JP7177860B2 - アイボックスを拡張するためのライトバッフルと動的照明器とを備えた網膜カメラ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年７月１６日に出願された米国出願第６２／６９８，４５７号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、網膜撮像技術に関連し、特に、排他的ではないが、網膜撮像のための照明技術に関連する。

網膜撮像は、多くの網膜疾患のスクリーニング、現場診断、および進行モニタリングのための、基本的な眼検査の一部である。高忠実度の網膜画像は、正確なスクリーニング、診断、およびモニタリングに重要である。瞳孔を通して眼の後部内面（すなわち網膜）を明るく照明すると、画像の忠実度が向上するが、網膜カメラと照明源が眼と適切に整合されていない場合には、角膜反射、虹彩反射、または水晶体フレアなどの光学収差または画像アーチファクトが生成されることが多い。照明の明るさを増加させるだけではこれらの問題は克服されず、むしろ光学的アーチファクトがより顕著になり、画像の忠実度を向上させるという目標が損なわれる。

したがって、カメラの整合は非常に重要であり、特に従来の網膜カメラでは、上記の有害な画像アーチファクトを遮断する必要があるため、典型的には、アイボックスが非常に限られたものとなる。網膜カメラのアイボックスは、典型的には、網膜カメラの接眼レンズに対して定義される空間内の３次元領域であり、網膜の許容可能な画像を取得するために、眼の瞳孔または角膜の中心がその中に存在する必要がある。従来のアイボックスのサイズが小さいため、網膜カメラの整合が困難になり、整合プロセス中の患者とのやりとりに負担がかかることがよくある。

整合の問題を軽減するために、様々な解決策が提案されている。例えば、網膜とカメラの整合を自動的に調整する移動／電動段階が提案されている。しかしながら、これらの段階は、機械的に複雑になる傾向があり、網膜撮像プラットフォームのコストを大幅に押し上げる。網膜カメラのアイボックスの整合を効率的かつ容易に達成するための効果的で低コストの解決策は、網膜カメラの動作を改善するであろう。

本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態を以下の図を参照して説明するが、ここで、特に指定されない限り、同様の参照番号は、様々な図全体を通して同様の部分を指す。必要に応じて図面が煩雑にならないように、要素のすべての事例が必ずしも標識されているわけではない。図面は必ずしも縮尺通りではなく、説明されている原理を示すことに重点が置かれている。

本開示の実施形態による、画像アーチファクトを含む網膜画像を示す。 本開示の実施形態による、動的照明器を備えた網膜撮像システムを示す。 本開示の実施形態による、照明アレイによって囲繞された中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、照明アレイによって囲繞された中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、照明アレイによって囲繞された中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、照明アレイによって囲繞された中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムの動作を示すフローチャートである。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが眼の視線方向と中央に整合されたときの動的照明器からの円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが眼の視線方向と中央に整合されたときの動的照明器からの円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、円形照明パターンを用いた場合の角膜、虹彩、および水晶体における画像経路と照明経路との間の重複の低減を示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが視線方向から一方向にオフセットされているときの動的照明器からの非円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが視線方向から一方向にオフセットされているときの動的照明器からの非円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、非円形照明パターンを用いた場合の角膜、虹彩、および水晶体における画像経路と照明経路との間の重複の低減を示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが視線方向から一方向により大きな大きさでオフセットされているときの動的照明器からの非円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、網膜撮像システムが視線方向から２方向にオフセットされているときの動的照明器からの非円形照明パターンを示す。 本開示の実施形態による、眼の角膜面における照明経路の例示的な断面を示す実証的なヒートマップである。 本開示の実施形態による、眼の虹彩面における照明経路の例示的な断面を示す実証的なヒートマップである。 本開示の実施形態による、虹彩において重ねられた照明経路および画像経路の例示的な断面を示す実証的なヒートマップである。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルを有する動的照明器の様々な図を示す。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルが、最も内側の離散照明源から放射される照明光の放射発散の両側をどのように閉じ込めるかを示す。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルが、最も内側の離散照明源から放射される照明光の放射発散の両側をどのように閉じ込めるかを示す。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルが、２番目に最も内側の離散照明源から放射される照明光の放射発散の内側をどのように閉じ込めるかを示す。 本開示の実施形態による、二重円筒形シュラウド壁を備えた中央バッフルが、２番目に最も内側の離散照明源から放射される照明光の放射発散の内側をどのように閉じ込めるかを示す。

拡張されたアイボックスを有する動的照明器を備えた網膜カメラのシステム、装置、および動作方法の実施形態が、本明細書に記載されている。以下の説明では、多くの具体的な詳細は、実施形態の徹底的な理解を提供するために、記載されている。しかしながら、関連技術の当業者は、本明細書に記載された技術が、具体的な詳細のうちの１つ以上を用いなくても、他の方法、部品、材料などを用いても、実施することができることを認識するであろう。他の事例では、周知の構造、材料、または操作は、特定の態様を不明瞭にしないように、詳細には図示または記載されていない。

