WO2010087251A1

WO2010087251A1 - 光学撮像装置

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Publication number: WO2010087251A1
Application number: PCT/JP2010/050584
Authority: WO
Inventors: 小林　幸治
Original assignee: 興和株式会社
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-08-05
Also published as: JP2010175448A; US8238012B2; US20110273757A1; CN102282456A; EP2392915A1

Abstract

　光源１、２からの光ビームがガルバノミラー１０ａにより走査され、対物レンズ１４を介して観察対象物体１５の所定部位１５ｂに照射される。対象物体からの反射光がガルバノミラー１０ａにより再走査され、撮像素子２５を介して２次元的な画像が取得される。対物レンズ１４とガルバノミラー１０ａ間の光路においてＯＣＴの干渉光学系３２からなる計測手段が分岐または結合され、対象物体の断層画像が取得される。このような構成では、対象物体の２次元的な画像と断層画像を、表示装置２８に同時に表示させることができる。

Description

光学撮像装置

　本発明は、光学撮像装置、更に詳細には、光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、当該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置に関する。

　光ビームの走査を利用した光学的な撮像装置は、観察対象物体の反射光または蛍光等に基づき、高コントラストで高解像力の画像情報を観察できることが知られている。そのため、特に低コントラスト物体の観察には有用とされ、生物学や工業分野における走査型レーザー顕微鏡（Scanning Laser Microscope：ＳＬＭ）として、あるいは医学的応用では、眼科学の分野における走査型レーザー検眼鏡（Scanning Laser Ophthalmoscope：ＳＬＯ）等として、広く利用されている。

　ＳＬＭまたはＳＬＯに関わる技術として、例えばスリット光の走査を用いた方式は、光走査手段の高速化に関わる負担が少なく、リアルタイムに対象物体の撮像が可能になるために経済性や実用性が高く、これまでに以下のようなものが知られている。

　特許文献１には、スリット状の光ビームを回転ミラーの第1面によって走査して観察対象物体に照射し、該観察対象物体からの反射光は回転ミラーの第２面、及び第３面による走査を介した後、所定の検出器アレイによって受光する光学顕微鏡の構成が示されている。

　特許文献２には、焦点面でライン状に集光するように整形した光ビームを１次元的に走査して被検眼の眼底に照射し、眼底からの反射光は当該走査手段を介した後、光ビームの集光ラインに対応する光検出器アレイで受光するように構成した走査型検眼鏡の構成が示されている。

　特許文献３には、ライン状の光ビームを、ラインの方向とは直交する方向に１次元的に走査して被検眼に照射し、当該被検眼からの反射光は光ビームのライン方向に対応した１次元のリニアＣＣＤアレイ検出器で受光するようにした走査型レーザー検眼鏡の構成が示されている。

　特許文献４には、スリット状の光ビームを回転ミラーの第1面によって走査して被検眼の眼底に照射し、眼底からの反射光は回転ミラーの第２面、及び第３面による走査を介した後、所定のＣＣＤやＣＭＯＳセンサー等のアレイ型の光検出器によって受光する検眼鏡の構成が示されている。

　非特許文献１には、振動ミラーの表面と裏面を利用した走査型の光学系と、スリット光ビームの鏡面反射光の検出を利用した走査型コンフォーカル（共焦点）顕微鏡の基本構成が開示されている。この構成によれば、透明な角膜組織の細胞をリアルタイムに高いコントラストで観察可能であることが実験的に示されている。

　また、近年はＳＬＭやＳＬＯ等の走査型光学系の技術と共に、更に干渉光学系の技術を融合した装置として、低干渉性光ビーム（部分的コヒーレント光）の干渉現象を利用した断層情報の画像化装置（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）が、医学や生物学の分野で注目を集めている。ＯＣＴに関わる技術は、これまでに数多く発表されているが、例えば以下のようなものが知られている。

　特許文献５には、短コヒーレンス長の特性を有する光源と光ファイバーを用いた干渉計と、サンプル試料へ向かう探索光の光路に配置された横方向走査手段等、を有するＯＣＴの構成が開示されている。この特許文献においては、サンプル試料の断層像を画像化するための基本的な技術が開示されている。

　特許文献６には、光ビームを参照アームと測定アームとに分割し、測定アームを介した測定光が参照アームを介した参照光との間で干渉して現れる光の強度を、分光器を介して検出する構成が開示されている。この特許文献では、分光器を介して得られる検出信号にフーリエ変換等の演算処理を施すことにより、透明、一部透明および不透明物体等に対して光学的な断層撮影を可能にする構成が示されている。

　特許文献７には、干渉計とスペクトロメータ（分光器）から構成される計測装置において、光源からの光ビームは被計測体に対してライン状に光を集光させて、被計測体からの観察光は、分光器を介して２次元の画像センサにより検出する構成が開示されている。画像センサからの検出信号に対して、フーリエ変換等の演算処理を施すことにより、被計測体の断面情報が、計算速度に応じて高速に得られることが示されている。

