JP6808383B2 - 光干渉断層撮影装置、その制御方法および光干渉断層撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、被検眼の眼底などの断層画像の取得に用いられる光干渉断層撮影装置、その制御方法、および光干渉断層撮影システム、に関する。

現在、低コヒーレント光による干渉を利用した光干渉断層法（ＯＣＴ：ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いる撮像装置（以下、ＯＣＴ装置とも呼ぶ。）が実用化されている。該ＯＣＴ装置は、被検査物の断層画像を高解像度で撮影することができる。

ＯＣＴ装置において、光源からの光は、ビームスプリッタなどにより、測定光と参照光とに分けられる。測定光は、測定光路を介して眼などの被検査物に照射される。そして、被検査物からの戻り光は参照光と合波され、干渉光として検出光路を介して検出器に導かれる。なお、ここで述べる戻り光とは、被検査物に対する光の照射方向における界面に関する情報などが含まれる反射光や散乱光のことである。戻り光と参照光との干渉光を検出器で検出し、解析することによって被検査物の断層画像を得ることができる。

ここで、ＯＣＴ装置において高解像な断層画像を得るには、この測定光路と参照光路とにおける光学系の分散量を合わせる必要がある。分散量が異なると断層画像にボケが生じ、深さ方向の解像力が劣化する。このため、ＯＣＴ装置においては、参照光路に分散補償用ガラスを配して参照光に対する分散の補償を行う構成が知られている。また、装置に配されている種々の光学部材の機差によって生じる分散の差に対しては、信号処理によってこの補償を行う装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２１４９６８号公報

特許文献１に開示される構成では、参照光路に分散補償用ガラスを配置することにより、被検眼および走査光学系を測定光が往復したときの分散を参照光に対して補償している。さらに、断層画像から位相ずれ量を求めることにより、信号処理で測定光と参照光との分散の差に対して補償を行っている。

一方、眼底検査では、疾患により、眼底の周辺部まで含むよう広範囲を撮影することや、眼底の特定の部位を高解像で撮影することが求められている。ここで、対物レンズを異なる焦点距離のレンズに交換することによって、撮影範囲と横方向の解像力を切り替えることができる。即ち、より短い焦点距離の対物レンズを用いることにより低倍率で広い範囲を撮影したり、より長い焦点距離の対物レンズを用いることにより高倍率で狭い範囲を高解像で撮影したりすることができる。

しかし、測定光路に配置された対物レンズを交換すると、交換前後の対物レンズのもつ分散の差により測定光路の分散量が変わり、測定光路と参照光路とで分散に差が生じてしまう。分散に差が生じると前述のように断層画像にボケが生じ、深さ方向の解像力が劣化してしまう。この分散の差を補正するために、対物レンズごとに分散補償用ガラスの厚みを変更すると、そのための機構が別途必要になり装置が複雑化する。また、この分散の差を計算処理で補正する場合は、対物レンズごとに計算処理を行うため計算負荷が増加してしまう。

本発明は以上の状況に鑑みて為されたものであって、簡単な光学系で、かつ、分散補償計算の計算負荷を増加させることなく、対物レンズ交換による光学倍率の切り替えを可能とする光干渉断層撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る光干渉断層撮影装置は、
光を発生させる光源と、
前記光源からの光を参照光と測定光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを合波して得た合波光の強度を検出する検出手段と、
前記検出された強度に基づいて前記被検査物の断層画像を形成する画像形成手段と、
焦点距離が異なると共に光軸上の分散量が略同一である複数の対物レンズのいずれかを選択的に、前記被検査物に対向する前記測定光の光路上の位置に配置する配置手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な光学系で、かつ、分散補償計算の計算負荷を増加させることなく、対物レンズ交換による光学倍率の切り替えを行うことができる。

本発明の第１の実施形態における眼底画像取得装置の概略を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態における信号の形状を示す図である。 本発明の第１の実施形態における出力信号を示す図である。 本発明の第１の実施形態の断層画像を示す図である。 本発明の第１の実施形態における低倍率（広画角）光学系の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における高倍率（狭画角）光学系の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態において断層画像の取得に至る工程を説明するフローチャートである。 本発明の第１の実施形態において対物レンズを交換した際に行われる処理を説明するフローチャートである。 対物レンズの焦点距離と画角およびＮＡとの関係を説明する図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。本実施形態の装置により撮影できるものは、例えば、人間の網膜などの断層画像である。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。

（装置構成）
本実施形態に係る光干渉断層撮影システムの一態様としての眼底画像取得システムについて、図１を用いて説明する。なお、当該眼底画像取得システムは、以降に詳述する光干渉断層撮影装置と、交換可能な複数の対物レンズ、さらには該対物レンズを測定光の光路上の所定の位置に対して選択的に配置する配置手段とより構成される。

本実施形態における光源１は、光（低コヒーレンス光）を発生させるための光源である。光源１には、中心波長８５０ｎｍ、帯域５０ｎｍの光を発するＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）光源を用いる。なお、光源１には、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源も適用することができる。また、光源１には、チタンサファイアレーザなどの超短パルスレーザ光源も適用することができる。このように、光源１は、低コヒーレンス光を発生させることのできるものなら何でも良い。さらに、光源１から発生する光の波長は、特に制限されるものではないが、被検査物に応じて４００ｎｍから２μｍの範囲で選択される。波長の帯域は広いほど縦分解能がよくなる。一般的に中心波長が８５０ｎｍの場合、５０ｎｍの帯域では６μｍの縦分解能、１００ｎｍの帯域では３μｍの縦分解能である。

