JP6168302B2

JP6168302B2 - 角膜撮影装置

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Publication number: JP6168302B2
Application number: JP2013541849A
Authority: JP
Inventors: 通浩滝井
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: EP2767221B1; JPWO2013065805A1; EP2767221A1; US9655507B2; WO2013065805A1; EP2767221A4; US20140293033A1

Description

本発明は、被検者眼の角膜部位の画像を撮影する角膜撮影装置に関する。

角膜撮影装置としては、例えば、照明光源からの照明光を角膜に向けて斜めから照射し、その角膜からの反射光束を撮像素子により受光して非接触にて角膜内皮の細胞像を得る装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平８−２０６０８０号公報

ところで、従来では、円形絞りや矩形絞りが光学系の光軸に対して対称に配置されていた。しかしながら、本発明者の分析によれば、上記のような装置は、物体を斜め方向から観察するという特殊な物面を有する光学系であるため、収差の影響によって、レンズの周辺部を通過する一部の光束が結像に対して悪影響を及ぼし、像の質の低下に寄与していることが明らかになった。円形絞りや矩形絞りの開口を単純に絞り径を小さくした場合、収差の影響は減少するが、結果的に像が暗くなり、解像力の低下につながってしまう。

本発明は、上記問題点を鑑み、像の明るさ及び解像力が確保され、観察、解析に適した内皮画像を取得できる角膜内皮細胞撮影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。

照明光束を角膜に向けて照射する照明光学系と、照明光学系の光軸に対して傾斜して配置され，角膜からの反射光束を光検出器により受光する受光光学系とを有し、眼の角膜部位を撮影するための光学系を備える角膜撮影装置において、前記眼の角膜部位を撮影するための光学系の光路中において、光束の集光点から離れた位置に配置され、前記光束を光軸に関して非対称に制限する光制限手段を備えることを特徴とする角膜撮影装置。

＜概要＞
本発明の実施形態に係る装置は、被検者眼の角膜部位の画像を撮影する装置に関し、照明光束を角膜に向けて照射する照明光学系、角膜からの反射光束を光検出器により受光する受光光学系を有し、眼の角膜部位を非接触にて撮影するための光学系を備える。

照明光学系と受光光学系の光軸は、同軸ではなく、被検眼上において交わるような関係を持つ。例えば、本装置は、一般的なスペキュラマイクロスコープ（角膜内皮細胞撮影装置）のように角膜に対して斜め方向から光を照射して、角膜での正反射方向から反射光を受光する光学系を有する。照明光学系及び受光光学系は、ある中心軸に対して対称に配置されると有利である。

本装置は、照明光束又は反射光束を光軸に関して非対称に制限することにより、像の明るさを確保しつつ、結像に悪影響を及ぼす光束をカットする。これにより、角膜画像の品質を向上させる。

反射光束を非対称に制限する手段としては、非対称な絞り、非対称な開口を持つレンズホルダ、光学部材への非対称なコーティングなどが用いられる。光制限手段は、光を制限できればよく、光を遮光する遮光部材が用いられると有利である。他にも、光を減衰する減衰部材（例えば、１０％透過／９０％遮光のコーティングが施された光学部材）が用いられる。

非対称な光制限手段は、照明光学系又は受光光学系の光路中に設けられる。照明光学系に配置された場合、非対称な光制限手段は、照明光束を非対称に制限することにより、角膜からの反射光束において結像に悪影響を及ぼす成分を照明光路にて事前に制限する。一方、受光光学系に配置された場合、非対称な光制限部材は、反射光束の一部を制限することにより、角膜からの反射光束において結像に悪影響を及ぼす成分を受光光路にて制限する。

非対称な光制限手段は、光を集光させる作用を持つ集光レンズ（対物レンズ、リレーレンズ、撮像レンズ、等）の近傍に配置されると有利である。また、非対称な光制限手段は、集光光学系を形成する複数のレンズの間に配置されると有利である。いいかえれば、非対称な光制限手段は、光束の集光点（結像点）から離れた位置に配置されると有利である。このような配置により、観察範囲の広範囲に亘って一様に光束が制限される。この場合、そのような効果が得られるように非対称な光制限手段が配置されればよい。

非対称な光制限手段は、受光光学系での対物レンズの中心部を通過する光を光検出器に向けて通過させると共に、その周辺部を通過する光を非対称に制限するのが有利である。対物レンズの周辺部（光軸から一定距離離れた領域）を通過する光のうち、中心軸側の光が光検出器に向けて通過され、その反対側の光が制限される。このような手段は、その反対側の光が収差等によって結像に悪影響を及ぼす場合に有利である。中心軸側の光は、結像に寄与するため、結像性能と像の明るさの確保の両立が可能となる。

