摄像设备的制作方法

文档序号:13426131
摄像设备的制作方法

本发明涉及用于拍摄光学相干断层图像的摄像设备。



背景技术:

采用光学相干断层成像法(以下称为OCT)的摄像设备正在被研发(参见专利文献1)(以下将采用OCT的摄像设备称为OCT设备)。OCT设备向物体照射光,同时改变照射光的波长,并且使参考光与从物体的不同深度返回的反射光束相干涉以生成干涉光。然后,对表示干涉光的强度的时间波形的频率成分进行分析,由此获得物体的断层图像。例如,在眼底检查中使用OCT设备。

多数眼疾病难以完全治愈。因此,较早发现眼底的任何病变并且较早开始使病变扩散至眼底的广区域变缓的治疗是重要的。特别地,如果病变到达黄斑,则会严重损害视觉。因此,即使任何病变位于充分远离黄斑的位置,也期望发现该病变。为了满足该意图,期待在眼底检查中使用的OCT设备具有更广的视角。

专利文献1公开了如下技术,该技术用于通过将多个断层图像组合在一起来生成广区域的断层图像,以使在断层图像上可观察到的眼底的区域变宽。专利文献1还公开了采用扫频型光源的OCT设备(扫频型源OCT设备,以下称为SS-OCT设备)。根据专利文献1,该扫频型光源例如由光纤环谐振器和波长选择性滤波器构成。

引用文献列表

专利文献

专利文献1:日本特开2012-115578

非专利文献

非专利文献1:“Depth-encoded all-fiber swept source polarization sensitive OCT”(2014年9月1日,卷(5)编号9,BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS)



技术实现要素:

解决问题的方案

本发明提供一种摄像设备,包括光源、干涉单元、扫描单元、检测器、转换器、时钟发生器和断层图像获得单元。光源被配置为射出光,同时对该光的波长进行扫描。干涉单元被配置为将从所述光源射出的光分割成参考光和入射在眼底上的照射光,并且生成通过使从所述照射光入射至的所述眼底反射的反射光与所述参考光相干涉所获得的干涉光。扫描单元被配置为在所述眼底上扫描所述照射光。检测器被配置为检测所述干涉单元所生成的所述干涉光。转换器被配置为将根据所述检测器检测到的所述干涉光所生成的模拟信号转换成数字信号。时钟发生器被配置作为包括从所述光源射出的光的一部分穿过的光路的干涉计,以生成所述转换器对所述模拟信号进行采样所使用的时钟,其中所述光路被分割成第一光路以及相对于所述第一光路具有光路长度差的第二光路。断层图像获得单元被配置为通过使用从所述转换器根据所生成的时钟所采样的模拟信号转换而来的所述数字信号来获得所述眼底的断层图像。所述扫描单元被配置为在所述眼底上以在空气中等于或大于47度的扫描角度来扫描所述照射光。所述断层图像获得单元被配置为获得深度范围在眼球内为等于或大于4.0mm的距离处的所述眼底的断层图像。所述时钟发生器被配置为使得:在所生成的时钟的频率是与所述光路长度差相对应的所述干涉计的频率的n倍的情况下,所述光路长度差在空气中等于或大于22/n mm,其中n是等于或大于1的整数。

通过以下参考附图对典型实施例的说明,本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本实施例的OCT设备的示例的示意图。

图2A是示出根据本实施例的OCT设备的扫描单元所进行的照射光的扫描方法的示意图。

图2B是示出根据本实施例的OCT设备的扫描单元所进行的照射光的扫描方法的示意图。

图2C是示出根据本实施例的OCT设备的扫描单元所进行的照射光的扫描方法的示意图。

图2D是示出根据本实施例的OCT设备的扫描单元所进行的照射光的扫描方法的示意图。

图3是与本实施例有关的眼球的示意图。

图4是用于说明与本实施例有关的关于广视角化的问题的图。

图5A是用于说明根据本实施例的可调光源的光学频率的变化的图。

图5B是用于说明根据本实施例的k时钟的图。

图6是根据本典型实施例的k时钟发生器的示意图。

图7A是用于说明与本典型实施例有关的采样原理的图。

图7B是用于说明与本典型实施例有关的采样原理的图。

图8是通过使用双路径径干涉计所配置的k时钟发生器的示意图。

图9是示出断层图像的深度范围(眼球内和空气中)、采样数N、时钟频率fs和k时钟干涉计的光路长度差之间的关系的表。

具体实施方式

利用根据现有技术的方法,用于将已经获得的多个连续断层图像组合在一起的图像处理需要较长时间并且是繁琐的。因此,期望通过进行一次摄像操作来获得广区域的断层图像。然而,在这种情况下,由于眼球大体是球形的,因此眼底的中央部分的照射光的光路长度与眼底的周围部分的照射光的光路长度显著不同。因此,利用根据现有技术的OCT设备的结构,难以在眼底的广区域上利用一次扫描操作来全面拍摄眼底的期望深度范围的断层图像。

