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KR101321779B1 - 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법 - Google Patents

광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법 Download PDF

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KR101321779B1
KR101321779B1 KR1020117028472A KR20117028472A KR101321779B1 KR 101321779 B1 KR101321779 B1 KR 101321779B1 KR 1020117028472 A KR1020117028472 A KR 1020117028472A KR 20117028472 A KR20117028472 A KR 20117028472A KR 101321779 B1 KR101321779 B1 KR 101321779B1
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optical
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후토시 히로세
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캐논 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

피검사물인 피검안의 광화상을 촬상하기 위해 넓은 영역에서 횡 분해능이 높고, 촬상 전의 조정을 간단하게 행하는 것이 가능한 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법을 제공한다. 광원으로부터의 빔을 측정 빔으로서 사용하고 피검사물에 조사된 상기 측정 빔으로 형성된 리턴 빔을 사용하여 상기 피검사물의 화상을 촬상하는 광화상 촬상장치는, 우선, 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 광학 디바이스와, 다음에 상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 검출 디바이스와, 상기 수차 검출 디바이스에 의해 검출된 수차에 의거하여 상기 광학 디바이스를 조정하는 포커스 조정 디바이스를 구비한다.

Description

광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법{OPTICAL IMAGING APPARATUS AND METHOD FOR IMAGING AN OPTICAL IMAGE}
본 발명은, 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법에 관한 것으로, 특히 안과진료 등에 사용되는 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법에 관한 것이다.
다파장 광의 간섭 현상을 이용한 광 코히런트 토모그래피(OCT:Optical Coherent Tomography)는, 시료(특히 안저(fundus))의 단층 화상을 고분해능으로 취득하는 방법이다. 이러한 OCT를 이용해서 단층 화상을 촬상하는 장치를 "OCT 장치"라고 부른다. 최근에는, 푸리에 도메인 방식의 OCT 장치에 있어서 측정 빔의 빔 직경을 크게 하는 것에 의해, 횡 분해능을 향상시킨 망막의 단층 화상을 취득하는 것이 가능하게 되어 왔다. 그러나, 측정 빔의 빔 직경이 커짐에 따라, 망막의 단층 화상의 취득에 있어서, 피검안의 수차에 의한 단층 화상의 SN비 및 분해능의 저하가 문제가 되어 왔다. 이 문제를 해결하기 위해서, 피검안의 수차를 파면 센서에 의해 실시간으로 측정하고, 피검안에서 발생하는 측정 빔이나 그 리턴 빔(return beam)의 수차를 파면 보정 디바이스로 보정하는 적응 광학(adaptive optics)을 가지는 적응 광학 OCT 장치가 개발되어서, 높은 횡 분해능의 단층 화상의 취득을 가능하게 하고 있다.
이러한 적응 광학을 이용한 장치에 관해서는, 일본국 공개특허공보 특개 2007-14569호에는, 주사형 레이저 검안경(SL0(Scanning Laser Ophthalmoscope) 장치)에 있어서, 적응 광학, 폴리곤(polygon) 미러, 갈바노(galvano) 미러 등을 사용하여, 안저 화상을 취득할 수 있는 안과 촬영 장치가 제안되어 있다. 이 안과 촬영 장치는, 피검안의 수차를 측정하고, 적응 광학을 사용하여 안저에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔의 수차를 보정함으로써, 횡 분해능의 열화를 막도록 구성되어 있다. 또한,"Ultrahigh-resolution optical coherence tomography with monochromatic and chromatic aberration correction", Opt. Express 16, 8126(2008)에는, 적응 광학 및 색수차 보정 렌즈를 사용하여, 높은 횡 분해능과 높은 종 분해능과의 양립이 의도되는 푸리에 도메인 방식의 OCT 장치가 개시되어 있다. 여기에서는, 피검안에서 발생하는 측정 빔과 그 리턴 빔의 수차를 적응 광학을 이용해서 측정 및 보정하고, 한층 더 취득한 망막의 단층 화상을 평균화함으로써 스페클(speckles)을 저감시켜, 단층 화상의 콘트라스트를 향상시키는 것이 시도되고 있다.
상기한 종래의 적응 광학을 가지는 안과장치는, 상기한 바와 같이, 적응 광학을 사용하여 피검안에서 발생하는 측정 빔과 리턴 빔의 수차를 측정 및 보정함으로써 높은 횡 분해능을 갖는 화상을 제공하는 것이 가능하게 되었다. 그렇지만, 이들의 종래의 예에 있어서는, 측정 빔의 빔 직경의 확대에 의한 초점 심도의 감소에 의한 악영향을 배제할 수 없고, 이러한 빔 직경의 확대는 반드시 고분해능을 가진 화상을 취득하는 만족스런 이점을 제공할 수 없다. 또한, 촬상 전에, 피검사물인 각 피검안에 맞춘 광학 조정이 필요해, 이들이 촬상에 제약이 되고 있다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제의 관점에서, 피검사물인 피검안의 화상을 촬상하기 위해서 넓은 영역에서 횡 분해능이 높고 촬상 전의 조정을 용이하게 행하는 것이 가능한 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법을 제공하는 것이다. 본 발명은, 다음과 같이 구성한 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상방법을 제공한다. 본 발명의 광화상 촬상장치는, 광원으로부터의 빔을 측정 빔으로서 사용하고 피검사물에 조사된 상기 측정 빔으로 형성된 리턴 빔을 사용하여 상기 피검사물의 화상을 촬상하는 광화상 촬상장치이며, 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 광학 디바이스와, 상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 검출 디바이스와, 상기 수차 검출 디바이스에 의해 검출된 수차에 의거하여 상기 광학 디바이스를 조정하는 포커스 조정 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 광화상의 촬상방법은 광원으로부터의 빔을 측정 빔으로서 사용하고, 피검사물에 조사된 상기 측정 빔으로 형성된 리턴 빔을 사용하여 상기 피검사물의 화상을 촬상하는 광화상의 촬상방법이며, 수차 측정 디바이스를 사용하여 상기 피검사물의 수차를 측정하는 제1의 단계와, 상기 수차를 디포커스의 성분을 포함하는 항을 가지는 다항식으로 변환하고, 상기 다항식으로 표현된 수차의 디포커스의 성분을 기록하는 제2의 단계와, 상기 디포커스의 성분에 의거하여 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 포커스 조정 디바이스를 조정하는 제3의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 피검사물인 피검안의 화상을 촬상하기 위해서 넓은 영역에서 횡 분해능이 높고 촬상 전의 조정을 간단하게 행하는 것이 가능한 광화상 촬상장치 및 광화상의 촬상 방법을 실현할 수 있다.
본 발명의 그 외의 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 전체의 구성에 관하여 설명하는 도면이다.
도 2a, 2b, 및 2c는 본 발명의 제1의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 화상의 취득 방법을 설명하는 도면이다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 및 3e는 본 발명의 제1의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 단층 화상의 취득 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 단층 화상의 취득의 순서를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 전체의 구성에 관하여 설명하는 도면이다.
도 6a, 6b, 6c, 6d 및 6e는 본 발명의 제2의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 단층 화상의 취득 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 단층 화상의 취득의 순서를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3의 실시예에 있어서의 OCT 장치의 전체의 구성에 관하여 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시 예를, 이하의 예시적인 실시 예를 참조하여 설명한다.
[예시적인 실시 예 1]
제1의 예시적인 실시예에 있어서는, 본 발명을 적용한 OCT 장치에 관하여 설명한다. 여기에서는 특히, 피검안의 평면 화상(SLO 화상)과 단층 화상(OCT 화상)과의 양쪽의 촬상이 가능한 횡 분해능이 높은 OCT 장치에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는, 광원으로부터의 측정 빔을 피검사물에 조사하고, 피검사물에 조사된 상기 측정 빔에 의한 리턴 빔의 강도에 의거해 피검사물의 평면 화상과 단층 화상을 촬상하는 광화상 촬상장치가 구성된다. 특히, 광원으로부터의 빔을 측정 빔과 참조 빔으로 분할하고, 피검사물에 조사된 상기 측정 빔에 의한 리턴 빔과, 참조 광로를 경유한 참조 빔을 합성해서 서로 간섭시키고, 간섭에 의한 간섭 신호의 강도에 의거해 피검사물의 단층 화상이 취득된다. 그때, 포커스 위치가 다른 복수의 단층 화상을 합성해 단일의 단층 화상을 형성하는 푸리에 도메인 방식의 OCT 장치가 구성되고, 이에 따라 피검안의 시도(diopter scale;視度)에 관계없이 양호한 단층 화상을 제공할 수 있도록 되어 있다.
