JP4563828B2 - 眼底検査装置 - Google Patents

Description

本発明は緑内障の診断に用いるのに好適の眼底検査装置、更に詳しくは、視神経繊維束の厚さを精度良く測定することのできる眼底検査装置に関する。

従来から、眼底検査装置には、主として緑内障等の眼科検診に使用される眼底検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来の眼底検査装置は、円偏光の眼底照明光によって眼底を照明する照明光学系と、この照明による眼底からの照明反射光の偏光特性に基づいて眼底の視神経繊維束の眼底像を撮影する撮像光学系と、複数の偏光状態で撮像光学系により撮影した像に基づき視神経繊維束の厚さ分布を映像化する映像信号処理手段とを備えている。

また、この眼底検査装置では、撮像光学系は偏光素子を介して眼底反射光の楕円偏光を検出し、映像信号処理手段はこれに基づき視神経繊維束の厚さに関する位相分布を求めて視神経繊維束の厚さ分布を映像化している。

更に、その撮像光学系はテレビカメラを有し、映像信号処理手段はこのテレビカメラで撮影した像を格納するフレームメモリを備えている。

また、眼底検査装置には、被検眼の眼底を円偏光の照明光によって照明する照明光学系と、眼底からの照明反射光に基づき眼底像を撮像するＣＣＤカメラが設けられた撮像光学系とを備え、ＣＣＤカメラの撮像面に、互いに隣接して照明反射光を互いに直交する直線偏光成分に分解する偏光微小板部とその照明反射光を両直線偏光成分に対して交差する方向の直線偏光成分に分解する偏光微小板部とをひとかたまりの単位小板部としてこの単位小板部の繰り返しからなる偏光フィルターを一体に設け、視神経繊維束の厚さを測定できるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

このものでは、偏光微小板部はＣＣＤカメラの各画素に対応され、両直線偏光成分に対して交差する方向の直線偏光成分がその両直線偏光成分に対して４５度方向に配置されている。

更に、眼底検査装置ではないが、対象物の偏光特性を計測する偏光計測装置も知られている（例えば、特許文献３参照。）。

このものでは、対象物からの光を集光する集光光学系と、この集光光学系からの光の位相状態を変化させかつその進相軸の角度が互いに異なる４つの微小位相板のかたまりからなる単位構成板がマトリックス状に配列された位相板アレイと、この位相板アレイを通過した光を所定の方向に偏光する１枚の偏光子と、この偏光子を通過して一つの偏光方向に揃えられた照明反射光を受光する複数の受光素子（撮像素子）と、複数の受光素子のそれぞれに受光された照明反射光の強度に基づいて、対象物からの光に関するストークスパラメータを算出する演算処理手段とを備えている。
特許第３２３５８５３号 特開２００１−１３７１９０号公報 特開２００２−１１６０８５号公報

ところで、その眼底検査装置は、視神経繊維束に偏光特性（複屈折性）が存在し、視神経繊維束を通過する際に生じる複屈折により、二つの通過速度が異なる反射光が生じ、この反射光の成分に生じる通過速度の相違（位相差（リタデーション）ともいう）が視神経繊維束の厚さと正相関する原理を利用したものである。

すなわち、図１に示すように、円偏光の照明光Ｐ０を用いて照明すると、例えば、図１に示すように、硝子体Ｉと網膜（視神経繊維束）Ｄとの境界Ｆで反射する。この境界Ｆにおける反射は鏡面反射であるので、照明反射光Ｐ１は円偏光が維持される。

ついで、照明光Ｐ０は網膜Ｄと色素上皮層Ｇの境界Ｇで反射するが、この視神経繊維束を通過する際に、照明反射光Ｐ２の通過速度の相違により楕円偏光となる。視神経繊維束が全く欠損しているときには、その照明反射光Ｐ２は円偏光を維持し、視神経繊維束の膜厚が厚くなればなるほど楕円偏光となり、その偏平率が大きくなる。硝子体Ｉと網膜Ｄの境界Ｆでの鏡面反射光Ｐ１は、照明光Ｐと同じ方向の円偏光板を受光系に入れると、逆方向の円偏光となるので消失する（特許第３２５８５３号公報段落番号[００１２]〜[００１３]参照）。

