JP2019196954A - 光学スキャンヘッド、および、光学測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、観察物に順次光学スポットを照射してデータを得る光学測定装置において小型の光学スキャンヘッドを供給する。【解決手段】本発明においては、結像レンズと分光ミラーにより光学ヘッド内に形成される結像面に、観察物に照射する集光スポットを構成する光の出射点と撮像素子とをそれぞれ配置し、撮像素子により撮影される画像の撮影領域を動かすことにより、観察物に照射する集光スポットの位置を動かすことにより、小型の光学スキャンヘッドを実現する。【選択図】図１６

Description

本発明は、光干渉断層観察装置および分光測定装置など光を観察物に照射しその反射光を解析するシステムにおいて、光を観察物へ照射し、かつ、光を観察物に照射した位置を画像を取得する撮像素子を有する光学スキャンヘッドおよびその駆動方法に関するものである。

エリック スワンソンらが発明した光干渉断層撮影装置（特許文献１）は、観察物に光を照射しその光の反射光の波長情報を解析することにより光を照射した位置の表面直下の屈折率構造を得ることができる装置である。照射する光の集光スポット位置をスキャンすることにより観察物の断面の画像が得られることから、眼科における網膜の診断などに一般に用いられている。光干渉断層撮影装置により観察することができる深さは光が深達できる範囲に限られてしまうが、超音波診断機器に比較して高い分解能であること、また、Ｘ線を用いた装置に比較して被ばくがなく極めて非侵襲に内部の情報を得ることができること、により、その用途拡大が期待されている。

米国特許第５３２１５０１号明細書 特許第４０５１７３８号明細書

Ｊｕｌｉａ ＷｅｌＺｅｌ、"ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ"、ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌｕｍｅ ３７、Ｎｕｍｂｅｒ ６、 ９５８−９６３

図１に光干渉断層撮影装置の構成例を示す。光源１０１から出射した光はファイバー１０２を導波した後カプラー１０３により光ファイバー１０５および反射ミラー１０６よりなる参照光学系と、結像レンズ２４を介して観察物２９に照射され観察物２９の情報を取得する測定光学系とに分離される。測定光学系においては、光ファイバーコネクタベース３７に取り付けられる光ファイバーコネクタ１１の端面１３を出射点とする光をコリメートレンズ３０により平行光とし、Ｘ軸方向移動モーター３３、Ｙ軸方向移動モーター３４により搭載されたＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２によりスキャンレンズ３５に入射する光束の角度を照射する位置に応じて調整される。スキャンレンズ３５に入射した光はその入射角度に応じて、観察物２９の観察面の結像面２６におけるスキャンレンズ３５の集光スポットの位置がスキャンされることとなり、観察物２９の観察面における集光スポットをスキャンする構成となっている。観察物２９からの反射光は、結像レンズ２４、スキャンレンズ３５、Ｘ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２、コリメートレンズ３０、光ファイバー１０４を介してカプラー１０３に至ったのち、反射ミラー１０６により反射された光と合波され、ディテクター１０８により検出される。また分光ミラー２１により構成される結像レンズ２４の他の結像面２５には画像撮影が可能な撮像素子２２が配置され、観察物２９のどの位置を光干渉断層撮影装置１１０により観察しているかの情報を得ることができるようにされている。

撮像素子２２が配置されている結像面２５と、スキャンレンズ３５により集光スポットのスキャンがなされる結像面２６とはともに、結像レンズ２４による観察物２９の結像面であることから、Ｘ軸ガルバノミラー３１およびＹ軸ガルバノミラー３２の角度情報、すなわち、Ｘ軸方向移動モーター３３およびＹ軸方向移動モーター３４の位置情報とスキャンレンズ３５により集光がなされる結像面２６上の集光スポットの位置との校正情報を事前に取得しておくことにより、撮像素子２２により観察される画像から観察物２９への光の照射位置を指示することが可能となる。

眼科における光干渉断層撮影装置を用いた網膜観察の方法は、医師が注目している領域の断面構造を得るという方法であるので、医師は注目している領域を撮像素子２２により撮像した観察物２９の画像において指示し、その注目領域を含む１方向あるいは直交する２方向に対応する位置に集光スポットをスキャンしてそれらの断面画像を得る方法が多く用いられている。つまり、光干渉断層撮影装置のデータ取得時においては、観察物２９に対して、スキャンヘッド内の結像レンズ２４の位置は固定された状態であり、Ｘ軸方向移動モーター３３およびＹ軸方向移動モーター３４が所定の動作を行うことにより、結像面２６における集光スポットが所定の位置をスキャンすることにより順次データ取得がなされる。また、撮像素子２２による観察物２９の画像取得は、スキャン位置を指示することおよびスキャン位置を記録することを目的として光干渉断層撮影装置のデータ取得前に行われ、光干渉断層撮影装置のデータ中には観察物２９の画像取得は行われない。

