CN102395912A - 具有自适应光学系统的扫描光学图像获取设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学图像获取设备，其中，该光学图像获取设备在例如激光扫描检眼镜等中将光量控制在安全规格等所规定的范围内的情况下，通过使用简单结构来缩短图像获取时间，并且通过使用自适应光学系统来确保光学图像的高分辨率。所提供的光学图像获取设备具有自适应光学系统，所述自适应光学系统包括：波前像差检测器(2)，用于检测在表面上扫描多个光束时生成的反射或背向散射光束的波前像差；以及单个波前像差校正器(3)，用于基于所述波前像差来校正所述多个光束各自的波前像差，并且所述多个光束以不同的入射角入射到所述单个波前像差校正器且彼此重叠，并且对所述多个光束各自的波前像差进行校正。

Description

具有自适应光学系统的扫描光学图像获取设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及具有自适应光学系统(adaptive optics)的光学图像获取设备及其控制方法，尤其涉及如下技术：利用该技术，可以在短时间内以高分辨率获取包括作为被检体的眼睛的视网膜的体内组织的二维或三维光学图像。

背景技术

用于非侵入性地获取作为诸如眼睛的视网膜等的被检体的体内组织的光学图像的已知光学图像获取设备包括：能够获取二维图像的扫描激光检眼镜(Scanning Laser Ophthalmoscope，SLO)；以及能够拍摄被检体的断层图像的光学相干断层成像仪(Optical Coherence Tomography，OCT)。

这些设备通过使用偏转器利用光束扫描视网膜并测量所反射或背向散射的光束，来拍摄和获取二维或三维光学图像。OCT系统包括时域OCT(TD-OCT)、谱域OCT(SD-OCT)和扫频源OCT(SS-OCT)，其中与TD-OCT相比，SD-OCT能够在较短的时间内进行拍摄。

此外，关于用于获取高分辨率图像的自适应光学系统(AO)的技术，日本特开2005-224328公开了用于通过使用波前像差校正器来校正在眼球内进行干扰的波前像差的技术。该技术是具有像差校正功能的图像获取设备，其中，在该像差校正功能中，单个可变形镜多次作用于来自被检体的单个光束以确保所需的像差校正量，由此确保了校正量。

发明内容

然而，在具有上述利用单个光束的波前像差校正器的设备中，即使可以提供高分辨率图像，在实现图像获取时间的缩短方面也存在问题。即，如果提高扫描速度以实现高速化，则需要增加光量以确保S/N比。

此时，如果被检体是如同眼睛的视网膜那样的被检体，则容许照射的能量的大小受到安全规格等的限制，由此不会损伤眼睛的视网膜。

由于以这种方式限制了容许照射的能量的大小，因此上述利用单个光束的传统实施例在意图通过增加光量来实现高速化方面存在问题。

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种光学图像获取设备及其控制方法，其中，该光学图像获取设备能够在将扫描所使用的光量控制在安全规格等所规定的范围内并且通过使用自适应光学系统来确保图像的高分辨率的情况下，通过使用简单结构来实现图像获取时间的缩短。

本发明提供一种按照如下进行配置的具有自适应光学系统的光学图像获取设备。

本发明的光学图像获取设备是一种具有自适应光学系统的光学图像获取设备，其中，在所述光学图像获取设备中，通过自适应光学系统对反射或背向散射光束进行校正，并且提供被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该表面反射或背向散射得到的，其中，

所述自适应光学系统包括：

波前像差检测器，用于检测在测量对象面上扫描包括所述多个光束的测量光时由所述被检体所生成的反射或背向散射光束的波前像差，以及

单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器检测到的波前像差，校正所述多个光束各自的波前像差，其中，

所述多个光束以不同的入射角入射到所述单个波前像差校正器且彼此重叠，并且对所述多个光束各自的波前像差进行校正。

此外，本发明的控制方法是一种光学图像获取设备的控制方法，其中，在所述光学图像获取设备中，对反射或背向散射光束的波前进行校正，并且获取被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该表面反射或背向散射得到的，所述控制方法包括以下步骤：

将包括所述多个光束的测量光束以彼此不同的入射角分别入射到单个波前像差校正器上；

通过使用扫描单元，利用由所述单个波前像差校正器所反射的测量光束来扫描所述测量对象面；

通过使用波前像差检测器来检测由所述测量对象面所反射或背向散射的测量光束的波前像差；以及

基于检测到的波前像差，控制所述单个波前像差校正器的校正。

本发明可以实现一种光学图像获取设备及其控制方法，其中，该光学图像获取设备能够在通过使用自适应光学系统来确保图像的高分辨率并且将扫描所使用的光量控制在安全规格等所规定的范围内的情况下，通过使用简单结构来实现图像获取时间的缩短。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A是用于示出本发明典型实施例中具有自适应光学系统且使用多个光束的光学图像获取设备的结构的概念图。

