JPS61122837A - 眼底観察装置の合焦検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は眼底観察装置の合焦検出装置に関するものであ
る。

（発明の背景） 眼底を観察する装置では、眼底の低い反射率による光量
不足や、コントラストの悪さから、合焦することが非常
に困難である。そこで特公昭５７−１３２９４号公報ｒ
ｌどに与られるよう罠、眼底に指標を投影し、その指標
像によって合焦する装置が提案されている。

この装置は指標像をスプリットプリズム等で分割して眼
底に結像させ、その横ずれを観察して合焦させるもので
あった。ここでは観察光学系はこの横ずれの様子を見、
るためだけのものであり、直接眼底に合焦させるのは指
標投影光学系である。

そしてこの指標と観察像面（必要なら撮影像面も）とを
機械的連動装置によって共動せしめ、指標を眼底に共役
とすることによって間接的に眼底に合焦させている。

しかしながら、このような間接的な構造では指標投影光
学系と観察光学系の連動装置の機械的誤差、あるいは各
々の光学系の違いによる誤差（指標投影光学系はＮ、Ａ
、が大きく、かつ周辺の光束を使うので収差が大きくな
り、観察光学系はＮ、Ａ。

が小さく焦点深度が陳く、収差が比較的小さいという違
いによる）が入る可能性があり、また連動装貢自体も複
雑にｒｌす、装置の大型化、コストアップＩｃ）ながる
という欠点があった。

（発明の目的） 本発明の目的はこれらの欠点を解消し、指標投影光学系
を簡素化し、かつ指標投影光学系と合焦情報検出光学系
と舟今係−の連動装置を省略し、合焦情報を観察光学系
から直接に得ることができる合焦検出装置を供すること
Ｋある。

（発明の概要） 本発明は、以下のような技術的要点を持っている。被検
眼瞳孔付近になるべく小さい光源像をつくり、かつ眼底
付近に視標像ができるように指標投影光学系を配置する
。

また、観察光学系の射出軸付近に分割手段を備えて光束
を分割する。各々の分割光による像の光軸と垂直方向の
間隔に対応した信号を栄光手段によって求める。そして
、受光手段の求めた信号から、各々の分割光による像の
間隔が所定の値になるようにサーボ手段によって眼底観
察装置の合焦用光学系を駆動する。

それＫよって、指標投影光学“系が簡素化し、かつ指標
投影光学系と１！＊光学系との連動装置６が不用となり
、合焦情報を観察光学系から直接に得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は合焦検出装置を有する眼底カメラ全体の構成を
示す図である。

通常、照明系は観察用照明光源１、光源用リレーレンズ
２、反射鏡３、光源用リレーレンズ２によって光源１と
共役忙配設されるストロボ管４、リングスリット５（平
面図は第３図に示す）、リングスリット用リレーレンズ
６．８、穴あキミラ−９、対物レンズＩＩＫよりて構成
される。リングスリット５は、リングスリット用リレー
レンズ６．８、対物レンズ１１によりて、よく知られて
いるように、被検眼１２の角膜にほぼ共役になるように
眼底カメラと被検眼１２との作動距離が調節される。

指標投影用光源１６は、指標投影系用リレーレンズ１７
ａを通り、スリットを形成した指標板１８（平面図は第
４図に示す）を背後から照明する。光源１６は指標板１
８のスリットを透過後、結像し、指標投影系用リレーレ
ンズ１７ｂ、ダイクロイックプリズム７、およびリング
スリット用リレーレンズ８によって穴あきミラー９の付
近に再び結像され、さらに対物レンズ１１によって被検
眼１２の瞳孔付近に結像され眼底を照明する。これらの
光線は第１図で二点鎖線で描かれている。

ところで第１図で示した光学系の場合、指標投影用光源
１６は赤外発光ダイオードであり、ダイクロイックプリ
ズム７は赤外光反射、可視光透過の特性１ｃｒ、Ｈって
いる。従ってダイクロイックプリズム７は、観察用光源
ｌ、ストロボ管４からの可視光を透過するが、これらの
光源１．４から出る赤外光を反射して照明光学系外に出
してしまい、結局眼底は指標投影用光源１６からの赤外
光のみによって照明されることになる。そしてダイクロ
イックミラー１４を赤外光反射、可視光透過の特性にす
ると後述のアレイセンサー２３に到達する光は指標投影
用光源１６によりて照明された指標板１８の透過光だけ
となり、指標像（スリット像）はコントラストのよいも
のになる。

