(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
混濁媒質の内部を光学的に検査する方法であって、
広帯域光を供給するステップと、
前記広帯域光に含まれる複数の波長帯域を空間的に分離するステップと、
前記複数の波長帯域を別個に変調するステップと、
前記複数の変調された波長帯域を、スペクトル符号化された広帯域光のビームに再結合するステップと、
混濁媒質を、前記スペクトル符号化された広帯域光のビームで照射するステップと、
検出器によって、前記混濁媒質から発する光を検出するステップと、
分光学的情報を提供するために、復調器によって、前記検出された光を復調するステップと、
を含み、前記復調器が、前記複数の波長帯域を変調する前記ステップへのフィードバックを供給し、又は前記複数の変調された波長帯域が前記混濁媒質を照射する前に検出され解析された結果が、前記複数の波長帯域を変調する前記ステップにフィードバックされる、方法。
【請求項２】
前記複数の波長帯域のうち少なくとも２つの波長帯域が、波長に関してそれぞれ異なる幅をもつ、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の波長帯域は、前記広帯域光において隣接する少なくとも２つの波長帯域が、前記復調器における前記変調プロセスに関して隣接しないように、変調される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の波長帯域のそれぞれ異なる波長帯域は、少なくとも２つの隣接する波長帯域について前記検出器によって検出される強度が同じ大きさのオーダーであるように、変調される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
混濁媒質の内部を光学的に検査する装置であって、
広帯域光のビームを放出する広帯域光源と、
前記広帯域光に含まれる複数の波長帯域を空間的に分離する帯域分離器と、
前記複数の波長帯域を別個に変調する空間光変調器と、
前記複数の変調された波長帯域を、スペクトル符号化された広帯域光のビームに再結合する光再結合ユニットと、
前記スペクトル符号化された広帯域光のビームで混濁媒質を照射するための測定ボリュームと、
前記測定ボリュームから発する光を検出する検出器と、
分光学的情報を提供するために、前記検出された光を復調する復調器と、
を有し、前記復調器が前記空間光変調器へのフィードバックを供給し、又は前記測定ボリュームに入射する前の前記複数の変調された波長帯域を解析する解析ユニットが、前記空間光変調器へのフィードバックを供給する、装置。
【請求項６】
前記検出器が光電子増倍管である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記空間光変調器は、マイクロミラーデバイス、液晶デバイス、チョッパ又はニプコーディスクを含む、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記広帯域光源は、偏光光を放出するように構成される、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置が医用光学検査装置である、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混濁媒質の内部を光学的に検査する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願のコンテクストにおいて、混濁媒質という語は、例えば脂質内水溶液又は生物学的組織のような高い光散乱係数をもつ材料を含む物質を意味することが理解されうる。光という語は、特に４００ｎｍ乃至１４００ｎｍの間のレンジの波長をもつ、非電離性電磁放射線を意味することが理解されうる。
【０００３】
過去の数十年に、生物学的組織のような混濁媒質の光学的特性が、一般に広まった研究分野になっており、例えば、モニタリング（例えばパルスオキシメータ）、化粧品（例えばポートワイン母斑の除去）及び癌治療（例えばフォトダイナミックセラピー）のような臨床アプリケーションを見いだしている。混濁媒質の光学イメージングの（特に生物学的組織をイメージングするための）いくつかの技法が知られており、例えば、光学コヒーレンストモグラフィ、共焦点顕微鏡法、２光子顕微鏡法及び拡散光学トモグラフィがある。拡散光学イメージングにおいて、３Ｄトモグラフィック画像の取得のために多くのソース及び検出器位置を含む測定ジオメトリが可能であり、又は例えばイメージングされるべき対象のシンプルなマップを提供するために又はただ１つ又は複数の特定のパラメータを読み出すために、（例えばハンドヘルドのプローブのような）制限された数のソース及び検出器を有するジオメトリが可能である。