光源１と後述するサンプルアーム１００１、参照アーム１００２および分光器１００３は光ファイバー等で構成される導光部２、４、１０、１４で接続される。光源１を発した光束は、導光部２により光分割部３に導かれる。本実施形態における光分割手段である光分割部３は、ファイバーカプラなどを適用することができる。なお、分割の比率は被検査物に合わせて適切なものを選択する。

光分割部３により導光部４側に分岐された光路上には、コリメータレンズ５、フォーカスレンズ６、光走査部７、波長分岐ミラー８、および対物レンズ９が配置され、サンプルアーム１００１を構成する。本実施形態における配置手段である対物レンズ取り付け部（不図示）は、対物レンズ９を異なる焦点距離の対物レンズ９’と交換可能に構成されている。光走査部７は、光軸方向に隣接して配置（タンデム配置）された互いに直交するＸ、Ｙ方向に光をそれぞれ走査するガルバノミラー又は共振ミラー等が適用される。波長分岐ミラー８は、光源１を発した光（波長：λ＝８００〜９００ｎｍ）を透過し、前眼部照明の光（λ＝９４０ｎｍ）を反射する。導光部４に導かれた光は、サンプルアーム１００１を通り被検眼Ｅの眼底Ｅｆに達する。

光分割部３により導光部１０側に分岐された光路上にはコリメータレンズ１１、参照ミラー１２が配置され参照アーム１００２を構成する。参照ミラー１２は、直動ステージ１３上に配置され、直動ステージ１３を光軸方向に移動することにより、参照アーム１００２の光路長を調整する。

コリメータレンズ１５、分光部１６、結像レンズ１７、および撮像部１８は、分光器１００３を構成する。分光部１６は、回折格子であるグレーティングやプリズム等で構成される。撮像部１８は、本実施形態における検出手段でありＣＭＯＳやＣＣＤ等の光電変換素子を有する。光分割部３からの光は、該光分割部３に接続された導光部１４により分光器１００３に導かれる。

本撮像装置を制御する制御手段たる制御部１９は、光走査部７、直動ステージ１３、撮像部１８等の制御を行う。また、制御部１９には、表示部２０、メモリー２４、マウス等のポインティングデバイス２５が接続されている。

対物レンズ９の周りには、前眼部照明光源２１ａ、２１ｂが配置されている。これらの光源により照明された被検眼Ｅの前眼部の像は、対物レンズ９を通り、波長分岐ミラー８により反射され、レンズ２２により二次元の撮像部２３の撮像面に結像する。

（測定方法）
次にこのような構成の装置を用いて、被検眼Ｅの眼底Ｅｆの網膜の断層画像を撮像する方法について図７にその工程を示すフローチャートを用いて説明する。
被検眼Ｅを本装置の前に配置すると、被検眼Ｅの前眼部は前眼部照明光源２１ａ、２１ｂの発した光により照明される。このように照明された前眼部の像は、対物レンズ９を通り、波長分岐ミラー８により反射されて、レンズ２２により、撮像部２３の撮像面に結像する。撮像部２３からの映像信号は、制御部１９に入力されデジタルデータにリアルタイムに変換され、前眼部画像が生成される（ステップＳ１）。制御部１９は、この被検眼Ｅの前眼部画像のうちの特に虹彩の模様より、被検眼Ｅの偏心およびピントの状態を判定する。撮像面の中心とサンプルアーム１００１の光学系の光軸が一致するように調整されている。このため、撮像部２３で撮像された前眼部画像の瞳孔中心と撮像中心との偏心量が、被検眼Ｅとサンプルアーム１００１の光学系の偏心量に相当する。

サンプルアーム１００１の光学系は、被検眼Ｅに対し、上下左右、さらに光軸方向に位置調整可能に不図示のステージ上に配置されている。したがって、前述の通り、瞳孔中心と光軸が一致するように、上下左右の位置を調整し、虹彩の模様のコントラストが最も高くなるように、光軸方向の位置調整を行う（ステップＳ２）。これにより、虹彩と同一面である被検眼Ｅの瞳孔とサンプルアーム１００１の光学系の対物レンズ９との距離（ワーキングディスタンス）は一定に保たれている。前眼部画像は、表示部２０の前眼表示領域２０ａに表示され、操作者は、この画像により光軸偏心を確認することができる。

オートアライメントにより瞳孔中心と撮像中心との偏心量が所定の値以下になると光源１を点灯し、アライメント用の断層画像の撮像を開始する（ステップＳ３）。光源１からの光は、導光部２により光分割部３に導かれ、導光部４と導光部１０に導かれる光量の比が、例えば１：９になるように分割される。導光部４側に導かれた光は、ファイバー端４ａに達する。ファイバー端４ａを点光源として発した光は、測定光としてコリメータレンズ５により平行光に変換され、フォーカスレンズ６を透過する。フォーカスレンズ６透過後の測定光は、光走査部７を介して波長分岐ミラー８を透過し対物レンズ９により被検眼Ｅの瞳孔より眼底Ｅｆに至り、照射される。その際、該測定光は、光走査部７のＸスキャンミラーの動作によって眼底Ｅｆ上で走査される。

