干渉センシングおよび画像取得システムのための強度雑音を低減する方法および装置
本発明の態様は、部分的に、電磁放射光源および干渉原理を用いる光干渉断層撮影システムなどのデータ収集システムにおける強度および／またはパターンライン雑音の低減のための方法、装置、およびシステムに関する。1つの実施形態において、雑音は強度雑音またはパターンライン雑音であり、光源は掃引レーザーなどのレーザーである。1つの実施形態においては、アナログまたはデジタルフィードバックネットワークと併せて、1つ以上の制御信号に応答する1つ以上の減衰器を用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、2010年3月17日に出願された米国特許第61/314,759号の仮出願に対する優先権を主張し、同出願の開示全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、センシングおよび画像分野、より具体的には光干渉断層撮影およびその他のデータ収集技術のための検知システムおよび関連要素の設計および実施に関する。
【背景技術】
【０００３】
光源の強度変動は、光干渉断層撮影（OCT）システムなどの干渉計測システムの感度およびダイナミックレンジを著しく低下させる可能性がある。周波数領域データ収集システムにおいては、強度雑音が特にトラブルを起こす可能性がある。これは、このようなシステムで使用されることの多い高速波長可変レーザーが急速な波長依存性の利得変動を示す場合があるためである。これらの変動は、幅広いスペクトル帯で同調させる時に生じる可能性がある。光源強度雑音の効果を軽減させる従来の方法は、図1に図示するように、一対の光検出器によって生成される信号を平衡型干渉計の出力にて組み合わせることである。図1は、成分特性または入力信号に関する能動フィードバックまたはその他の経時的変化が監視または使用されていないという意味で、受動システム1を示す。図1のシステムは、OCTデータ収集システムのフロントエンドとして使用することができる。
【０００４】
理想的な平衡型干渉計においては、基準フィールドの位相コヒーレンス成分がサンプルフィールドの位相コヒーレンス成分に干渉して（図1の左側に図示）、図1で2つの平衡型光ダイオードとして示されるように、光検出器の出力において逆位相を有する一対の信号を生成する。サンプルフィールドと基準フィールドからの光の2つの入力強度I+およびI-は結合されてから、図示されているように光ダイオードに向けられる。減算されると、これらの2つのコヒーレント信号成分は、個々の信号に比べて2倍の振幅を有する干渉信号を生成する。
【０００５】
さらに、光源のインコヒーレントな強度変動は、平均すると減算後には相殺される。しかし実際には、光源の強度変動の完全な抑制を達成することは困難である。この困難は、光電流を正確に等化・減算する必要があるために生じる。この減算過程は、図1のシステムの全ての入力周波数に対して受動的に実施される。実際には、強度雑音の振幅はコヒーレント信号の振幅よりも数百倍高いことがある。その結果、平衡型光検出器と光増幅器の同相除去比（装置の入力に一般的な範囲信号が排除される程度）は、幅広い周波数帯にわたって高いままである必要がある。
【０００６】
図1に例示する配置において、光ファイバーカプラーの理想的な50:50の分割比からの逸脱は、光ダイオードの応答性および結合効率の差異に加えて、通常は少なくとも数パーセント分の光電流の不均衡につながる。これらの不均衡をシステム製造時点で手動調整によって補償できるとしても、成分特性が長期的にドリフトする結果として、不均衡は時が経つにつれて再び現れる。それ故に、受動平衡の方法は数多くの用途にとって適切でない。
【０００７】
従って、これらの限界を克服する雑音低減の方法、装置、およびシステムに対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、周波数領域光干渉断層撮影およびその他の干渉センシングおよび画像取得システムにおいて強度雑音およびパターンライン雑音といった雑音を大幅に低減する電子平衡の方法、システムおよび装置に関する。本発明の1つの態様は、望ましい干渉信号を増幅しつつも、信号の品質を低下させずに、広帯域（DC−250MHz）雑音を能動的に抑制できる能力である。この模範的な広帯域雑音範囲において、DC（直流）はゼロに呼応する。1つの実施形態において、自動平衡の方法または装置内にゼロを含むことは光増幅器の飽和を避ける上で役立つ可能性がある。これは、低周波数の強度雑音をサンプリングし、能動的な電子フィードバックを適用して同相雑音を消去することで達成される。この雑音の消去は、1つ以上の制御信号を用いて自動的に、高い周波数と低い周波数の両方で実施することができる。この能動的または自動的なアプローチは、上述した2つの信号の受動的な減算に対する改良を提供するものである。
【０００９】
幅広い周波数帯にわたる双方向操作に対応した電子減衰の方法が開示されている。1つの実施形態において、対象となる帯域はその間の点および小領域を含めて約0〜約250MHzである。1つの実施形態において、双方向操作とは、能動平衡または自動平衡の方法および装置が他方の光電流よりも高い光電流に対応できる、すなわち、光電流の1つが他方よりも高くなるようバイアスさせる必要なく、最大光電流に減衰が自動的に行われるという特徴を意味する。
【００１０】
この方法には低コストと簡便さというさらなる利点もある。現在、利用できる自動平衡型の受光器は高額であり、狭い低周波数帯（通常は<100KHz）での操作に限られている。方法を偏波ダイバーシティ検知に拡大する技法についても説明している。1つの実施形態において、本明細書に記載する方法および装置の使用は少なくとも約25dBの雑音低減を結果的に生む。1つの実施形態において、本発明の実施形態によって達成される雑音低減は約25dB〜約50dBの範囲である。
【００１１】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムのレーザー光源から強度雑音を低減または抑制する方法に関する。方法には、レーザーから干渉計への光の伝送、それぞれの光電流が干渉計から受信した光に比例する複数の光電流の光干渉断層撮影によるデータ収集セッション中の生成、増幅器を用いてレーザー強度雑音成分を含む増幅信号への複数の光電流の変換、および複数の光電流の少なくとも1つの減衰を制御するための第一の制御信号の伝送を含む。第一の制御信号は、レーザー強度雑音成分を用いて生成することができる。この方法はまた、複数の光電流の少なくとも1つの減衰を制御するために第二の制御信号を伝送するステップを含むことができる。方法はまた、増幅信号のフィルタリング、フィルタされた増幅信号の統合、および統合されたフィルタ済み増幅信号の増幅により、第一の制御信号を生成するステップを含むこともできる。1つの実施形態において、複数の光電流の少なくとも1つの減衰は、受光器、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、可変光減衰器、可変利得増幅器、一対のトランジスタと電気通信を行う一対の抵抗器の一群およびその組み合わせからなる一群から選択される減衰器によって制御信号が受信されることに応答して変化する。方法はまた、レーザー雑音成分が最低値に到達するまで制御信号を伝送するステップを繰り返すことで、第一の受光器および第二の受光器を能動平衡化するステップを含むことができる。
【００１２】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムに関する。システムは、レーザー強度雑音を有するレーザーと光通信を行う干渉計から光を受信するための第一の受光器；第一の受光器と通信を行う第一の減衰器であって、第一の制御信号に応答して第一の減衰器の第一の光特性または第一の電気特性の1つを変化させるよう構成された第一の減衰器；干渉計から光を受信するための第二の受光器；第二の受光器と通信を行う第二の減衰器であって、第二の制御信号に応答して第二の減衰器の第二の光特性または第二の電気特性の1つを変化させるよう構成された第二の減衰器；第一の受光器および第一の出力と電気通信を行う第一の入力を有する増幅器であって、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号を第一の出力から伝送するよう構成された増幅器；および増幅器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、増幅信号を受信し少なくともレーザー強度雑音成分に応答して第一の制御信号および第二の制御信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含む。1つの実施形態において、第一および第二の減衰器は可変光減衰器、バイポーラトランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、および抵抗器から成る一群から選択される。
【００１３】
フィードバックネットワークは、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器を含むことができる。加えて、別の実施形態において、フィードバックネットワークは（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器を含むことができる。フィードバックネットワークは、RMS検出器で受信したRMS雑音信号をヌルに保つために、デジタル・アナログ変換器を用いて第一または第二の制御信号の1つを伝送するよう構成することができる。
【００１４】
1つの実施形態において、フィードバックネットワークはレーザーの掃引期間と同期操作するよう構成される。フィードバックネットワークは、干渉計の非画像取得サイクル中に第一の制御信号を計算することができ、レーザー雑音成分を低減または抑制するために、画像取得サイクル中に第一の制御信号を伝送する。1つの実施形態において、レーザーから発光された光は、干渉計の基準アームにおいて第一の信号を生成するために固定周波数で振幅変調され、フィードバックネットワークによって処理される位相敏感なエラー信号を生成するようにシステムの出力において第二の信号が復調される。1つの実施形態において、第一の減衰器は第一のトランジスタであり、第二の減衰器は第二のトランジスタであり、第一および第二のトランジスタは第一および第二の制御信号に応答して増幅器の第一の入力において光電流を差動分路するよう構成される。
【００１５】
1つの実施形態において、第一の減衰器は入力と出力を有する第一の可変利得増幅器であり、第二の減衰器は入力と出力を有する第二の可変利得増幅器である。システムはまた変圧器をさらに含み、第一および第二の可変利得増幅器それぞれの出力は変圧器と電気通信を行う。システムはまた移相器を含むことができ、第二の可変利得増幅器からの別の信号と結合される前に第一の可変利得増幅器の信号は移相器を通過する。
【００１６】
1つの実施形態において、第一の減衰器は第一の制御信号を受信するよう構成された電子制御入力を有する可変光減衰器を含み、可変光減衰器は干渉計の出力と第一の受光器の間に配置される。加えて、第一の受光器および第二の受光器は第一の能動平衡型の受信器を含むことができ、干渉計からの光を第一の偏光および第二の偏光に分割するよう構成された二重チャンネル偏光スプリッタをさらに含み、第二の能動平衡型の受信器は第三の受光器および第四の受光器を含み、第一の能動平衡型の受信器は第一の偏光を受信するよう位置付けられ、第二の能動平衡型の受信器は第二の偏光を受信するよう位置付けられる。システムは、第二の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有する第二の増幅器を含むことができ、第二の増幅器はレーザー強度雑音成分を含む増幅信号および干渉計からの計測データを第一の出力から伝送するよう構成される。1つの実施形態において、増幅器はトランスインピーダンス増幅器であり、第二の増幅器はトランスインピーダンス増幅器である。
【００１７】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムに関する。システムには、サンプル信号出力および基準信号出力を有する干渉計；干渉計と光通信を行うレーザーであって、レーザー強度雑音を有するレーザー；サンプル信号出力および基準信号出力から光を受信するための能動平衡型の受光器であって、減衰器および制御信号入力を含む能動平衡型の受光器；能動平衡型の受光器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、レーザー強度雑音またはパターンライン雑音が制御信号入力における制御信号の受信に応答して減衰器により低減または抑制されるように、少なくともレーザー強度雑音成分に応答して制御信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含む。減衰器は、第一のノードで接続された第一の抵抗器および第二の抵抗器と、第二のノードで接続され、第一の抵抗器および第二の抵抗器と電気通信を行う第一のトランジスタおよび第二のトランジスタを含むことができる。1つの実施形態において、減衰器は可変光減衰器、トランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、抵抗器、可変利得増幅器、およびマイクロ波トランジスタから成る一群から選択される。1つの実施形態において、フィードバックネットワークは、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器を含む。
【００１８】
さらに、1つの実施形態において、フィードバックネットワークは（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器を含む。1つの実施形態において、方法および装置は少なくとも部分的には約1MHz〜約250MHzの範囲で作動するよう選択される。
【００１９】
1つの態様において、本発明は干渉センシングまたは画像取得システムの強度雑音を抑制または低減する装置に関する。装置には、平衡型干渉計の少なくとも1つの出力に接続された一対の光検出器；一対の光検出器に関連してマッチングされた一対の広帯域可変減衰器であって、一対の光検出器によって生成される少なくとも1つの電流を減算するよう構成された広帯域可変減衰器；出力を有する広帯域増幅器であって、強度雑音が低減した信号を生成するために差動光電流を増幅するよう構成された増幅器；広帯域増幅器の出力にて干渉信号に応答して残留強度雑音を継続的にサンプリングし、少なくとも1つの光電流の減衰を制御するために一対の逆方向性の信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含むことができる。1つの実施形態において、装置は差動入力と出力を有する広帯域トランスインピーダンス増幅器の反転端子または非反転端子のいずれかに光電流を誘導する相補足制御信号を有する一対または二対のマイクロ波トランジスタなどの減衰器を含む。別の実施形態において、差動出力は広帯域の無線周波数変圧器といった変圧器において結合される。
【００２０】
1つの態様において、本発明は雑音抑制のための電子平衡を備えた2つの独立した能動平衡型の受信器に関する。1つの実施形態において、第一の受信器における第一の光検出器は、不均衡干渉計の1つの出力にて偏光スプリッタの垂直偏光出力に接続する。別の実施形態において、第一の受信器における第二の光検出器は、基準パワーをサンプリングする偏光非感受性ビームスプリッタの出力に接続する。1つの実施形態において、第一の受信器における第二の光検出器は不均衡干渉計の出力において偏光スプリッタの水平偏光出力に接続し、第一の受信器における第二の光検出器は偏光非感受性ビームスプリッタの出力に接続する。
