JP2010075361A - 眼底カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】カラー静止画撮影用の撮像手段を用いて近赤外光モノクロ動画撮影を行うことにより、低コストとする。
【解決手段】眼底像を撮像する単板の撮像素子の画素に三色分解用のカラーフィルタをモザイク状に配し、隣接した画素の受光データからカラー画像データの仮想画素値を算出し、カラー静止画の画像データを生成する。また、カラーフィルタのうちＲフィルタは近赤外光を透過し、Ｒフィルタに隣接した近赤外光に感度を有するＢ又はＧフィルタの画素の受光データから仮想画素値を算出して、近赤外光によるモノクロ動画の画像データを生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被検眼の眼底を観察撮影する眼底カメラに関するものである。

従来例１の無散瞳眼底カメラは、アライメント時等の近赤外光での眼底観察時には、近赤外光に感度を有する専用のモノクロカメラにより眼底像の動画撮影を行ってモニタ等に表示している。また、可視光による静止画撮影時は汎用のデジタルカメラを用いて静止画のカラー撮影を行っており、その時の光路の切換えはクイックリターンミラーやダイクロイックミラーにより行っている。

別の特許文献１、２で開示するように、従来例２の無散瞳眼底カメラは３板式のＣＣＤカメラを用い、近赤外光での眼底観察時は３板のうち１つに近赤外光に感度を持たせている。近赤外光に感度を有するＣＣＤカメラからのみの出力により眼底像の動画撮影を行い、可視光での静止画撮影は３板式のＣＣＤのＲＧＢ出力によりカラー静止画を撮影する。

特開平７−７９９２６号公報 特開２００２−３６９８０２号公報

上述の従来例１のような眼底カメラでは、専用のモノクロカメラやクイックリターンミラー等が必要となり、複雑で高価な装置になってしまう。また、従来例２のような眼底カメラでは専用のモノクロカメラは必要ないが、３板式のＣＣＤカメラには三色分解用のプリズムが必要になり、非常に高価なため装置も高価になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、カラー静止画撮影用の撮像手段によって近赤外光モノクロ動画撮影を行うことにより、低コストとなる眼底カメラを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る眼底カメラは、近赤外光で観察するために被検眼の眼底に近赤外光を照射する近赤外光生成手段と、可視光で撮影するために眼底に可視光領域の光を照射する可視光生成手段とを有し、眼底からの反射光を受光し、眼底像を結像する観察撮影光学系と、該観察撮影光学系で結像された眼底像を撮像し単板の撮像素子を有する撮像手段と、前記撮像素子の画素にモザイク状に配された三色分解用のカラーフィルタと、、該カラーフィルタの隣接した画素の受光データからカラー画像データの仮想画素値を算出し、カラー静止画の画像データを生成する演算手段とを有する眼底カメラにおいて、前記カラーフィルタのうち少なくとも１つのカラーフィルタは近赤外光を透過し、前記演算手段は、近赤外光による観察の場合に、近赤外光に感度を有する前記カラーフィルタの隣接した画素の受光データから仮想画素値を算出して、近赤外光によるモノクロ動画の画像データを生成することを特徴とする。

本発明に係る眼底カメラによれば、カラー静止画撮影用の撮像手段を用いて、近赤外光モノクロ動画撮影も行うことで低コストとなる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は実施例１における眼底カメラの構成図である。近赤外光生成手段である観察用光源１から対物レンズ２に至る光路Ｏ１上には、リング状の開口を有する絞り３、ダイクロイックミラー４が配置されている。ダイクロイックミラー４の入射方向には、リング状開口を有する絞り５、可視光生成手段である撮影用光源６が配置されている。ダイクロイックミラー４の出射方向には、リレーレンズ７、ミラー８、リレーレンズ９、孔あきミラー１０が順次に配列され、眼底照明光学系が構成されている。

ミラー８への入射方向の光路Ｏ２上には、２穴絞り１１、レンズ１２、合焦用指標１３、合焦用指標光源１４が配置され、合焦用指標投影光学系が構成されている。

孔あきミラー１０の透過方向の光路Ｏ３上には、合焦レンズ１５、撮影レンズ１６、撮像手段１７が配列され、観察撮影光学系が構成されている。撮像手段１７内には、三色分解カラーフィルタ１８、単板の撮像素子１９が設けられている。また、孔あきミラー１０の孔部には、光ファイバ２０を通じて位置合わせ用指標光源２１が接続されている。

合焦用指標投影光学系は合焦レンズ１５と連動してＡ方向に動き、被検眼Ｅの眼底Ｅｒに合焦用指標１３を投影し、静止画撮影時にはＢ方向に動いて照明光学系上から退避されるようになっている。

