JP6632266B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光干渉断層像を撮像する撮像装置に関する。
光干渉断層撮像法(Optical Coherence Tomography、以下OCTという)を用いる撮像装置(以下、OCT装置という)が開発されている。OCT装置は、物体へ光を照射し、照射光の波長を変化させ、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させ、干渉光の強度(以下、干渉スペクトルと略す)に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層像を得ることができる。OCT装置は例えば眼底検査に用いられる。
眼底検査においては、眼疾患を早期に発見し治療を開始するためには黄斑から離れた位置にある病変部を発見したいという基本的要求がある。近年この要求に答えるため、眼底検査に用いられるOCT装置においても広画角化が期待されている。一般的に眼球は略球体であるため、眼底の中央部と周辺部では、照射光の光路長が大きく異なってしまう。従ってこの広角化の要求は同時に眼底の所望の深さ範囲の断層像を一度に網羅的に取得したいという要求を発生させることになる。
これは波長掃引光源を用いたOCT装置(Swept Source OCT装置、以下SS−OCT装置という)においては、光検出器でアナログ信号として検出された時間的に変化する干渉信号をA/D変換器にて高いレートでサンプリングすることと同値である。一般的なSS−OCT装置のサンプルクロックの生成には、サンプルする干渉光を生成する干渉計に加え、より光路長差の大きいクロック生成用干渉計を別途構成しその出力を用いることが広く行われている。このような構成SS−OCT装置においてサンプルレートを上げるには、クロック生成用干渉計の光路長差をさらに大きいものとする必要がある。すなわち、光路長差が長くても干渉するコヒーレンス長の長い光を発生可能な高価な波長掃引光源としを使用しなければならないことになる。加えて、このような高速なサンプリングを行うには広帯域なアナログ帯域を持つ高価なA/D変換器を使用しなければならなかった。
上述の広角化への対応として、特許文献1では、上述した一般的なサンプルレートを有するSS−OCT装置の一般構成とともに、眼底の断層像の観察領域を広範囲とするために複数の断層像をつなぎ合わせて広範囲の断層像を構成することを開示している。
一方特許文献2では、前述の広画角化という課題への対応策ではないが、OCT装置を構成するために、A/D変換器を2つ用いてインターリーブ動作させる構成が例示されている。
特開2012−115578号公報 特開2014−016181号公報
しかし、特許文献1では、コヒーレンス長の長い光を発生可能な高価な波長掃引光源と広帯域なアナログ帯域を持つ高価なA/D変換器を使用する必要はないが、つなぎ合わせのための画像処理に時間や手間がかかるという欠点がある。また、特許文献2は、インターリーブ動作させる構成が例示するのみで、これを広角化に伴う深さ範囲の断層像を一度に網羅的に取得する課題の解決に用いること、さらにはSS−OCTで要求されるサンプリングタイミングの等波数性をクロックの伝送過程で正しく保持する方法を開示していない。従って、従来のOCT装置の構成では眼底の広範囲の走査を行った際に、眼底の所望の深さ範囲の断層像を一度に網羅的に取得することが難しかった。
上述した課題に対して、本発明の目的は、眼底の広範囲で1回の走査を行った際に、眼底の所望の深さ範囲の断層像を網羅的に取得するためのサンプリング方法を提供することである。
本発明に係る撮像装置の一つは、
射出する光の波長を掃引する光源部から射出された光を眼底に照射する照射光と参照光とに分岐し、前記照射光が照射された前記眼底からの反射光と前記参照光とを干渉する干渉部と、
前記眼底において前記照射光を走査する走査部と、
前記干渉部により干渉して得た干渉光を検出する検出部と、
前記検出部が前記干渉光を検出して得たアナログ信号をデジタル信号に変換する変換部と、
前記光源部から射出された光のうち一部の光が通る光路が第一光路と前記第一光路に対して光路長差を有する第二光路とに分岐された干渉計として構成され、前記変換部が前記アナログ信号を前記光路長差に対応する周波数でサンプリングするためのクロックであって、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返すクロックを生成するクロック発生部と、
前記生成されたクロックにより前記変換部がサンプリングした前記アナログ信号を変換して得た前記デジタル信号に基づいて、前記眼底の断層像を取得する断層像取得部と、を有する撮像装置であって、
前記走査部は、前記眼底において前記照射光を走査する角度が空気中で換算して47度以上となるように構成されており、
