JP6525099B2 - 眼底像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、眼底像形成装置に関する。

被検者の眼底像を形成するために網膜を走査する眼底走査装置において、レーザービームを多面鏡で垂直方向に走査しつつ第１楕円鏡に入射させ、当該第１楕円鏡からの反射光を振動平面鏡で水平方向に走査しつつ第２楕円鏡に入射させ、当該第２楕円鏡からの反射光を被検者の瞳孔に入射させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特表２００９−５４３５８５号公報

しかしながら、上記の眼底走査装置にあっては、第１楕円鏡と第２楕円鏡との間に機械的に駆動される光学系としての振動平面鏡が配されるので、装置全体が大型化したり、メンテナンスが困難になるという課題がある。

本発明の第１態様においては、 被験者の眼底をビーム光で走査する眼底像形成装置であって、ビーム光を供給する光源と、第１焦点と第２焦点とを有し、第１焦点に入射するビーム光を第２焦点を通るように反射する第１反射鏡と、第３焦点と第４焦点とを有し、第３焦点に入射するビーム光を第４焦点を通るように反射する第２反射鏡と、第１反射鏡と第２反射鏡との間の光路中に配置されたハーフミラーと、第１反射鏡の第１焦点に配置された走査部材とを備え、第１反射鏡の第２焦点と第２反射鏡の第３焦点とが一致して配置され、走査部材により、第１反射鏡の第１焦点に入射するビーム光で、第１反射鏡、ハーフミラー及び第２反射鏡の第４焦点を介して被験者の眼底を走査する。

なお、上記構成の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

眼底像形成装置１００の概略図を示す。 走査光学系１１２の配置を説明する概略図である。 二次元走査部１３０の一例を示す概略図である。 他の眼底像形成装置１７０の概略図を示す。 さらに他の眼底像形成装置１８０の概略図を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、眼底像形成装置１００の概略図を示す。図中に示す方向にｘｙｚ方向を定めるが、これらはいずれも説明のためのものであって、いずれが鉛直方向、水平方向であってもよい。

眼底像形成装置１００は、光源１１０、ハーフミラー１５８、走査光学系１１２、検出器１５２、制御部１５４および画像処理部１５６を備える。走査光学系１１２は、二次元走査部１３０、第１反射鏡１２０、平面反射鏡１５０および第２反射鏡１４０を有する。

光源１１０は、被検者の眼１０に照射するビーム光１０２を出射する。ビーム光１０２の波長は、検査の対象に応じて選択されてよいが、例えば、赤外域、可視光域等である。図１に示す例で光源１１０はひとつ示されているが、異なる波長を出射する複数の光源が用いられてもよい。複数の光源を用いる場合には、それぞれの光源からのビーム光がビームコンバイナにより同一の光路に乗せられる。また、ビーム光としてレーザ光を用いると、直進性が良好なので、より好ましい。

ビームスプリッターとして機能するハーフミラー１５８は、当該ハーフミラー１５８に入射してくるビーム光を予め設計された割合で透過および反射する。ハーフミラー１５８は光源１１０からのビーム光１０２を透過するとともに、眼１０から戻ってきたビーム光１０２を反射して検出器１５２に導く。ビーム光１０２が多色である場合には、ハーフミラー１５８をそれぞれの波長に対応した複数のダイクロイックミラーに置き換えて、それぞれのダイクロイックミラーからの反射光を受ける複数の検出器を設けてもよい。

図２は、走査光学系１１２の配置を説明する概略図である。なお、簡略化のため二次元走査部１３０を省略した。

第１反射鏡１２０は、第１焦点１２２および第２焦点１２４を有する。第１反射鏡１２０は、第１焦点１２２を通って入射したビーム光１０２を第２焦点１２４を通るように反射する。第１反射鏡１２０の一例は、これら第１焦点１２２および第２焦点１２４を長軸とした楕円を当該長軸周りに回転させた回転楕円体の一部を反射面とする楕円反射鏡である。

第２反射鏡１４０は、第３焦点１４２および第４焦点１４４を有する。第２反射鏡１４０は、第３焦点１４２を通って入射したビーム光１０２を第４焦点１４４を通るように反射する。第２反射鏡１４０の一例は、これら第３焦点１４２および第４焦点１４４を長軸とした楕円を当該長軸周りに回転させた回転楕円体の一部を反射面とする楕円反射鏡である。

第２反射鏡１４０の第３焦点１４２の位置と第１反射鏡１２０の第２焦点１２４の位置とは、図２に示されるようにそれぞれの位置が完全に一致する場合を含み、さらに、設計上は同一であるが組み立て誤差等によって不可避にずれる場合なども含む。