　特許文献８においては、干渉計と光変調手段、光走査手段、再走査手段、及び２次元撮像手段等を有するＯＣＴの構成を提案している。この構成によれば、当該撮像手段の出力信号から検出される干渉情報を適宜処理することによって、対象物体内部の反射強度情報を高速に取得できることを示している。

　非特許文献２には、検出器として１次元のＣＣＤアレイセンサーを用いたライン走査型のレーザー検眼鏡（ＬＳＬＯ）と、光ファイバー干渉計を用いたスペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤＯＣＴ）とを合体した装置構成が開示されている。この構成によれば、観察対象となる眼底の２次元的な反射像、または深度方向の断層像を１台の装置で選択的に撮像可能であることが実験的に示されている。

米国特許第４,２４１,２５７号公報米国特許第４,７６８,８７４号公報米国特許第６,７５８,５６４号公報米国特許第７,３３１,６６９号公報特表平６－５１１３１２号（特許第３４７９０６９号）公報特開平１１－３２５８４９号公報特開２００６－１１６０２８号公報特開２００８－３０９６１３号公報

論文　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＯＰＴＩＣＳ、第３３巻（１９９４年）第４号、６９５～７０１頁、「Real-time scanning slit confocal microscopy of the in vivo human cornea」（B. R. Masters and A. A. Thaer）論文　ＯＰＴＩＣＳ　ＥＸＰＲＥＳＳ、第１４巻（２００６年）第２６号、１２９０９～１２９１４頁、「Hybrid retinal imager using line-scanning laser ophthalmoscopy and spectral domain optical coherence tomography」（N. V. Iftimia, D. X. Hammer, C. E. Bigelow, T. Ustun, J. F. de Boer, and R. D. Ferguson）

　特許文献１および４に示された構成では、サンプル試料の鏡面反射特性を利用して効率的な受光検出と、高コントラストの画像観察を期待できる。しかし、多面体ミラーの３つの面を走査手段として利用しているために部品配置に関わる光学設計上の制約が大きく、また対物レンズの瞳を投光と受光とで分割して使用しているために、光学的な解像力特性も制限を受けるという難点がある。

　特許文献２および３に示された構成では、走査手段が１つで済み、最も単純な共焦点光学系の構成を期待できる。しかし、検出器として１次元のラインセンサーを利用しているので、検出器の選択肢が少なく、高感度の検出器も少ないので低照度の撮像には不向きであるという難点がある。

　非特許文献１に示された構成では、振動ミラーの表面と裏面を利用した走査型の光学系によって、割合単純なシステム構成を実現している。しかし、振動ミラーの反射面および対物レンズの瞳面を２分割して投光と受光に使用しているので、設計上の制約が大きく、光学的な解像力特性も制限を受けるという難点がある。

　特許文献５に示された構成では、光ファイバー干渉計を利用したＯＣＴの基本的な技術内容が開示されている。しかし、この文献で示された構成では、走査手段や信号処理系のスピードが遅く、ＳＬＭまたはＳＬＯのように高コントラストの反射画像または蛍光画像をリアルタイムに映像化することは出来ないという難点がある。

　特許文献６および７に示された構成では、検出系に分光器を用いたスペクトラルドメインＯＣＴの方式を開示しており、この方式では、深度方向の機械的な走査を行なうことなく、高速な断層情報の取得が可能というメリットがある。しかし、これらの文献で示された構成では、参照光路や分光器の存在によって、高感度のＳＬＭまたはＳＬＯとして専用的に使用することが出来ないという難点がある。

　特許文献８に示された構成では、光走査手段や光変調手段を効果的に利用するＯＣＴの新しい方式を提案している。しかし、この文献で示した構成では、参照光路や光軸方向の移動手段の存在によって、高感度のＳＬＭまたはＳＬＯとして専用的に使用するには不向きであるという難点がある。

　非特許文献２に示された構成では、ＳＬＯとＯＣＴとを合体する新しい光学系が実現されている。しかし、この文献で示された構成では、検出器として１次元のラインセンサーを利用しているので、検出器の選択肢が少なく高感度化が難しいという、特許文献２および３に示された構成と同様の難点がある。また、ＳＬＯとＯＣＴの両システムに対して検出器を共通に利用しているために、光路の分岐等に関わる部材の構成が複雑となり、光学設計上の制約も大きいという難点がある。

　従って、本発明は上述の問題点を解決するために案出されたものであり、従来方式と比較した場合に、設計上の制約が少なく光学的な特性に優れ、特殊な検出器や光学部品を用いることもなく、高感度、高コントラスト、リアルタイムに撮像が可能なＳＬＭまたはＳＬＯの専用装置として利用することができ、かつ必要に応じてＯＣＴの計測機能も追加的に実現可能な、極めて実用性の高い光学撮像装置を提供することにある。