測定光は、眼底Ｅｆの網膜を構成する複数の層で反射・散乱され、戻り光として入射時と同一の光路を戻る。すなわち、該戻り光は、コリメータレンズ５を経てファイバー端４ａより導光部４に入り、光分割部３に導かれる。

光分割部３より導光部１０に導かれた光は、参照アーム１００２に至り、ファイバー端１０ａから出射されコリメータレンズ１１により平行光に変換され参照ミラー１２に向かう。参照ミラー１２は、平行光と垂直に、また、光軸方向に移動可能に直動ステージ１３上に配置されている。これにより異なる眼軸長の被検眼Ｅに対しても、測定光の光路長と参照光路の光路長とを合わせることができる。操作者は表示部２０上のコヒーレンスゲート調整表示領域２０ｄを、ポインティングデバイス２５を操作してカーソルで指示することにより、参照ミラー１２の位置を調整することができる。参照ミラー１２で反射された参照光は、コリメータレンズ１１により導光部１０のファイバー端１０ａに集光され、導光部１０により光分割部３に導かれる。

戻り光および参照光は、光分割部３にて合波されて合波光もしくは干渉光を生成する。光分割部３では、導光部２と導光部１４に導かれる光量の比が１：９になるように分割される。このときの分割比は、被検眼Ｅからの戻り光とは逆である。導光部１４を経て分光器１００３に至った干渉光は、ファイバー端１４ａを出射する。該干渉光は、さらにコリメータレンズ１５により平行光に変換され、分光部１６に入射する。分光部１６には、光の波長に近い寸法の回折格子が等間隔に数多く形成されており、入射した光を回折により分光する。

回折角度は波長により異なるため、回折された光は、結像レンズ１７により線像として撮像部１８のライン状の撮像領域に結像する。すなわちファイバー端１４ａを出射した光は、分光されたスリット像として結像する。したがって撮像部１８からは、波長毎の強度に対応した信号が出力される。撮像部１８からの信号は、本実施形態における画像形成手段である制御部１９に入力され、断層画像が生成され、表示部２０の断層画像表示領域２０ｂに表示される（ステップＳ４）。

操作者は、この断層画像を観察し、該断層画像が最も明るくなるようにポインティングデバイス２５を用いてカーソルでフォーカス調整表示領域２０ｃのボタンを操作してフォーカス調整を行う。また、同様に、断層画像表示領域２０ｂの所望の領域内に関心部位の断層像が全て入るようにコヒーレンスゲート調整表示領域２０ｄのボタンを操作して参照ミラー１２の位置調整（コヒーレンスゲート調整）を行う。コヒーレンスゲート調整表示領域２０ｄにより参照ミラー１２の位置調整が指示されると制御部１９は、直動ステージ１３の位置を指示された方向に移動させる（ステップＳ５）。同時に、メモリー２４に記憶している直動ステージ１３の制御位置情報を移動量に応じて変更する。

直動ステージ１３は、不図示のステッピングモータにより駆動制御されており、直動ステージ１３の位置は、ステッピングモータに指示するステップ数と対応している。例えば、６０ｍｍのストロークを６００００ステップで駆動する場合１ステップあたりの移動量は１μｍになる。０−６００００までのステップ数が、直動ステージの０から６０ｍｍの位置に対応する。またこの直動ステージ１３の基準位置からコリメータレンズ１１までの距離は設計的に精度よく配置されておりこの基準位置と前記ステージ位置の関係も設計的に明らかであるため、このステップ数より参照光路長を計算することができる。

このように参照ミラー１２の位置の変化と共に、参照光路の光路長が変化する。これにより断層画像表示領域２０ｂ内の断層画像の表示位置が変化する。このように、参照ミラー１２の位置は常にメモリー２４に記憶されている。以上の撮像準備の後、撮像ボタン２０ｅが押圧されると、断層画像の静止画の撮像のための後述する干渉強度（合波光の強度）の検出が行われる（ステップＳ６）。干渉強度が取得されると、該干渉強度に基づいて断層画像（後述するＢスキャン画像）の生成（ステップＳ７）が行われる。生成された断層画像は、メモリー２４に記憶される。

（断層画像生成）
次に断層画像の生成について説明する。
断層画像撮影時には、導光部１４には、被検眼Ｅの眼底Ｅｆからの戻り光と、参照ミラー１２から反射された参照光との合波光が導かれる。光分割部３から眼底Ｅｆまでの光路長と、光分割部３から参照ミラー１２までの光路長の差により、光分割部３で合波されるとき戻り光と参照光とは、位相差を有する。断層画像はこの位相差に基づく干渉信号の強度を検出し、この検出結果に基づいて形成される。

より詳細には、この位相差は波長により異なるため、撮像部１８の受光領域上に現れる分光強度分布には干渉縞が生じる。また、網膜には複数の層があり、それぞれの層境界からの戻り光はそれぞれ異なる光路長を有するため、干渉縞には、異なる周波数の干渉縞が含まれる。この強度分布に含まれる干渉縞の周波数とその強度より、反射物体の位置とその位置からの反射・散乱に対応した明るさを求めることができる。

眼底上の１ラインをスキャンするＢスキャンモードにおいては、制御部１９は、光走査部７のＸ、Ｙのスキャンミラーの一つ、例えば、Ｘスキャンミラーだけを駆動しながら、撮像部１８からの出力を読み出す。光走査部７からは、スキャンミラーの角度を示すデータが出力されており、読み出された信号は光が被検眼に入射する入射角度θｉに変換され、さらにデジタルデータに変換された後、メモリー２４に記憶される。スキャンミラーの角度と光線の入射角度θｉは、対応しており、光学系の設計値より求める。

