JP2010119448A - 眼底カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】発色の良い自然な色の眼底像が得られ、光の利用効率の高い眼底カメラを得る。
【解決手段】リングレンズ１５の平面１５ｂには、青色ＬＥＤチップ１７が発する波長の光を一部反射する反射率４０％の特性を有するダイクロイック膜が成膜されている。ダイクロイック膜により蛍光材１６を励起せずに直接に蛍光材１６を透過してくる青色光の一部を反射し、再び蛍光材１６に戻し励起光として利用することができる。ダイクロイック膜で反射された青色光により励起され蛍光となった光束は、再び平面１５ｂに戻って透過し、凸面１５ａにより集光され、眼底撮影照明光束として利用される。
【選択図】図４

Description

本発明は、被検眼眼底を照明する光源に白色光を発する発光ダイオードを備えた眼底カメラに関するものである。

従来、眼底カメラの光源は観察光源として定常光を発するハロゲンランプ等が用いられ、撮影用光源としてパルス光を発するキセノン管が用いられてきた。

また、蛍光灯や白熱電球の代りに、発熱量が少なく、消費電力も少ない白色光を発する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする照明機器が用いられるようになってきている。眼底カメラ等の眼科機器においても、位置合わせの際の補助光源や指標投影光源に赤外ＬＥＤが用いられている。

更に、内視鏡等の医療機器の光源として白色ＬＥＤが採用されており、特許文献１〜３においては、白色ＬＥＤによる白色光を用いた装置が開示されている。特許文献１には、リング状に配置された複数のＬＥＤから凹面状の拡散反射面体に向けて複数の発光色を有する光束を照射し、拡散反射された光束をリング状の開口部から取り出すことにより効率化を図っている。更に、ＬＥＤは白色光と赤外光とを有し、撮影モードに応じて発光させるＬＥＤを切換えている。

特許文献２には、眼底カメラの光源としてリング状に配置された異なる波長を有する複数のＬＥＤを用い、白色光、緑色光、青色光、赤外光の少なくとも１つを有している。また、少なくとも１つはフラッシュ光源として用いている。

特許文献３には、青色ＬＥＤから発した青色光を蛍光材に照射し、青色ＬＥＤから発した青色光と蛍光材から発した蛍光との混色光により、白色発光をさせる面状発光装置が開示されている。

特開２００６−１７４９８４号公報 特開２００７−２９７２６号公報 特許３４０９６６６号公報

上述のように、眼底カメラ等の眼科撮影装置において、観察又は撮影光源として、白色光を発する白色ＬＥＤが用いられるようになってきている。

一般に白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤからの光を黄色蛍光材に照射し、蛍光材が発する蛍光との混色により白色光を作り出している。青色ＬＥＤからの青色光は、蛍光材に吸収されずに直接出射してくるものもあり、図１０に示す白色ＬＥＤの分光強度分布のようになる。青色光と比較すると緑色光と赤色光の強度が低く、青白い白色となってしまい、演色性が悪くなるという問題を有している。

撮影光源として、上述のような白色ＬＥＤを用いて撮影すると、従来のハロゲンランプやキセノン管に比較して発色が悪く、被写体である眼底の色は赤色成分が多く、青色成分が少ないため不自然な色の眼底像となってしまうばかりか、光の利用効率も悪くなる。

その理由は、青色ＬＥＤから出射された青色光のうち、蛍光材を励起せずにそのまま蛍光材を抜けてくる光が、蛍光材により励起された光よりも多いためである。このような光源を用いる場合には、一般にカラーバランシングフィルタ等でバランスをとる方法が知られているが、光の利用効率が低下する。

近年になって、複数の種類の蛍光材を混合したり、近紫外線を発するＬＥＤとそれにより励起される蛍光材を用いることにより、高演色性の白色ＬＥＤが実用化されている。このような高演色性の白色ＬＥＤにおいても、ＬＥＤから出射された光のうち、蛍光材を励起せずにそのまま蛍光材を抜ける光があり、エネルギの利用効率が悪い。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、発色の良い自然な色の眼底像が得られると共に光の利用効率の高い眼底カメラを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る眼底カメラは、被検眼前眼部共役位置の近傍に配置し眼底に可視光を照射する可視光光源を有する照明手段と、該照明手段から出射した照明光の眼底からの反射光により眼底像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で得られた眼底像を撮像するための可視光に感度を有する撮像手段とを有する眼底カメラにおいて、前記可視光光源は、リング状にかつ離散的に配置した複数のＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの前方に配置し前記ＬＥＤチップから発した光により励起され蛍光を発する蛍光材と、前記ＬＥＤチップから発した光の一部を反射するリング形状の光学素子とから構成し、該光学素子により反射した光の一部が再び前記蛍光材を照射するように構成したことを特徴とする。

