УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N21/47 G01B9/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к устройству формирования изображения и способу формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии, в частности к устройству формирования изображения и способу формирования изображения, применяемым для обследования глаза и кожи с использованием оптической когерентной томографии.

Уровень техники

Устройство формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии (OCT), дающее преимущество когерентности низкокогерентного света (и именуемое далее OCT-устройством), уже нашло практическое применение. Это устройство формирования изображения позволяет получать томографическое изображение с разрешением порядка длины волны света, падающего на объект, что гарантирует обеспечение томографического изображения с высоким разрешением обнаруживаемого объекта.

Свет из источника света расщепляется на измерительный луч и опорный луч таким средством получения пути расщепленных лучей, как расщепитель пучка. Обнаруживаемый объект, такой, как глаза, сначала облучают измерительным лучом, идущим по пути измерительного луча. Обратный луч, идущий от обнаруживаемого объекта, затем направляется в положение обнаружения по пути обнаруживающего луча. Термин «обратный луч» относится к отраженному свету и рассеянному свету, включающим в себя информацию, на поверхности раздела в направлении, в котором обнаруживаемый объект облучают светом. Опорный луч отражается зеркалом опорного луча по траектории опорного луча для проведения отраженного луча в положение обнаружения. Обнаружение и анализ когерентного луча обратного луча и опорного луча с помощью детектора обеспечивает томографическое изображение обнаруживаемого объекта.

В выложенной заявке № H11-325849 на патент Японии описана OCT-конфигурация, в которой положение зеркала опорного луча дискретно изменяется три раза при измерении одной точки обнаруживаемого объекта для получения спектров длин волн, а последующее вычисление спектров обеспечивает томографическое изображение.

Кроме того, в статье A. F. Fercher, С. К. Hitzenberger, G. Kamp, S. Y. El-Zaiat, Opt. Commun. 117, 43-48, (1995) предложено устройство, предусматривающее OCT в Фурье-области (именуемое далее FD-OCT-устройством), в котором спектры длин волн получают при неподвижном зеркале опорного луча OCT-устройства, а томограмму измеряют посредством преобразования Фурье. Это FD-OCT-устройство включает в себя систему, где используется спектроскоп (SD-OCT: OCT в спектральной области) и систему, осуществляющую перестройку длины волны источника света (SS-OCT: OCT с перестройкой источника).

Сущность изобретения

OCT-устройству, описанному в выложенной заявке № H11-325849 на патент Японии, требуется больше времени на проведение измерения, чем FD-OCT-устройству, выполненному с возможностью получения томографических изображений собирательно в направлении глубины, потому что OCT-устройство предусматривает перемещение зеркала опорного луча.

С другой стороны, в FD-OCT-устройстве возможно использование неподвижного зеркала эталонного луча при собирательном получении томографических изображений в направлении глубины. Вместе с тем, объединенный луч опорного луча и обратного луча включает в себя автокорреляционные составляющие опорного луча и обратного луча как шум. Во избежание этого, зеркало опорного луча, находящееся в оптически эквивалентном положении, можно отвести от обнаруживаемого объекта, чтобы изолировать от этих составляющих. Также во избежание этого, можно отдалить когерентный вентиль от обнаруживаемого объекта, чтобы изолировать от этих составляющих.

Однако при отведении зеркала опорного луча, находящегося в оптически эквивалентном положении, от объекта иногда уменьшается чувствительность измерения (чувствительность датчика), и появляется необходимость удалять автокорреляционные составляющие опорного луча и обратного луча из объединенного луча, чтобы провести высокоточное измерение. В частности, автокорреляционная составляющая обратного луча изменяется в зависимости от места измерения, вследствие чего и нужно удалять автокорреляционную составляющую обратного луча из объединенного луча.

Данное изобретение создано ввиду вышеупомянутых проблем, а задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать устройство формирования оптического томографического изображения, конфигурация которого имеет нижеследующий вид, и способ формирования оптического томографического изображения.

В соответствии с данным изобретением, предложено устройство формирования оптического томографического изображения, которое расщепляет свет из источника света на измерительный луч и опорный луч, проводит измерительный луч к обнаруживаемому объекту по пути измерительного луча и проводит опорный луч к зеркалу опорного луча по пути опорного луча и формирует томографическое изображение обнаруживаемого объекта с использованием обратного луча на основе измерительного луча, отраженного или рассеянного обнаруживаемым объектом, опорного пуча, отраженного зеркалом опорного луча, и объединенного луча на основе обратного луча и опорного луча, включающее в себя: блоки для управления коэффициентом пропускания света, расположенные на каждом из пути измерительного луча и пути опорного луча; управляющий блок для управления временным интервалом изменения коэффициента пропускания света в блоках для управления коэффициентом пропускания света на основе заданного профиля; блок для сбора данных спектров длин волн каждого из обратного луча, опорного луча и объединенного луча, которые основаны на свете из источника света и получены путем управления временным интервалом на основе упомянутого профиля; и вычислительный блок, в котором данные спектров длин волн полученных обратного луча, опорного луча и объединенного луча используются для вычисления, по меньшей мере, любой из оптических составляющих.

Способ формирования оптического томографического изображения в соответствии с данным изобретением включает в себя этапы, на которых: расщепляют свет из источника света на измерительный луч и опорный луч, проводят измерительный луч к обнаруживаемому объекту и проводят опорный луч к зеркалу опорного луча; и формируют томографическое изображение обнаруживаемого объекта с использованием обратного луча на основе измерительного луча, отраженного или рассеянного обнаруживаемым объектом, опорного луча, отраженного зеркалом опорного луча, и объединенного луча на основе обратного луча и опорного луча, и при этом управление блоками для управления коэффициентом пропускания света, расположенными на каждом из пути измерительного луча для проведения измерительного луча и пути опорного луча для проведения опорного луча осуществляют на основе профиля, в котором задают временной интервал, для получения обратного луча, опорного луча и объединенного луча на основе света из источника света, а данные спектров длин волн, полученные для каждого из обратного луча, опорного луча и объединенного луча, используют для вычисления, по меньшей мере, любой из оптических составляющих.

Еще одно устройство для формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области включает в себя:

источник света для излучения света;

расщепляющий блок для расщепления света из источника света на опорный луч и измерительный луч;

обнаруживающий блок для обнаружения объединенного луча, в который объединены обратный луч, полученный путем излучения измерительного луча к обнаруживаемому объекту, и опорный луч;

один из первого переключающего блока для переключения между первым состоянием, в котором обнаруживающий блок может обнаруживать объединенный луч, и вторым состоянием, в котором обнаруживающий блок может обнаруживать опорный луч, и второго переключающего блока для переключения между первым состоянием и третьим состоянием, в котором обнаруживающий блок может обнаруживать измерительный луч;

управляющий блок для управления одним из первого переключающего блока с целью переключения между первым состоянием и вторым состоянием, и второго переключающего блока с целью переключения между первым состоянием и третьим состоянием; и

блок сбора интерферометрической информации, предназначенный для сбора интерферометрической информации об обратном луче и опорном луче путем использования объединенного луча, обнаруживаемого обнаруживающим блоком в первом состоянии, и одного из опорного луча, обнаруживаемого во втором состоянии, и измерительного луча, обнаруживаемого в третьем состоянии.

Еще один способ формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области заключается в том, что:

генерируют свет;

расщепляют свет на опорный луч и измерительный луч;

облучают измерительным лучом обнаруживаемый объект;

обнаруживают объединенный луч, полученный путем объединения опорного луча и обратного луча, полученного путем облучения,

осуществляют переключение между первым состоянием, в котором можно обнаруживать объединенный луч, и вторым состоянием, в котором можно обнаруживать опорный луч, или между первым состоянием и третьим состоянием, в котором можно обнаруживать измерительный луч;

осуществляют сбор интерферометрической информации об обратном луче и опорном луче путем использования объединенного луча, обнаруженного в первом состоянии, и одного из опорного луча, обнаруженного во втором состоянии, и измерительного луча, обнаруженного в третьем состоянии.

В соответствии с данным изобретением, удаление автокорреляционной составляющей опорного луча позволяет обеспечить высокоточное томографическое изображение.

Дополнительные признаки данного изобретения станут ясными из нижеследующего описания возможных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1А и 1В представлены схематические чертежи для описания устройства формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в соответствии с данным изобретением.

На фиг. 2А и 2В представлены схематические чертежи для описания оптических систем устройства формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в соответствии с примерами 1 и 2.

