JP5744450B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、補償光学系を備えた撮像装置及びその制御方法に関する。特に、被検眼等の収差を測定して補正する機能を有する撮像装置及びその制御方法に関する。

近年、眼科用の撮像装置として、眼底に２次元的にレーザ光を照射してその反射光を受光する、ＳＬＯ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：走査レーザー検眼鏡）や、低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置が開発されている。低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光干渉断層装置あるいは光干渉断層法）と呼ばれ、特に、眼底あるいはその近傍の断層像を得る目的で用いられている。ＯＣＴの種類としては、ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ：タイムドメイン法）や、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ：スペクトラルドメイン法）等を含め、種々のものが開発されてきている。

特に、このような眼科用の撮像装置は、近年において、照射レーザの高ＮＡ化等によってさらなる高解像度化が進められている。しかしながら、眼底を撮像する場合には、角膜や水晶体等の眼の光学組織を通して撮像をしなければならない。高解像度化が進むに連れて、これら角膜や水晶体の収差の影響が撮像画像の画質に大きく影響するようになってきた。そこで、眼の収差を測定し、その収差を補正する補償光学系であるＡＯ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ）を光学系に組み込んだ、ＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴの研究が進められている。非特許文献１に、ＡＯ−ＯＣＴの例が示されている。これらＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴは、一般的にはシャックハルトマン波面センサー方式によって眼の波面を測定する。ここで、シャックハルトマン波面センサー方式とは、眼に測定光を入射し、その反射光をマイクロレンズアレイを通してＣＣＤカメラに受光することによって波面を測定するものである。測定した波面を補正するように可変形状ミラーや、空間位相変調器を駆動し、それらを通して眼底の撮像を行うことにより、ＡＯ−ＳＬＯやＡＯ−ＯＣＴは高分解能な撮像が可能となる。

Ｙ．Ｚｈａｎｇ ｅｔ ａｌ，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１０，１５ Ｍａｙ ２００６

一般的に、高分解能化のために照射レーザを高ＮＡ化すると、角膜や水晶体等の眼の光学組織による収差量が増大すると共に、収差形状も複雑な形状となる。ＡＯによってこの収差を補正するのであるが、大きい収差量や複雑な形状の収差を補正するためには、高い分解能で収差測定を行い、高い分解能で波面補正デバイスを駆動することが必要である。しかしながら、波面補正デバイスの補正能力を超えて補正を行うことはできない。また、高い分解能で収差を測定し、高い分解能で補正デバイスを駆動するためには、多くの計算が必要となり、計算時間の増大が大きな問題になっていた。特に、眼の収差は涙の状態や視度調節の状態が常に変化しており、収差補正を高速に繰り返す必要があるため、処理速度の向上が非常に重要である。

本発明は、上記課題に鑑み、撮像分解能に応じた適切な有効領域又は解像度で補正デバイスを動作させることができる補償光学系を備えた撮像装置及びその制御方法の提供を目的とする。

本発明に係る撮像装置の制御方法は、
測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置の制御方法であって、
前記補正手段の有効領域を変更する変更工程と、
前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算工程と、
前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御工程と、を有する。
また、別の本発明に係る撮像装置の制御方法は、
被検査物で発生する収差を補正する補正手段の解像度を決定する決定工程と、
前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
前記測定された収差と前記決定された解像度とに基づいて、前記補正手段を制御する制御工程と、を有する。

また、本発明に係る撮像装置は、
測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置であって、
前記補正手段の有効領域を変更する変更手段と、
前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算手段と、
前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御手段と、を有する。
また、別の本発明に係る撮像装置は、
被検査物で発生する収差を補正する補正手段の解像度を決定する決定手段と、
前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
前記測定された収差と前記決定された解像度とに基づいて、前記補正手段を制御する制御手段と、を有する。

本発明によれば、補正状況に応じた適切な有効領域又は分解能で補正デバイスを動作させることができる。また、本発明によれば、撮影分解能に応じた適切な有効領域又は解像度で補正デバイスを動作させることができる。

本発明の実施例１における補償光学系を備えたＳＬＯによる光画像撮像装置の構成例の模式図。 本発明の実施例１における波面補正デバイスおよび波面センサーについて説明するための模式図。（ａ）は反射型液晶光変調器の模式図を示す。（ｂ）は可変形状ミラーを説明するための模式図。（ｃ−１）、（ｃ−２）はシャックハルトマンセンサーの構成を示す模式図。（ｄ）は波面を測定する光線がＣＣＤセンサー上に集光された状態を示す模式図。（ｅ−１）、（ｅ−２）は球面収差を持つ波面を測定した際の模式図。 本発明の実施例１における光画像撮像装置の制御ステップの一例を示すフローチャート。 本発明の実施例２における光画像撮像装置の制御ステップの一例を示すフローチャート。 本発明の実施例３における補償光学系を備えたＳＬＯによる光画像撮像装置の構成例の模式図。 本発明の実施例４における補償光学系を備えたＳＬＯによる光画像撮像装置の構成例の模式図。 本発明の実施例５における補償光学系を備えたＯＣＴによる光画像撮像装置の構成例の模式図。 本発明の実施例６における補償光学系を備えたＡＬＯによる光画像撮像装置の構成例の模式図。 本発明の実施例６における空間位相変調器の模式図。 本発明の実施例６における光画像撮像装置の制御ステップの一例を示すフローチャート。

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。但し、本発明は以下の実施例の構成によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１として、図１を用いて本発明を適用した補償光学系を備えたＳＬＯによる被検査物の光画像を取得する光画像撮像装置および光画像撮像装置の制御方法の構成例について説明する。

