(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレータによって把持されるハンドピース収容体と、
前記ハンドピース収容体内の干渉信号ファイバカプラであって、ＯＣＴ分析システムからＯＣＴ信号を受信し、このＯＣＴ信号を、完全に前記ハンドピース収容体に組み込まれた参照光ファイバアームと、信号光ファイバアームとに分配する、干渉信号ファイバカプラと、
前記ハンドピース収容体の光学窓であって、この光学窓を通して前記信号光ファイバアームからの前記ＯＣＴ信号が対象の物体に送出され、前記光学窓を通して物体ＯＣＴ信号が前記対象の物体から受信されて、前記信号光ファイバアームに結合される、光学窓とを備えた、光コヒーレンス・トモグラフィプローブであって、
前記ハンドピース収容体から前記ＯＣＴ分析システムに送出される干渉信号を生成するように、前記物体ＯＣＴ信号は、前記参照光ファイバアームからの前記ＯＣＴ信号と混合される、プローブ。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記ハンドピース収容体をアンビリカルケーブルに結合するハンドピースカプラであって、前記アンビリカルケーブルは、前記ＯＣＴ信号を前記ＯＣＴ分析システムから前記ハンドピース収容体に伝達し、前記干渉信号を前記ハンドピース収容体から前記ＯＣＴ分析システムに伝達する、ハンドピースカプラを備えた、プローブ。
【請求項３】
請求項１において、さらに、
前記ハンドピース収容体上に、前記ＯＣＴプローブを制御する少なくとも１つの制御スイッチを備えた、プローブ。
【請求項４】
請求項１において、前記参照光ファイバアームの反射器は部分反射器であり、この部分反射器は、前記参照光ファイバアームに戻る前記ＯＣＴ信号のうちの１０％未満を反射するものである、プローブ。
【請求項５】
請求項１において、前記参照光ファイバアームの反射器は高反射率の反射器であり、この高反射率の反射器は、前記参照光ファイバアームに戻る前記ＯＣＴ信号のうちの９０％よりも多くの信号を反射するものである、プローブ。
【請求項６】
請求項５において、さらに、
前記参照光ファイバアームにおける減衰器であって、前記ＯＣＴ信号を９０％よりも多く減衰する減衰器を備えた、プローブ。
【請求項７】
請求項１において、さらに、
前記信号光ファイバアームから前記ＯＣＴ信号を受信して、前記ＯＣＴ信号を前記対象の物体上で走査する走査ユニットを備えた、プローブ。
【請求項８】
請求項７において、前記走査ユニットは、前記ＯＣＴ信号を前記対象の物体に導く走査ミラーを有する、プローブ。
【請求項９】
請求項７において、前記走査ユニットは、前記ＯＣＴ信号を平行にする勾配屈折率レンズを有する、プローブ。
【請求項１０】
請求項１において、前記干渉信号ファイバカプラは、５０／５０ファイバカプラではない、プローブ。
【請求項１１】
請求項１において、２つのＯＣＴ信号光ファイバが、前記干渉信号を前記干渉信号ファイバカプラから前記ＯＣＴ分析システムに伝達する、プローブ。
【請求項１２】
請求項１において、前記干渉信号ファイバカプラは、５０／５０ファイバカプラである、プローブ。
【請求項１３】
請求項１において、前記干渉信号ファイバカプラは、偏光保持ファイバカプラであり、前記参照光ファイバアームは、この参照光ファイバアーム上で前記ＯＣＴ信号の偏光を回転させる偏光回転要素を有する、プローブ。
【請求項１４】
請求項１３において、前記偏光回転要素は４分の１波長板である、プローブ。
【請求項１５】
オペレータによって把持されるハンドピース収容体内に配置された干渉信号ファイバカプラにおいて、ＯＣＴ分析システムからのＯＣＴ信号を受信し、このＯＣＴ信号を、完全に前記ハンドピース収容体に組み込まれた参照光ファイバアームと、信号光ファイバアームとに分配する工程と、
前記信号光ファイバアーム上の前記ＯＣＴ信号を、前記ハンドピース収容体から対象の物体に送出し、前記対象の物体から前記ハンドピース収容体に戻る物体ＯＣＴ信号を受信して、前記物体ＯＣＴ信号を前記信号光ファイバアームに結合する工程と、
干渉信号を生成するように、前記物体ＯＣＴ信号を前記参照光ファイバアームからの前記ＯＣＴ信号と結合する工程と、
前記干渉信号を前記ハンドピース収容体から前記ＯＣＴ分析システムに送出する工程とを備えた、光コヒーレンス・トモグラフィ法。
【請求項１６】
プローブ本体のハンドピース収容体であって、オペレータによって把持されるハンドピース収容体と、
前記ハンドピース収容体内の干渉信号ファイバカプラであって、光ＯＣＴ分析システムからＯＣＴ信号を受信し、前記ＯＣＴ信号を、完全に前記ハンドピース収容体に組み込まれた参照光ファイバアームと、信号光ファイバアームとに分配する、干渉信号ファイバカプラと、
前記ハンドピース収容体の光学窓であって、この光学窓を通して前記信号光ファイバアームからの前記ＯＣＴ信号が対象の物体に送出され、前記光学窓を通して物体ＯＣＴ信号が前記対象の物体から受信されて、前記信号光ファイバアームに結合される、光学窓とを備え、
前記ハンドピース収容体から前記ＯＣＴ分析システムに送出される干渉信号を生成するように、前記物体ＯＣＴ信号は、前記参照光ファイバアームからの前記ＯＣＴ信号と混合される、偏光高感度型光コヒーレンス・トモグラフィプローブ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、2008年5月15日出願の米国特許仮出願番号第61/053,241号の、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張するものであり、上記出願の全開示内容は参照により本明細書に引用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンス分析では、参照波と試験波の間の干渉現象、または試験波の２つの部分間の干渉現象を利用することにより、距離および厚さを測定し、対象物の屈折率を計算する。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、例えば、顕微鏡スケールでリアルタイムに、生物組織の構造のような対象物の画像を提供できる、一般に断面の高解像度の画像化を実行するのに用いられる技法の一例である。光波が、対象物を通過して送られ、そしてコンピュータが、光波がいかに変化したかについての情報を使用することにより、対象物の断面画像を生成する。
【０００３】
当初のＯＣＴ画像化技法は時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）であり、この技法ではマイケルソン干渉計装置における可動参照ミラーを用いている。別の種類の光コヒーレンス分析は、フーリエ領域のＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）と称される。他のＯＣＴ技法は、時間符号化周波数領域ＯＣＴおよび波長走査型（swept source）ＯＣＴである。これらの技法は、場合によっては時間符号化のＦＤ‐ＯＣＴつまりＴＥＦＤ‐ＯＣＴと称される、波長掃引光源および単一の検出器を使用するか、または、場合によってはスペクトル符号化ＦＤ‐ＯＣＴつまりＳＥＦＤ‐ＯＣＴと称される、広帯域光源およびスペクトル分解検出器システムを使用する。ＦＤ‐ＯＣＴは、速度および信号対雑音比（ＳＮＲ）において、時間領域ＯＣＴ（ＴＤ‐ＯＣＴ）に勝る利点を有する。
【０００４】
ＴＥＦＤ‐ＯＣＴは、いくつかの点においてＳＥＦＤ‐ＯＣＴに勝る利点を有する。スペクトル成分は、空間的分離による符号化はされないが、時間で符号化される。スペクトルは、連続的な周波数ステップでフィルタリングされるか生成され、フーリエ変換前に再構成（復元）される。
【０００５】
