JP2010038910A - 光干渉断層法を用いる撮像装置及び撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 まず、17は、戻り光12を合成させる第1の状態(戻り光12が合成部22に導かれる状態)と該第1の状態とは異なる第2の状態(戻り光12の光路を遮蔽あるいは変更された状態)とを切り替えるための第1の切替部である。次に、18は、第1の状態と第2の状態とを切り替えるように第1の切替部17を制御するための制御部である。そして、19は、第2の状態で検出部16により検出された戻り光12あるいは参照光14と、合成光15を用いて、戻り光12と前記参照光14との干渉情報を取得するための干渉情報取得部である。
【選択図】 図1
Description
前記被検査物によって反射あるいは散乱された前記測定光による戻り光と、前記参照ミラーによって反射された前記参照光と、これらの戻り光と参照光による合波光を用い、前記被検査物の断層画像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記測定光路と前記参照光路のそれぞれの光路中に配置された光の透過率を制御する手段と、
前記光の透過率を制御する手段における前記光の透過率の変化の時間間隔を、設定されたプロファイルに基づいて制御する制御手段と、
前記プロファイルに基づく時間間隔の制御によって取得された、前記光源からの光による前記戻り光、前記参照光、前記合波光のそれぞれに対し、それらの波長スペクトルデータを取得する手段と、
前記取得された戻り光、参照光、合波光における波長スペクトルデータを用い、少なくともこれらのいずれかの光の成分について演算をする演算手段と、
を有することを特徴とする。
光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に導くと共に前記参照光を参照ミラーに導き、
前記被検査物によって反射あるいは散乱された前記測定光による戻り光と、前記参照ミラーによって反射された前記参照光と、これらの戻り光と参照光による合波光を用い、前記被検査物の断層画像を撮像する光断層画像の撮像方法であって、
前記測定光を導く測定光路と前記参照光を導く参照光路のそれぞれの光路中に配置された光の透過率を制御する手段を、設定された時間間隔のプロファイルに基づいて制御して、前記光源からの光による前記戻り光、前記参照光、前記合波光を取得し、
前記取得された戻り光、参照光、合波光のそれぞれから得られた波長スペクトルデータを用い、少なくともこれらのいずれかの光の成分について演算をすることを特徴とする。
光を発生させるための光源と、
前記光源からの光を参照光と測定光とに分割するための分割部と、
前記測定光を被検査物に照射することにより得られる戻り光と前記参照光との合成光を検出するための検出部と、
前記検出部により前記合成光を検出可能な第1の状態と、前記検出部により前記参照光を検出可能な第2の状態とを切り替えるための第1の切替部、あるいは前記第1の状態と前記検出部により前記測定光を検出可能な第3の状態とを切り替えるための第2の切替部と、
前記第1の状態と前記第2の状態とを切り替えるように前記第1の切替部を制御する、あるいは前記第1の状態と前記第3の状態とを切り替えるように前記第2の切替部を制御するための制御部と、
前記第1の状態で前記検出部により検出された前記合成光と、前記第2あるいは第3の状態で前記検出部により検出された前記参照光あるいは前記測定光とを用いて、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を取得するための干渉情報取得部と、を有することを特徴とする。
光を発生させる工程と、
前記光を参照光と測定光とに分割する工程と、
前記測定光を被検査物に照射する工程と、
前記照射により得られる戻り光と前記参照光との合成光を検出する工程と、
前記合成光を検出可能な第1の状態と、前記参照光を検出可能な第2の状態とを、あるいは前記第1の状態と前記測定光を検出可能な第3の状態とを切り替える工程と、
前記第1の状態で検出された前記合成光と、前記第2あるいは第3の状態で検出された前記参照光あるいは前記測定光とを用いて、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を取得する工程と、を含むことを特徴とする。
まず、20は、光(低コヒーレンス光)を発生させるための光源である。光源20には、SLD(Super Luminescent Diode)を適用することができる。また、光源20には、ASE(Amplified Spontaneous Emission)も適用することができる。また、光源20には、チタンサファイアレーザなどの超短パルスレーザも適用することができる。このように、光源20は、低コヒーレンス光を発生させることの出来るものなら何でも良い。さらに、光源20から発生される光の波長は、特に制限されるものではないが、400nmから2μmの範囲である。波長の帯域は広いほど縦分解能がよくなる。一般的に中心波長が850nmの場合、50nmの帯域では、6μmの分解能、100nmの帯域では、3μmの分解能である。
また、別の本実施形態に係るフーリエドメイン方式の光干渉断層法を用いる撮像方法は、以下の各工程を少なくとも含む。
a)光を発生させる工程。
b)前記光を参照光と測定光とに分割する工程。
c)前記測定光を被検査物に照射する工程。
d)前記照射により得られる戻り光と前記参照光との合成光を検出する工程。
e)前記合成光を検出可能な第1の状態と、前記参照光を検出可能な第2の状態とを、あるいは前記第1の状態と前記測定光を検出可能な第3の状態とを切り替える工程。
