(57)【要約】  本発明は、イメージ化される物体の断層イメージング装置に関し、その断層イメージング装置は、イメージ化される物体のスライスの厚さと略等しいコヒーレンス長を持つ光源と、少なくとも一つの対物レンズ、参照鏡及び光線分割手段からなる干渉イメージングシステムとを有する。本発明は、干渉システムが、対物レンズが解析される物体層のレベルに第１の焦点設定面を規定し、参照鏡のレベルに第２の焦点設定面を規定するように配置され、かつ、干渉システムは、第２の焦点設定面と光線分割手段の間に配置される少なくとも一つのタイプの補償媒体を有し、その補償媒体の厚さ及び屈折率は、第１の焦点設定面と光線分割手段の間における光源から放射された光線の光路が、第２の焦点設定面と光線分割手段の間におけるその光線の光路と略等しく、第１の焦点設定面と光線分割手段間の分散が第２の焦点設定面と光線分割手段間の分散と略等しくなるように選択されることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージ化される物体の断層イメージング装置であって、
イメージ化される物体のスライスの厚さと略等しいコヒーレンス長を持つ光源と、
少なくとも一つの対物レンズと、参照鏡（１）と、光線分割手段（２）を有する干渉イメージングシステムとを有し、
前記干渉イメージングシステムは、前記対物レンズが解析される前記物体のスライスに第１の焦点面を規定し、前記参照鏡に第２の焦点面を規定するように配置され、かつ、
前記干渉イメージングシステムは、前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第１の補償媒体（３ａ、３ｂ）を有し、前記第１の補償媒体の厚さ及び屈折率は、前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間における前記光源から放射された光線の光路が前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間における光線の光路と略等しく、かつ前記第１の焦点面と前記光線分割手段間の分散が前記第２の焦点面と前記光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択される、
ことを特徴とする断層イメージング装置。
【請求項２】
前記干渉イメージングシステムは、前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間に前記物体と接触して配置される第２の媒体をさらに有し、少なくとも一つの前記第２の媒体は、解析される前記物体の光学特性と略等しい光学特性を持つ、請求項１に記載の断層イメージング装置。
【請求項３】
前記干渉イメージングシステムは、少なくとも一つの第３の媒体を有し、該第３の補償媒体の屈折率及び厚さは、前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間における前記光源から放射された光線の光路が、前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間における光線の光路と略等しく、かつ、前記第１の焦点面と前記光線分割手段間の分散が前記第２の焦点面と前記光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択される、請求項２に記載の断層イメージング装置。
【請求項４】
前記第１の補償媒体は、解析される前記物体の光学特性と略等しい光学特性を所有する、請求項２に記載の断層イメージング装置。
【請求項５】
イメージ化される前記物体が本質的に水からなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の断層イメージング装置。
【請求項６】
前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第２の媒体をさらに有し、前記第１の媒体及び前記第２の媒体の少なくとも一つは可変厚を持つ、請求項１に記載の断層イメージング装置。
【請求項７】
前記干渉イメージングシステムはミラウ干渉計である、請求項１〜６の何れか一項に記載の断層イメージング装置。
【請求項８】
物体のスライスの断層イメージング用干渉計であって、
対物レンズに固定する手段と、
参照鏡と、
光線分割手段とを有し、
前記干渉計は、前記対物レンズが解析される前記物体のスライスに第１の焦点面を規定し、前記参照鏡の表面に第２の焦点面を規定するように配置され、かつ、
前記干渉計は、前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第１の補償媒体（３ａ、３ｂ）を有し、前記第１の補償媒体の厚さ及び屈折率は、前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間の光線の光路が前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間の光線の光路と略等しく、かつ前記第１の焦点面と前記光線分割手段間の分散が前記第２の焦点面と前記光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択される、
