JP5464891B2

JP5464891B2 - 補償光学系を備えた光画像取得装置、及び、その制御方法

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Description

本発明は、補償光学系を備えた光画像取得装置、及び、その制御方法に関し、特に被検査物である眼の網膜を初めとする生体組織などについて、２次元または３次元の光画像を、高速かつ高解像度で取得可能にする技術に関するものである。

被検査物である例えば眼の網膜を初めとする生体組織などの光画像の取得を非侵襲で行う光画像取得装置として、２次元画像が取得可能なＳＬＯ（ＳｃａｎｎｉｎｇＬａｓｅｒＯｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：走査レーザー検眼鏡）や、
被検査物の断層画像が撮像可能なＯＣＴ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光コヒーレンストモグラフィ）、等が知られている。
これらは、光ビームを偏向器によって網膜上に走査し、反射・後方散乱光を計測して、これらの２次元または３次元の光画像撮像を取得するものであり、現在においては、更なる画像取得時間の高速化と画像の高精細化が求められている。
画像取得時間の高速化に対しては、当初のＴＤ−ＯＣＴ装置（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＯＣＴ装置：タイムドメイン方式）より、更に測定時間の短縮化を図ることができるつぎのような方式が開発されている。
すなわち、ＳＤ−ＯＣＴ装置（ＳｐｅｃｔｒｕｍＤｏｍａｉｎＯＣＴ：スペクトラルドメイン方式）、ＳＳ−ＯＣＴ装置（ＳｗｅｐｔＳｏｕｒｃｅＯＣＴ装置：スエプトソース方式）が開発されている。
また、画像の高精細化に対しては、補償光学系（ＡＯ：ＡｄａｐｔｉｖｅＯｐｔｉｃｓ）の技術を用い、眼球内で乱れた波面を検出して、これを相殺する波面収差補正器を用いる装置が知られている。
このような装置として、特許文献１では必要な収差補正量を確保するため、検査対象からのシングルビームの光に対して、単一の形状可変ミラー（ＤＭ）を複数回作用させ、補正量を確保する収差補正付き画像取得装置が提案されている。

特開２００５−２２４３２８号公報

しかしながら、上記したシングルビームによる波面収差補正器を備えた装置では、画像の高精細化を達成できたとしても、画像取得時間の高速化を達成する上で課題を有している。
すなわち、高速化のために走査速度を上げると、Ｓ／Ｎ比を確保するためにビームの光量を上げることが必要となる。
その際、被検査対象が眼の網膜のような場合には、眼の網膜に損傷を与えないため、照射できるエネルギーは安全規格などにより制限される。
このように照射できるエネルギーは制限されることから、シングルビームによる上記従来例のものにおいては、ビームの光量を上げて高速化を図ることには問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、走査に用いるビームの光量を、安全規格などの規定光量内に抑えたままで、補償光学系で画像の高精細化を確保しつつ、画像取得時間の高速化を簡単な構成で実現できる光画像取得装置、及び、その制御方法の提供を目的とする。

本発明は、つぎのように構成した補償光学系を備えた光画像取得装置を提供するものである。
本発明の光画像取得装置は、被検査物である測定対象面を、複数のビームからなる測定光で走査した際における該測定対象面からの反射あるいは後方散乱光を、補償光学系で補正して該被検査物の光画像を取得する補償光学系を備えた光画像取得装置であって、
前記補償光学系は、
前記複数のビームからなる測定光により前記測定対象面を走査した際に、該被検査物によって発生する反射あるいは後方散乱光の波面収差を検出する単一の波面収差検出器と、
前記波面収差検出器によって検出された波面収差に応じて、前記複数の各ビームのそれぞれの波面収差を補正する単一の波面収差補正器と、
を備え、前記複数のビームが、前記単一の波面収差補正器に異なる角度で入射されて重ね合わされ、前記複数の各ビームにおける前記波面収差が同時に補正されることを特徴とする。
また、本発明の制御方法は、被検査物である測定対象面を、複数のビームからなる測定光で走査した際における該測定対象面からの反射あるいは後方散乱光を、補正して該被検査物の光画像を取得する光画像取得装置の制御方法であって、
前記複数のビームからなる測定光を、それぞれ異なる角度で単一の波面収差補正器に入射し、
前記単一の波面収差補正器から反射された前記測定光を、走査手段により測定対象面を走査し、
前記測定対象面から反射あるいは後方散乱された測定光の波面収差を、波面検出器により検出し、
前記検出された波面収差に基づき、前記単一の波面収差補正器の補正を制御することを特徴とする。

本発明によれば、補償光学系で画像の高精細化を確保しつつ、走査に用いるビームの光量を、安全規格などの規定光量内に抑えたままで、簡単な構成で画像取得時間の高速化を実現することができる光画像取得装置、及び、その制御方法を
実現することができる。

