JP6242644B2 - 画像計測方法および画像計測装置 - Google Patents

Description

この発明は、対象物を画像化する画像計測方法および画像計測装置に関する。

画像計測方法の例として光干渉断層法（optical coherence tomography、略称ＯＣＴ）がある。ＯＣＴは、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を検出して対象物の断層像を形成する技術である。ＯＣＴは、高解像度の画像を高速かつ非侵襲的に取得できるという利点から、医療分野などにおいて用いられている。

この技術における主要な進歩としてフーリエドメインＯＣＴ（Fourier domain OCT、略称ＦＤ−ＯＣＴ）がある。ＦＤ−ＯＣＴでは、フーリエ変換法を利用することにより、従来のタイムドメインＯＣＴ（time domain OCT、略称ＴＤ−ＯＣＴ）と比較して、数十倍から数百倍の測定速度を達成できる。

ＦＤ−ＯＣＴには、干渉光をスペクトル分解して検出するスペクトラルドメインＯＣＴ（spectral domain OCT、略称ＳＤ−ＯＣＴ）と、波長掃引光源を用いて様々な波長の干渉光を得るスウェプトソースＯＣＴ（swept source OCT、略称ＳＳ−ＯＣＴ）がある。

一般に、画像計測方法は、電磁波などを用いて対象物の内部形態を表すアナログデータを収集し、収集されたデータをデジタル化して得られる信号を処理することで対象物を画像化する。これを実現する画像計測装置には、データ収集システム（data acquisition system、略称ＤＡＳ）などのデジタル信号処理システムが搭載される。

アナログ信号のサンプリングおよびＡ／Ｄ変換は、サンプリングクロック信号をトリガーとして実行される。フーリエ変換法を利用した画像計測方法では、サンプリングクロック信号の安定性が計測結果に大きく影響する。以下、サンプリングクロック信号を単にクロック信号と称することがある。

例示として、ＦＤ−ＯＣＴの場合を説明する。ＦＤ−ＯＣＴにおいて検出されるスペクトル、つまりスペクトラルインターフェログラム（spectral interferogram、干渉スペクトル）は次式のように表される。

ここで、ｋは波数、ｓ（ｋ）は光源のスペクトル、ｚは信号アームと参照アームの光路長差、Ｉ_Ｒは参照ミラーによる参照光の後方反射の強度、Ｉ_Ｓは対象物を経由した信号光の強度、φ_０（ｚ）は初期位相項をそれぞれ表す。一般に、Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓは低周波数信号または背景成分（ＤＣ成分）であり、容易に除去できる。それにより、式（１）は次のように簡略化される。

ここで、Ａ（ｚ）＝ｓ（ｋ）・２√（Ｉ_ＲＩ_Ｓ）は、対象物の深度ｚにおける後方散乱光の強度に比例した干渉信号の振幅を表す。式（２）に基づいてＩ（ｋ）のフーリエ変換を行うことにより、深度ｚにおける対象物の後方散乱プロファイル、つまりＡラインプロファイルを再構成することができる。

ＳＳ−ＯＣＴにおいて深度ｚ＝ｄ１、ｄ２、ｄ３に対応するスペクトラルインターフェログラムの波形の理想的な形態、および、それらをフーリエ変換して得られる信号の理想的な形態を図１に示す。一方、実際に取得される信号の例を図２に示す。この信号１０００には、実際の信号に相当する信号成分１００１だけでなく、アーティファクト成分（サイドピーク）１００２が含まれている。アーティファクト成分１００２は、ダイナミックレンジを制限するものであり、画質低下の原因となる。

図３に示すように、クロック信号２０００には、トリガーのタイミングを示すタイミング成分２００１だけでなく、ノイズ成分（クロックノイズ）２００２が含まれている。図２に示すアーティファクト成分１００２は、このようなクロックノイズ２００２によって生じる。

クロック信号の生成方法について説明する。たとえばＳＳ−ＯＣＴでは、ｋ−空間においてスペクトラルインターフェログラムを線形にサンプリングするために、専用のクロック信号が用いられる。このクロック信号を生成するための構成を図４に示す。

波長掃引光源３０１０から出力された光は、光ファイバー３０２０を介して干渉計３０３０に入力される。干渉計３０３０は、所定の光路長差を有している。すなわち、光遅延部３０３３は、たとえばファイバーストレッチャーにより構成され、光ファイバー３０３２および３０３４を介する経路と、光ファイバー３０３５を介する経路との間に光路長差を設ける。

干渉計３０３０に入力された光は、ファイバーカプラ３０３１により二分される。一方の光は、光ファイバー３０３２を介して光遅延部３０３３に導かれて所定の位相遅延量を受け、光ファイバー３０３４を介してファイバーカプラ３０３６に導かれる。他方の光は、光ファイバー３０３５を介してファイバーカプラ３０３６に導かれる。ファイバーカプラ３０３６は、２つの光を干渉させる。生成される干渉光は、位相遅延量に相当する周波数を有する。この干渉光は、光ファイバー３０４０を介して光検出器３０５０により検出される。