一方、図１に示した光干渉断層撮影装置１１０の構成から、光干渉断層撮影装置１１０は、光源・検出装置部１００とスキャンヘッド部３６の２つに分離することが可能である。スキャンヘッド部３６には上述したように、撮像素子２２により観察される画像から観察物２９への光の照射位置を指示することを可能とするために、Ｘ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２、Ｘ軸方向移動モーター３３、Ｙ軸方向移動モーター３４、さらには、分光ミラー２１、および撮像素子２２がそれらの位置情報が変化しないように配置されているので、小型化が容易でない構成となっている。ガルバノミラーの位置は、スキャンレンズのバックフォーカスの位置に配置することが光学的に望ましいとされているので、例えば焦点距離が３０ミリメートルのスキャンレンズを採用した場合には、必然的に結像面２６からガルバノミラーまでの距離は６０ミリメートルの距離が必要となってしまうので、スキャンヘッド部３６の長さを６０ミリメートル以下の長さにすることは不可能となる。

眼科における網膜診断用途における光干渉断層撮影装置は、患者が装置の前に座り装置を覗く体勢で診断を受けることが一般的であるので、スキャンヘッド部への小型化の要求はほとんどない。しかし、光干渉断層撮影装置は皮膚科における診断用途への応用（非特許文献１）などが検討されており、皮膚科は診断する位置がさまざまであるので、光干渉断層撮影装置はスキャンヘッド部が手で保持できる形状とされた機器が望ましく、小型のスキャンヘッド部の光干渉断層撮影装置が望まれている。また、価格の観点においても、ガルバノミラーは高価な部品であるので、安価にシステムを構成したい用途においてはガルバノミラーを用いない構成が望まれている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置において用いられている光学スキャンヘッドにおいて、小型および軽量な光学スキャンヘッドを提案しようとするものである。また光学スキャンヘッドにおいてその駆動方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の光学スキャンヘッドにおいては、結像レンズと分光ミラーにより光学ヘッド内に形成される結像面に、観察物に照射する集光スポットを構成する光の出射点と撮像素子とをそれぞれ配置し、撮像素子により撮影される画像の撮影領域を動かすことにより、観察物に照射する集光スポットの位置を動かすことにより、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置によるデータを順次取得する。

さらに本発明の光学スキャンヘッドを有する光学測定装置においては、データ取得中に撮影した複数枚の画像情報あるいはデータ取得中に撮影された画像の撮影領域を動かすための信号情報から、観察物に照射した集光スポットの位置を撮像画像に重畳して表示あるいは記録することにより、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置により観察物のどの位置の情報を取得したかの情報を表示あるいは記録する。

以上のように本発明によれば、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置に関して、光学スキャンヘッド内においてガルバノミラーなどの可動ミラーデバイスが具備されていなくても、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置によるデータの順次取得を行うことができ、観察物のどの位置の情報を取得したかの情報を取得することができるので、光学ヘッドの小型化および軽量化および低コスト化が可能となる。

従来の光干渉断層撮影装置を示す図である。 第１の実施の形態による光学スキャンヘッドの概略構成図である。 光学スキャンヘッドの撮像領域と集光スポットの位置を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドを有する光干渉断層撮影装置の概略構成図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学測定装置の出力としての集光スポットスキャン位置を示す図である。 本発明の光学測定装置の出力としての測定断面画像を示す図である。 本発明の光学測定装置の出力としての集光スポットスキャン位置を示す図である。 本発明の光学測定装置の出力としての測定断面画像を示す図である。 本発明の光学測定装置の出力としての集光スポットスキャン位置を示す図である。 本発明の光学スキャンヘッドを有する光分光装置の概略構成図である。 第２の実施の形態による光学スキャンヘッドの概略構成図である。 第３の実施の形態による光学スキャンヘッドの概略構成図である。 本発明の光学式手振れ補正技術の概略説明図である。 本発明の光学式手振れ補正技術の概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示すブロック線図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示すブロック線図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学測定装置の出力としての集光スポットスキャン位置を示す図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示すブロック線図である。 本発明の光学スキャンヘッドの使用方法を示す概略説明図である。

