JP3617708B2

JP3617708B2 - 角膜内皮細胞観察撮影装置

Info

Publication number: JP3617708B2
Application number: JP25210095A
Authority: JP
Inventors: 幸治西尾; 強志原口; 章成高木; 和彦弓掛; 正和林
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JPH0994229A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角膜内皮細胞を観察、撮影する角膜内皮細胞観察撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被検眼の角膜内皮細胞像を観察・撮影する角膜内皮細胞観察撮影装置として、照明光を被検眼の角膜に向けて斜めから照射する照明光学系と、角膜内皮細胞を含めて角膜からの反射光を斜め方向から受像して観察・撮影する観察撮影光学系と、被検眼に対する装置本体のアライメントを行うアライメント検出光学系とを備えたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の角膜内皮細胞観察撮影装置は、アライメント検出光学系が唯一つであり、検出範囲の大きさを広くするために受光レンズに低倍率のものを用いると位置検出精度が低下し、位置検出精度を高めるために受光レンズに高倍率のものを用いると検出範囲の大きさが狭くなるという問題があり、検出範囲の大きさを広く採りつつ位置検出精度を高めることは、従来の角膜内皮細胞観察撮影装置では困難であって、通常、検者はアライメント検出光学系によるアライメント指標が画面に提示される状態となるように前眼部像を観察しながら装置を移動させる必要があるのであるが、検者のこの負担を軽減するために検出範囲の大きさ（アライメント許容範囲）を広くしようとして受光レンズに低倍率のものを用いると位置検出精度（アライメント精度）が低下するため、角膜内皮細胞像のピントが甘くなる傾向にあり、受光レンズに高倍率のものを用いると、検出範囲の大きさ（アライメント許容範囲）が狭くなり、検者のアライメント操作に関する負担が増大することとなる。角膜内皮細胞観察撮影装置には、アライメント検出信号に基づいて自動的に装置本体の移動を行なう構成のものがあるが、この場合にも、被検眼に対する装置本体のアライメントが所定の検出範囲に入るまでは、検者が装置本体を手動で移動させなければならず、上記問題点を根本的に解消できるものではない。
【０００４】
このように従来の角膜内皮細胞観察撮影装置では、アライメント検出範囲の大きさ（アライメント許容範囲）を広くしようとすると位置検出精度（アライメント精度）が低下し、位置検出精度（アライメント精度）を高めようとしようとするとアライメント検出範囲の大きさ（アライメント許容範囲）が狭くなるという問題があり、本発明はこの問題点を解消することができる角膜内皮細胞観察撮影装置を提供することを目的とする。
【０００５】
請求項１に記載の角膜内皮細胞観察撮影装置は、照明光を被検眼の角膜に向けて斜めから照射する照明光学系と、前記角膜内皮細胞を含めて前記角膜からの反射像を受像して観察、撮影する観察撮影光学系と、前記角膜内皮細胞の合焦状態を検出する合焦状態検出手段と、前記被検眼の前眼部を照明する一対の光源を有する前眼部照明光学系と、角膜内皮細胞撮像用のＣＣＤカメラを有して前記被検眼の前眼部を前記ＣＣＤカメラに受像すると共に前記一対の虚像を前記ＣＣＤカメラに受像して虚像の間隔に基づき検出範囲が相対的に広くて位置検出精度が相対的に低いアライメントを実行するのに用いられる前眼部観察光学系と、前記被検眼にアライメント指標光を投影するアライメント指標光投影手段と、検出範囲が相対的に狭くて位置検出精度が相対的に高いアライメントを実行するために前記被検眼からの反射指標光束を受光検出して前記被検眼に対して装置本体をアライメントするアライメント検出センサとを備え、検出範囲が相対的に広くて位置検出精度が相対的に低いアライメントから検出範囲が相対的に狭くて位置検出精度が相対的にアライメントに自動的に切り換えられることを特徴とする。
