JP2016105967A - 走査型眼底撮像装置、眼底撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】環境変動にかかわらず、高解像度のフレーム画像を構築することが可能な走査型眼底撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の走査型眼底撮像装置は、被検眼Ｅの眼底Ｅｆをレーザ光で走査し、眼底Ｅｆからの反射光を受けて信号を出力する光学系（１、２、３）と、光学系からの信号を用いて画像を構築する画像構築部４と、を備え、光学系の光路には、眼底Ｅｆと共役な位置に、走査により光学系が取得した信号の取り込み終端位置とその次の走査により光学系が取得した信号の取り込み開始位置とを揃えるために用いるマスク４１が設けられ、画像構築部４は、マスク４１の像を用いて走査により光学系が取得した信号の取り込み開始タイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、照射スポット光により眼底を走査しながら眼底各部位からの照射スポット光による反射スポット光を受光することにより眼底像を構築する走査型眼底撮像装置の改良に関する。

従来から、照射スポット光により眼底を走査しながら眼底各部位からの照射スポット光による反射スポット光を受光することにより眼底像を構築する走査型眼底撮像装置（ＳＬＯ）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この走査型眼底撮像装置には、照射スポット光により眼底を走査するミラーを有し、このミラーを往復動させ、ミラーの往動時とミラーの復動時とに眼底像を捕捉して、高解像度の眼底像を高速で構築するものが知られている。

この種の走査型眼底撮像装置では、照射スポット光により眼底を走査するミラーと眼底像としてのフレーム画像を構築する画像構築部との動作タイミングを合わせるために、ミラー駆動回路から出力される同期信号をトリガー信号に用いて、眼底像の取り込み開始タイミングを決定している。

この種の走査型眼底撮像装置では、ミラーの往動により取り込む眼底像とミラーの復動により取り込む眼底像とのミラー面上でのタイミングを合わせるために、ミラーの往動により取り込む眼底像の取り込み開始タイミング信号とミラーの復動により取り込む眼底像の取り込み開始タイミング信号とをミラーの振動の一周期に対して電気的に半周期ずらして生成している。

特開２０１１−２１２１０３号公報

ところで、そのミラー駆動回路の同期信号を発生する回路は、例えば、抵抗とコイルとからなる発振器から構成されている。その発振器は、その電気的特性が環境温度により変化するという温度特性を有しており、ミラーの振動周期に対して同期信号の生成周期が温度によって変化する。

このため、ミラーの振動周期が機械的に安定していて時間的に一定であるとしても、このミラーの振動に基づいてミラー駆動回路から出力される同期信号は、時間的に変動する。
従って、ある温度において、ミラーの振れ角度位置と同期信号の発生位置とを一対一に対応づけて調整していたとしても、温度が変化するとミラーの振れ角度位置と同期信号の発生位置との対応関係が変化する。

このため、ミラーの往動方向の画像の振れ角度に対する取り込み開始タイミングと、ミラーの復動方向の振れ角度に対する画像の取り込み開始タイミングとがずれ、往動方向の走査の画像取り込み終端位置と復動方向の走査の画像取り込み開始位置とを電気的なタイミング調整のみにより一致させることはできないという不都合があり、往動方向の走査による眼底像と復動方向の走査による眼底像とを合成してフレーム画像を構築すると、フレーム画像が不連続となる。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、環境変動にかかわらず、高解像度のフレーム画像を構築することが可能な走査型眼底撮像装置を提供することにある。

本発明に係る走査型眼底撮像装置は、被検眼の眼底をレーザ光で走査し、前記眼底からの反射光を受けて信号を出力する光学系と、前記光学系からの信号を用いて画像を構築する画像構築部と、を備え、前記光学系の光路には、前記眼底と共役な位置に、走査により前記光学系が取得した信号の取り込み終端位置とその次の走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始位置とを揃えるために用いるマスクが設けられ、前記画像構築部は、前記マスクの像を用いて走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始タイミングを調整することを特徴とする。