图1B示出另一结构的示例。

图2A示出将自适应光学系统(AO)的原理应用于眼底检查系统时用于实现图像的高分辨率的机构。

图2B是用于示出哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器的构造的概念图。

图3A、3B、3C和3D示出本发明典型实施例的波前像差校正性能中、用于说明对波前像差校正器的入射角的依赖性的校正后的波前和MTF。

图4示出用以说明本发明典型实施例的多个光束的波前像差检测器的入射状态。

图5A示出本发明典型实施例中的波前像差测量的一个示例。

图5B示出根据时分的波前像差测量作为另一例子。

图6A和6B示出目镜光学系统的变焦的概念。

图6C和6D示出本发明典型实施例中、变焦光学系统配置在束出射端和偏转器之间的结构的示例。

图7示出将本发明第一典型实施例的自适应光学系统应用于OCT的结构的示例。

图8示出将本发明第二典型实施例的自适应光学系统应用于SLO的结构的示例。

具体实施方式

接着将说明本发明典型实施例中具有自适应光学系统的光学图像获取设备。

这里，在说明本典型实施例的设备的详细内容之前，首先将参考图2A来说明在将上述传统的自适应光学系统(AO)的原理应用于眼底检查系统时用于实现图像的高分辨率的机构。

为了光学地获取眼球7的视网膜8的信息，将从光源15提供的照明光束照射至该视网膜，并且在该视网膜上的点81处反射或背向散射的光束被配置为经由光学系统101和910在光接收传感器41上形成图像。

在眼底照相机的情况下，该光接收传感器41是光接收单元排列成矩阵的摄像装置，并且在SLO或0CT的情况下，该光接收传感器41等同于引向光接收元件的光纤端。

这里，当意图获取高分辨率的信息时，需要放大光学系统101的入射光瞳，但在这种情况下，由于眼球内所包含的像差，因而从该眼球出射的光束80的波前被干扰。因此，当经由光学系统101和910在光接收传感器41上形成根据该光束的图像时，这些光学系统原本具有的成像性能可能无法实现聚光，因而形成了被干扰的模糊光斑。因此，无法充分提供横向的空间分辨率，从而无法获得期望的高分辨率的信息。

除了诸如散光、散焦和倾斜等的利用诸如柱面透镜等普通光学装置可进行校正的几种低阶像差以外，该像差还包括诸如彗星像差和四阶球面像差等的几种高阶像差。

这些像差主要是由于诸如角膜和晶状体等的前眼部的曲面和/或折射率的不均匀性而产生的。由于个体之间的大的差异以及泪层的状态随着时间的变化，因此需要时常进行应对和校正。

上述已知的自适应光学系统(AO)被配置为：测量所产生的波前像差，并且分配具有相反特性的像差以抵消该波前像差，由此执行校正。

该技术最初是在利用天文望远镜观察天体时作为用于实时校正空气波动以提高分辨率的方法而研发的，并且该方法已应用于眼科光学科学。

广泛用于检测波前相差的方法(哈特曼-夏克系统)被配置为：成矩阵状周期性排列的微透镜以与二维摄像装置的光接收面相距这些微透镜的焦距的方式进行配置。然后，根据由各个透镜元件聚光于光接收面上的光斑的位移来计算像差量。

作为用于校正波前的方法，使用主要改变反射镜的形状的系统。根据该方法，在薄型活动镜的背面设置多个致动器，并且通过使用静电力、磁力或压电元件来局部推压或拖拉该镜，以改变该镜的整体形状。

此外，还已知分割得到的微型镜以倾斜状态移入和移出的系统。局部位移大小通常为亚微米到几十微米，并且不具有大幅改变光学系统的焦距的能力。这些装置配置在与眼球的瞳孔6成光学共轭的位置处，并且基于波前像差检测器检测到的数据来计算和设置波前像差校正器的校正量。据此，报告了如下结果：可以识别出在不进行校正的情况下无法进行解像的两个天体，并且可以提供视网膜内的视细胞的分布。

在图2A的结构中，在目镜光学系统101中，在与目镜光学系统101的入射光瞳(眼球的瞳孔6)共轭的位置处配置作为波前像差校正器的可变形镜3(以下称为“DM3”)。

然后，在分支单元52进行分支得到的相同共轭位置处配置作为波前像差检测器的哈特曼-夏克(HS)传感器2。

这里，设置有波前像差检测用的光源15，并且来自该光源的光束经由分支单元51入射到眼球7，并且聚光于视网膜8上的点81。

在点81处反射或背向散射的光束80经由诸如角膜等的前眼部的光学系统而变为近似准直光束，在该近似准直光束穿过分支单元51并且经由光学系统101而变为预定粗细的光束之后，随后由分支单元52反射，由此入射到HS传感器2。

图2B示出HS传感器2的构造的截面图。

已入射到HS传感器2的入射光束的各部分穿过配置在与瞳孔成光学共轭的位置处的微透镜阵列部中的各个透镜元件21的子孔径，并且在二维摄像装置22上形成与各个子孔径相对应的光斑。

根据入射到各子孔径的波前85的斜率，在相对于摄像装置上的各个微透镜的光轴位置(以虚线所示)偏移了dy_k的位置处形成光斑的图像。假设微透镜的焦距为f，则根据y_k＝dy_k/f来计算波前的斜率y_k。现在，假设微透镜的数量为M，并且假设DM3中的致动器的数量为N，则可以通过如下的关系式来表示波前斜率矢量y和DM3的校正信号矢量a。

y＝[B]a    (1)

