JP2023507393A

JP2023507393A - 全視野光干渉断層撮影撮像方法

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Publication number: JP2023507393A
Application number: JP2022537285A
Authority: JP
Inventors: マズリン，ヴァチェスラフ; ドメス，ペドロフランシスコバラカル; クロードボッカラ，アルベール
Original assignee: Paris Sciences et Lettres Quartier Latin
Current assignee: Paris Sciences et Lettres Quartier Latin
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2023-02-22
Also published as: WO2021123257A1; CA3162014A1; CN114930115A; AU2020409718B2; EP3839417A1; US20230032722A1; EP3839417A8; EP3839417C0; EP3839417B1; CN114930115B; AU2020409718A1

Abstract

【要約】全視野光干渉断層撮影（ＦＦＯＣＴ）撮像方法であって、ＦＦＯＣＴデバイスと、撮像される関心層（１１５）を含む試料とを備えるシステムを使用し、該ＦＦＯＣＴデバイスは、インコヒーレントな光源（１０１）と、撮像器（１１４）と、試料アーム（１０７）と基準アーム（１０８）を定義するビームスプリッタ（１０３）を備え、該方法は、関心層から発生する関心光を含む試料光と基準アーム（１０８）から移動する基準光を生成するステップと、ビームスプリッタ（１０３）中で結合された基準光と試料光から画像を取得するステップと含み、試料アーム（１０７）と基準アーム（１０８）のうちの少なくとも一つは、光路長の横方向変化分布を修正する光学曲率補償器を含み、基準光及び撮像器（１１４）に入射した関心光が移動した光路長の横方向変化分布を一致させる。

Description

本発明は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）撮像技術の領域に関するものであり、より正確には、新しいタイプの全視野ＯＣＴ撮像技術に関する。このプロジェクトは、ＨＥＬＭＨＯＬＴＺ助成金協定第６１０１１０号に基づき、欧州連合の第七フレームワークプログラムから資金提供を受けている。

全視野ＯＣＴ（ＦＦＯＣＴ）は広帯域光干渉顕微鏡に基づいている。断層画像は、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの撮像器で記録された干渉画像の組み合わせによって得られる。従来のＯＣＴが超音波撮像のようにＢモード（軸方向）画像を生成するのに対し、全視野ＯＣＴは正面（横）方向の断層画像を取得する。より正確には、干渉計によって干渉画像が作成され、通常はアクチュエータ（通常は基準アームのピエゾ素子駆動鏡）によって経路長変調が行われる。ＣＣＤカメラによって取得されたこれらの画像は、位相シフト干渉法によって後処理（またはオンライン）で結合され、使用されるアルゴリズムに応じて、変調周期ごとに数枚（通常は２枚または４枚）の画像が取得される。

このように、「正面」断層画像は、広視野照明によって生成される。これは干渉計のＬｉｎｎｉｋ配置によって得ることができ、顕微鏡対物レンズを両腕に使用する。さらに、光源の時間的コヒーレンスは古典的なＯＣＴ（すなわち広いスペクトル）のように低いままでなければならないが、空間的にコヒーレントな光源を使用した場合に発生するクロストークを避けるために、空間的コヒーレンスも低くなければならない。全視野ＯＣＴは、超高解像度画像（～１μｍ）を提供するための従来のＯＣＴの代替方法であり、例えば、複雑な超短パルスレーザーベースの光源の代わりに単純なハロゲンランプを使用する。全視野ＯＣＴには、いくつかの特定の利点がある。ＦＦＯＣＴは、点ごとのまたは横線ごとのスキャンなしで「正面」画像を取得するので、ＦＦＯＣＴは横スキャンの人工物に影響されない。ＦＦＯＣＴは、高開口数対物レンズを使用することにより、従来のＯＣＴ（１０μｍオーダー）よりも高い横方向解像度（１μｍオーダー）を提供する。これは、生体試料の微視的な細胞や組織構造を調べるのに特に有用である。

全視野ＯＣＴ撮像技術は、例えば、ＷｏｌｆｇａｎｇＤｒｅｘｌｅｒとＪａｍｅｓＧ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏが編集者を務め、２００９年にＳｐｒｉｎｇｅｒから出版された書籍「ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ－ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」から取り上げられたＡ．ＤｕｂｏｉｓとＣ．Ｂｏｃｃａｒａによる記事「Ｆｕｌｌ－ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」で説明されている。これはフランスの特許出願ＦＲ２８１７０３０にも開示されている。

図１は、現在使用されている全視野ＯＣＴの例を示している。発光ダイオード（ＬＥＤ）のような空間的・時間的にインコヒーレントな光源１は、第１の光線２を放出し、それがビームスプリッタ３に送られる。ビームスプリッタは、入ってくる第１の光線を第２の光線５と第３の光線６に分割する。第２の光線５は試料アーム７に、第３の光線は基準アーム８に送られる。

一般的なＦＦＯＣＴ実験では、設定は通常、干渉計の２つのアームで同じ対物レンズを使用し、光学的に対称である。描かれた例では、両アーム７、８には、同様の光学特性を持つ顕微鏡対物レンズ９、１０が含まれている。

試料アーム７内の顕微鏡対物レンズ９は、第２の光線５を試料１１の一部（ここでは人間の目の角膜）に集光し、試料１１内の異なる深さから反射された試料光を採取して、ビームスプリッタ３に透過させる。基準アーム８内の顕微鏡対物レンズ１０は、第３の光線６を平坦基準鏡１２に集光し、平坦基準鏡１２から反射された基準光を採取して、ビームスプリッタ３に透過させる。

試料１１の異なる層からの試料光と平坦基準鏡１２からの基準光はビームスプリッタ３で再結合し、チューブレンズ１３によって画像を取得するカメラ１４上に集光される。試料光と基準光の組み合わせにより、カメラ画像平面内には、カメラ１４によって二次元正面画像内に取得される干渉が発生する。

しかし、干渉は試料光と基準光の間の必要な経路相関によって条件づけられる。画像視野に沿ったこの経路相関は、基準光と同様の経路を示す試料光の一部に対してのみ満たされ得る。

試料光は、試料１１の異なる深さから発生するため、異なる経路長の光成分で構成される。経路長が異なると、試料光が発生する深度に応じて光路長が変化する。基準光は、基準経路長を移動したものであり、コヒーレンスゲートの厚さの範囲内で基準経路長と等しい経路長を移動した試料光とのみ干渉することにより、基準光と干渉する試料光の原点に対応する干渉試料セクションが試料内に定義される。コヒーレンスゲートは、干渉が起こる基準光と試料光の光路長の間の一致経路長を指定する。

したがって、基準アーム８によって定義される基準経路長は、干渉試料セクションの深度を定義する。それ故、全視野ＯＣＴは光学分割法として定義することができる。なぜならば、全視野ＯＣＴは、干渉試料セクションのみから発生する試料光を取り出すことができるからである。干渉試料セクションの厚さは、光源のスペクトル帯域幅によって決まる。光源のスペクトルが広ければ広いほど、干渉試料セクションは細くなる。

しかし、カメラ１４は、ビームスプリッタ３からのすべての試料光、すなわち干渉試料セクションからの干渉光を採取し、試料１１の残り（光学軸Ｚにおける干渉試料セクションの前または後ろのセクション）からの非干渉光を採取する。このような取得された画像は、干渉試料セクションと、干渉試料セクションの近くにある試料の他のセクションの重ね合わせを含み、ぼやけて見える。したがって、試料の残りの部分から発生する非干渉光を排除する必要がある。

