JP4933909B2

JP4933909B2 - 眼科装置

Info

Publication number: JP4933909B2
Application number: JP2007017796A
Authority: JP
Inventors: 宏時小林; 千比呂加藤
Original assignee: Tomey Corp
Current assignee: Tomey Corp
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2008183106A

Description

本発明は、被検眼に対して連続的にアライメント制御を行い、被検眼を連続的に撮影または測定する眼科装置に関するものである。

従来から、被検眼に対する装置光学系のアライメントが完了した後、撮影光源を発光させ撮影または測定を行う眼科装置が知られている。

ところで、アライメント完了後から撮影または測定を実行するまでに時間差が生じるため、撮影または測定時にはアライメントがずれた状態になっているおそれがあり、鮮明な画像を得ることが難しいという問題がある。

そこで、従来では、例えば特許文献１（特開平６−６３０１７号公報）に示されているように、アライメントが完了し、撮影を実行する前に再度アライメント検出を行い、撮影可能であるかどうかを判断するものが提案されている。

しかしながら、かかる特許文献１に記載の従来構造においては、アライメントが完了しているかどうかをチェックするものであるため、アライメントが完了していない場合には、アライメントをやり直す必要があるという問題があった。そのため、検者及び被検者の負担が大きくなるというおそれもあった。

また、例えば特許文献２（特開平６−６３０１８号公報）に示されているように、複数枚の角膜内皮細胞像を連続撮影する装置が開示されている。

連続撮影中にアライメント光源を点灯すると、撮影画像にアライメント光が写ってしまうため、アライメントを行うことができなかったが、特許文献２において、撮影の際にアライメント光源の光束が撮像素子に受光されないように、アライメント光源の光束が通る経路の途中に遮光部材を挿入する装置が開示されている。

しかしながら、かかる特許文献２に記載の従来構造においては、撮影の際に遮光部材を挿入しなければならないため、制御に時間がかかるとともに、コストがかかるという問題があった。

特開平６−６３０１７号公報特開平６−６３０１８号公報

ここにおいて、本発明は上述の如き事情を背景として為されたもので、連続的に撮影または測定を実行している間も継続してアライメント検出およびアライメント駆動を行うことを可能とすることにより、より精度の高い画像を取得するとともに、コストの低減、検査時間の短縮化による検者及び被検者の負担軽減を図ることができる眼科装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、被検眼を照明する撮影光源を発光させる撮影光源発光手段と、アライメント光源を発光させるアライメント光源発光手段と、前記アライメント光源の該被検眼の反射光に基づいて該被検眼と装置の作動基準位置との左右上下方向の相対位置を光学的に検出するアライメント検出手段と、前記アライメント検出手段の出力信号に基づいて該被検眼に対して装置を駆動させるアライメント駆動手段と、前記撮影光源の該被検眼からの反射光束を受光して撮像する撮像素子と、前記撮像素子の制御信号を駆動させる撮像素子駆動手段とを有し、複数回数の撮影乃至測定を連続的に行う眼科装置において、前記撮像素子駆動手段に応じて前記撮影光源発光手段と前記アライメント光源発光手段とを制御する駆動制御手段を備え、前記駆動制御手段は、前記撮像素子の垂直同期信号の偶数又は奇数フィールド期間内において、前記撮像素子駆動手段による電荷掃き捨て駆動終了時点が前記アライメント光源発光手段によるアライメント光源の発光終了時点となるように、電荷掃き捨て駆動中にアライメント光源を発光させ、前記アライメント検出手段を駆動しアライメント検出を行い、電荷掃き捨て駆動終了後に、アライメント駆動手段を駆動させアライメントを行い、前記撮影光源発光手段により撮影光源を発光させることを特徴とする。

本態様に従う構造とされた眼科装置においては、駆動制御手段を備えることにより、アライメント検出及びアライメント駆動を連続的に撮影または測定を実行している間も継続して行うことを可能とし、良質な画像を容易に得ることが可能となる。

また、本態様に従う構造とされた眼科装置においては、撮像素子の制御信号と同期してアライメント光源の点灯を行うことにより、遮光部材を用いることなく、撮影または測定画像へのアライメント光の映り込みの防止を可能とする。

