圖像形成方法和光學相干層析成像設備的製作方法
2023-04-26 12:42:26 1
專利名稱：圖像形成方法和光學相干層析成像設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用光學相干層析成像法的圖像形成方法和光學 相干層析成像設備。
背景技術：
近來，使用低相干幹涉測量法的成像設備已進入實際應用。所述
設備被稱為OCT (光學相干層析成像法或光學相干層析成像方 法)。
在眼科領域，OCT被用於獲得眼底或其附近的層析成像圖像。 除了眼科領域，OCT還被用於觀察皮膚的層析成像圖像，或通過將 OCT併入內診鏡或導管來捕獲消化器官、循環器官等的壁表面層析 成像圖像。
作為OCT的一種類型，美國專利No.5,321，501中公開了一種被 稱為TD-OCT (時域OCT: TIME DOMAIN方法)的方法。將參 照圖32簡要地描述該方法。
此處，圖32是示出了 TD-OCT的示意圖。
由輻射單元3201輻射的光被分割單元3202分割為參考光和信號 光。參考光被可移動參考反射鏡3203反射。如圖所示，可移動參考 反射鏡3203沿一維方向機械地移動以沿入射在檢查對象3205上的信 號光的光軸方向定義檢查對象3205內部的測量位置。
通過光束掃描光學系統3204，信號光照射在檢查對象3205上並 被其反射。光束掃描光學系統3204使用入射在檢查對象3205上的信 號光沿預定方向掃描。來自可移動參考反射鏡3203的反射光和來自 檢查對象3205的反射光彼此幹涉，並且由檢測單元3207檢測所述幹 涉光以確定關於檢查對象3205的信息。
8TD - OCT是基於由可移動參考反射鏡3203執行A掃描(進入 檢查對象的入射光的軸向掃描、或檢查對象中的深度方向掃描)而連 續獲得的幹涉光的強度數據構造圖像數據的方法。
可通過A掃描來連續地獲得一維數據，所述A掃描是使光束掃 描光學系統3204在檢查對象的平面內沿一個方向(例如，x方向) 用入射在該檢查對象上的信號光掃描檢查對象3205。
然後，可使用連續獲得的圖像來獲得二維層析成像圖像。此外， 可通過4吏用上述信號光在上述平面內沿兩個方向(例如，x方向和y 方向)掃描來獲得三維圖像。
此處，儘管必須以高速移動可移動參考反射鏡3203，以便增加 TD-OCT的測量速度，在可移動參考反射鏡3203的加速方面存在 機械限制。
it匕夕卜，作為另一種OCT, "Handbook of Optical Coherence Tomography (光學相干層析成《象法手冊)，，(2006 )(第145頁和 149頁的圖2和圖3,和第338頁的圖1)中公開了一種被稱為SD-OCT (頻域OCT:頻域方法)的方法。將參照圖33簡要地描述該方 法。
此處，圖33是示出了 SD-OCT的示意圖。在圖33中，與圖 32不同的構造為可移動參考反射鏡是固定的參考反射鏡3308，使 用例如衍射光柵的分光鏡3309，以及檢測單元是例如行傳感器(line sensor)的光鐠檢測單元3310。附圖標記3305表示檢查對象，附圖 標記3306表示測量區域，附圖標記3304表示掃描光學系統，附圖標 記3302表示光分割單元，附圖標記3308表示反射單元，而附圖標記 3301表示光源。
SD - OCT是通過由光i昝檢測單元3310檢測由分光鏡3309色散 的光i脊而瞬時地一次全部獲取圖像數據，並將關于波長軸的相干光強 度信息傅立葉轉換為關於層析成像位置軸的信息的方法。因為該SD -OCT可一次全部獲得檢查對象3305內部沿深度方向的圖像數據， 所以與沿深度方向瞬時地執行順序掃描的TD - OCT相比可以增加測量速度。
此處，SD-OCT (頻域法)是FD-OCT (傅立葉域光學相干 層析成像法)的一種，並且除此之外，還存在SS-OCT (源掃描 OCT)。
發明內容
通常指出，難以在SD-OCT中提高層析成像圖像的橫向解析度 (橫向解析度是在被稱為縱向解析度的檢查對象的深度方向上的每個 深度位置，在平面內方向上圖像的解析度)。
考慮到無論是通過TD - OCT還是SD - OCT來形成層析成像圖 像，都難於以高速機械移動參考反射鏡3203的情況，本發明人提出 了以下構思。
因此，首先，相對於檢查對象的深度方向(z方向)，獲得在包 括特定焦點的位置處的一維圖像(x方向或y方向圖像)或二維圖像 (xy平面)。然後，相對於上述深度方向，通過在改變上述焦點位 置的同時順序地獲取包括每個聚焦位置的一維圖像和二維圖像並沿深 度方向堆疊那些圖像，來形成層析成像圖像和三維圖像。
然而，當在改變聚焦位置的同時獲取一維圖像或二維圖像時，相 對於檢查對象內的深度方向在特定聚焦位置處沿一維方向(或二維方 向)掃描檢查對象，然後是下一個聚焦位置，並重複掃描。發現的問 題是由於檢查對象的移動以及對測量系統的幹擾或振動，深度方向 上的距離在一個聚焦位置處獲得的數據和在另一個聚焦位置處獲得的 數據之間可能有大的偏移。
例如，在眼底的層析成像中，神經或細胞的層厚度的改變被用作 疾病的診斷指數等。由於該原因，我們意識到有必要使檢查對象的各 個圖像信息中的多條位置信息相對於深度方向彼此相關聯。此時，可 以使用通過使用FD-OCT (傅立葉域光學相干層析成像法)而一起 獲得的深度方向上的層析成像信息。
如上所述，本發明的目的是提供一種使用新的光學相干層析成像方法的圖像形成方法和光學相干層析成像設備，所述新的光學相干層 析成像方法可以使檢查對象的各個圖像信息之間相對於深度方向(光 軸方向，即光入射到檢查對象中的方向)的位置關係彼此相關聯。
使用與本發明的第一方面相關的光學相干層析成像法的圖像形成
方法包括
第一圖像信息獲得步驟，相對於作為光被引導至檢查對象上的方 向的光軸方向，在第一聚焦位置處獲得檢查對象的第一圖像信息；
通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置改變 到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
第二圖像信息獲得步驟，在第二聚焦位置處獲得檢查對象的第二 圖係 f言息；以及
通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所 述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並包括在第一聚焦 位置或第二聚焦位置中的至少一個聚焦位置處的檢查對象的層析成像 圖像，其特徵在於使用第三圖像信息使第一圖像信息和第二圖像信 息之間相對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成 像圖像或三維圖像。
使用與本發明的第二方面相關的光學相干層析成像的圖像形成方 法包括
第一圖像信息獲得步驟，通過時域光學相千層析成像法相對於作
為光被引導至檢查對象上的方向的光軸方向獲得第一圖像信息，所述
第一圖像信息是檢查對象在第一聚焦位置處的C掃描圖像；
通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置改變 到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
第二圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法獲得第二 圖像信息，所述第二圖像信息是檢查對象在第二聚焦位置處的C掃 描圖《象；以及
通過頻域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所述第 三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括在第 一焦點或第二焦點中的至少一個焦點位置的檢查對象的層析成像圖像，其特徵
在於使用第三圖像信息使第一圖像信息和第二圖像信息之間相對於 光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析圖像或三維圖 像。
使用與本發明的第三方面相關的光學相干層析成像的圖像形成方 法包括
第一圖像信息獲得步驟，通過傅立葉域光學相千層析成像法相對 於光軸方向在第一聚焦位置處獲得檢查對象的第一圖像信息，所述光 軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置改變 到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
第二圖像信息獲得步驟，通過傅立葉域光學相千層析成像法在第 二聚焦位置處獲得檢查對象的第二圖像信息；以及
其特徵在於使用由第一或第二圖像信息獲得步驟中的至少一個 步驟獲得的檢查對象的層析成像信息，使第一圖像信息和第二圖像信 息之間相對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成
像圖像或三維圖像。
使用與本發明的第四方面相關的光學相干層析成像法的圖像形成
方法包括
第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在第一聚焦位置處獲得 檢查對象的第一圖像信息，所述光軸方向是光被引導至檢查對象上的 方向；
通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置改變 到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
第二圖像信息獲得步驟，在第二聚焦位置處獲得檢查對象的第二 圖像信息；以及
通過傅立葉域光學相干層析成像法相對於檢查對象的光軸方向獲 得層析成像圖像信息的步驟，其特徵在於使用層析成像圖像信息使 第一圖像信息和第二圖像信息之間相對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析圖像或三維圖像。
此外，使用與本發明的另 一個方面相關的光學相干層析成像法的
圖像形成方法包括
第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括第一焦點的位置 處獲得檢查對象的一維或二維圖像，所述光軸方向是光被引導至檢查 對象上的方向；
第二圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括與第一焦點不同 的第二焦點的位置處獲得檢查對象的一維或二維圖像；以及
通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所 述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括檢查對象 在第一焦點或第二焦點中的至少一個聚焦位置處的層析成像圖像，其 特徵在於使用第三圖像信息校正通過第 一和第二圖像信息獲得步驟 分別獲得的兩個圖像信息之間的位置關係，並形成檢查對象的層析成 像圖像或三維圖像。
此外，使用與本發明的另一個方面相關的光學相干層析成像法的 圖像形成方法包括
第一圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法相對於光 軸方向在包括第一焦點的位置處荻得檢查對象的C掃描圖像，所述 光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
第二圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法相對於光 軸方向在包括與第一焦點不同的第二焦點的位置處獲得檢查對象的C 掃描圖像；
通過頻域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所述第 三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括檢查對象在第 一焦點或第二焦點中的至少一個焦點位置處的層析成像圖像，其特徵 在於使用第三圖像信息來校正通過第 一和第二圖像信息獲得步驟分 別獲得的兩個圖像信息之間的位置關係，並形成檢查對象的層析成像 圖像或三維圖像。
此外，使用與本發明的另一個方面相關的光學相干層析成像法的
13圖像形成方法包括
第一圖像信息獲得步驟，通過頻域光學相干層析成像法相對於光 軸方向在包括第一焦點的位置處獲得檢查對象的一維或二維圖像，所 述光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
第二圖像信息獲得步驟，通過頻域光學相干層析成像法相對於光 軸方向在包括與第一焦點不同的第二焦點的位置處獲得檢查對象的一 維或二維圖像；
使用檢測對象的層析成像信息來校正通過第一和第二圖像信息獲 得步驟分別獲得的兩個圖像信息之間相對於光軸方向的位置關係，並 形成檢查對象的層析成像圖像或三維圖像，所述檢查對象的層析成像 信息是通過第一或第二圖像信息獲得步驟中的至少一個步驟獲得的。
此外，使用與本發明的另一個方面相關的光學相干層析成像法的 圖像形成方法包括
第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括第一焦點的位置 處獲得檢查對象的一維或二維圖像，所述光軸方向是光被引導至檢查 對象上的方向；
第二圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括與第一焦點不同 的第二焦點的位置處獲得檢查對象的一維或二維圖像；以及
通過傅立葉域光學相干層析成像法相對於檢測對象的光軸方向獲 得層析成像圖像信息的步驟，其特徵在於使用層析成像圖像信息來 校正通過第 一和第二圖像信息獲得步驟分別獲得的兩個圖像信息之間 的位置關係，並形成檢查對象的層析成像圖像或三維圖像。
此外，使用與本發明的另一個方面相關的光學相干層析成像法的 圖像形成方法的特徵是
在相對於光軸方向改變聚焦位置的同時，通過頻域光學相干層析 成像法相對於光軸方向獲得檢查對象的一維或二維圖像，並形成檢查 對象的層析成像圖像或三維圖像，所述光軸方向是光被引導至檢查對 象上的方向。
此外，涉及本發明的另一個方面的光學相干層析成像設備是用於執行上述的本發明中的圖像形成的設備，其特徵是具有用於使光照 射在檢查對象上的光源、用於將來自光源的光分割為信號光和參考光 的光分割單元、以及用於色散和檢測參考光和信號光的相干光的檢測 單元。
根據上面描述的本發明，可以在檢查對象的各個圖像信息中，相 對於深度方向(光軸方向，即光被引導至檢查對象上的方向)使位置 關係彼此相關聯。
參照附圖，本發明的其它特徵將從對示範性實施例的下述描述中 變得顯而易見。
圖l是用於描述與本發明相關的光學相千層析成像法的示意圖。 圖2是用於描述與本發明相關的光學相干層析成像法的示意圖。 圖3是示出了本發明的第 一例子中的光幹涉測量設備的構造的示 意圖。
