JPWO2016103484A1

JPWO2016103484A1 - 眼底像形成装置

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Publication number: JPWO2016103484A1
Application number: JP2016565826A
Authority: JP
Inventors: 埜田　友也; 友也埜田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: CN107106003B; EP3238608B1; CN107106003A; US10362938B2; JP6544361B2; US20170347882A1; EP3238608A1; WO2016103484A1; EP3238608A4

Abstract

眼底走査装置において、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡という二つの大きな球面鏡を用いると、装置全体が大型化する。本発明の第１の態様においては、被検者の網膜をビーム光で走査する眼底像形成装置であって、第１焦点を通って入射したビーム光を第２焦点を通るように反射する反射鏡と、反射鏡の第１焦点の位置に一致するように配置され、入射したビーム光を二次元方向に走査すべく反射する二次元走査部と、二次元走査部の走査により第１焦点から出射するビーム光の角度変化と、反射鏡で反射されて第２焦点に入射するビーム光の角度変化との比率が不均一であることにより生じる、網膜へのビーム光の照度ムラを補正する補正部とを備える。

Description

本発明は、眼底像形成装置に関する。

被検者の網膜を走査する眼底走査装置において、レーザービームを多面鏡で垂直方向に走査しつつ第１の楕円鏡に入射させ、当該第１の楕円鏡からの反射光を振動平面鏡で水平方向に走査しつつ第２の楕円鏡に入射させ、当該第２の楕円鏡からの反射光を被検者の瞳孔に入射させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特表２００９−５４３５８５号公報

しかしながら、上記の眼底走査装置にあっては、第１の楕円鏡と第２の楕円鏡という二つの大きな球面鏡を用いるので、装置全体が大型化するという課題がある。

本発明の第１の態様においては、被検者の網膜をビーム光で走査する眼底像形成装置であって、第１焦点を通って入射したビーム光を第２焦点を通るように反射する反射鏡と、反射鏡の第１焦点の位置に一致するように配置され、入射したビーム光を二次元方向に走査すべく反射する二次元走査部と、二次元走査部の走査により第１焦点から出射するビーム光の角度変化と、反射鏡で反射されて第２焦点に入射するビーム光の角度変化との比率が不均一であることにより生じる、網膜へのビーム光の照度ムラを補正する補正部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

眼底像形成装置１００の概略図を示す。二次元走査部１３０の一例を示す概略図である。他の眼底像形成装置１７０の概略図を示す。さらに他の眼底像形成装置１８０の概略図を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、眼底像形成装置１００の概略図を示す。図中に示す方向にｘｙｚ方向を定めるが、これらはいずれも説明のためのものであっていずれが鉛直方向、水平方向であってもよい。

眼底像形成装置１００は、光源１１０、ハーフミラー１５８、二次元走査部１３０、反射鏡１２０、検出器１５２、制御部１５４および画像処理部１５６を備える。

光源１１０は、被検者の眼１０に照射するビーム光１０２を出射する。ビーム光１０２の波長は、像形成の対象に応じて選択されてよいが、例えば、赤外域、可視光域等である。図１に示す例で光源１１０はひとつ示されているが、異なる波長を出射する複数の光源が用いられてもよい。複数の光源を用いる場合には、それぞれの光源からのビーム光がビームコンバイナにより同一の光路に乗せられる。また、ビーム光としてレーザ光を用いると、直進性が良好なので、より好ましい。

ハーフミラー１５８は、当該ハーフミラー１５８に入射してくるビーム光１０２を予め設計された割合で透過および反射する。ハーフミラー１５８は光源１１０からのビーム光１０２を透過するとともに、眼１０から戻ってきたビーム光１０２を反射して検出器１５２に導く。

反射鏡１２０は、第１焦点１２２および第２焦点１２４を有する。反射鏡１２０は、第１焦点１２２を通って入射したビーム光１０２を第２焦点１２４を通るように反射する。反射鏡１２０の一例は、これら第１焦点１２２および第２焦点１２４を長軸とした楕円を当該長軸周りに回転させた回転楕円体の一部を反射面とする楕円反射鏡である。

二次元走査部１３０は、反射鏡１２０の第１焦点１２２に一致するように配置される。二次元走査部１３０と反射鏡の第１焦点１２２との位置関係は、図１に示したようにそれぞれの位置が実際に一致する場合を含み、さらに、設計上は同一であるが組み立て誤差等によって不可避的にずれる場合などを含む。そして、理想的にはそれぞれ一致することが好適であるが、これらの位置関係には所定の範囲での一致が許容される。その範囲は、被検者の眼１０の虹彩位置にてビーム光の角度が２次元走査される際に、その走査ビーム光が眼の瞳孔内に入る範囲であり、眼底像の形成に支障がない限りの範囲となっている。

