KR102140486B1 - 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위해 사용되는 조명장치로서, 광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되고, 상기 광원 각각이 상기 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치되는, 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되되, 광원 각각이 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치됨으로써, 기존 링조명의 단점인 복잡하고 긴 구조와, 비축조명의 단점인 좁은 시야각 및 광축이 일치하지 않는 점을 개선하여, 휴대용이 가능할 만큼 간단한 구조와 넓은 시야각을 가지도록 할 수 있고, 조명광축과 결상광축을 일치시켜 사용의 편의성을 향상시킬 수 있다.

Description

망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라{Illumination apparatus for retina observation and fundus camera having the same}
본 발명은 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비축 조명과 같이 단순한 구조를 채택하면서도, 넓은 시야각을 확보하면서 조명광축과 결상광축을 일치시킬 수 있도록 하는 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라에 관한 것이다.
일반적으로, 눈의 망막에는 시세포가 있어서 빛을 인지할 수 있다. 시세포에서 빛을 인지하고, 시신경을 통해 뇌로 정보가 전달되어 사물을 관찰하는 것이다. 따라서, 망막의 관찰을 통해 이상 병증을 관찰할 수 있다. 눈의 망막은 동공(pupil)을 통해 관찰할 수 있으며, 눈의 내부는 어둡기 때문에 별도의 조명이 필요하다.
눈의 망막을 관찰하는 기기로는 검안경 또는 안저 카메라가 있는데, 이는 망막을 조명하는 조명부와 망막의 상을 관찰하는 결상부로 구성되어 있다. 이러한 기기에서 망막의 상은 대물렌즈에 의해 중간에 상을 맺고 이 상은 다시 다른 렌즈에 의해 CMOS나 CCD 또는 필름에 뒤집혀서 맺는데, 이 경로를 결상부라고 한다. 눈의 망막을 관찰하기 위해서는 동공을 통해 빛을 조명해야 한다. 통상의 안저 카메라는 LED에서 나온 빛은 직접 대물렌즈로 향하거나 빛살가르개(Beam splitter) 또는 구멍이 있는 거울(Holed mirror)을 거쳐서 대물렌즈를 향하고, 대물렌즈를 지난 빛은 사람 눈의 동공부위에 초점을 맺어 망막을 넓게 관찰할 수 있도록 한다. 이 경로를 조명부라고 한다.
망막 조명을 위해 사용되는 빛은 눈의 각막과 수정체 등에서도 반사되는데, 특히 각막에서 반사되는 빛은 망막의 반사율보다 높기 때문에 망막상의 관찰을 방해한다. 망막의 반사율은 망막의 영역별로 조금씩 다르지만, 대략 가시광 영역에서 2% 이내이다.
이러한 망막 외에 각막이나 수정체에서 반사되는 빛이 깨끗한 망막 상의 형성에 방해되는 것을 방지하기 위해 통상 사용하는 방법은 눈의 동공에서 결상에 사용되는 영역과 조명에 사용되는 영역을 겹치지 않도록 하는 기하동공분리(Geometric pupil separation)가 사용된다. 기하동공분리는 산란과 반사가 일어날 수 있는 모든 지점에서 결상빔의 경로와 조명빔의 경로가 공간적으로 분리되어야 한다는 것으로, 이는 1910년 스웨덴의 안과학자인 Alvar Gullstrand에 의해 정립된 것이다. 이를 구체적으로 구현하는 방법으로 링조명(Ring illumination)과 비축조명(Off axis illumination)이 있는데, 링조명과 관련된 종래 기술로는 미국등록특허 제04162827호(1979.07.31)의 "Wide angle objective for ophthalmoscopic instrument", 미국등록특허 제06654553호(2003.11.25)의 "Fundus camera"가 있으며, 비축조명과 관련된 종래 기술로는 미국등록특허 제06065837호(2000.05.23)의 "Ophthalmoscope comprising defocused light source", 미국등록특허 제09033507호(2015.05.19)의 "Examination instrument"가 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 링조명은 동공(1)의 중심부에 결상 동공(2)이 형성되고, 이러한 결상 동공(2)의 둘레에 조명링(illumination annulus; 3)이 형성되며, 조명링(3)과 결상 동공(2) 사이에 중간 영역(4)이 형성된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 비축조명은 동공(1)의 중심부에 결상 동공(2)이 형성되고, 이러한 결상 동공(2)으로부터 일측으로 편심되도록 조명(5)이 형성된다.
