(57)【要約】  変調スキームを用いる時間領域光干渉断層撮影システムは、遅延線のスキャン範囲を異なるスペクトル帯域に多重化する。このような変調スキームは、同一の変調パターンがいくつかのチャネルで使用されるため、単一の遅延線素子と比べて電力消費を低減する。例えば、光干渉断層撮影システムは群遅延素子を有する多数のステージを含んでもよい。個別の群遅延は、異なる軸方向スキャン深さ範囲で個別の電気的周波数でのサンプルのスキャンをもたらす。
2018531636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記リファレンスアームは、複数のステージを含んでおり、
上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらすように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項２】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項３】
上記ステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項４】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項３に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項５】
上記ステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項６】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項５に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項７】
群遅延素子の各々は熱光学変調器である、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項８】
各ステージの上記固定の遅延素子は、他のステージの上記固定の遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項９】
上記群遅延変調器の各々が適用される位相変調信号の周波数は同一である、請求項８に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１０】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なる、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１１】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記サンプルアームは、複数のステージを含んでおり、
上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらすように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項１２】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１３】
上記ステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１４】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項１３に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１５】
上記ステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されている、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１６】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項１５に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１７】
群遅延素子の各々は熱光学変調器である、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１８】
各ステージの上記固定の遅延素子は、他のステージの上記固定の遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１９】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なる、請求項１１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２０】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームの１つは、第１の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は固定の群遅延素子を有しており、
他の上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、第２の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器の各々が群遅延をもたらすように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項２１】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２２】
上記第１の複数のステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されており、上記第２の複数のステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２３】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項２２に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２４】
上記第１の複数のステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されており、上記第２の複数のステージは、２ｎ個のチャネルが互いに結合されている、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２５】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項２４に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２６】