なお、本実施例は、測定対象である被検査物を眼とし、眼で発生する収差を補償光学系で補正し、眼底を撮像するようにした一例について説明する。

図１において、１０１は光源であり、波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いた。
光源１０１の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮像用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、８００〜１５００ｎｍ程度が好適に用いられる。
本実施例においてはＳＬＤ光源を用いたが、その他にレーザ等も用いられる。本実施例では眼底撮像と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、途中で合波する構成としても良い。
光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、コリメータ１０３により、平行な測定光１０５として照射される。

照射された測定光１０５はビームスプリッタからなる光分割部１０４を透過し、補償光学の光学系に導光される。
補償光学系は、光分割部１０６、波面センサー（実施例において収差測定手段に対応する）１１５、波面補正デバイス（実施例において波面補正手段に対応する）１０８および、それらに導光するための反射ミラー１０７−１〜４から構成される。
ここで、反射ミラー１０７−１〜４は、少なくとも眼の瞳と波面センサー１１５、波面補正デバイス１０８とが光学的に共役関係になるように設置されている。また、光分割部１０６として、本実施例ではビームスプリッタを用いた。

さらに、補償光学の光学系には波面補正デバイス１０８の有効領域を変更するための有効領域設定部１２０−１および１２０−２を有している。
測定光１０５は、有効領域設定部１２０−２を通ることによって所望のビーム径に変更されて波面補正デバイス１０８に入射する。
波面補正デバイス１０８で反射された測定光１０５は、有効領域設定部１２０−１によって再度ビーム径が変更されて反射ミラー１０７−３に出射する。

同様に、眼から帰ってきた光も有効領域設定部１２０−１でビーム径を変更された後に波面補正デバイス１０８に入射し、有効領域設定部１２０−２で再度ビーム径が変更されて反射ミラー１０７−２に出射する。
有効領域設定部１２０−１および１２０−２はビーム径の変更倍率を変えることが可能で、分解能制御部１２１と接続（不図示）されている。

すなわち、分解能制御部１２１は有効領域設定部１２０（実施例において有効領域設定手段に対応する）を制御する有効領域制御手段を兼ねた構成を備え、分解能制御部１２１によって波面補正デバイス１０８の有効領域も変更するように構成されている。

本実施例では、波面補正デバイス１０８として液晶素子を用いた空間位相変調器を用いた。
図２（ａ）に反射型液晶光変調器の模式図を示す。
本素子はベース部１２２とカバー１２３に挟まれた空間に液晶分子１２５が封入されている構造となっている。
ベース部１２２には複数の画素電極１２４を有し、カバー１２３には不図示の透明な対向電極を有している。
電極間に電圧を印加していない場合には、液晶分子は１２５−１のような配向をしており、電圧を印加すると１２５−２のような配向状態に遷移し、入射光に対する屈折率が変化する。
各画素電極の電圧を制御して各画素の屈折率を変化させることにより、空間的な位相変調が可能となる。例えば入射光１２６が素子に入射した場合、液晶分子１２５−２を通過する光は液晶分子１２５−１を通過する光よりも位相が遅れ、結果として図中１２７で示すような波面を形成する。
一般的に反射型液晶光変調器は、数万〜数十万個の画素から構成されている。

また、液晶素子は偏光特性を有するため、入射光の偏光を調整するための偏光素子を具備することもある。
波面補正デバイス１０８の他の例としては、可変形状ミラーがある。可変形状ミラーとは、局所的に光の反射方向を変えることができるものであり、様々な方式のものが実用化されている。
例えば、その断面を図２（ｂ）に示すようなデバイスである。
入射光を反射する変形可能な膜状のミラー面１２９と、ベース部１２８と、これらに挟まれて配置されたアクチュエータ１３０と、ミラー面１２９を周囲から支持する不図示の支持部から構成されている。
アクチュエータ１３０の動作原理としては、静電力や磁気力、圧電効果を利用したものがあり、動作原理によってアクチュエータ１３０の構成は異なる。
アクチュエータ１３０はベース部１２８上に二次元的に複数配列されていて、それらを選択的に駆動することにより、ミラー面１２９を自在に変形できるようになっている。一般的に可変形状ミラーは数十〜数百のアクチュエータで構成されている。

補償光学系を通過した光は、分解能設定部１１７に入射する。分解能設定部１１７は入射したビーム径を変化させて出射することにより撮影分解能を変更する。
ビーム径を７ｍｍから１ｍｍ程度の範囲で変更することにより、眼底上の３μｍから２０μｍ程度の撮影分解能が可能となる。
分解能設定部１１７は分解能制御部１２１から制御され、分解能制御部１２１は制御部１１８と協調して動作する。
分解能設定部１１７としては複数のレンズを用いてその位置関係を調整する構成等が好適に用いられ、分解能を連続的に変更する構成や離散的に変更する構成が可能である。
分解能設定部１１７から出射した測定光１０５は、走査光学系１０９によって、１次元もしくは２次元に走査される。

本実施例では走査光学系１０９に主走査用（眼底水平方向）と副走査用（眼底垂直方向）として２つのガルバノスキャナーを用いた。より高速な撮影のために、走査光学系１０９の主走査側に共振スキャナーを用いることもある。
走査光学系１０９内の各スキャナーを光学的な共役状態にするために、各スキャナーの間にミラーやレンズといった光学素子を用いる装置構成の場合もある。
走査光学系１０９で走査された測定光１０５は、接眼レンズ１１０−１および１１０−２を通して眼１１１に照射される。
眼１１１に照射された測定光１０５は眼底で反射もしくは散乱される。
接眼レンズ１１０−１および１１０−２の位置を調整することによって、眼１１１の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。

ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。
眼１１１の網膜から反射もしくは散乱された反射散乱光（戻り光）は、入射した時と同様の経路を逆向きに進行し、光分割部１０６によって一部は波面センサー１１５に反射され、光線の波面を測定するために用いられる。
本実施例では、波面センサー１１５としてシャックハルトマンセンサーを用いた。図２（ｃ−１）、（ｃ−２）にシャックハルトマンセンサーの模式図を示す。１３１が波面を測定する光線であり、マイクロレンズアレイ１３２を通して、ＣＣＤセンサー１３３上の焦点面１３４に集光される。

図２（ｃ−１）のＡ−Ａ’で示す位置から見た様子を示す図が図２（ｃ−２）であり、マイクロレンズアレイ１３２が、複数のマイクロレンズ１３５から構成されている様子を示したものである。
光線１３１は各マイクロレンズ１３５を通してＣＣＤセンサー１３３上に集光されるため、光線１３１はマイクロレンズ１３５の個数分のスポットに分割されて集光される。
図２（ｄ）にＣＣＤセンサー１３３上に集光された状態を示す。各マイクロレンズを通過した光線はスポット１３６に集光される。
そして、この各スポット１３６の位置から、入射した光線の波面を計算する。例えば、図２（ｅ−１）、図２（ｅ−２）に球面収差を持つ波面を測定した場合の模式図を示す。光線１３１は１３７で示すような波面で形成されている。光線１３１はマイクロレンズアレイ１３２によって、波面の局所的な垂線方向の位置に集光される。
この場合のＣＣＤセンサー１３３の集光状態を図２（ｅ−２）に示す。

光線１３１が球面収差を持つため、スポット１３６は中央部に偏った状態で集光される。この位置を計算することによって、光線１３１の波面が分かる。
本実施例では波面センサーにシャックハルトマンセンサーを用いたが、それに限定されるものではなく、曲率センサーのような他の波面測定手段や、結像させた点像から逆計算で求めるような方法を用いても良い。
光分割部１０６を透過した反射散乱光は光分割部１０４によって一部が反射され、コリメータ１１２、光ファイバー１１３を通して光強度センサー１１４に導光される。
光強度センサー１１４で光は電気信号に変換され、制御部１１８によって眼底画像として画像に構成されて、ディスプレイ１１９に表示される。

波面センサー１１５は補償光学制御部１１６に接続され、受光した波面を補償光学制御部１１６に伝える。
波面補正デバイス１０８も補償光学制御部１１６に接続されており、補償光学制御部１１６から指示された変調を行う。
補償光学制御部１１６は波面センサー１１５の測定結果による取得された波面を基に、収差のない波面へと補正するような変調量（補正量）を計算し、波面補正デバイス１０８にそのように変調するように指令する。
波面の測定と波面補正デバイス１０８への指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。

本実施例では波面補正デバイス１０８として画素数６００×６００の反射型液晶空間位相変調器を用いた。

分解能設定部１１７で高い分解能が設定された場合には、有効領域設定部１２０によって補正デバイス１０８の有効領域が波面補正デバイス１０８の全領域に設定され、６００×６００画素全ての変調量を計算して波面補正デバイス１０８を制御する。
一方で、分解能設定部１１７で低い分解能に設定された場合には、有効領域設定部１２０によって波面補正デバイス１０８の有効領域が小さく変更され、有効領域内の少ない画素数の変調量の計算だけが行われて波面補正デバイス１０８の制御が行われる。
一例として、撮像分解能、ビーム径、補正デバイスの有効領域、使用画素数の対応を以下の表１に示す。

このように撮像分解能に応じて補正デバイスの有効領域を変更し、使用する画素数を変更することによって、大幅に計算負荷を軽減させることが可能となる。補正デバイスの制御において、総処理時間の中でも補正量の計算が占める割合が非常に高く、画素数変更による処理時間短縮の効果は高い。
本発明者の試算によると（詳細は省く）、有効画素を６００×６００画素から２００×２００画素にすることにより、総処理時間は１／９程度に短縮される。

つぎに、図３のフローチャートを用いて本実施例の光画像撮像装置の制御方法について説明する。
まず、ステップＳ１０１で制御を開始し、ステップＳ１０２で分解能を設定する。
具体的には、制御部１２１が分解能設定部１１７を制御して測定光のビーム径を変更することにより設定する。
そして、ステップＳ１０２で設定された分解能に応じて、ステップＳ１０３で有効領域設定部１２０を制御して補正デバイス１０８の有効領域を設定する。
ここで、設定する有効領域は上記表のように、３μｍ分解能の場合には１２ｍｍ角、５μｍ分解能の場合には８ｍｍ角とする。

補償光学系の基本的なフローは、光源１０１からの測定光１０５を眼１１１に照射した状態において、ステップＳ１０４で波面センサー１１５により収差を測定する。
そして、測定した結果を元にステップＳ１０６で補償光学制御部１１６により補正量を計算し、ステップＳ１０７で補償光学制御部１１６の制御に基づき波面補正デバイス１０８を駆動するというものが繰り返し行われる。
ここで、ステップＳ１０４で収差を測定した後に、ステップＳ１０５で収差量が予め設定された基準値を下回っているかを補償光学制御部１１６により確認する。基準値は装置固有の値でも良いし、撮像者が設定しても良い。

