以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態に係る眼底カメラの外観構成図である。
眼底カメラは、基台1と、基台1に対して左右方向(X方向)及び前後(作動距離)方向(Z方向)に移動可能な移動台2と、移動台2に対して3次元方向に移動可能に設けられ後述する光学系を収納する撮影部(装置本体)3と、被検者の顔を支持するために基台1に固設された顔支持ユニット5を備える。撮影部3は、移動台2に設けられたXYZ駆動部6により、被検眼Eに対して左右方向、上下方向(Y方向)及び前後方向に移動される。移動台2は、ジョイスティック4の操作により基台1上をXZ方向に移動される。また、回転ノブ4aを回転操作することにより、XYZ駆動部6がY駆動し撮影部3がY方向に移動される。なお、撮影部3の検者側には、眼底観察像、眼底撮影像、及び前眼部観察像等を表示するモニタ8が設けられている。
図2は、撮影部3に収納される光学系及び制御系の概略構成図である。光学系は、照明光学系10、被検眼の眼底像を撮影する眼底観察・撮影光学系30、アライメント指標投影光学系50、前眼部観察光学系60、固視標呈示光学系70から大別構成されている。
<照明光学系> 照明光学系10は、観察照明光学系と撮影照明光学系を有する。撮影照明光学系は、フラッシュランプ等の撮影光源14、コンデンサレンズ15、円形遮光部を持つ第1遮光板17a(例えば、リングスリット)、円形遮光部を中心に有すると共にリング状の開口を有するリングスリット17b、円形遮光部を持つ第2遮光板17c(例えば、リングスリット)、リレーレンズ18、ミラー19、中心部に黒点を有する黒点板20、リレーレンズ21、孔あきミラー22、対物レンズ25を有する。
また、観察照明光学系は、ハロゲンランプ等の光源11、波長750nm以上の近赤外光を透過する赤外フィルタ12、コンデンサレンズ13、コンデンサレンズ13とリングスリット17bとの間に配置されたダイクロイックミラー16、第1遮光板17aから対物レンズ25までの光学系を有する。ダイクロイックミラー16は、赤外光源11からの光を反射し撮影光源14からの光を透過する特性を持つ。
上記光学系において、被検眼と装置本体3の作動距離方向における位置関係が所定のアライメント基準位置(基準中心)に置かれたときに、被検眼の瞳孔(虹彩)とリングスリット17bとが共役な位置となるように配置されている。また、リングスリット17bが瞳孔共役とされた状態で、第1遮光板17aは被検眼の角膜、第2遮光板17cは被検眼の水晶体後面、と共役になるように光学設計がされている。なお、照明光学系10に配置された第1遮光板17a、リングスリット17b、第2遮光板17cは、被検眼前眼部の所定部位とそれぞれ共役になるように配置された遮光部材17を形成し、眼底撮影のための眼底照明光による角膜反射及び水晶体反射が眼底からの撮影光束に含まれて撮影用撮像素子35(後述する)に受光されるのを防止する有害反射光除去手段として機能する。
<眼底観察・眼底撮影光学系> 眼底観察・撮影光学系30は、対物レンズ25、孔あきミラー22の開口近傍に位置する撮影絞り31、光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズ32、結像レンズ33、眼底撮影時には挿脱機構39により光路から挿脱可能な跳ね上げミラー34を備え、撮影光学系と眼底観察光学系は対物レンズ25と撮影絞り31から結像レンズ33までの光学系を共用する。撮影絞り31は対物レンズ25に関して被検眼Eの瞳孔と略共役な位置に配置されている。フォーカシングレンズ32は、モータを備える移動機構49により光軸方向に移動される。35は可視域に感度を有する撮影用二次元撮像素子である。跳ね上げミラー34の反射方向の光路には、赤外光反射、可視光透過の特性を有するダイクロイックミラー37、リレーレンズ36、赤外域に感度を有する観察用二次元撮像素子38が配置されている。
また、対物レンズ25と孔あきミラー22の間には、光路分岐部材としての挿脱可能なダイクロイックミラー(波長選択性ミラー)24が斜設されている。ダイクロイックミラー24は、アライメント指標投影光学系50及び前眼部照明光源58の波長光(中心波長940nm)を反射し、眼底観察用照明の波長光の光源波長(中心波長880nm)を含む波長900nm以下を透過する特性を有する。撮影時には、ダイクロイックミラー24は挿脱機構66により連動して跳ね上げられ、光路外に退避する。挿脱機構66は、ソレノイドとカム等により構成することができる。
観察用の光源11を発した光束は、赤外フィルタ12により赤外光束とされ、コンデンサレンズ13、ダイクロイックミラー16により反射されて第1遮光板17aを照明する。そして、第1遮光板17aを透過した光は、リングスリット17b、第2遮光板17c、リレーレンズ18、ミラー19、黒点板20、リレーレンズ21を経て孔あきミラー22に達する。孔あきミラー22で反射された光は、ダイクロイックミラー24を透過し、対物レンズ25により被検眼Eの瞳孔付近で一旦収束した後、拡散して被検眼眼底部を照明する。
また、眼底からの反射光は、対物レンズ25、ダイクロイックミラー24、孔あきミラー22の開口部、撮影絞り31、フォーカシングレンズ32、結像レンズ33、跳ね上げミラー34、ダイクロイックミラー37、リレーレンズ36を介して撮像素子38に結像する。なお、撮像素子38の出力は制御部80に入力され、図5に示すようにモニタ8には、撮像素子38によって撮像される被検眼の眼底観察像が表示される。
また、撮影光源14から発した光束は、コンデンサレンズ15を介して、ダイクロイックミラー16を透過した後、眼底観察用の照明光と同様の光路を経て、眼底は可視光により照明される。そして、眼底からの反射光は対物レンズ25、孔あきミラー22の開口部、撮影絞り31、フォーカシングレンズ32、結像レンズ33を経て、二次元撮像素子35に結像する。
