JP7430193B2 - 眼科装置、及び眼科システム - Google Patents

眼科装置、及び眼科システム Download PDF

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Description

この発明は、眼科装置、及び眼科システムに関する。
近年、眼科装置を用いたスクリーニング検査が行われる。このような眼科装置において、自己検診への応用も期待されており、より一層の小型化、軽量化が望まれる。この種の眼科装置に関する技術が、種々提案されている。
例えば、特許文献1には、撮影機能を有する携帯装置を用いることにより、被検眼の画像を簡便に取得することが可能な携帯型眼科装置が開示されている。
例えば、特許文献2には、スリット光を用いて被検眼をパターン照明し、その戻り光をCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを用いて検出するように構成された眼科装置が開示されている。この眼科装置は、照明パターンと、CMOSイメージセンサによる受光タイミングとを調整することにより、簡素な構成で、不要光に影響されることなく被検眼の高画質の画像を取得することが可能である。
米国特許第7465049号明細書 米国特許第7831106号明細書
例えば、特許文献1に開示されているように、外部装置の機能を用いて被検眼の計測を行うことで、眼科装置の構成の簡素化を図ることができる。このとき、例えば、特許文献2に開示されているように照明側と受光側(撮影側)とを同期して制御することにより、眼科装置の構成のより一層の簡素化を図ることができる。
しかしながら、従来の手法では、外部装置と眼科装置とを同期的に制御することができず、眼科装置の構成のより一層の簡素化には限界があった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で、被検眼を観察するための新たな技術を提供することにある。
実施形態の第1の態様は、対物レンズと、光源からの光を用いて照明光を生成し、前記対物レンズを介して前記照明光で被検眼を照明する照明光学系と、撮影光路にセンサが配置されるように前記センサを備えた外部装置を装着可能に構成される装着部と、前記被検眼からの前記照明光の戻り光を前記撮影光路に導く撮影光学系と、前記外部装置との通信機能を有する通信部と、前記照明光学系を制御すると共に、前記照明光学系に対する制御に同期するように前記通信部を介して前記センサを制御する制御部と、を含む、眼科装置である。
実施形態の第2態様は、対物レンズと、光源からの光を用いて照明光を生成し、前記対物レンズを介して前記照明光で被検眼を照明する照明光学系と、撮影光路にセンサが配置されるように前記センサを備えた外部装置を装着可能に構成される装着部と、前記被検眼からの前記照明光の戻り光を前記撮影光路に導く撮影光学系と、前記外部装置との通信機能を有する通信部と、前記通信部を介した前記外部装置からの制御を受け、少なくとも前記照明光学系を制御する制御部と、を含む、眼科装置である。
実施形態の第3態様では、第1態様又は第2態様において、前記照明光学系は、前記被検眼の撮影部位と光学的に略共役な位置に配置可能に構成され、前記光源からの光を変調することにより前記照明光を生成する光変調器を含み、前記制御部は、前記センサに対する制御に同期して前記光変調器を制御する。
実施形態の第4態様では、第1態様又は第2態様において、前記照明光学系は、前記被検眼の撮影部位と光学的に略共役な位置に配置可能なスリット状の開口部が形成されたスリットと、前記光源と前記スリットとの間に配置可能に構成され、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な虹彩絞りと、前記開口部を通過した照明光を偏向し、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な光スキャナと、を含み、前記制御部は、前記センサに対する制御に同期して前記光スキャナを制御する。
実施形態の第5態様では、第4態様において、前記照明光学系は、前記光スキャナと前記スリットとの間に配置された第1リレーレンズ系を含み、前記第1リレーレンズ系の後側焦点位置は、前記虹彩と光学的に略共役な位置である。
実施形態の第6態様では、第5態様において、前記光スキャナは、前記後側焦点位置又はその近傍に配置される。
実施形態の第7態様では、第5態様又は第6態様において、前記照明光学系は、前記スリットと前記虹彩絞りとに間に配置された第2リレーレンズ系を含み、前記第2リレーレンズ系の前側焦点位置又はその近傍に、前記虹彩絞りが配置される。
実施形態の第8態様では、第4態様~第7態様のいずれかにおいて、前記虹彩絞りには、前記被検眼の角膜、水晶体前面、及び水晶体後面において前記照明光の光束断面と前記被検眼からの戻り光の光束断面とが分離するように、前記照明光が通過する1以上の開口部が形成されている。
実施形態の第9態様では、第8態様において、前記虹彩絞りには、2以上の開口部が形成され、前記2以上の開口部は、前記照明光学系の光軸を通り前記スリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に伸びる直線に対して線対称に形成される。
実施形態の第10態様では、第8態様又は第9態様において、前記開口部は、弓形形状であり、前記弓形形状の弦の方向は、前記スリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に略平行である。
実施形態の第11態様は、第1態様~第10態様のいずれかにおいて、前記光源を含む。
実施形態の第12態様では、第1態様~第10態様のいずれかにおいて、前記外部装置は、光源を含み、前記装着部は、前記光源が前記照明光学系の光路に配置されるように前記外部装置を装着可能に構成される。
実施形態の第13態様は、第1態様~第12態様のいずれかにおいて、前記照明光学系の光路に対して挿脱可能に構成された波長選択フィルタを含む。
実施形態の第14態様では、第1態様~第13態様のいずれかにおいて、前記外部装置は、携帯電話又は携帯情報端末である。
実施形態の第15態様は、前記外部装置と、第1態様~第14態様のいずれかの眼科装置と、を含む、眼科システムである。
なお、上記した複数の態様に係る構成を任意に組み合わせることが可能である。
この発明によれば、簡素な構成で、被検眼を観察するための新たな技術を提供することができる。
第1実施形態に係る眼科システムの構成例を示す概略図である。 第1実施形態に係る眼科装置の制御系の構成例を示す概略図である。 第1実施形態に係るスマートフォンの制御系の構成例を示す概略図である。 第1実施形態に係る眼科システムの動作を説明するための概略図である。 第1実施形態に係る眼科システムの動作を説明するための概略図である。 第1実施形態に係る眼科システムの動作を説明するための概略図である。 第1実施形態に係る眼科システムの動作を説明するための概略図である。 第1実施形態に係る眼科装置の光学系の構成例を示す図である。 第1実施形態に係る眼科装置の光学系の構成例の説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の光学系の構成例の説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の光学系の構成例の説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の光学系の構成例の説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の制御系の構成例を示す図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作説明図である。 第1実施形態に係る眼科装置の動作例を示すフローである。 第2実施形態に係る眼科システムの構成例を示す概略図である。 第3実施形態に係る眼科システムの構成例を示す概略図である。 第4実施形態に係る眼科システムの構成例を示す概略図である。 第5実施形態に係る眼科システムを説明するための概略図である。
この発明に係る眼科装置、及び眼科システムの実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この明細書に記載された文献の記載内容を、以下の実施形態の内容として適宜援用することが可能である。
本明細書において「プロセッサ」は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、プログラマブル論理デバイス(例えば、SPLD(Simple Programmable Logic Device)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array))等の回路を意味する。プロセッサは、例えば、記憶回路や記憶装置に格納されているプログラムを読み出し実行することで、実施形態に係る機能を実現する。
実施形態に係る眼科システムは、外部装置と、眼科装置とを含む。眼科装置は、外部装置との間で有線通信又は無線通信が可能である。本明細書において、有線通信の例として、USB(Universal Serial Bus)規格、イーサネット(Ethernet、登録商標)規格等の所定の通信規格に従った通信等が挙げられる。また、無線通信の例として、ワイヤレスUSB規格等の所定の通信規格に従った通信、Wi-Fi(登録商標)規格等の所定の通信規格に従った無線LAN(Local Area Net)、WAN(Wide Area Network)、Bluetooth(登録商標)等の近距離無線通信規格に従った通信、赤外通信、光通信、電波通信等の紫外線領域から電波領域までの波長範囲(可視領域もふくむ)内の波長成分の電磁波を用いた通信、音波を用いた通信等が挙げられる。なお、実施形態に係る眼科システムは、外部装置と眼科装置との間の通信方式に限定されない。
外部装置は、通信機能に加えて、少なくとも撮影機能(受光機能)を有する。眼科装置は、光源からの光を用いて生成された照明光を被検眼に照射し、被検眼からの照明光の戻り光を外部装置に導く。このとき、外部装置と眼科装置との間の通信機能を利用して、眼科装置により照射される照明パターン(照明光の照射位置の移動タイミング)に同期して、外部装置による撮影が実行される。
いくつかの実施形態では、外部装置は、通信機能に加えて、照明機能(光源)と、撮影機能とを有する。この場合、眼科装置は、外部装置に設けられた光源からの光を用いて生成された照明光を被検眼に照射し、被検眼からの照明光の戻り光を外部装置に導くように構成される。
例えば、眼科装置は、光源からの光を用いて生成された所定形状の照明光を偏向することにより、照明光の照射位置(照射範囲)を移動させながら被検眼の所定部位に照射する。或いは、例えば、眼科装置は、光源からの光を用いて生成された照明光に対して光変調を行うことにより、照明光の照射位置を移動させながら被検眼の所定部位に照射する。
眼科装置は、被検眼からの照明光の戻り光を外部装置に導く。外部装置は、眼科装置を介して入射した戻り光を、イメージセンサを用いて受光する。戻り光の受光結果は、照明光の照射位置の移動タイミングに同期して、照明光の照射位置に対応した戻り光の受光位置における受光素子から読み出される(ローリングシャッター制御)。
いくつかの実施形態では、眼科装置が、照明光の照射位置の移動動作と、外部装置におけるイメージセンサの受光動作との同期制御を行う。いくつかの実施形態では、外部装置が、眼科装置により実行され照明光の照射位置の移動動作と、イメージセンサの受光動作との同期制御を行う。
このような外部装置は、撮影機能及び通信機能を有する任意の装置、又は、照明機能、撮影機能、及び通信機能を有する任意の装置であってよい。外部装置には、携帯電話、携帯情報端末(Personal Digital Assistant:PDA)、デジタルカメラ、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、カメラを備えたプロジェクタ、スマートフォン等がある。また、外部装置は、可搬型機器であってよい。
いくつかの実施形態では、所定部位は、前眼部、又は後眼部である。前眼部には、角膜、虹彩、水晶体、毛様体、チン小帯などがある。後眼部には、硝子体、眼底又はその近傍(網膜、脈絡膜、強膜など)などがある。
実施形態に係る眼科装置の制御方法は、実施形態に係る眼科装置においてプロセッサ(コンピュータ)により実行される処理を実現するための1以上のステップを含む。実施形態に係るプログラムは、プロセッサに実施形態に係る眼科装置の制御方法の各ステップを実行させる。
以下、実施形態に係る外部装置がスマートフォンであり、主に、被検眼の眼底の画像を取得する場合について説明する。しかしながら、実施形態に係る構成を、スマートフォン以外の外部装置を含む眼科システムに適用することが可能である。また、実施形態に係る構成を、眼底の画像以外の画像を取得したり計測したりする眼科システムに適用することが可能である。
