特許 7314250 サブサンプリング／円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-14

(45)【発行日】2023-07-25

(54)【発明の名称】サブサンプリング／円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20230718BHJP

【ＦＩ】

G01N21/17 630

【請求項の数】 48

(21)【出願番号】P 2021505427

(86)(22)【出願日】2019-07-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-02

(86)【国際出願番号】 US2019044111

(87)【国際公開番号】W WO2020028346

(87)【国際公開日】2020-02-06

【審査請求日】2022-06-07

(31)【優先権主張番号】62/799,582

(32)【優先日】2019-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/711,728

(32)【優先日】2018-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592017633

【氏名又は名称】ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】ヴァコック ベンジャミン ジェイ．

(72)【発明者】

【氏名】リポック ノーマン

【審査官】古川 直樹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１３９７６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０７－０７７４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２０１０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】Tapio E. J. FABRITIUS et al.，“Complex Conjugate Resolved Retinal Imaging by One-micrometer Spectral Domain Optical Coherence Tomography Using an Electro-optical Phase Modulator”，Journal of the Optical Society of Korea，2011年06月，Vol. 15, No. 2，pp.111-117，DOI: 10.3807/JOSK.2011.15.2.111

【文献】Reza KHAZAEINEZHAD et al.，“16MHz wavelength-swept and wavelength-stepped laser architectures based on stretched-pulse active mode locking with a single continuously chirped fiber Bragg grating”，Optics Letters，2017年05月15日，Vol. 42, No. 10，p.2046-2049，DOI: 10.1364/OL.42.002046

【文献】Meena SIDDIQUI et al.，“Compensation of spectral and RF errors in swept-source OCT for high extinction complex demodulation”，Optics Express，2015年02月23日，Vol. 23, No. 5，p.5508-5520，DOI: 10.1364/OE.23.005508

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ － Ｇ０１Ｎ ２１／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、
位相変調器を用いて、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つに、前記第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、前記第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって前記第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、
前記第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得する工程と、
前記第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得する工程と、を有する方法であって、
前記同相データを取得する工程が、前記第１の位相シフトに関連する同相フレームを取得する工程を有し、
前記直交データを取得する工程が、前記第２の位相シフトに関連する直交フレームを取得する工程を有し、
前記方法が、
前記同相フレームと前記直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、
前記同相フレームと前記直交フレームとに前記補正係数を適用する工程と、
補正された前記同相フレームと補正された前記直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、をさらに有する、方法。

【請求項2】

前記第１の位相シフトは前記第１の期間中に０度であり、前記第２の位相シフトは前記第２の期間中に９０度である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記位相シフトを与える工程が、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に前記位相シフトを与える工程をさらに有し、
前記同相データを取得する工程が、前記第１の期間中の前記第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第１の干渉に基づき、前記同相データを取得する工程をさらに有し、
前記直交データを取得する工程が、前記第２の期間中の前記第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第２の干渉に基づき、前記直交データを取得する工程をさらに有し、
前記複素干渉フレームを決定する工程が、前記同相データ及び前記直交データに基づき前記複素干渉フレームを決定する工程をさらに有する、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記電磁放射線源が、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスは、
前記第１の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第１のサブセットを含む第１のＡラインと、
前記第２の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第２のサブセットを含む第２のＡラインと、を含み、
前記サンプルを走査する工程が、前記第１の期間中に前記第１のＡラインを用いて、そして前記第２の期間中に前記第２のＡラインを用いて、前記サンプルを走査する工程を、さらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記複数の電磁放射パルスの前記第１のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、
前記複数の電磁放射パルスの前記第２のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記特定の波数シーケンスのなかの第１の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第２の波数とは異なる、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のＡラインで、前記サンプルにおける第１の位置にて走査が行われ、
前記第２のＡラインで、前記サンプルにおける前記第１の位置とは異なる第２の位置にて走査が行われる、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記電磁放射線源は、第３の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第３のサブセットを含む第３のＡラインを放射するよう構成され、
前記第３のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、
前記サンプルを走査する工程が、前記第３の期間中に前記第３のＡラインを用いて前記サンプルを走査する工程をさらに有し、
前記位相シフトを与える工程が、前記第３の期間中に前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に０度の位相シフトを与える工程をさらに有し、
前記同相データは第１の同相データを含み、
前記直交データは第２の直交データを含み、
前記同相データを取得する工程が、前記第３の期間中の第３の後方散乱電磁放射線と、前記０度の位相シフトが与えられた前記リファレンス部分と、の間の第３の干渉に基づき、第３の同相データを取得する工程をさらに有し、
前記複素干渉フレームを決定する工程が、
前記第１の同相データと前記第３の同相データの間の補間に基づき、第２の同相データを決定する工程と、
前記第２の同相データ及び前記第２の直交データに基づき、前記複素干渉フレームを決定する工程と、をさらに有する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、
前記第１の位置と前記第２の位置の間の距離は、前記ビーム径の４分の１以下である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記電磁放射線源は複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、
前記複数の電磁放射パルスは、各々、前記第１の期間及び前記第２の期間に対応する２つの期間に分けられる、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、
前記サンプルを走査する工程が、前記変更された電磁放射線源を用いて前記サンプルを走査する工程をさらに有し、
前記変更された電磁放射線源は、各々が前記第１の期間中に生じる前記複数の電磁放射パルスを、前記第２の期間中に生じる前記複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記変更された電磁放射線源を提供する工程が、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、前記変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、
前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーは、前記複数の電磁放射パルスのうちの１つの時間よりも短い時間だけ遅延している、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記補正係数を決定する工程が、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、
前記平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定する工程と、をさらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記平均位相差を決定する工程が、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定する工程と、をさらに有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）を備える、請求項１～１４の何れか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える、請求項１～１４の何れか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項１～１４の何れか一項に記載の方法。

【請求項19】

サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、
前記光干渉計システムの前記リファレンスアーム及び前記サンプルアームのうちの少なくとも１つと関連付けられた少なくとも１つの位相変調器と、
前記光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、
前記位相変調器と前記電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、
前記電磁放射線源は、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、
前記電磁放射線源のサンプル部分は、前記光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、
前記電磁放射線源のリファレンス部分は、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、
前記少なくとも１つの位相変調器によって、前記第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、前記第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって前記第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つに与えるよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、
前記第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得し、
前記第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得し、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第１の位相シフトに関連する同相フレームを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記直交データを取得する際に、前記第２の位相シフトに関連する直交フレームを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記同相フレームと前記直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、
前記同相フレームと前記直交フレームとに前記補正係数を適用し、
補正された前記同相フレームと補正された前記直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定するよう、構成されている、装置。

【請求項20】

前記第１の位相シフトは前記第１の期間中に０度であり、前記第２の位相シフトは前記第２の期間中に９０度である、請求項１９に記載の装置。

【請求項21】

前記位相シフトは、前記少なくとも１つの位相変調器によって、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に与えられ、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第１の期間中の前記第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第１の干渉に基づき、前記同相データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記直交データを取得する際に、前記第２の期間中の前記第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分と、の間の前記第２の干渉に基づき、前記直交データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記複素干渉フレームを決定する際に、前記同相データ及び前記直交データに基づき前記複素干渉フレームを決定するよう構成されている、請求項２０に記載の装置。

【請求項22】

前記電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスは、
前記第１の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第１のサブセットを含む第１のＡラインと、
前記第２の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第２のサブセットを含む第２のＡラインと、を含み、
前記電磁放射線源は、前記第１の期間中に前記第１のＡラインを用いて、そして前記第２の期間中に前記第２のＡラインを用いて、前記サンプルを走査するよう構成されている、請求項１９に記載の装置。

【請求項23】

前記複数の電磁放射パルスの前記第１のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、
前記複数の電磁放射パルスの前記第２のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する、請求項２２に記載の装置。

【請求項24】

前記特定の波数シーケンスのなかの第１の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第２の波数とは異なる、請求項２３に記載の装置。

【請求項25】

前記第１のＡラインで、前記サンプルにおける第１の位置にて走査が行われ、
前記第２のＡラインで、前記サンプルにおける前記第１の位置とは異なる第２の位置にて走査が行われる、請求項２４に記載の装置。

【請求項26】

前記電磁放射線源は、第３の期間中に放出される前記複数の電磁放射パルスの第３のサブセットを含む第３のＡラインを放射するよう構成され、
前記第３のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、
前記電磁放射線源は、前記第３の期間中に前記第３のＡラインを用いて前記サンプルを走査するよう構成され、
前記位相変調器は、前記第３の期間中に前記電磁放射線源の前記リファレンス部分に０度の位相シフトを与えるよう構成され、
前記同相データは第１の同相データを含み、
前記直交データは第２の直交データを含み、
前記マイクロプロセッサは、前記同相データを取得する際に、前記第３の期間中の第３の後方散乱電磁放射線と、前記０度の位相シフトが与えられた前記リファレンス部分と、の間の第３の干渉に基づき、第３の同相データを取得するよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、前記複素干渉フレームを決定する際に、
前記第１の同相データと前記第３の同相データの間の補間に基づき、第２の同相データを決定し、
前記第２の同相データ及び前記第２の直交データに基づき、前記複素干渉フレームを決定するよう構成されている、請求項２５に記載の装置。

【請求項27】

前記電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、
前記第１の位置と前記第２の位置の間の距離は、前記ビーム径の４分の１以下である、請求項２６に記載の装置。

【請求項28】

前記電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、
前記複数の電磁放射パルスは、各々、前記第１の期間及び前記第２の期間に対応する２つの期間に分けられる、請求項１９に記載の装置。

【請求項29】

前記マイクロプロセッサは、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、
前記電磁放射線源は、前記変更された電磁放射線源を用いて前記サンプルを走査するよう構成され、
前記変更された電磁放射線源は、各々が前記第１の期間中に生じる前記複数の電磁放射パルスを、前記第２の期間中に生じる前記複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出するよう構成されている、請求項２８に記載の装置。

【請求項30】

前記マイクロプロセッサは、前記変更された電磁放射線源を提供する際に、前記複数の電磁放射パルスと前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、前記変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、
前記複数の電磁放射パルスの前記遅延したコピーは、前記複数の電磁放射パルスのうちの１つの時間よりも短い時間だけ遅延している、請求項２９に記載の装置。

【請求項31】

前記マイクロプロセッサは、前記補正係数を決定する際に、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、
前記平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定するよう構成されている、請求項１９に記載の装置。

【請求項32】

前記マイクロプロセッサは、前記平均位相差を決定する際に、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定するよう構成されている、請求項３１に記載の装置。

【請求項33】

前記電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）を備える、請求項１９～３２の何れか一項に記載の装置。

【請求項34】

前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える、請求項１９～３２の何れか一項に記載の装置。

【請求項35】

前記ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える、請求項３４に記載の装置。

【請求項36】

前記少なくとも１つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項１９～３２の何れか一項に記載の装置。

【請求項37】

光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、
位相変調器を用いて、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つに、前記第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、前記第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって前記第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、
前記第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相フレームデータを取得する工程と、
前記第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交フレームデータを取得する工程と、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータとに前記補正係数を適用する工程と、
補正された前記同相フレームデータと補正された前記直交フレームデータとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、を有する、方法。

【請求項38】

前記補正係数を決定する工程が、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、
前記平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定する工程と、をさらに有する、請求項３７に記載の方法。

【請求項39】

前記平均位相差を決定する工程が、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定する工程と、をさらに有する、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える、請求項３７～３９の何れか一項に記載の方法。

【請求項41】

前記ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、
前記光干渉計システムの前記リファレンスアーム及び前記サンプルアームのうちの少なくとも１つと関連付けられた少なくとも１つの位相変調器と、
前記光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、
前記位相変調器と前記電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、
前記電磁放射線源は、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、
前記電磁放射線源のサンプル部分は、前記光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、
前記電磁放射線源のリファレンス部分は、前記光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、
前記少なくとも１つの位相変調器によって、前記第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、前記第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって前記第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを、前記電磁放射線源の前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つに与えるよう構成され、
前記マイクロプロセッサは、
前記第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、前記第１の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相フレームデータを取得し、
前記第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、前記第２の位相シフトにさらされた前記リファレンス部分及び前記サンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交フレームデータを取得し、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、
前記位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、
前記同相フレームデータと前記直交フレームデータとに前記補正係数を適用し、
補正された前記同相フレームデータと補正された前記直交フレームデータとに基づき、複素干渉フレームを決定するよう構成されている、装置。

【請求項44】

前記マイクロプロセッサは、補正係数を決定する際に、
前記位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、
前記平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、前記補正係数を決定するよう構成されている、請求項４３に記載の装置。

【請求項45】

前記マイクロプロセッサは、前記平均位相差を決定する際に、
前記位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、
前記位相差のヒストグラムに基づき、前記平均位相差を特定するよう構成されている、請求項４４に記載の装置。

【請求項46】

前記電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える、請求項４３～４５の何れか一項に記載の装置。

【請求項47】

前記ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える、請求項４６に記載の装置。

【請求項48】

前記少なくとも１つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える、請求項４７に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１８年７月３０日に出願された米国仮出願第６２／７１１，７２８号及び２０１９年１月３１日に出願された米国仮出願第６２／７９９，５８２号に基づくものであり、その利益を主張するとともにその優先権を主張し、上記の各仮出願の全内容は引用によりあらゆる目的のために盛り込まれているものとする。

【0002】

＜連邦政府の支援による研究に関する言明＞
本発明は、米国国立衛生研究所（ＮＩＨ）により付与されたＰ４１ＥＢ０１５９０３の下で政府の支援を受けてなされた。米国政府は本発明において一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

周波数領域での取得により、光コヒーレンストモグラフィー技術の感度及びイメージング速度は数桁向上したが、イメージング距離（imaging range）、光バンド幅又はその両方を制限する取得バンド幅に制約が課される。コヒーレント円形測距（circular ranging）（ＣＲ）により、高速の、そして長距離かつ軸方向高解像度でのイメージングを同時に行うことができる。光周波数コムを使用することにより、干渉信号の深度空間が折りたたまれ、はるかに狭いＲＦバンド幅でイメージング距離を長くすることが可能になる。ＣＲでは、フーリエ領域手法の高いイメージング速度と感度が、時間領域ＯＣＴで知られている長いイメージング距離と組み合わされる。残念ながら、周波数コムを使用するとＲＦエラーが発生し、これにより周波数コム自由スペクトル領域（free spectral range）（ＦＳＲ）の主要測定範囲の倍数でイメージングする際にアーティファクトが発生する。全深度範囲にアクセスするには、解析（別称：複素）干渉信号を取得するための効率的で、高速かつ安定した方法を実行することが有益である。ＣＲに関するある報告によれば、これはパッシブ偏光ベースの光直交復調によって達成されている。この方法ではアーティファクトが５０ｄＢ以上減少したものの、比較的複雑な光学回路が使用されており、頻繁な再キャリブレーションルーチンと組み合わされたときに最高のパフォーマンスが得られる。復調を実行するためのよりロバストな方法によって、これらのＣＲシステムの構築及び動作を簡素化できる。

