JP4734326B2 - 眼のフーリエ領域ｏｃｔレイ・トレーシング法 - Google Patents

Description

本発明は低コヒーレンス干渉法を用いて基準点の位置を測定し、それに基づいて眼球内で屈折し、反射する全ての界面および表面の三次元構造を例えばスプライン曲面または多角形面を用いて描画可能である眼科学用の測定方法に関する。

従来、いくつかの瞳点を通して同時に測定ビームが眼内に照射され、この測定ビームの透過点と反射点の奥行き位置が眼球内の界面と表面でスペクトル干渉低コヒーレンス干渉法（フーリエ領域ＯＣＴとしても知られている）を用いて確定される。この透過点と反射点に基づいてこれらの面の形状を数値計算することができ、例えばスプライン曲面または多角形面のような公知のコンピュータ・グラフィック技術を利用して眼の構造の三次元描画のために利用可能である。

そのために測定対象物は二重ビーム干渉計のアーム内に置かれる。測定対象物から出る光束のスペクトルは干渉計の出力でそれぞれの基準光束と重複され、その結果生じたスペクトル強度がスペクトル評価される。

およそこの１５年間に光学系の特性を測定するのに適した様々な実験的レイ・トレーシング法が開発された。そこで、ナバロおよびロサダ（Ｎａｖａｒｒｏ ｕｎｄ Ｌｏｓａｄａ）は眼の瞳を平行なレーザービームで照射し、網膜と結像的に共役であるＣＣＤカメラの光電陰極上に拡散反射されたビームの位置から眼の結像特性を判定する（“Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｐｅｎｃｉｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｖｉｎｇ ｈｕｍａｎ ｅｙｅ”、Ｏｐｔｏｍｅｔｒｙ−ａｎｄ−Ｖｉｓｉｏｎ−Ｓｃｉｅｎｃｅ第７４巻（７）、５４０〜５４７ページ、１９９７年）。ナバロおよびモレノ−バリュッソ（Ｎａｖａｒｒｏ ｕｎｄ Ｍｏｒｅｎｏ−Ｂａｒｒｉｕｓｏ）は、光学系の結像特性を測定するためにこの方法を採用することを記載している（“Ｌａｓｅｒ ｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ”、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第２４巻（１４）、９５１〜９５３ページ、１９９９年）。このレイ・トレーシング法ではもちろん、全ての屈折面の累積された総合作用が測定される。個々の界面の形状の判定、ひいては眼の結像エラーとその原因となる界面との因果関係の確定は近似的にしか可能ではない。

現在、レイ・トレーシングは、主としてコンピュータ画像の三次元表現（レンダリング）でリアルな照明状態を表示するためのグラフィック・プログラムの計算方法として知られている。しかし、レイ・トレーシングは波面トレーシングの他に、不均質な媒体内の光伝播を計算する数量的な方法でもある。屈折の法則に基づくレイ・トレーシングは、光学において既に光学系の設計に利用されているものの、ホイヘンスの原理に基づく波面トレーシングの利用も以前から地震波の伝播を計算するために地震学において知られている。

光コヒーレンス・トモグラフィー（光干渉断層画像診断）では、いわゆるＡスキャンの低コヒーレンス干渉測定データから画像が生成される。このＡスキャンは、対象物の構造を、対象物の奥行き内の測定ビームに沿った、光を拡散反射する箇所の分布として対象物の構造を判定する。その際に、低コヒーレンス干渉計内では対象物から拡散反射された光が基準ビームと共に基準ミラーの移動によって補正される。これに対して、フーリエ領域ＯＣＴの公知の規則によれば、Ａスキャン・データは、対象物から拡散反射され、基準ビームと重複される光の強度スペクトルのフーリエ変換によって算出される（ボウマ、ビー．イー．、ターニー、ジー．ジェイ．（Ｂｏｕｍａ，Ｂ．Ｅ．、Ｔｅａｒｎｅｙ，Ｇ．Ｊ．）：“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”；マーセル デッカー出版 ニューヨーク；第１２章、２００２年）。

眼のレイ・トレーシングの目的のためには、眼の瞳を分割された複数の瞳点で照射し、それに対応して測定ビームを評価する必要がある。そのために、公知の時間−領域ＯＣＴでは測定ビームがスキャン装置を用いて連続的に様々な瞳点に向けられる瞳スキャンが必要である。それぞれの点ではＡスキャンの強度スペクトルを測定する必要があろう。それには多くの時間を要し、モーション・アーチファクトを生ずることがある。

