JP2015150074A - 眼科撮影装置、その制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アライメントの微調整の時間を短縮することにより被検者の負担を軽減する。【解決手段】眼科撮影装置は、被検眼の眼底に対して光を照らし、被検眼の眼底を撮影し、被検眼に対して撮影手段の異なる位置において撮影手段により撮影された、被検眼の眼底画像の周辺に現れるフレアの色に基づいて、撮影手段の位置を変化させる方向を決定する。【選択図】図５

Description

本発明は、眼科病院等で被検眼の眼底を観察、撮影を行うために使用される眼科撮影装置、その制御方法、及びプログラムに関する。

従来から、被検眼の眼底を観察，撮影する眼底カメラは、照明光学系から被検眼に照明光を投影して眼底を照明し、眼底からの反射光を撮影光学系により撮影手段に導いて眼底像を撮影する。撮影するときに、被検眼の角膜，水晶体からのフレアが撮影光学系に入射するのを防止するために、角膜及び水晶体後面と共役な遮光版を照明光学系に設けた特許文献１に記載の方法が知られている。

眼底カメラを用いて眼底を撮影する前に、眼底カメラを被検眼に対してアライメントする必要がある。このアライメントは、眼底カメラの光学系が内蔵された装置本体を撮影者がジョイスティックなどの操作部材を操作することにより行われている。撮影者はアライメントが完了した時点で、光学ファインダーまたはモニタを用いて被検眼を観察しながら、フレアがあるか否かを確認する。フレアがある場合には、撮影者は操作部材を更に操作して、フレアがこれ以上除去できない状態となる最適な位置まで移動させ、撮影していた。また、特許文献２では、眼底観察像の周辺複数部位の光量を検出することにより、装置本体を移動させ、アライメントの微調整を自動的に行う方法が記載されている。

特公昭61-5729号公報 特許第3630795号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、光量の増減しか検出していないため、装置全体を前後方向に移動させる場合に、前後のどちらかに移動させ増減を確認しなければならず、アライメントの微調整に時間を要していた。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、アライメントの微調整の時間を短縮することにより被検者の負担を軽減することが可能な眼底カメラ（眼科撮影装置）を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による眼科撮影装置は以下の構成を有する。すなわち、眼科撮影装置は、被検眼の眼底に対して光を照らし、前記被検眼の眼底を撮影する撮影手段と、前記被検眼に対して前記撮影手段の異なる位置において前記撮影手段により撮影された、前記被検眼の眼底画像の周辺に現れるフレアの色に基づいて、前記撮影手段の位置を変化させる方向を決定する決定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、アライメントの微調整の時間を短くすることができ、撮影時間を短縮できるため、撮影者及び被検者の負担を軽減することができる。

第一実施形態による眼底カメラの概略構成図。 第一実施形態におけるフォーカス合わせを説明する概要図。 第一実施形態におけるプリズムを用いた位置合わせを説明する概要図。 第一実施形態における撮影位置決めに利用するフレア発生の仕組みを説明する模式図。 第一実施形態におけるオートアライメントのフローチャート。 第一実施形態におけるマニュアルアライメントのフローチャート。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

［第一実施形態］
図1は第一実施形態を説明する概略構成図である。この眼底カメラ（眼科撮影装置）の光学系は大まかに分けて撮影光源部O1、観察光源部O2、照明光学系O3、撮影/照明光学系O4、撮影光学系O5、前眼部観察光学系O6、内部固視灯部O7から構成される。撮影光源部O1、または、観察光源部O2によって射出された光束は照明光学系O3、撮影/照明光学系O4を経て被検者を照明し、その像の一部は撮影/照明光学系O4、撮影光学系O5を経て撮像素子に結像され、一部は前眼観察系を経て撮像素子に結像される。

