(57)【要約】  本発明の分野は、光測定学であり、本発明は、光コヒーレンス断層撮影（optical coherence tomography：ＯＣＴ）に関する。特に、本発明は、測定されるべき後方散乱パワーのプロファイルへのＯＣＴシステムのダイナミックレンジの深度依存性適合のための装置及び方法に関する。したがって、測定方法のダイナミックレンジを用いられるアナログ／デジタル変換器のダイナミックレンジから切り離すことができる。本発明は、特に、生物学的又は技術的サンプルを強く散乱させ又は強く吸収するという特性決定に用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光コヒーレンス断層撮影のためのシステムであって、
測定深度依存性光後方散乱プロファイル（１１０）の光収集のための光学検出ユニット（２００，２０１，２０９）を含み、前記光学検出ユニット（２００，２０１，２０９；６０１，６０２，２０９）は、収集した前記測定深度依存性光後方散乱プロファイル（１１０）のアナログ測定信号（２１６）を生成するよう設計され、前記光学検出ユニットは、検出された制御信号（２１７）に依存して種々の測定深度と関連した前記アナログ測定信号のフラクションの選択的重み付けを実施するよう設計された制御可能なアナログ信号処理ユニット（２０８）を含み、
前記光学検出ユニットの前記アナログ測定信号（２１６）を収集してこれをデジタル信号に変換するよう設計された信号変換器ユニット（２１１）を含み、
前記信号変換器ユニット（２１１）のダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止め、前記信号変換器ユニットの前記ダイナミックレンジの突き止められたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するように前記制御信号によって前記アナログ信号処理ユニットを制御し、前記信号処理ユニットによって実施される種々の信号フラクションの前記重み付けが補償されるように前記デジタル信号の補正を実施するように設計されたデータ収集・処理ユニット（２１０）を含む、システム。
【請求項２】
前記光学検出ユニットは、
波長が前記光学検出ユニットの走査範囲内で時系列的に可変である光源（６０１）と、
前記光学検出ユニットの光信号をアナログ電気測定信号（６０４）に変換するよう設計された光検出器（２０９）と、を含み、
前記アナログ信号処理ユニット（２０８）は、前記電気測定信号のフィルタリングを実施する適応型線形時不変型フィルタを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記適応型フィルタは、高域通過フィルタ及び／又は帯域通過フィルタ及び／又はノッチフィルタ及び／又は広帯域増幅ユニットを備える、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記光学検出ユニットは、サンプルアーム（２０４）及び参照アーム（２０３）を有する光干渉計（２００）を含み、
前記サンプルアーム（２０４）と前記参照アーム（２０３）との間の光路差が前記測定深度を走査するよう時系列的に可変であり、
前記アナログ信号処理ユニット（２０８）は、前記サンプルアーム（２０４）と前記参照アーム（２０３）との間の前記光路差に依存して前記データ収集・処理ユニット（２１０）によって制御される時系列的に可変の線形増幅及び／又は減衰部材を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記増幅及び／又は減衰部材は、電気増幅及び／又は減衰部材から成る、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記増幅及び／又は減衰部材は、光増幅及び／又は減衰部材から成る、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
光コヒーレンス断層撮影のための方法であって、
光学検出ユニットによって測定深度依存性光後方散乱プロファイルを収集するステップを含み、前記光学検出ユニットは、アナログ測定信号を生成し、
信号変換器ユニット（２１１）によって前記アナログ測定信号をデジタル信号に変換するステップを含み、
前記信号変換器ユニット（２１１）のダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止めるステップを含み、
適応型アナログ信号処理ユニット（２０８）によって種々の測定深度と関連している前記アナログ測定信号のフラクションの選択的重み付けを行って、突き止めた前記ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するステップを含み、
前記アナログ信号処理ユニットによって実施されるアナログ信号の種々のフラクションの重み付けを補償するように、前記デジタル信号を補正するステップを含む、方法。
【請求項８】
前記光後方散乱プロファイルの前記収集、アナログ測定信号の前記生成、及び前記ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートの前記突き止めを、最初に前記適応型アナログ信号処理ユニットの第１の設定で実施し、
その後、前記ダイナミックレンジの前記収集したオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに依存して、前記適応型アナログ信号処理ユニットの適応した設定を実施し、
前記光後方散乱プロファイルの前記収集、アナログ測定信号の前記生成、及び前記ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートの前記突き止めを、既定の割り込み基準が満たされるまで、前記アナログ信号処理ユニットの各々の適応した設定で繰り返し実施し、
前記デジタル信号の前記補正を前記アナログ信号処理ユニットの最後の設定に従って実施する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
光コヒーレンス断層撮影測定を制御するコンピュータ実行方法であって、
信号変換器ユニットによって生成された、光コヒーレンス断層撮影測定の測定深度依存性後方散乱プロファイルのデジタル信号を収集するステップと、
前記信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止めるステップと、
適応型アナログ信号処理ユニットを制御するための制御信号を生成し、種々の測定深度と関連した前記光コヒーレンス断層撮影測定の前記後方散乱プロファイルのアナログ信号フラクションについて前記適応型アナログ信号処理ユニットの前記制御信号によって実施される選択的重み付けが、前記ダイナミックレンジの突き止められた前記オーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するようにするステップと、
かくして種々の信号フラクションについて前記信号処理ユニットによって実行される前記選択的重み付けが補償されるように前記デジタル信号を補正するステップと、を含む、方法。
【請求項１０】
光コヒーレンス断層撮影測定を制御するコンピュータシステムであって、
信号変換器ユニットによって生成される、光コヒーレンス断層撮影測定の測定深度依存性後方散乱プロファイルのデジタル信号を収集するデジタル信号入力部を含み、
前記信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止めるデータ評価モジュールを含み、
前記信号変換器ユニットの前記ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに関して、適応型アナログ信号処理ユニットを制御する制御信号の値を確立する制御ガイドラインを有するデータメモリを含み、アナログ信号フラクションについて前記適応型アナログ信号処理ユニットの前記制御信号によって実施される選択的重み付けが、前記ダイナミックレンジの突き止められた前記オーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺し、
前記データメモリに記憶された前記制御ガイドラインに従って、前記ダイナミックレンジの突き止められた前記オーバーシュート及び／又はアンダーシュートの相殺のための制御信号を生成する制御モジュールを含み、