本発明によれば、マスクの像を受像することにより走査により光学系が取得した信号の取り込み終端位置とその次の走査により光学系が取得した信号の取り込み開始位置とのずれを求めることができるので、環境変動にかかわらず、高解像度のフレーム画像を構築することが可能であるという効果を奏する。

図１は本発明に係る走査型眼底撮像装置の光学系の一例を示す説明図である。 図２は照射スポット光による眼底の走査状態を模式的に示す説明図である。 図３は回転駆動機構の一例を示す斜視図である。 図４は照射スポット光の偏光軸の所定角度毎に取得された眼底像を示す説明図である。 図５は図４に示す眼底像を重ね合わせ処理することにより構成された重ね合わせ眼底画像を示す説明図である。 図６は図１に眼底像構築部の要部構成を示すブロック図である。 図７は図１に示すレゾナントミラーの変位角度と角速度との関係を示す説明図である。 図８は垂直同期信号のずれによって生じる往動方向の走査による画像取り込み終端位置と復動方向の走査による画像取り込み開始位置とのずれを示す説明図である。 図９は図８の走査により取得される眼底像の乱れを示す説明図である。 図１０は眼底走査光学系に設けられたマスクの形状を示す平面図である。 図１０のマスクの走査によって得られたマスク像を示す部分拡大図である。

以下に、本発明に係る走査型眼底撮像装置の光学系の構成及び作用の概要を説明した後、本発明に係る走査型眼底撮像装置の実施例の詳細構成について説明する。
（走査型眼底撮像装置の構成及び作用の概要）
図１において、１は眼底走査光学系、２は共用光学系、３は受像光学系、４は眼底像構築部である。その眼底走査光学系１は、レーザ光源部５を有する。レーザ光源部５は、レーザ光源６と、このレーザ光源６から出射されたレーザ光Ｐを集光してコリメート光束に変換するコリメートレンズ７と、偏光板８とを有する。

偏光板８はレーザ光源部５から出射されたレーザ光のうち特定方向に振動する直線偏光（Ｐ偏光）のレーザ光を通過させる機能を有する。
共用光学系２は、眼底走査光学系１と受像光学系３とに共用され、ビームスプリッタ９と、スキャナ１０と、１／２波長板１１と、リレーレンズ１２と、反射ミラー１３と、合焦レンズ１４と、対物レンズ１５とを有する。スキャナ１０は、例えばレゾナントミラー１０ａと、ガルバノミラー１０ｂとから構成されている。

そのビームスプリッタ９は、偏光板８、後述する偏光板１９と協働して、直線偏光を有するレーザ光Ｐを通過させかつこのレーザ光Ｐの直線偏光の方向と平行な方向の直線偏光を有する反射光の通過を阻止ししかもレーザ光Ｐの直線偏光の方向と直交する方向の直線偏光を有する反射スポット光の通過を許可する偏光ビームスプリッタ部として機能する。

スキャナ１０は、後述する照射スポット光ＳＰにより被検眼Ｅの眼底Ｅｆを図２に示すように走査する役割を果たす。その図２において、Ｅｐは乳頭、Ｅｂは血管、Ｅｏは黄斑部を示し、Ｖ_Hはレーザスポット光ＳＰによる垂直方向の走査、Ｈ_Vはレーザスポット光ＳＰによる水平方向の走査を示している。

そのレゾナントミラー１０ａは、眼底Ｅｆの垂直方向の走査に用いられ、ガルバノミラー１０ｂは眼底Ｅｆの水平方向の走査に用いられる。
１／２波長板１１は、Ｐ偏光のレーザ光Ｐの偏光軸を回転させる役割を果たし、１／２波長板１１をθ度回転させると、Ｐ偏光のレーザ光Ｐの偏光軸が２θ度回転する。

図３はその１／２波長板１１の回転駆動機構を示し、その図３において、１６はギアドステッピングモータ、１７は小径ギア、１８は大径ギア、１８’はその大径ギア１８の回転軸である。１／２波長板１１は、回転軸１８’に取り付けられ、小径ギア１７、大径ギア１８により回転される。

