JP2011036273A

JP2011036273A - 眼底カメラ

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Publication number: JP2011036273A
Application number: JP2009183339A
Authority: JP
Inventors: Koji Uchida; 浩治内田; Satoshi Aikawa; 聡相川; Yasuhiro Dobashi; 康浩土橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: JP5534739B2; US8226234B2; US8721079B2; US20110032481A1; US20120327366A1

Abstract

【課題】作動距離指標投影手段の発光面を光軸方向に周期的に微動移動させて輝点像のぼけた大きさを検知して、眼底カメラの光学部を移動方向を求める。
【解決手段】撮像手段で受光された輝点像Ａが抽出されると、ステップＳ１で角膜に向けて作動距離指標の発光面Ｐを撮像光学系の光軸方向に微小往復移動を行う。ステップＳ２では往復運動の中心、前後最大位置で輝点抽出を行う。ステップＳ３〜Ｓ５では輝点像Ａの各位置における大きさが判断され、発光面Ｐの位置と輝点像Ａの大小の関係から光学部を前進又は後進又は停止するかを決定する。ステップＳ５で適正位置に至ったと判断されると撮影待機状態となり、ステップＳ８で撮影スイッチを押すことにより撮影がなされる。
【選択図】図９

Description

本発明は、作動距離指標を観察しながらアライメントする眼底カメラに関するものである。

従来の眼底カメラにおいて、眼底像は被検眼瞳内の周辺から光束を投影し、眼底反射光束は瞳中心から撮影光を取り出すため撮影光束径が小さく、少しでもずれると、瞳に光束が蹴られ撮像面にフレアが入り易くなる。正しく位置合わせを行うためには、固視を安定させ、被検眼光軸と眼底カメラ光学系の光軸を一致させ、適正なアライメントに合わせる必要がある。

特許文献１には、被検眼の角膜にアライメント指標を投影し、その反射像であるアライメント像のピント状態で適正なアライメント位置にあるか否かを判断する眼底カメラが提案されている。また、特許文献２には、アライメント指標を被検眼の角膜に投影し、アライメント像の分離、合致を基に適正なアライメント位置にあるか否かを判断する眼底カメラが提案されている。

また、特許文献２、３には、作動距離指標を投影するライトガイドを移動させることが知られている。眼底周辺部を撮影する場合に眼底中心部を撮影する場合よりも適正作動距離が長くなるようにライトガイドを移動させているが、作動距離検出を行うためではない。

特開昭６２−３４５３０号公報特開平７−３１５９０号公報特開２０００−２８７９３４号公報

上述した従来例の眼底カメラにおいては、１種類の単一波長のＬＥＤ光源をアライメント指標の光源として使用しているため、適正なアライメント位置にあるか否かを判定できる。しかし、適正なアライメント位置に対して、眼底カメラが被検眼に対して近い位置にあるのか、遠い位置にあるのかを判定することはできない。

従って、眼底カメラを適正なアライメント位置に動作させるには、被検眼に対して近付ける方向、遠去ける方向の何れかに眼底カメラを一旦移動し、そのぼけ具合、分離具合が大きくなるか否かで適正アライメント位置に近付ける方向を判断している。たまたま、方向が一致していれば良いが、逆の方向に移動させた場合には、無駄な動作を行ってしまうという問題がある。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、アライメントが容易な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、被検眼の瞳上でリング状に照明する照明光を投影する照明光学系と、前記照明光の眼底からの眼底像を対物レンズを介して撮像面に結像する撮像光学系と、前記対物レンズを介して被検眼の角膜に作動距離指標を投影する指標投影手段と、前記眼底からの反射像及び角膜からの前記作動距離指標の反射像を撮像する撮像手段とを有する眼底カメラにおいて、前記作動距離指標を前記撮像光学系の光軸方向に移動する駆動手段と、該駆動手段による前記指標投影手段の発光面の移動に応じて角膜に投影された指標形状を認識する指標形状認識手段と、前記駆動手段の駆動情報と前記指標形状認識手段の出力に基づいて、前記照明光学系と前記撮像光学系の被検眼に対する適正作動距離を検出する検出手段とを有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、作動距離指標により移動すべき方向の検出が可能であり、この検出に基づいてアライメントを行うことができ、効率の良い撮影が可能となる。