光検出器３０５０から出力された信号は、光ファイバー３０６０を介して増幅器３０７０に入力される。増幅器３０７０は、光検出器３０５０からの出力信号を増幅する。増幅器３０７０から出力される信号が、図５に示すクロック信号４０００となる。クロック信号４０００は、ｋ−空間におけるスペクトラルインターフェログラムの線形サンプリングのトリガー信号として用いられる。

上記のように、干渉計３０３０は一定の光路長差Δｚを有する。光路長差Δｚは、サンプリング解像度の要求に応じて設定される。サンプリング解像度Δｋは、光路長差Δｚの逆数として定義される：Δｋ＝１／Δｚ。

また、サンプリング点に対応するクロック信号Ｓ_ｎは次のように表される：Ｓ_ｎ＝Ａ・ｃｏｓ（２π・Δｚ・ｋ_ｎ＋φ）＝Ａ・ｃｏｓ（２π・ｎ＋φ）＝Ａ・ｃｏｓ（φ）。この式から分かるように、スペクトラルインターフェログラムのサンプリングは、クロック信号Ｓ_ｎの瞬時位相が一定となる点において行われることが望ましい。特に、信号の振幅や光の強度の影響を受けないことを考慮すると、クロック信号のゼロクロス点が最も望ましいと考えられる。図６における符号４０１０ｊ（ｊ＝１，２，３，・・・・）は、クロック信号４０００のゼロクロス点を示す。これらゼロクロス点４０１０ｊは、クロック信号４０００の立ち上がりエッジ（rising edge）におけるゼロクロス点である。この場合、クロック信号Ｓ_ｎにおけるφの値は、φ≡３π／２となる。

Sayiner, Necip, Henrik V. Sorensen, and Thayamkulangara R. Viswanathan. "A level-crossing sampling scheme for A/D conversion." Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, IEEE Transactions on 43.4 (1996): 335-339

この発明の目的は、クロック信号のノイズに起因する画像アーティファクトを抑制することにある。

請求項１に記載の発明は、クロック信号を生成するクロック生成ステップと、生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減するノイズ低減ステップと、対象物の内部形態を表すアナログデータを取得するデータ取得ステップと、ノイズが低減されたクロック信号に基づき前記アナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成するデジタルデータ生成ステップと、生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する画像データ生成ステップとを含み、前記データ取得ステップでは、波長掃引光源または広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成し、前記干渉光を検出してアナログ信号を取得し、あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて前記閾値を決定する閾値決定ステップをさらに含む、画像計測方法である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像計測方法であって、前記閾値決定ステップは、あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて画像アーティファクトの強度の基準値を設定するステップと、前記強度情報に基づいて、前記基準値に対応するノイズの強度を取得するステップとを含み、取得されたノイズの強度が前記閾値に設定されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像計測方法であって、前記基準値として、前記ダイナミックレンジの値に負号を付した値が用いられることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の画像計測方法であって、前記強度情報は、あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて生成されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の画像計測方法であって、前記ノイズ低減ステップは、クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いて実行されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、クロック信号を生成するクロック生成部と、生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減するノイズ処理部と、対象物の内部形態を表すアナログデータを取得し、ノイズが低減されたクロック信号に基づき前記アナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成するデータ取得部と、生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する画像データ生成部とを有し、前記データ取得部は、波長掃引光源または広帯域光源と、前記波長掃引光源または前記広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成する干渉光学系と、前記干渉光を検出してアナログ信号を生成する光電変換素子とを含み、あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて前記閾値を決定する閾値決定部をさらに有する、画像計測装置である。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画像計測装置であって、前記閾値決定部は、あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて画像アーティファクトの強度の基準値を設定する基準値設定部と、前記強度情報に基づいて、前記基準値に対応するノイズの強度を取得するノイズ強度取得部とを含み、取得されたノイズの強度を前記閾値として設定することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像計測装置であって、前記基準値設定部は、前記ダイナミックレンジの値に負号を付した値を前記基準値として設定することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の画像計測装置であって、前記強度情報は、あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて生成されることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の画像計測装置であって、前記ノイズ処理部は、クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いることで、前記クロック信号のノイズを低減することを特徴とする。

この発明によれば、クロック信号のノイズに起因する画像アーティファクトを抑制することができる。

従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法の原理を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法の原理を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る画像計測方法を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測方法を説明するための図である。 実施形態に係る画像計測装置の構成例を示す図である。 実施形態に係る画像計測装置の構成例を示す図である。 変形例に係る画像計測方法を説明するための図である。 変形例に係る画像計測方法を説明するための図である。

この発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、この明細書に記載された文献の記載内容を以下の実施形態に援用することが可能である。以下、この発明をＳＳ−ＯＣＴに適用した場合について詳述するが、フーリエ変換法を用いる任意の画像計測方法および画像計測装置に対して同様の手法を適用することが可能である。

〈実施形態の概要〉
詳細は後述するが、発明者らは、クロック信号のノイズに起因する画像アーティファクトの発生位置と強さがクロックノイズの性質（周波数分布および強さ）により決定されることを見出した。実施形態では、当該事項に基づくものであり、アーティファクトを定量的に抑制するためのクロックノイズ抑制方法を提案する。この方法によれば、画像計測に要求されるダイナミックレンジに応じてアーティファクトを抑制することが可能である。