撮影光源部O1は、以下のような構成により白色光のリング照明を作り出す。センサ11は光量を検出するための手段であり、フォトダイオード(PD)など既知のの光電変換を利用したセンサである。ミラー12は光軸付近の光は透過させ、光軸付近以外の光は反射させるミラーであり、ガラス板にアルミや銀の蒸着を施したものやアルミ板などで構成される。撮影光源13はガラス管の中にXeを封入し電圧を印加することで発光し、撮影時に眼底像を記録するために十分な強度の白色光を得ることが可能である。なお、近年ではLEDの大光量化が進められており、撮影光源13は環状に配置したLEDアレイでも実現可能である。撮影コンデンサレンズ14は一般的な球面レンズである。撮影リングスリット15は環状の開口を持った平板である。撮影水晶体バッフル16は環状の開口を持った平板である。撮影光源13から射出された光束は一部が眼底方向に向かう光束となり、さらに、反対側に射出された光束がミラー12によって反射され眼底方向に向かう光束となる。このために、撮影光源13の発光光量はミラー12が無いものに比べ少なくて済む。ミラー12は平面としており、光のムラを生じさせないとともに、撮影光源13に対する距離的制約もない。光束はさらに撮影コンデンサレンズ14によって眼底に向けて集光され、撮影リングスリット15によって前眼部を通過する際の光束形状を環状となるよう成形される。さらに、撮影水晶体バッフル16によって、被検眼水晶体へ投影される光束は制限され、眼底像に不要な被検眼の水晶体からの反射光が発生することを防いでいる。

観察光源部O2は、以下の構成によりリング照明を作り出す。観察光源17はハロゲンランプやLEDなど連続発光可能な光源である。観察コンデンサレンズ18は一般的な球面レンズである。観察リングスリット19は環状の開口を持った平板である。観察水晶体バッフル20は環状の開口を持った平板である。観察光源部O2は、撮影光源部O1と光源の種類が異なるだけである。観察コンデンサレンズ18で集光し、観察リングスリット19で前眼部での光束の形状を整え、観察水晶体バッフル20で眼底像への水晶体からの反射を防いでいる。

照明光学系O3では、撮影光源部O1、観察光源部O2で作られた光束をリレーするとともに、眼底像の焦点合わせのための指標像を造りこむ。ミラー21は可視光を反射する。撮影時にはミラー21が光路に入り、撮影光源部O1で作られた可視光による光束は反射して、照明光学系O3に導光される。観察時にはミラー21は光路から退避し、観察光源部O2で作られた可視光による光束は照明光学系O3に導光される。照明リレーレンズ22および24はリング照明を被検眼に結像する。スプリットユニット23はフォーカス指標を投影するためのフォーカス指標光源23a、光源を分割するためのプリズム23b、及びフォーカス指標の外形を示すフォーカス指標マスク23cから構成される。スプリットユニット23はさらに、これらを観察時に照明光学系O3に進入し図中矢印方向に移動することでフォーカス指標を光軸方向にシフト移動させる移動機構と、撮影時に照明光学系O3から退避させる進退機構とから構成されている。

スプリットシフト駆動モータM1はスプリットユニット23をシフト駆動してフォーカス指標の焦点を合わせ、スプリット位置センサS1はスプリットユニット23の停止位置を検出する。また、スプリット進退駆動モータM2はスプリットユニット23を照明光学系O3に対して進退させる。スプリット進退駆動モータM2は眼底観察時には照明光学系O3内にスプリットユニット23を進入させ、観察像の中にスプリット指標を投影し、撮影時には照明光学系O3からスプリットユニット23を退避させる。これにより、撮影像の中にフォーカス指標が写りこむことがないように制御できる。角膜バッフル25は眼底像に不要な被検眼の角膜からの反射光の写りこみを防ぐ。

撮影/照明光学系O4は、被検眼28の眼底に対して照明光束を投影するとともに、被検眼眼底像を導出する。穴あきミラー26は外周部がミラー、中央部が穴となっている。照明光学系O3から導かれた光束はミラー部分で反射して、対物レンズ27を介して被検眼眼底を照明する。照明された被検眼眼底像は対物レンズ27を戻り、穴あきミラー26の中央部の穴を通って撮影光学系O5に導出される。