図１（ａ）は本発明の実施形態における補償光学系を備えた複数ビームによる光画像取得装置の構成を説明する概念図。図１（ｂ）は別の構成例を示す図。図２（ａ）は眼底検査システムに補償光学系（ＡＯ）の原理を適用した際に、画像の高精細化が図られるメカニズムを説明する図。図２（ｂ）はＨＳセンサの構造を示す概念図。本発明の実施形態における波面収差補正性能の、波面収差補正器への入射角による依存性を説明する、補正後の波面とＭＴＦ図。本発明の実施形態を説明するための複数ビームの波面収差検出器への入射状態を示す図。図５（ａ）は本発明の実施形態における波面収差測定の一例を説明する図。図５（ｂ）は別の例である時分割による波面収差測定を説明する図。図６（ａ）は接眼光学系ズームの概念を説明する図。図６（ｂ）は本発明の実施形態におけるズーム光学系をビーム射出端と偏向器との間に設置された構成例を説明する図。本発明の実施例１における補償光学系をＯＣＴに適用した構成例を説明する図。本発明の実施例２における補償光学系をＳＬＯに適用した構成例を説明する図。

つぎに、本発明の実施形態における補償光学系を備えた光画像取得装置について説明する。
ここで、本実施形態の装置の詳細を説明する前に、まず眼底検査システムに上記した従来における補償光学系（ＡＯ）の原理を適用した際に、画像の高精細化が
図られるメカニズムについて、図２（ａ）を用いて説明しておく。
眼球７の網膜８の情報を光学的に取得するため、光源１５からの照明光で網膜を照射し、網膜上のある点８１からの反射・散乱光を光学系１０１と９１０を介して受光センサ４１に結像させる。
この受光センサ４１は、眼底カメラである場合には、マトリクス状に受光単位が並べられた撮像素子であり、ＳＬＯやＯＣＴでは、受光素子に導くための光ファイバ端に相当する。
ここで、高解像度の情報を得ようとすると、光学系１０１の入射瞳を大きくする必要があるが、その場合眼球が持つ収差により、眼球から射出される光８０は波面が乱れた状態となる。
この光を光学系１０１、９１０で受光素子４１に結像しても、本来この光学系が持つ結像性能では集光されず、乱れて広がったスポットとなる。従って、横方向の空間分解能は十分に得られず、所望の高解像度の情報を得ることができなくなる。

この収差には、非点収差やデフォーカス、チルトといった、シリンドリカルレンズなどの通常の光学素子で補正できる低い次数の収差の他に、コマ収差や４次の球面収差など、高次の収差が含まれる。
これは、角膜や水晶体など、主に前眼部の曲面のゆがみや屈折率の不均一性などによって発生する。個人差が大きく、涙層の状態など時間的にも変化するため、その都度対応して補正する必要が生じる。
これに対し、発生した波面収差を測定し、それを相殺するような逆特性を持つ収差を与えることによって補正する、上記した補償光学系（ＡｄａｐｔｉｖｅＯｐｔｉｃｓ；ＡＯ）が知られている。
この技術は、最初は天体望遠鏡で天体を観測する際、大気の揺らぎをリアルタイムで補正して解像度を上げる手段として開発され、それが眼光学にも適用されるようになった。
波面収差を検出する手段としては、マトリクス状に周期的に並べられたマイクロレンズを、２次元撮像素子の受光面から、その焦点距離だけ離して配置する。
そして、各レンズ素子によって受光面に集光されたスポットの変位によって収差量を算出する方式（Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ方式）が広く用いられている。
波面を補正する手段としては、主に反射ミラーの形状を変える方式が用いられる。これによれば、薄いフレキシブルなミラーの背後に複数のアクチュエータを設け、静電力、磁力を用いたり、ピエゾ素子を用いたりしてミラーを局所的に押したり引いたりすることで全体の形状を変化させる。
また、分割された微小ミラーを傾けながら出し入れする方式も知られている。局所的な変位量はサブミクロン〜十数ミクロンのものが一般的で、光学系の焦点距離を大きく変化させるほどの能力はない。
これらの素子は、眼球の瞳６と光学的に共役な位置に配置され、波面収差検出器で検出されたデータに基づき、波面収差補正器の補正量を算出して設定する。これにより、補正なしでは解像できなかったふたつの天体が識別できたり、網膜の視細胞の分布が得られる結果が報告されている。

図２（ａ）の構成では、接眼光学系１０１において、その入射瞳（眼球の瞳６）と共役な位置に波面収差補正器としての形状可変ミラー３（以下、ＤＭ３と記す）が配置される。
そして、分岐手段５２によって分岐されて同様に共役な位置に波面収差検出器としてのＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ（ＨＳ）センサ２が配置されている。

ここでは、波面収差検出のための光源１５が用意され、光源からのビームは分岐手段５１を介して眼球７に入射、網膜８上の点８１に集光されている。
この点８１からの反射・後方散乱光８０は、角膜などの前眼部光学系によって略平行光に変換されて、分岐手段５１を透過し光学系１０１によって所定の太さにビームに変換された後、分岐手段５２によって反射されてＨＳセンサ２に入射する。

このＨＳセンサ２の断面構造を図２（ｂ）に示す。
ＨＳセンサ２に入射した光は、瞳と光学的に共役な位置に配置された、マイクロレンズアレイ部の各レンズ要素２１のサブアパーチャによって各々のスポットを２次元の撮像素子２２上に形成する。
これらのスポットは、サブアパーチャに入射する波面の勾配に応じて、撮像素子上の各マイクロレンズ光軸位置（破線で表示）からずれた位置ｄｙ_kに結像する。マイクロレンズの焦点距離をｆとすれば、波面の勾配ｙ_kは、ｙ_k＝ｄｙ_k／ｆとして算出される。
今、マイクロレンズの数がＭ、ＤＭ３のアクチュエータの数がＮとすると、波面勾配ベクトルｙ、ＤＭ３の補正信号ベクトルａは、

