JP2012090958A - 角膜内皮細胞撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検者眼の内皮細胞像を確実に取得できる。
【解決手段】 照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を第１撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、前記第１撮像素子とは異なる第２撮像素子を有し、被検者眼の前眼部像を前記第２撮像素子により撮像して前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系と、前記照明光源を点灯させ、前記第１撮像素子から出力される撮像画像を複数取得する制御手段と、前記制御手段による撮像画像の取得中において、前記第２撮像素子から出力される撮像画像に基づいて被検者眼に対する前記装置本体のアライメント状態を検出するアライメント検出手段と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検者眼の角膜内皮の細胞像を撮影する角膜内皮細胞撮影装置に関する。

従来より、照明光源からの照明光を角膜に向けて斜めから照射し、その角膜からの反射光束を撮像素子により受光して非接触にて角膜内皮の細胞像を得る装置が知られている。このような装置として、例えば、角膜内皮に対する合焦状態を検出する合焦検出センサーを設け、内皮とのピント位置に装置本体を移動させた上で撮影を行う装置（特許文献１参照）や、装置本体を所定方向に移動させながら連続的に撮影を行う装置（特許文献２参照）が知られている。

ところで、内皮細胞を観察するためには、高倍率で観察しなければならないため、高いアライメント精度が要求される。そこで、従来では、角膜に投影されたアライメント指標を検出するアライメント検出センサとして、例えば、ポジションセンサー（ＰＳＤ）が用いられ、ポジションセンサから出力されるＸ方向位置情報とＹ方向位置情報をそれぞれ検出してアライメントが行われていた（図１０Ａ，Ｂ参照）。

特開平８−２０６０８０号公報 特開平７−７９９２４号公報

しかしながら、上記構成は、アライメント指標を受光したときの受光信号がＸＹで別々に取得される構成である（図１０Ａ参照）。このため、外乱光が入射されたとき、外乱光とアライメント指標の判別が困難である。例えば、瞼・睫からの反射光が入射された場合、図９Ｂに示すような受光信号が出力されるため、ＸＹのアライメント検出が困難である。また、同様に、複数の点状指標、二次元パターン像（例えば、リング像）などが受光されたときに、その指標像の特定、位置検出は困難である。さらに、撮像範囲が狭いため、眼が大きく動いたとき、被検者眼の位置を見失ってしまう可能性があり、眼の動きに追従してアライメントすることができなくなるおそれがあった。

すなわち、従来のアライメント検出センサの場合、良好な内皮細胞を得るための情報が限定されていたため、良好な細胞像を撮影できない可能性があった。

本発明は、上記問題点を鑑み、被検者眼の内皮細胞像を確実に取得できる内皮細胞撮影装置を提供することを技術課題とする。

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。

照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を第１撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
前記第１撮像素子とは異なる第２撮像素子を有し、被検者眼の前眼部像を前記第２撮像素子により撮像して前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系と、
前記照明光源を点灯させ、前記第１撮像素子から出力される撮像画像を複数取得する制御手段と、
前記制御手段による撮像画像の取得中において、前記第２撮像素子から出力される撮像画像に基づいて被検者眼に対する前記装置本体のアライメント状態を検出するアライメント検出手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被検者眼の内皮細胞像を確実に取得できる。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。

装置１００は、いわゆる据え置き型の装置であって、基台１と、基台１に取り付けられた顔支持ユニット２と、図示なき摺動機構により基台１上で移動可能に設けられた移動台３と、移動台３に対して移動可能に設けられ、後述する撮影系及び光学系を収納する撮影部（装置本体）４と、を備える。

撮影部４は、移動台３に設けられたＸＹＺ駆動部６により、被検眼Ｅに対して左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。移動台３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上をＸＺ方向に移動される。また、検者が回転ノブ５ａを回転操作することにより、撮影部４はＸＹＺ駆動部６のＹ駆動によりＹ方向に移動される。ジョイスティック５の頂部には、スタートスイッチ５ｂが設けられている。表示モニタ９５は、撮影部４の検者側に設けられている。なお、本実施形態では、図示なき摺動機構又はＸＹＺ駆動部６により撮影部４が眼Ｅに対して相対的に移動される。

図２は、撮影部４に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。図３は第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。光学系の全体構成は、照明光源１２からの照明光を角膜Ｅｃに向けて斜めから照射する照明光学系１０と、内皮細胞を含む角膜Ｅｃからの反射光を第１撮像素子４４により受光することにより内皮細胞画像を取得する撮像光学系３０と、正面から角膜Ｅｃ中心部に向けてアライメント指標を投影する正面投影光学系５０と、斜めから角膜Ｅｃに向けて無限遠のアライメント指標を投影する第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、複数の斜め方向から角膜Ｅｃ周辺部に向けて有限遠のアライメント指標をそれぞれ投影する第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ（図３参照）、眼Ｅに対して内部から固視標を投影する内部固視光学系７０と、前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系８０と、眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向におけるアライメント状態を検出するためのＺアライメント検出光学系８５と、を有する。以下に、個々の具体的構成について説明する。

