JP6584125B2 - 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（特許文献１）。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ている。そして、干渉光の強度の時間波形（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。

眼疾患は、完治困難な疾患が多いため、眼底の病変部を早期に発見し、病変部が眼底の広範囲にまで進行することを遅らせる治療を早期に開始することが重要である。特に、病変部が黄斑にまで進行すると、視覚に甚大な影響を与えるため、病変部が黄斑から十分離れた位置にあっても、その病変部を発見したいという要求がある。この要求に答えるため、眼底検査に用いられるＯＣＴ装置の広画角化が期待されている。

特許文献１では、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が開示されている。また、特許文献１には、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）について開示されている。また、特許文献１には、その波長掃引光源としては、ファイバーリング共振器、及び波長選択フィルタが例示されている。

特開２０１２−１１５５７８号公報

しかし、特許文献１の方法では、取得した複数の断層像を連続的につなぎ合わせるための画像処理に時間や手間がかかる。そのため、１回の撮像で広範囲にわたる断層情報を取得することが好ましい。この場合、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。このため、従来のＯＣＴ装置の構成のままでは、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ことが難しかった。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置において、波長掃引光源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、Ａ／Ｄ変換器がアナログ信号をサンプリングするクロックを生成するクロック発生部を用いることが知られている。

上述した課題に対して、本発明の目的の一つは、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好適なクロック発生部の構成を提供することである。

本発明に係る撮像範囲の一つは、
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、
前記干渉部により干渉して得た第一の干渉光を検出する検出部と、
前記検出部が前記第一の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、
前記光源部からの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サンプリングする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、
前記クロック発生部は、前記第一光路の光と前記第二光路の光とを干渉して得た第二の干渉光のアナログ信号の強度の差が前記第二の干渉光のアナログ信号を前記変換部に入力可能な範囲内となるように前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を補正する補正部を含むように構成され、
前記補正部は、
前記第二の干渉光のアナログ信号の強度と閾値とを比較する比較部と、
前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも大きい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を減衰させ、前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも小さい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を増幅させる利得制御部と、
前記比較部による比較結果を前記利得制御部にフィードバックを行うタイミングを遅らせる遅延部と、
を含む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好適なクロック発生部の構成を提供することができる。

本発明に係るＯＣＴ装置の一例を示す模式図 本発明に係る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 眼球の模式図 広画角化の課題を説明するための図 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 ｋクロック発生部の模式図 サンプリング定理を説明するための図 ダブルパス干渉計によるＫクロック発生部の模式図 自動利得制御の模式図 過剰利得抑制機構を設けた自動利得制御の模式図

本実施形態に係る撮像装置は、ＳＳ−ＯＣＴ装置であって、干渉部（例えば、後述するＯＣＴ干渉部２０）により干渉して得た第一の干渉光を検出する検出部（例えば、受光素子）を有する。また、本実施形態に係る撮像装置は、検出部が第一の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（例えば、後述するＡ／Ｄ変換器３２）を有する。また、本実施形態に係る撮像装置は、光源部からの射出された光のうち一部の光が通る光路が第一光路と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、変換部がアナログ信号をサンプリングするクロックを生成するクロック発生部を有する。ここで、本実施形態に係る光源部は、射出する光の波長を掃引するＳＳ−ＯＣＴ用の光源であり、波長掃引光源等とも呼ばれる。また、本実施形態に係るクロック発生部は、例えば、後述するｋクロック発生部８０である。また、本実施形態に係る撮像装置は、生成されたクロックにより変換部がアナログ信号を変換して得たデジタル信号に基づいて、眼底の断層像を取得する断層像取得部を有する。

また、本実施形態に係るクロック発生部は、第一光路の光と第二光路の光とを干渉して得た第二の干渉光のアナログ信号の強度の差が第二の干渉光のアナログ信号を変換部に入力可能な範囲内となるように第二の干渉光のアナログ信号の強度を補正する補正部を含むように構成されている。なお、補正部は、例えば、後述する補正回路８４である。これにより、光源部から射出される波長毎におけるアナログ信号の強度の差がＡ／Ｄ変換器における入力可能な範囲よりも大きくなったとしても、この範囲内となるようにアナログ信号の強度を補正することができる。これにより、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。