これは通常、変調された干渉位相を持つ、同じ試料１１の一連のいくつかの画像（通常は２～５個の画像）を取得することによって達成される。基準鏡１２は、例えば、基準鏡１２の位置の振動を発生させるピエゾ素子を使用して平行移動させ、それによって基準経路長、ひいては干渉位相を変調する。取得された各画像は特定の干渉位相に対応する。取得した一連の画像を後処理すると、非干渉光を除去することができ、得られた全視野ＯＣＴ画像は、試料１１の特定の関心部分から発生した干渉試料光のみを明らかにする。試料１１の関心部分の二次元最終正面画像が得られる。

ＦＦＯＣＴの現在の二次元撮像スキームは平面基準鏡を使用しており、その結果、基準ビームは平面経路プロファイルを持つことになる。結果として、試料光の干渉部分は、試料から来る試料ビーム内の干渉面に対応し、試料の平坦スライスから発生する。この操作方法は、例えば皮膚や切除された組織のように、平坦な表面あるいは平坦化され得る表面など、関心のある平坦な試料層を撮像するのに便利である。

しかし、関心のある試料層が平坦でなく平坦化できない場合、大きな問題が発生する。これは特に生体内の眼撮像に対して当てはまり、ここで、干渉計の対称性が２つのアームの間で破れたときに、試料を平坦化することはできず、関心のある層のほとんどが平坦でないか、平坦でないように見える。例えば、ヒトの角膜は大きな曲率（曲率半径約７ｍｍ）を示す準球形の構造でできており、ＦＦＯＣＴの正面セクションには各角膜層の視野のごく一部しか表示されない。図２ａは、角膜の断面図を模式的に示しており、前角膜（上）と後角膜（下）の間の角膜層の重ね合わせを示している。クロスハッチ層は、撮像される関心層２０である。太線は、ＦＦＯＣＴで撮像された干渉平面２１を表している。関心層２０の湾曲した性質により、干渉平面２１は関心層２０に部分的にしか含まれず、関心層２０以外の角膜層２２、２３もまた干渉平面２１と交差する。図２ｂは、取得された最終画像を概略的に示しており、それは干渉平面２１と角膜層との間の交差部に相当する。関心層２０は、縮小された表面領域上の最終的な画像の中心に円盤の形で現れる。最終的な画像の周辺部は他の角膜層２２、２３を示している。したがって、関心層２０の有用な視野は、関心層２０の湾曲した性質により制限される。この構成の例として、図２ｃは生体内角膜層の最終的なＦＦＯＣＴ画像を示す。角膜層は湾曲しており、従って中央部ではある角膜層は円盤として良いコントラストで現れる一方、周辺部では他の角膜層が現れる。

図３ａおよび図３ｂは、同様の問題を持つ別の構成を示している。図３ａは、図２ａと同様の方法で、角膜と干渉平面３１の断面図を概略的に示している。今度は、干渉平面３１の周辺部は関心層３０と交差するが、干渉平面３１の中心はその下の角膜層３２と交差する。干渉する平面３１の最外周は、別の上部角膜層３３と交差する。図３ｂは、図２ｂと同様の方法で取得された最終的な画像を概略的に示している。今度は、関心層３０は最終的な画像の中央には現れず、代わりにリングとして現れる一方、その下の角膜層３２は中央に現れ、上部角膜層３３は画像の外縁に現れる。この構成の例として、図３ｃは、前角膜中の撮像された基底下神経叢の例を示しており、ここで、神経層は、最終的な画像内で明るいリング状の層として現れる。図３ｄは、後角膜中の撮像された内皮層の例を示し、最終的な画像ではリングとしても現れる。

また、ＦＦＯＣＴデバイスの対称性が破られた場合にも、試料が非平坦に見えることがある。例えば、網膜撮像では、試料アーム７から顕微鏡対物レンズを取り外すと、ＦＦＯＣＴデバイスの２つのアーム７、８の間に強い非対称性が生じる。仮に網膜が平坦であると仮定したとしても（視野が狭い場合はそうなる可能性がある）、その非対称性によって試料の光線の経路プロファイルは平坦ではなくなる。

そのため、以前のＦＦＯＣＴ技術では、試料の関心層の有用な視野が減少した正面画像になる。

本発明は、試料内のある深さにおける関心層の全視野光干渉断層撮影二次元正面画像を取得するためのＦＦＯＣＴ撮像方法であって、前記ＦＦＯＣＴ撮像方法は、ＦＦＯＣＴデバイスと、撮像される関心層を含む試料とを備えるシステムを使用し、前記ＦＦＯＣＴデバイスは、空間的にインコヒーレントな光源と、撮像器と、試料アームと基準アームを定義するビームスプリッタであって、前記試料は前記試料アームの端部に配置されている、ビームスプリッタとを含み、前記方法は、前記インコヒーレントな光源によって放出される照明光で、照明の瞬間に試料アームと基準アームを同時に照らすことにより、試料光路に沿って前記試料から前記試料アームの前記端部の中へ移動する試料光と、基準光路に沿って前記基準アーム中をビームスプリッタへ移動する基準光とを生成するステップと、前記ビームスプリッタ中で結合された基準光と試料光から、前記撮像器を使用して関心層の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップであって、前記試料光は、前記照明の瞬間において放出された前記照明光に由来し、かつ前記試料の前記関心層から発生する関心光を含み、前記関心光は、前記試料アームに入ると第１の光路長を移動しており、前記第１の光路長は、横方向変化分布の湾曲プロファイルを有し、また、前記撮像器に入射する基準光は、第２の光路長を移動している、取得するステップを含み、前記試料アームと前記基準アームのうちの少なくとも一つは、光路長の横方向変化分布を修正する光学曲率補償器を含み、前記第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルを補償するので、前記撮像器に入射する前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布と前記撮像器に入射する前記関心光が移動する前記第２の光路長の横方向変化分布は一致し、その結果、前記関心層から発生する前記関心光は、前記基準光と干渉し、前記撮像器は、前記撮像器の視野にわたって前記関心層を撮像し、前記撮像器によって取得された前記二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を形成する、方法を提案する。

本発明の本方法の他の好適な、しかし限定的ではない、態様は、以下のとおりであり、単独でも技術的に可能な組み合わせでもよい。

前記第１の光路長の前記横方向変化分布の湾曲プロファイルは、４ミリメートルから５０ミリメートルの間に含まれる絶対曲率半径(absolute radius of curvature)を有する。

前記撮像器（１１４）に入射した前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布（１１４）と、前記撮像器に入射した前記関心光が移動する前記第２の光路長の前記横方向変化分布（１１４）とは、２ミリメートル未満の絶対曲率半径の差を有する。

前記基準アーム（１０８）が、前記撮像器（１１４）に入射する前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布を修正する光学曲率補償器を含み、前記光学曲率補償器は、湾曲反射面を有する湾曲反射器（１１２）であり、前記湾曲反射器（１１２）は、ビームスプリッタ（１０３）に対向する前記基準アームの端部に配置されている。

前記反射器は、２５％未満の反射率を有する。

前記反射器の前記湾曲反射面は、光学レンズである。

前記反射器の前記湾曲反射面は、変形可能な鏡である。

前記光学曲率補償器は、屈折率を有し、前記基準光路または前記試料光路の方向に厚さを有する材料の板である。

前記光学曲率補償器は、一対のプリズムを含み、各プリズムは、光路に対して非直角傾斜角度を形成する傾斜面を有し、前記一対のプリズムの前記非直角傾斜角度は、互いに反対であり、前記プリズムは互いに平行移動可能である。