其中，

$y=\left(\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ .\\ .\\ y_M\end{array}\right),$ $a=\left(\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\\ .\\ .\\ a_N\end{array}\right),$ $B=\left(\begin{array}{cccc}{B}_{11}& B_{12}& \·& B_{1N}\\ B_{21}& B_{22}& \·& B_{2N}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ B_{M1}& \·& \·& B_{\mathrm{MN}}\end{array}\right)$

矩阵B示出波前斜率大小和用于形成波前斜率大小的DM3的各个致动器校正信号值之间的相互作用关系。

表达式(1)最终表示当DM3的形状改变时产生的波前像差。矩阵中各个元素的值是基于DM3的形状根据校正信号值如何改变而确定出的，并且该值根据DM3的类型而不同。如上所述形状按分割得到的镜而改变的DM3在部分微型镜改变时并不影响周围的小区域，但在形状作为连续面而改变的类型中，周围的小区域受到影响，并且B的值是据此而确定出的。

相反，为了获取用于校正HS传感器检测到的波前像差的DM3的校正信号值，可以对表达式(1)进行逆变换，但通常可能无法获得B的逆矩阵，因此这里使用伪逆矩阵[B]^-1。可以使用B的置换矩阵[B]^T来表示该伪逆矩阵[B]^-1。

[B]^-1＝[B^TB]^-1B^T

其中，

$B^T=\left(\begin{array}{cccc}{B}_{11}& B_{21}& \·& B_{M1}\\ B_{12}& B_{22}& \·& B_{M2}\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ B_{1N}& \·& \·& B_{\mathrm{MN}}\end{array}\right)$

因此，当测量出的波前像差(波前在各个子孔径处的斜率)为y时，可以按照如下计算DM3的致动器校正信号值a。

a＝[B^TB]^-1B^Ty    (2)

前述示出概念上的计算过程。将基于利用HS传感器检测波前斜率的子孔径与DM3的致动器的位置之间的关系来确定各个实际值。

返回至图2A的系统，基于由HS传感器2检测到且由计算单元30计算出的y的值以及根据各个元件的特性所预设的B的值，根据从表达式(2)求出的值a来改变DM3的形状。

如果图2A示出眼底照相机，则在利用来自光源15的照明光束进行照明的眼底部上的点81处反射或背向散射的光束穿过眼前部和光学系统101，随后DM3对该光束的波前进行校正，然后由摄像透镜910进行聚光，从而在光接收传感器41上形成图像。在SLO或OCT的情况下，如上所述，光接收传感器41相当于光纤端，并且从连接至光源的光纤端41出射的光束经由DM3并且穿过光学系统101传播以入射到眼球，从而照射到视网膜上的点81。

此时，如果没有驱动DM3，则视网膜上的聚光光斑由于眼球的像差而被干扰并且模糊，但这里，由于DM3进行的校正，因此该光斑根据期望分辨率而聚光。

在该点处反射或背向散射的光束经由照射光束的路径逆向传播，并且经由眼前部、光学系统101、DM3和透镜910传播以入射到上述光纤端41，随后经由该光纤传播以发送至光传感器(未示出)。

此外，这里，由于DM3进行的校正，因而光纤端41上的光斑的成像性能得以提高，并且可以提供良好的光纤耦合效率，并且由此产生的图像的S/N比也得以提高。

采用上述用于校正波前像差的技术可以实现图像的高分辨率，但在与传统例子相同的单个光束的情况下，在实现作为本发明的目标的图像获取时间的缩短方面存在问题。

即，如上所述，本发明旨在获得高分辨率并且实现图像获取时间的缩短。

如上所述，如果光束的扫描速度增大，则需要增加光量以确保S/N比，但在眼底检查设备的情况下，对视网膜的单位面积的容许照射的能量的大小进行限制，以避免对眼睛造成损伤。

为了构造将上述光量控制在上述上限值内的系统，本发明人已开发了一种自适应光学系统，其中在该自适应光学系统中，向视网膜照射彼此间隔了一定距离的多个光束，并且该自适应光学系统使用如图1A所示的多个光束来同时扫描各个分割区域。使用多个光束的自适应光学系统被配置成利用单个的波前像差检测器和波前像差校正器的组来执行多个光束的波前像差校正。

即，由于眼科光学系统的像差影响上述所有的多个光束，因此在使用直径粗的光束来实现高分辨率时，需要对各个光束进行校正。

此时，如果以要入射的光束的数量设置波前像差检测器和波前像差校正器，则光学系统变大并且成本也大幅增加。

然而，根据本发明的上述结构，利用单个的波前像差检测器和波前像差校正器的组来执行多个光束的波前像差校正，从而能够实现光学系统的小型化和低成本化。

这样，本发明的上述结构可以实现一种具有自适应光学系统的光学图像获取设备，其中该光学图像获取设备能够在没有为了提高光束的扫描速度而使眼睛的入射光量增加到超过所需水平的情况下，进行小型化并且降低成本。