本明細書全体を通した「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書全体を通して、様々な場所での「一実施形態では」または「実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様式で組み合わされ得る。

高忠実度の網膜画像は、多くの網膜疾患のスクリーニング、診断、およびモニタリングに重要である。このために、網膜画像の部分を閉塞するか、または別様に害する画像アーチファクトの事例を低減または排除することが望ましい。図１は、複数の画像アーチファクト１０５を有する例示的な網膜画像１００を示している。これらの画像アーチファクトは、網膜撮像システムと眼との間の不整合により、迷光と照明源からの有害な反射とが画像経路に入り、最終的に網膜画像光で画像センサによって捕捉されるときに発生し得る。不整合は、有害な角膜／虹彩反射、水晶体からの屈折散乱、および撮像アパーチャの閉塞につながる可能性がある。

従来の撮像システムは、比較的小さなアイボックスを有しており、画像アーチファクトが画像経路に入るのを防ぐために正確な整合が必要である。本明細書に記載の実施形態は、網膜撮像システムと眼との間の検出された整合に基づいてその照明パターンを変更する動的照明器を提供する。照明パターンのこれらの動的な変化は、複雑または高価な機械部品を使用せずにアイボックスを拡張する。拡張されたアイボックスは、捕捉された網膜画像を閉塞するか、または別様に害する画像アーチファクトの事例を低減させながら、整合の負担を軽減する。動的照明器は、２つの異なる照明アーキテクチャを組み合わせている。１つは、眼が眼の光軸または視線方向とほぼ整合している場合（本明細書では円形照明パターンと称される）であり、もう１つは、眼が眼の光軸または視線方向からオフセットされている場合である（本明細書では非円形照明パターンまたはスタック照明と称される）。これらの２つの照明アーキテクチャを動的に切り替えることにより、本明細書に記載の網膜撮像システムのアイボックスは、従来のリング照明器の２倍以上拡張することができる。

図２は、本開示の実施形態による、動的照明器を備えた網膜撮像システム２００を示している。網膜撮像システム２００の図示された実施形態は、動的照明器２０５、画像センサ２１０（網膜カメラセンサとも称される）、コントローラ２１５、ユーザインターフェース２２０、ディスプレイ２２５、整合トラッカ２３０、および光リレーシステムを含む。光リレーシステムの図示された実施形態は、レンズ２３５、２４０、２４５、およびビームスプリッタ２５０を含む。動的照明器２０５の図示された実施形態は、アパーチャを囲繞する中央バッフル２５５と、中央バッフル２５５から延在する照明アレイ２６５と、を含む。

光リレーシステムは、動的照明器２０５から出力された照明光２８０を、眼２７０の瞳孔を通る照明経路に沿って方向付け（例えば、通過または反射）、網膜２７５を照明すると同時に、網膜２７５（すなわち、網膜画像）の画像光２８５を、画像センサ２１０への画像経路に沿って方向付けるように機能する。画像光２８５は、網膜２７５からの照明光２８０の散乱反射によって形成される。図示された実施形態では、光リレーシステムは、ビームスプリッタ２５０をさらに含み、ビームスプリッタ２５０は、画像光２８５の少なくとも一部を画像センサ２１０に通過させると同時に、ディスプレイ２２５から出力されたディスプレイ光２９０を眼２７０に方向付ける。ビームスプリッタ２５０は、偏光ビームスプリッタ、非偏光ビームスプリッタ（例えば、９０％透過および１０％反射、５０／５０ビームスプリッタなど）、ダイクロイックビームスプリッタ、または他のものとして実装され得る。光リレーシステムは、レンズ２３５、２４０、および２４５などのいくつかのレンズを含み、必要に応じて様々な光路に焦点を合わせる。例えば、レンズ２３５は、動作中に眼距離２９５だけ眼２７０の角膜から変位する接眼レンズを集合的に形成する１つ以上のレンズ要素を含み得る。レンズ２４０は、画像光２８５を画像センサ２１０に焦点を合わせるための１つ以上のレンズ要素を含み得る。レンズ２４５は、ディスプレイ光２９０を集束させるための１つ以上のレンズ要素を含み得る。光リレーシステムは、いくつかの様々な光学要素（例えば、レンズ、反射面、回折面など）で実装され得ることを理解されたい。

一実施形態では、ディスプレイ２２５から出力されるディスプレイ光２９０は、固視標または他の視覚刺激である。固視標は、患者に視覚的フィードバックを提供することによって網膜撮像システム２００と眼２７０との間の整合を得るのを助けることができるだけでなく、患者が自身の視力に適応させることができる固視標を患者に与えることもできる。ディスプレイ２２５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、様々な照明された形状（例えば、照明された十字または同心円）、または他のものを含む様々な技術で実装され得る。