在SS-OCT设备中,通常使用时钟发生器。该时钟发生器被配置作为包括从扫频型光源射出的光的一部分穿过的光路的干涉计,以生成A/D转换器对模拟信号进行采样所使用的时钟,其中,该光路被分割成第一光路和相对于第一光路具有光路长度差的第二光路。

有鉴于上述问题,本典型实施例提供如下的时钟发生器,其中,该时钟发生器被配置成使得可以在眼底的广区域上利用一次扫描操作来全面获得眼底的期望深度范围的断层图像。

根据本典型实施例的摄像设备是SS-OCT设备,并且包括干涉单元(例如后述的OCT干涉单元20)以及用于检测作为干涉单元的干涉结果而生成的干涉光的检测器(例如,光电检测器)。根据本典型实施例的摄像设备还包括用于将根据检测器检测到的干涉光所生成的模拟信号(电信号)转换成数字信号的转换器(例如,后述的A/D转换器32)。根据本典型实施例的摄像设备还包括时钟发生器,该时钟发生器被配置作为包括从扫频型光源射出的光的一部分穿过的光路的干涉计,以生成转换器对模拟信号进行采样所使用的时钟,其中,该光路被分割成第一光路和相对于第一光路具有光路长度差的第二光路。这里,根据本实施例的光源是扫描所射出的光的波长的SS-OCT设备所用的光源,并且被称为扫频型光源。根据本实施例的时钟发生器例如是后述的k时钟发生器80。根据本实施例的摄像设备还包括断层图像获得单元,该断层图像获得单元通过使用根据所生成的时钟从转换器所采样的模拟信号转换而来的数字信号来获得眼底的断层图像。

根据本实施例的扫描单元被配置在眼底上以等于或大于换算成空气中的47度的角度的扫描角度来扫描照射光。因此,眼底的平面方向上的摄像范围(扫描范围)可以是14mm以上。根据本实施例的时钟发生器被配置成使得:在时钟频率是干涉计的频率的n倍(n是等于或大于1的整数)的情况下,干涉计的光路长度差在空气中是22/n mm以上,其中,干涉计的频率与干涉计的光路长度差相对应。在这种情况下,断层图像的深度范围可以是光路长度差的四分之一,即5.5mm以上,这在眼球内为等于4.0mm以上。因此,通过如上所述那样配置时钟发生器的光路长度差,可以在眼底的广区域上利用一次扫描操作来全面获得眼底的期望深度处的断层图像。

时钟发生器的干涉计的光路长度差与转换器对模拟信号进行采样所使用的时钟相对应,因此在确定光路长度差时,需要考虑采样原理。根据该采样原理,无法在等于或大于光路长度差的一半的范围内高精度地获得断层图像。在一般的时钟发生器中,使用单路径干涉计,因此假定使用单路径干涉计作为时钟发生器的干涉计。OCT设备的采样光路被配置作为双路径,因此断层图像的深度范围是时钟发生器的干涉计的光路长度差的一半。因此,作为计算结果,断层图像的深度范围等于时钟发生器的干涉计的光路长度差的四分之一。以下详细说明光路长度差和深度范围之间的关系。

理想情况是:作为本实施例中的光源的扫频型光源被配置为射出各波长的光,同时光随着时间的经过而线性改变。然而,在一般的扫频型光源中,实际上,光不会精确地线性改变,而是非线性改变,并且可能发生模式跳变(mode hop)(波长在特定定时不连续改变的事件)等。即,利用扫频型光源,难以根据设置来精确地扫描波长。因此,使用上述的时钟发生器来调整转换器将模拟信号转换成数字信号的定时。这里,期望时钟发生器生成时钟,以使得转换器以大致等波数间隔来对模拟信号进行采样。由此,可以在不进行插值等的情况下,容易地进行从波数空间向实空间的转换。然而,本发明不限于以上所述。不必以大致等波数间隔来进行采样。如果不进行这种采样,则进行插值等,由此进行从波数空间向实空间的转换。

本实施例中的光源10不限于特定光源,只要光源10是改变光的波长的光源即可。为了通过使用OCT设备来获得与物体有关的信息,需要连续改变从光源射出的光的波长。作为本实施例中的光源10,例如,可以使用利用衍射光栅和棱镜等的外部谐振器型的扫频型光源、或者利用谐振器长度可变的Fabry-Perot(法布里-珀罗)的可调滤波器的任何类型的外部谐振器型光源。可选地,可以使用利用采样光栅来改变波长的超光栅分布式布拉格反射器(SSG-DBR)、或者利用微机电系统(MEMS)机构的可调的垂直腔面发射激光器(VCSEL)(MEMS-VCSEL)。此外,可以使用光纤激光器。该光纤激光器可以基于色散调谐方式或者傅立叶域锁模方式。使用衍射光栅和棱镜等的外部谐振器型的扫频型光源包括如下的扫频型光源,其中在该扫频型光源中,谐振器配备有衍射光栅,由衍射光栅分离光,并且通过使用设置在转动盘上的多面镜或者条纹状反射镜而连续改变所射出光的波长。一般地,VCSEL被配置为如下的面发光激光器,其中该面发光激光器按顺序包括下部反射镜、有源层和上部反射镜,在有源层和上部反射镜之间具有空隙,并且沿光轴方向改变上部反射镜和下部反射镜其中至少之一的位置以改变所射出的光的波长。