前記データ評価モジュールは、かくして生成された前記制御信号について、前記制御ガイドラインに従って前記信号処理ユニットによって実施される種々の信号フラクションの選択的重み付けが補償されるよう前記デジタル信号を補正するよう設計されている、コンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光測定学の分野にあり、本発明は、光コヒーレンス断層撮影（optical coherence tomography：ＯＣＴ、なお「光干渉断層撮影」とも呼ばれる）に関する。特に、本発明は、測定されるべき後方散乱パワーのプロファイルへのＯＣＴシステムのダイナミックレンジの深度依存性適合のための装置及び方法に関する。したがって、測定方法のダイナミックレンジを、用いられるアナログ／デジタル変換器のダイナミックレンジから切り離すことができる。本発明は、特に、生物学的又は技術的サンプルを強く散乱させ又は強く吸収するという特性決定に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンス断層撮影は、サンプル（検体）の体積内の光散乱特性を検出する三次元画像化法である。ＯＣＴは、あらゆる空間方向に数マイクロメートルの空間分解能の実現を可能にし、このＯＣＴは、その感度が高いことを特徴としている。ＯＣＴの利用分野は、主として、医療であり、かかる利用分野は、例えば、眼科、皮膚科及び歯科における組織検査を含む。さらに、ＯＣＴは、材料科学及びプロセスエンジニアリングにますます利用されている。ＯＣＴシステムは、様々な形態で存在している。最も広く用いられている形態は、ホアン等（Huang et al.）によって「オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ(Optical Coherence Tomography)」，サイエンス（Science），１９９１年１１月，第２５４巻，第５０３５号，ｐ．１１７８〜１１８１に最初に記載された時間領域ＯＣＴ（ＴＤ‐ＯＣＴ）、ファーシャー等（Fercher）によって「メジャーメント・オブ・イントラオキュラー・ディスタンシーズ・バイ・バックスキャッタリング・スペクトラル・インターフェロメトリ（Measurement of intraocular distances by backscattering spectral interferometry）」，エルセビア・オプティクス・コミュニケーションズ（Elsevier Optics Communications），１９９５年３月，第１１７巻，ｐ．４２〜４８に最初に記載されたスペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ‐ＯＣＴ）及びチン等（Chinn et al.）によって「オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ・ユージング・ア・フリークエンシー‐チューナブル・オプテイカル・ソース（Optical coherence tomography using a frequency-tunable optical source）」，オプティクス・レターズ（Optics Letters），１９９７年３月，第２２巻，第５号，ｐ．３４０〜３４２に最初に記載された波長可変レーザ源を備えたＯＣＴ又は掃引源ＯＣＴ（ＳＳ‐ＯＣＴ）である。本明細書において説明する本発明は、特に、ＴＤ‐ＯＣＴ及びＳＳ‐ＯＣＴ形態に関連しているが、ただし、本発明は、基本的には、これら形態には限定されない。
【０００３】
ＯＣＴでは、検査されるべきサンプルにシングル横モードの源から短いコヒーレント光を照射する。サンプルから後方散乱された光の一部分をシングル横モードで検出し、これが源の光と干渉するようにする。出射した励起光ビームに沿う後方散乱プロファイルを、後方散乱光及び放出光の時間的コヒーレンスから空間分解した状態で求める。サンプルの互いに異なる箇所に測定ビームを照射し、そして後方散乱パワーの種々の深度プロファイルを記録することによって三次元描画を生じさせる（所謂Ａスキャン）。
【０００４】
例えば、従来型ＯＣＴシステムは、照明アーム、サンプルアーム、参照アーム及び検出アームを有するマイケルソン干渉計から成る。各アームは、光ファイバであっても良く自由ビーム光設計例のものであっても良い。照明アームは、光源を含む。参照アームは、光路及び参照反射器を有する。サンプルアームは、光路及び集束測定ヘッドを有する。検出アームは、光検出器を収容している。差動又は差分検波原理を適用した場合、照明アームは、好ましくは、第２の検出アームの追加の仕事を実行する。かかる目的のため、光パワーをカプラ／ビームスプリッタ又はサーキュラによって照明アームから切り離してこれを差動検出器に結合する。
【０００５】
従来型ＴＤ‐ＯＣＴの場合、広帯域放出光源（例えば、白色光）が用いられる。技術的実現手段は、例えば、超放射発光ダイオード（ＳＬＤ）又は高非線形の、例えば微細構造化光ファイバと関連して用いられる短パルスレーザであるのが良い。コヒーレンス特性を検出するため、参照反射器をシフトさせることによって参照アームの光路長を変える。測定ビームに沿う後方散乱により、特有の干渉パターンが生じ、かかる干渉パターンは、参照反射器の位置の関数として記録される。これにより、互いに異なるサンプル深度からの後方散乱の測定が可能である。このようにしてサンプル中の箇所から得られた反射率プロファイルの深度スキャンは、一般に、「Ａスキャン」と呼ばれる。Ａスキャンが基づいている干渉パターンは、光検出器の出力のところのアナログ電気信号の形態で利用できる。干渉パターンは、アナログ／デジタル変換器（「ＡＤ変換器」）によって検出されてデジタル的に分析される。
【０００６】
ＴＤ‐ＯＣＴと同様、従来型ＳＤ‐ＯＣＴも又、広帯域発光源を有している。しかしながら、ＳＤ‐ＯＣＴに関する参照アームの距離は、一定である。干渉光は、スペクトル的に分離された状態で検出され、発生する波長依存性干渉パターンが分析される。かかる目的のため、光グリッドは、互いに異なるスペクトル部分を検出器セル上に画像化する検出器側に取り付けられる場合が多い。個々の反射器上のパワーは、ＡＤ変換器によって読み取られ、更にデジタル処理される。サンプルの深度分解された後方散乱強度プロファイル（Ａスキャン）は、数値フーリエ変換によって計算できる。
【０００７】
従来型ＳＳ‐ＯＣＴのための光源は、広い周波数帯域にわたって迅速に調節される狭帯域レーザである。干渉パターンは、光周波数の関数として検出される。このようにして結果として生じたアナログ電気測定信号は、アナログ／デジタル変換によって検出後に記録され、そして数値フーリエ変換を受ける。この結果、サンプルの深度分解後方散乱強度プロファイル（Ａスキャン）が得られる。
【０００８】
干渉型測定方法は、サンプルから後方散乱された光の高感度コヒーレント検出を可能にする。「イン・ビボ・ウルトラハイ‐リソリューション・オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ（In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography）」，オプティクス・レターズ（Optics Letters），１９９９年９月，第２４巻，第１７号，ｐ．１２２１〜１２２３においてドレキサ等（Drexler et al.）は、帯域通過フィルタ及び検出器とデータ収集手段との間に設けられた増幅器を備えている差動検出方式の時間領域ＯＣＴ（ＴＤ‐ＯＣＴ）を記載している。フィルタは、二次バターワースフィルタとして設計されている。これにより、信号中のノイズ成分の抑制が得られ、かくして、測定感度の向上が可能である。
【０００９】
「シグナル・ポスト・プロセッシング・イン・フリークエンシー・ドメイン・オーシーティー・アンド・オーシーエム・ユージング・ア・フィルタ・バンク・アプローチ（Signal post processing in frequency domain OCT and OCM using a filter bank approach）」，フォトニクス・ウエスト（Photonics West），プロシーディングス・エスピーアイイー・インターナショナル・ソサイエティ・フォア・オプティカル・エンジニアリング（Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng.），２００７年１月，ｐ．６４４３０Ｏ‐６においてホッファー等（Hofer et al.）は、検出器アレイの下流側に設けられたデジタルフィルタを含む周波数領域ＯＣＴシステムを記載している。このフィルタは、シングル型検出器の側方膨張によって生じる信号強度の周波数依存性減少の補償のために用いられる。この論文は、Ａ／Ｄ変換器から見て下流側に位置する数値フィルタリングを記載している。
【００１０】
しかしながら、これら方法の全てに関して、特に強く散乱し又は吸収するサンプルに関し、後方散乱信号は、深度につれて大幅に減少する場合が多い。かくして、従来型測定システムの画定されたダイナミックレンジは、測定可能な深度をもその限界を定める。これは、例えば、サンプル表面に元を発する部分よりも、体積からの著しく弱い後方散乱信号を用いてサンプルを検査する場合の問題である。主としてサンプルの深いところに位置する層に元を発する小さな信号部分は、ダイナミックレンジの限定に起因してもはや検出可能ではない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】ホアン等（Huang et al.），「オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ(Optical Coherence Tomography)」，サイエンス（Science），１９９１年１１月，第２５４巻，第５０３５号，ｐ．１１７８〜１１８１
【非特許文献２】ファーシャー等（Fercher），「メジャーメント・オブ・イントラオキュラー・ディスタンシーズ・バイ・バックスキャッタリング・スペクトラル・インターフェロメトリ（Measurement of intraocular distances by backscattering spectralinterferometry）」，エルセビア・オプティクス・コミュニケーションズ（Elsevier Optics Communications），１９９５年３月，第１１７巻，ｐ．４２〜４８
