JP2017148361A - Observation device and observation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察装置及び観察方法に関し、特に角膜表面の状態を観察する観察装置及び観察方法に関する。 The present invention relates to an observation apparatus and an observation method, and more particularly to an observation apparatus and an observation method for observing the state of the corneal surface.
角膜表面の状態を非侵襲的に調べるための観察装置として、角膜表面での光の反射像を用いた光学的な検査装置が知られている。 As an observation apparatus for noninvasively examining the state of the corneal surface, an optical inspection apparatus using a reflection image of light on the corneal surface is known.
例えば、特許文献1には、撮像された涙液油層の画像を処理して、開瞼後、涙液油層が破壊されて破壊領域が出現するまでの時間を測定し、涙液異常を定量的に測定する眼科装置が開示されている。 For example, in Patent Document 1, an image of a taken tear fluid layer is processed, and after the tear is opened, the time until the tear fluid layer is destroyed and the destruction region appears is measured, and the tear abnormality is quantitatively measured. An ophthalmic apparatus for measuring is disclosed.
上記した光学的な眼科装置においては、涙液油層の状態観察をする際に、カメラのフォ−カスが固定されている(固定光学系である)ため撮影画像を見ながら装置の光学部全体を動かして最適な位置に動かす(角膜表面に合焦する)必要があった。また、角膜は透明であり、オートフォーカス機構により角膜表面にフォーカスを合わせることが困難であったこと等が、従来の課題の例として挙げられる。 In the optical ophthalmic apparatus described above, when observing the state of the tear fluid layer, the focus of the camera is fixed (it is a fixed optical system). It was necessary to move to an optimal position (focus on the corneal surface). Moreover, the cornea is transparent, and it has been difficult to focus on the cornea surface by an autofocus mechanism.
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス機構を搭載し、角膜表面に自動かつ高精度に合焦(フォーカシング)することが可能な構成とすることで、装置の移動機構の必要なく涙液油層の状態など角膜表面の観察を行える簡便な観察装置を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above-described points, and is equipped with an autofocus mechanism, and is configured to be able to focus on the cornea surface automatically and with high precision, thereby moving the apparatus. One object of the present invention is to provide a simple observation apparatus that can observe the surface of the cornea such as the state of the tear oil layer without the need for a tear.
請求項1に記載の発明は、眼の角膜表面を観察する光学系を備える観察装置であって、
眼を照明する照明部と、照明部の照明光が角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に光学系を合焦させる合焦部と、光学系が虚像に合焦した位置から、光学系の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離だけ光学系側へ移動させるように合焦部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is an observation apparatus including an optical system for observing the cornea surface of an eye,
From the illuminating unit that illuminates the eye, the focusing unit that focuses the optical system on the virtual image generated by the illumination light reflected from the corneal surface as a convex mirror, and the optical system from the position where the optical system is focused on the virtual image. And a control unit that controls the focusing unit to move the focusing position of the system to the optical system side by a distance based on the curvature of the cornea.
請求項9に記載の発明は、眼の角膜表面を光学系により観察する方法であって、眼を照明光により照明するステップと、照明光が角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に光学系を合焦させるステップと、光学系が虚像に合焦した位置から記光学系の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離だけ光学系側へ移動させるように制御するステップと、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is a method of observing the corneal surface of the eye with an optical system, the step of illuminating the eye with illumination light, and a virtual image generated by reflecting the illumination light as a convex mirror on the corneal surface A step of focusing the optical system and a step of controlling the focusing position of the optical system from the position where the optical system is focused on the virtual image to the optical system side by a distance based on the curvature of the cornea. It is characterized by.
