专利名称：光学相干断层摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学相干断层摄像设备，例如，用于眼科诊断等的光学相干断层摄像设备。
背景技术：
目前，已知各种使用光学设备的眼科设备。例如，前眼部摄像设备、眼底照相机及SLO(扫描激光检眼镜)等各种设备用作用于观察被检眼的光学设备。在这些设备中，基于使用多波长光波相干的OCT(光学相干断层成像技术)的光学相干断层摄像设备能够以高分辨率获得样本的断层图像。这种设备作为眼科设备对视网膜专科门诊变得不可或缺。以下将这种设备称为OCT设备。OCT设备利用作为低相干光的测量光照射样本，并能通过使用干涉系统或干涉光学系统对来自样本的背散射光进行高灵敏度测量。低相干光具有能通过增加波长宽度获得高分辨率的断层图像的属性。另外，OCT设备能通过在样本上扫描测量光来获得高分辨率的断层图像。因此，OCT设备能获得被检眼眼底处的视网膜的断层图像，因而已广泛地用于对视网膜的眼科诊断等。另一方面，作为眼科设备的OCT设备通常配备有用于眼底观察和前眼部观察等的光学系统，以在该设备与被检体之间实施对准调节。为了将OCT设备与这些光学系统一起使用，将该设备配置为:针对各个光学系统使用不同波长的光、以及通过使用分色镜等波长分离单元来进行波长分离。然而，由于将具有波长宽度的低相干光用于OCT设备，因此，难以将用于眼底观察、前眼部观察等的光学系统所使用的光的波长与OCT设备所使用的光的波长相分尚。根据美国专利5，537，162，将光束扫描器位置设置在透镜的后焦面上，以使得即使在进行光束扫描时， 光束在分色镜上的入射角也是不变的。这能够统一分色镜的特性并增加波长分离的精度。然而，根据美国专利5，537，162，当对被检眼的眼底进行焦点调节时，光束扫描器和透镜被一起驱动。后焦面被设置在光束扫描器处的透镜趋于增大尺寸以捕获来自光束扫描器的扫描光。因此，需要将光束扫描器与大透镜一起移动。这增加了驱动机构的复杂性。另外，由于光束扫描器与大透镜一起移动，因此，需要同时移动与眼底位置光学共轭的测量光源。如果该测量光源位于光纤的末端，则需要移动光纤。这可能改变偏振状态。
发明内容
考虑到上述问题，本发明提供了如下光学相干断层摄像设备，该光学相干断层摄像设备能简化驱动结构并减少因测量光源的移动等导致的偏振状态的改变。根据本发明的一个方面，提供一种光学相干断层摄像设备，用于基于通过对来自经由第一透镜被测量光照射的被检体的返回光和与所述测量光相对应的参考光进行合成所获得的光来获得所述被检体的断层图像，所述光学相干断层摄像设备包括:扫描单元，其设置在所述测量光的光路上，并且用于在所述被检体上扫描所述测量光；第二透镜，其设置在所述测量光的光路上的所述扫描单元与所述第一透镜之间；以及光路分支单元，其设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间，并且用于从所述测量光的光路分支出用于观察所述被检体的观察光路，其中，设置所述第二透镜和所述扫描单元，从而保持由所述扫描单元扫描的测量光在所述光路分支单元上的入射角。