JP2020054582A - 走査型眼底撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度が高く良好な眼底画像を取得すること。【解決手段】 走査型眼底撮影装置１は、投光光学系１０と、受光光学系２０と、を備える。投光光学系１０は、光源１２から照射された照明光を、被検眼Ｅの眼底Ｅｒ上において、ライン状に成形すると共に、更に、眼底Ｅｒ上においてライン方向と交差する方向へ照明光を走査する。受光光学系２０は、複数の画素が前記ライン方向に沿って配列された光検出器２２を有する。また、受光光学系２０は、照明光の眼底Ｅｒからの戻り光を、光検出器２２の撮像面に結像させる。更に、受光光学系２０は、アナモルフィック光学系２４を更に備える。アナモルフィック光学系２４は、ライン方向の倍率に対して走査方向の倍率が相対的に低くなるように、撮像面における結像の縦横比を変換する。【選択図】図２

Description

本開示は、被検眼の観察又は撮影に利用される走査型眼底撮影装置に関する。

被検眼の眼底の正面画像を撮影する眼底撮影装置が、眼科分野において広く利用されている。

眼底撮影装置の１種として、例えば、眼底上でライン状の照明光を走査すると共に、ライン状に照明された領域を光検出器によって、走査に応じて逐次撮像することによって、眼底の正面画像を得る装置が知られている。

特開２０１７−４６９３９号公報

ところで、ライン方向に関して画素数がより多い光検出器を採用し、ライン方向の解像度を向上させる場合、併せて、各画素に対する受光光量が維持されるように、光検出器全体における受光光量が増大されなければ、Ｓ／Ｎ比の低下が生じ、良好な眼底画像が得られない。しかしながら、被検眼へ照射される光量は、光安全性の観点から一定量以下へ抑制される必要があるので、被検眼へ照射される光量を画素数に応じて単純増加させることは、必ずしも適当で無い。

本開示は、従来技術の問題点を解決するためのものであり、解像度が高く良好な眼底画像を取得すること、を技術課題とする。

上記課題を解決するために、本開示の第１態様に係る走査眼底撮影装置は、光源から照射された照明光を前記被検眼の眼底上においてライン状に成形すると共に、更に、前記眼底上においてライン方向と交差する方向へ前記照明光を走査する投光光学系と、複数の画素が前記ライン方向に沿って配列された光検出器を有し、前記照明光の眼底からの戻り光を前記光検出器の撮像面に結像させる受光光学系と、を備え、前記受光光学系は、前記ライン方向の倍率に対して走査方向の倍率が相対的に低くなるように、前記撮像面における結像の縦横比を変換する、アナモルフィック光学系を、更に備える。

本開示によれば、解像度が高く良好な眼底画像を取得できる。

本実施形態の装置の概略構成を示したブロック図である。 撮影光学系の一例を示した図である。 光検出器の一例を示した図である。 図２におけるアナモルフィック光学系を拡大して示した図である。 アナモルフィック光学系の有無による眼底画像の明るさの変化を説明するための図である。

以下、図面に基づいて、本開示の実施形態を説明する。実施形態に係る走査型眼底撮影装置１（以下、「装置１」と省略する）は、被検眼Ｅの観察又は撮影に利用される。装置１は、ライン走査方式の眼底撮影装置である。

＜全体構成＞
図１に、装置１の全体構成を示す。装置１は、撮影光学系１００を少なくとも有する。追加的に、装置１は、第２光学系６０、および、制御部７０を有してもよい。制御部７０は、装置１の動作を司るプロセッサである。また、本実施形態において、制御部７０は、画像処理器を兼用する。但し、必ずしもこれに限られるものではなく、制御部７０と別体の画像処理器が設けられていてもよい。装置１には、撮影光学系１００によって撮影された眼底画像を表示するモニタ７５が設けられていてもよい。

第２光学系６０は、治療レーザー光を眼底へ照射する光学系であってもよい。この場合、撮影光学系１００は、被検眼（患者眼ともいう）における治療位置の観察に利用されてもよい。また、第２光学系６０は、固視標を投影する固視投影光学系であってもよい。また、眼底のＯＣＴデータを取得するＯＣＴ光学系であってもよい。

＜撮影光学系＞
次に、図２を参照して、撮影光学系の詳細構成を説明する。撮影光学系１００は、眼底を撮影するための主要な光学系である。図２は撮影光学系１００の一具体例を示す。図２において撮影光学系１００には、共焦点光学系の１つである、ラインスキャンＳＬＯ（「ＬＳＬＯ」という）の光学系が採用されている。

