JP5386512B2 - 眼科撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼科撮影装置、更に詳細には、立体視用の視差のある一対の眼底像を観察、撮影することが可能な眼底カメラなどの眼科撮影装置に関する。

従来から、対物レンズを介して入射する眼底からの反射光を分割し、分割された光束を一対の結像光学系で結像して左右一対の立体視用の眼底像を観察、撮影する眼底カメラが知られている（特許文献１、２）。

また、被検眼の眼底を２孔絞りにより光路を分けて結像させ、その光路を分けて結像された２つの眼底像を観察することによりピント合わせする眼科撮影装置が知られている（特許文献３）。

特許第３５４２１６７号公報 特許第２９７７６０７号公報 特開２００８−１８０４３号公報

特許文献１、２で提案されている眼科撮影装置では、左右それぞれの視差画像を独立して結像させなければならず、また双眼で観察するためには、あるいは撮像素子で撮影するには左右の光路を光路分割プリズムを用いて入れ換えなければならない、という欠点がある。

また、一つの撮像素子で左右２枚の画像を近接させて撮像させるためには撮像素子に合わせて左右の光路の間隔を定めなければならず、これらのことを実現するために各所にプリズムを設ける必要があり、そのため装置が必然的に大きくなり、小型で安価な眼科撮影装置の実現に妨げとなっていた。

特許文献３では、２孔絞りを介して左右に分割された２つの眼底像を観察することによりピント合わせを行っているが、これら結像された２つの眼底像を再び光路を分割して再結像させ、立体視用の一対の視差画像を得る構成は提案されていない。

本発明は、このような点を鑑みてなされたもので、簡単な構成で立体視用の一対の視差のある眼底像を観察、撮影することが可能な眼科撮影装置を提供することを課題とする。

本発明は、
被検眼眼底の画像を電子撮像手段で撮影する眼科撮影装置であって、
被検眼の前眼部共役位置に配置され、被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割するための２孔絞りと、
前記分割された光束から左右一対の眼底像を中間像として結像する第１の結像光学系と、
前記中間像として結像された一対の眼底像をそれぞれ左右に分離して電子撮像手段の撮像面に再結像する第２の結像光学系と、
を有することを特徴とする。

第２の結像光学系は、２孔絞りとほぼ共役な位置に配置され、中間像として結像された一対の眼底像からの光路を分割し、該一対の眼底像を電子撮像手段の撮像面に分離して再結像する一対の光路分割レンズから構成される。また、一対の光路分割レンズと中間像が形成される面の間に、該中間像が形成される面に焦点面を有するリレーレンズが配置される。第２の結像光学系において、一対の光路分割レンズのレンズ中心軸間の距離は、該中心軸に直交する方向に沿った撮像面の全長のほぼ半分に等しく設定される。

本発明では、一旦中間像として結像された視差のある左右一対の眼底像が、光路分割レンズによりそれぞれ左右に分離して撮像手段の撮像面に再結像されるので、光路分割プリズムを使用することなく、立体視用の２枚の眼底画像が取得でき、簡単な構成で小型のステレオ眼科撮影装置が実現できる、という効果が得られる。

眼科撮影装置の全体の構成を示す光学図である。 図１の光学配置でステレオ撮影を行うときの原理的な光学構成を示した光学図である。 ２孔絞りの正面図である。 単孔絞りの正面図である。 分離して示したステレオ撮影用と単眼撮影用の撮影マスクの正面図である。 重ね合わせて配置したステレオ撮影用と単眼撮影用の撮影マスクの正面図である。 ステレオ撮影時ピントが劣化する状態を示した説明図である。 単眼撮影時の眼内の色収差を説明する説明図である。 ステレオ撮影時の眼内の色収差を説明する説明図である。 眼内のプリズム作用を説明する説明図である。 ステレオ撮影時光路長と色収差を補正する、図２に対応した光学図である。 光路長と色収差を補正する光学系を簡略して説明する光学図である。 ステレオ撮影時の黒点板の構造を示す説明図である。 単眼撮影時の黒点板の構造を示す説明図である。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明を詳細に説明する。以下の実施例では、眼科撮影装置として眼底カメラを例にして説明が行われる。

