JP5054072B2 - 光断層画像撮像装置 - Google Patents
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Description
例えば、眼を観察する光学機器として、前眼部撮影機、眼底カメラ、共焦点レーザー走査検眼鏡(Scanning Laser Ophthalmoscope:SLO)、等様々な機器が使用されている。
中でも、多波長光波干渉を利用した光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography:以下、これをOCTと記す。)による光断層画像撮像装置は、試料の断層像を高分解能に得ることができる装置である。
このようなOCTは、眼科用機器として網膜の専門外来では必要不可欠な装置になりつつある。
また、光断層画像撮像装置は該測定光を、該サンプル上にスキャンすることで、断層像を高分解能に得ることができる。
そのため、被検眼の眼底における網膜の断層像を高分解能に撮像することも可能であることから、網膜の眼科診断等において広く利用されている。
近年、眼科用光断層画像撮像装置は従来のタイムドメイン方式から、より高速な撮像が可能なフーリエドメイン方式に移行しつつある。
被検眼における特定の奥行き毎に情報を取得するタイムドメイン方式に対して、フーリエドメイン方式は、奥行き方向の情報を一括して取得するため、高速な撮像を可能にしている。
高速な撮像は、固視微動に代表される眼球運動による画像のブレや欠落を防ぐことを可能にしている。
すなわち、OCTとOCM(Optical Coherence Microscopy)とを使い分けるようにした生体試料の内部を観察する光学装置が提案されている。
この装置では、生体試料内の大きな構造の確認等にはOCTを用い、その中の注目領域を更に細かい分解能で観察する際には、OCMに切り換え可能に構成されている。
その際、OCTとOCMとでは焦点深度が大きく異なることから、光束径変換光学系を用いて、小さい開口数を有するOCTと、大きい開口数を有するOCMとに対し、それぞれに応じた光束径が設定できるように構成されている。
これにより、高S/N比での観察が可能とされている。
また、特許文献2では、フーリエドメイン方式によりOCTそのものにより高解像を達成するようにした光断層画像撮像装置が提案されている。
この装置では、狭い焦点深度を補うために、光路長調整手段を用いて被測定物を深さ方向に合焦位置を移動させて複数の画像を得、それを合成することで被測定物の横方向および光軸方向の分解能の高い断層画像の取得ができるように構成されている。
例えば、特許文献1では、高解像度で撮像するため光束径を大きくした際にはOCT撮像を行わない。
そのため、光束径変換光学系を用いて高解像度の撮像する際に測定光のビーム径を大きくすることによって生じるOCT撮像における課題、等については考慮されていない。
また、上記特許文献2においては、画像の重ね合わせに際してどのように高速化を図るか等について何も開示されておらず、また複数画像取得、および画像合成のために時間がかかる。
一方、光断層画像撮像装置による眼科診断等においては、上記したように被検者の負担を軽くするため、撮像に要する時間を短くすることが強く望まれている。以上のように、従来例のものにおいては、OCTにより高解像度の断層像を撮像する際に、撮像時間の短縮化をどのように図るか等について考慮されていない。
本発明の光断層画像撮像装置は、測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて前記被検査物の断層画像を取得する光断層画像撮像装置であって、
前記測定光の光束径を変更する光束径変更手段と、
前記合波した光を分光する分光手段と、
前記光束径変更手段により前記測定光の光束径を大きくした場合、前記分光された光の照射される範囲を狭くする範囲変更手段と、
前記範囲変更手段からの光を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置の制御方法は、測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて前記被検査物の断層画像を取得する光断層画像撮像装置の制御方法であって、
前記測定光の光束径を変更する工程と、
前記測定光の光束径を大きくした場合、前記合波した光の照射される範囲を狭くする工程と、
を有することを特徴とする。
これにより、眼科診断等において、被検者の負担が少ない網膜断層像の撮像が可能となる光断層画像撮像装置を提供することができる。
実施例1においては、図1(a)を用いて本発明を適用した、光断層画像撮像装置について説明する。
図1(a)において、100は光断層画像撮像装置、101は光源、103はビームスプリッタ、105は参照光、106は測定光、142は合波された光、107は被検査物であるところの被検眼である。
108は戻り光、110はシングルモードファイバー、111,120,135はレンズ、114はミラーである。
115は分散補償用ガラス、117は電動ステージ、119はXYスキャナ、125はパソコンである。
126は角膜、127は網膜、136は光束径変更手段であるところの可変ビームエキスパンダー、150は検出手段であるところの分光器、139はラインカメラ、140はフレームグラバー、141は分光手段であるところの透過型グレーティングである。