平面反射鏡１５０は、第１反射鏡１２０の第２焦点１２４の位置に配置されている。図２に示す例において、平面反射鏡１５０は平面鏡であって、その反射面が第２焦点１２４を通るように配置され、ビーム光１０２の走査中に少なくとも固定されていればよく、走査前または走査後において光学的な調整のために動かされることも含む。上記の平面反射鏡１５０と第１焦点１２２との位置関係、さらに前述した第１反射鏡１２０の第２焦点１２４と第２反射鏡１４０の第３焦点１４２との位置関係は、理想的にはそれぞれ一致することが好適であるが、これらの位置関係には所定の範囲での一致が許容される。その範囲は、被検眼の虹彩位置にてビーム光の角度が２次元走査される際に、その走査ビーム光が眼の瞳孔内に入る範囲であり、眼底像の形成に支障がない限りの範囲となっている。

平面反射鏡１５０は、その法線Ｃの方向が、第１焦点１２２と第２焦点１２４とを結ぶ線分Ａと、第３焦点１４２と第４焦点１４４とを結ぶ線分Ｂと、が成す角を二等分する方向となる向きに配される。これにより、平面反射鏡１５０は、第１反射鏡１２０で反射されたビーム光１０２を第２反射鏡１４０へ向けて反射する。なお線分Ａと線分Ｂとが平行な場合は、それらの線分に直交する方向を法線Ｃとすればよい。

なお、平面反射鏡１５０の位置は図示した通り、第２焦点１２４（第３焦点１４２）に一致することにより最も小さくすることができる。しかしながら、平面反射鏡１５０の位置は、上述した向きが維持される限り、第２焦点１２４（第３１４２）から離れて配置されることも可能である。即ち、例えば図２に示した構成において、第1反射鏡から第２反射鏡に導かれる走査ビーム光が部分的に遮蔽されない限り、平面反射鏡１５０を任意の位置に平行移動した配置とすることが可能である。この場合には、平面反射鏡１５０の反射により形成される一方の反射鏡の虚の焦点に他方の反射鏡の焦点を一致させることはいうまでもない。

第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０とはその反射面と回転軸とが同じ向きの配置関係、すなわち、反射面に対して回転軸がほぼ−ｙ側に配される。言い換えると、平面反射鏡１５０の存在により、第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０とは対向していない。なお、図２においても他の図面においても、第１反射鏡１２０、第２反射鏡１４０等を、長軸を含むｚｙ平面にて切断した断面で示している。

第１反射鏡１２０の回転楕円体および第２反射鏡１４０の回転楕円体は、互いに等しい離心率を有する。互いに離心率が等しいことによりビーム光の角度走査の均一性が保たれ、ビーム光走査により得られる眼底像に歪が発生しなくなる。このことについては後述する。また、二次元走査部１３０で設定された走査範囲の光を反射できる程度の大きさがあれば、第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０との大きさは互いに等しくてもよく、異なっていてもよい。図２の例において、光源１１０に近い側の第１反射鏡１２０は、眼１０に近い側の第２反射鏡１４０よりも小さい。これにより、装置全体を小型化することができる。

図３は、二次元走査部１３０の一例を示す概略図である。二次元走査部１３０は、本体１３１と、本体１３１に対してｚ軸のまわりに回動自在に連結部１３２により支持された枠体１３３と、枠体１３３に対してｘ軸まわりに回動自在に連結部１３４により支持され、ビーム光を反射する反射鏡１３５とを有する。二次元走査部１３０はいわゆるジンバル構造であって、例えばＭＥＭＳで構成され、制御部１５４により例えば静電駆動される。

上記構成において、被検者の瞳孔１２が第２反射鏡１４０の第４焦点１４４に対して予め定められた範囲内（第４焦点近傍に眼を置いた時に光ビームが入る範囲）で一致するように位置される。制御部１５４は、光源１１０からビーム光１０２を出射させるとともに、二次元走査部１３０の回動量を制御して反射鏡１３５をｚ軸回りおよびｘ軸回りに回動することにより、光源１１０からのビーム光１０２をｚ方向およびｘ方向に走査する。

二次元走査部１３０からのビーム光１０２が、第１反射鏡１２０、平面反射鏡１５０および第２反射鏡１４０の順に反射して、瞳孔１２を通って網膜に到達する。網膜で反射したビーム光１０２は、上記光路を逆に辿って、ハーフミラー１５８に到達する。ハーフミラー１５８で反射されたビーム光１０２を検出器１５２で検出する。画像処理部１５６は制御部１５４により制御された二次元走査部１３０の回動量と、検出器１５２で検出された光量に基づいて、網膜の画像を二次元的に再構成して、モニター等に出力する。

