(57)【要約】  光コヒーレンス断層映像法を用いて、サンプルを側方スキャンするシステムが開示される。低コヒーレンス干渉分光システムは、第１多重化ユニットと第２多重化ユニットとを含む。上記第１多重化ユニットは、第１放射線ビームを受信し、複数の第１光学遅延素子を含む。当該複数の第１光学遅延素子は、複数の第１光導波管のうち上記第１放射線ビームが航行する光学経路に基づいて、上記第１放射線ビームに群遅延を与える。上記第２多重化ユニットは、第２放射線ビームを受信する。上記第２多重化ユニットは、複数の第２光学変調素子を含む。当該複数の第２変調素子は、１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、複数の第２光導波管に上記第２放射線ビームを分配する。上記複数の第２光導波管は、上記１つ又は複数の出力放射ビームをサンプルに導くものである。
2014517286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１放射線ビームを受信する第１多重化ユニットであって、複数の第１光導波管のうち前記第１放射線ビームが航行する光学経路に基づいて、当該第１放射線ビームに群遅延を与える複数の第１光遅延素子を含む第１多重化ユニットと、
第２放射線ビームを受信する第２多重化ユニットであって、１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、複数の第２光導波管に前記第２放射線ビームを分配する複数の第２光変調素子を含む第２多重化ユニットとを含み、
前記複数の第２光導波管は、前記１つ又は複数の出力放射ビームをサンプルに導くことを特徴とする低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２】
前記第１多重化ユニットは、前記複数の第１光導波管のうち、放射線ビームが航行する前記光学経路を選択する複数のスイッチング素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項３】
前記第１多重化ユニットは、複数の位相変調素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項４】
前記第２多重化ユニットは、前記第１多重化ユニットの単一の出力から、放射線ビームを受信することを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項５】
前記第２多重化ユニットは、前記第１多重化ユニットの２つに限られる出力のうちの１つから、放射線ビームを受信することを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項６】
前記第２多重化ユニットと、前記サンプルとの間に配置された光学素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項７】
前記光学素子は、単一のレンズであることを特徴とする請求項６に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項８】
前記レンズは、焦点面において隣接するビームの中心間の距離が、前記焦点面に対するビームの１つの直径の１倍から１０倍の間におさまるように、前記１つ又は複数の出力放射ビームの焦点を前記焦点面に合わせることを特徴とする請求項７に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項９】
前記単一のレンズよりもそれぞれ小さい複数のレンズであって、前記１つ又は複数の出力放射ビームに含まれる少なくとも１つの一部分の焦点を、前記サンプルの第１対象領域に合わせるとともに、前記１つ又は複数の出力放射ビームに含まれる少なくとも１つの他部分の焦点を、前記サンプルの第２対象領域に合わせる複数のレンズをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１０】
前記光学素子は、屈折率分布型（gradient index；ＧＲＩＮ）レンズであることを特徴とする請求項６に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１１】
前記光学素子の下流に配置された反射素子であって、前記１つ又は複数の出力放射ビームの伝播方向を変更する反射素子をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１２】
変更された前記伝播方向は、変更前の伝播方向に対して略垂直となることを特徴とする請求項１１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１３】
前記反射素子は、前記１つ又は複数の出力放射ビームの伝播方向を変化させる角度が調節可能となるように、当該反射素子の方向を調節可能であることを特徴とする請求項１１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１４】
調節可能な前記反射素子は、マイクロ電子部品から成ることを特徴とする請求項１３に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１５】
前記複数の第２光変調素子は、位相変調素子からそれぞれ成ることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１６】
前記複数の第２光変調素子は、光遅延素子からそれぞれ成ることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１７】
前記複数の第２光変調素子は、光学スイッチング素子からそれぞれ成ることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１８】
前記群遅延は、前記サンプルのスキャン深度に関連するものであり、前記第２多重化ユニットにおいて、前記１つ又は複数の出力放射ビームを介して伝播することを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項１９】
前記複数の第２光導波管は、前記サンプルからの散乱放射線を収集するように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２０】
前記複数の第１光導波管および第２光導波管は、同一の基板上に統合されていることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２１】
前記複数の第２光導波管のうちの１つ又は複数を曲げるマイクロ電気機械アクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２２】
前記第２放射線ビームは、前記第１放射線ビームとは異なることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２３】
前記第１多重化ユニットは、前記低コヒーレンス干渉分光システムの参照アームに配置され、
前記第２多重化ユニットは、前記低コヒーレンス干渉分光システムのサンプルアームに配置されることを特徴とする請求項２２に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２４】
前記第２放射線ビームは、前記第１放射線ビームと同一であることを特徴とする請求項１に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２５】
前記第１多重化ユニットおよび第２多重化ユニットは、前記低コヒーレンス干渉分光システムのサンプルアームにいずれも配置されることを特徴とする請求項２４に記載の低コヒーレンス干渉分光システム。
【請求項２６】
第１多重化ユニットにおいて放射線ビームを受信するステップと、
前記第１多重化ユニットにおいて、複数の第１光導波管に含まれる光学経路であって、当該第１多重化ユニットにおいて受信された前記放射線ビームが航行する光学経路に基づいて、当該第１多重化ユニットにおいて受信された当該放射線ビームに群遅延を与えるステップと、
第２多重化ユニットにおいて放射線ビームを受信するステップと、
１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、前記第２多重化ユニットにおいて受信された放射線ビームを、複数の第２光導波管に分配するステップと、