図１には、ステレオ撮影（立体撮影）と単眼撮影（モノラル撮影）が可能な眼底カメラ１０が図示されている。図１は、ステレオ撮影を中心に描かれており、単眼撮影のときは、それぞれ対応した光学素子に切り換えられる。

眼底カメラ１０には、眼底を照明する照明光学系と、照明された眼底を結像する光学系が設けられている。照明光学系では、ハロゲンランプなどの光源１１から発せられた光並びに凹面鏡１２で反射した光は、光路に挿脱可能な可視カット赤外透過フィルタ１３を介して赤外光となり、ストロボ１４を通過して拡散板１５に入射して拡散され、被検眼１の前眼部（瞳）１ｂと共役な位置に配置されたステレオ撮影用のリングスリット１６を照明する。なお、リングスリット１６は、単眼撮影時には単眼用のリングスリット１６’に切り換えられる。

リングスリット１６を通過した照明光は、レンズ１７、対物レンズ２２の反射を除去するための黒点板１８、ハーフミラー１９、リレーレンズ２０を通過し、中心に穴の開いた穴あき全反射ミラー２１で反射される。

上記黒点板１８は、図９ａに図示したように、透明なガラス板１８ｂの中心に黒点１８ａを蒸着した平坦な板として構成される。この黒点板１８はステレオ撮影用で、単眼撮影時には、図９ｂに図示したように、黒点板１８’に切り換えられる。黒点板１８’は透明なガラス板１８ｂ’の中心にそれぞれ黒点１８ａ’を蒸着した２枚の密着した平坦な板として構成される。黒点板１８’の２枚の板は互いに照明光軸に直交する方向に移動でき、２つの黒点１８ａ’の位置を調節できるようになっている。

穴あき全反射ミラー２１で反射された照明光は対物レンズ２２を経て、被検眼１の前眼部１ｂより眼底１ａに入射し、眼底１ａを赤外光で照明する。

眼底１ａからの反射光は、対物レンズ２２を介して受光され、穴あき全反射ミラー２１の穴を通過して、図３ａに示したような円形の２つの孔３１ａと３１ｂを有する撮影絞りとしての２孔絞り３１に入射する。２孔絞り３１は、その中心３１ｃを撮影光軸４８に合わせて被検眼１の前眼部１ｂとほぼ共役な位置に配置され、２孔絞り３１の２つの孔３１ａ、３１ｂにより眼底からの反射光はその光路が左右に分割される。光路が分割された眼底１ａからの左右一対の光束はフォーカスレンズ３２に入射し、このフォーカスレンズ３２は、撮影光軸に沿って移動可能で被検眼視度の個体差による眼底結像位置のずれを補正する。なお、単眼撮影のときは、２孔絞り３１に代えて、図３ｂに示したような単孔絞り３１’が前眼部共役位置の光路に挿入される。

フォーカスレンズ３２を通過した眼底像は、続いて結像レンズ３３を通過して、ハーフミラー３４で反射され、眼底１ａと共役な位置に配置され眼底の撮影範囲を定める撮影マスク４２、４３を介して赤外透過可視反射ミラー（光路分割手段）３６に入射する。フォーカスレンズ３２と結像レンズ３３は、２孔絞り３１を介した視差のある左右一対の２つの眼底像を撮影マスク４３の位置に中間像として結像する第１の結像光学系を構成する。

撮影マスク４２は、図４ａに図示したように、円形の開口部４２ａと全波長不透過の遮光部４２ｂからなる単眼撮影用の撮影マスクである。撮影マスク４３は、ステレオ撮影用の撮影マスクで矩形状の開口部４３ａと、赤外光のみを透過させる外周が円形な領域４３ｂから構成されている。撮影マスク４２はその中心を撮影光軸４８に合わせて光路に固定配置されており、ステレオ撮影時には、図４ｂに示したように、撮影マスク４３が、その中心が撮影光軸４８と一致するように、光路に挿入される。単眼撮影時には、図４ａに示したように、撮影マスク４３が光路から離脱されて撮影マスク４２が有効になる。

