JP2012130444A - 眼底撮像方法、眼底撮像装置、およびプログラム - Google Patents

眼底撮像方法、眼底撮像装置、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 収差補正の状態に応じて適切な方法で補正量を算出することで、収差補正を高速化すること。
【解決手段】被検査物に測定光を照射することにより得られる反射光の収差および収差量を測定する収差測定部と、収差測定部により測定された収差に応じて収差の補正を行う収差補正部と、収差測定部と収差補正部との処理を繰り返し制御する制御部と、を有する眼底撮像装置の眼底撮像方法は、収差測定部で測定された収差を所定の次数の関数で表し、収差測定部の測定結果および制御部の制御結果のうち少なくともいずれか1つに応じて、所定の次数の関数を、所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する変更工程と、変更工程で変更された関数により表わされる収差を補正する収差補正工程とを有する。
【選択図】 図7

Description

本発明は、眼底撮像方法、眼底撮像装置、およびプログラムに関する。
近年、眼科用の撮像装置として、眼底に2次元的にレーザ光を照射してその反射光を受光して画像化するSLO(Scanning Laser Ophthalmoscope:走査レーザ検眼鏡)が開発されている。また、眼科用の撮像装置として、低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置が開発されている。低コヒーレンス光の干渉を利用したイメージング装置は、OCT(Optical Coherence Tomography:光干渉断層装置)と呼ばれ、特に、眼底あるいはその近傍の断層像を得る目的で用いられている。OCTの種類としては、TD−OCT(Time Domain OCT:タイムドメイン法)や、SD−OCT(Spectral Domain OCT:スペクトラルドメイン法)等を含め、種々のものが開発されてきている。特に、眼科用の撮像装置は、近年において、照射レーザの高NA化等によって更なる高解像度化が進められている。
しかしながら、眼底を撮像する場合には、角膜や水晶体等の眼の光学組織を通して撮像をしなければならない。そのため、高解像度化が進むに連れて、これら角膜や水晶体の収差が撮像画像の画質に大きく影響するようになってきた。
そこで、眼の収差を測定し、その収差を補正する補償光学(Adaptive Optics:AO)機能を光学系に組み込んだ、AO−SLOやAO−OCTの研究が進められている。例えば、非特許文献1に、AO−OCTの例が示されている。これらAO−SLOやAO−OCTは、一般的にはシャックハルトマン波面センサー方式によって眼の波面を測定する。シャックハルトマン波面センサー方式とは、眼に測定光を入射し、その反射光をマイクロレンズアレイを通してCCDカメラに受光することによって波面を測定するものである。測定した波面を補正するように可変形状ミラーや、空間位相変調器を駆動し、それらを通して眼底の撮像を行うことにより、AO−SLOやAO−OCTは高分解能な撮像が可能となる。
Y.Zhang et al,Optics Express,Vol.14,No.10,15 May 2006.
眼の収差の大部分を占めるのは、近視や遠視、乱視といった低次の収差であるが、それ以外に眼の光学系の微小な凹凸や涙液層の乱れに起因する、より高次の収差が存在する。眼の収差をZernike関数系で表現する場合、近視遠視や乱視であるZernike2次関数が大部分を占める。Zernike3次関数やZernike4次関数が若干含まれ、さらにはZernike5次や6次といった高次の関数がわずかに含まれる。
眼科装置に用いる補償光学(AO)においては、一般的に波面センサーで測定した収差をZernike関数のような関数でモデル化し、その関数を用いて波面補正器の補正量を計算する。関数で収差をモデル化し、定量的に求めた量を収差量という。また、波面補正器がその関数を用いて収差を補正するための波面補正値を補正量という。複雑な形状を補正するためには、多くの次数を持つ関数で収差をモデル化して補正量を算出し、波面補正器を制御する必要がある。
しかし、多くの次数を持つ関数で収差をモデル化して補正量を算出することは非常に計算負荷が高く、計算時間の増大が大きな問題となっていた。特に、眼の収差は涙の状態や視度調節の状態が常に変化しており、断層像の取得は収差補正を高速に繰り返す必要があるため、処理速度の向上が非常に重要である。
本発明は、上記課題に鑑み、収差補正のための演算処理を高速に行うことが可能な眼底撮像技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成する本発明にかかる眼底撮像方法は、被検査物に測定光を照射することにより得られる反射光の収差および収差量を測定する収差測定手段と、前記収差測定手段により測定された前記収差に応じて収差の補正を行う収差補正手段と、前記収差測定手段と前記収差補正手段との処理を繰り返し制御する制御手段と、を有する眼底撮像装置の眼底撮像方法であって、
前記眼底撮像装置の変更手段が、前記収差測定手段で測定された前記収差を所定の次数の関数で表し、前記収差測定手段の測定結果および前記制御手段の制御結果のうち少なくともいずれか1つに応じて、前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する変更工程と、
前記眼底撮像装置の前記収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差を補正する収差補正工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、収差補正のための演算処理を高速に行うことが可能になる。
第1実施形態における補償光学系を備えたSLOによる眼底撮像装置の構成例を示す図。 第1実施形態における波面補正デバイスの一例を示す模式図。 波面補正デバイスの他の構成例を示す図。 シャックハルトマンセンサーの構成を示す模式図。 波面を測定する光線がCCDセンサー上に集光された状態を示す模式図。 球面収差を持つ波面を測定した際の模式図。 第1実施形態における眼底撮像装置の制御ステップを示す図。 第2実施形態における眼底撮像装置の制御ステップを示す図。 第3実施形態における眼底撮像装置の制御ステップを示す図。 第4実施形態における補償光学系を備えたSLOによる眼底撮像装置の構成例を示す図。 第4実施形態における眼底撮像装置の制御ステップを示す図。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる眼底撮像装置の構成について図1を用いて説明する。なお、本実施形態においては、測定対象である被検査物を眼とし、眼で発生する収差を補償光学系で補正し、眼底を撮像するようにした一例について説明する。