【発明の概要】

【0004】

したがって、種々の実施形態において、本発明はアクティブ位相変調方法を開示し、この方法は、位相変調器（ＰＭ）を使用して検出信号の安定したＩ／Ｑ復調を提供し、これにより、実同相（Ｉ）信号成分及び虚直交（Ｑ）信号成分の両方を含む複素信号が、最大１ＭＨｚ又はこれ以上の高いレーザ繰り返しレートで取得できるため、ＣＲを臨床及び産業用途に使用することが可能となる。

【0005】

本発明の一実施形態に係る方法は、光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、位相変調器を用いて、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに、第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得する工程と、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得する工程と、同相データ及び直交データに基づき、複素干渉信号を決定する工程と、を有する。

【0006】

いくつかの実施形態では、第１の位相シフトは第１の期間中に０度であり、第２の位相シフトは第２の期間中に９０度である。

【0007】

いくつかの実施形態では、位相シフトを与える工程が、電磁放射線源のリファレンス部分に位相シフトを与える工程をさらに有し、同相データを取得する工程が、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分と、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得する工程をさらに有し、直交データを取得する工程が、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分と、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得する工程をさらに有し、複素干渉信号を決定する工程が、同相データ及び直交データに基づき複素干渉信号を決定する工程をさらに有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源が、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、複数の電磁放射パルスは、第１の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第１のサブセットを含む第１のＡラインと、第２の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第２のサブセットを含む第２のＡラインと、を含み、サンプルを走査する工程が、第１の期間中に第１のＡラインを用いて、そして第２の期間中に第２のＡラインを用いて、サンプルを走査する工程を、さらに有する。

【0009】

いくつかの実施形態では、複数の電磁放射パルスの第１のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、複数の電磁放射パルスの第２のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する。

【0010】

いくつかの実施形態では、前記特定の波数シーケンスのなかの第１の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第２の波数とは異なる。

【0011】

いくつかの実施形態では、第１のＡラインでサンプルにおける第１の位置にて走査が行われ、第２のＡラインで、サンプルにおける前記第１の位置とは異なる第２の位置にて走査が行われる。

【0012】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、第３の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第３のサブセットを含む第３のＡラインを放射するよう構成され、第３のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、サンプルを走査する工程が、第３の期間中に第３のＡラインを用いてサンプルを走査する工程をさらに有し、位相シフトを与える工程が、第３の期間中に電磁放射線源のリファレンス部分に０度の位相シフトを与える工程をさらに有し、同相データは第１の同相データを含み、直交データは第２の直交データを含み、同相データを取得する工程が、第３の期間中の第３の後方散乱電磁放射線と、０度の位相シフトが与えられたリファレンス部分と、の間の第３の干渉に基づき、第３の同相データを取得する工程をさらに有し、複素干渉信号を決定する工程が、第１の同相データと第３の同相データの間の補間に基づき、第２の同相データを決定する工程と、第２の同相データ及び第２の直交データに基づき複素干渉信号を決定する工程と、をさらに有する。

【0013】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、第１の位置と第２の位置の間の距離は、ビーム径の４分の１以下である。

【0014】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、複数の電磁放射パルスは、各々、第１の期間及び第２の期間に対応する２つの期間に分けられる。

【0015】

いくつかの実施形態では、上記方法は、複数の電磁放射パルスと複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、サンプルを走査する工程が、変更された電磁放射線源を用いてサンプルを走査する工程をさらに有し、変更された電磁放射線源は、各々が第１の期間中に生じる複数の電磁放射パルスを、第２の期間中に生じる前記複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出する。

【0016】

いくつかの実施形態では、変更された電磁放射線源を提供する工程が、複数の電磁放射パルスと複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供する工程をさらに有し、複数の電磁放射パルスの遅延したコピーは、複数の電磁放射パルスのうちの１つの時間よりも短い時間だけ遅延している。

【0017】

いくつかの実施形態では、複素干渉信号を決定する工程が、検出システムから生じる追加の位相シフトを補正するために、深度依存キャリブレーションを適用することに基づいて、複素干渉信号を決定する工程をさらに有する。

【0018】

いくつかの実施形態では、同相データを取得する工程が、第１の位相シフトに関連する同相フレームを取得する工程をさらに有し、直交データを取得する工程が、第２の位相シフトに関連する直交フレームを取得する工程をさらに有し、上記の方法は、同相フレームと直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、同相フレームと直交フレームとに補正係数を適用する工程と、補正された同相フレームと補正された直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、をさらに有する。

【0019】

いくつかの実施形態では、補正係数を決定する工程が、位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、補正係数を決定する工程と、をさらに有する。

【0020】

いくつかの実施形態では、平均位相差を決定する工程が、位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、位相差のヒストグラムに基づき、平均位相差を特定する工程と、をさらに有する。

【0021】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）を備える。

【0022】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える。

【0023】

いくつかの実施形態では、ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える。

【0024】

いくつかの実施形態では、位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える。

【0025】

本発明の別の実施形態に係る装置は、サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、光干渉計システムのリファレンスアーム及びサンプルアームのうちの少なくとも１つと関連付けられた少なくとも１つの位相変調器と、光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、位相変調器と電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、電磁放射線源は、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、電磁放射線源のサンプル部分は、光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、電磁放射線源のリファレンス部分は、光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、少なくとも１つの位相変調器によって、第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに与えるよう構成され、マイクロプロセッサは、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得し、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得し、同相データ及び直交データに基づき、複素干渉信号を決定するよう、構成されている。

【0026】

いくつかの実施形態では、第１の位相シフトは第１の期間中に０度であり、第２の位相シフトは第２の期間中に９０度である。

【0027】

いくつかの実施形態では、位相シフトは、少なくとも１つの位相変調器によって、電磁放射線源のリファレンス部分に与えられ、マイクロプロセッサは、同相データを取得する際に、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分と、の間の第１の干渉に基づき、同相データを取得するよう構成され、マイクロプロセッサは、直交データを取得する際に、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分と、の間の第２の干渉に基づき、直交データを取得するよう構成され、マイクロプロセッサは、複素干渉信号を決定する際に、同相データ及び直交データに基づき複素干渉信号を決定するよう構成されている。

【0028】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成され、複数の電磁放射パルスは、第１の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第１のサブセットを含む第１のＡラインと、第２の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第２のサブセットを含む第２のＡラインと、を含み、電磁放射線源は、第１の期間中に第１のＡラインを用いて、そして第２の期間中に第２のＡラインを用いて、サンプルを走査するよう構成されている。

【0029】

いくつかの実施形態では、複数の電磁放射パルスの第１のサブセットは、特定の波数シーケンスに対応し、複数の電磁放射パルスの第２のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応する。

【0030】

いくつかの実施形態では、前記特定の波数シーケンスのなかの第１の波数は、前記特定の波数シーケンスのなかの第２の波数とは異なる。

【0031】

いくつかの実施形態では、第１のＡラインで、サンプルにおける第１の位置にて走査が行われ、第２のＡラインで、サンプルにおける第１の位置とは異なる第２の位置にて走査が行われる。

【0032】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、第３の期間中に放出される複数の電磁放射パルスの第３のサブセットを含む第３のＡラインを放射するよう構成され、第３のサブセットは、前記特定の波数シーケンスに対応し、電磁放射線源は、第３の期間中に第３のＡラインを用いてサンプルを走査するよう構成され、位相変調器は、第３の期間中に電磁放射線源のリファレンス部分に０度の位相シフトを与えるよう構成され、同相データは第１の同相データを含み、直交データは第２の直交データを含み、マイクロプロセッサは、同相データを取得する際に、第３の期間中の第３の後方散乱電磁放射線と、０度の位相シフトが与えられたリファレンス部分と、の間の第３の干渉に基づき、第３の同相データを取得するよう構成され、マイクロプロセッサは、複素干渉信号を決定する際に、第１の同相データと第３の同相データの間の補間に基づき、第２の同相データを決定し、第２の同相データ及び第２の直交データに基づき、複素干渉信号を決定するよう構成されている。

【0033】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、ビーム径を有するビームを放出するよう構成されており、第１の位置と第２の位置の間の距離は、ビーム径の４分の１以下である。

【0034】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、複数の電磁放射パルスを放出するよう構成されており、複数の電磁放射パルスは、各々、第１の期間及び第２の期間に対応する２つの期間に分けられる。

【0035】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、複数の電磁放射パルスと複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、電磁放射線源は、変更された電磁放射線源を用いてサンプルを走査するよう構成され、変更された電磁放射線源は、各々が第１の期間中に生じる複数の電磁放射パルスを、第２の期間中に生じる複数の遅延したパルスのそれぞれと交互となるように放出するよう構成されている。

【0036】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、変更された電磁放射線源を提供する際に、複数の電磁放射パルスと複数の電磁放射パルスの遅延したコピーとを組み合わせることに基づき、変更された電磁放射線源を提供するよう構成され、複数の電磁放射パルスの遅延したコピーは、複数の電磁放射パルスのうちの１つの時間よりも短い時間だけ遅延している。

【0037】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、複素干渉信号を決定する際に、検出システムから生じる追加の位相シフトを補正するために、深度依存キャリブレーションを適用することに基づいて、複素干渉信号を決定するよう構成されている。

【0038】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、同相データを取得する際に、第１の位相シフトに関連する同相フレームを取得するよう構成され、マイクロプロセッサは、直交データを取得する際に、第２の位相シフトに関連する直交フレームを取得するよう構成され、マイクロプロセッサは、同相フレームと直交フレームの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、同相フレームと直交フレームとに補正係数を適用し、補正された同相フレームと補正された直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定するように構成されている。

【0039】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、補正係数を決定する際に、位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、補正係数を決定するよう構成されている。

【0040】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、平均位相差を決定する際に、位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、位相差のヒストグラムに基づき、平均位相差を特定するよう構成されている。

【0041】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）を備える。

【0042】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える。

【0043】

いくつかの実施形態では、ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える。

【0044】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える。

【0045】

本発明のさらに別の実施形態に係る方法は、光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられるサンプル部分と、光干渉計システムのリファレンスアームに向けられるリファレンス部分と、を有する電磁放射線源を用いて、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたって、サンプルを走査する工程と、位相変調器を用いて、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに、第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを与える工程と、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相フレームデータを取得する工程と、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交フレームデータを取得する工程と、同相フレームデータと直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成する工程と、位相差フレームに基づいて補正係数を決定する工程と、同相フレームデータと直交フレームデータとに補正係数を適用する工程と、補正された同相フレームと補正された直交フレームとに基づき、複素干渉フレームを決定する工程と、を有する。

【0046】

いくつかの実施形態では、補正係数を決定する工程が、位相差フレームに基づき平均位相差を決定する工程と、平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、補正係数を決定する工程と、をさらに有する。

【0047】

いくつかの実施形態では、平均位相差を決定する工程が、位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定する工程と、位相差のヒストグラムに基づき、平均位相差を特定する工程と、をさらに有する。

【0048】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える。

【0049】

いくつかの実施形態では、ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える。

【0050】

いくつかの実施形態では、位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える。

【0051】

本発明のさらに別の実施形態に係る装置は、サンプルアーム及びリファレンスアームを備える光干渉計システムと、光干渉計システムのリファレンスアーム及びサンプルアームのうちの少なくとも１つと関連付けられた少なくとも１つの位相変調器と、光干渉計システムに接続された電磁放射線源と、位相変調器と電磁放射線源とに接続されたマイクロプロセッサと、を備える装置であって、電磁放射線源は、第１の期間及び第２の期間を含む期間にわたってサンプルを走査するよう構成され、電磁放射線源のサンプル部分は、光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられ、電磁放射線源のリファレンス部分は、光干渉計システムのリファレンスアームに向けられ、少なくとも１つの位相変調器によって、第１の期間中に与えられる第１の位相シフトと、第２の期間中に与えられる第２の位相シフトであって第１の位相シフトとの差が９０度である第２の位相シフトと、を含む位相シフトを、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに与えるよう構成され、マイクロプロセッサは、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射線と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第１の干渉に基づき、同相フレームデータを取得し、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射線と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つと、の間の第２の干渉に基づき、直交フレームデータを取得し、同相フレームデータと直交フレームデータの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成し、位相差フレームに基づいて補正係数を決定し、同相フレームデータと直交フレームデータとに補正係数を適用し、補正された同相フレームデータと補正された直交フレームデータとに基づき、複素干渉フレームを決定するよう構成されている。

【0052】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、補正係数を決定する際に、位相差フレームに基づき平均位相差を決定し、平均位相差と９０度の位相シフトとの間の差に基づいて、補正係数を決定するよう構成されている。

【0053】

いくつかの実施形態では、マイクロプロセッサは、平均位相差を決定する際に、位相差フレームにおける位相差のヒストグラムを決定し、位相差のヒストグラムに基づき、平均位相差を特定するよう構成されている。

【0054】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源は、チャープファイバブラッググレーティングストレッチパルスモードロック（ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ）レーザを備える。

【0055】

いくつかの実施形態では、ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザは、１．３μｍのイメージングバンドを備える。

【0056】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの位相変調器は、ニオブ酸リチウム位相変調器を備える。

【0057】

本開示の上記の及び他の態様及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。以下の説明において、本明細書の一部を形成し、説明のために１つ又は複数の例示的なバージョンを示す添付の図面を参照する。これらのバージョンは、必ずしも本発明の全範囲を表すものではない。

【0058】

以下の図面は、本開示の例示的な実施形態のさまざまな特徴を説明するのを助けるために提供されるものであって、本開示の範囲を限定したり、代替的な実施形態を除外したりすることを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0059】

【図1】光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）（上）、一連のパルスｔｓ＿ｉからｔｓ＿ｉ＋１２についてのＯＳＷＳＳの経時的なパワー出力の概略的なグラフ（中央）、一連のパルスｔｓ＿ｉからｔｓ＿ｉ＋１２の各々についてのＯＳＷＳＳに関する波数の構成（下）、及びそのような波数のうちの２つ、ｋ＿２及びｋ＿１の拡大図（下の挿入図）である。

【図2】ＯＳＷＳＳを使用する干渉計システムの実施形態を示す。

【図3】位相が、偶数番号のタイムスロットの０度と奇数番号のタイムスロットの９０度との間で切り替えられる（上の）、又は、位相が、６番目のタイムスロットごとに０度と９０度の間で切り替えられる（下の）実施形態のパワー及び位相変調レベルを示す。

【図4A】波数ｋ＿１からｋ＿５が５つのタイムスロットごとに繰り返され、位相が、５つのタイムスロットごとに０度と９０度の間で交互になる実施形態の波数、パワー及び位相変調レベルを示す。

【図4B】位相が、タイムスロット内で０度と９０度の間で切り替えられる実施形態の、パワー及び位相変調レベルを示す。

【図5】干渉計システムの実施形態であって、当該実施形態は、リファレンスアームに位相変調器を含むとともに、ＯＳＷＳＳ、位相変調器、（複数の）検出器及びコンピューティングシステムのうちの１つ又は複数の機能を調整するためのコントローラを有する。