前記変換部は、前記光路長差に対応する周波数のクロックから得た2つのクロックであって、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返す2つのクロックのうち一方に対して他方を反転する反転回路と、前記一方を用いて前記アナログ信号をサンプリングするための第1のA/D変換器と、前記反転された他方を用いて前記アナログ信号をサンプリングするための第2のA/D変換器と、を含み、前記第1のA/D変換器及び前記第2のA/D変換器が前記アナログ信号をサンプリングすることにより、前記光路長差に対応する周波数よりも高い周波数のクロックにより前記アナログ信号をサンプリングするように構成されている。
本発明によれば、眼底の広範囲で1回の走査を行った際に、眼底の所望の深さ範囲の断層像を網羅的に取得するための高速かつ安価なサンプリング方法を提供することができる。
本実施形態に係るOCT装置の一例を示す模式図 本実施形態に係るOCT装置の走査部が行う照射光の走査方法の一例を示す模式図 本実施形態に係る眼球の模式図 本実施形態に係る広画角化の課題を説明するための図 本実施形態に係る波長可変光源の光周波数変化とkクロックを説明するための図 本実施形態に係るkクロック発生部の模式図 本実施形態に係るサンプリング定理を説明するための図 本実施形態に係るインターリーブを説明するための図 本実施形態に係るkクロックの周波数に対応するクロックを差動信号として生成することを説明するための図 本実施形態に係るインターリーブの回路構成と、干渉信号及びkクロックの様子を表す模式図
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に関わる本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。例えば、本実施形態に係るOCT装置は、マッハツエンダー干渉計で構成されているが、本発明はこれに限らず、マイケルソン干渉計で構成されても良い。また、本実施形態に係るOCT装置は、参照光路長を変更するように構成されているが、本発明はこれに限らず、参照光と測定光との光路長差を変更するように構成されれば良い。例えば、参照光路長を固定して、測定光路長を変更するように構成しても良い。また、本実施形態において、光源部10は光の波長を変化させる光源であれば特に限定されない。例えば、回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源、共振器長可変のファブリペローチューナブルフィルタを用いる各種外部共振器型光源をもちいることができる。あるいは、サンプルドグレーティングを用いて波長を変化させるSSG−DBRや、MEMS機構を用いた波長可変のVCSEL(MEMS−VCSEL)などを用いることもできる。また、ファイバレーザーを用いることもできる。ファイバレーザーとしては、分散チューニング方式でもよく、フーリエドメインモードロック方式であってもよい。なお、回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源としては、共振器に回折格子を設けて光を分光させ、ポリゴンミラーや、回転する円盤上にストライプ状の反射ミラーを設けたものを用いて出射させる光の波長を連続的に変える波長掃引光源などが挙げられる。
(SS−OCT装置の構成)
図1は、本実施形態における光干渉断層撮像法を用いた撮像装置(OCT装置)の構成例を示す図である。OCT装置は、射出される光周波数が掃引される光源部10と、干渉光を生成するOCT干渉部20と、干渉光を検出する検出部30と、干渉光に基づいて、被検体100の眼底の情報を取得する情報取得部40と、を有している。なお、情報取得部40は、眼底の断層像を取得(生成)する断層像取得部(画像生成部)としても機能する。さらに、OCT装置は、測定アーム50と参照アーム60を有している。
OCT干渉部20は、カプラ21、22を有している。まず、カプラ21は、光源部10から射出された光を眼底へ照射する照射光と参照光とに分岐する。照射光は、測定アーム50を経由して被検体100に照射される。より具体的には、測定アーム50に入射した照射光は、偏光コントローラ51で偏光状態を整えられた後、コリメータ52から空間光として射出される。その後、照射光は、X軸スキャナー53、Y軸スキャナー54、フォーカスレンズ55を介して被検体100の眼底に照射される。なお、X軸スキャナー53、Y軸スキャナー54は眼底を照射光で走査する機能を有する走査部である。走査部によって、照射光の眼底への照射位置が変えられる。そして、眼底からの後方散乱光(反射光)は、再びフォーカスレンズ55、Y軸スキャナー54、X軸スキャナー53、コリメータ52、偏光コントローラ51を経由して測定アーム50から射出される。そして、カプラ21を経由してカプラ22に入射する。
一方、参照光は参照アーム60を経由し、カプラ22に入射する。より具体的には、参照アーム60に入射した参照光は、偏光コントローラ61で偏光状態を整えられた後、コリメータ62から空間光として射出される。その後、参照光は分散補償ガラス63、光路長調整光学系64、分散調整プリズムペア65を通り、コリメータレンズ66を介して光ファイバーに入射され、参照アーム60から射出されてカプラ22に入射する。