도 1을 참조해서, 우선, 본 실시예에 있어서의 OCT 장치의 광학계의 전체의 개략적인 구성에 대해서, 구체적으로 설명한다. 본 실시예의 OCT 장치(100)는, 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 전체로서 마이켈슨(Michelson) 간섭계를 구성하고 있다. 도 1에 있어서, 광원(101)으로부터 출사한 빔이 빔 스플리터(beam splitter;103)에 의해 참조 빔(105)과 측정 빔(106)으로 분할된다. 측정 빔(106)은, 관찰 대상인 피검안(107)에 의해 반사 혹은 산란되어 리턴 빔(108)으로 되어서 복귀되고, 빔 스플리터(103)에 의해, 참조 빔(105)과 합성된다. 참조 빔(105)과 리턴 빔(108)은 합성된 후, 투과형 그레이팅(transmission grating;141)에 의해 파장마다 분광되어, 라인 카메라(139)에 입사된다. 라인 카메라(139)는 위치(파장)마다 광강도를 전압으로 변환하고, 그 신호를 이용해서 피검안(107)의 단층 화상을 형성한다. 또한, 리턴 빔(108)의 일부는 빔 스플리터 158-3에 의해, 디텍터(138)에 입사된다. 디텍터(138)는 광강도를 전압으로 변환하고, 그 신호를 이용해서 피검안(107)의 평면 화상을 형성한다. 본 실시예에서는, 광학계의 전체를 주로 렌즈를 사용하는 굴절 광학계를 이용해서 구성하고 있지만, 렌즈의 대신에 구면 미러를 사용하는 반사 광학계에 의해도 구성할 수 있다. 또한, 광학계의 일부를 광파이버를 사용해서 구성할 수 있다.
다음에, 광원(101)의 상세에 관하여 설명한다. 광원(101)은 대표적인 저코히런스(low-coherence) 광원인 SLD(Super Luminescent Diode)이다. 파장은 830nm이고, 대역폭은 50nm이다. 여기에서, 대역폭은, 취득한 단층 화상의 광축 방향의 분해능에 영향을 주기 때문에, 중요한 파라미터이다. 또한, 광원의 종류는, 여기에서는 SLD를 선택했지만, 저커히런트 광을 출사할 수 있으면 되고, ASE(Amplified Spontaneous Emission) 등도 사용할 수 있다. 또한, 파장은 눈을 측정하는 것을 고려하면, 근적외광(near-infrared light)이 알맞다. 한층 더, 파장은, 취득한 단층 화상의 횡 방향의 분해능에 영향을 주기 때문에, 될 수 있는 한 단파장인 것이 바람직하고, 여기에서는 파장으로서 830nm이 선택되었다. 관찰 대상의 측정 부위에 따라 다른 파장을 선택해도 된다. 광원(101)으로부터 출사된 빔은 싱글 모드 파이버(single-mode fiber;110)를 통과해서, 렌즈(111)로 향하게 되어, 2mm의 빔 직경을 갖는 평행 빔이 되도록, 조정된다.
다음에, 참조 빔(105)의 광로에 관하여 설명한다. 빔 스플리터(103)에 의해 분할된 참조 빔(105)은 미러 114-2에 입사되어서 그 방향을 바꾸고, 미러 114-1에 입사되어, 반사됨으로써 다시 빔 스플리터(103)를 향한다. 다음에, 참조 빔(105)은 빔 스플리터(103)를 통과하고, 라인 카메라(139)로 향하게 된다. 여기에서, 분산 보상용 글래스는 피검안(107)에 대해서 측정 빔(106)이 왕복했을 때의 분산을, 참조 빔(105)에 대하여 보상한다. 여기에서는, 일본인의 평균적인 안구의 직경의 대표적인 값을 상정하여, L1 = 23mm로 한다. 한층 더, 전동 스테이지(117-1)는, 화살표로 나타낸 방향으로 이동할 수 있고, 참조 빔(105)의 광로 길이를, 조정 및 제어할 수 있다. 또한, 전동 스테이지(117-1)는 퍼스널 컴퓨터(C125)에 의해 고속으로 제어될 수 있다.
다음에, 측정 빔(106)의 광로에 관하여 설명한다. 빔 스플리터(103)에 의해 분할된 측정 빔(106)은, 빔 스플리터 158-1, 158-3 및 렌즈 120-3, 120-4을 통과하여, XY 스캐너(119)의 미러에 입사된다. 여기에서는, 간단을 위해서, XY 스캐너(119)는 하나의 미러로서 도시되어 있지만, 실제로는 XY 스캐너(119)는 X스캔용 미러와 Y스캔용 미러와의 2장의 미러가 근접해서 배치되어 있고, 망막(127)을 광축에 수직한 방향으로 래스터(raster) 주사 모드에서 스캔한다. 또한, 측정 빔(106)의 중심은 XY 스캐너(119)의 미러의 회전 중심과 일치하도록 조정된다. 렌즈 120-1, 120-2은 망막(127)을 주사하기 위한 광학계를 형성하고, 각막(126)의 부근을 광학계의 동공으로서 사용하여 측정 빔(106)으로 망막(127)을 스캔하는 역할을 한다. 여기에서는, 렌즈 120-1, 120-2의 초점 거리는 각각 50mm, 40mm이다. 여기에서, 측정 빔(106)의 빔 직경은 2mm이고, 초점 심도는 피검안(107) 내에서 250㎛정도다. 보다 고분해능의 단층 화상을 취득하기 위해서, 빔 직경을 보다 더 확대해도 된다. 그렇지만, 초점 심도는 빔 직경의 2승에 반비례하기 때문에, 광학 조정이 곤란해진다. 또한, 전동 스테이지 117-2은 화살표로 도시된 방향으로 이동할 수 있고, 부수되는 포커스 렌즈인 렌즈 120-2의 위치를, 조정 및 제어할 수 있다. 렌즈 120-2의 위치를 조정함으로써, 피검안(107)의 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 포커스하고, 관찰하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피검안(107)이 굴절 에러를 갖고 있는 경우에도 대응할 수 있다. 측정 빔(106)은 피검안(107)에 입사하면, 망막(127)에 의한 반사나 산란에 의해 리턴 빔(108)이 형성되어서, 빔 스플리터(103)에 의해 반사되어, 라인 카메라(139)로 향하게 된다. 또한, 리턴 빔(108)의 일부는 빔 스플리터 158-3에 의해 반사되어, 렌즈 120-5을 통해서 디텍터(138)로 향하게 된다. 여기에서, 차광판(172)은 핀 홀을 가지며, 리턴 빔(108) 내에서, 망막(127)에 불필요한 빔, 즉 포커스하고 있지 않은 빔을 차광하는 역할을 한다. 또한, 차광판(172)의 핀 홀이 렌즈 120-5의 포커스 위치에 공역이 되도록 배치된다. 또한, 핀 홀의 직경은 예를 들면 50㎛이다. 사용된 디텍터(138)는 예를 들면 고속, 고감도 광센서인 APD(Avalanche Photo Diode)이다. 여기에서, 전동 스테이지 117-2는 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제어될 수 있는데, 이것은 본 실시 예가 특징으로 한다.