圖4是示出了本發明的第二例子中的光幹涉測量設備的構造的示 意圖。
圖5A、 5B、 5C和5D是示出了本發明的第二例子中的光瞳分割 光學系統的構造的示意圖。
圖6A和6B是示出了在本發明的第二例子中入射在底部檢查對 象部位上的光通量的多個方面的示意圖。
圖7A、 7B、 7C和7D是示出了由本發明的第二例子獲得和處理 的層析成像圖像的示意圖。
圖8是示出了本發明的第二例子中的OCT處理單元的功能塊的 示意圖。
圖9A、 9B和9C是示出了在本發明的第二例子中的行圖像之間 的對準位置的示意圖。
圖10A和10B是示出了在本發明的第二例子中的TD-OCT像 素和SD 一 OCT像素的示意圖。
15圖11A、 11B、 11C和11D是示出了在本發明的第二例子中的 SD-OCT圖像的示意圖。
圖12A、 12B和12C是示出了在本發明的第二例子中的SD-OCT 圖像之間的位置偏移的示意圖。
圖13A、 13B、 13C和13D是示出了在本發明的第二例子中的二 維圖像之間的對準點的示意圖。
圖14A、 14B和14C是示出了在本發明的第二例子中的二維SD -OCT圖像之間的對準位置的示意圖。
圖15是示出了本發明的第三例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖16A、 16B、 16C和16D是示出了本發明的第三例子中的光瞳 分割光學系統的構造的示意圖。
圖17是示出了本發明的第四例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖18A 、 18B、 18C和18D是示出了本發明的第四例子中的光瞳 分割光學系統的構造的示意圖。
圖19是示出了本發明的第五例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖20是示出了本發明的第六例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖21A、 21B和21C是描述本發明的第七例子中的光模的輪廓 的示意圖和曲線圖。
圖22A和22B是示出了本發明的第七例子中的光模轉換的例子 的示意圖。
圖23是示出了本發明的第八例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖24是示出了本發明的第九例子中的光幹涉測量設備的構造的 示意圖。
圖25A和25B是示出了本發明第九例子中的SD-OCT像素構造的示意圖。
圖26A、 26B、 26C和26D是示出了本發明第九例子中的SD-OCT圖像的示意圖。
圖27是示出了本發明的第十例子中的光幹涉測量設備的構造的示意圖。
圖2 8是示出了本發明的第十例子中的修改例子的示意圖。圖29是示出了本發明的另一個例子中的光幹涉測量設備的構造的示意圖。
圖30是示出了本發明的另一個例子中的OCT處理單元的功能框圖的示意圖。
圖31是示出了本發明的另一個例子中的光幹涉測量設備的構造的示意圖。
圖32是示出了傳統光幹涉測量設備(TD)的構造的示意圖。圖33是示出了傳統光幹涉測量設備(SD)的構造的示意圖。圖34A和34B是入射在底部檢查對象部位上的光通量的多個方面的示意圖。
圖35A、 35B和35C是示出了兩個圖像之間的位置偏移的示意圖。
圖36是示出了本發明的第十一例子中的光幹涉測量設備的構造的示意圖。
圖37是示出了本發明的第十一例子中的另一個結構例子的示意圖。
圖38是示出了本發明的第十一例子中的又一個結構例子的示意圖。
圖39是示出了本發明的第十二例子中的光幹涉測量設備的構造的示意圖。
圖40是示出了包括本發明的第十二例子中的SLO的結構例子的示意圖。
圖41是本發明的SD-OCT和TD-OCT的組合例子 示意圖。
圖42A、 42B、 42C、 42D、 42E和42F是本發明的第五例子中的時序圖的例子。
圖43是用於描述通過涉及本發明的光學相干層析成像法來校正兩個層析成像圖像之間相對於深度方向的位置關係的方法的例子的示意圖。
圖44是用於描述通過涉及本發明的光學相干層析成像法來校正兩個層析成像圖像之間相對於深度方向的位置關係的方法的例子的示意圖。
圖45是用於描述通過涉及本發明的光學相干層析成像法來校正兩個層析成像圖像之間相對於深度方向的位置關係的方法的例子的示意圖。
具體實施例方式
將在下面參照附圖詳細描述本發明的優選實施例。(第一實施例)
使用涉及第一實施例的光學相干層析成像法(換句話說，光學相干層析成像方法)的圖像形成方法至少具有下面的步驟1至4。
1、 第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括第一焦點的位置處獲得檢查對象的第一圖像信息(一維、二維或三維圖像)，所述光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
2、 第二圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括與第一焦點不同的第二焦點的位置處獲得檢查對象的第二圖像信息(一維、二維或三維圖像)；
3 、通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括在第一焦點或第二焦點的至少一個聚焦位置處的檢查對象的層析成像圖像；
4 、使用第三圖像信息校正由第 一和第二圖像信息獲得步驟分別
18獲得的圖像信息之間的位置關係，並形成檢查對象的層析成像圖像或三維圖像的步驟。
將參照圖1描述上述步驟。此外，上述步驟1、 2和3的步驟順序不是特別限制的，而可以是例如順序1、 2和3，順序1、 3和2，或順序3、 2和1。
在圖中，儘管沒有特別限制光源(例如，低相千光源，SLD等)1的波長，但所述波長在400 nm至2微米的範圍內。於是，用於實現OCT的波長間隔可以是例如1 pm或更多，合適地為10 pm或更多，並且更合適地為30 pm或更多。也可使用例如鈦寶石雷射器的超短脈沖雷射器作為光源。
此處，光分割單元2將來自光源1的輸入光分為信號光(入射在被檢測對象上的光)和參考光(去往反射板3的光)。單元4用於沿一維方向或二維方向掃描信號光。附圖標記5表示透鏡，附圖標記6表示檢查對象，而附圖標記7表示用透鏡5執行聚焦的預定聚焦位置以及該位置的附近。單元8用於分割信號光和參考光的相干光，分光鏡10用於將輸入光分割為各個波長，而傳感器陣列ll用於對每個波長執行檢測。檢測單元9用於檢測相干光。
此處，步驟1中的第一焦點具有有限的寬度。此外，不特別限制焦點的大小。稍後提及的第二焦點和第三焦點同樣如此。
此外， 一維圖像例如是指在某個聚焦位置處的檢查對象的平面中的一個方向(即x方向或y方向，並且是與深度方向正交的方向)上的圖像。此外，二維圖像例如是指在某個聚焦位置處的檢查對象的平面中的兩個方向(即x方向或y方向，並且是與深度方向正交的方向)上的圖像，並且可被稱為C掃描圖像。此外，對於步驟2也是如此。用於獲得C掃描圖像的OCT被稱為TS-OCT，並且稍後將提及。
此外，儘管希望在包括第一焦點的位置處的檢查對象的一維或二維圖像與在包括第二焦點的位置處的一維或二維圖像基本平行，但不
一定總是需要使它們平行。例如，圖像之間的關係為兩個圖像相交也是可以的。
上述第三圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法(SD-OCT)獲得的，所述頻域光學相干層析成像法是上述傅立葉域光學相干層析成像法的一種。此外，相似地，也可以使用作為傅立葉域光學相干層析成像法的一種的SS-OCT (源掃描OCT)。具體地講，因為由傅立葉域光學相干層析成像法獲得的層析成像方向圖像具有高的縱向解析度，所以本發明使用它來關於檢查對象校正上述第一圖像信息和第二圖像信息之間的深度方向上的位置關係。步驟4中的位置關係的校正例如是指，相對於檢查對象的深度方向對由第一和第二圖像信息獲得步驟獲得的兩個圖像的校正，或相對於上述光軸方向的校正。
下面將描述上述校正。(校正控制的類型)
存在兩種類型的校正控制；根據控制環路是封閉的還是開放的，其中一種被稱為閉環，而另一種被稱為開環。
閉環是在獲得圖像信息的同時校正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係的方法，並且可以被稱為跟蹤。此外，開環是在獲得了圖像信息之後校正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係的方法。
此處，上述兩種控制可應用於下面描述的所有三種檢測方法。此外，本發明不限於這些校正。
下面，將描述校正檢測方法。此外，儘管在第二例子中詳細描述的對準的例子(使用相關函數等的例子)適合作為校正檢測方法，本發明的檢測方法不限於這些。(第一校正檢測方法)
將參照圖43描述第一校正檢測方法。
上述第三圖像信息是沿上述光軸方向在上述第一焦點4301的位置處的層析成像圖像信息4305。此處，在本發明中，也可以說在聚焦位置處的檢查對象的圖像信息是在包括焦點的位置處的檢查對象的圖像信息。此外，本發明中的焦點是通過動態聚焦執行聚焦的點，並 且對於焦點大小沒有具體限制。
上述第三圖像信息包括在上述第二焦點4303的位置處的上述檢 查對象的層析成像信息。
此外，使用上述第三圖像信息來校正上述第一圖像信息4302和 上述第二圖像信息4304之間相對於上述光軸方向的位置關係。
此處，當獲得上述第二圖像信息4304時，可通過使用已經獲得 的上述層析成像圖像信息4305來檢測上述第二圖像信息4304的深度 方向位置偏移。可在校正(跟蹤)該位置偏移的同時形成上述檢查對 象的層析成像圖像或三維圖像。當然，上面提到了在下面的檢測方法 中，也可以在校正位置偏移的同時形成上述檢查對象的層析成像圖像 或三維圖像。
(第二校正檢測方法)
將參照圖44描述第二校正檢測方法。
上述第三圖像信息是通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得的， 並且包括沿上述光軸方向的在上述檢查對象的上述第一焦點4401的 位置處的第一層析成像圖像4405。
此外，上述第三圖像信息是通過傅立葉域光學相干層析成像法獲 得的，並且包括沿上述光軸方向的在上述檢查對象的上述第二焦點 4403的位置處的第二層析成像圖像4406。
下面，使用上述第一層析成像圖像4405和上述第二層析成像圖 像4406的重疊區域4407的信息來執行上述校正。也就是說，校正分 別與上述第 一和第二層析成4象圖4象4405和4406相關的上述第 一圖像 信息4402和上述第二圖像信息4404之間相對於光軸方向的位置關 系。
另一種第二校正如下。
即，通過傅立葉域光學相干層析成像法來獲得上述第一焦點 4401和上述第二焦點4403的兩個位置中的檢查對象的層析成像圖像 4405和4406分別作為上述第三圖像信息。然後使用關於各個層析成
21像圖像重疊的區域4407的信息來執行上述校正。 (第三校正檢測方法) 將參照圖45描述第三校正檢測方法。
首先，獲得相對於光軸方向在第一焦點4501的位置處的檢查對 象的第一圖像信息(一維、二維或三維圖像)4502，所述光軸方向是 光被引導至檢查對象上的方向。
接著，通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位 置4501改變到與第一焦點4501不同的第二焦點4503的位置。
此外，獲得在第二焦點4503的位置處的檢查對象的第二圖像信 息(一維、二維或三維圖像)4504。
此外，通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得相對於檢查對象的 光軸方向的層析成像圖像信息4505。
此處，可相對於上述光軸方向在與上述第一和第二焦點4501和 4503的位置不同的第三焦點4508的位置處獲得上述層析成像圖像信 息4505。此時，可獲得上述層析成^f象圖像信息4505，包括在第一和 第二焦點4501和4503的位置處的檢查對象的圖像信息。
由此，使用層析成像圖像信息4505來使第一圖像信息4502和第 二圖像信息4504之間相對於光軸方向的位置巷系彼此相關聯，以形 成檢查對象的層析成像圖像或三維圖像。 (另 一種校正)
此處，另一種校正如下。
因此，上述第三圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法獲得 的，並且是沿上述光軸方向的包括上述檢查對象的上述第一焦點的位 置的層析成像圖像信息。然後，可使用在上述第二圖像信息獲得步驟 中獲得的層析成像圖像信息和圖像來執行上述校正。
此處，另一種校正如下。
因此，上述第三圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法獲得 的，並且包括沿上述光軸方向的包含上述檢查對象的上迷第一焦點的 位置的第一層析成像圖像的至少一部分。此外，上述第三圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法獲得 的，並且包括包含上述檢查對象的上述第二焦點的位置的沿上述光軸 方向的第二層析成像圖像的至少一部分。
此處，可使用上述第 一層析成像圖像和上述第二層析成像圖像的 重疊區域的信息校正兩個圖像信息之間的位置關係，所述兩個圖像信 息分別與第 一和第二層析成像圖像相關聯，並且是在上述第 一和第二 圖像信息獲得步驟中獲得的。
此外，另一種校正如下。
即，通過傅立葉域光學相干層析成像法分別獲得在上述第一焦點 和上述第二焦點的兩個位置中的檢查對象的層析成像圖像作為上述第 三圖像信息。然後，使用關於其中各個層析成像圖像重疊的區域的信 息來執行上述校正。
此外，儘管在每個實施例中詳細地描述了具體校正方法，但根據 本發明提供的校正不限於所涉及的方法。
(a)第一和第二圖像信息-TD-OCT
上述第一和第二圖像信息獲得步驟可在通過時域光學相干層析成 像法獲得上述檢查對象的一維或二維圖像的步驟中進行。 (b )利用SD - OCT圖像的TS - OCT校正
具體地講，可以在下述步驟中執行使用涉及該第一實施例的光學 相干層析成像法的圖4象形成方法。
1、 第一圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法，相 對於光軸方向在包括第一焦點的位置處獲得檢查對象的C掃描圖 像，所述光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
2、 第二圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法，相 對於光軸方向在包括與第一焦點不同的第二焦點的位置處獲得檢查對 象的C掃描圖像；