図２は、入射角度θｉをスキャンミラーの角度とした場合の各角度における撮像部１８上の光の強度分布を示す。横軸は、撮像部１８上のセンサー位置であり、波長に対応する。縦軸は、信号強度である。ここでは、中心波長λ０、半値幅δλの強度分布に対して、干渉縞による波形が重なっている。

この波形の強度情報を読み出し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、メモリー２４に記憶する。このデータを波数変換し、周波数変換すると図３に示すような強度分布が得られる。これはｈ１、ｈ２、ｈ３の距離（コヒーレンスゲートからの距離）のところの干渉強度がＩ１、Ｉ２、Ｉ３であることを示す。したがって、スキャンミラーの角度としたθｉを、θｓからθｅまで変化させながら、干渉強度を測定する。このように取得した干渉強度Ｉ（θｉ，ｈｊ）を、θを横軸、ｈを縦軸にして表示することにより図４に示すように眼底のＢスキャン画像（光学的な距離に基づく画像）を表示することができる。

（光学倍率変更）
次に光学系の倍率変更方法について説明する。なお、倍率変更に際して制御部１９等において実行される処理については、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
図５および図６は、第１の実施形態におけるサンプルアーム１００１の光学系の概略の構成を示している。なお、図５および図６では、ファイバー端４ａから光源１側の光路および波長分岐ミラー８は省略して示している。図５と図６では、対物レンズとその位置およびフォーカスレンズ位置が異なっており、図５が低倍率（広画角）撮影時の光学系の構成および配置、図６が高倍率（狭画角）撮影時の光学系の構成および配置を示している。

図５および図６には、軸上および最軸外の光束が模式的に示されている。図５において、ファイバー端４ａから出射した光はコリメータレンズ５、フォーカスレンズ６を透過し、光走査部７によって走査される。光走査部７によって偏向させられた光束は、対物レンズ９Ａを透過して被検眼Ｅの眼底Ｅｆに集光される。このとき、フォーカスレンズ６の光軸上の位置は、眼底Ｅｆで反射され逆光路を通ってファイバー端４ａに入射する戻り光の光量が最大になり、表示部２０に表示される断層像の明るさが最大になるように設定される。

ここで、図９に、対物レンズの焦点距離と、画角およびＮＡとの関係を示す。図９（ａ）には、被検眼へ入射する軸上光束が実線で模式的に示されており、最軸外光束が破線で模式的に示されている。図９に示したように、対物レンズの焦点距離が短いと、対物レンズから被検眼の瞳までの距離（ワーキングディスタンス）が短くなり、最軸外の光束が瞳へ入射する角度（画角）が大きくなる。これにより、眼底上の撮影範囲が広くなる。一方、瞳結像倍率が縮小方向に変わるため、瞳上の光束径が小さくなる。これにより、眼底上へ入射する光束のＮＡが小さくなり、眼底上に結像するスポット径が大きくなるため、横方向の解像力は低下する。逆に、対物レンズの焦点距離が長いと、ワーキングディスタンスが長くなり、画角が小さくなる。これにより、眼底上の撮影範囲が狭くなる。また、瞳結像倍率が拡大方向に変わるため、瞳上の光束径が大きくなる。これにより、眼底上へ入射する光束のＮＡが大きくなり、眼底上に結像するスポット径が小さくなるため、横方向の解像力は向上する。これらの関係をまとめて表としたものを図９（ｂ）として示す。同表に記載されるように、対物レンズに焦点距離が短いものを使用した場合、ＮＡは小さくなり且つ広画角となる。また対物レンズに焦点距離が長いものを使用した場合、ＮＡは大きくなり且つ狭画角となる。

次に、被検眼に対向して配置される対物レンズ交換による倍率変更方法について述べる。まず対物レンズ取り付け部（不図示）から対物レンズ９Ａを取り外し、対物レンズ９Ａとは異なる焦点距離の対物レンズ９Ａ’を取り付ける（ステップＳ２１）。このとき、対物レンズの光軸上の位置が所定の設計位置になるように構成された対物レンズ鏡筒（不図示）を対物レンズ取り付け部（不図示）に取り付ける。取り付け機構としては、バヨネット式など公知のマウント機構を用いることができる。

次に、対物レンズ取り付け部に配置されたセンサー（不図示）は、取り付けられた対物レンズ９Ａ’を検知する。対物レンズの検知は、例えば、対物レンズ鏡筒に反射鏡などの被検知物を配置し、対物レンズ取り付け部のセンサーで被検知物を検知してもよい。また、対物レンズ鏡筒に突起物を配置し、対物レンズ取り付け部に配置されたスイッチボタン（センサー）を押すことによって検知してもよい。センサーで検知された対物レンズの情報は制御部１９に送信される（ステップＳ２２）。これらセンサーは、対物レンズの情報を取得するレンズ情報取得手段を構成する。

