JP6632266B2 - 撮像装置 - Google Patents

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^２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、（４×５．５×１０^６×１１０）／１０４０^２＝２２３７と導出される。また、この場合、ｋクロックの周波数ｆｓは、（２２３７×１００×１０^３）／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、（４×３．６×１０^６×１１０）／１０４０^２＝１４６４と導出される。また、この場合、ｋクロックの周波数ｆｓは、（１４６４×１００×１０^３）／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の差動信号を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５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７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８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９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１０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９乃至１１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１２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１３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１４のいずれか１項に記載の撮像装置。

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