亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：具有自适应光学系统的扫描光学图像获取设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及具有自适应光学系统(adaptive optics)的光学图像获取设备及其控制方法，尤其涉及如下技术利用该技术，可以在短时间内以高分辨率获取包括作为被检体的眼睛的视网膜的体内组织的二维或三维光学图像。
背景技术：
用于非侵入性地获取作为诸如眼睛的视网膜等的被检体的体内组织的光学图像的已知光学图像获取设备包括能够获取二维图像的扫描激光检眼镜(farming Laser Ophthalmoscope, SL0)；以及能够拍摄被检体的断层图像的光学相干断层成像仪(Optical Coherence Tomography, OCT)0这些设备通过使用偏转器利用光束扫描视网膜并测量所反射或背向散射的光束， 来拍摄和获取二维或三维光学图像。OCT系统包括时域OCT (TD-OCT)、谱域OCT (SD-OCT)和扫频源OCT(SS-OCT)，其中与TD-OCT相比，SD-OCT能够在较短的时间内进行拍摄。此外，关于用于获取高分辨率图像的自适应光学系统(AO)的技术，日本特开 2005-2^3 公开了用于通过使用波前像差校正器来校正在眼球内进行干扰的波前像差的技术。该技术是具有像差校正功能的图像获取设备，其中，在该像差校正功能中，单个可变形镜多次作用于来自被检体的单个光束以确保所需的像差校正量，由此确保了校正量。

发明内容
然而，在具有上述利用单个光束的波前像差校正器的设备中，即使可以提供高分辨率图像，在实现图像获取时间的缩短方面也存在问题。即，如果提高扫描速度以实现高速化，则需要增加光量以确保S/N比。此时，如果被检体是如同眼睛的视网膜那样的被检体，则容许照射的能量的大小受到安全规格等的限制，由此不会损伤眼睛的视网膜。由于以这种方式限制了容许照射的能量的大小，因此上述利用单个光束的传统实施例在意图通过增加光量来实现高速化方面存在问题。考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种光学图像获取设备及其控制方法， 其中，该光学图像获取设备能够在将扫描所使用的光量控制在安全规格等所规定的范围内并且通过使用自适应光学系统来确保图像的高分辨率的情况下，通过使用简单结构来实现图像获取时间的缩短。本发明提供一种按照如下进行配置的具有自适应光学系统的光学图像获取设备。本发明的光学图像获取设备是一种具有自适应光学系统的光学图像获取设备，其中，在所述光学图像获取设备中，通过自适应光学系统对反射或背向散射光束进行校正，并且提供被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该表面反射或背向散射得到的，其中，
所述自适应光学系统包括波前像差检测器，用于检测在测量对象面上扫描包括所述多个光束的测量光时由所述被检体所生成的反射或背向散射光束的波前像差，以及单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器检测到的波前像差，校正所述多个光束各自的波前像差，其中，所述多个光束以不同的入射角入射到所述单个波前像差校正器且彼此重叠，并且对所述多个光束各自的波前像差进行校正。此外，本发明的控制方法是一种光学图像获取设备的控制方法，其中，在所述光学图像获取设备中，对反射或背向散射光束的波前进行校正，并且获取被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该表面反射或背向散射得到的，所述控制方法包括以下步骤将包括所述多个光束的测量光束以彼此不同的入射角分别入射到单个波前像差校正器上；通过使用扫描单元，利用由所述单个波前像差校正器所反射的测量光束来扫描所述测量对象面；通过使用波前像差检测器来检测由所述测量对象面所反射或背向散射的测量光束的波前像差；以及基于检测到的波前像差，控制所述单个波前像差校正器的校正。本发明可以实现一种光学图像获取设备及其控制方法，其中，该光学图像获取设备能够在通过使用自适应光学系统来确保图像的高分辨率并且将扫描所使用的光量控制在安全规格等所规定的范围内的情况下，通过使用简单结构来实现图像获取时间的缩短。通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。


图IA是用于示出本发明典型实施例中具有自适应光学系统且使用多个光束的光学图像获取设备的结构的概念图。图IB示出另一结构的示例。图2A示出将自适应光学系统(AO)的原理应用于眼底检查系统时用于实现图像的高分辨率的机构。图2B是用于示出哈特曼-夏克(Hartmarm-a^ck)波前传感器的构造的概念图。图3A、3B、3C和3D示出本发明典型实施例的波前像差校正性能中、用于说明对波前像差校正器的入射角的依赖性的校正后的波前和MTF。图4示出用以说明本发明典型实施例的多个光束的波前像差检测器的入射状态。图5A示出本发明典型实施例中的波前像差测量的一个示例。图5B示出根据时分的波前像差测量作为另一例子。图6A和6B示出目镜光学系统的变焦的概念。图6C和6D示出本发明典型实施例中、变焦光学系统配置在束出射端和偏转器之间的结构的示例。图7示出将本发明第一典型实施例的自适应光学系统应用于OCT的结构的示例。
