JP3615871B2

JP3615871B2 - 前眼部断面撮影装置

Info

Publication number: JP3615871B2
Application number: JP16107696A
Authority: JP
Inventors: 紹生楠城
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: JPH09313446A; US5757462A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシャインプル−クの原理を用いた前眼部断面撮影装置に係り、殊に部分的な拡大撮影のために角膜位置を特定するために好適なアライメント機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球をスリット照明光により光切断し、スリット照明系の光軸に対して傾斜した光軸を持つ撮影光学系により前眼部の断面画像を得る場合、光学系配置をスリット照明光による光断面の延長と撮像光学系の撮像面の延長との交線が撮影レンズの主平面の延長線で交わる配置とする、いわゆるシャインプル−クの原理に基づき、角膜前面から水晶体後面までを撮影するようにした前眼部断面撮影装置が知られている。このシャインプル−クの原理に基づいた撮影は、全体像が十分な焦点深度を持ち、細部まで鮮明に撮影できるというものである。
この種の装置は、撮影に際しての被検眼と撮影光学系とのアライメント調整が必要である。そこで、本出願人は特開昭６３−１９７４３４号公報等によりアライメント調整を容易にした装置を提案した。この公報に記載されている装置は、被検眼の正面からアライメント指標を投影し、投影された指標像と前眼部像とを正面からの撮像光学系により撮像してディスプレイに表示し、正面からの指標像の結像状態を観察することによりアライメントを行う。装置はさらにディスプレイ上にアラメント用のレティクルを形成するレティクル形成手段を備える。上下左右のアライメントはレティクル像と指標像と所定の位置関係になるように行い、前後のアライメントは指標像が最もピントが合うように行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、エキシマレ−ザを使用して角膜の表面をアブレ−ションし、角膜の曲率を変化させることにより眼球の屈折異常を矯正しようとするＰＲＫ手術が注目されている。この種の手術では、その手術後におけるヘイズ（角膜上皮下混濁）の発生及び収斂治癒の状況等を確認することが必要となる。また、ヘイズの濃度分布分析だけでなく、角膜形状解析によるＰＲＫ余後の追跡はヘイズの発生に対する治療効果や防止策の検討の他、直接的には切除修正された角膜形状を把握することが必要な場合もある。このような手術後の角膜の状態を把握するために、上記のような前眼部断面撮影装置で得られる角膜の断面画像を使用することは極めて有効である。
【０００４】
しかし、前述のようなアライメント機構のものは角膜前面から水晶体後面を含めた前眼部全体の標準撮影では十分な精度を持つものであるが、上記のように角膜の一部の断面を拡大撮影することを目的とした場合には、アライメント指標像のピント合わせだけでは作動距離の位置合わせ精度が十分とはいえず、必ずしも撮影面の所定位置で角膜断面像が得られないという問題があった。また、正面からの指標像のピント合わせは撮影者による個人差も出やすい。
【０００５】
本発明は上記従来技術に鑑み、角膜断面の拡大撮影においても、精度の良い位置合わせが容易な前眼部断面撮影装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有することを特徴としている。
