JP7158827B2

JP7158827B2 - 眼科撮影装置およびその制御方法

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Publication number: JP7158827B2
Application number: JP2017084733A
Authority: JP
Inventors: 耕平竹野
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Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2022-10-24
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: JP2018175792A

Description

本発明は眼科撮影装置およびその制御方法に関し、特に高分解能の眼底画像を効率よく取得可能な眼科撮影装置および制御方法に関する。

近年、眼底観察装置に補償光学（ＡｄａｐｔｉｖｅＯｐｔｉｃｓ：以下、ＡＯと記載）を搭載し、高分解能に網膜の微細構造を描出する研究開発が行われている。眼底観察装置として、例えば、低コヒーレンス光による干渉を利用した光断層画像撮像装置（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、ＯＣＴと記載）にＡＯを搭載したＡＯ－ＯＣＴが挙げられる（非特許文献１）。

眼底撮影において、人眼の光学系（角膜、水晶体、硝子体）は不均一であり、眼底を撮影する光の波面に収差が生じるため、高分解能に網膜を描出することは一般に困難である。ＡＯを搭載した眼底観察装置では、波面センサーを用いて光波面の収差を計測し、波面補正デバイスを用いて収差を打ち消すため、高分解能な眼底画像を取得することが可能となる。

波面補正デバイスとして、銀などの金属でできた反射面を変形させることが可能な形状可変鏡（ＤｅｆｏｒｍａｂｌｅＭｉｒｒｏｒ：以下、ＤＭと記載）が用いられる。近年では特に、つなぎ目の無い１枚の金属薄膜（メンブレン）を、反射面の裏面から複数のアクチュエータで押すことで反射面を変形させるＤＭが広く用いられている。アクチュエータとしては、コイルと磁石を組み合わせた電磁方式や、電極に蓄積する電荷同士の引力を利用した静電方式、誘電体に電圧をかけることで生じる屈伸を利用した圧電方式などが挙げられる。

メンブレン型のＤＭでは、あるアクチュエータによるメンブレンの変形が、その周囲のアクチュエータ位置のメンブレン形状にも影響を及ぼす。すなわち、メンブレンをある所望の形状に変形させる場合、周囲のアクチュエータの影響も考慮してアクチュエータを押す量（駆動量）を決める必要がある。このため、事前にアクチュエータを個別に駆動した時のメンブレンの変形を記録しておき、所望のメンブレンの形状変化を得るのに最も良好なアクチュエータの駆動量の組み合わせを計算する。

予め決められた駆動量で個別にアクチュエータを駆動した時のメンブレンの変形を表したものを「影響関数」と呼ぶ。ＡＯでは一般に、装置の調整段階や起動時等にＤＭのアクチュエータを順次駆動し、影響関数を波面センサーで測定、記録する一連のシーケンスを有する。得られた影響関数はさらに適切に計算され、メンブレンの所望の形状を得るのに必要となる駆動量を計算する関数に変換される。この関数の一例は数学的な行列を用いたもの（制御行列）であり、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の係数群を１次元ベクトルとして関数へ入力すると、アクチュエータの駆動量が１次元ベクトルとして出力される。ＡＯでは、波面センサーで測定された収差をもとに先述の計算を行い、アクチュエータを駆動する動作を繰り返すことで、リアルタイムに光波面の収差を補正することができる。

影響関数の測定は、上述の調整段階等に加え、温度等の外的環境の変化によるＤＭの特性の変化や、装置への衝撃等によるＡＯの光学系の光軸の変動が生じた場合等にも行う必要がある（特許文献１）。また、ＡＯの性能を確認するため、定期的に影響関数を測定することもあり得る。

以下、メンブレン型のＤＭで影響関数を測定、記録し、メンブレンの所望の形状を得るのに必要となる駆動量を計算する関数に変換するまでのプロセスをＤＭのキャリブレーションと記載する。

特開２００７―２１０４５号公報

"Ａｄａｐｔｉｖｅ－ｏｐｔｉｃｓｏｐｔｉｃａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙｆｏｒｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ３Ｄｒｅｔｉｎａｌｉｎｖｉｖｏｉｍａｇｉｎｇ"，Ｒ．Ｚａｗａｄｚｋｉｅｔ．ａｌ，ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，１７Ｏｃｔｏｂｅｒ２００５，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２１，ｐｐ．８５３２―８５４６

従来の影響関数の測定は、ＤＭのアクチュエータを１つずつ順次駆動する。メンブレン型のＤＭは１００個程度のアクチュエータを有しており、例えば一般的なＤＭは９７個や１４４個のアクチュエータ数である。また、測定精度を高めるため、１個のアクチュエータにつき異なる駆動量で複数回の測定を行う。このようにアクチュエータ数が多く、かつ複数回の測定を行う必要があり、影響関数を測定するのに時間がかかることが課題であった。

本発明は上記課題に鑑み、ＤＭの影響関数を効率的に測定し、測定にかかる時間を短縮することができるＡＯ搭載の眼科撮影装置を提供すること目的とする。

本発明に係る眼科撮影装置は、測定面に入射した光の集光位置を検出することにより当該光の波面を測定する波面測定手段と、入射された光の波面を変化させるための反射面と、前記反射面を変形させるための複数アクチュエータをそれぞれ駆動する複数の駆動部を有する波面補正手段を有する眼科撮影装置であって、前記反射面の変形の影響関数を求める時に、光を入射した状態で前記複数の駆動部から駆動する所定の数のアクチュエータを選択する選択手段と、前記選択された所定の数のアクチュエータを駆動部で駆動して前記反射面を変形させた状態で、駆動された所定の数のアクチュエータにより変形された反射面毎に対応する前記測定面の複数の集光位置のずれ量を計測する計測手段と、前記計測されたずれ量に基づいて、前記影響関数を求める演算手段とを有し、前記選択手段は、前記駆動部により前記所定の数のアクチュエータを同時駆動して変形された反射面毎の前記測定面の集光位置が、オーバーラップしないアクチュエータを選択する。