メモリー２４には、交換された対物レンズ固有の情報としての対物レンズ情報、例えば各対物レンズに応じたワーキングディスタンス、フォーカスレンズ位置等のテーブルが保存されている。制御部１９は、必要に応じて、取り付けられた対物レンズの情報とワーキングディスタンスのテーブルとからワーキングディスタンスの変更（ステップＳ２３）を行う。また、取り付けられた対物レンズの情報とフォーカスレンズ位置のテーブルとから、フォーカスレンズ６の光軸方向の位置を変更する（ステップＳ２４）。このフォーカスレンズ位置のテーブルは、設計値から予め算出して求めておいてもよいし、製造された装置ごとに予め各対物レンズでのフォーカスレンズ位置を記録して求めておいてもよい。該制御部１９は、測定光の光路に配置されてフォーカス位置が調整されるフォーカスレンズの位置を制御し、該フォーカスレンズ位置は対物レンズ、より詳細にはセンサーにより取得された対物レンズ情報に応じて駆動、制御される。これら操作の終了後、上述した断層画像の生成および取得の工程（ステップＳ２５）が実行される。

本実施形態では、対物レンズ９Ａ’は対物レンズ９Ａと、同じ厚みで、かつ、同じ硝材で設計されている。また、異なる曲率半径にすることによって異なる焦点距離に設計されている。ここで光軸上の分散量は、硝材の群速度分散ｖと硝材の光軸上の厚みｄとの掛け算ｖ・ｄで算出され、群速度分散ｖは以下の（８）式で定義される。
ｖ＝−λ・（ｄ^２Ｎ／ｄλ^２） …（８）
ただし、（８）式において、λは光の波長であり、Ｎは硝材の屈折率である。本実施形態では、対物レンズ９Ａ’を対物レンズ９Ａと同じ硝材とすることで群速度分散を同じにすることができ、かつ、厚みを同じにすることで、分散量を同じにすることができている。
よって、対物レンズを交換しても光学系の光軸上の分散量が変わらないため、対物レンズごとに計算処理などによる分散補償の補正処理を変更することなく、高画質な断層画像を得ることができる。

また、本実施形態では、ファイバー端４ａから眼底Ｅｆまでの光軸上の光路長、即ち光学距離が変わらないように、対物レンズ９Ａ’の焦点距離に応じて、対物レンズから被検眼Ｅまでの距離（ワーキングディスタンス）を変更している。これにより、対物レンズを交換してもサンプルアーム１００１の光路長が変わらないように構成されている。よって、対物レンズごとに参照ミラー１２の位置も変えることなく撮影でき、対物レンズ交換に対応するために参照ミラー１２の移動範囲を増やす必要がない。このため参照ミラー１２の移動スペースを増やす必要がなく、装置の大型化を防ぐことができる。

また、対物レンズ９Ａおよび９Ａ’は、光軸上よりも周辺部で曲率が小さくなる非球面を含んでもよい。対物レンズの焦点距離を短くして低倍率（広画角）にしていくと、レンズ球面収差により瞳上の収差が増大する。瞳上の収差が増大すると、全ての画角の光束を瞳孔から眼底へ入射させることが難しくなり、撮影時のアライメントが困難になる。光軸上よりも周辺部で曲率が小さくなる非球面を含むことにより、球面収差を低減させることができ、瞳上の収差を低減させることができる。

このように本実施形態によれば、対物レンズ９Ａと対物レンズ９Ａ’の厚みを略等しくし、硝材を同じにすることで、光軸上の分散量を合わせることができる。よって、倍率変更時に計算処理などによる分散補償の補正が必要ないまま、ボケの小さい高画質な断層画像を得ることができる。

なお、対物レンズは単体として扱うことも可能であるが、一般的には被検眼側と取付け側とがレンズ様の部材にて封止されてその内部に実質的に対物レンズとしての機能を果たすレンズが固定されるレンズユニットとして扱われる。当該レンズユニットでは、二つのレンズ様の封止部材の中心を結ぶ光軸上の所定位置にレンズが配置される。この所定位置は、該レンズユニットを装置側のマウントに固定すると自動的に、ファイバー端４ａから眼底Ｅｆまでの光軸上の光路長を変えずに対物レンズから被検眼までの距離を対物レンズの焦点距離とすることができる位置とされる。

また、複数の対物レンズから撮影範囲に応じたものを選択し、該選択された対物レンズの焦点距離に応じた配置に対する自動的な挿脱を可能とした構成とすることもできる。この場合、予め各々の対物レンズの焦点距離に応じた取付け部を光軸上に複数配置しておき、選択された対物レンズを対応する取付け部に自動挿脱することとなる。このような自動挿脱を行う構成は、本発明における配置手段の一態様に含まれる。即ち、本実施形態における配置手段は、焦点距離が異なると共に光軸上の分散量が同一である複数の対物レンズを、被検査物に対向する測定光の光路上の位置に選択的に配置する。

