KR20110036593A - 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치 및 촬상 방법, 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - Google Patents

광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치 및 촬상 방법, 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체 Download PDF

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KR20110036593A KR1020117001933A KR20117001933A KR20110036593A KR 20110036593 A KR20110036593 A KR 20110036593A KR 1020117001933 A KR1020117001933 A KR 1020117001933A KR 20117001933 A KR20117001933 A KR 20117001933A KR 20110036593 A KR20110036593 A KR 20110036593A
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Abstract

푸리에-도메인 광간섭 단층법을 사용하고, 복귀광의 자기 상관 성분에 기인하는 노이즈를 제거하여 고-분해능 단층 화상을 취득하는 촬상 장치가 제공된다. 제1 전환 유닛(17)은 복귀광(12)이 참조광과 합성되는 제1 상태(복귀광(12)이 합성 유닛(22)에 유도되는 상태)와 제1 상태와는 상이한 제2 상태(복귀광(12)의 광로가 차단되거나 변경되는 상태)를 전환한다. 제어 유닛(18)은 전환 유닛(17)이 제1 상태와 제2 상태를 변경하도록 제어한다. 간섭 정보 취득 유닛(19)은, 제2 상태에서 검출 유닛(16)에 의해 검출된 참조광(14) 또는 복귀광(12)과, 합성광(15)을 사용하여 복귀광(12) 및 참조광(14)에 관한 간섭 정보를 취득한다.

Description

광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치 및 촬상 방법{IMAGING APPARATUS AND IMAGING METHOD USING OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY}
본 발명은, 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것으로, 특히, 눈 및 피부의 관찰에 사용되는 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치 및 촬상 방법에 관한 것이다.
현재, 저 코히런스광의 간섭을 이용한 광간섭 단층법(optical coherence tomography, OCT)을 사용하는 촬상 장치(이하, OCT 장치라고 칭함)가 실용화되어 있다. 촬상 장치는, 물체에 입사하는 광의 파장 정도의 분해능으로 단층 화상을 취득할 수 있어, 피검사물의 고-분해능의 단층 화상을 제공하는 것을 가능하게 한다.
광원으로부터의 광은 빔 스플리터와 같은 분할광로에 의해 측정광과 참조광으로 분할된다. 우선, 눈 등의 피검사물은 측정광로를 통하여 측정광으로 조사된다. 피검사물로부터의 복귀광은 검출광로를 통해서 검출 위치에 유도된다. "복귀광"이라는 용어는, 피검사물이 광으로 조사되는 방향에서의 계면에 관한 정보를 포함하는 반사광 및 산란광을 칭한다. 참조광은, 참조광로를 통해서 참조 미러에 의해 반사되어, 그 반사광이 검출 위치에 유도된다. 복귀광과 참조광의 간섭광을 검출기로 검출하고, 해석함으로써 피검사물의 단층 화상을 제공한다.
일본공개특허 평11-325849호는 피검사물의 한 점의 측정에 있어서, 참조 미러의 위치를 불연속으로 3회 변화시켜서 파장 스펙트럼을 취득한 후, 그 스펙트럼들을 연산함으로써 단층 화상을 제공하는 OCT 구성을 개시한다.
또한, A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, S. Y. El-Zaiat, Opt. Commun. 117, 43-48, (1995)의 논문에, 고정된 OCT 장치의 참조 미러를 이용하여 파장 스펙트럼이 취득되고 푸리에 변환에 의해 단층을 측정하는 푸리에-도메인 OCT 장치(이하 FD-OCT 장치라고 칭함)가 개시된다. FD-OCT 장치는 분광기(SD-OCT: Spectral Domain OCT)를 사용하는 시스템 및 광원의 파장을 스윕(sweeping)하는 시스템(SS-OCT: Source Swept-OCT)을 포함한다.
일본공개특허 평11-325849호에 개시된 OCT 장치는 참조 미러를 이동시키기 때문에, 깊이 방향으로 일괄해서 단층 화상을 취득할 수 있는 FD-OCT 장치보다 측정을 시행하는 데 더 많은 시간이 걸린다.
한편, FD-OCT 장치는, 깊이 방향으로 일괄해서 단층 화상을 취득할 때에, 고정된 참조 미러를 사용할 수 있다. 그러나, 참조광과 복귀광의 자기 상관 성분들이 참조광과 복귀광의 합성광에 노이즈로서 포함된다. 이것을 피하기 위해서는, 광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러가 피검사물로부터 이격될 수 있도록 해서 이 성분들로부터 분리되도록 한다. 또한, 이것을 피하기 위해서, 그 성분들로부터 분리되도록 하기 위하여 코히런스 게이트가 피검사물로부터 이격될 수 있다.
그러나, 물체로부터 이격된 광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러는 때때로 측정 감도(센서의 감도)를 감소시켜, 고정밀도의 측정을 수행하기 위해서는 참조광 및 복귀광의 자기 상관 성분들(autocorrelation components)이 합성광으로부터 제거될 필요가 있다. 특히, 복귀광의 자기 상관 성분은 측정될 위치에 따라 변화되기 때문에, 복귀광의 자기 상관 성분을 순차적으로 취득하여 합성광으로부터 제거하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기 문제들의 관점에서 만들어졌고 본 발명의 목적은 하기 방식으로 구성된 광단층 촬상 장치 및 광단층 화상을 촬상하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 광원으로부터의 광을 측정광과 참조광으로 분할하고, 측정광로를 통해서 피검사물로 측정광을 유도하고 참조광로를 통해서 참조 미러로 참조광을 유도하고, 피검사물에 의해 반사되거나 산란된 측정광에 기초하는 복귀광, 참조 미러에 의해 반사된 참조광, 및 복귀광과 참조광에 기초하는 합성광을 사용하여 피검사물의 단층 화상을 촬상하는 광단층 촬상 장치가 제공되고, 광단층 촬상 장치는, 측정광로 및 참조광로 각각에 배열된, 광 투과율을 제어하기 위한 유닛들; 광 투과율을 제어하기 위한 유닛들에서 광 투과율을 변화시키는 시간 인터벌을 설정된 프로파일에 기초하여 제어하기 위한 제어 유닛; 광원으로부터의 광에 기초하고, 프로파일에 기초한 시간 인터벌의 제어에 의해 취득되는 복귀광, 참조광 및 합성광 각각의 파장 스펙트럼들의 데이터를 취득하기 위한 유닛; 및 취득된 복귀광, 참조광 및 합성광의 파장 스펙트럼 데이터가 광 성분들 중 적어도 임의의 성분을 연산하는 데 사용되는 연산 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 광단층 화상을 촬상하는 방법은, 광원으로부터의 광을 측정광과 참조광으로 분할하는 단계, 측정광을 피검사물로 유도하고 참조광을 참조 미러로 유도하는 단계; 및 피검사물에 의해 반사되거나 산란된 측정광에 기초하는 복귀광, 참조 미러에 의해 반사된 참조광, 및 복귀광과 참조광에 기초한 합성광을 사용하여 피검사물의 단층 화상을 촬상하는 단계를 포함하고, 측정광을 유도하기 위한 측정광로 및 참조광을 유도하기 위한 참조 광로의 각각에 배치된, 광의 투과율을 제어하기 위한 유닛들은, 설정된 시간 인터벌의 프로파일에 기초하여, 광원으로부터의 광에 기초하는 복귀광, 참조광, 및 합성광을 취득하고, 취득된 복귀광, 참조광 및 합성광 각각으로부터 취득된 파장 스펙트럼 데이터를 이용하여 광 성분들 중 적어도 임의의 성분을 연산하도록 제어된다.
푸리에-도메인 광간섭 단층법을 사용하는 또 다른 촬상 장치는,
광을 방출하기 위한 광원;
광원으로부터의 광을 참조광과 측정광으로 분할하기 위한 분할 유닛;
피검사물에 측정광을 방사함으로써 취득된 복귀광과 참조광이 합성되어진 합성광을 검출하기 위한 검출 유닛;
검출 유닛이 합성광을 검출할 수 있는 제1 상태와 검출 유닛이 참조광을 검출할 수 있는 제2 상태 간을 전환하기 위한 제1 전환 유닛과, 제1 상태와, 검출 유닛이 측정광을 검출할 수 있는 제3 상태 간을 전환하기 위한 제2 전환 유닛 중 하나;
제1 상태와 제2 상태 간을 전환하기 위한 제1 전환 유닛과, 제1 상태와 제3 상태 간을 전환하기 위한 제2 전환 유닛 중 하나를 제어하기 위한 제어 유닛; 및
제2 상태에서 검출된 참조광과 제3 상태에서 검출된 측정광 중 하나와, 제1 상태에서 검출 유닛에 의해 검출된 합성광을 사용하여, 복귀광과 참조광에 관한 간섭 정보를 취득하기 위한 간섭 정보 취득 유닛을 포함한다.