図１に戻って、赤外透過可視反射ミラー３６を透過した赤外光は、ミラー３８で反射され、レンズ３７を通過して赤外光に感度を有する赤外ＣＣＤなどで構成される撮像素子（撮像手段）４０に入射され、モニタ４１にその信号が入力される。

また、リレーレンズ４７が、第1の結像光学系の射出瞳像を後述の第２の結像光学系に結ぶために配置されている。ミラー３６で反射された可視光が、このリレーレンズ４７を介して前眼部１ｂと共役位置に配置された２孔絞り５０に入射する。２孔絞り５０は、図３ａに示した２孔絞り３１と同様な絞りであり、２孔絞り５０に近接して（つまり２孔絞り３１とほぼ共役な位置に）一対の光路分割レンズ５１、５２が配置される。この一対の光路分割レンズは、後述するように、撮影マスク４３からの光路を分割し、撮影マスク４３の位置に中間像として結像された左右一対の眼底像を互いに重ならないように左右に分離して再結像する第２の結像光学系を構成する。ここで光路分割レンズ５１、５２は撮影光軸４８に対して等間隔に、つまり撮影光軸４８に対して軸対称に、配置されることが最適である。

この第２の結像光学系による結像面に、可視光に感度を有する可視ＣＣＤなどで構成される撮像素子（撮像手段）５３の撮像面５３ａが配置され、光路分割レンズ５１、５２と撮像素子５３間にはリターンミラー６０が配置される。可視カット赤外透過フィルタ１３が光路から離脱され、リターンミラー６０が光路に挿入される場合には、分離された左右一対の眼底像がミラー６１を介して接眼レンズ（双眼観察手段）６２により肉眼観察することができる。

撮像素子５３で撮像された眼底像は、メモリ５４に記憶することができ、また、外部パソコン（不図示）に取り込まれたり、モニタ４１に表示されたり、あるいはプリンタ（不図示）に出力される。

一対の同じ倍率の光路分割レンズ５１、５２は、異なる倍率の他の一対の光路分割レンズ５１’、５２’に切り換えることができ、異なる倍率で一対の眼底像を撮影することができる。この異なる倍率の一対の光路分割レンズ５１’、５２’に切り換えられると、それに連動してステレオ撮影用の撮影マスク４３も開口が異なる撮影マスク４３’に切り換えられる。

なお、単眼撮影時には、光路分割レンズ５１、５２に代えて、単眼撮影用の結像レンズ５５が光路に挿入され、２孔絞り５０は光路から離脱される。

また、照明光学系には、フォーカスドット光源３０が設けられ、この光源３０からの光束がハーフミラー１９を介して眼底１ａに入射され、フォーカスレンズ３２の移動に応じてフォーカスドット位置が変化するので、検者はフォーカスドットを観察することにより被検眼眼底にピントを合わせることができる。

また、アライメントの初期段階では、前眼部レンズ４４が挿入されるので、検者は被検眼１の前眼部１ｂの画像をモニタ４１で確認することができる。また、アライメントや合焦操作のときは、複数のＬＥＤ光源４５ａからなる内部固視灯４５のいずれかのＬＥＤ光源が点灯され、検者は被検者にこの固視灯を注視させることによりアライメントや合焦操作を確実にすることができる。

図２は、ステレオ撮影するときの眼底像を結像する光学系の主要部を示したもので、図１と同じ素子には同じ符号が付されている。

なお、図１、図２において、被検眼１の眼底１ａと共役な位置がＲで、また前眼部（特に瞳）と共役な位置がＰで図示されている。

また、図１、図２において、２孔絞り３１、５０並びに光路分割レンズ５１、５２は、光路を図面上で上下に分割するように、図示されているが、実際には、左右方向（紙面に垂直な方向）に分割する。しかし、図面で左右方向に光束を分割する状態を図示するのは、困難であるので、図１、図２では、２孔絞り３１、５０並びに光路分割レンズ５１、５２は、便宜上、紙面と直角の方向から見たときのものが図示されている。

