JP2021004749A - 補正方法、補正装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物で反射した電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を、対象物内を進むことで電磁波が受けた減衰に応じて、適正に補正する技術を提供する。【解決手段】対象物で反射し、かつ、物体光学系によって集束された電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を補正する。この補正方法は、反射電磁波強度分布において、補正対象位置を設定する工程（ステップＳ２２）、反射電磁波強度分布において、補正対象位置よりも物体光学系側の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算して得られる積算値に基づき、補正係数を決定する工程（ステップＳ２３）と、補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じて、前記補正対象位置の反射電磁波強度の補正値を算出する工程（ステップＳ２４）を含む。【選択図】図１０

Description

この発明は、対象物からの反射電磁波の深さ方向における強度分布を補正する技術に関する。

対象物の断層画像を、非破壊かつ非侵襲で取得する手法として、光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）が知られている。ＯＣＴは、特に、眼球や皮膚などの画像診断に広く利用されているほか、例えば、容器中で培養された細胞（あるいは、細胞スフェロイド）や微生物の観察にも利用されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

ＯＣＴでは、光源から出射される低コヒーレンス光を照明光として対象物に入射させ、その対象物からの反射光と、光路長が既知である参照光との干渉光の強度が検出される。そして、検出された干渉光の強度（信号強度）に基づいて、対象物からの反射光の深さ方向における強度分布が求められる。また、照明光の入射位置を平面方向に走査することによって、１次元的または２次元的に反射光の強度分布が取得され、その反射光強度分布に基づいて、対象物の断層画像が生成される。

特開２０１８−１０５６８３号公報 特開２０１８−０８９０５５号公報

ＯＣＴでは、主に、入射光の散乱光が検出される。このため、計測によって得られた反射光強度分布である断層画像が示す各画素の画素値（反射光強度）は、対象物における深さ方向の各位置の構造に大きく依存する。ここで、入射光の強度が深さ方向の位置に関わらず一定であると仮定した場合、反射光強度分布は、対象物の内部構造を適切に反映したものとなる。しかしながら、実際には、入射光は、対象物内を深部側へ進むに連れて、ランベルト・ベールの法則に従って減衰し得る。同様に、各反射位置からの反射光についても、その反射位置から検出器へ向かうまでの間に減衰し得る。すると、検出器にて検出される信号強度は、一般的に、対象物の入射側（浅い側）で大きく、対象物の深部側で小さくなる。このため、反射光強度分布を表現した断層画像においては、入射側において強度が大きいことを表す輝度の画素が、深部側において反射光強度が低いことを表す低輝度の画素が、それぞれ優勢的に分布することとなる。その結果、断層画像において、対象物内の構造の位置または形状等を正確に把握することが困難な場合があった。このため、このような輝度差（強度差）を有効に低減する技術が望まれていた。

特許文献２には、検出光の複素信号データの絶対値（振幅成分）を対数変換して得られる値を、断層画像の強度情報として、断層画像を生成することが記載されている。この対数変換として、例えば、下記の式（１）を利用して、深さ方向の位置ｚに対応する画素の画素値Ｓ（ｚ）（輝度）から補正画素値Ｓ´（ｚ）に対数変換することが考えられる。
（式（１）において、「Ｃ」は、任意パラメータである。）

式（１）に示す対数変換では、位置ｚの画素値Ｓ（ｚ）と、任意パラメータであるＣに依存して、補正画素値Ｓ´（ｚ）が求められる。すなわち、当該式（１）では、深さの情報が何ら考慮されず、かつ、光が対象物内を進むことによって受ける減衰の影響を補償するものではない。このため、式（１）の対数変換を適用したとしても、減衰による画素値の低下を補正することは困難である。したがって、式（１）を適用したとしても、依然として、入射側との画素と出射側の画素との間に輝度差が生じることとなる。

本発明の目的は、対象物で反射した電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を、対象物内を進むことで電磁波が受けた減衰に応じて、適正に補正する技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１態様は、対象物で反射し、かつ、物体光学系によって集束された電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を補正する補正方法であって、（ａ）前記反射電磁波強度分布において、補正対象位置を設定する工程と、（ｂ）前記反射電磁波強度分布において、前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算して得られる積算値に基づき、補正係数を決定する工程と、（ｃ）前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じて、前記補正対象位置の反射電磁波強度の補正値を算出する工程とを含む。

第２態様は、第１態様の補正方法であって、前記工程（ｂ）は、前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の位置であって、前記深さ方向に直交する平面に平行な平面方向に関して前記補正対象位置とは異なる位置の反射電磁波強度に関する値を積算することを含む。

第３態様は、第２態様の補正方法であって、前記工程（ｂ）は、前記補正対象位置を起点に設定される積算対象領域内の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算することを含む。

第４態様は、第３態様の補正方法であって、前記積算対象領域は、前記補正対象位置から前記物体光学系側へ向けて前記平面方向へ広がる扇状を有する。

第５態様は、第２態様から第４態様のいずれか１つの補正方法であって、前記工程（ｂ）は、（ｂ−１）前記補正対象位置から前記物体光学系までの間を結ぶ複数の経路それぞれについて、前記積算値を求める工程を含む。

第６態様は、第５態様の補正方法であって、前記工程（ｂ）は、（ｂ−２）前記工程（ｃ−１）によって求められる、前記複数の経路それぞれの積算値と、前記複数の経路それぞれの位置に応じた重み係数との積を算出する工程と、（ｂ−３）前記工程（ｃ−２）によって求められる、前記複数の経路それぞれの積を積算する工程と、さらに含む。

第７態様は、第６態様の補正方法であって、前記工程（ｂ−２）において、前記複数の経路それぞれの重み係数は、前記深さ方向に対する傾きが小さくなるほど大きくなる。

第８態様は、第１態様から第７態様のいずれか１つの補正方法であって、前記工程ｃ）は、（ｃ−１）前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じた積値を算出する工程と、（ｃ−２）前記工程（ｃ−１）によって得られた前記積値を、所定の条件に従って正規化する工程をさらに含む。

第９態様は、対象物で反射し、かつ、物体光学系によって集束された電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を補正する補正装置であって、前記反射電磁波強度分布において、補正対象位置を設定する設定部と、前記反射電磁波強度分布において、前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算して得られる積算値に基づき、補正係数を決定する補正係数決定部と、前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じて、前記補正対象位置の反射電磁波強度の補正値を算出する補正部とを備える。

第１０態様は、対象物を撮像する撮像装置であって、電磁波源から出射される電磁波を、照射用の電磁波と参照用の電磁波とに分割する分割部と、前記照射用の電磁波を集束させて対象物に入射させるとともに、前記対象物で反射した電磁波を集束させる物体光学系と、前記物体光学系によって集束された前記対象物からの電磁波と、前記参照用の電磁波との干渉電磁波を検出することによって、その干渉電磁波の信号強度に応じた干渉信号を出力する検出器と、前記干渉信号を処理することによって、前記対象物で反射した電磁波の深さ方向の強度分布を表す反射電磁波強度分布を生成する信号処理部と、第９態様の補正装置とを備える。

第１態様の補正方法によると、補正対象位置よりも物体光学系側の各位置の反射電磁波強度は、補正対象位置で反射した電磁波の減衰量に相関し得る。このため、これら各位置の反射電磁波強度に関する値を積算することによって、補正対象位置からの電磁波が受けた減衰を反映した補正係数を求めることができる。当該補正係数を、補正対象位置の反射電磁波強度に乗ずることによって、対象物内で起こる電磁波の減衰に応じて、電磁波強度を有効に補正することができる。