푸리에 도메인 광간섭 단층법을 사용하는 또 다른 촬상 방법은,
광을 발생시키는 단계;
광을 참조광과 측정광으로 분할하는 단계;
측정광을 피검사물에 조사하는 단계;
참조광과, 조사에 의해 취득된 복귀광을 합성하여 취득된 합성광을 검출하는 단계;
합성광이 검출될 수 있는 제1 상태와 참조광이 검출될 수 있는 제2 상태 간을 전환하거나, 또는 제1 상태와, 측정광이 검출될 수 있는 제3 상태 간을 전환하는 단계; 및
제2 상태에서 검출된 참조광과 제3 상태에서 검출된 측정광 중 하나와, 제1 상태에서 검출된 합성광을 사용하여 복귀광과 참조광에 대한 간섭 정보를 취득하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 참조광의 자기 상관 성분의 제거는 고정밀도의 단층 화상을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 실시예에 따른 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 예 1과 예 2에 따른 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치의 광학계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3의 (a), 도 3의 (b), 도 3의 (c), 도 3의 (d) 및 도 3의 (e)는 예 1 내지 예 3에서의 참조광과 복귀광에 대한 제어 프로파일을 설명하기 위한 타이밍 차트이다.
도 4는 예 1에서의 측정용 흐름도이다.
도 5는 예 1에서의 단층의 구조 및 반사율과 투과율의 관계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 예 2에서의 측정의 흐름도이다.
도 7은 예 3에서의 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치를 위한 광학계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 예 3에서의 측정의 흐름도이다.
[제1 실시예]
도 1a 및 도 1b를 참조하여 본 실시예에 따른 푸리에 도메인 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치를 하기에서 설명한다. 도 1a는 마이켈슨형(Michelson type) 간섭계를 나타내고, 도 1b는 마하젠더형(Mach-Zehnder type) 간섭계를 나타낸다. 도 1a에서, 분할 유닛(21)과 합성 유닛(22)이 공통 부재로 구성된다. 한편, 도 1b에서, 분할 유닛(21)과 합성 유닛(22)은 상이한 부재들로 구성된다.
본 발명은, 측정광로 상에 셔터 등의 전환 유닛(17)(제1 전환 유닛이라고도 칭함)이 위치하는 도 1a 와 도 1b 중 어느 하나로 나타낸 장치로 한정되지 않는다. 셔터 등의 전환 유닛(제2 전환이라고도 칭함)은 참조광로 상에 위치할 수도 있다.장치는 제1 전환 유닛과 제2 전환 유닛 중 하나만을 포함할 수 있고, 장치는 그들 둘 다를 포함할 수도 있다.
FD-OCT(Fourier Domain OCT)는 SD-OCT(Spectral Domain OCT)와 SS-OCT(Source Swept-OCT)의 2개의 유형을 포함한다. 본 실시예에서는, 하기에서 SD-OCT 형을 설명하지만, 본 발명에는 SS-OCT를 사용하는 장치도 포함될 수 있다.
(촬상 장치)
광원(20)은 광(저 코히런스광)을 발생시킨다. 광원(20)에는 SLD(super luminescent diode)를 적용할 수 있다. 광원(20)에는 ASE(amplified spontaneous emission)도 적용할 수 있다. 또한, 광원(20)에는 티타늄 사파이어 레이저 등의 초단 펄스 레이저도 적용할 수 있다. 광원(20)에는, 저 코히런스광을 발생시킬 수 있으면 무엇이든지 적용될 수 있다. 광원(20)으로부터 발생되는 광의 파장은 특별히 한정되지 않지만, 400nm 내지 2μm이다. 파장의 대역폭이 넓어질수록 깊이 방향의 분해능이 증가한다. 일반적으로 중심 파장이 850nm일 때, 50nm의 파장 대역에서는 분해능이 6μm이고, 100nm의 파장 대역에서는, 분해능이 3μm이다.
분할 유닛(21)은 광원(20)으로부터의 광을 참조광(14)과 측정광(23)으로 분할한다. 분할 유닛(21)에는 빔 스플리터나, 파이버 커플러를 적용할 수 있다. 분할 유닛(21)에는, 광을 분할할 수 있으면 무엇이든지 적용될 수 있다. 분할 비율도 피검사물에 적절한 것이 선택될 수 있다.
검출 유닛(분광기)(16)은, 측정광(23)을 피검사물(11)(눈이나 안저 등의 생체 부분을 포함함)에 조사함으로써 취득된 복귀광(12)과 참조광(14)(참조광로에 설치되는 미러 등의 참조 유닛(13)에 의해 반사됨)의 합성광(15)을 검출한다. 측정광(23)은, 측정광로 상에 위치하는 렌즈 등의 광학 유닛에 의해 피검사물(11)에 조사될 수 있다. 검출 유닛(16)은 합성광(15)을 분광시키기 위한 분광 디바이스(예를 들어, 도 2a의 프리즘(109))를 갖는다. 분광 디바이스는 회절 격자나 프리즘이며, 광을 분광할 수 있으면 무엇이든지 사용될 수 있다. 검출 유닛(16)은 분광 디바이스에 의해 분광된 광을 검출하기 위한 센서(예를 들어, 도 2a의 촬상 디바이스(110))를 갖는다. 센서는, 라인 센서나 2차원 센서이며, 광을 검출할 수 있으면 무엇이든지 사용될 수 있다.
전환 유닛(17)은, 검출 유닛(16)이 합성광(15)을 검출할 수 있는 제1 상태(복귀광(12)이 합성 유닛(22)에 안내되는 상태)와 검출 유닛이 참조광(14)을 검출할 수 있는 제2 상태 간을 전환한다. 전환 유닛(17)은 제1 전환 유닛이라고도 칭하며, 제1 전환 유닛은 측정광로 상에 위치된다. 본 실시예의 전환 유닛은 상술된 바와 같이 참조광로 상에 위치될 수 있고, 제2 전환 유닛이라고 칭한다. 제1 전환 유닛과 제2 전환 유닛은 동일한 장치 상에 위치할 수 있다. 제2 전환 유닛은 제1 상태와, 검출 유닛(16)이 측정광을 검출할 수 있는 제3 상태 간을 전환할 수 있다.
전환 유닛(17)은 측정광(23) 또는 복귀광(12)의 광로가 차폐될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 제2 상태는 차폐된 상태이다. 전환 유닛(17)은, 측정광(23) 또는 복귀광(12)의 투과율이 제어될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 그러한 경우들에서, 셔터(후술됨)가 전환 유닛(17)에 적용될 수 있지만, 광로를 차폐할 수 있으면 무엇이든지 적용될 수 있다.
전환 유닛(17)은, 측정광(23) 또는 복귀광(12)의 광로가 변경될 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 제2 상태는 변경된 상태이다. 이 경우에, 측정광(23)을 피검사물(11) 상에 주사하기 위한 광학 주사 유닛(예를 들어, 도 2a의 XY 스캐너(104))이, 예를 들어, 전환 유닛(17)에 적용될 수 있지만, 광로를 변경할 수 있으면 무엇이든지 적용될 수 있다.
제어 유닛(18)(제1 전환 유닛)은 제1 상태와 제2 상태를 변경하도록 전환 유닛(17)을 제어한다. 제어 유닛(18)은 전환 유닛(제2 전환 유닛)이 제1 상태와 제3 상태 간을 전환하도록 제어할 수 있다. 제어 유닛(18)은 제1 전환 유닛과 제2 전환 유닛 모두가 제1 상태, 제2 상태 및 제3 상태를 전환하도록 제어할 수 있다. 제어 유닛(18)은, 제1 전환 유닛과 제2 전환 유닛 모두를 제어하기 위한 2개의 제어 디바이스를 포함할 수 있고, 제1 전환 유닛과 제2 전환 유닛을 제어하기 위한 단일 디바이스 상에 구성될 수 있다. 제어 유닛(18)은, 미리 결정된 타이밍(예를 들어, 도 3의 (a) 내지 도 3의 (e))에 기초하여 전환 유닛(17)을 제어하는 것이 바람직하다. 이때, 합성광(15)은 제1 상태의 타이밍에서 검출 유닛(16)에 의해 검출된다.
