JP2003111728A - 前眼部測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非接触により前眼部形状を精度良く測定でき
る前眼部測定装置を提供する。 【解決手段】 被検眼前眼部にスリット光を投影するス
リット投影光学系と、スリット投影光軸に対して傾斜し
た撮影光軸を持つ撮影光学系であって、シャインプルー
クの原理に基づいて配置された撮影レンズと撮像素子を
持つ撮影光学系と、スリット光と撮影光学系とをスリッ
ト投影光軸を中心にその軸回りに回転する回転手段と、
複数の回転角度にて撮影された各前眼部断面画像とその
撮影時の回転角度情報とに基づいて所定の前眼部組織の
３次元位置を求め、その組織の形状を測定する形状測定
手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前眼部組織の形状
を測定する前眼部測定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】眼球内部の前眼部形状までも測定する方法
としては、超音波による測定が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、超音波による
測定は、接触型となり、前眼部形状への影響が避けられ
ないため、的確な測定が困難である。

【０００４】本発明は、非接触により前眼部形状を精度
良く測定できる前眼部測定装置を提供することを技術課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。 （１） 被検眼前眼部にスリット光を投影するスリット
投影光学系と、スリット投影光軸に対して傾斜した撮影
光軸を持つ撮影光学系であって、シャインプルークの原
理に基づいて配置された撮影レンズと撮像素子を持つ撮
影光学系と、前記スリット光と撮影光学系とをスリット
投影光軸を中心にその軸回りに回転する回転手段と、複
数の回転角度にて撮影された各前眼部断面画像とその撮
影時の回転角度情報とに基づいて所定の前眼部組織の３
次元位置を求め、その組織の形状を測定する形状測定手
段と、を備えること特徴とする。 （２） （１）の前眼部測定装置は、前記回転手段によ
りスリット光と撮影光学系とを連続的に回転し所定の角
度毎に撮影した画像を記憶手段に記憶させる制御手段を
備えることを特徴とする。 （３） （１）の前眼部測定装置は、前記形状測定手段
の測定結果をグラフィック表示する表示手段を備えるこ
とを特徴とする。 （４） （１）の前眼部測定装置において、前記形状測
定手段の測定結果に基づいて前眼部組織の立体像を構築
する立体構築手段と、構築された立体像を表示する表示
手段と、を備えることを特徴とする。 （５） （１）の形状測定手段は、角膜前面、角膜後
面、角膜厚、水晶体前面、水晶体後面、水晶体厚の少な
くとも１つを３次元的に測定する手段であることを特徴
とする。 （６） （１）の形状測定手段は、シャインプルークの
原理による撮影像の歪みを補正する手段と、さらに前眼
部透光体の屈折による歪みの影響を補正する手段と、を
備えることを特徴とする。

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る前眼部撮影装置
の光学系を示す図である。

【０００６】＜スリット投影光学系＞ １は反射鏡、２
は撮影用光源としてのハロゲンランプ、３はコンデンサ
レンズ、４はスリット開口絞り、５は投光レンズ、６は
スリット投影光学系の光軸Ｌ１上に斜設されたダイクロ
イックミラーである。ダイクロイックミラー６は可視光
の大部分を透過し、赤外光を反射する特性を持つ。

【０００７】ハロゲンランプ２を発した光束はコンデン
サレンズ３によって集光してスリット開口絞り４を照明
する。スリット開口絞り４により細いスリット状に制限
された光束は、投光レンズ５、ダイクロイックミラー６
を透過し、被検眼に投影される。これにより、被検眼前
眼部の透光体（角膜、前房、水晶体等）は、可視域の白
色光源で光切断された形で照明される。

【０００８】＜スリット断面撮影光学系＞ Ｌ２はスリ
ット断面撮影光学系の撮影光軸を示す。７は偏角プリズ
ム、８は撮影レンズ、９は像の歪みを補正するためのア
ナモフィックレンズ、１０は高感度ＣＣＤカメラであ
る。スリット断面撮影光学系の光軸Ｌ２は、スリット投
影光学系の光軸Ｌ１に対して４５度の傾き角度を持って
配置されている。撮影レンズ８はシャインプルークの原
理を満たすように、偏角プリズム７により方向が変えら
れる撮影光軸に対して傾いて配置されている。すなわ
ち、偏角プリズム７を取り除いたときには、スリット投
影光による被検眼前眼部の光切断の延長とＣＣＤカメラ
１０の撮像面１０ａの延長との交線が、撮影レンズ８の
主平面の延長線上で交わる関係に配置されている。この
光学配置により、ＣＣＤカメラ１０の撮像面１０ａ上に
形成される断面像は、その断面像の略全体で合焦する焦
点深度を持つようにすることができる。

