JP4729200B2 - 角膜細胞連続観察装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、角膜細胞連続観察装置に関し、更に詳しくは、１つの対物レンズを２分割して照明光学系及び撮影光学系として使用する角膜細胞撮影装置に於いて、アライメント及び合焦の機能を有するとともに角膜の厚さ方向に於ける所定位置を連続して観察することができ、更に角膜の厚さ方向に於ける位置を内皮から上皮近傍まで連続的に観察することができる角膜細胞連続観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被検眼に接触することなく、角膜内皮細胞の撮影が可能な角膜細胞撮影装置が開発されている。このような非接触式の装置により、熟練を要することなく角膜細胞の撮影を容易に行うことができるようになっている。しかし、近年、角膜内皮細胞だけでなく、角膜実質部等、角膜の各層を非接触で容易に撮影することができる角膜細胞撮影装置が望まれるに至り、更には連続観察を行うことができる角膜細胞連続観察装置が望まれるに至っている。
【０００３】
一方、最近、近視眼を外科的手術によって角膜屈折矯正を行うＬＡＳＩＫ（laser in situ keratomileusis）が行われるようになっている。ＬＡＳＩＫによる手術では、角膜フラップのすぐ下の細胞がレーザ光によって切除されるので、手術後に角膜実質部内の術部の様子を追跡観察する必要性が生じている。ここで、角膜実質部内の術部の位置は予め知ることは困難であるため、術部を探すために角膜の厚さ方向に撮影位置を連続的に移動させて観察できる装置が望まれるに至っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術によれば、角膜実質部等の連続観察をするには接触式の角膜細胞撮影装置を使用しなければならず、非接触の装置では角膜実質部の連続観察は困難であった。その理由は、非接触式では撮影に際して被検眼と装置との位置関係を固定することができないからであり、また、内皮以外の層は顕著な層状組織を持たないために反射光が弱く、目的とする層自体を検出することが困難だからである。また、被検眼は常に揺動し、しかもその動きは速いため、被検眼の揺動に追従して目的とする層を連続観察するには、重量の大きい光学系を被検眼の動きに追従させなければならないからである。更に、角膜実質部の各層の像は角膜内皮の反射光と角膜表面の強い散乱反射光との間に位置するため、これを撮影するには角膜の厚さ方向に於ける分離がこれまで以上に要求されるからである。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、角膜の内皮と上皮の中間の角膜実質部の任意の位置を自動的に素早く連続観察することができ、しかも、広い視野に亘り角膜の厚さ方向に於ける分離が良好で、歪みの少ない明瞭な連続画像を容易に得ることができ、更に角膜の厚さ方向に於ける位置を内皮から上皮近傍まで連続的に観察することができる角膜細胞連続観察装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の角膜細胞連続観察装置は、被検眼の前眼部に於ける角膜の厚さ方向に於ける所定位置を連続観察するための角膜細胞連続観察装置であって、照明用光源からの照明光によって被検眼の前眼部を斜め前方からアフォーカルな光路を介して照射するための照明光学系と、前記照明光により照明されている前眼部に於ける画像をアフォーカルな光路を介して連続観察するための撮影光学系と、前記照明光学系の一部を構成する照明部、前記撮影光学系の一部を構成する撮影部、及び該照明部と該撮影部との間を分離するための遮蔽部を有する対物レンズと、被検眼の光軸（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメントを行うアライメント手段と、合焦用光源及び合焦検出用の光センサを有し、前記合焦用光源による検出用指標の前眼部に於ける反射光を、前記対物レンズの前記照明部及び前記撮影部並びに被検眼を介して前記光センサで検出することにより、被検眼の光軸（Ｚ軸）方向に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系の合焦をアフォーカルな光路を介して行う合焦手段と、前記対物レンズ及び前記アライメント手段を載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズ及び前記アライメント手段をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させる追従架台と、被検眼に対する前記追従架台の位置を調節する追従手段と、前記照明光学系、前記撮影光学系、前記合焦手段及び前記追従架台を載置するＸＹＺ架台と、被検眼に対する前記ＸＹＺ架台の位置を調節する移動手段とを備え、前記ＸＹＺ架台の位置を調節して、前記照明光学系及び前記撮影光学系の初期アライメント及び初期合焦を確立するととともに、前記追従手段によって前記追従架台の位置を連続的に調節することにより、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメント及び合焦を連続的に行うことを特徴とする。
【０００７】
このように、１つの対物レンズを遮蔽部で仕切り、一方を照明光学系の一部とし、もう一方を撮影光学系の一部とすることにより、被検眼の正面から撮影した画像に近い歪みの少ない角膜実質部の連続画像が得られる。また、本発明では、アライメント手段による初期アライメント及び合焦手段による初期合焦が確立された後、この初期アライメント及び初期合焦を維持するように、追従手段による追従架台の位置の連続的な調節が行われるので、被検眼の揺動に追従して連続観察を行うことが可能となる。また、追従架台には対物レンズ及びアライメント手段のみが載置されているので軽量であり、従って被検眼の揺動に対して素早く追従することが可能となる。更に、追従架台を移動させても、照明光学系、撮影光学系及び合焦手段はアフォーカルな状態を維持することができるので、照明光学系及び撮影光学系の結像並びに合焦手段の合焦動作に影響はない。
【０００８】
本発明の角膜細胞連続観察装置は、更に、前記追従架台上に載置され、前記対物レンズを載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズをＺ軸方向に移動させるＺ軸追従架台と、被検眼に対する前記Ｚ軸追従架台のＺ軸方向に於ける位置を調節するＺ軸追従手段とを更に備え、前記追従架台はＸ軸及びＹ軸方向に於けるアライメントのみを行い、前記Ｚ軸追従手段は、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のＺ軸方向に於ける合焦を連続的に行うように構成することができる。
【０００９】
通常、Ｚ軸方向の合焦に際しての対物レンズの移動範囲はＸＹ平面内のアライメントに際しての移動範囲より大きいため、合焦に際して像の明るさが変化することがある。この構成では、対物レンズをＺ軸方向にのみ移動させるＺ軸追従手段を別途設けているので、合焦により像の明るさが変化を生ずるのを防止することが可能となっている。
【００１０】
また、上記に加えて、本発明の角膜細胞連続観察装置は、前記照明用光源からの照明光をスリット状にしてスキャンさせる可動式の第１のスリットと、前眼部で反射された前記スリット状照明光の照射による撮影光を前記第１のスリットに同期して通過させる可動式の第２のスリットとを有するスリットスキャン手段を更に備え、前記撮影光学系は、前記第２のスリットを通過するスリット状の撮影光による画像をスキャンすることにより、被検眼の前眼部の角膜の厚さ方向に於ける所定位置の画像を所定の領域に亘って連続観察することを特徴とする。
【００１１】
このように、スリットスキャン手段を設け、照明光を第１のスリットを介して照射するとともに、撮影光も第１のスリットに同期する第２のスリットを介して連続観察することにより、角膜の厚さ方向の外乱光の影響を排して、前眼部に於ける画像を広い視野に亘って得ることができるとともに、角膜の厚さ方向の分離が良好な連続画像を得ることができる。
【００１２】
ここで、上記に於いて、前記スリットスキャン手段を、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを設けた回転円板により構成するができる。前記スリットスキャン手段を回転円板により構成することにより、容易にスリットの同期スキャンを行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記合焦手段に於いて前記合焦用光源による前記検出用指標の位置を連続的に移動させることにより、被検眼の前眼部で反射し前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置を連続的に移動させることにより、前記追従架台を連続的に移動させ、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置を連続的に移動させるように構成することも可能である。このように、検出用指標の位置を連続的に移動させることにより、例えば、被検眼に於ける角膜内皮から角膜上皮近傍まで、連続的に撮影することが可能となる。
【００１４】
更に、前記合焦用光源による前記検出用指標の位置を調整し得る前述の構成に於いては、前記合焦用光源による前記検出用指標の位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて観察されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示するように構成することができる。即ち、上述のように、合焦用光源による検出用指標の位置に基づいて角膜の厚さ方向に於ける撮影光学系の観察位置が決まるので、合焦用光源による検出用指標の位置と角膜の厚さ方向に於ける撮影光学系の観察位置との関係を、例えば、明瞭な層状を為し反射光が検出し易い角膜内皮を基準として予め求めておけば、撮影光学系で得られる画像が、具体的に角膜の厚さ方向に於いてどの位置で得られたものかを求めることができる。このような角膜の厚さ方向に於ける位置情報は、眼科医療的に非常に有用である。
【００１５】
また、前記合焦用センサに於ける出用指標の検出位置を調整し得る前述の構成に於いても、被検眼の前眼部で反射して前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて撮影されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示するように構成することができる。
【００１６】
本発明に於いては、前記アライメント手段は、前記対物レンズの中心から一の方向及び該一の方向に直角な他の方向にそれぞれ所定距離だけ離れた位置から被検眼に向けて第１の検出光及び第２の検出光をそれぞれ発する２つのアライメント用光源と、前記ＸＹＺ架台又は前記追従架台の移動により、被検眼に於ける前記第１の検出光の反射光及び前記第２の検出光の反射光を撮影するための、前記対物レンズの前記遮蔽部の被検眼側に設けられたアライメント光撮影手段とを備え、前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第１の検出光の反射光が、前記一の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記一の方向のアライメントを行うとともに、前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第２の検出光の反射光が、前記他の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記他の方向のアライメントを行うように構成することができる。
【００１７】
