(57)【要約】      （修正有）【課題】オートフォーカス機構を搭載し、角膜表面に自動かつ高精度に合焦（フォーカシング）することが可能な構成とすることで、装置の移動機構の必要なく涙液油層の状態など角膜表面の観察を行える簡便な観察装置を提供する。【解決手段】眼の角膜表面を観察する光学系を備える観察装置であって、眼を照明する照明部と、照明部の照明光が角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に光学系を合焦させる合焦部と、光学系が虚像に合焦した位置から、光学系の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離だけ光学系側へ移動させるように合焦部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2017148361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼の角膜表面を観察する光学系を備える観察装置であって、
前記眼を照明する照明部と、
前記照明部の照明光が前記角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に前記光学系を合焦させる合焦部と、
前記光学系が前記虚像に合焦した位置から、前記光学系の合焦位置を前記角膜の曲率に基づく距離だけ前記光学系側へ移動させるように前記合焦部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記眼の角膜の曲率を測定する測定部を備え、
前記制御部は、前記測定部により測定された角膜の曲率に基づいて、前記光学系の合焦位置を移動させることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記照明部は、所定の照明パターンを形成する照明光を照射し、
前記測定部は、前記照明パターンに対応する前記虚像の形状に基づいて、前記眼の角膜の曲率を測定することを特徴とする請求項２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記制御部は、任意の母集団について得られた角膜の曲率の平均値に基づいて、前記光学系の合焦位置を移動させることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記合焦部は、前記照明光の前記虚像のコントラストに基づいて前記光学系を合焦させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の観察装置。
【請求項６】
前記照明部の発光面は、前記光学系の光軸と同軸の円錐台の側面形状を有するように配されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の観察装置。
【請求項７】
外部光源からの照明光を前記光学系の光軸に導入するハーフミラーを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の観察装置。
【請求項８】
前記外部光源からの照明光は照明パターンを有することを特徴とする請求項７に記載の観察装置。
【請求項９】
眼の角膜表面を光学系により観察する方法であって、
前記眼を照明光により照明するステップと、
前記照明光が前記角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に前記光学系を合焦させるステップと、
前記光学系が前記虚像に合焦した位置から、前記光学系の合焦位置を前記角膜の曲率に基づく距離だけ前記光学系側へ移動させるように制御するステップと、
を有することを特徴とする観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察装置及び観察方法に関し、特に角膜表面の状態を観察する観察装置及び観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角膜表面の状態を非侵襲的に調べるための観察装置として、角膜表面での光の反射像を用いた光学的な検査装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、撮像された涙液油層の画像を処理して、開瞼後、涙液油層が破壊されて破壊領域が出現するまでの時間を測定し、涙液異常を定量的に測定する眼科装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５６０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した光学的な眼科装置においては、涙液油層の状態観察をする際に、カメラのフォ−カスが固定されている（固定光学系である）ため撮影画像を見ながら装置の光学部全体を動かして最適な位置に動かす（角膜表面に合焦する）必要があった。また、角膜は透明であり、オートフォーカス機構により角膜表面にフォーカスを合わせることが困難であったこと等が、従来の課題の例として挙げられる。