第２態様の補正方法によると、補正対象位置とは平面方向に異なる位置の反射電磁波強度が積算される。この場合、補正対象位置からの電磁波が平面方向に異なる各位置で受けた減衰を、補正係数に反映することができる。

第３態様の補正方法によると、補正対象位置からの電磁波が、補正対象位置を起点に設定される積算対象領域内の各位置において受けた減衰を、補正係数に反映することができる。

第４態様の補正方法によると、補正対象位置から物体光学系側へ向けて平面方向へ広がる扇状の積算対象領域内の反射電磁波強度が積算される。このため、補正対象位置から物体光学系へ拡散する反射電磁波の各経路の位置の反射電磁波強度に関する値を積算することができる。したがって、補正対象位置の反射電磁波が物体光学系へ向けて拡散することによって受けた減衰を、補正係数に反映することができる。

第５態様の補正方法によると、補正対象位置から物体光学系までを結ぶ複数の経路ごとに反射電磁波強度が積算される。この場合、補正対象位置からの電磁波が各経路で受けた減衰を、補正係数に反映することができる。

第６態様の補正方法によると、複数の経路ごとに重み係数を設定し、それぞれの経路ごとに、積算値と重み係数の積を算出し、それらが積算されることによって、補正係数が求められる。この場合、補正対象位置からの電磁波が複数の経路で受けた減衰を、各経路の位置に応じて、補正係数に反映することができる。

第７態様の補正方法によると、対象物に入射する入射電磁波の中心と、対象物からの電磁波の中心とが、物体光学系の光軸に合わせて集束される場合、補正対象位置の反射電磁波の強度は、物体光学系の光軸と平行に近づくほど大きくなる。この場合、電磁波の経路が光軸と平行に近づくほど、電磁波の減衰を受けやすい。したがって、経路が深さ方向と平行に近づくほど、重み係数を大きくすることによって、補正対象位置からの電磁波が各経路で受けた減衰を、補正係数へ有効に反映することができる。

第８態様の補正方法によると、複数の補正対象位置それぞれについて、反射電磁波強度に補正係数を乗じた積値を正規化することによって、正規化された反射電磁波強度分布を生成することができる。これにより、反射電磁波強度分布を、断層画像の生成等へ容易に適用することができる。

第９態様の補正装置によると、補正対象位置よりも物体光学系側の各位置の反射電磁波強度は、補正対象位置で反射した電磁波の減衰量に相関し得る。このため、これら各位置の反射電磁波強度に関する値を積算することによって、補正対象位置からの電磁波が受けた減衰を反映した補正係数を求めることができる。当該補正係数を、補正対象位置の反射電磁波強度に乗ずることによって、対象物内で起こる電磁波の減衰に応じて、電磁波強度を有効に補正することができる。

第１０態様の撮像装置によると、補正対象位置よりも物体光学系側の各位置の反射電磁波強度は、補正対象位置で反射した電磁波の減衰量に相関し得る。このため、これら各位置の反射電磁波強度に関する値を積算することによって、補正対象位置からの電磁波が受けた減衰を反映した補正係数を求めることができる。当該補正係数を、補正対象位置の反射電磁波強度に乗ずることによって、対象物内で起こる電磁波の減衰に応じて、電磁波強度を有効に補正することができる。

実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図である。 撮像装置における撮像原理を説明するための模式図である。 スフェロイドの断層撮像の様子を示す模式図である。 実施形態の第１変形例に係る撮像装置の構成例を示す図である。 実施形態の第２変形例に係る撮像装置の構成例示す図である。 物体光学系の焦点深さと参照基準面との位置関係を模式的に示す図である。 撮像装置において実行される１回の断層撮影の流れを示す図である。 補正処理前の断層画像を示す図である。 補正処理部が断層画像を補正処理することによって得られる補正後の断層画像を示す図である。 補正処理部が断層画像に対して実行する補正処理の流れを示す図である。 図８に示す断層画像の直線上に並ぶ複数の画素を概念的に示す図である。 補正係数のその他の求め方を説明するための概念図である。 補正係数のその他の求め方を説明するための概念図である。 対象物の内部において、深さ方向に並ぶ複数の物体を概念的に示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。

相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」等）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」等）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」等）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸や面取り等を有する形状も表すものとする。「〜の上」とは、特に断らない限り、２つの要素が接する場合のほか、２つの要素が離れている場合も含む。

＜１． 実施形態＞
図１は、実施形態に係る撮像装置１の構成例を示す図である。撮像装置１は、培地中で培養されたスフェロイドＳｐ（細胞集塊）を対象物として断層撮像し、得られたデータからスフェロイドＳｐの断層画像または立体像を生成する。ここでは、培地Ｍ中に配置されたスフェロイドＳｐを対象物とした場合について説明するが、対象物はこれに限定されない。以下の各図における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を定義する。ここでは、ＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸が鉛直軸である。また、図１に示すＸＹＺ直交座標軸において、矢印の先端が向く方が＋（プラス）方向であり、その逆方向が−（マイナス）方向である。ここでは、−Ｚ方向が鉛直下向きである。

撮像装置１は、容器１１を保持する保持部１０を備えている。容器１１は、ガラス製または樹脂製の透明な平底面１１０を有する浅皿状のディッシュと呼ばれる。保持部１０は、容器１１の開口面を上向きにし、かつ、容器１１の平底面１１０が水平面と平行となるように、容器１１を保持する。容器１１には、予め、所定量の培地Ｍが注入される。また、その培地Ｍ中において、容器１１の容器底部１１１にスフェロイドＳｐが培養される。図１では、単一の容器１１内の平底面１１０に、単一のスフェロイドＳｐが図示されているが、複数のスフェロイドＳｐが培養されていてもよい。

撮像装置１は、撮像ユニット２０を備えている。撮像ユニット２０は、保持部１０に保持された容器１１の下方に配置されている。撮像ユニット２０は、被撮像物の断層画像を非接触、非破壊（非侵襲）で撮像することが可能な光干渉断層撮像（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）装置としての構成を備えている。具体的には、撮像ユニット２０は、光源２１（電磁波源）、ビームスプリッタ２２（分割部）、物体光学系２３、参照ミラー２４、分光器２５、および光検出器２６を備えている。

光源２１は、例えば発光ダイオードまたはスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）などの発光素子を有する。光源２１は、コヒーレンス長が例えば１［μｍ］〜１５［μｍ］の低コヒーレンス光源である。

撮像装置１は、装置の動作を制御する制御ユニット３０、および、撮像ユニット２０の可動機構を制御する駆動制御部４０を備えている。制御ユニット３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、Ａ／Ｄコンバータ３２、信号処理部３３、３Ｄ復元部３４、インターフェース（ＩＦ）部３５、画像メモリ３６およびメモリ３７を備えている。制御ユニット３０が備える各要素は、バス等を介して電気的に互いに接続されている。

ＣＰＵ３１は、所定の制御プログラムを実行することによって、撮像装置１全体の動作の制御を司る。ＣＰＵ３１が実行する制御プログラム、または、処理中に生成したデータは、メモリ３７に適宜保存される。Ａ／Ｄコンバータ３２は、撮像ユニット２０の光検出器２６から受光量に応じて出力される信号をデジタルデータに変換する。信号処理部３３は、Ａ／Ｄコンバータ３２から出力されるデジタルデータに基づき後述する信号処理を行って、被撮像物の断層画像を作成する。３Ｄ復元部３４は、撮像された複数の断層画像の画像データに基づいて、撮像された細胞集塊の立体像（３Ｄ像）を作成する機能を有する。信号処理部３３により作成された断層画像の画像データおよび３Ｄ復元部３４により作成された立体像の画像データは、画像メモリ３６に適宜保存される。