【非特許文献３】チン等（Chinn et al.），「オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ・ユージング・ア・フリークエンシー‐チューナブル・オプテイカル・ソース（Optical coherence tomography using a frequency-tunable optical source）」，オプティクス・レターズ（Optics Letters），１９９７年３月，第２２巻，第５号，ｐ．３４０〜３４２
【非特許文献４】ドレキサ等（Drexler et al.），「イン・ビボ・ウルトラハイ‐リソリューション・オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ（In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography）」，オプティクス・レターズ（Optics Letters），１９９９年９月，第２４巻，第１７号，ｐ．１２２１〜１２２３
【非特許文献５】ホッファー等（Hofer et al.），「シグナル・ポスト・プロセッシング・イン・フリークエンシー・ドメイン・オーシーティー・アンド・オーシーエム・ユージング・ア・フィルタ・バンク・アプローチ（Signal post processing in frequencydomain OCT and OCM using a filter bank approach）」，フォトニクス・ウエスト（Photonics West），プロシーディングス・エスピーアイイー・インターナショナル・ソサイエティ・フォア・オプティカル・エンジニアリング（Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng.），２００７年１月，ｐ．６４４３０Ｏ‐６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の取り組む課題は、光コヒーレンス断層撮影の使用可能な測定深度を拡大するという課題である。この課題は、独立形式の請求項に記載された特徴を有する光コヒーレンス断層撮影のためのシステム及び方法並びに光コヒーレンス断層撮影測定を制御するためのコンピュータ実行方法及びコンピュータシステムによって解決される。好ましい実施形態は、従属形式の請求項の内容である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一観点では、本発明は、かくして、光コヒーレンス断層撮影のためのシステムを提供する。このシステムは、測定深度依存性光後方散乱プロファイルの光検出のための光検出ユニットを含む。この検出ユニットは、特に、光源によって生じたビームがサンプルビームと参照ビームに分割され、これらビームが後で干渉するようになった干渉型ユニットとして設計される。光検出ユニットは、検出された測定深度依存性光後方散乱プロファイルのアナログ測定信号を生成するよう設計されている。特に、アナログ光干渉信号は、光検出器によってアナログ電気測定信号に変換される。
【００１４】
本発明の特定の観点によれば、光検出ユニットは、検出された制御信号に基づいて互いに異なる測定深度に関するアナログ測定信号の部分を選択的に重み付けするよう設計された制御可能な、即ち調節可能な（適応型）アナログ信号処理ユニットを有する。本発明との関連において重み付けという用語は、測定信号中の特定の信号成分を測定信号中の他の信号成分と比較して強めること又は弱めることに関している。
【００１５】
光コヒーレンス断層撮影の応用方法に基づき、後方散乱プロファイルの互いに異なる測定深度は、アナログ測定信号の互いに異なる成分によって表される。例えば、ＴＤ‐ＯＣＴ測定では、アナログ測定信号は、互いに異なる時点で互いに異なる測定深度を表し、これに対し、例えば、ＳＳ‐ＯＣＴ測定では、アナログ測定信号の互いに異なる周波数成分は、互いに異なる測定深度を表す。かくして、適応型アナログ信号処理ユニットは、それに対応して、例えば、アナログ測定信号を時間的に選択的に重み付けし（弱め又は強め）又は互いに異なる周波数成分を特定的に選択的に重み付けするよう設計されている。個々の測定深度の選択及び重み付けは、好ましくは、制御信号によって正確に決定される。かくして、制御信号は、信号処理ユニットの調節可能な機能を決定する。これは、多くの別々の所定の形態からの選択又は連続的に変化しうる形態からの決定であるのが良い。
【００１６】
さらに、このシステムは、光検出ユニットのアナログ測定信号を検出し、これをデジタル測定信号とみなされるデジタル信号に変換するよう設計された信号変換器ユニットを含む。信号変換器ユニットは、かくして、アナログ／デジタル変換器として働く。このシステムは、信号変換器ユニットのダイナミックレンジを超えているか或いは達していないかを判定するよう設計されたデータ収集・処理ユニットを更に含む。データ収集・処理ユニットは、更に、制御信号によってアナログ信号処理ユニットを制御するよう設計されており、超えた又は達していない信号変換器ユニットの判定されたダイナミックレンジを相殺するようになっている。アナログ測定信号の特定の信号成分が特定の測定深度において検査されるべきサンプルからの特に強い又は特に弱い後方散乱に起因して信号変換器ユニットのダイナミックレンジの外に位置する限り、これら信号成分は、超えなかった又は達しなかった判定ダイナミックレンジを相殺するために適応型アナログ信号処理ユニットによって適切に重み付けされ、即ち減衰され又は増幅される。好ましくは、かくして、弱すぎる信号成分を強めると共に／或いは強すぎる信号成分を弱める。
【００１７】
かくして、信号処理ユニットの影響の結果として、修正された測定信号は、好ましくは、信号変換器ユニットのダイナミックレンジ内にある。特に、修正されたアナログ測定信号は、好ましくは、修正されなかった信号よりも低いダイナミックレンジを有する。また、修正されたアナログ測定信号は、検査されるべきサンプルの後方散乱特性をもはや正確には反映せず、信号変換器ユニットの影響によって変更され又はゆがめられ、この変化又はひずみは、知られており、具体的には特に制御信号によって制御される。修正アナログ信号を信号変換器ユニットによってデジタル化した後、修正デジタル信号は又、検査されるべきサンプルの後方散乱特性を正確には反映しない。補償のため、データ収集・処理ユニットは、信号変換器ユニットによって生成されたデジタル信号を補正して信号処理ユニットによる互いに異なる信号部分の重み付けが補償されるようにする。アナログ測定信号に対する制御信号によって制御されたデータ収集・処理ユニットの影響は、既知であるので、デジタル側の補償が可能である。
【００１８】
アナログ信号処理ユニットを用いず、制限されていないダイナミックレンジを有する仮想信号変換器ユニットを用いてアナログ信号に起因して結果として得られるひずみのないアナログ信号に対応したデジタル信号が提供される。したがって、アナログ信号を検出してこれをデジタル信号に変換することができ、これらデジタル信号のダイナミックレンジは、信号変換器ユニットのダイナミックレンジよりも大きい。この結果、表面上で強く反射するサンプルに関すると共に後方散乱が深度につれて大幅に減少し、例えば、かくして、大幅に吸収性のサンプルに関する場合であっても、光コヒーレンス断層撮影の使用可能な測定深度の拡張が得られる。
【００１９】
かくして、本発明の取り組む課題は、互いに異なる深度に関するアナログ測定信号の部分の重み付けを可能にする本発明の適応型アナログ信号処理ユニットの使用によって解決される。「アナログ測定信号」という用語は、例えば、電気信号を意味している。重み付けは、対応の信号部分の増幅又は減衰であるのが良い。この実施形態の例によって以下に詳細に更に説明するように、この重み付けは、光学的又はアナログ／電気的であって良い。重み付けに起因して、Ａ／Ｄ変換器の一定のダイナミックレンジは、後方散乱測定のための深度依存性可変ダイナミックレンジ上に画像化される。
【００２０】
適応型信号処理ユニットの使用により、垂直測定方向（測定深度）に沿って特別に適合された（即ち、場所依存性の）別個の感度プロファイルを、例えば研究対象のサンプルの各側方位置に関して特に自動的に具体化できる。
【００２１】
好ましい実施形態では、光検出ユニットは、狭帯域光源（特に、掃引源レーザ源）を含み、その波長は、光検出ユニットの走査範囲内で経時的に可変である。かくして、光源のスペクトル幅は、この場合、走査範囲のスペクトル幅よりも実質的に狭い。したがって、特に、このシステムは、好ましくは、掃引源ＯＣＴシステムである。加うるに、光検出ユニットは、好ましくは、光検出ユニットの光信号（特に、光干渉信号）をアナログ電気測定信号に変換するよう設計された光検出器を含む。この実施形態では、アナログ信号処理ユニットは、好ましくは、電気測定信号のフィルタリングを実施する適応型（特に、線形）時不変フィルタ（時間独立型フィルタ）を含む。したがって、特に、光信号によって生じたアナログ電気測定信号のフィルタリングが光検出ユニットによって生じたアナログ測定信号を生成するよう実施される。
【００２２】