撮影光学系１００は、投光光学系１０と、受光光学系２０と、を有する。投光光学系１０は、光源１２からの照明光を被検眼Ｅの眼底Ｅｒ上においてライン状に成形し、ライン方向（ライン状光束の長手方向）と交差する方向へ照明光を走査する。受光光学系２０は、ライン状に照明された領域を光検出器２２の撮像面へ結像させる。撮像面へ眼底上の領域が照明光の走査に応じて変位するので、撮影範囲全体の眼底画像を、撮影範囲全体が走査されるたびに、光検出器２２からの出力信号に基づいて取得できる。なお、図２においては、Ｘ方向（紙面奥行き方向）をライン方向とし、Ｙ方向（紙面上下方向）を走査方向として、光線および各部を示している。

投光光学系１０は、光スキャナ４０を少なくとも有する。また、投光光学系１０は、図２に示すように、光源１２、照明光成形部１４、光路分岐部３０、レンズ群３５、ミラー４２、および、対物光学系４５、の全部または一部を、更に有していてもよい。

光源１２は、眼底撮影用の照明光を出射する。光源１２は、可視光源であってもよいし、赤外光源であってもよい。また、これら２種類の光源を、光源１２は含んでいてもよい。光源１２としては、ＳＬＤ、ＬＥＤ等の各種光源を用いることができる。以下の説明において、特に断りが無い限り、光源１２は、白色光（可視光の一例）と、赤外光と、を同時に、又は、選択的に、照射できるものとして説明する。

照明光成形部１４は、眼底Ｅｒ上において照明光をライン状に成形するための光学素子である。照明光成形部１４は、投光光学系１０における独立光路上に配置されていてもよい。図２は、照明光成形部１４として、シリンドリカルレンズ（ここでは、凸シリンドリカルレンズ）が利用されている。図２において、凸シリンドリカルレンズは、光源１２と眼底共役位置との間に配置され、眼底共役位置において照明光をライン状に集光させる。その結果、眼底Ｅｒ上において照明光がライン状に成形される。また、シリンドリカルレンズに変えて、照明光成形部１４としてスリットを用いてもよい。この場合、眼底共役位置上にスリットが配置されることが望ましい。勿論、照明光成形部１４として、他の光学素子が用いられてもよい。

図２に示した光学系では、照明光成形部１４からの光は、光路分岐部３０およびレンズ群３５を通過して、光スキャナ４０へ入射される。

光スキャナ４０は、眼底上で照明光を走査する。ライン方向と交差する方向が、光スキャナ４０の走査方向として定められる。光スキャナ４０は、制御部７０からの信号に基づいて駆動される。光スキャナ４０には、例えば、ガルバノミラーを用いることができる。光スキャナ４０は、必ずしもガルバノミラーに限定されるものではなく、ポリゴンミラーおよびMEMS等の他の反射型のデバイスであってもよいし、透過型のデバイスであってもよい。

図２において、照明光は、光スキャナ４０によって偏向された後、ミラー４２によって反射され、対物光学系４５を介して被検眼Ｅへ照射される。対物光学系４５は、前眼部に形成される射出瞳を介して、照明光を眼底へ導く。図２に示した対物光学系４５は、レンズ系であるが、ミラー系であってもよい。光スキャナ４０の駆動に応じて、照明光は射出瞳の位置で旋回される。照明光は、眼底で反射又は散乱される。その結果として、眼底からの戻り光（散乱・反射光）が、瞳孔から平行光として出射される。

受光光学系２０は、アナモルフィック光学系２４と、光検出器２２と、を少なくとも備える。また、図２に示すように、受光光学系２０は、対物光学系４５から光路分岐部３０までの各部材を、投光光学系１０と共用していてもよい。この場合、眼底からの戻り光は、投光時の光路をさかのぼって、光路分岐部３０まで導かれる。光路分岐部３０は、投光光学系１０と受光光学系２０との光路を結合および分離する。穴あきミラー、ハーフミラー等の種々のビームスプリッターのうち、いずれかが、光路分岐部３０として適宜採用されてもよい。図２において、戻り光は、光路分岐部３０によって反射される。これにより、受光光学系２０の独立光路へ戻り光が導かれる。その後、ミラー２６によって反射された戻り光は、アナモルフィック光学系２４を通過し、光検出器２２へ照射される。