根据本发明的一个方面，提供一种光学相干断层摄像设备，所述光学相干断层摄像设备包括光路分支单元，所述光路分支单元用于从测量光的光路分支出用于观察被检体的观察光路，并且所述光学相干断层摄像设备用于基于通过对来自经由第一透镜被来自所述光路分支单元的测量光照射的被检体的返回光和与所述测量光相对应的参考光进行合成所获得的光来获得所述被检体的断层图像，所述光学相干断层摄像设备还包括:扫描单元，其设置在所述测量光的光路上，并且用于在所述被检体上扫描所述测量光；以及第二透镜，其相对于所述扫描单元以保持由所述扫描单元扫描的测量光在所述光路分支单元上的入射角的方式设置在所述测量光的光路上。根据下面参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。
图1是示出根据第一实施例的光学相干断层摄像设备的示意性配置的图。图2是示出根据该第一实施例的光学相干断层摄像设备中的瞳孔光束的图。图3是示出如何在X方向上扫描被检眼的图。图4是示出在监视器上显示的前眼部图像、二维眼底图像以及B扫描图像的图。图5是示出根据第二实施例的光学相干断层摄像设备的示意性配置的图。图6是示出 根据该第二实施例的光学相干断层摄像设备中的瞳孔光束的图。
具体实施例方式现在将参考附图详细描述本发明的典型实施例。应当注意的是，除特别说明之外，这些实施例中说明的组件的相对配置、数字表达式以及数值并不限制本发明的范围。下面将参考附图描述本实施例。注意，在说明书中相同的附图标记表示相同的构成元件。第一实施例:0CT光学系统<设备配置>参考图1来描述根据第一实施例的光学相干断层摄像设备(0CT设备)的配置。光学相干断层摄像设备包括光学头900和分光器180。光学相干断层摄像设备基于通过合成来自被检体的返回光和与测量光相对应的参考光所获得的光来获得被检体的断层图像，其中，经由扫描单元利用测量光照射被检体。首先描述光学头900的内部配置。光学头900由用于拍摄被检眼100的前眼部图像以及眼底的二维图像和断层图像的测量光学系统构成。物镜101-1面向被检眼100设置。在该透镜101-1的光轴上，用作光路分支单元的第一分色镜102和第二分色镜103分离光路。即，第一分色镜102和第二分色镜103针对每个波长带将光路分离为OCT光学系统的测量光路L1、眼底观察光路/固视灯光路L2以及前眼部观察光路L3。
第三分色镜104针对每个波长带将光路L2进一步分支为至眼底观察用CXDl 14的光路以及至固视灯113的光路。在这种情况下，在透镜101-2、透镜111和透镜112中，透镜111由马达(未示出)驱动以进行固视灯和眼底观察用的焦点调节。CCD114在眼底观察照明光(未示出)的波长、更具体地、780nm附近具有灵敏度。另一方面，固视灯113生成可见光以促使被检体固视。将用于前眼部观察的透镜141和红外线(XD142设置于光路L3上。红外线(XD142在前眼部观察照明光(未示出)的波长、更具体地、970nm附近具有灵敏度。如上所述，光路LI形成OCT光学系统，并用于拍摄被检眼100眼底的断层图像。更具体地，该光路用于获得形成断层图像的干涉光。将透镜101-3、镜121以及用作扫描单兀的X扫描器122-1 (第一扫描单兀)和Y扫描器122-2 (第二扫描单兀)设置在光路LI上。X扫描器122-1和Y扫描器122-2在被检眼100的眼底上沿作为第一方向的例子的X方向(主扫描方向)和作为与第一方向相交的第二方向的例子的Y方向(副扫描方向)扫描光。注意，图1中的X扫描器122-1和Y扫描器122-2之间的光路在平行于纸面的方向行进。然而实际上，该光路在垂直于纸面的方向行进。