ここで、クロック発生部の干渉計の光路長差が従来よりも大きい（後述するように例えば空気中で２２ｍｍ以上である）場合、第二の干渉光のうち深い位置に対応する波長の光の強度が大幅に減衰する。これは、クロック発生部の干渉計において、光源部のコヒーレンス長よりも干渉距離が非常に大きくなるため、ロールオフにより減衰の影響が大きくなるためである。このため、クロック発生部の干渉計の光路長差が従来よりも大きい場合、第二の干渉光の強度の差が大きくなるため、このような場合において本実施形態に係るクロック発生部を用いることが望ましい。

また、本実施形態に係る光源部である波長掃引光源は、各波長の光が時間に伴い線形に変化しながら射出するように構成されることが理想的である。しかしながら、波長掃引光源は、実際には、正確に線形に変化せず、非線形に変化してしまうのが、一般的で、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）等も生じてしまう。すなわち、波長掃引光源は、設定通りに正確に波長掃引することが難しい。そこで、変換部がアナログ信号からデジタル信号に変換するタイミングを調整するために、上述したクロック発生部を用いる。このとき、クロック発生部は、変換部がアナログ信号を略等波数の間隔でサンプリングするようにクロックを生成することが好ましい。これにより、補間等を行わなくても、簡易に波数空間から実空間に変換することができる。ただし、本発明はこれに限定されず、略等波数の間隔でサンプリングしなくても良く、この場合には補間等を行うことで、波数空間から実空間に変換することができる。

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。ＯＣＴ装置を用いて物体の情報を得るためには、この光源部から出る光の波長を連続的に変化させる必要がある。本実施形態における光源部２０として例えば、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。また、ＶＣＳＥＬは、一般的に、下部反射鏡と、活性層と、上部反射鏡と、をこの順に有し、活性層と上部反射鏡との間に空隙部を備え、上部反射鏡と下部反射鏡との少なくともいずれか一方の光軸方向の位置を変化させることで、出射する光の波長を変化させる面発光レーザとして構成される。

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、以下の実施の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、本実施の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。

ここで、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。ＯＣＴ装置を用いて物体の情報を得るためには、この光源部から出る光の波長を連続的に変化させる必要がある。本実施形態における光源部２０として例えば、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波長を連続的に変え波長掃引光源などが挙げられる。また、ＶＣＳＥＬは、一般的に、下部反射鏡と、活性層と、上部反射鏡と、をこの順に有し、活性層と上部反射鏡との間に空隙部を備え、上部反射鏡と下部反射鏡との少なくともいずれか一方の光軸方向の位置を変化させることで、出射する光の波長を変化させる面発光レーザとして構成される。

（ＳＳ−ＯＣＴ装置の構成）
図１は、本発明の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Ａ／Ｄ変換器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で電気信号に変換されたＯＣＴ干渉信号をＡ／Ｄ変換器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。

図１のＯＣＴ装置では、干渉光のサンプリングタイミングは、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ｋクロック信号に基づいて等光周波数（等波数）間隔に行われる。また、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。なお、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）
ところで、眼底検査においては、黄斑と視神経乳頭を同一の走査で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。眼球の瞳孔中心の反対側には黄斑がある。また、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。

標準的な成人の眼底では、黄斑と視神経乳頭を包含する距離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度以上としても、断層情報を得ることができるＯＣＴ装置を実現するためには、空気中で５．５ｍｍの光路長差が必要である。

ＳＳ−ＯＣＴを含むフーリエドメイン方式のＯＣＴでは、取得した干渉信号データを波数空間でフーリエ変換処理を行い、距離情報を出力する。ＳＳ−ＯＣＴの場合、Ａ／Ｄ変換器を用いて時間領域でデータ取得を行う。ここで、波長可変光源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すれば、等時間間隔のサンプリングで等周波数間隔、つまり等波数間隔のデータが得られる。しかし、図５（ａ）に模式的に示すように、波長可変光源の光周波数は、一般に駆動機構部により共振器長を変化させて波長掃引を行っているため、時間に対して非線形となる。そのため、等時間間隔のサンプリングでフーリエ変換処理を行っても、等波数間隔のデータではないため、距離情報は取得できない。したがってＳＳ−ＯＣＴでは、等波数間隔のサンプリングクロックであるｋクロックを用いてデータ取得を行うのが一般的である。

