JP5484000B2 - 補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法 - Google Patents

補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法 Download PDF

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Description

本発明は、補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法に関し、特に眼科診療等に用いられる補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法に関するものである。
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(OCT:Optical Coherence Tomography)は、試料(特に眼底)の断層画像を高分解能に得る方法である。
以下、このようなOCTによる光断層画像を撮像する光断層画像撮像装置をOCT装置と記す。
近年、フーリエドメイン方式のOCT装置において測定光のビーム径を大きくすることにより、高横分解能な網膜の断層画像を取得することが可能になっている。
測定光のビーム径の大径化に伴い、網膜の断層画像の取得において、被検眼における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収差による断層画像のSN比及び分解能の低下が問題になってきた。
それを解決するために、被検眼の収差を波面センサでリアルタイムに測定し、波面補正デバイスで補正する補償光学系を有する補償光学OCT装置が開発され、高横分解能な断層画像の取得を可能にしている。
このような補償光学系を用いた装置として、特許文献1においては、走査型レーザー検眼鏡(SLO装置)において、補償光学系及び液晶空間位相変調器、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等を用い、眼底画像を取得可能とした眼科撮影装置が提案されている。
この眼科撮影装置では、被検眼で発生する収差を液晶空間位相変調器を用いて補正することで、横分解能の劣化を防ぐように構成されている。
特開2007−14569号公報
上記特許文献1の補償光学系を有する眼科装置は、上記したように被検眼の収差を液晶空間位相変調器を用いて補正することにより、高横分解能な画像の取得が可能とされている。ここで、光源は一般に狭帯域である半導体レーザーが使用されているが、OCT装置に用いられる広帯域の光源を用いることについては何も記載はない。
しかしながら、上記した液晶空間位相変調器は、液晶の複屈折性を用いて屈折率を変調する変調器であるため、変調量は波長に依存する。
そのため、広帯域の光源を用いるOCT装置を構成する場合は、高分解能な画像を取得する上で、改善の余地を残している。
さらに、位相ラッピング技術を用いて収差を補正する場合には、その影響はさらに顕著になる。
本発明は、上記課題に鑑み、空間位相変調手段を用いた補償光学系を有する光画像撮像装置において、空間光変調手段の波長依存性の影響を低減することが可能となる補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像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装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法を提供するものである。
本発明の補償光学装置は、
光源から発生した光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
前記複数の波長帯域の光のうち少なくとも一つにおいて被検査物によって生じる収差を測定する収差測定手段と、
前記収差測定手段の測定結果に基づいて、前記複数の波長帯域の光を変調する複数の空間光変調手段と、
前記複数の空間光変調手段で変調された光を合する波長合手段と、
前記波長合手段で合された光を前記被検査物に照射する照射手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の補償光学装置は、光源から発生した光を被検査物に照射する照射手段と、
前記照射手段で照射した光の前記被検査物からの戻り光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
前記複数の波長帯域の光を変調する複数の空間光変調手段と、
前記変調された光を合波する波長合波手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光画像撮像装置は、上記した補償光学装置を備えた光画像撮像装置であって、
前記照射手段で照射した光の前記被検査物の戻り光に基づいて該被検査物の画像を取得する画像取得手段を有することを特徴とする。
また、本発明の光画像撮像装置は、
光源から発生した光を測定光と参照光とに分離する分離手段と、
前記測定光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
前記複数の波長帯域の光のうち第1の光を変調する第1の空間光変調手段と、
前記第1の空間光変調手段に対して光学的に並列に配置され、前記複数の波長帯域の光のうち前記第1の光の波長帯域とは異なる波長帯域を持つ第2の光を変調する第2の空間光変調手段と、
前記第1及び第2の空間光変調手段で変調された光を合波する波長合波手段と、
前記波長合波手段で合波された光を被検査物に照射する照射手段と、
前記照射手段で照射した光の前記被検査物の戻り光と前記参照光とが干渉した干渉光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得する画像取得手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光画像撮像装置は、
光源からの光を測定光とし、被検査物に照射された該測定光による戻り光の強度により前記被検査物の画像を撮像する光画像撮像装置であって、
前記光源から前記被検査物への光路において、
前記光路を第の光路と第の光路とに波長に基づいて分岐するための分岐手段と、
前記第の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第の空間光変調手段と、
前記第の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第の空間光変調手段と、