以下将参考附图来说明本发明的实施例。以下所述的实施例不意图限制所附权利要求书所描述的本发明,并且本实施例中所述的特征的全部组合不必是本发明所提供的方案所必需的。例如,根据本实施例的OCT设备通过使用Mach-Zehnder(马赫-曾德尔)干涉计来配置;然而,本发明不限于此。OCT设备可以通过使用Michelson(迈克尔逊)干涉计来配置。根据本实施例的OCT设备被配置为改变参考光路长度;然而,本发明不限于此。OCT设备被配置为可以改变参考光和测量光之间的光路长度差。例如,在可以改变测量光路长度的情况下,可以使参考光路长度固定。

SS-OCT的结构

图1是示出根据本发明实施例的基于光学相干断层摄像方法的摄像设备(OCT设备)的示例性结构的图。OCT设备包括用于扫描射出光的光学频率的光源10、用于生成干涉光的OCT干涉单元20、用于检测干涉光的检测器30、以及用于获得与物体100的眼底有关的信息的信息获得单元40。信息获得单元40还用作用于获得(生成)眼底的断层图像的断层图像获得单元(图像生成单元)。OCT设备还包括测量臂50和参考臂60。

OCT干涉单元20包括耦合器21和22。耦合器21将从光源10射出的光分割成参考光和入射在眼底上的照射光。照射光穿过测量臂50,并且入射在物体100上。更具体地,入射至测量臂50的照射光穿过调整照射光的偏光状态的偏光控制器51,之后从准直器52射出作为空间光。之后,照射光穿过X轴扫描器53、Y轴扫描器54和调焦透镜55,并且入射在物体100的眼底上。X轴扫描器53和Y轴扫描器54构成具有利用照射光来扫描眼底的功能的扫描单元。利用该扫描单元,可以改变眼底上利用照射光所照射的位置。来自眼底的背散射光(反射光)穿过调焦透镜55、Y轴扫描器54、X轴扫描器53、准直器52和偏光控制器51,从测量臂50射出,并且经由耦合器21而入射至耦合器22。

另一方面,参考光穿过参考臂60并且入射至耦合器22。更具体地,入射至参考臂60的参考光穿过调整参考光的偏光状态的偏光控制器61,之后从准直器62射出作为空间光。之后,参考光穿过分散补偿玻璃组件63、光路长度调整光学系统64以及分散调整棱镜对65,并经由准直透镜66而入射至光纤,从参考臂60射出,并入射至耦合器22。

使来自物体100的穿过测量臂50的反射光与穿过参考臂60的参考光在耦合器22处彼此干涉,以生成干涉光。然后,通过检测器30来检测干涉光。检测器30包括差分检测器31和A/D转换器32。在检测器30中,差分检测器31检测紧接着在耦合器22处所生成的干涉光之后分离出的干涉光束。然后,差分检测器31将OCT干涉信号转换成电信号,并且A/D转换器32将电信号转换成数字信号。将该数字信号发送至信息获得单元40,由此获得与眼底有关的信号,其中,在信息获得单元40中,对数字信号进行诸如傅立叶变换等的频率分析。将所获得的与眼底有关的信息作为断层图像显示在显示器70上。

根据本实施例的摄像设备还可以包括用于对所获得的断层图像进行分析以分割成多层的分析单元,并且信息获得单元40例如可以用作分析单元。在这种情况下,摄像设备还可以包括用于根据来自分析单元的分析结果沿着多层中的任何层来生成平面图像的图像生成单元,并且信息获得单元40例如可以用作图像生成单元。摄像设备还可以包括显示控制器,该显示控制器用于将平面图像和断层图像显示在显示器70上,同时将平面图像中所包括的眼底的黄斑和视神经盘的位置与断层图像中所包括的眼底的黄斑和视神经盘的位置相关联,并且信息获得单元40例如可以用作显示控制器。结果,可以以更宽的视角沿多层中的任何层观察平面图像,从而使得诊断效率和诊断精度得到提高。摄像设备还可以包括计算单元,该计算单元用于通过使用眼底的黄斑和视神经盘的断层图像来生成与包括眼底的黄斑和视神经盘的眼底有关的弯曲信息,并且信息获得单元40例如可以用作计算单元。结果,可以以更宽的视角来定量地评价眼底的弯曲,从而使得诊断效率和诊断精度得到提高。为了获得包括黄斑和视神经盘的眼底的断层图像,扫描单元可以被控制成使得照射光利用一次扫描操作来照射黄斑和视神经盘。可选地,获得眼底的3D断层图像,之后可以根据3D断层图像来重构包括黄斑和视神经盘的断层图像。