このような構成では、直交する２つの方向に於いてアライメントが検出されるので、正確なＸＹ平面内のアライメントを行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態に係る角膜細胞連続観察装置の平面構成を示す模式図であり、図２は図１の光学系の部分のみの斜視図である。本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、被検眼１０の前眼部１０ａに照明光を斜め前方から照射するための照明光学系１と、照明光で照明されている前眼部１０ａの部分の画像を撮影するための撮影光学系２と、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける照明光学系１及び撮影光学系２のアライメント（位置決め）を制御するためのアライメント光学系５と、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）方向に於ける照明光学系１及び撮影光学系２の合焦（撮影位置合わせ）を制御するための合焦光学系６とを備えている。照明光学系１、撮影光学系２、アライメント光学系５及び合焦光学系６は、何れも固定焦点を有している。
【００１９】
また、本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、前眼部１０ａに向けられた対物レンズ３を備え、この対物レンズ３は、後述するように、照明光学系１を構成する照明部３１と、撮影光学系２を構成する撮影部３２と、照明部３１と撮影部３２との間を分離するための遮蔽部３３とを有している。遮蔽部３３は、図１に示すように、被検眼１０側及びその裏面側の両側に設けられている。更に、本実施形態の角膜細胞連続観察装置は回転円板４を備え、この回転円板４には、図５に示すように、照明光をスリット状にするための第１のスリット４１と、被検眼１０の前眼部１０ａからの撮影光を第１のスリット４１に同期して通過させる第２のスリット４２とを有している。また、回転円板４は、駆動モータ４３の駆動により、矢印４ａ（図２）に示す方向に回転している。なお、図２及び図５では、簡単のために第１のスリット４１及び第２のスリット４２はそれぞれ３つ又は４つづつしか描かれていないが、実際には、回転円板４の全周に亘って等間隔でスリットが６０個形成されており、各スリット（第１のスリット４１及び第２のスリット４２）の幅は１００μｍに設定され、回転円板４は４０００ｒｐｍで回転している。なお、第１及び第２のスリットの数、幅及び間隔、並びに回転円板４の回転数は、何れも特に上記に限定されるものではなく、照明光学系１のスリットと撮影光学系２のスリットとが光学的に等価の関係にあればよい。そして、両方のスリットは同じ形状を有していることが好ましい。また、スリットの幅は小さければ小さいほど角膜の厚さ方向の分離が良好となるが、得られる画像は暗いものとなる。
【００２０】
本実施形態では、対物レンズ３及びアライメント光学系５は、図１に破線で示すように、Ｚ軸追従架台３７ａ上に載置されている。Ｚ軸追従架台３７ａは、Ｚ軸方向にのみ移動させることができるように構成されている。また、このＺ軸追従架台３７ａは追従架台３７上に載置され、後述する第３の照明光反射ミラー１６及び第３の撮影光反射ミラー２６も追従架台３７上に載置されている。追従架台３７は、Ｘ軸及びＹ軸の何れの方向にも移動させることができるように構成されている。なお、本発明では、Ｚ軸追従架台３７ａを設けない構成とすることができる。その場合には、追従架台３７がＺ軸方向にも移動させることができるように構成される。
【００２１】
本実施形態では、照明光学系１、撮影光学系２、追従架台３７、合焦光学系６及び回転円板４は、図１に破線でＸＹＺ架台７に載置されている。ＸＹＺ架台７は、後述するように、アライメント光学系５からの信号に基づいて制御回路８の初期制御部８ａの制御の下に本実施形態の装置のＸＹ平面に於ける初期アライメントを行うとともに、合焦光学系６からの信号に基づいて初期制御部８ａの制御の下にＺ軸方向の初期合焦を行う。また、追従架台３７は、初期アライメント及び初期合焦が確立された後、追従制御部８ｂの制御の下に、被検眼の揺動に追従して照明光学系１及び撮影光学系２のアライメント及び合焦を連続的に行う。更に、Ｚ軸追従架台３７ａは、追従制御部８ｂの制御の下に、被検眼の揺動に追従して照明光学系１及び撮影光学系２の合焦を連続的に行う。本実施形態ではＸＹＺ架台７の可動範囲は、被検眼１０の光軸１０ｂであるＺ軸方向で１５ｍｍ、Ｚ軸に垂直なＸ軸及びＹ軸方向で±８ｍｍであり、追従架台３７の可動範囲は、Ｘ軸及びＹ軸方向で±１ｍｍである。また、Ｚ軸追従架台３７ａのＺ軸方向の可動範囲は５ｍｍであり、Ｚ軸追従架台３７ａを設けない場合には、追従架台３７の可動範囲が５ｍｍとなっている。Ｚ軸追従架台３７ａ上の対物レンズ３と、ＸＹＺ架台７上の照明光学系１、撮影光学系２及び合焦光学系６とはアフォーカルな関係が保たれている。
【００２２】
本実施形態では、照明光学系１は、図１及び図２に示すように、光源回路１１ａからの信号に基づいてマルチストロボ発光を行い得るストロボ放電管１１と、連続照明光を発する撮影ランプ１１ｃと、ストロボ放電管１１又は撮影ランプ１１ｃからの照明光を照明視野絞り１７を介して回転円板４の第１のスリット４１に集光させるための照明レンズ１２、１１ｂと、撮影ランプ１１ｃからの照明光のうち７５０〜９００ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタ１１ｄと、第１のスリット４１でスリット状にされた照明光を平行光（アフォーカル）にする照明投映レンズ１３と、水平方向のスリット状の照明光を９０゜回転させて垂直方向のスリット状照明光にするための第１の照明光反射ミラー１４及び第２の照明光反射ミラー１５と、第２の照明光反射ミラー１５によって反射された垂直方向のスリット状照明光を対物レンズ３の照明部３１に入射させる第３の照明光反射ミラー１６と、第３の照明光反射ミラー１６からのスリット状照明光を被検眼１０の前眼部１０ａに入射させる対物レンズ３の照明部３１とによって構成されている。第２の照明光反射ミラー１５は、後述する合焦光学系６で使用される赤外光を透過させるために、９００ｎｍより短い波長帯を反射し、これより長い波長帯を透過させるコールドミラーにより構成されている。本実施形態では、連続観察を行う場合には、被検者が眩しくないように、バンドパスフィルタ１１ｄを通過した近赤外光が用いられる。近赤外光を用いることにより、被検眼の揺動が抑えられ、光学系の追従動作が容易となると共に、可視光による静止画の撮影に際しても、鮮明な画像が得られる。
【００２３】
また、本実施形態では、撮影光学系２は、図１及び図２に示すように、照明光学系１からの照明光の照射による画像を捕らえて平行光（アフォーカル）にする対物レンズ３の撮影部３２と、この撮影部３２からの撮影光をアフォーカルに反射する第３の撮影光反射ミラー２６と、第３の撮影光反射ミラー２６からの撮影光を９０゜回転させて水平方向の撮影光にするための第２の撮影光反射ミラー２５及び第１の撮影光反射ミラー２４と、アフォーカルな撮影光を回転円板４の第２のスリット４２に結像させるための撮影用結像レンズ２３と、第２のスリット４２通過後の画像を視野絞り２７を介して撮影する撮影レンズ２２及び撮影用ＣＣＤカメラ２１とによって構成されている。第２の撮影光反射ミラー２５は、前述の第２の照明光反射ミラー１５と同様に、後に詳述する合焦光学系６で使用される赤外光を透過させるために、９００ｎｍより短い波長帯を反射し、これより長い波長帯を透過させるコールドミラーにより構成されている。
【００２４】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、更に、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける照明光学系１と撮影光学系２とのアライメントを行うためのアライメント光学系５を有している。なお、アライメント光学系５は図１では紙面上方に位置するため、一点鎖線で表してある。アライメント光学系５は、図２に示すように、照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点が被検眼の光軸１０ｂ上に位置するようにアライメントの動作を行う。
【００２５】
図３は被検眼１０から見た対物レンズ３近傍の配置を示している。図３に示すように、アライメント光学系５は、対物レンズ３の鉛直（Ｙ軸）方向下側に設けられたＸ軸アライメント用光源５２と、対物レンズ３の水平（Ｘ軸）方向右側に設けられたＹ軸アライメント用光源５１とを有している。Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１は何れも赤外ＬＥＤであり、被検眼１０に向けて赤外の検出光を発するように構成されている。また、アライメント光学系５は、Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１から発せられて被検眼１０で反射された検出光を集光するセルフォック（商標）５３を有している。セルフォック５３は、その開口部５３ａに入射する光をその反対側の端部から所定距離の位置に結像する機能を有している。従って、図２に示すように、セルフォック５３から出た光は光軸５ｂに沿って上方へ導かれ、更に反射ミラー５４によって反射されて、結像レンズ５８によってＣＣＤカメラ５５に結像することになる。ＣＣＤカメラ５５からの画像信号は、制御回路８を介してモニタ９に表示される。
【００２６】
アライメント光学系５に於けるＸ軸方向の初期アライメント及びアライメントの追従動作について説明する。図４（ａ）は、Ｘ軸方向に於けるアライメントを行う場合にモニタ９に映し出されるＣＣＤカメラ５５による画面を表している。アライメントが確立されていない状態では、モニタ９の画面には、Ｘ軸アライメント用光源５２（図３）からの赤外検出光のスポット５Ｘが、例えば同図に示すモニタ９の画面上の位置に映し出される。なお、図４（ａ）に破線で示す前眼部１０ａの位置はアライメント確立後であり、アライメントが確立されていない時点では前眼部１０ａはこの位置にはない。次に、初期制御部８ａは、スポット５Ｘが矢印５ｃに示す方向に移動してモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５６に達するまで（図４（ａ）の５Ｘ’）、ＸＹＺ架台７を移動させる。スポット５Ｘが検出範囲５６内に入ると、前眼部１０ａは図４（ａ）の破線で示す位置に現れることになり、Ｘ軸方向の初期アライメントは完了する。初期アライメントを維持するためのＸ軸方向のアライメントの追従動作は、被検眼が揺動してもスポット５Ｘがモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５６内に維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００２７】
次に、アライメント光学系５に於けるＹ軸方向の初期アライメント及びアライメントの追従動作について説明する。図４（ｂ）は、Ｙ軸方向に於けるアライメントを行う場合にモニタ９に映し出されるＣＣＤカメラ５５による画面を表している。アライメントが確立されていない状態では、モニタ９の画面には、Ｙ軸アライメント用光源５１（図３）からの赤外検出光のスポット５Ｙが、例えば同図に示すモニタ９の画面上の位置に映し出される。なお、図４（ａ）の場合と同様に、図４（ｂ）に破線で示す前眼部１０ａの位置はアライメント確立後であって、アライメントが確立されていない時点では前眼部１０ａはこの位置にはない。次に、初期制御部８ａは、スポット５Ｙが矢印５ｄに示す方向に移動してモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５７に達するまで（図４（ｂ）の５Ｙ’）、ＸＹＺ架台７を移動させる。スポット５Ｙが検出範囲５７内に入ると、前眼部１０ａは図４（ｂ）の破線で示す位置に現れることになり、Ｙ軸方向の初期アライメントは完了する。初期アライメントを維持するためのＹ軸方向のアライメントの追従動作は、被検眼が揺動してもモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５７内に維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００２８】
なお、Ｘ軸及びＹ軸方向の初期アライメントを行う時点では、通常、Ｚ軸方向の初期合焦は未だ確立されておらず、また、Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１は対物レンズ３の中心に位置するわけではないので、図４（ａ）及び（ｂ）に示す画面上では、初期アライメント終了時点及びアライメント追従動作中に於いても、スポット５Ｘ及び５Ｙは必ずしも前眼部１０ａの中心には位置していない。
【００２９】
