JP3137375U

JP3137375U - 瞳孔撮像装置

Info

Publication number: JP3137375U
Application number: JP2007007015U
Authority: JP
Inventors: 田重昭園; 施政好布; 島淳彦飯; 田豊平
Original assignee: 株式会社ニューオプト
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2017-09-10

Abstract

【課題】
各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにする。
【解決手段】
左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル（２）内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源（３Ｒ、３Ｌ）と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系（４Ｒ、４Ｌ）が設けられ、刺激用光源（３Ｒ、３Ｌ）は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子（９）が内蔵されると共に、それぞれの瞳孔に対向する位置に配され、撮像光学系（４Ｒ、４Ｌ）は、刺激用光源（３Ｒ、３Ｌ）の照射光軸（Ｌｘ）上に配された可視光透過赤外光反射ミラー（１３）を介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源（１４）と、前記ミラー（１３）を介して瞳孔を撮像する赤外線カメラ（１５）を備えた。
【選択図】図１

Description

本考案は、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置に関する。

瞳孔は光刺激により縮瞳又は散瞳する対光反応を示すが、最近の研究によれば、この対光反応が中枢神経はもとより脳神経、自律神経に関する情報を提供するだけでなく、対光反応経路と他の神経系との関連性や、大脳、小脳との関連性等に新たな知見を得ており、臨床面では、各種神経疾患の病態解明手段等として研究の範囲が拡げられている。

このため従来より、瞳孔を撮像しながら光刺激を与え、その光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置が提案され、得られた画像をコンピュータで画像解析することにより瞳孔径の変化を測定することが行われている。
そして、このような対光反応を観察する場合、瞳孔に光刺激以外の光が入るとその光も刺激となってしまうため、瞳孔撮像装置は、ヒト網膜に感受性のない赤外光を照明光として瞳孔を赤外線カメラで撮像しながら、光刺激となる可視光を照射するようにしている。
特開２００５−１４３６８４号公報

この瞳孔撮像装置は、目を覆うマスクに瞳孔と対向させて赤外線ＣＣＤカメラを取り付け、その周囲に、照明光となる赤外線ＬＥＤを配し、また、瞳孔への光刺激が被験者の身体的個人差や相対的位置にかかわらず一定にすることができるように、発光面積（輝点）の大きな刺激用光源を設けている。
刺激用光源は、複数の可視光ＬＥＤをＣＣＤカメラの周囲に環状配設し、これを環状光拡散板で覆った構成としている。

ところで、ヒト網膜の視細胞には、杆体と錐体の二種類があり、杆体は暗いところで色を識別せず明暗のみを識別するのに対し、錐体は明るいところで色を識別し視力機能の大半を担っている。
さらに、錐体には、４００〜５００ｎｍの短波長域に感受性を示し、ピーク波長が約４３０ｎｍのＳ錐体と、５００〜６００ｎｍの中波長域に感受性を示し、ピーク波長が約５３０ｎｍのＭ錐体と、５５０〜６５０ｎｍの長波長域に感受性を示し、ピーク波長が約５６０ｎｍのＬ錐体がり、それぞれＢＧＲの三原色に概ね対応しているため、青錐体、緑錐体、赤錐体とも呼ばれている。
そして、最近の研究では、それぞれの錐体に対する色刺激に対する対光反応と脳神経との関連を研究しようとする動きもある。

また近年、網膜内には杆体、錐体の二種類の視細胞の他に、生物の一日のリズム（サーカディアンリズム）を規制する体内時計を調節するメラノプシンという感光色素を出す第三の神経細胞が見つかり、そのメラノプシンの反応特性を調べると４７０ｎｍ付近に感光ピーク波長があることがわかってきた。したがって、そのピーク波長の光刺激に対する対光反応を調べることにより、サーカディアンリズム失調の有無などを診断できる可能性もある。

そこで本考案は、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにすることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本考案は、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置であって、前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配され、前記撮像光学系は、前記刺激用光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えたことを特徴としている。