【００２１】
本明細書に記載する実施形態は、レーザーおよびその他の電磁波源などの波長走査型および波長可変光源との使用に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
図は必ずしも原寸に比例しておらず、むしろ一般的に、説明としての原則に強調点が置かれている。あらゆる態様において図は説明用であり、本発明を制限することを意図したものではなく、その範囲は請求項によってのみ定義される。
【図１】干渉計の出力における受動平衡型の光増幅器の概略図である。
【図２】本発明の具体例に従って受光器を活用する周波数領域光干渉断層撮影（FD-OCT）システムの概略図である。
【図３】本発明の具体例に従って強度雑音を低減するための能動平衡型の受光器の概略図である。
【図４】本発明の具体例に従って一対または二対のトランジスタまたはその他のスイッチング素子を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図５】本発明の具体例に従って1つ以上の可変利得増幅器を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図６】本発明の具体例に従って1つ以上の減衰器を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図７】本発明の具体例に従って本明細書で説明する様々なシステム、方法、および成分の用途に適したフィードバックネットワークの実施形態の概略図である。
【図８】本発明の具体例に従った強度雑音の周波数スペクトルのプロットである。
【図９】本発明の具体例に従ったフィードバックネットワークにおける使用済みフィルタの通過帯域について別の実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明の具体例に従って本明細書で説明する様々なシステム、方法、および成分の用途に適したデジタル・マイクロコントローラ・フィードバックネットワークを示した概略図である。
【図１１】本発明の具体例に従った概略タイミング図である。
【図１２】本発明の具体例に従って能動平衡型受光器2台を活用する偏光ダイバーシティFD-OCTシステムを示す概略図である。
【図１３】本発明の具体例に従ってレーザー強度雑音を抑制または低減するために独立して作動する能動平衡型受光器2台を含むFD-OCTシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
下記の説明は、本発明の特定の実施形態を例示する添付図面に言及している。その他の実施形態も可能であり、本発明の精神と範囲から逸脱することなく実施形態を変更することもできる。それ故、下記の詳細な説明は本発明を限定することを意図したものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項によって定義される。
【００２４】
レーザー強度雑音は、周波数領域光干渉断層撮影（FD-OCT）において重要な役割を果たす。FD-OCTは、様々な光遅延時間でサンプルから後方散乱された光を計測するために、高速同調レーザー光源を使用することができる。5〜15μmの解像度で反射性と深度を比較した二次元画像は、100フレーム／秒を超えるフレーム速度で散乱体積から得ることができる。FD-OCTは、眼科学、心臓病学、およびその他の医学分野に幅広く適用されてきた。
【００２５】
図2はFD-OCTシステム5の光学的配置を示す。掃引波長レーザー（別の方法としては波長可変レーザー）L（左側）からの光は、干渉計6によって別個のサンプルパスと基準パスに向けられ、そのそれぞれがサンプルミラーと基準ミラーにつながる。サンプルから後方散乱された光は、基準ミラーから反射される光と結合する。具体的には、この結合された光は光検出器で干渉信号を生成する。これらの光検出器で受信された周波数は、サンプルパスと基準パスにおいて光学フィールドが進んだ距離の差異に呼応する。
【００２６】
1つの実施形態において、サンプルフィールドは回転式光ファイバーを含む光干渉断層撮影プローブを用いて収集された光を含む。光が1回以上ファイバーに沿って方向付けられ、サンプルから反射されると、これは光干渉断層撮影によるデータ収集セッションの一例に相当する可能性がある。このようなセッション中、1つ以上の受光器はサンプルから反射された光と相関性のある光を干渉計から受信する。1つの実施形態において、これは1つ以上の受光器での複数の光電流の生成を結果的に招く。
【００２７】
1つの実施形態において、深度を増加していくサンプルからの反射の振幅に呼応する一連のデータ（「A線」）を生成するために、干渉信号はフーリエ変換される。サンプルビームがサンプルを走査するにつれて、一連のA線を得ることでサンプルの画像が生成される。ファイバーリングレーザーおよび短共振器の半導体レーザーが通常、FD-OCTに必要な線幅と走査速度の要件を充足するために使用される。狭い間隔で並んだ複数のモードがレーザーの発光帯内に混在するため、これらのレーザーの大部分は比較的高レベルの強度雑音を発光する。
【００２８】
それ故、図2に示すシステム例5などのFD-OCTシステムと併用される干渉計は通常、（下記の考察のように減衰器および制御信号が使用されないように）レーザー強度雑音を低減するための受動平衡型の検知向けに構成される。多くのFD-OCTシステムはまた、特にレーザー光源または干渉計の中にある寄生空洞内の複数の反射から生じる悪性型の強度雑音である、パターンライン雑音から被害を被る。非常に弱い寄生空洞反射でさえ、FD-OCT画像の可視のパターンラインを生じさせ、これを受動平衡の従来技法を用いて消去することは難しい。そのため、1つの実施形態において、本明細書に記載する方法、装置およびシステムは、パターンライン雑音およびレーザー強度雑音のどちらかまたは両方を低減するために制御信号を有する1つ以上の減衰器を使用する。
【００２９】
受動平衡アプローチとは対照的に、図2のシステム5は、能動平衡または自動平衡を可能にするために減衰器7および7’を含むことができる。点線の矢印で示す通り、これらの素子は入射光または受光器自体と通信を行うことができる。具体的には、減衰器7および7’は、これらの素子7および7’が可変光減衰器を含む場合など、サンプルフィールドと基準フィールドからの光と光学的に接続することができる。加えて、素子7および7’の性質が電気的である場合は、サンプルフィールドまたは基準フィールドから光を受信し光電流または時間的に変化する電圧へと変換する受光器と電気通信を行うようにそれらを配置することができる。例として、素子7および7’は、下記に概説するようなトランジスタ、ダイオード、およびその他の成分またはサブシステムなどの個々の減衰器、減衰回路またはその他の制御可能な素子を含む場合がある。好適な実施形態において、能動平衡型の素子7および7’は、光特性または電気特性の変化を可能にする制御信号の入力を含む。
【００３０】
図1に示す受動平衡型の受光器の性能は、入射強度の等化（I+, I-）、光ダイオードの応答性（RA, RB）、および正電流や負電流の入力に対する増幅器のトランスインピーダンス（G+, G-）に左右される：
RAI+G+ = RBI-G- [等式1]
【００３１】
この整合条件は一般的に、光検出器の有限なキャリア通過時間と寄生リアクタンスのため、1つの雑音周波数でのみ満たすことができる。任意の回路については、増幅器エレクトロニクス内の応答性およびキャリア通過の不均衡のため、増幅器の利得および同相除去比もまた周波数に左右される。それ故、強度雑音の高い抑制を保証するためには、受動的なアプローチでは失敗する。代わりに、出力において残余雑音電圧を生む光ダイオードや増幅器の静的および動的な差異を補償するために、入射強度を調整することができる。フィードバックに基づくアプローチなどの能動アプローチまたは自動アプローチによって、経時的にこのような差異の静的補償および動的補償が可能となる。
【００３２】
下記に記載する本発明の1つの好適な実施形態は、フィルタされたフィードバック信号によって制御される一対の広帯域光電流減衰器を使用する。この実施形態は、波長可変レーザーの波長掃引時間全体にわたり電子平衡を保つ。このアプローチによって、受動システムのものに比べて性能の大幅な向上が可能となる。フィードバックは、増幅器の出力において確定された周波数帯内でサンプルされた雑音電圧をヌルにする。そのため、1つの実施形態において、信号帯域を含む幅広い周波数範囲にわたり同一の割合で光電流減衰を行うことで、雑音電圧は近接の信号帯域内で継続的にヌルとなる。これらの光電流減衰器は、MOSFETS、バイポーラトランジスタ、ピンダイオード、光減衰器などの様々な素子、およびその組み合わせを用いて実施することができる。一部の実施形態において、これらの光電流減衰器は光干渉断層撮影システムの受光器と電気通信を行う。光電流減衰器を調節する制御信号を生成するためのフィードバックネットワークもまた、好適な実施形態で使用することができる。
【００３３】
図3は、能動平衡型の受光器を含むシステム10を示す。この受光器は、第一（P1）および第二（P2）の光ダイオード、および本発明に従った強度雑音の能動的な抑制のために構成された平衡型の光増幅器を含む。光電流は、時間的に変化する強度を持つ入力電磁放射I-、I+ に応答して、光ダイオードP1、P2によって生成される。この放射は、光干渉断層撮影システムからの光である可能性がある。そのため、サンプルからの光および基準からの光（例えば反射器）は、1つの実施形態において光ダイオードP1、P2に向けることができる。光ダイオードは入射光子に応答して出力電流を生成するため、既知のフィードバック抵抗器Rfを有するトランスインピーダンス増幅器14が出力電圧を生成するために使用される。数値Rfを把握することによって、光電流の計算が可能となる。1つの実施形態において、トランスインピーダンスはRf抵抗器と並列接続した任意選択のコンデンサを含むことができる。
【００３４】
雑音の抑制または低減は、システム10での能動的過程を通して生じる。図示されているように、能動フィードバックは制御電圧cおよびdという形で使用される。これは、図1の受動システムとは対照的である。加えて、例えば制御信号cおよびdなどの1つ以上の制御信号に応答する電流分割減衰器またはその他の減衰回路または素子などの減衰器12を通して、能動的な雑音の低減または抑制が可能である。
【００３５】
1つの実施形態において、図3に示すように、両方の光ダイオードがこの減衰器12と電気通信を行う。抵抗器R1およびR2およびトランジスタまたはスイッチ対E1、E1は、左側で接地接続され、右側で出力ノードがトランスインピーダンス増幅器14に接続されたブリッジ構成で示されている。数値R1およびR2は通常等しい数値で、約20〜約1000オームの範囲である。この範囲の上限に近い数値では、不均衡条件下での公称光電流での幅広いミスマッチが可能となるが、高い周波数での熱雑音も高くなる。2つの実施形態において、R1およびR2は両方とも100オームまたは200オームに等しく、それぞれ250MHzおよび100MHzでの低雑音操作が可能となり、光電流の不均衡は25%ほどであった。
【００３６】
E1、E2に加圧されるアナログまたはデジタルの制御電圧cおよびdの数値によるが（1つの実施形態において、E1、E2はMOSFETトランジスタの対のゲートに呼応する）、強度I-に関連する光電流、または強度I+に関連する光電流のどちらかの様々な割合がトランスインピーダンス増幅器14の反転入力から接地に分岐される。1つの実施形態において、トランスインピーダンス増幅器14は、演算増幅器およびフィードバック抵抗器Rfを含む。1つの実施形態において、これらのE1、E2回路素子は、MOSFETトランジスタ、マイクロ波トランジスタ、または制御信号に応答するその他の回路素子でありうる。
【００３７】
図3に関して、制御電圧cおよびdはトランスインピーダンス増幅器14の出力にて小さな正極性または負極性の雑音電圧を増幅する、自動平衡型のフィードバックネットワーク20に由来している。1つの実施形態において、制御電圧cおよびdは、サンプル雑音電圧を最小限に抑える方向に急速駆動される。トランスインピーダンス増幅器14は、DC-120MHzの周波数範囲にわたりほぼ一定の利得を提供するよう設計されている。これは、フィードバック抵抗器Rfによって設定することができる。一部の実施形態においては、強度I+およびI-に関連した光電流の信号と雑音成分の両方に対して定周波数および等化周波数の応答を達成するために、分離ゲート接続を有する低静電容量MOSFET（通常はドレイン発信源静電容量<0.6pf）がE1、E2素子の使用として望ましい。
【００３８】
トランスインピーダンス増幅器14の出力は時間的に変化する電圧信号であり、それに関して雑音の抑制または低減が行われる。この信号は、数値Rfによって決定される光電流に比例した電圧である。この増幅信号は次に、フィードバックネットワーク20の入力18およびバンドパス・フィルタ25に伝送される。この増幅信号はレーザー強度雑音を含む。フィルタ25は、信号の特定の周波数帯を通過させるよう構成される。フィードバックネットワーク20の特定の実施形態に関連する追加の詳細を、図7に関して下記に記載する。信号がフィルタ28によって処理されると、前置増幅器出力30などの出力でその後の伝送および処理を行う準備が整う。模範的なフーリエ領域OCTシステムにおいて、前置増幅器の出力での信号出力については通常、デジタル化やフーリエ変換が行われる前の追加処理段階でアンチエイリアスのために増幅やフィルタリングを行う。
【００３９】
なおも図3の一般的な実施形態に言及すると、外部バイアスによって、トランジスタの代わりにバイポーラトランジスタまたはショットキーダイオードに基づくRF減衰器を回路素子E1、E1として使用することができる。残念なことに、これらの装置は一般により高いオフセット電流と不良な直線性を示し、これが増幅器のダイナミックレンジや同相抑制を低下させる可能性がある。
【００４０】
設計上のもう1つの考慮事項は、浮遊容量の減少である。各トランジスタまたはその他の回路素子E1、E1に関連する浮遊容量は、様々な成分およびサブシステムを用いるとさらに減少できる。例えば、1つの実施形態において、2つのMOSFETトランジスタを直列接続し、同じ分離ゲート信号によって両方を制御することで、浮遊容量は減少する。さらに、設計上の考慮事項として、十分に幅広い利得帯域幅積（>3GHz）を示す演算増幅器14の選択は、高い周波数での定利得の維持を促進する。
【００４１】
DCでの雑音消去が望ましい場合は、光電流に静的オフセットを導入しないように増幅器14のオフセットを十分低く設定することができ、これで雑音抑制の程度を低下させることができる。演算増幅器14のオフセット効果は、演算増幅器14の非反転入力と直列接続されたフィードバック抵抗器の抵抗に等しい抵抗を有するオフセット消去抵抗器を追加することで、さらに低下させることができる。このような構成においては、トランジスタの電源は接地ではなく非反転端子に接続されるべきである。
【００４２】
強度雑音を抑制または低減するシステム50の別の実施形態を図4に示す。この回路素子に基づくシステム操作の基本原則は、図3のシステムの原則と似ている。つまり、任意の光電流における強度雑音を低減するように応答素子の特性を変化させるために制御信号が使用される。図3のシステム10との1つの違いは、演算増幅器57と基準抵抗器Rfを含む差動トランスインピーダンス増幅器55が、システム50で使用されることである。図4では、一対または二対のトランジスタ、スイッチ、または類似の電気素子を使用することができる。図示されているように、システム50は、差動入力および出力を伴うトランスインピーダンス増幅器55の入力で光ダイオードP1、P2またはその他の信号源からの光電流を平衡化する差動配置において、二対のトランジスタを含む。