収差量が基準値を上回っている場合には、ステップＳ１０６以降の処理が実行される。
収差量が基準値を下回っている場合にはステップＳ１０８に進んで眼底の撮像を行い、ステップＳ１０９で撮像終了を確認する。

ステップＳ１０９で終了要求が来ていた場合には、ステップＳ１１０で撮像終了する。終了要求が来ていない場合には、ステップＳ１０４に戻り、補償光学系の処理と撮像を繰り返す。
ステップＳ１０６の補正量の計算や、ステップＳ１０７の補正デバイスの駆動は、有効領域設定部１２０で設定された領域内のみに関して行われる。

また、ステップＳ１０４で測定された波面情報はＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングされ、測定波面が各項の係数という形で算出される。
ステップＳ１０６で補正量を計算する際には、算出された前記Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数を用いて各画素が担う補正量を計算する。

ここで、撮像分解能が高い場合にはＺｅｒｎｉｋｅ６次程度までの高い次数まで用いてフィッティングしなければ精度が達成できないが、低い分解能では例えばＺｅｒｎｉｋｅ４次まで程度の低いＺｅｒｎｉｋｅ次数でも十分精度が確保できる。
そのため、設定された分解能に応じてフィッティングするＺｅｒｎｉｋｅの次数を変えることによって、より処理が高速化される。

このように本実施例によれば、撮像する分解能に応じて補正デバイスの有効領域が適切に設定される。
また、有効画素数が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な高画質の撮像が可能となる。

［実施例２］
実施例２として、図４のフローチャートを用いて、本発明を適用した補償光学系を備えたＳＬＯによる実施例１とは異なる形態の光画像撮像装置の制御方法の構成例について説明する。

本実施例において、基本的な構成は実施例１と同様である。
本実施例は、設定した撮像分解能と実際の収差量に応じて有効領域を設定するようにした点に特徴を有する。
まず、ステップＳ１０１で制御を開始し、ステップＳ１０２で分解能を設定する。
そして、ステップＳ１０２で設定された分解能に応じて、ステップＳ１０３で有効領域設定部１２０を制御して波面補正デバイス１０８の有効領域を設定する。ここで、設定する有効領域は実施例１と同様に、３μｍ分解能の場合には１２ｍｍ角、５μｍ分解能の場合には７ｍｍ角とする。
補償光学系の基本的なフローは、光源１０１からの測定光を眼１１１に照射した状態において、ステップＳ１０４で波面センサー１１５により収差を測定する。

そして、測定した結果を元にステップＳ１０６で補償光学制御部１１６により補正量を計算し、ステップＳ１０７で補償光学制御部１１６の制御に基づき波面補正デバイス１０８を駆動するというものが繰り返し行われる。
ここで、ステップＳ１０４で収差を測定した後に、ステップＳ１０５で収差量が予め設定された基準値を下回っているかを補償光学制御部１１６により確認する。基準値は装置固有の値でも良いし、撮影者が設定しても良い。
収差量が基準値を上回っている場合には、ステップＳ１０６以降の処理が実行され、収差量が基準値を下回っている場合にはステップＳ１０８に進んで眼底の撮像を行ってステップＳ１０９で撮像終了を確認する。

ステップＳ１０９で終了要求が来ていた場合には、ステップＳ１１０で撮影終了する。
終了要求が来ていない場合には、ステップＳ１０４に戻り、補償光学系の処理と撮像を繰り返す。
ここで、ステップＳ１０５の次にステップＳ１１１において収差の変化率を確認する。収差の変化率が大きいということはまだ補正途中であるということであるが、変化率が小さくかつ収差量が基準以下ということは、補正能力が不足していると言うことになる。
そこで、ステップＳ１１１で収差変化率が基準以下だった場合にはステップＳ１１２に進んで有効領域が最大であるか確認する。
有効領域が最大でない場合には、ステップＳ１１３において、補正能力を向上させるために有効領域を拡大する。

拡大する量は予め決められた割合であっても良いし、測定されている収差量から必要な有効領域を計算して算出しても良い。
ステップＳ１１３で有効領域を拡大した後、ステップＳ１０６に進んで補正量を計算してステップＳ１０７で補正デバイスを駆動する。
ステップＳ１１２で有効領域が最大であると判断された場合には、補正デバイスの補正能力を上げることが出来ないので、ステップＳ１１４において分解能を低下させる。分解能を低下させると収差量が減少する。
その後、ステップＳ１０４に戻り、補償光学系の処理が行われる。

このように本実施例によれば、撮影する分解能と測定対象の収差量に応じて補正デバイスの有効領域が適切に設定される。
また、有効画素数が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な高画質の撮像が可能となる。

［実施例３］
実施例３においては、図５を用いて本発明を適用した補償光学系を備えたＳＬＯによる光画像撮像装置の実施例１とは異なる形態の構成例について説明する。
本実施例では、実施例１とは異なり、撮影分解能と波面センサーおよび波面補正デバイスの有効領域を変更するように構成されている。
図５において、１０１は光源であり、本実施例では波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いた。

光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、コリメータ１０３により、平行な測定光１０５として照射される。
照射された測定光１０５は光分割部１０４を透過し、分解能および有効領域設定部１３８に入射する。
分解能および有効領域設定部１３８は入射したビーム径を変化させて出射することにより、撮像分解能と波面センサーおよび波面補正デバイスの有効領域を変更する。

分解能および有効領域設定部１３８は分解能制御部１２１から制御される。
ここで、光分割部１０４としてはビームスプリッタ等を、分解能および有効領域設定部１３８としては複数のレンズを用いてその位置関係を調整する構成等を用いれば良い。
分解能および有効領域設定部１３８を透過した測定光１０５は、補償光系に導光される。補償光学系の光学系は実施例１と同様の構成であるが、補正デバイスの有効領域変更部は分解能および有効領域設定部１３８が兼ねているために補償光学系には具備していない。

