(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掃引光信号を参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する干渉計と、
前記掃引光信号を生成する光掃引源システムであって、少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行うように制御される、光掃引源システムと、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が光周波数の間隔で走査される間にｋクロック信号を生成する、ｋクロックモジュールであって、
前記掃引光信号をフィルタリングして参照クロック信号をそれぞれ生成する複数の参照クロックモジュール、および、
前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、前記複数の参照クロック信号の中から前記ｋクロック信号を選択して、前記ｋクロック信号を生成するクロックセレクタを有するｋクロックモジュールと、
前記ｋクロックモジュールで生成された前記ｋクロック信号を参照することで、前記掃引速度に応じた異なる光周波数サンプリング間隔で前記干渉信号を検出する検出システムとを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項２】
掃引光信号を参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する干渉計と、
前記掃引光信号を生成する光掃引源システムであって、少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行うように制御される、光掃引源システムと、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が光周波数の間隔で走査される間にｋクロック信号を生成する、ｋクロックモジュールであって、
前記掃引光信号をフィルタリングして参照クロック信号を生成する参照クロックモジュール、および乗算モジュールを有し、前記乗算モジュールが、前記参照クロックモジュールで生成される参照クロック信号の周波数を、前記少なくとも２種類の掃引速度のうち前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて乗算することで、前記ｋクロック信号が生成される、ｋクロックモジュールと、
前記ｋクロックモジュールで生成された前記ｋクロック信号を参照することで、前記掃引速度に応じた異なる光周波数サンプリング間隔で前記干渉信号を検出する検出システムとを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記１つまたは複数の参照クロックモジュールは、それぞれ、
前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングするエタロンと、
前記エタロンによってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記１つまたは複数の参照クロックモジュールは、それぞれ、
前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングするｋクロック干渉計と、
前記ｋクロック干渉計によってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項５】
請求項２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールは、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記複数の参照クロック信号を整流する整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項６】
請求項２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールは、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記複数の参照クロック信号を整流する全波整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項７】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムでは、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域よりも狭い、光コヒーレンストモグラフィシステム
【請求項８】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムでは、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域と実質的に同一である、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項９】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムが、異なる走査速度で動作する少なくとも２つのレーザ掃引源を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムが、異なる走査速度で動作する少なくとも２つのＡＳＥ掃引光源を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項１１】
請求項１または２に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記検出システムは、前記干渉信号を検出する平衡検出器と、この平衡検出器の信号をアナログデジタル変換するデータ取得システムとを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【請求項１２】
掃引光信号を生成し、この掃引光信号を少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行う工程と、
前記掃引光信号を干渉計の参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する工程と、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が光周波数の間隔で走査される間にｋクロック信号を生成する、周波数走査検出工程であって、
前記掃引光信号をフィルタリングして複数の参照クロック信号を生成することと、
前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、前記複数の参照クロック信号の中から前記ｋクロック信号を選択して、前記ｋクロック信号を生成することとを含む、周波数走査検出工程と、
前記生成されたｋクロック信号を参照することで、前記掃引速度に応じた異なる光周波数サンプリング間隔で前記干渉信号を検出する工程とを備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【請求項１３】
掃引光信号を生成し、この掃引光信号を少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行う工程と、
前記掃引光信号を干渉計の参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する工程と、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が光周波数の間隔で走査される間にｋクロック信号を生成する、周波数走査検出工程であって、
前記掃引光信号をフィルタリングして参照クロック信号を生成することと、
前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて前記参照クロック信号の周波数を乗算することで、前記ｋクロック信号を生成する、周波数走査検出工程と、
前記生成されたｋクロック信号を参照することで、前記掃引速度に応じた異なる光周波数サンプリング間隔で前記干渉信号を検出する工程とを備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記周波数走査検出工程の前記複数の参照クロック信号を生成することが、エタロンで前記掃引光信号をフィルタリングする工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【請求項１５】
請求項１２または１３に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記周波数走査検出工程の前記複数の参照クロック信号を生成することが、ｋクロック干渉計で前記掃引光信号をフィルタリングする工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記複数の参照クロック信号の周波数を乗算する工程が、バンドパスフィルタリングの前に、前記複数の参照クロック信号を整流する工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【請求項１７】