したがって、適応型アナログ信号処理ユニットは、この好ましい実施形態では電気信号処理ユニットである。この信号処理ユニットは、この場合、光学式検出器（光検出器）の電気信号のスペクトル適応型フィルタリングを実施し、即ち、互いに異なる周波数成分を別々に減衰させ又は増幅し、従って、これらを別々に重み付けするよう設計されている。信号処理ユニットは、この目的のため、適当な受動型及び／又は能動型フィルタコンポーネントを含むのが良い。この場合、電気信号処理ユニットのスペクトルフィルタ特性、即ち、特に、フィルタコンポーネントの選択及び設定は、制御信号によって制御可能である。かくして、制御信号に応じて、信号処理ユニットの特定のスペクトルフィルタ特性を連続的に又は飛び飛びに設定することができ、これは、この場合、研究対象の測定深度全体にわたり、測定中、不変のままである。Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジが所望の又は基本的に達成可能な測定深度にわたって測定中依然としてオーバーシュートされる場合、信号処理ユニットのフィルタ特性は、好ましくは、対応の制御信号によって更に適合される。
【００２３】
さらに、適応型フィルタは、好ましくは、高域通過フィルタ（特に、フィルタの透過率は、周波数につれて連続的に増大する）及び／又は帯域通過フィルタ（特に、特定の深度範囲の選択について）及び／又はノッチフィルタ（特に、サンプル表面のところの強力な後方散乱ピークを抑制するための帯域消去フィルタの形態をしている）及び／又は広帯域増幅ユニット（特に、とりわけ、深い測定深度のところで少ない信号フラクション（区分、部分）をより強力に重み付けする一方で、他の信号フラクションを別のフィルタコンポーネントによって減衰し又は抑制することができる）から成る。組成及び／又は周波数範囲及び／又は増幅又は減衰の程度をこの場合、制御信号によって別々のステップで又は連続して実現することができる。
【００２４】
別の好ましい実施形態では、光検出ユニットは、サンプルアーム及び参照アームを備えた光学干渉計を含み、サンプルアームと参照アームの光路差は、測定深度を走査するよう時系列的に可変である。システムは、好ましくは、特に時間領域ＯＣＴ測定の原理を使用し、その間、例えば、参照アーム内に設けられた参照反射器は、測定深度を走査するよう参照アームの軸方向にその位置が変えられる。この場合、アナログ信号処理ユニットは、好ましくは、サンプルアームと参照アーム（即ち、特に、参照反射器の位置）の光路差に応じて（かかる光路差に対して時系列的に）データ収集・処理ユニットによって制御される時系列的に可変（好ましくは線形の）増幅及び／又は減衰部材を含む。したがって、測定信号の別個の重み付けが各測定深度について達成される。
【００２５】
適応型アナログ信号処理ユニットをこの場合、種々の仕方で具体化できる。好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニットは、この場合、特に光学式検出器（光検出器）によって生じたアナログ電気信号にこれが信号変換器ユニットによってデジタル化される前に直接作用するアナログ電気信号処理ユニットである。この目的のため、適応型アナログ信号処理ユニットは、好ましくは、電気増幅及び／又は減衰部材を含む。
【００２６】
別の好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニットは、例えば、光信号の少なくとも一部分が光学式検出器によって収集される前に、この光信号の少なくとも一部に直接作用するという点で、光学式検出器（光検出器）によって生成されるアナログ電気信号に間接的に作用するに過ぎない。したがって、この好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニットは、特に、アナログ光信号処理ユニットであり、このアナログ光信号処理ユニットは、特に、光学増幅及び／又は減衰部材を含む。
【００２７】
この場合、光学増幅及び／又は減衰部材は、光ガイド（特に、ビームガイド）の種々の箇所のところに配置されるのが良く、従って、かかる光学増幅及び／又は減衰部材は、光ガイドの種々の区分に作用することができる。かくして、好ましい実施形態では、光学増幅及び／又は減衰部材は、光干渉計のサンプルアーム内に配置される。別の好ましい実施形態では、光学増幅及び／又は減衰部材は、光干渉計の参照アーム内に配置される。別の好ましい実施形態では、光学増幅及び／又は減衰部材は、光学干渉計の検出アーム内に配置され、この検出アーム内で、サンプルアームからの光と参照アームからの光が干渉する。
【００２８】
別の観点では、本発明は、光コヒーレンス断層撮影のための方法を提供し、この方法は、光検出ユニットによって測定深度依存性光後方散乱プロファイルを収集するステップを含む。この場合、収集した測定深度依存性光後方散乱プロファイルのアナログ測定信号を生成する。このアナログ測定信号を信号変換器によってデジタル信号に変換する。加うるに、この方法は、信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止めるステップと、適応型アナログ信号処理ユニットによって種々の測定深度と関連していてアナログ測定信号のフラクションを選択的に重み付けし（減衰させると共に／或いは増幅し）ダイナミックレンジの突き止めたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するようにするステップとを含む。重み付けは、互いに異なる信号成分に対する影響がダイナミックレンジの突き止めたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに応じて標的方式で異なる場合があり、即ち、幾つかの信号成分をこれらが表す測定深度に応じて、幾分減衰させ又は増幅することができるという点で選択的に実施される。
【００２９】
加うるに、この方法は、かくして、アナログ信号処理ユニットによって実施されるデジタル信号中のアナログ信号の種々のフラクションの重み付けを補償するようデジタル信号を補正するステップを含む。
【００３０】
光後方散乱プロファイルの収集、アナログ測定信号の生成及びダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートの突き止めは、好ましくは、適応型アナログ信号処理ユニットの最初の設定のために最初に実施される。その後、ダイナミックレンジの収集したオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに応じて、適応型アナログ信号処理ユニットの適応設定を実施し、光後方散乱プロファイルの収集、アナログ測定信号の生成及びダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートの突き止めを適応設定の使用により再び実施する。ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに依然として遭遇する場合、好ましくは、アナログ信号処理ユニットの設定を用いて制御ループを繰り返し、この設定は、いずれの場合においても、既定の割り込み基準が満たされるまで適合される。次に、デジタル信号の補正は、アナログ信号処理ユニットの最後の設定に応じて実施される。
【００３１】
かくして、好ましくは、短コヒーレンス光測定方法がアナログ測定信号を出力する光学式測定及び検出ユニット、アナログ‐デジタル変換器、適応型アナログ信号処理ユニット及びデータ収集・処理ユニットの助けにより場所依存性後方散乱プロファイルの高度に動的な収集のために提供され、この方法は、以下のステップ、即ち、
１．適応型アナログ信号処理ユニットの最初の設定を用いて後方散乱プロファイルの測定データを記録するステップ、
２．データ収集・処理ユニットにより測定データを評価するステップ、
３．ダイナミックレンジの上限（オーバーシュート）及び下限（アンダーシュート）のオーバーシュートに対してデータを分析するステップ、
４．適応型信号処理ユニットについて適応型信号処理ガイドラインを導き出すステップ、
５．適応型アナログ信号処理ユニットの適応設定を用いて後方散乱プロファイルの測定データを記録するステップ、
６．既定の割り込み基準が満たされるまでステップ２〜５を反復するステップ、
７．測定データに作用する適応型アナログ信号の影響の数値（デジタル）補償を行うステップ、
８．高度に動的な仕方で収集される場所依存性後方散乱プロファイルを出力するステップを含む。
【００３２】
別の観点では、本発明は、光コヒーレンス断層撮影測定を制御するコンピュータ実行方法であって、
‐信号変換器ユニットによって生成された光コヒーレンス断層撮影測定の測定深度依存性後方散乱プロファイルのデジタル信号（デジタル測定信号）を収集するステップと、
‐信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを（例えば、既定の値域に属する既定の最小数のデジタル値の連続によって）突き止めるステップと、
‐適応型アナログ信号処理ユニットを制御するための制御信号を生成し、種々の測定深度と関連した光コヒーレンス断層撮影測定の後方散乱プロファイルのアナログ信号フラクションについて適応型アナログ信号処理ユニットの制御信号によって実施される選択的重み付けがダイナミックレンジの突き止められたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するようにするステップと、