そのギアドステッピングモータ１６は、１／２波長板１１を所定角度毎にステップ回転させる役割を有し、ここでは、１５度毎に１／２波長板１１を回転させると共に、その１５度の回転毎に角度タイミング信号を眼底像構築部４に出力する。

合焦レンズ１４、対物レンズ１５は被検眼Ｅの眼底Ｅｆに照射スポット光ＳＰを形成する合焦光学系としての役割を果たす。眼底Ｅｆからの反射スポット光は対物レンズ１５により集光され、合焦レンズ１４、反射ミラー１３、リレーレンズ１２、１／２波長板１１、スキャナ１０を経てビームスプリッタ９に導かれる。

眼底Ｅｆからの反射スポット光には、眼底Ｅｆの複屈折性により、Ｐ偏光成分の光の他、Ｓ偏光成分の光が含まれている。その眼底Ｅｆからの反射スポット光は、ビームスプリッタ９により反射されて、受像光学系３に導かれる。

受像光学系３は、偏光板１９と、結像レンズ２０と、共焦点絞り２１と、受像器２２とを備えている。偏光板１９はＰ偏光に対して直交する直線偏光としてのＳ偏光の光を透過させる役割を果たす。その受像器２２はＳ偏光の反射スポット光を受像し、その受像信号は後述する画像処理部２３に入力される。

その共焦点絞り２１は、眼底Ｅｆが合焦状態にあるときに、被検眼Ｅの眼底Ｅｆと共役位置に配置され、その被検眼Ｅの角膜Ｅｃはスキャナ１０の間の光路上の点Ｑ１’と共役とされている。また、眼底Ｅｆは共用光学系２の光路上の点Ｑ１”と共役とされ、眼底Ｅｆの眼底像は点Ｑ１”含む面内にいったん空中結像される。

眼底像構築部４は、画像処理部２３と、記憶部２４と、操作部２５とから概略構成されている。画像処理部２３には、角度タイミング信号に基づいて１／２波長板１１の所定角度毎（１５度毎）に図４に示す１枚の眼底像Ｅｆ’を取得し、この眼底像Ｅｆ’を記憶部２４に記憶する処理を行う。

ついで、画像処理部２３は、例えば、角度タイミング信号の個数をカウントして、１／２波長板１１の９０度の回転毎に、図５に示す１枚の重ね合わせ眼底画像Ｅｆ”を構築する。
例えば、図４（ａ）〜図４（ｆ）は、１／２波長板１１をθ＝１５度ずつ回転（偏光軸を３０度ずつ回転）させることにより取得された合計６枚の眼底像Ｅｆ’を示す模式図である。

この図４（ａ）ないし図４（ｆ）において、網点の密度が高い部分は、眼底像Ｅｆ’のうち輝度の低い部分であり、網点の密度が低い部分は、眼底像Ｅｆ’のうち輝度の高い部分である。

この図４（ａ）〜図４（ｆ）で示すように、眼底Ｅｆの複屈折性により、１枚毎の眼底像Ｅｆ’には輝度ムラが存在している。照射スポット光ＳＰの偏光軸の回転によって、眼底像Ｅｆ’の各部位の輝度ムラの状態が変化する。

画像処理部２３は、角度タイミング信号の個数をカウントして、偏光軸の１８０度回転に対応する１／２波長板１１の回転角度毎に記憶部２４から各眼底像Ｅｆ’を読み出し、これらの図４（ａ）〜図４（ｆ）に示す眼底像Ｅｆ’を重ね合わせて、図５に示す輝度ムラ及びゴーストの除去された１枚の重ね合わせ眼底画像Ｅｆ”を構築する。

（実施例の詳細）
この実施例では、走査ミラー１０は、図６に示すように、ミラー駆動回路３０によって駆動される。このミラー駆動回路３０は、レゾナントミラー駆動回路３０ａと、ガルバノミラー駆動回路３０ｂとからなる。