　本発明（請求項１～４）は、いずれも、
　光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置であって、
　請求項１の発明は、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導く受光光学系と、
　前記受光光学系を介した検出光を、前記光走査手段と同一の走査周波数および同一の走査方向に走査するための再走査手段と、
　前記再走査手段を介した検出光を、前記光走査手段および再走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、を備えたことを特徴としている。

　請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記計測手段が、リレー光路において、他の光学系構成要素に対して着脱可能に構成したことを特徴としている。

　請求項３の発明は、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導き、かつ前記光走査手段へと導く回帰光学系と、
　前記回帰光学系を介した検出光を、前記光走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、を備えたことを特徴としている。

　請求項４の発明は、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための第１の光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導く受光光学系と、
　前記受光光学系を介した検出光を、前記第１の光走査手段と同一の走査周波数および同一の走査方向に走査するための第２の光走査手段と、
　前記第２の光走査手段を介した検出光を、前記第１および第２の光走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記第１の光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、を備えたことを特徴としている。

　本発明の構成によれば、検出器として２次元撮像手段を採用し、当該撮像手段のフレームレートに応じた低速の走査手段と低速な再走査手段を使用しているので、走査型の共焦点光学系を簡単に構成することができ、電気的な制御も容易である。

　ＳＬＭやＳＬＯの専用装置として、光学系は投光ビームと受光ビームを同軸上に使用しているので、解像力が高く、高感度でコントラストや階調性の高い２次元的な反射画像（または蛍光画像）を撮像素子のフレームレートに応じて高速に取得することが可能である。

　また、必要に応じてＯＣＴの干渉光学系による計測機能も追加することができ、その場合は、対象物体の２次元的な反射画像（または蛍光画像）と同時に、深度方向の断層画像情報も取得可能になるという、多面的な利用方法が可能になる。

　更に将来的に、２次元撮像素子をより高精細、高感度、高速なものに変更すれば、ＳＬＭやＳＬＯの機能として、簡単に装置のバージョンアップも実施できるという、極めて実用的かつ経済的な光学撮像装置を実現することができる。

本発明による光学撮像装置の第１の実施例を示した構成図である。本発明による光学撮像装置の第２の実施例を示した構成図である。本発明による光学撮像装置によって検出表示される画像情報を取得する方法を説明するための説明図である。本発明による光学撮像装置によって検出された断層画像を示す説明図である。本発明による光学撮像装置によって検出された反射画像を示す説明図である。本発明による光学撮像装置によって検出された断層画像と反射画像を示す説明図である。

　以下に、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。以下に示す実施例では、観察対象物体として人の目の眼底を例示しており、検眼を行なうのに好適な光学系の実施例を示しているが、本発明はこれに限定されず、観察対象物体として強い散乱特性を有する皮膚などの生体組織や生物試料にも適用できるものである。

　図１において、符号１及び２で示すものは、観察対象物体の反射画像、または蛍光画像を観察するために利用される光源（第１の光源）である。これらは、高輝度の光ビームを発生する発光ダイオード（Super Luminescent Diode：ＳＬＤ）、または半導体レーザー（Laser Diode）や固体レーザー（Solid State Laser）等の高輝度性を有する所定の光源が利用される。波長は、例えば４９０ｎｍ～８００ｎｍ程度の範囲内として、光源１と２に関しては、必要に応じて異なる波長の光ビームを使い分ける様に、選択的に利用することができる。光源１、２からの光ビームは、レンズ３、４でコリメートされ、ミラー５とダイクロイックミラー６を介して同一の光軸上に合成される。

　ミラー５とダイクロイックミラー６を介した光ビームは、シリンドリカルレンズ（円柱レンズ）７を介して扁平なラインビーム（焦点面において線状に結像する光ビーム）へと変形された後、ミラー８で反射され、ビームスプリッター（ＢＳ）９に入射する。円柱レンズ７は、言い換えれば、光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段の役割を果たしている。ビームスプリッター９は、光路分割部材を構成しており、これは例えば、反射対透過の特性がガラス面全体で一様なビームスプリッターであっても良く、または、中心部では反射し周辺部では透過するような特性を有する部分的な反射ミラーであっても良い。以下では、ビームスプリッター９を光路分割部材として説明する。

　ビームスプリッター９で反射されたラインビームは、ガルバノメーター１０に装着されたミラー（ガルバノミラー）１０ａに入射する。ガルバノミラー１０ａは、光軸に対して直交する方向に、光ビームの１次元的な走査を行うものである。ガルバノミラー１０ａによる走査は、通常のＴＶカメラのフレーム周波数と同一の、例えば３０Ｈｚ（または、６０Ｈｚ等）の走査周波数で行われる。

