JP2007007297A - Method of measuring object to be examined and ophthalmological device using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical coherence tomography)を用いて被検物体(位相物体)の光学断層像撮影や光学表面プロファイルを測定を行うための測定方法及び該方法を備えた測定装置に関し、さらに詳しくは被検眼の光学断層撮影や光学表面プロファイルを測定する眼科装置に関する。 The present invention relates to a measurement method for measuring optical tomographic imaging and optical surface profile of a test object (phase object) using optical coherence tomography (OCT), and a measurement apparatus equipped with the method, More particularly, the present invention relates to an ophthalmologic apparatus for measuring optical tomography and an optical surface profile of an eye to be examined.
従来、スペクトル干渉を用いた光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical coherence tomography)にて被検眼の光学断層像撮影や光学表面プロファイルを測定する装置が知られている。このような装置は参照ミラーを駆動させないため、スペクトル干渉を用いない通常のOCT装置に比べて高速測定が可能である。このようなスペクトル干渉を用いたOCT装置は、スペクトロメータ部によって周波数成分に分光された光束の干渉信号をフーリエ変換することによって被検物体の奥行方向の情報を得ることにより被検物体の断層像を形成する装置が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、このようなスペクトル干渉を用いたOCT装置においては、得られる受光信号にノイズ成分となる自己相関信号が含まれており、このような自己相関信号の影響によってシャープな画像を得ることが難しい。
上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な構成で、受光信号に含まれる自己相関信号を除くことができ、シャープな画像を得ることができるスペクトル干渉を用いた被検物体の測定方法、及び該方法を用いた眼科装置を提供することを技術課題とする。
However, in such an OCT apparatus using spectral interference, the obtained light reception signal includes an autocorrelation signal as a noise component, and it is difficult to obtain a sharp image due to the influence of such an autocorrelation signal. .
In view of the above-mentioned problems of the prior art, with a simple configuration, the autocorrelation signal included in the received light signal can be removed, and a measurement method of the object to be measured using spectral interference that can obtain a sharp image, and An object of the present invention is to provide an ophthalmologic apparatus using the method.
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
(1) 低コヒーレント長の光の一部を被検物体に照射して反射光を物体光とするとともに前記低コヒーレント長の光の一部を参照光として前記物体光と合成して干渉させ,得られた干渉光を所定の周波数成分に分光して受光して受光信号を得るとともに、該受光信号をフーリエ変換又は逆フーリエ変換して位相物体の断層像撮影または光学表面プロファイルの測定を行う被検物体の測定方法において、前記低コヒーレント長の光のパワースペクトルを予め求めておき、前記受光信号に含まれる参照光の自己相関関数を,予め求めたパワースペクトルに基づいて除しておき、前記参照光の自己相関信号が取り除かれた前記受光信号に対してフーリエ変換又は逆フーリエ変換することにより被検物体の画像情報を得ることを特徴とする。
(2) (1)の被検物体測定方法において、前記パワースペクトルは前記低コヒーレント長の光を定量的に測定した結果に基づいて求められるコヒーレント関数を逆フーリエ変換することにより求められることを特徴とする。
(3) (1)の被検物体測定方法において、前記パワースペクトルは前記参照光のみを受光することにより求められることを特徴とする。
(4) 低コヒーレント長の光の一部を被検物体に照射して反射光を物体光とするとともに前記低コヒーレント長の光の一部を参照光として前記物体光と合成して干渉させ,得られた干渉光を所定の周波数成分に分光して受光して受光信号を得るとともに、該受光信号をフーリエ変換又は逆フーリエ変換して位相物体の断層像撮影を行う眼科装置は、(1)〜(3)の測定方法を用いることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) A part of light having a low coherent length is irradiated on a test object to make reflected light as object light, and a part of the light having low coherent length is combined with the object light as reference light to cause interference. The obtained interference light is dispersed into a predetermined frequency component and received to obtain a received light signal, and the received light signal is subjected to Fourier transform or inverse Fourier transform to perform tomographic imaging of a phase object or measurement of an optical surface profile. In the test object measuring method, the power spectrum of the light of the low coherent length is obtained in advance, and the autocorrelation function of the reference light included in the light reception signal is divided based on the power spectrum obtained in advance, Image information of the object to be examined is obtained by performing Fourier transform or inverse Fourier transform on the received light signal from which the autocorrelation signal of the reference light has been removed.
(2) In the test object measuring method according to (1), the power spectrum is obtained by performing an inverse Fourier transform on a coherent function obtained based on a result of quantitatively measuring the light of the low coherent length. And
(3) In the test object measuring method according to (1), the power spectrum is obtained by receiving only the reference light.