ことを特徴とする干渉計。
【請求項９】
前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間に前記物体と接触して配置される第２の媒体をさらに有し、前記第２の媒体は解析される前記物体の光学特性と略等しい光学特性を持つ、請求項８に記載の干渉計。
【請求項１０】
前記干渉イメージングシステムは、少なくとも一つの第３の媒体をさらに有し、該第３の媒体の屈折率及び厚さは、前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間における前記光源から放射された光線の光路が、前記第２の焦点面と前記光線分割手段の間における光線の光路と略等しく、かつ、前記第１の焦点面と前記光線分割手段間の分散が前記焦点面と前記光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択される、請求項９に記載の干渉計。
【請求項１１】
前記第１の焦点面と前記光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第２の媒体をさらに有し、前記第１の媒体及び前記第２の媒体の少なくとも一つは可変厚を持つ、請求項８に記載の干渉計。
【請求項１２】
前記固定手段は、前記対物レンズに対して前記干渉計の位置を調整可能である、請求項８に記載の干渉計。
【請求項１３】
前記干渉計は液浸対物レンズに固定される、請求項８に記載の干渉計。
【請求項１４】
前記干渉計は、前記干渉計の各種素子及び前記物体の透過によりもたらされる収差を補正する手段を有する対物レンズに固定される、請求項８に記載の干渉計。
【請求項１５】
前記干渉計はミラウ干渉計である、請求項８〜１４の何れか一項に記載の干渉計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉計の分野に関する。より詳しくは、本発明は、干渉イメージング装置、特に断層イメージングの実行に適合されるイメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術として、干渉断層イメージング装置が既に知られており、そのイメージング装置は、干渉装置、例えば、コヒーレンス長程度の空間の微細なスライスに干渉縞を位置させることが可能な短いコヒーレンス長を光源が有する、ミラウ、マイケルソンまたはリニクタイプの干渉装置を有する。先行技術のこれらの装置を、図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに例示する。
【０００３】
しかし、そのような装置では、干渉計の二つのアーム間で分散が観察される。これは、アームの一方がイメージ化される物体に入り、他方のアームは入らないためである。
【０００４】
また、イメージ化される物体において、対物レンズの焦点面と干渉計のゼロランニングディファレンス（zero running difference）に対応する面とのオフセットも観察される。
【０００５】
さらに、図２に示すように、既知の液浸対物レンズを使用する場合、浸液媒体中の光の伝播は、上記の現象を強調する。
【０００６】
液浸対物レンズを使用することは、例えば米国特許出願第2005/008663号に開示されている。この文献は、物体表面下の構造を研究するために、白色干渉顕微鏡により供給される信号を解析する方法を開示している。この文献に開示された干渉顕微鏡の一つの実施形態では、顕微鏡の対物レンズは液浸顕微鏡であってもよい。
【０００７】
しかし、この文献は、イメージ化される物体において、対物レンズの焦点面と干渉計のゼロランニングディファレンスに対応する面との間のずれをどのように防止するかについては開示していない。一方、干渉計の二つのアーム間における色分散の差の効果は、干渉顕微鏡により供給される信号の解析において考慮される。このことは、これらの効果は補償されないことを意味することに留意されたい。
【０００８】
また、欧州特許公開第0503236号公報は、半導体ウェハの内部構造の近赤外における高解像度イメージングを実行する装置を開示している。この装置は、ウェハに近接して配置される光学デバイスを有する。この光学デバイスは、平凸レンズを有していてもよい。その平凸レンズは、レンズの下でウェハを移動させることを可能とする光カップリング流体により、ウェハと離すことができる。さらに欧州特許公開第0503236号公報の一つの実施形態は、平凸レンズをリニク干渉計において使用できることを教示する。
【０００９】
しかし、欧州特許公開第0503236号公報に開示された流体は、干渉計の二つのアーム間の差、特に分散及び／またはランニングディファレンスを補償しない。
【発明の開示】
【００１０】
そこで、本発明の一つの目的は、断層イメージングの場合において、干渉計の二つのアーム間の分散を減少させること、及びイメージ化される物体において、焦点面とゼロランニングディファレンスに対応する面を良好に一致させることにある。
【００１１】
