JP5460490B2

JP5460490B2 - 眼科装置

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Publication number: JP5460490B2
Application number: JP2010148188A
Authority: JP
Inventors: 雅和遠藤; 規二河合
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP2012010798A

Description

本発明は、被検者眼を検査・測定する眼科装置に関する。

オートケラトメータやトノメータなどの眼科装置には、前眼部照明光源と、アライメント／観察／測定（例えば、ケラト測定、瞳孔径計測）のための前眼部撮像光学系と、が配置されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１２５２６０号公報

ところで、前眼部照明光は眼の正面又は斜めから照射されるので、前眼部画像には、前眼部照明光による輝点像が形成され、測定や観察の邪魔になりうる。例えば、前眼部画像から瞳孔径を計測しようとする場合、瞳孔縁と輝点が重なってしまい、測定エラーとなる可能性がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、輝点像が除去された被検眼画像を取得できる眼科装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。

（１）被検眼の異なる位置に向けて第１の光と第２の光を投光する投光光学系と、前記投光光学系により照明された被検眼画像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、前記第１の光と前記第２の光を異なるタイミングで投光し、前記撮像素子から出力される撮像信号に基づいて前記第１の光による第１画像と前記第２の光による第２画像とを取得する制御手段と、前記第１画像と前記第２画像の輝度情報を比較して輝度の低い方を画像化させる画像処理により、前記投光光学系による反射光の一部が除去された前眼部画像を取得する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の眼科装置において、前記投光光学系は、前記第１の光と前記第２の光を被検眼の前眼部に向けて投光し、前記撮像光学系は、前記投光光学系により照明された前眼部像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、を備えることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）の眼科装置において、
前記投光光学系は、角膜形状測定用の指標を角膜に投影する投影光学系を兼用し、
さらに、前記撮像素子により撮像された角膜指標像を検出して角膜形状を求める角膜形状算出手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、輝点像が除去された被検眼画像を取得できる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る眼科装置の光学系について示す概略構成図である。

本装置は、第１光源（４１）と第２光源（５１）とを有し、第１光源及び第２光源から出射された光を眼Ｅ（例えば、前眼部、眼底）に向けて投光する投光光学系（４０、５０）と、投光光学系により照明された被検眼（例えば、前眼部、眼底）を撮像素子により撮像する撮像光学系（３０）と、を有し、第１光源と第２光源とが異なるタイミングで点灯されたときに取得された第１画像と第２画像の輝度情報を比較して、輝度の低い方を画像化させる画像処理により、投光光学系による反射光の一部が除去された前眼部画像を取得する。

例えば、第１光源（４１）と第２光源（５１）は異なる位置に配置され、眼Ｅの異なる領域に向けて光を照射する。また、第１光源（４１）は、眼Ｅに向けて第1の光を投光し、第２光源（５１）は、眼Ｅに向けて第２の光を投光する。また、投光光学系（４０、５０）は、例えば、前眼部照明として用いられる。

より具体的には、本光学系は、眼軸長測定光学系（測定ユニット）１０、角膜形状測定用の指標を被検眼角膜に投影するケラト投影光学系５０、アライメント投影光学系４０、前眼部正面像を撮像する前眼部正面撮像光学系３０、に大別される。なお、以下の光学系は、図示無き筐体に内蔵されている。また、その筐体は、周知のアライメント移動機構の駆動により、操作部材（例えば、ジョイスティック）を介して被検者眼に対して３次元的に移動される。

投影光学系５０は、測定光軸Ｌ１を中心に配置されたリング状の第２光源５１を有し、被検眼角膜にリング指標を投影して角膜形状（曲率、乱視軸角度、等）を測定するために用いられる。なお、第２光源５１には、例えば、赤外光または可視光を発するＬＥＤが使用される。なお、投影光学系５０について、光軸Ｌ１を中心とする同一円周上に少なくとも３つ以上の点光源が配置されていればよく、間欠的なリング光源であってもよい。さらに、複数のリング指標を投影するプラチド指標投影光学系であってもよい。また、投影光学系５０の第２光源５１は、前眼部を斜め方向から赤外光にて照明する前眼部照明を兼用する。