‐かくして種々の信号フラクションについて信号処理ユニットによって実行される選択的重み付けが補償されるようにデジタル信号を補正するステップと、を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００３３】
適当な制御信号を生成するため、好ましくは、最初に、コンピュータ可読及びコンピュータ処理可能制御ガイドラインを提供し、このガイドラインは、ダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートと生成されるべき制御信号との関係式（例えば、公式の形態）を定める。この所定の且つ記憶された関係式をダイナミックレンジの突き止められたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに適用し、かかる関係式は、その結果として、生成されるべき制御信号を提供する。記憶された関係式は、この場合、アナログ信号処理ユニットの光学又は電気的減衰及び／又は増幅特性並びに制御信号に対するこれらの依存性を反映している。かくして、例えば、アナログ測定信号の特定の周波数又は特定の周波数範囲が減衰され又は増幅されるべき場合、ダイナミックレンジの特定の侵害行為を回避するため、制御ガイドラインは、この目的に適した制御信号を定める。特に、制御ガイドラインは、データバンクに記憶される。
【００３４】
別の観点では、本発明は、光コヒーレンス断層撮影測定を制御するコンピュータシステムであって、
‐光コヒーレンス断層撮影測定の測定深度依存性後方散乱プロファイルについて信号変換器ユニットによって生成されるデジタル信号（デジタル測定信号）を収集するデジタル信号入力部を含み、
‐信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを突き止めるデータ評価モジュールを含み、
‐信号変換器ユニットのダイナミックレンジのオーバーシュート及び／又はアンダーシュートに関して、適応型アナログ信号処理ユニットを制御する制御信号の値を確立する制御ガイドラインを有するデータメモリを含み、アナログ信号フラクションについて適応型アナログ信号処理ユニットの制御信号によって実施される選択的重み付けがダイナミックレンジの突き止められたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートを相殺するようにし、
‐データメモリに記憶された制御ガイドラインに従ってダイナミックレンジの突き止められたオーバーシュート及び／又はアンダーシュートの相殺のための制御信号を生成する制御モジュールを含み、
データ評価モジュールは、かくして生成された制御信号についての制御ガイドラインに従って信号処理ユニットによって実施される種々の信号フラクションの選択的重み付けが補償されるようデジタル信号を補正するよう設計されていることを特徴とするコンピュータシステムを提供する。
【００３５】
コンピュータシステムは、好ましくは、本明細書において説明する方法のうちの１つを実行すると共に／或いは制御するよう設計されている。光コヒーレンス断層撮影のための本発明のシステムの好ましい実施形態では、データ収集・処理ユニットは、本発明に従って、特に本明細書において説明する好ましい実施形態のうちの１つに従って光コヒーレンス断層撮影測定を制御するコンピュータシステムを有する。
【００３６】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例示として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来型信号プロファイルとの比較に基づく本発明の方法の好ましい作用効果を示す例示の信号プロファイルを示す図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図３】本発明の第２の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図４】本発明の第３の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図５】本発明の第４の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図６】本発明の第５の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態としての方法を示す流れ図である。
【図８】本発明の第６の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【図９】本発明の第７の好ましい実施形態としてのシステムの概略構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
ＴＤ‐ＯＣＴの場合、観察される後方散乱深度は、参照反射器の位置によって求められる。アナログ測定信号の本発明による重み付けは、好ましくは、この場合、参照反射器の位置に結合される。例えば、重み付けは、時系列的に可変の電気増幅又は減衰部材によって実施されるのが良い。代替的に又は追加的に、時系列的に可変の光学増幅又は減衰部材を使用することができる。
【００３９】
ＳＳ‐ＯＣＴの場合、種々の深度からの散乱光フラクションが電気測定信号の種々の周波数成分上に画像化される。かくして、測定信号の深度選択性重み付けは、例えば、線形時不変型フィルタ（線形時不変型をＬＴＩと称する）を用いてアナログ電気信号のフィルタリングによって達成できる。
【００４０】
両方の方法において、アナログ信号処理の影響は、デジタル処理ステップにおいて再び補正される。反復法では、重み付けガイドライン（信号処理ガイドライン）は、好ましくは、測定されるべき後方散乱プロファイルの形状に適合される。したがって、パワー変化がＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジよりも大きい後方散乱プロファイルを収集することができる。
【００４１】
図１Ａ〜図１Ｄを参照して、好ましい実施形態に基づいて測定システムの動作モード及び測定方法について説明する。この場合、例示のＡスキャン１１０は、深度ｄにわたって後方散乱プロファイルＰの対数分布として示され、この深度ｄは、ＳＳ‐ＯＣＴシステムでは、干渉信号中のそれぞれのスペクトル成分の重ね合わせ周波数ｆに直接関連付けられる。この後方散乱プロファイルＰは、種々の信号領域で構成され、即ち、強い信号ピーク１１２は、通常、サンプル表面の位置で生じ、次に、サンプル１１４中への侵入深度が増大した後方散乱の指数関数的に減少したプロファイル１１３が生じ、このプロファイルは深いサンプル深度のところが測定範囲の下限１１６に対応しており、その結果、信号下限１１５が生じ、この信号下限はサンプル深度（測定深度）の増大につれて更に減少する信号強度の実際の特性をもはや反映しない。ＳＳ‐ＯＣＴの場合、干渉信号中の低周波数フラクション及び定常フラクションの結果として、測定範囲の左側のエッジのところに再構成後方散乱プロファイルの急峻な増加１１１が生じる。
【００４２】
Ａスキャンの従来型記録の場合、測定範囲１１９の下限１１６は、一般に、Ａスキャン内で起こる最も強い後方散乱及びＡ／Ｄ変換器の定量化深度によって定められる。最大後方散乱信号は、依然として、Ａ／Ｄ変換器の定量化範囲内に存在しなければならない。Ａ／Ｄ変換器の既定のダイナミックレンジ１２０の場合（代表的には、７２ｄＢ未満）、かくして、定量化ノイズ（数値で表した定量化ノイズ）のレベル１１８も又、既定である。かくして、サンプルの深い領域からの後方散乱パワーの弱いフラクションは、Ａ／Ｄ変換器の定量化ノイズ１１８によって互いにオーバーラップされる。ただし、アナログ信号のノイズにより原理的に定められるシステムの感度の限界１１７には依然として達していない。アナログ信号のノイズは、特に、光検出プロセスのショットノイズ及び／又はアナログエレクトロニクスの熱ノイズを含み、かかるノイズは、システムの基本的な達成可能感度を定める。
【００４３】
本発明に対応して、今や、アナログ測定信号の規定の操作がアナログ信号処理ユニットによって実施され、その結果、深度選択性重み付けが実施される。この重み付けは、線形であっても良く、非線形であっても良い。かくして、特に、この場合、重み付けは、深い深度（表面からの距離が長い場合）にとっては増幅であっても良く浅い深度（表面に近い場合）にとっては減衰であって良い。一般に、重み付けガイドライン１２４は、特に、弱く散乱した領域からの信号フラクションが強く散乱する区分からの信号フラクションに対して増幅されるよう選択される。
【００４４】
ＴＤ‐ＯＣＴシステムとしての具体化の場合、特性は、時系列的に可変の増幅又は減衰部材によって達成できる。ＳＳ‐ＯＣＴシステムとしての具体化の場合、適応型線形時不変型システムの形態をした種々のスペクトルフィルタを使用することができる。深度ｄにわたる重み付けガイドライン１２４のプロファイルは、好ましくは、この場合、後方散乱プロファイルの予想プロファイルとは本質的には逆に挙動する。図１Ｂは、好ましい実施形態としての重み付けガイドラインＧ（ｄ）の一例を示している。かかる特定の例では、フィルタは、高域通過範囲１２１、ノッチフィルタ１２２、及び高域通過特性１２３を含み、この高域通過特性は、周波数と共に指数関数的に増大する。