将参考图2描述光路LI上的详细配置、光路LI与瞳孔位置之间的共轭关系以及穿过瞳孔的光束。与被检眼的前眼部等预定区域共轭的位置位于第一扫描单元和第二扫描单元之间。在本实施例中，X扫描器122-1和Y扫描器122-2之间的扫描器中心位置127与被检眼100的瞳孔位置128共轭。配置透镜101-1 (第一透镜)、透镜101-3 (第二透镜)以及X扫描器122-1和Y扫描器122-2 (或者扫描器中心位置127)，以使透镜101-1和透镜101-3之间的光束变得几乎平行。根据该配置，将测量光偏转单元用作物点的光路在透镜101-1与透镜101-3之间变得几乎平行。将扫描器中心位置127定位于透镜101-3的焦点位置处。这能够使得即使在X扫描器122-1和Y扫描器122-2执行扫描时,光在第一分色镜102的入射角与光在第二分色镜103上的入射角也是相一致的。测量光源126是使测量光入射测量光路的测量光用的光源。在本实施例中，将测量光源126配置在光纤的末端、并配置成与被检眼100的眼底区域光学共轭。在透镜123和透镜124中，透镜1 23由马达(未示出)沿双头箭头指示的方向驱动以进行焦点调节。通过调节从光纤末端上的测量光源126发出的光以将光聚焦在眼底上来进行焦点调节。将作为焦点调节单元的透镜123设置在测量光源126与用作测量光偏转单元的X扫描器122-1和Y扫描器122-2之间。这使得不需要使用比透镜101-3大的透镜或者移动连接到测量光源126的光纤125-2。焦点调节使得可以在被检眼100的眼底上形成测量光源126的像、且可以将来自被检眼100的眼底的返回光经测量光源126有效地返回至光纤125-2。接着将描述图1中的从光源130发出的光的光路配置、参考光学系统以及分光器180。光源130、镜153、色散补偿玻璃152、光学耦合器125、光纤125-1至125-4、透镜151以及分光器180构成了 Michelson干涉仪系统。光纤125-1至125-4为连接至光学耦合器125从而一体化的单模光纤。从光源130发出的光被分离为经光纤125-1和光学耦合器125出射至光纤125_2的测量光、以及出射至光纤125-3的参考光。测量光经上述OCT光学系统光路入射到作为观察对象的被检眼100的眼底，并通过视网膜的反射和散射经相同的光路到达光学耦合器125。另一方面，参考光经光纤125-3、透镜151以及为了使测量光的色散与参考光的色散相匹配而插入的色散补偿玻璃152，到达镜153并由镜153反射。光学耦合器125将测量光和参考光合成以形成干涉光。在这种情况下，当测量光的光路长度变得与参考光的光路长度基本相等时，发生干涉。马达和驱动机构(未示出)以沿光轴方向调整镜153的位置的方式保持镜153，从而将基于被检眼100而变化的测量光的光路长度与参考光的光路长度相匹配。干涉光经光纤125-4被引导至分光器180。分光器180包括透镜181、衍射光栅182、透镜183以及线传感器184。经过透镜181使从光纤125-4出射的干涉光几乎平行，然后由衍射光栅182进行分光。透镜183使光在线传感器184上成像。接下来将描述光源130。光源130是作为典型的低相干光源的SLD(SuperLuminescent Diode,超发光二极管)。中心波长为855nm,波长带宽度约为lOOnm。在这种情况下，波长带宽度成为影响所获得的断层图像在光轴方向的分辨率的重要参数。另外，在这种情况下，将SLD选为光源。