本考案によれば、照明用光源から照射された赤外光がミラーを介して瞳孔が照明され、その瞳孔の像がミラーを介して赤外線カメラで撮像される。
この状態で、刺激用光源から任意の色の可視光を任意の刺激条件で照射すると、その色の光に対して瞳孔が縮瞳又は散瞳する対光反応が赤外線カメラで撮像される。
したがって、その画像変化に基づいて瞳孔径の変化を測定することにより、色別の対光反応を観察することができる。

本例では、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察できるようにするため、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔径の変化を瞳孔画像に基づいて測定する瞳孔計であって、前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子が各瞳孔に対向する位置に配され、前記撮像光学系は、前記光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えた。

以下本考案を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本考案装置の一例を示す説明図、図２は側方から見た概略断面図、図３は刺激光の設定画面を示す説明図、図４は測定結果を示すグラフ、図５は応用例を示す説明図である。

本例の瞳孔撮像装置１は、左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル２内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源３Ｒ、３Ｌと、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系４Ｒ、４Ｌが設けられ、夫々がこれらをコントロールすると共に瞳孔画像を解析するコンピュータ５に接続されている。

遮光性ゴーグル２は、正面に開口部６を形成した木製ゴーグルフレーム７と、このゴーグルフレーム７に装着された状態で前記開口部６を塞ぐ着脱可能なゴーグルカバー８とからなり、頭部に装着されるゴーグルフレーム７に左右一対の撮像光学系４Ｒ、４Ｌが設けられ、ゴーグルカバー８に左右一対の刺激用光源３Ｒ、３Ｌが設けられている。

各刺激用光源３Ｒ、３Ｌは、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子９を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配されている。
具体的には、視軸と対応する位置に中心軸を配した筒状ホルダ１０がゴーグルカバー８に取り付けられている。
また、筒状ホルダ１０内には、その中心軸に沿って底面側から順に、刺激光を照射する多色発光素子９と、照射された刺激光を散乱させる光散乱板１１と、これを透過した散乱光の指向性を整えるレンズ１２が配され、その照射光軸Ｌｘが前記中心軸に一致するように組み立てられている。
そして、筒状ホルダ１０は、左右の刺激用光源３Ｒ、３Ｌの一方から照射された光が反対側の目に入らないように、多色発光素子９からレンズ１２までの距離が設計されている。

多色発光素子９としては、本例では、ＢＧＲの三原色を個別に発光すると共に、任意の波長の光を混合して任意の色の光を発光可能な市販のマルチカラーＬＥＤが用いられている。
また、多色発光素子９から同時に２以上の波長の光が照射された場合に、その光が光散乱板１１だけでなく、光散乱板１１に達する前にも拡散混合されるように、筒状ホルダ１０は、少なくとも光散乱板１１より多色発光素子９側の内周面１０ａが鏡面仕上げされている。

撮像光学系４Ｒ、４Ｌは、刺激用光源３Ｒ，３Ｌの照射光軸Ｌｘ上に配された可視光透過赤外光反射ミラー１３を介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源１４と、前記ミラー１３を介して瞳孔を撮像する赤外線カメラ１５を備えている。
照明用光源１４は、複数の赤外線ＬＥＤ１６…が赤外線カメラ１５の撮像光軸Ｖｘの周囲に環状に配されてなる。

コンピュータ５は、左右刺激用光源３Ｒ，３Ｌの各多色発光素子９の発光色、発光タイミング、発光時間を左右個別にコントロールする刺激光コントロール機能Ｍ_１と、左右撮像光学系４Ｒ、４Ｌの各赤外線カメラ１５で撮像された瞳孔画像に基づき左右の瞳孔径を自動計測する画像処理機能Ｍ_２と、照明用光源１４を点灯させるドライバＭ_３を備えている。
刺激光コントロール機能Ｍ_１は、図３に示すように、左右の多色発光素子９の夫々について、刺激色Ｃ、刺激開始までの時間Ｔ_１、刺激光連続点灯時間Ｔ_２、刺激光発光間隔Ｔ_３、刺激回数Ｎを設定する。
刺激色Ｃは、例えばＲＧＢの混合割合を２５６階調の数値で指定したり、所要数の基本色が予め設定されたカラーパレットＰから選択する。
夫々の時間Ｔ_１〜Ｔ_３は０.１〜１０秒まで０.１秒間隔で設定することができ、刺激回数Ｒは０〜９回まで設定することができる。