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
図1〜5を参照して、実施例1に係る観察装置10について説明する。図1は、観察装置10の構成を模式的に示すブロック図である。観察装置10による観察対象物である眼(被検眼)30を観察装置10と共に模式的に示している。眼30は、角膜31と眼球32を有している。
With reference to FIGS. 1-5, the
観察装置10は、光学系11、照明部17、格納部28、及びプロセッサ29から構成されている。光学系11の光軸を光軸Xとする。
The
光学系11は、結像レンズ13、レンズ駆動部14、対物レンズ15及び撮像素子16を備えている。結像レンズ13は、対物レンズ15によって集光された光を結像する。撮像素子16は、結像レンズ13によって結像された像をデジタル信号に変換する。
The
また、レンズ駆動部14は、プロセッサ29からの信号に基づいて結像レンズ13を駆動する。レンズ駆動部14は、例えば結像レンズ13を移動させるアクチュエータである。結像レンズ13と、レンズ駆動部14とが合焦機構12を構成している。
Further, the
照明部17の発光面17aは、円錐台の側面の形状(コーン形状)を有している。より詳細には、照明部17の発光面17aの中心軸(すなわち、当該円錐台の中心軸)は光学系11の光軸Xと同軸である。そして、当該円錐台の上面及び底面に相当する2つの開口部のうち、大なる開口部(底面)が眼30の方向に向けて配されている。照明部17の発光面17aから出射された照明光は角膜31に照射され、当該発光面17aの像が形成される。
The
プロセッサ29は例えばCPU(Central Processing Unit)であり、演算処理を行う。プロセッサ29は、合焦調整部22、制御部23、画像処理部24、表示部27を備える。また、合焦機構12と合焦調整部22とが合焦部を構成している。
The
合焦調整部22は、画像処理部24からの信号に基づいて、合焦機構12を駆動させて光学系11の合焦調整を行う。
The
制御部23は、結像レンズ13の移動制御を行う。より詳細には、合焦調整部22が合焦調整を行った後、結像レンズ13を移動させ、光学系11の焦点が角膜31の表面に合うように制御する。例えば角膜31の曲率に基づいて結像レンズ13の移動距離を算出し、結像レンズ13を移動させる。
The
画像処理部24は、撮像素子16からの画像データに画像処理を行い、画像処理データを生成する。例えば画像中のコントラストや寸法に関するデータを生成する。
The
表示部27は、例えばディスプレイに操作画面や観察結果を表示させる表示データを生成するなどの表示処理を行う。
The
格納部28は、HDD(Hard Disk Drive)、半導体メモリなど、データの消去・書き込み可能な格納装置により構成される。格納部28には、例えば合焦調整や合焦制御を実行するためプログラムや、レンズ駆動に使用するデータ、観察によって生成された画像データなどが格納されている。
The
光学系11、照明部17、格納部28、及びプロセッサ29の各部は、例えば双方向通信が可能な伝送路(バスライン)BLで互いに接続されている。
The
図2は、観察装置10における観察方法を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an observation method in the
まず、ステップS11において、照明部17が発光面17aから照明光を角膜31に照射する。眼球32及び角膜31の中心軸は、光軸X上に位置するようアライメントされている。このときの角膜31の表面を被観察面と称する。
First, in step S11, the illumination unit 17 irradiates the
続いて、合焦調整(ステップS12)と合焦位置を移動する合焦制御(ステップS13)を実行すると、角膜表面の状態の観察(ステップS14)が可能となる。ステップS12とステップS13について、詳細に説明する。 Subsequently, when focus adjustment (step S12) and focus control (step S13) for moving the focus position are executed, the state of the cornea surface can be observed (step S14). Steps S12 and S13 will be described in detail.
ステップS12において、合焦調整部22は、照明光が角膜31で反射されて形成された反射像33に光学系11を合焦させる。合焦(フォーカスの調整)は、結像レンズ13を光軸Xに沿って移動させ、対物レンズ15に対する結像レンズ13の位置を変更することによって行う。結像レンズ13の移動は、合焦調整部22が画像処理部24の画像処理結果に基づいて、レンズ駆動部14を制御することによって実行する。言い換えれば、ステップS12はオートフォーカスによりフォーカスを合わせるステップである。なお、マニュアルでフォーカスを合わせてもよい。
In step S <b> 12, the
ここで、照明部17の光が反射される反射面である角膜31の表面(被観察面)は、凸面鏡の形状を有している。凸面鏡は、凸面鏡の前に置かれた物体の虚像を生成する。したがって、当該角膜31による反射像33は、照明部17の照明光が角膜31の表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像33である。すなわち、ステップS12は、合焦調整部22が当該虚像33に光学系11を合焦させるステップである。
Here, the surface (observed surface) of the