前記第の光路と前記第の光路とを結合する結合手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の補償光学方法は、光源から発生した光を複数の波長帯域の光に分離し、
前記複数の波長帯域の光のうち少なくとも一つにおいて被検査物によって生じる収差を測定する収差測定手段の測定結果に基づいて、前記複数の波長帯域の光を変調し、
前記変調された光を合波することを特徴とする。
また、本発明の補償光学方法は、光源から発生した光を照射した被検査物からの戻り光を複数の波長帯域の光に分離し、
前記複数の波長帯域の光を変調し、
前記変調された光を合波することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像の撮像方法は、光源から発生した光を測定光と参照光とに分離し、
前記測定光を複数の波長帯域の光に分離し、
前記複数の波長帯域の光のうち第1の光を変調し、
前記第1の空間光変調手段に対して光学的に並列において、前記複数の波長帯域の光のうち前記第1の光の波長帯域とは異なる波長帯域を持つ第2の光を変調し、
前記変調された光を合波し、
前記合波された光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とが干渉した干渉光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像の撮像方法は、光源からの光を測定光とし、被検査物に照射された該測定光による戻り光の強度により前記被検査物の画像を撮像する光画像の撮像方法であって、
前記光源から前記被検査物への光路において、
前記光路を第1の光路と第2の光路とに波長に基づいて分岐するための分岐工程と、
前記第1の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第1の空間光変調工程と、
前記第2の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第2の空間光変調工程と、
前記第1の光路と前記第2の光路とを結合する結合工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像の撮像方法は、被検査物で発生した収差を補正する、分岐された異なる波長の一方に対して最適化された第の空間光変調手段および分岐された異なる波長の他方に対して最適化された第の空間光変調手段と、前記被検査物にて発生する収差を測定する収差測定手段を備え、
光源からの光を測定光とし、前記被検査物に照射された測定光による戻り光により、前記被検査物の画像を撮像する光画像の撮像方法であって、
前記収差測定手段を用い、前記第の空間光変調手段及び前記第の空間光変調手段からの前記被検査物にて発生する収差を、前記分岐された異なる波長毎に測定する第1の工程と、
前記第の空間光変調手段及び前記第の空間光変調手段における最適化波長毎に算出された収差を用い、前記第の空間光変調手段と前記第二の空間光変調手段における変調量を算出する第2の工程と、
前記算出された変調量に基づいて、前記第の空間光変調手段と前記第の空間光変調手段とにおける前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかを変調し、前記被検査物で発生した収差を補正する第3の工程と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、空間位相変調手段を用いた補償光学系を有する光画像撮像装置において、空間光変調手段の波長依存性の影響を低減することが可能となる補償光学装置および補償光学方法、光画像撮像装置および光画像の撮像方法を実現することができる。
本発明の実施例1におけるOCT装置の全体の構成について説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の全体の構成について説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の全体の構成について説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の断層画像の取得方法を説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の波面収差を説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の波面収差を説明する図である。 本発明の実施例1におけるOCT装置の断層画像の取得手順を説明する図である。 本発明の実施例2におけるOCT装置の全体の構成について説明する図である。
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明する。
つぎに、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
ここでは、光画像撮像装置として、被検査物を眼とした際の被検眼の撮像を行うOCT装置について説明するが、光を用いて画像を撮像する撮像装置であれば、走査型レーザー検眼鏡(SLO装置)等の他の装置にも適用できる。
[実施例1]
実施例1においては、本発明を適用したOCT装置について説明する。
実施例1では、特に、被検眼の断層画像(OCT像)を撮像する高横分解能の補償光学系を備えたOCT装置について説明する。
本実施例では、反射型の空間光変調器を用いて、被検眼の収差を補正して断層画像を取得するフーリエドメイン方式のOCT装置が構成され、被検眼の視度や収差によらず良好な断層画像が得られるように構成されている。
また、測定光が波長に基づいて2つに分岐され、さらに、その2つの測定光が2つの反射型の空間光変調器に入射し、別々に変調されていることを特徴としている。ここでは、空間光変調器は液晶の配向を利用した反射型の液晶空間位相変調器である。空間光変調器は光の位相を変調できればよく、液晶以外の材料を使用してもよい。
まず、図1を用いて、本実施例におけるOCT装置の全体の構成について説明する。
本実施例のOCT装置100は、図1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1において、光源101から出射された光は、光ファイバー130−1と光カプラー131とを介して、参照光105と測定光106とに、90:10の割合で分割される。