図1において、光源101は波長840nmのSLD光源(Super Luminescent Diode)を用いている。光源101の波長は特に制限されるものではないが、眼底撮像用としては被検者の眩しさの軽減と分解能維持のために、800〜1500nm程度が好適に用いられる。本実施形態においてはSLD光源を用いたが、その他にレーザ等を用いることが可能である。本実施形態では眼底撮像と波面測定のための光源を共用しているが、それぞれを別光源とし、光路の途中で合波する構成としてもよい。
光源101から照射された光は、単一モード光ファイバー102を通って、コリメータ103により、平行光線(測定光105)として照射される。照射された測定光105はビームスプリッタからなる光分割部104を透過し、補償光学の光学系に導光される。補償光学系は、光分割部106、波面センサー115、波面補正デバイス108および、それらに導光するための反射ミラー107−1〜4から構成される。光分割部106として、本実施形態ではビームスプリッタを用いている。反射ミラー107−1〜4は、少なくとも眼111の瞳と波面センサー115、波面補正デバイス108とが光学的に共役関係になるように設置されている。
光分割部106を透過した測定光105は、反射ミラー107−1と107−2で反射されて波面補正デバイス108に入射する。波面補正デバイス108で反射された測定光105は、反射ミラー107−3に出射される。本実施形態では、波面補正デバイス108として液晶素子を用いた空間位相変調器(反射型液晶光変調器)を用いている。図2に反射型液晶光変調器の模式図を示す。反射型液晶光変調器はベース部122とカバー123に挟まれた空間に液晶分子が封入されている構造となっている。ベース部122には複数の画素電極124を有し、カバー123には不図示の透明な対向電極を有している。電極間に電圧を印加していない場合には、液晶分子は125−1のような配向をしており、電圧を印加すると125−2のような配向状態に遷移し、入射光に対する屈折率が変化する。それぞれの画素電極124の電圧を制御して各画素の屈折率を変化させることにより、空間的な位相変調が可能となる。例えば入射光126が反射型液晶光変調器に入射した場合、液晶分子125−2を通過する光は液晶分子125−1を通過する光よりも位相が遅れ、結果として図中の破線127で示すような波面を形成する。一般的に反射型液晶光変調器は、数万〜数十万個の画素から構成されている。また、反射型液晶光変調器は偏光特性を有するため、入射光の偏光を調整するための偏光素子を具備することもある。
波面補正デバイス108の他の例としては、可変形状ミラーがある。可変形状ミラーとは、局所的に光の反射方向を変えることができるものであり、様々な方式のものが実用化されている。可変形状ミラーは、例えば、図3にその断面を示すようなデバイスとして構成される。入射光を反射する変形可能な膜状のミラー面129と、ベース部128と、これらに挟まれて配置されたアクチュエータ130と、ミラー面129を周囲から支持する不図示の支持部から構成されている。アクチュエータ130の動作原理としては、静電力や磁気力、圧電効果を利用したものがあり、動作原理によってアクチュエータ130の構成は異なる。アクチュエータ130はベース部128上に二次元的に、xy平面内に、複数配列されていて、それらを選択的に駆動することにより、ミラー面129を図中のz方向に自在に変形できるようになっている。一般的に可変形状ミラーは数十〜数百のアクチュエータで構成されている。
図1において、反射ミラー107−3、4で反射された光は、走査光学系109によって、1次元もしくは2次元に走査される。本実施形態では走査光学系109に主走査用(眼底水平方向)と副走査用(眼底垂直方向)として2つのガルバノスキャナーを用いている。より高速な撮像のために、走査光学系109の主走査用に共振スキャナーを用いることもある。走査光学系109内の各スキャナーを光学的な共役状態にするために、各スキャナーの間にミラーやレンズといった光学素子を用いる装置構成の場合もある。
走査光学系109で走査された測定光105は、接眼レンズ110−1および接眼レンズ110−2を通して眼111に照射される。眼111に照射された測定光105は眼底で反射もしくは散乱される。接眼レンズ110−1および接眼レンズ110−2の位置を調整することによって、眼111の視度にあわせて最適な照射を行うことが可能となる。ここでは、接眼部にレンズを用いたが、球面ミラー等で構成しても良い。
眼111の網膜から反射もしくは散乱された反射光は、入射した時の経路を逆向きに進行し、光分割部106によって一部は波面センサー115に反射され、光線の波面を測定するために用いられる。
本実施形態では、波面センサー115としてシャックハルトマンセンサーを用いている。図4にシャックハルトマンセンサーの模式図を示す。131が波面を測定する光線であり、マイクロレンズアレイ132を通して、CCDセンサー133上の焦点面134に集光される。図4(a)のA-A’断面で示す位置から見た様子を示す図が図4(b)であり、マイクロレンズアレイ132は、複数のマイクロレンズ135から構成されている。光線131はそれぞれのマイクロレンズ135を通してCCDセンサー133上に集光されるため、光線131はマイクロレンズ135の個数分のスポットに分割されて集光される。図5にCCDセンサー133上に集光された状態を示す。各マイクロレンズを通過した光線はスポット136に集光される。そして、それぞれのスポット136の位置から入射した光線の波面を計算する。例えば、図6(a)に球面収差を持つ波面を測定した場合の模式図を示す。光線131は破線137で示すような波面で形成されている。光線131はマイクロレンズアレイ132によって、波面の局所的な垂線方向の位置に集光される。この場合のCCDセンサー133の集光状態を図6(b)に示す。光線131が球面収差を持つため、スポット136は中央部に偏った状態で集光される。この位置を計算することによって、光線131の波面が分かる。本実施形態では波面センサー115にシャックハルトマンセンサーを用いたが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではない。例えば、曲率センサーのような他の波面測定手段や、結像させた点像から逆計算で求めるような方法を用いてもよい。
