JP7314250B2 - サブサンプリング/円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年7月30日に出願された米国仮出願第62/711,728号及び2019年1月31日に出願された米国仮出願第62/799,582号に基づくものであり、その利益を主張するとともにその優先権を主張し、上記の各仮出願の全内容は引用によりあらゆる目的のために盛り込まれているものとする。
本発明は、米国国立衛生研究所(NIH)により付与されたP41EB015903の下で政府の支援を受けてなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
本明細書において、特定の光源、即ち光サブサンプリング波長ステップ源(OSWSS)を使用する干渉測定システムの文脈において、直交復調(同相(I)/直交(Q)復調、又はI/Q復調とも称される)を実行するための装置及び方法が開示される。以下は、本明細書に開示されるI/Q復調の実施形態の実例において使用され得るOSWSS源の概要である。
・ OSWSSは、時間経過とともに光波長(光波数(即ち、波の空間周波数)又は光周波数とも称される)間で離散的に段階的となる光出力を提供する。
・ OSWSS出力は連続したタイムスロットのセットに分けることができ、ここでts_iはi番目のタイムスロット(図1の中央)を指す。
・ 各タイムスロットts_iは特定の持続期間を有する。タイムスロットは大抵の場合同じ持続期間を有するが、必ずしもそうである必要はなく、種々の実施形態において異なる持続期間を有する。
・ タイムスロットは、レーザが特定の光波数の光を提供する期間として定義され、タイムスロットは、レーザが異なる光波数の光を提供し始めたときに終了する。レーザ波数は、タイムスロット間の遷移中に波数間を離散的に遷移する。これは図1(底部)に示されており、同図では例示的な時間と波数の関係が示されている。ここで、ts_iは波数k_2を生成し、ts_i+1は波数k_4を生成し、等々である。
・ OSWSS出力は、図1(底部、挿入図)に示されるように、ある有限の線幅Δkを有する。ここで、この線幅は、隣接するタイムスロット間の平均波数差よりも小さく、これは、光源が各タイムスロットについて別個の波数出力を提供することを示している。これは、このレーザと連続掃引波数出力を伴う光源との明らかな違いを示している。
・ タイムスロット内の光はパルスと称される。パルスは、図1(中央)に示すように、各タイムスロット中に上昇及び下降する変動パワーを有することができ、あるいは一定パワーを有することができる。両シナリオにおいて、タイムスロット内の光は、関連する波数における光の有限の持続期間を表すので、本明細書ではパルスと称される。
図2は、OSWSSを使用して干渉測定を行うための一般化された設定を示す。コンポーネントとしては、OSWSSのような光源と、サンプルアーム及びリファレンスアームを含む干渉計と、干渉計出力と、検出器と、種々の実施形態においてプロセッサ/マイクロプロセッサを含む信号処理コンピュータ/構成体と、を含む。干渉計とOSWSSを併用することにより、光サブサンプリング光コヒーレンストモグラフィーで実行されるような測距が可能となり、あるいはより一般的には、干渉法を使用してサンプルアーム内の物体を調べることが可能になる。I/Q復調は、以下に説明するように干渉計からの複素出力信号を測定するために使用される。
いくつかの実施形態では、連続するAライン間で位相変調が行われてもよい。ある特定の実施形態では、Aラインは、特定の波数シーケンスを有する1セットのパルスを含み、この波数シーケンスは後続のAラインごとに繰り返される。これは図4Aに示されており、同図では繰り返されるk_1~k_5の番号が付けられた5つの波数を有するOSWSSの出力が示されており、ここで、k_1~k_5からなる各セットは、1つのAラインを示す。したがって、AラインyとAラインy+1は(同じ波数シーケンスを使って)同じ特性を測定するが、測定する時点が異なっている。この実施形態では、隣接の/順次的なAラインは、図4Aに示すように90度の関連性を有するように位相シフトされる。Aラインyからの信号を使用して正弦(実数)干渉縞信号が形成され、Aラインy+1からの信号を使用して余弦(虚数)干渉縞信号が形成される。AラインyとAラインy+1は、組み合わされると、I/Q復調を実行するために使用できる1つの複素Aラインを形成する。
上で開示した位相変調アプローチは、必ずしも隣接するAラインで行う必要はない。いくつかのイメージングシステムについては、フレーム間での位相変調を行うことが最適である場合があり、この場合、フレームは、例えば、x方向などの特定の方向に沿ったAラインの集まりであってもよく、これを連続的な画像を生成するために使用することができる。したがって、ビームを用いて、サンプル上を第1の方向(例えば、x方向)に沿って繰り返し走査してもよく、また第2の方向、典型的には直交する方向(例えば、y方向)に移してもよい。
図9は波長ステップ光源(S)を示し、この波長ステップ光源は、周波数コム自由スペクトル領域(FSR)を有する波長掃引周波数コムを生成し、また、FSR及び掃引速度に応じたパルス繰り返しレート(fP)を有する時間領域でパルスを有していても有さなくてもよい。光源SはビームB1を生成し、ビームB1は、半導体光増幅器、ブースタ光増幅器又は別の種類のゲイン媒体からなるゲイン媒体(G)を用いて増幅され、これにより出力ビームB8が得られる。