請求項１２または１３に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域よりも狭い、光コヒーレンストモグラフィ方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１２年４月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／６２３，３９６号の、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、２０１２年１０月１２日に出願された米国特許出願第１３／６５０，６６５号に対する優先権を主張するものであり、両出願はこれを参照することによって本明細書に全体が組み込まれる。
【０００２】
光コヒーレンス分析では、参照波と実験波との間の干渉現象、または実験波の２つの部分の間における干渉現象を利用することにより、距離および厚さを測定し、試料の屈折率を計算する。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、断面の高解像度の画像化を実行するために使用される技法の一例である。ＯＣＴは、例えば、リアルタイムの顕微鏡スケールによる生物組織の構造の画像化などに利用されることが多い。光波が、対象物すなわち試料から反射され、コンピュータは、この波が反射時にいかに変化するかについての情報を用いて試料の断面画像を生成する。すなわち試料の３次元ボリュームレンダリングを行う。
【背景技術】
【０００３】
ＯＣＴはいくつかの異なった種類に分類されるが、フーリエ領域ＯＣＴは、現在、多くの用途に対して最高の性能を提供する。さらに、フーリエ領域技法のうち、掃引光源ＯＣＴは、スペクトル符号化ＯＣＴのような技術よりも優れた利点を有する。なぜなら、掃引光源ＯＣＴは、平衡検出および偏光ダイバーシティ検出の能力を有するからである。掃引光源ＯＣＴは、スペクトル符号化ＯＣＴに典型的には必要とされる安価で高速な検出器アレイが利用できない波長領域における画像化についても利点を有する。
【０００４】
掃引光源ＯＣＴにおいて、スペクトル成分は、空間分離によって符号化されるのではなく、時間で符号化される。スペクトルは、連続する光周波数のサンプリング間隔でフィルタリングまたは生成され、フーリエ変換前に再構成される。掃引光源で周波数走査を行うため、光学構成は複雑にならずに済む。その反面、主な性能特性は、光源、特に、その周波数掃引速度および周波数同調精度によって左右されることになる。
【０００５】
ＯＣＴ掃引光源のための高速周波数同調すなわち掃引速度は、生体内画像化に特に適用される。高速な画像化により、動きに誘発されるアーチファクトが低減し、かつ患者の処置の長さが低減する。また、高速周波数同調を使用して分解能を向上できる。
【０００６】
ＯＣＴシステム用の掃引光源は、典型的には可変同調レーザである。可変同調レーザの利点としては、スペクトルの輝度が高いことや光学設計が比較的簡素であることが挙げられる。可変同調レーザは、共振キャビティ内に位置する半導体光増幅器（ＳＯＡ）のような利得媒質と、回転格子、回転鏡を有する格子、またはファブリ・ペロ可変同調フィルタなどの可変同調素子とから構成される。現在、同調速度／掃引速度の最も高いレーザのいくつかは、D.Flanders、M.Kuznetsov、およびW.Atiaによる、「Laser with Tilted Multi Spatial Mode Resonator Tuning Element」と題された米国特許第７，４１５，０４９Ｂ１号に記載のレーザ設計に基づく。微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ファブリ・ペロ可変同調フィルタを使用することによって、広いスペクトル走査帯域に対する特性と、低質量で高い機械共振周波数の偏向が可能で高速同調／高掃引速度に対する特性を有するＭＥＭＳ膜とが組み合わせられる。他のレーザアーキテクチャはフーリエドメインモードロックレーザ（ＦＤＭＬ）と呼ばれる。この種のレーザは、レーザの同調素子と同期して、増幅および再循環のための長さの長いファイバ内に光を格納する。「Fourier Domain Mode Locking (FDML): A new laser operating regime and applications for optical coherence tomography」、R. Huber, M. Wojtkowski、およびJ. G. Fujimoto著、２００６年４月１７日、OPTICS EXPRESS 3225、第14巻、8号を参照のこと。しかし、これらのデバイスの短所は、その複雑性である。さらに、長い格納ファイバを有する環状キャビティは、分散性や不安定性などのそれ自体の性能問題を引き起こす。
【０００７】
可変同調レーザ固有の欠点を回避する可能性を有する掃引光源の別の種類としては、フィルタ増幅自然放出（ＡＳＥ）源があり、これは典型的にはＡＳＥによる光を生成する光源である広帯域の発光源と、可変同調フィルタと、増幅器とを組み合わせたものである。
【０００８】
フィルタＡＳＥ源に基づく最速の装置のいくつかは、W.Atia、D.Flanders P. Kotidis、およびM.Kuznetsovによる、「Integrated Spectroscopy System」と題された米国特許第７，０６１，６１８Ｂ２号に記載されている。ここでは、拡散反射分光法および他の分光器用途における分光法エンジンについて説明している。フィルタＡＳＥ掃引光源の多くの変形例が、増幅されたものやトラッキングフィルタを備えたものを含めて、説明されている。
【０００９】
さらに最近では、Eigenwilligらは「Wavelength swept ASE source」、Conference Title：Optical Coherence Tomography and Coherence Techniques IV、Munich、Germany、Proc. SPIE 7372,73720O（２００９年７月１３日）と題された論文において、フィルタＡＳＥ源の変形構成を提案している。この論文は、ＡＳＥ源および第１の増幅段の両方として機能するＳＯＡについて説明している。第２のＳＯＡ増幅段が続いて設けられる一次トラッキングフィルタ装置において、２つのファブリ・ペロ可変同調フィルタが使用される。また、２００９年９月３日に出願された、D. Flanders、W. Atia、およびM. Kuznetsovによる「Filtered ASE Swept Source for OCT Medical Imaging」と題する米国特許出願第１２／５５３，２９５号（米国特許出願公開第２０１１／００５１１４８Ａ１号明細書）は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。この文献は、種々の一体化した高速フィルタＡＳＥ掃引光源の構成について説明している。２０１０年５月８日に出願された、同じ発明者らによる「ASE Swept Source with Self-Tracking Filter for OCT Medical Imaging」と題された米国特許出願第１２／７７６，３７３号（米国特許出願公開第２０１１／００５１１４３Ａ１号明細書）では、とりわけ、掃引速度と線幅の両方の観点から性能を向上できるセルフトラッキングフィルタ装置を使用することによるさらなる構成を概略的に述べている。この文献も参照することによってその全体が本明細書に組み込まれる。
【００１０】
ＯＣＴ掃引光源の同調における不安定性および／または非線形性を補うために、多くの場合、サンプリングクロック（ｋクロック）を用いて、光周波数領域（ｋ空間）における等間隔でのサンプリングを可能とする。このｋクロックは、通常、ＯＣＴシステムの干渉計の試料アームおよび参照アームにおける光信号に関連した遅延にマッチするように、遅延させる必要がある。
【００１１】
ｋクロックは用いないが掃引光源が非線形的に同調する場合、他の修正方法が用いられる。補間によってｋ空間で等しくデータをリサンプリングするものがある。S. Yun、G. Tearney、B. Bouma、B. Park、およびJ. de Boerによる「High-speed spectral-domain optical coherence tomography at 1.3 μm wavelength」、Opt. Express 11、3598-3604 （2003）を参照のこと。
【００１２】
しかし、ｋ空間でのリサンプリングには不利な点がある。この理由は、ＯＣＴシステムの性能を特徴付ける他の測定基準が、電子信号処理システムの電子帯域幅だからである。より高速、高性能、高分解能なＯＣＴシステムを製造するには、十分に広い帯域が、ますます重要になってくる。例えば、掃引光源の波長同調速度を高めることは、ＯＣＴ画像取得速度を向上し、また、光干渉信号をサンプリングするのに用いられる電子機器に対する要件を高くしてしまう。典型的には、正確にリサンプリングを行うためには、オーバーサンプリングを採用する必要があり、電子信号処理システムの費用がかさむ。
