JP5527478B2 - 光干渉断層観察装置、画像間の相対位置決定方法および画像間の相対位置決定プログラム - Google Patents

Description

本発明の態様は、光干渉断層観察装置、画像間の相対位置決定方法および画像間の相対位置決定プログラムに関する。
本願は、２０１１年３月２４日に出願された日本国特願２０１１−０６６７４４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来の細胞培養では、２次元的に成長した細胞を観察し、その性質を評価することが一般的であった。しかしながら細胞の本来的な性質を発現させるためには細胞を３次元的に成長させることの重要性が近年明らかになりつつある。
このような背景の下、細胞の三次元構造を観察する手法に対する期待が高まっている。
低コヒーレンス光を利用した光干渉断層撮影法（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）はμｍオーダーの深さ方向の分解能とｍｍオーダーの深さ方向の観察範囲という特長を備えており、細胞の三次元構造を観察する有望な技術である（非特許文献１）。

ＯＣＴは１９９０年代より研究開発が進み、大きく分けて、タイムドメイン方式とフーリエドメイン方式の二種類のＯＣＴが提案されている。
タイムドメイン方式のＯＣＴは光ビームを信号光と参照光とに分割し、細胞から散乱された信号光と参照ミラーから反射された参照光とを干渉させて干渉光を生成する。この時、光源に用いられる光ビームのコヒーレンス性が低いため、細胞から散乱された特定の深さからの信号光のみが参照光と干渉する。したがって、参照光の光路長を変えることによって、干渉する細胞内の深さを変えることができ、細胞の三次元構造を観察することが出来る。

しかしながら、タイムドメイン方式のＯＣＴは参照ミラーを光軸方向に動かすことにより深さ方向の情報を取得しているため、測定時間が長く、現在はほとんど採用されていない。それに対してフーリエドメイン方式のＯＣＴは深さ方向の情報を一括で取得出来るので、その測定時間の短さから現在主流の方式となっている（非特許文献２）。

ここでは、フーリエドメイン方式のＯＣＴの一種である、スペクトルドメイン方式のＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）を例に挙げて説明する。ＳＤ−ＯＣＴでは深さ方向の観察範囲は分光器のスペクトル分解能と対物レンズの焦点深度の制約を受ける。

例えば、分光器のスペクトル分解能により決まる深さ方向の観察範囲と対物レンズの焦点深度により決まる深さ方向の観察範囲が同じであると仮定する。スペクトル分解能を上げ、深さ方向の観察範囲を広くした場合、それに伴い対物レンズの焦点深度も深くする必要がある。対物レンズの焦点深度を深くするには、対物レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を小さくする必要があるが、水平方向の分解能である横分解能は対物レンズのＮＡに反比例するため、ＮＡを小さくすると必然的に水平方向の分解能である横分解能が低下する。

逆に、スペクトル分解能が下がり深さ方向の観察範囲が狭くなった場合、焦点深度の浅い、ＮＡの大きな対物レンズを使用して、高い横分解能での観察が可能になる。つまり、深さ方向の観察範囲と横分解能はトレードオフの関係にある。
以上の関係より、横分解能を保ったまま深さ方向の観察範囲を広くしたい場合、深さ方向の観察範囲が狭い断層画像（以下、ＯＣＴ画像と称する）を深さ方向に複数枚取得し、それらをつなぎ合わせるという手法が一般的に採用されている（非特許文献３）。

D.huang, EA Swanson, cP Lin, JS Schuman, WG Stinson, W Chang, MR Hee, t Flotte, K Gragory, CA Puliafito and et. al, "Optical coherence tomography" Science Vol.254, No.5035, 1178-1181, 1991 Y.Yasuno, J.Sugisaka, Y.Sando, Y.Nakamura, S.Makita, M.Itohand T.Yatagai, "Non-iteractive numerical method for laterally superresolving Fourier domain optical coherence tomography" Optical Express Vol.14, Iss.3, 1006-1020, 2006 W.Drexler, U.Morgner, F.X.Kartner, S.A.Boppart, X.D.Li, E.P.Ippen, and J.G.Fujimoto, "In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography"OPTICS LETTERS Vol.24, No.17, 1221-1223, 1999

従来の光干渉断層観察装置が複数枚のＯＣＴ画像を深さ方向につなぎ合わせる場合、深さ方向の観察範囲が狭いＯＣＴ画像を深さ方向に等間隔で取得し、それらを単純につなぎ合わせることが出来れば深さ方向の観察範囲の広いＯＣＴ画像を容易に形成する事が出来る。このプロセスを実行するためには、生体試料を保持しているステージもしくは光学系を深さ方向に正確に等間隔にその位置を移動出来る事が前提となっている。また、横方向に関しても位置のずれがない事が前提となっている。

しかしながら、光干渉断層観察装置が、生体試料を保持しているステージもしくは光学系を深さ方向に正確に等間隔にその位置を移動させること、および横方向に関しても位置のずれがなく移動させることは困難である。
また、そもそもステージもしくは光学系の位置制御の精度が光学系の分解能に比べて不十分な場合、光干渉断層観察装置はステージもしくは光学系を正確に移動させることができないという問題がある。

そこで本発明の態様は、観察範囲が狭い断層画像から、観察範囲が広い断層画像を生成することを可能とする技術を提供する。

本発明の一態様である光干渉断層観察装置は、入射した光を参照光と照明光とに分岐する分岐手段と、前記照明光で被観察物を照明する照明光学系と、前記照明光を照明したことで得られる前記被観察物からの光を観察して結像する観察光学系と、前記参照光と前記測定光とを干渉させる合成手段と、前記合成手段による干渉により得られた干渉光を検出する光検出部とを備える光干渉断層観察装置であって、前記照明光学系および前記観察光学系の少なくともどちらか一方の光学系は、複数の開口数を変更する光制御手段を備え、前記光制御手段が第１の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第１の干渉光に基づいて前記被観察物の第１の断層画像を生成し、前記光制御手段が前記第１の開口数と異なる第２の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第２の干渉光に基づいて前記被観察物の第２の断層画像を生成する画像生成部と前記画像生成部で生成された前記第１の断層画像に対する前記画像生成部で生成された前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様である画像間の相対位置決定方法は、干渉光を検出する光検出部と、複数の開口数を変更する光制御手段とを備える光干渉断層観察装置が実行する画像間の相対位置決定方法であって、前記光制御手段が第１の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第１の干渉光に基づいて前記被観察物の第１の断層画像を生成し、前記光制御手段が前記第１の開口数と異なる第２の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第２の干渉光に基づいて前記被観察物の第２の断層画像を生成する画像生成手順と、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する検出手順と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様である画像間の相対位置決定プログラムは、被観察物の断層を示す第１の断層画像を示す情報と第２の断層画像を示す情報とが記憶されている記憶部を備えるコンピュータに、前記第１の断層画像を示す情報と前記第２の断層画像を示す情報とを前記記憶部から読み出し、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する検出ステップを実行させるための画像間の相対位置決定プログラムである。

