(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】眼科装置
(51)【国際特許分類】
A61B 3/107 20060101AFI20240122BHJP
A61F 9/007 20060101ALI20240122BHJP
A61B 90/30 20160101ALI20240122BHJP
【FI】
A61B3/107
A61F9/007 200C
A61B90/30
(21)【出願番号】P 2020057234
(22)【出願日】2020-03-27
【審査請求日】2023-03-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【氏名又は名称】松浦 憲三
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】大森 和宏
【審査官】佐々木 創太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開昭59-144436(JP,A)
【文献】国際公開第89/006930(WO,A1)
【文献】特開平06-098858(JP,A)
【文献】特開昭62-120833(JP,A)
【文献】特開昭61-170433(JP,A)
【文献】特開平03-200914(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2019/0117064(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61B 3/00- 3/18
34/00-90/98
A61F 9/00-11/30
G02B 19/00-21/00
21/06-21/36
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対物レンズと、
前記対物レンズを介して、光源からの照明光を患者眼の角膜に向けて出射する照明光学系と、
前記対物レンズと前記光源との間の前記照明光の光路上で且つ前記角膜と光学的に共役な位置に設けられ、前記照明光から測定用パターンを生成するパターン生成素子と、
前記対物レンズを介して入射した前記角膜からの前記測定用パターンの戻り光を
撮像素子
に導く観察光学系と、
前記撮像素子により撮像された前記角膜及び前記測定用パターンの観察像から前記測定用パターンを検出し、前記測定用パターンに基づき前記患者眼の乱視軸方向を演算する乱視情報演算部と、
を備える眼科装置。
【請求項2】
前記照明光学系の光軸が前記対物レンズの光軸に対して偏心しており、
前記照明光学系が、前記対物レンズを介して前記測定用パターンを前記角膜に対して斜め方向に入射させる請求項1に記載の眼科装置。
【請求項3】
前記観察光学系の光軸が、前記対物レンズの光軸に対して垂直であり、
前記対物レンズの光軸と前記観察光学系の光軸との交点に設けられた偏向光学素子であって、且つ前記対物レンズから入射した前記戻り光を前記観察光学系に向けて偏向する偏向光学素子を備える請求項1又は2に記載の眼科装置。
【請求項4】
前記撮像素子により撮像された前記角膜及び前記測定用パターンの観察像をモニタに出力する表示制御部を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の眼科装置。
【請求項5】
前記照明光学系の光軸が前記対物レンズの光軸に対して偏心しており、
前記照明光学系が、前記対物レンズを介して前記測定用パターンを前記角膜に対して斜め方向に入射し、
前記角膜に対する前記測定用パターンの入射角度に応じた前記観察像内の前記測定用パターンの歪みを補正する補正処理部を備え、
前記乱視情報演算部が、前記補正処理部により補正された前記観察像内の前記測定用パターンに基づき前記乱視軸方向を演算する請求項
1から4のいずれか1項に記載の眼科装置。
【請求項6】
前記パターン生成素子が、前記測定用パターンとして、連続的又は断続的なリングパターンを生成する請求項1から
5のいずれか1項に記載の眼科装置。
【請求項7】
前記パターン生成素子が、前記照明光学系内に設けられている請求項1から
6のいずれか1項に記載の眼科装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、患者眼の角膜に向けて測定用パターンを出射する眼科装置に関する。
【背景技術】
【0002】
白内障手術では、患者の患者眼から混濁した水晶体を摘出し、その代わりとなる眼内レンズ(Intraocular Lens:IOL)を患者眼内に挿入する。この眼内レンズとしては、乱視の矯正が可能なトーリックIOLが知られている。なお、患者には被検者が含まれ、患者眼には被検眼が含まれるものとする。
【0003】
トーリックIOLによる矯正効果を発揮させるためには、患者眼の角膜の強主経線方向と、トーリックIOLの弱主経線方向とをできるだけ合わせる必要がある。このため、トーリックIOLを用いた白内障手術では、患者眼の乱視軸方向(乱視軸角度ともいう)の測定が極めて重要である。そこで、トーリックIOLを用いた白内障手術は、患者眼の乱視軸方向の測定及び術者への報知が可能な手術用顕微鏡(眼科装置)を用いて行われる。
【0004】
特許文献1及び特許文献2には、対物レンズと患者眼との間に配置され且つリング状に配置された複数の点光源(半導体光源等)を有するケラトリング光源と、撮像素子を有する撮影光学系と、を備える手術用顕微鏡が記載されている。この手術用顕微鏡は、ケラトリング光源から患者眼の角膜に対してリングパターン(測定用パターン)を照射しながら、この角膜をカメラで撮影する。そして、手術用顕微鏡は、カメラで撮影された角膜の観察像に基づき患者眼の乱視軸方向を演算し、この乱視軸方向に対応する点光源を点滅等させたりすることで、患者眼の乱視軸方向を術者に対して報知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2012-152454号公報