【００１３】
より最新の設計では、ｋクロックシステムは、掃引光源と一体化されている。２００９年３月２日に出願された、Flandersらによる「Optical Coherence Tomography Laser with Integrated Clock」と題された米国特許出願第１２／３９６，０９９号（米国特許出願公開第２００９／０２９０１６７Ａ１号明細書）に一例が開示されている。この文献を参照することによって本明細書に組み込まれる。ここでは、ｋクロックにおける遅延が電子的に与えられる。この解決方法には、例えば、異なるＯＣＴプローブの使用に伴うであろう干渉計の遅延の変化に対応できるように、電子的遅延をプログラム可能であるという点で、一定の利点がある。
【００１４】
一部の用途に対しては、掃引光源は異なる種類の周波数走査を提供できることが望ましい。一例においては、高速の周波数すなわち掃引速度と、低速の周波数すなわち掃引速度との両方での走査が可能な掃引光源を有することが望ましい。これにより、試料内の深い位置の画像を生成し、その後、この深い位置上に対するより高速の走査が可能となる。
【００１５】
ｋクロックを用いずに代わりにリサンプリングを用いるシステムでは、２種類以上の掃引速度で走査できる掃引光源を探しさえすればよい。リサンプリングを用いて掃引光源の周波数走査の非線形性に対応するので、画像を表現するときに前記光源の異なる掃引速度を扱うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、上述のように、リサンプリングは、干渉信号のオーバーサンプリングが必要であるため問題がある。ＯＣＴシステムが、干渉信号をサンプリングするアナログデジタルコンバータの電子帯域幅によって制限されると、リサンプリングを実施するシステムは、オーバーサンプリングを行う必要がないｋクロックに基づく掃引光源よりも性能が低くなる。
【００１７】
多掃引速度掃引光源とｋクロックシステムとを有するＯＣＴシステムの問題は、最適な方法で複数の異なる掃引速度に適応することが従来困難であったという点である。ｋクロックは、一定の光周波数のサンプリング間隔で干渉信号をサンプリングするように構成されている。そのため、低速の掃引速度に移るとき、高速の掃引速度での走査を用いる時と同じ光周波数のサンプリング間隔で干渉信号をサンプリングする。これより、アナログデジタルコンバータは最適に用いられるわけではない。
【００１８】
本発明は、少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査する光掃引源を一方では用いる光コヒーレンストモグラフィシステムに関する。このような方法で、ある特定の例において、システムは、低い掃引速度で高深度の試料走査を行うことができ、同じシステムが、高速で低深度の走査を行うことができる。干渉信号をサンプリングするアナログデジタルコンバータを最適に用いるために、さらに、システムは、光掃引源の選択された掃引速度に応じて、異なる光周波数のサンプリング間隔で干渉信号をサンプリングする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
概して、一構成によれば、本発明は光コヒーレンストモグラフィシステムに関する。このシステムは、一般的なことであるが、掃引光信号を参照アームと試料アームとの間で分割し、参照アームと試料アームとから戻る光信号を組み合わせて干渉信号を生成する干渉計を備える。掃引光信号を生成する光掃引源システムであって、少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行うように制御される、光掃引源システムがさらに設けられる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、掃引光源は２つの掃引速度のみを有する。他の実施形態では、例えば、３つ、４つ、５つ、または１０以上もの多数の掃引速度を用いる。
【００２１】
最適な性能を得るために、検出システムは、掃引速度に応じて、異なる光周波数サンプリング間隔で干渉信号を検出する。
【００２２】
動作をさらに改良して、干渉信号のアナログデジタルコンバータを最適に用いるために、ｋクロックモジュールを備える。好ましい実施形態では、ｋクロックモジュールは、掃引光信号の周波数走査を検出し、掃引光信号が光周波数の間隔で走査されると、ｋクロック信号を生成する。ある例では、ｋクロックモジュールは、光掃引源システムからの掃引光信号をフィルタリングするエタロンと、エタロンによってフィルタリングされた掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを備える。他の例では、ｋクロックモジュールは、光掃引源システムからの掃引光信号をフィルタリングするｋクロック干渉計と、ｋクロック干渉計によってフィルタリングされた掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを備える。
【００２３】
実施形態のあるセットでは、ｋクロックモジュールは、掃引光源の異なる掃引速度に対する光周波数のサンプリング間隔に対応するであろう複数の参照クロック信号を生成する。クロックセレクタを次いで用いて、光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、複数の参照クロック信号の中からの選択を行うｋクロック信号を生成する。
【００２４】
実施形態の他のセットでは、ｋクロックモジュールは、ｋクロック信号を生成するために、光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、参照クロック信号の周波数を乗算する、ｋクロック乗算モジュールを備える。
【００２５】
さらに詳細には、この実施形態は、掃引光源の掃引速度によってクロック乗算器を自動的に変更する自動構成を用いる。これを用いて、さらには、干渉信号をサンプリングするために用いられる干渉信号のアナログデジタルコンバータが、掃引光源の掃引速度にかかわらずほぼ同じサンプリングレートでサンプリングするようにする。すなわち、干渉信号のアナログデジタルコンバータによる毎秒のサンプル数はほぼ同じで、好ましくは光源掃引速度ごとの最大サンプリングレートに近い。その結果、掃引速度が遅いと、クロックの乗算のために掃引期間を通して、典型的には、より多くの抽出がなされる。まとめると、異なる光源の掃引速度に対して、時間の関数としてのサンプリングレートはほぼ同じである。
【００２６】
ある実施態様において、ｋクロック乗算モジュールは、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に（基本および偶数次高調波を生成して、）ｋクロックモジュールからの参照クロック信号を整流する半波整流器を備える。他の実施態様では、クリッピング回路が、バンドパスフィルタリングの前に、基本および奇数次高調波を生成する。第３の実施態様では、ｋクロック乗算モジュールは、クリッピング回路と並列に全波整流器を備えて、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に基本および他のすべてのクロック高調波を生成する。
【００２７】
一部の用途では、高走査すなわち高掃引速度モードでは、低走査すなわち低掃引速度よりも波長掃引（走査帯域）が大きくなる。代わりに、光掃引源システムにおいて、高走査すなわち高掃引速度の走査帯域は、低走査掃引速度の走査帯域とほぼ同じである。これによって、速度と、最大深さと、空間分解能との間のトレードオフを可能とする。
【００２８】
いくつかの技術では、異なる走査すなわち掃引速度で適切に動作できるレーザ掃引光源を製造することは難しい。したがって、いくつかの実施形態では、光掃引源システムは、異なる走査速度で動作する少なくとも２つのレーザ掃引光源を備える。
【００２９】
光掃引源システムの他の実施形態は、異なる走査速度で動作する１つまたは複数のＡＳＥ掃引光源を備えてもよい。
【００３０】
概して、他の構成によれば、本発明は、掃引光信号を生成し、掃引光信号を少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査する工程と、掃引光信号を干渉計の参照アームと試料アームとの間で分割し、参照アームと試料アームから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する工程とを備える光コヒーレンストモグラフィ方法に関する。本発明によれば、掃引速度に応じた異なる光周波数のサンプリング間隔で干渉信号を検出する。
【００３１】
