JP2014151025A - 眼球撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源がその表面に写り込んでいない状態で眼球の撮像を行える眼球撮像装置を提供する。
【解決手段】眼球撮像装置は、赤外線である照明光を照射する光源３１を持つ。光源３１からの照明光は照明用偏光板３２を通過して眼球に至る。眼球からの像光は、照明用偏光板３２と偏光方向が直交する撮像用偏光板３３を通過する。このとき眼球の表面で生じた表面反射光は遮断され、内部反射光のみが撮像用偏光板３３を通過する。レンズ１１を経て撮像素子１２で撮像される像光は表面反射光を含まないので、眼球の画像には光源３１が写り込まない。照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３は赤外領域の光に対して偏光板として機能するワイヤグリッド偏光板である。
【選択図】図２

Description

本発明は、眼球撮像装置に関する。

眼球の観察を行うために、眼球の撮像を行う必要が生じる場合がある。例えば、眼振の観察のために眼球の撮像が行われている。
眼振の観察は、診断の目的で行われるのであるから、その精度はいくら高くても高すぎるということはない。眼振の観察は従来、眩暈の原因の特定の目的などで実用化されていたが、近年の研究の成果により眼振の観察によりアルツハイマー病の発見や或いは統合失調症の発見にも資する可能性が指摘されており、これら技術の実用化のためにも、眼球の観察をより高い精度で行える技術が望まれている。
その他、瞳孔の大きさを撮像する、視線の方向を撮像する場合などに眼球の撮像が行なわれるが、これらの場合においても、眼球の観察をより高い精度で行えた方が良いのは言うまでもない。

従来の眼球の撮像に用いられていた眼球撮像装置は、眼球からの像光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像手段で撮像するようになっている。このとき、眼球の反応を防ぐため、照明光として赤外領域の波長の光を用い、また、赤外領域の波長の光である照明光以外の光が眼球に作用するのを防ぐため、外光を遮断するというのも常套手段となっている。

上述の如き眼球撮像装置は眼球の撮像を行える。しかしながら、上述の理由からその精度をより高める必要がある。従来の眼球撮像装置で撮像された画像においてその精度を下げる、言い換えればノイズとなるのは、照明光を照射するための光源である。照明光は眼球に生理的な作用を生じさせることはないが、撮像手段で撮像された画像の眼球の表面には、照明光を照射する光源が写り込んでしまう。光源と、眼球と、撮像手段の位置を調整することにより、撮像された画像内の眼球の表面に光源が写り込まないようにすることもある程度は可能であるが、その努力にも限界がある。

本願発明は、光源がその表面に写り込まない状態で眼球を撮像できる眼球撮像装置を提供することをその目的とする。

本願発明者は、上述の課題を解決するために、以下のような眼球撮像装置を提案する。
本願の眼球撮像装置は、眼球からの像光をとらえて撮像する撮像手段と、前記眼球に対して照射される、赤外領域の波長の光である照明光を照射する照明手段と、前記照明手段と前記眼球との間の前記照明光の光路上に配されている、前記照明手段からの照明光を直線偏光にする偏光板である照明用偏光板と、前記眼球と前記撮像手段との間の前記像光の光路上に配されている、前記照明用偏光板とその偏光の向きが直交するようにされた偏光板である撮像用偏光板と、前記撮像手段が、前記照明光に基づいて生じる前記像光のみにより前記眼球を撮像できるようにするために外光を遮断する遮光手段と、を備えている眼球撮像装置である。
そしてこの眼球撮像装置の前記照明用偏光板、及び前記撮像用偏光板は、それを通過した赤外領域の波長の光を直線偏光にできるようなものとされてなる。