　ガルバノミラー１０ａによって走査された光ビームは、ダイクロイックミラー１１、レンズ１２、１３、および対物レンズ（対物光学系）１４を介した後、観察対象物体の被検眼１５（前眼部１５ａ、および眼底１５ｂ）に入射する。ここで、レンズ１２と１３は、被検眼の視度（近視や遠視等）に応じて調節可能なフォーカシング光学系（焦点調節手段）を構成しており、レンズ１２および１３の位置は光軸方向に所定の機構（不図示）の動作に応じて調整可能なものとなっている。また、レンズ１２、１３と対物レンズ１４は、テレセントリック光学系を構成しており、ガルバノミラー１０ａと被検眼（前眼部１５ａ）との共役関係がほぼ一定に保たれるように構成されている。

　被検眼１５に入射した光ビームは、例えば眼底１５ｂの所定位置において、線状にフォーカスされる。このフォーカスされたラインビームは、ガルバノミラー１０ａ（光走査手段）の作用によって、被検眼の眼底１５ｂを、ビームの線状方向（Ｙ軸方向、図１の紙面に垂直な方向）とは直交する方向（Ｘ軸方向）に１次元的に走査される。これによって、被検眼の眼底１５ｂを、２次元的に探索することが可能になる。

　被検眼からの反射光は、上述した光学系を逆進し、すなわち対物レンズ１４、レンズ１３、１２、ダイクロイックミラー１１、ガルバノミラー１０ａを経由して、ビームスプリッター９（光路分割部材）に至る。ビームスプリッター９を透過した光ビームは、検出光として、ミラー１６、レンズ１７を介して検出開口（スリット）１８を通過し、更にミラー１９、２０とレンズ２１、および光学フィルター２２を介して、ガルバノミラー１０ａの裏側の鏡面に入射し反射される。

　光学フィルター２２は、被検眼の眼底１５ｂからの蛍光を検出するために挿入されるものであり、例えば眼底の自発蛍光を検出する場合や、フルオレセインナトリウムやＩＣＧ（インドシアニングリーン）等の蛍光造影剤を利用する場合等において、必要に応じて、図１において矢印で示したごとく適宜挿入される。ガルバノミラー１０ａを介した検出光は、ミラー２３で反射された後、レンズ２４によって２次元撮像素子（ＣＣＤカメラ等の２次元撮像手段）２５の撮像面上に投影される。

　この光学系において、スリット１８は、ガルバノミラー１０ａの走査方向に沿った間隙（スリット幅）が制限されており、不要な迷光や散乱光によるノイズを排除して、検出光のＳＮ（信号対雑音特性）を向上させると共に、バックグラウンドの光量レベルを減らすことによって、撮像素子からの映像信号に関して信号成分のコントラストと階調性を向上させる、という効果的な役割を果たしている。ガルバノミラー１０ａは、表面での反射作用によって光源からの光ビームを走査する走査手段であると同時に、裏面での反射作用によって、スリット１８を通過したラインビームを再走査して、撮像素子２５の撮像面への２次元的な結像を可能にする再走査手段でもある。

　言い換えれば、ミラー１６、レンズ１７、スリット１８、ミラー１９、２０とレンズ２１は、ガルバノミラー（光走査手段）１０ａとビームスプリッター９を介して導かれる検出光を、再びガルバノミラー（再走査手段）１０ａを経由して撮像素子２５の２次元的な撮像面へと導く回帰光学系を形成している。図１の実施例において、ガルバノミラー１０ａは、その鏡の表面と裏面での反射作用により、投射ビームの光走査手段と、検出光の再走査手段とを兼用したものと考えることができる。

　２次元撮像素子２５からの出力信号は、それに続く信号処理回路２６に送られ、映像信号に関わる各種の信号処理が行われる。信号処理回路２６は、内部に所定の増幅回路、クランプ回路、バッファー回路、Ａ／Ｄコンバーター、および各種のデジタル信号処理回路等、アナログとデジタルの両技術による信号処理を行なうための複数の電子回路を含んでおり、そこで処理され生成された出力信号が、コンピューター（Personal Computer：ＰＣ）２７に送られる。

　ＰＣ２７は、光学系（特にガルバノメーター１０等）の動作全般を制御すると共に、２次元撮像素子２５と信号処理回路２６を介して得られる映像信号を、液晶テレビモニター等の表示装置２８に出力して表示をさせると共に、必要に応じて、所定の記憶装置（不図示）に転送して記憶させる制御等を行うことができる。

　図１の実施例においては、上述した光学撮像系に加えて、光ファイバー干渉計を利用したＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）の計測手段（図１で一点鎖線で区画した部分）が対物光学系（１４）と光走査手段（１０ａ）間のリレー光路に着脱可能に付加されている。