本発明の態様によれば、ステージもしくは光学系を正確に移動させることができない場合でも、観察範囲が狭い断層画像から、観察範囲が広い断層画像を生成することができる。

第１の実施形態における光干渉断層観察装置の機能ブロック図である。 低ＮＡの第１の対物レンズを用いて取得された第１の断層画像の観察範囲と、高ＮＡの第２の対物レンズを用いて取得された第２の断層画像の観察範囲とが示された図である。 低精細モード時において、第２の断層画像を取得する毎にステージが動かされる距離が示された図である。 高精細モード時において、第２の断層画像を取得する毎にステージが動かされる距離が示された図である。 重なっている２つの断層画像を横から見た一断面の一例が示された図である。 第１の実施形態における光干渉断層観察装置の処理の流れを示したフローチャートである。 図５のステップＳ１０９における制御部の処理の流れを示したフローチャートである。 第２の実施形態における光干渉断層観察装置のブロック構成図である。 第２の実施形態における光干渉断層観察装置の処理の流れを示したフローチャートである。 輝度分布の変化が所定の閾値を超えた画像領域に対して第２の断層画像を取得する例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、ここではフーリエドメイン方式のＯＣＴの中でも、スペクトルドメイン方式のＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）を例に挙げて説明する。
図１は、第１の実施形態における光干渉断層観察装置１の機能ブロック図である。光干渉断層観察装置１は、広帯域光源（光源）５と、干渉光学系１０と、対物レンズユニット１６と、ステージ１８と、分光器２１と、光検出器（光検出部）２２と、制御部３０と、入力部４１と、ステージ駆動部４４と、リボルバー駆動部４５（光制御手段、切替部、選択部）と、表示部４７とを備える。
ここで、断層画像を取得する対象となる被観察物の一例として、生体試料が不図示のシャーレ中の培地で生育されており、前記シャーレがステージ１８の上に固定されている。
生体試料は、ｘ、ｙ、ｚ方向に広がっていて、光干渉断層観察装置１は、生体試料の深さ方向であるｚ方向の断層画像を撮影する。

また、干渉光学系１０は、集光レンズ１１と、ビームスプリッター１２と、参照ミラー１３と、ガルバノミラー１５と、対物レンズユニット１６と、ミラー１９とを備える。
干渉光学系１０は、照明光で被観察物を照明する照明光学系としての機能と、前記照明光を照明したことで得られる被観察物からの光を観察して結像する観察光学系としての機能を有する。
対物レンズユニット１６は、第１の対物レンズ１６＿１と、第２の対物レンズ１６＿２と、リボルバー１６＿３とを備える。第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２は、リボルバー１６＿３に取り付けられている。リボルバー１６＿３は回転可能であって、リボルバー１６＿３は回転することによって、第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２を切り替える。

また、制御部３０は、Ａ／Ｄ変換部３１と、画像生成部３２と、記憶部３３と、検出部４０と、画素値算出部３６と、合成部４６と、ミラー制御部３７と、対物レンズ切替部３８（光制御手段）と、距離間隔変更部４２と、ステージ制御部４３とを備える。ここで、検出部４０は、相関算出部３４と、相対位置算出部３５とを備える。

図２を用いて、本実施形態における光干渉断層観察装置１の概要について説明する。図２は、低ＮＡの第１の対物レンズ１６＿１を用いて取得された第１の断層画像の観察範囲と、高ＮＡの第２の対物レンズ１６＿２を用いて取得された第２の断層画像の観察範囲とが示された図である。

図２（ａ）は、低ＮＡ（すなわち観察範囲の広い）の第１の対物レンズ１６＿１を用いて取得された第１の断層画像の観察範囲が示された図である。同図において、シャーレ８１の培地８２の中で、第１の細胞８４と第２の細胞８５と第３の細胞８６とが生育されていることが示されている。図面上で、各細胞を区別できるように、第１の細胞８４、第２の細胞８５、第３の細胞８６は、それぞれ丸、四角、三角で描かれている。また、第１の細胞８４、第２の細胞８５、第３の細胞８６は同一種類の細胞であっても良い。また、第１の断層画像の観察範囲８３ａは、上記３つの細胞すべてを含む範囲であることが示されている。

図２（ｂ）は、高ＮＡ（すなわち観察範囲の狭い）の第２の対物レンズ１６＿２を用いて取得された第２の断層画像の観察範囲が示された図である。図２（ｂ）における生体試料は、図２（ａ）の生体試料と全く同じである。すなわち、図２（ａ）と同じシャーレ８１と培地８２の中で、図２（ａ）と同じ生体試料である第１の細胞８４と第２の細胞８５と第３の細胞８６とが生育されていることが示されている。但し、第２の断層画像の観察範囲８３ｂは、第１の断層画像の観察範囲８３ａよりも狭く、ここでは、第１の細胞のみを含む範囲であることが示されている。そのため、図２中の矢印で示されているように、第２の断層画像の観察範囲８３ｂは、第１の断層画像の観察範囲８３ａのうち第１の細胞８４を含む範囲に相当する。

光干渉断層観察装置１は、第１の対物レンズ１６＿１を用いて第１の断層画像を取得する。光干渉断層観察装置１は、第１の対物レンズ１６＿１よりも高ＮＡの第２の対物レンズ１６＿２を用いて、第２の断層画像同士の一部が重なるように第２の断層画像を取得する。そして、光干渉断層観察装置１は、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する。

広帯域光源５は、広帯域の光を、干渉光学系１０の集光レンズ１１に出射する。ここで、広帯域の光とは、例えば、中心波長が８００ｎｍで、半値全幅が２００ｎｍの光であり、コヒーレント長が短い。広帯域光源（光源）５としては、例えば、スーパールミネッセンスダイオード等が用いられる。

集光レンズ１１は、広帯域光源５から出射された光を所定の光の幅に集光し、集光した光をビームスプリッター１２に導く。

ビームスプリッター１２は、出射された光を被観察物に照射する照明光と参照ミラー１３に照射する参照光とに分離する分岐手段としての機能と、照明光を観察被観察物に照射したことで得られる、前記被観察物からの光を反射された参照光と合成させることにより干渉光を生成する光合成手段としての機能とを有する。
光分離部としての機能として、ビームスプリッター１２は、コリメートされた光を参照光と照明光に分割し、それぞれ参照ミラー１３とガルバノミラー１５に導く。すなわち、ビームスプリッター１２は、広帯域光源５から出射された光を被観察物に照射する照明光と参照光とに分離する。
参照ミラー１３は、ビームスプリッター１２から入射された参照光を反射し、反射した参照光をビームスプリッター１２に返すよう導く。

ガルバノミラー１５は、第１の対物レンズ１６＿１または第２の対物レンズ１６＿２のうち撮影に使用される対物レンズの射出瞳位置に位置している。ガルバノミラー１５は、ビームスプリッター１２により導かれた照明光を反射し、対物レンズユニット１６へ導く。
ミラー制御部３７は、照明光を生体試料の深さ方向に垂直な方向である水平方向に走査するために、ガルバノミラー１５の向きを制御する。
ガルバノミラー１５は、ミラー制御部３７の制御により、その向きを変更する。これにより、ガルバノミラー１５は、水平方向（ｘｙ平面）に照明光をスキャンすることができる。また、ガルバノミラー１５は生体試料から反射（散乱も含む）された照明光をデスキャンし、デスキャンすることにより得られた光をビームスプリッター１２へ導く。