説明を図1に戻し、図1の光分割部106を透過した反射光は光分割部104によって一部が反射され、コリメータ112、光ファイバー113を通して光強度センサー114に導光される。光強度センサー114で光は電気信号に変換され、制御部117によって眼底画像として画像に構成されて、表示部118に表示される。
波面センサー115は補償光学制御部116に接続され、受光した波面を補償光学制御部116に伝える。波面補正デバイス108も補償光学制御部116に接続されており、補償光学制御部116から指示された変調を行う。補償光学制御部116は波面センサー115の測定結果により取得された波面を基に、収差のない波面へと補正するような変調量(補正量)を計算する。そして、補償光学制御部116は計算した変調量(補正量)に従って変調するように波面補正デバイス108に指示する。波面センサー115による波面の測定と、測定結果に基づいて計算された変調量(補正量)に従った波面補正デバイス108への指示は繰り返し行われ、常に最適な波面となるようにフィードバック制御が行われる。本実施形態では、補償光学制御部116は測定された波面をZernike関数にモデル化して各次数にかかる係数を算出し、その係数を元に波面補正デバイス108の変調量を算出する。変調量の算出において、波面補正デバイスがZernike各次数の形状を形成するための基準変調量を元に、測定された全てのZernike次数の係数に関して基準変調量を乗算し、それらを全て積算して最終的な変調量を得る。本実施形態では波面補正デバイス108として画素数600×600の反射型液晶光変調器を用いたので、360000画素それぞれの変調量を上記の算出方法に従って算出する。例えばZernike関数の1次〜4次までの係数を用いた計算を行う場合、Z1-1、Z1+1、Z2-2、Z2-0、Z2+2、Z3-3、Z3-1、Z3+1、Z3+3、Z4-4、Z4-2、Z4-0、Z4+2、Z4+4の14の係数に関して基準変調量との乗算を360000画素に対して行う。また、Zernike関数の1次〜6次までの係数を用いた計算を行う場合には、Z1-1、Z1+1、Z2-2、Z2-0、Z2+2、Z3-3、Z3-1、Z3+1、Z3+3、Z4-4、Z4-2、Z4-0、Z4+2、Z4+4、Z5-5、Z5-3、Z5-1、Z5+1、Z5+3、Z5+5、Z6-6、Z6-4、Z6-2、Z6-0、Z6+2、Z6+4、Z6+6の27の係数に関して基準変調量との乗算を360000画素に対して行う。光学系の一部に被検眼が含まれていることで光学系が不確定な状態となる。このため、一般的に1回の収差測定と補正では低い収差の波面に到達することは困難で、収差測定と補正を繰り返して撮像可能な収差まで補正する。
上述したように、眼の収差の大部分は低次の収差である。そこで、本実施形態においては、補正開始の当初はZernike関数の1次から4次までの低次の次数の係数を用いて高速に収差補正フィードバックを行なう(第1の収差補正フィードバック)。収差補正がある程度進んだ段階でZernike関数の1次から6次までの高次の次数の係数を用いてより詳細な収差補正フィードバックを行う(第2の収差補正フィードバック)。このような制御を行うことにより、比較的高速に低い収差状態まで補正することが可能となり、撮像開始までの時間を短縮することが可能になる。
本実施形態の眼底撮像装置の処理を図7のフローチャートを用いて説明する。ステップS101で眼底撮像装置の制御を開始する。ステップS102において、収差を多項式の関数であるZernike関数で表すためにN次(Nは自然数(以下同様))までの係数を設定する。本実施形態では、例えば、収差の補正で使用するZernike関数の係数を1次〜4次の低次の係数に設定する。そして、以下に説明するステップS103からステップS109までの補償光学の基本フローを実行する。補償光学の基本的なフローの概略として、ステップS103で波面センサー115により収差を測定し、測定した結果を元にステップS108で補償光学制御部116により補正量を計算する。そして、ステップS109で補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108の駆動が繰り返し行われる。
次に補償光学の各ステップの内容を説明する。ステップS103で波面センサー115により収差を測定し、収差量を求める。本実施形態において収差量とは、求めた収差から得られる波面の乱れの総量を指すが、基準波面(平坦波面)からのズレの総量等であってもよい。ステップS104(第1判定工程)で、補償光学制御部116は、先のステップS103で求めた収差量が予め設定された第1基準値未満(基準1)であるか否かを判定する。第1基準値(基準1)は眼底撮像装置の固有の値でもよいし、撮像者が設定してもよい。収差量が第1基準値(基準1)を下回っている場合(S104−Yes)、ステップS110に処理は進められる。一方、収差量が第1基準値(基準1)以上の場合(S104−No)、処理はステップS105に進められ、ステップS105以降の処理が実行される。
ステップS105(第2判定工程)において、補償光学制御部116は、測定済みの収差量(例えば、前回で測定された収差量)と今回の測定により求められた収差量の差分から、収差量の変化求める。そして、補償光学制御部116は、収差量の変化が第2基準値未満(基準2)であるか否かを判定する。第2基準値(基準2)としては、例えば、前回の収差量と今回の収差量の差分の変化率を表す値や撮像者によって予め定められた値等を第2基準値とすることができる。収差量の変化が第2基準値未満(基準2)の場合(S105−Yes)、補償光学制御部116は現在使用している次数の係数では十分補正が行えない可能性が高いと判断し、処理をステップS107に進める。ステップS107において、測定された収差量と、補正された後に測定された収差量との間の変化に応じて、N次の多項式の関数を、N次の係数よりも高次の次数を含むM次(MはM>Nの関係を満たす自然数(以下同様))の関数に変更する。補償光学制御部116は収差補正で使用するZernike関数の係数を1次から6次の高次の次数を含む関数として設定し、処理をステップS103に戻す。尚、本実施形態では、高次の係数として1次乃至6次の係数の設定を例示しているが、低次の係数として1次乃至4次の係数が設定されている場合、高次の係数は1次乃至6次の係数に限定されない。例えば、1次乃至4次の係数を含む1次乃至5次の係数または1次乃至6次の係数を設定することが可能である。また、6次の係数が上限の次数として限定されるものではなく、更に高次の係数を含めることも可能である。