また、上記ではＸ軸及びＹ軸方向のアライメントについて別々に説明したが、本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、実際にはＸ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１をカメラ５５の垂直同期に同期させて交互に点滅させることによってＸ軸及びＹ軸方向のアライメントを交互に行い、実質的にＸ軸及びＹ軸方向のアライメントを同時に行っている。このようなアライメントの同時実行が可能なのは、ＸＹＺ架台７の動作が図４（ａ）及び（ｂ）に示すＸ軸及びＹ軸方向のアライメントの検出動作に比較して非常に遅いからである。
【００３０】
更に、上記では説明の便宜上、図４（ａ）及び（ｂ）に示すモニタ９の画面に沿って説明したが、実際にはモニタ画面上に表示する必要はなく、制御回路８内で初期アライメント及びその後の追従動作を行うことができる。
【００３１】
加えて、上記ではＸ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１を対物レンズ３と一体的に動くように取り付けた場合について説明したが、本発明では光源５２及び光源５１を含むアライメント光学系５を追従架台３７上に設けることも可能である。アライメント光学系５を追従架台３７上に設け、対物レンズ３の動きとは切り離すことにより、ＣＣＤカメラ５５の映像信号線等をＺ軸追従架台３７の移動に伴って引き回す必要がなくなり、Ｚ軸追従架台３７への負荷を軽減することができる。
【００３２】
本発明の角膜細胞連続観察装置では、合焦光学系６は、図１及び図２に示すように、合焦用の光源である赤外ＬＥＤ６１（ピーク波長９５０ｎｍ）と、この赤外ＬＥＤ６１からの赤外光を集光するための集光レンズ６２と、この赤外光をスリット状にする可動スリット６３と、可動スリット６３からの赤外光を平行光とするレンズ６５と、可動スリット６３の位置を調節するモータ６４及びエンコーダ６４ａとを有している。本明細書では、可動スリット６３自体又は可動スリット６３によるスリット状の像を検出用指標と称する。モータ６４は、後述するように、前眼部１０ａの角膜の厚さ方向に於ける観察位置を調節するために、エンコーダ６４ａから与えられる信号によって可動スリット６３の位置を調整する。レンズ６５を出た検出用指標は、９００ｎｍより長い波長の赤外光のみを透過させるコールドミラーからなる第２の照明光反射ミラー１５、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を介して被検眼１０の前眼部１０ａに投影される。第２の照明光反射ミラー１５、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１も合焦光学系６を構成している。初期合焦が確立されている場合には、被検眼１０の前眼部１０ａで反射された検出用指標光は、対物レンズ３の撮影部３２により平行光とされ、第３の撮影光反射ミラー２６、９００ｎｍより長い波長の赤外光のみを透過させるコールドミラーからなる第２の撮影光反射ミラー２５及び集光レンズ６６を介して合焦検出用の光センサ６７に到達することになる。本実施形態では、光センサ６７として、ラインセンサ又はエリアセンサが使用されている。対物レンズ３の撮影部３２、第３の撮影光反射ミラー２６、赤外透過性の第２の撮影光反射ミラー２５、集光レンズ６６及び光センサ６７も合焦光学系６を構成している。
【００３３】
本実施形態では、Ｚ軸方向に於ける初期合焦は、ＸＹ平面内の初期アライメントが完了した後、ＸＹＺ架台７を被検眼１０の方向へ前進させ、前眼部１０ａで反射された検出用指標光の所定部分が光センサ６７で検出されることにより確立される。即ち、被検眼１０から充分に離れた位置では光センサ６７では検出用指標光は検出されず、この位置から初期制御部８ａの制御の下にＸＹＺ架台７を被検眼１０の方向へ前進させると、対物レンズ３が徐々に被検眼１０に近づき、前眼部１０ａに検出用指標が入射し、対物レンズ３の撮影部３２には、前眼部１０ａの各部から反射された指標光が到達する。この反射による指標光は後述する図７と同様のパターンを有しているので、光センサ６７でこの検出用指標光パターンの例えば角膜内皮からの反射部分を検出することにより、初期合焦が確立されたと判断することができる。本実施形態では、前述のように撮影光学系２の焦点が固定されているため、ＸＹＺ架台７の位置を調節することにより初期合焦が行われる。なお、上記ではＸＹ平面内の初期アライメント完了後に初期合焦が行われるものとして説明したが、ＸＹ平面内の初期アライメントと初期合焦とを同時に行うこともできる。
【００３４】
初期合焦を維持するための合焦の追従動作は、被検眼が揺動しても光センサ６７での指標光の検出部分が維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００３５】
次に、初期アライメント及び初期合焦が確立された後の照明光学系１及び撮影光学系２による前眼部１０ａの角膜の厚さ方向に於ける所定位置の画像の撮影動作について説明する。撮影ランプ１１ｃは初期アライメント動作開始時には点灯している。上述のように合焦光学系６で合焦が検出されると、ストロボ放電管１１又は既に点灯している撮影ランプ１１ｃからの照明光は、照明レンズ１２を介して回転する回転円板４の第１のスリット４１によって水平方向のスリット状にされる。このスリット状の照明光は、照明投映レンズ１３によって平行光とされた後、第１の照明光反射ミラー１４及び第２の照明光反射ミラー１５によって鉛直方向（Ｙ軸方向）のスリット状照明光となる。この照明光は、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を介して被検眼１０の前眼部１０ａに斜め前方から照射され、角膜の厚さ方向に於ける所定の観察位置に結像することになる。
【００３６】
図６は被検眼１０の前眼部１０ａの角膜の断面を模式的に表したものである。図６に示すように、角膜は、表層の角膜上皮細胞７１と、角膜内皮細胞７３とを有し、これらの間には角膜実質部７２が存在している。また、角膜上皮細胞７１の外側には、涙液層７４が存在している。前眼部１０ａに投影された上述のスリット状の照明光７０は、照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点７５ａに結像し、更に角膜内皮細胞７３まで達することになる。このような照明光７０の照射により、角膜全体からは、矢印８０で示す範囲の反射光が得られる。図７は角膜の各部位に於ける反射光量を示したものである。図６及び図７に示すように、角膜からの反射光には、角膜実質部のうち撮影対象となる撮影部分７５からの撮影光７７に加えて、涙液層７４からの非常に強い反射光７６と、撮影光７７より強い角膜内皮細胞７３からの反射光７８とが存在している。撮影光７７並びに反射光７６及び７８を含む反射光は、対物レンズ３の撮影部３２（図１及び図２）によって捕らえられることになる。そして、撮影部３２によって捕らえられた反射光は、アフォーカルな状態を保ったまま第３の撮影光反射ミラー２６、第２の撮影光反射ミラー２５及び第１の撮影光反射ミラー２４によって反射されて水平方向に画像の向きを変えられ、撮影用結像レンズ２３を介して回転円板４の第２のスリット４２に投影される。その際、この反射光のうちの撮影光７７の部分のみが第２のスリット４２を通過し、視野絞り２７及び撮影レンズ２２を介して撮影用ＣＣＤカメラ２１によって撮像されることになる。このように、第２のスリット４２を介して撮影光７７の部分のみ撮影することにより、撮影光７７より強い反射光７６及び７８をカットし、角膜実質部７２の撮影したい部分みの画像を鮮明に捕えることが可能となる。
【００３７】
更に、後述するように回転円板４の第１のスリット４１及び第２のスリット４２をスキャンすることにより、図６の矢印７９に示す方向に撮影部分７５がスキャンされて、視野絞り２７に対応する広い視野の角膜実質部の画像が得られることになる。なお、本実施形態では、回転円板４の第１のスリット４１及び第２のスリット４２の幅を調節することにより、撮影用ＣＣＤカメラ２１に達する撮影光７７の幅を調整することができ、この幅を小さくするほど角膜の厚さ方向の分離が良好となるが、得られる画像は暗いものとなる。
【００３８】
撮影用ＣＣＤカメラ２１によって撮像される撮影部分７５の角膜の厚さ方向に於ける位置は、合焦光学系６に於ける可動スリット６３の位置を調節することにより、以下のように調節することができる。まず、合焦を検出する基準として角膜内皮を用い、角膜内皮を観察する場合について説明する。この場合、合焦の検出基準と撮影部位とが共に角膜内皮であるので、合焦光学系６の光軸と照明光学系１の光軸とは一致した状態で合焦の検出及び観察が行われる。即ち、ＸＹＺ架台７の被検眼１０の方向への前進により、角膜内皮で反射された検出指標光が光センサ６７で検出されたときに合焦が検出され、このときには照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点の撮影位置も角膜内皮上に位置し、この状態で撮影用ＣＣＤカメラ２１による角膜内皮の観察が行われることになる。
【００３９】
次に、角膜実質部の観察を行う場合について説明する。角膜実質部の観察は、可動スリット６３の位置を図１に於いて左側（モータ６４から遠ざかる方向）へ移動させて行われる。この場合も、上記と同様に角膜内皮を基準として合焦の検出が行われる。可動スリット６３を図１に於いて左側へ移動させると、検出指標の投影位置は、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を通過した後には、前述の角膜内皮の観察の場合よりも図１の上側に移動することになる。撮影光学系２の光軸２ｂと合焦光学系６の撮影部３２側の光軸とは必ず一致しているので、検出指標の投影位置の上側への移動により、検出指標の検出位置は照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点の観察位置より被検眼１０の奥側（図１に於いて左側）に位置することになる。従って、このような可動スリット６３の位置では、ＸＹＺ架台７を被検眼１０に向かって（図１の右側から左側へ）前進させると、光センサ６７では、前述の角膜内皮の観察の場合より早い時点で角膜内皮から反射される検出用指標光が検出され、角膜内皮観察の場合より早い時点で合焦が確立されることになる。換言すれば、ＸＹＺ架台７が前述の角膜内皮の観察位置に近づく前に合焦が確立されることになる。この合焦が確立した時点では、照明光学系１の光軸と撮影光学系２の光軸との交点の観察位置は角膜内皮には未だ達していないので、この時点で撮影用ＣＣＤカメラ２１は角膜内皮より図６及び図１に於いて右側に位置する角膜実質部を観察することとなる。
【００４０】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察影することができるように構成されている。このような連続観察は、エンコーダ６４ａを介してモータ６４を駆動して、可動スリット６３を連続的に移動させながら観察することにより、容易に行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、上述の可動スリット６３の位置と角膜の厚さ方向に於ける観察位置との関係は、角膜内皮からの反射光を基準として予め求められており、モニタ９に映し出されている画像が角膜の厚さ方向に於けるどの位置に於けるものかが、モニタ９の例えば下部にスーパーインポーズにより表示される。
【００４２】
なお、本実施形態では光源側（赤外ＬＥＤ６１）に可動スリットを設けたが、光源側のスリットは固定とし、光センサ６７の検出位置を電気的に変更しても、同様に角膜の厚さ方向に於ける観察位置を連続的に変えることが可能である。また、撮影光学系２側に赤外ＬＥＤ６１及び可動スリット６３を設け、照明光学系１側に光センサ６７を設けた場合にも、同様に合焦を行うことができる。
【００４３】