従って、その照明反射光Ｐ２の楕円偏光の偏平度合いによって視神経繊維束の厚さが測定できる。

ところが、照明光Ｐの中には、色素上皮層Ｇの内部に入り込み、この色素上皮層Ｇの内部により散乱反射されるものがあり、この色素上皮層Ｇの内部により散乱反射された照明反射光Ｐ３は非偏光状態となる。

その照明反射光Ｐ３は非偏光の状態で撮像光学系に向かうことになるので、色素上皮層Ｇの内部からの散乱反射光Ｐ３の光量分が撮像光学系に受光されることになる。

従って、撮像光学系で受光される照明反射光Ｐの光量には、色素上皮層Ｇの内部からの非偏光の散乱反射光Ｐ３の光量分がノイズとして含まれていることになり、図２に示すような楕円偏光の照明反射光Ｐには、図１に示す照明反射光Ｐ３の光量分がノイズ成分として上乗せされていることになり、撮像光学系には部分偏光の照明反射光が入射することになり、実際の視神経繊維束の厚さに見かけ上の誤差が含まれることになる。

本発明は、患者に負担をかけずにかつ安価に視神経繊維束の厚さを精度良く測定することのできる眼底検査装置を提供することにある。

請求項１に記載の眼底検査装置は、円偏光の眼底照明光によって眼底を照明する照明光学系と、前記眼底照明光によって眼底から反射された照明反射光の偏光特性に基づいて眼底像を撮影する撮像光学系と、前記撮像光学系からの信号出力を処理する映像信号処理手段とを備え、前記撮像光学系は前記照明反射光の位相状態をそれぞれ変化させるためにその進相軸が互いに異ならされた４つ以上の微小位相板のかたまりからなる単位構成板が縦横のマトリックス状に配列された位相板アレイと、該位相板アレイを通過した照明反射光を所定の偏光方向に偏光させる１枚の偏光子と、該偏光子を通過して偏光方向が一つに揃えられた照明反射光を受光しかつ前記単位構成板にそれぞれ対応する４つ以上の画素のかたまりからなる単位ユニットが縦横のマトリックス状に配列された撮像素子とを備え、前記映像信号処理手段は前記各単位ユニットに前記１枚の偏光子を介して偏光方向が揃えられた照明反射光の強度に基づいて前記眼底からの照明反射光のストークスパラメータを算出しかつ該ストークスパラメータの算出結果に基づき照明反射光の強度に対する部分偏光成分の強度比を求めて、この比を用いて補正することにより前記眼底の視神経繊維束の厚さを求めることを特徴とする。

請求項２に記載の眼底検査装置は、前記４つの微小位相板の各進相軸の前記偏光子の偏光方向に対する角度が、それぞれ４つの異なる角度α０、α１、α２、α３を構成し、４つの異なる角度α０、α１、α２、α３がそれぞれ−５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度又は−７４．９度、−３８．３度、＋３８．３度、＋７４．９度であることを特徴とする。

請求項３に記載の眼底検査装置は、前記微小位相板のリターデーションδが１３１．８度であることを特徴とする。

本発明によれば、複数の偏光状態でなく、所定の偏光方向、すなわち、単一の方向に偏光方向が揃えられた偏光状態で眼底からの照明反射光を受光して撮像するので、患者に負担をかけずにかつ安価に視神経繊維束の厚さを精度良く測定することができる。

以下に、本発明に係わる眼底検査装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図３は本発明の眼底検査装置に用いる眼底カメラＱの一例を示し、この図３において、１はベース、２は架台、３は装置本体、４はジョィスティック、５はＣＣＤカメラ、６は顎受け、７は額当てである。