群遅延変調器の各々は熱光学変調器である、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２７】
各ステージの上記固定の遅延素子は、他のステージの上記固定の遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２８】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なっている、請求項２０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２９】
光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線であって、
入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、
上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第１部分にもたらされる上記第１群遅延を変える、上記第１光路における第１変調器と
を備える第１ステージと、
上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、
上記入力された放射ビームの上記第３部分に上記第１群遅延と異なる第２群遅延をもたらす、第３光路における第２群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第３部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第３光路における第２変調器と
を備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、
を備える、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線。
【請求項３０】
光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線であって、
入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、
上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの第２部分にもたらされる群遅延を変調する、上記第２光路における第１変調器と
を備える第１ステージと、
上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、
上記入力された放射ビームの上記第３部分に上記第１群遅延と異なる第２群遅延をもたらす、第３光路における第２群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第４部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第４光路における第２変調器と
を備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、
を備える、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０１５年８月１９日に出願された米国出願第６２／２０７，０４９号に基づく優先権を主張するものであり、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（分野）
本発明の実施形態は、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線の設計、及び使用方法に関する。
【０００３】
（背景）
光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）は、広帯域光源および干渉検出システムによる高い軸方向分解能の深さ分解情報を提供する医用撮影技術である。ＯＣＴは、眼科学、心臓学から、婦人科学、生物組織の生体外高分解研究に至って多数の用途がある。
【０００４】
従来から、ＯＣＴの軸方向情報は干渉手法を通じて得られる。時間領域光干渉断層撮影（ＴＤ−ＯＣＴ）は、干渉検出システムにおける、時間と共に変動する可変の経路長を利用する。よって、ＴＤ−ＯＣＴにおける１つの素子は、サンプル内の深さスキャン（または軸方向スキャン）を実行するために用いられる可変の遅延線である。いくつかの文献には、ＯＣＴで用いるための高スキャン速度で必要となる遅延変化範囲を提供可能な遅延線の実装について記載されている。
【０００５】
例えば、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる世界知的所有権機関（ＷＩＰＯ）の国際公開第２０１３／００１０３２号（Ａ１）には、周波数チャネルにて分離するために変調器を用いて少なくとも１つの経路において光を異なる長さで経路に拡散する多重化スキームが記載されている。この方法では、軸方向スキャン距離を増やし、可変の遅延部品における後続のスキャンの増大を避けている。
【０００６】
機械的または電気的光遅延線などの他の実装で見られるように、システムの帯域幅はスキャン速度の観点でＯＣＴの性能を制約する。帯域幅の端に近い周波数での位相変調および振幅変調は非線形な振る舞いを誘引する。熱光学変調器の場合、高周波数での位相変調は温度変化に沿って不均一な光位相応答を生成する。結果として、周波数応答は広がりを持つ。
【０００７】
この周波数応答の広がりはフィルタリング処理を複雑にする。隣接チャネルも同様にフィルタリングされ、歪みおよび二重画像を生成するからである。さらに、帯域幅の検出は全てのスキャン情報を復元するために増やさなければならない。あいにく、帯域幅の検出が増えればノイズが増え、それゆえ、画像品質またはＳＮ比（ＳＮＲ：signal to noise ratio）は低下する。
【０００８】
線形（ただし低変調）周波数領域では、フィルタの次数（order）が高くなり、スペクトラムチャネル分離を複雑にする。遅延線の周波数および変調器の周波数が減るようにシステム全体を基準化することは貧弱なフレームレート性能をもたらす。過去１０年間でＯＣＴ計測は大きく改良されたが、努力はイメージング速度および品質に焦点が当てられており、コスト、サイズ、およびシステムの複雑さを減少させる進歩はほんのわずかである。このことが、確立した眼科学を超えた新たな臨床用途においてＯＣＴを広範囲に適用することを妨げる主要因の一つであると信じられている。ＯＣＴイメージングエンジンのさらなる小型化は、技術の広範囲な適用を促進し、新たな用途範囲を開拓する可能性を有する。