ｙ＝［Ｂ］ａ（１）

の関係で表される。ここで、

であり、行列Ｂは、波面勾配量と、それを形成するためのＤＭ３の各アクチュエータ補正信号値の相互作用の関係を表す。
式（１）は、ＤＭ３の形状が変化したときに発生する波面収差を表していることになる。
この行列の各々の値は、補正信号値によってＤＭ３の形状がどのように変化するかによって決まるが、これはＤＭ３のタイプによって異なってくる。前述したような分割ミラーで形状を変化させるタイプのＤＭ３では、ある微小ミラーを変化させたとき、周囲の微小領域には影響を与えないが、連続面として形状を変化させるタイプでは、周囲の領域にも影響を与えるため、Ｂの値もそれに応じて決ま
ることになる。

逆に、今ＨＳセンサで検出された波面収差を補正するためのＤＭ３への補正信号値を求めるためには、式（１）の逆変換を行えばよいが、Ｂの逆行列は一般に求まらないため、ここでは擬似逆行列［Ｂ］^-1 を用いる。
これは、Ｂの置換行列Ｂ^Tを用いて、

［Ｂ］^-1＝［Ｂ^TＢ］^-1 Ｂ^T

として表される。ここで

である。
従って、測定された波面収差（波面の各サブアパーチャでの傾き）がｙのとき、ＤＭ３へのアクチュエータ補正信号値ａは、

ａ＝［Ｂ^TＢ］^-1Ｂ^Tｙ（２）

として算出される。
上記は概念的な計算の手続きであるが、実際の各数値は、ＨＳで検出された波面勾配のサブアパーチャとＤＭ３のアクチュエータ位置の関係などに応じて決められることになる。

図２（ａ）のシステムに話を戻すと、上記のようにＨＳセンサ２で測定し、計
算手段３０で算出されたｙの値と、各素子の特性によって予め設定されたＢの値により、ＤＭ３は式（２）で求められた値ａに従って形状を可変させる。
図２（ａ）が眼底カメラであれば、光源１５からの照明光で照明された眼底部のある点８１からの反射・後方散乱光は、前眼部と光学系１０１を介した後にＤＭ３で波面を補正され、結像レンズ９１０で受光素子４１に結像される。ＳＬＯやＯＣＴの場合には、上記したように受光センサ４１はファイバ端に相当し、光源に接続されたこのファイバ端４１から射出された光がＤＭ３、光学系１０１を介して眼球に入射され、網膜上のある点８１を照射する。
このとき、ＤＭ３を駆動させなかった場合には、網膜上の集光スポットは眼球の収差により乱れて広がったスポットになるが、ここではＤＭ３によって補正されているので、所望の解像度に準じたスポットに集光されている。
この点からの反射・後方散乱光は照射光の経路を逆に伝搬して前眼部、光学系１０１、ＤＭ３、レンズ９１０を介して上記ファイバ端４１に入射し、その後ファイバ内を伝搬して、図示されていない光検出器に送られる。
ここでもＤＭ３による補正により、ファイバ端４１上のスポットの結像性能は改善されており、良好なファイバ結合効率を得ることができ、結果として得られる画像のＳ／Ｎ比も改善される。

以上で説明した波面収差補正技術を適用すれば、画像の高精細化を図ることができるが、従来例のようにシングルビームによる場合には、発明が目指す画像取得時間の高速化を達成する上で課題を残す。
すなわち、本発明は上記したように、高解像度を達成すると共に、画像取得時間の高速化を実現することにある。
前述したように、ビームの走査速度を上げると、Ｓ／Ｎ比を確保するためにビームの光量を上げなければならないが、眼底検査機の場合には眼への損傷を回避する上で、網膜の単位面積あたりに照射できるエネルギーは制限されている。
本発明者は、このようなビームの光量を上記制限値内に抑えたシステムを構築するため、網膜上にある程度の距離だけ分離して複数のビームを照射し、分割した各エリアを同時に走査する図１（ａ）に示されるような複数のビームを用いた補
償光学系を見出した。
この複数のビームを用いた補償光学系では、複数のビームの波面収差補正を単一の波面収差検出器と波面収差補正器のセットで行うように構成されている。
すなわち、上記複数のビームの全てに眼光学系の収差が影響するため、高解像度を実現するために太い径のビームを用いた場合には、各々のビームに対して補正が必要になる。
その際、入射させるビームの数だけ波面収差検出器と波面収差補正器を用意すると、光学系が大型化し、コストも大幅に増大する。
しかしながら、本発明の上記構成によれば、複数のビームの波面収差補正を単一の波面収差検出器と波面収差補正器のセットで行うことにより、光学系の小型化、コストの低減化を図られている。
このように、本発明の上記した構成によれば、ビームの走査速度を上げるためにビームの光量を必要以上げることなく、小型でコストの低減化を図ることのの可能な補償光学系を備えた光画像取得装置を実現することができる。
図１（ａ）において、１１〜１３は、それぞれ発散光を射出する３つの光ファイバ端であり、射出された光はコリメータ光学系９１でそれぞれ平行光にされ、リレー光学系９２を介して、波面収差補正器３に入射される。
このとき、各ビームは異なる角度で入射され、波面収差補正器３の面上で一致しており、ここで各ビームの波面は図示されていない波面収差検出器によって検出され、その値に応じて単一の波面収差補正器３によって同時に補正されている。この後、各ビームはリレー光学系９３によってガルバノミラーなどの偏向器５によって偏向され、接眼光学系１０によって瞳６に入射される。
入射されたビームは、角膜などの前眼部を透過し、測定対象面である網膜８上にスポット８１〜８３を形成して２次元走査される。
このとき、補正がなければ眼光学系が持つ収差によってスポット８１〜８３は乱れるが、ここでは波面収差補正器３によって良好に結像し、所望のスポット径となっている。