そのために低コヒーレンス光源として例えばスーパールミネッセンス・ダイオード、拡散反射ダイオード（ＬＥＤ）、モードロック・レーザー、ＡＳＥ（＝増幅された自然放出光）ファイバー光源、フォトニック結晶ファイバー光源、白熱光源（グローランプ）、またはプラズマ光源（アーク灯）を使用することができる。

以下では先ず従来の技術で公知の類似したフーリエ光ＯＣＴ法に言及する。
エイ．エフ．フェルヒャー（Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ）および共同研究者の論文（“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｂｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ第２０８３巻、２６３〜２６７ページ、１９９３年）には全般的なフーリエ光ＯＣＴ法、およびスペクトル強度分布Ｉ（ω）の逆フーリエ変換による、眼から反射される光のコヒーレンス関数の特定の判定について記載されている（“Ｉｎ Ｖｉｖｏ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌｏｇｙ”、ベリンガム、ダブリュ．エイ．（Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ Ｗ．Ａ．）：ＳＰＩＥ．３５５〜３７０ページ、ＩＳＢＮ ０−８１９４−１３７９−８、１９９３年）。

瞳を透過する個別ビームに沿った眼球内距離を特に測定するためのフーリエ変換法の使用は、エイ．エフ．フェルヒャー（Ａ．Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ）および共同研究者によって記載されており（“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅｓ ｂｙ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ”、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．、第１１７巻、４３〜４８ページ、１９９５年）、またジー．ホイスラーおよびエム．ダブリュ．リンドナー（Ｇ．Ｈａｕｓｌｅｒ ｕｎｄ Ｍ．Ｗ．Ｌｉｎｄｎｅｒ）によってＯＣＴ画像を作成するために利用されている（Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ＲＡＤＡＲ ａｎｄ “ｓｐｅｃｔｒａｌ ＲＡＤＡＲ”−Ｎｅｗ ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．第３巻（１）、２１〜３１ページ、１９９８年）。

独国特許出願公開第４３０９０５６号明細書は、距離および局部的拡散強度が波長に応じたスペクトルのフーリエ変換によって算定される、拡散点の距離および拡散強度の判定方法が記載されている。

網膜の三次元画像を正面ＯＣＴ撮影から合成可能な方法がエイ．ジー．ポードレーヌ、ジェイ．エイ．ロジャース、ディー．エイ．ジャクソンおよびエス．ドゥネ（Ａ．Ｇ．Ｐｏｄｏｌｅａｎｕ，Ｊ．Ａ．Ｒｏｇｅｒｓ，Ｄ．Ａ．Ｊａｃｋｓｏｎ，ｕｎｄ Ｓ．Ｄｕｎｎｅ）によって記載されている（“Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＯＣＴ ｉｍａｇｅｓ ｆｒｏｍ ｒｅｔｉｎａ ａｎｄ ｓｋｉｎ”、Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ、第７号、２９２〜２９８ページ、２０００年）。

これもステップ状基準ミラーを使用した平行ＯＣＴ法は米国特許第６２６８９２１号明細書に記載されている。この場合、ステップ状基準ミラーはいわゆる時間−領域ＯＣＴでディープ・スキャンを実現するために使用される。それに対応してステップの大きさも明らかにλ／８より大きい。さらにステップは周期的に繰り返される全高によってではなく、面積全体にわたって階段状に配分される。さらに、この解決方法で使用される移相器は基準アームまたは測定アーム全体に等しく作用する。このような相違点はもちろん、この方法に伴う別の課題設定から生ずるものである。

圧電移相式の位相測定に基づく類似した方法は米国特許第６３７７３４９号明細書の内容をなしている。この解決方法では、基準ミラーが圧電式に移動される。しかし、このような移動および必要となる補足的な照明、および光検出器アレイの複数回の読出しには時間がかかり、それは眼のような生体対象物の場合はモーション・アーチフェクトを引き起こす。

スリット・ランプおよび携帯端末を使用して前眼部のサイズを測定するための従来のＯＣＴ方法はエス．ラドハクリシュナン（Ｓ．Ｒａｄｈａｋｒｉｓｈｎａｎ）他によって記載されている（“Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｓｅｇｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ ａｎｄ ｓｌｉｔ−ｌａｍｐ ａｄａｐｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ”、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ第４６１９巻、２２７〜２２９ページ、２００２年）。時間−領域ＯＣＴに基づく機器は極めて迅速に動作し、毎秒８つの像を供給する。例えば、前眼構造の三次元描画用に毎秒８つの像を瞳全体に等距離に配分可能である。その場合、データ収集に約１秒を要する。これに対して本出願に基づく方法は必要なデータを数ミリ秒で記録する。

