【実施例】
【0015】
以下に、本発明に係る走査型眼底撮像装置の光学系の構成及び作用の概要を説明した後、本発明に係る走査型眼底撮像装置の実施例の詳細構成について説明する。
(走査型眼底撮像装置の構成及び作用の概要)
図1において、1は眼底走査光学系、2は共用光学系、3は受像光学系、4は眼底像構築部である。その眼底走査光学系1は、レーザ光源部5を有する。レーザ光源部5は、レーザ光源6と、このレーザ光源6から出射されたレーザ光Pを集光してコリメート光束に変換するコリメートレンズ7と、偏光板8とを有する。
【0016】
偏光板8はレーザ光源部5から出射されたレーザ光のうち特定方向に振動する直線偏光(P偏光)のレーザ光を通過させる機能を有する。
共用光学系2は、眼底走査光学系1と受像光学系3とに共用され、ビームスプリッタ9と、スキャナ10と、1/2波長板11と、リレーレンズ12と、反射ミラー13と、合焦レンズ14と、対物レンズ15とを有する。スキャナ10は、例えばレゾナントミラー10aと、ガルバノミラー10bとから構成されている。
【0017】
そのビームスプリッタ9は、偏光板8、後述する偏光板19と協働して、直線偏光を有するレーザ光Pを通過させかつこのレーザ光Pの直線偏光の方向と平行な方向の直線偏光を有する反射光の通過を阻止ししかもレーザ光Pの直線偏光の方向と直交する方向の直線偏光を有する反射スポット光の通過を許可する偏光ビームスプリッタ部として機能する。
【0018】
スキャナ10は、後述する照射スポット光SPにより被検眼Eの眼底Efを
図2に示すように走査する役割を果たす。その
図2において、Epは乳頭、Ebは血管、Eoは黄斑部を示し、V
Hはレーザスポット光SPによる垂直方向の走査、H
Vはレーザスポット光SPによる水平方向の走査を示している。
【0019】
そのレゾナントミラー10aは、眼底Efの垂直方向の走査に用いられ、ガルバノミラー10bは眼底Efの水平方向の走査に用いられる。
1/2波長板11は、P偏光のレーザー光Pの偏光軸を回転させる役割を果たし、1/2波長板11をθ度回転させると、P偏光のレーザ光Pの偏光軸が2θ度回転する。
【0020】
図3はその1/2波長板11の回転駆動機構を示し、その
図3において、16はギアドステッピングモータ、17は小径ギア、18は大径ギア、18’はその大径ギア18の回転軸である。1/2波長板11は、回転軸18’に取り付けられ、小径ギア17、大径ギア18により回転される。
【0021】
そのギアドステッピングモータ16は、1/2波長板11を所定角度毎にステップ回転させる役割を有し、ここでは、15度毎に1/2波長板11を回転させると共に、その15度の回転毎に角度タイミング信号を眼底像構築部4に出力する。
【0022】
合焦レンズ14、対物レンズ15は被検眼Eの眼底Efに照射スポット光SPを形成する合焦光学系としての役割を果たす。眼底Efからの反射スポット光は対物レンズ15により集光され、合焦レンズ14、反射ミラー13、リレーレンズ12、1/2波長板11、スキャナ10を経てビームスプリッタ9に導かれる。
【0023】
眼底Efからの反射スポット光には、眼底Efの複屈折性により、P偏光成分の光の他、S偏光成分の光が含まれている。その眼底Efからの反射スポット光は、ビームスプリッタ9により反射されて、受像光学系3に導かれる。
【0024】
受像光学系3は、偏光板19と、結像レンズ20と、共焦点絞り21と、受像器22とを備えている。偏光板19はP偏光に対して直交する直線偏光としてのS偏光の光を透過させる役割を果たす。その受像器22はS偏光の反射スポット光を受像し、その受像信号は後述する画像処理部23に入力される。
【0025】
その共焦点絞り21は、眼底Efが合焦状態にあるときに、被検眼Eの眼底Efと共役位置に配置され、その被検眼Eの角膜Ecはスキャナ10の間の光路上の点Q1’と共役とされている。また、眼底Efは共用光学系2の光路上の点Q1”と共役とされ、眼底Efの眼底像は点Q1”含む面内にいったん空中結像される。
【0026】
眼底像構築部4は、画像処理部23と、記憶部24と、操作部25とから概略構成されている。画像処理部23には、角度タイミング信号に基づいて1/2波長板11の所定角度毎(15度毎)に
図4に示す1枚の眼底像Ef’を取得し、この眼底像Ef’を記憶部24に記憶する処理を行う。
【0027】
ついで、画像処理部23は、例えば、角度タイミング信号の個数をカウントして、1/2波長板11の90度の回転毎に、
図5に示す1枚の重ね合わせ眼底画像Ef”を構築する。
【0028】
例えば、
図4(a)〜
図4(f)は、1/2波長板11をθ=15度ずつ回転(偏光軸を30度ずつ回転)させることにより取得された合計6枚の眼底像Ef’を示す模式図である。
【0029】
この
図4(a)ないし
図4(f)において、網点の密度が高い部分は、眼底像Ef’のうち輝度の低い部分であり、網点の密度が低い部分は、眼底像Ef’のうち輝度の高い部分である。
【0030】
この
図4(a)〜
図4(f)で示すように、眼底Efの複屈折性により、1枚毎の眼底像Ef’には輝度ムラが存在している。照射スポット光SPの偏光軸の回転によって、眼底像Ef’の各部位の輝度ムラの状態が変化する。