撮影光学系O5は、被検眼眼底像の焦点調節を行った上で撮像素子に結像する。フォーカスレンズ30は穴明きミラー26の中央の穴を通過した撮影光束の焦点調節を行うためのレンズであり、図中矢印方向に移動することで焦点調節を行う。フォーカスレンズ駆動モータM3およびフォーカスレンズ位置センサS3は、フォーカスレンズ30を駆動して焦点を合わせるとともに、その停止位置を検出する。視度補正レンズ29はフォーカスレンズ30で焦点調整困難な強度の近視・遠視の被検眼眼底にピントを合わせるために、光軸上に進退可能に設置される凸レンズ、及び、凹レンズである。視度補正レンズ進退駆動モータM4は、患者が強度の近視である場合には視度補正−レンズ29b、強度の遠視である場合には視度補正＋レンズ29aを撮影光学系O5に対して進退する。撮像素子31は、撮影光を光電変換する。撮像素子31で得られた電気信号は、デジタルデータとすべく画像処理部32によってA-D変換され、赤外観察時には、モニター33に表示され、撮影後には不図示の記録媒体に記録される。

前眼部観察光学系O6では、ハーフミラー34によって、撮影/照明光学系O4からの光路が分割される。被検眼前眼部からの反射光は、ハーフミラー34によって光路が分割され、プリズム35を通過し、レンズ36によって赤外域の感度を持つ撮像素子37に結像される。これらの前眼部観察光学系によって、被検眼28の前眼部を観察し、被検眼28の前眼部とのアライメント状態の検出が可能になっている。

内部固視灯部O7では、ハーフミラー38によって、撮影光学系O5からの光路が分割され、その光路に対して内部固視灯ユニット39が対向している。内部固視灯ユニット39は複数のLEDによって構成され、撮影者が選択した固視部に対応した位置のLEDを点灯させる。被検者が点灯したLEDを固視することで、撮影者は所望の向きの眼底像を得ることができる。

上記の光学系は筐体（装置本体）40に固定されている。筐体40は、Y駆動モータM5によって被検眼28に対して上下方向に移動可能であり、その位置はYセンサS5によって検知可能である。また、可動土台41は被検眼28に対してX駆動モータM6によって被検眼28に対して左右方向に移動可能であり、その位置はXセンサS6によって検知可能である。さらに、可動土台41は被検眼28に対してZ駆動モータM7によって被検眼28に対して前後方向に移動可能であり、その位置はZセンサS7によって検知可能である。

固定土台42に取り付けられた本体操作部材43は、撮影者が操作したときに、その停止位置を感知し、本体操作センサS5によって検出され、システム制御部45へ出力される。システム制御部45は本体操作センサS5の信号、または、その他の制御信号に応じた量だけX駆動モータM6、Y駆動モータM5、Z駆動モータM7を駆動させる。同様に、固定土台42に取り付けられた焦点操作部材44は、撮影者が操作したときに、その停止位置を焦点操作部材位置センサS6によって検出され、システム制御部45へ出力される。システム制御部45は焦点操作部材位置センサS6の信号、または、その他の制御信号に応じた量だけフォーカスレンズ駆動モータM3を駆動させる。この眼底カメラでは上記の全てのセンサからの信号がシステム制御部45へ出力され、上記のすべてのモータがシステム制御部45により制御される。

図2は、第一実施形態におけるフォーカス合わせを説明する概要図である。この図2(a)、(b)はそれぞれ、撮像素子31上の観察像を示している。スプリット指標23Lおよび23Rは、スプリットユニット23によって投影された、被検眼28の瞳上で分割されたフォーカス指標を示している。スプリットユニット23とフォーカスレンズ30は、システム制御部45からの制御に基づいて連動して移動し、撮像素子31がスプリットユニット23と光学的に共役関係となっている。そのため、スプリットユニット23を光軸方向に移動させることで、スプリット指標23Lと23Rが撮像素子31上の観察像で移動するとともに、フォーカスレンズ30が光軸方向に連動して移動する。つまり、このスプリット指標23Lと23Rを、撮像素子31上で図2(a)の状態から図2(b)の状態（一直線）になるようにシステム制御部45がスプリットユニット23を制御することで、被検眼28の眼底とのフォーカスを自動的に行うことが可能である。