<第1実施形態>
図1に、第1実施形態に係る眼科システムの構成例のブロック図を示す。
第1実施形態に係る眼科システム1000は、スマートフォン500と、眼科装置1とを含む。スマートフォン500は、通信機能と、照明機能と、撮影機能とを有する。眼科装置1は、スマートフォン500からの光を用いて生成された照明光を被検眼Eの眼底Efに向けて中継すると共に、眼底Efからの照明光の戻り光をスマートフォン500に向けて中継する。スマートフォン500は、眼科装置1を介して入射した戻り光を検出する。
スマートフォン500は、光源510と、イメージセンサ520と、結像レンズ521とを含む。
スマートフォン500の筐体には、出射開口(出射窓)と、入射窓口(入射窓)とが形成されている。光源510からの光は、出射開口を通過し、筐体の外部に向けて出射する。入射開口を通過した外部からの光は、結像レンズ521を通過し、イメージセンサ520の受光面において結像する。いくつかの実施形態では、スマートフォン500の筐体に形成された出射開口及び入射開口の少なくとも1つに、1以上のレンズ(光学素子)が設けられる。
眼科装置1の表面には、スマートフォン500を装着するための装着部90が設けられている。装着部90は、公知の手法によりスマートフォン500を保持可能に構成される。このとき、装着部90は、撮影光路(後述の撮影光学系40の光路)にイメージセンサ520が配置され、且つ眼科装置1の照明光学系の光路に光源510が配置されるように、スマートフォン500を装着可能に構成される。装着部90による眼科装置1に対するスマートフォン500の装着の態様には、ねじ留め、嵌合、又は掛合による固定、弾性力又は磁力を用いた眼科装置1へのスマートフォン500の圧着等がある。
いくつかの実施形態では、装着部90は、眼科装置1を保持した状態で眼科装置1の光学系に対するスマートフォン500の相対位置を変更可能に構成される。いくつかの実施形態では、装着部90は、眼科装置1を保持した状態で、光源510の出射光の光軸(イメージセンサ520の受光面に入射する光の光軸)の方向に眼科装置1の光学系に対するスマートフォン500の相対位置を変更可能に構成される。
装着部90(及び眼科装置1の筐体)には、入射開口と、入出射開口(入出射窓)と、出射開口とが形成されている。スマートフォン500からの光は、入射開口を通過し、筐体の内部に入射する。眼科装置1は、入射開口を通過して筐体の内部に入射した光を用いてスリット状の照明光を生成する。生成された照明光は、入出射開口を通過し、被検眼Eの眼底Efに導かれる。眼底Efからの照明光の戻り光は、入出射開口を通過し、筐体の内部に入射する。筐体の内部に入射した戻り光は、出射開口を通過し、筐体の外部に向けて出射する。いくつかの実施形態では、装着部90に形成された入射開口、入出射開口、及び出射開口の少なくとも1つに、1以上のレンズ(光学素子)が設けられる。
眼科装置1は、後述の光学系を有すると共に、通信機能を有する。眼科装置1の光学系は、虹彩絞り21と、リレーレンズ系RL1と、スリット22と、リレーレンズ系RL2と、光スキャナ30と、リレーレンズ41と、黒点板42と、リレーレンズ44と、穴鏡45と、対物レンズ46と、合焦レンズ47とを含む。
虹彩絞り21には、1以上の開口部が形成されている。虹彩絞り21に形成された1以上の開口部は、被検眼Eの虹彩(瞳孔)と光学的に略共役な位置に配置可能である。虹彩絞り21は、照明光とその戻り光を瞳分割するための光学素子である。
スリット22には、スリット状の1以上の開口部が形成されている。スリット22に形成された1以上の開口部は、被検眼Eの撮影部位(計測部位)である眼底Efと光学的に略共役な位置に配置可能である。スリット22は、光軸に沿って移動可能である。スリット22は、スリット状の照明光を生成するための光学素子である。
光スキャナ30は、1次元的に又は2次元的にスリット状の照明光を偏向する。光スキャナ30(光スキャナ30の偏光面)は、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能である。いくつかの実施形態では、光スキャナ30は、スリットの短手方向に対応した1次元方向にスリット状の照明光を偏向する。
黒点板42は、光源側に向かう不要な反射光を遮断する。
穴鏡45は、照明光の光路と、照明光の戻り光の光路とを結合する。穴鏡45には、穴部が形成されている。穴鏡45に形成された穴部は、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能である。光スキャナ30により偏向された照明光は、穴鏡45の穴部の周辺領域において対物レンズ46に向けて反射される。
穴鏡45に形成された穴部の周辺領域において反射された照明光は、対物レンズ46により屈折されて、被検眼Eに照射される。被検眼Eからの照明光の戻り光は、対物レンズ46を通過し、穴鏡45に形成された穴部を通過し、合焦レンズ47に導かれる。
合焦レンズ47は、光軸に沿って移動可能である。穴鏡45に形成された穴部を通過した戻り光は、合焦レンズ47を通過し、スマートフォン500導かれる。
いくつかの実施形態では、図1に示すように、入射開口と虹彩絞り21との間の光路に対して波長選択フィルタ70が挿脱可能に設けられる。波長選択フィルタ70は、手動又は後述の制御部からの制御を受け、公知の移動機構により光路に対して挿脱されるように構成される。波長選択フィルタ70は、スマートフォン500からの光の波長成分のうち所定の波長選択特性に対応した波長成分の光を通過させる。波長選択フィルタ70により選択される波長成分として、フルオレセイン蛍光撮影を行うための波長範囲内の波長成分、インドシアニングリーン蛍光撮影を行うための波長範囲内の波長成分、自発蛍光撮影を行うための波長範囲内の波長成分、RGBのいずれかの色成分の光で撮影を行うための波長範囲内の波長成分などがある。
いくつかの実施形態では、眼科装置1は、入射開口と虹彩絞り21との間にコンデンサレンズが配置される。いくつかの実施形態では、対物レンズ46は、光軸に沿って移動可能である。
図2に、図1の眼科装置1の制御系の構成例のブロック図を示す。図2において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図2に示すように、眼科装置1の制御系は、制御部100を中心に構成される。制御部100は、スリット22、光スキャナ30、合焦レンズ47、通信部250等の眼科装置1の各部を制御する。
制御部100は、スリット22(具体的には、スリット22を移動する移動機構)を制御することにより、光軸におけるスリット22の位置を変更する。それにより、屈折度数、眼軸長等の被検眼Eの状態にかかわらず、スリット22に形成された1以上の開口部を眼底Efと光学的に略共役な位置に配置することができる。
制御部100は、光スキャナ30を制御することにより、照明光に対する偏向制御を実行する。それにより、眼底Efにおける照明光の照射位置と照射位置の移動タイミングとが制御される。
制御部100は、合焦レンズ47(具体的には、合焦レンズ47を移動する移動機構)を制御することにより、光軸における合焦レンズ47の位置を変更する。それにより、被検眼Eの状態にかかわらず、イメージセンサ520の受光面に戻り光を結像させることができる。
通信部250は、所定の通信規格に従って、スマートフォン500との間の通信処理を実行する。制御部100は、通信部250を制御することにより、スマートフォン500に対して通信信号を送信し、スマートフォン500に対して通信信号に対応した制御を実行することが可能である。いくつかの実施形態では、制御部100は、通信部250を制御することにより、スマートフォン500からの通信信号を受信し、眼科装置1の各部に対して通信信号に対応した制御を実行することが可能である。
制御部100の機能は、プロセッサにより実現される。すなわち、制御部100は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムに対応した処理を実行することにより、上記の機能を実現する。
図3に、図1のスマートフォン500の制御系の構成例のブロック図を示す。図3において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図3に示すように、スマートフォン500の制御系は、制御部550を中心に構成される。制御部550は、光源510、イメージセンサ520、画像形成部560、通信部580等のスマートフォン500の各部を制御する。
光源510に対する制御には、光源510の点灯・消灯の切り替え、光量の変更等がある。いくつかの実施形態では、制御部550は、光源510の位置及び出射光の出射方向の向きの少なくとも1つを制御する。いくつかの実施形態では、制御部550は、光源510の出射光の中心波長の切り替えを制御する。
イメージセンサ520に対する制御には、ローリングシャッター方式による戻り光の受光制御、受光レートの制御、受光感度の制御等がある。
画像形成部560は、イメージセンサ520により得られた戻り光の受光結果に基づいて、被検眼E(眼底Ef)の画像を形成する。例えば、画像形成部560は、戻り光の検出結果と、画素位置信号とに基づいて眼底Efの画像を形成する。画素位置信号は、例えば、眼底Efにおける照明光の照射位置情報と、イメージセンサ520において戻り光を受光した受光素子の位置情報とから生成される。照射位置情報は、例えば、光スキャナ30の偏向制御情報から特定可能である。
通信部580は、通信部250により実行される通信処理と同様の通信規格に従って、眼科装置1との間の通信処理を実行する。制御部550は、通信部580を制御することにより、眼科装置1からの通信信号を受信し、スマートフォン500の各部に対して通信信号に対応した制御を実行することが可能である。いくつかの実施形態では、制御部550は、通信部580を制御することにより、眼科装置1に対して通信信号を送信し、眼科装置1の各部に対して通信信号に対応した制御を実行することが可能である。
制御部550の機能は、プロセッサにより実現される。すなわち、制御部550は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムを読み出し、読み出されたプログラムに対応した処理を実行することにより、上記の機能を実現する。
図4A及び図4Bに、第1実施形態に係る眼科システム1000の第1動作例の説明図を示す。図4Aは、眼科システム1000の制御の流れを模式的に表す。図4Aにおいて、図2又は図3と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図4Bは、眼科システム1000の各部における制御シーケンスの一例を表す。
第1動作例では、眼科装置1がスマートフォン500を制御することにより、ローリングシャッター方式で眼底Efの画像が取得される。
まず、公知の手法で、眼科装置1とスマートフォン500との間の通信接続が確立される(SQ1)。例えば、制御部100は、通信部250を制御することにより、通信部250とスマートフォン500の通信部580との間の通信接続を確立する。同様に、制御部550は、通信部580を制御することにより、通信部580と眼科装置1の通信部250との間の通信接続を確立する。
被検眼Eの眼底Efの撮影が開始されると、制御部100は、通信部250を制御することにより、スマートフォン500に対して、照明光の照射位置の移動制御とイメージセンサ520による受光制御とを同期するための通信信号を送信させる(SQ2)。
続いて、制御部100は、光スキャナ30を制御することにより、照明光の偏向角度を所定のステップだけ偏向する(SQ3)。一方、スマートフォン500の制御部550は、通信部580を制御することにより眼科装置1からの通信信号を受信し、受信された通信信号に対応してイメージセンサ520を制御することにより、光スキャナ30に対する偏向制御に同期して、イメージセンサ520における戻り光の受光制御を実行する(SQ4)。
その後、所定の時間が経過した後に、制御部100は、SQ2と同様に、通信部250を制御することにより、スマートフォン500に対して通信信号を送信させる(SQ5)。続いて、制御部100は、SQ3と同様に、光スキャナ30を制御することにより、照明光の偏向制御を実行する(SQ6)。スマートフォン500の制御部550は、SQ4と同様に、眼科装置1からの通信信号を受信し、受信された通信信号に対応して、光スキャナ30に対する偏向制御に同期して、イメージセンサ520における戻り光の受光制御を実行する(SQ7)。
これ以降、制御部100による通信信号の送信(SQ8)と、制御部100による偏向制御(SQ9)と、制御部550による受光制御(SQ10)とが順次に繰り返される。
いくつかの実施形態では、制御部100による通信信号の送信が実行された後、制御部100による偏向制御と制御部550による受光制御とが複数回繰り返し実行される。