На фиг. 3А, 3B, 3C, 3D и 3E представлены временные диаграммы для описания профилей управления для опорного и обратного лучей в примерах 1-3.

На фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций для измерения в примере 1.

На фиг. 5 представлен схематический чертеж для пояснения структуры томограммы и зависимость между коэффициентом отражения и коэффициентом пропускания в примере 1.

На фиг. 6 представлена блок-схема последовательности операций для измерения в примере 2.

На фиг. 7 представлен схематический чертеж для описания оптической системы устройства формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в примере 3.

На фиг. 8 представлена блок-схема последовательности операций для измерения в примере 3.

Наилучшие способы осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Ниже, со ссылкой на фиг. 1А и 1В, описывается устройство формирования изображения с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области в соответствии с данным вариантом осуществления. На фиг. 1А изображен интерферометр типа Майкельсона, а на фиг. 1В представлен интерферометр типа Маха-Зендера. На фиг. 1А показаны расщепляющий блок 21 и объединяющий блок 22 в конфигурации, соответствующей совмещенным элементам. С другой стороны, на фиг. 1В показаны расщепляющий блок 21 и объединяющий блок 22 в конфигурации, соответствующей разнесенным элементам.

Данное изобретение не ограничивается устройством, представленным на любой из фиг. 1А и 1В, где переключающий блок 16 (также именуемый первым переключающим блоком), такой, как затвор, находится на пути измерительного луча. На пути опорного луча тоже может находиться переключающий блок (также именуемый вторым переключающим блоком), такой, как затвор. Устройство может включать в себя только один из первого переключающего блока и второго переключающего блока, и устройство может включать в себя оба эти блока.

Возможны два типа оптической когерентной томографии (OCT) в Фурье-области (FD-OCT), которыми являются OCT в спектральной области (SD-OCT) и OCT с перестройкой источника (SS-OCT). Хотя в этом варианте осуществления нижеследующее пояснение относится к типу SD-OCT, изобретение также может включать в себя устройство с использованием SS-OCT.

Устройство формирования изображения

Источник 20 света генерирует свет (низкокогерентный свет). В качестве источника 20 света может быть применен суперлюминесцентный диод (SLD). В качестве источника 20 света также может быть применен источник света с усиленным спонтанным излучением (ASE). Кроме того, в качестве источника 20 света также может быть применен импульсный лазер ультрафиолетового диапазона, такой, как титан-сапфировый лазер. В качестве источника 20 света также могут быть применены другие средства, способные генерировать низкокогерентный свет. Длина волны света, генерируемого из источника 20 света, составляет от 400 нм до 2 мкм, что не является конкретным ограничением. Разрешение в направлении глубины возрастает по мере увеличения ширины полосы длин волн. В общем случае, когда центральная длина волны составляет 850 нм, в пределах длины волны 50 нм разрешение составляет 6 мкм, а в пределах длины волны 100 нм разрешение составляет 3 мкм.

Расщепляющий блок 21 расщепляет свет из источника 20 света на опорный луч 14 и измерительный луч 23. В качестве расщепляющего блока 21 может быть применен расщепитель пучка или волоконный ответвитель. В качестве расщепляющего блока 21 могут быть применены любые другие средства, которые способны расщеплять свет. Коэффициент расщепления также можно выбрать надлежащим образом для обнаруживаемого объекта.

Обнаруживающий блок (спектроскоп) 16 обнаруживает объединенный луч 15 обратного луча 12, полученного путем излучения измерительного луча 23 на обнаруживаемый объект 11 (включающий в себя такие части живого организма, как глаз или глазное дно), и опорного луча 14 (отраженного опорным блоком 13, таким, как зеркала, устанавливаемые на пути опорного луча). Измерительный луч 23 можно излучать на обнаруживаемый объект 11 с помощью оптического блока, такого, как линза, находящегося на пути измерительного луча. Обнаруживающий блок 16 имеет спектроскопическое устройство для диспергирования объединенного луча 15 (например, призму 109, показанную на фиг. 2А). Спектроскопическое устройство представляет собой дифракционную решетку или призму; возможно также использование любых других средств, которые могут диспергировать свет. Обнаруживающий блок 16 имеет датчик (например, формирователь 110 изображения, показанный на фиг. 2А) для обнаружения света, диспергируемого спектроскопическим устройством. Датчик является линейным датчиком или двумерным датчиком; возможно также использование любых других датчиков, которые могут обнаруживать свет.

Переключающий блок 17 осуществляет переключение между первым состоянием, в котором обнаруживающий блок 16 может обнаруживать объединенный луч 15 (состоянием, в котором обратный луч 12 направляется в объединяющий блок 22), и вторым состоянием, в котором обнаруживающий блок может обнаруживать опорный луч 14. Переключающий блок 17 также именуется первым переключающим блоком, при этом первый переключающий блок находится на пути измерительного луча. Согласно этому варианту осуществления, как описано выше, на пути опорного луча может находиться переключающий блок, именуемый вторым переключающим блоком. Первый переключающий блок и второй переключающий блок могут находиться на одном и том же устройстве. Второй переключающий блок может осуществлять переключение между первым состоянием и третьим состоянием, в котором обнаруживающий блок 16 может обнаруживать измерительный луч.

Переключающий блок 17 в желательном варианте имеет такую конфигурацию, что путь луча для измерительного луча 23 или обратного луча 12 можно блокировать. При этом второе состояние является блокированным состоянием. Переключающий блок 17 в желательном варианте имеет такую конфигурацию, что коэффициентом пропускания измерительного луча 23 или обратного луча 12 можно управлять. В этих случаях, в качестве переключающего блока 17 применим затвор (описываемый ниже), но для блокировки пути луча можно применять и другие средства, которые могут блокировать путь луча.

Переключающий блок 17 может иметь такую конфигурацию, что путь луча для измерительного луча 23 или обратного луча 12 можно изменять. При этом второе состояние является измененным состоянием. В этом случае, в качестве переключающего блока 17 можно применять, например, оптический сканирующий блок (например, двухкоординатный (XY) сканер 104, показанный на фиг. 2A) для сканирования измерительного луча 23 по обнаруживаемому объекту 11, но возможно и применение любых других средств, которые могут изменять путь луча.

Управляющий блок 18 (первый переключающий блок) управляет переключающим блоком 17 для изменения первого состояния и второго состояния. Управляющий блок 18 может управлять переключающим блоком (вторым переключающим блоком) для переключения между первым состоянием и третьим состоянием. Управляющий блок 18 может управлять обоими переключающими блоками - первым и вторым - для переключения первого состояния, второго состояния и третьего состояния. Управляющий блок 18 может включать в себя два управляющих устройства для управления обоими переключающими блоками - первым и вторым, и может иметь конфигурацию в виде единственного устройства для управления первым переключающим блоком и вторым переключающим блоком. В желательном варианте, управляющий блок 18 управляет переключающим блоком 17 на основе заданного тактирования (см., например, фиг. 3А-3Е). При этом объединенный луч 15 обнаруживается обнаруживающим блоком 16 во время первого состояния.

Блок 19 сбора интерферометрической информации осуществляет сбор интерферометрической информации (о когерентных составляющих, см. уравнение 8, описываемое ниже) об обратном луче 12 и опорном луче 14 с использованием опорного луча 14, обнаруженного обнаруживающим блоком 16 во втором состоянии, и объединенном луче 15. Желательно вычитание автокорреляционной составляющей (см. уравнение 1, описываемое ниже) опорного луча 14 и автокорреляционной составляющей (см. уравнение 2, описываемое ниже) обратного луча 12 из объединенного луча 15 (см. уравнение 7, описываемое ниже), обнаруженного обнаруживающим блоком 16. В желательном варианте, результат вычитания (см. уравнение 8, описываемое ниже) нормализуется посредством автокорреляционной составляющей опорного луча 14. Преобразование Фурье, осуществляемое над результатом нормализации (см. управление 9, описываемое ниже), обеспечивает томографическое изображение обнаруживаемого объекта 11.

Это позволяет впоследствии обеспечить обратный луч 12, который может изменяться с изменением мест измерения. Таким образом, автокорреляционную составляющую обратного луча 12 можно удалять из объединенного луча 15.

Автокорреляционная составляющая - это составляющая, образуемая самим опорным лучом или самим обратным лучом, которая содержится в дополнение к когерентной составляющей опорного луча и обратного луча. Объединенный луч опорного луча и обратного луча включает в себя автокорреляционную составляющую в дополнение к его когерентной составляющей. Чтобы обнаружить когерентную составляющую, автокорреляционную составляющую опорного луча, которая является составляющей, имеющей относительно большое количество света по сравнению с когерентной составляющей, желательно вычесть из объединенного луча.

