CN102421351B - 光学摄像设备和光学图像摄像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学摄像设备和光学图像摄像方法，其中，所述光学摄像设备能够在宽区域内提供高横向分辨率，并且能够在用于拍摄作为被检体的被检眼的光学图像的摄像之前容易地进行调节。该光学摄像设备使用来自光源的光束作为测量光束，并且基于由照射至被检体的所述测量光束所形成的返回光束的强度，来拍摄所述被检体的图像，所述光学摄像设备具有：第一，光学装置，用于使所述测量光束聚焦于所述被检体；第二，像差检测装置，用于测量所述返回光束的像差；以及焦点调节装置，用于基于由所述像差检测装置所检测到的像差来调节所述光学装置。

Description

光学摄像设备和光学图像摄像方法
技术领域
本发明涉及一种光学摄像设备和光学图像摄像方法，尤其涉及一种眼科诊疗所使用的光学摄像设备和光学图像摄像方法。
背景技术
使用多波长光的干涉现象的光学相干断层成像技术(OCT)是一种用于获取样品(尤其眼底)的高分辨率的断层图像的方法。下面将用于通过使用OCT拍摄断层图像的设备称为“OCT设备”。近年来，通过增大傅立叶域系统的OCT设备中的测量光束的光束直径，可以提供横向分辨率提高了的视网膜的断层图像。然而，随着测量光束的光束直径增大，在获取视网膜的断层图像时，出现下面的问题：由于被检眼的像差，断层图像的S/N比和分辨率下降。为解决该问题，开发了一种具有自适应光学系统的自适应光学OCT设备，在该设备中，通过波前传感器实时测量被检眼的像差，通过波前校正装置校正在被检眼中生成的测量光束或返回光束的像差，从而使得该设备能够提供高横向分辨率的断层图像。
针对使用这类自适应光学系统的设备，日本特开2007-14569提出了一种能够通过在扫描激光检眼镜(SLO设备)中使用自适应光学系统、多棱镜、检电镜等获取眼底图像的眼科摄像设备。该眼科摄像设备被配置成检测被检眼的像差，并且通过使用自适应光学系统来校正由照射至视网膜的测量光束所形成的返回光束的像差，而且使得防止横向分辨率的劣化。另外，“Ultrahigh-resolution optical coherence tomography withmonochromatic and chromatic aberration correction”，Opt.Express 16，8126(2008)记载了一种傅立叶域系统的OCT设备，在该设备中，想要通过使用自适应光学系统和色像差校正透镜来同时获得高横向分辨率和高纵向分辨率。这里，试图通过使用自适应光学系统测量和校正在被检眼中所生成的测量光束和返回光束的像差、并且还对所获得的视网膜的断层图像进行平均化，来减少断层图像的散斑并提高断层图像的对比度。
发明内容
如上所述，具有上述传统的自适应光学系统的眼科设备被配置为使得可以通过使用自适应光学系统测量和校正在被检眼中所生成的测量光束和返回光束的像差，来提供具有高横向分辨率的图像。然而，增大测量光束的光束直径减小了焦深，但是，在这些传统例子中未能排除由该增大所导致的不良效果，并且光束直径的增大针对获取高分辨率的图像未必具有满意的优势。此外，在摄像之前，需要进行光学调节以适用于作为被检体的各被检眼，这对摄像来说是个限制。
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种光学摄像设备和光学图像摄像方法，其中，所述光学摄像设备能够在宽区域内提供高横向分辨率，并且在用于拍摄作为被检体的被检眼的摄像之前容易地进行调节。本发明提供一种用于如下的光学摄像设备和光学图像摄像方法。本发明的光学摄像设备是这样一种光学摄像设备，在该光学摄像设备中，使用来自光源的光束作为测量光束，并且使用由照射至被检体的所述测量光束所形成的返回光束来拍摄所述被检体的图像，所述光学摄像设备包括：光学装置，用于使所述测量光束聚焦于所述被检体；像差检测装置，用于测量所述返回光束的像差；以及焦点调节装置，用于基于由所述像差检测装置所检测到的像差来调节所述光学装置。此外，根据本发明的光学图像摄像方法是如下的光学图像摄像方法，在所述光学图像摄像方法中，使用来自光源的光束作为测量光束，并且使用由照射至被检体的所述测量光束所形成的返回光束来拍摄所述被检体的图像，所述光学图像摄像方法包括以下步骤：第一步骤，用于使用像差检测装置测量所述被检体的像差；第二步骤，用于将所述像差转换成具有包括散焦成分的项的多项式，并且记录所述多项式中所表示的像差的散焦成分；以及第三步骤，用于基于所述散焦成分来调节用于使所述测量光束聚焦于所述被检体的焦点调节装置。本发明可以实现一种光学摄像设备和光学图像摄像方法，其中，所述光学摄像设备能够在宽区域内提供高横向分辨率，并且在用于拍摄作为被检体的被检眼的摄像之前容易地进行调节。
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1示出本发明第一典型实施例的OCT设备的整体结构。
图2A、2B和2C示出本发明第一典型实施例的OCT设备的用于获取图像的方法。
图3A、3B、3C、3D和3E示出本发明第一典型实施例的OCT设备的用于获取断层图像的方法。
图4是示出本发明第一典型实施例的OCT设备的用于获取断层图像的过程的流程图。
图5示出本发明第二典型实施例的OCT设备的整体结构。
图6A、6B、6C、6D和6E示出本发明第二典型实施例的OCT设备的用于获取断层图像的方法。
图7是示出本发明第二典型实施例的OCT设备的用于获取断层图像的过程的流程图。