　図１の符号２９で示すものは、部分的コヒーレント光を射出する高輝度の発光ダイオード（Super Luminescent Diode：ＳＬＤ）であり、断層画像を観察するために必要な低干渉性の性質を有する光源（第２の光源）である。この光源２９としては、中心波長が、光源１、２の中心波長と異なる、例えば８５０ｎｍ、スペクトル幅が５０ｎｍ程度の物理的な特性を有するＳＬＤ光源を利用することができる。ＳＬＤ光源２９からの光ビームは、レンズ３０でコリメートされた後、カプラー３１ａを介して光ファイバー干渉計３２へ結合される。光ファイバー干渉計３２は、光路が、光源側の光路３２ａ、参照光路３２ｂ、探索光路３２ｃ、検出光路３２ｄの４方向に分割されたものである。各光路３２ａ～３２ｄは、それぞれ光ファイバーから構成されている。

　参照光路３２ｂを進む光ビームは、カプラー３１ｂから射出した後、ＮＤフィルター３３によって光強度等を調整された後、ミラー３４で反射され、参照光路３２ｂを引き返すことになる。ミラー３４は、圧電素子（圧電振動子）３５に装着されており、この振動子は所定の周波数で光軸方向にミラー３４を微細振動させ、光ビームの周期的な位相シフトを行なうものである。なお、参照光路３２ｂの光路長は、被検眼への光路を含めた探索光路３２ｃの光路長と距離が等しくなるように合わせる必要がある。そのために、反射ミラー３４は、圧電素子３５を介して、移動ステージ３６の上に固定されており、必要に応じて適宜調整されるものとする。

　一方、探索光路３２ｃを進む光ビームは、カプラー３１ｃから射出した後、所定のガルバノメーターを含む走査ユニット３７に入射して、光ビームの走査が行なわれる。走査ユニット３７は、例えば、不図示の２つのガルバノミラーを含んでおり、光軸に対して直交する方向（ＸＹ面内方向）に、光ビームの任意の走査（ライン状の走査またはサークル状の走査等）を行うことができる。

　走査ユニット３７において走査されたＯＣＴ用の光ビームは、ダイクロイックミラー１１で反射された後、レンズ１２、１３、対物レンズ１４を介した後、観察対象物体の被検眼１５（前眼部１５ａ、眼底１５ｂ）に入射する。ここで、レンズ１２、１３および対物レンズ１４は、既に説明したように、テレセントリック光学系を構成することによって、走査ユニット３７と被検眼の前眼部１５ａとの共役関係がほぼ一定に保たれるように構成することができる。

　ＯＣＴ用の光ビームに関して、被検眼からの反射光は、前述の光学系（対物レンズ１４、レンズ１３、１２、ダイクロイックミラー１１、）を逆進して、更に走査ユニット３７とカプラー３１ｃを介した後に光ファイバーに導かれる。光ファイバーの探索光路３２ｃを経由した探索光は、参照光路３２ｂを経由した参照光との間で合成され、検出光路３２ｄの側に干渉光（検出光）が発生する。カプラー３１ｄを介して、検出光路３２ｄの光ファイバーから射出した検出光は、分光器（スペクトロメーター）３８で分光された後に、１次元のＣＣＤラインセンサー（ＯＣＴ用の検出素子）３９で検出され、電気信号として出力される。

　ＣＣＤラインセンサー３９からの出力信号は、信号処理装置４０を介してフィルター処理等の所定の信号処理を受けた後、パーソナルコンピューター（ＰＣ）２７に送られる。ＰＣの内部では、所定のソフトウェアによって、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のスペクトラルドメインＯＣＴの手法において必要な所定の演算処理が行なわれた後に、観察対象物体（被検眼）の断層画像情報が算出され、最終結果は、液晶表示モニター等の表示装置２８のモニター画面上に表示される。

　図３ａ～図３ｄは、上述した図１の構成において、２次元撮像素子２５を介して得られる画像情報、およびＯＣＴ用の検出素子３９を介して得られる画像情報を説明するための模式図である。

　図３ａにおいて、横軸（Ｘ軸）は２次元撮像素子２５の撮像面の水平方向に、縦軸（Ｙ軸）は当該撮像面の垂直方向に対応するものとする。撮像素子２５の撮像面上には、前述した光学系の作用により、所定の瞬間のスリット像４３が、暗いバックグラウンド４４の中に写りこんでいる。このスリット像４３は、光走査手段（ガルバノミラー１０ａ）と再走査手段（ガルバノミラー１０ａ）の走査に応じて、時間経過と共に図３ａのＸ軸方向（矢印４３ａの方向）に周期的に移動することとなる。