図3は、第一実施形態におけるプリズムを用いた位置合わせを説明する概要図である。図3は、図1で説明した前眼部観察光学系O6の撮像素子37上の観察像を示している。図1中の被検眼28の前眼部は、プリズム35により上下に分割され、撮像素子37上で図3(ｂ)のように観察者によって観察されている。

被検眼に対して前後方向のアライメントは以下によって行なわれる。プリズム35に入射した光は、プリズム35の上半分と下半分で相反する左右方向に屈折して分離される。このため、レンズ36による結像位置は被検眼28と筐体40の距離が適正作動距離よりも遠い場合はプリズムよりもレンズに近い側に結像し、観察像の上半分は右側に、下半分は左側にずれて結像される。よって、観察像の前後方向は観察像のずれ方向を検知することにより大まかに位置合わせが可能である。

また、被検眼に対して上下左右方向のアライメントは以下によって行なわれる。瞳孔以外の部分は反射光が多く反射して入ってくるために白く映り、一方で瞳孔は反射光が入らないので黒く映る。従って、このコントラスト差から瞳孔部Pを抽出可能となっていて、瞳孔位置を決定することができる。図3(ａ)では、上下に分割された瞳孔部Pのうち、下部の瞳孔部Pから、瞳孔中心P0を検出している。こうして検出した瞳孔中心P0が、図3(ｂ)に示している撮像素子31の画像中心Oに位置するように、本体駆動モータを動かすことで、被検眼28の前眼部とのアライメントを自動的に行なうことが可能となっている。

図4は、本実施形態において、撮影位置決めに利用するフレア発生の仕組みを説明する模式図である。図4は、眼底カメラ筐体と被検眼の距離である作動距離WDが変化した際の照明光束（図4斜線部）、及び、撮影光束(図4鎖線部)を示した図とその時の眼底画像を示している。図4(c)のようにWDが適切な距離である場合の光束図をみると、角膜バッフル25、観察リングスリット19、観察水晶体バッフル20を通過した照明光束は、各部材の共役面において結像され、図2に示す光束を形成する。このため、被検眼28の角膜から水晶体までの間において撮影光束と重なることがなく、フレアは発生しない。

しかし、WDが短くなると照明光束と撮影光束が重なってしまう領域に角膜が入ってきてしまう。このとき、照明光の一部が角膜によって反射してしまい、この反射光が撮影光束に入り込んでしまうため、角膜フレアが発生してしまう。すなわち、図4(b)のようにWDが適切な距離からやや短い位置では、照明光束と撮影光束と角膜の前面が重なり、この位置からWDが長くなると角膜フレアは現れなくなる。しかし、図4(a)のようにWDが短い位置では、被検眼が図中上方向に動くと照明光束と撮影光束が重なる領域に角膜前面が入ってきてしまい、角膜フレアの一部が画像に入り込んでしまう。ここで、被検眼は光軸を中心に略回転対称であるため、被検眼が眼底カメラに対して上下左右方向にずれた場合でも同様に角膜フレアの一部が画像に入り込んでしまう。

また、WDが長くなった場合も同様に、照明光束と撮影光束が重なってしまう領域に水晶体後面が入り込んでしまう。よって、照明光の一部が水晶体後面によって反射してしまい、この反射光が撮影光束に入り込んでしまうため、水晶体フレアが発生してしまう。すなわち、図4(d)のようにWDが適切な距離からやや長い位置では、照明光束と撮影光束と水晶体の後面が重なり、この位置からWDが短くなると水晶体フレアは現れなくなる。しかし、図4(e)のように、WDがやや長い位置では、被検眼が図中下方向に動くと照明光束と撮影光束が重なる領域に水晶体後面が入ってきてしまい、水晶体フレアの一部が画像に入り込んでしまう。ここで、被検眼は光軸を中心に略回転対称であるため、被検眼が眼底カメラに対して上下左右方向にずれた場合でも同様に水晶体フレアの一部が画像に入り込んでしまう。上述のようにフレアの見えなくなる位置には範囲があるが、フレアが見えなくなる範囲の端部近傍では上下左右の動きによりフレアが入り込みやすくなってしまう。