図5A及び図5Bに、第1実施形態に係る眼科システム1000の第2動作例の説明図を示す。図5Aは、眼科システム1000の制御の流れを模式的に表す。図5Aにおいて、図2又は図3と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図5Bは、眼科システム1000の各部における制御シーケンスの一例を表す。
第2動作例では、スマートフォン500が眼科装置1を制御することにより、ローリングシャッター方式で眼底Efの画像が取得される。
まず、公知の手法で、眼科装置1とスマートフォン500との間の通信接続が確立される(SQ21)。例えば、制御部550は、通信部580を制御することにより、通信部580と眼科装置1の通信部250との間の通信接続を確立する。同様に、制御部100は、通信部250を制御することにより、通信部250とスマートフォン500の通信部580との間の通信接続を確立する。
被検眼Eの眼底Efの撮影が開始されると、制御部550は、通信部580を制御することにより、眼科装置1に対して、照明光の照射位置の移動制御とイメージセンサ520による受光制御とを同期するための通信信号を送信させる(SQ22)。
続いて、眼科装置1の制御部100は、通信部250を制御することによりスマートフォン500からの通信信号を受信し、受信された通信信号に対応して光スキャナ30に対して偏向制御を実行する(SQ23)。制御部550は、イメージセンサ520を制御することにより、光スキャナ30に対する偏向制御に同期して、イメージセンサ520における戻り光の受光制御を実行する(SQ24)。
第1動作例と同様に、これ以降、制御部550による通信信号の送信(SQ25)と、制御部100による偏向制御(SQ26)と、制御部550による受光制御(SQ27)とが順次に繰り返される(SQ28~SQ30)。
いくつかの実施形態では、制御部550による通信信号の送信が実行された後、制御部100による偏向制御と制御部550による受光制御とが複数回繰り返し実行される。
以下、上記の第1動作例を実行する眼科システム1000について具体的に説明する。
[眼科装置1の光学系の構成]
図6~図13に、第1実施形態に係る眼科システム1000を構成する眼科装置1の光学系の構成例を示す。図6では、眼科システム1000を構成するスマートフォン500が図示されている。図7は、光軸Oの方向からみたときの図6の虹彩絞り21の構成例を模式的に表す。図8は、照明光の光束断面形状を模式的に表す。図9は、図6の虹彩絞り21の説明図を表す。図10は、側面又は上面からみたときの図6の虹彩絞り21と図6のスリット22の構成例を表す。図11は、図6の光源10の説明図を表す。図12は、図6のリレーレンズ系RL1の構成例を表す。図13は、図6のリレーレンズ系RL2の構成例を表す。図12及び図13では、リレーレンズ系RL1が3つのレンズを含む場合を示すが、リレーレンズ系RL1を構成するレンズの数に限定されない。また、図13では、リレーレンズ系RL2が2つのレンズを含む場合を示すが、リレーレンズ系RL2を構成するレンズの数に限定されない。図6~図13において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
まず、眼科装置1について説明する。
眼科装置1は、照明光学系20と、光スキャナ30と、投影光学系35と、撮影光学系40とを含む。いくつかの実施形態では、照明光学系20は、光スキャナ30及び投影光学系35の少なくとも1つを含む。
スマートフォン500の光源510からの光は、眼科装置1の装着部90に形成された入射開口を通過し、ミラー65により照明光学系20に向けて反射する。
(照明光学系20)
照明光学系20は、ミラー65により反射された光源510からの光を用いてスリット状の照明光を生成する。照明光学系20は、生成された照明光を光スキャナ30に導く。
照明光学系20は、虹彩絞り21と、スリット22と、リレーレンズ系RL1、RL2とを含む。リレーレンズ系RL1は、光スキャナ30とスリット22との間に配置されている。リレーレンズ系RL2は、虹彩絞り21とスリット22との間に配置されている。
上記のように、虹彩絞り21(具体的には、開口部)は、被検眼Eの虹彩(瞳孔)と光学的に略共役な位置に配置可能である。虹彩絞り21には、光軸Oから離れた位置に1以上の開口部が形成されている。
リレーレンズ系RL2は、1以上のレンズを含み、虹彩絞り21に形成された開口部を通過した照明光をスリット22に導く。
上記のように、スリット22(具体的には、開口部)は、被検眼Eの眼底Efと光学的に略共役な位置に配置可能である。例えば、スリット22には、イメージセンサ520からローリングシャッター方式で読み出されるライン方向(ロウ方向)に対応した方向に開口部が形成されている。
リレーレンズ系RL1は、1以上のレンズを含み、スリット22に形成された開口部を通過した照明光を光スキャナ30に導く。
以上のように、照明光学系20では、入射開口を通過した光源510からの光は、虹彩絞り21に形成された開口部を通過し、リレーレンズ系RL2を透過し、スリット22に形成された開口部を通過してスリット状の照明光となり、リレーレンズ系RL1を透過する。リレーレンズ系RL1を透過した光は、光スキャナ30に導かれる。
(光スキャナ30)
光スキャナ30は、上記のように、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置される。光スキャナ30は、リレーレンズ系RL1を通過した照明光を偏向する。具体的には、光スキャナ30は、被検眼Eの虹彩又はその近傍をスキャン中心位置として所定の偏向角度範囲内で偏向角度を変更しつつ、眼底Efの所定の照明範囲を順次に照明するためのスリット状の照明光を偏向し、投影光学系35に導く。光スキャナ30は、照明光を1次元的又は2次元的に偏向することが可能である。
1次元的に偏向する場合、光スキャナ30は、所定の偏向方向を基準に所定の偏向角度範囲で照明光を偏向するガルバノスキャナを含む。2次元的に偏向する場合、光スキャナ30は、第1ガルバノスキャナと、第2ガルバノスキャナとを含む。第1ガルバノスキャナは、撮影光学系40(照明光学系20)の光軸に直交する水平方向に照明光の照射位置を移動するように照明光を偏向する。第2ガルバノスキャナは、撮影光学系40(照明光学系20)の光軸に直交する垂直方向に照明光の照射位置を移動するように、第1ガルバノスキャナにより偏向された照明光を偏向する。光スキャナ30による照明光の照射位置を移動するスキャン態様としては、例えば、水平スキャン、垂直スキャン、十字スキャン、放射スキャン、円スキャン、同心円スキャン、螺旋スキャンなどがある。
(投影光学系35)
投影光学系35は、光スキャナ30により偏向された照明光を穴鏡45に導く。
投影光学系35は、リレーレンズ41、黒点板42、反射ミラー43、リレーレンズ44を含む。リレーレンズ41、44のそれぞれは、1以上のレンズを含む。
(黒点板42)
黒点板42は、対物レンズ46のレンズ表面又はその近傍と光学的に略共役な位置に配置される。これにより、対物レンズ46のレンズ表面からの反射光が光源510(スマートフォン500)に導光されることを防ぐことができる。
このような投影光学系35では、光スキャナ30により偏向された照明光は、リレーレンズ41を透過し、黒点板42を通過し、反射ミラー43により反射され、リレーレンズ44を透過して穴鏡45に導かれる。
(撮影光学系40)
撮影光学系40は、投影光学系35を導かれてきた照明光を被検眼Eの眼底Efに導くと共に、眼底Efからの照明光の戻り光をスマートフォン500(イメージセンサ520)に導く。
撮影光学系40では、投影光学系35からの照明光の光路と、眼底Efからの照明光の戻り光の光路とが結合される。これらの光路を結合する光路結合部材として穴鏡45を用いることで、照明光とその戻り光とを瞳分割することが可能である。
撮影光学系40は、穴鏡45、対物レンズ46、合焦レンズ47、及びリレーレンズ48を含む。リレーレンズ48は、1以上のレンズを含む。
穴鏡45には、上記のように、穴部が形成される。穴部は、撮影光学系40の光軸に配置される。穴鏡45の穴部は、上記のように、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置される。穴鏡45は、穴部の周辺領域において、投影光学系35からの照明光を対物レンズ46に向けて反射する。このような穴鏡45は、撮影絞りとして機能する。
すなわち、穴鏡45は、照明光学系20(投影光学系35)の光路と穴部を通過する光軸の方向に配置された撮影光学系40の光路とを結合すると共に、穴部の周辺領域において反射された照明光を眼底Efに導くように構成される。
合焦レンズ47は、図示しない移動機構により撮影光学系40の光軸方向に移動可能である。移動機構は、制御部100からの制御を受け、合焦レンズ47を光軸方向に移動する。これにより、被検眼Eの状態に応じて、穴鏡45の穴部を通過した照明光の戻り光をスマートフォン500のイメージセンサ520の受光面に結像させることができる。
このような撮影光学系40では、投影光学系35からの照明光は、穴鏡45に形成された穴部の周辺領域において対物レンズ46に向けて反射される。穴鏡45の周辺領域において反射された照明光は、対物レンズ46により屈折されて、被検眼Eの瞳孔を通じて眼内に入射し、被検眼Eの眼底Efを照明する。
眼底Efからの照明光の戻り光は、対物レンズ46により屈折され、穴鏡45の穴部を通過し、合焦レンズ47を透過し、リレーレンズ48を透過し、出射開口を通じてスマートフォン500の結像レンズ521に導かれる。
以下、実施形態に係る眼科装置1の各部について説明する。
(虹彩絞り21)
まず、被検眼Eの虹彩における照明光の入射位置(入射形状)を規定する開口部が形成される虹彩絞り21について説明する。
例えば、図7に示すように虹彩絞り21に開口部を形成することにより、光軸Oに被検眼Eの瞳孔中心が配置されたとき、瞳孔中心から偏心した位置(具体的には、瞳孔中心を中心とする点対称の位置)から照明光を眼内に入射させることが可能である。
虹彩絞り21には、被検眼Eにおける照明光の経路における反射部位において照明光の光束断面(照明光束断面)と被検眼E(眼底Ef)からの戻り光の光束断面(撮影光束断面)とが分離するように1以上の開口部が形成される。上記の反射部位において照明光束断面と撮影光束断面とが分離されていれば、虹彩絞りに形成される開口部の形状に限定されない。反射部位として、角膜(角膜前面、角膜後面)、水晶体前面、水晶体後面などがある。
例えば、虹彩絞り21には、図7に示すように、開口部21A、21Bが形成されている。開口部21A、21Bは、光軸Oの位置を通りスリット22の長手方向に対応した方向に伸びる直線に対して線対称に形成される。
開口部21A、21Bのそれぞれは、弓形(circular segment)形状である。弓形は、円又は楕円の劣弧と、この劣弧の弦とで囲まれた領域である。弓形形状の弦の方向は、スリット22に形成される開口部の長手方向に対応した方向に略平行である。
虹彩絞り21を用いて被検眼Eを照明する場合、被検眼Eの瞳上には、例えば、図8に示すように光束断面が形成される。
図8において、虹彩絞り21に形成された開口部21A、21Bを通過した光は、瞳上において、例えば光束断面IR1、IR2を形成するように眼内に入射する。光束断面IR1は、例えば、開口部21Aを通過した光の光束断面である。光束断面IR2は、例えば、開口部21Bを通過した光の光束断面である。
眼内に入射し、眼底Efにより反射された戻り光(撮影光)は、瞳上において、例えば、光束断面PRを形成し、撮影光学系40に導かれる。
このとき、開口部21A、21Bは、照明光の光束断面IR1、IR2と撮影光の光束断面PRとが分離するように形成される。
被検眼Eの眼内の各部における照明光束断面と撮影光束断面とは、図9に示すように形成される。図9は、光スキャナ30が所定の偏向角度で偏向するときのフットプリントFP1~FP3を模式的に表す。フットプリントFP1は、角膜面における光束断面を表す。フットプリントFP2は、水晶体前面(虹彩面)(又は撮影絞り面)における光束断面を表す。フットプリントFP3は、水晶体後面における光束断面を表す。
水晶体前面(虹彩面)(又は撮影絞り面)は虹彩絞り21と光学的に略共役な位置に配置されるため、フットプリントFP2に示すように、図9と同様の照明光束断面IR12、IR22と撮影光束断面PR2とが形成される。照明光束断面IR12、IR22の形状は、虹彩絞り21に形成された開口部21A、21Bの形状とほぼ同様である。撮影光束断面PR2の形状は、撮影絞り(穴鏡45に形成された開口部)の形状とほぼ同様である。虹彩絞り21と光学的に略共役な位置では、フットプリントFP2のように照明光束断面と撮影光束断面とが分離される。
虹彩絞り21と光学的に非共役な角膜面では、照明光束断面IR11、IR21と撮影光束断面PR1とがスリット22の長手方向に対応した方向に広がる(フットプリントFP1)。一方、スリット22の短手方向に対応した方向における照明光束断面IR11、IR21と撮影光束断面PR1との相対関係は変化しない。