　従って、撮像素子２５を介して得られる画像情報は、信号処理回路２６において各種の信号処理が行われ、図３ｂに示したごとく、観察対象物体（例えば被検眼の眼底１５ｂ）の２次元的な反射画像４５（光学フィルター２２が光路から離脱された場合）、または蛍光画像（光学フィルター２２が光路に挿入された場合）が取得される。前述したごとく、この反射（または蛍光）画像４５は、光学系における検出開口（スリット１８）の作用によって、検出光における迷光や不要な散乱光が除去され、コントラストの高い映像情報となっている。図３ｂにおいては、眼底の血管パターン４５ａが撮像された状況を模式的に示しており、更に、その画像上において、ＯＣＴの計測手段を利用して断層情報を取得する部位を、矢印４６として模式的に示している。

　断層情報を取得する部位４６は、表示装置２８に表示される反射画像４５を見ながら、例えば、ＰＣ２７に接続された入力ペンやマウスなどの入力手段（不図示）を用いて、指示される。そして、指示された部位の座標位置（例えばＸＹ座標の始点と終点等）がＰＣ２７内のメモリーに記憶される。表示装置２８の画面に表示される測定開始ボタン（不図示）をクリックすることによりＯＣＴの計測手段は計測を開始する。検出素子３９からの出力信号は、信号処理装置４０を介してフィルター処理等の所定の信号処理を受けた後、ＰＣ２７に送られる。ＰＣ２７は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のスペクトラルドメインＯＣＴの演算手法を用いて、入力手段で指示された計測範囲に対応した各座標位置（Ｘ）における深度（Ｚ）情報を求め、深度方向の断層画像（ＸＺ画像）を取得する。

　図３ｃは、ＯＣＴの計測手段を用いて得られる上述した深度方向の断層画像４７（ＸＺ画像）を模式的に示したものであり、これは、光ファイバー干渉計３２と検出素子３９を介して得られる画像情報を示している。すなわち、ＯＣＴによる画像情報では、観察対象物体（眼底１５ｂ）の深度方向の断層画像４７（ＸＺ画像）を検出することができる。

　図３ｄは、２次元撮像素子２５を介して得られる反射画像４５（または蛍光画像）、およびＯＣＴ用の検出素子３９を介して得られる断層画像４７（ＸＺ画像）を、表示装置２８のモニター画面上に同時に表示したところを模式的に示している。

　このように、眼底の反射画像（または蛍光画像）と断層画像とを同時に検出して得られる情報は、ＯＣＴの臨床医学における重要な応用例の一つとして、各種の網膜変性症や網膜剥離等の重篤な眼科疾患の精密診断や手術計画に際して効果的に活用することができる。

　図２は、本発明の実施例として図１とは異なるシステムの構成を示したものである。図２においても、観察対象物体として人の目の眼球（前眼部、または眼底）を想定している。図２においては、図１の構成要素と同等の要素には共通の符号を付けて示しており、図２で同一の符号を付した構成要素は図１と同様な構成、機能を有する。以下、図１との相違点について主に説明する。

　反射画像または蛍光画像の観察用の光源（ＳＬＤまたはＬＤ等）１、２からの光ビームは、ダイクロイックミラー６等を経由した後、シリンドリカルレンズ７を介して、焦点位置で線状となるラインビーム（スリット状ビーム）に整形される。このスリット状に整形された光ビームは、ビームスプリッター９（ＢＳ、光路分割部材）において反射された後、ガルバノミラー１０ａによって、１次元方向に走査される。

　この走査された光ビームは、ミラー４１、ダイクロイックミラー１１、レンズ１２、１３、対物レンズ１４を介して、被検眼１５（前眼部１５ａ、または眼底１５ｂ）に入射する。ここで、レンズ１２、１３と対物レンズ１４は、テレセントリック光学系を構成しており、ガルバノミラー１０ａと被検眼の前眼部１５ａとの共役関係が一定に保たれているものとする。

　被検眼の所定部位、例えば眼底１５ｂからの反射光は、上述の光路を逆行して、ＢＳ９を透過した後、レンズ１７を介して検出開口（スリット）１８を通過する。検出開口１８は、検出光に関わる不要な光ノイズを除去して検出信号のＳＮを向上させると共に、信号のコントラストと階調性を向上させる効果がある。この検出開口を通過した光ビームは、レンズ２１、光学フィルター２２を介して、ガルバノメーター４２に装着されたガルバノミラー４２ａに導かれる。光学フィルター２２は、自発蛍光に基づく蛍光画像や、蛍光造影剤を利用した場合の蛍光画像を検出する目的で、光路に挿入される。蛍光画像でなく、反射画像を取得する場合には、光学フィルター２２は光路から離脱される。