このような前眼部１０ａの撮像は、スリット４１及び４２をスキャンしながら行われる。図１に示すように、ストロボ放電管１１又は撮影ランプ１１ｃが発光している間、回転円板４の回転により、第１のスリット４１は、照明レンズ１２からの照明光を図１の紙面の表面から裏面に複数回横切ることになる。この紙面表面から裏面にスキャンされるスリット状の照明光は、ミラー１４，１５及び１６によってＹ軸方向のスリット光とされ、対物レンズ３の照明部３１を介して角膜の厚さ方向に於ける所定の観察位置に結像する。前眼部１０ａでは、この照射光は、図１の紙面上で被検眼１０に向かって右側から左側（図１の下側から上側）に向かってスキャンされることになる。次に、このようにスキャンされるスリット状照明光は、対物レンズ３の撮影部３２によって捕らえられ、ミラー２６,２５及び２４によって水平方向のスリット状とされ、撮影用結像レンズ２３を介して回転円板４に達したときには、図１の紙面の裏面から表面へスキャンされる撮影光となっている。回転円板４の撮影光学系２側では、照明光学系１側の上記第１のスリット４１と回転中心に関して反対側にある第２のスリット４２が、第１のスリット４１に同期して図１の紙面の裏面から表面に向かって移動しているので、裏面から表面にスキャンされる撮影光は、第２のスリット４２と相対的に固定された位置を保ったまま移動することになる。従って、スリット状の照射光がスキャンされて移動しても、図６の矢印７９に示すように、常に角膜の厚さ方向に於ける同じ位置で画像が撮影用ＣＣＤカメラ２１に於いて得られることになる。
【００４４】
図８は、第２のスリット４２を通過した後のスリット状の撮影光を、視野絞り２７を介して撮影用ＣＣＤカメラ２１から見た様子を示している。視野絞り２７には縦０．６５ｍｍ×横０．５ｍｍの窓部２７ａが設けてあり、この窓部２７ａを、矢印２８に示すように、複数のスリット状の撮影光２９が下から上へ通過する。ストロボ放電管１１の場合はその発光は撮影用ＣＣＤカメラ２１の垂直同期信号に同期して行われ、このストロボ発光期間中に、上述のようにスリット４１及び４２のスキャンが複数回行われるので、撮影用ＣＣＤカメラ２１には、複数回のスキャンによる画像信号が蓄積されることになる。また、撮影ランプ１１ｃの場合には連続発光が行われるので、撮影用ＣＣＤカメラ２１には、ＣＣＤ蓄積時間の間の複数回のスキャンによる画像信号が蓄積されることになる。次に、撮影用ＣＣＤカメラ２１に蓄積された窓部２７ａに対応する画像は、撮影ランプ１１ｃによる連続観察の場合は制御回路８を介してモニタ９に直接表示され、ストロボ放電管１１による撮影を行う場合には、画像メモリ２０に転送された後、制御回路８を介してモニタ９に表示されることになる。
【００４５】
なお、上記では１回のストロボ発光につきスリットスキャンを複数回行う場合について説明したが、本願発明は１回のストロボ発光につき１回のスリットスキャンを行う場合にも適用することができる。１回のストロボ発光につき１回のスリットスキャンを行う場合、十分な光量の照明光の確保が可能であれば、本実施形態のように複数回のスリットスキャンによる画像を重ねたものより鮮明な画像が得られるという利点がある。
【００４６】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、上述のような角膜の連続観察は撮影ランプ１１ｃを用いてＣＣＤカメラ２１の１フレーム毎に行われ、モニタ９には連続したフレームが動画として映し出される。本実施形態では、連続観察の間、アライメント及び合焦は連続的に行われるので、被検眼が揺動した場合にも鮮明な連続画像が得られる。そして、可動スリット６３の位置を変更することにより、例えば角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察し、必要に応じてビデオデッキなどに記録することができる。このような連続撮影の間も、角膜の厚さ方向に於ける観察位置をモニタ９の画面上に連続して表示させることができる。そして、例えば術部等の目的とする位置を探し出すことができた時点で、撮影ボタン（図示せず）を押すなどにより、ストロボ放電管１１を発光させてその部分の静止画像を記録することができる。また、マルチストロボ発光させることにより、述部の連写画像を得ることも可能である。
【００４７】
本実施形態の角膜細胞観察装置に於いては、回転円板４に於ける第１のスリット４１を、例えば図９（ａ）に示すように、２種類の不連続スリット４１ａ及び４１ｂにより構成してもよい。同様に、第２のスリット４２も、２種類の不連続スリット４２ａ及び４２ｂにより構成してもよい。不連続スリット４１ａ及び４１ｂ並びに不連続スリット４２ａ及び４２ｂは、それぞれ回転円板４の半径方向に位置をずらせた関係にあり、チェッカ状に形成されている。即ち、図９（ｂ）に示すように、回転円板４の中心４ｃを中心として移動させて重ねたときに、互いに重複部分がないように配置されている。このような不連続スリット４１ａ及び４１ｂは、連続した一つの第１のスリット４１として機能することができ、不連続スリット４２ａ及び４２ｂは、連続した一つの第２のスリット４２として機能することができる。このように、第１及び第２のスリット４１及び４２を不連続スリットにより構成することにより、スリットの長手方向に於ける散乱光の影響を小さくすることができるので、更に鮮明な画像を得ることが可能となる。なお、図９では第１及び第２のスリット４１及び４２を２種類の不連続スリットにより構成した場合について説明したが、更に３以上の複数の不連続スリットにより構成してもよい。その場合に於いても、複数の不連続スリットを回転円板４の中心４ｃを中心として移動させて重ねたときに、互いに重複部分がないよう形状及び配置とすることが必要である。また、複数の不連続スリットからなる第１及び第２のスリット４１及び４２の構成は、連続観察装置に限らず、静止画のみを撮影する角膜細胞観察装置にも適用することができる。
【００４８】
更に、上記では回転円板４に設けたスリットによりスリットスキャンを行う角膜細胞連続観察装置について説明したが、本発明は、回転円板４及びスリットのない通常の角膜細胞連続観察装置にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の角膜細胞連続観察装置は、照明光学系の一部を構成する照明部と、撮影光学系の一部を構成する撮影部との間を遮蔽部により分離した対物レンズを使用することにより、被検眼の正面から撮影した画像に近い歪みの少ない角膜の画像が得られる。
【００５０】
また、本発明では、初期アライメント及び初期合焦が確立された後、この初期アライメント及び初期合焦を維持するように、追従架台の位置の連続的な調節が行われるので、被検眼の揺動に追従して連続観察を行うことが可能となる。追従架台には対物レンズ及びアライメント手段のみが載置されているので軽量であり、従って被検眼の揺動に対して素早く追従することが可能となる。
【００５１】
また、本発明では、検出用指標の位置を連続的に移動させることができ、又は合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置を調整することができるので、例えば、被検眼に於ける角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察することが可能となる。
【００５２】
また、本発明では検出用指標又は出用指標光の位置と観察位置との関係が予め求められているので、撮影光学系で得られる画像が具体的に角膜の厚さ方向に於いてどの位置で得られたものかを求めることができる。このような角膜の厚さ方向に於ける位置情報は、眼科医療的に非常に有用である。
【００５３】
更に、対物レンズを照明部と撮影部とに分離する遮蔽部にアライメント手段を配置したことにより、照明光学系及び撮影光学系の邪魔になることなく、正確な初期アライメント及びその後の追従動作を自動で行うことができる。
【００５４】
加えて、本発明の角膜細胞連続観察装置では、スリットスキャン手段を設けて、照明光を第１のスリットを介して照射するとともに反射光の撮影も第１のスリットに同期する第２のスリットを介して行うことにより、眼球表面、上皮、内皮等からの強い反射光の影響を排して、角膜の厚さ方向に於ける所望の位置を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る角膜細胞連続観察装置の平面構成を示す模式図である。
【図２】図１の光学系の部分のみの斜視図である。
【図３】被検眼から見た対物レンズ近傍の配置を示している。
【図４】（ａ）は、Ｘ軸方向に於けるアライメントを行う場合のモニタに映し出されるＣＣＤカメラによる画面を表す平面図であり、（ｂ）は、Ｙ軸方向に於けるアライメントを行う場合のモニタに映し出されるＣＣＤカメラによる画面を表す平面図である。
【図５】照明光をスリット状にするための第１のスリットと、被検眼の前眼部からの反射光を第１のスリットに同期して通過させる第２のスリットを有する回転円板４の平面図であるる。
【図６】前眼部の角膜を模式的に表した断面図である。
【図７】角膜の厚さ方向に於ける反射光の光量分布を表す図である。
【図８】第１のスリットを通過した後のスリット状の撮影光を視野絞りを介して撮影用ＣＣＤカメラから見た様子を示す平面図である。
【図９】（ａ）は第１のスリット及び第２のスリットをチェッカ状に構成した他の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に於ける部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 照明光学系
２ 撮影光学系
３ 対物レンズ
４ 回転円板
５ アライメント光学系
６ 合焦光学系
７ ＸＹＺ架台
８ 制御回路
８ａ 初期制御部
８ｂ 追従制御部
９ モニタ
１０ 被検眼
１０ａ 前眼部
１０ｂ 被検眼の光軸
１１ ストロボ放電管
１１ａ 光源回路
２１ 撮影用ＣＣＤカメラ
２７ 視野絞り
３１ 照明部
３２ 撮影部
３３ 遮蔽部
３７ 追従架台
４１ 第１のスリット
４２ 第２のスリット
５１ Ｘ軸アライメント用光源
５２ Ｙ軸アライメント用光源
５３ａ 開口部
５４ 反射ミラー
５５ ＣＣＤカメラ
５Ｘ スポット
５Ｙ スポット
５６ 検出範囲
５７ 検出範囲
６１ 赤外ＬＥＤ
６３ 可動スリット
６４ モータ
６４ａ エンコーダ
６７ 光センサ
７１ 角膜上皮細胞
７２ 角膜実質部
７３ 角膜内皮細胞
７４ 涙液層
７７ 撮影光
【発明の属する技術分野】
この発明は、角膜細胞連続観察装置に関し、更に詳しくは、１つの対物レンズを２分割して照明光学系及び撮影光学系として使用する角膜細胞撮影装置に於いて、アライメント及び合焦の機能を有するとともに角膜の厚さ方向に於ける所定位置を連続して観察することができ、更に角膜の厚さ方向に於ける位置を内皮から上皮近傍まで連続的に観察することができる角膜細胞連続観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被検眼に接触することなく、角膜内皮細胞の撮影が可能な角膜細胞撮影装置が開発されている。このような非接触式の装置により、熟練を要することなく角膜細胞の撮影を容易に行うことができるようになっている。しかし、近年、角膜内皮細胞だけでなく、角膜実質部等、角膜の各層を非接触で容易に撮影することができる角膜細胞撮影装置が望まれるに至り、更には連続観察を行うことができる角膜細胞連続観察装置が望まれるに至っている。
【０００３】