図5は、フレアの色情報から撮影に適したアライメント位置を判定するオートアライメントのフローチャートである。ステップ501では、撮影者は被検者に顎受け（不図示）に顎を乗せさせ、被検眼のＹ軸方向の位置が所定の高さになるように顎受け駆動機構（不図示）により調整する。撮影者は、モニター33に映されている被検眼Ｅの瞳孔が表示される位置まで本体操作部材43を操作し、撮影開始釦（不図示）を押下する。撮影開始釦が押下されると、オートアライメントが開始される。

ステップ502では、撮影者は図3で説明した方法で前眼部像アライメントを行う。撮影者はプリズム35のより前後方向のアライメント状態を判定し、観察像の上半分と下半分がずれて結像（図3（a））している場合は、図3（ｂ）に示すように、観察像の上半分と下半分がずれない方向に本体駆動モータを動かす。また、撮影者は上下左右方向のアライメントにより、瞳孔中心Pが撮像素子37の画像中心Oに位置するように、本体駆動モータを動かす。前眼部像アライメントが完了したらステップ503に進む。

ステップ503では、撮影者は観察光源17を点灯させ、撮像素子31で眼底観察像を撮像する。ステップ504では、撮影者はステップ503で撮像した画像に画像周辺部にフレアがないかどうかを検出する。フレアが入っていない場合には、ステップ508に進む。フレアが入っている場合はステップ505に進む。ステップ505では、撮影者はフレアの色を検出する。ステップ506では、撮影者はステップ505で検出したフレアの色に応じて、Z駆動モータM7を駆動させる方向を判定する。図４で説明したように、フレアの色が青の場合は、撮影者はWDが長い（眼底カメラ筐体と被検眼が遠い）と判定し、Z駆動モータM7の駆動方向は前方向と判定する。一方、フレアの色が赤い場合は、撮影者はWDが短い（眼底カメラ筐体と被検眼が近い）と判定し、Z駆動モータM7の駆動方向は後方向と判定する。ステップ507では、撮影者はステップ506で判定した駆動方向にZ駆動モータM7を駆動する。その後、ステップ503に戻り、フレアがなくなるまで上記手順を繰り返す。

ステップ508では、図2で説明した方法でフォーカス合わせを行う。図2（ｂ）に示すように、撮像素子31に撮像されるスプリット指標23R,23Lを、一直線になるようにフォーカスレンズ30を制御する。ステップ509では、アライメント及びフォーカスが完了状態となり、実際の検査のための眼底画像が撮影可能となる。撮影者は、撮影釦を押し撮影を行う。

以上説明したように、フレアの色情報をもとに前後方向のアライメントを行うことにより、アライメントの時間を短くすることができ、撮影までの時間を短縮できるため、撮影者及び被検者の負担を軽減することができる。なお、上記の説明では、フレアの色に応じてZ駆動モータを駆動する方向を判定していたが、さらにフレアの量に応じて移動量を指定してもよい。また、被検眼の角膜と水晶***置が個人差による多少異なる。フレアが入らない範囲の中心から角膜側にずらすことにより、水晶体のフレアの抜ける範囲が広くなるため、フレアが入らない範囲の中心から角膜側にずらした位置を前後方向のアライメント完了位置としてもよい。

図６は、フレアの色情報から撮影に適したアライメント位置を判定するマニュアルアライメントのフローチャートである。ステップ601では、撮影者は被検者に顎受け（不図示）に顎を乗せさせ、被検眼のＹ軸方向の位置が所定の高さになるように顎受け駆動機構（不図示）により調整する。モニタ33に映されている被検眼Ｅの瞳孔が表示される位置まで本体操作部材43を操作する。