さらに、本態様に従う構造とされた眼科装置においては、アライメントと撮影または測定とを同フレーム中に実行するため、撮影時のアライメントずれを防止することができ、さらに、撮像素子の所定の垂直同期信号において連続的に制御を行うことで、より良質な画像を容易に得ることができる。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。

先ず、図１に、本発明における角膜撮影装置の一実施形態としての装置光学系１０を示す。装置光学系１０は、被検眼Ｅの前眼部を観察する観察光学系１２を挟んで、一方の側に撮像照明光学系１４および位置検出光学系１６が設けられ、他方の側に位置検出照明光学系１８および撮像光学系２０が設けられた構造とされている。なお、特に本実施形態においては、撮像照明光学系１４および位置検出照明光学系１８を含んで、照明光学系が構成されている。

観察光学系１２は、被検眼Ｅに近い位置から順にハーフミラー２２、対物レンズ２４、ハーフミラー２６、コールドミラー２７、および光電素子としてのＣＣＤ２８が光軸Ｏ１上に設けられて構成されている。また、被検眼Ｅの前方には、複数（本実施形態においては、２つ）の観察用光源３０，３０が配設されている。観察用光源３０，３０は、赤外光束を発する例えば赤外ＬＥＤなどが用いられる。そして、コールドミラー２７は、赤外光を透過せしめる一方、可視光を反射するようにされており、観察用光源３０，３０から発せられて被検眼Ｅの前眼部で反射された反射光束が、対物レンズ２４およびコールドミラー２７を通して、ＣＣＤ２８上で結像されるようになっている。

撮像照明光学系１４は、被検眼Ｅに近い位置から順に投影レンズ３２、コールドミラー３４、スリット３６、集光レンズ３８、撮像用光源４０が設けられて構成されている。撮像用光源４０は可視光束を発する例えばＬＥＤ等が用いられる。コールドミラー３４は、赤外光を透過せしめる一方、可視光を反射するようにされている。そして、撮像用光源４０から発せられた光束は、対物レンズ３８およびスリット３６を通してスリット光束とされて、コールドミラー３４により反射された後に投影レンズ３２を通して、角膜Ｃに対して斜め方向から照射されるようになっている。

位置検出光学系１６は、その光軸の一部が撮像照明光学系１４の光軸と一致せしめられており、被検眼Ｅに近い位置から順に投影レンズ３２、コールドミラー３４、ラインセンサ４４が設けられて構成されている。そして、後述する位置検出用光源５４から照射されて角膜Ｃで反射された光束が、投影レンズ３２、コールドミラー３４を通して、ラインセンサ４４上に結像されるようになっている。

一方、位置検出照明光学系１８は、被検眼Ｅに近い位置から順に対物レンズ４６、コールドミラー４８、集光レンズ５２、位置検出用光源５４が設けられて構成されている。位置検出用光源５４は、例えば赤外ＬＥＤなどの赤外光源が好適に採用される。そして、位置検出用光源５４から発せられた赤外光束が、角膜Ｃに対して斜めから照射されるようになっている。なお、位置検出用光源５４は、例えばハロゲンランプや可視光ＬＥＤなどの可視光源と赤外フィルタを組み合わせることによって構成しても良い。但し、位置検出用光源５４は、必ずしも赤外光源とされる必要は無く、ハロゲンランプや可視光ＬＥＤなどの可視光源を用いても良い。可視光源を用いる場合には、その照度は撮像用光源４０の照度よりも小さくされることが好ましい。これにより、アライメント等、位置検出用光源５４による光束を照射せしめる際の被検者の負担を軽減することが出来る。

撮像光学系２０は、その光軸の一部が位置検出照明光学系１８の光軸と一致せしめられており、被検眼Ｅに近い位置から順に対物レンズ４６、コールドミラー４８、スリット５６、変倍レンズ５８、合焦レンズ６０、コールドミラー２７、ＣＣＤ２８が設けられて構成されている。そして、撮像用光源４０から照射されて角膜Ｃで反射された光束が、対物レンズ４６を介してコールドミラー４８で反射された後に、スリット５６によって平行光束とされて、変倍レンズ５８、合焦レンズ６０を介して、コールドミラー２７で反射されてＣＣＤ２８上に結像されるようになっている。

