JP7314392B2 - アイボックスを拡張するための動的照明器を有する網膜カメラ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年９月１８日に出願された米国特許仮出願第６２／９０２，２８６号の利益を主張する、２０２０年７月３０日に出願された米国特許出願第１６／９４３，８７９号に基づいており、その内容は両方とも参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して、網膜画像化技術に関連し、具体的には、排他的ではないが、網膜画像化のための照明技術に関連する。

網膜画像化は、多くの網膜疾患のスクリーニング、現場診断、および進行モニタリングのための、基本的な眼検査の一部である。従来の網膜カメラは、有害な画像アーチファクトをブロックする必要があるため、典型的には、アイボックスが非常に限られている。網膜カメラのアイボックスは、典型的には、網膜カメラの接眼レンズに対して定義される空間内の三次元領域であり、網膜の許容可能な画像を取得するために、眼の瞳孔または角膜の中心がその中に存在する必要がある。従来のアイボックスのサイズが小さいため、網膜カメラの位置合わせが困難である。

本発明の非限定的かつ非網羅的な実施形態を以下の図を参照して説明するが、特に指定されない限り、同様の参照番号は、様々な図全体を通して同様の部分を指す。必要に応じて、図面が煩雑にならないように、要素のすべての事例が必ずしも標識されているわけではない。図面は必ずしも縮尺通りではなく、説明されている原理を例解することに重点が置かれている。
本開示の実施形態による、動的照明器を有する網膜画像化システムを例解する。 本開示の一実施形態による、互いに平行に延在する一次照明アレイと二次照明アレイを有する動的照明器の様々な図を例解する。 本開示の一実施形態による、互いに平行に延在する一次照明アレイと二次照明アレイを有する動的照明器の様々な図を例解する。 本開示の一実施形態による、中央アパーチャの中心から半径方向に延在する一次照明アレイおよび二次照明アレイを有する動的照明器の様々な図を例解する。 本開示の一実施形態による、中央アパーチャの中心から半径方向に延在する一次照明アレイおよび二次照明アレイを有する動的照明器の様々な図を例解する。 眼の照明およびその結果として得られる入射光を例解する。 眼の照明およびその結果として得られる入射光を例解する。 ユーザの眼の位置決めに基づいてユーザの眼の網膜を適切に照明する動的照明器の例示的な領域と、ユーザの眼の位置決めに基づいて角膜反射からの画像アーチファクトを引き起こす例示的な領域を例解する。 ユーザの眼の位置決めに基づいてユーザの眼の網膜を適切に照明する動的照明器の例示的な領域と、ユーザの眼の位置決めに基づいて角膜反射からの画像アーチファクトを引き起こす例示的な領域を例解する。 本開示の一実施形態による、画像アーチファクトを含む網膜画像を例解する。 本開示の一実施形態による、画像アーチファクトを含む網膜画像を例解する。 本開示の実施形態による、網膜画像化システムの動作を例解するフローチャートである。

拡張されたアイボックスを有する動的照明器を有する網膜カメラのシステム、装置、および動作方法の実施形態が、本明細書に記載されている。以下の説明では、多くの具体的な詳細は、実施形態の徹底的な理解を提供するために、記載されている。しかしながら、関連技術の当業者は、本明細書に記載された技術が、具体的な詳細のうちの１つ以上を用いることなく、または他の方法、構成要素、材料などを用いて実施することができることを認識するであろう。他の事例では、周知の構造、材料、または動作は、特定の態様を不明瞭にすることを回避するように、詳細には図示または記載されていない。

本明細書全体を通して「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書全体を通して、様々な場所での「一実施形態では」または「実施形態では」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な様式で組み合わせることができる。

高忠実度の網膜画像は、多くの網膜疾患のスクリーニング、診断、およびモニタリングに重要である。このために、網膜画像の部分を閉塞するか、または別様に害する画像アーチファクトの事例を低減または排除することが望ましい。

図１は、本開示の実施形態による、動的照明器を有する網膜画像化システム１００を例解する。網膜画像化システム１００の例解された実施形態は、動的照明器１０５、画像センサ１１０、コントローラ１１５、ユーザインターフェース１２０、ディスプレイ１２５、位置合わせトラッカ１３０、および光リレーシステムを含む。光リレーシステムの例解された実施形態は、レンズ１３５、１４０、１４５、およびビームスプリッタ１５０を含む。動的照明器１０５の例解された実施形態は、中央アパーチャを取り囲む内側バッフル１５５および照明アレイ１６５を含む。

光リレーシステムは、動的照明器１０５から出力された照明光１８０を、眼１７０の瞳孔を通る照明経路に沿って方向付けて（例えば、通過または反射させて）、網膜１７５を照明すると同時に、網膜１７５（すなわち、網膜画像）の画像光１８５を、画像センサ１１０への画像経路に沿って方向付けるように機能する。画像光１８５は、網膜１７５からの照明光１８０の散乱反射によって形成される。例解された実施形態では、光リレーシステムは、ビームスプリッタ１５０をさらに含み、ビームスプリッタ１５０は、画像光１８５の少なくとも一部を画像センサ１１０に通過させると同時に、ディスプレイ１２５から出力されたディスプレイ光１９０を眼１７０に方向付ける。ビームスプリッタ１５０は、偏光ビームスプリッタ、非偏光ビームスプリッタ（例えば、９０％透過および１０％反射、５０／５０ビームスプリッタなど）、ダイクロイックビームスプリッタ、または他のものとして実装され得る。光リレーシステムは、レンズ１３５、１４０、および１４５などのいくつかのレンズを含み、必要に応じて様々な光路に焦点を合わせる。例えば、レンズ１３５は、動作中にアイレリーフ１９５だけ眼１７０の角膜から変位する接眼レンズを集合的に形成する１つ以上のレンズ化要素を含み得る。レンズ１４０は、画像光１８５を画像センサ１１０に焦点を合わせるための１つ以上のレンズ要素を含み得る。レンズ１４５は、ディスプレイ光１９０を集束させるための１つ以上のレンズ要素を含み得る。光リレーシステムは、いくつかの様々な光学要素（例えば、レンズ、反射面、回折面など）で実装され得ることを理解されたい。