これらのスポットからの反射・後方散乱光は、逆に前眼部を通って瞳６から射
出され、接眼光学系１０〜リレー光学系９３を介して再度波面収差補正器３に入射される。
これらの反射・後方散乱光は再び眼光学系が持つ収差の影響を受け波面収差を持つが、波面収差補正器３によって再度同時に補正される。
これにより、反射・後方散乱光はリレー光学系９２、コリメータ光学系９１を介してファイバ端１１〜１３各々に良好に集光され、高い効率でファイバに光学的に結合する。
ここでは、３つのビームを用いて走査することで、光量を増やさずに３倍の速度で測定することが可能となっている。
このとき、波面収差補正器３に入射する各ビーム間の入射角差２０が大きいと、各ビームの補正結果に差が生じ、ビームによっては良好に補正できない現象が発生する。
条件にもよるが、入射角差２０が約５°を超えると、無視できないレベルに劣化する。
しかしながら、例えば眼底を計測する際に数μｍの高解像度で画像を得る際には、一度に取得すればよい網膜上の領域としては、一辺が１ｍｍ〜２ｍｍ程度あれば十分である。
これは、画像取得後に高解像度で画像を観察する際には、狭い領域に注目するためである。
例えば、１辺１．８ｍｍの正方形の領域を、図１（ａ）のように３本のビームを用いて紙面に平行な方向（ｙ方向とする）に３つの領域に分割して測定しようとする場合を考える。
このとき、各ビームが担当するｙ方向のエリアは０．６ｍｍずつになり、これに対応する視野角は約２．０８°となる。
いま瞳に入射させるビームの太さが６ｍｍであり、波面収差補正器の有効径が１０ｍｍであるとすると、角倍率を考慮すれば波面収差補正器に入射する各ビームの入射角差は約１．２５°となり、十分に小さい。

図３に、波面収差補正器（ＤＭ）に入射角差１．３°（入射角３°と４．３°
）で入射させた二つのビームの波面収差の補正残差とＭＴＦ図を示す。
ここでは、瞳にＲＭＳ値０．３μｍ程度の波面収差面収差（３次と４次の収差を含む）を与え、波面収差検出器によって一方のビーム（入射角３°のビーム）に関して得られた値に応じて、ＤＭの形状を変えて収差を補正している。
瞳に入射するビーム径はφ４ｍｍ、ＤＭは連続面で有効径φ９ｍｍ、アクチュエータ数は３７で六角格子状に配置されている。
この結果を見ると、両者の補正残差は僅かで、ＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）の結果の差も無視できるレベルであることが分かる。
また、眼光学系で受ける波面収差は殆どが前眼部で発生するものであり、瞳への入射角差も２°程度と小さいことを考慮すると、各ビームが持つ波面収差の差も無視できるレベルであると判断できる。
以上の複数のビームを走査するようにした本実形態の構成によれば、単一の波面収差補正器を用いてＳ／Ｎ比の高い良好な画像を、高速に得ることができる。

単一の波面収差補正器に、複数のビームを異なる角度で入射させて一致させる構成としてつぎのような構成を採ることができる。
例えば、図１（ａ）で説明したような、複数の発散光の出射端をコリメータ光学系９１の前側焦点位置の光軸に垂直な平面上に配置し、各出射ビームの主光線がコリメータ光学系９１の光軸に平行になるように配置する構成を採ることができる。
これらのビームはコリメータ光学系９１の後側焦点位置に射出瞳６１を形成するので、この射出瞳位置６１と光学的に共役な位置に波面収差補正器３を配置すればよい。これにより共通の光学系によって複数の平行ビームを異なる角度で同じ位置に入射させることが可能となる。
また、別の構成としては、図１（ｂ）に示すようにしてもよい。
すなわち、複数の発散光の出射端における各々に対応した複数のコリメータ光学系９１１〜９１３を設定する。
これらによって平行になったビームを所定の角度で位置６１１で一点で交差させ
、この位置を入射瞳としたリレー光学系９２２によって形成される射出瞳３１の位置に波面収差補正器３を配置する。