眼底カメラの光学的構成図である。スプリット投影ユニットの正面図、側面図である。作動距離指標投影ユニットの側面図、正面図である。実施例１のブロック回路構成図である。モニタに映出された画像の説明図である。作動距離検出光学系の光路図である。発光面と撮像面の位置と輝点像の大きさの関係図である。作動距離と輝点像の大きさの関係のグラフ図である。輝点検出の制御フローチャート図である。アライメント駆動機構を有する眼底カメラの斜視図である。実施例２のブロック回路構成図である。

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光学的構成図である。観察用光源であるハロゲンランプ１から被検眼Ｅの前方の対物レンズ２に至る照明光学系が設けられている。ハロゲンランプ１の前方には、光路に挿脱可能な可視カットフィルタ３、撮影用光源であるストロボ管４、レンズ５、折り返しミラー６が配列されている。折り返しミラー６の反射方向には、第１のリレーレンズ７、ピント合わせのためのスプリット投影ユニット８、第２のリレーレンズ９、孔あきミラー１０が順次に配列されている。また、ハロゲンランプ１の後方には、半球状の反射鏡１１が設けられている。

孔あきミラー１０の孔部には撮影絞り１２が設けられている。その後方の撮像光学系には、被検眼Ｅに対する作動距離を検出するための作動距離指標投影ユニット１３、眼底面にピントを合わせるフォーカスレンズ１４、結像レンズ１５、一部の可視光を反射するクイックリターンミラー１６、撮像手段１７が配列されている。更に、クイックリターンミラー１６の反射方向にはマトリックス状にＬＥＤが設けられ、被検眼Ｅの視線方向を誘導する内部固視標１８が配置されている。

図２はスプリット投影ユニット８の（ａ）平面図、（ｂ）側面図を示している。スプリット投影ユニット８はスプリット指標光源２１と、赤外光の透過体２２と、この透過体２２に形成されたスプリットプリズム２３とから成り、スプリット駆動モータ２４により照明光路に挿脱できるようにされている。スプリット指標光源２１は７００ｎｍの波長の近赤外光を発するＬＥＤ光源から成り、照明光路に対し略垂直方向からスプリットプリズム２３に赤外光を投影する。

スプリットプリズム２３は光路の中心部に形成され、スプリットプリズム２３を経て照明光路にスプリット光が投影される。スプリット光は眼底Ｅｒ上でピントが合うと、２つの基線が直線状になり、ピントが合わないと基線は２つに分離されるようになっている。このスプリット投影ユニット８は観察時には照明光路に挿入され、撮影時には光路から瞬時に退避される。

図３は指標投影手段である作動距離指標投影ユニット１３の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。孔あきミラー１０の孔部内の撮影絞り１２の両側に、２本のライトガイド３１の出射端３１ａが配置され、ライトガイド３１の入射端３１ｂにはそれぞれ近赤外ＬＥＤから成る距離指標光源３２が設けられている。この作動距離指標投影ユニット１３は距離指標用駆動モータ３３による駆動手段により、撮像光学系の光軸方向に所定量だけ微動で往復移動できるようになっている。

ライトガイド３１の入射端３１ｂから入射した赤外光は内部を直進し、反射面で反射して角度を変えて直進し、出射端３１ａの発光面Ｐから射出される。発光面Ｐは対物レンズ２に関して、被検眼Ｅの角膜Ｅｃと水晶体の間に虚像Ｐ’を生成する共役関係になっている。