まず、図1(a)を用いて、本実施例における光断層画像撮像装置の光学系全体の概略構成について説明する。
本実施例の光断層画像撮像装置100は、図1(a)に示されるように、全体としてマイケルソン干渉系を構成している。
図中、光源101から出射した光がビームスプリッタ103によって参照光105と測定光106とに分割される。測定光106は、可変ビームエキスパンダー136を通過して観察対象である被検眼107によって反射あるいは散乱された戻り光108となって戻される。
そして、ビームスプリッタ103によって、参照光105と合波される。参照光105と戻り光108とは合波された後、合波された光を検出する検出手段を構成する分光器150に導かれる。
分光器150は、分光手段を構成する透過型グレーティング141、結像手段を構成するレンズ135−2、ラインカメラ139を備える。
分光器150内の透過型グレーティング141によって波長毎に分光され、ラインカメラ139に入射される。
ラインカメラ139はラインカメラ139内の光電変換素子アレイであるところのラインセンサによって各位置(波長)毎に光強度を電圧に変換し、その信号を用いて、被検眼107の断層像が構成される。この断層像の構成方法については後述する。
光源101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840nm、バンド幅50nmである。
ここで、バンド幅は、得られる断層像の光軸方向の分解能に影響するため、重要なパラメーターである。
また、波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。さらに波長は、得られる断層像の横方向の分解能に影響するため、なるべく短波長であることが望ましく、ここでは840nmとする。被検査物によっては、他の波長を選んでも良い。
光源101から出射された光はシングルモードファイバー110を通して、レンズ111に導かれ、平行光として出射される。
可変ビームエキスパンダー136は光束径調整手段を構成しており、測定光106の光束径を変化させる役割がある。
光束径を1mm〜4mmの間で変化させることができる。光束径調整手段としては可変ビームエキスパンダーに限定せず、径の異なる絞りを選択して測定光の光路に挿入することで変えることもできる。
ここで可変ビームエキスパンダーは、不図示の正と負のレンズの組み合わせで構成され、各々のレンズ間隔を変化させることで光束径を大きくしたり(図2(g))、逆に小さくしたり(図2(e))するものである。
この装置においては低解像度モード時の光束径を1mmとし、高解像度モード時の光束径を4mmとする。
ここで、低解像度モードでは図2(e)に示す網膜127上のスポット径が大きい状態である。
このモードは網膜のなるべく広い範囲を粗く撮像することを目的としている。
高解像度モードは図2(g)に示す網膜127上のスポット径が小さい状態である。このモードは網膜の注目したい部分を詳細に見るモードである。
また、光束径4mmの時(図2(g))の焦点深度(DOFhと記載する)にはおよそ±0.05mm(焦点深度範囲としては0.1mm)となる。
また、横分解能Rxyは各々式(1)を用いると光束径1mmの時(図2(e))にはおよそ20μm、光束径4mmの時(図2(g))にはおよそ5μmとなり、高解像度モードでは横分解能の高い高精細な断層像が得られる。
Rxy=k1・λ/NA・・・式(1)
で表され、k1は0.5程度の定数である。
一方、結像系の焦点深度(DOF)は、
DOF=±k2・(λ/NA2)・・・式(2)
で表され、k2は0.6程度の定数である。
ここで、DOFは焦点深度、Rxyは横分解能、NAは平行な測定光を結像する眼における開口数、λは測定光の中心波長である。
NAは光束径と眼の焦点距離で求められ、眼の焦点距離を22.5mmとして、NA≒d/(2・f)で(ただしdは光束径、fは測定時の眼の焦点距離)である。
光束径1mmの場合、NAd=1mmが0.022、光束径4mmの場合のNAd=4mm=0.088を上記計算に用いた。
ビームスプリッタ103によって分割された参照光105はミラー114−2に入射されて方向を変え、レンズ135−1により参照ミラー114−1に集光され、反射されることで、再びビームスプリッタ103に向かう。
次に、参照光105はビームスプリッタ103を通過し、分光器150に導かれる。
ここで、115は分散補償用ガラスである。分散補償用ガラス115は被検眼107に測定光106が往復した時の分散、つまり被測定物である眼球、結像に用いられる光学系の分散を参照光105に対して補償するものである。
さらに、117−1は参照ミラーの位置を制御する制御手段を構成する電動ステージ(参照ミラー位置変更手段)である。これにより撮像開始から撮像終了までの間における参照光105の光路長を調整・制御することができる。
また、電動ステージ117−1はパソコン125により制御することができる。
ビームスプリッタ103によって分割された測定光106は、XYスキャナ119のミラーに入射される。
ここでは、簡単のため、XYスキャナ119は一つのミラーとして記したが、実際にはXスキャン用ミラーとYスキャン用ミラーとの2枚のミラーが近接して配置され、網膜127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。また、測定光106の中心はXYスキャナ119のミラーの回転中心と一致するように調整されている。
