JP5597012B2 - 断層画像撮像装置および断層画像撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、断層画像撮像装置に関し、干渉光の撮像位置と断層画像の位置との関係を求める技術に関する。

現在、光学機器を用いた眼科用機器として、様々なものが使用されている。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「ＯＣＴ」と呼ぶ）による断層画像撮像装置は、試料の断層画像を高解像度に得ることができる装置であり、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。

断層画像撮像装置は、低コヒーレント光である測定光を、参照光と測定光に分け、測定光を被検査物に照射し、その被検査物からの戻り光と参照光を干渉させることによって被検査物の断層を測定することができる。また、断層画像撮像装置は測定光を、サンプル上にスキャンすることで、高解像度の断層像（以下「ＯＣＴ」断層像と呼ぶ場合がある）を得ることができる。そのため、被検眼の眼底における網膜の断層像が取得され、網膜の眼科診断等において広く利用されている。ただし、被検査物が眼のような生体である場合、眼の動きによる画像の歪みを抑制するため、高速で高感度に測定することが求められている。

その方法の一つとして、被検査物の複数点を同時に測定する方法が特許文献１に開示されている。それによると、一つの光源からの光をスリットで分割することによって複数の光源を作り出す。そしてそれらの光を、ビームスプリッタにより、測定光と参照光にそれぞれ分ける。測定光は被検査物に照射され、被検査物からの戻り光と参照光をビームスプリッタで合成する。そして、複数の合成光は回折格子に入射されて、２次元センサで同時に検出される。このように特許文献１は、複数の測定光による同時測定で高速化を可能としている。

米国公開特許２００８／０２８４９８１

しかしながら、複数点の測定を同時に行った画像から一枚の画像を作る場合、光学系の構成によって、接続部分が目立つ画像になる。具体的には、複数の干渉光ごとに回折格子への入射角が異なると、回折の特性上、同じ波長幅の光が入射してもセンサ上で検出する画素幅が異なる。それにより、それぞれの干渉光から生成したＯＣＴ画像ごとで、深さ方向に依存したコントラストが異なったり、分解能が異なったりすることが起こる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、断層画像の撮像位置に依存した画質のばらつきを抑制する断層画像撮像装置および断層画像撮像方法を提供することを目的とする。

本発明の断層画像撮像装置は、複数の測定光を照射する照射手段と、前記複数の測定光の被検査物からの戻り光と参照光とを干渉させた複数の合波光を、撮像光学系の分光手段を介して電気信号に変換するセンサと、前記複数の測定光の波長幅に基づいた単波長の光を出射する出射手段と、前記撮像光学系を介した前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき前記センサで取得した電気信号から断層画像を生成する生成手段と、を有し、前記分光手段は、前記複数の合波光ごとに回折角が異なり、前記生成手段は、前記異なる回折角により生じる前記合波光に含まれる前記被検査物の深さ方向の光学特性の相違を、前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき補正して前記断層画像を生成することを特徴とする。

また、本発明の断層画像撮像方法は、測定光の被検査物への照射による戻り光と参照光とを干渉させた合波光を撮像光学系の分光手段を介してセンサで取得し、前記被検査物の断層画像として撮像する断層画像撮像方法であって、前記測定光の波長幅に基づいた単波長の光を出射する出射ステップと、前記撮像光学系を介した前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき前記センサで取得した電気信号から断層画像を生成する生成ステップと、を有し、前記生成ステップにおいて、前記断層画像は、前記分光手段による前記複数の合波光ごとに異なる回折角により生じる前記合波光に含まれる前記被検査物の深さ方向の光学特性の相違を、前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき補正して生成されることを特徴とする。

本発明によれば、干渉光が入射されるセンサ上の位置を正確に検出することができる。

本発明の実施例における一形態としての断層画像撮像装置１００の構成を示す図である。 断層画像撮像装置１００における分光器の構成を示す図。 断層画像撮像装置１００の撮像による断層像の生成処理のフローチャートである。 断層画像撮像装置１００におけるラインセンサでの、分光位置とクロストークについて示す概念図である。 断層画像撮像装置１００におけるラインセンサでの、単波長光を入射した際の出力について示す概念図である。 断層画像撮像装置１００におけるファイバ端調整機構の構成を説明するための模式図である。 断層画像撮像装置１００における（ａ）眼底、（ｂ）ＡＡ’断面、（ｃ）ＢＢ’断面を説明する図である。 本発明の実施例２における分光器の構成を示す図である。 本発明の実施例２におけるラインセンサでの、分光位置を示す概念図である。 本発明の実施例２におけるラインセンサでの、単波長光を入射した際の出力について示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

