JP7406555B2 - 光干渉断層撮影受信器 - Google Patents

Description

本明細書で開示される実施形態は、光干渉断層撮影（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）のためのデバイス、システム、及び方法に関する。

白内障手術、角膜内インレー、レーザ角膜切削形成術（ｌａｓｅｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｉｎ ｓｉｔｕ ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ、ＬＡＳＩＫ）、及びレーザ屈折矯正角膜切除術（ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ、ＰＲＫ）などの現在の眼科屈折矯正手術法は、最良の屈折補正を処方するために眼球生体計測データに依拠している。歴史的に、眼科外科的処置は、目の一部分を撮像するために超音波生体計測機器を使用した。ある場合には、これらの生体計測機器は、いわゆる目のＡ走査、すなわち、通常は目の光軸と整列された、すなわち、それと平行であるか又はそれとほんの小さい角度をなすかのいずれかの撮像軸に沿ったすべての界面からの音響エコー信号を生成した。他の機器は、本質的には、生体計測機器のヘッド又は先端が走査線に沿って走査されるにつれて連続的に取得されるＡ走査のコレクションを組み立てる、いわゆるＢ走査を生成した。この走査線は、通常、目の光軸に対して横方向であった。これらの超音波Ａ走査又はＢ走査は、それから、眼軸長、目の前方深度、又は角膜の曲率半径などの生体計測データを測定及び決定するために使用された。

いくつかの外科的処置で、第２の別個の角膜測定器が、角膜の屈折特性及び屈折データを測定するために使用された。超音波測定及び屈折データは、それから、その後の白内障手術中に処方され挿入される最適な眼内レンズ（ｉｎｔｒａ－ｏｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ、ＩＯＬ）の特性を計算するために半経験的式に組み込まれた。

もっと最近では、超音波生体計測デバイスは、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）の原理に基づいて構築される光学的撮像及び生体計測機器に急速に取って代わられてきた。ＯＣＴは、人間の網膜、角膜、水晶体又は他の眼構造のミクロンスケールの高解像度断面撮像を可能にする技術である。光波が物体又はサンプルから反射され、コンピュータが、反射時に波がどのように変化するかについての情報を使用することによってサンプルの断面の画像又は３次元ボリュームレンダリングを生成する。

ＯＣＴは、時間領域処理又はフーリエ領域処理に基づいて行われ得る。後者の手法は、サンプルを照射するために使用される光信号のスペクトル成分が時間的に符号化される波長掃引光源型ＯＣＴとして知られた技術を含む。換言すれば、光源は、光帯域幅全体にわたって掃引され（又は階段状にされ）、この光帯域幅全体にわたるいくつかの点で、光源信号と反射信号との合成によって生成される干渉信号がサンプリングされる。受信器が、光源信号（参照信号又は参照アームをトラバースする信号とも呼ばれる）及びサンプル信号（サンプルから反射される信号）を受け取って干渉信号を生成する。（参照信号及びサンプル信号が合成されるか又は互いに干渉するときの干渉パターンである）干渉信号は、それから、検出器に向けられる。

ＯＣＴ技術は、今や臨床診療で一般的に使用され、このようなＯＣＴ機器は、今やすべてのＩＯＬ処方事例の８０～９０％で使用される。他にも理由があるが、それらの成功は、撮像の非接触性と、超音波生体計測器よりも高い精度とによるものである。

しかしながら、これらの最近の進歩にもかかわらず、生体計測機器及び撮像機器の機能性及び性能のために実質的なさらなる成長及び発展が必要とされる。

一実施例で、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器が、サンプルビーム及び参照ビームを受け取り、サンプルビーム及び参照ビームを合成して干渉ビームにする。ＯＣＴ受信器は、２つの面が接触し、間にビーム分割非偏光界面を有する、互いに整列された第１及び第２のプリズムを備える。第１のプリズムは、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取るように配置され、第２のプリズムは、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取るように配置される。干渉ビームは、第１及び第２のプリズムの間の非偏光接触界面で作成されて第１の干渉ビームと第２の干渉ビームに分割される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタが、互いに整列される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタは、第１のプリズムに隣接して配置される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタは、第１の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される。遅延経路が、第２のプリズムに隣接して配置される。遅延経路は、第２の干渉ビームを受け取るように構成される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタが、互いに隣接して配置される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタは、遅延経路に隣接して配置される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタは、第２の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される。光検出器アレイが、第１の干渉ビームの第１の偏光状態、第１の干渉ビームの第２の偏光状態、第２の干渉ビームの第１の偏光状態、及び第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように構成される。

ＯＣＴ受信器は、同様に、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取り、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を平行にして第１のプリズムに向けるように配置された第１のコリメーティングレンズと、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取り、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を第２のプリズムに向けるように配置された第２のコリメーティングレンズとを備え得る。

ＯＣＴ受信器は、同様に、４つのレンズ、すなわち、第１の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取るように配置された第１のレンズと、第１の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように配置された第２のレンズと、第２の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取るように配置された第３のレンズと、第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように配置された第４のレンズとを備え得る。ある場合には、これらのレンズはボールレンズとすることができる。