この実施形態では、図9に示すような光源が、図10の(A)又は(B)に示すような干渉計に入力される。上述のとおり、出力ビームB14は、図10の(B)に示すフォトダイオードD、あるいはファイバベースの干渉計によって検出され、B14とB15の間のπの位相シフトによりバランスのとれた検出が容易に可能となる。検出された信号は、データ取得ボード又はリアルタイムオシロスコープ(DAQ)を使用して、サンプリングレートfSでデジタル化される。種々の実施形態において、サンプリングレートは、パルス繰り返しレートの2倍、fS=2fP=2ν/FSRに調整されてもよく、ここで、νは、Hz/秒単位の掃引速度である。位相変調器PMは、パルス繰り返しレート及びデジタイザ(DAQ)サンプリング周波数の半分に等しい速度で、ゼロとπ/2(90度)の間で、干渉信号の位相を変調するように設定されている。
パルスレーザ出力の場合、パルス間のサンプリングは、図12の(A)に示すように、無効なI/Q成分をもたらす可能性があり、これは、デューティサイクルが低いパルスでより顕著となる場合がある。図12において、λnは、スペクトル領域における個々の「潜在的な」狭い線幅のコム線を表す。この実施形態では、パルス間のサンプリングの問題は、図12の(B)に示すように、パルス列レプリカを生成し、このレプリカを元のパルス列の低デューティサイクル領域に貼り付けることによって、対処することができる。換言すると、同じコム線(λn)とパルスが、コピーされ、遅延を伴って貼り付けられ(λ’n)、したがってこれらは、交互のサンプリングポイントによりサンプリングされ、各々が互いに対してπ/2位相シフトされている。
円形測距光コヒーレンストモグラフィー(CR-OCT)システムの特定の実施形態は、ほとんどの用途において拡張深度範囲にわたってイメージングを行うために必要な測定の数を減らすのに役立つ。しかしながら、特定の場合においては、これらの実施形態で使用されるイメージングシステムアーキテクチャは、CRアプローチのコア原理を実証するのに十分であるが、不安定であり、1.55μmでの動作に制限される場合がある。したがって、動作安定性を改善する及び/又はより一般的な1.3μm範囲のイメージングバンドを含む他の波長バンドに手法を移す、修正されたCR-OCTアーキテクチャの実施形態が提示される。種々の実施形態において、ストレッチパルスモードロック(SPML)レーザ源を使用するときに用いられる長さが長い色分散性ファイバを、1つの連続チャープファイバブラッググレーティング(chirped fiber Bragg grating)(CFBG)設計で置き換えることができ、この変更により、1260~1360nmのウィンドウまで動作波長がシフトされるだけでなく、レーザ動作が大幅に安定する。さらに、ニオブ酸リチウム位相変調器を使用するアクティブ直交復調スキームの実施形態が、環境要因に敏感な場合がある偏光ベースの光直交復調回路の代わりに実装される。これらの変更されたシステムの性能は、定量化され、7.6MHzの動作速度、100nmの掃引バンド幅、4cmのコヒーレンス長、及び広範囲にわたって調整可能な円形測距深度(いくつかの実施形態では、100μm~4mmの範囲であってもよい)を有するイメージングの例が示されている。種々の実施形態において、CFBG-SPMLレーザの安定性、シンプルさ、1.3μmでの動作及び/又はアクティブ直交復調スキームのうちの1つ又は複数の組み合わせにより、よりコンパクトで、安定した、そして動作が簡単なCR-OCTシステムが示され、このシステムは、医療用途及び非医療用途の両方についてCR-OCT手法の開発を拡大するのに役立つ可能性がある。
図14は、SPMLレーザ及びマッハ・ツェンダー型干渉計を含む光学構成を示す。電気光学変調器EOM(MX1300-LN-10、Photline)は、3.87GHzのキャビティ往復時間の高調波での共振で駆動された。アンプA(DR-PL-10-MO、iXblue)によって増幅されたパターンジェネレータPG(PAT5000、SYMPULS)を使用して、1024ビット(32ワード)で構成される電気信号で、520psパルスが生成され、ここでシングルビットは260psのパルスに対応する。追加の信号生成器(SG384、Stanford Research Systems、Inc.)を使用して、パターンジェネレータのための外部クロック信号が生成された。連続ファイバブラッググレーティング(CFBG、Proximion)を、2つのサーキュレータの間に配置して、正常分散と異常分散の両方にアクセスするようにした。1240nm~1340nm(Δλ=100nm)の連続波長範囲にわたって光周波数に対して線形群遅延を生成するために、9.5mの回折格子を設計した。1290nmでの分散は±930ps/nm(98,000ps/nm/km)で、93nsの掃引時間に対応する。両方向からCFBGを使用することにより、同じ装置から、一致する正常分散及び異常分散を生成した。CFBGベースのSPML設計は、標準SMFの分散がゼロである1.3μm範囲での実装に不可欠である。レーザ出力は、SOA後に20%出力タップカプラ(図14において「80/20」と示す)を使用して取得された。周波数コム出力を生成するために、固定ファブリーペローエタロンが、12のシングルパスフィネス及び連続調整可能な自由スペクトル領域(FSR)を有するキャビティ内で使用された。エタロンは、2枚のガラス板(Korea Electro-Optics Co.、LTD)を使用して構成された。両方のプレートが、片面に85%の反射率を有する平面を有するとともに、反対側の面に逆反射を軽減するために角度の付いた表面を有している。測定されたシングルパスフィネスは、表面の不規則性及び/又は設定された反射率からの逸脱といった考えられる原因により、予想されたフィネスの18よりも低かった。この周波数コムは、アクティブモードロックレーザキャビティの約3.8MHz周波数コムの上に「ネスト(nested)」され、ここでは、「ネスト」された周波数コムのみがイメージングに適切であることに注意されたい。CFBGパスバンド内では、光の約30%が透過し、3つの光キャビティ(A、B、AB)が生成される。