前記光学曲率補償器は、構成可能な光学曲率補償器であり、前記ＦＦＯＣＴデバイスは、取得した画像を分析し、光学曲率補償器の構成を変更するためのコマンドを導出するように構成された制御ループを含み、各構成は、光路長の前記横方向変化分布の異なる修正を定義する

本方法は、前記撮像器（１１４）を使用して前記ビームスプリッタ（１０３）中で結合された基準光と試料光から前記関心層（１１５）の第１の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップと、前記第１の光路長の横方向変化分布の前記湾曲プロファイルが前記光補償器によって補償されているかどうかを判定するステップと、前記第１の光路長の前記横方向変化分布の前記湾曲プロファイルが前記光補償器によって補償されていなかったと判定された場合、前記第１の光路長の前記横方向変化分布の前記湾曲プロファイルをそうするように修正するステップと、前記撮像器（１１４）を使用して前記ビームスプリッタ（１０３）中で結合された基準光と試料光から前記関心層（１１５）の第２の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップとを含んでもよい。

本発明は、また、全視野光干渉断層撮影（ＦＦＯＣＴ）デバイスであって、前記デバイスは、照明の瞬間に照明光を発するように構成された空間的にインコヒーレントな光源（１０１）と、関心層（１１５）の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するように構成された撮像器（１１４）と、試料アーム（１０７）と基準アーム（１０８）を定義するビームスプリッタ（１０３）であって、前記試料（１１１）は、前記試料（１１１）内のある深さにおける前記関心層（１１５）を含み、前記試料アームの端部に配置される、ビームスプリッタ（１０３）とを備え、前記試料アーム（１０７）と前記基準アーム（１０８）のうちの少なくとも一つは、光路長の横方向変化分布を修正するように構成された光学曲率補償器を含み、前記照明の瞬間において放出された前記照明光に由来し、かつ前記試料の前記関心層から発生する関心光が前記試料アーム（１０７）に入って移動した前記第１の光路長の横方向変化分布の湾曲したプロファイルを補償し、前記ＦＦＯＣＴデバイスは、本発明の方法を実行するように構成され、前記試料（１１１）内のある深さにおける前記関心層（１１５）の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得する。

本発明の他の態様、目的および利点は、非限定的な例として示され、添付の図面を参照して、その好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによって、より明確になるであろう。

既に説明したように、以前に使用されていたＦＦＯＣＴシステムの例を示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、有用な視野がどのように減少するかを示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、有用な視野がどのように減少するかを示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、有用な視野がどのように減少するかを示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、視野がどのようにリング状になるかを示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、視野がどのようにリング状になるかを示している。干渉する平面を介して関心のある湾曲層が撮像されると、視野がどのようにリング状になるかを示している。本発明の可能な実施形態による、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置の例を示し、ここで、光学曲率補償器は、基準アーム内の反射器である。本発明の可能な実施形態による、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置の例を示し、ここで、光学曲率補償器は、基準アーム内の反射器である。光学板が光路長の横方向変化分布プロファイルをどのように修正するかを示した模式図である。光路長の横方向変化分布プロファイルの湾曲度と光学板の厚さの間の関係の一例を示したグラフである。本発明の可能な実施形態による、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置の例を示し、ここで、光学曲率補償器は、基準アーム内または試料アーム内のいずれかに配置された光学板である。本発明の可能な実施形態による、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置の例を示し、ここで、光学曲率補償器は、基準アーム内または試料アーム内のいずれかに配置された光学板である。本発明の可能な実施形態による、コヒーレンスゲートの光湾曲を評価するための断面画像を決定する方法を示す。本発明の可能な実施形態による、コヒーレンスゲートの光湾曲を評価するための断面画像を決定する方法を示す。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、横方向変化分布間の様々な一致度がキャプチャされたＦＦＯＣＴ画像内の可視干渉縞密度にどのように影響するかを示す例である。本発明の可能な実施形態による、光路長のある横方向変化分布を生じるある構成における一対のプリズムから構築された構成可能な光学曲率補償器を示す。本発明の可能な実施形態による、光路長の別の横方向変化分布を生じる別の構成における一対のプリズムから構築された構成可能な光学曲率補償器を示す。本発明の可能な実施形態による、光学曲率補償がない場合の網膜層の全視野撮像の結果を示す。本発明の可能な実施形態による、光学曲率補償がある場合の網膜層の全視野撮像の結果を示す。本発明の可能な実施形態による、光学曲率補償がある場合の基底下神経叢の撮像から得られる実際の最終的なＦＦＯＣＴ画像を示す。本発明の可能な実施形態による、光学曲率補償がある場合の角膜内皮層の撮像から得られる実際の最終的なＦＦＯＣＴ画像を示す。

光路長は、光が通る経路の幾何学的長さと、光が通る媒質の平均屈折率の積である。光線は、光学軸に垂直な横断面における空間的な広がりのため、光学軸に沿ってのみ伝播するわけではなく、光路長は、当該横断面上の考慮された位置の関数として変化する場合がある。これを光路長の横方向変化分布と呼ぶ。光路長の横方向変化分布は、光路長の横断面上での変化によって定義されるプロファイルを持つ。

横断面のすべての点で光路長が同じ場合、光路長のプロファイルは平面になる。光路長が当該横断面上の考慮された位置の関数として変化する場合、光路長のプロファイルは平面ではない。例えば、周辺点の光路長が中心における（すなわち光学軸上にある）点よりも長いか短い場合、光路長のプロファイルを湾曲として定義することができる。図１に示すＦＦＯＣＴシステムは、基準アームと試料アームの間の光路長の差に依存している。基準アームと試料アームの光路長の横方向プロファイルが同じ場合、光路差の横方向プロファイルは平坦に見える。

図４、５、８、９を参照すると、システムはＦＦＯＣＴデバイスと試料１１１を含む。前述のデバイスと同様に、ＦＦＯＣＴデバイスは、インコヒーレント光源１０１、撮像器１１４、試料アーム１０７および基準アーム１０８を規定するビームスプリッタ１０３を含む。基準アーム１０８は、ビームスプリッタ１０３から基準アーム１０８の端に配置された反射器１１２まで延び、基準光路を規定する。試料アーム１０７の試料端部１２５の前に試料１１１を配置し、ビームスプリッタ１０３から試料端部１２５まで試料アーム１０７を伸ばして、試料光路を定義する。

光源１０１は空間的にインコヒーレントである、すなわち、光源の各点がこれらの点の間で位相がランダムに分布する波を放射する光源である。光源１０１は、一般的には２０ｎｍから１５０ｎｍの幅（より好ましくは３０ｎｍから７０ｎｍの幅）、７００ｎｍから９００ｎｍの間、より好ましくは７５０ｎｍから８５０ｎｍ付近の広いスペクトルを持つべきである。例えば、光源１０１はＬＥＤであってもよいし、（ハロゲンランプとして）フィラメントを備えていてもよい。

光源１０１は、照明の瞬間に照明光を発する。照明光は、ビームスプリッタ１０３に送られる第１の光線１０２を形成する。ビームスプリッタ１０３は、照射光の入射する第１の光線１０２を第２の光線１０５と第３の光線１０６に分割する。第２の光線１０５は試料アーム１０７に送られ、第３の光線１０６は基準アーム１０８に送られる。したがって、試料アーム１０７と基準アーム１０８は同じ照明光で同時に照明される。