(4) irradiating a test object with a part of light having a low coherent length to make reflected light as object light, and combining a part of the light with low coherent length as reference light with the object light to cause interference; An ophthalmologic apparatus that obtains a received light signal by dispersing the obtained interference light into a predetermined frequency component to obtain a received light signal, and taking a tomographic image of a phase object by performing Fourier transform or inverse Fourier transform on the received light signal. The measurement method of (3) is used.
本発明によれば、簡単な構成で、受光信号に含まれる自己相関信号を除くことができ、シャープな画像を得ることができる。 According to the present invention, an autocorrelation signal included in a light reception signal can be removed with a simple configuration, and a sharp image can be obtained.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態で用いるスペクトル干渉OCTを用いた眼科装置の光学系の概略構成を示す図である。なお、本実施形態の眼科装置は前眼部断面を撮影する眼科撮影装置を用いている。図1に示す光学系は、測定光投光光学系、参照光光学系、干渉信号検出光学系、観察光学系からなる。なお、本実施形態の眼科装置は被検眼に対して装置を所定の関係に位置させるためのアライメント光学系も有している。従来、他覚的眼屈折力装置等に用いられている既知のアライメント光学系と同様の光学系を用いればよいため、その説明は割愛する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system of an ophthalmologic apparatus using spectral interference OCT used in the present embodiment. Note that the ophthalmologic apparatus of the present embodiment uses an ophthalmologic photographing apparatus that photographs an anterior segment cross section. The optical system shown in FIG. 1 includes a measurement light projection optical system, a reference light optical system, an interference signal detection optical system, and an observation optical system. Note that the ophthalmologic apparatus of the present embodiment also has an alignment optical system for positioning the apparatus in a predetermined relationship with respect to the eye to be examined. Conventionally, an optical system similar to a known alignment optical system used for an objective eye refractive power device or the like may be used, and the description thereof is omitted.
<測定光投光光学系>
図1に示す測定光投光光学系100は、光源1、コリメーターレンズ2、ビームスプリッタ3、ガルバノミラー4、対物レンズ5、ビームスプリッタ6にて構成されている。
光源1は、SLD(Super luminescent Diode)等の低コヒーレント長の赤外光を発する光源である。光源1から出射された低コヒーレント光は、コリメーターレンズ2にて平行光束とされた後、ビームスプリッタ3を透過する。ビームスプリッタ3を透過した光束は、ガルバノミラー4にて反射した後、対物レンズ5、ビームスプリッタ6を経て、被検眼Eの角膜頂点付近に集光する。ガルバノミラー4は所定の方向(本実施形態では被検眼に対して光束を上下方向に走査する方向)に回転駆動可能となっている。また、ガルバノミラー4の反射面は、対物レンズ5の後ろ側焦点位置に配置されており、駆動によって光路長が変化しないようになっている。
<Measurement light projection optical system>
A measuring light projection optical system 100 shown in FIG. 1 includes a light source 1, a collimator lens 2, a beam splitter 3, a galvano mirror 4, an objective lens 5, and a beam splitter 6.
The light source 1 is a light source that emits low-coherent infrared light such as SLD (Super luminescent Diode). The low coherent light emitted from the light source 1 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 2 and then transmitted through the beam splitter 3. The light beam that has passed through the beam splitter 3 is reflected by the galvanometer mirror 4, and then converges near the apex of the cornea of the eye E through the objective lens 5 and the beam splitter 6. The galvanometer mirror 4 can be rotationally driven in a predetermined direction (in this embodiment, the direction in which the light beam is scanned in the vertical direction with respect to the eye to be examined). Further, the reflection surface of the galvanometer mirror 4 is disposed at the back focal position of the objective lens 5 so that the optical path length is not changed by driving.
<参照光光学系>
図1に示す参照光学系200は、光源側から、光源1、コリメーターレンズ2、ビームスプリッタ3、ミラー7〜9、集光レンズ10、参照ミラー11にて構成されている。なお、測定光投光光学系100とは、光源1からビームスプリッタ3までを共有する。
光源1から出射した低コヒーレント光は、コリメーターレンズ2を通過した後、ビームスプリッタ3にて一部の光束が反射し、ミラー7に向かう。ミラー7にて反射した光束は、さらにミラー8及び9にて折り返された後、集光レンズ10により、参照ミラー11に集光する。
<Reference light optical system>
A reference optical system 200 shown in FIG. 1 includes a light source 1, a collimator lens 2, a beam splitter 3, mirrors 7 to 9, a condenser lens 10, and a reference mirror 11 from the light source side. The measurement light projecting optical system 100 shares the light source 1 to the beam splitter 3.
After the low-coherent light emitted from the light source 1 passes through the collimator lens 2, a part of the light beam is reflected by the beam splitter 3 and travels to the mirror 7. The light beam reflected by the mirror 7 is further turned back by the mirrors 8 and 9, and then condensed on the reference mirror 11 by the condenser lens 10.