したがって、本発明の目的は、眼内で屈折し、反射する界面と表面の構造のスプライン曲面および多角形面を用いた三次元描画のための基準点を極めて迅速に測定することにある。

本発明に基づき、上記の測定は瞳にわたり配分された多数の測定ビーム内でフーリエ領域距離測定を用いて同時に行われる。
本発明による眼のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法では、低コヒーレンス光源から眼に入る測定ビームで瞳が複数点で照射され、この測定ビームの通過点で眼の界面および表面から反射される測定ビームが基準ビームと重複される。基準ビームと重複された測定ビームは干渉計の出力に基づいて例えば回折格子によってスペクトル分解され、二次元の検出器アレイに結像される。その結果生じた電気信号は制御装置に送られる。この制御装置はフーリエ変換を利用して測定ビームに沿った前記の通過点の位置を判定する。これらの通過点は眼球内で屈折し、反射する眼の全ての界面および表面の三次元構造を描画するための基準点を形成する。

以下に本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。別のタイプを使用することもできるが、説明はマイケルソン干渉計に基づいて行う。

図１は本発明による眼の拡散照明を用いたレイ・トレーシング用の低コヒーレンス干渉計を示している。この場合、低コヒーレンス光源１から出射し、シャッター２６を通過した光ビーム２が光学系３および４を利用して駆動装置２４からｙ方向に移動する受光スリット開口５を照射する。その際に受光スリット・アパーチャ６はスリットの代わりに一連の開口を利用してもよい。受光スリット・アパーチャ６の受光スリットは連続的に位置５、５’および５”に移動する。光学系７は、受光スリット開口を一方では光学系９によってビーム・スプリッタ８を通って基準ミラー１０上に結像し、他方では光学系１１によってビーム・スプリッタ８の分光面を経て眼１３の瞳１２上に結像する。眼１３の瞳１２における、基準ミラー１０もしくは２２、２２’および２２”上の受光スリット・アパーチャ６の異なる位置５、５’および５”に対応する受光スリット像２０、２０’および２０”が、光学系１１、９、および１４から検出器アレイ１５の位置Ｙ_ｊ（１）、Ｙ_ｊ（２）およびＹ_ｊ（３）、ただしｊ＝１、２、３、に結像される。

光学系１４、検出器アレイ１５および回折格子１６は分光計を構成し、これはビーム・スプリッタ８の後の低コヒーレンス干渉計から検出器アレイ１５の方向に出射する光ビーム１９の強度スペクトルをスペクトル分析する。光ビーム１９は、重複された反射オブジェクト・ビーム１８及び基準ビーム１７からなっている。

検出器アレイ１５の検出器２５は、同じＸ値、Ｘ_１、Ｘ_２などを有する列、および同じＹ値、Ｙ_ｊ ^（ｋ）を有する行に配置され、波長番号ｊとｋとは受光スリット番号に対応している。

データ収集の際はモータ２４によって駆動される受光スリット・アパーチャ６の受光スリットは、ｙ方向に連続的に位置５、５’、５”などに移動され、それによって瞳１２は受光スリット像２２、２２’および２２”によって、また基準ミラー１０は対応するｙ位置、ｙ^（１）、ｙ^（２）およびｙ^（３）の受光スリット像２０、２０’および２０”によって連続的に照射される。

基準ビーム１７とオブジェクト・ビーム１８との重複によって生じた光ビーム１９は、検出器アレイ１５の位置Ｙ_ｊ ^（１）、Ｙ_ｊ ^（２）およびＹ_ｊ ^（３）に重複した基準ビームとともに受光スリット像を生成する。検出器アレイ１５上の位置Ｙ_１ ^（１）、Ｙ_１ ^（２）およびＹ_１ ^（３）の間にはスリット・スペクトルが分散される検出器行がある。検出器アレイ１５上の位置（Ｘ_ｉ；Ｙ_ｊ ^（ｋ））には瞳１２上の位置（ｘ_ｉ；ｙ^（ｋ））が対応している。ただし「ｊ」はスペクトル成分を示している。

