JP2016073507A - 断層撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 差動検出を行う断層撮像装置において、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）が原因で干渉光に残存するノイズ成分を低減すること。
【解決手段】 断層撮像装置は、波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、該測定光を照射した被検査物からの戻り光と該参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段と、光路分岐手段の波長依存性により生じる該複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、波長掃引光源の波長掃引に同期して該複数の干渉光の強度を調整する制御手段と、該強度が調整された複数の干渉光を差動検出する差動検出手段と、を有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、被検査物の断層像を取得する断層撮像装置およびその制御方法に関する。

網膜の断層像を取得する断層撮像装置は、網膜からの反射光（サンプル光）を参照光と干渉させ干渉縞の周波数を解析することにより断層像を作成している。断層像撮像装置には、ＳＬＤ光源のように、同時に広い波長幅の光を発する光源を用いる方式（ＳＤ−ＯＣＴ方式）と、広い波長幅で周期的に波長を変化させる波長掃引光源を用いる方式（ＳＳ−ＯＣＴ方式）がある。波長掃引光源を用いる場合には、光カプラー、ビームスプリッターのような光路分岐手段を用いてサンプル光と参照光とを干渉した後、５０：５０に分岐し、２つの干渉光の差分を検出する差動検出を行う方法が、特許文献１に開示されている。この方法によれば、２つの干渉光に共通して含まれる直流成分（ＤＣ成分）を低減することができ、特に、干渉光に含まれる直流成分である光源の発光強度成分を干渉光から除去することができる。

ここで、一般的に、光路分岐手段は、波長に応じて分岐比が異なるという波長依存性を持つため、波長によっては５０：５０で光を分割できない。このため、光路分岐手段により干渉光を分割して得た２つの干渉光による差動検出を行っても、波長によっては光源の発光強度成分が除去され切らず、ノイズ成分として一部残ってしまうことがあった。そして、このノイズ成分によって、強度情報の正確性（特に、Ｓ／Ｎ）が低い断層像が取得されることになる。このとき、差動検出を行わずに、干渉後に分岐した２つの信号を独立にデジタル変換し、予め取得した光路分岐手段の波長依存性を用いて該デジタル変換された２つの信号を補正し、補正後の２つの信号の差分を求める技術が、非特許文献１に開示されている。この方法によれば、デジタル変換された２つの干渉信号を信号処理することにより、光路分岐手段の波長依存性が原因で干渉信号に残存するノイズ成分を低減することができる。

特開２０１２−７６０１号公報

Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｉｍａｇｉｎｇ （１０ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００７／Ｖｏｌ． １５， Ｎｏ． ２５／ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ １６３９０）

ここで、差動検出を行った場合、干渉光から光源の発光強度成分が除去された状態でＡ／Ｄ変換される。一方、差動検出を行わない場合、干渉光が光源の発光強度成分を含む状態でＡ／Ｄ変換される。このため、差動検出を行わない場合は、差動検出を行う場合に比べて、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。このため、ダイナミックレンジを比較的広くするためには、差動検出を行うことが好ましい。

本発明の目的の一つは、差動検出を行う断層撮像装置において、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）が原因で干渉光に残存するノイズ成分を低減することである。

本発明に係る断層撮像装置の一つは、
波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段と、
前記光路分岐手段の波長依存性により生じる前記複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉光の強度を調整する制御手段と、
前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出する差動検出手段と、を有する。

また、本発明に係る断層撮像装置の制御方法の一つは、
波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段を有する断層撮像装置の制御方法であって、
前記光路分岐手段の波長依存性により生じる前記複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉光の強度を調整する工程と、
前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出する工程と、を有する。

本発明によれば、差動検出を行う断層撮像装置において、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）により生じる複数の干渉光の強度差を低減することができるため、光路分岐手段の波長依存性が原因で干渉光に残存するノイズ成分を低減することができる。

本発明の第１の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光路分岐手段の特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光源の発光特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光源の波長特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態における光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）と、補助光源の発光強度を示す図である。 本発明の第１の実施形態における制御のタイミングを示す図である。 本発明の第３の実施形態における差動誤差を示す図である。 本発明の第３の実施形態における増幅率を示す図である。 本発明の第２の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるカプラーの分岐誤差を示す図である。 本発明の第２の実施形態における差動誤差を示す図である。 本発明の第３の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるフローを示す図である。