以上は波面収差補正器について説明したが、以下では波面収差検出器についての構成について説明する。
通常、波面収差検出器と波面収差補正器は、光学系全体の瞳と光学的に共役な位置に配置される。
これは両者は瞳での波面収差と等価な状態で検出、補正をするためである。
前述の様に波面収差補正器に複数のビームが異なる角度で入射するような設定である場合、それと共役な位置に配置される波面収差検出器にも同様に複数のビームが異なる角度で入射することになる。
このような場合、ＨＳ検出器においては、複数のビームが混在して、各々の収差を正しく検出することは困難になる。
例えば、検出器がＨＳ型であるとき、図２（ｂ）の各サブアパーチャに入射する波面の勾配は各々のビームで異なるため、図４で示すように各セグメントに複数のビームが形成され、それぞれがどのビームによるものであるかは判別できなくなる。ここで、異なるマークは異なるビームにより形成された２次元撮像素子上のスポットを示している。
また、ここでは、補正器の項目で前述したように複数のビームのうちのひとつの波面収差についての補正信号が得られればよいため、ひとつのビームの波面収差が測定できる構成とすればよい。

そのための第一の手段としては、図５（ａ）に示す概念図のように、測定したいビームのみ波面収差検出器に入射させ、他のビームは遮光して検出器に入射しないような構成を採る。
ここでは、コリメータ光学系９１とリレー光学系９２との間に光分岐手段６００が設けられ、リレー光学系９４によって、コリメータ光学系９１の射出瞳６１と共役な射出瞳６２が形成されており、波面収差検出器２の検出面はこの瞳６２の位置に配置されている。
ここで、図示されていない網膜上のスポット８１〜８３からの反射・後方散乱光は光学系９３、９２を介して分岐手段６００で反射され、光学系９４によって波面収差検出器２に導かれる。
このとき、前述のように全てのビームが検出器２に入射してしまうため、光学系９４の前後または内部において複数のビームが分離する位置に遮光板２００を配置する。
これにより、例えば網膜上の点８１からの反射・後方散乱光のみが検出器２に入射する。
また、これにより得られた波面収差値により波面収差補正器への信号を形成して、全てのビームの波面収差を補正可能とする。

また、ビーム間の角度の問題などで各々のビームが分離できないときは、第二の形態として断続的に収差検出ビーム以外のビームを消灯し、そのタイミングのみで収差を測定する方法を採る。
図５（ｂ）の概念図に示すように、測定対象面を複数の小領域に分割して隣接部に重複する部分を備えた構成とする。
すなわち、３つに分割した領域８１１、８２２、８３３を、３つのビーム（それぞれ８１、８２、８３）で走査するとき、互いの領域の境界部に、重複部８１２、８１３を設ける。
３つのビームが各領域の右端に来たとき、ビーム８１はオーバーラップ部８１２内の位置８１Ｒに、ビーム８２は領域８２２の外側の８２Ｒの位置に、ビーム８３はオーバーラップ部８１３内の８３Ｒ（８１Ｌと同位置）の位置に存在する。このとき、ビーム８２と８３は消灯し、８１のみ点灯させ続ける。ビーム８１と８３が各オーバーラップ部８１２と８１３内にいる間はこの状態を続け、波面収差検出器で波面収差を測定する。
また、逆に３つのビームが各領域の左端に来たとき、ビーム８１はオーバーラップ部８１３内の位置８１Ｌに、ビーム８２はオーバーラップ部８１２内の８２Ｌ（８１Ｒと同位置）の位置に、ビーム８３は領域８３３の外側の８３Ｌの位置に存在する。
このとき、同様にビーム８２と８３は消灯し、８１のみ点灯させ続ける。ビーム８１と８２が各オーバーラップ部８１３と８１２内にいる間はこの状態を続け、波面収差検出器で波面収差を測定する。
これ以外の領域にビームがある間は、波面収差検出器には３つのビーム全てが入射するが、このときは波面収差を測定しない。
このように、複数のビームで走査する際に、前記重複する部分を走査する間だけ前記複数のビームのうちの一つのビームのみを点灯し、他のビームを消灯する時分割で測定する構成とする。
これにより、複数のビームのうちの単一のみの波面収差を測定し、その値に応じて波面収差補正器を駆動させて波面収差を補正することが可能となる。
一方、ＨＳ方式以外の波面検出手段としては、例えば波面検出用に分岐した平行光をそのままレンズなどで２次元撮像素子などに結像させる。
そして、像面での点像分布関数（ＰＳＦ：ＰｏｉｎｔＳｐｒｅａｄＦｕｎｃｔｉｏｎ）を求め、逆問題を解く事によって波面を算出する手段がある。
このような場合、複数のビームを検出した場合にも、各々のビームはほぼ特定の場所に離れて結像するため、どの観察ビームに対応するか識別することができる。
波面収差補正器への入射角度が大きい場合や、光学系の収差が大きい場合などは、単一のビームの波面を計測し、そのデータから波面収差補正器で補正すると、測定したビームの補正残差は最小化できるが、その他の補正残差は大きくなる。これに対し、上記のように複数のビームの収差を検出して、これらを平均化したＰＳＦから波面を算出し、波面補正器の駆動信号を形成すると、波面補正の目標値が各ビームの波面の平均値となり、波面補正残差のビーム間差を小さくすることができる。