測定光106は、シングルモードファイバー130−4、ダイクロイックミラー170−1〜2、空間光変調器159−1〜2、XYスキャナ119、球面ミラー160−1〜9等を介して、観察対象である被検眼107に導かれる。
なお、測定光106は、第一のダイクロイックミラー170−1にて、波長毎に2つに分岐された後、空間光変調器159−1〜2にそれぞれ入射され、第二のダイクロイックミラー170−2により1つに合波される。
測定光106は、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、光カプラー131によって、参照光105と合波される。153−1〜4は偏光コントローラであり、測定光106と参照光105との偏光の状態を調整する。
参照光105と戻り光108とは合波された後、透過型グレーティング141によって波長毎に分光され、ラインセンサ139に入射される。
ラインセンサ139は位置(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の断層画像が構成される。
戻り光108の有する収差(収差測定光)は波面センサ(収差測定手段)155にて計測される。
本実施例においては、該収差を、空間光変調器159−1〜2を制御して低減する機能を有し、被検眼の視度や収差によらず良好な断層画像が得られるように構成されている。
本実施例では、光学系の全体を主に球面ミラーを用いた反射光学系を用いて、構成しているが、球面ミラーの代わりにレンズを用いた屈折光学系によっても構成することができる。
また、本実施例では反射型の空間光変調器を用いたが、透過型の空間光変調器を用いても構成することができる。
つぎに、光源101の周辺について説明する。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。
中心波長は850nm、バンド幅80nmである。
ここで、バンド幅は、得られる断層画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。ここでは、超広帯域のSLDを選択し、高縦分解能の断層画像を得られる構成としている。
また、光源の種類は、ここではSLDを選択したが、低コヒーレント光が出射できればよく、ASE(Amplified Spontaneous Emission)等も用いることができる。
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、得られる断層画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850nmとする。
観察対象の測定部位によっては、他の波長を選んでも良い。
つぎに、参照光105の光路について説明する。
光カプラー131にて分割された参照光105はシングルモードファイバー130−2を通して、レンズ135−1に導かれ、ビーム径3mmの平行光になるよう、調整される。
次に、参照光105は、ミラー157−1〜2によって、参照ミラーであるミラー114に導かれる。参照光105の光路長は、測定光106の光路長と略同一に調整されているため、参照光105と測定光106とを干渉させることができる。
次に、ミラー114にて反射され、再び光カプラー131に導かれる。ここで、参照光105が通過した分散補償用ガラス115は、被検眼107に測定光106が往復した時の分散を、参照光105に対して補償するものである。
分散補償用ガラス115の長さはL1であり、ここでは、日本人の平均的な眼球の直径として代表的な値を想定し、L1=23mmとする。
さらに、117−1は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、参照光105の光路長を、調整し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の制御の下に駆動される。
つぎに、本実施例の特徴的な構成である測定光106の光路について説明する。
光カプラー131によって分割された測定光106は、シングルモードファイバー130−4を介して、レンズ135−4に導かれ、ビーム径3mmの平行光になるよう調整される。
測定光106は、ビームスプリッタ158、グラントムソンプリズム171を通過し、球面ミラー160−1にて反射され、第一のダイクロイックミラー(第一の分岐手段)170−1に入射される。また、グラントムソンプリズム171により、測定光106の偏光状態は紙面に平行な方向の直線偏光となる。ここでは、偏光状態の調整にグラントムソンプリズムを用いたが、直線偏光に調整できれば、グランテーラープリズムやサバール板等、他の光学素子を用いてもよい。
ここで、測定光106は主に波長850nm以上の成分からなる第一の光路に導かれる第一の測定光106−1と、主に波長850nm以下の成分からなる第二の光路に導かれる第二の測定光106−2とに分岐される。
ここで、ダイクロイックミラー170−1〜2はおおよそ波長850nm以上の成分を透過し、850nm未満を反射するダイクロイックミラーである。
第一の光路上の第一の測定光106−1は球面ミラー160−2を介し、第一の空間光変調器159−1にて変調され、球面ミラー160−3を介し、被検査物側に位置する第二のダイクロイックミラー(第二の分岐手段)170−2に入射される。
ここで、第一の空間光変調器159−1は波長870nmに最適化され、波長850−890nmの光を変調する役割を有している。
さらに、第二の光路上の第二の測定光106−2は球面ミラー160−4を介し、第二の空間光変調器159−2にて変調され、球面ミラー160−5を介し、第二のダイクロイックミラー170−2に入射される。
ここで、第二の空間光変調器159−2は波長830nmに最適化され、波長810−850nmの光を変調する役割を有している。
また、空間光変調器159−1〜2はP偏光(紙面に平行)の位相を変調する向きに配置されている。
第一の測定光106−1と第二の測定光106−2とは、第二のダイクロイックミラー170−2にて合波され測定光106として、ミラー160−6を介して、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。
球面ミラー160−7〜9は網膜127を走査するための光学系であり、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、測定光106の角膜への入射ビーム径は4mmであるが、より高横分解能な断層画像を取得するために、ビーム径はより大径化してもよい。
また、117−2は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、付随する球面ミラーである球面ミラー160−8の位置を、パソコン125の制御の下に調整し制御することができる。