在图1A中，三个光纤端11～13分别出射发散光束，并且这些出射的光束经由准直光学系统91分别变为准直光束，并且经由中继光学系统92入射到波前像差校正器3。

此时，各个光束以不同的入射角入射，并且在波前像差校正器3的表面上彼此一致，这里，波前像差检测器(未示出)检测各个光束的波前，并且单个波前像差校正器3基于该检测值同时校正各个光束的波前。随后，各个光束由中继光学系统93和诸如检电镜等的偏转器5所偏转，并且经由目镜光学系统10而入射至瞳孔6。

入射光束穿过诸如角膜等的前眼部，并且在作为测量对象面的视网膜8上分别形成光斑81、82和83，并且以二维方式进行扫描。

此时，在不进行校正的情况下，包含在眼科光学系统内的像差干扰光斑81、82和83，但这里，波前像差校正器3能够良好地形成图像，由此提供了具有期望光斑直径的光斑。

在这些光斑处反射或背向散射的光束从瞳孔6经由前眼部逆向出射，并且经由目镜光学系统10～中继光学系统93再次入射到波前像差校正器3。

由于受到包含在眼科光学系统中的像差的影响，因而这些反射或背向散射光束也存在波前像差，而且利用波前像差校正器3再次同时校正波前像差。

因而，反射或背向散射光束经由中继光学系统92和准直光学系统91分别良好地聚光于光纤端11、12和13上，并且高效率地与这些光纤组合。

这里，通过使用三个光束进行的扫描能够在不使眼睛的入射光量增加的情况下，以3倍的速度进行测量。

此时，如果在入射到波前像差校正器3的各个光束之间的入射角的差20大，则可能导致各个光束之间的校正结果产生差异，并且在一些光束中可能发生无法良好地进行校正的现象。

如果入射角的差超过约5°，则根据不同条件可能发生合理程度的劣化。

然而，例如，当对眼底进行测量从而以几μm的高分辨率来获取图像时，需要一次获取其数据的视网膜上的区域可能是一边约为1mm～2mm的区域。

这是因为：当在获取到图像之后以高分辨率观察该图像时，关注的是狭窄区域。例如，考虑以下情况：将一边为1.8mm的正方形区域沿着与图1A的表面平行的方向(称为“y方向”)分割成三个区域，以通过使用如图1A所述的三个光束来进行测量。

此时，各个光束负责的区域的y方向的宽度分别为0.6mm，并且与此相对应的视角约为2.08°。

这里，假设入射到瞳孔的光束的粗细为6mm，并且假设波前像差校正器的有效直径为10mm，则考虑到角倍率，入射到波前像差校正器的各个光束之间的入射角差约为1.25°，并且该差十分小。

图3A和3C示出以入射角差为1.3°(入射角分别为3°和4.3°)入射到波前像差校正器(DM)的两个光束的波前像差的校正残差，并且图3B和3D示出各个光束的MTF。

这里，瞳孔存在RMS值约为0.3μm的波前像差面上的像差(包括三阶像差和四阶像差)，并且基于波前像差检测器针对这些光束中的一个光束(入射角为3°)所获取到的值，通过改变DM的形状来校正像差。

入射到瞳孔的光束的光束直径为

并且DM具有连续表面且有效直径为

并且37个致动器以六边形格子状进行配置和排列。

根据该结果，可以看出：这两者的校正残差都小，并且MTF(调制传递函数)的结果的差也可忽略。

此外，在眼科光学系统中产生的波前像差几乎都是在前眼部中生成的，并且入射到瞳孔的光束之间的入射角差也小至约2°，因此可以判断为包含在各个光束中的波前像差之间的差也是可忽略的。根据上述扫描多个光束的本典型实施例的结构，可以通过使用单个波前像差校正器在短时间内提供S/N比高的良好图像。

被配置成多个光束以彼此不同的角度入射到单个波前像差校正器并且彼此一致的结构可以是以下结构。

例如，结构可被配置成：多个发散光束的出射端配置在准直光学系统91的前侧焦点位置处的与光轴垂直的平面，由此各个出射光束的主光线平行于准直光学系统91的光轴。

这些光束在准直光学系统91的后侧焦点位置处形成出射光瞳61，以使得可以将波前像差校正器3配置在与出射光瞳61的位置成光学共轭的位置处。这允许多个准直光束通过使用共用光学系统以不同的角度入射并且到达同一位置处。

此外，另一结构可以如图1B所示。

即，在与多个发散光束各自相对应的多个发散光束的出射端处设置多个准直光学系统911、912和913。

由于该结构而变得准直的光束被配置成以预定角度在一个位置611处彼此相交，并且将波前像差校正器3配置在由入射光瞳是该交点的中继光学系统922所形成的出射光瞳31的位置处。