以上では数μｍ程度の高解像度を達成するために、眼球に３〜７ｍｍの太いビームを入射させることを想定している。
しかし、白内障などの疾患のある眼球については、太いビームを入射させても患部でビームは遮られ、実質的には細いビームを入射させたときと同等の解像力し
か得られなくなる。
また、ビームの一部しか通過しなくなるため、網膜に達する光量が低下し、反射・後方散乱光も弱くなって画像のＳ／Ｎが低下してしまうことになる。
これを防ぐため、本発明では複数の光射出端と光偏向器との間に、眼球に入射するビーム径を可変とするズーム機構を持たせる。
そして、測定対象眼の状態に応じてビーム径の値を変えることを可能とし、そのビーム径の値によって波面収差補正駆動をＯＮ／ＯＦＦさせる。
例えば、白内障などでビームが影響を受けず通過できる領域が小さいときは、入射ビーム径は１ｍｍ程度の細いビームを入射させて測定する。
このときはビームが細いために眼光学系の収差により受ける影響は殆ど無視できるので、波面収差を補正する必要がないために、補正機能はｏｆｆにする。
このように、ズーム光学系の倍率が所定倍率設定時のみ波面収差補正器による波面収差補正が可能に構成することにより、制御手段の計算負荷を低減できるため、より高速な信号処理が可能となることが期待できる。
ビーム径が細いために、得られる解像度は２０μｍ程度と従来レベルとなるが、本来得られる回折限界程度の解像度は確保でき、良好な信号のＳ／Ｎも確保できるため、状態の悪い眼球についても対応が可能となる。

また、ビーム径を細くすることは横倍率を下げることになるので、図６（ａ）に示すように、逆に角倍率は上がり、広い視野角７１０で網膜の広い領域８１０を一度に観察することが可能になる。
ここでは簡単のため単一のビームを走査した場合について図示している。
このとき、ズーム機能を偏向器５よりも眼球側の接眼光学系１０に持たせると、逆にビーム径を太くして角倍率が下がったときに、接眼系１０の視野角７２０が光軸近傍の狭い角度に制限される。
そのため、観測できる領域８２０も視軸付近の狭い領域に制限される。
８２０以外の領域８２１も観察できるようにしようとすると、偏向器の偏向角５１０が大きくできなければならないが、コンパクトなガルバノミラーでは高周波で大偏向角を得ることは困難であり、ポリゴンスキャナなどが必要になって装置
が肥大化する。
また、偏向器側の画角６２０もさらに大きくなるため、接眼光学系１０が肥大化し、設計も難しくなる。

これでは所望の位置を拡大して高解像度で観察することができなくなるため、図６（ｂ）に示すように、ズーム光学系９２を、偏向器５と図示されていないビーム射出端との間に設置し、接眼光学系１０は固定焦点とする。
これにより、光学系９２の横倍率を上げてビーム径を太くしたときでも、この太さのビームについて接眼光学系１０の画角６２０が確保されていれば、所望の位置を指定して拡大観察像を得ることができる。
但し、複数のビームを同時に走査する方式では、ズーム系の横倍率を上げて高解像度モードにしたときに、網膜上のビームスポットが縮小されるのと同時にビーム間隔も同じ比率で縮小されるため、各ビームを走査する角度も縮小されて制限される。
これを超える角度で走査すると、隣接するビームの領域を二重に走査することになるからである。
従って実際には観測できる領域は縮小された狭い範囲８２０に制限されるが、このときに必要な偏向器の偏向角５２０は小さく、偏向器の最大偏向角と接眼光学系１０の最大画角には余裕がある。
そのため、走査タイミングをシフトさせれば、光軸外の領域８２１を観測することは可能である。

この方式で、もし波面収差補正器がズーム光学系９２よりも偏向器側に配置されていると、ズーム光学系の横倍率を下げてビーム径を細くしたときは角倍率が上がり、波面収差補正器への各ビームの入射角度差が大きくなる。
そこで、前述したように、複数ビームの波面収差を同時に良好に補正することが困難になる。この点でも、細いビームで広画角のモードでは、波面収差補正機能をｏｆｆにすることが望ましい。
従って、眼光学系収差の影響が出る２．５〜３．０ｍｍ以上のビームを用いると
きは波面収差補正駆動を行うが、それ未満のビーム径の場合には補正を行わない設定とする。
但し、ここでの波面収差補正駆動を行わないとは、波面収差補正器による波面への影響をゼロにすることであり、例えばＤＭを用いた系で、駆動信号がゼロの時にＤＭ面が平面にならない場合には、平面にするような駆動信号で駆動させている場合を含むものとする。
また、上記ズーム機能によりビーム径が変化すると、設定によっては波面収差検出器や補正器に入射するビーム径やその角度が変り、検出器のサブアパーチャの数や補正器のアクチュエータ数を十分に利用できず、必要な精度で補正ができなくなる場合がある。
これを防ぐために、ズーム光学系は波面収差検出器と波面収差補正器よりも眼球側（被検査物側）に設定する。
これにより、ズームを行ったときでも両者への入射ビームが一定になり、常に同条件の補正精度を確保することが可能となる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１では、本発明の上記した補償光学系を３次元光断層画像を取得可能なＯＣＴに適用した構成例を、図７により説明する。
低コヒーレント光源１００からの光は、光ファイバ内を伝搬し、ファイバ結合器で所定の割合で分岐された後に出射端１１〜１３からそれぞれ発散光（測定光）として出射され、コリメータ光学系で平行化される。
平行化された３つのビームは、射出瞳６１を通過した後、曲面ミラーで構成されたリレー光学系により、６１や被験眼の瞳６と光学的に共役な面であるＤＭ３上に、平行ビームの状態で異なる角度で入射し、ＤＭ面上で重ね合わされている。このときの各ビーム径はφ１０ｍｍであり、ＤＭ３の有効径とほぼ同等になっている。このときのＤＭ面には補正信号が送られておらず、平面形状をなしている。
ここで反射されたビームは、再度リレー光学系９３で平行化され、偏向器（ガルバノミラー）５に異なる角度で入射する。
ガルバノミラー５は、回転軸の異なるミラーが近接して配置されている。ここで偏向されたビームは、接眼光学系１０によって眼球７の瞳６に平行ビームの状態で入射され、網膜８上を２次元に走査される。このときのビームスポットは、眼球が持つ収差によって波面が乱されているため、乱れて広がった形状となっている。