이와 같이, 종래의 링조명은 대부분의 안저 카메라에서 사용되는 방식으로 조명이 각막이나 수정체에 링형태로 조명되어 반사광이 관찰자의 눈이나 카메라의 센서에 들어가지 못하게 하는 방법이다. 링조명은 40도 이상의 넓은 시야각을 비출 수 있다는 장점이 있지만, 조명부가 길고 복잡하다는 단점이 있다.
또한 종래의 비축조명은 휴대용 검안경이나 양안간접검안경(binocular indirect ophthalmoscope)과 같이, 소형 기기에 적합한 방식으로 동공에서의 조명영역이 링형태가 아니라, 단순한 원으로 결상빔과 분리되게 만든다. 비축조명은 조명부가 짧고 간단하며, 산동제를 사용하지 않아도 되는 장점이 있지만, 대부분 시야각이 25도 정도로 좁고 조명 광축과 결상 광축이 달라서 검안경이나 안저 카메라를 눈의 광축과는 다르게 틀어서 사용하는 단점이 있다. 도 5는 이러한 비축조명에 따른 광축 불일치를 보여준다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 링조명의 단점인 복잡하고 긴 구조와, 비축조명의 단점인 좁은 시야각 및 광축이 일치하지 않는 점을 개선하여, 휴대용이 가능할 만큼 간단한 구조와 넓은 시야각을 가지도록 하고, 조명광축과 결상광축을 일치시켜 사용의 편의성을 향상시키는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위해 사용되는 조명장치로서, 광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되고, 상기 광원 각각이 상기 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치되는, 망막 관찰용 조명장치가 제공된다.
상기 광원은, 2개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 180도의 축대칭을 이루거나, 3개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 120도의 축대칭을 이루거나, 4개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 90도의 축대칭을 이룰 수 있다.
상기 광원은, 상기 광축에 설치됨과 아울러, 상기 광축에 동심을 이루는 개구가 형성되는 PCB에 상기 눈을 향하도록 상기 개구의 둘레에 다수로 각각 마련되고, 각각이 서로 인접하는 화이트LED와 근적외선LED로 이루어질 수 있다.
상기 PCB의 전방에 위치하도록 설치되고, 상기 개구에 일치하여 연결되도록 연결구가 형성되며, 상기 광원 각각을 전방으로 노출시키도록 노출홈이 각각 형성되는 마스크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 일단이 개방되는 내부공간을 가지는 본체; 상기 본체의 개방된 일단에 설치되는 대물렌즈; 상기 대물렌즈의 후방에 위치하도록 상기 내부공간 내에 광의 집속을 위해 설치되는 렌즈부; 상기 렌즈부에 의해 집속되는 광이 통과하도록 상기 내부공간 내에 설치되는 프리즘; 상기 프리즘을 통과하는 광이 입사되도록 하는 이미지센서; 상기 프리즘의 일측에 상기 눈이 주시하도록 하는 주시타켓; 및 상기 대물렌즈와 상기 렌즈부 사이에 상기 눈에 조명을 조사하도록 설치되는 조명장치를 더 포함하고, 상기 조명장치는, 본 발명의 일측면에 따른 망막 관찰용 조명장치인, 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라가 제공된다.