本発明に係る眼底カメラによれば、被検眼の眼底を照明する光源に蛍光材とその蛍光材を励起する光を発する白色ＬＥＤを備え、発色の良い自然な色の眼底像が得られ、光の利用効率の向上させることができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１における無散瞳型眼底カメラの構成図、図２は白色ＬＥＤユニットの拡大断面図、図３は白色ＬＥＤユニットの正面図、図４は白色ＬＥＤユニットの部分拡大図をそれぞれ示している。

被検眼Ｅの前方の光軸Ｌ１上には対物レンズ１、孔あきミラー２、撮影絞り３、光路方向に移動可能な合焦レンズ４、結像レンズ５、跳ね上げミラー６、主に静止画撮影を行い可視光に感度を有する撮像素子７が順次に配列され、眼底撮像光学系が構成されている。

孔あきミラー２の入射方向の光軸Ｌ２上には、レンズ８、９、赤外光を透過し可視光を反射するダイクロイックミラー１０、リング絞り１１、赤外光を照射する赤外発光ＬＥＤ１２が配列され、眼底観察照明光学系が構成されている。なお、リング絞り１１は対物レンズ１とレンズ８、９とを介して被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐと光学的に共役な位置に配置されている。

ダイクロイックミラー１０の入射方向の光軸Ｌ３上には、リング絞り１３、白色ＬＥＤユニット１４が設けられ、眼底撮影照明光学系が構成されている。光束制限手段であるリング絞り１３は、被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐと光学的に共役な位置に配置され、白色ＬＥＤユニット１４は被検眼前眼部共役位置の近傍に可視光を照射する可視光光源を有する照明手段である。

図２〜図４に示すように、白色ＬＥＤユニット１４は片面の蛍光材１６の反対側が凸面１５ａから成る光学面で、蛍光材１６側の面が平面１５ｂとしたリング形状の凸のパワーを有するコンデンサレンズのリングレンズ１５を有している。このリングレンズ１５の後方に、リング形状の蛍光材１６が配置されている。更に蛍光材１６の後方には、離散的に配置され青色光を発する複数個の青色ＬＥＤチップ１７がリング状に配列されている。本実施例においては、例えば１６個の青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐが用いられている。

リングレンズ１５の平面１５ｂには、図５に示すような青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐが発する波長光を一部、反射する反射率４０％の特性を有するダイクロイック膜が成膜されている。

眼底カメラにおいては、被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐ付近において、照明光束をリング形状となるようにし、撮影光束と空間的に分離することは、被検眼Ｅによる不要な反射光を眼底像に写り込ませないために重要である。また、光源からの光を効率良く利用するためには、光源をリング形状とすることも重要である。

また、跳ね上げミラー６の反射方向の光軸Ｌ４上には、ミラー１８、フィールドレンズ１９、テレビリレーレンズ２０、主に動画観察を行うためのＣＣＤカメラ等から成る撮像素子２１が配列され、眼底像観察光学系が構成されている。

上述の眼底撮像光学系、眼底観察照明光学系、眼底撮影照明光学系、眼底像観察光学系は１つのカメラ筐体内に内蔵され、眼底カメラ光学部が構成されている。そして、眼底カメラ光学部は図示しない摺動台上に載置されており、被検眼Ｅとの位置合わせができるようになっている。

撮像素子７の出力はＡ／Ｄ変換素子３１によりデジタル信号化され、装置全体の制御を行うＣＰＵ等の制御手段３２に接続されている。また制御手段３２には、撮像素子２１、キャラクタジェネレータ３３、操作手段３４、撮影スイッチ３５の出力が接続されている。制御手段３２の出力は、赤外発光ＬＥＤ１２を制御する観察光量制御手段３６、白色ＬＥＤユニット１４を制御する撮影光量制御手段３７、メモリ３８、モニタ３９に接続されている。

眼底撮影に際して、眼底観察照明光学系の赤外発光ＬＥＤ１２から出射した赤外光は、リング絞り１１により光束が制限された後に、ダイクロイックミラー１０を透過し、レンズ９、８を介して一旦孔あきミラー２の位置にリング絞り１１の像を形成する。更に、孔あきミラー２により光軸Ｌ１方向に反射され、対物レンズ１によって被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐ付近に再びリング絞り１１の像を形成し、被検眼Ｅの眼底Ｅｒを照明する。

眼底Ｅｒからの反射光束は、瞳孔Ｅｐの照明光束によるリング絞り１１の像の内側の領域から被検眼Ｅを出射し、対物レンズ１、撮影絞り３、合焦レンズ４、結像レンズ５を介して跳ね上げミラー６に入射する。そして、跳ね上げミラー６とミラー１８により反射され、フィールドレンズ１９の近傍に一旦眼底Ｅｒの像を形成し、テレビリレーレンズ２０を介して撮像素子２１により撮像され、モニタ３９に眼底像が映出される。