画像センサ１１０は、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルの光を感知し得る。画像センサ１１０は、別個の可視光および赤外画像センサ、または可視光および赤外光の両方を感知することができる単一の画像センサを含み得る。

一実施形態では、ディスプレイ１２５から出力されるディスプレイ光１９０は、固視標または他の視覚刺激である。固視標は、患者に視覚的フィードバックを提供することによって網膜画像化システム１００と眼１７０との間の位置合わせを得るのを助けることができるだけでなく、患者が自身の視力に適応させることができる固視標を患者に与え得る。ディスプレイ１２５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、様々な照明された形状（例えば、照明された十字または同心円）、または他のものを含む様々な技術で実装され得る。

コントローラ１１５は、画像センサ１１０、ディスプレイ１２５、動的照明器１０５、および位置合わせトラッカ１３０に結合されて、それらの動作を管理する。コントローラ１１５は、コントローラ１１５によって実行されると、コントローラ１１５が画像センサ１１０、ディスプレイ１２５、動的照明器１０５、および位置合わせトラッカ１３０を制御するようにするロジックを含み得る。

コントローラ１１５は、マイクロコントローラ上で実行されるソフトウェア／ファームウェアロジック、ハードウェアロジック（例えば、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなど）、またはソフトウェアとハードウェアロジックとの組み合わせを含み得る。図１は、コントローラ１１５を異なる機能要素として例解するが、コントローラ１１５によって実行される論理的機能は、いくつかのハードウェア要素にわたって分散され得る。コントローラ１１５は、入力／出力（Ｉ／Ｏポート）、通信システム、または他のものをさらに含み得る。コントローラ１１５は、ユーザインターフェース１２０に結合されて、ユーザ入力を受信し、網膜画像化システム１００に対するユーザ制御を提供する。ユーザインターフェース１２０は、１つ以上のボタン、ダイヤル、フィードバックディスプレイ、インジケータライトなどを含み得る。

画像センサ１１０は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサ、電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサ、または他のものなどの様々な画像化技術を使用して実装され得る。一実施形態では、画像センサ１１０は、網膜画像を記憶するためのオンボードメモリバッファまたは付属のメモリを含む。

位置合わせトラッカ１３０は、眼１７０の注視方向１７１を含む、網膜画像化システム１００と眼１７０との間の位置合わせを追跡するように動作する。位置合わせトラッカ１３０は、瞳孔追跡、網膜追跡、虹彩追跡、または他のものを含む、眼１７０および網膜画像化システム１００の相対位置を追跡するための様々な異なる技術を使用して動作し得る。これらの様々な追跡技術は、網膜画像化システム１００によって使用されて、網膜画像化システムに対する眼球１７０の相対位置、ならびに眼球１７０の注視方向１７１を判定し得る。一実施形態では、位置合わせトラッカ１３０は、ＩＲ光を介して眼１７０を追跡するための１つ以上の赤外線（ＩＲ）エミッタを含む視線追跡カメラである。

動作中、コントローラ１１５は、動的照明器１０５および網膜画像センサ１１０を動作させて、１つ以上の網膜画像をキャプチャする。動的照明器１０５は、その照明パターンが静的ではないという点で動的であるが、むしろ、眼１７０との判定された位置合わせに基づいて、コントローラ１１５の影響下で動的に変更される（以下で詳細に考察される）。照明光１８０は、網膜１７５を照明するために眼１７０の瞳孔を通るように方向付けられる。網膜１７５からの散乱反射は、内側バッフル１５５のアパーチャを通って画像経路に沿って画像センサ１１０に戻るように方向付けられる。内側バッフル１５５は、網膜画像を別様に害する有害な反射および光散乱を遮断する一方で、画像光自体を通過させるように動作する。動的照明器１０５によって出力される照明パターンは、有害な画像アーチファクトを低減するために、現行の位置合わせに基づいて選択される。画像アーチファクトは、眼１７０内の人間の水晶体による光散乱、角膜／虹彩からの反射、または網膜１７５からの照明光１８０の直接鏡面反射からさえ生じ得る。網膜１７５または角膜／虹彩からの直接鏡面反射は、網膜画像に色あせた領域を生成する可能性がある。動的照明器１０５から出力される照明パターンの動的変化は、これらの鏡面反射を画像経路から軸外に方向付けるのに役立ち、したがって、内側バッフル１５５によって遮断される。

図２Ａおよび２Ｂは、本開示の実施形態による、互いに平行に延在する一次照明アレイ２２０および二次照明アレイ２３０（一部のみがラベル付けされている）を有する動的照明器２００の様々な図を例解する。動的照明器２００は、図１に例解される動的照明器１０５の一例であり得る。図２Ａに例解されるように、動的照明器２００は、内側光源リング２４０、一次照明アレイ２２０、二次照明アレイ２３０、内側バッフル２１２、外側バッフル２１４、および本体２５０を含み得る。

内側光源リング２４０、一次照明アレイ２２０、二次照明アレイ２３０、内側バッフル２１２、および外側バッフル２１４は、本体２５０に取り付けられるか、またはそうでなければ接続され得る。いくつかの実施形態では、内側光源リング２４０、一次照明アレイ２２０、および二次照明アレイ２３０は、単一の平面で本体２５０に取り付けられ得る。他の実施形態では、内側光源リング２４０、一次照明アレイ２２０、および二次照明アレイ２３０は、異なる平面で、または異なる平面（眼１７０からの異なる距離）で個々のＬＥＤを用いて本体２５０に取り付けられ得る。