これらのアプリケーションにおいて、一般に可視光、ＮＩＲ（近赤外）及び／又はＩＲ（赤外）光が使用され、この光は、例えば、連続波として、パルスの形で、又は光子密度波として、供給されることができる。更に、単色光、多波長光又は連続スペクトルを使用するいくつかの異なる技法が、当技術分野において知られている。他の組織固有の蛍光又は蛍光造影剤の蛍光が、利用されることができる。これらのアプリケーションはすべて、図１に関して後述するように、何らかのやり方で、組織に存在するスペクトルフィーチャから利益を得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、乳房組織に存在する主な発色団の吸収スペクトルが、図１に示されている。波長の関数として主な発色団の個々の吸収を示す図１において、主な発色団のヘモグロビン、酸化ヘモグロビン、水及び脂質の吸収特性が、入射光の波長に依存して大きく異なることが分かる。更に、これらの組成のスペクトルは、狭い光帯域幅のフィーチャを示さず、かなり大きい帯域幅をもつフィーチャのみを示していることも分かる。
【０００５】
組織に関するスペクトロスコピーは、さまざまな異なるスペクトル特性を利用することを可能にし、従って、組織の発色団及びゆえに組織の組成が、識別されることができるとともに、必要に応じて、視覚化され及び／又は解析されることができる。組織から発する拡散光のインビボ光学スペクトロスコピーに依存する有望な例は、（例えば拡散光学トモグラフィによる）乳癌のイメージング、糖尿病の（例えば固有の蛍光又は蛍光造影剤を使用する）蛍光イメージング及びモニタリングを含む。しかしながら、組織のような混濁媒質のスペクトロスコピーに生じる固有の問題は、組織内の固有の光散乱の相対的に高い量のため、検査下の混濁媒質から発する光が、強く減衰し、より重要なことには、拡散性質があることである。光は、一旦拡散性になると、効果的にコリメートされることができず、それゆえ、このような混濁媒質から発する光の光学スペクトルの取得が、非効率的になってしまう。この非効率性は、組織光学特性の応用可能性を改善するために克服されなければならない問題である。非効率性の理由は、以下に記述される。
【０００６】
混濁媒質の光学検査において生じる収集非効率性を理解するために、光学特性のより詳細な観察が必要である。受光、スループット、光捕捉又は収集能力とも呼ばれる「エタンデュ（etendue）」Ｇは、光が面積及び角度に関してどれくらい「広がるか」を特徴付ける光学システムの特性である。エタンデュは、いくつかの等価なやり方で規定されることができる。ソースの観点から、エタンデュは、ソースの面積Ａに、ソースから見てシステムの入射瞳が張る立体角Ωをかけたものであり、すなわちＧ＝ＡΩである。この積は、図２に示されている。システムの観点から、エタンデュは、入射瞳の面積に、入射瞳から見てソースが張る立体角をかけたものである。しかしながら、これらの規定は、面積及び立体角の非常に小さい「成分（elements）」に適用され、ソース及びダイアフラムの双方において合計されなければならない。完全な光学システムは、ソースと同じエタンデュによって画像を生成する。言い換えると、完全な光学システムにおいては、エタンデュは保存される；しかしながら、不完全な実際のシステムにおいては、エタンデュは、通常は一層悪化する（すなわちより高い値になる）。エタンデュは、ラグランジュ不変量及び光学不変量に関連する。
【０００７】
拡散光がスペクトロメータに結合されうる、混濁媒質の光学検査用システムにおいて、スペクトロメータのエタンデュ（又は収集能力）は、拡散ソース（本来、最大限のエタンデュを有する）のものより本質的に非常に小さい。空間分解能はその後スペクトル分解能に変換されるので、通常のスペクトロメータは、その検出器において十分な空間的な分解能を得るためのスリット又はピンホールの狭さの程度に依存する。例えば生物学的組織によって形成される混濁媒質から発する拡散光のスペクトロスコピーは、上述したエタンデュ不整合により、本質的に非効率的であるので、これは、検出閾値及びサンプリング時間をひどく損なう。このエタンデュ問題は、検出器側でほとんど対処されることができないことが分かった。大きいエタンデュ検出器を使用することが、エタンデュ不整合の観点で好ましい。しかしながら、通常の構成では、これは、必要なスペクトル分解能の観点で可能でない。
【０００８】