撮像手段１７の出力は画像信号処理部３１を経て、演算制御部３２と、ＶＧＡの解像度の画像を表示可能な表示器３３とに接続されている。演算制御部３２の出力は、観察用光源駆動回路３４を介して観察用光源１に、撮影用光源駆動回路３５を介して撮影用光源６に接続されている。また、合焦用指標光源駆動回路３６を介して合焦用指標光源１４に、位置合わせ用指標光源駆動回路３７を介して位置合わせ用指標光源２１に接続されている。更に、演算制御部３２には入力部３８、記録部３９が接続されている。

眼底観察時には、演算制御部３２は観察用光源駆動回路３４を駆動し、観察用光源１を点灯、調光する。観察用光源１を出射した光束は、絞り３、ダイクロイックミラー４を通過する。ここで、観察用光源１は８５０ｎｍに中心波長を持つ近赤外ＬＥＤで構成されており、ダイクロイックミラー４は赤外光を透過し可視光を反射するので、観察用光源１を出射した光束はダイクロイックミラー４を通過する。ダイクロイックミラー４を通過した光束は、リレーレンズ７、ミラー８、リレーレンズ９を通り、孔あきミラー１０の周辺で反射し、対物レンズ２、被検眼Ｅの角膜Ｅｃ、瞳Ｅｐを通り眼底Ｅｒを照明する。

演算制御部３２は合焦用指標光源駆動回路３６を駆動し、合焦用指標光源１４を点灯する。合焦用指標光源１４は８５０ｎｍに中心波長を持つ近赤外ＬＥＤで構成されている。合焦用指標光源１４からの光束は合焦用指標１３を照明し、合焦用指標１３の像はレンズ１２を通過しミラー８で反射して観察用光源１からの光束に重畳して被検眼Ｅの眼底Ｅｒに投影される。

照明された眼底像及び指標像は、被検眼Ｅの瞳Ｅｐ、角膜Ｅｃ、対物レンズ２、孔あきミラー１０の孔部を通り、合焦レンズ１５、撮影レンズ１６を通過し、撮像手段１７内の三色分解カラーフィルタ１８を経て、撮像素子１９に結像される。

同時に、演算制御部３２は位置合わせ用指標光源駆動回路３７を駆動し、位置合わせ用指標光源２１を点灯する。位置合わせ用指標光源２１は８５０ｎｍに中心波長を持つ近赤外ＬＥＤにより構成されている。位置合わせ用指標光源２１からの光束は、光ファイバ２０、対物レンズ２を経て被検眼Ｅの角膜Ｅｃを照射し、その反射光は観察用光源１及び合焦用指標光源１４の眼底Ｅｒからの反射光と重畳して、撮像素子１９に結像される。

撮像素子１９では、結像した眼底像、合焦用指標像、位置合わせ用指標像に対して光電変換が行われ、画像信号処理部３１によって撮像素子１９からのデータの読み出して増幅を行い、動画であるデジタル画像データが生成され、表示器３３に表示される。

図２はその様子を示し、観察用光源１、合焦用指標光源１４、位置合わせ用指標光源２１の中心波長は近赤外光領域であり、無散瞳モードで動作している。（ａ）は位置及びピントがずれている状態であり、操作者はこの画像中のピント合わせ用指標、位置合わせ指標を見ながら、近赤外光により被検眼Ｅの眼底像の位置合わせ及びピント合わせを行う。

ここで、位置合わせ、ピント合わせの完了とは、図２（ｂ）に示すように、ピント合わせ指標像の左右のバーが一直線になり、位置合わせ用指標像が位置合わせ用指標サークル内にある状態である。

撮像手段１７内の撮像素子１９の前には、図３に示すように、撮像素子１９の各画素に一致するようにモザイク状にそれぞれ配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色分解カラーフィルタ１８が配置されている。カラーフィルタ１８と撮像素子１９を組み合わせた撮像手段１７の分光感度特性は、図４に示すようになっている。

画像信号処理部２３は撮像素子１９からの各画素のデータを読み出し、増幅を行い、眼底カメラのモードに応じて仮想画素値の算出を行い、カラー静止画、近赤外光モノクロ動画の画像データを生成する。

ここで、画像生成時の各仮想画素値の演算について説明すると、カラー静止画撮影の場合には、図３に示す仮想画素値Ｐ００の演算がカラーディザ法によりなされる。

仮想画素Ｐ００のＲＧＢ各色の値は、仮想画素Ｐ００周辺の実線で囲まれた画素のうち、Ｒ００、Ｒ０２、Ｂ１１、Ｇ１２、Ｂ１３、Ｒ２０、Ｇ２１、Ｒ２２、Ｂ３１、Ｂ３３の画素の受光データを用いている。仮想画素Ｐ００のＲＧＢの値を、それぞれＰ００ｒ、Ｐ００ｇ、Ｐ００ｂとすると、次式のように演算される。
Ｐ００ｇ＝（Ｇ１２＋Ｇ２１）／２
Ｐ００ｒ＝（９・Ｒ２２＋３・Ｒ０２＋３・Ｒ２０＋Ｒ００）／１６
Ｐ００ｂ＝（９・Ｂ１１＋３・Ｂ１３＋３・Ｂ３１＋Ｂ３３）／１６

