KR101629911B1 - 광학 코히어런스 단층 촬영을 위한 촬상 기술 - Google Patents

광학 코히어런스 단층 촬영을 위한 촬상 기술 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광학 코히어런스 단층 촬영을 위한 기술이 제공되었다. 상기 기술의 디바이스 특징에 대하여, 촬상 장치(28)는, 회전축(32)을 정의하는 베이스(30), 상기 회전축(32)을 중심으로 회전하기 위해 상기 베이스(30)에 장착된 스캐닝 및 포커싱 조립체(34), 및 상기 회전축(32)에 관해 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)를 회전 구동하기 위한 구동 유닛(50)을 포함한다. 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)는, 초점(42, 42a, 42b)을 가진 촬상 방사의 초점 잡힌 빔을 생성하기 위해 촬상 방사의 빔의 초점을 맞추기 위한 포커싱 디바이스(40), 촬상 방사의 빔을 스캐닝하기 위한 스캐닝 부재(38), 및 상기 구동 유닛구동 유닛(50) 및 상기 스캐닝 부재(38)에 결합되어 있으며, 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)에 대해 소정 궤적(46, 46a, 46b)을 따라 초점(42, 42a, 42b)을 이동시키기 위해 상기 스캐닝 부재(38)를 제어하도록 구성된 제어기(45)를 포함한다.

Description

광학 코히어런스 단층 촬영을 위한 촬상 기술{IMAGING TECHNIQUE FOR OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY}
본 발명은 광학 코히어런스 단층 촬영(OCT) 촬상을 위한 기술에 관한 것이다.
광학 코히어런스 단층 촬영은 비관혈적(non-invasive), 및 자주 비접촉인, 촬상(imaging) 기술이다. 한정된 코히어런스 길이를 가진 광(light)이 샘플을 방사능 처리한다. 샘플은 상이한 관통 깊이에서 광을 반사하고, 그것은 광의 위상에 대한 정보를 인코딩한다. 샘플로부터의 광은 기준 브랜치의 코히어런트 광과 중첩된다.
샘플의 2차원 또는 3차원 OCT 이미지를 얻기 위해, 스캐닝 및 포커싱 조립체(scanning and focusing assembly)가 특정 초점 스캔 궤적(focal scan trajectory)을 따라 촬상 방사(imaging radiation)의 포커싱된 빔(focused beam)의 초점을 스캐닝하기 위해 사용된다. 이러한 목적을 위해, 스캐닝 부재는 통상적으로, 빔의 포커싱 디바이스(focusing device)에 들어가는 입사각을 변화시킨다. 포커싱 디바이스는 입사각에 따라 빔을 초점 스캔 궤적의 단일 점에 초점을 포커싱한다.
여기에 사용된 초점 스캔 궤적은 1차원 형상의 물체 또는 구부러지고 및/또는 구부러지지 않은 초점 추적 라인으로서 이해될 수 있다. 궤적의 각각의 점(P)에 대해 궤적의 점(P')이 존재하고 연결 라인[PP']이 대칭축에 의해 반으로 균등하게 분할되도록, 직선(소위 대칭축)이 존재하면, 궤적은 축 대칭이다. 궤적이 축 대칭이 아니면, 축 비대칭이거나 축 대칭과 무관하다.
예를 들면, 축 대칭 초점 스캔 궤적은, 단순 렌즈와 같은 반경 방향(또는 회전 방향) 대칭 포커싱 디바이스를 가진 스캐닝 및 포커싱 조립체에 의해 실현될 수 있다.
야다브 등은, 옵틱스 레터즈, 볼륨 35, 넘버 11, 페이지 1774 내지 1776, 대형 스캔 깊이 전방 세그먼트 광학 코히어런스 단층 촬영을 위한 스캐닝 시스템 디자인에서, OCT 광빔을 안내하기 위한 반경 방향 비대칭 포커싱 디바이스를 가진 스캐닝 시스템을 기술하는데, 스캐닝 시스템의 스캔 위치의 제1 범위에서 광 빔은 2개의 각막 표면 및 전방 렌즈 표면에 대해 거의 수직으로 입사하고, 스캔 위치의 제2 범위에서, 광 빔은 후방 렌즈 표면에 대해 거의 수직으로 입사한다.
본 발명의 실시예의 목적은, 인간의 눈과 같은 실질적으로 회전 대칭 샘플의 3차원 촬상을 발생시키는 OCT 촬상 기술을 제공하는 것이다.
일 실시예에서, 촬상 장치(imaging device)는, 회전축을 정의하는 베이스, 회전축에 관해 회전하기 위해 베이스에 결합된 스캐닝 및 포커싱 조립체 및 회전축에 관해 스캐닝 및 포커싱 조립체를 회전 구동하기 위한 구동 유닛을 포함하며, 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 촬상 방사의 빔의 초점을 포커싱하여 초점을 가진 촬상 방사의 포커싱된 빔을 생성하기 위한 포커싱 디바이스, 촬상 방사의 빔을 스캐닝하기 위한 스캐닝 부재 및 구동 유닛 및 스캐닝 부재에 결합되어 있으며, 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적(미리 결정된 궤적)을 따라 초점을 이동시키기 위해 구동 유닛 및/또는 스캐닝 부재를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다. 여기에 사용된 소정 궤적은 초점 스캔 궤적(줄여서, 궤적)으로서 이해될 수 있다.