図４は電気回路部のブロック回路構成図であり、撮像手段１７の出力は画像信号処理回路４１を介して、演算処理回路４２及びモニタ４３に接続されている。演算処理回路４２の出力は作動距離指標投影ユニット１３の距離指標光源３２、距離指標用駆動モータ３３、眼底カメラを撮像光学系の光軸方向に駆動するＺ軸駆動モータ４４に接続されている。

被検眼Ｅに対するアライメント時に、ハロゲンランプ１から出射した光束は、可視カットフィルタ３で赤外光とされ、ストロボ管４、レンズ５を経て折り返しミラー６に至る。折り返しミラー６で反射された赤外光、第１のリレーレンズ７、スプリット投影ユニット８、第２のリレーレンズ９を経て孔あきミラー１０に入射する。そして、孔あきミラー１０で反射された光束は、対物レンズ２を介して被検眼Ｅの瞳上でリング光を形成し、赤外光として被検眼Ｅの眼底Ｅｒを照明する。眼底Ｅｒで反射された反射光は、瞳上ではリング光の中心を通り、対物レンズ２を介して孔あきミラー１０内を通過し、撮影絞り１２、フォーカスレンズ１４、結像レンズ１５、撮像手段１７に結像し、図５に示すモニタ４３に眼底像Ｅｆとして表示される。

また、スプリット投影ユニット８において、スプリット指標光源２１から発せられた赤外光は、照明光路上に配置されたスプリットプリズム２３により照明光路の方向に屈折され、孔あきミラー１０、対物レンズ２を経て眼底Ｅｒに投影される。眼底Ｅｒに投影されたスプリット像Ｓは撮像光学系を介して撮像手段１７により撮像され、モニタ４３において眼底像Ｅｆの中心で基線が映出され、フォーカスレンズ１４の移動に合わせて基線が２本に分離される。基線が１本になると眼底像はピントが合い、２本の基線の分離方向で、前方にピントずれか、後方にピントずれかが判断できるようになっている。

作動距離指標投影ユニット１３において、２つの発光面Ｐから作動距離指標が被検眼Ｅに投影され、角膜Ｅｃの表面で２つの輝点像Ａによる角膜反射像が生成され、この輝点像Ａは撮像手段１７に結像しモニタ４３に表示される。適正アライメント状態では輝点像Ａは眼底像Ｅｆの中心水平方向の所定距離だけ離れた位置に映出される。

図６は作動距離検出光学系の光路図である。各ライトガイド３１の発光面Ｐから出射した赤外光は、対物レンズ２を介して被検眼Ｅの角膜Ｅｃで屈折され虚像Ｐ’を形成する。この虚像Ｐ’は対物レンズ２を介し、一次結像面Ｌｏと共役な位置関係になるようにされている。また、眼底Ｅｒも対物レンズ２に関して一次結像面Ｌｏと共役な位置関係とされ、更に一次結像面Ｌｏはフォーカスレンズ１４と結像レンズ１５に関して撮像手段１７と共役関係とされている。

このような光学的構成において、ライトガイド３１の発光面Ｐから発せられた光束は角膜Ｅｃで反射されて輝点像Ａとなり、孔あきミラー１０内の撮影絞り１２内を通り、フォーカスレンズ１４、結像レンズ１５を介して撮像手段１７に結像する。照明光学系からの光束は眼底Ｅｒで反射像となり撮影絞り１２内を通り、フォーカスレンズ１４、結像レンズ１５を介して撮像手段１７の撮像面Ｌｃに投影される。従って、撮像面Ｌｃに結像された画像は、眼底像Ｅｆの中にスプリット像Ｓと作動距離指標の２つの輝点像Ａが合わされた画像となる。

