(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は眼底撮影装置(眼底カメラ)の光学系及び制御系の概略構成図である。光学系は、照明光学系10、被検者眼の眼底の観察・撮影を行う眼底観察・撮影光学系30、被検者眼の眼底にスプリット指標(フォーカス指標)を投影するためのスプリット指標投影光学系40、被検者眼の前眼部にアライメント用指標光束を投影するアライメント指標投影光学系50、被検者眼の前眼部を撮影する前眼部観察光学系60、被検者眼の視線を誘導するための固視標呈示光学系70から構成されている。
【0011】
<照明光学系> 照明光学系10は、撮影照明光学系と観察照明光学系を有する。撮影照明光学系は、可視光束を照射する撮影光源14、コンデンサレンズ15、リング状の開口を有するリングスリット17、リレーレンズ18、ミラー19、中心部に黒点を有する黒点板20、リレーレンズ21、孔あきミラー22、対物レンズ25を有する。観察照明光学系は、近赤外光の光束を照射する照明光源11、近赤外光を透過する赤外フィルタ12、コンデンサレンズ13、コンデンサレンズ13とリングスリット17との間に配置されたダイクロイックミラー16、リングスリット17から孔あきミラー22までの光学系と、光路分岐部材としてのダイクロイックミラー(波長選択ミラー)24、対物レンズ25を有する。なお、ダイクロイックミラー16は、赤外光を反射し可視光を透過する特性を持つ。また、ダイクロイックミラー24は、観察照明光学系の赤外光源11からの近赤外光の波長の光束を透過し、後述するアライメント指標投影光学系50からの赤外光を反射する波長特性を有する。また、ダイクロイックミラー24は、観察照明光学系を用いた眼底の観察時にはソレノイドとカム等により構成される挿脱機構66により光路に斜設され、撮影照明光学系による眼底の撮影時には挿脱機構66により光路から外される。
【0012】
<眼底観察・撮影光学系> 眼底観察・撮影光学系30は、眼底観察光学系と眼底撮影光学系を有する。眼底観察光学系は、対物レンズ25、ダイクロイックミラー24、孔あきミラー22の開口近傍に位置する撮影絞り31、光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ32、結像レンズ33、眼底撮影時には挿脱機構39により光路から外される跳ね上げミラー34を備える。跳ね上げミラー34の反射方向の光路には、赤外光反射・可視光透過の特性を有するダイクロイックミラー37、リレーレンズ36、赤外域に感度を有する観察用の二次元撮像素子38が配置されており、赤外光源で照明された眼底像が撮影される。眼底撮影光学系は、対物レンズ25と,撮影絞り31から結像レンズ33までの光学系を眼底観察光学系と共用する。眼底撮影光学系は、可視域に感度を有する撮影用の二次元撮像素子35を備え、可視光源で照明された眼底像が撮影される。なお、撮影絞り31は対物レンズ25に関して被検者眼Eの瞳孔と略共役な位置に配置される。また、フォーカシングレンズ32は、モータを備える移動機構49にて光軸方向に移動される。
【0013】
眼底の観察時には、照明光源11を発した光束がダイクロイックミラー24を透過し、対物レンズ25によって被検者眼Eの瞳孔付近で一旦収束した後、拡散して被検者眼Eの眼底を照明する。眼底からの反射光は、対物レンズ25、ダイクロイックミラー24、孔あきミラー22の開口部、撮影絞り31、フォーカシングレンズ32、結像レンズ33、跳ね上げミラー34、ダイクロイックミラー37、リレーレンズ36を介して撮像素子38に結像する。眼底の撮影時には、撮影光源14で照明された眼底からの反射光が、対物レンズ25、孔あきミラー22の開口部、撮影絞り31、フォーカシングレンズ32、結像レンズ33を経て、二次元撮像素子35に結像する。
【0014】