<フォーカス指標投影光学系> フォーカス指標投影光学系40は、赤外光源41、スリット指標板42、このスリット指標板42に取り付けられた2つの偏角プリズム43、投影レンズ47、照明光学系10の光路に斜設されたスポットミラー44を備える。スポットミラー44はレバー45の先端に固着されていて、通常は光軸に斜設されるが、撮影前の所定のタイミングで、ロータリソレノイド46の軸の回転により、光路外に退避させられる。なお、スポットミラー44は被検眼の眼底と共役な位置に配置される。光源41、スリット指標板42、偏角プリズム43、投影レンズ47、スポットミラー44及びレバー45は、フォーカシングレンズ32と連動して移動機構49により光軸方向に移動される。また、フォーカス指標投影光学系40のスリット指標板42の光束は、偏角プリズム43及び投影レンズ47を介してスポットミラー44により反射された後、リレーレンズ21、孔あきミラー22、ダイクロイックミラー24、対物レンズ25を経て被検眼Eの眼底に投影される。図5に示すように、眼底へのフォーカスが合っていないときは、スリット指標板42の指標像S1・S2は分離され、フォーカスが合っているときに一致して投影される。そして、被検眼Eの眼底上に投影されたフォーカス指標像S1・S2は、眼底観察用の撮像素子38によって眼底像と共に撮像される。
<アライメント指標投影光学系> アライメント用指標光束を投影するアライメント指標投影光学系50には、図2の左上の点線A内の図に示すように、撮影光軸L1を中心として同心円上に45度間隔で赤外光源が複数個配置されており、撮影光軸L1を通る垂直平面を挟んで左右対称に配置された赤外光源51とコリメーティングレンズ52を持つ第1指標投影光学系(0度、及び180)と、第1指標投影光学系とは異なる位置に配置され6つの赤外光源53を持つ第2指標投影光学系と、を備える。この場合、第1指標投影光学系は被検眼Eの角膜に無限遠の指標を左右方向から投影し、第2指標投影光学系は被検眼Eの角膜に有限遠の指標を上下方向もしくは斜め方向から投影する構成となっている。なお、図2の本図には、便宜上、第1指標投影光学系(0度、及び180度)と、第2指標投影光学系の一部のみ(45度、135度)が図示されている。
<前眼部観察光学系> 被検眼の前眼部を撮像する前眼部観察(撮影)光学系60は、ダイクロイックミラー24の反射側に、フィールドレンズ61、ミラー62、絞り63、リレーレンズ64、赤外域の感度を持つ二次元撮像素子(受光素子)65を備える。また、二次元撮像素子65はアライメント指標検出用の撮像手段を兼ね、中心波長940nmの赤外光を発する前眼部照明光源58により照明された前眼部とアライメント指標が撮像される。前眼部照明光源58により照明された前眼部は、対物レンズ25、ダイクロイックミラー24及びフィールドレンズ61からリレーレンズ64の光学系を介して二次元撮像素子65により受光される。また、アライメント指標投影光学系50が持つ光源から発せられたアライメント光束は被検眼角膜に投影され、その角膜反射像は対物レンズ25〜リレーレンズ64を介して二次元撮像素子65に受光(投影)される。二次元撮像素子65の出力は制御部80に入力され、図3及び図4に示すようにモニタ8には二次元撮像素子65によって撮像された前眼部像が表示される。なお、前眼部観察光学系60は、被検眼に対する装置本体のアライメント状態を検出する役割を兼用する。また、撮像素子65による受光結果は、被検眼の睫及び瞼の状態を検出するために用いられる(詳しくは、後述する)。
<固視標呈示光学系> 被検眼を固視させるための固視標を呈示する固視標呈示光学系70は、赤色の光源74、開口穴が形成された遮光板71、リレーレンズ75を備え、ダイクロイックミラー37を介して跳ね上げミラー34から対物レンズ25までの観察光学系30の光路を共用する。
この場合、光源74により遮光板71が背後から照明されることにより固視標(固視灯)となる。そして、固視標からの光束は、リレーレンズ75、ダイクロイックミラー37、跳ね上げミラー34、結像レンズ33、フォーカシングレンズ32、孔あきミラー22、ダイクロイックミラー24、対物レンズ25を通過して被検眼眼底に集光し、被検者は開口穴71からの光束を固視標として視認する。
<制御系> 二次元撮像素子65、38、35は制御部80に接続されている。制御部80は二次元撮像素子65に撮像された前眼部画像からアライメント指標を検出処理する。また、制御部80はモニタ8に接続され、その表示画像を制御する。制御部80には、他に、XYZ駆動部6、移動機構49、挿脱機構39、挿脱機構66、回転ノブ4a、撮影スイッチ4b、各種のスイッチを持つスイッチ部84、記憶手段としてのメモリ85、各光源等が接続されている。ここで、制御部80は、撮像素子65の撮影信号に基づいて被検眼に対する装置本体3のアライメント偏位量を検出する役割を有する。
なお、スイッチ部84には、被検眼に対する装置本体3(撮影光学系30)の位置を所定の位置関係とするためのアライメント調整を装置で自動的に行う自動アライメントモードと手動にて行う手動アライメントモードとを選択するスイッチ84a、眼底のフォーカス状態の調整を装置で自動的に行うオートフォーカスモードと手動にて行う手動フォーカスモードとを選択するスイッチ84b、撮影可能条件が充足したら自動的に撮影が実行される自動撮影モードと検者が撮影スイッチ4bを押して撮影を実行する手動撮影モードとを選択するスイッチ84c、手動にてフォーカス調整を行うためのフォーカススイッチ84d、などが設けられている。
また、制御部80は、図3、図4の前眼部像観察画面(図5の眼底観察画面に表示させてもよい)示すように、アライメント基準となるレチクルLTを表示モニタ8の画面上の所定位置に電子的に形成して表示させるとともに,制御部80にて検出されたアライメント偏位量に基づいてレチクルLTとの相対距離を変化させるようにアライメント指標A1を表示モニタ8の画面上に電子的に形成して表示させる。