照明光学系１０は、内皮撮影用の可視光を発する照明光源（例えば、可視ＬＥＤ、フラッシュランプ）１２、集光レンズ１４、スリット板１６、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー１８、投光レンズ２０、を有する。照明光源１２から発せられた光は、集光レンズ１４を介してスリット板１６を照明する。そして、スリット板１６を通過したスリット光は、ダイクロイックミラー１８を介して投光レンズ２０によって収束され、角膜に照射される。ここで、スリット板１６と角膜Ｅｃは、対物レンズ２０に関して略共役な位置に配置されている。

撮像光学系３０は、光軸Ｌ１に関して照明光学系１０と左右対称であり、対物レンズ３２、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー３４、マスク３５、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２、内皮細胞像を取得するための専用の第１の二次元撮像素子（例えば、二次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、等）４４を有する。マスク３５は、対物レンズ３２に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。第１結像レンズ３６、及び第２結像レンズ４２は、内皮像を撮像素子４４上に結像させる結像光学系を形成する。撮像素子４４は、撮像光学系３０のレンズ系に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。

照明光学系１０による角膜反射光は、光軸Ｌ３方向（斜め方向）に向かい、対物レンズ３２によって収束された後、ダイクロイックミラー３４によって反射され、マスク３５にて一旦結像され、内皮細胞像を取得する際にノイズとなる光が遮光される。そして、マスク３５を通過した光は、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２を介して二次元撮像素子４４に結像される。これにより、高倍率の角膜内皮細胞像が取得される。なお、撮像素子４４の出力は、制御部９０に接続され、取得された細胞像は、メモリ９２に記憶される。また、細胞像はモニタ９５に表示される。

正面投影光学系５０は、赤外光源５１、投光レンズ５３、ハーフミラー５５、を有し、ＸＹアライメント検出用の赤外光を観察光軸Ｌ１方向から角膜Ｅｃに投影する。光源５１から発せられた赤外光は、投光レンズ５３により平行光束に変換された後、ハーフミラー５５により反射され、角膜Ｅｃの中心部に投影され、指標ｉ１０が形成される（図４参照）。

第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１に対して所定の角度でそれぞれ傾斜して配置されている。第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、赤外光源６１ａ、６１ｂと、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂと、をそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して無限遠の指標を投影する（図２参照）。なお、第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１を通る水平方向と略同一経線上に配置されている（図３参照）。

光源６１ａ、６１ｂから出射された光は、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂによりそれぞれコリメートされた後、角膜Ｅｃに投影され、指標ｉ２０、ｉ３０が形成される（図４参照）。

第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、光軸Ｌ１に対しそれぞれ傾斜して配置されている。第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、赤外光源６６ａ〜６６ｄをそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して有限遠の指標を投影する。なお、第２投影光学系６５ａ、６５ｂは、光軸Ｌ１に対して上方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１に対して下方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ａ、６５ｂと、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１を挟んで上下対称な関係で配置されている。

ここで、光源６６ａ、６６ｂからの光は角膜Ｅｃの上部に向けて斜め上方向から照射され、光源６６ａ、６６ｂの虚像である指標ｉ４０、ｉ５０が形成される。また、光源６６ｃ、６６ｄからの光は角膜Ｅｃの下部に向けて斜め下方向から照射され、光源６６ｃ、６６ｄの虚像である指標ｉ６０、ｉ７０が形成される（図４参照）。

上記のような指標投影光学系によれば、指標ｉ１０は、眼Ｅの角膜頂点に形成される（図４参照）。また、第１投影光学系６０ａ、６０ｂによる指標ｉ２０、ｉ３０は、指標ｉ１０と同じ水平位置において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。さらに、第２投影光学系６５ａ、６５ｂによる指標ｉ４０、ｉ５０は、指標ｉ１０より上方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。第２投影光学系６５ｃ、６５ｄによる指標ｉ６０、ｉ７０は、指標ｉ１０より下方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。

内部固視光学系７０は、可視光源（固視灯）７１、投光レンズ７３、可視反射・赤外透過のダイクロイックミラー７４、を有し、眼Ｅを正面方向に固視させるための光を眼Ｅに投影する。光源７１から発せられた可視光は、投光レンズ７３により平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー７５により反射され、眼Ｅの眼底に投影される。また、図示無き外部固視光学系が前述の第１投影光学系及び第２投影光学系の近傍に配置される。