【文献】特開2013-27536号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、特許文献1及び2に記載の手術用顕微鏡のようにケラトリング光源が対物レンズと患者眼との間に配置されていると、手術用顕微鏡の作動距離(ここでは患者眼とケラトリング光源との間の距離)が短くなるので、白内障手術を行う術者の邪魔になる。また、白内障手術では角膜上でのリングパターンのサイズを約3φ(mm)に調整する必要があるが、この場合にはケラトリング光源が大型化するため多数の点光源が必要となるので、手術用顕微鏡の製造コストが増加してしまう。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、患者眼との間の作動距離を確保可能で且つ低コストな眼科装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の目的を達成するための眼科装置は、対物レンズと、対物レンズを介して、光源からの照明光を患者眼の角膜に向けて出射する照明光学系と、対物レンズと光源との間の照明光の光路上で且つ角膜と光学的に共役な位置に設けられ、照明光から測定用パターンを生成するパターン生成素子と、対物レンズを介して入射した角膜からの測定用パターンの戻り光を、撮像素子及び接眼レンズの少なくともいずれか一方に導く観察光学系と、を備える。
【0009】
この眼科装置によれば、対物レンズと患者眼との間にケラトリング光源を設けることなく、患者眼の角膜に対して測定用パターンを照射することができる。
【0010】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、照明光学系の光軸が対物レンズの光軸に対して偏心しており、照明光学系が、対物レンズを介して測定用パターンを角膜に対して斜め方向に入射させる。これにより、角膜等からの反射に基づくゴースト及びフレアの影響を回避しつつ角膜を観察することができる。
【0011】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、観察光学系の光軸が、対物レンズの光軸に対して垂直であり、対物レンズの光軸と観察光学系の光軸との交点に設けられた偏向光学素子であって、且つ対物レンズから入射した戻り光を観察光学系に向けて偏向する偏向光学素子を備える。これにより、術者の正面に観察光学系が配置されることなくなる。また、術者の正面に配置される筐体により術者に圧迫感を与えることがなくなり、術者の負担を小さくすることができる。
【0012】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、観察光学系が戻り光を撮像素子に導く場合において、撮像素子により撮像された角膜及び測定用パターンの観察像をモニタに出力する表示制御部を備える。これにより、術者はモニタを通して角膜及び測定用パターンを観察することができる。
【0013】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、観察光学系が戻り光を撮像素子に導く場合において、撮像素子により撮像された角膜及び測定用パターンの観察像から測定用パターンを検出し、測定用パターンに基づき患者眼の乱視軸方向を演算する乱視情報演算部を備える。これにより、患者眼の乱視軸方向を判別することができる。
【0014】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、照明光学系の光軸が対物レンズの光軸に対して偏心しており、照明光学系が、対物レンズを介して測定用パターンを角膜に対して斜め方向に入射し、角膜に対する測定用パターンの入射角度に応じた観察像内の測定用パターンの歪みを補正する補正処理部を備え、乱視情報演算部が、補正処理部により補正された観察像内の測定用パターンに基づき乱視軸方向を演算する。これにより、角膜等からの反射に基づくゴースト及びフレアの影響の回避と、患者眼の乱視軸方向の測定精度の向上とを両立させることができる。
【0015】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、パターン生成素子が、測定用パターンとして、連続的又は断続的なリングパターンを生成する。
【0016】
本発明の他の態様に係る眼科装置において、パターン生成素子が、照明光学系内に設けられている。
【発明の効果】
【0017】
本発明は、患者眼との間の作動距離を確保可能で且つ低コストな眼科装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】第1実施形態の手術用顕微鏡の上面図である。
【
図2】第1実施形態の手術用顕微鏡の側面図である。
【
図3】第2照明光学系内のパターン生成素子の説明図である。
【
図5】第1実施形態の手術用顕微鏡の制御装置の機能ブロック図である。
【
図6】報知制御部による患者眼の乱視軸方向の報知制御を説明するための説明図である。
【
図7】第1実施形態の手術用顕微鏡の作用、特に角膜観察モード時における患者眼の乱視情報(乱視軸方向)の測定及び報知の流れを示すフローチャートである。
【
図8】「斜め照明」に起因する角膜上のリングパターンの歪みを説明するための説明図である。
【
図9】第2実施形態の手術用顕微鏡の制御装置の機能ブロック図である。
【
図10】補正処理部による観察像の補正処理を説明するための説明図である。
【
図11】第3実施形態の手術用顕微鏡の上面図である。
【
図12】第4実施形態の手術用顕微鏡の顕微鏡本体の一部の側面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
[第1実施形態の手術用顕微鏡の全体構成]
図1は、第1実施形態の手術用顕微鏡10(手術顕微鏡システム)の上面図である。