【図6】ＡラインＡ１及びＡ３に対応する２つの位置での走査ビームの位置を示すとともに、他のＡラインの位置と、位相変調状態と、Ａライン間で実行され得る補間と、を示す。

【図7】一連のフレームｉ－１からｉ＋８（フレームは一連のＡライン走査を含み得る）の位相変調パターンに重ね合わされたビーム走査パターン（左）の実施形態を示し、ここで、交互のフレームは、各々、異なる位相（例えば、０度又は９０度）を有し、また、時間の関数としての走査のｘ位置とｙ位置の概略図も示す（右）。

【図8】図７に示す実施形態の代替実施形態のｘ位置及びｙ位置を示し、ここで、正しく登録された複素復調データを得るために、２つのフレーム走査（例えば、１つは位相が０度、もう１つは位相が９０度）の後にｙ位置が段階的に移動する。

【図9】ゲイン媒体Ｇによって増幅され出力ビームＢ８として放出されるビームＢ１を生成する波長掃引周波数コムを生成する波長ステップ光源（Ｓ）を示す。

【図10】図９に示すような光源ＬＳを使用して本発明の実施形態を実施するためのマッハ・ツェンダー干渉計の実施形態を示す。（Ａ）は自由空間光通信（free space optics）に基づく実施形態を示し、（Ｂ）は光ファイバに基づく実施形態を示す。

【図11】連続波（ＣＷ）又は準ＣＷレーザと組み合わせて使用するための位相変調パターンの実施形態を示す。

【図12】パルスレーザ出力と組み合わせて使用するための位相変調パターンの実施形態を示す。（Ａ）はパルスレーザ出力に関するサンプリングパターンを示し、（Ｂ）はパルスレーザ出力とパルスレーザ出力の遅延したコピーとに関するサンプリング及び位相変調パターンを示し、（Ｃ）はパルスレーザ出力とパルスレーザ出力のさらに遅延したコピーとに関するサンプリング及び位相変調パターンを示す。

【図13】光源Ｓの出力を光源Ｓの遅延したコピーと組み合わせる光学部品に結合された波長ステップ光源（Ｓ）の実施形態を示す。

【図14】ＳＰＭＬレーザ及び円形測距イメージングシステムの概略図であり、ＬＤはレーザダイオードドライバ、ＤＤＧはデジタル遅延ジェネレータ、ＰＧはパターンジェネレータ、Ａはアンプ、ＥＯＭは電気光学変調器、ＰＣは偏光コントローラ、ＣＦＢＧは連続ファイバブラッググレーティング、ＳＯＡは半導体光増幅器、ＦＰはファブリーペロー・エタロンスペクトルフィルタ、Ｃはサーキュレータ、ＰＺＴはピエゾアクチュエータ、ＰＭは部分反射ミラー、ＯＳＡは光スペクトルアナライザ、ＶＤは可変遅延ライン、ＩＳＯは光アイソレータ、ＦＧは信号生成器、Ｄは分散補償、ＬＯはローカルオシレータ、ＣＡＬはキャリブレーション信号、ＦＣはファイバコリメータ、Ｇはガルバノミラー、Ｌはレンズ、Ｓはサンプル、ＢＤはバランス型フォトダイオード、ＤＡＱはデータ取得ボードである。

【図15】測定されたＳＰＭＬレーザ性能を示し、（ａ）は光スペクトル、（ｂ）は拡大された光スペクトル、（ｃ）は２６０ｐｓの電気パルスを使用した単掃引の時間トレース、（ｄ）はパルスを示す拡大された時間トレース、（ｅ）は５回掃引を示す時間トレース、（ｆ）は測定されたコヒーレンス長を示す。

【図16】フレーム復調を示し、（ａ）はフレーム復調の概略図、（ｂ）及び（ｃ）はベースバンドにわたるミラー信号のアーティファクト抑制を示し、（ｂ）は生の分散補償信号、（ｃ）はＩ、Ｑ復調信号を示す。ＦＳＲ＝１５０ＧＨｚ。－１次信号、ベースバンド信号及び１次信号が示されている。（ｄ）及び（ｅ）はＩＲカードのイメージングであり、（ｄ）は生の分散補償画像、（ｅ）はＩＱ復調画像を示す。（ｆ）及び（ｇ）は粘着テープのイメージングであり、（ｆ）は生の分散補償画像、（ｇ）はＩＱ復調画像を示す。イメージングの際に１００ＧＨｚのＦＳＲを使用した。スケールバーは１ｍｍに対応する。

【図17】ＩＲカード（上段）及び粘着テープ（下段）を使用した位相補正を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）はＩＱ復調後にアーティファクトが残っている画像（黄色の矢印）である。（ｃ）及び（ｄ）は位相変調フレーム間の位相差、φ（ｘ，ｚ）＝ａｒｇ｛Ｓ_I（ｘ，ｚ）Ｓ^* _Q'（ｘ，ｚ）｝である。（ｅ）及び（ｆ）は、（ｃ）及び（ｄ）に示したデータからのφ発生を示す位相ヒストグラムである。ヒストグラムは、直交点からグローバル位相オフセットΔφを取得するために用いられた。（ｇ）及び（ｈ）は位相補正された画像である。（ｉ）は２５１個の連続して記録されたフレームについての理想的な直交点からの位相エラー（オフセット）である。（ｊ）は、位相補正の前（下の黒い線）と後（上の赤い線）における（ｉ）の位相エラーに起因する対応する測定された抑制を示す。太線は５個のフレームを使用した平均抑制を示す。スケールバーは１ｍｍに対応する。

【図18】フレーム復調を使用したイメージングの例を示し、（ａ）は人間の爪郭のイメージングであり、生の分散補償画像とＩＱ復調画像を示す。復調された画像は、ベースバンド範囲を超える構造のフチなしラッピングをより明確にするためにスティッチングされた。（ｂ）はｉＰｈｏｎｅ（登録商標）７のディスプレイのイメージングであり、生のＩＱ復調画像と体積測定ビューを示す。上部のガラス板の下にある別個の層が見える。スケールバーは１ｍｍに対応する。

【図19】Ａライン復調を示し、（ａ）はＡライン復調の概略図である。（ｂ）及び（ｃ）はベースバンドにわたるミラー信号についてのアーティファクト抑制であり、（ｂ）は生の分散補償信号、（ｃ）はＩ、Ｑ復調信号を示す。ＦＳＲ＝１００ＧＨｚ。－１次信号、ベースバンド信号及び１次信号が示されている。（ｄ）は１時間の期間にわたるミラー信号の測定された複素共役抑制である。

【図20】複素補間を示し、（ａ）はビームスポットサイズδｘに正規化されたビームステップサイズΔｘの関数としての複素補間の前（円）と後（四角）の測定された抑制である。（ｂ）は複素補間を示すＩＲカードのイメージングの例である。生の画像とＩＱ復調画像が示されている。復調された画像は、ベースバンド範囲を超えるサンプル構造のフチなしラッピングを明確にするために３回スティッチングされた。ＦＳＲは１００ＧＨｚ（Ｌ_B＝１．５ｍｍ）であった。スケールバーは１ｍｍに対応する。

【図21】Ａライン復調を使用したイメージングの例であり、（ａ）は人間の爪郭の断面画像であり、生の分散補償画像（左上）と、ＩＱ復調画像（左下）を示す。復調された画像は、周波数コムの主要な測定範囲を超える構造のフチなしのラッピングを明確にするために２回スティッチングされた（右）。（ｂ）はエナメル質（１）、象牙質（２）及び歯茎（３）を示す人間の歯のＩＱ復調画像である。説明のために、ここでは取得範囲全体を示し、ベースバンド範囲は黄色の破線で示されている。（ｃ）は５０ｍｍレンズ（左）と１５０ｍｍレンズ（右）を使用した、毎秒１５ボリュームでの人間の歯を示す体積深度投影である。スケールバーは１ｍｍに対応する。

【図22】開示された主題のいくつかの実施形態による円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のためのシステムの例を示す。

【図23】開示された主題のいくつかの実施形態によるコンピューティングデバイス及びサーバを実現するために使用することができるハードウェアの例を示す。

【図24】開示された主題のいくつかの実施形態による円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のためのプロセスの例を示す。

【図25】開示された主題のいくつかの実施形態による円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のための別のプロセスの例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0060】

発明の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途に関し、本明細書において以下に記載されている又は図面に示されている構造の細部及びコンポーネントセットの配置に限定されないことは理解されるべきである。本発明は、他の実施形態とすることが可能であり、又はさまざまな方法で実施することが可能である。また、本明細書において使用されているフレーズ及び用語は、説明を目的とするものであり、限定的なものとみなすべきではないことは理解されるべきである。例えば、本明細書における「含む」、「備える」又は「有する」及びその変形例の使用は、その後に列挙される項目、その等価物及び追加の項目を包含することを意味する。

【0061】

種々の実施形態において、本発明は、複素干渉信号を生成し、その信号を使用して、サブサンプリング／円形測距光コヒーレンストモグラフィーを用いて得られたデータを復調するための方法及び装置を提供する。非常に高速のイメージング速度（例えば、ＭＨｚのレーザ繰り返しレート）にて複素干渉信号を得るため及びイメージングアーティファクトを緩和するために、干渉信号の位相をアクティブ（電子的）に制御することによって（互いに対してπ／２、即ち９０度位相シフトされた）直交電場コンポーネントを得るためのさまざまな手法が開示されている。

【0062】

特定の実施形態において、位相変調についての好ましい実例では、電圧信号を光位相シフトに変換するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）位相変調装置を使用するが、光ビームを位相変調する他の方法を使用することもできる。光ビームに位相シフトを生じさせる他の方法も使用することができ、これには、ケイ素又は半導体材料に基づくものなどの他の電気光学位相変調器、温度を使用して光ビーム位相に影響を与える熱位相変調器、音波又は音響エネルギーを光位相シフトに変える音響光学位相変調器などが含まれるが、これらに限定されない。位相変調器が組み込まれたアーキテクチャの例を後述する。

【0063】

したがって、本明細書に開示される手法は、干渉計システムのサンプルアーム及びリファレンスアームのいずれか一方又は両方においてアクティブ位相シフト（例えば位相変調）を使用して、光サブサンプリング波長ステップ源（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｓｕｂｓａｍｐｌｅｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－Ｓｔｅｐｐｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ；以下、「ＯＳＷＳＳ」とも称する）の各期間（本明細書では「タイムスロット」と称する。以下参照）に関連する複素干渉信号を生成するための手法である。この手法は、干渉計における位相シフト構成の配置及び駆動を記述するハードウェア実施形態、位相シフト信号をＯＳＷＳＳ及び／又は検出構成及び／又は顕微鏡に同期させるための構成、測定された信号から複素信号を生成するための信号処理方法、並びに種々の光源からの復調エラーをキャリブレート及び補償するための信号処理方法及び構成を含むことができる。

【0064】

本手法は、「パルス間（inter-pulse）」の形態又は「パルス内（intra-pulse）」の形態で実施することができる。パルス間手法は、単一の波数に関連する複素干渉信号を生成するために、少なくとも２つの異なるパルス（同一の波数であってもなくてもよい。波数の議論については以下を参照）を使用する。パルス内手法は、単一パルスでの測定を使用して、そのパルスの波数に関連する複素信号を生成する。パルス間方法は、実行がより簡単であるが、複雑な測定ごとにより多くの追加パルスを必要とし、その結果、イメージング速度が遅くなる可能性がある。パルス内方法は、実行がより複雑であるが、複素信号（即ち、互いに９０度位相シフトされた２つの信号）の生成に必要なデータを取得するために単一パルスのみを必要とすることで、最速のイメージングを可能にすることができる。

【0065】

光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）
本明細書において、特定の光源、即ち光サブサンプリング波長ステップ源（ＯＳＷＳＳ）を使用する干渉測定システムの文脈において、直交復調（同相（Ｉ）／直交（Ｑ）復調、又はＩ／Ｑ復調とも称される）を実行するための装置及び方法が開示される。以下は、本明細書に開示されるＩ／Ｑ復調の実施形態の実例において使用され得るＯＳＷＳＳ源の概要である。

【0066】

図１（上部）に図式的に示すＯＳＷＳＳは、以下の特性及びパラメータのうちの１つ又は複数を有する特定の光出力信号を提供する。
・ ＯＳＷＳＳは、時間経過とともに光波長（光波数（即ち、波の空間周波数）又は光周波数とも称される）間で離散的に段階的となる光出力を提供する。
・ ＯＳＷＳＳ出力は連続したタイムスロットのセットに分けることができ、ここでｔｓ＿ｉはｉ番目のタイムスロット（図１の中央）を指す。
・ 各タイムスロットｔｓ＿ｉは特定の持続期間を有する。タイムスロットは大抵の場合同じ持続期間を有するが、必ずしもそうである必要はなく、種々の実施形態において異なる持続期間を有する。
・ タイムスロットは、レーザが特定の光波数の光を提供する期間として定義され、タイムスロットは、レーザが異なる光波数の光を提供し始めたときに終了する。レーザ波数は、タイムスロット間の遷移中に波数間を離散的に遷移する。これは図１（底部）に示されており、同図では例示的な時間と波数の関係が示されている。ここで、ｔｓ＿ｉは波数ｋ＿２を生成し、ｔｓ＿ｉ＋１は波数ｋ＿４を生成し、等々である。
・ ＯＳＷＳＳ出力は、図１（底部、挿入図）に示されるように、ある有限の線幅Δｋを有する。ここで、この線幅は、隣接するタイムスロット間の平均波数差よりも小さく、これは、光源が各タイムスロットについて別個の波数出力を提供することを示している。これは、このレーザと連続掃引波数出力を伴う光源との明らかな違いを示している。
・ タイムスロット内の光はパルスと称される。パルスは、図１（中央）に示すように、各タイムスロット中に上昇及び下降する変動パワーを有することができ、あるいは一定パワーを有することができる。両シナリオにおいて、タイムスロット内の光は、関連する波数における光の有限の持続期間を表すので、本明細書ではパルスと称される。

【0067】

ＯＳＷＳＳ源の例には、波数空間で等間隔に配置された波数を生成するように設計された光源、例えば周波数コム光源が含まれる。

【0068】

ＯＳＷＳＳを用いる干渉測定
図２は、ＯＳＷＳＳを使用して干渉測定を行うための一般化された設定を示す。コンポーネントとしては、ＯＳＷＳＳのような光源と、サンプルアーム及びリファレンスアームを含む干渉計と、干渉計出力と、検出器と、種々の実施形態においてプロセッサ／マイクロプロセッサを含む信号処理コンピュータ／構成体と、を含む。干渉計とＯＳＷＳＳを併用することにより、光サブサンプリング光コヒーレンストモグラフィーで実行されるような測距が可能となり、あるいはより一般的には、干渉法を使用してサンプルアーム内の物体を調べることが可能になる。Ｉ／Ｑ復調は、以下に説明するように干渉計からの複素出力信号を測定するために使用される。