本実施形態に係る断層撮像装置は、まず、波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、測定光を照射した被検査物からの戻り光と参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段を有する。また、本実施形態に係る断層撮像装置は、前記光路分岐手段の波長依存性により生じる前記複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、波長掃引光源の波長掃引に同期して該複数の干渉光の強度を調整する制御手段を有する。そして、本実施形態に係る断層撮像装置は、該強度が調整された複数の干渉光を差動検出する差動検出手段を有する。これにより、差動検出を行う断層撮像装置において、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）により生じる複数の干渉光の強度差を低減することができる。このとき、複数の干渉光に含まれる直流成分である光源の発光強度成分の差分も低減されている。このため、光路分岐手段の波長依存性が原因で干渉光に残存するノイズ成分を低減することができる。

このとき、制御手段は、波長掃引に同期して複数の補助光源の発光強度を調整しても良いし（第１の実施形態で詳述）、波長掃引に同期して複数の干渉信号の増幅率を調整しても良い（第３の実施形態で詳述）。ここで、差動検出は、光路分岐手段により分岐された２つの光路（反射光路と透過光路）を通る２つの干渉光に対応する２つの干渉信号をＡ／Ｄ変換する前に行われる。なお、一般的に、光路分岐手段により該２つの干渉光の位相には差異（π）が生じている。すなわち、該２つの干渉光の一方は他方に対して反転した波形になっている。このため、該２つの干渉光の差動検出を行っても該２つの干渉光は相殺されずに、分岐比が５０：５０となる波長であれば、該２つの干渉光に共通して含まれる直流成分（ＤＣ成分）、特に、光源の発光強度成分を相殺することができる。以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。本実施形態に係る断層撮像装置により撮像できるものは、例えば、人間や動物の被検眼、網膜、前眼部、皮膚、内蔵等の被検査物である。

［第１の実施形態：波長掃引に同期して複数の補助光源の発光強度を調整］
本実施形態に係る断層撮像装置（フーリエドメイン方式の光干渉断層法を眼底撮像装置に応用した例）について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。

（装置構成）
まず、光（低コヒーレンス光）を発生させる光源１からの光は、ファイバー２によりコリメータレンズ３の略焦点位置に導かれ、光路分岐部材４に導かれる。ここで、光源１には、中心波長１０６０ｎｍ、帯域１００ｎｍの波長掃引光源（ＳＳ光源）を用いる。波長掃引光源とは、発光波長が一定の周期で変わる光源であり１００ｎｍ程度の波長幅で１００ｋＨｚから３００ｋＨｚ程度の周波数で変化する。また、光路分岐部材４は、プリズムのビームスプリッター、平板のビームスプリッター等を適用できるが、分割した光を干渉させるため無偏光タイプの物を用いる。分岐の比率は、光源の出力、被写体への射出光量等を勘案し適切なものを選択する。本実施形態では、分岐比率は反射１０％、透過９０％である。

光路分岐部材４の反射側には、フォーカス調整用レンズ５、主走査、副走査を組み合わせて光ビームを網膜上２次元的に走査するため被検眼の瞳位置に略共役に配置された光走査手段６、リレーレンズ７、ミラー８、対物レンズ９が配置され、サンプルアーム１００１を構成する。光走査手段６は、光軸方向に隣接して配置（タンデム配置）された互いに直交する（Ｘ，Ｙ）方向に光を走査する一対のガルバノミラー等が適用される。このように光路分岐部材４を透過した光は、サンプルアーム１００１により被検眼Ｅの眼底Ｅｆに達する。

光路分岐部材４の透過光軸上には、ミラー１０、分散補償硝子１１、参照ミラー１２、１３、ミラー１４が配置され参照アーム１００２を構成する。参照ミラー１２、１３は、直動ステージ１５上に配置され、直動ステージ１５を光軸方向に移動することにより、参照アーム１００２の光路長を調整する。