実施例１では、本発明を適用した断層画像撮像装置（断層画像撮像装置）について、図１を用いて説明する。

本実施例の断層画像撮像装置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。ブロードバンド光源から出射された光は複数の光に分割され、複数の光はそれぞれ測定光と参照光とに分割される。そして、複数の測定光は複数の測定光路を経由して被検査物に照射され戻り光となる。複数の測定光による戻り光と参照光路を経由した参照光とをそれぞれ合波して光干渉させた複数の合波光を用い、被検査物の断層画像を撮像するＯＣＴシステムを備えた構成を備えている。

（光学系）
ブロードバンド光源１０１から出射した光である出射光１０４はシングルモードファイバ１１０に導かれて光カプラ１５６に入射し、光カプラ１５６にて第１の光路と第２の光路と第３の光路の３つの光路を通る出射光１０４−１〜３に分割される。さらに、この３つの出射光１０４−１〜３のそれぞれは、偏光コントローラ１５３−１を通過し、光カプラ１３１−１〜３にて参照光１０５−１〜３と測定光１０６−１〜３とに分割される。

このように分割された３つの測定光１０６−１〜３は、観察対象である被検眼１０７における網膜１２７等のそれぞれの測定箇所によって反射あるいは散乱された戻り光１０８−１〜３となって戻される。そして、光カプラ１３１−１〜３によって、参照光路を経由してきた参照光１０５−１〜３とそれぞれ合波され合成光１４２−１〜３となる。合成光１４２−１〜３は、透過型回折格子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は各位置（波長）毎に光強度を電圧に変換し、パソコン１２５はその電気信号を用いて、被検眼１０７の断層像を構成する。本実施例では、ラインセンサ１３９へ光を照射するための光学系を撮像光学系と呼ぶこととする。本実施例の一例では、レンズ１３５、透過型回折格子１４１、レンズ１４３を撮像光学系とする。

ここで、ブロードバンド光源１０１の周辺について説明する。ブロードバンド光源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、ここでは中心波長８４０ｎｍ、波長幅５０ｎｍ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。ブロードバンド光源の種類は、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。

次に、参照光１０５の光路について説明する。光カプラ１３１−１〜３によって分割された３つの参照光１０５−１〜３のそれぞれは、偏光コントローラ１５３−２、光カプラ１５５−１〜３を通過し、レンズ１３５−１にて略平行光となって、出射される。次に、参照光１０５−１〜３は分散補償用ガラス１１５を通過し、レンズ１３５−２にて、ミラー１１４に集光される。次に、参照光１０５−１〜３はミラー１１４にて方向を変え、再び光カプラ１３１−１〜３に向かう。次に、参照光１０５−１〜３は光カプラ１３１−１〜３に戻る。ここで、分散補償用ガラス１１５は被検眼１０７および走査光学系を測定光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。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、Ｌ＝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・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により制御される。ここでは、ミラー１１４や電動ステージ１１７−１および分散補償用ガラス１１５を、３つの光路で同じのものを使用したが、それぞれ独立に構成されていてもよく、その際には参照光１０５−１、１０５−２および１０５−３がそれぞれ光路長を変化できるように、レンズ１３５、ミラー１１４は異なる電動ステージ１１７−１により位置が制御される。また、光カプラ１５５−１〜３により分岐された、参照光１０５−１〜３の光路とは別の光路の先には、単波長の光源１０２が接続されており、単波長光源１０２は８１５ｎｍと８６５ｎｍの波長の光を射出することができるように構成されている。単波長の光源１０２の一形態として例えば、広帯域光源と光学フィルタを有し、光学フィルタは特定の波長を透過または反射するように構成する。

次に、測定光１０６の光路について説明する。光カプラ１３１−１〜３によって分割された測定光１０６−１〜３は、偏光コントローラ１５３−４を通過してファイバ端１１８−１〜３から出射され、レンズ１２０−３にて、略平行光となって出射され、走査光学系を構成する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してもよく、またはＸスキャン用ミラーとＹスキャン用ミラーが互いに瞳と共役の位置にあるように構成されていてもよい。レンズ１２０−１、１２０−２は測定光１０６−１〜３が網膜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。測定光１０６−１〜３はそれぞれ網膜上の任意の位置に結像するように構成されている。

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、被検眼１０７の網膜１２７の所望の層に測定光１０６−１〜３のそれぞれを集光し、観察することができる。また、被検眼１０７が屈折異常を有してい場合にも対応できる。測定光１０６−１〜３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１０８−１〜３となり、光カプラ１３１−１〜３に戻る。なお、電動ステージ１１７−２はパソコン１２５により制御される。