<スプリット指標投影光学系> スプリット指標投影光学系40は、赤外光源41、スリット指標板42、スリット指標板42に取り付けられた2つの偏角プリズム43、投影レンズ47、照明光学系10の光路に斜設されたスポットミラー44を備える。なお、スポットミラー44はレバー45の先端に固着されており、通常の状態では、スポットミラー44が光軸上を避けた位置となるように、レバー45が光軸上に置かれる。撮影時にはロータリーソレノイド46の軸の回転でレバー45が光路外に退避されるようになっている。これにより、スポットミラー44からの反射光が眼底上の光軸L1を避けた位置に投影されるようになっている。また、スポットミラー44は被検者眼Eの眼底と共役な位置に置かれる。以上の光源41、スリット指標板42、偏角プリズム43、投影レンズ47、スポットミラー44及びレバー45は、フォーカシングレンズ32と連動して移動機構49により光軸方向に移動される。
【0015】
スリット指標板42の光束は、偏角プリズム43で分離された後、投影レンズ47を介してスポットミラー44で反射された後、リレーレンズ21、孔あきミラー22、ダイクロイックミラー24、対物レンズ25を経て被検者眼Eの眼底に投影される。ここでは、スリット視標板42の光束は光軸L1の位置から若干紙面上側にずれた位置に投影されているものとしている(
図4参照)。眼底のフォーカスが合っていないとき、スリット指標板42の指標像(スプリット指標S1,S2)は眼底と共役関係になっていないため分離して投影される。一方、眼底のフォーカスが合っているとき、スプリット指標S1,S2は眼底と共役関係になっているため、一致して投影される。被検者眼Eの眼底上に投影されたスプリット指標S1,S2は、撮像素子38によって眼底像と共に撮像される。
【0016】
なお、本実施形態において、少なくとも眼底を観察している状態で、眼底に投影されているスプリット指標像(スプリット指標S1,S2)を検出する場合には、撮像素子38の撮像面全体からスプリット指標像を検出しようとするのではなく、スプリット指標が撮像素子38上に投影されているとされる位置を中心として、その撮像素子38上に局所的に設定される検出領域Dを定めている。このように撮像素子38上に設定されたスプリット指標の検出範囲Dからの信号に基づき、眼底のフォーカスが合わせられるようになっている。また、撮像素子38上でのスプリット指標の検出範囲Dをできるだけ狭く設定することで、眼底像に含まれるノイズ光や照明光等の視標検出に不必要な反射光の影響を抑制することができ、スプリット指標が精度良く検出されるようにしている。また、スプリット指標を効率よく検出することで画像処理速度が早くなることも期待される。なお、検出範囲Dの設定方法についての詳細な説明は後述する。
【0017】
ここで、
図2に、本実施形態のスプリット指標で示される眼底のフォーカス状態の説明図を示す。
図2(a)に示すように、スプリット指標S1,S2が分離された状態で、上側のスプリット指標S1が、フォーカスの合致位置である基準線D1(撮像素子38上の対応するライン上に予め設定されている)よりも紙面右側(スプリット指標S2が基準線D1よりも紙面左側)にある場合には、フォーカシングレンズ32が合致位置よりもマイナス側にある。一方、
図2(b)に示すように、スプリット指標S1,S2が分離された状態で、スプリット視標S1が基準線D1よりも紙面左側(スプリット指標S2が紙面右側)にある場合は、フォーカシングレンズ32が合致位置よりもプラス側にある。また、
図2(c)のようにスプリット指標S1,S2の両方が基準線D1上に一直線にある場合には、フォーカシングレンズ32が合致位置にある。つまり、スプリット指標の合致の有無に加えて、スプリット指標の分離方向が検出されることで、フォーカシングレンズ32の移動量と移動方向が決定されるようになる。
【0018】
<アライメント指標投影光学系> アライメント指標投影光学系50は、撮影光軸L1を中心とした同心円上に複数個の赤外光源が配置されており、撮影光軸L1を通る垂直平面を挟んで左右対称に配置された赤外光源51とコリメーティングレンズ52を持つ第1指標投影光学系(0度、及び180)と、第1指標投影光学系とは異なる位置に配置された複数の赤外光源53を持つ第2指標投影光学系とを備える。この場合、第1指標投影光学系は被検者眼Eの角膜に無限遠の指標を左右方向から投影し、第2指標投影光学系は被検者眼Eの角膜に有限遠の指標を上下方向もしくな斜め方向から投影する。