キャビティA及びキャビティB内を循環する光を抑制するために、CFBG分散(93ns)によって決定されるオン状態で、キャビティAB往復移動時間によって与えられる周波数で、SOA変調(T160、Highland Technology)を使用した。変調は、パターンジェネレータによってトリガーされたデジタル遅延ジェネレータDDG(DG645、Stanford Research Systems)を使用して適用された。外部クロックジェネレータ、パターンジェネレータ、及びデジタル遅延ジェネレータは、10MHzのリファレンス信号を使用して位相同期され、クロックジェネレータがマスタークロックとして機能する。実現された構成のデューティサイクルは38%で、レーザ出力にて3.8MHzの繰り返しレートが得られた。27mのSMF28で構成された遅延ラインを使用して、繰り返しレートを2倍の7.6MHz(76%デューティサイクル)にした後、後増幅を行った。キャビティ長又はパターンジェネレータが使用するビット数を減らすことにより、繰り返しレートを最大値10MHzにさらに最適化することができる。レーザの繰り返しレートは、デューティサイクルと掃引バンド幅に依存する相対的なパラメータである。掃引速度は194THz/μsであり、これはレーザ性能の絶対的な尺度である。
図15の(a)は、スペクトル領域での後増幅の後のレーザ出力を示し、周波数コム構造をはっきりと見ることができる。図15の(b)は、FSRが200GHzの周波数コムを示すスペクトルの拡大図である。エタロンFSRは、連続的に調整でき、450GHzまで良好なパフォーマンスを示した。図15の(c)は、260ps(1ビット)の電気パルスと100GHzのFSRを使用した単掃引の時間トレースを示す。図15の(d)に時間トレースの拡大図を示す。トレースは35GHz光検出器(1474-A、New Focus)及び20GHzサンプリングスコープ(HP 54120B)を使用して記録された。周波数コムの潜在的構造をパルスの形ではっきりと見ることができる。CFBGによって課せられる大きな線形チャープにより、パルスは、スペクトル領域の周波数コムの対応する光周波数を直接マッピングする。図15の(c)及び(d)はまた、掃引全体にわたって0.52nsの一定のパルス分離時間を示す。これは、fp=ν/FSRで与えられる理論上のパルス繰り返しレートの逆数と非常によく一致し、ここで、νは掃引速度(つまり、194THz/μs)である。これは、線形化や取得クロックを必要としない線形スイープを示す。さらに、測定された光パルス幅は300ps~470psの範囲であり、これはパターンジェネレータの260psの電気パルス幅よりも広い。このことは、キャリア寿命に匹敵するゲイン飽和及びパルス幅に起因する光パルスのスペクトルの広がりを示唆している。図15(e)は、5つの掃引の列を示しており、同図は194THz/μsの掃引速度で、76%のデューティサイクルで、7.6MHzの繰り返しレートを示している。トレースは、EOMにて520psの電気パルスと2GHzのリアルタイムオシロスコープ(Tektronix、MSO5204)を使用して記録された。この際、パルス繰り返しレートの逆数に類似したパルス幅とデジタイザバンド幅の減少により、パルスは観察されなかった。最後に、図15の(f)に、後増幅の後のレーザの測定されたコヒーレンス長を示す。同図において、光路差4cmにて6dBの信号減衰が示されている。
以下では、LiNbO3位相変調器を使用した2つのアクティブAライン間復調手法について説明する。導波路ベースのニオブ酸リチウム装置に基づくアクティブ位相変調は、位相を変調するための簡単でかつ設定変更可能な方法を提供するとともに、GHz範囲で快適に動作する。
Aライン間フレーム復調は、図16(a)に示すように、交互のB走査を位相変調することによって、2つのフレームから直交成分を取得する。この方法は、イメージング速度が遅くフレームレートが100Hz未満であること及び高い位相安定性が必要なことから、これまでは困難であった。SPMLレーザの高い繰り返しレートにより、顕微鏡からの環境によるゆらぎ及び振動が低減され、より管理しやすいキロヘルツ範囲のフレームレートが可能となる。直交成分は、記録された奇数及び偶数のB走査から抽出されて、次のような複素信号を形成する。
レゾナントスキャナーの高いフレームレート及びSPMLレーザの位相安定性により、フレーム間の位相ノイズは大幅に減少するものの、それでも小さな位相変動が観察され、これにより目に見える複素共役アーティファクトが残る可能性がある。わずかな軸方向の動き(例えば、1.3μmのイメージングバンドを使用する場合の約40nmの動きなど、波長の約3%に相当するほど小さい動き)であっても、アーティファクトを生じさせる可能性がある。残りのアーティファクトの例は、図17の(a)及び(b)(「cc」が付された矢印)において、IRカード及びテープのサンプルについて示されている。位相変動は周期的であり、機械的な顕微鏡の不安定性に起因している。EOM変調(フレームレートの半分)よりも高い周波数の振動源から顕微鏡を隔離することにより、ロバストなサンプルアームを慎重に構築する必要がある。不完全なI成分及びQ成分は軸方向の動きによるものであり、これらは補正可能である。
(c)及び(d)に示し、ここで、S* Q'(x,z)は、位相エラーを含む誤ったQ値
フレームである。位相マップは一定の位相差を示し、これによりB走査にわたるグローバルな位相エラーが確認される。これは、例えば、図17の(c)及び(d)に見られるような位相差画像から、位相差のヒストグラムをプロットすることによって(図17の(e)及び(f))、よりよく理解することができる。ヒストグラムにより、平均位相差が、IRカードの場合は理想的な直交位相差π/2よりも高く、粘着テープの場合はπ/2よりも低いことが、はっきりと確認される。直交点からの平均位相差のオフセットΔφは、直交検出を妨げるグローバルな位相エラーを表す。イメージングの際に、この位相エラーは各フレームの片側ヒストグラム(正又は負の側)から取得でき、グローバル位相補正係数SQ'(x,z)=SQ'(x,z)exp(-iΔφ)として適用することができる。