光電子増倍管（ＰＭＴ）は、非常に感度が高く（内部利得）、大きい面積（高いエタンデュ）と組み合わせられる高速な応答（高帯域幅）を有するので、原則的に、このような装置において検出器として光電子増倍管（ＰＭＴ）を使用することが有利である。しかしながら、光電子増倍管（ＰＭＴ）の使用は、例えば制限される動的レンジ及び過剰露光に対する脆弱性のようないくつかの問題を伴う。更に、ＰＭＴの感度は、光学スペクトルの近赤外（ＮＩＲ）において、大幅に低下する。
【０００９】
生体の生物学的組織の検査に関して、更なる制約がある。高いパワー及び明るさを有する白色光源は、測定品質に関して最大限の要求を満たす必要がある。測定時間が問題である場合、明るい光源が必要とされる。極めて明るい白色光源は、穴のあいたファイバを通じて伝播される強いフェムト秒光パルスを使用するスーパーコンティニューム生成に基づいて利用可能になっている。しかしながら、生物学的組織には、いわゆる最大許容露光量（ＭＰＥ）がある。小さいスポットサイズにおける近赤外の１秒以下の露光の場合、これは、１ワットのオーダーでありうる。
【００１０】
近年、符号化アパーチャイメージング（Coded Aperture Imaging）に基づく「マトリックススペクトロメータ」という新しいタイプのスペクトロメータが、発明された。このスペクトロメータは、マルチモーダルマルチプレックススペクトロスコピー（ＭＭＳ）と呼ばれる技法を使用し、この技法は、同じスペクトル分解能を与えられる場合、光スループットを一桁増加させるために、符号化されたマスクをもつ広面積アパーチャを用いる。米国特許第７，３０１，６２５Ｂ２号明細書は、拡散ソースのスペクトル特性評価のためのアパーチャ符号化スペクトロメータを示している。通常のスペクトロメータのスリットは、空間フィルタ又はマスクと置き換えられる。多くの異なるマスクを使用することが提案される。
【００１１】
本発明の目的は、混濁媒質の内部の分光学的検査の光効率を改善し、それによって検出閾値及び／又はサンプリング時間を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に記載の混濁媒質の内部を光学的に検査する方法によって解決される。方法は、広帯域光を供給するステップと、広帯域光に含まれる複数の波長帯域を空間的に分離するステップと、複数の波長帯域を別個に変調するステップと、複数の変調された波長帯域を、スペクトル符号化された広帯域光ビームに再結合するステップと、混濁媒質を、スペクトル符号化された広帯域光ビームで照射するステップと、検出器によって、混濁媒質から発する光を検出するステップと、分光学的情報を提供するために、復調器によって、検出された光を復調するステップと、を含む。複数の波長帯域が別個に変調され、その後再結合されるので、大きい面積及び／又は大きい受光角の検出器を使用する混濁媒質に関するスペクトロスコピーが、可能になる。これは、効率を増大させ、より低い検出閾値及び／又はより短いサンプリング時間を可能にする。広帯域光が入力として使用されるので、相対的に安価な白色光源が、混濁媒質を照射するための光を供給するために使用されることができる。従って、全体的な費用低減が達成されることができる。
【００１３】
１つの見地によれば、少なくとも２つの波長帯域が、波長に関してそれぞれ異なる幅を有する。
【００１４】
好適には、複数の波長帯域は、広帯域光において隣接する少なくとも２つの波長帯域が復調器における復調プロセスに関しては隣接しないように、変調される。この場合、クロストークの効果が、信頼性をもって抑制されることができる。例えば、それらの波長レンジに関して直接隣接する２つの波長帯域（チャネル）は、変調スキームに関して、変調によるチャネルの符号化が実施されることにより、検出器／復調器構成が互いに隣接しない位置でチャネルを「見る」ように、変調される。その結果、それぞれ異なるチャネルに対応する検出される信号は、信頼性をもって区別されることができる。
【００１５】
好適には、複数の波長帯域のそれぞれ異なる波長帯域は、少なくとも２つの隣接する波長帯域について、検出器によって検出される強度が同じオーダーであるように、変調される。この場合、直接隣接するチャネルが強度の大きい差を含む場合に生じうるクロストークが、信頼性をもって阻止されることができる。
【００１６】
１つの見地によれば、複数の変調された波長帯域は、混濁媒質を照射する前に検出され、解析される。その結果は、複数の波長帯域を変調するステップにフィードバックされる。従って、スペクトル符号化された光のコリメートビームのスペクトルは、解析の結果に依存して、調整されることができる。チャネルの分布及び強度は、例えばコリメートビームが最大許容露光量（ＭＰＥ）の要求に従うように制御するために、調整されることができる。
【００１７】