この眼底カメラＱでは、患者の顎受け６に乗せ、額当て７に額を当てて、例えば、内部固視灯により所定方向を固視させて、撮影スイッチ８を操作すると、後述する照明光学系により被検眼の眼底が照明されて、後述する撮像光学系（受光系）のＣＣＤカメラ５によって眼底像が撮像される。

そのＣＣＤカメラ５は例えば眼底検査装置の一部を構成するパーソナルコンピュータ９に接続され、眼底像はこのパーソナルコンピュータ９の例えばフレームメモリ（画像保存手段）に記憶される。

そのパーソナルコンピュータ９には画像表示モニター１０が接続され、マウス、キーボード等の操作手段により、記憶保存されている眼底像ＦＢが画面１１に表示される。ここで、ＦＣは乳頭、ＦＤは黄斑部、ＦＥは血管である。

図４はその眼底カメラＱの光学系を示し、この図４において、２０は照明光学系、２１は撮像光学系である。照明光学系２０はキセノンランプ２２とハロゲンランプ２３とを有し、キセノンランプ２２とハロゲンランプ２３とはハーフミラー２４に関して共役位置に配置され、キセノンランプ２２とハロゲンランプ２３とはコンデンサレンズ２５、２６によってリング状絞りＸの近傍にリレーされる。

このリング状の絞りＸは、リレーレンズ２７、全反射ミラー２８Ａ、リレーレンズ２８、穴空きミラー２９、対物レンズ３０を経て被検眼３１の瞳孔近傍にリレーされる。

撮像光学系２１は、被検眼３１に臨む対物レンズ３０、穴空きミラー２９、合焦レンズ３２、リレーレンズ３３、クイックリターンミラー３４、ＣＣＤカメラ５、写真フィルム３６を有する。符号５ａはＣＣＤカメラ５の撮像面である。写真フィルム３６と撮像面５ａとはクイックリターンミラー３４に関して共役である。

クイックリターンミラー３４は、写真フィルム撮影のとき、リレーレンズ３３とＣＣＤカメラ５との間の光路に破線で示すように挿入され、ＣＣＤカメラ５で観察又は撮影する際に光路から退避される。

リレーレンズ２８と穴空きミラー２９との間には、偏光ユニット３７が照明光学系２０の光路に挿脱可能に設けられている。この偏光ユニット３７は、グリーンフィルター（又は干渉フィルター）３８と直線偏光特性を有する偏光フィルター３９と１／４波長板４０とから大略構成されている。その偏光ユニット３７は被検眼３１の眼底４１を観察するとき照明光学系２０の光路から退避される。

ＣＣＤカメラ５の撮像素子（撮像面）５ａは、図５に示すように、多数の画素Ｇij（i＝１、２、…、ｍ；ｊ＝１、２、…、ｎ）から構成されている。その撮像面５ａの前面には、図４に示すように位相板アレイ４２と偏光板４３とが設けられている。位相板アレイ４２は合焦レンズ３２、リレーレンズ３３を通過してＣＣＤカメラ５に向かう眼底からの照明反射光Ｐの位相状態を変化させる役割を果たす。

その位相板アレイ４２とＣＣＤカメラ５との間には偏光板４３が設けられている。その偏光板４３を通過した照明反射光ＰはＣＣＤカメラ５に受光される。

そのＣＣＤカメラ５の受光出力はパーソナルコンピュータ９に入力される。パーソナルコンピュータ９は後述する映像信号処理手段としての機能を併有し、このパーソナルコンピュータ９はそのＣＣＤカメラ５の各画素Ｇij毎の受光強度に基づいて眼底からの光に関するストークスパラメータを算出するのに用いられる。

その位相板アレイ４２は図６に示すように縦横に二次元的（マトリックス状）に配置された複数個の微小位相板４４を有している。これらの複数個の微小位相板４４のうち縦横に２つずつ配列された合計４つの微小位相板（例えば４４ａ〜４４ｄ）が一つの単位構成板（構成単位Ｕ１）を構成している。この構成単位Ｕ１が更に縦横方向に二次元的に繰り返し配列されている。