カプラ22で測定アーム50を経由した被検体100の反射光と参照アーム60を通った光とが干渉する。そして、その干渉光を検出部30で検出する。検出部30は、差動検出器31とn個(nは2以上の整数)のA/D変換器を含む変換部32を有している。まず、検出部30では、カプラ22で干渉光を発生させた後すぐに分波された干渉光を差動検出器31で検出する。そして、差動検出器31で電気信号(アナログ信号)に変換されたOCT干渉信号を変換部32でデジタル信号に変換している。そして、デジタル信号が情報取得部40に送られ、デジタル信号に対してフーリエ変換などの周波数分析が行われることで、眼底の情報が得られる。得られた眼底の情報は表示部70によって断層像として表示される。
ここで、本実施形態に係る撮像装置は、取得された断層像を解析することにより複数の層をセグメンテーションする解析部を更に有することが好ましく、例えば、情報取得部40を解析部として機能させても良い。このとき、解析部の解析結果に基づいて、複数の層のいずれかの層に沿った平面画像を生成する画像生成部を更に有することが好ましく、例えば、情報取得部40を画像生成部として機能させても良い。そして、平面画像に含まれる眼底の黄斑及び視神経乳頭と断層像に含まれる眼底の黄斑及び視神経乳頭との位置関係が対応付いた状態で、平面画像と断層像とを表示部70に表示させる表示制御部を更に有することが好ましく、例えば、情報取得部40を表示制御部として機能させても良い。これにより、複数の層のいずれかの層に沿った平面画像を広画角の範囲で観察することができるため、診断効率や診断精度を向上することができる。また、眼底の黄斑及び視神経乳頭の断層像を用いて、眼底の黄斑及び視神経乳頭を含む眼底の湾曲情報を演算する演算部を更に有することも好ましく、例えば、情報取得部40を演算部として機能させても良い。これにより、広画角の範囲における眼底の湾曲を定量的に評価できるため、診断効率や診断精度を向上することができる。なお、眼底の黄斑及び視神経乳頭を含む断層像を取得する際には、照射光が1回の走査で黄斑及び視神経乳頭に照射されるように走査部を制御しても良い。また、眼底の3次元断層像を取得した後に、3次元断層像から黄斑及び視神経乳頭を含む断層像を再構成しても良い。
干渉光のサンプリングは、光源部10の外に設けられるkクロック発生部80が発信する等光周波数(等波数)間隔のクロック、いわゆるkクロック信号に基づいて行われる。SS−OCTを含むフーリエドメイン方式のOCTでは、診断に十分な画質を得るために等波数でサンプリングを行うことは不可欠である。したがって、SS−OCTでは、本実施形態のように、kクロック発生部80を設けることが一般的である。k−クロックを用いずとも、例えば光源部10から射出される光周波数が時間に対して正確に線形に変化させれば、等時間間隔のサンプリングでも原則問題は発生しない。しかし、図5(a)に模式的に示すように、一般的な波長可変光源では駆動機構部により共振器長を変化させることにより波長掃引を行っているため時間に対して非線形となるばかりか安定した走引は非常に難しい。又、時として発生するモードホップ(あるタイミングで波長が非連続に変化する現象)による光周波数のずれも生じることから、等時間間隔のサンプリングで正確な距離情報を算出することは困難であるといえる。ただし、本発明はこれに限定されず例えば等間隔でサンプリングし補間等を行なった後、波数空間から実空間へ変換してもかまわない。又、光源部10から射出された光の一部をkクロック発生部80に分岐するために、カプラ90が設けられているが、kクロック発生部80、カプラ90は光源部10に組み込まれていてもよい。
以上は、被検体100のある1点における断層に関する情報の取得のプロセスであり、このように被検体100の奥行き方向の断層に関する情報を取得することをA−scanと呼ぶ。また、A−scanと直交する方向で被検体の断層に関する情報、すなわち2次元画像を取得するための走査方向をB−scan、更にA−scan、及びB−scanのいずれの走査方向とも直交する方向に走査することをC−scanと呼ぶ。これは、3次元断層像を取得する際に眼底面内に2次元ラスター走査する場合、高速な走査方向がB−scan、B−scanをその直交方向に並べて走査する低速な走査方向をC−scanと呼ぶ。A−scan及びB−scanを行うことで2次元の断層像が得られ、A−scan、B−scan及びC−scanを行うことで、3次元の断層像を得ることができる。B−scan、C−scanは、上述したX軸スキャナー53、Y軸スキャナー54により行われる。
なお、X軸スキャナー53、Y軸スキャナー54は、それぞれ回転軸が互いに直交するよう配置された偏向ミラーで構成されている。X軸スキャナー53は、X軸方向の走査を行い、Y軸スキャナー54は、Y軸方向の走査を行う。X軸方向、Y軸方向の各方向は、眼球の眼軸方向に対して垂直な方向で、互いに垂直な方向である。また、B−scan、C−scanのようなライン走査方向と、X軸方向またはY軸方向とは、一致していなくてもよい。このため、B−scan、C−scanのライン走査方向は、撮像したい2次元の断層像あるいは3次元の断層像に応じて、適宜決めることができる。