前記１つ又は複数の出力放射ビームをサンプルに導くステップとを含むことを特徴とする低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項２７】
前記第１多重化ユニットにおける前記放射線ビームの位相を変調するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項２８】
前記放射線ビームを分配するステップは、当該放射線ビームに遅延を与えるステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項２９】
前記放射線ビームを分配するステップは、前記複数の第２光導波管に前記放射線ビームを切り替えるステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３０】
前記放射線ビームを分配するステップは、前記放射線ビームの位相を変調するステップを含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３１】
光学素子を用いて、前記１つ又は複数の出力放射ビームの焦点を合わせるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３２】
前記光学素子の下流に配置された反射素子を用いて、前記１つ又は複数の出力放射ビームが伝播する方向を変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３３】
マイクロ電気機械アクチュエータを用いて、前記複数の第２光導波管のうちの１つ又は複数を曲げるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３４】
前記サンプルからの散乱放射線を収集するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３５】
前記第２多重化ユニットは、前記第１多重化ユニットからの前記放射線ビームを受信することを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３６】
前記第２多重化ユニットにおいて受信された前記放射線ビームは、前記第１多重化ユニットにおいて受信された前記放射線ビームと同一であることを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【請求項３７】
前記第２多重化ユニットにおいて受信された前記放射線ビームは、前記第１多重化ユニットにおいて受信された前記放射線ビームとは異なることを特徴とする請求項２６に記載の低コヒーレンス干渉分光システムによって実行される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分解光コヒーレンス断層映像法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンス断層映像法（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）は、広帯域光源および干渉計型検知システムを用いて、高分解能で軸情報を与える医用画像を生成する技術である。心臓学から眼科学および婦人科学に至るまで、または生体物質のインビトロな横断的研究に、幅広く利用されている。
【０００３】
軸情報は、干渉計測法を用いたＯＣＴで取得される。画像（２Ｄ）と組織構造の体積表現（３Ｄ）とを生成するために、対象領域に対して側方に沿って、ビームを移動させる必要がある。ファイバーベースのシステムにおける導波管（waveguide）のように、システムに含まれるいくつかの光学素子を機械的に変位させることによって、上記移動が実現される。または、固定されたビームの真下をサンプルが移動してもよい。干渉計のサンプルアーム（sample arm）におけるビームの経路で移動鏡を用いることが、最も一般的な方法である。当該方法は効果的であるが、特に、信頼性、製造コスト、メンテナンスコスト、調整の複雑さ、最終的なシステムのサイズなどに欠点を有する。ＭＯＥＭＳ（Micro-opto-electromechanical system：微小光学電子機械システム）を利用することが提案され、カテーテルまたは腹腔鏡手術器械における場合など、従来の鏡が許容されない状況で実演されている。しかし、こうした機器は、肉眼で視認可能な場合と同じ多くの問題を抱えており、カプセル化、不胎化などの点に課題を残している。
【０００４】
サンプルに対する側方スキャンを実現する１つのアプローチは、複数のビームを用いることである。この一例が、特許出願ＷＯ２０１０／１３４６２４に提案されている。光源を共有するだけの、並行して動作する完全な干渉計が、いくつか説明されているが、それぞれの干渉計のサンプルアームが単一の光学経路から成り、構造的に複雑なシステムとなる多重化メカニズムは存在しない。
【０００５】
他の特許出願ＷＯ２００４／０７３５０１は、サンプルに同時入射する複数のビームを用いることを想定している。この出願の目的は、変調器を使用し、位相遅延によって制御される方法において、上記ビームを組み合わせることである。サンプルに対する組み合わされた照明は、特定の干渉パターンを示す。上記変調器および位相遅延素子と共に動作した場合、上記サンプルに対する照明の干渉パターンの位置が変化し、その後、信号処理技術を用いて、当該サンプルの３次元画像を再構築できる。上記出願は、複数の光学経路から収集した光を識別する多重化手段を用いていない。上記サンプルから反射する光を収集する単一の光学経路があるのみである。
【０００６】
Yamanari らによる論文 "Full-range polarization-sensitive swept-source optical coherence tomography by simultaneous transverse and spectral modulation", Optics Express Vol. 18, Issue 13, pp. 13964-13980, 2010 において、高偏光感度のＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT）システムが説明されている。当該システムにおいては、ＳＳ−ＯＣＴおよびＦＤ−ＯＣＴ（Fourier Domain OCT）システムに特有となる複雑な複合体の問題を解決するために、参照アームに位相変調が適用される。電子機械的手段が上記サンプルを側方に沿ってスキャンする間、当該位相が変調される。したがって、この文書は、上記サンプルアームにおいて変調することを説明していない。また、時間領域ＯＣＴ（Time Domain OCT；ＴＤ−ＯＣＴ）システムの場合、上記参照アームにおける可変遅延素子のスキャン速度は、最終的なシステム性能の限界となる場合があり、参照アームにおいて複数の光学経路を利用するシステムについてそれぞれ述べた米国特許６１９８５４０および特許出願ＥＰ１７８０５３０では、処理速度または最大スキャンレンジが不十分である。しかし、いずれのシステムも、従来の自由空間光通信および上記サンプルを側方スキャンするための機械的手段を用いている。
【発明の概要】
【０００７】
機械的要素の使用を最小限にして（いくつかの実施の形態においては使用せずに）、サンプルに低コヒーレンスの側方スキャンを実行するシステムおよび方法が開示される。一実施の形態において、上記システムは、サンプルアームを複数の光学経路に分割し、サンプルの様々な領域にビームを送信し、かつ、サンプルの様々な領域からビームを受信する複数の出力を用いるため、様々な深度で、上記サンプルに含まれる、反射体から受光した光を任意の時間において分配する能力を保つ。
【０００８】
一実施の形態によれば、低コヒーレンスの干渉分光システムは、第１多重化ユニットと第２多重化ユニットとを含む。上記第１多重化ユニットは、第１放射線ビームを受信し、複数の第１光学遅延素子を含む。当該複数の第１光学遅延素子は、複数の第１光導波管のうち上記第１放射線ビームが航行する光学経路に基づいて、上記第１放射線ビームに群遅延を与える。上記第２多重化ユニットは、第２放射線ビームを受信する。一実施の形態において、上記第２放射線ビームは、上記第１放射線ビームと同一である。他の実施の形態において、上記第２放射線ビームは、上記第１放射線ビームと異なる。上記第２多重化ユニットは、複数の第２光学変調素子を含む。当該複数の第２変調素子は、１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、複数の第２光導波管に上記第２放射線ビームを分配する。上記複数の第２光導波管は、上記１つ又は複数の出力放射ビームをサンプルに導くものである。