图8示出本发明第三典型实施例的OCT设备的整体结构。
具体实施方式
下面将参考典型实施例说明本发明的实施例。
实施例
第一典型实施例
第一典型实施例说明应用本发明的OCT设备。在此尤其说明一种具有高横向分辨率、并且能够拍摄被检眼的平面图像(SLO图像)和断层图像(OCT图像)这两者的OCT设备。在本典型实施例中，光学摄像设备被配置成使得将来自光源的测量光束照射到被检体，并且基于由照射至被检体的测量光束所形成的返回光束的光强度来拍摄被检体的平面图像和断层图像。特别地，将来自光源的光束分割成测量光束和参考光束，并且组合由照射至被检体的测量光束所形成的返回光束和在参考光路中行进的参考光束以使其相互干涉，然后基于通过干涉所形成的干涉信号的强度来提供被检体的断层图像。此时，傅立叶域系统的OCT设备被配置成使得合成具有不同聚焦位置的多个断层图像，以形成单个断层图像，从而不管被检眼的屈光度如何，都可以提供良好的断层图像。
首先参考图1具体说明本典型实施例的OCT设备的光学系统的示意性整体结构。如图1所示，本典型实施例的OCT设备100整体上是Michelson干涉系统。在图1中，通过分束器103将从光源101发射的光束分成参考光束105和测量光束106。被检眼107作为要观察的对象反射或散射测量光束106，从而形成返回光束108，其中，返回光束108返回，并且通过分束器103将返回光束108与参考光束105组合。在将返回光束108和参考光束105组合之后，通过透射光栅141将参考光束105和返回光束108色散成各自的波长成分，并且将其投射至行照相机(line camera)139上。行照相机139针对各位置(波长)将光强度转换成电压，并且使用这些信号来形成被检眼107的断层图像。另外，通过分束器158-3将返回光束108中的一部分投射至检测器138。检测器138将光强度转换成电压，并且使用这些信号来形成被检眼107的平面图像。在本典型实施例中，整个光学系统主要适于使用利用透镜的折射光学系统，但是，也可适于使用利用球面镜代替透镜的反射光学系统。此外，该光学系统的一部分可以适于使用光纤。
接着详细说明光源101。光源101是作为代表性的低相干光源的超发光二极管(SLD)。波长为830nm，并且带宽为50nm。这里，由于带宽影响所获得的断层图像在光轴方向上的分辨率，所以是重要参数。另外，这里所选择的光源的类型是SLD，但是可以是可发射低相干光的任意类型，并且可以使用放大自发辐射光源(ASE)等。此外，考虑对眼睛的测量，近红外光是适用的波长。此外，由于波长影响所获得的断层图像在横向上的分辨率，所以希望波长尽可能地短，并且在此选择830nm作为波长。可以根据被检体的要测量的位置来选择其它波长。从光源101发射的光束通过单模光纤110，并且被引导至透镜111，并被调节成具有2mm光束直径的准直光束。
接着说明参考光束105的光路。将通过分束器103分割出的参考光束105投射至镜114-2上以转动其方向，投射至镜114-1上并且通过镜114-1进行反射，然后参考光束105向分束器103返回。接着，参考光束105穿过分束器103，并且被引导至行照相机139。这里，针对在测量光束106行进到被检眼107并从被检眼107返回时所产生的色散，色散补偿玻璃补偿参考光束105。这里假定设置日本人眼球的平均直径的代表值L1＝23mm。此外，电动台117-1可以在箭头所示的方向上移动，并且可以调节和控制参考光束105的光路长度。另外，可以通过个人计算机125高速控制电动台117-1。
接着说明测量光束106的光路。通过分束器103分割出的测量光束106穿过分束器158-3和158-1、以及透镜120-3和120-4，并且被投射在XY扫描器119的镜上。这里为了简化，将XY扫描器119示出为一个镜，但是XY扫描器119中实际上具有相互靠近配置的两个镜，即用于X扫描的镜和用于Y扫描的镜，并且以光栅扫描模式在与光轴垂直的方向上扫描视网膜127。另外，将测量光束106的中心调节成与XY扫描器119的镜的转动中心一致。透镜120-1和120-2形成用于扫描视网膜127的光学系统，并且在使用角膜126附近作为光学系统的光瞳、利用测量光束106扫描视网膜127时发挥作用。这里，透镜120-1和120-2的焦距分别为50mm和40mm。这里，测量光束106具有2mm的光束直径，并且在被检眼107中具有约250μm的焦深。可以将光束直径放大更多以获取具有更高分辨率的断层图像。然而，由于焦深与光束直径的平方成反比，所以光学调节变得困难。此外，电动台117-2可以在箭头所示的方向上移动，并且调节和控制作为安装至电动台117-2的调焦透镜的透镜120-2的位置。通过调节透镜120-2的位置，可以使测量光束106聚焦于被检眼107的视网膜127中的预定层，并且可以进行观察。此外，可以处理被检眼107具有折射误差的情况。当将测量光束106投射进被检眼107中时，通过视网膜127反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，通过分束器103反射返回光束108，并且将返回光束108引导至行照相机139。另外，通过分束器158-3反射返回光束108的一部分，并且通过透镜120-5将该返回光束108的一部分引导至检测器138。这里，遮光板172具有针孔，并且发挥遮挡返回光束108中的不必要的光束，即没有聚焦于视网膜127的光束的作用。另外，将遮光板172的针孔配置成与透镜120-5的聚焦位置共轭。另外，针孔的直径为例如50μm。所使用的检测器138是例如作为高速高灵敏度的光学传感器的雪崩光电二极管(APD)。这里，作为本实施例的特征，可以通过个人计算机125控制电动台117-2。