이러한 실시예는, 베이스의 회전축에 관한 스캐닝 및 포커싱 조립체 전체로서의 회전을 가능하게 한다. 스캐닝 및 포커싱 조립체는 베이스에 대해 180도 이상 및 바람직하게 실질적으로 360도의 회전을 위해 장착될 수 있다. 스캐닝 및 포커싱 조립체는 0도와 180도 또는 0도와 360도 사이의 임의의 각도로 회전될 수 있다. 스캐닝 및 포커싱 조립체의 회전은, 궤적의 위치 및 방향이 스캐닝 및 포커싱 조립체의 위치 및 방향과 관련되기 때문에, 베이스에 대한 궤적의 공간적 회전을 발생시킨다. 따라서, 예를 들면 360도에 관한 완전한 회전 동안에, 궤적은 회전 대칭 초점 스캔 그림을 묘사한다. 따라서, 본 실시예는, 축 대칭이 없을 수 있는 초점 스캔 궤적을 사용하여 회전 대칭 초점 스캔 그림이 생성될 수 있게 한다.
또한, 궤적은 어떠한 대칭도 전혀 없을 수 있다. 궤적은, 궤적의 회전으로부터 생성되는 3차원 초점 스캔 그림이 회전축을 따라 상호 이격되는 별개의 표면을 가지도록 하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 초점 스캔 그림은, 인간의 눈의 상이한 인터페이스의 세트와 같은 하나 이상의 복잡하게 형성된 구조에 맞게 구성될 수 있다. 특히, 이들 인터페이스는, 눈의 상이한 축 방향 깊이에 대응하는 각막 표면 및 인간 렌즈 표면과 같은, 눈의 광학 축을 따라 시프팅되는 인터페이스와 관련될 수 있다.
스캐닝 및 포커싱 조립체가 전체로서 회전될 수 있기 때문에, 스캐닝 부재는 1차원 스캐닝을 위해 디자인될 수 있다. 다시 말해서, 스캐닝 부재는 1차원 스캐닝 능력만 가질 수 있다. 그것은 2차원 이상의 스캐닝 능력을 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 스캐닝 부재는 스캐닝 거울일 수 있고, 특히, 스캐닝 거울은 거울이 회전될 수 있는 단일 스캐닝 축만 가질 수 있다. 이것은, 스캐닝 부재가 덜 복잡한 디자인일 수 있기 때문에, 스캐닝 부재의 비용 감소 및 촬상 장치의 신뢰성의 증가를 가능하게 한다. 이러한 특징(feature)의 추가 이점은, 2개의 공간적으로 분리된 스캐닝 거울을 포함하는 2차원 스캐닝 유닛을 가진 일반적으로 사용되는 스캐닝 부재는 교정되어야 하는 광학 왜곡을 통상적으로 발생시키지만, 2차원 스캐닝 유닛을 없앰으로써 그러한 교정이 필요 없어진다는 것이다.
스캐닝 및 포커싱 조립체가 임의의 회전 각도로 회전될 수 있기 때문에, 제어기 및 스캐닝 부재는 촬상 방사의 포커싱된 빔의 초점을, 베이스에 의해 정의되는 회전축으로부터 멀리 반경 방향 또는 측 방향으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 특히, 궤적 및 베이스에 의해 정의되는 회전축은 교차할 수 있다. 추가로서 또는 대안으로서, 궤적 및 베이스에 의해 정의되는 회전축은, 회전 동안에 인간의 눈의 물리적 크기에 맞는 형상을 가지는 초점 스캔 그림을 궤적이 묘사하도록, 배치될 수 있다. 이것은, 스캐닝 동안 및 스캐닝 및 포커싱 조립체의 회전 동안에 관찰되어야 할 눈 내에 궤적이 "남는" 것을 확실하게 한다.
제어기는 베이스에 대해 복수의 상이한 위치 각각으로 스캐닝 및 포커싱 조립체를 구동하기 위해 구동 유닛을 제어하도록 구성될 수 있다. 복수의 상이한 위치는 예를 들면 0도와 180도 또는 0도와 360도 사이에 등거리로 또는 연속적으로 분포될 수 있다. 제어기는 스캐닝 및 포커싱 조립체의 상이한 회전 위치 각각의 위치에서 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 초점을 이동시키기 위해 스캐닝 부재를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 방사의 빔이 포커싱 디바이스로 들어가는 입사각을 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 특히, 제어기는, 제1 단계에서 스캐닝 및 포커싱 조립체의 제1 회전 위치를 조절하고, 제2 단계에서 입사각을 스캐닝하며, 제3 단계에서 스캐닝 및 포커싱 조립체의 제2 회전 위치를 조절하고, 제4 단계에서 입사각을 다시 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 이것은 샘플의 단층 사진식 촬상을 위한 별 모양의 스캐닝 패턴을 가능하게 한다.
포커싱 디바이스는 하나 이상의 반경 방향으로 비대칭인 거울 및/또는 하나 이상의 반경 방향으로 비대칭인 렌즈를 포함할 수 있다. 반경 방향으로 비대칭인 렌즈는, 제1 초점 길이가 렌즈의 광학 축을 따라 2개의 부분으로 절단되는 제1 반경 방향 대칭 렌즈의 1개의 반부 및 제2 초점 길이가 렌즈의 광학 축을 따라 2개의 부분으로 절단되는 제1 초점 길이와는 다른 제2 반경 방향 대칭 렌즈의 1개의 반부로 구성될 수 있다. 반경 방향으로 비대칭인 거울은, 제1 초점 길이가 거울의 광학 축을 따라 2개의 부분으로 절단되는 제1 반경 방향 대칭 초점 거울의 1개의 반부 및 제2 초점 길이가 거울의 광학 축을 따라 2개의 부분으로 절단되는 제1 초점 길이와는 다른 제2 반경 방향 대칭 초점 거울의 1개의 반부로 구성될 수 있다.