【0019】
<前眼部観察光学系> 前眼部観察光学系60は、ダイクロイックミラー24の反射側のフィールドレンズ61、ミラー62、絞り63、リレーレンズ64、赤外域の感度を持つ二次元撮像素子65を備える。前眼部照明光源58で照明された前眼部は、対物レンズ25、ダイクロイックミラー24、及びフィールドレンズ61からリレーレンズ64までの光学系を介して、二次元撮像素子65で受光される。また、アライメント指標投影光学系50の光源の点灯によるアライメント用光束の角膜からの反射光が、二次元撮像素子65で検出される。これにより、二次元撮像素子65で撮像された前眼部像から被検者眼の瞳孔形状が得られると共に、アライメント指標の撮影により装置と被検者眼とのアライメント状態が検出される。
【0020】
<固視標呈示光学系> 固視標呈示光学系70は、可視光源71と、光軸L2に対する開口部の形成位置が切換えられる固視標切換部材72、リレーレンズ73とを有し、ダイクロイックミラー37と、跳ね上げミラー34から対物レンズ25までの観察光学系30の光路を共用する。固視標切換部材72の開口部が可視光源71の前に選択的に配置されることで、光軸L2に対して異なる位置に固視標が呈示され、眼底中心部を撮影する標準撮影と眼底周辺部を撮影する周辺撮影とで固視標の呈示位置が変更される。固視標切換部材72を通過した光束は、リレーレンズ73、ダイクロイックミラー37、跳ね上げミラー34、結像レンズ33、フォーカシングレンズ32、孔あきミラー22、ダイクロイックミラー24、対物レンズ25を通過して眼底E投影されて、被検者眼の固視が行われる。
【0021】
<制御系> 制御部80は、眼底撮影装置の各種動作制御を行う。制御部80には、上述した各二次元撮像素子、挿脱機構、移動機構、各光源等が接続される。また、眼底撮影装置本体を被検者眼に対して手動で前後左右方向に移動させるためのジョイスティック4、上述した光学系及び制御系が内部に設けられた撮影部を被検者眼に対して三次元方向に移動させるための駆動部6、前眼部像及び眼底観察(撮影)像が表示されるモニタ8、撮影開始のトリガ信号を入力するための撮影スイッチ83、各種条件設定を行うための入力スイッチ84、記憶部としてのメモリ85等が接続される。なお、メモリ85には、撮像素子38に設定されるスプリット指標の検出範囲の位置情報、フォーカシングレンズ32の光軸L1上での位置に応じで撮像素子38の検出範囲の位置を決定するための位置情報等が記憶されている。
【0022】
制御部80は二次元撮像素子65で撮像された前眼部画像からアライメント指標と瞳孔形状Pを検出する。また、制御部80は、撮像素子65からの撮影信号に基づき、被検者眼に対する撮影部のアライメント偏位量を求める。また、制御部80は、二次元撮像素子38で撮像された眼底画像をモニタ8に表示させると共に、撮像素子38に設定された検出範囲から求められるスプリット指標の分離状態に基づき眼底Eのフォーカス合わせを行うと共に、フォーカシングレンズ32の移動に伴い、撮像素子38上に定められる検出範囲の位置を随時決定する処理を行う。
【0023】
次に、以上のような構成を備える眼底カメラの動作を説明する。まず、検者は固視標呈示光学系70の光源71を点灯させて被検者眼を固視させた状態で、ジョイスティック4の操作で図示を略す撮影部を被検者眼Eに近づけ、前眼部像AEとアライメント指標像とがモニタ8に表示されるようにする。
【0024】
図3にモニタ8に表示された前眼部像AEの例を示す。ここでは、アライメントが合っている状態が示されている。被検者眼の角膜上に投影されたアライメント指標像が撮像素子65で検出されると、制御部80は、リング状に投影された指標像Ma〜Mhによって形成されるリング形状の中心のXY座標を略角膜頂点(アライメント基準位置)として検出してアライメント指標A1を電子的に表示させる、また、制御部80は予め撮像素子65上に設定されたXY方向の基準となる位置(例えば、撮像素子65の撮像面と撮影光軸L1との交点)に対応するモニタ8上に、アライメントの照準となるマークA2を電子的に表示させる。また、制御部80は、マークA2の表示位置を中心として、所要瞳孔径を示すレチクルLTをモニタ8上に表示させる。