プローブの設計はＯＣＴシステムの設計の重要な側面であり、特に、医学的診断システムのような人体を分析することを目的としたシステムの設計の重要な側面である。一方で、プローブは、医師、看護師および臨床現場の技術者などの医療提供者による使用（反復使用もありうる）に耐えるように機械的に堅牢でなければならない。プローブはまた、意図する用途での使用によって生じる雑音に対しても強くなければならない。例えば、血管内分析用途用のＯＣＴプローブシステムは、典型的には長く、大腿動脈のような少なくともアクセス箇所から、走査される冠状動脈または頸動脈まで延びることができる。さらに、多くの場合、プローブは、対象である動脈部分を通して引き戻される間にシース（外装）内において高速で回転し、円筒走査を発生する。ファイバに加わる何らかの付随する機械的応力によって、ファイバの長さは変化し、ねじれによって複屈折が生じる可能性がある。歯科用途のプローブは、典型的には、ハンドピース／光インターフェースをＯＣＴ分析システムまたはコンソールと接続する長いアンビリカルケーブル（導管（umbilical））を有する。ＯＣＴ分析においては、アンビリカルケーブルとハンドピース／光インターフェースの両方への機械的衝撃によって発生する雑音は最小限にされるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ＯＣＴシステムに加わる機械的運動および歪みの影響に起因する雑音と干渉を最小限にする、プローブおよびＯＣＴシステムの設計に関する。本発明はまた、ＯＣＴレーザ光源からの振幅雑音に対して強い（堅牢な）光学設計に関する。各実施形態において、このような光学設計は、ハンドピース自体において、ＯＣＴ干渉計の参照アーム（参照辺）と信号アーム（信号辺）からのＯＣＴ信号を結合する（組み合わせる）ことによって達成される。容易に小型のハンドピースに組み込まれるファイバカップラであって、走査ユニットおよびファイバ参照アームに接続されるファイバカップラによって、この結合は実行される。したがって、分析システムをプローブに接続するアンビリカルケーブルのようなシステムに対する運動および応力に起因する雑音は、その雑音が通常の雑音であって、干渉計の参照アームまたは信号アームのみに現れる雑音ではないので、ＯＣＴ分析および／または画像化を無効にすることはない（損なうことはない）。いくつかの例では、振幅参照が実行されて、干渉信号に遅延合わせされることにより、アンビリカルケーブルなどの素子に付随する光遅延を補償する。また、偏光高感度型ＯＣＴシステムとともに、小型で堅牢な電気光機械的システムを実現する、一体型ＯＣＴシステムプローブも含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、一態様によると、本発明は、ハンドピース収容体、ハンドピース収容体内の参照アーム反射器、ハンドピース収容体内の干渉信号ファイバカプラ、およびハンドピース収容体に設けられた光学窓を備えた、光コヒーレンス・トモグラフィのプローブを特徴とする。前記干渉信号ファイバカプラは、コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）分析システムから光コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）信号を受信し、このＯＣＴ信号を参照光ファイバアーム（参照光ファイバ辺）と信号光ファイバアーム（信号光ファイバ辺）の間で分配するものである。前記光学窓を通して、信号光ファイバアームからのＯＣＴ信号が対象物（対象の物体）に送出され、また、前記光学窓を通して、対象物のＯＣＴ信号（物体ＯＣＴ信号）が対象物から受信されて、信号光ファイバアームに結合される。対象物のＯＣＴ信号は、参照アーム反射器によって反射された参照光ファイバアームからのＯＣＴ信号と混合つまり結合されて、ハンドピース収容体からＯＣＴ分析システムに送信される干渉信号を生成する。
【０００８】
一般に、別の態様によると、本発明は、光コヒーレンス・トモグラフィ法を特徴とする。この方法は、ハンドピース収容体内に配置された干渉信号ファイバカプラにおいてＯＣＴ分析システムからのＯＣＴ信号を受信して、参照光ファイバアームと信号光ファイバアームにＯＣＴ信号を分配する工程と、信号光ファイバアーム上のＯＣＴ信号を、ハンドピース収容体から対象物に送出し、ハンドピース収容体において対象物からの対象物ＯＣＴ信号を受信し、対象物ＯＣＴ信号を信号光ファイバアームに結合する工程と、対象物ＯＣＴ信号を参照光ファイバアームからのＯＣＴ信号と結合して、干渉信号を生成する工程と、干渉信号をハンドピース収容体からＯＣＴ分析システムに伝送する工程とを備える。
【０００９】
一般に、さらに別の態様によると、本発明は、光コヒーレンス・トモグラフィシステムを特徴とする。このシステムは、掃引レーザ光源、検出器システム、および制御器を備える。前記掃引レーザ光源は、ハンドピースに送出されるＯＣＴ信号を生成するものである。検出器システムは、ハンドピースから受信された干渉信号を検出するものである。制御器は、検出器システムの応答信号を用いて、対象物の画像を生成するものである。
【００１０】
一般に、別の態様によると、本発明は、ＯＣＴプローブによって生成される干渉信号を検出する一体型光学システムを特徴とする。一体型光学システムは、密封パッケージ、この密封パッケージ内の光学ベンチ、検出器システム、およびビームスプリッタシステムを備える。前記検出器システムは、干渉信号を検出するベンチに取り付けられている。前記ビームスプリッタシステムは、ベンチに取り付けられており、掃引レーザ光源からのＯＣＴ信号をＯＣＴプローブに結合し、ＯＣＴプローブからの干渉信号を検出器システムに結合するものである。
【００１１】
一般に、別の態様によると、本発明は、一体型ＯＣＴシステムを特徴としている。このシステムは、光学窓を有する密封パッケージ、この密封パッケージ内の光学ベンチ、光学ベンチに取り付けられた掃引レーザ光源システム、および光学ベンチに取り付けられた検出器システムを備える。前記掃引レーザ光源システムは、ＯＣＴ信号を生成するものである。前記検出器システムは、干渉信号を検出するものである。ビームスプリッタシステムがベンチに取り付けられている。ビームスプリッタシステムは、掃引レーザ光源からのＯＣＴ信号を、光学窓を通して対象物に結合し、ＯＣＴ信号の一部を参照アームに結合し、参照アームから戻る光を検出器システムに結合し、対象物から戻る光を検出器システムに導く。
【００１２】
部品の構成および組み合わせの様々な新規な詳細項目を含む、本発明の上記および他の特徴と、他の利点とを、添付図面を参照して次により詳細に説明し、特許請求の範囲に示す。本発明を具体化する特定の方法および装置は、例証として示され、本発明を制限するものではない。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく様々な実施形態において採用されてもよい。
【００１３】
添付図面においては、参照符号は、異なる図面であっても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）プローブの概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかるＯＣＴプローブの概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態にかかるＯＣＴプローブの概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるＯＣＴシステムの概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるＯＣＴシステムの概略図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかるＯＣＴシステムの概略図である。
【図７】本発明の第４の実施形態にかかるＯＣＴシステムの概略図である。
【図８Ａ】本発明の第１の実施形態にかかる偏光感度を提供するＯＣＴプローブ（偏光プローブ）の概略図である。
【図８Ｂ】入力信号、参照信号および戻り信号の偏光を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の第２の実施形態にかかる偏光感度を提供するＯＣＴプローブ（偏光プローブ）の概略図である。
【図９】一体化された参照経路を含むＯＣＴプローブの光学部品の平面図である。
【図１０Ａ】本発明の第１の実施形態にかかる偏光高感度型ＯＣＴシステム（偏光システム）の概略図である。
【図１０Ｂ】本発明の第２の実施形態にかかる偏光高感度型ＯＣＴシステム（偏光システム）の概略図である。
【図１１Ａ】本発明にかかる一体型ＯＣＴエンジンの概略平面図である。
【図１１Ｂ】本発明にかかる一体型ＯＣＴエンジンの斜視図である。