궤적은 복수의 궤적 섹션을 포함할 수 있다. 특히, 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 촬상 방사의 포커싱된 빔의 초점이 불연속 궤적 및/또는 불연속적으로 미분 가능한 궤적을 따라 스캐닝되는 촬상 성질을 가질 수 있다. 제1 각도 범위 내의 입사각 하에서 포커싱 디바이스로 들어가는 촬상 방사의 빔은 출구 표면의 제1 부분으로부터 포커싱 디바이스를 나와, 제1 궤적 섹션에 초점이 포커싱될 수 있고, 제2 각도 범위 내의 입사각 하에서 포커싱 디바이스로 들어가는 촬상 방사의 빔은 제1 부분과는 다른 출구 표면의 제2 부분으로부터 포커싱 디바이스를 나와, 제1 궤적 섹션과는 다른 제2 궤적 섹션에 초점이 포커싱될 수 있다. 이것은, 샘플의 상이한 국부적으로 분리된 내부 구조에 대해 궤적의 섹션별 구성을 가능하게 한다.
복수의 궤적 섹션 중 하나 이상에 있어서, 촬상 방사의 포커싱된 빔의 전파의 방향은 포커싱 디바이스로부터의 촬상 방사의 초점 잡힌 빔의 출구 위치와 무관할 수 있다. 다시 말해서, 출구 표면의 제1 부분으로부터 나오는 촬상 방사의 빔은, 포커싱된 빔의 전파의 방향이 제1 범위 내의 모든 입사각에 대해 평행하도록, 제1 궤적 섹션에 초점이 포커싱될 수 있다. 이것은 텔레센트릭(telecentric) 촬상 디자인의 실현을 가능하게 한다. 텔레센트릭 촬상 디자인은, 우선적으로, 촬상 장치와 촬상 장치에 의해 관찰될 샘플 사이의 거리를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 이것은, 접촉 유리와 같은, 촬상 장치와 샘플 사이의 스페이서(spacers)의 사용을 피한다.
추가로 또는 대안으로서, 복수의 궤적 섹션 중 하나 이상에 있어서, 촬상 방사의 포커싱된 빔의 빔 축은 궤적에 대해 수직하게 향할 수 있다. 다시 말해서, 출구 표면의 제1 부분으로부터 나오는 촬상 방사의 빔은 포커싱된 빔의 전파의 방향을 따라 제1 궤적 섹션에 수직하게 충돌할 수 있다. 그러한 수직 방향은 궤적 섹션의 단층 사진 이미지의 신호 대 노이즈 비가 증가되는 이점을 가진다.
복수의 궤적 섹션 중 하나 이상의 제1 궤적 섹션에 있어서, 촬상 방사의 포커싱된 빔의 전파의 방향은 포커싱 디바이스로부터의 촬상 방사의 포커싱된 빔의 출구 위치와 무관할 수 있지만, 복수의 궤적 섹션 중 하나 이상의 제2 궤적 섹션에 있어서, 촬상 방사의 포커싱된 빔의 빔 축은 궤적에 대해 수직으로 향한다. 이것은, 제2 궤적 섹션을 위한 촬상 디자인과 함께 제1 궤적 섹션을 위한 텔레센트릭 촬상 디자인의 실현을 가능하게 하며, 전파의 방향은 제2 궤적 섹션에 대해 수직이다. 그러한 촬상 장치는 텔레센트릭 촬상 디자인 및 수직 촬상 디자인의 사용과 관련하여 상술한 두 가지 이점을 가질 것이다.
모든 궤적 섹션은 평면/평평할 수 있다. 또는, 궤적 섹션의 일부는 구부러지고/만곡될 수 있고, 궤적 섹션의 다른 부분은 평면/평평할 수 있다. 또 다르게, 모든 궤적 섹션이 구부러지고/만곡될 수 있다.
촬상 방사의 상기 포커싱된 빔의 수렴 각도는 서로 다른 복수의 궤적 섹션에 대해 서로 상이할 수 있다. 다시 말해서, 출구 표면의 제1 부분으로부터 포커싱 디바이스를 나오는 촬상 방사의 빔의 수렴 각도는 출구 표면의 제2 부분으로부터 포커싱 디바이스를 나오는 촬상 방사의 빔의 수렴 각도와 다를 수 있다. 각각의 궤적 섹션을 위한 수렴 각도는, 대응 초점이 필요한 스폿 사이즈를 가지도록 조정될 수 있다. 이것은 상이한 궤적 섹션의 이미지의 상이한 측 방향 해상도의 실현 및/또는 상이한 궤적 섹션을 위한 이미지의 깊이의 조정을 가능하게 한다. 후자의 경우에, 축 방향 해상도는 상이한 궤적 섹션 모두에 대해 동일하게 유지될 수 있는데, 그것은 축 방향 해상도는, 방사의 빔의 코히어런스 길이에만 의존하기 때문이다. 또는, 포커싱된 빔의 수렴 각도는 또한 복수의 궤적 섹션에 대해 일정할 수 있다. 이러한 경우에도, 측 방향 해상도는 복수의 궤적 섹션에 대해 일정하게 유지된다.