【０００９】
一実施の形態において、方法は、第１多重化ユニットにおいて放射線ビームを受信するステップを含む。そして、上記第１多重化ユニットにおける複数の第１光導波管のうち、当該第１多重化ユニットにおいて受信された上記放射線ビームが航行する光学経路に基づいて、当該第１多重化ユニットにおいて受信された上記第１放射線ビームに、群遅延が与えられる。放射線ビームは、第２多重化ユニットにおいて受信される。一実施の形態において、上記第２多重化ユニットにおいて受信された放射線ビームは、上記第１多重化ユニットにおいて受信された放射線ビームと同一である。他の実施の形態において、上記第２多重化ユニットにおいて受信された上記放射線ビームは、上記第１多重化ユニットにおいて受信された上記放射線ビームと異なる。上記第２多重化ユニットにおいて受信された上記放射線ビームは、１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、上記第２多重化ユニットにおいて複数の第２光導波管に分配される。上記１つ又は複数の出力放射ビームがサンプルに導かれる。
【００１０】
ここに組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本説明とともに本発明の実施の形態を示すものであり、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を再現し、使用することを可能にするためのものでもある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態に係るＯＣＴシステムのブロック図である。
【図２】一実施の形態に係る側方スキャンシステムのブロック図である。
【図３】時間分割多重化ユニットの一例を示す。
【図４Ａ】実施の形態に係る第１多重化ユニットの一例を示す。
【図４Ｂ】実施の形態に係る第１多重化ユニットの一例を示す。
【図５】実施の形態に係る第１多重化ユニットの一例を示す。
【図６Ａ】実施の形態に係る第１多重化ユニットの一例を示す。
【図６Ｂ】実施の形態に係る第１多重化ユニットの一例を示す。
【図７】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図８】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図９】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図１０】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図１１】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図１２】実施の形態に係る第２多重化ユニットの一例を示す。
【図１３】一実施の形態に係る、第２多重化ユニットのビームステアリング素子の使用を示す。
【図１４】一実施の形態に係る、光の焦点を合わせる１つ又は複数の光学素子の使用例を示す。
【図１５】一実施の形態に係る、光の焦点を合わせる１つ又は複数の光学素子の使用例を示す。
【図１６】一実施の形態に係るサンプル深度スキャン技術を示す。
【図１７】一実施の形態に係る、多重化ユニットの屈折率分布型レンズの使用例を示す。
【図１８Ａ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの反射光学素子の２つの視点を示す。
【図１８Ｂ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの反射光学素子の２つの視点を示す。
【図１９Ａ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの調節可能な反射素子の使用例を示す。
【図１９Ｂ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの調節可能な反射素子の使用例を示す。
【図２０Ａ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの調節可能な反射素子の使用例を示す。
【図２０Ｂ】一実施の形態に係る、多重化ユニットの調節可能な反射素子の使用例を示す。
【図２１】一実施の形態に係る一方法例のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態は、上記添付図面を参照して説明される。
【００１３】
特定の形態および設計が説明されるが、これは例示を目的とするものに過ぎないことが理解されるべきである。本発明の思想および範囲から離れることなく、他の形態および設計が用いられ得ることを、当業者は認識するだろう。本発明は多様な他の応用にも利用され得るものであることは、当業者にとって明らかである。
【００１４】
本明細書において、「一実施の形態」、「実施の形態」、「一実施例」などと参照する場合、説明される実施の形態が、特定の特徴、構造、または性質を含むことを示しているのであって、すべての実施の形態は、必ずしも当該特定の特徴、構造、または性質を含まない。また、上記表現は、必ずしも同一の実施の形態を参照しない。さらに、特定の特徴、構造、または性質が、実施の形態に関連して説明される場合、当該実施の形態は、明示的に説明されているか否かに関わらず、他の実施の形態に関連して、上記特徴、構造、または性質をもたらす、当業者が有する通常の知識に含まれるものである。
【００１５】
ここで説明される実施の形態によれば、ビームをサンプルに対して側方変位させる場合に、可動式の機械的部品を用いることを回避する、または最小限にする、光コヒーレンス断層映像法（ＯＣＴ）を用いたサンプルスキャンが提供される。また、実施の形態によれば、軸方向スキャンの有効性を向上させるなどの特定の効果が奏される。空間的多様性を有するスキームは、同一のサンプル領域を異なる方向から同時計測することによって実現され、これにより、当該計測によって生じる斑点および他種類のノイズが減少する。さらに、上記サンプルからの光の散乱を、異なる方向において計測した値を収集することができ、これにより当該サンプルが散乱する異方性および方向性に関する情報を提供できる。
【００１６】
様々な実施の形態によれば、画像を処理する間に異なる空間的位置を分離できる多重化技術を用いることにより、放射線ビーム（a beam of radiation）が航行する多様な光学経路（optical paths）を一意に識別できる。ここで、任意の多重化技術（multiplexing technique）を適用できる（時間領域、周波数、符号分割など）。一例によれば、時間領域多重化を、周波数多重化のような他の多重化技術と有効に組み合わせることができる。放射線ビームが航行する複数の出力経路を生成する多重化特徴を含むＯＣＴシステムの一例を、以下で説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るＯＣＴシステム１０１を示す。当該ＯＣＴシステム１０１は、光学的補償素子（optical compensating element）１１２を利用し、サンプル１１０の画像化に用いられる。例えば、光学的補償素子１１２は、色分散またはＯＣＴシステム１０１に含まれる航行差の任意の他の種類を補償してよい。他の例においては、光学補償素子１１２は、入射光に変調を加えることなく、当該入射光を反射するだけであってもよい。ここで、電磁スペクトルの任意のレンジを指して、用語「光」を使用する。一実施の形態においては、用語「光」は、約１．３μｍの波長を有する赤外線放射を指す場合がある。ＯＣＴシステム１０１は、光源（optical source）１０２、分配素子（splitting element）１０４、サンプルアーム（sample arm）１０６、参照アーム（reference arm）１０８、検出器（detector）１１４、および、スキャンシステム（scanning system）１１６をさらに含む。当該実施の形態において、補償素子１１２は、参照アーム１０８の中に配置されているが、当該補償素子１１２は、サンプルアーム１０６に配置されてもよいことが理解されるべきである。あるいは、補償素子１１２は、サンプルアーム１０６および参照アーム１０８の両方に存在してもよい。一例においては、サンプルアーム１０６および参照アーム１０８は、パターン化導波管または光ファイバなどの光導波管（optical waveguides）である。一実施の形態においては、ＯＣＴシステム１０１のすべての素子は、平面光波回路（planar lightwave circuit；ＰＬＣ）の上に統合されている。他の実装例は、例えば、ファイバ光学システム、自由空間光システム、フォトニック結晶システムなどと同様のものであってよい。