3、 通過頻域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所 述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括在第 一焦 點或第二焦點的至少一個焦點的位置處的檢查對象的層析成像圖像；
23以及
4、使用第三圖像信息校正由第 一和第二圖像信息獲得步驟分別 獲得的圖像信息之間的位置關係，並形成檢查對象的層析成像圖像或 三維圖像的步驟。
(c) 在SD-OCT時使用無限制的聚焦位置的模式 此外，也可在下述步驟中執行涉及該第一實施例的本發明。
1、 第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括第一焦點的 位置處獲得檢查對象的一維或二維圖像，所述光軸方向是光被引導至 檢查對象上的方向；
2、 第二圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在包括與第一焦點
不同的第二焦點的位置處獲得檢查對象的一維或二維圖像；
3、 通過傅立葉域光學相干層析成像法相對於檢查對象的光軸方
向獲得層析成像圖像信息的步驟；以及
4、 使用層析成像圖像信息校正由第 一和第二圖像信息獲得步驟
分別獲得的圖像信息之間的位置關係，並形成檢查對象的層析成像圖 像或三維圖像的步驟。
此外，當使用SD-OCT作為傅立葉域光學相干層析成像法來執 行校正時，最好考慮下述幾點。在使用例如AOM的移頻器的情況 下，當通過時域光學相干層析成像法獲得層析成像圖像時，輸入分光 鏡的光強度也根據來自移頻器的驅動電路的參考信號相對偏移。為了 避免該現象，在使用分光鏡時，最好使用通過對在由頻域光學相干層 析成像法獲得層析成像信息的時間的整數或半整數倍內獲得的光強度 信息進行積分而獲得的值。或者，可以通過使強度與上述移頻器的參 考信號同步來使用頻域光學相干層析成像法檢測強度。
通過疊加兩個聚焦位置處的沿光軸方向的層析成像圖像中的重疊 區域來執行校正。
(d) DF (動態聚焦)的應用
當通過OCT獲得圖像數據時，在檢查對象的平面內方向(xy方 向)和深度方向(z-軸方向)上要求高解析度。此處，設檢查對象的深度解析度為縱向解析度(Rz)，並且設 與檢查對象的深度方向正交的平面內解析度為橫向解析度(Rxy)。 縱向解析度表示如下
R z =k z X (A " 2/厶X) ... (1)
並且與光源的波長間隔(A"成反比。此處，kz是約為0.4的 常數。橫向解析度被表示為如下
Rxy = kl x (入/NA) …(2 >
並且與例如透鏡的聚光系統的數值孔徑NA (數值孔徑)成反 比。此處，kl是約為0.5的常數。此外，聚光系統的焦深DOF (焦 點的深度)被表示如下
DOF = k2X U/NA'2) ... (3)
並且與聚光系統的孔徑的平方成反比。此處，k2是約為0.6的常數。
如公式(2)和(3)所示，使橫向解析度高(此時Rxy的值變 小)和使焦深深具有光學理論權衡的關係。在實際應用OCT的眼底 診斷系統中，例如，使用入=0.84微米和NA-0.02的值，並且當這 些數值代入公式2和公式3時，Rxy = 20微米和DOF == 2mm成立。
美國專利No.5,321，501中公開了被稱為DF (動態聚焦)的方 法，作為在檢查對象的深度方向上保持焦深的同時獲得高橫向解析度 的方法。此處，將參照圖34A和34B描述DF。
圖34A是當不處於DF時的示意圖。此時，透鏡3401是固定 的，並且產生主光為3406的光通量3403。由此，第一焦點3404和 第二焦點3405變為大致相同的大小，並且儘管橫向解析度較低，也 可^f吏焦深3407較深。
另一方面，圖34B是當正在DF時的示意圖。此時，可使透鏡 (可替換地，聚焦光學系統)能夠在從3418到3411的範圍3419內 移動。此外，當透鏡使光線3416成為主光時，當其在位置3418時光 通量變為3413，並且當其在位置3411時光通量變為3420。由此，因 為聚焦光學系統可持續聚焦，所以第一焦點3414和第二焦點3415的
25橫向解析度高，並且可使焦深3417較深。
此處，由圖34A和34B中的圓圈表示的區域3402表示檢查對象 5的截面圖。
當DF被應用於TD-OCT時，通過使聚焦光學系統與可移動參 考反射鏡的操作同步使聚焦光學系統執行聚焦來繼續以高橫向解析度 獲得測量數據。
同樣，在涉及該實施例的發明中，可使用動態聚焦(DF)來定 義上述第 一焦點和第二焦點，並獲得包括每個焦點的層析成像圖像信 息。此外，無需說明，DF也可應用於稍後提到的其它實施例。
(e ) TS- OCT
美國專利No.5，321，501和日本已公開申請No.2002-515593 (第 9-19頁，圖1和圖2)中公開了被稱為TS-OCT (橫向掃描OCT) 的方法。同樣，在涉及該實施例的本發明中，可在第一圖像信息獲得 步驟或第二圖像信息獲得步驟中，通過TS - OCT在每個聚焦位置處 獲得層析成像圖像。
儘管該方法是通過與上面提到的圖32中的結構相似的結構實現 的，但根據其掃描方法的不同，適當地使用例如AOM(聲光調製 器)的移頻器。可通過由移頻器產生壓縮行波並將其用作移動衍射光 柵來線性地改變參考光的相位。通過使用該移頻器來產生作為圖像數 據的載波的載波。
與基於上述TD-OCT或SD-OCT的A掃描的掃描方法不 同，TS-OCT的掃描方法基於通過C掃描(在與檢查對象內部的深 度方向正交的平面內方向上的掃描)獲得二維圖像。然後沿所看到的 對象內部的深度方向獲得多個這些二維圖像，並且使用其形成三維圖 像。
在該掃描方法中，由於在獲得二維圖像之後可移動參考反射鏡沿 檢查對象內部的深度方向移動，與A掃描相比，存在從某個運動到 下個運動的短暫空白。由於該原因，當移動可移動參考反射鏡時， TS-OCT容易使聚焦光學系統與可移動參考反射鏡同步，並且可以說這是適合於上述DF的掃描方法。
(第二實施例用SD-OCT圖像校正SD-OCT圖像) 使用涉及該實施例的光學相干層析成像法的圖像形成方法具有下 述步驟。
1、 第一圖像信息獲得步驟，通過頻域光學相干層析成像法，相 對於光軸方向在包括第一焦點的位置處獲得檢查對象的一維或二維圖 像，所述光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；
2、 第二圖像信息獲得步驟，通過頻域光學相干層析成像法，相 對於光軸方向在包括與第一焦點不同的第二焦點的位置處獲得檢查對 象的一維或二維圖像；
3、 使用由第一或第二圖像信息獲得步驟中的至少一個步驟獲得 的檢查對象的層析成像信息，校正由第一和第二圖像信息獲得步驟分 別獲得的圖像信息之間相對於光軸方向的位置關係，並形成檢查對象 的層析成像圖像或三維圖像的步驟。
圖2中示出了用於執行涉及該實施例的圖像形成方法的結構。附 圖標記21表示光源，附圖標記22表示光分割裝置(儘管它也用於合 成功能，但也可以採用各個單獨的部件)，附圖標記23表示反射 板，附圖標記24表示光掃描裝置(沿一維或二維方向掃描)，並且 附圖標記25表示透鏡。附圖標記26表示檢查對象，而附圖標記27 表示透鏡25的聚焦位置及其鄰近。附圖標記28表示分光鏡，而附圖 標記29表示用於對每個波長執行檢測的傳感器陣列。可用傳感器陣 列29獲取上述第一和第二圖像信息。
在該實施例中的圖像形成方法中，除非上述第一實施例中描述的 情況與本實施例相悖，否則如第一實施例一樣適用。
(第三實施例具有DF的SD-OCT)
此外，使用涉及該實施例的光學相干層析成像法的圖像形成方法 的特徵在於在相對於光軸方向改變焦點位置的同時通過頻域光學相 千層析成像法在光軸方向上獲得檢查對象的一維或二維圖像，並形成 檢查對象的層析成像圖像或三維圖像，所述光軸方向是光被分別引導
27至檢查對象上的方向。
可通過應用上述動態聚焦機制來定義聚焦位置。
具體地講，可通過選擇性地留下聚焦位置處的圖像信息並連續地 消除其它部分的圖像信息來減小數據量。
在該實施例中的圖像形成方法中，除非上述第一實施例中描述的 情況與本實施例相悖，否則如第一實施例一樣適用。
(第四實施例設備)
涉及該實施例的設備是用於執行如上所述的實施例中描述的圖像 形成方法的光學相干層析成像設備。
具體地講，該設備至少具有用於使光照射在檢查對象上的光源、 用於將來自上述光源的光分割為信號光和參考光的光分割單元、以及 用於色散和檢測參考光和信號光的相干光的檢測單元。在下述實施例 中，將詳細描述每個單元。
此外，也可如下形成該設備，作為涉及.該實施例的設備。 (設備1)
所述設備配備有將來自光源的光分割為參考光和信號光的分割光 學系統、將信號光引導至樣本並改變樣本內部的檢查位置的測試光學 系統、和將來自相關樣本的反射光與參考光合成的合成光學系統。
然後，所述設備在光學系統的大致的光瞳位置處配備有振幅分割 單元，所述光學系統匯聚從預定檢查點(屬於上述樣本)及其附近展 開的反射光並使其準直；或者所述振幅分割單元位於不同於光瞳並且 可對穿過相關光瞳的光通量進行區域分割的位置處。或者，也可以說 所述振幅分割單元是具有光瞳分割作用的光通量分割單元。
振幅分割單元是在預定局部區域中對上述反射光執行振幅分割的
單元。所述振幅分割單元配備有非光鐠幹涉信號檢測單元以檢測相關 的各個分割的光通量中的至少 一個作為上述參考光的非光鐠幹涉信 號，還配備有光i瞽幹涉信號檢測單元以檢測其它光通量中的至少一個 作為上述參考光的光鐠幹涉信號。然後，所述振幅分割單元包括數值 轉換單元以對相干光信號對波長的函數執行預定的數值轉換，其中所述相干光信號是由相關的光i瞽幹涉信號檢測單元獲得的上述光鐠幹涉 信號。上述光鐠幹涉信號被相關的數值轉換單元轉換為相干光信號對 光到達位置的函數。
在該設備中，如下認識到，關於由上述非光鐠幹涉信號檢測單元 針對測試光學系統的多個檢查位置獲得的相干光信號對檢查位置的函 數，由於測量不同的檢查位置時的波動，樣本的原點移動。具體地 講，希望通過使用通過執行數值轉換從作為上述其它光譜幹涉信號檢 測單元的輸出的上述光鐠千涉信號獲得的相干光信號對光到達位置的 上述函數識別它，並調整相干光信號對檢查位置的上述函數的檢查位 置信息。
(設備2 )
所述設備配備有將來自光源的光分割為參考光和信號光的分割光 學系統、將信號光引導至樣本並改變樣本內部的檢查位置的測試光學 系統、和將來自相關樣本的反射光與參考光合成的合成光學系統。
然後，所述設備配備有振幅分割單元，所述振幅分割單元在光學 系統的大致的光瞳位置處，所述光學系統匯聚並準直從預定檢查點 (屬於上述樣本)及其附近展開的反射光；或者所述振幅分割單元在 不同於光瞳並且其中可對穿過相關光瞳的光通量進行區域分割的位置 處。振幅分割單元是在預定局部區域中對上述反射光執行振幅分割的 單元。此外，所述振幅分割單元配備有光i普幹涉信號檢測單元以檢測 相關的各個分割的光通量中的至少一個作為上述參考光的光譜幹涉信 號，還配備有另 一 個光謙幹涉信號檢測單元以檢測其它光通量中的至 少一個作為上述參考光的光譜幹涉信號。然後，所述振幅分割單元包 括數值轉換單元以對多個相干光信號對波長的函數執行預定的數值轉 換，其中所述相干光信號是由多個光譜幹涉信號檢測單元獲得的多個 上述光鐠幹涉信號。可由相關數值轉換單元將多個上述光i普幹涉信號 轉換為多個相干光信號對光到達位置的函數。
此處，如下認識到，關於由上述非光鐠幹涉信號檢測單元之一針 對測試光學系統的多個檢查位置獲得的相干光信號對檢查位置的函數，由於測量不同的檢查位置時的波動，樣本的原點移動。具體地，
使用通過數值轉換從作為上述其它光i普幹涉信號檢測單元的輸出的上 述光譜幹涉信號獲得的上述相干光信號對光到達位置的函數識別它。 然後，可關於相干光信號對檢查位置的上述函數的檢查位置信息調整 它。
此外，在上述設備1或設備2中，也可通過分割單元的分時系統 來構建對來自上述樣本的反射光執行振幅分割的振幅分割單元。 (設備3 )
在SS-OCT的情況下，傅立葉域方法需要用於荻得上述第一和 第二圖像信息的TD-OCT的光源、以及用於獲得上述第三圖像信息 的SS-OCT的光源。
此外，上述光源是用於輻射多個中央波長的第一光源、和用於輻 射單個中央波長的第二光源。
此外，當使用TD-OCT時，已經描述了具有用於給出上述參考 光的頻率和上述信號光的頻率之間的差值的移頻器是適當的。
此時，將上述移頻器設置在上述第二光源輻射的光的路徑上，並 且上述第一光源輻射的光的路徑被設置為與上述第二光源輻射的光的 路徑不同。通過該結構，上述第一光源輻射的光永遠不受上述移頻器 的影響。稍後將提到上述移頻器的影響。
(第五實施例對每個實施例應用動態聚焦)
備的圖像形成方法。
此外，通過向第一實施例應用上述動態聚焦來獲得該實施例。
1、 第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在第一聚焦位置處 獲得檢查對象的第一圖像信息(一維、二維或三維圖像)，所述光軸 方向是光被引導至檢查對象上的方向；
2、 通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置 改變到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
3、 第二圖像信息獲得步驟，在第二焦點的位置處獲得檢查對象