球面ミラー160−8の位置を調整することで、被検眼107の網膜127の所定の層に測定光106を合焦し、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、再び光カプラー131に導かれ、ラインセンサ139に到達する。
ここで、戻り光108は、第二のダイクロイックミラー170−2において、波長毎(850nm以上あるいは未満)に分割され、空間光変調器159−1〜2でそれぞれ変調され、第一のダイクロイックミラー170−1にて合波される。
また、ビームスプリッタ158にて分割される戻り光108の一部は、波面センサ155に入射され、戻り光108の収差が測定される。波面センサ155はパソコン125に電気的に接続されている。
ここで、角膜126、XYスキャナ119、波面センサ155、空間光変調器159−1〜2、は光学的に共役になるよう、球面ミラー160−1〜9が配置されている。互いに共役な位置には「P」の文字を付した。そのため、波面センサ155は被検眼107の収差を測定することが可能になっている。また、空間光変調器159−1〜2は被検眼107の収差を補正することが可能になっている。さらに、得られた収差に基づいて、空間光変調器159−1〜2をリアルタイムに制御することで、被検眼107で発生する収差を補正し、より高横分解能な断層画像の取得を可能にしている。
ここで、球面ミラー160−1〜9の代わりに、非球面ミラーや自由曲面ミラーを用いてもよい。
ここでは、ダイクロイックミラー170−1〜2を用いて、測定光106を波長毎に分割しているが、波長毎に分割できれば、他の素子を用いてもよい。例えば、ダイクロイックプリズム等を用いることができる。
ここでは、球面ミラー160−8は、被検眼107の収差(屈折異常)によっては、代わりにシリンドリカルミラーを用いてもよい。
また、新たなレンズを測定光106の光路に追加してもよい。
ここでは、測定光106を用いて、波面センサ155を用いた収差の測定を行っているが、収差の測定のために別の光源を用いてもよい。また、収差の測定のために別の光路を構成してもよい。例えば、球面ミラー160−9と角膜126の間から、ビームスプリッタを用いて、収差の測定のための光を入射することができる。
ここでは、1つの波面センサ155を用いて、最適化波長の異なる2つの空間光変調器159−1〜2の変調量を算出しているが、2つに波長毎に分割された光路中にさらに共役点を設け、それぞれに波面センサを配置し、波長毎に収差を測定してもよい。
ここでは、球面ミラー160−1の後で、ダイクロイックミラー170−1を用いて、測定光106を第一の測定光106−1と、第二の測定光106−2とに分岐したが、他の箇所で分岐して測定光路を構成してもよい。
例えば、図2に示すように、球面ミラー160−2の後で、ダイクロイックミラー170を用いて、測定光106を第一の測定光106−1と、第二の測定光106−2とに分岐することができる。ここで、第一の測定光106−1は第一の空間光変調器159−1にて変調され、ダイクロイックミラー170を透過し、球面ミラー160−3に入射される。
同様に、第二の測定光106−2は第二の空間光変調器159−2にて変調され、ダイクロイックミラー170にて反射され、球面ミラー160−3に入射される。
これにより、ダイクロイックミラー170によって、上記した二つのダイクロイックミラー170−1、ダイクロイックミラー170−2を兼ねた構成を採ることができる。
ここでは、空間光変調器159−1〜2に反射型の液晶空間位相変調器を用いたが、透過型の液晶空間位相変調器を用いてもよい。
例えば、図3に示すように、空間光変調器159に透過型の液晶空間位相変調器を用いることができる。空間光変調器159の種類および、球面ミラー160−10〜11の追加以外は図2と同じ構成であるため、同じ番号を付し、説明を省略する。
つぎに、本実施例のOCT装置における測定系の構成について説明する。
OCT装置100は、マイケルソン干渉系による干渉信号の強度から構成される断層画像(OCT像)を取得することができる。
その測定系について説明すると、網膜127にて反射や散乱された光である戻り光108は、参照光105と光カプラー131にて合波される。
そして、合波された光142は光ファイバー130−3とレンズ135−2とを介して、透過型グレーティング141に入射される。
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135−3で集光され、ラインセンサ139にて光の強度が位置(波長)毎に電圧に変換される。
具体的には、ラインセンサ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。
ラインセンサ139で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画像を形成する。
ここでは、ラインセンサ139は1024画素を有し、合波された光142の波長毎(1024分割)の強度を得ることができる。
また、ビームスプリッタ158にて分割される戻り光108の一部は、波面センサ155に入射され、戻り光108の収差が測定される。
波面センサ155はシャックハルトマン方式の波面センサである。
得られた収差はツェルニケ多項式を用いて表現され、これは被検眼107の収差を示している。
ツェルニケ多項式は、チルト(傾き)の項、デフォーカス(defocus)の項、アスティグマ(非点収差)の項、コマの項、トリフォイルの項等からなる。
つぎに、OCT装置を用いた断層画像の取得方法について説明する。
OCT装置100は、XYスキャナ119を制御し、ラインセンサ139で干渉縞を取得することで、網膜127の断層画像を取得することができる(図1)。ここでは、図4を用いて網膜127の断層画像(光軸に平行な面)の取得方法について説明する。
図4(a)は被検眼107の模式図であり、OCT装置100によって観察されている様子を示している。
図4(a)に示すように、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、それぞれの位置での時間遅延を伴って、ラインセンサ139に到達する。
ここでは、光源101のバンド幅が広く、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のみ、ラインセンサ139にて、干渉縞が検出できる。