ステップS103以降において、補償光学制御部116は先のステップS107で変更された高次の次数を含む関数を用いて同様の収差補正の処理を行う。
一方、ステップS105の判定で収差量の変化が第2基準値以上(基準2)の場合(S105−No)、使用している次数の関数に対応する収差も十分に補正されていない状態と考えられる。補償光学制御部116は、処理をステップS106に進めて、使用している次数の関数そのままで補正を継続する。
ステップS106(第3判定工程)において、補償光学制御部116は収差補正の開始からの補正制御の繰り返し回数が第3基準値(基準3)を上回っているか否かを判定する。繰り返し回数が第3基準値(基準3)を上回っている場合(S106−Yes)に、補償光学制御部116は処理をステップS107に進める。ステップS107において、波面センサー115の測定結果に応じて所定の次数の関数を、所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する。ここで、波面センサー115の測定結果には、波面センサー115により測定された収差量と、既に測定済みの収差量と波面センサー115により測定された収差量との差分から求められる収差量の変化とのうち少なくとも1つが含まれる。補償光学制御部116は使用するZernike関数の係数を、例えば、1次から6次の高次を含む次数の関数に変更し、処理をステップS103に戻す。尚、ステップS106では、補償光学制御部116による制御結果として補正制御の繰り返し回数を第3基準として用いた例を示したが、本発明の趣旨はこの例に限定されない。例えば、制御結果として補正制御の処理の開始からの経過を示す繰り返し時間を第3基準として用いることも可能である。補償光学制御部116は、処理の開始からの時間の経過を測定可能な計時部(例えば、タイマー)を備え、補正制御の処理の開始から所定の繰り返し時間が経過したか否かを判定する(S106)。そして、処理の開始から所定の繰り返し時間が経過した後に(S106−Yes)、処理はステップS107に進められる。そして、ステップS107において、波面センサー115の測定結果に応じて所定の次数の関数を、所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する処理が実行される。
一方、ステップS106の判定において、収差補正の開始からの補正制御の繰り返し回数が第3基準値以下(基準3)と判定される場合(S106−No)、処理はステップS108に進められる。ステップS108において、補償光学制御部116は変更された関数により表わされる収差を補正するための補正量を算出する。ステップS109において、補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108が駆動され、変更された関数により表わされる収差を補正するための補正処理が実行される。そして、処理はステップS103に戻される。ステップS104において、収差量が第1基準値未満(基準1)となるまで、ステップS103からステップS109までの処理が繰り返し行なわれる。
ステップS110において、眼底撮像装置は被検眼の眼底の撮像を行い、ステップS111で終了確認を行う。終了要求が入力されていない場合(S111−No)、処理はステップS103に戻され、ステップS103からステップS109の補償光学の処理が再度行われ、ステップS110で撮像を行う。図7に示した眼底撮像装置の制御の例では、撮像と収差補正の処理をシーケンシャルに行っているが、両者を並行して行うことも可能である。ステップS111で終了要求が確認された場合(S111−Yes)、ステップS112で制御を終了する。
収差補正の処理においては、変調量(補正量)の計算時間の占める割合が非常に高いため、計算量の軽減が処理の高速化に非常に有効である。Zernike関数の1次から4次までの次数の係数で変調量を計算する場合と、Zernike関数の1次から6次までの次数の係数で計算する場合とでは、計算時間が2倍近く異なる。本実施形態のように、補正開始時にZernike関数の1次から4次までの次数の係数で補正を行うことで、処理が非常に高速化される。測定収差のほとんどがZernike関数の4次までに対応する収差であった場合には、Zernike関数の1次から4次までの次数の係数を用いた収差補正で十分補正されて、ステップS104からステップS110進み、迅速に撮像が開始できる。また、Zernike関数の1次から4次までの次数の係数で補正出来なかった場合には、補正出来なかった残存収差のみをZernike関数の高次まで含めた次数の係数を用いて処理するので、少ない補正回数で撮影可能な状態に到達する。このような処理を行うことにより、当初から高い次数の係数も含めて繰り返し制御するよりも迅速に撮像可能な収差に到達することが可能となる。本実施形態では収差のモデル化にZernike関数を用いたが、その他の関数系を用いる場合も同様である。
本実施形態によれば、補正状態に応じて適切な補正方法をとることが可能となり、収差補正の処理が高速化されて迅速な撮像が可能となる。
(第2実施形態)
第2実施形態の眼底撮像装置の処理を図8のフローチャートを用いて説明する。基本的な装置構成は第1実施形態と同様である。本実施形態は、被検眼が持つ収差の中で大きな収差を持つ係数を収差補正に支配的な係数として用いて収差補正を行うことを特徴とする。ステップS201で眼底撮像装置の制御を開始する。ステップS213で補正前の収差を測定する。補償光学制御部116は測定した収差をZernike関数の1次から6次でモデル化し、モデル化した項(次数)のうち大きい係数を持つ項(次数)を確認する。そして、ステップS202において、補正制御で使用する係数として、ステップS213で確認した大きな値を持つ項(次数)の係数を設定する。そして、補償光学の基本的なフローを実行する。
補償光学の基本的なフローの概略として、ステップS203で波面センサー115により収差を測定し、測定した結果を元にステップS208で補償光学制御部116により補正量を計算する。そして、ステップS209で補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108の駆動が繰り返し行われる。次に補償光学の各ステップの内容を説明する。ステップS203で波面センサー115により収差を測定し、収差量を求める。