基準アーム１０８では、光はビームスプリッタ１０３から反射器１１２へ、反射器１１２からビームスプリッタ１０３へと基準光路に沿って進む。第二の光線１０５は、ビームスプリッタ１０３から試料アーム１０７の試料先端まで試料光路に沿って進む。光は試料アーム１０７から出て、試料１１１に入る。試料１１１に入射した第２の光線１０５からの試料光は、試料１１１内の異なる深さから試料アーム１０７の試料端部まで反射される。試料光には、試料１１１のさまざまな深さから発生し、したがって試料１１１のさまざまな層から発生する、照射瞬間に放出された照明光から得られた光が含まれている。

撮像法は、特定の関心層１１５の画像を取得することを目的とする。関心層１１５は、試料１１１内の深さと形状によって定義される。通常、関心層１１５は、ＦＦＯＣＴデバイスの光学軸に対して、平坦ではなく、むしろ曲面を有する。例えば、試料１１１が目である場合、関心層１１５は、例えば角膜層や水晶体の場合は試料アーム１０７から見て凸状の形状であってもよく、例えば網膜層の場合は試料アーム１０７から見て凹状の形状であってもよい。

試料１１１の関心層１１５から発生する関心光が試料アーム１０７に入ると、関心光は第１の光路長を進んだことになる。第１の光路長は、光が試料アーム１０７に入るまでの経路の幾何学的長さと、光が通過した媒体の平均屈折率との積である。関心層１１５が平面状ではなく曲面状である場合、幾何学的長さの横断プロファイルが変更される。関心光が移動する幾何学的な長さの変化に加えて、横方向変化分布の変化も、関心光が通った媒体の屈折率から生じる場合がある。関心層１１５は試料１１１の特定の深さにあり、これは関心光が試料１１１の上層を通って前後に進まなければならないことを意味する。試料１１１が不均一な場合、それらの上層は様々な屈折率を持ち、不均一に分布する可能性がある。例えば、関心層１１５が網膜層である場合、関心光は硝子体、水晶体、瞳孔、角膜を通過しなければならない。

いずれにしても、試料アーム１０７に入ると、関心光は、湾曲横方向変化分布を持つ第１の光路長を進んでいる。例えば、第１の光路長の湾曲横方向変化分布は、４ミリメートルから５０ミリメートルの間の絶対曲率半径を持つ。補償されない場合、この湾曲横方向変化分布は、前に図２ａ－ｃおよび図３ａ－ｄを参照して説明したように、試料の関心層の有用な視野を減少させる結果となる基準光によって光学分割に提出される。

この問題を回避するために、ＦＦＯＣＴデバイスには光路長の横方向変化分布を修正する光学曲率補償器が設けられている。光学曲率補償器は、試料アーム１０７または基準アーム１０８に配置することができる。光学曲率補償器は、基準光と関心光のプロファイルの相対的な湾曲を補償するように構成された曲率補償器である。光学曲率補償器が基準アーム１０８に配置されている場合、光学曲率補償器は撮像視野全体にわたる基準光学長を変更する。光学曲率補償器が試料アーム１０７に配置されている場合、光学曲率補償器は撮像視野全体にわたる試料光学長を変更する。光学曲率補償器は、撮像器１１４に入射した基準光が進む基準光路長、または撮像器１１４に入射した関心光が進む第２の光路長が、同じ横方向変化分布を持つように、すなわち、撮像器１１４に入射した基準光が進む基準光路長の横方向変化分布と、撮像器１１４に入射した関心光が進む第２の光路長の横方向変化分布とが、時間的コヒーレンス長の範囲内で一致するように構成されている。

２つのそれぞれの横方向変化分布のプロファイルは、絶対曲率半径の差が２ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満であることが望ましい。光が撮像器１１４に到達すると、関心光と基準光の光波が干渉し、干渉が発生する。干渉は、波の光路長差が、照明光によって定義される時間的コヒーレンス長の範囲内で重ね合わされたときに、撮像器１１４の視野の各点で発生する。したがって、提案された光学曲率補償は、関心層１１５から発生する関心光が撮像器１１４の画像面上で基準光と干渉する結果となり、撮像器１１４は、撮像器１１４の視野上の関心層を撮像する。

光学曲率補償器は、基準アーム１０８内に湾曲反射面を配置した反射器であり得る。したがって、光学曲率補償器は、反射器１１２が湾曲していれば、ビームスプリッタ１０３に対向する基準アーム１０８の端部に配置された反射器１１２であり得る。図４および５は、光学曲率補償器として湾曲反射器を使用した実施例を示す。図４では、関心層１１５は、眼レンズの前面であり、それはＦＦＯＣＴデバイスから見て凸状である。反射器１１２も基準光路から見て凸状に湾曲している。反射器１１２の曲率は前レンズの曲率に相当し、曲率半径はおおよそ９ｍｍから１５ｍｍの間、より好ましくは１１ｍｍから１３ｍｍの間にある。関心層１１５が前角膜である場合、反射器１１２の曲率半径は７ｍｍから８ｍｍの間にある。関心層１１５が後角膜である場合、反射器１１２の曲率半径は６ｍｍから７ｍｍの間にある。図５では、関心層１１５は網膜層であり、ＦＦＯＣＴデバイスから見て凹状である。反射器１１２も、基準光路から見て凹状に湾曲している。反射器１１２の曲率は網膜層の曲率に相当し、曲率半径はおおよそ－１１ｍｍから－１３ｍｍの間にある。さらに、図５の網膜撮像構成では、前述の実施形態に存在した試料アーム７内の顕微鏡対物レンズ１０９が除去されている。試料アーム７から顕微鏡対物レンズ１０９を取り外すと、ＦＦＯＣＴデバイスの２つのアーム７、８の間に強い非対称性が生じる。この非対称性は、関心のある網膜層１１５の前にある目の媒質によって引き起こされる非対称性と相まって、撮像器１１４に入射する関心光によって移動される第２の光路長を、湾曲プロファイルを持つ横方向変化分布に導く。したがって、反射器１１２の曲率は、非対称性を補償するために、関心のある網膜層の曲率よりも高くなるように選択することができる。

ここで示されている値は単なる例であり、通常は試料１１１が目でない場合には、他の値を使用できることに注意すべきである。人間の目の場合であっても、他の値を使用して関心層１１２の曲率に一致させることができる。例えば、円錐角膜の患者の前角膜層によって構築される関心層１１５の場合、反射器１１２の曲率半径は６ｍｍ未満になる。

湾曲反射器１１２の湾曲形状は、反射光を基準光路の断面にわたって変化する光路長を移動させ、それによって基準光路長の横方向変化分布を引き起こす。関心層１１５の曲率に対応するように湾曲反射器１１２の曲率を選択することにより、撮像器１１４に入射する基準光が進む基準光路長と、撮像器１１４に入射する関心光が進む第２の光路長は、同じ横方向変化分布を持つ。その結果、試料光上において基準光によって行われる光学分割は、関心光のみを選択する。

湾曲反射器１１２は鏡であり得、特に、例えば反射面としてアルミニウム被覆を施した、湾曲金属鏡であり得る。ただし、ほとんどの鏡は反射率が高く、一般的に９０％よりも高くなる。湾曲反射器１１２の反射率が試料１１１の反射率と一致するときに画質が最もよくなるため、このような高い反射率は、ＦＦＯＣＴにとって有害である。試料１１１と関心層１１５は一般に低反射率であるため、湾曲反射器１１２は２５％未満、好ましくは１０％未満の反射率を持つように選択される。