f)前記第1の状態で検出された前記合成光と、前記第2あるいは第3の状態で検出された前記参照光あるいは前記測定光とを用いて、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を取得する工程。
g)前記合成光から前記参照光の自己相関成分と前記戻り光の自己相関成分とを減算する工程。
h)前記減算された結果を前記参照光の自己相関成分で規格化する工程。
i)前記規格化された結果をフーリエ変換する工程。
j)前記被検査物の断層画像を取得する工程。
k)前記測定光の光量を検出する工程。
l)前記光量が規定値と異なる場合に前記第2の状態にする工程。
別の本実施形態における光断層画像撮像装置ついて、図2(a)を用いて説明する。
ここで、別の実施形態として、上述の実施形態に係る撮像方法を、コンピューターに実行させるためのプログラムとして、コンピューターが読み取り可能な記憶媒体(例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM、EEPROM、ブルーレイディスクなど)に格納しても良い。また、別の実施形態として、上述の撮像方法をコンピューターに実行させるためのプログラムでも良い。
実施例1に係る光干渉断層法を用いる撮像装置(あるいは光断層画像撮像装置)の構成例について、図2(a)を用いて説明する。本実施例の光断層画像撮像装置は、全体としてマイケルソン型の干渉計を構成し、光を制御する部分は機械的な機構を用いている。
参照光114の自己相関成分である強度Ir(k)は、波数kと参照光の電場をEr(k)として、式1のように表される。
戻り光113の強度Is(k)と、戻り光の電場Es(k)、および参照光114の電場Er(k)の関係を考える。
図5に示すように、等価的な参照ミラーの位置401からi番目の界面の空間距離をziとし、そこでの反射率をR(zi)および、参照ミラーからzi位置までの往復の透過率をT(zi)とする。
従って、屈折率に変化が無ければ反射率は0で透過率は1となる。
また、反射率が負になる時は位相が反転する。
なお、簡単のため媒質中での吸収および多重反射の影響を無視する。
なお、この場合の断層は、第1の界面402、第2の界面403、第3の界面404から構成されており、更に光学的に等価な位置に参照ミラー401が示してある。
一方、第2の界面側から第1の界面に入射した光の透過率はt10とする。
これは、光源101及び分光器108の波長分散による影響を排除することに相当する。
更に、式9のフーリエ変換結果を積算することによって、共焦点レーザー走査検眼鏡像として利用することができる。すなわち、実際には被検査物からの戻り光が微弱なため式2で示される戻り光を計測できない場合がある。この場合は式7のように参照光114と戻り光113の掛け算によって戻り光113の成分を検出可能にすることができる。
計測を終了していない場合はステップS6に進む。所望の領域とは例えば、被検査物上でX方向に20μmステップで512ポイント、Y方向に20μmステップで512ポイントなどである。当然、距離、ポイント数は被検査物や装置によって異なってもよい。
次に、ステップS6において、X方向に動かすか判断する。
X方向に動かす場合はステップS7に進む。動かさない場合にはステップS8に進む。
次に、ステップS7において、X方向に所望の距離を動かし、ステップS8に進む。
所望の距離とは例えば20μmである。
次に、ステップS8において、Y方向に動かすか判断する。
Y方向に動かす場合はステップS9に進む。動かさない場合には、ステップS2に進む。
次に、ステップS9において、Y方向に所望の距離を動かし、ステップS2に進む。
所望の距離とは例えば20μmである。
最後に、ステップS10において測定を終了する。
当然、計測結果としては、図5の界面が断層像として表示される。
合波光は式7で示されるのに対して、必要な成分は式8である。参照光114と戻り光113の自己相関成分はノイズとなるため除去する必要がある。
参照光114の自己相関成分は、一般的な光源のSLDの場合で説明すると、原点をピークに原点から離れた位置まで徐々に減衰する像として断層像に重ね合わさる。さらに式8のように畳み込まれているため断層像を歪ませることになる。
これが断層像に重ね合わさりノイズとなる。すなわち、n(zi)ziで構成される像に、N1(z2−z1)、N2(z3−z2)、N1(z2−z1)+N2(z3−z2)の位置に像が出現する。
一般的には参照光114に起因する成分より広範囲となる。
戻り光113の自己相関成分を除去しない場合には、光学的に等価な位置にある参照ミラーと第1の界面の距離が被検査物の層の厚みより離れている必要がある。こうすれば、参照ミラー401と第1の界面402の間に層があるように表示されたとしても、断層成分と自己相関成分を分離することができる。
一般的に、光学的に等価な位置にある参照ミラー401を近づけることによって高感度な計測が可能となり、眼のような反射率が低い被検査物の場合には特に有効である。
また、参照光114のスペクトルで除算することで断層像の歪がなくなり高精度な画像を得ることができる。
なお、参照光114および戻り光113の自己相関成分を測定する方法として、複数の分光器を用いる方法が考えられる。
実施例2における光断層画像撮像装置の構成例について、図2(b)を用いて説明する。図2(b)は、本実施例における光断層画像撮像装置の光学系を説明するための模式図である。本実施例の光断層画像撮像装置は、全体としてマッハツェンダー型の干渉計を構成し、光を制御する部分は電気的に行う。