部分の構築および組合せの種々の新規な詳細を含む本発明の上記および他の特徴、ならびに他の利点は、添付の図面を参照してここでより詳細に説明され、特許請求の範囲において指摘される。本発明を実施する特定の方法およびデバイスが例示によって示されるが、それらが本発明を限定しないことが理解されるであろう。本発明の原理および特徴は、本発明の範囲を逸脱せずに種々および多くの実施形態において採用されてよい。
【００３２】
添付の図面において、参照符号は、異なる図にわたり同じ部分を示す。図面は、必ずしも同一の縮尺ではなく、本発明の原理を例示することに重点をおいている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による多掃引速度掃引光源を組み込んだＯＣＴシステムの概略図である。
【図２Ａ】光掃引源の２種類の掃引速度についての、時間の関数としての掃引光信号（可変同調素子駆動信号）の周波数走査、周波数走査中のｋクロック信号の周波数、および光周波数のサンプリング間隔を示す概略プロットを示す図であって、この両方の掃引速度について、走査帯域は同じであるかほぼに同じであるが、掃引速度が遅い掃引光信号の走査に時間の長い走査が用いられる、図である。
【図２Ｂ】光掃引源の２種類の掃引速度についての、時間の関数としての掃引光信号（可変同調素子駆動信号）の周波数走査、周波数走査中のｋクロック信号の周波数、および光周波数のサンプリング間隔を示す概略プロットを示す図であって、低い掃引速度での走査では走査帯域が小さく、掃引速度が遅い掃引光信号の走査に時間の長い走査が用いられる、図である。
【図３】多数の参照クロック信号を生成して、光掃引源システムの掃引速度に基づいて制御されるクロックセレクタモジュールを用いる、エタロンを用いたマルチインターバルｋクロックモジュールを示すブロック図である。
【図４】多数の参照クロック信号を生成して、光掃引源システムの掃引速度に基づいて制御されるクロックセレクタモジュールを用いる、ファイバ干渉計を用いたマルチインターバルｋクロックモジュールを示すブロック図である。
【図５】参照クロック信号を生成し、次いで参照クロック信号がフィルタリングされて、光掃引源システムの掃引速度によって自動的に変わるｋクロック信号を生成する、エタロンを用いたマルチインターバルｋクロックモジュールを示すブロック図である。
【図６】参照クロック信号を生成し、次いで参照クロック信号がフィルタリングされて、光掃引源システムの掃引速度によって自動的に変わるｋクロック信号を生成する、ファイバ干渉計を用いたマルチインターバルｋクロックモジュールを示すブロック図である。
【図７】光掃引源システムの掃引速度によって変わるｋクロック信号の生成を可能にするクリッパを用いる非線形処理モジュールの別の実施態様を示すブロック図である。
【図８Ａ】クリッパ非線形処理モジュールの効果を示す時間の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図８Ｂ】クリッパ非線形処理モジュールの出力のスペクトル組成を示す高調波次数の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図９】光掃引源システムの掃引速度によって自動的に変わるｋクロック信号の生成を可能にする半波整流器を用いる非線形処理モジュールの別の実施態様を示すブロック図である。
【図１０Ａ】半波整流器非線形処理モジュールの効果を示す、時間の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図１０Ｂ】半波整流器非線形処理モジュールの出力のスペクトル組成を示す高調波次数の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図１１】光掃引源システムの掃引速度とともに自動的に変わるｋクロック信号の生成を可能にするクリッパと全波整流器を用いる非線形処理モジュールの別の実施態様を示すブロック図である。
【図１２Ａ】クリッパと全波整流器の非線形処理モジュールの効果を示す、時間の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図１２Ｂ】クリッパと全波整流器の非線形処理モジュールの出力のスペクトル組成を示す高調波次数の関数としてのボルト値の概略プロットを示す図である。
【図１３Ａ】光掃引源システムの低掃引速度の走査及び高掃引速度の走査のための参照クロック信号のスペクトル組成を示す、時間の関数としての周波数の実験プロットを示す図であって、低掃引速度（右）は、高掃引速度（左）の１／３である、図である。
【図１３Ｂ】光掃引源システムの低掃引速度の走査及び高掃引速度の走査のための参照クロック信号からｋクロック信号を生成するバンドパスフィルタの動作を示す、時間の関数としての周波数の実験プロットを示す図であり、バンドパスフィルタは、高速掃引（左）に対して基本クロック周波数と、低速掃引クロック(右)の第３高調波を選択している、図である。
【図１４Ａ】レーザおよび／またはＡＳＥ掃引光源を用いる光掃引源システムのある実施態様を示す図である。
【図１４Ｂ】レーザおよび／またはＡＳＥ掃引光源を用いる光掃引源システムの別の実施態様を示す図である。
【図１４Ｃ】レーザおよび／またはＡＳＥ掃引光源を用いる光掃引源システムのさらに別の実施態様を示す図である。
【図１４Ｄ】レーザおよび／またはＡＳＥ掃引光源を用いる光掃引源システムのさらに別の実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明を添付の図面を参照してより詳細に説明する。図面には、本発明の例示的実施形態が示されている。しかし、本発明は多数の異なる形態で具現化されてもよく、ここに述べる実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、十分かつ完璧で、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。
【００３５】
本明細書で用いるように、用語「および／または（かつ／または）（or/and）」は、１つ以上の関連付けて記載される項目のすべての組み合わせを含む。さらに、単数形の冠詞「a（１つの）」、「an（１つの）」、及び「the（その）」は、明示的に別段の定めがある場合を除き、複数形も同様に含むことが意図される。本明細書で用いる、含む（includes）、備える（comprises）、含んでいる（including）および／または備えている（comprising）等の用語は、記載される特徴、整数、工程、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、コンポーネント、および／もしくは群の存在または追加を排除するものではないことをさらに理解されたい。さらに、要素が他の要素に接続もしくは結合されるとして参照され、かつ／または図示されるとき、それは、該他の要素に直接に接続もしくは結合されうるか、または介在する要素が存在してもよいと理解されたい。
【００３６】
用語「第１」および「第２」は本明細書では種々の要素を説明するために用いられるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるものではないことを理解されたい。これらの用語はある要素を他の要素と区別するためだけに用いられる。このため、本発明の教示を逸脱することなく、以下に述べる要素は第２の要素と呼ぶことができ、同様に第２の要素を第１の要素と呼んでもよい。
【００３７】
別途定義が無い限り、本明細書で用いる（技術用語および科学用語を含む）すべての用語は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有するものが通常理解しているのと同じ意味を持つ。通常用いられる辞書に規定されているような用語は関連する技術の文脈での意味と一致する意味を持つものと解釈され、明示的に本明細書で定義されていない限り、理想的にまたは過度に形式的な意味で解釈されるものではないことをさらに理解されたい。
【００３８】
図面を参照して、図１は、本発明の原理によって構成された、多掃引速度掃引光源システム１００を用いる光コヒーレンス分析システム１０を示す。
【００３９】
多掃引速度掃引光源システム１００は、干渉計２００に送信される光ファイバ１１０の可変同調光信号すなわち掃引光信号を生成する。掃引光信号は、狭帯域放射で走査帯域にわたって走査する。
【００４０】
多掃引速度掃引光源システム１００は、一般に、１キロヘルツ（ｋＨｚ）よりも大きい速度で１つまたは複数の走査帯域にわたって繰り返し走査する掃引光信号を生成する高速同調を意図する。本実施形態において、多掃引速度掃引光源システム１００は、２０kＨzまたは１００ｋＨｚよりも大きい速度で同調する。極めて高速な実施形態において、多掃引速度掃引光源システム１００は、２００ｋＨｚまたは５００ｋＨｚよりも大きい速度で同調する。一方、狭帯域放射の帯域幅は、半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅が２０または１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満であり、好ましくは、５ＧＨｚ以下である。分光法においては、この比較的狭い帯域幅によって高いスペクトル分解能が得られる。光コヒーレンストモグラフィにおいてこの高いスペクトル分解能は、光源のコヒーレンス長が長いことを意味するため、試料をより深く、例えば５ミリ（ｍｍ）よりも深く画像化することが可能になる。例えば試料を深さ１ｍｍ未満までしかＯＣＴ画像化しないような、より低性能の用途においては、約２００ＧＨｚ以下の帯域幅のような、より広いＦＷＨＭ帯域幅が適切な場合もある。