本発明によれば、ＤＭの影響関数を効率的に測定することができる。

本発明の一実施形態の眼科撮影装置の機能構成図である。本発明の一実施形態における光学系の構成図である。ＤＭの構造を説明するための模式図である。シャックハルトマンセンサーを説明するための模式図である。ハルトマン像を説明するための模式図である。本発明の一実施形態におけるキャリブレーション動作のフローチャートである。本発明の一実施形態における駆動パターンを説明するための模式図である。本発明の一実施形態における影響範囲を説明するための模式図である。本発明の一実施形態における影響関数および制御行列を説明するための図である。本発明の一実施形態における表示制御部による表示画面を説明するための図である。本発明による実施例２の眼科撮影装置の光学系の構成図である。本発明による実施例３の眼科撮影装置の光学系の構成図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。以下の説明は本質的に、説明的及び例示的なものにすぎず、いかなる形でも、本開示及びその用途又は使用を限定することを意図していない。実施形態において示されるコンポーネントの相対的構成、並びに、ステップ、数値表現及び数値は、別段の具体的な指示がない限り、本開示の範囲を限定しない。当業者によってよく知られている技法、方法及びデバイスは、以下で論考する実施形態を可能にするために当業者がこれらの詳細を知る必要がないので、詳細に論考されていない場合がある。

［実施例１］
［装置の全体構成］
図１は本発明による一実施形態の眼科撮影装置の機能ブロック図である。図１において、制御部３００により制御される光学系１００は測定対象Ｔに対して測定光を照射し、測定対象Ｔからの戻り光を検出する。画像生成部４００は光学系１００の出力である信号Ｓを処理して画像ＩＭを生成し、表示制御部５００に出力する。表示制御部５００は液晶ディスプレイ等の表示デバイス（不図示）を含み、入力した画像を表示する。また、生成された画像は記憶部６００に測定対象Ｔを特定する情報と共に記憶される。

図１に示す眼科撮影装置は、特定の機能を持つハードウェアに接続されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）によって実現することが出来る。例えば、光学系１００をハードウェアで実現し、制御部３００、画像生成部４００および表示制御部５００を前記ハードウェアに接続されたＰＣに搭載可能なソフトウェアモジュールで実現することが出来る。以下の実施例においてはＰＣの演算処理装置ＣＰＵが当該ソフトウェアモジュールを実行することで機能を実現するが、本発明はこのような方法に限定されるものではない。画像生成部４００は、例えばＡＳＩＣ等の専用のハードウェアで実現しても良いし、表示制御部はＣＰＵとは異なるＧＰＵ等の専用プロセッサによっても良い。また光学系１００とＰＣとの接続はネットワークを介した構成によっても本発明の主旨を変更することなく実現が可能である。

次に、各部の詳細な構成について説明を行う。

＜光学系１００の構成＞
図２は、図１における測定対象Ｔを被検眼１１８とした場合の光学構成を示す図である。以下に図２を参照して光学系１００の構成について説明する。光学系１００の主要な構成要素は、光源１０１、ＡＯ部１４０、参照光学系１５０、受光光学系１６０からなる。なお、図２には示していないが、アライメントを容易にするための前眼部観察部、被検眼に固視位置を提示する固視灯光学系、眼底の撮影位置を確認するための広画角眼底撮影部を有していても良い。しかしながら、これは公知の構成による事が出来、本発明の中心的部分ではないため説明は省略する。

光源１０１は、低コヒーレンス光源であり、例えば、中心波長８４０ｎｍ、波長幅１００ｎｍのＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ（以下、ＳＬＤ）光源が用いられる。本実施形態においてはＳＬＤ光源を用いたが、その他にチタンサファイアレーザー等も用いられる。

光源１０１から出射された光は、シングルモードファイバ（以下、ＳＭファイバー）１０２－１を介して、ビームスプリッター１０３に導かれ、測定光と参照光に分岐される。本実施形態では、ビームスプリッター１０３はファイバカプラにより構成されている。ビームスプリッター１０３の分岐比は、９０（参照光）：１０（測定光）である。

分岐された測定光はＳＭファイバー１０２－４を介してＡＯ部１４０に導かれ、コリメータ１０５－１によって平行光とされる。

次に、測定光は光分割部１０７を透過し、リレー光学素子１３０－１～１３０－６でＤＭ１０４、スキャン光学系１０８、被検眼１１８に導光される。本実施形態では、リレー光学素子はレンズで構成されている。光リレー光学素子１３０－１～１３０－６は、ＤＭ１０４、スキャン光学系１０８および被検眼１１８の入射瞳が略位相共役となるように調整されている。

本実施形態では、波面補正デバイスであるＤＭ１０４として電磁方式のものを用いた。図３（ａ）に電磁方式の模式図を示す。基板２０１上に複数のコイル２０４が並べられており、コイルに対向する位置に磁石２０２が取り付けられている。コイル２０４に対し直列に抵抗２０６が接続され、電圧２０５を印加することでコイル２０４に電流を流す。電流の大きさを制御することでコイル２０４により発生する電磁力の大きさを換え、磁石２０２と電磁力の相互作用により光を反射する反射面であるメンブレン２０３が変形する仕組みになっている。

