(57)【要約】  反射率対光路差の明確なプロファイル（ミラー項の無いＡスキャン）を供給し、正の光路差と負の光路差との間に差を付けるか、又は光路差の選択された間隔で出力を与えるためのスペクトル干渉装置及びスペクトル干渉法が提供される。その装置は、光源からのビームを目標物体（５５）に送出し、物体ビームを生成する物体光学系と、参照ビームを生成する参照光学系とを備える。物体ビーム（４１’）及び参照ビーム（４２’）との間に間隙（ｇ）を生成するための変位手段（５７）が設けられる。回折格子及びプリズムのような光スペクトル分散手段（７）が、２つの相対的に変位したビームを受光し、それらのスペクトル成分をＣＣＤのような読取り素子上に分散させる。変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、物体ビーム及び参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成し、この固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができる。
2007508558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出して物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段と
を備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向又は屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該物体ビーム及び該参照ビームを相対的に変位させて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するようになっている、スペクトル干渉装置。
【請求項２】
前記変位手段は、少なくとも２つの反射素子を備え、該少なくとも２つの反射素子のうちの１つの反射素子は前記物体ビームを反射するように構成され、該少なくとも２つの反射素子のうちの他の反射素子は前記参照ビームを反射するように構成される、請求項１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３】
前記変位手段は、少なくとも１つの光学−光学変調器を備える、請求項１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出して物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記物体光学系は、前記物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む物体ファイバ光学系を含み、前記参照光学系は、前記参照ビームを送出するように構成される参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かすように構成される、スペクトル干渉装置。
【請求項５】
前記変位手段は、前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の前記相対的な位置を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、請求項４に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項６】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記物体光学系又は前記参照光学系は、それぞれ前記物体ビーム又は前記参照ビームを送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を含み、前記変位手段は、該ファイバ端を動かすことによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、スペクトル干渉装置。
【請求項７】
前記変位手段は、前記ファイバ端を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、請求項６に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項８】
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を変更するようになっている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項９】
前記干渉計内の前記光路差を制御するように構成される手段をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１０】
前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間の前記固有の光学的遅延を制御するように構成される手段をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１１】
前記光路差を制御するように構成される手段及び前記固有の光学的遅延を制御するように構成される手段は処理手段を含む、請求項１０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１２】
前記読取り素子は、信号アナライザに信号を与えるように構成され、該信号アナライザは、前記目標物体内の深さ範囲内の反射又は散乱点の分布を決定するように構成される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１３】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を調整することによって前記深さ範囲を調整するように構成される、請求項１２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１４】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの偏光と、前記光スペクトル分散手段の偏光とを一致させるための手段をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１５】
前記干渉計内の分散を補償するための手段をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１６】
前記変位手段は、変位平面内で前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整するようになっている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１７】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームが前記変位平面内で平行になるまで、該相対的に変位した物体ビーム及び該相対的に変位した参照ビームを調整できるようになっている、請求項１６に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１８】
前記変位手段は、光路差の値が小さい場合の前記信号の強度を高めるために、前記変位平面内にある前記２つの相対的に変位したビームを、前記光スペクトル分散手段上で、調整可能に横方向に重ね合わせることができるように構成され、該横方向に重ね合わせることは、部分的に重ね合わせることから、完全に重ね合わせることまでを含む、請求項１６又は１７に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１９】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームが前記光スペクトル分散手段の異なる部分に突き当たるように、該相対的に変位した物体ビーム及び該相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整するようになっている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２０】
前記光スペクトル分散手段は、回折格子、プリズム、一群のプリズム、一群の回折格子のいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２１】
前記光スペクトル分散手段は回折格子を含み、該回折格子の格子線は、前記相対的に変位した参照ビームの中心及び前記相対的に変位した物体ビームの中心を結ぶ線に対して垂直である、請求項２０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２２】
前記光スペクトル分散手段は、入射表面を含むプリズムを含み、前記相対的に変位した参照ビームの中心及び前記変位した物体ビームの中心を結ぶ線は、前記プリズムの前記入射表面に対する垂線と該プリズムの二等分線によって画定される平面内にある、請求項２１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２３】
前記参照光学系は、前記光源のビームを反射することによって参照光源を与えるように構成される少なくとも１つの反射板を備え、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの前記光路差を制御するために、前記反射板の位置又は傾斜を調整することができる、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２４】
前記参照光学系は、前記光源からの光ビームを、ファイバ光学系に沿って、又は光が前記光源に戻されるのを防ぐように構成される反射板を介して、前記変位手段に送出するように構成される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２５】
前記物体光学系は、前記物体ビームの直径を変更するように構成される第１のズーム素子を備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２６】
前記相対的に変位した物体ビームの直径を変更するように構成される第３のズーム素子をさらに備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２７】
前記参照光学系は、前記参照ビームの直径を変更するように構成される第２のズーム素子を備える、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２８】
前記相対的に変位した参照ビームの直径を変更するように構成される第４のズーム素子をさらに備える、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２９】
前記変位手段は、その光スペクトルの変調を前記読取り素子において検出することができる最小光路差値を調整するために、前記２つの相対的に変位したビーム間に調整可能な間隙を生成するように構成される、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３０】
前記干渉計内の前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉が、前記読取り素子上で完全に生じる、請求項２９に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３１】
前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、一部が前記読取り素子上で、一部が前記光スペクトル分散手段上で生じるように構成される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３２】
前記変位手段は、前記光路差の値が小さい場合の前記信号の強度を高めるために、前記変位したビームの横方向の重ね合わせの量を調整するように構成される、請求項３１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３３】
前記処理手段は、前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間の前記間隙を調整して、その光スペクトルの変調を前記読取り素子において検出することができる最小光路差値を変更するために、前記変位手段を制御するように構成される、請求項１１に従属するときの請求項２９又は３０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３４】
前記物体光学系は走査素子をさらに備え、該走査素子は前記目標物体を走査するように構成される、請求項１〜３３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３５】
前記走査素子は、直線走査、ラスタ走査、螺旋走査、円形走査又は任意の他のランダムな形状の走査のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを実行するように構成される、請求項３４に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３６】
前記物体光学系内に、前記物体内の特定の深さからの前記信号強度を高めるための合焦素子をさらに備える、請求項１〜３５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３７】
前記干渉計は、ファイバ内干渉計、又はバルク干渉計、或いはファイバ内構成要素及びバルク構成要素から成るハイブリッド干渉計を含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３８】
前記光源は低コヒーレンス光源である、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３９】
前記読取り素子は、光検出器アレイ、ＣＣＤ直線アレイ、光検出器の２次元のアレイ、２次元のＣＣＤアレイ、又は分散されたスペクトルがその上で走査される点光検出器を含む、請求項１〜３８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４０】
前記物体ビーム及び前記参照ビームを受光するとともに、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームを生成するように構成されるビームスプリッティング手段と、
前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される第２の変位手段と、
前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構成される第２の光スペクトル分散手段と
をさらに備え、
使用時に、前記第２の変位手段及び前記第２の光スペクトル分散手段の組み合わせは、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームの波列間に第２の固有の光学的遅延を生成するように構成され、該第２の固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記第２の読取り素子上に生成することができる、請求項１〜３９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４１】
前記第２の変位手段は、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることにより、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームを生成するようになっている、請求項４０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４２】
前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段は、それぞれの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせて、前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分散されたビームが反対の符号の固有遅延を示すように向きを調整される、請求項４０又は４１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４３】
前記第２の読取り素子は、第２の信号アナライザに信号を与えるように構成され、前記装置は、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザから出力される信号に基づいて、両方の符号の光路差値を含む、前記目標物体のための反射率対光路差のプロファイルを提供するように構成される、請求項１２に従属するときの請求項４２又は請求項１２に従属する請求項のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４４】
前記第２の光スペクトル分散手段は、１つ又は複数の回折格子を含み、該１つ又は複数の回折格子は、反対の符号の次数を前記読取り素子及び前記第２の読取り素子に向けて回折させるように構成される、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４５】
前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段はそれぞれ、１つ又は複数のプリズムを含み、該１つ又は複数のプリズムは、前記相対的に変位した物体ビーム又は前記相対的に変位した参照ビームが前記光スペクトル分散手段内のプリズム頂点に最も近くなり、且つ前記第２の相対的に変位した参照ビーム又は前記第２の相対的に変位した物体ビームがそれぞれ、前記第２の光スペクトル分散手段内の前記プリズム頂点に最も近くなるように配置される、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４６】
前記読取り素子及び前記第２の読取り素子それぞれの信号出力は、個別の周波数／振幅変換器に送信され、前記装置は、前記光路差符号に関係なく、単層物体の軸方向の位置に比例する信号強度を与えるために、一方の周波数／振幅変換器の出力が他方の周波数／振幅変換器の反転出力に加算されるように構成される、請求項４０〜４５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４７】
前記変位手段と前記光スペクトル分散手段との間に配置される第３のビームスプリッティング手段であって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、該第３のビームスプリッティング手段と、
前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するように構成される第３の変位手段と、
前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構成される第３の光スペクトル分散手段とをさらに備え、
使用時に、前記第３の変位手段及び前記第３の光スペクトル分散手段の組み合わせは、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームの波列間に第３の固有の光学的遅延を生成するように構成され、該第３の固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記第３の読取り素子上に生成することができる、請求項１〜４６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４８】
前記第３の変位手段は、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該第３の相対的に変位した物体ビーム及び該第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するようになっている、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４９】
前記光源は低コヒーレンス光源であり、その出力は、光複製素子を用いて遅延したレプリカとともに送出される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５０】
前記光複製素子は、第１の単一モード結合器を備え、その出力は、前記光源の前記遅延したレプリカを生成するために、第２の単一モード結合器の２つの入力に接続される、請求項４９に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５１】
前記光複製素子は、平行な表面を有するプレートの形をとる透明な光学材料を含み、該プレートは、その縁部が前記変位平面に対して平行になるように、前記光源の前記ビームの中に途中まで導入される、請求項１６に従属するときの請求項４９に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５２】
前記光源は、閾値未満で駆動されるレーザを含む低コヒーレンス光源である、請求項１〜５１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５３】
干渉計を用いて物体ビーム及び参照ビームを出力すること、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を相対的に変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するとともにこれら相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせるために、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を反射、偏向又は屈折させること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを、それらの光スペクトル成分に応じて読取り素子上に分散させること
を含み、
前記物体ビーム及び前記参照ビームを反射、偏向又は屈折させて相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成すること、及び光スペクトル分散手段を用いて前記２つの相対的に変位したビームを分散させることの組み合わせによって、該２つの相対的に変位したビーム内の波列間に固有の光学的遅延が生成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを生成することができる、スペクトル干渉法。
【請求項５４】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いたスペクトル干渉法であって、該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該物体ビーム及び該参照ビームを相対的に変位させて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成する、スペクトル干渉法。
【請求項５５】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含むスペクトル干渉法であって、該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記物体光学系は、前記物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む物体ファイバ光学系を含み、前記参照光学系は、前記参照ビームを送出するように構成される参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かす、スペクトル干渉法。
【請求項５６】
前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることにより、前記変位手段を用いて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成することをさらに含む、請求項５５に記載のスペクトル干渉法。
【請求項５７】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含む、スペクトル干渉法であって、該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができ、
前記物体光学系又は前記参照光学系のうちの一方は、それぞれ前記物体ビーム又は前記参照ビームのうちの一方を送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を含み、前記変位手段は、該ファイバ端を動かすことによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成する、スペクトル干渉法。
【請求項５８】
前記ファイバ端を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることにより、前記変位手段を用いて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成することをさらに含む、請求項５６に記載のスペクトル干渉法。
【請求項５９】
前記変位手段を用いて、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を変更することをさらに含む、請求項５４〜５８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６０】
前記干渉計内の前記光路差を制御することをさらに含む、請求項５４〜５９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６１】
前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間の前記固有の光学的遅延を制御することをさらに含む、請求項５４〜６０のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６２】