（１）被検眼の前眼部にスリット光を投影するスリット投影光学系と、シャインプルークの原理に基づいて配置された断面撮影光学系を持ち前記スリット光により光切断された前眼部断面を撮影する断面撮像手段と、被検眼の前眼部を正面から撮像する正面撮像手段と、を有する前眼部断面撮影装置において、水晶体を含む前眼部断面と高倍率の角膜断面とを選択的に撮影するために、前記断面撮像手段の撮影倍率を切換える撮影倍率切換光学系と、水晶体を含む低倍率の前眼部断面を撮影する際に前記断面撮像手段を被検眼に対して適正に三次元的なアライメントし、高倍率の角膜断面を撮影する際に前記断面撮像手段を被検眼に対して第一次的に三次元的なアライメントをするために、第1のアライメント用指標を前記正面撮像手段の撮影光軸に沿って被検眼角膜に向けて投影する第１指標投影光学系と、前記断面撮像手段の撮影倍率を切換えて高倍率の角膜断面を撮影する際は、前記第１指標投影光学系による第一次的に三次元的なアライメントに続いて、さらに精密な作動距離のアライメントを可能にするために、前記正面撮像手段の撮影光軸と断面撮影光学系の光軸と交差する点で両光軸と交差する投影光軸を持ち、角膜頂点上に第２指標である輝点を形成し角膜頂点で反射した光束が断面撮影光学系の光軸に沿って進む、第２のアライメント指標を投影する第２指標投影光学系と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
【実施例１】
以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明する。図１は実施例の装置の光学系の配置略図である。
（スリット投影光学系）１は反射鏡、２は撮影用のフラッシュランプ、３はコンデンサレンズ、４はスリット開口絞り、５は投光レンズ、６はスリット投影光学系の光軸Ｌ_１上に斜設されたダイクロイックミラ−である。ダイクロイックミラ−６は可視光の大部分を透過し、赤外光を反射する特性を持つ。
【０００８】
フラッシュランプ２を発した光束はコンデンサレンズ３によって集光してスリット開口絞り４を照明する。スリット開口絞り４により細いスリット状に制限された光束は、投光レンズ５によりダイクロイックミラ−６を透過して被検眼Ｅに投光され、被検眼Ｅの前眼部にスリット開口絞り４のスリット像を投影する。これにより、被検眼前眼部の透光体（角膜及び水晶体）は、可視域の白色光源で光切断された形で照明される。なお、撮影は光切断された被検眼の角膜及び水晶体の生体分子からの散乱光を利用して行うので、短波長になるほど散乱は大きく検出能力は上がるが、紫外域になると眼球にとって光毒性が強くなるため適度な白色光を使用することが望ましい。
（スリット断面撮影光学系）Ｌ_２はスリット断面撮影光学系の撮影光軸を示す。１０は偏角プリズムであり、撮影光軸Ｌ_２の方向を変える。１１は撮影レンズ、１２は拡大撮影用結像レンズ、１３は標準撮影用結像レンズ、１４はアナモフィックレンズ、１５はビ−ムスプリッタ、１６はＣＣＤカメラである。
【０００９】
撮影光軸Ｌ_２は、正面からの観察によるアライメントがほぼ完了したときに角膜曲率半径の半分の距離の眼内側位置付近で光軸Ｌ_１と４５度の傾き角度を持って交差するように設けられている。撮影レンズ１１はシャインプル−クの原理を満たすように偏角プリズム１０により方向が変えられる撮影光軸に対して傾いて配置されている。すなわち、偏角プリズム１０を用いないときには、スリット照明光による被検眼前眼部の光断面の延長とＣＣＤカメラ１６の撮像面１６ａの延長との交線が、撮影レンズ１１の主平面の延長線で交わるように配置されている。この光学配置により、ＣＣＤカメラ１６により撮像される断面像（スリット光集光点を中心に前眼部の生体分子からの散乱光によって形成されたスリット光断面像）は、その断面像の略全体で合焦する焦点深度を持つようにすることができる。
【００１０】
拡大撮影用結像レンズ１２と標準撮影用結像レンズ１３はレンズ切換え機構１７により、いづれかが光路上に選択的に切換え配置できるようになっている。角膜前面から水晶体後面までを撮影する場合は標準撮影用結像レンズ１３を使用し、角膜や水晶体等の一部の断面を拡大撮影する場合には拡大撮影用結像レンズ１２は使用する。