OCT-устройство в желательном варианте включает в себя блок, обнаруживающий количество света (например, детектор 803, показанный на фиг. 7), для обнаружения количества света измерительного луча и сравнивающий блок (не показан) для сравнения обнаруженного количества света с заданным значением. Когда обнаруженное количество света отличается от заданного значения (заданного количества света) или обнаруженное количество света оказывается вне диапазона заданного количества света, переключающий блок 17 в желательном варианте осуществляет переключение из первого состояния во второе состояние. В результате, когда количество света измерительного луча отличается от заданного количества света (или оказывается вне диапазона заданного количества света), измерительный луч не излучается из устройства формирования изображения (описываемого ниже в Примере 3).

Способ формирования изображения

Способ формирования изображения с использованием когерентной оптической томографии в Фурье-области в соответствии с данным вариантом осуществления включает в себя этапы, описываемые ниже:

а) этап генерирования света;

b) этап расщепления света на опорный луч и измерительный луч;

с) этап облучения измерительным лучом обнаруживаемого объекта;

d) этап обнаружения объединенного луча, полученного путем объединения опорного луча и обратного луча, полученного путем облучения;

е) этап переключения между первым состоянием, в котором обнаруживающий блок 16 может обнаруживать объединенный луч, и вторым состоянием, в котором обнаруживающий блок может обнаруживать опорный луч, или между первым состоянием и третьим состоянием, в котором обнаруживающий блок 16 может обнаруживать измерительный луч;

f) этап получения интерферометрической информации об обратном луче и опорном луче путем использования объединенного луча, обнаруженного в первом состоянии, и одного из опорного луча, обнаруженного во втором состоянии, и измерительного луча, обнаруженного в третьем состоянии.

Используя этот способ, автокорреляционную составляющую опорного луча или обратного луча удаляют из объединенного луча, тем самым гарантируя получение высокоточной интерферометрической информации.

На этапе е) возможно изменение между первым состоянием, вторым состоянием и третьим состоянием.

Чтобы получить тоже точную томографическую информацию, способ в желательном варианте включает в себя следующие этапы:

g) этап вычитания автокорреляционной составляющей опорного луча и автокорреляционной составляющей обратного луча из объединенного луча;

h) этап нормализации значения, полученного в результате вычитания, посредством автокорреляционной составляющей опорного луча;

i) этап преобразования Фурье, осуществляемого над нормализованным результатом;

j) этап получения томографического изображения обнаруживаемого объекта.

Вышеописанные этапы g)-j) в желательном варианте осуществляются выполняются блоком вычитания, блоком нормализации и блоком получения томографического изображения, соответственно. Каждый из вышеописанных блоков не обязательно является отдельным, включая в себя отличающийся процессор, такой как центральный процессор (CPU), но и один-единственный процессор может включать в себя каждый из них.

Когда способ включает в себя дополнительные этапы, приводимые ниже, можно предусмотреть отсутствие излучения измерительного луча из устройства формирования изображения, когда количество света измерительного луча отличается от заданного количества света (или оказывается вне диапазона заданного количества света):

k) этап обнаружения количества света измерительного луча;

1) этап изменения на второе состояние, когда количество света отличается от заданного количества света.

Второй вариант осуществления

Ниже, со ссылкой на фиг. 2А, описывается устройство формирования оптического томографического изображения в соответствии с еще одним вариантом осуществления. Свет из источника 101 света, идущий по пути расщепляемого света, расщепляется на измерительный луч 112 и опорный луч 114. Измерительный луч 112 проводится к обнаруживаемому объекту 106 по пути измерительного луча, а обратный луч 113 измерительного луча, отраженный или рассеянный обнаруживаемым объектом 106, проводится в положение обнаружения по пути обнаружения луча. С другой стороны, опорный луч 114 проводится к зеркалу 115 опорного луча по пути опорного луча, а опорный луч, отраженный зеркалом 115 опорного луча, проводится в положение обнаружения. Использование объединенного луча обратного луча 113 и опорного луча 114, которые проводятся в положение обнаружения, приводит к формированию томографического изображения обнаруживаемого объекта. При этом блоки 117-1 и 117-2 для управления коэффициентом пропускания света расположены на пути опорного луча и пути измерительного луча, соответственно. Блок для управления коэффициентом пропускания света имеет конфигурацию, обеспечивающую управление временным интервалом изменения коэффициента пропускания света на основе профиля, задаваемого управляющим блоком 111. Блок для сбора данных 108 спектров длин волн имеет конфигурацию, обеспечивающую сбор данных спектров длин волн обратного луча 13, опорного луча 114 и объединенного луча на основе света из источника света, причем эти данные получаются за счет управления временным интервалом на основе упомянутого профиля. Вычислительный блок 111 имеет конфигурацию, обеспечивающую использование полученных данных спектров длин волн обратного луча, опорного луча и объединенного луча для вычисления, по меньшей мере, одной из их оптических составляющих.

Блокам 117-1 и 117-2 для управления коэффициентом пропускания света можно придать конфигурацию с оптическим переключающим устройством для переключения коэффициента пропускания и отсечки света. Кроме того, оптическому переключающему устройству можно придать конфигурацию с любым из механического или электрического затвора. Механическому или электрическому затвору можно придать конфигурацию, гарантирующую управляемость коэффициента пропускания света. Управляющему блоку 111 можно придать конфигурацию, гарантирующую управление на основе профиля, в котором время получения обратного луча задано более длительным, чем время получения опорного луча. Кроме того, управляющий блок 111 можно выполнить включающим в себя оптический усилитель (например, оптический усилитель 517, показанный на фиг. 2B) для усиления обратного луча.

Способ формирования оптического томографического изображения в соответствии с данным вариантом осуществления можно конфигурировать следующим образом. Управление вышеупомянутыми блоками 117-1 и 117-2 для управления коэффициентом пропускания света осуществляют на основе профиля с заданным интервалом времени для получения обратного луча 113, опорного луча 114 и объединенного луча света на основе света из источника света. Данные спектров длин волн, которые получаются исходя из полученных обратного луча, опорного луча и объединенного луча света, используются для вычисления, по меньшей мере, любой из их оптических составляющих.

При вычислении оптической составляющей, данные спектров длин волн, полученные исходя из полученных обратного луча, опорного луча и объединенного луча света, используются для гарантии вычитания автокорреляционных составляющих опорного луча и обратного луча из составляющей объединенного луча. Помимо этого можно предусмотреть такую конфигурацию, что при вычислении составляющей луча результат вышеупомянутого вычитания будет делиться на автокорреляционную составляющую опорного луча. В дополнение к этому можно предусмотреть такую конфигурацию, что при вычислении составляющей луча результат вышеупомянутого деления будет делиться на дисперсию длин волн в оптическом усилителе, используемом для усиления обратного луча. Данные спектра длин волн, полученные исходя из полученных обратного луча, опорного луча и объединенного луча, можно использовать для формирования изображения без необходимости иметь некоторое разрешение по глубине.

В соответствии с устройством получения оптического томографического изображения и способом получения оптического томографического изображения согласно данному варианту осуществления, можно проводить измерение с последующим устранением шумов, обусловленных автокорреляционными составляющими опорного луча и обратного луча в соответствии с положением обнаруживаемого объекта, обеспечивая томографическое изображение с высоким разрешением.

Носитель информации и программа

В еще одном варианте осуществления, вышеупомянутый способ формирования изображения в соответствии с данным вариантом осуществления можно хранить на машиночитаемом носителе информации (например, на гибком диске, жестком диске, оптическом диске, магнитооптическом диске, в постоянном запоминающем устройстве на компакт-диске (CD-ROM), на перезаписываемом компакт-диске (CD-R), магнитной ленте, плате энергонезависимой памяти, в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), электрически стираемом программируемом ПЗУ (ЭСППЗУ), оптическом диске для записи и хранения цифровых данных и т.п.) как программу, исполняемую компьютером. В качестве дополнительного варианта осуществления возможна программа, обуславливающая осуществление вышеупомянутого способа компьютером.

Примеры

Ниже описаны примеры данного изобретения.

Пример 1: Интерферометр типа Майкельсона

Пример устройства формирования изображения (или устройства формирования оптического томографического изображения) с использованием оптической когерентной томографии в соответствии с примером 1 описывается со ссылкой на фиг. 2А. Устройство формирования оптического томографического изображения согласно данному примеру в целом образует интерферометр типа Майкельсона, и в нем используется механическое средство в части управления светом.