【図１２】本発明にかかる一体型ＯＣＴエンジン／プローブの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の原理に従って構成されている、光コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）プローブ１００Ａを示す（第１の実施形態にかかるプローブ）。
【００１６】
一般に、プローブ１００は、ハンドピース収容体（ハンドピースハウジング）１６０を備えている。このハンドピース収容体は、典型的には、ＯＣＴシステムのオペレータによって把持されものである。ハンドピース収容体はＯＣＴ分析ユニットに接続される剛性部分によって特徴付けられるものであり、可撓性または屈曲性（articulated）のアンビリカルケーブルが介在している。
【００１７】
収容体１６０は光学窓素子１６４を備え、この光学窓素子１６４は、ＯＣＴシステムにスプリアス反射が戻るのを防ぐために、典型的には、傾けられ、反射防止コーティングされている。この光学窓素子１６４は、ＯＣＴシステムが作動する光周波数に対して透過性を有する。一例においては、ＯＣＴシステムは近赤外線で作動する。いくつかの実施形態では、光学窓１６４はまた、可視光周波数に対して透過性を有し、これにより、可視照準ビームが光学窓を通過して、目に見えない赤外線ＯＣＴ信号が対象物１０を照射している箇所を示すことができる。
【００１８】
一実施例におけるハンドピース１６０は、電気光コネクタ１１０を有する。この電気光プローブコネクタ１１０によって、オペレータは、ＯＣＴ分析システムに対する接続およびＯＣＴ分析システムからの切断を行うことができる。一例では、この電気光プローブコネクタ１１０は、電気制御信号とともに、プローブシステム１００と分析システムの間で、ＯＣＴ信号および干渉信号を提供する。
【００１９】
他の実施形態では、アンビリカルケーブルがプローブと一体化されており、コネクタ１１０は使用されない。
【００２０】
より詳細には、波長走査型レーザ（掃引レーザ光源（swept source laser））からの光のようなＯＣＴ信号は、コネクタ１１０を介してＯＣＴ分析システムから受信され、ＯＣＴ／干渉信号光ファイバ１０６に結合される。ＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６は、ＯＣＴ分析システムから受信したＯＣＴ信号を干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２に結合する。一例では、この干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２は、９０／１０％の（９０％と１０％に分割する）ファイバカプラであるため、２つの出力ポートの間で光を均等に分配するわけではない。詳細には、干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２は、ＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６で受信したＯＣＴ信号を参照アーム光ファイバ１３０および信号アーム光ファイバ１３２に提供するが、この例では、大部分の光（すなわち、９０％以上）は信号アーム光ファイバ１３２上にある。
【００２１】
参照アーム光ファイバ１３０は、好ましくは完全にハンドピース収容体１６０内に組み込まれた干渉計の参照アームを構成する。詳細には、参照アーム光ファイバ１３０は反射器１１６で終端する。一例では、反射器１１６は、参照アーム光ファイバ１３０の端部における単なる高反射コーティングである。例示的な高反射コーティングには、参照アーム光ファイバ１３０の端面に蒸着（付着）された誘電体積層コーティングおよび金属化端面コーティングが含まれる。他の例では、反射器１１６は、別個のミラー素子として実現され、場合によっては、参照アーム光ファイバ１３０の端面と反射ミラーの間で光を平行にし（コリメートし）、結合するための別個のレンズを含む。
【００２２】
信号アーム光ファイバ１３２は、受信したＯＣＴ信号を走査ユニット１５０に伝送する。走査ユニット１５０は、対象物１０と信号アーム光ファイバ１３２の間でＯＣＴ信号を結合する。
【００２３】
図示された実施形態においては、走査ユニット１５０は、信号アーム光ファイバ１３２の端面に固定された（取り付けられた）、ガラスまたは透過性の付加的なスペーサ１５２を備える。このスペーサ１５２が、信号アーム光ファイバ１３２の端面を、ＧＲＩＮ（勾配屈折率（graded refractive index））レンズ素子１５４から間隔を空けている。ＧＲＩＮレンズ素子１５４は、寄生反射を防ぐために、傾斜した出力ファセットを有する。このＧＲＩＮレンズ１５４は、信号アーム光ファイバ１３２からのＯＣＴ信号をサンプル１０に上に集束する。自由空間光ビーム１５６が折り返しミラー（偏向ミラー）１５８に導かれ、折り返しミラー１５８は、光学窓１６４を通してＯＣＴ信号ビーム１５６を対象物１０に導く。次に、対象物１０から戻る光が、光学窓１６４を通って戻って結合して、折り返しミラー１５８で反射し、ＧＲＩＮレンズ１５４とスペーサ素子１５２とを通って信号アーム光ファイバ１３２内に戻って結合する。
【００２４】
好ましい実施形態では、折り返しミラー１５８は走査ミラーである。詳細には、折り返しミラー１５８は、矢印１３４で示されているように、ｘ軸およびｙ軸方向に傾き、傾斜する（tip and tilt）ように駆動される。一実施形態では、折り返しミラー１５８は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ（micro-electro-mechanical system））ミラーであり、このＭＥＭＳミラーは、対象物１０の３次元画像を生成するために、ＯＣＴ信号ビーム１５６を対象物１０全体にわたって走査（例えば、ラスタ走査）する。
【００２５】
典型的な実施形態においては、ハンドピース収容体１６０はまた、１つ以上の電気制御スイッチ１６２を支持している。これら制御スイッチ１６２は、制御線１７０を経由して光電気コネクタ１１０を介しＯＣＴ分析システムに結合されている。オペレータはこれらスイッチを用いて、対象物１０のＯＣＴ分析中に、ＯＣＴ走査を開始および終了させ、可視照準レーザを起動する。好ましくは、スイッチ１６２を用いて、走査ミラー１５８を電子的に駆動および制御する。
【００２６】
信号アーム光ファイバ１３２上で対象物１０から戻る光は、干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２において、参照アーム光ファイバ１３０で反射器１１６から戻る光と結合される。この結合によって、電気光コネクタ１１０を介して、ＯＣＴ／干渉信号光ファイバ１０６上でＯＣＴ分析システムに送信される干渉信号が生成される。
【００２７】
典型的なファイバカプラは４ポートシステムであるため、干渉信号光の一部はまた、終端部１１４で終端する第４のアームに結合される。この光は、この例示的な実施形態では利用されない。別の方法では、３ポートカプラが他の実施例において用いられる。参照アーム光ファイバ１３０の長さは、対象物の走査深さを制御するのに重要である。詳細には、平面１７５が、ＯＣＴシステムのゼロ距離の仮想基準面となるように、参照アーム光ファイバ１３０の長さが選択される。このため、参照アーム光ファイバ１３０の光路長は、信号アーム光ファイバ１３２の光路長、透過性スペーサ１５２の光路長、ＧＲＩＮレンズ素子１５４の光路長、および窓１６４を含む基準面１７５までの自由空間経路の光路長の合計に等しくされる。
【００２８】
プローブ１００は、ある意味では「共通経路」プローブであり、ＯＣＴシステムに戻る１つのファイバ接続を備える。これは、典型的には、何らかの相対強度雑音（ＲＩＮ）低減システムにおいて用いられるであろう。１つのオプションは、一方の検出器においてプローブからの入力を受信し、他方の検出器においてレーザ振幅信号を受信するために、平衡型受光器を用いることである（2009年2月19日にKempらによって出願された米国特許公開公報第2009/0046295Ａ1号の図１３）。別のオプションは、レーザ出力モニタの信号に対するプローブ信号の比率を求めることである（”Normalization detection scheme for high-speed optical frequency-domain imaging and reflectometry”、Sucbei MoonおよびDug Young Kim著、2007年11月12日、OPTICS EXPRESS 15129、第15巻、23号）。