なお、アナモフィックレンズ１４は斜め方向（４５度方向）から撮影した像の歪みを補正するための光学素子であり、通常はシリドカルレンズの組み合わせで構成される。
（第１アライメント指標投影光学系）２０は被検眼の正面（視軸方向）からアライメント指標を投影するための第１アライメント用の光源であり、固視光源と共用するため可視光を一部含む赤外の光を発する。２１は投影光軸上にピンホ−ル開口を持つタ−ゲット板、２２は投影レンズであり、投影レンズ２２の前側焦点距離付近にタ−ゲット板２１が位置する。２３はビ−ムスプリッタである。
【００１１】
光源２０から発した光は、タ−ゲット板２１を照明する。タ−ゲット板２１を出射したアライメント光は投影レンズ２２により平行光束にされた後、ビ−ムスプリッタ２３で反射する。その後、アライメント光はダイクロイックミラ−６により反射され光軸Ｌ_１に沿って被検眼Ｅに向かい、角膜の表面反射により角膜曲率半径の半分の距離の眼内側位置にタ−ゲット板２１の指標像を形成する。
また、光源２０は一部可視光を含んでいるので第１アライメント指標投影光学系は固視光学系を兼ね、被検眼にはタ−ゲット板２１のピンホ−ル開口による固視視標を固視させる。
（前眼部正面撮像光学系）２４は撮像レンズ、２５はビ−ムスプリッタ、２６は赤外域に感度を有する正面観察用のＣＣＤカメラである。２７は前眼部照明用の赤外照明光源である。
【００１２】
第１アライメント指標投影光学系により投影されたアライメント光束のうち角膜で反射した一部の光束は、ダイクロイックミラ−６で反射した後、ビ−ムスプリッタ２３を通過して撮像レンズ２４によりビ−ムスプリッタ２５を介してＣＣＤカメラ２６で撮像される。また、照明光源２７により照明された被検眼Ｅの前眼部像も同じ光路を経てＣＣＤカメラ２６により撮像される。
（正面用レチクル光学系）３０はレチクル板照明光源、３１は照準用のマ−クが形成されたレチクル板である。実施例の照準用マ−クは、光軸を中心にした円環状のものを使用しているが、照準を容易にするものであればその形状は何でも良い。３２はレチクル投影レンズである。レチクル板照明光源３０により照明されたレチクル板３１の照準用マ−クは、レチクル投影レンズ３２を経た後ビ−ムスプリッタ２５を反射し、前眼部像及び指標像とともにＣＣＤカメラ２６に撮像される。
（第２アライメント指標投影光学系）３５は発光ダイオ−ド等の第２アライメント用光源（アライメント光は可視光でも良く、レ−ザダイオ−ド等が使用される場合もある）、３６は光軸を中心にしたピンホ−ル開口を持つタ−ゲット板、３７は投影レンズ、３８はミラ−である。
【００１３】
第２アライメント指標投影光学系の投影光軸Ｌ_３は、光軸Ｌ_２と同一平面内に配置され、光軸Ｌ_１を挟んで断面撮影系の光軸Ｌ_２と対称に４５度の傾きを持って設けられている。光源３５からの光はタ−ゲット板３６を照明し、タ−ゲット板３６による視標光束はミラ−３８で反射して斜め方向から被検眼Ｅに集光して投影される。
（断面撮影用レティクル光学系）４０はレティクル板照明光源、４１は位置合わせのための照準マ−ク（例えば、格子状のマ−ク）を持つレティクル板、４２は投影レンズである。レティクル板４１の照準マ−ク光束は、投影レンズ４２、ビ−ムスプリッタ１５を介してＣＤカメラ１６に投影され、後述するディスプレイ５５に映出される。
【００１４】
以上のような光学系において、スリット断面撮影光学系、第２アライメント指標投影光学系、断面撮影用レティクル光学系及びスリット開口絞り４は、図示なき回転機構により光軸Ｌ_１を中心に回転する構造になっており、任意の角度の断面像を撮影できるようになっている。
【００１５】
図２は装置の制御系の要部ブロック図を示す。