또한, 빔 스플리터 158-1로 분할되는 리턴 빔(108)의 일부는, 파면 센서(본 실시 예의 수차 검출장치로서)(155)에 입사되고, 리턴 빔(108)의 수차가 측정된다. 파면 센서(155)는 퍼스널 컴퓨터(125)에 전기적으로 접속되어 있다. 여기에서, 각막(126)과 XY 스캐너(119)와 파면 센서(155)는 광학적으로 대략 공역이 되도록, 렌즈 120-1∼4가 배치되고, 파면 센서(155)는 피검안(107)의 수차를 측정하는 것이 가능하게 되어 있다. 한층 더, 취득한 수차에 의거하여 렌즈 120-2의 위치를 조정·제어하여, 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 포커스하는 것이 가능하게 되어 있다. 여기에서는, 사용된 렌즈 120-2은 구면 렌즈이지만, 피검안(107)의 수차(굴절 에러)에 따라 렌즈 120-2에 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)를 사용해도 된다. 또한, 또 다른 렌즈를 측정 빔(106)의 광로에 추가해도 된다. 실린드리칼 렌즈는 제르니케(Zernike) 다항식에서의 비점수차(astigmatism)의 보정에 효과적이고, 또한 피검안(107)이 난시인 경우에 유효하다.
다음에, 본 실시예의 OCT 장치에 있어서의 측정계의 구성에 관하여 설명한다. OCT 장치(100)는, 마이켈슨 간섭계에 의해 생성된 간섭 신호의 강도로 구성되는 단층 화상(OCT 화상)을 제공할 수 있다. 그 측정계에 관하여 설명한다. 망막(127)에 의해 반사나 산란된 빔으로 형성된 리턴 빔(108)의 일부는, 빔 스플리터(103)에 의해 반사된다. 여기에서, 참조 빔(105)과 리턴 빔(108)은 빔 스플리터(103)의 후방에서 서로 합성되도록 조정된다. 그리고, 합성된 빔(142)은 투과형 그레이팅(141)에 의해 파장 성분으로 분광되어, 렌즈(135)에 의해 집광되고, 라인 카메라(139)에 의해 빛의 강도가 위치(파장)마다 전압으로 변환된다. 구체적으로는, 라인 카메라(139) 상에는 파장 축 내의 스펙트럼 영역의 간섭무늬가 관찰되게 된다.
취득한 전압 신호군은 프레임 그래버(frame grabber;140)에 의해 디지털 값으로 변환되어서, 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 데이터 처리되어, 단층 화상이 형성된다. 본 실시예에서는, 라인 카메라(139)는 1024 화소를 갖고, 합성된 빔(142)의 파장마다(1024 분할)의 강도를 제공할 수 있다. 또한, OCT 장치(100)는, 리턴 빔(108)의 강도로 구성된 평면 화상(SLO 화상)을 제공할 수 있다. 다음에, 그 측정계에 관하여 설명한다. 망막(127)에 의해 반사나 산란된 빔인 리턴 빔(108)의 일부는, 빔 스플리터 158-3에 의해 반사된다. 반사된 빔은 차광판(172)에 의해 불필요한 빔이 차단된 후, 디텍터(138)에 도달하고, 빛의 강도가 전기신호로 변환된다. 취득한 전기신호에 대하여, 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 주사 신호와 동기한 데이터 처리가 행해지고, 평면 화상이 형성된다. 또한, 빔 스플리터 158-1로 분할되는 리턴 빔(108)의 일부는, 파면 센서(155)에 입사되고, 리턴 빔(108)의 수차가 측정된다. 파면 센서(155)는 샥-하트만(Shack-Hartmann) 방식의 파면 센서이다. 취득한 수차는 제르니케 다항식으로 표현되고, 이것은 피검안(107)의 수차를 나타낸다. 제르니케 다항식은, 틸트(tilt)의 항, 디포커스(defocus)의 항, 비점수차(astigmatism)의 항, 코마(coma)의 항, 트레포일(trefoil)의 항 등을 포함한다.
다음에, OCT 장치를 사용한 단층 화상의 취득 방법에 관하여 설명한다. OCT 장치(100)는, XY 스캐너(119)를 제어하여, 라인 카메라(139)가 간섭무늬를 취득함으로써 망막(127)의 단층 화상을 제공할 수 있다(도 1 참조). 여기에서는, 도 2a, 2b 및 2c를 참조해서, 망막(127)의 단층 화상(광축에 평행한 면)의 취득 방법에 관하여 설명한다. 도 2a는 피검안(107)의 모식도이며, OCT 장치(100)에 의해 피검안(107)이 관찰되어 있는 상태를 나타내고 있다. 도 2a에 나타나 있는 바와 같이, 측정 빔(106)이 각막(126)을 통해서 망막(127)에 입사하면, 다양한 위치에 있어서의 반사나 산란에 의해 리턴 빔(108)이 형성되고, 그것은 각각의 위치에서의 시간지연으로 라인 카메라(139)에 도달한다. 여기에서는, 광원(101)의 대역 폭이 넓고, 코히런스 길이가 짧기 때문에, 참조 광로의 광로 길이가 측정 광로의 광로 길이와 대략 같은 경우에, 라인 카메라(139)가 간섭무늬를 검출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 라인 카메라(139)로 취득되는 것은 파장 축 내의 스펙트럼 영역의 간섭무늬이다. 다음에, 파장 축 내의 정보인 간섭무늬를, 라인 카메라(139)와 투과형 그레이팅(141)의 특성을 고려하여, 광주파수 축의 간섭무늬로 변환한다. 한층 더, 변환된 광주파수 축의 간섭무늬를 역푸리에 변환함으로써, 심도 방향의 정보를 제공할 수 있다.
한층 더, 도 2b에 나타나 있는 바와 같이, XY 스캐너(119)의 X축을 구동하면서, 간섭무늬를 검출하면, 각 X축의 위치마다 간섭무늬를 제공할 수 있고, 즉, 각 X축의 위치마다의 심도 방향의 정보를 제공할 수 있다. 결과적으로, XZ면에서의 리턴 빔(108)의 강도의 2차원 분포를 제공할 수 있는데, 이것은 즉 단층 화상(132)이다(도 2c 참조). 본래는, 단층 화상(132)은 상기 설명한 바와 같이, 리턴 빔(108)의 강도를 배열한 어레이이며, 예를 들면 강도가 그레이 스케일(gray scale)로 표시되어 있다. 도 2c에서는, 취득한 단층 화상의 경계만 강조해서 표시하고 있다. 여기에서, 참조번호 146은 망막 색소 상피층, 147은 시신경 섬유층이다. 다음에, OCT 장치를 사용한 평면 화상의 취득 방법에 관하여 설명한다. OCT 장치(100)는, XY 스캐너(119)를 제어하여, 디텍터(138)가 리턴 빔(108)의 강도를 검출함으로써 망막(127)의 평면 화상을 제공할 수 있다(도 1 참조). 여기에서는, 도 2a 및 2b를 참조해서, 망막(127)의 평면 화상(광축에 수직한 면)의 취득 방법에 관하여 설명한다. 도 2a는 피검안(107)의 모식도이며, OCT 장치(100)에 의해 피검안(107)이 관찰되어 있는 상태를 나타내고 있다. 도 2a에 나타나 있는 바와 같이, 측정 빔(106)이 각막(126)을 통해서 망막(127)에 입사하면, 다양한 위치에 있어서의 반사나 산란에 의해 리턴 빔(108)이 형성되어, 디텍터(138)에 도달한다. 한층 더, 도 2b에 나타나 있는 바와 같이, XY 스캐너(119)의 X축을 구동하면서, 리턴 빔(108)의 강도를 검출하면, 각 X축의 위치마다의 정보를 제공할 수 있다. 한층 더, XY 스캐너(119)의 Y축을 구동하면서 리턴 빔(108)의 강도를 검출하면, XY면에서의 리턴 빔(108)의 강도의 2차원 분포를 제공할 수 있는데, 그것은 즉 평면 화상이다.
다음에, 본 실시예의 특징인 OCT 장치를 사용한 단층 화상의 취득 순서에 대해서, 도 1, 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e 및 도 4를 참조해서 설명한다. 여기에서는, 단층 화상의 취득 순서에 관하여 설명하지만, 평면 화상의 취득에도 같은 순서를 적용할 수 있다. 여기에서는, 도 1에 나타나 있는 바와 같이, OCT 장치(100)는 파면 센서(155)가 취득한 피검안(107)의 수차에 의거하여 렌즈 120-2의 위치를 전동 스테이지 117-2을 사용해서 제어한다. 이에 따라, 복수의 단층 화상을 취득하고, 이들 단층 화상을 합성함으로써 단층 화상을 제공할 수 있다. 여기에서는, 2장의 단층 화상을 취득하는 경우에 관하여 설명하고 있지만, 취득하는 단층 화상의 수는 몇 개든 상관없다. 특히, 측정 빔(106)의 빔 직경이 큰 경우에는, 측정 빔(106)의 초점 심도가 짧아지기 때문에, 많은 단층 화상을 취득·합성하는 것이 유효하다.