以上のような構成を備える眼底カメラの動作について説明する。ここでは、スイッチ84a〜84cにより自動アライメントモード、オートフォーカスモード、及び自動撮影モードを選択した場合を、図6及び図7のフローチャートを使用して説明する。
まず、被検者の顔を顔支持ユニット5により支持する。初期段階では、ダイクロイックミラー24は撮影光学系30の光路に挿入されており、二次元撮像素子65に撮像された前眼部像がモニタ8に表示される。検者は、前眼部像がモニタ8に現れるようにジョイスティック4の操作により撮影部3を左右上下に移動する。前眼部像がモニタ8に現われるようになると、図3に示すように、8つの指標像Ma〜Mhが現われるようになる。
前述のように被検眼角膜上に投影されたアライメント指標像が二次元撮像素子65に検出されると、制御部80は、自動アライメント制御を開始する。制御部80は、二次元撮像素子65からの撮像信号に基づいて被検眼に対する装置本体3のアライメント偏位量Δdを検出する。より具体的には、リング状に投影された指標像Ma〜Mhによって形成されるリング形状の中心のXY座標を略角膜中心として検出し、予め撮像素子65上に設定されたXY方向のアライメント基準位置O1(例えば、撮像素子65の撮像面と撮影光軸L1との交点)と角膜中心座標との偏位量Δdを求める(図8参照)。
そして、制御部80は、この偏位量Δdがアライメント完了の許容範囲Aに入るように、XYZ駆動部6の駆動制御による自動アライメントを作動する。偏位量Δdがアライメント完了の許容範囲Aに入り、その時間が一定時間(例えば、画像処理の10フレーム分又は0.3秒間等)継続しているか(アライメント条件Aを満足しているか)により、XY方向のアライメントの適否を判定する。
また、制御部80は、前述のように検出される無限遠の指標像Ma,Meの間隔と有限遠の指標像Mh,Mfの間隔とを比較することによりZ方向のアライメント偏位量を求める。この場合、制御部80は、装置本体3が作動距離方向にずれた場合に、前述の無限遠指標Ma,Meの間隔がほとんど変化しないのに対して、指標像Mh,Mfの像間隔が変化するという特性を利用して、被検眼に対する作動距離方向のアライメント偏位量を求める(詳しくは、特開平6−46999号参照)。
また、制御部80は、Z方向についても、Z方向のアライメント基準位置に対する偏位量を求め、その偏位量がアライメントが完了したとされるアライメント許容範囲に入るように、XYZ駆動部6の駆動制御による自動アライメントを作動する。Z方向の偏位量がアライメント完了の許容範囲に一定時間入っているか(アライメント条件を満足しているか)により、Z方向のアライメントの適否を判定する。なお、本実施形態ではZ方向のアライメントの許容幅を基準位置を中心に非対称とすることによってアライメント時間の短縮させつつ、可能な限りフレアを抑えた眼底画像を得るようにしている。このようなアライメント許容幅に関する詳細は後述する。
前述したアライメント動作によって、XYZ方向のアライメント状態がアライメント完了の条件を満たしたら、制御部80はXYZ方向のアライメントが合致したと判定し、次のステップに移行する。ただし、自動アライメントの作動開始以降、制御部80は、被検眼の動き等により各方向のアライメント偏位量が許容範囲から外れたら、再度、許容範囲に入るように装置本体3を移動させる。すなわち、自動アライメント制御は、撮影が実行されるまで継続される。
次に、制御部80は、被検眼の瞳孔状態の適否の判定を開始する。この場合、瞳孔径の適否は、撮像素子65による前眼部像から検出される瞳孔エッジが、所定の瞳孔判定エリアから外れているか否かで判定される。瞳孔判定エリアの大きさは、画像中心(撮影光軸中心)を基準に、眼底照明光束が通過可能な径(例えば、直径4mm)として設定されているものである。簡易的には、画像中心を基準に左右方向及び上下方向で検出される4点の瞳孔エッジを使用する。瞳孔エッジの点が瞳孔判定エリアよりも外にあれば、撮影時の照明光量が十分に確保される(詳しくは、本出願人による特開2005−160549号公報を参考にされたい)。なお、瞳孔径の適否判定は、撮影が実行されるまで継続され、その判定結果がモニタ8上に表示される(図3〜図5のアイコン表示Pz参照、図3、図4(a)、図5は瞳孔径OKの状態、図4(b)はエラーの状態)。なお、被検眼の瞳孔径が不十分であると判定された場合、通常の絞りに代えて、小瞳孔径用の絞りを光路に自動的に挿入するようにしてもよい。ここで、瞳孔径がOKと判定されると、制御部80は、次のステップに移行する。
次に、制御部80は、撮影光源14から発せられた眼底への照明光束が睫もしくは瞼によって反射されて撮像素子35に受光されることで、撮影画像にフレアが生じるのを回避するために、撮像素子65からの画像信号に基づいて被検眼の瞼と睫の状態(開瞼状態)を検出し、検出結果に基づいて被検眼の瞼と睫の状態の適否を判定する。
なお、以下の説明では、瞼の状態の適否と睫の状態の適否とを分けて判定処理を行う場合について示す。
瞼の状態を検出する場合、制御部80は、アライメントが合った状態において、被検眼角膜の上側に形成されるアライメント指標像(例えば指標像Mc)の少なくとも一つが撮像素子65上に検出されるか否かにより瞼の状態の適否を判定し、アライメント指標像が検出されなかった場合(図9(b)参照)、開瞼状態が不十分であると判定する。この場合、被検眼の瞼及び睫の状態が適正な状態でない(エラー)と判定される。
また、制御部80は、被検眼角膜の上側に形成されるアライメント指標像(例えば指標像Mc)が撮像素子65上の所定エリアに検出されていてもさらに、検出状態を詳細に分析し、睫の状態を検出し、その適否を判定する。
例えば、指標像Mcを投影する光束に睫がかかると、光束の一部が睫で遮光され、指標像Mcが縦方向(斜め方向も含む)に割れた状態(指標像Mcに黒い縦線が入った状態)で撮像素子65に受光される。