内側バッフル２１２は、動的照明器２００の中央開口部を画定し得る。外側バッフル２１４は、内側光源リング２４０と一次および二次照明アレイ２２０、２３０との間に位置し得る。内側光源リング２４０、一次照明アレイ２２０、および二次照明アレイ２３０は、本体２５０上または本体２５０内に配置され得る。一実施形態では、本体２５０は、モノリシックハウジング構造である。他の実施形態では、本体２５０は、互いに接続する複数の構成要素から製作され得る。本体２５０は、プラスチック、金属、または他のものから製作され得る。

内側バッフル２１２および外側バッフル２１４は、戦略的に眼１７０に影を落として、内側光源リング２４０からの照明の発散パターンを制限する。眼が完全に位置合わせされているとき、内側バッフル２１２および外側バッフル２１４によって落とされた影は、角膜および水晶体での有害な反射を低減するために、角膜面および眼１７０の水晶体の中心に影を落とす。

内側光源リング２４０は、いくつかの内側光源２４５を含み得る。例えば、図２Ａに例解されるように、内側光源リング２４０は、８つの内側光源２４５を含み得る。他の例示的な実施形態は、４つ以上の内側光源２４５を含み得る。内側光源２４５は、内側バッフル２１２によって画定される中央開口部の周りにリング状に配置され得、各内側光源２４５は、中央開口部の中心から同じ半径方向距離を有する。内側光源２４５は、中央開口部の周りに等しく離間され得る。各内側光源２４５は、可視光源２４１と、可視光源２４１のいずれかの側に一対の赤外線光源２４２とを含み得る。個々の可視光源２４１および赤外線光源２４２の個々の制御を含む内側光源リング２４０の照明は、コントローラ１１５によって制御され得る。

一次照明アレイ２２０は、一次照明アレイ２２０が、内側光源リング２４０の外側の中央アパーチャから放射軸に沿って延在するように、中央アパーチャの周りに配置され得る。図２Ａに例解されるように、動的照明器２００は、８つの一次照明アレイ２２０を含み得る。異なる数の一次照明アレイ２２０を用いる他の実施形態もまた、可能である。各一次照明アレイ２２０は、中央アパーチャの中心から半径方向外向きの方向に延在し得、中央アパーチャの中心の周りに等しく離間され得る。内側光源リング２４０の内側光源２４５の各々は、一次照明アレイ２２０の半径方向軸のうちの１つとして共通の極角を共有し得る。

各一次照明アレイ２２０は、複数の一次光源２２５からなり得る。一次照明アレイ２２０は、４つの一次光源２２５を含み得る。他の例示的な実施形態における一次照明アレイ２２０は、異なる数の一次光源２２５を含み得る。各一次光源２２５は、可視光源２２１と、可視光源２２１のいずれかの側に一対の赤外線光源２２２とを含み得る。各一次光源２２５は、中央アパーチャの中心からの異なる半径方向距離を有し得る。個々の可視光源２２１および赤外線光源２２２の個々の制御を含む一次光源２２５の照明は、コントローラ１１５によって制御され得る。

各二次照明アレイ２３０は、本体２５０上の一次照明アレイ２２０（または近接する一次照明アレイ２２０）のうちの１つの隣に配置され得る。図２Ａに例解されるように、動的照明器２００は、８つの二次照明アレイ２３０を含み得る。異なる数の二次照明アレイ２３０を用いる他の実施形態もまた可能である。二次照明アレイ２３０は、内側光源リング２４０の外側の中央アパーチャから延在する二次軸に沿って配置され得る。二次照明アレイ２３０の二次軸は、一次照明アレイ２２０の隣接するものの間に角度を付けて配置される。言い換えると、各二次照明アレイ２３０は、中央アパーチャから離れる方向に、そして近接する一次照明アレイ２２０に平行に延在し得る。各二次照明アレイは、中央アパーチャから離れて延在し得るが、中央アパーチャの中心から半径方向外向きには延在しない場合がある。二次照明アレイ２３０は、３つの二次光源２３５を含み得る。他の例示的な実施形態では、二次照明アレイ２３０は、異なる数の二次光源２３５を含み得る。二次光源２３５の各々は、近接する一次照明アレイ２２０内の一次光源の各々の半径方向距離とは異なる、中央アパーチャの中心からの半径方向距離を有するように、一次光源２２５からオフセットされる。したがって、二次光源２３５は、隣接する一次光源２２５の間に中間間隔を提供する。この中間間隔は、一次光源２２５の物理的サイズが別の方法で直線に編成されたときに可能になる場合よりも小さいピッチを有する。そのため、二次光源２３５は、網膜画像化中に照明の場所を選択するための増加された粒度を提供する。

各二次光源２３５は、可視光源２３１と、可視光源２３１のいずれかの側に一対の赤外線光源２３２とを含み得る。二次照明アレイ２３０のうちの１つにおける各二次光源２３５は、中央アパーチャの中心からの異なる半径方向距離を有し得る。二次光源２３５の各々の中心アパーチャからの半径方向距離は、近接する一次照明アレイ２２０の一次光源２３５のうちの２つの間の半径方向距離のうちの２つの間にあり得る。言い換えると、各二次光源２３５は、近接する一次照明アレイ２２０内の一次光源２２５とは異なる、中央アパーチャの中心からの半径方向距離を有し得る。個々の可視光源２３１および赤外線光源２３２の個々の制御を含む二次光源２３５の照明は、コントローラ１１５によって制御され得る。照明光１８０は、可視光源２２１、２３１、２４１のいずれか、または可視光源２２１、２３１、２４１の組み合わせから到来し得る。可視光源２２１、２３１、２４１は、白色光ＬＥＤであり得る。赤外線光源２２２、２３２、２４２は、赤外線ＬＥＤであり得る。