30及4、 通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步 驟，所述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括在 第一焦點或第二焦點中的至少一個聚焦位置處的檢查對象的層析成像圖像；5、 使用第三圖像信息使第一圖像信息和第二圖像信息之間相對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成像圖像或三 維圖像。此處，可校正相關聯的上述第 一圖像信息和上述第二圖像信息之 間的相對於上述光軸方向的上述位置關係。此外，關於上述校正，可 適當地使用第一實施例中描述的校正方法以使其不與本實施例相悖。 因此，可校正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係。此外， 可通過動態聚焦來獲取高橫向解析度的圖像信息。此外，可在通過上述時域光學相干層析成像法獲得上述檢查對象 的一維或二維圖像的步驟中完成上述第一和第二圖像信息獲得步驟。 此外，可通過上述頻域光學相干層析成像法來獲取上述第三圖像信息。當然，也可通過使用上述SS-OCT來獲取上迷第三圖像信息。 (a )用SD - OCT圖像來校正TS - OCT圖像 下面，將描述使用涉及另 一個實施例的光學相干層析成像法的圖 像形成方法。此處，應用上述TS-OCT (橫向掃描OCT)和SD-OCT (頻 域OCT:頻域光學相干層析成像法)。可以下述步驟執行這些方 法。1、 第一圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法，相 對於光軸方向在第一聚焦位置處獲得檢查對象的C掃描圖像，所述 光軸方向是光被引導至檢查對象上的方向；2、 通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置 改變到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；3、 第二圖像信息獲得步驟，通過時域光學相干層析成像法，在第二聚焦位置處獲得檢查對象的第二圖像信息，即C掃描圖像；4、通過頻域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息的步驟，所 述第三圖像信息是檢查對象的層析成像圖像信息，並且包括在第 一焦 點或第二聚焦位置的至少一個焦點的位置處的檢查對象的層析成像圖像；5 、使用第三圖像信息使第 一 圖像信息和第二圖像信息之間相對 於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成像圖像或三 維圖像。此處，可校正相關聯的上述第一圖像信息和上述第二圖像信息之 間的相對於上述光軸方向的上述位置關係。此外，關於上述校正，可 適當地使用第一實施例中描述的校正方法以使其不與本實施例相悖。 因此，可校正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係。此外， 可通過動態聚焦來獲取高橫向解析度的圖像信息。儘管如此，根據本發明的校正不限於這些。此外，使用涉及該實施例的光學相干層析成像法的圖像形成方法 可使用下述單元。(a-l)移頻器的影響此處，如第一實施例中描述的，當使用頻域光學相干層析成像法 執行校正時，最好考慮下述點。當通過時域光學相干層析成像法獲得層析成像圖像時，可使用例 如AOM的移頻器。上述移頻器關於時間線性地偏移相位(頻率)。 在該實施例中，適合對被光分割單元(第一光分割單元)分割的參考 光和信號光的相應頻率給出差值。由此，當上述參考光和上述信號光 相干涉時，可產生拍頻(頻率差)。此處，檢測通過使不同的頻率相干涉而獲得的光被稱為外差檢測。為了獲得檢查對象的圖像信息，檢測被檢查對象反射的光的變 化。然而，除了上述反射的變化以外，在光通過的路徑上光的折射率 也發生變化。折射率改變的原因是例如設備的擺動、光路中空氣的溫度變化等。折射率的變化在上述拍頻中表現為光的波長的變化，並且 由上述檢查對象反射的光的變化表現為振幅的變化。由此，通過觀察 拍頻的振幅的變化，能夠以良好的準確度來獲取檢查對象的圖像信 息。此外，使用光分割單元來分割相干光，並且對一側的光進行相位 反轉。當在關於該相位反轉的光的檢測和檢測另 一側的光的光檢測的信息之間取差值時，可獲取從由光源產生的光獲得的DC分量被消除 的信息。由此，可增加S/N比率。順便提及，當通過頻域光學相干層析成像法獲得層析成像信息 時，分光鏡被用作該檢測單元。關於輸入到上述分光鏡中的上述拍 頻，儘管被分光鏡色散，各個色散的頻率也相對偏移，並且上述層析 成像信息變為包括噪聲的檢測。此處，通過上述移頻器的光的頻移的 時間間隔通常短於光被輸入到上述分光鏡中的時間。為了避免在通過頻域光學相干層析成像法進行上述檢測時產生問 題的上述移頻器的影響，可使用下述方法。 (a-2)參考信號和同步首先，存在一種執行與來自上述移頻器的驅動電路的參考信號同 步的方法。由此，在利用頻域光學相干層析成像法的檢測中，可將上 述移頻器控制為使得由頻域光學相干層析成像法的檢測單元獲得的信 號變得比由時域光學相干層析成像法的檢測單元獲得的信號更強。例如，可如下控制上述移頻器。即，當獲得上述第一或第二圖像信息時，進行控制以偏移上述參 考光或上述信號光的頻率。具體地講，打開上述移頻器的電源，並且 使其運行。然後，當獲得上述層析成像信息時，進行控制來防止上述參考光 或上述信號光的頻率偏移。具體地講，關閉上述移頻器的電源，並停 止操作。當然，本發明不限於使用上述移頻器。此外，即使使用上述移頻 器，本發明也不限於執行上述控制。33(a-3)透射和反射光的強度比率的調整。 此外，還存在一種使用光路轉換單元轉換光路的方法。 例如，可如下控制上述光路轉換單元。首先，當獲得上述第一或第二圖像信息時，進行控制以使得光可 以經過用於通過上述時域光學相干層析成像法獲得圖像的路徑。此 外，當獲得上述第三圖像信息時，進行控制以使得光可以經過用於通 過上述頻域光學相干層析成像法獲得圖像的路徑。此處，可將光學開關用於上述光學路徑轉換單元。光學開關可以 以高速度和低損耗來切換光路，並且用於光通信等。在光學開關的類 型中，存在機械地切換光路的光學開關，和使用熱光效應(通過溫度 改變折射率)切換光的有利效應的光學開關。儘管此時光纖可用作光 路，但本發明不限於此。此時，可使用上述移頻器如下進行控制。也就是說，當獲得上述 第一或第二圖像信息時，可進行控制來偏移上述參考光或上述信號光 的頻率。此外，當獲得上述第三圖像信息時，可進行控制來防止上述 參考光或上述信號光的頻率偏移。當然，本發明不限於使用上述移頻器。此外，即使使用了上述移 頻器，本發明也不限於執行上述控制。 (a-4)空間偏振調製器此外，還存在調整透射穿過光分割單元和在光分割單元上糹皮反射 的光強度的比率的方法。可通過使用用於轉換偏振的空間偏振調製器 來執行上述調整。通過控制上述空間偏振調製器並且以高速轉換偏 振，可調整光分割單元(第二光分割單元)的反射率(透射率)。此 處，上述第二光分割單元是用於將上述參考光和上述信號光的相干光 分成兩部分的單元。也就是說，所述第二光分割單元將上述相干光分 割為用於通過上述時域光學相干層析成像法獲得圖像的光和用於通過 上述頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光。然後，如下控制上述第 二光分割單元。例如，如下控制上述空間偏振調製器。即，當獲得上述第一或第二圖像信息時，進行控制以使得用於通過時域光學相干層析成像法獲 得圖像的光可以比用於通過上述頻域光學相干層析成像法獲得圖像的 光變得更強。此外，當獲得上述第三圖像信息時，進行控制以使得用 於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光可以比用於通過上迷時 域光學相干層析成像法獲得圖像的光變得更強。當然，儘管其也可以 與上述移頻器的控制相結合，但本發明不限於此。
此處，上述空間偏振調製器可由PEM(光彈性調製器)、EOM (電光調製器)等構成。
(a - 5 )光學相千層析成l象設備 將描述用於執行涉及該實施例的圖像形成方法的光學相干層析成 像設備。
首先，所述設備具有用於使光照射在檢查對象上的光源、用於將 來自上述光源的光分割為信號光和參考光的第 一光分割單元、以及用 於檢測參考光和信號光的相干光的檢測單元。
可產生其中央波長為840nm (短於受水的吸收影響較大的波段 並且長於可見光的波段)的光的光源適合用於上述光源。此外，在下 面的實施例中將詳細地描述上述第一光分割單元和上述檢測單元。
此外，可提供用於控制該實施例的控制單元。
此外，如上所述，可使用上述移頻器、上述第二光分割單元和空 間偏振調製器。
在第五實施例中詳細地描述上述結構。 (b )用SD - OCT圖像校正SD - OCT圖像
此外，將描述使用涉及另一個實施例的光學相干層析成像法的圖 像形成方法。此外，該實施例是通過向第二實施例應用上述動態聚焦 而獲得的。
1、第一圖像信息獲得步驟，通過傅立葉域光學相干層析成像法 相對於光軸方向在第一聚焦位置處獲得檢查對象的第一圖像信息(一 維、二維或三維圖像)，所述光軸方向是光被引導至檢查對象上的方
向；2、 通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置 改變到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
3、 第二圖像信息獲得步驟，通過傅立葉域光學相干層析成像 法，在第二焦點的位置處獲得檢查對象的第二圖像信息(一維、二維 或三維圖像)；
4、 使用由第一或第二圖像信息獲得步驟中的至少一個步驟獲得 的檢查對象的層析成像信息，使第 一 圖像信息和第二圖像信息之間相 對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成像圖像或 三維圖像的步驟。
此處，可校正相關聯的上述第一圖像信息和上述第二圖像信息之 間的相對於上述光軸方向的上述位置關係。此外，關於上述校正，可 使用第一實施例中描述的校正以使其不與本實施例相悖。因此，可校 正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係。此外，可通過動態 聚焦來獲取高橫向解析度的圖像信息。
此外，可通過上述頻域光學相干層析成像法來獲取上述第一和第 二圖像信息。當然，也可通過使用上述SS-OCT來獲取上述第一和 第二圖像信息。
用於執行涉及該實施例的圖像形成方法的光學相干層析成像設備 具有下述結構。即，所述設備包括用於使光照射在檢查對象上的光 源、用於將來自上述光源的光分割為信號光和參考光的光分割單元、 以及用於檢測參考光和信號光的相干光的檢測單元。
此外，在本實施例中的圖像形成方法中，除非上述第一和第二實 施例中描述的情況與本實施例相悖，否則其是適用的。 (c)在FD-OCT時使用無限制的聚焦位置的模式
此外，將描述使用涉及另一個實施例的光學相干層析成像法的圖 像形成方法。此外，該實施例是通過向第一實施例的(c)應用上述 動態聚焦而獲得的。
1、第一圖像信息獲得步驟，相對於光軸方向在第一聚焦位置處 獲得檢查對象的第一圖像信息(一維、二維或三維圖像)，所述光軸方向是光^f皮引導至檢查對象上的方向；
2、 通過動態聚焦，相對於光軸方向將聚焦位置從第一聚焦位置 改變到與第一焦點不同的第二焦點的位置的步驟；
3、 第二圖像信息獲得步驟，在第二焦點的位置處獲得檢查對象 的第二圖像信息(一維、二維或三維圖像)；
4、 通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得相對於檢查對象的光 軸方向的層析成像圖像信息的步驟；
5、 使用層析成像圖像信息使第 一 圖像信息和第二圖像信息之間 相對於光軸方向的位置關係相關聯，並形成檢查對象的層析成像圖像 或三維圖像的步驟。
此處，可校正相關聯的上述第一圖像信息和上述第二圖像信息之 間的相對於上述光軸方向的上述位置關係。此外，關於上述校正，可 使用第一實施例中描述的校正方法以使其不與本實施例相悖。因此， 可校正兩個圖像信息之間相對於深度方向的位置關係。此外，可通過 動態聚焦來獲取高橫向解析度的圖像信息。
儘管如此，根據本發明的校正不限於這些。
此外，在上述實施例中，通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得 層析成像圖像信息時的聚焦位置沒有特別限制。
此處，可相對於上述光軸方向，在與上述第一和第二焦點4501 和4503的位置不同的第三焦點4508的位置處獲得上述層析成像圖像 信息4505。此時，可獲得上述層析成像圖像信息4505，包括在第一 和第二焦點4501和4503的位置處的檢查對象的圖像信息。
下面將描述根據本發明的例子。
例子
(例子l:用於校正的TD-OCT圖像+ SD-OCT圖像) 將參照圖3來描述例子1。
首先，通過單模光纖102來光學引導從光源101發射的光，並且 從光纖邊緣發射的光被準直透鏡103轉換為平行光以便由分割光學系 統104分割為參考光和信號光。
37參考光在其光學頻率被移頻器105偏移了 Af之後被光延遲單元 106反射，並且通過反射鏡108被引導至合成光學系統116。此處， 光延遲單元106的位置由位置驅動單元107控制，從而光路可變為預 定長度。
在照射在光引導分割光學系統109上之後，信號光被引導至用於 作為檢查對象的眼睛114和底部檢查對象部位115的測試光學系統。 此處，測試光學系統是由光引導分割光學系統109、光束掃描光學系 統110、掃描透鏡111和用於眼睛的透鏡112形成的。此外，通過聚 焦位置驅動單元113將用於眼睛的透鏡112驅動到入射光的光軸方 向。此時，與光延遲單元的驅動同步地驅動聚焦位置驅動單元113。 此外，光束掃描光學系統IIO具有使信號光的主光傾斜，從而使其沿 兩個正交的方向形成與光軸的傾角的作用。由此，使經過掃描透鏡 111和用於眼睛的透鏡112的光通量在眼睛的瞳孔(虹膜)上進行角 度掃描。因此，由於眼睛的光學作用，其被構造為使得在底部檢查對 象部位115中的眼底上在與光軸方向(深度方向)垂直的平面(x-y 平面)的平面內進行掃描。在從底部檢查對象部位115反射的光或反 向散射光中，在照射在底部檢查對象部位115上時經過大致相同的光 路，並且前進至與入射光相反的方向的一部分光通過光引導分割光學 系統109^皮引導至合成光學系統116。
接著，參考光和信號光被合成光學系統116合成，並且具有相加 為複合振幅的合成振幅的相干光的一部分照射在聚光光學系統118 上。然後，所述光被光學耦合至單模光纖119，選擇與光纖的模一致 的分量在光纖內傳播，並照射在光電轉換檢測器120上。此外，所述 光被轉換為電信號並被發射至OCT處理設備121d。此處，與光纖的 模一致的分量是與來自底部檢查對象部位115上的點的發散光共軛的 共焦分量。
相加為參考光和信號光的相干光的複合振幅的合成振幅具有外差 幹涉的振幅，所述外差千涉具有由移頻器105產生的頻率差M作為 載波頻率。此處，外差千涉的波是振幅絕對值以頻率Af瞬時振動的瞬時振蕩變為相反的相
位。以該方式，可通過所謂的TD-OCT方法相對於檢測對象的深度 方向獲取各個聚焦位置處的C掃描圖像(當使深度方向為z軸方向 時，與其相交的xy平面內方向上的圖像)。
另一方面，由合成光學系統116產生的一部分相干光照射在分光 鏡衍射光柵125上。然後，所述光被波長分割成像透鏡126聚光，並 通過由行傳感器127對每個波長執行強度檢測來執行光譜幹涉信號檢 測。也就是說，通過SD-OCT方法相對於被檢測對象的深度方向獲 得包括在預定聚焦位置處的被檢測對象的層析成像圖像的圖像信息， 所述SD-OCT方法是傅立葉域光學相干層析成像法的一種。然後， 通過TD-OCT方法相對於多個C掃描圖像的深度方向使用SD-OCT 圖像來執行校正。稍後將描述校正方法。
此外，位置驅動單元107、光束掃描光學系統110、聚焦位置驅 動單元113、光電轉換檢測器120、和行傳感器127分別通過OCT 處理i殳備121a、 121b、 121c、 121d和121e的輸入和輸出來執行驅動 和檢觀'〗.
