JP2015100512A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイクロイックミラー等の光分割部材により発生する非点収差を低減すること。
【解決手段】 眼科装置に対し、被検眼を照明する照明光学系と、照明光学系により照明した被検眼からの反射光を透過方向と反射方向とに分割する第１の光分割部材と、透過方向に設けられ、反射光に基づいて被検眼を撮影する撮影光学系と、撮影光学系に設けられ、第１の光分割部材により発生する非点収差を補正する向きで設けられた第２の光分割部材と、を配する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば被検眼等の検査対象の検査情報もしく検査対象の位置合わせ情報を取得する検査装置に関する。

検査装置の一例である眼科撮影装置として、従来から被検眼に照明光束を投影し、その眼底反射像を撮像し被検眼の眼底像を撮影する眼底撮影装置が知られている。

近年では、装置の小型化と共に装置内部の光学系は複雑化しており、複数の光学系を合成あるいは分割し、被検者側の対物射出部の光学系を共有するのが一般的となっている。複数の光学系の具体例としては、眼底撮影光学系の他に、観察範囲を選択、確認するための前眼部観察光学系、装置と被検眼との位置合わせに用いるアライメント光学系、装置内の指標を用いて被検眼の固視を誘導する固視標光学系がある。

特許文献１に示される眼科撮影装置では、対物レンズと絞りとの間にダイクロイックミラーを配置し、透過光学系と反射光学系とを波長分離して装置の対物入射部を共有する。そして、反射光学系を前眼部観察光学系、透過光学系を眼底撮影光学系、固視標光学系としている。

ここで、波長分離に用いるダイクロイックミラーは、一般に、数ミリの厚みを持つ平行平板ガラスであり、さらには光軸に対して４５度程度の傾きを持たせて、眼底撮影光路の中に設けられている。

なお、ダイクロイックミラーを用いた場合、等ギアミラーにより生じる非点収差に対応する必要がある。特許文献２には、ダイクロイックミラーを用いた治療用レーザ装置が開示されている。当該装置では、ダイクロイックミラーで生じるこの非点収差を補正するために、該ダイクロイックミラーの観察者側の対応する面をシリンドリカル面とする構成が開示されている。

特開２００４−２６１２９３号公報 特開平０４−１６４４４４号公報

ここで、該特許文献１に開示される構成においては、光軸に対して４５度程度の傾きを持って設けられたダイクロイックミラーにより、非点収差が発生する（図２参照）。これはダイクロイックミラーが光軸に対してＸＺ平面で傾いた場合、該ＸＺ平面の焦点距離の方がＹＺ平面の焦点距離よりも長くなるからである。このように、ＸＺ平面とＹＺ平面とで結像位置に互いに差異が生じるため、非点収差が発生してこの影響により眼底撮影像が変化する。

また、特許文献２に開示される構成により非点収差の補正を行う場合、ダイクロイックミラーに対する付加加工が必要となることから、製造コストが増大することが避けられない。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、撮像系におけるダイクロイックミラー等の光分割部材により発生する非点収差を低減する検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る検査装置は、
被検査物を照明する照明光学系と、
前記照明光学系により照明した前記被検査物からの反射光を透過方向と反射方向とに分割する第１の光分割部材と、
前記透過方向に設けられ、前記反射光に基づいて前記被検査物を撮影する撮影光学系と、
前記撮影光学系に設けられ、前記第１の光分割部材により発生する非点収差を補正する向きで設けられた第２の光分割部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、受光系に光学素子を設けることにより、ダイクロイックミラー等の光分割部材により発生する非点収差を低減することができる。