Свет, излучаемый из источника 101 света, проходит через линзу 102 и расщепляется на измерительный луч 112 и опорный луч 114 расщепителем 103 пучка. Измерительный луч 112 достигает обнаруживаемого объекта 106 через двухкоординатный (XY) сканер 104 и объектив 105. На обнаруживаемом объекте 106 расположена светопропускающая пленка. Обратный луч 113, рассеянный и отраженный поверхностью и границей раздела пленки, возвращается через объектив 105, двухкоординатный (XY) сканер 104 и расщепитель 103 пучка в этом порядке и достигает спектроскопа 108 через формирующую изображение линзу 107. С другой стороны, опорный луч 114 отражается зеркалом 115 опорного луча. Зеркало 115 опорного луча может регулировать длину опорного пути с помощью регулятора 116 положения. Расщепитель 103 пучка суммирует опорный луч 114 с обратным лучом. Опорный луч 114 и обратный луч 113 можно отсекать посредством дисковых затворов 117-1 и 117-2, соответственно. Затворы 117-1 и 117-2 могут непрерывно управлять коэффициентом пропускания и отсечкой света путем использования света из управляющего блока (не показан). Конечно, затвор не обязательно должен быть дисковым. На пути луча можно расположить с возможностью перемещения шиберный затвор.

В источнике 101 света используется суперлюминесцентный диод (SLD), который является типичным низкокогерентным источником света. Его центральная длина волны составляет, например, 830 нм, а ширина полосы - 50 нм. Ширина полосы является важным фактором, потому что она влияет на разрешение на оптической оси получаемого томографического изображения. Хотя в качестве источника света выбран SLD, можно использовать и любые другие средства, которые могут излучать низкокогерентный свет, например, источник света с усиленным спонтанным излучением (ASE). Конечно, можно использовать другие источники света, например, галогенную лампу и т.п., в зависимости от содержимого обнаруживаемого объекта. Вместе с тем, длина волны влияет на разрешение в поперечном направлении получаемого томографического изображения, так что желательно использовать короткую длину волны - с учетом ее важности в поперечном разрешении.

Спектроскоп 108 включает в себя оптическую призму 109 и формирователь 110 изображения и диспергирует обратный луч 113, опорный луч 114 и объединенный луч, соответственно. Диспергированный луч улавливается формирователем изображения в спектроскопе 108 в качестве данных спектра длин волн. Данные спектра длин волн, изображаемые формирователем изображения, анализируются компьютером 111. Компьютер 111 имеет функции не только анализа данных, но и выдачи команд для хранения данных, отображения изображения и данных измерения. Двухкоординатный (XY) сканер 104 осуществляет растровое сканирование измерительного луча 112 по обнаруживаемому объекту 106 в направлении, перпендикулярном оптической оси с помощью компьютерного управления, получая изображение поперечного сечения обнаруживаемого объекта 106.

Ниже, со ссылкой на фиг. 3А и 3В, описывается временной профиль коэффициента пропускания опорного луча 114 и обратного луча 113 в данном примере. На фиг. 3А и 3B представлены временные диаграммы для описания примеров временных профилей коэффициента пропускания опорного луча 114 и обратного луча 113, соответственно, причем коэффициент пропускания в примерах составляет 0% или 100%.

В качестве дискового затвора используется диск, на одной и той же окружности которого выполнены три отверстия, а в одном отверстии расположен блокирующий элемент. Вращение диска с постоянной скоростью обеспечивает такой профиль. Опорный луч, обратный луч и объединенный луч получаются на интервалах 301, 302 и 303, изображенных на фиг. 3А, соответственно. Конечно, компьютер 111 управляет спектроскопом 108 и двухкоординатным (XY) сканером 104 на основе заданного профиля управления.

Коэффициент пропускания не обязательно должен составлять 100% и может изменяться в случае, когда измеряется только опорный луч, а также в случае, когда измеряется объединенный луч. Для дискового затвора, например, использование неселективного (ND) светофильтра в отверстии диска гарантирует изменение коэффициента пропускания. Если использование ND светофильтра изменяет длину оптического пути, то в отверстии другого диска располагают стеклянный элемент, который обуславливает такую же длину оптического пути. Временные интервалы 301, 302 и 303 необязательно должны быть равны друг другу. Поскольку опорный луч дает большое количество света, его временные интервалы могут быть короткими. Использование шиберного затвора обеспечивает осуществляемое по выбору изменение временного интервала затвора. Если спектр длин волн источника света временно стабилен, возможен приемлемый профиль для непрерывного получения обратного луча и объединенного луча. В этом случае спектр длин волн источника света должен быть получен заранее.

Ниже, со ссылкой на фиг. 4, описывается протекание обработки в данном примере. На фиг. 4 представлена блок-схема последовательности операций для описания протекания процесса в данном примере.

На этапе S1 начинают измерение.

На этапе S2 посредством формирователя 110 изображения получают опорный луч 114, отсекая при этом измерительный луч 112 посредством затвора 117-2 и сохраняя его параметры в памяти.

Интенсивность I_r(k), являющаяся автокорреляционной составляющей опорного луча 114, выражается уравнением 1, в котором волновое число представлено как k, а электрическое поле опорного луча - как E_r(k).

I_r(k)={E_r(k)}² (Уравнение 1)

Конечно, обычный спектроскоп получает спектр длины λ волны.

Спектр длины λ волны преобразуется в спектр волнового числа путем использования зависимости между волновым числом k и длиной λ волны в виде k=2π/λ. Из соображений преобразования Фурье в последующем процессе повторные выборки из спектра желательно осуществлять через одинаковые интервалы волнового числа.

В данном случае, спектры считаются расположенными через одинаковые интервалы волнового числа. Если спектр опорного луча не изменяется во времени, опорный луч 114 можно получать заранее и сохранять в памяти.

На этапе S3 получают обратный луч 113 посредством формирователя 10 изображения, отсекая опорный луч 114 посредством затвора 117-1.

Определяют зависимость между интенсивностью I_s(k) обратного луча 113 электрическим полем E_s(k) обратного луча 113 и электрическим полем E_r(k) опорного луча 114.

Как показано на фиг. 5, пространственное расстояние i-ой поверхности раздела от положения 401 эквивалентного зеркала 401 опорного луча принимают за z_i, коэффициент отражения на этой поверхности раздела принимают за R(z_i), а коэффициент пропускания на пути от зеркала опорного луча до положения z_i и обратно принимают за T(z_i).

Использование среднего показателя преломления для положения z_i, принимаемого равным n(z_i), обеспечивает представление интенсивности I_s(k), являющейся автокорреляционной составляющей обратного луча 113 посредством уравнения 2.

Кстати, здесь предполагается, что опорный луч 114 и измерительный луч 112 расщеплены одинаково, и спектры их равны друг другу. Мнимая единица обозначена как «j».

(Уравнение 2)

Таким образом, спектр обратного луча 113 имеет информацию в направлении глубины.

Информация о глубине изменяется в координатах XY обнаруживаемого объекта и ее измеряют, так что она необходима для получения двух- или трехмерного изображения.

Кстати, интегрирование уравнения 2 в связи с желаемым волновым числом обеспечивает сигнал интенсивности всего обратного луча 113 без разрешения по глубине.

Этим можно воспользоваться как изображением, получаемым методом сканирующей офтальмоскопии конфокальным лазером. Уравнение 2 можно изображать только с помощью конкретного волнового числа без интегрирования.

Ниже описываются коэффициент R(z_i) отражения и коэффициент T(z_i) пропускания на пути между зеркалом опорного луча, находящимся в оптически эквивалентном положении, и положением z_i и обратно.

Коэффициент отражения и коэффициент пропускания на поверхности раздела в случае, когда свет падает на подложку с показателем n_t преломления из вещества с коэффициентом n_s преломления можно представить уравнениями 3 и 4 соответственно.

Когда показатель преломления не изменяется, коэффициент отражения равен 0, а коэффициент пропускания равен 1.

При отрицательном коэффициенте отражения фаза изменяется на противоположную.

Для простоты влиянием поглощения и множественного отражения в среде пренебрегают.

(Уравнение 3)

(Уравнение 4)

Примеры коэффициента R(z_i) отражения и коэффициента T(z_i) пропускания на пути туда и обратно иллюстрируются с использованием томограммы со структурой, изображенной на фиг. 5.