ＣＣＤカメラ１６からのビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換回路５０によりデジタル化され、タイミングジェネレ−タ５１の信号に同期してフレ−ムメモリ５２に取り込まれる。フレ−ムメモリ５２に取り込まれた画像の信号はＤ／Ａ変換回路５３を介してビデオ信号に変換された後、画像切換回路５４に送られる。画像切換回路５４は画像切換スイッチ６１の入力による制御部６０の指令信号を受け、ディスプレイ５５の表示画像状態をＣＣＤカメラ２６からの撮影画像とＣＣＤカメラ１６からの撮影画像とに切換える。
【００１６】
５６は画像合成回路であり、表示回路５７により生成される各種の情報表示とＣＣＤカメラ２６、１６からの画像とを合成してディスプレイ５５に表示する。この画像合成回路５６及び表示回路５７により、上述した光学系の断面撮影用レティクル像及び正面用レチクル像は電気的に生成してディスプレイ５５に表示しても良い。
また、フレ−ムメモリ５２にフリ−ズ記憶された前眼部断面画像は、画像転送スイッチ６３に入力により画像記憶・解析装置６５に転送される。
【００１７】
次に、以上のような構成の装置における動作を説明する。
（イ）標準断面撮影
角膜前面から水晶体後面までを含む断面の撮影を行う場合は、レンズ切換え機構を操作して標準撮影用結像レンズ１３をスリット断面撮影光学系の光軸上に配置しておく。被検眼を所定の位置に位置させた後、第１のアライメント光源２０の照明によるタ−ゲット板２１の指標を被検眼角膜に投影する。第１アライメント指標投影光学系は固視光学系も兼ねているので、被検眼にはタ−ゲット板２１による指標を固視させる。前眼部正面撮像光学系のＣＣＤカメラ２６により撮像された正面画像は画像切換回路５４を介してディスプレイ５５に送られる。ディスプレイ５５には、図３に示すように、第１アライメントの指標像７０とともに被検眼の前眼部像７１及びレチクル像７２が映出される。
【００１８】
撮影者はこの正面画像を見ながら、レチクル像７２の中心に指標像７０が位置するように、図示なきジョイスティック等の操作により被検眼に対して装置を上下左右に移動してアライメントを行う。これにより装置と被検眼Ｅとの光軸合わせができる。また、装置を前後させて指標像７０が最も小さくクリアな像となるようにすることにより、作動距離のアライメントを行う。これにより、角膜前面から水晶体後面を含めた前眼部全体の撮影では、ほぼ十分な精度でのアライメントを完了させることができる。
【００１９】
正面画像の観察によるアライメントが完了したら、撮影スイッチ６２を押して断面像の撮影を行う。制御部６０は撮影スイッチ６２の入力信号により、フラッシュランプ２を発光させて被検眼前眼部にスリット光を投影する。スリット照明により光切断された角膜及び水晶体の断面像はスリット断面撮影光学系のＣＣＤカメラ１６に撮像される。制御部６０はこの撮影像をタイミングジェネレ−タ５１を介してフレ−ムメモリ５２にフリ−ズする。ディスプレイ５５には、図４に示すように、第１のアライメント指標像が形成される角膜曲率半径の半分の距離の眼内位置をほぼ中心にして、角膜前面から水晶体後面までの前眼部断面画像が表示される。
（ロ）拡大断面撮影
拡大断面撮影を行う場合は、標準撮影用結像レンズ１３に代えて拡大撮影用レンズ１２をスリット断面撮影光学系の光軸上に切換え配置する。次に、第１のアライメント光源２０による指標像を被検眼に投影し、標準断面撮影のときと同じように、ディスプレイ５５に表示される正面画像（図３参照）を観察しながら、レチクル像７２の中心に指標像７０が位置するように上下左右のアライメントを行い、指標像７０が最も小さくクリアな像となるように作動距離の略アライメントを行う。
【００２０】
角膜前面から水晶体後面までの比較的広い範囲での撮影では、これでほぼ十分なアライメントであったが、例えば、角膜の一部の断面を拡大撮影するときには、正面から撮影した表示画像上での指標像のピント合わせの精度には限界があり、作動距離のアライメントに多少のバラツキが生じる。このバラツキの程度は撮影者の個人差にも影響する。