<干渉信号検出光学系>
図1に示す干渉信号検出光学系300は、被検眼Eからの反射光(物体光)を受光するための光学系と参照ミラー11からの反射光(参照光)を受光するための光学系とから構成される。
被検眼からの物体光を受光する光学系は、被検眼Eの前方からビームスプリッタ6、対物レンズ5、ガルバノミラー4、ビームスプリッタ3、集光レンズ13、エキスパンダレンズ14、グレーティングミラー(回折格子)15、集光レンズ16、円柱レンズ17、受光素子18にて構成されている。なお、グレーティングミラー15は集光レンズ16の前側焦点位置に、受光素子18は後側焦点位置に置かれている。
<Interference signal detection optical system>
An interference signal detection optical system 300 shown in FIG. 1 includes an optical system for receiving reflected light (object light) from the eye E and an optical system for receiving reflected light (reference light) from the reference mirror 11. Consists of
An optical system that receives object light from the eye to be examined includes a beam splitter 6, an objective lens 5, a galvano mirror 4, a beam splitter 3, a condensing lens 13, an expander lens 14, a grating mirror (diffraction grating) from the front of the eye E. ) 15, a condenser lens 16, a cylindrical lens 17, and a light receiving element 18. The grating mirror 15 is placed at the front focal position of the condenser lens 16, and the light receiving element 18 is placed at the rear focal position.
本実施形態で用いる受光素子18は、赤外域に感度を有する一次元素子を用いている。また、測定光投光光学系100とは、ビームスプリッタ10からビームスプリッタ15までを共有する。
測定光投光光学系100によって被検眼Eの角膜付近に集光された光束の反射光(物体光)は、再び測定光投光光学系100の各種光学部材を経た後、ビームスプリッタ3によって、一部の反射光が反射する。ビームスプリッタ3を反射した物体光は、集光レンズ13経て一旦集光する。集光レンズ13にて集光した物体光は、エキスパンダレンズ14にて光束径を広げられた後、グレーティングミラー15にて周波数成分に分光される。周波数成分に分光された物体光は、集光レンズ16、円柱レンズ17を経て、受光素子18の受光面に集光する。なお、エキスパンダレンズ14通過後の光束径、グレーティングミラーの格子間隔、集光レンズ16、受光素子18は、被検眼光軸方向の測定範囲と分解能を考慮して最適化されている。
The light receiving element 18 used in the present embodiment is a one-dimensional element having sensitivity in the infrared region. The measurement light projecting optical system 100 shares the beam splitter 10 to the beam splitter 15.
The reflected light (object light) of the light beam condensed near the cornea of the eye E to be examined by the measurement light projection optical system 100 passes through various optical members of the measurement light projection optical system 100 again, and then is reflected by the beam splitter 3. Some reflected light is reflected. The object light reflected from the beam splitter 3 is once condensed through the condenser lens 13. The object light condensed by the condensing lens 13 is expanded by the expander lens 14 and then split into frequency components by the grating mirror 15. The object light split into the frequency components is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 18 through the condenser lens 16 and the cylindrical lens 17. The beam diameter after passing through the expander lens 14, the grating interval of the grating mirror, the condensing lens 16, and the light receiving element 18 are optimized in consideration of the measurement range and resolution in the optical axis direction of the eye to be examined.
また、参照ミラー11にて反射した反射光(参照光)を受光するための光学系は、参照ミラー11、集光レンズ10、ミラー7〜9、ビームスプリッタ3、集光レンズ13、エキスパンダレンズ14、グレーティングミラー15、集光レンズ16、円柱レンズ17、受光素子18にて構成されている。 The optical system for receiving the reflected light (reference light) reflected by the reference mirror 11 includes a reference mirror 11, a condenser lens 10, mirrors 7 to 9, a beam splitter 3, a condenser lens 13, and an expander lens. 14, a grating mirror 15, a condenser lens 16, a cylindrical lens 17, and a light receiving element 18.
参照ミラー11にて反射した参照光は、集光レンズ10を経た後、ミラー9、ミラー8、ミラー7を順に戻り、ビームスプリッタ3を透過して、被検眼からの物体光と合成される。被検眼からの物体光と合成された参照光は、集光レンズ13、エキスパンダレンズ14を経た後、グレーティングミラー15により周波数成分に分光され、集光レンズ16、円柱レンズ17を経て受光素子18に集光する。このようにグレーティングミラー15、集光レンズ16、円柱レンズ17、受光素子18にて、スペクトロメータ部を形成する。なお、受光素子18の受光面は、被検眼角膜に共役な関係となっている。なお、円柱レンズ17は受光素子18の幅方向に光束径を広げる役目を果たし、受光素子18の設置誤差によらず、光束を受光面に受光させるために用いられる。 The reference light reflected by the reference mirror 11 passes through the condenser lens 10, returns in order through the mirror 9, the mirror 8, and the mirror 7, passes through the beam splitter 3, and is combined with the object light from the eye to be examined. The reference light combined with the object light from the eye to be examined passes through the condensing lens 13 and the expander lens 14, and then is split into frequency components by the grating mirror 15, and passes through the condensing lens 16 and the cylindrical lens 17 to receive the light receiving element 18. Condensed to Thus, the spectrometer unit is formed by the grating mirror 15, the condenser lens 16, the cylindrical lens 17, and the light receiving element 18. The light receiving surface of the light receiving element 18 has a conjugate relationship with the eye cornea to be examined. The cylindrical lens 17 serves to widen the diameter of the light beam in the width direction of the light receiving element 18 and is used to cause the light receiving surface to receive the light beam regardless of the installation error of the light receiving element 18.