【0069】

Ｉ／Ｑ復調なしの場合、（非複素）干渉信号が測定される場合がある。この信号は、サンプルアームの光とリファレンスアームの光の位相差の正弦に比例する。一方、Ｉ／Ｑ復調を使用すると、上記の位相差の正弦に比例する実数コンポーネントと、上記の位相差の余弦に比例する虚数コンポーネントと、を有する複素干渉信号を測定することができる。Ｉ／Ｑ復調を使用すると、干渉測距システムにおいて与えられた正の光遅延（＋ｄ）から生じる複素干渉信号は、同じ大きさ（－ｄ）の負の光遅延によって与えられるものと区別可能であり、この区別は非複素干渉信号を測定するときには不可能な区別である。サブサンプリングＯＣＴでは、正と負の遅延を識別するこの能力により、大きな物理的遅延空間を縮小円形遅延空間に縮小する円形測距（ＣＲ）が可能になる。

【0070】

図２に示すような干渉計の最もシンプルな実例において、そしてＩ／Ｑ復調がない場合には、出力信号１及び２の両方は、サンプルアームの光とリファレンスアームの光との間の位相差の正弦に比例するであろう。Ｉ／Ｑ復調は、上記のシステムにおいて、サンプルアームの光とリファレンスアームの光が組み合わされるやり方を再設計する（例えば、偏光ベースの光復調を使用する）ような方法を使用するか、あるいは本明細書に開示されているように、サンプルアーム及びリファレンスアームの一方又は両方における光の位相を異なる時点で変調することにより、１つの時点において、出力は位相差の正弦に比例し、後の時点において、出力は位相差の余弦に比例するようにすることで、行うことができる。より一般的には、経時的に取得された測定値は、例えば、コンピュータプロセッサを使用して結合され、これにより、追加の信号処理を用いて複素干渉縞(complex fringe)を生成することができる。

【0071】

種々の実施形態において、パルス間位相変調は、例えば、パルス間（又は等価的にタイムスロット間）でリファレンスアーム又はサンプルアーム内の光の位相を変調することを含み、これにより、第１のパルスが正弦コンポーネントを生じさせ、第２のパルスが余弦コンポーネントを生じさせるような、２つのパルスからなるパルスセットから得られたデータを使用して複素信号を生成することができるよう構成されている。

【0072】

図３に示す例（上側の図）では、偶数番号のタイムスロット／パルス（例えば、ｔｓ＿ｉ、ｔｓ＿ｉ＋２など）では０度であり、奇数番号のタイムスロット／パルス（例えば、ｔｓ＿ｉ＋１、ｔｓ＿ｉ＋３など）では９０度である位相変調がなされた。位相は、本明細書に開示する実施形態の多くにおいて０度～９０度の間でさまざまであることが示されているが、種々の実施形態においては、位相は、角度間の差異が９０度（π／２）であるならば、他の角度の間でさまざまであってもよい。この例では、タイムスロット／パルスｔｓ＿ｉ及びｉ＿３が同じ波数ｋを有すると仮定すると、パルスｔｓ＿ｉは、波数ｋに関連する正弦干渉信号を測定するために使用することができ、パルスｔｓ＿ｉ＋３は、波数ｋに関連する余弦干渉信号（パルスｔｓ＿ｉ＋３に関連するデータに導入された９０度の位相シフトに起因する）を測定するために使用することができる。図３の下側の図に示す例では、位相変調は６パルスごとに変化する。ここで、タイムスロット／パルスｔｓ＿ｉ及びｔｓ＿ｉ＋６が同じ波数ｋを有すると仮定すると、タイムスロット／パルスｔｓ＿ｉ及びｔｓ＿ｉ＋６を使用して、正弦干渉信号及び余弦干渉信号をそれぞれ決定して、波数ｋに関連する複素干渉縞信号を生成することができる。

【0073】

連続するＡライン間の位相変調
いくつかの実施形態では、連続するＡライン間で位相変調が行われてもよい。ある特定の実施形態では、Ａラインは、特定の波数シーケンスを有する１セットのパルスを含み、この波数シーケンスは後続のＡラインごとに繰り返される。これは図４Ａに示されており、同図では繰り返されるｋ＿１～ｋ＿５の番号が付けられた５つの波数を有するＯＳＷＳＳの出力が示されており、ここで、ｋ＿１～ｋ＿５からなる各セットは、１つのＡラインを示す。したがって、ＡラインｙとＡラインｙ＋１は（同じ波数シーケンスを使って）同じ特性を測定するが、測定する時点が異なっている。この実施形態では、隣接の／順次的なＡラインは、図４Ａに示すように９０度の関連性を有するように位相シフトされる。Ａラインｙからの信号を使用して正弦（実数）干渉縞信号が形成され、Ａラインｙ＋１からの信号を使用して余弦（虚数）干渉縞信号が形成される。ＡラインｙとＡラインｙ＋１は、組み合わされると、Ｉ／Ｑ復調を実行するために使用できる１つの複素Ａラインを形成する。

【0074】

いくつかの実施形態では、位相変調はタイムスロット内で実行されてもよく、これには、位相変調が１つのパルス内で生じるような実施形態が含まれる。これは図４Ｂに示されている。同図において、１つのタイムスロットは少なくとも２つのより小さなタイムスロットに分割されており、このうちの第１のタイムスロット中に第１の位相信号が印加され、第２のタイムスロット中に第２の位相信号が印加される。図４Ｂでは、これらのより小さなタイムスロット間で９０度の位相シフトが生じている。したがって、同相コンポーネント及び直交コンポーネントの両方を１つのレーザパルス／タイムスロットについて測定することができる。ここでは、タイムスロットあたり少なくとも２つの測定が用いられる。

【0075】

図５に、位相変調器（例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）位相変調装置）が組み込まれた例示的なアーキテクチャを示す。図５に示す干渉計システムの実施形態は、リファレンスアーム内に位相変調器を含むとともに、ＯＳＷＳＳ、位相変調器、（複数の）検出器及びコンピューティングシステムのうちの１つ又は複数の機能を調整するためのコントローラ（プロセッサ／マイクロプロセッサを含むことができる電子制御装置及び信号生成器）を有する。

【0076】

特定の実施形態では、一連のＡライン（それぞれが同じ波数のシーケンスを含む）を放射するビームをサンプルに当て、ビームによりサンプル上が走査されるにつれてデータを得ることができる。このような、ビームによりサンプル上が走査されるＯＣＴシステムでは、本明細書に記載される複素干渉縞を構築するために使用される２つのＡラインは、サンプルにおける異なる部分の走査からのものであってもよく、したがって、場合によっては、一対のデータポイント間でのサンプルの差異を考慮するために、データに補正を加えなければならないことがある。

【0077】

この現象は図６に示されており、同図では、ＡラインＡ１とＡラインＡ３とについてのビームプロファイル（円形）が示されている。ここで、ＡラインＡ１及びＡラインＡ３は、同相（Ｉ又は正弦）干渉縞を提供し、Ａライン２は、直交（Ｑ又は余弦）干渉縞を提供する。理想的なケースでは、ＩのＡライン及びＱのＡラインは、同一のサンプル位置で測定されるであろう。しかしながら、この例におけるＡラインＡ１及びＡラインＡ２が複素干渉縞を構成するために使用される場合、Ａライン間のビームのずれによって位相関係におけるエラーが生じる場合があり、同様の事態がＡラインＡ２及びＡラインＡ３が使用されるときにも生じる場合がある。このエラーを減らすために、補間によって、新しい（Ｉ）Ａラインを、測定したＡラインＡ１及びＡラインＡ３から構築してもよい。この補間されたＡラインは、位置Ａ２（図６において、「Ａライン補間」と示されている）においてＩのＡラインについて測定されたであろうものを近似する。その後、測定されたＱのＡライン（Ａ２）と、Ａ１及びＡ３から形成された補間されたＩのＡラインから、複素干渉縞が生成される。

【0078】

Ａライン補間を実行するために、種々の実施形態において、Ａライン同士が位相安定となるように、ＯＳＷＳＳとデータ取得システムが互いに同期されてもよい。位相安定でないと、ＡラインＡ１とＡラインＡ３の間の未知の位相シフトが原因でＡラインＡ１とＡラインＡ３の間の補間によりエラーが生じかねない。位相同期により、Ａラインの位相補償なしで直接補間が可能である。位相同期スキームの１つの実施形態が図５に示されており、同図は、ＯＳＷＳＳ、位相変調器、（複数の）検出器及びコンピュータ（例えば、データ取得及び／又は分析に使用され得る）に電子的に結合されたコントローラ／信号生成器を示す。

【0079】

Ａライン補間は、干渉縞領域（即ち、捕捉された干渉縞データ上）において決定されてもよく、あるいは個々の測定されたＡライン干渉縞のＦＦＴ後（即ち、ＦＦＴ演算によって生成された複素データ上）において決定されてもよい。

【0080】

連続するフレーム間の位相変調
上で開示した位相変調アプローチは、必ずしも隣接するＡラインで行う必要はない。いくつかのイメージングシステムについては、フレーム間での位相変調を行うことが最適である場合があり、この場合、フレームは、例えば、ｘ方向などの特定の方向に沿ったＡラインの集まりであってもよく、これを連続的な画像を生成するために使用することができる。したがって、ビームを用いて、サンプル上を第１の方向（例えば、ｘ方向）に沿って繰り返し走査してもよく、また第２の方向、典型的には直交する方向（例えば、ｙ方向）に移してもよい。

【0081】

図７の左側の図に示すように、ｘ方向における正弦波走査が使用され、ここでは、フレームは１つおきに、同相（Ｉ）データを生成するために適用される０度の位相シフトを有し、他のＡラインは、直交（Ｑ）データを生成するために適用される９０度の位相シフトを有する。一定速度でのｙ方向に沿った走査が十分に遅い場合、隣接するフレームは、これらのフレームからのデータを組み合わせて複素フレーム(complex frame)を生成できるように、十分に類似した位置をサンプリングする。例えば、位置ｂ及び位置ｃがｘ位置は同じだがｙ位置が僅かにずれているような位置ｂ及び位置ｃにおけるＡラインを使用することができる。図７の右側の図は、ｘ走査位置対時間とｙ走査位置対時間を表している。

【0082】

あるいは、図８に示すように、ｙ走査は、２フレーム取得中にｙ位置を一定に維持するように変更されてもよく、これによりこれらの２つのフレームからのＡラインが同じｙ位置を有するように構成されてもよく、したがって、Ａラインは同じｘ位置及びｙ位置を有し、このことは、複素Ａライン／フレームを構築するのに有益である。これは図８に示されており、同図において、ｘ及びｙにおける位置が時間に対して示されている。ここで、フレームｉ及びフレームｉ＋１は、それぞれ０度及び９０度の位相シフトを有することができるとともに、全データが同じｙ位置を有するような複素干渉縞／Ａライン／フレームデータを生成するために使用することができる。

【0083】

以下の非限定的な例は、本明細書に開示される本発明の実施形態をさらに説明する。

【0084】

交互Ａライン復調
図９は波長ステップ光源（Ｓ）を示し、この波長ステップ光源は、周波数コム自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有する波長掃引周波数コムを生成し、また、ＦＳＲ及び掃引速度に応じたパルス繰り返しレート（ｆ_P）を有する時間領域でパルスを有していても有さなくてもよい。光源ＳはビームＢ１を生成し、ビームＢ１は、半導体光増幅器、ブースタ光増幅器又は別の種類のゲイン媒体からなるゲイン媒体（Ｇ）を用いて増幅され、これにより出力ビームＢ８が得られる。

【0085】

図１０は自由空間光通信の構成（図１０の（Ａ））又はファイバ構成（図１０の（Ｂ））を用いて実施され得るマッハ・ツェンダー型干渉計を示す。他の干渉計タイプ（マイケルソンなど）も適用することができる。図１０の（Ａ）又は（Ｂ）の光源ＬＳはどちらも図９の出力ビームＢ８を表す。ＬＳから放射されるビームＢ９は干渉計の入力に向けられ、この入力において、ビームＢ９はビームスプリッタ（ＢＳ３）を使用して、ほぼ等しい長さの２つの経路へと分けられる。Ｂ１０はサンプルＳの方に向けられる。その後、関心対象からの後方散乱光は、干渉計出力（Ｂ１１）に向けられる。リファレンスアームでは、ビームＢ１２は位相変調器（ＰＭ）の方に向けられる。この例では、ＰＭは、レーザ繰り返し（Ａライン）速度の半分の周波数で、ゼロ又はπ／２（９０度）の位相シフトを与え、つまり、Ａラインに対応するパルスのグループは、１つおきに、リファレンスアーム内で与えられる０度又は９０度の位相シフトを有する。あるいは、レーザ繰り返しレートは、ＰＭ周波数であるｆ_L＝ｎｆ_PM（ｎ≧２）の整数倍であってもよい（例えば、位相は、３番目、４番目、５番目、…又はｎ番目のＡラインごとに変化してもよい）。ＰＭの後のビーム（即ち、ビームＢ１３）は、干渉計の出力に向けられ、ＢＳ４によって結合された後、ビームＢ１１と干渉する。その後、出力ビームＢ１４は、フォトダイオードＤによって検出される。あるいは、図２に示すファイバベースの干渉計によって、出力ビームＢ１４と出力ビームＢ１５との間のπの位相シフトにより、バランスの取れた検波が容易に可能となる。検出された信号は、サンプリングレートｆ_Sでデータ取得ボード又はリアルタイムオシロスコープ（ＤＡＱ）を用いてデジタル化される。いくつかの波長掃引（Ａ１、Ａ２、．．．、Ａｎ）を取得して、２次元画像又は３次元画像を形成するようにしてもよい。

【0086】

取得中、サンプルアームビームＢ１０により、例えば図６に示すように、２次元画像を形成するために側面方向又は横方向にわたって走査が行われる（Ｂ走査）。この場合の位相変調器ＰＭは、交互のＡラインの間に、複素干渉信号のＩ成分とＱ成分をそれぞれ形成するゼロとπ／２（９０度）の位相シフトを与える。特定の実施形態では、ビーム走査速度は、連続するＡラインが、ビーム径の１／４以下のビームステップサイズによって空間的に分離されるように調整される。ビーム径よりもはるかに小さいビームステップサイズの場合、複素干渉信号（解析信号）は次のように取得することができる。

【数1】

これにより、深度領域におけるフーリエ変換後に抑制された複素共役項が得られる。

【0087】

ビーム径に近いビームステップサイズの場合、検出された信号はますます無相関になり、複素共役項の減少が小さくなる場合がある。上述のように、ＡｎとＡｎ＋２の間（つまり、隣り合うＩ Ａラインの間及び／又は隣り合うＱ Ａラインの間）に複素数値補間を適用することで、補正された（補間された）Ｉ’コンポーネント又はＱ’コンポーネントを、これらのＱ又はＩ対応部分の空間位置にて、それぞれ取得することができる。この場合、その後、複素干渉信号が次のように形成される。