また、制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１にバスなどを介して電気的に接続される補正処理部３８を備えている。補正処理部３８は、信号処理部３３によって得られた断層画像Ｉｔ（反射光強度分布）を補正する補正処理を実行する。より詳細には、補正処理部３８は、補正係数を決定する補正係数決定部３８１と、補正値を算出する補正演算部３８３とを備えている。補正係数は、補正対象の画素値（反射光強度）を補正するために、当該画素値に乗じられる値である。補正処理部３８が実行する補正処理の内容については、後に詳述する。

信号処理部３３、３Ｄ復元部３４、および補正処理部３８それぞれは、ＣＰＵ３１がプログラムに従って動作することにより実現される機能としてもよいし、あるいは、専用回路で構成されていてもよい。また、信号処理部３３、３Ｄ復元部３４、および補正処理部３８は、ＣＰＵ３１を備えるコンピュータとは別のコンピュータによって実現される機能であってもよい。

インターフェース部３５は、撮像装置１と外部機器との通信を仲介する機能を有する。インターフェース部３５は、外部機器と通信を行うための通信機能と、ユーザからの操作入力を受け付け、また各種の情報をユーザに報知するためのユーザインターフェース機能とを有する。インターフェース部３５には、入力デバイス３５１および表示部３５２が接続されている。入力デバイス３５１は、例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどを含む。入力デバイス３５１は、撮像装置１の機能選択や動作条件設定などに関する操作入力を受け付ける。入力デバイス３５１は、例えば、タッチパネル式の液晶ディスプレイを含む。表示部３５２は、信号処理部３３によって生成された断層画像または３Ｄ復元部３４によって生成された立体像など各種の処理結果を表示する。

ＣＰＵ３１は、駆動制御部４０に制御指令を与える。駆動制御部４０は、ＣＰＵ３１からの制御指令に応じて、撮像ユニット２０の可動機構に所定の動作を実行させる。具体的には、駆動制御部４０によって実行される撮像ユニット２０の走査移動、および、光検出器２６による受光量の検出との組み合わせによって、撮像対象物であるスフェロイドＳｐの断層画像が取得される。

図２は、撮像装置１における撮像原理を説明するための模式図である。図３は、スフェロイドＳｐの断層撮像の様子を示す模式図である。断層撮像を行うときには、撮像ユニット２０の光源２１から、広帯域の波長成分を含む光ビームＬ１が出射される。この光ビームＬ１は、低コヒーレンス光である。光ビームＬ１は、ビームスプリッタ２２（分割部）に入射して２つに分割する。具体的には、光ビームＬ１のうちの一部が、図２中、破線矢印で示すように、入射光Ｌ２として容器１１へ向かう。また、光ビームＬ１のうちの他の一部が、図２中、一点鎖線矢印で示すように、参照光Ｌ３（参照電磁波）として参照ミラー２４へ向かう。

容器１１へ向かう入射光Ｌ２は、物体光学系２３を経て、容器１１に入射する。より具体的には、ビームスプリッタ２２から出射される入射光Ｌ２は、物体光学系２３を介して、容器底部１１１に入射する。物体光学系２３は、対物レンズなどの光学素子を有する。物体光学系２３は、ビームスプリッタ２２から容器１１に向かう入射光Ｌ２を、容器１１内の対象物（スフェロイドＳｐ）に集束する機能、および、対象物から出射される反射光を集束して、ビームスプリッタ２２へ向かわせる機能を有する。図２においては、物体光学系２３の要素として、単一の対物レンズを示しているが、複数の光学素子を有していてもよい。

物体光学系２３は、駆動制御部４０に設けられた焦点調整機構４１によって、Ｚ軸方向へ移動可能に支持されている。このため、対象物に対する物体光学系２３の焦点位置がＺ軸方向へ変更可能である。以下、深さ方向（Ｚ軸方向）における物体光学系２３の焦点位置を「焦点深さ」と称する場合がある。物体光学系２３の光軸ＡＸ１は、鉛直方向（Ｚ軸方向）と平行であり、平面状の容器底部１１１と垂直である。また、物体光学系２３への入射光Ｌ２の入射方向は、光軸ＡＸ１と平行である。また、入射光Ｌ２の中心が、光軸ＡＸ１と一致するように、物体光学系２３が配置されている。

スフェロイドＳｐが、入射光Ｌ２に対して、ある程度の透過性を有する場合、入射光Ｌ２は、スフェロイドＳｐの内部に進入し、その後、そのスフェロイドＳｐの内部の構造物に応じて反射する。入射光Ｌ２が、例えば近赤外線である場合、当該入射光Ｌ２は、スフェロイドＳｐの内部まで到達することが可能である。スフェロイドＳｐの内部で反射した光は、散乱光として、種々の方向に放射される。その散乱光のうち、物体光学系２３の集光範囲内に放射された反射光Ｌ４（反射電磁波）が、物体光学系２３によって集束されて、ビームスプリッタ２２へ送られる。

駆動制御部４０が備えるミラー駆動機構４２は、参照ミラー２４の反射面が参照光Ｌ３の入射方向に対し垂直となるように、参照ミラー２４を支持する。さらに、ミラー駆動機構４２は、その参照光Ｌ３の入射方向に沿った方向（図２では、Ｙ軸方向）へ、参照ミラー２４を移動させる。参照ミラー２４に入射する参照光Ｌ３は、参照ミラー２４の反射面において反射され、その参照光Ｌ３の入射光路上を逆向き（図２では、−Ｙ方向）に進み、ビームスプリッタ２２へ向かう。ミラー駆動機構４２が、参照ミラー２４の位置を変更することによって、参照光Ｌ３の光路長が変化する。

参照ミラー２４にて反射された参照光Ｌ３、および、スフェロイドＳｐの表面もしくは内部の反射面にて反射した反射光Ｌ４は、ビームスプリッタ２２を介して光検出器２６に入射する。このとき、参照光Ｌ３と反射光Ｌ４とが干渉することによって、それらの位相差に応じた干渉光Ｌ５（干渉電磁波）が生じる。

分光器２５は、ビームスプリッタ２２から光検出器２６に至る干渉光Ｌ５の光路上に配置されている。分光器２５は、例えば、プリズムまたは回折格子を有する。干渉光Ｌ５は、分光器２５によって、異なる波長成分ごとに分光され、光検出器２６に入射する。

光検出器２６に入射する干渉光Ｌ５の分光スペクトルは、スフェロイドＳｐにおける反射面の深さに応じて異なる。すなわち、干渉光Ｌ５の分光スペクトルは、対象物の深さ方向の情報を有する。したがって、干渉光Ｌ５を波長ごとに分光して光量を検出し、その検出された干渉信号をフーリエ変換することによって、対象物における深さ方向の、反射光強度分布を求めることができる。このような原理に基づくＯＣＴは、フーリエドメイン（Fourier Domain）ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）のうちの、スペクトル領域（Spectral Domain）ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）と称される。

光検出器２６から出力される干渉信号をフーリエ変換することによって、スフェロイドＳｐのうち、入射光Ｌ２の入射位置における深さ方向、つまりＺ軸方向の反射光強度分布が求められる。また、容器１１に入射する入射光Ｌ２をＸ軸方向に走査することによって、ＸＺ平面と平行な平面における反射光強度分布が求められ、その結果から、当該平面を断面とするスフェロイドＳｐの断層画像が生成される。以下の説明では、Ｘ軸方向へのビーム走査によってＸＺ平面と平行な断面における１つの断層画像Ｉｔを取得する一連の動作を、１回の断層撮像と称する。