網膜上に集光された３つのスポットからの反射・後方散乱光は瞳６から射出され、逆に接眼光学系１０〜リレー光学系９２まで伝搬し、光分岐手段６００で反射されてＨＳセンサ２に入射する。
このとき、ＨＳセンサには、光射出端１２からのビームによる網膜からの反射・後方散乱光のみが入射され、その他のビームによる反射・後方散乱光は、遮光手段２００によって遮断されており、ＨＳセンサには入射しない。
ＨＳセンサでの測定値から、ＤＭ３への補正信号が計算機３０で算出され、ＤＭ３へ送られる。ＤＭ３はこの信号によって波面収差を補正するような形状に変換される。
これにより、光射出端１１〜１３からのビームは波面を変換されており、網膜上の各スポットは回折限界に近い状態に補正されている。
ここでは、瞳６に入射するビーム径は約４ｍｍに設定されており、網膜上では約５μｍの大きさのスポット径となっている。
また、この各スポットからの反射・後方散乱光は眼光学系を通る際に再度波面収差を持つが、ＤＭ３によって乱れた波面は補正され、リレー光学系９２、コリメータ光学系９１を介してファイバの出射端１１〜１３に良好に結像される。
そして、高結合効率でファイバに入射する。

一方、同様に光源１００からの光は、ファイバ結合器で所定の割合で分岐された後に、参照アーム側の射出端１２１〜１２３から射出される。
そして、コリメータ光学系で平行化された後に、分散補償ガラス１６１、折り返
しミラー１６０を経て再度射出端１２１〜１２３に入射する。
このように参照光路を経由した参照光と、上記眼球からの反射・後方散乱光はファイバ結合器で合波されて干渉光が生成され、分光器側の射出端１１１〜１１３から出射する。
射出した発散光はコリメータ光学系１５１で平行化された後、回折光学素子１５０に入射して回折される。
ここでは１次回折光の回折効率が最大になるように入射角が設定されている。
ここで回折された光は波長毎に分岐され、結像光学系１５２によって検出器１５３上に集光されるが、検出器１５３上では、波長毎に紙面に平行な方向に異なる位置に結像されている。図では見易さのために中心波長のみの光束が表示されている。
検出器１５３上に波長毎に異なる位置に結像した光の強度分布は、干渉縞となって検出され、この信号をフーリエ変換することで、深さ位置と反射率との関係が導かれ、ビームを網膜上で１次元に走査すれば、その断面の画像が得られることになる。
また、２次元に走査することで、３次元の画像も得ることが可能になる。
ここでは３本のビームを用いているため、１本のビームを走査したときに比べて３倍の速度で測定を行うことができ、かつ水平方向の光学的解像度は５μｍを確保することができる。

［実施例２］
実施例２では、本発明の上記した補償光学系を２次元画像を取得可能なＳＬＯに適用した構成例を、図８により説明する。
ＳＬＯはＯＣＴと異なり、干渉計を含まないため、網膜からの反射・後方散乱光を、光強度検出器１６０で光強度を直接検出することで、２次元の画像を得るシステムである。
ファイバ射出端１１〜１３から接眼光学系１０までの構成は、基本的に同じでよい。
図８の例も図７の例と共通の構成であるが、ここでは、ＨＳセンサの前ではビー
ム遮光手段がなく、全てのビームが入射する。
図５（ｂ）で説明したように、各ビームによる走査域が互いにオーバーラップ部を持つように、ビーム間隔と偏向器の偏向駆動角が設定されている。
このオーバーラップ部にビームが達したとき、ファイバ射出端１１と１３から射出されるビームを光源１００で消灯し、ファイバ射出端１２による反射・後方散乱光のみを測定する。

入射ビーム径７ｍｍで、網膜上で水平方向に１．５ｍｍの領域を測定するとき、３つのビームで領域を分割して走査するため、各領域の幅は０．５ｍｍであり、この領域を走査するための視野角は約１．７３度になる。
接眼光学系の瞳倍率が１倍とすると、偏向器の偏向角は０．８７度になる。いま、図５（ｂ）の３つの領域８１１と８２２、８１１と８３３の間に、各々オーバーラップ部を０．１ｍｍだけ形成しようとすると、偏向器の偏向角は１．２１度とすればよい。
また、ここでは疾病眼へも対応できるために、ＤＭ３と偏向器５の間に、ビーム径を変更するためのズーム光学系９３１が設けられている。
３枚のミラーのうちの２枚を光軸方向に移動させることで、偏向器５に入射するビーム径を１ｍｍ〜７ｍｍまで変更することができる。
一方接眼光学系は入射・射出瞳７ｍｍで画角３０°まで性能が確保されている。従って、ビーム径１ｍｍの時は、８．７ｍｍ幅の領域を３つのビームで２．９ｍｍ幅ずつ走査する。
このとき、０．５ｍｍのオーバーラップ部を確保すると、偏向器の偏向角は６．７４度である。このときは波面収差補正をｏｆｆにして測定する。
これらにより、眼球の状態に応じて眼球への入射ビーム径を偏向しつつ、高速で測定対象を測定することが可能となる。