処理手段を用いて、前記光路差を制御することをさらに含み、前記固有の光学的遅延は制御手段を含む、請求項６１に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６３】
前記読取り素子を用いて、信号アナライザに信号を与えること、及び、該信号アナライザを用いて、前記目標物体内の深さ範囲の反射又は散乱点の分布を決定することをさらに含む、請求項５４〜６２のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６４】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を調整することによって、前記深さ範囲を調整することをさらに含む、請求項６３に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６５】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの偏光と、前記光スペクトル分散手段の偏光とを一致させるための手段を用いることをさらに含む、請求項５４〜６４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６６】
前記干渉計内の分散を補償するための手段を用いることをさらに含む、請求項５４〜６５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６７】
前記変位手段を用いて、変位平面内で、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整することをさらに含む、請求項５４〜６６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６８】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームが前記変位平面内で平行になるまで、該相対的に変位した物体ビーム及び該相対的に変位した参照ビームを調整する、請求項６７に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６９】
前記変位手段は、光路差値が小さい場合の前記信号の強度を高めるために、前記光スペクトル分散手段上で、前記変位平面内にある前記２つの相対的に変位したビームの横方向の重ね合わせを調整し、該横方向の重ね合わせは、部分的な重ね合わせから、完全な重なりまでに及ぶ、請求項６６又は６７に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７０】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームが前記光スペクトル分散手段の異なる部分に突き当たるように、該相対的に変位した物体ビーム及び該相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整する、請求項５４〜６９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７１】
前記光スペクトル分散手段は回折格子を含み、該回折格子の格子線は、前記相対的に変位した参照ビームの中心及び前記相対的に変位した物体ビームの中心を結ぶ線に対して垂直である、請求項５４〜７０のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７２】
前記光スペクトル分散手段は、入射表面を含むプリズムを含み、前記相対的に変位した参照ビームの中心及び前記変位した物体ビームの中心を結ぶ線は、前記プリズムの前記入射表面に対する垂線と該プリズムの二等分線によって画定される平面内にある、請求項５４〜７１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７３】
前記参照光学系は、前記光源のビームを反射することによって参照光源を与えるように構成される少なくとも１つの反射板を備え、前記方法は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの前記光路差を制御するために、前記反射板の位置又は傾斜を調整することをさらに含む、請求項５４〜７２のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７４】
前記物体光学系において第１のズーム素子を用いて、前記物体ビームの直径を変更することをさらに含む、請求項５４〜７３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７５】
第３のズーム素子を用いて、前記相対的に変位した物体ビームの直径を変更することをさらに含む、請求項５４〜７４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７６】
前記参照光学系において第２のズーム素子を用いて、前記参照ビームの直径を変更することをさらに含む、請求項５４〜７４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７７】
前記相対的に変位した参照ビームの直径を変更するように構成される第４のズーム素子を用いることをさらに含む、請求項５３〜７６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７８】
前記変位手段は、その光スペクトルの変調を前記読取り素子において検出することができる最小光路差値を調整するために、前記２つの相対的に変位したビーム間に調整可能な間隙を生成する、請求項５３〜７７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項７９】
前記干渉計内の前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、前記読取り素子上で完全に生じる、請求項７８に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８０】
前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、一部が前記読取り素子上で、一部が前記光スペクトル分散手段上で生じるように構成される、請求項５３〜７９のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８１】
前記物体光学系において合焦素子を用いて、前記物体内の特定の深さからの前記信号強度を高めることをさらに含む、請求項５３〜８０のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８２】
ビームスプリッティング手段を用いて、前記物体ビーム及び前記参照ビームを受光するとともに、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームを生成すること、
第２の変位手段を用いて、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させ、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成すること、
第２の光スペクトル分散手段を用いて、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させること
をさらに含み、
使用時に、前記第２の変位手段及び前記第２の光スペクトル分散手段は、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームの波列間に第２の固有の光学的遅延を生成し、該第２の固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記第２の読取り素子上に生成することができる、請求項５３〜８１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８３】
前記第２の変位手段は、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることにより、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームを生成する、請求項８２に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８４】
それぞれの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせて、前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分散されたビームが反対の符号の固有遅延を示すように、前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段の向きを調整することをさらに含む、請求項８２又は８３に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８５】
前記第２の読取り素子は第２の信号アナライザに信号を与え、前記方法は、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザから出力される信号に基づいて両方の符号の光路差値を含む、前記目標物体のための反射率対光路差のプロファイルを提供することをさらに含む、請求項６３に従属するときの請求項８４、又は請求項６３に従属する請求項のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８６】
前記読取り素子及び前記第２の読取り素子それぞれの信号出力は、個別の周波数／振幅変換器に送信され、前記装置は、前記ＯＰＤ符号に関係なく、単層物体の軸方向の位置に比例する信号強度を与えるために、一方の周波数／振幅変換器の出力が他方の周波数／振幅変換器の反転出力に加算されるように構成される、請求項８２〜８５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８７】
前記変位手段と前記光スペクトル分散手段との間に配置される第３のビームスプリッティング手段を用いて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを生成すること、
第３の変位手段を用いて、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整すること、
第３の光スペクトル分散手段を用いて、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させること
をさらに含み、
使用時に、前記第３の変位手段及び前記第３の光スペクトル分散手段の組み合わせは、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームの波列間に第３の固有の光学的遅延を生成し、該第３の固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記第３の読取り素子上に生成することができる、請求項８２〜８６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８８】
前記第３の変位手段は、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該第３の相対的に変位した物体ビーム及び該第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整する、請求項８７に記載のスペクトル干渉法。
【請求項８９】
その出力が光複製素子を用いて遅延したレプリカとともに送出される低コヒーレンス光源を用いることをさらに含む、請求項８２〜８８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉法。
【請求項９０】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザを構成すること、並びに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザのうちの一方の出力において信号が閾値を超えないときに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザの他方の出力において生じる前記２つのピークの最大周波数と最小周波数との間の差に基づいて、前記物体の厚みを判定することをさらに含む、請求項８５に記載のスペクトル干渉法。
【請求項９１】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザを構成すること、並びに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザそれぞれの出力において信号が一度だけ閾値を超えるときに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザの極限周波数の和に基づいて、前記物体の厚みを判定することをさらに含む、請求項８５に記載のスペクトル干渉法。
【請求項９２】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザそれぞれの出力において実装される閾値処理回路を用いて、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの前記累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、より小さな振幅の前記目標物体からの雑音及びピークを表す不可欠でないピークを破棄することをさらに含む、請求項９０又は９１に記載のスペクトル干渉法。
【請求項９３】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって、該干渉計は、
前記干渉計から目標物体まで誘導する第１の光路と、
参照光ビームを変位手段まで誘導する第２の光路と、
前記光源からの光ビームを前記第１の光路に沿って前記目標物体まで送出し、該目標物体からの光出力ビームを前記第１の光路に沿って前記干渉計まで戻し、該光出力ビームを第３の光路に沿って前記変位手段まで送出し、物体ビームを生成するようになっている干渉光学系と、
前記参照ビームを前記第２の光路に沿って前記変位手段まで送出するようになっている参照光学系と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるようになっている光スペクトル分散手段と、
前記干渉計内で、前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間の前記光路差を制御し、且つ該ビーム間の前記固有の光路差を制御するようになっている処理手段と
を備え、
該変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームを相対的に変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ビーム及び前記参照ビームを反射するようになっており、前記干渉計内で生成される前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせ、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成することができる、スペクトル干渉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル干渉装置及びスペクトル干渉法に関し、それらの装置及び方法は、反射率対光路差の明確なプロファイルを与え、正の値の光路差と負の値の光路差とを識別するために用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
センシングに関する分野全般において、低コヒーレンス干渉法の応用形態への関心が高まっている。低コヒーレンス干渉法は絶対距離測定値を提供し、粗い反射表面をイメージングするのに、又は拡散媒体及び散乱媒体の体積内のスライスを生成するのに非常に適している。低コヒーレンス光源を用いて、深さ方向に分解された情報を入手する種々の方法があり、そのような１つの方法はスペクトルの分散を利用する。チャネルドスペクトルの周期性は干渉計内の光路差（ＯＰＤ）に比例し、それは１８３７年というかなり昔に、「不思議なタルボットバンド（The Curious Bands of Talbot）」として説明されている。そのような昔から知られている現象に関する最近の説明が、A. L. King及びR. DavisによってAmerican Journal of Physics, vol. 39, (1971), p. 1195-1198に発表された「The Curious Bands of Talbot」において、及びM. Parker GivensによってAmerican Journal of Physics, 61, (7), (1993), p. 601-605に発表された「Talbot's bands」において報告されている。
【０００３】
チャネルドスペクトル法は、センシング及び光ファイバセンシングの分野において用いられてきた。最近の実施態様は、A. Gh. Podoleanu, S. Taplin, D. J. Webb及びD. A. JacksonによってEuropean J. Phys., 15, (1994), p. 266-271に発表された「Channeled Spectrum Display using a CCD Array for Student Laboratory Demonstrations」に開示されるように、光検出器又はＣＣＤアレイを用いて、チャネルドスペクトルを表示している。チャネルドスペクトルは、G. Hausler及びM. W. LindnerによってJ. Biomed Optics, Jan. 1998D, Vol. 3 No. 1, pp. 21-31に発表された「Coherence Radar and Spectral Radar-New Tools for Dermatological Diagnosis」において、さらにはP. Graindorgeによる米国特許第４，９３２，７８２号「Channelled light Spectrum measurement method and device」及びHochberg等による米国特許第５，３１７，３８９号「Method and apparatus for white-light dispersed-fringe interferometric measurement of corneal topography」に開示されるような「スペクトル光コヒーレンストモグラフィ」（ＳＯＣＴ）と呼ばれる方法においても用いられている。さらに、そのような方法は、J. P. Rolland及びP. J. Delfyettによる米国特許第６，０７２，７６５号「Optical Disk Readout Method using Optical Coherence tomography and Spectral Interferometry」にも開示されている。スペクトル法の利点は、ＯＰＤ情報がチャネルドスペクトル内のピーク及びトラフの周期性に変換されることであり、たとえば、組織の光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）において、物体を深さ方向に走査するために機械的な手段は不要である、ということである。さらに、そのような方法では、多重化されたセンサアレイ内のＯＰＤを調べるのに機械的な手段は不要である。組織のような多層化された物体がイメージングされる場合には、各層は、その深さに応じて、その層自体のチャネルドスペクトル周期性を残すことになり、そのスペクトル変調の振幅はその層の反射率の平方根に比例する。電荷結合素子（ＣＣＤ）信号のスペクトルの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、チャネルドスペクトルの周期性を、種々の周波数のピークに変換し、その周波数が経路不平衡に直に関連する。そのようなプロファイルはＯＣＴにおけるＡスキャンと呼ばれており、それは、すなわち深さ方向の反射率のプロファイルである。
【０００４】
従来技術のＳＯＣＴ装置の実現可能なバルク型の実施態様が図１に示される。この構成では、光源１からの光ビームが、簡単なレンズ又はアクロマート、又はミラー、或いはレンズ又はミラーの組み合わせで構成することができるコリメータ素子２によってコリメートされ、ビーム３が形成される。その後、ビーム３はビームスプリッタ４に向かって誘導される。光源１は広帯域であり、たとえば、当該技術分野において知られている技法によって、最も広い実現可能な帯域幅及び最小のスペクトルリップルを生成するように組み合わせられる、１つ又は複数の発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、電球又は短パルスレーザを用いることができる。光源１は、調査されるべき特定の物体のために適した中心波長を有する。ＯＣＴを用いて患者の目を調査する場合、８００〜９００ｎｍのような近赤外線の波長が用いられる。皮膚を調査する場合には、１３００ｎｍの波長を用いることができる。センシングの応用形態の場合、１５００ｎｍの電気通信の帯域内の波長が用いられることが好ましい。
【０００５】
ビームスプリッタ４に照射された光は、ミラー物体５に導く第１の光路４１、及び参照ミラー６に導く第２の光路４２に分割される。２つのミラー５及び６上で反射し、ビームスプリッタ４を横切った後に、結果として生成される２つのビームは、スペクトル解析するための光スペクトル分散手段７上で重ね合わせられる。光スペクトル分散手段７として、１つ又は複数の回折格子、１つ又は複数のプリズム、或いはプリズム又は回折格子の組み合わせを用いることができる。光スペクトル分散手段７において、スペクトルは分散（１つ又は複数のプリズムを用いるとき）又は回折し（１つ又は複数の回折格子を用いるとき）、種々の波長を有する扇形の光線が出力される。この光線は、その後、合焦素子８によって、読取り素子、直線光検出器アレイ又はＣＣＤ直線アレイ９上に合焦する。電気スペクトルアナライザ９１が、読取り素子９によって送出される信号のＦＦＴを実行する。
【０００６】
ビームスプリッタ４からミラー５までの距離はＺによって表される。しかしながら、他の従来技術の構成では、ミラーの代わりに、厚みのある散乱性の多層物体が用いられており、Ｚは、ビームスプリッタ４から、その物体内の散乱点又は層までの距離である。これは、その物体経路が２Ｚであることを意味する。ビームスプリッタ４とミラー６との間の距離はＸであり、それは、参照経路の長さが２Ｘであることを意味する。チャネルドスペクトル周期性はＯＰＤに依存し、ＯＰＤは以下のように定義される。
ＯＰＤ＝２（Ｚ−Ｘ）
【０００７】
ミラー５の代わりに、厚みのある散乱性の多層物体が用いられる構成について考える。この場合、周期性はＯＰＤの係数に依存するので、ＯＰＤが０である位置を中心にして対称に配置される散乱体又は層は、チャネルドスペクトルにおいて同じ周期性を与える。フーリエ変換されるとき、ＯＰＤの有用な範囲に対応する項の他に、対称に配置される項が得られ、それはミラー項（mirror terms）と呼ばれる場合もあり、フーリエ領域ＯＣＴに関連する問題は、ミラー項の問題と言うことができる。これは、イメージングのために用いられるＯＣＴシステムの深さプロファイルに誤差を導入する。同じく、チャネルドスペクトルがセンシングのために用いられるとき、ゼロ点のいずれかの側にある同じ値のＯＰＤに配置されるセンサからの信号のクロストークが存在する。それゆえ、上記の全ての従来技術のスペクトル（フーリエ領域）ＯＣＴ法は、物体の深さ方向にある散乱体がＯＰＤのただ１つの符号範囲内、すなわち正又は負のいずれかの範囲内に限られるように、物体の位置を調整することに頼っている。そのような調整は、測定手順を複雑にし、全ての状況において適用できない場合もある。
【０００８】
ここで説明するために、干渉計内のＯＰＤは、物体経路長から参照経路長を引いたものと定義されるであろう。たとえば、調査されるべき物体が網膜である場合には、ＯＰＤの原点は、網膜の神経線維膜の前にある硝子体内のいずれかの場所に設定することができる。これは、網膜散乱体が全て、ＯＰＤが０より大きいような位置にあることを意味するであろう。しかしながら、硝子体が同じ経路範囲内に欠陥を有する場合には、これらの欠陥が、網膜の最終的な深さプロファイル内に現われるであろう。したがって、対象とする範囲外にあるピークを除去するための手順、又はシステムがＯＰＤ符号に対して応答できるようにするための手順が必要とされている。
【０００９】
ミラー項の問題に対処するために、最近、ＯＰＤ範囲の一方の符号のための項を除去するための「位相シフトスペクトル干渉法」と呼ばれる方法が導入されている。連続したＣＣＤフレームの２つの光干渉計経路間に正確な位相シフトを導入し、収集されたスペクトルを合成することによって、ＣＣＤ信号の電気的なフーリエ変換スペクトル内の雑音を低減し、且つ自己相関項の一方（正又は負のＯＰＤ）を除去することができる。その方法によれば、深さ方向において層を正確に再構成できるようになる。しかしながら、位相シフトスペクトル干渉法には、以下の不都合がある。位相シフトは数度内まで正確でなければならないので、参照ミラーの動きを正確に制御する必要がある。また、少なくともＭ個のスペクトルが収集された後にのみ最終的なスペクトルが送出されるので、その過程は、従来の方法よりもＭ倍だけ遅くなる。５つのステップを用いる位相シフトスペクトル干渉法の１つの方法が、M. Wojtkowski, A. Kowalczyk, P. Targowski, I. GorczynskaによってOptica Applicata, Vol. XXXII, No. 4, (2002), p. 569-580に発表された、「Fourier-domain optical coherence tomography: next step in optical imaging」に開示される。この方法を用いるとき、１つのＯＣＴ画像を供給するまでに、５つのフレームが必要とされる。しかしながら、位相シフトスペクトル干渉法に関連する最も大きな不都合は、検査される物体、たとえば組織の動きである。検査される組織の動きは位相シフトの値を変更し、位相シフト法によれば相殺されているはずの、ＯＰＤ符号（すなわち正又は負）のための項を元に戻すという効果がある。