コントローラ２１５は、画像センサ２１０、ディスプレイ２２５、動的照明器２０５、および整合トラッカ２３０に結合されて、それらの動作を管理する。コントローラ２１５は、マイクロコントローラ上で実行されるソフトウェア／ファームウェアロジック、ハードウェアロジック（例えば、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）、またはソフトウェアとハードウェアロジックとの組み合わせを含み得る。図２は、コントローラ２１５を別個の機能要素として示しているが、コントローラ２１５によって実行される論理的機能は、いくつかのハードウェア要素にわたって分散され得る。コントローラ１１５は、入力／出力（Ｉ／Ｏポート）、通信システム、または他のものをさらに含み得る。コントローラ２１５は、ユーザ入力を受信し、網膜撮像システム２００に対するユーザ制御を提供するために、ユーザインターフェース２２０に結合されている。ユーザインターフェース２２０は、１つ以上のボタン、ダイヤル、フィードバックディスプレイ、インジケータライトなどを含み得る。

画像センサ２１０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサ、または他のものなどの様々な撮像技術を使用して実装され得る。一実施形態では、画像センサ２１０は、網膜画像を記憶するためのオンボードメモリバッファまたは付属のメモリを含む。

整合トラッカ２３０は、網膜撮像システム２００と眼２７０との間の整合を追跡するように動作する。整合トラッカ２３０は、瞳孔追跡、網膜追跡、虹彩追跡、または他のものを含む、眼２７０および網膜撮像システム２００の相対位置を追跡するための様々な異なる技術を使用して動作し得る。一実施形態では、整合トラッカ２３０は、網膜画像が可視スペクトル光で取得されている間、ＩＲ光を介して眼２７０を追跡するための１つ以上の赤外線（ＩＲ）エミッタを含む。そのような実施形態では、ＩＲフィルタは、ＩＲ追跡光をフィルタリングするために画像経路内に位置付けられ得る。他の実施形態では、追跡照明は、画像取得から一時的にオフセットされる。

動作中、コントローラ１１５は、動的照明器１０５および網膜カメラ１１０を動作させて、１つ以上の網膜画像を捕捉する。動的照明器１０５は、その照明パターンが静的ではないという点で動的であるが、むしろ、眼２７０との判定された整合に基づいて、コントローラ２１５の影響下で動的に変更される（以下で詳細に論じられる）。照明光２８０は、網膜２７５を照明するために、眼２７０の瞳孔を通るように方向付けられる。網膜２７５からの散乱反射は、中央バッフル２５５のアパーチャを通って画像経路に沿って画像センサ２１０に戻るように方向付けられる。中央バッフル２５５は、画像光自体を通過させている間に網膜画像を別様に害する有害な反射および光散乱を遮断するように動作する。動的照明器２０５によって出力される照明パターンは、有害な画像アーチファクトを低減するために、現行の整合に基づいて選択される。画像アーチファクトは、眼２７０内の人間の水晶体による光散乱、角膜／虹彩からの反射、または網膜２７５からの照明光２８０の直接鏡面反射からさえ生じ得る。網膜２７５または角膜／虹彩からの直接鏡面反射は、網膜画像に色あせた領域（例えば、画像アーチファクト１０５）を生成する可能性がある。動的照明器２０５から出力される照明パターンの動的変化は、これらの鏡面反射を画像経路から軸外に方向付けるのに役立ち、したがって、視野絞りまたは中央バッフル２５５によって遮断される。

図３Ａ～Ｄは、本開示の実施形態による、動的照明器３００の様々な図を示している。動的照明器３００の図示された実施形態は、図２の動的照明器２０５の１つの可能な実装である。図３Ａは動的照明器３００の斜視図であり、図３Ｂはその平面図であり、図３Ｃはその断面図であり、図３Ｄはその側面図である。動的照明器３００の図示された実施形態は、アパーチャ３１０を画定する中央バッフル３０５と、第１の直線軸３０６（図３Ｂの垂直軸）に沿ってアパーチャ３１０および中央バッフル３０５の対向する側から（例えば、半径方向に）延出する第１の照明アレイ３１５と、第２の直線軸３０７（図３Ｂの水平軸）に沿ってアパーチャ３１０および中央バッフル３０５の対向する側から（例えば、半径方向に）延出する第２の照明アレイ３２０と、を含む。各照明アレイ３１５および３２０は、それぞれが照明バッフル３３０によって取り囲まれている離散照明源３２５を含む。