そこで、制御部80は、撮像素子65上の指標像Mcが略左右方向に分割されているかを例えば画像処理により判定することにより、眼底撮影における睫の状態が適正であるかを否かを検出する。ここで、縦割れ等の一部の欠損が生じていない状態で指標像Mcが検出されていれば(図9(a)参照)、制御部80は、睫及び瞼の両方の状態が適正と判定する。また、指標像Mcの縦割れがあるとき(図9(c)参照)、制御部80は、睫の状態はエラー、瞼の状態は適正と判定する。なお、上記判定について、簡易的に、指標像Mcの本来の輝点サイズよりも小さい複数の輝点が撮像素子35上の所定エリアに撮像されるかにより判定してもよいし、指標像Mc上の黒い縦線の有無により睫の状態を判定してもよい。なお、上記瞼及び睫の適否判定は、撮影が実行されるまで継続され、その判定結果がモニタ8上に表示される((図3〜図5のアイコン表示Ms参照、図3、図4(a)、図5は開瞼OKの状態、図4(b)は開瞼エラーの状態))。なお、上記において、図9(d)に示すように、指標像Mcの上部に欠損が生じたときに瞼エラーと判定するようにしてもよい。なお、開瞼状態がOKと判定されると、制御部80は、次のステップに移行する。
次に、制御部80は、被検眼の眼底に対するオートフォーカスを行う。図5は、撮像素子38で撮像される眼底像の例であり、眼底像の中心にフォーカス視標投影光学系40によるフォーカス指標像S1、S2が投影されている。ここで、フォーカス指標像S1,S2は、フォーカスが合っていないときには分離され、フォーカスが合っているときに一致して投影される。フォーカス指標像S1,S2は、画像処理部80により検出処理され、その分離情報が制御部80に送られる。制御部81はフォーカス指標象S1,S2の分離情報を基に、両者が一致するように移動機構39を駆動制御して眼底のフォーカス合わせを行う。なお、自動調整によって、フォーカス指標S1、S2が合致しない場合、制御部80は、オートフォーカスを停止し、検者の手動によるフォーカス調整に切り換えるようにしてもよい。ここで、フォーカス状態がOKと判定されると、制御部80は、次のステップに移行する。
図4は、前述のように自動アライメント、瞳孔径判定、瞼睫の判定、自動フォーカス調整、が行われている際にモニタ8に表示される前眼部観察画面を示す図である。
モニタ8の画面中央における所定位置には、円形のレチクルLTと撮影可能な最小瞳孔径を示す円形マークPが電子的に形成され、前眼部像に重ねて合成表示(スーパインポーズ)される。
また、制御部80は、被検者の開瞼状態を判断させるための目安となる確認用指標120を瞼及びまつげを模した指標としてモニタ8の画面の所定位置に前眼部像とともに表示させる。確認用指標120は、検者に被検眼の瞼の状態を確認させるための瞼確認用指標100と、検者に被検眼の睫の状態を確認させるための睫確認用指標110とから構成される。このような確認用指標120は、モニタ8の画面上方における所定位置に電子的に表示する。なお、確認用指標120の画面上の合成表示位置は、被検眼と装置との位置関係がアライメント許容範囲内に置かれた状態において、モニタ8の画面上に表示されている被検眼の瞼及び睫がこれ以上、下がってないことを確認するための位置(許容下限位置)となる。なお、指標100及び指標110は、人眼の瞼と睫を模式的に示すようなグラフィックとなっており、指標100は横方向に延びる上凸カーブの曲線として、指標110は指標100に対して略垂直に交差する線として表示される。
前述のように被検眼に対する自動アライメントが行われると、モニタ8上におけるアライメント基準位置近傍(レチクルLTの中心)に被検眼の角膜頂点(又は瞳孔中心)が位置された状態になる。ここで、開瞼エラーが生じていると、制御部80はこれ以降の自動制御を一旦停止し、モニタ8に前眼部像とエラー情報とを表示した状態とする。このとき検者は、モニタ8に表示されている指標100と指標110を目安に、被検眼の開瞼状態を判断できる。この場合、被検眼の瞼が指標100より上にあれば(図4(a)参照)、検者は、被検眼の瞼が適正に上がっていることを確認でき、被検眼の瞼が指標100より下にあれば(図4(b)参照)、検者は、被検眼の瞼が適正位置より下がっていることを確認できる。
なお、指標100が表示される所定位置としては、前述したようにアライメント完了状態における瞼の下限位置と,指標100の表示位置との上下方向における位置関係から瞼の状態が適正であるかを検者が判断できる位置に表示することが考えられる。より具体的には、図10に示すように、被検眼の瞼から下方に延びる睫が眼底への照明光束と眼底からの撮影光束との共通光路中に入りにくくなるように、睫の垂れ下がり分を考慮して、共通光路の中に瞼自体が到達する下限位置よりも上方に瞼の許容下限位置が設定されている。そして、制御部80は、モニタ8に表示される前眼部観察画面において、前述のように設定された瞼の許容下限位置に対応する表示位置に指標100を表示する。なお、上記共通光路に睫が置かれると、睫に照射された眼底への照明光束が反射光として撮影光束と共に撮像素子35に受光されてしまい、眼底画像にフレアが生じる。
また、瞼を模した指標100と共に睫を模した指標110が表示されることにより、開瞼状態の判断においては、瞼の状態の確認と共に、睫の状態の確認が必要であることを検者に直接的に想起させることができる。さらに、図3及ぶ図4のように、瞼を示す指標100よりも画面下側に睫を示す指標110が表示されたグラフィック表示とすることで、瞼の状態が適正であっても、睫の状態によってエラーが起こりうることを検者により直接的に想起させることができる。
このようにすれば、検者は、画面端に表示されるエラーを報知するアイコンのみの表示に比べると、被検眼の瞼及び睫の状態が眼底撮影において適正であるか否かを視覚的に判断できる。
なお、上記前眼部観察画面において、制御部80は、前述のように被検眼の瞼と睫の状態を検出したときの検出結果に基づいて、モニタ8に表示される指標のまつげ部分又は瞼部分を個別に強調表示するようにしてもよい。