【００４３】
図4のシステム50は、第一の制御可能な素子E1および第二の制御可能な素子E2と電気通信を行う第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2を含む。図3と同じように、E1、E2はMOSFETS、その他の適切な制御可能な回路素子、またはその他の減衰器といったトランジスタでありうる。第三の制御可能な素子またはスイッチS1および第四の制御可能な素子またはスイッチS2もまた、第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2と電気通信を行う。そして、4つの制御可能な素子または減衰器E1、E2、S1およびS2のそれぞれは、差動トランスインピーダンス増幅器55と電気通信を行う。増幅器55は、変圧器Tと電気通信を行う。そして、変圧器Tはフィードバックネットワーク20と電気通信を行う。適切なネットワーク20については、図7および10に関するものなどを本明細書で記載している。
【００４４】
このシステム50において、光ダイオードP1、P2の1つからの過剰電流を接地に分岐する代わり、光ダイオードP1、P2に対する第二のMOSFETトランジスタまたはスイッチS1、S2が、そのゲートが相補電圧によって制御される形で、差動トランスインピーダンス増幅器の反対の入力へと光電流を誘導する。この配置は、平衡型検出器の効率を向上する。この向上は、平衡状態を達成するために雑音光電流の位相およびその振幅の両方が変更されるために発生する。シングルエンド出力を形成するには、差動トランスインピーダンス増幅器55の差動出力が広帯域RF変圧器などの変圧器Tによって結合される。そして、変圧器Tからの出力電圧は、さらなる処理、増幅または伝送のために出力30に到達する前に、入力18に沿ってフィードバックネットワーク20に伝送されるか、またはバンドパス・フィルタを用いてフィルタされる信号として存続する。
【００４５】
図5は、強度雑音の抑制または低減のための電気回路を含むシステム75の別の実施形態を例示する。図5に示す素子の一部は、上述し図2および3で示すものと似ている。第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2は、図示されているように、それぞれ第一および第二のトランスインピーダンス増幅器81、83と電気通信を行う。そして、2つのトランスインピーダンス増幅器81、83はそれぞれ、第一および第二の可変利得増幅器91、93と電気通信を行う。
【００４６】
このシステム75において、別個の電子可変利得増幅器91、93は、広帯域無線周波数変圧器での減算前に雑音強度信号を等化する。任意に、1つの実施形態において、広帯域移相器などの移相器95が使用される。このシステム75は図3の実施形態よりもより数の多い成分を使用するが、別個の可変利得増幅器91、93および（任意選択で）位相制御電子機器95の使用は、制御ダイナミックレンジ全体にわたる2つの光チャンネル（基準チャンネルとサンプルチャンネル）間での周波数マッチングを調整する上でより高い柔軟性を提供する。
【００４７】
図5の残りの特徴は、上述したものに似ている。光電流と相関性のある入力18での時間的に変化する電圧信号は、変圧器Tから伝送される。変圧器の段階後、信号はフィードバックネットワーク20へと続く。加えて、出力30に到達する前にバンドパス・フィルタ25を用いて信号をフィルタすることができる。
【００４８】
電子回路素子に基づく強度雑音抑制システム100の、なおも別の実施形態を図6に示す。この実施形態は、光ダイオードP1、P2に作用する光強度IAおよびIBによって生成される光電流の振幅を等化するために、可変光減衰器（VOA）102と103の2台を使用する。2台のVOAは、光ダイオードP1、P2と光通信を行う。加えて、VOAの1つ以上の光特性が制御信号cおよびdに応答する。そして、光ダイオードはトランスインピーダンス増幅器105と電気通信を行う。具体的には、可変光減衰器102、103は、トランスインピーダンス増幅器105による減算前に雑音強度信号を等化する。
【００４９】
この増幅器105は、光電流が増幅器105入力で受信される前に2台のVOAによって能動的に平衡化される。低い挿入損失で光伝送の継続的な可変制御が可能な、MEMベース、電動式、および電子光学減衰器を含むシングルモードVOAの幾つかのタイプを利用できる。電子減衰の代わりに光減衰を用いる1つの利点は、追加的な回路素子によって導入される寄生リアクタンスが消去されることである。その結果、増幅器105の利得の周波数依存性と同相モード除去比が減少する。フィードバックネットワーク20、バンドパス・フィルタ25、および出力30も示しているが、上述の特徴に似ている。
【００５０】
図7は、図3〜6のいずれのシステムまたは要素と併用するフィードバックネットワーク130の実施形態を示す。時間的に変化する入力信号は、図3〜6に図示し上述したように、光電流の電圧変換後または増幅器による増幅後にネットワーク20に入る。1つの実施形態において、ネットワーク20はアナログの自動平衡型フィードバックネットワークである。別の実施形態において、ネットワークはデジタル成分を用いて実施されるか、デジタル信号に応答する。1つの実施形態において、このネットワーク20は第一の増幅器135および第二の増幅器137を含む。ネットワークはまた、積分器140を含む。加えて、1つの実施形態において、ネットワークは、対象となる周波数の任意の範囲にとって適切なローパス・フィルタまたは一般のバンドパス・フィルタなどのフィルタ142を含む。1つの実施形態において、第一および第二の増幅器135および137はそれぞれ、2台の高利得整流増幅器である。
【００５１】
1つの実施形態において、フィルタ142の通過帯域は、干渉信号帯域より低い周波数を有する雑音を伝送するよう選択される（図9を参照）。周波数領域システムなどの一部の光干渉断層撮影システムにおいて、特定の掃引周波数または時間を備えたフーリエ領域モードロックされたレーザーなどの掃引レーザー光源が使用される。1つの実施形態において、雑音の通過帯域は通常、レーザーの掃引繰り返し周波数を含む。そのため、1つの実施形態において、フィルタ142は信号データを伝送せず、むしろ信号cおよびdなどの制御信号への変換のために1つ以上のタイプの雑音を伝送する。ネットワーク20は、通過帯域の干渉信号の完全性を低下させることなく、レーザー強度およびその他の雑音を生む効果における掃引内および掃引間での変動の両方をヌル化または大幅に減少するべく十分素早く応答するように設計されている。この実施形態には、低コスト、簡便さおよび速さという利点があり、DCに近い周波数での安定した双方向の制御もまた可能となる。
【００５２】
図8は、ローパスでフィルタされたアナログフィードバックを有する本発明の好適な実施形態に従い、（1）シングル光ダイオード検知、（2）受動平衡型の検知、および（3）能動平衡型の検知によって、平衡受光器の出力において計測される強度雑音の周波数スペクトルのプロット145である。X軸は周波数（対数尺度についてHz単位）、Y軸は信号電力（dB単位）である。図8の雑音振幅スペクトルは、図7のアナログの自動平衡ネットワーク20を用いて本発明の好適な実施形態（図3）に従って実施された場合に、能動平衡を用いて実際に達成できる雑音抑制の程度を示す。具体的には、図8に示す曲線の考察では、シングル光ダイオードで最も雑音があり、その次に受動平衡型システムが続き、最後に能動平衡型システムが最大の雑音低減を示したことを示唆している。
【００５３】
図9は、ネットワーク20のフィルタ142または図10に関して考察されるものなど、フィードバックネットワークにおけるフィルタの通過帯域に対する別の実施形態を示す概略図である。図9は、5つの異なる周波数通過帯域について信号強度に対する周波数のプロット150を示す。網掛け領域は、自動平衡型または能動平衡型の受光器の様々な実施形態で使用されるフィードバックフィルタの操作用に利用できる、OCT信号通過帯域外の周波数領域を示す。左から右に説明すると、関連する周波数通過帯域はローパス、狭帯、およびハイパスである。狭通過帯域はローパス域内に示されているが、ハイパス域内に存在する可能性もある点に留意されたい。信号通過帯域は、任意のフィルタを通過する対象となるサンプルについて収集されたOCTデータなど、対象となる信号に呼応する周波数帯を意味する。低／高域の通過帯域は、光源からの主に雑音を含む信号通過帯域より低いおよび高い周波数帯を意味する。狭通過帯域は、フィードバック信号が存在するハイパスまたはローパスの帯域内の領域を意味する。
【００５４】
1つの実施形態において、遮断周波数が信号通過帯域の最低周波数より低いローパス・フィルタが、図7のアナログフィルタネットワーク20を使用する本発明の実施形態と併用される。ローパス、狭帯域、またはハイパス・フィルタは、図10のデジタルマイクロコントローラのフィードバックネットワークと併用することができる。狭帯域は例えば、同期操作に基づく実施と併用できる。1つの実施形態において、下記で考察するように本発明の実施形態に従って同期平衡化に使用される任意選択の追跡／保留入力が使用される。
【００５５】
図10に示す自動平衡フィードバックネットワーク20の別の実施形態は、様々なフィルタの通過帯域に対応するためのフィードバックパラメータを、または一部の実施形態においては同期操作を適応制御するためにマイクロコントローラを使用する。後置トランスインピーダンス増幅器の信号は、このネットワーク160の入力18で受信される。この実施形態において、トランスインピーダンス増幅器の出力において雑音電圧を相殺するために使用される周波数帯を選択するために、バンドパス・フィルタ162としてローパス・フィルタ、信号通過帯域フィルタ、またはハイパス・フィルタを使用することができる（図9を参照）。
【００５６】
図示されているように、二乗平均平方根（RMS）検出器は雑音電力に比例した電圧を生成するが、これが次にアナログ・デジタル変換器によってサンプリングされ、そのデジタル出力がマイクロコントローラによって読み取られる。RMS雑音電圧レベルでヌルを保つために、マイクロコントローラはデジタル・アナログ変換器を介してcまたはdのアナログ制御電圧のどちらかを調整する。これらの制御電圧はそして、上述の図3〜6に示す実施形態の1つから、トランジスタまたは光減衰器などの制御可能な素子または減衰器へとフィードバックされる。非画像取得サイクル中に光増幅器の平衡誤差に比例した信号を追跡し画像取得サイクル中にそれを保留する、追跡および／または保留の制御信号もまた、下記に示し、考察するように任意選択で使用できる。
【００５７】
加えて、信号cまたはdなどの制御電圧の継続的調整によって、ヌルまたは低下した雑音レベルを検索及び維持するために、高速勾配検索ルーチンなどの適切な検索方法を使用することもできる。フィードバックネットワークのこの実施形態はRMSのヌル化に依存しているため、フィルタの通過帯域がDCを含む必要はない。実施に便利なように、干渉信号の周波数帯より高いまたは低い通過帯域を有するバンドパス・フィルタを使用することができる。雑音抑制器に対する周波数応答をさらに平坦化するため、信号スペクトルの両端のフィルタに接続された2台のRMS検出器の出力合計を、単一RMS検出器の出力の代わりにヌル化することができる。
【００５８】
この実施形態は、フィードバックの追跡精度を向上し、強度雑音抑制の周波数帯と信号帯域の重複を可能にする上で、同期検波の使用に役立つ。このような向上は、干渉信号が遮断されOCT信号が取得されないリターンレーザー掃引中を意味する非画像取得サイクル中に見つかった制御電圧を保留するようマイクロコントローラに指示する、レーザー掃引と同期化された追跡／保留信号（図10）を用いて達成することができる。次に、OCT信号が取得される画像取得サイクル中に、デジタル・アナログ変換器のcおよびd出力に保留された制御電圧を加圧できる。このようにして、最適な雑音抑制のために信号範囲全体を網羅するよう、フィードバックフィルタ162の通過帯域を拡大することができる。
【００５９】
この同期操作モードは、図11のタイミング図を用いて実施できる。この同期操作モードによって、信号通過帯域内の周波数での雑音抑制が可能となる。本明細書に記載する実施形態の操作の様々な段階に関連する6つの模範信号を、図11に経時的に示す。上から、これらの信号およびその経時的なプロファイルは、（1）レーザー強度、（2）干渉計信号の画像取得サイクル／サンプルアーム、（3）強度雑音、（4）RMS検出器出力／平衡誤差、（5）制御追跡および保留信号、および（6）模範フィードバックおよび信号cおよびdなどの制御信号を含む。図11に図示するように、非画像取得サイクル中（すなわち、サンプルからの光が遮断される時間間隔）に生成されたフィードバック制御電圧が保留され、その後、画像取得サイクル中に加圧される。
【００６０】
デジタル制御されたフィードバックネットワークの効果は、自動平衡フィードバックネットワークの同期フィードバック信号としての役目を果たすためレーザー光源に振幅変調を行うことで、さらに向上できる。この構成では、位相および振幅の両方のヌル化についてRMS検出器の代わりに同期復調器を使用することができる。
【００６１】
周波数領域の光干渉断層撮影の多数の生物学的応用において、複屈折組織によって生まれる画像アーチファクトを削減するには、偏波ダイバーシティ検知が望ましい。本明細書に記載する雑音抑制の方法、システム、および装置は、偏光ダイバーシティ干渉計との併用に適している。例えば、図12の干渉計によって、それぞれが強度雑音抑制のための独立した能動平衡を備えた2つの受光器チャンネルを用いた偏光ダイバーシティ検知が可能となる。システム175は、図示されているようにH偏光またはV偏光などの様々な偏光状態を処理することができる。加えて、図12に図示するように、2台の受光器はレーザー強度雑音を抑制するために独立して作動する。図12のこのシステム構成では、二対の出力強度の平衡を保つために偏光制御器2台を用いる。
【００６２】
図12に関して、このタイプの干渉計の不利な点は、1つ以上の光ダイオードチャンネルに行われる過剰減衰からの大規模な損失を避けるために、強度対(I+H, I-H)および(I+V, I-V)の偏光状態が偏光スプリッタの入力において平衡化される必要があることである。1つの実施形態において、この平衡化には偏光制御器2台の独立調整が必要となる。
【００６３】
図13の干渉計190は偏光制御器1台のみを使用しており、これはI+HおよびI+V間で均等に基準レーザー強度を分割するよう調整されている。このシステム構成では、二対の出力強度の平衡を保つ上で偏光制御器1台のみが必要となる。ここで干渉計190は不均衡モードで作動し、非対称分割比m:(1-m)で構成され、mは通常、約0.9に等しいかそれ以上である。この構成では、二対の光ダイオードの偏光状態を同時に平衡化するという困難が低減され、代わりに雑音の抑制または低減を達成するために各チャンネルの減衰を電子調整する自動平衡回路に依存している。
【００６４】
説明においては本発明について光干渉断層撮影の文脈に沿って考察してきたが、これらの実施形態は制限することを意図しているわけではなく、当業者であれば本発明をその他の画像および診断方法または光システム全般にも使用できることが理解されるであろう。
【００６５】
あらゆる点で本発明の態様、実施形態、特徴および例は説明用であり、本発明を制限することを意図したものではなく、その範囲は請求項によってのみ定義される。請求対象である発明の精神および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態、変更、および使用は当業者には明らかである。
【００６６】
出願の見出しやセクションの使用は本発明を制限することを意図しているわけではなく、各セクションは、本発明のいずれの態様、実施形態、または特徴にも適用されうる。