図2は、第1実施形態の手術用顕微鏡10の側面図である。なお、図中のX方向は患者(被検者、被手術者ともいう)を基準とした左右方向(患者眼Eの眼幅方向)であり、Z方向は後述の対物レンズ20の光軸OAに平行な作動距離方向(本実施形態では例えば上下方向)であり、Y方向はXZ方向に垂直な方向である。
【0020】
図1及び
図2に示すように、手術用顕微鏡10は、本発明の眼科装置に相当するものであり、仰臥位の患者の患者眼Eに対するトーリックIOLを用いた白内障手術に用いられる。この手術用顕微鏡10は、患者眼Eを観察する観察モードとして眼底観察モードと角膜観察モードとを有する。眼底観察モードは、患者眼Eの眼底Efの拡大像(徹照像)の観察に用いられる観察モードである。角膜観察モードは、患者眼Eの角膜Ecの拡大像の観察に用いられる観察モードである。この角膜観察モードでは、角膜Ecの乱視軸方向の測定と、術者に対する角膜Ecの乱視軸方向の報知(呈示)と、が合せて行われる。
【0021】
手術用顕微鏡10は、顕微鏡本体10aと操作部12とモニタ14と制御装置16とを備える。
【0022】
顕微鏡本体10aは、眼底観察モード時には眼底Efをステレオ同軸照明しながら眼底Efの拡大像を動画撮影して観察像D(画像データ)を出力する。また、顕微鏡本体10aは、角膜観察モード時には角膜Ecに対して傾斜照明でリングパターンLPを照射(投影)しながらこの角膜Ecの拡大像を動画撮影して観察像D(画像データ)を出力する。
【0023】
操作部12は、制御装置16に有線又は無線接続されている。この操作部12は、顕微鏡本体10aの位置及び姿勢の調整操作(手動アライメント操作)と、患者眼Eの観察モードの切替操作と、顕微鏡本体10aのズーム倍率の変更操作と、を含む手術用顕微鏡10の各種操作の入力を受け付ける。操作部12には、顕微鏡本体10aに設けられたハードウェアキー(スイッチ、ボタン)、操作レバー、マウス、キーボード、及び操作パネル(モニタ14の表示面を含む)等の各種操作デバイスが含まれる。
【0024】
モニタ14は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)のようなフラットパネルディスプレイなどの表示デバイスが用いられる。モニタ14は、制御装置16に有線又は無線で接続されており、制御装置16の制御の下、顕微鏡本体10aにより動画撮影された観察像Dを表示する。なお、図中では角膜撮影モードで取得された観察像Dを表示している(他の図も同様)。
【0025】
制御装置16は、手術用顕微鏡10の筐体内に設けられたコンピュータ等の演算装置である。この制御装置16は、操作部12に対する入力操作に応じて顕微鏡本体10aの各部の動作と、モニタ14による観察像D等の表示とを統括的に制御すると共に、患者眼Eの乱視軸方向の測定及び報知を行う。なお、制御装置16が、手術用顕微鏡10の筐体外に設けられていてもよい。
【0026】
[顕微鏡本体]
顕微鏡本体10aは、対物レンズ20と、眼底観察用レンズ21(前置レンズともいう)と、反射ミラーRMと、ダイクロイックミラーDMと、第1照明光学系31L,31Rと、第2照明光学系32と、観察光学系40L,40Rと、カメラ60L,60Rと、を備える。
【0027】
対物レンズ20は、Z方向に平行な光軸OAを有しており、患者眼Eに対向する位置に設けられている。反射ミラーRMは、対物レンズ20のZ方向上方向側の位置で且つ光軸OAと、光軸OAに対し垂直な方向(ここではY方向)に延びた後述の観察光学系40L,40Rの光軸OBとの交点に設けられている。そして、反射ミラーRMから光軸OB(Y方向)に沿ってダイクロイックミラーDM、観察光学系40L,40R、及びカメラ60L,60Rが配置されている。第1照明光学系31L,31Rは、ダイクロイックミラーDMのZ方向上方向側の位置に設けられている。第2照明光学系32は、対物レンズ20のZ方向上方向側で且つ反射ミラーRMに対してY方向側にシフトした位置に設けられている。
【0028】
<対物レンズ>
対物レンズ20は、眼底観察モード時には後述の第1照明光学系31L,31Rから出射された照明光L1を、眼底観察用レンズ21を介して眼底Efに照射する。また、対物レンズ20は、角膜観察モード時には後述の第2照明光学系32から出射されたリングパターンLPを角膜Ecに照射する。また、対物レンズ20は、眼底観察モード時には眼底Efからの照明光L1の戻り光LA(反射光)を透過して反射ミラーRMに向けて出射し、角膜観察モード時には角膜EcからのリングパターンLPの戻り光LB(反射光)を透過して反射ミラーRMに向けて出射する。
【0029】
眼底観察用レンズ21は、対物レンズ20と患者眼Eとの間において、照明光L1の光路とリングパターンLPの光路とに挿脱自在に設けられている。眼底観察用レンズ21は、対物レンズ20から入射した光を眼底Efに集光させる。眼底観察用レンズ21は、眼底観察モード時には各光路に挿入され、角膜観察モード時には各光路から退避される。なお、眼底観察用レンズ21の各光路への挿脱は、不図示のレンズ挿脱機構により実施される。
【0030】
<反射ミラー>
反射ミラーRMは、本発明の偏向光学素子に相当するものであり、第1照明光学系31L,31R及び観察光学系40L,40Rで共用される。この反射ミラーRMは、対物レンズ20及びダイクロイックミラーDMの一方から入射した光を他方に反射し且つ他方から入射した光を一方に反射する。
【0031】
<ダイクロイックミラー>
ダイクロイックミラーDMは、第1照明光学系31L,31R及び観察光学系40L,40Rで共用されるものであり、第1照明光学系31L,31Rから出射される照明光L1の光路と、観察光学系40L,40Rの光路とを結合する。ダイクロイックミラーDMは、第1照明光学系31L,31Rから出射された照明光L1を反射ミラーRMに向けて反射し、逆に反射ミラーRMから入射した戻り光LA又は戻り光LBを透過して観察光学系40L,40Rに向けて出射する。