本発明の一実施例による眼科撮影装置の構成図である。 ダイクロイックミラーによる非点収差の発生を説明する図である。 平行平面板を用いた非点収差補正の図である。

以下に、本発明の一実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細を説明する。

図１は眼底カメラの構成図である。該眼底カメラは、対物レンズ１、ダイクロイックミラー２、撮影絞り４、合焦レンズ５、結像レンズ６、内部固視灯ミラー７、及び撮像素子８を有する。対物レンズ１は被検眼Ｅに対向して配置され、その光軸Ｌ１上には、９００ｎｍより長波長側の光を反射し、且つ短波長側の光を透過するダイクロイックミラー２が配置される。また、ダイクロイックミラー２の透過方向には撮影絞り４、合焦レンズ５、結像レンズ６、内部固視灯ミラー７、及び可視光と赤外光に感度を有する撮像素子８が配置されている。合焦レンズ５は合焦レンズ駆動部２２に接続されており、光軸Ｌ１方向に移動可能となっている。これらの対物レンズ１から内部固視灯ミラー７により撮影光学系が構成されている。撮像素子８は、被検眼からの反射光束に基づいて被検眼の画像を取得するために用いられ、ダイクロイックミラー２を透過した反射光束が撮像素子８に至る光路は、像取得光学系として機能する。即ち、撮影光学系は、第１の光分割部材の投下方向に設けられ、反射光に基づいて被検査物を撮影するために用いられる。なお、ダイクロイックミラー２の反射側の光路たる反射方向に配置される光学系は、以下に述べるように被検眼の観察に用いられる観察光学系として機能する。また、内部固視灯ミラー７の反射方向には、被検眼の固視を促すために固視位置に固視灯等を点灯させて固視標を表示する内部固視標光学系が配置される。内部固視標光学系より提示される固視標が内部固視灯ミラー７によって反射され、対物レンズ１を介して被検眼に提示される。

一方、撮影絞り４の付近には、穴あきミラー３が斜設されている。穴あきミラー３の反射方向の光軸Ｌ２上には、レンズ９、合焦指標投影部１０、レンズ１１、及びダイクロイックミラー１２が配置されている。合焦指標投影部１０は、合焦指標駆動部２７により眼底観察時には光軸Ｌ２上に挿入され、光軸Ｌ２上にシフト駆動させることができ、撮影時には撮影画像の中に合焦指標が写りこむことがないように光軸Ｌ２上からの退避が可能となっている。

ダイクロイックミラー１２は赤外光を透過し可視光を反射する特性を有している。ダイクロイックミラー１２の反射方向にはリング絞り１３、及び可視のパルス光を発する撮影用光源であるストロボ光源１４が配置されている。また透過方向にはリング絞り１５、及び赤外の定常光を発する赤外ＬＥＤが複数個配置された観察光源である赤外ＬＥＤ１６が配置されている。これらの穴あきミラー３からリング絞り１３、１５に至る光路上に配置される構成により、眼底照明光学系が構成されている。該眼底照明光学系は、本発明における、被検査物に光を導いて該被検査物を照明する照明光学系に対応する。

なお、リング絞り１３、１５は、対物レンズ１とレンズ９、レンズ１１により被検眼Ｅの瞳孔と光学的に略共役な位置に配置され光軸中心に遮光部があるリング状の開口を有している。また、本実施例で用いるストロボ光源１４は、約４２０〜７５０ｎｍの波長を持つ可視光源であり、赤外ＬＥＤ１６は８５０ｎｍの単波長光源である。

また、ダイクロイックミラー２の反射方向の光軸Ｌ３上には結像位置補正用の凹レンズ１７、被検眼Ｅの前眼部像の光束を左右に分けるためのイメージスプリットプリズム１８、フィールドレンズ３７、結像レンズ１９、赤外光に感度を持つ撮像素子２０が設けられている。凹レンズ１７は、補正レンズ駆動部２３により光軸Ｌ３上への挿入と退避とが可能となっている。

対物レンズ１の周囲には前眼部照明用の９５０ｎｍの赤外光を発光する赤外ＬＥＤ３２が配置されている。

これらのダイクロイックミラー２から結像レンズ１９に至る光路上に配置される構成は、前述した観察光学系であって、より詳細には、被検眼の前眼部を観察するための前眼部観察光学系が構成されている。なお前眼部観察光学系は被検眼Ｅの前眼部と対物レンズ１との作動距離が眼底撮影時の適正作動距離であるときに被検眼Ｅの前眼部とイメージスプリットプリズム１８及び撮像素子２０が共役関係になるように光学配置されている。

以上の観察撮影光学系、眼底照明光学系及び前眼部観察光学系は、ひとつの筐体に保持され、眼底カメラ光学部を構成している。そして、眼底カメラ光学部は不図示の三軸電動ステージに載せられており、左右動モーター２９、上下動モーター３０、前後動モーター３１の回転により、被検眼Ｅと眼底カメラ光学部の位置合せができるようになっている。