そして、この装置による被検眼の眼底像形成の実際においては、被検者の眼１０の瞳孔位置を反射鏡１２０の第２焦点１２４に一致させることが重要である。眼１０の微妙な位置変化に対して、反射鏡１２０以外の部材を移動させることで、実質的なビーム光の角度走査の中心位置を眼１０の瞳孔の位置に追随させることが可能である。取り分け、光源１１０から二次元走査部１３０までを一体的に移動可能として、被検眼の位置変化に追随させることが有効である。

図２は、二次元走査部１３０の一例を示す概略図である。二次元走査部１３０は、本体１３１と、本体１３１に対してｚ軸のまわりに回動自在に連結部１３２により支持された枠体１３３と、枠体１３３に対してｘ軸まわりに回動自在に連結部１３４により支持され、ビーム光１０２を反射する反射鏡１３５とを有する。二次元走査部１３０はいわゆるジンバル構造であって、例えばＭＥＭＳで構成され、制御部１５４により例えば静電駆動される。

上記構成において、被検者の瞳孔１２が反射鏡１２０の第２焦点１２４に対して予め定められた範囲内に位置される。「予め定められた範囲」は上記二次元走査部１３０と反射鏡の第１焦点１２２との位置関係と同様である。制御部１５４は、光源１１０からビーム光１０２を出射させるとともに、二次元走査部１３０の回動量を制御して反射鏡１３５をｚ軸回りおよびｘ軸回りに回動することにより、光源１１０からのビーム光１０２をｚ方向およびｘ方向に走査する。

二次元走査部１３０からのビーム光１０２が、反射鏡１２０で反射して、瞳孔１２を通って被検眼１２の図示無き網膜に到達する。網膜で反射したビーム光１０２は、上記光路を逆に辿って、ハーフミラー１５８に到達する。ハーフミラー１５８で反射されたビーム光１０２を検出器１５２で検出する。画像処理部１５６は制御部１５４により制御された二次元走査部１３０の回動量と、検出器１５２で検出された光量に基づいて、網膜の画像を二次元的に再構成して、モニター等に出力する。

ここで、二次元走査部１３０により第１焦点１２２から出射するビーム光１０２の角度変化と、反射鏡１２０で反射されて第２焦点１２４に入射するビーム光１０２の角度変化との関係を考える。例えば、図１に示すように、二次元走査部１３０が、ある角度からｘ軸まわりに角度変化θ_１１だけビーム光を走査した場合と、さらにｘ軸まわりに同じ角度変化θ_１２（すなわちθ_１１＝θ_１２）だけビーム光を走査した場合とを考える。

上記走査において反射鏡１２０の反射箇所が図中の矢印Ａの方向に走査されていく。反射鏡１２０の当該箇所の曲率はそれぞれ異なるから、同じ角度変化θ_１１、θ_１２に対して、反射光が第２焦点１２４に向かうそれぞれの角度変化θ_２１、θ_２２は一般には異なる（すなわちθ_２１≠θ_２２）。当該角度はそれぞれ幾何学的に計算することができるが、図１の例においてはθ_２１＜θ_２２となる。

言い換えると、第１焦点１２２から出射するビーム光１０２の角度変化と、角度変化に対応する、反射鏡１２０で反射されて第２焦点１２４に入射するビーム光１０２の角度変化との比率は不均一である（θ_１１／θ_１２≠θ_２１／θ_２２）。

よって、二次元走査部１３０が上記角度変化θ_１１、θ_１２を等速で走査しているとすれば、第２焦点１２４を通って眼１０の網膜を走査する速度が異なる。上記の例において、θ_１１＝θ_１２のときにθ_２１＜θ_２２であれば、それに対応した網膜上の走査の速度はｖ１＜ｖ２となる。ここで、当該走査中に光源１１０からのビーム光１０２の強度が一定であるとすれば、網膜上を走査する速度が速いほど当該網膜に照射されるビーム光１０２の時間積分値が小さくなる。上記の例で走査の速度がｖ１＜ｖ２であれば、それぞれの網膜上の走査領域における照度はＩ１＞Ｉ２となる。これはすなわち、網膜への照射ムラとなる。

そこで本実施形態では、当該照射ムラを補正する。ここで、照射ムラを補正するには、ビーム光１０２の強度を実際に調整する方法と、検出器１５２による検出後に検出結果を補正する、二つの方法が考えられる。当該実施形態においては、制御部１５４が検出器１５２による検出後に検出結果を補正する。この観点から、制御部１５４は補正部を兼ねる。