【００４１】
典型的には、同調または走査帯域の幅は、１０ナノメートル（ｎｍ）よりも大きい。本本実施形態において、この幅は、好ましくは５０〜１５０ｎｍであるが、いくつかの例においてはさらに広い同調帯域が考えられる。
【００４２】
コントローラ１９０は、デジタルアナログコンバータ１０５に供給される駆動波形を生成する。これで可変同調光素子駆動信号１０７が生成され、可変同調光素子駆動信号１０７は増幅器１０３によって増幅されて多掃引速度掃引光源１００に与えられる。ある例において、コントローラは、掃引光源システム１００に含まれるファブリ・ペロ可変同調フィルタなどの１つ以上の可変同調光学フィルタの異なる掃引速度に対応する、多数のフィルタ駆動波形を格納する。これらの実施形態のいくつかにおいて、複数の波長走査帯域も、掃引光源システム１００の異なる掃引速度の走査に対して、それぞれ別である。
【００４３】
コントローラ１９０は、複数の異なる掃引速度に対して掃引光源システム１００を再構成するのに用いられる光源制御信号を用いて、多掃引速度掃引光源１００のさらなる制御を行う。光源制御信号は、複数の異なる走査帯域にわたって走査する
【００４４】
掃引光信号が走査帯域もしくは同調帯域にわたって同調または掃引されると、マルチインターバルｋクロックモジュール３００を用いて、等間隔の光周波数のサンプリング間隔でｋクロック信号を生成する。掃引光源信号結合器１０６は、掃引光源信号の一部をマルチインターバルｋクロックモジュール３００に供給するために用いられる。以下の実施形態では、結合器１０６は、ファイバ内で実現される。他の実施形態で、一体化されたシステムおよび／または自由空間システムを用いてもよいことは言うまでもない。
【００４５】
本実施形態では、マッハ・ツェンダー型の干渉計２００が、試料５からの光信号を分析するために用いられる。掃引光源システム１００からの掃引光信号が、ファイバ１１０で、９０／１０光ファイバ結合器２１０に送信される。掃引光信号を、結合器２１０によってシステムの参照アーム２２０と試料アーム２１２とに分割する。
【００４６】
参照アーム２２０の光ファイバは、ファイバ端面２２４で終端する。参照アームファイバ端面２２４から出射する光１０２Ｒは、いくつかの例示の実装例において、レンズ２２６によって平行にされ（コリメートされ）、次いで鏡２２８によって反射されて戻る。
【００４７】
外部鏡２２８は、一例において、鏡までの距離を調節可能なファイバを有する。この距離は、画像化される深さ範囲、すなわち参照アーム２２０と試料アーム２１２との間のゼロ経路長差の試料５における位置を決定する。この距離は、異なるサンプリングプローブおよび／または画像化試料に対して調節される。参照鏡２２８から戻る光は、参照アームサーキュレータ２２２に戻され、５０／５０ファイバ結合器２４０に向けられる。
【００４８】
試料アーム２１２上のファイバは、試料アームプローブ２１６において終端する。出射する掃引光信号１０２Ｓは、プローブ２１６によって試料５上に集光される。試料５から戻る光は、試料アームサーキュレータ２１４に戻され、５０／５０ファイバ結合器２４０に向けられる。
【００４９】
参照アーム信号および試料アーム信号は、ファイバ結合器２４０において組み合わされ、干渉信号を生成する。
【００５０】
干渉信号は検出システム１５０によって検出される。詳細には、２つの検出器１５２を含む平衡受信器（バランスド・レシーバ）が、ファイバ結合器２４０の各出力部に配置される。平衡受信器１５２からの電子干渉信号は、増幅器１５４によって増幅される。
【００５１】
検出システム１５０のデータ取得システム１５５は、増幅器１５４から出力される干渉信号をサンプリングするために用いられる。ｋクロックモジュール３００から導かれるｋクロック信号は、データ取得システム１５５で用いられて、システムデータの取得を光掃引源システム１００の周波数同調に同期させる。
【００５２】
完全なデータセットが、集光プローブビームポイントを試料にわたって空間的にラスター走査することによって、デカルト幾何のｘ−ｙ形式または円柱幾何のθ−ｚ形式で試料５から回収され、これらの点のそれぞれにおけるスペクトル応答が光掃引源システム１００の周波数同調から生成されると、レンダリングシステム１９５は、画像を再構築して試料５の２Ｄまたは３Ｄトモグラフィック再構築を行うために、データに対してフーリエ変換を行う。レンダリングシステム１９５によって生成されるこの情報は、次いで映像モニタに表示されうる。
【００５４】
本発明では、多掃引速度掃引光源システム１００は、異なる掃引速度で走査される掃引光源信号で試料５を走査する。さらにある例では、異なる波長走査帯域を、これらの異なる掃引速度とともに用いる。
【００５５】
図２Ａは、２種類の掃引速度での２種類の走査のための、掃引光信号の周波数走査を示す。例えば、第１の走査Ｓ１では、掃引速度が高い。すなわち、光掃引源に与える可変同調素子駆動信号１０７は、走査Ｓ１の期間にわたるスロープによって示されるように掃引速度を高くする。一方、第２の走査Ｓ２は、低い掃引速度での走査であり、光掃引源の光周波数は、走査Ｓ２の期間にわたる時間の関数として比較的緩やかに変化する。
【００５６】
マルチインターバルｋクロックモジュール３００で生成され、デジタル取得システム１５５をクロック制御するために用いられるｋクロック信号の周波数は、走査Ｓ１およびＳ２の両方においてほぼ同じである。その結果、このｋクロック周波数は、デジタル取得システム１５５の最大周波数に近くなるように選択されうる。さらに重要なことには、かつ好ましい実施形態に関連して、ｋクロック周波数は、高い掃引速度の走査および低い掃引速度の走査で用いられるｋクロック周波数とほぼ同じまたは同じである。
【００５７】
掃引光信号の掃引速度に関わりなく、高いｋクロック周波数を維持するために、光周波数のサンプリング間隔は、掃引速度に依存して変わる。例えば、掃引光信号の高い掃引速度の走査Ｓ１では、低い掃引速度の走査Ｓ２で用いられる光周波数の小さいサンプリング間隔と比べて、比較的大きい光周波数のサンプリング間隔を用いる。さらには、これは、Ｓ２は、より深い空間走査深さ範囲を持つが、Ｓ１とＳ２は、同じ軸空間分解能を有するであろうことを意味する。
【００５８】
図２Ｂは、２種類の掃引速度と異なる波長走査帯域での２つの更なる走査の、掃引光信号の周波数走査を示す。例えば、第１の走査Ｓ１では、スロープすなわち可変同調素子駆動信号１０７の変化率によって示されるように、広い光周波数走査帯域にわたって掃引速度が高い。一方、第２の走査Ｓ２は、より狭い光周波数走査帯域にわたる低い掃引速度での走査であり、光掃引源の光周波数は、スロープすなわち可変同調素子駆動信号１０７の変化率によって示されるように走査Ｓ２の期間にわたる時間の関数としてより緩やかに変化する。この場合、Ｓ２は、Ｓ１よりも深い空間走査深さ範囲と低い分解能を有することになるであろう。
【００５９】
この場合も、マルチインターバルｋクロックモジュール３００で生成され、デジタル取得システム１５５をトリガする（クロック制御する）ために用いられるｋクロック信号の周波数は、走査Ｓ１およびＳ２の両方でほぼ同じである。掃引光信号の掃引速度に関わりなく、高いｋクロック周波数を維持するために、光周波数のサンプリング間隔は、掃引速度に依存して変わる。例えば、掃引光信号の高い掃引速度の走査Ｓ１では、低い掃引速度の走査Ｓ２で用いられる光周波数の小さいサンプリング間隔と比べて、比較的大きい光周波数のサンプリング間隔を用いる。
【００６０】
図３は、マルチインターバルｋクロックモジュール３００の実施形態を示す。さらに詳細には、多速度掃引光源１００によって生成される掃引光信号は、光ファイバ結合器である掃引光源信号結合器１０６によって分割され、一部分は光ファイバ１１０上を干渉計２００まで伝わる。その他の部分は、掃引光信号を、マルチインターバルｋクロックモジュール３００の第１の参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロックモジュール３０５−１とに分割するｋクロックモジュール光結合器３０２に向けられる。
【００６１】
第１の参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロックモジュール３０５−２ の各々は、ｋクロックファイバ結合器３０２からの掃引光信号を平行にする第１のレンズ３１０を備える。掃引光信号は、次いでエタロン３１２内に結合される。一般的に、エタロンは、各端部がミラーコーティングされた、光透過性の基板を備える。これにより、一定の光周波数間隔で透過が可能である。
【００６２】