【００２９】
図２は、第２の実施形態にかかるＯＣＴプローブ１００Ｂを示す。この実施形態は、第１の実施形態にかかるプローブとほぼ同一であるが、２つのＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６、１０８を用いて、ＯＣＴプローブ１００をＯＣＴ分析システムに光学的に接続している点が異なる。このプローブは、標準的な平衡型受光器／相対強度雑音（ＲＩＮ）低減方式に適合しており、また、それ自体と干渉するサンプル信号からの自己相関アーチファクトを抑制する。
【００３０】
より詳細には、ＯＣＴ分析システムからのＯＣＴ信号は、典型的には、第１のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６および第２のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０８、またはこれらのファイバ１０６，１０８のうちの一方のみの可撓性のアンビリカルケーブルを通して、電気光コネクタ１１０を介して受信される。
【００３１】
次に、光は、参照アーム光ファイバ１３０と信号アーム光ファイバ１３２の間の５０／５０干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２（参照アーム光ファイバ１３０に５０％で、信号アーム光ファイバ１３２に５０％の比率で分割するカプラ）によって結合される。
【００３２】
参照アーム光ファイバ上のＯＣＴ信号は、部分反射器１１８に伝送される。一例では、この部分反射器１１８は、参照アーム光ファイバ１３０で伝搬されるＯＣＴ信号光の１０％未満（例えば、４％以下）を反射して戻す。一例では、この部分反射器１１８は、光ファイバ１３０の端面の誘電体積層または金属コーティングとして実現される。
【００３３】
信号アーム光ファイバ１３２上の光は、走査ユニット１５０に伝送される。このユニット１５０は、先に説明したように、光学窓１６４を通して光を対象物１０に導く。戻ってきた光は、次に、光学窓１６４を通過し、走査ユニット１５０によって、信号アーム光ファイバ１３２に結合される。
【００３４】
参照アーム光ファイバ１３０で戻るＯＣＴ信号と、信号アーム光ファイバ１３２で戻る対象物からの光とが、５０／５０干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２内で結合される（組み合わされる）。この結合によって干渉信号が生成され、干渉信号は、第１のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６および第２のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０８で、ＯＣＴ分析システムに電気光コネクタ１１０を介して送り返される。
【００３５】
図３は、第３の実施形態にかかるＯＣＴプローブシステム１００Ｃを示す。この実施形態は、図２の第２の実施形態にかかるＯＣＴプローブシステムと同様である。第３の実施形態が第２の実施形態と異なる点は、参照アームの構成である。この例では、参照アーム光ファイバ１３０は、参照アーム光ファイバ１３０で伝搬されるＯＣＴ信号を減衰させる減衰器１２０を含む。減衰器１２０を通過した光は、次に、高反射性の端面１１６で反射される。高反射性の端面は、典型的には、図１の第１の実施形態にかかるプローブに関して説明したように実現されている。反射器１１６から戻るＯＣＴ光は、減衰器１２０を介してから参照アーム光ファイバ１３０を通過して、干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２に達する。
【００３６】
図２の実施形態に関連する潜在的な問題は、部分反射器１１８を透過した光が分散することである。この透過した光は、その後ハンドピース収容体１６０内に存在する可能性があり、干渉源として作用する可能性がある。すなわち、透過光は参照アーム光ファイバ１３０に戻されて結合してマルチパス干渉を形成するか、または、対象物１０に伝送されて対象物１０から戻されるＯＣＴ信号と干渉する可能性がある。この潜在的な問題は、減衰器１２０を用いて、参照アームにおける余分なＯＣＴ信号光を吸収し、干渉を確実に生じさせないことを保証することによって、図３の実施形態で解決される。いくつかの例では、減衰器１２０は、ファイバのマイクロベンディング、損失性ファイバ接合、またはその他の手段によって実現される損失素子である。
【００３７】
図４は、図１のＯＣＴプローブに適合するＯＣＴ分析システム２００Ａを示す。詳細には、ＯＣＴ分析システム２００Ａは、典型的には、可撓性または屈曲性のアンビリカルケーブル２０５によって、プローブ１００に電気的および光学的に接続される。詳細には、このアンビリカルケーブルは、ＯＣＴ分析システムの電気光コネクタ２１８とプローブコネクタ１１０の間を延びる。この可撓性アンビリカルケーブル２０５によって、参照プローブ１００は、患者のような対象物の周りを移動されるため、その患者の対象領域（例えば、いくつかの例では、患者の歯または皮膚）の分析が可能になる。
【００３８】
プローブ１００で受信されるＯＣＴ信号は、好ましい実施形態では、掃引レーザ光源２１２によって生成される。例示的な光源として、2009年3月2日に出願され、発明の名称が”Optical Coherence Tomography Laser with Integrated Clock（一体型クロックを備えた光コヒーレンストモグラフィ用レーザ光源）”のFlandersらによる米国特許出願第12/396,099号に記載されている光源がある。上記出願は参照により本明細書に引用したものとする。
【００３９】
掃引レーザ光源によって生成されたＯＣＴ信号は、掃引光源光ファイバ２３５における５０／５０ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４に伝送される。この５０／５０カプラ２１４によって、掃引光源２１２からのＯＣＴ信号が、振幅基準ファイバ２１６とＯＣＴプローブ光ファイバ２４０とに分配される。このＯＣＴプローブ光ファイバ２４０は、５０／５０カプラ２１４からユニットコネクタ２１８にＯＣＴ信号を伝送する。同様に、参照プローブ１００から戻る干渉信号は、プローブ光ファイバ２４０におけるユニットコネクタ２１８を介して受信され、その後、５０／５０ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４によって分配される。
【００４０】
パスマッチ（経路合致（pass match））光ファイバ２１６は、ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４と参照プローブ１１０の間の光遅延と、カプラ２１４から干渉信号フォトダイオード検出器２３０への遅延との和の２倍に相当する長さを有する。このようにして、パスマッチ光ファイバによって生じた遅延は、プローブ１００へのＯＣＴ信号とプローブから光ファイバ２４０に戻る干渉信号とに関連している合計遅延に一致する。次に、パスマッチ光ファイバ２１６を通して伝送されたＯＣＴ信号光は、振幅基準フォトダイオード検出器２２０によって検出される。検出器２２０によって検出されたＯＣＴ信号光は、制御器２１０によってサンプリングされ、システム内の振幅雑音を掃引光源２１２から除去するのに用いられる。
【００４１】
ＯＣＴプローブ１００から戻り、ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で受信された干渉信号は、５０／５０ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４を通して干渉信号検出器２３０に伝送される。この検出器は、制御器２１０によってその後にサンプリングされる光を検出する。
【００４２】