另外，将由分束器158-1分割出的返回光束108的一部分投射在波前传感器155(作为本实施例的像差检测装置)上，并且测量返回光束108的像差。波前传感器155与个人计算机125电连接。配置透镜120-1、120-2、120-3和120-4，从而使得角膜126、XY扫描器119和波前传感器155变成相互近似光学共轭，并且可以通过波前传感器155测量被检眼107中的像差。此外，基于所获得的像差调节和控制透镜120-2的位置，从而使得可以使测量光束106聚焦于视网膜127中的预定层。这里，所使用的透镜120-2是球面透镜，但是可以根据被检眼107中的像差(折射误差)，针对透镜120-2使用柱面透镜。另外，可以向测量光束106的光路添加其它透镜。柱面透镜可以有效校正泽尼克(Zernike)多项式的散光，并且在被检眼107散光的情况下也是有效的。
接着说明本典型实施例的OCT设备中的测量系统的结构。OCT设备100可以提供由通过Mickelson干涉系统生成的干涉信号的强度所形成的断层图像(OCT图像)。说明该测量系统。通过分束器103反射由通过视网膜127反射或散射的光束所形成的返回光束108的一部分。这里，调节参考光束105和返回光束108以在分束器103的后面相互组合它们。然后，通过透射光栅141将组合光束142色散成各自的波长成分，通过透镜135会聚这些波长成分，并且通过行照相机139针对各位置(波长)将光强度转换成电压。具体地，将在行照相机139上观察到波长轴上的光谱区域中的干涉图案。
通过帧捕获器140将所获得的电压信号组转换成数字值，通过个人计算机125对该数字值进行数据处理以形成断层图像。在本典型实施例中，行照相机139具有1024个像素，并且可以针对各波长(1024分割)提供组合光束142的强度。另外，OCT设备100可以提供由返回光束108的强度所形成的平面图像(SLO图像)。然后说明用于此目的的测量系统。通过分束器158-3反射通过视网膜127反射或散射的返回光束108的一部分。在通过遮光板172阻挡反射光束中的不必要的光束之后，反射光束到达检测器138，并且将光强度转换成电信号。所获得的电信号是通过个人计算机125与扫描信号同步处理以形成平面图像的数据。另外，将通过分束器158-1分割出的返回光束108的一部分投射在波前传感器155上，并且测量返回光束108的像差。波前传感器155是Shack-Hartmann系统的波前传感器。以泽尼克多项式表示所获得的像差，该像差表示被检眼107的像差。泽尼克多项式包括倾斜、散焦、散光、彗星像差、三叶草像差等的项。
接着说明用于使用OCT设备获取断层图像的方法。OCT设备100控制XY扫描器119，从而使得行照相机139获取干涉图案，从而可以提供视网膜127的断层图像(参考图1)。这里，参考图2A、2B和2C说明用于获取视网膜127的断层图像(与光轴平行的平面)的方法。图2A是被检眼107的示意图，并且示出通过OCT设备100观察被检眼107的状况。如图2A所示，当通过角膜126将测量光束106投射至视网膜127时，在各种位置反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，返回光束108在存在各位置处的时间延迟的情况下到达行照相机139。这里，如果光源101具有宽带宽和短相干长度，因此参考光路的光路长度约等于测量光路的光路长度，则行照相机139可以检测到干涉图案。如上所述，通过行照相机139所获取的是波长轴上的光谱区域中的干涉图案。接着，考虑行照相机139和透射光栅141的特性，将作为波长轴上的信息的干涉图案转换成光频轴上的干涉图案。此外，对转换后的光频轴上的干涉图案进行逆傅立叶变换，从而可以提供深度方向上的信息。
此外，如图2B所示，通过在驱动XY扫描器119的X轴的同时检测干涉图案，可以针对各X轴的各位置提供干涉图案，也就是说，可以提供深度方向上各X轴的各位置的信息。结果，可以提供返回光束108的强度在XZ平面上的二维分布，也就是断层图像132(参考图2C)。最初，如上所述，断层图像132是配置返回光束108的强度的阵列，并且，例如，以灰度级显示强度。在图2C中，仅显示所获得的断层图像的边界来进行强调。附图标记146示出视网膜色素上皮，并且附图标记147示出视神经纤维层。接着说明用于使用OCT设备获取平面图像的方法。OCT设备100控制XY扫描器119，以使得检测器138检测返回光束108的强度，从而可以提供视网膜127的平面图像(参考图1)。这里，参考图2A和2B说明用于获取视网膜127的平面图像(与光轴垂直的平面)的方法。图2A是被检眼107的示意图，并且示出通过OCT设备100观察被检眼107的状况。如图2A所示，当通过角膜126将测量光束106投射至视网膜127上时，在各种位置处反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，返回光束108到达检测器138。此外，如图2B所示，通过在驱动XY扫描器119的X轴的同时检测返回光束108的强度，可以提供各X轴的各位置的信息。此外，通过在驱动XY扫描器119的Y轴的同时检测返回光束108的强度，可以提供返回光束108的强度在XY平面上的二维分布，也就是平面图像。