光源501から出射された光はシングルモードファイバー512−1を通して、レンズ511−1に導かれる。さらに、ビームスプリッタ503−1によって参照光505と測定光506とに分割される。測定光506は、被検査物である眼507によって反射や散乱により戻り光508となって戻される。参照光505と戻り光508は、方向性結合器521を介して分光器518に入射する。分光器518で取得された波長スペクトルなどのデータはコンピューター519に取り入れられる。なお、光源501は代表的な低コヒーレント光源であるSLD(Super Luminescent Diode)である。波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。
ここでは、日本人の平均的な眼球の直径とされる23mmの2倍のL1=46mmとする。
さらに、電動ステージ513は、矢印で図示している方向に移動することができ、参照光505の光路長を、調整・制御することができる。
ビームスプリッタ503−1によって分割された測定光506は、ビームスプリッタ503−2で反射される。次に、XYスキャナ504のミラーに入射される。
XYスキャナ504は、網膜510上を光軸に垂直な方向にラスタースキャンするものである。
レンズ520−1、520−2は網膜510を測定光506で走査するための光学系であり、測定光506を角膜509の付近を支点として、網膜510をスキャンする役割がある。
ここでは、レンズ520−1、520−2の焦点距離はそれぞれ50mm、50mmである。
測定光506は眼507に入射すると、網膜510からの反射や散乱により戻り光508となる。
戻り光508は光アンプ517、光スイッチ516−2を経由し、方向性結合器521を介して分光器518に導かれる。
この参照光505を取得するか否かは制御プロファイルに基づいて判断する。
参照光505を取得する場合はステップS2−2に進み、取得しない場合はステップS3−1に進む。
また、ステップS3−1に進んだ際には、戻り光508を取得するか否かを判断する。
戻り光508を取得するか否かは制御プロファイルに基づいて判断する。
戻り光508を取得する場合はステップS3−2に進み、取得しない場合はステップS4−1に進む。
そして、ステップS3−2に進んだ際には、光スイッチ516−1により参照光505を遮断した状態で、分光器518で戻り光508を取得する。
戻り光508の自己相関成分である強度Is(k)は実施例1とは異なり、光アンプの波長分散G(k)が掛かり、式10で表される。
また、ステップS4−1に進んだ際には合波光を取得するか否かを判断する。合波光を取得するか否かは制御プロファイルに基づいて判断する。
取得する場合はステップS4−2に進み、取得しない場合はステップS5に進む。
このとき、参照光505と戻り光508の自己相関成分の他に干渉成分Irs(k)が現れる。合波光Iadd(k)から式1と式10を減算することによって式11を得ることができる。
取得方法は、例えば、眼の代わりにミラーを配置して、参照光505および戻り光508のスペクトルをそれぞれ取得し、演算をする。
測定を終了する場合にはステップS10に進み、終了しない場合はステップS6に進む。
そして、ステップS6に進んだ際にはX方向に動かすか否かを判断する。
X方向に動かす場合はステップS7に進む。動かさない場合にはステップS8に進む。
ステップS7に進んだ際にはX方向に所望の距離を動かし、ステップS8に進む。
ステップS8に進んだ際にはY方向に動かすか否かを判断する。
Y方向に動かす場合はステップS9に進む。動かさない場合にはステップS2−1に進む。
そして、ステップS9に進んだ際にはY方向に所望の距離を動かし、ステップS2−1に進む。以上のステップを経て、最終的にステップS5において測定を終了すると判断された場合、ステップS10に進み、測定を終了する。
実施例3においては、シャッターを用いた眼科用OCT装置の構成例について、図7を用いて説明する。図7に、本実施例における光断層画像撮像装置の光学系を説明するための模式図を示す。図2と同じ構成には同じ番号が付されており、ここでは、実施例1、2との差異のみを述べる。
ステップM1では、検出器803で光量を検出し、電気回路804で光量のモニターを行う。ステップA2では、光量のモニターが確実に開始されるまでの待機時間であり、例えば数十ミリ秒である。
ステップM2では、光量が規定の範囲であってかつ測定が終了していないことを確認する。それらを満たしている場合は、M1の工程に戻る。なお、規定の光量はANSIなどの規格で決められており、例えば700μWである。光量が規定の範囲外である場合はステップM3に進む。規定の範囲外とは、例えば、680−700μmでない場合である。測定が終了している場合にはステップA10に進み終了する。
ステップM3では、シャッター801が開いている場合にはシャッター801を閉める。そして、ステップM4のエラー処理の工程に進む。エラーの処理は、コンピューター111により分光器によるデータ取得を中止し、スキャナー104や参照ミラー115を初期位置に戻すことなどである。さらに、コンピューター104の画面にエラーメッセージを出力する。
12 戻り光
13 参照部
14 参照光
15 合成光
16 検出部
17 切替部
18 制御部
19 干渉情報取得部
20 光源
21 分割部
22 合成部
23 測定光
Claims (15)
- フーリエドメイン方式の光干渉断層法を用いる撮像装置であって、
光を発生させるための光源と、
前記光源からの光を参照光と測定光とに分割するための分割部と、