本実施例では、ファイバ端１１８−１〜３が同一平面状（ＸＺ平面）に配置された構成となっているが、それに限るものではなく、紙面垂直方向（ｙ方向）にあっても、また両方の方向の成分を持って配置されていてもよい。
以上の構成をとることにより、３つのビームを同時にスキャンすることができる。

次に、検出系の構成について説明する。網膜１２７にて反射や散乱された戻り光１０８−１〜３と参照光１０５−１〜３とは、光カプラ１３１−１〜３により合波される。そして、合波された合成光１４２−１〜３は分光器に入射し、ラインセンサ１３９によりスペクトルが得られる。これらのスペクトルに対し、パソコン１２５が信号処理を行うことで断層像を得ることができる。

（分光器）
ここで、分光器について具体的に説明する。この構成では、複数の合成光を一個のラインセンサで処理するため、２次元センサに比べて低コストを実現することができる。

図２に、図１に示した分光器の部分を詳細に説明するために、３つの合成光（１４２−１〜３）が分光器に入射した場合の構成を示す。ファイバ端１６０−１〜３がｙ方向に離れて配置してあり、ファイバ端１６０−１〜３からそれぞれ合成光１４２−１〜３が射出される。この際、合成光がレンズの主面に垂直に射出されるように、即ちテレセントリックになるようにファイバ端の向きが予め調整されている。またここで言うｙ方向とは、分光手段である透過型回折格子１４１が分光する方向に平行な方向である。射出された合成光１４２−１〜３は、レンズ１３５に入射する。レンズ１３５で３つの合成光１４２−１〜３はそれぞれ略平行光になり、３つの合成光１４２−１〜３とも透過型回折格子１４１に入射する。光量の損失を低減するために、透過型回折格子１４１の位置は光学系の瞳近傍に配置し、透過型回折格子１４１の表面に絞りを設ける必要がある。また透過型回折格子１４１はレンズ１３５の主面に対して傾いて配置されるため、透過型回折格子１４１の表面で光束は楕円形となる。そのため透過型回折格子１４１の表面に設けた絞りは楕円形にする必要がある。透過型回折格子１４１で回折された合成光１４２−１〜３は、それぞれレンズ１４３に入射する。ここで図２における回折した合成光１４２−１〜３は、中心波長のみの光束を示しており、その他の波長の回折した合成光１４２−１〜３は簡単のため主光線のみを記載している。また光軸方向をｚ方向としているため、回折によって座標が回転している。レンズ１４３に入射したそれぞれの回折した合成光１４２−１〜３は、ラインセンサ１３９上に結像され、ｙ方向に干渉縞１６１−１〜３が観察される。すなわち、ファイバ端１６０−１〜３の位置での像が、ラインセンサ１３９上にそれぞれ干渉縞１６１−１〜３となるように分光器が構成されている。

（単波長光源を用いた調整・校正とＯＣＴ断層像の生成）
図３に実施例１における単波長光源１０２による調整・校正とＯＣＴ断層像の生成処理について示す。

ステップＳ１で、測定を開始する。この状態は、断層画像撮像装置が起動されている状態である。

ステップＳ２では、８１５ｎｍと８６５ｎｍの波長の光を単波長光源１０２から射出して、ファイバ端１６０−１〜３を調整する。

図４の（ａ）に図示したように、ラインセンサ１３９の領域を１４２−１〜３のように分割して取得し、フーリエ変換などの処理を行うことにより、測定光１０６−１〜３の網膜１２７の断層像をそれぞれ独立して得ることができる。図４の（ａ）のように、ラインセンサ上のそれぞれの領域が、お互いにクロストークを起こさないよう十分に離れて結像している場合には問題ないが、図４の（ｂ）のように、合成光１４２−１〜３がお互い密接して結像している場合にはクロストークが発生する。クロストークが発生することにより、測定光１０６−１〜３の網膜１２７の断層像は独立して得ることができなくなる。すなわち、一方の画像に他方の画像が重なりあって得られることになる。ゆえに、この画像の重なりが生じないように、ラインセンサ１３９上のそれぞれの領域を離すことが必要となってくる。ただし、それぞれの領域を離し過ぎると、必要以上にラインセンサ１３９の画素を無駄にし、多くの画素が必要となってくるために、ラインセンサ１３９の画素が足りなくなることも生じる。そのため可能な限り近づけることも必要である。

ブロードバンド光源１０１の波長幅は変更しないため、このクロストークを決めている要因はファイバ端１６０−１〜３の間隔である。ラインセンサ１３９の所望の位置に合成光１４２−１〜３を配置するように、ファイバ端１６０−１〜３の間隔を調整する。以下その手順について述べる。