なお、本実施形態では電磁方式を用いるが、静電方式（図３（ｂ））や圧電方式（図３（ｃ））のＤＭを用いてもよい。メンブレン２０３の変形を生じさせる方法として、静電方式では電極２０６に電圧２０５を印加することで発生する力を利用し、圧電方式ではＰＺＴなどの圧電材料２０７に電圧２０５を印加することで発生する力を利用する。

スキャン光学系１０８はｘ－ｙ２次元のスキャンができるものとし、単一のミラーで２次元スキャンするものであっても、複数のスキャナーから構成されるものであっても良い。本実施形態では、ｙ（鉛直）方向、ｘ（水平）方向いずれもガルバノスキャナーからなる。また、スキャン光学系１０８は、制御部３００の指示に基づき、撮影領域の位置を変更（ステアリング）することも可能である。

リレー光学素子１３０－５および１３０－６は測定光の眼底Ｅｒへのフォーカスを調整する機能を持つ。リレー光学素子１３０－６はステージ１０９上に固定されており、光軸方向に動くことで、フォーカス調整をすることが出来る。なお、本実施形態ではレンズを動かしてフォーカスを調整しているが、レンズを固定し、光路長を調整する機構を有するＢａｄａｌＯｐｔｏｍｅｔｅｒを使用しても良い。

なお、リレー光学素子１３０－１～１３０－６は、レンズ表面の反射光が迷光となることを防ぐため、ミラーを使用する構成でも良い。

スキャン光学系１０８とステージ１０９は制御部３００によって制御され、被検眼１１８の眼底Ｅｒの所望の範囲で測定光をスキャンすることが出来る。測定光は、ステージ１０９上に乗ったフォーカスレンズ１３０－６により、被検眼１１８に入射し、眼底Ｅｒにフォーカスされる。

眼底Ｅｒを照射した測定光は反射・散乱し、戻り光としてリレー光学素子１３０－１～１３０－６を逆順にたどり、光分割部１０７に戻る。戻り光は光分割部１０７により分割され、リレー光学素子１３０－７、１３０－８およびアパーチャ１３２を介し、波面測定を行う波面センサー１０６に導光される。リレー光学素子１３０－７、１３０－８は、ＤＭ１０４、スキャン光学系１０８および被検眼１１８の入射瞳と略位相共役となるように調整されている。アパーチャ１３２は、迷光が波面センサー１０６に入るのを防ぐために挿入されている。また、光分割部１０７の分岐比は、被検眼１１７への入射光量、ＡＯ部１４０の光の利用効率（スループット）、波面センサー１０６の感度、受光光学系１６０のスループットで決まり、本実施形態では９０（透過）：１０（反射）である。

光分割部１０７を透過した測定光の戻り光は、コリメータ１０５－１、ＳＭファイバー１０２－４を介し、ビームスプリッター１０３に入射する。

一方、ビームスプリッター１０３で分岐された参照光は、ＳＭファイバー１０２－３を介して出射され、コリメータ１５１によって平行光とされる。参照光は、分散補償ガラス１５２を介し、ミラー１５３で反射される。ミラー１５３はステージ１５４上に配置されており、被検者の眼軸長の相違等に対応して光軸方向に駆動され、コヒーレンスゲート位置を調整するように制御部３００で制御される。なお、本実施形態では参照光の光路長を変更しているが、測定光の光路と参照光の光路との光路長差を変更出来れば良い。

ミラー１５３で反射された参照光は、光路を逆順にたどり、分散補償ガラス１５２、コリメータ１５１、ＳＭファイバー１０２－３を介し、ビームスプリッター１０３に入射する。ビームスプリッター１０３では、測定光の戻り光と参照光が合波されて干渉光となり、受光光学系１６０に入射する。

受光光学系１６０に入射した干渉光は、コリメータ１６１、グレーティング１６２、結像レンズ１６３を介し、ディテクター１６４に入射する。干渉光はグレーティング１６２によりスペクトルに分解され、ディテクター１６４上で干渉光のスペクトル成分ごとに受光され、信号Ｓに変換されて画像生成部４００に入力される。

＜ＡＯ動作＞
ＡＯの動作を以下に説明する。本実施形態では、波面測定手段に対応する波面センサー１０６としてシャックハルトマンセンサーを用いる。シャックハルトマンセンサーは、マイクロレンズアレイにより入射される戻り光を分割し、それぞれの分割された測定光を測定面を有する２次元センサー上に集光する。図４にシャックハルトマンセンサーの模式図を示す。

図４（ａ）は、シャックハルトマンセンサーの断面を模式的に示したものである。マイクロレンズアレイ４１４はマイクロレンズ４１５が２次元格子状に並んだものであり、光４２０が入射すると、光波面４２１は分割されて２次元センサー４１０の測定面上に集光する。図４（ａ）の光４２０に重畳して記載されている矢印は、光の伝搬する方向を示している。

図４（ｂ）はシャックハルトマンセンサーを光の入射側から見た時の模式図である。図４（ａ）のＡ－Ａ’の線に対応する図（ｂ）上での位置を示す。

図４（ｃ）は、２次元センサー４１０上で光４２０が集光している様子を模式的に示したものである。光４２０が照射するマイクロレンズアレイ４１４の領域に対応して、集光スポット４３０が並ぶ。２次元センサー４１０の信号を取得し、画像化することで、図４（ｄ）に模式的に示す輝点４５１が並ぶハルトマン画像４５０となる。なお、ハルトマン像の座標軸は、ｘ方向、ｙ方向を図４（ｄ）に示す通りとする。