【数2】

【0088】

連続波（ＣＷ）又は準ＣＷレーザ動作のための交互サンプルポイント復調
この実施形態では、図９に示すような光源が、図１０の（Ａ）又は（Ｂ）に示すような干渉計に入力される。上述のとおり、出力ビームＢ１４は、図１０の（Ｂ）に示すフォトダイオードＤ、あるいはファイバベースの干渉計によって検出され、Ｂ１４とＢ１５の間のπの位相シフトによりバランスのとれた検出が容易に可能となる。検出された信号は、データ取得ボード又はリアルタイムオシロスコープ（ＤＡＱ）を使用して、サンプリングレートｆ_Sでデジタル化される。種々の実施形態において、サンプリングレートは、パルス繰り返しレートの２倍、ｆ_S＝２ｆ_P＝２ν／ＦＳＲに調整されてもよく、ここで、νは、Ｈｚ／秒単位の掃引速度である。位相変調器ＰＭは、パルス繰り返しレート及びデジタイザ（ＤＡＱ）サンプリング周波数の半分に等しい速度で、ゼロとπ／２（９０度）の間で、干渉信号の位相を変調するように設定されている。

【0089】

パルスに関するサンプリング及び位相変調の相対的な位相は、図１１に示すように調整することができる。この実施形態では、λ_n（ｎ＝１、２、３、４、５…）は、スペクトル領域における個々の「潜在的な」狭い線幅のコム線を表す。２つのポイントが、パルスごとに取得され、互いに対してπ／２位相シフトされて、以下の複素干渉信号のＩ成分とＱ成分が形成される。

【数3】

【0090】

パルスレーザ出力の交互サンプリングポイント復調
パルスレーザ出力の場合、パルス間のサンプリングは、図１２の（Ａ）に示すように、無効なＩ／Ｑ成分をもたらす可能性があり、これは、デューティサイクルが低いパルスでより顕著となる場合がある。図１２において、λ_nは、スペクトル領域における個々の「潜在的な」狭い線幅のコム線を表す。この実施形態では、パルス間のサンプリングの問題は、図１２の（Ｂ）に示すように、パルス列レプリカを生成し、このレプリカを元のパルス列の低デューティサイクル領域に貼り付けることによって、対処することができる。換言すると、同じコム線（λ_n）とパルスが、コピーされ、遅延を伴って貼り付けられ（λ’_n）、したがってこれらは、交互のサンプリングポイントによりサンプリングされ、各々が互いに対してπ／２位相シフトされている。

【0091】

図１３は、光学部品に結合された波長ステップ光源（Ｓ）の実施形態を示し、光学部品は、光源Ｓの出力を光源Ｓの遅延したコピーと組み合わせて、図１２の（Ｂ）又は（Ｃ）に示されるような信号出力を生成するように構成されている。図１３の波長ステップ光源Ｓは、周波数コム自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有する波長掃引周波数コムを生成する。光源Ｓのパルスは、ＦＳＲ及び掃引速度に依存するパルス幅及びパルス繰り返しレートを有する。光源ＳはビームＢ１を生成し、ビームＢ１はビームスプリッタ／カプラ（ＢＳ１）によって２つの経路（Ｐ１、Ｐ２）に分けられる。ビームＢ２は、Ｐ１とＰ２の間で等しい偏光を保証する偏光コントローラ（ＰＣ１）に向けられる。ＰＣ１の後、ビームＢ３はＰ１とＰ２を組み合わせるビームスプリッタ（ＢＳ２）に向けられる。ビームＢ４は、Ｐ１とＰ２の間に時間遅延を生じさせる遅延ライン（ＤＬ）に向けられる。遅延ラインＤＬがない場合、経路Ｐ１及びＰ２は同じ長さになるため、コピーされたパルスは単純に再結合されて、光源Ｓの出力と同等のパルス列を形成することとなる。

【0092】

種々の実施形態において、ＤＬによってもたらされた時間遅延は、パルス繰り返しレートの逆数の半分、１／（２ｆ_P）、に対応し得、コピーされたパルス列（図１２の（Ｂ）の破線）をパルスサイクルの半分だけ遅延させる。この原理は、図１２の（Ｃ）に示すように、（パルス間の）信号がない他の領域にλ’_nを貼り付けることによって、より一般的に適用することができる（同図ではパルスが１．５パルスサイクルだけ遅延している）。適用可能な時間遅延は、より一般的にはｎ／（２ｆ_P）と表すことができ、ここで、ｎは奇数の整数である。遅延ループＤＬの後、ビームＢ５はビームスプリッタＢＳ２に向けられ、ビームスプリッタＢＳ２はビームＢ３とビームＢ５を結合させる。これにより、ＢＳ２の出力において２つのインターリーブされたパルス列が生成される。両方のビームは、ゲイン媒体Ｇによって増幅される前に偏光コントローラ（ＰＣ２）を通過する。次に、出力ビームＢ８は、イメージングのために図１０の（Ａ）及び（Ｂ）に示すような干渉計に向けられ、図１３の構成は、図１０においてビームＢ９を放出する光源ＬＳである。種々の実施形態において、サンプリングレートは、パルス繰り返しレートの２倍、ｆ_S＝２ｆ_P＝２ν／ＦＳＲに調整されてもよく、ここで、νは、Ｈｚ／秒単位の掃引速度である。位相変調器ＰＭは、パルス繰り返しレートの周波数及びデジタイザ（ＤＡＱ）のサンプリングレートの半分で、干渉信号の位相をゼロとπ／２の間で変調する。Ｉ成分及びＱ成分は、個別にサンプリングされたパルスから抽出されて、以下の複素干渉信号を形成する。

【数4】

【0093】

連続波（ＣＷ）若しくは準ＣＷレーザ動作の実施形態の交互サンプルポイント復調、又はパルスレーザ出力の実施形態の交互サンプリングポイント復調では、位相変調周波数及びサンプリングレートは、フォトダイオードＤ及びデジタイザＤＡＱのアナログバンド幅と類似している又は同じでもよい。しかしながら、バンド幅限界に近い周波数は、追加の周波数依存位相シフトの影響を受け、干渉信号がＰＭからの位相シフトと検出電子機器からの深度依存位相シフトにさらされるため、Ｉ成分及びＱ成分が誤って測定される可能性がある。これにより、複素共役アーティファクトの抑制が不十分となる可能性がある。特定の実施形態では、この追加の位相シフトに関する補正は、深度依存キャリブレーションを含むことで行うことができる。補正された直交成分（Ｉ及びＱ）は次のように表すことができる。

【数5】

式中、Ｑ’は複素干渉縞の測定された位相シフトされた成分であり、αは、０＝Ｉ＋Ｑ’αの条件を適用することによって残余複素共役成分の位置で得られる複素補正係数である。

【0094】

位相エラーの補正
円形測距光コヒーレンストモグラフィー（ＣＲ－ＯＣＴ）システムの特定の実施形態は、ほとんどの用途において拡張深度範囲にわたってイメージングを行うために必要な測定の数を減らすのに役立つ。しかしながら、特定の場合においては、これらの実施形態で使用されるイメージングシステムアーキテクチャは、ＣＲアプローチのコア原理を実証するのに十分であるが、不安定であり、１．５５μｍでの動作に制限される場合がある。したがって、動作安定性を改善する及び／又はより一般的な１．３μｍ範囲のイメージングバンドを含む他の波長バンドに手法を移す、修正されたＣＲ－ＯＣＴアーキテクチャの実施形態が提示される。種々の実施形態において、ストレッチパルスモードロック（ＳＰＭＬ）レーザ源を使用するときに用いられる長さが長い色分散性ファイバを、１つの連続チャープファイバブラッググレーティング（chirped fiber Bragg grating）（ＣＦＢＧ）設計で置き換えることができ、この変更により、１２６０～１３６０ｎｍのウィンドウまで動作波長がシフトされるだけでなく、レーザ動作が大幅に安定する。さらに、ニオブ酸リチウム位相変調器を使用するアクティブ直交復調スキームの実施形態が、環境要因に敏感な場合がある偏光ベースの光直交復調回路の代わりに実装される。これらの変更されたシステムの性能は、定量化され、７．６ＭＨｚの動作速度、１００ｎｍの掃引バンド幅、４ｃｍのコヒーレンス長、及び広範囲にわたって調整可能な円形測距深度（いくつかの実施形態では、１００μｍ～４ｍｍの範囲であってもよい）を有するイメージングの例が示されている。種々の実施形態において、ＣＦＢＧ－ＳＰＭＬレーザの安定性、シンプルさ、１．３μｍでの動作及び／又はアクティブ直交復調スキームのうちの１つ又は複数の組み合わせにより、よりコンパクトで、安定した、そして動作が簡単なＣＲ－ＯＣＴシステムが示され、このシステムは、医療用途及び非医療用途の両方についてＣＲ－ＯＣＴ手法の開発を拡大するのに役立つ可能性がある。

【0095】

円形測距光コヒーレンストモグラフィー（ＣＲ－ＯＣＴ）は、従来のフーリエ領域（ＦＤ）ＯＣＴアプローチが直面する２つの技術的ハードルを解決することができる。第１に、ＦＤ－ＯＣＴ法を使用して高深度走査速度で拡張深度範囲を調査しようとすると、短期間で多数の測定（つまり、デジタル化されたサンプル）が必要である。これにより、ＯＣＴシステム内の検出、デジタル化、転送及び処理モジュールの電子バンド幅について、高い、多くの場合到達不可能な要件が課される可能性がある。これは、（バーストモードではなく）連続イメージングを必要とする用途では特に困難である。ＣＲ－ＯＣＴは、ほとんどの用途で深度分解プロファイルに固有のスパース性を活用することにより、この障壁を克服する。具体的には、深度空間は円形に折りたたまれているため、小さな円形の深度範囲を取得するだけでよい。この円形の深度範囲は、サンプルから反射された信号の深度範囲、通常は０．５～２ｍｍの範囲であるがこの範囲に限定されない、を概算するように設定できる。なおかつサンプルは、数センチメートルに及ぶ可能性のある、より広い物理的深度範囲にわたって配置することができる。つまり、ＣＲ－ＯＣＴは、サンプルの絶対位置情報を破棄することにより、サンプル信号の効率的なサンプリングを可能にする。

【0096】

ＣＲ－ＯＣＴ法の採用によって克服できる第２の技術的ハードルは、イメージング光源速度に関するものである。従来のフーリエ領域ＯＣＴレーザは、１００～４００ｋＨｚの範囲で快適に使用され、重要な掃引波長フィルタの機械的限界に対する回避策として、光バッファリングによって１ＭＨｚを超えて動作させることができる。ＣＲ－ＯＣＴは、周波数コム光源の使用に基づいている。連続掃引波長ではなく離散的ステップ波長を使用する機能は、非常に高速な１０ＭＨｚを超える光源設計において新たな機会をもたらす。従来のＣＲ－ＯＣＴイメージングの結果は、キャビティ内分散に基づくストレッチパルスモードロック設計を使用して得られた。これらのような光源は、ＣＲのコア原理を実証するのに役立つが、複雑で不安定であり、その一方で、シータキャビティアーキテクチャ(theta-cavity architecture)を備えるチャープファイバブラッググレーティング（ＣＦＢＧ）に基づくより洗練された周波数コムレーザ光源が報告されているが、周波数コムＣＦＢＧ－ＳＰＭＬ光源を使用したイメージングは、これまで示されていない。これまでの研究では、ＣＲ－ＯＣＴは、最大２２ＭＨｚのＡ走査速度で１０～４２の範囲の測定圧縮率で組織信号をキャプチャするのに使用されていた。

【0097】

ＣＲ－ＯＣＴシステムの特定の実施形態では、光源及び干渉計は、高性能を維持するために頻繁な調整及びキャリブレーションを必要とする場合がある。光源の不安定性の原因には、長さが長い（１０ｋｍを超える）分散ファイバの使用が含まれる。長い分散ファイバを使用すると、レーザキャビティの共振周波数が温度の影響を受けやすくなる可能性があり、また、システム全体が位相ロックされているため、レーザ駆動周波数に関する変更を、ビーム走査及びデジタル化クロックソースに伝える必要がある場合がある。より安定したレーザ設計により、研究環境及び前臨床／臨床環境の両方での動作が劇的に簡素化されると考えられる。本手法を定義する深度空間の円形折りたたみを実現するために、同相信号及び直交信号を含む複素干渉縞信号が検出される。特定の実施形態では、特定の偏光ベースの直交復調回路を使用することができる。この回路を補正アルゴリズムと組み合わせると、高性能の復調が可能になるが、かなり複雑なキャリブレーション手順を介して補正パラメータを頻繁に再測定する必要がある。最後に、安定性とは関係のない特定の設計の第３の欠点は、これらの設計では１．３μｍ又は１．０μｍなどの他のイメージング波長に置き換えることができないことである。これは、１．５μｍを超える波長のみが広く入手可能な、一致した正及び負の分散ファイバの使用によって、課せられている。本手法を臨床現場で研究できるようにし、ＣＲ手法をより確実に採用できるようにするには、従来のイメージング波長で動作する、簡素化された、より安定したレーザ及び干渉計アーキテクチャが必要である。

【0098】

ＣＲ－ＯＣＴ手法／システムは、複素干渉縞に関し動作して、円形測距を実現する。残念ながら、周波数コムを使用すると、周波数コムの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の主要な測定範囲の倍数でイメージングするときにアーティファクトを引き起こすＲＦエラーが発生する可能性がある。全深度範囲にアクセスするには、一般に、解析（つまり複素）干渉信号を使用する必要がある。アーティファクトの重なりを回避するために、信号の折りたたみは、円形に、周波数コム光源と複素復調の使用の組み合わせ、つまり、本明細書に開示されるように測定された遅延の符号を解く同相（Ｉ）及び直交（Ｑ）干渉縞信号の検出により、実行される。従来のフーリエ領域ＯＣＴにおいて複素復調方法(complex demodulation methods)が、正と負の遅延空間を使用してイメージング範囲を２倍に拡張するために検討されてきた。光直交回路に基づくパッシブ方式及び動的位相変調に基づくアクティブ方式が実証されている。従来のＯＣＴの場合、深度信号全体を正又は負の遅延空間に配置できるため、複素復調はオプションである。同じストラテジーを光サブサンプリングに適用できるものの、主要な測定範囲を超えるエイリアシングにより、深度範囲が基本周波数コムオーダに制限される。したがって、円形測距は、光サブサンプリングと複素復調の組み合わせによって可能となる。つまり、ＣＲ－ＯＣＴの場合、複素信号はオプションではなく必須である。特定のＣＲ－ＯＣＴ実証では、パッシブ方式が採用されている。これにより必要な性能が得られると同時に、アクティブ方式の方法においては、デジタイザのチャネル数が減少すること及び環境の安定性の必要性が回避されることといった利点がある。我々は、音響光学変調器及びフーリエ領域モードロック周波数コムレーザを使用した周波数シフトによる円形測距を実証した。この方法は、安定した、単一チャネルの、Ａライン内の複素復調を提供できるが、最大約３ＭＨｚのレーザ繰り返しレートに制限される場合がある。したがって、本明細書に記載されているのは、アクティブ復調方式のＣＲ－ＯＣＴシステムへの拡張である。特に、強調されているのは、２つのＡライン間復調手法を記載することによるＬｉＮｂＯ₃電気光学変調器（ＥＯＭ）に基づく効率的で、高速で、かつ安定した方法のためのＣＲ固有の代替的実施形態である。さらに、ＣＦＢＧベースのＳＰＭＬアーキテクチャの高い速度をより適切なＯＣＴ波長に移行するために、１．３μｍのＳＰＭＬレーザが初めて実証され、これにより、ＯＣＴイメージングのためのコンパクトで安定したＳＰＭＬベースの円形測距システムが提供される。