ある場合には、遅延経路はプリズムとすることができ、プリズムは第１及び第２の面を有し、プリズムの第１の面は第２のプリズムに隣接しており、プリズムの第２の面は第３及び第４の偏光ビームスプリッタに隣接している。他の場合には、遅延経路は、第２のプリズムと第３及び第４の偏光ビームスプリッタとの間に位置する一対の反射器とすることができる。

（プリズムとし得る）第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面（又は非偏光接触界面）から、第１の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第１の光検出器までの第１の光路長は、（プリズムとし得る）第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面（又は非偏光接触界面）から、第２の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第２の光検出器までの第２の光路長と等しいか又はほぼ等しい。

（プリズムとし得る）第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面（又は非偏光接触界面）から、第１の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第３の光検出器までの第３の光路長は、（プリズムとし得る）第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面（又は非偏光界面）から、第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第４の光検出器までの第４の光路長と等しいか又はほぼ等しい。

ある場合には、第１及び第２のプリズム、遅延経路、並びに第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、単一アセンブリを構成し、第１及び第２のプリズム、遅延経路、並びに第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、単一アセンブリを構成する。単一アセンブリは、サンプルビーム及び参照ビームが含まれている水平面から１～５度の間の角度だけ傾斜される。第１のプリズムの第１の面及び第２のプリズムの第１の面へのサンプルビームと参照ビームの両方の入射角は、１～５度の間である。

ある場合には、２つのビームコリメーティングレンズ、第１及び第２のプリズム、遅延経路、第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタ、検出器アレイの前の４つのレンズ、並びに検出器アレイは、体積が２３ミリメートル×３７ミリメートル×１０ミリメートル未満の小型パッケージを形成する単一アセンブリを構成する。

別の実施例で、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器が、サンプルビーム及び参照ビームを受け取り、サンプルビーム及び参照ビームを合成して干渉ビームにする。ＯＣＴ受信器は、非偏光ビームスプリッタプリズム、第１の反射器、及び第２の反射器を備えたアセンブリを備える。第１及び第２の反射器はプリズムの反対側に配置される。プリズムは、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取るように配置され、第２の反射器は、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取るように配置される。干渉ビームは、プリズムで作成されて第１の干渉ビームと第２の干渉ビームに分割される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタが、互いに整列される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタは、第１の反射器に隣接して配置される。第１及び第２の偏光ビームスプリッタは、第１の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される。遅延経路が、非偏光ビームスプリッタプリズム及び第２の反射器に隣接して配置される。遅延経路は、第２の干渉ビームを受け取るように構成される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタが、互いに隣接して配置される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタは、遅延経路に隣接して配置される。第３及び第４の偏光ビームスプリッタは、第２の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される。光検出器アレイが、第１の干渉ビームの第１の偏光状態、第１の干渉ビームの第２の偏光状態、第２の干渉ビームの第１の偏光状態、及び第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように構成される。

ＯＣＴ受信器は、同様に、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取り、サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方をプリズムに向けるように配置された第１のコリメーティングレンズと、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取り、サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を第２の反射器に向けるように配置された第２のコリメーティングレンズとを備え得る。

ＯＣＴ受信器は、同様に、４つのレンズ、すなわち、第１の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取るように配置された第１のレンズと、第１の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように配置された第２のレンズと、第２の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取るように配置された第３のレンズと、第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取るように配置された第４のレンズとを備え得る。これらのレンズは、すべてボールレンズとすることができる。

ある場合には、遅延経路は、第１及び第２の面を有するプリズムを備える。プリズムの第１の面は、非偏光ビームスプリッタプリズムに隣接しており、プリズムの第２の面は、第３及び第４の偏光ビームスプリッタに隣接している。他の場合には、遅延経路は、プリズムと第３及び第４の偏光ビームスプリッタとの間に位置する一対の反射器とすることができる。

非偏光スプリッタ界面から、第１の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第１の光検出器までの第１の光路長は、非偏光スプリッタ界面から、第２の干渉ビームの第１の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第２の光検出器までの第２の光路長と等しいか又はほぼ等しい。

非偏光スプリッタから、第１の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第３の光検出器までの第３の光路長は、非偏光スプリッタから、第２の干渉ビームの第２の偏光状態を受け取る光検出器アレイの第４の光検出器までの第４の光路長と等しいか又はほぼ等しい。

第１及び第２の反射器、非偏光ビームスプリッタプリズム、遅延経路、並びに第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、平面内に位置する単一アセンブリを構成する。平面は、サンプルビーム及び参照ビームが含まれている水平面から１～５度の間の角度だけ傾斜される。

第１及び第２の反射器、非偏光ビームスプリッタプリズム、遅延経路、並びに第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、体積が２３ミリメートル×３７ミリメートル×１０ミリメートル未満の小型パッケージを形成する単一アセンブリを構成する。

本明細書に説明された実施形態は、いくつかの異なるアプリケーションモードのそれぞれに対して最適化されたＯＣＴ性能を達成するためのオールインワンデバイスを提供し、及び／又は動作させるために使用され得る。上に概要を述べた実施形態の他の利点及び変形形態について以下に説明する。