여기에 사용된 제1 광학 경로는, 스캐닝 부재와 초점 스캔 궤적의 제1 궤적 섹션 사이의 광학 경로로서 이해될 수 있다. 제2 광학 경로는, 스캐닝 부재와 초점 스캔 궤적의 제2 궤적 섹션 사이의 광학 경로로서 이해될 수 있다. 다시 말해서, 촬상 방사의 빔의 제1 및 제2 광학 경로는 각각 소정 궤적의 제1 궤적 섹션 및 제2 궤적 섹션과 관련될 수 있다.
스캐닝 및 포커싱 조립체는, 촬상 방사의 빔의 제1 광학 경로와 제2 광학 경로 사이의 광학 경로 길이 차이를 조절하기 위한 하나 이상의 광학 경로 길이 조절기를 포함할 수 있다. 광학 경로 길이 조절기는 제1 광학 경로 및/또는 제2 광학 경로 내에 배치될 수 있다. 이것은 광학 경로 길이 차이의 보상을 가능하게 한다. 대안으로서 또는 추가로, 광학 경로 길이 조절기는 간섭계의 기준 경로에 배치될 수 있다. 간섭계는 기준 경로 및 샘플 경로를 정의하는 빔 분할기를 포함할 수 있고, 광원으로부터 방출되는 광을 기준 경로 및 샘플 경로로 결합하며, 기준 경로 및 샘플 경로로부터의 복귀 광을 중첩시킨다. 스캐닝 및 포커싱 조립체는 샘플 경로 내에 위치될 수 있다. 간섭계에 광학 경로 길이 조절기를 실시하기 위해, 기준 경로는, 기준 경로의 광학 경로 길이가 샘플 경로의 광학 경로 길이에 대해 조절될 수 있도록, 조절 가능 반사 거울을 포함할 수 있다. 간섭계는 자유 공간 셋업(setup) 또는 섬유 베이스 셋업에 의해 실현될 수 있다. 조절 가능 반사 거울의 사용에 의한 실현에 대한 대안으로서 또는 추가로, 광학 경로 길이 조절기가 간섭계의 기준 경로 내에 모듈로서 실현될 수 있으며, 모듈은 상이한 상태들 사이에서 스위칭하도록 조정되며, 각각의 상태는 샘플 경로의 광학 경로 길이에 대해 기준 경로의 상이한 광학 경로 길이에 대응한다.
추가로 또는 대안으로서, 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 촬상 방사의 빔의 제2 광학 경로의 색 분산에 대해 촬상 방사의 빔의 제1 광학 경로의 색 분산을 조절하기 위한 하나 이상의 분산 조절기를 포함할 수 있다. 분산 조절기는 제1 광학 경로 및/또는 제2 광학 경로 내에 배치될 수 있다. 이것은 상이한 색 분산의 보상을 가능하게 한다. 여기에 사용된 광학 경로의 색 분산은, 이러한 광학 경로에서 왕복 트립 전파 동안에 빔이 겪는 분산을 조절하는 것으로 이해된다.
스캐닝 및 포커싱 조립체는, 제1 광학 경로 및/또는 제2 광학 경로 내에 배치되는 하나 이상의 접힘 거울을 포함할 수 있다. 접힘 거울은, 제1 광학 경로, 제2 광학 경로, 또는 제1 광학 경로와 제2 광학 경로 모두가 접히도록, 스캐닝 및 포커싱 조립체 내에 배치될 수 있다. 이것은 스캐닝 및 포커싱 조립체의 컴팩트 디자인을 가능하게 한다.
촬상 장치는, 섬유 광학 빔 분할기의 광학 섬유에 연결 가능한 광학 섬유 커플러를 포함할 수 있다. 광학 섬유 커플러는 광학 섬유로부터 나오는 광을 스캐닝 부재로 안내하도록 구성될 수 있다. 광학 섬유 커플러는 광학 섬유로부터 나오는 광을 촬상 방사의 시준된 빔으로 시준하도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은, 광학 코히어런스 단층 촬영 장치에 있어서, 코히어런트 광을 방출하기 위한 소스, 회전축을 정의하는 베이스, 기준 경로 및 샘플 경로를 정의하고 있으며, 소스로부터 방출된 광을 기준 경로 및 샘플 경로로 결합시키고, 기준 경로 및 샘플 경로로부터의 복귀 광을 중첩시키는 빔 분할기, 중첩된 광의 강도를 측정하기 위한 검출기, 샘플 경로 내에 배치되고 회전축에 관해 회전하기 위해 베이스에 장착된 스캐닝 및 포커싱 조립체, 회전축에 관해 스캐닝 및 포커싱 조립체를 회전 구동하기 위한 구동 유닛, 및 구동 유닛 및 스캐닝 부재에 결합되어 있으며, 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 초점을 이동시키기 위해 스캐닝 부재를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하며, 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 초점을 가진 광의 포커싱된 빔을 생성하기 위해 광의 빔의 초점을 포커싱하기 위한 포커싱 디바이스, 및 광의 빔을 스캐닝하기 위한 스캐닝 부재를 포함하는, 광학 코히어런스 단층 촬영 장치를 제공한다.
광은 촬상 방사, 특히 OCT 촬상 방사로서 이해될 수 있다. 빔 분할기는 베이스에 장착될 수 있다.
광학 코히어런스 단층 촬영을 사용하여 인간의 눈을 촬상하는 방법은, 회전축에 관한 회전을 위해 지지되는 스캐닝 및 포커싱 조립체를 제공하는 단계, 스캐닝 및 포커싱 조립체를 사용하여 OCT 촬상 방사의 빔을 눈에 초점을 포커싱하는 단계, 복수의 상이한 회전 위치 각각으로 스캐닝 및 포커싱 조립체를 회전시키는 단계, 및 기 스캐닝 및 포커싱 조립체의 상이한 회전 위치 각각의 위치에서, OCT 촬상 방사의 빔의 초점 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 이동시키기 위해, OCT 촬상 방사의 빔을 스캐닝하는 단계를 포함한다.