人間の爪郭のイメージングの例が図18の(a)に示されている。生の分散補償画像と、アーティファクトのないIQ復調画像が示されている。位相補正は不要であった。100GHzのFSRが使用され、ベースバンド範囲のみが示されており、つまりLB=1.5mmである。IQ復調画像は、ベースバンドを超えるサンプル構造のフチなしラッピングをより明確にするために、それ自体の上にスティッチングされている。さらに、図18の(b)は、iPhone(登録商標)ディスプレイのイメージングを示す。生のIQ復調画像と、目に見えるかたちにされた体積画像(volumetric image)が示され、表面下の多数の別個の層が明確に強調して示されている。文献が不足しているため、iPhone(登録商標)7のディスプレイの層を確実に特定することは困難ではあったが、この層には、偏光層、液晶タッチパネル、可能性として第2の偏光層、指向性拡散層、バックライト付き導光板及びエンドリフレクタが含まれていることが知られている。このことは、体積ビデオレート及び長距離イメージングが有益である可能性がある、広フィールド・オブ・ビュー材料、ディスプレイ又は塗料検査などを含む産業用途に対するフレーム復調によるSPMLベースの円形測距の適合性が高いことも示す。
Aライン間復調のコンセプトを図19の(a)に示す。この方法では、リファレンスアーム内の位相変調器によって、横方向走査中に交互のAライン間で位相がシフトされた。奇数と偶数のAラインは、I成分とQ直交位相成分、AI,Qを、それぞれ表しており、これらは以下の解析深度信号を形成するために使用された。
横方向ビームステップサイズがビームスポットサイズよりも大きい場合、位相変調されたAラインはますます無相関になり、IのAラインとQのAラインが異なる空間位置に対応するため、複素共役項抑制が減少する。横方向ビームステップサイズは、複素補間(又は複素平均化)によってビームスポットサイズの4分の1にまで緩和させることができる。Q直交成分は、フーリエ変換後に深度領域内の隣接するQのAライン空間位置を補間する(及びその逆)ことにより、対応するIの空間位置で取得される。
図21の(a)に人間の爪郭のイメージングの例を示す。示されているのは、生の分散補償画像と、アーティファクトのないIQ復調画像である。ビームステップサイズはΔx/δx=0.15であった。複素補間は適用していない。100GHzのFSRが使用され、画像はベースバンド範囲、つまりLB=1.5mmのみを示している。IQ復調画像は、ベースバンドを超えるサンプル構造のフチなしラッピングをより明確にするために、それ自体の上に2回スティッチングされた。さらに、図21の(b)及び(c)は、100GHzのFSRを使用した人間の歯のイメージングを示す。エナメル質(1)、象牙質(2)及び歯茎(3)を示す別個の層が図21の(b)において見ることができる。複素補間は不要であった。ここでは説明のために、これまでの全ての画像で見られたようなベースバンド範囲のみではなく、取得深度範囲全体が例外なくプロットされている。ベースバンドは黄色の破線で示されている。ベースバンド(上の黄色の線)を超えて1次に及ぶサンプル構造は、ベースバンドの下部に折り返され、-1次(下の黄色の線)に達する構造は、ベースバンドの上部に折り返される。したがって、エナメル質表面の上方の構造は、ベースバンドの上部に折りたたまれた歯の下部である。歯のイメージング深度が高いことは、構造の重なり合いを回避するために、ベースバンドがより大きい(FSRがより小さい)ことを示唆している。最後に、SPMLベースの円形測距を使用して、50mmレンズ(図21の(c)、左)と200mmレンズ(図1の(c)、右)を使用する、毎秒15ボリュームで、歯の、体積表示の、ビデオカメラ的なイメージングを示す。フレーム復調手法に関しては、これは、同様の性能を有する連続掃引レーザと比較して、信号及び画像処理に関するデジタイザバンド幅及びデータ負荷における50倍の圧縮係数を表す。図21の(b)に示す層のイメージングと合わせて、これは、高速であると同時に長距離の円形測距により提供される医療及び産業用途の多用途性を示す。
Claims (48)
- 光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第1の期間及び第2の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、
位相変調器を用いて、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つに、前記第1の期間中に与えられる第1の位相シフトと、前記第2の期間中に与えられる第2の位相シフトであって前記第1の位相シフトとの差が90度である第2の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、
前記第1の期間中の第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第1の干渉に基づき、同相データを取得する工程と、
前記第2の期間中の第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第2の干渉に基づき、直交データを取得する工程と、を有する方法であって、
前記同相データを取得する工程が、前記第1の位相シフトに関連する同相フレームを取得する工程を有し、
前記直交データを取得する工程が、前記第2の位相シフトに関連する直交フレームを取得する工程を有し、
前記方法が、
前記同相フレームと前記直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、
前記同相フレームと前記直交フレームとに前記補正係数を適用する工程と、