【0032】
<第1照明光学系及び第2照明光学系>
第1照明光学系31L,31R及び第2照明光学系32は、対物レンズ20等を介して患者眼Eを照明するための光学系である。
【0033】
(第1照明光学系)
第1照明光学系31L,31Rは、眼底観察モード時に眼底Efに対して照明光L1によるステレオ同軸照明を行う。第1照明光学系31L,31Rの光軸OL,ORは、ダイクロイックミラーDM及び反射ミラーRMを介して対物レンズ20の光軸OAと結合する。すなわち、光軸OL、ORと光軸OAとは略一致している。これにより、第1照明光学系31L,31Rは、照明光L1による所謂「0度照明」で眼底Efを照明する。これにより、照明光L1が眼底Ef上で拡散反射されることで、眼底Efの徹照像(レッドレフレックス)をステレオ撮影(観察)することができる。
【0034】
第1照明光学系31L,31Rは、光源31aと、コンデンサーレンズ31bとを含む。光源31aは、半導体光源等が用いられ、例えば3000K(ケルビン)の色温度を有する可視領域の波長を有する照明光L1を出力する。この照明光L1は、コンデンサーレンズ31bを通過し、ダイクロイックミラーDM及び反射ミラーRMにて反射された後、対物レンズ20及び眼底観察用レンズ21を通過して眼底Efに照射される。これにより、眼底Efにて拡散反射された照明光L1の戻り光LAが、対物レンズ20等を透過し、反射ミラーRMにて反射された後、ダイクロイックミラーDMを透過して観察光学系40L,40Rに入射する。なお、照明光L1の色温度は、後述の照明光L2の色温度よりも低いので、暖色系の色で眼底Efを観察することができる。
【0035】
(第2照明光学系)
第2照明光学系32は本発明の照明光学系に相当する。第2照明光学系32は、所謂ケーラー照明系であり、光源ムラの無い状態で患者眼Eを照明することができる。この第2照明光学系32は、角膜観察モード時おいては、患者眼Eの乱視軸方向の測定のために角膜Ecに対してリングパターンLPを照射(投影)する。ここで第2照明光学系32の光軸OSは、対物レンズ20の光軸OAに対して垂直な方向(ここではY方向)に偏心している。このため、第2照明光学系32は、反射ミラーRMを介さずに所謂斜め照明で角膜Ecを照明可能であり、角膜観察モード時には角膜Ecに対して斜め方向からリングパターンLPを照射する。これにより、角膜Ec等からの反射に基づくゴースト及びフレアの影響を回避しつつ角膜Ecをステレオ撮影(観察)することができる。
【0036】
第2照明光学系32は、光源32aと、コンデンサーレンズ32bと、パターン生成素子35と、を含む。光源32aは、半導体光源等が用いられ、例えば4000K~6000Kの色温度を有する可視領域の波長を有する照明光L2を出力する。光源32aから出力された照明光L2は、後述のパターン生成素子35によりリングパターンLPに変換された後、コンデンサーレンズ32bに入射する。そして、コンデンサーレンズ32bを透過したリングパターンLPは、反射ミラーRMを経由することなく対物レンズ20を通過して角膜Ecに対して斜め方向から照射される。これにより、角膜EcからのリングパターンLPの戻り光LBが、対物レンズ20を透過し、反射ミラーRMにて反射された後、ダイクロイックミラーDMを透過して観察光学系40L,40Rに入射する。
【0037】
<観察光学系>
観察光学系40Lは、ダイクロイックミラーDMから入射した戻り光LA又は戻り光LBをカメラ60Lに導く光学系である。また、観察光学系40Rは、ダイクロイックミラーDMから入射した戻り光LA又は戻り光LBをカメラ60Rに導く光学系である。
【0038】
観察光学系40L,40R及びその光軸OBは、本実施形態では光軸OAに対して垂直(例えば±20°の範囲内での略垂直を含む)なY方向に延びている。なお、光軸OAに対して垂直な方向であればY方向に限定されるものではなく、観察光学系40L,40R及びその光軸OBが例えばX方向に延びていてもよい。これにより、光路長が長い観察光学系40L,40RがXY平面と略平行な方向に配置される。従って、術者の正面に観察光学系40L,40Rが配置されることなく、術者は無理なく正面のモニタ14の画面(或いは、正面の状況)を見ることができる。また、術者の正面に配置される筐体により術者に圧迫感を与えることがなくなり、術者の負担を小さくすることができる。
【0039】
観察光学系40Lはズームエキスパンダ50Lを備える。ズームエキスパンダ50Lは、不図示の変倍機構により光軸OB方向に移動可能な複数のズームレンズ51,52,53を含む。これにより、観察像Dのズーム倍率を変更することができる。
【0040】
観察光学系40Rは、観察光学系40Lと同じ構成であり、複数のズームレンズ51,52,53を含むズームエキスパンダ50Rを備え、且つ不図示の変倍機構により複数のズームレンズ51,52,53を移動させることで観察像Dのズーム倍率を変更する。ここで、観察光学系40Lと観察光学系40Rとは、観察像Dのズーム倍率を互いに異ならせることができる。
【0041】
<カメラ>
カメラ60L,60Rは、観察光学系40L,40Rから入射する戻り光LA又は戻り光LBを撮像して観察像Dを出力する。
【0042】
カメラ60Lは、光軸OBに沿って配置された結像レンズ61と撮像素子62とを含む。結像レンズ61は、観察光学系40Lから入射した戻り光LA又は戻り光LBを撮像素子62の撮像面に結像させる。撮像素子62は、結像レンズ61により結像された戻り光LA又は戻り光LBを撮像して、制御装置16へ観察像Dを出力する。これにより、眼底観察モード時は戻り光LAに基づく眼底Efの観察像D(徹照像)が得られ、角膜観察モード時には戻り光LBに基づく角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dが得られる。
【0043】