（クロック発生部）
次に、ｋクロック発生部について、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。これにより、ｋクロック干渉計を構成することができる。さらに、ｋクロック干渉計からの干渉信号を受光して電気信号へ変換し、振幅補正を行う補正回路８４から構成される。ここで、ｋクロックの光路長差８２が、後述するｋクロックの周波数に対応する。

なお、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）を設けても良い。また、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ことで実現することもできる。また、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ことで光路長差を変更する手法でも良い。ここで、これらの手法を実現する機構を変更部と呼ぶ。このとき、走査する角度に応じて光路長差を変更する変更部を制御する制御部を更に有することが好ましい。例えば、走査する角度が大きくしたときには、光路長差を長くすることにより、深さ範囲における不要な撮像を低減できる。このため、撮像時間を短縮することができる。また、このとき、走査部は、走査する角度が４７度以上である第１の角度から４７度未満である第２の角度まで変更可能に構成されていることが好ましい。また、クロック発生部は、光路長差が２２ｍｍ以上である第１の光路長差から２２ｍｍ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。
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影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、選択された撮影モードによって、走査する角度と光路長差とを変更するように、走査部と変更部とを制御しても良い。例えば、黄斑と視神経乳頭とを両方含む断層像として撮影する撮影モードの方が、黄斑と視神経乳頭とのいずれかを断層像として撮影する撮影モードよりも、走査する角度が大きいため、光路長差を長くすることが好ましい。また、選択部は、深さ範囲における断層像の距離を選択可能に構成されても良い。また、このとき、選択部は、この距離が眼球内で４．０ｍｍ以上である第１の距離から眼球内で４．０ｍｍ未満である第２の距離まで選択可能に構成されることが好ましい。このとき、この距離が短くなれば、光路長差も短くするように変更されることが好ましい。ここで、選択部は、眼の硝子体と網膜と脈絡膜とを含むように撮影する撮影モードを含む複数の撮影モードのうちいずれかの撮影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影する撮影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以上の距離の眼底の断層像が取得されることが好ましい。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以上の距離は必要となるためである。なお、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。例えば、深さ範囲における断層像の距離が短くなれば、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されることが好ましい。

（クロック発生部の干渉計の光路長差）
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る。光周波数は非線形に時間変化するため、この正弦波の周期も時間変化する。しかし、周波数領域でみれば等間隔である。つまり、ｋクロック干渉信号のゼロクロス点またはピーク点が等波数間隔になるため、図５（ｂ）のようにゼロクロス点またはピーク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。取得したｋクロック干渉信号は、Ａ／Ｄ変換器に適応可能な振幅、電圧へ増幅器等を用いて振幅の補正を行い、ｋクロックを生成する。なお、ｋクロックは、サンプリングクロックであるため、サンプリング定理に基づかなければならない。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、というのがサンプリング定理である。

ところで、干渉現象は、２つの光路長差が波長λの整数ｎ倍、ｎλのときに発生する。したがって、光路長差に比例して干渉縞の間隔が狭くなっていくので信号としての周波数は高くなることになる。つまり、ｋクロックの周波数をＯＣＴ干渉信号の周波数の２倍以上とするためには、光路長差８２を深さ方向の限界となる距離の２倍以上とすれば良い。すなわち、サンプリング定理を考慮すると、ｋクロックの光路長差８２は、必要とする断層像の深さ範囲の２倍以上にする必要がある。上述したように、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は空気中で１１ｍｍ以上とする必要がある。