간섭 정보 취득 유닛(19)은, 제2 상태에서 검출 유닛(16)에 의해 검출된 참조광(14)과, 합성광(15)을 사용하여, 복귀광(12)과 참조광(14)에 대한 간섭 정보(간섭 성분(coherence component), 후술의 수학식 8)를 취득한다. 검출 유닛(16)에 의해 검출된 합성광(15)(후술의 수학식 7)으로부터, 참조광(14)의 자기 상관 성분(후술의 수학식 1)과 복귀광(12)의 자기 상관 성분(후술의 수학식 2)을 감산하는 것이 바람직하다. 감산 결과(후술의 수학식 8)를 참조광(14)의 자기 상관 성분에 의해 규격화하는 것이 바람직하다. 규격화된 결과(후술의 수학식 9)를 푸리에 변환함으로써, 피검사물(11)의 단층 화상을 제공한다.
이에 의해, 측정하는 위치에 따라 변할 수 있는 복귀광(12)을 순차적으로 제공할 수 있다. 이로써, 합성광(15)으로부터 복귀광(12)의 자기 상관 성분을 제거할 수 있다.
자기 상관 성분은, 복귀광과 참조광의 간섭 성분 외에 추가적으로 포함되는, 참조광 자신에 의한 성분, 또는 복귀광 자신에 의한 성분이다. 복귀광과 참조광의 합성광에는, 그들의 간섭 성분 외에도 자기 상관 성분이 포함된다. 간섭 성분을 검출하기 위해서는, 간섭 성분에 비하여 상대적으로 광량이 큰 성분인 참조광의 자기 상관 성분을 합성광으로부터 감산하는 것이 바람직하다.
OCT 장치는 측정광의 양을 검출하기 위한 광량 검출 유닛(예를 들어, 도 7의 검출기(803)) 및 검출된 광량을 미리 결정된 값과 비교하기 위한 비교 유닛(도시 안 됨)을 포함하는 것이 바람직하다. 검출된 광량이 미리 결정된 값(미리 결정된 광량)과 상이하거나, 또는 미리 정해진 광량의 범위를 벗어날 때, 전환 유닛(17)이 제1 상태를 제2 상태로 전환하는 것이 바람직하다. 그 결과, 측정광의 광량이 미리 결정된 광량과 상이할(또는 미리 결정된 광량의 범위를 벗어날) 때, 측정광이 촬상 장치의 외부로 방사되지 않는다(실시예 3에서 후술됨).
(촬상 방법)
본 실시예에 따른 푸리에 도메인 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 방법은, 하기에 기술된 단계들을 적어도 포함한다.
a) 광을 발생시키는 단계.
b) 광을 참조광과 측정광으로 분할하는 단계.
c) 측정광을 피검사물에 조사하는 단계.
d) 조사에 의해 취득된 복귀광과 참조광을 합성함으로써 취득된 합성광을 검출하는 단계.
e) 검출 유닛(16)이 합성광을 검출할 수 있는 제1 상태와, 검출 유닛이 참조광을 검출할 수 있는 제2 상태 간을 전환하거나, 또는 제1 상태와, 검출 유닛(16)이 측정광을 검출할 수 있는 제3 상태 간을 전환하는 단계.
f) 제2 상태에서 검출된 참조광과 제3 상태에서 검출된 측정광 중 하나와 제1 상태에서 검출된 합성광을 사용하여, 복귀광과 참조광에 관한 간섭 정보를 취득하는 단계.
이 방법을 사용하여, 합성광으로부터 참조광 또는 복귀광의 자기 상관 성분을 제거함으로써, 정밀도가 높은 간섭 정보를 취득할 수 있다.
e)의 단계에서, 제1 상태, 제2 상태와 제3 상태 사이에서 변경이 있을 수 있다.
또한, 정확한 단층 정보를 취득하기 위해서, 이 방법은 하기의 단계들을 포함하는 것이 바람직하다.
g) 합성광으로부터 참조광의 자기 상관 성분과 복귀광의 자기 상관 성분을 감산하는 단계.
h) 감산된 값을 참조광의 자기 상관 성분에 의해 규격화하는 단계.
i) 규격화된 결과를 푸리에 변환하는 단계.
j) 피검사물의 단층 화상을 취득하는 단계.
상기 g) 내지 j)의 단계들은, 감산 유닛, 규격화 유닛, 변환 유닛 및 단층 화상 취득 유닛에 의해 각각 실행되는 것이 바람직하다. 상기 유닛 각각은 CPU 등의 상이한 프로세서들로 분할될 필요는 없고, 단일 프로세서가 그들 각각을 포함할 수 있다.
이 방법은 하기의 단계들을 더 포함할 경우, 측정광의 광량이 미리 결정된 광량과 상이할(또는 미리 결정된 광량의 범위를 벗어날) 때, 측정광이 촬상 장치의 외부로 방사되지 않을 수 있다.
k) 측정광의 광량을 검출하는 단계.
l) 광량이 미리 정해진 광량과 상이할 때 제2 상태로 변경하는 단계.
[제2 실시예]
도 2a를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 광단층 촬상 장치를 설명한다. 광원(101)으로부터의 광은 분할광로를 통해 측정광(112) 및 참조광(114)으로 분할된다. 측정광(112)은 측정광로를 통해서 피검사물(106)에 유도되고, 피검사물(106)에 의해 반사되거나 산란된 측정광의 복귀광(113)은 검출광로를 통해서 검출 위치로 유도된다. 한편, 참조광(114)은, 참조광로를 통해서 참조 미러(115)에 유도되고, 참조 미러(115)에 의해 반사된 참조광은 검출 위치로 유도된다. 검출 위치에 유도된 복귀광(113)과 참조광(114)의 합성광을 사용하여, 피검사물의 단층 화상을 촬상한다. 이 때, 광의 투과율을 제어하기 위한 유닛들(117-1 및 117-2)이 참조광로와 측정광로 상에 각각 배치된다. 광의 투과율을 제어하기 위한 유닛은, 광의 투과율을 변화시키는 시간 인터벌을, 제어 유닛(111)에 의해 설정된 프로파일에 기초하여 제어하도록 구성된다. 파장 스펙트럼 데이터를 취득하기 위한 유닛(108)은, 프로파일에 기초하여 시간 인터벌을 제어함으로써 취득된 광원으로부터의 광에 기초하여 복귀광(113), 참조광(114) 및 합성광의 파장 스펙트럼 데이터를 취득하도록 구성된다. 연산 유닛(111)은, 취득된 복귀광, 참조광, 및 합성광의 파장 스펙트럼 데이터를 사용하여, 그들 광 성분들 중 적어도 임의의 광 성분을 연산하도록 구성된다.
광의 투과율을 제어하기 위한 유닛들(117-1 및 117-2)은 광의 투과와 차단의 전환을 위한 광전환 디바이스로 구성될 수 있다. 또한, 광전환 디바이스는 기계적 셔터 또는 전기적 셔터 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 기계적 셔터 또는 전기적 셔터는 광의 투과율을 제어되게 할 수 있도록 구성될 수 있다. 제어 유닛(111)은, 복귀광의 취득 시간이 참조광의 취득 시간보다 길게 설정되는 프로파일에 기초하여 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 유닛(111)은 복귀광을 증폭하기 위한 광 증폭기(예를 들어, 도 2b의 광 증폭기(517))를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 광단층 화상의 촬상 방법은 하기와 같이 구성될 수 있다. 상기한 광의 투과율을 제어하기 위한 수단(117-1 및 117-2)은, 설정된 시간 인터벌의 프로파일에 기초하여 제어하여, 광원으로부터의 광에 기초한 복귀광(113), 참조광(114), 및 합성광을 취득한다. 취득된 복귀광, 참조광, 및 합성광으로부터 취득된 파장 스펙트럼 데이터를 사용하여, 이들 광 성분들 중 적어도 어느 하나의 광 성분을 연산한다.