レゾナントミラー１０ａは、例えば、そのレゾナントミラー駆動回路３０ａによって１秒間に４０００回往復振動される。すなわち、レゾナントミラー１０ａの振動周波数は４ＫＨｚであり、照射スポット光ＳＰは垂直方向に往復走査される。なお、レゾナントミラー１０aの構造については、例えば、特表２００９−５４１７８４号公報を参照されたい。

図７は、そのレゾナントミラー１０ａの駆動の一周期に相当するレゾナントミラー１０ａの変位角度と角速度との関係を示す説明図であり、縦軸はそのレゾナントミラー１０ａの変位角度であり、横軸は時間である。

この図７では、レゾナントミラー１０ａの正の最大振れ角度位置を時間軸の「０」として、レゾナントミラー１０ａが元の最大振れ角度位置に戻るまでの時間を「Ｔ」として、その１／２Ｔの時間がレゾナントミラー１０ａの負の最大振れ角度位置として示されている。

レゾナントミラー駆動回路３０ａは、例えば、抵抗とコイルとからなる発振器を備えている。この発振器は、レゾナントミラー１０ａの一振動周期毎に垂直同期信号ＳＹＮＣを出力する。その図７においては、レゾナントミラー１０ａの正の最大振れ角度位置近傍に対応する時間軸の位置で、垂直同期信号ＳＹＮＣが出力されるものとして示されている。

レゾナントミラー１０ａは、周辺からの制御を受けずに往復動をしていて、外部の周辺機器や周辺回路へ動作状態を知らせる手段として、ある特定の振れ角に達したタイミングで、の垂直同期信号ＳＹＮＣを出力する。こうして、図２に示す矢印Ａ１〜Ａｎで示すように、眼底Ｅｆにおいて、照射スポット光ＳＰにより、往動方向の走査が実行される。

その垂直同期信号ＳＹＮＣの周期は、発振器の抵抗温度特性のため、レゾナントミラー１０ａの機械的な振動周期が一定であるとしても、環境温度によって変化する。しかし、ここでは、説明の便宜のため、その垂直同期信号ＳＹＮＣの周期は、環境温度が一定であるとして説明する。

その垂直同期信号ＳＹＮＣは、図６に示すように、カラムカウンター３１とピクセルクロック生成回路３２とに入力される。カラムカウンター３１は、垂直同期信号ＳＹＮＣの個数をカウントして垂直同期信号ＳＹＮＣの１／２周期毎にガルバノミラー駆動回路３０ｂへ位置信号を出力すると共に、合成同期信号生成回路３３と書き込みアドレス生成回路３４とに水平同期信号ＳＹＮＣ’とを出力する。なお、水平同期信号ＳＹＮＣ’が出力されるときには、レゾナントミラー１０ａは機械的に復動方向に回動している。

ガルバノミラー１０ｂは、カラムカウンター３１に垂直同期信号ＳＹＮＣが入力されて位置信号が更新される都度、水平方向に所定角度回動される。また、このとき、レゾナントミラー１０ａは復動方向に回動されているので、図２に示す矢印Ｂ１〜Ｂｎで示すように、眼底Ｅｆにおいて、照射スポット光ＳＰにより、復動方向の走査が実行される。カラムカウンター３１は、各列に対応され、ロウカウンター３５は各列の画素に対応されている。

なお、レゾナントミラー１０ａはその最大振れ角度近傍では角速度が減速されるため、その変位角度曲線Ｑ１はサインカーブに似た形状となる。
ピクセルクロック生成回路３２は、垂直同期信号ＳＹＮＣに基づいてタイミング信号としてのピクセルクロック信号ＰＬをロウカウンター３５とアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）３６とに出力する。

ここでは、そのピクセルクロック信号ＰＬは、１５３６個とされ、このピクセルクロック信号ＰＬの個数は、画素のドット数に対応している。すなわち、後述する画像メモリの０から１５３５個の番地に対応している。