受光光学系での対物レンズの周辺部を通過する光を光軸に関して非対称に制限するためには、その一部の光が光検出器に受光されるのを回避されればよい。そこで、受光光学系の光路において、光が対物レンズを通過する前に制限する手段、又は対物レンズを通過した後、光が光検出器に受光される前に制限する手段が設けられることが有利である。もちろん、照明光学系の光路において、悪影響を及ぼす反射光の発生を事前に制限する手段が設けられることにより、受光光学系での対物レンズの周辺部を通過する光を非対称に制限してもよい。

また、受光光学系での対物レンズの周辺部における中心軸側を通過する光が収差等によって結像に悪影響を及ぼす場合、非対称な光制限手段の非対称性は、逆に形成されるのが有利である。

本装置には、前眼部正面像を観察する観察光学系が設けられると有利である。観察光学系の観察光軸は、互いに対称に配置される照明光学系及び受光光学系の中心軸として用いられると有利である。照明光学系及び受光光学系は、観察光軸に対して左右対称に配置されると有利であり、非対称な光制限手段は、角膜からの反射光束を受光光学系の光軸に対して水平方向に関して非対称に制限する。

＜実施例＞
以下、図面に沿って、本実施形態に係る装置の実施例を具体的に説明する。図１は、本実施例に係る角膜撮影装置の外観側方構成図である。

装置１００は、いわゆる据え置き型の装置であって、基台１と、基台１に取り付けられた顔支持ユニット２と、図示なき摺動機構により基台１上で移動可能に設けられた移動台３と、移動台３に対して移動可能に設けられ、後述する撮影系及び光学系を収納する撮影部（装置本体）４と、を備える。

撮影部４は、移動台３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（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）及び前後方向（Ｚ方向）に移動される。移動台３は、ジョイスティック５の操作により、基台１上をＸＺ方向に移動される。また、検者が回転ノブ５ａを回転操作することにより、撮影部４はＸＹＺ駆動部６のＹ駆動によりＹ方向に移動される。ジョイスティック５の頂部には、スタートスイッチ５ｂが設けられている。表示モニタ９５は、撮影部４の検者側に設けられている。なお、本実施形態では、図示なき摺動機構又はＸＹＺ駆動部６により撮影部４が眼Ｅに対して相対的に移動される。

図２は、撮影部４に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。図３は第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。光学系の全体構成は、照明光源１２からの照明光を角膜Ｅｃに向けて斜めから照射する照明光学系１０と、内皮細胞を含む角膜Ｅｃからの反射光を第１撮像素子４４により受光することにより内皮細胞画像を取得する撮像光学系（受光光学系）３０と、正面から角膜Ｅｃ中心部に向けてアライメント指標を投影する正面投影光学系５０と、斜めから角膜Ｅｃに向けて無限遠のアライメント指標を投影する第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、複数の斜め方向から角膜Ｅｃ周辺部に向けて有限遠のアライメント指標をそれぞれ投影する第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ（図３参照）、眼Ｅに対して内部から固視標を投影する内部固視光学系７０と、前眼部像を正面から観察する前眼部観察光学系８０と、眼Ｅに対する撮影部４のＺ方向におけるアライメント状態を検出するためのＺアライメント検出光学系８５と、を有する。以下に、個々の具体的構成について説明する。

照明光学系１０は、内皮撮影用の可視光を発する照明光源（例えば、可視ＬＥＤ、フラッシュランプ）１２、集光レンズ１４、スリット板１６、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー１８、投光レンズ２０、を有する。照明光源１２から発せられた光は、集光レンズ１４を介してスリット板１６を照明する。そして、スリット板１６を通過したスリット光は、ダイクロイックミラー１８を介して投光レンズ２０によって収束され、角膜に照射される。ここで、スリット板１６と角膜Ｅｃは、対物レンズ２０に関して略共役な位置に配置されている。

撮像光学系３０は、光軸Ｌ１に関して照明光学系１０と左右対称であり、対物レンズ３２、可視光反射・赤外透過のダイクロイックミラー３４、マスク３５、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２、非対称スリット４３、第１の二次元撮像素子（例えば、二次元ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、等）４４を有する。マスク３５は、対物レンズ３２に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。第１結像レンズ（リレーレンズ）３６、及び第２結像レンズ（撮像レンズ）４２は、内皮像を撮像素子４４上に結像させる結像光学系を形成する。撮像素子４４は、撮像光学系３０のレンズ系に関して角膜Ｅｃと略共役な位置に配置されている。