湾曲反射器１１２は必ずしも鏡ではなく、例えば光学レンズであり得る。このような光学レンズは、ガラス（例えばＲｏＨＳ準拠のホウケイ酸クラウンガラス）、溶融シリカ、またはその他の適切な材料からできていてもよい。光学ガラスレンズの反射率は当然低く、通常５％未満であり、これは多くの有機試料１１１の反射率に相当する。光学レンズは安価で、どんな曲率でも見つけることができる。例えば、曲率半径６．２ｍｍの光学レンズを使用して、６．４ｍｍの人間の後角膜の自然な曲率に合わせることができる。光学レンズの欠点は、光学レンズの表面においてだけでなく、光学レンズの裏面からの反射（二次反射）も起こる可能性があることである。これは、光学レンズの背面に吸収フィルター（例えばガラス吸収フィルター）を配置し、光学レンズの背面と吸収フィルターの間に液浸液を配置し、吸収フィルターと液浸液とを光学レンズの屈折率（例えば、１．５１８）に近い屈折率を持つように選択することによって回避できる。これにより、光学レンズを透過した光は二次反射することなく吸収フィルターに吸収される。また、光学レンズの素材として照明光の波長内で光を吸収する素材（例えば、特定の波長範囲で選択的に吸収する光学フィルターガラス）を選ぶことによって、裏面からの不要な反射を避けることもできる。

光学曲率補償器は、補償屈折率と、基準光路または試料光路に沿った補償長を有する材料の板でもよい。従って、このような光学曲率補償器は、基準アーム１０８または試料アーム１０７に配置することができる。この板、あるいは光学窓は、透明光学材料の光学的に平坦なピースである。図６は、光線の光路長プロファイルに対する光学窓の作用を示す概略図である。この単純化された例では、近位アーム点Ａと遠位アーム点Ｂの間の光の伝播を扱い、ここでは光学レンズによって定義されている。近位アーム点Ａと遠位アーム点Ｂは、光学軸に沿って距離ｅ_ａｉｒの間隔を置いている。近位アーム点Ａと遠位アーム点Ｂの間の媒体は、光学窓１２０を除いて空気（屈折率１）と仮定する。光学窓１２０は屈折率ｎ´の材料でできている。光学窓１２０は、光学軸に対して垂直な二つの平面１２１、１２２の間に厚さｅ´を有する。

光学軸上の視野の中心点Ｃは、直線状の上部境界Ｕ_ｃと直線状の下部境界Ｄ_ｃの間に定義された直線経路においてアーム点ＡとＢの間を伝播する。中心光路長ＯＰＬ_ｃは、ＯＰＬ_ｃ＝ｅ_ａｉｒ－ｅ´＋ｅ´ｎ´と定義される。視野の非中心点Ｐは、光学軸からオフセットされ、当該非中心点Ｐからの光は、アーム点Ｂと光学窓１２０との間を角度θで伝搬し、次に光学窓内を角度θ´で伝搬し、そして再び光学窓１２０とアーム点Ａとの間を角度θで伝搬する。スネル－デカルトの法則に従い、θ´とθとの関係は、

である。非中心点Ｐからの光は、角度のついた上部境界Ｕ_ｐと角度のついた下部境界Ｄ_ｐの間に定義された角度のついたビームで伝播する。このような角度のついた光路長ＯＰＬ_ｐは、

である。光学窓１２０が光路長の角度依存補正を導入していることは明らかである。これは、結果として得られる光路長の横方向変化分布プロファイルも角度に依存すること、すなわち湾曲していることを意味する。光学窓１２０の材料の厚さｅ´と屈折率ｎ´を適切に選択することで、光路長の横方向変化分布プロファイルの曲率を調整することができる。これはもちろん単純化された例であり、よく知られた追加効果は当業者によって考慮されなければならない。例えば、材料の屈折率は通常波長に応じて変化するため、光学窓の屈折率ｎ´はｎ´（ｙ）と記すべきである。Ｓｅｌｌｍｅｉｅｒ方程式を使用して、特定の透明媒体についての屈折率と波長の関係を確立できる。

図７は、光路長の横方向変化分布プロファイルの曲率（任意単位）の様々な度合いのが厚さの異なる光学窓でどのように得られるかの例を示すグラフである。ここでの曲率の度合いは、光路長の横方向変化分布プロファイルをモデル化する放物線関数ｆ（ｘ）＝ａｘ^２＋ｂｘ＋ｃの第１の係数に対応する。これは、健康な人間の目の湾曲した角膜層から来る光の湾曲した横方向変化分布プロファイルを補償するように求められる。光学窓はホウケイ酸クラウンガラス、より正確にはＮ－ＢＫ７ガラスでできている。光学窓がない場合（厚さが０の場合）、曲率の度合いは約－７３である。（二次の）平面横方向変化分布プロファイルを得て、健康な人間の目の網膜層の平均曲率を補償するためには、厚さ２２．３ｍｍの光学窓が必要である。光は基準アーム１０８または試料アーム１０７に沿って二度進むことに留意されたい。その結果、進行光は光学板１２０を二度横切り、光路長の横方向変化分布プロファイルの曲率は光学板１２０によって二倍の影響を受ける。

図８は、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置例を示しており、光学曲率補償器は、基準アーム１０８に配置された光学プレート１２０である。光学板１２０は、ビームスプリッタ１０３と反射器１１２の間の基準光路上に配置されている。光学板１２０は、試料顕微鏡対物レンズ１１０の両側に配置することができるが、ビームスプリッタ１０３と試料顕微鏡対物レンズ１１０の間に配置することが望ましい。前述のように、光学板１２０は、基準光が進む横方向変化分布プロファイルを湾曲させており、撮像器１１４に入射した基準光が進む基準光路長と、撮像器１１４に入射した関心光が進む第二光路長が、同じ横方向変化分布プロファイルを持つようになっている。

基準アーム１０８の端部の反射器１１２は湾曲している必要がなく、平坦であり得る。しかしながら、実施形態を組み合わせることが可能であり、湾曲反射器１１２に光学板１２０を装備することも可能である。この場合、湾曲反射器１１２によって導入された基準光路長の横方向変化分布のプロファイルの曲率は、光学板１２０によって導入された基準光路長の横方向変化分布のプロファイルの曲率に加算される。したがって、湾曲反射器１１２の特徴と光学板１２０の特徴は、撮像器１１４に入射する基準光が進む基準光路長と、撮像器１１４に入射する関心光が進む第２の光路長が、同じ横方向変化分布プロファイルを有するように選択される。

図９は、ＦＦＯＣＴ撮像法を実施するための配置例を示しており、ここで、光学曲率補償器は、試料アーム１０７に配置された光学板１２０である。図に示すように、試料アームには顕微鏡対物レンズ１０９がないことが望ましい。光学板１２０は、ビームスプリッタ１０３と試料アーム１０７の試料端部１２５との間の試料光路上に配置される。前述のように、光学板１２０は、試料光が進む横方向変化分布プロファイルを湾曲させ、撮像器１１４に入射した基準光が進む試料光路長と、撮像器１１４に入射した関心光が進む第２の光路長とが、同じ光路長の横方向変化分布プロファイルを有する。

光路長の変更に関連する光学曲率補償器１１２，１２０の特徴は、関心層１１５の光湾曲、すなわち、関心層１１５から発生する関心光が進む光路長の横方向変化分布のプロファイルの湾曲を補償するように選択される。例えば、７．８ｍｍ前後の曲率半径を持つ前角膜の層のように、関心層１１５の幾何学または光学的特徴が分かっている場合、関心層１１５の光学曲率を知ることができる。しかしながら、関心層１１５の光学曲率がわからないか、少なくとも十分に正確でないことが起こるかもしれない。関心層１１５の光学曲率を評価する必要があるだろう。