【０００９】
〔簡単な概要〕
上述した問題を解決するために、周波数多重化による、可変の遅延線に基づく変調スキームが提供される。そのような多重化は単一の周波数変調を維持しつつチャネル毎に異なるスキャン範囲および速度を有することにより実行される。本明細書で開示するＴＤ−ＯＣＴシステムは遅延線のスキャン範囲を異なるスペクトル帯域に多重化する変調スキームを用いる。変調スキームは、同一の変調パターンがいくつかのチャネルで使用されるため、単一の遅延線素子と比べて電力消費を低減する。
【００１０】
ある実施形態において、光干渉断層撮影システムは、放射ビームを供給する光源と、上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、上記リファレンスアームは、複数のステージを含んでおり、上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらすように構成されてもよい。
【００１１】
他の実施形態において、光干渉断層撮影システムは、放射ビームを供給する光源と、上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、上記サンプルアームは、複数のステージを含んでおり、上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらすように構成されてもよい。
【００１２】
他の実施形態において、光干渉断層撮影システムは、放射ビームを供給する光源と、上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームの１つは、第１の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は固定の群遅延素子を有しており、他の上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、第２の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は群遅延変調器を有しており、区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器の各々が群遅延をもたらすように構成されてもよい。
【００１３】
他の実施形態において、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線は、入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、上記入力された放射ビームの上記第１部分にもたらされる上記第１群遅延を変える、上記第１光路における第１変調器とを備える第１ステージと、上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、上記入力された放射ビームの上記第３部分に第２群遅延をもたらし、上記第１群遅延と異なる、第３光路における第２群遅延素子と、上記入力された放射ビームの上記第１部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第３光路における第２変調器とを備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、を備えてもよい。
【００１４】
他の実施形態において、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線は、入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、上記入力された放射ビームの上記第２部分にもたらされる群遅延を変調する、上記第２光路における第１変調器とを備える第１ステージと、上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、上記入力された放射ビームの上記第３部分に第２群遅延をもたらし、上記第１群遅延と異なる、第３光路における第２群遅延素子と、上記入力された放射ビームの上記第４部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第４光路における第２変調器とを備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、を備えてもよい。
【００１５】
〔図面の簡単な説明〕
添付の図面は、本明細書に引用され本明細書の一部を成すものであり、本発明に係る実施形態を示すものである。添付の図面は、本発明を当業者が製造かつ使用することができるように、本明細書の記載とともに本発明の原則を説明する役割をさらに果たす。
【００１６】
図１は、ある実施形態に係る反射ＯＣＴシステムのブロック図を示す。
【００１７】
図２は、提案する変調スキームを実装するための多段ネットワークの一例を示す。
【００１８】
図３は、遅延線変調スキームのある実施形態を示す。
【００１９】
図４は、ＦＤＭチャネルスキャン深さおよび周波数スペクトルの実施例を示す。
【００２０】
図５は、ある実施形態に係るトランスミッシブＯＣＴシステムのブロック図を示す。
【００２１】
図６は、提案する変調スキームを実装するための多段ネットワークの他の一例を示す。
【００２２】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して説明される。
【００２３】
〔詳細な説明〕
特定の構成および配置について説明されているが、これらは例示のみを目的として説明されていることを理解されるべきである。当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の構成および配置を適用し得ることを理解するであろう。本発明が種々の他の用途にも用いることができることは当業者にとって明白であろう。
【００２４】
本明細書において、「一実施形態」（one embodiment）、「ある実施形態」（an embodiment）、「例示の実施形態」（an example embodiment）等の記載についての言及は、記載された実施形態が特定の構成、構造、または特性を含む場合があるものの、全ての実施形態が必ずしも特定の構成、構造、または特性を含むものではないことを意味する。さらに、そのような表現は、必ずしも同一の実施形態について言及するものではない。さらに、特定の構成、構造、または特性がある実施形態と関連づけて説明される場合は、そのような特定の構成、構造、または特性が他の実施形態と関連して機能することは、明示されていないとしても当業者の理解の範疇である。
【００２５】