接着参考图1、3A、3B、3C、3D、3E和4说明作为本实施例的特征的、用于使用OCT设备获取断层图像的过程。这里将说明用于获取断层图像的过程，但是，相同的过程也可用于获取平面图像。这里，如图1所示，OCT设备100基于由波前传感器155所获得的被检眼107的像差，使用电动台117-2来控制透镜120-2的位置。根据此，获取多个断层图像，并且相互合成这些断层图像，从而可以提供断层图像。这里，说明获取两个断层图像的情况，但是要获取的断层图像的数量可以是任意数字。特别地，如果测量光束106的光束直径大，则测量光束106的焦深变短，因此获取并合成许多断层图像是有效的。
图3A、3B、3C、3D和3E示出OCT设备100用于获取断层图像的过程。这里，如图3A、3B、3C、3D和3E所示，采用用于获取要检查的近视眼107中的视网膜127的断层图像的装置。当然，如果被检眼107是远视的或者散光的，也可以采用相同的装置。用于获取断层图像的方法是例如依次连续执行下面的步骤(1)～(6)。可选地，这些步骤可以适当返回。图4是示出用于获取如上所述的断层图像的过程的流程图。
(1)在步骤1(图4中的S11)，在使被检眼107注视固视灯156(固视目标)时，将测量光束106照射至被检眼107。这里，调节透镜120-2的位置，以使得测量光束106在保持准直光束的同时照射至被检眼107(参考图3A)。然后，在步骤2(图4中的S12)，通过波前传感器155测量返回光束108，从而获得返回光束108的像差(第一步骤)。
(2)在步骤3(图4中的S13)，通过个人计算机125将所获得的像差转换成泽尼克多项式，并且将其散焦成分记录在存储器中(第二步骤)。这表示被检眼107的屈光度。
(3)在步骤4(图4中的S14)，使用电动台117-2调节透镜120-2的位置，以使得最小化散焦成分(第三步骤)。这里，使测量光束106保持聚焦于视网膜色素上皮127(未示出)附近(参考图3B)。例如，如果被检眼107的屈光度是-5D，则将透镜120-2的位置向透镜120-1侧移动8mm。
(4)在步骤5(图4中的S15)，通过在驱动XY扫描器119的X轴的同时利用行传感器(line sensor)139检测干涉图案，来获得第一断层图像157-1(XZ平面)(参考图3C)。这里，断层图像157中的虚线示意性示出横向分辨率和对比度低。也就是说，虚线示出在视网膜色素上皮146附近良好地拍摄了断层图像157-1。
(5)在步骤6(图4中的S16)，使用个人计算机125控制电动台117-2以调节透镜120-2的位置，从而使得测量光束106聚焦于视神经纤维层147附近(第五步骤)。这里，基于在步骤(2)中所检测到的被检眼107的屈光度，来确定透镜120-2的位移大小。然后，在步骤7(图4中的S17)，与上述步骤(4)相同，获得第二断层图像157-2(参考图3D)。
(6)在步骤8(图4中的S18)，相互合成第一断层图像157-1和第二断层图像157-2以获得断层图像132(参考图3E)。这里，断层图像132在整个测量区域中示出良好的分辨率和良好的对比度。
如上所述，通过采用用于基于像差来调节调焦透镜的焦点调节装置，可以调节调焦透镜以使得测量被检体本身中所包含的像差，并且可以校正该像差。结果，可以以高横向分辨率和高测量灵敏度来提供平面图像和断层图像。另外，可以量化聚焦状态，因而可以容易地调节调焦透镜，因此可以容易地进行摄像之前的调节。另外，可以基于散焦成分来调节调焦透镜。注意，在上述过程中描述了基于散焦成分的情况，但是还可以采用以下过程：基于散焦成分和散光成分中的至少任意一个来调节调焦透镜。这在针对调焦透镜使用柱面透镜时尤其有效。结果，即使在被检眼是近视的、远视的或散光的情况下，也可以适当调节调焦透镜。另外，可以提供使作为被检体的被检眼注视的固视目标，从而可以提供没有模糊的断层图像。另外，可以提供一种结构，在该结构中，通过合成具有不同聚焦位置的多个断层图像来获得单个断层图像，从而可以提供在光轴方向上的宽范围中具有高横向分辨率的断层图像。
第二典型实施例
第二典型实施例说明应用本发明的OCT设备。这里，特别说明用于以高横向分辨率拍摄被检眼的断层图像(OCT图像)的OCT设备。本典型实施例提供一种傅立叶域系统的OCT设备，该OCT设备通过利用可变形镜(作为本实施例的像差校正装置)校正在被检眼中所生成的测量光束或返回光束的像差来获取断层图像，并且该OCT设备被配置成使得可以提供良好的断层图像，而不管被检眼的屈光度和/或像差如何。参考图5，首先说明本典型实施例的OCT设备的光学系统的整体示意性结构。在图5中，以相同附图标记表示与图1中第一典型实施例的组件相同的组件，并且省略对共同部分的说明。在图5中，附图标记131表示光耦合器，并且附图标记135-1、135-2、135-3、135-4、135-5、135-6、135-7、135-8、135-9和135-10表示透镜。附图标记130-1、130-2、130-3和130-4表示单模光纤，并且附图标记153-1、153-2、153-3和153-4表示偏振控制器。附图标记159表示可变形镜。
本典型实施例的OCT设备100整体上是Michelson干涉系统，如图5所示。在图5中，从光源101发射的光束穿过光纤130-1，并且通过光耦合器131以90∶10的比被分割成参考光束105和测量光束106。经由光纤130-4、可变形镜159、XY扫描器119等将测量光束106引导至作为要观察的对象的被检眼107。此外，通过被检眼107反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，返回光束108返回并通过光耦合器131将返回光束108与参考光束105组合。参考光束105和返回光束108在被组合之后，被投射至行照相机139上，并且使用所获得的光强度来形成被检眼107的断层图像。