在图1所示的OCT设备中,基于从设置在光源10的外部的k时钟发生器80发出的k时钟信号,以等光学频率(等波数)间隔来进行对干涉光的采样。为了对从光源10射出的光进行分割并将一部分光引导至k时钟发生器80,设置了耦合器90。k时钟发生器80和耦合器90可以并入光源10中。

上述处理是用于获得与物体100的特定点处的截面有关的信息的处理,并且将用于获得与物体100在深度方向上的截面有关的信息的这种处理称为A扫描。将用于获得与A扫描的方向正交的方向上的物体的截面有关的信息的扫描、即用于获得2D图像的扫描称为B扫描。将沿与A扫描的方向和B扫描的方向这两者正交的方向所进行的扫描称为C扫描。在用于获得3D断层图像的眼底面上进行2D激光扫描的情况下,高速扫描方向对应于B扫描,并且与B扫描的方向正交的低速扫描方向对应于C扫描。2D断层图像是通过进行A扫描和B扫描所获得的,并且3D断层图像是通过进行A扫描、B扫描和C扫描所获得的。通过使用上述的X轴扫描器53和Y轴扫描器54来进行B扫描和C扫描。

注意,X轴扫描器53和Y轴扫描器54由被配置成使得偏向镜的转动轴相互正交的偏向镜构成。X轴扫描器53负责X轴方向上的扫描,并且Y轴扫描器54负责Y方向上的扫描。X轴方向和Y轴方向是与眼球的眼轴方向垂直的方向,并且相互正交。B扫描和C扫描的线扫描方向不必与X轴方向和Y轴方向一致。因此,可以根据要拍摄的2D断层图像或3D断层图像来适当确定B扫描和C扫描的线扫描方向。

通过驱动X轴扫描器53和Y轴扫描器54这两者并且改变偏向镜的角度,可以进行各种扫描。例如,可以进行如图2A和2B所示的激光扫描,或者可以进行如图2C所示的扫描线多次穿过眼球的一个点(例如,黄斑)的扫描。可以进行如图2D所示的以眼球的一个点(例如,黄斑)为中心的螺旋状扫描。

扫描角度

关于眼底检查,期望利用以一次扫描操作来拍摄黄斑和视神经盘的图像。参考图3来说明为了满足该意图而需要的扫描OCT设备的照射光的范围(扫描角度)。图3是在假定眼球是球形的情况下的眼球的示意图。黄斑位于眼球的光瞳中心的相对侧。视神经盘位于离黄斑的距离近的位置处。黄斑和视神经盘是眼底中的特别重要的区域。

关于正常成人的眼底,黄斑和视神经盘之间(包含黄斑和视神经盘)的距离D约为5.75mm。射出照射光以入射至眼球的光瞳中心,并且环绕并扫描眼底。在利用一次扫描操作来拍摄以黄斑为中心并且包括视神经盘的区域的图像的情况下,考虑到个体间的差异,将黄斑和视神经盘连接的最短曲线的长度L(摄像范围)需要约14mm。这里,将以入射至光瞳中心并且环绕眼底的方式射出的测量光的偏转角表示为α,其中该偏转角对应于摄像范围。成人的眼球的直径平均约为24mm。因此,为了将摄像范围L设置成14mm以上,偏转角α需要为33.4度以上。在假定眼球内的平均折射率是1.38的情况下,当将该角度表示为空气中的入射至光瞳中心的照射光的偏转角β时,偏转角β约为47度(arcsin(1.38×sin(33.4度/2))×2约等于47度)。即,为了一次性拍摄黄斑和视神经盘的图像(该图像以黄斑为中心),在利用照射光来对眼底进行线性扫描的情况下,用于扫描眼底的角度范围为换算成空气中的47度以上的角度是充分的。以下,将在利用换算成空气中的该角度的照射光来对眼底进行线性扫描的情况下用于扫描眼底的角度范围假定为视角。即,将偏转角β定义为视角。