また、必要に応じて、入射光Ｌ２の入射位置がＹ軸方向へ所定のピッチで多段階に変更され、その都度、１回の断層撮像が行なわれる。この複数回の断層撮像によって、図３に示すように、スフェロイドＳｐのＸＺ平面と平行な断面画像を示す、複数の断層画像Ｉｔが取得される。Ｙ軸方向のピッチを小さくすることによって、スフェロイドＳｐの立体構造を把握するのに十分な分解能の画像データを取得することができる。

駆動制御部４０は、入射光Ｌ２の光路を変更する不図示の光学部品（例えば、ガルバノミラー）を備えていてもよい。この場合、駆動制御部４０が、当該光学部品を動作させることによって、スフェロイドＳｐに対する入射光Ｌ２の入射位置をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてもよい。あるいは、駆動制御部４０が、保持部１０および撮像ユニット２０のうちどちらか一方、または、これら双方を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させる移動機構を備えていてもよい。この場合、駆動制御部４０が、当該移動機構を動作させることによって、容器１１および撮像ユニット２０の相対位置関係を変化させ、これによって、入射光Ｌ２のスフェロイドＳｐに対する入射位置を、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動させてもよい。

図２についての原理説明では、撮像ユニット２０において光源２１からの光を照明光と参照光とに分岐させる分波機能、および信号光と参照光とを合成して干渉光を生じさせる機能が、ビームスプリッタ２２により実現されている。近年では、ＯＣＴ装置においてこのような分波・合波機能を担うものとして、図４に示すように、光ファイバカプラが用いられる場合がある。

図４は、実施形態の第１変形例に係る撮像装置１Ａの構成例を示す図である。以下の説明では、図２に示す撮像装置１が備えている要素と同一または同一機能を有する要素に、同一符号を付し、その要素の構造および機能については、詳細な説明を省略する。撮像装置１Ａにおける撮像原理は、撮像装置１における撮像原理と同様であるため、詳細な説明を省略する。

撮像装置１Ａは、撮像ユニット２０Ａを備えている。撮像ユニット２０Ａは、ビームスプリッタ２２に代わる分波・合波器として、光ファイバカプラ２２０を備えている。光ファイバカプラ２２０には、４つの光ファイバ２２１，２２２，２２４，２２６が接続されている。光ファイバ２２１は、光源２１に接続されており、光源２１から出射される低コヒーレンス光である光ビームＬ１を、光ファイバカプラ２２０に入力する。光ファイバカプラ２２０は、その光源２１からの光ビームＬ１を、光ファイバ２２２，２２４に分岐する。光ファイバ２２２は、物体系光路である。より具体的には、光ファイバ２２２の端部から出射される光（入射光Ｌ２）は、コリメータレンズ２２３を介して物体光学系２３に入射し、物体光学系２３によって集束されてフェロイドＳｐに入射する。また、スフェロイドＳｐからの反射光Ｌ４（信号光）は、物体光学系２３およびコリメータレンズ２２３を介して、光ファイバ２２２に入射する。

光ファイバ２２４は、参照系光路である。より具体的には、光ファイバ２２４の端部から出射される光（参照光Ｌ３）は、コリメータレンズ２２５を介して参照ミラー２４に入射する。参照ミラー２４からの反射光（参照光Ｌ３）は、コリメータレンズ２２５を介して光ファイバ２２４に入射する。光ファイバ２２２を伝搬する反射光Ｌ４（信号光）、および、光ファイバ２２４を伝搬する参照光Ｌ３は、光ファイバカプラ２２０において干渉し、干渉光Ｌ５が発生する。当該干渉光Ｌ５は、光ファイバ２２６および分光器２５を介して光検出器２６に入射する。光検出器２６にて検出される干渉光Ｌ５の分光スペクトルから、スフェロイドＳｐについての、深さ方向における反射光強度分布が求められる。

図５は、実施形態の第２変形例に係る撮像装置１Ｂの構成例示す図である。撮像装置１Ｂは、光ファイバカプラ２２０を備えるものの、光ファイバ２２４が備えられていない点で、撮像装置１Ａとは相違する。また、撮像装置１Ｂは、光ファイバ２２２から出射される光の光路上に、コリメータレンズ２２３およびビームスプリッタ２２７（分割部）を備えている。撮像装置１Ｂでは、ビームスプリッタ２２７が、光源２１からの光ビームＬ１を、入射光Ｌ２と参照光Ｌ３に分割する。そして、入射光Ｌ２の光路上に物体光学系２３が配置され、参照光Ｌ３の光路上に参照ミラー２４が配置されている。この場合、ビームスプリッタ２２７によって、反射光Ｌ４（信号光）と参照光Ｌ３とが合成される。そして、ビームスプリッタ２２７によって生成された干渉光Ｌ５が、光ファイバ２２２，２２６を通って、分光器２５、光検出器２６へと導かれる。

撮像装置１では、各光が空間を通過するのに対し、撮像装置１Ａ，１Ｂでは、光路の一部が、光ファイバに置き換えられている。しかしながら、撮像装置１Ａ，１Ｂの動作原理は、撮像装置１とほぼ同じである。撮像装置１Ａ，１Ｂにおいても、焦点調整機構４１が物体光学系２３を容器１１に対し接近または離間する方向に移動させることによって、スフェロイドＳｐに対する物体光学系２３の焦点深さが調整される。また、ミラー駆動機構４２が、参照ミラー２４を、参照光Ｌ３の光軸に沿って移動させることによって、当該参照光Ｌ３の光路長が変更される。撮像装置１，１Ａ，１Ｂの撮像原理は同じであるため、以下では、撮像装置１の撮像動作について説明する。

図６は、物体光学系２３の焦点深さＤＴと参照基準面Ｓｒとの位置関係を模式的に示す図である。撮像装置１では、低コヒーレンス光干渉の原理上、反射光Ｌ４の光路長が参照光Ｌ３の光路長と同じになる位置が、深さ方向（Ｚ軸方向）の基準位置となる。以下、図６に示すように、反射光Ｌ４が伝搬する物体系光路において、参照系光路における参照ミラー２４の反射面と対応する面（ビームスプリッタ２２からの距離が、ビームスプリッタ２２から参照ミラー２４の反射面までの距離と一致する面）を参照基準面Ｓｒと称する。また、物体光学系２３の焦点ＦＰを含み、かつ、物体光学系２３の光軸ＡＸ１に垂直な平面を焦点面Ｓｆと称する。また、所定の基準位置から焦点面ＳｆまでのＺ軸方向の距離を、焦点深さＤＴと称する。ここでは、焦点深さＤＴの基準位置を、スフェロイドＳｐが配置される容器１１の平底面１１０（図１参照）とする。

物体系光路において、参照基準面Ｓｒに仮想的な反射面がある場合、当該反射面で反射される光の光路長（光源２１から光検出器２６までの入射光Ｌ２および反射光Ｌ４の光路長）は、参照ミラー２４の反射面で反射される光の光路長（光源２１から光検出器２６までの参照光Ｌ３の光路長）と等しくなる。

スフェロイドＳｐが焦点面Ｓｆに反射面を有する場合、フーリエ変換後の反射光強度分布においては、当該反射面からの反射光強度に対応する大きさの信号が、参照基準面Ｓｒから当該反射面（すなわち焦点面Ｓｆ）までの距離に対応する深さの位置に現れる。実際の被撮像物においては、種々の深さにある反射面からの反射光に対応する信号が各位置に現れる。