図１において単波長光源１０２から射出された８１５ｎｍと８６５ｎｍの波長の光は、光カプラ１５５−１〜３、偏光コントローラ１５３−２、光カプラ１３１−１〜３を通過し、ファイバ端１６０−１〜３から射出される。ファイバ端１６０−１〜３から射出された８１５ｎｍと８６５ｎｍの光は、ラインセンサ１３９の所定の位置に結像する。ファイバ端１６０−１〜３の間隔が最適な位置に調整されていない状態（ブロードバンド光源を照射した際の、クロストークがある図４の（ｂ）の状態）では、８１５ｎｍと８６５ｎｍの波長の光は図５の（ｂ）に示すような位置に結像される。合成光１４２−１の波長８６５ｎｍの光と合成光１４２−２の波長８１５ｎｍの光、合成光１４２−２の波長８６５ｎｍの光と合成光１４２−３の波長８１５ｎｍの光のラインセンサ１３９上での結像位置がお互いに近接している状態である。この状態から図５の（ａ）で示す所望の状態に、ラインセンサ１３９の出力を見ながらファイバ端１６０−１〜３の間隔を調整する。この調整は、手動で行ってもよいし、ラインセンサ１３９の出力をピーク検出などの手法で結像位置の検出を行いながらフィードバックのループをかけて図示しない調整手段で自動で行ってもよい。これにより合成光１４２−１〜３の出射位置を調整することが出来る。

なお、手動で調整を行う場合は、図５の状態をパソコン１２５の画面上に表示し、操作者がその画面を見ながら調整を行う。

ファイバ端調整機構の説明を、図６を用いて説明する。図６はファイバユニット部を図２におけるｙ方向から見た図、図６はｙ方向から見た図である。１０００はファイバユニット部である。１００３−１〜３はそれぞれ光カプラ１３１−１〜３の分光器側に接続されるファイバ部である。ファイバ部１００３−１〜３は石英などの材質でファイバを挟みこんでファイバ端部１６０−１〜３側を研磨されてなる保持部１００１−１〜３に固定されている。さらに保持部１００１−１〜３はファイバベース部１００２−１〜３に接着されて固定されている。中央部のファイバベース部１００２−２は基台１０１０に不図示のネジなどで固定されている。基台１０１０を図１（ｂ）中の光軸位置（ｙ）に関して調整することで中央のファイバ端１１８−２が装置の光軸が合い、かつレンズ１３５によって合成光１４２−１〜３が平行光とする最良の位置となっている。図６における上下のファイバベース部１００２−１，１００２−３は中央のファイバベース部１００２−２に対して、ファイバ間隔方向（ｙ方向）に関し相対的に移動可能となっている。上側のファイバベース部１００２−１を例にとると、ｙガイド部材１００８−１に固定されたピン１００５−１，１００５−２に対して、ファイバベース部１００２−１にピン１００５−１および１００５−２が各々挿入されるガイド部が備えられｙ方向に移動可能に保持されている。そのうえでファイバベース部１００２−１と１００２−２との間にバネ１００６−１が備えられる。これによりファイバベース部１００２−１はｘ方向に関し矢印（押圧）方向に押圧されている。ｙガイド部材１００８−１にはネジ穴が設けられ、調整ネジ１００４−１が備えられるとともに、ファイバベース部１００２−１に当接してファイバベース部１００２−１のｘ方向に関して位置決めをしている。調整ネジ１００４−１の回転によってファイバベース部１００２−１と１００２−２の間隔を矢印（移動）方向に可変でき、ひいてはファイバ端１６０−１と１６０−２との間隔を調整できる。同様な構成をファイバベース部１００２−３側にも設けることでファイバ端１６０−２と１６０−３の間隔を調整できる。これにより合成光１４２−１〜３の相対間隔が調整でき、クロストークがない状態になるように調整される。本実施例では、図１に示すように、眼からの反射・散乱光を光量のロスなく分光器に導くために、参照光路に光カプラを用いて分岐させることで単波長の光源の入射部を構成した。しかし、ファイバ端１６０−１〜３から単波長の光が射出するように構成できればここでは特に限定はしない。例えば、ブロードバンド光源と単波長の光を切り替えて使用することを前提にすれば、ブロードバンド光源１０１内部に８１５ｎｍと８６５ｎｍのみを透過させるような狭帯域フィルタを挿入して構成してもよい。また、光量のロスの発生を気にしないような測定であれば、光源部の光路・分光器の光路・測定光路のいずれかに本実施例のように光カプラで分岐したり、空気中であってもミラーでの切り替えやハーフミラーで光路を分岐して単波長の光が入射できるようにしたりして構成してもよい。