상기 주시타겟은, PCB 상에 중심과 이를 기준으로 전후 및 좌우로 각각 배치됨으로써 5개로 이루어지는 LED를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라에 의하면, 광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되되, 광원 각각이 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치됨으로써, 기존 링조명의 단점인 복잡하고 긴 구조와, 비축조명의 단점인 좁은 시야각 및 광축이 일치하지 않는 점을 개선하여, 휴대용이 가능할 만큼 간단한 구조와 넓은 시야각을 가지도록 할 수 있고, 조명광축과 결상광축을 일치시켜 사용의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 링조명을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 링조명에서 결상경로 및 조명경로를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 비축조명을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 종래의 비축조명에서 결상경로 및 조명경로를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 비축조명에 의한 결상광축과 조명광축의 불일치를 보여주는 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라를 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 조명장치의 일례를 도시한 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 조명장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 주시타겟의 배치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 주시타겟의 일례를 도시한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 광학계의 결상계를 도시한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 광학계의 조명계를 도시한 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 결상과 조명 경로를 나타낸 정면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 결상과 조명 경로를 나타낸 측면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 구체적인 설계에 의한 망막에서의 광분포를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 각막 반사광의 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 Gullstrand eye model을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 각막 렌즈를 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 조명위치와 광원의 위치를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공 조명의 시뮬레이션의 예를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 결상과 조명 경로를 나타낸 정면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 결상과 조명 경로를 나타낸 정면도이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 동공에서의 결상과 조명 경로를 나타낸 정면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 종래의 비축조명에 의한 결상광축과 조명광축의 불일치를 보여주는 이미지이고, 도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라를 도시한 측단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 조명장치의 일례를 도시한 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라에서 조명장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라(100)는 본체(110), 대물렌즈(120), 렌즈부(130), 프리즘(140), 이미지센서(150), 주시타겟(160) 및 조명장치를 포함한다. 여기서 조명장치는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치일 수 있는데, 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치는 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위해 사용되는 조명장치로서, 본 실시예에서처럼 안저 카메라(100)에 사용됨은 물론 검안경을 비롯하여, 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위하여 사용되는데, 이의 구성 및 작용에 대해서는 해당 부분에서 자세히 설명하기로 한다.
본체(110)는 일단이 개방되는 내부공간(113)을 가진다. 본체(110)는 개방된 일측에 대물렌즈(120)의 착탈을 위한 캡(111)이 나사 결합되도록 마련될 수 있고, 내측에 렌즈부(130)를 설치하기 위한 고정하우징(112)이 볼트 등에 의해 고정될 수 있다.
대물렌즈(120)는 본체(110)의 개방된 일단에 설치되는데, 본 실시례에서처럼 캡(111)에 의해 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 대물렌즈(120)는 검사대상인 눈 측에 위치하여, 조명장치의 광이 눈에 조사되도록 한다. 대물렌즈는 비구면 렌즈이면서 재질은 유리이고, 유리를 형상에 맞게 가공한 렌즈를 사용한다. 플라스틱 렌즈나 유리 금형과 같이 금형을 사용할 경우, 제조 공정에 의해 발생하는 렌즈의 복굴절로 인해 반사광이 많아져서 망막상을 관찰하는데 방해가 된다. 대물렌즈(120)는 초점거리가 짧을수록 시야각이 넓어진다. 반면에 눈과 대물렌즈(120) 간의 간격이 짧아져서 피측정자가 불편해할 수 있다. 본 실시례에서는 안점거리가 25mm 이상 확보되고, 시야각은 45도 이상이 되도록 대물렌즈(120)의 초점거리를 22mm 정도(45,45Diopter)로 설정할 수 있다. 정상시인 경우, 망막에서 출발한 빛은 각막을 거쳐 나올 때 평행광이 된다.
도 6, 도 11 및 도 12를 참조하면, 대물렌즈(120)에 의한 상의 크기는 아래 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112018030185943-pat00001
여기서, feye는 눈의 초점거리이고, fO는 대물렌즈(120)의 초점거리이고, So2는 렌즈부(130)의 물체거리이고, Si2는 렌즈부(130)의 상거리이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 렌즈부(130)는 대물렌즈(120)의 후방에 위치하도록 내부공간(113) 내에 광의 집속을 위해 설치되는데, 본 실시례에서처럼 고정하우징(112) 내에 배치됨으로써 본체(110) 내에 설치되며, 눈으로부터 나오는 광을 집속하여 이미지센서(150)에 조사되도록 한다. 여기서, 렌즈부(130)는 광의 집속을 위하여 적어도 하나 이상으로 이루어짐으로써, 본 실시례에서처럼 렌즈군으로 이루어질 수 있다.