一方、第１図の点線で示すようＫ、指標板１８のスリッ
トは指標投影系用リレーレンズ１７ｂによりてダイクロ
イックプリズム７の付近に結像した後リレーレンズ８、
穴あきミラー９によって対物し／ズ１１の後側焦点位置
に結像する。従って、対物レンズ１１を経たスリットの
透過光はほぼ平行光となりて被検眼１２に入射し、被検
眼１２が正視眼であれば、眼底上にスリットが結像する
。ところが、被検眼１２の視度によりてはスリット像は
デフォーカスする場合がある。しかし実際に指標板１８
を照明している光源は被検眼１２に関して瞳孔付近にそ
の共役像ができ、かつ光源像の大きさが小さいので、実
買的にスリットから出る光束の開口数（Ｎ。

Ａ、）が小さくなったことになり焦点深度は深くなる。

従って実用的な被検眼の範囲（±１０ジオプター程度）
ではデフォーカスによる像のぼけはあまり大！　＜　ｒ
ｔ　＜、合焦検出に耐えるコントラストは保障される。

次に、第２図の実線で示すように、眼底上に投影された
スリット像は２次、光源となって対物レンズ１１によっ
て１度結像された後、穴あきミラー９の開口、開口絞Ｆ
）１０を通り、リレーレンズ１３によりて、赤外反射、
可視光透過のダイクロイックミ２−１４で反射された後
に視野絞り１９付近に結像される。この視野絞シ１９は
再結像レンズ２１によってアレイセンサーｎと共役忙す
っており、さらにアレイセンサーｎは撮像面（観察像面
は不図示〕１５と兵役になっている。したがって眼底か
らのスリット像は再結像レンズ２１１Ｃよりてアレイセ
ンサー２３付近に結像するわけであるが、その隙、−分
割屋根形プリズム２２（第５図に立体図を示す・・・第
１図と第２図ではその稜が紙面に垂直に描いであるが、
それは表現の便宜のためであり、実際は光軸のまわりに
９０度回転して稜が紙面に垂直になるように配設される
。）によって光束は２分され、各々の光束はアレイセン
サー２３（プリズム２２の陵の方向に合わせて、アレイ
センサー２３のセルの配列方向が紙面に直交するように
配列される。）の違った部分に結像される。

ここで第２図の点線で示すように瞳分割プリズム２２の
プリズムの稜はリレーレンズ１３と視野絞９１９の背後
のフィールドレンズ加によって開口絞りｌＯとほぼ共役
になりている。この開口絞りｌＯは合焦光学系の射出瞳
に相当するので、アレイセンサーお上の像はこの光学系
の瞳の異なった２つの部分からの光束によって結像した
ものとｒｌ　ｇ、このようにして得られた２つの像はよ
く知られているように前ピン、後ピンによって互いに横
ずれを起こす。従りて合焦状態の検出はアレイセンサー
２３上での２つの像の間隔を測定することによって行う
ことができる。すなわち第６図に実線で示した如く、合
焦時に２つの像の間隔がＬだったどすると、合焦点が視
野絞シ１９より後方の場合（第６図で点線）では像間隔
は第６図に点線で示した如く、Ｌよジも狭くなシ、合焦
点が視野絞り１９より前方の場合は像間隔はＬよジも広
くなる。

ここで像の間隔を測る場合、像自体がコントラストのよ
い、良好な結像状態であれば２つの像位置の間隔は簡単
に測れる。しかし実際にはアレイセンサー２３上にはデ
フォーカスした状態で結像する場合が多く、必ずしもよ
い像が得られるとは限らない。

