JP2012183152A

JP2012183152A - 光干渉測定方法および光干渉測定装置

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Publication number: JP2012183152A
Application number: JP2011047361A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Okamoto; 圭一郎岡本
Original assignee: Tomey Corp
Current assignee: Tomey Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】周波数に依存する情報をフーリエ解析して被検体の距離あるいは断層情報を取得する光干渉技術において、干渉光学系の構成には関係なく横方向の測定精度と深さ方向の測定範囲を広く確保するとともに異なる測定精度が要求される複数の長さ情報を同時に取得可能な光干渉測定方法あるいは装置を提供する。
【解決手段】連続するスペクトルを有する光束を照射し、照射した前記光束を測定光と参照光に分離し、前記測定光が測定対象により反射した反射光と前記参照光を合波し、合波した前記反射光と前記参照光の干渉光を周波数領域の干渉信号として検出し、検出した前記干渉信号をフーリエ解析することにより前記測定対象の深さ方向の距離あるいは断層情報を取得する光干渉測定方法において、前記フーリエ解析の前に検出した前記干渉信号にゼロパディング処理を行なうことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検体において反射された光の干渉により被検体に関わる長さ情報を取得する装置に関し、詳しくはオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー（ＯＣＴ）に関わる技術を応用して被検体の長さを測定する装置に関する。

医療分野において、光の干渉を利用して被検者に非接触な状態で被検体内部の情報を取得するＯＣＴが広く利用されている。ＯＣＴは、被検体の屈折率分布・分光情報・偏光情報（複屈折率分布）等が測定可能であり、長さ情報もその１つである。

ＯＣＴ測定には、ＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ測定とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ測定の２種類が存在する。ＦＤ−ＯＣＴ測定は、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。ＦＤ−ＯＣＴ測定を行う光断層画像化装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。

ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等にて各周波数成分に対応した干渉光強度を測定し、この干渉強度信号を計算機でフーリエ変換解析することにより、深さ方向における反射率、すなわち断層情報を取得するものである。

ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源に周波数を時間的に掃引させるレーザ等を用い、干渉光の周波数の時間的変化に対応した干渉光強度の時間波形を測定し、この干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、深さ方向における反射率、すなわち断層情報を取得するものである。

前述したＳＤ−ＯＣＴあるいはＳＳ−ＯＣＴにおいては、取得される情報は深さ方向の情報が周波数ごとに分離されている信号が複合されているため、ＴＤ−ＯＣＴのように参照面の移動は不要である。従って、断層情報の取得に要する時間を短縮可能なため、近年多くの装置において採用されるようになっている。しかしながら、取得される情報の分解能は波長帯域幅に反比例しており、光学的分解能を向上させるために波長帯域幅を広くすることが求められている。

ＯＣＴが最も普及している眼科分野においては、眼球に関する様々な距離を短時間に精度良く測定することが望まれている。例えば、特許文献１では眼軸長をはじめ、前房深度、角膜曲率を１台で複数の測定機能を持つ装置が提案されている。しかし、この眼軸長測定はＴＤ−ＯＣＴ方式であるため、測定時間が長く被検眼の固視微動などの影響を受けやすいという問題がある。また、眼軸長・前房深度・角膜曲率のそれぞれが異なった手法で測定されるため、装置が大掛かりになる問題もある。

近年、コヒーレンス長の長い波長走査光源が開発され、測定時間の短いＳＳ−ＯＣＴ方式での眼軸長測定が可能になった（非特許文献１）。しかし、この光源では波長帯域幅が狭く、角膜厚や角膜曲率測定には分解能が足りないため、眼軸長測定と同じシステムで測定では求められる測定精度を満足することはできない。

この問題を解決するために、特許文献２では測定の対象や目的に応じて光源の波長走査速度やサンプリング周波数を調整することで波長分解能を制御し、測定可能範囲（測定深度）や分解能を変更する方法が提案されている。

しかし、一般に波長走査光源の波長変動幅とコヒーレンス長はトレードオフの関係にあり、眼軸長測定と角膜厚・角膜曲率測定に必要な測定可能範囲や分解能を両立できるような光源は技術的に困難であるため、この方法では問題を解決することはできない。仮にそのような光源があったとしても、角膜厚測定時に波長分解能を落として波長変動幅を広くすると、コヒーレンスが長いために眼底からの反射光がエイリアシングノイズとなり誤った測定をしてしまうおそれがある。