ステップS204で、補償光学制御部116は、先のステップS203で求めた収差量が予め設定された第1基準値未満(基準1)であるか否かを判定する。第1基準値(基準1)は眼底撮像装置の固有の値でもよいし、撮像者が設定してもよい。収差量が第1基準値(基準1)を下回っている場合(S204−Yes)、ステップS110に処理は進められる。一方、収差量が第1基準値(基準1)以上の場合(S204−No)、処理はステップS205に進められ、ステップS205以降の処理が実行される。
ステップS205において、補償光学制御部116は収差量の変化が第2基準値(基準2)を上回っているか否かを判定する。収差量の変化が第2基準値未満(基準2)の場合(S205−Yes)、補償光学制御部116は現在使用している次数の係数では十分補正が行えない可能性が高いと判断し、処理をステップS207に進める。ステップS207において、補償光学制御部116は使用するZernike関数の係数を1次から6次の高次の次数の関数(高次の補正係数を有する関数)に変更し、処理をステップS203に戻す。ステップS203以降において、補償光学制御部116は先のステップS207で変更された高次の次数の関数を用いて同様の収差補正の処理を行う。
一方、ステップS205の判定で収差量の変化が第2基準値(基準2)以上の場合(S205−No)、使用している次数の係数に対応する収差も十分に補正されていない状態と考えられる。補償光学制御部116は、処理をステップS206に進めて、使用している次数の係数そのままで補正を継続する。
ステップS206において、補償光学制御部116は収差補正の開始からの補正制御の繰り返し数が第3基準値(基準3)を上回っているか否かを判定する。ここで、第3基準値(基準3)は、予め設定されている定数N(Nは2以上の自然数)である。繰り返し回数が第3基準値(基準3)を上回っている場合(S206−Yes)に、補償光学制御部116は処理をステップS207に進める。ステップS207において、補償光学制御部116は使用するZernike関数の係数を1次から6次の高次を含む次数の係数(高次の補正係数)に設定し、処理をステップS203に戻す。
一方、ステップS206の判定において、収差補正の開始からの補正制御の繰り返し数が第3基準値以下(基準3)と判定される場合(S206−No)、処理はステップS208に進められる。ステップS208において、補償光学制御部116は補正量を計算し、ステップS209において、補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108が駆動され、処理はステップS203に戻される。ステップS204において、収差量が第1基準値未満(基準1)となるまで、ステップS203からステップS209までの処理が繰り返し行なわれる。
ステップS210において、眼底撮像装置は被検眼の眼底の撮像を行い、ステップS211で終了確認を行う。終了要求が入力されていない場合(S211−No)、処理はステップS203に戻され、ステップS203からステップS209の補償光学の処理が再度行われ、ステップS210で撮像を行う。図8に示した眼底撮像装置の制御の例では、撮像と収差補正の処理をシーケンシャルに行っているが、両者を並行して行うことも可能である。ステップS211で終了要求が確認された場合(S211−Yes)、ステップS212で制御を終了する。
補正開始時に補正する次数を大きな収差の部分に限定することにより、処理が非常に高速化される。大きな収差を持つ次数が補正対象となっているために、これらの次数を補正することによって、撮影可能な収差状態に到達する可能性が高く、迅速に撮像が開始できる。また、当初の設定で補正出来なかった場合にも、補正出来なかった残存収差のみを補正するため、当初から高い次数も含めた次数の係数を用いて繰り返し制御するよりも迅速に撮像可能な収差に到達することが可能となる。本実施形態では収差のモデル化にZernike関数を用いたが、その他の関数系を用いる場合も同様である。
本実施形態によれば、被検眼の収差状態に応じた適切な補正方法をとることが可能となり、収差補正の処理が高速化されて迅速な撮像が可能となる。
(第3実施形態)
第3実施形態の眼底撮像装置の処理を図9のフローチャートを用いて説明する。基本的な装置構成は第1実施形態と同様である。本実施形態は、眼底撮像に耐えうる収差まで補正が完了した後に低収差状態を維持する構成において、維持精度を高めるために補正制御を高速化することを特徴とする。
ステップS301で眼底撮像装置の制御を開始する。ステップS302において、収差を多項式の関数であるZernike関数で表すためにN次までの係数を設定する。本実施形態では、収差補正で使用するZernike関数の係数を1次〜4次の低次の係数に設定する。そして、以下に説明するステップS303からステップS309までの補償光学の基本フローを実行する。補償光学の基本的なフローの概略として、ステップS303で波面センサー115により収差を測定し、測定した結果を元にステップS308で補償光学制御部116により補正量を計算する。そして、ステップS309で補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108の駆動が繰り返し行われる。
次に補償光学の各ステップの内容を説明する。ステップS303で波面センサー115により収差を測定し、収差量を求める。
ステップS304で、補償光学制御部116は、先のステップS303で求めた収差量が予め設定された第1基準値未満(基準1)であるか否かを判定する。第1基準値(基準1)は眼底撮像装置の固有の値でもよいし、撮像者が設定してもよい。収差量が第1基準値未満(基準1)である場合(S304−Yes)、ステップS310に処理は進められる。一方、収差量が第1基準値以上(基準1)の場合(S304−No)、処理はステップS305に進められ、ステップS305以降の処理が実行される。補償光学制御部116は第1実施形態のステップS105、S106の処理と同様に、ステップS305、S306で収差量の変化率や繰り返し回数を判定する。補償光学制御部116は各々の基準値と比較して条件が合致すれば(S305−Yes,S306−Yes)、処理をステップS307に進める。ステップS307において、測定された収差量と、補正された後に測定された収差量との間の変化に応じて、N次(Nは自然数)の係数を、N次の係数よりも高次の係数であるM次(MはM>Nの関係を満たす自然数)の次数を有する関数に変更する。補償光学制御部116は使用するZernike関数の係数を1次乃至6次の高次の次数を有する関数に設定し、処理をステップS103に戻す。尚、本実施形態では、高次の係数として1次乃至6次の係数の設定を例示しているが、低次の係数として1次乃至4次の係数が設定されている場合、高次の係数は1次乃至6次の係数に限定されない。例えば、1次乃至4次の係数を含む1次乃至5次の係数または1次乃至6次の係数を設定することが可能である。また、6次の係数が上限の次数として限定されるものではなく、更に高次の係数を含めることも可能である。