프리즘(140)은 렌즈부(130)에 의해 집속되는 광이 통과하도록 내부공간(113) 내에 설치된다. 따라서, 프리즘(140)은 눈이 주시타겟(160)을 주시하도록 광경로를 변환함과 아울러, 눈으로부터 조사되는 광이 대물렌즈(120) 및 렌즈부(130)를 통해서 이미지센서(150)에 조사되도록 할 수 있다.
이미지센서(150)는 프리즘(140)을 통과하는 광이 입사되도록 함으로써, 눈에 대한 이미지를 획득하도록 할 수 있으며, 예컨대 CMOS나 CCD 등을 비롯하여, 이미지 획득을 위한 다양한 센서가 사용될 수 있다.
주시타겟(160)은 프리즘(140)의 일측에 눈이 주시하도록 내부공간(113) 내에 설치되는데, 프리즘(140)을 기준으로 이미지센서(150)와 주시타겟(160)이 90도의 각도를 이루도록 설치될 수 있다. 안저 카메라(100)의 화각은 일정하기 때문에 한 번에 충분히 넓은 영역을 관찰하기는 어려움이 있다. 이런 단점을 극복하기 위해서 피관찰자가 자신의 눈을 돌리도록 하여 다른 영역을 관찰할 수 있다. 이런 용도로 만든 것이 주시타겟(160)이다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 이미지센서(150) 앞, 프리즘(140) 위에 배치한 것으로, 프리즘(140)을 이용해서 광의 경로를 바꾸어 준다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 주시타겟(160)은 PCB(162) 상에 중심과 이를 기준으로 전후 및 좌우로 각각 배치됨으로써 5개로 이루어지는 LED(161)를 포함하여, 30도의 화각을 더 확보할 수 있도록 하였다. LED(161)는 저출력 표시LED를 사용할 수 있다. 프리즘(140; 도 6에 도시)은 polarization beam splitter 코팅에 의해 편광 분리하는 방식을 사용할 수 있다. 이렇게 하면 편광판(220,230; 도 11 및 도 12에 도시)의 부족한 성능을 보완할 수 있다. 안저 카메라(100)에 사용하는 광원(170)이 가시광에서 근적외선에 걸쳐 넓기 때문에 편광판(220,230)의 편광분리 성능이 한 쪽에서는 떨어질 수 있다. 특히 근적외선의 경우 성능이 많이 떨어지는 경향이 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 대물렌즈(120)와 렌즈부(130) 사이에 눈에 조명을 조사하도록 설치되는 조명장치를 더 포함한다. 여기서, 조명장치는 본 발명의 일 실시례에 따른 망막 관찰용 조명장치로서, 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위해 사용되는 조명장치이며, 본 실시례에서처럼 안저 카메라(100)의 조명용으로 사용됨은 물론, 이와 달리 검안경의 조명용으로도 사용될 수 있다.
조명장치는 광축의 둘레에 다수의 광원(170)이 배치되고, 광원(170) 각각이 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치된다. 따라서, 광축에 편심되는 광원(170)에 대하여 다른 광원(170)이 축대칭을 이루도록 설치됨으로써, 조명광축과 결상광축을 일치시킬 수 있다. 여기서, 축대칭의 의미는 일반적으로 알려진 내용으로서, 어떤 축의 주위에 임의의 각도만큼 회전하면, 원래와 같은 형이 유지될 수 있는 대칭성을 의미할 수 있다.
광원(170)은 조사된 광이 대물렌즈(120)에 의해 사람 눈의 동공에 초점이 맺도록 배치되고, 램프나 LED를 사용할 수 있는데, LED의 경우 발광영역이 1mm 이상으로 크기 때문에 LED 앞에 발광면적을 제어할 구멍을 배치할 수 있다. 광원(170)에서 나오는 광의 편광과 망막에서 반사되어 들어가는 결상광학계의 편광이 90도 차이가 나도록 후술하게 될 편광판(220,230; 도 11 및 도 12 참조)을 배치할 수 있다.