(例子2:光瞳分割(1)-不同的透射率)
將參照圖4來描述例子2。例子2是例子1的修改的例子，並且 結構中新添加了光瞳分割光學系統401。此外，也向該結構添加了聚 光光學系統402、單模光纖403和光電轉換檢測器404。
通過合成光學系統116合成參考光和信號光而獲得的相干光的一 部分照射在聚光光學系統118上，並且另一部分照射在聚光光學系統 402上。此處，從合成光學系統進入聚光光學系統118的光被光瞳分 割光學系統401分割，並照射在分光鏡衍射光柵405上。然後通過波 長分割成像透鏡406對其進行聚光，並由行傳感器407關於每個波長 進行強度檢測。通過光瞳分割光學系統401的分割可獲得與光束掃描 光學系統110中的分割同樣有利的效果。
此處，光束掃描光學系統110等同於主光相交的光瞳位置。通過 使用光瞳分割光學系統401以低NA檢測光譜幹涉可以深的焦深成批地獲得深度方向的圖像。
另一方面，入射在聚光光學系統402上的光被光學耦合至單模光 纖403，並且與光纖的模一致的分量被選擇，在光纖內傳播，照射在 光電轉換檢測器404上，被轉換為電信號並被發射至OCT處理設備 121f。此處，由設定的光學系統402、單模光纖403、光源等產生的 光學強度噪聲在光電轉換檢測器120和光電轉換檢測器404兩者中變 為同相。由於該原因，可通過執行差分檢測來實現噪聲減小。
下面，將使用圖5A至5D中的示意圖來描述光瞳分割光學系統 401。圖5A示出了該例子的光瞳分割方法，並且由透明部分501和 半透明半反射部分502構成。關於該例子中使用的光瞳分割光學系統 401，如圖5B所示，在玻璃基片上以預定有效直徑規定透明部分 504，並且其外周為保持單元503。中央部分是由半透明半反射膜505 構成的，所述半透明半反射膜505是由在玻璃基片上氣相沉積鉻而形 成的。半透明半反射膜505的透射率和反射率是大致相同的比率，並 且在約10%的吸收減少之後由約45%的透射和45°/。的反射形成。當 然，透射率和反射率不限於這些值。
此外，可如圖5C所示形成光瞳分割方法。其是由透明部分507 和半透明半反射部分506構成的，並且透明部分507械z沒置為四極形 狀。具體地講，如圖5D所示，光瞳分割光學系統401是由設置成四 極形狀的透明部分510、和半透明半反射膜509構成的，並且半透明 半反射膜509的周邊成為保持單元508。希望將半透明半反射膜的透 射率設定得高於其反射率，因為在該光瞳分割方法中透明部分的面積 較小。例如，儘管希望設定為80%，但不限於此。
下面，將參照圖8描述執行本例子的光學幹涉檢測系統的信號處 理、控制和成像的OCT處理單元121。圖8示意性地示例了 OCT處 理單元121的功能框圖。
首先，由包括放大器801的電路對來自光電轉換檢測器120和 124的電信號進行差分放大，並使其經過具有其中央頻率為載波頻率 M的帶通濾波器和檢測電路的濾波器/檢測器802。之後，在由數字採樣部件803執行了模擬到數字轉換之後，將其發送至中央處理單元 804。在中央處理單元804中執行下述比較處理。
將按時序發送的檢測之後的數字光幹涉信號與下述信號相比較。
具體地講，將其與來自XY掃描儀驅動器806的掃描儀位置信號 /同步信號、來自光延遲驅動器807的延遲位置信號/同步信號、來自 聚焦驅動器808的焦點位置信號相比較。
由此，使光幹涉信號和底部檢查對象部位上的位置相關聯。然 後，為每個預定像素分配光幹涉信號，並執行成像。該圖像是所謂的 TS-OCT圖像。另一方面，通過行圖像獲取單元809併入來自行傳 感器407的光鐠幹涉信號，通過FFT (快速傅立葉轉換)處理單元 將波長軸轉換為層析成像方向位置的軸，並形成等同於一行所謂A 掃描的層析成像圖像數據。該圖像是所謂的SD-OCT圖像。
此處，參照圖7A至7D，將描述該例子中的TD-OCT圖像和 SD-OCT圖4象之間的不同。
附圖標記700表示相對於檢查對象的深度方向的層析成像圖像。 在圖7A中，儘管TD-OCT圖像701和703具有高橫向解析度，並 獲得深度方向上的一個像素的大小，但SD-OCT圖像702和704具 有低橫向解析度，並且沿深度方向一次獲得一個掃描行的圖像。
將參照圖6A和6B描述橫向解析度的高度。圖6A和圖6B是分 別對應於SD — OCT和TD - OCT的光學示意圖。
首先，描述圖6A。聚光光學系統可在從601至603的範圍609 內移動。此外，當聚光光學系統位於603時，透射經過聚光光學系統 603的其主光為604的光通量605照射在底部檢查對象部位602上。 此時，附圖標記607是第一焦點。此外，當聚光光學系統位於601 時，透射經過聚光光學系統601的其主光為604的光通量606照射在 底部檢查對象部位602上。此時，附圖標記608是第二焦點。通過實 施如上所述的結構，可以以低;鏡向解析度和象第一和第二焦點607和 608那樣的深的焦深610形成具有低NA的光通量605和606。
下面，將描述圖6B。聚光光學系統可在從611到613的範圍619內移動。此外，當聚光光學系統位於613時，透射經過聚光光學 系統613的其主光為614的光通量615照射在底部檢查對象部位612 上。此時，附圖標記617是第一焦點。此外，當聚光光學系統位於 611時，透射經過聚光光學系統611的其主光為614的光通量616照 射在底部檢查對象部位612上。此時，附圖標記618是第二焦點。此 處，具有高NA的光通量615和616中的每一個以高橫向解析度和象 第一和第二焦點617和618那樣的淺焦深照射在該部位上。然而，因 為聚光光學系統是根據觀察部位的深度被驅動的，所以可實現深的焦 深620。
以該方式，在該例子中，可同時地獲得兩種不同的OCT圖像。 圖8中的中央處理單元804的作用進一步使得TS-OCT圖像和SD -OCT圖像相對應，並通過比較底部檢查對象部位的不同點的圖像 來重新合成對準的圖像。
圖7B、 7C和7D示意性地示例了該對準的概念。它們分別是在 一定深度橫向掃描時在多個點處的層析成像圖像700的排列好的圖 像。TD-OCT圖像705、 707和709分別對應於SD - OCT圖像 706、 708和710。儘管TS-OCT圖像705和707本身不具有關於深 度方向的信息，但存在分別對應於它們的SD-OCT圖像706和 708，並且它們在圖7B和圖7C中具有關於深度方向的信息。由於該 原因，通過比較SD-OCT圖像並執行相關性分析，可校正圖7B的 時間和圖7C的時間之間的一定深度方向上的位置偏移。相似地，圖 7C和圖7D的校正也是可以的。此處，儘管層間間隔在圖7B和圖 7C之間分散，而層間間隔在圖7C和圖7D之間較窄，但通過SD-OCT 圖像(例如， 708和710)的比較，其被校正為原始的規則的間 隔。
然後，以高橫向解析度，在關於TS-OCT圖像的層析成像方向 上也沒有位置偏移的情況下執行三維圖像的重建或層析成像圖像的重 建。在圖像顯示單元805上顯示重建圖像。
由此，提供了建立具有高橫向解析度的TS-OCT圖像而不包括
42由層析成像方向位置偏移引起的圖像劣化，並顯示該TS-OCT圖像 的OCT光幹涉測量設備。
此外，儘管在該例子中，中央處理單元804自動地執行SD-OCT 圖像之間的比較，也可以在圖像顯示單元805上顯示所述比較 並且手動地執行比較。此外，在該例子中，為了減小中央處理單元 804的存儲器存儲的數據量，採取下述方法。即，由於在進行了圖 7B和圖7C之間的層間間隔校正之後消除了圖7B的SD-OCT圖像 數據，使用順序地執行通過SD-OCT圖像的位置校正，並消除變得 不必要的SD-OCT數據的方法。當然，也可以通過使存儲器為大容 量來保存所有SD — OCT圖像數據。 (對準(alignment)的例子)
將參照圖9A至9C描述該例子中SD-OCT圖像之間的具體對 準的方法。當然，本發明的對準不限於該方法。
首先，將參照圖9A至9C描述在按照x掃描和z掃描的順序執 行掃描並獲得二維x-z層析成像圖像的情況下校正具有不同z位置 的行圖像之間的位置偏移的方法。
圖9A表示三維圖像空間，並且附圖標記902是檢查對象卯1的 二維層析成像圖像。此外，圖9B示出了作為二維層析成像圖像902 中要對準的對象的第一行圖像903和第二行圖像904。在這些行圖像 中指定對應於相同x位置的用於對準的第一對準點905和第二對準點 906。設第一對準點卯5的像素坐標為(0, L)，設第二對準點906 的像素坐標為(0, L+l)，並且在獲得行圖像時的掃描開始點被選 擇為對準點。此處，設x方向上的全部掃描像素計數為Nx,並且設 像素坐標為(x像素數，z像素數)。
此外，如何選擇掃描行的對準點的位置也可以採取其它方式。例 如，如圖9C所示，也可選擇幾乎在第三行圖像的中心的第三對準點 915作為(Nx/2， L)，並且也可選擇幾乎在第四行圖像的中心的第 四對準點916作為(Nx/2， L+l)。
當在獲得行圖像時，在掃描開始位置和結束位置執行對準時，存在掃描速度慢，圖像獲取時間變長，並且圖像的SN比率變高的優 點。另一方面，當在行圖像的中央執行對準時，在圖像的中央執行對 準，因而，存在通過在經常被關注的圖像中央部分聚焦，使位置的準 確度變高的優點。
將參照圖10A和10B描述用於對準的SD-OCT圖像的像素的 概況。圖IOA表示透射經過聚光光學系統1001的光通量照射在底部 檢查對象部位1004上，並且通過相同的光路而被匯聚的方面。由於 具有低NA的光通量，該例子中的SD-OCT是鬆散的，並且DOF 淨皮較寬地成l象。該方面在圖10A和10B中由附圖標記1002和1003 表示。此外，圖10B中示意性地示出了用於對準的TS-OCT像素 1005和SD - OCT像素1006。
圖11A中示出了成為對象的圖像拾取目標的例子。圖11B中的 附圖標記1102示出了圖10B中的SD-OCTl象素1006重疊在圖像拾 取目標1101上。然後，將每個像素中獲得的信號強度視覺化的示意 圖是SD-OCT圖像1103。此處，儘管使得圖像拾取目標在橫向方 向(x方向)上大致均勻，但其可以不是在橫向方向(x方向)上大 致均勻的圖像拾取目標。例如，如圖11C所示，設其是具有在橫向 方向(x方向)上傾斜的元素的圖像拾取目標1104。此處，圖11D 中的附圖標記1105示出了圖10B中的SD - OCTM象素1006重疊在圖 像拾取目標1104上。然後，將每個像素中獲得的信號強度視覺化的 示意圖是SD-OCT圖寸象1106。
下面，將參照圖12A至12C描述位置偏移的對準和檢測方法。 圖12A中的附圖標記1201是包括第一行圖像的對準點的SD-OCT 圖像。此處，G(J， L)表示圖像數據，J是示出了x方向上的像素 數的索引，而L是示出了 z方向上的像素數的索引。設作為TS-OCT像素的位置的SD-OCT圖像中央為L = Ln，並且獲得向上和 向下的各自L個像素。
在圖12B中，設在第一行圖像的對準點處獲得的SD-OCT圖像 1202的像素坐標為Gl (J， L)。此時，由於在第二行圖像的對準點處獲得的SD - OCT圖像1203的像素坐標對於SD - OCT圖像1202 的z坐標沿z方向偏移l個像素，所以它們變為G2(J, L-l)。
當沒有位置偏移時，Gl (J， L)和G2 (J， L-1)具有相同的 值，但當存在位置偏移時其變為不同的值。圖12C示出了其中存在 位置偏移的情況。設位置偏移1206的像素計數為M。為了評估該位 置偏移的值，在該例子中使用相關函數。關於位置偏移像素計數M 的值，通過使M為Gl (J， L)和G2 (J， L-1-M)的相關函數 中的參數並使其最大化來求取最佳位置偏移值。相關函數由使用Gl (J， L)和G2(J， L-1-M)和各個平均值的下述^>式給出。
^ C7'C72 (工)
此處，ol和o2分別為Gl和G2的標準偏差。此外，可從各種 最優化方法中恰當地選擇最大化的方法，可使用例如百分之百檢查和 線性最優化等。
此外，除相關函數以外還可使用評價函數。評價函數由下述公式 給出。
拓{ G仏厶)-Z 一卜M)}2
^ (I工)
此外，當有必要提高對準的準確度時，也可通過使具有半像素或 四分之一像素的偏移量為參數來計算相關函數、評價函數等。
下面，將參照圖13A至13D來描述C掃描圖像的對準的例子。 此處，將描述當在通過x掃描和y掃描獲得二維x-y圖像，也就是 所謂的C掃描圖像之後沿z方向執行節距進給時，校正其z位置不 同的C掃描圖像的位置偏移，並且獲得三維xy-z圖像1301的方 法。圖13A示出了三維圖像空間，並且附圖標記1302和1303分別 表示檢查對象1301中的C掃描圖像。
圖13B示出了第一 C掃描圖像1302或第二 C掃描圖像1303。 此外，附圖標記1304示出了用於對準的對準點。設第一C掃描圖像 1302中的第一對準點為(Nx/2， Ny/2， L)，設第二 C掃描圖像1303中的第二對準點為(Nx/2， Ny/2， L+l)，並將C掃描中央點 選擇為對準點。此處，設x方向上的全部掃描像素計數為Nx，設y 方向上的全掃描像素計數為Ny，並且設C掃描圖像中的對準點的像 素坐標為(x像素數，y像素數，z像素數)。
執行使用SD-OCT圖像的與掃描行(在上述二維層析成像圖像 方面不同)的對準的例子相同的檢測方法和操作，在SD-OCT圖像 中，各個對準點的深度方向圖像信息也是在以該方式指定的對準點處 獲得的。由此，也執4亍包括z方向上的節距移動的兩個C掃描圖《象 的z方向對準。
此外，如何在C掃描圖像中選擇對準點也可以採取其它方式。 例如，如圖13C所示，在對^f吏用包括x-y掃描開始位置和x-y掃 描結束位置的三個點獲得的位置偏移取平均值之後，校正整個C掃 描的方法也是可以的。此外，如圖13D所示，進一步增加至五個點 也是可以的。此外，不通過對多個對準點的位置偏移量取平均值，而 是通過使用用於相應的對準點的附近的校正的各個位置偏移，不僅可 執行如C掃描圖像的平移，還可執行對其表面的偏斜的校正。
在上述內容中，確定了預定對準點，並且使用深度方向的SD-OCT 圖像，即，沿z方向的一維圖像執行對準。然而，例如，如圖 14A至14B所示，也可以將由在所有點處獲得的SD-OCT圖像形成 的圖14B中的二維圖^f象1404與圖14C中的二維圖4象1414的二維圖 像相比較而不確定特定對準點。由此，可檢測位置偏移。例如，考慮 到在相同深度位置的兩個圖像中的特徵位置(1405和1415)，校正 兩個圖像之間的深度關係。此處，圖14A表示三維圖像空間，而附 圖標記1402表示檢查對象1401中的深度方向的二維圖像。在這樣的 情況下，例如，可使二維圖像的相關函數為評價函數，並且可使其最 大化，並且在該情況下，除了全平移偏移，還可包括例如擴展和收縮 的各種參數作為參數。此外，可使用非線性優化技術和其它優化技術 來優化多個參數。