现在,将参考图4来说明以上述偏转角β来进行扫描的情况下可能产生的问题。图4是在如图3那样将眼球假定为球形的情况下的眼球的示意图。图4中的虚线表示扫描轨迹。如图4所示,从光瞳中心到眼球的外层(即,眼底)之间的物理距离在黄斑处等于a+b,并且在位于远离黄斑的位置(即,与角度θ/2相对应的位置)处等于a。通过使用作为眼轴长度的长度T以及眼球内的偏转角θ、利用以下表达式来表示距离a和b。

a=T×cos(θ/2)...表达式1,

a+b=T...表达式2。

如上所述,从光瞳中心到黄斑的距离与从光瞳中心到远离黄斑的位置的距离相差b。b的值随着角度θ变大而增大。结果,利用具有更宽视角的眼底检查所用的OCT设备,从光瞳中心到黄斑的光路长度与从光瞳中心到远离黄斑的周围位置的光路长度显著不同。成人的眼轴长度T在个体之间显著不同,并且95%的成人的眼轴长度落入的眼轴长度T的范围在21mm和28mm之间(包含21mm和28mm)。这里,如果使用范围的最大值(即,28mm)作为眼轴长度T的值并且假定眼球内的偏转角θ为33.4,则根据表达式1和2,b的值约为1.2mm。

通过使用眼底检查用的OCT设备观察的眼底组织是眼底的表面附近的视网膜以及位于视网膜之后的脉络膜。视网膜的最大厚度约为0.50mm,并且脉络膜的最大厚度约为0.30mm。因此,眼底检查用的OCT设备需要能够拍摄至少0.80mm深度处的部分的图像。即,眼底的表面和脉络膜之间的距离差为0.8mm。

因此,为了利用一次扫描操作来拍摄黄斑和视神经盘的图像并且获得与视神经盘的表面附近有关的信息以及与位于黄斑之后的脉络膜有关的信息,需要约4.0mm(2×(b+0.80)约等于4.0)的距离差。该距离差与换算成空气中为约5.5mm(4.0mm×1.38约等于5.5mm)的光路长度差相对应。即,即使假定视角为47度以上,为了实现可以获得断层信息的OCT设备,也需要在空气中为5.5mm的光路长度差。

在诸如SS-OCT设备等的基于傅立叶域方式的OCT设备中,在波数空间中对所获得的干涉信号数据进行傅立叶变换处理,并且输出距离信息。在SS-OCT设备的情况下,通过使用A/D转换器来在时域中获得数据。这里,如果从可调光源射出的光的光学频率相对于时间精确地线性变化,则可以通过以等时间间隔进行采样来获得等频率间隔的数据、即等波数间隔的数据。然而,如图5A所示意性示出的那样,一般通过使用驱动机构改变谐振器长度来对可调光源的光学频率进行波长扫描。因此可调光源的光学频率相对于时间是非线性的。结果,即使在基于等时间间隔进行采样来进行傅立叶变换处理的情况下,所获得的数据也不会是等波数间隔的数据,并且无法获得距离信息。因此,在SS-OCT设备中,通常通过使用作为以等波数间隔生成的采样时钟的k时钟来获得数据。

时钟发生器

现在,将参考图6来说明k时钟发生器80。图6中的附图标记对应于图1中的附图标记。例如在具有分割比95:5的耦合器90处对从光源10射出的光进行分割,并且光的一部分作为分割光而入射至k时钟发生器80。该分割光在耦合器81处进一步被分割,并且被引导至作为第一光路和第二光路而形成的两个光路。第一光路和第二光路被设置成使得在它们之间具有光路长度差82,并且穿过这两个光路的光束在耦合器83处彼此发生干涉。由此,配置k时钟干涉计。k时钟发生器80还包括校正电路84,其中校正电路84用于接收来自k时钟干涉计的结果干涉信号,将所接收到的干涉信号转换成电信号,并且进行振幅校正。k时钟的光路长度差82与后述的时钟频率fs相对应。

在相对于第一光路具有光路长度差的第二光路中,例如,可以设置折射率可以改变的物体(气体等)。在采用从光纤向空气射出光、之后入射至另一光纤的结构的情况下,可以改变光纤之间的光学距离,由此设置光路长度差。在一度向光纤外部射出光的上述结构中,可以通过使用设置在可移动台上的多个折叠反射镜并且沿光轴方向移动这些折叠反射镜来改变光路长度差。用于实现上述技术的机构被称为改变单元。这里,可以设置用于控制根据扫描角度来改变光路长度差的改变单元的控制器。例如,在扫描角度变大的情况下,可以通过使光路长度差变大来减少深度范围内的不必要的摄像操作,从而使得摄像时间得以减少。这里,扫描单元可以被配置成使得扫描角度在第一角度和第二角度的范围内可变,其中第一角度等于或大于47度,以及第二角度小于47度。时钟发生器可以被配置成使得光路长度差在第一光路长度差和第二光路长度差之间的范围内可变,其中第一光路长度差等于或大于22mm,以及第二光路长度差小于22mm。