【００１０】
A. Gh. Podoleanu, S. Taplin, D. J. Webb及びD. A. JacksonによってJ. Pure and Applied Optics, Vol.7, (1998), pp. 517-536に発表された、「Theoretical Study of Talbot-like Bands Observed Using a Laser Diode Below Threshold」というタイトルの論文、並びにA. Gh. Podoleanu, S. Taplin, D. J. Webb及びD. A. JacksonによってJ. Pure and Applied Optics, Vol. 6, issue 3, (1997), pp. 413-424に発表された、「Talbot-like Bands for Laser Diode Below Threshold」というタイトルの論文はいずれも、閾値レベル未満のレーザダイオードを用いるトールボットバンドについて報告する。後者の論文は、改良型マイケルソン干渉計も導入しており、ここで図２を参照しながら、そのような装置を説明する。
【００１１】
図２は図１と類似の構成を示すが、２つの遮蔽板２０が追加され、光路４１及び４２内に配置されている。２つの遮蔽板は、光ビーム４１及び４２の直径の半分を遮断するように配置される。拡散手段７が回折格子である場合の、図２の構成の動作に関する説明を行う。
【００１２】
回折格子７に達するビームがＮ本の格子線を含む状況について考える。２つの遮蔽板２０を、２つの光路の中の途中まで導入することによって、２つのビーム４１’及び４２’の空間分離が生じる。ビーム４１’及び４２’は、ビームスプリッタ４を通過した後の、ビーム４１及び４２からの残りのビームである。
【００１３】
通常、干渉結果の最大の鮮明度を得るには、物体ビーム４１の高さが参照ビーム４２と同じ高さになるように調整されなければならないことは、干渉計分野の熟練者には理解されよう。これは、ビームスプリッタ４、ミラー５及び６を都合よく傾けて、ミラー５及び６において反射した後のビーム４１及び４２が、到来ビーム３と同じ高さになるようにすることによって達成することができる。ビーム３、４１、４２は図面の平面内にある。２つの光路内に２つの遮蔽板２０を導入した後に、結果として生成されるビーム４１’及び４２’は平行であり、変位平面内で相対的に変位される。この特定の事例では、変位平面は、図面の平面と同じである。２つのビームに対して垂直な方向に描かれる、２つの変位したビーム４１’及び４２’の中心を結ぶ線は格子線に対して垂直である。
【００１４】
ＯＰＤの選択は、干渉計の２つのビーム出力を、励起される格子線の数に等しい数の小波を含むものと見なすことにより説明することができる。図２に示される構成では、遮蔽板２０がビームの直径の途中まで導入され、ビーム直径全体に対応するＮ本の線ではなく、Ｎ／２本の線が励起される。それゆえ、各波列はＮ／２個の小波を含む。一次回折の最大値ためにブラッグ回折格子の式が適用される結果として、波列内の各小波と隣接する小波との間にλの遅延が存在する。これは、各波列がＮλ／２長であることを意味する。２つの遮蔽板２０の作用に起因して、２つのビーム４１’及び４２’は初期ビームの直径の半分だけ横方向に変位する。ブラッグの式に起因して、或る格子線から次の格子線までλの遅延が存在するのと同じように、直径の半分がＮ／２本の格子線を含むので、回折される２つの波列間にＮλ／２の固有の初期遅延が存在する。それゆえ、干渉計内のＯＰＤが０であるという条件の場合、回折後の長さＮλ／２の２つの波列は、Ｎλ／２の固有の遅延を受ける。これは、それらの重なりが０であり、結果としてチャネルドスペクトル鮮明度は０になることを意味する。干渉計内のＯＰＤを大きくすることにより、波列が重なることになり、結果として、チャネルドスペクトルが生じる。測定可能な最小ＯＰＤは、チャネルドスペクトル内に少なくとも２つのピークが生成されるときの、光源のコヒーレンス長Ｌｃである。２つの波列の重なりは、干渉計内のＯＰＤがＮλ／２に等しいとき、すなわち波列がＮλ／２だけ遅延されるときに最大である。言い換えると、干渉計内のＯＰＤは固有遅延を完全に補償している。波列の重なりは、干渉計内のＯＰＤがさらに大きくなるときに再び減少し、その重なりは、波列が固有遅延に加えて、その長さだけ遅延するとき、すなわち最大のＯＰＤ範囲を与えるＮλの全遅延の場合に、０まで減少することは当業者には容易に明らかになるであろう。
【００１５】
図２の装置の挙動を説明するためには、干渉計において生成されるＯＰＤは十分ではない。干渉計において生成されるＯＰＤは、２つの横方向に変位したビーム間の固有遅延、Ｎλ／２に結びつけられるが、チャネルドスペクトル周期性は、干渉計内のＯＰＤだけに対応する。
【００１６】
上記のPodoleanuの論文において説明されるように、干渉計内のＯＰＤが或る特定の符号だけを有するときに、回折格子まで伝搬するビームの両側を遅延させる結果として、チャネルドスペクトルが生じる。これらの論文は、Ｌ及びＲとして指定される、２つの場合を区別する。
【００１７】
Ｌの場合には、回折格子７が用いられる角度、及び遮蔽板２０の位置は、回折後の参照ビーム４２’の成分が、回折後の物体ビーム４１’からＮλ／２だけ遅れるような角度及び位置である。これは、マイケルソン干渉計内のＯＰＤがチャネルドスペクトルを生成し、そのＯＰＤが０とＮλとの間にある限り、ＣＣＤ光検出器信号変調することを意味する。
【００１８】
Ｒの場合には、回折格子が用いられる角度、及び遮蔽板の位置は、回折後のビーム４１’の波列が、回折後のビーム４２’の波列から固有遅延Ｎλ／２だけ遅れるような角度及び位置である。これは、マイケルソン干渉計内のＯＰＤが、０と−Ｎλとの間にある限り、ＣＣＤ光検出器スペクトルを変調することを意味する。
【００１９】
他の側からビーム４１及び４２の中に遮蔽板２０が導入される場合には、ビーム４１’及び４２’は、ビームスプリッタ４の通過後にその位置を変更し、システムの挙動がＲからＬの場合に、及びその逆に変化する。
【００２０】
他の次数の回折の場合にも、又はプリズムを基にするスペクトル解析素子の場合にも類似の説明を行うことができる。実際には、トールボットバンドは、プリズムを用いて観測されてきた。プリズムを用いるとき、２つの入射ビームは平行であり、入射表面に対する垂線とプリズムの二等分線によって画定される平面内にある。両方のビームからの扇形の分散した光線は、出射表面に対する垂線とプリズムの二等分線によって画定される、同じ平面内に含まれる。
【００２１】
これは、干渉計内のＯＰＤの原点が組織内にある場合であっても、正確なＡスキャンを生成することができるスペクトルＯＣＴを実現する際の重要な要素である。これは、各センサに対応するＯＰＤに応じて、スペクトル低コヒーレンス干渉法によって、多重化されたアレイ内のセンサを選択する際にも重要な要素である。しかしながら、上記のPodoleanuの論文に記述される実施態様は、遮蔽板が存在することに起因して、各ビーム内の信号のパワーを２分の１に削減する。第二に、低コヒーレンス光源は光学的なフィードバックに対して非常に感度が高く、マイケルソン干渉計は光源に光を戻す。第三に、遮蔽板を用いて２つのビーム内の波列の長さを変更する方法は非効率的であり、パワーが遮蔽板の位置に依存する。さらに、２つのPodoleanuの論文の開示は、空洞共振器低コヒーレンス光源が用いられるとき、チャネルドスペクトルのフーリエ変換において直面するスペクトル項を単純化したものに限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、従来の手段に関連する上記の問題を回避又は改善するスペクトル干渉法及びスペクトル干渉装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
概括的には、第１の態様では、光源を含むか、又は光源によって励起されるスペクトル干渉装置が提供される。実用的な程度までの干渉効果を引き出すために、光源は、２つのビーム、すなわち、物体と相互作用する物体ビームと、概ね物体ビーム経路程度の経路長を有するように構成される参照ビームとを与えるように配置される。特に、種々の深さにおいて散乱点を有する多層物体において、経路長の差（光路差）がいくらか生じる場合がある。また光路差は、種々の応用形態の目的に合わせて調整することもできる。物体ビーム及び参照ビームは、スペクトル成分を分離するように構成される回折格子又はプリズム或いは他のデバイスのような、光スペクトル分散手段に入射する。スペクトルを分散できるようにするために、物体ビーム及び参照ビームが、それぞれの経路に対して或る角度で配置される分散手段の表面の異なる部分に入射するように、物体ビーム及び参照ビームを、それぞれ経路に対して横方向に変位させる。こうして、分散手段の働きによって、任意の光路差が、角度のある分散表面によって導入される「固有の」経路差とともに、チャネルドスペクトルを生成するであろう。
【００２４】
その装置は、光源の概ね最大のパワーが物体ビーム経路及び参照ビーム経路に沿って誘導されるように構成される。これは、たとえば、それらのビームを部分的に遮断するために挿入される遮蔽板を使用するのを避けることによって達成することができ、これらの遮蔽板の代わりに、たとえば、反射ミラー、合焦レンズ、音響偏向器のような偏向器、屈折デバイス、光ファイバケーブル誘導装置、又はこれらの組み合わせが用いられる。ビームを部分的に遮断するのを避けることにより、効率を改善することができる。
【００２５】
詳細には、第１の態様では、本発明は、光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置を提供し、当該装置は、光源から光スペクトル分散手段に物体ビームを誘導するように構成される光学構成を備え、物体ビームは、使用時に、分散手段に入射する前に目標物体と相互作用するように構成され、光学構成は、光源から分散手段に参照ビームを誘導するようにさらに構成され、それらのビームは名目的には等しい経路長を有するが、その構成は、物体ビームと参照ビームとの間に相対的に小さな光路差を導入するように動作することができ、光スペクトル分散手段は、その上に入射するそれぞれのビームのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成され、光学構成は、物体ビーム及び参照ビームが分散手段上で重なり合わないように、物体ビーム及び参照ビームを誘導するように構成される分離手段を備え、当該分離手段は、物体ビーム及び／又は参照ビームを部分的に遮断するための遮蔽板を備えず、使用時に、分離手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、物体ビーム及び参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、使用時に、光路差は、固有の光学的遅延とともに、読取り素子においてチャネルドスペクトルを生成する。
【００２６】
分離手段は、物体ビーム及び参照ビームを分離するために、物体ビーム及び／又は参照ビームにおいて、反射、偏向、回折、光ファイバケーブルによる個別の誘導のうちの１つの光学的な動作を実行するように構成されることが好ましい。
【００２７】
スペクトル光コヒーレンストモグラフィのために用いられるとき、本発明による方法及び装置は、１つの測定ステップにおいて、ミラー項の無い断面画像を提供する。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置が提供され、当該干渉計は、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、使用時に、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を、干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、変位手段は、物体ビーム及び参照ビームの少なくとも一方の反射、偏向又は屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、物体ビーム及び参照ビームを相対的に変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するようになっている。
【００２９】
そのような干渉装置は、物体ビーム及び参照ビームを変位させるための効率的な手段を提供する。本発明の実施形態では、変位は、反射、偏向及び屈折の任意の組み合わせによって実現することができる。それゆえ、変位は、物体ビーム及び参照ビームのパワーを低減しない。
【００３０】
変位手段は、物体ビーム又は参照ビームのいずれか、或いはその両方を変位させることによって、相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に相対的な変位を導入することができる。物体ビームだけが変位する場合には、相対的に変位した参照ビームは、変更されていない参照ビームと同じにすることができる。同様に、参照ビームだけが変位する場合には、相対的に変位した物体ビームは、物体ビームと同じビームにすることができる。
【００３１】
それゆえ、用語「相対的に変位した物体ビーム」及び「相対的に変位した参照ビーム」を用いることは、物体ビーム又は参照ビームのうちの一方だけが変位する装置を除外しないことが理解されよう。
【００３２】
変位手段は少なくとも２つの反射素子を備えることができ、当該少なくとも２つの反射素子のうちの一方は物体ビームを反射するように構成され、当該少なくとも２つの反射素子のうちの別の反射素子は参照ビームを反射するように構成される。
【００３３】
変位手段は、ビームを偏向することができる少なくとも１つの音響−光学変調器を備えることができる。
【００３４】
本発明の第３の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置が提供され、当該干渉計は、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、物体ビーム及び参照ビームの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、使用時に、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を、干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、物体光学系は、物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む物体ファイバ光学系を含み、参照光学系は、参照ビームを送出するように構成される参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、変位手段は、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するために、物体ファイバ端及び参照ファイバ端の相対的な位置を動かすように構成される。
【００３５】
変位手段は、物体ファイバ端及び参照ファイバ端の相対的な位置を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることによって、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するようにさらに構成することができる。
【００３６】
本発明の第４の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置が提供され、当該干渉計は、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成するように構成される物体光学系と、参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、物体ビーム及び参照ビームの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段であって、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、読取り素子上にスペクトル成分を分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、使用時に、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を、干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、物体光学系又は参照光学系のうちの一方は、それぞれ物体ビーム又は参照ビームのうちの一方を送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を含み、変位手段は、ファイバ端を動かすことによって、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される。
【００３７】
変位手段は、ファイバ端を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることによって、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するようにさらに構成することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、変位手段は、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を変更するようになっている。
【００３９】
いくつかの実施形態では、干渉計内の光路差を制御するように構成される手段を設けることができる。相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間の固有の光学的遅延を制御するように構成される手段を設けることもできる。光路差を制御するように構成される手段及び固有の光学的遅延を制御するように構成される手段は、処理手段を含むことができる。
【００４０】
読取り素子は、信号アナライザに信号を与えるように構成することができ、信号アナライザは、目標物体内の深さ範囲の反射又は散乱点の分布を決定するように構成される。その装置は、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を調整することにより、深さ範囲を調整するように構成することができる。
【００４１】
相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの偏光と、光スペクトル分散手段の偏光とを一致させるための手段を設けることもできる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、干渉計内の分散を補償するための手段を設けることもできる。
【００４３】
変位手段は、変位平面内で相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整するようにされることができる。変位手段は、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームが変位平面内で平行になるまで、それらのビームを調整できるようにされることができる。
【００４４】
変位手段は、光路差の値が小さい場合の信号の強度を高めるために、変位平面内にある２つの相対的に変位したビームを、光スペクトル分散手段上で、調整可能に横方向に重ね合わせることができるように構成することができ、横方向に重ね合わせることは、部分的に重ね合わせることから、完全に重ね合わせることまでに及ぶ。
【００４５】
変位手段は、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームが光スペクトル分散手段の異なる部分に突き当たるように、それらのビームの相対的な向きを調整するようにされることができる。
【００４６】
光スペクトル分散手段は、回折格子、プリズム、一群のプリズム、一群の回折格子のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４７】
光スペクトル分散手段は回折格子を含むことができ、回折格子の格子線は、相対的に変位した参照ビームの中心及び相対的に変位した物体ビームの中心を結ぶ線に対して垂直である。
【００４８】
光スペクトル分散手段は、入射表面を含むプリズムを含むことができ、相対的に変位した参照ビームの中心及び変位した物体ビームの中心を結ぶ線は、このプリズムの入射表面に対する垂線とプリズムの二等分線によって画定される平面内にある。
【００４９】
参照光学系は、光源のビームを反射することによって参照光源を与えるように構成される少なくとも１つの反射板を備えることができ、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの光路差を制御するために、その反射板の位置又は傾きを調整することができる。
【００５０】
参照光学系は、光源からの光ビームを、ファイバ光学系に沿って、又は光が光源に戻されるのを防ぐように構成される反射板を介して、変位手段に送出するように構成することができる。
【００５１】
物体光学系は、物体ビームの直径を変更するように構成される第１のズーム素子を備える。相対的に変位した物体ビームの直径を変更するために、第３のズーム素子を設けることもできる。
【００５２】
参照光学系は、参照ビームの直径を変更するように構成される第２のズーム素子を備えることができる。相対的に変位した参照ビームの直径を変更するために、第４のズーム素子を設けることもできる。
【００５３】
変位手段は、その光スペクトルの変調を読取り素子において検出することができる最小光路差値を調整するために、２つの相対的に変位したビーム間に調整可能な間隙を生成するように構成することができる。
【００５４】
２つの横方向に変位したビームがいくらか重なることができるようにすることによって、ＯＰＤ値が小さい場合の信号が高められる。これは、ＯＰＤ＝０の位置を多層物体内に配置することができ、ＯＰＤ＝０の深さの一方の側において散乱点がない場合に望ましい。
【００５５】
干渉計内の２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、上記読取り素子上で完全に生じることができる。
【００５６】
２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、一部が上記読取り素子上で、一部が上記光スペクトル分散手段上で生じるように構成される。
【００５７】
変位手段は、光路差の値が小さい場合の信号の強度を高めるために、上記変位したビームの横方向の重ね合わせの量を調整するように構成することができる。
【００５８】
処理手段は、相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間の間隙を調整して、その光スペクトルの変調を読取り素子において検出することができる最小光路差値を変更するために、変位手段を制御するように構成することができる。
【００５９】
物体光学系は走査素子を備えることができ、走査素子は目標物体を走査するように構成される。走査素子は、直線走査、ラスタ走査、螺旋走査、円形走査又は任意の他のランダムな形状の走査のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを実行するように構成することができる。
【００６０】
走査素子を用いて、物体の内部から、ミラー項の無い断面画像を得ることができる。種々の横断位置において断面の取得を繰り返すことにより、物体内部からのいくつかの断面を取得することができ、その後、ソフトウエア手段によって、その断面を用いて、ミラー項の無い物体の３Ｄボリュームが再構成される。
【００６１】
物体光学系内に、物体内の特定の深さからの信号強度を高めるための合焦素子を設けることができる。
【００６２】
干渉計は、ファイバ内干渉計、又はバルク干渉計、或いはファイバ内構成要素及びバルク構成要素から成るハイブリッド干渉計を含むことができる。
【００６３】
上記光源は、低コヒーレンス光源であってもよい。
【００６４】
読取り素子は、光検出器アレイ、ＣＣＤ直線アレイ、光検出器の２次元アレイ、２次元ＣＣＤアレイ、又は分散したスペクトルがその上で走査される点光検出器を含むことができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、その装置は、物体ビーム及び参照ビームを受光するとともに、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームを生成するように構成されるビームスプリッティング手段と、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される第２の変位手段と、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構成される第２の光スペクトル分散手段とをさらに備え、使用時に、第２の変位手段及び第２の光スペクトル分散手段の組み合わせは、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームの波列間に第２の固有の光学的遅延を生成するように構成され、この第２の固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを第２の読取り素子上に生成することができる。
【００６６】
第２の変位手段は、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることにより、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成するようにされることができる。
【００６７】
光スペクトル分散手段及び第２の光スペクトル分散手段は、それぞれの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせて、光スペクトル分散手段及び第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分散されたビームが反対の符号の固有遅延を示すように、向きを調整することができる。