ミラー１４の反射方向には光路分岐手段の一例であるビームスプリッター１６が配置されている。ミラー１４で反射した参照光と測定光（サンプル光）を照射した被検眼の眼底からの戻り光とを合波し、合波された光が通る光路を分岐する。ビームスプリッター１６の下方（参照光の透過光路）にはレンズ１７、光カプラー１８に導くファイバー１８ａが配置され、ファイバー１８ｂにより差動検出手段の一例である差動増幅器２３の入力端２３ａに接続される。なお、本発明は、差動増幅は必須ではなく、差動検出した信号を増幅しても良いし、しなくても良い。光カプラー１８に導くファイバー１８Ｃには、補助光源１９が接続されており、補助光源１９を発した光は、ファイバー１８ａからの光と合波されカプラーの分岐比に従いファイバー１８ｂに導かれる。本実施形態においては、カプラーの分岐比は９５：５とし、ファイバー１８ａからの光の９５％とファイバー１８ｃからの光の５％がファイバー１８ｂに導かれる。カプラーには、一般に出力端がもう一つあるが、本実施形態においては使用しないため不図示である。また、補助光源１９は、カプラーの仕様に適した波長を有し、発光強度を電気的に変調できる。本実施形態においては波長９７０ｎｍ付近のレーザーダイオード（ＬＤ）を用いる。

同様に、ビームスプリッター１６の左方（参照光の反射光路）にも、レンズ２０、カプラー２１に導くファイバー２１ａが配置され、カプラー２１、ファイバー２１ｂを介して差動検出手段の一例である差動増幅器２３の入力端２３ｂに接続されている。カプラー２１に導く２１ｃには、補助光源２２が接続され、補助光源２２を発した光は、ファイバー２１ａからの光と合波しカプラーの分岐比に従いファイバー２１ｂに導かれる。分岐比はカプラー１８と同様である。これらの補助光源１９、２２の発光強度は、制御回路２５によりコントロールされている。また、入力端２３ａ、２３ｂへの光入力は、電気信号に変換されその差分が増幅されて出力され制御回路内のＡ／Ｄ変換部でデジタル信号に変換される。

（測定方法）
次に、このような構成の装置を用いて、被検眼Ｅの眼底Ｅｆの網膜の断層像を撮像する方法について、図１３を用いて説明する。図１３は、第１の実施形態におけるフローを示す図である。まず、Ｓ０１において、フローが開示する。ここで、Ｓ０２において、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）が取得され、Ｓ０３において、波長掃引光源の波長掃引に同期して補助光源の発光強度を調整する発光パターンが決定されるが、これらについては、後述する。

まず、被検眼Ｅが本装置の所定の位置に配置されるように、アライメントを行う（Ｓ０４）。光源１を発した光は、ファイバー２を通り、レンズ３でコリメートされ、光路分岐部材４により、サンプルアーム１００１と参照アーム１００２に分岐される。サンプルアームは分岐部材４の反射側に配置され、本実施形態では、入射ビームのうち１０％が導かれ、参照アーム側には、残り９０％が導かれる。この光路分岐部材４やビームスプリッター１６には、偏光特性のない無偏光のビームスプリッターが用いられる。この様なビームスプリッターは、三角プリズムの斜面にＡｇ等の金属膜と誘電体多層膜を組合せて蒸着し、もう一つの三角プリズムの斜面と貼り合わせることにより製作できる。サンプル光路方向に反射された光束は、フォーカス用レンズ群５を通り、走査手段６により２次元走査され、レンズ７によりリレーされミラー８により偏向され対物レンズ９より被検眼Ｅの眼底Ｅｒに導かれスポット像を形成する。この光は２次元走査手段６により、被検眼眼底を２次元走査する。眼底からの反射光束は、レンズ９を通りミラー８で反射され、レンズ７でリレーされて、走査手段６により逆スキャンされ、光路分岐部材４を透過しさらにビームスプリッター１６で反射光束と透過光束に分離され、反射光束はレンズ１７よりカプラー１８のファイバー１８ａに入り、カプラー１８を通り、入力端２３ａより作動増幅器２３の光電変換面に導かれる。この時、参照光路、さらには、ビームスプリッター１６の透過光は、光路に対して挿脱可能なシャッター手段２６、２７により遮断されているため眼底からの反射光のみが電気信号に変換され、制御回路２５に入力し、Ａ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、メモリーに格納される。画像回路はこれらのデータより眼底像を構築し（Ｓ０５）、表示手段に眼底観察像を表示する。操作者はこのモニターに表示された眼底像を観察し、装置の光軸が被検眼瞳孔の中心を通り、対物レンズと被検眼の距離（作動距離）が適正になるようにアライメントを行う。すなわち、モニター２８に映る眼底像２８ａが周辺まで均一に見えるように不図示の操作手段で作動距離および上下左右位置を調整する。