本実施例でも、波面補正デバイス１０８として液晶素子を用いた空間位相変調器を用いた。
補償光学系を通過した光は、走査光学系１０９によって、１次元もしくは２次元に走査される。
走査光学系１０９で走査された測定光は、接眼レンズ１１０−１および１１０−２を通して眼１１１に照射される。
眼１１１に照射された測定光は眼底で反射もしくは散乱される。
接眼レンズ１１０−１および１１０−２の位置を調整することによって、眼１１１の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。

ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。
眼１１１の網膜から反射散乱された反射散乱光は、入射した時と同様の経路を逆向きに進行し、光分割部１０６によって一部は波面センサー１１５に反射され、光線の波面を測定するために用いられる。
光分割部１０６を透過した反射散乱光は光分割部１０４によって一部が反射され、コリメータ１１２、光ファイバー１１３を通して光強度センサー１１４に導光される。
光強度センサー１１４で光は電気信号に変換され、制御部１１８によって眼底画像として画像に構成されて、ディスプレイ１１９に表示される。
波面センサー１１５は補償光学制御部１１６に接続され、受光した光線の波面を補償光学制御部１１６に伝える。
波面補正デバイス１０８も補償光学制御部１１６に接続されており、補償光学制御部１１６から指示された変調を行う。

補償光学制御部１１６は波面センサー１１５から取得した波面を基に、収差のない波面へと補正するような変調量を計算し、波面補正デバイス１０８にそのように変調するように指令する。
波面の測定と波面補正デバイス１０８への指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。
本実施例では波面補正デバイス１０８として画素数６００×６００の反射型液晶空間位相変調器を用いた。
分解能および有効領域設定部１３８で高い分解能が設定された場合には、補正デバイス１０８の有効領域が補正デバイス１０８の全領域に設定され、６００×６００画素全ての変調量を計算して補正デバイス１０８を制御する。

一方で、分解能および有効領域設定部１３８で低い分解能に設定された場合には、補正デバイス１０８の有効領域が小さく変更され、有効領域内の少ない画素数の変調量の計算だけが行われて補正デバイス１０８の制御が行われる。また、補正デバイスと同様に、波面センサーの有効領域も分解能および有効領域設定部（実施例において収差測定有効領域設定手段に対応する）１３８の設定に応じて変更される。
一例として、撮像分解能、ビーム径、波面センサーの有効領域、補正デバイスの有効領域、使用画素数の対応を以下の表２に示す。

実施例１とは異なり、分解能と有効領域の変更が同一の分解能および有効領域設定部１３８で行われるために、波面補正デバイス１０８の有効領域の広さと、収差を測定する領域の広さが異なるが、変更される割合が同じになる。
このように撮像分解能に応じて波面センサーや補正デバイスの有効領域を変更し、使用する画素数を変更する。
本実施例においても、実施例１もしくは実施例２と同様の処理を行うことによって、撮像する分解能に応じて補正デバイスの有効領域を適切に設定することが可能となる。

また、有効画素数が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な高画質の撮像が可能となる。
また、分解能設定部と有効領域設定部を共通化することができる。

［実施例４］
実施例４においては、図６を用いて本発明を適用した補償光学系を備えたＳＬＯによる光画像撮像装置の実施例３とは異なる形態の構成例について説明する。
本実施例では、実施例３とは異なり、撮像分解能と波面補正デバイスの有効領域を変更するように構成されている。
すなわち、本実施例では、分解能および有効領域設定部１３８が、波面センサー１１５への光分割部１０６よりも補正デバイス側にある以外は、実施例３と同様である。

分解能および有効領域設定部１３８は入射したビーム径を変化させて出射することにより、撮像分解能と波面補正デバイスの有効領域を変更するが、波面センサーの有効領域は変更しない。
波面補正デバイス１０８である空間位相変調器と比較して、波面センサーであるシャックハルトマンセンサーのマイクロレンズアレイ数はそれほど多くない。
そのため、有効領域を小さくすることによる計算速度の向上よりも波面測定の精度を重要視して、このような構成をとる場合もある。
一例として、撮像分解能、ビーム径、波面センサーの有効領域、補正デバイスの有効領域、使用画素数の対応を以下の表３に示す。

実施例３と異なり、分解能を変更しても波面センサーの有効領域は変更されない。このように撮像分解能に応じて補正デバイスの有効領域を変更し、使用する画素数を変更する。
本実施例においても、実施例１もしくは実施例２と同様の処理を行うことによって、撮像する分解能に応じて補正デバイスの有効画素数が適切に設定される。
また、有効画素数が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な高画質の撮像が可能となる。
また、波面測定の精度を落とすことなく、分解能設定部と有効領域設定部を共通化することができる。

［実施例５］
実施例５においては、図７を用いて本発明を適用した補償光学系を備えたＯＣＴによる光画像撮像装置の構成例について説明する。

図７において、１０１は光源であり、本実施例では波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源を用いた。
光源１０１は低干渉性のものであれば良く、波長幅３０ｎｍ以上のＳＬＤ光源が好適に用いられる。また、チタンサファイアレーザなどの超短パルスレーザなどを光源に用いることもできる。
光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、ファイバーカプラー１４３まで導光される。
ファイバーカプラー１４３によって、測定光経路１４４と参照光経路１４５に分岐される。ファイバーカプラーは１０：９０の分岐比のものを使用し、投入光量の１０％が測定光経路１４４に行くように構成する。