また、ＳＤ−ＯＣＴやＳＳ−ＯＣＴ方式では、光周波数に対して完全に線形にサンプリングすることは困難であり、線形に較正する方法は特許文献３〜６において開示されている。しかしながら、前述の特許文献に開示された技術では、波長走査速度やサンプリング周波数の変更に伴って適切な較正値も変化することから複数の較正値を保持する構成が必要となり装置の演算処理回路が複雑になってしまう問題がある。

特表２００２−５３１２０５号公報特開２００７−１１７７２３号公報特開２００７−１０１３６５号公報特開２０１０− ５４５０１号公報特表２０１０−５１７０１７号公報特開２００７− ２４６７７号公報

Changho Chong et al., "Large coherence length swept source for axial length measurement ofthe eye" APPLIED OPTICS/Vol.48, No.10/1, April 2009,PP.D144-150

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数に依存する情報をフーリエ解析して被検体の距離あるいは断層情報を取得する光干渉技術において、干渉光学系の構成には関係なく横方向の測定精度と深さ方向の測定範囲を広く確保するとともに異なる測定精度が要求される複数の長さ情報を同時に取得可能な光干渉測定方法あるいは装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備えることを特徴とする。

（１）連続するスペクトルを有する光束を照射し、照射した前記光束を測定光と参照光に分離し、前記測定光が測定対象により反射した反射光と前記参照光を合波し、合波した前記反射光と前記参照光の干渉光を周波数領域の干渉信号として検出し、検出した前記干渉信号をフーリエ解析することにより前記測定対象の深さ方向の距離あるいは断層情報を取得する光干渉測定方法において、前記フーリエ解析の前に検出した前記干渉信号にゼロパディング処理を行なうことを特徴とする。
（２）（１）の光干渉測定方法において、測定対象を設定することにより前記ゼロパディング処理において付加されるゼロの数が自動的に決定されることを特徴とする。
（３）（１）〜（２）の光干渉測定方法において、前記ゼロパディング処理は前記干渉信号の少なくとも最初のデータの前あるいは最後のデータの後に行なわれることを特徴とする。
（４）（１）〜（３）の何れかの光干渉測定方法において、前記ゼロパディング処理の前に前記干渉信号に対してローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする。
（５）連続するスペクトルを有する光束を照射する光束照射手段と、照射した前記光束を測定光と参照光に分離する光束分離手段と、前記測定光が測定対象により反射した反射光と前記参照光を合波する光束合波手段と、合波した前記反射光と前記参照光の干渉光を周波数領域の干渉信号として検出する干渉信号検出手段と、検出した前記干渉信号をフーリエ解析する解析手段とを有する光干渉測定装置において、前記解析手段による解析の前に前記干渉信号にゼロパディング処理を行なう干渉信号処理手段を設けたことを特徴とする。
（６）（５）の光干渉測定装置において、測定対象を設定する測定対象設定手段を有し、該測定対象設定手段により設定された測定対象に基づいて前記ゼロパディング処理において付加されるゼロの数が自動的に決定されることを特徴とする。
（７）（５）〜（６）の光干渉測定装置において、前記ゼロパディング処理は前記干渉信号の少なくとも最初のデータの前あるいは最後のデータの後に行なわれることを特徴とする。
（８）（５）〜（７）の光干渉測定装置において、前記干渉信号に対して前記ゼロパディング処理の前にローパスフィルタ処理を施すフィルタ手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、周波数に依存する情報を取得する干渉信号を取得する光干渉測定方法において、取得された測定データから距離情報を算出するデータ変換の処理内容が、算出する距離情報に要求される測定精度に基づいて変更可能な構成とされているため、要求される測定精度が確保された距離情報を算出可能となる。

また、本発明によれば、距離情報に要求される測定精度は取得された測定データを距離情報に変換するデータ変換の処理過程において確保する構成とされているため、要求される測定精度が異なる複数の距離情報を算出する場合においても同一の測定データを使用できるため、複数回の測定が不要となり測定時間を短縮可能となる。