また、右隣の仮想画素Ｐ０１の場合は点線で囲まれた画素のうち、Ｒ０２、Ｒ０４、Ｂ１１、Ｇ１２、Ｂ１３、Ｒ２２、Ｇ２３、Ｒ２４、Ｂ３１、Ｂ３３の画素の受光データから、次式のように演算される。
Ｐ０１ｇ＝（Ｇ１２＋Ｇ２３）／２
Ｐ０１ｒ＝（９・Ｒ２２＋３・Ｒ０２＋３・Ｒ２４＋Ｒ０４）／１６
Ｐ０１ｂ＝（９・Ｂ１３＋３・Ｂ１１＋３・Ｂ３３＋Ｂ３１）／１６

以下同様にして、各仮想画素Ｐにおける隣接した４・４画素の範囲の受光データにより仮想画素値を演算し、１枚のカラー画像のデータを生成する。

撮像素子１９が約５００万画素の場合に、動画に必要な解像度をＶＧＡ（横６４０・縦４８０）とすると、必要な画素は約３０万画素となり、カラー静止画に対して近赤外光モノクロ動画は１／１６の画素数で済むことになる。

このときの仮想画素の配置は、図５に示すように静止画の仮想画素に対して縦横共、４画素におきに配置すると、静止画に対して１／１６の画素数にすることができる。

撮像手段１７の分光感度特性が図４の場合に、観察用光源１の近赤外光に感度を持つ画素はＲフィルタを設けた画素のみである。このとき、仮想画素の値をＰ００ｉｒとし、隣接した画素の位置関係により重み付けを行い、次式のように算出する。なお、各画素の受光データに対する重み付け計算は、他の変更可能な係数を用いて行ってもよい。
Ｐ００ｉｒ＝（９・Ｒ２２＋３・Ｒ０２＋３・Ｒ２０＋Ｒ００）／１６
Ｐ０１ｉｒ＝（９・Ｒ２６＋３・Ｒ０６＋３・Ｒ２４＋Ｒ０４）／１６

このデータをＲＧＢ共に、同じデータを出力してモノクロ画像の出力を行う。近赤外光の感度が足りない場合には、次式のように単純に加算してもよい。
Ｐ００ｉｒ＝Ｒ００＋Ｒ０２＋Ｒ２０＋Ｒ２２
Ｐ０１ｉｒ＝Ｒ０４＋Ｒ０６＋Ｒ２４＋Ｒ２６

また、図３に示すカラーフィルタ１８において、Ｂフィルタを近赤外光が透過するフィルタとし、その数をＲ、Ｇフィルタの数よりも多くすると、撮像手段１７の分光感度特性は図６に示すようになる。観察用光源１の近赤外光に感度を持つ画素は、Ｂフィルタがある画素のみである、このとき、近赤外光の仮想画素の値をＰ００ｉｒとし、同様の重み付けで計算を行うと、次式となる。
Ｐ００ｉｒ＝（９・Ｂ１１＋３・Ｂ１３＋３・Ｂ３１＋Ｂ３３）／１６
Ｐ０１ｉｒ＝（９・Ｂ１３＋３・Ｂ１１＋３・Ｂ３３＋Ｂ３１）／１６

このデータをＲＧＢ共に、同じデータを出力して、モノクロ画像の出力を行うが、近赤外光の感度が足りない場合は単純に、次式のように加算してもよい。
Ｐ００ｉｒ＝Ｂ１１＋Ｂ１３＋Ｂ３１＋Ｂ３３
Ｐ０１ｉｒ＝Ｂ１３＋Ｂ１１＋Ｂ３３＋Ｂ３１

また、カラーフィルタ１８において、Ｒ、Ｂ、Ｇフィルタの数の割合いを変えて、撮像手段１７の分光感度特性が図７に示すように、ＲＧＢ各画素が観察用光源１の近赤外光に感度を持つ場合には、例えば次式のように演算される。
Ｐ００ｉｒ＝Ｒ００＋Ｇ０１＋Ｒ０２＋Ｇ０３＋Ｇ１０＋Ｂ１１＋Ｇ１２＋Ｂ１３＋Ｒ２０＋Ｇ２１＋Ｒ２２＋Ｇ２３＋Ｇ３０＋Ｂ３１＋Ｇ３２＋Ｂ３３
Ｐ０１ｉｒ＝Ｒ０４＋Ｇ０５＋Ｒ０６＋Ｇ０７＋Ｇ１４＋Ｂ１５＋Ｇ１６＋Ｂ１７＋Ｒ２４＋Ｇ２５＋Ｒ２６＋Ｇ２７＋Ｇ３４＋Ｂ３５＋Ｇ３６＋Ｂ３７