【００６８】
第２の読取り素子は、第２の信号アナライザに信号を与えるように構成することができ、その装置は、信号アナライザ及び第２の信号アナライザから出力される信号に基づいて、両方の符号の光路差値を含む、目標物体のための反射率対光路差のプロファイルを提供することができる。
【００６９】
第２の光スペクトル分散手段は、１つ又は複数の回折格子を含むことができ、１つ又は複数の回折格子は、反対の符号の次数を上記読取り素子及び上記第２の読取り素子に向けて回折させるように構成される。
【００７０】
光スペクトル分散手段及び第２の光スペクトル分散手段はそれぞれ、１つ又は複数のプリズムを含むことができ、１つ又は複数のプリズムは、相対的に変位した物体ビーム又は相対的に変位した参照ビームが光スペクトル分散手段内のプリズム頂点に最も近くなり、且つ第２の相対的に変位した参照ビーム又は第２の相対的に変位した物体ビームがそれぞれ、第２の光スペクトル分散手段内のプリズム頂点に最も近くなるように配置される。
【００７１】
いくつかの実施形態では、読取り素子及び第２の読取り素子それぞれの信号出力は、個別の周波数／振幅変換器に送信され、その装置は、ＯＰＤ符号に関係なく、単層物体の軸方向の位置に比例する信号強度を与えるために、一方の周波数／振幅変換器の出力が他方の周波数／振幅変換器の反転出力に加算されるように構成される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、その装置は、変位手段と光スペクトル分散手段との間に配置される第３のビームスプリッティング手段であって、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、第３のビームスプリッティング手段と、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するように構成される第３の変位手段と、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構成される第３の光スペクトル分散手段とをさらに備え、使用時に、第３の変位手段及び第３の光スペクトル分散手段の組み合わせは、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームの波列間に第３の固有の光学的遅延を生成するように構成され、この第３の固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを第３の読取り素子上に生成することができる。
【００７３】
第３の変位手段は、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するように構成することができる。
【００７４】
２つの変位したビーム間の間隙が十分に大きい場合に、物体内の深さ値ｄＭに対応する深さ間隔範囲内で、干渉計内の特定の光路差のための感度の最大値が記録される。ｉ）感度対干渉計内の光路差及び物体内の深さの狭いプロファイルを作成するために、ｄＭと一致する焦点、ｉｉ）感度対干渉計内の光路差及び物体内の深さのプロファイルを平坦にするために、ｄＭとは異なる焦点を生成するように、合焦素子を調整することができる。
【００７５】
光源は低コヒーレンス光源であってもよく、その出力は、光複製素子を用いて遅延したレプリカとともに送出される。
【００７６】
調査されるべき物体が、その装置の深さ範囲の半分未満の厚みを有する場合、その装置が応答することができる最大光路範囲よりも小さいか、又は好ましくはこの範囲の中央付近の遅延差を生成する光複製素子を介して遅延したレプリカとともに、低コヒーレンス光源の出力をスペクトル干渉装置に送出ことができる。遅延差を導入する前は装置が応答しなかったＯＰＤ符号の深さ範囲に対して装置が応答できるようにするために、２つの変位したビーム間の間隙は、それらのビームの半径の和よりも大きくなるように調整することができ、遅延差を用いることなく破棄されたＯＰＤ値は、範囲間隔内に現われる（装置の最大深さ範囲−遅延差＝装置の最大深さ範囲）。
【００７７】
光複製素子は、第１の単一モード結合器を備えることができ、その出力は、光源の遅延したレプリカを生成するために、第２の単一モード結合器の２つの入力に接続される。これにより、第１の単一モード結合器及び第２の単一モード結合器を接続する２つのリード間に、遅延差だけ遅れた、光源の遅延したレプリカを生成することができる。
【００７８】
光複製素子は、平行な表面を有するプレートの形をとる透明な光学材料を含むことができ、プレートは、その縁部が変位平面に対して平行になるように、光源のビームの中に途中まで導入される。
【００７９】
光源は、閾値未満で駆動されるレーザを含む低コヒーレンス光源であってもよい。
【００８０】
共振器長は、装置が応答することができる最大光路範囲よりも小さくすることができるか、又は好ましくはこの範囲の中央付近にすることができる。２つの変位したビーム間の間隙が、それらのビームの半径の和よりも大きくなるように調整されるとき、装置は、空洞共振器以外の低コヒーレンス光源が用いられていたなら装置が応答していなかったＯＰＤ符号の深さ範囲に対して応答できるようになる。空洞共振器以外の低コヒーレンス光源を用いるときに破棄されるＯＰＤ値は、範囲間隔内に現われる（装置の最大深さ範囲−光レーザ共振器長＝装置の最大深さ範囲）。
【００８１】
光源は、自己相関関数においてサテライトピークを示す、空洞共振器以外の光源であってもよく、それにより、遅延差値は、第１のサテライトピークのＯＰＤの値に一致することができる。
【００８２】
物体ビーム及び参照ビーム、又は上記変位した物体ビーム及び上記変位した参照ビームにおいて、偏光変調器及び波長板を用いて、ミラー項の無い、偏光に対して感度のある断層Ｘ線写真を提供することができる。
【００８３】
本発明の第５の態様によれば、スペクトル干渉法が提供され、その方法は、干渉計を用いて、物体ビーム及び参照ビームを出力すること、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方を相対的に変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するために、上記物体ビーム及び上記参照ビームのうちの少なくとも一方を反射、偏向又は屈折させて、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、並びに、光スペクトル分散手段を用いて、２つの相対的に変位したビームを、それらの光スペクトル成分に応じて読取り素子上に分散させることを含み、上記物体ビーム及び上記参照ビームを反射、偏向又は屈折させて相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成すること、並びに光スペクトル分散手段を用いて２つの相対的に変位したビームを分散させることの組み合わせによって、２つの相対的に変位したビーム内の波列間に固有の光学的遅延が生成されるようになり、この固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを生成することができる。
【００８４】
本発明の第６の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を含む、スペクトル干渉法が提供され、当該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、その方法は、物体光学系を用いて、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、変位手段を用いて、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成し、なお、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、並びに、光スペクトル分散手段を用いて、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させることを含み、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、変位手段は、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向又は屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、物体ビーム及び参照ビームを相対的に変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成する。
【００８５】
本発明の第７の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含む、スペクトル干渉法が提供され、当該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、その方法は、物体光学系を用いて、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、変位手段を用いて、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成し、なお、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、並びに、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段を含み、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、物体光学系は、物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む物体ファイバ光学系を含み、参照光学系は、参照ビームを送出するように構成される参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、変位手段は、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するために、物体ファイバ端及び参照ファイバ端の相対的な位置を動かす。
【００８６】
本発明の第８の態様によれば、光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含む、スペクトル干渉法が提供され、当該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、その方法は、物体光学系を用いて、光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成すること、参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、変位手段を用いて、物体ビーム及び参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成し、なお、干渉計内で生成される相対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせること、並びに、光スペクトル分散手段を用いて、２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させることを含み、使用時に、変位手段及び光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成するように構成され、この固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを読取り素子上に生成することができ、物体光学系又は参照光学系のうちの一方は、それぞれ物体ビーム又は参照ビームうちの一方を送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を含み、変位手段は、ファイバ端を動かすことによって、上記光スペクトル分散手段上に部分的に、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成する。
【００８７】
その方法は、ビームスプリッティング手段を用いて、物体ビーム及び参照ビームを受光するとともに、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームを生成すること、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される第２の変位手段を用いること、並びに、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構成される第２の光スペクトル分散手段を用いることを含むことができ、使用時に、第２の変位手段及び第２の光スペクトル分散手段の組み合わせは、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビーム内の波列間に第２の固有の光学的遅延を生成し、この第２の固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを第２の読取り素子上に生成することができる。
【００８８】
第２の変位手段は、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることにより、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成することができる。
【００８９】
その方法は、それぞれの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせて、光スペクトル分散手段及び第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分散されたビームが反対の符号の固有遅延を示すように、光スペクトル分散手段及び第２の光スペクトル分散手段の向きを調整することを含むことができる。
【００９０】
第２の読取り素子は、第２の信号アナライザに信号を与えることができ、その方法は、信号アナライザ及び第２の信号アナライザから出力される信号に基づいて、両方の符号の光路差値を含む、目標物体のための反射率対光路差のプロファイルを提供することをさらに含む。
【００９１】
読取り素子及び第２の読取り素子それぞれの信号出力は、個別の周波数／振幅変換器に送信されることができ、装置は、ＯＰＤ符号に関係なく、単層物体の軸方向の位置に比例する信号強度を与えるために、一方の周波数／振幅変換器の出力が他方の周波数／振幅変換器の反転出力に加算されるように構成される。
【００９２】
その方法は、変位手段と光スペクトル分散手段との間に配置される第３のビームスプリッティング手段を用いて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを生成すること、第３の変位手段を用いて、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整すること、並びに、第３の光スペクトル分散手段を用いて、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させることを含むことができ、使用時に、第３の変位手段及び第３の光スペクトル分散手段の組み合わせは、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームの波列間に第３の固有の光学的遅延を生成し、この第３の固有の光学的遅延を干渉計内の光路差とともに用いて、干渉計内の光路差のためのチャネルドスペクトルを第３の読取り素子上に生成することができる。
【００９３】
第３の変位手段は、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整することができる。
【００９４】
その方法は、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）を構成すること、並びに、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の一方の出力において信号が閾値を超えないときに、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の他方の出力において生じる２つのピークの最大周波数と最小周波数との間の差に基づいて、物体の厚みを判定することをさらに含むことができる。
【００９５】
その方法は、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）を構成すること、並びに、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）それぞれの出力において信号が一度だけ閾値を超えるときに、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の極限周波数の和に基づいて、物体の厚みを判定することをさらに含むことができる。
【００９６】
信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）の累積された信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、より小さな振幅の目標物体からの雑音及びピークを表す不可欠でないピークを破棄するために、信号アナライザ及び第２の信号アナライザ（又は第３の信号アナライザ）それぞれの出力に、閾値処理回路を実装することができる。
【００９７】
本発明のさらに別の目的及び利点とともに、その構造、構成、使用法、及び動作方法に関して、本発明の特徴であると考えられる新規の特徴は、本発明の現時点で好ましい実施形態が例示されることになる添付の図面から、さらに理解されるであろう。
【００９８】
しかしながら、それらの図面は例示し、説明することだけを目的としており、本発明を制限することを意図していないことを明確に理解されたい。ここで、本発明の実施形態が、添付の図面に関連して例として説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９９】
理解するのを容易にするために、種々の図面において同じである構成要素は、同じ符号によって示されている。
【０１００】
光ファイバが用いられる場合に、これは一例にすぎず、バルク型の実施態様が同じく実現可能であり、その場合には、ファイバ内構成要素を用いる個々の素子が、光路によって置き換えられ、方向性ファイバ結合器がプレートビームスプリッタによって置き換えられることになる点に留意されたい。同様に、バルク型の構成要素が用いられる場合に、それらの構成要素は光ファイバ構成要素によって同等に置き換えることができる。
【０１０１】
本発明のさらに別の目的及び利点とともに、その構造、構成、使用法、動作方法に関して、本発明の特徴であると考えられる新規の特徴は、以下に記載される説明から、さらに理解されるであろう。
【０１０２】
図３は、本発明の第１の実施形態によるスペクトル干渉装置１００を示す。装置１００は、ＯＰＤを選択することができ、白色光干渉計に基づいて明確なＡスキャンを生成することができる。２つのビーム、すなわち目標物体に向かって誘導される物体ビーム及び参照ビームを生成するために、異なる干渉計構成も考えられる。光が光源に戻されるのを避けるために、図３には、再循環参照ビーム構成が示される。
【０１０３】
物体経路及び参照経路からの２つのビームがスペクトル解析素子上で空間的に重ね合わせられる、スペクトル（又はフーリエ領域）ＯＣＴの従来技術の実施態様とは対照的に、本発明の実施形態では、２つのビームは、スペクトル解析素子上で、互いから相対的に変位する。従来技術の構成、たとえば先に引用されたHauslerによる論文、及び米国特許第４，９３２，７８２号又は米国特許第５，３１７，３８９号に記述される構成では、干渉結果は分散素子に送信され、すなわち、干渉は分散（回折）前に生じていた。本発明の実施形態では、干渉は基本的には分散（回折）後に生じる。
【０１０４】
図３に示される装置は、光源１と、コリメータ素子２と、ビームスプリッタ４とを備える。ビームスプリッタ４から目標物体５５に導く第１の光路４１が装置内で画定される。ビームスプリッタ４から、平行移動ステージ６３上に配置される２つの再循環ミラー６１及び６２を介して、ミラー５２に導く第２の光路４２が装置内で画定される。ビームスプリッタ４からミラー５１に導く第３の光路が装置内で画定される。ズーム素子３２が第２の光路内に配置され、ズーム素子３１が第３の光路内に配置される。スペクトル解析のための光スペクトル分散手段７が、ミラー５１及び５２によって第２の光路及び第３の光路から反射された光ビームを受光するように構成される。光スペクトル分散手段７は、光ビームの異なる波長成分を、その波長に応じた種々の角度で、合焦素子８を介して読取り素子９上に分散させる。読取り素子９は、スペクトルアナライザ９１に電気的出力を与える。プロセッサ４６が、収集速度及び帯域幅に関してスペクトルアナライザ９１のパラメータを制御し、その出力信号を処理すると同時に、それに同期して平行移動ステージ６３並びにミラー５１及び５２の位置を制御する。
【０１０５】
図３の装置において、光源１からの光ビームがコリメータ素子２によってコリメートされ、光ビーム３が形成される。この実施形態では、コリメータ素子２は簡単なレンズであるが、他の実施形態では、アクロマート、又はミラー、或いはレンズ又はミラーの組み合わせにすることができる。
【０１０６】
ビーム３からの光はビームスプリッタ４によって２つのビームに分割され、物体光学系によって第１の光路に沿って物体ビーム４１が形成され、参照光学系によって第２の光路に沿って参照ビーム４２が形成される。目標物体５５からの戻りでは、物体ビーム４１は、物体光学系内の第３の光路に沿って、ビームスプリッタ４によって反射される。第３の光路からの物体ビームはミラー５１によって反射されて、相対的に変位したビーム４１’が生成される。参照ビーム４２は２つのミラー６１及び６２によって反射され、その後、反射素子５２によって反射されて、相対的に変位したビーム４２’が生成される。この実施形態では、再循環ミラー６１並びに反射素子５１及び５２の組み合わせは、図３に破線のブロックによって示される、変位手段５７としての役割を果たす。
【０１０７】
２つのビーム４１’及び４２’は、ビーム４１’及び４２’の平行関係が保たれるようにして、図面の平面と同一にすることができる変位平面内で互いから相対的に変位し、そのような変位は、それらのビームの直径、及びそれらのビーム間に生成される横方向の間隙ｇよりも大きくすることができる。２つのミラー６１及び６２は平行移動ステージ６３上に配置され、そのステージは、第１の経路４１に沿って、さらには変位した物体ビーム４１’の第３の経路に沿って分散素子７まで、又は変位したビームが重ならない場合には読取り素子９までのラウンドトリップ経路長によって形成される物体ビーム経路と、第２の経路４２の長さと、変位した参照ビーム４２’の経路に沿って分散素子７まで、又は変位したビームが重ならない場合には読取り素子９までの長さとによって形成される参照ビーム経路との間の、干渉計内のＯＰＤを調整するために用いられる。２つのビーム４１’と４２’との間の横方向の間隙ｇは、ミラー５１又は６２、或いはミラー５２を矢印によって示される方向に動かすことによって変更することができる。他の実施形態では、反射素子５２は、ビームスプリッタ、又は複数のミラーの組み合わせにすることができる。０値近くの小さな値の間隙が必要とされる場合、又はビームの横方向の重ね合わせが必要とされる場合には、反射素子５２はビームスプリッタを含む。横方向の間隙ｇの横方向の重ね合わせの量を調整することによって、２つの相対的に変位したビーム内の波列間の固有遅延を調整することができる。ミラー６１及び６２を経由する第２の経路が、図面の右側に進み（６１を９０°だけ回転させることによる）、図３に示されるように左側には進まない場合には、ミラー５１はビームスプリッタにする必要がある。ズーム素子３１及び３２を用いて、光スペクトル分散手段７上に入るビームの直径が調整され、この実施形態では、ズーム素子３１及び３２はそれぞれ、２つ１組のレンズ３１１及び３１２、並びに３２１及び３２２を含む。レンズ３１１及び３２１の焦点距離に対して、レンズ３１２及び３２２の焦点距離を調整することにより、素子７に入るビーム直径を縮小又は拡大することができる。
【０１０８】
この説明のために、互いに対して変位している物体ビーム及び参照ビームのそれぞれの方向を指示するために、用語「相対的に変位した物体ビーム」及び「相対的に変位した参照ビーム」が用いられることに留意されたい。しかしながら、相対的な変位が、物体ビーム又は参照ビームのいずれか、或いは両方を変位させることによって導入できることは当業者には容易に理解されよう。それゆえ、用語「相対的に変位した物体ビーム」及び「相対的に変位した参照ビーム」を用いることは、物体方向又は参照方向のうちの一方だけが変位する装置を除外しないことが理解されよう。
【０１０９】
さらに、あらゆる実施形態において、物体ビーム及び参照ビームは、物体ビーム及び参照ビームの一方又は両方に導入される、適当に向きを調整された偏向器、光学−光学変調器、又は屈折素子によって変位させることができる。
【０１１０】
ここで一例として、説明を容易にするために、２つのビームは、回折格子のような簡単な分散素子に対して平行に保持されながら、分散素子７の異なる部分に入るように空間的に変位する。しかしながら、これは、互いに対する２つのビームの変位の大部分を制限すべきではなく、さらに複雑なスペクトル解析素子では、分散手段の同じ部分を用いるが、異なる角度で入射する２つのビームを含むことができ、ビームを相対的に変位させる効果は、分散手段の出力において、２つの分散したビーム間に固有の遅延差を生成することである。
【０１１１】
この実施形態では、光スペクトル分散手段７は回折格子である。それゆえ、２つのビーム４１’及び４２’の直径を変更することによって、物体ビーム４１’によってＮＯ本の格子線が励起され、参照ビーム４２’によってＮＲ本の格子線が励起される。ビーム直径を変更することは、異なるようにすることもできる。ビーム直径を拡大して、２つの最初に変位していたビーム間の間隙を完全になくすことができ、さらにはビームを重ねることもできる。