レンズ120−1、120−2は被検査物である網膜127を走査するための被検査物に測定光を集光させる集光手段を構成する光学系である。
これは、図1(a)に示すように、測定光106を角膜126の付近を支点として、網膜127をスキャンする役割がある。
ここでは、レンズ120−1、120−2の焦点距離はそれぞれ50mm、50mmである。
また、117−2は集光手段の位置を制御する制御手段を構成する電動ステージ(集光位置変更手段)であり、付随するレンズ120−2の位置を、調整・制御することができる。
レンズ120−2の位置を調整することで、撮像開始から撮像終了までの間における被検査物である被検眼107の網膜127の所望の層に測定光106を集光し、観察することが可能になる。
また、被検眼107が屈折異常を有している場合にも対応できる。
測定光106は被検眼107に入射すると、網膜127からの反射や散乱により戻り光108となり、ビームスプリッタ103で反射され、ラインカメラ139に導かれる。
ここで、電動ステージ117−2もパソコン125により制御することができる。
網膜127にて反射や散乱された光である戻り光108は、ビームスプリッタ103で反射される。
ここで、参照光105と戻り光108とはビームスプリッタ103の後方で合波されるように調整される。
そして、合波された光142は透過型グレーティング141によって波長毎に分光され、レンズ135−2で集光され、ラインカメラ139にて光の強度が各位置(波長)毎に電圧に変換される。
具体的には、ラインカメラ139上には波長軸上のスペクトル領域の干渉縞が観察されることになる。
ここでは、ラインカメラ139内部の、光電変換素子アレイであるところのラインセンサ上にレンズ135−2で結像される50nmの分光された光が、おおよそラインカメラで読み出すラインセンサの画素数に相当するように設計、調整されている。
ラインセンサは一列に並べられた光電変換素子が得た信号を時間的に順次読み出すように構成されている。
ただし、本実施例においてはラインセンサは2つのレジスタ部を設け、奇数番の画素は一方のレジスタ部、偶数番の画素はもう一方のレジスタ部に接続されている。
図1(b)にはラインセンサ139−1を模式的に示し、ラインセンサ139−1上に分光された光λs(815nm)からλe(865nm)までの光が結像される。
得られた電圧信号群はフレームグラバー140にてデジタル値に変換されて、パソコン125にてデータ処理を行い断層像を形成する。
ここでは、ラインカメラ139は前述のように1024画素を有し、合波された光142の波長毎の強度を得ることができる。
図1(a)、図2(a)〜(d)を用いて、網膜127の断層像(光軸に平行な面)の取得方法について説明する。
測定光106は角膜126を通して、網膜127に入射すると様々な位置における反射や散乱により戻り光108となりラインカメラ139に到達する。
ここでは、光源101のバンド幅が広く、空間コヒーレンス長が短いために、参照光路の光路長と測定光路の光路長とが略等しい場合に、ラインセンサ139−1(図3(a)、(b)参照)にて、干渉縞が検出できる。
上記したように、ラインセンサ139−1で取得されるのは波長軸上のスペクトル領域の干渉縞となる。
次に、波長軸上の情報である該干渉縞を、ラインセンサ139−1と透過型グレーティング141との特性を考慮して、光周波数軸の干渉縞に変換する。
さらに、変換された光周波数軸の干渉縞を逆フーリエ変換することで、深さ方向の情報が得られる。
さらに、XYスキャナ119のX軸を駆動しながら、該干渉縞を検知すれば、各X軸の位置毎に干渉縞が得られる。
つまり、各X軸の位置毎の深さ方向の情報を得ることができる。
深さ方向(XYZ座標のZ方向)に関するX方向のある位置の一次元データをAスキャンと呼ぶ。
撮像する全X位置のAスキャンを順次Xスキャナが回転する時系列に並べていくと結果として、XZ面での戻り光108の強度の2次元分布が得られ、図2(a)〜(d)に示すような断層像が得られる。これをBスキャンと呼ぶ。
また、低解像度モードではこれも分解能20μm程度の間隔でAスキャンを得るようにする。
なお、断層像は上記説明したように、得られるBスキャンの強度をアレイ状に並べたものであり、例えば該強度をグレースケールに当てはめて、表示されるものである。ここでは得られた断層像の境界のみ強調して表示している。
ここで、図2(a)〜(d)において測定光側における参照ミラー114−1と同じ光路長の位置をゲート位置Gとし、Gから本装置で撮像できる光学距離を撮像光学距離Depとする。
ここで、撮像する部分の光学距離が長くなった場合に干渉縞は細かくなって行く。
細かくなった干渉縞を検知できる限界を考えると、撮像光学距離Depは分光される波長幅とラインセンサ139−1で受ける波長幅に対応する画素数で決定される。
Dep=N/(4・ΔK)・・・式(3)
ここで、Depは撮像光学距離、ΔKは測定に用いる光源の波長幅の波数表現、Nは合波された光が含む波長のバンド幅が結像される領域の画素数である。
ΔKはλsを波長バンド幅の一番短い波長、λeを波長バンド幅の一番長い波長とすると式(4)で求められ、本実施例のλs=815nm、λe=865nmを代入すると7.1×10-5(1/nm)となる。
ΔK=|1/λs−1/λe|・・・式(4)
このΔKの値を式(3)に代入すると読み込み画素数1024画素の際はDep1024=3.6mm、読み込み画素512画素の際はDep512=1.8mmとなる。