一方、ステップS305、S306の判定において、補償光学制御部116は各々の基準値と比較して条件が合致しない場合(S305−No、S306−No)、ステップS308に処理は進められる。ステップS308において、補償光学制御部116は補正量を計算し、ステップS309において、補償光学制御部116の制御に基づき波面補正デバイス108が駆動され、処理はステップS303に戻される。ステップS304において、収差量が第1基準値未満(基準1)となるまで、ステップS303からステップS309までの処理が繰り返し行なわれる。
ステップS310において、眼底撮像装置は被検眼の眼底の撮像を行い、ステップS311で終了確認を行う。ステップS310で終了要求が確認された場合(S311−Yes)、ステップS312で制御を終了する。
一方、ステップS311の判定で、終了要求が入力されていない場合(S311−No)、処理はステップS314に進められる。ステップS314では、測定している収差から変化(変動)の大きい次数の係数を選択し、その次数の係数を補正に使用する係数として設定する。係数の選択は、変動量が大きい上位何個でもよいし、一定以上の変動量に対応した次数の係数を補正に使用する係数として設定することが可能である。例えば、散瞳していない眼の測定においては、眼の屈折調整が常に変動するために、高画質撮像を行うためには、常にこの屈折状態に追従する必要がある。この場合には、低次の収差の変動が大きいので、収差補正を低次の係数を用いて行うことで追従性能が向上する。また、涙液の状態によって高次の収差が変動することも知られているので、高次の変動が大きい場合には高次の係数を用いて収差補正を行えばよい。
係数を設定した後は、ステップS303以降の補償光学の基本処理を行い、ステップS310で次の撮像を行う。図9に示した眼底撮像装置の制御の例では、撮像と収差補正の処理をシーケンシャルに行っているが、両者を並行して行うことも可能である。
本実施形態によれば、連続撮像時の収差補正の追従性が向上し、高画質な複数の画像を短時間で撮像することが可能となる。
(第4実施形態)
第4実施形態にかかる眼底撮像装置の構成について図10を用いて説明する。図10に示す基本的な構成は第1実施形態の眼底撮像装置と同様であり、同じ構成要素には同一の参照番号を付している。第4実施形態に係る眼底撮像装置は、波面補正デバイス108が第1の波面補正デバイス108−1と第2の波面補正デバイス108−2から構成される。また、眼底撮像装置は、第1の波面補正デバイス108−1と第2の波面補正デバイス108−2とを光学的に結合するための反射ミラー107−5と107−6とを具備している。ここで、第1の波面補正デバイス108−1は主に低次の収差の補正を行うものであり、例えば、エレメント数の少ない可変形状ミラーが好適に用いられる。第2の波面補正デバイス108−2は高次まで含めた収差の補正を行うものであり、エレメント数の多い可変形状ミラーや液晶素子を用いた空間位相変調器(反射型液晶光変調器)が好適に用いられる。補償光学制御部116は、波面センサー115と第1の波面補正デバイス108−1との処理、または、波面センサー115と第1の波面補正デバイス108−1と第2の波面補正デバイス108−2との処理を繰り返し制御する。
第4実施形態の眼底撮像装置の処理を図11のフローチャートを用いて説明する。ステップS401で眼底撮像装置の制御を開始する。ステップS402において、収差を多項式の関数であるZernike関数で表すためにN次(Nは自然数)までの係数の多項式を設定する。本実施形態では、収差補正で使用するZernike係数を1次〜2次の係数に設定する。そして、以下に説明するステップS403からステップS409までの補償光学の基本フローを実行する。補償光学の基本的なフローの概略として、ステップS403で波面センサー115により収差を測定し、測定した結果を元にステップS408(第1の算出工程)で補償光学制御部116により第1の波面補正デバイス108−1の補正量を算出する。尚、ステップS408において、補償光学制御部116は第2の波面補正デバイス108−2の補正量を算出しない。補正量を算出する対象を第1の波面補正デバイス108−1に限定することにより、計算量の低減を図ることが可能になり、処理が非常に高速化される。ステップS409で補償光学制御部116の制御に基づき第1の波面補正デバイス108−1の駆動が繰り返し行われる。
次に補償光学の各ステップの内容を説明する。ステップS403で波面センサー115により収差を測定し、収差量を求める。ステップS404で、補償光学制御部116は、先のステップS403で求めた収差量が予め設定された第1基準値未満(基準1)であるか否かを判定する。第1基準値(基準1)は眼底撮像装置の固有の値でもよいし、撮像者が設定してもよい。収差量が第1基準値(基準1)を下回っている場合(S404−Yes)、ステップS410に処理は進められる。一方、収差量が第1基準値(基準1)以上の場合(S404−No)、処理はステップS405に進められ、ステップS405以降の処理が実行される。
補償光学制御部116は第1実施形態のステップS105、S106の処理と同様に、ステップS405、S406で収差量の変化率や繰り返し回数を判定する。補償光学制御部116は各々の基準値と比較して条件が合致すれば(S405−Yes,S406−Yes)、処理をステップS407に進める。ステップS407において、測定された収差量と、補正された後に測定された収差量との間の変化に応じて、N次(Nは自然数)の関数を、N次よりも高次の次数であるM次(MはM>Nの関係を満たす自然数)の関数に変更する。補償光学制御部116は収差補正で使用するZernike関数の係数を1次から6次の高次を含む次数に設定する。尚、本実施形態では、高次の係数として1次乃至6次の係数の設定を例示しているが、低次の係数として1次から2次の係数が設定されている場合、高次の係数は1次乃至6次の係数に限定されない。例えば、1次乃至2次の係数が含まれる1次乃至3次の係数、1次乃至4次の係数、1次乃至5次の係数または1次乃至6次の係数を設定することが可能である。また、6次の係数が上限の次数として限定されるものではなく、更に高次の係数を含めることも可能である。高次の係数M次は、低次の係数N次のすべてを含む場合に限定されない。N次の係数として、例えば、1次乃至2次の係数が設定された場合、N次の係数の一部である2次の係数と、N次の係数よりも高次の係数(例えば、3次および4次の係数)を含むように係数を設定し、収差を表わす関数の次数を定義することも可能である。