根据本实施例的摄像设备还可以包括选择单元,该选择单元用于从与不同的扫描角度相对应的多个摄像模式中选择摄像模式。这里,控制器可以根据所选择的摄像模式对扫描单元和改变单元进行控制,以使得改变扫描角度和光路长度差。例如,拍摄包括黄斑和视神经盘这两者的图像作为断层图像的摄像模式下所使用的扫描角度与拍摄包括黄斑和视神经盘之一的图像作为断层图像的摄像模式下所使用的扫描角度相比更大,因此可以使前一摄像模式的光路长度差更大。该选择单元可以被配置为能够选择深度范围内的断层图像的距离。这里,该选择单元可以被配置为选择第一距离和第二距离之间的范围内的距离,其中第一距离在眼球内等于或大于4.0mm,以及第二距离在眼球内小于4.0mm。这里,如果距离变得越小,则光路长度差可以被改变成越小。该选择单元可以被配置为能够从包括以包含眼睛的玻璃体、视网膜和脉络膜的方式拍摄图像的摄像模式的多个摄像模式中选择摄像模式。如果选择了以包括眼睛的玻璃体、视网膜和脉络膜的方式拍摄图像的摄像模式,则可以获得深度范围在眼球内为等于或大于4.0mm的距离处的眼底的断层图像。这是因为,为了在不遗漏的情况下以包括眼睛的玻璃体、视网膜和脉络膜的方式拍摄断层图像,需要深度范围在眼球内为等于或大于4.0mm上的距离。即使时钟发生器被配置成使得代替改变光路长度差而如后述那样利用仿真来改变采样次数或者时钟频率,也可以实现同样的效果。例如,时钟发生器可以被配置成断层图像在深度范围上的距离变小的情况下减少采样次数或者降低时钟频率。

时钟发生器的干涉计的光路长度差

k时钟干涉信号伴随着光学频率的时间变化而采用正弦波的形式。光学频率随着时间的经过而非线性变化,因此正弦波的周期随着时间的经过而变化。然而,正弦波根据频域而以等间隔出现。即,k时钟干涉信号的零交叉点或峰值点以等波数间隔出现。因此,如果如图5B所示通过使用零交叉点或峰值点作为时钟位置来进行采样,则可以获得波数空间的OCT干涉信号。通过使用振幅器等来校正所获得的k时钟干涉信号的振幅,以获得可适用于A/D转换器的振幅和电压,由此生成k时钟。k时钟是采样时钟,因此k时钟需要依赖于采样原理。例如,在如图7A所示OCT干涉信号的频率等于或小于时钟频率fs的一半的情况下,可以再现原始信号。在如图7B所示OCT干涉信号的频率等于或大于时钟频率fs的一半的情况下,获得伪信号。因此,采样原理规定:时钟频率fs需要等于或大于OCT干涉信号的频率的两倍。

在两个光路之间的光路长度差等于波长λ的n倍(即等于nλ)的情况下,发生干涉现象,其中,n是整数。因此,干涉条纹之间的间隔与光路长度差成比例地变窄,并且信号的频率增大。即,为了将时钟频率fs设置成等于或大于OCT干涉信号的频率的两倍的值,需要将光路长度差82设置成等于或大于深度方向上的距离的上限的两倍的值。具体地,通过考虑采样原理,需要将k时钟的光路长度差82设置成等于或大于所需断层图像的深度范围的两倍的值。如上所述,在将断层图像的深度范围设置成在空气中为5.5mm以上(在眼球内为4.0mm以上)的情况下,需要将k时钟的光路长度差82设置成在空气中为11mm以上。

OCT干涉计的采样光路通常被配置为由照射光入射在眼底上所经由的光路和反射光从眼底返回所经由的光路而构成的双路径。另一方面,一般的k时钟干涉计的光路被配置为如下的单路径,其中在该单路径中,对光进行分割,分割光束穿过具有光路长度差的光路,之后在不反射的情况下对分割光束进行合成。因此,在k时钟干涉计通过使用单路径来配置的情况下,需要进一步将k时钟的光路长度差82增大成上述的11mm以上的值的两倍的值、即空气中的22mm以上。即,在k时钟干涉计通过使用单路径来配置的情况下,需要将k时钟的光路长度差82设置成等于或大于所需断层图像的深度范围的四倍的值。为此,可以将断层图像的深度范围设置成在眼球内为4.0mm以上。如图8所示,k时钟干涉计可以被设置成双路径干涉计。图8中的附图标记对应于图1和图6中的附图标记。如上所述,在k时钟干涉计通过使用双路径来配置的情况下,通过考虑采样原理,需要将k时钟的光路长度差82设置成等于或大于所需断层图像的深度范围的两倍的值。