ゲート位置Gが被測定物の内部に入った場合にフーリエ変換で得られる鏡像と実像が重なってしまう、という問題が基本的に存在するからでる。
また、被測定物における焦点位置を調整し、焦点深度範囲に被測定物を最大入れるようにした場合に被測定物の深さ方向に関して最も広い範囲が良好に撮像できる。
まず、図2(a)、(b)を用いて、低解像度モードの場合について説明する。前述した通り光束径が1mmであり、焦点深度範囲は2mmである。
図1(a)で示すように、被測定物に対して電動ステージ117−1によって参照ミラー114−1を移動させる。
これによって調整されたゲート位置GからZ方向に焦点深度範囲に入るように電動ステージ117−2によってレンズ120−2を移動させ焦点位置を調整したとする。
読み込み画素数を1024画素とすると撮像光学距離Dep1024=3.6mm>焦点深度DOFl=2mmとなり、焦点深度内にある被測定物の情報がこのモードで撮像できる。
また、図2(b)のように、被測定物に凹凸があってゲート位置Gを被測定物表面から離す場合に、注目部分が焦点深度内に入るように調整する。
これにより、撮像光学距離Dep1024=3.5mm≧(焦点深度+ゲート位置と被測定物表面との距離)の条件内で、鏡像の影響が無く撮像することができる。
光束径が4mmであり、焦点深度は0.1mmである。ゲート位置Gと被測定物表面を概略一致させたうえで焦点位置を調整し被測定物表面から0.1mmの範囲を深度内に入れたとする。
高解像で得たい被測定物の構造が焦点深度近傍のみにある場合、つまりZ方向に深い側の情報を得なくてよい場合には、ラインセンサ全画素を読み込む必要は無い。
このような場合には、図3(b)のように、ラインセンサを一画素間引きして読み込む。これにより読み込み時間を短くすることができる。
すなわち、Aスキャン一本の取得時間が短くなる。
ラインセンサの間引き読みを行い、画素数を間引いて読み込み画素数を512画素とすると、撮像距離Dep512=1.8mm>焦点深度=0.1mmとなり、焦点深度内にある被測定物の情報がこのモードで撮像できる。
また、上記低解像度モードと同様に、例えば被測定物に凹凸があってゲート位置Gを被測定物表面から離す場合も撮像光学距離Dep512=1.8mm≧(焦点深度+ゲート位置と被測定物表面との距離)の条件内で鏡像の影響無く撮像ができる。
間引く場合のラインセンサ139−1の構成としては、前述したようにレジスタ部を2つ用意して並ぶ画素を交互に接続し、この間引く際に片側のレジスタ部(例えば奇数番の画素が接続されるレジスタ部)からのみ読み込むようにする、等の構成が挙げられる。
より高速なAスキャン取得のために読み込み画素数を2個間引く、あるいは3個間引いて、読み込むことも可能である。
その際には、光束径によって決まる焦点深度DOFと注目したい部位の深さとの関係から求まる撮像光学距離Depを満たす画素数であればよい。
例えば、上記の例で言えば4mmの光束径で深度が0.1mmなのでゲート位置から0.1mmまでの深さだけ撮像する場合、撮像光学距離Depが3個間引いて読み出すと読み出し画素数は256画素となる。
256画素の場合には式(3)から撮像光学距離Dep256=0.9mmであるため、ゲート位置と焦点深度範囲の調整によってはこの画素数でも十分に測定で可能であり、よりAスキャン取得を高速とできる。
このように、Aスキャン取得時間が短縮できるため、全画素読み出すことに対して高速化が可能となる。
また、Bスキャンを構築する場合には基となる1本のAスキャンを構成する画素が少なくなって処理演算が高速とできるため効果的である。
本実施例においては、光束径を限定するものではなく、例えば低解像度モードを2mm径、高解像度モードを6mm径などと変形することは容易である。
つぎに、図1(b)を用いて実施例2におけるフーリエドメイン方式の光断層画像撮像装置について説明する。
本実施例においては、実施例1とは異なり、検出手段を複数備え、これら検出手段における分光器がそれぞれ異なった構成とされている。
その他の装置としての構成は、実施例1と同様であるから重複する部分の説明は省略する。
まず、本実施例における光断層画像撮像装置の光学系の全体の概略構成について説明する。
図1(b)において、200は光断層画像撮像装置、201は光源、203、252はビームスプリッタ、205は参照光、206は測定光、243は合波された光(干渉光)、207は被検眼、208は戻り光、210はシングルモードファイバーである。
211、220、235、236はレンズ、214はミラーである。215は分散補償用ガラス、217は電動ステージ、219はXYスキャナ、225はパソコンである。
226は角膜、227は網膜、236は光束径変更手段であるところの可変ビームエキスパンダー、250、251は分光器、238、239はラインカメラ、240はフレームグラバー、241、242は透過型グレーティングである。
干渉光243はビームスプリッタ252により分割され一部は分光器250、もう一方は分光器251に導かれる。各々の分光器の動作の概要は実施例1と同様である。
光源については実施例1と同様の物を用い、SLDの波長は840nm、バンド幅50nmである。
また、可変ビームエキスパンダー236は、測定光206の光束径を変化させる役割がある。
光束径を1mm〜4mmの間で変化させることができる。