＜非対称な光制限手段の構成＞
図２において、ハッチングＨは、内皮画像の結像に対して悪影響を及ぼし、像の質の低下に寄与する光束を示しており、この光束は、対物レンズ３２の周辺部において、中心軸（光軸Ｌ１）側とは反対側を通過する。

図４は、非対称絞り４３の構成について説明するための正面図である。非対称絞り４３は、照明光学系１０からの光の角膜での反射によって取得される光を左右非対称に遮光する絞りである。絞り４３は、水平方向に長手方向を持ち光軸Ｌ３に関して水平方向に非対称な開口部４３ａと、開口部４３ａの外側に形成された遮光部４３ｂとを有する。そして、絞り４３は、その開口部４３ａが、受光光学系の光軸Ｌ３に対して水平方向に偏心するように配置されている。

開口部４３ａは、光軸Ｌ３を含む中心領域の光を撮像素子４４に向けて通過させると共に、光軸Ｌ３から離れた周辺領域の光のうち、光軸Ｌ３に対してハッチングＨに相当する光と対称な光を撮像素子４４に向けて通過させる。

遮光部４３ｂは、ハッチングＨに相当する光を遮光する部分を含み、光軸Ｌ３から離れた周辺領域の光のうち、ハッチングＨの光と上下の光を遮光する。すなわち、図４の非対称絞り４３は、受光光学系３０において上下領域を通過する光を遮光する遮光部を兼ねる。なお、遮光部４３ｂの部分は、一部の光を通過する減光作用を持つ部材であってもよい。

開口部４３ａの形状は、図４のような矩形に限定されず、光軸Ｌ３に関して水平方向に非対称であればよい。例えば、多角形、円形、楕円形、等の形状であってもよい、
図２に戻る。照明光学系１０による角膜反射光は、光軸Ｌ３方向（斜め方向）に向かい、対物レンズ３２によって収束された後、ダイクロイックミラー３４によって反射され、マスク３５にて一旦結像され、内皮細胞像を取得する際にノイズとなる光が遮光される。そして、マスク３５を通過した光は、第１結像レンズ３６、全反射ミラー３８、第２結像レンズ４２、非対称絞り４３を介して二次元撮像素子４４に結像される。これにより、高倍率の角膜内皮細胞像が取得される。なお、撮像素子４４の出力は、制御部９０に接続され、取得された画像は、メモリ９２に記憶される。また、細胞像はモニタ９５に表示される。

マスク３５は、内皮反射以外のノイズ光を遮光するのに対し、非対称絞り４３は、角膜内皮からの光の内、ハッチングＨに相当する光を含む結像に悪影響を与える光を非対称に遮光する。

このような非対称絞り４３によれば、ハッチングＨに相当する光とは対称関係にある光をカットせず撮像素子４４に結像させることにより内皮画像の明るさを確保できると共に、結像性能の低下に影響を及ぼすハッチングＨに相当する光を遮光することにより収差を多く含んだ光が除去され、解像力の高い鮮明な内皮画像が得られる。

非対称絞り４３は、図２では、第２結像レンズ４２から撮像素子４４の間に配置されたが、これに限定されない。例えば、非対称絞り４３は、撮影光学系３０の光路中に配置され、ハッチングＨに相当する光線を含む角膜からの反射光を制限する一方、ハッチングＨに相当する光とは対称関係にある光を通過させる。より具体的には、角膜から対物レンズ３２までの間、対物レンズ３２から第１結像点（マスク３５）までの間、第１結像点から第１結像レンズ３６までの間、第１結像レンズ３６〜第２結像レンズ４２の間に配置される。もちろん、非対称絞り４３の配置位置に応じて、開口部４３ａ／遮光部４３ｂのサイズは、適宜設定される。

他の構成としては、非対称絞り４３は、照明光学系１０の光路中に配置され、角膜への照明光の制限によって、ハッチングＨに相当する光線を含む角膜からの反射光の発生を事前に制限する。より具体的には、非対称絞り４３は、光源１２〜スリット１６までの間、スリット１６〜対物レンズ２０までの間、対物レンズ２０〜角膜までの間、に配置される。

非対称絞り４３は、集光レンズ（例えば、対物レンズ３２、第１結像レンズ３６、第２結像レンズ４２、対物レンズ２０、集光レンズ１４）の近傍に配置されることにより、結像に悪影響を及ぼす光線（ハッチングＨ）を角膜上の撮像領域全域に関して一様に遮光できる。集光レンズが、複数のレンズ群からなる場合、そのレンズ群中に配置されてもよい（例えば、結像光学系における第１結像レンズ３６と第２結像レンズ４２の間）。すなわち、非対称絞り４３は光の集光点（結像点）から離れた位置に置かれると、有利である。