S405、S406の判定で、各々の基準値と比較して条件が合致しない場合(S405−No、S406−No)、補償光学制御部116は所定の次数(例えばN次)の多項式により表わされる関数を変更しないと判定する。
ステップS408に処理は進められる。ステップS408(第3の算出工程)において、補償光学制御部116は第1の波面補正デバイス108−1の補正量を算出する。ステップS409(第3の収差補正工程)において、補償光学制御部116の制御に基づき第1の波面補正デバイス108−1が駆動され、S408で算出された補正量に基づいて、所定の次数(例えば、N次)の収差が補正される。処理はステップS403に戻される。ステップS404において、収差量が第1基準値未満(基準1)となるまで、ステップS403からステップS409までの処理が繰り返し行なわれる。
ステップS410において、眼底撮像装置は被検眼の眼底の撮像を行い、ステップS411で処理を終了する。尚、第1実施形態のステップS111と同様に、ステップS412の前に撮像終了の確認を行って、連続撮像を行う処理も可能である。
一方、S407において、Zernike係数を変更した後、所定の次数(例えばN次)の関数よりも高次の次数(例えば、M次(MはM>Nである自然数)を含む関数に変更される。処理はステップS415に進められ、S415からS420の処理は、先に説明した補償光学の基本フローと同様の処理であるが、第1の波面補正デバイス108−1だけでなく、第2の波面補正デバイス108−2も波面補正の対象となる点で相違する。
ステップS415において、波面センサー115により収差を測定し、収差量を求める。ステップS416において、補償光学制御部116は、先のステップS415で求めた収差量が予め設定された第1基準値未満(基準1)であるか否かを判定する。収差量が第1基準値(基準1)を下回っている場合(S416−Yes)、ステップS410に処理は進められる。ステップS410で眼底の撮像を行った後、ステップS412で処理を終了する。
一方、ステップS416の判定で、収差量が第1基準値(基準1)以上の場合(S416−No)、処理はステップS417に進められ、ステップS417以降の処理が実行される。
ステップS417(第1の算出工程)において、測定された収差を、所定の次数の係数よりも高次の係数を有する関数で表わす。そして、その関数により表された収差を第1の波面補正デバイス108−1(第1の収差補正部)により所定の次数の収差補正を行うための補正量を算出する。補償光学制御部116は第1の波面補正デバイス108−1の補正量を算出する。第1の波面補正デバイス108−1は低次の収差のみを補正するので、ステップS415で測定された収差のうちで低次の収差に対する補正量のみが本ステップで計算される。
ステップS418(第2の算出工程)において、測定された収差を、所定の次数の係数よりも高次の係数を有する関数で表わす。そして、その関数により表された収差を第2の波面補正デバイス108−2(第2の収差補正部)により、所定次数よりも高次の次数の収差を補正するための補正量を補償光学制御部116は算出する。第2の波面補正デバイス108−2は高次の収差のみを補正するので、ステップS415で測定された収差のうちで高次の収差に対する補正量のみが本ステップで計算される。
ステップS419(第1の収差補正工程)において、補償光学制御部116の制御に基づき第1の波面補正デバイス108−1が駆動され、変更された高次の次数を含む関数により表わされる収差のうち所定次数の収差が補正される。ステップS420(第2の収差補正工程)において、第2の波面補正デバイス108−2が駆動され、変更された高次の次数を含む関数により表わされる収差のうち所定次数よりも高次の次数の収差が補正される。
ステップS415以降の処理において、2つの波面補正デバイスを同時に制御する構成としたが、ステップS415以降は第2の波面補正デバイスのみで収差補正を行う構成も可能である。この場合、ステップS408、S409において、第1の波面補正デバイスで補正しきれなかった収差に関して、低次から高次までを第2の波面補正デバイスで補正することとなる。
本実施形態によれば、複数の波面補正デバイスを効率良く制御することが可能で、高画質な画像を迅速に撮像することが可能となる。
(その他の実施例)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (16)

  1. 被検査物に測定光を照射することにより得られる反射光の収差および収差量を測定する収差測定手段と、前記収差測定手段により測定された前記収差に応じて収差の補正を行う収差補正手段と、前記収差測定手段と前記収差補正手段との処理を繰り返し制御する制御手段と、を有する眼底撮像装置の眼底撮像方法であって、
    前記眼底撮像装置の変更手段が、前記収差測定手段で測定された前記収差を所定の次数の関数で表し、前記収差測定手段の測定結果および前記制御手段の制御結果のうち少なくともいずれか1つに応じて、前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する変更工程と、
    前記眼底撮像装置の前記収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差を補正する収差補正工程と、
    を有することを特徴とする眼底撮像方法。
  2. 前記収差測定手段の測定結果には、前記測定された収差量と、既に測定済みの収差量と前記測定された収差量との差分から求められる収差量の変化とのうち少なくとも1つが含まれ、
    前記制御手段の制御結果は、前記処理の繰り返し回数または前記処理の開始からの経過を示す繰り返し時間であることを特徴とする請求項1に記載の眼底撮像方法。
  3. 前記変更工程は、
    前記収差測定手段で測定された前記反射光の収差量が予め定められた基準値未満であるか否かを判定する判定工程を有し、
    前記判定工程で、前記反射光の収差量が前記基準値未満と判定される場合、前記変更工程は前記所定の次数の関数の変更を行わず、前記眼底撮像装置の撮像手段が撮像を行なうことを特徴とする請求項1または2に記載の眼底撮像方法。
  4. 前記変更工程は、
    前記収差量が前記基準値以上となる場合に、前記収差量の変化が予め定められた第2基準値未満であるか否かを判定する第2判定工程を更に有し、