また、本実施例ではブロードバンド光源を消した状態での調整方法について述べたが、単波長光源とブロードバンド光源を同時に照射してもよい。

ステップＳ３では、８１５ｎｍと８６５ｎｍの波長の光を単波長光源１０２から射出して、ラインセンサ１３９の結像位置を検出する。

本実施例では、図２に示すようにそれぞれの合成光ごとに回折格子１４１への入射角が異なる構成である。そのため、それぞれの合成光ごとに回折角が異なり、同じ波長幅でもラインセンサ１３９において検出する画素数が異なってくる。その関係をまとめたものを表１に示す。ラインセンサ１３９は画素ピッチが１２μｍのもの想定した。

表１の関係は、ファイバ端１６０−１〜３の間隔をそれぞれ１２ｍｍ、−１２ｍｍとし、レンズ１３５の焦点距離を１００ｍｍ、レンズ１４３の焦点距離を１５０ｍｍ、回折格子１４１のピッチを１２００本／ｍｍとした場合の計算値である。ただし、回折格子１４１の配置やファイバ端１６０−１〜３の位置などの誤差要因により、実際はここで示した結像位置に結像しない。そのため、前述したファイバ端１６０−１〜３の位置調整が終わった後に、再度単波長の光源１０２からの光を分光器に入射させ、合成光１４２−１〜３の表１に示した画素数の校正を行う。

単波長光源１０２からの光の分光器への入射方法は前述した通りである。ラインセンサ１３９に出力された合成光１４２−１〜３の領域内におけ波長る８１５ｎｍと８６５ｎｍの結像位置を検出する。検出方法は、前述したようにピーク検出などの手法で結像位置の検出を行う。

ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した位置であるラインセンサ１３９上の画素位置を記憶する。３つの合成光に対して、それぞれ２波長の位置を記憶するので、合計６箇所の画素位置を記憶することとなる。画素位置の記憶はパソコン１２５内部のメモリなどで行っても良いし、別に記憶装置を設けてもよい。ここで使用画素数を、波長８１５ｎｍの画素位置と波長８６５ｎｍの画素位置の差＋１画素と定義し、合成光１４２−１の使用画素数をＰ１、合成光１４２−２の使用画素数をＰ２、合成光１４２−３の使用画素数をＰ３とする。

ここで、単波長光源１０２の光の波長として使用波長の両端である８１５ｎｍと８６５ｎｍを使用したが、任意の単波長の光を入射させてもよい。その際には、任意の波長におけるラインセンサ１３９上の結像位置を知ることができ、より精度が高い校正を行うことができる。

ステップＳ５では、ステップＳ４で記憶した６箇所の画素位置を元に、一画素あたりの換算距離（一画素を対応する物理距離に換算）を算出する。

ここで、光学系の構成による深さ方向の光学特性の相違として、断層像の物理的な分解能について説明する。この分解能は、一般的に光源の帯域幅によって決まる。ＳＤ−ＯＣＴにおいては、信号処理に使用する画素の最大と最小がそれぞれ光源の波数の最大と最小に一致していれば、分解能は数式１で表わされる。

ここで、ΔＫは波数幅であり、波長が８１５ｎｍ−８６５ｎｍであれば、１／８１５ｎｍ−１／８６５ｎｍとなる。波長幅を８１５ｎｍ−８６５ｎｍとして数式１を計算すると、分解能は空気中で７μｍとなる。また、この値は、一画素あたりの距離と一致する。例えば一画素あたりの距離が７μｍであれば、図３の１０００μｍの位置は、１４２画素ということになる。ただし、合成光によって画素数が異なる場合、３本の測定光で画像サイズが異なるという不都合が生じる。そのために、画素数を増やして、同じ画像サイズに合わせることになるが、高速フーリエ変換をするためにゼロの画素を追加して（ゼロパッティング）全体として２のｎ乗のデータにすると便利である。一方、これは数値的に帯域幅が増加したことになり、一画素あたりの換算距離は短くなる。

合成光１４２−２では、使用画素数がＰ２で、これにゼロの要素を１０２４−Ｐ２個追加することになる。このとき、１０２４画素で取得できる波長幅は、中心波長を８４０ｎｍとして比例計算をすると、

の帯域とみなせる。ここで一画素あたりの換算距離（一画素を対応する物理距離に換算）を数式１に代入して計算すると

となる。例えば、表１での計算値をＰ２＝８７０画素として計算すると、一画素あたりの換算距離（一画素を対応する物理距離に換算）が６．０μｍとなる。当然、計算に使用する画素が光源の帯域より狭ければ一画素あたりの換算距離が物理的な分解能より悪くなる。同様に、合成光１４２−１については