ステップ602では、図３で説明した方法で前眼部像アライメントを行う。プリズム35のより前後方向のアライメント状態を撮影者が判断し、観察像の上半分と下半分がずれて結像（図３（a））している場合は、図３（ｂ）に示すように、観察像の上半分と下半分がずれない方向に本体操作部材43を操作する。また、上下左右方向のアライメントは、瞳孔中心P0が、モニタ33の中心になるように、撮影者が本体操作部材43を操作する。

ステップ603では、前眼アライメントが完了すると観察光源17を点灯し、撮像素子31で眼底観察像を撮像する。ステップ604では、ステップ603で撮像した画像に画像周辺部にフレアがないかどうかを検出する。フレアが入っていないと撮影者が判断した場合には、ステップ607に進む。フレアが入っていると判断した場合にはステップ605に進む。ステップ605では、フレアの色を検出する。ステップ606では、ステップ605で検出したフレアの色に応じて、モニタ33上に操作方向を指示する表示を行う。図４で説明したように、フレアの色が青の場合は、ＷＤが遠いと判定し、前方向に操作指示する表示を行う。フレアの色が赤い場合は、ＷＤが近いと判定し、後方向に操作指示する表示を行う。その後、撮影者は本体操作部材43を操作し、フレアがなくなるまで上記手順を繰り返す。

ステップ607では、図２で説明した方法でフォーカス合わせを行う。図２（ｂ）に示すように、撮像素子31に撮像されるスプリット指標23R,23Lを、一直線になるように本体操作部材43を操作し、フォーカスレンズ30を動かす。ステップ608では、アライメント及びフォーカスが完了状態となり、実際の検査のための眼底画像が撮影可能となる。撮影者は、撮影釦を押し撮影を行う。

このように、以上に述べた実施形態による眼底カメラでは、フレアの色情報をもとに前後方向のアライメント方向を撮影者に報知することにより、アライメントの時間を短くすることができる。また、撮影までの時間を短縮できるため、撮影者及び被検者の負担を軽減することができる。なお、以上に述べた実施形態では、被検眼28と筐体40間の距離WDを調節することを例にして説明したが、筐体40内に固定されている各構成と被検眼28との距離を調節するようにしても良い。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (10)

1. 被検眼の眼底に対して光を照らし、前記被検眼の眼底を撮影する撮影手段と、
   前記被検眼に対して前記撮影手段の異なる位置において前記撮影手段により撮影された、前記被検眼の眼底画像の周辺に現れるフレアの色に基づいて、前記撮影手段の位置を変化させる方向を決定する決定手段と、
   を有することを特徴とする眼科撮影装置。
2. 前記フレアの色は、赤または青であることを特徴とする請求項１に記載の眼科撮影装置。
3. 前記フレアの色が赤い場合、前記決定手段は前記位置を変化させる方向を前記被検眼に近づける方向に決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の眼科撮影装置。
4. 前記フレアの色が青い場合、前記決定手段は前記位置を変化させる方向を前記被検眼から離す方向に決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の眼科撮影装置。
5. 色が赤い前記フレアは角膜フレアであり、色が青い前記フレアは水晶体フレアであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
6. 前記被検眼に対する前記撮影手段の位置を変化させる変化手段を更に有し、
   前記変化手段は、前記決定手段によって決定された方向に、駆動モータにより前記位置を変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
7. 前記決定手段によって決定された方向を撮影者に指示する表示を行う表示手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
8. 前記撮影手段が撮影した眼底画像の周辺にフレアが現れない場合、前記被検眼の眼底に対するフォーカスを合わせる制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の眼科撮影装置。
9. 被検眼の眼底に対して光を照らし、前記被検眼の眼底を撮影する撮影手段を有する眼科撮影装置の制御方法であって、
   前記被検眼に対して前記撮影手段の異なる位置において前記撮影手段により撮影された、前記被検眼の眼底画像の周辺に現れるフレアの色に基づいて、前記撮影手段の位置を変化させる方向を決定する決定工程と、
   を有することを特徴とする眼科撮影装置の制御方法。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の眼科撮影装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。