<観察光学系>
図1に示す観察光学系400は、被検眼E前方から、ビームスプリッタ6、対物レンズ19、結像レンズ20、赤外域に感度を有する受光素子21から構成される。なお、被検眼Eの瞳位置と受光素子21とはレンズを介して共役な位置関係となっている。なお、22は被検眼Eを照明するための赤外LEDである。
<Observation optics>
An observation optical system 400 shown in FIG. 1 includes a beam splitter 6, an objective lens 19, an imaging lens 20, and a light receiving element 21 having sensitivity in the infrared region from the front of the eye E to be examined. Note that the pupil position of the eye E and the light receiving element 21 have a conjugate positional relationship via the lens. Reference numeral 22 denotes an infrared LED for illuminating the eye E to be examined.
図2は本実施形態で用いる眼科装置における制御系を示したブロック図である。
30は本実施形態の装置の駆動制御を行う制御部である。制御部30には、受光素子18,受光素子21、モニター31、演算処理部32、記憶部33等が接続される。なお、演算処理部32は、受光素子によって得られた情報を基に解析を行い、被検眼の断面画像を形成するために用いられる。また、記憶部33には撮影された被検眼Eの断面画像が記憶される。
FIG. 2 is a block diagram showing a control system in the ophthalmologic apparatus used in the present embodiment.
Reference numeral 30 denotes a control unit that performs drive control of the apparatus according to the present embodiment. The control unit 30 is connected to the light receiving element 18, the light receiving element 21, the monitor 31, the arithmetic processing unit 32, the storage unit 33, and the like. The arithmetic processing unit 32 performs analysis based on information obtained by the light receiving element, and is used to form a cross-sectional image of the eye to be examined. The storage unit 33 stores a photographed cross-sectional image of the eye E.
次に、本実施形態において受光素子18にて得られた周波数成分に分光された光束の受光信号を基に、被検物体(本実施形態では被検眼E)の断面画像得るための測定方法(解析方法)について以下に説明する。なお、説明を行いやすくするために、図3に示す簡単な光学配置図を用いるものとする。なお、図中、SLDは光源、B.S.はビームスプリッタ、R.M.は参照ミラー、Mはミラー、Gはグレーティングミラーを示す。
光源を発した光の、時刻tにおけるB.S.位置での電場を
Next, a measurement method for obtaining a cross-sectional image of an object to be examined (in this embodiment, eye E) based on a light reception signal of a light beam split into frequency components obtained by the light receiving element 18 in the present embodiment ( The analysis method will be described below. For ease of explanation, the simple optical layout shown in FIG. 3 is used. In the figure, SLD is a light source, BS is a beam splitter, RM is a reference mirror, M is a mirror, and G is a grating mirror.
The electric field at the BS position of the light emitted from the light source at time t
なお、図1に示した光学系を用いて被検眼Eを位相物体として測定を行い、スペクトロメータ部にて得られた受光信号を基に式12を用いて解析を行った場合、図4に示すような画像が得られることとなる。ここで、式12における第1,2項が図中のピーク部分に相当し、第4項はr(t)をτ0だけ+側に移動させた位置に、第3項は第4項をt=0軸に関して折り返した位置に現れることとなる。なお、上記では、式9を逆フーリエ変化して式12を導くものとしているが、これに限るものではなく、式9をフーリエ変換することによっても参照光と物体光の自己相関関数の変数が反転していることだけの違いであるため、式9をフーリエ変換しても逆フーリエ変換しても同様に位相物体の深さ情報を得ることができる。
また、式13でr(t)は偶の実関数であることを前提とした。すると、
1 is measured using the optical system shown in FIG. 1 as a phase object, and the analysis is performed using Equation 12 based on the received light signal obtained by the spectrometer unit, FIG. An image as shown will be obtained. Here, the first and second terms in Equation 12 correspond to the peak portions in the figure, the fourth term is the position where r (t) is moved to the + side by τ 0, the third term is the fourth term t = Appears at a position folded with respect to the 0 axis. In the above, Equation 9 is inverse Fourier transformed to derive Equation 12. However, the present invention is not limited to this, and the variable of the autocorrelation function between the reference light and the object light can also be obtained by Fourier transform of Equation 9. Since the only difference is that the phase is inverted, the depth information of the phase object can be obtained in the same manner, regardless of whether Fourier transform or inverse Fourier transform is performed on Equation 9.
