JP6941952B2 - 眼科装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像の撮影を行う眼科装置に関する。

例えば、緑内障の診断では視神経乳頭の部分のくぼみの状態の把握が重要となる。この診断に立体画像が有効である。立体画像は、２台のカメラを用いて異なる視点から撮影対象を撮影することで得られる。例えば、特許文献１には、ステレオ撮影を行う眼科装置について記載されている。

また、眼科装置では、装置に対する被検眼の相対的な位置合わせが必要となる。この位置合わせに立体画像の技術を用いる技術が公知である（例えば、特許文献２を参照）。この技術では、眼科装置に被検眼を異なる２以上の方向から撮影するカメラを配置し、複数の方向から撮影した画像を解析することで、被検眼の三次元位置を求め、それに基づき上記の位置合わせが行われる。

特開２０１６−１８５１７７号公報 特許第５９８９５９３号公報

ステレオ撮影を行う眼科装置では、２台のカメラに同一のクロックを入力して同期させて撮影を行っていた。ところで、例えば眼底の撮影では、血流の影響等で患部が微動する場合がある。カメラの駆動クロックを速くすることで、この微動が生じても得られる立体画像に支障が生じないようにできる。しかしながら、カメラの動作速度や眼底撮影に必要な露光時間の関係から、カメラの撮影間隔を短くする（動作クロックを速くする）ことには限界がある。

このような背景において、本発明は、フレームレートの高いステレオ撮影が可能な眼科装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、被検眼のステレオ撮影を行う眼科装置であって、周期Ｔで繰り返し右画像の撮影を行う第１のカメラと、前記第１のカメラと同じ周期Ｔで繰り返し左画像の撮影を行う第２のカメラとを備え、前記第１のカメラの撮影開始のタイミングと前記第２のカメラの撮影開始のタイミングとが前記周期Ｔを基準として半周期ずれており、前記第１のカメラの前記撮影開始のタイミングを決めるクロック信号と前記第２のカメラの前記撮影開始のタイミングを決めるクロック信号とは、同じ周波数であり、位相が半周期ずれている眼科装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記右画像および前記左画像を撮影したタイミングで前記右画像と前記左画像の表示を表示装置に行わせることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、特定の時刻において取得されるステレオ画像は、前記特定の時刻に得られた右画像または左画像と、前記特定の時刻の前記半周期前に得られた左画像または右画像とにより構成されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記第１のカメラと前記第２のカメラの撮影周期をＴ、Ｔ／２毎の時刻をＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・Ｔｎとして、Ｔｎにおけるステレオ画像は、Ｔｎに取得された右画像または左画像とＴｎ−１において取得された左画像または右画像により構成され、Ｔｎ＋１におけるステレオ画像は、Ｔｎに取得された右画像または左画像とＴｎ＋１において取得された左画像または右画像により構成され、Ｔｎ＋２におけるステレオ画像は、Ｔｎ＋２に取得された右画像または左画像とＴｎ＋１において取得された左画像または右画像により構成され、Ｔｎ＋３におけるステレオ画像は、Ｔｎ＋２に取得された右画像または左画像とＴｎ＋３において取得された左画像または右画像により構成されることを特徴とする。

眼科装置の概念図である。 同期信号の波形図である。 同期信号とフレームレートの関係を示す図である

（全体の構成）
図１には、眼科装置１００が示されている。眼科装置１００は、カメラ１０１とカメラ１０２を備えている。カメラ１０１は右側から被検眼の撮影を行い、カメラ１０２は左側から被検眼の撮影を行う。この例において、カメラ１０１とカメラ１０２は、被検眼の眼底のステレオ撮影を行う。

カメラ１０１には、制御部２００から同期信号１が供給され、カメラ１０２には、制御部２００から同期信号２が供給される。同期信号の形態には、通常モードと倍速モードの２つの形態がある。通常モードは、カメラ１０１と１０２に同じタイミングのクロック信号（同じ位相で位相差のないクロック信号）が同期信号１および２として供給される。通常モードでは、カメラ１０１と１０２の撮影が同時に行われる。

倍速モードでは、位相が半周期（π）ずれた同期信号１と同期信号２がカメラ１０１とカメラ１０２に供給される。図２に倍速モードにおける同期信号１と同期信号２の位相の関係を示す。倍速モードでは、カメラ１０１と１０２の撮影が交互に行われる。撮影の間隔で見た場合、通常モードのフレームレートＦに比較して、倍速モードではフレームレートが２倍の２Ｆとなる。図３に通常モードと倍速モードとの関係を示す。

（制御部の構成）
制御部２００は、同期信号発生回路２０１、位相シフト回路２０２、切り替え回路２０３を備える。同期信号発生回路２０１は、図２の同期信号１を構成するクロック信号を生成する。クロック周波数は、フレームレートに対応したものとなる。

位相シフト回路２０２は、同期信号発生回路２０１で発生されたクロック信号を２つに分け、一方をそのまま出力し、他方は位相を半周期（π）シフトさせ、同期信号２として出力する。