Томограмма в этом случае образована посредством первой поверхности 402 раздела, второй поверхности 403 раздела и третьей поверхности 404 раздела. Кроме того, зеркало 401 опорного луча изображено в оптически эквивалентном положении.

Показатель преломления зеркала опорного луча, находящегося в оптически эквивалентном положении, и первой поверхности раздела принимается за N_o, а коэффициент отражения и коэффициент пропускания света, падающего на первую поверхность раздела со стороны зеркала опорного луча, принимаются за r₀₁ и t₀₁, соответственно.

С другой стороны, коэффициент пропускания света, падающего на первую поверхность раздела со стороны второй поверхности раздела, принимается за t₁₀.

Аналогичным образом, как показано на фиг. 5, показатель преломления первой поверхности раздела и второй поверхности раздела принимается за N₁, коэффициент отражения и коэффициент пропускания света, падающего на вторую поверхность раздела со стороны первой поверхности раздела, принимается за r₁₂ и t₁₂, соответственно, а коэффициент пропускания света, падающего на вторую поверхность раздела со стороны третьей поверхности раздела, принимается за t₂₁.

Показатель преломления второй поверхности раздела и третьей поверхности раздела принимается за N₂, коэффициент отражения и коэффициент пропускания света, падающего на третью поверхность раздела со стороны второй поверхности раздела, принимается за r₂₃ и t₂₃, соответственно, а с другой стороны, коэффициент пропускания света, падающего на третью поверхность раздела со стороны четвертой поверхности раздела, принимается за t₃₂. Показатель преломления третьей поверхности раздела и четвертой поверхности раздела принимается за N₃.

Воспользовавшись этими символами можно выразить, например, коэффициент отражения света, падающего на третью поверхность раздела со стороны зеркала опорного луча, уравнением 5.

(Уравнение 5)

С другой стороны, коэффициент пропускания на пути туда и обратно можно получить путем перемножения коэффициентов пропускания поверхностей раздела, через которые проходит свет, и представить уравнением 6.

(Уравнение 6)

На этапе S4 получают объединенный луч I_add(k) опорного луча 114 и обратного луча 113 с помощью формирователя 110 изображения, а затвор 117-1 и затвор 117-2 не отсекают луч. При этом появляются когерентная составляющая I_rs(k), а также автокорреляционные составляющие опорного луча 114 и обратного луча 113. Объединенный луч I_add(k) можно представить уравнением (7).

(Уравнение 7)

Вычитание уравнения 1 и уравнения 2 из уравнения 7 дает когерентную составляющую I_rs(k). Ее можно выразить нижеследующим уравнением 8.

(Уравнение 8)

Деление результата вычитания согласно уравнению 8 на автокорреляционную составляющую опорного луча 114 (уравнение 1) дает нормализованный спектр S_rs(k), представленный нижеследующим уравнением 9. Это соответствует исключению влияния дисперсии длин волн источника 101 света и спектроскопа 108.

(Уравнение 9)

Преобразование Фурье, осуществляемое над уравнением 9, обуславливает появление сигнала, соответствующего R(z_i)T(z_i) в положении оптического расстояния n(z_i)z_i, обеспечивающего томографическое изображение. Вычисления по уравнениям 8 и 9 можно проводить после получения каждого из желательных лучей - обратного луча 113, опорного луча 114 и объединенного луча.

Результаты преобразования Фурье, осуществленного над уравнением 9, накапливаются для использования в качестве изображения, получаемого методом сканирующей офтальмоскопии конфокальным лазером. То есть, фактически, свет, возвращающийся от объекта 106, является слабым, так что обратный луч 113, выражаемый уравнением 2, иногда нельзя измерить. В таком случае, умножение опорного луча 114 на обратный луч, выражаемый уравнением 7, обеспечивает обнаружение составляющей обратного луча 113.

На этапе S5 выносят суждение о том, измерена ли желаемая область. Если измерение завершено, процесс переходит к этапу S10.

Если измерение не завершено, процесс переходит к этапу S6. Термин «желаемая область» относится, например, к 512 точкам на шаге протяженностью 20 мкм в направлении X или к 512 точкам на шаге протяженностью 20 мкм в направлении Y на обнаруживаемом объекте. Конечно, расстояние и количество точек могут быть разными в зависимости от обнаруживаемого объекта и устройства.

На этапе S6 выносят суждение о том, осуществляется ли перемещение в направлении Х.

Если в направлении Х движение осуществляется, процесс переходит к этапу S7. Если же нет, процесс переходит к этапу S8.

На этапе S7 перемещение осуществляется на желаемое расстояние в направлении Х, и процесс переходит к этапу S8.

Термин «желаемое расстояние» относится, например, к расстоянию 20 мкм.

На этапе S6 выносят суждение о том, осуществляется ли перемещение в направлении Y.

Если в направлении Y движение осуществляется, процесс переходит к этапу S9. Если же нет, процесс переходит к этапу S2.

На этапе S9 перемещение осуществляется на желаемое расстояния в направлении Y, и процесс переходит к этапу S2.

Термин «желаемое расстояние» относится, например, к расстоянию 20 мкм.

И, наконец, на этапе S10 измерение завершается.

Конечно, в качестве идеального результата измерения, поверхность раздела, показанная на фиг. 5 отображается как томографическое изображение.

Ниже описывается эффект удаления автокорреляционных составляющих.

Объединенный луч выражается уравнением 7, а необходимые составляющие выражаются уравнением 8. Автокорреляционные составляющие опорного луча 114 и обратного луча 113 являются шумами, так что эти составляющие нужно удалять.

В случае, когда в качестве источника света общего назначения используется SLD, автокорреляционная составляющая опорного луча в качестве изображения, которое постепенно ослабевает от пика в исходной точке до некоторого положения, отдаленного от исходной точки, перекрывается с томографическим изображением. Кроме того, автокорреляционная составляющая складывается, как показано в уравнении 8, искажая томографическое изображение.

С другой стороны, в примере согласно фиг. 5, описываемой ниже, автокорреляционные составляющие обратного луча 113 интерферируют друг с другом на первой, второй и третьей поверхностях раздела.

Эти автокорреляционные составляющие перекрывают томографическое изображение, создавая шумы. Иными словами, изображение появляется в положении N₁(z₂-z₁), N₂(z₃-z₂), N₁(z₂-z₁)+N₂(z₃-z₂) на изображении, сформированном в n(z_i)Z_i.

В общем случае, автокорреляционная составляющая обратного луча более экстенсивна, чем составляющая, присущая опорному лучу.

Когда автокорреляционная составляющая обратного луча не удаляется, расстояние между зеркалом опорного луча в оптически эквивалентом положении и первым зеркалом должно быть больше, чем толщина слоя обнаруживаемого объекта. Вследствие этого томографическую составляющую можно отделить от автокорреляционной составляющей, даже если слой отображается так, будто лежит между зеркалом 401 опорного луча, находящимся в оптически эквивалентном положении, и первым зеркалом 402.

Удаление автокорреляционных составляющих из опорного луча 114 и обратного луча 113 позволяет зеркало 401 опорного луча, находящееся в оптически эквивалентном положении, размещать в положении около первой поверхности раздела.

В общем случае, размещение находящегося в оптически эквивалентном положении зеркала 401 опорного луча в положении около первой поверхности раздела гарантирует высокочувствительное измерение, которое особенно эффективно для обнаруживаемого объекта, обладающего низкой отражательной способностью, такого, как глаза.

Разделение со спектром опорного луча 114 исключает искажение томографического изображения, обеспечивая изображение с высоким разрешением.

Предлагается способ измерения автокорреляционных составляющих опорного луча 114 и обратного луча 113 с использованием множества микроскопов. В соответствии с данным примером, реализуется способ с использованием единственного спектроскопа, что приводит к гарантии низкой стоимости. Нет необходимости рассматривать индивидуальные различия между спектроскопами.

Пример 2: Интерферометр типа Маха-Зендера

Пример устройства формирования оптического томографического изображения в соответствии с примером 2 описывается со ссылкой на фиг. 2В. На фиг. 2В представлен схематический чертеж для описания оптической системы устройства формирования оптического томографического изображения в данном примере. Устройство формирования оптического томографического изображения согласно данному примеру в целом образует интерферометр типа Маха-Зендера, и в нем используется электрическое средство в части управления светом.

В данном примере обнаруживаемый объект представляет собой глаза, так что обратный луч имеет малое количество света. По этой причине использование оптического усилителя 517 для усиления обратного луча гарантирует высокоскоростное управление светом.

