JP3710571B2 - 眼科装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検眼と装置とを所定の位置関係に整合させる必要がある眼科装置、例えば角膜内皮細胞観察撮影装置、非接触式眼圧計のような眼科装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、非接触で角膜内皮細胞の観察撮影を行う装置が知られている(特公昭7−121255号公報)。この種の眼科装置では、被検眼に対して斜め方向からアライメント用の指標光を投影し、被検眼角膜による反射光を被検眼軸に対して対称な方向から受光して、被検眼と装置本体との前後方向(Z方向)の位置関係を検出するZアライメント検出手段と、被検眼に対して正面から指標光を投影して、角膜からの反射光を正面から受光して被検眼と装置本体との上下・左右方向(X・Y方向)の位置情報を検出するXYアライメント検出手段とを有する。このXYアライメント検出手段としては、絶対位置情報の検出と検出時間の短縮とから2次元PSDが実用上用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、PSD(position sensitive device:固体位置検出素子)は、PSD内に入射した光の重心位置を検出するものであり、また、外乱の影響も受け易い。例えば、被検眼に対して指標光を正面から投影し、被検眼角膜による反射光を正面から受光する場合、PSDには、角膜表面反射による指標像(以下、信号光という)の他に、瞳孔内を通る眼底からの反射光や強膜、虹彩による反射光(以下、背景光という)が入射する。その背景光は、光強度的には信号光に比べてかなり小さいが、PSD内に広く分布し、入射光の重心位置を検出するPSDでは、ノイズとなり、無視できない影響を与える。また、この背景光は、信号光と同じ波長、同じ周期で点滅するため、背景光と信号光との分離が困難である。すなわち、このPSDにより検出された相対位置情報には検出誤差が存在する。
【0004】
PSDの代わりに、CCD(charge coupled device)のように光強度分布を検出可能な固体撮像素子を用いれば、光強度に閾値を設けることにより背景光を除去して信号光のみを検出することができる。しかしながら、CCDによる検出は、アライメント検出時間として最低でも20ミリ秒程度の時間が必要となり、高速度で制御される撮影光学系や各種補正機構などを搭載した装置では、装置の操作に支障をきたすと共に、装置の測定精度の低下を招き、ひいては、検者及び被検者の負担を大幅に増大させる。
【0005】
PSDに背景光が入射しないようにするには、指標光の光束径を細くして、強膜や虹彩などからの反射光を極力少なくすればよいが、指標光の光束径を細くすると、角膜位置ずれに対して、指標光の反射光がPSDに到達しない場合がある。以下、その理由を説明する。
【0006】
図9(a)〜(c)は、アライメント光学系70を示している。アライメント光学系70はハーフミラー71、対物レンズ72、PSD73を有する。図9(a)は角膜Cと装置本体とが整合されている状態、図9(b)は角膜Cの頂点Pと装置本体とが位置ずれを起こしている状態、図9(c)は角膜Cの頂点Pと装置本体とが位置ずれを起こし、かつ、指標光の光束径が細い状態を示している。
【0007】
図9(a)〜図9(c)において、図示を略す指標光を投影する指標光投影光学系により平行光束とされた指標光Kはハーフミラー71で反射され、角膜Cの表面Tに導かれる。角膜Cに投影された指標光Kは、角膜Cの頂点Pと角膜Cの曲率中心との中間位置に輝点像Rを形成するようにして角膜表面Tで反射される。その反射された指標光はハーフミラー71を透過し、対物レンズ72により集光されてPSD73に結像され、その中心に輝点像Rに対応する像R´を形成する。
【0008】