【0099】

セットアップ
図１４は、ＳＰＭＬレーザ及びマッハ・ツェンダー型干渉計を含む光学構成を示す。電気光学変調器ＥＯＭ（ＭＸ１３００－ＬＮ－１０、Ｐｈｏｔｌｉｎｅ）は、３．８７ＧＨｚのキャビティ往復時間の高調波での共振で駆動された。アンプＡ（ＤＲ－ＰＬ－１０－ＭＯ、ｉＸｂｌｕｅ）によって増幅されたパターンジェネレータＰＧ（ＰＡＴ５０００、ＳＹＭＰＵＬＳ）を使用して、１０２４ビット（３２ワード）で構成される電気信号で、５２０ｐｓパルスが生成され、ここでシングルビットは２６０ｐｓのパルスに対応する。追加の信号生成器（ＳＧ３８４、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ.）を使用して、パターンジェネレータのための外部クロック信号が生成された。連続ファイバブラッググレーティング（ＣＦＢＧ、Ｐｒｏｘｉｍｉｏｎ）を、２つのサーキュレータの間に配置して、正常分散と異常分散の両方にアクセスするようにした。１２４０ｎｍ～１３４０ｎｍ（Δλ＝１００ｎｍ）の連続波長範囲にわたって光周波数に対して線形群遅延を生成するために、９．５ｍの回折格子を設計した。１２９０ｎｍでの分散は±９３０ｐｓ／ｎｍ（９８，０００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）で、９３ｎｓの掃引時間に対応する。両方向からＣＦＢＧを使用することにより、同じ装置から、一致する正常分散及び異常分散を生成した。ＣＦＢＧベースのＳＰＭＬ設計は、標準ＳＭＦの分散がゼロである１．３μｍ範囲での実装に不可欠である。レーザ出力は、ＳＯＡ後に２０％出力タップカプラ（図１４において「８０／２０」と示す）を使用して取得された。周波数コム出力を生成するために、固定ファブリーペローエタロンが、１２のシングルパスフィネス及び連続調整可能な自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を有するキャビティ内で使用された。エタロンは、２枚のガラス板（Ｋｏｒｅａ Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏ．、ＬＴＤ）を使用して構成された。両方のプレートが、片面に８５％の反射率を有する平面を有するとともに、反対側の面に逆反射を軽減するために角度の付いた表面を有している。測定されたシングルパスフィネスは、表面の不規則性及び／又は設定された反射率からの逸脱といった考えられる原因により、予想されたフィネスの１８よりも低かった。この周波数コムは、アクティブモードロックレーザキャビティの約３．８ＭＨｚ周波数コムの上に「ネスト（nested）」され、ここでは、「ネスト」された周波数コムのみがイメージングに適切であることに注意されたい。ＣＦＢＧパスバンド内では、光の約３０％が透過し、３つの光キャビティ（Ａ、Ｂ、ＡＢ）が生成される。キャビティＡ及びキャビティＢ内を循環する光を抑制するために、ＣＦＢＧ分散（９３ｎｓ）によって決定されるオン状態で、キャビティＡＢ往復移動時間によって与えられる周波数で、ＳＯＡ変調（Ｔ１６０、Ｈｉｇｈｌａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使用した。変調は、パターンジェネレータによってトリガーされたデジタル遅延ジェネレータＤＤＧ（ＤＧ６４５、Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を使用して適用された。外部クロックジェネレータ、パターンジェネレータ、及びデジタル遅延ジェネレータは、１０ＭＨｚのリファレンス信号を使用して位相同期され、クロックジェネレータがマスタークロックとして機能する。実現された構成のデューティサイクルは３８％で、レーザ出力にて３．８ＭＨｚの繰り返しレートが得られた。２７ｍのＳＭＦ２８で構成された遅延ラインを使用して、繰り返しレートを２倍の７．６ＭＨｚ（７６％デューティサイクル）にした後、後増幅を行った。キャビティ長又はパターンジェネレータが使用するビット数を減らすことにより、繰り返しレートを最大値１０ＭＨｚにさらに最適化することができる。レーザの繰り返しレートは、デューティサイクルと掃引バンド幅に依存する相対的なパラメータである。掃引速度は１９４ＴＨｚ／μｓであり、これはレーザ性能の絶対的な尺度である。

【0100】

干渉計は、ローカルオシレータを提供し、ＬｉＮｂＯ₃電気光学位相変調器（ＥＯ Ｓｐａｃｅ）を収容するリファレンスアームから構成される。ＥＯＭは、１．３μｍの波長領域用に設計され、偏光導波路（偏光子が内蔵されていない）で構成され、バンド幅は１０ＧＨｚであり、挿入損失は３ｄＢであり、π電圧は５．３Ｖである。３０ｋＨｚを超える変調については、電気信号は、ブロードバンド増幅器（ＭＴＣ５５１５、Ｍｕｌｔｉ－Ｌｉｎｋ Ｔｅｃｈｎ．Ｃｏｒｐ．）を使用して増幅された。位相変調器はπ電圧の波長依存性を有すると予想されるものの、掃引バンド幅にわたって直交検出に目立った影響（つまり抑制）はなかった。サンプルアームでは、ガルバノメータ（５０４Ｈｚ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ又は４ｋＨｚ、ＥＯＰＣ）により、２次元走査が可能となった（以下を参照）。イメージングは、４１μｍのスポットサイズを提供する焦点距離５０ｍｍのレンズを使用して実行された。サンプルアームにおける分散マッチングによりＥＯＭからの導波路分散が考慮された。信号は、１．６ＧＨｚバランスディテクタと、４ＧＳ／ｓの１２ビットデータ取得ボード（ＡｌａｚａｒＴｅｃｈ、ＡＴＳ９３７３）を使用して取得された。

【0101】

結果
図１５の（ａ）は、スペクトル領域での後増幅の後のレーザ出力を示し、周波数コム構造をはっきりと見ることができる。図１５の（ｂ）は、ＦＳＲが２００ＧＨｚの周波数コムを示すスペクトルの拡大図である。エタロンＦＳＲは、連続的に調整でき、４５０ＧＨｚまで良好なパフォーマンスを示した。図１５の（ｃ）は、２６０ｐｓ（１ビット）の電気パルスと１００ＧＨｚのＦＳＲを使用した単掃引の時間トレースを示す。図１５の（ｄ）に時間トレースの拡大図を示す。トレースは３５ＧＨｚ光検出器（１４７４－Ａ、Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ）及び２０ＧＨｚサンプリングスコープ（ＨＰ ５４１２０Ｂ）を使用して記録された。周波数コムの潜在的構造をパルスの形ではっきりと見ることができる。ＣＦＢＧによって課せられる大きな線形チャープにより、パルスは、スペクトル領域の周波数コムの対応する光周波数を直接マッピングする。図１５の（ｃ）及び（ｄ）はまた、掃引全体にわたって０．５２ｎｓの一定のパルス分離時間を示す。これは、ｆ_p＝ν／ＦＳＲで与えられる理論上のパルス繰り返しレートの逆数と非常によく一致し、ここで、νは掃引速度（つまり、１９４ＴＨｚ／μｓ）である。これは、線形化や取得クロックを必要としない線形スイープを示す。さらに、測定された光パルス幅は３００ｐｓ～４７０ｐｓの範囲であり、これはパターンジェネレータの２６０ｐｓの電気パルス幅よりも広い。このことは、キャリア寿命に匹敵するゲイン飽和及びパルス幅に起因する光パルスのスペクトルの広がりを示唆している。図１５（ｅ）は、５つの掃引の列を示しており、同図は１９４ＴＨｚ／μｓの掃引速度で、７６％のデューティサイクルで、７．６ＭＨｚの繰り返しレートを示している。トレースは、ＥＯＭにて５２０ｐｓの電気パルスと２ＧＨｚのリアルタイムオシロスコープ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ、ＭＳＯ５２０４）を使用して記録された。この際、パルス繰り返しレートの逆数に類似したパルス幅とデジタイザバンド幅の減少により、パルスは観察されなかった。最後に、図１５の（ｆ）に、後増幅の後のレーザの測定されたコヒーレンス長を示す。同図において、光路差４ｃｍにて６ｄＢの信号減衰が示されている。

【0102】

アクティブ高速複素復調
以下では、ＬｉＮｂＯ₃位相変調器を使用した２つのアクティブＡライン間復調手法について説明する。導波路ベースのニオブ酸リチウム装置に基づくアクティブ位相変調は、位相を変調するための簡単でかつ設定変更可能な方法を提供するとともに、ＧＨｚ範囲で快適に動作する。

【0103】

フレーム復調
Ａライン間フレーム復調は、図１６（ａ）に示すように、交互のＢ走査を位相変調することによって、２つのフレームから直交成分を取得する。この方法は、イメージング速度が遅くフレームレートが１００Ｈｚ未満であること及び高い位相安定性が必要なことから、これまでは困難であった。ＳＰＭＬレーザの高い繰り返しレートにより、顕微鏡からの環境によるゆらぎ及び振動が低減され、より管理しやすいキロヘルツ範囲のフレームレートが可能となる。直交成分は、記録された奇数及び偶数のＢ走査から抽出されて、次のような複素信号を形成する。

【数6】

ここで、Ａ_I,Q（ω）はＩ及びＱ Ｂ走査内のＡラインであり、ωは光角周波数である。

【0104】

共振周波数が３９０８．４５Ｈｚのレゾナントスキャナー（ＰＬＤ－１Ｓ、ＥＯＰＣ）を採用した。レゾナントスキャナーの周波数は、同期のためにレーザ繰り返しレートの整数に一致させるためにその機械的共振から３９０８．１７Ｈｚにわずかにデチューンされ、これにより走査サイクルごとに１９３２個のＡラインが提供された。位相変調周波数は、フレームレートの半分、ｆ_PM＝１．９５ｋＨｚに調整された。サンプリングレートはｆ_S＝３．８７ＧＳ／ｓに調整され、これは、パターンジェネレータのクロックレートと便宜上一致させられ、これにより、Ａラインあたり３８９ポイントが得られ、ｚ_NQ＝ｃｆｓ／（４ν）で与えられるナイキスト深度は１．５ｍｍが得られた。図１６の（ｂ）及び（ｃ）は、ベースバンド範囲における点拡がり関数（ＰＳＦ）を示す。１５０ＧＨｚのＦＳＲが使用され、その主要測定範囲、Ｌ_B＝ｃ／（２ＦＳＲ）は、±０．５ｍｍであった。理論的には、ｆ_S＝２νＬ_B／ｃを考慮すると、これにはｆ_S＝１．２９ＧＳ／ｓのサンプリングレートしか必要ではない。しかしながら、一次アーティファクト抑制も実証するために、光ナイキスト周波数を意図的にオーバーサンプリングした。図１６の（ｂ）は、数値分散補償後の生信号を示し、図１６（ｃ）は、ＩＱ復調後の深度信号を示す。ベースバンド及び±１次の周波数コムオーダについて約４０ｄＢの抑制が見られる。ここで留意すべきなのは、測定された抑制がシステムのノイズフロアによって制限されるということである。ＩＲカード（図１６の（ｄ）及び（ｅ））及び粘着テープ（図１６の（ｆ）及び（ｇ））をイメージングすることによって複素復調を実証した。イメージングの際に１００ＧＨｚ（Ｌ_B＝１．５ｍｍ）のＦＳＲが使用された。ベースバンド範囲のみが画像にプロットされている。テープのサンプルは非常に透明であった。図１６（ｇ）においてサンプル表面の上に見られる構造は、サンプルの下のサンプル構造を示す１次の周波数コムオーダに対応し、これがベースバンドに折り返されている。同様に、図１６の（ｅ）における画像の右下隅に見られるＩＲカード構造は、ベースバンド範囲の上限を超えるサンプル構造であり、－１次の周波数コムオーダに対応する。重要なことであるため言及しておくが、レゾナントスキャナーの走査機能は対称的（正弦関数的）であるため、特定の実施形態では、順方向及び逆方向の走査を位相変調して直交フレームを取得し、それによって取得時間を２分の１に短縮することができる。その場合、スキャナーの位相は重要であると予想され、フレーム相関を保証するために注意深く調整する必要があるであろう。

【0105】

位相補正
レゾナントスキャナーの高いフレームレート及びＳＰＭＬレーザの位相安定性により、フレーム間の位相ノイズは大幅に減少するものの、それでも小さな位相変動が観察され、これにより目に見える複素共役アーティファクトが残る可能性がある。わずかな軸方向の動き（例えば、１．３μｍのイメージングバンドを使用する場合の約４０ｎｍの動きなど、波長の約３％に相当するほど小さい動き）であっても、アーティファクトを生じさせる可能性がある。残りのアーティファクトの例は、図１７の（ａ）及び（ｂ）（「ｃｃ」が付された矢印）において、ＩＲカード及びテープのサンプルについて示されている。位相変動は周期的であり、機械的な顕微鏡の不安定性に起因している。ＥＯＭ変調（フレームレートの半分）よりも高い周波数の振動源から顕微鏡を隔離することにより、ロバストなサンプルアームを慎重に構築する必要がある。不完全なＩ成分及びＱ成分は軸方向の動きによるものであり、これらは補正可能である。

【0106】

複素Ｉフレーム及びＱフレームの間の位相差φ（ｘ，ｚ）＝ａｒｇ｛Ｓ_I（ｘ，ｚ）Ｓ^* _Q'（ｘ，ｚ）｝を、ＩＲカードとテープサンプルの両方について、それぞれ図１７の
（ｃ）及び（ｄ）に示し、ここで、Ｓ^* _Q'（ｘ，ｚ）は、位相エラーを含む誤ったＱ値
フレームである。位相マップは一定の位相差を示し、これによりＢ走査にわたるグローバルな位相エラーが確認される。これは、例えば、図１７の（ｃ）及び（ｄ）に見られるような位相差画像から、位相差のヒストグラムをプロットすることによって（図１７の（ｅ）及び（ｆ））、よりよく理解することができる。ヒストグラムにより、平均位相差が、ＩＲカードの場合は理想的な直交位相差π／２よりも高く、粘着テープの場合はπ／２よりも低いことが、はっきりと確認される。直交点からの平均位相差のオフセットΔφは、直交検出を妨げるグローバルな位相エラーを表す。イメージングの際に、この位相エラーは各フレームの片側ヒストグラム（正又は負の側）から取得でき、グローバル位相補正係数Ｓ_Q'（ｘ，ｚ）＝Ｓ_Q'（ｘ，ｚ）ｅｘｐ（－ｉΔφ）として適用することができる。