〈原理〉
実施形態で使用される記号を次のように定義する。
ｎ：Ｎ個のサンプリング点のインデックス（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）
Ａ_Ｓ：スペクトル干渉信号の振幅
Ｓ_ｎ：サンプリングされた信号
ｆ_{ｓｉｇｎａｌ}：信号Ｓ_ｎの周波数
Δｋ：サンプリング間隔（波数表現）
ｋ_ｎ：サンプリング点（波数表現）
Ａ_{ｎｏｉｓｅ}：メインクロックに正規化されたクロックノイズの振幅
ｆ_{ｎｏｉｓｅ}：クロックノイズの周波数
Ｉ_{ｎｏｉｓｅ}：クロックノイズの強度、Ｉ_{ｎｏｉｓｅ}＝２０ｌｏｇ_１０（Ａ_{ｎｏｉｓｅ}）（ｄＢ）
ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}：クロック信号の周波数
Ｉ_{ａｒｔｉｆａｃｔ}：メインシグナルピークに正規化されたアーティファクトの強度（単位 ｄＢ）
Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}：システムのダイナミックレンジ
Ｄ_ｍａｘ：画像化範囲における最大深度
Ｚ_ｍａｘ：深度方向における有効画像化範囲
Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}：アーティファクトを抑制するためのクロックノイズの閾値（単位 ｄＢ）
Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}：画像における信号深度

理想的なケースにおいて、波数ｋが時間に関して線形にスキャンされた場合、ＳＳ−ＯＣＴのスペクトラルインターフェログラムＳ（ｋ）＝Ａ_Ｓ・ｃｏｓ（２π・Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}・ｋ＋φ）は、時間ｔに関して次式のように収集される：Ｓ（ｔ）＝Ａ_Ｓ・ｃｏｓ（２π・ｆ_{ｓｉｇｎａｌ}・ｔ＋φ）。ここで、時間ｔは波数ｋに比例し、周波数ｆ_{ｓｉｇｎａｌ}は深度Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}に比例する。ナイキスト・シャノンの標本化定理によれば、最大画像化深度Ｄ_ｍａｘは、クロック信号の周波数ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}（つまりサンプリング周波数）の半分の値「ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}／２」により決定される。

深度Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}の信号散乱面からのＳＳ−ＯＣＴ信号のＮ個のサンプリング点の収集にＤＡＳが用いられる場合、サンプリングされた信号を次のように表すことができる：Ｓ_ｎ＝Ａ_Ｓ・ｃｏｓ（２π・Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}・ｋ_ｎ＋φ）。ここで、ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎであり、ｋ_ｎ＝ｎΔｋであり（Δｋ：サンプリング間隔の波数表現）、φは初期位相である。Ｓ_ｎをフーリエ変換することにより、Ａラインプロファイル（軸方向プロファイル）が得られる。横方向に沿う異なる位置について収集された複数のＡラインプロファイルを用いて、対象物の２次元断層像を形成することができる。

クロックノイズが画像に与える影響について説明する。クロックノイズの周波数をｆ_{ｎｏｉｓｅ}、振幅をＡ_{ｎｏｉｓｅ}とすると、サンプリング点ｋ_ｎは、次式のように非線形になる：ｋ_ｎ＝［ｎ＋Ａ_{ｎｏｉｓｅ}ｃｏｓ（２π・ｎ・ｆ_{ｎｏｉｓｅ}／ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}）］・Δｋ。また、サンプリングされた信号は次式のようになる：Ｓ_ｎ＝Ａ_Ｓ・ｃｏｓ［２π・Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}（ｎ＋Ａ_{ｎｏｉｓｅ}ｃｏｓ（２π・ｎ・ｆ_{ｎｏｉｓｅ}／ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}））・Δｋ＋φ］。ここで、ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎである。サンプリング点ｋ_ｎの非線形性は、画像アーティファクトに相当するノイズを発生させる（図２のサイドピーク１００２を参照）。

サンプリングされた信号Ｓ_ｎの式から分かるように、アーティファクトの発生位置と強さは、次の３つのパラメーターによって与えられる。
（１）Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}：信号深度
（２）Ａ_{ｎｏｉｓｅ}：クロックノイズの振幅
（３）ｆ_{ｎｏｉｓｅ}：クロックノイズの周波数

これらパラメーターがアーティファクトに及ぼす影響について説明する。図７は、Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}＝０．９Ｄ_ｍａｘ、０．６Ｄ_ｍａｘ、０．３Ｄ_ｍａｘの場合における、クロックノイズ強度とアーティファクト強度との関係を示す。なお、ｆ_{ｎｏｉｓｅ}＝０．０５ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}に設定されている。図７から次のことが分かる。
（１）Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}がＤ_ｍａｘに近づくほど、つまり信号深度が深くなるほど、アーティファクトが強くなる。
（２）アーティファクトの強さは、クロックノイズの振幅（強度）Ａ_{ｎｏｉｓｅ}に比例する。