同様に、虹彩絞り21と光学的に非共役な水晶体後面では、照明光束断面IR13、IR23と撮影光束断面PR3とがスリット22の長手方向に対応した方向に広がる(フットプリントFP3)。一方、スリット22の短手方向に対応した方向における照明光束断面IR13、IR23と撮影光束断面PR3との相対関係は変化しない。
虹彩絞り21と光学的に非共役な位置では、光スキャナ30により照明光の偏向角度が変化すると、照明光束断面と撮影光束断面の位置がスリット22の短手方向に対応した方向に移動する。偏向角度が変化しても、フットプリントFP1、FP3に示すような照明光束断面と撮影光束断面との相対関係が維持される。
従って、虹彩絞り21に形成される開口部21Aは、図8に示すように、照明光束断面(光束断面IR1)の下端と撮影光束断面(光束断面PR)の上端との距離(スリット22の短手方向に対応した方向の距離)d1が所定の第1距離以上になるように形成されることが求められる。同様に、虹彩絞り21に形成される開口部21Bは、図8に示すように、照明光束断面(光束断面IR2)の上端と撮影光束断面(光束断面PR)の下端との距離d2が所定の第2距離以上であることが求められる。ここで、第1距離は第2距離と同じであってよい。更に、虹彩絞り21に形成される開口部21A、21Bは、図9に示すように、スリット22の短手方向に対応した方向の距離d3が所定の第3距離以上になるように形成されることが求められる。
すなわち、開口部21A、21Bの内径の形状は、照明光束断面の形状及び撮影光束断面の形状に寄与しない。
以上のように、虹彩絞り21に、被検眼Eの角膜、水晶体前面、及び水晶体後面において照明光束断面と撮影光束断面とが分離するように開口部21A、21Bが形成される。それにより、不要な散乱光の影響を受けることなく、簡素な構成で、コントラストが強い眼底Efの高画質の画像を取得することが可能である。
特に、開口部21A、21Bの形状を図7に示す形状にすることで、照明光の光量を増大させることができ、より高画質の画像を取得することが可能になる。
いくつかの実施形態では、図10に示すように、眼科装置1は、光源510(眼科装置1の装着部90に形成された入射開口)と虹彩絞り21との間に配置された光学素子24を含む。光学素子24は、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能である。光学素子24は、入射開口を通過した光源510からの光を偏向する。光学素子24は、虹彩絞り21に形成された開口部21A(又は開口部21B)とスリット22に形成された開口部とを結ぶ方向の光量分布が最大になるように照明光を偏向する。このような光学素子の例として、プリズム、マイクロレンズアレイ、又はフレネルレンズなどがある。図10では、虹彩絞り21に形成された開口部ごとに光学素子24が設けられているが、1つの素子で虹彩絞り21に形成された開口部21A、21Bを通過する光を偏向するように構成されていてもよい。
また、光源510(又は眼科装置1の装着部90に形成された入射開口)と虹彩絞り21に形成された開口部との間の相対位置を変更することにより、虹彩絞り21に形成された開口部を通過する光の光量分布を変更することが可能である。
(スリット22)
次に、被検眼Eの眼底Efにおける照明光の照射パターンを規定する開口部が形成されるスリット22について説明する。
スリット22は、移動機構(後述の移動機構22D)により照明光学系20の光軸方向に移動可能である。移動機構は、制御部100からの制御を受け、スリット22を光軸方向に移動する。例えば、制御部100は、被検眼Eの状態に応じて移動機構を制御する。これにより、被検眼Eの状態(具体的には、屈折度数、眼底Efの形状)に応じてスリット22の位置を移動することができる。
いくつかの実施形態では、スリット22は、被検眼Eの状態に応じて、光軸方向に移動されることなく開口部の位置及び形状の少なくとも1つを変更可能に構成される。このようなスリット22の機能は、例えば液晶シャッターにより実現される。
(リレーレンズ系RL1)
図6では、バーダル(Badal)の原理に従って光学系が構成される。具体的には、リレーレンズ系RL1、リレーレンズ41、44、及び対物レンズ46は、バーダル光学系を構成する。これにより、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、眼底Efにおけるスリット像の大きさを一定にすることができる。
図12に示すように、リレーレンズ系RL1の後側焦点位置F1が、被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置に配置される。
すなわち、上記のように被検眼Eの虹彩と略共役な位置に配置された光スキャナ30が、リレーレンズ系RL1の後側焦点位置F1又はその近傍に配置される。従って、被検眼Eの屈折度数に応じてスリット22が光軸方向に移動された場合でも、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、眼底Efに投影されるスリット像(スリット22に形成された開口部を通過した光により形成される像)の大きさは変化しない。これは、スリット22が光軸方向に移動しても、眼底Efへのスリット像の投影倍率が変化しないことを意味する。
以上のように、第1実施形態によれば、リレーレンズ系RL1の後側焦点位置F1(又はその近傍)に光スキャナ30を配置することにより、リレーレンズ系RL1、リレーレンズ41、42、及び対物レンズ46でバーダル光学系が構成される。
それにより、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、被検眼Eの視軸に対するスリット像の投影画角(投影倍率)(スリット22の長手方向及び短手方向)を一定にすることができる。その結果、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、スリット像の大きさが変化しないため、光スキャナ30の偏向動作速度を一定にすることが可能になり、光スキャナ30の制御を簡素化することができる。
また、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、被検眼Eの視軸に対するスリット像の投影画角(投影倍率)が一定であるため、被検眼Eの屈折度数にかかわらず、眼底Efにおけるスリット像の照度を一定にすることができる。
更に、眼科装置においてあらかじめ決められた撮影画角で画像を取得する場合に、上記のように投影倍率が一定であるため、所定の大きさのスリット像を取得するために設けられたスリット22の長手方向の長さにマージンを設ける必要がなくなる。
(リレーレンズ系RL2)
また、図6に示すように、リレーレンズ系RL2が、スリット22と虹彩絞り21との間に配置される。
図13に示すように、リレーレンズ系RL2の前側焦点位置F2又はその近傍に、虹彩絞り21が配置される。
すなわち、リレーレンズ系RL1の後側焦点位置F1は虹彩絞り21と光学的に略共役な位置であり、リレーレンズ系RL2の前側焦点位置F2には虹彩絞り21が配置される。従って、虹彩絞り21から(後側焦点位置F1に配置された)光スキャナ30までの投影倍率は、リレーレンズ系RL1の焦点距離f1とリレーレンズ系RL2の焦点距離f2で決定される。このとき、投影倍率は、(f1/f2)である。
実施形態に係る眼科装置は、被検眼Eの虹彩上に所定の大きさで虹彩絞り21の像を形成する必要がある。被検眼Eの虹彩から対物レンズ46を経由して光スキャナ30までの投影倍率が既知の投影倍率であるとき、光スキャナ30上に所定の大きさの虹彩絞り21の像を投影すればよい。このとき、虹彩絞り21から光スキャナ30までの投影倍率は、リレーレンズ系RL1の焦点距離f1とリレーレンズ系RL2の焦点距離f2で決定される。従って、焦点距離f1、f2の少なくとも一方を変更することで、被検眼Eの虹彩上に所定の大きさで虹彩絞り21の像を容易に形成することが可能になる。いくつかの実施形態では、焦点距離f1を固定したまま、焦点距離f2だけが変更される。
焦点距離f1は、リレーレンズ系RL1の合成焦点距離である。いくつかの実施形態では、リレーレンズ系RL1は、屈折度が異なる複数のレンズを含み、リレーレンズ系RL1を構成するレンズの少なくとも1つを変更することにより焦点距離f1を変更する。いくつかの実施形態では、リレーレンズ系RL1を構成するレンズの少なくとも1つは、屈折度が変更可能なレンズである。焦点距離が変更可能なレンズには、液晶レンズ、液体レンズ、アルバレツレンズなどがある。焦点距離f1を変更する場合でも、リレーレンズ系RL1の後側焦点位置が被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置(瞳共役位置)に配置される。
焦点距離f2は、リレーレンズ系RL2の合成焦点距離である。いくつかの実施形態では、リレーレンズ系RL2は、屈折度が異なる複数のレンズを含み、リレーレンズ系RL2を構成するレンズの少なくとも1つを変更することにより焦点距離f2を変更する。いくつかの実施形態では、リレーレンズ系RL2を構成するレンズの少なくとも1つは、屈折度が変更可能なレンズである。焦点距離f2を変更する場合でも、リレーレンズ系RL2の前側焦点位置が被検眼Eの虹彩と光学的に略共役な位置(瞳共役位置)に配置される。
また、眼底Efの撮影のために、高輝度な光を発する光源であることが望ましい。しかしながら、汎用的に入手可能な光源(量産されている光源)は、発光面のサイズ(発光面積、出力光束断面サイズ)が限られており、光源の発光面のサイズに対応した投影倍率で虹彩絞り21の像を光スキャナ30上に投影する必要がある。
この実施形態によれば、焦点距離f1、f2の少なくとも一方を変更することで、虹彩絞り21から光スキャナ30までの投影倍率を変更することができるため、任意の大きさの虹彩絞り21の像を光スキャナ30上に所望の大きさで投影することができる。それにより、光源の発光面のサイズが異なる場合でも、焦点距離f1、f2の少なくとも一方を変更するだけで光スキャナ30上に所望の大きさの虹彩絞り21の像を投影することができ、光学系の設計自由度が向上する。特に、焦点距離f1を固定し、焦点距離f2だけを変更することで、被検眼Eの屈折度数の変化に対するスリット22の移動量(屈折度数の変化に対するスリット22の移動の感度)を固定することができ、光学系の設計自由度をより一層向上させることができる。
更に、実施形態によれば、リレーレンズ系RL1を構成する1以上のレンズの有効径を小さくすることができる。
その理由は、光スキャナ30と虹彩絞り21との間には、被検眼Eの眼底Efと光学的に略共役な位置に配置されるスリット22が配置されている。スリット22は、被検眼Eの屈折度数に応じて光軸方向に移動可能である。ここで、虹彩絞り21から光スキャナ30までの投影倍率は、光スキャナ30とリレーレンズ系RL1との第1距離と、虹彩絞り21とリレーレンズ系RL1との第2距離で決定されるため、第1距離を短くすると、第2距離も短くする必要がある。しかしながら、スリット22の光軸方向の移動スペースを確保しつつ、虹彩との共役関係及び眼底Efとの共役関係を維持する必要があるため、第1距離が長くなり、リレーレンズ系RL1の有効径が大きくなる。この実施形態によれば、リレーレンズ系RL2を設けることにより、第1距離を短くしても、リレーレンズ系RL2を用いて投影倍率を調整することが可能になる。それにより、スリット22の光軸方向の移動スペースを確保し、且つ、虹彩との共役関係及び眼底Efとの共役関係を維持しつつ、第1距離を短くすることが可能になり、リレーレンズ系RL1を構成する1以上のレンズの有効径を小さくすることができる。
また、リレーレンズ系RL1を構成する1以上のレンズの有効径を小さくすることができるので、光スキャナ30から光源510までの光学系の長さを小さくすることができる。
[眼科装置1の制御系の構成]
図14に、第1実施形態に係る眼科装置1の制御系の構成例のブロック図を示す。図14において、図2又は図6と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
図14に示すように、眼科装置1の制御系は、制御部100を中心に構成されている。なお、制御系の構成の少なくとも一部が眼科装置1の光学系に含まれていてもよい。
(制御部100)
制御部100は、眼科装置1の各部を制御する。制御部100は、主制御部101と、記憶部102とを含む。主制御部101は、プロセッサを含み、記憶部102に記憶されたプログラムに従って処理を実行することで、眼科装置1の各部の制御処理を実行する。
(主制御部101)
主制御部101は、照明光学系20の制御、光スキャナ30の制御、撮影光学系40、及び通信部250の制御を行う。
照明光学系20の制御には、移動機構22Dの制御が含まれる。移動機構22Dは、スリット22を照明光学系20の光軸方向に移動する。主制御部101は、被検眼Eの状態に応じて移動機構22Dを制御することにより、被検眼Eの状態に対応した位置にスリット22を配置する。被検眼Eの状態として、眼底Efの形状、屈折度数、眼軸長などがある。屈折度数は、例えば、特開昭61-293430号公報又は特開2010-259495号公報に開示されているような公知の眼屈折力測定装置から取得可能である。眼軸長は、公知の眼軸長測定装置、又は光干渉断層計の測定値から取得可能である。