図１は、例示的な波長掃引光源型光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムの構成要素を例示する。 図２は、ＯＣＴ受信器の一実施例を平面図で例示する。 図３は、図２の例示的なＯＣＴ受信器の光路長を描写する。 図４Ａは、図２のＯＣＴ受信器の側面図である。 図４Ｂは、図２のＯＣＴ受信器の側面図である。 図５は、ＯＣＴ受信器の一実施例を例示する。 図６は、ＯＣＴ受信器の一実施例を例示する。

以下の説明で、ある特定の実施形態を説明して具体的詳細が明らかにされる。しかしながら、これらの具体的詳細の一部又は全部がなくても開示された実施形態が実践され得ることは、当業者には明らかであろう。提示された具体的な実施形態は、限定的でなく、例示的であるように意図される。当業者は、本明細書に具体的に説明されないが、本開示の範囲及び精神の範囲内にある他の材料を実現することができる。

図１は、掃引光源１００、干渉計サブシステム２００、及び検出器受信器１５０を備える、例示的なＳＳＯＣＴシステム１０を例示する。本明細書に示される詳細が実施例にすぎず、他のシステムが周知の方法で変化し得ることは、認識されたい。

掃引光源１００は、通常、波長同調用に設計されており、所定の光学同調範囲にわたって、例えば、１００ｎｍ以上の光学波長範囲にわたって、１キロヘルツ（ｋＨｚ）以上の走査繰り返し率で繰り返して走査する掃引光信号を生成する。光学発光の帯域幅、すなわち、全幅半値（ＦＷＨＭ）帯域幅は、通常、１０ＧＨｚ未満である。この特定の実施例では、例えば、約１０６０ｎｍの中心波長で動作するように設計されたマッハ・ツェンダ型干渉計として実装される干渉計サブシステム２００、及び受信器１５０は、撮像物体５から反射された光信号を分析するために使用され、撮像物体５は人間の目であってもよい。干渉計サブシステム２００が、異なる波長用に設計されるとき異なる設計に基づいてもよいことは、認識されたい。他の中心波長は、約１３１０ｎｍ又は８５０ｎｍの中心波長を含み得る。

図１に見られるように、掃引光源１００からの掃引光出力は、光ファイバ１１０を介して、干渉計サブシステム内の光ファイバカプラ２１０に結合される。光ファイバカプラ２１０は、例えば、９０／１０光ファイバカプラとすることができる。掃引光信号は、カプラ２１０によって参照アーム２２０とサンプルアーム２１２との間で分けられる。

参照アーム２２０の光ファイバは、ファイバ端面２２４で終端する。例示された実装で、参照アームファイバ端面２２４から出射する光１０２Ｒは、レンズ２２６によって平行にされ、ミラー２２８によって反射される。一実施例で、ミラー２２８は、ファイバからミラーまでの距離が調整可能である。この距離は、撮像される深度範囲における基準点、すなわち、参照アーム２２０とサンプルアーム２１２との間のゼロ経路長差のサンプル５における位置を決定する。この距離は、いくつかの実施形態で、異なるサンプリングプローブ及び／又は撮像サンプルのために調整され得る。参照ミラー２２８から戻る光が、参照アームサーキュレータ２２２に戻され、受信器１５０に向けられる。

サンプルアーム２１２上のファイバは、サンプルアームプローブ２１６で終端する。出射掃引光信号１０２Ｓは、サンプル５上へプローブ２１６によって集束される。サンプル５から戻る光は、サンプルアームサーキュレータ２１４に戻され、受信器１５０に向けられる。以下により明確に説明するように、参照アーム信号及びサンプルアーム信号は、光干渉信号を生成するために受信器１５０内で合成される。

これに関連して、サンプルビームは、サンプルから反射された光ビームであり、参照ビームは、参照アーム内のミラーから反射された光ビームである。サンプルビームは、サンプルアームと関連付けられており、参照ビームは、参照アームと関連付けられている。例示的な干渉計で、光源（ある場合には掃引光源又は掃引源レーザ）は、中心波長（ある場合には１０６０ｎｍの中心波長）において光のビームを生成する。光のビームは、それから、２つのビームに分割される－それらの一方はサンプル（サンプルアーム）に向けられ、他方は参照経路（参照アーム）に向けられる。参照アーム及びサンプルアームの光路は、一般に同じような長さである。サンプルビーム及び参照ビームは、干渉ビームを生成するために合成される。