指標光Kの光束径が十分に太い場合には(図9(a)、(b)参照)、その角膜Cによる反射光は、角膜Cと装置本体との位置ずれがないときはもちろんのこと、位置ずれがあった場合でも、その一部が光路に戻るため、対物レンズ72によりPSD73上に結像し、アライメント状態の検出ができる。しかし、指標光Kの光束径が細い場合(図9(c)参照)、その角膜Cによる反射光は、その相対位置が大きくずれると光路からはずれる方向に向かって反射するため、対物レンズ72に入射しない。従って、その反射光がPSD73に達せず、アライメント状態を検出できない。
【0009】
このように、被検眼Eに投影する指標光の光束径を細くして背景光を低減し、アライメントの検出精度を向上させようとすると、被検眼Eの位置が上下又は左右方向に大きくずれると角膜Cによる反射光が受光光学系に入射しなくなり、結果としてアライメント検出可能範囲が狭くなるという問題がある。
【0010】
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、アライメントの検出精度を低下させることなく、アライメント検出可能範囲を広く設定できると共にアライメント検出時間の短縮をも図ることができ、ひいては、検者、被検者の負担を大幅に減少させることのできる眼科装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の眼科装置は、上記課題を解決するため、被検眼にアライメント用の指標光を投影する指標光投影手段と、前記指標光の前記被検眼の角膜からの反射像を受像して前記被検眼と装置本体との上下左右方向の相対位置関係を検出するXYアライメント検出手段とを備えた眼科装置において、
前記XYアライメント検出手段は、XYアライメントを検出するための第一の受光手段と、XYアライメントを検出するための第二の受光手段と、該第二の受光手段により検出された第二のアライメント情報を基に前記第一の受光手段により検出された第一のアライメント情報を補正する補正手段とを有していることを特徴とし、好ましくは、前記第一の受光手段は、前記指標光の角膜反射光を含んだ入射光の重心位置を求めることにより前記被検眼の位置を求める受光素子を含み、前記第二の受光手段は、光強度分布を検出すると共に、設定された所定の閾値に基づいて前記指標光の角膜反射像を抽出することにより、被検眼の位置を検出する第二の受光素子を含むものである。また、前記第一の受光手段は2次元PSDを受光素子とし、前記第二の受光手段は2次元CCDを受光素子とするのが好ましい。
【0012】
請求項1に記載の発明によれば、背景光に基づく検出誤差が内在する第一の受光手段を用いた場合でも正確なアライメント検出が可能となり、測定時間の短縮を図ることができ、また、アライメントの検出精度を低下させることなく、アライメント検出可能範囲を広く設定することができるため、検者及び被検者の負担を大幅に減少させることができる。
【0013】
請求項4に記載の眼科装置は、請求項1〜3にいずれかに記載のものにおいて、被検眼と装置本体との前後方向の相対位置を検出するZアライメント検出手段を備え、Zアライメント検出手段とXYアライメント検出手段との検出情報に基づき装置本体を自動的に駆動する駆動手段を備えていることを特徴とする。
請求項5に記載の眼科装置は、請求項3又は4に記載のものにおいて、2次元CCDは被検眼の前眼部を観察する前眼部観察光学系に兼用されていることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1において、符号1は前眼部観察光学系である。前眼部観察光学系1は被検眼Eの左右に配設されて、前眼部をダイレクトに照明する複数個の赤外照明光源2、ハーフミラー3、対物レンズ4、ハーフミラー5、CCDカメラ6、遮光板7を有する。被検眼Eの前眼部からの反射像は、ハーフミラー3、対物レンズ4、ハーフミラー5を経由してCCDカメラ6に導かれ、前眼部像がCCDカメラ6の撮像面に形成される。CCDカメラ6は図示を略すモニタ装置に画像信号を出力し、モニタ装置の画面8には、図2(a)に示すように、前眼部像E´が表示される。なお、遮光板7は前眼部観察時に前眼部観察光学系1の光路から退避されかつ角膜内皮撮影時に光路中に挿入される。
【0015】