図２に戻る。前眼部観察光学系８０は、対物レンズ８２、前眼部正面像を取得するための二次元撮像素子８４、を有し、第１の撮像素子４４とは異なる第２の撮像素子８４を有し、前眼部像及びアライメント指標を第２撮像素子８４により撮像する。二次元撮像素子８４としては、例えば、２次元ＣＣＤイメージセンサ（Charge coupled device image sensor）、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられる。

図示なき前眼部照明光源により照明された前眼部は、ダイクロイックミラー７５、ハーフミラー５５、対物レンズ８２を介して二次元撮像素子８４に撮像される。また、同様に、正面投影光学系５０、第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ、による角膜反射像は二次元撮像素子８４に受光される。

撮像素子８４の出力は制御部９０に接続され、図４に示すように、モニタ９５には、撮像素子８４によって撮像された前眼部像が表示される。なお、モニタ９５上に電子的に表示されるレチクルＬＴは、ＸＹアライメントの基準を示している。なお、観察光学系８０は、眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態（アライメントのずれ方向／偏位量）を検出するための検出光学系を兼用する。

Ｚアライメント検出光学系８５は、角膜Ｅｃに向けて斜め方向から検出用光束を投光する投光光学系８５ａと、投光光学系８５ａによる角膜反射光束を受光する受光光学系８５ｂと、を有する。そして、投光光学系８５ａの光軸Ｌ２と受光光学系８５ｂの光軸Ｌ３は、観察光軸Ｌ１に関して左右対称な位置に配置される。

投光光学系８５ａは、例えば、赤外光を発する照明光源８６、集光レンズ８７、ピンホール板８８、レンズ２０からなる。ここで、ピンホール板８８と角膜Ｅｃは、レンズ２０に関して略共役な位置に配置される。受光光学系８５ｂは、例えば、レンズ３２、一次元受光素子（ラインセンサ）８９からなる。ここで、一次元受光素子８９と角膜Ｅｃは、レンズ３２に関して略共役な位置に配置される。

光源８６から出射された赤外光は、集光レンズ８７を介してピンホール板８８を照明する。そして、ピンホール板８８の開口を通過した光は、レンズ２０を介して角膜Ｅｃに投光される。そして、その角膜反射光は、レンズ３２、ダイクロイックミラー３４を介して受光素子８９にて受光される。

受光素子８９の出力は制御部９０に接続され、眼Ｅに対するＺアライメント検出に利用される。ここで、受光素子８９上に受光されるアライメント光束は、Ｚ方向における撮影部４と眼Ｅとの位置関係によって受光位置が変化される。例えば、制御部９０は、受光素子８９からの検出信号において角膜反射光の位置を検出し、Ｚ方向のアライメント状態を検出する。なお、受光素子８９を用いたアライメント検出は、眼Ｅに対する精密なアライメントのために利用される。

制御部９０は、装置全体の制御を行う。そして、制御部９０には、回転ノブ５ａ、スタートスイッチ５ｂ、ＸＹＺ駆動部６、二次元撮像素子４４、８４、各光源、記憶手段としてのメモリ９２、モニタ９５、が接続されている。

例えば、制御部９０は、モニタ９５の表示を制御する。また、制御部９０は、アライメント指標の受光結果に基づいてＸＹＺ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態を検出する。そして、制御部９０は、その検出結果に基づいて撮影部４の移動を指令する信号を出力する。また、制御部９０は、受光素子８９の受光結果に基づいて眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向のアライメント状態を検出する。

以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。装置１００では、ＸＹＺアライメントを行った後、撮像部４を前進させながら内皮細胞を連続的に複数枚撮影する。以下、各動作について詳細に説明する。
＜ＸＹＺアライメント＞
図４Ａ，Ｂは角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、図４Ａはアライメントずれがある場合の表示例であり、図４Ｂはアライメントが適正な状態における表示例である。
この場合、光源７１が点灯され、眼Ｅの固視方向が正面に誘導される。まず、検者は、被検者に固視標を注視させる。また、モニタ９５に表示された前眼部像を観察しながら、眼Ｅに対する撮影部４のアライメントを行う。

上記のようにしてラフなアライメント（指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０がモニタ９５に表示されるまでの検者による手動のアライメント）が行われると、図４Ａに示すように、拡散光による角膜指標像が撮像素子６４の受光面に検出される。制御部９０は、画像の左上の座標位置から、画面の右下に向かって輝点を探索する。そして、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０が検出されるようになると、制御部９０は、検出された輝点の位置を検出する。

そして、制御部９０は、指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０からなる矩形の中心位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、指標ｉ１０が検出される範囲）に入るように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。これにより、広範囲での自動アライメントが可能となる。