Свет, излучаемый из источника 501 света, проводится к линзам 511-1-511-3 по одномодовому волокну 512-1 и расщепляется на опорный луч 505 и измерительный луч 506 расщепителями 503-1 и 503-2 пучка. Измерительный луч 506 отражается или рассеивается глазом как обнаруживаемым объектом 507 и возвращается как обратный луч 508. Опорный луч и обратный луч падают на спектроскоп 518 через волоконный ответвитель 521. Данные, такие, как спектр длин волн, получаемый спектроскопом, фиксируются в компьютере 519. В источнике 501 света используется суперлюминесцентный диод (SLD), который является типичным низкокогерентным источником света. С учетом того, что измерение проводится на глазах, подходящим по длине волны оказывается свет в ближней инфракрасной области спектра.

Ниже описывается путь луча для опорного луча 505.

Опорный луч 505, расщепленный расщепителем 503-1 луча, последовательно падает на зеркала 514-1, 514-2 и 514-3, изменяя свое направление, сводится линзой 511-3 и падает на оптический переключатель 516-1. В качестве оптического переключателя используется оптический переключатель на основе направленного ответвителя, в котором свет переключается за счет изменения показателя преломления. Конечно, можно использовать оптический переключатель на основе интерферометра типа Маха-Зендера, оптический переключатель вентильного типа с использованием элемента оптического вентиля, выполненный с возможностью управления коэффициентом пропускания света, и оптический переключатель такого типа, который предусматривает полное внутреннее отражение и в котором применяется полупроводник.

Стекло 515 дисперсионной компенсации имеет длину L1, которая в желательном варианте вдвое больше глубины обычного глаза. Стекло 515 дисперсионной компенсации компенсирует дисперсию измерительного луча 506, проходящего к глазу 507 и от него, для опорного луча 505.

Длину L принимают равной 46 мм, что вдвое больше диаметра - 23 мм - среднего глазного яблока японца. Электрический каскад 513 можно перемещать в направлении, обозначенном стрелкой на чертеже, и регулировать длину пути света опорного луча 505 и управлять ею.

Ниже описывается путь луча для измерительного луча 506.

Измерительный луч 506, расщепляемый расщепителем 503-1 пучка, отражается расщепителем 503-2 пучка, а затем падает на зеркало двухкоординатного (XY) сканера 504.

Двухкоординатный (XY) сканер 504 осуществляет растровое сканирование по сетчатке 510 в направлении, перпендикулярном оптической оси.

Центр измерительного луча 506 отрегулирован так, что совпадает с центром вращения зеркала двухкоординатного (XY) сканера 504.

Линзы 520-1 и 520-2 представляют собой оптическую систему для сканирования сетчатки 510 и играют роль средств сканирования измерительного луча 506 по сетчатке 510, а окрестность роговицы 509 при этом выступает в качестве центра шарнира.

Линзы 520-1 и 520-2 имеют фокальные расстояния 50 мм и 50 мм, соответственно. Падение измерительного луча 506 на глаз 507 дает обратный луч 508 за счет отражения и/или рассеивания от сетчатки 510.

Обратный луч 508 проходит через оптический усилитель 517, сводится линзой 511-2 и подается в спектроскоп 518 через оптический переключатель 516-2 и волоконный ответвитель 521.

В оптическом усилителе используется полупроводниковый усилитель. Некоторые оптические усилители можно использовать как элемент затвора для изменения коэффициента пропускания.

Использование его в качестве оптического переключателя вентильного типа обеспечивает исключение оптического усилителя 517 и объединение оптического переключателя 516 и волоконного ответвителя 521.

Ниже, со ссылкой на фиг. 3С и 3D, описывается временной профиль коэффициента пропускания опорного луча и обратного луча в данном примере. На фиг. 3С и 3D представлены профили опорного луча и обратного луча, соответственно. В желательном варианте, коэффициент пропускания составляет 0% или 100%, иногда на пути прохождения света некоторой длины волны возникают незначительные потери и утечка. Опорный луч, обратный луч и объединенный луч получаются на интервалах 301, 302 и 303, изображенных на фиг. 3С, соответственно.

Ниже, со ссылкой на фиг. 6, описывается обработка сигналов в данном примере. На фиг. 6 представлена блок-схема последовательности операций для описания обработки сигнала в данном примере.

На этапе S1 начинают измерение.

На этапе S2-1 выносят суждение о том, следует ли получать опорный луч.

Суждение о том, следует ли получать опорный луч, выносят на основе управляемого профиля.

Если опорный луч следует получать, процесс переходит к этапу S2-2, а если нет, процесс переходит к этапу S3-1.

На этапе S2-2 посредством процессора 518 получают опорный луч 505, а обратный луч отсекают посредством оптического переключателя 516-2 и сохраняют в памяти. Интенсивность I_r(k), являющаяся автокорреляционной составляющей опорного луча, выражается уравнением 1.

На этапе S3-1 выносят суждение о том, следует ли получить обратный луч.

Суждение о том, следует ли получать обратный луч, выносят на основе управляемого профиля.

Если обратный луч следует получать, процесс переходит к этапу S2-2, а если нет, процесс переходит к этапу S4-1.

На этапе S3-2 посредством спектроскопа 518 получают обратный луч 508, а опорный луч 505 отсекают посредством оптического переключателя 516-1.

Интенсивность I_s(k), являющаяся автокорреляционной составляющей обратного луча, отличается от интенсивности согласно примеру 1 и может быть выражена уравнением 10, в котором уравнение 2 умножено на дисперсию G(k) длин волн оптического усилителя.

(Уравнение 10)

Если дисперсия длин волн, образующаяся из-за различия между устройствами на пути света, включена в G(k), то можно увеличить диапазон.

На этапе S4-1 выносят суждение о том, следует ли получать объединенный луч. Суждение о том, следует ли получать объединенный луч, выносят на основе управляющего профиля.

Если объединенный луч следует получать, процесс переходит к этапу S4-2, а если нет, процесс переходит к этапу S5.

На этапе S4-2 посредством спектроскопа 518 получают объединенный луч I_add(k), а опорный луч 505 и обратный луч 508 отсекаются посредством оптических переключателей 516-1 и 516-2, соответственно. При этом появляется когерентная составляющая I_rs(k), а также появляются автокорреляционные составляющие опорного луча и обратного луча. Вычитание уравнений 1 и 10 из объединенного луча I_add(k) дает уравнение 11.

(Уравнение 11)

Деление уравнения 11 на автокорреляционную составляющую опорного луча (уравнение 1) дает нормализованный спектр S_rs(k), представленный уравнением 12.

(Уравнение 12)

Поскольку уравнение 12 отличается от уравнения 9 тем, что уравнение 12 предусматривает умножение на дисперсию G(k) длин волн оптического усилителя, деление уравнения 12 на G(k) дает уравнение 9 в примере 1. Кстати, дисперсию длин волн оптического усилителя получают заранее и сохраняют в памяти.

В частности, например, на месте глаз располагают зеркало, получают спектры опорного луча и обратного луча и проводят вычисление для получения дисперсии длин волн оптического усилителя.

На этапе S5 выносят суждение о том, завершено ли измерение.

Если измерение завершено, процесс переходит к этапу S10. Если же нет, процесс переходит к этапу S6.

На этапе S6 выносят суждение о том, осуществляется ли перемещение в направлении Х.

Если в направлении Х движение осуществляется, процесс переходит к этапу S7. Если же нет, процесс переходит к этапу S8.

На этапе S7 перемещение осуществляется на желаемое расстояния в направлении Х, и процесс переходит к этапу S8.

На этапе S8 выносят суждение о том, осуществляется ли перемещение в направлении Y.

Если в направлении Y движение осуществляется, процесс переходит к этапу S9. Если же нет, процесс переходит к этапу S2-1.

На этапе S9 перемещение осуществляется на желаемое расстояния в направлении Y, и процесс переходит к этапу S2-1. Если после выполнения этапа S5 и последующих вышеописанных этапов определяют, что измерение следует завершить, процесс переходит к этапу S10 для завершения измерения.

В данном примере использование электрического оптического переключателя обеспечивает высокоскоростное измерение. Кроме того, использование оптического усилителя гарантирует измерение даже слабого света. Помимо этого, вычисление обеспечивает получение томографического изображения с высоким разрешением на высокой скорости.

