコントローラ１００ａに接続されるランプ波発生器７１ａに接続される信号線７０ａ′_１、７０ａ′_２、７０ａ′_３を介して、掃引可能反射フィルタの透過スペクトルの平均波長の掃引を制御するように適合化される。信号線７１ａ′を介して、ランプ波発生器７１ａは、前方ランプ波と後方ランプ波との間でフィルタを切替えるためにコントローラ１００ａによって使用され得る信号をコントローラ１００ａに供給する。図４および図６の信号線６３′および６３ａ′を介して、コントローラは、光増幅器を励起する電流源６３および６３ａをそれぞれ制御する。

本発明に係る周波数領域ＯＣＴシステムはさらに、対象物の調査すべき区域を測定光ビームで横方向に走査させるためのスキャナを含み得る。スキャナは、少なくとも一方向に旋回可能な少なくとも１つの鏡を含み得る。

掃引光源ＯＣＴシステムはさらに、平均波長（ｋ−クロック）に対して、所与の時点で対象物を照射する測定光を分析するように適合化された参照干渉計を含み得る。これにより、照射している測定光の掃引時間と平均波長との関係を取得するために、掃引光源ＯＣＴシステムを較正することができる。

本発明に係る実施例は、眼科的用途に有利に適用することができる。一部の用途では、特に、対象物を照射する測定光の調整されたスペクトル幅に依存して、参照光の強度を減衰させることが望ましい場合がある。さらに、本発明の実施例のコントローラおよび処理システムは、特に、対象物を照射する測定光の調整されたスペクトル幅に依存して、または分光器の調整された分散に依存して、検出器の画素を選択的に読出すように適合化され得る。さらに、検出器の露光時間および／または利得は、対象物を照射する測定光の調整されたスペクトル幅に依存して調整され得る。

本発明に係る実施例は、検査中の生物対象物の照射損傷を減少させるために有利に採用することができる。さらに、異なる軸方向視野を迅速に切替えて、異なる軸方向視野にわたる対象物の構造的情報の記録を得ることができる。切替えるために、たとえば１〜５０ｍｓの時間規模での切替を可能にする微小電子機械システムが採用され得る。

要約すると、周波数領域光コヒーレンストモグラフィ（ＦＤ−ＯＣＴ）システムおよび方法が提供される。これにより、第１の測定および第２の測定が行なわれ、第１の測定においては、第１のスペクトル幅のスペクトルを有する測定光によって対象物区域が照射され、第２の測定においては、第２のスペクトル幅のスペクトルを有する測定光によって対象物区域が照射され、第１のスペクトル幅は、第２のスペクトル幅よりも少なくとも１０％大きい。さらに、第１の測定中に、対象物と相互作用しかつ参照光と重畳される光のスペクトル部分の強度が検出され、これらのスペクトル部分の幅は、第２の測定中の対応する幅よりも大きい。したがって、対象物における照射損傷を最小化するとともに、深さ方向に沿った対象物の構造的情報の軸方向視野を切替えることが可能となる。

ある例示的な実施例に関して発明を説明したが、多くの代替例、修正、および変更が当業者にとって明白であろうことは明らかである。したがって、ここに記載した発明の例示的な実施例は例示的なものであり、いかなる方法でも限定的なものではないことが意図される。添付の請求項に定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得る。

Claims (25)