上述のように、ラインセンサ139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、深さ方向の輝度情報が得られる。
さらに、図4(b)に示すように、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、つまり、各X軸の位置毎の深さ方向の輝度情報を得ることができる。
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、それはすなわち断層画像132である(図4(c))。
本来は、断層画像132は上記説明したように、該戻り光108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画像の境界のみ強調して表示している。ここで、146は網膜色素上皮層、147は視神経線維層である。
つぎに、本実施例の特徴的な構成である空間光変調器の構成について、図5を用いて説明する。
ここでは、被検眼107が球面度数−3D(近視)の屈折異常を有し、入射瞳径4mmの場合に、測定光106を網膜127に結像させる場合を考える。
上述した空間光変調器159である浜松ホトニクス製LCOS型空間光変調器(X10468−02)の変調面は□12mm、画素サイズは□20μm、使用画素数は600×600である。
ここで、屈折異常を補正するために、空間光変調器159−1〜2の変調面から出射されるべき測定光106の波面を図5(a)に破線で示した。
空間光変調器159の最大変調量はここではλであり、破線で示した波面を直接生成することはできないため、位相ラッピング技術を用いて生成する。
位相ラッピング技術を用いると、破線の波面を実現するための変調量は実線で表わされる。ここで、横軸は変調面上の座標、縦軸(+方向が位相遅れ)は波面を示す。
つぎに、図5(a)に示した変調量を空間光変調器159−1にて変調した場合に、想定される残さ(所望の変調量−実際の変調量)を波長毎に図5(b)に示した。
横軸は空間光変調器上の位置座標(mm)であり、縦軸は、波面収差(λ)である。ここで、前述のように空間光変調器159−1は波長870nmに最適化され、波長850−890nmの光を変調する役割を有している。
同様に、図5(a)に示した変調量を空間光変調器159−2にて変調した場合に、想定される残さを波長毎に図6(a)に示した。
ここで、前述のように空間光変調器159−2は波長830nmに最適化され、波長810−850nmの光を変調する役割を有している。
さらに、参考のために、図5(b)に示した変調量を一つの空間光変調器で波長810−890nmの光を変調した場合の残さを図6(b)に示す。ここでは、空間光変調器は波長850nmに最適化されている。
ここで、図5(b)、図6(a)と図6(b)とを比較すると、本実施例における残さは0.3λ程度(PV)と非常に小さく抑えられており、断層画像の分解能やコントラストの向上につなげることができる。
つぎに、OCT装置を用いた断層画像の取得の手順について図1〜7を用いて説明する。
図7はOCT装置100の断層画像の取得の手順について説明する図である。ここでは、図5には、空間光変調器159−1〜2を用いて、近視及び乱視の被検眼107が有する収差を補正し、高横分解能な網膜127の断層画像を取得する手順が示されている。
もちろん、被検眼107が単なる近視や遠視であっても同様の手順を用いることができる。
断層画像の取得方法は以下の(1)〜(9)の手順で、例えば連続して行うものである。
或いは、適宜工程を戻って行うこともできる。また、コンピュータ等を用いて、以下の工程を自動的に行うように構成してもよい。
図7に、上記断層画像の取得方法を説明するフロー図を示す。
(1)ステップ1(図7のS1)において、被検眼107に固視灯(不図示)を注視させた状態で、測定光106を被検眼107に対して入射させる。
ここでは、測定光106は平行光の状態で、被検眼107に対して入射するように、球面ミラー160−8の位置が電動ステージ117−2によって調整されている。
(2)ステップ2(図7のS2)において、XYスキャナ119のX軸を駆動しながら、ラインセンサ139にて干渉縞を検知して、断層画像を得る。
(3)ステップ3(図7のS3)において、(2)の工程を行いながら、断層画像のコントラストが高くなるように、電動ステージ117−2を用いて球面ミラー160−8の位置を調整する。
(4)ステップ4(図7のS4)において、戻り光108の収差を波面センサ155で測定し、該収差を空間光変調器159−1〜2の最適化波長毎(波長830nmと870nm)に算出する。ここで、該収差の単位は波長(それぞれの最適化波長)とする。
(5)ステップ5(図7のS5)において、得られた収差をパソコン125にてツェルニケ多項式の表現に変換し、そのデータをパソコン125内のメモリーに記録する。
(6)ステップ6(図7のS6)において、パソコン125により得られた収差が最小になるような変調量を空間光変調器159−1〜2の最適化波長毎に算出し、空間光変調器159−1〜2を変調する。
(7)ステップ7(図7のS7)収差が最小になるように、波面センサ155、空間光変調器159−1〜2、パソコン125を用いてフィードバック制御を行い、リアルタイムに空間光変調器159−1〜2を制御する。
(8)ステップ8(図7のS8)収差が設定値以下か判断し、収束するまで、ステップ4〜7を繰り返す。該設定値は0.1μm(RMS)程度が望ましい。
(9)ステップ9(図7のS9)において、XYスキャナ119のX軸を駆動しながら、ラインセンサ139にて干渉縞を検知して、再び断層画像を得る。
以上のように、本実施例によれば、
測定光あるいは戻り光を、ダイクロイックミラーを用いて、波長に基づいて分岐し、2つの空間光変調器を用いて収差の補正を行うことで、空間光変調器の波長依存性の影響を低減し、収差補正後の収差の残さを少なくすることができる。結果として、断層画像の分解能、コントラストを高くすることが可能となる。
また、収差に基づいて、測定光と戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行うことで、被検査物(ここでは被検眼)自身が有する収差を補正し、結果として、断層画像の分解能、コントラストを高くすることが可能となる。
また、2つの空間光変調器と、波面センサとが光学的に共役に配置されていることで、効率的に収差を補正することが可能となる。
また、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることで、測定光あるいは戻り光を波長に基づいて分岐あるいは結合することができ、光路を構成することが可能となる。