対物レンズユニット１６は、第１の対物レンズ１６＿１と、第２の対物レンズ１６＿２と、リボルバー１６＿３とを備える。第２の対物レンズ１６＿２のＮＡは、第１の対物レンズ１６＿１よりも大きい。また、簡単のため第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２との倍率は同じとする。
なお、本実施形態では、第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２との倍率を同じにしたが、これに限らず異なっていても良い。

対物レンズ切替部３８は、リボルバー駆動部４５に、対物レンズを第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２とのうちいずれの対物レンズに切り替えるか指示する切替信号を出力する。リボルバー駆動部４５は、対物レンズ切替部３８から出力された切替信号に基づき、リボルバー１６＿３を駆動するリボルバー駆動信号をリボルバー１６＿３に供給する。
リボルバー１６＿３は、リボルバー駆動部４５から供給されたリボルバー駆動信号に基づいてリボルバー１６＿３自身を回転させて、第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２との間で、対物レンズを切り替える。

第１の対物レンズ１６＿１または第２の対物レンズ１６＿２は、ステージ１８上の生体試料１７に照明光を集光させる。また、第１の対物レンズ１６＿１または第２の対物レンズ１６＿２には、生体試料１７によって反射（散乱も含む）された照明光（以下、信号光と称する）が入射する。この入射した信号光を、ガルバノミラー１５を経由して、ビームスプリッター１２へ戻すよう導く。

光合成部としての機能として、ビームスプリッター１２は、ガルバノミラー１５を経由して戻ってきた信号光と、参照ミラー１３により反射された参照光とを合成する。ビームスプリッター１２はその合成により得られた干渉光を、ミラー１９を経由して分光器２１へ導く。

分光器２１は、ミラー１９により反射されて入射された干渉光をスペクトル分解し、スペクトル分解された干渉光を、光検出器２２に供給する。
光検出器２２は、そのスペクトル分解された干渉光を検出し、検出した干渉光の輝度を示す信号をＡ／Ｄ変換部３１に供給する。光検出器２２は、例えば、ＣＣＤイメージセンサである。

Ａ／Ｄ変換部３１は、光検出器２２から供給された干渉光の輝度を示す信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を画像生成部３２に供給する。
画像生成部３２は、Ａ／Ｄ変換部３１から供給されたデジタル信号を逆フーリエ変換し、生体試料１７を含むｘｙ平面内の集光点であってｚ方向に焦点深度分の深さがある断層像の情報を得る。ミラー制御部３７によりガルバノミラー１５によって信号光が生体試料上で走査することにより、画像生成部３２は３次元の断層画像（ＯＣＴ画像）を取得する。すなわち、画像生成部３２は、光検出器２２により検出された光に基づいて、被観察物の断層を示す３次元画像を取得する。そして、画像生成部３２は、ＯＣＴ画像のデータを記憶部３３に記憶する。

制御部３０は、被観察物である生体試料に第１の対物レンズ１６＿１により集光された第１の照明光を照射して、画像生成部３２に被観察物の断層を示す第１の断層画像を取得させる。また、制御部３０は、被観察物に第２の対物レンズ１６＿２により集光された第２の照明光を照射して、画像生成部３２に被観察物の断層を示す第２の断層画像を取得させる。
ここで、一般に、焦点深度はＮＡの２乗に反比例するので、対物レンズはＮＡが大きいほど観察範囲が狭い。これにより、画像生成部３２は、第１の断層画像と、深さ方向の観察範囲が第１の断層画像より狭い第２の断層画像とを取得することができる。

画像生成部３２は、第１の断層画像のデータと第２の断層画像のデータとを記憶部３３に記憶させる。また、制御部３０は、記憶部３３から第１の断層画像のデータを読み出し、第１の断層画像のデータを表示部４７に表示させる。

入力部４１は、ＯＣＴ画像を低精細で取得するか高精細で取得するかを指示する精細度ｓを指示する情報の入力を受け付ける。入力部４１は、受け付けた精細度ｓを示す情報を距離間隔変更部４２に出力する。

距離間隔変更部４２は、精細度ｓを示す情報（例えば、高精細モードを示す情報、低精細モードを示す情報）に基づいて、被観察物である生体試料と干渉光学系１０との相対位置である光学相対位置を変更する際の距離間隔を変更する。また、距離間隔変更部４２は、高精細モード時には、低精細モード時よりも、第２の断層画像同士が重なる領域を広くとるように前記距離間隔を狭める。焦点深度内であっても照明光の焦点位置に近いほど横分解能の高い画像を得られるので、高精細モード時には、低精細モード時よりも高精細な断層画像を得ることができる。

具体的には、例えば、精細度ｓを示す情報が低精細モードを示す情報の場合、距離間隔変更部４２は、第２の断層画像を取得する毎にステージを動かす距離間隔を、照明光の焦点深度にする。一方、例えば、精細度ｓを示す情報が高精細モードを示す情報の場合、距離間隔変更部４２は、距離間隔を照明光の焦点深度の半分に変更する。また、観察範囲をｚ方向に移動する距離は任意に変更してもよい。

上記の処理を、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、低精細モード時と、高精細モード時とにおいて、第２の断層画像を取得する毎にステージが動かされる距離が示された図である。図３Ａには、低精細モード時において、ある第２の断層画像が取得されたときの深さ方向（ｚ方向）の焦点深度を示す照明光の強度分布５１と、次の第２の断層画像を取得するために、ステージが動かされた後の深さ方向（ｚ方向）の焦点深度を示す照明光の強度分布５２とが示されている。取得される画像の解像度は、焦点深度を示す照明光の強度分布５１（又は強度分布５２）のピークにおいて最も良くなり、ピークから離れるほど悪くなる。
一回の照明で観察可能なｚ方向の範囲を、焦点深度を示す強度分布５１または強度分布５２とする。その場合、第２の断層画像の取得をする毎に焦点深度だけステージが動かされ、図中の焦点深度を示す強度分布５１と強度分布５２とがｚ方向で重なる範囲が第２の断層画像同士の重なる領域となる。

図３Ｂには、高精細モード時において、ある第２の断層画像が取得されたときの深さ方向（ｚ方向）の焦点深度を示す照明光の強度分布５３と、次の第２の断層画像を取得するために、ステージが動かされた後の深さ方向（ｚ方向）の焦点深度を示す照明光の強度分布５４とが示されている。
この場合において、深さ方向に観察範囲が重なる距離は、焦点深度の半値である。第２の断層画像を取得する毎にこの焦点深度の半値だけステージが動かされる。

図１に戻って、距離間隔変更部４２は、変更した光学相対位置を変更する際の距離間隔を示す情報をステージ制御部４３に出力する。
ステージ制御部４３は、距離間隔変更部４２から供給された距離間隔だけステージを動かすよう指令する制御信号をステージ駆動部４４に供給する。

ステージ駆動部４４は、ステージ制御部４３から入力された制御信号に基づいて、ステージ１８の位置を変更する。
なお、本実施形態では、ステージ１８を対物レンズユニット１６に対して動かしたが、これに限らず、対物レンズユニット１６を干渉光学系１０に対して相対的な位置関係を保ったまま動かしてもよい。
すなわち、光学相対位置変更部（一例としては、ステージ駆動部４４）は、被観察物である生体試料と干渉光学系１０との相対位置を変更すればよい。