스캐닝 단계는, 선형 스캔 경로를 따라 OCT 촬상 방사의 빔을 스캐닝하는 단계로 구성된다.
촬상의 방법 또는 촬상의 방법의 각각의 단계가 본 설명에서 설명되는 정도로, 방법 또는 방법의 각각의 단계는 적절히 구성되는 촬상 장치 및/또는 OCT 장치에 의해 실행될 수 있다. 유사한 사항이, 방법의 단계를 실행하는 촬상 장치 및/또는 OCT 장치의 작동의 모드의 설명에 적용된다. 이러한 정도로, 본 설명의 장치의 특징 및 방법의 특징은 균등하다.
본 발명의 추가적 특징, 이점, 기술적 효과는 첨부 도면을 참조하여 예시적 실시예의 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 OCT 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 촬상 장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 도 10은 촬상 장치의 초점 스캔 궤적을 위한 여러 가지 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 11은 촬상 장치의 제2 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 12는 촬상 장치의 제3 실시예를 개략적으로 도시한다.
광학 코히어런스 단층 촬영(OCT)을 위한 장치(10)가 도 1에 도시되어 있다. OCT 장치는 예시적 경우에서 인간의 눈으로서 도시된 샘플(12)의 3차원(3D) 단층 사진을 형성하는 작용을 한다. 광학 코히어런스 단층 촬영은 예를 들면 시간 영역(TD) OCT 또는 주파수 영역(FD) OCT에 근거를 둔다.
장치(10)는 코히어런트 광을 발생시키기 위한 광원(14)을 포함한다. 광원(14)은 예를 들면 FD OCT의 목적을 위해 동조 가능 광원으로서 디자인되며, 주파수 공간에서 광대역인 코히어런트 광의 스펙트럼을 방출한다. 광원(14)으로부터 방출된 광은 빔 분할기(16)를 향한다. 빔 분할기(16)는 광원(14)으로부터의 코히어런트 광을 기준 경로(18)와 샘플 경로(20)로 결합시킨다.
기준 경로(18)로 분기된 광은 거울(22)에 충돌하고, 거울은 광을 동일 직선상에서 빔 분할기(16)로 되돌려 반사한다. TD OCT의 목적을 위해, 거울(22)은 기준 경로(18)에서 광 전파의 방향을 따라 이동될 수 있다(도 1에서 이중 화살표로 표시됨). 이러한 목적을 위해, 조절 가능 거울(22)은 광학 경로 길이 조절기(60')로서 간주될 수 있다. 샘플 경로(20)로 분기된 광은 샘플(12)에 충돌하며, 샘플은 광을 빔 분할기(16)의 방향으로 되돌려 분산시키거나 반사시킨다. 빔 분할기(16)는 기준 경로(18)로부터 복귀하는 광과 샘플 경로(20)로부터 복귀하는 광을 동일 직선상에서 중첩시켜 간섭 빔을 형성하며, 간섭 빔의 간섭의 강도는 검출기(24)에 의해 검출된다. 검출기(24)는 간섭의 강도를 시간, 파장 및/또는 파수(wave number)의 함수로서 기록한다. 이러한 목적을 위해, 검출기(24)는 광다이오드 또는 분광계일 수 있다. 검출된 신호는 제어 유닛(26)으로 전송되고, 제어 유닛은 검출된 신호로부터 OCT 이미지를 도출한다. 컴포넌트(16, 22, 24)는 따라서 간섭계를 실현한다. 이들 컴포넌트(16, 22, 24)의 대응하는 구성에 의해, 간섭계는 자유 공간 셋업(setup) 또는 섬유 베이스 셋업으로서 실현될 수 있다.
샘플 경로(20)에, 촬상 장치(28)가 배치된다. 촬상 장치(28)는, 회전축(32)을 정의하는 베이스(30), 및 회전축(32)(예를 들면, 도 1에서 화살표로 도시됨)을 중심으로 베이스(30)에 대해 회전할 수 있도록 베이스(30)에 의해 지지되는 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)를 포함한다. 베이스(30)는 벽 또는 스탠드와 같은 고정 프레임으로서 이해된다.
빔 분할기(16)로부터의 광은 샘플 경로(20) 내의 광섬유(35)에 의해 안내되고, 광섬유(35)로부터 나오는 광을 촬상 방사의 시준된 빔(36)으로 시준시키는 광섬유 커플러(도시되지 않음)의 사용에 의해 촬상 장치(28)에 결합되며, 시준된 빔은 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)에 들어간다. 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 여러 가지 실시예가 도 2, 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 시준된 빔(36)은 스캐닝 부재(38)에 도달하며, 스캐닝 부재는 촬상 방사의 포커싱된 빔(44)의 초점(42)을 생성하기 위해 빔(36)을 포커싱 디바이스(4)로 반사시킨다.
스캐닝 및 포커싱 조립체(34)는, 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)에 대해 소정 초점 스캔 궤적(46)을 따라 포커싱된 빔(44)의 초점(42)을 스캐닝하기 위해 스캐닝 부재(38)를 제어하는 제어기(45)를 포함한다. 예로서, 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 제어기(45)는 도 1에 도시된 제어 유닛(26) 내에 실시될 수 있다. 그러나 제어기(45)는 또한 통신 및/또는 제어 신호를 교환하기 위해 장치(10)의 제어 유닛(26)에 연결될 수 있는 별개의 컴포넌트로서 실시될 수도 있다.