また、光路の分岐と結合とを共通のダイクロイックミラーで行うことで、小型な光学系を有する光画像撮像装置を実現することが可能となる。
また、波面センサによって、戻り光の収差を測定し、戻り光の収差を2つの空間光変調器のそれぞれの最適化波長毎に算出する。
そして、この算出された収差を用いることで、パソコンにより最適化波長の異なる2つの空間光変調器の変調量を正確に算出することができる。
また、2つの波面センサを用いて、波長毎に戻り光の収差を測定することで、被検眼の色収差を含めた収差を測定することができ、結果的に分解能、コントラストが高い光断層画像を取得することが可能となる。
また、光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被検査物に照射された測定光による戻り光と、参照光路を経由した参照光とを干渉させ、干渉による干渉信号の強度により被検査物の光断層画像撮像を行うことができる。
これにより、分解能、コントラストが高い光断層画像を取得することが可能となる。
また、本実施例では、光源からの光を測定光と参照光とに分割し、被検査物に照射された該測定光による戻り光と、参照光路を経由した該参照光とを干渉させた干渉信号を用い、次の前記被検査物の断層画像を撮像する光画像の撮像方法を構成することができる。
まず、第1の工程において、前記戻り光の収差を測定する収差測定手段を用いて、第一の空間光変調手段及び第二の空間光変調手段からの戻り光の収差を、分岐された異なる波長毎に測定する。
この第一の空間光変調手段および第二の空間光変調手段は、分岐された異なる波長の一方と他方に対してそれぞれ最適化されている。
次に、第2の工程において、前記前記第一の空間光変調手段及び前記第二の空間光変調手段における最適化波長毎に算出された戻り光の収差を用い、前記第一の空間光変調手段と前記第二の空間光変調手段における変調量を算出する。
次に、第3の工程において、前記算出された変調量に基づいて、前記第一の空間光変調手段と前記第二の空間光変調手段とにおける前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかを変調し、前記被検査物で発生した収差を補正する。
[実施例2]
実施例2においては、被検眼の断層画像(OCT像)を撮像する高横分解能の補償光学系を備えたOCT装置について説明する。
本実施例では、実施例1と同様に、被検眼の収差を空間光変調器を用いて補正して断層画像を取得するフーリエドメイン方式のOCT装置が構成され、被検眼の視度や収差によらず良好な断層画像が得られるようにされている。
そして、本実施例では、測定光が波長に基づいて2つに分岐され、さらに、その2つの測定光が2つの反射型の空間光変調器に入射し、別々に変調されていることを特徴としている。
実施例1では、光学系の全体を主に球面ミラーを用いた反射光学系を用いて構成されているが、ここでは、球面ミラーの代わりにレンズを用いた屈折光学系を用いて構成している。
まず、図8を用いて、本実施例におけるOCT装置の全体の構成について説明する。
本実施例において、図1と同じ構成には同じ番号を付し、その説明を省略する。測定光106は、ダイクロイックミラー170、空間光変調器159−1〜2、XYスキャナ119、レンズ135−4〜9等を介して、観察対象である被検眼107に導かれる。
なお、測定光106は、ダイクロイックミラー170にて、波長毎に2つに分岐された後、空間光変調器159−1〜2に入射され、ダイクロイックミラー170により1つに合波される。
戻り光108の有する収差は波面センサ155にて計測される。ここでは、該収差を、空間光変調器159−1〜2を制御して低減する機能を有し、被検眼の視度や収差によらず良好な断層画像が得られるようにされている。
本実施例では反射型の空間光変調器を用いたが、透過型の空間光変調器を用いても構成することができる。
なお、光源101および参照光路に関しては、実施例1と同様のため説明を省略する。
つぎに、本実施例の特徴的な構成である測定光106の光路について説明する。
光カプラー131によって分割された測定光106は、シングルモードファイバー130−4を介して、レンズ135−4に導かれ、ビーム径3mmの平行光になるよう調整される。
測定光106は、第一のビームスプリッタ158−1を通過し、レンズ135−5を介して、第二のビームスプリッタ158−2に入射される。
ここで、測定光106の一部は反射され、レンズ135−6を介して、ダイクロイックミラー170に入射される。
ここで、測定光106は第一の測定光106−1と第二の測定光106−2とに分岐される。
ここで、ダイクロイックミラー170はおおよそ波長850nm以上の成分を透過し、850nm未満を反射するダイクロイックミラーである。
第一の測定光106−1は、第一の空間光変調器159−1にて変調され、再びダイクロイックミラー170に入射される。ここで、第一の空間光変調器159−1は波長870nmに最適化されている。
さらに、第二の測定光106−2は、第二の空間光変調器159−2にて変調され、再びダイクロイックミラー170に入射される。ここで、第二の空間光変調器159−2は波長830nmに最適化されている。
また、空間光変調器159−1〜2はP偏光(紙面に平行)の位相を変調する向きに配置されている。
さらに、第一の測定光106−1と第二の測定光106−2とはダイクロイックミラー170にて、同一の位置に入射し合波され、再び一つの測定光106となる。
次に、測定光106は、レンズ135−7を介して、XYスキャナ119のミラーに入射される。
レンズ135−8〜9は網膜127を走査するための光学系であり、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。
また、117−2は電動ステージであり、矢印で図示している方向に移動することができ、付随するレンズ135−9の位置を、パソコン125の制御の下に調整し制御することができる。
レンズ135−9の位置を調整することで、被検眼107の網膜127の所定の層に測定光106を合焦し、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、再び光カプラー131に導かれ、ラインセンサ139に到達する。
ここで、戻り光108は、ダイクロイックミラー170において、波長毎に分割され、空間光変調器159−1〜2でそれぞれ変調され、ダイクロイックミラー170にて再び合波される。
また、ビームスプリッタ158−1にて分割される戻り光108の一部は、波面センサ155に入射され、戻り光108の収差が測定される。波面センサ155はパソコン125に電気的に接続されている。