対物レンズ切替部３８は、リボルバー駆動部４５に対物レンズの切替を指示する切替信号を出力し、照明光を集光する対物レンズを第１の対物レンズ１６＿１から第２の対物レンズ１６＿２に変更させる。
第２の対物レンズ１６＿２に変更された後に、制御部３０は、ステージ制御部４３の制御によりステージ１８の位置が変更される毎に、画像生成部３２が第２の断層画像を取得するよう制御する。すなわち制御部３０は、被観察物と干渉光学系との光学相対位置が変更される毎に、画像生成部３２が第２の断層画像を取得するよう制御する。

相関算出部３４は、記憶部３３から第１の断層画像のデータと第２の断層画像のデータを読み出し、第１の断層画像に対する第２の断層画像の相対位置を移動する毎に、第１の断層画像と第２の断層画像が重なった領域における相関を算出する。

具体的には、例えば、相関算出部３４は、以下の式（１）に従って、第１の断層画像と第２の断層画像が重なった領域における相関係数Ｒを算出する。

ここで、ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ撮影された断層画像におけるｘ座標、ｙ座標、ｚ座標である。I（ｉ，ｊ，ｋ）は前記重なった領域における第２の断層画像（観察範囲が狭いＯＣＴ画像）の輝度値であり、Ｔ（ｉ，ｊ，ｋ）は前記重なった領域における第１の断層画像（観察範囲が広いＯＣＴ画像）の輝度値である。ここで、以下の式（２）の表記において、記号「Ｉ」の上に記号「−」が付けられたものをＩ（バー）と略して説明する。Ｉ（バー）は、前記重なった領域における第２の断層画像の輝度値I（ｉ，ｊ，ｋ）の平均値であり、以下の式（２）で表される。

また、Ｔ（バー）についてもＩ（バー）と同様に略して説明することとし、Ｔ（バー）は、前記重なった領域における第１の断層画像の輝度値Ｔ（ｉ，ｊ，ｋ）の平均値であり、以下の式（３）で表される。

相関算出部３４は、算出した各相対位置における相関係数Ｒを示す情報を相対位置算出部３５に出力する。この場合は、Ｒが１に近いほどＩとＴの相関が高いことになる。これにより、相関算出部３４は、第２の断層画像が第１の断層画像と最も似ている位置を決定することができる。

なお、本実施形態では、制御部３０は、輝度値と相関係数Ｒを算出した。しかし、これに限らず、他の測定値や細胞の形状の相関を算出して、第２の断層画像の位置を決定してもよい。すなわち、第１の断層画像内の細胞オブジェクトと第２の断層画像内の細胞オブジェクトとが重なりあるように第２の断層画像の位置を決定してもよい。
また、制御部３０は、相関係数Ｒに限らず、テンプレートマッチングを用いてマッピングしてもよい。

相対位置算出部３５は、相関算出部３４により算出された相関に基づいて、第１の断層画像に対する第２の断層画像の相対位置を決定する。具体的には、例えば、相対位置算出部３５は、相関算出部３４から入力された各相対位置における相関係数Ｒのうち、ｘ、ｙはほぼ同じ範囲で最も相関係数Ｒが高くなる相対的な深さ方向の位置と相対的な水平方向の位置を抽出し、抽出した相対的な深さ方向の位置と相対的な水平方向の位置を第２の断層画像の相対位置にする。相対位置算出部３５は、第２の断層画像の相対位置を示す情報を各第２の断層画像の輝度値を示す情報とともに画素値算出部３６に出力する。

なお、相対位置算出部３５は、温度などの環境因子で、それぞれ第２の断層画像（高解像度画像）の画素位置をチルトまたは回転させて、第１の断層画像における第２の断層画像の相対位置を決定してもよい。ドリフトが起こったときに、ステージが傾いたり、ステージが回転したりした場合に好適である。
なお、制御部３０は、オートフォーカス（ＡＦ）を掛けて、温度によるステージのドリフト（温度ドリフト）をセンサにより検出し、温度ドリフトの値を用いて、第１の断層画像における第２の断層画像の相対位置を決定してもよい。

第２の断層画像同士が重なっている画像領域については、画素値算出部３６は、２つの第２の断層画像が重なる領域にある各対象位置において、前記対象位置と、それぞれの断層画像における基準点（例えば、断層画像における中心点）との最短位置間隔をそれぞれ算出する。そして、画素値算出部３６は、前記対象位置における前記２つの第２の断層画像が得られた際の測定値に対して、それぞれ算出した最短位置間隔が小さいほど重みが大きくなるような重みを掛けることにより、前記対象位置における合成測定値を算出する。

上記処理について、図４の例を用いて説明する。図４は、重なっている２つの断層画像のｘｚ断面の一例が示された図である。同図において、第２の断層画像の一断面６１と、第２の断層画像の一断面６１ｂとが重なっており、重なり領域６３が示されている。

また、第２の断層画像の一断面６１における深さ方向（ｚ方向）の第１の中心点６２と、第２の断層画像の一断面６１ｂにおける深さ方向（ｚ方向）の第２の中心点６２ｂとが示されている。
対象位置６４から第１の中心点６２までの位置間隔はＤａであり、対象位置６４から第２の中心点６２ｂまでの位置間隔はＤｂである。

第２の断層画像の一断面６１における対象位置６４の輝度値Ｙａとし、第２の断層画像の一断面６１ｂにおける対象位置６４の輝度値Ｙｂとすると、例えば、画素値算出部３６は、以下の式（４）に従って、対象位置の輝度値Ｙを合成測定値として算出する。

Ｙ＝（Ｙａ×Ｄｂ＋Ｙｂ×Ｄａ）／（Ｄａ＋Ｄｂ） （４）

画素値算出部３６は、算出した第２の断層画像が互いに重なる領域にある各対象位置の合成測定値を示す情報を合成部４６に出力する。

合成部４６は、検出部４０により検出された相対位置に基づいて、第１の断層画像と第２の合成画像とを合成する。より詳細には、合成部４６は、検出部４０により検出された相対位置と、画素値算出部３６により算出された合成測定値に基づいて、前記第１の断層画像と前記第２の断層画像とを合成する。

具体的には、例えば、合成部４６は、第２の断層画像同士が重なっていない画像領域については、各画素値をそのままその位置における画素値とする。一方、合成部４６は、第２の断層画像同士が重なっている画像領域については、画素値算出部３６により供給された合成測定値をその位置における画素値とする。これにより、合成部４６は、第１の断層画像と第２の断層画像とを合成した合成断層画像を生成する。合成部４６は、生成した合成断層画像の記憶部３３に記憶させる。また、制御部３０は、合成部４６により合成された合成断層画像のデータを表示部４７に表示させる。これは、集光点の中心により近い測定値を断層画像に反映させる一例である。

図５は、第１の実施形態における光干渉断層観察装置１の処理の流れを示したフローチャートである。まず、制御部３０は、ＮＡの小さい第１の対物レンズ１６＿１で第１の断層画像を取得するよう制御する（ステップＳ１０１）。次に、制御部３０の対物レンズ切替部３８は、ＮＡの大きい第２の対物レンズ１６＿２に切り替えるよう制御する（ステップＳ１０２）。