초점 스캔 궤적(46)의 클로즈업 예가 도 3 내지 도 10에 도시되어 있다. 도 3 내지 도 7에서 검사된 샘플(12)이 적어도 부분적으로 도시되었지만 도 8 내지 도 10에서는 간결성을 위해 생략되었다.
스캐닝 및 포커싱 조립체(34)는 전체로서 베이스(30)의 회전축(32)에 관해 공간상에서 회전될 수 있다. 이러한 회전은, 초점 스캔 궤적(46)의 위치 및 방향이 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 위치 및 방향에 관련되기 때문에, 베이스(30)에 대한 초점 스캔 궤적(46)의 공간 회전을 발생시킨다. 따라서, 예를 들면 360°에 대한 완전한 회전 동안에, 초점 스캔 궤적(46)은 회전 대칭 초점 스캔 형상(focal scan figure)을 그린다.
그러한 회전은 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 도면에서, 회전축(32)에 대한 초점 스캔 궤적(46)의 회전은 초점 스캔 궤적(46) 및 회전된 초점 스캔 궤적(48)에 의해 도시된 초점 스캔 그림을 발생시키는 화살표에 의해 표시된다. 그러한 초점 스캔 그림은 또한 도 8 내지 도 10에도 도시되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 회전 대칭 초점 스캔 그림이 반드시 축 대칭이 아닌 초점 스캔 궤적(46)으로부터 발생될 수 있게 한다. 초점 스캔 그림의 회전 대칭축은 회전축(32)이다.
제어기(45)는, 베이스(30)에 대한 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 복수의 상이한 회전 위치로 회전축(32)에 관해 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)를 회전시키기 위해 촬상 장치(28)의 구동 유닛(50)을 제어한다.
샘플(12)의 3D 단층 사진을 형성하기 위해, 제어기(45)는, 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 복수의 다른 회전 위치 각각에서 초점 스캔 궤적(46)을 따라 포커싱된 빔(44)의 초점(42)을 스캐닝하기 위해, 구동 유닛(50) 및 스캐닝 부재(38)를 제어한다. 이러한 작동 동안에 검출기(24)에 의해 검출된 신호는 제어 유닛(26)에 의해 프로세스되고, 다음에 제어 유닛(26)은 측정된 신호로부터 샘플(12)의 3D 단층 사진을 구성한다. 단층 사진은 디스플레이(51) 상에 디스플레이된다.
스캐닝 부재(38)는 1차원 스캐닝 능력만 가져야 하는데, 그것은 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)가 임의의 회전 각도로 회전될 수 있기 때문이다. 포커싱된 빔(44)의 초점(42)이 스캐닝 부재(38)에 의해 반경 방향 즉 회전축(32)에 대해 측 방향을 따라 세팅될 수 있으면 충분하다. 1차원 스캐닝 디자인을 스캐닝 부재(38)의 비용의 감소를 가능하게 한다. 또한, 스캐닝 부재(38)의 복잡성은 감소되어 촬상 장치(28)의 신뢰성을 높인다. 이러한 특징의 추가 이점은, 2개의 공간적으로 분리된 스캐닝 거울을 포함하는 2차원 스캐닝 유닛을 가진 일반적으로 사용되는 스캐닝 부재는 교정되어야 하는 광학 왜곡을 통상적으로 발생시키지만, 2차원 스캐닝 유닛을 없앰으로써 그러한 교정이 필요 없어진다는 것이다.
스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 회전성의 다른 이점은, 심지어는 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같은 불연속 및/또는 불연속적으로 미분 가능한 초점 스캔 궤적(46)으로부터도, 회전 대칭 초점 스캔 그림이 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)를 회전시킴으로써 얻어질 수 있다는 것이다.
도 3 내지 도 10의 초점 스캔 궤적(46)을 위한 예는 2개의 별개의 궤적 섹션(46a, 46b)을 포함한다. 즉, 제1 각도 범위(A) 내의 입사각 하에서 포커싱 디바이스(40) 내로 굴절된 빔(36a)(도 2 참조)은 출구 표면(54)의 제1 부분(52a)(예를 들면, 도 6 참조)으로부터 포커싱 디바이스(40)를 나와, 제1 궤적 섹션(46a)에 초점 잡힌다. 제2 각도 범위(B) 내의 입사각 하에서 포커싱 디바이스(40) 내로 굴절된 빔(36b)(도 2 참조)은 제1 부분(52a)과는 다른 출구 표면(54)의 제2 부분(52b)(예를 들면, 도 6 참조)으로부터 포커싱 디바이스(40)를 나와, 제1 궤적 섹션(46a)과는 다른 제2 궤적 섹션(46b)에 초점 잡힌다.
도 6 내지 도 9에 도시된 예에 따라, 제1 궤적 섹션(46a)에 있어서, 포커싱된 빔(44a)의 전파의 방향(= 빔 축)(55a)은 포커싱 디바이스(40)로부터의 포커싱된 빔(44a)의 출구 위치와 무관하다. 제1 부분(52a)으로부터 나오는 빔(36a)은 따라서, 포커싱된 빔(44a)의 전파의 방향(= 빔 축)(55a)이 제1 범위(A) 내의 모든 입사각에 대해 평행하도록, 제1 궤적 섹션(46a)에 초점 잡힌다. 이것은 텔레센트릭 촬상 디자인의 실현을 나타낸다.