【０００６】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス機構を搭載し、角膜表面に自動かつ高精度に合焦（フォーカシング）することが可能な構成とすることで、装置の移動機構の必要なく涙液油層の状態など角膜表面の観察を行える簡便な観察装置を提供することを目的の一つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、眼の角膜表面を観察する光学系を備える観察装置であって、
眼を照明する照明部と、照明部の照明光が角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に光学系を合焦させる合焦部と、光学系が虚像に合焦した位置から、光学系の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離だけ光学系側へ移動させるように合焦部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項９に記載の発明は、眼の角膜表面を光学系により観察する方法であって、眼を照明光により照明するステップと、照明光が角膜表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像に光学系を合焦させるステップと、光学系が虚像に合焦した位置から記光学系の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離だけ光学系側へ移動させるように制御するステップと、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る観察装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１に係る観察手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例１に係る反射像のコントラストを示す模式図である。
【図４】実施例１に係る角膜表面と反射像の位置関係を示す模式図である。
【図５】照明部の発光面が光軸に対して傾斜している場合に生成される虚像を説明する図である。
【図６】実施例２に係る観察装置４０の構成を示すブロック図である。
【図７】実施例２に係る角膜の反射像４６の形状の一例を示す図である。
【図８】実施例３に係る観察装置５０の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１１】
図１〜５を参照して、実施例１に係る観察装置１０について説明する。図１は、観察装置１０の構成を模式的に示すブロック図である。観察装置１０による観察対象物である眼（被検眼）３０を観察装置１０と共に模式的に示している。眼３０は、角膜３１と眼球３２を有している。
【００１２】
観察装置１０は、光学系１１、照明部１７、格納部２８、及びプロセッサ２９から構成されている。光学系１１の光軸を光軸Ｘとする。
【００１３】
光学系１１は、結像レンズ１３、レンズ駆動部１４、対物レンズ１５及び撮像素子１６を備えている。結像レンズ１３は、対物レンズ１５によって集光された光を結像する。撮像素子１６は、結像レンズ１３によって結像された像をデジタル信号に変換する。
【００１４】
また、レンズ駆動部１４は、プロセッサ２９からの信号に基づいて結像レンズ１３を駆動する。レンズ駆動部１４は、例えば結像レンズ１３を移動させるアクチュエータである。結像レンズ１３と、レンズ駆動部１４とが合焦機構１２を構成している。
【００１５】
照明部１７の発光面１７ａは、円錐台の側面の形状（コーン形状）を有している。より詳細には、照明部１７の発光面１７ａの中心軸（すなわち、当該円錐台の中心軸）は光学系１１の光軸Ｘと同軸である。そして、当該円錐台の上面及び底面に相当する２つの開口部のうち、大なる開口部（底面）が眼３０の方向に向けて配されている。照明部１７の発光面１７ａから出射された照明光は角膜３１に照射され、当該発光面１７ａの像が形成される。
【００１６】
プロセッサ２９は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、演算処理を行う。プロセッサ２９は、合焦調整部２２、制御部２３、画像処理部２４、表示部２７を備える。また、合焦機構１２と合焦調整部２２とが合焦部を構成している。
【００１７】
合焦調整部２２は、画像処理部２４からの信号に基づいて、合焦機構１２を駆動させて光学系１１の合焦調整を行う。
【００１８】
制御部２３は、結像レンズ１３の移動制御を行う。より詳細には、合焦調整部２２が合焦調整を行った後、結像レンズ１３を移動させ、光学系１１の焦点が角膜３１の表面に合うように制御する。例えば角膜３１の曲率に基づいて結像レンズ１３の移動距離を算出し、結像レンズ１３を移動させる。
【００１９】