【００４５】
修正された後方散乱プロファイルＰ′１３１は、アナログ測定信号に関する信号処理ガイドラインのオプションとしての反復最適化及びこれに関連付けられた深度依存性重み付けガイドラインＧ（ｄ）の適合によって生じ（図１Ｃ）、この修正された後方散乱プロファイルからは干渉変数（例えば、測定範囲の左側の増加１１１）が除かれ、修正された後方散乱プロファイルは、Ａ／Ｄ変換器の利用可能なダイナミックレンジ１１９内で適合される。Ａスキャン内においてこのプロファイルに関連付けられた信号レベルの平準化（レベリング）により、定量化ノイズ（数値で表された定量化ノイズ）のレベル１１８をアナログシステムの基本ノイズ限度１１７の下に低下させることができる。測定範囲の下限１１６は、この場合、測定システムの基本感度限度１１７によって与えられる。
【００４６】
かくして、この方法を用いると、非常に強い散乱パワーと非常に弱い散乱パワーが同時に起こるＡスキャンを記録することができる。アナログ信号処理により引き起こされる後方散乱プロファイルの修正は、引き続き、デジタル段階で再び数値的に補償される。この補正の場合、システム関連干渉変数、例えばＳＳ‐ＯＣＴの測定範囲の左側の増加１１１がなくなる。図１Ｄでは、Ｐ″は、深度依存性重み付けの数値による補正後の実際の後方散乱プロファイル１４０の例示の再構成を示している。
【００４７】
この再構成は、曖昧さのない画像化ガイドラインであり、かかるガイドラインは、Ａ／Ｄ変換器の測定範囲１１９をシステム全体の深度依存性測定範囲１４１上に画像化する。この測定範囲内において、もはやＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ１２０によっては制限されないダイナミックレンジ１２５を用いて後方散乱プロファイルを収集することができる。
【００４８】
本発明の利点は、アナログ測定信号の深度選択性重み付けにより、収集可能な測定範囲の深度依存性プロファイルを規定することができ、これは、測定されるべき後方散乱プロファイル（１１０，１４０）の形状に適合されるということにある。「後方散乱プロファイル」という用語は、この場合、深度ｄの関数としてシステムにより検出される後方散乱光パワーＰのプロファイルを意味している。深度選択性重み付けにより、後方散乱プロファイルを収集することができ、かかる後方散乱プロファイルのパワーばらつきは、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ（１２０）よりも大きい。したがって、本発明により、ＯＣＴシステムの感度範囲全体を用いることができ、従って、強い散乱性及び吸収性の媒体における散乱事象を深い深度で検出することができる。
【００４９】
かくして、例えば、入射光に対してサンプル中の１２０ｄＢを超える減衰を生じた後方散乱信号フラクションを収集することができる。散乱光測定の収集可能なダイナミックレンジは、とりわけ、Ａ／Ｄ変換器の有効定量化深度によって定められ、この定量化深度は、代表的には、９〜１２ビットであり、変換器内のノイズ及び高周波歪みを含む。この定量化深度は、５８〜７２ｄＢのダイナミックレンジに対応している。Ａスキャン内において、この定量化深度は、最大信号振幅と最小信号振幅の比に対応している。
【００５０】
本発明のシステムの好ましい実施形態をＴＤ‐ＯＣＴシステム及びＳＳ‐ＯＣＴシステムの好ましい具体化に基づいて以下において別々に説明する。対応の方法は、この場合、類似の仕方で、例示の具体化の考えられる両方の場合に利用できる。
【００５１】
ＴＤ‐ＯＣＴの場合、アナログ測定信号の本発明による重み付けは、好ましくは、参照反射器の位置に結合される。これは、例えば、以下に説明する好ましい構成例のうちの１つ又は２つ以上で具体化される。以下において説明する好ましい実施形態（図２〜図４）は、マイケルソン干渉計２００を利用したＯＣＴシステムに基づいており、しかしながら、本発明は、他の構成の干渉計にも具体化できる。
【００５２】
照明アーム２１５内に配置された特に広帯域光源２０１、特に白色光源の光は、ビームスプリッタ２０２によって参照アーム２０３及びサンプルアーム２０４に割り当てられ、研究対象のサンプル２０５は、サンプルアーム内に配置されるのが良い。参照反射器２０６が参照アーム２０３内に配置され、この参照反射器は、入射参照光を反射し、これをビームスプリッタ２０２に戻す。参照反射器の位置は、この場合、制御された仕方で参照光のビーム方向に沿って可変であり、その結果、かくして、参照アーム２０３内で案内される参照光とサンプルアーム２０４内で案内されるサンプル光の光路差が可変である。
【００５３】
サンプル２０５からの後方散乱光は、ビームスプリッタ２０２及びシステムの検出アーム２０７内で、参照反射器２０６から反射して戻った光と干渉し、その後、検出器２０９（光検出器）に入射し、この検出器２０９は、好ましくは、光信号をアナログ測定信号２１６の形態をした電気信号に変換する。
【００５４】
測定結果のデジタル式のそれ以上の処理、記憶及び表示のため、測定システムは、データ収集・処理ユニット２１０を含み、このデータ収集・処理ユニットは、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２１１によってアナログ測定信号２１６（特に、電圧信号としての）を収集し、そしてこれを定量化形態でデジタル化する。Ａ／Ｄ変換器２１１は、好ましくは、約８ビットから約１６ビットまでの範囲、特に好ましくは約１２ビットから約１６ビットまでの範囲の量子化深度を有する。データ収集・処理ユニット２１０では、次に、デジタル信号をデータ評価モジュール２１２によってデジタル処理し、その目的は、最終的に、これをデータ出力ユニット２１３（例えば、ディスプレイスクリーンの形態をしている）により出力することができるようにすることにある。
【００５５】
図２の好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニット２０８は、参照アーム２０３内に配置されている。このユニットは、特に、可変光学減衰部材として機能する。参照光は、測定信号の増幅のために用いられるので、参照アーム内の光学減衰の結果として、アナログ干渉信号の減衰が生じ、このアナログ干渉信号は、Ａ／Ｄ変換器２１１に送られる。対応の仕方で、参照アーム内の増幅の結果として、アナログ干渉信号の増幅が生じ、従って、電気信号２１６の増幅が得られる。図３に示された好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニット２０８は、サンプルアーム２０４内に配置され、この適応型アナログ信号処理ユニットは、サンプル２０５から後方散乱された光パワーに直接作用する可変光学減衰部材として機能する。図４に示された好ましい実施形態では、可変光学減衰部材は、検出器２０９の前に位置する検出アーム２０７内の適応型アナログ信号処理ユニット２０８として配置されている。この場合、信号光及び参照光は、同程度に減衰され又は増幅される。図５に示された好ましい実施形態では、適応型アナログ信号処理ユニット２０８は、検出器２０９とアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２１１との間に配置され、この適応型アナログ信号処理ユニットは、可変電気増幅及び／又は減衰部材として機能する。
【００５６】
また、上述の構成を他のＯＣＴシステムに同様に適用することができる。これらシステムとしては、例えば、マッハ・ツェンダー干渉計を利用した形態又は差動光検出方式のシステムが挙げられる。図２〜図５に記載された構成例の組み合わせも又可能であり、かかる構成例では、アナログ測定信号の深度依存性重み付けは、光学及び／又は電気信号経路の多数の点のところでのインターベンションによって達成される。
【００５７】
アナログ信号処理ユニット２０８は、好ましくは、深度スキャン（Ａスキャン）中、多数回にわたってその減衰特性を変える。これは、連続的に且つ／或いは飛び飛びの時点で起こる場合があるということが可能である。十分な適合性を達成するため、時系列的に別個の適合の場合、光学減衰は、深度スキャン中、好ましくは少なくとも５回、特に好ましくは少なくとも２０回変更される。
【００５８】
図５に記載された構成例で用いられているアナログ電気信号処理ユニット２０８は、好ましくは、技術的には、可変低ノイズ増幅器の使用、及び／又は、下流側の可変減衰部材を備えた低ノイズ増幅器の使用によって具体化される。増幅器は、好ましくはＣＭＯＳ増幅器、又は特に好ましくはＧａＡｓ‐ＨＥＭＴ増幅器である。可変減衰部材は、好ましくは、測定用コンピュータからの制御を単純化するためにデジタルステップ付き減衰部材として提案される。
【００５９】