エタロン３１２から出射する光は、第２のレンズ３１４によって集光され、光ファイバ３１５内に結合される。その光ファイバピッグテール３１５から出射する光は、次いで検出器３１６によって検出される。検出器３１６によって検出される電気信号は、増幅器３１８によって増幅され、クロックセレクタモジュール３７０に供給される。
【００６３】
参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロックモジュール３０５−２は、２つのほぼ同じ周波数の参照クロック信号を生成するために用いられる。第１の参照クロックモジュール３０５−１は、光掃引源システムの高い掃引速度の光周波数走査に用いられ、第２の参照クロックモジュール３０５−２は、光掃引源システム１００の低い掃引速度の光周波数走査に用いられる。これを達成するため、第２の参照クロックモジュール３０５−２のエタロン３１２の光路長Ｌ２は、光周波数の小さいサンプリング間隔を与えるように、第１の参照クロックモジュール３０５−１の長さＬ１より短い。
【００６４】
コントローラ１９０は、掃引光源システム１００を制御して掃引光信号の高い掃引速度の走査を実施するときは、クロックセレクタモジュール３７２を制御して、第１の参照クロックモジュール３０５−１によって生成される参照クロック信号を選択する。一方、コントローラ１９０は、光掃引源システム１００を制御して掃引光信号の低い掃引速度の走査を実施するときは、クロックセレクタモジュール３７０を制御して、第２の参照クロックモジュール３０５−２からの参照クロック信号を選択する。
【００６５】
図４は、マルチインターバルｋクロックモジュール３００の別の実施形態を示す。さらに詳細には、多速度掃引光源１００によって生成される掃引光信号は、同様に、光ファイバ結合器１０６によって分割され、一部は光ファイバ１１０上を干渉計２００に伝わる。他部は、掃引光信号を、第１の参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロック３０５−２とに分離するｋクロックモジュール光結合器３０２に向けられる。
【００６６】
第１の参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロックモジュール３０５−２の各々は、一定の光周波数間隔で光透過性がある光ファイバとして機能する参照クロックファイバ干渉計３２０を備える。各参照クロックモジュール３０５（３０５−１または３０５−２）では、ファイバ干渉計３２０の出力が、参照クロックモジュール検出器３１６によって検出されて増幅器３１８で増幅される。
【００６７】
第１の参照クロックモジュール３０５−１と第２の参照クロックモジュール３０５−２は、周波数がほぼ同一の２つの参照クロック信号を生成するために用いられる。詳細には、第１の参照クロックモジュール３０５−１は、光掃引源システムの高い掃引速度の光周波数走査に用いられ、第２の参照クロックモジュール３０５−２は、光掃引源システム１００の低い掃引速度の光周波数走査に用いられる。これを達成するために、各モジュールのファイバ干渉計３２０は、光周波数のフィルタリング間隔が異なるように構成される。第２の参照クロックモジュール３０５−２の干渉計３２０の光路差は、光周波数の小さいサンプリング間隔を与えるために、第１の参照クロックモジュール３０５−１の干渉計経路差より長い。
【００６８】
コントローラ１９０は、掃引光源システム１００を制御して掃引光信号の高い掃引速度の走査を実施するときは、クロックセレクタモジュール３７０を制御して、第１の参照クロックモジュール３０５−１によって生成される参照クロック信号を選択する。一方、コントローラ１９０は、光掃引源システムを制御して掃引光信号の低い掃引速度の周波数走査を実施するときは、クロックセレクタモジュール３７０を制御して、第２の参照クロックモジュール３０５−２からの参照クロック信号を選択する。
【００６９】
図５は、ｋクロックモジュール３００のさらに別の実施形態を示す。本実施形態では、前記クロックセレクタモジュール３７０の代わりに、ｋクロックモジュール３５０が、所望のｋクロック信号を自動的に生成するために参照クロック信号を乗算する乗算器として機能する。詳細には、バンドパスフィルタ３７４が、参照クロックモジュールによって生成される参照クロック信号の適切な高調波を選択するように機能する。
【００７０】
さらに詳細には、掃引光信号は、上述のように参照クロックモジュール３０５によってフィルタリングされる。図示した特定の実施形態では、第１のレンズ３１０、エタロン３１２、第２のレンズ３１４、光ファイバピッグテール３１５、光信号検出器３１６、および増幅器３１８を組み合わせている。モジュール３０５はまた、検出器３１６への直接自由空間結合で機能できる。
【００７１】
エタロン３１２によるフィルタリングで、図中に時系列プロットで示すように高調波成分を含む波形が形成される。これは高フィネスエタロンの一般的な特性である。ｋクロック乗算モジュールのバンドパスフィルタは、次いでこの信号のバンドパスフィルタリングを行い、所望の高調波を選択する。この信号が、次いで制限増幅器３７６を通されて、ｋクロック信号を生成する。
【００７２】
好ましい動作モードでは、コントローラ１９０は、多速度掃引光源１００を制御して、光掃引速度（ＧＨｚ／ｎｓ）を、２、３、４、５…等の整数の倍数で除算する。この掃引速度が変わると、参照クロックモジュール３０５によって生成される参照クロック信号の周波数も同じ倍数で低減する。それでも、増幅器３１８の出力部で生成される波形は、高調波成分を有する。バンドパスフィルタ３７４の通過帯域は一定であるため、掃引光源１００の掃引速度の低減は、ｋクロックモジュール３００で生成されるｋクロック信号の周波数の低減を伴わない。その代わり、バンドパスフィルタ３７４は、新しいｋクロックとして参照クロック信号の高調波を選択するように機能するだけである。まとめると、この実施形態は、自動参照クロック乗算器として動作するように機能する。この乗算の結果、掃引速度に応じて光周波数のサンプリング間隔が自動的に変わる。
【００７３】
図６は、参照クロックモジュール３０５がファイバ干渉計３２０を備える別の実施形態を示す。
【００７４】
ファイバ干渉計３２０は略正弦波出力（ほぼ正弦波の出力）を生成して、ｋクロック乗算モジュール３５０において、その略正弦波出力が高域フィルタ３７１によって高域がフィルタリングされて、干渉計信号周波数未満の干渉が除去される。非線形処理モジュール３７２は、次いで非線形フィルタリングを行い、高調波成分を含む信号を生成する。バンドパスフィルタ３７４は、次いで所望の高調波を選択し、この高調波はデジタル取得システム１５５のためのｋクロック信号として、適切な高調波を選択するために用いられる制限増幅器３７６を通される。
【００７５】
図７は、ｋクロック乗算モジュール３５０内のこれらの非線形処理モジュールのうちの１つの動作を示す。一般的に、この実施形態は、エタロンまたは干渉計に基づく参照クロックモジュール３０５とともに用いられうる。しかし、以下の説明において、参照クロックモジュール３０５によって生成される参照クロック信号は、略正弦波（干渉計やフィネスが低いエタロンの特性）であると想定する。
【００７６】
ここでも、ｋクロック乗算モジュール３５０は、参照クロックモジュール３０５からの参照クロック信号をフィルタリングする高域フィルタ３７１を備える。エタロンが用いられるかまたは干渉計が用いられるかに応じて、正弦波出力またはエアリー関数の出力が生成される。この信号を、次いで、クリッパ非線形処理モジュール３７２−１を通過させる。これにより、略方形波出力が生成され、次いでバンドパスフィルタ３７４によってフィルタリングされる。制限増幅器３７６は、次いでｋクロック信号を生成し、デジタル取得システム１５５で用いられる。
【００７７】
図８Ａは、クリッパモジュール３７２−１の出力を示す。これは、正弦曲線をクリップすることで生成される概ね方形波の関数である。クリッパの出力の高調波成分が、図８Ｂに示される。概ね、これは、図８Ａに示す方形波のベースバンド周波数の奇数次高調波の高調波成分を有する。そのため、この実施形態は、典型的には、多速度掃引（ＧＨｚ／ｎｓ）の掃引速度を、奇数の整数の除数で低減するように制御するときに最もよく機能する。
【００７８】
図９は、ｋクロック乗算モジュール３５０内の非線形処理モジュールの他の実施形態の動作を示す。
【００７９】
ｋクロック乗算モジュール３５０は、参照クロックモジュール３０５からの参照クロック信号をフィルタリングする高域フィルタを備える。この信号は、次いで、半波整流器非線形処理モジュール３７２−２を通される。これは、次いで、バンドパスフィルタ３７４によってフィルタリングされる。制限増幅器３７６は、デジタル取得システム１５５によって用いられるｋクロック信号を次いで生成する。
【００８０】
図１０Ａは、半波整流器非線形処理モジュール３７２−２の出力を示す。これは一般に整流された正弦波である。半波整流器非線形処理モジュール３７２−２の出力の高調波成分が図１０Ｂに示される。概ね、図１０Ａに示す波形のベースバンド周波数の第１、第２、および第４の高調波で高調波成分を有する。
【００８１】