画像処理部２４は、撮像素子１６からの画像データに画像処理を行い、画像処理データを生成する。例えば画像中のコントラストや寸法に関するデータを生成する。
【００２０】
表示部２７は、例えばディスプレイに操作画面や観察結果を表示させる表示データを生成するなどの表示処理を行う。
【００２１】
格納部２８は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、半導体メモリなど、データの消去・書き込み可能な格納装置により構成される。格納部２８には、例えば合焦調整や合焦制御を実行するためプログラムや、レンズ駆動に使用するデータ、観察によって生成された画像データなどが格納されている。
【００２２】
光学系１１、照明部１７、格納部２８、及びプロセッサ２９の各部は、例えば双方向通信が可能な伝送路（バスライン）ＢＬで互いに接続されている。
【００２３】
図２は、観察装置１０における観察方法を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ステップＳ１１において、照明部１７が発光面１７ａから照明光を角膜３１に照射する。眼球３２及び角膜３１の中心軸は、光軸Ｘ上に位置するようアライメントされている。このときの角膜３１の表面を被観察面と称する。
【００２５】
続いて、合焦調整（ステップＳ１２）と合焦位置を移動する合焦制御（ステップＳ１３）を実行すると、角膜表面の状態の観察（ステップＳ１４）が可能となる。ステップＳ１２とステップＳ１３について、詳細に説明する。
【００２６】
ステップＳ１２において、合焦調整部２２は、照明光が角膜３１で反射されて形成された反射像３３に光学系１１を合焦させる。合焦（フォーカスの調整）は、結像レンズ１３を光軸Ｘに沿って移動させ、対物レンズ１５に対する結像レンズ１３の位置を変更することによって行う。結像レンズ１３の移動は、合焦調整部２２が画像処理部２４の画像処理結果に基づいて、レンズ駆動部１４を制御することによって実行する。言い換えれば、ステップＳ１２はオートフォーカスによりフォーカスを合わせるステップである。なお、マニュアルでフォーカスを合わせてもよい。
【００２７】
ここで、照明部１７の光が反射される反射面である角膜３１の表面（被観察面）は、凸面鏡の形状を有している。凸面鏡は、凸面鏡の前に置かれた物体の虚像を生成する。したがって、当該角膜３１による反射像３３は、照明部１７の照明光が角膜３１の表面を凸面鏡として反射されることにより生じる虚像３３である。すなわち、ステップＳ１２は、合焦調整部２２が当該虚像３３に光学系１１を合焦させるステップである。
【００２８】
ステップＳ１２におけるフォーカス調整は、例えばコントラスト法により行う。当該虚像３３のコントラストが最大となるように結像レンズ１３を光軸Ｘに沿って動かす。
【００２９】
図３は、照明光の反射像３３のコントラストについて示した模式図である。３１Ａは明るい領域、３１Ｂは暗い領域（虹彩）を示している。３１Ｃは明るい領域３１Ａと暗い領域３１Ｂの境界領域を示している。図の明確さのため、明るい領域３１Ａを除いてハッチングを施して示している。
【００３０】
照明部１７の照明光（円錐台の側面形状を有する）の反射像３３は、光軸Ｘを中心とした明るいリング形状の領域３１Ａとして観察される。すなわち、照明光の発光面１７ａは円錐台の側面形状を有するので、照明光の反射像３３は明るいリング形状の領域３１Ａとなる。一方、リング形状の領域３１Ａの内側領域は、暗い円状の領域３１Ｂ及び境界領域Ｃとなる。
【００３１】
照明部１７の照明光の反射像（虚像）３３に合焦されて（フォーカスが合って）いるか否かは、領域３１Ａと領域３１Ｃとのコントラストから判別することができる。具体的には、例えば領域３１Ａと領域３１Ｃとの境界領域である領域３１Ｄの画像解析によってコントラストが最大となる位置（合焦位置）が判別され、合焦調整がなされる。
【００３２】
合焦調整がなされると、ステップＳ１３に移る。図４を参照し、ステップＳ１３について説明する。図４は、光軸Ｘに沿った角膜３１の断面図である。図の明確さのため、角膜３１を（厚みを無視して）実線で示している。また、図４は、角膜３１、角膜３１による反射像（虚像）３３の位置３５、角膜表面３６、及び照明光の位置３７の位置関係と距離とについて模式的に示している。照明光の位置３７と角膜表面３６との距離を「ａ」、角膜表面３６と反射像３３の位置３５との距離を「ｂ」とする。また、角膜３１の曲率中心をＣ、曲率半径をＲとする。
【００３３】
反射像３３の位置３５に合焦されている場合は角膜表面３６には合焦されていない。したがって、角膜表面３６の観察を可能とするため、光学系１１の合焦位置を反射像３３の位置３５から、光軸Ｘに沿って光学系側へ、すなわち角膜表面３６の方向に距離ｂだけ移動させる。
【００３４】
距離ｂは、角膜３１の曲率に基づいて算出できる。ここで、凸面鏡の結像公式より、以下の式（１）が成立する。
【００３５】
【数１】
2017148361.tif 000003