前記測定光を被検査物に照射することにより得られる戻り光と前記参照光との合成光を検出するための検出部と、
前記検出部により前記合成光を検出可能な第1の状態と、前記検出部により前記参照光を検出可能な第2の状態とを切り替えるための第1の切替部、あるいは前記第1の状態と前記検出部により前記測定光を検出可能な第3の状態とを切り替えるための第2の切替部と、
前記第1の状態と前記第2の状態とを切り替えるように前記第1の切替部を制御する、あるいは前記第1の状態と前記第3の状態とを切り替えるように前記第2の切替部を制御するための制御部と、
前記第1の状態で前記検出部により検出された前記合成光と、前記第2あるいは第3の状態で前記検出部により検出された前記参照光あるいは前記測定光とを用いて、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を取得するための干渉情報取得部と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の切替部及び前記第2の切替部を有し、
前記制御部は、前記第1の状態と前記第2の状態と前記第3の状態とを切り替えるように前記第1の切替部及び前記第2の切替部を制御することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の切替部は前記測定光の光路を遮蔽可能に構成、あるいは前記第2の切替部は前記戻り光の光路を遮蔽可能に構成され、
前記第2の状態あるいは前記第3の状態は、前記遮蔽された状態であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の撮像装置。 - 前記測定光の光量を検出するための光量検出部と、
前記検出された光量と規定値とを比較するための比較部と、を有し、
前記規定値と異なる場合、前記第1の切替部により前記第2の状態にすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の切替部は前記測定光の透過率を制御可能に構成、あるいは前記第2の切替部は前記戻り光の透過率を制御可能に構成されることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の撮像装置。
- 前記第1の切替部は前記測定光の光路を変更可能に構成、あるいは前記第2の切替部は前記戻り光の光路を変更可能に構成され、
前記第2の状態あるいは前記第3の状態は、前記変更された状態であることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、予め設定されたタイミングに基づいて前記第1の切替部あるいは前記第2の切替部を制御し、
前記合成光は、前記第1の状態のタイミングにおいて前記検出部により検出されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記戻り光の取得時間が前記参照光の取得時間以上となるように、前記第1の切替部及び前記第2の切替部を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記検出部で検出された前記合成光から、前記参照光の自己相関成分と前記戻り光の自己相関成分とを減算するための減算部と、
前記減算された結果を前記参照光の自己相関成分で規格化するための規格化部と、
前記規格化された結果をフーリエ変換するための変換部と、
前記被検査物の断層画像を取得するための断層画像取得部と、を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - フーリエドメイン方式の光干渉断層法を用いる撮像方法であって、
光を発生させる工程と、
前記光を参照光と測定光とに分割する工程と、
前記測定光を被検査物に照射する工程と、
前記照射により得られる戻り光と前記参照光との合成光を検出する工程と、
前記合成光を検出可能な第1の状態と、前記参照光を検出可能な第2の状態とを、あるいは前記第1の状態と前記測定光を検出可能な第3の状態とを切り替える工程と、
前記第1の状態で検出された前記合成光と、前記第2あるいは第3の状態で検出された前記参照光あるいは前記測定光とを用いて、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を取得する工程と、を含むことを特徴とする撮像方法。 - 前記第1の状態と前記第2の状態と前記第3の状態とを切り替えることを特徴とする請求項10に記載の撮像方法。
- 前記合成光から前記参照光の自己相関成分と前記戻り光の自己相関成分とを減算する工程と、
前記減算された結果を前記参照光の自己相関成分で規格化する工程と、
前記規格化された結果をフーリエ変換する工程と、
前記被検査物の断層画像を取得する工程と、を有することを特徴とする請求項10あるいは11に記載の撮像方法。 - 前記測定光の光量を検出する工程と、
前記光量が規定値と異なる場合に前記第2の状態にする工程と、を含むことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の撮像方法。 - 請求項10乃至13のいずれか1項に記載の撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項10乃至13のいずれか1項に記載の撮像方法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。
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