なお、本実施形態では、複数の対物レンズにおける分散量を等しくさせることによって、分散補償の補正の必要性を低減している。しかし計算処理が必要となる場合であっても、これら対物レンズにおける分散量の差が所定量以下の場合には、計算負荷の増加を抑制する効果が得られる。なお、この所定量は断層画像を形成する際の分散補償計算が必要となる量であり、本実施形態ではこの所定量として６０なる分散量の差が得られている。６０という分散量は、屈折率Ｎ＝１．５０９、ν＝０．０３０μｍ^−１の硝材の厚みに換算すると２ｍｍに相当する量である。前述したように、分散量が異なると深さ方向の点像強度分布にボケが生じ、深さ方向の解像力が劣化する。しかし、分散量の差が前述の硝材の厚みに換算して２ｍｍ以下であれば、点像強度分布に及ぼす影響は実質的に無く、深さ方向の解像力が劣化することはない。よって、本実施形態では、分散量の差が６０である所定量以下であれば効果が得られる。そこで、本発明における「分散量が同一である複数の対物レンズ」とは、対物レンズの分散量の差がゼロの場合だけでなく、６０以下の場合であれば含まれるものとする。また、複数の対物レンズの各々の光路長の差についても同様であって、本実施形態ではこれらを等しくしている。しかし、光路長差が１ｍｍ以下であれば、参照ミラーの移動範囲を小さく抑えることができる。また、本実施形態では、光軸上の分散量が同一である複数の対物レンズを用いているが、対物レンズの光軸外を通る測定光では分散量は同一ではない。この分散量の違いに対しては、測定光が対物レンズの周辺（光軸外）を通る際に計算で分散補償しても良い。

［第２の実施形態］
次に、本発明の光学系の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なり、各々の対物レンズを対物レンズ９Ｂと対物レンズ９Ｂ’と定義した場合に、それぞれ異なる硝材を用いた２枚接合レンズとしている。これら対物レンズ各々は、光軸上の分散量と接合レンズの中心厚が同じになるように、各レンズの硝材と中心厚が設定されている。

ここで、対物レンズ９Ｂの２枚のレンズ９Ｂ１、９Ｂ２の屈折率をそれぞれＮ１、Ｎ２、群速度分散をそれぞれν１、ν２、中心厚をそれぞれｄ１、ｄ２とする。また、対物レンズ９Ｂ’の２枚のレンズ９Ｂ１’、９Ｂ２’の屈折率をそれぞれＮ３、Ｎ４、群速度分散をそれぞれν３、ν４、中心厚をそれぞれｄ３、ｄ４とする。

対物レンズ９Ｂと対物レンズ９Ｂ’の光軸上の分散量が等しいとき、以下の（１）式を満たす。
ν１・ｄ１＋ν２・ｄ２＝ν３・ｄ３＋ν４・ｄ４ …（１）
また、対物レンズ９Ｂと対物レンズ９Ｂ’の中心厚が等しいとき、以下の（２）式を満たす。
ｄ１＋ｄ２＝ｄ３＋ｄ４ …（２）

対物レンズ９Ｂの硝材、中心厚を決定し、色消し設計を行って対物レンズ９Ｂ’の硝材を決定したとき、分散と中心厚を等しくするには、ｄ３、ｄ４は、それぞれ以下の（３）式、（４）式を満たす必要がある。
ｄ３＝｛(ν１−ν４)・ｄ１＋(ν２−ν４)・ｄ２｝／（ν３−ν４） …（３）
ｄ４＝｛(ν１−ν３)・ｄ１＋(ν２−ν３)・ｄ２｝／（ν４−ν３） …（４）
ここで、本実施形態では、レンズ９Ｂ１の硝材はＮ１＝１．５９５、ν１＝−０．０３７μｍ^−１、ｄ１＝１８．７ｍｍである。またレンズ９Ｂ２の硝材はＮ２＝１．７８１、ν２＝−０．１３３μｍ^−１、ｄ２＝２．２ｍｍである。このように、レンズ９Ｂ１を低分散の凸レンズ、レンズ９Ｂ２を高分散の凹レンズとすることで、色収差も補正している。
また、レンズ９Ｂ１’の硝材はＮ３＝１．５５６、ν３＝−０．０３６μｍ^−１、ｄ３＝１８．１ｍｍである。レンズ９Ｂ２’の硝材はＮ４＝１．７３４、ν４＝−０．１１５μｍ^−１、ｄ４＝２．８ｍｍである。このようにレンズ９Ｂ１’を低分散の凸レンズ、レンズ９Ｂ２’を高分散の凹レンズとすることで、色収差も補正している。

なお、レンズ９Ｂ１’の厚さｄ３は式（３）を満たしており、レンズ９Ｂ２’ｄ４は式（４）を満たしている。これにより、レンズ９Ｂとレンズ９Ｂ’は各々の分散量が−９７７で等しくなっており、中心厚もいずれも２０．９ｍｍで等しくなっている。このように分散を等しくすることにより、対物レンズごとに分散補償の計算処理を行う必要がなく、計算負荷を低減できている。

［第３の実施形態］
次に、本発明の光学系の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は第１の実施形態と異なり、各々の対物レンズを対物レンズ９Ｃと対物レンズ９Ｃ’と定義した場合に、それぞれ異なる硝材を用いた２枚接合レンズとしている。これら対物レンズは、各々光軸上の分散量と接合レンズの内部における光軸上の光路長即ち光学距離が同じになるように、各レンズの硝材と中心厚が設定されている。

ここで、対物レンズ９Ｃの２枚のレンズ９Ｃ１、９Ｃ２の屈折率をそれぞれＮ１、Ｎ２、群速度分散をそれぞれν１、ν２、中心厚をそれぞれｄ１、ｄ２とする。また、対物レンズ９Ｃ’の２枚のレンズ９Ｃ１’、９Ｃ２’の屈折率をそれぞれＮ３、Ｎ４、群速度分散をそれぞれν３、ν４、中心厚をそれぞれｄ３、ｄ４とする。対物レンズ９Ｃと対物レンズ９Ｃ’の光軸上の分散が等しいとき、上記（１）式を満たす。