【0107】

したがって、位相補正スキームの実施形態を要約すると、複素Ｉフレーム及びＱフレームの間の位相差は、φ（ｘ，ｚ）＝ａｒｇ｛Ｓ_I（ｘ，ｚ）Ｓ^* _Q'（ｘ，ｚ）｝によって与えられ、ここで、Ｓ_I,Q'（ｚ）＝ＦＦＴ｛Ａ_I,Q'（ω）｝で、Ａ_I（ω）はＩ値のＡラインであり、Ａ_Q'（ω）はフレーム内の不正確なＱ値のＡラインである。この位相マップは、Ｂ走査（フレーム）にわたるグローバルな位相エラーを取得するために使用される。まず、位相ヒストグラムが位相マップからプロットされる。次に、片側ヒストグラム（正又は負の側）を使用して、位相差の平均値又は最大値が取得される。そして、理想的な直交位相差（±π／２）からの位相差の平均値又は最大値のオフセットが抽出される。直交点からのオフセットは、グローバルな位相エラーΔφを表す。グローバルな位相エラーは、複素数値フレームに、グローバル位相補正係数Ｓ_Q（ｘ，ｚ）＝Ｓ_Q'（ｘ，ｚ）ｅｘｐ（－ｉΔφ）として適用される。補正されたアーティファクトのないフレームは、Ｓ（ｘ，ｚ）＝Ｓ_I（ｘ，ｚ）＋Ｓ_Q（ｘ，ｚ）で計算される。

【0108】

複素フレームはフーリエ変換後に直接取得可能であるため、追加の計算時間は最小限に抑えらる。補正された画像を図１７の（ｇ）及び（ｈ）に示す。複素共役アーティファクトのかなり重なった構造及びテープのサンプルの１次信号は、特に困難なシナリオを表している。これにより、ヒストグラムの位相の標準偏差が大きくなる。重要なのは、位相エラーが特定され、補正されたことです。図１７の（ｉ）は位相エラーΔφを示し、また、対応する抑制（図１７（ｊ））が、補正前（黒線）及び補正後（赤線）における１２８ｍｓの期間にわたる２５０フレームについて、示されている。重ねられた太い線は、５フレームを使用した平均抑制を示す。位相エラーが０．２ラジアン（中心波長の３％）を超える３つのポイントは、青い縦の破線で強調表示されている。時間変化する位相エラーにより、Ｉ成分及びＱ成分が不完全となり、これにより抑制が２０ｄＢまで減少した。グローバル位相補正により、約４０ｄＢの減少の抑制が得られ、これはシステムのノイズフロアに対応する。

【0109】

大きな位相エラー（π／２のオーダ）の場合、検出されたフレームが劣化し、位相補正が不可能となることに留意することが重要である。顕微鏡の不安定性から観察された位相変動は０．４ラジアンを超えず、劣化に近づくことはなかった。しかしながら、サンプルの動きは大きな位相エラー及び劣化フレームにつながる可能性がある。サンプルの動きには、補正できない横方向の成分（lateral component）が含まれる場合もあるため、本明細書に記載する補正方法は、静止した又は動きが遅いサンプルに適している。

【0110】

イメージング
人間の爪郭のイメージングの例が図１８の（ａ）に示されている。生の分散補償画像と、アーティファクトのないＩＱ復調画像が示されている。位相補正は不要であった。１００ＧＨｚのＦＳＲが使用され、ベースバンド範囲のみが示されており、つまりＬ_B＝１．５ｍｍである。ＩＱ復調画像は、ベースバンドを超えるサンプル構造のフチなしラッピングをより明確にするために、それ自体の上にスティッチングされている。さらに、図１８の（ｂ）は、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）ディスプレイのイメージングを示す。生のＩＱ復調画像と、目に見えるかたちにされた体積画像（volumetric image）が示され、表面下の多数の別個の層が明確に強調して示されている。文献が不足しているため、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）７のディスプレイの層を確実に特定することは困難ではあったが、この層には、偏光層、液晶タッチパネル、可能性として第２の偏光層、指向性拡散層、バックライト付き導光板及びエンドリフレクタが含まれていることが知られている。このことは、体積ビデオレート及び長距離イメージングが有益である可能性がある、広フィールド・オブ・ビュー材料、ディスプレイ又は塗料検査などを含む産業用途に対するフレーム復調によるＳＰＭＬベースの円形測距の適合性が高いことも示す。

【0111】

重要なことであるため言及しておくが、１０ＭＨｚのＡラインレート及び４ｃｍのイメージング範囲を備える連続掃引レーザを使用する従来のＯＣＴでは、１００ＧＳ／ｓのオーダのサンプリングレートが必要である。我々はこれを、ＦＳＲが１００ＧＨｚ（Ｌ_B＝１．５ｍｍ）で掃引速度が１９４ＴＨｚ／μｓ（つまり、Δλ＝１００ｎｍの１０ＭＨｚＡラインレート、フルデューティサイクル）である、コヒーレンス長（つまり、イメージング範囲）に依存しないために２ＧＳ／ｓのサンプリングレートしか必要としない円形測距と比較する。この比較によれば、サンプリング速度が５０倍遅く、データの負荷によって信号と画像の処理が遅くなる。用途によっては、ＦＳＲを２００ＧＨｚ（Ｌ_B＝７５０μｍ）に上げることができ、これにより圧縮率をさらに１００に上げることができる。さらに、デューティサイクルが１００％の場合、レゾナントスキャナーの走査レートは４ｋＨｚから少なくとも６ｋＨｚまで上げることができ、これにより位相エラーをさらに減少させることができる。

【0112】

Ａライン復調
Ａライン間復調のコンセプトを図１９の（ａ）に示す。この方法では、リファレンスアーム内の位相変調器によって、横方向走査中に交互のＡライン間で位相がシフトされた。奇数と偶数のＡラインは、Ｉ成分とＱ直交位相成分、Ａ_I,Qを、それぞれ表しており、これらは以下の解析深度信号を形成するために使用された。

【数7】

【0113】

Ａライン復調では、サンプルの動きによる位相ノイズを回避するために、Ａライン間の高い位相安定性と高いＡラインレートが必要となる。ＳＰＭＬレーザは、分散ベースの掃引による高い位相安定性と高い繰り返しレートにより、Ａライン復調に非常に適応している。ビームスポットサイズよりもはるかに小さいＡライン分離の場合、Ａラインは相関しており、有効なＩ成分及びＱ成分が提供される。ステップサイズが大きい場合、取得された複数のＡラインは異なる空間位置に対応し、徐々に無相関となり、抑制が減少する。その場合、抑制は複素Ａライン補間によって取り戻すことができる。

【0114】

ガルボスキャナー（Ｔｈｏｒｌａｂｓ）を５０４．３Ｈｚの高速軸周波数で使用した。周波数はマスタークロック（パターンジェネレータ外部クロック）の整数倍に設定された。位相変調周波数は、Ａラインレートの半分、ｆ_PM＝３．７ＭＨｚに調整された。これは、同期のためにレーザ繰り返しレートの整数倍に一致するように、慎重に選択する必要があった。サンプリングレートはｆ_S＝３．８７ＧＳ／ｓに調整され、これは、パターンジェネレータのクロックレートに便宜上一致させられ、これにより、Ａラインあたり３８９ポイントが得られ、ナイキスト深度は１．５ｍｍが得られた。

【0115】

図１９の（ｂ）及び（ｃ）は、１００ＧＨｚのＦＳＲ（Ｌ_B＝１．５ｍｍ）を使用した、ＩＱ復調の前（図１９の（ｂ））及び後（図１９の（ｃ））の主要測定範囲にわたるＡラインをＰＳＦ（点拡がり関数）で示す。１００ＧＨｚのＦＳＲは、ｆ_S＝１．９４ＧＳ／ｓのサンプリングレートしか必要としない。一次アーティファクト抑制も実証するために、我々は、光ナイキスト周波数を意図的にオーバーサンプリングした。この場合は横方向のビーム走査は適用されず、複素補間が適用されたことに留意されたい。ベースバンド及び±１次のオーダにおける複素共役項の抑制は明確であり、約４０ｄＢである。抑制の測定は、システムのノイズフロアに制限された。コヒーレント平均化（１００個のＡライン）により、－５０ｄＢのノイズフロアまでの抑制が明らかとなった。復調は非常に安定していて永続的であり、何日間も再調整する必要は全くなかった。実証のために、抑制は、干渉なしに１時間連続的に測定された（図１９の（ｄ））。

【0116】

複素平均化
横方向ビームステップサイズがビームスポットサイズよりも大きい場合、位相変調されたＡラインはますます無相関になり、ＩのＡラインとＱのＡラインが異なる空間位置に対応するため、複素共役項抑制が減少する。横方向ビームステップサイズは、複素補間（又は複素平均化）によってビームスポットサイズの４分の１にまで緩和させることができる。Ｑ直交成分は、フーリエ変換後に深度領域内の隣接するＱのＡライン空間位置を補間する（及びその逆）ことにより、対応するＩの空間位置で取得される。

【0117】

図２０の（ａ）は、ビーム径Δｘ／δｘに正規化されたビームステップサイズの関数として測定された複素共役項抑制を示し、δｘはガウスビームウエストパラメータの２倍に対応し、δｘ＝４λ₀Ｆ／（πＤ）であり、Ｆはレンズの焦点距離、Ｄはコリメートされたビーム径である。この作業では、走査周波数を維持しながら走査振幅を変更することによって、ビームステップサイズを調整した。緑の領域は、隣接するＡラインが十分に相関している有効なビームステップサイズを示す（Δｘ≦１／４δｘ）。複素補間により、ビームスポットサイズの４分の１より小さいステップサイズについて約１０ｄＢ抑制が増進された。これは、空間的なオーバーサンプリングと複素補間により、３５ｄＢよりも良い抑制が得られることを示す。小さいステップサイズについて抑制が４０ｄＢに制限されたのは、システムノイズフロアが原因であり、この手法のハードリミットを表すものではないことに留意すべきである。Δｘ／δｘ＝０．１より小さいビームステップサイズの場合、補間後の抑制は約４０ｄＢで水平状態となり、このことは、より優れたノイズ性能を提供するシステムについては抑制が４０ｄＢよりも良い可能性があることを示している。要約すると、この手法の適用は、横方向の走査速度（Ｂ走査レート）又は走査振幅（フィールド・オブ・ビュー）のいずれかを損なうビームステップサイズによって制限される。図２０の（ｂ）は、Δｘ／δｘ＝０．２３のビームステップサイズを使用してＩＲカードをイメージングすることによる複素補間の例を示す。生の画像は、複素共役項を明確に示している（図２０の（ｂ）で「ｃｃ」が付されている）。ＩＱ復調により抑制が得られたが、アーティファクトは見えたまま残っている。複素補間により抑制がさらに改善され、これによりアーティファクトがイメージング中に通常観察される－３０ｄＢのノイズフロアまで減少した。最後に、復調及び補正された画像が３回スティッチングされて、ベースバンド範囲を超えたサンプル構造のフチなしラッピングがより明確となった。

【0118】

イメージング
図２１の（ａ）に人間の爪郭のイメージングの例を示す。示されているのは、生の分散補償画像と、アーティファクトのないＩＱ復調画像である。ビームステップサイズはΔｘ／δｘ＝０．１５であった。複素補間は適用していない。１００ＧＨｚのＦＳＲが使用され、画像はベースバンド範囲、つまりＬ_B＝１．５ｍｍのみを示している。ＩＱ復調画像は、ベースバンドを超えるサンプル構造のフチなしラッピングをより明確にするために、それ自体の上に２回スティッチングされた。さらに、図２１の（ｂ）及び（ｃ）は、１００ＧＨｚのＦＳＲを使用した人間の歯のイメージングを示す。エナメル質（１）、象牙質（２）及び歯茎（３）を示す別個の層が図２１の（ｂ）において見ることができる。複素補間は不要であった。ここでは説明のために、これまでの全ての画像で見られたようなベースバンド範囲のみではなく、取得深度範囲全体が例外なくプロットされている。ベースバンドは黄色の破線で示されている。ベースバンド（上の黄色の線）を超えて１次に及ぶサンプル構造は、ベースバンドの下部に折り返され、－１次（下の黄色の線）に達する構造は、ベースバンドの上部に折り返される。したがって、エナメル質表面の上方の構造は、ベースバンドの上部に折りたたまれた歯の下部である。歯のイメージング深度が高いことは、構造の重なり合いを回避するために、ベースバンドがより大きい（ＦＳＲがより小さい）ことを示唆している。最後に、ＳＰＭＬベースの円形測距を使用して、５０ｍｍレンズ（図２１の（ｃ）、左）と２００ｍｍレンズ（図１の（ｃ）、右）を使用する、毎秒１５ボリュームで、歯の、体積表示の、ビデオカメラ的なイメージングを示す。フレーム復調手法に関しては、これは、同様の性能を有する連続掃引レーザと比較して、信号及び画像処理に関するデジタイザバンド幅及びデータ負荷における５０倍の圧縮係数を表す。図２１の（ｂ）に示す層のイメージングと合わせて、これは、高速であると同時に長距離の円形測距により提供される医療及び産業用途の多用途性を示す。

【0119】

このように、１．３μｍのＣＦＢＧベースのＳＰＭＬレーザが初めて示され、この設計がＯＣＴのより適切な波長領域で利用できるようになった。レーザは、Ａラインレートが７．６ＭＨｚであり、デューティサイクルが７６％であった。掃引速度は１９４ＴＨｚ／μｓで、フルデューティサイクルにて最大１０ＭＨｚが可能である。掃引範囲は１００ｎｍで、コヒーレンス長は４ｃｍであり、ＦＳＲ、つまり主要な測定範囲は継続的に調整可能であった。円形測距ＯＣＴは、ＬｉＮｂＯ₃位相変調器を使用するＡライン間位相変調を伴う複素復調により実現された。フレーム復調は、速度制限がなく、原則としてＢ走査レートによってのみ制限される。復調は、４ｋＨｚレゾナントスキャナーからの２つの位相変調フレームを使用して２ｋＨｚで実証された。サンプルアームの顕微鏡における軸方向の光路変化による小さな位相変動は、グローバル位相補正を適用することによって補正された。この位相ノイズをさらに最小限に抑えるには、６～１０ｋＨｚの範囲のＢ走査レートが望ましい。