このように構成された眼底カメラにおいて、可視カット赤外透過フィルタ１３が照明光路に挿入されているので、ハロゲンランプ１１を点灯すると、眼底が赤外光で照明される。

単眼撮影のときは、リングスリット１６’、単孔絞り３１’、単眼撮影用の結像レンズ５５が光路に挿入され、撮影マスク４３、２孔絞り５０などは光路から離脱される。

赤外光で照明された眼底像は、対物レンズ２２、フォーカスレンズ３２、結像レンズ３３により撮影マスク４２の位置に結像され、赤外透過可視反射ミラー３６を透過して結像レンズ３７により撮像素子４０の撮像面に動画として再結像されるので、眼底像がモニタ４１に白黒画像として表示され、検者はモニタ４１を介して眼底像を無散瞳で観察できる。このとき、撮像素子４０への結像倍率を、第２の結像光学系による結像倍率よりも低倍率としておくと、広角の眼底画像を観察することができ、無散瞳時のアライメントを容易にすることができる。また、光源３０によるフォーカスドットを観察することにより被検眼眼底にピントを合わせることができる。

なお、アライメントの初期段階では、前眼部レンズ４４が挿入されるので、検者は被検眼１の前眼部１ｂの画像をモニタ４１で観察してアライメントを行う。

アライメントが完了すると、シャッタスイッチ４６が操作され、そのシャッタ操作信号が撮像素子５３とメモリ５４に入力され、撮像素子５３が起動されて、眼底の静止画の取り込み動作に入るとともに、シャッタスイッチ４６の操作信号に同期して撮像素子５３からストロボ１４に発光を指示する信号が伝えられるので、ストロボ１４が発光する。ストロボ１４の発光により照明された眼底は、撮像素子５３により静止画として撮像される。

ステレオ撮影のときは、リングスリット１６’、単孔絞り３１’、結像レンズ５５に代えてリングスリット１６、２孔絞り３１、光路分割レンズ５１、５２が光路に挿入され、２孔絞り５０、撮影マスク４３が光路に挿入される。

眼底１ａからの光束は、２孔絞り３１により光路が左右に分割されて、フォーカスレンズ３２と結像レンズ３３により視差のある左右一対の中間像として撮影マスク４３の位置に結像され、この眼底像がモニタ４１により観察される。眼底にピントが合っていると、モニタ４１には、撮影マスク４３の位置に結像された一対の眼底像が重なり合って一つの眼底像として表示されるので、一対の眼底像がずれて２重像として表示される場合には、眼底にピントが合っていないことを示している。従って、この場合には、２重像が解消するように、フォーカスレンズ３２を調節して再度ピント合わせを行う。

また、撮影マスク４３の領域４３ｂは、赤外光のみを透過する領域であり、矩形開口部４３ａは、すべての帯域の光束を透過させるので、撮像素子４０で撮像され、モニタ４１に表示される画像には、図１の右上のＡで示したように、矩形開口部４３ａに対応した矩形の輪郭線４３ｃが表示され、検者はステレオ撮影時の撮影範囲がどの程度であるかを確認することができる。

撮影マスク４３の位置に結像された視差のある左右一対の眼底像は、リレーレンズ４７、２孔絞り５０を通過して光路分割レンズ５１、５２に入射する。

また、リレーレンズ４７は、第１結像レンズ３３の射出瞳像を、光路分割レンズ５１、５２に結ぶように配置される。つまり、リレーレンズ４７を介して、光路分割レンズ５１、５２は、被検眼前眼部１ｂとほぼ共役な位置に配置されており、２孔絞り３１の一方の孔３１ａの像が、光路分割レンズ５２の近傍に形成され、他方の孔３１ｂの像が、光路分割レンズ５１の近傍に形成される。従って、図２に示したように、２孔絞りの孔３１ａ、３１ｂの中心３１ｃ、３１ｄと光路分割レンズ５２、５１のレンズ中心５２ａ、５１ａはそれぞれ結像関係（共役な関係）にある。