カメラ60Rは、カメラ60Lと同じ構成であり、結像レンズ61と撮像素子62とを含む。これにより、観察光学系40Rから入射した戻り光LA又は戻り光LBが結像レンズ61により撮像素子62の撮像面に結像され、且つ撮像素子62により戻り光LA又は戻り光LBが撮像されて制御装置16に観察像Dが出力される。その結果、観察モードに応じて眼底Efの観察像D又は角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dが得られる。なお、カメラ60L,60Rは、結像レンズ61及び撮像素子62の光学配置を互いに独立して変更、すなわち左右でピントを変更可能である。
【0044】
<パターン生成素子>
図3は、第2照明光学系32内のパターン生成素子35の説明図である。
図3及び既述の
図2に示すように、パターン生成素子35は、光源32aから出射される照明光L2の光路上であって且つ角膜Ecと光学的に共役な位置に設けられている。
【0045】
パターン生成素子35は、
図3の符号3Aに示すように、例えば光軸OSを中心とする円環状の光透過パターン35a(スリット穴でも可)が形成されたレチクル、遮光板、遮光フィルタ、絞り、焦点板、或いはマスク等である。この光透過パターン35aは、リングパターンLPに対応する形状に形成されており、且つ角膜Ec上に約2.5~3φ(mm)リングパターンLPに照射されるように大きさ等が調整されている。これにより、パターン生成素子35は、光源32aから出射された照明光L2の少なくとも一部から連続的な環状の光学パターンであるリングパターンLP(本発明の測定用パターンに相当)を生成する。換言すると、パターン生成素子35は照明光L2の少なくとも一部をリングパターンLPに変換する。
【0046】
パターン生成素子35が照明光L2からリングパターンLPを生成することで、
図3の符号3Bに示すように、第2照明光学系32から、対物レンズ20を介して角膜Ec上にリングパターンLPを照射(投影)させることができる。その結果、対物レンズ20及び観察光学系40L,40R等を介して、カメラ60L,60Rにより角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dを取得することができる。
【0047】
図4は、パターン生成素子35の変形例の説明図である。
図4の符号4Aに示すように、パターン生成素子35に、光軸OSを中心とする同一円周上に沿って複数の光透過パターン35b(スリット穴でも可)が形成されていてもよい。この場合には、
図4の符号4Bに示すように、第2照明光学系32から、対物レンズ20を介して角膜Ec上に断続的な環状のリングパターンLPが照射(投影)される。
【0048】
パターン生成素子35は、不図示の挿脱機構により、光源32aから出射される照明光L2の光路に対して挿脱自在である。これにより、角膜Ecに対してリングパターンLPを照射する場合には照明光L2の光路にパターン生成素子35が挿入される。また、照明光L2の光路からパターン生成素子35を退避させることで、角膜Ecに対して照明光L2を照射することができる。
【0049】
<制御装置>
図5は、第1実施形態の手術用顕微鏡10の制御装置16の機能ブロック図である。
図5に示すように、制御装置16は、各種のプロセッサ(Processor)及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、及びプログラマブル論理デバイス[例えばSPLD(Simple Programmable Logic Devices)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、及びFPGA(Field Programmable Gate Arrays)]等が含まれる。なお、制御装置16の各種機能は、1つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。
【0050】
制御装置16には、既述の操作部12、モニタ14、第1照明光学系31L,31R、第2照明光学系32、観察光学系40L,40R、カメラ60L,60Rの他に、記憶部18が接続されている。なお、記憶部18には、図示は省略するが、手術用顕微鏡10の制御プログラム及び患者眼Eの乱視情報の測定結果等が記憶される。
【0051】
制御装置16は、記憶部18内の制御プログラムを読み出して実行することにより、顕微鏡本体制御部100、画像取得部102、乱視情報演算部104、表示制御部106、及び報知制御部108として機能する。以下、制御装置16の「~部」として説明するものは「~回路」、「~装置」、又は「~機器」であってもよい。すなわち、「~部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、及びハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで構成されていてもよい。
【0052】
顕微鏡本体制御部100は、第1照明光学系31L,31R、第2照明光学系32、観察光学系40L,40R、及びカメラ60L、60Rの作動を制御すると共に、眼底観察用レンズ21の挿脱及びパターン生成素子35の挿脱を制御する。顕微鏡本体制御部100は、操作部12にて眼底観察モードへの切替操作がなされた場合に、光源31aを点灯させると共に、照明光L1等の光路中に眼底観察用レンズ21を挿入させる。また、顕微鏡本体制御部100は、操作部12にて角膜観察モードへの切替操作がなされた場合に、光源32aを点灯させると共に、照明光L2の光路中にパターン生成素子35を挿入させる。
【0053】