請求項２に記載の角膜内皮細胞観察撮影装置は、前記アライメント検出手段の検出情報に基づき、前記被検眼に対して装置本体がアライメントされるように、前記装置本体を駆動させる駆動手段を備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図６は、この発明の角膜内皮細胞観察撮影装置の構成を示す側面図で、１は電源が内蔵されたベースである。ベース１の上部には架台２がコントロールレバー３の操作により前後左右動可能に設けられている。コントロールレバー３には撮影スイッチ４が設けられ、この撮影スイッチ４は手動撮影モードのときに用いられる。架台２の上部にはモータ５、支柱６が設けられている。モータ５と支柱６とは図示を略すピニオン・ラックにより結合され、支柱６はモータ５によって上下動される。支柱６の上端にはテーブル７が設けられている。
【００１０】
テーブル７には支柱８、モータ９が設けられている。支柱８の上端にはテーブル１０が摺動可能に設けられている。テーブル１０の後端には、図５に示すようにラック１１が設けられている。モータ９の出力軸にはピニオン１２が設けられ、ピニオン１２はラック１１に噛み合わされている。また、テーブル１０の上部にはモータ１３と支柱１４とが設けられている。モータ１３の出力軸にはピニオン１５が設けられている。支柱１４の上部には装置本体ケース１６が摺動可能に設けられている。装置本体ケース１６の側部にはラック１７が設けられている。ラック１７はピニオン１５と噛合されている。符号１００は信号の処理、モータ９、１３等の制御を行なう制御部である。装置本体は被検眼に対する上下左右前後方向のアライメント情報に基づき自動的に駆動されるものであるが、その詳細は後述する。
【００１１】
装置本体ケース１６内には、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す光学系が収納されている。この光学系は、被検眼Ｅの前眼部を観察する前眼部観察光学系２１、被検眼Ｅの角膜Ｃに指標光を投影するアライメント指標光投影光学系２２、角膜Ｃに固視標光を投影する固視標光投影光学系２３、装置本体と被検眼とのアライメント操作の際に使用されるアライメントパターン投影光学系２４、角膜Ｃに斜めから照明光を照射する照明光学系２５、角膜Ｃの角膜内皮細胞像を観察・撮影する観察撮影光学系２６を備えている。前眼部観察光学系２１は、被検眼Ｅの左右に位置して前眼部をダイレクトに照明する一対の前眼部観察光源３１、ハーフミラー３２、対物レンズ３３、ハーフミラー３４、前眼部観察時に光路内から退避され且つ角膜Ｃの観察・撮影時に光路内に挿入される遮光板３５、ＣＣＤカメラ３６を備え、Ｏ１はその光路の光軸である。前眼部照明光源３１によって照明された被検眼Ｅの前眼部像は、ハーフミラー３２を透過した後、対物レンズ３３、ハーフミラー３４を経由して、ＣＣＤカメラ３６に導かれる。
【００１２】
アライメント指標光投影光学系２２は、図１（Ｂ）に示すように赤外光を出射するアライメント用光源３７、ピンホール板３８、ハーフミラー３９、ピンホール板３８に焦点を一致させるようにして光路上に配置された投影レンズ４０、絞り４１、ハーフミラー３２を有する。アライメント用光源３７から出射されてピンホール板３８を通過したアライメント指標光Ｋは、ハーフミラー３９に反射された後、投影レンズ４０により平行光束とされて絞り４１を通過し、ハーフミラー３２により反射されて、角膜Ｃに導かれ、このアライメント指標光Ｋは図１（Ｃ）に示すように、角膜Ｃの頂点Ｐと角膜Ｃの曲率中心Ｏ２との間の中間位置に輝点像Ｒを形成するようにして角膜表面Ｔで反射される。角膜Ｃからの反射指標光束は、ハーフミラー３２、対物レンズ３３を介してハーフミラー３４に導かれる。このハーフミラー３４に導かれた反射指標光束の一部はハーフミラー３４に反射されてＰＳＤ等の位置検出が可能なアライメント検出センサ４２に導かれる。残りの反射指標光束はハーフミラー３４を透過してＣＣＤカメラ３６に導かれる。固視標光投影光学系２３は、可視光を出射する固視標用光源４３、ピンホール板４４、ハーフミラー３９、投影レンズ４０、絞り４１、ハーフミラー３２を有する。固視標用光源４３から出射された固視標光は、ピンホール板４４、ハーフミラー３９を経て投影レンズ４０により平行光束とされた後、絞り４１を通過してハーフミラー３２により反射される。被検者はこのハーフミラー３２で反射された固視標光を固視目標として注視することにより視線が固定される。