図５（ａ）は、収差を有する光波面４２２がマイクロレンズアレイ４１４に入射する様子を模式的に表したものである。収差を有する光波面４２２がマイクロレンズ４１５で分割され２次元センサー４１０に集光する集光位置は、無収差の光波面の場合に対しずれる。図５（ｂ）に、その場合に取得されるハルトマン像を示す。領域４５５はマイクロレンズ４１５に対応するハルトマン像の領域を示している。ハルトマン像における参照輝点４５３は無収差の光波面が入射した場合の集光位置に対応する。

図５（ｃ）において、参照輝点４５３の重心位置（参照重心）４５４に対する輝点４５１の重心位置４５２のｘ方向、ｙ方向の移動量を（ｄｘ、ｄｙ）と表す。（ｄｘ、ｄｙ）は収差を有する光波面４２２の傾きに対応しており、収差を有する光波面をΦ（ｘ、ｙ）で表し、マイクロレンズ４１５の焦点距離ｆとすると、以下の関係が成り立つ。
ｄｘ＝ｆ∂_ｘΦ （１）
ｄｙ＝ｆ∂_ｙΦ （２）

ここで∂_ｘ、∂_ｙはそれぞれｘ、ｙ方向の偏微分である。なお、本実施形態で使用するシャックハルトマンセンサーは、マイクロレンズアレイ４１４と２次元センサー４１０の距離（図４（ａ）の破線両矢印で示す距離４１６）がおおよそ焦点距離ｆとなるように調整されており、式（１）、（２）が精度よく成り立つ。

ここで、マイクロレンズ４１５をｑ（ｑ＝１、２、・・・、Ｑ：Ｑはマイクロレンズアレイ４１４の総マイクロレンズ数）の連番で表すものとし、ｑ番目のマイクロレンズによるハルトマン像の輝点の重心位置を、基準位置に対する移動量（ｄｘ_ｑ、ｄｙ_ｑ）と表す。

ＤＭのキャリブレーションにおいては、アクチュエータを駆動部により１つずつ駆動し、移動量（ｄｘ_ｑ、ｄｙ_ｑ）をすべてのマイクロレンズについて記録する。このとき、ｐ番目のアクチュエータによるｑ番のマイクロレンズに対応する移動量（ずれ量）を（ｄｘ_ｐｑ、ｄｙ_ｐｑ）と表すことにする。この（ｄｘ_ｐｑ、ｄｙ_ｐｑ）を用いて制御行列を計算するが、詳細は後述するものとし、今は上記制御行列が得られたものとしてＡＯ動作を説明する。

眼底Ｅｒから反射・散乱した測定光の戻り光は、光分割部１０７で分割され、戻り光の一部は波面センサー１０６に導光される。波面センサー１０６において、測定光のハルトマン像４５０を取得し、計測手段として機能する制御部３００は集光位置の輝点４５１の重心位置（ｄｘ、ｄｙ）を計算する。計測手段として機能する制御部３００はさらに、（ｄｘ、ｄｙ）を制御行列に入力することでＤＭ１０４への入力信号を計算し、測定光の収差が低減されるようにＤＭ１０４を駆動する。

波面センサー１０６によるハルトマン像の取得と、制御部３００での計算、およびＤＭ１０４の駆動の一連の動作は繰り返し行われ、測定光の収差が低減されるように常に動き続ける。また、制御部３００がＤＭ１０４への入力信号には、例えば眼底Ｅｒへのフォーカスを変更するための凹面形状（デフォーカス）など、測定光の光波面を所望の形状に変形させるための信号を重畳させたものであっても良い。

＜制御部３００＞
次に制御部３００について説明する。前述したように、本実施形態において制御部３００は、ＣＰＵにより実行されるソフトウェアモジュールであり、光学系１００の各部を制御する。更に、本実施形態において眼科撮影装置全体の動作を制御するとともに、本実施形態において選択手段、計測手段、演算手段として機能する。また、制御部３００は眼科撮影装置を操作するユーザーの入力も受け付けるものとする。具体的には、制御部３００には被検眼を特定する患者ＩＤ等の情報、撮影に必要なパラメータ、眼底をスキャンするパターンの選択等を不図示のキーボードやマウス等のデバイスから入力される。そして、これに基づいて各部を制御すると共に得られた信号、画像等のデータを不図示の記憶部６００に保存する機能を有する。

＜画像生成部４００＞
画像生成部４００は、光学系１００から出力された信号Ｓに対して様々な処理を行う事で、被検眼に関する画像を生成・出力する。

＜表示制御部５００＞
次に表示制御部５００について説明する。前述したように表示制御部５００は液晶ディスプレイ等の表示デバイスを含み、画像生成部４００から入力した画像を表示画面に表示する。図１０は表示制御部５００によって表示される表示画面の構成を示したものである。なお、同図において示される表示画面とは別に、制御部３００によって入力される患者ＩＤ等の被検眼の特定情報の入力画面が必要であるが、これは公知の構成による事が出来、本発明の中心的部分ではないため説明は省略する。

［キャリブレーション方法］
次に、本実施形態におけるＤＭのキャリブレーション方法を図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