本明細書に記載の実施形態は、干渉装置内の放射ビーム（beam of radiation）に対する群遅延（group delay）をもたらすシステムおよび方法に関する。例えば、干渉装置は、あるサンプル内の異なる深さにおける画像データを提供するために光干渉断層撮影（ＯＣＴ）などの低コヒーレンス干渉を用いる。研究下では、光の群遅延の変化はサンプル内のスキャン深さの変化に対応する。本明細書に記載の各実施形態は軸方向スキャンのための変調スキームについて主に着眼しているが、これらの実施形態は３Ｄ容積画像を生成する周知の横方向スキャンシステムを組み合わせてもよい。
【００２６】
本明細書に記載の様々な実施形態において、群遅延は放射ビームを導く導波管材の屈折率を制御することにより変わる。このことは、例えば、反射率が活発な温度変化により制御される、少なくとも一つの領域上の多重通行を行う導波管セグメントを有することにより達成され、熱素子により生成される熱が再利用される。しかしながら、単一通行システムが本明細書に記載の実施形態で利用されてもよい。反射率を制御するために熱勾配を生成する以外の他の技術が使用されてもよい。
【００２７】
図１は、光源１０２、分割素子（分光素子）１０４、サンプルアーム１０６、リファレンスアーム１０８、可変遅延システム１１２、および検出器１１４を備えるＯＣＴシステム１０１を示す。本実施形態では、可変遅延システム１１２はリファレンスアーム１０８内に配置されている。しかし、可変遅延システム１１２は、サンプルアーム１０６内に配置されてもよいことを理解されたい。サンプルアーム１０６のシンプルな遅延線は、サンプルへの光の伝搬、およびサンプルからの光の反射に利用される。一例において、サンプルアーム１０６およびリファレンスアーム１０８は、パターンまたはリブの導波管または光ファイバーなどの光導波管を含む。
【００２８】
ある実施形態によれば、可変遅延システム１１２を利用するＯＣＴシステム１０１は、サンプル１１０のイメージングに用いられる。可変遅延システム１１２はＯＣＴシステム１０１内の光に対する可変遅延を提供する。サンプル１１０から反射した光および可変遅延システム１１２から戻る光は、高分解３次元容積イメージなどの、サンプルの高分解能イメージを形成するために処理される。なお、「電磁放射」、「光」、「放射ビーム」、および「光ビーム」の文言は、全て、本明細書に記載の種々の素子およびシステムを経由して伝播する同一の電磁放射信号について記載するために用いられている。
【００２９】
ある実施形態において、ＯＣＴシステム１０１の全ての要素は、プレーナ光波回路（planar lightwave circuit，ＰＬＣ）に集積されている。別の実施形態では、少なくとも可変遅延システム１１２内の素子はＰＬＣの同一基板上に集積されている。また、例えば、光ファイバシステム、自由空間光学システム、フォトニック結晶システム等の、その他の実装を検討してもよい。
【００３０】
ＯＣＴシステム１０１は、明瞭さを期すために図示しない他の光学素子を任意の数だけ備えてもよいことを理解されたい。例えば、ＯＣＴシステム１０１は、ミラー、レンズ、回折格子、スプリッタ、マイクロメカニカル素子等を、サンプルアーム１０６またはリファレンスアーム１０８の経路に沿って備えてもよい。ＯＣＴシステム１０１は、様々な変調素子は非アクティブな光路にて生成される干渉信号をおさえるように構成されている。他の例では、ＯＣＴシステム１０１はビームに対する付加的な物理横方向スキャンを適用するＭＥＭＳ（微小電気機械システム）を含んでいてもよい。光路内の光学素子はマイクロ製造技術により集積された電気機械アクチュエータ（例：熱拡張、圧電、または、静電力）にて置き換えられてもよい。
【００３１】
分割素子１０４は、光源１０２から受けた光を、サンプルアーム１０６またはリファレンスアーム１０８の両方に導くために使用される。分割素子１０４は、例えば、双方向カプラ、光学的スプリッタ、または、１つの光線を２つ以上の光線に変換するその他の変調光学素子であってもよい。
【００３２】
サンプルアーム１０６を通る光は、最終的にサンプル１１０に衝突する。サンプル１１０は、撮像されることに適した任意のサンプル（例：組織）であってもよい。ＯＣＴ手続の間、光はサンプル１１０内のある深さでスキャンし、散乱された放射はサンプルアーム１０６に回収される。別の実施形態において、散乱された放射は、伝播する導波管ではなく異なる導波管に回収される。スキャン深さは、可変遅延システム１１２内で光に与えられる遅延に応じて選択されてもよい。可変遅延システム１１２は、多数の光チャネル間で光を区別する多重化ユニットを１つ以上含んでもよい。様々な多重化ユニットの詳細について本明細書に記載する。
【００３３】
サンプルアーム１０６内およびリファレンスアーム１０８内の光は、検出器１１４に受光される前に再結合される。実施形態において、上記光は、分割素子１０４によって再結合される。別の実施形態において、光は、分割素子１０４とは異なる光学結合素子において再結合される。
【００３４】
ＯＣＴシステム１０１は、軸方向スキャンを周波数分割多重伝送方式（ＦＤＭ）にセグメント化する、異なる素子において必要とされる遅延を分散するようにしてもよい。よって、ＯＣＴシステム１０１は、多数の軸方向深さにてサンプルを同時にスキャンしてもよい。その結果、ＯＣＴシステム１０１は、ＴＤ−ＯＣＴの可変遅延素子のための帯域および最大遅延を最適化してもよい。ある実施形態において、光源１１２は広帯域の光を提供し、可変遅延システム１１２は検出信号の電気スペクトラムを、個別の軸方向スキャン深さ範囲および個別の周波数範囲にてサンプルを軸方向にスキャンする個別のチャネルに分離する。
【００３５】
ＯＣＴシステムは反射システムまたはトランスミッシブシステムのいずれかで構成されてもよい。図１に示されるＯＣＴシステム１０１は、反射システムとして構成されている。つまり、検出光はサンプルから反射された光である。それに代えて、同様のＯＣＴシステム５０１はトランスミッシブシステムとして構成されてもよい。つまり、図５に示すように、検出光はサンプルを通じて伝播された光である。図１に示した反射の構成と同様に、図５のトランスミッシブ構成は、光源５０２、第１分割素子５０４、サンプルアーム５０６、リファレンスアーム５０８、可変遅延システム５１２、および検出器５１４を備えるＯＣＴシステム５０１を示す。さらに、ＯＣＴシステム５０１は、伝播光および可変遅延システム５１２からの光を検出器５１４に導くための第２分割素子５０５を含んでいてもよい。上述した（同じように後述する）ＯＣＴシステム１０１の様々な詳細および変更は、それぞれ、トランスミッシブＯＣＴシステム５０１に適用される。
【００３６】