第１の実施の形態による光学スキャンヘッド１３６を図２に示す。光学スキャンヘッド１３６は、図１に示す光学スキャンヘッド３６におけるＸ軸方向移動モーター３３、Ｙ軸方向移動モーター３４およびそれらに搭載されたＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２、スキャンレンズ３５、コリメートレンズ３０を除外し、光ファイバー１０４を導光してきた光ファイバー１０４の出射点である光ファイバーコネクタベース１２に取り付けられる光ファイバーコネクタ１１の端面１３を結像レンズ２４による観察物２９の結像面の１つである結像面２６上に配置した構成である。分光ミラー２１は、光ファイバー１０４から出射される例えば近赤外光は透過し、可視光領域光を反射する構成とする。端面１３は、光ファイバー１０４を導光してきた光の出射点であり、結像レンズ２４による観察物２９の結像面の１つである結像面２６上に位置しているので、対応する観察物２９上における集光スポット位置１４に集光スポットが形成される。ここでは、結像面２６における端面１３の位置を結像レンズ２４の視野のほぼ中心に配置することとする。

一方、図１に示したスキャンヘッド３６と同様に、分光ミラー２１により形成される結像レンズ２４による観察物２９の他の結像面２５には、撮像素子２２が配置されており、観察物２９の可視光領域の観察像が観察する。また、撮像素子２２の結像面２５における配置位置も、結像レンズ２４の視野のほぼ中心に配置することとする。撮像素子２２による観察物２９の観察領域を２３とする。

図３は観察物２９における撮像素子２２の観察視野２３と光ファイバー１０４から出射された光の集光スポット１４の位置の関係を示す。結像面２６における端面１３の位置を結像レンズ２４の視野のほぼ中心に配置されているので、撮像素子２２の観察視野２３のほぼ中心に位置している。

第１の実施の形態による光学スキャンヘッド１３６を用いた光干渉断層撮影装置１１１の概略構成図を図４に示す。光源１０１から出射した光はファイバー１０２を導波した後カプラー１０３により光ファイバー１０５および反射ミラー１０６よりなる参照光学系と、光ファイバー１０４、分光ミラー２１、結像レンズ２４を介して観察物２９の情報を取得する測定光学系とに分離される。測定光学系においては、光ファイバーコネクタベース１２に取り付けられる光ファイバーコネクタ１１の端面１３を出射点とする光が結像レンズ２４により、観察物２９の観察面における集光スポット１４として結像している。また観察物２９における観察視野２３の可視光観察画像は、撮像素子２２により観察が可能となっている。

次に図４に示した第１の実施の形態による光学スキャンヘッド１３６および光学スキャンヘッド１３６を用いた光干渉断層撮影装置１１１の使用方法および光干渉断層撮影装置１１１から出力される画像データを図５から図１３を用いて説明する。光干渉断層撮影装置１１１の測定者は、光学スキャンヘッド１３６を移動させることにより、光学スキャンヘッド１３６の撮像素子２２により撮影される撮像領域２３を図５に示すように測定中に２３ａから２３ｂまで移動させることとする。ここで、観察物２８は説明を容易にするため、表面に凹んだ特徴点２７があることとする。また観察物２８には、図５には図示しない内部空洞を有することとする。撮像素子２２と端面１３はともに結像レンズ２４の結像面に固定されているので、図３に示す撮像領域２３と集光スポット１４の位置関係は変化しないので、撮像領域２３が測定中に２３ａから２３ｂまで移動することにより、光干渉断層撮影装置１１１の測定点である集光スポットは１４ａから１４ｂに測定中移動することとなる。

本発明の第１の実施の形態において撮像素子２２は測定中において、ほぼ連続に画像を撮影していることとする。図６に測定開始時に撮影した画像例を示し、図７に測定終了時に撮影した画像例を示す。図７において、測定終了時の集光スポット１４ｂの観察物２８における特徴点２７からの相対位置を求め、図６の撮影画像に１４ｂの位置を重畳した画像を図８に示す。また図９は、図８において示した測定開始時の測定点である集光スポット１４ａと測定終了時の測定点である集光スポット１４ｂを結ぶ直線も重畳した画像であり、光干渉断層撮影装置１１１によりデータ取得を行った集光スポットの経路を概略的に示す図である。図１０は測定開始時から測定終了時までの光干渉断層撮影装置１１１の出力データである観察物２８の断面構成データを、測定時間時のデータを左端の１２４ａから、右端の１２４ｂまで順次測定順に並べたものであり、光干渉断層撮影装置１１１により得た断面図である。表面には特徴点２７のくぼみに対応する凹み１２７を示し、内部に空洞１２８が観察されているものとする。