ここでは、関心層１１５の光学曲率を推定する簡単な方法を説明し、適切な光学曲率補償器を選択できるようにする。基準アーム１０８の反射器１１２を光学軸（ｚ軸）に沿って一定速度で移動させながら、試料１１１のいくつかのＦＦＯＣＴ正面画像（ｘ、ｙ）を取得する。このようにして試料１１１の様々な深さが撮像され、例えば（ｘ、ｙに延びる）３つの取得画像３５、３６、３７が編成されている図１０ａに示されているように、（ｘ、ｙ、ｚ方向の）３次元データボリュームが得られる。試料１１１の断面画像（ｘ、ｚ）は、取得された画像シーケンスの各画像で同じ画素線３５ａ、３６ａ、３７ａを選択し、その選択を連結することによって生成することができる。このような断面画像は図１０ｂに描かれている。

干渉アーム１０８の平行移動中、コヒーレンスゲートはその湾曲形状を保ち、ｚ方向に平行移動した。結果として得られる断面画像は、基準光と干渉する試料光の原点に対応する（コヒーレンスゲートによって定義される）さまざまな撮像された干渉試料セクションを示す。したがって、撮像された領域の下限３８と上限３９は、コヒーレンスゲートのプロファイルに対応している。限界３８、３９の中心点と限界３８、３９の端点との間の深さ（ｚ）の差Δを測定することができる。差Δ及び中心点と端点との間の距離（ｙ）から、コヒーレンスゲートの光学曲率を導くことができる。他の基準も使用できる。

同じアプローチを使用して、関心層１１５の光学曲率が光学曲率補償器によって適切に補償されているかどうかを評価することができる。適切に補償されると、図１０ｂのように、コヒーレンスゲートは断面画像上でかなり平坦に見える。コヒーレンスゲートは、例えば、限界３８、３９の中心点と、当該限界３８、３９の端点との間の深さ（ｚ）の差Δが、光源１の帯域幅に依存するコヒーレンスゲート厚の半分未満である場合、平坦であると考えられる。例えば、コヒーレンスゲート厚が８μｍで差Δが４μｍ未満であれば、コヒーレンスゲートの曲率は補償されていると考えることができる。

また、取得した画像の干渉縞を利用して、ＦＦＯＣＴデバイスが行う光学曲率補償を検証することも可能である。試料アーム１０７の前方に試料としてテスト反射器を配置する。テスト反射器は光学軸に対して中心に置かれる、すなわちテスト反射器の湾曲は中心に置かれる。テスト反射器は、補償されたい曲率に対応する既知の曲率を有する。例えば、半径７．８ｍｍの湾曲層の光学曲率補償を検証するために、テスト反射器は曲率半径が７．８ｍｍに近く、好ましくは７．８ｍｍであるように選択される。テスト反射器は、平面または湾曲反射器であり得、鏡、またはもしかすると湾曲反射器に関連する分散媒体であって、当該分散媒体を伝播する光の光路長の横方向変化分布に既知の曲率を導入する分散媒体であり得る。

その後、試料１１１と同様に、テスト反射器を照らし、画像を取得する。次に、取得した画像の処理から、可視干渉縞密度に基づいて、ＦＦＯＣＴデバイスの光学曲率補償器によって行われる曲率補償を決定することができる。縞密度は、（縞に垂直に）１ｍｍあたりの交替する縞の最大数として定義され、テスト反射器の曲率半径と光路長の横方向変化分布の曲率半径との一致に直接関係している。

例えば、図１１ａは、７．８ｍｍの曲率半径を補償するように構成された光学曲率補償器で撮像された７．８ｍｍの曲率半径を持つ第１のテスト反射器６０に対応する画像を示しており、その結果、図１１ｂに示されているように、第１のテスト反射器６０と同じ曲率を持つ（基準光と干渉する試料光の原点に対応する）干渉セクションを定義するコヒーレンスゲートが生じる。図１１ａの画像では、縞は間隔が空いており、低い密度である。図１１ｃは、７．８ｍｍの曲率半径を補償するように構成された光学曲率補償器で撮像された６．２ｍｍの曲率半径を持つ第２のテスト反射器６２に対応する画像を示しており、その結果、図１１ｄに示されているように、第２のテスト反射器６２に近づくが完全には同じではない曲率を持つ（基準光と干渉する試料光の原点に対応する）干渉セクション６３を定義するコヒーレンスゲートが生じる。図１１ｃの画像では、縞は図１１ａより接近しており、より高い密度である。図１１ｅは、平坦（無限の曲率半径）であり、７．８ｍｍの曲率半径を補償するように構成された光学曲率補償器で撮像された第３のテスト反射器６５に対応する画像を示しており、その結果、図１１ｆに示されているように、湾曲した干渉セクション６４を定義する湾曲コヒーレンスゲートが生じる。図１１ｅの画像では、縞は、非常に接近しており、図１１ａや図１１ｃよりもはるかに多く、非常に高い縞密度である。

これは、縞密度が、テスト反射器の表面とＦＦＯＣＴデバイスのコヒーレンスゲートによって定義される干渉セクションとの間の光路差と関連しているためである。光路差が照明光の波長（例では８５０ｎｍ）に達するたびに干渉縞が現れる。それが、縞密度を使用して、基準光が移動する基準光路長の横方向変化分布と関心光が移動する第２の光路長の横方向変化分布が一致するかどうかを評価することができる理由である。図１１ｂ、１１ｄ、１１ｆから分かるように、コヒーレンスゲートの湾曲した性質のため、（光路差がより大きい）視野（ＦＯＶ）の端部の方が（光路差がより小さい）ＦＯＶの中心部よりも光路差が大きい。これで干渉縞の同心円的な側面が説明できる。そのため、通常はＦＯＶの端部に対応する画像の端部で最大密度が検出される。

縞密度に関する簡単な基準を設定して、２つのそれぞれの横方向変化分布のプロファイルが２ｍｍ未満の絶対曲率半径の差を持つかどうかを評価することができる。８５０ｎｍの照明光および１．３ｍｍのＦＯＶの場合、最大縞密度が６０縞／ｍｍ未満、好ましくは５０縞／ｍｍ未満のときにテスト反射器の光学曲率が補償されたものとみなす。なお、密度は撮像された物体の視野に応じて、すなわち倍率を考慮して表現される。図の例では、図１１ａの画像の最大縞密度は１５縞／ｍｍ未満であり、これは横方向変化分布の間、すなわちテスト反射器のプロファイルとコヒーレンスゲートの間の良好な一致を示し、図１１ｃの画像の最大縞密度は５０縞／ｍｍ未満であり、これは横方向変化分布の間の許容できる一致を示しているが、図１１ｅの画像の最大縞密度は１００縞／ｍｍより大きく、これは横方向変化分布の間に一致がないことを示している。

その結果、既知の曲率を持つテスト反射器を含む簡単な測定により、光学曲率補償が既知の曲率と一致するかどうかを判断することができる。

光学曲率補償器は不変であることができ、これは光学曲率補償器によって引き起こされる光路長の横方向変化分布プロファイルの変更が常に同じであることを意味する。例えば、湾曲反射器１１２による変形は湾曲反射器１１２の曲率に依存し、光学板１２０による変形は当該光学板１２０の厚さと屈折率に依存する。結果として、このような不変光学曲率補償器は、限られた範囲内の横方向変化分布プロファイルの曲率のみを補償することができる。これは、関心層１１５の曲率が不正確にしか知られていない可能性があるため、問題になり得る。例えば、臨床応用では、患者はかなり多様な眼の長さを示す可能性があり、それは適切な光学窓または曲面鏡の選択に影響を与えるだろう。前述のように、反射器１１２の曲率半径は、円錐角膜の患者の前角膜層では６ｍｍ未満であるのに対し、健康な前角膜層では約７．８ｍｍである。