このようにして、本実施例においては、眼底撮影時はカラー静止画を生成し、眼底観察時はカラー静止画よりも解像度が低い近赤外光モノクロ動画の画像データを生成され、眼底をモノクロ画像で観察できる。

眼底撮影時には、操作者は表示器３３の画像が図２（ｂ）に示すように位置合わせ、ピントが合ったところで、入力部３８に構成される撮影スイッチを押すと、演算制御部３２はこれを検知し、撮影用光源駆動回路３５を駆動して撮影用光源６を発光させる。また、画像信号処理部３１は演算制御部３２によりカラー静止画撮影モードに変更される。

同時に、演算制御部３２は位置合わせ用指標光源駆動回路３７を駆動して、位置合わせ用指標光源２１を消灯し、合焦用指標投影光学系をＢ方向に駆動し光路Ｏ１の外部に退避させる。

撮影用光源６を出射した可視光領域の光束は、絞り２を通過し、可視光を反射するダイクロイックミラー４で反射し、観察用光源１の光束と同じ経路で被検眼Ｅの眼底Ｅｒを照明し、その反射光の眼底像を三色分解カラーフィルタ１８を介して撮像素子１９に結像する。

撮像素子１９では光電変換が行われ、画像信号処理部２３によって読み出され、前述した計算によりカラー静止画用の各仮想画素値を算出し、カラー静止画であるカラー画像データの生成を行い、演算制御部３２を経由して記録部３９に記録する。また、静止画のデジタル眼底画像データ解像度を低下して表示器３３に表示させることもできる。

実施例の眼底カメラの構成図である。 位置合わせ、ピント合わせの説明図である。 三色分解用カラーフィルタとカラー静止画撮影時の仮想画素の配置図である。 Ｒフィルタを有する画素のみ近赤外光に感度がある場合の撮像手段の分光感度特性図である。 三色分解用カラーフィルタと近赤外光モノクロ動画撮影時の仮想画素の配置図である。 Ｂフィルタを有する画素のみ近赤外光に感度がある場合の撮像手段の分光感度特性図である。 Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタを有する画素に近赤外光に感度がある場合の撮像手段の分光感度特性図である。

符号の説明

１ 観察用光源
２ 対物レンズ
３ 絞り
４ ダイクロイックミラー
５ 絞り
６ 撮影用光源
１０ 孔あきミラー
１１ ２穴絞り
１３ 合焦用指標
１４ 合焦用指標光源
１５ 合焦レンズ
１６ 撮影レンズ
１７ 撮像手段
１８ 三色分解カラーフィルタ
１９ 撮像素子
２０ 光ファイバ
２１ 位置合わせ用指標光源
３１ 画像信号処理部
３２ 演算制御部
３３ 表示器
３８ 入力部
３９ 記録部

Claims (4)

1. 近赤外光で観察するために被検眼の眼底に近赤外光を照射する近赤外光生成手段と、可視光で撮影するために眼底に可視光領域の光を照射する可視光生成手段とを有し、眼底からの反射光を受光し、眼底像を結像する観察撮影光学系と、該観察撮影光学系で結像された眼底像を撮像し単板の撮像素子を有する撮像手段と、前記撮像素子の画素にモザイク状に配された三色分解用のカラーフィルタと、、該カラーフィルタの隣接した画素の受光データからカラー画像データの仮想画素値を算出し、カラー静止画の画像データを生成する演算手段とを有する眼底カメラにおいて、前記カラーフィルタのうち少なくとも１つのカラーフィルタは近赤外光を透過し、前記演算手段は、近赤外光による観察の場合に、近赤外光に感度を有する前記カラーフィルタの隣接した画素の受光データから仮想画素値を算出して、近赤外光によるモノクロ動画の画像データを生成することを特徴とする眼底カメラ。
2. 前記近赤外光によるモノクロ動画の画像データの生成時の仮想画素値の算出は、近赤外光に感度を有する隣接した画素の加算により算出することを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
3. 前記近赤外光モノクロ動画の画像データの生成時の仮想画素値の算出は、近赤外光に感度を有する隣接した画素の位置関係により重み付けを行って算出することを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
4. 前記重み付けの係数は変更可能であることを特徴とする請求項３に記載の眼底カメラ。