Пример 3: Затвор

В примере 3, со ссылкой на фиг. 7, описывается пример офтальмологического OCT-устройства, в котором используется защитный затвор. На фиг. 7 представлен схематический чертеж для описания оптической системы устройства формирования оптического томографического изображения в данном примере. Те же компоненты, что и на фиг. 2A и 2B, обозначены теми же позициями, а ниже приводится описание отличий от примеров 1 и 2.

Затвор предотвращает излучение измерительного луча из устройства формирования изображения, когда количество света измерительного луча отличается от заданного количества света (или оказывается вне диапазона заданного количества света). Случай, когда количество света измерительного луча отличается от заданного количества света, естественно, включает в себя случай, когда количество света измерительного луча меньше или больше, чем заданное значение количества света.

Затвор 801 открывает и закрывает путь луча через электрическую схему в ответ на команды из компьютера 111. Расщепитель 802 луча расщепляет измерительный луч 112 на луч для детектора 803 и измерительный луч для измеряемого объекта. Детектор 803 обнаруживает количество света и вводит его сигнал в электрическую схему 804. Детектор является, например, фотодиодом, а предусмотренный в нем преобразователь тока в напряжение преобразует ток в напряжение, и в электрическую схему вводится сигнал напряжения.

Затвор включает в себя электрооптический, магнитооптический и механический затворы. Электрооптический затвор выполняют так, что электрод призмы располагается на оптическом отклоняющем элементе из материала PLZT: (Pb, La)(Zr, Ti)O₃. Приложение напряжения к электроду призмы изменяет показатель преломления в контуре призмы, обеспечивая излом пучка. Коэффициент пропускания и отсечку можно переключать с помощью угла луча. Скорость отклика варьируется от нескольких наносекунд до нескольких сотен наносекунд. Магнитооптический затвор выполняют так, что магнитооптический элемент, охваченный, например, магнитной катушкой, расположен между поляризаторами, перпендикулярными друг другу. Ток, протекающий в магнитную катушку, обуславливает поворот плоскости поляризации магнитооптического элемента для управления коэффициентом пропускания и отсечкой света. Скорость отклика варьируется от нескольких микросекунд до нескольких сотен микросекунд. Механический затвор изменяет угол зеркала с использованием, например, прибора на основе микроэлектромеханических систем (MEMS), гарантируя переключение коэффициента пропускания и отсечку света. Скорость отклика варьируется от нескольких сотен микросекунд до нескольких миллисекунд. Перемещение перегораживающего предмета на путь луча и удаление его с пути света посредством магнитной катушки обеспечивает переключение коэффициента пропускания и отсечки света. Скорость отклика варьируется от нескольких десятков миллисекунд до нескольких сотен миллисекунд.

Ниже, со ссылкой на фиг. 8, описывается блок-схема последовательности операций согласно примеру 3.

Процесс начинается на этапе А1 и переходит к этапам А2 и M1.

На этапе M1 обнаруживают количество света посредством детектора 803 и осуществляют оперативный контроль этого количества посредством электрической схемы 804. Этап А2 - это время ожидания до тех пор, пока оперативный контроль количества света не начнется в действительности, а время ожидания составляет, например, несколько десятков миллисекунд.

На этапе М2 осуществляют подтверждение того, находится ли количество света в заданном диапазоне, а измерение не завершено. Если эти условия удовлетворяются, процесс переходит к этапу M1 (801). Отметим, что заданное количество света определяется стандартом, например Национального института стандартизации США (ANSI), и составляет 700 мкВт. Если количество света не находится в заданном диапазоне, например, не находится в диапазоне 680-700 мкВт, процесс переходит к этапу М3 (802). Если измерение завершено, процесс переходит к этапу А10 и заканчивается (803).

На этапе М3, если затвор открыт в этом момент, то затвор закрывают. После этого процесс переходит к этапу М4 для осуществления процесса обработки ошибок. Термин «процесс обработки ошибок» означает, что получение данных спектроскопом останавливается компьютером для возврата сканера и зеркала опорного луча в исходное положение. Кроме того, на экране компьютера выдается сообщение об ошибке.

На этапе A3 затвор открывают. Открывание затвора обуславливает достижение обследуемого глаза измерительным лучом, вызывая достижение спектроскопа обратным лучом, что гарантирует измерение объединенного луча. Оперативный контроль количества света осуществляют сразу же на этапе M1 или позже - в течение времени ожидания на этапе A2.

На этапе A4 перемещают сканер в желаемое положение. Перемещением сканера называют сканирование в направлениях X и Y. Сканер перемещают в направлениях X и Y в предположении проведения пространственного измерения для получения данных массива точек размером 512×512 в плоскости XY. Направление Х принимают за «быструю ось», по которой осуществляют сканирование туда и обратно на высокой скорости. Направление Y принимают за «медленную ось», по которой осуществляют сканирование в одном направлении на низкой скорости.

На этапе A5 выносят суждение о том, требуется ли изменение состояния затвора. Изменение состояние затвора приводит к изменению коэффициента пропускания или отсечки света. Если изменение состояния требуется, процесс переходит к этапу A6 для изменения состояния затвора. Если изменение состояния не требуется, процесс переходит к этапу A7.

На этапе А7 проводят измерение посредством спектроскопа 108. Когда затвор закрыт, можно измерять опорный луч, потому что обратный луч не существует. Интенсивность опорного луча соответствует уравнению 1. С другой стороны, когда затвор открыт, можно измерять объединенный луч, поскольку обратный луч существует. Интенсивность объединенного луча соответствует уравнению 7. Вообще говоря, автокорреляционная составляющая обратного луча, идущего от обследуемого глаза, весьма слаба, так что интенсивность обратного луча (уравнение 2) можно считать нулевой. По этой причине опорный луч вычитают из объединенного луча, а результат делят на автокорреляционную составляющую опорного луча, что дает уравнение 9. Преобразование Фурье, осуществляемое над уравнением 9, дает томографическое изображение. Конечно, всю вышеописанную обработку сигналов можно проводить после завершения измерения.

На этапе А8 выносят суждение о том, измерена ли желаемая область. Фиг.3Е иллюстрирует профиль измерительного луча, управляемого затвором. Эта фигура иллюстрирует профиль, получаемый путем повторения этапов А4-А8 три раза. Опорный луч изменяют в интервале 301. Каскад перемещают в направлении Y в течение интервала 301 и перемещают обратно в направлении Х на пройденное расстояние в течение интервала 302. Опорный луч измеряют сразу же в течение этого интервала. Объединенный луч измеряют в интервале 302. Каскад перемещают в направлении Х с постоянной скоростью в течение интервала 302 и не перемещают в направлении Y. В течение этого интервала объединенный луч измеряют 512 раз.

На этапе А9 затвор закрывают. Когда затвор изначально закрыт, затвор поддерживают в закрытом состоянии.

На этапе А10 измерение завершают.

Как видно из вышеизложенного, в этом примере затвор для отсечки измерительного луча находится на пути измерительного луча, и этот затвор используется при обнаружении опорного луча, вследствие чего стабильность измерительного луча во время обнаружения гарантируется при значительно упрощенной конфигурации схемы.

Хотя данное изобретение описано со ссылкой на возможные варианты осуществления, следует понять, что изобретение не ограничивается описанными возможными вариантами осуществления. Объем притязаний нижеследующей формулы изобретения следует толковать в самом широком смысле как охватывающий все такие модификации, а также эквивалентные конструкции и функции.

В этой заявке выдвигаются притязания на приоритеты нижеследующих заявок на патенты Японии: № 2008-177158, поданной 7 июля 2008, и № 2009-151483, поданной 25 июня 2009, причем они упоминаются здесь для справок.

Изобретение относится к формированию изображения с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области. Устройство содержит первый переключающий блок 17, осуществляющий переключение между первым состоянием, в котором обратный луч 12 объединяется с опорным лучом (состояние, в котором обратный луч 12 проводится к объединяющему блоку 22), и вторым состоянием, отличающимся от первого состояния (состоянием, в котором путь луча для обратного луча 12 блокируется или изменяется). Управляющий блок 18 управляет переключающим блоком 17 для изменения первого и второго состояний. Блок 19 сбора интерферометрической информации осуществляет сбор интерферометрической информации об обратном луче 12 и опорном луче 14 с использованием опорного луча 14 или обратного луча 12, обнаруженного обнаруживающим блоком 16 во втором состоянии, и объединенного луча 15. Изобретение обеспечивает получение томографического изображения с высоким разрешением за счет удаления шумов, обусловленных автокорреляционной составляющей обратного луча. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство формирования изображения для формирования изображения обнаруживаемого объекта с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области, содержащее:
обнаруживающий блок для обнаружения объединенного луча, в котором объединены обратный луч, полученный путем излучения измерительного луча на обнаруживаемый объект, и опорный луч, соответствующий измерительному лучу;
первый переключающий блок для переключения между состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, и состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения опорного луча;
управляющий блок для управления первым переключающим блоком таким образом, что когда количество света измерительного луча меньше заданного значения, первый переключающий блок переключается из состояния, в котором обнаруживающий блок обнаруживает опорный луч, в состояние, в котором обнаруживающий блок обнаруживает объединенный луч; и
блок получения томографического изображения для получения томографического изображения, в котором информация, основанная на интенсивности опорного луча, обрезается из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча.