また、X軸スキャナー53とY軸スキャナー54をともに駆動させ、偏向ミラーの角度を変えることでさまざまな走査が可能である。例えば、図2(a)、(b)のようなラスター走査でもよいし、図2(c)のように、眼球の一点(例えば黄斑)を複数回通過する方法でもよい。また、図2(d)に示すように眼球の一点(例えば黄斑)を中心としてらせん状に走査を行ってもよい。
(走査する角度)
前述のごとく、眼底検査においては広角に撮像したいという要望がある。これを実現するために求められるOCT装置の照射光で走査する範囲(走査角度)について図3の簡単な人眼のモデルを用いて説明する。図3は、眼球を球体として仮定したときの模式図である。眼底の眼球の瞳孔中心にほぼ沿った視軸上に黄斑があり、黄斑から少し離れた位置に視神経乳頭がある。この黄斑と視神経乳頭は、眼底において特に重要な部位である。広角にとは、すなわち、黄斑と視神経乳頭およびその周辺を同一の走査で一度に撮像するということである。
標準的な成人の眼底では、黄斑と視神経乳頭間の距離Dは約5.75mmである。照射光は、眼球の瞳孔中心を中心に旋回され、眼底を走査する。黄斑を中心として、視神経乳頭を包含する範囲を同じ走査で撮像する場合、個人差も勘案すると、黄斑と視神経乳頭を結ぶ最短の曲線の長さ(撮像範囲)Lが14mm程度必要である。ここで、この撮像範囲に対応する瞳孔中心を中心に旋回される測定光の振れ角をαとする。成人の眼球の直径の平均は24mm程度なので、撮像範囲Lを14mm以上にするためには、振れ角αは33.4度以上必要になる。この角度は、眼球内の平均屈折率が1.38であることを利用して、空気中の、瞳孔中心に入射する照射光の振れ角βで表すと、arcsin(1.38×sin(33.4度/2))×2≒47度となる。つまり、黄斑を中心に、黄斑と視神経乳頭を同時に撮像するためには、眼底を照射光で線状に走査する場合において、眼底を走査する角度範囲が空気中で換算して47度以上であればよい。なお、以下では、眼底を照射光で線状に走査する場合における眼底を走査する角度範囲を空気中で換算した範囲を画角とする。つまり、振れ角βを画角とする。
次に、上記の振れ角βで走査する場合に生じる課題について、図4を用いて説明する。図4は、図3と同様に眼球を球体として仮定したときの模式図である。図4の破線は、走査軌跡を表している。図4で示すように、瞳孔中心から眼球の外壁つまり眼底までの物理的な距離は、黄斑ではa+bであり、黄斑から離れた位置にある部分(角度θ/2の部分)ではaである。a、bは眼軸長の長さTと眼球内の振れ角θを用いると、以下の式で表される。
a=T×cos(θ/2) ・・・式1
a+b=T ・・・式2
このように、瞳孔中心から黄斑までの距離と瞳孔中心から黄斑から離れた位置までの距離とは、bだけ異なる。このbは角度θが大きくなればなるほど、大きくなるため、広画角の眼底検査用のOCT装置では、瞳孔中心から黄斑までの光路長と瞳孔中心から黄斑から離れた周辺の位置までの距離とが大きく異なってしまう。成人の眼軸長Tは個人差が大きく、95%の人が含まれる眼軸長Tの範囲は21mm以上28mm以下である。ここでは、眼軸長Tの値として、その範囲の最大値である28mmを用い、眼球内の振れ角θが33.4度の場合、式1、2からbは約1.2mmとなる。
また、眼底検査用のOCT装置で観察する眼底組織は、眼底の表面近傍の網膜とその奥にある脈絡膜である。網膜は最厚部分で0.50mm、脈絡膜は0.30mm程度であるので、眼底検査用のOCT装置は少なくとも0.80mmの深さまで撮像する必要がある。つまり、眼底の表面と脈絡膜との間では、0.8mmの距離の差が生じる。
よって、黄斑と視神経乳頭とを同一の走査で撮像し、かつ視神経乳頭の表面近傍と黄斑の奥にある脈絡膜との情報を得るためには、2×(b+0.80)≒4.0mmの距離差が求められる。この距離差は、空気中の光路差で考えると、4.0mm×1.38≒5.5mmに対応する。つまり、画角47度以上とした場合、得なくてはならない断層情報の深さ範囲(すなわち光路長差)は、空気中で5.5mmとなる。これ以下の深さ範囲しか達成できない場合には眼底周辺部では画像の折り返しが発生するという問題が生じ、正しい撮像が出来ない。一般的に言って、従来市販されているOCT装置では眼底を走査する角度が空気中で換算して約40度程度、深さ範囲(断層像の深さ方向の距離)は脈絡膜―強膜境界まで撮像するため、眼球内で2.6mm程度、空気中で換算して3.6mm程度の深さ範囲に設定されている。従って画角47度以上の広角化を行うことは困難であったと言える。
(kクロック発生部)