ステップS12におけるフォーカス調整は、例えばコントラスト法により行う。当該虚像33のコントラストが最大となるように結像レンズ13を光軸Xに沿って動かす。
The focus adjustment in step S12 is performed by a contrast method, for example. The
図3は、照明光の反射像33のコントラストについて示した模式図である。31Aは明るい領域、31Bは暗い領域(虹彩)を示している。31Cは明るい領域31Aと暗い領域31Bの境界領域を示している。図の明確さのため、明るい領域31Aを除いてハッチングを施して示している。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the contrast of the reflected
照明部17の照明光(円錐台の側面形状を有する)の反射像33は、光軸Xを中心とした明るいリング形状の領域31Aとして観察される。すなわち、照明光の発光面17aは円錐台の側面形状を有するので、照明光の反射像33は明るいリング形状の領域31Aとなる。一方、リング形状の領域31Aの内側領域は、暗い円状の領域31B及び境界領域Cとなる。
The reflected
照明部17の照明光の反射像(虚像)33に合焦されて(フォーカスが合って)いるか否かは、領域31Aと領域31Cとのコントラストから判別することができる。具体的には、例えば領域31Aと領域31Cとの境界領域である領域31Dの画像解析によってコントラストが最大となる位置(合焦位置)が判別され、合焦調整がなされる。
Whether or not the reflected image (virtual image) 33 of the illumination light of the illumination unit 17 is focused (in focus) can be determined from the contrast between the
合焦調整がなされると、ステップS13に移る。図4を参照し、ステップS13について説明する。図4は、光軸Xに沿った角膜31の断面図である。図の明確さのため、角膜31を(厚みを無視して)実線で示している。また、図4は、角膜31、角膜31による反射像(虚像)33の位置35、角膜表面36、及び照明光の位置37の位置関係と距離とについて模式的に示している。照明光の位置37と角膜表面36との距離を「a」、角膜表面36と反射像33の位置35との距離を「b」とする。また、角膜31の曲率中心をC、曲率半径をRとする。
When focus adjustment is made, the process proceeds to step S13. Step S13 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the
反射像33の位置35に合焦されている場合は角膜表面36には合焦されていない。したがって、角膜表面36の観察を可能とするため、光学系11の合焦位置を反射像33の位置35から、光軸Xに沿って光学系側へ、すなわち角膜表面36の方向に距離bだけ移動させる。
When focused on the
距離bは、角膜31の曲率に基づいて算出できる。ここで、凸面鏡の結像公式より、以下の式(1)が成立する。
The distance b can be calculated based on the curvature of the
ステップS13において、制御部23は、式(2)を用いて距離aに応じた値bを算出し、当該値bに基づいて合焦位置を光軸Xに沿って移動させる。すなわち、光学系11の合焦位置が角膜表面36の位置(すなわち、目標合焦位置)となるように、光学系11が反射像(虚像)33に合焦した位置35から、光学系11の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離bだけ光学系11側に移動させるように、制御部23が合焦調整部22と合焦機構12とから構成される合焦部を制御する。
In step S <b> 13, the
ステップS13における合焦制御を終了すると、ステップS14に移る。ステップS14において、涙液層などの角膜表面の観察を行う。具体的には、取得した画像を表示し、必要に応じて解析し、データを保存する。角膜表面の観察は、例えば、画像の表示、解析、及び保存をプロセッサ29が実行することによって行われる。また、観察者が表示された画像を見ながら解析、保存を行うこともできるように構成されていてもよい。
When the focus control in step S13 ends, the process proceeds to step S14. In step S14, the corneal surface such as the tear film is observed. Specifically, the acquired image is displayed, analyzed as necessary, and the data is stored. The observation of the corneal surface is performed by the
なお、上記においては、照明部17の発光面17aが円錐台の側面形状(コーン形状)を有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、照明部17の発光面が光軸Xに垂直な面内に設けられていてもよい。また、照明部17の発光面が所定の照明パターンを形成するように照明部17を構成してもよい。この場合、角膜31によって当該照明パターンに対応する反射像(虚像)が形成される。そして、当該反射像のコントラストが最大となるように光学系の合焦調整が行われ、当該合焦位置からさらに角膜の曲率に基づく距離bだけ合焦位置が移動(合焦制御)される。