さらに操作者は、モニター２８上に表示されたフォーカススイッチ２８ｂ、２８ｃを操作しフォーカスレンズ５を光軸方向に動かすことにより、画像の明るさ、コントラストが最大になるようにピント調整する（Ｓ０６）。

（ＯＣＴプレビュー撮影）
眼底観察画像により装置と被検眼の位置が適正であり、フォーカス調整も適正であることを確認した後、操作者はスイッチ２８ｄを操作しＯＣＴプレビューモードに遷移する（Ｓ０７）。ＯＣＴプレビューモードにおいては、眼底像の２次元撮影の合間にＯＣＴ撮影が行われモニターに表示される。ＯＣＴ画像取得時においては、シャッター手段２６、２７は光路外に退避し、眼底からの戻り光は、参照光路からの光と干渉する。すなわち前記光路分岐部材４に入射した光の参照光学系１００２への透過光束は、ミラー１０で左方に反射され、分散補償ガラス１１を通り、ミラー１２、ミラー１３により反射され、反射型ＮＤフィルター１４により下方に反射され光路分岐手段の一例であるビームスプリッター１６により、作動増幅器の入力端２３ａに入る透過光と入力端２３ｂに入る反射光に分けられる。透過光はサンプル光学系の眼底からの戻り光のビームスプリッター１６による反射成分とともにレンズ１７を介してファイバー１８ａに入り干渉する。それと同様参照光学系からの反射光もサンプル光学系からの透過光とともにレンズ２０を介してファイバー２１ａに入射し干渉する。ただし、ファイバー１８ａに入る干渉信号とファイバー２１ａに入る干渉信号は、互いにビームスプリッター１６での反射、透過の関係が逆であるため、位相が反転している。そのため作動増幅器２３により、位相が反転した干渉成分のみが増幅されＡ／Ｄ変換されて、メモリーに保存される。

（Ｃ−ｇａｔｅ調整）
光源１は、掃引光源であるため、発する光の波長は時間とともに変化する。干渉は、参照光学系とサンプル光学系の光路差が、ちょうど波長の整数倍の時に強めあい、半波長ずれた時に弱めあう。すなわち、干渉により強めあう波長と弱めあう波長が周期的に変化する。この周期は、サンプル光学系と参照光学系の光路差に関係する。ただし、この光路差があまり大きいと、この周期はとても短くなり変動する周波数は大きくなる。したがって干渉信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換のタイミングよりも大きな周波数になると周期を正確にとらえることはできない。したがって、操作者は、サンプル光学系と参照光学系の光路長差が、短くなり所定の範囲にＯＣＴの断層像を表示できるように、操作手段２８ｅを用いて、ステージ１５を駆動して参照光学系の光路長を調整する（Ｓ０８）。このようにして、光路長調整が適正に行われると眼底の部位に対応した干渉信号が得られる。この干渉信号より眼底の断層像を生成し、モニター断層像２８ｆを表示する。

（光路分岐の透過特性と反射特性）
図２には、ビームスプリッター１６の分光特性を示す。破線は透過特性、実線は反射特性、横軸は波長、縦軸は透過、反射率である。図２の通り、分岐特性は、波長に対し一定ではない。例えば、吸収、反射等のロスが全体に１０％程度あり、１０００ｎｍにおいて透過率４７％（反射率４３％）、波長１０４０ｎｍ（λ１）においては透過率４５％（反射率４５％）、波長１１００ｎｍにおいては透過率５０％（反射率４０％）というような特性をしめす。すなわち、波長掃引光源の波長帯域１０００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて、透過特性と反射特性とが所定の波長（λ１）で交差している。

サンプルアームからの戻り光は、参照アームからの光量に対して十分弱いため、差動増幅器２３は、この透過特性と反射特性の差に参照アームからの光の分光特性を掛けた波形を増幅する。したがって、反射／透過特性の差が大きいと、Ａ／Ｄ変換するレンジの多くの部分を干渉光ではない成分（ＤＣ成分）がしめ、干渉信号をＡ／Ｄ変換するダイナミックレンジ（階調）が小さくなる。または、参照光量を強くすると、このビームスプリッター１６の特性差によりＡ／Ｄ変換するダイナミックレンジが飽和するため、例えば、Ｓ／Ｎを最良に保てるショットノイズリミットで干渉信号を得ることができなくなる。