光学スキャンヘッド１３６の撮影中の移動は、光干渉断層撮影装置１１１の測定者によるものであるので、撮影中において測定点である集光スポット１４ａと測定終了時の測定点である集光スポット１４ｂとの間を直線的に移動しているとは限らないが、データ取得時間を短くしていくと撮影中における測定点である集光スポット１４ａと測定終了時の測定点である集光スポット１４ｂとの間隔は近くなり、その間の移動も直線に近くなる。

図５から図１０には測定開始時と測定終了時の２枚の画像を撮影した例を示したが、図１１から図１３は測定開始時から測定終了時までの間に複数の画像を撮影した例を示す。図１１には、図９と同様に測定開始時の測定点１１４ａがほぼ中心に位置している測定開始時に撮影した画像に、測定中に撮影した画像から解析した測定中のデータ取得点の位置１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、１１４ｆおよび測定終了時のデータ取得点１１４ｇの位置を重畳し、さらにそれらの位置を結ぶ線分１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅ、１１５ｆも加えて重畳した図である。この例においては、画像の撮影間隔は一定時間としたので、線分１１５ｅと１１５ｆが他の線分１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄより長いのは、データ取得点１１４ｅから１１４ｆまで動く時間およびデータ取得点１１４ｆから１１４ｇまで動く時間が、他のデータ取得点１１４ａから１１４ｂまで動く時間、データ取得点１１４ｂから１１４ｃまで動く時間、データ取得点１１４ｃから１１４ｄまで動く時間、データ取得点１１４ｄから１１４ｅまで動く時間よりも早かったことを示している。

図１２は、図１０と同様に、測定開始時から測定終了時までの光干渉断層撮影装置１１１の出力データである観察物２８の断面構成データを、測定時間時のデータを左端の１１６ａから、右端１１６ｇまで順次測９順に並べたものである。途中には、データ取得点１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、１１４ｆを取得した時点に対応する補助線１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１１６ｆを示している。この補助線から表面形状１２８ａの形状および裏面の形状１２８ｂが、図１１に示したデータ測定点１１４ａから１１４ｇに対してどのような形状になっているかを測定者にわかりやすく提示することができる。また、内部空洞１２８ｃは補助線１１６ｃから１１６ｅ存在しているので、図１１における１１４ｃ点から１１４ｅ点に至る内部に内部空洞が存在していることもわかりやすく測定者に提示することができる。図１２においてデータ取得点１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇが中心よりもすべて右側に偏在しているので、データ取得点１１４ｅを取得した時点に撮影した画像に対して、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｇを重畳し、線分１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅ、１１５ｆも加えて重畳した図を図１３に示す。本発明において、測定中および測定終了時のデータ取得点の重畳を行う画像は、測定開始時の画像に限られない。またすべての測定点の位置が視野内に位置している画像がない場合には、複数の画像をつなぎ合わせて作成した画像に測定点を重畳することも可能である。本発明の光学測定装置においては、図１０、図１２に示すような測定結果とともに、図９、図１１、図１３に示すような観察物のどの位置に集光スポットを照射したかの情報を画像として測定者に提示することにより、測定者はさらなる測定が必要であるかの判断がしやすくなるという利点を有する。

第１の実施の形態による光学スキャンヘッド１３６を用いた光分光装置１１２の概略構成図を図１４に示す。この光分光装置１１２は、光源・検出装置部９９が光ファイバー９４により光学スキャンヘッド１３６に接続されているものである。光源ユニット９９においては、光源９１より出力された光が光ファイバー９２を介してサーキュレーター９３に至り、光ファイバー９４により光学スキャンヘッド１３６に至る。光学スキャンヘッド１３６より光ファイバー９４を介して戻ってきた観察物２９の光学情報を含む光はサーキュレーター９３により光ファイバー９５を介して受光素子９６に至る。図１４に示した光分光装置１１２は、上述したように内部にガルバノミラーなどの駆動部分を有しない小型ヘッドでありながら、測定を行った位置の情報を前述の図９および図１１および図１３に示したように画像情報として表示・記録できる装置であるため、上述したバイオ・メディカル領域において光干渉断層撮影装置が用いられる用途以外においても例えば航空機などの大型装置の塗装の不具合を検出する用途、および吸収波長が異なる異物を検出する用途などハンディヘッドが用いられる分光機用途において、その検査結果を画像情報と合わせてユーザに表示できるという利点を有する。