    前記第2判定工程で、前記収差量の変化が前記第2基準値未満であると判定された場合、前記変更工程は前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更することを特徴とする請求項3に記載の眼底撮像方法。
  5. 前記変更工程は、
    前記収差量の変化が第2基準値以上となる場合に、前記収差補正手段による処理の繰り返し回数が予め定められた第3基準値を超えるか否かを判定する第3判定工程を更に有し、
    前記第3判定工程で、前記処理の繰り返し回数が前記第3基準値を超えると判定された場合、前記変更工程は前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更することを特徴とする請求項4に記載の眼底撮像方法。
  6. 前記変更工程は、前記第3判定工程で、前記処理の繰り返し回数が前記第3基準値以下と判定された場合、前記関数の変更を行わないことを特徴とする請求項5に記載の眼底撮像方法。
  7. 前記制御手段により前記処理が所定の繰り返し回数だけ繰り返えされた後、または前記制御手段による前記処理の開始から所定の繰り返し時間が経過したした後に、前記変更工程が、前記収差測定手段の測定結果に応じて前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の眼底撮像方法。
  8. 前記収差補正工程は、前記収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差を補正するための補正量を算出する算出工程を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の眼底撮像方法。
  9. 前記収差補正手段が、第1の収差補正手段及び第2の収差補正手段を有し、
    前記制御手段は、前記収差測定手段と第1の収差補正手段との処理、または、前記収差測定手段と第1の収差補正手段と第2の収差補正手段との処理を繰り返し制御し、
    前記変更工程は、
    前記収差測定手段で測定された前記収差を所定の次数の関数で表し、前記収差測定手段の測定結果および前記制御手段の制御結果のうち少なくとも1つに応じて、前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更するか否かを判定する判定工程を有し、
    前記収差補正工程は、
    前記判定工程が前記関数を変更すると判定した場合に、
    前記第1の収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差のうち所定次数の収差を補正する第1の収差補正工程と、
    前記第2の収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差のうち前記所定次数よりも高次の次数の収差を補正する第2の収差補正工程と、を有し、
    前記判定工程が前記関数を変更しないと判定した場合に、
    前記所定の次数の関数により表わされる収差を、当該所定次数の収差を補正する前記第1の収差補正手段が補正する第3の収差補正工程を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の眼底撮像方法。
  10. 前記第1の収差補正工程は、前記第1の収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差を補正するための補正量を算出する第1の算出工程を有し、
    前記第2の収差補正工程は、前記第2の収差補正手段が、前記変更工程で変更された前記関数により表わされる収差を補正するための補正量を算出する第2の算出工程を有し、
    前記第3の収差補正工程は、前記第1の収差補正手段が、前記所定の次数の関数により表わされる収差を補正するための補正量を算出する第3の算出工程を有することを特徴とする請求項9に記載の眼底撮像方法。
  11. 前記関数はZernike関数であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の眼底撮像方法。
  12. コンピュータに、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の眼底撮像方法の各工程を実行させるためのプログラム。
  13. 被検査物に測定光を照射することにより得られる反射光の収差および収差量を測定する収差測定手段と、
    前記収差測定手段により測定された前記収差に応じて収差の補正を行う収差補正手段と、
    前記収差測定手段と前記収差補正手段との処理を繰り返し制御する制御手段と、
    前記収差測定手段で測定された前記収差を所定の次数の関数で表し、前記収差測定手段の測定結果および前記制御手段の制御結果のうち少なくともいずれか1つに応じて、前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更する変更手段と、を備え、
    前記収差補正手段は、前記変更手段で変更された前記関数により表わされる収差を補正することを特徴とする眼底撮像装置。
  14. 前記収差測定手段の測定結果には、前記測定された収差量と、既に測定済みの収差量と前記測定された収差量との差分から求められる収差量の変化とのうち少なくとも1つが含まれ、
    前記制御手段の制御結果は、前記処理の繰り返し回数または前記処理の開始からの経過を示す繰り返し時間であることを特徴とする請求項13に記載の眼底撮像装置。
  15. 前記変更手段は、前記収差測定手段で測定された前記反射光の収差量が予め定められた基準値未満であるか否かを判定する判定手段を有し、
    前記判定手段が、前記反射光の収差量が前記基準値未満と判定した場合、前記変更手段は、前記所定の次数の関数の変更を行わず、前記眼底撮像装置の撮像手段が撮像を行なうことを特徴とする請求項13または14に記載の眼底撮像装置。
  16. 前記制御手段により前記処理が所定の繰り返し回数だけ繰り返えされた後、または前記制御手段による前記処理の開始から所定の繰り返し時間が経過したした後に、前記変更手段が、前記収差測定手段の測定結果に応じて前記所定の次数の関数を、当該所定の次数よりも高次の次数を含む関数に変更することを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の眼底撮像装置。
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