关于k时钟干涉计的光路长度差,通常,以换算成空气中约40度的角度的用于扫描眼底的扫描角度来进行对从脉络膜到巩膜的边界的测量,因此需要眼球内约2.6mm的深度范围(断层图像的深度方向的距离),这与换算成空气中约3.6mm的长度的深度范围相对应。因此,单路径k时钟干涉计的光路长度差是换算成空气中的14.4mm(3.6mm×4=14.4mm)的长度,因此在设计时被设置成约15mm。然而,在k时钟干涉计的光路长度差是换算成空气中约15mm的长度的情况下,较宽的视角可能产生问题,即,图像可能在眼底的周围部分折叠。即,为了在深度范围被设置成空气中的5.5mm以上的情况下获得47度以上的视角的断层信息,需要将k时钟干涉计的光路长度差设置成22mm以下。在图6的示例中,将k时钟发生器80设置在光源10的外部;然而,可以使k时钟发生器80包括在光源10中。通过将k时钟发生器80包括在光源10中,可以简化摄像设备的结构。为了实现22mm的k时钟的光路长度差,相干长度优选为14mm以上。如上所述,通过将时钟发生器中的干涉计的光路长度差设置为22mm以上,可以在眼底的广区域上利用一次扫描操作来获得眼底在期望深度范围处的断层图像。

这里,如果断层图像的深度范围(测量距离)由Δz表示、中心波长由λc表示、以及扫频波长宽度由Δλ表示,则通过使用表达式(4×Δz×Δλ)/λc2来计算作为在断层图像的整个深度范围上、在一个采样操作中所进行的采样次数的采样数N。如果波长扫频频率由fA表示以及占空比(作为单次扫频操作期间的OCT所进行的有效发光的时间段)由d表示,则通过使用表达式(N×fA)/d来计算时钟频率fs。在根据本实施例的光源中,假定λc等于1040nm,Δλ等于110nm,fA等于100kHz,以及d等于0.446。然后,在根据本实施例的断层图像的深度范围在空气中为5.5mm(在眼球内为4.0mm)的情况下,采样数N等于2237((4×5.5×106×110)/10402=2237)。在这种情况下,时钟频率fs等于501.57MHz((2237×100×103)/0.446=501.57)。在根据现有技术的断层图像的深度范围在空气中为3.6mm(在眼球内为2.6mm)的情况下,采样数N等于1464((4×3.6×106×110)/10402=1464)。在这种情况下,时钟频率fs等于328.25MHz((1464×100×103)/0.446=328.25)。因此,为了在眼底的广区域上以单次扫描操作全面获得眼底在期望深度范围的断层图像,时钟发生器可以被配置成使得在断层图像的整个深度范围上、在一个采样操作中所进行的采样次数约为2200次以上。此外,为了在眼底的广区域上以单次扫描操作全面获得眼底在期望深度范围的断层图像,时钟发生器可以被配置成使得时钟频率约为500MHz以上。

在上述说明中,假定与k时钟干涉计的光路长度差相对应的k时钟干涉计频率fk等于时钟频率fs。现在,考虑如下情况:时钟频率fs是k时钟干涉计频率fk的n倍(n是等于或大于1的整数),即k时钟干涉计频率fk乘以n等于时钟频率fs(fk×n=fs)。注意,在n是等于或大于2的整数的情况下,通过使用电气地增大频率的方法来使fs=fk×n成立。在断层图像的深度范围在空气中为5.5mm以上(在眼球内为4.0mm以上)的情况下,时钟发生器被配置成使得k时钟干涉计的光路长度差在空气中为22/n mm以上。这里,时钟发生器可以通过使用单路径来配置。在时钟发生器通过使用双路径来配置的情况下,时钟发生器被配置成使得k时钟干涉计的光路长度差为11/n mm以上。这里,与n的值无关地,如以上所述计算出的,采样数N等于2237,并且时钟频率fs等于501.57MHz。

在断层图像的深度范围在空气中为6.9mm以上(在眼球内为5.0mm以上)的情况下,在时钟发生器通过使用单路径来配置的情况下,k时钟干涉计的光路长度差优选为在空气中为27.6/n mm以上。在时钟发生器通过使用双路径来配置的情况下,k时钟干涉计的光路长度差优选为13.8/n mm以上。这里,采样数N等于2807((4×6.9×106×110)/10402=2807)。因此,时钟发生器可以被配置成使得在断层图像的深度范围上、在一个采样操作中所进行的采样次数是2800以上。时钟频率fs等于629.37MHz((2807×100×103)/0.446=629.37)。因此,时钟发生器可以被配置成使得时钟频率fs为620MHz以上。

在断层图像的深度范围在空气中为8.0mm以上(在眼球内为5.8mm以上)的情况下,在时钟发生器通过使用单路径来配置的情况下,k时钟干涉计的光路长度差在空气中优选为32/n mm以上。在时钟发生器通过使用双路径来配置的情况下,k时钟干涉计的光路长度差优选为16/n mm以上。这里,采样数N等于3254((4×8.0×106×110)/10402=3254)。因此,时钟发生器可以被配置成使得在断层图像的深度范围上、在一个采样操作中所进行的采样次数是3200以上。时钟频率fs等于729.60MHz((3254×100×103)/0.446=729.60)。因此,时钟发生器可以被配置成使得时钟频率fs为720MHz以上。通过图9的表来示出断层图像的深度范围(在眼球内和在空气中)、采样数N、时钟频率fs和k时钟干涉计的光路长度差之间的关系。