接着详细说明光源101。光源101是作为代表性的低相干光源的超发光二极管(SLD)，并且与第一典型实施例的光源101相同，因此省略对其的说明。从光源101发射的光束穿过单模光纤130-1，并被引导至光耦合器131并以90∶10的比被分割成分别为参考光束105和测量光束106的光束。
接着说明参考光束105的光路。通过光耦合器131分割出的参考光束105穿过单模光纤130-2，并且被引导至透镜135-1并被调节成具有2mm光束直径的准直光束。接着，通过镜114-2和114-3将参考光束105引导至作为参考镜的镜114-1。接着通过镜114-1反射参考光束105，并且将参考光束105引导回光耦合器131。这里，针对测量光束106经由透镜135-4、135-5、135-6、135-7、135-8、135-9和135-10行进至被检眼107并从被检眼107返回时所产生的色散，参考光束105所穿过的色散补偿玻璃115补偿参考光束105。色散补偿玻璃115具有长度L2，这里设置为L2＝50mm。此外，电动台117-1可以在箭头所示的方向上移动，并且调节和控制参考光束105的光路长度。另外，通过个人计算机125控制电动台117-1。
接着说明测量光束106的光路。通过光耦合器131分割出的测量光束106穿过单模光纤130-4，并且被引导至透镜135-4并被调节成具有2mm光束直径的准直光束。测量光束106穿过分束器158-2以及透镜135-5和135-6，并且被投射至可变形镜159上。这里，可变形镜159是通过基于由波前传感器155所检测到的像差，根据需要改变其镜形状来校正测量光束106和返回光束108的像差的镜装置。在本实施例中，使用可变形镜作为用于校正像差的装置，但是，该装置可以是能够校正像差的任意装置，并且可以使用利用液晶的空间光调制器等。接着，测量光束106穿过透镜135-7和135-8，并且被投射至XY扫描器119的镜上。在本实施例中，为了简化，将XY扫描器119示出为一个镜，但是XY扫描器119中实际上具有相互靠近配置的两个镜，即用于X扫描的镜和用于Y扫描的镜，并且以光栅扫描模式在与光轴垂直的方向上扫描视网膜127。另外，将测量光束106的中心调节成与XY扫描器119的镜的转动中心一致。透镜135-9和135-10形成用于扫描视网膜127的光学系统，并且在使用角膜126附近作为光学系统的瞳孔、利用测量光束106扫描视网膜127时发挥作用。在本实施例中，透镜135-9和135-10的焦距分别为50mm和40mm。另外，电动台117-2可以在箭头所示的方向上移动，并且调节和控制所安装的透镜135-10的位置。通过调节透镜135-10的位置，可以使测量光束106聚焦于被检眼107的视网膜127中的预定层上，从而可以进行观察。另外，可以处理被检眼107具有折射误差的情况。当将测量光束106投射至被检眼107中时，通过视网膜127反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，再次通过光耦合器131引导返回光束108以到达行照相机139。作为本典型实施例的特征，可以通过个人计算机125控制电动台117-2。
另外，将通过分束器158-2分割出的返回光束108的一部分投射至波前传感器155上，并且测量返回光束108的像差。波前传感器155与个人计算机125电连接。通过使用个人计算机125以泽尼克多项式来表示所获得的像差，其中，该像差示出被检眼107中所包含的像差。以泽尼克多项式表示所获得的像差。此外，通过使用电动台117-2来控制透镜135-10的位置，以使得可以校正泽尼克多项式中的散焦成分。作为本典型实施例的特征，可以通过控制可变形镜159的表面的形状来校正除散焦成分以外的成分。这里，配置透镜135-5、135-6、135-7、135-8、135-9和135-10，以使得角膜126、XY扫描器119、波前传感器155和可变形镜159变成相互光学共轭，从而波前传感器155可以测量被检眼107中所包含的像差。这里，所使用的透镜135-10是球面透镜，但是，可以根据被检眼107中的像差(折射误差)，针对透镜135-10使用柱面透镜。另外，可以向测量光束106的光路添加其它透镜。柱面透镜可以有效地校正泽尼克多项式中的散光，并且在被检眼107是散光的情况下也是有效的。此外，基于所获得的像差来调节和控制透镜135-10的位置，并且使测量光束106保持聚焦于视网膜127中的预定层上，然后控制可变形镜159的表面的形状。这样校正被检眼107中所产生的像差，从而可以提供更高横向分辨率的断层图像。
接着说明本典型实施例的OCT设备中的测量系统的结构。OCT设备100可以提供由通过Mickelson干涉系统生成的干涉信号的强度所形成的断层图像(OCT图像)。将说明该测量系统。通过光耦合器131将作为通过视网膜127反射或散射的光束的返回光束108与参考光束105组合。然后，组合光束142穿过光纤130-3和透镜135-2，并且被投射至透射光栅141。另外，通过透射光栅141将组合光束142色散成它的波长成分，通过透镜135-3会聚这些波长成分，并且通过行照相机139针对各位置(波长)将光强度转换成电压。具体地，将在行照相机139上观察到波长轴上的光谱区域中的干涉图案。