図２Ｂは、異なる視点からの動的照明器２００を例解する。例解されるように、外側バッフル２１４は、内側バッフル２１２よりも短い。一次および二次光源２２５、２３５は、本体２５０の空洞に配置され得る。これらの空洞はまた、外側バッフル２１４の外部の各光源の発散パターンを制限するための光バッフルを形成する。

図３Ａおよび３Ｂは、本開示の実施形態による、中央アパーチャの中心から半径方向に延在する一次照明アレイ３２０および二次照明アレイ３３０を有する動的照明器３００の様々な図を例解する。動的照明器３００は、図１に例解される動的照明器１１５の別の例であり得る。動的照明器３００は、二次照明アレイ３３０が一次照明アレイ３２０の１つに平行ではなく、中央アパーチャの中心から半径方向に延在することを除いて、動的照明器２００と同様である。

したがって、本体３５０、内側バッフル３１２、および外側バッフル３１４は、それぞれ、本体２５０、内側バッフル２１２、および外側バッフル２１４と同様であり得る。内側光源リング３４０、内側光源３４５、可視光源３４１および赤外線光源３４２は、それぞれ、内側光源リング２４０、内側光源２４５、可視光源２４１および赤外線光源２４２と同様であり得る。一次照明アレイ３２０、一次光源３２５、可視光源３２１、および赤外線光源３２２は、それぞれ、一次照明アレイ２２０、一次光源２２５、可視光源２２１、および赤外線光源２２２と同様であり得る。二次照明アレイ３３０、二次光源３３５、可視光源３３１、および赤外線光源３３２は、本体３５０上のそれらの場所を除いて、それぞれ、二次照明アレイ２３０、二次光源２３５、可視光源２３１、および赤外線光源２３２と同様であり得る。

二次照明アレイ３３０は、中央アパーチャの中心から半径方向外向きに二次軸に沿って延在するように配置し得る。各二次照明アレイ３３０は、一次照明アレイ３２０のうちの２つ（近接する一次照明アレイ３２０）の間に等しく離間され得る。言い換えると、一次照明アレイ３２０および二次照明アレイ３３０は、中央アパーチャの周りに角度的に等しく離間される。各二次照明アレイ３３０は、複数の二次光源３３５からなり得る。各二次光源３３５は、可視光源３３１と、可視光源３３１のいずれかの側に一対の赤外線光源３３２と、を含み得る。二次照明アレイ３２０のうちの１つにおける各二次光源３３５は、中央アパーチャの中心からの異なる半径方向距離を有し得る。二次光源３３５の各々の中心アパーチャからの半径方向距離は、近接する一次照明アレイ３２０の一次光源３３５の半径方向距離のうちの２つの間にあり得る。言い換えると、各二次光源２３５は、中央アパーチャの中心から、近接する一次照明アレイ３２０内の一次光源３２５とは異なる半径方向距離を有し得る。個々の可視光源３３１および赤外線光源３３２の個々の制御を含む二次光源３３５の照明は、コントローラ１１５によって制御され得る。照明光１８０は、可視光源３２１、３３１、３４１のいずれか、または可視光源３２１、３３１、３４１の組み合わせから到来し得る。

図４Ａおよび４Ｂは、眼１７０の照明およびその結果として得られる入射光を例解する。図４Ａに例解されるように、網膜を照明するために、照明光４０５は、角膜面、虹彩面、および水晶体を通過する。画像光４０３はまた、それが眼１７０を離れるときに、水晶体、虹彩面、および角膜面を通過する。照明光４０５が角膜面、虹彩面、および水晶体を通過するとき、有害な反射が生じる可能性がある。これらの有害な反射によって、画像センサ１１０によってキャプチャされた画像の部分が洗い流されるか、またはそうでなければ使用不可になり得る。角膜面からの反射は、特に懸念され得る。

図４Ｂは、反射４０７が画像センサ１１０によって受け取られたときに照明光と重なる場合に、照明光４０５が、どのように画像光４０３から画像の一部分を不鮮明にし得る反射４０７を引き起こし得るかを示している。照明光４０７が角膜面を通過する角度は、反射４０７が画像光と重なるかどうかを判定する。

図５Ａおよび５Ｂは、ユーザの眼１７０の位置決めに基づいてユーザの眼の網膜１７５を適切に照明する動的照明器２００の例示的な領域と、ユーザの眼の位置決めに基づいて角膜反射からの画像アーチファクトを引き起こす例示的な領域を例解する。動的照明器２００は、例示的な目的のために使用される。動的照明器２００の領域の説明は、動的照明器３００または他の例示的な実施形態に等しく適用される。

上記のように、照明光４０７が角膜面に入る角度は、反射４０７が画像光４０３と重なるかどうかを判定する。照明光４０７が瞳孔を通過する角度は、網膜１７５全体が網膜画像化のために十分に照明されているかどうかを判定する。眼１７０を網膜画像化システム１００と位置合わせすると、動的照明器１０５の特定の領域で可視光源２２１、２３１、２４１から出射された光が網膜１７５を異なる程度に照明するようになる。例えば、全照明領域５０４の可視光源２２１、２３１、２４１は、網膜１７５を完全に照明するが、他の領域の可視光源２２１、２３１、２４１は、網膜１７５を部分的にのみ照明する。したがって、１つの可視光源２２１、２３１、２４１のみで網膜１７５を完全に照明することが可能である。眼１７０が動く場合、全照明領域５０４は対応する様式で動くことになり、異なる可視光源２２１、２３１、２４１は網膜１７５を完全に照明することができる。