また、撮影マスク４３の中心を経て、光路分割レンズ５１、５２のレンズ中心５１ａ、５２ａを通る光線５１ｂ、５２ｂは、撮像面５３ａの点５１ｃと５２ｃに到達する。到達点５１ｃ、５２ｃの距離が、撮影光軸４８に直交する方向（図２で上下方向）に沿った撮像面５３ａの全長Ｌのほぼ半分の距離に等しい長さに設定されるので、左右一対の眼底像で光路分割レンズ５１により結像される眼底像は、撮像面５３ａの上半分に、また光路分割レンズ５２により結像される眼底像は、撮像面５３ａの下半分に互いに重なることなく、分離されて撮像され、撮像面５３ａの全体を有効に使用した立体視用の眼底画像の取得が可能となる。

図２において、薄い点で塗りつぶした光線の経路から分かるように、視差のある左画像（図２で下側）は撮像面の左側（下側）に、また右画像は右側（上側）に結像され、従来のように、左右を入れ換えるためのプリズムを必要とすることなく、左右関係が整合した視差画像を取得することができる。

可視カット赤外透過フィルタ１３が光路から離脱され、リターンミラー６０を光路に挿入したときには、図１に示したように、光路分割レンズ５１、５２で分離された左右一対の視差のある眼底像は、ミラー６１を介して接眼レンズ６２で観察することができる。このとき、観察される眼底像は、図１の右上のＢで示したように、分離された左右一対の視差のある眼底像１ｃ、１ｄであり、検者は眼底を立体視することができる。

撮像素子５３で撮像する場合には、シャッタスイッチ４６を操作する。この操作に同期してリターンミラー６０が光路から離脱され、ストロボ１４が発光する。ストロボ１４の発光により図１のＢで示したような重なることなく分離した左右一対の視差のある眼底像１ｃ、１ｄが撮像素子５３に撮像される。このようにして撮像された一対の眼底画像はメモリ５４に保存され、後で読み出して立体視装置により立体視することができる。

なお、図１に示したように、一対の光路分割レンズ５１、５２は、倍率の異なる他の一対の光路分割レンズ５１’、５２’に切り換えることができる。この場合には、縮小あるいは拡大した視差のある一対の眼底像が撮影される。このとき、切り換えに連動して、撮影マスク４３を倍率に応じて拡大あるいは縮小された開口を有する撮影マスク４３’に切り換えるようにする。

また、光路分割レンズ５１、５２に近接して配置される２孔絞り５０は、各レンズ５１、５２の鏡胴を利用できるので、必ずしも必要とするものではない。

なお、単眼撮影では、図５の上段に示したように、単孔絞り３１’と撮影マスク４２が光路に挿入され、合焦レンズ３２を移動させ、ＣＣＤ４０とＣＣＤ５３の撮像面と共役な位置にある撮影マスク４２に鮮明な眼底像がくるようにピント調節が行われる。この状態で、シャッタスイッチ４６を操作すれば、ピントのあった鮮明な眼底像がＣＣＤ５３により撮影される。

しかし、この状態で２孔絞り３１、撮影マスク４３に切り換えてステレオ撮影を行うと、図５の下段に示したように、２孔絞り３１の孔３１ａ、３１ｂが撮影光軸４８よりずれ偏芯しているので、眼底共役面Ｒが撮影マスク４３からずれてしまい、ＣＣＤ５３の撮像面からもずれてしまうことから、眼底を鮮明に撮影できなくなる。

また、図６ａに示したように、単眼撮影時には、被検眼１の瞳１ｂの中心を通る光路から被検眼眼底１ａが撮影されるので、被検眼１の水晶体２による色収差は基本的には微小である。しかし、ステレオ撮影時には、図６ｂに示したように、被検眼１の瞳１ｂの中心から外れた光路より被検眼眼底１ａが撮影されるので、水晶体２にプリズム作用が働く。図６ｃに示したように、プリズム３は、光線を赤色を含む光線３ａから紫色を含む光線３ｂに渡って色分解することから、ステレオ撮影時には、水晶体２のプリズム作用により色収差が発生する。

そこで、本発明では、図７に示したように、光路長ずれと色収差を補正するためのレンズ７０ａと７０ｂを接合した光学素子としての接合レンズ７０を、ステレオ撮影時に、光路分割レンズ５１、５２とＣＣＤ５３間に挿入する。この状態が、図８にも、簡略化した光学図で示されている。