より具体的には、被検眼の瞼及び睫の状態が共にエラーであると判定された場合、制御部80は、瞼指標100を点滅表示し(睫指標も含めた点滅でもよい)、開瞼が不十分である旨を検者に報知する。
また、睫の状態がエラー、瞼の状態が適正であると判定された場合、制御部80は、睫指標110を点滅表示し、被検眼の瞼の状態が不十分である旨を検者に報知する。この場合、検者は、報知結果に基づいて、被験者に対して眼を大きく開くように指示したり、被検眼の瞼を持ち上げることにより、被検眼の眼底撮影を適正に行うための作業を行い、制御部80によって瞼及び睫の状態が適正であると判定されるようにする。
なお、上記のように強調表示を行う場合、制御部80は、被検眼の睫の状態が不十分であることを強調表示できるものであればよく、例えば、指標110の色を変化させてもよい、指標110の線を太くするようなグラフィックとしてもよい。また、上記に限るものではなく、制御部80は撮像素子の受光結果に基づいて、エラー要因となる睫,瞼の位置を特定し、新たな指標(好ましくは睫や瞼の形状を模した指標)を画面上における前述した特定位置に表示させるようにしてもよく、例えば、レチクルLTと指標100との間に、睫を模した直線又曲線を表示するようなことが考えられる。この場合、睫の下限位置を画像処理により検出し、その検出結果に応じて、睫を模した直線又曲線の色を変化させるようにしてもよい。
次に、前眼部観察画面から眼底観察画面への切換制御及び自動撮影時の動作について説明する(図7のフローチャート参照)。ここで、所定のアライメント条件を満たし、かつ、所定のフォーカス条件を満たし、さらに、被検眼の開瞼状態及び瞳孔の状態が適正と判定されると、制御部80は、モニタ8の表示画像を前眼部像から眼底観察像に切換える。なお、制御部80は、眼底観察像の表示への切り換えに応じて指標100及び指標110を非表示とするべく、モニタ8の画面上から指標120(指標100及び指標110)を消去する。また、制御部80は、光源41を消灯させると共に、ロータリソレノイド46を駆動させてスポットミラー44及びレバー45を照明光路から退避させる。このように、撮影開始のトリガ信号が発せられる前にフォーカス指標の投影を停止させることにより、被検者は、視認可能なフォーカス指標に惑わされることなく、固視灯を固視できるため、被検眼の固視状態が乱れるのを回避できる。
また、前述のような所定の条件が満たされると、制御部80は、自動撮影が可能な状態とし、制御部80は、瞬きの検出を開始させ、被検眼の瞬きを検出したことをトリガとして自動的に撮影を行うタイミングを設定し、設定した撮影タイミングを用いて自動撮影を行う。言い換えれば、少なくとも被検眼の瞬きが行われない間は撮影を禁止する制御を行うこととなる。
ここで、被検眼の瞬きを検出する手法としては、例えば、指標像Mcが撮像素子35上の所定エリアに検出された状態から検出されない状態に切り換わった後、所定時間(例えば、0.5秒以内)経過後に、指標像Mcが検出されたか否かを検出することにより、瞼が開いた状態からの瞼の閉開動作(瞼が閉じて開く動き)の有無を判定するようなことが考えられる。なお、上記検出において、所定時間(例えば、0.5秒)指標像が検出されない(瞼を閉じた状態)ことを条件としたのは、比較的遅い速度で眼を開閉させることによって、長時間の開瞼で溜まった涙液の角膜上での分布を眼底撮影に適正な状態にさせるためである。なお、瞬き検出時において、制御部80は、検者によって撮影スイッチ4bが押されたときには、後述する固視判定まで処理をスキップする(瞬き検出処理のスキップ)ことにより、強制的に撮影処理に移行するようにしてもよい。
次に、制御部80は、上記のような瞬き検出によって被検眼の瞬きがあったことが検出されると、瞬きの検出時から所定時間(例えば、0.5秒間)撮影動作を禁止する(図11のブロック区間参照)と共に、所定時間が経過して撮影禁止が解除されたタイミングを撮影タイミングとして設定する。そして、決定した撮影タイミングに到達した際に、アライメント検出結果、後述する固視状態検出結果、等に基づいて自動撮影を行う。なお、瞬きの検出後に所定の撮影禁止時間を設けたのは、瞬きの直後は被検眼の固視が安定せず、撮影時に被検眼が動くことによって撮影画像にフレアが生じてしまうのを回避するためである。
ここで、撮影禁止時間が終了すると、制御部80は、瞬きの検出後における被検眼の固視状態の安定を検出する(被検眼の微動状態の検出)。より具体的には、瞬きの検出後、所定時間ΔT1(例えば、2秒間)において、被検眼に対する装置本体のアライメント偏位量がアライメント許容範囲Aより広い固視許容範囲K内に所定時間ΔT2(例えば、1秒間)継続して入っているか否かにより、瞬き検出後に固視状態が安定したか否かを判定する。なお、瞬きの検出後、被検眼の固視の安定を検出してから撮影動作を開始することにより、撮影実行の際に被検眼が動くことによって撮影画像にフレアが生じてしまうのを回避できると共に、瞬き検出からスムーズに撮影動作を開始できる。
そして、瞬きの検出後、所定時間ΔT1において、アライメント偏位量が所定時間ΔT2継続して固視許容範囲K内にあることが検出されると、制御部80は、固視状態が安定されたと判定し、アライメント条件、瞼及び睫並びに瞳孔径を最終的に判定し、これらが適正であると判定されていれば、撮影開始のトリガ信号を発する。すなわち、制御部80は、設定された撮影タイミングに到達した際にアライメント検出結果、瞳孔状態検出結果、開瞼状態検出結果、とに基づいて自動撮影を行う。
なお、制御部80は、瞬きの検出後、所定時間ΔT1の間、上記条件が充足されず固視状態が不安定と判定された場合、固視状態の安定検出を終了(スキップ)し、アライメント判定に移行する(図11参照)。そして、アライメント条件、瞼及び睫並びに瞳孔径を再度判定し、これらが適正であると判定されたら、撮影開始のトリガ信号を発する。