図1(a)において、符号10は指標投影光学系である。指標投影光学系10は赤外光を出射する光源11、集光レンズ12、開口絞り13、ピンホール板14、ダイクロイックミラー15、投影レンズ16を有する。ピンホール板14はアライメント指標を形成する役割を有し、ピンホール板14の配設箇所に投影レンズ16の焦点が一致している。開口絞り13は投影レンズ16に関して被検眼Eの角膜Cの頂点Pと共役な位置に設けられている。その投影レンズ16は固視標光学系17の一部を構成している。固視標光学系17は可視光を出射する固視光源18、ピンホール板19を有する。ピンホール板19は投影レンズ16の焦点位置に配設され、固視光源18から出射された固視標光は、ピンホール板19、ダイクロイックミラー15を透過した後、投影レンズ16により平行光束に変換され、ハーフミラー3により反射されて被検眼Eに導かれる。被検者はその固視標光を注視することによりその視線が固定される。
【0016】
光源11から出射された赤外光は、集光レンズ12により集光されて開口絞り13を通過してピンホール板14に導かれる。ピンホール板14を通過した光束はダイクロイックミラー15により反射されて、投影レンズ16に導かれる。投影レンズ16はピンホール板14を通過した光束を平行光束に変換し、その平行光束はハーフミラー3により反射されてXY方向アライメント検出用の指標光として角膜Cに投影される。指標投影光学系10はXY方向アライメント検出用の指標光を被検眼Eの角膜Cに向けて投影する役割を果たす。その角膜Cに投影された指標光は、図3に示すように角膜Cの頂点Pと角膜Cの曲率中心MRとの中間位置MPに輝点像Rを形成するようにして角膜Cの表面Tで反射される。
【0017】
その角膜Cで反射された反射像は、ハーフミラー3を透過した後、対物レンズ4に導かれる。その対物レンズ4はXYアライメント検出系20に兼用されている。その対物レンズ4により集光された指標光はその一部がハーフミラー5により反射されてXYアライメント検出系20の一部を構成する第一の受光手段としての2次元PSD21に導かれる。2次元PSD21の詳細については後述する。
【0018】
ハーフミラー5を透過した残りの指標光は第二の受光手段としてのCCDカメラ6に導かれる。そのCCDカメラ6の撮像面には輝点像R2が形成される。このCCDカメラ6はXYアライメント検出手段にも兼用されるものであるが、その詳細については詳述する。図2(a)には、その輝点像R2に対応する輝点像が符号R2´として示されている。なお、図2(a)において、符号24aは図示を略す画像生成手段によって生成されたオートアライメント用のマーク、符号24bはアライメント許容範囲を示すマークである。
【0019】
図1(b)において、符号30は撮影用照明光学系である。撮影用照明光学系30は、撮影用照明光源31、集光レンズ32、スリット板33、ダイクロイックミラー34、開口絞り35、対物レンズ36を有する。撮影用照明光源31にはキセノンランプが例えば用いられる。ダイクロイックミラー34は可視光を透過し赤外光を反射する役割を有する。開口絞り35は対物レンズ36に関して角膜Cと共役である。ダイクロイックミラー34はZアライメント検出用照明光学系40の一部に兼用されている。そのZアライメント検出用照明光学系41は光源41、集光レンズ42、スリット板43を有する。光源41は赤外光を出射する。光源41から出射された赤外光は、集光レンズ42により集束されつつスリット板43を通過してスリット光となり、ダイクロイックミラー34により反射されて開口絞り35に導かれ、この開口絞り35を透過した後、対物レンズ36により集束されつつ角膜Cに導かれて角膜Cを照明する。撮影用照明光源31から出射された可視光は集光レンズ32により集光されてスリット板33に導かれ、このスリット板33を通過した可視光はスリット光としてダイクロイックミラー34を透過して同様に開口絞り35に導かれ、対物レンズ36により角膜Cを斜め方向から照明する。
【0020】