次に、制御部３０のステージ制御部４３は、第１の断層画像の最も浅い位置（任意の位置でも良い）を撮像できる位置にステージを移動するよう制御する（ステップＳ１０３）。次に、制御部３０は、第２の断層画像を取得するよう制御する（ステップＳ１０４）。
次に、ステージの移動距離の合計が第１の断層画像の観察範囲に等しいか否か判定する（ステップＳ１０５）。つまり、第２の断層画像が第１の断層画像の全てのｚ方向の画像を取得したかどうかを判断する。

第１の断層画像に含まれる全ての深さで断層画像を取得していない場合（ステップＳ１０５ ＮＯ）、制御部３０は、高精細モードか否か判定する（ステップＳ１０６）。高精細モードの場合（ステップＳ１０６ ＹＥＳ）、ステージ制御部４３は、ステージを焦点深度だけ第２の対物レンズ１６＿２に近づけるよう制御し（ステップＳ１０７）、次の第２の断層画像を得る（ステップＳ１０４の処理に戻る）。一方、高精細モードでない場合（ステップＳ１０６ ＮＯ）、ステージ制御部４３は、ステージを焦点深度の半分だけ第２の対物レンズ１６＿２に近づけるよう制御し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０４の処理に戻る。

ステップＳ１０５において、第１の断層画像に含まれる全ての深さで断層画像を取得した場合（ステップＳ１０５ ＹＥＳ）、相対位置算出部３５は、後述する図６に示す処理の流れで、第１の断層画像における第２の断層画像の位置を算出する（ステップＳ１０９）。次に、画素値算出部３６は、第２の断層画像同士が重なる領域の画素値を算出する（ステップＳ１１０）。次に、合成部４６は、第１の断層画像と第２の断層画像とを合成する（ステップＳ１１１）。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

図６は、図５のステップＳ１０９における制御部３０の処理の流れを示したフローチャートである。まず、相関算出部３４は、第１の断層画像における最も浅い位置の画素を含む第２の断層画像に相当する容量の画像領域と、第２の断層画像との相関係数Ｒを算出する（ステップＳ２０１）。次に、相関算出部３４は、第１の断層画像に対する第２の断層画像の中心座標を深さ方向に１画素ずらす（ステップＳ２０２）。

次に、相関算出部３４は、第２の断層画像の位置に相当する第１の断層画像であって、第２の断層画像に相当する容量の画像領域と、第２の断層画像との相関係数Ｒを算出する（ステップＳ２０３）。次に、相関算出部３４は、第２の断層画像が照合しうる第１の断層画像の全ての深さにおいて相関係数Ｒを算出したか否か判定する（ステップＳ２０４）。

第２の断層画像が照合しうる第１の断層画像の全ての深さにおいて相関係数Ｒを算出していない場合（ステップＳ２０４ ＮＯ）、相関算出部３４は、ステップＳ２０２の処理に戻る。一方、第２の断層画像が照合しうる第１の断層画像の全ての深さにおいて相関係数Ｒを算出した場合（ステップＳ２０４ ＹＥＳ）、相対位置算出部３５は、相関が最も高い中心座標を抽出し、第１の断層画像内の第２の断層画像の位置として、第２の断層画像の中心座標をその抽出した中心座標にする（ステップＳ２０５）。

次に、相対位置算出部３５は、すべての第２の断層画像を第１の断層画像内のどの位置に割り当てるか決定したか否か判定する（ステップＳ２０６）。すべての第２の断層画像を第１の断層画像内のどの位置に割り当てるか決定していない場合（ステップＳ２０６ ＮＯ）、制御部３０は、次の第２の断層画像を選択して（ステップＳ２０７）ステップＳ２０１の処理に戻る。一方、すべての第２の断層画像を第１の断層画像内のどの位置に割り当てるか決定した場合（ステップＳ２０６ ＹＥＳ）、相対位置算出部３５は、その処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上、制御部３０は、第１の対物レンズ１６＿１を用いて第１の断層画像を取得する。
そして、制御部３０は、第１の対物レンズ１６＿１よりも高ＮＡの第２の対物レンズ１６＿２を用いて、第２の断層画像同士の一部が重なるように第２の断層画像を取得する。そして、制御部３０は、第２の断層画像取得後に、第２の断層画像と第１の断層画像との間で相関係数Ｒを算出し、相関係数Ｒに基づいて、第２の断層画像を第１の断層画像内のどの位置に割り当てるか決定する。

これにより、制御部３０は、ステージもしくは光学系を正確に移動させることができない場合でも、横分解能が高く深さ方向の観察範囲が狭い第２の断層画像を繋ぎ合わせることにより、深さ方向の観察範囲が広く、かつ高精細な断層画像を取得することができる。
更に、照明光の焦点位置に近いほど横分解能が高い画像が得られるので、高精細モード時には、制御部３０は、第２の断層画像同士が重なる領域を広く取ることで、更に高精細な断層画像を得ることができる。

なお、本実施形態では、制御部３０は、第２の断層画像を取得する毎のステージ１８の移動距離を第２の対物レンズ１６＿２の焦点深度以下にして、第２の断層画像同士の重なりを生じさせた。しかし、これに限らず、ステージ１８の移動距離を焦点深度に相当する距離にしてもよい。この場合、焦点位置から外れた位置では焦点深度内とはいえ焦点位置よりも画質(鮮明度など)が若干悪くなる。しかし、第２の断層画像の取得枚数は少なくてすむので、測定時間が短くすることができる。

＜第２の実施形態＞
続いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態の光干渉断層観察装置１は、低ＮＡの第１の対物レンズで観察範囲の広い第１の断層画像を取得し、高ＮＡの第２の対物レンズで観察範囲の狭い第２の断層画像を取得した。そして、光干渉断層観察装置１は、第２の断層画像を第１の断層画像内のどの位置に割り当てるか決定し、第２の断層画像を繋ぎ合わせて、深さ方向の観察範囲が広くかつ高精細な断層画像を取得した。

第２の実施形態における光干渉断層観察装置１ｂは、照明光を絞る絞り部１４（光制御手段、切替部、選択部）を備え、絞り部１４は、第１の断層画像が取得される際の照明光の光束径を、第２の断層画像が取得される際の照明光の光束径よりも絞る。このように、第１の照明光の光束は、第２の照明光の光束よりも絞られていればよい。

これにより、光干渉断層観察装置１ｂは対物レンズを変更しなくても、絞りを開けることにより、第１の断層画像よりも、横分解能が高くかつ深さ方向の観察範囲が狭い第２の断層画像を取得することができるので、第２の断層画像を繋いで深さ方向の観察範囲が広くかつ高精細な断層画像を取得することができる。

図７は、第２の実施形態における光干渉断層観察装置１ｂのブロック構成図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。
図７の光干渉断層観察装置１ｂの構成は、図１の光干渉断層観察装置１の構成に対して、干渉光学系１０が干渉光学系１０ｂに変更されて、干渉光学系１０ｂに絞り部１４が追加され、制御部３０が制御部３０ｂに変更されて、制御部３０ｂに絞り制御部３９（光制御手段、切替部、選択部）が追加されたものになっている。