本実施例についても低解像度モードは光束径1mm、高解像度モードは光束径4mmとする。
したがって、各々の焦点深度DOF、分解能の値も実施例1と同様である。
また、測定光、参照光の光路についても実施例1と同様である。
合波された光243はビームスプリッタ252によって分岐されて各分光器250、251に導かれる。
ここで、分光器250は低解像度モード用の分光器であり、分光器251は高解像度モードの分光器である。
各々の分光器250、251は透過型グレーティング241、242によって波長毎に分光され、レンズ235−2、236−2で集光され、ラインカメラ238、239にて光の強度が各位置(波長)毎に電圧に変換される。
この際に低解像度モードの際はラインカメラ238を、高解像度モードの際は239を各々駆動する。
具体的には、ラインカメラ238、239上には波長軸上のスペクトル領域の干渉縞が観察されることになる。
ラインカメラ238、239内部のラインセンサ上にここでレンズ235−2、236−2で結像される50nmの分光された光がおおよそラインカメラで読み出すラインセンサの画素数に相当するように設計、調整されている。
なお、各ラインセンサは実施例1とは異なり各々一つのレジスタ部のみが設けられている。
図3(c)にはラインセンサ238−1を模式的に示し、ラインセンサ238−1上に分光された光λs(815nm)からλe(865nm)までの光が結像される。
また、50nmの分光された光のバンド幅は分光器251ではラインカメラ239内部のセンサ512画素分の幅に結像されている。
図3(d)にはラインセンサ239−1を模式的に示し、ラインセンサ239−1上に分光された光λs(815nm)からλe(865nm)までの光が結像される。
各分光器によってバンド幅とラインセンサ画素数との比を変更する手段としては、レンズの焦点距離、透過型グレーティングのピッチ、ラインセンサそのものの一画素の幅のいずれでも変更でき、その組み合わせでもよい。
フレームグラバー240は低解像度モードの際はラインカメラ238から、高解像度モードの際はラインカメラ239から得られた電圧信号群をデジタル値に変換して、パソコン225にてデータ処理を行い断層像を形成する。
ここでは、ラインカメラ239は合波された光243の波長毎の強度を得ることができる。
なお、断層像の取得方法は実施例1と同様のため説明を省略する。各モードの場合の撮像光学距離も実施例1と同様である。
ゲート距離と焦点深度との関係については、低解像度モードの際は動作が実施例1と同様のため説明を省略する。
基本的なゲート位置、焦点深度範囲の位置関係は実施例1と同様である。
光束径が4mmであり、焦点深度は0.1mmである。ゲート位置Gと被測定物表面を概略一致させたうえで焦点位置を調整し被測定物表面から0.1mmの範囲を深度内に入れたとする。
高解像度モードで選択する分光器251のラインセンサ239−1は512画素のため、撮像距離Dep512=1.8mm>焦点深度=0.1mmとなり、焦点深度内にある被測定物の情報がこのモードで撮像できる。
また、上記低解像度モードと同様に、例えば被測定物に凹凸があってゲート位置Gを被測定物表面から離す場合も撮像光学距離Dep512=1.8mm≧(焦点深度+ゲート位置と被測定物表面との距離)の条件内で鏡像の影響無く撮像ができる。
この高解像度モードの場合には、Aスキャン読み込み画素数を減らすことができるので、Aスキャン高解像度モードで沢山のAスキャンを得て合成する場合に被測定物の撮像時間を全画素読み出しに対して短縮できる。
この際に、センサの読み出し時間が減少することによりAスキャン取得時間が短縮できるため、高速化が可能となる。
本実施例においては、光束径を限定するものではなく、例えば低解像度モードを2mm径、高解像度モードを6mm径などと変形可能なことは実施例1と同様である。
つぎに、図4を用いて、実施例3におけるフーリエドメイン方式の光断層画像撮像装置について説明する。
本実施例においては、実施例1に比較して高解像度モードにおいて段階的にピント位置を変えて各々の位置で得られたBスキャンの複数画像をつなぎ合わせるゾーンフォーカスの手法を採用したものである。
これにより、高解像度モードによる狭い焦点深度時の取得断層像を結果的により深い位置まで得る構成とすることが可能となる。
その他の装置としての構成は実施例1と同様のため重複する部分の説明は省略する。
図4(a)において、300は光断層画像撮像装置、301は光源、303はビームスプリッタ、305は参照光、306は測定光、342は合波された光、307は被検眼、308は戻り光、310はシングルモードファイバーである。
311、320、335はレンズ、314はミラー、315は分散補償用ガラス、317は電動ステージ、319はXYスキャナ、325はパソコンである。
326は角膜、327は網膜、336は光束径変更手段であるところの可変ビームエキスパンダー、350は分光器、339はラインカメラ、340はフレームグラバー、341は透過型グレーティングである。
高解像度モードの撮像動時に、集光手段を構成するレンズ320−2の位置を制御する制御手段である電動ステージ317−2により、微小ステップ量移動させる。
そのレンズ320−2のステップ移動に伴い、参照ミラー314−1も参照ミラーの位置を制御する制御手段である電動ステージ317−1によって、微小ステップ移動させる。その移動量については後述する。