次に、所望の深さ範囲を実現するためのkクロックについて、図6を用いて説明する。図6中の符号は、図1と対応している。kクロック発生部には、例えば、分岐比95:5などのカプラ90により光源から射出される光の一部を分岐し、分岐された光が入射される。その分岐光は、カプラ81によりさらに2つの光路に分岐させ、分岐された光路は第一光路と第二光路として構成される。第一光路と第二光路とは、光路長差82を設けて再びカプラ83で干渉させる。以上がkクロック干渉計である。ここで発生するkクロック干渉信号は、光周波数の時間変化に伴って正弦波となり、かつ光周波数の変化に伴い、この正弦波の周期も時間変化する。図5(b)に示したこの正弦波のゼロクロス点またはピーク点は等波数間隔であるので、これらの点をクロック位置としてサンプリングを行えば波数空間のOCT干渉信号が取得できるのである。
このkクロック干渉信号は、OCT干渉信号をサンプルする変換部32のサンプルクロックとして適切な振幅、電圧へ増幅器等を用いて振幅の補正が行われる。
ここで、kクロックの周波数は、OCT干渉信号のサンプリング周波数であるため、サンプリング定理に基づいて選択される。例えば、図7(a)のようにOCT干渉信号の周波数が、kクロックの周波数の1/2以下であった場合、元の信号を再生できるが、(b)のように1/2以上となった場合、偽の信号を取得することになる。このため、kクロックの周波数は、OCT干渉信号の周波数の2倍以上としなければならない。
OCT干渉信号と同一の光源を用いたkクロック干渉計の出力から生成されるkクロックに所望の周波数を与えるには、kクロック干渉計に適切な光路長差を与えればよい。OCT干渉計のサンプル光路は通常、照射光が眼底に照射する光路と反射光が眼底から戻る光路とから成るダブルパスで構成される。これに対して、本実施形態のkクロック干渉計の光路は、図6に示すように、光を分岐させた後、反射させることなく光路長差を設けて再び合波させるというシングルパスで構成されている。したがって、断層像の深さ範囲を空気中で5.5mm以上(眼球内で4.0mm以上)としたい場合には、kクロックの光路長差82は、5.5mmの4倍、すなわち空気中で22mm以上とする必要がある。範囲の4倍以上とすれば良いことになる。
(kクロック発生部の干渉計の光路長差とインターリーブ)
しかしながら、このような長いコヒーレンス長の光を発生可能な波長掃引光源は製造が困難かつ非常に高価であり、一般的な眼科機器には不適である。従って、本実施形態に関わるSS−OCT装置では、インターリーブ動作によるサンプリングを行う。インターリーブとは、n個(nは2以上の整数)のA/D変換器を含む変換部32を用いて1つの信号をサンプリングする技術である。一般にA/D変換は、図8(a)に示すようにクロックの立ち上がりエッジまたは立下りエッジのどちらか一方のみで信号を取得している。インターリーブでは、図8(b)に示すように、例えば、位相反転回路などを用いて位相を180度ずらした2つのクロックを2つのA/D変換器に与え、立ち上がりエッジと立下りエッジの両方のエッジで信号を取得することで2倍のサンプリング速度を実現している。すなわち、図10のように、変換部32は、kクロック干渉計の周波数に対応するクロックをn個のA/D変換器に対応するn個のクロックに分割し、分割されたn個のクロックを用いてkクロック干渉計の周波数のn倍の周波数のクロックを生成するように構成されている。なお、図10は、本実施形態に係るインターリーブの回路構成と、干渉信号及びkクロックの様子を表す模式図である。従って、本実施形態においては、kクロックの光路長差82は、空気中で断層像の深さ範囲の2倍の11mm以上とすれば、断層像の深さ範囲を空気中で5.5mm以上(眼球内で4.0mm以上)とすることができる。
ここで、図10のように変換部32に設けられたn倍の周波数のクロックを生成するためのインターリーブ制御部がインターリーブ動作を切り替えるように構成されても良い。例えば、使用するA/D変換器の数を1つまたは2つまたは4つとするなど複数のパターンを構成しておき、断層像の深さ範囲に応じて各パターンの切り替え制御を行っても良い。
SS−OCT装置では画質を高いものとするために等波数間隔で干渉信号を取得することが非常に重要であることは前述した。ところが、kクロック干渉計を用いて、等波数間隔にkクロックを生成した場合であっても、深さ範囲を拡大していくにつれクロック周波数もより高い周波数が要求されることとなり、その伝送過程でこの等波数性が阻害される問題が発生する。前述したインターリーブ動作を行うことで、クロック周波数を半減できるが、それでもシングルエンド信号として伝送した場合、伝送中に信号波形がひずむことで位相ずれが生じると、等波数性が崩れ、断層像上にノイズが発生する要因となる(図9(a))。
したがって、伝送中の波形歪みの影響を少なくするために、kクロックは、例えばLVDS(Low Voltage Differential Signaling)信号などの差動信号85として、すなわち1つの信号を2本の信号線で伝送することが望ましい(図9(b)と(c))。2本の信号線を+側、−側の位相差180度で一対の信号線として結線することにより、この信号線間の電位差が信号レベルとなるため、外部からの同相ノイズが打ち消される(図9(d))。また、差動信号85とすることでスルー・レートが2倍となり、シングルエンド信号に比べてタイミングの不確実さが半分になる。したがって、より高精度に等波数性を保ったままの伝送が可能である。なお、図9は、本実施形態に係るkクロックの周波数に対応するクロックを差動信号として生成することを説明するための図である。