さらに、本発明によれば、測定によって取得するデータが周波数に依存する情報であれば要求される測定精度を確保可能であるため、光学系を構成する光源あるいは分光器に特別な仕様のものを採用することは不要であり、価格が上昇することを抑えることも可能となる。

本発明の一実施形態である波長走査型光源を利用した光干渉距離測定装置の構成を示した図である。本発明の一実施形態である光干渉距離測定装置の電気的構成を概略的に示したブロック図である。本発明の一実施形態である光干渉距離測定装置の距離測定に関わる基本的な処理フローを示した図である。図３に示した処理フローの一部を詳細にした図である。従来のスペクトル信号の処理を示した図である。本発明の一実施形態である光干渉距離測定装置のスペクトル信号の処理を示した図である。従来のスペクトル信号より取得されるサンプリングデータの間隔を示した図である。本発明の信号処理により取得されるサンプリングデータの間隔を示した図である。本発明の信号処理によるフィルタリングの効果を示した図である。図４に示した処理フローの一部を詳細にした図である。

以下、図面に基づいて説明を行なう。

図１は、本発明の一実施形態である波長走査型光源を利用した光干渉距離測定装置の構成を示している。また、図２は、本実施例の光干渉距離測定装置の電気的構成を概略的に示している。

ここで、図示はしないが、光干渉断層撮影装置の装置本体は、保持台に対して、Ｘ方向（左右方向）及びＹ方向（上下方向）並びにＺ方向（前後方向）に移動可能に支持されている。装置本体の前面側（被検者側）には、顎受け部及び額当て部が、前記保持台に対して固定的に設けられている。被検者が、前記顎受け部に顎を載せると共に額当て部に額を当てることにより、被検者の眼（被検眼Ｅ）が、装置本体の前面に設けられた撮影用の（光の出入りが行われる）検査窓の正面に配置されるようになっている。

このとき、図２にのみ示すように、この光干渉断層撮影装置１には、前記装置本体を前記保持台に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に夫々自在に移動させるための本体駆動部２が設けられている。詳しい説明は省略するが、この本体駆動部２は、Ｘ方向移動モータ、Ｙ方向移動モータ、Ｚ方向移動モータなどを備えた周知構成を備えており、制御装置３により制御されるようになっている。後述するように、この本体駆動部２及び制御装置３は、アライメント光学系４等と共にアライメント手段及びオートアイトラッキング手段を構成するようになっている。

前記装置本体には、図２に示すように、ＣＰＵ，メモリ等からなるマイクロコンピュータを含んで構成され全体の制御を行う制御装置３、前眼部Ｅｃの断層画像を取得する断層画像取得手段としてのＯＣＴシステム５、被検眼Ｅの正面画像を撮影する撮像手段を構成する前眼部撮像系６、アライメント光学系４が設けられている。このアライメント光学系４は、上記のようにアライメント手段及びオートアイトラッキング手段を構成すると共に、角膜頂点位置検出手段を構成する。これらＯＣＴシステム５、前眼部撮像系６、アライメント光学系４の詳細については後述する。

さらに、装置本体には、後面（検者）側に位置して、被検眼正面画像等を表示する表示装置としてのモニタ７や、検者（オペレータ）が各種操作を行うためのキー操作部８が設けられている。図示はしないが、前記キー操作部８には、測定開始スイッチ、測定領域指定スイッチ等が含まれている。また本実施例では、前記モニタ７の画面上には、指定手段として機能するタッチパネル９が設けられている。尚、前記制御装置３には、撮影した三次元画像の画像データ等を記憶する記憶部１０が接続されている。

図１は、上記した光学系、即ち、ＯＣＴシステム５、前眼部撮像系６、アライメント光学系４の構成を示している。以下、これらについて順に述べる。前記ＯＣＴシステム５は、光干渉断層法により前眼部Ｅｃの断層画像を得るものである。本実施例では時間的に波長を変化させて走査する波長走査光源１１を用いたフーリエドメイン（光周波数掃引）方式が採用されている。

即ち、波長走査光源１１から出力された光は、光ファイバ１２ａを通して第１のファイバーカプラ１３に入力され、この第１のファイバーカプラ１３において、例えば１：９９の比率で、参照光と測定光とに分波されて出力される。そのうち参照光は、光ファイバ１２ｂを通って第１のサーキュレータ１４の入力部に入力され、更にこの第１のサーキュレータ１４の入出力部から光ファイバ１２ｃを通ってその端部から出力され、複数個のコリメータレンズ１５を通って参照ミラー１６に入射される。