眼１７０と網膜画像化システム１００との位置合わせにより、動的照明器１０５の特定の領域で可視光源２２１、２３１、２４１から出射される光が、網膜１７５の部分を不鮮明にする反射を引き起こすことになる。これらの反射は、有害な画像アーチファクトの例である。例えば、反射領域５０２における可視光源２２１、２３１、２４１は、画像光４０３と重なる眼１７０の角膜面からの反射を引き起こし得る。全照明領域５０４および反射領域５０２のサイズおよび形状は、眼１７０の形状およびサイズ、ならびに眼１７０と網膜画像化システム１００との位置合わせによって判定される。

図５Ａは、眼１７０が網膜画像化システム１００と完全に位置合わせされた場合を例解する。この場合、全照明領域５０４および反射領域５０２は、中央アパーチャ内にあり、光源は、網膜１７５を完全に照明することはできない。しかしながら、内側光源リング２４０内のすべての可視光源２４１からの光の組み合わせは、網膜１７５を一緒に照明することができる。ほぼ完全な位置合わせ（わずかな位置ずれ）の同様の場合、可視光源リング２４０内の可視光源２４１は、反射領域５０２が可視光源２４１のいずれとも重ならない限り、画像センサ１１０によってキャプチャされた画像において反射することなく網膜１７５を一緒に照明することができる。内側バッフル２１２および外側バッフル２１４は、一次および二次光源２２５、２３５よりも内側光源リング２４０の反射領域５０２を小さくする。

図５Ａに例解されるように、眼１７０の位置合わせが完全に近いほど、全照明領域５０４および反射領域５０２は動的照明器１０５の中心において同心円になる（中央アパーチャの中心と位置合わせされる）。位置合わせが完全から離れるにつれて、全照明領域５０４および反射領域５０２の形状および場所は変化する。

位置ずれは、有害な角膜反射、水晶体からの屈折散乱、および撮像アパーチャの閉塞につながる可能性がある。従来の画像化システムは、比較的小さなアイボックスを有しており、画像アーチファクトが画像経路に入るのを回避するために正確な位置合わせが必要である。動的照明器２００、３００は、２つの異なる照明アーキテクチャを組み合わせている。１つは、眼が眼の光軸または注視方向（内側光源リング２４０、３４０）とほぼ位置合わせされている場合であり、１つは、眼が眼の光軸または注視方向（一次および二次照明アレイ２２０、３２０、２３０、３３０）からオフセットされている場合である。これらの２つの照明アーキテクチャを動的に切り替えることにより、本明細書に記載の網膜画像化システムのアイボックスは、従来のリング照明器の２倍以上拡張することができる。

眼１７０が網膜画像化システム１００に対して横方向にシフトするとき、全照明領域５０４および反射領域５０２は、横方向にシフトし得る。また、全照明領域５０４と反射領域５０２の相対的な動きは、全照明領域５０４が反射領域５０２よりも大きくシフトするように異なり得る。このタイプの位置ずれは、網膜画像化システム１００を調整することによって、または以下に説明する照明プロセスによって手動で修正し得る。

図５Ｂに例解されるように、眼１７０が角度的に適所をはずれている場合（瞳孔が正確に中央アパーチャに方向付けられないように）、全照明領域５０４および反射領域５０２の形状は、中央アパーチャの中心から離れ、中央アパーチャの中心に向かう方向に垂直な方向に伸び得る。このタイプの位置ずれは、人が単一の場所に眼を集中させようとしているときでさえ、人の眼が絶えず動くので、網膜画像化システム１００を手動で調整することによって調整するのが難しい場合がある。

一次および二次画像アレイ２２０、２３０は、いずれかのタイプの位置ずれ（横方向または角方向）を補償するために使用され得る。一次および二次光源２２５、２３５は、瞳孔のサイズが約４～１０ミリメートルの眼１７０の通常の動きによって引き起こされる中程度の位置ずれに対して、反射領域５０２ではなく、全照明領域５０４に１つの可視光源２２１、２３１を有するために配置される。反射領域５０２の外側の全照明領域５０４の領域は、必要な電力レベルで動作するＬＥＤ間の距離の実際的な制限と比較して、相対的に小さくてもよい。さらに、照明領域は、中央アパーチャの中心に向かう方向に垂直な方向に延在するため、中央アパーチャの中心までの半径方向距離は、光源の半径方向角度よりも重要になる。したがって、第１の光源２２５および第２の光源２３５は、中央アパーチャの中心までの異なる半径方向距離を有し、その結果、可視光源２２１、２３１のうちの少なくとも１つは、全照明領域５０４内に、かつ反射領域５０２の外側にある。

図５Ｂは、第１、第２、第３、および第４の一次光源２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃ、２２５Ｄ、ならびに第１、第２、および第３の二次光源２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃを含む。図５Ｂに例解されるように、第１および第２の一次光源２２５Ａ、２２５Ｂは、反射領域５０２内にある。第３および第４の一次光源２２５Ｃ、２２５Ｄは、全照明領域の外側にあり、網膜１７５の部分的な照明のみを提供するであろう。しかしながら、第２の二次光源２３５Ｂは、全照明領域５０４にあり、反射領域５０２にはない。したがって、第２の二次光源２３５Ｂからの角膜反射なしに、網膜１７５の適切な照明を達成することが可能となり得る。したがって、中程度の位置ずれは、第２の二次光源２３５Ｂを使用することによって補償され得る。

図６Ａおよび６Ｂは、本開示の一実施形態による、画像アーチファクトを含む網膜画像を例解する。図６Ａは、画像アーチファクト６０５を有する可視光源２２１、２３１、２４１のうちの１つを用いて可視光で撮影された例示的な網膜画像６０１を例解する。画像アーチファクト６０５は、網膜画像化システムと眼との間の位置ずれにより、迷光と照明源２２１、２３１、２４１からの有害な反射とが画像経路に入り、最終的に網膜画像光で画像センサによってキャプチャされるときに発生し得る。