補正された前記同相フレームと補正された前記直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、をさらに有する、方法。 - 前記第1の位相シフトは前記第1の期間中に0度であり、前記第2の位相シフトは前記第2の期間中に90度である、請求項1に記載の方法。
- 前記位相シフトを与える工程が、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に前記位相シフトを与える工程をさらに有し、
前記同相データを取得する工程が、前記第1の期間中の前記第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第1の干渉に基づき、前記同相データを取得する工程をさらに有し、
前記直交データを取得する工程が、前記第2の期間中の前記第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第2の干渉に基づき、前記直交データを取得する工程をさらに有し、
前記複素干渉フレームを決定する工程が、前記同相データ及び前記直交データに基づき前記複素干渉フレームを決定する工程をさらに有する、請求項2に記載の方法。 - 前記電磁放射線源が、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスは、
前記第1の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第1のサブセットを含む第1のAラインと、
前記第2の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第2のサブセットを含む第2のAラインと、を含み、
前記サンプルを走査する工程が、前記第1の期間中に前記第1のAラインを用いて、そして前記第2の期間中に前記第2のAラインを用いて、前記サンプルを走査する工程を、さらに有する、請求項1に記載の方法。 - 前記複数の電磁放射パルスの前記第1のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、
前記複数の電磁放射パルスの前記第2のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する、請求項4に記載の方法。 - 前記特定の波数シーケンスのなかの第1の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第2の波数とは異なる、請求項5に記載の方法。
- 前記第1のAラインで、前記サンプルにおける第1の位置にて走査が行われ、
前記第2のAラインで、前記サンプルにおける前記第1の位置とは異なる第2の位置にて走査が行われる、請求項6に記載の方法。 - 前記電磁放射線源は、第3の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第3のサブセットを含む第3のAラインを放射するよう構成され、
前記第3のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、
前記サンプルを走査する工程が、前記第3の期間中に前記第3のAラインを用いて前記サンプルを走査する工程をさらに有し、
前記位相シフトを与える工程が、前記第3の期間中に前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に0度の位相シフトを与える工程をさらに有し、
前記同相データは第1の同相データを含み、
前記直交データは第2の直交データを含み、
前記同相データを取得する工程が、前記第3の期間中の第3の後方散乱電磁放射線と、前記0度の位相シフトが与えられた前記リファレンス部分と、の間の第3の干渉に基づき、第3の同相データを取得する工程をさらに有し、
前記複素干渉フレームを決定する工程が、
前記第1の同相データと前記第3の同相データの間の補間に基づき、第2の同相データを決定する工程と、
前記第2の同相データ及び前記第2の直交データに基づき、前記複素干渉フレームを決定する工程と、をさらに有する、請求項7に記載の方法。 - 前記電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、
前記第1の位置と前記第2の位置の間の距離は、前記ビーム径の4分の1以下である、請求項8に記載の方法。 - 前記電磁放射線源は複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、
前記複数の電磁放射パルスは、各々、前記第1の期間及び前記第2の期間に対応する2つの期間に分けられる、請求項1に記載の方法。 - 前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、
前記サンプルを走査する工程が、前記変更された電磁放射線源を用いて前記サンプルを走査する工程をさらに有し、
前記変更された電磁放射線源は、各々が前記第1の期間中に生じる前記複数の電磁放射パルスを、前記第2の期間中に生じる前記複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出する、請求項10に記載の方法。 - 前記変更された電磁放射線源を提供する工程が、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、前記変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、
前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーは、前記複数の電磁放射パルスのうちの1つの時間よりも短い時間だけ遅延している、請求項11に記載の方法。 - 前記補正係数を決定する工程が、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、