そして、参照ミラー１６にて反射された参照光が、再び、複数個のコリメータレンズ１５を通って光ファイバ１２ｃの端部から入力され、光ファイバ１２ｃを通って第１のサーキュレータ１４の入出力部から入力される。そして、第１のサーキュレータ１４の出力部から出力された参照光は、光ファイバ１２ｄを通って第２のファイバーカプラ１７の第１の入力部に入力される。

一方、前記第１のファイバーカプラ１３から出力された測定光は、光ファイバ１２ｅを通って第２のサーキュレータ１８の入力部に入力され、さらにこの第２のサーキュレータ１８の入出力部から光ファイバ１２ｆを通ってその端部から出力される。光ファイバ１２ｆの端部から出力された測定光は、コリメータレンズ１９を通ってガルバノスキャナ２０に入力される。ガルバノスキャナ２０は、測定光を走査させるためのもので、ガルバノドライバ２１により駆動されるようになっている。

この第２のファイバーカプラ１７において、前眼部Ｅｃからの反射光と、前記光ファイバ１２ｄを通って入力された参照光とが、例えば５０：５０の比率で合波され、その信号が光ファイバ１２ｈ、１２ｉを介して検出器２４に入力される。検出器２４においては、波長毎の干渉が測定され、測定された干渉信号が、前記制御装置３に設けられたＡＤボード２５に入力される。さらに、制御装置３に設けられた演算部２６において、干渉信号に対するフーリエ変換などの処理が行われ、もって走査線に沿う前眼部Ｅｃの断層画像が取得されるのである。

このとき、詳しくは後述するように、前記ガルバノスキャナ２０による測定光のスキャンパターン言い換えると走査線（Ｂ−スキャン）の方向は、制御装置３において設定されるようになっている。そして、制御装置３（演算部２６）からの指令信号に基づいてガルバノドライバ２１がガルバノスキャナ２０を制御するようになっている。尚、得られた前眼部Ｅｃの断層画像のデータは、必要な屈折補正が行われた後、前記記憶部１０に記憶される。また、図１に模式的に示しているように、その断層画像Ｔを前記モニタ７に表示させることができる。

次に、前記前眼部撮像系６は、照明光源２７，２７、前記対物レンズ２３、前記ホットミラー２２、コールドミラー２８、結像レンズ２９、ＣＣＤカメラ３０、光学制御部３１を備えて構成される。照明光源２７，２７は、被検眼Ｅの正面に可視光領域の照明光を照射するようになっており、被検眼Ｅからの反射光が、前記検査窓から前記対物レンズ２３、ホットミラー２２、コールドミラー２８、結像レンズ２９を通って、ＣＣＤカメラ３０に入力される。これにて、被検眼Ｅの正面画像Ｆが撮影され、撮影された画像データは、光学制御部３１によって画像処理が行われて、前記モニタ７に表示されるようになる。

そして、前記アライメント光学系４は、より詳細には、被検者が固視灯を見つめることにより眼球（被検眼Ｅ）を極力動かさないようにさせるための固視灯光学系、被検眼Ｅ（角膜頂点）のＸＹ方向の位置（本体に対する上下左右の位置ずれ）を検出するためのＸＹ方向位置検出系、被検眼Ｅ（角膜頂点）の前後方向（Ｚ方向）の位置を検出するためのＺ方向位置検出系を含んで構成されている。

そのうち固視灯光学系は、固視灯３２、コールドミラー３３、リレーレンズ３４、ハーフミラー３５、前記コールドミラー２８、前記ホットミラー２２、前記対物レンズ２３などから構成されている。これにて、固視灯３２から出力された光（例えば緑色の光）は、コールドミラー３３、リレーレンズ３４、ハーフミラー３５、コールドミラー２８、ホットミラー２２、レンズ２３を順に介して、検査窓から被検眼Ｅに向けて出力されるようになっている。