【００６７】
出願全体にわたり、特定の成分を有するまたは含むと記載される構成物、または工程が特定の工程段階を有するまたは含むと記載される場合、本教示の構成物は列挙された構成物から基本的に成るまたは成ること、また本教示の工程もまた列挙された工程段階から基本的に成るまたは成ることが意図される。
【００６８】
出願において、要素または構成要素が列挙された要素または成分のリストに包含および／またはそれから選択されると記載されている場合、要素または構成要素は列挙された要素または構成要素のうちのいずれか1つであり、2つ以上の列挙された要素または構成要素から成る一群から選択されうることが理解されるべきである。さらに、本明細書に記載する構成物、装置、または方法の要素および／または特徴は、本明細書に明示的または黙示的なものであれ、本教示の精神と範囲から逸脱することなく様々な方法で組み合わせうることが理解されるべきである。
【００６９】
「含む（include、includes、including）」、「有する（have、has、having）」という用語は、特に別段の記載がない限り、制約のない非制限的なものとして一般に理解される。
【００７０】
特に別段の記載がない限り、本明細書における単数形の使用には複数形を含む（その逆も同様）。さらに、文脈から明らかにそうでないと分かる場合を除いて、単数を表す「1つの（a、an）」および「その（the）」は、複数形を含む。さらに、定量値の前に「約（about）」という用語が使用されている場合、本教示では、特に別段の記載がない限り、その特定の定量値自体も含む。
【００７１】
本教示がなおも実施可能である限り、ステップの順序または特定の動作を行う順序は重要ではないことが理解されるべきである。さらに、2つ以上のステップまたは動作は同時に実施できる。
【００７２】
数値の範囲またはリストが提供される場合は、その範囲またはリストの上限と下限の間にある途中の数値それぞれが、各数値が本明細書に具体的に列挙されたかのように、本発明において個々に意図及び網羅される。加えて、任意の範囲の上限と下限を含むより小さな範囲も本発明で意図及び網羅される。模範的な数値または範囲のリストは、任意の範囲の上限と下限を含む別の数値または範囲に対する権利放棄ではない。
【００７３】
本発明の数値および説明は、本発明の明確な理解に関連する諸要素を説明するために簡略化されており、明確に説明する目的で別の要素を排除していることが理解されるべきである。しかしながら、当業者であれば、これやその他の要素も望ましいことを理解する。ただし、このような要素が当技術分野においてよく知られており、また本発明に対するより一層の理解を促進しないという理由から、このような要素の考察は本明細書で提供されていない。当然ながら、図面は説明用に提示されているのであり、組立図として提供されているのものではない。省略された詳細および変更または別の実施形態は、当業者の範囲内である。
【００７４】
当然ながら、本発明の特定の態様において、ある要素を提供または任意の機能を遂行するために、単一の構成要素を複数の構成要素で置き換えたり、複数の構成要素を単一の構成要素で置き換えることができる。このような置換が本発明の特定の実施形態の実践にとって実行可能ではない場合を除き、このような置換は本発明の範囲内と考えられる。
【００７５】
本明細書に提示する例は、本発明の可能なおよび特定の実施内容を説明することを意図したものである。当然ながら、例は当業者に対する本発明の説明を主な目的としている。本発明の精神から逸脱することなく、本明細書に記載したこれらの図または操作には多くのバリエーションが存在する。例えば、特定の場合において、方法のステップまたは操作を違う順序で遂行または実行したり、操作を追加、削除または変更することができる。
【００７６】
さらに、本発明の特定の実施形態は、本発明を説明する目的で本明細書に記載されており、本発明を限定する目的はなく、当然ながら、当業者であれば、請求項に記載する本発明から逸脱することなく、本発明の原則および範囲内で、要素、ステップ、構造および／または部品の詳細、材料、および配置の多数のバリエーションを行うことができることが理解される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、2010年3月17日に出願された米国特許第61/314,759号の仮出願に対する優先権を主張し、同出願の開示全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、センシングおよび画像分野、より具体的には光干渉断層撮影およびその他のデータ収集技術のための検知システムおよび関連要素の設計および実施に関する。
【背景技術】
【０００３】
光源の強度変動は、光干渉断層撮影（OCT）システムなどの干渉計測システムの感度およびダイナミックレンジを著しく低下させる可能性がある。周波数領域データ収集システムにおいては、強度雑音が特にトラブルを起こす可能性がある。これは、このようなシステムで使用されることの多い高速波長可変レーザーが急速な波長依存性の利得変動を示す場合があるためである。これらの変動は、幅広いスペクトル帯で同調させる時に生じる可能性がある。光源強度雑音の効果を軽減させる従来の方法は、図1に図示するように、一対の光検出器によって生成される信号を平衡型干渉計の出力にて組み合わせることである。図1は、成分特性または入力信号に関する能動フィードバックまたはその他の経時的変化が監視または使用されていないという意味で、受動システム1を示す。図1のシステムは、OCTデータ収集システムのフロントエンドとして使用することができる。
【０００４】
理想的な平衡型干渉計においては、基準フィールドの位相コヒーレンス成分がサンプルフィールドの位相コヒーレンス成分に干渉して（図1の左側に図示）、図1で2つの平衡型光ダイオードとして示されるように、光検出器の出力において逆位相を有する一対の信号を生成する。サンプルフィールドと基準フィールドからの光の2つの入力強度I+およびI-は結合されてから、図示されているように光ダイオードに向けられる。減算されると、これらの2つのコヒーレント信号成分は、個々の信号に比べて2倍の振幅を有する干渉信号を生成する。
【０００５】
さらに、光源のインコヒーレントな強度変動は、平均すると減算後には相殺される。しかし実際には、光源の強度変動の完全な抑制を達成することは困難である。この困難は、光電流を正確に等化・減算する必要があるために生じる。この減算過程は、図1のシステムの全ての入力周波数に対して受動的に実施される。実際には、強度雑音の振幅はコヒーレント信号の振幅よりも数百倍高いことがある。その結果、平衡型光検出器と光増幅器の同相除去比（装置の入力に一般的な範囲信号が排除される程度）は、幅広い周波数帯にわたって高いままである必要がある。
【０００６】
図1に例示する配置において、光ファイバーカプラーの理想的な50:50の分割比からの逸脱は、光ダイオードの応答性および結合効率の差異に加えて、通常は少なくとも数パーセント分の光電流の不均衡につながる。これらの不均衡をシステム製造時点で手動調整によって補償できるとしても、成分特性が長期的にドリフトする結果として、不均衡は時が経つにつれて再び現れる。それ故に、受動平衡の方法は数多くの用途にとって適切でない。
【０００７】
従って、これらの限界を克服する雑音低減の方法、装置、およびシステムに対する必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、周波数領域光干渉断層撮影およびその他の干渉センシングおよび画像取得システムにおいて強度雑音およびパターンライン雑音といった雑音を大幅に低減する電子平衡の方法、システムおよび装置に関する。本発明の1つの態様は、望ましい干渉信号を増幅しつつも、信号の品質を低下させずに、広帯域（DC−250MHz）雑音を能動的に抑制できる能力である。この模範的な広帯域雑音範囲において、DC（直流）はゼロに呼応する。1つの実施形態において、自動平衡の方法または装置内にゼロを含むことは光増幅器の飽和を避ける上で役立つ可能性がある。これは、低周波数の強度雑音をサンプリングし、能動的な電子フィードバックを適用して同相雑音を消去することで達成される。この雑音の消去は、1つ以上の制御信号を用いて自動的に、高い周波数と低い周波数の両方で実施することができる。この能動的または自動的なアプローチは、上述した2つの信号の受動的な減算に対する改良を提供するものである。
【０００９】
幅広い周波数帯にわたる双方向操作に対応した電子減衰の方法が開示されている。1つの実施形態において、対象となる帯域はその間の点および小領域を含めて約0〜約250MHzである。1つの実施形態において、双方向操作とは、能動平衡または自動平衡の方法および装置が他方の光電流よりも高い光電流に対応できる、すなわち、光電流の1つが他方よりも高くなるようバイアスさせる必要なく、最大光電流に減衰が自動的に行われるという特徴を意味する。
【００１０】
この方法には低コストと簡便さというさらなる利点もある。現在、利用できる自動平衡型の受光器は高額であり、狭い低周波数帯（通常は<100KHz）での操作に限られている。方法を偏波ダイバーシティ検知に拡大する技法についても説明している。1つの実施形態において、本明細書に記載する方法および装置の使用は少なくとも約25dBの雑音低減を結果的に生む。1つの実施形態において、本発明の実施形態によって達成される雑音低減は約25dB〜約50dBの範囲である。
【００１１】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムのレーザー光源から強度雑音を低減または抑制する方法に関する。方法には、レーザーから干渉計への光の伝送、それぞれの光電流が干渉計から受信した光に比例する複数の光電流の光干渉断層撮影によるデータ収集セッション中の生成、増幅器を用いてレーザー強度雑音成分を含む増幅信号への複数の光電流の変換、および複数の光電流の少なくとも1つの減衰を制御するための第一の制御信号の伝送を含む。第一の制御信号は、レーザー強度雑音成分を用いて生成することができる。この方法はまた、複数の光電流の少なくとも1つの減衰を制御するために第二の制御信号を伝送するステップを含むことができる。方法はまた、増幅信号のフィルタリング、フィルタされた増幅信号の統合、および統合されたフィルタ済み増幅信号の増幅により、第一の制御信号を生成するステップを含むこともできる。1つの実施形態において、複数の光電流の少なくとも1つの減衰は、受光器、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、可変光減衰器、可変利得増幅器、一対のトランジスタと電気通信を行う一対の抵抗器の一群およびその組み合わせからなる一群から選択される減衰器によって制御信号が受信されることに応答して変化する。方法はまた、レーザー雑音成分が最低値に到達するまで制御信号を伝送するステップを繰り返すことで、第一の受光器および第二の受光器を能動平衡化するステップを含むことができる。
【００１２】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムに関する。システムは、レーザー強度雑音を有するレーザーと光通信を行う干渉計から光を受信するための第一の受光器；第一の受光器と通信を行う第一の減衰器であって、第一の制御信号に応答して第一の減衰器の第一の光特性または第一の電気特性の1つを変化させるよう構成された第一の減衰器；干渉計から光を受信するための第二の受光器；第二の受光器と通信を行う第二の減衰器であって、第二の制御信号に応答して第二の減衰器の第二の光特性または第二の電気特性の1つを変化させるよう構成された第二の減衰器；第一の受光器および第一の出力と電気通信を行う第一の入力を有する増幅器であって、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号を第一の出力から伝送するよう構成された増幅器；および増幅器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、増幅信号を受信し少なくともレーザー強度雑音成分に応答して第一の制御信号および第二の制御信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含む。1つの実施形態において、第一および第二の減衰器は可変光減衰器、バイポーラトランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、および抵抗器から成る一群から選択される。
【００１３】
フィードバックネットワークは、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器を含むことができる。加えて、別の実施形態において、フィードバックネットワークは（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器を含むことができる。フィードバックネットワークは、RMS検出器で受信したRMS雑音信号をヌルに保つために、デジタル・アナログ変換器を用いて第一または第二の制御信号の1つを伝送するよう構成することができる。
【００１４】
1つの実施形態において、フィードバックネットワークはレーザーの掃引期間と同期操作するよう構成される。フィードバックネットワークは、干渉計の非画像取得サイクル中に第一の制御信号を計算することができ、レーザー雑音成分を低減または抑制するために、画像取得サイクル中に第一の制御信号を伝送する。1つの実施形態において、レーザーから発光された光は、干渉計の基準アームにおいて第一の信号を生成するために固定周波数で振幅変調され、フィードバックネットワークによって処理される位相敏感なエラー信号を生成するようにシステムの出力において第二の信号が復調される。1つの実施形態において、第一の減衰器は第一のトランジスタであり、第二の減衰器は第二のトランジスタであり、第一および第二のトランジスタは第一および第二の制御信号に応答して増幅器の第一の入力において光電流を差動分路するよう構成される。
【００１５】
1つの実施形態において、第一の減衰器は入力と出力を有する第一の可変利得増幅器であり、第二の減衰器は入力と出力を有する第二の可変利得増幅器である。システムはまた変圧器をさらに含み、第一および第二の可変利得増幅器それぞれの出力は変圧器と電気通信を行う。システムはまた移相器を含むことができ、第二の可変利得増幅器からの別の信号と結合される前に第一の可変利得増幅器の信号は移相器を通過する。
【００１６】
1つの実施形態において、第一の減衰器は第一の制御信号を受信するよう構成された電子制御入力を有する可変光減衰器を含み、可変光減衰器は干渉計の出力と第一の受光器の間に配置される。加えて、第一の受光器および第二の受光器は第一の能動平衡型の受信器を含むことができ、干渉計からの光を第一の偏光および第二の偏光に分割するよう構成された二重チャンネル偏光スプリッタをさらに含み、第二の能動平衡型の受信器は第三の受光器および第四の受光器を含み、第一の能動平衡型の受信器は第一の偏光を受信するよう位置付けられ、第二の能動平衡型の受信器は第二の偏光を受信するよう位置付けられる。システムは、第二の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有する第二の増幅器を含むことができ、第二の増幅器はレーザー強度雑音成分を含む増幅信号および干渉計からの計測データを第一の出力から伝送するよう構成される。1つの実施形態において、増幅器はトランスインピーダンス増幅器であり、第二の増幅器はトランスインピーダンス増幅器である。
【００１７】