そこでこのような条件の悪い場合であっても像の横変位
を正確に抽出するために、特開昭５４−６８６６７号公
報等に提案されている方法を使う。

これはアレイセンサー２３上の像をフーリエ変換し、そ
の位相部分を抽出して、フーリエ変換の推移定理により
横ずれを求める方法である。

アレイセンサ２３上での像の強度を位ｔｆＸの関数ｆ（
ｘＪとして、像が変位する前のｆ　（ｘ）のフーリエ変
換Ｆ、は空間周波数をＳとして式（りのように表わすこ
とができる。

ｙ、（ｓ）＝＝／：　ｆ（＃、−ＺＫＬＺＪ、１．　、
、・・・、　（１）この像が横にαだけ変位した場合の
フーリエ変換Ｆｔは推移定理により（２）のようになる
。

−２π１ Ｆｔ（Ｓ）＝　ｇ　　　Ｆｌ（Ｓ）　　　　　　−・−
・・・（２）式（１）と（２）を比べると変位によって
フーリエ成分の大きさは変わらずく位相だけが２παＩ
ずれるので、ずれた位相をΔθとすると、Δθを知るこ
とＫよシ変位αが（３）のように求まる。

Δθ α＝□　　　・・・・・・　（３） ２πＳ これを具体的に実現するＫは、空間周波数をアレイセン
サーｎ上でのサンプル長ｌの逆数（７棲して離散的フー
リエ変換（ＤＦＴ）を行う。

すなわち第７図に示したように、アレイセンサー２３上
の２つのスリット像のうちの一方の像についてアレイセ
ンサー２３上の各セルに入射する光量に対応した電気信
号を■ｔ、セルのサンプル数をＮ、サンプルした部分の
アレイセンサー２３の長さを！として次の屯気ｉＩｘ、
Ｉアを求める。

Ｉ　＝’Ｊ’　Ｉ　Ｊｉ・四・・・・（４）Ｘ　　Ｌ−
Ｏｌ　　　Ｎ ■＝ケＩ　Ｉ　、　、Ｌ、　２ミ・・・・・・　（５）
Ｙ　　　Ｌ工ｏ　　Ｌ　　　　Ｈ この工ｘ、ＸＹは、アレイセンサー２３上の像のう虚部
（工Ｙ）に７を乗じたものになっている。従ってこの１
．、ＩＹＫより７一リエ成分の位相偏角θが（６）のよ
うに求まる。　゛ 像の横変位がおこればこのθが変化することＫなり、演
算により求めたθの変化分は（３）式に従りて横変位忙
なおすことができる。

そこでθによ９次の距離ｄを（７）式のように定義する
。

、１ｅ　　・・・・・・・・・　（７）２π この距離ｄをアレイセンサー２３上の２つのスリ゛ット
像について各々求め、それにより２つのスリット像の間
隔を算出して、それを合焦時の間隔と比較することＫよ
って合焦情報を得ることができる。第１図に示したよう
に、アレイセンサーおからは駆動手段２４からの信号に
よって各セルが順次駆動され、各セルに対応した光電変
換信号が順次出力される。この出力から、演算手段ｚ５
によって上記演算を行なわせ、その結果に基づいてモー
ター駆動手段２６によジモーターＭを駆動し、合焦用リ
レーレンズ１３を動かして合焦させる。

上述の処理を行なう電気処理系を第８図のブロック図に
示すと共に、その動作を第９図及び第１Ｏ図によって説
明する。第８図の１０２２図において、第１図と同一部
材には同一符号を付すが、アレイセンサーｎは例えば電
荷結合素子と呼ばれているものでありて、周知の駆動手
段２４からのスタート信号（第９図Φ））に引き続くク
ロックパルス（第９図（Ｃ）　）　Ｋよって、各セルが
順次駆動される。

すなわち、スタート信号が生じた後、一番目のパルスＰ
１でアレイセンサー２３（第９図（ａ）　）の一番目の
セルＣ８に入射した光量に応じた電気信号がアレイセン
サー２３より出力される。また、例えば７番目のパルス
Ｐ、で７番目のセルＣ１に入射した光量に応じた電気信
号が出力される。このようにしてアレイセンサー２３か
ら出力された信号は、増幅器２５０等を経て、Ａ／Ｄ変
換器２５１によりてデジタル信号に変換される。このデ
ジタル信号はマイクロコンピュータ２５２に入力され、
マイクロコンピュータ２５２は第１０図の如きフローチ
ャートによって信号処理を行なう。すなわちマイクロコ
ンピュータ２５２は、アレイセンサー２３の走査に同期
してＡ／Ｄ変換器２５１の出力Ｉ、を読み込み、各セル
に対応させてその出力を内蔵したメモＩＪＭ。