前記ＸＹ方向位置検出系は、ＸＹ位置検出光源３６、前記コールドミラー３３、前記リレーレンズ３４、前記ハーフミラー３５、前記コールドミラー２８、前記ホットミラー２２、前記対物レンズ２３、結像レンズ３７、位置センサ３８などを備えて構成されている。前記ＸＹ位置検出光源３６からは、位置検出用のアライメント光が出力され、コールドミラー３３、リレーレンズ３４、ハーフミラー３５、コールドミラー２８、ホットミラー２２、対物レンズ２３を介して、検査窓から被検眼Ｅの前眼部Ｅｃ（角膜）に向けて出射される。

このとき、被検眼Ｅの角膜表面が球面状をなすことにより、アライメント光は、被検眼Ｅの角膜頂点の内側で輝点像を形成するようにして角膜表面で反射され、その反射光が、検査窓から入射されるようになっている。角膜頂点からの反射光（輝点）は、対物レンズ２３、ホットミラー２２、コールドミラー２８、ハーフミラー３５、結像レンズ３７を介して位置センサ３８に入力される。位置センサ３８によってその輝点の位置が検出されることにより、角膜頂点の位置（Ｘ方向及びＹ方向の位置）が検出されるようになっている。尚、前記輝点は、ＣＣＤカメラ３０の撮影画像（モニタ７の表示画像）にも写り込むものとなる。

前記位置センサ３８の検出信号は、前記光学制御部３１ひいては制御装置３に入力される。この場合、位置センサ３８と前記前眼部撮像系６（ＣＣＤカメラ３０やモニタ７）との間でのアライメントが取られていると共に、角膜頂点の所定（正規）の画像取得位置（断層画像取得時に追従させるべき位置）が設定されている。角膜頂点の正規の画像取得位置としては、例えば、ＣＣＤカメラ３０の撮影画像の中心位置（前記モニタ７の画面中心位置）と一致する点とされている。前記制御装置３は、位置センサ３８の検出に基づいて、正規の位置に対する、検出された角膜頂点（輝点）のＸ方向及びＹ方向の位置ずれ量（この場合モニタ７の画面中心からの位置ずれ量）を求めるようになっている。

前記Ｚ方向位置検出系は、Ｚ方向位置検出光源３９、結像レンズ４０、ラインセンサ４１を備えて構成されている。Ｚ方向位置検出光源３９は、被検眼Ｅに対して斜め方向から検出用の光（スリット光又はスポット光）を照射し、角膜からの斜め方向の反射光が、結像レンズ４０を介してラインセンサ４１に入射されるようになっている。このとき、装置本体に対する被検眼Ｅの前後方向（Ｚ方向）の位置によって、ラインセンサ４１に入射される反射光の入射位置が異なるようになるので、被検眼Ｅの装置本体に対するＺ方向の位置（距離）が検出されるのである。

ラインセンサ４１の検出信号は、前記制御装置３に入力されるようになっている。このとき、制御装置３には、被検眼Ｅ（角膜）の装置本体に対する適切なＺ方向位置（距離）が予め設定されており、ラインセンサ４１の検出に基づいて、被検眼Ｅの適切な位置に対するＺ方向のずれ量を求めることができるのである。

そして、制御装置３は、前記ＸＹ方向位置検出系により検出された角膜頂点（輝点）のＸ方向及びＹ方向の位置ずれ量、並びに、前記Ｚ方向位置検出系により検出された被検眼ＥのＺ方向の位置ずれ量に基づいて、それらの位置ずれ量を全て０にするように、本体駆動部２を制御し、装置本体を保持台に対して移動させる。このとき、制御装置３は、距離情報測定を開始するにあたって、角膜頂点の位置を所定の測定位置に一致させるように前記装置本体を前記保持台に対して移動させるようになっていると共に、距離情報の取得処理中にも、角膜頂点と装置本体との位置関係を一定に保つように、該装置本体を追従移動させるようになっている。これにより、アライメント手段及びオートアイトラッキング手段が構成されているのである。

さて、前記制御装置３は、そのソフトウェア的構成（距離測定プログラムの実行）により、ＯＣＴシステム５、前眼部撮像系６、アライメント光学系４、本体駆動部２などを制御し、眼球Ｅに関わる距離を測定する処理を実行するもので、図３はその基本的な処理内容をフローに示したものである。

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、検者は測定する距離を設定（指定）する。ここで、測定する距離は１つではなく複数設定することも可能である。測定する距離を設定することにより、当該距離の測定に要求される検出範囲と測定精度が明確になる。