また、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、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るものが一般的である。したがって、ｋクロック干渉計がシングルパスで構成される場合、ｋクロックの光路長差８２は上述した１１ｍｍ以上を更に２倍し、空気中で２２ｍｍ以上とする必要がある。すなわち、ｋクロック干渉計がシングルパスで構成される場合、ｋクロックの光路長差８２は、必要とする断層像の深さ範囲の４倍以上とする必要がある。これにより、眼球内で断層像の深さ範囲を４．０ｍｍ以上とすることができる。なお、ｋクロック干渉計は、図８のように、ダブルパス干渉計で構成することもできる。図８中の符号は、図１および図６と対応している。このように、ｋクロック干渉計がダブルパスで構成される場合には、ｋクロックの光路長差８２は、サンプリング定理を考慮して、必要とする断層像の深さ範囲の２倍以上とすれば良い。

一般に、ｋクロック干渉計の光路長差は、眼底を走査する角度が空気中で換算して４０度程度で脈絡膜―強膜境界まで測定するため、眼球内で２．６ｍｍ程度の深さ範囲（断層像の深さ方向の距離）が求められる。したがって、空気中で換算して３．７ｍｍ程度の深さ範囲となる。このため、シングルパスのｋクロック干渉計の光路長差は、空気中で換算して３．７ｍｍ×４＝１４．８ｍｍとなることから、１５ｍｍ程度に設計されている。しかし、ｋクロック干渉計の光路長差が、空気中で換算して１５ｍｍ程度の場合、広画角化すると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る。つまり、画角４７度以上で断層情報を得ることができる、空気中で５．５ｍｍ以上の深さ範囲とするためには、ｋクロック干渉計の光路長差は２２ｍｍ以上が必要である。

なお、図６の例では、ｋクロック発生部は、光源の外部にあるが、光源の内部にあってもよい。ｋクロック発生部を光源の内部とすることで、撮像装置の構成を簡素にすることができる。また、ｋクロックの光路長差２２ｍｍを実現するには、コヒーレント長１４ｍｍ以上が好ましい。以上説明したように、クロック発生部の干渉計の光路長差を２２ｍｍ以上とすることにより、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。
ここで、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。このとき、本実施形態に係る断層像の深さ範囲が空気中で５．５ｍｍ、すなわち眼球内で４．０ｍｍである場合を考えると、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。なお、従来の深さ範囲が空気中で２．８ｍｍ、すなわち眼球内で２．０ｍｍである場合を考えると、サンプル数は、（４×２．８×１０^６×１１０）／１０４０^２＝１１３９と導出される。また、この場合、ｋクロックの周波数ｆｓは、（１１３９×１００×１０^３）／０．４４６＝２５５．３８ＭＨｚと導出される。以上より、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には、クロック発生部は、断層像の深さ範囲全体を１度にサンプリングする数が約２２００回以上となるように構成されることが好ましい。また、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には、クロック発生部は、クロックの周波数が約５００ＭＨｚ以上となるように構成されることが好ましい。
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以上となる距離の眼底の断層像を取得したい場合に、クロック発生部は、眼球内で４．０ｍｍ以上となる距離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、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いれば、光路長差が空気中で２２ｍｍ以上となるように構成されることが好ましい。また、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１１ｍｍ以上となるように構成されることが好ましい。また、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。

（補正部）
ここで、波長可変光源は、一般にガウス型スペクトル形状となるため、波長掃引の開始付近と終了付近で強度が弱く、中央付近で最大強度となる。したがって、ｋクロック干渉信号も紡錘形の波形となる。また、ｋクロックの光路長差を大きくした場合、干渉強度も大幅に減衰するため、ｋクロック干渉信号における干渉強度の差が大きくなる。一方、Ａ／Ｄ変換器の外部クロック入力部は、入力可能な最低電圧と最高電圧とが規定されている。このとき、ｋクロック干渉信号における干渉強度の差がＡ／Ｄ変換器における入力可能な電圧の範囲よりも大きくなってしまうことがあった。そこで、ｋクロック干渉信号を、増幅器等を用いて、Ａ／Ｄ変換器に適応可能な振幅、電圧へ補正する必要がある。