【００１３】
アライメントパターン投影光学系２４は、ハーフミラー３４に臨むようにして設けられた投影レンズ４７、アライメントパターン投影光源４５、アライメントパターン板４６から構成されているアライメントパターン板４６には矩形枠状パターンが形成され、アライメントパターン板４６を透過したパターン形成光束はハーフミラー３４の裏面で反射されてＣＣＤカメラ３６に結像される。ＣＣＤカメラ３６はモニタ装置に画像信号を出力する。モニタ装置の画面４８には、前眼部観察時には、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、被検眼Ｅの前眼部像Ｅ´、輝点Ｒに対応する輝点像Ｒ´、矩形枠状パターン像４２´、一対の前眼部照明光源３１に基づく一対の輝点像３１´が表示される。なお、符号Ｐｕは瞳孔を示す。
【００１４】
一対の輝点像３１´の間隔及びその大きさは、装置本体と被検眼Ｅとの間のＺ方向距離によって変化し、図２（Ａ）に示すように、装置本体と被検眼Ｅとの間のＺ方向距離が概略適正作動距離にあるときには光量分布がシャープでかつ光学的設計により定まる所定の間隔Ｌが得られ、装置本体と被検眼Ｅとの間のＺ方向距離が適正作動距離よりも大きい時には光量分布がぼやけてかつ所定の間隔Ｌよりも小さな間隔Ｌ０が得られ、装置本体と被検眼Ｅとの間のＺ方向距離が適正作動距離よりも小さい時には光量分布ｐｐがぼやけてかつ所定の間隔Ｌよりも大きな間隔Ｌ０´が得られる。従って、一対の輝点像３１´、３１´の間隔及びその明るさを観測することにより被検眼Ｅに対して装置本体が適正作動距離にあるか、被検眼Ｅに近すぎるか、被検眼Ｅから遠すぎるかを判断することができる。
【００１５】
ＣＣＤカメラ３６と一対の前眼部照明光源３１とは、従って、アライメント検出手段として機能し、そのＣＣＤカメラ３６の検出範囲はその受像面の全領域（画面４８の表示面全体）であるが、このＣＣＤカメラ３６の位置検出精度は本来は前眼部の照明に用いられる光源３１を流用してアライメント検出を行うものであるので低い。これに対して、アライメント検出センサ４２はアライメントの検出専用に設けられ、その検出範囲はＣＣＤカメラ３６の検出範囲よりも狭くかつその位置検出精度が高く、図２（Ｄ）はそのＣＣＤカメラ３６のアライメント検出範囲とアライメント検出センサ４２の検出範囲とを示しており、符号４２ａはアライメント検出センサ４２の検出範囲、符号４８ａはＣＣＤカメラ３６の検出範囲を示している。
【００１６】
制御部１００はＣＣＤカメラ３６の検出信号に基づき適正作動距離からのずれ量を演算し、装置本体をそのずれ量が小さくなる方向に自動的に制御し、適正作動距離からのずれ量が所定値以下となった時にＣＣＤカメラ３６に基づく検出範囲からアライメント検出センサ４２に基づく検出範囲に切り替える。
【００１７】
被検眼Ｅに対する装置本体の上下左右方向の位置は、輝点像Ｒ´の位置によって検出され、図２（Ｅ）に示すように、輝点像Ｒ´が矩形枠状パターン４２´の位置の外側にあるとき（中心からのずれ量がΔｘ、Δｙのとき）、制御部１００はＣＣＤカメラ３６の検出信号に基づき上下左右方向のずれ量を演算し、輝点像Ｒ´が矩形枠状パターン４２´の位置の内側にあるときアライメント検出センサ４２の出力に基づいて上下左右方向のずれ量を演算し、装置本体の光軸が被検眼の光軸に一致するように自動的に駆動される。
【００１８】
このようにして、被検眼Ｅに対する装置本体の上下左右前後方向のアライメント調整が実行される。
【００１９】