以上已说明了波前像差校正器，并且以下将说明波前像差检测器的结构。

通常，波前像差检测器和波前像差校正器配置在与整个光学系统的光瞳的位置成光学共轭的位置处。

这是因为：波前像差检测器和波前像差校正器这两者在与光瞳处的状态等同的状态下检测和校正波前像差。

如果如上所述设置成多个光束以不同的角度入射到波前像差校正器，则多个光束也将同样以不同的角度入射到配置在与该波前像差校正器的位置共轭的位置处的波前像差检测器。

在这种情况下，在HS传感器中多个光束混合，这使得难以正确地检测各个光束的波前像差。

例如，如果检测器是HS型，则入射到图2B所示的各个子孔径的波前的斜率在各个光束之间不同，因此如图4所示，在各个分区中形成多个光束，并且无法判断各分区的光束中的哪个光束与正入射的光束中的哪个光束相对应。在图4中，不同的标记表示由不同的光束在二维摄像装置上形成的光斑。

此外，由于如参考校正器所述可以提供多个光束中的一个光束的波前像差用的校正信号，因此结构可被配置为测量这些光束中的至少一个光束的波前像差。

如图5A的概念图所示，针对此的第一解决方案具有如下结构，其中，该结构被配置为仅将期望测量的光束入射至波前像差检测器，并且遮挡其它光束入射到该检测器。

这里，在准直光学系统91和中继光学系统92之间设置光分支单元600，并且中继光学系统94形成与准直光学系统91的出射光瞳61共轭的出射光瞳62，并且在出射光瞳62的位置处配置波前像差检测器2的检测面。

这里，在视网膜(未示出)上的光斑81、82和83处反射或背向散射的光束经由光学系统93和92由分支单元600反射，并且经由光学系统94导向波前像差检测器2。

此时，如上所述，为了防止除来自点81的光束以外的所有光束入射到检测器2，在光学系统94的正面、背面或内部多个光束分离的位置处配置遮光板200。

因而，例如，仅在视网膜上的点81处反射或背向散射的光束入射到检测器2。此外，使用根据该光束获取到的波前像差值来形成针对波前像差校正器的信号，从而能够对所有光束的波前像差进行校正。

此外，如果光束由于这些光束之间的角度的问题而无法分离成这些光束的成分，则采用如下第二解决方案的方法：间歇地熄灭除检测像差的光束以外的光束，并且仅在该时刻测量像差。

如图5B的概念图所示，进行如下配置：将测量对象面分割成相邻的小区域具有重叠部分的多个小区域。

即，当利用三个光束(光束81、82和83)分别扫描三个分割区域811、822和833时，在这些相邻区域之间的边界部设置重叠部812和813。

当这三个光束到达各个区域的右端时，光束81存在于区域重叠部812内的位置81R处，光束82存在于区域822外侧的位置82R处，并且光束83存在于重叠部813内的位置83R(与位置81L相同的位置)处。此时，光束82和83熄灭，并且仅光束81继续发光。在光束81和83分别存在于重叠部812和813的情况下，该状态继续，并且利用波前像差检测器来测量波前像差。

此外，相反，当这三个光束到达各个区域的左端时，光束81存在于重叠部813内的位置81L处，光束82存在于重叠部812内的位置82L(与位置81R相同的位置)处，并且光束83存在于重叠部833外侧的位置83L处。

此时，同样，光束82和83熄灭并且仅光束81继续发光。在光束81和82分别存在于重叠部813和812的情况下，该状态继续，并且利用波前像差检测器来测量波前像差。

在光束存在于除这些区域以外的位置的情况下，所有这三个光束都入射到波前像差检测器，但此时不测量波前像差。

这样，进行如下配置：当扫描多个光束时，仅在扫描重叠部的时间段内，这些多个光束中仅有一个光束发光并且其它光束熄灭，并且以时分方式进行测量。

该结构能够测量多个光束中的仅一个光束的波前像差，并且通过基于该测量值驱动波前像差校正器来进行波前像差校正。

另一方面，根据除HS系统以外的波前检测方法，例如，针对波前检测进行分支得到的准直光束按照原样被配置为经由透镜在二维摄像装置上形成图像。

然后，方法被配置为：获取像面的点扩散函数(point spreadfunction，PSF)，并且对逆问题进行求解，由此计算出波前。

此外，在这种情况下，如果检测到多个光束，则各个光束在彼此分离的特定位置处形成图像，并且可以识别出该图像与观察光束中的哪个光束相对应。

如果波前像差校正器的入射角大，或者如果光学系统的像差大，则测量单个光束的波前，并且波前像差校正器基于由此产生的数据进行校正，从而可以使测量光束的校正残差最小化，但其它的校正残差变大。相反，如上所述，检测多个光束的像差，根据对这些像差进行平均的PSF计算波前，并且形成波前像差校正器的驱动信号，以使得波前校正的目标值变为各个光束的波前的平均值，由此可以减小波前校正残差在这些光束之间的差。