前述のように、動的照明器３００は、網膜２７５を照明するための光源を提供するために、中央バッフル３０５から延出する照明源３２５のアレイを含む。図示された実施形態では、照明アレイ３１５および３２０は、それぞれ、実質的に直交する直線軸３０６および３０７に沿って延在し、プラス記号または十字のような形状を形成する。図示された実施形態では、直線軸３０６および３０７は、アパーチャ３１０の中心を実質的に通過する半径方向の線である。一実施形態では、照明アレイ３１５内の照明源３２５は、直線軸３０７の周りに対称的に位置付けられ、一方、照明アレイ３２０内の照明源３２５は、直線軸３０６の周りに対称的に位置付けられる。各照明アレイは、中央バッフル３０５およびアパーチャ３１０の対向する側から延在する２つのセクションを含む。照明アレイ３１５および３２０は、独立して制御される照明の離散場所を含む。言い換えれば、照明源３２５は、コントローラ２１５の影響下で独立して有効化または無効化されて、別個の照明パターンを生成することができる。一実施形態では、照明源３２５は、別個のＬＥＤ源として実装される。他の実施形態では、照明源３２５は、独立して制御可能な照明光の別個の場所を提供することができる様々な技術および構成で実装され得る。例えば、照明アレイ３１５および３２０の各セクションは、共通のバックライトを共有してもよいが、光照明の場所を選択的にフィルタリングし、制御するための制御可能なマスク（例えば、ＬＣＤスクリーン）を有してもよい。他の照明技術を使用してもよい。さらに、各照明アレイ３１５および３２０は、８つの照明源３２５を含むものとして示されているが、実装は、より多くのまたはより少ない照明源３２５を含み得る。一実施形態では、照明源３２５は、以下の分離ピッチおよびサイズを有する：Ｌ１＝６．５ｍｍ、Ｌ２＝１０ｍｍ、Ｌ３＝１３ｍｍ、Ｌ４＝１６ｍｍ、Ｌ５＝３ｍｍ、およびＬ６＝２ｍｍ。当然ながら、他のサイズおよび分離ピッチを実装してもよい。

図示された実施形態では、中央バッフル３０５は、アパーチャ３１０から接眼レンズ２３５を囲繞し、接眼レンズ２３５に向かって延出する円錐形状を有する。中央バッフル３０５の側面は、中央バッフル３０５に直接隣接する最も内側の照明源３２５の一部と重なっている。この部分的な重なりにより、最も内側の照明源３２５によってバックライトが当てられると、中央バッフル３０５が部分的に影を遮断するか、または影を落とすが、他の照明源３２５は遮断しない。影は、画像経路を照明経路から実質的に分離し隔離するのに役立ち、したがって、これらの経路間のクロストークを低減し、網膜画像における画像アーチファクトを低減する。最も内側の照明源３２５が照明されると、中央バッフル３０５は、眼の水晶体における散乱および角膜からの反射により画質を低下させる照明光線角度を遮断する。

有害な画像アーチファクトは、各照明源３２５を囲繞する照明バッフル３３０の使用によってさらに隔離され、低減される。照明バッフル３３０は、照明源３２５の放射発散パターンを制約するように機能し、いくつかの実施形態では、各照明源３２５の部分を覆うことによって、照明源３２５の有効ダイサイズも制約する。照明バッフル３３０はまた、特に多くのＬＥＤ源または他のタイプの照明源が正確な照明パターンまたはコリメートされた光を生成しないので、離散照明源３２５のバッチまたは事例間の製造異常／公差への照明経路の依存性を低減する。照明バッフル３３０は、離散バッフルとして、または統合されたシュラウドもしくは成形アセンブリの一部として実装され得る。成形アセンブリは、所与の照明アレイ３１５または３２０の各半分の離散成形を含み得るか、または代替的に、中央バッフル３０５と共に照明バッフル３３０は、単一の連続するアセンブリから製造され得る。図示された実施形態では、中央バッフル３０５は、円形の断面形状（アパーチャ３１０を通過する画像経路の中心光軸の周り）を有し、一方、照明バッフル３３０は、長方形の断面形状を有する。当然のことながら、他の断面形状を使用して、照明および画像経路を微調整することもできる。例えば、照明バッフル３３０はまた、円形の断面形状を有し得る。一実施形態では、中央バッフル３０５および照明バッフル３３０は、以下の寸法を有する：Ｄ１＝１３ｍｍ、Ｄ２＝１０．６０ｍｍ、Ｌ５＝３ｍｍ、Ｌ６＝２ｍｍ、Ｌ７＝１．５ｍｍ、Ｌ８＝５．５ｍｍ。当然のことながら、他の寸法を実装してもよい。

図４は、本開示の実施形態による、網膜撮像システム２００の動作のためのプロセス４００を示すフローチャートである。プロセス４００においてプロセスブロックの一部またはすべての現れる順序は、限定されると見なされるべきではない。むしろ、本開示の利益を有する当業者は、プロセスブロックの一部が、図示されていない様々な順序で、または並列でも実行され得ることを理解するであろう。

プロセスブロック４０５において、網膜撮像プロセスが開始される。開始は、ユーザがユーザインターフェース２２０から電源ボタンを選択することを含み得る。プロセスブロック４１０において、整合トラッカ２３０は、網膜カメラシステム２００と眼２７０との間の整合の追跡および判定を開始する。特に、追跡は、接眼レンズ２３５と眼２７０の瞳孔、虹彩、または網膜との間の相対的な測定値として判定され得る。瞳孔追跡、虹彩追跡、網膜追跡、試行錯誤などを含む様々な異なる整合追跡技術が実装され得る。整合追跡は、画像取得中に網膜２７５を照明するために少なくとも２つの照明スキームのうちのどれを使用すべきかを判定するために使用される。これらの照明スキーム間の遷移は、相対的な整合が中央の整合とオフセットの整合との間をふらつくため、急に起こるかまたはその間でスムーズにフェードし得る。