照明光学系２５は、ハロゲンランプからなる観察用照明光源４９、集光レンズ５０、赤外フィルター５１、キセノンランプからなる撮影用照明光源５２、集光レンズ５３、ダイクロイックミラー５４、スリット板５５、投光レンズ５６、開口絞り５７を有し、Ｏ３はその光軸である。なお、観察用照明光源４９に赤外ＬＥＤを用いて場合、赤外フィルター５１は不要である。観察用照明光源４９は観察時に発光され、撮影用照明光源５２は撮影時に発光され、観察用照明光源４９から出射された赤外光は、集光レンズ５０によって集光されつつ赤外フィルター５１を透過し、ダイクロイックミラー５４によって反射されてスリット板５５に導かれ、撮影用照明光源５２から出射された可視光は集光レンズ５３により集光されつつダイクロイックミラー５４を透過してスリット板５５に導かれる。スリット板５５を通過した光束は、投光レンズ５６、開口絞り５７を通って角膜Ｃに導かれ、その角膜Ｃが横断照明される。図３はその角膜の表面及び角膜内皮からのスリット光の反射状態を示し、スリット光束の一部は空気と角膜Ｃとの境界面である角膜表面Ｔにおいてまず反射される。その角膜表面Ｔからの反射光束Ｌの光量が最も多い。角膜内皮細胞Ｎからの散乱反射光束Ｍの光量は相対的に小さい。角膜実質Ｍ´からの反射光束Ｌ´の光量が最も小さい。
【００２０】
観察撮影光学系２６は、対物レンズ５８、ハーフミラー５９、マスク６０、全反射ミラー６１、リレーレンズ６２、前眼部観察時には光路（光軸Ｏ４上）内に挿入されかつ角膜Ｃの観察・撮影時には光路内から退避される遮光板６３、前眼部観察光束の妨げとならない位置に配設されると共に物面側（被検眼Ｅ側）の傾斜角θと同一角をもって傾斜する全反射ミラー６４、ＣＣＤカメラ３６を有し、Ｏ４はその光軸である。角膜Ｃからの反射光束は、対物レンズ５８により集光されてハーフミラー５９に導かれる。角膜Ｃからの反射光束の一部はこのハーフミラー５９により反射されて合焦位置検出センサ６５に導かれ、角膜Ｃからの反射光束の残りはハーフミラー５９を通過する。ハーフミラー５９を通過した反射光束はマスク６０の位置で一旦結像されて、マスク６０により角膜内皮細胞像を形成する以外の余分の反射光束が遮蔽される。このマスク６０を通過した反射光束は全反射ミラー６１に反射され、リレーレンズ６２により集束されつつ全反射ミラー６４に反射された後、ＣＣＤカメラ３６上に角膜内皮細胞の像を高倍率で形成する。なお、マスク６０の位置は可視の撮影光での角膜内皮細胞像の焦点位置にある。また、ＣＣＤカメラ３６上の角膜内皮細胞像も可視の撮影光での焦点位置にある。
【００２１】
合焦位置検出センサー６５は、ここでは、ラインセンサから構成され、図４（イ）において、横軸はそのラインセンサを構成する各素子の番地、縦軸はその各素子上での光量の大きさを示し、角膜Ｃの断面方向に対して合焦位置検出センサー６５は、図４（ロ）に示すように配置され、角膜Ｃからの反射光束の強度分布は図４（イ）に示すようなものとなる。その図４（イ）において、符号Ｕは角膜Ｃの表面Ｔにおいて反射された反射光束によるピーク、符号Ｖは角膜Ｃの内皮細胞部分のピークであり、ピークＵは光像６７に対応し、ピークＶは光像６８に対応する。合焦位置検出センサー６５の各番地の素子の出力は、合焦判断回路６６に入力され、合焦判断回路６６は図４（イ）に示すように、ピークＵ及びピークＶを含む全ての検出信号を記憶して演算処理することにより、そのピークＶの番地を判断する。そして、合焦判断回路６６はそのピークＶの番地Ｌが合焦位置検出センサー６５の中心番地Ｑに一致するか否かを判断し、これにより、角膜内皮の合焦状態（Ｚ方向の正確なアライメント）が検出できる。
【００２２】
すなわち、制御部１００は微細な範囲で装置本体Ｈを被検眼Ｅの前眼部に向かって離反接近させ（装置光学系をＺ方向に移動させ）、これによりピークＶの番地Ｌが移動する。装置本体ＨはピークＶの番地Ｌが中心番地Ｑに一致するとき、角膜内皮細胞が合焦されるように設計されているので、合焦判断回路６６はピークＶの番地Ｌが中心番地Ｑと一致したときに合焦信号を出力し、これによって、照明光源３１が発光され、被検眼Ｅが可視光により照明され、撮影が自動的に行われる。
【００２３】