図２は、ＯＣＴ検出器（又は平面図でのＯＣＴ受信器）の一実施例を示す。図２で、サンプルビーム３０５がサンプル５から反射される。参照ビーム３１０が参照アームから戻る。サンプルビーム３０５は、コリメーティングレンズ３１５を通過する。参照ビーム３１０は、コリメーティングレンズ３２０及び偏光子３１６を通過する。平行サンプルビーム３０５は、それから、プリズム３２５に入射し、平行参照ビーム３１０は、プリズム３３０に入射する。図２に示されるように、平行サンプルビーム３０５は、プリズム３２５及び３３０の表面（又は非偏光ビーム分割接触界面）から反射され、平行参照ビーム３１０は、プリズム３３０の表面から反射される。サンプルビーム３０５と参照ビーム３１０との間の干渉が、プリズム３２５とプリズム３３０が接する点Ａで生じる。干渉ビームは、プリズム３２５及びプリズム３３０によって、２つのビーム、Ｂ及びＣに分割される。ビームＢは、偏光ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ、ＰＢＳ）３３５に入射し、そこでそれは２つのビームＢＰ及びＢＳに分割される。ビームＢＰは、ＰＢＳ ３３５を出射してレンズ３５５に入射し、そこでそれは光検出器３７５上へと集束される。ビームＢＳは、ＰＢＳ ３３５を出射し、反射器３４５によって反射されて、レンズ３６５に入射し、そこでそれは光検出器３８５上へと集束される。同じような方式で、ビームＣは、同様にビームＣＰ及びＣＳに分割される。ビームＣは、プリズム３３０を出射して遅延経路３３７に入射する。本実施例で、遅延経路３３７は、ビームＣをＰＢＳ ３５０に向けるように整列された反射器として作用する一対の対向するファセットを有するプリズムを備える。ビームＣは、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３５０に入射し、そこでそれは２つのビームＣＰ及びＣＳに分割される。ビームＣＰは、ＰＢＳ ３５０を出射してレンズ３７０に入射し、そこでそれは光検出器３９０上へと集束される。ビームＣＳは、ＰＢＳ ３５０を出射し、反射器３４０によって反射されて、レンズ３６０に入射し、そこでそれは光検出器３８０上へと集束される。

構造上、図２の例示的なＯＣＴ受信器は、点Ａでサンプルビーム３０５と参照ビーム３１０の干渉を生成するように、一対のプリズム３２５及び３３０と整列された一対のコリメーティングレンズ３１５及び３２０を備える。偏光子３１６が、コリメーティングレンズ３２０とＮＰＢＳ／プリズム３３０との間で参照アームの光路内にある。干渉ビームは、２つのビームＢ及びＣに分割される。プリズム３２５は、干渉ビームＢを２つの偏光状態（ビームＢＰ及びＢＳ）に分割するように、ＰＢＳ ３３５と整列される。反射器３４５が、ビームＢＳをレンズ３６５に向けるようにＰＢＳ ３３５と整列される。レンズ３６５は、光検出器３８５と整列される。ＰＢＳ ３３５は、ビームＢＰを光検出器３７５上に向けるようにレンズ３５５と整列される。同じような方式で、プリズム３３０は、遅延経路３３７と整列される。遅延経路３３７は、干渉ビームＣを２つの偏光状態（ビームＣＰ及びＣＳ）に分割するように、ＰＢＳ ３５０と整列される。反射器３４０が、ビームＣＳをレンズ３６０に向けるようにＰＢＳ ３５０と整列される。レンズ３６０は、光検出器３８０と整列される。ＰＢＳ ３５０は、ビームＣＰを光検出器３９０上に向けるようにレンズ３７０と整列される。

機能上、図２の例示的なＯＣＴ受信器は、サンプルビーム３０５及び参照ビーム３１０を受け取り、干渉パターンを生成するように２つのビームを互いに干渉させ、干渉ビームを２つのビームＢ及びＣに分割する。２つのビームＢ及びＣは、２つの平行な光路をとり、２つの偏光状態にさらに分割される。２つのビーム（Ｂ及びＣ）のそれぞれに対する２つの偏光状態（ＢＰ、ＢＳ及びＣＰ、ＣＳ）のそれぞれが、それから、光検出器のアレイ（３７５、、３８５、３９０、及び３８０）に向けられる。非偏光界面Ａからその検出器３７５までの第１の偏光状態ＢＰの光路長は、非偏光界面Ａからその検出器３９０までの第１の偏光状態ＣＰの光路にほぼ等しい。非偏光界面Ａからその検出器３８５までの第２の偏光状態ＢＳの光路長は、非偏光界面Ａからその検出器３８０までの第２の偏光状態ＣＳの光路にほぼ等しい。

プリズム３２５及び３００は、表面に沿って結合されて、非偏光ビームスプリッタ（ＮＰＢＳ）を形成する。本実施例で、プリズム３２５及び３３０は、それらの界面に非偏光ビーム分割コーティングが施された、貼り付けられた菱形プリズムである。プリズム３２５及び３３０の隣接面は、ＮＰＢＳを形成する。サンプルビーム３０５及び参照ビーム３１０は、それらがそれぞれ５０／５０にパワー分割され、同時にＮＰＢＳ非偏光界面によって合成されるように、ＮＰＢＳに入射するように整列される。２つの空間的に分離された直交干渉ビームが作成され、それぞれがサンプルビームの５０％と参照ビームの５０％を運ぶ。プリズム３２５の第１の面がプリズム３３０の第１の面に隣接している。干渉ビームは、第１のプリズムの第１の面と第２のプリズムの第１の面が接するところで作成されて第１の干渉ビームと第２の干渉ビームに分割される。