絞り部１４は、ビームスプリッター１２とガルバノミラー１５との間に位置する。絞り部１４は、絞り制御部３９の制御によりビームスプリッター１２から導かれた照明光を絞り、絞られた照明光をガルバノミラー１５に導く。ガルバノミラー１５は、絞られた照明光を第１の対物レンズ１６＿１に導き、第１の対物レンズ１６＿１は、絞られた照明光を被観察物である生体試料に集光させる。
絞り部１４の位置は、対物レンズの瞳出瞳位置すなわちガルバノミラー１５の位置に近いほうが好ましい。なお、本実施形態では、絞り部１４は、ビームスプリッター１２とガルバノミラー１５との間に位置したが、これに限らず、ガルバノミラー１５と被観察物である生体試料１７との間に位置してもよい。

制御部３０ｂは、深さ方向の観察範囲が狭い第１の断層画像を取得する際に、絞り制御部３９に絞りを所定の絞りにするよう制御させる。また、制御部３０ｂは、深さ方向の観察範囲が広い第２の断層画像を取得する際に、絞り制御部３９に絞りを第１の断層画像を取得した際よりも開けるよう制御させる。

図８は、第２の実施形態における光干渉断層観察装置１ｂの処理の流れを示したフローチャートである。まず、制御部３０ｂは、所定の絞りで第１の断層画像を取得する（ステップＳ３０１）。絞り制御部３９ｂは、絞り部１４の絞りを第１の断層画像が取得された所定の絞りより開けるように制御する（ステップＳ３０２）。
ステップＳ３０３からステップＳ３１１までの処理は、図５のステップＳ１０３からステップＳ１１１までの処理と同一であるので、その説明を省略する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上、第２の実施形態における光干渉断層観察装置１ｂは、対物レンズを変更しなくても、第１の断層画像を取得する場合よりも絞りを開けることにより、第１の断層画像よりも、横分解能が高く深さ方向の観察範囲が狭い第２の断層画像を取得することができるので、第２の断層画像を繋いで高解像度の断層画像を取得することができる。

なお、全ての実施形態において、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像を所定のフレーム間隔で取得し、フレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えた場合、第２の断層画像を取得するよう制御してもよい。
また、全ての実施形態において、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像を所定のフレーム間隔で取得し、フレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えた場合、前記輝度分布の変化が所定の範囲を超えた画像領域に対して前記第２の断層画像を取得するよう制御してもよい。

上記処理を、図９を用いて説明する。図９は、第１の断層画像を所定のフレーム間隔で取得し、フレーム間の輝度分布の変化が所定の閾値を超えた場合、前記輝度分布の変化が所定の閾値を超えた画像領域に対して第２の断層画像を取得する例を示した図である。同図において、縦軸は深さ方向の観察範囲、横軸は時刻である。同図において、第１の断層画像の観察範囲７１と、フレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えた範囲７２と、４つの第２の断層画像の観察範囲７３とが示されている。

制御部（３０、３０ｂ）は、現在の時刻の断層画像とその直前の時刻の断層画像の各輝度値を比較し、フレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えたか否か判定する。
図９では、例えば、時刻ｔ１と時刻ｔ２ではフレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えていないので、制御部（３０、３０ｂ）は、深さ方向の観察範囲が狭い第１の断層画像のみ取得する。

一方、時刻ｔ３では、例えば、フレーム間の輝度分布の変化が所定の範囲を超えたので、制御部（３０、３０ｂ）は、前記輝度分布の変化が所定の範囲を超えた範囲７２において、ステージ１８を移動させる毎に第２の断層画像を４つ取得するよう制御する。

なお、全ての実施形態における光干渉断層観察装置（１、１ｂ）では、フーリエドメイン方式の光干渉断層観察装置を用いて説明した。しかし、これに限らず、タイムドメイン方式の光干渉断層観察装置でも同じ手法が適用できる。
また、全ての実施形態において、光干渉断層観察装置（１、１ｂ）は、相関係数Ｒが最も高い箇所が複数存在する場合は、参照用の第１の断層画像（ＯＣＴ画像）におけるマッチング範囲を、第１の断層画像のうちの所定の範囲に絞ることにより、マッチング位置を抽出してもよい。
全ての実施形態において、撮影対象として生体試料を用いたが、これに限らず、撮影対象となる被観察物は透明な散乱体であればよい。

なお、全ての実施形態において、制御部（３０、３０ｂ）は、ガルバノミラー１５を動かして、被観察物のある深さにおける第２の断層画像を取得し、その後にステージ１８を深さ方向に移動させる毎に、第２の断層画像を取得することを繰り返したが、これに限ったものではない。

また、全ての実施形態において、制御部（３０、３０ｂ）は、ガルバノミラー１５を動かさずに、ある２次元上の１点で第２の断層画像を取得し、その後にステージ１８を深さ方向に移動させる毎に、第２の断層画像を取得することを繰り返して、ある２次元上の１点における第２の断層画像を複数枚取得してもよい。その場合、制御部（３０、３０ｂ）は、ある２次元上の１点における第２の断層画像を全て取得し終わった後に、ガルバノミラー１５を動かして、他の２次元上の点の断層画像についても同様に取得するようにしてもよい。
また、全ての実施形態において、第２の断層画像を取得する毎に第１の断層画像との相関を求め、相対位置を決定しても良い。

なお、本発明の実施形態の光干渉断層観察装置（１、１ｂ）は、第１の対物レンズを用いて所定の時間間隔で第１の断層画像を２枚取得し、取得した２枚の断層画像に基づき、２枚の断層画像で変化のない静止領域を抽出し、抽出した静止領域についてのみ相関をとってもよい。これにより、制御部（３０、３０ｂ）は、計算処理量を少なくでき、第２の断層画像を繋げた高解像度断層画像を取得する時間を短縮することができる。

なお、本発明の実施形態の光干渉断層観察装置（１、１ｂ）は、蛍光色素で染色された細胞の染色画像を第１の対物レンズを用いて取得し、染色画像から蛍光色素で染色された細胞の画像領域を抽出し、抽出された細胞の画像領域についてのみ、第２の対物レンズ（高ＮＡの対物レンズ）で第２の断層画像を取得するようにしてもよい。これにより、制御部（３０、３０ｂ）は、計算処理量を少なくでき、第２の断層画像を繋げた高解像度断層画像を取得する時間を短縮することができる。

なお、全ての実施形態における相関算出部３４は、第１の断層画像における全ての画像領域で、第１の断層画像の画像領域であって第２の断層画像に相当する容量の画像領域と、第２の断層画像との相関係数Ｒを算出したが、これに限ったものではない。
相関算出部３４は、第１の断層画像から第１の代表領域を抽出し、前記第１の代表領域の画素の輝度値と第２の断層画像の輝度値との相関を取ってもよい。

これにより、相関算出部３４は、相関をとる回数を減らすことができるので、計算処理量を少なくでき、第２の断層画像を繋げた高解像度断層画像を取得する時間を短縮することができる。

また、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像から第１の断層画像の輝度分布に応じた特徴的な領域を抽出し、抽出された特徴的な領域に対してのみ第２の断層画像を取得するよう制御してもよい。
具体的には、例えば、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像から所定の画素間隔毎に輝度変化を算出し、算出された輝度変化が所定の閾値を越える画像領域を抽出し、抽出された画像領域に対して第２の断層画像を取得するよう制御するようにしてもよい。
また、第１の断層画像は所定の時間間隔で生成されており、制御部（３０、３０ｂ）は、複数の第１の断層画像から測定値が略一定の特定領域を抽出し、検出部４０に、特定領域のみを相関を算出する対象とさせてもよい。