、Ｍ、に記憶させる。ここで、メモＩＪ　Ｍ、は、第９
図（ａ）に示した如く、アレイセンサー２３のほぼ左半
分にあるセルからの信号を記憶し、メモＩＪ　１ｙｌｌ
！は同様にプレイセンサー２３のほぼ右半分にあるセル
からの信号を記憶する。マイクロコンピュータ２５２は
、スタートパルスか生じてからあらかじめ定めた奴のク
ロックパルスが人力されると、メモリにからメモＩＪ　
Ｍｔへ記憶を切！７換える。以上はステップ２７にて行
なう。次にマイクロコンピュータ２５２は、メモリＭ、
の記憶値によって式（４）９式（５ン１式（６）、式（
７）の演算を順次行ない、求めた距離鴫をメモ！Ｊ　Ｍ
ｓに記憶させ（ステップ２８）、メモリＭ、の記憶値に
よりて式（４）２式（５）９式（６）９式（７）の演算
を順次行ない、求めた距離４をメモリ鳩に記憶させる（
ステップ２９）。次に、マイクロコンピュータ２５２は
、メモＩＪ　Ｍ、　、鳩の記憶値ｅＬ＋＋４と距離！、
との間で演算ＣＩ、−ｄ、＋ｔ、）を行なう（ステップ
３０）。

そして、ステップ３１で、ステップ３０にで釆めた値（
Ａ！Ｉ”　ｓ　＋　４　）・・・この値は２つのスリッ
ト１尿の間隔に相補する・・・を合焦時の間隔と比軟し
、その差を求め（ステップ３１）、ステップ３１で求め
た煙を合焦情報として出力する（ステップ３２〕。

モーター駆動手段２６は、マイクロコンピュータ２５２
から出力された合焦情報に応じて異なった周波数のパル
ス信号をアナログモーターＭに人力する。その際、アナ
ログモーターＭに入力でれるパルス信号の周波数は、付
熱用リレーレンズ１３が合焦位置から大きく外れている
ときは太きく、従ってモーターＭは急速に回転し、合焦
用リレーレンズ１３が合焦位置に近づくとパルス信号は
小さく、モーターＭは低速に回転し、合焦位置でモータ
ーＭがすみやかに停止するように制御される。

このような光像をフーリエ変換して位相成分を抽出する
ことＫよりその変位を求める方法は、原理的に光像の光
量の絶対値によらないため、コントラストがあまりよく
ない像や、やや複雑なパターンによる像でも正確に変位
を求めることができる。

ところで指標１８を第４図に示したようにスリットを形
成したスリット板にしてこのスリットの長手方向とアレ
イセンサー２３の受光セルの並んだ方向とが垂直になる
ように配置するとアレイセンサー２３上での指標像のパ
ターンが単純化され、さらにアレイセンサーお上でのサ
ンプル窓（長さｌ）の中央付近にそのスリット像が形成
されるようＫすると、光像の変位の検出ｆｌ￥度が増す
。なぜなら、フーリエ変換を実行する際に、す／プル長
ｌの領域だけで離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を行って
いるために、サンプル窓の端に像があると誤差になるか
らである。

また第１図でスリットの長手方向を紙面内にとり、アレ
イセンサー２３の方向をそれと垂直（紙面牝 と垂直）Ｋとると都合がよい。（ただし←妊述べた如く
、第１図では説明の都合上アレイセンサー２３の受光セ
ルの方向を紙面内にて示しである。）なぜならば、スリ
ットを照明する光源像は被検眼１２に関して光軸から偏
芯した位置にでさるため、デフォーカスによってスリッ
ト像が＠１図の紙面内で上下するが、スリットの長手方
向に像が動くので、それと垂直に配置されたアレイセッ
サー２３上では像はほとんど動かないよ５に見えるから
である。