測定光経路１４４を通った光は、コリメータ１０３により、平行な測定光として照射される。
コリメータ１０３以降の構成は実施例４と同様であり、補償光学系や走査光学系を通して眼１１１に照射し、眼１１１からの反射散乱光は再度同様の経路をたどって光ファイバー１４４に導光されてファイバーカプラー１４３に到達する。

一方、参照光経路１４５を通った参照光はコリメータ１４６で出射され、光路長可変部１４７で反射して再度ファイバーカプラー１４３に戻る。
ファイバーカプラー１４３に到達した測定光と参照光は合波され、光ファイバー１４８を通して分光器１４９に導光される。
分光器１４９によって分光された干渉光情報をもとに、制御部１１８によって眼底の断層像が構成される。制御部１１８は光路長可変部１４７を制御し、所望の深さ位置の画像を取得できる。
実施例１と同様に波面センサー１１５で波面を測定し、その波面収差をキャンセルするように波面補正デバイス１０８を駆動する。

また、実施例４と同様に分解能の設定と補正デバイスの有効領域の変更を行う。このようにして、本実施例においても撮像する分解能に応じて補正デバイスの有効領域が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な撮像が可能となる。
ＯＣＴでは断層画像が得られるが、入射光のＮＡを大きくして分解能を高めると被写界深度が浅くなり、一つの断層画像中に合焦している部分と合焦していない部分が出来てしまう。

そこで、深さ方向の撮影範囲を被写界深度程度の幅に分割して撮像した後に、個々の深さの画像を結合し、全範囲でフォーカスが合った断層画像を得るという方法を取ることも可能である。

この場合、図３のステップＳ１０２で変更された分解能に応じて１回の撮像で取得する深さ方向の範囲を変更することにより、合焦範囲の広い画像を速く容易に撮像することが可能となる。
本実施例においても、撮像する分解能に応じて補正デバイスの有効画素数が適切に設定される。

また、有効画素数が適切に設定されることにより、収差補正の処理が高速化されて迅速な高画質の撮像が可能となる。
また、波面測定の精度を落とすことなく、分解能設定部と有効領域設定部を共通化することができる。

［実施例６］
実施例６として、図８を用いて本発明を適用した補償光学系を備えたＳＬＯによる被検査物の光画像を取得する光画像撮像装置および光画像撮像装置の制御方法の構成例について説明する。なお、本実施例は、測定対象である被検査物を眼とし、眼で発生する収差を補償光学系で補正し、眼底を撮像するようにした一例について説明する。

図８において、１０１は光源であり、波長８４０ｎｍのＳＬＤ光源（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いた。
光源１０１の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮影用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、８００〜１５００ｎｍ程度が好適に用いられる。

本実施例においてはＳＬＤ光源を用いたが、その他にレーザ等も用いられる。本実施例では眼底撮影と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、途中で合波する構成としても良い。

光源１０１から照射された光は、単一モード光ファイバー１０２を通って、コリメータ１０３により、平行な測定光として照射される。
照射された測定光１０５はビームスプリッタからなる光分割部１０４を透過し、補償光学の光学系に導光される。
補償光学系は、光分割部１０６、波面センサー（実施例において収差測定手段に対応する）１１５、波面補正デバイス（実施例において波面補正手段に対応する）１０８および、それらに導光するための反射ミラー１０７−１〜４から構成される。

ここで、反射ミラー１０７−１〜４は、少なくとも眼の瞳と波面センサー１１５、波面補正デバイス１０８とが光学的に共役関係になるように設置されている。また、光分割部１０６として、本実施例ではビームスプリッタを用いた。
測定光１０５は波面補正デバイス１０８に入射し、波面補正デバイス１０８で反射された測定光１０５は反射ミラー１０７−３に出射する。

本実施例では、波面補正デバイス１０８として液晶素子を用いた空間位相変調器を用いた。空間位相変調器の基本構成は実施例１で説明したものと同様であるが、変調を行う有効領域の解像度が変更可能である。本実施例で用いた空間位相変調器の画素構成を図９に示す。１５０が波面補正デバイス１０８の画素面を示したものであり、縦３０×横３０個の画素１５２からなる。測定光１０５が照射される範囲が円１５１で示した領域である。図９のａ）が各画素１５２−１をすべて個別に変調した場合の画素構成を示している。各画素１５２−１を個別に変調することにより、複雑な波形であっても正確に制御することが可能である。一方で、画素１５２−１それぞれの変調量を３０画素×３０画素の解像度で計算する必要があるために、非常に計算負荷が高い。

一方で、縦２画素×横２画素をまとめた４画素を画素セット１５２−２として、１５画素×１５画素の解像度で変調する場合を図９のｂ）に示す。合計２２５の画素セット１５２−２の変調による波面制御になるが、眼の収差の大部分を占めるデフォーカス、非点収差、球面収差等の次数の低い収差を補正するには概ね十分な画素数である。変調量の計算は、各画素セットごとで良いので、２２５画素セット分ということになり、大幅に計算負荷が低下する。画素セット１５２−２は縦２画素×横２画素に限定されるわけではなく、もっと多くの画素をまとめて画素セットを構成することも可能である。より多くの画素をまとめると、波面制御の正確性は低下するが、計算負荷は軽減する。必要な補正の正確性と計算負荷を勘案して解像度を決定すればよい。