図７は、撮像装置１において実行される１回の断層撮影の流れを示す図である。まず、撮像の対象物であるスフェロイドＳｐが配置された容器１１が、撮像装置１の保持部１０によって一定位置に保持される（ステップＳ１０）。この容器１１の保持部１０に対するセッティングは、作業者によって行なわれてもよいし、不図示の搬送装置（搬送ロボット等）によって行なわれてもよい。

続いて、制御ユニット３０が、焦点調整機構４１を駆動することによって、物体光学系２３の焦点深さＤＴを、所定の初期値に合わせる（ステップＳ１１）。ステップＳ１１に続いて、制御ユニット３０が、ミラー駆動機構４２を駆動することによって、参照ミラー２４を、焦点深さＤＴに対応する位置に配置する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の後、制御ユニット３０は、入射光Ｌ２でスフェロイドＳｐをＸ軸方向に走査する（ステップＳ１３）。具体的には、参照ミラー２４からの参照光Ｌ３とスフェロイドＳｐからの反射光Ｌ４との干渉光Ｌ５が分光器２５によって分光され、波長ごとの信号強度が光検出器２６によって検出される。光検出器２６は、波長ごとの信号強度（分光スペクトル情報）を、ＣＰＵ３１に出力する。また、ステップＳ１３では、駆動制御部４０によってスフェロイドＳｐに対する入射光Ｌ２の入射位置がＸ軸方向に所定のピッチで変更され、その都度、上記分光スペクトル情報の取得が行なわれる。

信号処理部３３は、ステップＳ１３にて取得される分光スペクトル情報を、フーリエ変換することによって、焦点深さＤＴに存在する反射面からの反射強度分布を求める（ステップＳ１４）。なお、反射光強度分布の導出は、全ての撮像が完了した後に行われてもよい。

ステップＳ１４の後、ＣＰＵ３１は、焦点深さＤＴが所定の最終値に達したかどうかを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、焦点深さＤＴが最終値未満である場合（Ｎｏの場合）、焦点深さＤＴが、所定の１ピッチ分だけ変更される（ステップＳ１６）。そして再び、ステップＳ１２〜ステップＳ１５が実行される。このように、焦点深さＤＴが最終値となるまで、Ｘ軸方向の主走査が繰り返し行なわれて、分光スペクトル情報の取得が行なわれる。ステップＳ１６において、焦点深さＤＴを変更するピッチは、予め定められていてもよいし、作業者からの入力に応じて適宜設定されてもよい。

ステップＳ１５において、焦点深さＤＴが最終値である場合（Ｙｅｓの場合）、断層画像の生成が行なわれる。具体的には、信号処理部３３が、焦点深さＤＴごとに取得される部分画像を、深さ方向に重ねることによって、ＸＺ平面に平行な１つの断面におけるスフェロイドＳｐの断層画像Ｉｔを作成する（ステップＳ１７）。

必要に応じて、Ｙ軸方向の副走査が行なわれてもよい。すなわち、スフェロイドＳｐに対する入射光Ｌ２の入射位置をＹ軸方向に所定ピッチで変更し、その都度、ステップＳ１１〜ステップＳ１６を行うことによって、スフェロイドＳｐ全体の反射強度分布を取得することができる。これにより、Ｙ軸方向に異なる位置の断層画像Ｉｔを取得することができる。３Ｄ復元部３４は、この取得された複数の断層画像Ｉｔから、スフェロイドＳｐの立体像を生成する。

図８は、補正処理前の断層画像Ｉｔ１を示す図である。図８に示す断層画像Ｉｔ１において、縦方向は、Ｚ軸方向に対応しており、縦方向下向きが−Ｚ側（すなわち、物体光学系２３側）、縦方向上向きが＋Ｚ側に対応する。また、断層画像Ｉｔ１において、横方向は、Ｘ軸方向に対応する。また、図８に示すグラフ９９１は、断層画像Ｉｔ１上に示す縦方向に沿う直線ＬＮ１上の反射光強度分布を示す。断層画像Ｉｔ１において、横方向へ線状に延びる高輝度の像は、容器１１の平底面１１０の像である。

スフェロイドＳｐは、形状、サイズ、屈折率が異なる構造物（細胞や細胞小器官等）を有する。このような構造物は、散乱体として、スフェロイドＳｐに入射した入射光Ｌ２を減衰させる。このため、図８の、断層画像Ｉｔ１、および、グラフ９９１が示すように、−Ｚ側（物体光学系側）に向かうほど、輝度（反射光強度）が大きく、深部側へ向かうほど、輝度が小さくなる。

図９は、補正処理部３８が断層画像Ｉｔ１を補正処理することによって得られる補正後の断層画像Ｉｔ２を示す図である。図９に示すグラフ９９２は、断層画像Ｉｔ２に示す直線ＬＮ１上の反射光強度分布を示す。グラフ９９２は、補正処理部３８がグラフ９９１（反射高強度分布）を補正処理することによって得られるデータである。図９に示すように、補正後の断層画像Ｉｔ２では、−Ｚ側と＋Ｚ側とで、画素値（反射光強度）の相違が、断層画像Ｉｔ１と比べて小さくなっている。このため、断層画像Ｉｔ２は、補正前の断層画像Ｉｔ１と比べて、スフェロイドＳｐの観察に適した、コントラストの高い画像となっている。このように、補正処理部３８は、対象物であるスフェロイドＳｐ内で起こる光の減衰を考慮して、画素値を補正する。以下、補正処理部３８が実行する補正処理について説明する。ここでは、１例として、図８に示す断層画像Ｉｔ１を補正する場合について説明する。

図１０は、補正処理部３８が断層画像Ｉｔに対して実行する補正処理の流れを示す図である。図１１は、図８に示す断層画像Ｉｔ１の直線ＬＮ１上に並ぶ複数の画素を概念的に示す図である。直線ＬＮ１上には、＋Ｚ側へ向かって、順に、画素Ｐ_{（ｘ，１）}、画素Ｐ_{（ｘ，２）}、・・・、画素Ｐ_{（ｘ，ｚ）}が含まれるものとする。また、これらの画素の画素値を、順に、Ｓ_{（ｘ，１）}、Ｓ_{（ｘ，２）}、・・・、Ｓ_{（ｘ，ｚ）}とする。これらの画素値は、各画素の位置からの反射光強度（反射電磁波強度）を示す。

図１０に示すように、補正処理部３８は、補正処理を開始すると、まず、断層画像Ｉｔ１の読み込みを行う（ステップＳ２１）。続いて、補正処理部３８は、断層画像Ｉｔ１において、補正する対象となる補正対象画素を設定する（ステップＳ２２）。本実施形態において、補正処理部３８は、補正対象位置を設定する設定部の機能を有する。ステップＳ２２において、補正処理部３８は、補正対象画素の画素値を取得して、メモリ３７等に格納する。例えば、補正処理部３８は、図１１に示す複数の画素のうち、ｎ番目の画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を補正対象画素に設定したとする。この場合、その画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の画素値Ｓ_{（ｘ，ｎ）}を取得してメモリ３７等に格納する。

続いて、補正処理部３８の補正係数決定部３８１が、補正対象画素の補正係数を決定する（ステップＳ２３）。補正係数は、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の画素値Ｓ_{（ｘ，ｎ）}に乗ぜられることによって、補正値Ｓ’_{（ｘ，ｎ）}を求めるための値である。すなわち、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の補正係数を、「ｃ_{（ｘ，ｎ）}」とすると、補正値Ｓ’_{（ｘ，ｎ）}は、式（２）で表される。