図８は、クロックノイズ周波数とアーティファクト強度との関係を示す。なお、Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}＝０．６Ｄ_ｍａｘ、Ａ_{ｎｏｉｓｅ}＝０．１に設定されている。図８から次のことが分かる。
（３）ｆ_{ｎｏｉｓｅ}は、Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}やＡ_{ｎｏｉｓｅ}と比較してアーティファクトへの影響は小さい。ただし、アーティファクト強度は、ｆ_{ｎｏｉｓｅ}の変化に応じて約３ｄＢの幅で周期的に変化する。

実施形態に係る画像計測方法は、上記考察により得られた知見１，２に基づく。
１．アーティファクトの強度はクロック信号のノイズの強度に比例する
２．計測範囲の最深層からの信号がアーティファクトに最も影響を及ぼす

〈画像計測方法〉
実施形態に係る画像計測方法の例を図９に示す。この方法は５段階の処理を含む。
（Ｓ１）システムの性能要求（動作条件）を入力する
（Ｓ２）システムにおける、クロックノイズに対するアーティファクトの依存性を求める
（Ｓ３）クロックノイズの閾値を決定する
（Ｓ４）クロック信号のノイズ特性を特定する
（Ｓ５）クロックノイズの閾値に基づきクロックノイズを除去する
なお、ステップ５のクロックノイズ除去より前の処理、たとえばステップ５のフィルター生成までの処理は、実際の画像計測より以下、各段階の処理を説明する。

（Ｓ１：性能要求の入力）
システムのダイナミックレンジＲ_{ｄｙｎａｍｉｃ}と、有効画像化範囲Ｚ_ｍａｘとを入力する。この処理は、たとえば、図示しない入力デバイスを用いて行われる。なお、これらパラメーターが一定の場合には、この処理を行う必要はない。また、ダイナミックレンジＲ_{ｄｙｎａｍｉｃ}等が対象物の種別や他のパラメーターに依存する場合には、事前に決定されたそれらの関係に基づいてダイナミックレンジＲ_{ｄｙｎａｍｉｃ}等の値を自動設定するように構成することができる。

（Ｓ２：クロックノイズとアーティファクトとの関連を求める）
アーティファクトの強度Ｉ_{ａｒｔｉｆａｃｔ}と、クロックノイズの強度Ｉ_{ｎｏｉｓｅ}との対応を示す情報（強度情報）を求める。強度情報は、たとえば、クロックノイズの強度Ｉ_{ｎｏｉｓｅ}に対するアーティファクトの強度Ｉ_{ａｒｔｉｆａｃｔ}の変化を示すグラフとして表される。このグラフは、実際に測定を行うことによって取得できる。また、サンプリングされた信号Ｓ_ｎの式に基づくシミュレーションを行うことによって、このグラフを取得することも可能である：Ｓ_ｎ＝Ａ_Ｓ・ｃｏｓ［２π・Ｚ_{ｓｉｇｎａｌ}（ｎ＋Ａ_{ｎｏｉｓｅ}ｃｏｓ（２π・ｎ・ｆ_{ｎｏｉｓｅ}／ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}））・Δｋ＋φ］。

図７に示すように、有効画像化範囲Ｚ_ｍａｘの最大深度位置での信号がアーティファクトに最も影響を及ぼす。よって、この最大深度位置での信号に基づいて強度情報を求めることが望ましい。このようにして得られるグラフの例を図１０に示す。

（Ｓ３：クロックノイズの閾値を決定する）
ステップ１で入力された動作条件（ダイナミックレンジＲ_{ｄｙｎａｍｉｃ}）を用いてクロックノイズの閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}を決定することができる。また、ステップ２で取得されたグラフを用いて閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}を決定することができる。図１１Ａおよび図１１Ｂを参照しつつ、このステップの処理の例を説明する。

まず、ステップ１で入力されたダイナミックレンジＲ_{ｄｙｎａｍｉｃ}に基づいて、アーティファクト強度の基準値Ｉ_０を設定する（図１１Ａを参照）。基準値Ｉ_０は、たとえば次式により設定される：Ｉ_０＝−Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}。

次に、前段階で設定された基準値Ｉ_０と、ステップ２で取得されたグラフ（図１０を参照）とに基づいて、閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}を決定する。具体的には、このグラフにおいて、基準値Ｉ_０に対応するクロックノイズ強度の値を特定し、これを閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}とする（図１１Ｂを参照）。この閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}は、クロック信号におけるノイズの許容値を示す。

（Ｓ４：クロック信号のノイズ特性を特定する）
クロック信号のノイズ特性の特定は、たとえば、スペクトルアナライザーを用いて取得されるクロック信号のパワースペクトルに基づいて行うことができる。具体的には、まず、スペクトルアナライザーを用いてクロック信号のスペクトルを測定する。次に、そのスペクトルに基づいて、サンプリング周波数以外のノイズの分布を特定する。そして、特定されたノイズの強度を閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}と比較する（図１２を参照）。

（Ｓ５：クロックノイズを除去する）
ステップ４におけるノイズの強度と閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}との比較に基づいて、クロックノイズを除去する。この処理は、たとえば図１３に符号Ｆで示すような透過特性を有するフィルターを用いて実行される。フィルターＦは、ノイズが発生している周波数域においてはノイズの強度を閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}以下に低減し、クロック信号に相当する周波数域においては強度を低減させないように設定されている。