【００１８】
ＯＣＴシステム１０１は、任意数の他の光学素子（明確性のために示されていない）を含んでもよいことが、理解されるべきである。例えば、ＯＣＴシステム１０１は、サンプルアーム１０６または参照アーム１０８の経路に沿って、鏡、レンズ、回折格子、スプリッタ、マイクロ電気機械などを含んでよい。ＯＣＴシステム１０１は、非活性な光学経路において生成される干渉信号の影響を抑制する様々な変調素子を含んでよい。他の一例によれば、ＯＣＴシステム１０１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：マイクロ電子機械システム）を含んでよく、これにより物理的な側方スキャンをビームに追加適用できる。光学経路における光学素子は、微細加工技術を用いて統合された電気機械アクチュエータ（例えば、熱膨張、圧電物質、または静電力）によって動かされてもよい。
【００１９】
分配素子１０４は、光源１０２から受光した光を、サンプルアーム１０６および参照アーム１０８の両方に方向付けるために用いられる。分配素子１０４は、例えば、双方向カプラー、光学スプリッタ、または、単一の光ビームを、２つ又はそれ以上の光に変換する任意の他の変調光学装置であってよい。
【００２０】
サンプルアーム１０６を下流に航行する光は、スキャンシステム１１６を航行し、最終的にサンプル１１０に行き当たる。スキャンシステム１１６は、１つ又は複数の多重化ユニットを含み、それぞれのユニットは複数の光学経路に上記光を分配する。例えば、スキャンシステム１１６は、特定の群遅延（group delay）を伴う光学経路を選択する１つの多重化ユニットを含んでよい。選択された経路を下流に航行するとき、上記光に適用される上記群遅延は、サンプル１１０における上記光のスキャン深度（scan depth）を決定する。他の一例において、スキャンシステム１１６は、１つ又は複数の出力放射ビーム（output radiation beams）を生成するために、複数の出力導波管（output waveguides）に光を分配する他の多重化ユニットを含んでよい。上記出力放射ビームは、サンプル１１０の様々な領域において当該サンプル１１０に行き当たり、様々に方向付けられてよい。様々な多重化ユニットに関する多くの詳細を、以下で説明する。
【００２１】
サンプル１１０は、画像化される任意の適当なサンプル（例えば、組織）である。ＯＣＴ処理の間、特定の深度でサンプル１１０を光がスキャンし、散乱放射線がサンプルアーム１０６に回収される。他の実施の形態によれば、上記散乱放射線は、伝播導波管から異なる導波管に回収される。
【００２２】
サンプルアーム１０６および参照アーム１０８に含まれる光は再度統合され、検出器１１４で受光される。本実施の形態によれば、上記光は、分配素子１０４によって再統合される。他の実施の形態によれば、上記光は分配素子１０４とは異なる光統合素子で再統合される。
【００２３】
一実施の形態においては、様々なスキャン深度でスキャンシステム１１６を用いることによって、ＯＣＴシステム１０１の残りの性能が向上する。スキャンシステム１１６において上記光に適用される様々な群遅延によって、検知された干渉信号は、検知器１１４におけるそれぞれのスキャン深度に応じて分類される（時間、周波数、空間、符号など）。ＯＣＴシステム１０１は、時間領域、周波数領域、およびスウェプト・ソースを含む、あらゆるスキャンシステムとともに使われてよい。
【００２４】
他の実施の形態によれば、出力放射ビームの一部は、サンプル１１０の同一領域に方向付けられ、これにより、異なる方向から当該エリアの計測値を得ることができる。“Array detection for speckle reduction in optical coherence microscopy”、J. M. Schmitt, Phys. Med. Biol. vol. 42, issue 7, 1997 において説明されているように、この方法においては、計測値に含まれるノイズを低減するために、角度の多様性が利用される。なお、上記文献の開示は、参照によってすべて本願に組み込まれる。それぞれの放射線ビームの一部の総航行距離は異なるため、スキャン深度はそれぞれの光学経路から独立して制御される。
【００２５】
他の実施の形態によれば、サンプル１１０からの光が角散乱する作用を、入射方向とは異なる方向から計測でき、サンプルの異方性に関する貴重な情報をもたらす。スキャンシステム１１６において、サンプル１１０の同一領域に向かう複数の出力導波管によって、上記計測が可能となる。また、光の航行距離の差異を把握するために、それぞれの光学経路に対して、スキャン深度は独立して制御される。
【００２６】
図２は、一実施の形態に係る第１多重化ユニット（first multiplexing unit）１７および第２多重化ユニット（second multiplexing unit）９を示す。それぞれの多重化ユニットは、図１に示されたスキャンシステム１１６の一部であってよい。第１多重化ユニット１７は、導波管（waveguide）７から放射線ビームを受信する。第１多重化ユニット１７は、当該第１多重化ユニット１７に含まれる選択された光学経路に基づき、上記放射線ビームに群遅延を適用する。一例によれば、上記光学経路は、時間分割多重化に基づいて選択される。他の実施の形態によれば、周波数分割多重化によって、光は複数の光学経路に分配される。ここで用いられるように、「分配」は、１つ又は複数の光学経路の下方に光を方向付けることをいう（例えば、時間分割多重化を用いる場合であってよい）。ここで用いられるように、「分配」は、光が光学経路を同時に航行する場合であっても、他の光学経路を航行する光と識別するために、光に所与の光学経路を航行させることであってもよい（例えば、周波数分割多重化またはコヒーレンス分割多重化を用いる場合であってよい）。図４〜図７は、第１多重化ユニット１７の詳細をさらに例示する。
【００２７】
第２多重化ユニット９は、第１多重化ユニット１７から放射線ビームを受信する。単一の導波管が、上記２つの多重化ユニットに接続しているように図示されているが、上記２つの多重化ユニットの間で光を転送するために、任意数の導波管が使われてよいことは、理解されるべきである。第２多重化ユニット９は、１つ又は複数の出力放射ビームを生成するために、複数の出力導波管（output waveguides）８に受信した放射線ビームを分配する。一例においては、上記分配は、時間分割多重化を用いて実現される。他の一例においては、上記分配は、周波数分割多重化を用いて実現される。他の一例においては、上記分配は、コヒーレンス領域多重化を用いて実現される。出力導波管８に放射線ビームを分配するために、上記で説明した技術の任意の組み合わせが用いられてよいことが、理解されるべきである。図８〜図１４は、第２多重化ユニット９の詳細をさらに例示する。
【００２８】
様々な実施の形態は、画像処理時間において異なる空間的位置を分離する、入力導波管（input waveguide）と１つ又は複数の出力導波管との間で多重化する形態を少なくとも１つ説明する。任意の種類の多重化（時間分割、周波数、コヒーレンス、符号分割など）を適用できる。実施の形態において、第１多重化ユニット１７および第２多重化ユニット９の両方がサンプルアーム１０６の一部をなす場合を説明するが、この場合は必須でないことは理解されるべきである。例えば、前述した任意の実施の形態において、第１多重化ユニット１７は参照アーム１０８に配置されてよく、第２多重化ユニット９はサンプルアーム１０６に配置されてよい。一例によれば、第１多重化ユニットは参照アーム１０８において光を変調し、第２多重化ユニットはサンプルアーム１０６において光を変調する。
【００２９】