例えば、屈折度数に対して照明光学系20の光軸におけるスリット22の位置があらかじめ関連付けられた第1制御情報が記憶部102に記憶されている。主制御部101は、第1制御情報を参照して屈折度数に対応したスリット22の位置を特定し、特定された位置にスリット22が配置されるように移動機構22Dを制御する。
ここで、スリット22の移動に伴い、スリット22に形成された開口部を通過する光の光量分布が変化する。このとき、主制御部101は、通信部250を介して、スマートフォン500の制御部550を制御して、光源510の位置及び向きの少なくとも1つを変更することが可能である。
例えば、図11に示すように、被検眼Eの状態に応じて、移動前のスリット22´の位置からスリット22の位置が移動される。これにより、スリット22に形成された開口部を通過する光の光量分布が変化する。
このとき、主制御部101は、通信部250を制御してスマートフォン500に対して通信信号を送信することにより、制御部550に光源10の位置及び向きの少なくとも1つを変更させる。これにより、光源510(入射開口、スマートフォン500)と虹彩絞り21との相対位置が変化する。虹彩絞り21に形成された開口部21A、21Bと光源510との相対位置を変更することで、開口部21A、21Bを通過する光の光量分布が変更される。更に、スリット22に形成された開口部における、虹彩絞り21の開口部21A、21Bを通過した光の光量分布が変更される。
いくつかの実施形態では、主制御部101は、被検眼Eの状態としての被検眼Eの屈折度数、スリット22の移動後の位置(又は基準位置に対するスリット22の移動方向及び移動量)に基づいて光源510を移動するようにスマートフォン500を制御することが可能である。
例えば、屈折度数、スリット22の移動後の位置(又は基準位置に対するスリット22の移動方向及び移動量)に対して光源510の位置及び向きの少なくとも1つがあらかじめ関連付けられた第2制御情報が記憶部102に記憶されている。主制御部101は、第2制御情報を参照して、屈折度数又はスリット22の移動後の位置に対応した光源510の位置及び向きの少なくとも1つを特定し、特定された位置又は向きに光源510が配置されるようにスマートフォン500を制御する。主制御部101は、通信部250を介してスマートフォン500に通信信号を送信することにより、スマートフォン500における光源510の位置及び向きを変更する。
いくつかの実施形態では、光学素子24は、虹彩絞り21に形成された開口部に対して、位置及び向きの少なくとも1つを変更可能である。例えば、主制御部101は、光学素子24を移動させる移動機構を制御することにより、位置及び向きの少なくとも1つを変更することが可能である。
図14において、光スキャナ30の制御には、スキャン範囲(スキャン開始位置及びスキャン終了位置)及びスキャン速度の制御が含まれる。
撮影光学系40の制御には、移動機構47Dの制御が含まれる。移動機構47Dは、合焦レンズ47を撮影光学系40の光軸方向に移動する。主制御部101は、イメージセンサ520を用いて取得された画像の解析結果に基づいて移動機構47Dを制御することが可能である。また、主制御部101は、図示しない操作部を用いたユーザの操作内容に基づいて移動機構47Dを制御することが可能である。
(記憶部102)
記憶部102は、各種のコンピュータプログラムやデータを記憶する。コンピュータプログラムには、眼科装置1を制御するための演算プログラムや制御プログラムが含まれる。
いくつかの実施形態では、眼科装置1は、操作部、及び表示部の少なくとも1つを含む。
操作部は、操作デバイス又は入力デバイスを含む。操作部には、眼科装置1に設けられたボタンやスイッチ(たとえば操作ハンドル、操作ノブ等)や、操作デバイス(マウス、キーボード等)が含まれる。また、操作部は、トラックボール、操作パネル、スイッチ、ボタン、ダイアルなど、任意の操作デバイスや入力デバイスを含んでいてよい。
表示部は、眼科装置1の各種情報(光学素子の設定情報等)を表示させる。表示部は、LCD(Liquid Crystal Display)等のフラットパネルディスプレイなどの表示デバイスを含んで構成される。また、表示部は、眼科装置1の筺体に設けられたタッチパネルなどの各種表示デバイスを含んでいてもよい。
なお、操作部と表示部は、それぞれ個別のデバイスとして構成される必要はない。例えばタッチパネルのように、表示機能と操作機能とが一体化されたデバイスを用いることも可能である。その場合、操作部は、このタッチパネルとコンピュータプログラムとを含んで構成される。操作部に対する操作内容は、電気信号として制御部100に入力される。また、表示部に表示されたグラフィカルユーザインターフェイス(GUI)と、操作部とを用いて、操作や情報入力を行うようにしてもよい。いくつかの実施形態では、表示部及び操作部の機能は、タッチスクリーンにより実現される。
(その他の構成)
いくつかの実施形態では、眼科装置1は、更に、固視投影系を含む。例えば、固視投影系の光路は、図1に示す光学系の構成において、撮影光学系40の光路に結合される。固視投影系は、内部固視標又は外部固視標を被検眼Eに提示することが可能である。内部固視標を被検眼Eに提示する場合、固視投影系は、制御部100からの制御を受けて内部固視標を表示するLCDを含み、LCDから出力された固視光束を被検眼Eの眼底に投影する。LCDは、その画面上における固視標の表示位置を変更可能に構成されている。LCDにおける固視標の表示位置を変更することにより、被検眼Eの眼底における固視標の投影位置を変更することが可能である。LCDにおける固視標の表示位置は、図示しない操作部を用いることによりユーザが指定可能である。
いくつかの実施形態では、眼科装置1は、アライメント系を含む。いくつかの実施形態では、アライメント系は、XYアライメント系と、Zアライメント系とを含む。XYアライメント系は、装置光学系(対物レンズ46)の光軸に交差する方向に装置光学系と被検眼Eとの位置合わせを行うために用いられる。Zアライメント系は、眼科装置1(対物レンズ46)の光軸の方向に装置光学系と被検眼Eとの位置合わせを行うために用いられる。
例えば、XYアライメント系は、被検眼Eに輝点(赤外領域又は近赤外領域の輝点)を投影する。制御部100は、輝点が投影された被検眼Eの前眼部像を取得し、取得された前眼部像に描出された輝点像とアライメント基準位置との変位を求める。制御部100は、求められた変位がキャンセルされるように図示しない移動機構により装置光学系と被検眼Eとを光軸の方向と交差する方向に相対的に移動させる。
例えば、Zアライメント系は、装置光学系の光軸から外れた位置から赤外領域又は近赤外領域のアライメント光を投影し、被検眼Eの前眼部で反射されたアライメント光を受光する。制御部100は、装置光学系に対する被検眼Eの距離に応じて変化するアライメント光の受光位置から、装置光学系に対する被検眼Eの距離を特定する。制御部100は、特定された距離が所望の作動距離になるように図示しない移動機構により装置光学系と被検眼Eとを光軸の方向に相対的に移動させる。
いくつかの実施形態では、アライメント系の機能は、装置光学系の光軸から外れた位置に配置された2以上の前眼部カメラにより実現される。例えば、特開2013-248376号公報に開示されているように、制御部100は、2以上の前眼部カメラで実質的に同時に取得された被検眼Eの前眼部像を解析して、公知の三角法を用いて被検眼Eの3次元位置を特定する。制御部100は、装置光学系の光軸が被検眼Eの軸に略一致し、かつ、被検眼Eに対する装置光学系の距離が所定の作動距離になるように図示しない移動機構により装置光学系と被検眼Eとを3次元的に相対的に移動させる。
続いて、スマートフォン500の構成例について説明する。
[スマートフォン500の構成]
図6に示すように、スマートフォン500は、図1と同様に、光源510と、イメージセンサ520と、結像レンズ521とを含む。
(光源510)
光源510は、可視領域の光を発生する可視光源を含む。例えば、光源510は、白色光源を含む。このような光源510は、例えば、LED(Light Emitting Diode)、LD(Laser Diode)、ハロゲンランプ、又はキセノンランプを含む。いくつかの実施形態では、光源510は、RGBの各色成分の光を出力可能な光源を含む。いくつかの実施形態では、光源510は、赤外領域の光又は可視領域の光を切り換えて出力することが可能な光源を含む。光源510は、眼底Ef及び虹彩のそれぞれと光学的に非共役な位置に配置される。
(イメージセンサ520)
イメージセンサ520は、ピクセル化された受光器としての機能を実現する。イメージセンサ520の受光面(検出面、撮像面)は、撮影部位としての眼底Efと光学的に略共役な位置に配置可能である。上記のように、結像レンズ521は、スマートフォン500に入射した照明光の戻り光をイメージセンサ520の受光面に結像するように構成される。
イメージセンサ520による受光結果は、制御部100からの制御を受け、ローリングシャッター方式により読み出される。このようなイメージセンサ520は、例えば、後述するように、CMOSイメージセンサを含む。
[スマートフォン500の制御系の構成]
スマートフォン500の制御系は、図3に示すように、制御部550を中心に構成される。
制御部550は、上記のように、光源510、イメージセンサ520、画像形成部560、通信部580等のスマートフォン500の各部を制御する。
イメージセンサ520に対する戻り光の受光制御(ローリングシャッター制御)には、後述のリセット制御、露光制御、電荷転送制御、出力制御などが含まれる。また、リセット制御に要する時間Tr、露光制御に要する時間(露光時間)Te、電荷転送制御に要する時間Tc、出力制御に要する時間Tout等を変更することが可能である。
以下、実施形態に係るローリングシャッター制御について説明する。
イメージセンサ520は、上記のように、CMOSイメージセンサを含む。この場合、イメージセンサ520は、ロウ方向に配列された複数のピクセル(受光素子)群がカラム方向に配列された複数のピクセルを含む。具体的には、イメージセンサ520は、2次元的に配列された複数のピクセルと、複数の垂直信号線と、水平信号線とを含む。各ピクセルは、フォトダイオード(受光素子)と、キャパシタとを含む。複数の垂直信号線は、ロウ方向(水平方向)に直交するカラム方向(垂直方向)のピクセル群毎に設けられる。各垂直信号線は、受光結果に対応した電荷が蓄積されたピクセル群と選択的に電気的に接続される。水平信号線は、複数の垂直信号線と選択的に電気的に接続される。各ピクセルは、戻り光の受光結果に対応した電荷を蓄積し、蓄積された電荷は、例えばロウ方向のピクセル群毎に順次読み出される。例えば、ロウ方向のライン毎に、各ピクセルに蓄積された電荷に対応した電圧が垂直信号線に供給される。複数の垂直信号線は、選択的に水平信号線と電気的に接続される。垂直方向に順次に上記のロウ方向のライン毎の読み出し動作を行うことで、2次元的に配列された複数のピクセルの受光結果を読み出すことが可能である。
このようなイメージセンサ520に対してローリングシャッター方式で戻り光の受光結果を取り込む(読み出す)ことにより、ロウ方向に延びる所望の仮想的な開口形状に対応した受光像が取得される。このような制御については、例えば、米国特許第8237835号明細書等に開示されている。
図15に、実施形態に係る眼科装置1の動作説明図を示す。図15は、眼底Efに照射されるスリット状の照明光の照射範囲IPと、イメージセンサ520の受光面SRにおける仮想的な開口範囲OPとを模式的に表す。
例えば、眼科装置1における制御部100は、光スキャナ30を用いて、照明光学系20により形成されたスリット状の照明光を偏向する。それにより、眼底Efにおいて、スリット状の照明光の照射範囲IPがスリット方向(例えば、ロウ方向、水平方向)と直交する方向(例えば、垂直方向)に順次に移動される。
イメージセンサ520の受光面SRでは、スマートフォン500の制御部550によって読み出し対象のピクセルをライン単位で変更することによって、仮想的な開口範囲OPが設定される。開口範囲OPは、受光面SRにおける照明光の戻り光の受光範囲IP´又は受光範囲IP´より広い範囲であることが望ましい。制御部550は、制御部100による照明光の照射範囲IPの移動制御に同期して、開口範囲OPの移動制御を実行する。それにより、不要な散乱光の影響を受けることなく、簡素な構成で、コントラストが強い眼底Efの高画質の画像を取得することが可能である。
図16及び図17に、イメージセンサ520に対するローリングシャッター方式の制御タイミングの一例を模式的に示す。図16は、イメージセンサ520に対する読み出し制御のタイミングの一例を表す。図17は、照明光の照射範囲IP(受光範囲IP´)の移動制御タイミングを図16の読み出し制御タイミングに重畳させて表したものである。図16及び図17において、横軸はイメージセンサ520のロウ数、縦軸は時間を表す。