アライメント投影光学系４０は、第２光源５１の内側に配置され、光軸Ｌ１を中心に配置されたリング状の第１光源４１（例えば、λ＝９７０ｎｍ）を有し、被検者眼角膜にアライメント指標を投影するために用いられる。そして、角膜に投影されたアライメント指標は、被検者眼に対する位置合わせ（例えば、自動アライメント、アライメント検出、手動アライメント、等）に用いられる。なお、第１光源４１には、例えば、赤外光または可視光を発するＬＥＤが使用される。本実施形態において、投影光学系４０は、被検者眼角膜に対してリング指標を投影する光学系であって、リング指標は、マイヤーリングも兼用する（また、角膜形状指標として利用可能）。また、投影光学系４０の第１光源４１は、前眼部を斜め方向から赤外光にて照明する前眼部照明を兼用する。なお、投影光学系４０において、さらに、角膜に平行光を投影する光学系を設け、投影光学系４０による有限光との組合せにより前後のアライメントを行うようにしてもよい。

前眼部正面撮像光学系３０は、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ４７、全反射ミラー６２、フィルタ３４、撮像レンズ３７、二次元撮像素子３５、を含み、被検眼の前眼部正面像を撮像するために用いられる。

前述の投影光学系５０、投影光学系４０による前眼部反射光は、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ４７、全反射ミラー６２、フィルタ３４、及び撮像レンズ３７を介して二次元撮像素子３５に結像される。

眼軸長測定光学系１０では、低コヒーレント光を出射し、出射された光を測定光と参照光に分割し、少なくとも測定光を被検眼に照射すると共に、被検眼からの反射光と参照光を合成させ、受光素子に入射させる。そして、受光素子から出力される受光信号に基づいて、受光素子によって干渉光が検出されたタイミングを元に、眼軸長が算出される。なお、本実施例では、眼軸長測定光学系１０の測定光源は、固視灯を兼ねている。

次に、制御系について説明する。制御部８０は、装置全体の制御及び測定結果の算出を行う。制御部８０は、眼軸長測定光学系１０の各部材、第１光源４１、第２光源５１、撮像素子３５、モニタ７０、メモリ８５等と接続されている。また、制御部８０には、各種入力操作を行うための操作部８４が接続されている。

なお、メモリ８５には、各種制御プログラムの他、制御部８０が眼軸長／角膜形状、瞳孔径等を算出するためのソフトウェアプログラムが記憶されており、算出手段として用いられる。例えば、制御部８０は、、撮像素子３５により撮像された角膜指標像を検出して、角膜形状を測定する。

以上のような構成を備える装置において、その動作について説明する。検者は、モニタ７０に表示される被験者眼のアライメント状態を見ながら、図示なきジョイスティック等の操作手段を用いて、装置を上下左右及び前後方向に移動させ、装置を被験者眼Ｅに対して所定の位置関係に置く。この場合、検者は、固視標を被験者眼に固視させる。

図２は撮像素子３５によって撮像された前眼部画像が表示された前眼部観察画面を示す図である。アライメントの際には、第１光源４１及び第２光源５１が点灯される。ここで、検者は、図２に示すように、電子的に表示されたレチクルＬＴと、第１光源４１によるリング指標Ｒ１と、が同心円状になるように上下左右のアライメントを行う。また、検者は、リング指標Ｒ１のピントが合うように、前後のアライメントを行う。なお、リング指標Ｒ１の外側には、第２光源５１によるリング指標Ｒ２が表示されている。そして、所定のトリガ信号が発せられると、制御部８０は、前眼部画像を撮影する。

ここで、輝点像が除去された前眼部画像を取得する手法について説明する。所定のトリガ信号が発せられると、制御部８０は、第１光源４１と第２光源５１とを異なるタイミングで点灯し、撮像素子３５から出力される撮像信号に基づいて、第１光源４１による第１前眼部画像Ａ１と第２光源５１による第２前眼部画像Ａ２とを取得する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。そして、第１前眼部画像Ａ１と第２前眼部画像Ａ２の輝度情報を比較して輝度の低い方を画像化させる画像処理により、指標像が除去された前眼部画像を取得する（図４（ｃ）参照）。