1つの実施形態において、本発明は光干渉断層撮影システムに関する。システムには、サンプル信号出力および基準信号出力を有する干渉計；干渉計と光通信を行うレーザーであって、レーザー強度雑音を有するレーザー；サンプル信号出力および基準信号出力から光を受信するための能動平衡型の受光器であって、減衰器および制御信号入力を含む能動平衡型の受光器；能動平衡型の受光器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、レーザー強度雑音またはパターンライン雑音が制御信号入力における制御信号の受信に応答して減衰器により低減または抑制されるように、少なくともレーザー強度雑音成分に応答して制御信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含む。減衰器は、第一のノードで接続された第一の抵抗器および第二の抵抗器と、第二のノードで接続され、第一の抵抗器および第二の抵抗器と電気通信を行う第一のトランジスタおよび第二のトランジスタを含むことができる。1つの実施形態において、減衰器は可変光減衰器、トランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、抵抗器、可変利得増幅器、およびマイクロ波トランジスタから成る一群から選択される。1つの実施形態において、フィードバックネットワークは、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器を含む。
【００１８】
さらに、1つの実施形態において、フィードバックネットワークは（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器を含む。1つの実施形態において、方法および装置は少なくとも部分的には約1MHz〜約250MHzの範囲で作動するよう選択される。
【００１９】
1つの態様において、本発明は干渉センシングまたは画像取得システムの強度雑音を抑制または低減する装置に関する。装置には、平衡型干渉計の少なくとも1つの出力に接続された一対の光検出器；一対の光検出器に関連してマッチングされた一対の広帯域可変減衰器であって、一対の光検出器によって生成される少なくとも1つの電流を減算するよう構成された広帯域可変減衰器；出力を有する広帯域増幅器であって、強度雑音が低減した信号を生成するために差動光電流を増幅するよう構成された増幅器；広帯域増幅器の出力にて干渉信号に応答して残留強度雑音を継続的にサンプリングし、少なくとも1つの光電流の減衰を制御するために一対の逆方向性の信号を生成するよう構成されたフィードバックネットワークを含むことができる。1つの実施形態において、装置は差動入力と出力を有する広帯域トランスインピーダンス増幅器の反転端子または非反転端子のいずれかに光電流を誘導する相補足制御信号を有する一対または二対のマイクロ波トランジスタなどの減衰器を含む。別の実施形態において、差動出力は広帯域の無線周波数変圧器といった変圧器において結合される。
【００２０】
1つの態様において、本発明は雑音抑制のための電子平衡を備えた2つの独立した能動平衡型の受信器に関する。1つの実施形態において、第一の受信器における第一の光検出器は、不均衡干渉計の1つの出力にて偏光スプリッタの垂直偏光出力に接続する。別の実施形態において、第一の受信器における第二の光検出器は、基準パワーをサンプリングする偏光非感受性ビームスプリッタの出力に接続する。1つの実施形態において、第一の受信器における第二の光検出器は不均衡干渉計の出力において偏光スプリッタの水平偏光出力に接続し、第一の受信器における第二の光検出器は偏光非感受性ビームスプリッタの出力に接続する。
【００２１】
本明細書に記載する実施形態は、レーザーおよびその他の電磁波源などの波長走査型および波長可変光源との使用に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
図は必ずしも原寸に比例しておらず、むしろ一般的に、説明としての原則に強調点が置かれている。あらゆる態様において図は説明用であり、本発明を制限することを意図したものではなく、その範囲は請求項によってのみ定義される。
【図１】干渉計の出力における受動平衡型の光増幅器の概略図である。
【図２】本発明の具体例に従って受光器を活用する周波数領域光干渉断層撮影（FD-OCT）システムの概略図である。
【図３】本発明の具体例に従って強度雑音を低減するための能動平衡型の受光器の概略図である。
【図４】本発明の具体例に従って一対または二対のトランジスタまたはその他のスイッチング素子を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図５】本発明の具体例に従って1つ以上の可変利得増幅器を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図６】本発明の具体例に従って1つ以上の減衰器を含む、能動平衡型の受光器の別の実施形態の概略図である。
【図７】本発明の具体例に従って本明細書で説明する様々なシステム、方法、および成分の用途に適したフィードバックネットワークの実施形態の概略図である。
【図８】本発明の具体例に従った強度雑音の周波数スペクトルのプロットである。
【図９】本発明の具体例に従ったフィードバックネットワークにおける使用済みフィルタの通過帯域について別の実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明の具体例に従って本明細書で説明する様々なシステム、方法、および成分の用途に適したデジタル・マイクロコントローラ・フィードバックネットワークを示した概略図である。
【図１１】本発明の具体例に従った概略タイミング図である。
【図１２】本発明の具体例に従って能動平衡型受光器2台を活用する偏光ダイバーシティFD-OCTシステムを示す概略図である。
【図１３】本発明の具体例に従ってレーザー強度雑音を抑制または低減するために独立して作動する能動平衡型受光器2台を含むFD-OCTシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
下記の説明は、本発明の特定の実施形態を例示する添付図面に言及している。その他の実施形態も可能であり、本発明の精神と範囲から逸脱することなく実施形態を変更することもできる。それ故、下記の詳細な説明は本発明を限定することを意図したものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項によって定義される。
【００２４】
レーザー強度雑音は、周波数領域光干渉断層撮影（FD-OCT）において重要な役割を果たす。FD-OCTは、様々な光遅延時間でサンプルから後方散乱された光を計測するために、高速同調レーザー光源を使用することができる。5〜15μmの解像度で反射性と深度を比較した二次元画像は、100フレーム／秒を超えるフレーム速度で散乱体積から得ることができる。FD-OCTは、眼科学、心臓病学、およびその他の医学分野に幅広く適用されてきた。
【００２５】
図2はFD-OCTシステム5の光学的配置を示す。掃引波長レーザー（別の方法としては波長可変レーザー）L（左側）からの光は、干渉計6によって別個のサンプルパスと基準パスに向けられ、そのそれぞれがサンプルミラーと基準ミラーにつながる。サンプルから後方散乱された光は、基準ミラーから反射される光と結合する。具体的には、この結合された光は光検出器で干渉信号を生成する。これらの光検出器で受信された周波数は、サンプルパスと基準パスにおいて光学フィールドが進んだ距離の差異に呼応する。
【００２６】
1つの実施形態において、サンプルフィールドは回転式光ファイバーを含む光干渉断層撮影プローブを用いて収集された光を含む。光が1回以上ファイバーに沿って方向付けられ、サンプルから反射されると、これは光干渉断層撮影によるデータ収集セッションの一例に相当する可能性がある。このようなセッション中、1つ以上の受光器はサンプルから反射された光と相関性のある光を干渉計から受信する。1つの実施形態において、これは1つ以上の受光器での複数の光電流の生成を結果的に招く。
【００２７】
1つの実施形態において、深度を増加していくサンプルからの反射の振幅に呼応する一連のデータ（「A線」）を生成するために、干渉信号はフーリエ変換される。サンプルビームがサンプルを走査するにつれて、一連のA線を得ることでサンプルの画像が生成される。ファイバーリングレーザーおよび短共振器の半導体レーザーが通常、FD-OCTに必要な線幅と走査速度の要件を充足するために使用される。狭い間隔で並んだ複数のモードがレーザーの発光帯内に混在するため、これらのレーザーの大部分は比較的高レベルの強度雑音を発光する。
【００２８】
それ故、図2に示すシステム例5などのFD-OCTシステムと併用される干渉計は通常、（下記の考察のように減衰器および制御信号が使用されないように）レーザー強度雑音を低減するための受動平衡型の検知向けに構成される。多くのFD-OCTシステムはまた、特にレーザー光源または干渉計の中にある寄生空洞内の複数の反射から生じる悪性型の強度雑音である、パターンライン雑音から被害を被る。非常に弱い寄生空洞反射でさえ、FD-OCT画像の可視のパターンラインを生じさせ、これを受動平衡の従来技法を用いて消去することは難しい。そのため、1つの実施形態において、本明細書に記載する方法、装置およびシステムは、パターンライン雑音およびレーザー強度雑音のどちらかまたは両方を低減するために制御信号を有する1つ以上の減衰器を使用する。
【００２９】
受動平衡アプローチとは対照的に、図2のシステム5は、能動平衡または自動平衡を可能にするために減衰器7および7’を含むことができる。点線の矢印で示す通り、これらの素子は入射光または受光器自体と通信を行うことができる。具体的には、減衰器7および7’は、これらの素子7および7’が可変光減衰器を含む場合など、サンプルフィールドと基準フィールドからの光と光学的に接続することができる。加えて、素子7および7’の性質が電気的である場合は、サンプルフィールドまたは基準フィールドから光を受信し光電流または時間的に変化する電圧へと変換する受光器と電気通信を行うようにそれらを配置することができる。例として、素子7および7’は、下記に概説するようなトランジスタ、ダイオード、およびその他の成分またはサブシステムなどの個々の減衰器、減衰回路またはその他の制御可能な素子を含む場合がある。好適な実施形態において、能動平衡型の素子7および7’は、光特性または電気特性の変化を可能にする制御信号の入力を含む。
【００３０】
図1に示す受動平衡型の受光器の性能は、入射強度の等化（I+, I-）、光ダイオードの応答性（RA, RB）、および正電流や負電流の入力に対する増幅器のトランスインピーダンス（G+, G-）に左右される：
RAI+G+ = RBI-G- [等式1]
【００３１】
この整合条件は一般的に、光検出器の有限なキャリア通過時間と寄生リアクタンスのため、1つの雑音周波数でのみ満たすことができる。任意の回路については、増幅器エレクトロニクス内の応答性およびキャリア通過の不均衡のため、増幅器の利得および同相除去比もまた周波数に左右される。それ故、強度雑音の高い抑制を保証するためには、受動的なアプローチでは失敗する。代わりに、出力において残余雑音電圧を生む光ダイオードや増幅器の静的および動的な差異を補償するために、入射強度を調整することができる。フィードバックに基づくアプローチなどの能動アプローチまたは自動アプローチによって、経時的にこのような差異の静的補償および動的補償が可能となる。
【００３２】
下記に記載する本発明の1つの好適な実施形態は、フィルタされたフィードバック信号によって制御される一対の広帯域光電流減衰器を使用する。この実施形態は、波長可変レーザーの波長掃引時間全体にわたり電子平衡を保つ。このアプローチによって、受動システムのものに比べて性能の大幅な向上が可能となる。フィードバックは、増幅器の出力において確定された周波数帯内でサンプルされた雑音電圧をヌルにする。そのため、1つの実施形態において、信号帯域を含む幅広い周波数範囲にわたり同一の割合で光電流減衰を行うことで、雑音電圧は近接の信号帯域内で継続的にヌルとなる。これらの光電流減衰器は、MOSFETS、バイポーラトランジスタ、ピンダイオード、光減衰器などの様々な素子、およびその組み合わせを用いて実施することができる。一部の実施形態において、これらの光電流減衰器は光干渉断層撮影システムの受光器と電気通信を行う。光電流減衰器を調節する制御信号を生成するためのフィードバックネットワークもまた、好適な実施形態で使用することができる。
【００３３】
図3は、能動平衡型の受光器を含むシステム10を示す。この受光器は、第一（P1）および第二（P2）の光ダイオード、および本発明に従った強度雑音の能動的な抑制のために構成された平衡型の光増幅器を含む。光電流は、時間的に変化する強度を持つ入力電磁放射I-、I+ に応答して、光ダイオードP1、P2によって生成される。この放射は、光干渉断層撮影システムからの光である可能性がある。そのため、サンプルからの光および基準からの光（例えば反射器）は、1つの実施形態において光ダイオードP1、P2に向けることができる。光ダイオードは入射光子に応答して出力電流を生成するため、既知のフィードバック抵抗器Rfを有するトランスインピーダンス増幅器14が出力電圧を生成するために使用される。数値Rfを把握することによって、光電流の計算が可能となる。1つの実施形態において、トランスインピーダンスはRf抵抗器と並列接続した任意選択のコンデンサを含むことができる。
【００３４】
雑音の抑制または低減は、システム10での能動的過程を通して生じる。図示されているように、能動フィードバックは制御電圧cおよびdという形で使用される。これは、図1の受動システムとは対照的である。加えて、例えば制御信号cおよびdなどの1つ以上の制御信号に応答する電流分割減衰器またはその他の減衰回路または素子などの減衰器12を通して、能動的な雑音の低減または抑制が可能である。
【００３５】
1つの実施形態において、図3に示すように、両方の光ダイオードがこの減衰器12と電気通信を行う。抵抗器R1およびR2およびトランジスタまたはスイッチ対E1、E1は、左側で接地接続され、右側で出力ノードがトランスインピーダンス増幅器14に接続されたブリッジ構成で示されている。数値R1およびR2は通常等しい数値で、約20〜約1000オームの範囲である。この範囲の上限に近い数値では、不均衡条件下での公称光電流での幅広いミスマッチが可能となるが、高い周波数での熱雑音も高くなる。2つの実施形態において、R1およびR2は両方とも100オームまたは200オームに等しく、それぞれ250MHzおよび100MHzでの低雑音操作が可能となり、光電流の不均衡は25%ほどであった。
【００３６】
E1、E2に加圧されるアナログまたはデジタルの制御電圧cおよびdの数値によるが（1つの実施形態において、E1、E2はMOSFETトランジスタの対のゲートに呼応する）、強度I-に関連する光電流、または強度I+に関連する光電流のどちらかの様々な割合がトランスインピーダンス増幅器14の反転入力から接地に分岐される。1つの実施形態において、トランスインピーダンス増幅器14は、演算増幅器およびフィードバック抵抗器Rfを含む。1つの実施形態において、これらのE1、E2回路素子は、MOSFETトランジスタ、マイクロ波トランジスタ、または制御信号に応答するその他の回路素子でありうる。
【００３７】
図3に関して、制御電圧cおよびdはトランスインピーダンス増幅器14の出力にて小さな正極性または負極性の雑音電圧を増幅する、自動平衡型のフィードバックネットワーク20に由来している。1つの実施形態において、制御電圧cおよびdは、サンプル雑音電圧を最小限に抑える方向に急速駆動される。トランスインピーダンス増幅器14は、DC-120MHzの周波数範囲にわたりほぼ一定の利得を提供するよう設計されている。これは、フィードバック抵抗器Rfによって設定することができる。一部の実施形態においては、強度I+およびI-に関連した光電流の信号と雑音成分の両方に対して定周波数および等化周波数の応答を達成するために、分離ゲート接続を有する低静電容量MOSFET（通常はドレイン発信源静電容量<0.6pf）がE1、E2素子の使用として望ましい。