　ガルバノミラー４２ａ（第２の光走査手段）は、ガルバノミラー１０ａ（第１の光走査手段）と同一の走査方向に、検出光の走査を行うための再走査手段であり、走査周波数は二つのガルバノミラー４２ａ、１０ａに関して、それぞれ同一に設定されている。ガルバノミラー４２ａで再走査された検出光は、ミラー２３、レンズ２４を介して、ＣＣＤ等の２次元撮像素子２５に結像される。図２の構成では、一例として、２次元撮像素子２５のフレームレートが、毎秒６０コマであれば、ガルバノミラー１０ａと４２ａの走査周波数も、それぞれ６０Ｈｚである。この図の構成では、ガルバノミラーを結果的に２つ使っているが、図１の構成で必要としていた折り返し用のミラー（１６、１９、２０）が不要となり、検出光学系の効率を向上できると共に、光路の構成が単純なため、光学調整も容易になるというメリットがある。

　撮像素子２５から出力される映像信号は、信号処理回路２６を介して所定の信号処理が行われ、映像信号（反射画像、または蛍光画像等）が抽出される。得られた画像信号は、ＰＣ２７を介して液晶モニター等の表示手段２８に表示され、必要に応じて、記憶装置（不図示）に記憶させることもできる。ＰＣ２７は、画像信号の制御を行うと同時に、光学系（特にガルバノメーター１０および４２等）の動作全般を制御するために用いられる。

　図２の実施例においては、上述した光学撮像系に加えて、光ファイバー干渉計を利用したＯＣＴの計測手段（図１と同様の構成で一点鎖線で表示）が対物光学系（１４）と光走査手段（１０ａ）間のリレー光路に着脱可能に付加されている。

　図２の符号２９で示すものは、部分的コヒーレント光を射出する高輝度の発光ダイオード（Super Luminescent Diode：ＳＬＤ）であり、断層画像を観察するために必要な光源である。ＳＬＤ光源２９からの光ビームは、レンズ３０を介して、光ファイバー干渉計３２へと導かれる。光ファイバー干渉計３２は、図１において説明したように、光路が、光源側の光路３２ａ、参照光路３２ｂ、探索光路３２ｃ、検出光路３２ｄの４方向に分割されたものである。

　参照光路３２ｂを進む光ビームは、カプラー３１ｂから射出した後、ミラー３４で反射され、参照光路３２ｂを引き返すことになる。参照光路の光路長は、移動ステージ３６を用いて、必要に応じて適宜調整できるように構成されている。

　一方、探索光路３２ｃを進む光ビームは、カプラー３１ｃから射出した後、走査ユニット３７に入射して、光ビームの走査が行なわれる。走査ユニット３７において走査されたＯＣＴ用の光ビームは、ダイクロイックミラー１１で反射された後、レンズ１２、１３、対物レンズ１４を介した後、観察対象物体の被検眼１５に入射する。

　ＯＣＴ用の光ビームに関して、被検眼からの反射光は、前述の光学系（対物レンズ１４、レンズ１３、１２、ダイクロイックミラー１１）を逆進して、更に走査ユニット３７を介した後に光ファイバー３２ｃに導かれる。光ファイバーの探索光路３２ｃを経由した探索光は、参照光路３２ｂを経由した参照光との間で合成され、検出光路３２ｄの側に干渉光（検出光）が発生する。光ファイバーから射出した検出光は、分光器（スペクトロメーター）３８で分光された後に、１次元のＣＣＤラインセンサー（ＯＣＴ用の検出素子）３９で検出され、電気信号として出力される。

　ＣＣＤラインセンサー３９からの出力信号は、信号処理装置４０を介した後、パーソナルコンピューター（ＰＣ）２７に送られる。ＰＣの内部では、ソフトウェアによって、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のスペクトラルドメインＯＣＴの手法において必要な所定の演算処理が行なわれた後に、被検眼１５の断層画像情報が算出され、最終結果は、表示装置２８のモニター画面上に表示される。

　図２の実施例においても、図１の実施例と同様な動作が行われる。図３ａに示したように、スリット像４３が、ガルバノミラー（走査手段）１０ａとガルバノミラー（再走査手段）４２ａの走査に応じて、時間経過と共に矢印４３ａの方向に周期的に移動し、この走査により、図３ｂに示したごとく、観察対象物体（例えば被検眼の眼底１５ｂ）の２次元的な反射画像４５（または蛍光画像）が撮像素子２５を介して取得される。

　この画像上において、図１の実施例に関連して説明したように、断層情報を取得する部位４６を入力手段を用いて指示すれば、ＯＣＴの計測手段、信号処理装置４０、ＰＣ２７を介して観察対象物体（眼底１５ｂ）の深度方向の断層画像４７（ＸＺ画像）が取得できる。計測結果は、図３ｄに示したように、反射画像４５（または蛍光画像）と断層画像４７（ＸＺ画像）とを対比するために、表示装置２８のモニター画面上に同時に表示させることができる。