アナログ信号処理ユニットを適応方式で制御するため、データ収集・処理ユニット２１０は、好ましくは、制御モジュール２１４を含み、この制御モジュールは、Ａ／Ｄ変換器２１１の動的限度（dynamic limit）に達したかどうかをモニタするためにデータ評価モジュール２１２への信号接続部を有している。データ評価モジュール２１２は、かくして、特に定量化測定信号が変換器２１１のダイナミックレンジをオーバーシュートしたか又はアンダーシュートしたかどうか、即ち、ダイナミックレンジの上限又は下限をオーバーシュートしたかどうかを検討するよう設計されている。これが起こった場合、制御値（特に範囲侵害行為が起こる測定深度を規定する値）が制御モジュール２１４に送られ、この制御モジュールは、一方において制御信号２１７を介してアナログ信号処理ユニット２０８を再調節し、他方においてデータ評価モジュール２１２を制御し、結果として生じるＡスキャンのデジタル化信号が補正され、デジタル化信号に対するアナログ信号処理ユニット２０８の影響をこのデジタル化信号がディスプレイ２１３に至る前に補償するようにする。したがって、データ評価モジュール２１２によるＡ／Ｄ変換器２１１のダイナミックレンジのオーバーシュートのチェック、及び制御信号２１７を介した制御モジュール２１４によるアナログ信号処理ユニット２０８の影響の考えられる再調節が、特に、適応型閉制御ループの形態で起こる。
【００６０】
ＳＳ‐ＯＣＴ中の測定信号の深度選択性重み付けは、好ましくは、線形時不変型フィルタを用いたアナログ電気信号のフィルタリングによって達成される。好ましい実施形態としての対応の構成が図６に示されている。同じ参照符号が上述の実施形態の場合のように用いられている限り、これに関する説明は、好ましくは、図６の実施形態に同様に適用できる。
【００６１】
掃引源レーザ６０１の光は、測定干渉計６０２中に結合される。これは、例えば、マイケルソン干渉計又はマッハ・ツェンダー干渉計として具体化され、好ましくは、参照アーム、サンプルアーム及び研究対象のサンプルを含む。参照アーム及びサンプルアームからの重ね合わされた光波が互いに干渉状態になり、そしてこれら光波は、光検出器２０９内に二次形式で受け入れられる。結果として生じるアナログ電気測定信号６０４は、浅い深度のところでの散乱に源を発するより小さい光路長差からの低周波数フラクションと、より大きなサンプル深度からの高周波数フラクションとから成っている。これら信号フラクションは、適応型電気‐アナログ信号処理ユニット２０８内での周波数選択性フィルタリングによって平準化される。
【００６２】
この信号処理ユニット２０８は、例えば、線形時不変型フィルタと可変増幅器部材の組み合わせとして具体化される。フィルタは、多数のカスケード型ステップを含むのが良い。これらステップは、例えば、以下のシステムであるのが良く、即ち、
‐基本周波数（好ましくは、Ａスキャンの記録速度の２倍〜１０倍に相当する）を備えた高域通過フィルタ、
‐強い散乱事象（例えば、サンプルの表面反射）の狭帯域寄与を抑制する、高品質の波長可変ノッチフィルタ、
‐サンプル内における光学減衰の結果としてのパワー差を補償する、指数関数的に増大する透過特性を備えた広帯域通過フィルタ。
【００６３】
広帯域通過フィルタを例えば、一次又は二次受動型ＬＣフィルタ又は能動型バターワースフィルタとして具体化でき、これは、透過範囲中の平坦な相転移を補償する。したがって、これらフィルタは、１デケード当たり好ましくは２０ｄＢ〜４０ｄＢのフランク・スチープネスを有する。ノッチフィルタは、好ましくは、ＲＣツイン‐Ｔフィルタとして受動的に具体化され、好ましくは、サレン・キー構成の状態で能動型コンポーネントに接続される。さらに、この場合、好ましくは、能動型フィルタコンポーネントの使用が検討される。
【００６４】
さらに好ましい実施形態では、スペクトルフィルタがフィルタバンクとして構成される。これは、組み合わせ状態の帯域通過フィルタと減衰部材の並列結合から成るのが良い。かくして、個々の周波数帯域を標的方式でアクティブ状態にすることができる。個々の帯域通過フィルタは、受動型ＬＣフィルタ又は能動型コンポーネントとして使用できる。可変増幅部材は、可変低ノイズ増幅器の使用、又は下流側可変減衰部材を備えた低ノイズ増幅器の使用により技術的に具体化できる。増幅器は、好ましくは、ＣＭＯＳ増幅器又は特に好ましくはＧａＡｓ‐ＨＥＭＴ増幅器である。可変減衰部材は、特にデータ収集・処理ユニット２１０の制限モジュール２１４による測定用コンピュータからの制御を単純化するためにデジタルステップ付き減衰部材として提案される。
【００６５】
処理済みアナログ信号２１６をアナログ／デジタル変換器２１１でサンプリングして定量化する。この変換器は、好ましくは、約８ビットから約１６ビットの範囲、特に好ましくは約１２ビットから約１６ビットの範囲にある定量化深度を有する。データ収集・処理ユニット２１０では、デジタル信号は、今や、好ましくは複数のデジタル処理ステップ２１２を受け、その間、信号がディスプレイ２１３に来る前にアナログ電気信号処理ユニット２０８の影響が除かれる。上述したように、定量化測定信号が変換器２１１のダイナミックレンジをオーバーシュートしているかアンダーシュートしているかが特にデジタル処理ステップ２１２で検討される。これがそうである場合、対応の情報を制御モジュール２１４に送り、この制御モジュールは、アナログ‐デジタル信号処理ユニット２０８を再調節すると共にデータ評価モジュール２１２におけるデジタル補正を再調節し、特に、この時点で新たなＡスキャンの記録をトリガする。
【００６６】
図７は、本発明の好ましい実施形態としての方法を示す流れ図である。したがって、この方法は、特にアナログ信号処理ユニット（例えば、図２〜図６に記載されている）を含むＯＣＴシステムに利用され、一般に、この方法は、Ａ／Ｄ変換器２１１のダイナミックレンジからの深度後方散乱測定（Ａスキャン）の全体的ダイナミックレンジの切り離しを引き起こし、従って、測定のダイナミックレンジの拡張を可能にする。
【００６７】
図示の方法は、特に、以下のステップを含む。
【００６８】
７０１．アナログ信号処理ユニットの最初の設定を用いてＡスキャンを記録する。したがって、記録は、好ましくはＴＤ‐ＯＣＴの場合は参照反射器の深度スキャンを含み、又はＳＳ‐ＯＣＴの場合は掃引源レーザの周波数スキャンを含み、そしてアナログ電気測定信号への変換及びそのアナログ／デジタル変換を含む。
【００６９】
７０２．測定データのデジタル信号処理及び深度依存性強度プロファイルの確認を行う。
【００７０】
７０３．アナログ／デジタル変換器のダイナミックレンジの侵害行為に関して深度依存性強度プロファイルの検討を行う。
【００７１】
７０４．ダイナミックレンジが例えば電圧測定範囲をオーバーシュートすることにより又は最も小さな定量化ステップをアンダーシュートすることによって局所的に侵害された場合、アナログ信号処理ユニットの２回目の設定を確認し、この２回目の設定は、範囲の侵害を相殺する。
【００７２】
７０５．アナログ信号処理ユニットのための変更したパラメータの影響下において別のＡスキャンの反復記録の繰り返しを行う。
【００７３】
７０６．割り込み基準がステップ７０３で満たされるまでステップ７０２〜７０５を繰り返し実施する。これは、変換器のダイナミックレンジの非侵害、又はシステムコンポーネントの技術的限度の到達を含む場合がある。
【００７４】
７０７．測定データに対する適応型アナログ信号処理の影響の数値による（デジタル）補償を行う。
【００７５】
７０８．高度に動的な仕方で収集される場所依存性後方散乱プロファイルの出力／記憶／評価を行う。
【００７６】
完全を期すためにＳＳ‐ＯＣＴ及びＴＤ‐ＯＣＴについてそれぞれ以下において例示の一実施形態を説明する。
【００７７】
以下において、図８を参照して高度に動的なＴＤ‐ＯＣＴシステムに基づき本発明の具体化のための好ましい例示の実施形態について説明するが、この実施形態では、アナログ電気信号処理ユニット２０８は、検出器２０９とＡ／Ｄ変換器２１１との間に配置されている。この例は、測定干渉計としてマイケルソン干渉計２００を利用している。この例は、半透過ミラー２０２（ビームスプリッタとして）、照明アーム２１５、サンプルアーム２０４、参照アーム２０３、及び検出アーム２０７を有している。干渉計は、好ましくは、開口ビーム光学系を備えた状態で構成されている。２つの光ファイバコリメータ８０７が光ビームを取り込んだり取り出したりするために用いられる。１１０ｎｍのスペクトル帯域幅及び１３３０ｎｍの中間波長を備えた白色光源２０１としての超放射発光ダイオードが照明アーム２１５内に配置されている。
【００７８】
サンプルアーム２０４は、好ましくは、２つのガルバノメータ走査ミラーから成るビーム偏向ユニット８０９を有し、ガルバノメータ走査ミラーは、各横偏向方向について１つ設けられている。この次にサンプルアーム２０４内には走査レンズ８１０が設けられ、この走査レンズ８１０は、ビーム偏向ユニットに適合し、この中で生じた偏向角度を横方向オフセットに変換する。走査レンズ８１０は又、コリメートされた光ビームをサンプル２０５中に集束するためにも用いられる。参照アーム２０３は、好ましくは、変位可能な参照反射器２０６を有する。
【００７９】
この例示の実施形態では差動受信方式を利用する。したがって、照明アーム２１５は、更に、第２の検出アームの仕事（タスク）を実行する。光パワーは、第１の５０‐５０カプラ８１３によって照明アーム２１５から部分的に取り出され、そして、この目的のため、検出アーム２０７からの光のように差動検出器２０９に送られる。両方の検出器入力のところで等しい信号強度を達成するため、第２の５０‐５０カプラ８１５が検出アーム内に配置されている。差動受信機が特に直列接続された２つのフォトダイオード８１６及びトランスインピーダンス増幅器８１７で構成される。両方の入力の光パワー差は、出力のところの電圧信号に比例的に変換される。