前述已考虑了将3～7mm的粗光束入射到眼球上以实现约几μm的高分辨率时的情况。

然而，在具有诸如白内障等疾病的眼球的情况下，即使粗光束入射，该光束也被患病部位遮挡，因此可以提供与细光束入射时所提供的分辨率大致等同的分辨率。

此外，光束的仅一部分可以穿过，并且到达视网膜的入射光量降低，并且反射或背向散射光束也减少，因此最终图像的S/N比减小。

为了防止该情况，在本发明中，在多个光出射端和光偏转器之间设置用于改变入射到眼球的光束的直径的变焦结构。

于是，根据要检查的眼睛的条件，可以改变光束直径的值，并且根据该光束直径的值，使波前像差校正驱动接通或断开。

例如，当不受白内障影响的光束可以穿过的区域小时，入射光束直径约为1mm的细光束入射以进行测量。

此时，对于该细光束，因眼科光学系统的像差而受到的影响几乎可被作为是可忽略的，因而无需进行波前像差校正，然后断开校正功能。

这样，进行如下配置：仅当将变焦光学系统的倍率设置为预定倍率时，波前像差校正器才可以执行波前像差校正，由此可以减轻控制单元的计算负荷，从而可期望以更高的速度执行信号处理。

由于光束直径细，因而由此产生的分辨率约为作为传统水平的20μm，但可以确保本来设置的衍射界限程度的分辨率，并且可以确保良好的信号S/N比，从而还能够应对状态差的眼睛的情况。

此外，较细的光束直径使横向倍率减小，并且如图6A所示，角倍率成反比增大，从而每次可以以宽视角710观察视网膜上的宽区域810。

这里，为了简便，例示出扫描单个光束的情况。

此时，如果偏转器5的眼球侧的目镜光学系统10具有变焦功能并且如图6B所示较粗的光束直径使角倍率成反比减小，则将目镜光学系统10的视角720限制为光轴附近的狭窄角度。

因此，可以到观察的区域820也被限制为视轴附近的狭窄区域。

如果还要观察除区域820以外的区域821，则需要增大偏转器的偏转角510，但难以使用紧凑型检电镜在高频区域中提供大的偏转角，因此需要多面扫描器等，从而导致设备变大。

此外，图6B的偏转器侧的视角620与图6A的偏转器侧的视角610相比也变大，从而导致目镜光学系统10变大并且设计也更加困难。

然而，由于以这种方式无法放大并以高分辨率观察期望位置，因此如图6C所示，在偏转器5和光束出射端(未示出)之间配置变焦光学系统92，并且目镜光学系统10是固定焦点系统。

因此，即使当光学系统92的横向倍率增大以使光束直径变粗时，如图6D所示，如果针对该变粗的光束确保了目镜光学系统10的视角620，则也可以指定期望位置以提供放大的观察图像。

然而，在同时扫描多个光束的系统中，当变焦系统的横向倍率增大以设置高分辨率模式时，视网膜上的光束光斑缩小，同时光束间隔也以相同的比率缩小，因而扫描各个光束的角度也缩小并且受到限制。

这是因为：如果以超过该角度的角度进行扫描，则相邻的光束区域被双重扫描。

因此，实际上，可以观察到的区域被限制为缩小后的狭窄范围820，但与实际角相比，此时所需的偏转器的偏转角520小，并且该偏转器的最大偏转角和目镜光学系统10的最大视角较大。

因此，如果扫描时刻偏移，则可以观察光轴外侧的区域821。

在该系统中，如果波前像差校正器配置在变焦光学系统92的偏转器侧并且该变焦光学系统的横向倍率减小以使光束直径变细，则角倍率增大，并且入射到波前像差校正器的各个光束之间的入射角差增大。

然后，如上所述，难以同时良好地校正多个光束各自的波前像差。此外，此时，在细光束和宽视角的模式中，期望断开波前像差校正功能。

因此，进行如下设置：当使用眼科光学系统的像差产生影响的、直径为2.5～3.0mm以上的光束时，执行波前像差校正驱动，但当光束直径小于该范围时，不执行校正。

然而，语句“这里不执行波前像差校正驱动”表示使波前像差校正器对波前施加的影响减小为0，并且包括以下情况：在例如使用DM的情况下，如果DM面在驱动信号为0时没有变为平面，则利用驱动信号驱动波前像差校正以迫使该DM面变为平面。此外，当利用上述变焦功能使光束直径改变时，入射到波前像差检测器或校正器的光束的直径和/或入射角根据设置而改变，并且不能充分利用检测器的子孔径的数量和/或校正器的致动器的数量，因此可能无法提供所需精度的校正。

为了避免该情况，将变焦光学系统安装在与波前像差检测器和波前像差校正器相比更靠近眼球侧(被检体侧)的位置。

因而，即使当应用了变焦时，入射到波前像差检测器和波前像差校正器这两者的光束也恒定，并且可以确保总是具有相同条件的校正精度。

实施例

以下将说明本发明的实施例。

典型实施例1

第一典型实施例参考图7来说明将上述本发明的自适应光学系统应用于能够获取三维光学断层图像的OCT的结构示例。

从低相干光源100出射的光束经由光纤传播并且由光纤组合器按预定比率进行分支，随后作为发散光束(测量光束)分别从出射端11～13出射，然后经由准直光学系统变得准直。