　このように、眼底の反射画像（または蛍光画像）と断層画像とを同時に検出して得られる情報は、ＯＣＴの臨床医学における重要な応用例の一つとして、各種の網膜変性症や網膜剥離等の重篤な眼科疾患の精密診断や手術計画に際して効果的に活用することができることは、図１に示した実施例と同様である。

　１　　反射画像（または蛍光画像）の撮像用光源
　７　　シリンドリカルレンズ
　９　ビームスプリッター
　１０ａ、４２ａ　光走査手段または再走査手段（ガルバノミラー）
　１１　ダイクロイックミラー
　１５　観察対象物体（被検眼）
　１８　検出開口（スリット）
　２５　２次元撮像素子
　２７　ＰＣ（パソコン）
　２８　表示手段
　２９　ＯＣＴ用光源
　３２　光ファイバー干渉計
　３４　参照ミラー
　３７　走査ユニット
　３８　分光器（スペクトロメーター）
　３９　ＯＣＴ用検出素子

Claims

　光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置において、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導く受光光学系と、
　前記受光光学系を介した検出光を、前記光走査手段と同一の走査周波数および同一の走査方向に走査するための再走査手段と、
　前記再走査手段を介した検出光を、前記光走査手段および再走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、
　を備えたことを特徴とする光学撮像装置。
　光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置において、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導く受光光学系と、
　前記受光光学系を介した検出光を、前記光走査手段と同一の走査周波数および同一の走査方向に走査するための再走査手段と、
　前記再走査手段を介した検出光を、前記光走査手段および再走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、を備え、
　前記計測手段は、前記リレー光路において、他の光学系構成要素に対して着脱可能に構成したことを特徴とする光学撮像装置。
　光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置において、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導き、かつ前記光走査手段へと導く回帰光学系と、
　前記回帰光学系を介した検出光を、前記光走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、
　を備えたことを特徴とする光学撮像装置。
　光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光または蛍光を捉えることにより対象物体の２次元的な画像情報を取得する光学撮像装置において、
　光ビームを発生する第１の光源と、
　前記第１の光源からの光ビームをスリット状に変形するための光学整形手段と、
　前記光学整形手段を介した光ビームを観察対象物体へ向かう光路に導入するための光路分割部材と、
　前記光路分割部材を介して導入された光ビームを所定の周波数で１次元的に走査するための第１の光走査手段と、
　前記光走査手段によって走査された光ビームを観察対象物体へと導くと共に、該観察対象物体からの反射光または蛍光を導くための対物光学系と、
　前記対物光学系を介した観察対象物体からの反射光または蛍光を、前記光走査手段と前記光路分割部材を経由した後、所定の検出開口を介して導く受光光学系と、
　前記受光光学系を介した検出光を、前記第１の光走査手段と同一の走査周波数および同一の走査方向に走査するための第２の光走査手段と、
　前記第２の光走査手段を介した検出光を、前記第１および第２の光走査手段の走査周波数に応じたフレームレートで検出するための２次元撮像手段と、
　前記対物光学系と前記第１の光走査手段間のリレー光路において分岐または結合され、前記第１の光源とは異なる波長の光ビームを発生する第２の光源を備え、当該第２の光源からの光ビームに基づき、前記２次元撮像手段からの出力情報とは異なる方向の所定の画像情報を取得するための計測手段と、
　を備えたことを特徴とする光学撮像装置。
　前記対物光学系と光走査手段の間の光路には、観察対象物体の光学特性に応じて光ビームの焦点位置を変化させるための焦点調節手段が付加されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
　前記光ビームは、前記光学整形手段を介してスリット状の光ビームとして観察対象物体を照明し、前記検出開口はスリット状の開口であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
　前記光走査手段は、ガルバノメーターに装着された反射ミラーによって構成され、該光走査手段による走査方向は、前記２次元撮像手段の水平撮像方向に対応することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学撮像装置。
　前記再走査手段は、前記光走査手段とガルバノメーターを共通に利用し、当該光走査手段による反射ミラーとは反対側の反射面を利用して２次元撮像手段への検出光の走査が行われることを特徴とする請求項７に記載の光学撮像装置。
　前記再走査手段は、前記光走査手段のガルバノメーターとは異なる第２のガルバノメーターを利用し、当該第２のガルバノメーターに装着された反射ミラーによって２次元撮像手段への検出光の走査が行われることを特徴とする請求項７に記載の光学撮像装置。
　前記計測手段には、前記光走査手段とは異なる所定のガルバノメーターを含んだ計測専用の光走査手段が備えられ、前記第２の光源からの光ビームは、前記リレー光路の光軸方向に直交する方向に走査可能であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学撮像装置。