【０１１２】
干渉、それゆえ鮮明度を最大にするために、参照光学系内に偏光コントローラ８０が示されており、それは物体光学系及び参照光学系内の偏光を一致させるために用いられる。図３には１つの素子８０だけが示されており、それは実用的な状況の大部分の場合には十分であろう。しかしながら、同様に、物体光学系において、１つ又は複数の偏光コントローラを用いることもできる。この実施形態において用いられる偏光コントローラはバルク内にある偏光子である。しかしながら、ファイバ内偏光子、バルク内又はファイバ内波長板、及びそれらの任意の組み合わせを用いることもできる。
【０１１３】
回折格子７によって回折される光は、収束レンズ８によって読取り素子上に合焦する。この実施形態では、読取り素子はＣＣＤアレイ９である。最適に動作させるために、レンズ８は、回折格子７から距離Ｆに、且つＣＣＤアレイ９から同じ距離Ｆに配置されることが当該技術分野において知られている。ただし、Ｆはレンズ８の焦点距離である。本発明の範囲から逸脱することなく、他のスペクトル解析構成を用いることができる。たとえば、他の実施形態では、光スペクトル分散素子７は、プリズム、或いは一群のプリズム又は一群の回折格子のような他の分散手段を含むことができる。さらに、他の実施形態では、ＣＣＤアレイ９の代わりに、光検出器アレイを、又は１つの簡単な光検出器を用いることができ、その場合には、光スペクトル分散素子７からの回折した、又は分散したビームを、ガルバノメータスキャナ、共鳴スキャナ、ポリゴンミラー又は回転するプリズムのような角度のあるスキャナを用いて、点光検出器にわたって走査することができる。相対的に変位したビーム４１’及び４２’に起因して、分散した扇形の光線の重ね合わせから生じる合成スペクトルの形状に従って時間とともに変化する電気信号を生成するように動作することができる、任意の実施態様を用いることができる。
【０１１４】
読取り素子の信号出力は電子プロセッサにおいて処理され、読取り素子９によって読み取られるような光スペクトルの変調の周期性からＡスキャンプロファイルが抽出される。Ａスキャンは、深さ方向の反射率のプロファイルである。これは通常、フーリエ変換によって達成されるが、スペクトル解析の技術分野において知られているように、ラプラス変換、ウエーブレット変換、ヒルベルト変換等の他の手順が、種々の成形されたカーネル、ゼロパッディング、補間を用いるスペクトル平滑化と合わせて、同じ目的を果たし、光周波数の線形スケール、反復法等を提供することができる。
【０１１５】
この実施形態では、変位手段はプロセッサ４６によって制御され、プロセッサは、再循環ミラー６１、反射素子５１及び５２、並びにズーム素子３１及び３２の位置の調整を制御する。しかしながら、他の実施形態では、変位手段は手動で、又は任意の他の適当な手段によって調整することができる。
【０１１６】
図３の実施形態の動作を理解するために、図４を参照しながら一例が説明されるであろう。この例では、図３に示される構成内の目標物体５５は多層化されており、４つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を含む。
【０１１７】
図４は、図１及び本発明の実施形態による方法に関連して先に説明された従来技術の方法によって実現される深さプロファイルを比較して示す。出力ピークによって示されるように、電気スペクトルアナライザ９１によって測定されるようなチャネルドスペクトルの変調に対応する周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３及びＦ４において、異なる事例が例示されており、各周波数は干渉計内のＯＰＤに比例し、ＯＰＤは目標物体の層Ｌ１〜Ｌ４の深さに対応する。以下の説明では、それらの出力ピークは、その周波数として表される。ピークＦ１〜Ｆ４は、スペクトルアナライザ９１を用いて、光スペクトルのフーリエ変換を実行することによって生成される。ＯＰＤが大きくなると、チャネルドスペクトルの密度が高くなり、そのＯＰＤに対応する信号の周波数Ｆが高くなる。ピークＦ１〜Ｆ４は、電気的な周波数軸ｆに沿って表される。
【０１１８】
事例（ａ）では、ＯＰＤ＝０表面は多層物体の前にある。事例（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）では、ＯＰＤ＝０表面は多層物体の中にある。ＯＰＤ＝０である位置は破線によって示される。そのような位置は、図３の平行移動ステージ６３の位置によって決定される。事例（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）では、ＯＰＤが０である位置は、第２の層Ｌ２の深さに一致するＯＰＤ位置と、第２の層がある深さよりもわずかに近い、第３の層Ｌ３に一致するＯＰＤ位置との間で調整される。事例（ｃ）及び（ｄ）は、ＯＰＤが特定の符号だけを有する状況に相当し、図２に関連して先に説明されたＬ及びＲの場合に相当する。
【０１１９】
事例（ａ）では、従来技術は、そのフーリエ変換が周波数Ｆ１〜Ｆ４においてピークを有するチャネルドスペクトルを出力し、それらの周波数の位置は、深さ方向における層Ｌ１〜Ｌ４の位置に類似である。これは、深さ方向の層の正確な検出に、及び正確な断層Ｘ線写真（Ａスキャン）に対応する。
【０１２０】
しかしながら、ＯＰＤ＝０表面が多層物体の内部にあるとき、従来技術の方法は、図４（ｂ）に示されるような誤った結果を提供する。この事例では、ピークＦ１及びＦ２は層Ｌ１及びＬ２の深さに対応しない。さらに、ピークＦ２はピークＦ３上に概ね重ね合わせられ、Ｆ２に対して原点方向にわずかにシフトされるだけである。このわずかなシフトは、初期のＯＰＤ＝０が、層Ｌ３よりも、層Ｌ２の近くにあったことによる。ピークＦ３及びＦ４だけが正確な位置を有する。
【０１２１】
図４ｂは、層の深さがＯＰＤ＞０の場合、すなわち、物体経路が参照経路よりも長いときに、ピークの正確な検出が行われることを示す。しかしながら、ＯＰＤ＜０であるとき、層の深さのための誤った検出が行われることになる。
【０１２２】
図３に関連して説明された本発明の実施形態が用いられる場合には、結果として、図４（ｃ）に示されるような信号が生じる。この場合、ピークＦ３及びＦ４だけが得られ、ピークＦ１及びＦ２は除去される。言い換えると、ＯＰＤ＜０に位置する全ての層がスペクトルから除去され、ＯＰＤ＞０の場合の深さ方向の多層構造と極めてよく似たきれいな出力が残される。回折格子に向かって誘導される２つの相対的に変位したビーム４１’及び４２’が除去される（swooped）場合、又はその図が先に引用されたPodoleanuの２つの論文に記載されるような事例Ｒに対応するように格子を回転する場合には、パルスＦ１及びＦ２がそれぞれ、層Ｌ１及び層Ｌ２の深さ位置を正確に示すことになり、一方、図４（ｄ）に示されるように、パルスＦ３及びＦ４は除去されるであろう。干渉計内のＯＰＤが参照経路から物体経路を引くことによって規定され、回折格子に入射する２つのビーム間の初期のＯＰＤが適切に規定される場合には、同じ説明が当てはまるであろう。
【０１２３】
ズーム素子３１及び３２の役割は、図２の従来技術の装置の遮蔽板２０によって与えられる調整よりも、ＯＰＤ範囲の調整に大きな自由度を与えることである。上記の説明に基づいて、相対的に変位した物体ビーム４１’が、ＮＯ本の格子線が励起されるような直径を有する場合には、物体波列は、格子を通過した後にλＮＯの長さである。同様に、参照ビーム４２’が、ＮＲ本の格子線が励起されるような直径を有する場合には、格子を通過した後の参照波列はλＮＲの長さである。事例Ｌでは、格子通過後の物体波列及び参照波列の先端間には固有遅延Ｐλ＋λＮＯがあり、格子通過後の物体波列及び参照波列の後端間には固有遅延Ｐλ＋λＮＲがある。事例Ｒでは、格子通過後の物体波列及び参照波列の先端間には固有遅延Ｐλ＋λＮＲがあり、格子通過後の物体波列及び参照波列の後端間には固有遅延Ｐλ＋λＮＯがある。
【０１２４】
相対的に変位した２つのビーム４１’と４２’との間の間隙ｇが、Ｐ本の格子線が励起されないような間隙である場合には、事例Ｌの場合の２つの波列が干渉するために必要とされる最小ＯＰＤは以下の式によって与えられ、
ＯＰＤｍｉｎ＝Ｐλ＋Ｌｃ
波列の重なりがないときの最大ＯＰＤは以下の式によって与えられる。
ＯＰＤｍａｘ＝Ｐλ＋λＮＯ＋λＮＲ
【０１２５】
事例Ｒでは、上記の２つの式内のＯＰＤｍｉｎ及びＯＰＤｍａｘの符号が変わるであろう。したがって、２つの相対的に変位したビーム間の間隙及びそれらのビーム直径を調整することによって、測定されるＯＰＤの範囲を都合よく調整することができる。
【０１２６】
上記のPodoleanuの論文において説明されるように、チャネルドスペクトルの鮮明度は、２つの波列の重なりの量に依存する。それゆえ、上記の事例Ｌでは、相対的に変位した各ビームがＮλ／２本の格子線を含む場合に、その鮮明度は、ＯＰＤ＝Ｌｃの場合の０から、ＯＰＤ＝Ｎλ／２のときの最大値まで増加する。小さなＯＰＤの場合の信号の強度を高めるために、２つの変位したビームを部分的に横方向に重ね合わせることが望ましい場合もある。これは、２つの相対的に変位したビーム内の波列間の固有遅延をＮλ／２未満に減少させる。Ｓ本の格子線が、横方向に変位した両方のビームによって含まれる場合について考える。これは、範囲ＯＰＤ＜０内の散乱点によって０以外の鮮明度が生成されるという不都合を有するであろう。より正確に言うと、ＯＰＤ＞ＯＰＤｍｉｎ＝−Ｓλの場合に、アナライザ９１に送出される信号のフーリエスペクトル内にピークが生成されるであろう。
【０１２７】
範囲−Ｓλ〜Ｌｃ内のピークが、範囲Ｌｃ〜Ｓλに対応するピークに重ね合わせられて、再び、結果として不正確なＡスキャンプロファイルが生じるであろう。しかしながら、組織の前にあるＯＰＤの領域がＯＰＤ＝−Ｓλまで鮮明である場合には、フーリエスペクトル内にピークは現われないことになり、そのように調整することによって、小さなＯＰＤ値の場合のＡプロファイルの強度を高めるという利点を達成できる。
【０１２８】
図５は、本発明による、ＯＰＤを選択することができるスペクトル干渉装置の第２の実施形態を示す図である。図５に示される実施形態は、図３に関連して説明されたものと構成に関して類似であるが、さらに、プロセッサ４６に接続される発生器３４と、ＸＹスキャナヘッド１０と、走査光学系１２と、合焦素子１５とを備える。その装置は、多層物体５５からのＡスキャンだけでなく、３Ｄ断層Ｘ線写真体積測定データも送出するように構成される。
【０１２９】
ＸＹスキャナヘッド１０が駆動されていないときに、そこから現われる物体ビーム４１の方向が光学軸を規定するものとする。Ｘ及びＹがその光学軸に対して垂直な平面内にある座標軸であり、Ｚがその光学軸に対して平行な座標軸である座標系を考える。
【０１３０】
走査用光学系１２を介して、横断するように目標物体５５にわたって物体ビーム４１を走査するためにＸＹスキャナヘッド１０が設けられる。合焦素子１５が、検査されるべき目標物体５５、たとえば組織上に光を合焦する。一般性を損なうことなく、物体５５の目標エリアとして、図５には目の網膜が示されており、合焦素子１５は眼レンズである。組織５５が皮膚である場合には、合焦素子１５を通過した後の光線が標準的には、深さ方向の軸と平行に現われるように、走査用光学系１２が変更される。また合焦は、走査用光学系１２内の光学素子を変更することによって、又はコリメータ素子２を動かすことによって、又はビームスプリッタ４とスキャナヘッド１０との間に適当な光学素子を追加することによっても果たすことができることも理解されよう。別個に、又は一緒に用いられるそのような素子は、目の網膜又は皮膚のような多層物体５５に適用することができる合焦手段の役割を果たす。その走査は、発生器３４の制御下にある。横断面内の点（Ｘ，Ｙ）毎に、図３の実施形態と同じ構成要素を用いて、その装置によってＡスキャンが生成される。１つのスキャナが固定される場合、平面（Ｘ，Ｚ）又は（Ｙ，Ｚ）内の組織の断面を得ることができる。ただし、Ｚの向きは深さ方向に沿っている。これは、超音波の用語に従って、ＯＣＴ  Ｂスキャン画像と呼ばれる。Ｂスキャンが他の座標軸、それぞれＹ又はＸに沿って繰り返されるとき、組織の全体積を調査することができる。別法では、２つの座標は、光学軸に対して直交する横断面内の極にすることができる。さらに、スキャナは、横断面内で円形を描くようにして駆動することができ、その場合に、Ｂスキャン画像は、深さ方向の軸に沿って向けられる円柱の横方向のサイズに沿っている。
【０１３１】
図５のプロセッサ４６はさらに、ＡスキャンプロファイルからＢスキャン画像を生成し、アナライザ９１のＡスキャン生成を、一方又は両方の横断スキャナの動きと同期させるという意味で、図３に関連して説明されるプロセッサよりも進んだ機能を有する。ＸＹスキャナの両方のスキャナを制御すること同期して、数多くのＢスキャン画像が生成されるとき、３Ｄ体積測定データの生成において、さらに多くの機能が必要とされる。
【０１３２】
図６は、本発明による、ＯＰＤを選択することができるスペクトル干渉装置の第３の実施形態を示す。この実施形態を用いて、多層物体５５のＯＣＴ  Ｂスキャンを送出し、３Ｄ調査を実行することができる。この実施形態では、光ファイバ及びバルク光学系のハイブリッド構成が用いられる。
【０１３３】
図６に示される実施形態は、単一モードの方向性結合器４０を用いて、光源１からの光を、ファイバリード３６の出力の物体ビームと、ファイバリード３８の出力の参照ビームとに分割する。ファイバリード３６は、光をコリメータ素子２に供給するように構成される。図６の物体経路光学系の残りの部分は、図５に関連して説明されたものに類似である。合焦素子２によってコリメートされた光はビーム３を形成し、そのビームは、ビームスプリッタ４を経由して、第１の光路４１に沿って走査用素子１０に送出され、その後、走査用光学系１２及びレンズ１５を経由して、物体５５に向かう。物体５５から後方散乱された光は、第１の光路４１に沿って戻り、ビームスプリッタ４によって第３の光路に沿って偏向され、ズーム素子３１を介して、ミラー５１に誘導される。
【０１３４】
ファイバリード３８の出力の前にファイバループ４９が設けられ、ファイバリード３８は、参照ビーム４２を形成するために、コリメータ３３に光を供給するように構成される。これは、第２の光路４２に沿って、ズーム素子３２を介して、ミラー５２に送られる。この実施形態では、ファイバリード３８は平行移動ステージ８１上に配置され、そのステージそのものは平行移動ステージ６３上に配置される。平行移動ステージ６３の役割は、先行する実施形態に関連して先に説明されたものと同じである。平行移動ステージ８１を用いて、ファイバリード３８の位置が動かされる。他の実施形態では、平行移動ステージ８１は、存在する必要はない。
【０１３５】
偏光を一致させるために、参照光学系内の自由空間ビームのために設けられる偏光コントローラ８０のほかに、物体光学系のファイバリード３６内に補助偏光コントローラ８５が設けられる。先行する実施形態の場合と同様に、偏光コントローラは不可欠ではなく、なくすこともできる。
【０１３６】
図５の実施形態と同様に、スペクトル解析素子７に突き当たる前に、ミラー５１及びミラー５２を用いて、物体ビーム及び参照ビームを互いに横方向に変位させて、相対的に変位した物体ビーム４１’及び相対的に変位した参照ビーム４２’が生成される。先に説明された実施形態の場合と同様に、ミラー５１又は５２の代わりに、ビームスプリッタを用いることもできる。
【０１３７】
ＯＰＤ＝０である位置を調整するために、当業者が考えることができるような種々の実施態様が実現可能である。１つのそのような実現可能な実施形態が図６に示されており、ファイバリード３８の端部及び参照経路内のコリメータ３３が軸方向スキャナ６３上に配置され、ファイバリード３８がファイバループ４９を備えており、動かすことができるようにする。
【０１３８】
相対的に変位した参照ビーム４２’のビーム直径が異なる焦点距離のコリメータ素子３３を用いて調整できること、及びズーム素子３２をなくすことができることも当業者には容易に明らかになるであろう。同様に、相対的に変位した物体ビーム４１’のビーム直径は、異なる焦点距離のコリメータ素子２、及び第１の経路に沿った合焦素子を用いて調整でき、その場合に、ズーム素子３１をなくすことができる。
【０１３９】
この実施形態では、ミラー５１及び５２の位置及び傾きは手動で調整される。しかしながら、検出されるべき最小経路差を調整するために、変位手段をプロセッサ４６によって制御して、変位平面内の２つのビーム間の間隙を調整することもできることも、当業者には容易に明らかになるであろう。たとえば、これは、図５において、平行移動ステージ６３の上に別の平行移動ステージを用いて、ミラー６２を矢印の方向に、又はミラー６１及び６２の両方を動かすことによって実施することができる。
【０１４０】
さらに、平行移動ステージ８１を用いて、図６に示される構成においてビームの相対的な変位を調整できることも理解されよう。平行移動ステージ８１は、平行移動ステージ６３を動かす矢印に対して垂直な方向にファイバ端３８及び合焦素子３３を動かすことができ、それゆえ、図面の平面において、ビームの変位に影響を及ぼし、変位手段としての役割を果たすことができる。
【０１４１】
図６において、ビーム４２及び４１は互いに異なる平面内に存在する場合があり、図面の平面の外側に存在する場合もあることが理解されよう。これらの状況では、反射板５１及び５２を用いて、分散素子７に突き当たる前に、そのような位置合わせ不良が補償され、ビーム４１’及び４２’が変位平面内に入れられる。２つのビーム４１’及び４２’の変位平面が図面の平面から外れている場合もある。そのような場合には、素子７内のプリズム（又は第１のプリズム）或いは回折格子（又は第１の回折格子）の表面に対する垂線が、２つのビームに対して垂直な方向に描かれる２つの変位したビームの中心を結ぶ線に対して垂直になるように、分散素子７を傾けることが不可欠である。素子７を通過した後のスペクトル分散された光線の方向は図面の平面から逸脱し、それゆえ、チャネルドスペクトルのコントラストを最大にするように、すなわち、合焦素子８の中心への垂線及び読取り素子９の中心への垂線が扇形の分散した光線によって画定される新たな平面内に入るように、合焦素子８及び読取り素子９を位置合わせし直さなければならないことが理解されよう。
【０１４２】
本発明の第４の実施形態が図７に示される。この実施形態は図６に関連して説明される実施形態に類似であり、相対的に変位したビームを生成するために、物体ビーム及び参照ビームを変位させるための別の実現可能な実施形態を示す。
【０１４３】
この実施形態では、単一モードの方向性結合器４０が、光源１からの光を、物体経路光学系内のファイバリード３６の出力における物体ビーム、及び参照経路光学系内のファイバリード３８の出力における参照ビームに分割する。
【０１４４】
物体経路光学系は図６に関連して説明される光学系に類似である。図６の構成と同様に、参照経路光学系は、ファイバリード３８の出力の前に設けられるファイバループ４９を備えており、ファイバリード３８は、光をコリメータ３３に供給し、参照ビーム４２を形成するように構成される。ファイバリード３８は平行移動ステージ８１上に配置され、そのステージそのものは平行移動ステージ６３上に配置される。平行移動ステージ６３の役割は、先行する実施形態に関連して先に説明されたものと同じである。
【０１４５】
図６の構成とは対照的に、この実施形態のビームスプリッタ４は、物体ビーム４１及び参照ビーム４２の両方によって用いられ、２つの変位したビーム間の間隙は、ファイバ端３８及びコリメータ３３を保持するステージ８１を横方向に動かすことによって調整される。
【０１４６】
それゆえ、この構成では、ビームスプリッタ４は、物体経路光学系内のメインスプリッタとして機能するだけでなく、参照ビーム４２を横方向に変位させるためのミラーとしての役割も果たす。それゆえ、この実施形態の変位手段は、ファイバ端３８及びビームスプリッタ４を動かすための手段を含む。
【０１４７】
図７に示される構成では、ビームスプリッタ４の比は、目標物体５５から戻される物体ビームがほとんど減衰を受けないような比であり、それは、反射係数よりも大きな透過係数を有するビームスプリッタ４によって達成される。図６の構成は、透過係数よりも大きな反射係数を有することが理解されよう。
【０１４８】
この実施形態では、さらに別のミラー構成５８が、相対的に変位した参照ビーム４１’と、目標物体５５から反射されて、ビームスプリッタ４を通過する物体ビームの部分とを受光するように配置される。相対的な変位をさらに調整するために、このミラー構成５８を用いて、ビームスプリッタ４からのビームが傾けられる。しかしながら、他の実施形態では、ミラー構成は存在する必要はなく、変位手段は、ビームスプリッタ４及び平行移動ステージ８１の組み合わせだけを備えることができる。
【０１４９】
ミラー構成５８と分散手段７との間の経路内にズーム素子３１及び３２が設けられる。これらのズーム素子は、先に説明されたのと同じようにして、相対的に変位したビームの直径を変更することができる。上記の実施形態の場合と同様に、ズーム素子３１及び３２はオプションであることが理解されよう。ズーム素子は、変位手段の前に配置することもできる。
【０１５０】
物体５５から後方に反射される信号の収集を改善するために、図６及び図７を参照して説明された両方の構成において、ビームスプリッタ４の代わりに３つの入力ポートを有するサーキュレータを用いることができ、その場合、サーキュレータ入力（第１のポート）はファイバ３６に直に接続され、第２のポートはスキャナヘッド１０に向かって誘導され、第３のポートは、コリメータを介して、ミラー５１に向かって光を送るために用いることができる。さらに、図８に示されるように、２つのそのようなサーキュレータを用いることもできる。本発明の第５の実施形態が図８に示される。この実施形態では、物体光学系及び参照光学系はいずれもファイバ内サーキュレータを用いる。
【０１５１】
この実施形態では、単一モードの方向性結合器４０が、光源１からの光を、物体経路及び参照経路に分割する。光は、物体経路に沿って物体サーキュレータ７１まで進む。物体サーキュレータ７１から出力される光は、合焦素子２を介して、光学系内の目標物体５５に向かって送られ、目標物体５５から戻される光は，サーキュレータ７１に戻されて、ファイバ端３６に向かって送られる。
【０１５２】
光は、参照経路に沿って、単一モードの方向性結合器４０から参照サーキュレータ７２まで進む。サーキュレータ７２から出力される光は、合焦素子７５、この実施形態ではレンズを介して、平行移動ステージ６３上にあるミラー７４に向かって送られる。参照光学系内のミラー７４から戻される光は、サーキュレータ７２を介して、ファイバ端３８に向かって送られる。
【０１５３】
物体光学系からの光はファイバ端３６から出力され、ズーム素子３１、この実施形態では屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮ）レンズを通過する。参照光学系からの光はファイバ端３８から出力され、ズーム素子３２、この実施形態では同じくＧＲＩＮレンズを通過する。この実施形態では、ファイバ端及びそれぞれのズーム素子はいずれも、ファイバ端の相対的な位置を調整することができるステージ（図示せず）に載置される。
【０１５４】
その後、ズーム素子３１及び３２からの光は、ミラー構成５８を通過する。ミラー構成５８から出力される２つのビーム４１’及び４２’は互いに対して相対的に変位し、分散素子７の異なる部分に入る。
【０１５５】
この実施形態では、ビーム４１’及び４２’の相対的な変位（たとえば、２つのビーム４１’及び４２’間の間隙）は、ビームを適当に反射するミラー構成５８、ファイバ端３６及び３８の相対的な位置を動かすステージ（図示せず）、並びにビームの直径（それゆえ、ビーム間の間隙）を変更するＧＲＩＮレンズの組み合わせによって調整される。
【０１５６】
しかしながら、他の実施形態では、分散手段に入るビームの変位はミラー構成５８だけによって調整することができ、ファイバ端及びズーム素子のためのステージはオプションである。さらに、その変位は、ファイバ端を動かすことだけによって調整することができ、ミラー構成５８及びズーム素子はオプションである。さらに、その変位は、ビームの直径を変更するズーム素子だけによって調整することができ、ファイバ端のためのステージ及びミラー構成５８はオプションである。別法では、その変位は、上記の３つの要因のうちの任意の２つの組み合わせによって達成することができる。
【０１５７】
ビームスプリッタ及び少なくとも１つのミラーを含むミラー構成５８を用いて、図８の構成では、ビーム４１’とビーム４２’との間の間隙を０にすることができることが理解されよう。１つのミラーを用いて、ビームを４５°だけ回転させて、その後、第２のミラーを介して、反対方向に４５°だけ回転させて、他方のビームの近くに送出される。この場合には、間隙は小さいが、その間隙を０にしたり、ビームを重ね合わせたりすることはできない。第２のミラーがビームスプリッタである場合には、２つのビームは、図５に示されるように、完全に重ね合わせることができる。
【０１５８】
ミラー構成の前後に他のズーム素子を載置して、分散素子７に向かって送出されるビームの直径を変更することもできる。
【０１５９】
さらに、コリメータ素子２の後の物体光学系内に横断スキャナを用いることができるか、又は多重化されたセンサアレイに繋がるファイバ内に保持することができる。これらのスキャナを用いて、図５及び図６に関連して先に説明されたようにして、目標物体５５を走査することができる。
【０１６０】
この実施形態では、干渉計内の光路差は、この実施形態の移動ステージ６３を動かすことによって調整される。別法では、干渉計内のＯＰＤは、A. M. Rollinsによる「Aspects of basic OCT engine technologies for high speed optical coherence tomography and light source and other improvements in optical coherence tomography」というタイトルの米国特許公開第２００３０１３７６６９Ａ１号に記述されるような、スペクトル走査遅延線と呼ばれるものを用いて調整することができ、その場合、回折格子又はプリズムの後にあるガルバノメータミラーを用いて光が角度偏移され、ガルバノメータミラーは、フェムト秒レーザパルスを処理するために最初に開発された原理に基づいて、光周波数の線形位相を時間遅延に変換することに基づいて動作する。そのような方法は、分散を補償するという利点も提供する。伝送時のスペクトル走査遅延線は、図３、図５、図６及び図７の実施形態においても用いることができ、そのようなデバイスが、J. A. Izattによる「Optical Imaging Device」というタイトルの米国特許第６，５６４，０８９Ｂ２号に開示される。