また、顕微鏡本体制御部100は、手術用顕微鏡10の電源がONされた場合、或いは操作部12にて眼底観察モード又は角膜観察モードの切替操作がなされた場合に、カメラ60L,60Rの撮像素子62による戻り光LA又は戻り光LBの撮像及び観察像Dの出力を実行させる。これにより、眼底観察モード時には眼底Efの徹照像である観察像Dが撮像素子62から出力される。また、角膜観察モード時には、角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dが撮像素子62から出力される。
【0054】
さらに、顕微鏡本体制御部100は、操作部12に対するズーム倍率の変更操作の入力に応じて、不図示の変倍機構を駆動して観察光学系40L,40R内のズームレンズ51,52,53を移動させることで、観察像Dのズーム倍率を変更する。
【0055】
画像取得部102は、眼底観察モード時及び角膜観察モード時に不図示のインタフェースを介してカメラ60L,60Rの撮像素子62から観察像Dを取得する。そして、画像取得部102は、眼底観察モード時には取得した観察像Dを表示制御部106へ逐次出力する。また、画像取得部102は、角膜観察モード時には取得した観察像Dを乱視情報演算部104及び表示制御部106に逐次出力する。
【0056】
乱視情報演算部104は、角膜観察モード時において、画像取得部102から入力された角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dに基づき、患者眼Eの乱視軸方向を示す乱視情報を演算する(
図6参照)。具体的には乱視情報演算部104は、観察像DからリングパターンLPを検出して、このリングパターンLPの楕円主軸方向から患者眼Eの乱視軸方向を演算する。なお、具体的な乱視軸方向の演算方法は公知技術(上記特許文献1及び2参照)であるので、ここでは具体的な説明は省略する。なお、乱視情報演算部104は、角膜観察モードの間、画像取得部102から逐次入力される観察像Dに基づき乱視情報の演算を繰り返し実行する。
【0057】
表示制御部106は、モニタ14の表示制御を行う。この表示制御部106は、画像取得部102から逐次入力された観察像Dをモニタ14に逐次表示させる。これにより、術者は、眼底観察モード時には眼底Efの徹照像を観察することができ、角膜観察モード時には角膜Ec及びリングパターンLPを観察することができる。また、表示制御部106は、角膜観察モード時には、後述の報知制御部108の制御の下、モニタ14に表示される観察像Dに対して患者眼Eの乱視軸方向を示す指標110(
図6参照)を重畳表示させる。
【0058】
図6は、報知制御部108による患者眼Eの乱視軸方向の報知制御を説明するための説明図である。
図6の符号6A及び符号6Bに示すように、報知制御部108は、乱視情報演算部104から入力される患者眼Eの乱視情報(乱視軸方向)の演算結果に基づき、モニタ14を制御して、術者に対する患者眼Eの乱視軸方向の報知を実行させる。
【0059】
例えば報知制御部108は、モニタ14に表示されている観察像Dを解析して、この観察像D内からリングパターンLPを検出する。次いで、報知制御部108は、乱視情報演算部104による患者眼Eの乱視軸方向の演算結果に基づき、患者眼Eの乱視軸方向を示す指標110を、モニタ14に表示中の観察像D内のリングパターンLPに重畳表示させる。なお、報知制御部108は、角膜観察モードの間、乱視情報演算部104から新たに入力される乱視情報に基づきリングパターンLPの重畳表示を更新する。
【0060】
指標110は、観察像D内において患者眼Eの乱視軸方向を判別可能であればその形状(パターン)、色彩、及び表示態様等は特に限定はされない。
【0061】
[第1実施形態の作用]
図7は、上記構成の第1実施形態の手術用顕微鏡10の作用、特に角膜観察モード時における患者眼Eの乱視情報(乱視軸方向)の測定及び報知の流れを示すフローチャートである。
【0062】
図7に示すように、患者眼Eに対する顕微鏡本体10aの手動アライメントが実行された後、術者は操作部12に対して角膜観察モードへの切替操作を入力する(ステップS1)。この切替操作を受けて顕微鏡本体制御部100が光源32aを点灯させることで、光源32aから照明光L2が出射される(ステップS2)。また同時に、顕微鏡本体制御部100は、カメラ60L,60Rの撮像素子62の作動、すなわちカメラ60L,60Rによる角膜Ecの撮影を開始させる。
【0063】
パターン生成素子35が光源32aから出射された照明光L2からリングパターンLPを生成した後、このリングパターンLPがコンデンサーレンズ32b及び対物レンズ20を経て角膜Ecに照射される(ステップS3)。これにより、患者眼Eと対物レンズ20との間にケラトリング光源を設けることなく、角膜Ecに対してリングパターンLPを照射することができる。また、角膜Ecに対してリングパターンLPを斜め照明で照射することで、角膜Ec等からの反射に基づくゴースト及びフレアの影響を回避することができる。
【0064】
そして、角膜EcからのリングパターンLPの戻り光LBが、対物レンズ20、反射ミラーRM、ダイクロイックミラーDM、及び観察光学系40L,40Rを経てカメラ60L,60Rの撮像素子62の撮像面に入射する。
【0065】
カメラ60L,60Rの撮像素子62は、戻り光LBを撮像して角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dを画像取得部102へ出力する。これにより、画像取得部102は、角膜Ec及びリングパターンLPの観察像Dを取得し、この観察像Dを表示制御部106及び乱視情報演算部104へ出力する(ステップS4)。
【0066】
画像取得部102から観察像Dを取得した表示制御部106は、この観察像Dをモニタ14に表示させる(ステップS5)。これにより、術者は、モニタ14を通して角膜Ec及びリングパターンLPの観察を行うことができる。
【0067】
また、画像取得部102から観察像Dを取得した乱視情報演算部104は、この観察像Dに基づき公知の手法で乱視軸方向を演算し、この演算結果を示す乱視情報を記憶部18内に記憶させると共に報知制御部108へ出力する(ステップS6)。