도 6 내지 도 10에 도시되었듯이, 제1 궤적 섹션(46a)에 있어서, 포커싱된 빔(44a)의 빔 축(55a)은 제1 궤적 섹션(46a)에 대해 수직하게 향한다. 제1 부분(52a)으로부터 전파의 방향(55a)을 따라나오는 빔(44a)은 제1 궤적 섹션(46a)에 수직하게 충돌한다. 그러한 촬상 디자인은 제1 궤적 섹션(46a)의 이미지를 위해 신호 대 노이즈 비가 증가되는 이점을 가진다.
2개의 궤적 섹션(46a, 46b)은 평면/평평할 수 있으며, 예를 들면 도 9를 참조하기 바란다. 또는, 1개의 궤적 섹션(46a)은 구부러지고/만곡될 수 있고, 다른 궤적 섹션(46b)은 평면/평평할 수 있으며, 예를 들면 도 10을 참조하기 바란다. 또 다르게, 2개의 궤적 섹션(46a 46b)이 모두 구부러지고/만곡될 수 있다(도시되지 않음).
도 9에 도시되었듯이, 궤적 섹션(46a, 47b)이 상이하면, 포커싱된 빔(44)의 수렴 각도도 다르다. 제1 부분(52a)으로부터 나오는 빔(44a)의 수렴 각도(δa)는 제2 부분(52b)으로부터 나오는 빔(44b)의 수렴 각도(δb)보다 크다. 따라서, 각각의 궤적 섹션(46a, 46b)을 위한 수렴 각도(δa, δb)는, 각각의 초점(42a, 42b)이 다른 스폿 사이즈를 가지도록 조정되어야 한다. 이것은 상이한 궤적 섹션(46a, 46b)의 이미지의 상이한 측 방향 해상도의 실현, 및/또는 도 9에 도시되었듯이 상이한 궤적 섹션(46a, 46b)을 위한 이미지의 깊이(Da, Db)의 조정을 가능하게 한다. 축 방향 해상도는 상이한 궤적 섹션(46a, 46b) 모두에 대해 동일하게 유지될 수 있는데, 그것은 축 방향 해상도는, 동일한 광원(14)에 의해 방출되는 빔(36)의 코히어런스 길이에만 의존하기 때문이다.
또는, 포커싱된 빔(44)의 수렴 각도는 또한 복수의 궤적 섹션(46a, 46b)에 대해 일정할 수도 있으며, 예를 들면 도 6, 도 7, 도 8 및 도 10을 참조하기 바란다. 이러한 경우에도, 측 방향 해상도는 복수의 궤적 섹션(46a, 46b)에 대해 일정하게 유지된다.
도 3 내지 도 7에 도시되었듯이, 상이한 궤적 섹션(46a, 46b)은, 눈의 경우에 각막, 인간의 렌즈, 홍채 등과 같은 샘플 구조의 상이한 윤곽, 또는 눈의 광학 축을 따라 시프팅되어 눈의 상이한 깊이에 관련되는 상이한 인터페이스에 조정될 수 있다. 이것은, 초점 스캔 궤적 섹션(46)이 어떤 대칭도 반드시 가질 필요가 없고 아무리 복잡해도 괜찮으며, 촬상 장치(28)의 회전성의 특징이 초점 스캔 그림을 위한 회전 대칭을 "복원"하기 때문에 가능하다.
도 2 및 도 11 및 도 12의 실시예에 도시되었듯이, 포커싱 디바이스(40)는, 초점 스캔 궤적 섹션(46, 46a, 46b)의 상술한 디자인을 실현하기 위해, 반경 방향 비대칭 렌즈(56) 및 반경 방향 비대칭 거울(57)을 포함한다. 또한, 포커싱 디바이스(40)는 제1 광학 경로(59a) 및 제2 광학 경로(59b)에 배치되는 접힘 거울(58)을 포함한다. 제1 광학 경로(59a)는 스캐닝 부재(38)와 제1 궤적 섹션(46a) 사이에서 연장되고, 제1 각도 범위(A) 내의 빔(36a)에 의해 주행되는 모든 경로를 나타낸다. 제2 광학 경로(59b)는 스캐닝 부재(38)와 제2 궤적 섹션(46b) 사이에서 연장되고, 제2 각도 범위(B) 내의 빔(36b)에 의해 주행되는 모든 경로를 나타낸다. 접힘 거울(58)은 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)의 컴팩트 디자인을 가능하게 한다. 즉, 촬상 방사의 빔(36, 44)의 제1 및 제2 광학 경로(59a, 59b)는 각각 초점 스캔 궤적(46)의 제1 및 제2 궤적 섹션(46a, 46b)과 관련된다.
도 12의 실시예에 도시되었듯이, 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)는, 제1 광학 경로(59a)와 제2 광학 경로(59b) 사이의 광학 경로 길이 차이를 조절하는, 제2 광학 경로(59b) 내에 배치되는 광학 경로 길이 조절기(60)를 포함한다. 이것은 광학 경로 길이 차이의 보상을 가능하게 한다. 대안으로서 또는 추가로, 상술한 바와 같이, 광학 경로 길이 조절기(60')는 또한 기준 경로(18)에도 배치될 수 있으며, 도 1을 참조하기 바란다.
도 11 및 도 12의 실시예에 도시되었듯이, 스캐닝 및 포커싱 조립체(34)는, 제2 광학 경로(59b)의 색 분산에 대해 제1 광학 경로(59a)의 색 분산을 조절하는, 제1 광학 경로(59a) 내에 배치되는 분산 조절기(62)를 포함한다. 이것은 상이한 색 분산의 보상을 가능하게 한다. 대안으로서 또는 추가로, 분산 조절기(62')는 기준 경로(18)에도 배치될 수 있으며, 도 1을 참조하기 바란다.