図３は、比較的少ない数の出力を光多重化する一例を示すが、多数の場合も同様であると考えてよい。それぞれの光学スイッチ２は、入力導波管の光を２つの出力導波管の１つに屈折させる。スイッチ２は、マッハツェンダー干渉計、または２×２で設定可能なカプラーなどの統合光学素子を用いて実現される。また、電気光学、熱光学、および音光学変調器が、様々な導波管の間で光を方向付けるために実装されてよい。一実施の形態によれば、光学スイッチ２は、ＯＣＴシステムで用いられる光スペクトル全体が、効果的に機能するほど十分に広帯域のものである。図３は、スイッチ２を用いた、選択可能な光学経路１０の１つを示す。
【００３０】
一実施の形態によれば、スキャンシステム１１６は、異なる深度レンジでスキャンする多重化システムを含んでいる。１つの目的は、軸スキャン速度またはその最大レンジに関する要件を減らすこと、または、ＯＣＴシステム１０１の参照アーム１０８における素子の特徴を与える実際のスキャン速度を向上させることである。図３に示される多重化リソースを用いて、側方スキャンの速度を高めることができる。
【００３１】
図４Ａおよび４Ｂは、第１多重化ユニット１７の２つの例（４０１および４０２で示されている）を示す。上記多重化ユニット１７は、遅延素子（delay elements）１１を用いて異なる深度のスキャンレンジを有する、周波数領域におけるものである。遅延素子１１は、様々な光学経路１０を通過する光に、所定の群遅延を与えるものである。多重化ユニット４０１および４０２は、例えば、周波数領域において、遅延素子１１を通る様々な光学経路に光を分配するために用いられる変調素子３をさらに含む。
【００３２】
多重化ユニット４０１に遅延素子１１を配置することによって、光学経路の該当部分に遅延が追加される。光学経路１０のように望ましい遅延を有する光学経路は、当該光学経路に沿って適切な遅延を追加することによって選択される。多重化ユニット４０２に変調素子３を配置することによって、それぞれの光学経路１０において追加された遅延を比較的抑えることができる。目標は、それぞれが様々な総群遅延を有する複数の光学経路１０を実現することである。このように、ＯＣＴシステムにおいて、移動する部品なく、異なる深度を画像化するために、望ましい群遅延が与えられる。一例によれば、特性周波数を用いて、上記光学経路１０のそれぞれが変調される。遅延素子１１は、例えば、異なる長さの導波管セグメント、または、熱光学、熱電気、電荷注入などの現象によって屈折率を変更可能な導波管セグメントを用いるなど、様々な方法により実現される。検知器１１４で収集された干渉信号に現れるように、［０，２π］の範囲において線形に振る舞う変調素子３を用いることによって、周波数変調が行われる。
【００３３】
図４Ａ〜４Ｂは、一連の直列カプラー５（例えば、２×２カプラー）に基づく設計を示し、これは光エネルギー（optical energy）を用いた従来型のスタイルを特徴とするものである。実際、素子間でそれぞれの直列カプラー５において、分岐する導波管の下方で、すべての光強度（optical power）が伝送される。導入された遅延が光源のコヒーレンス長よりも大きいため、直列マッハツェンダー干渉計の設計と類似するにもかかわらず、素子に生じる干渉効果はない。
【００３４】
多重化ユニット４０１または４０２のいずれかにおいて、図４Ａ〜４Ｂに示される様々なスキャンの深度レンジに対し、深度から周波数への完全な変換を実現することが目的ではなく、周波数分割を行うことによって、深度レンジを多重化することが目的である。上記完全な変換によって、相対遅延が光源のコヒーレンス長に相当する（または、より小さくする）ようになり、干渉効果が現れる。例えば、時間分割多重化を用いることによって、様々な累積群遅延を伴う光学経路１０において、分割が実現される。
【００３５】
図５は、第１ネットワーク５０２および第２ネットワーク５０４において、光学スイッチング素子（optical switching elements）２を含む第１多重化ユニット１７の他の一例（５０１と示されている）を示す。多重化ユニット５０１は、遅延素子１１をさらに含んでいる。一実施の形態において、遅延素子１１は、選択された光学経路１０に応じて、様々な群遅延を適用するように設計されている。一例において、光学スイッチ２の第２ネットワーク５０４は、遅延素子１１を通る複数の光学経路のいずれかから、単一の導波管出力に光を導く。
【００３６】
光学スイッチ２は理想的でないため、意図した光学経路１０以外の経路に、光が漏れることがある。漏洩光によって生成されるノイズによって、ＯＣＴにおいて広く用いられるヘテロダイン検出システムのダイナミックレンジ特性に、問題が生じる。一実施の形態においては、漏洩光による上記状況を軽減するために、光学変調器（optical modulator）３がそれぞれの光学経路に用いられ、当該経路における光をそれぞれ変調する。一例においては、位相変調器を用いて上記変調が行われる。光学経路１０における光は、他の光学経路に関して周波数が変化し、干渉を抑制する。光学スイッチ２が十分に高いスイッチング率を有する場合、光学変調器３が不必要であることは、理解されるべきである。
【００３７】
多重化ユニット５０１において示された構成によれば、それぞれの光学経路１０に対する群遅延を個別に選択することができ、様々なスキャンレンジを規定するのに有用である。他の実施の形態によれば、より単純に設計することにより、一様な間隔がスキャンレンジにわたって実現される。
【００３８】
例えば、第１多重化ユニット１７の他の一例が、図６Ａ〜６Ｂに示されている（６０１と示されている）。多重化ユニット６０１は、光学経路１０を選択できる。ここで、上記光学経路１０は、固有の群遅延を有しているが、図５に示された実施の形態よりも遅延素子１１および光学スイッチ２の数は少ない。一実施の形態によれば、図６Ａに示されるように、切り替え可能な光学経路１０に、光学変調器３がそれぞれ含まれている。このように、選択された光学経路１０は、例えば、光は固有の周波数に変調され、他の光学経路から抽出される。図５に関する前述の説明と同様に、切り替え技術によって、好ましくない経路に漏れる光を最小化できる場合、またはその他の手段によって干渉が信号から除去される場合、光学変調器３は撤去されてよい。光学変調器３を備えない多重化の構成例を図６Ｂに示す。
【００３９】
時間多重化システムは、光強度効率（optical power efficiency）の観点から潜在的な効果を奏する。図４および図６に示される例のように、様々な深度レンジでスキャンするために、第１多重化システムを用いることは、光強度を保存する観点から比較的効果があるが、２つの出力導波管があるため、その出力において当該光強度の半分が失われる。一実施の形態においては、周波数領域で分離するために、位相変調の形態が２つの出力分岐に適用される。また、両分岐から出力を受信するために、第２多重化ユニット９が含まれてよい。時間分割多重化システムは効果を奏する、すなわち、特定のスキャンレンジを選択する柔軟性を有する。例えば、当該画像の特定の深度レンジにより高い優先度を与えることによって、組み合わされた深度レンジを有する画像を取得でき、他より頻繁にスキャンされる、または、利用可能なレンジの一部にスキャン時間を集中させることもできる。
【００４０】
一実施の形態において、光学スイッチ２は、バランス型方向性光カプラーと固有のスイッチとの間を切り替えるように設計される。したがって、周波数領域および時間領域で多重化する利点が組み込まれる。例えば、様々な深度レンジを同時に明るくするために、光学スイッチ２は、バランス型方向性光カプラーの状態に残されるが、特定の光学経路に順次アクセスするために、他のスイッチは通常どおりに切り替えられる。
【００４１】
カプラーとして動作する光学スイッチ２によって、制御された柔軟な方法（例えば、可変分割率を用いるもの）により分岐の間でエネルギーが分布可能となり、それぞれの深度においてサンプルに用いられる光強度の合計を区切ることができる。一様な信号ノイズ比が得られるように、または特定の応用に対する最適な他の方法において、光強度は調節される。または、第１多重化ユニット１７のそれぞれの構成について、深度スキャンの持続時間を調節することによって、または深度に応じた走査線の数を累積することによって、これは時間領域において実現される。様々な時間多重化の実施形態は、様々な光学経路１０に属する光学スイッチ２の構成に割り当てられた、異なる期間の一部という結果になる。
【００４２】
一実施の形態においては、第１多重化ユニット１７の両方の出力分岐から分離した寄与に、何らかの形で多重化を導入する。例えば、周波数変調、時間多重化、またはスキャンレンジよりも大きい分岐の１つに分配遅延を導入することは、すべて実装可能な多重化設計である。最後の一例において、分岐間の干渉を回避するために、スキャン距離よりも大きい組織の深度に由来する重要な信号は、存在しない必要がある。