以下に、図３に示されるフローチャートを用いてより具体的に説明していく。所定のトリガ信号が発せられると、制御部８０は、第２光源５１を消灯させる。そして、第１光源４１を点灯させた状態で前眼部の撮影を行い、第１光源４１を照明光とした前眼部画像Ａ１を取得する（図４（ａ）参照）。撮影された前眼部画像Ａ１は、メモリ８５に記憶される。

次いで、制御部８０は、第２光源５１を点灯させ、第１光源４１を消灯させる。そして、第２光源５１を点灯させた状態で前眼部の撮影を行い、第２光源５１を照明光とした前眼部画像Ａ２を取得する（図４（ｂ）参照）。撮影された前眼部画像Ａ２は、メモリ８５に記憶される。

上記記載のように、第１光源４１及び第２光源５１を用いた前眼部画像の撮影が完了すると、制御部８０は、前眼部画像Ａ１及び前眼部画像Ａ２の各画像において、画素毎に輝度情報（輝度分布）を検出する。

次に、制御部８０は、前眼部画像Ａ１及び前眼部画像Ａ２との間で、同じ画素位置毎に輝度値を比較する。そして、前眼部画像Ａ１及び前眼部画像Ａ２の各画素間で低い方の輝度値（画像間の最小値）を、輝点が除去された画像に用いる輝度データとして、その位置情報とともにメモリ８５に記憶させる。

全ての画素の比較が完了すると、制御部８０は、メモリ８５に記憶されている画素データを呼び出す。そして、各画素位置毎に対応する輝度データを並べていき、輝点が除去された前眼部画像Ａ３（図４（ｃ）参照）を取得する。以上のように少なくとも二つ以上の前眼部画像より、最小値を選択する演算処理を行い、１つの前眼部画像を取得する。

ここで、前眼部画像Ａ３の取得において、図４（ａ）に表示されたリング指標Ｒ１の位置には、そのリング指標Ｒ１の輝度値と図４（ｂ）の画像のこの位置に対応した部位の輝度値と比較され、より低い輝度値をもつ図４（ｂ）の輝度値が選択される。結果、リング指標Ｒ１が表示されなくなる。また、リング指標Ｒ２についても同様であって、リング指標Ｒ２の位置には、より低い輝度値をもつ図４（ａ）の輝度値が選択される。これにより、前眼部画像Ａ３は、輝度値の高い輝点等が除去された画像となる。そのため、輝点等が表示されていない前眼部画像を取得することが可能となる。そして、このように取得した画像は、前眼部画像観察や瞳孔径計測等に用いることが可能である。また、このような前眼部画像Ａ３は、モニタ７０やプリンタ等に出力される。

＜瞳孔径の算出＞
以下、その一例として、前眼部画像Ａ３より瞳孔のエッジ位置を求め、瞳孔径を計測する方法について図５に基づいて説明する。

本装置は、指標像が除去された前眼部画像に基づいて瞳孔径を計測する。図５の（ａ）はメモリ８５に記憶された瞳孔画像を示し、図５（ｂ）は走査線Ｌでの映像信号を示す。瞳孔（暗部）と虹彩（明部）との境界（エッジ）を知るために、まず、図３の（ｂ）における信号波形を微分処理する。このときの信号波形は図５の（ｃ）のようになる。この信号は正負の信号となっているので、さらに、これを２乗すると図３の（ｄ）に示す正の数値の信号になる。図５の（ｄ）において、高さｅ１の初めの波形信号と高さｅ２の最後の波形信号のエッジを、例えば、各々の高さ（振幅）の１／２の点と定義すると、画素位置ｎ１，ｎ２が走査線Ｌでのエッジの座標位置となる。