なお、図16及び図17では、説明の便宜上、イメージセンサ520のロウ数が1920であるものとして説明するが、実施形態に係る構成はロウ数に限定されるものではない。また、図17において、説明の便宜上、スリット状の照明光のスリット幅(ロウ方向の幅)が40ロウ分であるものとする。
ロウ方向の読み出し制御は、リセット制御と、露光制御と、電荷転送制御と、出力制御とを含む。リセット制御は、ロウ方向のピクセルに蓄積されている電荷の蓄積量を初期化する制御である。露光制御は、フォトダイオードに光を当てて、受光量に対応した電荷をキャパシタに蓄積させる制御である。電荷転送制御は、ピクセルに蓄積された電荷量を垂直信号線に転送する制御である。出力制御は、水平信号線を介して、複数の垂直信号線に蓄積された電荷量を出力する制御である。すなわち、図16に示すように、ロウ方向のピクセルに蓄積された電荷量の読み出し時間Tは、リセット制御に要する時間Tr、露光制御に要する時間(露光時間)Te、電荷転送制御に要する時間Tc、出力制御に要する時間Toutの和である。
図16では、ロウ単位で読み出し開始タイミング(時間Tcの開始タイミング)をシフトさせることで、イメージセンサ520における所望の範囲のピクセルに蓄積された受光結果(電荷量)が取得される。例えば、図16に示すピクセル範囲が1フレーム分の画像である場合、フレームレートFRが一意に決まる。
この実施形態では、複数のロウ数分のスリット幅を有する照明光の眼底Efにおける照射位置を、眼底Efにおいてカラム方向に対応する方向に順次にシフトさせる。
例えば、図17に示すように、所定のシフト時間Δt毎に、照明光の眼底Efにおける照射位置をカラム方向に対応する方向にロウ単位でシフトさせる。シフト時間Δtは、イメージセンサ520におけるピクセルの露光時間Teを照明光のスリット幅(例えば、40)で分割することにより得られる(Δt=Te/40)。この照射位置の移動タイミングに同期させて、シフト時間Δt単位でロウ毎にピクセルの各ロウの読み出し開始タイミングを遅延させて開始させる。これにより、簡素な制御で、且つ、短時間に、コントラストが強い眼底Efの高画質の画像を取得することが可能になる。
いくつかの実施形態では、イメージセンサ520は、1以上のラインセンサにより構成される。
スマートフォン500の制御部550による画像形成部560に対する制御には、ローリングシャッター方式によりイメージセンサ520から読み出された受光結果に基づいて任意の開口範囲に対応した受光像を形成させる制御が含まれる。
画像形成部560は、制御部550からの制御を受けてローリングシャッター方式によりイメージセンサ520から読み出された受光結果に基づいて、任意の開口範囲に対応した受光像を形成する。画像形成部560は、開口範囲に対応した受光像を順次に形成し、形成された複数の受光像から被検眼Eの画像を形成することが可能である。
画像形成部560は、1以上のプロセッサを含み、記憶部等に記憶されたプログラムに従って処理を行うことで、上記の機能を実現する。
リレーレンズ系RL1は、実施形態に係る「第1リレーレンズ系」の一例である。リレーレンズ系RL2は、実施形態に係る「第2リレーレンズ系」の一例である。イメージセンサ520は、実施形態に係る「センサ」の一例である。
[動作]
次に、眼科装置1の動作について説明する。
図18に、第1実施形態に係る眼科装置1の動作例のフロー図を示す。記憶部102には、図18に示す処理を実現するためのコンピュータプログラムが記憶されている。主制御部101は、このコンピュータプログラムに従って動作することにより、図18に示す処理を実行する。
ここでは、図示しないアライメント系により被検眼Eに対して装置光学系のアライメントが完了し、図示しない固視投影系により所望の固視位置に導くように被検眼Eの眼底に対して固視標が投影されているものとする。
(S1:屈折度数を取得)
まず、主制御部101は、外部の眼科測定装置又は電子カルテから被検眼Eの屈折度数を取得する。
(S2:スリットの位置を変更)
次に、主制御部101は、ステップS1において取得された被検眼Eの屈折度数に応じて、照明光学系20の光軸におけるスリット22の位置を変更する。
具体的には、主制御部101は、記憶部102に記憶された第1制御情報を参照して屈折度数に対応したスリット22の位置を特定し、特定された位置にスリット22が配置されるように移動機構22Dを制御する。
(S3:光源の位置又は向きを変更)
続いて、主制御部101は、ステップS2において光軸における位置が変更されたスリット22の新たな位置に応じて、スマートフォン500の光源510の位置及び向きの少なくとも1つを変更する。
具体的には、主制御部101は、記憶部102に記憶された第2制御情報を参照して、屈折度数又はスリット22の移動後の位置に対応した光源510の位置及び向きの少なくとも1つを特定する。その後、主制御部101は、通信部250を制御してスマートフォン500に対して通信信号を送信させ、スマートフォン500の制御部550が、特定された位置又は向きに光源510が配置されるように移動機構を制御する。
(S4:偏向制御タイミング?)
ステップS3の後、被検眼Eの眼底Efの撮影が開始されると、主制御部101は、所定の偏向制御タイミングであるか否かを判定する。例えば、主制御部101は、光スキャナ30に対して、照明光の偏向角度範囲及び偏向速度(偏向周波数)を含む偏向制御情報を事前に設定する。主制御部101は、撮影開始タイミングを基準に、事前に設定された偏向制御情報に基づいて偏向制御タイミングを特定する。
偏向制御タイミングではないと判定されたとき(S4:N)、眼科装置1の動作はステップS4を繰り返す。偏向制御タイミングであると判定されたとき(S4:Y)、眼科装置1の動作は、ステップS5に移行する。
(S5:受光側のタイミングを制御)
ステップS4において偏向制御であると判定されたとき(S4:Y)、主制御部101は、通信部250を制御することにより、スマートフォン500に対してイメージセンサ520による受光タイミングを制御するための通信信号を送信させる。
スマートフォン500の制御部550は、眼科装置1のからの通信信号を受信し、受信された通信信号に対応したタイミングで上記の受光制御を行う。
(S6:光スキャナの偏向制御)
続いて、主制御部101は、ステップS5において送信した受光側の制御タイミングに同期するように、光スキャナ30の偏向面の偏向角度が所定の角度ステップだけ偏向するように光スキャナ30を制御する。
これにより、光スキャナ30の偏向面の偏向角度に対応した眼底Ef上の照射位置に照明光が照射される。スマートフォン500の制御部550は、ステップS5において指定されたタイミングで、ステップS6において実行された眼底Efにおける照明光の照射範囲に対応したイメージセンサ520の開口範囲におけるピクセルの受光結果を取得させる。
(S7:次の照射位置?)
主制御部101は、次に照明光で照射すべき照射位置があるか否かを判定する。主制御部101は、順次に移動される照明光の照射範囲があらかじめ決められた眼底Efの撮影範囲を網羅したか否かを判定することにより、次に照明光で照射すべき照射位置があるか否かを判定することが可能である。
次に照明光で照射すべき照射位置があると判定されたとき(S7:Y)、眼科装置1の動作はステップS4に移行する。次に照明光で照射すべき照射位置がないと判定されたとき(S7:N)、眼科装置1の動作は終了である(エンド)。
ステップS4~ステップS7を繰り返すことにより、眼底Efにおける所望の照射範囲に対してスリット状の照明光が順次に照射され、照明光の照射範囲に対応してイメージセンサ520から受光結果が読み出される。
いくつかの実施形態では、ステップS6では、隣接する照射範囲との重複領域が設けられるように設定された照射範囲に照明光が照射される。それにより、互いの重複領域が重なるように画像を合成することで1フレーム分の眼底像が形成される。
以上説明したように、第1実施形態によれば、眼科装置1が、光スキャナ30の偏向制御タイミングに同期して、外部装置であるスマートフォン500のイメージセンサ520から照明光の照射位置に対応した受光素子から受光結果を読み出す。それにより、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼Eの高画質の画像を取得することが可能になる。
<第2実施形態>
実施形態に係る眼科装置及び眼科システムの構成は、第1実施形態で説明した構成に限定されない。例えば、実施形態に係る眼科装置は、光源を含み、光源からの光を用いて照明光を生成するようにしてもよい。
以下、第1実施形態との相違点を中心に、第2実施形態について説明する。
図19に、第2実施形態に係る眼科システムの構成例を示す。図19において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
第2実施形態に係る眼科システム1000aは、スマートフォン500aと、眼科装置1aとを含む。
スマートフォン500aの構成が図1に示すスマートフォン500の構成と異なる点は、光源510を含まない点である。しかしながら、スマートフォン500aは、実施形態に係るローリングシャッター制御の実行対象ではない光源を含んでもよい。眼科装置1aの構成が図1に示す眼科装置1の構成と異なる点は、光源10を含む点である。光源10は、光源510の機能を実現する。
なお、第1実施形態と同様に、眼科装置1aの表面には、スマートフォン500aを装着するための装着部90aが設けられている。装着部90aは、公知の手法によりスマートフォン500aを保持可能に構成される。装着部90aが装着部90と異なる点は、装着部90a(及び眼科装置1aの筐体)に、入出射開口と、出射開口とが形成されている点である。
眼科装置1aでは、スリット22に対して光源10からの光が照射される。スリット22と光源10との間の光路には、波長選択フィルタ70が挿脱可能に設けられる。
第2実施形態に係る眼科システム1000aの動作が眼科システム1000の動作と異なる点は、眼科装置1aの制御部が、第1実施形態においてスマートフォン500の制御部550が光源510に対して実行する制御と同様の制御を光源10に対して実行する点である。
第2実施形態によれば、第1実施形態と同様に、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼Eの高画質の画像を取得することが可能になる。
<第3実施形態>
上記の実施形態に係る眼科装置では、穴鏡を用いて照明光の光路と戻り光の光路とが結合される構成を例に説明したが、実施形態に係る構成はこれに限定されるものではない。例えば、ビームスプリッタを用いて照明光の光路と戻り光の光路とが結合されてもよい。
以下、第1実施形態との相違点を中心に、第3実施形態について説明する。
図20に、第3実施形態に係る眼科システムの構成例を示す。図20において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
第3実施形態に係る眼科システム1000bは、スマートフォン500と、眼科装置1bとを含む。
眼科装置1bの構成が図1に示す眼科装置1の構成と異なる点は、穴鏡45に代えてビームスプリッタBSが設けられている点である。ビームスプリッタBSは、光源510からの光を用いて生成された照明光を対物レンズ46に向けて反射すると共に、対物レンズ46からの照明光の戻り光を透過して合焦レンズ47に導く。
第3実施形態に係る眼科システム1000bの動作は、眼科システム1000の動作と同様であるため、詳細な説明を省略する。
第3実施形態によれば、第1実施形態と同様に、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼Eの高画質の画像を取得することが可能になる。
<第4実施形態>
上記の実施形態では、光スキャナ30を用いて眼底Efにおけるスリット状の照明光の照射位置を移動することで眼底Efをスキャンする例を説明したが、実施形態に係る構成はこれに限定されるものではない。例えば、光変調器を用いて光源からの光を変調することで眼底Efをスキャンするようにしてもよい。
以下、第1実施形態との相違点を中心に、第4実施形態について説明する。
図21に、第4実施形態に係る眼科システムの構成例を示す。図21において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
第4実施形態に係る眼科システム1000cは、スマートフォン500と、眼科装置1cとを含む。
眼科装置1cの構成が図1に示す眼科装置1の構成と異なる点は、虹彩絞り21に代えてコンデンサレンズ80が設けられている点と、光スキャナ30に代えて光変調器81が設けられている点である。光変調器81は、被検眼Eの撮影部位(例えば、眼底Ef)と光学的に略共役な位置に配置可能である。いくつかの実施形態では、眼科装置1cには、図1と同様に、リレーレンズ系RL1、RL2の少なくとも1つが設けられている。