【００８０】
アナログ信号処理ユニット２０８は、検出器とアナログ／デジタル変換器２１１との間に配置され、このアナログ／デジタル変換器は、例えば１６ビットＡ／Ｄ変換器として具体化される。アナログ信号処理ユニット２０８は、詳細に言えば、特に、線形時不変型要素（ＬＴＶ）８２０、低ノイズ増幅器８２１、及びデジタルステップ付き減衰部材８２２を含む。この場合、線形時不変型要素は、好ましくは、この実施形態では、可変電気減衰器である。データ収集・処理ユニット２１０は、好ましくは、数値データ評価モジュール２１２、制御モジュール２１４、及びデータ出力ユニット２１３を含む。数値データ評価モジュールは、デジタル化された信号を処理するために用いられる。これは、特に、測定データからの後方散乱プロファイルの再構成、アナログ信号処理の影響の数値補正、及びアナログ／デジタル変換器２１１のダイナミックレンジの可能性のある局所オーバーシュートの認識を含む。かかる範囲オーバーシュートは、例えば、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの上縁又は下縁のところの多数の連続値によって認識できる。
【００８１】
制御モジュール２１４は、特に、アナログ測定信号が局所範囲のオーバーシュート又はアンダーシュートの時点においてそれぞれ減衰され又は増幅されるという点でアナログ信号処理ユニット２０８の制御によってこれら範囲オーバーシュートを相殺するという役目を果たす。また、制御モジュール２１４は、データ評価モジュール２１２によるアナログ信号処理ユニット２０８の影響及びサンプルアーム２０４内のビーム偏向ユニットの影響の数値補正ステップ、即ちデジタル補償を制御する。データ収集・処理ユニット２１０を出た制御モジュール２１４の制御信号は、好ましくは、この目的のため、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８２７によって変換される。
【００８２】
別の好ましい実施形態としての拡張ダイナミックレンジを備えたＳＳ‐ＯＣＴシステムにおける本発明の考えられる具体化例が図９に示されている。マイケルソン干渉計２００が測定干渉計として図示されている。この干渉計は、ビームスプリッタとしての半透過ミラー２０２、照明アーム２１５、サンプルアーム２０４、参照アーム２０３、及び検出アーム２０７を有している。この干渉計は、好ましくは、自由ビーム光学系で構成されている。２つの光ファイバコリメータ８０７が光ビームを取り込んだり取り出したりするために用いられる。例えば、１２４０ｎｍから１３８０ｎｍまでの波長範囲にわたり波長可変であり、２０ｋＨｚの走査速度を有する掃引源６０１が照明アーム２１５内に配置されている。サンプルアーム２０４は、ビーム偏向ユニット８０９を有し、このビーム偏向ユニットは、特に、２つのガルバノメータ走査ミラーを含み、ガルバノメータ走査ミラーは、各横偏向方向についてそれぞれ１つ設けられている。この後に走査レンズ８１０がサンプルアーム２０４内に設けられ、この走査レンズは、ビーム偏向ユニット８０９に適合し、このビーム偏向ユニット内で生じた偏向角度を横方向オフセットに変換する。また、走査レンズ８１０は、コリメートされた光ビームを次のサンプル２０５中に集束するために用いられる。参照アームは、固定的に配置された参照反射器２０６を有している。
【００８３】
この例示の実施形態では差動受信方式を利用する。したがって、照明アーム２１５は、更に、第２の検出アームの仕事を実行する。光パワーは、第１の５０‐５０カプラ８１３によって照明アーム２１５から部分的に取り出され、そして、この目的のため、検出アーム２０７からの光のように差動検出器２０９に送られる。両方の検出器入力のところで等しい信号強度を達成するため、第２の５０‐５０カプラ８１５が検出アーム内に配置されている。差動受信機が特に直列接続された２つのフォトダイオード８１６及びトランスインピーダンス増幅器８１７で構成される。両方の入力の光パワー差は、出力のところの電圧信号に比例的に変換される。
【００８４】
アナログ信号処理ユニット２０８は、検出器２０９とアナログ／デジタル変換器２１１との間に配置され、このアナログ／デジタル変換器は、例えば１２ビットＡ／Ｄ変換器として具体化される。アナログ信号処理ユニット２０８は、詳細に言えば、特に、線形時不変型要素（ＬＴＶ）９２０、低ノイズ増幅器８２１、及びデジタルステップ付き減衰部材８２２を含む。この場合、適応型フィルタユニットは、好ましくは、２００ｋＨｚの制限周波数を有する二次ＬＣ‐バターワース高域通過フィルタ、可変遮断周波数ノッチフィルタ及び約２ＭＨｚから約２０ＭＨｚまでの範囲の設定可能な制限周波数を有するバターワース形態の能動型高域通過フィルタの直列回路として構成されている。
【００８５】
データ収集・処理ユニット２１０は、特に、数値データ評価モジュール２１２、制御モジュール２１４、及びデータ出力ユニット２１３を含む。数値データ評価モジュールは、特に後方散乱深度に関する測定信号のフーリエ変換及び逆算用に設計されており、これは、特に、アナログ信号処理の数値補正及びアナログ／デジタル変換器２１１のダイナミックレンジの可能性のある局所オーバーシュートの認識を含む。かかる範囲オーバーシュートは、例えば、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジの上縁のところの多数の連続非フーリエ変換値又はこのシステムのノイズ下限のところの多数の連続フーリエ変換値によって認識できる。このノイズ限度は、例えば空中で後方散乱が見込まれない深度スキャンの箇所で読み取り可能である。
【００８６】
制御モジュール２１４は、アナログ信号処理ユニット２０８の制御によってこれら範囲オーバーシュートを相殺するよう設計されている。この目的のため、スペクトルフィルタ特性が適合され、増幅及び減衰部材の増幅及び減衰性能が適合される。例えば、ファセット反射が見える周波数帯域が標的方式で減衰される。この適合プロセスは、好ましくは、反復して実施される。全体的反射性プロファイルは、特に好ましくは、Ａ／Ｄ変換器２１１のダイナミックレンジのオーバーシュートが上端で起こることがない程度に強く減衰される。これは、フーリエ変換の前にチェックされる。次のステップでは、信号のフーリエ変換が好ましくは行われる。提供されている信号は、どの周波数フラクションがより大きなパワーであるのかを示す。次に、線形時不変型フィルタ９２０をより強い周波数フラクションが減衰されるよう設定可能である。次に、この見返りに、入力信号の全体的パワーが再び増大され、即ち、減衰作用が低下される。Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジのオーバーシュートが更に起こった場合、適合ステップを繰り返す。
【００８７】
制御モジュール２１４は、好ましくは、更に、データ評価モジュール２１２内のアナログ信号処理ユニット２０９及びサンプルアーム２０４内のビーム偏向ユニット８０９の影響の数値補償を制御するよう設計されている。データ収集・処理ユニット２１０を出た制御信号は、この目的のため、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）８２７で変換される。
【符号の説明】
【００８８】
１１０  後方散乱プロファイル
１１１  増加
１１２  信号ピーク
１１３  後方散乱の指数関数的に減少するプロファイル
１１４  研究対象のサンプル
１１５  従来の信号下限
１１６  測定範囲の下限
１１７  基本的な（アナログ）感度限度
１１８  Ａ／Ｄ変換器の定量化ノイズレベル
１１９  測定範囲
１２０  Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ
１２１  高域通過範囲
１２２  ノッチフィルタ
１２３  周波数につれて指数関数的に増加する高域通過特性
１２４  重み付けガイドライン
１２５  システムの有効ダイナミクス
１３１  修正後方散乱プロファイル
１４０  再構成後方散乱プロファイル
１４１  深度依存性測定範囲
２００  マイケルソン干渉計
２０１  広帯域光源
２０２  ビームスプリッタ
２０３  参照アーム
２０４  サンプルアーム
２０５  サンプル
２０６  参照反射器
２０７  検出アーム
２０８  適応型アナログ信号処理ユニット
２０９  検出器
２１０  データ収集・処理ユニット
２１１  アナログ／デジタル変換器
２１２  データ評価モジュール
２１３  データ出力ユニット
２１４  制御モジュール
２１５  照明アーム
２１６  アナログ測定信号
２１７  制御信号
６０１  波長可変レーザ源
６０２  測定干渉計
６０４  測定信号
８０７  光ファイバコリメータ
８０９  ビーム偏向ユニット
８１０  走査レンズ
８１３  光結合器
８１５  光結合器
８１６  フォトダイオード
８１７  トランスインピーダンス増幅器
８２０  線形時不変型要素（線形の時間に独立な要素）
８２１  電気増幅器
８２２  デジタル段階的減衰部材
８２７  デジタル／アナログ変換器
９２０  線形時不変型要素
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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