符号50は撮影光学系である。この撮影光学系50は被検眼Eの光軸に関して撮影用照明光学系30と略対称な斜め方向から被検眼Eの角膜Cの内皮細胞による反射光を受像して角膜内皮細胞を撮影する役割を有する。この撮影光学系50は対物レンズ51、ダイクロイックミラー52、マスク53、ミラー54、リレーレンズ55、遮光板56、ミラー57を有する。ダイクロイックミラー52は赤外光を反射し可視光を透過する機能を有する。ミラー57は前眼部観察光束の妨げとならない位置に配設されると共に物面側(被検眼E側)の傾斜角θと同一角度を持って傾斜されている。
【0021】
撮影用照明光学系30により照射されたスリット光束Lは、図4に示すように角膜Cで反射される。スリット光束Lの一部は空気と角膜Cの境界面である角膜表面Tにおいてまず反射される。また、角膜表面Tを透過した光束の一部は角膜内皮細胞面Nで反射される。角膜表面Tからの反射光束T´の光量が最も多く角膜内皮細胞面Nからの反射光束N´の光量は相対的に小さく、角膜実質Mからの反射光束M´の光量が最も小さい。その反射光束は対物レンズ51により集光されつつダイクロイックミラー52を透過しマスク53上に一旦結像される。更に、マスク53により角膜内皮細胞像を形成する以外の余分の反射光束T´、M´が遮蔽され、マスク53を通過した反射光束N´はミラー54で反射され、リレーレンズ55により集光されつつミラー57により反射され、CCDカメラ6上に角膜内皮細胞像が形成される。モニタ装置の画面8には、図5に示すようにそのCCDカメラ6からの映像信号により角膜内皮細胞像58が表示される。
【0022】
対物レンズ51はZアライメント検出系60の一部を構成している。Zアライメント検出系60はリニアセンサ61を有する。リニアセンサ61は対物レンズ51に関して角膜Cと共役な位置に設けられている。Zアライメント検出用照明光学系40により投光されたスリット光の角膜Cによる反射光は対物レンズ51により集束されつつダイクロイックミラー52により反射されてリニアセンサ61に結像される。リニアセンサ61は光強度分布を検出する役割を有する。そのリニアセンサ61上の光量分布が図6に示されている。この図6において、符号62は角膜Cの表面Tにより反射された光束のピーク部であり、符号63は角膜内皮細胞面により反射された光束のピーク部である。リニアセンサ61の検出出力はZアライメント検出回路64に入力されている。
【0023】
PSD21(第一の受光手段)上の輝点像R1´の位置情報(第一のXYアライメント情報)とCCDカメラ6(第二の受光手段)の輝点像R2´の位置情報(第二のXYアライメント情報)とは、XYアライメント検出回路22に入力される。XYアライメント検出回路22は、図7に詳細に示すように位置検出回路22aと位置検出回路22bと誤差演算回路22cと内部メモリ22dと補正回路22eとスイッチ22fとから構成されている。
【0024】
CCDカメラ6の撮像面の光量分布は、図2(a)に示すA−A´線においては、図2(b)に示すようになる。その図2(b)において、符号R2´´は輝点像R2´に対応する光量分布、符号R3は瞳孔E1を通して眼底内部から反射された反射光の光量分布、R4は虹彩E2により反射された反射光の光量分布、R5は強膜E3により反射された反射光の光量分布である。図2(b)において、瞳孔E1を通じて眼底から反射された反射光の光量は一番小さく、次に虹彩E2により反射された反射光の光量が小さく、強膜E3により反射された反射光の光量が一番大きい。
【0025】
位置検出回路22bでは図2(b)に示す閾値L´を設けることにより、強膜E3による反射光量分布R5と虹彩E2による反射光量分布R4との境界番地A1,A2を抽出し、番地A1よりも小さい番地、番地A2よりも大きい番地の光量情報を破棄する。次に、位置検出回路22bは番地A1から番地A2までの光量を各番地毎に抽出し、閾値L´を越えた光量の番地を抽出し、この番地の中で最大光量の番地x1を抽出する。この抽出された番地x1が輝点像R2´の位置情報である。このようにして求められた番地x1に基づく位置情報は検出誤差が除去されている。
【0026】