【００３８】
トランスインピーダンス増幅器14の出力は時間的に変化する電圧信号であり、それに関して雑音の抑制または低減が行われる。この信号は、数値Rfによって決定される光電流に比例した電圧である。この増幅信号は次に、フィードバックネットワーク20の入力18およびバンドパス・フィルタ25に伝送される。この増幅信号はレーザー強度雑音を含む。フィルタ25は、信号の特定の周波数帯を通過させるよう構成される。フィードバックネットワーク20の特定の実施形態に関連する追加の詳細を、図7に関して下記に記載する。信号がフィルタ28によって処理されると、前置増幅器出力30などの出力でその後の伝送および処理を行う準備が整う。模範的なフーリエ領域OCTシステムにおいて、前置増幅器の出力での信号出力については通常、デジタル化やフーリエ変換が行われる前の追加処理段階でアンチエイリアスのために増幅やフィルタリングを行う。
【００３９】
なおも図3の一般的な実施形態に言及すると、外部バイアスによって、トランジスタの代わりにバイポーラトランジスタまたはショットキーダイオードに基づくRF減衰器を回路素子E1、E1として使用することができる。残念なことに、これらの装置は一般により高いオフセット電流と不良な直線性を示し、これが増幅器のダイナミックレンジや同相抑制を低下させる可能性がある。
【００４０】
設計上のもう1つの考慮事項は、浮遊容量の減少である。各トランジスタまたはその他の回路素子E1、E1に関連する浮遊容量は、様々な成分およびサブシステムを用いるとさらに減少できる。例えば、1つの実施形態において、2つのMOSFETトランジスタを直列接続し、同じ分離ゲート信号によって両方を制御することで、浮遊容量は減少する。さらに、設計上の考慮事項として、十分に幅広い利得帯域幅積（>3GHz）を示す演算増幅器14の選択は、高い周波数での定利得の維持を促進する。
【００４１】
DCでの雑音消去が望ましい場合は、光電流に静的オフセットを導入しないように増幅器14のオフセットを十分低く設定することができ、これで雑音抑制の程度を低下させることができる。演算増幅器14のオフセット効果は、演算増幅器14の非反転入力と直列接続されたフィードバック抵抗器の抵抗に等しい抵抗を有するオフセット消去抵抗器を追加することで、さらに低下させることができる。このような構成においては、トランジスタの電源は接地ではなく非反転端子に接続されるべきである。
【００４２】
強度雑音を抑制または低減するシステム50の別の実施形態を図4に示す。この回路素子に基づくシステム操作の基本原則は、図3のシステムの原則と似ている。つまり、任意の光電流における強度雑音を低減するように応答素子の特性を変化させるために制御信号が使用される。図3のシステム10との1つの違いは、演算増幅器57と基準抵抗器Rfを含む差動トランスインピーダンス増幅器55が、システム50で使用されることである。図4では、一対または二対のトランジスタ、スイッチ、または類似の電気素子を使用することができる。図示されているように、システム50は、差動入力および出力を伴うトランスインピーダンス増幅器55の入力で光ダイオードP1、P2またはその他の信号源からの光電流を平衡化する差動配置において、二対のトランジスタを含む。
【００４３】
図4のシステム50は、第一の制御可能な素子E1および第二の制御可能な素子E2と電気通信を行う第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2を含む。図3と同じように、E1、E2はMOSFETS、その他の適切な制御可能な回路素子、またはその他の減衰器といったトランジスタでありうる。第三の制御可能な素子またはスイッチS1および第四の制御可能な素子またはスイッチS2もまた、第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2と電気通信を行う。そして、4つの制御可能な素子または減衰器E1、E2、S1およびS2のそれぞれは、差動トランスインピーダンス増幅器55と電気通信を行う。増幅器55は、変圧器Tと電気通信を行う。そして、変圧器Tはフィードバックネットワーク20と電気通信を行う。適切なネットワーク20については、図7および10に関するものなどを本明細書で記載している。
【００４４】
このシステム50において、光ダイオードP1、P2の1つからの過剰電流を接地に分岐する代わり、光ダイオードP1、P2に対する第二のMOSFETトランジスタまたはスイッチS1、S2が、そのゲートが相補電圧によって制御される形で、差動トランスインピーダンス増幅器の反対の入力へと光電流を誘導する。この配置は、平衡型検出器の効率を向上する。この向上は、平衡状態を達成するために雑音光電流の位相およびその振幅の両方が変更されるために発生する。シングルエンド出力を形成するには、差動トランスインピーダンス増幅器55の差動出力が広帯域RF変圧器などの変圧器Tによって結合される。そして、変圧器Tからの出力電圧は、さらなる処理、増幅または伝送のために出力30に到達する前に、入力18に沿ってフィードバックネットワーク20に伝送されるか、またはバンドパス・フィルタを用いてフィルタされる信号として存続する。
【００４５】
図5は、強度雑音の抑制または低減のための電気回路を含むシステム75の別の実施形態を例示する。図5に示す素子の一部は、上述し図2および3で示すものと似ている。第一の光ダイオードP1および第二の光ダイオードP2は、図示されているように、それぞれ第一および第二のトランスインピーダンス増幅器81、83と電気通信を行う。そして、2つのトランスインピーダンス増幅器81、83はそれぞれ、第一および第二の可変利得増幅器91、93と電気通信を行う。
【００４６】
このシステム75において、別個の電子可変利得増幅器91、93は、広帯域無線周波数変圧器での減算前に雑音強度信号を等化する。任意に、1つの実施形態において、広帯域移相器などの移相器95が使用される。このシステム75は図3の実施形態よりもより数の多い成分を使用するが、別個の可変利得増幅器91、93および（任意選択で）位相制御電子機器95の使用は、制御ダイナミックレンジ全体にわたる2つの光チャンネル（基準チャンネルとサンプルチャンネル）間での周波数マッチングを調整する上でより高い柔軟性を提供する。
【００４７】
図5の残りの特徴は、上述したものに似ている。光電流と相関性のある入力18での時間的に変化する電圧信号は、変圧器Tから伝送される。変圧器の段階後、信号はフィードバックネットワーク20へと続く。加えて、出力30に到達する前にバンドパス・フィルタ25を用いて信号をフィルタすることができる。
【００４８】
電子回路素子に基づく強度雑音抑制システム100の、なおも別の実施形態を図6に示す。この実施形態は、光ダイオードP1、P2に作用する光強度IAおよびIBによって生成される光電流の振幅を等化するために、可変光減衰器（VOA）102と103の2台を使用する。2台のVOAは、光ダイオードP1、P2と光通信を行う。加えて、VOAの1つ以上の光特性が制御信号cおよびdに応答する。そして、光ダイオードはトランスインピーダンス増幅器105と電気通信を行う。具体的には、可変光減衰器102、103は、トランスインピーダンス増幅器105による減算前に雑音強度信号を等化する。
【００４９】
この増幅器105は、光電流が増幅器105入力で受信される前に2台のVOAによって能動的に平衡化される。低い挿入損失で光伝送の継続的な可変制御が可能な、MEMベース、電動式、および電子光学減衰器を含むシングルモードVOAの幾つかのタイプを利用できる。電子減衰の代わりに光減衰を用いる1つの利点は、追加的な回路素子によって導入される寄生リアクタンスが消去されることである。その結果、増幅器105の利得の周波数依存性と同相モード除去比が減少する。フィードバックネットワーク20、バンドパス・フィルタ25、および出力30も示しているが、上述の特徴に似ている。
【００５０】
図7は、図3〜6のいずれのシステムまたは要素と併用するフィードバックネットワーク130の実施形態を示す。時間的に変化する入力信号は、図3〜6に図示し上述したように、光電流の電圧変換後または増幅器による増幅後にネットワーク20に入る。1つの実施形態において、ネットワーク20はアナログの自動平衡型フィードバックネットワークである。別の実施形態において、ネットワークはデジタル成分を用いて実施されるか、デジタル信号に応答する。1つの実施形態において、このネットワーク20は第一の増幅器135および第二の増幅器137を含む。ネットワークはまた、積分器140を含む。加えて、1つの実施形態において、ネットワークは、対象となる周波数の任意の範囲にとって適切なローパス・フィルタまたは一般のバンドパス・フィルタなどのフィルタ142を含む。1つの実施形態において、第一および第二の増幅器135および137はそれぞれ、2台の高利得整流増幅器である。
【００５１】
1つの実施形態において、フィルタ142の通過帯域は、干渉信号帯域より低い周波数を有する雑音を伝送するよう選択される（図9を参照）。周波数領域システムなどの一部の光干渉断層撮影システムにおいて、特定の掃引周波数または時間を備えたフーリエ領域モードロックされたレーザーなどの掃引レーザー光源が使用される。1つの実施形態において、雑音の通過帯域は通常、レーザーの掃引繰り返し周波数を含む。そのため、1つの実施形態において、フィルタ142は信号データを伝送せず、むしろ信号cおよびdなどの制御信号への変換のために1つ以上のタイプの雑音を伝送する。ネットワーク20は、通過帯域の干渉信号の完全性を低下させることなく、レーザー強度およびその他の雑音を生む効果における掃引内および掃引間での変動の両方をヌル化または大幅に減少するべく十分素早く応答するように設計されている。この実施形態には、低コスト、簡便さおよび速さという利点があり、DCに近い周波数での安定した双方向の制御もまた可能となる。
【００５２】
図8は、ローパスでフィルタされたアナログフィードバックを有する本発明の好適な実施形態に従い、（1）シングル光ダイオード検知、（2）受動平衡型の検知、および（3）能動平衡型の検知によって、平衡受光器の出力において計測される強度雑音の周波数スペクトルのプロット145である。X軸は周波数（対数尺度についてHz単位）、Y軸は信号電力（dB単位）である。図8の雑音振幅スペクトルは、図7のアナログの自動平衡ネットワーク20を用いて本発明の好適な実施形態（図3）に従って実施された場合に、能動平衡を用いて実際に達成できる雑音抑制の程度を示す。具体的には、図8に示す曲線の考察では、シングル光ダイオードで最も雑音があり、その次に受動平衡型システムが続き、最後に能動平衡型システムが最大の雑音低減を示したことを示唆している。
【００５３】
図9は、ネットワーク20のフィルタ142または図10に関して考察されるものなど、フィードバックネットワークにおけるフィルタの通過帯域に対する別の実施形態を示す概略図である。図9は、5つの異なる周波数通過帯域について信号強度に対する周波数のプロット150を示す。網掛け領域は、自動平衡型または能動平衡型の受光器の様々な実施形態で使用されるフィードバックフィルタの操作用に利用できる、OCT信号通過帯域外の周波数領域を示す。左から右に説明すると、関連する周波数通過帯域はローパス、狭帯、およびハイパスである。狭通過帯域はローパス域内に示されているが、ハイパス域内に存在する可能性もある点に留意されたい。信号通過帯域は、任意のフィルタを通過する対象となるサンプルについて収集されたOCTデータなど、対象となる信号に呼応する周波数帯を意味する。低／高域の通過帯域は、光源からの主に雑音を含む信号通過帯域より低いおよび高い周波数帯を意味する。狭通過帯域は、フィードバック信号が存在するハイパスまたはローパスの帯域内の領域を意味する。
【００５４】
1つの実施形態において、遮断周波数が信号通過帯域の最低周波数より低いローパス・フィルタが、図7のアナログフィルタネットワーク20を使用する本発明の実施形態と併用される。ローパス、狭帯域、またはハイパス・フィルタは、図10のデジタルマイクロコントローラのフィードバックネットワークと併用することができる。狭帯域は例えば、同期操作に基づく実施と併用できる。1つの実施形態において、下記で考察するように本発明の実施形態に従って同期平衡化に使用される任意選択の追跡／保留入力が使用される。
【００５５】
図10に示す自動平衡フィードバックネットワーク20の別の実施形態は、様々なフィルタの通過帯域に対応するためのフィードバックパラメータを、または一部の実施形態においては同期操作を適応制御するためにマイクロコントローラを使用する。後置トランスインピーダンス増幅器の信号は、このネットワーク160の入力18で受信される。この実施形態において、トランスインピーダンス増幅器の出力において雑音電圧を相殺するために使用される周波数帯を選択するために、バンドパス・フィルタ162としてローパス・フィルタ、信号通過帯域フィルタ、またはハイパス・フィルタを使用することができる（図9を参照）。
【００５６】
図示されているように、二乗平均平方根（RMS）検出器は雑音電力に比例した電圧を生成するが、これが次にアナログ・デジタル変換器によってサンプリングされ、そのデジタル出力がマイクロコントローラによって読み取られる。RMS雑音電圧レベルでヌルを保つために、マイクロコントローラはデジタル・アナログ変換器を介してcまたはdのアナログ制御電圧のどちらかを調整する。これらの制御電圧はそして、上述の図3〜6に示す実施形態の1つから、トランジスタまたは光減衰器などの制御可能な素子または減衰器へとフィードバックされる。非画像取得サイクル中に光増幅器の平衡誤差に比例した信号を追跡し画像取得サイクル中にそれを保留する、追跡および／または保留の制御信号もまた、下記に示し、考察するように任意選択で使用できる。
【００５７】
加えて、信号cまたはdなどの制御電圧の継続的調整によって、ヌルまたは低下した雑音レベルを検索及び維持するために、高速勾配検索ルーチンなどの適切な検索方法を使用することもできる。フィードバックネットワークのこの実施形態はRMSのヌル化に依存しているため、フィルタの通過帯域がDCを含む必要はない。実施に便利なように、干渉信号の周波数帯より高いまたは低い通過帯域を有するバンドパス・フィルタを使用することができる。雑音抑制器に対する周波数応答をさらに平坦化するため、信号スペクトルの両端のフィルタに接続された2台のRMS検出器の出力合計を、単一RMS検出器の出力の代わりにヌル化することができる。
【００５８】
この実施形態は、フィードバックの追跡精度を向上し、強度雑音抑制の周波数帯と信号帯域の重複を可能にする上で、同期検波の使用に役立つ。このような向上は、干渉信号が遮断されOCT信号が取得されないリターンレーザー掃引中を意味する非画像取得サイクル中に見つかった制御電圧を保留するようマイクロコントローラに指示する、レーザー掃引と同期化された追跡／保留信号（図10）を用いて達成することができる。次に、OCT信号が取得される画像取得サイクル中に、デジタル・アナログ変換器のcおよびd出力に保留された制御電圧を加圧できる。このようにして、最適な雑音抑制のために信号範囲全体を網羅するよう、フィードバックフィルタ162の通過帯域を拡大することができる。
【００５９】