切り替え回路２０３は、通常モードにおいて同じクロック信号を同期信号１および同期信号２として出力する。この場合、同期信号１と同期信号２は同じタイミングを刻むクロック信号となる。

切り替え回路２０３は、倍速モードにおいて位相が半周期ずれたクロック信号を同期信号１および同期信号２として出力する。この場合、図２に示すように同期信号１と同期信号２の位相は、半周期（Ｔ／２）ずれている。

（画像処理部の構成）
画像処理部３００は、画像受付部３０１、ステレオ画像生成部３０２、ステレオ画像表示制御部３０３を備える。画像データはデジタル信号化されており、これら各機能部は、画像データを取り扱う集積回路により構成されている。この集積回路は、専用の画像処理用ＩＣやＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）により構成されている。

画像受付部３０１は、カメラ１０１とカメラ１０２が撮影した画像の画像データを受け付ける。ステレオ画像生成部３０２は、カメラ１０１が撮影した画像の画像データ（右画像データ）と、カメラ１０２が撮影した画像の画像データ（左画像データ）に基づくステレオ画像を生成する。

ステレオ画像表示制御部３０３は、上記のステレオ画像を液晶表示装置等の表示装置４００に表示するための制御を行う。ステレオ画像は、画面の右側にカメラ１０１が撮影した画像（右画像）が表示され、画面の左側にカメラ１０２が撮影した画像（左画像）が表示される。それを観察者が、右目で右画像を視認し、左目で左画像を視認することで立体視が行われる。

通常モードでは、右画像と左画像が同時刻に撮影された画像が利用される。倍速モードでは、右画像と左画像とで、撮影時刻が同期信号の半周期分ずれている。すなわち、時刻ｔに右画像が撮影された場合、左画像は時刻ｔ＋Ｔ／２（またはｔ−Ｔ／２）に撮影されたものが利用される。

また、ステレオ画像生成部３０２は、表示装置４００として時分割型の立体表示ディスプレイを用いた場合に、表示装置４００に右画像と左画像を交互に表示させる処理を行う。この場合、観察者は、液晶シャッターがついたメガネを着用して、右画像を右目で視認し、次のタイミングで左画像を左目で視認することを交互に行ってカメラ１０１と１０２が撮影した対象物の立体視を行う。

この場合、カメラ１０１の撮影フレームレートと、表示装置４００での右画像の表示フレームレートを同じにし、またカメラ１０２の撮影フレームレートと、表示装置４００での左画像の表示フレームレートを同じにすることで、信号処理の負担を軽減でき、回路を簡素化できる。具体的には、ステレオ画像生成部３０２は不要となり、画像受付部３０１が受け付けた右画像と左画像を順次交互に表示装置４００に送ればよい。

例えば、カメラ１０１が３０フレーム／秒のフレームレートで右画像の撮影を行い、カメラ１０２が３０フレーム／秒のフレームレートで左画像の撮影を行う場合を考える。この場合、図２の周期Ｔは１秒の１／３０であり、カメラ１０１の撮影とカメラ１０２の撮影とが図２に示すタイミングで交互に行われる。

そして、表示装置４００には、１秒／６０毎に交互に送られてくる右画像と左画像をそのまま交互に表示する。この場合、右画像と左画像が１秒間に交互に３０枚ずつ（合計６０枚）表示される。なお、右画像と左画像を同じタイミングで表示させる形態も可能である。

（優位性）
右画像を撮影するカメラ１０１と左画像を撮影するカメラ１０２とで撮影タイミングをずらし、ステレオ画像を構成する右画像と左画像を交互に撮影することで、カメラ１０１と１０２を同一クロックで動作させる場合に比較してフレームレートを実質２倍にすることができる。

カメラ単体のフレームレートは、撮像素子の応答速度等に律速され、上限が存在するが、上記の動作を行うことで、撮像素子に負担をかけることなく２倍のフレームレートが得られる。

また、交互に撮影した画像をそのまま交互に表示装置に表示することで、簡易な構成でありながら対象物の動きに高い追従性を有する立体画像の撮影および表示が可能となる。

以下、具体的な例を挙げて上記の優位性について説明する。例えば、図２の時刻Ｔ３におけるステレオ画像を考える。時刻Ｔ３では右画像１が取得され、左画像２は取得中（撮影中）である。この場合、右画像１と半周期（Ｔ／２）前に取得した左画像１によりステレオ画像が構成される。この場合、時刻Ｔ１〜Ｔ３において取得した右画像と、時刻Ｔ０〜Ｔ２において取得した左画像とによってステレオ画像が構成され、当該ステレオ画像には時刻Ｔ１〜Ｔ３において取得した画像情報が含まれる。

時刻Ｔ３におけるステレオ画像の次のステレオ画像は、時刻Ｔ５において得られる。この場合、右画像２と左画像２によりステレオ画像が構成され、当該当該ステレオ画像には時刻Ｔ２〜５において取得した画像情報が含まれる。以下、同様にして右画像３と左画像３の組み合わせによるステレオ画像、右画像４と左画像４の組み合わせによるステレオ画像、・・・と繰り返され、ステレオ動画の画像が得られる。