【００２１】
また、実施例の装置は角膜前面から水晶体後面までの前眼部全体の断面撮影を標準としているので、撮影光軸Ｌ_２は第１のアライメント指標像が形成される位置（角膜前面から角膜曲率半径の略半分の距離の眼内位置）で光軸Ｌ_１と交差するように設けられている。このため、角膜の一部を基準として撮影するには、被検眼に対して装置を若干（略３ｍｍ程）後方に移動させなければならず、さらに撮影位置が狂いやすく不安定となる。
【００２２】
このように正面画像の観察によるアライメントの適否判断だけによって高倍率の角膜断面を撮影すると、断面撮影は被検眼に対して斜め側方（４５度）から撮影している関係で、撮影画像は所期する位置に対して移動して撮影されやすい。角膜断面が常に所期した位置で得られないと、後に画像の解析比較等を行う場合に解析結果の信頼性に影響する。例えば、スリット投影光軸方向の手前側と奥側とで撮影された角膜断面像では、スリット投影の投光距離やスリット断面撮影光軸にずれが生じているため、同一のフラッシュ光量で撮影されていたとしてもその撮影像には事実上光量差がある。これは、特に角膜の炎症の度合いを撮影画像の濃度デ−タに基づいて調べようとした場合等に、その信頼性を損なうことになる。
【００２３】
そこで、本発明の装置は正面からの撮影像によるアライメントの適否の判断を行った後、さらにスリット断面撮影光学系による被検眼の斜め側方からの撮影像を利用して作動距離の微細なアライメントを行う。撮影者は前述のようにして正面像の観察による光軸合わせと大体の作動距離のアライメントが完了したら、表示切換スイッチ６１を押す。制御部６０はこの指令信号により画像切換回路５４を制御し、ディスプレイ５５の表示画像をＣＣＤカメラ１６による撮影像に切換える。また、制御部６０は前眼部照明用光源２７を消灯し、第２アライメント用光源３５を点灯する。光源３５の点灯により被検眼角膜に第２のアライメント指標が投影され、角膜頂点付近で反射した指標光束がＣＣＤカメラ１６に捕らえられると、表示の切換えられたディスプレイ５５には指標像が表示されるようになる（指標像が現れていないときは、装置をやや後方に移動すると、第２のアライメント指標光束は角膜頂点で反射してスリット断面撮影光学系の光路に入り、ＣＣＤカメラ１６で指標像が捕らえられてディスプレイ５５上に現れるようになる）。また、ＣＣＤカメラ１６には断面撮影用レティクル光学系による照準マ−クが撮像されてディスプレイ５５に表示される。
【００２４】
図５はこのときの表示例を示す図であり、格子状の照準マ−ク像７５と第２のアライメント指標像７６が表示されている。撮影者はこれを観察することによりアライメントの適否を判断する。例えば、指標像７６が格子状の照準マ−ク像７５の中心に来るように、装置を前後移動して微細なアライメント調整を行う。あるいは、角膜頂点位置に相当する指標像７６を基準にして、照準マ−ク像７５との位置関係により、任意の角膜断面の撮影位置で微細なアライメント調整を行う。
【００２５】
指標像７６の観察によるアライメントが完了したら、撮影スイッチ６２を押してフラッシュランプ２を発光させる。スリット照明により光切断された角膜断面がＣＣＤカメラ１６に撮影され、フレ−ムメモリ５２にフリ−ズされた画像がディスプレイ５５に表示される。フレ−ムメモリ５２にフリ−ズされた画像は、画像転送スイッチ６３を押すことにより画像記憶・解析装置６５に転送され、角膜形状等の把握のための解析に使用される。
【００２６】
なお、前眼部断面の拡大撮影においては、照準マ−ク像７５及び指標像７６を同時に写し込まれるようにしても良いし、不必要なものであれば撮影スイッチ６２の入力信号に同期して第２アライメント用光源３５とレティクル板照明光源４０を消灯しても良い。
【００２７】