好適には、復調器は、複数の波長帯域を変調するステップに、フィードバックを供給する。この場合、スペクトル符号化された光のコリメートビームのスペクトルは、ビームが混濁媒質を通過したあとに取得される情報に依存して、調整されることができる。従って、混濁媒質の特定のスペクトルフィーチャが、変調プロセスを適切に調整することによって信頼性をもって分解されることができる。更に、この情報に基づいて、変調プロセスによって引き起こされるクロストークの効果が、軽減されることができる。
【００１８】
本発明の目的は更に、請求項７に記載の混濁媒質の内部を光学的に検査する装置によって解決される。装置は、広帯域光のビームを発する広帯域光源と、広帯域光に含まれる複数の波長帯域を空間的に分離する帯域分離器と、複数の波長帯域を別個に変調する空間光変調器と、複数の変調された波長帯域を、スペクトル符号化された広帯域光ビームに再結合する光再結合ユニットと、スペクトル符号化された広帯域光ビームで混濁媒質を照射するための測定ボリュームと、測定ボリュームから発する光を検出する検出器と、分光学的情報を提供するために、検出された光を復調する復調器と、を有する。複数の波長帯域が別個に変調され、その後再結合されるので、大きい面積及び／又は大きい受光角をもつ検出器を使用する混濁媒質に関するスペクトロスコピーが、実現可能にされる。これは、効率を増加させ、より低い検出閾値及び／又はより短いサンプリング時間を可能にする。広帯域光が、照射用の光を供給するために使用されるので、相対的に安価な白色光源が、混濁媒質を照射するための光を供給するために使用されることができる。従って、全体的な費用低減が達成されることができる。
【００１９】
好適には、測定ボリュームに入射する前に複数の変調された波長帯域を解析する解析ユニットが設けられ、解析ユニットは、空間光変調器へのフィードバックを供給する。この場合、スペクトル符号化された広帯域光ビームは、それが混濁媒質に当たる前の位置において解析されることができる。従って、それぞれ異なる波長帯域の分布及び強度が、例えば最大許容露光量（ＭＰＥ）を考慮して適応されることができる。
【００２０】
復調器が、空間光変調器にフィードバックを供給する場合、空間光変調器において実施される光変調は、光が混濁媒質を通過した後に取得される信号に依存して、調整されることができる。こうして、混濁媒質の光学フィーチャが信頼性をもって分解されることができるように、変調が調整されることができる。
【００２１】
検出器が光電子増倍管である場合、高い感度（内部利得）、速い応答（大きい帯域幅）及び大きい面積（高エタンデュ）がすべて、実現されることができる。光電子増倍管のフィードバックループとの組み合わせが使用される場合、光電子増倍管の過剰露光が、信頼性をもって阻止されることができ、当たる放射線が、光電子増倍管の動的レンジに適応されることができる。
【００２２】
空間光変調器が、マイクロミラーデバイス又は液晶デバイスを含む場合、変調の動的な調整が、特にフィードバックループと組み合わされて容易に達成されることができる。
【００２３】
広帯域光源が偏光光を放出するように適応される場合、非偏光光及び通常のビームスプリッタを使用する実現例と比較して、より多くの光が混濁媒質に送出されることができるので、効率は、（特に偏光ビームスプリッタと組み合わされて）一層改善されることができる。
【００２４】
好適には、装置は、医用光学検査装置である。
【００２５】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して実施形態の詳細な説明から理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】さまざまな異なる発色団の吸収スペクトルを概略的に示す図。
【図２】エタンデュを説明する図。
【図３】第１の実施形態を概略的に示す図。
【図４】第２の実施形態を概略的に示す図。
【図５】第３の実施形態を概略的に示す図。
【図６】第４の実施形態を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の実施形態
本発明の第１の実施形態が、以下に図３を参照して記述される。第１の実施形態による混濁媒質の内部の検査のための装置は、空間光変調分光装置によって形成される。装置は、広帯域光のコリメートビーム２を放出する光源１、帯域分離器３、空間光変調器４、光再結合ユニット６、混濁媒質８を収容する測定ボリューム７、検出器９及び復調器１０を有する。
【００２８】
光源１は、高いパワー及び明るさを有する白色光が放出され、すなわち、ビーム２が、好適には可視光、ＩＲ及び／又はＮＩＲの多数の波長をカバーする連続する波長広帯域を含むように、選択される。光源１は、パルス化されることができる。例えば、光源１は、スーパーコンティニューム生成に基づく極めて明るい白色光源である。例えば、これは、穴のあいたファイバを通じて伝播される強いフェムト秒光パルスを使用することによって達成される。しかしながら、白色光を放出する一層簡素なランプを使用することも可能である。