第２の実施の形態による光学スキャンヘッド１３７を図１５に示す。光学スキャンヘッド１３７は、図２に示した第１の実施の形態による光学スキャンヘッド１３６内に加速度センサー８を取り付けた構成である。加速度センサー８を取り付けたことにより、測定者が光学スキャンヘッドを動かした際の動きを検出することができるので、測定が開始された後にどの位置を測定しているのかを加速度センサーから知ることが可能である。具体的には第１の実施の形態の説明において、図９および図１１および図１３は加速度センサー８から出力される加速度信号より作成することが可能である。加速度センサーより出力される信号は、平行方向の移動方向であるＸ，Ｙ，Ｚ方向の出力信号および回転方向の移動方向であるピッチング、ヨーイング、ローリング方向の出力信号である。ここで、光軸方向であるＺ方向の移動は、測定点の移動に寄与しない。またピッチングとヨーイングにおいては、観察物は結像レンズ２４に関する結像面２６と共役の位置関係であることから求められる観察物２９までの距離情報を乗じることにより移動したデータ測定点の位置を求めることができる。例えば、結像面２６における光ファイバー端面１３の位置から観察物２９における集光スポット１４までの距離が１００ミリメートルであるスキャンヘッド１３７において、加速度センサー８により測定開始後にＸ方向に０．５ミリメートル移動し、Ｘ方向に平行な軸を回転中心とするヨーイング成分が、撮影領域がＸ軸のプラス方向にシフトする方向に０．０１ラジアンの角度変化したことが得られた場合には、Ｘ方向の測定位置の移動量は、平行移動成分が０．５ミリメートルであり、回転による移動は正弦関数を用いて０．９９９ミリメートルと求められるので、併せて１．４９９９ミリメートル移動したことが求められる。

図１５に示す第２の実施の形態による光学スキャンヘッド１３７においては、撮像素子２２も具備しているので、第１の実施の形態の説明において示した観察物における特徴点の位置情報を用いた観察位置情報の取得も可能である。加速度センサーより出力される信号は、加速度が小さい場合、すわなち、光学スキャンヘッドの動きがゆっくりとした場合において検出精度が低く、加速度が大きい場合、すわなち、光学スキャンヘッドの動きが早い場合において検出精度が高くなる。一方、観察物の撮影画像における特徴点の位置情報から測定スポットの位置情報を得る方法は、移動量が大きく観察視野内の特徴点がなくなってしまうなどの場合においては、測定位置の特定が困難となる特性を有する。したがって、加速度センサー８の信号を用いた測定位置の特定する方法は、観察物の撮影画像における特徴点の位置情報から測定スポットの位置情報を得る方法を補完することに適している。したがって、加速度センサー８からの出力信号が大きくなった場合、もしくは、観察物上の特徴点が見つからない場合、さらには、観察物状の特徴点からの求めた測定スポットの位置が加速度センサー８から求めた測定点の位置から大きくかい離がある場合などの場合においては、加速度センサー８から求めた測定点を採用することにより測定位置の推定精度を高めることが可能となる。

第３の実施の形態による光学スキャンヘッド１３８を図１６に示す。光学スキャンヘッド１３８は、特許文献２に示されている光学式手振れ補正技術を用いている。本発明に用いている光学式手振れ補正技術は、結像レンズ２４を構成するレンズ群２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄのうち、光学式手振れ補正に有効なレンズ２４ｂをＸＹアクチュエーター２０により稼働可能とし、加速度センサー８により検出されるヨーイングおよびピッチングの２方向の加速度信号を積分し変位信号を入力信号とすることによりヨーイングおよびピッチングの２方向の振動の影響を除外することができるようになっている。

図１６に示した第３の実施の形態による光学スキャンヘッド１３８における光学式手振れ補正の機構を図１７、図１８、図１９を用いて説明する。図１７は光学スキャンヘッド１３８に対して観察物２９に対してピッチングあるいはヨーイングの方向の傾斜角度が与えられた場合の光学系を示す。傾斜角度が与えられたことにより、撮像素子２２の撮影視野は２３ｃから２３ｄに移動し、観察物２９上の光ファイバー端面１３の集光スポットは１４ｃから１４ｄに移動する。図１８に示すようにアクチュエーター２０により、結像レンズ２４を構成するレンズ２４ｂをシフトさせることにより、撮影視野は２３ｄから２３ｃに戻し、観察物２９上の光ファイバー端面１３の集光スポットは１４ｄから１４ｃに戻すことができる。光学スキャンヘッドの傾斜角に応じて撮影視野２３および集光スポット１４がどの程度動くかについては、結像レンズ２４の焦点距離の情報から定まり、結像レンズ２４を構成するレンズ２４ｂをどの程度シフトさせる量に応じてシフトする撮影視野２３および集光スポット１４のシフト量は、結像レンズ２４の設計パラメータより知ることができる。したがって、加速度センサー８によりその程度の角度傾斜が得られたかを算出することにより、アクチュエーター２０を駆動することにより撮影視野および光ファイバー端面１３の集光スポットの位置を角度傾斜が加わる前の位置に戻すことが可能である。