Claims (13)

  1. 촬상 장치에 있어서,
    회전축을 정의하는 베이스;
    상기 회전축을 중심으로 회전하기 위해 상기 베이스에 결합된 스캐닝 및 포커싱 조립체(scanning and focusing assembly); 및
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체를 상기 회전축을 중심으로 회전 구동하기 위한 구동 유닛을 포함하고,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는,
    촬상 방사의 빔을 포커싱(focus)하여 초점을 가진 촬상 방사의 포커싱된 빔을 생성하기 위한 포커싱 디바이스―상기 포커싱 디바이스는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 거울 또는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 렌즈를 포함함―;
    상기 촬상 방사의 빔을 스캐닝하기 위한 스캐닝 부재; 및
    상기 구동 유닛 및 상기 스캐닝 부재에 결합되어 있으며, 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 상기 초점을 이동시키기 위해 상기 스캐닝 부재를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 베이스에 대해 복수의 상이한 회전 위치들 각각으로 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체를 구동하기 위해 상기 구동 유닛을 제어하고, 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체의 각각의 상이한 회전 위치에서 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 상기 소정 궤적을 따라 상기 초점을 이동시키기 위해 상기 스캐닝 부재를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는 상기 베이스에 대해 적어도 180도의 회전을 위해 장착된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 궤적은 축 대칭이 아닌(be free of) 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는 1차원 스캐닝을 위해 디자인된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 궤적은 복수의 궤적 섹션들을 포함하며,
    상기 복수의 궤적 섹션들 중 적어도 하나에 있어서, 상기 촬상 방사의 포커싱된 빔의 전파의 방향은 상기 포커싱 디바이스로부터의 상기 촬상 방사의 상기 포커싱된 빔의 출구 위치와 무관한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 궤적은 복수의 궤적 섹션들을 포함하며,
    상기 복수의 궤적 섹션들 중 적어도 하나에 있어서는, 촬상 방사의 상기 포커싱된 빔의 빔 축은 상기 궤적에 대해 수직하게(perpendicularly) 향하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 궤적은 복수의 궤적 섹션들을 포함하며,
    상기 촬상 방사의 포커싱된 빔의 수렴 각도는 상기 복수의 궤적 섹션들 중 상이한 것들에 대해 서로 상이한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 각각 상기 소정 궤적의 제1 궤적 섹션 및 제2 궤적 섹션과 관련된 촬상 방사의 빔의 제1 광학 경로와 제2 광학 경로 사이의 광학 경로 길이 차이를 조절하기 위한 광학 경로 길이 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는, 상기 소정 궤적의 제2 섹션과 관련된 촬상 방사의 빔의 제2 광학 경로의 색 분산(chromatic dispersion)에 대해, 상기 소정 궤적의 제1 섹션과 관련된 촬상 방사의 빔의 제1 광학 경로의 색 분산을 조절하기 위한 분산 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 광학 코히어런스(coherence) 단층 촬영 장치에 있어서,
    코히어런트 광을 방출하기 위한 소스;
    회전축을 정의하는 베이스;
    기준 경로 및 샘플 경로를 정의하고 있으며 상기 소스로부터 방출된 광을 상기 기준 경로 및 상기 샘플 경로로 결합시키고, 상기 기준 경로 및 상기 샘플 경로로부터의 복귀 광을 중첩시키는 빔 분할기;
    중첩된 광의 강도를 측정하기 위한 검출기;
    상기 샘플 경로 내에 배치되고 상기 회전축을 중심으로 회전하기 위해 상기 베이스에 장착된 스캐닝 및 포커싱 조립체;
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체를 상기 회전축을 중심으로 회전 구동하기 위한 구동 유닛; 및
    상기 구동 유닛 및 스캐닝 부재에 결합되어 있으며, 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 초점을 이동시키기 위해 상기 스캐닝 부재를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는,
    상기 초점을 가진 광의 포커싱된 빔을 생성하기 위해 광의 빔을 포커싱하기 위한 포커싱 디바이스―상기 포커싱 디바이스는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 거울 또는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 렌즈를 포함함―; 및
    상기 광의 빔을 스캐닝하기 위한 상기 스캐닝 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 코히어런스 단층 촬영 장치.
  12. 광학 코히어런스 단층 촬영을 사용하여 인간의 눈을 촬상하는 방법에 있어서,
    회전축을 중심으로 하는 회전을 위해 지지되는 스캐닝 및 포커싱 조립체를 제공하는 단계;
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체를 사용하여 OCT 촬상 방사의 빔을 상기 눈에 포커싱하는 단계―상기 스캐닝 및 포커싱 조립체는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 거울 또는 적어도 하나의 반경 방향으로 비대칭인 렌즈를 갖는 포커싱 디바이스를 포함함―;
    복수의 상이한 회전 위치들 각각으로 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체를 회전시키는 단계; 및
    상기 스캐닝 및 포커싱 조립체의 각각의 상이한 회전 위치에서, 상기 OCT 촬상 방사의 빔의 초점을 상기 스캐닝 및 포커싱 조립체에 대해 소정 궤적을 따라 이동시키기 위해, 상기 OCT 촬상 방사의 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 코히어런스 단층 촬영을 사용하여 인간의 눈을 촬상하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스캐닝 단계는, 선형 스캔 경로를 따라 상기 OCT 촬상 방사의 빔을 스캐닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 코히어런스 단층 촬영을 사용하여 인간의 눈을 촬상하는 방법.
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