また、この場合、瞳分割プリズム２２のプリズムの稜は
第１図では紙面内にある。（ただし既に述べた如く、第
１図では説明の都合上妻１呟分割プリズム２２の稜は紙
面と垂直に示しである。）視野絞９１９は、屋根形プリ
ズム２２によってその像がアレイセンサーｎ上で２つ忙
結像した場合、互いに恵ジ合わないようにして、２つの
噸からの光束が混じり合わないようにする役目を持つ。

なお、以上の説明では、デフォーカスによるスリット像
のぼけはそれほど大きくないため、±ｌＯジオゲター程
度では合焦検出に耐えるコントラストは保障されるが、
被検眼１２のジオプターが正負に大きい場合く、指標板
１８を光軸方向へ移動し、最適の状態を得るようにする
こともできる。すなわち、外部操作可能なダイヤル等の
操作部材にジオプター値を目盛っておき、このダイヤル
等の動きを伝達装置によって指標板１８の位置変化に関
連づければ良い。この上うＫすることＫよって、スリッ
ト像の状態を最適にできる。

゛また、例えば開口絞ｆ：Ｊ１０とリレーレンズ１３０
間に２ａ当なパワーの正レンズと負レンズをターレット
等により挿脱自在にしておけば、被検眼１２が負の強い
ディオプターの場合や（この場合は挿入するレンズは正
レンズ）、被検眼１２が正の強いディオプターの場合（
この場せは挿入するレンズは負レンズ）にリレーレンズ
１３の移！ｒｈ量を太きくする必要がなく　７′ｃ、す
、合焦動作に無駄がなく、これに先はどの視標板工８の
移動を組み合わせてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明の合焦検出装置煮によれば、視標投
影光学系は観察光学系と連動する必要がなく、固定して
いるので、装置自体が非常に簡昨になり、かつ合焦情報
を合焦光学系そのものを通して得ることができるので精
度も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を有する眼底カメラの光学系
及び電気ブロックを示す図、第２図は第１図のうち、合
焦情報検出光学系および観察光学系のみを示した図、第
３図はリングスリットの拡大平面図、第４図は指標を有
する指（ヤ板の拡大平面図、第５図はｊｍ分割屋根形プ
リズムの拡大斜視図、第６図は合焦↑δ報検出光学系の
主安部の拡大図、第７図はアレイセンサー上の光像の都
度分布を示す図、第８図は第１図の電気ブロックの訃細
図、第９図はアレイセンサーの駆動状帖を２卜す図、第
１０図は第８図で用いたマイクロコンピュータの作動を
説明するためのフローチャートである。 （主要部分の符号の説明） ７・・・ダイクロイックプリズム、８・・・リングスリ
ット用リレーレンズ、９・・・穴あさミラー、ＩＯ・・
・開口絞り、　１１°°・対物レンズ、１３・・・リレ
ーレンズ、１４・・・ダイクロイックミラー、１６・・
・指標投影用光源、１７ａ、１７ｂ・・・指標投影系用
リレーレンズ、１８・・・指標板、１９・・・視野絞り
、加・・・フィールドレンズ、２１・・・再結像レンズ
、２２・・・瞳分割屋根形プリズム、２３・・・アレイ
センサー、２４・・・駆動手段、２５・・・演算手段、
２６・・・モーター駆動手段、Ｍ・・・モーター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検眼眼底に指標を投影する指標投影光学系と、合焦情
   報を検出する合焦情報検出光学系とを備えた眼底観察装
   置の合焦検出装置において、 前記指標投影光学系に、指標と、該指標を背後から照明
   する光源と、該光源を被検眼の瞳孔付近に共役になすと
   共に、前記指標を被検眼の眼底に投影する投影光学系と
   、を設け、前記合焦情報検出光学系には前記眼底観察装
   置の観察光学系の射出瞳を分割する分割手段とそれらの
   光を結像させる結像手段を設け、さらに、前記分割結像
   手段にて分割結像された各々の分割光の像の光軸と垂直
   な方向の間隔に対応した信号を出力する受光手段と、前
   記受光手段の出力する信号が所定の値になるように前記
   眼底観察装置の合焦用光学系を駆動するサーボ手段とを
   設けたことを特徴とする合焦検出装置。