【０００９】＜アライメント指標投影光学系＞ １４は
アライメント用の近赤外光源、１５はダイクロイックミ
ラー、１６は投影レンズである。光源１４から発した光
はダイクロイックミラー１５を通過し、投影レンズ１６
により平行光束にされた後、ビームスプリッタ２０で反
射する。その後、アライメント光はダイクロイックミラ
ー６により反射され光軸Ｌ１に沿って被検眼Ｅに向か
い、角膜頂点から角膜曲率半径の半分の距離だけ眼内側
の位置に光源像を形成する。

【００１０】＜固視標呈示光学系＞ １１ａ、１１ｂは
可視光を発する固視光源である。本装置では、鼻側から
撮影しても耳側から撮影しても対称な断面像を得るた
め、被検眼の眼軸（光軸）と光軸Ｌ１と一致させよう
に、左眼用と右眼用にそれぞれ１個の固視光源が配置さ
れている（この関係は、特開平４−９６７３０号公報を
参照）。１２は徹照像撮影用の近赤外光を発する光源で
ある。１３は固視光源１１ａ、１１ｂと光源１２に対応
した位置にピンホール開口を持つターゲット板である。
光源１１ａ、１１ｂから発した光は、ターゲット板１３
を照明する。ターゲット板１３を出射した光はダイクロ
イックミラー１５、投影レンズ１６、ビームスプリッタ
２０、ダイクロイックミラー６を経て被検眼Ｅに向か
う。被検眼Ｅにはターゲット板１３を出射した光源１１
ａ又は１１ｂの光を固視させる。

【００１１】＜前眼部正面撮像光学系＞ ２１は撮影レ
ンズ、２２は赤外域に感度を有する正面観察用のＣＣＤ
カメラである。２３は近赤外光を発する前眼部照明光源
である。光源２３により照明された正面の前眼部は、ダ
イクロイックミラー６、ビームスプリッタ２０、撮影レ
ンズ２１を経てＣＣＤカメラ２２により撮影される。ま
た、角膜で反射したアライメント指標光束は、同じ光路
を経てＣＣＤカメラ２２の撮像面に結像する。

【００１２】図２は光学系の回転機構を説明する図であ
る。３０はパルスモータである。スリット投影光学系の
反射鏡１〜投光レンズ５までの部材は保持ユニット３１
に保持されている。保持ユニット３１は光軸Ｌ１を中心
に回転可能に装置本体の筐体内部で保持されおり、ギヤ
等の回転伝達部材を介してモータ３０により回転され
る。また、偏角プリズム７〜ＣＣＤカメラ１０のスリッ
ト断面撮影光学系は保持ユニット３２に保持されてい
る。この保持ユニット３２は固定部材３３によって保持
ユニット３１に固定されている。これらの構成により、
被検眼に投影されるスリット光とスリット断面撮影光学
系とが、光軸Ｌ１を中心にその軸回りに回転する。ま
た、図２において、３５は保持ユニット３１（又は保持
ユニット３）の初期回転位置を検出するセンサである。

【００１３】図３は、本装置の制御系の構成図を示す。
１００は上述の光学系及び回転機構が配置される前眼部
撮影ユニットである。制御部６０には、ＣＣＤカメラ１
０，２２、撮影光源２等の各光源、モータ３０、センサ
３５、撮影スイッチ６１、各種のスイッチを持つ操作パ
ネル６２、撮影された断面画像を記憶するメモリ６３、
観察画像及び撮影画像を表示するディスプレイ６５、画
像データを外部に出力する出力部６６、が接続されてお
り、制御部６０はこれらの要素を制御する。

【００１４】２００は画像解析ユニットであり、前眼部
断面撮影部１００からの断面画像データに画像処理を施
して解析するコンピュータ部２０１を備える。コンピュ
ータ部２０１は、画像データを記憶保持するメモリや画
像解析のための解析プログラムを有する。また、コンピ
ュータ部２０１にはキーボード２０２、マウス２０３、
カラーディスプレイ２０４、プリンタ２０５が接続され
ており、コンピュータ部２０１はこれらを制御する。