前記平均位相差と90度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定する工程と、をさらに有する、請求項1に記載の方法。 - 前記平均位相差を決定する工程が、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定する工程と、をさらに有する、請求項13に記載の方法。 - 前記電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源(OSWSS)を備える、請求項1~14の何れか一項に記載の方法。
- 前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック(CFBG-SPML)レーザを備える、請求項1~14の何れか一項に記載の方法。
- 前記CFBG-SPMLレーザは、1.3μmのイメージングバンドを備える、請求項16に記載の方法。
- 前記位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項1~14の何れか一項に記載の方法。
- サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、
前記光干渉計システムの前記リファレンスアーム及び前記サンプルアームのうちの少なくとも1つと関連付けられた少なくとも1つの位相変調器と、
前記光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、
前記位相変調器と前記電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、
前記電磁放射線源は、第1の期間及び第2の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、
前記電磁放射線源のサンプル部分は、前記光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、
前記電磁放射線源のリファレンス部分は、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、
前記少なくとも1つの位相変調器によって、前記第1の期間中に与えられる第1の位相シフトと、前記第2の期間中に与えられる第2の位相シフトであって前記第1の位相シフトとの差が90度である第2の位相シフトと、を含む位相シフトを、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つに与えるよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、
前記第1の期間中の第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第1の干渉に基づき、同相データを取得し、
前記第2の期間中の第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第2の干渉に基づき、直交データを取得し、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第1の位相シフトに関連する同相フレームを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記直交データを取得する際に、前記第2の位相シフトに関連する直交フレームを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記同相フレームと前記直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、
前記同相フレームと前記直交フレームとに前記補正係数を適用し、
補正された前記同相フレームと補正された前記直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定するよう、構成されている、装置。 - 前記第1の位相シフトは前記第1の期間中に0度であり、前記第2の位相シフトは前記第2の期間中に90度である、請求項19に記載の装置。
- 前記位相シフトは、前記少なくとも1つの位相変調器によって、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に与えられ、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第1の期間中の前記第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第1の干渉に基づき、前記同相データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記直交データを取得する際に、前記第2の期間中の前記第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第2の干渉に基づき、前記直交データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記複素干渉フレームを決定する際に、前記同相データ及び前記直交データに基づき前記複素干渉フレームを決定するよう構成されている、請求項20に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスは、
前記第1の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第1のサブセットを含む第1のAラインと、
前記第2の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第2のサブセットを含む第2のAラインと、を含み、