図２の実施例で、コリメーティングレンズ３１５及び３２０は、光ビームを平行にする任意のタイプのレンズ又は光学要素とすることができる。コリメーティングレンズ３１５及び３２０の代わりに他のタイプのレンズを同様に使用してもよい。ＯＣＴ受信器の別の実施例で、コリメーティングレンズ３１５及び３２０が存在しなくてもよい。サンプルビーム３０１及び参照ビーム３１０は、ＯＣＴ受信器内部のコリメーティングレンズ又は他の光学要素を通過することなく、それぞれプリズム３２５及びプリズム３３０に向けられてもよい。図２の実施例で、コリメーティングレンズ３１５及び３２０は、整合対のレンズ又は同じタイプのレンズである。一実施例で、コリメーティングレンズ３１５及び３２０は、１．８ｍｍの有効焦点距離（ＥＦＬ）を有し、３００マイクロメートル～７００マイクロメートルの間の直径のビームを平行にする。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、プリズム３２５及び３３０は、菱形プリズム、立方体プリズム、直角プリズム、又は他の形状のプリズムによって実装され得る。プリズムの代わりに、図２の例示的なＯＣＴ受信器に適した他のタイプの光学要素は、平板ビームスプリッタ、立方体ビームスプリッタなどを含む。機能上、プリズム３２５及びプリズム３３０は、一緒になって、サンプルビームと参照ビームの干渉も、干渉ビームを２つの干渉ビームに分割することも容易にする。図２の実施例で、プリズム３２５及び３３０の隣接面間の界面は、（点Ａで）非偏光ビームスプリッタとして作用する。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、ＰＢＳ ３３５及び３５０は、ビームスプリッタであり、立方体プリズム、直角プリズム、又は他の形状のプリズムを含む、プリズムによって実装され得る。図２の例示的なＯＣＴ受信器に適した他のタイプのＰＢＳは、平板ビームスプリッタ、立方体ビームスプリッタなどを含む。機能上、ＰＢＳ ３３５及びＰＢＳ ３５０は両方とも、干渉ビームを（一般に偏光状態Ｐ及びＳとされる）異なる偏光状態を有する２つの干渉ビームに分割する。この場合、偏光状態は、互いに直交している。図２の実施例で、ＰＢＳ ３３５及びＰＢＳ ３５０は、整合対のビームスプリッタ又は同じタイプのビームスプリッタである。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、反射器３４０及び３４５は、ある特定の波長の光を反射するように設計されたミラーを含む、ミラーによって実装され得る。他の実施例で、反射器３４０及び３４５は、さまざまなタイプのプリズム又はビームスプリッタで実装され得る。例えば、反射器３４０及び３４５は、プリズム又はビームスプリッタの表面で実装され得る。図２で、反射器４０及び３４５は、ＰＢＳ ３３５及びＰＢＳ ３５０と同じフォームファクタを有する。このフォームファクタは、受信器１５０の小型設計を可能にする。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、レンズ３５５、３６０、３６５、及び３７０は、光ビームを平行にし、集束させ、又は別の方法でその光路を変更するために、レンズ要素で実装され得る。光ビームを光検出器３７５、３８０、３８５、及び３９０に向けるために非常に多くのタイプのレンズが使用され得る。一実施例で、光ビームを約７５マイクロメートルのスポットサイズに集束させるために、２．０ｍｍのＢＫ７ボールレンズがレンズ３５５、３６０、３６５、及び３７０のそれぞれに使用される。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、遅延経路３３７は、干渉ビームＢのより長い光路を補償するために干渉ビームＣの経路に遅延を導入する。換言すれば、遅延経路３３７は、コリメーティングレンズ３１５又は点（界面）Ａから光検出器３７５までの光路が、コリメーティングレンズ３２０又は点（界面）Ａから光検出器３９０までの光路と等しいか又はほぼ等しいように、光路長を導入する。同じく、遅延経路３３７は、コリメーティングレンズ３１５又は点（界面）Ａから光検出器３８５までの光路が、コリメーティングレンズ３２０又は点（界面）Ａから光検出器３８０までの光路と等しいか又はほぼ等しいように、光路長を導入する。遅延経路３３７は、一対のミラー、ビームスプリッタ、プリズム、又は光路に遅延若しくは余長を導入するように設計された他の光学要素を使用して実装され得る。

図２の例示的なＯＣＴ受信器で、光検出器３７５、３８０、３８５、及び３９０は、偏光された光ビームＢＰ、ＣＳ、ＢＳ、及びＣＰを受け取る。通常、光検出器３７５、３８０、３８５、及び３９０は、光子を電流に変換する半導体デバイスである。この場合、光検出器３７５、３８０、３８５、及び３９０は、偏光を感知する要素とすることができる。

図３は、図２の例示的なＯＣＴ受信器の光路長を描写する。図３の実施例で、ＡからＢまでの光路長は、ＡからＣまでの光路長に等しいか又はほぼ等しく、ＡからＤまでの光路長は、ＡからＥまでの光路長に等しいか又はほぼ等しい。この実施例で、図３に示される光路で使用される光学ガラスは、１０６０ｎｍにおいて約１．５０６７の屈折率を有するＢＫ７ガラスである。光路長を示す目的で、図３で、ｃ＝ｃ＊＝ｃ’であり、他の経路長は次のとおりである。

そして、経路ＡからＣについては、

この場合、等しい経路長を保証するために、ＮＰＢＳ及びＰＢＳなどの光学部品は、光学部品のばらつきによってもたらされる経路長差を最小化するために、同じ製造ロットから選択されるか、又は事前に分類され整合される。