【0025】
制御部80は、マークA2とアライメント指標A1が合致するように、三次元方向のアライメント偏位量が所定のアライメント許容範囲を満たすように駆動部6を駆動させる。なお、作動距離方向のアライメントは、モニタ8に表示されるインジケータGで確認され、インジケータGの本数が1本の時に作動距離方向のアライメントが合った状態が確認される。
【0026】
アライメントが完了すると、制御部80はモニタ8の表示を撮像素子38で撮像された眼底像に切換えて、スプリット指標投影光学系40を用いた眼底のフォーカス合わせを行う。
図4にモニタ8に表示される眼底像の例を示す。なお、
図4(a)には眼底のフォーカスが合っていない状態が示されており、
図4(b)には、モニタ8のスプリット指標S1,S2の表示位置付近の拡大図が示されている。なお、
図4には、便宜上、撮像素子38上に設定されたスプリット指標S1,S2の検出範囲Dを示している(実際のモニタ8上には検出範囲Dは表示されない)。
【0027】
なお、本実施形態の検出範囲Dは、スプリット指標S1,S2の合致位置を定めるための基準線D1と、スプリット指標S1,S2の境界位置を定める境界線D2と、基準線D1に対する各スプリット指標S1,S2の移動範囲に合わせて設定された検出範囲D3,D4とから構成されている。なお、検出範囲D3、D4は、フォーカシングレンズ32を光軸L1上での移動可能な範囲で移動させたときに、スプリット指標S1,S2が検出される範囲が含まれるように設定されている。制御部80は、検出範囲D3、D4に対応する撮像素子38上の撮像範囲の輝度分布に基づき、スプリット指標S1,S2の位置を特定する。そして、基準線D1からの各スプリット指標S1,S2の距離を求めることで(又は、各スプリット指標間の距離を求めることで)、スプリット指標S1,S2の分離状態を求めて、フォーカス合わせを行う。なお、スプリット指標S1,S2の一方がけられる場合には、制御部80は検出される側のスプリット指標と基準線D1との距離に基づき、フォーカス合わせを行うようにしても良い。
【0028】
ところで、スプリット指標は、対物レンズによる有害光の影響を避けるために、光軸L1を避けた眼底上に投影されている。一方、フォーカスを合わせのためにフォーカシングレンズ32が光軸L1上で移動されると、撮像素子38上の眼底像の画角(倍率)が変わる。その為、予め撮像素子38上に設定されている検出範囲Dに対して、スプリット指標S1,S2の撮像素子上への投影位置が次第にずれてしまうことになる。ここで、
図5に検出範囲Dの位置補正が無い場合における検出範囲Dとスプリット指標S1,S2との位置関係を示した概略図を示す。また、
図6に検出範囲Dの位置補正がある場合における検出範囲Dとスプリット指標S2,S2との位置関係を示した概略図を示す。
【0029】
例えば、フォーカシングレンズ32が光軸L1上で基準位置からプラス側に移動されると、スプリット指標S1,S2の投影位置は、
図5(a)に示すように検出範囲Dに対して上側に移動してしまう。一方、フォーカシングレンズ32が次第にマイナス側に移動されると、検出範囲Dに対するスプリット指標S1,S2の投影位置が次第に下側に移動してしまう。そして、
図5(b)に示すように、本来、検出範囲D3で検出されるべきスプリット指標S1が、境界線D2を超えて検出範囲D4に掛かかる状態となると、制御部80は、検出範囲D4で検出されるスプリット指標S1をスプリット指標S2であると誤検出してしまう可能性が高くなる。なお、スプリット指標S1は基準線D1に対してスプリット指標S2とは反対方向にあるため、光軸L1上のフォーカシングレンズ32の位置が誤って判断されてしまうことになり、眼底のフォーカス合わせが正しく行われなくなる可能性が高くなる。