此外，在二維圖像中提取特徵點和特徵結構1405和1415，並且在此基礎上執行對準的方法也是廣泛已知的，並且自然地可以使用這
些方法。可適當地使用ICP (迭代最近點)算法等。
相似地，關於c掃描圖像的位置偏移校正，因為為每個c掃描
圖像獲得一個三維SD-OCT圖像，所以利用三維SD-OCT圖像的 比較，位置偏移也是可檢測的。
此外，根據上述二維圖像或三維圖像的比較，因為不僅可獲得關 於深度方向(z方向)上的位置偏移或延長和收縮的信息，還可獲得 關於橫向方向(x方向)的信息，所以即使校正橫向圖像偏移也沒有 關係。
在由用於深度方向的硬體跟蹤系統執行了粗略位置校正反饋之 後，其它對準方法可以按本發明的像素級別的準確度來執行對準。關 於位置校正反饋，希望對其進行控制，以使其當獲得關於深度方向的 信息時停止。在該情況下，當計算相關函數時，在結束時執行幀輸出 (frame-out)，並且成為計算對象以外的像素的計數減小，從而可 執行更有效和高度準確的對準。
(例子3:光瞳分割(2)-不同的透射率)
將參照圖15至16D來描述例子3。此處，該例子是例子2的修 改的例子。在圖15中，示出了圖4中的光瞳分割光學系統401被改 變為光瞳分割光學系統1501的結構。該例子中的其它結構與例子2 中的結構相同。
此處，利用圖16至16D中的示意圖來描述光瞳分割光學系統 1501。圖16A示出了該例子的光瞳分割方法，並且由透明部分1601 和反射部分1602構成。具體地講，如圖16B所示，在玻璃基片上形 成空腔，並且形成透明部分1604。為了在中央部分支持反射膜 1605，從周邊形成三個梁1606。中央部分的表面由反射膜形成，所 述反射膜是通過在玻璃基片上氣相沉積鉻而形成的，並且在減去10 %的吸收之後，反射膜1605的反射率被形成為約90%。通過上述光 瞳分割方法和結構，該例子避免了在對應於TS-OCT單元的光瞳部 分中的不希望的反射或吸收的影響，並且具有高透射率的結構。另一
47方面，通過在對應於SD-OCT單元的光瞳部分中實施高反射率的結 構，分別增強了信噪比。此處，梁的數量不限於三個。
此外，如圖16C所示，也可使光瞳分割的方法為四極形式等。 在該情況下，其成為透明部分1608和反射部分1607。具體地講，如 圖16D所示，其具有空腔1611和反射膜部分1610的結構，從而可 執行不使用梁的結構。此外，附圖標記1619表示保持單元。
此外，作為其它光瞳分割方法，還存在將光瞳分割光學系統變為 簡單分束器的方法。在不有意區分透射率與反射率的比率的情況下形 成分束器的整個表面。因此，入射到SD-OCT檢測系統，也就是 說，分光鏡衍射光柵405、波長分割成像透鏡406和行傳感器407上 的光通量具有與入射到TS-OCT檢測系統上的光通量相似的高 NA。
因此，關於用於位置校正的SD-OCT圖像，僅深度方向中央部 分具有高橫向解析度，而深度方向周邊部分具有低橫向解析度。因 此，該SD-OCT圖像具有許多橫向構成部分，並且可以對以具有小 傾斜的結構形成的圖像拾取目標進行有效的位置校正。因此，可在保 持TS-OCT的光瞳中的分布均勻的同時應用位置校正。此外，也可 將分割光學系統製造為簡單的分束器。 (例子4:光瞳分割(3)—偏振)
將參照圖17至18D描述例子4。此處，該例子是例子2的修改 例子，並且使用光的偏振特性來執行光瞳分割。
首先，將描述圖17。由單模光纖102光學引導從光源101發射 的光，並且從光纖邊緣發射的光被準直透鏡103轉換為平行光並在空 間中傳播。通過偏振指定光學系統1701變為線性偏振光的光通量通 過半波片1702而成為45度偏振(也就是說，p偏振光和s偏振光進 行半波的相位相加的偏振狀態)，並照射在分割光學系統104上。此 處，該例子中的分割光學系統是由偏振分束器構成的。由於該原因， p偏振光的參考光透射，s偏振光的信號光被反射並被分割。
儘管參考光的光學頻率被移頻器偏移了 Af，並且接著被光延遲單元106反射，但光延遲單元的位置被位置驅動單元107控制為使得 光路可以變為預定長度。接著，參考光通過反射鏡108被引導至合成 光學系統116。
另一方面，在照射在光引導分割光學系統109上之後，信號光通 過分割光學系統104被引導至用於作為檢查對象的眼睛114和底部檢 查對象部位115的測試光學系統。此處，測試光學系統是由光引導分 割光學系統109、光束掃描光學系統110、掃描透鏡111和用於眼睛 的透鏡112形成的。此外，光束掃描光學系統IIO具有使信號光通量 的主光傾斜，從而使其在兩個正交方向上形成與光軸的傾斜角的作 用。由此，經過掃描透鏡111和用於眼睛的透鏡112的光通量在眼睛 的瞳孔(虹膜)上進行角度掃描。因此，由於眼睛的光學作用，其被 構造為使得底部檢查對象部位115可以在眼底上在與光軸方向垂直的 平面(x-y平面)的平面內進行掃描。此處，該例子中的光引導分 割光學系統109是由偏振分束器構成的。由於該原因，作為s偏振光 的信號光被反射至檢查對象。此外，在該例子中，在光引導分割光學 系統109和光束掃描光學系統110之間放置四分之一波片1703，並 且相位前進軸和相位滯後軸相對於光軸的方位被適當地調整為使得入 射的s偏振光可在檢查對象側變為圓偏振光。在來自底部檢查對象部 位115的反射光或反向散射光中，在照射在底部檢查對象部位115上 時經過大致相同的光路並向與入射光相反的方向前進的光此時^C四分 之一波片1703再次從圓偏振光轉換為p偏振光。然後，所述光透射 經過光引導分割光學系統109的偏振分束器，並被引導至合成光學系 統116。
接著，由合成光學系統116合成參考光和信號光，並且具有相加 為複合振幅的合成振幅的相干光的一部分照射在聚光光學系統118 上。然後，其偏振被局部區域偏振調整片1705局部調整並透射經過 作為光通量分割光學系統的偏振分束器1706的光通量被引導至包括 在非光i昝幹涉信號檢測系統中的聚光光學系統118、單模光纖119和 光電轉換檢測器120。此外，反射光通量照射在包括在光譜幹涉信號檢測系統中的分光鏡衍射光柵405上，被波長分割成像透鏡406聚 光，並且通過行傳感器407對每個波長進行強度檢測。
另一方面，通過合成光學系統116的一部分相干光照射在聚光光 學系統402上，並通過單模光纖403和光電轉換檢測器404對非光鐠 幹涉信號進行差分檢測，並去除共模噪聲分量，然後進行TS-OCT 成像。此外，執行對光譜幹涉信號的SD-OCT成像，並且獲得恰當 地進行了位置校正和重建的具有高橫向解析度的OCT圖像。
此處，將參照圖18A至18D來描述局部區域偏振調整片1705的 結構。圖18A是局部區域偏振調整片1705的示意圖，其中偏振不可 調整部分1801和半波片作用部分1802 Jf皮形成為同心圓。如圖18B 所示，該例子中的局部區域偏振調整片1705是通過對以有效直徑設 定在玻璃基片上的透射區域1804和在其中央由圓形晶體片形成的半 波片1805與玻璃基片執行表面結合而製成的。相位前進軸的方位被 設定為45度，並且其具有將線性偏振光的偏振平面旋轉90度的作 用。
此外，如圖18C所示，偏振不可調整部分1807也可被形成為四 極形狀。此時，附圖標記1806表示半波片作用部分。具體地講，如 圖18D所示，其可由保持單元1808、半波片作用部分1809和偏振不 可調整部分1807形成。
此外，儘管在該例子中使用半波片使偏振的旋轉角為90度，但 可以使用非半波片，並且旋轉角度可以是除90度以外的角度；並且 在該情況下，可適當地調整作為光通量分割光學系統的偏振分束器 1706中的透射率與反射率的比率。 (例子5:分時)
將參照圖19描述本發明的第五例子。此處，該例子是第四例子 的修改例子，並且是以高速分時執行光瞳分割的例子。在圖19中， 示出了圖17中的局部區域偏振調整片1705被改變為空間偏振調製器 l卯l的結構。此外，空間偏振調製器1901被連接至調製器驅動器 1902，並且被進一步連接至OCT處理i殳備121g。該例子中的其它結構與第四例子中的結構相同。
此處，在預定的局部區域中，空間偏振調製器1901的作用是產 生偏振轉換(即半波片的作用)，並根據時間以高速切換該偏振變 化，從而對經過光瞳的光通量執行區域分割。空間偏振調製器1901 是由例如PEM (光彈性調製器)和EOM (電光調製器)的元件構成 的，並且進一步，例如四分之一波片的光學元件可以被放置在一起並 使用。PEM和EOM是通過向晶體施加電壓或外力來調製光的相位 等以使其透射的器件，並且可以以非常高的速度執行光學調製。當操 作空間偏振調製器1901時， 一部分透射光的偏振狀態改變，並且偏 振分束器1706的反射率改變。例如，可通過操作空間偏振調製器 l卯l對s偏振光進行局部區域的偏振，並使其從偏振分束器1706反 射至分光鏡衍射光柵405來獲得SD-OCT圖像。當停止空間偏振調 制器1901的操作時，大部分的光通量可透射經過偏振分束器1706， 並且可獲得高度靈敏的TS - OCT圖像。
此處，OCT處理設備121g根據有意控制的處理模式來控制調製 器驅動器1902，並切換空間偏振調製器1901。在該例子中，所述設 備大約每微秒交替地切換偏振轉換的出現。圖42A至42F示出了此 時的時序圖
圖42A: OCT處理設備121內部地控制TS - OCT獲得模式和 SD - OCT獲得模式；圖42B: OCT處理設備121在SD - OCT獲得 模式下，通過調製器驅動器1902來使空間偏振調製器1901作用；圖 42D:此處，在TS-OCT模式時，通過光電轉換檢測器120來獲得 TS-OCT的信號；圖42E:在SD - OCT模式時由行傳感器407來 獲得SD-OCT的信號。
由此，在圖42F中，通過產生TS-OCT信息的非光i瞽幹涉信號 檢測和產生SD-OCT的光i脊幹涉信號檢測，交替地獲得作為像素數 據的TS - OCT和SD - OCT的數據。在該例子中，完成測量一個像 素的TS-OCT和SD-OCT數據的時間為2微秒。
由此，可分時執行光瞳的光通量分割，並且在TS-OCT中也可
51在不損失來自所有光瞳的局部區域中的光通量的情況下獲得OCT圖 像。此外，通過可被視為要大致同時獲得的SD-OCT圖像，可執行 4立置校正。
此外，儘管在該例子中使用空間偏振調製器1901和偏振分束器 1706來執行光分割，也可通過使用採用MEMS (微:機電系統)技術 等的光學切換元件執行高速光控制而不使用空間偏振調製器1901或 偏振分束器1706。
此外，如到現在為止所描述的，在圖19所示的TD-OCT的許 多情況下使用移頻器。這是為了執行通過使用移頻器在參考光和信號 光之間給出頻率差Af而使頻率差Af成為載波頻率的外差檢測。在 TD-OCT測量時的幹涉信號被測量為頻率Af的振幅絕對值的時序 變化，並且可排除具有其它頻率的噪聲信號的影響。另一方面，在 SD-OCT中，通過由分光鏡衍射光柵405色散由偏振分束器1706 合成的光來檢測光強度，並對該光鐠幹涉條紋執行傅立葉轉換，獲得 有關深度方向的信息。由於該原因，有必要在SD-OCT中檢測所有 波長的光，並且不執行限制波長或頻率的檢測。因此，在SD-OCT 中不一定必須由移頻器105在參考光和信號光之間給出頻率差M， 並且進一步，通過停止移頻器105，可排除不必要的信號的混合，並 且可採取更準確的SD-OCT信號。因此，更加需要通過執行與偏振 轉換大致的同步化來開始和停止移頻器105的結構。在該情況下，如 圖42C所示，根據OCT處理設備121內部的操作模式來控制移頻器 105，在TS-OCT獲得模式時變為打開，並在SD-OCT獲得模式 下變為關閉。
(例子6:光通量限制單元)
將參照圖20來描述本發明的例子6。此處，該例子是例子4的 修改例子，並且將光通量限制單元新添加至該結構。
在圖20中，將光通量限制單元2001作為光闌設置在到達用於光 譜幹涉信號檢測的分光鏡衍射光柵125、波長分割成像透鏡126和行 傳感器127的光路中。光通量限制單元2001的作用是僅選擇性地透
52射光通量的中央部分，並阻擋剩餘部分，從而可獲得深的焦深。由
此，由OCT處理單元121e通過光鐠幹涉信號檢測檢測的SD- OCT 圖像變為具有深的焦深的圖像。由於該原因，可增加深度方向上的位 置校正的準確度。 (例子7)
將參照圖21A至21C和22A、 22B來描述該例子。此處，該例 子是可應用於本發明的其它例子的例子。
圖21A至21C是示意性地示出了來自聚光透鏡2101的光纖 2102的光學空間模的圖。在本發明的其它例子中，入射在聚光透鏡 上的光通量針對中央部分被分割，並且其光量減小。也就是說，環境 光通量的光量增加。在通過透鏡對這樣的光通量聚光時在光纖入射端 處的光強度分布為具有多個大的副峰值的分布2105，儘管主峰值的 寬度與原始基模2104相比較窄。然後，使光纖的模場直徑2103適合 於分布2105的主峰值。由此，光纖傳播模分布2106和分布2107的 主峰值重疊，並且具有高空間解析度的分量的光通量被更有效地《j導 至檢測器。
圖22A和22B是示出了模轉換光學系統2205的例子的示意圖， 所述模轉換光學系統2205用於更有效地將具有這種高空間解析度的 分量引導至檢測器。具有分布2202的光通量被角錐稜鏡2203轉換為 更近似於高斯分布的基模的光通量，並被轉換為其中近似的高斯分布 2207被聚光透鏡2204聚光的光;f莫，並且之後照射在光纖2102上。 代替角錐稜鏡2203和聚光透鏡2204，形成規則間隔的同心圓形衍射 光柵2209和不規則間隔的同心圓形衍射光柵2210，所述光柵2209 和2210通過 光刻被蝕刻在石英基片2208的兩面上，並且可使其具有 相同的光模轉換操作。如上所述，有效率地檢測具有高解析度的分 量，並形成TS-OCT圖像。
此外，當希望通過對其執行了光瞳分割調整的光通量構造高分辨 率光模時，可將光瞳分割光學系統恰當地放置在合成光學系統和聚光 透鏡之間，並且可調整光模。 53(例子8:光纖)
參照圖23描述本發明的例子8。此處，該例子是例子1的修改 例子，並且使用光纖。
由單模光纖2302光學引導從光源2301發射的光，並由用於光纖 的分割光學系統2351將其分割為參考光和信號光。