図２及び図３に示される例示的なＯＣＴ受信器は、干渉計で使用され得る小型で安定したパッケージを提供する。上に与えられた寸法で、要素のすべてを収容する小型パッケージが、２３ｍｍ×３７ｍｍ×１０ｍｍ未満の体積を占める。加えて、説明され図に示された幾何学的形状を持つ、レンズ要素、ＮＰＢＳ要素、及びＰＢＳ要素の使用により、小型のアセンブリが可能になる。この小型のアセンブリは、携帯用ＯＣＴ機器に組み入れることができる物理的に小さいパッケージと同様に、光学的安定性を提供する。図２の実施例で、プリズム３２５及びプリズム３３０は、それぞれ、菱形プリズムで実装することができ、ＰＢＳ ３３５、ＰＢＳ ３４０、ＰＢＳ ３４５、及びＰＢＳ ３５０は、それぞれ、立方体ビームスプリッタで実装することができ、遅延経路３３７は、プリズムで実装することができる。これらの幾何学的構成要素は、小さくて安定したパッケージに組み立てて整列させることができる。図２及び図３に示されるように、プリズム３２５及び３３０、ＰＢＳ ３４０、３４５、３５０、３５５、並びに遅延経路３３７は、互いに隣接して配置され得る。プリズム、ＰＢＳ、及び遅延経路は、本実施例ではそれぞれ幾何学的要素（例えば、プリズム）であるため、これらの要素の面は、安定したアセンブリを形成するために示されているように互いに隣接して設置され得る。そのうえ、レンズ３５５、３６０、３６５、３７０及び光検出器３７５、３８０、３８５、３９０の場所は、単一の小型パッケージ内で他の要素との関連で固定され得る。

図４Ａ及び図４Ｂは、図２の実施例のＯＣＴ受信器の側面図である。図４Ａ及び図４Ｂで、サンプルビーム３０５、コリメーティングレンズ３１５、プリズム３２５、プリズム３３５、ＰＢＳ ３５０、レンズ３５５及び光検出器３７５が描写されている。コリメーティングレンズ３１５の後ろには、コリメーティングレンズ３２０がある。プリズム３２５の後ろには、プリズム３３０がある。ＰＢＳ ３３５の後ろには、遅延経路３３７がある。レンズ３５５の後ろには、レンズ３６５、３６０、及び３７０がある。光検出器３７５の後ろには、光検出器３８５、３８０、及び３９０がある。偏光子３１６が、同様に、コリメーティングレンズ３２０とプリズム３３０との間で参照経路内に位置し得る。

偏光子３１６は、図３の実施例に示されるように、参照経路（又は参照アームの光路）において４５度の角度で位置し得る。そのような場合、偏光子３１６は、Ｐ及びＳチャネルの適切な信号整合と、Ｐ及びＳチャネルが等しいか又はほぼ等しいパワーを有するようになることを保証することになる。Ｐ及びＳチャネルの適切な信号整合が生じるように－又はＰ及びＳチャネルが等しいか又はほぼ等しいパワーを有するように－、偏光子３１６を方向づけることができる。この場合、参照アームの光は、Ｐ及びＳ偏光に分割される前に偏光子を通過する。この方式で、参照アームの光は、２つの偏光状態（Ｐ及びＳ）にさらに分割される前に偏光又は整列される。

図４Ａ及び図４Ｂは、ＯＣＴ受信器１５０の光学部品に導入された傾斜を示す。図２がＯＣＴ受信器１５０平面図の水平面を描写する場合、図４Ａ及び図４Ｂは、ＯＣＴ受信器１５０側面図の鉛直面を描写する。水平面４０２から約２度の傾斜が、プリズム３２５及び３３０、遅延経路３３７、並びに偏光ビームスプリッタ３３５、３４０、３４５、３５０を備えたアセンブリに導入される。傾斜角は、事実上、ＮＰＢＳの入力表面／ファセット（すなわちプリズム３２５及び３３０の隣接側面）における水平に向けられたサンプルビーム３０５及び参照ビーム３１０の入射角になる。傾斜角は、平面４０１と４０２とのなす角度として図４Ａ及び図４Ｂに示される。この実施例で、平面４０２は、サンプルビーム及び参照ビームが含まれている平面である。プリズム３２５及び３３０、遅延経路３３７、並びに偏光ビームスプリッタ３３５、３４０、３４５、３５０を備えたアセンブリは、平面４０２に対してある角度だけ傾斜される。ＯＣＴ受信器１５０の鉛直面に導入される傾斜は、１度～５度の範囲とすることができ、図４Ａ及び図４Ｂの実施例（平面４０１と４０２とのなす角度）で約２度の傾斜が示される。図４Ａは、前方ビームを描写し、図４Ｂは、前方ビーム及び再帰反射ビームを描写する。システム内のゴーストを解消するために、再帰反射ビームは、コリメーティングレンズを逆向きに通過しないような角度で戻る。前方ビームからの幾何学的分離により二重再帰経路干渉を解消するには、２度の傾斜で十分であることが分かっている。

図５は、ＯＣＴ受信器の別の実施例を示す。図５で、ＰＢＳ ３３５、ミラー３４５、遅延経路３３７、ＰＢＳ ３５０、及びミラー３４０の代わりに、複屈折結晶５０５が使用される。レンズ３５５、３６０、３６５、及び３７０は、単純化するために省略されている。図５で、光検出器３７５、３８０、３８５、及び３９０の場所は、ＡからＢまでの光路とＡからＤまでの光路が等しいか又はほぼ等しく、ＡからＣまでの光路とＡからＥまでの光路が等しいか又はほぼ等しいように、調整され得る。