従って、ステップ２０（Ｓ２０）において、検出範囲を確保するために必要な波長変動幅および波長分解能（波長変動幅／サンプリングデータ数）が導き出される。
例えば、眼軸長測定においては、測定範囲４０ｍｍ以上、測定精度０．０４ｍｍ程度の結果が要求され、中心波長１．０６μｍの場合は波長変動幅１３ｎｍ以上、波長分解能１３ｎｍ／２０００点を満足しなければならない。
一方、角膜厚測定においては、測定範囲としておよそ５ｍｍ、測定精度は０．０１ｍｍの結果が要求され、波長変動幅５０ｎｍ、波長分解能５０ｎｍ／１０００点が必要となる。

その後、ステップ３０（Ｓ３０）においてスペクトル信号が取得され、ステップ４０（Ｓ４０）において解析が行われる。ここで、図４はステップ４０のスペクトル解析の内容を示しており、特にステップ４２（Ｓ４２）に示されているゼロパディング処理により、フーリエ解析において測定精度を向上させるためのデータが補間される。

ここで、本発明の特徴とする前述の信号処理について以下に説明する。図５は従来の信号処理を示したものである。図５（ａ）はＳＤ-ＯＣＴの場合は分光器、ＳＳ−ＯＣＴの場合は波長走査により取得された一組のスペクトル成分を含むデータベクトル：χ＝｛χ₀,χ₁,……,χ_N-1｝を検出した様子を示している。

しかしながら、このデータベクトルは光周波数に従って線形分布していないため、線形分布するようにデータを再構築（以後リスケーリングと表す）する必要がある。リスケーリング手段には、一般に離散フーリエゼロパディング補完、直線線形補完などがある。図５（ｂ）に示されるようにデータベクトル：χをリスケーリングし、さらに窓関数を掛けたデータベクトル：χ’＝｛χ₀’,χ₁’,……,χ_N-1’｝を、数１によりフーリエ変換したデータべクトル：Ｘ＝｛Ｘ₀,Ｘ₁,……,Ｘ_N-1｝が距離を反映した情報として取得される。

なお、図５（ｃ）に示される信号は、横方向に関してＮ個のデータの中央に該当する（Ｎ／２−１）番目のデータを境界として右側は共役信号波形が形成されるため、距離情報取得において有効なデータ数は元の半分であるＮ／２個となる。

ところで、図５（ｂ）に示されるデータベクトル：χ’にフーリエ変換を施す場合、χ₀’の前あるいはχ_N-1’の後に０（ゼロ）を付加しても、元のデータベクトル：χに関する距離情報の範囲は変化しないという特徴がある。この特徴を利用すると、付加する０（ゼロ）の数を増加させるほど距離に関わる画素分解能を向上させることができる。

図６は、図５（ｂ）に示される信号χ’の後ろにＭ個の０（ゼロ）を付加した後にフーリエ変換を施した例を示したものである。図６（ａ）に示されるデータベクトル：χ”＝｛χ₀”,χ₁”,……,χ_N+M-1”｝は、数２のように表される。

このデータベクトル：χ”をフーリエ変換して取得される信号Ｘ’＝｛Ｘ₀,Ｘ₁,……,Ｘ_N+M-1｝は、数３により表すことができる。

図６（ｂ）はデータベクトル：Ｘ’を図５（ｃ）と同様に表したものである。ここで、図５（ｃ）および図６（ｂ）の横軸方向に反映される距離は同じであり、従来の信号処理におけるデータ数がＮ個であるのに対して本発明に関わる信号処理ではデータ数が（Ｍ＋Ｎ）個であるため、画素分解能がＮ／（Ｍ＋Ｎ）となり波形情報を正確に把握することが可能となる。

図７はＮ個のデータを取得してゼロパディング処理を行なわずフーリエ変換を行なう従来の信号処理における検出精度（解像度）について説明するもので、図７（ａ）にＤとして示した領域における信号を図７（ｂ）として示している。図７（ａ）に示したＮ個のデータに反映される測定対象の長さがＬである場合、検出精度（解像度）はＬ／Ｎとなる。ここで、図７（ｂ）には領域Ｄの信号が３個のデータＤ１〜３によって構成されている例を示しており、検出精度（解像度）に直結するそれぞれのデータ間の距離はデータの数Ｎに支配される。