また、観察光学系１２上に設けられるハーフミラー２２は、固視標光学系６４、アライメント光学系６６の一部を構成している。

固指標光学系６４は、被検眼Ｅに近い位置から順にハーフミラー２２、投影レンズ６８、ハーフミラー７０、ピンホール板７２、固視標光源７４が設けられて構成されている。固視標光源７４は例えばＬＥＤなどの可視光を発する光源であり、固視標光源７４から発せられた光束は、ピンホール板７２、ハーフミラー７０を透過した後、投影レンズ６８によって平行光束とされて、ハーフミラー２２によって反射されて被検眼Ｅに照射される。

アライメント光学系６６は、被検眼Ｅに近い位置から順にハーフミラー２２、投影レンズ６８、ハーフミラー７０、絞り７６、ピンホール板７８、集光レンズ８０、アライメント光源８２が設けられて構成されている。アライメント光源８２からは赤外光が発せられるようになっており、かかる赤外光は集光レンズ８０により集光されてピンホール板７８を通過し、絞り７６に導かれる。そして、絞り７６を通過した光はハーフミラー７０に反射されて、投影レンズ６８によって平行光束とされた後に、ハーフミラー２２によって反射されて被検眼Ｅに照射される。

また、観察光学系１２上に設けられたハーフミラー２６は、アライメント検出光学系８４の一部を構成している。

アライメント検出光学系８４は、被検眼Ｅに近い位置から順にハーフミラー２６、位置検出可能なアライメント検出センサ８８が設けられて構成されている。そして、アライメント光源８２から照射されて、角膜Ｃで反射された光束が、ハーフミラー２６で反射されて、アライメント検出センサ８８に導かれるようになっている。

このような構造とされた装置光学系１０は、図２に示す角膜撮影装置１００に収容されている。角膜撮影装置１００は、ベース１０２の上に本体部１０４が設けられており、かかる本体部１０４の上にケース１０６が前後左右および上下動可能に設けられて構成されている。ベース１０２には、電源装置が内蔵されていると共に、操作スティック１０８が設けられており、かかる操作スティック１０８を操作してケース１０６を駆動せしめることが出来るようにされている。また、本体部１０４には、後述する各制御回路などが収容されていると共に、例えば液晶モニタなどからなる表示画面１１０が設けられている。

さらに、図３に示すように、角膜撮影装置１００には、装置光学系１０による角膜像の撮像における作動制御を行う駆動制御部１１２が設けられている。駆動制御部１１２は、アライメント光源８２を発光させるアライメント光源発光駆動回路１１６、撮像用光源４０を発光させる撮像光源発光駆動回路１１８が接続されている。また、ＣＣＤ２８の電荷掃き捨てを行わせる電荷掃き捨て駆動回路１１４、ＣＣＤ２８が接続されている。また、アライメント検出センサ８８、アライメント検出センサ８８からの位置データを演算する演算回路１２０が接続されている。また、演算回路１２０よる結果に基づいて装置全体を移動するＸＹアライメント駆動手段１２２、Ｚアライメント駆動手段１２８が接続されている。さらに、ＣＣＤ２８で撮像される角膜内皮像を記憶する記憶装置１２４が接続されている。なお、図示は省略するが、駆動制御部１１２は、位置検出用光源５４、ラインセンサ４４も接続されている。

ここで、ＣＣＤ２８は、インターライン型撮像素子を用いている。インターライン型撮像素子は、蓄積している電荷を一括転送し保持する部位が設けられているため、垂直同期信号のブランキング期間付近にて、電荷保持部位に現在蓄積している電荷を一括転送した後では、電荷掃き捨て処理を実行しても、直前のフィールドに限り画像データを取得することが可能となる。さらに、ＣＣＤ２８は、偶数フィールドの画像データとして、直前の奇数フィールドと、1つ前の偶数フィールドの積算で出力し、奇数フィールドの画像データとして、直前の偶数フィールドと、1つ前の奇数フィールドの積算で出力する、フレーム読み出しにて制御している。