また、画素位置ｎ１，ｎ２からその間隔の画素数ｎが求められる。ここで、１画素分の長さをＫ、光学倍率をＰとすると、画素位置ｎ１，ｎ２の間の距離（瞳孔径ＰＳ）は、
ＰＳ＝ｎ＊Ｋ／Ｐ
の式から求められる。すなわち、Ｋ、Ｐの値は装置固有の既知の値であるので、上記の画素数ｎを求めれば瞳孔径が得られる。

ここで、例えば、前眼部画像にリング指標（輝点）が表示されており、リング指標と瞳孔縁が重なっている場合、リング指標と瞳孔縁の映像信号の判別ができなくなり、測定エラーとなる。

すなわち、前眼部画像Ａ１・Ａ２について、リング指標Ｒ１及びリング指標Ｒ２の少なくともいずれかが瞳孔縁と重なっている状態であっても、前眼部画像Ａ３により瞳孔縁の判別が可能となる。

図６は、リング指標Ｒ１及びリング指標Ｒ２の両方に瞳孔縁が重なっている楕円形状等の瞳孔をもつ前眼部画像を示している。このような場合においても、図３に示した手法により、図６（ａ）と図６（ｂ）の２枚の前眼部画像より図６（ｃ）のような輝点の除去された前眼部画像を取得できる。すなわち、リング指標と瞳孔縁が重なっていない方の画像の輝度値が、輝度データとして選択されるため、画像中に含まれる指標像が除去され、瞳孔縁の判別が可能な画像が取得される。

以上のように、輝点等が表示されていない前眼部画像Ａ３においては、瞳孔縁が判別できるため、測定エラー等なく、瞳孔径を計測することが可能となる。

なお、前眼部画像Ａ３のような画像を得る場合、２つ以上の画像において、低い輝度値が結果的に選択されるような画像処理であればよい。例えば、実験等によりリング指標の輝度値を算出し、その結果に基づいて、リング指標を除去可能な所定の閾値を設定する。そして、前眼部画像Ａ１、Ａ２において、それぞれ、輝度情報を取得し、輝度値が閾値以上である位置に関しては、輝度値をほぼ０とする。そして、前眼部画像Ａ１、Ａ２を各画素毎に比較し、高い方の輝度値を輝度データとして選択し、画像を取得していく。この場合、各画像におけるリング指標の位置に関しては、輝度値が０となっているため、もう一方の画像の輝度値が選択されることとなり、結果的に輝点等が除去された画像が取得される。すなわち、上記記載においては、前眼部画像Ａ３を得る画像処理の処理途中で輝度値の大きい方を選択しているが、結果としては、輝度値の低い方を選択している。

なお、前眼部画像Ａ１と前眼部画像Ａ２との間で輝度情報を比較する場合、制御部８０は、第１前眼部画像Ａ１と前記第２前眼部画像Ａ２との間の位置ずれを検出し、画像間の位置ずれを画像処理により補正してから、画素位置毎に輝度値を比較してもよい。なお、位置ずれ検出には、例えば、虹彩の模様などを利用したパターンマッチングが用いられる。また、リング指標を用いてもよい。

例えば、制御部８０は、前眼部画像Ａ１及び前眼部画像Ａ２からリング指標Ｒ１の中心座標とＲ２中心座標をそれぞれ検出する。そして、Ｒ１の中心座標（Ｘ、Ｙ）に対するＲ２中心座標（Ｘ、Ｙ）のずれ量を算出し、前眼部画像Ａ１に対して前眼部画像Ａ２をずれ量分移動させる。これにより、各画像間の位置ずれが補正され、上記比較処理が精度良く行われる。

なお、上記説明においては、制御部８０により、２枚の画像の取得を連続的に行う構成としたが、２枚の画像を取得するタイミングは、タイムラグがあってもよい。また、画像取得は、所定のトリガ信号が発せられた場合に、１画像ずつ取得される構成としてもよい。この場合、画像取得ごとにアライメントが行われる構成とすると、位置ずれを補正できるためよりよい。