回折格子１６の分散は、位置ｙ^（ｋ）からの光ビーム１９のスペクトル成分を波長λ_１ ^（ｋ）、λ_２ ^（ｋ）など．．に配分する。図１のボックス２内に示されているように、瞳１２内の点（ｘ_ｉ；ｙ^（ｋ））には検出器アレイ１５の位置（Ｘ_ｉ；λ_ｊ ^（ｋ））、ｊ＝１、２、３、．．．のスペクトル強度Ｉ_ｉ ^（ｋ）（λ_ｊ）が属している。（それぞれの定数ｉ用の）列Ｘ_ｉおよびｋ＝１、２、．．．用の行Ｙ_ｊ ^（ｋ）内の検出器２５によって波長（λ_ｊ ^（ｋ））に依存して測定されるスペクトル強度Ｉ_ｉ ^（ｋ）（λ_ｊ）は、フーリエ領域ＯＣＴの規則に基づき対象物構造を算出するためのフーリエ変換用のデータを構成する。そのために波長に依存する測定データは、波数依存へと変換されなければならない。次に、このデータのフーリエ変換によって、結像的に共役である眼１３の瞳位置ｘ_ｊ、ｙ^（ｋ）内の測定ビームに沿った基準点のｚ座標が算定される。

光ビーム１９の分散に必要な回折格子１６を反射格子として、または分散プリズムとして実施することも可能である。
スペクトルを読み出すには２つの基本的なモードがある。双方のモードとも、受光スリットが位置５、５’、５”などにある場合は、シャッター２６だけが開かれる。同時モードでは、全ての受光スリット位置のスペクトルは電子的に同時に読み出される。そのために様々なスリット位置から生ずる強度値が先ずアレイに記憶される。スペクトル解像、ひいては高感度解像用にはＹ_１ ^（ｋ）位置の間にある検出器行が用いられる。このモードは全スペクトルを同時に読み出すので極めて迅速であることが可能である。もちろん、被写界深度はＹ_１ ^（ｋ）位置の間にある検出器行数が限定されることによって制限される。

これに対して連続モードではスペクトルは受光スリットが位置５、５’、５”などにある場合に即座に読み出される。しかし、このモードは、かなり頻繁に必要な読出し工程が遅延して作用するので、同時モードよりも遅い。もちろん連続モードにはλスペクトル用に明らかに多くの検出器行（例えば位置Ｙ_１ ^（ｉ）の上の全ての行）を利用できるという利点がある。それによって被写界深度が高まる。

本発明による方法は３列（Ｘ_１、Ｘ_２、およびＸ_３）ならびに３行（Ｙ_１ ^（１）、Ｙ_１ ^（２）、およびＹ_１ ^（３））の場合についてのみ記載されることに留意されたい。この方法は任意の数の列および行で実現可能であり、その数は検出器アレイ１５の列および行の数によって制限される。

検出器アレイ１５の読出し工程による時間遅延の他に、受光スリットのスキャン動作にも時間がかかる。この時間遅延は受光スリット格子によって回避できる。図１のボックス１に示すように、低コヒーレンス光源１から発する光ビーム２は光学系３および４によって受光スリット格子３０だけを照射する。

受光スリット格子３０のさらなる結像は、モータ２４によって動かされる１つの受光スリットだけを有する受光スリット・アパーチャ６の前述の解決方法に応じて行われる。この場合も、眼１３の瞳１２における、基準ミラー１０、２２、２２’および２２”もしくは検出器アレイ１５上のＹ^（１）、Ｙ^（２）、およびＹ^（３）の受光スリット像２０、２０’および２０”は、受光スリット格子３０の受光スリットの異なる位置に対応する。

図１に示された光路内には眼１３の前部焦点面内の光学系１１がある。それによって瞳１２は、拡散の中心が眼１３の前部焦点内にある、拡散する測定ビーム２１、２１’および２１”によって照射される。図１に示すように、この測定ビームは眼１３の光学系（角膜および眼レンズ）によって平行に向けられる。

あるいは、図２に示すように眼１３の瞳１２を平行な測定ビームで照射することもできる。平行照射の場合は、受光スリット・アパーチャ６もしくは受光スリット格子３０の受光スリットが先ず光学系７によって無限に結像され、ビーム・スプリッタ１１の後で光学系３２によって基準ミラー１０上に、また光学系３１によって瞳１２上に集束される。