도 3a, 3b, 3c, 3d, 및 3e는 OCT 장치(100)의 단층 화상의 취득의 순서에 관하여 설명하는 도면이다. 여기에서는, 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e에 나타나 있는 바와 같이, 근시의 피검안(107)의 망막(127)의 단층 화상을 취득하는 디바이스가 구성되어 있다. 물론, 피검안(107)이 원시나 난시여도, 같은 디바이스를 적용할 수 있다. 단층 화상의 취득 방법은 이하의 (1)∼ (6)의 스텝이, 예를 들면 연속해서 이 순서대로 행해지는 것이다. 또는, 적당하게 스텝을 되돌릴 수도 있다. 도 4에, 상기 단층 화상의 취득 순서를 설명하는 플로우도를 나타낸다.
(1) 스텝 1(도 4의 S11)에 있어서, 피검안(107)에 고정등(fixation lamp)(고정표(fixation target))(156)을 고정시킨 상태에서, 측정 빔(106)을 피검안(107)에 입사시킨다. 여기에서는, 측정 빔(106)이 평행 빔으로 유지된 상태에서, 피검안(107)에 측정 빔(106)을 조사하도록 렌즈 120-2의 위치가 조정된다(도 3a 참조). 그리고, 스텝 2(도 4의 S12)에 있어서, 리턴 빔(108)을 파면 센서(155)로 측정하여, 리턴 빔(108)의 수차를 얻는다(제1의 스텝).
(2) 스텝 3(도 4의 S13)에 있어서, 취득한 수차를 퍼스널 컴퓨터(125)로 제르니케 다항식으로 변환하고, 그 디포커스의 성분을 메모리에 기록한다(제2의 스텝). 이것은, 피검안(107)의 시도를 표현하고 있다.
(3) 스텝 4(도 4의 S14)에 있어서, 디포커스의 성분이 최소화되도록, 전동 스테이지 117-2을 사용해서 렌즈 120-2의 위치를 조정한다(제3의 스텝). 여기에서, 측정 빔(106)은 망막(127)의 망막 색소 상피층(도면에 나타내지 않는다) 부근에 포커스하고 있는 상태로 되어 있다(도 3b 참조). 예를 들면, 피검안(107)의 시도가 -5D이었을 경우, 렌즈 120-2의 위치를, 렌즈 120-1측으로 8mm 이동시킨다.
(4) 스텝 5(도 4의 S15)에 있어서, XY 스캐너(119)의 X축을 구동하면서, 라인 센서(139)로 간섭무늬를 검출하여, 제1의 단층 화상 157-1(XZ면)을 얻는다(도 3c 참조). 여기에서, 단층 화상(157)에 있어서의 파선은 횡 해상도와 콘트라스트가 낮은 것을 모식적으로 나타내고 있다. 즉, 단층 화상 157-1은 망막 색소 상피층(146) 부근에서 양호하게 촬상된다.
(5) 스텝 6(도 4의 S16)에 있어서, 퍼스널 컴퓨터(125)를 사용하여, 전동 스테이지 117-2을 제어하여, 렌즈 120-2의 위치를 조정함으로써, 측정 빔(106)을 시신경 섬유층(147)의 부근에 포커스시킨다(제5의 스텝). 여기에서, 렌즈 120-2의 이동량은 스텝 (2)에서 검출된 피검안(107)의 시도에 근거해서 결정된다. 그리고, 스텝 7(도 4의 S17)에 있어서, 상기 스텝 (4)와 마찬가지로, 제2의 단층 화상 157-2을 얻는다(도 3d 참조).
(6) 스텝 8(도 4의 S18)에 있어서, 제1의 단층 화상 157-1과 제2의 단층 화상 157-2를 합성해서 단층 화상(132)을 얻는다(도 3e 참조). 여기에서, 단층 화상(132)은 측정범위 전역에 있어서 해상도와 콘트라스트가 양호한 것을 나타내고 있다.
이상과 같이, 수차에 의거하여 포커스 렌즈를 조정하는 포커스 조정 디바이스를 구성함으로써, 피검사물 자체에 포함된 수차를 측정하고, 상기 수차를 보정하도록 상기 포커스 렌즈를 조정하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 횡 분해능과 측정 감도가 높은 평면 화상 및 단층 화상을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 포커스 상태를 정량화할 수 있어, 간단하게 포커스 렌즈를 조정함으로써, 촬상 전의 조정을 간단하게 행할 수 있다. 또한, 포커스 렌즈의 조정을 디포커스의 성분에 근거해서 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 순서에서는 디포커스의 성분에 근거하는 경우에 관하여 설명했지만, 상기 디포커스의 성분과 상기 애스티그매틱(astigmaic)의 성분의 적어도 어느 한쪽의 성분에 의거하여 상기 포커스 렌즈를 조정하도록 구성할 수 있다. 특히, 포커스 렌즈에 실린드리칼 렌즈를 사용할 경우에 유효하다. 결과적으로, 피검안이 근시, 원시, 혹은 난시여도 적절히 포커스 렌즈를 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피검사물인 피검안을 고정시키기 위한 고정표를 제공함으로써, 블러(blur)가 없는 단층 화상을 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 포커스 위치가 서로 다른 복수의 단층 화상을 합성해서 단일의 단층 화상을 취득할 수 있도록 구성함으로써, 광축 방향으로 넓은 영역에서 횡 분해능이 높은 단층 화상을 제공하는 것이 가능하게 된다.
[예시적인 실시예 2]
제2의 예시적인 실시예에 있어서는, 본 발명을 적용한 OCT 장치에 관하여 설명한다. 여기에서는 특히, 피검안의 단층 화상(OCT 화상)을 촬상하는 횡 분해능이 높은 OCT 장치에 관하여 설명한다. 본 실시예는, 피검안에서 발생하는 측정 빔과 리턴 빔의 수차를 가변형 미러(본 실시 예에 있어서 수차 보정 디바이스에 대응한다)을 이용하여 보정해서 단층 화상을 취득하는 푸리에 도메인 방식의 OCT 장치를 제공하고, 이 OCT 장치는 피검안의 시도 및/또는 수차에 관계없이 양호한 단층 화상을 제공할 수 있도록 되어 있다. 도 5를 참조해서, 우선, 본 실시예에 있어서의 OCT 장치의 광학계의 전체의 개략적인 구성에 관하여 설명한다. 도 5에서는, 도 1의 제1의 실시예와 같은 구성에는 동일한 부호가 첨부되어 있으므로, 공통되는 부분의 설명은 생략한다. 도 5에 있어서, 참조번호 131은 광 커플러(optical coupler), 135-1, 135-2, 135-3, 135-4, 135-5, 135-6, 135-7, 135-8, 135-9, 135-10은 렌즈다. 참조번호 130-1, 130-2, 130-3, 130-4는 싱글 모드 파이버(single-mode fibers)이고, 153-1, 153-2, 153-3, 153-4는 편광 콘트롤러다. 참조부호 159는 가변형 미러다.
본 실시예의 OCT 장치(100)는, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 전체로서, 마이켈슨 간섭계를 구성하고 있다. 도 5에 있어서, 광원(101)으로부터 출사된 빔은, 광 파이버 130-1을 통과하고 광 커플러(131)에 의해 참조 빔(105)과 측정 빔(106)으로 90:10의 비율로 분할된다. 측정 빔(106)은, 광 파이버 130-4, 가변형 미러(159), XY 스캐너(119) 등을 통해서 관찰 대상인 피검안(107)으로 향하게 된다. 한층 더, 피검안(107)에서, 측정 빔(106)은 반사나 산란에 의해 리턴 빔(108)이 되어서 복귀되고, 광 커플러(131)에 의해, 참조 빔(105)과 합성된다. 참조 빔(105)과 리턴 빔(108)은 합성된 후, 라인 카메라(139)에 입사되어, 취득한 광 강도를 사용하여 피검안(107)의 단층 화상을 형성한다.