In the above description, the case where the
また、以下に照明部17の発光面の形状、配置について説明する。本実施例においては、照明部17の発光面17aが円錐台の側面形状を有することによって、照明部17の発光面17aは、光軸Xに対して傾きを有している。図5は、角膜31の光軸Xに沿った断面図であり、反射像(虚像)33と照明部17の発光面17aの位置関係を模式的に示している。図5は、照明部17の発光面17aが光軸Xに対して傾きを有している場合について示している。
In addition, the shape and arrangement of the light emitting surface of the illumination unit 17 will be described below. In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施例の観察装置10によれば、角膜による反射像への合焦調整及び合焦位置の移動制御により、角膜表面に高精度で合焦することができる。すなわち、角膜表面及び角膜表面に形成された涙液の涙液油層に、自動かつ高精度に合焦(フォーカシング)することが可能な、簡便な観察装置を提供することができる。また、装置の光学系自体の移動機構の必要がなく、涙液油層の状態など角膜表面の観察を行うことができる簡便な観察装置を提供することができる。
As described above, according to the
図6及び図7を参照して、実施例2に係る観察装置40について説明する。図6は、実施例2に係る観察装置40の構成を模式的に示すブロック図である。基本的な構成は実施例1の観察装置10と同様であるが、照明部17とプロセッサ29の構成が異なる。具体的には、照明部17の代わりに照明部47を備え、プロセッサ29に曲率測定部45が加わったプロセッサ49を備える。
With reference to FIGS. 6 and 7, an
より詳細には、照明部47の発光面47aはパターン形状を有し、当該パターン形状の照明光を生成する。照明部47は、当該パターン形状を有する照明光を観察対象物である眼30に照射する。例えば、図6において、照明部47は、光軸Xと同軸の円錐台形状の内側面を有し、リング状の発光部が当該円錐台の内側面に複数設けられた発光面47aを有している。このような発光面は、例えば、発光面をパターン形状を有するシート等で被覆することによって構成することができる。
More specifically, the
照明部47からの当該照明パターンを形成する照明光が角膜31の表面を凸面鏡として反射されることによって、当該パターン形状に応じた形状を有する反射像(虚像)46が生成される。
The illumination light that forms the illumination pattern from the illumination unit 47 is reflected by the surface of the
図7は、この照明部47によって生成された角膜31による反射像46のパターン形状を示している。領域47Aは反射像46の明るい部分、すなわち光の照射部に対応し、複数のリング状のパターンを有する。領域47Bは、反射像46の暗い部分、すなわち照明部47の光が照射されない部分に対応している。
FIG. 7 shows the pattern shape of the reflected
曲率測定部45は、反射像46のパターン形状の寸法を計測することにより、角膜の曲率半径Rを算出する。例えば図7に示すように、リング形状が同心円状に配されたパターン形状の場合、リングパターンの明部及び暗部の幅や間隔などの寸法を測定し、角膜の曲率に応じた変化量を解析することによって、空間周波数やパターン形状の歪から角膜の曲率半径Rを算出することができる。すなわち、角膜の曲率半径Rを、被観察面(被観察者の角膜)毎に異なる照明パターン形状の実測値から算出することができる。
The
なお、照明部47の発光面47aのパターン形状(照明パターン形状)は、例えばリングパターン、ハッチングパターンなどであり、光軸Xと同軸の同心円状に発光面が配されたものであることが好ましい。
In addition, the pattern shape (illumination pattern shape) of the
制御部23は、角膜の曲率に基づく距離bだけ合焦位置を光軸Xに沿って移動させる。すなわち、光学系11が反射像46に合焦した位置から、光学系11の合焦位置を距離bだけ角膜表面36に向かって、すなわち光学系11側に移動させるように制御する。
The
実施例2の観察装置40によれば、パターン形状を有する照射光を用いることによって、角膜による反射像(虚像)の形状に基づいて、観察対象物である眼の角膜の曲率を実測することができ、自動的に合焦することができる。従って、異なる被観察者の角膜それぞれに対して高精度かつ自動的に合焦することが可能で、簡便な観察装置を提供することができる。
According to the
また、装置の光学系全体を移動する必要がなく、涙液油層の状態など角膜表面の観察を行うことができる簡便な観察装置を提供することができる。 Moreover, it is not necessary to move the entire optical system of the apparatus, and a simple observation apparatus that can observe the corneal surface such as the state of the tear fluid layer can be provided.