この眼球撮像装置で撮像すると、光源がその表面に写り込まない状態で眼球を撮像できるようになる。それは、以下の理由による。
偏光には、ある対象物の表面で反射した場合（表面反射光）には偏光の状態をそのまま保ち、対象物の中に若干入ってから反射した場合（内部反射光）には偏光が崩れた状態となる、という性質がある。この性質を利用することにより、本願の眼球撮像装置によれば、得られた画像中の眼球の表面に、光源が写り込まなくなる。
本願の場合、照明手段からの照明光は、照明用偏光板で直線偏光となる。そしてその直線偏光は、対象物としての眼球の表面に照射される。像光となる反射光には、上述の表面反射光と内部反射光が含まれる。そして表面反射光は偏光を保っており、内部反射光は偏光が崩れ自然光と同一視できる状態となっている。表面反射光と内部反射光を含む像光は撮像用偏光板に向かう。撮像用偏光板はその偏光の向きが照明用偏光板と直交している（なお、本願では、２つの偏光板を通過して生じた直線偏光の向きが直交するような関係にある偏光板を、「偏光の向きが直交する偏光板」と記載することとし、他もそれに準ずる。）。したがって、偏光を保っている表面反射光は撮像用偏光板で遮断され、他方偏光が崩れた内部反射光は、それに含まれる撮像用偏光板の偏光方向に沿う成分が撮像用偏光板を通過する。したがって、本願の場合、撮像手段で撮像される像光は、内部反射光に基づくものだけということになる。
照明手段に含まれる光源が眼球に写り込む場合、それは表面反射光に基いて撮像手段で撮像されることとなる。本願の場合、像光に含まれる表面反射光は撮像に寄与しないのだから、本願の眼球撮像装置によって得られた画像中の眼球の表面には、光源が写り込まない。
また、本願の眼球撮像装置は、照明光として赤外領域の波長の光を用いるので、照明光が眼球に何らかの作用を及ぼすことがない。また、一般的な偏光板は赤外領域の波長の光については偏光の状態に影響を与えられないことが多いが、本願の照明用偏光板と、撮像用偏光板とは、それを通過した赤外領域の波長の光を直線偏光にできるようなものとされているから、赤外領域の波長の光に対しても正しく偏光板として作用する。

本願発明の照明手段は、赤外領域の波長の光で眼球を照明することができるようなものであれば、その詳細は不問である。
前記照明手段は、赤外領域の波長の光のみを照射する光源からなるものであっても良い。この場合の光源は複数であっても良い。
前記照明手段は、赤外領域の波長の光を含み、その他の波長領域の光（例えば可視領域の光）をも含むものを照射する光源と、その光源からの光のうち赤外領域の波長の光のみを通過させる赤外線フィルタとを備えるものであっても良い。この場合の照明光は、光源からの光のうち赤外線フィルタを通過したものとなり、これは赤外領域の波長の光である。この場合の光源も複数であっても良い。
また、前記照明手段は、前記眼球を、前記眼球が無影状態となるように前記照明光で照明するようになっていてもよい。上瞼、下瞼は眼球から離れた位置にあるのでこれらが眼球の表面に影を落とすことがある。眼球を無影状態にして撮像を行えばそのような影が眼球の画像の精度を落とすことがない。例えば、光源を複数とすることにより、眼球を無影状態で撮像できるようになる。

前記照明用偏光板、及び前記撮像用偏光板は、上述のように、それを通過した赤外領域の波長の光を直線偏光にできるようなものとされているが、それは例えば、ワイヤグリッド偏光板により実現可能である。

本発明の実施形態による眼球撮像装置の全体を示す斜視図。 図１に示した眼球撮像装置の内部構造を示す側断面図。 図１に示した眼球撮像装置のフードの奥の部分の構成を示す図。 図１に示した眼球撮像装置で撮像される画像の説明を行うための概念図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に、この実施形態における眼球撮像装置の外観を示す斜視図を示す。
この実施形態における眼球撮像装置は、患者の眼振の観察を医師が行なうことにより医師が患者の診察を行う目的で使用される。
眼球撮像装置は、手持ち可能とされた本体部１０と、本体部１０の前側に設けられたフード２０とを備えている。
本体部１０はこれには限られないが樹脂製であり、またこれには限られないが中空の円筒形状に形成されその内外に種々の部品を収納し、また取付けられている。
フード２０は先端に向かってやや広がる断面略矩形状の筒であり、不透明な素材例えば不透明な樹脂でできている。この眼球撮像装置は、患者か医師がその本体部１０を把持し、フード２０の先端の外周部分を患者のいずれかの目の周囲に当接させた状態で用いられる。フード２０の先端の外周部分をきちんと患者の目の周りに押付けることにより、フード２０の内側に外光が入り込まない状態を作り出せる。
なお、図１において、フード２０の内側から覗いているのは照明用偏光板３２である。これについての説明は後に回す。