ここで、撮影開始のトリガ信号が発せられると、制御部80は、挿脱機構39を駆動させることにより跳ね上げミラー34を光路から離脱させ、挿脱機構66を駆動することによりダイクロイックミラー24を光路から離脱させると共に、撮影光源14を発光する。このとき、二次元撮像素子35によって眼底像が撮影され、メモリ85に撮影された画像データが記憶される。そして、制御部80は、モニタ8の表示画面を二次元撮像素子35で撮影されたカラーの眼底画像に切換える。
以上のように、開瞼状態で自動撮影状態に移行した後、瞼の閉開動作が検出されるまで眼底撮影を禁止し、閉開動作の検出信号を撮影開始のトリガに用いることにより、瞬きによって涙液の角膜上での分布が眼底撮影に適正になった状態で眼底を撮影できるため、フレアの少ない適正な眼底画像を取得できる。
いいかえれば、自動撮影状態に至るまでの長時間の開瞼が原因で、角膜上に涙液が溜まった状態で眼底が撮影されることにより眼底画像に乱れが生じる(例えば、涙による解像度低下、フレアーの発生等)のを回避できる。また、瞬き後に眼底撮影を行うことにより撮影中に瞬きがされる可能性を軽減できる。
なお、上記のように被検眼の瞬き検出を撮影開始のトリガとする場合、制御部80は、被検眼の瞬きを促すためのメッセージを報知するようにしてもよい。例えば、被検眼に瞬きをさせるための旨のメッセージ(例えば、ゆっくり瞬きをして、眼を大きく開いて下さい)をモニタ8に表示し、メッセージを検者に読ませるようにしてもよい。また、装置に音声発生部を設け、被検眼に瞬きをさせるための旨のメッセージを自動的に発生させるような構成としてもよい。また、制御部80は、瞬き検出を開始してから瞬きが検出されるまでの間、前眼部観察像を表示させるようにしてもよい。
なお、以上の説明においては、所定のアライメント条件を満たし、かつ、所定のフォーカス条件を満たし、さらに、被検眼の瞼と睫の状態及び瞳孔の状態が適正と判定されたときに、自動撮影が可能な状態とするような制御としたが、所定の信号の入力により自動撮影可能状態とするものであればよい。例えば、制御部80は、前述のように検出される被検眼に対するアライメント状態の検出信号、及び前述のように検出されるフォーカシングレンズ32の移動により調整される眼底のフォーカス状態の検出信号の入力に基づいて自動撮影可能状態とするようにしてもよい。
また、以上の説明においては、所定の信号の入力が制御部80によって行われることにより自動撮影可能状態に移行され、自動的に撮影を行うタイミングを設定する構成としたが、所定の信号の入力が検者からの手動操作によるものであっても本発明の適用は可能である。例えば、制御部80は、撮影スイッチ4bからの操作信号の入力によって自動撮影可能状態とし、自動的に撮影を行うタイミングを設定し、設定した撮影タイミングを用いて自動撮影を行うようなものであってもよい。
また、以上の説明において、自動撮影可能状態に移行後における自動アライメントについて、制御部80は、自動撮影可能状態に移行する前の許容範囲より狭く設定されたアライメント許容範囲に入るように、装置本体3を自動的に移動させるようにしてもよい。そして、各方向のアライメント偏位量がより狭く設定された許容範囲から外れたら、装置本体3を再度設定された許容範囲に入るように装置本体3を移動させる。これにより、眼底撮影の前に、被検眼と撮影光軸L1との位置関係をより精密に調整でき、フレアの少ない適正な眼底画像を撮影できる。
また、上記指標100及び指標110の表示について、上記のように撮影タイミングを自動的に決定し自動撮影を行う自動撮影(オートショット)モードと、検者の意思によって撮影タイミングを決定し撮影を行う手動撮影(マニュアルショット)モードとを選択可能な装置の場合、制御部80は、自動撮影モードが選択されているときはモニタ8の画面に指標100及び指標110の表示を行い、手動撮影モードが選択されているときは指標100及び指標110の表示を行わない表示制御を行うようにしてもよい。
また、以上の説明において、眼底観察画面と前眼部観察画面を同一画面上に表示するようにしてもよい。例えば、制御部80は、上記動作において、眼底画面(図5参照)を表示するタイミングにおいては、前眼部画面(図3、図4参照)を子画面表示にする。また、前眼部画面(図3、図4参照)を表示するタイミングにおいては、眼底画面(図5参照)を子画面表示にする。また、図3、図4のような前眼部観察画面のまま、撮影を行うようにしてもよく、この場合、上記示したタイミングでフォーカス指標の投影を停止させると共に、わずかに視認可能な眼底観察照明を消灯させることもでき、さらに固視状態を安定させることができる。
また、上記眼底観察画面において、制御部80は、開瞼状態を検出し、開瞼エラーがあったときに、前眼部表示画面に切換えるようにしてもよい(眼底像と前眼部像を同時表示させた状態から前眼部像を拡大表示させる制御を含む)。
以下に、本実施形態に係る装置の作動距離方向のアライメント調整手法について説明する。なお、以下の説明では、被検眼の所定基準位置(例えば、角膜頂点位置、瞳孔中心位置等)に撮影光軸が配置され、被検眼に対する装置本体3におけるXYアライメント調整が完了していることを前提としている。
図12は、照明光学系10に設けられた遮光部材17と被検眼の前眼部と関係について示す図である。図12(a)は、リングスリット17bと被検眼の瞳孔とが共役な位置に置かれているときの図である。この場合、遮光部材17が持つ各遮光部材によって、眼底への照明光束の光路と眼底からの撮影光束の光路との共通光路から被検眼角膜及び水晶体前後面が外れるため、眼底照明光による角膜反射及び水晶体反射が撮像素子35に到達するのを回避でき、撮影される眼底画像への角膜反射及び水晶体反射によるフレアを回避できる。
図12(b)は、アライメント基準位置から被検眼と装置本体3とを接近させていったときの図である。この場合、眼底への照明光束の光路と眼底からの撮影光束の光路との共通光路に被検眼の角膜が置かれた状態となるため、眼底照明光による角膜反射が撮像素子35に受光され、撮影される眼底画像に角膜反射フレアが含まれるようになる。そして、被検眼と装置本体3が近づくほど、角膜反射フレアは増大する。