【００１５】以上のような構成の装置の動作を説明す
る。被検眼を所定の位置に位置させた後、被検眼にはタ
ーゲット板１３を出射した光源１１ａ、１１ｂの光を固
視させる。制御部６０は左右眼の設定信号に基づいて固
視光源１１ａ又は１１ｂを点灯する。ＣＣＤカメラ２２
により撮像された被検眼の正面画像はディスプレイ６５
に送られる。検者はディスプレイ６５に映し出されるア
ライメント指標像と電気的に形成されたレチクル像（光
学的に形成することでも良い）が所定の関係になるよう
に、図示なきジョイスティック等の操作により被検眼に
対して前眼部断面撮影部１００を上下左右に移動してア
ライメントを行う。これにより前眼部断面撮影部１００
の光学系と被検眼Ｅとの光軸合わせができる。また、前
眼部断面撮影部１００を前後させてアライメント指標像
が最も小さくクリアな像となるように作動距離のアライ
メントを行う。

【００１６】アライメントが終了したら、検者は撮影ス
イッチ６１を操作し撮影を開始する。制御部６０は撮影
スイッチ６１の信号により、撮影光源２を点灯すると共
に、モータ３０を駆動してスリット投影光学系と断面撮
影光学系を光軸Ｌ１の軸回りに回転する。撮影光源２の
点灯により、被検眼前眼部はスリット光により光切断さ
れる。スリット光で光切断された前眼部からの散乱光は
断面撮影光学系に向かい、ＣＣＤカメラ１０により断面
画像が撮影される。このとき、制御部６０はパルスモー
タ３０のパルス数と同期させ、所定の回転角度毎にＣＣ
Ｄカメラ１０から出力される撮影画像をメモリ６３に記
憶させる。また、撮影角度の情報も撮影画像と対応付け
て記憶させる。なお、回転撮影中は、撮影光源２の撮影
光量が一定に制御されている。

【００１７】半周の回転で全周分の撮影像が得られるの
で、撮影画像の枚数は１８枚（１０度毎の回転）以上が
好ましい。さらに好ましくは、３６枚以上（回転角５度
毎）である。本実施形態ではできるだけ精度の良い立体
解析が行えるように、スリット光の幅80μｍとした場
合、回転角２．２５度毎に撮影した８０枚の撮影画像を
自動的にメモリ６３に記憶させる。回転角度は固定であ
っても良いが、任意に設定できる構成が好ましい。

【００１８】なお、スリット投影光学系及び断面撮影光
学系は、撮影前に初期回転角度に置かれている。初期回
転角度の状態はセンサ３５により検知される。初期回転
角の設定は、装置の起動時又は操作パネル６２のリセッ
トスイッチを押すことにより行われる。また、撮影が終
了したときも初期回転角度に置かれる。

【００１９】撮影が終了したら、操作パネル６２の画像
転送スイッチを押し、メモリ６３に記憶した全ての撮影
画像とその回転角度情報をコンピュータ部２０１に出力
する。コンピュータ部２０１側では、画像解析の解析プ
ログラムにより撮影画像を立体構築する。

【００２０】撮影画像の立体構築について説明する。本
装置の光学系では、図１に示したように、撮影光軸に対
して物体平面が４５度傾いており、撮影レンズ平面を撮
影光軸に対して所定角度分だけ傾けることによりシャイ
ンプルーク原理を満たしている。ただし、この配置は像
面上で縦横比が歪んだ像となる。このシャインプルーク
の原理による歪みについては、アナモフィックレンズ９
を配置することで補正がされる。図４は撮影された断面
画像を示す。なお、シャインプルークの原理による歪み
の補正は画像処理によっても行うことができる。

【００２１】また、ここで得られる前眼部断面像の散乱
光は、撮影光学系を通るだけでなく、一部は眼球内部
（前眼部透光体）を通過しており、眼球内部での屈折に
よる歪みを受けるため、屈折後の見かけの像である。眼
球内の各部位の位置情報を得る上では、この途中の前眼
部透光体の影響をも補正することが好ましい。これは光
線追跡を使用して補正する。

【００２２】光線追跡はFederの一般光線追跡の公式を
用いて行うことができる。光線追跡においては、断面画
像における各部位の見かけの位置データ、各組織の屈折
率（一般的な既知の値を使用する）を与えてやる。そし
て、Federの公式では、光線の通過する座標と光線の向
きを方向余弦で表すことにより光線追跡を行う。