1. スペクトル領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＤ−ＯＣＴ）方法であって、
   第１の測定および第２の測定を行なうステップを含み、各測定は、
   対象物区域を測定光で照射するステップと、
   対象物区域から戻った測定光を参照光と重畳するステップと、
   重畳された光をスペクトル的に分散させるステップと、
   スペクトル的に分散された光の複数の異なるスペクトル部分の強度を検出するステップとを含み、
   前記第１の測定中には、対象物区域を照射する測定光が第１のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、
   前記第２の測定中には、対象物区域を照射する測定光が第２のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、
   前記第１のスペクトルの第１のスペクトル幅は、前記第２のスペクトルの第２のスペクトル幅よりも少なくとも１０％大きく、
   前記第１の測定中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅は、前記第２の測定中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅よりも大きい、方法。
2. 前記第１のスペクトル幅は、第１の上限波長と第１の下限波長との差の最小値となるように決定され、前記第１の測定中には、前記第１の下限波長と前記第１の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となり、
   前記第２のスペクトル幅は、第２の上限波長と第２の下限波長との差の最小値となるように決定され、前記第２の測定中には、前記第２の下限波長と前記第２の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の測定において、前記複数の異なるスペクトル部分は所定の第１の検出波長範囲内にあり、
   前記第２の測定において、前記複数の異なるスペクトル部分は所定の第２の検出波長範囲内にあり、
   前記第１の検出波長範囲の幅は、前記第２の検出波長範囲の幅よりも大きい、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の検出波長範囲の幅および前記第１のスペクトル幅の比率が少なくとも０．７になることと、
   前記第２の検出波長範囲の幅および前記第２のスペクトル幅の比率が少なくとも０．７になることとのうち、少なくとも一方が満たされる、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の異なるスペクトル部分の強度を検出するステップは、位置分解検出器の複数の異なる位置で強度を検出するステップを含む、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の測定および前記第２の測定の少なくとも一方において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を第１の回折格子で回折させるステップを含む、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の方法。
7. 重畳された光を分散させるステップは、回折された光に結像光学系を通させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の測定および前記第２の測定の両方において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を前記第１の回折格子で回折させるステップを含み、
   前記第１の測定中において、前記結像光学系は第１の焦点距離を有し、前記第２の測定中において、前記結像光学系は、前記第１の焦点距離よりも少なくとも１０％大きい第２の焦点距離を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第２の測定中において、重畳された光を分散させるステップは、重畳された光を第２の回折格子で回折させるステップを含み、
   前記第１の回折格子の格子周期は、前記第２の回折格子の格子周期よりも少なくとも１０％大きい、請求項６または７に記載の方法。
10. 対象物区域を照射するステップはそれぞれ、対象物区域を測定光の照射ビームで走査させるステップを含み、前記照射ビームは、前記照射ビームのレイリー範囲が前記ＯＣＴ方法の軸方向視野に実質的に対応するように、前記対象物区域の平均深さに配置されるビームウェストを有する、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の方法。
11. 測定光によって通された光路と参照光によって通された光路との差を変化させるステップをさらに含む、請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１および第２の測定中に前記スペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅によって、前記第１の測定中の前記ＯＣＴ方法の軸方向視野が、前記第２の測定中の前記ＯＣＴ方法の軸方向視野よりも小さい、請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の方法。
13. スペクトル領域光コヒーレンストモグラフィ（ＳＤ−ＯＣＴ）システムであって、前記システムは、
    対象物区域を測定光で照射するための光源を有する照射系を備え、測定光のスペクトルのスペクトル幅は調整可能であり、さらに、
    前記対象物区域から戻りかつ参照光と重畳された測定光を、複数の空間的に分離された異なるスペクトル部分にスペクトル的に分散させるために、調整可能な分散を有する分光器と、
    調整可能なスペクトル幅を調整し、かつ入力信号に基づいて前記分光器の前記調整可能な分散を調整するためのコントローラとを備える、システム。
14. 空間的に分離されたスペクトル部分の空間的な分離の量は、前記分光器の分散を調整するために調整可能である、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記分光器は、空間的に分離されたスペクトル部分を少なくとも部分的に検出するための空間分解検出器を含む、請求項１３または１４に記載のシステム。
16. 前記コントローラは、
    前記位置分解検出器に入射する、分散された重畳された光の波長範囲と、調整されたスペクトル幅との重なりの幅が、調整されたスペクトル幅の少なくとも７０％となるように、スペクトル幅および前記分光器の分散を調整するように適合化される、請求項１３〜１５のうちいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記照射系は、少なくとも１つのスペクトルフィルタと、照射ビーム経路に前記スペクトルフィルタを配列するための第１のアクチュエータとを含む、請求項１３〜１６のうちいずれか１項に記載のシステム。
18. 前記分光器は、第１の回折格子と、重畳された光のビーム経路に前記第１の回折格子を配列するための第２のアクチュエータとを含む、請求項１３〜１７のうちいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記分光器は、前記位置分解検出器の上流において、重畳された光のビーム経路に配列された結像光学系を含む、請求項１５〜１８のうちいずれか１項に記載のシステム。
20. 前記分光器は第２の回折格子を含み、前記第２のアクチュエータは、重畳された光のビーム経路に前記第２の回折格子を配列するために適合化され、
    前記第１の回折格子の格子定数は、前記第２の回折格子の格子定数とは少なくとも１０％異なる、請求項１８または１９に記載のシステム。
21. 前記コントローラは、第１および第２の動作モードに前記システムを設定するように構成され、
    前記第１の動作モードにおいて、前記対象物区域を照射する測定光が、第１のスペクトル幅を有する第１のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、
    前記第２の動作モードにおいて、前記対象物区域を照射する測定光が、第２のスペクトル幅を有する第２のスペクトルにしたがってスペクトル的に分配され、
    前記第１のスペクトル幅は、前記第２のスペクトル幅よりも少なくとも１０％大きい、請求項１３〜２０のうちいずれか１項に記載のシステム。
22. 前記第１のスペクトル幅は、第１の上限波長と第１の下限波長との差の最小値となるように決定され、
    前記第１の動作モードにおいて、前記第１の下限波長と前記第１の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となり、
    前記第２のスペクトル幅は、第２の上限波長と第２の下限波長との差の最小値となるように決定され、
    前記第２の動作モードにおいて、前記第２の下限波長と前記第２の上限波長との間に波長を有する測定光の強度は、測定光の全強度の９０％となる、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記第１の動作モード中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅は、前記第２の動作モード中にスペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅よりも大きい、請求項２１または請求項２２に記載のシステム。
24. 前記第１および第２の動作モード中に前記スペクトル部分の各々に含まれる波長範囲の幅によって、前記第１の動作モード中の軸方向視野が、前記第２の動作モード中の軸方向視野よりも小さい、請求項２３に記載の方法。
25. 前記システムは、調整可能な分散の調整によって、軸方向視野が調整可能なように構成される、請求項１３〜２３のうちいずれか１項に記載のシステム。

Images