例えば、曲率半径Ｒに、一般に日本人の角膜の曲率半径の平均値とされている７．８ｍｍを用いると、以下の式（２）が成立する。
【００３６】
【数２】
2017148361.tif 000004
式（２）において、例えば距離ａを３０ｍｍとした場合、値ｂは３．４５ｍｍとなる。本実施例において、曲率半径Ｒは、予め格納部２７に格納された値を使用する。例えばデフォルト値としてＲ＝７．８ｍｍが設定されているが、任意の母集団について得られた角膜の曲率の平均値を採用することもできる。また、例えば、外部の装置によって実測された角膜の曲率半径の値を採用することができるように構成されていてもよい。
【００３７】
ステップＳ１３において、制御部２３は、式（２）を用いて距離ａに応じた値ｂを算出し、当該値ｂに基づいて合焦位置を光軸Ｘに沿って移動させる。すなわち、光学系１１の合焦位置が角膜表面３６の位置（すなわち、目標合焦位置）となるように、光学系１１が反射像（虚像）３３に合焦した位置３５から、光学系１１の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離ｂだけ光学系１１側に移動させるように、制御部２３が合焦調整部２２と合焦機構１２とから構成される合焦部を制御する。
【００３８】
ステップＳ１３における合焦制御を終了すると、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４において、涙液層などの角膜表面の観察を行う。具体的には、取得した画像を表示し、必要に応じて解析し、データを保存する。角膜表面の観察は、例えば、画像の表示、解析、及び保存をプロセッサ２９が実行することによって行われる。また、観察者が表示された画像を見ながら解析、保存を行うこともできるように構成されていてもよい。
【００３９】
なお、上記においては、照明部１７の発光面１７ａが円錐台の側面形状（コーン形状）を有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、照明部１７の発光面が光軸Ｘに垂直な面内に設けられていてもよい。また、照明部１７の発光面が所定の照明パターンを形成するように照明部１７を構成してもよい。この場合、角膜３１によって当該照明パターンに対応する反射像（虚像）が形成される。そして、当該反射像のコントラストが最大となるように光学系の合焦調整が行われ、当該合焦位置からさらに角膜の曲率に基づく距離ｂだけ合焦位置が移動（合焦制御）される。
【００４０】
また、以下に照明部１７の発光面の形状、配置について説明する。本実施例においては、照明部１７の発光面１７ａが円錐台の側面形状を有することによって、照明部１７の発光面１７ａは、光軸Ｘに対して傾きを有している。図５は、角膜３１の光軸Ｘに沿った断面図であり、反射像（虚像）３３と照明部１７の発光面１７ａの位置関係を模式的に示している。図５は、照明部１７の発光面１７ａが光軸Ｘに対して傾きを有している場合について示している。
【００４１】
以上説明したように、本実施例の観察装置１０によれば、角膜による反射像への合焦調整及び合焦位置の移動制御により、角膜表面に高精度で合焦することができる。すなわち、角膜表面及び角膜表面に形成された涙液の涙液油層に、自動かつ高精度に合焦（フォーカシング）することが可能な、簡便な観察装置を提供することができる。また、装置の光学系自体の移動機構の必要がなく、涙液油層の状態など角膜表面の観察を行うことができる簡便な観察装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４２】
図６及び図７を参照して、実施例２に係る観察装置４０について説明する。図６は、実施例２に係る観察装置４０の構成を模式的に示すブロック図である。基本的な構成は実施例１の観察装置１０と同様であるが、照明部１７とプロセッサ２９の構成が異なる。具体的には、照明部１７の代わりに照明部４７を備え、プロセッサ２９に曲率測定部４５が加わったプロセッサ４９を備える。
【００４３】
より詳細には、照明部４７の発光面４７ａはパターン形状を有し、当該パターン形状の照明光を生成する。照明部４７は、当該パターン形状を有する照明光を観察対象物である眼３０に照射する。例えば、図６において、照明部４７は、光軸Ｘと同軸の円錐台形状の内側面を有し、リング状の発光部が当該円錐台の内側面に複数設けられた発光面４７ａを有している。このような発光面は、例えば、発光面をパターン形状を有するシート等で被覆することによって構成することができる。
【００４４】
照明部４７からの当該照明パターンを形成する照明光が角膜３１の表面を凸面鏡として反射されることによって、当該パターン形状に応じた形状を有する反射像（虚像）４６が生成される。
【００４５】
図７は、この照明部４７によって生成された角膜３１による反射像４６のパターン形状を示している。領域４７Ａは反射像４６の明るい部分、すなわち光の照射部に対応し、複数のリング状のパターンを有する。領域４７Ｂは、反射像４６の暗い部分、すなわち照明部４７の光が照射されない部分に対応している。