図12(c)は、アライメント基準位置から被検眼と装置本体3とを離間させていったときの図である。この場合、眼底への照明光束の光路と眼底からの撮影光束の光路との共通光路に被検眼の水晶体後面が置かれた状態となるため、眼底照明光による水晶体後面反射が撮像素子35に受光され、撮影される眼底画像に水晶体後面反射フレアが含まれるようになる。そして、被検眼と装置本体3が近づくほど、水晶体後面反射フレアは増大する。
ここで、制御部80は、図12(a)にあるように、リングスリット17bと被検眼の瞳孔とが共役な位置に置かれた状態での被検眼に対する装置本体3の作動距離を基準作動距離としてZ方向におけるアライメント偏位量を検出する。すなわち、リングスリット17bと被検眼瞳孔とを略共役とさせた状態をZ方向のアライメント基準位置として、Z方向におけるアライメント偏位量を検出する。
そして、制御部80は、前述のように検出されるZ方向のアライメント偏位量が所定のアライメント許容範囲Zaを満たしているときに、Z方向のアライメントを適正と判定し、Z方向のアライメント偏位量が許容範囲Zaから外れているときに、Z方向のアライメント偏位量が許容範囲Zaに入るように装置本体3を移動させる。
図13は、本実施形態に係るZ方向のアライメント許容範囲Zaについて説明する図である。アライメント許容範囲Zaは、アライメント基準位置Zkを基準として、被検眼と装置本体3とが近づく方向に狭く(許容範囲を設けないものも含む)、被検眼と装置本体3とが遠ざかる方向に広くなるように設定されている。言い換えれば、アライメント基準位置Zkを中心に、被検眼と装置本体3とが近づく方向についてのアライメントの許容幅dNと、被検眼と装置本体3とが遠ざかる方向についてのアライメントの許容幅dFとが非対称となるように、アライメント許容範囲が設定されている。
ここで、所定のアライメント許容範囲Zaが広く設定されていれば、Z方向におけるアライメント完了条件が緩和され、Z方向のアライメント時間を短縮できるが、前眼部反射によって眼底画像にフレアが生じてしまう可能性が高まる。逆に、所定のアライメント許容範囲Zaが狭く設定されていれば、Z方向におけるアライメント完了条件が厳しく、前眼部反射による眼底画像へのフレア発生を軽減できるが、Z方向のアライメント時間が長くなる。
そこで、本実施形態では、アライメント許容幅dFを広くして水晶体後面反射フレアの発生を比較的緩く許容した上で、アライメント許容幅dNを狭くして角膜反射フレアの発生を比較的厳しく制限することにより、アライメント許容範囲を比較的広く確保できてアライメントをスムーズに行うことができると共に、水晶体後面フレアよりも眼底画像への有害度が大きい角膜反射フレアの発生を回避できるため、フレアの少ない適正な眼底画像を得ることができる。
なお、以上の説明においては、Z方向のアライメント許容範囲について、アライメントの許容幅が基準位置を中心に非対称となるようにしたが、これに限るものではなく、上下、左右方向のアライメント許容範囲について、アライメントの許容幅が基準位置を中心に非対称となるようにしてもよい。例えば、所定の固視誘導光学系により被検眼を上方向に向けた状態で眼底上部の撮影を行う場合において、被検眼の角膜頂点と撮影光軸L1とが一致した状態を上下方向のアライメント基準位置として場合、アライメント基準位置に対して、撮影光軸L1が上方向に移動する方向へのアライメント許容幅を広くし、撮影光軸L1が下方向に移動する方向へのアライメント許容幅を狭くするようなことが考えられる。なお、上記における角膜頂点とは、撮影光軸L1に対して平行な直線であって被験者眼の角膜曲率中心を通過する直線と,被験者眼角膜と,が交わる点を表す。
図14はマニュアルフォーカスモードに移行する場合の装置の動作について示すフローチャートである。なお、図6に示したフローチャートの同一の部分については、詳しい説明を省略する。なお、図14では、図6のフローチャートに対して、開瞼状態の判定と、所要瞳孔径の判定の順序が逆になっている。
ここで、制御部80は、被検眼に対するオートアライメント、開瞼判定、及び所要瞳孔径判定を経て、オートフォーカス制御を行い、フォーカス完了後にモニタ8を眼底観察画面に切り換える。その後、自動撮影可能状態とした後に、被検眼の瞬きを検出したことをトリガとして撮影タイミングを設定する。なお、開瞼判定と所要瞳孔径の判定について、図14では、スイッチ部84に設けられた所定のスイッチからの操作信号に基づいて、開瞼検出及び所要瞳孔径の検出結果を無効とみなし判定をスキップすることが可能となっている。すなわち、開瞼判定において、被検眼の開瞼が不十分であると判定された場合、スイッチ部84に設けられた所定のスイッチが押されると、制御部80は、開瞼判定をスキップさせ、次のステップに移行する。また、所要瞳孔径判定において、被検眼の瞳孔径が不十分であると判定された場合、スイッチ部84に設けられた所定のスイッチが押されると、制御部80は、瞳孔径の判定をスキップさせ、次のステップに移行する。
ここで、被検眼眼底に対するフォーカス調整を自動的に行うオートフォーカス制御を行うための構成としては、前述のように、被検眼眼底にフォーカス用の指標を投影する投影光学系(指標投影光学系40)とフォーカス指標による被検眼眼底からの反射光を受光する受光光学系(眼底観察光学系30)が被検眼眼底に対するフォーカス状態を検出するためのフォーカス検出光学系として配置されており、受光光学系が持つ受光素子(撮像素子38)から制御部80に出力される受光信号に基づいて被検眼眼底に対するフォーカス状態が検出されると、制御部80は、その検出信号に基づいて被検眼眼底に対するピントが合うように移動機構49を駆動制御するような構成となっている。
しかしながら、上記のようなオートフォーカス制御において、被検眼が小瞳孔眼、白内障眼の場合、被検眼眼底に投光されるフォーカス用の光束が被検眼に入射又は被検眼から出射されるときに、被検眼の虹彩又は白内障混濁部によってフォーカス用の光束にケラレが生じ、フォーカス指標が撮像素子38により撮像できず、オートフォーカスが作動しない場合がある。