また、対物レンズ９Ｃと対物レンズ９Ｃ’の光軸上の光路長が等しいとき、以下の（５）式を満たす。
Ｎ１・ｄ１＋Ｎ２・ｄ２＝Ｎ３・ｄ３＋Ｎ４・ｄ４ …（５）

対物レンズ９Ｃの硝材、中心厚を決定し、色消し設計を行って対物レンズ９Ｃ’の硝材を決定したとき、分散と光軸上の光路長を等しくするには、ｄ３、ｄ４は、それぞれ以下の（６）式、（７）式を満たす必要がある。
ｄ３＝｛（Ｎ１・ｄ１＋Ｎ２・ｄ２）・ν４−（ν１・ｄ１＋ν２・ｄ２）・Ｎ４｝
／（Ｎ３・ν４−Ｎ４・ν３） …（６）
ｄ４＝｛（Ｎ１・ｄ１＋Ｎ２・ｄ２）・ν３−（ν１・ｄ１＋ν２・ｄ２）・Ｎ３｝
／（Ｎ４・ν３−Ｎ３・ν４） …（７）
ここで本実施形態では、レンズ９Ｃ１の硝材はＮ１＝１．５９５、ν１＝−０．０３７μｍ^−１、ｄ１＝１８．７ｍｍである。またレンズ９Ｃ２の硝材はＮ２＝１．７８１、ν２＝−０．１３３μｍ^−１、ｄ２＝２．２ｍｍである。このように、レンズ９Ｃ１を低分散の凸レンズ、レンズ９Ｃ２を高分散の凹レンズとすることで、色収差も補正している。
また、レンズ９Ｃ１’の硝材はＮ３＝１．５５６、ν３＝−０．０３６μｍ^−１、ｄ３＝１８．８ｍｍである。レンズ９Ｃ２’の硝材はＮ４＝１．７３４、ν４＝−０．１１５μｍ^−１、ｄ４＝２．６ｍｍである。

このように、レンズ９Ｃ１’を低分散の凸レンズ、レンズ９Ｃ２’を高分散の凹レンズとすることで、色収差も補正している。なお、レンズ９Ｃ１’の厚さｄ３は式（６）を満たしており、レンズ９Ｃ２’の厚さｄ４は式（７）を満たしている。

これにより、レンズ９Ｃ１’とレンズ９Ｃ２’は分散量がいずれも−９７７で等しくなっており、光軸上の光路長もいずれも３３．７ｍｍで等しくなっている。分散を等しくすることにより、対物レンズごとに分散補償の計算処理が必要なく、計算負荷を低減できている。また、光軸上の光路長も等しくすることにより、参照ミラーの位置調整も必要なく、参照ミラーの移動範囲を小さく抑えることができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。上述した第１の実施形態では、焦点距離の異なる２種類の対物レンズの交換について述べているが、対物レンズは２種類に限るものではなく、３種類以上の対物レンズを交換可能に構成してもよい。また、上述した実施形態では、異なる対物レンズを各々有するレンズユニットを交換する構成について主に詳述している。例えば配置手段に対して、複数の対物レンズ単体を配置手段によって自動的に選択し、該選択した対物レンズに応じた光軸上の位置に自動的に配置する機能を付与することも可能である。この場合、該配置手段は、複数の対物レンズより選択された対物レンズを、光路に対して自動的に挿入或いは離脱させることとなる。なお、具体的な機構としては、異なるレンズを光路に対して挿入或いは離脱させる撮像装置における公知のものを採用することが可能である。

また、上述した配置手段は、焦点距離が異なる複数の対物レンズを、測定光の光路において、選択された対物レンズの焦点距離に応じた被検査物からの距離に選択的に配置するように構成してもよい。或いは、焦点距離が異なると共に断層画像の縦分解能が同一となる複数の対物レンズを、被検査物に対向する測定光の光路上の位置に選択的に配置するように構成してもよい。或いは、焦点距離が異なる複数の対物レンズを、被検査物に対向する測定光の光路上の位置に選択的に配置するように構成してもよい。また、対物レンズは、複数の対物レンズ、該対物レンズに応じた測定光路上の焦点距離、該対物レンズを用いて得られる断層画像の縦分解能の同一性、該対物レンズの被検査物に対向する光路上の位置、の任意の条件を満たすこととしてもよい。配置手段が対物レンズをこのような条件を任意に満たすように配置することでも、本発明の目的は少なくとも部分的に達成される。さらには、配置手段により配置される対物レンズと、該対物レンズが配置される光断層撮影装置とによる光断層撮影システムとして本発明を構築してもよい。

また、第１の実施形態では、取り付けられた対物レンズの情報である例えば焦点距離に基づいてフォーカスレンズ位置を決定しているが、フォーカスレンズ位置の決定方法はそれには限らない。例えば、対物レンズ交換後に、断層像の明るさをみながらフォーカスレンズ位置を合わせ直してもよい。また、例えば、レーザ走査により被検眼を撮影する走査レーザ検眼鏡（ＳＬＯ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）の光学系を別に構成して、ＳＬＯ画像のコントラストや輝度からフォーカス位置情報を取得し、その情報に基づいてフォーカスレンズ位置を決定してもよい。