このステップで用いられるフィルターは、単一のフィルターまたは複数のフィルターの組み合わせからなる。ここで用いられるフィルターは、ハイパスフィルター、バンドパスフィルターおよび／またはノッチフィルターを含む。具体例として、１００〜５００ＭＨｚ帯を透過させるバンドパスフィルターを適用することができる。

ノイズがコモンモードノイズである場合、或いはノイズがコモンモードノイズを含む場合には、バランスド検出器（balanced photo detector、平衡検出器）が効果的に用いられる。

〈画像計測装置〉
上記画像計測方法を実現する画像計測装置の実施形態を説明する。

［構成］
実施形態に係る画像計測装置の構成例を図１４および図１５に示す。ここではＳＳ−ＯＣＴを用いた装置について説明するが、ＳＤ−ＯＣＴを用いた装置やＯＣＴ以外の画像化法を用いた装置についても、同様の構成を適用することが可能である。これら装置の相異は、画像化法に関する一般的な相異に過ぎない。たとえば、ＳＳ−ＯＣＴでは波長掃引光源と光検出器とが用いられるのに対し、ＳＤ−ＯＣＴでは広帯域光源とスペクトル検出器とが用いられる。

〔全体構成〕
画像計測装置１００は、波長可変レーザー等の波長掃引光源１０１を有する。波長掃引光源１０１は、高速で連続的に波長を変えながら光を出力する。波長掃引光源１０１から出力された光は、光ファイバー１０２を経由してファイバーカプラ１０３に導かれる。ファイバーカプラ１０３は、４本の光ファイバー１０２、１０４、１１１および１１２を接続している。光ファイバー１０２により導かれた光は、ファイバーカプラ１０３により信号光と参照光とに分割される。信号光は、対象物に照射される光であり、測定光、サンプル光などとも呼ばれる。参照光は、所定の参照経路を介して信号光に合成される。この実施形態では、対象物は被検眼Ｅの眼底Ｅｆである。

信号光は、光ファイバー１０４に導かれてそのファイバー端から出射し、コリメーター１０５により平行光束となる。平行光束となった信号光は、スキャナー１０６を経由し、レンズ１０７および１０８により眼底Ｅｆに集束される。スキャナー１０６は、眼底Ｅｆに対する信号光の照射位置を変更する。スキャナー１０６としては、ガルバノスキャナー、ポリゴンミラー、共振スキャナー、音響光学変調器、回転プリズム、振動プリズムなどが用いられる。光ファイバー１０４、コリメーター１０５、スキャナー１０６、レンズ１０７および１０８が形成する光路は、信号光路あるいはサンプルアームなどと呼ばれる。

眼底Ｅｆに照射された信号光は、眼底Ｅｆの様々な組織により散乱される。この散乱光のうちの後方散乱光は、信号光路を介してファイバーカプラ１０３に戻ってくる。さらに、この後方散乱光は、光ファイバー１１２によりファイバーカプラ１１３に導かれる。後方散乱光は、眼底Ｅｆの深さ方向の情報を含んでいる。

一方、ファイバーカプラ１０３により生成された参照光は、光ファイバー１１１によってファイバーカプラ１１３に導かれる。参照光の経路は参照光路あるいは参照アームなどと呼ばれる。

ファイバーカプラ１１３は、４本の光ファイバー１１１、１１２、１１４ａおよび１１４ｂを接続している。ファイバーカプラ１１３の分岐比はたとえば１：１である。信号光と参照光は、ファイバーカプラ１１３により合成されて干渉光を生成する。この干渉光は、信号光に含まれる眼底Ｅｆの深さ方向の情報を引き継いでいる。検出器１１５は、光ファイバー１１４ａおよび１１４ｂにより導かれた干渉光を検出する。検出器１１５は、たとえば、２つのフォトディテクタを有し、これらによる検出結果の差分を出力するバランスド検出器である。

検出器１１５は、干渉光を検出する度に、その検出結果（検出信号）をデータ収集システム（ＤＡＳ）１１６に送る。データ収集システム１１６は、検出器１１５から順次に入力される検出信号を収集する。また、データ収集システム１１６は、アナログの検出信号をサンプリングする処理や、サンプリングされた信号をデジタル信号に変換する処理などを実行する。これらの処理は、クロック信号をトリガーとして実行される。データ収集システム１１６は、取得されたデジタル信号を、たとえば一連の波長掃引毎に、つまりＡライン毎にまとめて演算制御部１２０に送る。

データ収集システム１１６に入力されるクロック信号は、クロック生成部１１８とノイズ処理部１１９により生成される。クロック生成部１１８には、波長掃引光源１０１から出力された光が光ファイバー１１７を介して入力される。クロック生成部１１８は、この光に基づいてクロック信号を生成する。クロック生成部１１８は、たとえば、図４に示す干渉計３０３０、光ファイバー３０４０、光検出器３０５０、光ファイバー３０６０および増幅器３０７０を含んで構成される。それにより、図５に示すようなクロック信号が生成される。