關於參考光，其光學頻率被移頻器2305偏移Af。接著，在通過 光學循環器2352之後，所述光通過準直器2353變為大致平行的光， 並且被光延遲單元2306反射。此處，由位置驅動單元2307控制光延 遲單元的位置，使得光路可變為預定長度。接著，參考光通過準直器 2353返回光纖，並通過光學循環器2352和用於光纖的分割光學系統 2354被分別發送至用於光纖的合成光學系統2355和2356。信號光通 過分割光學系統2351經過光學循環器2357,照射在準直器2358 上，並且變為平行光。在此之後，所述光通過半波片2359被轉換為 p偏振光，透射經過偏振分束器2360，並經過局部區域四分之一波片 2361。在經過相關路徑之後，所述光通過光束掃描光學系統2310、 掃描透鏡2311和用於眼睛的透鏡2312去往和來自為作為檢查對象的 眼睛2314和底部檢查對象部位2315形成的測試光學系統。此處，光 束掃描光學系統2310具有使信號光通量的主光傾斜，以使其在兩個 正交的方向上形成與光軸的傾斜角的作用。由此，經過掃描透鏡 2311和用於眼睛的2312的光通量在眼睛的瞳孔(虹膜)上進行角度 掃描。因此，由於眼睛的光學作用，其被形成為使得底部檢查對象部 位2315可以在眼底上在與光軸垂直的平面(x-y平面)的平面內進 行掃描。
在從底部檢查對象部位2315反射的光或反向散射光中，在入射 在底部檢查對象部位2315上時經過大致相同的光路，並且前進至與 入射光相反的方向的光^皮局部區域四分之一波片2361偏振。具體地 講，通過波片的向前和向後的光學作用，僅作為預定部分的中央部分 被轉換為從入射時的狀態旋轉了 90度的偏振光。由此，在偏振分束 器中，光通量的中央部分被反射，並且光通量的周邊部分透射並返回原始光路。
光通量的透射的周邊部分被準直器2358聚光，返回光纖，並通 過光學循環器2357 ^皮發送至合成光學系統2355。另一方面，被反射 的光通量的中央部分被聚光透鏡2362聚光，照射在光纖上，並被發 送至合成光學系統2356。各個光通量通過合成光學系統2355和2356 與參考光多路復用，並且由光電轉換檢測器2320檢測非光鐠幹涉信 號。另一方面，由分光鏡衍射光柵2325、波長分割成像透鏡2326和 行傳感器2327來檢測光譜幹涉信號。它們被發送至OCT處理單元 2321，被分別視覺化為TS-OCT圖像和SD-OCT圖像，並被恰當 地處理。
位置驅動單元2307、光束掃描光學系統2310、聚焦位置驅動單 元2313、光電轉換檢測器2320和行傳感器2327通過下述設備的輸 入和輸出執行驅動。也就是說，通過OCT處理設備2321a、 2321b、 2321c、 2321d和2321e的輸入和輸出來執4亍驅動和檢測。 (例子9:通過SD的SD校正(1) 一一個設備)
將參照圖24來描述本發明的例子9。此處，該例子指定實施例 2，並使用具有高NA的成像系統來執行SD-OCT的圖像拾取和 DF。以高NA獲得的SD-OCT圖像被分割為具有高橫向解析度的 中央像素、和用於沿深度方向以低橫向解析度對準的周邊像素，並執 行用於對準的校正。
首先，由單模光纖102光學引導從光源101發射的光，並且從光 纖邊緣發射的光被準直透鏡103轉換為平行光，以便被分割光學系統 104分割為參考光和信號光。
參考光被光延遲單元106反射，並接著被反射鏡108引導至合成 光學系統116。
在照射在光引導分割光學系統109上之後，信號光被引導至用於 作為檢查對象的眼睛114和底部檢查對象部位115的測試光學系統。 此處，測試光學系統是由光引導分割光學系統109、光束掃描光學系 統110、掃描透鏡111和用於眼睛的透鏡112形成的。由聚焦位置驅
55動單元113向入射光的光軸方向驅動用於眼睛的透鏡112。此外，光 束掃描光學系統110具有使信號光通量的主光傾斜，從而使其沿兩個 正交的方向形成與光軸傾斜角的作用。由此，使通過掃描透鏡lll和 用於眼睛的透鏡112的光通量在眼睛的瞳孔(虹膜)上進行角度掃 描。因此，由於眼睛的光學作用，其被構成為使得在底部檢查對象部 位115中的眼底上在與光軸方向(深度方向)垂直的平面(x-y平 面)的平面內掃描。在從底部檢查對象部位115反射的光或反向散射 光中，在入射在底部檢查對象部位115上時經過大致相同的光路，並 且前進至與入射光相反的方向的一部分光通過光引導分割光學系統 109^f皮引導至合成光學系統116。
接著，參考光和信號光被合成光學系統116合成，並且具有相加 為複合振幅的合成振幅的相干光入射在分光鏡衍射光柵2401上。然 後，所述光被波長分割成像透鏡2402聚光，由行傳感器2403對每個 波長進行強度檢測，並將其發送至OCT處理單元121h以獲得SD-OCT圖像。
僅使用可通過由用於眼睛的透鏡112和聚焦位置驅動單元113構 成的聚焦機制獲得的具有高橫向解析度的像素作為最終的圖像分量。 此外，除了這些像素以外，同時獲得的像素被用於對準。
下面，將描述該例子的對準。關於與該對準中使用的對準點和對 準圖像的關係，可使用第二例子的對準的例子中描述的圖9至13D。
圖25A和25B中示出了在對準點中獲得的用於對準的SD-OCT 像素的概況。圖25A示出了透射經過聚光光學系統2501的光通量照 射在底部檢查對象部位2502之上，並且通過相同的光路而被聚光的 方面。由於具有高NA的光通量，該例子中的SD-OCT是尖銳的， 並且DOF較窄地成像。此外，圖25B中示意性地示出了作為對準點 的SD - OCT像素2503和用於對準的其上和其下的SD - OCT像素 2504和2506。
圖26A中示出了成為對象的圖像拾取目標的例子。圖26B中的 附圖標記2602示出了圖25B中的SD-OCT像素2503、 2504和2505重疊在圖像拾取目標2601上。於是，將每個像素中獲得的信號 強度視覺化的示意圖是SD-OCT圖像2603。此處，使得圖像拾取 目標在橫向方向(x方向)上大致均勻。在這樣的圖像拾取目標中， 如SD-OCT圖像2603中示意性示出的，其沿深度方向(z方向) 很好地分解。可與第二例子中示出的相似地執行對準的具體例子。
下面將描述所述圖像拾取目標不是沿橫向方向(x)方向大致均 勻的情況。例如，如圖26C所示，設所述圖像拾取目標為具有沿橫 向方向(x方向)傾斜的元件的圖像拾取目標。此處，圖26D中的附 圖標記2605示出了圖25B中的SD - OCT像素2503 、 2504和2505 重疊在圖像拾取目標2604上。當與SD-OCT像素的橫向解析度相 比傾斜明顯時，如SD-OCT圖像2606所示，由於其不再沿深度方 向(z方向)分解，變得難以將其用於深度方向上的對準。因此，該 例子適合於具有許多橫向(x方向)構成部分並且被形成為具有小的 傾斜的結構的圖像拾取目標。
由此，通過將SD-OCT圖像分割為在其圖像拾取深度的中央部 分的具有高解析度的像素、和在圖像拾取深度的周邊部分的用於對準 的像素，並且使用這些像素，可通過僅一個SD-OCT測量系統獲得 其位置被校正過並且具有高橫向解析度的圖像。儘管如此，因為即使 一維的圖像信息是SD-OCT它也不被用作圖像，所以需要與TS-OCT相同的掃描。
(例子10:通過SD的SD校正(2 ) —兩個設備)
將參照圖27來描述例子10。此處，該例子是例子9的修改例 子，並且結構中新添加了分光鏡衍射光柵2701、波長分割成像透鏡 2702、行傳感器2703和OCT處理單元121i。由此，除了具有高分 辨率的SD-OCT圖像處理單元，還可獲取用於對準的圖像。
此處，在該例子中，在具有高解析度的SD-OCT圖像處理中可 以總是成批地獲取等同於A掃描(深度方向上的掃描)的一個掃描 行的圖像。然而，因為在等同於一個掃描行的圖像中僅使用一個聚焦 像素部分，所以除了該像素部分，希望去除深度方向上的圖像。此外，作為該例子的進一步修改的例子，也存在如圖28所示， 在結構中新添加光通量限制單元的方法。
將光通量限制單元2801作為光闌設置在到達分光鏡衍射光柵 2701、波長分割成像透鏡2702和行傳感器2703的光路中。光通量限 制單元2801的作用是僅選擇性地使光通量的中央部分透射，並阻擋 剩餘部分，從而可獲得深的焦深。由此，通過光譜幹涉信號檢測由 OCT處理單元121i檢測的SD-OCT圖像變為具有深的焦深的圖 像。由於該原因，可增加深度方向上的位置校正的準確度。
此外，可與焦點驅動設備同步地驅動光延遲單元。通過該結構， 可指定深度方向上的圖像拾取中央部分。 (例子ll:通過SS對TD的校正)
將參照圖36來描述例子11。此處，該例子是第一例子的修改例 子，並且具有使用SS - OCT來代替SD - OCT並執行位置校正的結 構。因為TD-OCT和SS-OCT 4吏用不同的光源，新添加了用於 SS - OCT的波長掃描光源3601和準直器3602。另一方面，在SS-OCT中，因為與SD-OCT不同，不需要幹涉信號的分光鏡檢查， 所以通過由波長掃描光源3601分析照射波長和檢測信號可獲得層析 成像信息。使用與TD-OCT相同的光電轉換檢測器120可獲得幹涉 信號。
此處，在該例子中，將示出以高速度分時執行TD-OCT和SS -OCT測量的例子。
與例子1相似地光學引導從用於TD-OCT的光源101輻射的 光，並且最終由光電轉換檢測器120來檢測幹涉信號。
另一方面，通過準直器3602使從用於SS-OCT的波長掃描光 源3601輻射的光成為平行光，並通過分割光學系統104將其分割為 參考光和信號光。參考光經過移頻器105，並且被光延遲單元106反 射以便通過反射鏡108被引導至合成光學系統116。此處，因為在 SS-OCT中與SD-OCT的情況相似，信號強度按頻移波動，所以 也足以與光輻射大致同步地停止頻移，或對整數或半整數倍的時間內
58的信號積分。此外，為了不停止頻移，圖37所示的結構也是可以的。圖37基於麥可遜幹涉儀。在非對稱分割光學系統3701中，從波長掃描光源3601輻射的光幾乎不能分支到移頻器105側，而是前進至分割光學系統116。另一方面，許多光經過移頻器105，並且從TD-OCT的光源101輻射的光的參考光遵循與例子1中相同的光路。
與TD - OCT的路徑相似，在從分割光學系統104或非對稱分割光學系統3701分支的信號光被引導至眼睛114之後，所述信號光被引導至合成光學系統116。然後5合成參考光和信號光，並且具有相加為複合振幅的合成振幅的相干光的一部分照射在聚光光學系統118上。然後，所述光被光耦合至單模光纖119，與光纖的模一致的分量被選擇在光纖內傳播，並照射在光電轉換檢測器120上。此外，所述光被轉換為電信號並被發射至OCT處理設備121d。此處，使用獲得的幹涉信號和同步獲得的光源掃描信號來獲得層析成像信息。使用以該方式獲得的SS-OCT信息來校正TD-OCT的多個圖像。此外，通過象上一個例子中一樣執行光瞳分割，也可在SS-OCT測量時獲得深的焦深。
此外，將參照圖38描述通過SS-OCT的校正的另一個例子。在圖38中，SS-OCT的光從波長掃描光源3601和準直器3602被引導至分割光學系統3801。此處，光分支為參考光和信號光，參考光被光學引導至分割光學系統104，並且參考光被光學引導至反射鏡3802。在分割光學系統104中，信號光被進一步分割為光學引導至分割光學系統109的信號光、和去往移頻器105的第二參考光。不接受頻移的參考光和進行了頻移的第二參考光通過合成光學系統3803而被合成，並沿與TD-OCT相同的參考光路前進。以該方式，儘管在參考光中存在接受頻移的分量和不接受偏移的分量，沒有經過移頻器105的光在信號強度上更強。此外，當使分割光學系統104的透射對反射比率不對稱，例如為卯10時，可進一步減小頻移的影響。隨後的路徑與TD-OCT的路徑相同，並經過眼睛114，並且信號光和參考光被合成光學系統116合成，並照射在光電轉換檢測器120和124上。另一方面，與例子1中的相似，從用於TD-OCT的光源101輻射的光通過分割光學系統104被光學引導，信號光被光學引導至分割光學系統109，並且參考光被光學引導至移頻器105。與例子1中相似，被分割的信號光和參考光通過眼睛114或反射鏡106照射在合成光學系統116上，被合成，並且被光電轉換檢測器120和124檢測。
TD-OCT的幹涉信號和SS-OCT的幹涉信號相似地照射在光電轉換檢測器120和124上。此處，可通過使由光電轉換檢測器120和124檢測的信號經過移頻器3804，使得TD-OCT的信號頻率和SS-OCT的信號頻率為不同頻率來對其進行分割。TD-OCT的信號頻率是參考光的頻移量，而SS-OCT的信號頻率是由掃頻周期和波長掃描光源3601的波長的純度確定的。可從被分割的各個TD-OCT 和SS - OCT的千涉信號獲得校正的層析成像圖像。(例子12: —在TD信號路徑上不出現SD檢測系統)
將參照圖39來描述例子12。為了增強TD-OCT的圖像質量，使光直接照射在光電轉換檢測器上而不在從眼睛到檢測器的光路上插入任何光學元件是有利的。
例子12是例子2的修改的例子，在另一個位置裝配用於位置校正的SD-OCT檢測系統。其包括分支光學系統3901和3卯2。
首先，通過單模光纖102來光學引導從光源101發射的光，並且通過準直透鏡103將從光纖邊緣發射的光轉換為平行光，以便被分割光學系統104分割為參考光和信號光。
信號光經過分支光學系統3901，並與TD-OCT相似地被光學引導至眼睛。從眼睛返回的信號光被引導至光引導分割光學系統109，並且分支為去往合成光學系統116的TD-OCT的信號光和去往分支光學系統3901的SD - OCT的信號光。
在參考光的光學頻率被移頻器105偏移了 M之後，參考光被光延遲單元106反射，並通過反射鏡108 ^皮引導至合成光學系統116。此處，由位置驅動單元107來控制光延遲單元106的位置，使得光路可變為預定長度。
來自光延遲單元106的參考光被分支光學系統3卯2分支為TD-OCT的參考光的路徑和去往分支光學系統3卯1的SD-OCT的參考光。TD-OCT的參考光通過合成光學系統116與信號光合成，與例子2相似地執行外差檢測，並獲得圖像信息。
另一方面，通過分支光學系統3901來合成SD-OCT的信號光和參考光。此處，合成的幹涉信號照射在分光鏡衍射光柵125上，由波長分割成像透鏡126聚光，並通過行傳感器127對每個波長進行強度檢測。從檢測的光i脊幹涉信號獲得層析成像信息，並通過在先的周期校正方法來校正關於TD — OCT的信息。(其它例子)
將參照圖29來描述另一個例子。被光引導分割光學系統109反射的來自檢查對象的反射光透射經過分割光學系統104，並照射在聚光透鏡2901上。所述光通過聚光透鏡2卯1照射在單模光纖2902上，由光電轉換檢測器2903檢測光強度信號，並將其發送至OCT處理單元121j。
此處，將參照圖30來描述對該例子的光學幹涉檢測系統執行信號處理、控制和成像的OCT處理單元121。圖30示意性地示出了OCT處理單元121的功能框圖。通過放大器3001 ;故大從光電轉換檢測器2903獲得的電信號，並在數字採樣單元3002中執行數位化。然後，可通過在中央處理單元804中根據該電信號執行與XY掃描儀驅動器805的對應來確定檢查對象中的位置，並可獲得SLO (掃描雷射檢眼鏡)圖像。