また本発明の他の目的は、イメージ化される物体内に光を良好に透過させることを可能とすることにある。
【００１２】
本発明は、イメージ化される物体の断層イメージング装置を提案することにより、これらの目的を達成しようとするものである。係る断層イメージング装置は、イメージ化される物体のスライスの厚さと略等しいコヒーレンス長を持つ光源と、少なくとも一つの対物レンズ、参照鏡（１）及び光線分割手段（２）を有する干渉イメージングシステムとを有する。そして干渉イメージングシステムは、対物レンズが解析される物体のスライスに第１の焦点面を規定し、参照鏡に第２の焦点面を規定するように配置され、かつ、干渉イメージングシステムは、第２の焦点面と光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第１の補償媒体（３ａ、３ｂ）を有し、その補償媒体の厚さ及び屈折率は、第１の焦点面と光線分割手段の間における光源から放射された光線の光路が第２の焦点面と光線分割手段の間におけるその光線の光路と略等しく、かつ第１の焦点面と光線分割手段間の分散が第２の焦点面と光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択されることを特徴とする。
【００１３】
また、干渉イメージングシステムは、少なくとも一つの第３の媒体を有し、その第３の媒体の屈折率及び厚さは、第１の焦点面と光線分割手段の間における光源から放射された光線の光路が、第２の焦点面と光線分割手段の間におけるその光線の光路と略等しく、第１の焦点面と光線分割手段間の分散が第２の焦点面と光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択されることが好ましい。
【００１４】
解析される物体における焦点面が何であっても、分散と光路の等価性を維持するために、干渉イメージングシステムは、第１の焦点面と光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第２の媒体を有し、その第２の媒体は解析される物体の光学特性と略等しい光学特性を持つ。
【００１５】
この場合において、単純な手段によれば、第１の媒体は解析される物体の光学特性と略等しい光学特性を所有する。
【００１６】
イメージ化される物体が本質的に水からなる場合に、本装置は特に適している。
【００１７】
また本発明は、物体のスライスの断層イメージング用干渉計に関連する。係る干渉計は、対物レンズに固定する手段と、参照鏡と、光線分割手段とを有し、そしてその干渉計は、対物レンズが解析される物体のスライスに第１の焦点面を規定し、参照鏡の表面に第２の焦点面を規定するように配置され、かつ、その干渉計は、第２の焦点面と光線分割手段の間に配置される少なくとも一つの第１の補償媒体（３ａ、３ｂ）を有し、その少なくとも一つの補償媒体の厚さ及び屈折率は、第１の焦点面と光線分割手段の間の光線の光路が第２の焦点面と光線分割手段の間の光線の光路と略等しく、かつ第１の焦点面と光線分割手段間の分散が第２の焦点面と光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択されることを特徴とする。
【００１８】
解析される物体における焦点面が何であっても、分散と光路の等価性を維持するために、第１の焦点面と光線分割手段の間に少なくとも一つの第２の媒体がさらに配置され、その（少なくとも一つの）第２の媒体は解析される物体の光学特性と略等しい光学特性を持つ。
【００１９】
固定手段は、対物レンズ上において、例えばスタンダードな液浸対物レンズ上において干渉計を調節することを可能とすることが有利である。
【００２０】
また、干渉イメージングシステムは、少なくとも一つの第３の媒体を有し、その第３の媒体の屈折率及び厚さは、第１の焦点面と光線分割手段の間における光源から放射された光線の光路が、第２の焦点面と光線分割手段の間におけるその光線の光路と略等しく、第１の焦点面と光線分割手段間の分散が上記の焦点面と光線分割手段間の光線の分散と略等しくなるように選択されることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、添付の図面を参照しつつ、単に説明を目的して以下に与えられる、本発明の実施形態の記述を手助けとして、より良く理解されるであろう。
【００２２】
本発明は、干渉顕微鏡を有する。図３に示すように、ミラウタイプの対物レンズが示されている。しかし、本発明は、既知の何れの干渉対物レンズ、例えばリニクタイプまたはマイケルソンタイプの干渉対物レンズにも適合可能であることが理解されるに違いない。
【００２３】
光源５は、光線６により運ばれる光信号を生じる。断層イメージングについてそれ自体既知の手法において、光源５はコヒーレンス長程度の長さにおける差について干渉を観察するために、広いスペクトルを持ち、そのため短いコヒーレンス長を持つ。このことは、物体４の微細なスライスを観察することを可能とし、そのため良好な軸方向の解像度を得ることを可能とする。光源のコヒーレンス長は、代表的には約１マイクロメータ若しくは数マイクロメータであり、光源は、例えば、フィラメントランプ、キセノンあるいは水銀タイプのアーク、または発光ダイオードである。