【0030】
そこで、本実施形態ではフォーカシングレンズ32の位置に対するスプリット指標S1,S2の投影位置を予測することで、撮像素子38上に定められる検出範囲Dの位置を適宜補正する。ここで、検出範囲Dの設定方法を詳しく説明する。
図7に本実施形態のフォーカス合わせの動作手順を説明するためのフローチャートを示す。なお、ここでは、
図5の場合と同じ被検者眼のフォーカス合わせを行う場合を説明する。
【0031】
まず、初期設定として、フォーカシングレンズ32の光軸L1上の位置に対する撮像素子38の検出範囲Dの位置情報がメモリ85に記憶される。なお、検出範囲Dの位置情報は、正視眼(OD)に対してフォーカシングレンズ32を光軸L1上で移動させたときの、スプリット指標S1,S2の投影位置(例えば、S2)の移動量(ピクセル数)に基づき決定される。例えば、本実施形態では、フォーカシングレンズ32の移動に伴い、スプリット指標S1,S2が基準線D1に沿って上下方向に移動される。その為、撮像素子38上の検出範囲Dもこれに合わせて基準線D1に沿って上下方向に移動されるように設定される。制御部80はメモリ85の位置情報に基づき、撮像素子38上の検出範囲Dの位置補正を行う。なお、このような検出範囲Dの位置補正は、規準となる検出範囲の位置のみメモリ85に記憶させておき、フォーカシングレンズ32の移動量によって変化する撮影画角や変化した撮影画角によってずれるスプリット指標S1,S2の投影位置を演算により求め、この演算結果によって必要とされる検出範囲Dの位置補正量を求めることもできる。
【0032】
まず、ステップS101で、制御部80は、被検者眼のアライメントが完了した状態で、フォーカシングレンズ32の光軸L1上の位置を求める。なお、アライメント完了時点のフォーカシングレンズ32の位置は、装置に予め設定されている初期位置又は前回撮影された被検者眼のフォーカスの合致位置にある。次に、ステップS102で、制御部80は、フォーカシングレンズ32の光軸L1上の位置及びメモリ85に記憶されている位置情報に基づき、撮像素子38上に検出範囲Dを設定する。これにより、
図6(a)に示すように、スプリット指標S1,S2の投影位置に合わせて検出範囲Dが設定されるようになる。
【0033】
次に、ステップS103で、制御部80は検出範囲Dからの情報に基づきスプリット指標S1,S2の合致状態の検出を行う。そして、スプリット指標S1,S2が分離されている場合にはステップS104に移る。一方、スプリット指標S1,S2が合致している場合にはステップS105に移りフォーカス合わせを完了させる。
【0034】
ステップS104では、制御部80はスプリット指標S1,S2が合致するようにフォーカシングレンズ32を光軸L1上で移動させた後、ステップS101に戻る。なお、フォーカシングレンズ32が光軸L1上で移動されることにより、
図6(b)に示すように、スプリット指標S1,S2の投影位置が下側にずれるようになる。また、ステップS101において、フォーカシングレンズ32の移動後での光軸L1上の位置が求められると、ステップS102で、撮像素子38の検出範囲Dの再設定が行われる。これにより、
図6(b)に示されるように、フォーカシングレンズ32の移動に伴いスプリット指標S1,S2の投影位置が変わったとしても、スプリット指標S1、S2の投影位置に合わせて検出範囲Dが設定されるので、オートフォーカスが精度良く継続されるようになる。同様に、ステップS103でスプリット指標S1,S2の合致状態の検出が行われる。そして、
図6(c)に示すように、スプリット指標S1,S2が合致していると判断されるまで、制御部80はステップS101からS104までの処理を所定の時間間隔で繰り返し行う。同時に、制御部80は、フォーカシングレンズ32の移動に伴い変化するスプリット指標S1,S2の投影位置に合わせて検出範囲Dの位置を随時、或いは所定の間隔(時間またはフォーカシングレンズ位置)で補正していく。これにより、スプリット指標S2,S2が合致した状態となるまで、好適にスプリット指標S1、S2の検出が繰り返し行われるようになる。