本発明では、アライメント検出手段は検出範囲の大きさが広くて位置検出精度が低い状態と検出範囲の大きさが狭くて位置検出精度が高い状態との間で自動的に切り替え可能とし、自動的に装置本体を被検眼に対して駆動させ、アライメントを行う構成としたが、検出範囲の大きさが広くて位置検出精度が低い状態のときには手動により装置本体を被検眼に対して相対的に移動させ、検出範囲の大きさが広くて位置検出精度が低い状態から検出範囲の大きさが狭くて位置検出精度が高い状態に自動的に切り替えて、検出範囲の大きさが狭くて位置検出精度が高い状態の時に装置本体を自動的に駆動させてアライメントを行う構成とすることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、特別に別個のアライメント検出用としての光学系を用いず、前眼部照明及び前眼部観察系を兼ねて広範囲なアライメント検出（位置検出）が可能となり、操作性が向上する。そして、アライメントの精度が所定範囲になった場合に、更に高精度のアライメントセンサ（合焦位置検出センサ）を用いれば、より一層精度の良い位置合わせを行うことができる。また、高精度のアライメントセンサ（合焦位置検出センサ）の検出情報を、角膜厚さ測定に用いる場合には、角膜厚さ測定データのアライメント誤差補正等に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角膜内皮細胞撮影装置の光学系を示し、（Ａ）は主光学系の説明図、（Ｂ）はアライメント指標光投影光学系と固視標投影光学系の説明図、（Ｃ）は指標光の角膜反射状態を示す説明図である。
【図２】モニタ画面に表示された前眼部像を示し、（Ａ）は被検眼に対して装置本体が適正作動距離にある状態を示し、（Ｂ）は被検眼に対して装置本体が遠すぎる状態を示し、（Ｃ）は被検眼に対して装置本体が近すぎる状態を示し、（Ｄ）はＣＣＤカメラによる検出範囲とアライメントセンサによる検出範囲との関係を示し、（Ｅ）は被検眼に対して装置本体が上下左右方向にずれている状態を示している。
【図３】スリット光束の角膜での反射状態を示した説明図である。
【図４】角膜内皮細胞像と合焦位置検出センサーに受光される光量との関係を示し、（イ）は合焦位置検出センサー上での光量分布、（ロ）は角膜内皮細胞像と合焦位置検出センサーとの関係を示す図である。
【図５】本発明に係わる角膜内皮細胞観察撮影装置の要部を示す平面図である。
【図６】本発明に係わる角膜内皮細胞観察撮影装置の全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
Ｃ…角膜
Ｅ…被検眼
Ｎ…内皮
２１…前眼部観察光学系
２２…アライメント指標光投影手段
２５…照明光学系
２６…観察撮影光学系
３１…前眼部照明光学系
３６…ＣＣＤカメラ
４２…アライメントセンサ
６５…合焦状態検出手段
１００…制御部

Claims

照明光を被検眼の角膜に向けて斜めから照射する照明光学系と、前記角膜内皮細胞を含めて前記角膜からの反射像を受像して観察、撮影する観察撮影光学系と、前記角膜内皮細胞の合焦状態を検出する合焦状態検出手段と、前記被検眼の前眼部を照明する一対の光源を有する前眼部照明光学系と、角膜内皮細胞撮像用のＣＣＤカメラを有して前記被検眼の前眼部を前記ＣＣＤカメラに受像すると共に前記一対の虚像を前記ＣＣＤカメラに受像して虚像の間隔に基づき検出範囲が相対的に広くて位置検出精度が相対的に低いアライメントを実行するのに用いられる前眼部観察光学系と、前記被検眼にアライメント指標光を投影するアライメント指標光投影手段と、検出範囲が相対的に狭くて位置検出精度が相対的に高いアライメントを実行するために前記被検眼からの反射指標光束を受光検出して前記被検眼に対して装置本体をアライメントするアライメント検出センサとを備え、検出範囲が相対的に広くて位置検出精度が相対的に低いアライメントから検出範囲が相対的に狭くて位置検出精度が相対的にアライメントに自動的に切り換えられることを特徴とする角膜内皮細胞観察撮影装置。
前記アライメント検出手段の検出情報に基づき、前記被検眼に対して装置本体がアライメントされるように、前記装置本体を駆動させる駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の角膜内皮細胞観察撮影装置。