また、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像の輝度値が所定の閾値を超える画像領域を抽出し、抽出された画像領域に対して第２の断層画像を取得するよう制御するようにしてもよい。
また、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像からエッジを抽出し、抽出されたエッジで囲まれた画像領域に対して第２の断層画像を取得するよう制御するようにしてもよい。

これにより、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像の輝度分布に応じた特徴的な領域を抽出し、抽出された特徴的な領域に対してのみ第２の断層画像を取得するので、撮像したい被写体（例えば、細胞）が存在する画像領域についてのみ、高解像度の第２の断層画像を取得することができる。また、制御部（３０、３０ｂ）は、計算処理量を少なくでき、第２の断層画像を繋げた高解像度断層画像を取得する時間を短縮することができる。

また、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の断層画像を所定の時間間隔（フレーム間隔）で取得し、所定の時刻に第２の断層画像を取得するよう制御してもよい。
これにより、予め何かしらの変化が所定の時刻に起こることが分かっている場合に、制御部（３０、３０ｂ）は、所定の時刻においてのみ解像度のより高い第２の断層画像を取得するので、全ての時刻で第２の断層画像を取得するよりも計算処理量を少なくできる。
また、制御部（３０、３０ｂ）は、高解像度を必要としない時刻には、第２の断層画像を取得しないので、全ての時刻で第２の断層画像を取得するよりも、記憶部３３に記憶される第２の断層画像データの量を少なくすることができる。

また、第２の断層画像が得られた第２の照明光の束は、第１の断層画像が得られた第１の照明光の束と同じ束である場合を想定する。すなわち、第１の断層画像と第２の断層画像との深さ方向の観察範囲は同じである。ここで、第２の照明光は、前記第１の照明光とは略同一の領域（温度ドリフト等により完全に同一の領域に照射することはできないが、ほぼ同一の領域）に照射される光束である。
その場合に、距離間隔変更部４２は、第１の断層画像と第２の断層画像とが重なるように、光学相対位置を変更する際の距離間隔を変更する。そして、制御部（３０、３０ｂ）は、制御部（３０、３０ｂ）の相関算出部３４は、第１の断層画像と第２の断層画像とが重なる領域で相関をとり、制御部（３０、３０ｂ）はその相関に基づき第１の断層画像と第２の断層画像とを繋げてもよい。

また、全ての実施形態において、光分離部と光合成部とを一体的に構成する例としてビームスプリッター１２を説明した。しかし、これに限らず、例えば、偏光素子を用いて、光分離部と光合成部とを分離的に構成してもよい。
また、全ての実施形態において、反射型の光干渉断層観察装置について説明したが、本発明を透過型の光干渉断層観察装置にも適用しても良い。

＜変形例＞
全ての実施形態において、光干渉断層観察装置（１、１ｂ）の光制御手段は、複数の開口数の照明光を形成するようにした。しかし、これに限らず、変形例として光制御手段は、複数の開口数の干渉光を形成してもよい。その場合、光干渉断層観察装置（１、１ｂ）の干渉光学系（１０、１０ｂ）は、ビームスプリッター１２と光検出器２２の間に集光レンズを設け、集光レンズと光検出器２２の間に小開口部を設けられている。

集光レンズ（光制御手段、切替部、選択部）は、ビームスプリッター１２により合成された干渉光を光検出器２２に集光する。
小開口部（光制御手段、切替部、選択部）は、前記第１の対物レンズまたは前記第２の対物レンズの集光点と共役な位置に径可変の開口を有する。小開口部は、集光レンズにより集光された干渉光の内、開口の大きさの光だけを光検出器２２に導く。

これにより、集光レンズと小開口部を更に設置した干渉光学系（１０、１０ｂ）は、共焦点効果も利用したＯｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＯＣＭ）に近くなる。
上述した実施形態における光干渉断層観察装置（１、１ｂ）は、集光レンズのＮＡを小さくし、小開口部を大きくした状態に相当する（この状態では、ｚ方向の観察範囲が広く、低横分解能である）。

一方、変形例における光干渉断層観察装置において、干渉光学系（１０，１０ｂ）は、照明光で被観察物を照明する照明光学系としての機能と、前記照明光を照明したことで得られる被観察物からの光を観察して結像する観察光学系としての機能を有する。照明光学系は、ｚ方向の観察範囲が広くかつ低横分解能である。

制御部（３０、３０ｂ）は、光制御手段としての機能として、小開口部の開口の大きさを制御することにより、観察光学系を切り替える。具体的には、光制御手段は、小開口部の開口の大きさを所定の大きさよりも小さくすることにより、ｚ方向の観察範囲が広くかつ低横分解能の観察光学系から、ｚ方向の観察範囲が狭くかつ高横分解能の観察光学系に切り替える。

これにより、変形例における光干渉断層観察装置は、ｚ方向の観察範囲が広くかつ低横分解能の第１の断層画像と、ｚ方向の観察範囲が狭くかつ高横分解能の第２の断層画像を得ることができる。
なお、通常のＯＣＭでは、照明系の開口と検出系の開口を別々にしないで共通にしているが、この通常のＯＣＭの系に対しても本変形例を適用可能である。

また、変形例の光干渉断層観察装置において、照明光学系と観察光学系とを共通の光学系で構成する場合、集光レンズを設けず、光制御手段は、照明光と干渉光の開口数を変更する。
具体的には、制御部３０の対物レンズ切替部３８は、第１の対物レンズ１６＿１と第２の対物レンズ１６＿２とを切り替えるか、あるいは、制御部の３０ｂの絞り制御部３９は、絞りを切り替えることにより、照明光と干渉光の開口数を共に変更する。ここで、開口数とは、光学系の集光点に対して光学系が形成する光束の有効口径がなす角度である。

ｚ方向の観察範囲が広くかつ低横分解能で断層画像を取得する場合には、制御部（３０、３０ｂ）は、照明光の開口数を小さくし、小開口部の開口を大きくする。
一方、ｚ方向の観察範囲が狭くかつ高横分解能で断層画像を取得する場合には、制御部（３０、３０ｂ）は、照明光の開口数を大きくし、小開口部の開口を小さくする。

また、変形例の光干渉断層観察装置において、照明光学系と観察光学系とを独立の光学系で構成する場合、変形例の光干渉断層観察装置は、干渉光を光検出器２２に集光する第１の集光レンズと、第１の集光レンズの開口数よりも大きい開口数を有し、干渉光を光検出器２２に集光する第２の集光レンズとを備える。また、光制御手段は、照明系の対物レンズのＮＡを小さくし、照明光の開口数を変更する。

ｚ方向の観察範囲が広く＆低横分解能で断層画像を取得する場合には、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の集光レンズと第１の集光レンズの開口数よりも大きい開口数を有する第２の集光レンズとを切り替えることにより、観察光学系における干渉光の開口数を小さくし、かつ小開口部の開口を大きくする。
一方、ｚ方向の観察範囲が狭くかつ高横分解能で断層画像を取得する場合には、制御部（３０、３０ｂ）は、第１の集光レンズと第２の集光レンズとを切り替えることにより、観察光学系における干渉光の開口数を大きくし、かつ小開口部の開口を小さくする。