図６は、ＯＣＴ受信器の一実施例を示す。図６で、ＮＰＢＳ ３２８、反射器３２６、及び反射器３２７は、図２のプリズム３２５及びプリズム３３０の代わりとなる。図６で、サンプルビーム３０５がサンプル５から反射される。参照ビーム３１０が参照アームから戻る。サンプルビーム３０５は、コリメーティングレンズ３１５を通過する。参照ビーム３１０は、コリメーティングレンズ３２０及び偏光子３１６を通過する。平行サンプルビーム３０５は、反射器３２６から反射されるか、又はＮＰＢＳ ３２８に向けられ、平行参照ビーム３１０は、ＮＰＢＳ ３２８に向かって反射器３２７から反射される。平行サンプルビーム３０５は、それから、ＮＰＢＳ ３２８に入射し、平行参照ビーム３１０は、ＮＰＢＳ ３２８に入射する。サンプルビーム３０５と参照ビーム３１０との間の干渉が、ＮＰＢＳ ３２８の点Ａで生じる。干渉ビームは、ＮＰＢＳ ３２８によって、２つのビーム、Ｂ及びＣに分割される。ＯＣＴ受信器の残りの部分は、図２に描写され上に説明されたそれと同じである。

機能上、図６の例示的なＯＣＴ受信器は、点Ａ（すなわちプリズム３２５及び３３０の隣接面又はＮＰＢＳ ３２８内部の非偏光界面）から光検出器３７５、及び３９０まで同じ又はほぼ同じ長さ（すなわち、整合された長さ）の光路を提供する。それは、同様に、点Ａから光検出器３８５及び３８０まで同じ又はほぼ同じ長さ（すなわち、整合された長さ）の光路を提供する。図６の例示的なＯＣＴ受信器は、サンプルビーム３０５及び参照ビーム３１０を受け取り、干渉パターンを生成するように２つのビームを互いに干渉させ、干渉ビームを２つのビームＢ及びＣに分割する。２つのビームＢ及びＣは、２つの平行な光路をとり、２つの偏光状態にさらに分割される。２つのビーム（Ｂ及びＣ）のそれぞれに対する２つの偏光状態（ＢＰ、ＢＳ及びＣＰ、ＣＳ）のそれぞれが、それから、光検出器のアレイ（３７５、３８０、３８５、３９０、及び３８０）に向けられる。

説明された実施例が、小型で光学的に安定したパッケージでＯＣＴ受信器を提供することは、認識されたい。光学要素は、同じ又はほぼ同じ長さの整合された光路を生成するために組み立てられる。

上述の具体的な実施形態は、本発明を例示するが限定しない。上述したように、及び下に特許請求するように、本発明の原理に従って、非常に多くの修正形態及び変形形態が可能であることは、同様に理解されるべきである。

Claims (18)