となり、合成光１４２−３については

となり、例えば合成光１４２−１、合成光１４２−３それぞれ表１の計算値を代入して計算すると、δＬ１＝５．７μｍ、δＬ３＝６．６μｍとなる。

このように、ステップＳ４で記憶した画素幅から、数式２〜４の式を用いることで、実際の一画素あたりの換算距離を算出して断層像の生成を行う。

このδＬ１、δＬ２、δＬ３の算出にあたっては、中心波長を８４０ｎｍとして比例計算をして求めたが、単波長光源１０２から任意の波長を射出する場合には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３がそれぞれ１０２４画素となるような波長を直接求めてもよい。

ステップＳ６では、以上の記憶を終了した後に、単波長光源の分光器への照射を止め、ブロードバンド光源を使用して通常のＯＣＴの撮像を行う。
ステップＳ７では、断層像の生成を行う。

断層像の生成は、このように１ライン当たりの画素数を合わせた後（ここでは例えば１０２４）に行う。断層像の生成は、一般的なＯＣＴ断層像の撮像による生成処理でよく、固定ノイズ除去、波長波数変換、フーリエ変換などである。図７（ｂ）は、ＡＡ’断面のＢ−Ｓｃａｎ像の模式図を示す。このＢ−Ｓｃａｎ像は、単一の測定光で得られた画像であるため違和感のないものである。しかし、図７（ｃ）は、ＢＢ’断面のＢ−Ｓｃａｎ像の模式図であり、異なる合成光によるＢ−Ｓｃａｎ画像を合成したものである。一画素あたりの分解能の違いによって断面が不連続になる。これはＣＣ’断面のＣ−Ｓｃａｎ像においては重大で、境界面で血管などの構造がなくなったり、出現したりすることになる。なお、分解能のほかにＲｏｌｌ−Ｏｆｆ特性（ＯＣＴ画像が、ゲート位置から遠ざかるにしたがって暗くなる特性）の違いによるコントラストの違いも発生する。

このステップＳ７では、それぞれの合成光に対応してＤｂ（ｐ，ｑ、ｒ）の断層像が得られる。ｐはｚ方向で、１０２４の要素となるが、フーリエ変換の性質によって対称となるため０−５１１だけを抜きだす。ｑはｘ方向（０−５１１）である。ｒはｙ方向であり０−１９９である。またｂは合成光の番号（１−３）である。

なお、データの拡張方法として、スペクトルデータを先に補間して、１０２４画素のスペクトルにしてからフーリエ変換を行ってもよい。また、１ライン当たりの画素数をステップＳ４で記憶した画素数と同じにし、それぞれの断層像を作ったのち補間をしてもよい。

まず、ｚ方向のリサンプリングを行う。これは、一画素あたりの換算距離を３本の測定光の間で揃えるためのものである。ここでは、一画素あたりの基準となる距離は２番目の測定光（測定領域が中央部の測定光）の換算距離とする。直線補間の場合、各測定光の一画素あたりの換算距離をＬｂとし、ガウス記号を用いて数式５のように表わされる。ここでＬｂは、使用画素数Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３からステップＳ５で算出した一画素あたりの換算距離である。なおガウス記号を用いて［ｘ］は、ｘを超えない最大の整数である。また、ｑ、ｒに関しては同様の特性であるので、ｚ方向ｐのみを用いて表す。

ここでＨｂ（ｐ）は補間後の断層像である。補間した結果、各測定光に対する要素数が異なるが、最小のものに合わせれば良く、さらに少なくしてもよい。

次に、ｚ方向の深さ方向のコントラストを合わせる規格化を行う。すなわち、すべての測定光のＲｏｌｌ−Ｏｆｆ特性をあらかじめ測定またはシュミレーションして求めておく。Ｒｏｌｌ−ＯＦＦ特性をＲｂ（ｐ）とすれば、コントラストは数式６のように表わされる。

なお、Ｒｏｌｌ−ＯＦＦの特性を２番目の測定光に合わせてもよい。

ステップＳ８で、測定の終了となる。なお、３Ｄボリュームを行う際には、スキャナ位置を図７のｙ方向に移動させながらＯＣＴの測定を行う。また別の被検者があれば上記ステップを繰り返す。

なお、調整処理の後に撮像処理を続けて行うように説明したが、調整処理と撮像処理を別々に行うようにし、必要な場合に調整処理を行うようにしてもよい。

以上のように、単波長の光を用いて、ファイバ端位置の調整を行い、予め波長幅とラインセンサ上の距離の幅との関係を校正することによって、複数の測定光を用いて被検査物のＯＣＴ断層像を生成する場合の画像ごとの補正値を決定し、画像の相違を補正することが可能となる。予め波長幅とラインセンサ上の画素幅との関係を実際の装置において求めることで、複数の測定光を用いて被検査物の画像を生成する場合の画像ごとの補正値を決定し、画像の相違を補正することができる。