図６Ｂは、画像アーチファクト６０７を伴う図６Ａからの可視光源２２１、２３１、２４１と同じ光源からの一対の赤外線光源２２２、２３２、２４２を用いて赤外線で撮影された例示的な赤外線網膜画像６０２を例解する。見てわかるように、赤外線網膜画像６０２のアーチファクト６０７は、網膜画像６０１のアーチファクト６０５とほぼ同じ赤外線画像６０２の領域にある。したがって、赤外線網膜画像６０２のアーチファクト６０７の場所は、アーチファクト６０５が可視光の網膜画像６０１のどこに現れ得るか（赤外線網膜画像６０２のアーチファクト６０７の間）を示す。

赤外線は人間の眼には見えない。したがって、眼は可視光と同じようには赤外線に反応（例えば、まぶたを閉じる、瞳孔のサイズを制限する、または眼をそらす）しない。したがって、可視光源２２１、２３１、２４１、３２１、３３１、３４１を使用して適切な照明でかつ有害な画像アーチファクトを伴わない可視光で網膜１７５を画像化し得るかどうかを、迅速な画像処理と組み合わせた赤外光で網膜画像を撮影することを使用して判定し得る。

図７は、本開示の実施形態による、網膜画像化システム１００の動作のためのプロセス７００を例解するフローチャートである。プロセスブロックの一部または全部がプロセス７００に現れる順序は、限定的なものとみなされるべきではない。むしろ、本開示の利益を有する当業者は、プロセスブロックの一部が、例解されていない様々な順序で、または並列でも実行され得ることを理解するであろう。プロセス７００は、コントローラ１１５によって制御され得る。

プロセスブロック７０５において、網膜画像化プロセスが開始される。開始は、ユーザがユーザインターフェース１２０から電源ボタンを選択することを含み得る。プロセスブロック７１０において、位置合わせトラッカ１３０は、網膜カメラシステム１００と眼１７０との間の位置合わせの追跡および判定を開始する。特に、追跡は、接眼レンズ１３５と眼１７０の瞳孔、虹彩、または網膜との間の相対的な測定値として判定され得る。瞳孔追跡、虹彩追跡、網膜追跡、試行錯誤などを含む様々な異なる位置合わせ追跡技術を実装し得る。位置合わせ追跡は、画像取得中に網膜１７５を照明するために照明スキームのうちのどれを使用すべきかを判定するために使用される。これらの照明スキーム間の遷移は、相対的な位置合わせが中央の位置合わせとオフセットの位置合わせとの間をふらつくため、急に起こるかまたはその間でスムーズにフェードし得る。

決定ブロック７１５において、網膜カメラシステム１００が、定義された閾値内で注視方向１７１（例えば、眼１７０の光軸）と中央に位置合わせされていると判定された場合、プロセス７００は、プロセスブロック７２０に続く。位置合わせは、位置合わせトラッカを使用して眼１７０の全体的な位置合わせを判定することによって、および／または赤外線光源２４２、３４２を使用して網膜１７５を照明する赤外線画像をキャプチャすることによって、中央に位置合わせされていると判定され得る。画像の画像分析が、網膜１７５が有害な介在物なしに完全に照明されていることを示す場合、コントローラ１１５は、網膜カメラシステム１００が注視方向１７１と中央に位置合わせされていると判定し得る。

プロセスブロック７２０において、動的照明器１０５は、コントローラ１１５によって動作し、内側光源リング２４０、３４０の内側光源２４５、３４５のすべてをオンすることによって、眼１７０の瞳孔を通して網膜１７５を照明するための円形照明パターンを生成する。

可視光源２４１、３４１の出射発散パターンは、内側および外側バッフル２１２、３１２、２１４、３１４、ならびに内側バッフル２１２、３１２によって落とされる影によって制限および制御される。内側バッフル２１２、３１２は、眼１７０において有害な散乱を引き起こすであろう可視光源２４１、３４１から出力された照明光の一部を遮断するのに役立つ。内側バッフル３０５は、反射（角膜面および水晶体の垂直部分）によって画像センサ１１０によってキャプチャされた画像アーチファクトを低減させる眼の構造に戦略的に照明の影を落とす。

プロセスブロック７３０において、網膜像は、内側バッフル２１２、３１２によって画定された中央アパーチャを通過する一方で、内側バッフル２１２、３１２は、有害な反射および他の漂遊屈折をさらに遮断する。次に、プロセスブロック７４０において、画像センサ１１０は、網膜画像を形成する画像光１８５を取得する。プロセスブロック７２０、７３０、および７４０の動作は、数回実行され得る。または、言い換えると、いくつかの網膜画像がすばやく連続してキャプチャされ得る。眼１７０が可視光源の明るいフラッシュに反応する前に、一般に、６～２０の画像をキャプチャすることができる。したがって、プロセスブロック７２０、７３０、および７４０の動作は、連続して約２０回まで実行され得る。

プロセスブロック７５０において、コントローラは、網膜画像（または複数の網膜画像）を処理して、適切な画質を確保し得る。例えば、網膜の適切な照明および有害な画像アーチファクトに対するチェックを行うために、画像処理が行われ得る。画像処理中に、網膜画像を組み合わせて（例えば、画像スタッキング）、網膜画像から有害な画像の介在物を除外し得る。

決定ブロック７１５に戻ると、網膜カメラシステム１００は、定義された閾値（中程度の位置ずれ）によって注視方向１７１からオフセットされていると判定された場合、プロセス７００は、プロセスブロック７６０に続く。プロセスブロック７６０において、オフセットの方向および量は、赤外線光源２２２、２３２、３２２、３３２を使用して推定される。オフセットの方向および量は、いくつかの異なる方式で推定され得る。

第１の実施例として、位置合わせトラッカ１３０は、ユーザの注視のオフセットの方向を検出し得る。次に、検出されたオフセット方向の一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５の赤外線光源２２２、３２２、２３２、３３２を使用して、赤外線網膜画像をキャプチャして、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちのどれが視覚スペクトルに有害な画像アーチファクトなしに網膜１７５の適切な照明を提供し得るかを判定し得る。