（光路分岐手段の波長依存性により生じる複数の干渉光の強度差の補正）
制御手段２５は、光路分岐手段の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）により生じる複数の干渉光の強度差を補正するため、補助光源１９、２２を、波長掃引光源である光源１の波長掃引に同期して（波長掃引のタイミングに合わせて）発光光量を制御する。光源１は、掃引光源であるため、発光波長は図３に示すように時間とともに変化する。横軸は時間であり、縦軸が波長である。波長は周期的に変化するため時間ｔを使ってＬλ（ｔ）とあらわすことができる。この関数は、実際の光源の時間―波長特性を測定することにより得られる。多少のばらつきがあるため複数回測定しその平均値を用いるとよい。

図４は、光源１の発光分光強度分布Ｐ（λ）を示す。横軸は波長であり縦軸はピークを１００％とした強度比を示す。発光強度は、波長により異なり１０００ｎｍ付近ではピークの３０％程度の強度であり、１０６０ｎｍ付近でピーク値を示し１１００ｎｍで４０％程度の強度を示す。ここでいう強度とは、スペクトルアナライザー等による各波長における等時間積分値ではなく、光源出力をＰＤで受光しＡ／Ｄ変換した瞬時の強度を指す。

次に、ビームスプリッター１６の波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）により生じる複数の干渉光の強度差を、補助光源１９、２２を用いて補正する方法について説明する。ビームスプリッター１６の透過特性、反射特性を図２に示すように波長λの関数としてＴ（λ）、Ｒ（λ）とする。１０００（ｎｍ）＜λ＜λ１（ｎｍ）の範囲ではＴ（λ）＜Ｒ（λ）、λ１（ｎｍ）＜λ＜１１００（ｎｍ）の範囲では、Ｔ（λ）＞Ｒ（λ）である。複数の干渉光の強度差を補償するためには、入力光の弱いチャンネル側の補助光源を、ビームスプリッター１６に入る前の各波長の参照光量にその波長に対応する透過率と反射率の差分をかけた光量を発光させればよい。すなわち、補助光源１９、２２の発光強度をＰ１（λ）、Ｐ２（λ）とおくと
１０００（ｎｍ）＜λ＜λ１（ｎｍ）の範囲においては
Ｐ１（λ）＝Ｐ（λ）×（Ｒ（λ）−Ｔ（λ））
Ｐ２（λ）＝０
λ１（ｎｍ）＜λ＜１１００（ｎｍ）の範囲においては
Ｐ１（λ）＝０
Ｐ２（λ）＝Ｐ（λ）×（Ｔ（λ）−Ｒ（λ））
という強度で光を補えば、差分はなくなる。ただし、実際にはカプラーを通して合成するため、光源はこのカプラーによる減衰分も考慮した強度で発光させなければならない。上記式は波長の関数であり、実際には光源の発光強度は時間で制御しなければならないため、上記波長の関数を時間の関数に変える必要がある。すなわち図３の発光波長特性λ＝λ（ｔ）を上記式に代入し、波長λを時間ｔに変換できるため波長１０００ｎｍ、波長λ１、波長１１００ｎｍに相応する時間をｔ０、ｔ１、ｔ２として
ｔ０＜ｔ＜ｔ１（ｓｅｃ）の範囲においては
Ｐ１（ｔ）＝Ｐ（ｔ）×（Ｒ（ｔ）−Ｔ（ｔ）） （μＷ）
Ｐ２（ｔ）＝０
ｔ１＜ｔ＜ｔ２（ｓｅｃ）の範囲においては
Ｐ１（ｔ）＝０
Ｐ２（ｔ）＝Ｐ（ｔ）×（Ｔ（ｔ）−Ｒ（ｔ）） （μＷ）
の光を加えれば、入力端２３ａ、２３ｂに入力される参照光量は常に等しくなるため、差動検出することによりＤＣ成分を打ち消すことができ、干渉信号のみを効率よく取得することができる。なお、差動検出した後に増幅しても良い。図５（ｂ）、図５（ｃ）に補助光源１９、２２の発光強度と時間との関係をしめす。