光源については実施例1と同様の物を用い、SLDの波長は840nm、バンド幅50nmである。
本実施例では低解像度モードは光束径1mm、高解像度モードは光束径2mmとする。
したがって、低解像度モードの焦点深度DOF、分解能の値は実施例1と同様であり、高解像度モードの焦点深度はNAd=2mmはNA=d/(2・f)より0.044となり、式(2)よりおよそ±0.3mm(焦点深度範囲は0.6mm)となる。また分解能Rxyd=2mmは約10μmとなる。
また、測定光、参照光の光路についても実施例1と同様である。
測定系の構成も実施例1と同様であり、高解像度モードの際にラインカメラ339のラインセンサ339−1で画素の間引き読みをする点も同様である。
したがって、ラインセンサのレジスタ部の構成も実施例1と同様である。
この高解像度モードではゾーンフォーカスを4段階に分けて動作させてBスキャン画像を取り込み、後につなぎ合わせの画像合成を行うものである。
図4(b)〜(d)はゾーンフォーカスの各段階のゲート位置Gと焦点深度範囲DOFhを示すものである。
図4(b)は第一段階のゾーンフォーカスの状態を示し、DOFhは被測定物である網膜表面付近に位置させるようにレンズ320−2を調整しておく。
一方、ゲート位置GはDOFhよりも上方に位置させるようにミラー314−1を移動させ調整しておく。
この位置において通常のBスキャンの画像を取得してパソコン325内の不図示のメモリに蓄積しておく。
この際電動ステージ317−2によるレンズ320−2の移動によって焦点深度範囲DOFhはDOFhの長さ0.6mmよりも0.1mm短い0.5mmだけZ方向に移動させる。
ゲート位置もそれに伴って電動ステージ317−1によって参照ミラー314−1を0.5mm移動させている。この状態でBスキャンを取得する。
焦点深度範囲よりも移動距離が短いのは取得した画像のつなぎ合わせの際に重ねあわせる部分の画像を、焦点深度内にある高解像度な画像とすることでつなぎ合わせの精度向上を図るものである。
次のゾーンフォーカスの段階も同様に焦点深度範囲DOFhとゲート位置Gを0.5mmづつ移動させてBスキャンを取得する。
この4つのBスキャンの画像から4段階の移動による焦点深度範囲の総計は2mmとなる。
この4つのBスキャン画像をパソコン325上でゾーンフォーカスの移動距離に応じてつなぎ合わせてZ方向に広範囲の画像が高い横分解能で得られることとなる。
また、フーリエドメインOCTの特徴としてゲート位置から離れるほど得られる信号強度が低くなることがある。
各ゾーンフォーカスの段階でのBスキャン取得時にゲート位置Gと焦点深度範囲との距離が同一であること、ゲート位置固定の条件よりも信号強度の点で有利である。
ここで、高解像度モードの際に画素数を減じて512画素としていることで、実施例1と同様に1024画素の読み出しに比較して読み出し速度が速いことに加え、処理速度が速い。
すなわち、ゾーンフォーカスで得たBスキャンをつなぎ合わせる処理の際にゾーンフォーカス一段分のBスキャン画像が小さいことから処理速度が速くなる。
そのため、ゾーンフォーカス時に読み出し画素を少なくすることができ、Aスキャン取得時間が短縮、ひいてはBスキャン画像取得時間の短縮が可能となる。
さらに、ゾーンフォーカスで得たBスキャンをつなぎ合わせる処理の際にゾーンフォーカス一段分のBスキャン画像が小さいため処理を速くすることができる。なお、本実施例においては、光束径を限定するものではなく、例えば低解像度モードを2mm径、高解像度モードを4mm径とすることなどが可能なことは実施例1と同様である。
つぎに、図5(a)、(b)を用いて、実施例4におけるフーリエドメイン方式の光断層画像撮像装置について説明する。
本実施例においては、実施例3に比較して分光器の構成が異なり、光電変換素子アレイ一画素当たりの波長幅を前記ズームレンズによって変更して該光電変換素子アレイに結像させるように構成されている。
そして、結像させた範囲の画素のデータにより、前記断層画像を形成するように構成されている。
その他の装置としての構成は、実施例3と同様のため重複する部分の説明を省略する。
図5において、450は分光器、441は透過型グレーティング、435−2、435−3はレンズであり、この2つのレンズの組み合わせでズームレンズを形成する。
439はラインカメラである。
すなわち、高解像度モード時の焦点深度範囲の調整、ゲート位置の調整、段階的に焦点深度範囲位置を変えてBスキャンを取得するゾーンフォーカスの手順なども同じである。
光源については実施例1と同様の物を用い、SLDの波長は840nm、バンド幅50nmである。
低解像度モードは可変エキスパンダーによって光束径1mm、高解像度モードは光束径2mmとする。
したがって、各モードの焦点深度DOF、分解能の値は実施例3と同様である。また、測定光、参照光の光路についても実施例1と同様である。
まず、低解像度モードにおける分光器の状態について説明する。
実施例1〜3と同様に、合波された光は分光器450に導かれる。
ここで、低解像モード度の際には、図5(a)のようにレンズ435−2、435−3はズームレンズとして長焦点状態に調整されている。
透過型グレーティング441によって波長毎に分光された合波された光は、レンズ435−2、435−3で集光される。
そして、ラインカメラ439内部のラインセンサ439−1上に結像され、50nmのバンド幅の分光された光がラインセンサの画素数に相当するようにズームレンズとして各レンズ435−2、435−3は調整されている。