実施例１では、図２においてｙ方向にファイバ端１６０−１〜３を配置し、ｙ方向に観察される３つの干渉縞を１つのラインセンサで検出するように構成している。それに対して、実施例２では、図２における紙面垂直方向（ｘ方向）にファイバ端１６０−１〜３を配置し、ｘ方向に観察される３つの干渉縞をセンサで検出するように構成している。ここで言うｘ方向とは、分光手段である透過型回折格子１４１が分光する方向に垂直な方向である。この実施例について以下で説明する。

本実施例における断層画像撮像装置の構成は、実施例１の図１に示すものと同じであるため説明を省略する。

ここでは分光部について具体的に説明する。
図８に合成光（１４２−１〜３）が入射した場合の構成を示す。ここでは、簡単のため８４０ｎｍの主光線のみを記載している。ファイバ端１６０−１〜３からそれぞれ合成光１４２−１〜３が射出される。実施例１と同様に、合成光１４２−１〜３がレンズの主面に垂直に射出されるようにファイバ端１６０−１〜３の向きが予め調整されている。射出された合成光１４２−１〜３は、レンズ１３５に入射する。レンズ１３５で３つの合成光１４２−１〜３はそれぞれ略平行光になり、３つの合成光とも透過型回折格子１４１に入射する。こちらも実施例１と同様に、光量の損失を低減するために、透過型回折格子１４１の位置は光学系の瞳近傍に配置し、透過型回折格子１４１の表面に絞りを設け、絞りは楕円形にすることが必要である。透過型回折格子１４１で回折された合成光は、それぞれレンズ１４３に入射する。レンズ１４３に入射したそれぞれの回折した合成光は、ラインセンサアレイ１３９Ａ上に結像され、干渉縞１６１−１〜３となる。すなわち、ファイバ端１６０−１〜３での像が、ラインセンサアレイ１３９Ａ上にそれぞれ干渉縞１６１−１〜３となるように分光器が構成されている。ラインセンサアレイ１３９Ａは、３つのラインセンサがｘ方向に並んだものであり、この３つのラインセンサ上にそれぞれの干渉縞が形成される。また、ラインセンサアレイ１３９Ａは、エリアセンサであってもよい。

ここで、ｄｘ１とｄｘ３をそれぞれ１ｍｍ、−１ｍｍとし、実施例１と同じくレンズ１３５の焦点距離を１００ｍｍ、レンズ１４３の焦点距離を１５０ｍｍ、用いる透過型回折格子１４１のピッチをｐ＝１２００本／ｍｍ、中心波長が８４０ｎｍの光源を用いる。

図９にラインセンサアレイ１３９Ａにおける、合成光１４１−１〜３の結像位置の概念図を示す。図９の（ａ）は矢印で示す使用画素領域に、合成光１４１−１〜３が所望の位置に結像している場合の図である。これは合成光１４１−１〜３の波長８１５ｎｍから８６５ｎｍの位置が、矢印で示す使用画素領域は１０２４画素と一致している状態である。それに対して、図９の（ｂ）は矢印で示す使用画素領域に、合成光１４１−１〜３が所望の位置に結像していない場合の図である。これは合成光１４１−１〜３の波長８１５ｎｍから８６５ｎｍの位置が、矢印で示す使用画素領域は１０２４画素とずれている状態である。

ＯＣＴ画像を構築するにあたり、使用する画素は予め決めておいて、その使用する画素内でフーリエ変換などの処理を行い画像にするのが通常のＯＣＴ画像の構築方法である。ただ、図９の（ｂ）のように使用する画素に対して、合成光１４１−１〜３がずれる場合もある。これはファイバ端１６０−１〜３が、１６０−２に対してｙ方向にずれている場合に生じるものである。この使用する画素領域と合成光の位置がずれた状態でＯＣＴ画像の構築を行うと、波長８１５ｎｍから８６５ｎｍからずれて処理を行うためにＯＣＴ画像におけるｚ方向の位置が実際と異なることや、光量が無駄になるといった課題が生じる。

この課題を解決するために、単波長の光を分光器に入射させ、基本的には実施例１と同様のステップで結像位置の検出からＯＣＴ断層像の生成までを行う。図１０に単波長光源からの光を分光器に入射させた際のラインセンサアレイ１３９Ａの出力の概念図を示す。この出力を元に校正を行う。

次に、本実施例における撮像処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１で、測定を開始する。
ステップＳ２については、実施例２では行わない。
ステップＳ３では、図１０に示したような各波長の結像位置を検出する。
ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した結像位置をパソコン１２５のメモリなどに記憶する。