前記電磁放射線源は、前記第1の期間中に前記第1のAラインを用いて、そして前記第2の期間中に前記第2のAラインを用いて、前記サンプルを走査するよう構成されている、請求項19に記載の装置。 - 前記複数の電磁放射パルスの前記第1のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、
前記複数の電磁放射パルスの前記第2のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する、請求項22に記載の装置。 - 前記特定の波数シーケンスのなかの第1の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第2の波数とは異なる、請求項23に記載の装置。
- 前記第1のAラインで、前記サンプルにおける第1の位置にて走査が行われ、
前記第2のAラインで、前記サンプルにおける前記第1の位置とは異なる第2の位置にて走査が行われる、請求項24に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、第3の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第3のサブセットを含む第3のAラインを放射するよう構成され、
前記第3のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、
前記電磁放射線源は、前記第3の期間中に前記第3のAラインを用いて前記サンプルを走査するよう構成され、
前記位相変調器は、前記第3の期間中に前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に0度の位相シフトを与えるよう構成され、
前記同相データは第1の同相データを含み、
前記直交データは第2の直交データを含み、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第3の期間中の第3の後方散乱電磁放射線と、前記0度の位相シフトが与えられた前記リファレンス部分と、の間の第3の干渉に基づき、第3の同相データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記複素干渉フレームを決定する際に、
前記第1の同相データと前記第3の同相データの間の補間に基づき、第2の同相データを決定し、
前記第2の同相データ及び前記第2の直交データに基づき、前記複素干渉フレームを決定するよう構成されている、請求項25に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、
前記第1の位置と前記第2の位置の間の距離は、前記ビーム径の4分の1以下である、請求項26に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、
前記複数の電磁放射パルスは、各々、前記第1の期間及び前記第2の期間に対応する2つの期間に分けられる、請求項19に記載の装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、
前記電磁放射線源は、前記変更された電磁放射線源を用いて前記サンプルを走査するよう構成され、
前記変更された電磁放射線源は、各々が前記第1の期間中に生じる前記複数の電磁放射パルスを、前記第2の期間中に生じる前記複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出するよう構成されている、請求項28に記載の装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記変更された電磁放射線源を提供する際に、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、前記変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーは、前記複数の電磁放射パルスのうちの1つの時間よりも短い時間だけ遅延している、請求項29に記載の装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記補正係数を決定する際に、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、
前記平均位相差と90度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定するよう構成されている、請求項19に記載の装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記平均位相差を決定する際に、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定するよう構成されている、請求項31に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源(OSWSS)を備える、請求項19~32の何れか一項に記載の装置。
- 前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック(CFBG-SPML)レーザを備える、請求項19~32の何れか一項に記載の装置。
- 前記CFBG-SPMLレーザは、1.3μmのイメージングバンドを備える、請求項34に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項19~32の何れか一項に記載の装置。
- 光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第1の期間及び第2の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、