図２は、ｎ個のステージの周波数領域変調スキームの例を示す。本明細書で説明する変調スキームは主にリファレンスアームを参照するが、同様のアプローチがサンプルアームに使用できる。各ステージはカプラ２１６、群遅延素子２１８、および群遅延変調器２２０を含んでもよい。ステージは干渉ネットワークを形成するために互いに結合される。干渉ネットワークは軸方向スキャン範囲を２ｎチャネルに分割する。ステージの各々は異なる遅延Δｎを有しており、これによりサンプルアーム内の可変遅延線が異なる深さでリファレンスアームと干渉し得る。研究下では、光の群遅延の変化は、サンプル内のスキャン深さの変化に対応する。ステージが直列に配置されていれば、単一のステージまたはセクションで必要とされる遅延は、このアーキテクチャおよび変調スキームを用いるシステム全体で必要とされる遅延よりもかなり小さい。よって、典型的な変調スキームでは変調器帯域の最適化が見込まれる。
【００３７】
ある実施形態において、群遅延変調器２２０に適用される位相変調信号の周波数は、全て同一であり、サンプルアーム内の遅延線に適用される位相変調信号と等しい。しかしながら、このような位相変調信号は、軸方向スキャンにおける作用方向が反対であるため、サンプルアーム信号について反転されるべきである。よって、図２に示された変調スキームから、２ｎチャネルの周波数領域変調スキームが得られる（ｎは変調器のステージまたはセクションの数）。
【００３８】
ある実施形態において、カプラ２１６は、２×２ファイバー光カプラなどの光カプラであってもよい。ある例では、３つのカプラが計８チャネルのために直列に用いられてもよい。各チャネルは異なる軸方向深さでサンプルをスキャンするために用いられてもよい。各チャネルからの情報は抽出されサンプルの画像を形成するために処理されてもよい。
【００３９】
群遅延素子２１８は、各ステージの群遅延に、光路の各々の部分（portion）を加える。好ましい遅延を有する光チャネルは光路に沿って適切な遅延が付加されることにより形成されてもよい。ある実施形態において、群遅延素子２１８により導出される群遅延は固定である。特定の光路の群遅延素子と群遅延変調器との組合せ効果がサンプル内の個別の軸方向スキャン深さに対応するように、群遅延変調器２２０は各ステージの群遅延の相対的な変化をもたらす。群遅延の合計値が各々異なる複数の光チャネルを生成することがゴールである。このように、動き部分無く異なる深さをイメージングするために好ましい群遅延がＯＣＴシステムにて実装される。
【００４０】
ある例において、これら光チャネルの各々は、特徴のある周波数を用いて変調される。群遅延素子２１８は、特定の光路の長さを物理的に増やすために異なる長さの導波管セグメントを含むことなどの、様々な適切な方法により実装されてもよい。ある実施形態において、群遅延素子２１８の各々は、個別の群遅延をもたらし、群遅延素子２１８は少ない順または多い順に配置されてもよい。例えば、その全体が参照によって本明細書に組み込まれるＷＩＰＯの国際公開第２０１３／００１０３２号（Ａ１）に記載されている熱光学変調器がそのタイプでもよい。このような熱光学変調器は放射ビームを搬送する導波管の反射率を変化させることにより放射ビームを変調してもよい。
【００４１】
図２に示す変調スキームの例示では固定の群遅延素子２１８および可変の群遅延変調器２２０が各ステージの同一の光路に存在するが、群遅延素子２１８は群遅延変調器２２０と離れた光路に存在してもよい。例えば、図６は、ＯＣＴシステムの各ステージの異なる経路における固定の群遅延素子６１８および群遅延変調器６２０で変調スキームを実装するための多段ステージネットワークを示す。固定の群遅延素子６１８は、リファレンスアーム内の光学的に直列に結合された第１の経路集合に存在し、一方、群遅延変調器は当該リファレンスアーム内の光学的に直列に結合された第２の経路集合に存在する。
【００４２】
図３は、３ステージ変調スキームの実施例の結果である群遅延（τg）を有する遅延線変調スキームの実施例を示す。サンプルアーム遅延線およびリファレンス変調器１〜３からの遅延波形は同図右側に記載している。この例では、サンプル遅延線は、空気中で（in air）１５６．２５μｍまでスキャンしており、一方、変調器の遅延は、１９．５３μｍから７８．１２μｍで変化している。一定のドップラー周波数分離（uniform Doppler frequencies separation）を維持するために、チャネル間の遅延の増分は一定であってもよい。上述したとおり、リファレンスアーム内の変調器の波形はサンプルアーム内の波形を反転させたものでもよい。図３左側のグラフは、サンプルおよびリファレンスアームのスキャンの組合せの結果である有効群遅延を示す。最大の群遅延はサンプルアーム内の遅延素子からもたらされる。付加的な群遅延はリファレンスアーム内の３つの変調ステージからもたらされる。３ステージ変調スキームは８つの異なるドップラー周波数を有する８つの異なるチャネルを生成する。
【００４３】
例示の変調器の遅延の大きさ（magnitude）は、チャネルのドップラー周波数が後処理工程において分離できる程度に十分に区別されるように選択された。そうでなければ、チャネル間のクロストークがＯＣＴシステムのイメージ品質を悪化させる。ドップラー周波数は図３に示す群遅延の傾斜（スロープ）に関係がある。いくつかの実施形態において、チャネル分散は、各変調器の遅延振幅が従前の２倍以上であってもよい。
【００４４】
図３の実施形態において、変調器に適用される可変の遅延範囲は生成されたいくつかのチャネルにおけるスキャンの重なりを生成する。これは、サンプルの特定の深さが多重チャネルでスキャンされることを意味する。エネルギー効率が損失するにもかかわらず、チャネル間の重なりは、重なった信号を平均化することによりＳＮ比（ＳＮＲ）を増やすために用いられる。
【００４５】
図４は、ＦＤＭチャネルのスキャン深さおよび周波数スペクトラムを示す。ある実施形態において、（ドップラー周波数における）高チャネルは低チャネルより大きなセパレーションを有する。各チャネルの中央周波数が増えることは別として、変調は帯域幅も増やす。高周波数チャネルは検出帯域が増えるため高ノイズをもたらす。その結果、高周波数チャネルは低周波数チャネルと比べて低いＳＮ比（ＳＮＲ）またはイメージ品質を示す。それゆえ、ある実施形態では、イメージ全体の品質を均一化するために、深い領域に対して低周波数チャネルを用い、浅い領域に対して高周波数チャネルを用いる。代わりに、ある実施形態では、深い領域に対して高周波数チャネルを用い、浅い領域に対して高周波数チャネルを用いてもよい。
【００４６】