PSD21の受像面には、輝点像Rに対応する輝点像R1´が図8(a)に示すように形成される。受像面での光強度分布は、例えばX方向について図示すれば、図8(b)に示すようになり、この図8(b)において、符号R1´´は輝点像R1´に対応する光量分布、符号N1は前眼部等により反射された背景光に基づく光量分布を模式的に示し、この背景光に基づく光量分布は検出誤差となる。PSD21は全光量を荷重平均した重心位置としての位置情報x2を出力する。従って、輝点像R1´のみに基づく位置情報xとはならず、この位置情報x2には背景光の存在に基づく検出誤差Δが含まれている。なお、位置情報xと位置情報x1とは一対一に対応している。
【0027】
位置検出回路22aの位置情報x2はスイッチ22fを介して誤差演算回路22cと補正回路22eとに入力される。そのスイッチ22fは常時は誤差演算回路22cの側に接続されており、制御回路65はマーク24a内に輝点像R2´が入ったとき、スイッチ22fを誤差演算回路22cの側から補正回路22eの側に切り換える。位置検出回路22bから出力される位置情報x1は誤差演算回路22cに入力される。誤差演算回路22cは位置情報x1と位置情報x2との差を計算する。この差が検出誤差Δである。そして、この検出誤差Δを基にして補正式が構築される。この補正式は内部メモリ22dに保存される。
【0028】
補正回路22eは、位置検出回路22aの検出出力に基づき内部メモリ22dに記憶された補正式により位置情報を補正する。この補正された位置情報xは制御回路65に入力される。アライメント検出を繰り返す場合、同一被検者同一被検眼ではこの補正式はほぼ同じある。従って、内部メモリ22dに記憶された補正式は繰り返し、補正回路22eでの演算に用いることができる。被検者が交替したり、被検眼の左右を変更した場合、内部メモリ22dをリセットして再設定を行う。また、測定の都度この補正式を誤差演算回路22cにより構築してもよい。このように内部メモリ22dに記憶された補正式に基づいて、演算回路22aに基づく位置情報を補正すれば、検出速度の遅いCCDカメラ6と同等の正確な位置情報を保持しつつ、位置検出回路22aにより高速で位置情報の検出を行なうことができる。
【0029】
検者はモニタ画面8で前眼部像E'を観察しながら、輝点像R2´がオートアライメント許容範囲を示すマーク24aに入り、かつ、ピントが合うように装置本体をXYZ方向に手動で移動させてアライメント調整を行う。
【0030】
制御回路65は電源をオンすると、光源2、11、18、51を点灯させる。制御回路65はマーク24a内に輝点像R2´が入ると、装置本体を被検眼Eに対して整合されるように図示を略す駆動手段により装置本体を自動的に駆動する。
【0031】
Zアライメント検出回路64の検出出力とXYアライメント検出回路22の検出出力とは制御回路65に入力され、XYアライメント検出回路22は被検眼に対する装置本体の上下左右の位置関係が許容範囲(図2(a)のマーク24bを参照)にあるとき、XYアライメント完了信号を制御回路65に出力する。また、Zアライメント検出回路64は被検眼に対する装置本体の光軸方向の距離が許容範囲にあるときにZアライメント完了信号を制御回路65に出力する。なお、Zアライメント検出回路64は、リニアセンサ61の基準番地Qを中心としてその両側δの範囲内にピーク部63の番地zが存在するとき、Zアライメント完了信号を出力する。すなわち、制御回路65は、XYアライメント検出系20の検出結果がマーク24b内にありかつZアライメント検出系60の検出結果が許容範囲にあるとき、光源2、11、18、51を消灯し、光源31を自動的に発光させる。これにより角膜Cにスリット光が照明され、角膜内皮細胞の撮影が撮影される。
【0032】
なお、XYアライメント検出回路22から出力される情報およびZアライメント検出回路65から出力される情報に基づいて、装置本体と被検眼Eのアライメント状態を検出し、その検出結果をCRT等に表示するように構成することもできる。
以上実施の形態について説明したが、2次元PSDではなく、互いに直交した一対の一次元PSDを用いてもよい。この場合、ハーフミラーで光路を分割してこの一対の一次元PSDに指標光を導く構成としてもよい。また、Zアライメント検出系60のリニアセンサ61上の角膜表面及び角膜内皮細胞面からの反射像の間隔から、公知の手段によって角膜厚を演算する角膜厚測定機能を付加してもよい。