【００４３】
図７は、一実施の形態に係る、時間分割多重化を用いる第２多重化ユニット９の一例を示す（７０１と示されている）。図示されたシステムは、導波管７、出力導波管８、第１多重化ユニット１７、および、多重化ユニット７０１を含む。図７は、側方の走査線に対する時間多重化システムを備えた、任意のスキャンレンジを有する多重化システムの１つの可能な組み合わせを示す。これは、利用可能な光強度の使用とデバイスの信号ノイズ比とを最大化する。このシステムにおいて、特定の導波管８に光を方向付けるために、光学スイッチ２を用いて望ましい光学経路１０が選択される。例えば、光がそれぞれの導波管８を順番に通過するスキャン機能を実現するために、経路が順次選択される。
【００４４】
図８は、第２多重化ユニット９の時間分割多重化が、周波数多重化ユニット８０１と置き換えられた一例を示す。一実施の形態に係る周波数多重化ユニット８０１は、様々な側方スキャン走査線に関連する光学経路１０を含む。光学経路１０のそれぞれの分岐は、関連する光学変調器３を有する。一例においては、方向性カプラーの木が、すべての光学経路に入射する光を分配するために使われる。周波数多重化ユニット８０１は、すべての側方スキャン走査線において同時検知を可能にするというさらなる効果を奏する。しかし、カプラーの木を通って航行した場合、出力導波管８によってそれぞれ収集された光エネルギーが失われる。方向性カプラーが均衡を保ち、理想的な状態にあることを仮定した場合、等価な時間多重化システムと比較すると、このアプローチは、およそ３×ｌｏｇ２（Ｎ）ｄＢ（Ｎは、カプラーのそれぞれの木に含まれる分岐数）の超過損失を示す。結果として、例えば、図７に示された時間分割多重化の実施の形態と比較すれば、本実施の形態においては信号ノイズ比が低くなる。
【００４５】
他の実施の形態において、第２多重化ユニット９においてコヒーレンス領域多重化が用いられ、これにより、側方の走査線を分離するタスクが、干渉計システムの軸スキャンに残る。図９は、第１多重化ユニット１７とともに、第２多重化ユニット９の一例として、一実施の形態に係るコヒーレンス領域多重化ユニット９０１を用いることを示す。この方法は、それぞれの分岐に遅延を伴う方向性カプラーの木を用いる。これにより、光が導波管８に到達したとき、様々な光学経路１０が、それぞれの出力導波管８に対して固有の遅延を累積する。一例においては、様々な出力導波管８に関連する累積遅延の間に最小の間隔は、光学寄与が予想される最大サンプル深度に関連する遅延よりも大きい。
【００４６】
一実施の形態においては、前述した多重化技術の任意の組み合わせが、第２多重化ユニット９において利用されてよい。例えば、周波数分割多重化は並列読み出しを可能にするが、光エネルギー量の観点によれば低効率であるため、光強度を節約できる点で時間分割多重化が好ましい。図１０は、光学スイッチ２および光学変調器３の両方を含む多重化ユニット１００１を示す。この例においては、光学スイッチ２が第１経路の分岐に配置され、光学変調器３は、上記第１経路の分岐の後に形成される様々な他の光学経路において用いられる。
【００４７】
前述したように、光学スイッチ２は理想的ではない。このため、漏洩した光が選択された光学経路１０とは異なる光学経路を下流に航行するため、独立した側方線の間に干渉が生じる。光学スイッチ２が妥当な性能を有していれば、非活性の光学経路が逆方向および順方向に抑制されるため、上記干渉の効果は軽微である。一例においては、図１１の多重化ユニット１１０１に示されるように、光学変調器３がそれぞれの出力導波管８の前に含まれる。光学変調器３は、それぞれの出力導波管８に関連する干渉パターンのキャリアを異なる周波数にシフトさせるために、周期的な励起を与える位相変調素子であってよい。
【００４８】
一実施の形態によれば、第２多重化ユニットは、それぞれの光学経路に対する独立スキャン深度多重化ユニットを含んでよい。図１２は、それぞれの光学経路に含まれる追加的な第１多重化ユニット１７に接続された時間分割多重化ユニット１２０１の組み合わせを示す。第１多重化ユニット１７は、図４〜図６に示された一例のうちの１つ又は複数を用いて実現されてよい。この実施の形態において、それぞれの出力導波管８に対して固有のスキャン深度が選択され、側方スキャンの間、様々な光学経路がすべて多重化される。
【００４９】
統合された光学システムの複雑度のような要因が原因で、または、連結することを回避しなければならない出力導波管８の最小間隔が原因で、設計上の制約から、スキャンする側方スペースに適切なカバーレンジを確保できないことが起こり得る。したがって、他の実施の形態において、それぞれの出力導波管８から生成されたビームは、十分な密度でスキャンスペースをカバーするために進む。
【００５０】
図１３は、第１多重化ユニット１７および第２多重化ユニットを含む一例を示す。ここで、それぞれの出力導波管８から生成された放射線ビームは、ビームステアリング素子（beam steering elements）１２を通って出力導波管８の終端から特定の角度で射出するように進む。図１３は、第２多重化ユニット９の特別な一例を示すが、任意の実施形態に係る第２多重化ユニット９が同様に用いられてもよいことは、理解されるべきである。
【００５１】
集積光学を用いた分割数とそれぞれの出力導波管８の側方のスキャンレンジとの間の中間物（compromise）が生じる。一実施の形態によれば、ビームステアリング素子１２は、１つ又は複数の出力導波管８に対して力を発揮するために組み込まれた電気機械素子である。これにより、それぞれの出力導波管８の側方のスキャンレンジを増加させることができる。電気機械素子１２は、例えば、マイクロ加工技術およびＭＥＭＳの思想を用いて組み立てられる。特に、表面または体積のマイクロマシニングを用いて、出力導波管８は基板の残りから機械的に解放され、携帯構造を規定する（例えば、片持ち梁またはこれに類似するもの）。電気機械素子１２は、例えば、静電気引力／静電反発力、温度膨張、圧電物質、または他の適当な原則に基づく、力適用素子を含む。他の一例において、出力導波管８が基板から解放された後、片持ち断面において特有の屈曲を生じさせる導波管の構造に特定の応力勾配を与えることによって組み立てられる。所与の曲率を有する出力導波管８が図１３に示されているが、これは一例に過ぎず、限定するものでないことは理解されるべきである。
【００５２】
一実施の形態によれば、側方スキャンの平面またはそれと垂直な平面のいずれかにおいて、出力導波管８は移動する。これにより、外部から光学基板に携帯素子を組み込むことなく、３Ｄ画像を取得できる。様々な出力導波管８に関連する光学経路を多重化することによって、側方スキャンが実行され、出力導波管８を平面の外側に移動させることによって、または、出力導波管８を通る光のビームを平面の外側に方向付けることによって、垂直スキャンが実現されるためである。
【００５３】
図１４は、第１多重化ユニット１７および第２多重化ユニットを含むスキャンシステム１１６の一例を示す。スキャンシステム１１６は、焦点を合わせる光学素子４をさらに含んでいる。本実施の形態において、第２多重化ユニット９は、時間分割多重化を用いる。しかし、第２多重化ユニット９は、任意の他の技術、または前述した技術の任意の組み合わせを利用してよい。一実施の形態によれば、光学素子４は単一のレンズを含むが、焦点を合わせるという所望の効果を得るために、任意数のレンズが用いられてもよいことを、当業者は理解するだろう。複数の放射線ビームが図示されている。周波数分割多重化システムの場合のように、すべてのビームが同時に活性化されてもよい。あるいは、時間分割多重化システムの場合のように、ビームの一部のみが活性化されてもよい。一実施の形態においては、間隔および出力導波管８の配列の側方レンジは、光学素子４の倍率と、サンプルとして考えられる具体的仕様とに合わせて調節される。一実施の形態において、それぞれの出力導波管８に対応する隣接ビームの距離は、当該ビームの直径と比較して十分に小さく、隣接するビームに沿って収集された情報は、サンプルの２次元または３次元画像として認識される。一例によれば、隣接するビームの中心間の距離と、単一のビームの直径とが光学素子４の焦点面において計測された場合、上記距離は、上記直径の１〜１０倍におさまる。例えば、放射線ビームの直径を決定するために、半値全幅（Full Width Half Maximum；ＦＷＨＭ）の定義が使われてもよい。