（比較部と利得制御部）
補正方法としては、補正部が比較部による比較結果を利得制御部にフィードバックを行うように構成されることにより、自動利得制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下ＡＧＣという）を行う。図９（ａ）には、補正部の一例である補正回路８４におけるＡＧＣの模式図を示す。ここで、ＡＧＣとは、利得制御部の一例である可変利得増幅器（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下ＶＧＡという）、比較部の一例である電圧検出器を備え、振幅変動する入力信号から一定電圧レベルの振幅の信号に自動的に調整することをいう。このとき、比較部は、第二の干渉光（クロック発生部の干渉計により干渉して得た干渉光）のアナログ信号の強度と閾値とを比較する。また、利得制御部は、第二の干渉光のアナログ信号の強度が閾値よりも大きい場合には第二の干渉光のアナログ信号の強度を減衰させる。また、利得制御部は、第二の干渉光のアナログ信号の強度が閾値よりも小さい場合には第二の干渉光のアナログ信号の強度を増幅させる。すなわち、振幅変動信号が入力されると、電圧検出器が基準電圧をもとに利得制御信号を出力し、ＶＧＡの利得を変更する負帰還制御が行われる。

ＳＳ−ＯＣＴにおいて、波長が掃引している時間帯ではｋクロック干渉信号も出力されるが、掃引がない時間帯では信号は出力されない。したがって、信号のない時間帯が発生することになる。ｋクロック干渉信号でＡＧＣを行ったときの、補正回路８４における一般的な回路例を図９（ｂ）に、そのときの信号を図９（ｃ）に模式的に示す。電圧検出器は、振幅変動信号の電圧レベルを基準電圧と比較することで利得制御信号を規定している。

（遅延部と抑制部）
また、ＡＧＣループ内においてはＶＧＡ利得のスイッチングによって生じてしまう発振を防止するために、遅延部の一例である位相補償コンデンサを接続し、応答速度を遅くする方法が取られている。すなわち、遅延部は、フィードバックを行う速度を遅らせる。ここで、信号のない時間帯の場合、振幅変動信号は基準電圧を下回っているため、利得制御信号は、利得を最大に出力するように動作し続け、位相補償コンデンサに電荷が蓄積されていくことになる。したがって、信号のある時間帯に入ると、蓄積されていた電荷が利得制御信号として出力されることになるため、本来あるべき利得の増加が行われず、過大な振幅の信号が出力されることがある。そこで、本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、補正回路８４において利得制御信号の出力部において、抑制部の一例である過剰利得抑制機構を設けることが好ましい。すなわち、抑制部は、遅延部によりフィードバックを行う速度が遅らされた場合にアナログ信号の強度が所定値よりも増幅することを抑制する。

このとき、本実施形態では、補正回路８４において利得制御信号を調整する機構として、過剰利得抑制機構の一例である電圧制限器を設置することもできる。この回路例と信号の模式的な様子を図１０（ｂ）に示す。電圧制限器は任意波形のうち、ある一定の電圧レベル以上または以下を出力させるために使用されるものである。これにより、位相補償コンデンサに蓄積された電荷に起因する利得制御信号の過剰な電圧を制限し、振幅が一定レベルのｋクロックを生成できる。電圧制限器は、応答速度の影響を最小限に抑えるため、位相補償コンデンサ部に設けることが好ましい。すなわち、抑制部は、遅延部におけるコンデンサに蓄積された電荷を放出するように構成されていることが好ましい。

また、本実施形態では、補正回路８４において基準電圧制御回路を設置しても良い。この回路例と信号の模式的な様子を図１０（ｃ）に示す。基準電圧は、ＡＧＣにおいて振幅電圧レベルを規定する電圧のことである。基準電圧と振幅変動信号の電圧レベルを比較することにより、利得制御信号が出力されるため、基準電圧を制御すれば利得制御信号の出力も制御できることになる。ＳＳ−ＯＣＴにおいては波長掃引の周期が一定であるため、信号発生点のタイミングを把握することができる。つまり、信号が発生する直前に基準電圧を制御する制御電圧信号を入力して任意の期間、基準電圧を高くすることで、その時間帯の利得制御信号を強制的に下げる効果がある。さらに、制御信号の時間を変えることでも任意の利得制御信号に調整できる。これにより、振幅が一定レベルのｋクロックを生成できる。すなわち、抑制部は、所定のタイミングで比較部においてアナログ信号の強度と比較される閾値を変更するように構成されていることが好ましい。