一方、最近、近視眼を外科的手術によって角膜屈折矯正を行うＬＡＳＩＫ（laser in situ keratomileusis）が行われるようになっている。ＬＡＳＩＫによる手術では、角膜フラップのすぐ下の細胞がレーザ光によって切除されるので、手術後に角膜実質部内の術部の様子を追跡観察する必要性が生じている。ここで、角膜実質部内の術部の位置は予め知ることは困難であるため、術部を探すために角膜の厚さ方向に撮影位置を連続的に移動させて観察できる装置が望まれるに至っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術によれば、角膜実質部等の連続観察をするには接触式の角膜細胞撮影装置を使用しなければならず、非接触の装置では角膜実質部の連続観察は困難であった。その理由は、非接触式では撮影に際して被検眼と装置との位置関係を固定することができないからであり、また、内皮以外の層は顕著な層状組織を持たないために反射光が弱く、目的とする層自体を検出することが困難だからである。また、被検眼は常に揺動し、しかもその動きは速いため、被検眼の揺動に追従して目的とする層を連続観察するには、重量の大きい光学系を被検眼の動きに追従させなければならないからである。更に、角膜実質部の各層の像は角膜内皮の反射光と角膜表面の強い散乱反射光との間に位置するため、これを撮影するには角膜の厚さ方向に於ける分離がこれまで以上に要求されるからである。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するために為されたものであり、本発明の目的は、角膜の内皮と上皮の中間の角膜実質部の任意の位置を自動的に素早く連続観察することができ、しかも、広い視野に亘り角膜の厚さ方向に於ける分離が良好で、歪みの少ない明瞭な連続画像を容易に得ることができ、更に角膜の厚さ方向に於ける位置を内皮から上皮近傍まで連続的に観察することができる角膜細胞連続観察装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の角膜細胞連続観察装置は、被検眼の前眼部に於ける角膜の厚さ方向に於ける所定位置を連続観察するための角膜細胞連続観察装置であって、照明用光源からの照明光によって被検眼の前眼部を斜め前方からアフォーカルな光路を介して照射するための照明光学系と、前記照明光により照明されている前眼部に於ける画像をアフォーカルな光路を介して連続観察するための撮影光学系と、前記照明光学系の一部を構成する照明部、前記撮影光学系の一部を構成する撮影部、及び該照明部と該撮影部との間を分離するための遮蔽部を有する対物レンズと、被検眼の光軸（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメントを行うアライメント手段と、合焦用光源及び合焦検出用の光センサを有し、前記合焦用光源による検出用指標の前眼部に於ける反射光を、前記対物レンズの前記照明部及び前記撮影部並びに被検眼を介して前記光センサで検出することにより、被検眼の光軸（Ｚ軸）方向に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系の合焦をアフォーカルな光路を介して行う合焦手段と、前記対物レンズ及び前記アライメント手段を載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズ及び前記アライメント手段をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させる追従架台と、被検眼に対する前記追従架台の位置を調節する追従手段と、前記照明光学系、前記撮影光学系、前記合焦手段及び前記追従架台を載置するＸＹＺ架台と、被検眼に対する前記ＸＹＺ架台の位置を調節する移動手段とを備え、前記ＸＹＺ架台の位置を調節して、前記照明光学系及び前記撮影光学系の初期アライメント及び初期合焦を確立するととともに、前記追従手段によって前記追従架台の位置を連続的に調節することにより、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメント及び合焦を連続的に行うことを特徴とする。
【０００７】
このように、１つの対物レンズを遮蔽部で仕切り、一方を照明光学系の一部とし、もう一方を撮影光学系の一部とすることにより、被検眼の正面から撮影した画像に近い歪みの少ない角膜実質部の連続画像が得られる。また、本発明では、アライメント手段による初期アライメント及び合焦手段による初期合焦が確立された後、この初期アライメント及び初期合焦を維持するように、追従手段による追従架台の位置の連続的な調節が行われるので、被検眼の揺動に追従して連続観察を行うことが可能となる。また、追従架台には対物レンズ及びアライメント手段のみが載置されているので軽量であり、従って被検眼の揺動に対して素早く追従することが可能となる。更に、追従架台を移動させても、照明光学系、撮影光学系及び合焦手段はアフォーカルな状態を維持することができるので、照明光学系及び撮影光学系の結像並びに合焦手段の合焦動作に影響はない。
【０００８】
本発明の角膜細胞連続観察装置は、更に、前記追従架台上に載置され、前記対物レンズを載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズをＺ軸方向に移動させるＺ軸追従架台と、被検眼に対する前記Ｚ軸追従架台のＺ軸方向に於ける位置を調節するＺ軸追従手段とを更に備え、前記追従架台はＸ軸及びＹ軸方向に於けるアライメントのみを行い、前記Ｚ軸追従手段は、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のＺ軸方向に於ける合焦を連続的に行うように構成することができる。
【０００９】
通常、Ｚ軸方向の合焦に際しての対物レンズの移動範囲はＸＹ平面内のアライメントに際しての移動範囲より大きいため、合焦に際して像の明るさが変化することがある。この構成では、対物レンズをＺ軸方向にのみ移動させるＺ軸追従手段を別途設けているので、合焦により像の明るさが変化を生ずるのを防止することが可能となっている。
【００１０】
また、上記に加えて、本発明の角膜細胞連続観察装置は、前記照明用光源からの照明光をスリット状にしてスキャンさせる可動式の第１のスリットと、前眼部で反射された前記スリット状照明光の照射による撮影光を前記第１のスリットに同期して通過させる可動式の第２のスリットとを有するスリットスキャン手段を更に備え、前記撮影光学系は、前記第２のスリットを通過するスリット状の撮影光による画像をスキャンすることにより、被検眼の前眼部の角膜の厚さ方向に於ける所定位置の画像を所定の領域に亘って連続観察することを特徴とする。
【００１１】
このように、スリットスキャン手段を設け、照明光を第１のスリットを介して照射するとともに、撮影光も第１のスリットに同期する第２のスリットを介して連続観察することにより、角膜の厚さ方向の外乱光の影響を排して、前眼部に於ける画像を広い視野に亘って得ることができるとともに、角膜の厚さ方向の分離が良好な連続画像を得ることができる。
【００１２】
ここで、上記に於いて、前記スリットスキャン手段を、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを設けた回転円板により構成するができる。前記スリットスキャン手段を回転円板により構成することにより、容易にスリットの同期スキャンを行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記合焦手段に於いて前記合焦用光源による前記検出用指標の位置を連続的に移動させることにより、被検眼の前眼部で反射し前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置を連続的に移動させることにより、前記追従架台を連続的に移動させ、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置を連続的に移動させるように構成することも可能である。このように、検出用指標の位置を連続的に移動させることにより、例えば、被検眼に於ける角膜内皮から角膜上皮近傍まで、連続的に撮影することが可能となる。
【００１４】
更に、前記合焦用光源による前記検出用指標の位置を調整し得る前述の構成に於いては、前記合焦用光源による前記検出用指標の位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて観察されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示するように構成することができる。即ち、上述のように、合焦用光源による検出用指標の位置に基づいて角膜の厚さ方向に於ける撮影光学系の観察位置が決まるので、合焦用光源による検出用指標の位置と角膜の厚さ方向に於ける撮影光学系の観察位置との関係を、例えば、明瞭な層状を為し反射光が検出し易い角膜内皮を基準として予め求めておけば、撮影光学系で得られる画像が、具体的に角膜の厚さ方向に於いてどの位置で得られたものかを求めることができる。このような角膜の厚さ方向に於ける位置情報は、眼科医療的に非常に有用である。
【００１５】
また、前記合焦用センサに於ける出用指標の検出位置を調整し得る前述の構成に於いても、被検眼の前眼部で反射して前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて撮影されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示するように構成することができる。
【００１６】
本発明に於いては、前記アライメント手段は、前記対物レンズの中心から一の方向及び該一の方向に直角な他の方向にそれぞれ所定距離だけ離れた位置から被検眼に向けて第１の検出光及び第２の検出光をそれぞれ発する２つのアライメント用光源と、前記ＸＹＺ架台又は前記追従架台の移動により、被検眼に於ける前記第１の検出光の反射光及び前記第２の検出光の反射光を撮影するための、前記対物レンズの前記遮蔽部の被検眼側に設けられたアライメント光撮影手段とを備え、前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第１の検出光の反射光が、前記一の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記一の方向のアライメントを行うとともに、前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第２の検出光の反射光が、前記他の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記他の方向のアライメントを行うように構成することができる。
【００１７】
このような構成では、直交する２つの方向に於いてアライメントが検出されるので、正確なＸＹ平面内のアライメントを行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態に係る角膜細胞連続観察装置の平面構成を示す模式図であり、図２は図１の光学系の部分のみの斜視図である。本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、被検眼１０の前眼部１０ａに照明光を斜め前方から照射するための照明光学系１と、照明光で照明されている前眼部１０ａの部分の画像を撮影するための撮影光学系２と、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける照明光学系１及び撮影光学系２のアライメント（位置決め）を制御するためのアライメント光学系５と、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）方向に於ける照明光学系１及び撮影光学系２の合焦（撮影位置合わせ）を制御するための合焦光学系６とを備えている。照明光学系１、撮影光学系２、アライメント光学系５及び合焦光学系６は、何れも固定焦点を有している。
【００１９】
また、本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、前眼部１０ａに向けられた対物レンズ３を備え、この対物レンズ３は、後述するように、照明光学系１を構成する照明部３１と、撮影光学系２を構成する撮影部３２と、照明部３１と撮影部３２との間を分離するための遮蔽部３３とを有している。遮蔽部３３は、図１に示すように、被検眼１０側及びその裏面側の両側に設けられている。更に、本実施形態の角膜細胞連続観察装置は回転円板４を備え、この回転円板４には、図５に示すように、照明光をスリット状にするための第１のスリット４１と、被検眼１０の前眼部１０ａからの撮影光を第１のスリット４１に同期して通過させる第２のスリット４２とを有している。また、回転円板４は、駆動モータ４３の駆動により、矢印４ａ（図２）に示す方向に回転している。なお、図２及び図５では、簡単のために第１のスリット４１及び第２のスリット４２はそれぞれ３つ又は４つづつしか描かれていないが、実際には、回転円板４の全周に亘って等間隔でスリットが６０個形成されており、各スリット（第１のスリット４１及び第２のスリット４２）の幅は１００μｍに設定され、回転円板４は４０００ｒｐｍで回転している。なお、第１及び第２のスリットの数、幅及び間隔、並びに回転円板４の回転数は、何れも特に上記に限定されるものではなく、照明光学系１のスリットと撮影光学系２のスリットとが光学的に等価の関係にあればよい。そして、両方のスリットは同じ形状を有していることが好ましい。また、スリットの幅は小さければ小さいほど角膜の厚さ方向の分離が良好となるが、得られる画像は暗いものとなる。
【００２０】
本実施形態では、対物レンズ３及びアライメント光学系５は、図１に破線で示すように、Ｚ軸追従架台３７ａ上に載置されている。Ｚ軸追従架台３７ａは、Ｚ軸方向にのみ移動させることができるように構成されている。また、このＺ軸追従架台３７ａは追従架台３７上に載置され、後述する第３の照明光反射ミラー１６及び第３の撮影光反射ミラー２６も追従架台３７上に載置されている。追従架台３７は、Ｘ軸及びＹ軸の何れの方向にも移動させることができるように構成されている。なお、本発明では、Ｚ軸追従架台３７ａを設けない構成とすることができる。その場合には、追従架台３７がＺ軸方向にも移動させることができるように構成される。