다음에, 광원(101)의 상세에 관하여 설명한다. 광원(101)은 대표적인 SLD(Super Luminescent Diode)이며, 제1의 실시예의 광원(101)과 같기 때문에 그 설명을 생략한다. 광원(101)으로부터 출사된 빔은 싱글 모드 파이버 130-1을 통과하여, 광 커플러(131)로 향하게 되고, 90:10의 비의 빔으로 분할되어, 각각 참조 빔(105) 및 측정 빔(106)이 된다.
다음에, 참조 빔(105)의 광로에 관하여 설명한다. 광 커플러(131)로 분할된 참조 빔(105)은 싱글 모드 파이버 130-2을 통과하여 렌즈 135-1로 향하게 되고, 빔 직경이 2mm인 평행 빔이 되도록, 조정된다. 다음에, 참조 빔(105)은, 미러 114-2 및 114-3를 통해서 참조 미러인 미러 114-1로 향하게 된다. 다음에, 참조 빔(105)은, 미러 114-1에 의해 반사되고, 다시 광 커플러(131)로 향하게 된다. 여기에서, 참조 빔(105)이 통과한 분산 보상용 글래스(115)는, 렌즈 135-4, 135-5, 135-6, 135-7, 135-8, 135-9, 135-10을 통해서 피검안(107)에 대해서 측정 빔(106)이 왕복했을 때의 분산을, 참조 빔(105)에 대하여 보상하는 것이다. 분산 보상용 글래스(115)의 길이는 L2이며, 여기에서는 L2 = 50mm이라고 한다. 한층 더, 전동 스테이지 117-1은 화살표로 도시하고 있는 방향으로 이동할 수 있고, 참조 빔(105)의 광로 길이를, 조정·제어할 수 있다. 또한, 전동 스테이지 117-1은 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제어된다.
다음에, 측정 빔(106)의 광로에 관하여 설명한다. 광 커플러(131)에 의해 분할된 측정 빔(106)은 싱글 모드 파이버 130-4을 통과해서, 렌즈 135-4로 향하게 되어, 2mm의 빔 직경을 갖는 평행 빔이 되도록 조정된다. 측정 빔(106)은, 빔 스플리터 158-2와 렌즈 135-5∼135-6을 통과하여, 가변형 미러(159)에 입사된다. 여기에서, 가변형 미러(159)는 파면 센서(155)로 검출한 수차에 의거하여 측정 빔(106)과 리턴 빔(108)의 수차를, 미러 형상을 원하는 대로 변형시킴으로써 보정하는 미러 디바이스다. 본 실시예에서는, 수차를 보정하는 디바이스로서 가변형 미러를 사용했지만, 이러한 디바이스는 수차를 보정할 수 있으면 되고, 액정을 사용한 공간 광 변조기 등을 사용할 수도 있다. 다음에, 측정 빔(106)이 렌즈 135-7∼135-8을 통과하여, XY 스캐너(119)의 미러에 입사된다. 본 실시예에서는, 간단을 위해서, XY 스캐너(119)는 하나의 미러로서 도시되어 있지만, 실제로는 XY 스캐너(119)는 X스캔용 미러와 Y스캔용 미러의 2장의 미러가 근접해서 배치되어 있고, 망막(127)을 광축에 수직한 방향으로 래스터 스캔 모드에서 스캔하는 것이다. 또한, 측정 빔(106)의 중심은 XY 스캐너(119)의 미러의 회전중심과 일치하도록 조정된다. 렌즈 135-9, 135-10은 망막(127)을 주사하기 위한 광학계이며, 각막(126)의 부근을 광학계의 동공으로서 사용하여 측정 빔(106)으로 망막(127)을 스캔하는 역할을 한다. 본 실시예에서는, 렌즈 135-9, 135-10의 초점거리는 각각 50mm, 40mm이다. 또한, 전동 스테이지 117-2은, 화살표로 도시한 방향으로 이동하는 것이 가능하고, 부수되는 렌즈 135-10의 위치를, 조정·제어할 수 있다. 렌즈 135-10의 위치를 조정함으로써, 피검안(107)의 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 포커스해서, 관찰하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피검안(107)이 굴절 에러를 가지고 있는 경우에도 대응할 수 있다. 측정 빔(106)이 피검안(107)에 입사하면, 망막(127)으로부터의 반사나 산란에 의해 리턴 빔(108)이 형성되고, 다시 광 커플러(131)로 향하게 되어, 라인 카메라(139)에 도달한다. 여기에서, 전동 스테이지 117-2는 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제어될 수 있는데, 이것은 본 실시예가 특징으로 한다.
또한, 빔 스플리터 158-2로 분할되는 리턴 빔(108)의 일부는, 파면 센서(155)에 입사되고, 리턴 빔(108)의 수차가 측정된다. 파면 센서(155)는 퍼스널 컴퓨터(125)에 전기적으로 접속되어 있다. 취득한 수차는 퍼스널 컴퓨터(125)를 사용하여, 제르니케 다항식으로 표현되는데, 이것은 피검안(107)에 포함된 수차를 나타낸다. 취득한 수차는 제르니케 다항식으로 표현된다. 한층 더, 제르니케 다항식의 디포커스 성분을 보정할 수 있도록 렌즈 135-10의 위치를 전동 스테이지 117-2을 사용해서 제어한다. 디포커스 성분 이외의 성분에 대해서는, 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어해서, 보정할 수 있는데, 이것은 본 실시예가 특징으로 한다. 여기에서, 각막(126), XY 스캐너(119), 파면 센서(155) 및 가변형 미러(159)는 광학적으로 서로 공역이 되도록, 렌즈 135-5, 135-6, 135-7, 135-8, 135-9, 135-10이 배치되고, 파면 센서(155)는 피검안(107)에 포함되는 수차를 측정할 수 있다. 여기에서는, 사용된 렌즈 135-10은 구면 렌즈이지만, 피검안(107)의 수차(굴절 에러)에 따라, 렌즈 135-10에 실린드리칼 렌즈를 사용해도 된다. 또한, 다른 렌즈를 측정 빔(106)의 광로에 추가해도 된다. 실린드리칼 렌즈는 제르니케 다항식의 비점수차(astigmatism)의 보정에 효과적이고, 또한 피검안(107)이 난시인 경우에 유효하다. 한층 더, 취득한 수차에 의거하여 렌즈 135-10의 위치를 조정·제어하고, 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 집광한 상태에서, 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어한다. 이렇게 해서, 피검안(107)에서 발생하는 수차를 보정해서, 보다 횡 분해능이 높은 단층 화상을 제공할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 OCT 장치에 있어서의 측정계의 구성에 관하여 설명한다. OCT 장치(100)는, 마이켈슨 간섭계에 의해 발생된 간섭 신호의 강도로 구성되는 단층 화상(OCT 화상)을 제공할 수 있다. 그 측정계에 대해서 설명한다. 망막(127)에 의해 반사나 산란된 빔인 리턴 빔(108)은, 광 커플러(131)에 의해 참조 빔(105)과 합성된다. 그리고, 합성된 빔(142)은 광 파이버 130-3과 렌즈 135-2를 통과해서, 투과형 그레이팅(141)에 입사된다. 또한, 합성된 빔(142)은 투과형 그레이팅(141)에 의해 파장 성분으로 분광되어, 렌즈 135-2에 의해 집광되고, 라인 카메라(139)에 의해서 광 강도가 위치(파장)마다 전압으로 변환된다. 구체적으로는, 라인 카메라(139) 상에는 파장축 내의 스펙트럼 영역의 간섭무늬가 관찰되게 된다.