図２に眼球撮像装置の概略的な断面図を示す。
本体部１０には、レンズ１１が取付けられている。レンズ１１は、患者の目を拡大してその像を後述する撮像素子１２に結像させるものである。レンズ１１は一枚である必要はないし、レンズ１１以外の必要な光学部品を含んでいても良い。また、レンズ１１は像の拡大以外の機能を持っていてもよい。
撮像素子１２は、像光を捉え撮像を行うものである。撮像素子１２は赤外領域の波長の光による撮像を行えるものであればどのようなものでも構わない。撮像素子１２は例えばＣＣＤであり、或いはＣＭＯＳにより構成することができる。撮像素子１２は撮像により得た画像のデータを生成する。撮像素子１２が撮像する画像は、本来的には静止画であっても、動画であっても良いが、この実施形態の眼球撮像装置の使用目的は、眼振の観察を行うことなので、この実施形態の撮像素子１２が撮像する画像は動画であり、撮像素子１２が生成する画像のデータはビデオ信号である。
撮像素子１２は、接続線１２ａにて処理回路１３に接続されている。処理回路１３は撮像素子１２が生成した画像のデータを接続線１２ａを介して撮像素子１２から受取るようになっている。処理回路１３は、ビデオ信号の外部への出力に先んじて必要な処理、例えば明るさの調整や、必要であればアナログ／デジタル変換などを行う。
処理回路１３は接続線１３ａを介して出力端子１４に接続されている。出力端子１４は、図示を省略のケーブルを介して外部機器との接続を行うものである。外部機器は、典型的にはディスプレイであり、或いは記録装置である。ディスプレイは、出力端子１４からケーブルを介して受取ったビデオ信号に基いて動画を表示する。記録装置は、出力端子１４からケーブルを介して受取ったビデオ信号を記録し、後にそのビデオ信号を所定のディスプレイで見られるようにする。この実施形態では、出力端子１４は、ケーブルを介して図外のディスプレイに接続されている。

フード２０の最も奥には光源３１が設けられている。必ずしもこの限りではないが、この実施形態の光源３１は、本体部１０の前面に取付けられている。この実施形態における光源３１は、必ずしもこの限りではないが複数であり、必ずしもこの限りではないが８つである。８つの光源３１は、図３に示したように、レンズ１１を中心として想定できる円上に均等な間隔で配されている。
光源３１は、眼球を撮像する際に必要な照明光を照射するものとなっている。照明光は、患者の目へ生理的な影響を与えないようにするために、赤外領域の波長の光とされている。この実施形態の光源３１は、赤外領域のうちの特定の波長範囲の波長の光を選択的に発生させるＬＥＤにて構成されている。この実施形態の光源３１が照射する光の波長は、患者に視認されないことを主な理由に、９００ｎｍ或いはそれよりも長いものとされる。ただし、波長を長くしても、この実施形態における照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３に用いられるワイヤグリッド偏光板（これらについては後述する。）により艶なしの画像を得ることに対する影響は生じないが、しかしながら撮像素子１２による撮像は行いにくくなる。このような点を考慮し、照明光の波長を９００ｎｍよりも長い範囲で適当に選択すべきである。
もっとも光源３１は、赤外領域の波長の光に加え赤外領域の波長の光以外の光（例えば可視光）をも照射するものであっても構わない。ただし、この場合には、光源３１からの光から赤外領域の波長の光以外の光を除くフィルタを設ける必要がある。
フード２０の光源３１の手前には、それを通過した光を直線偏光にする偏光板である照明用偏光板３２が配置されている。照明用偏光板３２は、図３に示したようにドーナツ型に形成されている。光源３１から出た照明光は、照明用偏光板３２を通ってから眼球に至るようになっている。
照明用偏光板３２の内側には、それを通過した光を直線偏光にする偏光板である撮像用偏光板３３が配置されている。撮像用偏光板３３の偏光方向は、照明用偏光板３２の偏光方向と直交するようになっている。眼球からの像光は、撮像用偏光板３３を通過してから、レンズ１１を通って撮像素子１２で撮像される。なお、この実施形態では、照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３とは同一平面上に位置するようになっているが、照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３とは同一平面上に位置する必要はない。
この実施形態における照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３はともに、赤外領域の波長の光に対して偏光板として機能するものとなっている。必ずしもこの限りではないが、この実施形態における照明用偏光板３２と撮像用偏光板３３はともにワイヤグリッド偏光板である。ワイヤグリッド偏光板は、樹脂の板に、非常に細い金属線を所定間隔で平行に配したものであり、通常の偏光板が偏光板として機能しない赤外領域の波長の光に対しても偏光板として機能する。ワイヤグリッド偏光板の例としては、旭化成イーマテリアルズ株式会社が製造販売する「Ａｓａｈｉ Ｋａｓｅｉ ＷＧＦ（商標）」を挙げることができる。