ここで、角膜126、XYスキャナ119、波面センサ155、空間光変調器159−1〜2とは光学的に共役になるよう、レンズ135−4〜9が配置されている。互いに共役な位置には「P」の文字を付した。
そのため、波面センサ155は被検眼107の収差を測定することが可能になっている。
また、空間光変調器159−1〜2は被検眼107の収差を補正することが可能になっている。さらに、得られた収差に基づいて、空間光変調器159−1〜2をリアルタイムに制御することで、被検眼107で発生する収差を補正し、より高横分解能な断層画像の取得を可能にしている。
ここでは、レンズ135−9に球面レンズを用いているが、被検眼107の収差(屈折異常)によっては、レンズ135−9にシリンドリカルレンズを用いてもよい。
また、新たなレンズを測定光106の光路に追加してもよい。
ここでは、空間光変調器159−1〜2に反射型の液晶空間位相変調器を用いたが、透過型の液晶空間位相変調器を用いてもよい。
なお、測定系の構成、断層画像の取得方法および断層画像の取得手順に関しては、実施例1と同様のため説明を省略する。
本実施例では、実施例1と異なり、レンズ135−9の位置を調整することで、被検眼107の網膜127の所定の層に測定光106を合焦し、観察を行っている。
以上のように、本実施例によれば、実施例1と同様の効果を得ることができる。更に、実施例1と比べて、使用する部品点数を少なくすることができ、また、光学系の調整が容易となる。
100:OCT装置
101:光源
105:参照光
106:測定光
107:被検眼
108:戻り光
114、157:ミラー
115:分散補償用ガラス
117:電動ステージ
119:XYスキャナ
125:パソコン
126:角膜
127:網膜
130:光ファイバー
131:光カプラー
135:レンズ
140:フレームグラバー
141:透過型グレーティング
155:波面センサ
158:ビームスプリッタ
159:空間光変調器
160:球面ミラー
170:ダイクロイックミラー
171:グラントムソンプリズム

Claims (23)

  1. 光源から発生した光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
    前記複数の波長帯域の光のうち少なくとも一つにおいて被検査物によって生じる収差を測定する収差測定手段と、
    前記収差測定手段の測定結果に基づいて、前記複数の波長帯域の光を変調する複数の空間光変調手段と、
    前記複数の空間光変調手段で変調された光を合する波長合手段と、
    前記波長合手段で合された光を前記被検査物に照射する照射手段と、
    を有することを特徴とする補償光学装置。
  2. 前記複数の空間光変調手段が、
    前記複数の波長帯域の光のうち第1の光を変調する第1の空間光変調手段と、
    前記第1の空間光変調手段に対して光学的に並列に配置され、前記複数の波長帯域の光のうち前記第1の光の波長帯域とは異なる波長帯域を持つ第2の光を変調する第2の空間光変調手段と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の補償光学装置。
  3. 前記複数の空間光変調手段が、前記収差測定手段に対して光学的に共役な位置に設けられた反射型の液晶空間位相変調器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の補償光学装置。
  4. 前記収差測定手段の測定結果に基づいて、前記複数の空間光変調手段の所定の波長毎に収差を算出する算出手段を有し、
    前記複数の空間光変調手段が、前記算出手段の算出結果に基づいて、前記複数の波長帯域の光を変調することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の補償光学装置。
  5. 前記被検査物が、被検眼であり、
    前記複数の空間光変調手段が、前記被検眼の前眼部に対して光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の補償光学装置。
  6. 前記収差測定手段で前記収差を測定する際に用いる光と、前記被検査物の画像を取得する際に用いる光とが異なる光源から発生された光であることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の補償光学装置。
  7. 前記波長合手段が、前記照射手段で照射した光の前記被検査物からの戻り光を複数の波長帯域の光に分離し、
    前記複数の空間光変調手段が、前記複数の波長帯域の光を変調し、
    前記波長分離手段が、前記複数の空間光変調手段で変調された光を合することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の補償光学装置。
  8. 前記収差測定手段が、前記複数の波長帯域の光のうちそれぞれの光について前記被検査物によって生じる収差を測定することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の補償光学装置。
  9. 光源から発生した光を被検査物に照射する照射手段と、
    前記照射手段で照射した光の前記被検査物からの戻り光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
    前記複数の波長帯域の光を変調する複数の空間光変調手段と、
    前記変調された光を合波する波長合波手段と、
    を有することを特徴とする補償光学装置。
  10. 請求項乃至9のいずれか1項に記載の補償光学装置を備えた光画像撮像装置であって、
    前記照射手段で照射した光の前記被検査物の戻り光に基づいて該被検査物の画像を取得する画像取得手段を有することを特徴とする光画像撮像装置。
  11. 前記光源からの光前記複数の空間光変調手段に入射される光と参照光とに分離手段によって分離され
    前記画像取得手段が、前記照射手段で照射した光の前記被検査物からの戻り光と前記参照光とが干渉した干渉光に基づいて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10に記載の光画像撮像装置。
  12. 光源から発生した光を測定光と参照光とに分離する分離手段と、
    前記測定光を複数の波長帯域の光に分離する波長分離手段と、
    前記複数の波長帯域の光のうち第1の光を変調する第1の空間光変調手段と、