双方の照射バリエーションの最も重要な相違点は、眼１３内のビーム経路にある。図１に示された拡散照射の場合の測定ビーム２１、２１’および２１”は、ほぼ円筒形の容積を捉えることができるのに対して、眼１３内の平行照射の場合の測定ビーム（３５、３５’および３５”）は、収束して進行する。この測定ビームは（弛緩した）眼１３から正規の視ビームに対応して眼底に集束される。

これまで記載した構成には、測定ビームが比較的多数ある場合に、ピクセル数が少ないので奥行き測定領域が明らかに縮小されるという欠点がある。説明目的のため、図３は虹彩７４内の３ｘ３の瞳点７３の格子を示している。受光スリット・アパーチャ６もしくは受光スリット格子３０で照射するために瞳１２内の受光スリット像２２、２２’および２２”が示されている。瞳１２は検出器アレイ１５上に結像されるので、例えば検出器アレイ１５の１０ｘ１０の瞳点７３でのレイ・トレーシング測定の場合、瞳点（ｘ、ｙ）の該当のｘ位置に属する検出器アレイ１５の列全体の１／１０だけしか利用できない。したがって被写界深度は最大可能値の１／１０に低減される。したがって約２０００個の検出器を有するＣＣＤカメラの場合は、約１０ｍｍの被写界深度が生じ、これは前房用にはほとんどの場合に充分である。しかし瞳を通過する１０ｘ１０の測定ビームの場合、この被写界深度は約１ｍｍに縮小され、これは角膜の厚み測定にはほとんど充分ではない。

レイ・トレーシング用の低コヒーレンス干渉計の別の変形実施形態が図４に示されている。このバリエーションの場合、回折格子をβの角度だけ旋回させることによってより高い解像度を達成可能である。

図４では、低コヒーレンス光源１から発し、シャッター２６を通過する光ビーム２は光学系３および４を用いて、例えばｘ方向に３行、ｙ方向に３列で配置されたアパーチャ開口８２を有するアパーチャ格子８１を照射する。

アパーチャ格子８１は一方では光学系７および９からビーム・スプリッタ８を通って基準ミラー１０上に結像され、他方では光学系７からビーム・スプリッタ８の分光面を経て光学系１１によって眼１３の瞳１２上に結像される。基準ミラー１０上のアパーチャ像８３および眼１３上のアパーチャ像８４は、光学系１１、９および１４から回折格子１６を通って検出器アレイ１５上に結像される。光学系１４、検出器アレイ１５および回折格子１６は光ビーム１９の強度スペクトルをスペクトル分析する分光計を構成する。光ビーム１９は、重複された基準ビーム１７と全てのアパーチャ開口８２のオブジェクト・ビーム１８とからなっている。回折格子１６は光ビーム１９のスペクトル成分を格子線８５に対して垂直方向に分散させる。

この場合も検出器アレイ１５でｙ方向の波長に依存して列ごとに測定される分光強度が、眼１３のｘ’およびｙ’位置の測定ビームに沿った対象物構造を算定するためのフーリエ変換用の出力データを構成する。分光法では回折格子１６は、通常、その格子線８５が（一次元の）検出器アレイ１５（ｘ方向と平行）のｙ方向に対して垂直であるように向けられる。なぜならば、そうしないとスペクトル解像度が劣化するからである。これまで記載してきた構成も回折格子１６のこのような配向に基づくものである。

基準ビーム１７とオブジェクト・ビーム１８との重複によって生ずる光ビーム１９は、検出器アレイ１５上の位置Ｙ_１ ^（１）、Ｙ_１ ^（２）、Ｙ_１ ^（３）、Ｙ_２ ^（１）、Ｙ_２ ^（２）、Ｙ_２ ^（３）、およびＹ_３ ^（１）、Ｙ_３ ^（２）、Ｙ_３ ^（３）に受光スリット像を生成する。この場合、スペクトル解像用には位置Ｙ_１ ^（１）とＹ_１ ^（３）との間にある当該列の検出器２５だけが利用される。別の列の検出器２５は未使用のままに留められる。

回折格子１６を方位角βだけ旋回させることによって、光束１９の波長依存分散はｙ軸に対して方位角βだけ傾斜した方向のスペクトル８７として行われる。それによってスペクトル８７に利用される検出器アレイ１５上の領域を拡大することができる。そのために回折格子１６は、その格子線８５がｘ軸と（ｘ−ｙ面内の）方位角βをなすように旋回される。