＜ステップＳ５０１＞（模型眼の取り付け）
まず、被検眼１１８の位置に模型眼１９０を取り付ける。ここで、模型眼１９０は、被検眼１１８の光学系の特性を模した光学素子１９１と、網膜を模した模擬網膜１９２と、瞳孔を模したアパーチャ１９３からなる。本実施形態では、光学素子１９１として焦点距離１７ｍｍのダブレットレンズ、模擬網膜１９２として光を拡散する特性を持つフィルムを用いた。なお、光学素子１９１は３つ以上のレンズを組み合わせたレンズ等であってもよい。また、被検眼１１８により光学性能を近づけるため、光学素子１９１と模擬網膜１９２の間を水で満たすような構成であってもよい。

本実施形態では、アパーチャ１９３の直径は６．７ｍｍであり、被検眼１１８の網膜Ｅｒ上で３μｍのスポットサイズに集光する条件に相当する。なお、模型眼１９０は、アパーチャ１９３が被検眼１１８の瞳孔位置に略一致するように取り付けられる。

また、模擬網膜１９２は光学素子１９１の後側焦点位置に設置されており、模型眼１９０は正視眼と略同じ光学系となっている。

＜ステップＳ５０２＞（模型眼を照射）
光源１０１を点灯し、先述した測定光の光路を介して模型眼１９０を照射する。

＜ステップＳ５０３＞（光学系を調整）
光学素子１９１で模擬網膜１９２に集光され、反射・散乱した光は、先述の測定光と同様に戻り光として波面センサー１０６に到達する。ステージ１０９を駆動してリレー光学素子１３０－６を動かし、波面センサー１０６で測定される光波面４２１のデフォーカスが最小となるように調整する。

＜ステップＳ５０４＞（参照ハルトマン像を取得）
参照となるハルトマン像（参照ハルトマン像）を取得する。ＤＭのキャリブレーションにおいては、ＡＯ動作は実施されない。光学系１００の収差が存在するため、参照重心４５４と参照ハルトマン像の輝点４５５の重心位置４５６は一般に一致していない（図５（ｄ））。このため、計測手段として機能する制御部３００は、参照ハルトマン像の重心位置４５６を参照（基準）として、ＤＭ１０４のアクチュエータ駆動による輝点４５１の重心位置４５２の移動量（ｄｘｒ、ｄｙｒ）を求める。

＜ステップＳ５０５＞（正の電圧でアクチュエータを駆動）
選択手段として機能する制御部３００は、駆動パターンに従い、駆動される所定の数のアクチュエータを選択し、正の電圧でアクチュエータの駆動を駆動部へ指示する。駆動パターンとは、単独で駆動するアクチュエータの位置、または略同時に駆動する所定の数のアクチュエータの組み合わせのことを指す。駆動パターンはｍ＝１、２、・・・、Ｍの順に適用され、総数はＭである。また、先述の略同時とは、波面センサー１０６による１回の計測中に、ＤＭ１０４のメンブレンの複数個所の形状変化を生じさせることを指す。

電圧の正負（負の電圧は後述）は、図３（ａ）において、基準電位（不図示）に対して決まる電圧２０５の向きを表している。正の電圧および負の電圧は、お互いに異なる符号で同じ大きさの電圧が印加されることを示している。

アクチュエータに印加可能な最大値Ｖ_＋ｍａｘ（正の向きの最大電圧）と表す場合、本実施形態では正の電圧をＶ_＋＝０．５Ｖ_＋ｍａｘに設定した。この値は、印加電圧が大きくて変形量が頭打ちになる非線形領域を避けた最大の値であることが望ましい。また、負の電圧は、符号のみが異なるＶ_＋＝－Ｖ_－である。

［駆動パターン］
図７を参照しながら、駆動パターンについて説明する。図７（ａ）はＤＭのメンブレン２０３を反射面側から見た模式図である。また、コンタクト点７１０は、反射面の裏面からアクチュエータで力を加えるために接触している位置を表している。本実施形態におけるＤＭのアクチュエータ数は９７個である。

図７（ｂ）は、本実施形態における駆動パターンを説明したものである。コンタクト点７１０にそれぞれ対応するアクチュエータの並びを模式的に示しており、駆動パターンの順番ｍを重畳させて表記している。同じ順番ｍで表記されているアクチュエータの組み合わせが駆動パターンである。

本駆動パターンにおいて、ｍ＝１の駆動パターンで駆動される開始点７５１は、メンブレンの左下と、ほぼ中央の２か所であり、順次駆動パターンを適用することで、複数のアクチュエータを略同時に駆動（同時駆動）する。

なお、本駆動パターンは、破線矢印に示す方向に沿って順次アクチュエータを駆動部により駆動することで、同時駆動アクチュエータ間の距離が極力離れるように設計されたものである。

同時駆動の終了点７５２は、複数のアクチュエータが略同時に駆動部により駆動される最後の駆動パターンを表し、本実施形態ではｍ＝４８で同時駆動が終了する。

本実施形態では、アクチュエータ数が奇数（９７）、同時駆動のアクチュエータ数が偶数（２）であり、すべての駆動においては複数（２個）のアクチュエータを割り当てられない。そのため、同時駆動の終了点７５２に達したのちもさらに、アクチュエータを単独で駆動する駆動パターンを適用する。本実施形態では、単独駆動のアクチュエータ７５５が１か所存在し、駆動パターンの総数Ｍ＝４９となる。