광 성분을 연산할 때, 취득된 복귀광, 참조광, 및 합성광으로부터 취득된 파장 스펙트럼 데이터를 사용하여, 합성광의 성분으로부터 참조광과 복귀광의 자기 상관 성분들을 감산할 수 있다. 또한, 광의 성분을 연산할 때, 상기 감산 결과는, 참조광의 자기 상관 성분에 의해 제산되도록 구성될 수 있다. 또한, 광의 성분을 연산할 때, 상기 제산 결과는, 복귀광을 증폭하기 위해서 사용되는 광 증폭기에서의 파장 분광에 의해 제산되도록 구성될 수 있다. 취득된 복귀광, 참조광, 및 합성광으로부터 취득된 파장 스펙트럼 데이터를 사용하여, 깊이 분해능을 갖지 않는 상을 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 광단층 화상 촬상 장치 및 광단층 화상의 촬상 방법에 따르면, 참조광 및 복귀광의 자기 상관 성분들에 의해 유발되는 노이즈를 피검사물의 위치에 따라서 순차적으로 제거하면서 측정이 수행될 수 있어서, 고-분해능의 단층 화상을 제공한다.
[저장 매체 및 프로그램]
또 다른 실시예로서, 상술된 실시예에 따른 촬상 방법이, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램으로서 컴퓨터 판독가능 저장 매체(예를 들어, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, CD-R, 자기 테이프, 불휘발성 메모리 카드, ROM, EEPROM, 블루 레이 디스크 등)에 저장될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 상기 촬상 방법을 컴퓨터가 실행하게 하기 위한 프로그램이 있을 수 있다.
[예들]
하기에서 본 발명의 예들을 설명한다.
[예 1: 마이켈슨형 간섭계]
도 2a를 참조하여, 예 1에 따른 광간섭 단층법을 사용하는 촬상 장치(또는 광단층 촬상 장치)의 예를 설명한다. 본 예의 광단층 촬상 장치는 전체로서 마이켈슨형 간섭계를 형성하고 광을 제어하는 부분에서 마이켈슨 메카니즘을 사용한다.
광원(101)으로부터 방출된 광은 렌즈(102)를 통과하여 빔 스플리터(103)에 의해 측정광(112)과 참조광(114)으로 분할된다. 측정광(112)은 XY 스캐너(104) 및 대물 렌즈(105)를 통하여 피검사물(106)에 도달한다. 광투과성 막이 피검사물(106) 상에 배치된다. 막의 표면과 계면에 의해 산란 및 반사된 복귀광(113)은 대물 렌즈(105), XY 스캐너(104) 및 빔 스플리터(103)를 이 순서로 통과하여 결상 렌즈(107)를 통해 분광기(108)에 도달한다. 한편, 참조광(114)은 참조 미러(115)에 의해 반사된다. 참조 미러(115)는 위치 조정 디바이스(116)의 도움으로 광로 길이를 조정할 수 있다. 참조광(114)은 빔 스플리터(103)에 의해 복귀광에 더해진다. 참조광(114) 및 복귀광(113)은 회전식 셔터들(117-1 및 117-2)에 의해 각각 차단될 수 있다. 셔터들(117-1 및 117-2)은 제어 유닛(도시 안 됨)의 사용에 의해 광의 투과 및 차단을 연속적으로 제어할 수 있다. 물론 셔터는 회전형의 것일 필요는 없다. 슬라이드 셔터가 광로 상에 이동 가능하게 배치될 수 있다.
광원(101)은 대표적인 저-코히런트 광원인 SLD(super luminescent diode)를 사용한다. 그의 중심 파장은 예를 들어, 830nm이고 대역폭은 50nm이다. 대역폭은 취득될 단층 화상의 광축에 있어서의 분해능에 영향을 끼치기 때문에 중요한 인자이다. SLD가 광원으로서 선택되었지만, 저-코히런트 광을 방출할 수 있으면 어떤 광원이든지, 예를 들어, ASE(amplified spontaneous emission) 광원도 적용될 수 있다. 물론 피검사물의 내용에 따라 할로겐 램프 등과 같은 다른 광원들이 사용될 수 있다. 그러나, 파장은, 취득될 단층 화상의 횡방향으로의 분해능에 영향을 주어, 횡방향 분해능을 중시하는 경우에는 단파장을 사용하는 것이 바람직하다.
분광기(108)는 프리즘(109) 및 촬상 디바이스(110)를 포함하고 복귀광(113), 참조광(114) 및 합성광을 각각 분광한다. 분광된 광은 파장의 스펙트럼 데이터로서 분광기(108)의 촬상 디바이스에 의해 캡처된다. 촬상 디바이스에 의해 촬상된 파장의 스펙트럼 데이터는 컴퓨터(111)에 의해 해석된다. 컴퓨터(111)는 데이터를 해석하는 기능뿐만 아니라, 데이터를 저장하고, 화상을 표시하며, 데이터를 측정하는 명령들을 발행하는 기능들도 갖는다. XY 스캐너(104)는 컴퓨터 제어의 도움으로 광축에 수직인 방향으로 측정광(112)을 피검사물(106) 위에서 래스터스캔하여 피검사물(106)의 단면 화상을 취득한다.
하기에 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)를 참조하여 본 예에서의 참조광(114)과 복귀광(113)의 투과율의 시간 프로파일에 대해서 설명한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는, 참조광(114) 및 복귀광(113)의 투과율의 시간 프로파일들의 예들 각각을 설명하기 위한 타이밍 차트들이며, 이 예들에서 투과율은 0% 또는 100%이다.
회전식 셔터에 있어서, 동일한 원주에 3개의 구멍을 뚫은 디스크가 사용되고, 차폐 부재가 하나의 구멍에 배치된다. 디스크의 등속회전에 의해 그러한 프로파일을 제공한다. 참조광, 복귀광 및 합성광은 도 3의 (a) 에 각각 도시된 인터벌들(301, 302 및 303)에 의해 취득된다. 물론, 컴퓨터(111)가, 설정된 제어 프로파일에 기초하여 분광기(108)와 XY 스캐너(104)를 제어한다.
투과율은 100%일 필요는 없고, 참조광만이 측정되는 경우와 합성광이 측정되는 경우에 있어서 변화될 수 있다. 예를 들어, 회전식의 셔터의 경우에는, 원판의 구멍에 ND 필터를 사용함으로써 투과율을 바꿀 수 있다. ND 필터를 사용함으로써 광로 길이가 변경되면, 다른 디스크의 구멍에 광로 길이가 같은 유리 부재를 배치한다. 시간 인터벌들(301, 302 및 303)은 서로 동일할 필요는 없다. 참조광의 광량이 크기 때문에, 시간 인터벌은 짧을 수 있다. 슬라이드 셔터의 사용은 셔터의 시간 인터벌을 선택적으로 변경하는 것을 가능하게 한다. 광원의 파장 스펙트럼이 시간적으로 안정적이면, 복귀광 및 합성광을 연속적으로 취득하기 위한 프로파일이 수용될 수 있다. 이 경우에는, 광원의 파장 스펙트럼이 미리 취득될 필요가 있다.
본 예에서의 처리 동작에 대해서, 도 4를 참조해서 하기에서 설명한다. 도 4는, 본 예에서의 처리 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S1에서 측정을 개시한다.
단계 S2에서, 셔터(117-2)에 의해 측정광(112)을 차단한 상태에서, 촬상 디바이스(110)에 의해 참조광(114)을 취득하고, 메모리에 저장한다.
참조광(114)의 자기 상관 성분인 강도 Ir(k)는, 파수 k 및 참조광의 전기장 Er(k)을 이용하여 수학식 1로 표현된다.
Figure pct00001
물론, 일반적인 분광기는 파장 λ에 대한 스펙트럼을 취득한다.
파장 λ에 대한 파수 k가 k=2π/λ인 관계를 사용하여, 파장 λ에 대한 스펙트럼이 파수에 대한 스펙트럼으로 변환된다. 나중의 처리에서, 푸리에 변환을 고려해서 파수에 대해서 등간격인 스펙트럼을 리샘플링하는 것이 바람직하다.
여기에서는, 파수에 대하여 스펙트럼이 등간격인 것으로 간주된다. 참조광의 스펙트럼이 시간적으로 변화하지 않으면, 참조광(114)이 미리 취득되어 메모리에 저장될 수 있다.
단계 S3에서, 셔터(117-1)에 의해 참조광(114)을 차단한 상태에서, 촬상 디바이스(110)로 복귀광(113)을 취득한다.
복귀광(113)의 강도 Is(k), 복귀광(113)의 전기장 Es(k) 및 참조광(114)의 전기장 Er(k) 사이의 관계가 결정된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 등가적인 참조 미러(401)의 위치(401)로부터 i번째의 계면의 공간 거리를 zi라고 하고, 계면의 반사율을 R(zi)라고 하고, 참조 미러와 zi 위치 사이의 왕복 투과율을 T(zi)라고 한다.