一例では、振幅基準検出器２２０と干渉検出器２３０とは組み合わされて平衡型検出器システムとなり、干渉信号内の掃引光源２１２からの振幅雑音を除去する。この場合、２つの検出器における光出力レベルのバランスを取る必要がある（例えば、2009年2月19日にKempらによって出願された米国特許公開公報第2009/0046295Ａ1号の図１３における同様のＲＩＮ低減方式を参照のこと）。代わりに、ＲＩＮ低減のために、振幅基準検出器２２０からの信号が、例えば、検出器２３０からの干渉信号によって、制御器２１２内でデジタル的に除算されてもよい（”Normalization detection scheme for high-speed optical frequency-domain imaging and reflectometry”、Sucbei MoonおよびDug Young Kim著、2007年11月12日、OPTICS EXPRESS 15129、第15巻、23号）。
【００４３】
図５は、図１のプローブに適合可能なＯＣＴ分析システムについての第２の実施形態にかかるシステム２００Ｂを示す。このシステムは、利用可能な光出力をより効率的に利用するが、より高価な構成部品を含む。
【００４４】
第２の実施形態にかかるシステム２００Ｂは、不均衡型のＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４を用いて、掃引光源２１２からのＯＣＴ信号を、振幅基準パスマッチファイバ２１６とＯＣＴプローブ光ファイバ２４０に分配する。ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０におけるＯＣＴ信号光は、干渉信号サーキュレータ２４２を通過して、ユニットの電気光コネクタ２１８を介して参照プローブ１００に伝送される。次に、参照プローブ１００から戻る干渉信号は、サーキュレータ２４２によって、干渉信号検出器２３０に導かれる。
【００４５】
サーキュレータ２４２を用いることによって、図４と比べて、光学的により効率のよいシステムとなる。なぜならば、この実施形態の９５／５％のＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４によって、振幅基準を生成するのには少量のＯＣＴ信号しか用いずに、掃引光源２１２によって生成されるＯＣＴ信号の大部分（９０％よりも多く、好ましくは９５％以上）を、対象物に導くことができるからである。
【００４６】
図６は、図２および図３のプローブに適合可能な第３の実施形態にかかるＯＣＴ分析システム２００Ｃを示す。この例では、掃引光源２１２によって生成されるＯＣＴ信号は、掃引光源光ファイバ２３５で干渉信号サーキュレータ２４２に伝送され、次に、ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で、ユニットコネクタ２１８を介して光プローブ１００に伝送される。ＯＣＴプローブからの干渉信号は、次に、干渉信号光ファイバ２４４およびＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で受信される。ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０に戻る干渉信号光は、干渉信号サーキュレータ２４２によって、平衡型検出器２４８に導かれる。干渉信号光ファイバ２４４で受信された干渉信号は、平衡型検出器２４８に直接結合される。
【００４７】
平衡型受光器は、システムの信号対雑音比に対するＲＩＮの影響を軽減する。図４および図５における共通経路プローブシステムは、また、ＲＩＮの影響を軽減する方法を有する。２つのファイバプローブ（図２および図３）ならびにこれらファイバプローブに対応するシステム（図６）の主な利点は、自己相関画像（それ自体と干渉するサンプル光）が大幅に減衰されることである。
【００４８】
各実施例では、平衡型受光器２４８は、自動平衡型受光器である（一例として、New Focus社製造の部品番号2017がある）。自動平衡型受光器は、２つの検出器に入射する不整合な（不一致の）光波信号が存在する場合であっても、自動的に、この２つの検出器からの電気信号を均衡させる（電気信号のパランスを取る）。
【００４９】
図７は、２つのファイバプローブの実施形態に対して、２つのサーキュレータ２５２、２５４を用いる、第４の変形実施形態にかかるＯＣＴシステムの２００Ｄを示す。この構成は、図６の構成と同様である。異なる点は、この構成では、「ダミー」のサーキュレータ２５４（１つのポートは使用していない）を組み込むことにより、平衡型受光器２４８の２つの検出器に現れる光波信号を均衡させるのに役立つ。干渉信号サーキュレータ２５２、２５４が厳密に一致している場合は、波長に対して同様の光損失を有し、２つの検出器に対する光波信号がほぼ等しくなる。干渉信号サーキュレータ２５２、２５４がより厳密に一致していると、自己相関画像の信号対雑音性能および減衰が改善される。追加の循環（サーキュレーション）、つまり追加のサーキュレータ２５４によって一致がより良好になることは、費用および性能に関して、自動平衡型検出器を用いるよりも好ましいであろう。
【００５０】
図８Ａは、ＯＣＴプローブ１００の第１の実施形態にかかる偏光高感度型のプローブ１００Ｄを示す。一般に、このＯＣＴプローブは、図１の第１の実施形態にかかるプローブと同様であるため、図１に関する説明がここで当てはまる。異なる点として、このプローブ１００Ｄは、偏光依存または偏光高感度型のＯＣＴ分析が可能な点である。詳細には、プローブ１００Ｄによって、対象物１０のＯＣＴ信号および偏光特性の分析が可能となる。
【００５１】
より詳細には、ＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６で受信されたＯＣＴ信号は、半導体外部キャビティレーザシステムからの信号のような、高度に偏光された信号である。偏光を維持するために、ＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６は偏光保持光ファイバである。
【００５２】
詳細には、図８Ｂに示すように、掃引光源ＯＣＴ信号の偏光が、ＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６に用いられる偏光保持（ＰＭ）ファイバ１０６の１つの遅軸（遅相軸（slow axis））に従って偏光される。偏光１９０を参照のこと。
【００５３】
偏光されたＯＣＴ信号は、５０／５０偏光保持ファイバカプラである干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２によって分配つまり分割される。偏光されたＯＣＴ光は、ＰＭファイバである参照アーム光ファイバ１３０で反射器１１６に伝送される。この実施形態では、４分の１波長板（１／４波長板）８１０が介在している。この介在によって、光の偏光が２２（１／２）度、つまり２２．５度回転する。その結果、戻ってきたＯＣＴ信号光は、入力されたＯＣＴ信号に対して平行に偏光される部分と、入力されたＯＣＴ信号に垂直に偏光される部分の両方を有する。図８Ｂの偏光１９２を参照のこと。
【００５４】
ＰＭ干渉／ＯＣＴ信号カプラ１１２を通して、ＰＭ光ファイバである信号アーム光ファイバ１３２に伝送されるＯＣＴ光は、先に説明したように、走査システム１５０によって、対象物１０に導かれる。
【００５５】
しかし、対象物１０から戻る光は、ここで、対象物１０の複屈折特性に従って、場合によっては偏光されるため、軸１９０およびさらには速軸（速相軸（fast axis））１９４に沿って調整された偏光を有する。図８Ｂを参照のこと。次に、対象物１０から戻る信号光は、ＰＭカプラ１１２によって、参照アーム光ファイバ１３０から戻る２つの偏光と結合される。したがって、この光は、次に、ＯＣＴ信号／干渉信号光ファイバ１０６で、ＯＣＴ分析システムに戻る。ここでは、干渉信号は２つの偏光を有するため、対象物についての偏光依存ＯＣＴ分析が可能になる。
【００５６】
図８Ｃは、図２および図３の２つのファイバプローブと類似する第２の実施形態にかかる偏光高感度型のプローブ１００Ｅを示す。この偏光高感度型のプローブ１００Ｅは、標準的な平衡型受光器／相対強度雑音（ＲＩＮ）低減方式に適合し、また、それ自体と干渉するサンプル信号からの自己相関アーチファクトを抑制する。
【００５７】