これに対し、集光点（結像点）の近傍（マスク３５、撮像素子４４の近傍）に配置される場合、角膜上の各撮像領域からの光が分離している。このため、結像に悪影響を及ぼす光について、一部の撮像領域からの光を遮光できても、他の撮像領域からの光を遮光できない。もちろん、そのような構成であっても、ある程度の効果は得られる。

正面投影光学系５０は、赤外光源５１、投光レンズ５３、ハーフミラー５５、を有し、ＸＹアライメント検出用の赤外光を観察光軸Ｌ１方向から角膜Ｅｃに投影する。光源５１から発せられた赤外光は、投光レンズ５３により平行光束に変換された後、ハーフミラー５５により反射され、角膜Ｅｃの中心部に投影され、指標ｉ１０が形成される（図５参照）。

第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１に対して所定の角度でそれぞれ傾斜して配置されている。第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、赤外光源６１ａ、６１ｂと、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂと、をそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して無限遠の指標を投影する（図２参照）。なお、第１投影光学系６０ａ，６０ｂは、光軸Ｌ１を通る水平方向と略同一経線上に配置されている（図３参照）。

光源６１ａ、６１ｂから出射された光は、コリメータレンズ６３ａ、６３ｂによりそれぞれコリメートされた後、角膜Ｅｃに投影され、指標ｉ２０、ｉ３０が形成される（図５参照）。

第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、光軸Ｌ１に対しそれぞれ傾斜して配置されている。第２投影光学系６５ａ〜６５ｄは、赤外光源６６ａ〜６６ｄをそれぞれ有し、光軸Ｌ１を挟んで左右対称に配置され、眼Ｅに対して有限遠の指標を投影する。なお、第２投影光学系６５ａ、６５ｂは、光軸Ｌ１に対して上方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１に対して下方に配置され、Ｙ方向に関して互いに同じ高さに配置されている。また、第２投影光学系６５ａ、６５ｂと、第２投影光学系６５ｃ、６５ｄは、光軸Ｌ１を挟んで上下対称な関係で配置されている。

ここで、光源６６ａ、６６ｂからの光は角膜Ｅｃの上部に向けて斜め上方向から照射され、光源６６ａ、６６ｂの虚像である指標ｉ４０、ｉ５０が形成される。また、光源６６ｃ、６６ｄからの光は角膜Ｅｃの下部に向けて斜め下方向から照射され、光源６６ｃ、６６ｄの虚像である指標ｉ６０、ｉ７０が形成される（図５参照）。

上記のような指標投影光学系によれば、指標ｉ１０は、眼Ｅの角膜頂点に形成される（図５参照）。また、第１投影光学系６０ａ、６０ｂによる指標ｉ２０、ｉ３０は、指標ｉ１０と同じ水平位置において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。さらに、第２投影光学系６５ａ、６５ｂによる指標ｉ４０、ｉ５０は、指標ｉ１０より上方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。第２投影光学系６５ｃ、６５ｄによる指標ｉ６０、ｉ７０は、指標ｉ１０より下方において、指標ｉ１０に関し左右対称に形成される。

内部固視光学系７０は、可視光源（固視灯）７１、投光レンズ７３、可視反射・赤外透過のダイクロイックミラー７４、を有し、眼Ｅを正面方向に固視させるための光を眼Ｅに投影する。光源７１から発せられた可視光は、投光レンズ７３により平行光束に変換された後、ダイクロイックミラー７５により反射され、眼Ｅの眼底に投影される。また、図示無き外部固視光学系が前述の第１投影光学系及び第２投影光学系の近傍に配置される。

図２に戻る。前眼部観察光学系８０は、対物レンズ８２、前眼部正面像を取得するための二次元撮像素子８４、を有し、第２の撮像素子８４を有し、前眼部像及びアライメント指標を第２撮像素子８４により撮像する。二次元撮像素子８４としては、例えば、２次元ＣＣＤイメージセンサ（Charge coupled device image sensor）、二次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal
Oxide Semiconductor Image Sensor）が用いられる。なお、上記構成に限定されず、内皮撮影光路と前眼部観察光路とを結合する光路結合部材を設け、角膜内皮を撮像するための第１の撮像素子が、前眼部正面像を取得するための第２の撮像素子を兼用する構成であってもよい。