上記は、光路分岐手段の分光特性、光源の発光特性等をあらかじめ求め、計算により補助光の発光強度を求めたが、サンプルアームを光路に対して挿脱可能なシャッター２４により遮断し、参照光だけをビームスプリッター１６により分岐し、その差動検出信号より補助光源１９、２２の発光強度を求めることもできる。図５（ａ）は、参照光の差動検出信号であり、ビームスプリッター１６や、光源の発光強度分布による特性を表わしている。このマイナス部分が、０に近づくように補助光源１９を、プラス部分が０に近づくように、補助光源２２を点灯し補正することができる。すなわち、波長掃引光源の波長毎に、光路分岐手段の透過光路と反射光路とのいずれか一方の干渉光の強度を他方の干渉光の強度に合わせるように、複数の干渉光のうちいずれかの干渉光の強度を大きくする。具体的には、図５（ａ）の波形を、複数取得し平均値を求め、プラス部分、マイナス部分を抜き出し、その波形を記憶し、波形データをアナログ信号に変換し、この波形に合わせて補助光源１９、２２の発光強度を制御することによりビームスプリッター１６の波長依存性により生じる干渉光の強度の誤差を補正することができる。これらの発光強度は、参照光量の変化に比例して、変える必要がある。以上の補正光源の発光制御パターンは、撮影に先立ちたとえば電源投入時、または被検者が顔を装置の前に配置する前等に行う。

（誤差の補正のタイミング）
図６に誤差の補正のタイミングチャートを示す。横軸は時間であり１００ｋＨｚのＳＳ光源を想定しているため、１０μｓｅｃの発光パターンを繰り返す。発光波長も時間とともに変化している。また０−５μｓｅｃの期間Ａで短波長から長波長、５−１０μｓｅｃの期間Ｂで長波長から短波長の１周期の波長変化を示すが、本実施形態においては、期間Ａ、期間Ｃ等の短波長から光波長の期間のみ干渉信号を取得するものとする。８２は、ファイバー１８ａへ入力する光の強度の時間変化を示し、８２ａは被検眼からの戻り光との干渉成分を示す。８３もファイバー２１ａへ入力する光の強度の時間変化を示し８３ａは被検眼からの戻り光との干渉成分を示す。

８４は、前記の通り求めた補助光源１９の発光強度の時間変化であり前記波長λ１を発光するタイミングｔ１まで発光する。また８５も同様に補助光源２２の発光強度の時間変化であり、前記時刻ｔ１から発光を開始する。８６は入力端２３ａへの入力信号であり補助光源１９の光が足されることにより時刻ｔ１までの波形が補正されている。８７も同様に入力端２３ｂへの入力信号であり補助光源２２の光が足されることにより時刻ｔ１以降の波形が補正されている。８８は入力端２３ａ、２３ｂからの光信号を電気信号に変換しその差分を増幅した電気信号の強度の時間変化を示し、周波数の高い干渉波形のみが得られ、ビームスプリッター１６の波長依存性により生じるＤＣ成分（干渉光の強度の誤差）は取り除かれている。

１枚の断層像（Ｂスキャン像）は、１点を撮像して深さ方向の情報を得るＡスキャンをライン方向に繰り返して行うことにより生成する。すなわち前記タイミングチャートの１掃引は、このＡスキャンに相当するため、Ｘスキャンとともに例えば１０００回Ａスキャンを繰り返すことにより１枚の断層像が形成される。したがって、このＡスキャンの回数分前記補助光源を点灯する。

（断層像撮影）
以上説明したようにプレビュー画面２８ｆを観察し、駆動手段１５を駆動して参照光学系の光路長を調整し、また眼底観察画像上のライン指標２８ｇを撮影したい撮影部位に合わせる。この入力を検知した制御手段２５は、Ｙスキャンミラーを駆動しＯＣＴ撮影部位を変更する。所望部位の断層像が撮像されていることを確認した後、撮影スイッチ２８ｈを操作する。

撮影スイッチ２８ｈへの入力を検知した制御回路２５は、Ｙスキャナーを固定しＸスキャナーのみを走査し、繰り返し撮像することにより同一部位の断層像を５０枚〜１００枚撮影し（Ｓ０９）、画像データを記録する。これらの複数枚の断層像を用いて重ね合わせ画像が生成されモニターに表示される（Ｓ１０）とともにメモリーに記録され撮影を終了する（Ｓ１１）。