偏光板４３は入射光を所定方向ＡＲ１に偏光する偏光子としての役割を果たし、その偏光板４３の個数は１個であり、この偏光板４３の大きさは、位相板アレイ４２全体に対して十分な大きさを有する単一のものである。この位相板アレイ４２と偏光板４３とは互いに貼り付けられて一体として作製されている。

偏光板４３における偏光方向はいずれの微小位相板４４に対しても同一の方向を有するようにすれば良いので、異なる偏光方向を有する偏光板を各位相板４４に応じて別個に設ける必要はなく、例えば、位相板アレイ４２全体に対して十分な大きさを有する単一の偏光板４３を設ければ十分である。

また、複数の偏光板を各微小位相板４４に応じて別個に設ける場合であっても、それらの複数の偏光板の偏光方向は同一であるので、各微小位相板４４と各偏光板との位置を精密に位置合わせする必要がない。

ＣＣＤカメラ５の各画素Ｇijは縦横に二次元的に配列された合計４つの画素Ｇａ〜Ｇｄが一つのまとまり（構成単位）Ｕ２を形成している。このＣＣＤカメラ５はこれらの構成単位Ｕ２が二次元的に繰り返し配列された受光素子アレイともいうことができる。そのＣＣＤカメラ５の代わりにＣＭＯＳを受光素子アレイとして用いることができ、ＣＣＤカメラ５のフレームレートが３０ｍｓ（ミリ秒）であるのに対し、ＣＭＯＳのフレームレートは１ｍｓ（ミリ秒）であるので、高速撮影には受光素子アレイとしてＣＭＯＳを用いるのが望ましい。

各構成単位Ｕ２に含まれる４つの画素Ｇａ〜Ｇｄは対応する構成単位Ｕ１の各位相板４４ａ〜４４ｄを通過した光をそれぞれ受光する。すなわち、眼底からの照明反射光Ｐは、各微小位相板４４ａ〜４４ｄを通過し、偏光板４３を通過して、偏光方向を揃えられて各構成単位Ｕ２の各画素Ｇijに入射する。

構成単位Ｕ１はその４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄの進相軸の角度αが互いに異なっている。この４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄの各進相軸は、偏光板４３の偏光方向ＡＲ１に対して、それぞれ４つの異なる角度α１、α２、α３、α４を有している。

図７は、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄの進相軸の方向を示す図であり、図７（ａ）は各微小位相板４４ａ〜４４ｄの進相軸が偏光板４３の偏光方向ＡＲ１に対して為す角度α１〜α４がそれぞれ、−５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度である場合を示しており、図７（ｂ）は、これらの角度α１〜α４がそれぞれ、−７４．９度、−３８．３度、＋３８．３度、＋７４．９度である場合を示している。なお、図７においては、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄの各進相軸の方向が矢印で示されており、その各進相軸は偏光方向ＡＲ１に対して反時計回りを正方向とする角度を有するものとして表現されている。この各微小位相板４４の製造方法については特開２００２−１１６０８５号公報に詳述されているのでその説明は省略する。

次に、測定原理を図８を参照しつつ説明する。その図８は一つの微小位相板４４ａと一つの偏光板４３と一つの画素Ｇａとの関係を示す概念図である。

ここで、図８に示すように、偏光特性としてストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有する光Ｌが微小位相板４４ａと偏光板４３とを通過して画素ａに受光されるとき、その受光された光の強度Ｉは、以下の[数１]の式によって表される。

ただし、αは微小位相板４４ａの進相軸ＡＸが偏光板４３の偏光方向ＡＲ１に対して為す角度であり、δは微小位相板４４ａのリターデーションである。また、同様の関係が４つの位相板４４ａ〜４４ｄのそれぞれを通過した光について成立する。図９は４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄについての偏光板４３と画素Ｇａとの関係を示す概念図である。