【0068】
乱視情報演算部104から乱視情報(乱視軸方向)の入力を受けた報知制御部108は、この乱視情報に基づき表示制御部106を制御して、既述の
図6に示したように患者眼Eの乱視軸方向を示す指標110をモニタ14内の観察像Dに重畳表示させる。これにより、術者に対して患者眼Eの乱視軸方向を報知することができる(ステップS7)。以下、角膜観察モードが継続している間、既述のステップS2からステップS7の処理が繰り返し実行される(ステップS8)。
【0069】
[第1実施形態の効果]
以上のように第1実施形態では、第2照明光学系32内のパターン生成素子35によりリングパターンLPを生成し、このリングパターンLPを角膜Ecに照射することで、対物レンズ20と患者眼Eとの間に3φ(mm)のリングパターンLPに対応した大型のケラトリング光源を設ける必要がなくなる。その結果、対物レンズ20と患者眼Eとの間の作動距離を確保することができ且つ手術用顕微鏡10の低コスト化が図れる。また、第2照明光学系32(光源32aと対物レンズ20との間の光路)にパターン生成素子35を設けることで、角膜Ecに照射されるリングパターンLPのサイズを任意に調整することができる。
【0070】
[第2実施形態]
図8は、「斜め照明」に起因する角膜Ec上のリングパターンLPの歪み(変形)を説明するための説明図である。
図8に示すように、同一の角膜Ecに対して、符号8Aに示すような「0度照明」で照射されたリングパターンLP0と、符号8Bに示すような「斜め照明」で照射されたリングパターンLPとは同一形状とはならない。すなわち、第1実施形態のように角膜Ecに対してリングパターンLPを斜め方向に入射すると、角膜Ec(光軸OA)に対するリングパターンLPの入射角度(入射方向も含む)に応じた歪みが観察像D内のリングパターンLPに発生する。
【0071】
そこで第2実施形態では、観察像Dに対して、角膜Ecに対するリングパターンLPの入射角度に応じた観察像D内のリングパターンLPの歪みを補正する補正処理を施す。
【0072】
図9は、第2実施形態の手術用顕微鏡10の制御装置16の機能ブロック図である。
図9に示すように、第2実施形態の手術用顕微鏡10は、制御装置16が補正処理部103として機能し且つ記憶部18内に変換情報CFが予め格納されている点を除けば、上記第1実施形態と基本的に同じ構成である。このため、上記第1実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。
【0073】
第3実施形態の画像取得部102は、角膜観察モード時においてカメラ60L,60Rの撮像素子62から取得した観察像Dを補正処理部103に出力する。
【0074】
図10は、補正処理部103による観察像Dの補正処理を説明するための説明図である。
図10に示すように、補正処理部103は、画像取得部102から入力された観察像D(符号XA参照)に対して、この観察像D内のリングパターンLPの歪みを補正する補正処理を施す。
【0075】
具体的には、角膜Ec(光軸OA)に対するリングパターンLPの入射角度は既知である。また、患者眼Eの一般的な大きさ及び形状も既知である。このため、角膜Ecに対して斜め方向に入射されたリングパターンLPの形状を、0度照明で角膜Ecに入射されたリングパターンLP0の形状に変換する変換式或いは変換テーブル等の変換情報CFをシミュレーション及び実験等により予め求めて記憶部18(外部サーバでも可)に記憶させておくことができる。これにより、補正処理部103は、記憶部18から取得した変換情報CFを参照することで、観察像D内のリングパターンLPの形状をリングパターンLP0の形状に変換する補正処理を観察像Dに施すことができる。以下、補正処理部103は、画像取得部102から観察像Dが入力されるごとに、上述の補正処理を繰り返し行う。
【0076】
そして、補正処理部103は、補正後の観察像D(符号XB参照)を乱視情報演算部104及び表示制御部106に出力する。以下、上記第1実施形態と同様に、表示制御部106による観察像Dのモニタ14への表示と、乱視情報演算部104によるリングパターンLP0に基づいた患者眼Eの乱視軸方向の演算と、報知制御部108による指標110の表示と、が実行される。
【0077】
以上のように第2実施形態では、角膜Ecに対して斜め方向にリングパターンLPを入射させる場合であってもリングパターンLPの形状をリングパターンLP0の形状に変換する補正処理を観察像Dに施すことにより、患者眼Eの乱視軸方向を高精度に演算することができる。その結果、角膜Ec等からの反射に基づくゴースト及びフレアの影響の回避と、患者眼Eの乱視軸方向の測定精度の向上とを両立させることができる。
【0078】
[第3実施形態]
図11は、第3実施形態の手術用顕微鏡10の上面図である。上記各実施形態では観察光学系40L,40Rが戻り光LB(戻り光LAも同様)をカメラ60L,60Rの撮像素子62に導いているが、第3実施形態では観察光学系40L,40Rが戻り光LBを接眼レンズ系63L,63Rの接眼レンズ65に対しても導く。
【0079】
図11に示すように、第3実施形態の手術用顕微鏡10は、顕微鏡本体10aに接眼レンズ系63L,63Rが設けられており、且つ観察光学系40LがビームスプリッタBSLを含むと共に観察光学系40RがビームスプリッタBSRを含む点を除けば上記各実施形態の手術用顕微鏡10と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。
【0080】
ビームスプリッタBSLは、ズームエキスパンダ50Lとカメラ60Lとの間に配置されている。このビームスプリッタBSLは、ズームエキスパンダ50Lから入射した戻り光LA,LBの一部を透過してカメラ60Lへ出射し且つ戻り光LBの残りを接眼レンズ系63Lに向けて反射する。
【0081】