【００２１】
本実施形態では、照明光学系１、撮影光学系２、追従架台３７、合焦光学系６及び回転円板４は、図１に破線でＸＹＺ架台７に載置されている。ＸＹＺ架台７は、後述するように、アライメント光学系５からの信号に基づいて制御回路８の初期制御部８ａの制御の下に本実施形態の装置のＸＹ平面に於ける初期アライメントを行うとともに、合焦光学系６からの信号に基づいて初期制御部８ａの制御の下にＺ軸方向の初期合焦を行う。また、追従架台３７は、初期アライメント及び初期合焦が確立された後、追従制御部８ｂの制御の下に、被検眼の揺動に追従して照明光学系１及び撮影光学系２のアライメント及び合焦を連続的に行う。更に、Ｚ軸追従架台３７ａは、追従制御部８ｂの制御の下に、被検眼の揺動に追従して照明光学系１及び撮影光学系２の合焦を連続的に行う。本実施形態ではＸＹＺ架台７の可動範囲は、被検眼１０の光軸１０ｂであるＺ軸方向で１５ｍｍ、Ｚ軸に垂直なＸ軸及びＹ軸方向で±８ｍｍであり、追従架台３７の可動範囲は、Ｘ軸及びＹ軸方向で±１ｍｍである。また、Ｚ軸追従架台３７ａのＺ軸方向の可動範囲は５ｍｍであり、Ｚ軸追従架台３７ａを設けない場合には、追従架台３７の可動範囲が５ｍｍとなっている。Ｚ軸追従架台３７ａ上の対物レンズ３と、ＸＹＺ架台７上の照明光学系１、撮影光学系２及び合焦光学系６とはアフォーカルな関係が保たれている。
【００２２】
本実施形態では、照明光学系１は、図１及び図２に示すように、光源回路１１ａからの信号に基づいてマルチストロボ発光を行い得るストロボ放電管１１と、連続照明光を発する撮影ランプ１１ｃと、ストロボ放電管１１又は撮影ランプ１１ｃからの照明光を照明視野絞り１７を介して回転円板４の第１のスリット４１に集光させるための照明レンズ１２、１１ｂと、撮影ランプ１１ｃからの照明光のうち７５０〜９００ｎｍの近赤外光を透過させるバンドパスフィルタ１１ｄと、第１のスリット４１でスリット状にされた照明光を平行光（アフォーカル）にする照明投映レンズ１３と、水平方向のスリット状の照明光を９０゜回転させて垂直方向のスリット状照明光にするための第１の照明光反射ミラー１４及び第２の照明光反射ミラー１５と、第２の照明光反射ミラー１５によって反射された垂直方向のスリット状照明光を対物レンズ３の照明部３１に入射させる第３の照明光反射ミラー１６と、第３の照明光反射ミラー１６からのスリット状照明光を被検眼１０の前眼部１０ａに入射させる対物レンズ３の照明部３１とによって構成されている。第２の照明光反射ミラー１５は、後述する合焦光学系６で使用される赤外光を透過させるために、９００ｎｍより短い波長帯を反射し、これより長い波長帯を透過させるコールドミラーにより構成されている。本実施形態では、連続観察を行う場合には、被検者が眩しくないように、バンドパスフィルタ１１ｄを通過した近赤外光が用いられる。近赤外光を用いることにより、被検眼の揺動が抑えられ、光学系の追従動作が容易となると共に、可視光による静止画の撮影に際しても、鮮明な画像が得られる。
【００２３】
また、本実施形態では、撮影光学系２は、図１及び図２に示すように、照明光学系１からの照明光の照射による画像を捕らえて平行光（アフォーカル）にする対物レンズ３の撮影部３２と、この撮影部３２からの撮影光をアフォーカルに反射する第３の撮影光反射ミラー２６と、第３の撮影光反射ミラー２６からの撮影光を９０゜回転させて水平方向の撮影光にするための第２の撮影光反射ミラー２５及び第１の撮影光反射ミラー２４と、アフォーカルな撮影光を回転円板４の第２のスリット４２に結像させるための撮影用結像レンズ２３と、第２のスリット４２通過後の画像を視野絞り２７を介して撮影する撮影レンズ２２及び撮影用ＣＣＤカメラ２１とによって構成されている。第２の撮影光反射ミラー２５は、前述の第２の照明光反射ミラー１５と同様に、後に詳述する合焦光学系６で使用される赤外光を透過させるために、９００ｎｍより短い波長帯を反射し、これより長い波長帯を透過させるコールドミラーにより構成されている。
【００２４】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置は、更に、被検眼１０の光軸１０ｂ（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける照明光学系１と撮影光学系２とのアライメントを行うためのアライメント光学系５を有している。なお、アライメント光学系５は図１では紙面上方に位置するため、一点鎖線で表してある。アライメント光学系５は、図２に示すように、照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点が被検眼の光軸１０ｂ上に位置するようにアライメントの動作を行う。
【００２５】
図３は被検眼１０から見た対物レンズ３近傍の配置を示している。図３に示すように、アライメント光学系５は、対物レンズ３の鉛直（Ｙ軸）方向下側に設けられたＸ軸アライメント用光源５２と、対物レンズ３の水平（Ｘ軸）方向右側に設けられたＹ軸アライメント用光源５１とを有している。Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１は何れも赤外ＬＥＤであり、被検眼１０に向けて赤外の検出光を発するように構成されている。また、アライメント光学系５は、Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１から発せられて被検眼１０で反射された検出光を集光するセルフォック（商標）５３を有している。セルフォック５３は、その開口部５３ａに入射する光をその反対側の端部から所定距離の位置に結像する機能を有している。従って、図２に示すように、セルフォック５３から出た光は光軸５ｂに沿って上方へ導かれ、更に反射ミラー５４によって反射されて、結像レンズ５８によってＣＣＤカメラ５５に結像することになる。ＣＣＤカメラ５５からの画像信号は、制御回路８を介してモニタ９に表示される。
【００２６】
アライメント光学系５に於けるＸ軸方向の初期アライメント及びアライメントの追従動作について説明する。図４（ａ）は、Ｘ軸方向に於けるアライメントを行う場合にモニタ９に映し出されるＣＣＤカメラ５５による画面を表している。アライメントが確立されていない状態では、モニタ９の画面には、Ｘ軸アライメント用光源５２（図３）からの赤外検出光のスポット５Ｘが、例えば同図に示すモニタ９の画面上の位置に映し出される。なお、図４（ａ）に破線で示す前眼部１０ａの位置はアライメント確立後であり、アライメントが確立されていない時点では前眼部１０ａはこの位置にはない。次に、初期制御部８ａは、スポット５Ｘが矢印５ｃに示す方向に移動してモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５６に達するまで（図４（ａ）の５Ｘ’）、ＸＹＺ架台７を移動させる。スポット５Ｘが検出範囲５６内に入ると、前眼部１０ａは図４（ａ）の破線で示す位置に現れることになり、Ｘ軸方向の初期アライメントは完了する。初期アライメントを維持するためのＸ軸方向のアライメントの追従動作は、被検眼が揺動してもスポット５Ｘがモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５６内に維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００２７】
次に、アライメント光学系５に於けるＹ軸方向の初期アライメント及びアライメントの追従動作について説明する。図４（ｂ）は、Ｙ軸方向に於けるアライメントを行う場合にモニタ９に映し出されるＣＣＤカメラ５５による画面を表している。アライメントが確立されていない状態では、モニタ９の画面には、Ｙ軸アライメント用光源５１（図３）からの赤外検出光のスポット５Ｙが、例えば同図に示すモニタ９の画面上の位置に映し出される。なお、図４（ａ）の場合と同様に、図４（ｂ）に破線で示す前眼部１０ａの位置はアライメント確立後であって、アライメントが確立されていない時点では前眼部１０ａはこの位置にはない。次に、初期制御部８ａは、スポット５Ｙが矢印５ｄに示す方向に移動してモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５７に達するまで（図４（ｂ）の５Ｙ’）、ＸＹＺ架台７を移動させる。スポット５Ｙが検出範囲５７内に入ると、前眼部１０ａは図４（ｂ）の破線で示す位置に現れることになり、Ｙ軸方向の初期アライメントは完了する。初期アライメントを維持するためのＹ軸方向のアライメントの追従動作は、被検眼が揺動してもモニタ９の画面中央の位置の検出範囲５７内に維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００２８】
なお、Ｘ軸及びＹ軸方向の初期アライメントを行う時点では、通常、Ｚ軸方向の初期合焦は未だ確立されておらず、また、Ｘ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１は対物レンズ３の中心に位置するわけではないので、図４（ａ）及び（ｂ）に示す画面上では、初期アライメント終了時点及びアライメント追従動作中に於いても、スポット５Ｘ及び５Ｙは必ずしも前眼部１０ａの中心には位置していない。
【００２９】
また、上記ではＸ軸及びＹ軸方向のアライメントについて別々に説明したが、本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、実際にはＸ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１をカメラ５５の垂直同期に同期させて交互に点滅させることによってＸ軸及びＹ軸方向のアライメントを交互に行い、実質的にＸ軸及びＹ軸方向のアライメントを同時に行っている。このようなアライメントの同時実行が可能なのは、ＸＹＺ架台７の動作が図４（ａ）及び（ｂ）に示すＸ軸及びＹ軸方向のアライメントの検出動作に比較して非常に遅いからである。
【００３０】
更に、上記では説明の便宜上、図４（ａ）及び（ｂ）に示すモニタ９の画面に沿って説明したが、実際にはモニタ画面上に表示する必要はなく、制御回路８内で初期アライメント及びその後の追従動作を行うことができる。
【００３１】
加えて、上記ではＸ軸アライメント用光源５２及びＹ軸アライメント用光源５１を対物レンズ３と一体的に動くように取り付けた場合について説明したが、本発明では光源５２及び光源５１を含むアライメント光学系５を追従架台３７上に設けることも可能である。アライメント光学系５を追従架台３７上に設け、対物レンズ３の動きとは切り離すことにより、ＣＣＤカメラ５５の映像信号線等をＺ軸追従架台３７の移動に伴って引き回す必要がなくなり、Ｚ軸追従架台３７への負荷を軽減することができる。
【００３２】
本発明の角膜細胞連続観察装置では、合焦光学系６は、図１及び図２に示すように、合焦用の光源である赤外ＬＥＤ６１（ピーク波長９５０ｎｍ）と、この赤外ＬＥＤ６１からの赤外光を集光するための集光レンズ６２と、この赤外光をスリット状にする可動スリット６３と、可動スリット６３からの赤外光を平行光とするレンズ６５と、可動スリット６３の位置を調節するモータ６４及びエンコーダ６４ａとを有している。本明細書では、可動スリット６３自体又は可動スリット６３によるスリット状の像を検出用指標と称する。モータ６４は、後述するように、前眼部１０ａの角膜の厚さ方向に於ける観察位置を調節するために、エンコーダ６４ａから与えられる信号によって可動スリット６３の位置を調整する。レンズ６５を出た検出用指標は、９００ｎｍより長い波長の赤外光のみを透過させるコールドミラーからなる第２の照明光反射ミラー１５、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を介して被検眼１０の前眼部１０ａに投影される。第２の照明光反射ミラー１５、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１も合焦光学系６を構成している。初期合焦が確立されている場合には、被検眼１０の前眼部１０ａで反射された検出用指標光は、対物レンズ３の撮影部３２により平行光とされ、第３の撮影光反射ミラー２６、９００ｎｍより長い波長の赤外光のみを透過させるコールドミラーからなる第２の撮影光反射ミラー２５及び集光レンズ６６を介して合焦検出用の光センサ６７に到達することになる。本実施形態では、光センサ６７として、ラインセンサ又はエリアセンサが使用されている。対物レンズ３の撮影部３２、第３の撮影光反射ミラー２６、赤外透過性の第２の撮影光反射ミラー２５、集光レンズ６６及び光センサ６７も合焦光学系６を構成している。