【０１６１】
図９に関連して本発明の第６の実施形態が説明される。この構成では、相対的に変位した物体ビーム４１’及び相対的に変位した参照ビーム４２’がビームスプリッタ９９に与えられる。相対的に変位したビームは、たとえば、反射、偏向、屈折、ビーム直径を変更すること、ファイバ端を動かすこと、又はこれらの任意の組み合わせによって、先に説明された方法の任意の方法において生成することができる。
【０１６２】
それゆえ、ビームスプリッタ９９は、２組の相対的に変位したビームを生成する。１組の相対的に変位したビーム４１’及び４２’は、ビームの相対的な変位をさらに調整することができるミラー構成５９に与えられる。図９に示されるように、ミラー構成５９は、ビームスプリッタの前のｇの値から、ミラー構成５９の後のｇ’まで、ビーム間の横方向の間隙を調整することができる。その後、相対的に変位したビーム４１’及び４２’は分散手段７に対して出力され、分散手段７は、先に説明されたようにして、そのスペクトル成分を読取り素子９上に分散させる。読取り素子９は、スペクトルアナライザ９１に電気的出力を与える。
【０１６３】
他方の組の相対的に変位したビーム４１は、同じくビームの相対的な変位をさらに調整することができる第２のミラー構成５９’に与えられる。図９に示されるように、ミラー構成５９’は、ビームスプリッタの前のｇの値から、ミラー構成５９’の後のｇ’’まで、ビームの前からのビーム間の横方向の間隙ｇを調整することができる。ミラー構成５９’から出力されるビームは、第２の相対的に変位したビーム４１’’及び４２’’と見なすことができる。その後、第２の相対的に変位したビーム４１’及び４２’は第２の分散手段７’に対して出力され、第２の分散手段は、先に説明されたようにして、第２の読取り手段９’上に、そのスペクトル成分を分散させる。第２の読取り手段９’は、第２のスペクトルアナライザ９１’に電気的出力を与える。
【０１６４】
先に説明された実施形態と同様に、分散した光は素子８及び８’によって読取り素子９及び９’上に合焦する。上記のことから、２つのビーム間の間隙（すなわちｇ’及びｇ’’）が、分散手段、合焦素子８及び読取り素子９の組み合わせにおいて固有遅延を生成し、第２の分散手段７’、第２の合焦素子８及び第２の読取り手段９の組み合わせにおいて第２の固有遅延を生成することが理解されよう。到来する変位した各ビームの方向に対する２つの分散手段７及び７’の向き及び空間的な位置によって、固有遅延及び第２の固有遅延が反対の符号を有するようになる。
【０１６５】
この実施形態では、回折格子が分散手段７及び第２の分散手段７として用いられ、反対の符号を有する固有遅延及び第２の固有遅延は、分散手段７内の回折格子が、第２の分散手段７内の回折格子とは反対の符号の次数を回折するように構成されることによって達成される。
【０１６６】
分散手段７及び第２の光分散手段７がそれぞれ、１つ又は複数のプリズムを含む場合には、１つ又は複数のプリズムは、相対的に変位した物体ビーム４１’又は相対的に変位した参照ビーム４２’のうちの一方が、分散手段７内のプリズム頂点に最も近くなり、第２の相対的に変位した参照ビーム４２’’又は第２の相対的に変位した物体ビーム４１’がそれぞれ、第２の光分散手段内のプリズム頂点に最も近くなるように配置することができる。
【０１６７】
上記の結果として、一方のスペクトルアナライザ９１が、一方の符号のＯＰＤ、たとえば正のＯＰＤ値（「チャネルＰ」）のための信号を出力し、他方のスペクトルアナライザが反対のＯＰＤ符号、すなわち負のＯＰＤ値（「チャネルＮ」）のための信号を出力することが理解されよう。
【０１６８】
各チャネル内の２つの相対的に変位したビーム間の間隙ｇ’及びｇ’’は、ミラー構成５９及び５９’によって別個に調整することができる。この実施形態では、ミラー構成５９及び５９’は、２つのビームを横方向に変位させるために、図３、図５、図６、図７及び図８に関連して先に説明されたものに類似のミラー及びステージを含む。しかしながら、先に説明された変位手段を形成することができる任意の他の素子を、ミラー構成５９及び５９’の代わりに用いることができることが理解されよう。さらに、そのような変位手段を１つ追加するだけで十分に機能できることが理解されよう。
【０１６９】
これらは、２つのビームを横方向に変位させるために、図３、図５、図６、図７及び図８において用いられた手順に類似のミラー及びステージを用いる。原理的には、初期の間隙ｇが０でなかった場合であっても、変位素子を用いることによって、２つのビームを重ね合わせることもできる。２つの変位手段を用いることにより、検出することができる最小ＯＰＤの絶対値、及び、各チャネルにおいて最大感度が達成される深さ方向の位置に関して、２つのチャネルを別個に調整できるようになる。
【０１７０】
これまでに説明された実施形態の任意のものと組み合わせて用いられる場合には、電気スペクトルアナライザ９１を用いて、正（又は負）の符号のＯＰＤのためのＡスキャンを提供することができ、第２の電気的スペクトルアナライザ９１’が、負（又は正）の符号のＯＰＤのためのＡスキャンを提供することができる。
【０１７１】
この実施形態では、スペクトルアナライザ９１及び第２のスペクトルアナライザ９１’の出力を受信するために、合成素子９２が設けられる。合成素子９２は、２つのＡスキャンを一緒にして、個々のスペクトルアナライザ９１及び９１’によって与えられる２倍の深さの範囲のＡスキャンを与える。
【０１７２】
各チャネルが一方の符号のＯＰＤの場合に０以外の鮮明度を有するのを確実にするために、そのようなデュアルチャネルの実施形態だけは、２組の相対的に変位したビームが重ならないようにする必要がある。このようにして、２つのチャネルＰとＮとの間のクロストークがなくなり、すなわち、任意の符号の所与のＯＰＤの場合に、スペクトルアナライザ９１又は９１’のいずれかの出力に信号が現われ、両方の出力には現われない。
【０１７３】
各チャネルが範囲｜ＯＰＤ｜ｍａｘ＝Ｄを有する場合には、合成素子９２は範囲−Ｄ〜Ｄ、すなわち各チャネルの２倍の範囲の信号を与えることになるが、中心にある間隙はＯＰＤ＝０を中心にして−Ｌｃ〜Ｌｃである。その間隙がビーム直径よりも大きい場合には、各チャネル内の最小｜ＯＰＤ｜はコヒーレンス長ＬＣよりも長くなり、ゼロ経路不均衡の周囲の間隙は広くなる。
【０１７４】
図９の構成を用いて、範囲−Ｄ〜ＤのいくつかのＡスキャンからＢスキャンＯＣＴ画像を構成する場合には、その画像は、ゼロ経路不均衡の周囲において、画像の中央に消失コントラスト（低コントラスト、０になる傾向がある）を有するであろう。これはイメージングのための不都合であると考えることもできるが、物体の動きにかかわらず、ミラー項によって画像が歪むことがないという利点を有する。画像内の各ピクセルは、所与の符号のＯＰＤだけに対応することになり、同じ係数であるが、符号が反対であるＯＰＤに起因するクロストークは生じない。
【０１７５】
図９のＡスキャン出力特性が図１０ａ〜図１０ｃに関連して説明されるであろう。
【０１７６】
図１０ａは、深さ方向における反射率の仮定的な減衰を示しており、簡単にするために、それは深さとともに直線的に減衰するものと見なされる。図１０ｂは、図９の構成の２チャネルの２つの鮮明度プロファイルを示しており、動作方式Ｌの一方のチャネルは正のＯＰＤを選択し、動作方式Ｒの他方のチャネルは負のＯＰＤを選択し、それらの結果が合成素子９２において加算される。
【０１７７】
図９の実施形態の鮮明度プロファイル全体の結果を、図１０ａに示される減衰と組み合わせると、図１０ｃに示されるように、最終的に、負及び正のＯＰＤの範囲において減衰が生じる。
【０１７８】
比較のために、ミラー項を除去するための位相シフト干渉法を用いる既知の方法の出力が図１１ａ〜図１１ｃに関連して説明されるであろう。
【０１７９】
図１１ａは、深さ方向における反射率の仮定的な減衰を示しており、簡単にするために、それは深さとともに直線的に減衰するものと見なされ、図１０ａに示されるのと同じである。
【０１８０】
位相シフト法を用いてミラー項を避ける既知の方法の場合の鮮明度プロファイルが図１１ｂに示されており、ＯＰＤ＝０付近で最大になる。
【０１８１】
図１１ａに示される減衰と、図１１ｂの鮮明度プロファイル全体とを組み合わせる結果として、図１１ｃに示されるプロファイルが生じる。
【０１８２】
本発明による方法、並びに位相シフト干渉計及び少なくとも３つの測定に基づいてミラー項を避けるために従来技術において用いられる方法のいずれの方法によっても、歪みのあるＡスキャンプロファイルが生成される。いずれの方法も、コヒーレンス長未満の｜ＯＰＤ｜の場合のチャネルドスペクトルが存在しないので、フーリエ変換信号を出力しないが、本発明の方法は、コヒーレンス長よりもわずかに大きな｜ＯＰＤ｜の場合の消失値を生成するのに対して、位相シフト法は、最大強度信号を生成する。本発明による方法は、物体内の２つの深さにおける画像のコントラストを高めるのに対して、従来技術の既知の方法は概ねＯＰＤ＝０である。いずれの場合でも、図１０ｃ及び図１１ｃに示される出力結果を、それぞれ図１０ｂ又は図１１ｂの鮮明度プロファイルと逆畳み込み演算することによって、原理的には、正確なＡスキャンプロファイルを推定することができることが理解されよう。しかしながら、本発明による方法及び装置は物体の動きを許容するのに対して、最新技術の方法は、図１１ｃの結果を生成するために、少なくとも３つの測定を必要とする。
【０１８３】
図１０ｃ及び図１１ｃに示されるＡスキャンの近似プロファイルは、大きな焦点深度を考慮する。しかしながら、実際には、合焦光学系の共焦点プロファイルは深さ範囲Ｄよりも狭くなる場合があり、その場合には、Ａスキャンの正確なプロファイルを推定するために、鮮明度は、合焦による共焦点プロファイルと乗算されなければならない。図１０ｂに示される鮮明度プロファイルと、図１１ｂに示される最新技術の鮮明度プロファイルとの間の差は、目標物体、たとえば組織内の焦点位置の異なる調整を必要とする。最新技術の場合、鮮明度対ＯＰＤの減衰を補償するために、焦点はいつでも組織内の深くに調整されるのに対して、本開示では、焦点は、装置の全感度を平坦にするために、ＯＰＤ＝０の近く又はＯＰＤ＝Ｄ＝Ｎλの近くのいずれかに調整することができる。
【０１８４】
さらに、本発明のそのような実施形態は、ＯＰＤ値を選択する特有の可能性を提供し、焦点を調整して、Ｎλ／２の近くにある鮮明度最大位置と一致させることができ、その場合に、結果として、概ねＮλ／２の狭いプロファイルが生成され、それは、図１１ｂに示されるように、ＯＰＤ＝ＬＣにおいて達成される最大値から、鮮明度がＯＰＤとともに連続して減少する最新技術の場合には実現できない。
【０１８５】
図９に関連して説明される実施形態は、Ｓ個のセンサを読み取ること、又は目標物体５５からＯＣＴ画像を生成することに一般化することができ、その場合には、異なるＳ個のチャネルがその自らのＯＰＤ範囲を選択し、そのＯＰＤ範囲は、異なる最小ＯＰＤと、感度が最大値を達成する異なるＯＰＤ値とを有する。これを果たすために、ビームスプリッタ９９の代わりに、いくつかの光スプリッタを用いて、それぞれ自らの読取り素子９、９’、９’’、９’’’、．．．及び自らの変位手段５７、５７’、５７’’、５７’’’、．．．を備えるＳ個の光分散手段７、７’、７’’、７’’’、．．．に物体ビーム及び参照ビームの対を与えることができる。図９には、それぞれ１つの符号のＯＰＤに対して感度を有し、それゆえＰ及びＮと呼ばれる２つのチャネルだけが示された。いくつかのＳ個のチャネルが用いられる場合、いくつかのチャネルは正のＯＰＤに対して感度を有し、すなわちチャネルＰにすることができ、いくつかのチャネルは負のＯＰＤに対して感度を有し、すなわちチャネルＮにすることができる。
【０１８６】
さらに、図９に示される構成は、ビームスプリッタ９９に２つの相対的に変位したビーム（間隙ｇを有する）を与えるが、他の実施形態は、ビームスプリッタ９９に、変位していない物体ビーム及び参照ビームを与えることができる。その際、そのような実施形態では、各チャネルにおいて変位手段を用いて、各チャネル内のビームの変位が調整されるであろう。
【０１８７】
物体が単層の表面である場合には、図９に関連して説明されたような異なるチャネルを有する実施形態を用いて、イメージングとは異なる機能を達成することができる。
【０１８８】
図９は、２つの周波数／振幅変換器９３及び９３’を示しており、それらは読取り素子９及び９’からの出力を受信する。周波数／振幅変換器９３及び９３’は、読取り素子９及び９’によってそれぞれ送出される信号の周波数を、信号入力振幅に関係なく、大きさに変換し、すなわち、｜ＯＰＤ｜が大きくなると、出力信号の強度が高くなる。しかしながら、周波数／振幅変換器のからの信号の１つがインバータ９４によって反転され、その結果が、加算器ブロック９５において、他方の変換器の信号と加算される場合には、−Ｄ〜＋Ｄの範囲内のＯＰＤの正及び負の値のための正の値及び負の値を含む、ＯＰＤに比例するＤＣ信号９５０が得られる。
【０１８９】
同様に、ミラーの軸方向の位置を追跡する際には、一部を使用して、それぞれ１つの符号のＯＰＤの場合だけの出力信号９３０又は９３０’を得ることができる。同じことが、図３、図５、図６、図７及び図８に提示されるような実施形態の場合も当てはまり、１つの符号のＯＰＤだけに対して感度を有するように調整することができることは明らかであろう。図９の実施形態、又は１つの周波数／振幅変換器を備える図３、図５〜図８の実施形態のような実施形態は、生体の目の角膜の軸方向の位置を高速に追跡するという当面の応用形態を有することができる。
【０１９０】
本発明による方法はＯＰＤ符号に対して感度を有することができるので、顕微鏡スライドのような、プレートの厚みを測定するための新規の方法を考案することができる。光学的なプレート厚がＤ／２未満である場合を考える。ただし、Ｄは、図９に示されるような構成内の各チャネルのＯＰＤ範囲である。プレート位置が、深さ方向の軸に沿ってランダムに振動する場合には、
（ａ）両方の界面が正のＯＰＤ範囲内にある、
（ｂ）一方の界面が正のＯＰＤ範囲内になり、他方の界面が負のＯＰＤ範囲内にある、
（ｃ）両方の界面が負のＯＰＤ範囲内にある、ということが起こり得る。
【０１９１】
事例ａ及びｃの場合、すなわち、両方の界面が同じＯＰＤ範囲内にある場合、各チャネルのＡスキャン内に２つのピークが存在し、一方、他方のチャネルのＡスキャンにはピークは存在しない。この場合、Ａスキャン内の２つのピークの位置に対応する２つのＯＰＤ値を差し引くことによって、厚みを推定することができる。
【０１９２】
事例ｂの場合、２つのチャネルのＡスキャンには、それぞれ１つのピークだけが存在する。この場合、２つのピークの周波数を、各チャネルだけによって送出される１つの周波数と加算することによって、厚みを推定することができる。別法では、信号９３０及び９３０’の和が厚みを与えることができる。
【０１９３】
上記の事例ａ、ｂ、ｃ又は用いられる処理方法がいずれであっても、電気信号アナライザ９１、９１’又は合成器９２によって、或いは周波数変換器９３及び９３’によって送出されるＡスキャンでは、得られた厚み値が、顕微鏡スライドの軸方向への動きを許容できる。
【０１９４】
この方法は、軸方向への目の動きを許容できる、トポグラフィのための網膜厚又は角膜厚の迅速な測定に拡張することができる。雑音に起因する誤った結果を避けるために、各電気アナライザ９１及び９１’の後に閾値処理回路を用いることができる。
【０１９５】
図９は、振幅変換器９３及び９３’並びに信号アナライザ９５を有するものとして示されるが、イメージングだけが要求される場合には、これらは不可欠ではない。
【０１９６】
２つの変位したビームの半径の和よりも大きな、２つのビーム間の間隙を有する、図３、図５、図６、図７及び図８に関連して先に説明される実施形態では、深さに関して特有の選択を実現する。所与のＯＰＤ値が、容認された符号（すなわち、構成に応じて正又は負）を有する場合には、その値は周波数値ｆに、すなわちチャネルドスペクトル内のピーク及びトラフの繰返しに変換される。同時に、反対の符号を有する同じＯＰＤは、いかなるチャネルドスペクトルも生成しない。したがって、２つの事例の場合、読取り素子９の信号出力において、周波数ｆが生成されるか、又は周波数が生成されないことになり、その装置は１つの符号のＯＰＤに対してだけ大きな感度を有する。その装置は、他の符号のＯＰＤに対して感度を有することもでき、それでも、物体内の深さ方向の散乱体の分布を、又は先に説明されたように、光源を変更することによって分布センサ内のＯＰＤの分布を固有に再現することができる。
【０１９７】
低コヒーレンスの光源ビームが、遅延差Δを介して、干渉計に送出される場合には、ＯＰＤ＝０の場合、遅延差に対応する成分が周波数ｆａのチャネルドスペクトル内に存在する。この場合、所与のＯＰＤ値の場合に読取り素子９によって送出される信号の周波数は同じくｆであるが、周波数ｆ＋ｆａのチャネルドスペクトル内に別のピークが現われる。干渉計内のＯＰＤが反対の値を有する場合には、変調周波数はｆａ−ｆである。これにより、その符号に応じて、ＯＰＤの選択が異なり、周波数値を有するか否かの代わりに、ＯＰＤ符号に応じて、０とは異なる２つの周波数が生成される。
【０１９８】
その原理を示すために、物体が光学的な厚みＴ＜Ｄを有する場合を考える。ただし、Ｄは、その装置の最大深さ範囲である。スペクトル分散手段が回折格子である場合を考える。この場合、最大深さ範囲は、Ｄ＝（ＮＯ＋ＮＲ）λとして近似することができる。ただし、ＮＯ及びＮＲはそれぞれ、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームによって含まれる格子線の数である。変位したビーム間の間隙が、それらの半径の和よりも大きく、装置が一方の符号のＯＰＤに対してだけ感度を有する場合を考える。回折格子の向きは、装置が正の符号のＯＰＤだけを選択するような向きであるとする。物体内の全ての層が正の範囲の深さ内にあるとき、読取り素子の信号出力のスペクトル内の全ての周波数はｋＤまでの範囲にある。ただし、ｋはＯＰＤ値と電気的な周波数との間の装置変換係数である。
【０１９９】
全ての層が、図３の実施形態によって生成されるＡスキャン、又は図５〜図８の実施形態によって生成されるＢスキャン画像内に存在する。物体が偶然に装置の近くに動く場合には、正のＯＰＤ範囲内の層のための周波数が生成され、負の範囲内の物体の層のための周波数は生成されない。物体が装置の極めて近くにあり、その中央の厚みがＯＰＤ＝０に対応するという極端な事例を考える。この場合、Ｔ／２からＴまでの層はＡスキャン又はＢスキャン画像内に表示され、０〜Ｔ／２の層は除去される。しかしながら、これらの層は、光源から到来する低コヒーレンスビームが複製され、遅延差Δだけ遅延される場合には、再現することができる。ただし、Ｔ＜Δ＜Ｄである。この場合、物体の上部付近の散乱体はｋΔに近い周波数を生成し、一方、物体の中央付近の散乱体は周波数ｋ（Δ−Ｔ／２）を生成する。Ｔ／２〜Ｔの層は、ｋＴ／２まで昇順に周波数を決定し、一方、負のＯＰＤ範囲内の層は、ｋ（Δ−Ｔ／２）〜ｋΔの周波数範囲において降順に送出される。Ａスキャン又はＢスキャンの２つの部分を合成して、ソフトウエア手段によって画像を再構成し、正確な画像を与えることができる。全ての層が負のＯＰＤ範囲の中に入る場合には、厚みＴのための連続した完全なＡスキャン又は連続した完全なＢスキャンが得られるが、高い周波数から低い周波数まで、すなわちｋ（Δ−Ｔ）からｋΔまで反対に向けられ、しかしながら正確であり、層の重なりはない（ミラー項は無い）。
【０２００】
Δだけ遅延した光源のレプリカを生成するために種々の方法がある。たとえば、直列に接続される２つの単一モード結合器を用いることができ、第１の結合器の２つの出力が第２の結合器の２つの入力に接続され、マッハ−ツェンダー構成が形成される。この構成では、２つの結合器間に接続されるファイバの２つのリード間の遅延差によって、遅延が導入される。第２の結合器の出力では、その間に２つの結合器を接続する経路毎に１つの、光源の２つのレプリカが生成される。
【０２０１】
別法では、図３及び図５の光源からのビーム３の中に途中までガラス板を導入することによって、同じことを達成することができる。その板は、Podoleanuの論文の用語に従って、構成Ａ、Ｂにおいてビームの中に導入されなければならない。これは、送出されるビーム３の左側及び右側の部分が同じであることを意味しており、それには、その板が、その縁部が設定平面と平行になるように導入されることが要求される。分散素子として回折格子を用いるとき、板の縁は回折格子線に対して垂直である。
【０２０２】
別の代替形態では、空洞共振器低コヒーレンス光源を用いることができる。空洞共振器低コヒーレンス光源は、閾値未満で駆動されるレーザ、たとえばレーザダイオードである。この場合、空洞共振器レーザ壁上での多数の反射が、結合器又はプレートを用いる上記の遅延したレプリカの導入と同じ効果を有する。空洞共振器内のラウンドトリップの結果として、空洞共振器長の倍数だけ遅延した繰り返しのレプリカが生成される。２．２ｍｍの倍数において、市販のレーザダイオードを用いる、Podoleanuの論文に記述される実験によって示されるように、電気アナライザ９１によって送出される電気信号内に、空洞共振器長の倍数値に等しいＯＰＤ値に対応する多数のピークが現われる。
【０２０３】
この原理は、たとえば、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）のスペクトル内の連想性のリップルを効率的に用いる際にも用いることができる。ＳＬＤは非空洞共振器光源である。ＳＬＤでは、導波路面のうちの１つが角度を付けられて、反射防止（ＡＲ）コーティングされて、空洞の形成を避け、光線が一度だけ活性媒質を横断する場合の利得が得られる。しかしながら、導波路を傾けて、ＡＲコーティングしても、活性媒質内の或る量の光線のラウンドトリップはなくならず、ＳＬＤが、ＯＰＤ値２〜５ｍｍのその自己相関関数においてサテライトピークを示す。これらのサテライトピークは実際には、ＯＣＴ深さの最大範囲を、それらのＯＰＤ値までに制限する。この場合に、サテライトピークＯＰＤと一致する遅延差Δを生成する２つの結合器又は１つの顕微鏡スライド板を用いて遅延差を導入することが好都合である。
【０２０４】
光源と装置との間に遅延差を導入すること、又は閾値未満の多モードレーザを利用することは、対象の範囲の深さをシフトするという効果をもたらす。これは、電気信号アナライザの出力の周波数が、対象の所与のＯＰＤの場合に０に近い状況において適用することができる。周波数成分ｆを用いる代わりに、周波数ｆ＋ｆΔが用いられる。これは、最大深さ範囲Ｄの半分よりも小さい遅延差を用いるときに実現可能である。これは、Ｔ＜Ｄ／２の薄い物体に限定されるが、その方法は、散乱体の鮮明度がその中で両方に変化するような、２つのＡスキャン又は２つのＢスキャン画像を生成するので好都合である。範囲０〜Ｔの第１の断層Ｘ線写真（Ａスキャン又はＢスキャン）の場合、鮮明度は、ｆΔ／２までの周波数に対応する第１の画像において向上し、ｆΔ／２からｆΔまでの周波数の第２の画像において低下する。
【０２０５】
遅延したレプリカを有する光源を用いるそのような方法は、図９に関連して先に説明された実施形態のような、２つ以上のチャネルを有する実施形態においても用いることができる。図９に関連して先に説明された実施形態は、２つの変位したビームの半径の和よりも大きな、２つのビーム間の間隙を有し、深さに関して特有の選択を実現する。所与のＯＰＤ値が周波数値ｆ、すなわちチャネルドスペクトルのピーク及びトラフの繰返しに変換され、ＯＰＤ符号に応じて、Ｐチャネル又はＮチャネルによって送出されるであろう。したがって、生成される２つの周波数はｆであるが、それらは、ＯＰＤ符号に応じて、異なる出力において現われる。
【０２０６】
低コヒーレンス光源ビームが、遅延差Δを介して、干渉計内に送出される場合には、ＯＰＤ＝０の場合に、その遅延差に対応する成分が、両方のチャネルＰ及びＮの中の周波数ｆΔのチャネルドスペクトル内に存在する。この場合、ＯＰＤのための周波数は、チャネルＰでは同じくｆであるが、他方のチャネルＮでは、周波数ｆ＋ｆΔ及びｆΔ−ｆの、チャネルＰのチャネルド周波数とは別のピークが送出される。干渉計内のＯＰＤが反対の値を有する場合には、チャネルＮ内の変調周波数はｆであり、チャネルＰではｆΔ−ｆである。この結果、それらの符号に応じて異なるＯＰＤが選択されることになり、２つの異なる出力において異なる周波数が生成される。
【０２０７】
当業者であれば、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、これまでに説明されてきたスペクトル干渉装置に対する他の実施形態及び代替の構成を思い付くことができる。たとえば、図５、図６、図７、図８、図９を参照して説明された実施形態では、光検出器アレイとして、２次元（２Ｄ）ＣＣＤカメラを用いることができる。そのような状況では、各行（列）を、目標物体５５内の横断線に沿ってピクセルから後方散乱される信号のスペクトルを評価するために用いることができ、２Ｄ横断スキャナの代わりに１次元（１Ｄ）スキャナを用いて、ＣＣＤアレイによって収集される方向に対して垂直な方向において走査することができる。このようにして、一方の横断方向をＣＣＤアレイによって網羅し、他方の直交する横断方向を横断スキャナによって網羅することにより、３次元（３Ｄ）体積測定データを収集することができる。
【０２０８】
別法では、物体経路内のスキャナはなくすことができ、その場合、２Ｄ  ＣＣＤアレイを用いる場合に、それだけを用いて、ＯＣＴ  Ｂスキャン画像を生成することができる。
【０２０９】