위치 zi에 대한 평균 굴절률 n(zi)을 사용하면, 복귀광(113)의 자기 상관 성분인 강도 Is(k)는 수학식 2로 표현될 수 있다.
또한, 여기에서는 참조광(114)과 측정광(112)이 균등하게 분할되고, 그 스펙트럼들이 서로 동일하다고 여겨진다. 허수 단위를 "j"로 나타낸다.
Figure pct00002
그리하여, 복귀광(113)의 스펙트럼은 깊이 방향의 정보를 갖는다.
깊이 정보는, 측정 및 검사될 물체의 XY 좌표에 따라 변하기 때문에, 2차원 또는 3차원 상을 취득하기 위해 필요하다.
부수적으로, 원하는 파수에 대하여 수학식 2의 적분을 하면 깊이 분해능을 갖지 않는 복귀광(113) 전체의 강도 신호를 제공한다.
이것은, 공초점 레이저 주사 검안경상(confocal laser scanning ophthalmoscopy image)으로서 사용될 수 있다. 수학식 2는 적분을 하지 않고 특정 파수만으로 화상화될 수 있다.
하기에서, 반사율 R(zi), 및 광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러와 zi 위치 사이의 왕복 투과율 T(zi)에 대해서 설명한다.
광이 굴절률 ns인 물질로부터 굴절률 nt인 물질에 입사할 경우, 계면에서의 반사율 및 투과율은 수학식 3 및 수학식 4로 각각 나타낼 수 있다.
굴절률이 변화되지 않을 때, 반사율은 0이고 투과율은 1이다.
반사율이 음이 될 때는 위상이 반전된다.
간단함을 위해, 매질 중에서의 흡수 및 다중 반사의 영향을 무시한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
도 5에 도시된 구조를 갖는 단층을 사용하여 반사율 R(zi) 및 왕복 투과율 T(zi)의 예들이 예시된다.
이 경우의 단층은 제1 계면(402), 제2 계면(403) 및 제3 계면(404)으로 이루어진다. 또한, 참조 미러(401)는 광학적으로 등가인 위치에 도시된다.
광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러와 제1 계면의 굴절률은 No라고 하고, 참조 미러측으로부터 제1 계면에 입사한 광의 반사율 및 투과율은 각각 r01 및 t01이라고 한다.
한편, 제2 계면측으로부터 제1 계면에 입사한 광의 투과율은 t10이라고 한다.
마찬가지로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 계면과 제2 계면의 굴절률을 N1이라고 하고, 제1 계면측으로부터 제2 계면에 입사하는 광의 반사율 및 투과율을 각각 r12 및 t12라고 하고, 제3 계면측으로부터 제2 계면에 입사하는 광의 투과율을 t21이라고 한다.
제2 계면과 제3 계면의 굴절률을 N2라고 하고, 제2 계면측으로부터 제3 계면에 입사하는 광의 반사율 및 투과율을 각각 r23 및 t23이라고 하고, 한편, 제4 계면측으로부터 제3 계면에 입사하는 광의 투과율을 t32라고 한다. 제3 계면 및 제4 계면의 굴절률을 N3이라고 한다.
상기 기호들을 사용하면, 예를 들어, 참조 미러측으로부터 제3 계면에 입사한 광의 반사율은 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure pct00005
한편, 왕복 투과율은 광이 통과하는 계면들의 투과율들을 함께 곱함으로써 취득될 수 있고, 수학식 6에 의해 표현될 수 있다.
Figure pct00006
단계 S4에서, 셔터(117-1) 및 셔터(117-2)가 광을 차단하지 않은 상태에서 촬상 디바이스(110)에 의한 반사광(114) 및 복귀광(113)의 합성광 Iadd(k)이 취득된다. 이 때, 참조광(114) 및 복귀광(113)의 자기 상관 성분뿐만 아니라 간섭 성분 Irs(k)이 출현한다. 합성광 Iadd(k)는 수학식 7로 나타낼 수 있다.
Figure pct00007
수학식 7로부터 수학식 1 및 수학식 2를 감산함으로써, 간섭 성분 Irs(k)를 제공한다. 이것을, 다음의 수학식 8에 의해 표현할 수 있다.
Figure pct00008
수학식 8의 감산 결과를 참조광(114)의 자기 상관 성분(수학식 1)으로 제산함으로써, 하기 수학식 9로 나타내는 규격화된 스펙트럼 Srs(k)를 제공한다. 이것은 광원(101) 및 분광기(108)의 파장 분산의 영향을 제거하는 것에 대응한다.
Figure pct00009
수학식 9의 푸리에 변환은 R(zi)T(zi)에 대응하는 신호가 광학 거리 n(zi)zi의 위치에 출현하도록 하여, 단층 화상을 제공한다. 수학식 8 및 수학식 9는 원하는 복귀광(113), 참조광(114) 및 합성광이 각각 취득된 후에 연산될 수 있다.
수학식 9에서 푸리에 변환의 결과가 적산되어 공초점 레이저 주사 검안경상으로서 사용된다. 즉, 실제로는 물체(106)로부터 되돌아오는 복귀광이 미약하기 때문에, 수학식 2로 표현되는 복귀광(113)을 때때로 측정할 수 없다. 이러한 경우에는, 수학식 7로 표현되는 바와 같이 참조광(114)과 복귀광의 승산에 의해 복귀광(113)의 성분을 검출할 수 있다.
단계 S5에서, 원하는 영역을 측정한 것인지의 여부를 판단한다. 측정이 종료되면, 처리는 단계 S10으로 진행한다.
측정이 종료되지 않은 경우, 처리는 단계 S6으로 진행한다. "원하는 영역"이라는 용어는, 예를 들어 피검사물 상에서 X 방향으로 20μm 스텝으로 512 포인트, 또는 Y 방향으로 20μm 스텝으로 512 포인트를 일컫는다. 물론, 거리 및 포인트수는 피검사물 및 장치에 따라 상이할 수 있다.
단계 S6에서, X 방향으로 이동할지의 여부를 판단한다.
X 방향으로 이동하면, 처리는 단계 S7로 진행한다. 이동하지 않을 경우, 처리는 단계 S8로 진행한다.
단계 S7에서, X 방향으로 원하는 거리만큼 이동을 행하고, 처리는 단계 S8로 진행한다.
"원하는 거리"라는 용어는, 예를 들어 20μm이다.
단계 S8에서, Y 방향으로 움직일지의 여부를 판단한다.
Y 방향으로 움직이면 처리는 단계 S9로 진행한다. 움직이지 않을 경우에는, 처리는 단계 S2로 진행한다.
단계 S9에서, Y 방향으로 원하는 거리를 움직이고, 처리는 단계 S2로 진행한다.
"원하는 거리"라는 용어는, 예를 들어 20μm이다.
최후에, 단계 S10에서, 측정을 종료한다.
물론, 이상적인 측정 결과로서, 도 5의 계면이 단층 화상으로서 표시된다.
하기에서, 자기 상관 성분들의 제거의 효과에 대해서 설명한다.
합성광은 수학식 7로 표현되고, 필요한 성분들은 수학식 8로 표현된다. 참조광(114)과 복귀광(113)의 자기 상관 성분들은 노이즈이므로, 그 성분들은 제거될 필요가 있다.
일반적인 광원인 SLD가 사용되는 경우에, 참조광의 자기 상관 성분은, 피크를 원점으로 하여 원점으로부터 이격된 위치까지 서서히 감쇠하는 화상으로서 단층 화상에 중첩된다. 또한, 자기 상관 성분은, 수학식 8에 나타낸 바와 같이, 포개지기(folded) 때문에 단층상을 왜곡시킨다.
한편, 복귀광(113)의 자기 상관 성분들은, 하기에서 설명되는 도 5의 예에서, 제1, 제2 및 제3 계면에서 서로 간섭한다.
자기 상관 성분들이 단층 화상에 중첩하여 노이즈를 만든다. 즉, n(zi)zi 에서 형성되는 상의 N1(z2-z1), N2(z3-z2), N1(z2-z1)+N2(z3-z2)의 위치에 상이 출현한다.
일반적으로, 복귀광의 자기 상관 성분이 참조광에 기인하는 성분보다 더 광범위하다.