駆動パターンは記憶部６００に複数記憶されており、ＤＭのキャリブレーションの際に制御部３００に読み出される。

＜ステップＳ５０６＞（ハルトマン像を取得）
計測手段として機能する制御部３００は、波面センサー１０６からハルトマン像を取得する。

＜ステップＳ５０７＞（重心位置の移動量を計算）
ステップＳ５０７で取得したハルトマン像から正の電圧印加時の各輝点の移動量（ｄｘｒ_＋、ｄｙｒ_＋）を求める。

＜ステップＳ５０８～ステップＳ５１０＞（負の電圧で移動量を計算）
ステップＳ５０８～ステップＳ５１０で、正の場合と同様、負の電圧印加時の各輝点の移動量（ｄｘｒ_―、ｄｙｒ_―）を求める。

＜ステップＳ５１１＞（線形性を判定）
正負の印加電圧それぞれの場合に求められた移動量の差分の絶対値を求め、しきい値（Ｔｘ、Ｔｙ）と比較する。

｜｜ｄｘｒ_＋｜－｜ｄｘｒ_－｜｜＜Ｔｘ（３）
｜｜ｄｙｒ_＋｜－｜ｄｙｒ_－｜｜＜Ｔｙ（４）
式（３）（４）を満たす場合、線形性が良好であると判断してステップＳ５１２に進む。また、満たさない場合には非線形性のため精度よく測定できていないと判断し、ステップＳ５２０において電圧値を小さくする調整を行い、ステップＳ５０５に戻る。

＜ステップＳ５１２＞（影響範囲を判定）
制御部３００は波面センサー１０６の出力に基づいて、ステップＳ５０５、Ｓ５０８において、正負の電圧それぞれで複数のアクチュエータを同時駆動した場合の影響範囲を判定する。ここで、影響範囲とは、あるアクチュエータを駆動した場合に、メンブレンが変形し、ハルトマン像の輝点の移動量（ｄｘ、ｄｙ）が変化する範囲のことである。図８（ａ）に示しているのは、図７（ｂ）における駆動パターンｍ＝３を適用した場合のハルトマン像である。図８（ａ）の領域８０３で示されるのが影響範囲である。

複数駆動の駆動パターンでは、影響範囲がオーバーラップすると正しい測定とならない。このため、複数の影響範囲の中心間を結ぶ線をまたぐ方向に、影響を受けていない輝点４５１の一列のライン８０２が少なくとも１つ存在し、さらには３列以上のライン８０１があることが望ましい。ここで、影響を受けていない輝点とは、移動量（ｄｘ、ｄｙ）が許容値以下の変化を起こしていない輝点のことである。

ライン８０２またはライン８０１が存在する場合、Ｓ５１３に進み、存在しない場合にはステップＳ５２１に進む。

制御部３００は、ステップＳ５２１において、駆動パターンの修正を行う。具体的には、アクチュエータの駆動を同時駆動から独立の駆動等に変更し、影響範囲がオーバーラップしなくなると見込まれる駆動の組み合わせと順番を変更した駆動パターンに作り直す。Ｓ５０５に戻り、修正された駆動パターンに基づいて計測を行う。なお、図６には不図示であるが、修正後の駆動パターンを記憶部６００に記憶し、後述のＧＵＩ９０１上から選択できるようにしても良い。

＜ステップＳ５１３＞（データを分割し影響関数を取得）
同時駆動の各アクチュエータの影響範囲を考慮して波面センサー１０６からのデータを分割し、それぞれのアクチュエータに対応付けて記憶する。具体的には、ライン８０２を境として移動量（ｄｘ、ｄｙ）のデータを分割し、分割によりデータが無くなった範囲には０の値を埋める。

演算手段として機能する制御部３００は、移動量（ｄｘ、ｄｙ）を影響関数に換算する。ここで、「影響関数」は一般にメンブレンの変形（すなわち、移動量）を表すものであるが、本実施形態においては、電圧値の単位入力値当たりに換算した変形を影響関数と呼ぶことにする。具体的には、アクチュエータｐを駆動した場合に、マイクロレンズｑに対応する移動量を（ｄｘ_ｐｑ＋、ｄｙ_ｐｑ＋）、（ｄｘ_ｐｑ－、ｄｙ_ｐｑ－）とすると、影響関数ＩＦ_ｐｑｘ、ＩＦ_ｐｑｙは次のようになる：

＜ステップＳ５１４＞（未取得データがあるかどうか判定）
駆動パターンｍが総数Ｍに満たない場合には、まだ影響関数を取得していない駆動パターンがあると判断し、Ｓ５２２でｍを１だけインクリメントしてＳ５０５に戻る。また、ｍがＭと等しいか、大きい場合には、すべての駆動パターンを適用したため、Ｓ５１５に移る。

＜ステップＳ５１５＞（影響関数から制御行列を生成）
式（５）、（６）で表される影響関数は、アクチュエータへの印加電圧が入力、ハルトマン像の輝点の移動量が出力となるような関係を表す。一方、ＡＯ動作においては、ハルトマン像の輝点の移動量を入力とし、アクチュエータへの印加電圧を出力とする制御行列を用いる。影響関数と制御行列はお互いに入力と出力が入れ替わっており、一般の逆行列を求める手続きに従って、影響関数から制御行列を求める。

まず、影響関数をすべてのインデックスｐ＝１、２、・・・、Ｐ、ｑ＝１、２、・・・、Ｑおよびｘ、ｙについて並べた行列を生成する。以下、この行列をＩＦと表すと、図９（ａ）のような行列となる。なお、図９（ａ）において、ＩＦの添え字は一般的な行列と異なりＩＦ_列行と表記している。