ここで、上記Ｔ３におけるステレオ画像の場合を考える。例えば、Ｔ１とＴ２の間で対象物に動きがあったとする。この場合、右画像１と左画像１は撮影中（画素情報の取得中）であるが、右画像１は撮影の前半であり、左画像１は撮影の後半である。よって、上記の変化が生じた時点における当該変化が生じた部分の画素情報の取得が、左画像１では終了しているが、右画像１ではこれからである可能性があり、上記の変化が右画像１で捉えられる可能性がある。

仮に、右画像１と左画像１とを同じタイミング（同じ同期信号）で取得した場合、上記の変化を２つの画像が共に捉えることができない確率が高くなる。

したがって、図２の方法によれば、時間軸上の分解能を従来の２つのカメラの撮影タイミングを同じにした場合に比較して高くできる。すなわち、本実施形態の態様を採用することで、従来の左右で同じ位相の同期信号を利用する場合に比較して、フレームレートを実質２倍にすることができる。

なお、上記の例示では、時刻Ｔ３，Ｔ５・・・でステレオ画像を得ているが、時刻Ｔ２，Ｔ４・・・でステレオ画像を得てもよい。この場合、時刻Ｔ２において、左画像１とその半周期前に得た右画像０とでステレオ画像が構成され、時刻Ｔ４において、左画像２とその半周期前に得た右画像１とでステレオ画像が構成される。

（その他）
図１の構成をＯＣＴ、ＳＬＯ、眼屈折検査装置（レフラクトメータ、ケラトメータ）、眼圧計、角膜の特性（角膜厚、細胞分布等）を得るスペキュラーマイクロスコープ、ハルトマン−シャックセンサを用いて被検眼の収差情報を得るウェーブフロントアナライザなどの各種の眼科装置における被検眼のアライメント（位置合わせ）に利用する形態も可能である。この場合、上述した各種の眼科装置が図１の構成を備え、ステレオ画像を用いた被検眼のアライメントが行われる。

（変形例）
以下の処理をステレオ画像生成部３０２で行う態様も可能である。この処理では、まず図２の時刻Ｔ２において、右画像０と左画像１によるステレオ画像を得る。次いで、時刻Ｔ３において、右画像１と左画像１によるステレオ画像を得る。次いで、時刻Ｔ４において、右画像１と左画像２によるステレオ画像を得る。この処理を繰り返し、同期信号の半周期（Ｔ／２）毎にステレオ画像を得る。

この場合、Ｔ２：（右画像０，左画像１）→Ｔ３：（右画像１，左画像１）→Ｔ４：（右画像１，左画像２）→Ｔ５：（右画像２，左画像２）→Ｔ６（右画像２，左画像３）→・・・と半周期（Ｔ／２）毎にステレオ画像が得られる。このため、周期Ｔ毎にステレオ画像を得る場合に比較して更に分解能を高くできる。なお、この例において、右画像と左画像の関係を入れ替えた態様も可能である。

１００…眼科装置

Claims (4)

1. 被検眼のステレオ撮影を行う眼科装置であって、
   周期Ｔで繰り返し右画像の撮影を行う第１のカメラと、
   前記第１のカメラと同じ周期Ｔで繰り返し左画像の撮影を行う第２のカメラと
   を備え、
   前記第１のカメラの撮影開始のタイミングと前記第２のカメラの撮影開始のタイミングとが前記周期Ｔを基準として半周期ずれており、
   前記第１のカメラの前記撮影開始のタイミングを決めるクロック信号と前記第２のカメラの前記撮影開始のタイミングを決めるクロック信号とは、同じ周波数であり、位相が半周期ずれている眼科装置。
2. 前記右画像および前記左画像を撮影したタイミングで前記右画像と前記左画像の表示を表示装置に行わせる請求項１に記載の眼科装置。
3. 特定の時刻において取得されるステレオ画像は、前記特定の時刻に得られた右画像または左画像と、前記特定の時刻の前記半周期前に得られた左画像または右画像とにより構成される請求項１または２に記載の眼科装置。
4. 前記第１のカメラと前記第２のカメラの撮影周期をＴ、Ｔ／２毎の時刻をＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・Ｔｎとして、
   Ｔｎにおけるステレオ画像は、Ｔｎに取得された右画像または左画像とＴｎ−１において取得された左画像または右画像により構成され、
   Ｔｎ＋１におけるステレオ画像は、Ｔｎに取得された右画像または左画像とＴｎ＋１において取得された左画像または右画像により構成され、
   Ｔｎ＋２におけるステレオ画像は、Ｔｎ＋２に取得された右画像または左画像とＴｎ＋１において取得された左画像または右画像により構成され、
   Ｔｎ＋３におけるステレオ画像は、Ｔｎ＋２に取得された右画像または左画像とＴｎ＋３において取得された左画像または右画像により構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の眼科装置。

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