また、撮像素子８の出力はＡ／Ｄ変換素子２５により、撮像素子２０の出力はＡ／Ｄ変換素子３５によりそれぞれデジタル信号化され装置全体の制御を行うシステム制御部２４に転送される。システム制御部２４には画像メモリ３４や各種駆動部用のドライバ等が搭載されており、撮像素子８及び撮像素子２０で撮像された画像データは画像メモリ３４にデジタル画像として保存可能である。さらに撮像素子８で撮像された赤外眼底観察像、可視撮影像、撮像素子２０で撮像された赤外前眼部観察画像などを表示するためのモニタ２８がシステム制御部２４に接続されている。なお、本実施例におけるモニタ２８は表示手段として機能し、前眼部観察光学系により取得された前眼部の画像と撮影光学系により撮影して得られた被検眼の画像とが表示可能である。また、モニタ２８におけるこれら前眼部画像及び被検眼画像の表示は、システム制御部２４において表示制御手段として機能するモジュール領域により実行される。

システム制御部２４は、さらに合焦レンズ駆動部２２、合焦指標駆動部２７、補正レンズ駆動部２３、左右動モーター２９、上下動モーター３０、前後動モーター３１、及び操作入力部２６に接続されている。またシステム制御部２４内部には、撮像素子８や撮像素子２０により撮影された、或いは画像メモリ３４に保存された被検眼Ｅの前眼部や眼底の画像データに基づいて、被検眼との眼底カメラ光学部とのアライメント検出やの眼底との合焦状態を検出する手段として機能するモジュール領域が配置されている。

また、システム制御部２４では、眼底観察用光源である赤外ＬＥＤ１６や前眼部観察光源であるＬＥＤ３２の光量調整・点灯・消灯などの制御を行い、撮影光であるストロボ光源１４の光量調整・点灯・消灯など制御は光源制御部３６を介して行っている。なお、前述した照明光学系、撮影光学系、及び第１及び第２の光分割部材を含む構成は光学部に対応し、前述した各駆動部及びモーターは該光学部を移動する移動手段として機能する。また、システム制御部２４は、該前眼部の画像に基づいて、移動手段を制御する制御手段として機能する。

ダイクロイックミラー２は、本発明において、照明光学系により照明された被検査物からの反射光を透過方向と反射方向とに分割する第１の光分割部材として機能する。ここで、ダイクロックミラー２の傾斜による非点収差の発生について図２を用いて説明する。

図２は傾斜配置された図１のダイクロイックミラー２に対応するダイクロイックミラー２０１と、眼底からの反射光０２の主光線光路を示している。図２（ａ）は光学系のＸ方向（ＹＺ平面）、図２（ｂ）は光学系のＹ方向（ＸＺ平面）を示している。ダイクロイックミラー２０１は厚さがｔで、Ｙ軸を回転軸としてθ度の傾きで配置されている。眼底に投光された光束は、全方位にわたって等方的に拡散反射される。

しかし、本配置のようにダイクロイックミラー２０１が大きく傾斜を持っていた場合は、光学系は非等方性を持つ。図２において、ガラスの屈折率をｎとし、Ｘ方向の光路長ｎ×δａとＹ方向の光路長ｎ×δｂとを比較した場合に、ダイクロイックミラー２０１が傾斜を持つＸ方向の方がダイクロイックミラー２０１表面での屈折の影響を受け、相対的にガラス中の光路長が長くなる。

したがって、光学系としてはＹ方向よりもＸ方向の方が焦点距離が長くなり、Ｘ方向とＹ方向とで結像位置に互いに差異が生じ、非点収差が発生することになる。

例えば、前述した特許文献１に開示される発明の構成の場合、光軸ずれを補正する必要があるために光分岐ミラーと補正部材との相対角度は一意に決定される。そのため、光分岐ミラーと補正部材との両方が抜去状態にある時には非点収差の回避が可能であるが、挿入状態にある時には非点収差がメリジオナル方向にのみ発生してしまう。

次に本発明で実施する特徴的な構成について説明する。
図２で説明した原理により発生する非点収差を補正する構成を図３に示す。図３は２枚の平行平面板３０１、３０２を用いて非点収差を補正する構成を示している。図３(ａ)はメリジオナル面においての光路図を、図３（ｂ）はサジタル面断面での光路図を示している。

一枚目の平行平面板で発生した非点収差を補正するために、二枚目の平行平面板は一枚目の平行平面板の光軸に対し９０度回転した位置に配置している。即ち、該第２の光分割部材は、第１の光分割部材たるダイクロイックミラー２０１と略平行な面において、該第１の光分割部材の向きに対して光軸を中心に略９０度回転した向きで設けられる。メリジオナル面とサジタル面の双方に平行平面板による非点収差を発生させることにより、全体の非点収差を低減することが可能となる。即ち、二枚目の平行平面板は、光分割部材等の一枚目の平行平面板により発生した非点収差を補正する。なお、一枚の平行平面板の存在により生じた非点収差を低減するためには、光軸に対してこの平行平面板とは異なる向き、即ちある程度回転させて配置すれば良い。これにより非点収差はある程度打ち消される。しかし、本実施例では、小型化した装置内部において且つ出来るだけ簡単な構成によって非点収差を抑制することが求められる。このため、最小の構成に付加によって最も効率的に非点収差を打ち消すために、二枚目の平行平面板は一枚目の平行平面板の光軸に対し９０度回転した位置に配置することが好ましい。