より詳細には、ＯＣＴ分析システムからのＯＣＴ信号は、第１のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０６および第２のＯＣＴ／干渉信号ファイバ１０８、またはこれらファイバ１０６，１０８のうちの一方で伝搬される。これらファイバ１０６，１０８はＰＭファイバである。
【００５８】
次に、光は、参照アーム光ファイバ１３０と信号アーム光ファイバ１３２（いずれもＰＭファイバで構成されている）の間の５０／５０干渉／ＯＣＴ信号ＰＭファイバカプラ１１２によって結合される。
【００５９】
参照アーム光ファイバ１３０上のＯＣＴ信号は、部分反射器１１８に伝送される。一例では、この部分反射器１１８は、参照アーム光ファイバ１３０で伝搬されるＯＣＴ信号光の１０％未満（例えば、４％以下）を反射して戻す。代わりに、高反射率反射器と組み合わせて、減衰器１２０が用いられてもよい。いずれの場合も、４分の１波長板８１０が介在し、偏光をシフトさせ、戻ってくるＯＣＴ信号が、ＰＭファイバの各軸に沿った偏光成分を有するようにする。
【００６０】
信号アームＰＭ光ファイバ１３２上の光は、走査ユニット１５０に伝送される。走査ユニット１５０は、先に説明したように、光学窓１６４を通して、対象物１０に光を導く。戻ってきた光は、次に、光学窓１６４を通過して、走査ユニット１５０によって、信号アームＰＭ光ファイバ１３２に結合される。
【００６１】
参照アーム光ファイバ１３０上の戻ってきたＯＣＴ信号と、信号アーム光ファイバ１３２上の戻ってきた対象物からの光とが、５０／５０干渉／ＯＣＴ  ＰＭファイバカプラ１１２内で結合される。この結合によって、各偏光に対する干渉信号が生成され、この干渉信号は、第１および第２のＯＣＴ／干渉ＰＭファイバ１０６、１０８上で、電気光コネクタ１１０を介してＯＣＴ分析システムに送り返される。
【００６２】
図９は、一体型参照アームを含むＯＣＴプローブ１００Ｆを示す。この例においては、掃引レーザ光源からのＯＣＴ信号は、ＯＣＴ／干渉信号光ファイバ４１０で伝送される。ＯＣＴ信号は、プローブ本体４２２に結合される。好ましい実施形態においては、勾配屈折率ファイバ（graded index fiber）４２０が介在し、ＯＣＴ／干渉信号光ファイバ４１０をプローブ本体４２２に接続（連結）する。勾配屈折率ファイバ４２０は、ＯＣＴ信号を平行にし（コリメートし）、光プローブ本体４２２を介して伝送されるビーム４４０が平行光になるようにする。光が界面（インターフェース（interface））４２４を通過して、矢印１３４のように走査する走査折り返しミラー１５８に導かれる。これにより、ＯＣＴ信号ビーム１５６は、対象物１０の全体にわたって走査される。
【００６３】
対象物から戻る光は、走査折り返しミラー１５８によって、界面４２４を介して導かれ、勾配屈折率４２０を介してＯＣＴ／干渉信号ファイバ４１０に戻るように導かれる。
【００６４】
プローブ本体４２２は、一体型参照アームを有する。詳細には、界面４２４は部分反射器であるため、ＯＣＴ信号ビーム４４０の一部（典型的には１０％未満）が、透過性プローブ本体４２２内にある参照アームに導かれ、高反射コーティングを有する界面４２８に導かれる。界面４２８は光を反射して界面４２４に戻して、対象物から戻る光を混合つままり結合することにより、干渉信号を生成する。この干渉信号は、勾配屈折率ファイバ４２０を介してＯＣＴ／干渉信号ファイバ４１０に結合される。
【００６５】
一実施形態においては、この一体型ＯＣＴプローブは、偏光依存ＯＣＴ分析を行う。この例では、４分の１波長板４３０が、界面４２８でプローブ本体４２２に取り付けられている。４分の１波長板４３０は、光が両方の軸に沿って偏光されるように、光を回転させる。そして、ＯＣＴ／干渉信号ファイバ４１０は偏光保持ファイバである。
【００６６】
図１０Ａは、図８Ａおよび図９の偏光高感度型の共通経路プローブに適合可能な、掃引光源を有する偏光高感度型ＯＣＴシステム２００Ｅの第１の実施形態を示す。この実施形態では、システム内の光ファイバの全てが、偏光保持ファイバである。
【００６７】
より詳細には、掃引レーザ光源２１２は、システムのＰＭファイバ、特に掃引光源光ファイバ２３５に用いられるＰＭファイバの遅軸と整列した（合致した）、線形偏光された出力を提供する。ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４も同様に、振幅パスマッチファイバ２１６とＯＣＴプローブのＰＭファイバ２４０に光を分配するＰＭファイバカプラである。好ましくは、ＯＣＴ／振幅基準ファイバカプラ２１４は、不平衡（均等に分配しない（unbalanced））カプラであるため、ＯＣＴ信号の大部分（すなわち、９０％超、好ましくは９５％以上）がサンプルに送出される。ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０上のＯＣＴ信号光は、干渉信号サーキュレータ２４２を通過し、ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０、ならびに、場合によっては、ユニット光コネクタ２１８、アンビリカルケーブル２０５およびプローブコネクタ１１０を介して、参照プローブ１００に伝送される。
【００６８】
次に、参照プローブ１００から戻る干渉信号は、検出器のＰＭ光ファイバ９１０の全長を通過するようにサーキュレータ２４２によって導かれる。このファイバ９１０は、光検出器９１８、９２０と、検出器の信号をサンプリングするのに用いられる制御器２１０のアナログデジタル変換器との間に存在するアンチエイリアシングフィルタ９１２によって遮断される周波数において、平行な偏光と垂直な偏光との混合が発生するような長さを有する。例えば、アンチエイリアシングフィルタ９１２が５ｍｍよりも大きい変位のＯＣＴ画像情報を除去する場合、遅軸および速軸の光に対する戻りが伝搬距離において５ｍｍよりも大きく分離するだけ、ファイバは十分な長さでなければならない。典型的なファイバ長さは、数ｍの変位に対して、数十メートルである。
【００６９】
ファイバ型光部品またはバルク型光部品を用いて実現できる、干渉信号偏光スプリッタ９１４は、異なる偏光の２つの信号を分離し、それら信号を別個の検出器、すなわち、平行偏光検出器９１８と垂直偏光検出器９２０とに振り分ける。
【００７０】
システム制御器２１０は、２つの偏光の干渉信号を別個に処理することによって、２つの画像を生成して表示する。すなわち、第１の画像は、サンプル１０から散乱した光が掃引光源２１２によって生成された照射光と同一の偏光を有し（つまり平行光を有する画像）、第２の画像は、散乱した光がその照射光に対して垂直に偏光されている場合の画像である。
【００７１】
図１０Ｂは、図８Ｃにおける偏光依存性の２ファイバのプローブと適合可能な偏光高感度型ＯＣＴ分析システム２００Ｆを示す。
【００７２】
この例では、掃引光源２１２によって生成されたＯＣＴ信号は、掃引光源光ファイバ２３５で、干渉信号サーキュレータ２５２に伝送され、ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で、場合によっては、ユニット光コネクタ２１８、アンビリカルケーブル２０５、およびプローブコネクタ１１０を介して、光プローブ１００に伝送される。ＯＣＴプローブからの干渉信号は、次に、干渉信号光ファイバ２４４およびＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で受信される。ＯＣＴプローブ光ファイバ２４０で戻る干渉信号光は、サーキュレータ２５２によって検出器に導かれる。干渉信号光ファイバ２４４上で受信される干渉信号は、サーキュレータ２５４によって検出器に導かれる。
【００７３】
図１０Ａの実施形態と同様に、各検出器への光路には長いＰＭファイバ９１０ａ、９１０ｂを用いて、平行波と垂直波との交差混合（クロスミキシング（cross mixing））を防止する。一方、ＰＭ検出器ファイバ９１０ａ、９１０ｂは、一致した長さを有する必要がある。
【００７４】
第１の干渉信号偏光スプリッタ９１４ａは、干渉信号サーキュレータ２５２から受信した干渉信号の偏光を分離する。第２の干渉信号偏光スプリッタ９１４ｂは、干渉信号サーキュレータ２５４から受信した干渉信号の偏光を分離する。
【００７５】
各スプリッタ９１４ａ、９１４ｂからの垂直偏光干渉信号は、垂直平衡検出器２４８ｂによって検出され、平行偏光干渉信号は、平行偏光平衡検出器２４８ａによって検出される。