１１〜１３：光射出端
２：波面収差検出器
３：波面収差補正器
５：偏向器
６：瞳
７：眼球
８：網膜
１０：接眼光学系
６１：コリメータ光学系の後側焦点位置の射出瞳
９１：コリメータ光学系
９２：リレー光学系
９３：リレー光学系
８１〜８３：集光スポット
１５０：回折光学素子

Claims

被検査物である測定対象面を、複数のビームからなる測定光で走査した際における該測定対象面からの反射あるいは後方散乱光を、補償光学系で補正して該被検査物の光画像を取得する補償光学系を備えた光画像取得装置であって、
前記補償光学系は、
前記複数のビームからなる測定光により前記測定対象面を走査した際に、該被検査物によって発生する反射あるいは後方散乱光の波面収差を検出する波面収差検出器と、
前記波面収差検出器によって検出された波面収差に応じて、前記複数の各ビームのそれぞれの波面収差を補正する単一の波面収差補正器と、
を備え、前記複数のビームが、前記単一の波面収差補正器に異なる角度で入射されて重ね合わされ、前記複数の各ビームにおける前記波面収差が補正されることを特徴とする補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記複数のビームのそれぞれの射出端に対応させて複数のコリメータ光学系が設けられ、該射出端から射出され該複数のコリメータ光学系によって平行とされた前記複数のビームを一点で交差させる構成を備え、
前記波面収差補正器が、前記複数のビームを一点で交差させた位置と光学的に共役な位置に取得されるリレー光学系の射出瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記複数のビームのそれぞれの射出端に共通する一つのコリメータ光学系が設けられると共に、該複数のビームの射出端が該コリメータ光学系の前側焦点位置の光軸に垂直な平面上に配置され、
前記射出端から射出され前記コリメータ光学系によって平行とされた前記複数のビームによって該コリメータ光学系の後側焦点位置に射出瞳を取得する構成を備え、
前記波面収差補正器が、前記コリメータ光学系の後側焦点位置に取得された射
出瞳と光学的に共役な位置に取得されるリレー光学系の射出瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記波面収差検出器は、前記波面収差補正器と光学的に共役な位置に配置され、前記複数のビームのうち、少なくとも一つのビームの波面収差を検出する構成を備え、
前記波面収差検出器によって検出された一つのビームの波面収差を元にした補正量を、前記複数のビームに適用して波面収差が補正可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記波面収差検出器は、前記複数のビームのうち、少なくとも一つのビームの波面収差を検出するため、前記複数のビームにおける他のビームの入射を遮光する構成を備えていることを特徴とする請求項４に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記波面収差検出器は、前記複数のビームのうち少なくとも一つのビームの波面収差を検出するため、
前記測定対象面を複数の小領域に分割して隣接部に重複する部分を備え、
前記複数のビームで走査する際に、前記重複する部分を走査する間だけ前記複数のビームのうち少なくとも一つのビームを点灯し、他のビームを消灯する構成を備えていることを特徴とする請求項４に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記複数のビームの射出端と、前記被検査物との間に設置された偏向器と、前記複数のビームの射出端と、前記偏向器との間に設置された横倍率が可変とされたズーム光学系を備え、
前記ズーム光学系の倍率が所定倍率設定時のみ前記波面収差補正器による波面収差補正が可能に構成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１
項に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記ズーム光学系が、前記波面収差検出器と前記波面収差補正器よりも前記被検査物側に設置されていることを特徴とする請求項７に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記複数のビームの射出端が光ファイバ端であり、
前記光ファイバ端に戻された前記測定対象面からの反射あるいは後方散乱光と、これらとは別の参照光路を経由して取得された参照光と、による干渉光によって、
前記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２乃至８のいずれか１項に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
前記複数のビームの射出端がファイバ端であり、前記ファイバ端に戻された前記反射あるいは後方散乱光を光強度検出器で検出し、
該検出した光強度から２次元画像を取得することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の補償光学系を備えた光画像取得装置。
被検査物である測定対象面を、複数のビームからなる測定光で走査した際における該測定対象面からの反射あるいは後方散乱光の波面を補正して、該被検査物の光画像を取得する光画像取得装置の制御方法であって、
前記複数のビームからなる測定光を、それぞれ異なる角度で単一の波面収差補正器に入射させ、
前記単一の波面収差補正器から反射された前記測定光を、走査手段により測定対象面を走査し、
前記測定対象面から反射あるいは後方散乱された測定光の波面収差を、波面収差検出器により検出し、
前記検出された波面収差に基づき、前記単一の波面収差補正器の補正を制御することを特徴とする光画像取得装置の制御方法。