【0120】

Ａライン復調は、３．７ＭＨｚ（Ａラインレートの半分）で位相変調された２つのＡラインから複素解析信号を構築する第２のＡライン間復調手法として実証された。この手法の適用は、空間的なオーバーサンプリングを必要とするビームステップサイズの使用によって制限され、これにより横方向走査速度（Ｂ走査レート）又は走査振幅（フィールド・オブ・ビュー）が損なわれる。十分なオーバーサンプリングのために、隣接するＡラインが相関されて最大４０ｄＢの抑制が提供され、これはシステムのノイズフロアによってのみ制限される。ステップサイズが大きくなると抑制が犠牲になる。この場合、複素補間により、ビームスポットサイズの４分の１よりも小さいステップサイズで約１０ｄＢ抑制が増進された。本明細書に記載のアクティブ復調方法は、非常に安定しており、後処理を最小限に抑えるか又は全く必要とせず、波長に依存せず、単一の取得チャネルを使用して実行することができる。このアクティブ復調方法は、ＣＦＢＧベースのＳＰＭＬと合わせて、コンパクトで安定した円形測距イメージングシステムの実施形態を提供することができる。

【0121】

図２２を参照すると、開示された主題のいくつかの実施形態に係る、円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のためのシステムの例２２００が示されている。図２２に示すように、コンピューティングデバイス２２１０は、光干渉計システム２２００から同相データ及び／又は直交データを受信することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス２２１０は、アクティブ直交復調のためのシステム２２０４の少なくとも一部を実行して、光干渉計システム２２００から受信した同相データ及び／又は直交データに基づき複素干渉信号を決定することができる。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス２２１０は、光干渉計システムから受信した同相データ及び／又は直交データに関する情報を、通信ネットワーク２２０６を介してサーバ２２２０に通信することができ、サーバ２２２０は、同相データ及び／又は直交データに基づき複素干渉信号を決定するためにアクティブ直交復調のためのシステム２２０４の少なくとも一部を実行することができる。いくつかのそのような実施形態では、サーバ２２２０は、複素干渉信号などのアクティブ直交復調のためのシステム２２０４の出力を示す情報を、コンピューティングデバイス２２１０（及び／又は任意の他の適切なコンピューティングデバイス）に戻すことができる。この情報は、ユーザ（例えば、研究者、操作者、臨床医など）に送信及び／若しくは提示されてもよく、並びに／又は（例えば、研究データベース又は対象に関連する医療記録の一部として）保存されてもよい。

【0122】

いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス２２１０及び／又はサーバ２２２０は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、サーバコンピュータ、物理的なコンピューティングデバイスにより実行されるバーチャルマシンなどの任意の適切なコンピューティングデバイス又はデバイスの組み合わせであってもよい。本明細書で説明するように、アクティブ直交復調のためのシステム２２０４は、同相データ、直交データ及び／又は複素干渉信号に関する情報をユーザ（例えば、研究者及び／又は専門家）に提示することができる。

【0123】

いくつかの実施形態では、電磁放射線源２２０２は、ＣＲ－ＯＣＴなどの光干渉法に適した任意の線源であってもよい。いくつかの実施形態では、電磁放射線源２２０２は、コンピューティングデバイス２２１０の近くに配置されてもよい。例えば、電磁放射線源２２０２は、コンピューティングデバイス２２１０に組み込まれてもよい（例えば、コンピューティングデバイス２２１０は、光干渉情報の取り込み及び／又は保存をするためのデバイスの一部として構成されてもよい）。別の例として、電磁放射線源２２０２は、ケーブル、直接無線リンクなどによってコンピューティングデバイス２２１０に接続されてもよい。追加的又は代替的に、いくつかの実施形態では、電磁放射線源２２０２は、コンピューティングデバイス２２１０から局所的及び／又は遠隔的に配置されてもよく、通信ネットワーク（例えば、通信ネットワーク２２０６）を介してコンピューティングデバイス２２１０（及び／又はサーバ２２２０）に情報を通信することができる。

【0124】

いくつかの実施形態では、通信ネットワーク２２０６は、任意の適切な通信ネットワーク又は通信ネットワークの組み合わせであってもよい。例えば、通信ネットワーク２２０６は、Ｗｉ－Ｆｉネットワーク（１つ又は複数の無線ルータ、１つ又は複数のスイッチなどを含むことができる）、ピアツーピアネットワーク（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）ネットワーク）、セルラーネットワーク（例えば、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＬＴＥ、ＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ、ＷｉＭＡＸなどの任意の適切な規格に準拠する３Ｇネットワーク、４Ｇネットワークなど）、有線ネットワークなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、通信ネットワーク２２０６はローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、パブリックネットワーク（例：インターネット）、プライベート又はセミプライベートネットワーク（例：企業又は大学のイントラネット）、その他の適切なタイプのネットワーク又は任意の適切なネットワークの組み合わせとすることができる。図２２に示す通信リンクは、各々、有線リンク、光ファイバリンク、Ｗｉ－Ｆｉ（商標）リンク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）リンク、セルラーリンクなどのような任意の適切な通信リンク又は通信リンクの組み合わせであってもよい。

【0125】

図２３は、開示された主題のいくつかの実施形態に係る、コンピューティングデバイス２２１０及びサーバ２２２０を実現するために使用することができるハードウェアの例２３００を示す。図２３に示すように、いくつかの実施形態では、コンピューティングデバイス２２１０は、プロセッサ２３０２、ディスプレイ２３０４、１つ以上の入力２３０６、１つ以上の複数の通信システム２３０８及び／又はメモリ２３１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２３０２は、中央処理装置、グラフィックス処理装置などの任意の適切なハードウェアプロセッサ又はハードウェアプロセッサの組み合わせとすることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２３０４は、コンピュータモニタ、タッチスクリーン、テレビなどの任意の適切な表示装置を含むことができる。いくつかの実施形態では、入力２３０６は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、マイクなどの、ユーザ入力を受信するために使用することができる任意の適切な入力デバイス及び／又はセンサを含むことができる。

【0126】

いくつかの実施形態では、通信システム２３０８は、通信ネットワーク２２０６及び／又は任意の他の適切な通信ネットワークを介して情報を通信するための任意の適切なハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。例えば、通信システム２３０８は、１つ又は複数のトランシーバ、１つ又は複数の通信チップ及び／若しくはチップセットなどを含むことができる。より具体的な例では、通信システム２３０８は、Ｗｉ－Ｆｉ（商標）接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）接続、セルラー接続、イーサネット（商標）接続などを設置するために使用できるハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。

【0127】

いくつかの実施形態では、メモリ２３１０は、例えば、プロセッサ２３０２がディスプレイ２３０４を使用してコンテンツを提示するためや通信システム２３０８などを介してサーバ２２２０と通信するためなどに使用できる命令や値などを格納するために使用できる任意の適切な記憶装置を含むことができる。メモリ２３１０は、任意の適切な揮発性メモリ、非揮発性メモリ、ストレージ又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むことができる。例えば、メモリ２３１０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、１つ以上のフラッシュドライブ、１つ以上のハードディスク、１つ以上のソリッドステートドライブ、１つ以上の光学ドライブなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ２３１０において、コンピューティングデバイス２２１０の動作を制御するためのコンピュータプログラムが符号化されていてもよい。そのような実施形態では、プロセッサ２３０２は、コンピュータプログラムの少なくとも一部を実行して、コンテンツ（例えば、画像、ユーザインターフェース、グラフィックス、テーブルなど）の提示、サーバ２２２０からのコンテンツの受信、サーバ２２２０などへの情報の送信などを行うことができる。

【0128】

いくつかの実施形態では、サーバ２２２０は、プロセッサ２３１２、ディスプレイ２３１４、１つ以上の入力２３１６、１つ以上の通信システム２３１８及び／又はメモリ２３２０を含むことができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２３１２は、中央処理装置やグラフィックス処理装置などの任意の適切なハードウェアプロセッサ又はハードウェアプロセッサの組み合わせとすることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイ２３１４は、コンピュータモニタ、タッチスクリーン、テレビなどの任意の適切な表示デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、入力２３１６は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、マイクなど、ユーザ入力を受信するために使用できる任意の適切な入力デバイス及び／又はセンサを含むことができる。

【0129】

いくつかの実施形態では、通信システム２３１８は、通信ネットワーク２２０６及び／又は任意の他の適切な通信ネットワークを介して情報を通信するための任意の適切なハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。例えば、通信システム２３１８は、１つ以上のトランシーバ、１つ以上の通信チップ及び／又はチップセットなどを含むことができる。より具体的な例では、通信システム２３１８は、Ｗｉ－Ｆｉ（商標）接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）接続、セルラー接続、イーサネット（商標）接続などを設置するために使用できるハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアを含むことができる。

【0130】

いくつかの実施形態では、メモリ２３２０は、例えば、プロセッサ２３１２がディスプレイ２３１４を使用してコンテンツを提示するためや１つ又は複数のコンピューティングデバイス２２１０と通信するためなどに使用することができる命令や値などを保存するのに使用できる任意の適切なストレージデバイス又は複数のストレージデバイスを含むことができる。メモリ２３２０は、任意の適切な揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ストレージ、又はそれらの任意の適切な組み合わせを含むことができる。例えば、メモリ２３２０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、１つ以上のフラッシュドライブ、１つ以上のハードディスク、１つ以上のソリッドステートドライブ、１つ以上の光学ドライブなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、メモリ２３２０において、サーバ２２２０の動作を制御するためのサーバプログラムが符号化されていてもよい。このような実施形態では、プロセッサ２３１２は、サーバプログラムの少なくとも一部を実行して、情報及び／又はコンテンツ（例えば、組織の識別及び／又は分類の結果やユーザインターフェースなど）を１つ又は複数のコンピューティングデバイス２２１０に送信する、１つ又は複数のコンピューティングデバイス２２１０から情報及び／又はコンテンツを受信する、１つ又は複数のデバイス（例えば、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンなど）から命令を受信することなどを、行うことができる

【0131】

いくつかの実施形態では、任意の適切なコンピュータ可読媒体を使用して、本明細書に記載の機能及び／又は処理を実行するための命令を格納することができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、一時的又は非一時的なものであってもよい。例えば、非一時的なコンピュータ可読媒体には、磁気媒体（ハードディスク、フロッピーディスクなど）、光学媒体（コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ブルーレイディスク（商標）など）、半導体媒体（ＲＡＭ、フラッシュメモリ、電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）など）、送信中に一時的でない若しくは永続性の類似性を欠いていない任意の適切な媒体及び／又は任意の適切な有形媒体などの媒体を含むことができる。別の例として、一時的なコンピュータ可読媒体は、ネットワーク上の、ワイヤ内の、導体内の、光ファイバ内の、回路内の若しくは送信中の永続性の類似性を欠く一時的な任意の適切な媒体内の信号を含むことができ、及び／又は任意の適切な無形媒体を含むことができる。

【0132】

いくつかの実施形態では、光信号はフォトダイオードによって検出される。この検出機能を実行するために、光検出器、フォトダイオード、ライン走査及び二次元カメラ、並びにフォトダイオードアレイを含む、しかしこれらに限定されない、任意のオプションの電子変換デバイスを使用できることは認識されるべきである。

【0133】

上記の実施形態は、複素信号を生成するために測定間において９０度の位相シフトを与えることを説明しているが、これらの複素信号は、例えば後処理の補正ルーチンを使用して９０度以外の値によって位相シフトされた測定から生成できることが知られていることに留意されたい。したがって、上記の実施形態は、複素信号を生成するために、ゼロ以外の、必ずしも９０度ではない位相シフトを生成するように構成することもできる。

【0134】

本明細書で使用される場合、メカニズムという用語は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の適切な組み合わせを包含できることに留意されたい。

【0135】

図２４は、開示された主題のいくつかの実施形態に係る、円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のためのプロセスの例２４００を示す。図２４に示すように、２４０２において、プロセス２４００は、電磁放射線源を使用して、ある期間にわたってサンプルを走査することができる。この期間は、第１の期間及び第２の期間を含むことができ、電磁放射線源のサンプル部分は、光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けることができ、電磁放射線源のリファレンス部分は、光干渉計システムのリファレンスアームに向けることができる。２４０４において、プロセス２４００は、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに、第１の位相シフト及び第２の位相シフトを含む位相シフトを与えることができる。位相シフトは、位相変調器を使用して与えることができ、第１の位相シフトは第１の期間中に与えることができ、第２の位相シフトは第２の期間中に与えることができ、第２の位相シフトは、第１の位相シフトとの差が９０度であってもよい。２４０６において、プロセス２４００は、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つとの間の第１の干渉に基づいて、同相データを取得することができる。２４０８において、プロセス２４００は、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つとの間の第２の干渉に基づいて、直交データを取得することができる。最後に、２４１０において、プロセス２４００は、同相データ及び直交データに基づいて複素干渉信号を決定することができる。

【0136】

図２５は、開示された主題のいくつかの実施形態に係る、円形測距光コヒーレンストモグラフィーのためのアクティブ直交復調のための別のプロセスの例２５００を示す。図２５に示すように、２５０２において、プロセス２５００は、電磁放射線源を使用して、ある期間にわたってサンプルを走査することができる。この期間は、第１の期間及び第２の期間を含んでもよく、電磁放射線源のサンプル部分は光干渉計システムのサンプルアーム内のサンプルに向けられてもよく、電磁放射線源のリファレンス部分は光干渉計システムのリファレンスアームに向けられてもよい。２５０４において、プロセス２５００は、電磁放射線源のリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つに、第１の位相シフト及び第２の位相シフトを含む位相シフトを与えることができる。位相シフトは、位相変調器を使用して与えることができ、第１の位相シフトは、第１の期間中に与えることができ、第２の位相シフトは、第２の期間中に与えることができ、第２の位相シフトは、第１の位相シフトとの差が９０度であってもよい。２５０６において、プロセス２５００は、第１の期間中の第１の後方散乱電磁放射と、第１の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つとの間の第１の干渉に基づいて、同相フレームデータを取得することができる。２５０８において、プロセス２５００は、第２の期間中の第２の後方散乱電磁放射と、第２の位相シフトにさらされたリファレンス部分及びサンプル部分のうちの少なくとも１つとの間の第２の干渉に基づいて、直交フレームデータを取得することができる。２５１０において、プロセス２５００は、同相フレームデータと直交フレームデータとの間の位相差に基づいて位相差フレームを生成することができる。２５１２において、プロセス２５００は、位相差フレームに基づいて補正係数を決定することができる。２５１４において、プロセス２５００は、補正係数を同相フレームデータ及び直交フレームデータに適用することができる。最後に、２５１６において、プロセス２５００は、補正された同相フレームデータ及び補正された直交フレームデータに基づいて、複素干渉フレームを決定することができる。

【0137】

図２４及び図２５のプロセスの上記のステップは、図示の順番及びシーケンスに限定されない任意の順番又はシーケンスで実行又は遂行することができる。また、図２４及び図２５のプロセスの上記のステップのいくつかは、待ち時間及び処理時間を短縮するために、必要に応じて実質的に同時に又は並行して実行又は遂行することができる。

【0138】

したがって、本発明について特定の実施形態及び例に関連して記載したが、本発明は必ずしもこれらに限定されず、多くの他の実施形態、例、使用、改良物並びに実施形態、例、使用からの改良物の発展形態が特許請求の範囲に含まれることを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】