ここで、本実施形態に提供可能な実際の数値を用いて、必要なサンプル周波数を示しておく。断層像の深さ範囲(計測距離)Δz、中心波長λc、掃引波長幅Δλとすると、断層像の深さ範囲全体を1度にサンプリングする数であるサンプル数Nは、(4×Δz×Δλ)/λcから導出される。一方、波長掃引の周波数fAとduty比(1掃引中のOCTとして有効な発光している期間)dとすると、kクロックの周波数fsは、(N×fA)/dから導出される。また、本実施形態に係る光源において、例えば、λc=1040nm、Δλ=110nm、fA=100kHz、d=0.446とする。
断層像の深さ範囲が空気中で5.5mm(眼球内で4.0mm)である場合に、サンプル数Nは、(4×5.5×10×110)/1040=2237と導出される。また、この場合、kクロックの周波数fsは、(2237×100×10)/0.446=501.57MHzと導出される。ここで、2つのA/D変換器を用いたインターリーブによりサンプリングを行うので、1つのA/D変換器に対するクロック周波数は、501.57MHz/2=250.64MHzである。
又、前述した従来市販されているOCT装置の構成に本実施形態を適用した場合は、次のように考えると良い。深さ範囲が従来の空気中で3.6mm(眼球内で2.6mm)である場合、サンプル数は、(4×3.6×10×110)/1040=1464と導出される。また、この場合、kクロックの周波数fsは、(1464×100×10)/0.446=328.25MHzと導出されるが、本実施形態に従い、2つのA/D変換器を用いたインターリーブによりサンプリングを行った場合には、サンプル数は1464×2=2928となり、kクロックの周波数fsは、328.25×2=656.5MHz。従って空気中で7.2mm(眼球内で5.2mm)の断層像が取得できる。
以上説明したように、本実施形態の構成をとれば、クロック信号伝送中の信号波形歪による位相ずれ引き起こす画質の劣化の無い状態で、画角47度以上の広角撮像において必要となる断層像の深さ範囲が空気中で5.5mm(眼球内で4.0mm)を一つのA/D変換器あたりに対するクロック周波数を250.64MHzと、従来市販されているOCT装置で使われているkクロックの周波数328.25MHzよりも低い周波数で達成できる。また、一つのA/D変換器あたりに対するクロック周波数を従来市販されているOCT装置で使われている周波数328.25MHzを用いても空気中で7.2mm(眼球内で5.2mm)の断層像が取得できるということになる。すなわち、眼底の広範囲で1回の走査を行った際に、眼底の所望の深さ範囲の断層像を網羅的に取得することができるのである。
なお、本発明は、眼底の広範囲で1回の走査を行った際に限定されない。すなわち、走査部が、眼底において照射光を走査する角度が空気中で換算して47度以上となるように構成されている場合に限定されない。走査する角度に関係なく、深さ範囲において眼球内で4.0mm以上となる範囲の眼底の断層像を取得したい場合に、kクロック発生部は、インターリーブでサンプリングすることを考慮し、眼球内で4.0mm以上となる範囲に対応する光路長差となるように構成されていれば良い。このとき、上述したように、kクロック発生部は、第二光路がシングルパスで構成されており、かつ、位相を180度ずらした2つのクロックと2つのA/D変換器を用いたインターリーブによるサンプリングを行うのであれば、光路長差が空気中で11mm以上となるように構成されることが好ましい。また、kクロック発生部は、第二光路がダブルパスで構成されていれば、光路長差が空気中で5.5mm以上となるように構成されることが好ましい。また、kクロック発生部は、光路長差をこれらの長さにする代わりに、サンプリングの数やクロックの周波数を疑似的に変更するように構成されても同等の効果を得ることができる。
なお、kクロックの光路長差82は、シングルパスで構成されている場合には空気中で13.8mm、ダブルパスで構成されている場合には空気中で6.9mmとしても良い。このとき、断層像の深さ範囲が空気中で6.9mm以上(眼球内5.0mm以上)となるように構成することができる。また、kクロックの光路長差82は、シングルパスで構成されている場合には空気中で16mm、ダブルパスで構成されている場合には空気中で8mmとしても良い。このとき、断層像の深さ範囲が空気中で8.0mm以上(眼球内5.8mm以上)となるように構成することができる。
(その他の実施形態)