ただし、上記の変形例の光干渉断層観察装置において、ｚ方向の観察範囲が広くかつ低横分解能で断層画像を取得する場合には、照明光学系における照明光の開口数または観察光学系における干渉光の開口数を小さくした状態で、分光器の開口数を満たすのが望ましい。
上記事柄をまとめると、照明光学系または観察光学系の少なくとも一方は、照明光または被観察物からの光の光束径を絞る絞り手段を備えているといえる。

また、本実施形態の制御部（３０、３０ｂ）の各処理を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、前記記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部（３０、３０ｂ）に係る上述した種々の処理を行ってもよい。

なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１ｂ 光干渉断層観察装置
５ 広帯域光源（光源）
１０、１０ｂ 干渉光学系
１２ ビームスプリッター
１３ 参照ミラー
１５ ガルバノミラー
１６＿１ 第１の対物レンズ
１６＿２ 第２の対物レンズ
２１ 分光器
２２ 光検出器（光検出部）
３０、３０ｂ 制御部
３２ 画像生成部
３３ 記憶部
３４ 相関算出部
３５ 相対位置算出部
３６ 画素値算出部
３９ 絞り制御部
４０ 検出部
４２ 距離間隔変更部
４６ 合成部

Claims (15)

1. 入射した光を参照光と照明光とに分岐する分岐部材と、前記照明光を照明したことで得られる被観察物からの測定光と前記参照光とを干渉させる光合成部材と、を有し、
   前記照明光で前記被観察物を照明する照明光学系と、前記測定光を観察するための観察光学系と、の機能を有する干渉光学系と、
   前記光合成部材による干渉により得られた干渉光を検出する光検出部と、
   を備える光干渉断層観察装置であって、
   前記照明光学系および前記観察光学系の少なくともどちらか一方の光学系において複数の開口数を変更する光制御部を備え、
   前記光制御部が第１の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第１の干渉光に基づいて前記被観察物の第１の断層画像を生成し、前記光制御部が前記第１の開口数と異なる第２の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第２の干渉光に基づいて前記被観察物の第２の断層画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部で生成された前記第１の断層画像に対する前記画像生成部で生成された前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する検出部と、
   を備えることを特徴とする光干渉断層観察装置。
2. 前記光制御部として、絞りを備えることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層観察装置。
3. 前記照明光を前記被観察物に集光する第１の対物レンズと、
   前記第１の対物レンズの開口数よりも大きい開口数を有し、前記照明光を被観察物に集光する第２の対物レンズと、
   を備え、
   前記光制御部は、前記第１の対物レンズと、前記第２の対物レンズとを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光干渉断層観察装置。
4. 前記検出部により検出された相対位置に基づいて、前記第１の断層画像と前記第２の断層画像とを合成する合成部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
5. 前記第２の断層画像が深さ方向に複数生成されており、
   ２つの前記第２の断層画像が互いに重なる領域にある各対象位置において、前記対象位置とそれぞれの断層画像における基準点との間隔とに基づいて、前記対象位置における前記２つの第２の断層画像が得られた際の測定値に対して重みを掛けることにより、前記対象位置における合成測定値を算出する画素値算出部を備え、
   前記合成部は、前記検出部により検出された相対位置と、前記画素値算出部により算出された合成測定値に基づいて、前記第１の断層画像と前記第２の断層画像とを合成することを特徴とする請求項４に記載の光干渉断層観察装置。
6. 前記検出部は、前記第１の断層画像から第１の代表領域を抽出し、前記第１の代表領域の測定値と前記第２の断層画像の測定値との相関を取ることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
7. 前記画像生成部は、前記第１の断層画像から抽出された、前記第１の断層画像の測定値の分布に応じた特徴的な領域に対して前記第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
8. 前記抽出された特徴的な領域は、前記第１の断層画像において、所定の位置間隔毎の測定値の変化が所定の閾値を超える画像領域であり、
   前記画像生成部は、前記特徴的な領域に対して前記第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項７に記載の光干渉断層観察装置。
9. 前記第１の断層画像は、所定の時間間隔で生成され、
   前記画像生成部は、フレーム間の測定値の分布の変化が所定の閾値を超えた場合、前記第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
10. 前記第１の断層画像は、所定のフレーム間隔で生成され、
    前記画像生成部は、所定の時刻に前記第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
11. 前記第１の断層画像は所定の時間間隔で生成されており、
    前記検出部は、複数の前記第１の断層画像から抽出された、測定値が略一定の特定領域のみを、相関を算出する対象とすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
12. 前記被観察物と前記干渉光学系との光学相対位置を変更する光学相対位置変更部と、
    自装置の外部から供給された精細度を示す情報に基づいて、前記光学相対位置を変更する際の距離間隔を変更する距離間隔変更部と、
    を備え、
    前記画像生成部は、前記光学相対位置が変更される毎に前記第２の断層画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
13. 前記検出部は、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置が移動する毎に、前記第１の断層画像と前記第２の断層画像が重なった領域における相関を算出する相関算出部と、前記算出された相関に基づいて、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置を決定する相対位置算出部と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光干渉断層観察装置。
14. 照明光で被観察物を照明する照明光学系と、前記照明光を照明したことで得られる被観察物からの測定光を観察するための観察光学系と、の機能を有する干渉光学系において、
    入射した光を参照光と照明光とに分岐することと、
    前記照明光を照明したことで得られる前記被観察物からの測定光と前記参照光とを干渉させることと、
    を含み、
    前記照明光学系と前記観察光学系との一方または双方の光学系において、開口数が変更可能であり、
    前記干渉による干渉光を光検出部により検出することと、
    前記開口数を第１の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第１の干渉光に基づいて、前記被観察物の第１の断層画像を生成することと、
    前記開口数を前記第１の開口数と異なる第２の開口数に設定した状態で前記光検出部により検出された第２の干渉光に基づいて、前記被観察物の第２の断層画像を形成することと、
    前記第１の断層画像と前記第２の断層画像の相関が最も高くなる、前記第１の断層画像と前記第２の断層画像との相対位置を検出することと、を含む相対位置決定方法。
15. 照明光で被観察物を照明する照明光学系と、前記照明光を照明したことで得られる被観察物からの測定光を観察するための観察光学系と、の機能を有する干渉光学系において、入射した光を参照光と照明光とに分岐し、前記照明光を照明したことで得られる前記被観察物からの測定光と前記参照光とを干渉させ、前記干渉による干渉光を検出した結果に基づいて生成される前記被観察物の断層画像を記憶する記憶部を備えるコンピュータに、
    前記照明光学系と前記観察光学系の一方の光学系の開口数が第１の開口数に設定された状態で前記検出された第１の干渉光に基づいて生成された前記被観察物の第１の断層画像を示す情報を、前記記憶部に記憶させるステップと、
    前記一方の光学系の開口数が前記第１の開口数と異なる第２の開口数に設定された状態で前記検出された第２の干渉光に基づいて生成された前記被観察物の第２の断層画像を示す情報を、前記記憶部に記憶させるステップと、
    前記第１の断層画像を示す情報と前記第２の断層画像を示す情報とを前記記憶部から読み出し、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相対位置であって、前記第１の断層画像に対する前記第２の断層画像の相関が最も高くなる相対位置を検出する検出ステップと、
    を実行させるための画像間の相対位置決定プログラム。

Images