決定ブロック４１５において、網膜カメラシステム２００が、定義された閾値内で視線方向２７１（例えば、眼の光軸２７０）と中央に整合していると判定された場合、プロセス４００は、プロセスブロック４２０に続く。プロセスブロック４２０において、動的照明器２０５は、コントローラ２１５によって動作し、眼２７０の瞳孔を通して網膜２７５を照明するための円形照明パターンを生成する。図５Ａ～Ｃは、円形照明パターンの特徴を示している。図５Ａに示されるように、円形照明パターンは、中央バッフル３０５（または２５５）に直接隣接する最も内側の照明源５０１を同時に照明する一方で、中央バッフル３０５に直接隣接しない残りの外側照明源３２５を無効にするかまたは照明しない。図５Ｂに示されるように、照明経路５０５は、虹彩、水晶体、および角膜において画像経路５１０から実質的に分離または隔離されている。

照明源５０１の放射発散パターンは、照明バッフル３３０によって、および中央バッフル３０５（プロセスブロック４２５）により落とされた影によって制約および制御される。中央バッフル３０５は、眼２７０において有害な散乱を引き起こすであろう内部照明源５０１から出力される照明光の部分を遮断するのに役立つ。図５Ｃにさらに示されるように、照明経路５０５は、画像アーチファクトが生成されやすい眼２７０内の領域で画像経路５１０から実質的に分離されている（例えば、互いに物理的にオフセットされている）。これらの領域には、角膜面、虹彩面、および水晶体が含まれる。中央バッフル３０５は、これらの眼の構造に戦略的に照明の影を落とし、画像経路５１０と照明経路５０５との間のクロストークを低減して、画像センサ２１０によって捕捉される画像アーチファクトを低減する。中央バッフル３０５の角度および深さは、角膜、虹彩、および水晶体での画像経路と照明経路の分離に影響を与える。角度および深さは、特定の分離範囲を達成するように選択され得る。

プロセスブロック４３０において、網膜画像は、画像センサ２１０が網膜画像を形成する画像光２８５を捕捉する前に、中央バッフル３０５が有害な反射および他の迷光屈折をさらに遮断するアパーチャ３１０を通過する（プロセスブロック４３５）。

決定ブロック４１５に戻ると、網膜カメラシステム２００が、定義された閾値によって視線方向２７１からオフセットされていると判定された場合、プロセス４００は、プロセスブロック４４５～４５５に続く。プロセスブロック４４５～４５５において、動的照明器２０５は、コントローラ２１５によって動作して、眼２７０の瞳孔を通して網膜２７５を照明するための非円形照明パターン（スタック照明パターンとも称される）を生成する。図６Ａ～Ｃは、オフセットが一方向にある非円形照明パターンの特徴を示している。図６Ａに示されるように、非円形照明パターンは、単一の照明源６０１を有効にする。一方向のオフセット量が小さい場合、最も内側の照明源６０１が照明される。しかしながら、オフセットの量が増加すると、次第に多くの周辺照明源が照明される。図７Ａは、一方向へのより実質的なオフセット整合のために照明源７０１が有効にされている非円形照明パターンの例を示している。図６Ａおよび図７Ａの両方は、網膜撮像システム２００が眼２７０の下に垂直にオフセットされている例を示している。したがって、選択された特定の照明源は、眼２７０との物理的なオフセット整合として中央バッフル３０５の反対側にあり、オフセット整合の増加に伴い、中央バッフル３０５からの周辺オフセットが増加する。したがって、プロセスブロック４４５において、オフセットの方向は、動的照明器２００のどちら側が有効になるかを特定するために判定される。プロセスブロック４５０において、オフセットの量は、どの照明源３２５（例えば、内側、中間、外側）が有効になるかを特定するために判定される。最後に、非円形照明パターンがプロセスブロック４５５で生成される。

図６Ｂは、虹彩、水晶体、および角膜で互いに実質的に分離されている、照明経路６０５と画像経路６１０との間のスタック整合を示している。この場合も、中央バッフル３０５は、最も内側の照明源（照明源６０１など）が照明されるときに、これらの眼の構造に戦略的に照明の影を落とす。これは、画像経路６１０と照明経路６０５との間のクロストークを低減して、画像センサ２１０によって捕捉された画像アーチファクトを低減する。

図７Ｂは、網膜撮像システム２００が視線方向２７１から２つの方向にオフセットされているときの非円形照明パターンの例を示している。例えば、図７Ｂでは、視線方向２７１は、図７Ｂのターゲット７７１によって示されるように、下および右にオフセットされ、したがって、上および左にある照明源７０２および７０３が照明される。オフセットまたは不整合の量は中程度であるため、照明源７０２および７０３は、それぞれの照明アレイに沿って中間的に配設される。