そのピクセルクロック信号ＰＬの発生開始位置は、垂直同期信号ＳＹＮＣ、水平同期信号ＳＹＮＣ’から所定時間位置とされて、レゾナントミラー１０ａの変位角度曲線Ｑ１がリニアに変化する位置とされている。なお、そのピクセルクロック信号ＰＬの発生開始位置は、例えば、システムクロック信号を用いて決定され、このシステムクロック信号の周波数はピクセルクロックの周波数よりも数倍程度大きい。

ロウカウンター３５はピクセルクロック信号ＰＬの個数をカウントして、そのカウント信号を書き込みアドレス生成回路３４と、合成同期信号生成回路３３とに向かって出力する。書き込みアドレス生成回路３４はピクセルクロック信号ＰＬの入力の都度書き込み制御信号ＷＬを調停回路３７に向かって出力する。

調停回路３７は、書き込み・読み出し・停止制御調整を行う機能を有し、この調停回路３７には、読み出しアドレス生成回路３８から読み出し制御信号ＲＬが入力される。調停回路３７は、画像メモリ３９にアドレス（番地）信号とＲ／Ｗ信号とを出力する。

アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）３６には、受像器２２から受像信号が入力され、ピクセルクロック信号ＰＬの入力の都度、受像信号をアナログ・デジタル変換する。そのデジタルデータは画像メモリ３９に入力され、この画像メモリ３９のピクセルクロック信号ＰＬに対応する番地にデジタルデータが書き込まれる。すなわち、各列の各行にドット単位の画素情報が書き込まれる。

その画像メモリ３９に記憶されたデジタルデータはＰＣインターフェース（画像ボード）４０を介して画像処理部２３としてのパーソナルコンピュータに入力される。そのパーソナルコンピュータには、表示モニタ２６が接続され、眼底像Ｅｆ’が操作部２５の操作に応じて表示される。

合成同期信号生成回路３３は、カラムカウンター３１からの水平同期信号SYNC’の個数とロウカウンター３５からのピクセルクロック信号ＰＬとに基づいてフレーム画像を構築するための合成用同期信号ＳＹＮＣ”をＰＣインターフェース４０に出力する。

これにより、図２に示すように、眼底Ｅｆが垂直方向（カラム方向）に往復走査されつつ、水平方向（ロウ方向）に走査されて、１枚の眼底像Ｅｆ’が記憶部２４に取り込まれることになる。

その図２に示すように、環境温度が一定の場合には、垂直同期信号ＳＹＮＣの周期が一定であるので、図７に示すレゾナントミラー１０の往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミング信号ＰＬ’とレゾナントミラー１０の復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミング信号ＰＬ”とは時間的に変動しない。

このため、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Ｑｆと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Ｑｓとが揃っている（往動方向の走査による画像取り込み開始位置Ｑ’ｓと復動方向の走査による画像取り込み終端位置Ｑ’ｆとが揃っている）。

しかしながら、環境温度が変動すると、垂直同期信号ＳＹＮＣの周期が変換するので、レゾナントミラー１０の往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとレゾナントミラー１０の復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとが時間的に変化し、図８に示すように、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Ｑｆと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Ｑｓとが不揃いとなる。

その結果、往動方向の走査による眼底像と復動方向の走査による眼底像とを合成してフレーム画像としての眼底像Ｅｆ’を構築した場合に、往動方向の走査による画像と復動方向の走査による画像とにずれが生じ、図９に示すように、不連続なフレーム画像となる。

そこで、この実施例では、図１に示すように、眼底走査光学系１の光路の眼底Ｅｆと共役な点Ｑ１”の位置に、往動方向の走査による画像取り込み終端位置Ｑｆと復動方向の走査による画像取り込み開始位置Ｑｓとを揃えるためのマスク４１が設けられている。

このマスク４１は、図１０に示すように、正方形状の開口４１ａを有し、その開口４１ａの周縁に垂直方向に等間隔の櫛歯部４１ｂが形成されている。このマスク部４１ａは黒色であり、往動方向の走査による画像と復動方向の走査による画像とを合成すると、図１１に示すように、櫛歯部４１ｂがずれた黒色の櫛歯像４１ｂ’が得られる。