第２の実施例として、プロセスブロック７１０で撮影された赤外線網膜画像を使用して、網膜画像の照明パターンを分析することによってオフセットの方向を判定し得る。次に、判定されたオフセット方向の一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５の赤外線光源２２２、３２２、２３２、３３２を使用して、赤外線網膜画像をキャプチャして、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちのどれが視覚スペクトルに有害な画像アーチファクトのない網膜１７５の適切な照明を提供し得るかを判定し得る。

第３の実施例として、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５の赤外線光源２２２、３２２、２３２、３３２を使用して推測およびチェックする方法を使用して、オフセットの方向および量を推定し得る。

プロセスブロック７７０において、キャプチャされた赤外線網膜画像は、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のどの可視光源２２１、３２１、２３１、３３１が視覚スペクトルに有害な画像アーチファクトのない網膜１７５の適切な照明を提供し得るかを判定するために、コントローラ１１５によって処理され得る。一次光源および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５の同じものに対しても、赤外線光源２２２、３２２、２３２、３３２および可視光源２２１、３２１、２３１、３３１を使用してキャプチャされた網膜画像の間には、照明および画像アーチファクトにいくつかの違いが存在する。また、上記のように、人間の眼は常に動く。さらに、上記のように、眼が可視光に反応する前に、一般に、６～２０の網膜画像を可視光でキャプチャし得る。したがって、コントローラ１１５は、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちの１つからの可視光照明を使用して網膜画像を最初にキャプチャすることを決定し得る。コントローラ１１５はまた、後続の画像を迅速に連続してキャプチャするために、どの他の一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５を使用するかを判定し得る。例えば、コントローラ１１５は、一次照明アレイ２２０、３２０のうちの１つにおける一次光源２２５、３２５の各々、および二次照明アレイ２３０、３３０のうちの１つにおける二次光源２３５、３３５の各々から網膜画像をキャプチャすることを決定し得る。コントローラ１１５はまた、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちの１つを使用して複数の網膜画像をキャプチャすることを決定し得る。

代替的または追加的に、コントローラ１１５は、一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちの複数を使用して網膜画像をキャプチャすることを決定し得る。例えば、異なる一次および二次照明アレイ２２０、３２０、２３０、３３０の一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちの複数を使用して、単一の一次または二次光源２２５、３２５、２３５、３３５からの網膜の不十分な照明を補償し得る。言い換えると、コントローラ１１５は、網膜画像をキャプチャしながら網膜１７５を照明するために、一次光源２２５、３２５、２３５、３３５の組み合わせを使用することを決定し得る。

プロセスブロック７８０において、動的照明器１０５は、コントローラ１１５によって動作して、眼１７０の瞳孔を通して網膜１７５を照明するための照明パターン（一次および二次光源２２５、３２５、２３５、３３５のうちの１つ以上を使用して）を生成する。次に、画像光は、プロセスブロック７３０で中央アパーチャを通過する。プロセスブロック７４０において、画像センサ１１０はまた、網膜画像をキャプチャするためにコントローラ１１５によって制御される。複数の網膜画像がすばやく連続してキャプチャされ得る。

プロセスブロック７５０で、コントローラ１１５は、網膜画像を処理して、網膜画像のいずれかが、有害な画像アーチファクトのない網膜の適切な照明を有するかどうかを判定し得る。コントローラ１１５はまた、網膜画像を一緒に組み合わせて、有害な画像アーチファクトを除去するか、または不十分な照明による網膜画像の領域を埋め得る。

上記で説明したプロセスは、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの観点から説明されている。説明された技術は、機械によって実行されると、説明された動作を機械に実行させる、有形のまたは非一時的な機械（例えば、コンピュータ）可読記憶媒体内で具現化される機械実行可能命令を構成し得る。さらに、プロセスは、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）または他のものなどのハードウェア内に具現化され得る。

有形の機械可読記憶媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワークデバイス、個人情報端末、製造ツール、１つ以上のプロセッサのセットを有する任意のデバイスなど）がアクセス可能な非一時的形態の情報を提供（すなわち、記憶）する任意のメカニズムを含む。例えば、機械可読記憶媒体は、記録可能／記録不可能な媒体（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）を含む。

要約中に記載されているものを含む、本発明の例解された実施形態の上記の説明は、網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図していない。本発明の特定の実施形態、およびその実施例は、例解目的のために本明細書に記載されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲内で様々な修正が可能である。