【0031】
画像処理部23は、角度タイミング信号の個数をカウントして、偏光軸の180度回転に対応する1/2波長板11の回転角度毎に記憶部24から各眼底像Ef’を読み出し、これらの
図4(a)〜
図4(f)に示す眼底像Ef’を重ね合わせて、
図5に示す輝度ムラ及びゴーストの除去された1枚の重ね合わせ眼底画像Ef”を構築する。
【0032】
(実施例の詳細)
走査ミラー10は、
図6に示すように、ミラー駆動回路30によって駆動される。このミラー駆動回路30は、レゾナントミラー駆動回路30aと、ガルバノミラー駆動回路30bとからなる。
【0033】
レゾナントミラー10aは、例えば、そのレゾナントミラー駆動回路30aによって1秒間に4000回往復振動される。すなわち、レゾナントミラー10aの振動周波数は4KHzであり、照射スポット光SPは垂直方向に往復走査される。なお、レゾナントミラー10aの構造については、例えば、特表2009−541784号公報を参照されたい。
【0034】
図7は、そのレゾナントミラー10aの駆動の一周期に相当するレゾナントミラー10aの変位角度と
角速度との関係を示す説明図であり、縦軸はそのレゾナントミラー10aの変位角度であり、横軸は時間である。
【0035】
この
図7では、レゾナントミラー10aの正の最大振れ角度位置を時間軸の「0」として、レゾナントミラー10aが元の最大振れ角度位置に戻るまでの時間を「T」として、その1/2Tの時間がレゾナントミラー10aの負の最大振れ角度位置として示されている。
【0036】
レゾナントミラー駆動回路30aは、例えば、抵抗とコイルとからなる発振器を備えている。この発振器は、レゾナントミラー10aの一振動周期毎に垂直同期信号SYNCを出力する。その
図7においては、レゾナントミラー10aの正の最大振れ角度位置近傍に対応する時間軸の位置で、垂直同期信号SYNCが出力されるものとして示されている。
【0037】
レゾナントミラー10aは、周辺からの制御を受けずに往復動をしていて、外部の周辺機器や周辺回路へ動作状態を知らせる手段として、ある特定の振れ角に達したタイミングで垂直同期信号SYNCを出力する。こうして
図2に示す矢印A1〜Anで示すように、眼底Efにおいて、照射スポット光SPにより、往動方向の走査が実行される。
【0038】
その垂直同期信号SYNCの周期は、発振器の抵抗温度特性のため、レゾナントミラー10aの機械的な振動周期が一定であるとしても、環境温度によって変化する。しかし、ここでは、説明の便宜のため、その垂直同期信号SYNCの周期は、環境温度が一定であるとして説明する。
【0039】
その垂直同期信号SYNCは、
図6に示すように、カラムカウンター31とピクセルクロック生成回路32とに入力される。カラムカウンター31は、垂直同期信号SYNCの個数をカウントして垂直同期信号SYNCの1/2周期毎にガルバノミラー駆動回路30bへ位置信号を出力すると共に、合成同期信号生成回路33と書き込みアドレス生成回路34とに水平同期信号SYNC’とを出力する。なお、水平同期信号SYNC’が出力されるときには、レゾナントミラー10aは機械的に復動方向に回動している。
【0040】
ガルバノミラー10bは、カラムカウンター31に垂直同期信号SYNCが入力されて位置信号が更新される都度、水平方向に所定角度回動される。また、このとき、レゾナントミラー10aは復動方向に回動されているので、
図2に示す矢印B1〜Bnで示すように、眼底Efにおいて、照射スポット光SPにより、復動方向の走査が実行される。カラムカウンター31は、各列に対応され、ロウカウンター35は各列の画素に対応されている。
【0041】
なお、レゾナントミラー10aはその最大振れ角度近傍では角速度が減速されるため、その変位角度曲線Q1はサインカーブに似た形状となる。
【0042】
ピクセルクロック生成回路32は、垂直同期信号SYNCに基づいてタイミング信号としてのピクセルクロック信号PLをロウカウンター35とアナログデジタル変換回路(ADC)36とに出力する。
【0043】
ここでは、そのピクセルクロック信号PLは、1536個とされ、このピクセルクロック信号PLの個数は、画素のドット数に対応している。すなわち、後述する画像メモリの0から1535個の番地に対応している。
【0044】
そのピクセルクロック信号PLの発生開始位置は、垂直同期信号SYNC、水平同期信号SYNC’から所定時間位置とされて、レゾナントミラー10aの変位角度曲線Q1がリニアに変化する位置とされている。なお、そのピクセルクロック信号PLの発生開始位置は、例えば、システムクロック信号を用いて決定され、このシステムクロック信号の周波数はピクセルクロックの周波数よりも数倍程度大きい。
【0045】
ロウカウンター35はピクセルクロック信号PLの個数をカウントして、そのカウント信号を書き込みアドレス生成回路34と、合成同期信号生成回路33とに向かって出力する。書き込みアドレス生成回路34はピクセルクロック信号PLの入力の都度書き込み制御信号WLを調停回路37に向かって出力する。
【0046】