以上のようにして撮影部４が移動され、指標ｉ１０が検出されると、制御部９０は、上記指標ｉ４０〜ｉ７０によるアライメントを終了し、指標ｉ１０を用いたアライメントを行う。ここで、制御部９０は、指標ｉ１０と、指標ｉ４０〜ｉ７０とをその位置関係から判別する。

そして、制御部９０は、指標ｉ１０の座標位置を略角膜頂点として検出し、ＸＹ方向における眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれ方向／偏位量を検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲内に入る（例えば、指標ｉ１０がレチクルＬＴ内に位置する）ように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。

また、上記のようにして指標ｉ１０が検出されるようになると、同様に、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０が検出される。そこで、制御部９０は、前述のように検出される無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の間隔と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の間隔とを比較することによりＺ方向のアライメントずれ方向／偏位量を求める（第１のアライメント検出）。そして、制御部９０は、Ｚ方向の眼Ｅに対する撮影部４のアライメントずれが所定のアライメント許容範囲（例えば、無限遠の指標ｉ２０、ｉ３０の中心輝点と有限遠の指標ｉ６０、ｉ７０の中心輝点との差がプラスマイナス１ピクセル内（寸法として±０．１ｍｍ程度））に入るように撮影部４をＺ方向に移動させる（第１自動アライメント）。

この場合、制御部９０は、測定部３が作動距離方向にずれた場合に、前述の無限遠指標ｉ２０、ｉ３０の間隔がほとんど変化しないのに対して、有限遠の指標像ｉ６０、ｉ７０の像間隔が変化するという特性を利用して、Ｚ方向のアライメントずれを求める（詳しくは、特開平６−４６９９９号参照）。なお、指標像ｉ６０、ｉ７０の代わりに、指標像ｉ４０、ｉ５０が利用されてもよい。また、光軸Ｌ１からの指標の距離（指標高さ）に基づいてＺアライメントが検出されてもよい。

そして、制御部９０は、第１のＺアライメント検出においてアライメント状態が適正と判定されると、第１自動アライメントの作動を停止し、検出光学系８５を用いた第２のＺアライメント検出及びその検出結果に基づく第２の自動アライメントを作動させる。

制御部９０は、光源８６を点灯させアライメント光束を角膜Ｅｃに投光する（光源８６を予め点灯させていてもよい）と共に、その角膜反射光束を受光素子８９にて検出する。そして、制御部９０は、受光素子８９からの受光結果に基づいて駆動部６の駆動を制御し、撮影部４をＺ方向に移動させる。

例えば、制御部９０は、受光素子８９から出力される受光信号に基づいて角膜上皮からの反射光束に対応するピークＰを検出し、受光素子８９上における上皮ピークの位置Ｐｚを検出する（図５参照）。そして、制御部９０は、上皮からの反射光束による受光信号のピークが受光素子８９上の所定位置（例えば、中心位置）にくるように駆動部６を駆動させる。

前述したアライメント動作によって、ＸＹＺ方向のアライメント状態がアライメント完了の条件を満たしたら、制御部９０は、ＸＹＺ方向のアライメントが合致したと判定し、トリガ信号を発する。

＜内皮細胞の撮影＞
制御部９０は、トリガ信号が発せられると、照明光源１２を連続的に点灯させ、可視照明光による角膜内皮細胞像を二次元撮像素子４４にて取得する。このとき、制御部９０は、上皮反射光が検出され、内皮反射光が検出されない程度の光量にて光源１２を発光させるのが好ましい。その後、制御部９０は、光源１２を点灯させると共に、駆動部６の駆動を制御して、撮影部４を眼Ｅに向かって前進させていく。この撮影部４のＺ方向への移動中において、制御部９０は、ＸＹ方向における自動アライメントの作動（撮像素子８４を用いた追尾制御）を継続する。
制御部９０は、撮像素子４４からの出力画像を検出し、検出結果に基づいて光源１２及び駆動部６を制御する。図６は撮像素子４４からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。図６において、中央の白い矩形領域は、撮像素子４４より前方に配置されたマスク３５の開口部に対応し、左右の黒いハッチングは、マスク３５の遮光部に対応する。

例えば、制御部９０は、角膜画像の受光状態を検出するため、角膜の厚み方向（図６のＺ方向）に対して直交方向に延びる第１検出領域Ｌｃ１と、第２検出領域Ｌｃ２を設定する。第１検出領域Ｌｃ１は上皮反射光の受光状態を検出するために設定され、第２検出領域Ｌｃ２は内皮反射光の受光状態を検出するために設定されている。制御部９０は、第１検出領域Ｌｃ１内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ１を算出する。また、第２検出領域Ｌｃ２内の各画素の輝度の合計値ＳＬＣ２を算出する。