１つの解決策は、変化可能な光学曲率補償器を使用して、考えられるさまざまな関心層の曲率に適合させることである。しかし、これは試行錯誤に基づく長いプロセスとなり、多数の異なる光学曲率補償器を必要とする可能性がある。ただし、光学曲率補償器の変更をより容易にすることは可能であり、例えば光学式ホイールはステッパモーターでモーター駆動することができる。

別の解決策は、構成可能な光学曲率補償器を提供することである。構成可能な光学曲率補償器は、反射面を変形できる変形可能な鏡とすることができる。変形可能な鏡は、湾曲面だけでなく、さまざまな種類の面に合わせて成形され得る。例えば、変形可能な鏡は、磁気アクチュエータによって動く連続的な反射面に基づくことができる。

図１２ａおよび１２ｂに示すように、構成可能な光学曲率補償器は一対のプリズムにすることもできる。一対のプリズムは、光を移動するための光学板として表示されるアセンブリを構成する。実際、一対のプリズムは基本的に２つの部分に分割された光学板である。２つのプリズムは同じ材料でできていることが望ましく、同じ形状であることが望ましい。第１のプリズム１３１と第２のプリズム１３２がある。各プリズム１３１、１３２は、光学軸に垂直な平坦面１３１ａ、１３２ａを有する。二つの平坦面１３１ａ、１３２ａは光学曲率補償器の外面を構成する。各プリズム１３１、１３２は、光学軸に対して直角でない傾斜角を形成する傾斜面１３１ｂ、１３２ｂを有する。二つの傾斜面１３１ｂ、１３２ｂは互いに反対であるため、向かい合っている。二つの傾斜面１３１ｂ、１３２ｂは相補的な傾斜を持つ。光学曲率補償器を通過する光は、例えば、第１のプリズム１３１の平坦面１３１ａ、第１のプリズム１３１の傾斜面１３１ｂ、第２のプリズム１３２の平坦面１３２ａ、第２のプリズム１３２の傾斜面１３２ｂを通過する。図１２ａの構成では、そのような光は第１のプリズム１３１の材料の第１の厚さｅ１と第２のプリズム１３２の材料の第２の厚さｅ２を通過したであろう。したがって、一対のプリズムは、ｅ１＋ｅ２の厚さを持つ光学板に相当する。

しかし、プリム１３１、１３２は互いに対して平行移動可能である。より正確には、少なくとも一つのプリズム１３１、１３２、できれば両方が光学軸に対して垂直に移動可能である。平行移動はモーターで行うことができる。このような横方向平行移動の結果として、進行光が横切る材料の厚さが変更される。図１２ｂは、両方のプリム１３１、１３２を光学軸に対して横方向に反対方向に平行移動した結果を示している。二つのプリズムの傾斜面１３１ｂ、１３２ｂにより、平行移動は通過厚の変更、より正確には図１２ｂに示されている例については通過厚の減少となる。第１のプリズム１３１の見かけの厚さｅ´_１と第２のプリズム１３２の見かけの厚さｅ´_２は、図１２ａの第１の構成の見かけの厚さｅ１とｅ２に対して減少している。第２の構成では、一対のプリズムは、以前よりも薄いｅ´_１＋ｅ´_２の厚さの光学板に相当する。そのため、構成設定な厚さを有する光学板と同等の構成可能な光学曲率補償器を持つことができる。これらの例では、光学軸を参照している。このような光学軸は、光学曲率補償器が配置されたアームの光学軸である。アーム内の光路は光学軸に平行であるため、光学軸に関して与えられた任意の表示は、当該アーム内の光路に関して与えられた表示と理解することができる。

光路長の所望の横方向変化分布プロファイルに光学曲率補償器を適応させるために、ＦＦＯＣＴは、適切な光路長修正プロファイルを見つけるための制御ループを含むことができる。制御ループは、有用な視野を最大化することを目的としている。制御ループは、撮像器１１４によって取得された二次元画像の解析に基づいており、そこから光学曲率補償器を指令するアクチュエータのコマンドが導出される。したがって、制御ループは、プロセッサなど、それを行うのに適した構成成分を含む。例えば、解析では、信号が存在する場所と信号が存在しない場所を特定することを目的としている。例えば、取得した画像を、取得した画像の表面に分布する複数のゾーン（例えば５ゾーンから２０ゾーン）に分割することができる。ゾーンは、単純に正方形または長方形にすることができる。各ゾーンにおいて、当該ゾーンの全画素の画素値（例えば、グレースケール値）を合計する。得られた総和を事前に設定されたしきい値と比較することで、各ゾーンを、コヒーレンスゲートが一致するため信号が存在する「良好な」領域と、コヒーレンスゲートが一致しないため信号が存在しない「不良な」領域に分類することができる。次に、構成可能な光学曲率補償器は、不良な領域を良好な領域に変えるように変更される。制御ループを使用して、一連の不変光学曲率補償器の中から選択することもできる。

したがって、この方法は、関心層１１５の第１の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得し、次に、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルの改善された補償を用いて、関心層１１５の第２の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得することを含むことができる。第１の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像から、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルが光学補償器によって補償されているかどうかを判定する。上で説明したように、このような判定は、例えば、可視干渉縞の密度に依存したり、撮像フィールドの形状（リング形状）及び／又は信号レベルに依存したりすることができる。例えば縞密度が高すぎるなどの理由で、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルが光学補償器で補償されていないと判定された場合は、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルをより良く補償するように光学補償器を変更する。次に、関心層１１５の第２の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像が、撮像器１１４を使用して、ビームスプリッタ１０３で結合された基準光と試料光から取得される。光学補償器の変更は、補償の改善を目的としているため、当該補償を評価するために使用される基準は、第１の画像に対する改善も示さなければならない。たとえば、縞密度は減少する。それでも満足のいく結果が得られない場合は、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルの補償が期待を満たすまで、第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルをより良く補償するように、変更された光学補償器を再度変更することができ、他の画像を取得することができる。

図２ｃの例では、不良な領域は取得された画像の周辺ゾーンに対応しており、それは、図２ａに概略化されているように、コヒーレンスゲートが中央でのみ一致することを意味している。図３ｃの例では、不良な領域は、図３ａに概略化されているように、取得された画像の中心ゾーンに対応しており、それは、コヒーレンスゲートは周辺部でのみ一致することを意味する。撮像器１１４に入射した基準光が進む基準光路長と、撮像器１１４に入射した関心光が進む第２の光路長が、同じ横方向変化分布プロファイルを有するように、光学曲率補償器が配置されたアームの光路長の横方向変化分布プロファイルを湾曲させるためのコマンドが生成される。例えば、光学曲率補償器が基準アーム１０８内の変形可能な湾曲鏡１１２である場合、このコマンドは、変形可能な湾曲鏡１１２の曲率を制御するアクチュエータに適用され、曲率を増加させる。光学曲率補償器が一対のプリズムである場合、コマンドはプリズムの横方向平行移動を制御するアクチュエータに適用される。一対のプリズムが基準アーム１０８内に配置されている場合、基準光路長の横方向変化分布プロファイルをさらに湾曲させるために、プリズムは平行移動されて、材料の見かけの厚さを増加させる。一対のプリズムが試料アーム１０８内に配置されている場合、試料光路長の横方向変化分布プロファイルの曲率を減少させるために、プリズムは平行移動されて、材料の見かけの厚さを減少させる。