調停回路37は、書き込み・読み出し・停止制御調整を行う機能を有し、この調停回路37には、読み出しアドレス生成回路38から読み出し制御信号RLが入力される。調停回路37は、画像メモリ39にアドレス(番地)信号とR/W信号とを出力する。
【0047】
アナログデジタル変換回路(ADC)36には、受像器22から受像信号が入力され、ピクセルクロック信号PLの入力の都度、受像信号をアナログ・デジタル変換する。そのデジタルデータは画像メモリ39に入力され、この画像メモリ39のピクセルクロック信号PLに対応する番地にデジタルデータが書き込まれる。すなわち、各列の各行にドット単位の画素情報が書き込まれる。
【0048】
その画像メモリ39に記憶されたデジタルデータはPCインターフェース(画像ボード)40を介して画像処理部23としてのパーソナルコンピュータに入力される。そのパーソナルコンピュータには、表示モニタ26が接続され、眼底像Ef’が操作部25の操作に応じて表示される。
【0049】
合成同期信号生成回路33は、カラムカウンター31からの水平同期信号SYNC’の個数とロウカウンター35からのピクセルクロック信号PLとに基づいてフレーム画像を構築するための合成用同期信号SYNC”をPCインターフェース40に出力する。
【0050】
これにより、
図2に示すように、眼底Efが垂直方向(カラム方向)に往復走査されつつ、水平方向(ロウ方向)に走査されて、1枚の眼底像Ef’が記憶部24に取り込まれることになる。
【0051】
その
図2に示すように、環境温度が一定の場合には、垂直同期信号SYNCの周期が一定であるので、
図7に示すレゾナントミラー10aの往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミング信号PL’とレゾナントミラー10aの復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミング信号PL”とは時間的に変動しない。
【0052】
このため、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Qfと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Qsとが揃っている(往動方向の走査による画像取り込み開始位置Q’sと復動方向の走査による画像取り込み終端位置Q’fとが揃っている)。
【0053】
しかしながら、環境温度が変動すると、垂直同期信号SYNCの周期が変換するので、レゾナントミラー10aの往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとレゾナントミラー10aの復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとが時間的に変化し、
図8に示すように、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Qfと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Qsとが不揃いとなる。
【0054】
その結果、往動方向の走査による眼底像と復動方向の走査による眼底像とを合成してフレーム画像としての眼底像Ef’を構築した場合に、往動方向の走査による画像と復動方向の走査による画像とにずれが生じ、
図9に示すように、不連続なフレーム画像となる。
【0055】
この実施例では、
図1に示すように、眼底走査光学系1の光路の眼底Efと共役な点Q1”の位置に、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Qfと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Qsとを揃えるためのマスク41と、ピクセルクロックPLの発生間隔を調整するためのマスク42とが設けられている。
【0056】
(マスク41の説明)
マスク41は、
図10に示すように、正方形状の開口41aを有し、その開口41aの周縁に垂直方向に等間隔の櫛歯部41bが形成されている。このマスク部41aは黒色であり、往動方向の走査による画像と復動方向の走査による画像とを合成すると、
図11に示すように、櫛歯部41bがずれた黒色の櫛歯像41b’が得られる。
【0057】
この
図11には、往動方向の走査Ai、Ai+1により取得された櫛歯像41b’と復動方向の走査Biにより取得された櫛歯像Biとが示され、画像取り込みタイミングのずれによって、往動方向の走査により取得された櫛歯像41b’と復動方向の走査により取得された画像とがずれた状態が示されている。
なお、符合41b”は正方形の開口41aの縦方向の周辺部の輪郭を構成する輪郭像を示す。
【0058】
眼底像構築部4は、櫛歯像41b’を用いてレゾナントミラー10aの往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとレゾナントミラー10aの復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとを調整する。