    前記第1の空間光変調手段に対して光学的に並列に配置され、前記複数の波長帯域の光のうち前記第1の光の波長帯域とは異なる波長帯域を持つ第2の光を変調する第2の空間光変調手段と、
    前記第1及び第2の空間光変調手段で変調された光を合波する波長合波手段と、
    前記波長合波手段で合波された光を被検査物に照射する照射手段と、
    前記照射手段で照射した光の前記被検査物の戻り光と前記参照光とが干渉した干渉光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得する画像取得手段と、
    を有することを特徴とする光画像撮像装置。
  13. 光源からの光を測定光とし、被検査物に照射された該測定光による戻り光の強度により前記被検査物の画像を撮像する光画像撮像装置であって、
    前記光源から前記被検査物への光路において、
    前記光路を第の光路と第の光路とに波長に基づいて分岐するための分岐手段と、
    前記第の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第の空間光変調手段と、
    前記第の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第の空間光変調手段と、
    前記第の光路と前記第の光路とを結合する結合手段と、
    を有することを特徴とする光画像撮像装置。
  14. 前記第の空間光変調手段と前記第の空間光変調手段と前記収差測定手段とが、光学的に共役に配置され、
    前記第の分岐手段と前記第の分岐手段とが共通の分岐手段で構成され、
    前記第の分岐手段と前記第の分岐手段との少なくともいずれかが、ダイクロイックミラーとダイクロイックプリズムとのいずれかからなることを特徴とする請求項13に記載の光画像撮像装置。
  15. 前記被検査物にて発生する収差を測定する収差測定手段を有し、
    測定された収差に基づいて、前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行い、
    前記収差測定光が前記被検査物に照射することにより発生した戻り光の収差を測定するように構成されることを特徴とする請求項13または請求項14に記載の光画像撮像装置。
  16. 前記第の空間光変調手段と前記第の空間光変調手段との所定の波長毎に、前記収差測定手段を用いて得た収差を算出する手段と、
    前記所定の波長毎に算出された収差を用いて前記第の空間光変調手段と前記第の空間光変調手段における変調量を算出する算出手段と、
    を有することを特徴とする請求項15に記載の光画像撮像装置。
  17. 前記収差測定手段が、前記互いに異なる波長に分岐された波長毎の収差を測定する構成を備えることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の光画像撮像装置。
  18. 前記光源からの光を前記測定光と参照光とに分割する分割手段と、
    前記被検査物に照射された前記測定光による戻り光と、参照光路を経由した前記参照光とを干渉させる手段と、
    干渉による干渉信号の強度を検出する手段と、
    前記干渉信号に基づき前記被検査物の断層画像を生成する手段とを有することを特徴とする請求項13乃至17のいずれか1項に記載の光画像撮像装置。
  19. 光源から発生した光を複数の波長帯域の光に分離し、
    前記複数の波長帯域の光のうち少なくとも一つにおいて被検査物によって生じる収差を測定する収差測定手段の測定結果に基づいて、前記複数の波長帯域の光を変調し、
    前記変調された光を合波することを特徴とする補償光学方法。
  20. 光源から発生した光を照射した被検査物からの戻り光を複数の波長帯域の光に分離し、
    前記複数の波長帯域の光を変調し、
    前記変調された光を合波することを特徴とする補償光学方法。
  21. 光源から発生した光を測定光と参照光とに分離し、
    前記測定光を複数の波長帯域の光に分離し、
    前記複数の波長帯域の光のうち第1の光を変調し、
    前記第1の空間光変調手段に対して光学的に並列において、前記複数の波長帯域の光のうち前記第1の光の波長帯域とは異なる波長帯域を持つ第2の光を変調し、
    前記変調された光を合波し、
    前記合波された光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とが干渉した干渉光に基づいて、前記被検査物の断層画像を取得することを特徴とする光画像の撮像方法。
  22. 光源からの光を測定光とし、被検査物に照射された該測定光による戻り光の強度により前記被検査物の画像を撮像する光画像の撮像方法であって、
    前記光源から前記被検査物への光路において、
    前記光路を第1の光路と第2の光路とに波長に基づいて分岐するための分岐工程と、
    前記第1の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第1の空間光変調工程と、
    前記第2の光路上の前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかの収差の補正を行う第2の空間光変調工程と、
    前記第1の光路と前記第2の光路とを結合する結合工程と、
    を有することを特徴とする光画像の撮像方法。
  23. 被検査物で発生した収差を補正する、分岐された異なる波長の一方に対して最適化された第の空間光変調手段および分岐された異なる波長の他方に対して最適化された第の空間光変調手段と、前記被検査物にて発生する収差を測定する収差測定手段を備え、
    光源からの光を測定光とし、前記被検査物に照射された測定光による戻り光により、前記被検査物の画像を撮像する光画像の撮像方法であって、
    前記収差測定手段を用い、前記第の空間光変調手段及び前記第の空間光変調手段からの前記被検査物にて発生する収差を、前記分岐された異なる波長毎に測定する第1の工程と、
    前記第の空間光変調手段及び前記第の空間光変調手段における最適化波長毎に算出された収差を用い、前記第の空間光変調手段と前記第二の空間光変調手段における変調量を算出する第2の工程と、
    前記算出された変調量に基づいて、前記第の空間光変調手段と前記第の空間光変調手段とにおける前記測定光と前記戻り光との少なくともいずれかを変調し、前記被検査物で発生した収差を補正する第3の工程と、
    を有することを特徴とする光画像の撮像方法。
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