취득한 전압신호 군은 프레임 그래버(140)에 의해 디지털 값으로 변환되어서, 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 데이터 처리되어서 단층 화상을 형성한다. 여기에서는, 라인 카메라(139)는 1024 화소를 가지며, 합성된 빔(142)의 파장마다(1024 분할)의 강도를 제공할 수 있다. 또한, 빔 스플리터 158-2로 분할되는 리턴 빔(108)의 일부는, 파면 센서(155)에 입사되고, 리턴 빔(108)의 수차가 측정된다. 파면 센서(155)는 샥-하트만(Shack-Hartmann) 방식의 파면 센서다. 취득한 수차는 제르니케 다항식으로 표현되는데, 이것은 피검안(107)의 수차를 나타낸다. 제르니케 다항식은, 틸트의 항, 디포커스의 항, 비점수차의 항, 코마의 항, 트레포일의 항 등을 포함한다. 또한, OCT 장치를 사용한 단층 화상의 취득 방법은, 제1의 실시예와 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다. OCT 장치(100)는, XY 스캐너(119)를 제어하고, 라인 카메라(139)를 이용해서 간섭무늬를 취득함으로써, 망막(127)의 단층 화상을 제공할 수 있다.
다음에, 도 5, 도 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 및 도 7을 참조해서 본 실시예의 특징인 OCT 장치를 사용한 단층 화상의 취득 순서에 관하여 설명한다. 여기에서, OCT 장치(100)에서는 파면 센서(155)에 의해서 검출된 피검안(107)의 수차에 의거하여 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어하여, 피검안(107)에서 발생하는 측정 빔(106)이나 리턴 빔(108)의 수차를 보정하고, 그것에 의해 보다 높은 횡 분해능을 가진 단층 화상을 제공할 수 있다. 한층 더, 가변형 미러(159)를 사용해서 수차를 보정한 상태에서, 렌즈 135-10의 위치를 전동 스테이지 117-2을 사용해서 제어함으로써, 2장의 단층 화상을 취득하고, 그들을 합성함으로써, 높은 횡 분해능의 단층 화상을 제공할 수 있다(도 5 참조). 본 실시예에서는, 2장의 단층 화상을 취득하고 있지만, 취득하는 단층 화상의 수는 몇 개든 상관없다. 특히, 측정 빔(106)의 빔 직경이 큰 경우에는, 측정 빔(106)의 초점 심도가 짧아지기 때문에, 많은 단층 화상을 취득·합성하는 것이 유효하다.
도 6a, 6b, 6c, 6d, 6e는 OCT 장치(100)의 단층 화상의 취득의 순서에 관하여 설명하는 도면이다. 여기에서는, 근시의 피검안(107)의 망막(127)의 단층 화상을 취득하는 디바이스에 대해서 설명한다. 단층 화상의 취득 방법은 이하의 스텝 (1)∼ (7)이, 예를 들면 연속해서 이 순서대로 행해지는 것이다. 또는, 적당하게 스텝을 되돌려도 된다. 또한, 이 방법은 컴퓨터 등을 사용하여, 이하의 스텝을 자동적으로 행하도록 구성되어도 된다. 도 7은, 상술한 단층 화상의 취득 순서를 설명하는 플로우도를 나타낸다.
(1) 스텝 1(도 7의 S21)에 있어서, 피검안(107)에 고정등(156)을 고정시킨 상태에서, 측정 빔(106)을 피검안(107)에 조사한다. 본 실시예에서는, 측정 빔(106)은 평행 빔의 상태에서 피검안(107)에 조사되도록, 렌즈 135-10의 위치가 조정된다(도 6a 참조). 여기에서, 측정 빔(106)의 빔 직경은 2mm이고, 초점 심도는 피검안(107) 내에서 250㎛정도다. 그리고, 스텝 2(도 7의 S22)에 있어서, 리턴 빔(108)을 파면 센서(155)로 측정하고, 스텝 3(도 7의 S23)에 있어서, 리턴 빔(108)의 수차를 얻는다(제1의 스텝).
(2) 취득한 수차를 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제르니케 다항식으로 변환하고, 그 디포커스의 성분을 메모리에 기록한다(제2의 스텝). 이것은, 피검안(107)의 시도를 나타낸다.
(3) 스텝 4(도 7의 S24)에 있어서, 디포커스의 성분이 최소가 되도록, 전동 스테이지 117-2을 사용해서 렌즈 135-10의 위치를 조정한다(제3의 스텝). 여기에서, 측정 빔(106)은 망막(127)의 망막 색소 상피층(도면에 나타내지 않는다) 부근에 포커스하고 있는 상태로 되어 있다(도 6b 참조).
(4) 스텝 5(도 7의 S25)에 있어서, 리턴 빔(108)을 파면 센서(155)로 측정하여, 피검안(107)의 수차를 얻는다. 스텝 6(도 7의 S26)에 있어서, 취득한 수차가 최소가 되도록, 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어한다(제4의 스텝). 본 실시예에서는, 수차가 최소가 되도록, 파면 센서(155), 가변형 미러(159), 및 퍼스널 컴퓨터(125)를 사용해서 피드백 제어에 의해 실시간으로 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어한다. 여기에서는, 수차의 디포커스의 성분 혹은 애스티그매틱의 성분에 관계없이 피드백 제어를 행해서, 제어의 고속화를 실현한다.
(5) 스텝 7(도 7의 S27)에 있어서, XY 스캐너(119)의 X축을 구동하면서, 라인 센서(139)에서 간섭무늬를 검출하고, 제1의 단층 화상 157-1(XZ면)을 얻는다(도 6c 참조). 여기에서, 단층 화상(157)에 있어서의 파선은 횡 해상도와 콘트라스트가 낮은 것을 모식적으로 나타내고 있다. 즉, 단층 화상 157-1이 망막 색소 상피층(146) 부근에 양호하게 촬상되는 것을 나타내고 있다.
(6) 스텝 8(도 7의 S28)에 있어서, 퍼스널 컴퓨터(125)를 사용하여, 전동 스테이지 117-2을 제어하여, 렌즈 135-10의 위치를 조정해서, 측정 빔(106)을 시신경 섬유층(147)의 부근에 포커스시킨다(제5의 스텝). 여기에서, 렌즈 135-10의 이동량은 스텝 (2)에서 측정한 피검안(107)의 시도에 근거해서 결정된다. 그리고, 스텝 9(도 7의 S29)에 있어서, 상기 스텝(4)과 마찬가지로, 제2의 단층 화상 157-2을 얻는다(도 6d 참조).
(7) 스텝 10(도 7의 S30)에 있어서, 제1의 단층 화상 157-1과 제2의 단층 화상 157-2를 합성해 단층 화상(132)을 얻는다(도 6e 참조). 본 실시예에서, 단층 화상(132)은 측정 범위 전역에 있어서 해상도와 콘트라스트가 양호한 것을 나타내고 있다. 한층 더, 본 실시예에서는 피검안(107)의 수차가 보정되어 있기 때문에, 제1의 실시예와 비교하여, 횡 분해능 및 콘트라스트가 높은 단층 화상을 제공할 수 있다.
[예시적인 실시예 3]
제3의 예시적인 실시예에 있어서는, 본 발명을 적용한 OCT 장치에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는 특히, 피검안의 단층 화상(OCT상)을 촬상하는 높은 횡 분해능의 OCT 장치에 관하여 설명한다. 본 실시예에서는, 피검안의 수차를 가변형 미러(본 실시 예에 있어서의 수차 보정 디바이스에 대응한다)를 사용해서 보정해서 단층 화상을 취득하는 푸리에 도메인 방식의 OCT 장치를 제공하고, 이 OCT 장치는 피검안의 시도 및/또는 수차에 관계없이 양호한 단층 화상을 제공할 수 있도록 되어 있다. 본 실시예에서는, 광학계의 전체는 주로 구면 미러를 사용한 반사 광학계를 포함하고 있다. 도 8을 참조하여, 우선, 본 실시예에 있어서의 OCT 장치의 광학계의 전체의 개략적인 구성에 관하여 설명한다. 도 8에서는, 도 5의 제2의 실시예와 같은 구성에는 동일한 부호가 첨부되어 있으므로, 공통되는 부분의 설명은 생략한다. 도 8에 있어서, 114-2, 114-3, 114-4, 114-5는 미러이고, 160-1, 160-2, 160-3, 160-4, 160-5, 160-6, 160-7, 160-8, 160-9는 구면 미러다.