变得准直的三个光束穿过出射光瞳61，穿过包括曲面镜的中继光学系统92，随后在准直光束状态下以不同的入射角入射到作为与出射光瞳61和被检眼的瞳孔6成光学共轭的表面的DM3，然后在该DM面上彼此重叠。此时，各个光束的光束直径为

并且近似等于DM3的有效直径。此时，不向DM面发送校正信号，并且该DM面为平面形状。

由此反射的光束经由中继光学系统93再次变得准直，并且以不同的角度入射到偏转器5(检电镜)。

在检电镜5内，转动轴不同的镜以彼此靠近的方式配置。由此偏转后的光束经由目镜光学系统10以准直光束的方式入射到眼球7的瞳孔6上，并且以二维方式在视网膜8上进行扫描。由于此时的光束光斑的波前受到眼球中所包含的像差的干扰，因此该光束光斑被干扰且变得模糊。

在聚光于视网膜上的三个光斑处反射或背向散射的光束从瞳孔6出射，并且逆向传播至目镜光学系统10～中继光学系统92，随后由光分支单元600反射，然后入射到HS传感器2。

此时，在HS传感器上，仅入射由视网膜反射或背向散射的并且由来自光出射端12的光束构成的光束，然后由其它光束构成的反射或背向散射光束被遮光单元200遮挡而没有入射到HS传感器。

基于HS传感器的测量值，计算机30计算针对DM3的校正信号并且将该信号发送至DM3。DM3的形状根据该信号而改变以校正波前像差。

因而，来自光出射端11～13的各个光束的波前改变，并且将视网膜上的各个光斑校正为接近衍射界限的状态。

在本实施例中，将入射到瞳孔6的光束的直径设置为约4mm，并且视网膜上的光斑直径约为5μm。

此外，各个光斑处的反射或背向散射光束在穿过眼科光学系统时再次产生波前像差，但利用DM3对干扰波前进行了校正，由此该光束经由中继光学系统92和准直光学系统91在各个光纤出射端11～13上形成良好图像。

然后，光束以高耦合效率入射到各个光纤。

一方面，同样，从光源100出射的光束由光纤耦合器以预定比率进行分支，随后从参考臂侧的各个出射端121～123出射。

然后，该光束经由准直光学系统变得准直，随后经由分散补偿玻璃161和折叠镜160再次入射到各个出射端121～123。

经由参考光路传播的参考光束和利用上述眼球的反射或背向散射光束经由光纤耦合器彼此组合以形成干涉光束，其中，该干涉光束从分光器侧的各个出射端111～113出射。

所出射的发散光束经由准直光学系统151变得准直，并且随后入射到衍射光学元件150以进行衍射。

这里，对入射角进行设置以使得一阶衍射光束的衍射效率最大化。

将这里进行衍射的光束分离成该光束的波长分量，其中，这些波长分量经由摄像光学系统152聚光于检测器153上，但在检测器153上，针对各个波长沿着与图7的平面平行的方向在不同的位置处形成图像。

在图7中，为了可视性而仅例示出中心波长的光束。

由于检测器153上针对各个波长在不同位置处形成的图像的光强度分布而形成了干涉条纹，并且检测这些干涉条纹，随后对该信号进行傅立叶变换以求出深度方向上的位置与反射系数之间的关系，然后以一维方式在视网膜上扫描光束，由此可以提供该视网膜的断面图像。此外，二维方式的扫描也能够得到三维图像。

由于这里使用了三个光束，因此与使用一个光束的情况相比，可以以3倍的速度进行测量，同时可以确保水平方向的光学分辨率为5μm。

典型实施例2

第二典型实施例将参考图8来说明将上述本发明的自适应光学系统应用于能够获取二维图像的SLO的结构示例。

由于与OCT不同的SLO不包括干涉仪，因此SLO是如下的系统：利用光强度检测器160直接检测由视网膜反射或背向散射的光束的光强度，由此提供二维图像。

包括光纤出射端11、12和13～目镜光学系统10的结构可以与第一典型实施例的结构基本相同。

图8的例子也具有与图7的例子相同的结构，但这里在HS传感器之前不包括光束遮光单元，并且所有的光束都入射。

如参考图5B所述，对光束间隔和偏转器的偏转驱动角进行设置，以使得各个光束的扫描范围彼此分别具有重叠部。

当光束到达这些重叠部时，从光纤出射端11和13出射的光束在光源100中被熄灭，并且仅测量经由光纤出射端12的反射或背向散射光束。

当以入射光束直径7mm来测量视网膜在水平方向上的1.5mm的区域时，三个光束扫描分割区域，因此各个分割区域的宽度为0.5mm，并且对该区域进行扫描的视角约为1.73°。

如果目镜光学系统的光瞳倍率为1，则偏转器的偏转角为0.87°。此时，为了形成0.1mm的重叠部，在图5B的三个区域之间，即在区域811和822之间以及在区域811和833之间，可以将偏转器的偏转角分别设置为1.21°。