【００３３】
本実施形態では、Ｚ軸方向に於ける初期合焦は、ＸＹ平面内の初期アライメントが完了した後、ＸＹＺ架台７を被検眼１０の方向へ前進させ、前眼部１０ａで反射された検出用指標光の所定部分が光センサ６７で検出されることにより確立される。即ち、被検眼１０から充分に離れた位置では光センサ６７では検出用指標光は検出されず、この位置から初期制御部８ａの制御の下にＸＹＺ架台７を被検眼１０の方向へ前進させると、対物レンズ３が徐々に被検眼１０に近づき、前眼部１０ａに検出用指標が入射し、対物レンズ３の撮影部３２には、前眼部１０ａの各部から反射された指標光が到達する。この反射による指標光は後述する図７と同様のパターンを有しているので、光センサ６７でこの検出用指標光パターンの例えば角膜内皮からの反射部分を検出することにより、初期合焦が確立されたと判断することができる。本実施形態では、前述のように撮影光学系２の焦点が固定されているため、ＸＹＺ架台７の位置を調節することにより初期合焦が行われる。なお、上記ではＸＹ平面内の初期アライメント完了後に初期合焦が行われるものとして説明したが、ＸＹ平面内の初期アライメントと初期合焦とを同時に行うこともできる。
【００３４】
初期合焦を維持するための合焦の追従動作は、被検眼が揺動しても光センサ６７での指標光の検出部分が維持されるように、追従制御部８ｂの制御の下に追従架台３７の位置を連続的に調整することにより行われる。
【００３５】
次に、初期アライメント及び初期合焦が確立された後の照明光学系１及び撮影光学系２による前眼部１０ａの角膜の厚さ方向に於ける所定位置の画像の撮影動作について説明する。撮影ランプ１１ｃは初期アライメント動作開始時には点灯している。上述のように合焦光学系６で合焦が検出されると、ストロボ放電管１１又は既に点灯している撮影ランプ１１ｃからの照明光は、照明レンズ１２を介して回転する回転円板４の第１のスリット４１によって水平方向のスリット状にされる。このスリット状の照明光は、照明投映レンズ１３によって平行光とされた後、第１の照明光反射ミラー１４及び第２の照明光反射ミラー１５によって鉛直方向（Ｙ軸方向）のスリット状照明光となる。この照明光は、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を介して被検眼１０の前眼部１０ａに斜め前方から照射され、角膜の厚さ方向に於ける所定の観察位置に結像することになる。
【００３６】
図６は被検眼１０の前眼部１０ａの角膜の断面を模式的に表したものである。図６に示すように、角膜は、表層の角膜上皮細胞７１と、角膜内皮細胞７３とを有し、これらの間には角膜実質部７２が存在している。また、角膜上皮細胞７１の外側には、涙液層７４が存在している。前眼部１０ａに投影された上述のスリット状の照明光７０は、照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点７５ａに結像し、更に角膜内皮細胞７３まで達することになる。このような照明光７０の照射により、角膜全体からは、矢印８０で示す範囲の反射光が得られる。図７は角膜の各部位に於ける反射光量を示したものである。図６及び図７に示すように、角膜からの反射光には、角膜実質部のうち撮影対象となる撮影部分７５からの撮影光７７に加えて、涙液層７４からの非常に強い反射光７６と、撮影光７７より強い角膜内皮細胞７３からの反射光７８とが存在している。撮影光７７並びに反射光７６及び７８を含む反射光は、対物レンズ３の撮影部３２（図１及び図２）によって捕らえられることになる。そして、撮影部３２によって捕らえられた反射光は、アフォーカルな状態を保ったまま第３の撮影光反射ミラー２６、第２の撮影光反射ミラー２５及び第１の撮影光反射ミラー２４によって反射されて水平方向に画像の向きを変えられ、撮影用結像レンズ２３を介して回転円板４の第２のスリット４２に投影される。その際、この反射光のうちの撮影光７７の部分のみが第２のスリット４２を通過し、視野絞り２７及び撮影レンズ２２を介して撮影用ＣＣＤカメラ２１によって撮像されることになる。このように、第２のスリット４２を介して撮影光７７の部分のみ撮影することにより、撮影光７７より強い反射光７６及び７８をカットし、角膜実質部７２の撮影したい部分みの画像を鮮明に捕えることが可能となる。
【００３７】
更に、後述するように回転円板４の第１のスリット４１及び第２のスリット４２をスキャンすることにより、図６の矢印７９に示す方向に撮影部分７５がスキャンされて、視野絞り２７に対応する広い視野の角膜実質部の画像が得られることになる。なお、本実施形態では、回転円板４の第１のスリット４１及び第２のスリット４２の幅を調節することにより、撮影用ＣＣＤカメラ２１に達する撮影光７７の幅を調整することができ、この幅を小さくするほど角膜の厚さ方向の分離が良好となるが、得られる画像は暗いものとなる。
【００３８】
撮影用ＣＣＤカメラ２１によって撮像される撮影部分７５の角膜の厚さ方向に於ける位置は、合焦光学系６に於ける可動スリット６３の位置を調節することにより、以下のように調節することができる。まず、合焦を検出する基準として角膜内皮を用い、角膜内皮を観察する場合について説明する。この場合、合焦の検出基準と撮影部位とが共に角膜内皮であるので、合焦光学系６の光軸と照明光学系１の光軸とは一致した状態で合焦の検出及び観察が行われる。即ち、ＸＹＺ架台７の被検眼１０の方向への前進により、角膜内皮で反射された検出指標光が光センサ６７で検出されたときに合焦が検出され、このときには照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点の撮影位置も角膜内皮上に位置し、この状態で撮影用ＣＣＤカメラ２１による角膜内皮の観察が行われることになる。
【００３９】
次に、角膜実質部の観察を行う場合について説明する。角膜実質部の観察は、可動スリット６３の位置を図１に於いて左側（モータ６４から遠ざかる方向）へ移動させて行われる。この場合も、上記と同様に角膜内皮を基準として合焦の検出が行われる。可動スリット６３を図１に於いて左側へ移動させると、検出指標の投影位置は、第３の照明光反射ミラー１６及び対物レンズ３の照明部３１を通過した後には、前述の角膜内皮の観察の場合よりも図１の上側に移動することになる。撮影光学系２の光軸２ｂと合焦光学系６の撮影部３２側の光軸とは必ず一致しているので、検出指標の投影位置の上側への移動により、検出指標の検出位置は照明光学系１の光軸１ｂと撮影光学系２の光軸２ｂとの交点の観察位置より被検眼１０の奥側（図１に於いて左側）に位置することになる。従って、このような可動スリット６３の位置では、ＸＹＺ架台７を被検眼１０に向かって（図１の右側から左側へ）前進させると、光センサ６７では、前述の角膜内皮の観察の場合より早い時点で角膜内皮から反射される検出用指標光が検出され、角膜内皮観察の場合より早い時点で合焦が確立されることになる。換言すれば、ＸＹＺ架台７が前述の角膜内皮の観察位置に近づく前に合焦が確立されることになる。この合焦が確立した時点では、照明光学系１の光軸と撮影光学系２の光軸との交点の観察位置は角膜内皮には未だ達していないので、この時点で撮影用ＣＣＤカメラ２１は角膜内皮より図６及び図１に於いて右側に位置する角膜実質部を観察することとなる。
【００４０】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察影することができるように構成されている。このような連続観察は、エンコーダ６４ａを介してモータ６４を駆動して、可動スリット６３を連続的に移動させながら観察することにより、容易に行うことができる。
【００４１】
また、本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、上述の可動スリット６３の位置と角膜の厚さ方向に於ける観察位置との関係は、角膜内皮からの反射光を基準として予め求められており、モニタ９に映し出されている画像が角膜の厚さ方向に於けるどの位置に於けるものかが、モニタ９の例えば下部にスーパーインポーズにより表示される。
【００４２】
なお、本実施形態では光源側（赤外ＬＥＤ６１）に可動スリットを設けたが、光源側のスリットは固定とし、光センサ６７の検出位置を電気的に変更しても、同様に角膜の厚さ方向に於ける観察位置を連続的に変えることが可能である。また、撮影光学系２側に赤外ＬＥＤ６１及び可動スリット６３を設け、照明光学系１側に光センサ６７を設けた場合にも、同様に合焦を行うことができる。
【００４３】
このような前眼部１０ａの撮像は、スリット４１及び４２をスキャンしながら行われる。図１に示すように、ストロボ放電管１１又は撮影ランプ１１ｃが発光している間、回転円板４の回転により、第１のスリット４１は、照明レンズ１２からの照明光を図１の紙面の表面から裏面に複数回横切ることになる。この紙面表面から裏面にスキャンされるスリット状の照明光は、ミラー１４，１５及び１６によってＹ軸方向のスリット光とされ、対物レンズ３の照明部３１を介して角膜の厚さ方向に於ける所定の観察位置に結像する。前眼部１０ａでは、この照射光は、図１の紙面上で被検眼１０に向かって右側から左側（図１の下側から上側）に向かってスキャンされることになる。次に、このようにスキャンされるスリット状照明光は、対物レンズ３の撮影部３２によって捕らえられ、ミラー２６,２５及び２４によって水平方向のスリット状とされ、撮影用結像レンズ２３を介して回転円板４に達したときには、図１の紙面の裏面から表面へスキャンされる撮影光となっている。回転円板４の撮影光学系２側では、照明光学系１側の上記第１のスリット４１と回転中心に関して反対側にある第２のスリット４２が、第１のスリット４１に同期して図１の紙面の裏面から表面に向かって移動しているので、裏面から表面にスキャンされる撮影光は、第２のスリット４２と相対的に固定された位置を保ったまま移動することになる。従って、スリット状の照射光がスキャンされて移動しても、図６の矢印７９に示すように、常に角膜の厚さ方向に於ける同じ位置で画像が撮影用ＣＣＤカメラ２１に於いて得られることになる。
【００４４】
図８は、第２のスリット４２を通過した後のスリット状の撮影光を、視野絞り２７を介して撮影用ＣＣＤカメラ２１から見た様子を示している。視野絞り２７には縦０．６５ｍｍ×横０．５ｍｍの窓部２７ａが設けてあり、この窓部２７ａを、矢印２８に示すように、複数のスリット状の撮影光２９が下から上へ通過する。ストロボ放電管１１の場合はその発光は撮影用ＣＣＤカメラ２１の垂直同期信号に同期して行われ、このストロボ発光期間中に、上述のようにスリット４１及び４２のスキャンが複数回行われるので、撮影用ＣＣＤカメラ２１には、複数回のスキャンによる画像信号が蓄積されることになる。また、撮影ランプ１１ｃの場合には連続発光が行われるので、撮影用ＣＣＤカメラ２１には、ＣＣＤ蓄積時間の間の複数回のスキャンによる画像信号が蓄積されることになる。次に、撮影用ＣＣＤカメラ２１に蓄積された窓部２７ａに対応する画像は、撮影ランプ１１ｃによる連続観察の場合は制御回路８を介してモニタ９に直接表示され、ストロボ放電管１１による撮影を行う場合には、画像メモリ２０に転送された後、制御回路８を介してモニタ９に表示されることになる。
【００４５】
なお、上記では１回のストロボ発光につきスリットスキャンを複数回行う場合について説明したが、本願発明は１回のストロボ発光につき１回のスリットスキャンを行う場合にも適用することができる。１回のストロボ発光につき１回のスリットスキャンを行う場合、十分な光量の照明光の確保が可能であれば、本実施形態のように複数回のスリットスキャンによる画像を重ねたものより鮮明な画像が得られるという利点がある。
【００４６】
本実施形態の角膜細胞連続観察装置では、上述のような角膜の連続観察は撮影ランプ１１ｃを用いてＣＣＤカメラ２１の１フレーム毎に行われ、モニタ９には連続したフレームが動画として映し出される。本実施形態では、連続観察の間、アライメント及び合焦は連続的に行われるので、被検眼が揺動した場合にも鮮明な連続画像が得られる。そして、可動スリット６３の位置を変更することにより、例えば角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察し、必要に応じてビデオデッキなどに記録することができる。このような連続撮影の間も、角膜の厚さ方向に於ける観察位置をモニタ９の画面上に連続して表示させることができる。そして、例えば術部等の目的とする位置を探し出すことができた時点で、撮影ボタン（図示せず）を押すなどにより、ストロボ放電管１１を発光させてその部分の静止画像を記録することができる。また、マルチストロボ発光させることにより、述部の連写画像を得ることも可能である。