本実施例では図３の一枚面の平行平面板３０１としてダイクロイックミラー２、二枚目の平行平面板３０２として内部固視灯用ミラー７として、配置されており、一枚目のダイクロイックミラー２で発生した非点収差を内部固視灯用ミラーで補正することが可能となっている。即ち、この二枚目の平行平面板３０２は、第１の光分割部材であるダイクロイックミラー２とは異なる第２の光分割部材として機能する。この内部固視灯用ミラー７も、ダイクロイックミラーとすることが好ましい。また、本実施例では、好ましくは、第２の光分割部材の反射方向には、被検眼の固視を促すための内部固視標光学系が配置される。該第２の光分割部材は、撮影光学系に設けられるものであって、第１の光分割部材により発生する非点収差を補正する向きで配置される。なお、一枚目の平行平面板３０１と二枚目の平行平面板３０２とは、各々の厚さと材料に関して、工学距離が等しくすることによってより好適な効果が得られる。即ち、各々の厚さと屈折率との乗算結果を等しくすることによって、非点収差をより好適に低減することが可能となる。

ここで、二枚目の平行平面板３０２は、図１に不図示の眼底観察用光学系へ観察光を光路分割するミラーを用いても良い。
本発明によれば、不要な光学部材を追加する必要がないため、検査装置のシルエットを変更することなく高画質な画像を取得することができる。

なお、上述した実施例では、検査装置として眼科機器である眼底カメラを例示しているが、ミラー等の光学素子による光路分割を行なう所謂ＯＣＴ、トノメータ、パキメータ、レフラクトメータ、ケラトメータ等にも適用可能である。また、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形、変更して実施することができる。例えば、上記の実施例では、被測定物が眼の場合について述べているが、眼以外の皮膚や臓器等の被測定物に本発明を適用することも可能である。この場合、本発明は眼科装置以外の、例えば内視鏡等の医療機器としての態様を有する。従って、本発明は眼科装置に例示される検査装置として把握され、被検眼は被検査物の一態様として把握されることが望ましい。

（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についても本発明の一形態を構成する。

Claims (10)

1. 被検査物を照明する照明光学系と、
   前記照明光学系により照明した前記被検査物からの反射光を透過方向と反射方向とに分割する第１の光分割部材と、
   前記透過方向に設けられ、前記反射光に基づいて前記被検査物を撮影する撮影光学系と、
   前記撮影光学系に設けられ、前記第１の光分割部材により発生する非点収差を補正する向きで設けられた第２の光分割部材と、
   を有することを特徴とする撮影装置。
2. 前記第２の光分割部材は、前記第１の光分割部材と略平行な面において、前記第１の光分割部材の向きに対して光軸を中心に略９０度回転した向きで設けられることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記反射方向に設けられ、前記被検査物を観察する観察光学系を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮影装置。
4. 前記検査物は眼であり、
   前記観察光学系は、前記眼の前眼部を観察する前眼部観察光学系であることを特徴とする請求項３に記載の撮影装置。
5. 前記第２の光分割部材の反射方向に設けられ、前記眼の固視を促すための内部固視標光学系を更に有することを特徴とする請求項４に記載の撮影装置。
6. 前記前眼部観察光学系により取得された前記前眼部の画像と前記撮影光学系により撮影して得た前記被検眼の画像とを表示手段に表示させる表示制御手段を更に有することを特徴とする撮影装置。
7. 前記照明光学系、前記撮影光学系、前記第１及び第２の光分割部材を含む光学部と、
   前記光学部を移動する移動手段と、
   前記前眼部の画像に基づいて、前記移動手段を制御する制御手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項６に記載の撮影装置。
8. 請求項７に記載の撮影装置を制御する制御方法であって、
   前記前眼部の画像に基づいて、前記移動手段を制御する工程と、
   前記移動手段への制御の後に、前記被検眼の画像を取得する工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
9. 請求項８に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
10. 前記第１及び第２の光分割部材は、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮影装置。

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