また、本実施形態に係る撮像装置は、走査する角度の異なる複数の撮像モードを選択する選択部を更に有することが好ましい。このとき、制御部は、選択された撮像モードによって、走査する角度を変更するように走査部を制御する。例えば、黄斑と視神経乳頭とを両方含む断層像として撮像する撮像モード(広画角撮像モード)では走査する角度が47度以上である第1の角度とし、黄斑と視神経乳頭とのいずれか一方を撮像する撮像モード(狭画角撮像モード)では、47度未満である第2の角度まで変更可能とする。
またこの時、選択部は走査する角度を変更に基づいて、深さ範囲を同時に4.0mm以上である第1の範囲から眼球内で4.0mm未満である第2の範囲まで変更する。この深さ範囲の変更を行うためのkクロック発生部の構成を図6を用いて以下に説明する。
前述のごとく、kクロックの周波数はkクロック干渉計の光路長差82に対応する。従って第一光路に対して光路長差を有する第二光路において、例えば、屈折率を変更可能な物質(ガス等)を設ける、ファイバーから一度空気中に光を射出してファイバーに戻すような構成で、ファイバー端同士の光学的な距離を変更する、または、一度ファイバーの外に光を射出する上記構成において、折り返しミラーを複数個用いて、可動ステージに設けた折り返しミラーを光軸方向に移動させる等の方法により光路長差を変更することが出来る。
このとき、制御部は、選択された撮像モードによって、走査する角度とこの光路長差とを変更するように、走査部と変更部とを制御することになる。この変更部は例えばインターリーブ動作を用いたとき、光路長差が11mm以上である第1の光路長差から11mm未満である第2の光路長差まで変更可能に構成されていることが好ましい。この変更部の盛業は、前述の断層像取得部内のインターリーブ制御部においてインターリーブ動作の切り替えに伴う断層像の深さ範囲切り替えにも用いられる。
さらに、選択部は、眼の硝子体と網膜と脈絡膜とを含むように撮像する撮像モード(硝子体観察モード)を含む複数の撮像モードのうちいずれかの撮像モードを選択可能に構成されても良い。このとき、眼の硝子体と網膜と脈絡膜とを含むように撮像する撮像モードが選択されると、例えば、深さ範囲において眼球内で4.0mm以上の範囲の眼底の断層像が取得されることが好ましい。この時撮像範囲を広角化することは必須ではないが、本撮影モードにおける深さ範囲切り替えに有効である。これは、眼の硝子体と網膜と脈絡膜とが十分に含まれるように断層撮像するには、深さ範囲において眼球内で4.0mm以上の範囲は必要となるためである。
尚、いずれの撮像モードであってもモードの選択により撮像する深さ範囲を変える場合、kクロック発生部は、光路長差を変更する代わりに、後述するサンプリングの数やクロックの周波数を疑似的に変更するように構成されても同等の効果を得ることができる。ここで擬似的とは、例えば、深さ範囲を狭くする場合、kクロック発生部はサンプリングの数やクロックの周波数を少なくするように構成しても良いが、単にデータの間引き等、利用するデータ数減少させるだけでもA−スキャンの距離データの算出時間を短縮できるという効果がある。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (15)

  1. 射出する光の波長を掃引する光源部から射出された光を眼底に照射する照射光と参照光とに分岐し、前記照射光が照射された前記眼底からの反射光と前記参照光とを干渉する干渉部と、
    前記眼底において前記照射光を走査する走査部と、
    前記干渉部により干渉して得た干渉光を検出する検出部と、
    前記検出部が前記干渉光を検出して得たアナログ信号をデジタル信号に変換する変換部と、
    前記光源部から射出された光のうち一部の光が通る光路が第一光路と前記第一光路に対して光路長差を有する第二光路とに分岐された干渉計として構成され、前記変換部が前記アナログ信号を前記光路長差に対応する周波数でサンプリングするためのクロックであって、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返すクロックを生成するクロック発生部と、
    前記生成されたクロックにより前記変換部がサンプリングした前記アナログ信号を変換して得た前記デジタル信号に基づいて、前記眼底の断層像を取得する断層像取得部と、を有する撮像装置であって、
    前記走査部は、前記眼底において前記照射光を走査する角度が空気中で換算して47度以上となるように構成されており、
    前記変換部は、前記光路長差に対応する周波数のクロックから得た2つのクロックであって、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返す2つのクロックのうち一方に対して他方を反転する反転回路と、前記一方を用いて前記アナログ信号をサンプリングするための第1のA/D変換器と、前記反転された他方を用いて前記アナログ信号をサンプリングするための第2のA/D変換器と、を含み、前記第1のA/D変換器及び前記第2のA/D変換器が前記アナログ信号をサンプリングすることにより、前記光路長差に対応する周波数よりも高い周波数のクロックにより前記アナログ信号をサンプリングするように構成されていることを特徴とする撮像装置。