【００２９】
広帯域光のコリメートビーム２は、帯域分離器３に導かれる。帯域分離器は、それが広帯域光ビーム２に含まれる複数の波長帯域（２ａ、２ｂ、...、２ｎ）を空間的に分離するように、適応される。例えば、帯域分離器３は、広帯域光ビーム２に含まれるさまざまな異なる波長帯域を空間的にスプリットするように適応される格子によって形成されることができる。それぞれ異なる波長帯域は、波長レンジに関して同じ幅を有する必要がなく、互い（の波長間隔）に関して同じ波長間隔を有する必要もないことに留意すべきである。
【００３０】
空間的に分離された波長帯域（２ａ、...、２ｎ）は、波長帯域（２ａ、...、２ｎ）の各々が特定の変調を受けるようなやり方で、分離された波長帯域を空間的に変調する空間光変調器（ＳＬＭ）４に導かれる。本実施形態において、空間光変調器４は、透過タイプである。空間光変調器４は、入力レンズ４１、光変調ユニット４２、出力レンズ４３及び変調ソース５を有する。入力レンズ４１は、個別の波長帯域の個々のビームを、並列にする。光変調ユニット４２は、光変調ユニット４２の動作を制御する変調ソース５に接続される。光変調ユニット４２は、専用のニプコータイプのディスク又はチョッパ等の形で、機械的に実現されることができる。好適には、光変調ユニット４２は、マイクロミラーデバイス又は液晶デバイスによって形成される。
【００３１】
当技術分野において知られている光変調のさまざまな異なるやり方が、適用されることができる。例えば、周波数分割多重化、時分割多重化又はそれらの両方が適用されることができる。波長帯域（チャネル）の変調が実施される変調スキームは、変調ソース５と協働する光変調ユニット４２によって与えられる。
【００３２】
独立して変調された波長帯域（２ａ、２ｂ、...、２ｎ）は、例えば別の格子によって形成されうる光再結合ユニット６によって、スペクトル符号化された広帯域光のコリメートビーム１１に再結合される。
【００３３】
スペクトル符号化された広帯域光のコリメートビーム１１は、測定ボリューム７に収容されている検査下の混濁媒質８を照射するために使用される。例えばヒト女性乳房のような生体の生物学的組織によって形成されることができる混濁媒質８の混濁性質のため、拡散光が、照射に応じて混濁媒質から発する。
【００３４】
照射された混濁媒質８から発する拡散光は、検出器９によって検出される。検出器９は、大きい面積及び／又は受光角を含む高エタンデュ光検出器によって形成される。適切な大面積高ＮＡ検出器は、フォトダイオード、ＡＰＤアレイ（アバランシェフォトダイオードアレイ）及び光電子増倍管（ＰＭＴ）である。
【００３５】
検出器９によって検出された信号は、混濁媒質８から発する拡散光に含まれる分光学的情報を復元するために、復調器１０によって復号化され／復調される。それゆえ、発せられた光に対して混濁媒質８によって付される組織特有の光学スペクトルが、得られる。この得られた光学スペクトルは、出力信号１２として、復調器１０によって出力される。
【００３６】
本実施形態において、帯域分離器３、光再結合ユニット６、レンズ及び光変調ユニット４２は、いわゆる４ｆ構造で構成されることに留意すべきである。
【００３７】
それゆえ、本実施形態によれば、コリメートされる白色光源からの、さまざまな異なる幅又は間隔を有しうる複数の予め規定された波長帯域（チャネル）は、それぞれ、帯域分離器３及び空間光変調器４（ＳＬＭ）を使用して、周波数及び時間ドメインにおいて符号化されることができる。波長帯域は、光再結合ユニット６によって、単一のコリメートビーム１１に再結合される。可能性として任意に大きい光学帯域幅（白色光）をもつコリメートされた符号化されたビーム１１は、例えば生物学的組織によって形成されることができる混濁媒質８を照射するために使用される。本実施形態によれば、混濁媒質８から発する拡散光は、（大きい面積及び／又は受光角を含む）高エタンデュ光検出によって検出され、復調器によって復調され、その結果、光学スペクトルが高い検出効率で得られる。従って、スペクトル符号化された光は、拡散光スペクトロスコピー及び大面積、高ＮＡ検出器と有利に組み合わせられる。検出器は、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードアレイ又は光電子増倍管である。受信信号は、分光学的情報を復元し、それゆえ、混濁媒質から発する光に対して混濁媒質によって付される媒質特有の光学スペクトルを得るために、復号化され／復調される。