具体的には図6(a)に示すように50nmの分光された光はラインカメラ439内部のセンサ1024画素分の幅に結像されている。
図6(a)にはラインセンサ439−1を模式的に示し、ラインセンサ439−1上に分光された光λs(815nm)からλe(865nm)までの光が結像される。これは実施例3と同様な分光器の状態である。
高解像度モードの際には図5(b)のようにレンズ435−2、435−3はズームレンズとして短焦点の状態に調整されている。
それにより、透過型グレーティング441によって波長毎に分光された光、つまり50nmのバンド幅の光は図6(b)上の512画素の幅に結像される。
読み出しの際は1024画素分のデータを読み出すが、各焦点深度位置におけるBスキャン画像を構築する際のFFTなどの処理、各Bスキャンをつなぎ合わせる際には512画素分のデータを用いる。すなわち、光電変換素子アレイ上に結像される合波した光の像相当部分の画素のみのデータを用いる。
これによって、高解像度モード時の画像構築の際の時間を短くすることができると共に、実施例3に比較してラインセンサの間引き読みに比較して合波された光の光量を損失しないため、得られる画像のコントラストが高くなる。
具体的には、例えばラインセンサ439−1にあらかじめ中央部分の512画素に対して独立に読み出せるようにレジスタ部を設けることにより、高解像度モードにおいてラインセンサ439−1の中央部分における512画素のみを読み出せるようにしてもよい。
その際には、画像構築の高速化に加え、読み出す場合に1024画素分のデータを読み出す必要がないことから、ラインセンサの読み出し時間も短縮でき、より一層、撮像時間の短縮化を図ることができる。
本実施例において、ズームレンズによる結像範囲は1024、512画素に限定するものでは無く、例えば256画素など自由に選択できるものである。
また、ラインセンサに対してレンズがズーム動作をすることで結像位置がずれてしまうことも考えられるが、その際はモードによってラインセンサとレンズの位置関係を自動、あるいは手動で調整する機構を備えてもよい。
つぎに、図5(c)、(d)を用いて、実施例5におけるフーリエドメイン方式の光断層画像撮像装置について説明する。
本実施例においては、実施例4に対して分光器の構成が異なる。
その他の装置としての構成は実施例4と同様のため重複する部分の説明は省略する。
図5(c)、(d)において、550は分光器、541は透過型グレーティング、535−2、535−3はレンズであり、この2つのレンズの組み合わせでズームレンズを形成する。
539はラインカメラである。555はラインカメラ539とレンズ535−2、535−3の位置を相対的に移動させるカメラ移動リニアアクチュエータである。
すなわち、高解像度モード時の焦点深度範囲の調整、ゲート位置の調整、段階的に焦点深度範囲位置を変えてBスキャンを取得する手順も同様である。
光源については、実施例1と同様の物を用い、SLDの波長は840nm、バンド幅50nmである。
低解像度モードは可変エキスパンダーによって光束径1mm、高解像度モードは光束径2mmとする。よって各モードの焦点深度DOF、スポット径の値は実施例3、4と同様である。
また、測定光、参照光の光路についても実施例1と同様である。
まず、低解像度モードにおける分光器の状態について説明する。
実施例1〜3と同様に、合波された光は分光器550に導かれる。
ここで、低解像度モードの際には、図5(c)のようにレンズ535−2、535−3はズームレンズとして長焦点状態に調整されている。
さらに、カメラ移動リニアアクチュエータ555にてラインカメラ539内のラインセンサ中心とレンズ535−2、535−3からなるズームレンズの光軸がおおよそ一致するように位置されている。
透過型グレーティング541によって波長毎に分光された光は、レンズ535−2、535−3で集光される。
そして、ラインカメラ539内部のラインセンサ539−1上に結像される50nmのバンド幅の光がラインセンサの画素数に相当するようにズームレンズとして各レンズ535−2、535−3は調整されている。
具体的には、図6(c)に示すようにラインカメラ539内部のラインセンサ1024画素分の幅に結像されている。
図6(c)にはラインセンサ539−1を模式的に示し、ラインセンサ539−1上に分光された光λs(815nm)からλe(865nm)までの光が結像される。これは実施例4と同様な分光器の状態である。
高解像度モードの際には、図5(d)のようにレンズ535−2、535−3はズームレンズとして短焦点の状態に調整されている。
それと共に、さらにカメラ移動リニアアクチュエータ555にてラインカメラ539内のラインセンサの図5(d)中下側にレンズ535−2、535−3からなるズームレンズの光軸がおおよそ一致するように位置されている。
具体的には、図6(d)に示すようにラインセンサ539−1の図中下側の683画素のおよそ中央にズームレンズとしての光軸がおおよそ一致している。
それにより、透過型グレーティング541によって波長毎に分光された光、つまり50nmの範囲の光は図6(d)上の683画素の幅に結像される。ここでラインセンサ539−1にあらかじめこの683画素と、この状態で結像範囲外の341画素に対して独立に読み出せるようにレジスタ部を設けている。
したがって、高解像度モードの図6(d)の状態においてラインセンサ539−1の必要な683画素のみを読み出す。