位相変調器を用いて、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つに、前記第1の期間中に与えられる第1の位相シフトと、前記第2の期間中に与えられる第2の位相シフトであって前記第1の位相シフトとの差が90度である第2の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、
前記第1の期間中の第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第1の干渉に基づき、同相フレームデータを取得する工程と、
前記第2の期間中の第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第2の干渉に基づき、直交フレームデータを取得する工程と、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータとに前記補正係数を適用する工程と、
補正された前記同相フレームデータと補正された前記直交フレームデータとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、を有する、方法。 - 前記補正係数を決定する工程が、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、
前記平均位相差と90度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定する工程と、をさらに有する、請求項37に記載の方法。 - 前記平均位相差を決定する工程が、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定する工程と、をさらに有する、請求項38に記載の方法。 - 前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック(CFBG-SPML)レーザを備える、請求項37~39の何れか一項に記載の方法。
- 前記CFBG-SPMLレーザは、1.3μmのイメージングバンドを備える、請求項40に記載の方法。
- 前記位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項41に記載の方法。
- サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、
前記光干渉計システムの前記リファレンスアーム及び前記サンプルアームのうちの少なくとも1つと関連付けられた少なくとも1つの位相変調器と、
前記光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、
前記位相変調器と前記電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、
前記電磁放射線源は、第1の期間及び第2の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、
前記電磁放射線源のサンプル部分は、前記光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、
前記電磁放射線源のリファレンス部分は、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、
前記少なくとも1つの位相変調器によって、前記第1の期間中に与えられる第1の位相シフトと、前記第2の期間中に与えられる第2の位相シフトであって前記第1の位相シフトとの差が90度である第2の位相シフトと、を含む位相シフトを、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つに与えるよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、
前記第1の期間中の第1の後方散乱電磁放射線と、前記第1の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第1の干渉に基づき、同相フレームデータを取得し、
前記第2の期間中の第2の後方散乱電磁放射線と、前記第2の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも1つと、の間の第2の干渉に基づき、直交フレームデータを取得し、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータとに前記補正係数を適用し、
補正された前記同相フレームデータと補正された前記直交フレームデータとに基づき、複素干渉フレームを決定するよう構成されている、装置。 - 前記マイクロプロセッサは、補正係数を決定する際に、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、
前記平均位相差と90度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定するよう構成されている、請求項43に記載の装置。 - 前記マイクロプロセッサは、前記平均位相差を決定する際に、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定するよう構成されている、請求項44に記載の装置。 - 前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック(CFBG-SPML)レーザを備える、請求項43~45の何れか一項に記載の装置。
- 前記CFBG-SPMLレーザは、1.3μmのイメージングバンドを備える、請求項46に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項47に記載の装置。
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