図８は図７に示した信号にゼロパディング処理によりＭ個のデータを付加した後にフーリエ変換を行なった例を示したものである。Ｍ個の０（ゼロ）の付加による測定範囲の変化はないため、図７と同様に測定範囲の長さをＬとすると検出精度（解像度）はＬ／（Ｍ＋Ｎ）となる。従って、ゼロパディング処理を行なわない場合と比較すると検出精度は（Ｍ＋Ｎ）／Ｎ倍となる。図８（ａ）にＤ’として示した領域における信号を図８（ｂ）として示している。ここで、図８（ｂ）は図７（ｂ）に相当する領域が設定され、かつＭ＝３Ｎの関係が成立している例でＤ１’〜９’の９個のデータによって構成される。

図７（ｂ）ならびに図８（ｂ）を比較すると、本発明に関わるゼロパディング処理を行なっていない図７（ｂ）では３個のデータＤ１〜３を結ぶ線分により波形が表されるため実際の波形（元波形）より粗くなっている。しかしながら、本発明に基づいて０（ゼロ）のデータを付加することにより図８（ｂ）に示すようにＤ１’〜Ｄ９’間を結ぶ線分は実際の波形（元波形）とほとんど一致するようになる。

なお、全データ数（Ｍ＋Ｎ）が２のべき乗になるように０（ゼロ）を付加した場合には、高速フーリエ変換が適用できるため処理時間をさらに短縮可能となる。本実施例では、サンプリングのデータ数Ｎ＝２０４８，Ｍ＝６１４４とするのが最適な条件となる。

ここで、角膜厚の測定においては４０ｍｍ以上の測定範囲は不要であるため、本来８１９２点でフーリエ変換する必要はなく１０２４点で十分である。しかし、波長走査光源は眼軸長測定に有利なようにコヒーレンス長が長く設計されているため、サンプリング速度を下げることやデータを直接間引くことを行なうと、図５（ｃ）では横軸方向において中央を境界として右側に位置していた共役信号の一部が中央の左に位置するようになり、この結果図９（ａ）に示されるように角膜後面信号Ｃｐ近傍に角膜眼底による共役信号のエイリアシングノイズＲ’等が位置する可能性が生じる。従って、エイリアシングノイズＲ’を角膜後面信号Ｃｐと誤認してしまう危険があり問題となってくる。

そこで、データベクトル：ＸあるいはＸ’に対して、図４のフローにおいてステップ４３（Ｓ４３）とされているフーリエ変換の前にローパスフィルタ処理を行なうことにより図９（ｂ）に示すように角膜厚の測定においては不要な角膜眼底信号ＲならびにそのエイリアシングノイズＲ’が除去され、その後にサンプリングのデータを間引く処理（ダウンサンプリング）を行うことで不要にデータ数を増やすことなく、フーリエ変換などの演算による負荷を軽くすることができるとともに、測定精度が低下することも防ぐことも可能となる。

図１０は図４のフローにおいてステップ４１（Ｓ４１）とされたリスケーリングの処理に際して、前述のエイリアシングノイズを除去するためのステップが設けられたフローを示している。

本実施形態では、まずステップ４１１（Ｓ４１１）として設けられたローパスフィルタにより、眼底信号を含む高周波成分を除去する。ここで処理されるデータは、例えば、波長変動幅１３μｍで走査されて生じた信号を２０４８点でサンプリングする。

続いて、ステップ４１２（Ｓ４１２）においてリスケーリングが行われた後、ステップ４１３（Ｓ４１３）においてサンプリングデータが間引きされる。例えば、２０４８点のデータを２５６点まで間引く。

以上の手順を経た後、図４のステップ４２（Ｓ４２）においてゼロパディング処理を行なう。ここで、前述の２５６点に間引かれたデータを１０２４点にすることにより、ステップ４３（Ｓ４３）のフーリエ変換処理に要する時間等の削減を図ることが可能である。