図１３ａは、上で開示されたような光学曲率補償なしで、人工眼の網膜層の撮像から得られる実際のＦＦＯＣＴ画像を示す。結果は、撮像された網膜層のリング形状５０であり、中心部分５１は肉盛層に対応する。基準光及び撮像器１１４に入射する関心光が進む光路長の横方向変化分布は一致しない。これは、図３ａ－３ｄに示されている状況に対応する。図１３ｂは、今回は、基準光および撮像器に入射する関心光が移動する光路長の横方向変化分布が一致するように、光学曲率補償器が光路長の横方向変化分布を変更する、上記で開示された方法を実行することにより、図１３ａのような人工眼の網膜層を撮像した結果得られた実際のＦＦＯＣＴ画像を示している。この画像上では、撮像器１１４が撮像器１１４の全体の視野５２にわたって関心層を撮像したことが分かる。これは、関心層から発生した関心光が、撮像器１１４の全体の視野５２にわたって基準光と干渉したことを意味する。したがって、この方法では、全体的かつ連続的な視野にわたって関心層を撮像することができる。

図１４ａは、今回は、光学曲率補正を用いて、上記に開示された方法を実行することによって、図３ｃのような基底下神経叢の撮像から得られた実際の最終的なＦＦＯＣＴ画像を示している。撮像された前角膜の基底下神経叢が最終的な画像ではリング状に見えた図３ｃと比較すると、前角膜の基底下神経叢はもはやリング状ではなく、視野全体を占めている。図１４ｂは、今回は、光学曲率補正を用いて、上記に開示された方法を実行することによって、図３ｄのような角膜内皮層の撮像から得られた実際のＦＦＯＣＴ画像を示している。撮像された後角膜の角膜内皮層が最終的な画像ではリング状に見えた図３ｄと比較すると、後角膜の角膜内皮層はもはやリング状ではなく、視野全体を占めている。したがって、開示された方法は、撮像器１１４の視野全体にわたる各層の撮像を可能にすることが分かる。

本発明は、特定の好ましい実施形態に関して説明されてきたが、それに限定されるものではなく、説明された手段とそれらの組み合わせのすべての技術的同等物を含むことは明らかである。特に、添付の特許請求の範囲に定義されている発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更や修正を加えることができることは、当業者には明らかであろう。

Claims

試料内のある深さにおける関心層の全視野光干渉断層撮影（ＦＦＯＣＴ）二次元正面画像を取得するためのＦＦＯＣＴ撮像方法であって、
前記ＦＦＯＣＴ撮像方法は、ＦＦＯＣＴデバイスと、撮像される関心層を含む試料とを備えるシステムを使用し、
前記ＦＦＯＣＴデバイスは、空間的にインコヒーレントな光源と、撮像器と、試料アームと基準アームを定義するビームスプリッタであって、前記試料は前記試料アームの端部に配置されている、ビームスプリッタとを含み、
前記方法は、
前記インコヒーレントな光源によって放出される照明光で、照明の瞬間に試料アームと基準アームを同時に照らすことにより、試料光路に沿って前記試料から前記試料アームの前記端部の中へ移動する試料光と、基準光路に沿って前記基準アーム中をビームスプリッタへ移動する基準光とを生成するステップと、
前記ビームスプリッタ中で結合された基準光と試料光から、前記撮像器を使用して関心層の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップであって、前記試料光は、前記照明の瞬間において放出された前記照明光に由来し、かつ前記試料の前記関心層から発生する関心光を含み、前記関心光は、前記試料アームに入ると第１の光路長を移動しており、前記第１の光路長は、横方向変化分布の湾曲プロファイルを有し、また、前記撮像器に入射する基準光は、第２の光路長を移動している、取得するステップを含み、
前記試料アームと前記基準アームのうちの少なくとも一つは、光路長の横方向変化分布を修正する光学曲率補償器を含み、前記第１の光路長の横方向変化分布の湾曲プロファイルを補償するので、前記撮像器に入射する前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布と前記撮像器に入射する前記関心光が移動する前記第２の光路長の横方向変化分布は一致し、その結果、前記関心層から発生する前記関心光は、前記基準光と干渉し、前記撮像器は、前記撮像器の視野にわたって前記関心層を撮像し、前記撮像器によって取得された前記二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を形成することを特徴とする、方法。
前記第１の光路長の前記横方向変化分布の湾曲プロファイルは、４ミリメートルから５０ミリメートルの間に含まれる絶対曲率半径を有する、請求項１に記載の方法。
前記撮像器に入射した前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布と、前記撮像器に入射した前記関心光が移動する前記第２の光路長の前記横方向変化分布とは、２ミリメートル未満の絶対曲率半径の差を有する、請求項１または２に記載の方法。
前記基準アームが、前記撮像器に入射する前記基準光が移動する前記基準光路長の前記横方向変化分布を修正する光学曲率補償器を含み、前記光学曲率補償器は、湾曲反射面を有する湾曲反射器であり、前記湾曲反射器は、ビームスプリッタに対向する前記基準アームの端部に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記反射器は、２５％未満の反射率を有する、請求項４に記載の方法。
前記反射器の前記湾曲反射面は、光学レンズである、請求項４または５に記載の方法。
前記反射器の前記湾曲反射面は、変形可能な鏡である、請求項４または５に記載の方法。
前記光学曲率補償器は、屈折率を有し、前記基準光路または前記試料光路の方向に厚さを有する材料の板である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記光学曲率補償器は、一対のプリズムを含み、各プリズムは、光路に対して非直角傾斜角度を形成する傾斜面を有し、前記一対のプリズムの前記非直角傾斜角度は、互いに反対であり、前記プリズムは互いに平行移動可能である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記光学曲率補償器は、構成可能な光学曲率補償器であり、前記ＦＦＯＣＴデバイスは、取得した画像を分析し、光学曲率補償器の構成を変更するためのコマンドを導出するように構成された制御ループを含み、各構成は、光路長の前記横方向変化分布の異なる修正を定義する、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
前記撮像器を使用して前記ビームスプリッタ中で結合された基準光と試料光から前記関心層の第１の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップと、
前記第１の光路長の横方向変化分布の前記湾曲プロファイルが前記こうが光学補償器によって補償されているかどうかを判定するステップと、
前記第１の光路長の前記横方向変化分布の前記湾曲プロファイルが前記光学補償器によって補償されていなかったと判定された場合、前記第１の光路長の前記横方向変化分布の前記湾曲プロファイルをそうするように修正するステップと、
前記撮像器を使用して前記ビームスプリッタ中で結合された基準光と試料光から前記関心層の第２の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するステップとを含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
全視野光干渉断層撮影（ＦＦＯＣＴ）デバイスであって、前記デバイスは、
照明の瞬間に照明光を発するように構成された空間的にインコヒーレントな光源と、
関心層の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得するように構成された撮像器と、
試料アームと基準アームを定義するビームスプリッタであって、前記試料は、前記試料内のある深さにおける前記関心層を含み、前記試料アームの端部に配置される、ビームスプリッタとを備え、
前記試料アームと前記基準アームのうちの少なくとも一つは、光路長の横方向変化分布を修正するように構成された光学曲率補償器を含み、前記照明の瞬間において放出された前記照明光に由来し、かつ前記試料の前記関心層から発生する関心光が前記試料アームに入って移動した前記第１の光路長の横方向変化分布の湾曲したプロファイルを補償することを特徴とし、また前記ＦＦＯＣＴデバイスは、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成され、前記試料内のある深さにおける前記関心層の二次元正面ＦＦＯＣＴ画像を取得することを特徴とする、ＦＦＯＣＴデバイス。