図８Ａ～Ｃは、有害な反射および散乱を引き起こす眼の構造における円形照明パターンの画像経路と照明経路との間の物理的分離を示す実証的なヒートマップである。図８Ａは、照明光２８０が、中心にほとんどまたは全く照明がない状態で、どのように角膜面の周辺領域に実質的に追いやられているかを示している。図８Ｂは、照明光２８０が、中心にほとんどまたは全く照明がない状態で、どのように虹彩平面の周辺領域に再び実質的に追いやられているかを示している。中央バッフル３０５は、眼２７０の中心に影を落とし、動的照明器２０５（または３００）が虹彩２７５を照明で実質的に均一に満たすことができるようにしながら、ほとんどまたは全く照明がない中央穴を生成する。図８Ｃは、虹彩で重ねられた照明光２８０および画像光２８５の例示的な断面を示すヒートマップである。見てわかるように、照明経路と撮像経路は虹彩で実質的に分離されていて、散乱または反射によるクロストークを低減している。これらの経路間の物理的分離により、様々な眼の構造で発生する散乱および／または有害な反射は、中央バッフル３０５およびアパーチャ３１０によってより容易に遮断される。

図９Ａおよび図９Ｂは、本開示の実施形態による、動的照明器９００の様々な図を示している。動的照明器９００の図示された実施形態は、図２の動的照明器２０５の別の可能な実装である。図９Ａは、動的照明器９００の平面図であり、一方、図９Ｂは、その斜視図である。動的照明器９００の図示された実施形態は、アパーチャ３１０を画定する中央バッフル９０５と、第１の直線軸３０６（図９Ａの垂直軸）に沿ってアパーチャ３１０および中央バッフル９０５の対向する側から（例えば、半径方向に）延出する第１の照明アレイ９１５と、第２の直線軸３０７（図９Ａの水平軸）に沿ってアパーチャ３１０および中央バッフル９０５の対向する側から（例えば、半径方向に）延出する第２の照明アレイ９２０と、第３の直線軸９０７（図９Ａの対角軸）に沿ってアパーチャ３１０および中央バッフル９０５の対向する側から（例えば、半径方向に）延出する第３の照明アレイ９２２と、を含む。中央バッフル９０５の図示された実施形態は、円筒形シュラウド壁９１０および９１２を含む。各照明アレイ９１５、９２０、および９２２は、それぞれが照明バッフル９３０によって取り囲まれている離散照明源３２５を含む。

照明アレイ９１５、９２０、および９２２は、オプションの追加の対角照明アレイ９２２が追加の照明の柔軟性を提供することを除いて、照明アレイ３１５および３２０に関して上で論じたのと同様の方法で動作する。各照明アレイ９１５、９２０、および９２２の図示された実施形態は、各照明アレイ３１５および３２０の８個の離散照明源３２５と比較して、１０個の離散照明源３２５を含む。照明アレイごとの離散照明源３２５の数は調整され得るが、２つの追加の離散照明源３２５は、照明パターンに対してより細かい綿密な制御を提供する。

中央バッフル９０５も中央バッフル３０５と同様の機能で動作するが、２つの円筒形シュラウド壁９１０および９１２を使用して、単一の円錐形の中央バッフル３０５とは対照的に、放射発散パターンを正確に閉じ込める（かつ戦略的に眼２７０に影を落とす）。シュラウド壁９１０および９１２の真っ直ぐな円筒形状は、中央バッフル３０５の角度の付いた円錐形状と比較して、製造がより簡単であり得る。図示のように、外側の円筒形シュラウド壁９１２は、内側の円筒形シュラウド壁９１０を囲繞する。円筒形シュラウド壁９１０および９１２は両方とも、アパーチャ３１０の平面から延在している。しかしながら、内側の円筒形シュラウド壁９１０は、外側の円筒形シュラウド壁９１２よりも高く延在する。さらに、各照明アレイ９１５、９２０、および９２２の最も内側の離散照明源３２５（すなわち、アパーチャ３１０のいずれかの側に、およびそのすぐ隣に配設された各照明アレイからの２つの最も内側の離散照明源）が内側の円筒形シュラウド壁９１０と外側の円筒形シュラウド壁９１２との間に半径方向に配設されている。残りの離散照明源３２５はすべて、円筒形シュラウド壁９１２の半径方向外側に配設されている。内側の離散照明源３２５のこの中間位置は、円筒形シュラウド壁９１０および９１２が、内側の離散照明源３２５から出力される照明経路の内側および外縁（すなわち、放射発散パターン）を閉じ込めることを可能にする。それに対応して、円筒形シュラウド壁９１０および９１２の高さもまた、離散照明源３２５（すなわち、円筒形シュラウド壁９１２の半径方向外側であるが、それに直接隣接する離散照明源３２５）の第２の内側リングから出力される照明経路の内縁を制御するように選択される。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本開示の実施形態による、中央バッフル９０５が、最も内側の離散照明源から放射される照明光の放射発散の両側をどのように閉じ込めるかを示している。図１０Ｂは、照明経路１００５および１０１０が眼２７０の角膜に入射する図１０Ａの部分のクローズアップである。図示のように、照明経路１００５および１０１０は、角膜および水晶体での有害な反射を低減するために、円筒形のシュラウド壁９１０および９１２によって閉じ込められている。特に、照明経路１００５および１０１０は、影１００１が角膜面の中心に投影されることを確実にするために閉じ込められている。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、本開示の実施形態による、離散照明源の２番目に最も内側のリングから放射される照明光の放射発散の内側を中央バッフル９０５がどのように閉じ込めるかを示している。図１１Ｂは、照明経路１００５、１０１０、および１１０５が眼２７０の角膜に入射する図１１Ａの部分のクローズアップである。図示のように、照明経路１１０５は、円筒形のシュラウド壁９１０および９１２の上縁によって内側（例えば、中央）に閉じ込められている。照明経路１１０５は、離散照明源３２５（すなわち、円筒形シュラウド壁９１２の半径方向外側に直接隣接する離散照明源）の２番目に最も内側のリングから出力される光の放射発散経路である。特に、照明経路１１０５の内側は、影１００１が角膜面の中心に投影されることも確実にするために閉じ込められる。影１００１は、角膜と水晶体での有害な反射を低減させる。接眼レンズ２３５は完全に照明され、したがって改善された撮像および照明を提供することも理解されるべきである。