【００３８】
原則的に、ソース側において（すなわち混濁媒質８の前の光経路において）、クロストークが、空間光変調器４のスペクトルの重なり及びストレー光によって、及び空間光変調器４及び関連するドライバエレクトロニクスにおける電気的なカップリング及び混変調によって、引き起こされる。更に、検出器側において、復調は、スペクトルチャネル間の付加のクロストークを引き起こすことがありうる。有利には、クロストークの効果は、検出器において（クロストークの大部分を生じさせると思われる）隣接するチャネルをイコライズすることによって、最小限にされることができる。第１の実施形態において、これは、例えば基準測定又は期待される結果に基づく、帯域幅及び中心位置に関するチャネルの適当な選択によって達成されることができる。空間光変調器４において特定の波長帯域（チャネル）に適用される変調は、所望の結果を達成するように選ばれることができる。更に、このような入力情報に基づいて、測定結果に効果的に寄与しないチャネル（すなわち特定の波長帯域）は、空間光変調器４において除去されることができる。残りのチャネルの光学パワーが、ＭＰＥ（最大許容露光量）限界に違反することなく、増大されることができるので、これは、混濁媒質８のような生物学的組織への応用において、組織に対する総露光量にとって有益である。
【００３９】
隣接するチャネル（波長帯域）が、検出側の変換されたＲＦドメインにおいては隣接しない、非常に複雑な変調スキームに従うように、空間光変調器４を動作させることもまた可能である。この例において、復調器１０が、検出された拡散光に対応する信号を復調する場合、当該チャネルが、互いに隣り合って位置しないように、当該チャネルは、独立して変調される。
【００４０】
波長帯域のオーダー及び／又は分布は、測定の間で変更されることができ、それぞれ異なる測定の結合した結果が、クロストークの効果を識別し、抑制するために利用されることができる。例えば、スペクトルの先験的に知られているフィーチャは、チャネルオーダー及び／又は分布の１つの構造において、別のより捉えがたいが重要なフィーチャをマスクすることができるが、別の構成においてはマスクしない。従って、波長帯域のオーダー及び／又は分布が変更される場合、より捉えがたいフィーチャが、分解されることができる。図１において分かるように、生物学的組織のスペクトルフィーチャは、光学帯域幅の数ナノメートルより小さいフィーチャを表わさないので、これらの結果は、合理的な限界内に双方とも保たれるクロストーク及びチャネルの数によって達成されることができる。
【００４１】
本実施形態は、大きい面積及び／又は大きい受光角の検出器を使用して高散乱媒質に関するスペクトロスコピーを可能にする。これは、効率を増加させ、より低い検出閾値及び／又はより短いサンプリング時間を可能にする。本実施形態は、更に、従来技術の場合の高価な光源（例えば複数のレーザ）及び高価なスペクトロメータに代わって、フロントエンドにおける（すなわち光が混濁媒質に導かれる前の）かなり安価な白色光源及び相対的に通常のスペクトロメータの使用を可能にする。既知の実現例では、多くの光が、混濁媒質の後ろの光経路に位置するスペクトロメータの低い受光面積及び／又は狭い受光角により失われるので、従来技術は、上述のような高価なコンポーネントを必要とする。従って、本実施形態により、全体的な費用低減が達成されることができる。
【００４２】
第２の実施形態
第２の実施形態が、以下に図４を参照して記述される。第２の実施形態は、実質的に第１の実施形態に対応するが、後述される付加の特徴を含む。従って、同一のコンポーネントは同一の参照符号によって示されており、それらの記述は省略される。
【００４３】
第２の実施形態は、ビームスプリッタ２０が、光変調ユニット４２の後ろの光経路に導入される点で、第１の実施形態と異なる。このビームスプリッタは、複数の変調された波長帯域の各々の一部を出力結合させ、それをレンズ２１を介して光解析ユニット２２に導く。光解析ユニット２２は、複数の変調された波長帯域の光分布を解析し、出力信号２３として結果を出力する。光解析ユニット２２は、例えばスペクトロメータによって形成されることができる。
【００４４】
光解析ユニット２２は更に、変調ソース５にフィードバック信号２４を供給するために、空間光変調器４の変調ソース５に結合される。変調ソース５は更に、実施された変調を示す変調信号２５を供給するために、復調器１０に結合される。変調信号２５は、復調器１０が適当な復調処理を実施することを可能にする。
【００４５】