クロック生成部１１８により生成されたクロック信号は、ノイズ処理部１１９に入力される。このクロック信号にはノイズが含まれている。ノイズ処理部１１９は、クロック生成部１１８により生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減する。この閾値としては、前述した閾値Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}を適用することが可能である。ノイズ処理部１１９は、たとえば図１３に符号Ｆで示すような透過特性を有するフィルターにより、クロックノイズを低減する。

ノイズ処理部１１９によりノイズが低減されたクロック信号は、データ収集システム１１６に入力される。データ収集システム１１６は、このクロック信号をトリガーとして、検出器１１５から入力された検出信号（アナログ信号）のサンプリングを行う。さらに、データ収集システム１１６は、検出信号からサンプリングされたデータに基づいてデジタルデータを生成する。生成されたデジタルデータは、演算制御部１２０に入力される。

演算制御部１２０は、各種の演算処理、および、装置各部の制御を実行する。演算制御部１２０は、たとえば、マイクロプロセッサーと記憶装置とを含む。この記憶装置には、画像計測装置１００のダイナミックレンジ（Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}）と、有効画像化範囲（Ｚ_ｍａｘ）とがあらかじめ記憶される。演算制御部１２０は、閾値決定部１２１および画像データ生成部１２２を有する。

閾値決定部１２１は、あらかじめ取得された強度情報に基づいて、ノイズ処理部１１９によるクロックノイズ低減処理に供される閾値を決定する。強度情報は、前述のように、クロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す。強度情報は、たとえば演算制御部１２０の記憶装置にあらかじめ記憶される。

閾値決定部１２１は、基準値設定部１２１１と、ノイズ強度取得部１２１２とを有する。基準値設定部１２１１は、たとえば図９のステップ３で説明したように、記憶装置に記憶されているダイナミックレンジ（Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}）に基づいて、アーティファクト強度の基準値（Ｉ_０）を設定する。基準値（Ｉ_０）としては、たとえば、ダイナミックレンジ（Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}）の値に負号を付した値が設定される：Ｉ_０＝−Ｒ_{ｄｙｎａｍｉｃ}。

ノイズ強度取得部１２１２は、基準値設定部１２１１により設定された基準値（Ｉ_０）に対応するノイズの強度を強度情報に基づいて取得する。この処理は、たとえば図９のステップ３で説明したように、強度情報において基準値（Ｉ_０）に対応するクロックノイズ強度の値を特定することにより実行される。この処理により特定された値が閾値（Ｉ_{ｎｏｉｓｅ，ｔｈｒｅｓｈ}）として用いられる。

画像データ生成部１２２は、ＳＳ−ＯＣＴの原理を用いることで、データ収集システム１１６から入力されるデジタルデータに基づき各Ａラインプロファイル（Ａライン像）を再構成する。さらに、画像データ生成部１２２は、信号光のスキャンパターンに応じて複数のＡラインプロファイルを一列に配列させることによりＢスキャン像（２次元断層像）を形成する。また、画像データ生成部１２２は、信号光のスキャンパターンに応じて複数のＢスキャン像を配列させてスタックデータを生成し、このスタックデータに補間処理等の画像処理を施すことにより、ボリュームデータを生成することができる。

ユーザインターフェイス（マンマシンインターフェイス）１３０は、表示デバイス、入力デバイス、操作デバイス等を含む。表示デバイスとしては、ＬＣＤなどが用いられる。入力デバイスや操作デバイスとしては、画像計測装置１００に設けられた各種ハードウェアキー（スイッチ、ボタン、ノブ、ジョイスティック等）がある。

画像計測装置１００に接続された装置に設けられたハードウェアキー（たとえばコンピューターに設けられたキーボード、ポインティングデバイス等）を、入力デバイスや操作デバイスとして用いることもできる。また、上記表示デバイスや上記コンピューターに表示されるソフトウェアキーを、入力デバイスや操作デバイスとして用いることも可能である。

〈作用・効果〉
実施形態の作用および効果について説明する。

実施形態に係る画像計測方法は、クロック生成ステップと、ノイズ低減ステップと、データ取得ステップと、デジタルデータ生成ステップと、画像データ生成ステップとを含む。クロック生成ステップでは、クロック信号を生成する。ノイズ低減ステップでは、生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減する。データ取得ステップでは、対象物の内部形態を表すアナログデータを取得する。デジタルデータ生成ステップでは、ノイズが低減されたクロック信号に基づきアナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成する。画像データ生成ステップでは、生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する。

実施形態に係る画像計測方法は、閾値決定ステップを含んでいてよい。閾値決定ステップでは、あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて、ノイズ低減ステップで用いられる閾値を決定する。

閾値決定ステップは、次の２つのステップを含んでいてよい。第１のステップでは、あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて、画像に発生するアーティファクト（画像アーティファクト）の強度の基準値を設定する。この基準値として、ダイナミックレンジの値に負号を付した値を用いることができる。第２のステップでは、設定された基準値に対応するノイズの強度を、強度情報に基づいて取得する。取得されたノイズの強度が閾値として設定される。

あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて強度情報を生成することが可能である。これは、図７に示すように、画像化範囲の最大深度位置での信号がアーティファクトに最も影響を及ぼすことを考慮したものである。

クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いて、ノイズ低減ステップを実行することが可能である。

データ取得ステップにおいてＳＳ−ＯＣＴを用いることが可能である。具体的には、ＳＳ−ＯＣＴを用いたデータ取得ステップでは、波長掃引光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成し、この干渉光を検出してアナログ信号を取得する。

データ取得ステップにおいてＳＤ−ＯＣＴを用いることが可能である。具体的には、ＳＤ−ＯＣＴを用いたデータ取得ステップでは、広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成し、この干渉光をスペクトル分解し、そのスペクトル分布を検出してアナログ信号を取得する。

実施形態に係る画像計測方法によれば、クロック信号のノイズに起因する画像アーティファクトを抑制することが可能である。

また、強度情報やダイナミックレンジに基づき閾値を求めることができるので、アーティファクトを定量的に低減することが可能である。

また、画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて強度情報を生成することにより、アーティファクトを効果的に低減することが可能である。

実施形態に係る画像計測装置（１００）は、クロック生成部（１１８）と、ノイズ処理部（１１９）と、データ取得部（図１４の光学系およびデータ収集システム１１６）と、画像データ生成部（１２２）とを有する。クロック生成部は、クロック信号を生成する。ノイズ処理部１１９は、生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減する。データ取得部は、対象物の内部形態を表すアナログデータを取得し、ノイズが低減されたクロック信号に基づきアナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成する。画像データ生成部１２２は、生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する。

ノイズ処理部１１９により用いられる閾値は、たとえば、あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて決定される。

実施形態に係る画像計測装置は、閾値決定部（１２１）をさらに有していてよい。閾値決定部１２１は、ノイズ処理部１１９により用いられる閾値を強度情報に基づいて決定する。

閾値決定部１２１は、基準値設定部１２１１と、ノイズ強度取得部１２１２とを有していてよい。基準値設定部１２１１は、あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて画像アーティファクトの強度の基準値を設定する。この基準値として、ダイナミックレンジの値に負号を付した値を用いることができる。ノイズ強度取得部１２１２は、この基準値に対応するノイズの強度を強度情報に基づいて取得する。取得されたノイズの強度が閾値として設定される。

あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて強度情報を生成することが可能である。これは、図７に示すように、画像化範囲の最大深度位置での信号がアーティファクトに最も影響を及ぼすことを考慮したものである。

ノイズ処理部１１９は、たとえば、クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いることで、クロック信号のノイズを低減する。

データ取得部は、ＳＳ−ＯＣＴを用いて対象物の計測を行うことが可能である。その場合、画像計測装置は、波長掃引光源と、干渉光学系と、光電変換素子とを有する。波長掃引光源（１０１）は、高速で連続的に波長を変えながら光を出力する。干渉光学系は、波長掃引光源（１０１）から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成する。図１４に示す構成例では、干渉光学系は、光ファイバー１０２、ファイバーカプラ１０３、光ファイバー１０４、コリメーター１０５、スキャナー１０６、レンズ１０７および１０８、光ファイバー１１１および１１２、ファイバーカプラ１１３、並びに、光ファイバー１１４ａおよび１１４ｂを含む。光電変換素子は、干渉光学系により生成された干渉光を検出してアナログ信号を生成する。図１４に示す構成例では、検出器１１５が光電変換素子に相当する。

データ取得部は、ＳＤ−ＯＣＴを用いて対象物の計測を行うことが可能である。その場合、画像計測装置は、広帯域光源と、干渉光学系と、分光器とを有する。広帯域光源は、広帯域光を出力する。広帯域光源としては、たとえばスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が用いられる。図１４に示す構成例において、広帯域光源は、波長掃引光源１０１に替えて配置される。干渉光学系は、広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成する。この干渉光学系は、たとえば図１４と同様の構成を有する。分光器は、干渉光学系により生成された干渉光をスペクトル分解し、そのスペクトル分布を検出してアナログ信号を生成する。分光器は、干渉光をスペクトル分解する光学素子（たとえば回折格子）と、スペクトル分解された干渉光を検出する光電変換素子（たとえばラインセンサー）とを含む。図１４に示す構成例では、検出器１１５として分光器が用いられる。

実施形態に係る画像計測装置によれば、クロック信号のノイズに起因する画像アーティファクトを抑制することが可能である。

また、強度情報やダイナミックレンジに基づき閾値を求めることができるので、アーティファクトを定量的に低減することが可能である。

また、画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて強度情報を生成することにより、アーティファクトを効果的に低減することが可能である。

〈変形例〉
以上に説明した実施形態は単なる例示に過ぎず、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この発明を実施しようとする者は、この発明の要旨の範囲内において、任意の変形を施すことができる。これら実施形態やその変形は、この発明の範囲およびその均等の範囲に含まれる。以下、変形の一例を示す。