図９に示すように、各画素Ｇａ〜Ｇｄで受光される光の強度をＩ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３とする。このとき、[数１]の関係式は、各角度α＝α１、α２、α３、α４のそれぞれについて成立し、これらは行列式でまとめて下記の[数２]により表現することができる。

なお、符号Ｓは、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を要素とするベクトルであり、ベクトルＩは、各画素Ｇａ〜Ｇｄで受光された光の強度（観測強度ともいう）Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を要素とするベクトルである。また、行列Ａは各角度α１、α２、α３、α４とリタデーションδとをパラメータとする係数行列である。

ここで、行列Ａの逆行列が存在する場合には、ストークスパラメータに関するベクトルＳは、以下の[数３]式を用いて、観測強度に関するベクトルＩを用いて表現し得る。

また、行列Ａの逆行列を記号Ｇを用いて表現すると、この行列Ｇの各要素は[数４]式を用いて表すことができる。

従って、[数３]式を用いることにより、各画素Ｇａ〜Ｇｄの観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に基づいて、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を求めることが可能である。

実際には、位相板アレイ４２、偏光板４３の製作誤差や各画素Ｇiｊの特性等を考慮するのが好ましいが、以下の説明では、光学的に理想的な条件のもとでの偏光特性の解析について説明する。

図９ないし図１２は、直線偏光した光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の計測処理について説明する図である。図９は図８に示す微小位相板４４ａ〜４４ｄ、偏光板４３、各画素Ｇａ〜Ｇｄに対して、偏光板４３の偏光方向ＡＲ１に対して所定の角度γを有する直線偏光状態の光が入射した場合を示す図である。また、図１０はこのような各角度γを有する直線偏光の光とストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３との関係を表すグラフである。さらに、図１１及び図１２は各角度γを有する直線偏光の光と各画素Ｇａ〜Ｇｄにおいて受光された際の観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３との関係を表すグラフであり、図１１はリターデーションδ＝１３１．８度の場合、図１２はリターデーションδ＝６０．０度の場合を表している。

図９に示すように、偏光板４３の偏光方向ＡＲ１に対して所定の角度γの方向に偏光した直線偏光は、この直線偏光状態に対応するストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有している。図１０のグラフより、例えば、γ＝０（度）のときには、（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）＝（１、１、０、０）であり、また、γ＝９０（度）のときには、（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）＝（１、−１、０、０）であることがわかる。

また、図１１のグラフから、この角度γの方向に偏光した直線偏光が、４つの位相板８１ａ〜６１ｄのそれぞれにおいて観測される際における観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の理論値を得ることができる。

たとえば、γ＝０（度）の直線偏光の光は、４つの位相板４４ａ〜４４ｄのそれぞれにおいて、各観測強度（Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）＝（０．８、０．８、０．２、０．２）の光として観測される。

このように、所定角度γを有する直線偏光は、対応するストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を有しており、かつ、各微小位相板４４ａ〜４４ｄにそれぞれ観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の光として受光される。このストークスパラメータと観測強度との関係は、[数２]式により表される。

逆に、[数２]の逆変換式である[数３]式を用いることにより、実測値である観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に基づいて、観測光のストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を求めることができる。この演算は、パーソナルコンピュータ９を用いて行う。ここでは、直線偏光の光について説明したが、楕円偏光の光についても同様の関係を得ることができる。

４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄとこれに対応する４つの画素Ｇａ〜Ｇｄとを一つのまとまりとするユニットを用いることにより、眼底の微小領域からの光の偏光特性を表すストークスパラメータを求めることができる。４つの画素Ｇａ〜Ｇｄを構成単位Ｕ２とする部分における光の観測強度を用いて、眼底の微小領域についての偏光特性を計測することができる。

この眼底検査装置では、構成単位Ｕ１が複数個あり、構成単位Ｕ２が複数個ある。構成単位Ｕ２内の４つの画素Ｇａ〜Ｇｄ毎に眼底の複数の微小領域からの照明反射光Ｐをこれに対応する構成単位Ｕ１の各微小位相板４４ａ〜４４ｄ、１個の偏光板４３を介して同時に受光できるので、眼底の各微小領域の偏光特性を同時に計測できる。