ステップＳ２３において、補正係数決定部３８１は、断層画像Ｉｔ１において、補正対象画素よりも物体光学系２３側（−Ｚ側）にある入射側画素の画素値を積算して得られる値を、補正係数とする。例えば、図１１に示す例において、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}よりも物体光学系２３側には、画素Ｐ_{（ｘ，１）}，Ｐ_{（ｘ，２）}，・・・，Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}が存在する。補正係数決定部３８１は、これらの画素値Ｓ_{（ｘ，１）}，Ｓ_{（ｘ，２）}，・・・，Ｓ_{（ｘ，ｎ−１）}を積算した値を、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}とする。すなわち、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}は、式（３）によって表される。

ステップＳ２３において補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}が決定されると、補正処理部３８の補正演算部３８３は、上記式（２）に基づき、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の画素値Ｓ_{（ｘ，ｎ）}に乗ずることによって、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の補正値Ｓ’_{（ｘ，ｎ）}を算出する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２４において、補正処理部３８は、求められた補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の補正値Ｓ’_{（ｘ，ｎ）}をメモリ３７等に格納する。そして、補正処理部３８は、ステップＳ２１において読み込んだ断層画像Ｉｔ１の全画素について、補正値を求める補正処理が行なわれたどうかを判定する（ステップＳ２５）。未補正の画素が存在する場合（ステップＳ２５においてＮＯの場合）、補正処理部３８は、ステップＳ２２に戻って、当該未補正である画素の補正値を算出する。なお、断層画像Ｉｔの全画素について、補正処理が行われることは必須ではなく、一部の画素についてのみ補正処理が行なわれてもよい。この場合、作業者が補正を行なうべき画素群の指定を、補正処理部３８が受け付け、補正処理部３８が指定された画素群について、補正値を算出してもよい。

全画素について補正処理が完了した場合（ステップＳ２５においてＹＥＳの場合）、補正処理部３８は、正規化処理を実行する（ステップＳ２６）。正規化処理は、算出された補正値を、既定のルールに従って、コンピュータ上で表現可能な画素値に変換することをいう。正規化処理では、例えば、変換後の補正値の平均値および標準偏差がそれぞれの既定値となるように、各画素の補正値が変換される。

正規化処理が完了すると、補正処理部３８は、正規化された補正値に基づく補正後の断層画像Ｉｔ２を表示部３５２に出力する（ステップＳ２７）。これにより、表示部３５２に補正後の断層画像Ｉｔ２が表示される。

撮像装置１では、スフェロイドＳｐの反射面からの反射光Ｌ４は、その位置よりも物体光学系２３側にある構造物によって減衰する。すなわち、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置に入射する入射光Ｌ２、または、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}からの反射光Ｌ４は、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}よりも物体光学系２３側の画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}の各位置に存在する構造物により、反射、散乱または吸収等され、これによって反射光Ｌ４は減衰する。したがって、反射光Ｌ４が画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}の各位置で受ける減衰の大きさは、画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}の画素値Ｓ_{（ｘ，１）}〜Ｓ_{（ｘ，ｎ−１）}に相関すると考えられる。このため、画素値Ｓ_{（ｘ，１）}〜Ｓ_{（ｘ，ｎ−１）}を積算して得られる値を、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}からの反射光Ｌ４が受けた減衰を反映した補正係数Ｃ_{（ｘ，ｎ）}とすることができる。したがって、当該補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を補正対象画素_{（ｘ，ｎ）}の画素値Ｓ_{（ｘ，ｎ）}に乗ずることによって、対象物内で反射光が受けた減衰に応じて、画素値Ｓ_{（ｘ，ｎ）}を有効に補正することができる。

なお、補正係数決定部３８１が、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}よりも物体光学系２３側にあるすべての画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}の画素値Ｓ_{（ｘ，１）}〜Ｓ_{（ｘ，ｎ−１）}を積算することは必須ではない。補正係数決定部３８１は、すべての画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}のうち一部だけの画素の画素値を離散的に積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求めてもよい。

上記説明では、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}が、１次元の直線（例えば、直線ＬＮ１）上に並ぶ画素の画素値（反射光強度）から求められている。すなわち、補正対象画素Ｐ（ｘ，ｎ）とＸＹ平面方向に同一の位置にある画素Ｐ_{（ｘ，１）}〜Ｐ_{（ｘ，ｎ−１）}の画素値Ｓ_{（ｘ，１）}〜Ｓ_{（ｘ，ｎ−１）}の積算値から補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}が求められている。しかしながら、補正対象位置Ｐ_{（ｘ，ｎ）}とはＸＹ平面方向に異なる位置にある画素の画素値（反射光強度）を積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}が求められてもよい。

図１２は、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}のその他の求め方を説明するための概念図である。図１２に示す例では、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求めるため、補正係数決定部３８１は、積算対象領域ＲＡ１を設定する。積算対象領域ＲＡ１は、ここでは、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を起点として、物体光学系２３側に対応する−Ｚ側に向かって、深さ方向に直交する＋Ｘ方向および−Ｘ方向の双方に広がる、扇状の２次元領域である。本例では、積算対象領域ＲＡ１は、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を頂点とする二等辺三角形である。補正係数決定部３８１は、この積算対象領域ＲＡ１内に含まれる各位置に対応する各画素の画素値を積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求める。

図１２に示す例では、Ｘ軸方向に関して、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}と同じ位置にある画素群の画素値だけではなく、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}とはＸ軸方向に関して異なる位置の画素群の画素値も積算される。このため、Ｚ軸方向に平行な入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の減衰だけでなく、Ｚ軸方向に対して傾斜する入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の減衰も、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。

積算対象領域ＲＡ１内の各画素の画素値を積算することによって、入射光Ｌ２または反射光Ｌ４が、積算対象領域ＲＡ１内を通過することによって生じる減衰を反映した補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求めることができる。この補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を補正処理に適用することによって、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}からの反射光Ｌ４が、積算対象領域ＲＡ１の各位置で受けた光の減衰を、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。したがって、対象物内で反射光Ｌ４が受けた減衰に応じて、反射光強度を有効に補正することができる。

特に、積算対象領域ＲＡ１の形状を、物体光学系２３によって集束される入射光Ｌ２の経路に一致させた場合、入射光Ｌ２が物体光学系２３から補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置に到達するまでに受けた減衰を、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。

また、積算対象領域ＲＡ１の形状を、物体光学系２３に入射する反射光Ｌ４の経路に一致させることによって、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}からの反射光Ｌ４が物体光学系２３に到達するまでに受けた減衰を、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。なお、撮像装置１では、物体光学系２３によって集束される入射光Ｌ２の経路と、物体光学系２３に入射する反射光Ｌ４の経路とは一致する。このため、積算対象領域ＲＡ１を入射光Ｌ２の経路に一致させることは、物体光学系２３に入射する反射光Ｌ４の経路に一致させることと等価である。

なお、積算対象領域ＲＡ１の形状を、物体光学系２３によって集束される入射光Ｌ２の経路、または、物体光学系２３に入射する反射光Ｌ４の経路よりも狭くしてもよい。いずれの場合も、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置からの反射光Ｌ４が、積算対象領域ＲＡ１の各位置で受けた減衰を、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。

補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置から、物体光学系２３側へ向かう複数の経路上ごとに、画素値の積算値が求められてもよい。また、複数の経路それぞれの積算値に、複数の経路それぞれの位置に応じた重み係数を乗じた積値が求められてもよい。そして、求められた各積値を積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}が求められてもよい。