ここで、二次元走査部１３０により第１焦点１２２から出射するビーム光の角度変化と、第１反射鏡１２０で反射されて第２焦点１２４に入射するビーム光の角度変化との関係を考える。例えば、図１に示すように、二次元走査部１３０が、ある角度からｘ軸まわりに角度変化θ_１１だけビーム光を走査した場合と、さらにｘ軸まわりに同じ角度変化θ_１２（すなわちθ_１１＝θ_１２）だけビーム光を走査した場合とを考える。

上記走査において第１反射鏡１２０の反射箇所の曲率の変化はそれぞれ異なるから、同じ角度変化θ_１１、θ_１２に対して、反射光が第２焦点１２４に向かうそれぞれの角度変化θ_２１、θ_２２は一般には異なる（すなわちθ_２１≠θ_２２）。当該角度はそれぞれ幾何学的に計算することができるが、図１の例においてはθ_２１＜θ_２２となる。

言い換えると、第１焦点１２２から出射するビーム光の角度変化と、角度変化に対応する、第１反射鏡１２０で反射されて第２焦点１２４に入射するビーム光の角度変化との比率は不均一である（θ_１１／θ_１２≠θ_２１／θ_２２）。

平面鏡に対して入射角と反射角とは等しい。よって、角度変化θ_２１、θ_２２に対する平面反射鏡１５０での反射の角度変化をそれぞれθ_３１、θ_３２とすると、θ_２１＝θ_３１、θ_２２＝θ_３２となる。

本実施形態において、第１反射鏡１２０の回転楕円体および第２反射鏡１４０の回転楕円体は、互いに等しい離心率を有し、かつ、平面反射鏡１５０は、その法線Ｃの方向が線分Ａと線分Ｂとが成す角を二等分する方向となる向きに配されている。以上から、θ_１１／θ_１２＝θ_４１／θ_４２となる。言い換えると、第１焦点１２２から出射するビーム光の角度変化と、角度変化に対応する、第４焦点１４４に入射するビーム光の角度変化との比率は均一となる。そして、明らかに、θ_１１＝θ_４１、θ_１２＝θ_４２となる。

上記構成によれば、二次元走査部１３０の回動量に対して、網膜の二次元画像を歪なく再構成することができる。また、二次元走査部１３０が二次元的な走査を担っており、第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０の共有焦点には走査中に機械的に可動する部分がないので、装置全体を簡略化および小型化することができる。

図４は、他の眼底像形成装置１７０の概略図を示す。眼底像形成装置１７０において、図１の眼底像形成装置１００と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。

眼底像形成装置１７０の走査光学系１７３は、図１の平面反射鏡１５０に代えてその位置およびその向きにハーフミラー１７２を有する。ハーフミラー１７２は第１反射鏡からのビーム光１０２を反射して第２反射鏡１４０に導くと共に、眼底からの反射光が第２反射鏡１４０を介して戻ってくるビーム光１０２の一部を透過する。

さらに眼底像形成装置１００の検出器１５２に代えて、眼底像形成装置１７０には、ハーフミラー１７２における第２反射鏡１４０とは反対側に、光強度センサ１７４が配されている。光強度センサ１７４（例えばフォトダイオード）はハーフミラー１７２を透過したビーム光１０２の強度を検出する。

以上の構成により、二次元走査部１３０がビーム光１０２を二次元的に走査したことに対応して、光強度センサ１７４により検出された光強度に基づいて網膜の画像を生成することができる。なお、ハーフミラー１７２の位置については、前述した図１及び図２に示した平面反射鏡１５０と同様に、その配置向きが第１焦点１２２と第２焦点１２４とを結ぶ線分Ａと、第３焦点１４２と第４焦点１４４とを結ぶ線分Ｂとが成す角を二等分する方向となる向きに配置される限り、焦点位置から外れて配置されることも可能である。

図５は、さらに他の眼底像形成装置１８０の概略図を示す。眼底像形成装置１７０において、図１の眼底像形成装置１００と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。

眼底像形成装置１８０の走査光学系１８４において、第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０とは互いに対向して配されている。第１反射鏡１２０の第２焦点１２４と第２反射鏡１４０の第３焦点１４２とは、同一直線上に配置されている。換言すれば、第１反射鏡１２０としての楕円鏡と、第２反射鏡１４０としての楕円鏡との回転軸が一致している。この構成では、眼底像形成装置１００とは異なり、第１反射鏡１２０と第２反射鏡１４０に至る光路中には何ら光学部材は配置されていない。