＜光検出器＞
光検出器２２には、複数の画素が一方向に並べられた画素列が形成されており、画素列が１列または複数列並べられている。本実施形態では、画素列の長手方向をライン方向と一致させて眼底共役面に配置される。光検出器２２が有する各画素は、正方形で形成されたものであってもよい。但し、必ずしもこれに限られるものでなく、各画素は、走査方向に沿った辺がライン方向に沿った辺に対して長い、長方形画素であってもよい。但し、このような長方形画素が採用された検出器は、正方形画素が採用された検出器に比べて、一般に高価である。また、長方形画素が採用された画素であって、カラー撮影に対応したものは、市場における選択肢が限られている。故に、長方形画素が採用された検出器の場合、所望の緒元を満たす検出器の入手が難しい。

本実施形態では、特に断りが無い限り、光検出器２２として、正方形画素によるカラー方式のラインセンサーが採用されているものとする。一具体例として、光検出器２２は、カラー方式の２ラインセンサーであってもよい。図３は、２ラインセンサーが採用された光検出器２２を、受光面側（図２では紙面左側）から見た図である。光検出器２２は、複数の画素（受光素子）を有し、複数の画素は２列で配列されている。各画素にはカラーフィルターが配置されている。詳細には、光検出器２２の各画素にはＲフィルター（図３の符号Ｒ）とＧフィルター（図３の符号Ｇ）とＢフィルター（図３の符号Ｂ）の少なくともいずれかが組み込まれている。光検出器２２の各画素はカラーフィルターを介して受光する。本実施形態のＲフィルターは赤色帯域の光（可視光）と赤外帯域の光（赤外光）を透光し、Ｇフィルターは緑色帯域の光（可視光）と赤外帯域の光（赤外光）を透光し、Ｂフィルターは青色帯域の光（可視光）と赤外帯域の光（赤外光）を透光する分光透過特性を有している。なお光検出器２２の各画素は同じサイズの正方形であり、赤外光と可視光の感度を有する。

本実施形態のカラーフィルターの配列は、ベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列と呼ばれることがある。図３の上段ラインではＲ，Ｇ，Ｒ，Ｇ，・・・の順で各カラーフィルターが配列され、下段ラインではＧ，Ｂ，Ｇ，Ｂ，・・・の順で各カラーフィルターが配列されている。本実施形態の光検出器２２は、赤外光を受光できる画素が最も多く、次いで緑色の可視光を受光できる画素が多い。ベイヤー配列で配置された各画素の出力信号に対して補間処理が行われることにより、１枚のカラー画像が生成される。

カラー方式の２ラインセンサーは一例であり、例えば１ラインセンサー方式が光検出器２２において採用されてもよい。この場合、光検出器２２には、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，・・・の順でカラーフィルターが配列されていてもよい。また、光検出器２２は、例えば、ベイヤー配列のカラーフィルターを備えた単板型の二次元撮像素子であってもよい。また、いわゆる３板型（３ＣＣＤ，３ＣＭＯＳ等）と呼ばれる方式のように、複数の受光素子と色分解用の光学素子とが組み合わされた光検出器であってもよい。

＜アナモルフィック光学系＞
アナモルフィック光学系２４は、光検出器２２の撮像面における結像の縦横比を変換する。詳細には、ライン方向（つまり、ラインセンサにおける長手方向）の倍率に対して走査方向の倍率が相対的に低くなるように、アナモルフィック光学系２４によって、結像の縦横比が変換される。この場合、ライン方向に対し、走査方向に圧縮された像が、撮像面へ結像される。このようなアナモルフィック光学系２４は、ライン方向に対して走査方向のＮＡ（開口数）が大きな光学系ということもできる。

アナモルフィック光学系２４が配置されていることにより、ライン方向の分解能は保ちつつ、走査方向については、より多くの光を集めることができる。つまり、光検出器２２のそれぞれの画素に対する受光光量が増大される。その結果、より明るくＳ／Ｎ比の高い眼底画像が取得されやすくなる。また、光検出器２２の画素が正方形である場合は、画素が長方形である場合と比べて、受光光量の面で不利となる。これに対し、アナモルフィック光学系２４が配置されることによって、光検出器２２の画素が正方形である場合でも、良好な眼底画像が撮影されやすくなる。

図４を参照して、アナモルフィック光学系２４の一具体例を説明する。図４は、図２におけるアナモルフィック光学系２４を拡大して示している。アナモルフィック光学系２４は、ライン方向と走査方向との間でパワーが異なる光学素子を１つ以上、含んでいてもよい。例えば、光学素子は、一方向のみにパワーを持つものであってもよい。一方向のみにパワーを持つ光学素子の典型例として、シリンドリカルレンズおよびシリンドリカルミラーが挙げられる。また、光学素子として、アナモルフィックプリズム等の他の光学素子が用いられてもよい。図４に示したアナモルフィック光学系２４は、凸シリンドリカルレンズ２４ａと、凹シリンドリカルレンズ２４ｂと、を１つずつ有する。図４に示すアナモルフィック光学系２４は、走査方向のみの倍率を低減させる。凸シリンドリカルレンズ２４ａは、凹シリンドリカルレンズ２４ｂよりも光検出器２２側に配置されており、各レンズ２４ａ，２４ｂは、走査方向に曲面が沿うように配置される。