복귀광의 자기 상관 성분이 제거되지 않을 때, 광학적으로 등가의 위치에 있는 참조 미러와 제1 미러 사이의 거리는 피검사물의 층의 두께보다 클 필요가 있다. 이에 의해, 광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러(401)와 제1 미러(402)의 사이에 층이 있는 것처럼 표시되더라도, 단층 성분은 자기 상관 성분과 분리될 수 있다.
참조광(114) 및 복귀광(113)의 자기 상관 성분들을 제거함으로써, 광학적으로 등가인 위치에 있는 참조 미러(401)를 제1 계면에 가까운 위치에 배치하는 것이 가능하게 된다.
일반적으로, 광학적으로 등가의 위치에 있는 참조 미러(401)를 제1 계면 근방의 위치에 배치함으로써, 고감도의 측정이 가능하게 되고, 눈과 같이 반사율이 낮은 피검사물의 경우에 특히 효과적이다.
참조광(114)의 스펙트럼으로 제산함으로써 단층 화상의 왜곡이 제거되어 고분해능의 화상을 제공한다.
복수의 분광기를 사용하여 참조광(114)과 복귀광(113)의 자기 상관 성분들을 측정하는 방법이 생각된다. 본 예에 따르면, 단일 분광기를 사용하는 방법이 실현되어, 비용의 저감을 가능하게 한다. 분광기들간의 개체차를 고려할 필요는 없다.
[예 2: 마하젠더형 간섭계]
도 2b를 참조하여 예 2에 따른 광단층 촬상 장치의 예를 설명한다. 도 2b는 본 예의 광단층 촬상 장치를 위한 광학 시스템을 설명하기 위한 개략도이다. 본 예의 광단층 촬상 장치는, 전체로서 마하젠더형 간섭계를 형성하고, 광을 제어하는 부분에 전기적 메카니즘을 이용한다.
본 예에서, 피검사물은 눈이고, 복귀광의 광량은 적다. 이러한 이유 때문에, 복귀광을 증폭시키기 위한 광 증폭기(517)가 사용되어, 고속의 광 제어가 가능하게 된다.
광원(501)으로부터 방출된 광은 싱글 모드 파이버(512-1)를 통해서, 렌즈(511-1 내지 511-3)에 유도되고, 빔 스플리터(503-1 및 503-2)에 의해 참조광(505)과 측정광(506)으로 분할된다. 측정광(506)은, 피검사물인 눈(507)에 의해 반사되거나 산란되어 복귀광(508)으로서 복귀된다. 참조광과 복귀광은 파이버 커플러(521)를 통하여 분광기(518)에 입사한다. 분광기에 의해 취득된 파장 스펙트럼 등의 데이터는 컴퓨터(519) 내에 캡처된다. 광원(501)은 전형적인 저-코히런트 광원인 SLD를 사용한다. 눈을 측정하는 것을 고려하면, 근적외광이 파장으로서 적합하다.
참조광(505)에 대한 광로에 대하여 하기에서 설명한다.
빔 스플리터(503-1)에 의해 분할된 참조광(505)은 미러들(514-1, 514-2 및 514-3)에 순차적으로 입사하여 그의 방향이 바뀌고, 렌즈(511-3)에 의해 집광되고 광 스위치(516-1)에 입사한다. 굴절률을 변화시킴으로써 광이 전환되는 방향성 커플러 광 스위치가 광 스위치로서 사용된다. 물론, 마하젠더형 간섭계 광 스위치, 광의 투과율을 제어할 수 있는 광학 게이트 소자를 사용하는 게이트형 광 스위치, 및 반도체를 사용하는 전반사형 광 스위치가 사용될 수 있다.
분산 보상용 유리(515)의 길이는 L1이며, 이 길이는 정상적인 눈의 깊이의 2배인 것이 바람직하다. 분산 보상용 유리(515)는 눈(507)에 측정광(506)이 왕복했을 때의 분산을, 참조광(505)에 대하여 보상한다.
길이 L은, 일본인의 평균적인 안구 직경인 23mm의 두 배인 46mm로 한다. 전동 스테이지(513)는 도면에서 화살표로 나타내어진 방향으로 이동될 수 있고, 참조광(505)의 광로 길이를 조정 및 제어할 수 있다.
측정광(506)의 광로에 대해서 하기에서 설명한다.
빔 스플리터(503-1)에 의해 분할된 측정광(506)은, 빔 스플리터(503-2)에 의해 반사되고, 그 후 XY 스캐너(504)의 미러에 입사한다.
XY 스캐너(504)는, 망막(510) 상을 광축에 수직인 방향으로 래스터-스캔한다.
측정광(506)의 중심은 XY 스캐너(504)의 미러의 회전 중심과 일치하도록 조정된다.
렌즈들(520-1 및 520-2)은 망막(510)을 주사하기 위한 광학계이며, 측정광(506)을 각막(509)의 부근을 받침점으로 하여 망막(510)을 주사하는 역할을 한다.
렌즈들(520-1 및 520-2)의 초점 거리는 각각 50mm, 50mm이다. 측정광(506)이 눈(507)에 입사하면, 망막(510)으로부터의 반사 및/또는 산란에 의해 복귀광(508)이 생성된다.
복귀광(508)은 광 증폭기(517)를 통과하고, 렌즈(511-2)에 의해 집광되어, 광 스위치(516-2) 및 파이버 커플러(521)를 통해 분광기(518)로 유도된다.
광 증폭기는 반도체 증폭기를 사용한다. 몇몇 광 증폭기는 투과율을 바꿀 수 있는 게이트 소자로서 사용될 수 있다.
게이트형 광 스위치로서 이것을 사용함으로써, 광 증폭기(517)를 생략하고, 광 스위치(516)와 파이버 커플러(521)를 일체화하는 것이 가능하게 된다.
도 3의 (c) 및 도 3의 (d)를 참조하여, 하기에서 본 예의 참조광 및 복귀광의 투과율의 시간 프로파일에 대해서 설명한다. 도 3의 (c) 및 도 3의 (d)는 각각 참조광 및 복귀광의 프로파일이다. 투과율은 0% 또는 100%가 바람직하지만, 도광로는 때때로 약간의 손실 및 누설을 발생시킨다. 도 3의 (c)에 나타낸 인터벌들(301, 302 및 303)에 의해 각각 참조광, 복귀광 및 합성광이 취득된다.
본 예의 신호 처리가 도 6을 참조하여 하기에서 설명된다. 도 6은, 본 실시예에 있어서의 신호 처리를 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S1에서 측정을 개시한다.
단계 S2-1에서, 참조광이 취득되는지의 여부를 판단한다.
참조광이 취득되는지의 여부는 제어 프로파일에 기초해서 판단한다.
참조광이 취득되면, 처리는 단계 S2-2로 진행하고, 취득되지 않는 경우에는 처리는 단계 S3-1로 진행한다.
단계 S2-2에서, 복귀광(508)이 광 스위치(516-2)에 의해 차단된 상태에서 참조광(505)이 분광기(518)에 의해 취득되어, 메모리에 저장된다. 참조광의 자기 상관 성분인 강도 Ir(k)는 수학식 1에 의해 표현된다.
단계 S3-1에서, 복귀광이 취득되는지의 여부를 판단한다.
복귀광이 취득되는지의 여부는 제어 프로파일에 기초해서 판단한다.
복귀광이 취득되면, 처리는 단계 S3-2로 진행하고, 취득되지 않는 경우에는 처리는 단계 S4-1로 진행한다.
단계 S3-2에서, 광 스위치(516-1)에 의해 참조광(505)이 차단된 상태에서 복귀광(508)이 분광기(518)에 의해 얻어진다.
복귀광의 자기 상관 성분인 강도 Is(k)는 예 1의 것과 상이하고, 수학식 2가 광 증폭기의 파장 분산 G(k)에 의해 승산되는 수학식 10에 의해 표현될 수 있다.
Figure pct00010
만약 광로의 디바이스들 사이의 차이에 기인하여 생성된 파장 분산이 G(k)에 포함되면, 범위가 증가될 수 있다.
단계 S4-1에서, 합성광이 취득되는지의 여부를 판단한다. 합성광이 취득되는지의 여부는 제어 프로파일에 기초해서 판단한다.
만약 합성광이 취득되면, 처리는 단계 S4-2로 진행하고, 취득되지 않으면, 처리는 단계 S5로 진행한다.