また、波面補正デバイス１０８の前後に、不図示のビーム径可変光学系を具備することにより、波面補正デバイス１０８の有効領域を変更させる構成も可能である。有効領域を変更させる場合の空間位相変調器の画素構成をｃ）に示す。空間位相変調器の画素面１５０のうち、測定光１０５は範囲１５１で示された範囲にのみ照射される。よって、波面の制御はこの範囲内および近傍の画素１５２−３で行われる。図ｃ）の例では直径１６画素の範囲に照射される場合を示しており、制御する画素は中央１８画素×１８画素となり、合計３２４画素となる。この画素数でも眼の収差の大部分を占めるデフォーカス、非点収差、球面収差等の次数の低い収差を補正するには概ね十分な画素数である。変調量の計算は、全範囲の変調量計算を行う場合と比較して大幅に軽減される。

補償光学系を通過した測定光１０５は、走査光学系１０９によって、１次元もしくは２次元に走査される。走査光学系１０９で走査された測定光１０５は、接眼レンズ１１０−１および１１０−２を通して眼１１１に照射される。

眼１１１に照射された測定光は眼底で反射もしくは散乱される。
眼１１１の網膜から反射もしくは散乱された反射散乱光は、入射した時と同様の経路を逆向きに進行し、光分割部１０６によって一部は波面センサー１１５に反射され、光線の波面を測定するために用いられる。

本実施例では波面センサー１１５にシャックハルトマンセンサーを用いたが、それに限定されるものではなく、曲率センサーのような他の波面測定手段や、結像させた点像から逆計算で求めるような方法を用いても良い。

光分割部１０６を透過した反射散乱光は光分割部１０４によって一部が反射され、コリメータ１１２、光ファイバー１１３を通して光強度センサー１１４に導光される。
光強度センサー１１４で光は電気信号に変換され、制御部１１８によって眼底画像として画像に構成されて、ディスプレイ１１９に表示される。
波面センサー１１５は補償光学制御部１１６に接続され、受光した波面を補償光学制御部１１６に伝える。
波面補正デバイス１０８も補償光学制御部１１６に接続されており、補償光学制御部１１６から指示された変調を行う。

補償光学制御部１１６は波面センサー１１５の測定結果による取得された波面を基に、収差のない波面へと補正するような変調量（補正量）を計算し、波面補正デバイス１０８にそのように変調するように指令する。
波面の測定と波面補正デバイスへの指示は繰り返し処理され、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。
本実施例では上述したように、波面補正デバイス１０８である空間位相変調器の解像度を任意に指定することが可能であり、波面補正のフィードバック制御の状況に応じて解像度を変更（再設定）する。

つぎに、図１０のフローチャートを用いて本実施例の光画像撮像装置の制御方法について説明する。

まず、ステップＳ１０１で制御を開始し、ステップＳ１１５で空間位相変調器の解像度を設定する。設定する解像度は、１５画素×１５画素とする。上述したように、解像度を変更するのではなく、照射ビーム径を変更することにより、空間位相変調器の有効領域を狭い領域に設定しても良い。
補償光学系の基本的なフローは、光源１０１からの測定光１０５を眼１１１に照射した状態において、ステップＳ１０４で波面センサー１１５により収差を測定する。
そして、測定した結果を元にステップＳ１０６で補償光学制御部１１６により、ステップＳ１１５で設定された解像度で補正量を計算し、ステップＳ１０７で補償光学制御部１１６の制御に基づき波面補正デバイス１０８を駆動するというものが繰り返し行われる。ステップＳ１１５で低い解像度に設定されているので、ステップＳ１０６の処理時間は短く、ステップＳ１０４からＳ１０７に至る基本的なフローは非常に高速に行われる。

ここで、ステップＳ１０４で収差を測定した後に、ステップＳ１１１で収差の変化量が予め設定された変化の基準値を下回っているかを補償光学制御部１１６により確認する。基準値は装置固有の値でも良いし、撮像者が設定しても良い。
収差変化が基準値を上回っている場合には、ステップＳ１０６以降の処理が実行される。
収差変化が基準値を下回っている場合には、ステップＳ１０５に進み、収差量が収差量基準を下回っているかを確認する。
収差量が基準値を下回っている場合にはステップＳ１０８に進んで眼底の撮像を行い、ステップＳ１０９で撮像終了を確認する。

ステップＳ１０９で終了要求が来ていた場合には、ステップＳ１１０で撮像終了する。終了要求が来ていない場合には、ステップＳ１０４に戻り、補償光学系の処理と撮像を繰り返す。
ステップＳ１０５で収差量が基準値を上回っている場合には、ステップＳ１１６に進み、設定されている解像度が波面補正デバイス１０８の最大解像度かを確認する。最大解像度でなければ、ステップＳ１１７に進み、現時点で設定されている解像度よりも高い解像度に設定する。その後、ステップＳ１０４に進み、補償光学の基本フローを繰り返す。
ステップＳ１１６で、解像度が最高解像度に設定されていると判断されると、それは収差補正性能の限界と判断し、ステップＳ１０８に進み撮像を行う。
上記フローのように、収差補正開始時に低い解像度で収差補正のフィードバックループを実行することで、最高解像度でフィードバックするよりも大幅に処理速度が向上し、眼の収差の大部分を補正する状態に到達する時間が短縮される。この段階で撮像可能な収差状態であった場合には即座に撮像が行われるため、撮像開始までの時間が大幅に短縮される。また、この段階で十分収差が補正されていなくても、残存している収差は高次収差のわずかな部分であるため、数回のフィードバックで十分補正可能であり、撮像開始までの時間は初めから高解像度で制御するよりも短縮化される。