図５には光ビーム１９の様々な像パターンを有する検出器アレイ１５が示されている。検出器アレイ１５は、Ｎ×Ｎ（例えばＮ＝２０４８）の正方形の検出器２５から構成される。黒で塗られた検出器８０には例えばスペクトル８７の最も短い波長が結像される。

図５の左１／３のアパーチャ格子分割Ｔにはｎ＝４の検出器２５が配分され、中央の１／３にはｎ＝６の検出器が配分されている。格子の分散は、隣接するアパーチャ点のスペクトルが同じ検出器２５に向けられないように別の波長を分散しなければならない。図５から読み取れるように、

である。回折格子１６を方位角βだけ旋回させると、スペクトル解像のために近似値がｎ＝２／ｔａｎβの検出器２５を利用しなければならず、それに対応して被写界深度を拡大できる。

このような条件はＣＣＤアレイの場合のほとんどがそうであるように、検出器２５の感度領域が互いに直接隣接しているという厳密な前提でのみ当てはまる。さらに、個々のアパーチャ開口８２のスペクトル８７は検出器２５の幅を超えてはならない。そうでないと角度βを対応して拡大しなければならず、スペクトル解像度はやや劣化する。これに対して検出器２５の間に不感光ゾーンがある場合は、上記の見積もり角βも拡大することができ、ひいては解像度もさらに向上させることができる。

決定的に重要なのは測定ビーム格子またはアパーチャ格子８１と回折格子１６との間の方位角βである。検出器アレイ１５はそれとは無関係に様々な方向に旋回させることができる。例えば、検出器アレイ１５を角度βだけ旋回させることが有用であり得る。その場合は測定ビームのスペクトル８７は単一のアレイ列の検出器２５上に配され、それによって読出し工程を簡略化できる。

これまで記載してきた構成は公知の態様で所望の対象物構造の他に膨大な自動補正項を供給し、それによってフーリエ領域ＯＣＴの結像深度が限定される従来のフーリエ領域ＯＣＴに基づくものである。

基準ビームの異なる位相を有する複数の強度スペクトルがなければ自動補正項を避けられることが既に知られている。これについては“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ＩＣＯ ＩＶ”シリーズ第４巻の章“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ”（１９９９年、シュプリンガーフェアラーク、（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ）刊、ベルリン、編者、Ｔ．Ａｓａｋｕｒａ、３５９〜３８９ページ）を参照されたい。そのために複数のスペクトル強度測定を実施しなければならず、その際に個々の測定間の基準波のレンジが光波長の端数分だけ変更されなければならない。

図６には位相多重化フーリエ領域技術に基づくＯＣＴ機器のビーム経路が示されている。
これまで記載してきた構成とは異なり、この場合はミラー面上にステップ状に反射される位相プロファイルを備えた基準ミラー１０が使用される。これは２段またはそれ以上のステップを有する位相段４１の周期的配置からなっている。その際のステップ高は光波長よりも小さい。

あるいは、透明な位相プロファイルが存在していてもよい。この場合、位相段は適宜の厚みの透明層として、ビーム・スプリッタ１１と基準ミラー１０との間の光路に配置された透明板上に載置される。

位相プロファイルは、λよりも小さい少数のステップを有する周期的に配置された段からなっている。図６では、位相段はλ／８のステップ高を有する３つのステップからなっている。図示した３つの測定ビーム４４、４５および４６には位相段が付属する対応する基準ビーム５４、５５および５６が属している。

測定ビームおよび基準ビームは、単一の幅広い干渉計−ビーム束の一部であってもよい。基準ビーム５４、５５および５６は、基準ビーム経路内にある大きいアパーチャ（開口角α）により位相ステップを横方向に解像して検出器アレイ１５上に結像するのに対して、測定ビーム４４、４５および４６はピンホール・アパーチャ５６によって限定される測定ビーム経路内の小アパーチャ（開口角δ）により、位相段全体の上に仮想的に焦点外しされる。それによって各々の測定ビームについて様々な基準位相に属する強度値を検出器アレイ１５で別個に読み出すことができる。