  2. 前記変換部は、前記断層像の深さ範囲に応じて使用するA/D変換器の数を切り替えることにより、前記アナログ信号をサンプリングするクロックを切り替えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記変換部は、前記断層像の深さ範囲が4.0mm以上である第1の範囲と前記深さ範囲が4.0mm未満である第2の範囲とが切り替わるように、前記アナログ信号をサンプリングするための周波数のクロックを切り替えることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 前記断層像取得部は、前記光路長差に対応する周波数よりも高い周波数のクロックにより前記変換部がサンプリングした得たデータを間引き、前記間引かれたデータをフーリエ変換することにより、前記断層像の深さ範囲が狭い断層像を取得することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  5. 前記変換部は、前記第1のA/D変換器及び前記第2のA/D変換器が前記アナログ信号をサンプリングすることにより、前記光路長差に対応する周波数のクロックの立ち上がりと立ち下がりとの両方を用いて前記アナログ信号をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記クロック発生部は、前記光路長差に対応する周波数のクロックから得た2つのクロックであって、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返す2つのクロックのうち一方に対して他方を反転することにより、前記光路長差に対応する周波数のクロック差動信号生成するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像装置。
  7. 前記一方に対して他方を反転して得た2つのクロックを前記変換部に向かって伝送するための2本の信号線を更に有し、
    前記2本の信号線を伝送した2つのクロックに生じるノイズが打ち消されるように、前記2本の信号線が1本の信号線として結線されることによって、信号線を伝送する際にクロックに生じるノイズが低減された状態で、所定の波数間隔で立ち上がり及び立ち下がりを交互に繰り返すクロックが前記変換部に伝送されるように構成されることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記走査する角度を47度以上である第1の角度と47度未満である第2の角度とで変更するように前記走査部を制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記眼底の黄斑と視神経乳頭とのいずれか一つを撮像する狭画角撮像モードを含む複数の撮像モードのうちいずれかの撮影モードを選択する選択部を更に有し、
    前記制御部は、前記狭画角撮像モードが選択された場合、前記第2の角度で前記照射光が走査されるように前記走査部を制御することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  10. 前記複数の撮像モードは、前記眼底の黄斑と視神経乳頭とを撮像する広画角撮像モードを更に含み、
    前記制御部は、前記広画角撮像モードが選択された場合、前記第1の角度で前記照射光が走査されるように前記走査部を制御することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  11. 前記変換部は、前記広画角撮像モードが選択された場合には前記断層像の深さ範囲が4.0mm以上である第1の範囲になるように、前記狭画角撮像モードが選択された場合には前記断層像の深さ範囲が4.0mm未満である第2の範囲になるように、前記アナログ信号をサンプリングするためのクロックを切り替えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  12. 前記複数の撮像モードは、硝子体を観察するための硝子体観察モードを含み、
    前記制御部は、前記硝子体観察モードが選択された場合、前記第2の角度で前記照射光が走査されるように前記走査部を制御し、
    前記変換部は、前記断層像の深さ範囲が4.0mm以上である範囲になるように、前記アナログ信号をサンプリングするためのクロックを切り替えることを特徴とする請求項乃至1のいずれか1項に記載の撮像装置。
  13. 前記変換部は、等波数間隔で前記アナログ信号をサンプリングするように構成されていることを特徴とする請求項1乃至1のいずれか1項に記載の撮像装置。
  14. 前記断層像は、眼球内で5.0mm以上の深さ範囲であることを特徴とする請求項1乃至1のいずれか1項に記載の撮像装置。
  15. 前記断層像は、眼球内で5.8mm以上の深さ範囲であることを特徴とする請求項1乃至1のいずれか1項に記載の撮像装置。
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