본 실시례에서, 광원(170)은 2개로 이루어져서 광축에 대하여 180도의 축대칭을 이룸을 나타낸다. 여기서, 180도의 축대칭이라 함은 광축을 중심으로 180도로 회전하면 원래의 광원(170) 배치 형태가 유지되도록 하는 대칭성을 가지는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 본 실시례에서와 같은 조명장치의 광원(170) 배치에 의해 도 13 및 도 14에서와 같이, 동공(10)의 중심부에 결상동공(imaging pupil; 20)이 위치하고, 결상동공(20)의 둘레에 180도로 광원(170)에 의해 조사되는 조명(170')이 위치하게 되는데, 이러한 광원(170)은 본 실시례에서처럼 광축에 대하여 상하로 각각 배치됨을 나타낸다. 또한 광원은 다른 예로서, 2개로 이루어져서 광축에 대하여 180도의 축대칭을 이루되, 광축에 대하여 좌우로 각각 배치되며, 이로 인해 도 21에서와 같이, 동공(10)의 중심부에 위치하는 결상 동공(20)의 둘레에 좌우로 각각 조명(270')이 조사되도록 할 수 있다. 또한 광원은 또 다른 예로서, 광원이 3개로 이루어져서 광축에 대하여 120도의 축대칭을 이루도록 할 수 있는데, 이로 인해 도 22에서와 같이, 동공(10)의 중심부에 위치하는 결상동공(20)의 둘레에 3각형의 꼭지점에 해당하는 배치의 조명(370')이 조사되도록 할 수 있다. 또한 광원은 또 다른 예로서, 광원이 4개로 이루어져서 광축에 대하여 90도의 축대칭을 이루도록 할 수 있는데, 이로 인해 도 23에서와 같이, 동공(10)의 중심부에 위치하는 결상동공(20)의 둘레에 상하 및 좌우로 각각 조명(470')이 조사되도록 할 수 있다. 광원은 이러한 실시례들 뿐만 아니라, 광축에 대하여, 다양한 축대칭성을 가지도록 배치될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시례에서 광원(170)은 광축에 설치됨과 아울러, 광축에 동심을 이루는 개구(181)가 형성되는 PCB(180)에 눈을 향하도록 개구(181)의 둘레에 다수로 각각 마련될 수 있고, 각각이 서로 인접하는 화이트LED(171)와 근적외선LED(172)로 이루어질 수 있다. 안저 카메라(100)의 경우, 근적외선LED(172)로부터 조사되는 근적외선(Near Infrared)을 이용해서 망막에 초점이 맺도록 조정하고, 백색광을 조명하여 사진 또는 영상을 얻는다. 사람의 눈은 근적외선을 볼 수 없기 때문에 근적외선으로 관찰할 때는 동공의 크기가 변하지 않기 때문에 망막의 관찰부위나 초점을 조정할 때는 근적외선을 이용한다. 이처럼 사람의 눈은 가시광에만 반응하기 때문에 초점을 조정할 때는 근적외선을 사용하는 기법이 많이 사용된다. 근적외선을 이용해 초점을 맺고, 망막사진을 촬영할 수 있도 있고, 초점 위치를 찾은 상태에서 가시광을 조사하여 사진을 촬영할 수 있다. 가시광으로 사진을 촬영할 때는 짧은 시간 동안 강한 상태에서 가시광을 조사하여 사진을 촬영할 수 있다. 가시광으로 사진을 촬영할 때는 짧은 시간동안 강한 광을 비추기 때문에 찍고 나서는 동공의 크기가 줄어든다. 가시광과 근적외선은 초점거리가 차이나서 렌즈의 위치를 변경하여 초점을 다시 맞춘다. 일반적으로는 렌즈부(130)와 이미지센서(150)를 이용하여 초점을 조정한다. 본 발명의 일예로서 도 12의 결상계를 구성할 수 있는데, 전체 안저 카메라(100)의 크기를 줄이기 위해 빔스플리터나 미러를 사용하지 않고 비교적 크기가 작은 LED를 광경로 상의 비축에 배치할 수 있다.