此外，圖40中示出了對例子12的結構添加了 SLO功能的結構。儘管其與例子12相同，都包括分支光學系統3901和3902，但希望不在SLO圖像獲取系統中輸入經過移頻器105的參考光。然後，在SD-OCT的參考光的路徑上設置了開關4001。關閉開關4001防止參考光通過分支光學系統3卯1照射在用於SLO的光電轉換器2903上。切換SD - OCT的信號檢測和SLO圖像獲取，並且必需的僅是使開關4001與其定時同步地打開和關閉。
此外，圖41中示出了另一個結構。所述結構將TD-OCT的參考光的路徑從SD-OCT的參考光的路徑中分支。通過使參考光分支，不出現對SD-OCT的參考光進行頻移的情況，從而例如信號的積分和移頻器的停止的特殊處理變得不必要了。
從分支光學系統104入射在光引導分割光學系統109上的信號光被分支為前進至開關4101的SD-OCT的參考光和去往光束掃描光學系統110的原始信號光。去往光束掃描光學系統110的信號光照射在眼睛上，並且被再次光學引導至光引導分割光學系統109。另一方面，去往開關4101的SD - OCT的參考光被由位置驅動設備4103驅動的反射鏡4102反射，並被光引導分割光學系統109光學引導。在光引導分割光學系統109中，參考光和信號光被合成並被光學引導至分支光學系統104。直接去往分支光學系統104的光通過分支光學系統4103淨皮分支到SLO的光電轉換檢測器2903和SD - OCT的分光鏡125。當測量SD-OCT時開關4101打開，並且當測量SLO時開關關閉。
另一方面，TD-OCT的信號光直接經過光引導分割光學系統109，並在合成光學系統116中與參考光合成，變為幹涉信號，並且通過光電轉換檢測器120和124執行信號檢測，並獲得圖像信息。
通過恰當地獲得關於TD-OCT、 SD-OCT和SLO的信息，可執行對TD-OCT的圖像信息的縱向和橫向位置校正，並且可獲得更高質量的圖像。
此外，將參照圖29描述另一個例子。採用使用兩個光聲調製器作為移頻器的結構。可通過使正一階衍射光照射在以40MHz的頻率驅動的光聲調製器2卯5上並使用該負一階衍射光來獲得1MHz的頻移，其中所述正一階衍射光通過以41MHz驅動的光聲調製器2卯4進行+41MHz的頻移。由此，可將光聲調製器的高頻移調整為較低的頻移。此外，消除了衍射光的衍射角度與波長的依賴關係，具有各個波長分量的光線的行進方向變得彼此平行，並且即使它們前進，也
62可抑制彼此之間的展開。
此外，將參照圖31來描述另一個例子。也可進行使用用於共焦 光學系統的變化的高階區域傳感器和作為用於獲得TS-OCT圖像的 光檢測光學系統的點傳感器的全視場OCT。在該例子中，使用線聚 光型SD-OCT，所述線聚光型SD-OCT使用對於SD - OCT的結 構為較大尺寸傳感器的區域傳感器3103和3106。此處，附圖標記 3103和3104表示圓柱透鏡，並且附圖標記3105表示線縫。
此外，在本發明的例子中，在不偏離本發明的要點的範圍內可對 順序流程等進行各種修改。
在獲得TS-OCT圖像的情況下，上述例子中使用的移頻器也可 併入結構中。
在該情況下，因為在移頻器頻移(栽波頻率)的期間內，SD-OCT的行傳感器的輸出(光強度對波長)可能瞬時地波動(以相同 形式)，所以希望通過在比該波動的期間長的時間中執行積分來獲取 該輸出。因此，也可對獲得SD-OCT圖像的情況下的器件結構使用 移頻器。
此外，希望移頻器的偏移頻率，也就是說，載波頻率為1至10 MHz。此外，在載波頻率為1至10 MHz的情況下，TS-OCT的像 素的採樣速度為幾百kHz到幾MHz是令人滿意的。
此外，當可以比SD - OCT圖像更快地執行TS - OCT圖像的圖 像採樣時，即使不總是對TS-OCT的所有像素執行SD-OCT,可 僅對對準所必需的4象素執行SD - OCT。
工業實用性
本發明的高解析度OCT光幹涉測量設備可用於各種診斷系統和 檢查設備，包括體檢，例如眼底檢查、皮膚和內診鏡、工業質量控制 等。
儘管已經參照示範性實施例描述了本發明，本領域技術人員應該 明白，本發明不限於所公開的示範性實施例。下述權利要求的範圍應 依照最廣泛的解釋，以包括所有這樣的修改和等同結構和功能。本申請要求於2007年5月2日提交的日本專利申請NoJOO7-121745和於2008年3月14日提交的日本專利申請No.2008-066055
的權益，所述日本專利申請通過引用而全部併入本文。
權利要求
1.一種使用光學相干層析成像法的圖像形成方法，包括第一圖像信息獲得步驟，用於沿光軸在第一焦點位置處獲得對象的第一圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；通過動態聚焦，沿光軸將焦點位置從第一圖像信息移動到與第一圖像信息不同的第二焦點位置的步驟；第二圖像信息獲得步驟，用於沿光軸在第二焦點位置處獲得對象的第二圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；以及第三圖像信息獲得步驟，用於通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得對象的層析成像圖像信息的第三圖像信息，所述第三圖像信息包括在第一和第二焦點位置中的至少一個焦點位置處的對象的層析成像圖像，其中基於第三圖像信息，使第一和第二圖像信息在光軸方向上的位置關係相關聯，形成對象的層析成像圖像或三維圖像。
2. 根據權利要求l所述的圖像形成方法，其中所述第三圖像信息是沿光軸在第一焦點位置處的層析成像圖像信息，並且包括在第二焦點位置處的對象的層析成像圖像信息，並且基於第三圖像信息校正第一和第二圖像信息之間在光軸方向上的位置關係。
3. 根據權利要求l所述的圖像形成方法，其中所述第三圖像信息包括通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得的沿光軸在第一焦點位置處的對象的第一層析成像圖像，和通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得的沿光軸在第二焦點位置處的對象的第二層析成像圖像，並且基於其中第一和第二層析成像圖像重疊的區域中的信息，校正分別與第 一和第二層析成像圖像相關的第 一和第二圖像信息之間在光軸方向上的位置關係。
4. 根據權利要求l所述的圖像形成方法，其中作為第三圖像信息，通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得在第一和第二焦點位置處的對象的層析成像圖像，並使用層析成像圖像重疊的位置的信息，基於第三圖像信息校正第一和第二圖像信息之間在光軸方向上的位置關係。
5. 根據權利要求l所述的圖像形成方法，其中第一和第二圖像信息獲得步驟是用於通過時域光學相干層析成像法獲得對象的一維或二維圖像的步驟。
6. 根據權利要求l所述的圖像形成方法，其中第三圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法獲得的。
7. —種使用光學相干層析成像法的圖像形成方法，包括第 一 圖像信息獲得步驟，用於通過時域光學相干層析成像法沿光軸在第一焦點位置處獲得對象的C掃描圖像的第一圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；通過動態聚焦，沿光軸將焦點位置從第一圖像信息移動到與第一圖像信息不同的第二焦點位置的步驟；第二圖像信息獲得步驟，用於通過時域光學相干層析成像法沿光軸在第二焦點位置處獲得對象的C掃描圖像的第二圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；以及第三圖像信息獲得步驟，用於通過頻域光學相干層析成像法獲得對象的層析成像圖像信息的第三圖像信息，所述第三圖像信息包括在第一和第二焦點位置中的至少一個焦點位置處的對象的層析成像圖像，其中基於第三圖像信息，使第一和第二圖像信息在光軸方向上的位置關係相關聯，形成對象的層析成像圖像或三維圖像。
8. —種用於執行根據權利要求1的圖像形成方法的光學相干層析成像設備，包括光源，發出入射在對象上的光；用於將來自光源的光分割為信號光和參考光的第一光分割單元；以及用於檢測參考光和信號光之間的相干光的檢測單元。
9. 根據權利要求8所述的光學相干層析成像設備，還包括移頻器，用於在信號光和參考光的頻率之間形成差；以及控制單元，其中控制單元控制移頻器，以偏移信號光和參考光的頻率以便獲得第一或第二圖像信息，以及不偏移信號光和參考光的頻率以便獲得第三圖像信息。
10. 根據權利要求8所述的光學相干層析成像設備，還包括光路轉換單元，用於轉換相干光經過的光路；以及控制單元，其中控制單元控制光路調製單元，使得在獲得第 一 或第二圖像信息時，相干光經過用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光路，並且在獲得第三圖像信息時，相干光經過用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的另一個光路。
11. 根據權利要求8所述的光學相干層析成像設備，還包括第二光分割單元，用於將相干光分割為用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光、和用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光；空間偏振轉換器，用於轉換經過第二光分割單元的光的偏振；以及控制單元，其中控制單元控制空間偏振轉換器，使得在獲得第一或第二圖像信息時，用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光比用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光更強，並且使得在獲得第三圖像信息時，用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光比用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光更強。
12. 根據權利要求8所述的光學相干層析成像設備，還包括移頻器，用於在參考光的頻率和信號光的頻率之間形成差；第二光分割單元，用於將相干光分割為用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光、和用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光；空間偏振轉換器，用於轉換經過第二光分割單元的光的偏振；以及控制單元，其中控制單元控制移頻器，使得在獲得第一或第二圖像信息時，偏移參考光或信號光的頻率，而在獲得第三圖像信息時不偏移參考光或信號光的頻率，並且控制單元控制空間偏振轉換器，使得在獲得第一或第二圖像信息時，用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光比用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光更強，並且使得在獲得第三圖像信息時，用於通過頻域光學相干層析成像法獲得圖像的光比用於通過時域光學相干層析成像法獲得圖像的光更強。
13. 根據權利要求8所迷的光學相干層析成像設備，還包括用於光瞳分割的光束分割單元。
14. 根據權利要求8所述的光學相干層析成像設備，還包括移頻器，用於在參考光和信號光的頻率之間形成差，其中光源包括具有多個中央波長的光的第一光源和具有單個中央波長的光的第二光源，移頻器設置在第二光源的光路上，以及第一光源的光路與第二光源的光路不同。
15. —種使用光學相干層析成像法的圖像形成方法，包括第一圖像信息獲得步驟，用於通過傅立葉域光學相干層析成像法沿光軸在第一焦點位置處獲得對象的第一圖像信息，所迷光軸位於光入射在對象上的方向；通過動態聚焦，沿光軸將焦點位置從第 一 圖像信息移動到與第一圖像信息不同的第二焦點位置的步驟；第二圖像信息獲得步驟，用於通過傅立葉域光學相干層析成像法沿光軸在第二焦點位置處獲得對象的第二圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；以及基於通過第一和第二圖像信息獲得步驟中的至少一個步驟獲得的對象的層析成像信息，使第一和第二圖像信息在光軸方向上的位置關係相關聯，形成對象的層析成像圖像或三維圖像。
16. 根據權利要求15所述的圖像形成方法，其中第一和第二圖像信息是通過頻域光學相干層析成像法獲得的。
17. —種用於執行根據權利要求15的圖像形成方法的光學相干層析成像設備，包括光源，發出入射在對象上的光；用於將來自光源的光分割為信號光和參考光的第一光分割單元；以及用於檢測參考光和信號光之間的相千光的檢測單元。
18. —種使用光學相干層析成像法的圖像形成方法，包括第一圖像信息獲得步驟，用於沿光軸在第一焦點位置處獲得對象的第一圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；通過動態聚焦，沿光軸將焦點位置從第一圖像信息移動到與第一圖像信息不同的第二焦點位置的步驟；第二圖像信息獲得步驟，用於沿光軸在第二焦點位置處獲得對象的第二圖像信息，所述光軸位於光入射在對象上的方向；以及用於通過傅立葉域光學相干層析成像法在光軸方向上獲得對象的層析成像圖像信息，其中基於層析成像圖像信息，使第 一和第二圖像信息在光軸方向上的位置關係相關聯，形成對象的層析成像圖像或三維圖像。
19. 根據權利要求18所述的圖像形成方法，其中圖像信息是在光軸方向上與第一和第二焦點位置不同的第三焦點位置處獲得的，並且被獲得為包括第一和第二焦點位置處的對象的圖^f象j §息。
全文摘要
一種圖像形成方法，對光軸方向上的對象的多條圖像信息使用光學相干層析成像法。相對於對象的光軸方向在第一焦點位置處獲得對象的第一圖像信息。通過動態聚焦從第一焦點到第二焦點來改變聚焦位置。在第二焦點處獲得對象的第二圖像信息。通過傅立葉域光學相干層析成像法獲得第三圖像信息，該信息為對象的層析成像圖像信息並且包括第一焦點或第二焦點的層析成像圖像。使用第三圖像信息，以第一圖像信息和第二圖像信息之間沿光軸方向的位置關係形成對象的層析成像圖像或三維圖像。
文檔編號A61B3/12GK101674770SQ20088001438
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月3日 優先權日2007年5月2日
發明者杉田充朗, 野裡宏治 申請人:佳能株式會社