概要および要約の項目ではなく、詳細な説明の項目が特許請求の範囲の解釈に用いられることが意図されていることは、よく理解されるべきである。概要および要約の項目は、１つ以上の実施形態を示し得るが、発明者により予期される本発明の全ての例示の実施形態を示すわけではない。従って、概要および要約の項目は、本発明および添付の特許請求の範囲を、どんな形であれ限定することが意図されているのではない。
【００４７】
本発明の実施形態は、特定された機能およびその関連の実施を示す機能的に構築されたブロックを用いて上述されている。これらの機能的に構築されたブロックの境界は、本明細書においては、説明の便宜上、任意に定義されている。代替的な境界は、特定された機能およびその関連が適切に実施される限り定義できる。
【００４８】
特定の実施形態の上述の記載は、発明の一般的な性質を完全に明らかにするから、他の者は、当該技術分野の知識を適用することで、過度の実験なしに、本発明の一般的な考えから離れることなく、そのような特定の実施形態を容易に変更し、および／または、様々な用途に適合させる。従って、本明細書に記載した教示及び指図に基づいたそのような適合及び変更は、開示された実施形態と同等の意味および範囲内であることが意図される。ここでの表現または専門用語は、限定の目的ではなく記載のためであり、つまり本明細書の専門用語または表現は、当業者による教示および誘導に照らして解釈される必要があることは、理解されるべきである。
【００４９】
本発明の広がりおよび範囲は、上述したいかなる例示の実施形態に限定されるべきものではなく、以下の特許請求の範囲およびその均等物に従ってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ある実施形態に係る反射ＯＣＴシステムのブロック図を示す。
【図２】提案する変調スキームを実装するための多段ネットワークの一例を示す。
【図３】遅延線変調スキームのある実施形態を示す。
【図４】ＦＤＭチャネルスキャン深さおよび周波数スペクトルの実施例を示す。
【図５】ある実施形態に係るトランスミッシブＯＣＴシステムのブロック図を示す。
【図６】提案する変調スキームを実装するための多段ネットワークの他の一例を示す。
【図１】
2018531636.tif 000003
【図２】
2018531636.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018531636.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018531636.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記リファレンスアームは、複数のステージを含んでおり、
上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらし、
上記群遅延変調器の各々に適用される位相変調信号の周波数は、同一であり、かつ、上記サンプルアーム内の遅延線に適用される位相変調周波数と等しいように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項２】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項３】
上記ステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項４】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項３に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項５】
上記ステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されている、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項６】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項５に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項７】
群遅延素子の各々は熱光学変調器である、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項８】
各ステージの上記固定の群遅延素子は、他のステージの上記固定の群遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項９】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なる、請求項１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１０】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記サンプルアームは、複数のステージを含んでおり、
上記ステージの各々は固定の群遅延素子および群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器が群遅延をもたらし、
上記群遅延変調器の各々に適用される位相変調信号の周波数は、同一であり、かつ、上記サンプルアーム内の遅延線に適用される位相変調周波数と等しいように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項１１】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１２】
上記ステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１３】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項１２に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１４】
上記ステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されている、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１５】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項１４に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１６】
群遅延素子の各々は熱光学変調器である、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１７】