In Expression 13, it is assumed that r (t) is an even real function. Then
式15において、cos(ωτ0)を0とする(言い換えると被検物体からの信号の寄与が0となる)ことができれば、参照光と物体光の自己相関信号(ノイズとなるピーク信号)のみが残ることとなる。得られた値を式9或いは式12から取り除くことにより、ピーク信号が除去された画像(本実施形態では眼の断層像)を得ることができる。 In Equation 15, if cos (ωτ0) can be set to 0 (in other words, the contribution of the signal from the test object becomes 0), only the autocorrelation signal (peak signal that becomes noise) between the reference light and the object light can be obtained. It will remain. By removing the obtained value from Equation 9 or Equation 12, an image from which the peak signal has been removed (in this embodiment, a tomographic image of the eye) can be obtained.
なお、τ0は物体光路と参照光路との不等光路差(時間)である。このτ0は、画像中心部から、式12を用いて得られた被検物体の奥行方向プロファイルの頂点位置(本実施形態では被検物体の最前面である角膜頂点)までの距離を画像処理により求め、時間に換算することにより求めることができる。なお、本実施形態では画像中心から角膜頂点までの距離を画像処理によって求めることにより、τ0を求めるものとしているが、これに限るものではない。例えば、別にワーキングディスタンスを検出する機構を設け、このワーキングディスタンス検出結果からτ0を求めることもできる。また、被検眼の2次元的な断面像を求める場合には、既存の装置である角膜形状測定装置を用いて、この装置により求められる角膜の曲率(求める断面画像に対応する曲率)と予め求められている角膜頂点とに基づいて2次元的な断面像に対する各τ0を求めることができる。 Note that τ0 is an unequal optical path difference (time) between the object optical path and the reference optical path. This τ0 is the distance from the center of the image to the vertex position of the depth profile of the test object obtained using Equation 12 (in this embodiment, the corneal vertex that is the forefront of the test object) by image processing. It can be obtained by obtaining and converting to time. In the present embodiment, τ0 is obtained by obtaining the distance from the image center to the corneal apex by image processing, but is not limited thereto. For example, a mechanism for detecting the working distance can be provided separately, and τ0 can be obtained from the result of the working distance detection. When obtaining a two-dimensional cross-sectional image of the eye to be examined, a corneal curvature measuring device (curvature corresponding to the obtained cross-sectional image) obtained by this device is obtained in advance using a corneal shape measuring device which is an existing device. Each τ 0 for the two-dimensional cross-sectional image can be obtained based on the corneal apex.
τ0の値が得られれば、式15に戻り、cos(ωτ0)が0となるような角周波数ωにおけるCCD上の干渉強度から参照光及び物体光のパワースペクトルだけを求める(推定する)ことができる。得られた値を式9から差し引いておき、フーリエ変換(又は逆フーリエ変換)すれば、煩わしいノイズとなる自己相関信号が取り除かれ、求めるべき位相物体の深さ情報のみが得られることとなる。なお、反対にフーリエ変換した後で、得られた値から参照光及び物体光のパワースペクトルを差し引いてもよい。
CCD上の干渉強度分布から参照光及び物体光のパワースペクトル分布を差し引いた段階での干渉強度分布は、式16
If the value of τ0 is obtained, the process returns to Equation 15 and only the power spectra of the reference light and the object light are obtained (estimated) from the interference intensity on the CCD at the angular frequency ω such that cos (ωτ0) becomes zero. it can. If the obtained value is subtracted from Equation 9 and Fourier transform (or inverse Fourier transform) is performed, the autocorrelation signal that becomes annoying noise is removed, and only the depth information of the phase object to be obtained is obtained. On the contrary, after the Fourier transform, the power spectra of the reference light and the object light may be subtracted from the obtained values.
The interference intensity distribution at the stage where the power spectrum distributions of the reference light and the object light are subtracted from the interference intensity distribution on the CCD is expressed by Equation 16 below.
このような測定方法(解析方法)を用いることにより、画面の左右どちらかを切り捨てることがないため、奥行方向の測定範囲を広げることが可能となる。なお、中心部で折り返された2重像として得られる位相物体の断層像を画像処理によって本来の像(一つの像)に変換してもよい。このような画像処理は、得られる2重像を中心部で折り返して重ね合わせたときに得られる像を本来の像とし、2重像を重ね合わせるか、一方の像を消去するかして所望する像を求める。 By using such a measurement method (analysis method), it is possible to widen the measurement range in the depth direction because the left and right sides of the screen are not discarded. Note that a tomographic image of a phase object obtained as a double image folded at the center may be converted into an original image (one image) by image processing. In such image processing, an image obtained when the obtained double image is folded and overlapped at the center is used as an original image, and the double image is overlaid or one image is erased. Find an image to do.