距離指標用駆動モータ３３に対して、演算処理回路４２からモータドライバを介して所定周期の移動量が駆動指令として出力され、距離指標用駆動モータ３３はライトガイド３１の発光面Ｐを光軸方向に微小に往復移動を行う。撮像手段１７で得られた輝点像Ａは、画像信号処理回路４１で抽出が行われる。作動距離指標投影ユニット１３の距離指標光源３２は演算処理回路４２の制御により点滅する。画像信号処理回路４１で点灯時と消灯時の画像の差分を求めて輝点像Ａの抽出を行い、得られた輝点像Ａの指標形状つまり大きさを算出し指標形状認識を行う。この場合に、発光面Ｐは自動的に光軸方向に所定量だけ微動で往復移動している。

図７は発光面Ｐと撮像面Ｌｃの位置と輝点像Ａの大きさの関係図である。図７（ａ）は眼底カメラの光学系を内蔵した光学部と被検眼Ｅの位置関係が、適正距離（ＷＤ＝Ｄ０）であるときの微動往復移動による発光面Ｐの位置ずれΔｔに対する輝点像Ａの形状つまり大きさの関係を示している。

発光面Ｐが光軸方向に移動すると、撮像面Ｌｃに映る輝点像Ａの大きさとぼけが変化する。適正な作動距離Ｄ０の状態では、位置ずれΔｔが生ずると輝点像Ａは大きくなりぼけてくる（ｄ０＜ｄ０’＝ｄ０”）。

図７（ｂ）は光学部と被検眼Ｅの位置関係が適正距離よりも近付くとき、つまり作動距離が短いＷＤ＝Ｄ１＜Ｄ０ときの発光面Ｐの位置ずれΔｔに対する輝点像Ａの大きさの関係を示している。

この場合に、発光面Ｐが光軸方向の被検眼Ｅ側に移動すると、撮像面Ｌｃよりも更に離れた位置に輝点像Ａは結像するため、輝点像Ａは更に大きくぼける。また、発光面Ｐが光軸方向の撮像面Ｌｃ側に移動すると、撮像面Ｌｃに近付くため輝点像Ａはより小さく鮮明に映る（ｄ１’＜ｄ１＜ｄ１”）。

図７（ｃ）は光学部と被検眼Ｅの位置関係が適正距離よりも離れるとき、つまり作動距離が長いＷＤ＝Ｄ２＞Ｄ０ときの発光面Ｐの位置ずれΔｔに対する輝点像Ａの大きさの関係を示している。

この場合には、発光面Ｐが光軸方向の被検眼Ｅ側に移動すると、撮像面Ｌｃに近付く位置に輝点像Ａは結像するため、輝点像Ａは更に小さく鮮明に映る。また、発光面Ｐが光軸方向の撮像面Ｌｃ側に移動すると、撮像面Ｌｃから離れるため輝点像Ａは更に大きくぼける（ｄ２”＜ｄ２＜ｄ２’）。

このように、眼底カメラの光学部と被検眼Ｅの位置関係が変化するなかで、ライトガイド３１の発光面Ｐの位置を距離指標用駆動モータ３３により微小に往復移動させる。駆動モータ３３の移動方向等の輝点像Ａの大きさの関係から、適正作動距離Ｄ０から離れているか、近付いているかを判断することができる。

検出された結果はモニタ４３に表示され、検者が方向を認識して光学部を前後に位置合わせすることも可能であるが、輝点像Ａの検出結果に基づいて適正作動距離に自動的に位置合わせする方が操作性は良い。図４のブロック回路構成図において、演算処理回路４２で検出された方向と後述する移動量の検出方法に基づいて、眼底カメラをＺ軸駆動モータ４４を介して作動距離方向に駆動させるようになっている。

図８は横軸に光学部の適正な作動距離ＷＤ＝Ｄ０に対するずれΔｔ、縦軸に輝点像Ａの大きさｄの関係のグラフ図である。作動距離ＷＤが適正距離Ｄ０よりも大きいＤ２の作動距離において、微小に発光面Ｐを往復周期で移動させると、輝点像Ａは上述したように大きさが変化するため、ｄ２”＜ｄ２＜ｄ２’の関係となる。