然而，可以使用ASE(Amplified Spontaneous Emission,放大自发射)等，只要其能发出低相干光即可。考虑到被检眼的测量，红外线的波长适合作为要设定的中心波长。另外，由于中心波长影响获得的断层图像在水平方向的分辨率，因此，优选中心波长尽量短。由于上述两个原因，将中心波长设置为855nm。尽管本实施例使用Michelson干涉仪作为干涉仪,但也可以使用Mach-Zehnder干涉仪。在测量光与参考光之间光量差大的情况下优选使用Mach-Zehnder干涉仪，在测量光与参考光之间光量差相对小的情况下优选使用Michelson干涉仪。〈拍摄断层图像的方法〉光学相干断层摄像设备可以通过控制X扫描器122-1和Y扫描器122_2来拍摄被检眼100的眼底的期望 区域的断层图像。图3示出如何用测量光201照射被检眼100以沿X方向扫描眼底202。线传感器184从眼底202的在X方向上的摄像范围拍摄与预定数量的摄像线相对应的信息。对X方向上的既定位置处所获得的线传感器184上的亮度分布进行FFT(Fast FourierTransformed,快速傅立叶变换)。由FFT将所获得的线性亮度分布转换成浓度或颜色信息而获得的用于在监视器上显示的图像称为A-扫描图像。将通过排列多个A扫描图像而获得的二维图像称为B扫描图像。可以通过如下方式获得多个B扫描图像:首先拍摄用于构成一个B扫描图像的多个A扫描图像，然后在移动y方向上的扫描位置的情况下再次进行沿X方向的扫描。通过在监视器上显示多个B扫描图像或由多个B扫描图像构成的三维断层图像，使得检查者能够使用上述图像对眼睛进行诊断。图4示出在监视器200上显示的前眼部图像210、二维眼底图像211以及作为断层图像的B扫描图像212的例子。前眼部图像210是从红外线(XD142输出、被处理并显示的图像。二维眼底图像211是从(XD114输出、被处理并显示的图像。B扫描图像212是从线传感器184输出并通过上述处理形成的图像。如上所述，根据本实施例，在光学相干断层摄像设备中，将用于被检眼焦点调节的焦点调节单元(透镜123和驱动机构(未示出))设置在用于偏转测量光的测量光偏转单元(XY扫描器)与测量光源126之间。另外，将第一透镜(透镜101-1)和第二透镜(透镜101-3)设置在测量光偏转单元(XY扫描器)与被检眼100之间的测量光路上，并将光路分支单元(第一分色镜102和第二分色镜103)设置在第一透镜和第二透镜之间。S卩，通过将调焦透镜配置在光纤末端上的测量光源与作为测量光偏转单元的XY扫描器之间，来消除移动透镜101-3和连接到测量光源126的光纤125-2等的必要。这能够简化驱动机构。另外，由于不存在移动光纤末端的需要，因此，可以提供能保持偏振状态的光学相干断层摄像设备。另外，根据本实施例，在光学相干断层摄像设备中，在位置调整的情况下配置第一透镜(透镜101-1)、第二透镜(透镜101-3)以及测量光偏转单元(XY扫描器)，以使得光在第一透镜(透镜101-1)与第二透镜(透镜101-3)之间的测量光路上平行。这能使光束在第一分色镜102和第二分色镜103上的入射角不变，并提高波长分离的精确度。尽管本实施例针对被检眼进行了描述，但也可以扫描皮肤或者器官等除被检眼之外的被检体。本发明可以应用于诸如内窥镜等的除眼科设备之外的摄像设备。此外，可将本实施例中的每个透镜配置为球面透镜或非球面透镜。第二实施例:SL0光学系统.