또한 조명장치는 PCB(180)의 전방에 위치하도록 설치되는 마스크(190)를 더 포함할 수 있다. 이러한 마스크(190)는 PCB(180)의 개구(181)에 일치하여 연결되도록 연결구(191)가 형성되며, 광원(170) 각각을 전방으로 노출시키도록 노출홈(192)이 각각 형성된다. 따라서, 마스크(190)는 광원(170)으로부터 조사되는 광이 산란없이 원하는 방향으로 조사되도록 할 뿐만 아니라, 광의 분산으로 인한 노이즈 발생을 최소화할 수 있다. 또한 마스크(190)는 양측에 볼트나 스크루 등의 체결을 위하여 고정구(193)가 형성될 수 있다. 마스크(190)는 광원(170)의 발광 면적 크기를 제어하도록 하는데, 마스크(190)에 의해 결상용 광은 중앙의 구멍을 통해서 지나가도록 하고 광원(170)의 하단에서 나가는 영역을 일부 차단하여 눈의 동공에서 결상계 동공을 침범하지 않도록 할 수 있다. 한편 광원(170) 앞에는 마스크(190)와 함께 디퓨져(diffuser)를 배치할 수도 있다.
본 발명에서 조명장치에 의한 조명의 개념도는 도 13 및 도 14에서와 같은데, 기본적으로 비축 조명의 형태를 유지하면서 조명 부위를 한 군데 이상 대칭(축대칭)이 되도록 배치한다. 도 15에서는 본 발명의 예에 따른 광원(170)에서와 같이, 2개의 LED를 상하로 배치하여, 레이트레이싱(raytracing)에 의한 시뮬레이션 결과를 보여준다. 눈의 각막과 동공 등에서 Gullstrand의 원칙을 적용하여 조명영역과 결상영역이 겹치지 않도록 한다. 비교적 넓은 45도 이상의 시야각을 조명하며, 각막에서 반사된 광은 결상계로 들어가지 않는다(도 16 참조).
사람 눈의 동공은 일반적인 사무실 조명(~500lx)에서 4.4~5.5mm 정도이다. 동공의 크기는 주변 조명이 어두울수록 커지고, 밝을수록 작아진다. 좀 더 밝은 조명과 사람 간의 편차를 고려하여, 최소 동공의 크기는 3.5~4mm 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 동공에서의 조명위치는 각막렌즈와 대물렌즈(120)에 의해서 결정된다. Gullstrand eye model(도 17 참조)에 따르면, 각막에서 수정체까지의 렌즈는 아래의 표 1(Gullstrand eye model) 및 표 2(Gullstrand eye model의 재질별 굴절률)에서와 같이, 2개의 구면으로 되어 있고, 이 부분만을 따로 떼어 내면, 도 18에서와 같이, 초점렌즈 23mm(파장 555nm 기준)인 렌즈로 볼 수 있다. 각막에서 대물렌즈(120)까지의 거리를 안점거리라고 한다. 대물렌즈(120)의 초점거리가 22mm인 경우 두 렌즈에 의해 형성되는 광학계의 배율은 대략 -2.3배 정도 된다(도 19 참조). 따라서, 조명부의 위치는 반경 4~4.5mm 사이가 된다.
Figure 112018030185943-pat00002
Figure 112018030185943-pat00003
다시 정리하면, 도 13 및 도 14에서 최소 동공(10)의 크기는 3.5~4mm가 되고, 결상동공(20)은 3mm 이하가 된다. 이때 조명의 크기는 대략 직경 1mm 이하로 작을 수록 좋다(도 20 참조).
도 11 및 도 12를 참조하면, 조명장치의 광원(170)과 렌즈부(130) 사이의 광축 상에는 조리개(210)와 평광판(220)이 설치될 수 있고, 광원(170)의 전방에 평광판(230)이 설치될 수 있다. 여기서 조리개(210)는 홀의 크기 조절에 의해 통과하는 광의 양을 조절하는 원반형태의 장치이다. 조리개(210)는 결상계에서 렌즈부(130) 앞에 설정할 수 있다. 조리개(210)가 클수록 밝고, 선명한 상을 만들 수 있지만, 반면에 각막이나 대물렌즈(120) 등에서 반사되는 광이 들어올 수도 있어 적절한 크기를 선정해야 한다. 평광판(220,230)은 광학 광학적 이성질체가 방향에 따라 편광된 투과광의 빛깔이 달라진다는 성질을 이용하여 직선 편광을 얻는 장치이다. 광원(170)으로부터 제공되는 조명은 광원(170)의 전방에 위치하는 편광판(230)에 의해 눈을 향해 갈 때 한 쪽 편광만 사용하고, 망막에 맞고 올 때에는 90도 돌아간 편광판(220)을 배치해서 망막에 조사된 편광과 동일한 편광의 빛을 차단하고, 복굴절에 의해 편광이 돌아간 빛만 투과하게 되어 있다.