操作者はモニタ３９に映出された眼底像が適当な明るさとなるように、操作手段３４を介して赤外発光ＬＥＤ１２の光量を調整し、図示しない操作桿を使用して被検眼Ｅと眼底カメラ光学部との位置合わせを行う。更に、合焦レンズ４の光軸方向の位置を図示しないフォーカスノブを操作することによって調整し、映出された眼底像のピント調整を行う。

位置合わせとピント調整が完了し、操作者が撮影スイッチ３５を押すと、制御手段３２は跳ね上げミラー６を点線の位置まで跳ね上げ、撮影光量制御手段３７を制御し、白色ＬＥＤユニット１４から白色光をパルス発光させる。

白色ＬＥＤユニット１４の青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐから出射した青色光は、蛍光材１６を励起する光と、蛍光材１６を励起せずに透過して出射する光とがある。蛍光材１６からの蛍光と、励起せずに透過してくる光の混色により白色光となった光束は、リングレンズ１５により集光され、効率良くリング絞り１３の開口部を通過する。また、蛍光材１６はリングレンズ１５の焦点面に配置されている。

本実施例においては、蛍光材１６をリング形状としたが、その形状はこれに限らず、リング状かつ離散的に配置された青色光を発する青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐから出射する光を効率良く吸収し得る形状であればよい。例えば、図３の青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐを覆う形状であれば、四角形でも円形でも同様に機能し、青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐのそれぞれの直前に、蛍光材を個々に配置してもよい。

リングレンズ１５の平面１５ｂに成膜したダイクロイック膜は、蛍光材１６を励起せずに直接に蛍光材１６を出射してくる青色光についてその一部を反射して再び蛍光材１６に戻し、励起光として再利用する。ダイクロイック膜で反射された青色光により蛍光材１６で励起され蛍光となった光束は、再びダイクロイック膜を透過し凸面１５ａにより集光され、眼底撮影照明光束として利用される。

このように、リングレンズ１５により反射された青色光の一部が、再び蛍光材１６により再び照射されるように構成したことにより、発色の良い自然な色の眼底像が得られ、光の利用効率化も図れる。

白色ＬＥＤユニット１４から出射した白色光は、リング絞り１３により光束が制限された後に、ダイクロイックミラー１０で光軸Ｌ２方向に反射され、レンズ９、８を介して一旦孔あきミラー２上にリング絞り１３の像を形成する。そして、孔あきミラー２により光軸Ｌ１方向に反射され、対物レンズ１によって被検眼Ｅの瞳孔Ｅｐの付近に再びリング絞り１３の像を形成し、被検眼Ｅの眼底Ｅｒを照明する。

眼底Ｅｒで反射散乱した白色光は、瞳孔Ｅｐの照明光束によるリング絞り１３の像の内側の領域から被検眼Ｅを出射し、対物レンズ１、撮影絞り３、合焦レンズ４、結像レンズ５を介して撮像素子７に入射する。撮像素子７により撮像された眼底像は、Ａ／Ｄ変換素子３１を介して制御手段３２に入力され、画像メモリ３８に保存されると共にモニタ３９に映出される。

図６は実施例２の白色ＬＥＤユニット１４の部分拡大図を示し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付している。本実施例２においては、実施例１のリングレンズ１５の変形例として、リングレンズ４１が使用されている。なお、リングレンズ４１の蛍光材１６側は凸面４１ａとされ、反対面は平面４１ｂとされている。また、平面４１ｂには図５で示した特性を有するダイクロイック膜が成膜されている。

この場合においても、蛍光材１６で励起されずに透過した青色光は、ダイクロイック膜により蛍光材１６側に反射して戻される。

図７は実施例３の白色ＬＥＤユニット１４の部分拡大図を示し、実施例１のリングレンズ１５に対し、その凸面１５ａに図５で示した特性のダイクロイック膜が成膜されている。ダイクロイック膜は蛍光材１６から出射した青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐからの青色光にとっては、凹面ミラーの作用をしている。

この構成により、蛍光材１６を透過してきた青色光の一部を凹面ミラーにより蛍光材１６に戻すことができるので、更に光の利用効率化を図ることができる。

図８は実施例４の白色ＬＥＤユニット１４の部分拡大図を示している。本実施例４においては、２つのレンズを貼り合わせたリング貼合わせレンズ４２が使用されている。リング貼合わせレンズ４２の蛍光材１６側のレンズの蛍光材１６側は平面４２ａとされている。また、リング絞り１３側は凸面４２ｂとされ、リング絞り１３側のレンズの蛍光材１６側の面は、一方のレンズの凸面４２ｂに合致した凹面４２ｃとされ、リング絞り１３側の面は平面４２ｄとされている。また、２つのレンズの貼合わせ面には、図５で示した特性のダイクロイック膜が成膜されている。