【００４７】
本実施形態の角膜細胞観察装置に於いては、回転円板４に於ける第１のスリット４１を、例えば図９（ａ）に示すように、２種類の不連続スリット４１ａ及び４１ｂにより構成してもよい。同様に、第２のスリット４２も、２種類の不連続スリット４２ａ及び４２ｂにより構成してもよい。不連続スリット４１ａ及び４１ｂ並びに不連続スリット４２ａ及び４２ｂは、それぞれ回転円板４の半径方向に位置をずらせた関係にあり、チェッカ状に形成されている。即ち、図９（ｂ）に示すように、回転円板４の中心４ｃを中心として移動させて重ねたときに、互いに重複部分がないように配置されている。このような不連続スリット４１ａ及び４１ｂは、連続した一つの第１のスリット４１として機能することができ、不連続スリット４２ａ及び４２ｂは、連続した一つの第２のスリット４２として機能することができる。このように、第１及び第２のスリット４１及び４２を不連続スリットにより構成することにより、スリットの長手方向に於ける散乱光の影響を小さくすることができるので、更に鮮明な画像を得ることが可能となる。なお、図９では第１及び第２のスリット４１及び４２を２種類の不連続スリットにより構成した場合について説明したが、更に３以上の複数の不連続スリットにより構成してもよい。その場合に於いても、複数の不連続スリットを回転円板４の中心４ｃを中心として移動させて重ねたときに、互いに重複部分がないよう形状及び配置とすることが必要である。また、複数の不連続スリットからなる第１及び第２のスリット４１及び４２の構成は、連続観察装置に限らず、静止画のみを撮影する角膜細胞観察装置にも適用することができる。
【００４８】
更に、上記では回転円板４に設けたスリットによりスリットスキャンを行う角膜細胞連続観察装置について説明したが、本発明は、回転円板４及びスリットのない通常の角膜細胞連続観察装置にも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の角膜細胞連続観察装置は、照明光学系の一部を構成する照明部と、撮影光学系の一部を構成する撮影部との間を遮蔽部により分離した対物レンズを使用することにより、被検眼の正面から撮影した画像に近い歪みの少ない角膜の画像が得られる。
【００５０】
また、本発明では、初期アライメント及び初期合焦が確立された後、この初期アライメント及び初期合焦を維持するように、追従架台の位置の連続的な調節が行われるので、被検眼の揺動に追従して連続観察を行うことが可能となる。追従架台には対物レンズ及びアライメント手段のみが載置されているので軽量であり、従って被検眼の揺動に対して素早く追従することが可能となる。
【００５１】
また、本発明では、検出用指標の位置を連続的に移動させることができ、又は合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置を調整することができるので、例えば、被検眼に於ける角膜内皮から角膜上皮近傍まで連続的に観察することが可能となる。
【００５２】
また、本発明では検出用指標又は出用指標光の位置と観察位置との関係が予め求められているので、撮影光学系で得られる画像が具体的に角膜の厚さ方向に於いてどの位置で得られたものかを求めることができる。このような角膜の厚さ方向に於ける位置情報は、眼科医療的に非常に有用である。
【００５３】
更に、対物レンズを照明部と撮影部とに分離する遮蔽部にアライメント手段を配置したことにより、照明光学系及び撮影光学系の邪魔になることなく、正確な初期アライメント及びその後の追従動作を自動で行うことができる。
【００５４】
加えて、本発明の角膜細胞連続観察装置では、スリットスキャン手段を設けて、照明光を第１のスリットを介して照射するとともに反射光の撮影も第１のスリットに同期する第２のスリットを介して行うことにより、眼球表面、上皮、内皮等からの強い反射光の影響を排して、角膜の厚さ方向に於ける所望の位置を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る角膜細胞連続観察装置の平面構成を示す模式図である。
【図２】図１の光学系の部分のみの斜視図である。
【図３】被検眼から見た対物レンズ近傍の配置を示している。
【図４】（ａ）は、Ｘ軸方向に於けるアライメントを行う場合のモニタに映し出されるＣＣＤカメラによる画面を表す平面図であり、（ｂ）は、Ｙ軸方向に於けるアライメントを行う場合のモニタに映し出されるＣＣＤカメラによる画面を表す平面図である。
【図５】照明光をスリット状にするための第１のスリットと、被検眼の前眼部からの反射光を第１のスリットに同期して通過させる第２のスリットを有する回転円板４の平面図であるる。
【図６】前眼部の角膜を模式的に表した断面図である。
【図７】角膜の厚さ方向に於ける反射光の光量分布を表す図である。
【図８】第１のスリットを通過した後のスリット状の撮影光を視野絞りを介して撮影用ＣＣＤカメラから見た様子を示す平面図である。
【図９】（ａ）は第１のスリット及び第２のスリットをチェッカ状に構成した他の実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に於ける部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 照明光学系
２ 撮影光学系
３ 対物レンズ
４ 回転円板
５ アライメント光学系
６ 合焦光学系
７ ＸＹＺ架台
８ 制御回路
８ａ 初期制御部
８ｂ 追従制御部
９ モニタ
１０ 被検眼
１０ａ 前眼部
１０ｂ 被検眼の光軸
１１ ストロボ放電管
１１ａ 光源回路
２１ 撮影用ＣＣＤカメラ
２７ 視野絞り
３１ 照明部
３２ 撮影部
３３ 遮蔽部
３７ 追従架台
４１ 第１のスリット
４２ 第２のスリット
５１ Ｘ軸アライメント用光源
５２ Ｙ軸アライメント用光源
５３ａ 開口部
５４ 反射ミラー
５５ ＣＣＤカメラ
５Ｘ スポット
５Ｙ スポット
５６ 検出範囲
５７ 検出範囲
６１ 赤外ＬＥＤ
６３ 可動スリット
６４ モータ
６４ａ エンコーダ
６７ 光センサ
７１ 角膜上皮細胞
７２ 角膜実質部
７３ 角膜内皮細胞
７４ 涙液層
７７ 撮影光
Claims (9)
- 被検眼の前眼部に於ける角膜の厚さ方向に於ける所定位置を連続観察するための角膜細胞連続観察装置であって、
照明用光源からの照明光によって被検眼の前眼部を斜め前方からアフォーカルな光路を介して照射するための照明光学系と、
前記照明光により照明されている前眼部に於ける画像をアフォーカルな光路を介して連続観察するための撮影光学系と、
前記照明光学系の一部を構成する照明部、前記撮影光学系の一部を構成する撮影部、及び該照明部と該撮影部との間を分離するための遮蔽部を有する対物レンズと、
被検眼の光軸（Ｚ軸）に垂直なＸＹ平面内に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメントを行うアライメント手段と、
合焦用光源及び合焦検出用の光センサを有し、前記合焦用光源による検出用指標の前眼部に於ける反射光を、前記対物レンズの前記照明部及び前記撮影部並びに被検眼を介して前記光センサで検出することにより、被検眼の光軸（Ｚ軸）方向に於ける前記照明光学系及び前記撮影光学系の合焦をアフォーカルな光路を介して行う合焦手段と、
前記対物レンズ及び前記アライメント手段を載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズ及び前記アライメント手段をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させる追従架台と、
被検眼に対する前記追従架台の位置を調節する追従手段と、
前記照明光学系、前記撮影光学系、前記合焦手段及び前記追従架台を載置するＸＹＺ架台と、
被検眼に対する前記ＸＹＺ架台の位置を調節する移動手段と
を備え、
前記ＸＹＺ架台の位置を調節して、前記照明光学系及び前記撮影光学系の初期アライメント及び初期合焦を確立するととともに、前記追従手段によって前記追従架台の位置を連続的に調節することにより、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のアライメント及び合焦を連続的に行うことを特徴とする角膜細胞連続観察装置。 - 前記追従架台上に載置され、前記対物レンズを載置し、前記照明光学系、前記撮影光学系及び前記合焦手段に於けるアフォーカルな光路上で前記対物レンズをＺ軸方向に移動させるＺ軸追従架台と、
被検眼に対する前記Ｚ軸追従架台のＺ軸方向に於ける位置を調節するＺ軸追従手段と
を更に備え、
前記追従架台はＸ軸及びＹ軸方向に於けるアライメントのみを行い、
前記Ｚ軸追従手段は、被検眼の揺動に追従して前記照明光学系及び前記撮影光学系のＺ軸方向に於ける合焦を連続的に行うことを特徴とする請求項１記載の角膜細胞連続観察装置。 - 前記照明用光源からの照明光をスリット状にしてスキャンさせる可動式の第１のスリットと、前眼部で反射された前記スリット状照明光の照射による撮影光を前記第１のスリットに同期して通過させる可動式の第２のスリットとを有するスリットスキャン手段を更に備え、
前記撮影光学系は、前記第２のスリットを通過するスリット状の撮影光による画像をスキャンすることにより、被検眼の前眼部の角膜の厚さ方向に於ける所定位置の画像を所定の領域に亘って連続観察することを特徴とする請求項１又は２に記載の角膜細胞連続観察装置。 - 前記スリットスキャン手段は、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを設けた回転円板により構成されている請求項４記載の角膜細胞連続観察装置。
- 前記合焦手段に於いて前記合焦用光源による前記検出用指標の位置を連続的に移動させることにより、前記追従架台を連続的に移動させて、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置を連続的に移動させる請求項１乃至４の何れかに記載の角膜細胞連続観察装置。
- 前記合焦手段に於いて被検眼の前眼部で反射し前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置を連続的に移動させることにより、前記追従架台を連続的に移動させて、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置を連続的に移動させる請求項１乃至４の何れかに記載の角膜細胞連続観察装置。
- 前記合焦用光源による前記検出用指標の位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて観察されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示する請求項５に記載の角膜細胞連続観察装置。
- 被検眼の前眼部で反射して前記合焦用のセンサに入射する検出用指標光の検出位置と、被検眼の角膜の厚さ方向に於ける前記撮影光学系の観察位置との間の予め求められた関係に基づいて、前記撮影光学系に於いて観察されている部位の角膜の厚さ方向に於ける位置を表示する請求項６記載の角膜細胞連続観察装置。
- 前記アライメント手段は、
前記対物レンズの中心から一の方向及び該一の方向に直角な他の方向にそれぞれ所定距離だけ離れた位置から被検眼に向けて第１の検出光及び第２の検出光をそれぞれ発する２つのアライメント用光源と、
前記ＸＹＺ架台又は前記追従架台の移動により、被検眼に於ける前記第１の検出光の反射光及び前記第２の検出光の反射光を撮影するための、前記対物レンズの前記遮蔽部の被検眼側に設けられたアライメント光撮影手段と
を備え、
前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第１の検出光の反射光が、前記一の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記一の方向のアライメントを行うとともに、
前記アライメント光撮影手段により撮影された前記第２の検出光の反射光が、前記他の方向に直交する方向に於ける所定の検出範囲に入ったことを検出することにより前記他の方向のアライメントを行う
請求項１乃至８の何れかに記載の角膜細胞連続観察装置。
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