図７Ａ〜Ｃは、撮撮部４が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図であり、図８Ａ，Ｂは、撮影部４が前進されるときの合計値ＳＬＣ１とＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。図８Ａは合計値ＳＬＣ１、図８Ｂは合計値ＳＬＣ２に対応する。

図７Ａは、ＸＹＺ方向のアライメントが完了されたときの図である。このとき、第１領域Ｌｃ１上に上皮反射光Ｅｐが受光された状態となる。このため、第１の合計値ＳＬＣ１は、上皮反射に対応する高い値が算出される（図８Ａ参照）。

そして、撮影部４が前進されると、上皮反射光Ｅｐは、図７Ａ〜Ｃの紙面の右方向へと移動される。そして、上皮反射光Ｅｐが検出領域Ｌｃ１を過ぎると、合計値ＳＬＣ１が大きく減少する（図７Ｂ、図８Ａの傾斜Ａ参照）。そして、制御部９０は、所定の閾値Ｓ１より合計値ＳＬＣ１が下回ったとき、撮像素子４４からの出力画像において内皮画像が現出される程度まで光源１２の光量を増加させる。これにより、内皮反射光Ｅｎが撮像素子４４によって検出可能となる。

光源１２の光量増加後、制御部９０は、撮影部４の前進動作を継続させ、撮像素子４４から連続的に出力される画像を随時メモリ９２に記憶させていく。二次元撮像素子４４は、そのフレームレートに合わせて撮像信号を随時制御部９０に出力する。これにより、内皮の撮像画像が１〜２秒間に複数（例えば、３０〜４０枚程度）取得される。そして、制御部９０は、出力画像の内、ある条件（例えば、内皮細胞像が適正に取得されている）を満たす画像を静止画としてメモリ９２に記憶させる。これにより、内皮細胞像が撮影される。この場合、制御部９０は、予め設定された所定枚数をメモリ９２に記憶するようにしてもよい。そして、制御部９０は、メモリ９２に記憶された撮影画像をモニタ９５に出力する。

撮影部４が前進されると、内皮反射光Ｅｎは、画像中の右方向へと移動される（図７Ａ〜Ｃ参照）。そして、内皮反射光Ｅｎが第２検出領域Ｌｃ２に達すると、合計値ＳＬＣ２が上昇する（図８Ｂの傾斜Ｂ参照）。そして、第２検出領域Ｌｃ２上で内皮反射光Ｅｎが受光されている間は、高い値が位置される。さらに、撮影部４が前進され、内皮反射光Ｅｎが検出領域Ｌｃ２を過ぎると、合計値ＳＬＣ２は、大きく減少する（図７Ｃ、図８Ｂの傾斜Ｃ参照）。制御部９０は、所定の閾値Ｓ２より合計値が下回ったとき、光源１２を減光（消灯を含む）すると共に、駆動部６の駆動を停止させ、撮影部４の前進動作を停止させる。

なお、光源１２を連続的に発光させる手法としては、光源１２を常時点灯させる手法の他、光源１２を連続的に点滅させる手法が含まれる。光源１２を連続的に点滅させる場合、例えば、制御部９０は、撮影部４の移動中に複数枚の内皮画像を取得できるように点滅される。また、光源１２は、二次元撮像素子４４のフレームレートに同期して連続的に点滅されてもよい。例えば、一枚の撮像時間が３０ｍｓの場合、画像の取得開始から数ｍｓの間、光源１２が点灯され、その後、消灯される。そして、次の画像の取得が開始されると、光源１２が点灯される。すなわち、このような点滅動作が繰り返される。

なお、これらに限定されず、制御部９０は、撮像素子４４によって複数の内皮画像が得られるように、光源１２を複数回発光させる制御（もちろん連続的発光も含む）であればよい。

＜撮影中における前眼部観察用の二次元撮像素子を用いた追尾制御＞
上記のように内皮細胞像を連続的に取得する場合、その途中で眼Ｅが動いてしまい、適正な細胞像が得られない場合がある。そこで、制御部９０は、撮像画像の取得中においてにおいて、撮像素子８４から出力される撮像画像に基づいて眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態を検出する。

制御部９０は、アライメント検出結果がアライメント許容範囲から外れたとき（例えば、Ｘ方向に０．２５ｍｍ以上、Ｙ方向に０．５ｍｍ以上ずれた場合）、アライメント適正位置へ撮影部４を復帰させるように駆動部６の駆動を制御する。すなわち、制御部９０は、前眼部観察用の撮像素子８４を用いた自動アライメントを行う。