본 실시예의 OCT 장치(100)는, 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 전체로서, 마이켈슨 간섭계를 구성하고 있다. 도 8에 있어서, 광원(101)으로부터 출사된 빔은, 광파이버 130-1을 통과해서 광 커플러(131)에 의해 참조 빔(105)과 측정 빔(106)으로 90:10의 비율로 분할된다. 측정 빔(106)은, 광파이버 130-4, 구면 미러 160-1, 160-2, 160-3, 160-4, 160-5, 160-6, 160-7, 160-8, 160-9, 가변형 미러(159), XY스캐너(119) 등을 통해서 관찰 대상인 피검안(107)으로 향하게 된다. 한층 더, 피검안(107)에서, 측정 빔(106)이 반사나 산란되어서 리턴 빔(108)을 형성해서 복귀되고, 광 커플러(131)에 의해, 참조 빔(105)과 합성된다. 참조 빔(105)과 리턴 빔(108)은 합성된 후, 라인 카메라(139)에 입사되고, 취득한 광 강도를 사용하여, 피검안(107)의 단층 화상을 형성한다.
다음에, 광원(101)의 상세에 관하여 설명한다. 광원(101)은 대표적인 SLD(Super Luminescent Diode)이며, 제1의 실시예의 광원(101)과 같기 때문에 그 설명을 생략한다. 광원(101)으로부터 출사된 빔은 싱글 모드 파이버 130-1을 통과하여, 광 커플러(131)로 향하게 되고, 90:10의 비율의 빔으로 분할되어, 각각 참조 빔(105)과 측정 빔(106)이 된다.
다음에, 참조 빔(105)의 광로에 관하여 설명한다. 광 커플러(131)로 분할된 참조 빔(105)은 싱글 모드 파이버 130-2를 통과하여, 렌즈 135-1로 향하게 되고, 2mm의 빔 직경을 갖는 평행 빔이 되도록 조정된다. 다음에, 참조 빔(105)은, 미러 114-2, 114-3, 114-4 및 114-5를 통해서 참조 미러인 미러 114-1로 향하게 된다. 다음에, 참조 빔(105)은, 미러 114-1에 의해 반사되어, 다시 광 커플러(131)로 향하게 된다. 여기에서, 참조 빔(105)이 통과한 분산 보상용 글래스(115)는 피검안(107)에 대해서 측정 빔(106)이 왕복했을 때의 분산을, 참조 빔(105)에 대하여 보상하는 것이다. 분산 보상용 글래스(115)의 길이는 L3이며, 본 실시예에서는, L3 = 40mm으로 설정한다. 한층 더, 전동 스테이지 117-1은, 화살표로 표시된 방향으로 이동할 수 있고, 참조 빔(105)의 광로 길이를 조정·제어할 수 있다. 또한, 전동 스테이지 117-1은 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제어된다. 또한, 참조 빔(105)의 광로 길이는 후술의 측정 빔(106)의 광로 길이와 대략 같다. 그 때문에, 참조 빔(105)의 광로 길이는 제2의 실시예와 비교해서 더 길다.
다음에, 측정 빔(106)의 광로에 관하여 설명한다. 광 커플러(131)에 의해 분할된 측정 빔(106)은 싱글 모드 파이버 130-4을 통과하여, 렌즈 135-4로 향하게 되고, 2mm의 빔 직경을 갖는 평행 빔이 되도록 조정된다. 측정 빔(106)은, 빔 스플리터 158-1과 구면 미러 160-1∼160-2을 통해서 가변형 미러(159)에 입사된다. 여기에서, 가변형 미러(159)는 파면 센서(155)에 의해 검출된 수차에 의거하여, 측정 빔(106)과 리턴 빔(108)과의 수차를, 미러 형상을 원하는 대로 변형시킴으로써 보정하는 미러 디바이스다. 여기에서는, 수차를 보정하는 디바이스로서 가변형 미러를 사용했지만, 이 디바이스는 수차를 보정할 수 있으면 어떤 디바이스든 상관없고, 액정을 사용한 공간 광 변조기 등을 사용할 수도 있다. 다음에, 측정 빔(106)은 렌즈 160-3, 160-4, 160-5, 및 160-6을 통과하여, XY 스캐너(119)의 미러에 입사된다. 본 실시예에서는, 간단을 위해서, XY 스캐너(119)는 하나의 미러로서 도시되었지만, 실제로는 X스캔용 미러와 Y스캔용 미러의 2장의 미러가 근접해서 배치되어, 망막(127)을 광축에 수직한 방향으로 래스트 스캔 모드에서 스캔하는 것이다. 또한, 측정 빔(106)의 중심은 XY 스캐너(119)의 미러의 회전중심과 일치하도록 조정된다. 구면 미러 160-7, 160-8, 160-9은 망막(127)을 주사하기 위한 광학계를 형성하고, 각막(126)의 부근을 광학계의 동공으로서 사용하여 측정 빔(106)으로 망막(127)을 스캔하는 역할을 한다. 또한, 전동 스테이지 117-2은, 화살표로 도시되어 있는 방향으로 이동할 수 있고, 부수되는 구면 미러 160-8의 위치를, 조정·제어할 수 있다. 구면 미러 160-8의 위치를 조정함으로써, 피검안(107)의 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 집광하고, 그것에 의해 관찰하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피검안(107)이 굴절 에러를 가지고 있는 경우에도 대응할 수 있다. 측정 빔(106)이 피검안(107)에 입사하면, 망막(127)에 의해 반사나 산란되어서 리턴 빔(108)을 형성하고, 다시 광 커플러(131)로 향해서, 라인 카메라(139)에 도달한다. 여기에서, 전동 스테이지 117-2은 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 제어될 수 있고, 이것은 본 실시예가 특징으로 한다.
또한, 빔 스플리터 158-1로 분할되는 리턴 빔(108)의 일부는, 파면 센서(155)에 입사되고, 리턴 빔(108)의 수차가 측정된다. 파면 센서(155)는 퍼스널 컴퓨터(125)에 전기적으로 접속되어 있다. 취득한 수차는 퍼스널 컴퓨터(125)를 사용하여 제르니케 다항식으로 표현되는데, 이것은 피검안(107)에 포함되는 수차를 나타낸다. 취득한 수차는 제르니케 다항식으로 표현되는데, 이것은, 본 실시예가 특징으로 한다. 한층 더, 제르니케 다항식의 디포커스의 성분에 대해서는, 구면 미러 160-8의 위치를 전동 스테이지 117-2을 사용해서 제어함으로써, 보정할 수 있다. 디포커스 이외의 성분에 대해서는, 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어함으로써, 보정할 수 있는데, 이것은, 본 실시예가 특징으로 한다. 본 실시예에서, 각막(126), XY 스캐너(119), 파면 센서(155) 및 가변형 미러(159)는 광학적으로 공역이 되도록, 구면 미러 160-1, 160-2, 160-3, 160-4, 160-5, 160-6, 160-7, 160-8, 160-9이 배치되고, 파면 센서(155)가 피검안(107)에 포함된 수차를 측정할 수 있다. 한층 더, 취득한 수차에 의거하여 구면 미러 160-8의 위치를 조정·제어하고, 망막(127)의 소정의 층에 측정 빔(106)을 집광한 상태에서, 가변형 미러(159)의 표면 형상을 제어한다. 이와 같이, 피검안(107)에서 발생하는 수차를 보정함으로써, 보다 횡 분해능이 높은 단층 화상을 제공할 수 있다.
상기의 참조 빔(105)과 리턴 빔(108)은, 광 커플러(131)에 의해 합성되고, 한층 더 합성된 빔(142)은 90:10의 비로 분할된다. 그리고, 합성된 빔(142)은 투과형 그레이팅(141)에 의해 파장 성분으로 분광되어, 렌즈 135-3에 의해 집광되고, 라인 카메라(139)에 의해 빛의 강도가 각 위치(파장)마다 전압으로 변환된다. 구체적으로는, 라인 카메라(139) 상에는 파장 축 내의 스펙트럼 영역의 간섭무늬가 관찰되게 된다. 취득한 전압신호 군은 프레임 그래버(140)에 의해 디지털 값으로 변환되어서, 퍼스널 컴퓨터(125)에 의해 데이터 처리되어 단층 화상을 형성한다. 본 실시예에서는, 라인 카메라(139)는 1024 화소를 가지며, 합성된 빔(142)의 강도를 파장마다(1024 분할) 제공할 수 있다.