【0035】
以上のように、フォーカシングレンズ32の移動に伴い生じる画角変化によって、その投影位置が変化されるプリット指標S1,S2に合わせて、検出範囲Dが設定されることで、制御部80は投影位置が移動されるスプリット指標S1,S2を追従できるようになり、フォーカス合わせを精度良く行えるようになる。
【0036】
つまり、
図5の検出範囲Dの位置補正が無い場合では、フォーカス合わせによりスプリット指標S1,S2の投影位置が上下方向に移動されてしまうと、スプリット指標の投影位置が検出範囲Dからはずれてしまうために、正確なフォーカス合わせが出来なくなる。一方、
図6の検出範囲Dの位置補正がある場合では、フォーカス合わせによりスプリット指標S1,S2の投影位置が上下方向に移動したとしても、スプリット指標S1,S2の投影位置に追従して検出範囲Dが再設定される為、制御部80は撮像素子38からの情報に基づきフォーカスを精度良く行えるようになる。
【0037】
そして、フォーカスが合った状態で、撮影スイッチ83が押されると、制御部80はそのトリガ信号によって、挿脱機構39と挿脱機構66の駆動により、ダイクロイックミラー24と跳ね上げミラー34とを撮影光軸L1から外すと共に、眼底撮影光学系の可視光源を点灯させる。可視光束で照明された眼底Eからの反射光は、対物レンズ25,撮影絞り31から結像レンズ33までの光学系を介して、二次元撮像素子35で受光される。制御部80は、二次元撮像素子35による撮像で得られた撮影画像をメモリ85に記憶させる。また、制御部80は眼底撮影終了後、ダイクロイックミラー24と跳ね上げミラー34とを光路中に挿入し、モニタ8に前眼部像を表示させる。
【0038】
なお、本発明の構成はこれに限られるものではない。フォーカシングレンズの移動に伴い投影位置が変化されるスプリット指標の位置に合わせて、撮像素子38に設定される検出範囲Dの設定位置が適宜補正されるような構成であれば良い。
例えば、モニタ8に前眼部観察光学系60で撮像された前眼部が表示されている状態(アライメントが行われる状態)で、眼底の観察照明光学系の光源11の輝度を落とした状態で(又は消灯した状態で)、撮像素子38によるスプリット指標の撮影を行う。この時、眼底の輝度は低く設定されている(暗くなっている)ので、眼底からの反射光の影響が少ない(無い)状態となっている。その為、検出範囲Dを広く設定する又は、撮像素子38全体をスプリット指標の検出に用いることにより、スプリット指標の検出を行うことができる。また、前述同様に狭い検出範囲Dを用いてスプリット指標の検出を行えることは言うまでもない。なお、このとき、制御部80によりスプリット指標を点滅させる等の制御を行うことで、スプリット指標の位置をより検知されやすくしても良い。
【0039】
そして、制御部80は、撮像素子38で検出されたスプリット指標の投影位置に対応させて撮像素子38での検出範囲Dの設定を行うと共に、スプリット指標の合致位置を予め予想して、スプリットが合致状態となるために必要となるフォーカシングレンズ32の駆動量を求める。また、フォーカシングレンズ32を移動させるための駆動機構49の駆動量と撮像素子38上での検出範囲Dの画素の移動量とを予め対応付けるようにする。このようにすると、スプリット指標S1,S2の投影位置に対応して検出範囲Dが設定されるようになり、精度良くフォーカス合わせが行われるようになる。
【0040】
なお、上記では眼底のフォーカス合わせを自動的に行う場合(オートフォーカス)を例に挙げて説明したが、検者が手動でフォーカス合わせを行う場合にも本発明の構成が適用されると良い。例えば、光学的なスプリット指標の検知状態に基づき、電子的なフォーカス指標をモニタに表示させる場合において、撮像素子38上にスプリット指標を検知するための局所的な検知範囲を設定すると共に、フォーカシングレンズ32の位置に応じて検知範囲の位置を補正するようにする。このようにすると、スプリット指標が精度良く検出されて、電子的なフォーカス指標が好適にモニタ上に好適に表示されるようになる。