制御部１５４は、二次元走査部１３０の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に基づいて、検出器１５２によるビーム光１０２の強度の検出結果を補正する。上記のとおり、反射鏡１２０の離心率等の幾何学的なパラメータと、二次元走査部１３０の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方とが分かっていれば、走査中の照度ムラが算出できる。よって、制御部１５４は当該照度ムラを補償するように検出結果を補正して画像処理部１５６に受け渡す。例えば、上記の例において走査の角度変化θ_１１、θ_１２に対して照度がＩ１＞Ｉ２であることが分かっていれば、角度変化θ_１２の検出結果に対して１より大きい補正量αを乗じて、Ｉ１＝αＩ２となるように補正する。

この場合に、制御部１５４は走査角度および走査タイミングに応じて補正量を都度で算出してもよいし、反射鏡１２０の幾何学的なパラメータに基づいて算出した、走査角度および走査タイミングの少なくとも一方と、照度ムラとの補正量を対応付けたテーブル等を制御部１５４のメモリ等に予め格納しておいてもよい。この場合には制御部１５４のメモリが補正量格納部として機能する。これに代えて、テストチャートのような既知の明るさの指標を計測し、その計測結果が当該既知の明るさが再現できるように、走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に対応した補正量を設定してもよい。

図３は、他の眼底像形成装置１７０の概略図を示す。眼底像形成装置１７０において、図１の眼底像形成装置１００と同じ構成には同じ参照番号を付して説明を省略する。

眼底像形成装置１７０は、眼底像形成装置１００の各構成に加えて、強度補正光学系１７２を有する。強度補正光学系１７２は、ビーム光１０２の光路内に、図３の例では二次元走査部１３０と反射鏡１２０との間に配される。

強度補正光学系１７２は、例えば、透過率が二次元的に分布した透過板である。強度補正光学系１７２は、ビーム光１０２の入射に対する透過率の二次元的な分布により上記不均一を補正する。上記のＩ１＞Ｉ２の例において、強度Ｉ１に対応するθ_１１が入射する位置の透過率が１／αに設定されていることで、Ｉ１／α＝Ｉ２となり、上記不均一を補正した強度分布を実現する。なお、図では簡略化のために透過率が段階的に変わるように描かれているが、連続的に透過率が変わっていることが好ましい。

このように、本実施形態の強度補正光学系１７２は、ビーム光１０２の強度を実際に調整することで、照射ムラを補正する方法の一例となっている。本実施形態によれば、簡便な構成で照度ムラを補正することができる。なお、透過板に代えて反射板を用いて、反射率を二次元的に分布させてもよい。さらに、強度補正光学系１７２を別体に設けることに代えて、反射鏡１２０の反射表面にコーティング等を施すことにより、反射鏡１２０の反射表面での反射率の二次元的な分布により、上記不均一を補正してもよい。

このような構成においては、二次元走査部１３０の走査により第１焦点１２２から出射するビーム光１０２の角度変化と、反射鏡１２０で反射されて第２焦点に入射するビーム光の角度変化との比率が不均一であることにより生じる、網膜へのビーム光１０２の照度ムラによる被検者の眼が感ずる走査光の眼底位置による輝度差を補正して、被検者の違和感をなくすことができる。一方、同様のビーム光の照度ムラにより眼底からの反射ビーム光の強度検出器１５２において生ずる不均一性を補正することもできる。この場合には、ビーム光１０２は強度補正光学系１７２を眼底へ向かう時と眼底から反射される時との２回通過するので、強度補正光学系１７２には、被検眼でのビーム強度均一性を維持する場合とは、異なる補正機能を持たせることが必要である。

図４は、さらに他の眼底像形成装置１８０の概略図を示す。眼底像形成装置１８０において、図１の眼底像形成装置１００と同じ構成には同じ参照番号を付して説明を省略する。

眼底像形成装置１８０は、眼底像形成装置１００の各構成に加えて、強度補正光学系１８２を有する。強度補正光学系１８２は、ビーム光１０２の光路内に、図４の例では光源１１０とハーフミラー１５８との間に配される。

強度補正光学系１８２は、例えば透過率が可変な透過型液晶である。強度補正光学系１８２は、制御部１５４からの制御により二次元走査部１３０の走査タイミングおよび走査量の少なくとも一方に同期して、透過するビーム光１０２の強度を時間的に変化させる。上記のＩ１＞Ｉ２の例において、強度Ｉ１に対応する角度θ_１１が入射するタイミングで制御部１５４からの制御により透過率を１／αに下げて、Ｉ１／α＝Ｉ２とすることで、上記不均一を補正した強度分布を実現する。

このように、本実施形態の強度補正光学系１８２は、ビーム光１０２の強度を実際に補正することで、照射ムラを補正する方法の他の例となっている。本実施形態によれば、簡便な構成で照度ムラを補正することができる。なお、透過型液晶に代えて反射型液晶を用いてもよい。この構成の場合には、光源１１０からのビーム光そのもの強度変化による補正であるため、被検眼１０に対する強度変化も、眼底から反射されてくる反射ビーム光の強度検出器１５２に対する強度変化も共に補正することが可能である。