上記で説明したプロセスは、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの観点から説明されている。説明された技法は、機械によって実行されると、説明された動作を機械に実行させる、有形のまたは非一時的な機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体内で具現化される機械実行可能命令を構成し得る。さらに、プロセスは、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）または他のものなどのハードウェア内に具現化され得る。

有形の機械可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、パーソナルデジタルアシスタント、製造ツール、１つ以上のプロセッサのセットを備える任意のデバイスなど）がアクセス可能な非一時的形態の情報を提供（例えば、記憶）する任意のメカニズムを含む。例えば、機械可読記憶媒体は、記録可能／記録不可能な媒体（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）を含む。

要約中に記載されているものを含む、本発明の図示された実施形態の上記の記載は、網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図していない。本発明の特定の実施形態、およびその実施例は、例示的目的のために本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な修正が可能である。

これらの修正は、上記の詳細な説明に照らして、本発明に対して行うことができる。以下の特許請求の範囲で使用される用語は、本発明を明細書に開示された特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきであり、それらは、特許請求項解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである。独占的な所有権または特権が特許請求される本発明の実施形態は、以下のように定義される。

Claims (19)

1. 網膜撮像システムであって、
   網膜画像を取得するように適合された画像センサと、
   前記網膜画像を取得するために網膜を照明するための動的照明器と、
   を備え、前記動的照明器が、
   前記画像センサに到達する前に前記網膜画像の画像経路が通過するアパーチャから延在し、かつ前記アパーチャを囲繞する中央バッフルと、
   第１の直線軸に沿って前記アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ延出する第１の照明アレイと、
   前記第１の直線軸に実質的に直交する第２の直線軸に沿って前記アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ延出する第２の照明アレイと、を含む、網膜撮像システム。
2. 前記第１の照明アレイが、前記アパーチャの中心と交差する前記第１の直線軸に沿って前記アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ半径方向に延出し、前記第２の照明アレイが、これも前記アパーチャの中心と交差する前記第２の直線軸に沿って前記アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ半径方向に延出する、請求項１に記載の網膜撮像システム。
3. 前記第１の照明アレイが、複数の第１の離散照明源を備え、前記第２の照明アレイが、複数の第２の離散照明源を備える、請求項１に記載の網膜撮像システム。
4. 前記第１および第２の離散照明源が、それぞれ、前記第１および第２の離散照明源のうちの対応する１つの放射発散パターンを制約する対応する照明バッフルによってそれぞれ取り囲まれている、請求項３に記載の網膜撮像システム。
5. 前記中央バッフルが、円錐形であり、円形の断面形状を有する、請求項１に記載の網膜撮像システム。
6. 前記中央バッフルが、前記中央バッフルに直接隣接する前記第１および第２の離散照明源のうちの最も内側のものと少なくとも部分的に重なり、前記中央バッフルが、前記第１および第２の離散照明源の前記最も内側のものが照明しているときに前記中央バッフルが影を落とすように、前記網膜撮像システム内に位置付けられている、請求項３に記載の網膜撮像システム。
7. 前記中央バッフルの角度および深さが、前記網膜画像を取得するときに前記画像経路と虹彩での照明経路との間の特定の分離範囲を達成するように構成されている、請求項６に記載の網膜撮像システム。
8. 前記第１の離散照明源が、前記第２の直線軸の周りに対称的に位置付けられ、前記第２の離散照明源が、前記第１の直線軸の周りに対称的に位置付けられている、請求項３に記載の網膜撮像システム。
9. 前記網膜撮像システムと前記網膜の眼との間の整合を追跡するための整合トラッカと、
   画像センサ、前記整合トラッカ、および前記動的照明器に結合されたコントローラであって、前記コントローラによって実行されると、前記網膜撮像システムに動作を実行させるロジックを含む、コントローラと、を備え、前記動作が、