【００７６】
このシステムは、平衡検出を用いることで、図２および図３の偏光不感受性のシステム（偏光を検出しないシステム）のＲＩＮ低減特性および自己相関画像抑制特性を有する。上述した偏光混合（平衡偏光と垂直偏光が混ざること）を防ぐために、ＰＭファイバ９１０ａ、９１０ｂは大きい長さを有する必要がある。ＰＭファイバ９１０ａ、９１０ｂの長さをほぼ同一にする必要があり、これによって、伝搬遅延差が、検出器システムで生じる電気信号の最高周波数の逆数よりも大幅に小さくなる。
【００７７】
図１１Ａは、本発明の原理に従って構成された一体型の偏光依存型ＯＣＴシステム５００を示し、図８Ａおよび図９のＯＣＴプローブに適合可能である。
【００７８】
一般に、一体型の偏光依存型ＯＣＴシステム５００は、波長または周波数の同調光信号を生成する可変掃引レーザ光源サブシステム５１０と、レーザ５１０のＯＣＴ信号または放射が、スペクトル走査帯全体にわたってスペクトル同調されると、間隔を空けた周波数増分でｋクロック信号を生成するクロックサブシステム５２０と、振幅基準および干渉信号検出器を含む検出器サブシステム５３０とを備える。ｋクロック信号は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）システム５０５のサンプリング（一般にはＯＣＴサンプリング）を開始するのに用いられる。
【００７９】
一体型偏光依存型ＯＣＴシステム５００の検出器サブシステム５３０およびクロックサブシステム５２０は、共通の光学ベンチ５５０上に共に組み込まれている。このベンチは、微小光学ベンチ（マイクロ光学ベンチ）と称され、標準的なバタフライまたはＤＩＰ（デュアルインラインピン）密封パッケージ５６０内に収まるように、典型的には、２０ｍｍ×３０ｍｍよりも小さく、好ましくは、１０ｍｍ×２０ｍｍよりも小さい寸法である。一実施例においては、このベンチは窒化アルミニウムから作製されている。ベンチ５５０の温度を制御するために、好ましくは、ベンチ５５０とパッケージ５６０の間に熱電冷却器５６１が配置されている（ベンチ５５０の裏側およびパッケージ５６０の内側の底面パネルの両方に取付け／はんだ結合される）。
【００８０】
可変同調レーザ（tunable laser）５１０から偏光保持ファイバ５１２を経由してきたＯＣＴ信号光を集光し、平行に（コリメート）するために、入口のレンズ構造体５１４が用いられる。好ましくは、入口のレンズ構造体５１４は、設置後の位置合わせを可能にするように変形可能であるＬＩＧＡ取付構造体と、レンズが形成されている透過性基材とを備える。この透過性基材は一般に、取付構造体にはんだまたは熱圧着で結合されており、この取付構造体は光学ベンチ５５０にはんだ結合されている。
【００８１】
入口のレンズ構造体５１４は、レーザ５１０からの光を、入力ビームスプリッタ５１６として機能する部分反射１０／９０基材に結合する。大部分のビームが検出器サブシステム５３０に入り、残りのビームが、クロックサブシステム５２０に導かれる。一例では、レーザ５１０からの入力ビームのうち９０％を超えるビームが検出器サブシステム５３０に導かれる。
【００８２】
ＯＣＴ信号光は、好ましくは、５０／５０スプリッタであるクロックビームスプリッタ５２２によってクロックサブシステム内で分配（分割）される。クロックビームスプリッタ５２２は、クロックエタロン５２４とｋクロック検出器５２６に光を分配する。スプリッタ５２２によって反射されない光は、ビームダンプ素子に導かれる。このビームダンプ素子は光を吸収し、密封パッケージ５６０内の寄生反射を防止する。
【００８３】
クロックエタロン５２４は、スペクトルフィルタとして機能する。このエタロン５２４のスペクトル形状（スペクトルの特徴）は、周波数が周期的であり、クロックエタロン５２４の構成材料（一例では石英ガラス）の屈折率およびクロックエタロン５２４の物理的長さに関係した、周波数増分（自由スペクトル領域（ＦＳＲ）と称される）だけ、スペクトル的に間隔を空けている。代替方法では、エタロンは、小型化のために、シリコンのような他の高屈折率で高透過性の材料から作製されてもよいが、材料の光分散は、制御器／ＤＳＰ５０５内部における追加処理によって補償される必要がある場合もある。また、ほとんど分散のなりエアギャップエタロンはさらなる代替物である。
【００８４】
エタロンのスペクトル形状のコントラストは、対向する端面の反射率によって決定される。一例では、エタロンの端面における反射率は、エタロンの構成材料と周囲の気体または真空との間の屈折率の不連続性によって定まる。他の例では、対向する端面は、金属でコーティングされるか、または、好ましくは誘電体スタックミラーであり、これにより、高い屈折率が実現され、そのためコントラストは周期的なスペクトル形状となる。
【００８５】
図示の例では、クロックエタロン５２４は反射作用する。クロックエタロンのＦＳＲは、ＯＣＴシステムにおいて要求される走査深さに基づいて選択される。サンプルレートを定義する、クロックエタロンの周期的な周波数間隔は、サンプルの最大周波数周期成分の２倍であり、これにより、要求される画像深さを２倍にするように、クロックエタロンの光学的厚さを設定することを、ナイキスト基準は要求している。しかし、一般には、クロック発振器が用いられて、周期的な波形は電気的に２倍、３倍などの周波数にされるか（逓倍器５２８を参照）、または半分の周波数にして、所望のサンプルレートを得ることができるため、取り扱いに便利な長さのエタロンであって、パッケージ５６０内で光学ベンチ５５０上に容易に取り付けられる長さのエタロンが選択される。厚いエタロンは、高精度のサンプルレートのため、薄いエタロンに比べて、周波数走査の非線形性を良好に補償することができるが、寸法が大きくなって製造がより困難になるため、レーザの同調の直線性、システムの奥行き（depth）の必要条件および製造公差に応じて、妥協点が見出される。さらに、厚いエタロンは、安定性のあるクロックパルスを生成するのに匹敵するコヒーレンス長のレーザを必要とするため、レーザコヒーレンス長もエタロンの厚さの設計を決定するのに有効である。
【００８６】
クロックエタロン５２４から戻るがビームスプリッタ５２２によって反射されない光は、検出器５２６により検出される。クロックエタロン５２４によって提供される反射トラフ／反射ピークを通して同調信号の周波数が走査すると、検出器５２６で検出された光は、出力の低下および増加によって特徴付けられる。
【００８７】
検出器の光電流が増幅されて調節される。クロック信号は、ＯＣＴシステムの用途およびバタフライ型パッケージ５６０内の適当なエタロン（または他のクロック干渉計）の寸法についての必要条件に応じて、逓倍器／分周器５２８によって周波数が逓倍または分周される。いくつかの実施形態では、デジタル遅延線をさらに逓倍器回路５２８に加えて、プローブ４００までの往復の光遅延を補償する。
【００８８】
入力ビームスプリッタ５１６を透過したＯＣＴ信号は、検出器サブシステム５３０に入る。検出器サブシステム５３０は、ＯＣＴ信号の一部（典型的には、１０％未満）を振幅基準検出器５６４に導く振幅基準スプリッタ５６２を備えている。検出器５６４は、ＯＣＴ信号内の振幅雑音を検出するために用いられる。
【００８９】
振幅基準スプリッタ５６２を透過した光は、平行検出器スプリッタ５６６、偏光ビームスプリッタ５６８を通過し、出口のレンズ構造体５１８によってＯＣＴ／干渉信号光ファイバ４１０に結合され、偏光依存型のＯＣＴプローブ４００に達する。
【００９０】
ＯＣＴプローブ４００から戻る干渉信号は、偏光ビームスプリッタ５６８によって、２つの偏光に分離される。干渉信号のうち、レーザ５１０からのＯＣＴ信号の偏光に垂直な部分が、垂直干渉信号検出器５７０の方向に導かれて検出される。干渉信号のうち、レーザ５１０からのＯＣＴ信号の偏光に平行で、かつ偏光ビームスプリッタ５６８を通過する偏光を有する部分が、平行検出器スプリッタ５６６により導かれ、平行干渉信号検出器５７２によって検出される。
【００９１】
ｋクロック信号が、サンプリングクロックとして、デジタル信号処理およびアナログ検出器サンプリングシステム５０５によって用いられ、振幅基準信号、平行検出器信号、および垂直検出器信号のサンプリングを開始する。この情報を用いてフーリエ変換が実行され、２つの偏光における偏光依存型のＯＣＴ画像を含む、対象物の画像が再構成される。