【００２４】
本発明による干渉システムの参照鏡１は、参照鏡から発せられる信号の強度と観察される物体から発せられる信号の強度の差を最小化するために、その物体全体の反射率に匹敵する反射係数を持つことが好ましい。観察される干渉の信号対ノイズ比は、この方法により最適化される。特に、本質的に水からなる生体細胞の観察に対して、約１％若しくは数パーセントの反射係数を持つミラーが選択される。
【００２５】
本発明による干渉計では、図５に示すように、最初に規定される、参照鏡１とスプリッタ面２間の領域により形成される参照アームと、スプリッタ１と物体４内の焦点面間の領域により形成される物体アームがある。
【００２６】
また、物体アームにおける対物レンズの焦点面の位置はZobjとして定義される。この面は、観察される物体の内部に位置する。Zrefは参照アームにおける対物レンズの焦点面の位置である。この面は参照鏡の表面に位置する。
【００２７】
そして、一乃至複数の補償媒体は、二つのアームの光路が等しく、かつ二つのアームがほぼ同じ分散を持つように配置される。
【００２８】
そのため、スプリッタ２の位置をZsepとして示すと、ZrefからZsepまでの光路とZsepからZobjまでの光路は略等しくなければならない。
【００２９】
そして、(Zref)j及び(nref)jを、それぞれ参照アーム内の補償媒体の厚さ及び屈折率とし、(Zobj)i及び(nobj)iを、それぞれ物体アーム内の補償媒体の厚さ及び屈折率とすると、光路が等しくなる条件は以下のように表される。
【数１】
2009505051.tif 000003
【００３０】
また二つのアームにおける分散が等しくなる条件は、近似的に以下のように書ける。
【数２】
2009505051.tif 000004
【００３１】
物体内及び参照鏡上にイメージを形成するための条件は、ガウスの式の下、以下のように書ける。
【数３】
2009505051.tif 000005
【００３２】
他のより複雑な式を、光路、分散及び結像の等価性の条件を表すために使用することもできる。これらの式は、光伝播の分野の当業者にとって既知である。より厳密な解を得るために、これらのより正確な式を使用することも可能であり、式（１）、（２）及び（３）は、ここでは単に非限定的な例として与えられているにすぎないことを理解されたい。
【００３３】
図５に示すように、媒体３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄの屈折率及び厚さは、物体アームにおいて部分４ａ内で物体を透過する光線の経路によりもたらされる、分散及び光路差を補償するように選択される。そしてこれらの媒体は、式（１）、（２）及び（３）を満たすように選択される。これらの補償媒体の少なくとも一つは、物体４ａの経路を補償するために、参照アーム内に配置される。
【００３４】
また、図６Ａおよび６Ｂに示すように、位置ZobjからZ'objへ渡すことにより、解析される物体のスライスを変更することを望む場合、物体アームにおける厚さの条件は変更される。そしてこの移動をフォローして二つのアームの分散と光路の等価性を維持することが好ましい。
【００３５】
図示しない第１の実施形態によれば、対物レンズが移動し、二つのアームの分散及び光路の等価性を維持するために焦点位置が変更される場合、厚さを変更できる少なくとも一つの補償媒体を使用することが可能である。この場合、その媒体は、解析される物体と接触して配置される必要はなく、選択された媒体は解析される物体の光学特性と異なる光学特性を持つことができる。
【００３６】
図６Ａ及び６Ｂに示したより簡単な実施態様によれば、解析される物体の光学特性と略等しい光学特性を持つ第１の媒体３ｃが、物体アーム内に配置され、物体と接触している。例えば、物体が生体である場合、水または水に近い光学特性を持つ他の液体、例えばＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）のような液体を選択することが好ましい。物体及び物体アーム内に配置される媒体３ｃに対応するこの媒体をＭと称する。この方法では、新たなスライスにフォーカシングが実行されても（図６Ａから図６Ｂへ変化しても）、スプリッタ２と焦点面間の光路及び分散はほとんど変化しない。
【００３７】
そのため、解析される物体のスライスが何であっても、参照アームに配置される固定厚の媒体３ａにより、透過厚Ｂを補償することが可能である。
【００３８】
参照アーム内の媒体３ａは、例えば単純に媒体Ｍと同じものとすることができる。あるいはその媒体３ａは、物体アームと参照アーム間の分散及び光路の等価性を順守させることが可能な固定厚の他の補償媒体であってもよい。また別の媒体を干渉計の二つのアームに追加することもできる。
【００３９】
そこで、生体細胞の断層イメージングに特に適した本発明の実施形態によれば、図４のように、二つのアームは水または水の光学特性に近い光学特性を持つ液体に浸される。
【００４０】
これは、細胞は主に水からなるので、二つのアームを水に浸すと、式（１）、（２）及び（３）が満たされるからである。そして生体細胞のイメージングを十分実行できる。