この同期操作モードは、図11のタイミング図を用いて実施できる。この同期操作モードによって、信号通過帯域内の周波数での雑音抑制が可能となる。本明細書に記載する実施形態の操作の様々な段階に関連する6つの模範信号を、図11に経時的に示す。上から、これらの信号およびその経時的なプロファイルは、（1）レーザー強度、（2）干渉計信号の画像取得サイクル／サンプルアーム、（3）強度雑音、（4）RMS検出器出力／平衡誤差、（5）制御追跡および保留信号、および（6）模範フィードバックおよび信号cおよびdなどの制御信号を含む。図11に図示するように、非画像取得サイクル中（すなわち、サンプルからの光が遮断される時間間隔）に生成されたフィードバック制御電圧が保留され、その後、画像取得サイクル中に加圧される。
【００６０】
デジタル制御されたフィードバックネットワークの効果は、自動平衡フィードバックネットワークの同期フィードバック信号としての役目を果たすためレーザー光源に振幅変調を行うことで、さらに向上できる。この構成では、位相および振幅の両方のヌル化についてRMS検出器の代わりに同期復調器を使用することができる。
【００６１】
周波数領域の光干渉断層撮影の多数の生物学的応用において、複屈折組織によって生まれる画像アーチファクトを削減するには、偏波ダイバーシティ検知が望ましい。本明細書に記載する雑音抑制の方法、システム、および装置は、偏光ダイバーシティ干渉計との併用に適している。例えば、図12の干渉計によって、それぞれが強度雑音抑制のための独立した能動平衡を備えた2つの受光器チャンネルを用いた偏光ダイバーシティ検知が可能となる。システム175は、図示されているようにH偏光またはV偏光などの様々な偏光状態を処理することができる。加えて、図12に図示するように、2台の受光器はレーザー強度雑音を抑制するために独立して作動する。図12のこのシステム構成では、二対の出力強度の平衡を保つために偏光制御器2台を用いる。
【００６２】
図12に関して、このタイプの干渉計の不利な点は、1つ以上の光ダイオードチャンネルに行われる過剰減衰からの大規模な損失を避けるために、強度対(I+H, I-H)および(I+V, I-V)の偏光状態が偏光スプリッタの入力において平衡化される必要があることである。1つの実施形態において、この平衡化には偏光制御器2台の独立調整が必要となる。
【００６３】
図13の干渉計190は偏光制御器1台のみを使用しており、これはI+HおよびI+V間で均等に基準レーザー強度を分割するよう調整されている。このシステム構成では、二対の出力強度の平衡を保つ上で偏光制御器1台のみが必要となる。ここで干渉計190は不均衡モードで作動し、非対称分割比m:(1-m)で構成され、mは通常、約0.9に等しいかそれ以上である。この構成では、二対の光ダイオードの偏光状態を同時に平衡化するという困難が低減され、代わりに雑音の抑制または低減を達成するために各チャンネルの減衰を電子調整する自動平衡回路に依存している。
【００６４】
説明においては本発明について光干渉断層撮影の文脈に沿って考察してきたが、これらの実施形態は制限することを意図しているわけではなく、当業者であれば本発明をその他の画像および診断方法または光システム全般にも使用できることが理解されるであろう。
【００６５】
あらゆる点で本発明の態様、実施形態、特徴および例は説明用であり、本発明を制限することを意図したものではなく、その範囲は請求項によってのみ定義される。請求対象である発明の精神および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態、変更、および使用は当業者には明らかである。
【００６６】
出願の見出しやセクションの使用は本発明を制限することを意図しているわけではなく、各セクションは、本発明のいずれの態様、実施形態、または特徴にも適用されうる。
【００６７】
出願全体にわたり、特定の成分を有するまたは含むと記載される構成物、または工程が特定の工程段階を有するまたは含むと記載される場合、本教示の構成物は列挙された構成物から基本的に成るまたは成ること、また本教示の工程もまた列挙された工程段階から基本的に成るまたは成ることが意図される。
【００６８】
出願において、要素または構成要素が列挙された要素または成分のリストに包含および／またはそれから選択されると記載されている場合、要素または構成要素は列挙された要素または構成要素のうちのいずれか1つであり、2つ以上の列挙された要素または構成要素から成る一群から選択されうることが理解されるべきである。さらに、本明細書に記載する構成物、装置、または方法の要素および／または特徴は、本明細書に明示的または黙示的なものであれ、本教示の精神と範囲から逸脱することなく様々な方法で組み合わせうることが理解されるべきである。
【００６９】
「含む（include、includes、including）」、「有する（have、has、having）」という用語は、特に別段の記載がない限り、制約のない非制限的なものとして一般に理解される。
【００７０】
特に別段の記載がない限り、本明細書における単数形の使用には複数形を含む（その逆も同様）。さらに、文脈から明らかにそうでないと分かる場合を除いて、単数を表す「1つの（a、an）」および「その（the）」は、複数形を含む。さらに、定量値の前に「約（about）」という用語が使用されている場合、本教示では、特に別段の記載がない限り、その特定の定量値自体も含む。
【００７１】
本教示がなおも実施可能である限り、ステップの順序または特定の動作を行う順序は重要ではないことが理解されるべきである。さらに、2つ以上のステップまたは動作は同時に実施できる。
【００７２】
数値の範囲またはリストが提供される場合は、その範囲またはリストの上限と下限の間にある途中の数値それぞれが、各数値が本明細書に具体的に列挙されたかのように、本発明において個々に意図及び網羅される。加えて、任意の範囲の上限と下限を含むより小さな範囲も本発明で意図及び網羅される。模範的な数値または範囲のリストは、任意の範囲の上限と下限を含む別の数値または範囲に対する権利放棄ではない。
【００７３】
本発明の数値および説明は、本発明の明確な理解に関連する諸要素を説明するために簡略化されており、明確に説明する目的で別の要素を排除していることが理解されるべきである。しかしながら、当業者であれば、これやその他の要素も望ましいことを理解する。ただし、このような要素が当技術分野においてよく知られており、また本発明に対するより一層の理解を促進しないという理由から、このような要素の考察は本明細書で提供されていない。当然ながら、図面は説明用に提示されているのであり、組立図として提供されているのものではない。省略された詳細および変更または別の実施形態は、当業者の範囲内である。
【００７４】
当然ながら、本発明の特定の態様において、ある要素を提供または任意の機能を遂行するために、単一の構成要素を複数の構成要素で置き換えたり、複数の構成要素を単一の構成要素で置き換えることができる。このような置換が本発明の特定の実施形態の実践にとって実行可能ではない場合を除き、このような置換は本発明の範囲内と考えられる。
【００７５】
本明細書に提示する例は、本発明の可能なおよび特定の実施内容を説明することを意図したものである。当然ながら、例は当業者に対する本発明の説明を主な目的としている。本発明の精神から逸脱することなく、本明細書に記載したこれらの図または操作には多くのバリエーションが存在する。例えば、特定の場合において、方法のステップまたは操作を違う順序で遂行または実行したり、操作を追加、削除または変更することができる。
【００７６】
さらに、本発明の特定の実施形態は、本発明を説明する目的で本明細書に記載されており、本発明を限定する目的はなく、当然ながら、当業者であれば、請求項に記載する本発明から逸脱することなく、本発明の原則および範囲内で、要素、ステップ、構造および／または部品の詳細、材料、および配置の多数のバリエーションを行うことができることが理解される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉断層撮影システムのレーザー光源から強度雑音を低減または抑制する方法であって、
レーザーから干渉計に光を送るステップと、
光干渉断層撮影によるデータ収集セッション中に複数の光電流を生成するステップであって、当該光電流のそれぞれは前記干渉計から受信する光に比例している、ステップと、
前記複数の光電流を、増幅器を用いてレーザー強度雑音成分を含む増幅信号に変換するステップと、
前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰を制御するよう第一の制御信号を伝送するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第一の制御信号が、前記レーザー強度雑音成分を用いて生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰を制御するよう第二の制御信号を伝送するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記増幅信号をフィルタリングし、当該フィルタリングされた増幅信号を統合し、当該統合されたフィルタリングされた増幅信号を増幅することにより、前記第一の制御信号を生成するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
受光器、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、可変光減衰器、可変利得増幅器、一対のトランジスタと電気通信を行う一対の抵抗器、およびその組み合わせ、からなる一群から選択される減衰器によって前記制御信号が受信されることに応答して、前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰が変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザー雑音成分が最低値に到達するまで前記制御信号を伝送するステップを反復することにより、第一の受光器および第二の受光器を能動平衡化するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
光干渉断層撮影システムであって、
レーザー強度雑音を有するレーザーと光通信を行う干渉計から光を受信する第一の受光器と、
前記第一の受光器と通信を行い、第一の制御信号に応答して第一の減衰器の第一の光特性または第一の電気特性のうちの1つを変化させるよう構成される、当該第一の減衰器と、
前記干渉計から光を受信するための第二の受光器と、
前記第二の受光器と通信を行い、第二の制御信号に応答して第二の減衰器の第二の光特性または第二の電気特性のうちの1つを変化させるよう構成される、当該第二の減衰器と、
前記第一の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有し、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号を前記第一の出力から伝送するよう構成される、増幅器と、
前記増幅器と電気通信を行い、前記増幅信号を受信し、少なくとも前記レーザー強度雑音成分に応答して前記第一の制御信号および前記第二の制御信号を生成するよう構成される、フィードバックネットワークと、
を含む、システム。
【請求項８】
前記第一および前記第二の減衰器が、可変光減衰器、バイポーラトランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、および抵抗器、から成る一群から選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）前記フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器、を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）前記バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）前記RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）前記アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）前記マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器、を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フィードバックネットワークが、前記RMS検出器において受信したRMS雑音信号をヌルに保つよう、前記デジタル・アナログ変換器を用いて前記第一または前記第二の制御信号のうちの1つを伝送するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザーの掃引時間と同期作動するよう構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザー雑音成分を低減または抑制するよう、前記干渉計の非画像取得サイクル中に前記第一の制御信号を計算し、画像取得サイクル中に前記第一の制御信号を伝送する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レーザーにより発光された光が前記干渉計の基準アームにおいて第一の信号を生成するよう、固定された周波数で振幅変調され、前記フィードバックネットワークによって処理される位相敏感なエラー信号を生成するよう、前記システムの出力における第二の信号が復調される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第一の減衰器が第一のトランジスタであり、前記第二の減衰器が第二のトランジスタであり、前記第一および前記第二の制御信号に応答して前記増幅器の前記第一の入力において光電流を差動分路するよう当該第一および当該第二のトランジスタが構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第一の減衰器が入力および出力を有する第一の可変利得増幅器であり、前記第二の減衰器が入力および出力を有する第二の可変利得増幅器である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
変圧器をさらに含み、前記第一および前記第二の可変利得増幅器の各出力が当該変圧器と電気通信を行う、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
移相器をさらに含み、前記第二の可変利得増幅器からの別の信号と結合される前に、前記第一の可変利得増幅器からの信号が当該移相器を通過する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第一の減衰器が前記第一の制御信号を受信するよう構成された電子制御入力を有する可変光減衰器を含み、当該可変光減衰器が前記干渉計の出力と前記第一の受光器との間に配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第一の受光器および前記第二の受光器が第一の能動平衡型の受信器を含み、前記干渉計からの光を第一の偏光および第二の偏光に分割するよう構成される二重チャンネル偏光スプリッタをさらに含み、第二の能動平衡型の受信器が第三の受光器および第四の受光器を含み、前記第一の能動平衡型の受信器が第一の偏光を受信するよう配置され、前記第二の能動平衡型の受信器が第二の偏光を受信するよう配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第二の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有する第二の増幅器をさらに含み、当該第二の増幅器が、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号および前記干渉計からの計測データを前記第一の出力から伝送するよう構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記増幅器がトランスインピーダンス増幅器であり、前記第二の増幅器がトランスインピーダンス増幅器である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