以上のような、構成を備える装置について、以下にその動作を簡単に説明する。
検者は、図2に示すモニター31を見ながら、図示なきジョイスティック等の操作手段を用いて、装置を上下左右及び前後方向に移動させ、装置を図1に示す被検眼Eに対して所定の位置関係に置く。なお、本実施形態では、受光素子21の受光面と被検眼Eの瞳位置とが共役な関係になるようにしている。なお、図1においては測定基準位置は角膜頂点位置としているが、測定範囲は基準位置から前後方向の所定範囲となるため、断層像をできるだけ広い範囲にて得たい場合には、前述した参照光と物体光との光路長差をτ0<0となるようにしておく。
The operation of the apparatus having the above configuration will be briefly described below.
While looking at the monitor 31 shown in FIG. 2, the examiner moves the apparatus in the up / down / left / right and front / rear directions using an operation means such as a joystick (not shown), and the apparatus is moved to a predetermined eye E with respect to the eye E shown in FIG. Place it in a positional relationship. In the present embodiment, the light receiving surface of the light receiving element 21 and the pupil position of the eye E to be examined are in a conjugate relationship. In FIG. 1, the measurement reference position is the corneal apex position. However, since the measurement range is a predetermined range in the front-rear direction from the reference position, when the tomographic image is to be obtained in the widest possible range, the above-described reference beam is used. The optical path length difference between the object light and the object light is set to satisfy τ0 <0.
被検眼Eに対して装置が所定の位置関係になったら、検者は図示なき撮影スイッチを使用し、被検眼Eの前眼部断層像をモニター31に表示させる。撮影スイッチが押されると、制御部30は光源1から赤外光の光を出射させるとともに、ガルバノミラー4を駆動させて被検眼Eに対して赤外光を走査させる。 When the apparatus is in a predetermined positional relationship with the eye E, the examiner uses an imaging switch (not shown) to display an anterior tomographic image of the eye E on the monitor 31. When the photographing switch is pressed, the control unit 30 emits infrared light from the light source 1 and drives the galvanometer mirror 4 to scan the eye E with infrared light.
測定光投光光学系100によって被検眼Eの角膜付近に集光された光束の反射光(物体光)は、再び測定光投光光学系100の各種光学部材を経た後、ビームスプリッタ3によって、一部の物体光が反射する。ビームスプリッタ3を反射した物体光は参照光光学系を通る参照光と合成された後、集光レンズ13経て一旦集光する。集光レンズ13にて集光した光束は、エキスパンダレンズ14にてその光束径を広げられた後、グレーティングミラー15にて周波数成分に分光される。周波数成分に分光された光束は、集光レンズ16、円柱レンズ17を経て、受光素子18の受光面に集光する。 The reflected light (object light) of the light beam condensed near the cornea of the eye E to be examined by the measurement light projection optical system 100 passes through various optical members of the measurement light projection optical system 100 again, and then is reflected by the beam splitter 3. Some object light is reflected. The object light reflected from the beam splitter 3 is combined with the reference light passing through the reference light optical system, and then condensed once through the condenser lens 13. The light beam condensed by the condensing lens 13 is expanded in diameter by the expander lens 14, and then split into frequency components by the grating mirror 15. The light beam split into frequency components is condensed on the light receiving surface of the light receiving element 18 through the condenser lens 16 and the cylindrical lens 17.
受光素子18は、周波数成分に分光された光を受光し、周波数成分毎の干渉強度を出力する。演算処理部32は、受光素子18にて受光される物体光と参照光とによって得られる干渉強度をモニタする。なお、受光素子18に受光される光には、角膜表面の反射光以外にも、角膜裏面や水晶体前後面等の位相物体からの反射光も含まれる。したがって、受光素子18が受光する干渉信号は、これらの反射光と参照光との干渉が周波数の関数として受光されることとなる。 The light receiving element 18 receives light split into frequency components and outputs interference intensity for each frequency component. The arithmetic processing unit 32 monitors the interference intensity obtained by the object light received by the light receiving element 18 and the reference light. The light received by the light receiving element 18 includes reflected light from phase objects such as the back surface of the cornea and the front and back surfaces of the crystalline lens, in addition to the reflected light from the surface of the cornea. Therefore, the interference signal received by the light receiving element 18 is received as a function of frequency due to interference between the reflected light and the reference light.