例えば、制御部９０は、光源１２の点灯後においても、撮像画像中の指標ｉ１０を検出し、ＸＹ方向におけるアライメントずれを検出する。そして、制御部９０は、その検出結果が所定のアライメント許容範囲から外れたとき、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲内に入るように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。これにより、眼Ｅがアライメント適正位置からずれてしまっても、撮影部４と眼Ｅは適正な位置関係にスムーズに復帰される。すなわち、細胞像の連続取得中における自動追尾制御が可能となる。

また、指標ｉ１０は正面方向からの平行光束によって形成されるため、アライメントが大きくずれると、撮像素子８４に受光されなくなる。そこで、制御部９０は、撮像画像中の指標ｉ４０、ｉ５０、ｉ６０、ｉ７０を検出し、ＸＹ方向におけるアライメントずれを検出する。そして、制御部９０は、駆動部６の駆動を制御し、アライメントずれが所定のアライメント許容範囲に入るように撮影部４をＸＹ方向に移動させる。これにより、眼Ｅがアライメント適正位置から大きく外れて、従来のようにポジションセンサを用いて自動アライメントを行う場合には復帰不可能となるような場合であっても、撮影部４と眼Ｅは適正な位置関係にスムーズに復帰される。すなわち、細胞像の連続取得中における広範囲での自動追尾制御が可能となる。

このように、前眼部観察用の二次元撮像素子８４を用いてＸＹアライメントを行う場合、広範囲での自動追尾制御が可能となるが、復帰時間がポジションセンサを用いた場合に比べ遅くなる。そのため、所定時間（例えば１〜２秒程度）内に所定枚数（例えば、３０〜４０枚程度）の内皮細胞を撮影することができないおそれがある。そこで、アライメント適正位置までの復帰時間を調べた。具体的には、指標ｉ４０，ｉ５０，ｉ６０，ｉ７０の中心輝点が適正位置から３．２ｍｍ（ポジションセンサーの検出限界範囲）ずらし、適正位置に復帰するまでの時間を計測した。その結果を図９に示す。図９から明らかなように、復帰時間は平均で０．６２秒であり、眼Ｅがアライメント適正位置から大きく外れて場合であっても、所定時間（例えば１〜２秒程度）内に所定枚数（例えば、３０〜４０枚程度）の内皮細胞を十分に撮影することができることが確認された。これにより、眼Ｅがアライメント適正位置から大きく外れてしまい、従来では撮影をやり直す必要があり内皮細胞の撮影に長い時間を要していたような場合でも、撮影をやり直す必要がなく短時間で撮影が終了するため、被検者への負担を軽減することができる。
なお、上記の自動追尾制御が実施されると、制御部９０は、撮影部４の前進動作を一旦停止し、適正位置まで復帰した後に撮影部４の前進動作を再開して、撮像素子４４上の内皮画像の位置が所定の撮影終了位置に達するまで撮像素子４４を用いて細胞像を連続取得する。つまり、ＸＹ方向に関するアライメント復帰制御が実施される間（アライメント適正位置へ装置本体が復帰させられるまで）、撮像素子４４から出力される細胞像の取得は中断される。これにより、良好な内皮細胞像のみを取得することができる。

また、制御部９０は、角膜上部に形成される指標ｉ４０、指標ｉ５０を用いて瞼・睫による光束のケラレを検知し、その検知結果に基づいて開瞼状態を判定するようにしてもよい。例えば、制御部９０は、指標ｉ４０、指標ｉ５０の少なくともいずれかが撮像素子８４から消える、又は指標ｉ４０、指標ｉ５０の一部に欠けが検出されたとき、角膜内皮取得用の照明光及び反射光が瞼・睫によって遮断される可能性があると判断し、開瞼状態が不十分と判定する。これにより、細胞像の連続取得中において眼Ｅの開瞼状態が適正か否かが判定される。この判定結果は、随時取得される細胞画像と対応付けられ、例えば、細胞画像の取捨選択に利用される。

上記復帰制御において、前眼部観察光学系８０の場合、眼Ｅの角膜中心と光軸Ｌ１が一致されたときに少なくとも眼Ｅの瞳孔、虹彩、強膜（好ましくは、瞼、睫）が撮像範囲に含まれるような広い撮像範囲（例えば、縦１１ｍｍ×横１５ｍｍ）を持っている。いいかえれば、従来のアライメント検出センサとして用いられたポジションセンサーの撮像範囲（例えば、縦６．４ｍｍ×横６．４ｍｍ）と比較して撮像範囲が大きい。

したがって、専用の撮像素子を用いた内皮画像の連続取得と同時に、観察光学系８０の撮像素子８４を用いてアライメントを検出することにより、ポジションセンサーの検出範囲を超える程、アライメントが大きく外れても自動アライメントが作動される。このため、固視が安定しない眼であっても、内皮細胞像を確実に取得できる。