また、第１の実施形態では、断層画像を取得するシステムとして広帯域光源と分光器を用いたＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ−ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）システムを適用しているが、波長可変光源を用いたＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）システムを適用してもよい。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形、変更して実施することができる。例えば、上述した実施形態では、被検査物が眼の場合について述べているが、眼以外の皮膚や臓器等の被検査物に本発明を適用することも可能である。この場合、本発明は眼底画像取得装置或いはシステム以外の、例えば内視鏡等の医療機器としての態様を有する。したがって、本発明は眼底画像取得装置に例示される断層画像取得装置或いはシステムとして把握され、被検眼は被検査物の一態様として把握されることが望ましい。

Claims (19)

1. 光を発生させる光源と、
   前記光源からの光を参照光と測定光とに分割する光分割手段と、
   前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを合波して得た合波光の強度を検出する検出手段と、
   前記検出された強度に基づいて前記被検査物の断層画像を形成する画像形成手段と、
   焦点距離が異なると共に光軸上の分散量が略同一である複数の対物レンズのいずれかを選択的に、前記被検査物に対向する前記測定光の光路上の位置に配置する配置手段と、
   を備えることを特徴とする光干渉断層撮影装置。
2. 前記複数の対物レンズは、異なる曲率半径を有することを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮影装置。
3. 前記複数の対物レンズの各々の前記光軸上の光学距離が同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光干渉断層撮影装置。
4. 前記複数の対物レンズには、前記分散量の差が６０以下となるように構成されることにより、前記分散量の差が略同一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３のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
5. 光を発生させる光源と、
   前記光源からの光を参照光と測定光とに分割する光分割手段と、
   前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを合波して得た合波光の強度を検出する検出手段と、
   前記検出された強度に基づいて前記被検査物の断層画像を形成する画像形成手段と、
   焦点距離が異なる複数の対物レンズのいずれかを選択的に、前記被検査物に対向する前記測定光の光路上の位置に配置する配置手段と、
   を備え、
   前記複数の対物レンズの分散量の差は６０以下であることを特徴とする光干渉断層撮影装置。
6. 前記分散量の差は、対物レンズの硝材の厚みに換算して２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の光干渉断層撮影装置。
7. 前記複数の対物レンズの各々は、同じ硝材で構成され、
   前記複数の対物レンズの各々の光軸上の中心厚が等しいことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
8. 前記複数の対物レンズの各々は、各々異なる硝材からなる２枚のレンズを接合した２枚接合レンズから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光干渉断層撮影装置。
9. 前記複数の対物レンズの少なくとも１つは、光軸上よりも周辺部で曲率が小さくなる少なくとも１つの非球面を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
10. 前記複数の対物レンズの各々は、前記測定光の光路における前記被検査物から前記配置される対物レンズまでの距離が前記配置される対物レンズの焦点距離となるように、前記配置手段によって配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
11. 前記測定光の光路に配置されてフォーカス位置を調整するフォーカスレンズと、前記フォーカスレンズの位置を制御する制御手段と、を更に備え、
    前記制御手段は、前記配置される対物レンズの情報に応じて、前記フォーカスレンズの光軸上の位置を駆動させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
12. 前記対物レンズの情報は、前記対物レンズの焦点距離を含むことを特徴とする請求項１１に記載の光干渉断層撮影装置。
13. 前記光軸上の位置に選択的に配置されることに応じて前記対物レンズの情報を取得するレンズ情報取得手段を更に備え、
    前記レンズ情報取得手段は前記取得した対物レンズの情報を前記制御手段に伝えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光干渉断層撮影装置。
14. 前記配置手段は、前記複数の対物レンズより選択した対物レンズを、前記測定光の光路に対して自動的に挿入或いは離脱することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
15. 前記測定光を前記被検査物で走査する走査手段を更に備え、
    前記複数の対物レンズのいずれかが配置された場合と、他の対物レンズが配置された場合とで、前記焦点距離に対するワーキングディスタンスが異なることにより、前記走査手段により走査される前記測定光の前記被検査物における走査範囲が異なることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
16. 前記複数の対物レンズのいずれかが配置された場合と、他の対物レンズが配置された場合とで、前記焦点距離に対応するワーキングディスタンスが異なることにより、前記測定光が前記被検査物に照射するスポット径が異なることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
17. 前記被検査物は、被検眼であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。
18. 光を発生させる光源と、前記光源からの光を参照光と測定光とに分割する光分割手段と、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを合波して得た合波光の強度を検出する検出手段と、前記検出された強度に基づいて前記被検査物の断層画像を形成する画像形成手段と、を有する光干渉断層撮影装置と、
    焦点距離が異なると共に光軸上の分散量が略同一である複数の対物レンズであって、前記被検査物に対向する前記測定光の光路上の位置に、いずれかが選択的に配置可能な複数の対物レンズと、
    を備えることを特徴とする光干渉断層撮影システム。
19. 光を発生させる光源と、前記光源からの光を参照光と測定光とに分割する光分割手段と、前記測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記参照光とを合波して得た合波光の強度を検出する検出手段と、前記検出された強度に基づいて前記被検査物の断層画像を形成する画像形成手段と、を有する光干渉断層撮影装置と、
    焦点距離が異なると共に分散量の差が６０以下である複数の対物レンズのいずれかを選択的に、前記被検査物に対向する前記測定光の光路上の位置に配置する配置手段と、
    を備えることを特徴とする光干渉断層撮影システム。

Images