ところで、眼底からの照明反射光Ｐには、偏光成分と非偏光成分とが混在しており、照明反射光Ｐは部分偏光となっている。

部分偏光の振幅を時間的にランダムに変化する非偏光の電場Ｅのｘ成分及びｙ成分ａｘ、ａｙと、完全偏光成分の振幅Ａｘ、Ａｙとの和とする。

ただし、電場成分Ｅｘ（ｚ、ｔ）、Ｅｙ（ｚ、ｔ）は下記の式で表されるものとする。

電場成分Ｅｘ（ｚ、ｔ）＝Ａｘcos（ωｔ−ｋｚ＋δｘ）
電場成分Ｅｙ（ｚ、ｔ）＝Ａｙcos（ωｔ−ｋｚ＋δｙ）
ここで、ｋは光の進行方向（ｚ方向）への伝播定数、δｘ、δｙは初期位相である。

部分偏光の光の場合、ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、時間平均記号〈〉を用いて下記の式により表すことができる。
Ｓ０＝Ａ_x ²＋Ａ_y ²＋ａ_x ²＋ａ_y ²＋〈２Ａ_xａ_x＋２Ａ_yａ_y〉
Ｓ１＝Ａ_x ²−Ａ_y ²＋〈ａ_x ²−ａ_y ²＋２Ａ_xａ_x−２Ａ_yａ_y〉
Ｓ２＝２Ａ_xＡ_xcosδ＋２〈（Ａ_xａ_y＋ａ_xＡ_y＋ａ_xａ_y）cosδ〉
Ｓ３＝２Ａ_xＡ_xsinδ＋２〈（Ａ_xａ_y＋ａ_xＡ_y＋ａ_xａ_y）sinδ〉
部分偏光について、時間平均をとると、上記ストークスパラメータは、
Ｓ０＝Ａ_x ²＋Ａ_y ²＋ａ_x ²＋ａ_y ²
Ｓ１＝Ａ_x ²−Ａ_y ²
Ｓ２＝２Ａ_xＡ_xcosδ
Ｓ３＝２Ａ_xＡ_xsinδ
となる。

ここで、ストークスパラメータＳ０は光の強度Ｉに対応している。非偏光の光では、
Ａｘ、Ａｙは定義より「０」であるので、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は全て「０」である。

一方、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は非偏光成分については値を持っていないので、従って、完全偏光の光の強度は、
Ｓ０²＝Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²
と表すことができる。

これに対して、部分偏光の光の強度は、
Ｓ０²≧Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²
となる。

部分偏光の強度をＳ０とすると、完全偏光のストークスパラメータは、下記の[数５]式を用いて表現でき、非偏光のストークスパラメータは、下記の[数６]式を用いて表現できる。

従って、照明反射光の強度の合計Ｓ０に対する完全偏光の強度
（Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²）²の比を偏光度Ｖと定義すると、下記の[数７]式が得られる。

従って、パーソナルコンピュータ９により各単位ユニットに１枚の偏光子を介して偏光方向が揃えられた照明反射光Ｐの強度に基づいて眼底４１からの照明反射光のストークスパラメータを算出しかつストークスパラメータの算出結果に基づき照明反射光Ｐの強度に対する完全偏光の強度の比を求めて、この比を用いて補正することにより眼底の視神経繊維束の厚さを求めることができる。

すなわち、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄとこれに対応する４つの画素Ｇａ〜Ｇｄとは、いずれも二次元的に繰り返し配列されている。従って、二次元的な広がりを有する眼底の面内からの偏光特性を有する光を、ＣＣＤカメラ５において二次元的な広がりを有する画像として連続的に受光できるので、偏光特性に関する面内分布を短時間に正確に測定できる。