コンデンサレンズ80は、眼科装置1bの装着部90に形成された入射開口を通過した光源510からの光を集光する。コンデンサレンズ80により集光された光は、スリット22に形成された開口部を通過し、スリット状の照明光として光変調器81に導かれる。
光変調器81は、制御部からの制御を受け、スリット22を用いて形成されたスリット状の照明光を変調する。光変調器81としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたデバイス、デジタルミラーデバイス(Digital Mirror Debvice:DMD)、空間光変調器(Spatial Light Modulator:SLM)などがある。空間光変調器は、光源からの光の空間的な分布を変化させる。
第4実施形態に係る眼科システム1000cの動作が眼科システム1000の動作と異なる点は、光スキャナ30に代えて光変調器81に対して、第1実施形態と同様に、眼底Efに対して照影光の照射位置をスキャンするように制御を実行する点である。
第4実施形態によれば、第1実施形態と同様に、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼Eの高画質の画像を取得することが可能になる。
なお、第1実施形態~第4実施形態では、主に、合焦レンズ47を光軸に沿って移動することで、フォーカス調整をする場合について説明したが、対物レンズ46、又は合焦レンズ47以外の光学素子(レンズ等)を光軸に沿って移動するようにしてもよい。
また、第1実施形態~第4実施形態において、眼科装置は、イメージセンサを有するスマートフォンに対応した光学素子の設定情報をあらかじめ記憶していてもよい。この場合、眼科装置は、撮影の実行前に、スマートフォンに対応した設定情報を読み出し、読み出された設定情報に基づいて光学素子の配置等を変更することが可能である。
また、第1実施形態~第4実施形態において、眼科装置は、被検眼(被検者)及びイメージセンサを有するスマートフォンに対応した光学素子の設定情報をあらかじめ記憶していてもよい。この場合、眼科装置は、撮影の実行前に、被検眼及びスマートフォンに対応した設定情報を読み出し、読み出された設定情報に基づいて光学素子の配置等を変更することが可能である。
また、第1実施形態、第3実施形態、及び第4実施形態において、スマートフォン500は、筐体に形成された出射開口に対する光源510の相対位置を変更可能に構成されてよい。この場合、制御部550は、出射開口に対して光源510を相対移動する移動機構を制御することにより、出射開口に対する光源510の相対位置を変更する。
更に、第1実施形態~第4実施形態において、スマートフォンは、筐体に形成された入射開口に対するイメージセンサ520の相対位置を変更可能に構成されてよい。この場合、スマートフォンの制御部は、入射開口に対してイメージセンサ520を相対移動する移動機構を制御することにより、入射開口に対するイメージセンサ520の相対位置を変更する。
<第5実施形態>
例えば、上記の実施形態に係る眼科システムを用いて取得された被検眼Eの画像データは、ネットワークを介して接続可能なサーバ内で管理されるように構成される。
図22に、上記の実施形態に係る眼科システムが適用されたネットワークシステムの構成例を示す。図22において、図1と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
第5実施形態に係るネットワークシステムは、スマートフォン500-1~500-N(Nは、1以上の整数)と、サーバ600とを含む。スマートフォン500-1~500-Nは、ネットワークNWを介して、サーバ600と通信接続が可能である。ネットワークNWは、上記の実施形態における眼科装置とスマートフォンとの間の通信ネットワークと同一のネットワーク、又は異なるネットワークであってよい。
スマートフォン500-1~500Nは、第1実施形態~第4実施形態のいずれかのスマートフォンである。サーバ600は、制御部と、記憶部とを含む。制御部は、ネットワークNWを介して、スマートフォン500-1~500-Nのいずれかにおいて取得された画像データを取得し、取得された画像データを記憶部に格納することが可能である。
スマートフォン500-1~500-Nのそれぞれは、第1実施形態~第4実施形態のいずれかの眼科装置を用いて被検眼Eの画像データを取得する。スマートフォン500-1~500-Nのそれぞれは、取得された画像データを暗号化(秘匿化)し、ネットワークNWを介して暗号化された画像データをサーバ600に送る。サーバ600は、スマートフォン500-1~500-Nのそれぞれから送られた画像データを格納する。
いくつかの実施形態では、各スマートフォンは、所定の公開鍵を用いて被検眼Eの画像データを暗号化する。サーバ600、又はサーバ600から暗号化された画像データを取得した情報処理装置は、この公開鍵に対応する秘密鍵を用いて被検眼Eの画像データを復号化する。所定の公開鍵の例として、被検眼Eの画像データを取得したスマートフォン、被検眼Eの画像データの取得に用いられた眼科装置、被検眼E(被検者)、検者、被検眼Eの画像データが取得された撮影工程(検査工程)、又はこれらの2以上の組み合わせに対応して事前に作成された公開鍵などがある。この場合、作成された公開鍵と対になる秘密鍵が同時に作成される。
いくつかの実施形態では、暗号化された被検眼Eの画像データは、所定の識別情報に関連付けられてサーバ600に格納される。この場合、サーバ600、又はサーバ600から暗号化された画像データを取得した情報処理装置は、被検眼Eの画像データに関連付けられた識別情報に基づいて、画像データの暗号化に用いられた公開鍵に対応する秘密鍵を特定し、特定された秘密鍵を用いて被検眼Eの画像データを復号化する。例えば、サーバ600と眼科装置との間で確立された通信接続を介して、上記の識別情報が通知されるように構成される。例えば、サーバ600には、図示しない操作部を用いて、上記の識別情報が指定される。所定の識別情報の例として、被検眼Eの画像データを取得したスマートフォンの第1識別情報、被検眼Eの画像データの取得に用いられた眼科装置の第2識別情報、被検眼E(被検者)を識別するための第3識別情報、検者を識別するための第4識別情報、被検眼Eの画像データが取得された撮影工程(検査工程)を識別するための第5識別情報、又は第1識別情報~第5識別情報のうち2以上の組み合わせを含む第6識別情報等がある。
いくつかの実施形態では、サーバ600は、上記の第1識別情報~第6識別情報のいずれかを用いて、被検眼Eの画像データに対してアクセスする情報処理装置を認証し、照合された情報処理装置に対して、要求された画像データを提供するように構成される。提供された画像データが上記のように公開鍵を用いて暗号化されている場合、情報処理装置は、公開鍵に対応した秘密鍵を用いてサーバ600から提供された画像データを復号化することが可能である。
いくつかの実施形態では、スマートフォンは、操作部と、表示部と、を含み、操作部を用いて、取得された被検眼Eの画像を表示部に表示するように構成される。いくつかの実施形態では、スマートフォンは、取得された被検眼Eの画像の表示を禁止し、画像をサーバ600に送る機能を有する。
以上のように、スマートフォンを用いて取得された被検眼Eの画像データをサーバ600内で管理することが可能である。特に、スマートフォンにおいて取得された画像データを適切に保護することが可能である。
[作用]
実施形態に係る眼科装置、及び眼科システムについて説明する。
いくつかの実施形態に係る眼科装置(1、1a、1b、1c)は、対物レンズ(46)と、照明光学系(20)と、装着部(90、90a)と、撮影光学系(40)と、通信部(250)と、制御部(100、主制御部101)とを含む。照明光学系は、光源(510、10)からの光を用いて照明光を生成し、対物レンズを介して照明光で被検眼(E)を照明する。装着部は、撮影光路(撮影光学系40の光路)にセンサ(イメージセンサ520)が配置されるようにセンサを備えた外部装置(スマートフォン500、500a)を装着可能に構成される。撮影光学系は、被検眼からの照明光の戻り光を撮影光路に導く。通信部は、外部装置との通信機能を有する。制御部は、照明光学系を制御すると共に、照明光学系に対する制御に同期するように通信部を介してセンサを制御する。
このような態様によれば、センサを備えた外部装置が装着された状態で、制御部が、照明光学系を制御すると共に、照明光学系に対する制御に同期するように通信部を介してセンサを制御する。それにより、眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
いくつかの実施形態に係る眼科装置(1、1a、1b、1c)は、対物レンズ(46)と、照明光学系(20)と、装着部(90、90a)と、撮影光学系(40)と、通信部(250)と、制御部(100、主制御部101)とを含む。照明光学系は、光源(510、10)からの光を用いて照明光を生成し、対物レンズを介して照明光で被検眼(E)を照明する。装着部は、撮影光路(撮影光学系40の光路)にセンサ(イメージセンサ520)が配置されるようにセンサを備えた外部装置(スマートフォン500、500a)を装着可能に構成される。撮影光学系は、被検眼からの照明光の戻り光を撮影光路に導く。通信部は、外部装置との通信機能を有する。制御部は、通信部を介した外部装置からの制御を受け、少なくとも照明光学系を制御する。
このような態様によれば、センサを備えた外部装置が装着された状態で、制御部が、通信部を介した外部装置からの制御を受け、照明光学系を制御する。それにより、眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
いくつかの実施形態では、照明光学系は、被検眼の撮影部位(眼底Ef)と光学的に略共役な位置に配置可能に構成され、光源からの光を変調することにより照明光を生成する光変調器(81)を含み、制御部は、センサに対する制御に同期して光変調器を制御する。
このような態様によれば、光変調器の制御と外部装置のセンサに対する制御とを同期させるようにしたので、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼の高画質の画像を取得することが可能になる。
いくつかの実施形態では、照明光学系は、被検眼の撮影部位と光学的に略共役な位置に配置可能なスリット状の開口部が形成されたスリット(22)と、光源とスリットとの間に配置可能に構成され、被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な虹彩絞り(21)と、開口部を通過した照明光を偏向し、被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な光スキャナ(30)と、を含み、制御部は、センサに対する制御に同期して光スキャナを制御する。
このような態様によれば、光スキャナに対する偏向制御と外部装置のセンサに対する制御とを同期させるようにしたので、眼科装置の構成を簡素化してローリングシャッター方式により被検眼の高画質の画像を取得することが可能になる。
いくつかの実施形態では、照明光学系は、光スキャナとスリットとの間に配置された第1リレーレンズ系(リレーレンズ系RL1)を含み、第1リレーレンズ系の後側焦点位置は、虹彩と光学的に略共役な位置である。
このような態様によれば、バーダルの原理に従って第1リレーレンズ系から被検眼の虹彩に至る光学系を構成することができる。それにより、被検眼の屈折度数に応じてスリットが光軸方向に移動された場合でも、被検眼の屈折度数にかかわらず、被検眼の注目部位に投影されるスリット像の大きさは変化しない。これは、スリットが光軸方向に移動しても、注目部位へのスリット像の投影倍率が変化しないことを意味する。その結果、被検眼の屈折度数にかかわらず、光スキャナの偏向動作速度を一定にすることが可能になり、光スキャナの制御を簡素化することができる。また、被検眼の屈折度数にかかわらず、被検眼の視軸に対するスリット像の投影画角(投影倍率)が一定であるため、被検眼の屈折度数にかかわらず、注目部位におけるスリット像の照度を一定にすることができる。更に、眼科装置においてあらかじめ決められた撮影画角で画像を取得する場合に、投影倍率が一定であるため、スリットの長手方向の長さにマージンを設ける必要がなくなる。
いくつかの実施形態では、光スキャナは、後側焦点位置又はその近傍に配置される。
このような態様によれば、光学系のサイズを小型化しつつ被検眼の屈折度数にかかわらず、光スキャナの偏向動作速度を一定にすることが可能になり、光スキャナの制御を簡素化することができる。
いくつかの実施形態では、照明光学系は、スリットと虹彩絞りとに間に配置された第2リレーレンズ系(リレーレンズ系RL2)を含み、第2リレーレンズ系の前側焦点位置又はその近傍に、虹彩絞りが配置される。