この図１１には、往動方向の走査Ａi、Ａi＋１により取得された櫛歯像４１ｂ’と復動方向の走査Ｂiにより取得された櫛歯像Ｂiとが示され、画像取り込みタイミングのずれによって、往動方向の走査により取得された櫛歯像４１ｂ’と復動方向の走査により取得された画像とがずれた状態が示されている。
なお、符合４１ｂ”は正方形の開口４１ａの縦方向の周辺部の輪郭を構成する輪郭像を示す。

眼底像構築部４は、櫛歯像４１ｂ’を用いてレゾナントミラー１０ａの往動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとレゾナントミラー１０ａの復動方向の振れ角度位置に対応する画像取り込み開始タイミングとを調整する。

眼底像構築部４は、眼底像Ｅｆを構築する前に予め櫛歯像４１ｂ’を含む複数個の眼底像Ｅｆ’を取得して、画像取り込み開始タイミングを調整しても良いし、櫛歯像４１ｂ’を用いて相関係数が最大となる櫛歯の位置を計算し、画像取り込み開始タイミングを決定しても良い。

眼底像構築部４は、マスク像としての櫛歯像４１ｂ’を含む眼底像Ｅｆ’をトリミングすることにより櫛歯像４１ｂ’を除去する構成としても良い。
なお、この実施例では、図７において、垂直同期信号SYNCから所定時間をおいて、ピクセルクロック生成回路３２からあたかもピクセルクロックPLが出力されているかのように描かれているが、これは、説明の便宜のために、画像メモリ３９に入力されるタイミング信号として描いたものであって、垂直同期信号SYNCをトリガーとして一定時間間隔でピクセルクロック生成回路３２からピクセルクロックPLを出力させ、ピクセルクロックPLを所定個数カウントした時点から画像メモリ３９に画像情報を書き込むことを意味しており、本発明は、画像メモリ３９への復動方向の画像情報の書き込み開始タイミングをマスクにより調整することを発明の本質とするものである。

１…（一例としての光学系の一部を構成する）眼底走査光学系
３…（一例としての光学系の一部を構成する）受像光学系
４…（画像構築部の一例としての）眼底像構築部
１０…走査ミラー
２２…受像器
３０…ミラー駆動回路
４１…マスク
４１ｂ…（遮光部の一例としての）櫛歯部
Ｅ…被検眼
Ｅｆ…眼底
ＳＰ…照射スポット光
ＳＹＮＣ…垂直同期信号
ＳＹＮＣ’…水平同期信号

Claims (4)

1. 被検眼の眼底をレーザ光で走査し、前記眼底からの反射光を受けて信号を出力する光学系と、
   前記光学系からの信号を用いて画像を構築する画像構築部と、を備え、
   前記光学系の光路には、前記眼底と共役な位置に、走査により前記光学系が取得した信号の取り込み終端位置とその次の走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始位置とを揃えるために用いるマスクが設けられ、
   前記画像構築部は、前記マスクの像を用いて走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始タイミングを調整することを特徴とする走査型眼底撮像装置。
2. 前記マスクは、開口を有し、
   前記開口の周辺部には、等間隔で遮光部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の走査型眼底撮像装置。
3. 被検眼の眼底をレーザ光で走査し、前記眼底からの反射光を受けて信号を出力する光学系と、
   前記光学系からの信号を用いて画像を構築する画像構築部と、を備える走査型眼底撮像装置に用いる眼底撮像方法であって、
   前記光学系の光路に走査により前記光学系が取得した信号の取り込み終端位置とその次の走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始位置とを揃えるためのマスクを設け、前記マスクにより走査により前記光学系が取得した信号の取り込み開始タイミングを調整することを特徴とする眼底撮像方法。
4. 前記マスクは、開口を有し、
   前記開口の周辺部には、等間隔で遮光部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の眼底撮像方法。