このｄ２’−ｄ２”＞０で、かつｄ２’／ｄ２”の比に比例した規定量だけ適正作動距離Ｄ０に近付ける制御を行う。作動距離ＷＤがＤ２よりも更に大きいＤ３の場合も同様に、適正作動距離Ｄ０に近付ける制御を行えばよい。

もし、作動距離ＷＤが適正距離Ｄ０よりも小さいＤ１の作動距離になった場合はｄ１’−ｄ１”＜０になるので、逆方向でｄ１”／ｄ１’の比に比例した規定量だけ適正作動距離Ｄ０に近付けるように制御する。このようにして適正作動距離Ｄ０に追い込むことが可能となる。従って、発光面Ｐの移動と輝点像Ａの認識判断により、作動距離ＷＤを検出することができる。

図９は投影指標である輝点像Ａの認識と作動距離の駆動情報を関連付けたフローチャート図である。撮像手段１７で受光された輝点像Ａは、画像信号処理回路４１で抽出される。輝点像Ａが抽出されると、ステップＳ１で発光面Ｐの所定の微小往復移動を行う。ステップＳ２では往復運動の中心、前後最大位置で輝点抽出を行う。ステップＳ３〜Ｓ５では輝点像Ａの大きさにより、図７、図８に基づいて光学部がどのような状態にあるか判断される。

つまり、ステップＳ３でｄｎ’＜ｄｎ＜ｄｎ”がＹｅｓの場合には、ステップＳ６で光学部を被検眼Ｅから後方に移動させ、ステップＳ５に移行する。ステップＳ４でｄｎ”＜ｄｎ＜ｄｎ’がＹｅｓの場合はステップＳ７で眼底カメラを被検眼Ｅに近付くように前方に移動し、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５でｄｎ＜ｄｎ’＝ｄｎ”の場合は、適正作動距離Ｄ０と判断され撮影待機状態となり、ステップＳ８で撮影スイッチを押すことにより撮影がなされ、終了する。ステップＳ５でＮｏの場合はステップＳ１に戻り、再度フローを繰り返す。

眼底撮影時には、スプリット投影ユニット８は光路から退避する。光学部と被検眼Ｅのアライメント及びフォーカスが適正に合わされると、撮影スイッチを押すことで撮影がなされる。撮影時にはストロボ管４から発せられた白色光による光束が、折り返しミラー６、第１、第２のリレーレンズ７、９を介し、孔あきミラー１０で反射されたリング状のストロボ光を被検眼Ｅの瞳を通して眼底Ｅｒを照明する。眼底Ｅｒからの反射光は孔あきミラー１０の撮影絞り１２を通り、フォーカスレンズ１４、結像レンズ１５を介し、光路外に跳ね上げたクイックリターンミラー１６の後方の撮像手段１７に達し、眼底像Ｅｆを撮影することができる。

少なくとも作動距離方向のみ駆動できるアライメント駆動部であれば、上述した適正作動距離を検出し、その結果をアライメント駆動系にフィードバックすることで、適正作動距離に自動的に位置合わせすることが可能である。

また、被検眼Ｅと光学部の位置関係が上下、左右方向に位置ずれた場合には、輝点像Ａが撮像手段１７の撮像面上で上下、左右方向にずれることが認識できる。この検出を行うことで作動距離方向だけでなく、三次元方向の位置ずれが認識でき、ずれ量に応じてアライメント駆動部を適正位置に合わせるフィードバック制御を行い、オートアライメントが実施される。

図１０は実施例２の上述のアライメント駆動機構を有する眼底カメラの斜視図を示し、装置の本体部５１と被検者の顔固定部５２とから構成されている。本体部５１は光学系を内蔵した光学部５３と、光学部５３を三次元Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動する３つの光学部駆動手段とから成っている。基台となる固定部５４上にはＸ軸方向に溝が形成され、この溝に可動部５５が挿嵌され、固定部５４に固設された駆動モータ５６の雄ねじ棒５７に可動部５５に穿孔された雌ねじ部が噛合されている。