【００４１】
本発明及び解析される物体の他の変形例によれば、補償媒体は、式（１）、（２）及び（３）の条件を満たすゲルまたは他の材料とすることができる。
【００４２】
しかしまた、水の代わりに、例えばＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）のような、水に近い光学特性を持つ他の液体を使用することも可能であることを理解されたい。
【００４３】
場合によっては、光学収差の低減といった他の制約を加えて、式（１）、（２）及び（３）を適合されたプログラムにより解くことができることは当然である。
【００４４】
分散、光路及びフォーカシングの制約に関連する他の式を、光線の伝播、光路、分散及び収差を正確に計算するソフトウェアにより解くことも可能であり、したがって最適化も可能である。
【００４５】
本発明によれば、場合によって、干渉計のアームに配置される媒体によりもたらされる収差を最小化するよう設計された特定の対物レンズが使用される。干渉計の二つのアームに水（または水に近い光学特性を持つ媒体）が配置される場合では、先行技術から知られるような、浸水対物レンズを使用することで十分である。
【００４６】
当業者は、これらの条件を満たすために、参照鏡の位置だけでなく、使用される材料の屈折率及び厚さを容易に決定することができる。また、別個の媒体の数は、当業者によって変更可能かつ選択可能である。
【００４７】
これらの補償媒体は、液体、ゲルまたは特定のガラスであってもよい。
【００４８】
干渉イメージは、マトリクスディテクタ（図示せず）、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラタイプのマトリクスディテクタにより記録され、また幾つかの逆異相（out-of-phase）干渉イメージは、干渉計の構成部品、例えば参照鏡１あるいは干渉計全体を移動することにより記録される。後者の場合、本発明による干渉計は、変更可能な高さで顕微鏡対物レンズに固定され、そして例えばネジ止めされる。
【００４９】
本実施形態は、スタンダードな液浸対物レンズが通常存在するので、特に有利である。そのような対物レンズは、例えば図２に示される。これらの対物レンズ用に使用される液浸媒体の機能は、物体表面における反射を避け、対物レンズの解像度を向上することにある。
【００５０】
そして、参照鏡、スプリッタ及び１以上の補償媒体を有する干渉計は、上述した式（１）、（２）及び（３）の条件を満たすためにそのような対物レンズに固定される。そして補償媒体は、干渉計の参照アームに配置される。
【００５１】
対物レンズが浸水タイプのものであり、解析される物体が本質的に水からなる場合、干渉計の補償媒体は、水若しくは水の光学特性に近い光学特性を持つ媒体であることが好ましい。
【００５２】
この方法では、スプリッタと参照鏡間、およびスプリッタと観察される物体のスライス間の光が通る経路は、ほぼ同一の媒体に位置する。
【００５３】
そして逆異相干渉イメージの組み合わせは、干渉信号を計算し、断層イメージを得ることを可能にする。
【００５４】
断層イメージのスタックを取得した後、観察される物体を３次元形式で再構成することを可能とすることが好ましい。
【００５５】
本発明を、ミラウタイプの干渉計の場合について説明し、示してきたが、何れのタイプの干渉計も使用できることは、当業者には容易に理解されるであろう。特に、マイケルソン干渉計の場合、干渉計のアームは、ミラウの場合のように軸に沿う代わりに、９０°の角をなす。
【００５６】
本発明は、光コヒーレンス断層イメージング（英語における"Optical Coherence Tomography"または"OCT"）に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】先行技術による干渉装置を示す。
【図１Ｂ】先行技術による干渉装置を示す。
【図１Ｃ】先行技術による干渉装置を示す。
【図２】先行技術による既知の液浸対物レンズを示す。
【図３】本発明の実施形態を示す。
【図４】干渉装置が液浸対物レンズ上に配置される本発明の実施形態を示す。
【図５】干渉計の参照アームと物体アームにおける、本発明による補償媒体の概略図を表す。
【図６Ａ】焦点面が解析される物体において変更されたときの、干渉計の参照アームと物体アームにおける、本発明による補償媒体の概略図を表す。
【図６Ｂ】焦点面が解析される物体において変更されたときの、干渉計の参照アームと物体アームにおける、本発明による補償媒体の概略図を表す。
【図１Ａ】
2009505051.tif 000006
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009505051.tif 000012
【図６Ａ】
2009505051.tif 000013
【図６Ｂ】
2009505051.tif 000014
【国際調査報告】
2009505051.tif 000015
2009505051.tif 000016
2009505051.tif 000017
2009505051.tif 000018