以上説明したように、例えば、クロック発生部の干渉計の光路長差が従来よりも大きい（例えば空気中で２２ｍｍ以上である）場合であっても、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好適なクロック発生部の構成を提供することができる。

（その他の実施形態）
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。

１０ 光源部
２０ ＯＣＴ干渉部
３０ 検出部
４０ 情報取得部
５３ Ｘ軸スキャナー
５４ Ｙ軸スキャナー
８０ ｋクロック発生部
８２ ｋクロック光路長差

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、
   前記干渉部により干渉して得た第一の干渉光を検出する検出部と、
   前記検出部が前記第一の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、
   前記光源部からの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サンプリングする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、
   前記クロック発生部は、前記第一光路の光と前記第二光路の光とを干渉して得た第二の干渉光のアナログ信号の強度の差が前記第二の干渉光のアナログ信号を前記変換部に入力可能な範囲内となるように前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を補正する補正部を含むように構成され、
   前記補正部は、
   前記第二の干渉光のアナログ信号の強度と閾値とを比較する比較部と、
   前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも大きい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を減衰させ、前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも小さい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を増幅させる利得制御部と、
   前記比較部による比較結果を前記利得制御部にフィードバックを行うタイミングを遅らせる遅延部と、
   を含むように構成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 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、
   前記干渉部により干渉して得た第一の干渉光を検出する検出部と、
   前記検出部が前記第一の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、
   前記光源部からの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サンプリングする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、
   前記クロック発生部は、
   前記第一光路の光と前記第二光路の光とを干渉して得た第二の干渉光のアナログ信号の強度と閾値とを比較する比較部と、
   前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも大きい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を減衰させ、前記第二の干渉光のアナログ信号の強度が前記閾値よりも小さい場合には前記第二の干渉光のアナログ信号の強度を増幅させる利得制御部と、
   前記比較部による比較結果を前記利得制御部にフィードバックを行うタイミングを遅らせる遅延部と、
   を含むように構成されていることを特徴とする撮像装置。
3. 前記比較部は、電圧検出器を含むように構成されており、
   前記遅延部は、前記電圧検出器と接続されたコンデンサを含むように構成されてい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. 前記遅延部により前記フィードバックを行う速度が遅らされた場合に前記アナログ信号の強度が所定値よりも増幅することを抑制する抑制部を更に有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. 前記遅延部はコンデンサを含むように構成されており、
   前記抑制部は、前記コンデンサに蓄積された電荷を放出するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記抑制部は、所定のタイミングで前記閾値を変更するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記クロック発生部は、眼球内で４．０ｍｍ以上となる距離に対応する前記光路長差となるように構成されており、
   前記断層像取得部は、深さ範囲において眼球内で４．０ｍｍ以上となる距離の前記眼底の断層像を取得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６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記クロック発生部は、前記第二光路がシングルパスで構成されており、前記光路長差が空気中で２２ｍｍ以上となるように構成されていることを特徴する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記クロック発生部は、前記第二光路がダブルパスで構成されており、前記光路長差が空気中で１１ｍｍ以上となるように構成されていることを特徴する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記クロック発生部は、前記断層像の深さ範囲全体を１度にサンプリングする数が２２００回以上となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記クロック発生部は、前記クロックの周波数が５００ＭＨｚ以上となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記クロック発生部は、前記変換部が前記アナログ信号を略等波数の間隔でサンプリングするように前記クロックを生成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記光源部は、下部反射鏡と、活性層と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記活性層と前記上部反射鏡との間に空隙部を備え、前記上部反射鏡、前記下部反射鏡の少なくともいずれか一方の光軸方向の位置を変化させることで、出射する光の波長を変化させる面発光レーザであ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. 前記眼底において前記照射光を走査する走査部を更に有し、
    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い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. 前記走査部は、前記眼底の１４ｍｍ以上の範囲において前記照射光を走査するように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。

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