二次元撮像素子８４によって得られた撮像画像に基づいてアライメント指標を検出することにより、二次元画像データとしてアライメント指標が取得される。したがって、図３のように点状指標が複数投影される場合、又はリング状指標、ライン上指標などの二次元パターン像が眼Ｅに投影される場合であっても、画像処理によって各指標像の特定、各指標像を用いたアライメント検出が容易に行われる。例えば、複数の指標の位置関係、指標パターンの形状、などから指標像が判別される。また、開瞼状態の検知が可能である。また、アライメント輝点と外乱光との判別が容易である。

＜撮影中における受光素子８９を用いたＺ方向に関する自動追尾制御＞
上記細胞像の連続取得中において、ＸＹ方向に関してアライメントが大きくずれた場合、Ｚ方向に関するアライメントも大きくずれてしまう可能性がある。そこで、制御部９０は、ＸＹ自動アライメントと共に、Ｚ方向に関するアライメント復帰制御を行うようにしてもよい。この場合には、Ｚ方向に関するアライメント復帰制御が実施される間（アライメント適正位置へ装置本体が復帰させられるまで）、撮像素子４４から出力される細胞像の取得は中断される。これにより、良好な内皮細胞像のみを取得することができる。

制御部９０は、例えば、眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態が許容範囲から外れる前のアライメント位置情報を受光素子８９の受光結果に基づいて取得し、元のアライメント位置に撮影部４を復帰させるように駆動部６の駆動を制御する。

ここで、制御部９０は、ＸＹ方向のアライメントずれが許容範囲から外れる前のＺ方向のアライメント位置をメモリ９２に記憶しておく、また、駆動部６による前進動作を一旦停止する。そして、制御部９０は、ＸＹ自動アライメントと同時、又はＸＹアライメント完了後において、メモリ９２に記憶された位置情報に基づいて駆動部６を駆動させ、アライメントが外れる前のアライメント位置に向けて撮影部４をＺ方向に移動させる。

例えば、制御部９０は、細胞像取得中において撮像素子８４から出力される撮像信号に基づいてアライメント指標の位置を検出すると共に、受光素子８９上における上皮ピークの位置を検出する。このとき、上皮ピークは、撮影部４の前進動作に合わせて受光素子８９上で移動する。

ここで、眼Ｅが動いて、撮像素子８４にて検出されるＸＹアライメントずれが許容範囲から外れたとき、制御部９０は、許容範囲から外れる前（好ましくは直前）の上皮ピークの位置をメモリ９２に記憶しておく。この場合、ピークが検出された画素位置であっても良いし、受光素子８９上の所定位置とピーク検出位置とのずれ量であってもよい。

そして、復帰動作を行う場合、制御部９０は、上記のようにＸＹアライメントずれが許容範囲内になるように駆動部６を制御して撮影部４をＸＹ移動させると共に、受光素子８９上における上皮ピークがメモリ９２に記憶された位置（又はその近傍）にて検出されるように撮影部４をＺ移動させる。

そして、上記復帰動作が完了すると、制御部９０は、撮影部４の前進動作を再開し、受光素子８９上の上皮ピークの位置が所定の撮影終了位置に達するまで撮像素子４４を用いて細胞像を連続取得する。

なお、制御部９０は、アライメントずれが許容範囲から外れたとき、光源１２を一旦消灯し、アライメントずれが許容範囲に達したことが検知されたとき、光源１２を再点灯するようにしてもよい。このようにすれば、可視光源による被検者眼の負担が軽減される。

なお、上記説明においては、撮像素子８４を用いてアライメントずれのタイミングを検知したが、これに限るものではない。眼Ｅが動いたとき、受光素子８９上におけるピーク位置の変化が前述の撮影部４の前進とは異なる。

そこで、制御部９０は、例えば、単位時間当たりのピーク位置の変化量を随時検出し、その変化量が所定範囲から外れたとき、ＸＹ方向のアライメントずれが生じたと判定するようにしてもよい。そして、制御部９０は、ずれが生じる前の受光素子８９上のピーク位置に基づいて眼Ｅに対する撮影部４の復帰制御を行うようにしてもよい。

なお、受光素子８９によるアライメント検出について、内皮反射に対応するピークを検出するようにしてもよい。また、細胞像を連続取得するとき、撮影部４を前進させる構成としたが、もちろん撮影部４を後退しながら像を取得してもよい。また、制御部９０は、上記受光素子８９を用いた復帰制御に加えて、Ｚアライメントが大きく外れたときに撮像素子８４を用いたＺ方向の自動アライメントを作動させるようにしてもよい。