これらの修正は、上記の詳細な説明に照らして、本発明に対して行うことができる。以下の特許請求の範囲で使用される用語は、本発明を本明細書に開示された特定の実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって完全に決定されるべきであり、それらは、特許請求項解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 動的照明器であって、
   中央アパーチャと、
   前記中央アパーチャの周りに配置された内側光源リングと、
   前記内側光源リングの外側の前記中央アパーチャから半径方向軸に沿って延在する複数の一次照明アレイであって、前記複数の一次照明アレイが、各々、複数の一次光源を含む、複数の一次照明アレイと、
   前記内側光源リングの外側の前記中央アパーチャから延在する二次軸に沿って配置された複数の二次照明アレイであって、前記複数の二次照明アレイが、各々、複数の二次光源を含み、前記二次照明アレイの前記二次軸が、前記一次照明アレイのうちの隣接するものの間に角度を付けて配置されており、前記二次光源の各々が、前記一次照明アレイのうちの前記隣接するものにおける前記一次光源の各々の半径方向距離とは異なる、前記中央アパーチャの中心からの半径方向距離を有するように、前記一次光源からオフセットされている、複数の二次照明アレイと、を備える、動的照明器。
2. 前記一次光源の各々、前記二次光源の各々、および前記内側光源の各々が、可視光源および赤外線光源を含む、請求項１に記載の動的照明器。
3. 前記中央アパーチャを画定し、かつ前記内側光源リングの半径方向内側に配置された内側バッフルをさらに備える、請求項１に記載の動的照明器。
4. 前記内側光源リングの半径方向外側に配置され、かつさらに前記内側光源リングと前記一次および二次照明アレイとの間に配置された外側バッフルであって、前記内側バッフルよりも短い、外側バッフル、をさらに備える、請求項３に記載の動的照明器。
5. 前記二次軸の各々は、前記二次軸が前記中央アパーチャの前記中心から半径方向に沿わないように、前記一次照明アレイの前記半径方向軸のうちの１つに平行であるがそこからオフセットされている、請求項１に記載の動的照明器。
6. 前記二次軸が、各々、前記中央アパーチャの前記中心から半径方向に延在する、請求項１に記載の動的照明器。
7. 前記一次照明アレイおよび前記二次照明アレイが、前記中央アパーチャの周りに角度的に等しく離間される、請求項６に記載の動的照明器。
8. 前記内側光源リングの前記内側光源の各々が、前記一次照明アレイの前記半径方向軸のうちの１つと共通の極角を共有する、請求項１に記載の動的照明器。
9. 前記内側光源リングが、８つの内側光源を含み、前記一次照明アレイが、８つの一次照明アレイを含み、前記二次照明アレイが、８つの二次照明アレイを含む、請求項１に記載の動的照明器。
10. 網膜画像化システムであって、
    網膜画像を取得するように適合された画像センサと、
    動的照明器であって、
    前記網膜画像が通って取得される中央アパーチャと、
    前記中央アパーチャから半径方向軸に沿って延在する複数の一次照明アレイであって、前記複数の一次照明アレイが、各々、複数の一次光源を含む、複数の一次照明アレイと、
    前記中央アパーチャから延在する二次軸に沿って配置された複数の二次照明アレイであって、前記複数の二次照明アレイが、各々、複数の二次光源を含み、前記二次光源が、前記一次照明アレイのうちの隣接するものにおける前記一次光源の各々の半径方向距離とは異なる、前記中央アパーチャの中心からの半径方向距離を有するように、各々、前記一次光源からオフセットされている、複数の二次照明アレイと、
    前記画像センサおよび前記動的照明器に結合されたコントローラであって、前記コントローラが、前記コントローラによって実行されると、前記網膜画像化システムに動作を実行させるロジックを含み、前記動作が、
    前記網膜画像化システムと眼との間の位置合わせを判定することと、
    前記位置合わせに基づいて前記動的照明器から出力される照明パターンを生成することと、
    前記照明パターンで前記眼を照明しながら、前記画像センサを用いて前記網膜画像を取得することと、を含む、コントローラと、を備える、網膜画像化システム。
11. 前記動的照明器が、
    前記中央アパーチャの周りに配置された内側光源のリングをさらに備える、請求項１０に記載の網膜画像化システム。
12. 前記複数の一次照明アレイが、前記内側光源リングの外側の前記中央アパーチャから前記半径方向軸に沿って延在し、
    前記複数の二次照明アレイが、前記内側光源リングの外側の前記中央アパーチャから延在する前記二次軸に沿って配置されており、
    前記二次照明アレイの前記二次軸が、前記一次照明アレイの隣接するものの間に角度を付けて配置されている、請求項１１に記載の網膜画像化システム。
13. 前記コントローラが、前記コントローラによって実行されると、前記網膜画像化システムに追加の動作を実行させるさらなるロジックを含み、前記追加の動作は、
    前記位置合わせが閾値内の中心にあると判定されたときに前記網膜画像を取得しながら、前記内側光源リングで前記照明パターンを生成して前記眼を照明することと、
    前記位置合わせが中心から外れていると判定されたときに前記網膜画像を取得しながら、前記一次または二次照明アレイのうちの少なくとも１つで前記照明パターンを生成して前記眼を照明することと、を含む、請求項１１に記載の網膜画像化システム。
14. 前記位置合わせが前記閾値内の中心にあると判定されたときに、前記照明パターンが、円形照明パターンを含む、請求項１３に記載の網膜画像化システム。
15. 前記動的照明器が、
    前記中央アパーチャを画定し、かつ前記内側光源リングの半径方向内側に配置された内側バッフルをさらに備える、請求項１１に記載の網膜画像化システム。
16. 前記動的照明器が、
    前記内側光源リングの半径方向外側に配置され、かつさらに前記内側光源リングと前記一次および二次照明アレイとの間に配置された外側バッフルであって、前記内側バッフルよりも短い、外側バッフル、をさらに備える、請求項１５に記載の網膜画像化システム。
17. 前記一次光源および前記二次光源が、各々、赤外線光源および可視光源を含む、請求項１０に記載の網膜画像化システム。
18. コントローラが、前記コントローラによって実行されると、前記網膜画像化システムにさらなる動作を実行させるさらなるロジックを含み、前記さらなる動作が、
    位置合わせに基づいて、前記一次または二次光源のうちの１つ以上の前記赤外線光源で初期照明パターンを生成することと、
    赤外線網膜画像をキャプチャすることと、
    可視照明で前記網膜画像をキャプチャする前に、前記赤外線網膜画像を分析して、前記照明パターンを調整する必要があるかどうかを判定することと、を含む、請求項１７に記載の網膜画像化システム。
19. 前記二次軸の各々は、前記二次軸が前記中央アパーチャの前記中心から半径方向に沿わないように、前記一次照明アレイの前記半径方向軸のうちの１つに平行であるがそこからオフセットされている、請求項１０に記載の網膜画像化システム。
20. 前記二次軸が、各々、前記中央アパーチャの前記中心から半径方向に延在する、請求項１０に記載の網膜画像化システム。

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