【0033】
【発明の効果】
この請求項1に記載の発明は、以上説明したように構成したので、アライメント検出誤差を低下させることなくアライメント検出可能範囲を広く設定できると共にアライメント検出時間の短縮を図ることができ、ひいては、検者及び被検者の負担を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る眼科装置の光学系を示し、(a)はその光学系の側面図を示し、(b)はその光学系の平面図を示す。
【図2】 (a)はモニタ装置の画面に表示された前眼部像の説明図で、(b)は、(a)の輝点R1´を含むA−A´(X方向)直線上での光強度を示す図である。
【図3】 図1に示す角膜への指標光の投影状態を示す拡大図である。
【図4】 図1に示す角膜へのスリット光の照射状態を示す説明図である。
【図5】 モニタ装置の画面に表示された角膜内皮細胞像の説明図である。
【図6】 図1に示すリニアセンサ上におけるスリット光束の光量分布状態を示す図である。
【図7】 図1のXYアライメント回路の詳細を説明する図である。
【図8】 図1に示すPSD上に受光された輝点像R1´を説明する図で、(a)は輝点像R1´の像を示す図で、(b)は、図(a)の輝点を含むB−B´(X方向)直線上での光強度を示す図である。
【図9】 (a)、(b)、(c)は、それぞれ、指標光束径Kとアライメント検出範囲の状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
6…CCDカメラ(第二の受光手段)
20…XYアライメント検出系
21…2次元PSD(第一の受光手段)
22…XYアライメント検出回路
22a…位置検出回路(位置検出手段)
22b…位置検出回路(位置検出手段)
22c…誤差演算回路
22d…内部メモリ
22e…補正回路(補正手段)
50…撮影光学系
60…Zアライメント検出系
64…Zアライメント検出回路
65…制御回路
E…被検眼
C…角膜
Claims (5)
- 被検眼にアライメント用の指標光を投影する指標光投影手段と、前記指標光の前記被検眼の角膜からの反射像を受像して前記被検眼と装置本体との上下左右方向の相対位置関係を検出するXYアライメント検出手段とを備えた眼科装置において、
前記XYアライメント検出手段は、XYアライメントを検出するための第一の受光手段と、XYアライメントを検出するための第二の受光手段と、該第二の受光手段により検出された第二のアライメント情報を基に前記第一の受光手段により検出された第一のアライメント情報を補正する補正手段とを有していることを特徴とする眼科装置。 - 前記第一の受光手段は、前記指標光の角膜反射光を含んだ入射光の重心位置を求めることにより前記被検眼の位置を求める受光素子を含み、前記第二の受光手段は、光強度分布を検出すると共に、設定された所定の閾値に基づいて前記指標光の角膜反射像を抽出することにより、被検眼の位置を検出する第二の受光素子を含むものである請求項1に記載の眼科装置。
- 前記第一の受光手段は2次元PSDを受光素子とし、前記第二の受光手段は2次元CCDを受光素子とする請求項1に記載の眼科装置。
- 前記被検眼と前記装置本体との前後方向の相対位置を検出するZアライメント検出手段を備え、該Zアライメント検出手段と前記XYアライメント検出手段との検出情報に基づき前記装置本体を自動的に駆動する駆動手段を備えている請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の眼科装置。
- 前記2次元CCDは前記被検眼の前眼部を観察する前眼部観察光学系に兼用されている請求項3又は請求項4に記載の眼科装置。
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1996
- 1996-09-11 JP JP24039696A patent/JP3710571B2/ja not_active Expired - Fee Related
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