これらにより、ラインセンサの読み出し時間が短縮できるため、より撮像が短時間にできる。
さらに、高解像度モードにおいて、図6(e)のような結像状態にレンズ535−2、535−3と、ラインカメラ位置を調整してもよい。
その際には撮像光学距離は341画素分(式(3)より1.2mm)となるが、ゾーンフォーカスをより細かく行う場合などはこのようにしてもよく、その際にはラインセンサの読み出し時間がより短縮できる。
103、203:ビームスプリッタ
105、205:参照光
106、206:測定光
107、207:被検眼
108、208:戻り光
117、217:電動ステージ
119、219:XYスキャナ
125、225:パソコン
136、236:可変ビームエキスパンダー(光束径変更手段)
139、238、239:ラインカメラ
139−1、238−1、239−1:ラインセンサ
140、240:フレームグラバー
141、241:透過型グレーティング
150、250、251:分光器
Claims (13)
- 測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて前記被検査物の断層画像を取得する光断層画像撮像装置であって、
前記測定光の光束径を変更する光束径変更手段と、
前記合波した光を分光する分光手段と、
前記光束径変更手段により前記測定光の光束径を大きくした場合、前記分光された光の照射される範囲を狭くする範囲変更手段と、
前記範囲変更手段からの光を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする光断層画像撮像装置。 - 前記測定光が前記被検査物に集光する位置を該被検査物の深さ方向に変更する集光位置変更手段を有し、
前記光束径変更手段が前記測定光の光束径を大きくした場合、前記集光位置変更手段により前記集光する位置を変更させて前記被検査物における異なる深さ位置で該被検査物の断層画像を取得することを特徴とする請求項1に記載の光断層画像撮像装置。 - 前記集光する位置の変更に連動させて、前記参照光の光路に設けられた参照ミラーの位置を変更する参照ミラー位置変更手段を有することを特徴とする請求項2に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記範囲変更手段が、前記検出手段における前記断層画像の取得に用いる画素数と前記測定光の波長バンド幅との比を変更することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記光束径変更手段が前記測定光の光束径を大きくした場合、前記検出手段における読み出し画素数を減らして前記被検査物を撮像することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記検出手段を複数備え、
これらの複数の検出手段は、前記検出手段の画素数と前記測定光の波長バンド幅との比が、それぞれ異なる構成を有し、
前記光束径変更手段により変更された光束径に基づいて、前記複数の検出手段のいずれかを選択することが可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置。 - 前記検出手段が結像手段を含み構成され、
前記結像手段は、ズームレンズによって構成され、
前記光束径変更手段により変更された光束径に基づいて、前記検出手段の一画素当たりの波長幅を前記ズームレンズによって変更して該検出手段に結像させ、
前記結像させた範囲の画素のデータにより、前記断層画像を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置。 - 前記結像手段により前記検出手段における領域分割された少なくとも一つの領域に結像させた範囲の画素のデータが、前記領域分割された他の領域から独立して読み出し可能に構成されていることを特徴とする請求項7に記載の光断層画像撮像装置。
- 測定光を照射した被検査物からの戻り光と、該測定光に対応する参照光とを合波した光に基づいて前記被検査物の断層画像を取得する光断層画像撮像装置の制御方法であって、
前記測定光の光束径を変更する工程と、
前記測定光の光束径を大きくした場合、前記合波した光の照射される範囲を狭くする工程と、
を有することを特徴とする光断層画像撮像装置の制御方法。 - 前記測定光の光束径を大きくした場合、前記測定光が前記被検査物に集光する位置を変更させて前記被検査物における異なる深さ位置で該被検査物の断層画像を取得する工程を有することを特徴とする請求項9に記載の光断層画像撮像装置の制御方法。
- 前記集光する位置の変更に連動させて、前記参照光の光路に設けられた参照ミラーの位置を変更する工程を有することを特徴とする請求項10に記載の光断層画像撮像装置の制御方法。
- 前記測定光の光束径を大きくした場合、前記照射される範囲を狭くした光を検出する際の読み出し画素数を減らして前記被検査物を撮像することを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置の制御方法。
- 請求項9乃至12のいずれか1項に記載の光断層画像撮像装置の制御方法の各工程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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