同様に、可動部５５上にはＺ軸方向に溝が形成され、この溝に可動部５８が挿嵌され、可動部５８は可動部５５上に固設された駆動モータ５９と、そのねじ棒６０を介して噛合されている。更に、可動部５８はＹ軸方向に溝が形成されて光学部５３が挿嵌され、光学部５３は可動部５８上の駆動モータ６１と図示しないねじ棒を介して噛合されている。

これらの駆動モータ５６、５９、６１は後述する演算制御回路に電気的に接続され、光学部５３を三次元方向の所定位置に移動する制御ができるようになっている。なお、駆動モータ５６、５９、６１はパルスモータ、ＤＣモータなどが選択できるが、ＤＣモータのように回転を定量的に制御できない場合には、光学部駆動手段の移動距離や駆動モータの回転量を検知して位置検出を行う検出素子を装置内に設けることが好ましい。

図１１はオートアライメントのためにモータ制御を行うためのブロック回路構成図である。演算制御回路７１の出力は、それぞれのドライバ回路を介して駆動モータ５６、５９、６１、フォーカスレンズ１４を駆動させる駆動モータ７２、スプリット駆動モータ２４、距離指標用駆動モータ３３、クイックリターンミラー用駆動モータ７３に接続されている。更に、演算制御回路７１の出力は、ハロゲンランプ１、ストロボ管４、距離指標光源３２、内部固視標１８に接続されている。更に、演算制御回路７１には撮像手段１７、撮影開始スイッチ７４の出力が接続されている。

オートアライメント時には、光学部５３内に配置された撮像手段１７で取得された輝点像Ａの映像信号が、演算制御回路７１に入力される。演算制御回路７１は上述した作動距離の検出の他に、撮像面の所定位置から上下左右方向の輝点像Ａのずれ量を算出し、輝点像Ａが所定位置になるように、光学部駆動手段に設けられた駆動モータ５６、５９、６１に信号を送る。駆動モータ５６、５９、６１は演算制御回路７１からの信号を基に、電動で光学部５３を上下左右方向に動かし、被検眼Ｅに対する適正な位置にアライメントを行う。

１ハロゲンランプ
２対物レンズ
４ストロボ管
８スプリット投影ユニット
１３作動距離指標投影ユニット
１７撮像手段
３１ライトガイド
３３距離指標用駆動モータ
４２演算処理回路
４３モニタ
５３光学部
５６、５９、６１駆動モータ
７１演算制御回路
Ｐ発光面
Ａ輝点像

Claims

被検眼の瞳上でリング状に照明する照明光を投影する照明光学系と、前記照明光の眼底からの眼底像を対物レンズを介して撮像面に結像する撮像光学系と、前記対物レンズを介して被検眼の角膜に作動距離指標を投影する指標投影手段と、前記眼底からの反射像及び角膜からの前記作動距離指標の反射像を撮像する撮像手段とを有する眼底カメラにおいて、前記作動距離指標を前記撮像光学系の光軸方向に移動する駆動手段と、該駆動手段による前記指標投影手段の発光面の移動に応じて角膜に投影された指標形状を認識する指標形状認識手段と、前記駆動手段の駆動情報と前記指標形状認識手段の出力に基づいて、前記照明光学系と前記撮像光学系の被検眼に対する適正作動距離を検出する検出手段とを有することを特徴とする眼底カメラ。
前記駆動手段による前記発光面の移動は微小往復移動とすることを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
前記照明光学系と前記撮像光学系を内蔵した光学部を作動距離方向に駆動する光学部駆動手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記光学部駆動手段の駆動により前記光学部を適正作動距離に制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
前記指標投影手段による前記作動距離指標の角膜反射像の上下左右の位置ずれを認識する位置検出手段により三次元の位置検出を行い、前記位置検出手段の結果に基づいて前記光学部駆動手段を駆動することを特徴とする請求項３に記載の眼底カメラ。