时钟发生器可以被配置成使得将干涉计的频率转换成该干涉计的频率的整数倍,其中,该整数倍等于或大于2,使用转换后的频率作为时钟频率。如下所述,电气地增大频率的方法是可用的。例如,如非专利文献1所述,通过使用在将信号输入至数据获取(DAQ)卡之前的阶段设置频率加倍器的方法来增大频率。通过使用两个DAQ卡,在用作用于对根据所检测到的OCT干涉光所生成的模拟信号进行采样的转换器的功能块的前段中,可以将k时钟干涉计的频率转换成其两倍的频率。

断层图像获得单元可以被配置为获得深度范围在眼球内为等于或大于4.0mm的距离处的眼底的断层数据,并且通过从所获得的断层图像移除所获得的断层图像的与一部分深度范围相对应的部分来生成新的断层图像。例如,断层图像获得单元获得深度范围在空气中为8.0mm(在眼球内为5.8mm)的断层数据,并且根据所获得的数据来生成与通过移除深度范围中的包括噪声的上部分和下部分的深度范围在空气中为6.9mm(在眼球内为5.0mm)相对应的断层图像。更具体地,断层图像获得单元首先通过对OCT干涉信号进行快速傅立叶变换(FFT)来在一次A扫描中生成4096个数据。数据的个数是4096,这是因为接近于作为上述采样数N的3254的2的n次幂是2的12次幂。4096个数据包括以相干门作为边界的真实图像和虚拟图像。因此,该数据个数的一半、即2048个数据是垂直方向上的数据个数。水平方向上的数据个数是1024,这是A扫描线的数量。这里,如上所述,假定中心波长λc等于1040nm,以及扫频波长宽度Δλ等于110nm。然后,作为深度方向的光学分辨率的垂直分辨率为约8μm。为了再现8μm的垂直分辨率,需要等于或小于该垂直分辨率的一半的像素分辨率。这里,考虑向每个像素分配4μm的情况。在这种情况下,深度范围在眼球内为5.8mm,因此垂直方向上的像素数量等于1450(5800÷4=1450)。在生成与深度范围在眼球内为5.0mm相对应的断层图像的情况下,例如移除200(1450-5000÷4=200)个像素。低频率侧的区域是表示断层图像的相干门附近所存在的DC成分的区域,因此例如移除断层图像的上部中的15个像素。关于剩余的185(200-15=185)个像素,移除在断层图像的下部中所存在的185个像素。通过使用如上所述利用移除200个像素所获得的1250个像素,可以生成与深度范围在眼球内为5.0mm相对应的断层图像。由于从所生成的断层图像中移除了诸如DC成分等的噪声成分,因此所生成的断层图像的图像质量与同利用上述的采样数N等于2807所获得的深度范围在眼球内为5.0mm相对应的断层图像相比更好。

注意,本发明不限于在眼底的广区域上的一次扫描操作。即,本发明不限于扫描单元被配置为在眼底上以等于或大于换算成空气中47度的角度的扫描角度来扫描照射光的情况。与扫描角度无关地,在要获得深度范围在眼球内为等于或大于4.0mm的距离处的眼底的断层图像的情况下,需要将时钟发生器配置成使得光路长度差与眼球内的4.0mm以上的距离相对应。这里,如果通过使用单路径来配置第二光路,则时钟发生器可以被配置成使得光路长度差在空气中为22mm以上。如果通过使用双路径来配置第二光路,则时钟发生器可以被配置成使得光路长度差在空气中为11mm。即使时钟发生器被配置成使得代替光路长度被设置成上述长度、而利用仿真来改变采样次数或者时钟频率,也可以获得同样的效果。

其它实施例

还可以通过读出并执行记录在存储介质(例如,非暂时性计算机可读存储介质)上的计算机可执行指令以进行本发明的上述实施例中的一个或多个的功能以及通过下面的方法来实现本发明的实施例,其中,该系统或设备的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以进行上述实施例中的一个或多个的功能来进行上述方法。该计算机可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)或者其它电路,并且可以包括单独计算机或单独计算机处理器的网络。例如可以从网络或存储介质将这些计算机可执行指令提供至计算机。该存储介质可以包括例如一个或多个硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM等)、闪速存储装置和存储卡等中的一个或多个。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明,但是应该理解,本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释,以包含所有这类修改、等同结构和功能。

本申请要求2015年5月1日提交的日本专利申请2015-094340以及2015年9月4日提交的日本专利申请2015-175019的优先权,这里通过引用将其全部内容包含于此。

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