［第２の実施形態：ファイバー光学系、光カプラー］
第１の実施形態においては、干渉光の光路がバルク光学系で構成され、光路分岐手段としてビームスプリッター（偏光特性のない無偏光のプリズムのビームスプリッター）を用いた実施形態を示した。本実施形態は、干渉光の光路がファイバー光学系で構成され、光路分岐手段として光カプラーを用いたものであり、図９を用いて説明する。図９は、第２の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。

まず、光源１からの光は、ファイバー９１を通り、光カプラー９２によりサンプルアーム１００１へ向かうファイバー９３、参照アーム１００２へ向かうファイバー９４に分岐される。分岐比は、第１の実施形態と同様に、サンプル側：参照側＝１：９である。これらの光は、レンズ９５、９６でそれぞれコリメートされサンプルアーム１００１、参照アーム１００２に入る。サンプルアームに向かった光は、第１の実施形態と同様に、被検眼を走査し戻り光は、再びファイバー９３に入射しカプラー９２で分岐され９割の光がファイバー９７を通りカプラー９８に入る。参照アームに入った光も第１の実施形態と同様の光路を通り、ファイバー９９よりカプラー９８に入る。これらの光はカプラー９８で合波されファイバー１００と１０１に５０：５０の比率で分岐される。ファイバー１００の光は、カプラー１８で補助光源１９からの光と合流し、入力端２３ａより差動増幅器２３に入力する。同様にファイバー１０１の光も、カプラー２１で補助光源２２からの光と合流し、入力端２３ｂより差動増幅器２３に入力する。入力端２３ａ、２３ｂへの入力に干渉信号成分以外の差があるとそれも増幅され干渉成分を取得できるダイナミックレンジが狭くなることや、参照光量を十分に強くできないことは、第１の実施形態と同様である。この差が生じる原因は、カプラー９８が波長依存性（波長に応じて分岐比が異なる特性）を持つためである。光カプラーの分岐比の波長特性をコントロールすることは困難で、１０％程度の誤差は許容しなければならない。図１０は、この分岐比の波長特性を示し、１０２０ｎｍ付近では、分岐比は５０：５０であるが、長波長に向けて差が大きくなり１１００ｎｍでは分岐比は５５：４５になっている。第１の実施形態と同様に、光源から発した光の強度にこの差分をかけた信号が、差動増幅器からの出力に現れ信号取得のダイナミックレンジを支配する。

この場合も、第１の実施形態と同様に、補助光源１９、２２を光源の波長掃引に同期して、差分を打ち消すような強度で発光することにより分岐誤差の波長特性を補正することができる。このように、プリズムのビームスプリッターに対して安価で、波長に応じて分岐比が大きく異なる光カプラーを用いても、光カプラーの波長依存性により生じる干渉光の誤差を低減することができるため、精度の良い断層像撮影が可能になる。

［第３の実施形態：波長掃引に同期して複数の干渉信号の増幅率を調整］
第１及び第２の実施形態においては、補助光源を設け、波長掃引に同期して発光強度を制御して、光路分岐手段の波長依存性により生じる複数の干渉光の強度差を補正する方法を説明した。本実施形態では、差動検出する前の電気信号の増幅率を波長掃引に同期して変更することにより、光路分岐手段の波長依存性により生じる複数の干渉光の強度差を補正するものである。そこで、本実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、第３の実施形態における断層撮像装置の構成を示す図である。なお、図１２は、第２の実施形態と同様に参照アーム１００２、サンプルアーム１００１からの光は、カプラー９８で合流しファイバー１００、ファイバー１０１に分岐されフォトディテクター（ＰＤ）１１０、１１２に入り電気信号に変換される。これらの電気信号は増幅器１１１、１１３により増幅され差動回路１１４に入力され、差分信号は、制御回路２５でデジタル信号に変換されメモリーに保存される。増幅回路の増幅率が一定であれば差動回路１１４の出力は、第１及び第２の実施形態と同様に、図７のようにカプラーの分岐誤差の波長特性と発光強度分布を掛け算した特性になる。図７の横軸は、時間だが、掃引光源の出力であるため発光時間は、波長に対応している。カプラーの分岐特性は図１０に示した通りなのでこの特性を打ち消すように増幅率を変化させれば良い。