光干渉断層撮影システムであって、
サンプル信号出力および基準信号出力を有する干渉計と、
前記干渉計と光通信を行うレーザーであって、レーザー強度雑音を有する、レーザーと、
前記サンプル信号出力および前記基準信号出力から光を受信するための能動平衡型の受光器であって、減衰器および制御信号入力を含む、能動平衡型の受光器と、
前記能動平衡型の受光器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、前記制御信号入力において前記制御信号を受信することに応答して前記減衰器によってレーザー強度雑音またはパターンライン雑音が低減または抑制されるように、少なくともレーザー強度雑音成分に応答して制御信号を生成するよう構成される、フィードバックネットワークと、
を含むシステム。
【請求項２４】
前記減衰器が、第一のノードにおいて接続される第一の抵抗器および第二の抵抗器と、第二のノードにおいて接続され、前記第一の抵抗器および前記第二の抵抗器と電気通信を行う第一のトランジスタおよび第二のトランジスタと、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記減衰器が、可変光減衰器、トランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、抵抗器、可変利得増幅器、およびマイクロ波トランジスタ、から成る一群から選択される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）前記フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）前記バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）前記RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）前記アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）前記マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２８】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザーの掃引時間と同期作動するよう構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２９】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザー雑音成分または前記パターンライン雑音を低減または抑制するよう、前記干渉計の非画像取得サイクル中に前記制御信号を計算し、画像取得サイクル中に前記制御信号を伝送する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項１】
光干渉断層撮影システムのレーザー光源から強度雑音を低減または抑制する方法であって、
レーザーから干渉計に光を送るステップと、
光干渉断層撮影によるデータ収集セッション中に複数の光電流を生成するステップであって、当該光電流のそれぞれは前記干渉計から受信する光に比例している、ステップと、
前記複数の光電流を、増幅器を用いてレーザー強度雑音成分を含む増幅信号に変換するステップと、
前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰を制御するよう第一の制御信号を伝送するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第一の制御信号が、前記レーザー強度雑音成分を用いて生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰を制御するよう第二の制御信号を伝送するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記増幅信号をフィルタリングし、当該フィルタリングされた増幅信号を統合し、当該統合されたフィルタリングされた増幅信号を増幅することにより、前記第一の制御信号を生成するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
受光器、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、可変光減衰器、可変利得増幅器、一対のトランジスタと電気通信を行う一対の抵抗器、およびその組み合わせ、からなる一群から選択される減衰器によって前記制御信号が受信されることに応答して、前記複数の光電流のうちの少なくとも1つの減衰が変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザー雑音成分が最低値に到達するまで前記制御信号を伝送するステップを反復することにより、第一の受光器および第二の受光器を能動平衡化するステップ、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
光干渉断層撮影システムであって、
レーザー強度雑音を有するレーザーと光通信を行う干渉計から光を受信する第一の受光器と、
前記第一の受光器と通信を行い、第一の制御信号に応答して第一の減衰器の第一の光特性または第一の電気特性のうちの1つを変化させるよう構成される、当該第一の減衰器と、
前記干渉計から光を受信するための第二の受光器と、
前記第二の受光器と通信を行い、第二の制御信号に応答して第二の減衰器の第二の光特性または第二の電気特性のうちの1つを変化させるよう構成される、当該第二の減衰器と、
前記第一の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有し、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号を前記第一の出力から伝送するよう構成される、増幅器と、
前記増幅器と電気通信を行い、前記増幅信号を受信し、少なくとも前記レーザー強度雑音成分に応答して前記第一の制御信号および前記第二の制御信号を生成するよう構成される、フィードバックネットワークと、
を含む、システム。
【請求項８】
前記第一および前記第二の減衰器が、可変光減衰器、バイポーラトランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、および抵抗器、から成る一群から選択される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）前記フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器、を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）前記バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）前記RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）前記アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）前記マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器、を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フィードバックネットワークが、前記RMS検出器において受信したRMS雑音信号をヌルに保つよう、前記デジタル・アナログ変換器を用いて前記第一または前記第二の制御信号のうちの1つを伝送するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザーの掃引時間と同期作動するよう構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザー雑音成分を低減または抑制するよう、前記干渉計の非画像取得サイクル中に前記第一の制御信号を計算し、画像取得サイクル中に前記第一の制御信号を伝送する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レーザーにより発光された光が前記干渉計の基準アームにおいて第一の信号を生成するよう、固定された周波数で振幅変調され、前記フィードバックネットワークによって処理される位相敏感なエラー信号を生成するよう、前記システムの出力における第二の信号が復調される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第一の減衰器が第一のトランジスタであり、前記第二の減衰器が第二のトランジスタであり、前記第一および前記第二の制御信号に応答して前記増幅器の前記第一の入力において光電流を差動分路するよう当該第一および当該第二のトランジスタが構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第一の減衰器が入力および出力を有する第一の可変利得増幅器であり、前記第二の減衰器が入力および出力を有する第二の可変利得増幅器である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
変圧器をさらに含み、前記第一および前記第二の可変利得増幅器の各出力が当該変圧器と電気通信を行う、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
移相器をさらに含み、前記第二の可変利得増幅器からの別の信号と結合される前に、前記第一の可変利得増幅器からの信号が当該移相器を通過する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第一の減衰器が前記第一の制御信号を受信するよう構成された電子制御入力を有する可変光減衰器を含み、当該可変光減衰器が前記干渉計の出力と前記第一の受光器との間に配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第一の受光器および前記第二の受光器が第一の能動平衡型の受信器を含み、前記干渉計からの光を第一の偏光および第二の偏光に分割するよう構成される二重チャンネル偏光スプリッタをさらに含み、第二の能動平衡型の受信器が第三の受光器および第四の受光器を含み、前記第一の能動平衡型の受信器が第一の偏光を受信するよう配置され、前記第二の能動平衡型の受信器が第二の偏光を受信するよう配置される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第二の受光器と電気通信を行う第一の入力および第一の出力を有する第二の増幅器をさらに含み、当該第二の増幅器が、レーザー強度雑音成分を含む増幅信号および前記干渉計からの計測データを前記第一の出力から伝送するよう構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記増幅器がトランスインピーダンス増幅器であり、前記第二の増幅器がトランスインピーダンス増幅器である、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
光干渉断層撮影システムであって、
サンプル信号出力および基準信号出力を有する干渉計と、
前記干渉計と光通信を行うレーザーであって、レーザー強度雑音を有する、レーザーと、
前記サンプル信号出力および前記基準信号出力から光を受信するための能動平衡型の受光器であって、減衰器および制御信号入力を含む、能動平衡型の受光器と、
前記能動平衡型の受光器と電気通信を行うフィードバックネットワークであって、前記制御信号入力において前記制御信号を受信することに応答して前記減衰器によってレーザー強度雑音またはパターンライン雑音が低減または抑制されるように、少なくともレーザー強度雑音成分に応答して制御信号を生成するよう構成される、フィードバックネットワークと、
を含むシステム。
【請求項２４】
前記減衰器が、第一のノードにおいて接続される第一の抵抗器および第二の抵抗器と、第二のノードにおいて接続され、前記第一の抵抗器および前記第二の抵抗器と電気通信を行う第一のトランジスタおよび第二のトランジスタと、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記減衰器が、可変光減衰器、トランジスタ、MOSFET、ダイオード、電流分割減衰器、抵抗器、可変利得増幅器、およびマイクロ波トランジスタ、から成る一群から選択される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低い周波数を伝送するフィルタ、（b）前記フィルタと電気通信を行う積分器、および（c）積分器と電気通信を行う一対の整流増幅器、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記フィードバックネットワークが、（a）干渉信号帯域より低いまたは高い周波数を伝送するバンドパス・フィルタ、（b）前記バンドパス・フィルタと電気通信を行うRMS検出器、（c）前記RMS検出器と電気通信を行うアナログ・デジタル変換器、（d）前記アナログ・デジタル変換器と電気通信を行うマイクロプロセッサ、および（e）前記マイクロプロセッサと電気通信を行うデジタル・アナログ変換器、を含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２８】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザーの掃引時間と同期作動するよう構成される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２９】
前記フィードバックネットワークが、前記レーザー雑音成分または前記パターンライン雑音を低減または抑制するよう、前記干渉計の非画像取得サイクル中に前記制御信号を計算し、画像取得サイクル中に前記制御信号を伝送する、請求項２８に記載のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１３−５１２４４１（Ｐ２０１３−５１２４４１Ａ）
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４１２３８（Ｐ２０１２−５４１２３８）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２８８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１６１９６
【国際公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０９１２８６７２）ライトラブ イメージング， インコーポレイテッド (13)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２８８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１６１９６
【国際公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（５０９１２８６７２）ライトラブ イメージング， インコーポレイテッド (13)
【Ｆターム（参考）】
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