다음에, 본 실시예의 OCT 장치에 있어서의 측정계의 구성에 관하여 설명한다. OCT 장치(100)는, 마이켈슨 간섭계에 의해 발생된 간섭 신호의 강도로 구성되는 단층 화상(OCT 화상)을 제공할 수 있다. 그 측정계에 관해서는 제2의 실시예와 같기 때문에, 그 설명을 생략한다.
다음에, 본 실시예의 특징인 OCT 장치를 사용한 단층 화상의 취득 방법에 관하여 설명한다. 그 단층 화상의 측정 방법에 관해서도 제2의 실시예와 같기 때문에, 그 설명을 생략한다. 단, 여기에서는, 제2의 실시예의 렌즈 135-10 대신에, 구면 미러 160-8을 사용하여, 측정 빔(106)의 포커스 위치를 조정하고 있다.
(그 밖의 실시 예)
본 발명의 국면들은, 상술한 실시예(들)의 기능들을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU 혹은 MPU와 같은 디바이스)에 의해서도 실현될 수 있고, 또 예를 들면 상술한 실시예의 기능을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행함으로써 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 행해지는 방법의 스텝들에 의해 실현될 수 있다. 이 목적을 위해서, 이 프로그램을, 예를 들면 메모리 디바이스(예를 들면, 컴퓨터 판독가능한 매체)로서 기능을 하는 다양한 형태의 기록매체로부터 또는 네트워크를 통해서 컴퓨터에 제공한다.
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 2009년 5월 8일에 제출된 일본국 공개특허공보 2009-113818호 및 2010년 3월 3일에 제출된 일본국 공개특허공보 2010-047052호로부터 우선권을 주장한다.

Claims (19)

  1. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하고,
    상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 광학 수단과,
    상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 측정 수단과,
    상기 측정된 수차에 의거하여 상이한 심도 위치에서 상기 광학 수단의 포커스 위치를 조정하도록 상기 광학 수단을 조정하는 포커스 조정 수단과,
    각각 상이한 심도 위치에서 상기 포커스 위치에 대응하는 복수의 단층 화상을 취득하는 취득 수단을 구비하는, 광화상 촬상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포커스 조정 수단은, 상기 수차를 나타내는 제르니케(Zernike) 다항식에서의 디포커스(defocus) 성분과 애스티그매틱(astigmatic) 성분 중의 적어도 어느 하나의 성분에 의거하여 상기 광학 수단을 조정하도록 구성된, 광화상 촬상장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 수단은 제1 렌즈를 포함하고, 상기 광화상 촬상장치는 제2 렌즈를 더 포함하며,
    상기 포커스 조정 수단은, 상기 디포커스 성분에 의거하여 상기 제1 렌즈를 조정하고, 상기 제1 렌즈의 조정 후에 상기 애스티그매틱 성분에 의거하여 상기 제2 렌즈를 조정하도록 구성된, 광화상 촬상장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 포커스 조정 수단이 상기 광학 수단을 조정한 후에, 상기 디포커스 성분과 상기 애스티그매틱 성분 중의 적어도 어느 하나의 성분을 제외한 수차에 의거하여, 상기 측정 빔과 상기 리턴 빔 중의 적어도 어느 하나의 수차를 보정하는 수차 보정 수단을 구비하는, 광화상 촬상장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 조정 수단은, 광축의 방향으로 상기 광학 수단의 위치를 조정하도록 구성되고,
    상기 취득 수단은 상기 위치에서 상기 복수의 단층 화상 중의 하나를 취득하도록 구성된, 광화상 촬상장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터의 빔을 측정 빔과 참조 빔으로 분할하는 수단과,
    상기 피검사물에 조사된 상기 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과, 참조 광로를 경유한 상기 참조 빔을 합성해서 서로 간섭시키는 수단과,
    상기 합성으로부터 발생된 간섭 신호의 강도를 검출하는 수단을 더 구비하는, 광화상 촬상장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 심도 방향으로 상이한 포커스 위치를 갖는 상기 복수의 단층 화상에 의거하여 단층 화상을 발생하는 발생 수단을 더 구비하는, 광화상 촬상장치.
  8. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 수차에 의거하여 상이한 심도 위치에서 광학 수단의 포커스 위치를 조정하도록, 상기 광학 수단을 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 광학 수단이 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는, 단층 화상의 취득방법에 있어서,
    각각 상이한 심도 위치에서 상기 포커스 위치에 대응하는 복수의 단층 화상을 취득하는, 단층 화상의 취득방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 수단의 조정은, 상기 수차를 나타내는 제르니케 다항식에서의 디포커스 성분과 애스티그매틱 성분 중의 적어도 어느 하나의 성분에 의거하는, 단층 화상의 취득방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 수단은 제1 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 조정은 상기 디포커스 성분에 의거하며,
    상기 취득방법은,
    상기 제1 렌즈의 조정 후에 상기 애스티그매틱 성분에 의거하여 제2 렌즈를 조정하는 단계를 더 포함하는, 단층 화상의 취득방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광학 수단의 조정 후에,
    상기 디포커스 성분과 상기 애스티그매틱 성분 중의 하나에 의거하여, 상기 측정 빔과 상기 리턴 빔 중의 하나의 수차를 보정하는 단계를 포함하는, 단층 화상의 취득방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    광축의 방향으로 상기 광학 수단의 위치를 조정하는 단계와,
    상기 위치에서 상기 복수의 단층 화상 중의 하나를 취득하는 단계를 포함하는, 단층 화상의 취득방법.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    서로 심도 방향으로 상이한 포커스 위치를 갖는 상기 복수의 단층 화상에 의거하여 단층 화상을 발생하는 단계를 포함하는, 단층 화상의 취득방법.
  14. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하고, 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 광학 수단과, 상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 측정 수단을 구비하는, 광화상 촬상장치의 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독가능한 기록매체로서, 컴퓨터상에 상기 프로그램을 실행시킬 때, 상기 프로그램이 청구항 8, 9 또는 11 중 어느 한 항의 취득방법의 단계들을 수행하는, 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  15. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)를 더 구비하고,
    상기 포커스 조정 수단은 상기 애스티그매틱 성분에 의거하여 상기 실린드리칼 렌즈를 조정하도록 구성된, 광화상 촬상장치.
  16. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피검사물이 피검안이며,
    상기 피검안에 고정시키기 위한 고정표(fixation target)를 더 구비하는, 광화상 촬상장치.
  17. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하고,
    상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)와,
    상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 측정 수단과,
    상기 측정된 수차에 의거하여 상이한 심도 위치에서 상기 실린드리칼 렌즈의 포커스 위치를 조정하도록 상기 실린드리칼 렌즈를 조정하는 포커스 조정 수단과,
    각각 상이한 심도 위치에서 상기 포커스 위치에 대응하는 복수의 단층 화상을 취득하는 취득 수단을 구비하는, 광화상 촬상장치.
  18. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 수차에 의거하여 상이한 심도 위치에서 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)의 포커스 위치를 조정하도록, 상기 실린드리칼 렌즈를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 실린드리칼 렌즈가 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는, 단층 화상의 취득방법에 있어서,
    각각 상이한 심도 위치에서 상기 포커스 위치에 대응하는 복수의 단층 화상을 취득하는, 단층 화상의 취득방법.
  19. 피검사물에 조사된 측정 빔으로 형성된 리턴 빔과 상기 측정 빔에 대응하는 참조 빔을 합성한 합성 빔에 의거하여 상기 피검사물의 단층 화상을 취득하고, 상기 측정 빔을 상기 피검사물에 포커스시키는 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)와, 상기 리턴 빔의 수차를 측정하는 수차 측정 수단을 구비하는, 광화상 촬상장치의 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독가능한 기록매체로서, 컴퓨터상에 상기 프로그램을 실행시킬 때, 상기 프로그램이 청구항 8, 9 또는 11 중 어느 한 항의 취득방법의 단계들을 수행하는, 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
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