上記の例において２Ｄ  ＣＣＤアレイを用いる場合、ビーム３は、素子２を用いて、図面の平面に対して垂直であり、且つＣＣＤアレイの高さに等しい長さの線に沿ってコリメートされ、素子４、６１、６２、５１及び５２は十分に大きい。Ｂスキャン画像の場合にはスキャナヘッド１０は不要であり、体積測定データが要求される場合には、当業者に既知の手段を利用して、組織にわたって１本の線を操作し、投影するだけの十分なサイズを有する１Ｄスキャナヘッドが用いられる。同様に、図５、図６、図７、図８の実施形態が用いられる場合には、素子２及び３３が、図面の平面に対して垂直な線に沿って、コリメートされた直線的なビームを準備する。再び、Ｂスキャン画像の場合にはスキャナヘッド１０は不要であり、体積測定データが要求される場合には、当業者に既知の手段を利用して、組織にわたって１本の線を操作し、投影するだけの十分なサイズを有する１Ｄスキャナヘッドが用いられる。
【０２１０】
本発明による方法及び装置は、正確に制御された異なるＯＰＤ位置において収集されるスペクトルを平均化する方法又はスペクトルを評価する方法、位相シフトスペクトル干渉法の技術分野において知られている方法と互換性があることは明らかである。小さなＯＰＤステップで収集される、そのようなスペクトルを、１つの波長の細分したものとして操作することにより、先に説明されたように、当業者に既知の方法に従って、雑音をさらに低減することができる。参照ビーム内の光線間でビートが生じることに起因して、雑音のあるチャネルドスペクトルが生じる。これは、M. Wojtkowski、R. Leitgeb、A. Kowalczyk、T. Bajraszewski、A. F. FercherによってJ. Biomed. Optics 7(3), (2002), p. 457-463に発表された論文「In vivo human retinal imaging by Fourier domain optical coherence tomograpgy」に記述されるように、πの位相差において収集される２つのスペクトルを重ね合わせることによって減衰させることができる。別法では、これは、上記のOptica ApplicataのM. Wojtkowskiによる論文において記述されるような、いくつかのＯＰＤステップでいくつかのスペクトルを重ね合わせることによって減衰させることができる。そのようなスペクトルを重ね合わせることによって、雑音が相殺され、干渉計内の２つのビーム間のＯＰＤに起因するチャネルドスペクトルが高められる。そのような方法は、読取り素子９、アナライザ９１及びスキャナ１０と同期して、プロセッサ４６の制御下で平行移動ステージ６３を変位させることによって、本発明の実施形態にも同じく適用することができ、横断面内のピクセル毎に、Ｂスキャン画像の場合には座標Ｘ、又は体積測定データの場合には（Ｘ，Ｙ）が収集される。また、Ｍ個のステップの平行移動ステージの場合に、Ｍ個のチャネルドスペクトルが収集される。Ｍ個のスペクトルからのＡスキャンが評価された後に、同じプロセッサ４６、横断スキャナによって果たすことができる機能が、次の横断ピクセルに進められる。
【０２１１】
本発明による方法及び装置は偏光変調器と互換性がある。干渉計の２本のアーム（すなわち物体光学系及び参照光学系）内の選択された偏光状態を組み合わせるとき、J. F. de Boer、T. E. Milner、J. S. Nelsonによって、Opt. Lett., 24, No. 5, pp. 300-302, 1999に発表された論文「Determination of depth-resolved Stokes parameter of light backscattered from turbid media by use of polarization-sensitive optical coherence tomography」において提示されるようなストークスベクトル、又はS. Jiao、W. Yu、G. Stoica、L. WangによってOpt. Lett., 28, No. 14, pp. 1206-1208, 2003に発表された論文「Optical-fiber based Mueller optical coherence tomography」に記述されるような完全ミュラー行列情報のような、目標物体の深さ方向に分解された偏光に関する情報を推定することができる。本発明による方法及び装置を用いて、これらの機能が実施されるとき、偏光に応答するＡスキャンの固有の再現が得られ、固有の偏光応答Ｂスキャンマップが生成される。
【０２１２】
位相分解されるＯＣＴの場合、干渉計アームのうちの１つにおいて、位相変調とともにストロボ照明が用いられており、それはA. Dubois、L. Vabre、A. C. Boccara他著「High-resolution full-field optical coherence tomography with a Linnik Microscope」（Appl. Optics 41 (4), 805-812 (2002)）、H. Saint-James、M. Lebec、E. Beaurepaire、A. Dubois、A. C. Boccara著「Full field optical coherence Microscopy」（Handbook of optical coherence tomography, B. E. Bouma, G. J. Tearney eds., (Marcel Dekker Inc, New York-Base1, 2002) 299-333）において提供されるような、４バケットの方法として知られている。本発明による方法及び装置は、照明光の位相変調及び同期切替と互換性がある。このようにして、異なる位相シフトの場合に収集される４つのスペクトルを合成することにより、振幅及び位相情報Ａスキャンが取り出される。その方法は、小偏移の検出及びドップラＯＣＴにも適用することができる。
【０２１３】
バルク内又はファイバ内の偏光変調器及び／又は位相変調器は、物体光学系内又は参照光学系内、或いは変位手段と分散手段との間のどの場所にも導入することができる。
【０２１４】
本開示全体を通して、ＯＣＴの応用形態の大部分は反射によって組織をイメージングすることにあるので、用語「反射率」が用いられた。しかしながら、生物組織の顕微鏡検査において、透過によるイメージングも用いられる。図５〜図９に示されるような本開示の実施形態が、透過によって物体を調査し、イメージングするように容易に変更することができ、その場合には、光がメイン光スプリッタ４に戻されず、第３の経路が物体からの光を収集する経路であることは、当業者には明らかであろう。同様に、一連のセンサを透過によって調査することができる。それゆえ、反射率が用いられるが、物体が透過によって調査される場合には、深さ方向への透過が抽出されるものとも理解されるべきである。
【０２１５】
これまでの記述は、例示し、説明するためだけに提供されてきた。したがって、本発明を包括的に述べることや、本発明を開示されるのと全く同じ形態に限定することは意図していない。たとえば、上記の教示に照らして、本発明の範囲内にあると考えられる変更及び変形が実現可能である。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入る全てのそのような変更及び変形を網羅することを意図しているものと理解されたい。添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の装置の設計及び製造において、他の変更及び改変が用いられる場合もある。
【０２１６】
本発明の適用範囲において、多層物体として組織を用いることができるが、それは同じく、異なる長さの多数の光路を多重化されたセンサの構造内にある多数のセンサに導く光路を意味することができ、本明細書に開示される方法を用いて、反射又は透過のいずれかによって、そのＯＰＤに従ってセンサ又は一群のセンサに選択的にアクセスすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１７】
【図１】従来技術のスペクトルＯＣＴを示す図である。
【図２】トールボットバンドを生成するために、マイケルソン干渉計内のビームの両側が分割される、従来技術の装置を示す図である。
【図３】多層物体内の明確なＡスキャンを提供するために、ＯＰＤを選択することができるスペクトル干渉装置において用いられることになる効率的な光学構成の第１の実施形態を示す図である。
【図４】図１に示される従来技術の装置及び図３に示される本発明の実施形態によって提供される深さプロファイルの比較を示す図である。
【図５】散乱体又は多層物体のＯＣＴ  Ｂスキャン画像又は３Ｄ体積測定データを提供することができる、ＯＰＤを選択することができる本発明によるスペクトル干渉装置の第２の実施形態を示す図である。
【図６】散乱体又は多層物体のＯＣＴ  Ｂスキャン画像又は３Ｄ体積測定データを提供することができる、ＯＰＤを選択することができる本発明によるスペクトル干渉装置の第３の実施形態を示す図である。
【図７】本発明のスペクトル干渉装置の第４の実施形態を示す図である。
【図８】本発明のスペクトル干渉装置の第４の実施形態を示す図である。
【図９】ＯＰＤ符号に関係なく信号を与えるために、本発明によるスペクトル干渉装置の全ての先行する実施形態に適用することができる変更を示す図である。
【図１０ａ】図９の実施形態のＡスキャン出力を示す図である。
【図１０ｂ】図９の実施形態のＡスキャン出力を示す図である。
【図１０ｃ】図９の実施形態のＡスキャン出力を示す図である。
【図１１ａ】ミラー項の無い明確なＡスキャンを提供するために位相シフト干渉計を備えた従来技術の装置の出力信号を示す図である。
【図１１ｂ】ミラー項の無い明確なＡスキャンを提供するために位相シフト干渉計を備えた従来技術の装置の出力信号を示す図である。
【図１１ｃ】ミラー項の無い明確なＡスキャンを提供するために位相シフト干渉計を備えた従来技術の装置の出力信号を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態によって提供することができる単層物体の軸方向の位置の位置追跡信号を示す図である。
【図１】
2007508558.tif 000003
【図２】
2007508558.tif 000004
【図３】
2007508558.tif 000005
【図４】
2007508558.tif 000006
【図５】
2007508558.tif 000007
【図６】
2007508558.tif 000008
【図７】
2007508558.tif 000009
【図８】
2007508558.tif 000010
【図９】
2007508558.tif 000011
【図１０ａ】
2007508558.tif 000012
【図１０ｂ】
2007508558.tif 000013
【図１０ｃ】
2007508558.tif 000014
【図１１ａ】
2007508558.tif 000015
【図１１ｂ】
2007508558.tif 000016
【図１１ｃ】
2007508558.tif 000017
【図１２】
2007508558.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月15日(2006.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって
、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出して物体ビームを生成するように構成される物
体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変
位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段
であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位し
た参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読
取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段と
を備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相
対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的
遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とと
もに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に
生成することができ、
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、
偏向又は屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該物体ビーム及び該参照
ビームを相対的に変位させて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位し
た参照ビームを生成するようになっている、スペクトル干渉装置。
【請求項２】
前記変位手段は、少なくとも２つの反射素子を備え、該少なくとも２つの反射素子のう
ちの１つの反射素子は前記物体ビームを反射するように構成され、該少なくとも２つの反
射素子のうちの他の反射素子は前記参照ビームを反射するように構成される、請求項１に
記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３】
前記変位手段は、少なくとも１つの光学変調器を備える、請求項１に記載のスペクトル
干渉装置。
【請求項４】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって
、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出して物体ビームを生成するように構成される物
体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変
位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段
であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位し
た参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読
取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相
対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的
遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とと
もに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に
生成することができ、
前記物体光学系は、前記物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む
物体ファイバ光学系を含み、前記参照光学系は、前記参照ビームを送出するように構成さ
れる参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、前記変位手段は、前記相対的に変
位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ファ
イバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かすように構成される、スペクトル干
渉装置。
【請求項５】
前記変位手段は、前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の前記相対的な位置を動
かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせ
を組み合わせることによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位し
た参照ビームを生成するように構成される、請求項４に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項６】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって
、該干渉計は、
前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生成するように構成される物
体光学系と、
参照ビームを生成するように構成される参照光学系と、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて、相対的に変
位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される変位手段
であって、前記干渉計内で生成される該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位し
た参照ビームとの間に光路差を生じさせる変位手段と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読
取り素子上に分散させるように構成される光スペクトル分散手段とを備え、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相
対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的
遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を、前記干渉計内の前記光路差とと
もに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に
生成することができ、
前記物体光学系又は前記参照光学系は、それぞれ前記物体ビーム又は前記参照ビームを
送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を含み、前記変位手段は、該
ファイバ端を動かすことによって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変
位した参照ビームを生成するように構成される、スペクトル干渉装置。
【請求項７】
前記変位手段は、前記ファイバ端を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちの
いずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることによって、前記相対的に変位
した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するように構成される、請求
項６に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項８】
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の直径を
変更するようになっている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項９】
前記干渉計内の前記光路差を制御するように構成される手段をさらに備える、請求項１
〜８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１０】
前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間の前記固有
の光学的遅延を制御するように構成される手段をさらに備える、請求項１〜９のいずれか
一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１１】
前記光路差を制御するように構成される手段及び前記固有の光学的遅延を制御するよう
に構成される手段は処理手段を含む、請求項１０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１２】
前記読取り素子は、信号アナライザに信号を与えるように構成され、該信号アナライザ
は、前記目標物体内の深さ範囲内の反射又は散乱点の分布を決定するように構成される、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１３】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームのうちの少なく
とも一方の直径を調整することによって前記深さ範囲を調整するように構成される、請求
項１２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１４】
前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの偏光と、前記
光スペクトル分散手段の偏光とを一致させるための手段をさらに備える、請求項１〜１３
のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１５】
前記干渉計内の分散を補償するための手段をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか
一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１６】
前記変位手段は、変位平面内で前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位
した参照ビームの相対的な向きを調整するようになっている、請求項１〜１５のいずれか
一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１７】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビー
ムが前記変位平面内で平行になるまで、該相対的に変位した物体ビーム及び該相対的に変
位した参照ビームを調整できるようになっている、請求項１６に記載のスペクトル干渉装
置。
【請求項１８】
前記変位手段は、光路差の値が小さい場合の前記信号の強度を高めるために、前記変位
平面内にある前記２つの相対的に変位したビームを、前記光スペクトル分散手段上で、調
整可能に横方向に重ね合わせることができるように構成され、該横方向に重ね合わせるこ
とは、部分的に重ね合わせることから、完全に重ね合わせることまでを含む、請求項１６
又は１７に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項１９】
前記変位手段は、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビー
ムが前記光スペクトル分散手段の異なる部分に突き当たるように、該相対的に変位した物
体ビーム及び該相対的に変位した参照ビームの相対的な向きを調整するようになっている
、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２０】
前記光スペクトル分散手段は、回折格子、プリズム、一群のプリズム、一群の回折格子
のいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載
のスペクトル干渉装置。
【請求項２１】
前記光スペクトル分散手段は回折格子を含み、該回折格子の格子線は、前記相対的に変
位した参照ビームの中心及び前記相対的に変位した物体ビームの中心を結ぶ線に対して垂
直である、請求項２０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２２】
前記光スペクトル分散手段は、入射表面を含むプリズムを含み、前記相対的に変位した
参照ビームの中心及び前記変位した物体ビームの中心を結ぶ線は、前記プリズムの前記入
射表面に対する垂線と該プリズムの二等分線によって画定される平面内にある、請求項２
１に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２３】
前記参照光学系は、前記光源のビームを反射することによって参照光源を与えるように
構成される少なくとも１つの反射板を備え、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相
対的に変位した参照ビームの前記光路差を制御するために、前記反射板の位置又は傾斜を
調整することができる、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２４】
前記参照光学系は、前記光源からの光ビームを、ファイバ光学系に沿って、又は光が前
記光源に戻されるのを防ぐように構成される反射板を介して、前記変位手段に送出するよ
うに構成される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２５】
前記物体光学系は、前記物体ビームの直径を変更するように構成される第１のズーム素
子を備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２６】
前記相対的に変位した物体ビームの直径を変更するように構成される第３のズーム素子
をさらに備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２７】
前記参照光学系は、前記参照ビームの直径を変更するように構成される第２のズーム素
子を備える、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２８】
前記相対的に変位した参照ビームの直径を変更するように構成される第４のズーム素子
をさらに備える、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項２９】
前記変位手段は、その光スペクトルの変調を前記読取り素子において検出することがで
きる最小光路差値を調整するために、前記２つの相対的に変位したビーム間に調整可能な
間隙を生成するように構成される、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のスペクトル干
渉装置。
【請求項３０】
前記干渉計内の前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉が、前記読取り素子上で完