通过帧捕获器140将所获得的电压信号组转换成数字值，其中，通过个人计算机125对该数字值进行数据处理，以形成断层图像。这里，行照相机139具有1024个像素，并且可以针对各波长(1024分割)提供组合光束142的强度。另外，将通过分束器158-2分割出的返回光束108的一部分投射至波前传感器155，并且测量返回光束108的像差。波前传感器155是Shack-Hartmann系统的传感器。以泽尼克多项式表示所获得的像差，该像差表示被检眼107的像差。泽尼克多项式包括倾斜、散焦、散光、彗星像差、三叶草像差等的项。注意，用于使用OCT设备获取断层图像的方法与第一典型实施例的相同，并且省略对其的说明。OCT设备100可以通过控制XY扫描器119、并使用行照相机139获取干涉图案，提供视网膜127的断层图像。
接着参考图5、6A、6B、6C、6D、6E和7说明作为本实施例的特征的、用于使用OCT设备获取断层图像的过程。这里，在OCT设备100中，通过基于由波前传感器155所检测到的被检眼107中的像差控制可变形镜159的表面的形状，来校正在被检眼107中所生成的测量光束或返回光束的像差，从而可以提供更高横向分辨率的断层图像。此外，使用可变形镜159保持校正像差，并且使用电动台117-2控制透镜135-10的位置，这样获取两个断层图像并且相互合成它们，从而可以提供高横向分辨率的断层图像(参考图5)。在本实施例中，获取两个断层图像，但是要获取的断层图像的数量可以是任意数字。特别地，如果测量光束的光束直径大，则测量光束106的焦深变短，因此获取和合成许多断层图像是有效的。
图6A、6B、6C、6D和6E示出OCT设备100用于获取断层图像的过程。这里，说明用于获取近视的被检眼107的视网膜127的断层图像的装置。例如，用于获取断层图像的方法是依次连续执行下面的步骤(1)～(7)。可选地，这些步骤可以适当返回。另外，可以将该方法配置成使用计算机等自动执行以下步骤。图7是示出用于获取上述断层图像的过程的流程图。
(1)在步骤1(图7中的S21)，在使被检眼107注视固视灯156时，将测量光束106照射至被检眼107。在本实施例中，调节透镜135-10的位置，以使得在保持为准直光束的同时，将测量光束106照射至被检眼107(参考图6A)。测量光束106的光束直径是2mm，并且在被检眼107中，焦深约为250μm。然后，在步骤2(图7中的S22)，通过波前传感器155测量返回光束108，并且在步骤3(图7中的S23)，获得返回光束108的像差(第一步骤)。
(2)通过个人计算机125将所获得的像差转换成泽尼克多项式，并且将其散焦成分记录在存储器中(第二步骤)。这表示被检眼107的屈光度。
(3)在步骤4(图7中的S24)，使用电动台117-2调节透镜135-10的位置，从而使得最小化散焦成分(第三步骤)。这里，使测量光束106保持聚焦于视网膜色素上皮127(未示出)附近(参考图6B)。
(4)在步骤5(图7中的S25)，通过波前传感器155测量返回光束108以获得被检眼107的像差。在步骤6(图7中的S26)，控制可变形镜159的表面的形状以使得最小化所获得的像差(第四步骤)。在本实施例中，为了最小化像差，通过使用波前传感器155、可变形镜159和个人计算机125的反馈控制实时控制可变形镜159的表面的形状。这里，可以在不考虑像差的散焦成分和色散成分中的一个的情况下进行该反馈控制，从而实现高速控制。
(5)在步骤7(图7中的S27)，通过在驱动XY扫描器119的X轴的同时利用行传感器139检测干涉图案，来获得第一断层图像157-1(XZ平面)(参考图6C)。这里，断层图像157中的虚线示意性示出横向分辨率和对比度低。也就是说，虚线示出在视网膜色素上皮146附近良好地拍摄了断层图像157-1。
(6)在步骤8(图7中的S28)，使用个人计算机125控制电动台117-2以调节透镜135-10的位置，以使得测量光束106聚焦于视神经纤维层147附近(第五步骤)。这里，基于在步骤(2)中所测量得到的、被检眼107的屈光度来确定透镜135-10的位移大小。然后在步骤9(图7中的S29)，与上述步骤(4)相同，获得第二断层图像157-2(参考图6D)。
(7)在步骤10(图7中的S30)，相互合成第一断层图像157-1和第二断层图像157-2以获得断层图像132(参考图6E)。在本实施例中，断层图像132在整个测量区域中示出良好的分辨率和良好的对比度。此外，在本典型实施例中，因为校正了被检眼107中的像差，所以与第一典型实施例相比，可以提供具有高分辨率和高对比度的断层图像。
第三典型实施例
第三典型实施例说明应用本发明的OCT设备。在本实施例中，特别说明以高横向分辨率拍摄被检眼的断层图像(OCT图像)的OCT设备。本典型实施例提供用于通过使用可变形镜(作为本实施例的校正装置)校正被检眼中的像差来获取断层图像的傅立叶域系统的OCT设备，并且该OCT设备被配置成不管被检眼的屈光度和/或像差如何，都可以提供良好的断层图像。在本典型实施例中，整个光学系统包括主要使用球面镜的反射光学系统。参考图8，首先说明本典型实施例的OCT设备的光学系统的整个示意性结构。在图8中，以相同附图标记表示与图5中的第二典型实施例的组件相同的组件，并且省略对共同部分的说明。在图8中，以附图标记114-2、114-3、114-4和114-5表示镜，并且以附图标记160-1、160-2、160-3、160-4、160-5、160-6、160-7、160-8和160-9表示球面镜。