また、画像処理機能Ｍ_２は、瞳孔画像に基づき、瞳孔部分を抽出し、例えば、任意径の円とのフィッティング処理を行うことにより、最も近似している円の直径を瞳孔径として選定する。
そして、光刺激と同時に、所定の時間間隔で瞳孔径を逐次計測し、例えば、光刺激前の瞳孔径Ｄmax、光刺激後の最小瞳孔径Ｄmin、縮瞳率ＣＲ（＝Ｄmin／Ｄmax）、光刺激開始から最小瞳孔径に達するまでの時間Ｔmin、光刺激終了後、最小値の６３％まで回復するのに要した時間Ｔ_６３、縮瞳速度ＶＣ、縮瞳加速度ＡＣ、散瞳速度ＶＤ等が算出される。
また、図４に示すように、左右の光刺激のタイミングと、左右の瞳孔径の変化を記録したタイムチャートがグラフ表示される。

以上が本考案の一構成例であって、次にその作用について説明する。
まず、ゴーグルカバー８をゴーグルフレーム７に装着した遮光性ゴーグル２を、被験者の頭部に固定してその両眼を覆うと、ゴーグル２内には外光が入らないため、まったくの光刺激がない状態となる。
ここで撮像光学系３Ｒ、３Ｌの照明用光源１４を点灯させると、赤外線ＬＥＤを環状に配した照明用光源１４を点灯させると、赤外光がミラー１３で反射されて瞳孔が照明され、その像が赤外線カメラ１５により撮像されることとなる。

そして、コンピュータ５の刺激光コントロール機能Ｍ_１に刺激条件を入力すると、その刺激条件で刺激用光源３Ｒ、３Ｌの多色発光素子９が点灯される。
発光素子９から照射された光は、筒状ホルダ１０内の鏡面仕上げされた内周面１０ａで散乱された後、光散乱板１１を透過することによりさらに散乱され、レンズ１２で指向性が整えられ、照射光軸Ｌｘに沿って瞳孔へ向かう光束となって、光刺激が与えられる。
したがって、多色発光素子９で赤色光と緑色光を同時点灯して、これらを混合することにより黄色光を照射するときでも、発光素子９内の赤色発光点と緑色発光点を視認することはできず、均一に混合された黄色の光がレンズ全体から照射されるように見える。
そして、このときの左右の瞳孔画像が、撮像光学系４Ｒ、４Ｌの赤外線カメラ１５で取り込まれ、コンピュータ５により画像解析されて、瞳孔の対光反応が測定されることとなる。

なお、上述の説明では、多色発光素子９として市販のマルチカラーＬＥＤを用いた場合について説明したが、本考案はこれに限らず、研究者の要望に応じて任意の波長のＬＥＤを複数組み合わせて使用することができる。
この場合、個別に発光可能な発光波長の異なる所要数のチップＬＥＤを、夫々の発光方向が筒状ホルダ１０の長手方向に向くように実装した基板を、該ホルダ１０の底部に設ければよい。

また、そのチップＬＥＤを少なくとも三つ備え、それぞれの発光波長を、ヒト網膜のＳ錐体、Ｍ錐体、Ｌ錐体が感受するピーク波長に選定すれば、個々のチップＬＥＤを個別に発光させることにより、あるいは、そのうちの二つのチップＬＥＤを同時に発行させることにより、錐体の種類別に個別に光刺激を与えることができるので、錐体の種類に応じた対応反応を観察することができ、各錐体による神経系と神経疾患との関連性を研究するのに適している。

さらに、明るいところでの光刺激に対する対光反応を観察する場合は、図５に示すように左右の液晶ディスプレイ２２Ｒ、２２Ｌを同様のゴーグルカバー２１に取り付けたものを用意しておき、ゴーグルカバー８をこれに付け替えて、液晶ディスプレイ２２Ｒ、２２Ｌにより任意の背景色中に任意の色の点を表示させた画像を映し出すようにすればよい。
なお、この場合、片方の目で左右反対側の液晶ディスプレイ２２Ｒ，２２Ｌが見えないようにゴーグルフレーム７の左右中央に目隠し用の仕切板２３を設けることが望ましい。