【００４６】
曲率測定部４５は、反射像４６のパターン形状の寸法を計測することにより、角膜の曲率半径Ｒを算出する。例えば図７に示すように、リング形状が同心円状に配されたパターン形状の場合、リングパターンの明部及び暗部の幅や間隔などの寸法を測定し、角膜の曲率に応じた変化量を解析することによって、空間周波数やパターン形状の歪から角膜の曲率半径Ｒを算出することができる。すなわち、角膜の曲率半径Ｒを、被観察面（被観察者の角膜）毎に異なる照明パターン形状の実測値から算出することができる。
【００４７】
なお、照明部４７の発光面４７ａのパターン形状（照明パターン形状）は、例えばリングパターン、ハッチングパターンなどであり、光軸Ｘと同軸の同心円状に発光面が配されたものであることが好ましい。
【００４８】
制御部２３は、角膜の曲率に基づく距離ｂだけ合焦位置を光軸Ｘに沿って移動させる。すなわち、光学系１１が反射像４６に合焦した位置から、光学系１１の合焦位置を距離ｂだけ角膜表面３６に向かって、すなわち光学系１１側に移動させるように制御する。
【００４９】
実施例２の観察装置４０によれば、パターン形状を有する照射光を用いることによって、角膜による反射像（虚像）の形状に基づいて、観察対象物である眼の角膜の曲率を実測することができ、自動的に合焦することができる。従って、異なる被観察者の角膜それぞれに対して高精度かつ自動的に合焦することが可能で、簡便な観察装置を提供することができる。
【００５０】
また、装置の光学系全体を移動する必要がなく、涙液油層の状態など角膜表面の観察を行うことができる簡便な観察装置を提供することができる。
【実施例３】
【００５１】
図８を参照して、実施例３に係る観察装置５０について説明する。図８は、実施例３に係る観察装置５０の構成を模式的に示すブロック図である。
【００５２】
基本的な構成は実施例１の観察装置１０と同様であるが、一部に異なる構成を有している。具体的には、光学系５１の結像レンズ１３と対物レンズ１５の間にハーフミラー５２を備え、照明部１７の代わりに照明部５７を備え、プロセッサ５９は光源制御部５５を備える。
【００５３】
ハーフミラー５２は、照明部５７からの照明光を反射し、照明光を光学系５１に導入する。ハーフミラー５２に反射された光は対物レンズを経て角膜３１に照射される。また、ハーフミラー５２は、角膜３１を凸面鏡として反射され、対物レンズ１５によって集光された光を透過させる。当該透過された光が結像レンズによって結像される。例えば、角膜への照明光の中心軸を光学系５１の光軸Ｘ上とすることができる。
【００５４】
照明部５７は観察装置５０の外部に配された外部光源でもよく、任意の光源を用いることができる。例えばプロジェクタを用いることによって、パターン形状を有した照明光を照射することができ、照明部５７の部品を交換することなく容易にパターン形状を変更することができる。また、当該照明パターン形状やその細密度に応じて合焦精度を調整することが可能である。
【００５５】
光源制御部５５は、例えばプロジェクタが照射するパターンの変更指示など、照明部５７の光照射に関する制御を行う。
【００５６】
合焦調整及び合焦制御については上記した実施例と同様である。すなわち、合焦調整部２２は、画像処理部２４の画像処理結果に基づいて、レンズ駆動部１４を制御し、光学系５１の合焦調整を行う。また、制御部２３は、光学系５１が角膜による反射像（虚像）５３に合焦した位置から、光学系５１の合焦位置を角膜の曲率に基づく距離ｂだけ角膜表面に向かって光学系側へ移動させるように合焦調整部２２を制御する。
【００５７】
以上、説明したように、実施例３の観察装置５０においても、角膜表面及び角膜表面に形成された涙液の涙液油層にオートフォーカスで合焦させることができる。
【００５８】
さらに、光学系５１の光軸に沿って照明光を導入することができ、また、照明パターン形状やその細密度を容易に変更することができる。従って、高精度かつ自動的に合焦することが可能な観察装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０、４０、５０  観察装置
１１、５１  光学系
１２  合焦機構
１３  結像レンズ
１４  レンズ駆動部
１５  対物レンズ
１６  撮像素子
１７、４７、５７  照明部
２２  合焦調整部
２３  制御部
２４  画像処理部
２７  表示部
２８  格納部
３０  眼
３１  角膜
３２  眼球
４５  曲率測定部
５２  ハーフミラー
５５  光源制御部
【図１】
2017148361.tif 000005
【図２】
2017148361.tif 000006
【図３】
2017148361.tif 000007
【図４】
2017148361.tif 000008
【図５】
2017148361.tif 000009
【図６】
2017148361.tif 000010
【図７】
2017148361.tif 000011
【図８】
2017148361.tif 000012