   前記網膜撮像システムと前記眼との間の整合をモニタリングすることと、
   前記網膜撮像システムが前記眼の視線方向とほぼ中央に整合していると判定されたときに、前記動的照明器を用いて第１の照明パターンを生成することと、
   前記網膜撮像システムが前記眼の前記視線方向からオフセットされていると判定されたときに、前記動的照明器を用いて前記第１の照明パターンとは異なる第２の照明パターンを生成することと、を含む、請求項３に記載の網膜撮像システム。
10. 前記第１の照明パターンを生成することが、
    前記中央バッフルに直接隣接する前記第１および第２の離散照明源のうちの最も内側のものを同時に照明することを含む、請求項９に記載の網膜撮像システム。
11. 前記第２の照明パターンを生成することが、
    前記網膜撮像システムが前記視線方向から単一方向にオフセットされていると判定されたときに、前記第１または第２の離散照明源のうちの単一の離散照明源を照明することを含み、前記第１または第２の離散照明源のうちの単一の離散照明源が、前記単一方向の前記オフセットとして前記アパーチャの反対側に位置している、請求項９に記載の網膜撮像システム。
12. 前記第２の照明パターンを生成することが、
    前記網膜撮像システムが前記視線方向から２方向にオフセットされていると判定されたときに、前記第１の離散照明源のうちの１つおよび前記第２の離散照明源のうちの１つを照明することを含み、前記第１および第２の離散照明源のうちの前記１つが、それぞれ前記２方向のオフセットとして前記アパーチャの反対側に位置している、請求項９に記載の網膜撮像システム。
13. 前記コントローラが、前記コントローラによって実行されると、前記網膜撮像システムにさらなる動作を実行させるさらなるロジックを含み、前記さらなる動作が、
    前記網膜撮像システムの整合が中央整合とオフセット整合との間で遷移すると判定されたときに、前記第１の照明パターンと前記第２の照明パターンとの間で前記動的照明器をスムーズにフェードすることを含む、請求項９に記載の網膜撮像システム。
14. 前記中央バッフルが、
    前記アパーチャの平面から延出する第１の高さを有する第１の円筒形シュラウド壁と、
    前記アパーチャの前記平面から延出する第２の高さを有する第２の円筒形シュラウド壁と、を備え、前記第２の円筒形シュラウド壁が、前記第１の円筒形シュラウド壁を囲繞し、前記第１の高さが前記第２の高さよりも大きい、請求項１に記載の網膜撮像システム。
15. 前記第１および第２の照明アレイがそれぞれ、
    前記第１の円筒形シュラウド壁と前記第２の円筒形シュラウド壁との間に半径方向に配設された２つの内側の離散照明源と、
    前記第２の円筒形シュラウド壁の半径方向外側に配設された複数の外側の離散照明源と、を含む、請求項１４に記載の網膜撮像システム。
16. 網膜を撮像する方法であって、
    網膜撮像システムと眼との間の整合をモニタリングすることと、
    前記網膜撮像システムが前記眼の視線方向と中央に整合していると判定されたときに、動的照明器を用いて第１の照明パターンを生成することと、
    前記網膜撮像システムが前記眼の前記視線方向からオフセットされていると判定されたときに、前記動的照明器を用いて前記第１の照明パターンとは異なる第２の照明パターンを生成することと、
    前記網膜撮像システムの画像センサで前記網膜の画像光を取得することと、を含み、
    前記動的照明器が、
    第１の直線軸に沿って中央アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ半径方向に延出する第１の離散照明源と、
    前記第１の直線軸に実質的に直交する第２の直線軸に沿って前記中央アパーチャを中心として互いに対向する両側にそれぞれ半径方向に延出する第２の離散照明源と、を備え、
    前記第２の照明パターンを生成することが、
    前記網膜撮像システムが前記視線方向からオフセットされていると判定されたときに、前記第１および第２の離散照明源のうちの少なくとも１つを照明することを含み、前記第１および第２の離散照明源のうちの前記少なくとも１つが、前記オフセットとして前記中央アパーチャの反対側に位置している、方法。
17. 前記第２の照明パターンを生成することが、
    前記網膜撮像システムが前記視線方向から単一方向にオフセットされていると判定されたときに、前記第１または第２の離散照明源のうちの１つを照明することを含み、前記第１または第２の離散照明源のうちの前記１つが、前記単一方向の前記オフセットとして前記中央アパーチャの反対側に位置している、請求項１６に記載の方法。
18. 前記網膜撮像システムの整合が中央整合とオフセット整合との間で遷移すると判定されたときに、前記第１の照明パターンと前記第２の照明パターンとの間で前記動的照明器をスムーズにフェードすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記整合をモニタリングすることが、前記整合が中央に整合しているかまたはオフセットしているかを連続的に再判定することを含む、請求項１６に記載の方法。
    
    

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