例えば、図１２に示すように、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を通る２つの直線ＬＮ１，ＬＮ２を想定する。直線ＬＮ１，ＬＮ２それぞれは、反射光Ｌ４の経路に対応する。補正係数決定部３８１は、直線ＬＮ１，ＬＮ２上にある画素の積算値を求める。直線ＬＮ１上の積算値を「ΣＳ１」とし、直線ＬＮ１上の積算値を「ΣＳ２」とする。これにより、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置から物体光学系２３へ拡散する反射光Ｌ４の経路（直線ＬＮ１，ＬＮ２）ごとの反射光強度を積算することができる。したがって、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}の位置からの反射光Ｌ４が、物体光学系２３へ向けて拡散することによって受けた減衰を、補正係数Ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。

また、補正係数決定部３８１は、積算値ΣＳ１，ΣＳ２に対し、直線ＬＮ１，ＬＮ２の位置に応じた重み付け係数ｗ１，ｗ２を乗じる。そして、補正係数決定部３８１は、これらの積（ｗ１×ΣＳ１，ｗ２×ΣＳ２）を積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求めてもよい。

撮像装置１では、物体光学系２３によって集束される入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の強度分布は、光軸ＡＸ１上で最も大きくなり、光軸ＡＸ１から水平方向に離れるほど小さくなる。すなわち、物体光学系２３からスフェロイドＳｐの深部へ向かう入射光Ｌ２、および、スフェロイドＳｐの反射面から物体光学系２３へ向かう反射光Ｌ４は、光軸ＡＸ１に対する傾きが大きくなるほど、強度が小さくなる。また、入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の強度が大きいほど、減衰を受けやすい。そこで、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}に着目して、光軸ＡＸ１に平行な直線ＬＮ１の積算値ΣＳ１に最も大きい重み係数ｗ１を乗じ、直線ＬＮ１よりも傾きθが大きい直線ＬＮ２の積算値ΣＳ２に重み係数ｗ１よりも小さいｗ２を乗じることによって、入射光Ｌ２または反射光Ｌ４が各経路で受けた減衰を、その経路の位置に応じて、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に有効に反映することができる。

図１３は、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}のその他の求め方を説明するための概念図である。図１３に示す補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}の算出例では、補正係数決定部３８１は、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を起点とする立体形状の積算対象領域ＲＡ２を設定する。積算対象領域ＲＡ２は、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}から物体光学系２３側へ向かって、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に広がっており、より具体的には、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}を頂点とする円錐状である。補正係数決定部３８１は、このように設定された積算対象領域ＲＡ２内に含まれる各画素の画素値を積算することによって、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}を求める。

図１３に示す例では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に関して、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}と同じ位置にある画素群の画素値だけではなく、補正対象画素Ｐ_{（ｘ，ｎ）}とは異なる位置の画素群の画素値も積算される。このため、Ｚ軸方向に平行な入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の減衰だけでなく、Ｚ軸方向に対して傾斜する入射光Ｌ２または反射光Ｌ４の減衰も、補正係数ｃ_{（ｘ，ｎ）}に反映することができる。なお、Ｙ軸方向に異なる位置にある画素の画素値は、断層画像Ｉｔ１の位置とはＹ軸方向に異なる平面を示す断層画像から、適宜取得される。

積算対象領域ＲＡ２の形状は、物体光学系２３によって集束される入射光Ｌ２の経路に一致する形状、または、それよりも狭い形状としてもよい。また、積算対象領域ＲＡ２の形状は、物体光学系２３に入射する反射光Ｌ４の経路に一致する形状、または、それよりも狭い形状としてもよい。

＜補正係数に対する考察＞
ここで、補正係数について考察する。図１４は、対象物の内部において、深さ方向に並ぶ複数の物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎを概念的に示す図である。ここでは、図１４に示すように、ｎ番目の物体Ｐ_ｎで反射した反射光Ｌ４の信号強度について検討する。

入射光Ｌ２は、物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎ−１を透過する際、その強度が減少し、物体Ｐ_ｎで散乱する。散乱した光のうち、物体光学系２３へ向かう散乱光は、反射光Ｌ４として、物体Ｐ_ｎ−１〜Ｐ_１を透過した後、光検出器２６によって検出される。図１４中、破線の矢印は、各物体Ｐ１〜Ｐｎを透過した光のうち、光検出器２６に検出されない散乱光を示す。入射光Ｌ２が各物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎそれぞれに入射するときの強度を、Ｉ_１〜Ｉ_ｎとする。また、各物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎそれぞれを透過した直後の反射光Ｌ４の強度を、Ｉ’_１〜Ｉ’_ｎとする。

ここで、断層画像Ｉｔにおいて、物体Ｐ_ｎの位置に対応する画素の画素値Ｓ_ｎは、物体Ｐ_ｎからの反射光Ｌ４のみから算出されるものとする。また、物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎは、入射光Ｌ２の波長よりも十分に大きく、かつ、物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎそれぞれの反射率、吸収率、透過率は独立な値とする。ここで物体Ｐ_ｉ（ｉは１以上ｎ以下の自然数）の反射率をＲ_ｉ、透過率をＴ_ｉ、吸収率をα_ｉとおき、式（４）が成り立つものとする。
物体Ｐ_{（ｉ＋１）}に入射する入射光Ｌ２の強度Ｉ_ｉ＋１は、式（５）で表される。

ここで、物体Ｐ_（ｉ）に対する入射光Ｌ２の入射前後での光強度の損失量Ｌ_ｉを、式（６）のように定義すると、上記式（５）は、式（７）となる。

反射率Ｒ_ｉのうち、断層画像Ｉｔの生成に寄与する光（反射光Ｌ４）の割合をＲｓ_ｉ、寄与しない光（散乱光）の割合をＲｅｘ_ｉとする。物体Ｐ_ｎに入射する入射光Ｌ２の強度Ｉ_ｎは、式（７）より、式（８）で表される。
そして、物体Ｐ_ｎでの反射光Ｌ４の強度Ｉ’_ｎは、式（９）で表される。

物体Ｐ_ｎからの反射光Ｌ４が、物体Ｐ_１を再度透過するまでに、式（５）と同様に強度が減少すると仮定すると、物体Ｐ_１を再度透過するときの強度Ｉ’_１は、式（１０）で表される。

また、最終的に出力される断層画像Ｉｔの画素値Ｓ_ｎは、式（１１）に示すように、強度Ｉ’_１に比例する。
仮に、各物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎを透過する際の損失量をゼロとした場合、画素値Ｓ_ｎの真値Ｓ_{ｎ＿ｔｒｕｅ}は、次の式（１２）に示すように、Ｒｓ_ｎとＩ_１の積に比例する。
しかしながら、入射光Ｌ２の強度は、光路に依存して減衰する。このため、実際の画素値Ｓ_ｎは、真値よりも小さくなる。ここで、式（１３）に示すように、画素値Ｓ_ｎとの積をとることによって、画素値Ｓ_ｎの真値Ｓ_{ｎ＿ｔｒｕｅ}を求めることが可能な補正係数Ｃ_ｎを定義する。

補正係数ｃ_ｎを厳密に求めるためには、入射光Ｌ２の経路中の各物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎの光学的性質を求めるとともに、各物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎへの強度Ｉ_ｉを計算する必要がある。しかしながら、対象物が細胞のように不均質かつ不均一である場合、そのような計算は現実的でない。さらに、断層画像Ｉｔにおいては、画素値のみが使用可能である。このため、ここでは、補正係数ｃ_ｎと画素値Ｓ_ｎとの関係性を検討する。