図１９は、加速度センサー８から出力される信号からアクチュエーター２０を制御するブロック線図である。この制御回路は、加速度センサー８から出力された信号１５２を積分器１５３に入力することより移動量の信号とする。そしてこの移動量をサーボ回路１５４に入力しアクチュエーター２０の入力信号１５５を得る。図１８には図示しないアクチュエーター２０の位置検出装置１５６をモニターし、アクチュエーター２０が所定の位置に安定しているかを閉ループ制御するものである。

本発明の第３の実施の形態である図１６に示す光学スキャンヘッド１３８においては、図１９に示すブロック線図の入力値１５１にコンスタントな数値を入力しておくことにより、撮影視野２３および集光スポット１４の位置を定点に定めることができることとなるので、長時間のデータ取得に効果を有する。

図２０には、本発明の第３の実施の形態である光学スキャンヘッド１３８の第２の使用方法に係る、アクチュエーター２０を制御するブロック線図を示すが、加速度センサー８により検出される信号を入力信号とするのではなく、時間変化する信号１５７を入力信号とする。この第２の使用方法においては、撮影視野２３および集光スポット１４の位置を変化させる結像レンズ要素２４ｂの位置を時間変化させる方法である。したがって、光学スキャンヘッド１３８の位置を測定者が動かさなくても、撮影視野２３および集光スポット１４が移動することとなる。図２１に結像レンズ要素２４ｂを搭載するアクチュエーター２０を駆動することにより、撮影視野２３および集光スポット１４の位置を変化させた場合の具体例を示すが、測定開始時における撮影視野２２３ａおよび集光スポットの位置２１４ａは、測定終了時における撮影視野２２３ｅおよび集光スポットの位置２１４ｅに移動させることができる。結像レンズ要素２４ｂの位置を変化させるために入力する時間変化する信号１５７は、集光スポットの位置を一定速度で移動させるような信号を入力することが可能であるので、図２２に測定開始時のスポット位置２１４ａから測定終了時のスポット位置２１４ｅに至る途中の一定時間間隔でのスポット位置２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄをプロットするが、一定速度での測定が可能となるので、測定位置２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ，２１４ｅを線分２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄで結ぶとそれぞれの線分の長さも一様であり平行である測定点を得ることができることがわかる。

図２３に示すような眼科の網膜診断の際に多く用いられている直交する２方向に集光スポットをスキャンする方法を、本発明の第３の実施の形態である光学スキャンヘッド１３８を用いて実現する手段について、図２４および図２５を用いて説明する。図２４は、ｘ方向およびｙ方向それぞれのレンズ２４ｂの移動を行うアクチュエーター２０の制御に関する図２０のブロック線図における時間変化する関数ｆ（ｘ）およびｆ（ｙ）の形状を示す図である。図２５は、工程を説明するフロー図である。

図２５のフロー図に沿って説明を行う。測定開始の時点（ｔ＝０）から、最初に撮像素子２２による観察物２９の視野２２３の画像撮影を行う。（ｓｔｅｐ１、０＜ｔ＜ｔ１）画像撮影後のｔ＝ｔ１より、図２３における測定ライン２１６のデータ取得の準備のために、測定ライン２１６のスタート位置に集光スポットの位置を移動する。Ｙ方向にはスポットの移動はないので、ｆ（ｙ）＝０であり、Ｘ方向に集光スポットの移動を行うために、ｆ（ｘ）にのみ、信号が印加される。（ｓｔｅｐ２、ｔ１＜ｔ＜ｔ２）図２３における測定ライン２１６のデータ取得を行うために、一定速度でＸ方向に集光スポットが移動するように、ｔ２＜ｔ＜ｔ３の時間においてｆ（ｘ）が変化する信号が印加される。（ｓｔｅｐ３、ｔ２＜ｔ＜ｔ３）測定ライン２１７のデータ取得の準備のために、測定ライン２１７のスタート位置に集光スポットの位置を移動する。この工程では、Ｘ方向、Ｙ方向ともにスポットが移動するので、ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）ともに集光スポットを移動するための信号が印加される。（ｓｔｅｐ４、ｔ３＜ｔ＜ｔ４）測定ライン２１７のデータ取得を行うために、一定速度でＹ方向に集光スポットが移動するように、ｔ４＜ｔ＜ｔ５の時間においてｆ（ｙ）が変化する信号が印加される。（ｓｔｅｐ５、ｔ４＜ｔ＜ｔ５）測定終了のため原点位置にもどる。（ｓｔｅｐ５、ｔ５＜ｔ＜ｔ６）