各ステージの上記固定の群遅延素子は、他のステージの上記固定の群遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１８】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なる、請求項１０に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項１９】
光干渉断層撮影システムであって、
放射ビームを供給する光源と、
上記放射ビームの第１部分をサンプルアームに導き、上記放射ビームの第２部分をリファレンスアームに導く光学素子と、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームから上記放射ビームの上記第１部分および上記第２部分を受光する検出器とを備え、
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームの１つは、第１の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は固定の群遅延素子を有しており、
他の上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、第２の複数のステージを含んでおり、当該ステージの各々は群遅延変調器を有しており、
区別された軸方向スキャン深さ範囲に対応する上記放射ビームの上記第１部分が上記放射ビームの上記第２部分を干渉するように、上記固定の群遅延素子および群遅延変調器の各々が群遅延をもたらし、
上記群遅延変調器の各々に適用される位相変調信号の周波数は、同一であり、かつ、上記サンプルアーム内の遅延線に適用される位相変調周波数と等しいように構成されている光干渉断層撮影システム。
【請求項２０】
上記サンプルアームおよび上記リファレンスアームは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）技術を用いて実装されている、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２１】
上記第１の複数のステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されており、上記第２の複数のステージは、光カプラを介して直列に互いに結合されている、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２２】
上記光カプラは、２×２光カプラである、請求項２１に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２３】
上記第１の複数のステージは、２ｎ（ｎはステージ数）個のチャネルが互いに結合されており、上記第２の複数のステージは、２ｎ個のチャネルが互いに結合されている、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２４】
チャネル間の有効群遅延の差は一定である、請求項２３に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２５】
群遅延変調器の各々は熱光学変調器である、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２６】
各ステージの上記固定の群遅延素子は、他のステージの上記固定の群遅延素子とは異なる群遅延をもたらす、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２７】
上記区別された軸方向スキャン深さ範囲の２つは少なくとも部分的に重なっている、請求項１９に記載の光干渉断層撮影システム。
【請求項２８】
光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線であって、
入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、
上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第１部分にもたらされる上記第１群遅延を変える、上記第１光路における第１変調器と
を備える第１ステージと、
上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、
上記入力された放射ビームの上記第３部分に上記第１群遅延と異なる第２群遅延をもたらす、第３光路における第２群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第３部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第３光路における第２変調器と
を備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、を備え、
上記第１変調器に適用される位相変調信号の周波数は、同一であり、かつ、上記第２変調器に適用される位相変調信号の周波数と等しい、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線。
【請求項２９】
光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線であって、
入力された放射ビームを受光し、当該入力された放射ビームを第１光路および第２光路に配分する第１光カプラと、
上記入力された放射ビームの第１部分に第１群遅延をもたらす、上記第１光路における第１群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの第２部分にもたらされる群遅延を変調する、上記第２光路における第１変調器と
を備える第１ステージと、
上記入力された放射ビームの上記第１部分および第２部分を受光し、当該入力された放射ビームの、各々が上記第１部分および上記第２部分の組合せである第３部分および第４部分を、第３光路および第４光路に配分する第２光カプラと、
上記入力された放射ビームの上記第３部分に上記第１群遅延と異なる第２群遅延をもたらす、第３光路における第２群遅延素子と、
上記入力された放射ビームの上記第４部分にもたらされる上記第２群遅延を変える、上記第４光路における第２変調器と
を備える、上記第１光路および上記第２光路を結合する第２ステージと、を備え、
上記第１変調器に適用される位相変調信号の周波数は、同一であり、かつ、上記第２変調器に適用される位相変調信号の周波数と等しい、光干渉断層撮影システムのための分散された遅延線。
【国際調査報告】
2018531636.tif 000009
2018531636.tif 000010
2018531636.tif 000011