此外，为了能够应对患有疾病的眼睛的情况，在DM3和偏转器5之间设置用于改变光束直径的变焦光学系统931。

通过使三个镜的其中两个镜在光轴方向上移动，可以使入射到偏转器5的光束的直径在1mm～7mm之间改变。

另一方面，目镜光学系统使得在入射光瞳和出射光瞳为7mm的情况下确保了视角能够达到30°的性能。因此，在光束直径为1mm的情况下，利用扫描宽度为2.9mm的三个光束来分别扫描宽度为8.7mm的区域。

此时，如果确保了宽度为0.5m的重叠部，则偏转器的偏转角为6.74°。此时，断开波前像差校正以进行测量。

这些操作使得能够在根据眼球的状态使入射到该眼球的光束的直径偏转的情况下，在短时间内对测量对象进行测量。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。由于该原因，例如经由网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求2009年4月13日提交的日本专利申请2009-097375的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (12)

1.一种光学图像获取设备，用于使用通过利用多个测量光束扫描被检体所返回的返回光束来生成所述被检体的光学图像，所述光学图像获取设备包括：

一个或多个波前像差检测器，用于获得通过利用所述多个测量光束扫描所述被检体而发生的所述返回光束的一个或多个波前像差；以及

单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器所获得的波前像差，校正以不同角度入射的所述返回光束各自的波前像差。

2.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，

与所述多个测量光束各自的出射端相对应地配置有多个准直光学系统，并且从所述出射端出射且经由所述多个准直光学系统变得准直的所述多个测量光束彼此相交于同一位置，以及

所述波前像差校正器配置在中继光学系统的出射光瞳的位置处，其中，所述中继光学系统的出射光瞳是在与所述多个测量光束彼此相交的同一位置成光学共轭的位置处获取到的。

3.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，

设置有由所述多个测量光束各自的出射端共用的一个准直光学系统，并且所述多个测量光束各自的出射端配置在所述准直光学系统的前侧焦点位置处的与光轴垂直的平面上，

利用从所述出射端出射且经由所述准直光学系统变得准直的所述多个测量光束在所述准直光学系统的后侧焦点位置处获取出射光瞳，以及

所述波前像差校正器配置在中继光学系统的出射光瞳的位置处，其中，所述中继光学系统的出射光瞳是在与所述准直光学系统的后侧焦点位置处获取到的出射光瞳成光学共轭的位置处获取到的。

4.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，

所述波前像差检测器配置在与所述波前像差校正器的位置成光学共轭的位置处，并且检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，以及

基于所述波前像差检测器检测到的一个光束的波前像差的校正量被应用于所述多个测量光束，由此能够校正波前像差。

5.根据权利要求4所述的光学图像获取设备，其特征在于，

为了检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，所述波前像差检测器包括用以遮挡所述多个测量光束中的其它光束入射的结构。

6.根据权利要求4所述的光学图像获取设备，其特征在于，

为了使所述波前像差检测器检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，将测量对象面分割成在邻接部处具有重叠部分的多个小区域，并且当扫描所述多个测量光束时，仅在扫描所述重叠部分的情况下，所述多个测量光束中的至少一个光束发光并且其它光束熄灭。

7.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，还包括：

偏转器，其配置在所述多个测量光束的出射端和所述被检体之间；以及

变焦光学系统，其配置在所述多个测量光束的出射端和所述偏转器之间，并且用于改变横向倍率，

其中，仅当所述变焦光学系统的倍率设置为预定倍率时，才能够利用所述波前像差校正器执行波前像差校正。

8.根据权利要求7所述的光学图像获取设备，其特征在于，

所述变焦光学系统配置在与所述波前像差检测器和所述波前像差校正器相比更靠近所述被检体侧的位置处。

9.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，

所述多个测量光束的出射端是光纤端，以及

通过使用由如下两个光束所形成的干涉光束，获取所述被检体的断层图像：由测量对象面反射或背向散射且返回至所述光纤端的光束；以及经由另一参考光路以不同方式获取到的参考光束。

10.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，

所述多个测量光束的出射端是光纤端，并且通过光强度检测器检测返回至所述光纤端的反射或背向散射光束，以及

基于检测到的光强度，获取二维图像。

11.一种光学图像获取设备中的自适应光学系统，所述光学图像获取设备用于生成被检体的光学图像，其中，在所述自适应光学系统中，对通过利用多个测量光束扫描所述被检体所返回的返回光束进行校正，所述自适应光学系统包括：

一个或多个波前像差检测器，用于获得通过利用所述多个测量光束扫描所述被检体而发生的所述返回光束的一个或多个波前像差；以及

单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器所获得的波前像差，校正以不同角度入射的所述返回光束各自的波前像差。

12.一种光学图像获取设备的控制方法，其中，在所述光学图像获取设备中，对反射或背向散射光束的波前进行校正，并且获取被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该测量对象面反射或背向散射得到的，所述控制方法包括以下步骤：

将包括所述多个光束的测量光束以彼此不同的入射角分别入射到单个波前像差校正器上；

通过使用扫描单元，利用由所述单个波前像差校正器所反射的测量光束来扫描所述测量对象面；

通过使用波前像差检测器来检测由所述测量对象面所反射或背向散射的测量光束的波前像差；以及

基于检测到的波前像差，控制所述单个波前像差校正器的校正。

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