【００５４】
図１５は、それぞれの出力に組み込まれた第１多重化ユニット１７に沿って、統合多重化ユニット１５０１を含むスキャンシステム１１６の異なる一例を示す。図１２と同様に、多重化ユニット１７を用いることによって、それぞれの出力に固有のスキャン深度が設定される。一例において、統合多重化ユニット１５０１は、アクティブな光学経路の一部（１３’または１３”のいずれか）を選択する光学スイッチ２を含む。また、統合多重化ユニット１５０１は、選択されたアクティブな光学経路の一部１３’、１３”に含まれる経路を多重化する光学変調器３を含む。これにより、サンプルで散乱し、様々な出力導波管８によって収集された光が寄与する度合いを、同時に計測できる。第１多重化ユニット１７は、出力導波管８にそれぞれ関連する選択された光学経路において、独立して作動するため、それぞれの出力に対してスキャン深度を独立して制御できる。
【００５５】
様々な一部分１３’，１３”に関連するビームを方向付けるために、光学焦点素子１５０２が、出力導波管８の下流側に含まれる。一実施の形態において、所与の一部分に関連するビームの焦点を、対象サンプルの同一領域に合わせるように、光学焦点素子１５０２は複数のレンズを含む。例えば、光学焦点素子１５０２は、単一の大きなレンズと複数の小さなレンズとを含み、当該小さなレンズのそれぞれは、部分１３’，１３”から放射線ビームを収集するように構成されている。光学経路の２つの部分１３’，１３”のみが図示されているが、任意数の部分が統合多重化ユニット１５０１を用いて生成されてよいことは、理解されるべきである。一実施の形態においては、上記部分に含まれるそれぞれのビームの中心間の距離が、当該ビームの直径の２倍より小さい、または等しい場合、上記距離および上記直径が、光学焦点素子１５０２と関連付けられる焦点面において計測される場合、所与の一部分における様々なビームが、サンプル上の同一の対象領域に方向付けられる。例えば、放射線ビームの直径を判定するために、半値全幅（ＦＷＨＭ）の定義が使われてもよい。図示された実施の形態によれば、空間的多様性を有するサンプルが計測可能となる（例えば、サンプルの同一領域を異なる方向から計測するなど）。これにより、画像に含まれるノイズを減らすことができる。
【００５６】
図１５の実施形態によれば、サンプルの領域に散らばる光を、光の入射方向とは異なる方向から計測できるため、同一の散乱関数の角度依存性に基づく情報取得が可能となる。例えば、出力導波管８から生成された１つのビームがサンプルに到達したとき、光の一部が様々な方向に散乱する。入射光に対して反対方向に散乱する光は、光学焦点素子１５０２によって上記出力導波管８に送り返される。しかし、一実施の形態によれば、光学焦点素子１５０２は、上記部分１３’，１３”から同一サンプルの領域にビームを方向付けるように構成されている。したがって、直接の逆向き以外の方向に散乱する光は、光学焦点素子１５０２によって、上記部分１３’，１３”に属する他の出力導波管８のうちの１つに方向付けられる。光がデバイスから抜け出てから、同一の部分１３’，１３”に属する様々な出力導波管８によって収集されるまでに、当該光が航行する総経路距離は、当該部分１３’，１３”に属する出力導波管８のそれぞれで異なる。一実施の形態において、この経路距離の違いは、第１多重化ユニット１７を用いたそれぞれの光学経路において、調節可能なスキャン深度レンジによって説明できる。このように、この実施の形態によれば、単一の干渉計における同一サンプルの領域に対して、異なる方向に散乱した光を同時に計測することが可能となり、当該サンプルの散乱関数の角度依存性が得られる。
【００５７】
図１６は、一実施の形態に係る、軸方向および側方にサンプルをスキャンする技術の一例を示す。ビームは、光エネルギーが側方に拡張することに対応する２つの線によって、幾何学的な光学近似に示されている。当該線は、焦点面１６０１における第１の近似において互いに交差する。ここで説明したように、（例えば、周波数分割多重化を用いて）多重化された帯域において基本となるスキャンレンジを多重化するＯＣＴ干渉計システムを用いて、軸方向のスキャンが実行される。一対で交差する斜線は、サンプルに焦点を合わせた後、それぞれの出力導波管８に対応する光ビームを表す。上記交差位置は、レンズシステムに関係する焦点面１６０１を定義する。側面に沿って、時間分割、周波数分割、または任意の種類の多重化が、前述したように、光学経路の間で実行される。干渉計システムの参照アームの効果を増幅するために、スキャン深度を選択するために、軸方向には周波数分割多重化が選ばれる。したがって、一実施の形態において、所定の周波数範囲に対する特定の部分（例えば、図１６に示されるように、ｆ、２ｆ、３ｆなど）でのみスキャンは実行される。
【００５８】
図１７は、スキャンシステム１１６の他の実施の形態を示す。一実施の形態において、出力導波管８からの光をサンプルに集めるために、勾配率分布型（gradient index；ＧＲＩＮ）レンズ１７０１が含まれる。ＧＲＩＮレンズ１７０１は、光導波管８に関連する同一の基板に接触するように載置されている、または基板に設けられた空洞の中に載置されている。ここで、小型かつ略管状形のために、様々な統合導波管が生成される。他の一例において、ＧＲＩＮレンズ１７０１は、出力導波管８として同一の基板に一体的に組み込まれている。一実施の形態によれば、コンパクトに組み立てられているほど、医学的なサンプリング要素を生成するために生体適合性があり、殺菌処理された材料にスキャンシステムをカプセル化することができる。アクセス困難であることが通常である領域に含まれる微細組織を研究するために、上記医学的なサンプリング要素は、カテーテル、注射針、または、他のデバイス若しくはサイズの小さい医療機器に挿入されてよい。他の焦点素子に関して前述したように、様々な出力導波管８に対応する隣接ビーム同士の距離は、当該ビームの直径と比較して十分に小さい。これにより、当該隣接ビームに沿って収集された情報は、サンプルを２次元または３次元に画像化するように後で再編成される。一例において、隣接ビームの中心間の距離は、単一のビームの直径の１〜１０倍におさまる。この距離およびこの直径は、ＧＲＩＮレンズ１７０１の焦点面において計測される。例えば、放射線ビームの直径を判定するために、半値全幅（ＦＷＨＭ）の定義が使われてもよい。
【００５９】
図１８Ａ〜Ｂは、一実施の形態に係るスキャンシステム１１６の上面図および側面図をそれぞれ示す。本実施の形態において、スキャンシステム１１６は、ＧＲＩＮレンズ１７０１の下流に位置する反射素子５を含む。一例において、反射素子５は、図１８Ｂに示されるように直角プリズムでよい。この例において、反射素子５は、出力導波管８からのビームの初期方向と垂直をなす方向に、１つ又は複数の入射放射線ビームを方向付けてよい。一実施の形態において、図１８に示されるスキャンシステム１１６はカテーテルに搭載されており、誘導線に沿ったデバイスの微小な動きを、血管壁の３Ｄ描画に用いることが検討されている。反射素子５は、スキャンシステム１１６の残りから分離されたコンポーネントでよい。あるいは、反射素子５は、出力導波管８またはＧＲＩＮレンズ１７０１のように、同一の基板に統合されてもよい。他の一例において、描画された素子は、すべて一体として同一の基板に統合されてよい。
【００６０】
図１９Ａ〜Ｂは、一実施の形態に係るスキャンシステム１１６の上面図および側面図をそれぞれ示す。本実施の形態において、スキャンシステム１１６は、ＧＲＩＮレンズ１７０１の下流に位置する、調節可能な反射素子６を含む。一例において、調節可能な反射素子６は、機械的に調節可能な反射体である。調節可能な反射素子６が含まれることによって、２つではなく、単一の低速スキャン軸のみに対する３Ｄ画像を生成できる。実際、一群のビームをスキャン領域に方向付けるため、または、３次元スキャンにおいてゆっくりと方向付けるためだけの一実施の形態においては、サンプルを高速でスキャンする必要はない。したがって、一実施の形態によれば、３Ｄ画像を生成するために、２つではなく、単一の低速スキャン軸のみが必要となる。調節可能な反射素子６は、関連分野の当業者に公知である適当な手段を用いて、入射する放射線ビームの反射角を調節してよい。例えば、調節可能な反射素子６は、連動する圧電アクチュエータもしくは静電アクチュエータ、または、調節可能な反射素子６の方向を調節するための力学的回転を用いてよい。
【００６１】