図１１は、ｋクロック乗算モジュール３５０内の非線形処理モジュールのさらなる他の実施形態の動作を示す。
【００８２】
ｋクロック乗算モジュール３５０は、参照クロックモジュール３０５からの参照クロック信号をフィルタリングする高域フィルタ３７１を備える。この信号は、次いで、並列に接続されたクリッパ３７２−３と全波整流器非線形処理モジュール３７２−４とに通される。クリッパ３７２−３と全波整流器３７２−４の出力は、次いで、加算回路３８２で合成される。加算回路３８２の出力は、次いで、バンドパスフィルタ３７４によってフィルタリングされる。制限増幅器３７６は、デジタル取得システム１５５が用いるｋクロック信号を次いで生成する。
【００８３】
図１２Ａは、加算回路３８２の出力を示す。これは、全波整流された正弦波と概ね同じである。高調波成分が、図１２Ｂに示される。概ね、ほとんどの高調波で高調波成分を有する。
【００８４】
図１３Ａは、図７に示す実施形態のような参照クロック乗算モジュール３５０を用いるｋクロックモジュール３００の動作を示す。さらに詳細には、掃引光信号が、左側のプロットで示すように高い掃引速度で生成されるとき、マルチインターバルｋクロックモジュール３００は、所望の周波数、図示した例では約３５０ＭＨzで、ｋクロック信号を生成する。これらはデジタル取得システム１５５のサンプリングを制御するために用いられる。
【００８５】
右側のプロットに、掃引光信号の掃引速度が約１／３低減されるときに乗算モジュール３５０が生成するクロック信号を示す。参照クロック信号１３１０のベースバンド周波数は、約１００ＭＨｚで示されている。高調波は、約３００ＭＨｚと約６００ＭＨｚに存在する。
【００８６】
図１３Ｂは、参照クロック乗算モジュール３５０のバンドパスフィルタ３７４の動作を示す。バンドパスフィルタ３７４の通過帯域では、ベースバンド参照クロック信号を、左側のプロットに示した高い掃引速度の動作の間、ｋクロック信号として送信できる。一方、右側のプロットに示す低い掃引速度の動作では、参照クロック信号のベースバンドの第３高調波が、ｋクロック信号として通される。このように、参照クロックモジュールと参照クロック乗算モジュール３５０とを組み合わせることで、掃引光信号の遅い掃引速度が選択されたときに参照クロック信号の高調波であるｋクロック信号を自動的に生成するように機能する。
【００８７】
図１４Ａは、多掃引速度掃引光源１００の実施例の１つを示す。この例では、単一の多速度レーザ１０２が用いられる。これは、高い掃引速度と低い掃引速度の両方で、場合によっては５つ以上の異なる速度で、掃引ができるレーザである。ＤＡＣ１０５からのフィルタ駆動波形信号１０８を用いて、フィルタまたは格子などのキャビティ内可変同調素子を制御する。ある特定の例では、この駆動信号は、組み込まれた米国特許第７，４１５，０４９号に説明されるようなレーザのキャビティで用いられるＭＥＭＳファブリ・ペロ可変同調フィルタを制御するために用いられる。
【００８８】
図１４Ｂは、多掃引速度掃引光源１００の別の実施形態を示す。この例では、多速度ＡＳＥ掃引光源１０４が用いられる。ここでは、特定の実施例において、ＤＡＣ１０５からのフィルタ駆動波形信号１０８が、組み込まれた米国特許出願公開第２０１１／００５１１４８Ａ１号明細書または米国特許出願公開第２０１１／００５１１４３Ａ１号明細書に開示されているようなＡＳＥ源の出力をフィルタリングする１つ以上の可変同調素子を制御するために用いられる。
【００８９】
しかし、いくつかの技術では、異なる掃引速度で動作できるレーザを作製することは可能ではなく、または少なくとも難しいことが多い。
【００９０】
図１４Ｃは、多掃引速度掃引光源１００の別の実施形態を示す。この実施形態では、４つ以上のレーザ１０２−１、１０２−２、１０２−３、１−１０２−ｎなどの多数のレーザが用いられる。これらのレーザの各々は、異なる掃引速度に対して最適化される。これらのレーザは、光源制御（src cntrl）線を介してコントローラ１９０によって選択的に起動される。合成器１０１または光スイッチは、（光源制御信号の制御のもと）レーザの出力を合成してまたは切り替えて、所望の掃引速度に対して現在選択されるレーザからの掃引光信号をマルチインターバルｋクロックモジュール３００およびＯＣＴ干渉計２００に送信する。
【００９１】
図１４Ｄは、多掃引速度掃引光源１００の別の実施形態を示す。この実施形態では、４つ以上の光源、１０４−１、１０４−２、１０４−３、１０４−ｎなどの多数のＡＳＥ源を用いる。これらの光源の各々は、異なる掃引速度に対して最適化される。
【００９２】
本発明は、その好適な実施形態を参照して特に示されかつ記載されたが、その好適な実施形態においては、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲を逸脱せずに、形態および詳細において種々の変更がなされ得ることが当業者によって理解されるであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
掃引光信号を参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する干渉計と、
前記掃引光信号を生成する光掃引源システムであって、少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行うように制御される、光掃引源システムと、
前記掃引速度に応じて、異なる光周波数サンプリング間隔で、前記干渉信号を検出する検出システムとを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様２〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、さらに、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が光周波数の間隔で走査されると、ｋクロック信号を生成する、ｋクロックモジュールを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様３〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、さらに、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記掃引光信号が一定の光周波数間隔で走査されると、ｋクロック信号を生成する、ｋクロックモジュールを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様４〕
態様３に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロックモジュールは、前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングするエタロンと、前記エタロンによってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様５〕
態様３に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロックモジュールは、前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングするｋクロック干渉計と、前記ｋクロック干渉計によってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出するｋクロック検出器とを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様６〕
態様３に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロックモジュールは、前記ｋクロック信号を生成するために、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、複数の参照クロック信号の中からの選択を行うクロックセレクタを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様７〕
態様３に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロックモジュールは、前記ｋクロック信号を生成するために、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、複数の参照クロック信号の周波数を乗算する、ｋクロック乗算モジュールを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様８〕
態様７に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールは、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記複数の参照クロック信号を整流する整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様９〕