（増幅率の求め方）
この増幅回路の増幅特性を求めるためにまず、増幅回路１１１、１１３の増幅率を等しい値に固定し、ＰＤ１１０の出力ＰＤ１１０（ｔ）、ＰＤ１１２の出力ＰＤ１１２（ｔ）を記録する。これらの値より出力の比率Ｒ＿ＯＣ（ｔ）＝ＰＤ１１２（ｔ）／ＰＤ１１０（ｔ）を計算する。図８に示すように、これが分岐比の誤差を表す。したがってこのＲ＿ＯＣ（ｔ）の値をメモリーに記録し、増幅回路１１１の増幅率をこの記録した波形に従って制御することにより光路分岐手段９８の分岐誤差を補正することができる。この増幅率を制御する方法は、光源の発光強度によらないため、参照光量の変動が大きい場合には有利である。

以上説明したように補助光源を設けたり、増幅率を一定周期で可変する増幅回路を設けることにより、光路分岐部材の分岐誤差の波長特性を補うことが可能になり、高精度な光路分岐手段を用いることなく干渉成分を広いダイナミックレンジで取り出せるため、精度のよい断層画像を生成することができる。

［その他の実施形態］
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (12)

1. 波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段と、
   前記光路分岐手段の波長依存性により生じる前記複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉光の強度を調整する制御手段と、
   前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出する差動検出手段と、
   を有することを特徴とする断層撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記波長掃引光源の波長毎に、前記光路分岐手段の透過光路と反射光路とのいずれか一方の干渉光の強度を他方の干渉光の強度に合わせるように、前記複数の干渉光のうちいずれかの干渉光の強度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の断層撮像装置。
3. 前記複数の干渉光それぞれに合波する光を発生させる前記波長掃引光源とは異なる複数の光源を更に有し、
   前記制御手段は、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の光源の発光強度を調整するように、前記複数の光源を制御し、
   前記差動検出手段は、前記複数の光源それぞれからの光と前記複数の干渉光それぞれとを合波して得た複数の光を差動検出することにより、前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出することを特徴とする請求項１または２に記載の断層撮像装置。
4. 前記複数の干渉光に対応する複数の干渉信号それぞれを増幅する増幅手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉信号それぞれを増幅するように、前記増幅手段を制御し、
   前記差動検出手段は、前記増幅された複数の干渉信号を差動検出することにより、前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出することを特徴とする請求項１または２に記載の断層撮像装置。
5. 前記干渉光の光路は、バルク光学系で構成され、
   前記光路分岐手段は、プリズムのビームスプリッターであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断層撮像装置。
6. 前記干渉光の光路は、ファイバー光学系で構成され、
   前記光路分岐手段は、光カプラーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断層撮像装置。
7. 前記光路分岐手段が、前記波長掃引光源の波長帯域において、前記光路分岐手段の透過特性と反射特性とが交差する特性を持つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の断層撮像装置。
8. 波長掃引光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを干渉した干渉光の光路を複数の光路に分岐する光路分岐手段を有する断層撮像装置の制御方法であって、
   前記光路分岐手段の波長依存性により生じる前記複数の光路を通る複数の干渉光の強度差を低減するように、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉光の強度を調整する工程と、
   前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出する工程と、
   を有することを特徴とする断層撮像装置の制御方法。
9. 前記調整する工程において、前記波長掃引光源の波長毎に、前記光路分岐手段の透過光路と反射光路とのいずれか一方の干渉光の強度を他方の干渉光の強度に合わせるように、前記複数の干渉光のうちいずれかの干渉光の強度を大きくすることを特徴とする請求項８に記載の断層撮像装置の制御方法。
10. 前記調整する工程において、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して、前記複数の干渉光それぞれに合波する光を発生させる前記波長掃引光源とは異なる複数の光源の発光強度を調整するように、前記複数の光源を制御し、
    前記差動検出する工程において、前記複数の光源それぞれからの光と前記複数の干渉光それぞれとを合波して得た複数の光を差動検出することにより、前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出することを特徴とする請求項８または９に記載の断層撮像装置の制御方法。
11. 前記調整する工程において、前記波長掃引光源の波長掃引に同期して前記複数の干渉信号それぞれを増幅するように、前記複数の干渉光に対応する複数の干渉信号それぞれを増幅する増幅手段を制御し、
    前記差動検出する工程において、前記増幅された複数の干渉信号を差動検出することにより、前記強度が調整された複数の干渉光を差動検出することを特徴とする請求項８または９に記載の断層撮像装置の制御方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の断層撮像装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

Images