そこで、制御部80は、オートフォーカス制御において撮像素子38からの撮像信号に基づいて取得される撮像画像にフォーカス指標S1・S2の少なくともどちらかが検出されなかった場合、又はオートフォーカスに移行する前の瞳孔径判定において被検眼の瞳孔径が不十分と判定されスキップされた場合、オートフォーカス不可とする判定信号を発し、オートフォーカス制御を停止し、オートフォーカスモードから被検眼眼底に対するフォーカス調整を手動にて行う手動フォーカスモードに切り換えるフォーカスモード切換信号を発する。このとき、制御部80は、モニタ8の表示画像を眼底観察画面に移行させる。
そして、制御部80は、前述のモード切換信号に基づいて、モニタ8の眼底観察画面上にマニュアルフォーカスモードに切り換わった旨の表示を行うと共に、前述の自動アライメント制御におけるアライメント許容範囲を、これまで設定されていた許容範囲A(第1の許容範囲)よりも広い許容範囲B(第2の許容範囲)へと切り換える。これにより、制御部80は、前述のように検出されるXY方向のアライメント偏位量が許容範囲Bを超えると、許容範囲Bに入るようにXYZ駆動部6を駆動制御する。この場合、Z方向における自動アライメント制御においても、同様に、アライメント許容範囲を広くするのが好ましい。なお、自動撮影に用いられるアライメント許容範囲Aとしては、アライメント基準位置に対して±0.1mm程度の範囲、マニュアルフォーカスに用いられるアライメント許容範囲Bとしては、アライメント基準位置に対して±1.5mm程度の範囲とすることが考えられる。
これにより、フォーカススイッチ84dを用いたフォーカス調整が可能な状態となる。よって、検者は、一対のフォーカス指標のいずれかがモニタ8上に表示されていれば、そのフォーカス指標のピントが合って見えるように、フォーカススイッチ84dを操作する。そして、制御部80は、検者によって操作されるフォーカススイッチ84dから出力される操作信号に基づいて移動機構49を駆動させる。
この場合、被検眼と装置本体とのアライメント偏位量が許容範囲Bを超えるまでは、自動アライメントが作動しなくなるので、検者は、ジョイスティック4及び回転ノブ4bを用いて、一対のフォーカス指標S1・S2のどちらか一方がモニタ8に表示されるように、被検眼に対して装置本体3を移動させる。この場合、例えば、被検眼に対して装置本体3が上下方向に移動されると、被検眼眼底に投影されるフォーカス用の投影光束の一部が被検眼の瞳孔中心付近を通過するようになり、一対のフォーカス指標S1・S2のいずれかがモニタ8上に表示された状態となる。そこで、前述のように、フォーカス指標のピントが合って見えるように、フォーカススイッチ84dを操作する。
上記のようにして、被検眼眼底に対するマニュアルフォーカスが完了したら、検者は、撮影スイッチ4bを押す。ここで、撮影スイッチ4bが押されると、手動フォーカスによるフォーカス調整が終了した旨の信号として撮影スイッチ4bからの操作信号が出力される。ここで、制御部80は、撮影スイッチ4bからの操作信号に基づいて、マニュアルフォーカスモードを終了し、自動アライメント制御におけるアライメント許容範囲を、許容範囲Bよりも狭い許容範囲Aに移行させ、前述のように検出されるXY方向のアライメント偏位量が許容範囲Aに入るようにXYZ駆動部6を駆動制御する。この場合、Z方向における自動アライメント制御においても、同様に、アライメント許容範囲を狭くする。すなわち、狭いアライメント許容範囲における自動アライメント制御を再開する。
ここで、所定のアライメント条件を満たし、かつ、被検眼の開瞼状態及び瞳孔の状態が適正と判定されると、制御部80は、自動撮影が可能な状態とし、瞬きの検出を開始させ、被検眼の瞬きを検出したことをトリガとして自動的に撮影を行うタイミングを設定し、設定した撮影タイミングを用いて自動撮影を行う。なお、以降の制御は、先に示した説明と同様であるため、説明を省略する。
以上のような構成とすれば、オートアライメント制御及びオートフォーカス制御により被検眼の眼底を自動的に撮影する場合、小瞳孔眼や白内障眼のようなオートフォーカスが困難な被検眼の場合であっても、スムーズに手動によるフォーカス調整ができる。また、フォーカス調整後は、簡単な操作によって、シビアなアライメント許容範囲でのオートアライメント制御及び自動撮影が可能となるため、不慣れな検者であっても容易に眼底撮影が可能となる。
なお、以上の説明においては、アライメント許容範囲A内となるようにXYZ駆動部6を駆動制御させた後、アライメント許容範囲Aよりも広い第2のアライメント許容範囲を設定して,手動によるフォーカス調整を可能な状態としたが、アライメント許容範囲A内となるようにXYZ駆動部6を駆動制御させた後、自動アライメントの作動を一旦中断するようにしてもよい。この場合、撮影スイッチ4bから操作信号が出力されると、自動アライメントの作動が再開される。
また、マニュアルフォーカスモードの前後に行われる第1のアライメント許容範囲Aでの自動アライメントについて、マニュアルフォーカスモードに移行する前のアライメント許容範囲Aと、マニュアルフォーカスモードが終了した後のアライメント許容範囲Aとが厳密に同一の許容範囲である必要はなく、許容範囲Bよりも狭いシビアな自動アライメントが可能な許容範囲が確保されていればよい。
なお、上記マニュアルフォーカスを介する自動撮影について、前述のスイッチ84bによって手動フォーカスモードに元々設定されていた場合であっても、本発明の適用は可能である。この場合、被検眼に対する自動アライメント、開瞼判定、瞳孔径判定後、制御部80は、オートアライメント制御を停止する又はアライメント許容範囲を拡大させて、フォーカススイッチ84dを用いたマニュアルフォーカスを可能な状態とする。そして、制御部80は、撮影スイッチ4bからの操作信号に基づいて、マニュアルフォーカスモードを終了し、オートアライメント制御及び自動撮影制御を再開する。