【００２３】コンピュータ部２０１は、各撮影画像の各
部位（角膜前面、角膜後面、水晶体前面、水晶体後面等
の位置）について光線追跡を行うことにより、見かけの
位置を補正した位置情報を得る。そして、これらの平面
の位置情報と撮影角度情報を合せ、撮影画像全てから３
次元位置情報を算出する。画像情報が得られていない部
分については、周辺の画像から補間する。これにより、
前眼部の各組織の立体形状を構築する。また、各組織内
の輝度値に対応した３次元位置情報を求める。

【００２４】ディスプレイ２０４には、図５のように、
構築された前眼部立体像３００がグラフィック表示され
る。この前眼部立体像３００はマウス２０３の操作によ
り、回転させたり、見る方向（網膜方向、正面方向、斜
め方向等）を変えた表示ができる。

【００２５】画像輝度の解析について説明する。ここで
は、水晶体の混濁を解析する場合を例にとって説明す
る。撮影された断面画像は、スリット光により光切断さ
れた前眼部組織からの散乱によるものであり、混濁の度
合いが進むほど画像輝度が高くなる。したがって、混濁
の濃度（density値）は画像輝度で定量化することがで
き、例えば、０から２５５の２５６段階で表す（単位：
cct）。混濁解析モードに設定すると、density値の度数
分布が棒グラフでディスプレイ２０４に表示される。検
者が任意のdensity値を指定すると、そのdensity値より
高い部位（混濁度が進んだ部位）の位置座標が抽出さ
れ、ディスプレイ２０４に立体表示される。図６は正面
方向から見たときの表示例であり、斜線部分３１０が抽
出された混濁部位を示す。この混濁部位３１０の表示
も、マウス２０３やキーボード２０２の操作により、回
転させたり、見る方向を任意に指定することができる。
このため、混濁部位の程度とその位置情報が視覚的に把
握しやすい。なお、正面方向または網膜方向から見たと
きは、混濁部位及び程度が徹照像の形式よりもより正確
に観察できる。抽出された混濁部位３１０については、
容積が計測されてその結果が表示される。

【００２６】また、混濁解析は任意の断面についても行
える。図５の表示において、検者はマウス２０３等を用
いて３点Ｐ,Ｑ,Ｒを指定し前眼部立体像３００上に解析
したい断面を決定する。または、解析したい断面上に含
まれる直線として２点Ｐ,Ｑ指定した上で、その直線を
軸とし回転表示させて解析したい断面の確認をし、最後
に１点Ｒを指定することにより解析したい断面を決定す
ることもできる。これは、図６の表示状態においても可
能である。ディスプレイ２０４には、図７のように、立
体像３００を輪切りにした断面を含む立体図３２０が表
示される。この立体表示の断面においては、density値
に対応させた色分布のカラーマップで表示される。図７
において、３０２がカラーマッピングされた混濁部位を
示す。カラーマップは、例えば、density値を４段階に
分け、段階毎に４色に色分けされる。また、マウス２０
３を用いて図７の混濁部位ポイントを選択すると、その
指定したポイントにおけるdensity値が表示されるよう
になる。このように、断面を含む立体像の形式で表示す
ると、混濁部位の位置関係が把握しやすくなりる。

【００２７】なお、指定された断面のみを２次元的に表
示しても良い。この場合、光軸を通る断面については、
撮影した生画像の断面像を表示させ、その生画像上にカ
ラーマッピングを施した図形を合成表示することもでき
る。もちろん、図４に示したような、撮影画像のみを撮
影角の指定により選択的に表示することもできる。

【００２８】また、任意に指定した断面において、dens
ity値をグレード化すると共に、指定断面（さらには指
定部分を拡大した断面）を桝目状にエリアを分割し、各
エリアにグレード化した数値を表示する。

【００２９】以上は、水晶体混濁を例にとって説明した
が、後嚢混濁、その他の前眼部組織のについても同様に
行うことができる。また、混濁解析において必ずしも精
度の良い立体形状の構築は無くても良い場合は、見かけ
の位置データのまま立体形状を算出することでも良い。

【００３０】次に、形状解析について説明する。解析モ
ードを形状解析モードに設定する。この形状解析では、
前眼部組織の３次元形状の構築結果から、角膜表面の曲
率分布、角膜裏面の曲率分布、角膜厚の分布、水晶体前
面の曲率分布、水晶体裏面の曲率分布、水晶体厚の分
布、前房深度の分布、等の各組織の形状が個別に測定さ
れる。図８はその表示例であり、ここでは水晶体表面の
形状解析結果をカラーマップ表示した例を示している。
他の組織の形状も同様にカラーマップで表示される。