図２６には、本発明の第３の実施の形態である光学スキャンヘッド１３８の第３の使用方法に係るアクチュエーター２０の制御ブロック線図を示す。この第３の使用方法は時間変化する信号１５７を入力信号と、加速度センサー８により検出される信号をともに入力信号とする用法である。この第３の使用方法においては、集光スポットの位置を時間とともに移動させる信号とともに、加速度センサー８により検知される光学スキャンヘッド１３８に加わる加速度を補正する信号が入力されるので、外部から光学スキャンヘッド１３８に加わる手振れなどの振動による集光スポットのブレを補正することとなる。すわなち、図２７に示すように観察物２９を視野２２３内における平行な４本のライン２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄに沿って集光スポットを移動させるような時間変化する信号を与えておけば、光学スキャンヘッド１３８に手振れなどが加わったとしてもその手振れは補正されるので、計画された通りに平行な４本のライン２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄに沿って集光スポットは移動し、データを取得することとなる。

本発明の第３の実施の形態においては、光学スキャンヘッド内におけるアクチュエーター２０により結像レンズ２４により観察物２９の上に投影される集光スポット１４の位置の移動がなされるので、図２１、図２３、図２７に示したように撮像素子２２により観察された画像に重畳して表示を行う集光スポットの軌跡は図２０および図２６に示したブロック線図の入力波形から算出した軌跡を用いることも可能であるが、データ取得中に撮像素子２２により複数枚撮像する画像を比較することにより求めた集光スポットの軌跡を表示することも可能である。

本発明においては、撮像素子２２により撮影する画像の画質に関して上述の実施の形態の説明において記載していないが、撮像素子によっては画像取得を行う画素数を少なくすることにより、画像取得速度を速めることができる撮像素子を用いた場合には、データ取得中に撮像する画像の画素数を少なくすることにより、データ取得中に撮影する枚数を増やしデータ取得中の集光スポットの軌跡を得る情報数を増やすことも可能である。なおこの場合、データ取得時間の前およびデータ取得後に画素数を少なくしない状態で画像撮影を行い、画素数の多い画像にデータ取得の軌跡を重畳した画像を表示することも可能である。

本発明の第３の実施の形態において用いた光学式手振れ補正技術は、結像レンズを構成するレンズ要素のうちの１つのレンズを光軸に垂直な方向に移動させることにより行う手振れ補正法を用いたが、本発明はこの方法に限定されるものではない。

また、本発明の光学スキャンヘッドを用いた光干渉断層撮影装置においては参照光学系は光源・検出装置部内に配置された例を示したが、参照光学系は光学スキャンヘッド内に配置することも可能である。光干渉断層撮影装置において参照光学系と測定光学系の光路長さは等しいことが望ましいので、結像レンズを交換し結像レンズの焦点距離を変更する場合においては、参照光学系の光路長さも変更する必要がある。そこで、測定光学系を光学スキャンヘッド内に配置することにより、結像レンズの交換が必要な場合には光学スキャンヘッドごと交換することにより交換時の調整を少なくすることも可能となる。

本発明は、たとえば光干渉断層撮影装置などの光学測定装置を用いて診断および測定などを行う場合において、小型および軽量および光学スキャンヘッドが望まれる産業において利用することができる。