以上の構成により、より少ない光学部材を用いて網膜の二次元画像を歪なく再構成することができる。

上記実施形態はいずれも、第１反射鏡１２０および第２反射鏡１４０として回転楕円体の一部を反射面とする形状を用いている。これらの一方または両方を他の形状に代えてもよい。例えば、第１焦点１２２を焦点とする第１放物面回転体の一部と第２焦点１２４を焦点とする第２放物面回転体の一部とを組み合わせて、第１反射鏡１２０としてもよい。同様に、第２反射鏡１４０を二つの放物面回転体の一部の組み合わせにしてもよい。

なお、上記の実施例の構成では、第１反射鏡１２０及び第２反射鏡１４０としてそれぞれ離心率の等しい楕円鏡を用いたが、２つの放物面鏡と２次元走査ミラーとを組み合わせて構成することも可能性である。ビーム光の２次元走査鏡を最初の放物面鏡の焦点上に配置し、次の放物面鏡の焦点位置に被検者の瞳孔１２を位置付ける。放物面鏡１つの反射では、１つの楕円鏡と同様に、ビーム光の角度走査に不均一が生ずるが、２つの同一の放物面鏡を組み合わせることによって、ビーム光の角度走査の不均一性をキャンセルすることが可能である。この構成によっても、眼底像に歪曲収差の少ない鮮明な像を得ることが可能である。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 眼、１２ 瞳孔、１００ 眼底像形成装置、１０２ ビーム光、１１０ 光源、１１２ 走査光学系、１２０ 第１反射鏡、１２２ 第１焦点、１２４ 第２焦点、１３０ 二次元走査部、１３１ 本体、１３２ 連結部、１３３ 枠体、１３４ 連結部、１３５ 反射鏡、１４０ 第２反射鏡、１４２ 第３焦点、１４４ 第４焦点、１５０ 平面反射鏡、１５２ 検出器、１５４ 制御部、１５６ 画像処理部、１５８ ハーフミラー、１７０ 眼底像形成装置、１７２ ハーフミラー、１７３ 走査光学系、１７４ 光強度センサ、１８０ 眼底像形成装置、１８４ 走査光学系

Claims (9)

1. 被験者の眼底をビーム光で走査する眼底像形成装置であって、
   前記ビーム光を供給する光源と、
   第１焦点と第２焦点とを有し、前記第１焦点に入射する前記ビーム光を前記第２焦点を通るように反射する第１反射鏡と、
   第３焦点と第４焦点とを有し、前記第３焦点に入射する前記ビーム光を前記第４焦点を通るように反射する第２反射鏡と、
   前記第１反射鏡と前記第２反射鏡との間の光路中に配置されたハーフミラーと、
   前記第１反射鏡の前記第１焦点に配置された走査部材と
   を備え、
   前記第１反射鏡の前記第２焦点と前記第２反射鏡の前記第３焦点とが一致して配置され、
   前記走査部材により、前記第１反射鏡の前記第１焦点に入射する前記ビーム光で、前記第１反射鏡、前記ハーフミラー及び前記第２反射鏡の前記第４焦点を介して前記被験者の前記眼底を走査する眼底像形成装置。
2. 前記ハーフミラーは、前記第２反射鏡を経由する光路上の一部の光を透過する請求項１に記載の眼底像形成装置。
3. 前記第２反射鏡を経由する前記ハーフミラーの光路上において、前記ハーフミラーを透過する前記ビーム光を検出する検出部をさらに備える請求項１または２に記載の眼底像形成装置。
4. 前記検出部からの信号に基づいて網膜の画像を生成する画像処理部をさらに備える請求項３に記載の眼底像形成装置。
5. 前記ハーフミラーは、前記第１焦点と前記第２焦点とを結ぶ線分と、前記第３焦点と前記第４焦点とを結ぶ線分とがなす角を二等分する方向を法線とする請求項１から４のいずれか１項に記載の眼底像形成装置。
6. 前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は、回転楕円体の一部を反射面として有する請求項１から５のいずれか１項に記載の眼底像形成装置。
7. 前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は、互いに等しい離心率を有する回転楕円体の一部を反射面として有する請求項６に記載の眼底像形成装置。
8. 前記第１反射鏡は、前記第２反射鏡よりも小さい請求項１から７のいずれか１項に記載の眼底像形成装置。
9. 前記ハーフミラーは、入射してくる光を予め設計された割合で透過および反射する請求項１から８のいずれか１項に記載の眼底像形成装置。

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