단계 S4-2에서, 참조광(505)과 복귀광(508)이 각각 광 스위치(516-1 및 516-2)에 의해 차단된 상태에서 합성광 Iadd(k)가 분광기(518)에 의해 취득된다. 이 때, 참조광과 복귀광의 자기 상관 성분들 뿐만 아니라 간섭 성분 Irs(k)이 출현한다. 합성광 Iadd(k)로부터 수학식 1과 수학식 10을 감산함으로써 수학식 11을 얻는다.
Figure pct00011
참조광의 자기 상관 성분(수학식 1)으로 수학식 11을 제산함으로써 수학식 12에 의해 표현되는 규격화된 스펙트럼 Srs(k)을 제공한다.
Figure pct00012
수학식 12는, 수학식 12가 광 증폭기의 파장 분산 G(k)로 승산된다는 점에서 수학식 9와 상이하기 때문에, 수학식 12를 G(k)로 제산함으로써 예 1의 수학식 9를 제공한다. 부수적으로, 광 증폭기의 파장 분산은 미리 취득되고 메모리에 저장된다.
구체적으로, 눈 대신, 예를 들어, 미러를 배치하고, 참조광과 복귀광의 스펙트럼들을 취득하고, 연산하여 광 증폭기의 파장 분산을 취득한다.
단계 S5에서, 측정 종료 여부를 판단한다.
측정이 종료되는 경우에는, 처리는 단계 S10으로 진행한다. 측정이 종료되지 않는 경우에는, 처리는 단계 S6으로 진행한다.
단계 S6에서, X 방향으로 이동이 행해지는지의 여부를 판단한다.
만약 X 방향으로 이동이 행해지면, 처리는 단계 S7로 진행한다. 이동이 행해지지 않는다면, 처리는 단계 S8로 진행한다.
단계 S7에서, X 방향으로 원하는 거리만큼 이동이 행해지고, 처리는 단계 S8로 진행한다.
단계 S8에서, Y 방향으로 이동이 행해지는지의 여부를 판단한다.
Y 방향으로 이동이 행해지면, 처리는 단계 S9로 진행한다. 이동이 행해지지 않으면, 처리는 단계 S2-1로 진행한다.
단계 S9에서, Y 방향으로 원하는 거리만큼 이동하고, 처리는 단계 S2-1로 진행한다. 마침내 상기 단계들을 통하여 단계 S5에서 측정이 종료된 것으로 판정되면, 처리는 단계 S10으로 진행하여 측정을 종료한다.
본 예에서는, 전기적인 광 스위치를 사용함으로써 고속으로 측정할 수 있다. 또한, 광 증폭기를 사용함으로써 미약한 광이여도 측정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 연산을 행함으로써 고속으로 고분해능의 단층 화상을 제공한다.
[예 3: 셔터]
예 3에서는, 도 7을 참조해서 안전 셔터를 사용하여 검안경 OCT 장치의 예를 설명한다. 도 7은 본 예에 있어서의 광단층 촬상 장치의 광학계를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2a 및 도 2b에서의 것과 동일한 부품은 같은 참조 번호가 붙여지고, 하기에서는 예 1 및 예 2와의 차이점들을 설명한다.
셔터는, 측정광의 광량이 미리 결정된 광량과 상이할 (또는 미리 결정된 광량의 범위를 벗어날) 때, 측정광을 촬상 장치의 외부로 방사하지 않게 방지한다. 측정 광량이 미리 결정된 광량과 다를 때의 경우는, 당연히, 측정광의 광량이 미리 결정된 광의 값보다 작거나 큰 경우를 포함한다.
셔터(801)는, 컴퓨터(111)로부터의 명령에 응답하여 전기 회로를 통하여 광로를 개폐한다. 빔 스플리터(802)는 측정광(112)을 검출기(803)로의 광과 피측정물로의 측정광으로 분할한다. 검출기(803)는 광량을 검출하고 그 신호를 전기 회로(804)에 입력한다. 검출기는 포토다이오드이고, 예를 들어, 그 내부의 전류-전압 변환기는 전류를 전압으로 변환하고 그 전압 신호가 전기 회로에 입력된다.
셔터는, 전기 광학식, 자기 광학식, 및 기계식 셔터를 포함한다. 전기 광학식 셔터는 PLZT:(Pb, La)(Zr, Ti)O3인 광편향 소자 상에 프리즘 전극이 배치되도록 형성된다. 프리즘 전극에 대한 전압의 인가는 프리즘 형상으로 굴절률을 변화시켜 빔을 구부러지게 한다. 빔의 각도에 의해 투과 및 차단이 전환될 수 있다. 응답 속도 범위는 수 ns 내지 수백 ns이다. 자기 광학식 셔터는, 예를 들어, 서로 직각인 편광자들 사이에 자기 코일로 싸여진 자기 광학 소자를 배치하여 형성된다. 전류를 자기 코일에 흘림으로써 자기 광학 소자의 편광면을 회전시켜, 광의 투과와 차단을 제어한다. 응답 속도는 수 마이크로초 내지 수백 마이크로초 범위이다. 기계식 셔터는, 예를 들어, MEMS 디바이스를 사용하여 미러의 각도를 변화시켜 광의 투과와 차단을 전환할 수 있다. 응답 속도는 수백 마이크로초 내지 수 밀리초 범위이다. 자기 코일에 의해 차광물(blocking object)을 광로에 넣고 뺌으로써 광의 투과와 차단을 전환할 수 있다. 응답 속도는 수십 밀리초 내지 수백 밀리초 범위이다.
예 3의 흐름도에 대하여 도 8을 참조해서 설명한다.
처리는 단계 A1에서 개시되고, 단계 A2 및 단계 M1으로 진행한다.
단계 M1에서, 검출기(803)로 광량이 검출되고, 전기 회로(804)에 의해 광량이 감시된다. 단계 A2는, 광량의 감시가 확실하게 개시될 때까지의 대기 시간이며, 예를 들어 수십 밀리초이다.
단계 M2에서, 광량이 규정된 범위 내이며 측정이 종료하지 않았는지를 확인한다. 상기 조건들을 충족시키는 경우에, 처리는 단계 M1으로 복귀한다(801). 규정된 광량은 ANSI 등과 같은 규격에 의해 결정되고, 예를 들어 700μW이다. 광량이 규정된 범위 내가 아닌 경우, 예를 들어, 680-700μm 내가 아닌 경우, 처리는 단계 M3으로 진행한다(802). 측정이 종료되면, 처리는 단계 A10으로 진행하여 종료한다(803).
단계 M3에서는, 이 때 셔터가 개방되어 있으면, 셔터를 폐쇄한다. 그 후, 처리는 단계 M4로 진행하여 에러 핸들링을 처리한다. 에러 핸들링의 처리는, 분광기에 의한 데이터의 취득이 컴퓨터에 의해 중지되고 스캐너 및 참조 미러를 초기 위치로 복귀시키는 것 등이다. 또한, 컴퓨터의 화면 상에 에러 메시지를 출력한다.
단계 A3에서, 셔터를 개방한다. 셔터를 개방함으로써, 측정광이 피검안에 도달하고, 복귀광이 분광기에 도달하여, 합성광이 측정될 수 있게 한다. 광량은, 단계 A2의 대기 시간 동안 단계 M1에서 한번 이상 감시된다.
단계 A4에서, 스캐너를 원하는 위치로 이동시킨다. 스캐너의 이동은 X 및 Y 방향으로의 주사를 가리킨다. 3D 측정을 수행한다는 가정에서, 스캐너는 X 및 Y 방향으로 이동되어 XY면 내에서 512 포인트×512 포인트의 데이터를 취득한다. X 방향은 왕복 주사가 고속으로 수행되는 빠른 축(Fast-Axis)이라고 한다. Y 방향은 일방향 주사가 느린 속도로 수행되는 느린 축(Slow-Axis)이라고 한다.
단계 A5에서, 셔터의 상태가 변경될 것인지의 여부를 판단한다. 셔터의 상태를 변경함으로써, 광의 투과 또는 차단의 상태가 변경된다. 상태의 변경이 필요한 경우, 처리는 단계 A6으로 진행하여 셔터의 상태를 변경한다. 상태의 변경이 불필요한 경우, 처리가 단계 A7로 진행한다.