また、本実施形態においてはリスケーリング後にゼロパディング処理を行なっているが、スペクトル信号取得直後にゼロを挿入しても同様の効果を得られる。さらに、ローパスフィルタ処理についてもリスケーリング後に行なっても同様の効果を得られる。なお、ローパスフィルタには、電気回路でのアナログで処理する方法とサンプリングデータ取得後にデジタルで処理する方法がある。アナログ処理では高速で処理できるため、信号処理に加わる負荷は少ない。デジタル処理では、信号処理に加わる負荷は大きいが、リスケーリング手段の一つである離散フーリエ変換ゼロパディング補完の離散フーリエ変換後に眼底信号を含む高周波成分をカットするとリスケーリング処理とローパスフィルタ処理を同時に行うことができ効率がよい。

以上に説明したとおり、本発明によれば周波数に依存する情報を取得する干渉信号を取得する光干渉測定方法あるいはその方法を実施可能な構成を有する装置が提供され、取得された測定データから距離情報を算出するデータ変換の処理内容が、算出する距離情報に要求される測定精度に基づいて変更可能な構成とされているため、要求される測定精度が確保された距離情報を算出可能となる。

なお、上述した実施形態は眼軸長測定と角膜厚測定の複合機能に関するものであるが、これに限るものではなく同一の測定対象における通常解像度画像モードと高解像度画像モードの切替え等、本発明は何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更・修正・改良等を加えた態様で実施可能であり、また、そのような実施態様が本発明の趣旨を逸脱しない限り何れも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

また、本実施形態においてはリスケーリング後にゼロパディング処理を行なっているが、スペクトル信号取得直後にゼロを挿入しても同様の効果を得られる。さらに、ローパスフィルタ処理についてもリスケーリング後に行なっても同様の効果を得られる。

１光干渉断層撮影装置
２本体駆動部（アライメント手段，オートアイトラッキング手段）
３制御装置（走査線設定手段）
４アライメント光学系（角膜頂点位置検出手段，アライメント手段，オートアイトラッキング手段）
５ＯＣＴシステム（断層画像取得手段）
６前眼部撮像系（撮像手段）
７モニタ（表示装置）
９タッチパネル（指定手段）
Ｅ被検眼
Ｅｃ前眼部

Claims

連続するスペクトルを有する光束を照射し、
照射した前記光束を測定光と参照光に分離し、
前記測定光が測定対象により反射した反射光と前記参照光を合波し、
合波した前記反射光と前記参照光の干渉光を周波数領域の干渉信号として検出し、
検出した前記干渉信号をフーリエ解析することにより測定対象の深さ方向の距離あるいは断層情報を取得する光干渉測定方法において、
前記フーリエ解析の前に検出した前記干渉信号にゼロパディング処理を行なうことを特徴とする光干渉測定方法。
測定対象を設定することにより前記ゼロパディング処理において付加されるゼロの数が自動的に決定されることを特徴とする請求項１に記載の光干渉測定方法。
前記ゼロパディング処理は前記干渉信号の少なくとも最初のデータの前あるいは最後のデータの後に行なわれることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の光干渉測定方法。
前記ゼロパディング処理の前に前記干渉信号に対してローパスフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１乃至３に記載の光干渉測定方法。
連続するスペクトルを有する光束を照射する光束照射手段と、
照射した前記光束を測定光と参照光に分離する光束分離手段と、
前記測定光が測定対象により反射した反射光と前記参照光を合波する光束合波手段と、
合波した前記反射光と前記参照光の干渉光を周波数領域の干渉信号として検出する干渉信号検出手段と、
検出した前記干渉信号をフーリエ解析する解析手段とを有する光干渉測定装置において、
前記解析手段による解析の前に前記干渉信号にゼロパディング処理を行なう干渉信号処理手段を設けたことを特徴とする光干渉測定装置。
測定対象を設定する測定対象設定手段を有し、該測定対象設定手段により設定された測定対象に基づいて前記ゼロパディング処理において付加されるゼロの数が自動的に決定されることを特徴とする請求項５に記載の光干渉測定装置。
前記ゼロパディング処理は前記干渉信号の少なくとも最初のデータの前あるいは最後のデータの後に行なわれることを特徴とする請求項５あるいは６に記載の光干渉測定装置。
前記干渉信号に対して前記ゼロパディング処理の前にローパスフィルタ処理を施すフィルタ手段を有することを特徴とする請求項５乃至７に記載の光干渉測定装置。