次に、このような構造とされた角膜撮影装置１００において、駆動制御部１１２が実行する角膜内皮の撮像手順の概略を図４に示し、以降、順に説明する。

先ず、Ｓ１において、被検眼Ｅに対して、装置光学系１０のＸ方向およびＹ方向の位置合わせ（ＸＹアライメント）を行う。かかるＸＹアライメント時には、固視標光源７４から照射された固視標光が被検眼Ｅに導かれる。そして、被検者にかかる固視標光を固視させることによって、被検眼Ｅの光軸方向を、観察光学系１２の光軸Ｏ１の方向と一致させることが出来る。かかる状態下で、観察用光源３０、３０から照射されて、被検眼Ｅの前眼部で反射された光束がＣＣＤ２８上に導かれる。これにより、図５に示すように、表示画面１１０上に、被検眼Ｅの前眼部が表示される。

さらに、表示画面１１０上には、例えばスーパーインポーズ信号などによって生成された、矩形枠形状のアライメントパターン１３０が、被検眼Ｅに重ねて表示される。それと共に、アライメント光源８２から被検眼Ｅに向けて照射された光束が、被検眼Ｅの前眼部で反射されて、ＣＣＤ２８に導かれることによって、表示画面１１０に、点状のアライメント光１３２として表示されるようになっている。そして、操作者は操作スティック１０８を操作することによって、装置光学系１０を駆動せしめて、アライメント光１３２がアライメントパターン１３０の枠内に入るように、装置光学系１０の位置を調節する。

また、アライメント光源８２から照射されて、被検眼Ｅの前眼部で反射された光束の一部は、ハーフミラー２６で反射されて、アライメント検出センサ８８に導かれるようになっている。なお、アライメント光源８２からは被検者に認識されない赤外光束が照射されることによって、被検者の負担が軽減されている。ここにおいて、アライメント検出センサ８８は、アライメント光１３２がアライメントパターン１３０の枠内に入ると、アライメント光１３２のＸ方向の位置とＹ方向の位置を検出し、演算回路１２０によりＸ方向位置とＹ方向位置の位置データを演算する。そして、演算回路１２０により得られたＸＹ方向の位置情報に基づいて観察光学系１０の光軸Ｏ１が被検眼Ｅの光軸に近づくようにＸＹアライメント駆動手段１１２により駆動させる。これにより、装置光学系１０の被検眼Ｅに対するＸＹ方向の位置合わせが行われる。

次に、Ｓ２において、Ｚアライメント駆動手段１２８を駆動せしめて、装置光学系１０を、被検眼Ｅに対して接近する方向に前進作動せしめる。そして、位置検出用光源５４を発光せしめて、位置検出用光源５４から照射された赤外光束を、被検眼Ｅの角膜Ｃに対して斜め方向から照射すると共に、角膜Ｃから反射された光束を、ラインセンサ４４によって受光する。特に本実施形態においては、位置検出用光源５４から照射される光束が赤外光束とされていることから、被検者の負担が軽減されている。

そして、位置検出用光源５４からの赤外光束は、角膜Ｃの上皮細胞や角膜実質、角膜内皮など、角膜Ｃの各層毎に異なる反射光量をもって反射せしめられる。図６に概略的に示すように、位置検出用光源５４からの赤外光束Ｌは、空気と角膜Ｃとの境界面となる上皮細胞ｅでまず反射される。また、上皮細胞ｅを透過した光束の一部は角膜実質ｓや角膜内皮ｅｎで反射される。そして、上皮細胞ｅで反射された反射光束ｅ’の光量が最も多く、角膜内皮ｅｎで反射された反射光束ｅｎ’の光量は相対的に小さく、角膜実質ｓで反射された反射光束ｓ’の光量が最も小さくなる。また、前房ａは房水で満たされていることから、前房ａでは赤外光束Ｌは殆ど反射されることはない。