本典型实施例的OCT设备100在整体上是Michelson干涉系统，如图8所示。在图8中，从光源101发射的光束穿过光纤130-1，并且通过光耦合器131以90∶10的比将其分割成参考光束105和测量光束106。经由光纤130-4、球面镜160-1、160-2、160-3、160-4、160-5、160-6、160-7、160-8和160-9、可变形镜159、XY扫描器119等将测量光束106引导至作为要观察的对象的被检眼107。此外，在被检眼107处反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，返回光束108返回，并且通过光耦合器131将返回光束108与参考光束105组合。在将返回光束108和参考光束105组合之后，将参考光束105和返回光束108投射至行照相机139，并且使用所获得的光强度形成被检眼107的断层图像。
接着详细说明光源101。光源101是作为代表性的低相干光源的超发光二极管(SLD)，并且与第一典型实施例的光源101相同，因此省略对其的说明。从光源101发射的光束穿过单模光纤130-1，并且被引导至光耦合器131，并且以90∶10的比被分割成分别为参考光束105和测量光束106的光束。
接着说明参考光束105的光路。通过光耦合器131分割出的参考光束105穿过单模光纤130-2，并且被引导至透镜135-1并被调节成具有2mm光束直径的准直光束。接着，经由镜114-2、114-3、114-4和114-5将参考光束105引导至作为参考镜的镜114-1。接着，通过镜114-1反射参考光束105，并且将参考光束105引导回光耦合器131。针对测量光束106行进至被检眼107并且从被检眼107返回时所产生的色散，参考光束105所穿过的色散补偿玻璃115补偿参考光束105。色散补偿玻璃115具有长度L3，并且在本实施例中，将其设置为L3＝40mm。此外，电动台117-1可以在箭头所示的方向上移动，并且调节和控制参考光束105的光路长度。另外，可以通过个人计算机125控制电动台117-1。另外，参考光束105的光路长度近似等于下述的测量光束106的光路长度。因此，与第二典型实施例相比，参考光束105的光路长度较长。
接着说明测量光束106的光路。通过光耦合器131分割出的测量光束106穿过单模光纤130-4，并且被引导至透镜135-4并被调节成具有2mm光束直径的准直光束。通过分束器158-1以及球面镜160-1和160-2将测量光束106投射至可变形镜159上。这里，可变形镜159是用于通过基于由波前传感器155所检测到的像差，根据需要改变其镜形状来校正测量光束106和返回光束108的像差的镜装置。这里，使用可变形镜作为用于校正像差的装置，但是该装置可以是能够校正像差的任意装置，并且还可以使用利用液晶的空间光调制器等。接着，测量光束106通过球面镜160-3、160-4、160-5和160-6，并且被投射在XY扫描器119的镜上。在本实施例中，为了简化，将XY扫描器119示出为一个镜，但是XY扫描器119中实际上具有相互靠近配置的两个镜，即用于X扫描的镜和用于Y扫描的镜，并且以光栅扫描模式在与光轴垂直的方向上扫描视网膜127。另外，将测量光束106的中心调节成与XY扫描器119的镜的转动中心一致。球面镜160-7、160-8和160-9形成用于扫描视网膜127的光学系统，并且在使用角膜126附近作为光学系统的光瞳、利用测量光束106扫描视网膜127时发挥作用。电动台117-2可以在箭头所示的方向上移动，并且调节和控制所安装的球面镜160-8的位置。通过调节球面镜160-8的位置，可以使测量光束106聚焦于被检眼107的视网膜127中的预定层上，从而可以进行该预定层的观察。另外，可以处理被检眼107具有折射误差的情况。当将测量光束106投射进被检眼107中时，通过视网膜127反射或散射测量光束106以形成返回光束108，其中，再次通过光耦合器131引导返回光束108以到达行照相机139。作为本实施例的特征，可以通过个人计算机125控制电动台117-2。
另外，将通过分束器158-1分割出的返回光束108的一部分投射至波前传感器155，并且测量返回光束108的像差。波前传感器155与个人计算机125电连接。通过使用个人计算机125以泽尼克多项式表示所获得的像差，该像差示出被检眼107中所包含的像差。作为本实施例的特征，以泽尼克多项式来表示所获得的像差。此外，可以通过使用电动台117-2控制球面镜160-8的位置，来校正泽尼克多项式中的散焦成分。作为本实施例的特征，可以通过控制可变形镜159的表面的形状，来校正除散焦成分以外的成分。在本实施例中，配置球面镜160-1、160-2、160-3、160-4、160-5、160-6、160-7、160-8和160-9，以使得角膜126、XY扫描器119、波前传感器155和可变形镜159变成相互光学共轭，从而波前传感器155可以测量被检眼107中包含的像差。此外，基于所获得的像差来调节和控制球面镜160-8的位置，并且使测量光束106保持聚焦于视网膜127中的预定层上，然后控制可变形镜159的表面的形状。因此，校正被检眼107中产生的像差，从而可以提供更高横向分辨率的断层图像。
通过光耦合器131相互组合上述参考光束105和返回光束108，并且还以90∶10的比分割组合光束142。然后，通过透射光栅141将组合光束142色散成组合光束142的波长成分，通过透镜135-3会聚这些波长成分，并且通过行照相机139针对各位置(波长)将光强度转换成电压。具体地，将在行照相机139上观察到波长轴上光谱区域中的干涉图案。通过帧捕获器140将所获得的电压信号组转换成数字值，其中，通过个人计算机125对该数字值进行数据处理，以形成断层图像的数据。在本实施例中，行照相机139具有1024个像素，并且可以针对各波长(1024分割)提供组合光束142的强度。