편광판(220,230)은 대물렌즈(120)나 각막 등에서 반사되는 광을 차단하기 위한 것이다. 대개 대물렌즈(120)나 각막 표면에서 반사되는 광은 입사한 편광이 유지된다. 각막을 지나 망막으로 들어가는 광은 복굴절에 의해 편광 방향이 바뀌게 된다. 이 광 중에 광원에서 출사된 편광과 90도 다른 편광만을 결상에 사용하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 망막 관찰용 조명장치 및 이를 가지는 안저 카메라에 따르면, 광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되되, 광원 각각이 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치됨으로써, 기존 링조명의 단점인 복잡하고 긴 구조와, 비축조명의 단점인 좁은 시야각 및 광축이 일치하지 않는 점을 개선하여, 휴대용이 가능할 만큼 간단한 구조와 넓은 시야각을 가지도록 할 수 있고, 조명광축과 결상광축을 일치시켜 사용의 편의성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 본체 111 : 캡
112 : 고정하우징 113 : 내부공간
120 : 대물렌즈 130 : 렌즈부
140 : 프리즘 150 : 이미지센서
160 : 주시타겟 161 : LED
162 : PCB 170 : 광원
170',270',370',470' : 조명 171 : 화이트LED
172 : 근적외선LED 180 : PCB
181 : 개구 190 : 마스크
191 : 연결구 192 : 노출홈
193 : 고정구 210 : 조리개
220,230 : 편광판

Claims (6)

  1. 망막을 관찰하는 기기에 조명을 제공하기 위해 사용되는 조명장치로서,
    광축의 둘레에 다수의 광원이 배치되고, 상기 광원 각각이 상기 광축에 대하여 축대칭을 이루도록 설치되며,
    상기 광원은,
    상기 광축에 설치됨과 아울러, 상기 광축에 동심을 이루는 개구가 형성되는 PCB에 눈을 향하도록 상기 개구의 둘레에 다수로 각각 마련되고, 각각이 서로 인접하는 화이트LED와 근적외선LED로 이루어지며,
    상기 PCB의 전방에 위치하도록 설치되고, 상기 개구에 일치하여 연결되도록 연결구가 형성되며, 상기 광원 각각을 전방으로 노출시키도록 노출홈이 각각 형성되는 마스크를 더 포함하는, 망막 관찰용 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원은,
    2개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 180도의 축대칭을 이루거나, 3개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 120도의 축대칭을 이루거나, 4개로 이루어져서 상기 광축에 대하여 90도의 축대칭을 이루는, 망막 관찰용 조명장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 일단이 개방되는 내부공간을 가지는 본체;
    상기 본체의 개방된 일단에 설치되는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈의 후방에 위치하도록 상기 내부공간 내에 광의 집속을 위해 설치되는 렌즈부;
    상기 렌즈부에 의해 집속되는 광이 통과하도록 상기 내부공간 내에 설치되는 프리즘;
    상기 프리즘을 통과하는 광이 입사되도록 하는 이미지센서;
    상기 프리즘의 일측에 눈이 주시하도록 하는 주시타켓; 및
    상기 대물렌즈와 상기 렌즈부 사이에 눈에 조명을 조사하도록 설치되는 조명장치를 더 포함하고,
    상기 조명장치는,
    청구항 1 또는 청구항 2에 기재되는 망막 관찰용 조명장치인, 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 주시타켓은,
    PCB 상에 중심과 이를 기준으로 전후 및 좌우로 각각 배치됨으로써 5개로 이루어지는 LED를 포함하는, 망막 관찰용 조명장치를 가지는 안저 카메라.


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