<设备配置>参考图5来描述根据第二实施例的光学相干断层摄像设备(0CT设备)的配置。与第一实施例中相同，光学相干断层摄像设备包括光学头900和分光器180。在第一实施例中，形成光路L2以使得用于眼底观察的(XD114获得被检眼100的二维眼底图像。与之相对，在第二实施例中，在光路L2上设置X扫描器和Y扫描器，且形成光路L2以通过在眼底上扫描光点来获得二维眼底图像。光路LI和L3上的配置以及分光器180的配置与第一实施例中的相同，因此，省略对上述配置的描述。以下主要描述与第一实施例中不同的光路L2的配置。透镜101-2、111和112与第一实施例中的相同。用于针对眼底观察进行焦点调节的马达(未示出)驱动透镜111。光源115生成波长为780 nm的光。将用于在被检眼100的眼底上扫描从眼底观察用的光源115发出的光的X扫描器117-1 (第一观察扫描单兀)和Y扫描器117-2 (第二观察扫描单兀)设置在光路L2上。设置透镜101-2 (第三透镜)以使其焦点位置处于X扫描器117-1与Y扫描器117-2之间的中心位置附近。X扫描器117-1由多面镜构成以沿X方向进行高速扫描。X扫描器117-1也可以由共振镜构成。单个检测器116由APD(avalanche photodiode,雪崩光电二极管)构成，用于检测由眼底散射/反射的光。棱镜118是设置有穿孔镜或中空镜的棱镜，用于分离从光源115发出的照明光以及来自眼底的返回光。图6示出瞳孔位置与光路L1、光路L2以及来自瞳孔的光束之间的共轭关系。光路LI与第一实施例中的相同，因此，省略对光路LI的描述。在光路L2上，X扫描器117-1和Y扫描器117-2之间的扫描器中心位置119与被检眼100的瞳孔位置128共轭。设置透镜101-2和(X扫描器117-1与Y扫描器117-2之间的)扫描器中心位置119，以使光束在透镜101-1与透镜101-2之间几乎平行。扫描器中心位置119定位于透镜101-2的焦点位置处。基于这种配置，以测量光偏转单元用作物点的光路在透镜101-1和透镜101-2之间变得几乎平行。这能够使得即使在X扫描器117-1和Y扫描器117-2进行扫描时，光在第一分色镜102上的入射角与光在第二分色镜103上的入射角也是相一致的。形成光路LI和光路L2以使光路LI和光路L2共用透镜101_1。透镜101-2和透镜101-3由具有相同大小的透镜构成、且由相同的材料制成。这使得从被检眼100至光路LI和L2上的X扫描器和Y扫描器能使用相同的光学系统，从而能统一两条光路上的光学特性。在这种情况下，如图6中所示，使Θ成为来自被检眼100的瞳孔的光束相对于瞳孔的扩展角、使Θ I成为来自瞳孔的光束相对于扫描器中心位置127的扩展角、并使Θ2成为来自瞳孔的光束相对于扫描器中心位置119的扩展角。即，假设扫描器为光束提供角Θ 1、Θ 2以在两条光路L1、L2上获得来自瞳孔的光束的扩展角Θ。另外,可以在两条光路上统一扫描器中心位置119处相对于瞳孔位置128的光学倍率、以及扫描器中心位置127处相对于瞳孔位置128的光学倍率，其中，光学倍率为光学特性的其中一个特性。结果，可以在两条光路上统一各条光路上的X扫描器和Y扫描器的扫描角度与被检眼100眼底上的照射位置之间的关系。这样可以设置Θ1=Θ2。这使得可以减少各个扫描位置之间的误差。如上所述，根据本实施例，在光学相干断层摄像设备中，可以通过使光束在分色镜上的入射角恒定提高波长分离的精度。另外，通过在光纤末端上的照射光源与XY扫描器之间设置调焦透镜，可以简化驱动机构。此外，由于不需要移动照射光源，因此，可以提供能保持偏振状态的光学相干断层摄像设备。并且，通过在OCT的测量光路和眼底观察光路上使用相同的透镜，可以减少测量误差。其它实施例还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。针对该目的，例如经由网络或者从用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。