なお、上記構成においては、アライメント指標を用いてアライメント状態を検出する構成としたが、撮像素子から出力される撮像信号に基づいてアライメントが検出されればよい。例えば、制御部９０は、前眼部画像中の特徴部位（例えば、瞳孔、虹彩）を画像処理により抽出し、抽出された特徴部位を用いて位置ずれを検出するようにしてもよい。

なお、上記構成は、前眼部観察及びアライメント検出のために同一の二次元撮像素子を用いた。ただし、これに限るものでなく、前眼部観察、アライメント検出のための二次元撮像素子を別に設けてもよい。例えば、レンズ８２と撮像素子８４との間に光分割部材（例えば、ハーフミラー）が配置され、アライメントを検出するための二次元撮像素子が光分割部材の反射方向に配置される。

本実施形態に係る角膜内皮細胞撮影装置の外観側方構成図である。 撮影部に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。 第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。 角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図である。 精密なアライメント検出の一例を示す図である。 撮像素子からの出力画像に基づいて角膜画像の受光状態を判定する際の一例を示す図である。 撮撮部が前進されるときの角膜反射光の受光状態の変化を示す図である。 撮影部が前進されるときの合計値ＳＬＣ１,ＳＬＣ２の変化を時系列で表すグラフである。 ＸＹアライメントの復帰時間の測定結果を示す図である。 従来の角膜内皮撮影装置の構成について説明する図である。

４ 撮影部（装置本体）
６ 駆動部
１０ 照明光学系
１２ 照明光源
３０ 撮像光学系
６０ａ，６０ｂ 第１投影光学系
６５ａ〜６５ｄ 第２投影光学系
８０ 前眼部観察光学系
８５ Ｚアライメント検出光学系
８５ａ 投光光学系
８５ｂ 受光光学系
９０ 制御部

Claims (6)

1. 照明光源からの照明光を被検者眼角膜に向けて斜めから照射する照明光学系、角膜内皮細胞を含む前記角膜からの反射光を第１撮像素子により受光して角膜内皮細胞画像を取得する撮像光学系、を備える装置本体と、
   前記第１撮像素子とは異なる第２撮像素子を有し、被検者眼の前眼部像を前記第２撮像素子により撮像して前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系と、
   前記照明光源を点灯させ、前記第１撮像素子から出力される撮像画像を複数取得する制御手段と、
   前記制御手段による撮像画像の取得中において、前記第２撮像素子から出力される撮像画像に基づいて被検者眼に対する前記装置本体のアライメント状態を検出するアライメント検出手段と、
   を備えることを特徴とする角膜内皮細胞撮影装置。
2. 被検者眼に対して前記装置本体を相対移動させる駆動手段を備え、
   前記制御手段は、前記アライメント検出手段の検出結果がアライメント許容範囲から外れたとき、アライメント適正位置へ前記装置本体を復帰させるように前記駆動手段の駆動を制御することを特徴とする請求項１の角膜内皮細胞撮影装置。
3. 前記制御手段は、前記アライメント検出手段の検出結果がアライメント許容範囲から外れた後、アライメント適正位置へ前記装置本体が復帰させられるまで、前記第１撮像素子から出力される撮像画像の取得を中断することを特徴とする請求項１〜２のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
4. 前記角膜に向けてアライメント指標を投影するアライメント指標投影光学系を備え、
   前記前眼部観察光学系は、被検者眼の前眼部像及び前記アライメント指標を前記第２撮像素子により撮像し、
   前記アライメント検出手段は、前記制御手段による撮像画像の取得中において、前記第２撮像素子から出力される撮像画像の前記アライメント指標に基づいて被検者眼に対する前記装置本体のアライメント状態を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。
5. 前記投影光学系は、被検者眼角膜に向けて複数の指標を投影する投影光学系であって、
   前記アライメント検出手段は、各指標に基づいてアライメント状態を検出し、
   前記制御手段は、各アライメント検出結果に基づいて自動アライメントを行うことを特徴とする請求項４の内皮細胞撮影装置。
6. 前記角膜に向けて斜め方向から検出用光束を投光する投光光学系と、前記投光光学系による角膜反射光束を受光素子により受光する受光光学系と、を有し、前記受光素子の受光結果に基づいて被検者眼に対する前記装置本体の前後方向のアライメント状態を検出する検出光学系を備え、
   前記制御手段は、被検者眼に対する前記装置本体のアライメント状態が許容範囲から外れる前のアライメント位置情報を前記受光素子の受光結果に基づいて取得し、元のアライメント位置に前記装置本体を復帰させるように前記駆動手段の駆動を制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれかの角膜内皮細胞撮影装置。