このような態様によれば、第1リレーレンズ系の焦点距離又は第2リレーレンズ系の焦点距離を変更することで、虹彩絞りから光スキャナまでの投影倍率を変更することができるため、任意の大きさの虹彩絞りの像を光スキャナ上に所望の大きさで投影することができる。それにより、光源の発光面のサイズが異なる場合でも、光スキャナ上に所望の大きさの虹彩絞りの像を投影することができ、光学系の設計自由度が向上する。
いくつかの実施形態では、虹彩絞りには、被検眼の角膜、水晶体前面、及び水晶体後面において照明光の光束断面と被検眼からの戻り光の光束断面とが分離するように、照明光が通過する1以上の開口部(21A、21B)が形成されている。
このような態様によれば、被検眼に入射する照明光と被検眼からの戻り光とを高精度に瞳分割することで、簡素な構成で、被検眼の注目部位の計測に必要な照度を確保し、被検眼の状態に影響されることなく被検眼の高画質の画像を取得することが可能になる。
いくつかの実施形態では、虹彩絞りには、2以上の開口部が形成され、2以上の開口部は、照明光学系の光軸を通りスリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に伸びる直線に対して線対称に形成される。
このような態様によれば、異なる方向から被検眼に入射する照明光と被検眼からの戻り光とを高精度に瞳分割することが可能になる。
いくつかの実施形態では、開口部は、弓形形状であり、弓形形状の弦の方向は、スリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に略平行である。
このような態様によれば、簡素な構成で、照明光の光量を増大させ、よりコントラストが強い高画質の画像を取得することが可能である。
いくつかの実施形態は、光源(10)を含む。
このような態様によれば、外部装置のセンサを流用することにより眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
いくつかの実施形態では、外部装置は、光源(510)を含み、装着部は、光源が照明光学系の光路に配置されるように外部装置を装着可能に構成される。
このような態様によれば、外部装置の光源及びセンサを流用することにより眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
いくつかの実施形態は、照明光学系の光軸に対して挿脱可能に構成された波長選択フィルタ(70)を含む。
このような態様によれば、所望の波長範囲内の波長成分を有する照明光で撮影部位を照明することが可能になり、被検眼を詳細に観察可能な眼科装置を提供することができるようになる。
いくつかの実施形態では、外部装置は、携帯電話又は携帯情報端末である。
このような態様によれば、携帯電話又は携帯情報端末が備えるセンサを用いて、照明光学系の制御と、センサに対する制御とを同期させるようにしたので、眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
いくつかの実施形態に係る眼科システム(1000、1000a、1000b、1000c)は、上記の外部装置と、上記のいずれかに記載の眼科装置と、を含む。
このような態様によれば、センサを備えた外部装置が装着された状態で、照明光学系に対する制御と、センサに対する制御とを同期させるようにしたので、眼科装置の構成を簡素化して被検眼の高画質の画像を取得することができるようになる。
以上に示された実施形態又はその変形例は、この発明を実施するための一例に過ぎない。この発明を実施しようとする者は、この発明の要旨の範囲内において任意の変形、省略、追加等を施すことが可能である。
上記の実施形態では、主に、イメージセンサ520を用いてローリングシャッター制御を行う場合について説明したが、実施形態に係る構成はこれに限定されるものではない。例えば、実施形態に係る構成を、イメージセンサ520を用いてグローバルシャッター制御を行う場合に適用することも可能である。
上記の実施形態において、装着部によるスマートフォンの装着を検知する検知手段を設け、検知手段によりスマートフォンの装着が検知されたとき、眼科装置とスマートフォンとの通信接続を確立してもよい。また、検知手段により得られた検知結果を眼科装置又はスマートフォンに報知(表示、音出力、発光等)することも可能である。この場合、検知結果の報知を受けて、ユーザは、眼科装置とスマートフォンとの通信接続を確立することができる。
上記の実施形態において、眼科装置は、例えば、眼軸長測定機能、眼圧測定機能、光干渉断層撮影(OCT)機能、超音波検査機能など、眼科分野において使用可能な任意の機能を有していてもよい。なお、眼軸長測定機能は、光干渉断層計等により実現される。また、眼軸長測定機能は、被検眼に光を投影し、当該被検眼に対する光学系のZ方向(前後方向)の位置を調整しつつ眼底からの戻り光を検出することにより、当該被検眼の眼軸長を測定するようにしてもよい。眼圧測定機能は、眼圧計等により実現される。OCT機能は、光干渉断層計等により実現される。超音波検査機能は、超音波診断装置等により実現される。また、このような機能のうち2つ以上を具備した装置(複合機)に対してこの発明を適用することも可能である。
いくつかの実施形態では、上記の眼科装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。このようなプログラムを、コンピュータによって読み取り可能な非一時的な(non-transitory)任意の記録媒体に記憶させることができる。この記録媒体としては、たとえば、半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク(CD-ROM/DVD-RAM/DVD-ROM/MO等)、磁気記憶媒体(ハードディスク/フロッピー(登録商標)ディスク/ZIP等)などを用いることが可能である。また、インターネットやLAN等のネットワークを通じてこのプログラムを送受信することも可能である。
第1実施形態~第5実施形態において説明した構成を任意に組み合わせることが可能である。
1、1a、1b、1c 眼科装置
10、510 光源
20 照明光学系
21 虹彩絞り
22 スリット
41、44、48 リレーレンズ
30 光スキャナ
35 投影光学系
40 撮影光学系
42 黒点板
45 穴鏡
46 対物レンズ
47 合焦レンズ
100、550 制御部
250、580 通信部
500、500a スマートフォン
520 イメージセンサ
521 結像レンズ
560 画像形成部
1000、1000a、1000b、1000c 眼科システム
E 被検眼
Ef 眼底
RL1、RL2 リレーレンズ系

Claims (13)

  1. 対物レンズと、
    光源からの光を用いて照明光を生成し、前記対物レンズを介して前記照明光で被検眼を照明する照明光学系と、
    撮影光路にセンサが配置されるように前記センサを備えた外部装置を装着可能に構成される装着部と、
    前記被検眼からの前記照明光の戻り光を前記撮影光路に導く撮影光学系と、
    前記外部装置との通信機能を有する通信部と、
    前記照明光学系を制御すると共に、前記照明光学系に対する制御に同期するように前記通信部を介して前記センサを制御する制御部と、
    を含み、
    前記照明光学系は、
    前記被検眼の撮影部位と光学的に略共役な位置に配置可能なスリット状の開口部が形成されたスリットと、
    前記光源と前記スリットとの間に配置可能に構成され、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な虹彩絞りと、
    前記光源と前記虹彩絞りとの間に配置され、前記虹彩絞りに形成された開口部と前記スリットに形成された開口部とを結ぶ方向の光量が最大になるように前記照明光を偏向する光学素子と、
    前記スリットに形成された開口部を通過した照明光を偏向し、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な光スキャナと、
    を含み、
    前記制御部は、前記照明光学系の光軸方向に前記スリットを移動すると共に、前記虹彩絞りに形成された開口部に対して前記光学素子の位置及び向きの少なくとも1つを変更し、前記センサに対する制御に同期して前記光スキャナを制御する、眼科装置。
  2. 対物レンズと、
    光源からの光を用いて照明光を生成し、前記対物レンズを介して前記照明光で被検眼を照明する照明光学系と、
    撮影光路にセンサが配置されるように前記センサを備えた外部装置を装着可能に構成される装着部と、
    前記被検眼からの前記照明光の戻り光を前記撮影光路に導く撮影光学系と、
    前記外部装置との通信機能を有する通信部と、
    前記通信部を介した前記外部装置からの制御を受け、少なくとも前記照明光学系を制御する制御部と、
    を含み、
    前記照明光学系は、
    前記被検眼の撮影部位と光学的に略共役な位置に配置可能なスリット状の開口部が形成されたスリットと、
    前記光源と前記スリットとの間に配置可能に構成され、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な虹彩絞りと、
    前記光源と前記虹彩絞りとの間に配置され、前記虹彩絞りに形成された開口部と前記スリットに形成された開口部とを結ぶ方向の光量が最大になるように前記照明光を偏向する光学素子と、
    前記スリットに形成された開口部を通過した照明光を偏向し、前記被検眼の虹彩と光学的に略共役な位置に配置可能な光スキャナと、
    を含み、
    前記制御部は、前記照明光学系の光軸方向に前記スリットを移動すると共に、前記虹彩絞りに形成された開口部に対して前記光学素子の位置及び向きの少なくとも1つを変更し、前記センサに対する制御に同期して前記光スキャナを制御する、眼科装置。
  3. 前記照明光学系は、前記光スキャナと前記スリットとの間に配置された第1リレーレンズ系を含み、
    前記第1リレーレンズ系の後側焦点位置は、前記虹彩と光学的に略共役な位置である
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の眼科装置。
  4. 前記光スキャナは、前記後側焦点位置又はその近傍に配置される
    ことを特徴とする請求項3に記載の眼科装置。
  5. 前記照明光学系は、前記スリットと前記虹彩絞りとに間に配置された第2リレーレンズ系を含み、
    前記第2リレーレンズ系の前側焦点位置又はその近傍に、前記虹彩絞りが配置される
    ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の眼科装置。
  6. 前記虹彩絞りには、前記被検眼の角膜、水晶体前面、及び水晶体後面において前記照明光の光束断面と前記被検眼からの戻り光の光束断面とが分離するように、前記照明光が通過する1以上の開口部が形成されている
    ことを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の眼科装置。
  7. 前記虹彩絞りには、2以上の開口部が形成され、
    前記2以上の開口部は、前記照明光学系の光軸を通り前記スリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に伸びる直線に対して線対称に形成される
    ことを特徴とする請求項6に記載の眼科装置。
  8. 前記虹彩絞りに形成された開口部は、弓形形状であり、
    前記弓形形状の弦の方向は、前記スリットに形成された開口部の長手方向に対応した方向に略平行である
    ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の眼科装置。
  9. 前記光源を含む
    ことを特徴とする請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の眼科装置。
  10. 前記外部装置は、光源を含み、
    前記装着部は、前記光源が前記照明光学系の光路に配置されるように前記外部装置を装着可能に構成される
    ことを特徴とする請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の眼科装置。
  11. 前記照明光学系の光路に対して挿脱可能に構成された波長選択フィルタを含む
    ことを特徴とする請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の眼科装置。
  12. 前記外部装置は、携帯電話又は携帯情報端末である
    ことを特徴とする請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の眼科装置。
  13. 前記外部装置と、
    請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の眼科装置と、
    を含む、眼科システム。
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