こうして、第２の実施形態において、フィードバックループが実現される。フィードバックループは、混濁媒質８に照射される光学スペクトルをモニタし、変更することを可能にする。フィードバックループは、次のように動作する：ビームスプリッタ２０及び光解析ユニット２２を介して、それぞれ異なる変調された波長帯域の分布及び強度が、判定される。フィードバック信号２４は、変調ソース５に、光解析ユニット２２によって達成される結果に関する情報を供給する。この情報に基づいて、変調ソース５は、変調を、それぞれ異なる分離された波長帯域（２ａ、...、２ｎ）に適応させる。適応は、混濁媒質に照射される光学スペクトルが（それぞれ異なるチャネルに関して）イコライズされるように、又は検査下の混濁媒質８に特に適した特定のやり方で成形されるように、実施されることができる。
【００４６】
更に、第２の実施形態は、第１の実施形態に関してすでに記述されている利点を達成する。
【００４７】
第３の実施形態
第３の実施形態が、以下に図５を参照して記述される。第３の実施形態は、第２の実施形態に実質的に対応するが、後述される付加のフィードバックを含む。再び、同一のコンポーネントは、同一の参照符号によって示されており、それらの記述は省かれる。
【００４８】
図５において分かるように、検出側（混濁媒質の後ろ）からソース側（混濁媒質の上流）への付加のフィードバックループが設けられる。図示される例によれば、復調器１０は、フィードバック信号２６を出力し、フィードバック信号は、変調ソース５に供給され、ゆえに空間光変調器４に供給される。
【００４９】
この構成において、更なる有利な特徴が実現されることができる。例えば、ソーススペクトル、すなわち混濁媒質８を照射するために使用されるスペクトル符号化された広帯域光のスペクトル、及び異なるチャネルの強度が、フィードバック信号２６のフィードバック情報に基づいて、最適精査スペクトルに適応的に変更されることができる。変更は、特定の混濁媒質８の特性及びＭＰＥ限界に依存して実施されることができる。更に、ノイズ及びクロストークが、混濁媒質８を照射するために使用される光のスペクトル形状及び光の強度を適応的に最適化することによって、最小限にされることができる。
【００５０】
第３の実施形態は更に、第１及び第２の実施形態に関して記述された利点を達成することに留意すべきである。
【００５１】
第４の実施形態
第４の実施形態が、図６を参照して以下に記述される。上述の第１乃至第３の実施形態はすべて、透過タイプの空間光変調器４を含む。第４の実施形態は、折り返し光学系配置及び反射タイプの空間光変調器４ａが使用される点で、第３の実施形態と実質的に異なる。再び、同一のコンポーネントは同一の参照符号によって示されており、それらの記述は省略される。
【００５２】
図１において分かるように、光源１からの広帯域光のコリメートビーム２は、帯域分離器３にビームを導くビームスプリッタ５０に導かれる。帯域分離器３は、例えば、第１乃至第３の実施形態と同様の格子によって形成されることができる。この実施形態においても、帯域分離器３は、広帯域光のビーム２に含まれる複数の波長帯域（２ａ、２ｂ、...、２ｎ）を分離する。空間的に分離された波長帯域（２ａ、...、２ｎ）は、入力レンズ４１ａ及び光変調ユニット４２ａを含む空間光変調器（ＳＬＭ）４ａに導かれる。しかしながら、本実施形態において、光変調ユニット４２ａは、反射タイプであり、すなわち、少なくとも１つの反射素子を含み、上述の実施形態のように、分離された波長帯域（２ａ、...、２ｎ）を別個に変調する。反射タイプの構成のため、変調された波長帯域は、再び入力レンズ４１ａに導かれる。入力レンズ４１ａは、出力レンズとしても機能する。変調された波長帯域は、空間光分離器３を形成する格子に導かれる。格子は、本実施形態においては光再結合ユニット６としても機能する。この光再結合ユニット６において、変調された波長帯域（チャネル）は、スペクトル符号化された広帯域光のコリメートビーム１１に再結合される。このビーム１１は、ビームスプリッタ５０を通り、検査下の混濁媒質８を照射する。他の特徴は、第３の実施形態と同様であり、従って再び記述されない。具体的には、光解析ユニット２２に光を結合させるためのビームスプリッタ２０が、レンズ４１ａと光変調ユニット４２ａとの間に設けられる。
【００５３】
好適には、本実施形態において、直線偏光されるビームを生成する光源、偏光ビームスプリッタ５０、及び四分の一波長板６０が、入力ビーム２及び（再結合される）出力ビームの効率的なスプリッティングを達成するために使用される。出力ビームは、入力ビームに直交する向きで直線偏光される。偏光ビームスプリッタ及び偏光光を使用する場合、通常のビームスプリッタ及び非偏光光を使用する構造と比較して、より多くの光が、混濁媒質に送られることができる。更に、入力へのフィードバックは行われない。四分の一波長板６０が、格子の前か後ろに、又は、空間光変調器の前に（図６の６０'によって示されるように）、挿入されることができることに留意されたい。四分の一波長板は、空間光変調器の一体的な部分であってもよい。これらの位置の各々が、使用されることができ、とりわけ、選択は、光経路の他の光学コンポーネントの偏光特性に依存する。