ステップＳ５では、ステップＳ４で記憶した結像位置から、数式２〜４を用いて一画素あたりの換算距離を算出する。
ステップＳ６では、ＯＣＴの撮像を行う。

ステップＳ７では、数式５〜６を用いて画像の補正を行いながら、ＯＣＴ断層像の生成を行う。
ステップＡ８で、測定の終了をする。

本実施例のようにｘ方向にファイバ端１６０−１〜３が配置される場合、波長幅と使用画素幅の関係はほぼ同じとなる。そのため、予め決めておいた使用する画素領域に合成光１４１−１〜３を配置するようにファイバ端を調整してもよい。その際には、ステップＳ２でラインセンサアレイ１３９Ａの出力を見ながらファイバ端１６０−１〜３の間隔を調整する。また、波長幅と使用画素幅の関係はほぼ同じであるため、ステップＳ３からステップＳ５を省くことができる。ステップＳ６でＯＣＴの撮像を行い、ステップＳ７では通常のＯＣＴ画像の生成を行う。

また本実施例においては、３つの合成光を入射させる構成としたが、これに限るものではなく、１つの合成光のみでも有用である。その際には上記と同様に単波長の光を入射させて、結像位置を検出し使用画素を決定し、ＯＣＴの撮像、ＯＣＴ断層像の生成というステップをたどることとなる。

以上のようにすることで、光量が無駄になることや、ｚ方向の位置が実際と異なることなくＯＣＴ画像を生成することができる。

本実施例は、光学系の構成と分光器の構成については実施例１と同じである。

本実施例の実施例１との違いは、ステップＳ２において、クロストーク量の調整のためにファイバ端位置の調整を省略する点である。ファイバ端位置の調整を一度行い、その位置で固定をすることで、その後の測定ではこのステップを省くことができる。その際には、ステップＳ１の開始後、ステップＳ３の各波長の結像位置の検出するステップへと進むこととなる。すなわち以下のステップとなる
ステップＳ１で、測定を開始する。

ステップＳ３では、図５に示したような各波長の結像位置を検出する。
ステップＳ４では、ステップＳ３で検出した結像位置をパソコン１２５のメモリなどに記憶する。

ステップＳ５では、ステップＳ４で記憶した結像位置から、数式２〜４を用いて一画素あたりの換算距離を算出する。
ステップＳ６では、ＯＣＴの撮像を行う。

ステップＳ７では、画像の補正を行いながら、ＯＣＴ断層像の生成を行う。
ステップＡ８で、測定の終了をする。

以上のように、単波長の光を用いて、予め波長幅とラインセンサ上の距離の幅との関係を校正することによって、複数の測定光を用いて被検査物のＯＣＴ断層像を生成する場合の画像ごとの補正値を決定し、画像の相違を補正することが可能となる。

Claims (6)

1. 複数の測定光を照射する照射手段と、
   前記複数の測定光の被検査物からの戻り光と参照光とを干渉させた複数の合波光を、撮像光学系の分光手段を介して電気信号に変換するセンサと、
   前記複数の測定光の波長幅に基づいた単波長の光を出射する出射手段と、
   前記撮像光学系を介した前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき前記センサで取得した電気信号から断層画像を生成する生成手段と、を有し、
   前記分光手段は、前記複数の合波光ごとに回折角が異なり、
   前記生成手段は、前記異なる回折角により生じる前記合波光に含まれる前記被検査物の深さ方向の光学特性の相違を、前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき補正して前記断層画像を生成することを特徴とする断層画像撮像装置。
2. 前記出射手段は、２つ以上の波長の光を出射することを特徴とする請求項１に記載の断層画像撮像装置。
3. 前記出射手段から出射された前記単波長の光は、前記参照光が透過あるいは反射する参照光路に入射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像撮像装置。
4. 前記出射手段は、広帯域光源と光学フィルタを有し、該光学フィルタは特定の波長を透過または反射することを特徴とする請求項１又は２に記載の断層画像撮像装置。
5. 前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき前記合波光の出射位置を調整する調整手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断層画像撮像装置。
6. 測定光の被検査物への照射による戻り光と参照光とを干渉させた合波光を撮像光学系の分光手段を介してセンサで取得し、前記被検査物の断層画像として撮像する断層画像撮像方法であって、
   前記測定光の波長幅に基づいた単波長の光を出射する出射ステップと、
   前記撮像光学系を介した前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき前記センサで取得した電気信号から断層画像を生成する生成ステップと、を有し、
   前記生成ステップにおいて、前記断層画像は、前記分光手段による前記複数の合波光ごとに異なる回折角により生じる前記合波光に含まれる前記被検査物の深さ方向の光学特性の相違を、前記単波長の光の前記センサ上における位置に基づき補正して生成されることを特徴とする断層画像撮像方法。

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