図２０Ａ〜Ｂは、一実施の形態に係るスキャンシステム１１６の上面図および側面図をそれぞれ示す。本実施の形態において、スキャンシステム１１６は、調節可能な反射体アレイ２００１を含む。調節可能な反射体アレイ２００１は、サンプルの様々な対象領域から得られる複数の画像を精査するために使われてよい。一実施の形態において、生成されたそれぞれの放射線ビームは、調節可能な反射体アレイ２００１において、１つの反射素子と関連付けられている。入射する関連付けられた放射線ビームの反射角を変化させるために、それぞれの素子は別個に動かされる。これにより、サンプルの様々な領域が、それぞれの放射線ビームの対象となる。
【００６２】
一実施の形態において、調節可能な反射体アレイ２００１は、調節可能なマイクロミラーなどのＭＥＭＳデバイスを含む。当該マイクロミラーは、従来の微細加工技術を用いて組み立てられ、出力導波管８またはＧＲＩＮレンズ４のいずれか一方と同一の基板に組み込まれていてよい。他の実施の形態において、調節可能な反射体アレイ２００１は、分離基板、および、出力導波管８およびＧＲＩＮレンズ４を含む基板に組み付けられたフリップチップの上に組み立てられてよい。調節可能な反射体アレイ２００１における反射素子のそれぞれが、独立した横断的なスキャンを与える場合、当該スキャンシステムは、例えば、順番に、または一度に多数の画像を得ることができる。
【００６３】
前述した実施の形態において、ＧＲＩＮレンズ１７０１が、同じ結果をもたらす他の適当な光学焦点素子に置換されてもよいことは、理解されるべきである。また、第２多重化ユニット９は、時間分割多重化を用いるものとして図１７〜図２０に示される実施の形態に図示されているが、前述したものと同様に、任意の多重化技術（またはこれらの組み合わせ）が用いられてよいことは、理解されるべきである。
【００６４】
ＯＣＴシステムの文脈で実施の形態を説明してきたが、前述した任意の実施の形態は、他の応用にも適用可能である。例えば、前述した任意の実施の形態は、多層光学システムに格納されたデータの光学読み取りに適用可能である。この場合、光学コヒーレンスゲーティングに基づく検知システムによって、層は選択される。多数の光学トラックにおいて読み取りが（擬似的に）同時実行される場合、読み取り速度が向上するという一効果を奏する。基本的な原理および本発明の本質が変更されないという条件のもとで、前述した任意の実施の形態は、詳細の変更に影響を受けやすいことに注意する。
【００６５】
図２１は、一実施の形態に係る側方スキャンを実行する一方法２１００を示す。方法２１００は、例えば、スキャンシステム１１６の前述した任意の実施の形態によって実行されてよい。
【００６６】
ステップ２１０２において、第１多重化ユニットにおいて放射線ビームが受信される。当該第１多重化ユニットは、例えば、図４〜図６を参照して前述した多重化ユニットの任意の１つでよい。
【００６７】
ステップ２１０４において、上記第１多重化ユニットにおいて受信された上記放射線ビームが、当該第１多重化ユニットにおける複数の第１光導波管を航行する光学経路に基づいて、当該第１多重化ユニットにおいて受信された当該放射線ビームに、群遅延が与えられる。上記群遅延は、様々な方法によって与えられる。例えば、異なる長さを有する導波管セグメント、または、熱工学、電気工学、電荷注入などの効果によって屈折率を変更可能な導波管セグメントを用いることによる。一例において、経路に関連する固有の群遅延をそれぞれ有する複数の経路に、ビームを分化させるために、光学変調素子および／または光学スイッチが用いられる。
【００６８】
ステップ２１０６において、第２多重化ユニットによって放射線ビームが受信される。上記第１多重化ユニットがサンプルアームに配置されている場合など、当該第２多重化ユニットによって受信された放射線ビームは、上記第１多重化ユニットによって受信された放射線ビームと同じでよい。あるいは、上記第１多重化ユニットがサンプルアームに配置されている場合など、上記第２多重化ユニットによって受信された放射線ビームは、上記第１多重化ユニットによって受信された放射線ビームと異なっていてもよい。上記第２多重化ユニットは、例えば、図７〜図１３、または図１５を参照して前述した多重化ユニットの任意の１つでよい。
【００６９】
ステップ２１０８において、上記第２多重化ユニットによって受信された放射線ビームは、１つ又は複数の出力放射ビームを生成する複数の第２光導波管に分配される。時間分割多重化、周波数分割多重化、コヒーレンス領域多重化などのうちの任意の１つ（またはこれらの組み合わせ）を用いて、上記第２多重化ユニットによって受信された放射線ビームは、様々な光学経路に分配されてよい。
【００７０】
ステップ２１１０において、上記１つ又は複数の出力放射ビームは、サンプルに導かれる。例えば、図１４〜図１５、および、図１７〜図２０に示される実施の形態において前述したように、上記光の焦点を合わせる、および／または、方向を合わせることによって、導かれてよい。
【００７１】
詳細な説明の欄、および概要ではなく、要約の欄は、請求項を解釈するために用いられるものと理解される。上記概要および要約は、発明者によって考案されたように、本発明に係る１つ又は複数（ただし全てではない）の例示的な実施の形態を説明するものであって、どのような方法であれ、本発明および添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００７２】
本発明の実施の形態は、特定の機能およびそれらの関係を実装する機能的な構成要素を説明する目的で、先に説明された。これらの機能的な構成要素の限界は、説明の便宜のために恣意的に規定されたが、特定の機能およびそれらの関係が適切に実現される限り、他の限界が規定されてもよい。
【００７３】
特定の実施の形態に関する前述の説明は、本発明の一般的性質を開示するものであるため、過度の実験をすることなく、本発明の一般的思想から離れることなく、当業者が有する知識を適用することによって、他の実施の形態が、そうした特定の実施の形態を変形し、および／または、様々な応用に適用できる。したがって、ここに示された教示および助言に基づいて、そうした適用および変形は、開示された実施の形態と等価な意味および範囲に含まれると意図されるものである。ここにおける表現または専門用語は、説明を目的とするためのものであって、限定を目的とするものではなく、本明細書における当該表現または専門用語は、上記教示および助言を踏まえて、当業者によって解釈されるものである。
【００７４】
本発明の広がりおよび範囲は、前述した例示的な実施の形態のいずれによっても限定されるべきものではなく、以下の請求項および当該請求項と等価なもののみにしたがって規定されるべきものである。
【図１】
2014517286.tif 000003
【図２】
2014517286.tif 000004
【図３】
2014517286.tif 000005
【図４Ａ】
2014517286.tif 000006
【図４Ｂ】
2014517286.tif 000007
【図５】
2014517286.tif 000008
【図６Ａ】
2014517286.tif 000009
【図６Ｂ】
2014517286.tif 000010
【図７】
2014517286.tif 000011
【図８】
2014517286.tif 000012
【図９】
2014517286.tif 000013
【図１０】
2014517286.tif 000014
【図１１】
2014517286.tif 000015
【図１２】
2014517286.tif 000016
【図１３】
2014517286.tif 000017
【図１４】
2014517286.tif 000018
【図１５】
2014517286.tif 000019
【図１６】
2014517286.tif 000020
【図１７】
2014517286.tif 000021
【図１８Ａ】
2014517286.tif 000022
【図１８Ｂ】
2014517286.tif 000023
【図１９Ａ】
2014517286.tif 000024
【図１９Ｂ】
2014517286.tif 000025
【図２０Ａ】
2014517286.tif 000026
【図２０Ｂ】
2014517286.tif 000027
【図２１】
2014517286.tif 000028
【国際調査報告】
2014517286.tif 000029
2014517286.tif 000030