アーティファクトの抑制効果を確保するには、ｋ−空間線形性を保持すること、つまり波長空間においてスペクトラルインターフェログラムを線形にサンプリングすることが重要である。波長掃引光源の波長変調の非線形性などに起因して、ｋ−空間における線形性が劣化することがある。そうすると、クロック信号が周波数空間において広帯域信号となり、クロックノイズ特定処理に不利に作用することがある。その場合、クロックノイズ特定処理の前に、ｋ−空間においてクロック信号が線形になるように、補間処理や再サンプリングを行うことが望ましい。クロック信号にｋ−空間線形性を与える方法には、ソフトウェアによる方法と、ハードウェアによる方法とがある。

ソフトウェアによる方法の例として、クロック信号の瞬時位相の線形化を行うことにより、クロック信号の補間や再サンプリングを行うことが可能である。

ハードウェアによる方法の例として、クロック信号の２倍以上の周波数を持つ他の信号を用いて、クロック信号を再サンプリングすることが可能である。

このような補間処理や再サンプリングの効果を図１６Ａおよび図１６Ｂに示す。図１６Ａは、ｋ−空間線形性の有無によるクロック信号の波形の相異を示す。図１６Ａに実線で示す波形は、ｋ−空間線形性を持たないクロック信号の波形を示す。一方、破線で示す波形は、この実線で示すクロック信号を上記処理で補正して得られた、ｋ−空間線形性を有するクロック信号の波形である。図１６Ｂは、ｋ−空間線形性の有無によるクロック信号の周波数分布の相異を示す。図１６Ｂに実線で示す波形は、ｋ−空間線形性を持たないクロック信号の周波数分布を示す。一方、破線で示す波形は、この実線で示すクロック信号を上記処理で補正して得られた、ｋ−空間線形性を有するクロック信号の周波数分布である。ｆ_{ｓａｍｐｌｅ}が、このクロック信号の周波数を示す。

１００ 画像計測装置
１０１ 波長掃引光源
１０３、１１３ ファイバーカプラ
１１５ 検出器
１１６ データ収集システム
１１８ クロック生成部
１１９ ノイズ処理部
１２０ 演算制御部
１２１ 閾値決定部
１２１１ 基準値設定部
１２１２ ノイズ強度取得部
１２２ 画像データ生成部
１３０ ユーザインターフェイス

Claims (10)

1. クロック信号を生成するクロック生成ステップと、
   生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減するノイズ低減ステップと、
   対象物の内部形態を表すアナログデータを取得するデータ取得ステップと、
   ノイズが低減されたクロック信号に基づき前記アナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成するデジタルデータ生成ステップと、
   生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する画像データ生成ステップと
   を含み、
   前記データ取得ステップでは、波長掃引光源または広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成し、前記干渉光を検出してアナログ信号を取得し、
   あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて前記閾値を決定する閾値決定ステップをさらに含む、
   画像計測方法。
2. 前記閾値決定ステップは、
   あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて画像アーティファクトの強度の基準値を設定するステップと、
   前記強度情報に基づいて、前記基準値に対応するノイズの強度を取得するステップと
   を含み、
   取得されたノイズの強度が前記閾値に設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像計測方法。
3. 前記基準値として、前記ダイナミックレンジの値に負号を付した値が用いられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像計測方法。
4. 前記強度情報は、あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて生成される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の画像計測方法。
5. 前記ノイズ低減ステップは、クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いて実行される
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の画像計測方法。
6. クロック信号を生成するクロック生成部と、
   生成されたクロック信号のノイズを、あらかじめ設定された閾値以下に低減するノイズ処理部と、
   対象物の内部形態を表すアナログデータを取得し、ノイズが低減されたクロック信号に基づき前記アナログデータをサンプリングしてデジタルデータを生成するデータ取得部と、
   生成されたデジタルデータに対してフーリエ変換を含むデータ処理を施すことにより対象物の画像データを生成する画像データ生成部と
   を有し、
   前記データ取得部は、
   波長掃引光源または広帯域光源と、
   前記波長掃引光源または前記広帯域光源から出力された光を信号光と参照光とに分割し、対象物を経由した信号光と参照光との干渉光を生成する干渉光学系と、
   前記干渉光を検出してアナログ信号を生成する光電変換素子と
   を含み、
   あらかじめ取得されたクロック信号のノイズの強度と画像アーティファクトの強度との対応を示す強度情報に基づいて前記閾値を決定する閾値決定部をさらに有する、
   画像計測装置。
7. 前記閾値決定部は、
   あらかじめ設定されたダイナミックレンジの値に基づいて画像アーティファクトの強度の基準値を設定する基準値設定部と、
   前記強度情報に基づいて、前記基準値に対応するノイズの強度を取得するノイズ強度取得部と
   を含み、
   取得されたノイズの強度を前記閾値として設定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像計測装置。
8. 前記基準値設定部は、前記ダイナミックレンジの値に負号を付した値を前記基準値として設定する
   ことを特徴とする請求項７に記載の画像計測装置。
9. 前記強度情報は、あらかじめ設定された計測深度方向の画像化範囲の最大深度位置における信号に基づいて生成される
   ことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の画像計測装置。
10. 前記ノイズ処理部は、クロック信号のノイズ成分の周波数域の信号強度を閾値以下に低減し、かつ信号成分の周波数域の信号強度を低減させないフィルターを用いることで、前記クロック信号のノイズを低減する
    ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の画像計測装置。