图8示出将本发明第二典型实施例的自适应光学系统应用于SLO的结构的示例。
具体实施例方式接着将说明本发明典型实施例中具有自适应光学系统的光学图像获取设备。这里，在说明本典型实施例的设备的详细内容之前，首先将参考图2A来说明在将上述传统的自适应光学系统(AO)的原理应用于眼底检查系统时用于实现图像的高分辨率的机构。为了光学地获取眼球7的视网膜8的信息，将从光源15提供的照明光束照射至该视网膜，并且在该视网膜上的点81处反射或背向散射的光束被配置为经由光学系统101和 910在光接收传感器41上形成图像。在眼底照相机的情况下，该光接收传感器41是光接收单元排列成矩阵的摄像装置，并且在SLO或OCT的情况下，该光接收传感器41等同于引向光接收元件的光纤端。这里，当意图获取高分辨率的信息时，需要放大光学系统101的入射光瞳，但在这种情况下，由于眼球内所包含的像差，因而从该眼球出射的光束80的波前被干扰。因此，当经由光学系统101和910在光接收传感器41上形成根据该光束的图像时，这些光学系统原本具有的成像性能可能无法实现聚光，因而形成了被干扰的模糊光斑。因此，无法充分提供横向的空间分辨率，从而无法获得期望的高分辨率的信息。除了诸如散光、散焦和倾斜等的利用诸如柱面透镜等普通光学装置可进行校正的几种低阶像差以外，该像差还包括诸如彗星像差和四阶球面像差等的几种高阶像差。这些像差主要是由于诸如角膜和晶状体等的前眼部的曲面和/或折射率的不均勻性而产生的。由于个体之间的大的差异以及泪层的状态随着时间的变化，因此需要时常进行应对和校正。上述已知的自适应光学系统(AO)被配置为测量所产生的波前像差，并且分配具有相反特性的像差以抵消该波前像差，由此执行校正。该技术最初是在利用天文望远镜观察天体时作为用于实时校正空气波动以提高分辨率的方法而研发的，并且该方法已应用于眼科光学科学。广泛用于检测波前相差的方法(哈特曼-夏克系统)被配置为成矩阵状周期性排列的微透镜以与二维摄像装置的光接收面相距这些微透镜的焦距的方式进行配置。然后，根据由各个透镜元件聚光于光接收面上的光斑的位移来计算像差量。作为用于校正波前的方法，使用主要改变反射镜的形状的系统。根据该方法，在薄型活动镜的背面设置多个致动器，并且通过使用静电力、磁力或压电元件来局部推压或拖拉该镜，以改变该镜的整体形状。此外，还已知分割得到的微型镜以倾斜状态移入和移出的系统。局部位移大小通常为亚微米到几十微米，并且不具有大幅改变光学系统的焦距的能力。这些装置配置在与眼球的瞳孔6成光学共轭的位置处，并且基于波前像差检测器检测到的数据来计算和设置波前像差校正器的校正量。据此，报告了如下结果可以识别出在不进行校正的情况下无法进行解像的两个天体，并且可以提供视网膜内的视细胞的分布。在图2A的结构中，在目镜光学系统101中，在与目镜光学系统101的入射光瞳(眼球的瞳孔6)共轭的位置处配置作为波前像差校正器的可变形镜3 (以下称为“DM3”)。
然后，在分支単元52进行分支得到的相同共轭位置处配置作为波前像差检测器 的哈特曼-夏克(HS)传感器2。这里，设置有波前像差检测用的光源15，并且来自该光源的光束经由分支単元51 入射到眼球7，并且聚光于视网膜8上的点81。在点81处反射或背向散射的光束80经由诸如角膜等的前眼部的光学系统而变为 近似准直光束，在该近似准直光束穿过分支単元51并且经由光学系统101而变为预定粗细 的光束之后，随后由分支単元52反射，由此入射到HS传感器2。图2B示出HS传感器2的构造的截面图。已入射到HS传感器2的入射光束的各部分穿过配置在与瞳孔成光学共轭的位置 处的微透镜阵列部中的各个透镜元件21的子孔径，并且在ニ维摄像装置22上形成与各个 子孔径相对应的光斑。根据入射到各子孔径的波前85的斜率，在相对于摄像装置上的各个微透镜的光 轴位置(以虚线所示)偏移了 dyk的位置处形成光斑的图像。假设微透镜的焦距为f，则根 据yk = dyk/f来计算波前的斜率yk。现在，假设微透镜的数量为M,并且假设DM3中的致动 器的数量为N，则可以通过如下的关系式来表示波前斜率矢量y和DM3的校正信号矢量a。y = [B] a (1)其中，
权利要求
1.一种光学图像获取设备，用于使用通过利用多个测量光束扫描被检体所返回的返回光束来生成所述被检体的光学图像，所述光学图像获取设备包括一个或多个波前像差检测器，用于获得通过利用所述多个测量光束扫描所述被检体而发生的所述返回光束的一个或多个波前像差；以及单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器所获得的波前像差，校正以不同角度入射的所述返回光束各自的波前像差。
2.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，与所述多个测量光束各自的出射端相对应地配置有多个准直光学系统，并且从所述出射端出射且经由所述多个准直光学系统变得准直的所述多个测量光束彼此相交于同一位置，以及所述波前像差校正器配置在中继光学系统的出射光瞳的位置处，其中，所述中继光学系统的出射光瞳是在与所述多个测量光束彼此相交的同一位置成光学共轭的位置处获取到的。