次に、この眼球撮像装置の使用方法を説明する。
眼球撮像装置を用いる場合には、患者又は医師がその本体部１０を把持し、そのフード２０の先端の外周部分を、眼振の観察を行うべき患者の目の周囲に押し当てる。このとき、フード２０の先端側からフード２０の内部に外光が入り込まないように注意する。
この状態で、医師は患者の眼球を観察する。上述したように、この実施形態の眼球観察装置は、図外のディスプレイに接続されている。したがって、医師は、ディスプレイに拡大して表示される患者の眼球の動画を見ながら眼振の観察を行うことができる。

ディスプレイに表示される眼球の動画がどのようなものであるかについて説明する。
光源３１が点灯している場合に撮像素子１２で撮像される像光を図４に示す。図４（Ａ）は眼球の表面で反射する表面反射光を、図４（Ｂ）は眼球の表面から若干眼球に入って反射する内部反射光の振る舞いを示している。また、太線の○印の中に引かれた直線は当該部分における照明光又は像光の偏光の方向を示しており、○印の中に四方八方に線が引かれているのは当該部分における照明光又は像光の偏光が乱れている（例えば自然光化している。）ことを示している。
光源３１から出た照明光は、照明用偏光板３２を通過する。なお、照明用偏光板３２の偏光の向きは便宜上斜線の向きに等しいものとする。以下も同様である。照明用偏光板３２を通過すると、照明光は、左右方向に振動する直線偏光になる。ここまでは、図４（Ａ）、（Ｂ）で共通である。
照明用偏光板３２を通過した照明光である照明光は、眼球Ｘに当たり、眼球Ｘからの像光となる。眼球Ｘの表面で反射した照明光は、その偏光状態が維持されたままである。この像光は、照明用偏光板３２と偏光の向きが直交する撮像用偏光板３３に遮断され、撮像素子１２には届かない（図４（Ａ））。他方、眼球Ｘの中に若干入り込んで反射してきた像光は、その偏光状態が乱れている。この像光は、その中に含まれる撮像用偏光板３３と偏光の方向が一致する成分が撮像用偏光板３３を通過するので、少なくともその半分程度が撮像用偏光板３３を通過する。
結果として、光源３１からの照明光を用いて撮像される画像は、表面反射光のない眼球の艶消しの画像（無反射像）が得られることになる。
また上述のように、複数の光源３１が眼球に対して様々な方向から照明光を照射するので、眼球は無影状態で撮像されることになる。

１０ 本体部
１１ レンズ
１２ 撮像素子
２０ フード
３１ 光源
３２ 照明用偏光板
３３ 撮像用偏光板

Claims (4)

1. 眼球からの像光をとらえて撮像する撮像手段と、
   前記眼球に対して照射される、赤外領域の波長の光である照明光を照射する照明手段と、
   前記照明手段と前記眼球との間の前記照明光の光路上に配されている、前記照明手段からの照明光を直線偏光にする偏光板である照明用偏光板と、
   前記眼球と前記撮像手段との間の前記像光の光路上に配されている、前記照明用偏光板とその偏光の向きが直交するようにされた偏光板である撮像用偏光板と、
   前記撮像手段が、前記照明光に基づいて生じる前記像光のみにより前記眼球を撮像できるようにするために外光を遮断する遮光手段と、
   を備えている眼球撮像装置であって、
   前記照明用偏光板、及び前記撮像用偏光板は、それを通過した赤外領域の波長の光を直線偏光にできるようなものとされてなる、
   眼球撮像装置。
2. 前記照明手段は、前記眼球を、前記眼球が無影状態となるように前記照明光で照明するようになっている、
   請求項１記載の眼球撮像装置。
3. 前記照明手段は、赤外領域の波長の光のみを照射する光源である、
   請求項１記載の眼球撮像装置。
4. 前記照明用偏光板、及び前記撮像用偏光板は、ワイヤグリッド偏光板である、
   請求項１〜３のいずれかに記載の眼球撮像装置。

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