補正係数ｃ_ｎは、１≦ｋ≦ｎ−１において、次の式（１４）で表される。ただし、ｎは２以上の整数とし、ｃ_１＝１である。

式（１５）に示すように、式（１４）４行目の波括弧で囲まれた部分を「Ａ」とおき、式（１４）をＡ＝０のまわりでテイラー展開すると、補正係数Ｃ_ｎは式（１６）で表される。

式（１６）における右辺を、「Ａ」について１次の項まで、すなわち、最高次数のみについて考慮すると、式（１６）は、次の式（１７）に変形される。

損失量Ｌ_ｋおよびＬ’_Ｋは、式（６）及び式（１０）の定義から、式（１８）となる。
よって、補正係数ｃ_ｎおよび画素値Ｓ_ｎの関係は、Ｓ_ｋ∝Ｒｓ_ｋ、かつ、Ｓ_ｋがＲｓ_ｎに対して独立であることを用いて、式（１９）で表される。

式（１９）は、ｎ番目の物体Ｐ_ｎに由来する画素値の補正係数ｃ_ｎが、物体Ｐ_１〜Ｐ_ｎ−１に対応する画素値Ｓ_１〜Ｓ_ｎ−１の和に比例することを示す。したがって、画素値Ｓ_１〜Ｓ_ｎ−１の和（積算値）を補正係数ｃ_ｎとし、この補正係数Ｃ_ｎを画素値Ｓ_ｎに乗ずることによって、画素値Ｓ_ｎの真値Ｓ_{ｎ＿ｔｒｕｅ}（補正値）を得ることができる。

式（１６）に関して、ここでは、「Ａ」について１次の項を考慮しているが、２次以上の項を考慮してもよい。例えば、ｎ次の項までを考慮する場合であれば、画素値Ｓ_１〜Ｓ_ｎ−１それぞれをｎ乗したものを積算して得られる値を、画素値Ｓ_ｎの補正係数Ｃ_ｎとしてもよい。

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、補正処理部３８による補正処理は、ＳＤ−ＯＣＴに基づく撮像装置１によって取得された反射光強度分布（断層画像Ｉｔ）に適用されている。しかしながら、この補正処理は、その他のＯＣＴによる装置で取得された反射光強度分布の補正にも適用することができる。その他のＯＣＴとしては、例えば、波長掃引型（Swept Source）ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）、および、時間領域（Time Domain）ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）が知られている。

ＳＤ−ＯＣＴでは、上記のとおり、分光器２５で干渉光を分光することによって、波長ごとの信号強度が検出される。これに対して、ＳＳ−ＯＣＴでは、光源が出射する光の波長を高速に掃引することによって、波長ごとの信号強度が検出される。また、ＴＤ−ＯＣＴでは、参照ミラーを移動することによって、強度が高まるときの参照ミラーの位置から、反射位置が特定される。

また、補正処理部３８による補正処理は、ＯＣＴ以外の撮像装置によって取得された反射電磁波強度分布にも適用することが可能である。例えば、本補正処理は、共焦点顕微鏡によって取得される深さ方向の反射光強度分布に対して適用することが可能である。

また、撮像装置１，１Ａ，１Ｂでは、入射光Ｌ２と反射光Ｌ４とが同軸となっているが、必ずしも同軸であることは必須ではない。例えば、対象物に対して、入射光Ｌ２を斜めに照射し、入射光Ｌ２の向きとは異なる方向に反射する反射光Ｌ４を検出することによって、反射光強度分布が取得されてもよい。

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 撮像装置
２０，２０Ａ，２０Ｂ 撮像ユニット
２１ 光源（電磁波源）
２２，２２７ ビームスプリッタ（分割部）
２３ 物体光学系
２６ 光検出器
３０ 制御ユニット
３３ 信号処理部
３８ 補正処理部（設定部）
３８１ 補正係数決定部
３８３ 補正演算部
ＡＸ１ 光軸
Ｉｔ１，Ｉｔ２ 断層画像（反射電磁波強度分布）
Ｌ２ 入射光（入射電磁波）
Ｌ３ 参照光（参照電磁波）
Ｌ４ 反射光（反射電磁波）
Ｌ５ 干渉光（干渉電磁波）
ＬＮ１，ＬＮ２ 直線（経路）
Ｓｐ スフェロイド（対象物）

Claims (10)

1. 対象物で反射し、かつ、物体光学系によって集束された電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を補正する補正方法であって、
   （ａ） 前記反射電磁波強度分布において、補正対象位置を設定する工程と、
   （ｂ） 前記反射電磁波強度分布において、前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算して得られる積算値に基づき、補正係数を決定する工程と、
   （ｃ） 前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じて、前記補正対象位置の反射電磁波強度の補正値を算出する工程と、
   を含む、補正方法。
   
2. 請求項１の補正方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の位置であって、前記深さ方向に直交する平面に平行な平面方向に関して前記補正対象位置とは異なる位置の反射電磁波強度に関する値を積算することを含む、補正方法。
   
3. 請求項２の補正方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   前記補正対象位置を起点に設定される積算対象領域内の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算することを含む、補正方法。
   
4. 請求項３の補正方法であって、
   前記積算対象領域は、前記補正対象位置から前記物体光学系側へ向けて前記平面方向へ広がる扇状を有する、補正方法。
   
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項の補正方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｂ−１） 前記補正対象位置から前記物体光学系までの間を結ぶ複数の経路それぞれについて、前記積算値を求める工程、
   を含む、補正方法。
   
6. 請求項５の補正方法であって、
   前記工程（ｂ）は、
   （ｂ−２） 前記工程（ｃ−１）によって求められる、前記複数の経路それぞれの積算値と、前記複数の経路それぞれの位置に応じた重み係数との積を算出する工程と、
   （ｂ−３） 前記工程（ｃ−２）によって求められる、前記複数の経路それぞれの積を積算する工程と、
   さらに含む、補正方法。
   
7. 請求項６の補正方法であって、
   前記工程（ｂ−２）において、前記複数の経路それぞれの重み係数は、前記深さ方向に対する傾きが小さくなるほど大きくなる、補正方法。
   
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項の補正方法であって、
   前記工程ｃ）は、
   （ｃ−１） 前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じた積値を算出する工程と、
   （ｃ−２） 前記工程（ｃ−１）によって得られた前記積値を、所定の条件に従って正規化する工程、
   をさらに含む、補正方法。
   
9. 対象物で反射し、かつ、物体光学系によって集束された電磁波の信号強度に基づく深さ方向の反射電磁波強度分布を補正する補正装置であって、
   前記反射電磁波強度分布において、補正対象位置を設定する設定部と、
   前記反射電磁波強度分布において、前記補正対象位置よりも前記物体光学系側の各位置の反射電磁波強度に関する値を積算して得られる積算値に基づき、補正係数を決定する補正係数決定部と、
   前記補正係数を前記補正対象位置の反射電磁波強度に乗じて、前記補正対象位置の反射電磁波強度の補正値を算出する補正部と、
   を備える、補正装置。
   
10. 対象物を撮像する撮像装置であって、
    電磁波源から出射される電磁波を、照射用の電磁波と参照用の電磁波とに分割する分割部と、
    前記照射用の電磁波を集束させて対象物に入射させるとともに、前記対象物で反射した電磁波を集束させる物体光学系と、
    前記物体光学系によって集束された前記対象物からの電磁波と、前記参照用の電磁波との干渉電磁波を検出することによって、その干渉電磁波の信号強度に応じた干渉信号を出力する検出器と、
    前記干渉信号を処理することによって、前記対象物で反射した電磁波の深さ方向の強度分布を表す反射電磁波強度分布を生成する信号処理部と、
    請求項９に記載の補正装置と、
    を備える、撮像装置。