倍率は、凸シリンドリカルレンズ２４ａによって低減される。しかし、凸シリンドリカルレンズ２４ａは、ライン方向と走査方向との間で結像位置をズラす働きをする（つまり、非点収差が生じる）。詳細には、凸シリンドリカルレンズ２４ａは、走査方向の結像位置を、ライン方向の結像位置よりも凸シリンドリカルレンズ２４ａ側へ近づける働きをする。そこで、図４に示すアナモルフィック光学系２４では、凸シリンドリカルレンズ２４ａに起因する結像位置のずれを軽減する（打ち消す）ために、凹シリンドリカルレンズ２４ｂが設けられている。この凹シリンドリカルレンズ２４ｂは、走査方向の結像位置を、光検出器２２側へ近づける働きをする。これにより、ライン方向と走査方向との間で結像位置のズレが抑制される。但し、凸シリンドリカルレンズ２４ａ単体による結像のズレの影響が、所望の画質との関係で許容範囲であれば、凹シリンドリカルレンズ２４ｂは必ずしも必要では無い。

ここで、図５（ａ）は、アナモルフィック光学系２４を配置しなかった光学系における眼底画像のヒストグラムを示し、図５（ｂ）は、アナモルフィック光学系２４を配置した場合（つまり、図２の撮影光学系）における眼底画像のヒストグラムを示している。各ヒストグラムは、眼底画像における階調値の分布を表している。図５（ａ），（ｂ）から明らかなように、図５（ｂ）は、アナモルフィック光学系２４を配置した場合には、平均階調値が高輝度側へシフトしており、画像全体の明るさが改善されていることが見て取れる。

なお、アナモルフィック光学系２４として、走査方向のみの倍率を低減させるものを図４において示したが、アナモルフィック光学系２４は、例えば、ライン方向のみの倍率を増大させてもよい。この場合、凸シリンドリカルレンズ、凹シリンドリカルレンズ、光検出器２２の順に、配置された各レンズがアナモルフィック光学系２４に設けられていてもよい。この場合、各レンズ２４ａ，２４ｂは、ライン方向に曲面が沿うように配置されてもよい。

１ 走査型眼底撮影装置
１０ 投光光学系
１２ 光源
２０ 受光光学系
２２ 光検出器
２４ アナモルフィック光学系

Claims (6)

1. 光源から照射された照明光を前記被検眼の眼底上においてライン状に成形すると共に、更に、前記眼底上においてライン方向と交差する方向へ前記照明光を走査する投光光学系と、
   複数の画素が前記ライン方向に沿って配列された光検出器を有し、前記照明光の眼底からの戻り光を前記光検出器の撮像面に結像させる受光光学系と、を備え、
   前記受光光学系は、前記ライン方向の倍率に対して走査方向の倍率が相対的に低くなるように、前記撮像面における結像の縦横比を変換する、アナモルフィック光学系を、更に備える走査型眼底撮影装置。
2. 前記アナモルフィック光学系は、前記ライン方向と前記走査方向との間でパワーが異なる光学素子を、１つ以上含む請求項１記載の走査型眼底撮影装置。
3. 前記アナモルフィック光学系は、前記ライン方向の倍率に対して走査方向の倍率を相対的に低くする第１の光学素子と、前記第１の光学素子によって生じる前記ライン方向と前記走査方向との間における結像位置のズレを補正する第２の光学素子と、を少なくとも含み、前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子に対して前記光検出器から離れて配置される、請求項２記載の走査型眼底撮影装置。
4. 投光光学系と受光光学系との光路を分岐させる光路分岐部を有し、
   前記アナモルフィック光学系は、前記光路分岐部と前記光検出器との間に配置されている請求項１から３のいずれかに記載の走査型眼底撮影装置。
5. 前記光検出器は、前記画素の形状が正方形である、請求項１から４のいずれかに記載の走査型眼底撮影装置。
6. 前記投光光学系は、前記光源として、可視光を照射する可視光源を有し、
   前記光検出器は、ライン方向に沿う画素列を複数列有すると共に、ベイヤー配列のカラーフィルターを有している請求項５記載の走査型眼底撮影装置。