接着说明本典型实施例的OCT设备的测量系统的结构。OCT设备100可以提供由通过Mickelson干涉系统生成的干涉信号的强度所形成的断层图像(OCT图像)。该测量系统与第二典型实施例的相同，并且省略对其的说明。
接着说明作为本实施例的特征的、用于使用OCT设备获取断层图像的方法。用于测量断层图像的方法与第二典型实施例的相同，并且省略对其的说明。然而，这里，代替第二典型实施例中的透镜135-10，使用球面镜160-8来调节测量光束106的聚焦位置。
其它实施例
还可以利用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)和通过下面的方法实现本发明的各方面，其中，利用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。为此，例如，通过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。
尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局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5月8日提交的日本专利申请2009-113818和2010年3月3日提交的日本专利申请2010-047052的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (12)

1.一种光学摄像设备，所述光学摄像设备用于基于组合光束来获取被检体的断层图像，在所述组合光束中，组合由照射至所述被检体的测量光束所形成的返回光束和与所述测量光束相对应的参考光束，所述光学摄像设备包括：
透镜，用于使所述测量光束聚焦于所述被检体；
像差测量部件，用于测量所述返回光束的像差；以及
焦点调节部件，用于基于所测量得到的像差来调节所述透镜以将所述透镜的聚焦位置调节至不同的深度位置处，
其特征在于，所述光学摄像设备还包括：
获取部件，用于获取与不同的深度位置处的聚焦位置相对应的多个断层图像；以及
生成部件，用于基于在深度方向上具有相互不同的聚焦位置的所述多个断层图像来生成断层图像。
2.根据权利要求1所述的光学摄像设备，其特征在于，
所述焦点调节部件基于表示所述像差的泽尼克多项式中散焦成分和散光成分中的至少任意一个来调节所述透镜。
3.根据权利要求2所述的光学摄像设备，其特征在于，
所述透镜包括球面透镜，以及所述光学摄像设备还包括柱面透镜，以及
所述焦点调节部件基于所述散焦成分来调节所述球面透镜，并且在调节所述球面透镜之后基于所述散光成分来调节所述柱面透镜。
4.根据权利要求2或3所述的光学摄像设备，其特征在于，还包括：
像差校正部件，用于在所述焦点调节部件调节了所述透镜之后，基于除所述散焦成分和所述散光成分中的至少任意一个以外的像差，来校正所述测量光束和所述返回光束中的至少任意一个的像差。
5.根据权利要求1所述的光学摄像设备，其特征在于，所述被检体是被检眼，所述光学摄像设备还包括：
固视目标，使所述被检眼注视所述固视目标，其中，
所述焦点调节部件在光轴方向上调节所述透镜的位置，以及
所述获取部件在所述位置处获取所述多个断层图像中的一个断层图像。
6.根据权利要求1所述的光学摄像设备，其特征在于，还包括：
用于将来自光源的光束分成所述测量光束和所述参考光束的部件；
用于组合由照射至所述被检体的所述测量光束所形成的所述返回光束和在参考光路中行进的所述参考光束以相互干涉的部件；以及
用于检测通过所述干涉所生成的干涉信号的强度的部件。
7.根据权利要求2所述的光学摄像设备，其特征在于，还包括：
柱面透镜；
其中，所述焦点调节部件基于所述散光成分来调节所述柱面透镜。
8.一种基于组合光束来获取被检体的断层图像的方法，在所述组合光束中，组合由照射至所述被检体的测量光束所形成的返回光束和与所述测量光束相对应的参考光束，所述方法包括：
测量所述返回光束的像差；
基于所测量得到的像差来调节透镜以将所述透镜的聚焦位置调节至不同的深度位置处，其中所述透镜使所述测量光束聚焦于所述被检体；
其特征在于，所述方法还包括：
获取与不同的深度位置处的聚焦位置相对应的多个断层图像；以及
基于在深度方向上具有相互不同的聚焦位置的所述多个断层图像来生成断层图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述透镜的调节基于表示所述像差的泽尼克多项式中散焦成分和散光成分中的至少任意一个。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述透镜包括球面透镜，以及
所述球面透镜的调节基于所述散焦成分，所述方法还包括：
在调节所述球面透镜之后基于所述散光成分来调节柱面透镜。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，还包括：
在调节所述透镜之后，基于所述散焦成分和所述散光成分中的一个来校正所述测量光束和所述返回光束中的一个的像差。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
在光轴方向上调节所述透镜的位置，以及
在所述位置处获取所述多个断层图像中的一个断层图像。
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