本考案によれば、各色の光刺激による瞳孔の対光反応を観察することにより、刺激色と神経疾患との関連性を研究する用途に適用できる。

本考案装置の一例を示す説明図。側方から見た概略断面図。刺激光の設定画面を示す説明図。測定結果を示すグラフ。応用例を示す説明図。

符号の説明

１瞳孔撮像装置
２遮光性ゴーグル
３Ｒ、３Ｌ刺激用光源
４Ｒ、４Ｌ撮像光学系
５コンピュータ
６開口部
７ゴーグルフレーム
８ゴーグルカバー
９多色発光素子
１０筒状ホルダ
１１光散乱板
１２レンズ
Ｌｘ照射光軸
１０ａ内周面
１３可視光透過赤外光反射ミラー
１４照明用光源
１５赤外線カメラ
１６赤外線ＬＥＤ
Ｖｘ撮像光軸
Ｍ_１刺激光コントロール機能
Ｍ_２画像処理機能

Claims

左右両眼を覆うように頭部に装着される遮光性ゴーグル内に、各瞳孔に光刺激を与える左右一対の刺激用光源と、各瞳孔画像を個別に出力する左右一対の撮像光学系が設けられ、光刺激に対する瞳孔の変化を撮像する瞳孔撮像装置であって、
前記刺激用光源は、発光可能な複数色の可視光から一又は二以上を選択して照射する多色発光素子を内蔵すると共に各瞳孔に対向する位置に配され、
前記撮像光学系は、前記刺激用光源の照射光軸上に配された可視光透過赤外光反射ミラーを介して瞳孔に赤外光を照射する照明用光源と、前記ミラーを介して瞳孔を撮像する赤外線カメラを備えたことを特徴とする瞳孔撮像装置。
前記多色発光素子が、ＢＧＲの三原色を個別に発光すると共に、任意の波長の光を混合して任意の色の光を発光可能なマルチカラーＬＥＤからなる請求項１記載の瞳孔撮像装置。
前記多色発光素子は、個別に発光可能な発光波長の異なる複数のチップＬＥＤを実装してなる請求項１記載の瞳孔撮像装置。
前記チップＬＥＤを少なくとも三つ備え、それぞれの発光波長が、ヒト網膜のＳ錐体、Ｍ錐体、Ｌ錐体が感受するピーク波長に選定された請求項３記載の瞳孔撮像装置。
前記遮光性ゴーグルが、正面に開口部を形成したゴーグルフレームと、このゴーグルフレームに装着された状態で前記開口部を覆う着脱可能なゴーグルカバーとからなり、
頭部に装着される前記ゴーグルフレームに左右一対の撮像光学系が設けられると共に、前記ゴーグルカバーに左右一対の刺激用光源が設けられてなる請求項１乃至４いずれか記載の瞳孔撮像装置。
前記刺激用光源は、ゴーグルに取り付けられる筒状ホルダーの中心軸に沿って、その底面側から、前記多色発光素子と、多色発光素子から照射された光を散乱させる光散乱板と、光散乱板を通過した光の指向性を整えるレンズが配された請求項１乃至５いずれか記載の瞳孔撮像装置。
前記筒状ホルダーは、少なくとも光散乱板より多色発光素子側の内周面が鏡面仕上げされた請求項６記載の瞳孔撮像装置。
前記各赤外線カメラが、瞳孔画像に基づき光刺激に対する瞳孔径の変化を自動計測する画像処理機能を備えたコンピュータに接続されてなる請求項１乃至７いずれか記載の瞳孔撮像装置。
前記多色発光素子が、その発光色、発光タイミング、発光時間を左右個別に設定する刺激光コントロール機能を備えたコンピュータに接続されてなる請求項１乃至８いずれか記載の瞳孔撮像装置。