【００３１】また、形状解析モードでは、各組織の立体
形状が個別にグラフィック表示される。図９は水晶体の
みを抽出して立体像３３５でグラフィック表示した例で
ある。この立体表示においても、マウス２０３等の操作
により、見る視点を任意に変えた形態での表示が可能で
ある。前房や角膜についても、同様に立体的なグラフィ
ック表示が可能である。前眼部の各組織については、立
体形状からその容積が測定可能であり、容積の測定結果
は表示部３３６に数値表示される。もちろん、任意の指
定範囲（マウス２０３等で指定可能）についての容積の
測定も可能である。

【００３２】また、図５に示した前眼部立体像３００に
対して、マウス２０３を用いて３点Ｐ,Ｑ,Ｒを指定し解
析したい断面を決定すると、図１０に示すような断面を
含む立体像３５０が表示される。さらに、この断面にお
いて、測定したいポイントを指定する。例えば、寸法を
得たい部分の始点ｐと終点ｑをマウス２０３等で決定す
ると、その間の寸法が測定され、測定結果が数値で表示
される。また、前眼部立体像３５０の断面において、角
膜や水晶体の曲率半径も、任意のポイントを指定するこ
とにより数値表示される。これは、図９に示した立体像
３３５についても同様に行える。

【００３３】上記のような形状測定においては、その基
となる前眼部断面画像は眼の光軸（又は視軸としても良
い）を中心に回転して撮影した画像であるので、スリッ
ト光を平行移動して断面撮影する場合に比べ、視力と密
接な瞳孔領について精度の高い計測結果が得られる。こ
のため眼科診療に有益な情報を提供できる。また、シャ
インプルークの原理を基にするため、角膜前面から水晶
体後面までのクリアな画像が得られ、立体形状構築の精
度が向上する。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非接触により、前眼部組織の３次元的な形状を的確に測
定できる。特に、視力と密接な瞳孔領域の計測精度を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る前眼部撮影装置の光学系を示す図
である。

【図２】光学系の回転機構を表す図である。

【図３】前眼部撮影装置の制御系構成図である。

【図４】撮影された断面画像を表示した図である。

【図５】構築された前眼部立体像を表す図である。

【図６】混濁部位を正面方向から見た図である。

【図７】断面を含む立体図を表示した図である。

【図８】水晶体表面の形状解析結果をカラーマップ表示
した図である。

【図９】水晶体の形状解析結果を立体像でグラフィック
表示した図である。

【図１０】形状解析結果を、断面を含む立体像で表示し
た図である。

【符号の説明】

４ スリット開口絞り ８ 撮影レンズ １０ 高感度ＣＣＤカメラ ３０ パルスモータ ３１ 保持ユニット ３２ 保持ユニット ３３ 固定部材 ３５ センサ １００ 前眼部撮影ユニット ２００ 画像解析ユニット ３００ 前眼部立体像

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検眼前眼部にスリット光を投影するス
   リット投影光学系と、スリット投影光軸に対して傾斜し
   た撮影光軸を持つ撮影光学系であって、シャインプルー
   クの原理に基づいて配置された撮影レンズと撮像素子を
   持つ撮影光学系と、前記スリット光と撮影光学系とをス
   リット投影光軸を中心にその軸回りに回転する回転手段
   と、複数の回転角度にて撮影された各前眼部断面画像と
   その撮影時の回転角度情報とに基づいて所定の前眼部組
   織の３次元位置を求め、その組織の形状を測定する形状
   測定手段と、を備えること特徴とする前眼部測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１の前眼部測定装置は、前記回転
   手段によりスリット光と撮影光学系とを連続的に回転し
   所定の角度毎に撮影した画像を記憶手段に記憶させる制
   御手段を備えることを特徴とする前眼部測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１の前眼部測定装置は、前記形状
   測定手段の測定結果をグラフィック表示する表示手段を
   備えることを特徴とする前眼部測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１の前眼部測定装置において、前
   記形状測定手段の測定結果に基づいて前眼部組織の立体
   像を構築する立体構築手段と、構築された立体像を表示
   する表示手段と、を備えることを特徴とする前眼部測定
   装置。
5. 【請求項５】 請求項１の形状測定手段は、角膜前面、
   角膜後面、角膜厚、水晶体前面、水晶体後面、水晶体厚
   の少なくとも１つを３次元的に測定する手段であること
   を特徴とする前眼部測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１の形状測定手段は、シャインプ
   ルークの原理による撮影像の歪みを補正する手段と、さ
   らに前眼部透光体の屈折による歪みの影響を補正する手
   段と、を備えることを前眼部測定装置。