本実施例では、ステップＳ１１５で低い解像度を設定したが、解像度を設定する前に収差を測定し、適切な解像度を設定しても良い。また、撮像可能な収差量まで到達した後に、涙の状態や屈折調節への追従性を良くするため、解像度を調整してフィードバック速度を向上させることも可能である。

このように本実施例によれば、フィードバックの各タイミングで適切な解像度で補正デバイスを制御することが可能となり、収差補正処理が高速化し、撮像開始までの時間が短縮される。
また、以上で説明した各実施例での光画像撮像装置の制御方法において、これらの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを作製し、このプログラムを記憶媒体に記憶させ、コンピュータに読み取らせるように構成することができる。

１０１ 光源
１０２ 光ファイバー
１０３ コリメータ
１０４ 光分割部
１０５ 測定光
１０６ 光分割部
１０７ 反射ミラー
１０８ 波面補正デバイス
１０９ 走査光学系
１１０ 接眼レンズ
１１１ 眼
１１２ コリメータ
１１３ 光ファイバー
１１４ 光強度センサー
１１５ 波面センサー
１１６ 補償光学制御部
１１７ 分解能設定部
１１８ 制御部
１１９ ディスプレイ
１２０ 有効領域設定部
１２１ 分解能制御部

Claims (23)

1. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置の制御方法であって、
   前記補正手段の有効領域の大きさを変更する変更工程と、
   前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
   前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算工程と、
   前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
2. 前記変更工程において、前記補正手段に照射される光の径の大きさに基づいて、前記有効領域の大きさを変更することを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記変更工程において、前記補正手段に照射される光の径の大きさを変更することにより、前記有効領域の大きさ及び前記収差を測定する領域の大きさを変更することを特徴とする請求項１または２に記載の制御方法。
4. 少なくとも前記測定工程と演算工程と前記制御工程とを繰り返し実行し、繰り返し実行する途中に、前記補正手段の有効領域の大きさを再び変更する再変更工程を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制御方法。
5. 前記有効領域における画素数を決定する決定工程を更に有し、
   前記演算工程において、前記測定された収差と前記変更された大きさと前記決定された画素数とに基づいて、前記補正手段の補正量を計算し、
   前記制御工程において、前記計算された補正量に基づいて、前記補正手段を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御方法。
6. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置の制御方法であって、
   前記補正手段において使用される画素数を決定する決定工程と、
   前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
   前記測定された収差及び前記決定された画素数に基づいて、前記補正手段を制御する制御工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
7. 前記決定工程において、前記補正手段における複数の画素のうち隣り合う複数の画素を１セットとする場合に、前記複数の画素の数を決定することにより、前記画素数を決定することを特徴とする請求項５または６に記載の制御方法。
8. 前記被検査物を撮像するときの分解能を設定する分解能設定工程を更に有し、
   前記変更工程において、前記分解能設定工程で設定された分解能に基づき、前記補正手段の有効領域の大きさを変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の制御方法。
9. 前記分解能設定工程での前記分解能の設定が、前記測定光のビーム径の変更により行われる、前記有効領域を設定する有効領域設定手段で行われる、のうち少なくとも一方であることを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
10. 前記収差が、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式で扱われ、
    前記分解能に応じて前記Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の次数を変更することを特徴とする請求項８または９に記載の制御方法。
11. 前記設定された分解能と前記測定された収差とに応じて、前記補正手段の有効領域の大きさを変更することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の制御方法。
12. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置の制御方法であって、
    前記補正手段の有効領域を変更する変更工程と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
    前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算工程と、
    前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
13. 被検査物で発生する収差を補正する補正手段の解像度を決定する決定工程と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する測定工程と、
    前記測定された収差と前記決定された解像度とに基づいて、前記補正手段を制御する制御工程と、
    を有することを特徴とする制御方法。
14. 前記被検査物は眼であり、
    前記補正手段は、前記眼の前眼部と光学的に共役関係になるように配置されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の制御方法。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の制御方法の各工程を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
16. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置であって、
    前記補正手段の有効領域の大きさを変更する変更手段と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
    前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算手段と、
    前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
17. 前記変更手段は、前記補正手段に照射される光の径の大きさを変更することにより、前記有効領域の大きさを変更することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
18. 前記有効領域における画素数を決定する決定手段と、
    前記測定された収差と前記変更された大きさと前記決定された画素数とに基づいて、前記補正手段の補正量を計算する計算手段と、を更に有し、
    前記制御手段は、前記計算された補正量に基づいて、前記補正手段を制御することを特徴とする請求項１６または１７に記載の撮像装置。
19. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置であって、
    前記補正手段において使用される画素数を決定する決定手段と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
    前記測定された収差及び前記決定された画素数に基づいて、前記補正手段を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
20. 測定光を被検査物に照射し、該被検査物で発生する収差を補正手段で補正し、該被検査物を撮像する撮像装置であって、
    前記補正手段の有効領域を変更する変更手段と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
    前記測定された収差に基づいて、該収差を補正するための前記変更された有効領域の補正量を演算する演算手段と、
    前記補正量に基づいて、前記補正手段の前記有効領域を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
21. 前記有効領域は、前記補正手段における光の照射領域であることを特徴とする請求項１６から１８、２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
22. 被検査物で発生する収差を補正する補正手段の解像度を決定する決定手段と、
    前記被検査物で発生する収差を測定する収差測定手段と、
    前記測定された収差と前記決定された解像度とに基づいて、前記補正手段を制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
23. 前記被検査物は眼であり、
    前記補正手段は、前記眼の前眼部と光学的に共役関係になるように配置されることを特徴とする請求項１６から２２のいずれか１項に記載の撮像装置。

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