図９に示す通り、アクチュエータへの印加電圧を並べたベクトルＶ（図９（ｂ））、ハルトマン像の輝点の移動量を並べたベクトルＤ（図９（ｄ））とすると、次の関係式が成り立つ。
Ｄ＝ＩＦ・Ｖ（７）
ここで、・は行列とベクトルの積を表す。

本実施形態では、アクチュエータ数Ｐ＝９７、マイクロレンズ数Ｑ＝１０００程度である。なお、光で照射されていないマイクロレンズ（例えば、図４のマイクロレンズ４９０）は式（７）における計算から除外する。このため、マイクロレンズ数Ｑはマイクロレンズアレイ全体のマイクロレンズ数よりも少ない。また、光４２０がマイクロレンズアレイを照射する位置や大きさが変化すると、マイクロレンズ数Ｑも時間的に変化する。

影響関数の行列ＩＦは、行数２０００程度、列数９７の縦長な行列であり、特異値分解の手法を用いて、擬似逆行列を求める。行数と列数が異なる（行数＞列数）行列は、正方行列（行数＝列数）を前提とした逆行列が存在ないため、一般化された逆行列（擬似逆行列）を計算する必要がある。擬似逆行列を添え字＋で表すと、ある行列Ａに対し、次のような性質がある：
Ａ^＋・Ａ＝Ｉ（８）
ここで、Ｉは対角成分がすべて１、非対角成分がすべて０の単位行列であり、Ｉ・Ａ＝Ａとなる性質がある。式（７）に左からＩＦの擬似逆行列ＩＦ^＋を作用させ、式（８）を用いると
Ｖ＝ＩＦ^＋・Ｄ（９）
となる。式（９）におけるＩＦ^＋は制御行列と呼ばれ、移動量のベクトルＤから、ＤＭに入力すべき電圧Ｖを求めるために用いられる行列である。以降、制御行列をＣＭと表すと、式（９）は以下のようになる：
Ｖ＝ＣＭ・Ｄ（１０）
ＡＯ動作中は、繰り返しハルトマン像から移動量を求め、ベクトルＤにして式（１０）に基づきアクチュエータの信号を計算する。求めたアクチュエータの信号は、収差が打ち消されるように符号を反転後、ゲイン倍させて現在の駆動量に付加され、アクチュエータを駆動する。ゲインは、ＡＯによるフィードバックの安定性と収束の速さを調整するために用いられる０から１までの値である。本実施形態では、ＡＯ開始直後のアクチュエータ駆動の１回目ではゲイン１、２回目以降はゲイン０．７に設定されている。

［ＧＵＩ］
図１０を参照しながら、本実施形態におけるＤＭのキャリブレーション時のＧＵＩの一例を説明する。図１０は表示制御部５００によって表示される表示画面の構成を示したものである。

図１０において表示デバイス９０１には、ＤＭ情報表示領域９０２とハルトマン像表示領域９０３で構成される表示画面が表示される。また、ユーザーが入力可能なユーザーインターフェースである入力領域９１２、９１３、プルダウンメニュー９１４およびボタン９１１が配置されている。

ユーザーは入力領域９１２にＤＭのキャリブレーションで用いる電圧値Ｖを入力する。本実施形態では、電圧をＶ_＋ｍａｘで規格化した０～１の値を指定できる。また、入力領域９１３ではステップＳ５０５からＳ５１４をｍ＝１からＭまで行うのを１セットとしたキャリブレーションを何回行うかを指定することができ、平均化したデータを得ることができるようになっている。本実施形態では、２０回の平均回数を指定している。

プルダウン９１４では、図７（ｂ）に示されるような駆動パターンを複数の選択肢から選択できるようになっている。

開始ボタン９１１を押下することで、ＤＭのキャリブレーションが開始される。アクチュエータが順次駆動され、ハルトマン像が取得されるのに伴って、ＤＭ情報表示領域９０２には駆動済みアクチュエータ９２１、駆動中のアクチュエータ９２２、及び、未駆動のアクチュエータ（９２１と９２２以外）が識別可能な表示形態で明示される。識別可能な表示形態としては、色の違い、濃度の違い、駆動済を示すマークの重ね書きなどである。また、ハルトマン像において、移動量が矢印９２５の長さと向きで視覚的に確認できるよう、重畳表示される。ハルトマン像にはさらに、影響範囲９２６が表示され、影響を受けていない輝点のラインを矩形領域９２７で明示することで、キャリブレーションが正しく行われているかを確認することが可能である。

［異なる駆動パターン］
駆動パターンは、前述したパターンに限らない。

図７（ｂ）における単独駆動のアクチュエータ７５５は、図７（ｃ）に示す通り、開始点７５１としてｍ＝１で駆動することにより、キャリブレーションにかかる時間を短縮することができる。

また、図７（ｄ）に示す通り、４か所の開始点７５１から始まり、それぞれ矢印の向きに従ってｍ＝１８まで同時駆動する。ｍ＝１９からさらに２カ所を開始点としてｍ＝２３まで同時駆動する。ｍ＝２４からは単独駆動とする。

この場合、ステップＳ５１２における影響範囲の判定は、図８（ｂ）に示す通り、複数の一列のライン８０２が存在するかどうかによって実施することができる。ここでは、幅を持つライン８０２に影響範囲がオーバーラップするかどうかを判定している。