演算処理部32は、干渉信号の強度が最も強くなったときの受光素子18から出力される検出信号を前述したフーリエ変換を用いて解析する。干渉光には被検眼Eにおける各位相物体(例えば、角膜前後面、水晶体前後面等)からの反射光を含んでいるため、検出信号をフーリエ変換することによって、被検眼Eにおける角膜、水晶体等の各位相物体の深さ情報を得ることができる。演算処理部32は通常、図5(a)に示すピーク信号と2重像が形成されるデータから、前述した解析方法を用いて、ノイズとなるピーク信号(自己相関信号)を削除し、図5(b)とする。さらに前述した解析方法を用いて、最終的に虚像となる断面像を削除し、図5(c)に示す前眼部断面像を得て、これをモニター32に表示する。なお、2重像のどちらか一方を削除または折り返して重ね合わせるような画像処理を行うことにより、最終的に図5(c)に示す被検眼断層像を得るようにしてもよい。また、得られた前眼部断層像は図示せぬ保存スイッチを用いることにより、記憶部33に記憶される。 The arithmetic processing unit 32 analyzes the detection signal output from the light receiving element 18 when the intensity of the interference signal becomes the highest using the Fourier transform described above. Since the interference light includes reflected light from each phase object (for example, the front and rear surfaces of the cornea and the front and rear surfaces of the lens) in the eye E, the cornea, the lens and the like in the eye E are subjected to Fourier transform on the detection signal. The depth information of each phase object can be obtained. The arithmetic processing unit 32 normally deletes the peak signal (autocorrelation signal) that becomes noise from the data that forms the peak signal and the double image shown in FIG. 5 (b). Further, by using the analysis method described above, a cross-sectional image that finally becomes a virtual image is deleted, and a cross-sectional image of the anterior segment shown in FIG. 5C is obtained and displayed on the monitor 32. Note that the tomographic image to be examined shown in FIG. 5C may be finally obtained by performing image processing such that one of the double images is deleted or folded and superimposed. The obtained anterior segment tomogram is stored in the storage unit 33 by using a storage switch (not shown).
以上の実施形態では、ノイズとなる信号を除去し、奥行方向の測定範囲を拡大することのできるスペクトル干渉を用いた被検物体の測定方法について示したが、第2の実施形態として、シャープなエッジの画像を得るための方法を以下に挙げ、説明する。なお、前述した実施形態と光学系及び制御系、並びに装置動作については同じであるため、各構成についての説明は割愛し、以下では画像を得るための解析方法について詳しく説明する。また、各式における記号は、特にことわらない限り、前述した各式における記号と同義とする。
図1に示す受光素子18上の干渉強度分布は、前述した式8及び式9から、
In the above embodiment, the measurement method of the test object using the spectrum interference that can remove the signal that becomes noise and expand the measurement range in the depth direction has been described. A method for obtaining an edge image will be described below. Since the optical system, the control system, and the apparatus operation are the same as those in the above-described embodiment, the description of each configuration is omitted, and the analysis method for obtaining an image will be described in detail below. Further, the symbols in each formula are synonymous with the symbols in each formula described above unless otherwise specified.
The interference intensity distribution on the light receiving element 18 shown in FIG.
式12によれば、位相物体の深さ情報は参照光の自己相関がコンボリュートされた形となっており、その分、分解能が甘くなってしまう。本実施形態ではこれを避けるため、予め以下の式21で表される参照光のパワースペクトル
According to Equation 12, the depth information of the phase object is in a form in which the autocorrelation of the reference light is convoluted, and the resolution is reduced accordingly. In order to avoid this in the present embodiment, the power spectrum of the reference light represented by the following formula 21 in advance.
Wiener-Khinchineの定理により、角周波数ωの波のエネルギーを表すパワースペクトル(もとの関数のフーリエ変換の絶対値の自乗、ここでは式21で表される)は、自己相関関数のフーリエ変換によって求められ、反対にパワースペクトルの逆フーリエ変換によって自己相関関数が得られることが判っている。
また、参照光の自己相関は、Γenv(t(ω))をコヒーレント関数の包絡線関数(その半値幅がコヒーレント長に相当するコヒーレント時間)として、以下の式24
According to Wiener-Khinchine's theorem, the power spectrum (the square of the absolute value of the Fourier transform of the original function, here expressed by Equation 21) representing the energy of the wave of the angular frequency ω is obtained by the Fourier transform of the autocorrelation function. On the other hand, it has been found that an autocorrelation function can be obtained by inverse Fourier transform of the power spectrum.
Further, the autocorrelation of the reference light is expressed by the following equation 24 using Γenv (t (ω)) as an envelope function of a coherent function (a coherent time whose half width corresponds to a coherent length).