その際、同時にピンホール・アパーチャ５６を眼１３にとって許容される値に制限するために照射されるビームのエネルギー密度を利用することができる。
測定ビームごとに３つの位相ステップがある場合は、位相測定ごとに利用可能な光流が１／３に縮減される。それによって形式的に信号−ノイズ比が５ｄＢだけ低減し、測定時間が３倍になってしまう。しかし、測定時間が比較的短い場合は眼は比較的高い照射出力に耐えられるので、測定時間の利得は信号−ノイズ比の損失にはまったく結びつかない。

この場合は、さらに基準ミラーの移動が不要であり、読出しは１回しか行われないので（１回撮影）、明らかに３倍より大きい時間的な利点が得られる。
図７は回折格子が角度βだけ旋回される位相多重化フーリエＯＣＴ用の構成のビーム経路を示している。

この解決方法では、低コヒーレンス光源１から発し、シャッター２６を通過する光ビーム２は光学系３および４を用いて、この場合は例えば３行と３列に対称に配置されたアパーチャ開口８２を有するアパーチャ格子８１を照射する。

アパーチャ格子８１は一方では光学系７および９からビーム・スプリッタ８を通って位相プロファイル８３を有する基準ミラー１０上に結像され、他方では光学系７からビーム・スプリッタ８の分光面を経て光学系１１によって眼１３の瞳上に結像される。眼１３の基準ミラー１０および８４上のアパーチャ像８３は光学系１１、９および１４から回折格子１６を通って検出器アレイ１５上に結像される。光学系１４、検出器アレイ１５および回折格子１６は光ビーム１９の強度スペクトルをスペクトル分析する分光計を構成する。光ビーム１９は重複された基準ビーム１７と全てのアパーチャ開口８２のオブジェクト・ビーム１８とからなっている。回折格子１６は光ビーム１９のスペクトル成分を格子線８５に対して垂直方向に分散させる。

この場合も、検出器アレイ１５でｙ方向の波長に依存して列ごとに測定される分光強度が、眼１３のｘ’およびｙ’位置の測定ビームに沿ったオグジェクト構造を算定するための位相多重化フーリエ変換用の出力データを構成する。

回折格子１６を方位角βだけ旋回させることによって、光束１９の波長依存分散はｙ軸に対して方位角βだけ傾斜した方向のスペクトル８７として行われる。それによってこの場合も、スペクトル８７に利用される検出器アレイ１６上の領域を拡大することができる。

本発明による眼のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法では、眼１３の瞳１２は低コヒーレンス光源１によって複数点で照射される。その際に使用されるアパーチャ構成用には複数のバリエーションが考えられる。一方では、眼を様々な点で連続して照射するピンホール・アパーチャを使用することができ、または眼の上方で１方向だけに移動するだけでよいスリット・アパーチャが使用される。他方では、アパーチャ開口またはアパーチャ・スリットを利用し、全ての点を１回だけ照射するアパーチャ格子を使用することも可能である。さらなるバリエーションは、いわゆるレンズ格子の使用である。

以下に可動式光アパーチャの使用についてより詳細に言及する。受光スリットは、一方では例えばステップ駆動装置により連続的に測定位置に移動可能である。
他方では、回転式アパーチャ構成を使用することも可能である。図８ａはそのために回転ディスク６０上のスリット・アパーチャの構成を示す。しかし、検出器アレイ１５内の検出器２５が直交して配置されているので、このディスク上では単一の受光スリット開口６１だけしか正確に放射方向に向けられない。このことはディスク６０の周囲に配分された３つの受光スリット開口６１、６１’および６１”によって示されている。ディスク６０の回転中の３つの受光スリット位置６１、６１’および６１”で結像的に共役である眼の瞳６２内でのＡスキャン測定が行われる。ディスク６０上に配置された受光スリット開口６１の数は可変的である。

最後に図９に示すように、アパーチャ格子８１の代わりにレンズ格子９１を使用することができる。レンズ格子はアパーチャ格子８１と比較して明らかに大きい導光値を有している。レンズ格子９１も低コヒーレンス光源１から発し、シャッター２６を経た光ビーム２によって光学系３および４を用いて照射される。レンズ格子９１内の個別レンズ９２の焦点はこの場合は例えば図７の構成のアパーチャ開口８２の箇所にある。

記載してきたフーリエ領域ＯＣＴ法の場合、眼球内で屈折し、反射する眼の全ての界面および表面の三次元構造の描画が好適にはスプライン曲面または多角形面を用いて行われる。