態様６に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールは、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記複数のクロック信号を整流する全波整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様１０〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムでは、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域よりも狭い、光コヒーレンストモグラフィシステム
〔態様１１〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムでは、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域と実質的に同一である、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様１２〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムが、異なる走査速度で動作する少なくとも２つのレーザ掃引源を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様１３〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記光掃引源システムが、異なる走査速度で動作する少なくとも２つのＡＳＥ掃引光源を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様１４〕
態様１に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記検出システムは、前記干渉信号を検出する平衡検出器と、この平衡検出器の信号をアナログデジタル変換するデータ取得システムとを含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様１５〕
掃引光信号を生成し、この掃引光信号を少なくとも２種類の掃引速度で周波数走査を行う工程と、
前記掃引光信号を干渉計の参照アームと試料アームとの間で分割し、前記参照アームと前記試料アームとから戻る光信号を合わせて干渉信号を生成する工程と、
前記掃引速度に応じて、異なる光周波数サンプリング間隔で、前記干渉信号を検出する工程とを備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様１６〕
態様１５に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、さらに、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記干渉信号の検出を制御するのに用いられる光周波数の間隔で前記掃引光信号が走査されると、ｋクロック信号を生成する、周波数走査検出工程を備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様１７〕
態様１５に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、さらに、
前記掃引光信号の周波数走査を検出し、前記干渉信号の検出を制御するのに用いられる一定の光周波数間隔で前記掃引光信号が走査されると、ｋクロック信号を生成する、周波数走査検出工程を備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様１８〕
態様１７に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記周波数走査検出工程が、エタロンで前記掃引光信号をフィルタリングする工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様１９〕
態様１７に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記周波数走査検出工程が、ｋクロック干渉計で前記掃引光信号をフィルタリングする工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様２０〕
態様１７に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、さらに、
前記ｋクロック信号を生成するために、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、複数の参照クロック信号の中からの選択を行う、工程を備えた、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様２１〕
態様１５に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、
前記掃引光信号の周波数走査を検出する工程と、
前記掃引光信号が一定の光周波数間隔で走査されると、複数の参照クロック信号を生成する、工程と、
ｋクロック信号を生成するために、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、前記複数の参照クロック信号の周波数を乗算する、工程と、
前記干渉信号の検出を制御するために、前記ｋクロック信号を用いる、工程とを備えた光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様２２〕
態様２１に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、前記複数の参照クロック信号の周波数を乗算する工程が、バンドパスフィルタリングの前に、前記複数の参照クロック信号を整流する工程を含む、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様２３〕
態様１５に記載の光コヒーレンストモグラフィ方法において、高い走査速度の走査帯域が、低い走査速度の走査帯域よりも狭い、光コヒーレンストモグラフィ方法。
〔態様２４〕
光掃引源システムからの前記掃引光信号の周波数走査を検出し、掃引光信号が光周波数の間隔で走査されると、ｋクロック信号を生成する光コヒーレンストモグラフィシステムについてのｋクロックモジュールであって、
前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングする少なくとも２つの光学フィルタと、
複数の参照クロック信号を生成するように、前記少なくとも２つの光学フィルタによってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出する、ｋクロック検出器と、
前記ｋクロック信号を生成するように、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、前記参照クロック信号の中からの選択を行うクロックセレクタとを備えた、ｋクロックモジュール。
〔態様２５〕
態様２４に記載のシステムにおいて、前記光学フィルタはエタロンである、システム。
〔態様２６〕
態様２４に記載のシステムにおいて、前記フィルタはｋクロック干渉計である、システム。
〔態様２７〕
光掃引源システムからの前記掃引光信号の周波数走査を検出し、掃引光信号が光周波数の間隔で走査されると、ｋクロック信号を生成する光コヒーレンストモグラフィシステムのｋクロックモジュールであって、
前記光掃引源システムからの前記掃引光信号をフィルタリングする光学フィルタと、
参照クロック信号を生成するために、前記光学フィルタによってフィルタリングされた前記掃引光信号を検出する、ｋクロック検出器と、
ｋクロック信号を生成するために、前記光掃引源システムに対して選択された掃引速度に応じて、前記参照クロック信号の周波数を乗算するｋクロック乗算モジュールとを備えた、光コヒーレンストモグラフィシステムのｋクロックモジュール。
〔態様２８〕
態様２７に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールが、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記参照クロック信号を整流する整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
〔態様２９〕
態様２７に記載の光コヒーレンストモグラフィシステムにおいて、前記ｋクロック乗算モジュールが、バンドパスフィルタによるフィルタリングの前に、前記ｋクロックモジュールからの前記クロック信号を整流する全波整流器を含む、光コヒーレンストモグラフィシステム。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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