なお、コヒーレント関数は、例えば、使用する光源から出射される光(低コヒーレント光)対して干渉計等を用いて測定を行い定量的に得られた測定結果から予め求めておくことが可能である。得られたコヒーレント関数を式25に代入し、フーリエ変換を行うことにより、参照光(測定光)のパワースペクトルを求めることができる。また、参照光のパワースペクトルは、予め温度や電流等の光源の使用条件によって何種類か装置内の記憶部に保存しておき、実際に用いる際の光源の使用条件に合わせて、記憶部に保存されているパワースペクトルを図示無き設定手段を用いて選択、或いは自動的に選択して用いることもできる。
また、第1及び第2の実施形態に用いた解析方法を両方とも考慮することにより、ノイズ光を抑え奥行方向の測定範囲を拡大することができるとともに、シャープな画像を得ることができることは言うまでもない。
Note that the coherent function can be obtained in advance from a measurement result obtained quantitatively by measuring the light emitted from the light source to be used (low-coherent light) using an interferometer or the like. . By substituting the obtained coherent function into Expression 25 and performing Fourier transform, the power spectrum of the reference light (measurement light) can be obtained. In addition, the power spectrum of the reference light is stored in advance in the storage unit in the device depending on the light source usage conditions such as temperature and current, and is stored in the storage unit according to the light source usage conditions when actually used. The stored power spectrum can be selected using a setting unit (not shown) or can be automatically selected and used.
In addition, by considering both of the analysis methods used in the first and second embodiments, it is possible to suppress noise light and expand the measurement range in the depth direction, and to obtain a sharp image. Yes.
以上の実施形態では、眼科装置を例に挙げ、説明したが他の分野における位相物体の断層像の撮影や光学表面プロファイルを測定する装置にも適用することができる。また、光学表面プロファイルを測定する場合には、ガルバノミラー及びポリゴンミラーを用いて2次元的に走査を行い、2次元CCDを用いて各周波数成分に分光した光を受光して画像を得るようにすればよい。 In the above embodiment, an ophthalmologic apparatus has been described as an example, but the present invention can be applied to an apparatus for taking a tomographic image of a phase object and measuring an optical surface profile in other fields. Further, when measuring the optical surface profile, two-dimensional scanning is performed using a galvano mirror and a polygon mirror, and an image is obtained by receiving light split into each frequency component using a two-dimensional CCD. do it.
なお、前述した解析方法では、物体光路と参照光路との不等光路差(時間)であるτ0をを用いてcos(ωτ0)が0となるような角周波数ωにおけるCCD上の干渉強度から参照光及び物体光のパワースペクトルを求めたり、コヒーレント関数を用いて参照光のパワースペクトルを求め、これを用いて自己相関信号を除去するものとしているが、これに限るものではない。物体光と参照光とを別々に分光した状態で受光素子に受光させることのできる光学系を設計し、各々のパワースペクトル(物体光及び参照光のパワースペクトル)を得ることができる。得られた物体光及び参照光のパワースペクトルの値を用いて、前述した式9の第1項及び第2項を差し引き、第3項を除することにより、式9から自己相関信号成分を取り除くことができる。また、前述した式22に得られた参照光のパワースペクトルを当てはめてもよい。また、物体光の自己相関信号成分が参照光の自己相関信号に対して、その影響が無視できる程度に十分小さい場合には、物体光の自己相関信号成分を無視し、用いなくともよい。 In the analysis method described above, reference is made from the interference intensity on the CCD at an angular frequency ω such that cos (ωτ0) is 0 using τ0 which is an unequal optical path difference (time) between the object optical path and the reference optical path. Although the power spectrum of the light and the object light is obtained or the power spectrum of the reference light is obtained using a coherent function and the autocorrelation signal is removed using this, the present invention is not limited to this. By designing an optical system that allows the light receiving element to receive the object light and the reference light separately, the respective power spectra (the power spectra of the object light and the reference light) can be obtained. Using the power spectrum values of the obtained object beam and reference beam, the autocorrelation signal component is removed from Equation 9 by subtracting the first and second terms of Equation 9 and dividing the third term. be able to. In addition, the power spectrum of the reference light obtained in Equation 22 described above may be applied. Further, when the autocorrelation signal component of the object light is sufficiently small with respect to the autocorrelation signal of the reference light to be negligible, the autocorrelation signal component of the object light may be ignored and not used.
1 光源
2 コリメータレンズ
3 ビームスプリッタ
4 ガルバノミラー
5 対物レンズ
6 ビームスプリッタ
11 参照ミラー
15 グレーティングミラー
16 集光レンズ
18 受光素子
30 制御部
31 モニタ
32 演算処理部
100 測定光投光光学系
200 参照光学系
300 干渉信号検出光学系
400 観察光学系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Collimator lens 3 Beam splitter 4 Galvanometer mirror 5 Objective lens 6 Beam splitter 11 Reference mirror 15 Grating mirror 16 Condensing lens 18 Light receiving element 30 Control part 31 Monitor 32 Calculation processing part 100 Measurement light projection optical system 200 Reference optical system 300 Interference signal detection optical system 400 Observation optical system
Claims (4)
An ophthalmologic apparatus characterized by obtaining a cross-sectional image of the anterior ocular segment to be examined using the measurement method according to claim 1.
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