提案されている方法によってアレイ・カメラの１回の撮影によって多くの瞳点の測定ビームの透過点および反射点の奥行き位置を判定することが可能である。これは、瞳がアパーチャ格子で照射され、基準ミラーが周期的位相格子を含むことによって達成される。この方法では対象物の奥行きが深い場合に高い画質が得られる。

その上、眼のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法を大幅に改良することができる。一方では、回折格子をある角度だけ旋回させることによって解像力が大幅に改善される。アパーチャ格子およびレンズ格子を使用することによって、測定時間を「１回撮影」法により大幅に短縮することが可能であり、それによってモーション・アーチファクトを回避できる。この解決方法はフーリエ領域ＯＣＴ用に修正されたスペクトル振幅測定および位相測定の物理的原理に基づくものである。空間周期的な位相格子を有する基準ビームによって様々な位置への基準ミラーの移動が省かれる。

測定ビームが拡散して瞳に入射する本発明による低コヒーレンス干渉計の図。 測定ビームが平行に瞳に入射する本発明による低コヒーレンス干渉計の図面。 瞳点７３を含む虹彩７４の図面。 角度βだけ旋回された回折格子１６を有する本発明による低コヒーレンス干渉計の図面。 回折格子１６の旋回により達成可能なスペクトル解像の利得を示す図面。 本発明による位相多重化低コヒーレンス干渉計の図面。 回折格子を角度βだけ旋回させる本発明による位相多重化低コヒーレンス干渉計の図面。 回転ディスク上のスリット・アパーチャの構成図。 干渉計の照射ビーム内にレンズ格子を有する本発明による位相多重化低コヒーレンス干渉計の図面。

Claims (9)

1. 眼に対するフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法であって、瞳が低コヒーレンス光源（１）から複数点で照射され、該複数点で眼（１３）の界面および表面から反射される測定ビーム（１８）が基準ビーム（１７）と重複され、基準点の測定データが干渉計の出力に基づいてスペクトル分解され、かつ、二次元のスペクトル干渉データと二次元の位置データとを同時に読み出すために該干渉計の出力で二次元の検出器アレイ（１５）に結像され、さらに制御装置に送られ、該制御装置により、該スペクトル干渉によって確定された該基準点を利用して、眼球内で屈折および／または反射した該眼（１３）の界面と表面との三次元構造の描画が得られ、
   前記瞳（１２）を複数点で照射するために可動アパーチャ開口（５）、アパーチャ格子（８１）またはレンズ格子（９１）が使用される、フーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
2. 前記干渉計の出力に基づいて前記測定データをスペクトル分解するために透過格子または反射格子として実施可能な回折格子（１６）が備えられる請求項１に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
3. ビーム・スプリッタ（８）から出射する光ビーム（１９）と前記回折格子（１６）との間に方位角β≠０を導入することによって、フーリエ領域ＯＣＴの解像度の増加を達成可能である、請求項２に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
4. フーリエ領域ＯＣＴの解像度を高めるために導入される光ビーム（１９）と前記回折格子（１６）との間の方位角βは、
   

   

   であり、ただしｎはアパーチャ格子分割ごとの検出器（２５）の数に相当する、請求項３に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
5. 空間周期的な位相プロファイルを有する基準ビーム（１７）を生成するための基準ミラー（１０）は、ステップ高が前記低コヒーレンス光源の波長よりも低いステップ状位相プロファイルを備えている、請求項１又は２に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
6. 前記基準ミラー（１０）の前記ステップ状位相プロファイルは、１つ、２つまたはそれ以上の位相ステップ（４１）を備え、反射性または透過性の表面プロファイルとして実施可能である、請求項５に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
7. 前記フーリエ領域ＯＣＴの解像度を高めるために導入される光ビーム（１９）と前記回折格子（１６）との間の方位角βは、
   

   

   であり、ただし、ｎはアパーチャ格子分割ごとの前記検出器（２５）の数に相当し、ｐは様々な基準位相の測定データ集合の数に相当する、請求項４に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
8. 前記検出器のスリット方向において前記測定ビームの前記スペクトルが前記検出器アレイ（２５）に向けられるように、前記二次元検出器アレイ（１５）も前記方位角βだけ旋回される、請求項１乃至７の少なくとも１項に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。
9. 眼球内で屈折し、反射する眼（１３）の全ての界面および表面の三次元構造の描画がスプライン曲面または多角形面を用いて行われる、請求項１乃至８の少なくとも１項に記載のフーリエ領域ＯＣＴレイ・トレーシング法。

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