【００９２】
図１１Ｂは、バタフライ型パッケージ５６０内の一体化された偏光依存型ＯＣＴシステム５００の１つの物理的な実施例を示す。この例においては、パッケージ５６０の蓋を取り除いて、ベンチ５６０の構成部品を見えるようにしている。この図はまた、レンズ基材Ｌをベンチ５６０に取り付けるＬＩＧＡ構造体Ｓも示している。
【００９３】
図１２は、本発明の原理に従って構成された、別の一体型ＯＣＴシステム６００を示す。このシステムは、掃引光源６１０、ｋクロックシステム５２０、検出器システム５３０および参照アーム６６０を、密封パッケージ５６０内のベンチ５５０上に組み込んでいる。
【００９４】
一般に、一体型レーザクロックシステム６００は、可変同調レーザ掃引光源サブシステム６１０、クロックサブシステム５２０、および検出器サブシステム５３０を備える。可変同調レーザ掃引光源サブシステム６１０は、波長つまり周波数の同調ＯＣＴ信号を生成するものである。クロックサブシステム５２０は、レーザ６１０の同調信号つまり放射がスペクトル走査帯全体にわたってスペクトル同調されると、間隔を空けた周波数増分でｋクロック信号を生成するものである。クロック信号は、一般には、検出器システムのサンプリングを開始する（引き起こす）のに用いられる。
【００９５】
可変同調レーザサブシステム６１０、クロックサブシステム５２０および検出器サブシステム５３０は、共通の光学ベンチ５５０上に共に組み込まれている。このベンチは、微小光学ベンチ（マイクロ光学ベンチ）と称され、標準的なバタフライまたはＤＩＰ（デュアルインラインピン）密封パッケージ５６０内に収まるように、通常は、２０ｍｍ×３０ｍｍよりも小さく、好ましくは、１０ミリメートル（ｍｍ）×２０ｍｍよりも小さい寸法である。一実施形態においては、このベンチは窒化アルミニウムから作製されている。ベンチ５５０の温度を制御するために、ベンチ５５０とパッケージ５６０の間に熱電冷却器５６２が配置されている（ベンチ５５０の裏面およびパッケージ５６０の内側の底面パネルの両方に取付け／はんだ結合される）。
【００９６】
より詳細には、好ましい実施形態における可変同調レーザ６１０は、米国特許第7,415,049B2号に開示された可変同調レーザの設計に基づいている。上記特許の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。
【００９７】
本実施形態においては、可変同調レーザ６１０は半導体ゲインチップ６５２を備え、この半導体ゲインチップ６５２は、外部キャビティレーザ（ＥＣＬ）を生成するように、微小電気機械（ＭＥＭＳ（micro-electro-mechanical））の傾斜した（角度を付けられた）反射型ファブリペロー可変同調フィルタ（tunable filter）６５４と対になっている。反射型ファブリペロー可変同調フィルタ６５４はキャビティ内同調素子であり、かつ可変同調ＥＣＬのレーザキャビティの１端または後側反射器を構成している。
【００９８】
レーザキャビティ内には半導体光増幅器（ＳＯＡ）チップ６５２が配置されている。本実施形態では、ＳＯＡチップ５２の両ファセットは、チップ６５２に沿って長手方向に延びたリッジ導波路に対して傾斜し、ＳＯＡのバックファセット６５１とフロントファセット６５５は反射防止（ＡＲ）コーティングされている。部分反射基材６６２が反射体として作用し、レーザキャビティの前側反射器を構成する。
【００９９】
ＳＯＡ６５２の各端面ファセットから出る光を集光して平行に（コリメート）するために、２つのレンズ構造体６６０、６６２が使用される。レンズ構造体６６０、６６２は、それぞれ、設置後の位置合わせを可能にするように変形可能であるＬＩＧＡ取付構造体と、レンズが形成される透過性基材とを備える。透過性部材は一般に、取付構造体にはんだまたは熱圧着で結合されており、この取付構造体は光学ベンチ５５０にはんだ結合されている。
【０１００】
第１レンズ素子６６０は、ＳＯＡ６５２のバックファセット（後面ファセット）と可変同調フィルタ６５４の間の光を結合する。ＳＯＡ６５２のフロントファセット（前面ファセット）を出る光は、第２レンズ素子６６２によって、検出器サブシステム５３０に結合されている。
【０１０１】
傾斜した反射型ファブリペローフィルタ６５４は、多重空間モードの可変同調フィルタであり、このフィルタは湾曲した平板の光共振キャビティを有する。この光共振キャビティは、角度依存性の反射スペクトル応答であって、レーザキャビティに戻る応答を提供する。このフィルタの作用は、本願に引用して含めている米国特許第7,415,049B2号明細書に、より詳細に記載されている。引用した実施形態では、湾曲ミラーは、ＭＥＭＳ膜上に存在し、かつレーザキャビティに隣接するフィルタ６５４の一方側上に位置する。平面ミラーは他方側上に位置し、かつレーザキャビティと対向している。この平面ミラーは、好ましくは、湾曲ミラーよりも高い反射率を有する。ここで、反射における所望の反射率およびフィルタ６５４に必要な線幅を得るために、典型的には、平面ミラーの反射率は９９．９８％で湾曲ミラーの反射率は９９．９１％である。
【０１０２】
可変同調フィルタ６５４を透過した光はレーザキャビティの外部に出て、折り返しミラー６１４によって、クロックサブシステム５２０に入る。この折り返しミラーは、ベンチ５５０にはんだ結合された反射コーティング基材であり、可変同調レーザサブシステム６１０からの光ビームを折り返す。このため、システムの小型化が可能になる。
【０１０３】
次に、光は、好ましくは、クロックエタロン５２４に対して５０／５０スプリッタである、ビームスプリッタ５２２に達する。スプリッタ５２２を透過した光は、好ましくは、ビームダンプ素子に導かれ、ビームダンプ素子は光を吸収し、密封パッケージ５６０内の寄生反射を防止し、光がレーザキャビティおよび検出器に入るのを防ぐ。
【０１０４】
クロックエタロン５２４から戻る光は、検出器５２６によって検出され、ｋクロック信号を形成する。
【０１０５】
検出器サブシステム５３０は、可変同調レーザサブシステム６１０からＯＣＴ信号を受信する。このＯＣＴ信号は、振幅基準スプリッタ５６２および干渉／参照スプリッタ６２０を通過する。ＯＣＴ信号は、出口のレンズ６２２によって対象物１０上に集束される。ＯＣＴ信号は、パッケージ５６０の側面に設けられた透過性窓６３０を通って密封パッケージ５６０を出る。
【０１０６】
干渉／参照スプリッタ６２０によって反射されたＯＣＴ信号は、参照アーム６６０に導かれる。この参照アーム６６０は、参照アームミラー６２６への参照アーム折り返しミラー６２４を含む。
【０１０７】
参照アームミラー６２４から戻る光は、干渉／参照スプリッタ６２０において、窓６３０によって受光されてレンズ６２２によって集束された、サンプル１０からの光と混合または結合されて、干渉信号検出器６２８で検出される干渉信号を形成する。
【０１０８】
ＲＩＮの影響を低減することによる信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善は、ＦＦＴ処理の前に、検出器６２８からの干渉信号を検出器５６４からの振幅基準信号でデジタル的に除算することによって実行される。このＯＣＴシステム６００はＡ走査を実行するために小型のシステムであるが、パッケージ５６０またはサンプル１０を移動させることによって、Ｂ走査も実行できる。さらに、いくつかの実施例においては、パッケージの出口のレンズの前にＭＥＭＳミラースキャナを組み込んで,サンプルまたはパッケージを移動することなくこの機能を実行してもよい。
【０１０９】
本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照して詳細に示し、説明してきたが、当業者であれば、添付の特許請求項に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部において種々の変更が可能なことが理解されよう。
【符号の説明】
【０１１０】
１１２  干渉信号ファイバカプラ
１６０  ハンドピース収容体
１６４  光学窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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