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，以包含所有修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种光学相干断层摄像设备，用于基于通过对来自经由第一透镜被测量光照射的被检体的返回光和与所述测量光相对应的参考光进行合成所获得的光来获得所述被检体的断层图像，所述光学相干断层摄像设备包括: 扫描单元，其设置在所述测量光的光路上，并且用于在所述被检体上扫描所述测量光; 第二透镜，其设置在所述测量光的光路上的所述扫描单元与所述第一透镜之间；以及 光路分支单元，其设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间，并且用于从所述测量光的光路分支出用于观察所述被检体的观察光路， 其中，设置所述第二透镜和所述扫描单元，从而保持由所述扫描单元扫描的测量光在所述光路分支单元上的入射角。
2.根据权利要求1所述的光学相干断层摄像设备，其中，所述扫描单元包括用于在所述被检体上沿第一方向扫描所述测量光的第一扫描单元、以及用于沿与所述第一方向交叉的第二方向扫描所述测量光的第二扫描单元，以及 将与所述被检体的预定区域共轭的位置设置在所述第一扫描单元与所述第二扫描单元之间。
3.根据权利要求1所述的光学相干断层摄像设备，其中，还包括: 分割单元，用于将从光源发射出的光分割为所述测量光和所述参考光；以及 调焦透镜，其设置在所述测量光的光路上的所述分割单元与所述扫描单元之间。
4.根据权利要求 3所述的光学相干断层摄像设备，其中，还包括驱动单元，所述驱动单元用于沿所述测量光的光路驱动所述调焦透镜。
5.根据权利要求3所述的光学相干断层摄像设备，其中，还包括设置在所述测量光的光路上的光纤， 其中，所述分割单元包括连接至所述光纤的光学耦合器，以及 所述调焦透镜设置在所述光纤的末端与所述扫描单元之间。
6.根据权利要求1所述的光学相干断层摄像设备，其中，设置所述第一透镜、所述第二透镜以及所述扫描单元，以使光在所述第一透镜与所述第二透镜之间的所述测量光的光路上平行。
7.根据权利要求6所述的光学相干断层摄像设备，其中，还包括: 观察扫描单元，用于在所述被检体上扫描从观察光源发射出的观察光；以及 第三透镜，其设置在所述观察光路上的所述观察扫描单元与所述被检体之间。
8.根据权利要求7所述的光学相干断层摄像设备，其中，所述观察扫描单元包括用于在所述被检体上沿第一方向扫描所述观察光的第一观察扫描单元、以及用于沿与所述第一方向交叉的第二方向扫描所述观察光的第二观察扫描单元，以及 将与所述被检体的预定区域共轭的位置设置在所述第一观察扫描单元与所述第二观察扫描单元之间。
9.根据权利要求7所述的光学相干断层摄像设备，其中，设置所述第一透镜、所述第三透镜以及所述观察扫描单元，以使光在所述第一透镜与所述第三透镜之间的所述观察光的光路上平行。
10.一种光学相干断层摄像设备，所述光学相干断层摄像设备包括光路分支单元，所述光路分支单元用于从测量光的光路分支出用于观察被检体的观察光路，并且所述光学相干断层摄像设备用于基于通过对来自经由第一透镜被来自所述光路分支单元的测量光照射的被检体的返回光和与所述测量光相对应的参考光进行合成所获得的光来获得所述被检体的断层图像，所述光学相干断层摄像设备还包括: 扫描单元，其设置在所述测量光的光路上，并且用于在所述被检体上扫描所述测量光；以及 第二透镜，其相对于所述扫描单元以保持由所述扫描单元扫描的测量光在所述光路分支单元上的入射角的方式设置在所述测量光的光路上。
11.根据权利要求10所述的光学相干断层摄像设备，其中，还包括用于将来自光源的光分割为所述测量光和所 述参考光的分割单元。
全文摘要
一种光学相干断层摄像设备，所述光学相干断层摄像设备基于通过结合来自被检体的返回光和参考光所获得光来获得所述被检体的断层图像，其中所述被检体被经过第一透镜的测量光照射，所述参考光与所述测量光相对应，所述光学相干断层摄像设备包括扫描单元，设置在所述测量光的光路上，用于扫描所述被检体上的测量光；第二透镜，设置在所述扫描单元与所述测量光的光路上的所述第一透镜之间；光路分支单元，设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间，用于使所述测量光的光路分支出用于观察所述被检体的观察光路；其中，设置所述第二透镜和所述扫描单元，以保持由所述扫描单元扫描的测量光在所述光路分支单元上的入射角。
文档编号A61B3/15GK103222852SQ201310030480
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月25日 优先权日2012年1月26日
发明者吉田拓史 申请人:佳能株式会社