단계 A7에서, 분광기(108)에 의한 측정을 행한다. 셔터가 폐쇄된 때에는, 복귀광이 없기 때문에, 참조광을 측정할 수 있다. 참조광의 강도는 수학식 1에 상당한다. 한편, 셔터가 개방되어 있을 때에는, 복귀광이 있기 때문에 합성광을 측정할 수 있다. 합성광의 강도는 수학식 7에 상당한다. 일반적으로, 피검안으로부터의 복귀광의 자기 상관 성분은 매우 미약해서, 복귀광의 강도(수학식 2)가 제로로 간주될 수 있다. 이러한 이유로 인해, 합성광으로부터 참조광을 감산하고, 그 결과를 참조광의 자기 상관 성분으로 제산함으로써 수학식 9를 제공한다. 수학식 9를 푸리에 변환함으로써 단층 화상을 제공한다. 물론, 상기 신호 처리는 측정 종료 후에 일괄적으로 수행될 수 있다.
단계 A8에서, 원하는 영역을 측정했는지의 여부를 판단한다. 도 3의 (e)는 셔터에 의해 제어된 측정광의 프로파일을 도시한다. 도면은 단계 A4 내지 A8을 3회 반복하여 취득한 프로파일을 나타낸다. 참조광은 인터벌(301)에서 측정된다. 인터벌(301) 동안, 스테이지는 Y 방향으로 이동되고, X 방향으로 인터벌(302) 동안에 이동된 거리만큼 도로 복귀한다. 이 인터벌 동안 참조광이 한 번 측정된다. 합성광은 인터벌(302)에서 측정된다. 인터벌(302) 동안 스테이지는 X 방향으로 등속으로 이동되고, Y 방향으로는 이동되지 않는다. 이 인터벌 동안 합성광은 512회 측정된다.
단계 A9에서, 셔터를 폐쇄한다. 원래 셔터가 폐쇄되어 있을 때에는 셔터를 그대로 유지한다.
단계 A10에서, 측정을 종료한다.
상기와 같이 본 예에서는, 측정광을 차폐하기 위한 셔터를 측정광로에 위치시키고, 참조광이 검출되는 동안 셔터가 이용됨으로써 매우 간단한 회로 구성으로 검출 동안 측정광을 안정하게 할 수 있다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들로 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 하기 청구항들의 범위는 모든 그러한 변형들 및 등가의 구성들 및 기능들을 포괄하도록 최광의의 해석에 따라야 한다.
본 출원은 2008년 7월 7일자로 출원된 일본특허출원 제2008-177158호 및 2009년 6월 25일자로 출원된 일본특허출원 제2009-151483호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

Claims (15)

  1. 푸리에-도메인 광간섭 단층법을 사용하여 물체를 촬상하는 촬상 장치이며,
    물체로부터의 복귀광과 참조광을 포함하는 합성광을 검출하기 위한 검출 유닛,
    상기 검출 유닛이 상기 합성광을 검출할 수 있는 제1 상태와 상기 검출 유닛이 상기 참조광을 검출할 수 있는 제2 상태 간을 전환하기 위한 제1 전환 유닛, 및
    상기 제1 상태에서 상기 검출 유닛에 의해 검출된 상기 합성광 및 상기 제2 상태에서 검출된 상기 참조광을 사용함으로써 상기 복귀광과 상기 참조광에 관한 간섭 정보를 취득하기 위한 간섭 정보 취득 유닛을 포함하는, 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상태와, 상기 검출 유닛이 상기 복귀광을 검출할 수 있는 제3 상태 간을 전환하기 위한 제2 전환 유닛, 및
    상기 제1 상태와 상기 제2 상태 간을 전환하기 위한 상기 제1 전환 유닛, 및 상기 제1 상태와 상기 제3 상태 간을 전환하기 위한 상기 제2 전환 유닛 중 하나를 제어하기 위한 제어 유닛을 더 포함하고,
    상기 간섭 정보 취득 유닛은, 상기 제1 상태에서 상기 검출 유닛에 의해 검출된 상기 합성광, 상기 제2 상태에서 검출된 상기 참조광, 및 상기 제3 상태에서 상기 검출 유닛에 의해 검출된 상기 복귀광을 사용함으로써 상기 간섭 정보를 취득하는, 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전환 유닛이 물체 상에 조사될 측정광의 광로와 상기 복귀광의 광로 중 하나가 차폐될 수 있도록 구성되거나, 또는 상기 제2 전환 유닛이 상기 측정광의 광로가 차폐될 수 있도록 구성되고,
    상기 제2 상태 및 상기 제3 상태는 차폐 상태에 있는, 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전환 유닛이 물체 상에 조사될 측정광과 상기 복귀광 중 하나의 투과율이 제어될 수 있도록 구성되거나, 또는 상기 제2 전환 유닛이 상기 참조광의 투과율이 제어될 수 있도록 구성되는, 촬상 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    물체 상에 조사될 측정광의 광량을 검출하기 위한 광량 검출 유닛, 및
    검출된 상기 광량을 미리 결정된 값과 비교하기 위한 비교 유닛을 더 포함하고,
    상기 측정광의 광량이 상기 미리 결정된 값과 상이할 때, 상기 제1 전환 유닛은 상기 측정광의 차폐에 의해 상기 제2 상태로 전환하는, 촬상 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전환 유닛이 물체 상에 조사될 측정광의 광로와 상기 복귀광의 광로 중 하나가 변경될 수 있도록 구성되거나, 또는 상기 제2 전환 유닛이 상기 참조광의 광로가 변경될 수 있도록 구성되고,
    상기 제2 상태 또는 상기 제3 상태는 상기 변경이 이루어진 상태인, 촬상 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    제어 유닛은 미리 결정된 타이밍에 기초하여 상기 제1 전환 유닛과 상기 제2 전환 유닛 중 하나를 제어하고, 상기 합성광은, 상기 제1 상태의 타이밍에서 상기 검출 유닛에 의해 검출되는, 촬상 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 복귀광이 취득되는 데 걸리는 시간이 상기 참조광이 취득되는 데 걸리는 시간 이상이 되도록, 상기 제1 전환 유닛과 상기 제2 전환 유닛이 제어될 수 있도록 구성되는, 촬상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    광을 방출하기 위한 광원,
    상기 광원으로부터의 광을 상기 참조광과 물체 상에 조사될 측정광으로 분할하기 위한 분할 유닛,
    상기 참조광의 자기 상관 성분 및 상기 복귀광의 자기 상관 성분을 상기 검출 유닛에 의해 검출된 상기 합성광으로부터 감산하기 위한 감산 유닛,
    상기 참조광의 상기 자기 상관 성분에 의해 감산의 결과를 규격화하기 위한 규격화 유닛,
    상기 규격화의 결과를 푸리에-변환하기 위한 변환 유닛, 및
    검사될 물체의 단층 화상을 취득하기 위한 단층 화상 취득 유닛을 더 포함하는, 촬상 장치.
  10. 푸리에 도메인 광간섭 단층법을 사용하여 물체를 촬상하기 위한 촬상 방법으로서,
    물체로부터의 복귀광과 참조광을 포함하는 합성광이 검출될 수 있는 제1 상태와 상기 참조광이 검출될 수 있는 제2 상태 간을 전환하는 단계, 및
    상기 제1 상태에서 검출된 상기 합성광 및 상기 제2 상태에서 검출된 상기 참조광을 사용함으로써 상기 복귀광과 상기 참조광에 대한 간섭 정보를 취득하는 단계를 포함하는, 촬상 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 상태와, 상기 복귀광이 검출될 수 있는 제3 상태 간을 전환하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 상태에서 검출된 상기 합성광, 상기 제2 상태에서 검출된 상기 참조광, 및 상기 제3 상태에서 검출된 상기 복귀광을 사용함으로써 상기 간섭 정보가 취득되는, 촬상 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 참조광의 자기 상관 성분 및 상기 복귀광의 자기 상관 성분을 상기 합성광으로부터 감산하는 단계,
    상기 참조광의 상기 자기 상관 성분에 의해 상기 감산의 값을 규격화하는 단계,
    상기 규격화의 결과를 푸리에-변환하는 단계, 및
    검사될 물체의 단층 화상을 취득하는 단계를 더 포함하는, 촬상 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    물체 상에 조사될 측정광의 광량을 검출하는 단계, 및
    상기 광량이 미리 결정된 광량과 상이할 때 상기 측정광을 차폐함으로써 상기 제2 상태로 변경하는 단계를 더 포함하는, 촬상 방법.
  14. 제10항에 따른 촬상 방법을 컴퓨터가 실행하게 하기 위한 프로그램을 저장하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  15. 제10항에 따른 촬상 방법을 컴퓨터가 실행하게 하는 것을 특징으로 하는 프로그램.
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