図示なき前眼部照明光源により照明された前眼部は、ダイクロイックミラー７５、ハーフミラー５５、対物レンズ８２を介して二次元撮像素子８４に撮像される。また、同様に、正面投影光学系５０、第１投影光学系６０ａ，６０ｂと、第２投影光学系６５ａ〜６５ｄ、による角膜反射像は二次元撮像素子８４に受光される。

撮像素子８４の出力は制御部９０に接続され、図５に示すように、モニタ９５には、撮像素子８４によって撮像された前眼部像が表示される。なお、モニタ９５上に電子的に表示されるレチクルＬＴは、ＸＹアライメントの基準を示している。なお、観察光学系８０は、眼Ｅに対する撮影部４のアライメント状態（アライメントのずれ方向／偏位量）を検出するための検出光学系を兼用する。

Ｚアライメント検出光学系８５は、角膜Ｅｃに向けて斜め方向から検出用光束を投光する投光光学系８５ａと、投光光学系８５ａによる角膜反射光束を受光する受光光学系８５ｂと、を有する。そして、投光光学系８５ａの光軸Ｌ２と受光光学系８５ｂの光軸Ｌ３は、観察光軸Ｌ１に関して左右対称な位置に配置される。

投光光学系８５ａは、例えば、赤外光を発する照明光源８６、集光レンズ８７、ピンホール板８８、レンズ２０からなる。ここで、ピンホール板８８と角膜Ｅｃは、レンズ２０に関して略共役な位置に配置される。受光光学系８５ｂは、例えば、レンズ３２、一次元受光素子（ラインセンサ）８９からなる。ここで、一次元受光素子８９と角膜Ｅｃは、レンズ３２に関して略共役な位置に配置される。

光源８６から出射された赤外光は、集光レンズ８７を介してピンホール板８８を照明する。そして、ピンホール板８８の開口を通過した光は、レンズ２０を介して角膜Ｅｃに投光される。そして、その角膜反射光は、レンズ３２、ダイクロイックミラー３４を介して受光素子８９にて受光される。

受光素子８９の出力は制御部９０に接続され、眼Ｅに対するＺアライメント検出に利用される。ここで、受光素子８９上に受光されるアライメント光束は、Ｚ方向における撮影部４と眼Ｅとの位置関係によって受光位置が変化される。例えば、制御部９０は、受光素子８９からの検出信号において角膜反射光の位置を検出し、Ｚ方向のアライメント状態を検出する。なお、受光素子８９を用いたアライメント検出は、眼Ｅに対する精密なアライメントのために利用される。

制御部９０は、装置全体の制御を行う。そして、制御部９０には、回転ノブ５ａ、スタートスイッチ５ｂ、ＸＹＺ駆動部６、二次元撮像素子４４、８４、各光源、記憶手段としてのメモリ９２、モニタ９５、が接続されている。

なお、実施形態に関して、上記に示した例に限定されるものではなく、当業者の設計思想の範囲内において種々の変容が可能である。

本実施例の装置の外観について説明する外観概略図である。撮影部に収納された光学系を上方から見たときの光学配置と，制御系の構成の一例を示す概略構成図である。第１投影光学系、第２投影光学系を被検者側からみたときの図である。非対称絞り４３の構成について説明するための正面図である。角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントずれがある場合の表示例である。角膜中心部の内皮を撮影する場合の前眼部観察画面の一例を示す図であり、アライメントが適正な状態における表示例である。

４撮影部（装置本体）
６駆動部
１０照明光学系
１２照明光源
３０撮像光学系
４３非対称スリット
６０ａ，６０ｂ第１投影光学系
６５ａ〜６５ｄ第２投影光学系
８０前眼部観察光学系
８５Ｚアライメント検出光学系
８５ａ投光光学系
８５ｂ受光光学系
９０制御部
９２メモリ
９５モニタ

Claims

照明光束を角膜に向けて照射する照明光学系と、照明光学系の光軸に対して傾斜して配置され，角膜からの反射光束を光検出器により受光する受光光学系とを有し、眼の角膜部位を撮影するための光学系を備える角膜撮影装置において、
前記眼の角膜部位を撮影するための光学系の光路中において、光束の集光点から離れた位置に配置され、前記光束を光軸に関して非対称に制限する光制限手段を備えることを特徴とする角膜撮影装置。
前記光制限手段とは別体であって、前記集光点に配置され、前記光束を制限する第２光制限手段を、更に有する請求項１記載の角膜撮影装置。
前記光制限手段は、前記光軸に対して非対称な開口が形成された開口部と、前記開口部の外側に形成された遮光部と、を備える請求項１又は２の角膜撮影装置。