これらの反射光束は、ラインセンサ４４に検出されて、ラインセンサ４４には、図７のような光量分布が検出される。図７において、光量の最も多い第一ピーク部１３４は、角膜上皮からの反射光を示す。次に光量の多い第二ピーク部１３６は、角膜内皮からの反射光を示す。そして、駆動制御部１１２は、Ｚアライメント駆動手段１２８を駆動せしめて、ラインセンサ４４によって検出された角膜上皮の位置から人眼の生理学的な角膜厚みのばらつきを考慮した所定距離：Ｄ１だけ、装置光学系１０を角膜Ｃに接近する方向に前進駆動せしめる。なお、角膜上皮からの移動距離は、例えば１０００〜１５００μｍの範囲内で適宜に設定される。これにより、装置光学系１０における撮像光学系２０の合焦位置は、角膜Ｃにおける内皮細胞よりも後方に位置せしめられる。そして、かかる角膜上皮から所定距離：Ｄ１だけ後方の位置が、装置光学系１０の反転位置とされる。

次に、装置光学系１０が反転位置に位置せしめられると、Ｓ３において、Ｚアライメント駆動手段１２８が反対方向に駆動せしめられて、装置光学系１０はＺ軸上で被検眼Ｅから離隔する方向に後退作動せしめられる。ここにおいて、装置光学系１０は、反転位置から後退作動が開始されて、撮像が終了するまでの間に、後退速度が変化せしめられるようになっている。ただし、本実施例において、後退速度変化についての詳細は省略する。

次に、Ｓ４において、角膜内皮細胞位置から所定距離：Ｄ２（図７参照）だけ後方の位置に到達した時点から、ＣＣＤ２８によって検出される角膜内皮像の連続的撮像が開始される。なお、本実施形態においては、角膜内皮細胞からの所定距離：Ｄ２は、予め定められた、ラインセンサ４４によって検出される光量分布が第二ピーク部１３６よりもやや小さい所定の閾値となる位置からの離隔距離とされている。また、所定距離：Ｄ２の具体値としては、ラインセンサ４４の検出精度や被検眼Ｅの位置ずれ等を考慮して確実に角膜内皮細胞を捉えられるように、或る程度余裕のある値が好ましいが、所定距離：Ｄ２が大きくなると撮像用光源４０の発光時間が長くなって、被検者の負担を増加せしめることから、所定距離：Ｄ２は、２００〜５００μｍの範囲内の値が好適に採用される。

そして、Ｓ５において、かかる連続的撮像は、所定の時間間隔（例えば、１／３０秒）ごとにＣＣＤ２８によって受像された撮影像（画像）を記憶装置１２４に入力することによって行われる。これにより、時間と位置が異ならされた複数の角膜像が記憶装置１２４に入力される。そして、かかる連続的撮像と共に、記憶装置１２４によって、入力された画像の取捨選択および撮影像（画像）の記憶が行われるようになっている。さらに、駆動制御部１１２の制御により、前記Ｓ１におけるＸＹアライメントが、撮像中も適宜のタイミングで実施される。ただし、本実施例において、記憶装置１２４における画像の取捨選択方法についての詳細は省略する。

以下に、図８により前記Ｓ５における、ＸＹアライメントおよび撮影を行う方法について例示する。図８は、前記Ｓ５のＸＹアライメントと撮影のタイミングを具体的に示したものである。

まず、ある１フレーム期間（偶数フィールドと奇数フィールドの両期間）の偶数フィールドにおいて、偶数フィールド期間の時点ｔ0で、駆動制御部１１２から電荷掃き捨て信号を出力させ、電荷掃き捨て駆動回路１１４を作動させると同時に、駆動制御部１１２からアライメント光源発光信号を出力させ、アライメント光源発光駆動回路１１６を作動させる。すなわち、電荷掃き捨て駆動回路１１４によりＣＣＤ２８の電荷の掃き捨て（全画素の電荷掃き捨て）を行うと同時に、アライメント光源発光駆動回路１１６によりアライメント光源８２を発光する。そして、アライメント検出センサ８８によりアライメント検出が行われ（時点ｔ１）、演算回路１２０により得られたＸＹ方向の位置情報に基づいてＸＹアライメント駆動手段１２２により装置全体を駆動し、時点ｔ２の同偶数フィールドにおいて、駆動制御部１１２から撮影光源発光信号を出力させ、これにより撮影光源発光駆動回路１１８を作動させる。撮影光源発光駆動回路１１８により撮影用光源４０が発光して、角膜内皮細胞像が撮像され、記録装置１２４に記録される。