なお、制御部８０は、前眼部画像Ａ２におけるリング指標像Ｒ２に基づいて被検眼の角膜形状（例えば、強主経線方向及び弱主経線方向における角膜曲率、角膜の乱視軸角度、等）を算出することも可能である。なお、前眼部画像Ａ１の指標像Ｒ１から第２の角膜曲率が算出されるようにしてもよい。これにより、瞳孔径と角膜形状の測定をスムーズに行うことができる。

なお、制御部８０は、前眼部画像Ａ３に所定のグラフィック表示を合成する画像処理を行うことにより、グラフィック画像を取得するようにしてもよい。例えば、眼Ｅの角膜乱視軸方向に対応するグラフィックを前眼部画像Ａ３に重畳させるようにしてもよい。

なお、本発明は、前眼部撮像光学系を持つ他の眼科装置にも適用可能である。例えば、他覚式眼屈折力測定装置や眼底撮影装置においても適用可能である。

なお、本発明の適用においては、２つのリング指標を例として説明したがこれに限るものではない。例えば、複数のリングパターン指標を角膜に投影する投影光学系であってもよい。より具体的には、３つ以上のリング指標を用いてよい。この場合、輝点の除去には、それぞれのリング指標を順に点灯させ、順に撮影を行い、３つ以上の画像との間で輝度の比較が行われる。

なお、第１光源と第２光源として同じ光源が用いられてもよく、この場合、光源の前に第１遮光部材（例えば、液晶シャッタ）と第２遮光部材が設けられ、眼Ｅへの光が制御される。これにより、第１光源及び第２光源が形成される。

また、リング指標の視標像でなく、前眼部画像上に形成される輝点が除去される。例えば、アライメント輝点として用いられる点状の輝点に対しても適用可能である。また、前眼部照明に限るものでなく、第１光源及び第２光源から出射された光を前眼部に向けて投光する構成であればよい。例えば、無限遠指標を投影する構成であってもよい。

なお、被検眼画像を得る眼科装置において、第１光源及び第２光源から出射された光に限らず、異なるタイミングで取得される第１画像と第２画像の輝度情報を比較して、輝度の低い方を画像化させる画像処理によれば、被検眼画像において不規則に発生するノイズ光（例えば、外部照明）などの除去が可能である。

本実施形態に係る眼科装置の光学系について示す概略構成図である。撮像された前眼部像が表示された前眼部観察画面を示す図である。輝点像が除去された前眼部画像を取得する手法を示すフローチャートである。前眼部を異なる照明光にて撮影した際の前眼部画像を示している。瞳孔エッジ位置を求める方法を説明する図である。楕円形状の瞳孔をもつ前眼部を異なる照明光にて撮影した際の画像を示している。

１０眼軸長測定光学系
３０前眼部正面撮像光学系
４０アライメント投影光学系
４１第１光源
５０ケラト投影光学系
５１第２光源
７０モニタ
８０制御部
８５メモリ

Claims

被検眼の異なる位置に向けて第１の光と第２の光を投光する投光光学系と、
前記投光光学系により照明された被検眼画像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
前記第１の光と前記第２の光を異なるタイミングで投光し、前記撮像素子から出力される撮像信号に基づいて前記第１の光による第１画像と前記第２の光による第２画像とを取得する制御手段と、
前記第１画像と前記第２画像の輝度情報を比較して輝度の低い方を画像化させる画像処理により、前記投光光学系による反射光の一部が除去された前眼部画像を取得する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする眼科装置。
請求項１の眼科装置において、
前記投光光学系は、前記第１の光と前記第２の光を被検眼の前眼部に向けて投光し、
前記撮像光学系は、前記投光光学系により照明された前眼部像を撮像素子により撮像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とする眼科装置。
請求項１又は２の眼科装置において、
前記投光光学系は、角膜形状測定用の指標を角膜に投影する投影光学系を兼用し、
さらに、前記撮像素子により撮像された角膜指標像を検出して角膜形状を求める角膜形状算出手段を備えることを特徴とする眼科装置。