８……加速度センサー、１１……コネクタ、１２、３７……コネクタベース、１３……光ファイバー端面、１４……集光スポット、１５、１１５、２１５、２１６、２１７……測定点の軌跡、２１……分光ミラー、２２……撮像素子、２３、１２３、２２３……観察視野、２４……結像レンズ、２５、２６……結像面、２７……特徴点、２８、２９……観察物、３０……レンズ、３１、３２……ガルバノミラー、３３、３４……モーター、３３ａ、３４ａ……スキャンモーター回転方向、３５……スキャンレンズ、３６、１３６、１３７、１３８……光学スキャンヘッド、９９、１００……光源・検出装置部、９１、１０１……光源、９２、９４、９５、１０２、１０４、１０５、１０９……光ファイバー、９３……ローテーター、９６……受光素子、１０３……カプラー、１０６……参照光学系用ミラー、１０８……光受光素子、１１０、１１１……光干渉断層撮影装置、１１２……光分光装置、１１４、２１４……測定点、１１６、１２４……断面データにおける位置表示線、１２７……凹み、１２８……内部の空洞、１５２……加速度センサーからの信号、１５３……積分器、１５１……一定値入力、１５４……サーボ回路、１５５……アクチュエーターへの入力値、１５６……位置検出装置、１５７……入力関数

Claims (17)

1. 観察物に照射する集光スポットの位置を順次移動させることによりデータを順次取得する光学測定装置に用いられる光学スキャンヘッドおいて、
   観察物に光学スポットを集光させる結像レンズにより光学スキャンヘッド内に構成される観察物の結像面に、上記結像レンズを用いて観察物における集光スポットが照射された部分を撮像する撮像素子と、集光スポットに用いる光の出射点とを配置し、
   上記撮像素子により撮影される画像の撮影領域と、観察物に照射する集光スポットの位置を連動して移動させることにより、観察物のデータを順次取得することを特徴とする光学スキャンヘッド。
2. 上記光の出射点は、光ファイバー端面であることを特徴とする請求項１に記載の光学スキャンヘッド。
3. 上記光の出射点は、前記光学レンズにより構成される観察物の結像面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光学スキャンヘッド。
4. 上記撮像素子により撮影される画像の撮影領域と観察物に照射する集光スポットの位置を連動して移動させる方法は、上記結像レンズを部分的に構成する光学レンズを移動させる方法であることを特徴とする請求項１に記載の光学スキャンヘッド。
5. 上記結像レンズを部分的に構成する光学レンズを移動させる手法において、加速度センサーからの信号を、上記光学レンズを移動させる信号に加えて入力することにより、外部振動による観察物における光学スポットの照射位置がぶれることを防止することを特徴とする請求項４に記載の光学スキャンヘッド。
6. 観察物に照射する集光スポットの位置を順次移動させることによりデータを順次取得する光学測定装置において、
   観察物に光学スポットを集光させる結像レンズにより構成される観察物の結像面に、
   上記結像レンズを用いて観察物における集光スポットが照射された部分を撮像する撮像素子と、集光スポットに用いる光の出射点とを配置し、
   上記撮像素子により撮影される画像の撮影領域と、観察物に照射する集光スポットの位置を連動して移動させることにより、観察物のデータを順次取得することを特徴とする光学測定装置。
7. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された複数の画像情報から、観察物に照射する集光スポットの位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
8. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された複数の画像情報から、観察物に照射する集光スポットの位置を算出し、撮影した画像情報に重畳し表示することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
9. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された画像情報に、加速度センサーにより計測されたデータから観察物に照射する集光スポットの位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
10. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された画像情報に、加速度センサーにより計測されたデータから観察物に照射する集光スポットの位置を算出し、撮影した画像情報に重畳し表示することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
11. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された画像情報に、加速度センサーにより計測されたデータおよび上記撮像素子により撮影された複数枚の画像情報からえた観察物に照射する集光スポットの位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
12. 上記光学測定装置において、上記撮像素子により撮影された画像情報に、加速度センサーにより計測されたデータおよび上記撮像素子により撮影された複数枚の画像情報からえた観察物に照射する集光スポットの位置を算出し、撮影した画像情報に重畳し表示することを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
13. 上記撮像素子により撮影される画像の撮影領域を動かす方法は、上記結像レンズを部分的に構成する光学レンズを移動させる手法であることを特徴とする請求項６に記載の光学測定装置。
14. 上記光学測定装置において、上記結像レンズを部分的に構成する光学レンズを移動させる信号から観察物に照射する集光スポットの位置を算出することを特徴とする請求項１３に記載の光学測定装置。
15. 上記光学測定装置において、上記結像レンズを部分的に構成する光学レンズを移動させる信号から観察物に照射する集光スポットの位置を算出し、撮影した画像情報に重畳し表示することを特徴とする請求項１３に記載の光学測定装置。
16. 上記光学測定装置は、光干渉断層撮影装置であることを特徴とする請求項６から請求項１５のいずれかに記載の光学測定装置。
17. 上記光学測定装置は、光分光装置であることを特徴とする請求項６から請求項１５のいずれかに記載の光学測定装置。
    

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