また、この眼底検査装置によれば、以下の手段により、非偏光の眼底反射光Ｐ３を最小化することができる。

[数３]式から、ストークスパラメータ測定時の誤差変数ベクトルΔＳは、観測強度の誤差に関する誤差変数ベクトルΔＩを用いて、以下に示す[数８]式を用いて表現できる。

ここで、ベクトルＩの強度のばらつきが同程度であり、ベクトルΔＩの各要素ΔＩ０、ΔＩ１、ΔＩ２、ΔＩ３についての標準偏差σが等しいものと仮定すると、この誤差変数が最小になるための条件は、以下の[数９]式で定義される評価値σが最小になることであると表現できる。

すなわち、眼底検査装置における計測誤差の問題は、評価値ρの最適化問題に帰着する。

この[数９]式において、Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiは、[数４]式に示す行列Ｇ（行列Ａの逆行列）の各要素を表す値であり、各値Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiは、α０、α１、α２、α３、δをパラメータとする値である。従って、評価値ρを決定する各値Ａi、Ｂi、Ｃi、Ｄiの組み合わせは、各値α０、α１、α２、α３、δの組み合わせとして表現される。すなわち、より好ましい各値の組み合わせ（α０、α１、α２、α３、δ）を求めることにより、計測誤差をより小さい値にすることが可能になる。

そして、この評価値ρに関する最適解問題を数値計算等を用いて解くことにより、[数９]式における評価値ρを最小とするような各値に関する２つの組み合わせ（α０、α１、α２、α３、δ）＝（−５１．７、−１５．１、＋１５．１、＋５１．７、＋１３１．８）、及び（α０、α１、α２、α３、δ）＝（−７４．９、−３８．３、＋３８．３、＋７４．９）（単位は「度」）が得られる。ただし、角度α（α０、α１、α２、α３）については、−９０度≦α≦＋９０度、リターデーションδについては、０度≦δ≦１８０度の範囲で求めている。すなわち、これらの２つの組み合わせが最適化問題の最適解であり、これらの２つの各組み合わせの角度αが図７（ａ）、図７（ｂ）に示した角度である。

図１３は、図７（ａ）の組み合わせを有する場合におけるリターデーションδと評価値ρとの関係を表すグラフである。このグラフの横軸はリターデーションδを表し、縦軸は評価値ρを表している。なお、図７（ｂ）の組み合わせを有する場合も同一のグラフとなる。

この図１３に示すように、リターデーションδが１３１．８度のときに、評価値ρが最小値となっている。従って、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄの各進相軸が偏光板４３の偏光方向に対して図７（ａ）に示すような角度を有し、かつ、リターデーションδが１３１．８度を有するときに、評価値ρが最小化され、ストークスパラメータの計測誤差を最小化することが可能である。

ところで、図１１は、リターデーションδ＝１３１．８度のときの直線偏光の偏光角度γと各観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３との関係を表し、図１２はリターデーションδ＝６０．０度の場合の直線偏光の偏光角度γと、各観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３との関係を表している。

図１２に示すように、リターデーションδ＝６０．０度の場合、いずれの偏光角度γを有する光についても、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄにおける各観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の相互間の差は比較的小さい。言い換えると、どの微小位相板４４ａ〜４４ｄを通過した光の観測強度も近い値を有している。従って、このような観測強度を用いた場合、その測定誤差が大きくなってしまう。

一方、図１１に示すように、リターデーションδ＝１３１．８度の場合には、いずれの偏光角度γを有する光についても、４つの微小位相板４４ａ〜４４ｄにおける各観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の相互間の差は比較的大きい。従って、このような観測強度を用いた場合、その計測誤差を小さくすることができる。

このようにリターデーションδ＝１３１．８度の場合の方がリターデーションδ＝６０．０度の場合に比べて、各観測強度Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の相違度合いが比較的大きくなっているので、計測誤差を小さくできる。

この関係は、図１３にも表れており、リターデーションδ＝６０．０度のときに評価値ρ＝９．３であるのに対して、リターデーションδ＝１３１．８度のときに評価値ρ＝３．１６（最小値）を有している。