このように、前眼部断面の一部の拡大撮影においては、被検眼の斜め方向から投影される指標像をスリット断面撮影系で捕らえ、これを観察することにより、精度の良い位置合わせが容易に行える。また、角膜頂点を基準としてのスリット断面像の再現性を向上させることができ、ＰＲＫ手術後の角膜形状の把握、解析等において、その経時変化の的確なデ−タ比較ができるようになる。
【００２８】
【実施例２】
図６は実施例２の装置の光学系配置略図である。実施例１と同一の部材には同符号を付している。
スリット断面撮影光学系の１２´は拡大撮影用の結像レンズであり、撮影光軸上に固定配置されている。また、撮影光軸Ｌ_２´及び第２アライメント指標投影光学系の投影光軸Ｌ_３´は、正面からの観察によるアライメントがほぼ完了したときに角膜頂点付近で光軸Ｌ_１とそれぞれ対称に４５度の傾き角度を持って交差するように設けられている。
【００２９】
実施例１の装置では、撮影倍率を変更できるようにしているので、拡大撮影のときには正面からの撮影画像の観察によるアライメント後に、装置を若干後方に移動して角膜頂点での反射による第２アライメント視標像を表示画面中央に持ってくる等の処置が必要であった。これに対して、実施例２の装置では正面画像によるアライメントを完了させた後、ＣＣＤカメラ１６による画像に切換えると、表示画像の中央付近に第２アライメント指標像が表れやすいので、角膜頂点を基準にした作動距離のアライメント調整がより容易にできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、前眼部断面の拡大撮影においても、撮影者によるアライメント誤差を除いて、容易に精度良くアライメントを行うことができる。
また、断面拡大撮影の再現性を向上させることができ、経時変化の解析等を行う上で、信頼性のある画像デ−タが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の装置の光学系の配置略図である。
【図２】実施例１の装置の制御系の要部ブロック図を示す。
【図３】前眼部正面撮像光学系により撮像される正面画像の表示例を示す図である。
【図４】標準断面撮影による前眼部断面画像の表示例を示す図である。
【図５】アライメント時にスリット断面撮影光学系により撮像される像の表示例を示す図である。
【図６】実施例２の装置の光学系配置略図である。
【符号の説明】
４スリット開口絞り
１１撮影レンズ
１６ＣＣＤカメラ
２０第１アライメント用光源
２４撮像レンズ
２６ＣＣＤカメラ
３５第２アライメント用光源
５５ディスプレイ
７０指標像
７６指標像

Claims

被検眼の前眼部にスリット光を投影するスリット投影光学系と、シャインプルークの原理に基づいて配置された断面撮影光学系を持ち前記スリット光により光切断された前眼部断面を撮影する断面撮像手段と、被検眼の前眼部を正面から撮像する正面撮像手段と、を有する前眼部断面撮影装置において、水晶体を含む前眼部断面と高倍率の角膜断面とを選択的に撮影するために、前記断面撮像手段の撮影倍率を切換える撮影倍率切換光学系と、水晶体を含む低倍率の前眼部断面を撮影する際に前記断面撮像手段を被検眼に対して適正に三次元的なアライメントし、高倍率の角膜断面を撮影する際に前記断面撮像手段を被検眼に対して第一次的に三次元的なアライメントをするために、第1のアライメント用指標を前記正面撮像手段の撮影光軸に沿って被検眼角膜に向けて投影する第１指標投影光学系と、前記断面撮像手段の撮影倍率を切換えて高倍率の角膜断面を撮影する際は、前記第１指標投影光学系による第一次的に三次元的なアライメントに続いて、さらに精密な作動距離のアライメントを可能にするために、前記正面撮像手段の撮影光軸と断面撮影光学系の光軸と交差する点で両光軸と交差する投影光軸を持ち、角膜頂点上に第２指標である輝点を形成し角膜頂点で反射した光束が断面撮影光学系の光軸に沿って進む、第２のアライメント指標を投影する第２指標投影光学系と、を備えることを特徴とする前眼部断面撮影装置。