2. Устройство формирования изображения по п.1, дополнительно содержащее:
вычитающий блок для вычитания информации, основанной на интенсивности автокорреляционной составляющей опорного луча, из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча,
причем блок получения томографического изображения выполнен с возможностью получения обрезанного томографического изображения на основе результата вычитания вычитающего блока.

3. Устройство формирования изображения по п.1, дополнительно содержащее:
материал с переменным коэффициентом пропускания, обеспеченный на пути света опорного луча и выполненный с возможностью изменения коэффициента пропускания опорного света,
причем блок получения томографического изображения выполнен с возможностью получения томографического изображения, в котором информация, основанная на интенсивности опорного луча, после прохождения через материал с переменным коэффициентом пропускания, обрезается из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча.

4. Устройство формирования изображения по п.3, в котором материалом с переменным коэффициентом пропускания является неселективный (ND) светофильтр.

5. Устройство формирования изображения по п.1, в котором управляющий блок выполнен с возможностью управления первым переключающим блоком таким образом, что первый переключающий блок изменяет путь света измерительного луча для переключения между состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, и состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения опорного луча.

6. Устройство формирования изображения по п.5, в котором:
первый переключающий блок содержит сканирующий блок для сканирования измерительного луча по обнаруживаемому объекту, и
управляющий блок выполнен с возможностью управления первым переключающим блоком таким образом, что сканирующий блок отклоняет измерительный луч от пути света измерительного луча для переключения из состояния, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, в состояние, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения опорного луча.

7. Устройство формирования изображения по п.1, в котором:
первый переключающий блок содержит затвор, обеспеченный на пути измерительного луча и выполненный с возможностью отсекания измерительного луча,
причем управляющий блок выполнен с возможностью управления затвором таким образом, что затвор отсекает измерительный луч для переключения из состояния, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, в состояние, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения опорного луча.

8. Устройство формирования изображения по п.1, дополнительно содержащее:
второй переключающий блок для переключения между состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, и состоянием, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения обратного луча, при переключении первым переключающим блоком в состояние, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча,
причем блок получения томографического изображения выполнен с возможностью получения томографического изображения, в котором информация, основанная на интенсивности автокорреляционной составляющей опорного луча, и информация, основанная на интенсивности автокорреляционной составляющей обратного луча, вычитаются из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча.

9. Устройство формирования изображения по п.8, в котором:
второй переключающий блок содержит блок с переменным коэффициентом пропускания для изменения коэффициента пропускания опорного луча,
причем управляющий блок выполнен с возможностью управления блоком с переменным коэффициентом пропускания таким образом, что блок с переменным коэффициентом пропускания изменяет коэффициент пропускания опорного луча для переключения из состояния, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, в состояние, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения обратного луча.

10. Устройство формирования изображения по п.9, в котором блоком с переменным коэффициентом пропускания является неселективный (ND) светофильтр.

11. Устройство формирования изображения по п.2, дополнительно содержащее:
блок нормализации для нормализации результата вычитания информацией, основанной на интенсивности автокорреляционной составляющей опорного луча, и
преобразующий блок для осуществления преобразования Фурье над результатом нормализации блока нормализации,
причем блок получения томографического изображения выполнен с возможностью получения обрезанного томографического изображения на основе результата преобразования преобразующего блока.

12. Устройство формирования изображения по п.1, дополнительно содержащее:
обнаруживающий количество света блок для обнаружения количества света измерительного луча,
причем управляющий блок выполнен с возможностью управления первым переключающим блоком таким образом, что первый переключающий блок переключает из состояния, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, в состояние, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения опорного луча, при обнаружении обнаруживающим количество света блоком количества света, превышающего заданное значение, в состоянии, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча.

13. Устройство формирования изображения по п.1, в котором управляющий блок выполнен с возможностью осуществления процесса обработки ошибок, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

14. Устройство формирования изображения по п.13, в котором управляющий блок выполнен с возможностью остановки обнаружения луча обнаруживающим блоком в качестве процесса обработки ошибок, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

15. Устройство формирования изображения по п.13, в котором первый переключающий блок содержит сканирующий блок для сканирования измерительного луча по обнаруживаемому объекту,
причем когда количество света измерительного луча превышает заданное значение, управляющий блок выполнен с возможностью возврата сканирующего блока в исходное положение в качестве процесса обработки ошибок.

16. Устройство формирования изображения по п.13, в котором первый переключающий блок содержит зеркало опорного луча, расположенное на пути света опорного луча,
причем когда количество света измерительного луча превышает заданное значение, управляющий блок выполнен с возможностью возврата зеркала опорного луча в исходное положение в качестве процесса обработки ошибок.

17. Устройство формирования изображения по п.1, в котором управляющий блок выполнен с возможностью выдачи сообщения об ошибке на устройстве отображения, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

18. Устройство формирования изображения по п.1, в котором управляющий блок выполнен с возможностью управления первым переключающим блоком таким образом, что когда количество света измерительного луча находится в заданном диапазоне, первый переключающий блок переключает из состояния, в котором обнаруживающий блок обнаруживает опорный луч, в состояние, в котором обнаруживающий блок обнаруживает объединенный луч, и когда, в состоянии, в котором обнаруживающий блок выполнен с возможностью обнаружения объединенного луча, количество света измерительного луча находится вне заданного диапазона, первый переключающий блок переключает из состояния, в котором обнаруживающий блок обнаруживает объединенный луч, в состояние, в котором обнаруживающий блок обнаруживает опорный луч.

19. Устройство формирования изображения по п.18, в котором заданный диапазон составляет приблизительно 680-700 мкВт.

20. Устройство формирования изображения по п.1, в котором заданное значение составляет приблизительно 700 мкВт.

21. Устройство формирования изображения по п.1, в котором обнаруживаемым объектом является глаз.

22. Устройство формирования изображения по п.12, дополнительно содержащее расщепляющий блок для расщепления измерительного луча на два луча,
причем обнаруживающий блок для обнаружения количества света выполнен с возможностью обнаружения количества света одного из лучей в качестве количества света измерительного луча.

23. Способ формирования изображения для формирования изображения обнаруживаемого объекта с использованием оптической когерентной томографии в Фурье-области, заключающийся в том, что:
обнаруживают объединенный, в котором объединены обратный луч, полученный путем излучения измерительного луча на обнаруживаемый объект, и опорный луч, соответствующий измерительному лучу,
переключают из состояния, в котором обнаруживают опорный луч, в состояние, в котором обнаруживают объединенный луч, когда количество света измерительного луча меньше заданного значения; и
получают томографическое изображение, в котором информацию, основанную на интенсивности опорного луча, обрезают из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча.

24. Способ формирования изображения по п.23, в котором дополнительно: вычитают информацию, основанную на интенсивности автокорреляционной составляющей опорного луча, из информации о томографическом изображении, полученной на основе интенсивности комбинированного луча,
причем обрезанное томографическое изображение получают блоком получения томографического изображения на основе результата вычитания.

25. Способ формирования изображения по п.23, в котором дополнительно: переключают из состояния, в котором обнаруживают объединенный луч, в состояние, в котором обнаруживают опорный луч, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

26. Способ формирования изображения по п.23, в котором дополнительно: осуществляют процесс обработки ошибок, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

27. Способ формирования изображения по п.23, в котором дополнительно: выдают сообщение об ошибке на устройство отображения, когда количество света измерительного луча превышает заданное значение.

28. Способ формирования изображения по п.23, в котором заданное значение составляет приблизительно 700 мкВт.

29. Способ формирования изображения по п.23, в котором обнаруживаемым объектом является глаз.

30. Машиночитаемый носитель информации, отличающийся тем, что хранит программу, предписывающую компьютеру осуществлять способ формирования изображения по п.23.