接合レンズ７０は光路長を補正し、ステレオ撮影時図５に示した眼底共役面ＲをＣＣＤ４０、５３の撮像面に移動させるので、単眼撮影からステレオ撮影に切り換えても、ＣＣＤ５３によりピントの合った立体視用の一対の眼底像を撮影することができる。また、接合レンズ７０により色収差が補正されるので、色収差の少ない良好な画質の立体視用の眼底像を取得することができる。

１ 被検眼
２１ 穴あき全反射ミラー
２２ 対物レンズ
３１ ２孔絞り
３１’ 単孔絞り
３２ フォーカスレンズ
３３ 結像レンズ
４０ 撮像素子
４２、４３ 撮影マスク
４６ シャッタスイッチ
４７ リレーレンズ
５０ ２孔絞り
５１、５２ 光路分割レンズ
５３ 撮像素子
５５ 単眼撮影用結像レンズ
６２ 接眼レンズ
７０ 光路長及び色収差補正レンズ

Claims (12)

1. 被検眼眼底の画像を電子撮像手段で撮影する眼科撮影装置であって、
   被検眼の前眼部共役位置に配置され、被検眼眼底からの反射光束を視差のある左右一対の光束に分割するための２孔絞りと、
   前記分割された光束から左右一対の眼底像を中間像として結像する第１の結像光学系と、
   前記中間像として結像された一対の眼底像をそれぞれ左右に分離して電子撮像手段の撮像面に再結像する第２の結像光学系と、
   を有することを特徴とする眼科撮影装置。
2. 前記第２の結像光学系は、前記２孔絞りとほぼ共役な位置に配置され、中間像として結像された一対の眼底像からの光路を分割し、該一対の眼底像を電子撮像手段の撮像面に分離して再結像する一対の光路分割レンズから構成されることを特徴とする請求項１に記載の眼科撮影装置。
3. 前記一対の光路分割レンズと中間像が形成される面の間に、第１の結像光学系の射出瞳像を第２の結像光学系に結ぶためのレンズが配置されることを特徴とする請求項２に記載の眼科撮影装置。
4. 前記中間像の中心を経て前記一対の光路分割レンズのレンズ中心を通過する各光線が撮像面上に到達する２点間の距離が、撮影光軸に直交する方向に沿った撮像面の全長のほぼ半分に等しいことを特徴とする請求項２又は３に記載の眼科撮影装置。
5. 前記一対の光路分割レンズの各物体側開口位置に、各開口に合わせて第２の２孔絞りが配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
6. 前記第１の結像光学系は、被検眼視度に応じて光軸方向に移動されピントの合った中間像を形成するためのレンズを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
7. 前記第２の結像光学系と電子撮像手段の間にリターンミラーが設けられ、リターンミラーが光路に挿入されたときは、眼底像が双眼観察手段に導かれ、リターンミラーが光路から離脱されたときは、眼底像が電子撮像手段に導かれることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
8. 前記中間像が結像される位置と第２の結像光学系との間に光路分割手段が設けられ、該分割手段で分割された光路には観察用の動画撮影手段が設けられ、動画撮影手段への結像倍率は前記第２の結像光学系による結像倍率よりも低倍率であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
9. 前記中間像が結像される面に、眼底の撮影範囲を定める撮影マスクが配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
10. 前記中間像が結像される面に、眼底の撮影範囲を定める撮影マスクが配置され、前記一対の光路分割レンズは、倍率の異なる他の一対の光路分割レンズに切り換え可能で、該倍率の切り換えに連動して撮影マスクの開口形状が変化することを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
11. 前記２孔絞りから単孔絞りに切り換え、それに連動して前記一対の光路分割レンズを単一の結像レンズに切り換えてステレオ撮影と単眼撮影を可能にしたことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
12. 単眼撮影からステレオ撮影に切り換えられたとき、前記一対の光路分割レンズと電子撮像手段間に、光路長と色収差を補正する光学素子が挿入されることを特徴とする請求項１１に記載の眼科撮影装置。

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