図8を参照して、実施例3に係る観察装置50について説明する。図8は、実施例3に係る観察装置50の構成を模式的に示すブロック図である。
With reference to FIG. 8, the
基本的な構成は実施例1の観察装置10と同様であるが、一部に異なる構成を有している。具体的には、光学系51の結像レンズ13と対物レンズ15の間にハーフミラー52を備え、照明部17の代わりに照明部57を備え、プロセッサ59は光源制御部55を備える。
The basic configuration is the same as that of the
ハーフミラー52は、照明部57からの照明光を反射し、照明光を光学系51に導入する。ハーフミラー52に反射された光は対物レンズを経て角膜31に照射される。また、ハーフミラー52は、角膜31を凸面鏡として反射され、対物レンズ15によって集光された光を透過させる。当該透過された光が結像レンズによって結像される。例えば、角膜への照明光の中心軸を光学系51の光軸X上とすることができる。
The
照明部57は観察装置50の外部に配された外部光源でもよく、任意の光源を用いることができる。例えばプロジェクタを用いることによって、パターン形状を有した照明光を照射することができ、照明部57の部品を交換することなく容易にパターン形状を変更することができる。また、当該照明パターン形状やその細密度に応じて合焦精度を調整することが可能である。
The
光源制御部55は、例えばプロジェクタが照射するパターンの変更指示など、照明部57の光照射に関する制御を行う。
The light
合焦調整及び合焦制御については上記した実施例と同様である。すなわち、合焦調整部22は、画像処理部24の画像処理結果に基づいて、レンズ駆動部14を制御し、光学系51の合焦調整を行う。また、制御部23は、光学系51が角膜による反射像(虚像)53に合焦した位置から、光学系51の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離bだけ角膜表面に向かって光学系側へ移動させるように合焦調整部22を制御する。
Focus adjustment and focus control are the same as in the above-described embodiment. That is, the
以上、説明したように、実施例3の観察装置50においても、角膜表面及び角膜表面に形成された涙液の涙液油層にオートフォーカスで合焦させることができる。
As described above, also in the
さらに、光学系51の光軸に沿って照明光を導入することができ、また、照明パターン形状やその細密度を容易に変更することができる。従って、高精度かつ自動的に合焦することが可能な観察装置を提供することができる。
Furthermore, illumination light can be introduced along the optical axis of the
10、40、50 観察装置
11、51 光学系
12 合焦機構
13 結像レンズ
14 レンズ駆動部
15 対物レンズ
16 撮像素子
17、47、57 照明部
22 合焦調整部
23 制御部
24 画像処理部
27 表示部
28 格納部
30 眼
31 角膜
32 眼球
45 曲率測定部
52 ハーフミラー
55 光源制御部
10, 40, 50
Claims (9)
前記眼を照明する照明部と、
前記照明部の照明光が前記角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に前記光学系を合焦させる合焦部と、
前記光学系が前記虚像に合焦した位置から、前記光学系の合焦位置を前記角膜の曲率に基づく距離だけ前記光学系側へ移動させるように前記合焦部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする観察装置。 An observation apparatus comprising an optical system for observing the corneal surface of an eye,
An illumination unit that illuminates the eye;
A focusing unit that focuses the optical system on a virtual image generated by reflecting the illumination light of the illumination unit as a convex mirror on the corneal surface;
A control unit that controls the focusing unit so that the focusing position of the optical system is moved to the optical system side by a distance based on the curvature of the cornea from the position at which the optical system is focused on the virtual image;
An observation apparatus comprising:
前記制御部は、前記測定部により測定された角膜の曲率に基づいて、前記光学系の合焦位置を移動させることを特徴とする請求項1に記載の観察装置。 A measurement unit for measuring the curvature of the cornea of the eye,
The observation apparatus according to claim 1, wherein the control unit moves a focus position of the optical system based on a curvature of the cornea measured by the measurement unit.
前記測定部は、前記照明パターンに対応する前記虚像の形状に基づいて、前記眼の角膜の曲率を測定することを特徴とする請求項2に記載の観察装置。 The illumination unit irradiates illumination light that forms a predetermined illumination pattern,
The observation apparatus according to claim 2, wherein the measurement unit measures a curvature of the cornea of the eye based on a shape of the virtual image corresponding to the illumination pattern.
前記眼を照明光により照明するステップと、
前記照明光が前記角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に前記光学系を合焦させるステップと、
前記光学系が前記虚像に合焦した位置から、前記光学系の合焦位置を前記角膜の曲率に基づく距離だけ前記光学系側へ移動させるように制御するステップと、
を有することを特徴とする観察方法。 A method of observing the corneal surface of an eye with an optical system,
Illuminating the eye with illumination light;
Focusing the optical system on a virtual image generated by reflecting the illumination light as a convex mirror on the corneal surface;
Controlling the optical system to move the focal position of the optical system to the optical system side by a distance based on the curvature of the cornea from the position where the optical system is focused on the virtual image;
An observation method characterized by comprising:
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WO2020071140A1 (en) * | 2018-10-04 | 2020-04-09 | Topcon Corporation | Ophthalmologic device and method of operating ophthalmologic device |
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