さらに、次の１フレーム期間の偶数フィールドにおいて、前述と同様にして、アライメント検出を行い、アライメント検出結果に基づき装置全体を駆動しアライメントを行い、角膜内皮細胞像が撮像される。このような制御を繰り返し行うことにより、連続的にアライメント検出および装置全体の駆動、撮影を行っている。

そして、Ｓ６において、被検眼Ｅの微動などを考慮して、例えば１００μｍ程度後退せしめられた後に、後退作動を停止すると共に、撮像用光源４０を消灯して、撮像を終了する。

以上、本発明の一実施形態について詳述してきたが、かかる実施形態における具体的な記載によって、本発明は、何等限定されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実施可能であり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

例えば、上記実施例はいずれも偶数フィールドにおいて、連続的にＸＹアライメント及び撮影を行う方法のものについて説明したが、奇数フィールドにおけるＸＹアライメント及び撮影を行う場合には、偶数フィールドと奇数フィールドとを逆にすればよい。

また、上記実施例では、ＣＣＤ２８の電荷掃き捨てを行っているときに、アライメント光源８２のみ点灯しＸＹアライメントを行っているが、アライメント光源８２に加えて位置検出用光源５４を点灯させるなどしてもよい。これにより、ＸＹアライメント検出だけでなくＺアライメント検出が可能となり、より良質な画像を得ることができる。

さらに、上記実施例に示した角膜内皮撮影装置における採用はあくまでも例示であって、複数回数の撮影または測定を行う装置、例えば、角膜形状測定装置や眼屈折力測定装置等において採用可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態としての光学系を説明するための説明図。本発明の一実施形態としての角膜撮影装置を説明するための説明図。図１に示した光学系に接続される制御回路等を説明するための説明図。角膜撮影装置の撮影手順を示すフローチャート。表示画面に表示される前眼部を説明するための説明図。角膜各層における反射光束を説明するための説明図。光量検出手段によって検出される光量分布を示す説明図。撮影とアライメントのタイミングを説明するためのタイムチャート図。

符号の説明

１０：装置光学系、１２：観察光学系、１４：撮像照明光学系、１６：位置検出光学系、１８：位置検出照明光学系、２０：撮像光学系、２８：ＣＣＤ、３０：観察用光源、４０：撮像用光源、４４：ラインセンサ、５４：位置検出用光源、６４：固視標光学系、６６：アライメント光学系、７４：固視標光源、８２：アライメント光源、８４：アライメント検出光学系、８８：アライメント検出センサ

Claims

被検眼を照明する撮影光源を発光させる撮影光源発光手段と、アライメント光源を発光させるアライメント光源発光手段と、前記アライメント光源の該被検眼の反射光に基づいて該被検眼と装置の作動基準位置との左右上下方向の相対位置を光学的に検出するアライメント検出手段と、前記アライメント検出手段の出力信号に基づいて該被検眼に対して装置を駆動させるアライメント駆動手段と、前記撮影光源の該被検眼からの反射光束を受光して撮像する撮像素子と、前記撮像素子の制御信号を駆動させる撮像素子駆動手段とを有し、複数回数の撮影乃至測定を連続的に行う眼科装置において、
前記撮像素子駆動手段に応じて前記撮影光源発光手段と前記アライメント光源発光手段とを制御する駆動制御手段を備え、
前記駆動制御手段は、前記撮像素子の垂直同期信号の偶数又は奇数フィールド期間内において、前記撮像素子駆動手段による電荷掃き捨て駆動終了時点が前記アライメント光源発光手段によるアライメント光源の発光終了時点となるように、電荷掃き捨て駆動中にアライメント光源を発光させ、前記アライメント検出手段を駆動しアライメント検出を行い、電荷掃き捨て駆動終了後に、アライメント駆動手段を駆動させアライメントを行い、前記撮影光源発光手段により撮影光源を発光させることを特徴とする眼科装置。