このリング貼合わせレンズ４２は、２つのレンズを貼り合わせた光学素子から成り、その貼り合わせ面は蛍光材１６側に対し凹面を有し、ダイクロイック膜を成膜しているので、蛍光材１６を励起する以外の青色光を蛍光材１６に戻すことができる。

本実施例４のリング貼合わせレンズ４２は集光作用はないものの、青色光を効率良く蛍光材１６に戻しているので、眼底カメラにとって光の利用効率が上がり、発色の良い眼底像が得られる。

図９は実施例５の白色ＬＥＤユニット１４の部分拡大図を示し、本実施例５においては、実施例４のリング貼合わせレンズ４２に対して、リング絞り１３側のレンズのリング絞り１３側の面４３ｄを凸面とした貼合わせレンズ４３が使用されている。

２つのレンズに挟まれたダイクロイック膜は、リング貼合わせレンズ４３の焦点面に成膜されており、凹面ミラーの作用をしている。貼合わせ面で反射しない光は、貼合わせ面の作用を受け色収差補正され、凸面４３ｄによって更に集光され、リング絞り１３の開口部を効率良く通過するようになっている。

実施例１〜５においては、蛍光材の励起光を発するＬＥＤとして青色ＬＥＤチップ１７ａ〜１７ｐを例を用いて説明した。しかし近年になって、複数の種類の蛍光物質を混合したり、近紫外線を発するＬＥＤとそれにより励起される蛍光物質を用いて高演色性の白色ＬＥＤが実用化されている。

このような高演色性の白色ＬＥＤにおいても、ＬＥＤから出射された光、つまり励起光のうち、蛍光材を励起せずにそのまま蛍光材を透過してくる光があり、エネルギの利用効率を悪化してしまう。励起光として近紫外線を発するＬＥＤを用いた場合には、上述した励起光を青色光を紫外線に置き換えれば同様の効果が得られる。

実施例１の眼底カメラの構成図である。 白色ＬＥＤユニットの拡大断面図である。 白色ＬＥＤユニットをリング絞り側から見た正面図である。 白色ＬＥＤユニットの部分拡大図である。 ダイクロイック膜の分光特性図である。 実施例２の白色ＬＥＤユニットの部分拡大図である。 実施例３の白色ＬＥＤユニットの部分拡大図である。 実施例４の白色ＬＥＤユニットの部分拡大図である。 実施例５の白色ＬＥＤユニットの部分拡大図である。 白色ＬＥＤの分光強度分布図である。

符号の説明

１ 対物レンズ
２ 孔あきミラー
３ 撮影絞り
６ 跳ね上げミラー
７、２１ 撮像素子
１０ ダイクロイックミラー
１１、１３ リング絞り
１２ 赤外発光ＬＥＤ
１４ 白色ＬＥＤユニット
１５、４１、４２、４３ リングレンズ
１６ 蛍光材
１７ａ〜１７ｐ 青色チップＬＥＤ
３２ 制御手段
３９ モニタ

Claims (5)

1. 被検眼前眼部共役位置の近傍に配置し眼底に可視光を照射する可視光光源を有する照明手段と、該照明手段から出射した照明光の眼底からの反射光により眼底像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で得られた眼底像を撮像するための可視光に感度を有する撮像手段とを有する眼底カメラにおいて、前記可視光光源は、リング状にかつ離散的に配置した複数のＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの前方に配置し前記ＬＥＤチップから発した光により励起され蛍光を発する蛍光材と、前記ＬＥＤチップから発した光の一部を反射するリング形状の光学素子とから構成し、該光学素子により反射した光の一部が再び前記蛍光材を照射するように構成したことを特徴とする眼底カメラ。
2. 前記照明手段は被検眼前眼部共役位置の近傍に配置したリング状の開口を有する光束制限手段を有し、前記光学素子は前記光束制限手段のリング状の開口部に集光するために凸のパワーを有するコンデンサレンズであることを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
3. 前記光学素子は前記蛍光材の側の面は平面であり、前記蛍光材と反対側の面は凸のパワーを有し、前記蛍光材は前記凸のパワーの焦点面の位置の近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
4. 前記光学素子は前記蛍光材の側に対し凹面を有し、該凹面に前記ＬＥＤチップから発した光の一部を反射するダイクロイック膜を成膜したことを特徴とする請求項１に記載の眼底カメラ。
5. 前記光学素子は少なくとも２つのレンズを貼り合わせ、前記レンズの貼り合わせ面は前記蛍光材の側に対し前記凹面を有することを特徴とする請求項４に記載の眼底カメラ。

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