1. サンプルビーム及び参照ビームを受け取り、前記サンプルビーム及び前記参照ビームを合成して干渉ビームにする光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器であって、前記ＯＣＴ受信器は、
   互いに整列された第１及び第２のプリズムであって、前記第１のプリズムの第１の面は前記第２のプリズムの第１の面に隣接し、前記第１のプリズムは前記サンプルビーム又は前記参照ビームのうちの一方を受け取るように配置され、且つ前記第２のプリズムは前記サンプルビーム又は前記参照ビームのうちの他方を受け取るように配置され、前記干渉ビームは前記第１のプリズムの前記第１の面と前記第２のプリズムの前記第１の面が接するところで作成されて第１の干渉ビームと第２の干渉ビームに分割される、第１及び第２のプリズムと、
   互いに整列された第１及び第２の偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタは前記第１のプリズムに隣接して配置され、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタは前記第１の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される、第１及び第２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に隣接して配置された遅延経路であって、前記遅延経路は前記第２の干渉ビームを受け取るように構成される、遅延経路と、
   互いに隣接して配置された第３及び第４の偏光ビームスプリッタであって、前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタは前記遅延経路に隣接して配置され、前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタは前記第２の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される、第３及び第４の偏光ビームスプリッタと、
   前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態、前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態、前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態、及び前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように構成された光検出器アレイと、
   を備え、
   前記第１及び第２のプリズムの隣接面から、前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第１の光検出器までの第１の光路長は、前記第１及び第２のプリズムの前記隣接面から、前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第２の光検出器までの第２の光路長と等しいか又はほぼ等しく、
   前記第１及び第２のプリズムの前記隣接面から、前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第３の光検出器までの第３の光路長は、前記第１及び第２のプリズムの前記隣接面から、前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第４の光検出器までの第４の光路長と等しいか又はほぼ等しい、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器。
2. 前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取り、前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの前記一方を前記第１のプリズムに向けるように配置された第１のコリメーティングレンズと、
   前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取り、前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの前記他方を前記第２のプリズムに向けるように配置された第２のコリメーティングレンズと、
   をさらに備える、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
3. ４つのレンズ、すなわち、
   前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取るように配置された第１のレンズと、
   前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように配置された第２のレンズと、
   前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取るように配置された第３のレンズと、
   前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように配置された第４のレンズと、
   をさらに備える、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
4. 前記第１、第２、第３、及び第４のレンズはそれぞれボールレンズである、請求項３に記載のＯＣＴ受信器。
5. 前記遅延経路はプリズムを備え、前記プリズムは第１及び第２の面を有し、前記プリズムの前記第１の面は前記第２のプリズムに隣接しており、前記プリズムの前記第２の面は前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタに隣接している、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
6. 前記遅延経路は、前記第２のプリズムと前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタとの間に位置する一対の反射器を備える、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
7. 前記第１及び第２のプリズム、前記遅延経路、並びに前記第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、単一アセンブリを構成し、前記単一アセンブリは、前記サンプルビーム及び前記参照ビームが含まれている水平面から１～５度の間の角度だけ傾斜される、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
8. 前記第１のプリズムの前記第１の面及び前記第２のプリズムの前記第１の面への前記サンプルビームと前記参照ビームの両方の入射角は、１～５度の間である、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
9. 前記第１及び第２のプリズム、前記遅延経路、並びに前記第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、体積が２３ミリメートル×３７ミリメートル×１０ミリメートル未満の小型パッケージを形成する単一アセンブリを構成する、請求項１に記載のＯＣＴ受信器。
10. サンプルビーム及び参照ビームを受け取り、前記サンプルビーム及び参照ビームを合成して干渉ビームにする光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器であって、前記ＯＣＴ受信器は、
    プリズム、第１の反射器、及び第２の反射器を備えたアセンブリであって、前記第１及び第２の反射器は前記プリズムの反対側に配置され、前記プリズムは前記サンプルビーム又は前記参照ビームのうちの一方を受け取るように配置され、且つ前記第１の反射器は前記サンプルビーム又は前記参照ビームのうちの他方を受け取るように配置され、前記干渉ビームは前記プリズムで作成されて第１の干渉ビームと第２の干渉ビームに分割される、アセンブリと、
    互いに整列された第１及び第２の偏光ビームスプリッタであって、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタは前記第１の反射器に隣接して配置され、前記第１及び第２の偏光ビームスプリッタは前記第１の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される、第１及び第２の偏光ビームスプリッタと、
    非偏光ビームスプリッタ及び第２の反射器に隣接して配置された遅延経路であって、前記遅延経路は前記第２の干渉ビームを受け取るように構成される、遅延経路と、
    互いに隣接して配置された第３及び第４の偏光ビームスプリッタであって、前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタは前記遅延経路に隣接して配置され、前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタは前記第２の干渉ビームを第１及び第２の偏光状態に分割するように配置される、第３及び第４の偏光ビームスプリッタと、
    前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態、前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態、前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態、及び前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように構成された光検出器アレイと、
    を備え、
    プリズムとし得る第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面から、前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第１の光検出器までの第１の光路長は、プリズムとし得る第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面から、前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第２の光検出器までの第２の光路長と等しいか又はほぼ等しく、
    プリズムとし得る第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面から、前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第３の光検出器までの第３の光路長は、プリズムとし得る第１及び第２の非偏光スプリッタの隣接面から、前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取る前記光検出器アレイの第４の光検出器までの第４の光路長と等しいか又はほぼ等しい、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）受信器。
11. 前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの一方を受け取り、前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの前記一方を前記プリズムに向けるように配置された第１のコリメーティングレンズと、
    前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの他方を受け取り、前記サンプルビーム又は参照ビームのうちの前記他方を前記第２の反射器に向けるように配置された第２のコリメーティングレンズと、
    をさらに備える、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
12. 前記第１の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取るように配置された第１のレンズと、
    前記第１の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように配置された第２のレンズと、
    前記第２の干渉ビームの前記第１の偏光状態を受け取るように配置された第３のレンズと、
    前記第２の干渉ビームの前記第２の偏光状態を受け取るように配置された第４のレンズと、
    をさらに備える、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
13. 前記第１、第２、第３、及び第４のレンズはそれぞれボールレンズである、請求項１２に記載のＯＣＴ受信器。
14. 前記遅延経路はプリズムを備え、前記プリズムは第１及び第２の面を有し、前記プリズムの前記第１の面は前記プリズムに隣接しており、前記プリズムの前記第２の面は前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタに隣接している、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
15. 前記遅延経路は、前記プリズムと前記第３及び第４の偏光ビームスプリッタとの間に位置する一対の反射器を備える、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
16. 前記第１及び第２の反射器、前記プリズム、前記遅延経路、並びに前記第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、前記サンプルビーム及び前記参照ビームが含まれている平面に対して１～５度の間の角度だけ傾斜された単一アセンブリを構成する、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
17. 第１及び第２のプリズムが互いに整列され、前記第１のプリズムの第１の面及び前記第２のプリズムの第１の面への前記サンプルビームと前記参照ビームの両方の入射角は、１～５度の間である、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。
18. 前記第１及び第２の反射器、前記プリズム、前記遅延経路、並びに前記第１、第２、第３、及び第４の偏光ビームスプリッタは、体積が２３ミリメートル×３７ミリメートル×１０ミリメートル未満の小型パッケージを形成する単一アセンブリを構成する、請求項１０に記載のＯＣＴ受信器。

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