全に生じる、請求項２９に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３１】
前記２つの相対的に変位したビーム間の干渉は、一部が前記読取り素子上で、一部が前
記光スペクトル分散手段上で生じるように構成される、請求項１〜３０のいずれか一項に
記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３２】
前記変位手段は、前記光路差の値が小さい場合の前記信号の強度を高めるために、前記
変位したビームの横方向の重ね合わせの量を調整するように構成される、請求項３１に記
載のスペクトル干渉装置。
【請求項３３】
前記処理手段は、前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビーム
との間の前記間隙を調整して、その光スペクトルの変調を前記読取り素子において検出す
ることができる最小光路差値を変更するために、前記変位手段を制御するように構成され
る、請求項１１に従属するときの請求項２９又は３０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３４】
前記物体光学系は走査素子をさらに備え、該走査素子は前記目標物体を走査するように
構成される、請求項１〜３３のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３５】
前記走査素子は、直線走査、ラスタ走査、螺旋走査、円形走査又は任意の他のランダム
な形状の走査のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを実行するように構成され
る、請求項３４に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３６】
前記物体光学系内に、前記物体内の特定の深さからの前記信号強度を高めるための合焦
素子をさらに備える、請求項１〜３５のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項３７】
前記干渉計は、ファイバ内干渉計、又はバルク干渉計、或いはファイバ内構成要素及び
バルク構成要素から成るハイブリッド干渉計を含む、請求項１〜３６のいずれか一項に記
載のスペクトル干渉装置。
【請求項３８】
前記光源は低コヒーレンス光源である、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のスペク
トル干渉装置。
【請求項３９】
前記読取り素子は、光検出器アレイ、ＣＣＤ直線アレイ、光検出器の２次元のアレイ、
２次元のＣＣＤアレイ、又は分散されたスペクトルがその上で走査される点光検出器を含
む、請求項１〜３８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４０】
前記物体ビーム及び前記参照ビームを受光するとともに、第２の物体ビーム及び第２の
参照ビームを生成するように構成されるビームスプリッティング手段と、
前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少なくとも一方を変位させて
、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位した参照ビームを生成する
ように構成される第２の変位手段と、
前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームを
受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構
成される第２の光スペクトル分散手段と
をさらに備え、
使用時に、前記第２の変位手段及び前記第２の光スペクトル分散手段の組み合わせは、
前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームの波
列間に第２の固有の光学的遅延を生成するように構成され、該第２の固有の光学的遅延を
前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドス
ペクトルを前記第２の読取り素子上に生成することができる、請求項１〜３９のいずれか
一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４１】
前記第２の変位手段は、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少な
くとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることに
より、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビー
ムを生成するようになっている、請求項４０に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４２】
前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段は、それぞれの相対的
に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせて、前記光スペクト
ル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分散されたビームが反
対の符号の固有遅延を示すように向きを調整される、請求項４０又は４１に記載のスペク
トル干渉装置。
【請求項４３】
前記読取り素子は、信号アナライザに信号を与えるように構成され、該信号アナライザ
は、前記目標物体内の深さ範囲内の反射又は散乱点の分布を決定するように構成され、
前記第２の読取り素子は、第２の信号アナライザに信号を与えるように構成され、前記
装置は、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザから出力される信号に基づい
て、両方の符号の光路差値を含む、前記目標物体のための反射率対光路差のプロファイル
を提供するように構成される、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４４】
前記第２の光スペクトル分散手段は、１つ又は複数の回折格子を含み、該１つ又は複数
の回折格子は、反対の符号の次数を前記読取り素子及び前記第２の読取り素子に向けて回
折させるように構成される、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４５】
前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段はそれぞれ、１つ又は
複数のプリズムを含み、該１つ又は複数のプリズムは、前記相対的に変位した物体ビーム
又は前記相対的に変位した参照ビームが前記光スペクトル分散手段内のプリズム頂点に最
も近くなり、且つ前記第２の相対的に変位した参照ビーム又は前記第２の相対的に変位し
た物体ビームがそれぞれ、前記第２の光スペクトル分散手段内の前記プリズム頂点に最も
近くなるように配置される、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４６】
前記読取り素子及び前記第２の読取り素子それぞれの信号出力は、個別の周波数／振幅
変換器に送信され、前記装置は、前記光路差符号に関係なく、単層物体の軸方向の位置に
比例する信号強度を与えるために、一方の周波数／振幅変換器の出力が他方の周波数／振
幅変換器の反転出力に加算されるように構成される、請求項４０〜４５のいずれか一項に
記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４７】
前記変位手段と前記光スペクトル分散手段との間に配置される第３のビームスプリッテ
ィング手段であって、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビ
ームを受光するとともに、第３の相対的に変位した物体ビーム及び第３の相対的に変位し
た参照ビームを生成するように構成される、該第３のビームスプリッティング手段と、
前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームの
うちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するように構成される第３の変位手段と、
前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームを
受光するとともに、それらのスペクトル成分を第２の読取り素子上に分散させるように構
成される第３の光スペクトル分散手段とをさらに備え、
使用時に、前記第３の変位手段及び前記第３の光スペクトル分散手段の組み合わせは、
前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的に変位した参照ビームの波
列間に第３の固有の光学的遅延を生成するように構成され、該第３の固有の光学的遅延を
前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドス
ペクトルを前記第３の読取り素子上に生成することができる、請求項１〜４６のいずれか
一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４８】
前記第３の変位手段は、前記第３の相対的に変位した物体ビーム及び前記第３の相対的
に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又は
それらの組み合わせを用いて、該第３の相対的に変位した物体ビーム及び該第３の相対的
に変位した参照ビームのうちの少なくとも一方の相対的な変位を調整するようになってい
る、請求項４２に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項４９】
前記光源は低コヒーレンス光源であり、その出力は、光複製素子を用いて遅延したレプ
リカとともに送出される、請求項１〜４８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５０】
前記光複製素子は、第１の単一モード結合器を備え、その出力は、前記光源の前記遅延
したレプリカを生成するために、第２の単一モード結合器の２つの入力に接続される、請
求項４９に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５１】
前記光複製素子は、平行な表面を有するプレートの形をとる透明な光学材料を含み、該
プレートは、その縁部が前記変位平面に対して平行になるように、前記光源の前記ビーム
の中に途中まで導入される、請求項１６に従属するときの請求項４９に記載のスペクトル
干渉装置。
【請求項５２】
前記光源は、閾値未満で駆動されるレーザを含む低コヒーレンス光源である、請求項１
〜５１のいずれか一項に記載のスペクトル干渉装置。
【請求項５３】
干渉計を用いて物体ビーム及び参照ビームを出力すること、
前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を相対的に変位させて、相
対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するとともにこれら相
対的に変位した物体ビームと相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせるた
めに、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方を反射、偏向又は屈折
させること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを、それらの光ス
ペクトル成分に応じて読取り素子上に分散させること
を含み、
前記物体ビーム及び前記参照ビームを反射、偏向又は屈折させて相対的に変位した物体
ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成すること、及び光スペクトル分散手段を用
いて前記２つの相対的に変位したビームを分散させることの組み合わせによって、該２つ
の相対的に変位したビーム内の波列間に固有の光学的遅延が生成され、該固有の光学的遅
延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネル
ドスペクトルを生成することができる、スペクトル干渉法。
【請求項５４】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いたスペクトル干渉法であって、
該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生
成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも
一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成
するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光
路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するととも
に、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位
した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成
するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、
該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成すること
ができ、
前記変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも一方の反射、
偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いて、該物体ビーム及び該参照
ビームを相対的に変位させて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位し
た参照ビームを生成する、スペクトル干渉法。
【請求項５５】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含むスペクトル干渉法
であって、該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生
成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも
一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成
するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光
路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するととも
に、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位
した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成
するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、
該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成すること
ができ、
前記物体光学系は、前記物体ビームを送出するように構成される物体ファイバ端を含む
物体ファイバ光学系を含み、前記参照光学系は、前記参照ビームを送出するように構成さ
れる参照ファイバ端を含む参照ファイバ光学系を含み、前記変位手段は、前記相対的に変
位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ファ
イバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かす、スペクトル干渉法。
【請求項５６】
前記物体ファイバ端及び前記参照ファイバ端の相対的な位置を動かすこと、並びに、反
射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又はそれらの組み合わせを組み合わせることに
より、前記変位手段を用いて、前記相対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位し
た参照ビームを生成することをさらに含む、請求項５５に記載のスペクトル干渉法。
【請求項５７】
光源によって励起されるようになっている干渉計を用いることを含む、スペクトル干渉
法であって、該干渉計は物体光学系及び参照光学系を備え、該方法は、
前記物体光学系を用いて、前記光源からのビームを目標物体に送出し、物体ビームを生
成すること、
参照光学系を用いて、参照ビームを生成すること、
変位手段を用いることにより、前記物体ビーム及び前記参照ビームのうちの少なくとも
一方を変位させて、相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成
するとともに該相対的に変位した物体ビームと該相対的に変位した参照ビームとの間に光
路差を生じさせること、
光スペクトル分散手段を用いて、前記２つの相対的に変位したビームを受光するととも
に、それらのスペクトル成分を読取り素子上に分散させること
を含み、
前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相対的に変位
した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的遅延を生成
するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とともに用いて、
該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生成すること
ができ、
前記物体光学系又は前記参照光学系のうちの一方は、それぞれ前記物体ビーム又は前記
参照ビームのうちの一方を送出するように構成されるファイバ端を含むファイバ光学系を
含み、前記変位手段は、該ファイバ端を動かすことによって、前記相対的に変位した物体
ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成する、スペクトル干渉法。
【請求項５８】
前記ファイバ端を動かすこと、並びに、反射、偏向及び屈折のうちのいずれか１つ、又
はそれらの組み合わせを組み合わせることにより、前記変位手段を用いて、前記相対的に
変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームを生成することをさらに含む、
請求項５６に記載のスペクトル干渉法。
【請求項５９】
ビームスプリッティング手段を用いて、前記物体ビーム及び前記参照ビームを受光する
とともに、第２の物体ビーム及び第２の参照ビームを生成すること、
第２の変位手段を用いて、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少
なくとも一方を変位させ、第２の相対的に変位した物体ビーム及び第２の相対的に変位し
た参照ビームを生成すること、
第２の光スペクトル分散手段を用いて、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前
記第２の相対的に変位した参照ビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を第
２の読取り素子上に分散させること
をさらに含み、
使用時に、前記第２の変位手段及び前記第２の光スペクトル分散手段は、前記第２の相
対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビームの波列間に第２の
固有の光学的遅延を生成し、該第２の固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差とと
もに用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記第２の読取り素
子上に生成することができる、請求項５３〜５８のいずれか一項に記載のスペクトル干渉
法。
【請求項６０】
前記第２の変位手段は、前記第２の物体ビーム及び前記第２の参照ビームのうちの少な
くとも一方の反射、偏向及び屈折のうちの１つ、又はそれらの組み合わせを用いることに
より、前記第２の相対的に変位した物体ビーム及び前記第２の相対的に変位した参照ビー
ムを生成する、請求項５９に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６１】
それぞれの相対的に変位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームと組み合わせ
て、前記光スペクトル分散手段及び前記第２の光スペクトル分散手段からのスペクトル分
散されたビームが反対の符号の固有遅延を示すように、前記光スペクトル分散手段及び前
記第２の光スペクトル分散手段の向きを調整することをさらに含む、請求項５９又は６０
に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６２】
前記読取り素子を用いて、信号アナライザに信号を与えること、及び、該信号アナライ
ザを用いて、前記目標物体内の深さ範囲の反射又は散乱点の分布を決定することをさらに
含み、
前記第２の読取り素子は第２の信号アナライザに信号を与え、前記方法は、前記信号ア
ナライザ及び前記第２の信号アナライザから出力される信号に基づいて両方の符号の光路
差値を含む、前記目標物体のための反射率対光路差のプロファイルを提供することをさら
に含む、請求項６１に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６３】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの累積された信号出力内に全部で２
つのメインピークだけが保持されるように、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナ
ライザを構成すること、並びに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザのうちの
一方の出力において信号が閾値を超えないときに、該信号アナライザ及び該第２の信号ア
ナライザの他方の出力において生じる前記２つのピークの最大周波数と最小周波数との間
の差に基づいて、前記物体の厚みを判定することをさらに含む、請求項６２に記載のスペ
クトル干渉法。
【請求項６４】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの累積された信号出力内に全部で２
つのメインピークだけが保持されるように、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナ
ライザを構成すること、並びに、該信号アナライザ及び該第２の信号アナライザそれぞれ
の出力において信号が一度だけ閾値を超えるときに、該信号アナライザ及び該第２の信号
アナライザの極限周波数の和に基づいて、前記物体の厚みを判定することをさらに含む、
請求項６２に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６５】
前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザそれぞれの出力において実装される
閾値処理回路を用いて、前記信号アナライザ及び前記第２の信号アナライザの前記累積さ
れた信号出力内に全部で２つのメインピークだけが保持されるように、より小さな振幅の
前記目標物体からの雑音及びピークを表す不可欠でないピークを破棄することをさらに含
む、請求項６３又は６４に記載のスペクトル干渉法。
【請求項６６】
光源によって励起されるようになっている干渉計を備えるスペクトル干渉装置であって
、該干渉計は、
前記干渉計から目標物体まで誘導する第１の光路と、
参照光ビームを変位手段まで誘導する第２の光路と、
前記光源からの光ビームを前記第１の光路に沿って前記目標物体まで送出し、該目標物
体からの光出力ビームを前記第１の光路に沿って前記干渉計まで戻し、該光出力ビームを
第３の光路に沿って前記変位手段まで送出し、物体ビームを生成するようになっている干
渉光学系と、
前記参照ビームを前記第２の光路に沿って前記変位手段まで送出するようになっている
参照光学系と、
前記２つの相対的に変位したビームを受光するとともに、それらのスペクトル成分を読
取り素子上に分散させるようになっている光スペクトル分散手段と、
前記干渉計内で、前記相対的に変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビーム
との間の前記光路差を制御し、且つ該ビーム間の前記固有の光路差を制御するようになっ
ている処理手段と
を備え、
該変位手段は、前記物体ビーム及び前記参照ビームを相対的に変位させて、相対的に変
位した物体ビーム及び相対的に変位した参照ビームを生成するために、前記物体ビーム及
び前記参照ビームを反射するようになっており、前記干渉計内で生成される前記相対的に
変位した物体ビームと前記相対的に変位した参照ビームとの間に光路差を生じさせ、
使用時に、前記変位手段及び前記光スペクトル分散手段の組み合わせは、２つの前記相
対的に変位した物体ビーム及び前記相対的に変位した参照ビームの波列間に固有の光学的
遅延を生成するように構成され、該固有の光学的遅延を前記干渉計内の前記光路差ととも
に用いて、該干渉計内の該光路差のためのチャネルドスペクトルを前記読取り素子上に生
成することができる、スペクトル干渉装置。
【国際調査報告】
2007508558.tif 000019
2007508558.tif 000020
2007508558.tif 000021