3.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，设置有由所述多个测量光束各自的出射端共用的一个准直光学系统，并且所述多个测量光束各自的出射端配置在所述准直光学系统的前侧焦点位置处的与光轴垂直的平面上，利用从所述出射端出射且经由所述准直光学系统变得准直的所述多个测量光束在所述准直光学系统的后侧焦点位置处获取出射光瞳，以及所述波前像差校正器配置在中继光学系统的出射光瞳的位置处，其中，所述中继光学系统的出射光瞳是在与所述准直光学系统的后侧焦点位置处获取到的出射光瞳成光学共轭的位置处获取到的。
4.根据权利要求1所述的光学图像获取设备，其特征在于，所述波前像差检测器配置在与所述波前像差校正器的位置成光学共轭的位置处，并且检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，以及基于所述波前像差检测器检测到的一个光束的波前像差的校正量被应用于所述多个测量光束，由此能够校正波前像差。
5.根据权利要求4所述的光学图像获取设备，其特征在于，为了检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，所述波前像差检测器包括用以遮挡所述多个测量光束中的其它光束入射的结构。
6.根据权利要求4所述的光学图像获取设备，其特征在于，为了使所述波前像差检测器检测所述多个测量光束中的至少一个光束的波前像差，将测量对象面分割成在邻接部处具有重叠部分的多个小区域，并且当扫描所述多个测量光束时，仅在扫描所述重叠部分的情况下，所述多个测量光束中的至少一个光束发光并且其它光束熄灭。
7.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，还包括偏转器，其配置在所述多个测量光束的出射端和所述被检体之间；以及变焦光学系统，其配置在所述多个测量光束的出射端和所述偏转器之间，并且用于改变横向倍率，其中，仅当所述变焦光学系统的倍率设置为预定倍率时，才能够利用所述波前像差校正器执行波前像差校正。
8.根据权利要求7所述的光学图像获取设备，其特征在于，所述变焦光学系统配置在与所述波前像差检测器和所述波前像差校正器相比更靠近所述被检体侧的位置处。
9.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，所述多个测量光束的出射端是光纤端，以及通过使用由如下两个光束所形成的干涉光束，获取所述被检体的断层图像由测量对象面反射或背向散射且返回至所述光纤端的光束；以及经由另一参考光路以不同方式获取到的参考光束。
10.根据权利要求2所述的光学图像获取设备，其特征在于，所述多个测量光束的出射端是光纤端，并且通过光强度检测器检测返回至所述光纤端的反射或背向散射光束，以及基于检测到的光强度，获取二维图像。
11.一种光学图像获取设备中的自适应光学系统，所述光学图像获取设备用于生成被检体的光学图像，其中，在所述自适应光学系统中，对通过利用多个测量光束扫描所述被检体所返回的返回光束进行校正，所述自适应光学系统包括一个或多个波前像差检测器，用于获得通过利用所述多个测量光束扫描所述被检体而发生的所述返回光束的一个或多个波前像差；以及单个波前像差校正器，用于基于所述波前像差检测器所获得的波前像差，校正以不同角度入射的所述返回光束各自的波前像差。
12.一种光学图像获取设备的控制方法，其中，在所述光学图像获取设备中，对反射或背向散射光束的波前进行校正，并且获取被检体的光学图像，其中，所述反射或背向散射光束是在作为所述被检体的测量对象面上扫描包括多个光束的测量光束时由该测量对象面反射或背向散射得到的，所述控制方法包括以下步骤将包括所述多个光束的测量光束以彼此不同的入射角分别入射到单个波前像差校正器上；通过使用扫描单元，利用由所述单个波前像差校正器所反射的测量光束来扫描所述测量对象面；通过使用波前像差检测器来检测由所述测量对象面所反射或背向散射的测量光束的波前像差；以及基于检测到的波前像差，控制所述单个波前像差校正器的校正。
全文摘要
本发明提供一种光学图像获取设备，其中，该光学图像获取设备在例如激光扫描检眼镜等中将光量控制在安全规格等所规定的范围内的情况下，通过使用简单结构来缩短图像获取时间，并且通过使用自适应光学系统来确保光学图像的高分辨率。所提供的光学图像获取设备具有自适应光学系统，所述自适应光学系统包括波前像差检测器(2)，用于检测在表面上扫描多个光束时生成的反射或背向散射光束的波前像差；以及单个波前像差校正器(3)，用于基于所述波前像差来校正所述多个光束各自的波前像差，并且所述多个光束以不同的入射角入射到所述单个波前像差校正器且彼此重叠，并且对所述多个光束各自的波前像差进行校正。
文档编号G01B9/02GK102395912SQ20108001662
公开日2012年3月28日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月13日
发明者齐藤贤一 申请人:佳能株式会社