このように、異なる数の同時駆動数の駆動パターンを用意することで、ＤＭのキャリブレーションにかかる時間を短縮することが可能となる。

なお、ユーザーは、プルダウン９１４から先述の駆動パターンも選択することができるようになっている。

また、本実施形態では、複数の同時駆動アクチュエータに同じ符号の電圧を印加したが、お互いに異なる符号で、互い違いとなるように電圧を印加するようにしても良い。このことにより、アクチュエータ間の影響をより低減して測定することが可能である。

このように、アクチュエータを１つずつ単独で駆動した場合と比較して、半分以下の所要時間で影響関数を測定することができ、キャリブレーションにかかる時間を短縮することができる。

［実施例２］
実施例１では模型眼１９０を用いたが、実施例２においては図１１に示す通り、ミラー１１０１を挿脱する構成でも良い。

図１１の構成において、温度等の外的環境の変化等を検出する機構（不図示）を設け、外的環境の変化によるＤＭの特性の変化や、装置への衝撃等によるＡＯの光学系の光軸の変動が生じた場合を自動的に判定し、自動で挿脱してキャリブレーションを行うモードを有している。

［実施例３］
実施例３においては図１２に示す通り挿脱可能なミラー１２０１を設置し、キャリブレーション時にミラー１２０１を光路内に挿入し、光源１０１を点灯しない状態で、別光源１２０２を使う構成でも良い。

［実施例４］
実施例１～３は、アクチュエータが正常に駆動されることを前提にしている。本実施例４においては、個々のアクチュエータを駆動しても影響範囲８０３が実測されない場合、当該アクチュエータが故障していると判定して、該当するアクチュエータを被検眼を撮影するときには使用しない駆動パターンに変更する。また、影響関数は該当するアクチュエータを省いて制御行列を計算する。そして、このようにして求めた制御行列に基づいて波面補正を行い、被検眼を撮影することにより、撮影への影響を抑えることができ、更には、撮影ができなくなることがない。

［その他の実施例］
前述した実施例において、撮影データは被検眼１１８に対して広帯域光源を用いたスペクトラルドメイン方式のＯＣＴによって得たが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば波長掃引型のＯＣＴを用いても良い。

また、装置はＳＬＯでも良い。

また、装置は顕微鏡であっても良く、対象Ｔとしては眼以外の物で、例えば生体由来の組織であってもよい。

Claims

測定面に入射した光の集光位置を検出することにより当該光の波面を測定する波面測定手段と、
入射された光の波面を変化させるための反射面と、前記反射面を変形させるための複数のアクチュエータをそれぞれ駆動する駆動部を有する波面補正手段を有する眼科撮影装置であって、
前記反射面の変形の影響関数を求める時に、光を入射した状態で前記複数のアクチュエータから駆動する所定の数のアクチュエータを選択する選択手段と、
前記選択された所定の数のアクチュエータを駆動部で駆動して前記反射面を変形させた状態で、駆動された所定の数のアクチュエータにより変形された反射面毎に対応する前記測定面の複数の集光位置のずれ量を計測する計測手段と、
前記計測されたずれ量に基づいて、前記影響関数を求める演算手段とを有し、
前記選択手段は、前記駆動部により前記所定の数のアクチュエータを同時駆動して変形された反射面毎の前記測定面の集光位置が、オーバーラップしないアクチュエータを選択することを特徴とする眼科撮影装置。
前記演算手段は、前記求めた影響関数を用いて、入射された波面を変化させるために必要な前記所定の数のアクチュエータそれぞれを駆動する駆動量を計算するための関数を求めることを特徴とする請求項１に記載の眼科撮影装置。
前記駆動量を計算するための関数を記憶する記憶手段を更に有し、
前記演算手段は、前記波面測定手段が測定した被検眼からの戻り光の波面を補正するための前記所定の数のアクチュエータそれぞれを駆動する駆動量を、前記記憶された関数を用いて求めることを特徴とする請求項２に記載の眼科撮影装置。
前記影響関数を求める時の表示画面を表示する表示手段を更に有し、
前記表示画面には、駆動済みのアクチュエータと未駆動のアクチュエータを識別できる前記反射面を示す画像を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
前記アクチュエータを駆動したときに前記測定面に当該アクチュエータに対応する集光位置のずれ量が計測手段により計測されない場合、前記演算手段は、当該アクチュエータの影響関数を省いて前記駆動量を計算するための関数を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載の眼科撮影装置。
測定面に入射した光の集光位置を検出することにより当該光の波面を測定する波面測定手段と、
入射された光の波面を変化させるための反射面と、前記反射面を変形させるための複数のアクチュエータをそれぞれ駆動する駆動部を有する波面補正手段を有する眼科撮影装置の制御方法であって、
前記反射面の変形の影響関数を求める時に、光を入射した状態で前記複数のアクチュエータから駆動する所定の数のアクチュエータを選択する選択ステップと、
前記選択された所定の数のアクチュエータを前記駆動部で駆動して前記反射面を変形させた状態で、前記駆動部により変形された反射面毎に対応する前記測定面の複数の集光位置のずれ量を計測する計測ステップと、
前記計測されたずれ量に基づいて、前記影響関数を求める演算ステップとを有し、
前記選択ステップにおいて、前記駆動部により前記所定の数のアクチュエータを同時駆動して変形された反射面毎の前記測定面の集光位置が、オーバーラップしないアクチュエータが選択されることを特徴とする制御方法。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の眼科撮影装置を、コンピュータにより実現するためのプログラムを格納したコンピュータ可読記憶媒体。