上記の通り、第１焦点１２２から出射するビーム光の角度変化と第２焦点１２４に入射するビーム光の角度変化との比率は不均一である。よって、二次元走査部１３０が上記角度変化θ_１１、θ_１２を等速で走査しているとすれば、第２焦点１２４を通って眼１０の網膜を走査する速度が異なる。

この場合に、画像処理部１５６が網膜を等速で走査していることを前提に網膜の二次元画像を再構成すると、上記速度差によって画像に歪を生じる（この歪を走査歪と呼ぶことがある）。そこで眼底像形成装置１００、１７０、１８０において、当該走査歪を補正してもよい。

制御部１５４は、二次元走査部１３０の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に基づいて、検出器１５２によるビーム光１０２の走査歪を補正する。上記のとおり、反射鏡１２０の離心率等の幾何学的なパラメータと、二次元走査部１３０の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方とが分かっていれば、走査中の速度差が算出できる。そこで、制御部１５４は、画像処理部１５６が検出結果を二次元画像としてマッピングするときに、当該速度差に基づいて二次元画像における位置を補正することにより、上記走査歪を補正する。

この場合に、制御部１５４は走査角度および走査タイミングに応じて補正量を都度で算出してもよいし、反射鏡１２０の幾何学的なパラメータに基づいて算出した、走査角度および走査タイミングの少なくとも一方と、走査歪の補正量を対応付けたテーブル等を制御部１５４のメモリ等に予め格納しておいてもよい。この場合には制御部１５４のメモリが補正量格納部として機能する。これに代えて、テストチャートのような既知の形状または模様の指標を走査し、その再構成画像が当該既知の形状または模様を再現できるように、走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に対応した補正量を設定してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０眼、１２瞳孔、１００眼底像形成装置、１０２ビーム光、１１０光源、１２０反射鏡、１２２第１焦点、１２４第２焦点、１３０二次元走査部、１３１本体、１３２連結部、１３３枠体、１３４連結部、１３５反射鏡、１５２検出器、１５４制御部、１５６画像処理部、１５８ハーフミラー、１７０眼底像形成装置、１７２強度補正光学系、１８０眼底像形成装置、１８２強度補正光学系

Claims

被検者の網膜をビーム光で走査する眼底像形成装置であって、
第１焦点を通って入射したビーム光を第２焦点を通るように反射する反射鏡と、
前記反射鏡の前記第１焦点の位置に一致するように配置され、入射したビーム光を二次元方向に走査すべく反射する二次元走査部と、
前記二次元走査部の走査により前記第１焦点から出射するビーム光の角度変化と、前記反射鏡で反射されて前記第２焦点に入射するビーム光の角度変化との比率が不均一であることにより生じる、前記網膜へのビーム光の照度ムラを補正する補正部と
を備える眼底像形成装置。
前記網膜で反射したビーム光を検出する検出部を備え、
前記補正部は、前記二次元走査部の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に基づいて、前記検出部によるビーム光の強度の検出結果を補正する請求項１に記載の眼底像形成装置。
前記二次元走査部の前記走査角度および前記走査タイミングの前記少なくとも一方と、前記照度ムラとの補正量を対応付けて格納した補正値格納部をさらに備え、
前記補正部は、前記補正値格納部を参照することにより前記検出結果を補正する請求項２に記載の眼底像形成装置。
前記二次元走査部の前記走査角度および前記走査タイミングの少なくとも一方、および、前記検出部の検出結果に基づいて前記網膜の画像を再構成する画像処理部をさらに備え、
前記補正部は、前記不均一に基づいて前記網膜の画像に生じる走査歪を補正する請求項２または３に記載の眼底像形成装置。
前記補正部は、前記ビーム光の光路内に配され、入射したビーム光を、前記不均一を補正する強度分布で出射する光学部材を含む請求項１に記載の眼底像形成装置。
前記光学部材は、前記ビーム光の入射に対する出射の強度の二次元的な分布により前記不均一を補正する請求項５に記載の眼底像形成装置。
前記光学部材は、前記二次元走査部の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方に同期して、出射する強度を時間的に変化させることにより前記不均一を補正する請求項５に記載の眼底像形成装置。
前記網膜で反射したビーム光を検出する検出部と、
前記二次元走査部の走査角度および走査タイミングの少なくとも一方、および、前記検出部の検出結果に基づいて、前記網膜の画像を再構成する画像処理部と
をさらに備え、
前記補正部は、前記不均一に基づいて前記網膜の画像に生じる走査歪を補正する請求項５から７のいずれか１項に記載の眼底像形成装置。