【００５４】
第４の実施形態は、第１乃至第３の実施形態と同じ利点を実質的に達成する。具体的には、第２及び第３の実施形態に関して記述されたフィードバックループがここでも実現される。しかしながら、折り返し光学系構成のため、スペースを節約した構成が可能にされる。
【００５５】
第３の実施形態に代わるものとして第４の実施形態に関して記述された折り返し光学系構成は、これに制限されないことに留意すべきである。当業者に理解されるように、反射タイプの空間光変調器を使用する折り返し光学系構成が、第１及び第２の実施形態においても使用されることができる。更に、偏光光（偏光光を放出する光源、四分の一波長板及び偏光ビームスプリッタを使用する）が、後ろに折り返される光経路を使用するすべての実施形態において有利に使用されることができる。
【００５６】
４−ｆ構造を有するシステムの仕様の一例が、以下に与えられる。例えば、最初に、空間光変調器のピクセルサイズΔｘが、決定される（例えば２０ｋＨｚの帯域幅を有する一般的な高速ＤＭＤの場合、Δｘ＝１５μｍ）。次に、このようなピクセルを通過する単一チャネルの波長間隔Δλが決定される（例えばΔλ＝３ｎｍ）。次に、チャネルの数Ｎ又は最大波長スパンが、決定される（例えばＮ＝１００）。空間光変調器のサイズ及びレンズの開口数は、これらの値に従う。他の仕様が一旦決定されると、格子に関する必要な特性（帯域分離器及び光再結合ユニット）が得られる。次に、システム損失が評価されなければならず、適当な波長スパン及び出力強度を有するソースが選択されなければならない。例えば、６５０乃至９５０ｎｍの間の波長レンジ（８００ｎｍ中心波長をもつ）を有するFianiumスーパーコンティニュームレーザからの５ｍＷａｔｔ／ｎｍの、単一モードファイバの、明るい光源が、特に適切なようである。
【００５７】
特定のケースにおいて、検出器として大きい感光面積（例えば数平方センチメートル）を高い帯域幅（例えば数百ＭＨｚ）と組み合わせる光電子増倍管を使用することは、これが、この明細書に記述された技法と組み合わされて光子密度波（ＰＤＷ）の使用を可能にするので、有益である。
【００５８】
上述の実施形態に関して、（例えば、正弦波的にいくつか異なってソース変調される）周波数分割及び／又は時分割多重化の両方が、適用されることができることに留意すべきである。更に、拡散スペクトルラジオ技法が、適用されることができる。
【００５９】
混濁媒質８のスペクトルフィーチャ又は最大許容露光量（ＭＰＥ）又はそれら両方を最適化するために、光学スペクトルの成形を使用することが可能であり、これは、特に生物学的組織に対する医用アプリケーションにおいて重要である。例えば、発色団の特定のスペクトルフィーチャに対する感度（図１参照）が増大されるように、波長帯域の位置及び幅が、選択されることができる。このコンテクストにおいて、それぞれ異なる波長帯域（２ａ、...、２ｎ）が、全く異なる幅又は中心距離を有することができることに留意すべきである。
【００６０】
個々の波長帯域は、独立して変調されるので、光学スペクトルにおいて隣接するスペクトルフィーチャは、好んで、変調スペクトルにおいて隣接する必要がない。これは、クロストークの発生に対処するために有利に使用されることができる。
【００６１】
上述の実施形態の教示は、例えば、波長帯域の間のクロストークを改善するために、ＭＭＳ（マルチモーダルマルチプレックススペクトロスコピー）と組み合わせられることができる。空間光変調器４がマイクロミラーデバイス又は液晶デバイスである場合、動的な調整が、可能性としてフィードバックループと組み合わされて、実現可能である。フィードバックループの使用は、システムが最適化されるようにシステムの動的レンジを制御することを可能にし、光電子増倍管（ＰＭＴ）が、検出器として使用されることができる。フィードバックループによって、ＰＭＴの過剰露光が、信頼性をもって阻止されることができる。結果として、光強度を制御するためにフィードバックループとＰＭＴの使用を組み合わせることは、高感度の、広帯域の、高エタンデュシステムを達成することを可能にする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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