以上、発明の実施の形態では、微小位相板の個数を４つひとかたまりの構成としたが、５つ以上でも良く、微小位相板の個数を５つ以上として、５つ以上の微小位相板の個数をひとかたまりとする構成としても良い。この微小位相板に対応する画素のかたまりについても同様である。

この場合には、最小二乗法を用いて４つのストークスパラメータを求めることにより、より一層誤差の軽減を図ることができる。

眼底からの反射状態を示す模式図である。 眼底からの照明反射光の偏光状態の一例を示す模式図である。 本発明の眼底検査装置の眼底カメラの外観図である。 図３に示す眼底カメラの光学系を示す図である。 図４に示すＣＣＤカメラの撮像面を示す平面図である。 図３に示す位相板アレイと偏光板と撮像面との関係を示す拡大斜視図である。 図６に示す構成単位Ｕ１の微小位相板の偏光板に対する進相軸を示す説明図であって、（ａ）は各進相軸の角度が−５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度の場合を示し、（ｂ）は各進相軸の角度が−７４．９度、−３８．３度、＋３８．３度、＋７４．９度の場合を示す図である。 図３に示す１個の微小位相板と偏光子と１個の画素との関係を示す模式図である。 各角度γを有する直線偏光の光が構成単位Ｕ１と１個の偏光板と構成単位Ｕ２とに入射した状態を示す模式図である。 角度γを有する直線偏光の光とストークスパラメータとの関係を表すグラフである。 角度γを有する直線偏光の光とストークスパラメータとの関係を表すグラフであってリターデーションが１３１．８度の場合を表すグラフである。 角度γを有する直線偏光の光とストークスパラメータとの関係を表すグラフであってリターデーションが６０．０度の場合を表すグラフである。 進相軸の角度αが＋１５．１度、−１５．１度、＋５４．７度、−５４．７度の場合の評価値とリターデーションとの関係を示すグラフである。

符号の説明

５…撮像素子
９…映像信号処理手段
２０…照明光学系
２１…撮像光学系
４１…眼底
４２…偏光子
４３…位相板アレイ
Ｐ…照明反射光
Ｐ０…眼底照明光

Claims (3)

1. 円偏光の眼底照明光によって眼底を照明する照明光学系と、前記眼底照明光によって眼底から反射された照明反射光の偏光特性に基づいて眼底像を撮影する撮像光学系と、前記撮像光学系からの信号出力を処理する映像信号処理手段とを備え、前記撮像光学系は前記照明反射光の位相状態をそれぞれ変化させるためにその進相軸が互いに異ならされた４つ以上の微小位相板のかたまりからなる単位構成板が縦横のマトリックス状に配列された位相板アレイと、該位相板アレイを通過した照明反射光を所定の偏光方向に偏光させる１枚の偏光子と、該偏光子を通過して偏光方向が一つに揃えられた照明反射光を受光しかつ前記単位構成板にそれぞれ対応する４つ以上の画素のかたまりからなる単位ユニットが縦横のマトリックス状に配列された撮像素子とを備え、前記映像信号処理手段は前記各単位ユニットに前記１枚の偏光子を介して偏光方向が揃えられた照明反射光の強度に基づいて前記眼底からの照明反射光のストークスパラメータを算出しかつ該ストークスパラメータの算出結果に基づき照明反射光の強度に対する部分偏光の偏光成分の強度比を求めて、この比を用いて補正することにより前記眼底の視神経繊維束の厚さを求めることを特徴とする眼底検査装置。
2. 前記４つの微小位相板の各進相軸の前記偏光子の偏光方向に対する角度が、それぞれ４つの異なる角度α０、α１、α２、α３を構成し、４つの異なる角度α０、α１、α２、α３がそれぞれ−５１．７度、−１５．１度、＋１５．１度、＋５１．７度又は−７４．９度、−３８．３度、＋３８．３度、＋７４．９度であることを特徴とする請求項１に記載の眼底検査装置。
3. 前記微小位相板のリターデーションδが１３１．８度であることを特徴とする請求項１に記載の眼底検査装置。

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