【0059】
眼底像構築部4は、眼底像Efを構築する前に予め櫛歯像41b’を含む複数個の眼底像Ef’を取得して、画像取り込み開始タイミングを調整しても良いし、櫛歯像41b’を用いて相関係数が最大となる櫛歯の位置を計算し、画像取り込み開始タイミングを決定しても良い。
【0060】
眼底像構築部4は、マスク像としての櫛歯像41b’を含む眼底像Ef’をトリミングすることにより櫛歯像41b’を除去する構成としても良い。
なお、この実施例では、
図7において、垂直同期信号SYNCから所定時間をおいて、ピクセルクロック生成回路32からあたかもピクセルクロックPLが出力されているかのように描かれているが、これは、説明の便宜のために、画像メモリ39に入力されるタイミング信号として描いたものであって、垂直同期信号SYNCをトリガーとして一定時間間隔でピクセルクロック生成回路32からピクセルクロックPLを出力させ、ピクセルクロックPLを所定個数カウントした時点から画像メモリ39に画像情報を書き込むことを意味しており、画像メモリ39への復動方向の画像情報の書き込み開始タイミングをマスクにより調整することを意味する。
【0061】
(マスク42の説明)
マスク42は、
図10、
図12に示すように、正方形状の反射鏡面42aを有する。なお、レゾナントミラー10aの往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとレゾナントミラー10aの復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとを調整する必要がない場合には、マスク41に櫛歯部41bを形成していなくとも良い。
【0062】
マスク42には、その反射鏡面42aを横切る方向に延びる複数個の黒線状部42bが等間隔に形成されている。レゾナントミラー10aによる走査は、
図12に示すように、この黒線状部42bに対して直交する方向に行われる。
【0063】
このマスク42は、
図1に示すように、眼底走査光学系1の光路からオフセットされた位置でかつ眼底Efと共役な面内に配置されている。ガルバノミラー10bはこのマスク42を走査する際には、眼底Efを走査するときの基準設定角度に対して所定角度オフセットされる。このガルバノミラー10bのオフセットには、適宜の手段を用いることができる。
【0064】
ピクセルクロックPLの発生間隔が等間隔であるとすると、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍では、レゾナントミラー10aの角速度が遅くなるので、黒線状部42bを横切る速度が遅くなり、黒線状部42bを横切った際に取得されるドット数が多くなる。
【0065】
その一方、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍と最大振れ角近傍との間の中間部分では、レゾナントミラー10aの角速度が速くなるので、黒線状部42bを横切った際に取得されるドット数が相対的に少なくなる。また、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍と最大振れ角近傍との間の中間部分では、レゾナントミラー10aの角速度はリニアとみなすことができる。
【0066】
従って、ピクセルクロックPLの発生間隔を等間隔として黒線状部42bの画像を構築すると、
図13に示すように、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍では垂直方向(縦方向)に間延びした黒線状部像42b’が得られ、レゾナントミラー10aの最大振れ角とレゾナントミラー10aの最大振れ角との間の中間部分では、垂直方向(縦方向)に縮んだ黒線状部像42b’が得られる。
【0067】
そこで、眼底像構築部4は、
図13に示す黒線状部像42b’を解析して、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍では
図16に示すように、ピクセルクロックPLの発生間隔THが中間部分の発生間隔THよりも大きくなるように調整する。
【0068】
図15は、そのシステムクロック信号とピクセルクロック信号PLとアナログデジタル変換回路(ADC)36の出力データと画像メモリ39への書き込みタイミングとの関係を示しており、所定個数のシステムクロック信号に対して画像メモリ39に書き込まれるドットの個数(画素の個数)がレゾナントミラー10aの最大振れ角近傍では少なくなり、これに対して、レゾナントミラー10aの最大振れ角と最大振れ角との間の中間部分では、所定個数のシステムクロック信号に対して画像メモリ39に書き込まれるドットの個数(画素の個数)が相対的に多くなるので、
図14に示すように、レゾナントミラー10aの最大振れ角近傍から最大振れ角近傍の間で、同一の幅を有する黒線状部像42b’が取得される。
【0069】
このマスク42による画像取り込み間隔の調整は、例えば、工場出荷時、眼底撮像装置の修理時に行い、画像取り込み間隔の調整後、ガルバノミラー10bは眼底走査を実行するための基準角度位置に設定される。