ビームスプリッタBSRは、ズームエキスパンダ50Rとカメラ60Rとの間に配置されている。このビームスプリッタBSRは、ズームエキスパンダ50Rから入射した戻り光LA,LBの一部を透過してカメラ60Rへ出射し且つ戻り光LBの残りを接眼レンズ系63Rに向けて反射する。
【0082】
接眼レンズ系63L,63Rは、結像レンズ64と接眼レンズ65とを含む。接眼レンズ系63Lの結像レンズ64はビームスプリッタBSLから入射した戻り光LBを接眼レンズ65に導く。また、接眼レンズ系63Rの結像レンズ64はビームスプリッタBSRから入射した戻り光LBを接眼レンズ65に導く。これにより、術者は角膜観察モード時には接眼レンズ65を通してリングパターンLPが照射されている角膜Ecを観察することができる。また、術者は、眼底観察モード時には接眼レンズ65を通して眼底Efを観察することができる。
【0083】
なお、第3実施形態の手術用顕微鏡10は、カメラ60L,60R(撮像素子62)及び接眼レンズ系63L,63Rの双方を備えているが、カメラ60L,60Rを省略して接眼レンズ系63L,63Rのみを備えていてもよい。
【0084】
[第4実施形態]
図12は、第4実施形態の手術用顕微鏡10の顕微鏡本体10aの一部の側面拡大図である。なお、第4実施形態の手術用顕微鏡10は、第2照明光学系32の配置が異なり且つ反射ミラーRMの代わりにダイクロイックミラーDM1が設けられている点を除けば上記各実施形態の手術用顕微鏡10と基本的に同じ構成である。このため、上記各実施形態と機能又は構成上同一のものについては同一符号を付してその説明は省略する。
【0085】
上記各実施形態では、第2照明光学系32の光軸OSが対物レンズ20の光軸OAに対して垂直な方向に偏心しているが、
図12に示すように、第2照明光学系32の光軸OSが対物レンズ20の光軸OAと一致、すなわち同軸であってもよい。
【0086】
ダイクロイックミラーDM1(本発明の偏向光学素子に相当)は、第2照明光学系32から出射されたリングパターンLPを透過して対物レンズ20に向けて出射し、且つ対物レンズ20から入射した戻り光LBを観察光学系40L,40Rに向けて反射する。これにより、ダイクロイックミラーDM1を介して、第2照明光学系32から角膜Ecに対して「0度照明」でリングパターンLPを照射することができる。その結果、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。
【0087】
なお、ダイクロイックミラーDM1のZ方向上方側に第2照明光学系32を設ける代わりに、上記各実施形態のダイクロイックミラーDMのZ方向上方側の位置に第2照明光学系32を設けてもよい。
【0088】
[その他]
上記各実施形態では、パターン生成素子35が第2照明光学系32内に設けられているが、光源32aと対物レンズ20との間の照明光L2の光路上であって且つ角膜Ecに対して光学的に共役な位置であれば特に限定はされず、第2照明光学系32の外部に設けられていてもよい。
【0089】
上記各実施形態では、パターン生成素子35としてレチクル等を例に挙げて説明したが、照明光L2からリングパターンLPを生成可能であればパターン生成素子35の種類は特に限定されるものなく、例えば液晶パネル等の透過型表示デバイス或いはデジタルマクロミラーデバイス等の光変調素子を用いてもよい。また、パターン生成素子35として透過型表示デバイスを用いた場合、報知制御部108は液晶パネルに既述の
図6に示した指標110を表示させることで、術者に対する患者眼Eの乱視軸方向の報知を実行してもよい。
【0090】
上記各実施形態では、第2照明光学系32から角膜Ecに対してリングパターンLPを照射しているが、患者眼Eの乱視情報の測定に用いられる各種形状の測定用パターンを角膜Ecに照射してもよい。
【0091】
上記各実施形態では、手術用顕微鏡10がモニタ14を備えているが、モニタ14を備えてはおらず外部モニタを利用する手術用顕微鏡10にも本発明を適用可能である。
【0092】
上記各実施形態では、観察光学系40L,40R及びその光軸OBが光軸OAに対して垂直方向に延びているが、例えば光軸OAに対して平行(略平行を含む)であってもよく、観察光学系40L,40R及びその光軸OBの向きは特に限定はされない。
【0093】
上記各実施形態では、手術用顕微鏡10が双眼式の第1照明光学系31L,31R、観察光学系40L,40R、及びカメラ60L,60Rを備えているが、単眼式であってもよい。
【0094】
上記各実施形態では、白内障手術に用いられる手術用顕微鏡10を例に挙げて説明したが、ケラトメータ、オートケラトレフラクトメータ、及び角膜トポグラファー装置のように角膜Ecに対してリングパターンLP等の各種測定用パターンを照射する各種眼科装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0095】
10 手術用顕微鏡
10a 顕微鏡本体
12 操作部
14 モニタ
16 制御装置
18 記憶部
20 対物レンズ
21 眼底観察用レンズ
31L,31R 第1照明光学系
31a 光源
31b コンデンサーレンズ
32 第2照明光学系
32a 光源
32b コンデンサーレンズ
35 パターン生成素子
35a,35b 光透過パターン
40L,40R 観察光学系
50L,50R ズームエキスパンダ
51~53 ズームレンズ
60L,60R カメラ
61 結像レンズ
62 撮像素子
63L,63R 接眼レンズ系
64 結像レンズ
65 接眼レンズ
100 顕微鏡本体制御部
102 画像取得部
103 補正処理部
104 乱視情報演算部
106 表示制御部
108 報知制御部
110 指標
BSL,BSR ビームスプリッタ
CF 変換情報
D 観察像
DM,DM1 ダイクロイックミラー
E 患者眼
Ec 角膜
Ef 眼底
L1,L2 照明光
LA,LB 戻り光
LP,LP0 リングパターン
OA,OB,OL,OR,OS 光軸
RM 反射ミラー